IS工法を用いた8倍速DVD+R DLディスクの開発
Development of 8X DVD+R DL Disc Using IS Method
水上 智
*中村 有希
*石見 知三
*松本 一平
*林 昌弘
*Satoshi MIZUKAMI Yuki NAKAMURA Tomomi ISHIMI Ippei MATSUMOTO Masahiro HAYASHI
八代 徹
* Tohru YASHIRO要 旨
片 面 2 層 DVD+R （ DVD+R DL ） デ ィ ス ク の 作 製 に は ， IS （ Inverted Stack ） 工 法 と 2P （PhotoPolymer）工法がある．IS工法は，プロセス歩留まりが高いという点で生産性に優れてお り，DVDだけでなく次世代のBlueディスクでの多層化技術として非常に有効な工法である． しかしながら，IS工法ではL1層（光入射面から奥側）のグルーブ（溝部）とランド（溝間部） の関係が2P工法の2層ディスクに対し反転しているため，記録マークの拡がりをグルーブにより 制限できない問題があり，その達成が困難と考えられていた． 本開発では，隣接トラックからのクロストークと記録層の物理特性の関係を明らかにすること で，L1層の色素記録材料の開発に成功し，世界で初めてIS工法での8xDVD+R DLディスクを実現 した．ABSTRACT
There are two manufacturing process for DVD+R DL (Dual Layer/two recording layer on one side) disc, IS (Inverted Stack) method and 2P (Photo Polymer) method. IS method is well known as the superior productivity process based on high process yield, and expected its validity for producing multilayer disc not only for DVD but also for next-generation disc (Blu-ray, HD DVD).
However IS method has been considered difficult process for practical use compared with 2P method. In case of L1 layer (back side from optical incident side) of the disc formed from 2P method, recording marks are formed in groove part and the expansion of the mark is limited by groove edges. On the contrary, in case of L1 layer of the disc from IS method, the recording marks are formed on land part (between groove) without the limitation from groove edges. Therefore the recording mark has the tendency to be spread and this causes serious crosstalk from adjacent track.
To solve this crosstalk problem the relationship between physical characteristics of the recording layer and crosstalk phenomena was investigated. Finally the new recording material without large crosstalk was successfully developed and applied to our world’s first 8X DVD+R DL disc manufactured from IS method.
* パーソナルマルチメディアカンパニー RMP事業部
1．背景・目的
近年，DVD（digital versatile disc）は，映像，音楽，パーソ ナルコンピュータ用データなど多目的用途に使用されるディ スクとして世界的に広く普及してきた．特にDVDビデオレ コーダーの普及と伴に，映像関係では高画質・大容量という 用途からDVD-ROMの2層ディスク（片面2層：8.5GB）が約 60 ％ を 占 め る よ う に な っ た ． 同 様 に 追 記 型 デ ィ ス ク （DVD+R/DVD-Rディスク）でも1層ディスク（片面1層： 4.7GB）に比べて，2層ディスク（Fig.1）に対する顧客ニーズ が強まっている．2層ディスク（DVD+R/DVD-R）作製には， 2P （ PhotoPolymer ）工法とリコーが提案する IS （ Inverted Stack）工法がある．IS工法はプロセスの簡便さと材料コスト が安いことから究極の作製方法として業界で認知されている． しかし一方でIS工法では記録層設計が難しく従来の記録材料 が適用できないという問題がある．今回我々はIS工法でのL1 記録層の記録性能を改善する色素材料の開発に成功し，世界 で初めて8xDVD+R DLディスクを商品化した． Fig.１ Structure of DVD+R DL(8.5GB).
2．技術
2-1 2層技術紹介
2 層 デ ィ ス ク 作 製 は ， 2P （ PhotoPolymer ） 工 法 及 び IS （Inverted Stack）工法のどちらかのプロセスを用いる．Fig.2 にプロセス概要を説明する．両者の大きな違いは，前者は全 ての層を1枚の基板の上に積み重ねて製造する“積層方式” （L0層の上に樹脂スタンパを用いて中間樹脂層でL1溝形成し ている）である．これに対して後者は基板～半透明反射層の ディスク（A）と記録層2～基板のディスク（B）を別々に製 造し，これらを貼り合わせて1枚のディスクとする工法であ る．2P工法と比較したIS工法のメリットは 1) 既存の1層ディスク製造設備の転用で生産可能 2) 欠陥検査をLayer別に実施できるので，歩留まり管理が 容易 であり，リコーは生産性において優位性があるIS工法を採用 した．Fig.2 Difference of the process of 2P(PhotoPolymer) and IS(Inverted Stack).
