JP4579224B2 - 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の製造方法 - Google Patents

Description

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、特に相変化型光ディスク保護膜形成に有用であるカルコゲン化物と珪酸化物の複合体からなるスパッタリングターゲットの製造方法に関する。

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。

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。

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・ＳｉＯ_２系等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。

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。

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−ＳｉＯ_２等のカルコゲン化物と珪酸化物の複合体からなる（以下、特に物質名を記載しない限りＺｎＳ−ＳｉＯ_２の代表例をもって説明する。）ターゲットを用いてスパッタリングし、５００〜２０００Å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。
カルコゲン化物と珪酸化物の複合体からなる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、従来カルコゲン化物を母相とした珪酸化物との複合体からなるターゲットを作製する場合、カルコゲン化物の焼結温度範囲内において、カルコゲン化物と珪酸化物の反応が生じにくく、珪酸化物自体の変形等も生じない。尚且つ一般的にカルコゲン化物に比べて珪酸化物は絶縁性が高く、スパッタリングの放電安定性を考慮すると、カルコゲン化物の母相に微細な珪酸化物が均一に分散したターゲットが望まれる。
このようなカルコゲン化物と珪酸化物ターゲットはカルコゲン化物と珪酸化物の間に空隙を生じ易く、珪酸化物を微細にするほどそれが顕著となり、カルコゲン化物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。

特に、パーティクルはカルコゲン化物と珪酸化物の間の空隙が原因となっていると考えられ、ノジュールはスパッタ率の低い珪酸化物を起点として発生していると考えられる。したがって、カルコゲン化物と珪酸化物の間の空隙が少なく、スパッタ侵食方向に連続して存在する珪酸化物ができるだけ少ないことが望ましい。

本発明は、安定して低コストで結晶粒が微細な９７％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、特に相変化型光ディスク保護膜形成に有用であるカルコゲン化物と珪酸化物の複合体からなるスパッタリングターゲットの製造方法を得ることを目的とする。

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、珪酸化物の形状を調整し、かつ微細化することで、ターゲットのスパッタ面を均一で平滑とすることができ、また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．カルコゲン化物粉末と珪酸化物及びアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属又はこれらの酸化物の粉末を均一に分散混合して、これを焼結することにより、カルコゲン化物と珪酸化物の複合体からなる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の製造方法であって、少なくともエロージョンの部位に存在する珪酸化物のスパッタ面の法線方向の平均長さをＡ、該法線に対して垂直方向の平均長さをＢとしたとき、平均長さＡが０．１〜１０μｍであり、０．６≦Ａ／Ｂ≦０．９５となる組織を有する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の製造方法
２．１１００°Ｃ以下の温度で焼結することを特徴とする上記１記載の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の製造方法
３．カルコゲン化物が硫化亜鉛を含むことを特徴とする上記１又は２記載の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の製造方法
４．珪酸化物の割合が１〜５０ｍｏｌ％であることを特徴とする上記１〜３のいずれか一項に記載の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の製造方法
５．珪酸化物が純度９８％以上の二酸化珪素であることを特徴とする上記１〜４のいずれか一項に記載の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の製造方法
６．珪酸化物の結晶化温度が９００〜１４００°Ｃの範囲にあることを特徴とする上記１〜５のいずれか一項に記載の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の製造方法
７．相対密度が９７％以上であることを特徴とする上記１〜６のいずれか一項に記載の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の製造方法
８．アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属又はこれらの酸化物の粉末を０．００１〜５ｗｔ％添加することを特徴とする上記１〜７のいずれか一項に記載の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の製造方法、を提供する。

本発明は、スパッタ面の法線方向に対して存在する珪酸化物の法線方向の長さをＡ、該法線に対して垂直方向の長さをＢとしたとき、０．６≦Ａ／Ｂ≦０．９５となる組織を有するカルコゲン化物と珪酸化物の複合体からなる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することにより、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させ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という著しい効果を有する。
これによって、ターゲット中のＳｉＯ_２等を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、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。

