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JP3916125B2 - ＺｎＳ−ＳｉＯ２スパッタリングターゲット及び該ターゲットを使用してＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜を形成した光記録媒体 - Google Patents

ＺｎＳ−ＳｉＯ２スパッタリングターゲット及び該ターゲットを使用してＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜を形成した光記録媒体 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリングによって膜を形成する際に、スパッタ時に発生するパーティクル（発塵）やノジュールを低減し、且つ高密度で品質のばらつきが少なく量産性を向上させることのできる、特にＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜形成に有用であるＺｎＳ−ＳｉＯ２スパッタリングターゲット及び該ターゲットを使用してＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜を形成した光記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ヘッドを必要とせずに記録・再生ができる高密度記録光ディスク技術が開発され、急速に関心が高まっている。この光ディスクは再生専用型、追記型、書き換え型の３種類に分けられるが、特に追記型又は書き換え型で使用されている相変化方式が注目されている。この相変化型光ディスクを用いた記録・再生の原理を以下に簡単に説明する。
相変化光ディスクは、基板上の記録薄膜をレーザー光の照射によって加熱昇温させ、その記録薄膜の構造に結晶学的な相変化（アモルファス⇔結晶）を起こさせて情報の記録・再生を行うものであり、より具体的にはその相間の光学定数の変化に起因する反射率の変化を検出して情報の再生を行うものである。
【０００３】
上記の相変化は１〜数μｍ程度の径に絞ったレーザー光の照射によって行なわれる。この場合、例えば１μｍのレーザービームが１０ｍ／ｓの線速度で通過するとき、光ディスクのある点に光が照射される時間は１００ｎｓであり、この時間内で上記相変化と反射率の検出を行う必要がある。
また、上記結晶学的な相変化すなわちアモルファスと結晶との相変化を実現する上で、溶融と急冷が光ディスクの相変化記録層だけでなく周辺の誘電体保護層やアルミニウム合金の反射膜にも繰返し付与されることになる。
【０００４】
このようなことから相変化光ディスクは、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系等の記録薄膜層の両側をＺｎＳ・ＳｉＯ２系の高融点誘電体の保護層で挟み、さらにアルミニウム合金反射膜を設けた四層構造となっている。
このなかで反射層と保護層はアモルファス部と結晶部との吸収を増大させ反射率の差が大きい光学的機能が要求されるほか、記録薄膜の耐湿性や熱による変形の防止機能、さらには記録の際の熱的条件制御という機能が要求される（雑誌「光学」２６巻１号頁９〜１５参照）。
このように、高融点誘電体の保護層は昇温と冷却による熱の繰返しストレスに対して耐性をもち、さらにこれらの熱影響が反射膜や他の箇所に影響を及ぼさないようにし、かつそれ自体も薄く、低反射率でかつ変質しない強靭さが必要である。この意味において誘電体保護層は重要な役割を有する。
【０００５】
上記誘電体保護層は、通常スパッタリング法によって形成されている。このスパッタリング法は正の電極と負の電極とからなるターゲットとを対向させ、不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電場を発生させるものであり、この時電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成され、このプラズマ中の陽イオンがターゲット（負の電極）表面に衝突してターゲット構成原子を叩きだし、この飛び出した原子が対向する基板表面に付着して膜が形成されるという原理を用いたものである。
【０００６】
従来、上記保護層は可視光域での透過性や耐熱性等を要求されるため、ＺｎＳ−ＳｉＯ２等のセラミックスターゲットを用いてスパッタリングし、１０００〜２０００Å程度の薄膜が形成されている。
これらの材料は、高周波スパッタリング（ＲＦ）装置、マグネトロンスパッタリング装置又はターゲット材に特殊な処理を施してＤＣ（直流）スパッタリング装置を使用して成膜される。
ＺｎＳ−ＳｉＯ２ターゲットの結晶粒を微細化し、且つ高密度化することで、ターゲットのスパッタ面を均一かつ平滑にすることが可能であり、パーティクルやノジュールを低減させ、さらにターゲットライフも長くなるという特徴を有する。その結果として光ディスクの生産性が向上することは知られている。
しかし、従来ＺｎＳ−ＳｉＯ２ターゲットに使用されるＳｉＯ２は、４Ｎ以上の高純度で平均粒径が０．１〜２０μｍのものが使用されており、通常８００〜１２００°Ｃの間で焼結して製造されているが、このような温度範囲ではＳｉＯ２自体の変形等は発生せず、ＺｎＳとの反応も起こらない。
したがって、このようにして製造されたＺｎＳ−ＳｉＯ２ターゲットはＺｎＳとＳｉＯ２の間に空隙を生じ易く、ＳｉＯ２を微細にするほどそれが顕著となり、ＺｎＳの緻密化も阻害されるため、ターゲット密度が低下するという問題があった。