2-2 IS工法の技術課題
IS工法と2P工法を比較すると，L1記録層（光入射面から奥 側）の記録マークの様子が異なる（Fig.3）．2P工法は従来の CD-RやDVD+Rと同様に溝段差を利用し，溝部（グルーブ 部）にマークを形成する．これに対して，IS工法はL1層の溝 は光入射方向の反対側に配置されるため，溝間部（ランド 部）にマークを形成する必要がある．（IS工法でのL0層につ いては，溝部（グルーブ部）にマークを形成する．） Fig.4にIS工法でL1層に記録したときのマークの様子を示す． 溝間部（ランド部）にマーク形成を行うIS工法は，マークの 広がり（以下，クロストーク）が大きいことがわかる．この ため記録マークが隣接トラックに広がりやすく，記録特性に 影響を与える． substrate reflective layer recording layer(L1) protective layer bonding layer trancemittance layer recording layer(L0) substrate 䉻䊚䊷ၮ᧼ 2Ꮏᴺ 㧔Ⓧጀᣇᑼ㧕 +5 Ꮏᴺ 㧔ࠗࡦࡃ࠹࠶࠼ࠬ࠲࠶ࠢᣇᑼ㧕 ࠬ࠲ࡦࡄ ၮ᧼ ᮸⢽ࠬ࠲ࡦࡄ ਛ㑆᮸⢽ጀ ࠞࡃၮ᧼ ਛ㑆᮸⢽ጀ ࠬ࠲ࡦࡄ ࠬ࠲ࡦࡄ ၮ᧼A ၮ᧼B ਛ㑆᮸⢽ጀ ࠺ࠖࠬࠢ㧔A㧕 ࠺ࠖࠬࠢ㧔B㧕 ߪ⸥㍳ጀ/ጀFig.3 Difference of mark formation on L1 layer by using IS and 2P process.
Fig.4 SEM images of L1 layer with IS process.
Fig.5にはIS工法で作製したDVD+R DLのL0/L1層の記録層 部の断面TEM観察結果を示す．色素記録層形成には，スピン コートプロセスを用いて成膜する．L0層ではマーク形成を行 う溝部（グルーブ部）に選択的に色素膜が形成され，溝間部 （ランド部）には形成されていない．これに対してL1層では マーク形成を行う溝間部（ランド部）に選択的に色素を形成 できない．このため，前者に比べて後者はクロストークの影 響を受けやすい．
Fig.5 TEM images of L0 layer and L1 layer with IS process.
Table 1にIS工法での課題，原因，そしてそれに対する検討 内容を整理する．
Table 1 Technical item.
2-3 IS工法でのクロストークによる影響
2-3-1 IS工法でのL1記録特性
Fig.6に3T pulseで記録したときのIS工法でのL0層とL1層の3 Ｔmark Jitterを示す．ここで3T mark Jitterとは，記録マークの 中で最も短いマーク（最も長いマークは14T mark）のみの時 間軸上の変動を意味する．3T mark JitterはL0層とL1層を比較 し，Bottom Jitterに大きな差はない． Mark Recording Beam L1 layer of IS process L1 layer of 2P process G L G L L G substrate Mark L1 layer L1 layer substrate Recording Beam decomposition area G L G L G L G strech of mark 課題 原因 L1記録層での クロストーク低減 検討内容 ランド部に選択的に 色素膜を形成できない L1色素材料の熱物性 解析とその最適化
Fig.6 Dependence of Power on 3T mark Jitter of L0 layer and L1 layer with IS process.
Fig.7にIS工法でのL0，L1記録層の記録パワーに対する信号 振幅（I14modulation）の様子を示す．L1層は，L0層に比べ， 記録パワーに対して信号振幅の変動が大きい．
Fig.7 Dependence of Power on I14 modulation of L0 layer and L1 layer with IS process.
Fig.8には記録パワーに対するJitterの関係を示す．ここで記 載しているDC Jitter（1）規格値：＜9％）とは，random pulse で記録したときの再生信号のクロック信号に対する時間軸上 の変動を意味する．Jitterマージンが大きいL0層の方が記録特 性は良い．
Fig.8 Dependence of Power on DC Jitter of L0 layer and L1 layer with IS process.
Fig.6-8の結果を整理すると，3T pulseで記録した場合，隣 接トラックに記録したときのクロストークの影響がほとんど ない．そのためL0層とL1層で記録特性に大きな差はない．し かしrandom pulseで記録した場合，L1層はクロストークの影 響で信号振幅が大きくなり記録特性（Jitter）が影響を受ける． このため，3Tmark Jitterの特性と，14Tマークの変調度抑制の 両立が重要になる． 2-3-2 クロストークと記録特性の関係 クロストークとJitterの関係をFig.9に示す．クロストークが 大きくなるとJitter（再生信号のクロック信号に対する時間軸 上の変動）が大きくなり，記録特性が悪化する．
Fig.9 Relationship between CT and Jitter.
ここでクロストーク量（CT）はrandom pulse記録したとき の14TマークのHigh levelと3TマークのLow levelから定量化し た．Fig.10に示すようにクロストーク量が大きくなるとSingle Track（1回記録）に比べMulti Track（連続記録）では，隣接 トラックに記録したマークの影響で，3T Low levelが下がる． 㪍 㪎 㪏 㪐 㪈㪇 㪈㪈 㪈㪉 㪈㪊 㪈㪋 㪇 㪇㪅㪇㪌 㪇㪅㪈 㪇㪅㪈㪌 㪇㪅㪉 㪇㪅㪉㪌 㪚㪫 㪡 㫀㫋㫋㪼 㫉 㪆 㩼 㪉 㪉㪅㪌 㪊 㪊㪅㪌 㪋 㪋㪅㪌 㪌 㪊㪍 㪋㪇 㪋㪋 㪋㪏 㪌㪉 㪌㪍 㪧㫆㫎㪼㫉 㪆 㫄㪮 㪊㪫 㩷㫄 㪸㫉 㫂㩷㪡 㫀㫋 㫋㪼 㫉 㪆㩷㫅 㫊 㪣㪈㩷㫃㪸㫐㪼㫉㩷㫎㫀㫋㪿㩷㪠㪪㩷㫇㫉㫆㪺㪼㫊㫊 㪣㪇㩷㫃㪸㫐㪼㫉㩷㫎㫀㫋㪿㩷㪠㪪㩷㫇㫉㫆㪺㪼㫊㫊 㪇㪅㪌 㪇㪅㪍 㪇㪅㪎 㪇㪅㪏 㪇㪅㪐 㪊㪌 㪋㪇 㪋㪌 㪌㪇 㪧㫆㫎㪼㫉㩷㪆㩷㫄㪮 㪠㪈㪋㪤㫆㪻㫌㫃㪸 㫋㫀㫆㫅 㪣㪈㩷㫃㪸㫐㪼㫉㩷㫎㫀㫋㪿㩷㪠㪪㩷㫇㫉㫆㪺㪼㫊㫊 㪣㪇㩷㫃㪸㫐㪼㫉㩷㫎㫀㫋㪿㩷㪠㪪㩷㫇㫉㫆㪺㪼㫊㫊 㪎㪅㪇 㪏㪅㪇 㪐㪅㪇 㪈㪇㪅㪇 㪈㪈㪅㪇 㪈㪉㪅㪇 㪊㪌㪅㪇 㪋㪇㪅㪇 㪋㪌㪅㪇 㪌㪇㪅㪇 㪧㫆㫎㪼㫉㩷㪆㩷㫄㪮 㪛㪚 㪡㫀㫋 㫋㪼 㫉 㪆㩷㩼 㪣㪈㩷㫃㪸㫐㪼㫉㩷㫎㫀㫋㪿㩷㪠㪪㩷㫇㫉㫆㪺㪼㫊㫊 㪣㪇㩷㫃㪸㫐㪼㫉㩷㫎㫀㫋㪿㩷㪠㪪㩷㫇㫉㫆㪺㪼㫊㫊
(14H－3L)/14H量をI3Rと定義して，クロストーク量(CT)＝ (I3R(Multi Track) - I3R(Single Track))/I3R(Single Track)として評 価を行った．
Fig.10 RF signal comparison between Single Track and Multi Track. 2-3-3 無機保護層膜厚とクロストークの関係 IS工法で作製したL1記録層の記録マークのクロストークは 無機保護層膜厚の変形にも依存する． Fig.11に無機保護層膜厚とクロストークの関係を示す．こ れより無機保護層膜厚が厚い方が，クロストークは低減でき る．
Fig.11 Dependence of protective layer thickness on CT.