ターゲット密度が低下すると機械的強度が低下し、スパッタリング中に割れが入るという問題も起こる。このようなことから、焼結性を上げようとして酸化アルミニウム（アルミナ）を１０〜１０００ｐｐｍ添加し、強度を増加させる提案もなされている（特開平９−１４３７０３）。しかし、アルミナの添加だけではターゲットの密度向上は得られにくいという問題がある。
【０００７】
このため、従来高密度化するためにはホットプレス等による製造条件をより高温、高面圧にする必要があった。しかし、例えば、ホットプレス法で作製する場合、高温になるほど１工程に要する時間が長くなり、また高面圧にするほどグラファイト型の強度を保つため、外周の肉厚を大きくし、荷重面積部分を小さくしなければならない。この結果、ホットプレスのバッチ当たりの生産量が著しく減少するという問題を生じた。
逆に、生産量を減少させないように、ホットプレス装置を大きくし、グラファイト型自体も大きくすることも考えられるが、ホットプレス装置やグラファイト型等のコストが上昇する。
このようなことから、従来は高密度のＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜用スパッタリングターゲットを低コストで得ることができなかった。
したがって、一般には低密度のターゲットを使用せざるを得ず、この結果スパッタリングによって膜を形成する際に、スパッタ時に発生するパーティクル（発塵）やノジュールが発生しするため、成膜の均一性及び品質が低下し、生産性も劣るという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、安定して低コストで結晶粒が微細な９０％以上の高密度ターゲット作製出来るようにし、さらに成膜の均一性を高め、生産効率を上げることができる光ディスク保護膜形成用スパッタリングターゲット及び該スパッタリングターゲットを使用してＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜を形成した光記録媒体を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、ＳｉＯ２に添加物を加えたＳｉＯ２系ガラス材料を使用することにより、ＺｎＳとの空隙を低減させ、微細化しても容易に高密度化することが可能となり、保護膜としての特性も損なわず、さらにスパッタ時に発生するパーティクルやノジュールを低減でき、膜厚均一性も向上できるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
１．添加物として金属元素、硼素、燐、砒素又はこれらの酸化物から選択した１種以上を総量で０．０１〜２０ｗｔ％含有するＳｉＯ２系ガラス粉末１〜５０ｍｏｌ％と残部ＺｎＳ粉末とを均一に分散混合した粉を使用して焼結したことを特徴とする相対密度９０％以上のＺｎＳ−ＳｉＯ２スパッタリングターゲット。
２．添加物として金属元素、硼素、燐、砒素又はこれらの酸化物から選択した１種以上を総量で０．０１〜２０ｗｔ％含有するＳｉＯ２系ガラス粉末１〜５０ｍｏｌ％、ＳｉＯ２粉末０．０１〜３０ｍｏｌ％、残部ＺｎＳ粉末とを均一に分散混合した粉を使用して焼結したことを特徴とする相対密度９０％以上のＺｎＳ−ＳｉＯ２スパッタリングターゲット。
３．金属元素がリチウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、カルシウム、バリウムであることを特徴とする上記１又は２に記載のＺｎＳ−ＳｉＯ２スパッタリングターゲット。
４．ＳｉＯ２部の結晶粒の平均粒径が０．１〜３０μｍであることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載のＺｎＳ−ＳｉＯ２スパッタリングターゲット。
を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、添加物として金属元素、硼素、燐、砒素又はこれらの酸化物から選択した１種以上を総量で０．０１〜２０ｗｔ％含有するＳｉＯ２系ガラス粉末を使用する。上記金属元素としては特に、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、カルシウム、バリウム、鉛を使用することが望ましい。このように、ＳｉＯ２系ガラス材料を使用することが本発明の大きな特徴である。
添加量が０．０１ｗｔ％未満では添加の効果がなく、また２０ｗｔ％を超えると、膜特性が大きく変わり好ましくないので、総量で０．０１〜２０ｗｔ％とする。
ターゲットの製造に際しては、上記の添加元素を含有するＳｉＯ２系ガラス粉末１〜５０ｍｏｌ％と残部ＺｎＳ粉末とを均一に分散混合して、これをホットプレス等により焼結する。
さらに前記ＳｉＯ２系ガラス粉末にＳｉＯ２粉を０．０１〜３０ｍｏｌ％を添加し、これらと残部ＺｎＳ粉末とを均一に分散混合して、これをホットプレス等により焼結することもできる。このＳｉＯ２粉の添加により、使用目的に応じて前記金属元素等の添加量を低減することができ、またＳｉＯ２の組成量を多くしても高密度化することができる。なお、いずれの添加材料も、純度が高いことが望ましく、例えば９９．９９重量％以上のものを使用するが、かならずしも、この範囲に制限されるものではない。
これにより、ＺｎＳとＳｉＯ２間の空隙が少なく、相対密度９０％以上であるＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜形成用スパッタリングターゲットを得ることができる。
【００１１】