AFMを用いて記録後の無機保護層（15nmと140nm）の変形 量を確認した（Fig.12）．AFM評価についてはL１層の記録層 と無機保護層の界面で，ディスクを剥がし，記録層をエタ ノールで洗い流した状態で無機保護層表面を観察した．AFM 像を見ると縞模様が確認でき，これは溝形状（グルーブ／ラ ンド）を示している．薄膜では点状のものが確認できるが， これはマーク形成個所で無機保護層が変形していることを示 す．厚膜では点状のものは確認できず，無機保護層の変形は 見られない．
Fig.12 AFM images of UL=140nm and UL=15nm.
無機保護層膜厚は，厚膜構成（140nm）にした方がクロス ト ー ク の 影響は 低 減 で きるが ， 生 産 効率の 点 か ら 薄膜 （15nm）でも特性が見込めるディスク検討が必要である．こ の技術課題を解決するためには，IS工法に適した記録材料の 開発，すなわちL1記録層のクロストークが小さい色素材料の 開発が重要になる．
2-4
色素材料の熱物性解析と最適化検討
2-4-1 色素材料熱物性とクロストークの関係 記録材料として用いる色素の特性には光学特性，熱分解特 性，溶解性，耐久性などが挙げられ2), 3)，これらの特性を考慮 して材料設計を行うことが重要である．特に無機保護層の変 形を考慮してクロストークを低減させるには熱分解特性が重 要である．Fig.13に熱分解特性（TG-DTA）のデータを示す．Fig.13 Characteristics of TG-DTA.
熱分解温度のピーク幅（DTA終了温度－DTA開始温度）が 狭いほど，発熱しているときの熱量変化時間が短くなり，ク ロストークを低減できると考えた．特に高速記録対応用材料 としては，記録パワーが高くなるため有効である． Transformation of protective layer UL=140nm UL=15nm
Single Track Multi Track
14H 3L 14H 3L decomposition end temperature decomposition start temperature 㪇㪅㪇㪇 㪇㪅㪇㪌 㪇㪅㪈㪇 㪇㪅㪈㪌 㪇㪅㪉㪇 㪇㪅㪉㪌 㪇 㪉㪇 㪋㪇 㪍㪇 㪏㪇 㪈㪇㪇 㪈㪉㪇 㪈㪋㪇 㪈㪍㪇 㫇㫉㫆㫋㪼㪺㫋㫀㫍㪼㩷㫃㪸㫐㪼㫉 㫋㪿㫀㪺㫂㫅㪼㫊㫊 㪆㩷㫅㫄 㪚㪫
Fig.14にクロストーク量（CT）と熱分解温度のピーク幅 （DTA終了温度‐DTA開始温度）の関係を示す．また検討し た色素材料の光学物性，熱物性データをTable 2に示す．これ より2層ディスクのL1記録層に関しては熱分解温度のピーク 幅が狭い方がクロストークの影響を低減できることが分かっ た．また2層ディスクのL0記録層では熱分解温度ピーク幅に 依存せずクロストークの影響は小さい．
Fig.14 Dependence of peak width of thermal decomposition temperature on CT.
Table 2 Optical constant and thermal constant of Dye materials.