上記の材料を添加するだけで、ＺｎＳ−ＳｉＯ２系ターゲットの結晶粒を微細化し、且つ高密度化することもできるので、ターゲットのスパッタ面を均一かつ平滑にすることができ、スパッタリング時のパーティクルやノジュールを低減させ、さらにターゲットライフも長くすることができるという著しい効果を有する。その結果として、ＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜を形成した光記録媒体の生産性が向上し、品質の優れた材料を得ることができる。
ＳｉＯ２の結晶粒の平均粒径が０．１〜３０μｍとすることによって、上記の特性をさらに改善することができる。
【００１２】
【実施例および比較例】
以下、実施例および比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例によって何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明に含まれる実施例以外の種々の変形を包含するものである。
【００１３】
（実施例１）
成分組成がＳｉＯ２−０．５ｗｔ％Ｎａ２ＯであるＳｉＯ２系ガラス粉を用い、ＺｎＳに対し２０ｍｏｌ％の比率の上記ＳｉＯ２系ガラス粉を均一に混合する。
この混合粉をグラファイトダイスに充填し、Ａｒ雰囲気、面圧１５０ｋｇ／ｃｍ２、温度１０００°Ｃの条件でホットプレスを行った。これによって得られたターゲットの相対密度は９９％であった。このターゲットの表面顕微鏡写真を図１に示す。
図１の黒色球形部はＳｉＯ２を示しており、ＳｉＯ２の結晶粒の平均粒径は５μｍ以下であり、ＺｎＳとＳｉＯ２間の表面に空隙は殆ど認められない。この結果、高密度ＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜形成用スパッタリングターゲットが得られた。
【００１４】
（実施例２）
成分組成がＳｉＯ２−０．５ｗｔ％Ｂ２Ｏ３であるＳｉＯ２系ガラス粉を用い、ＺｎＳに対し２０ｍｏｌ％の比率の上記ＳｉＯ２系ガラス粉を均一に混合する。
この混合粉をグラファイトダイスに充填し、Ａｒ雰囲気、面圧１５０ｋｇ／ｃｍ２、温度１０００°Ｃの条件でホットプレスを行った。これによって得られたターゲットの相対密度は９７％であった。この結果、高密度ＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜形成用スパッタリングターゲットが得られた。このＳＥＭ写真を図２に示す。
図２の黒色球形部はＳｉＯ２を示しており、その平均粒径は１０μｍ以下であり、ＺｎＳとＳｉＯ２間の空隙が少ないことが分かる。
【００１５】
（比較例１）
純度９９．９９％以上のＳｉＯ２粉を用い、ＺｎＳに対し２０ｍｏｌ％の比率ＳｉＯ２粉を均一に混合する。
この混合粉をグラファイトダイスに充填し、Ａｒ雰囲気、面圧１５０ｋｇ／ｃｍ２、温度１０００°Ｃの条件でホットプレスを行った。これによって得られたターゲットの相対密度は９４％であった。この結果、本発明の実施例よりも密度に劣るＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜形成用スパッタリングターゲットとなった。
このターゲットの表面顕微鏡写真を図３に示す。上記と同様に、図３の黒色球形部はＳｉＯ２を示しており、ＺｎＳとＳｉＯ２間に多くの空隙が認められた。
【００１６】
【発明の効果】
本発明のＳｉＯ２に添加物を加えたＳｉＯ２系ガラス材料を使用することにより、ＺｎＳとの空隙を低減させ、微細化しても容易に高密度化することが可能となり、保護膜としての特性も損なわず、スパッタ時に発生するパーティクル（発塵）やノジュールの発生を抑制し、成膜の均一性を高め、生産効率を上げることができる光ディスク保護膜形成用スパッタリングターゲット及び該スパッタリングターゲットを使用してＺｎＳ−ＳｉＯ２相変化型光ディスク保護膜を形成した光記録媒体得ることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１によって得られたターゲット表面の顕微鏡写真である。
【図２】実施例２によって得られたターゲット表面の顕微鏡写真である。
【図３】比較例１によって得られたターゲット表面の顕微鏡写真である。

Claims (4)

  1. 添加物として金属元素、硼素、燐、砒素又はこれらの酸化物から選択した１種以上を総量で０．０１〜２０ｗｔ％含有するＳｉＯ２系ガラス粉末１〜５０ｍｏｌ％と残部ＺｎＳ粉末とを均一に分散混合した粉を使用して焼結したことを特徴とする相対密度９０％以上のＺｎＳ−ＳｉＯ２スパッタリングターゲット。
  2. 添加物として金属元素、硼素、燐、砒素又はこれらの酸化物から選択した１種以上を総量で０．０１〜２０ｗｔ％含有するＳｉＯ２系ガラス粉末１〜５０ｍｏｌ％、ＳｉＯ２粉末０．０１〜３０ｍｏｌ％、残部ＺｎＳ粉末とを均一に分散混合した粉を使用して焼結したことを特徴とする相対密度９０％以上のＺｎＳ−ＳｉＯ２スパッタリングターゲット。
  3. 金属元素がリチウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、カルシウム、バリウムであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＺｎＳ−ＳｉＯ２スパッタリングターゲット。
  4. ＳｉＯ２部の結晶粒の平均粒径が０．１〜３０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＺｎＳ−ＳｉＯ２スパッタリングターゲット。
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