2-4-2 色素材料検討結果 Fig.14の結果より，熱分解温度のピーク幅が狭い色素材料 を中心にL1記録層材料検討を行った．Table 3に信号特性 （※最適Pwで記録した2.4ｘ，8ｘのJitter特性・変調度）を示 す．Sample1の記録層材料はA とBを組み合わせており， Sample2の記録層材料はBとCを組み合わせている．また無機 保護層（UL）の膜厚は15nm（薄膜）と140nm（厚膜）に設定 して信号特性を確認した．上記膜厚を選択した理由は，片面 2層DVD-ROMとの反射率互換性を確保（L0/L1層ともに反射 率16-30％を得る）するためである．Sample1は無機保護層膜 厚140nmの条件では記録特性を確保できているが，無機保護 層膜厚15nmではNGとなった．これは2-3-3で説明したように 薄膜にしたことで，無機保護層の変形が大きくなるため信号 特性が悪化したと考えられる．これに対し，Sample2は無機保 護層膜厚15nm，140nmともに良好な記録特性を確保できた．
Table 3 Characteristic of signal.
2-4-3 記録マーク観察結果 上記結果からは，Sample2の色素材料が8x DVD+R DLによ り適合する． こ こ で は さ ら に 記 録 パ ワ ー に 対 す る 信 号 振 幅 （I14modulation）の変動データにより，記録パワーに対する クロストークの影響を確認することで、安定性を確認する．
Fig.15 Dependence of Power on I14modulation for Sample1 and Sample2.
Fig.15 は I14modulation の 記 録 パ ワ ー 依 存 性 で あ る が ， Sample2（UL=15/140nm）は比較的，記録パワーに対する I14modulationの変動が小さく（L0と同等レベル），クロス トークの影響が十分低減できていることを確認した．また Sample1 （ UL=140nm ） に つ い て は ， Sample2 と 比 較 し て I14modulationの変動また最適記録Pwでの変調度が大きいため クロストークの影響が大きい．そのためSample2に比べて記録 特 性 （ Jitter ） で 約 0.5-1.0 ％ 程 度 悪 化 し て い る ． Sample1 （UL=140nm）とSample2（UL=15nm）の記録マークの微構造 差をSEMにて確認した（Fig.16）．
λ(max) / nm λ(max) / nm decomposition DTA DTA
(film) （sol) temperature / ℃ start temp / ℃ end temp / ℃
A 607 535 289.1 75.9 274.8 290.0 B 601 528 300.0 75.2 298.1 308.5 C 619 595 229.1 12.4 220.7 232.3 D 605 537 327.4 8.6 294.2 348.7 E 600 527 321.8 76.2 317.6 328.8 F 604 566 279.7 15.3 254.2 295.7 G 610 541 312.0 7.5 234.9 323.7 H 599 574 235.7 10.0 229.5 316.5 DTA / uV sample 㪇㪅㪇㪇 㪇㪅㪇㪌 㪇㪅㪈㪇 㪇㪅㪈㪌 㪇㪅㪉㪇 㪇㪅㪉㪌 㪇 㪉㪇 㪋㪇 㪍㪇 㪏㪇 㪈㪇㪇 㫇㪼㪸㫂 㫎㫀㪻㫋㪿 㫆㪽 㫋㪿㪼㫉㫄㪸㫃 㪻㪼㪺㫆㫄㫇㫆㫊㫀㫋㫀㫆㫅 㫋㪼㫄㫇㪼㫉㪸㫋㫌㫉㪼㩷㪆㩷㷄 㪚㪫 㪛㪭㪛㪂㪩 㪛㪣㩷㪣㪈 㫃㪸㫐㪼㫉 㪛㪭㪛㪂㪩 㪛㪣㩷㪣㪇㩷㫃㪸㫐㪼㫉 㪾㫆㫆㪻㩷㫉㪼㪺㫆㫉㪻㪼㪻 㪺㪿㪸㫉㪸㪺㫋㪼㫉㫀㫊㫋㫀㪺㫊 㪹㪸㪻㩷㫉㪼㪺㫆㫉㪻㪼㪻 㪺㪿㪸㫉㪸㪺㫋㪼㫉㫀㫊㫋㫀㪺㫊 sample1 sample2
A and B B and C spec UL=15nm 2.4x Jitter 11.2% 7.2% ＜9% 8x Jitter 10.4% 7.1% ＜9% 変調度(8x) 0.88 0.69 ＞0.60 UL=140nm 2.4x Jitter 8.1% 7.1% ＜9% 8x Jitter 7.6% 7.0% ＜9% 変調度(8x) 0.82 0.65 ＞0.60 sample Table1_dye material 㪇㪅㪌㪇 㪇㪅㪍㪇 㪇㪅㪎㪇 㪇㪅㪏㪇 㪇㪅㪐㪇 㪊㪇㪅㪇 㪊㪌㪅㪇 㪋㪇㪅㪇 㪋㪌㪅㪇 㪌㪇㪅㪇 㪧㫆㫎㪼㫉㩷㪆㩷㫄㪮 㪠㪈㪋㪤㫆 㪻㫌㫃 㪸㫋 㫀㫆 㫅 㪪㪸㫄㫇㫃㪼㪈㪶㪬㪣㪔㪈㪋㪇㫅㫄 㪪㪸㫄㫇㫃㪼㪉㪶㪬㪣㪔㪈㪌㫅㫄 㪪㪸㫄㫇㫃㪼㪉㪶㪬㪣㪔㪈㪋㪇㫅㫄
Fig.16 SEM images of Sample1 and Sample2. 記録マークは最適なJitterが得られるパワーで記録した． SEM観察は，L1層の記録層/無機保護層の界面をサンプルと した．両者のSEM像ではマーク形成部とともにその周囲に一 回り大きな色素分解領域が確認できる．最も小さいマーク （3Tマーク）にて大きさを確認すると，Sample1はSample2に 比べて分解領域が3～4倍大きいことがわかった．これは、構 成材料の発熱量（DTA×（DTA終了温度‐DTA開始温度））が， Sample2 に 比 べ て Sample1 が 大 き い た め と 考 え ら れ る （（Sample1：A=1150，B=800），（Sample2：B=800，C=150））． 発熱量の小さい方が色素分解領域は小さくなり、クロストー クが抑制され，Fig.15そしてFig.16の結果が得られたものと考 えられる． さらにここで得られた色素材料の最適化指針に基づいて材 料検討を進め，16xDVD+R DLにおいても良好なL1記録特性が 得られた（Fig.17）．
Fig.17 Recorded characteristics at 16x on L1 layer.
3．まとめ
色素記録層を用いたIS工法のDVD+R2層ディスクでは，IS工 法では従来技術が適用できず，L1層の記録層設計が困難であ ると考えられていた．しかし熱分解温度ピーク幅が小さい色 素材料開発及びディスク最適化検討により，8xDVD+R DL ディスクの開発に成功した．さらにこの技術を次世代の高速 （16x）DVD+R DLにも展開し，十分な性能が得られる可能性 を得た．4．今後の展開
今回の開発で得た技術を応用し，高速（16x）DVD+R DL ディスクの製品を開発中である．Blueディスクでもこの技術 を展開することでIS工法の多層ディスクの開発を行っていく 予定である． 参考文献1) DVD+R 8.5 Gbytes Basic Format Specifications version 1.1 2) 次世代光ディスクの高密度・高精度・高速化 技術情報協会 3) 光ディスク用有機記録材料（株）リコー 安倍通治著 㪈㪍㫏 㪈㪍㫏 㪧㫆㫎㪼㫉㪼㫉 㪪㪼㫉㪼㫉㫀 㪼㫊 㪌 㪍 㪎 㪏 㪐 㪈㪇 㪈㪈 㪌㪋 㪌㪍 㪌㪏 㪍㪇 㪍㪉 㪍㪋 㪍㪍 㪍㪏 㪎㪇 㪎㪉 㪎㪋 㪎㪍 㪎㪏 㪧㫆㫎㪼㫉 㪆 㫄㪮 㪡㫀㫋 㫋㪼 㫉㩷 㪆 㩼 Sample1 Sample2 stretch of mark decomposition area stretch of mark decomposition area 3T mark 3T mark