本発明のカルコゲン化物と珪酸化物の複合体からなる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は、少なくともエロージョンの部位において、スパッタ面に存在する珪酸化物の法線方向の平均長さをＡ、該法線に対して垂直方向の平均長さをＢとしたとき、０．６≦Ａ／Ｂ≦０．９５となる組織を有することが大きな特長である。
換言すると、上記の条件でスパッタリングターゲットの厚み方向に亘って存在するＳｉＯ_２粒の存在を減少させる、すなわちＳｉＯ_２粒を薄くし扁平とすることによりパーティクルやノジュールの発生を効果的に抑制することが可能となった。
また、スパッタ面に存在する珪酸化物の法線方向の平均長さが０．１〜１０μｍであることがさらに有効である。

さらに、本発明の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は、カルコゲン化物には少なくとも硫化亜鉛を含み、また珪酸化物の組成が１〜５０ｍｏｌ％であることが望ましい。
前記珪酸化物として、代表的には純度９８％以上の二酸化珪素を使用し、さらには珪酸化物の結晶化温度が９００〜１４００°Ｃの範囲にあることが望ましい。 本発明の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は相対密度９７％以上を達成できる。本発明は、上記スパッタリングターゲットを使用して相変化型光ディスク保護膜を形成した光記録媒体を含むものである。
ターゲットの製造に際しては、下記実施例に具体的に示すように、カルコゲン化物粉末と珪酸化物の粉末を均一に分散混合して、これをホットプレス等により成形する。これによって、カルコゲン化物粉末と珪酸化物間の空隙が少なく、相対密度９７％以上である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。

アルカリ土類金属若しくはこれらの酸化物又はアルカリ金属若しくはこれらの酸化物から選択した１種以上０．００１〜５ｗｔ％の添加は、本発明のターゲットの製造を容易にし、かつ有効である。アルカリ金属はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒを含み、アルカリ土類金属はＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａを含む。さらに硼素、アルミニウム、りん、砒素又はこれらの酸化物を０．００１〜１０ｗｔ％含有させることもできる。
本発明のターゲットは結晶粒を微細化し、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、本発明の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。

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。

（実施例１）
純度４Ｎ（９９．９９％）以上のＺｎＳ粉末と０．１ｗｔ％Ｎａ_２Ｏを含むＳｉＯ_２粉末を用い、ＺｎＳに対し２０ｍｏｌ％の比率でＳｉＯ_２を混合する。
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／ｃｍ^２、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。また、スパッタ面のＳｉＯ_２部の、法線方向の平均長さと該法線に対して垂直な方向の平均長さの比（Ａ／Ｂ）は０．７であり、ＳｉＯ_２部の法線方向の平均長さは８μｍであった。

（実施例２）
純度４Ｎ（９９．９９％）以上のＺｎＳ粉末と０．２ｗｔ％ＣａＯを含むＳｉＯ_２粉末を用い、ＺｎＳに対し２０ｍｏｌ％の比率でＳｉＯ_２を混合する。
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／ｃｍ^２、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９８％であった。また、スパッタ面のＳｉＯ_２部の、法線方向の平均長さと該法線に対して垂直な方向の平均長さの比（Ａ／Ｂ）は０．９であり、ＳｉＯ_２部の法線方向の平均長さは１０μｍであった。

（実施例３）
純度４Ｎ（９９．９９％）以上のＺｎＳ粉末と０．２ｗｔ％Ｋ_２Ｏを含むＳｉＯ_２粉末を用い、ＺｎＳに対し２０ｍｏｌ％の比率でＳｉＯ_２を混合する。
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／ｃｍ^２、温度１１００°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９９．５％であった。また、スパッタ面のＳｉＯ_２部の、法線方向の平均長さと該法線に対して垂直な方向の平均長さの比（Ａ／Ｂ）は０．６であり、ＳｉＯ_２部の法線方向の平均長さは６μｍであった。

（比較例１）
純度４Ｎ（９９．９９％）以上のＺｎＳ粉末とＳｉＯ_２粉末を用い、ＺｎＳに対し２０ｍｏｌ％の比率でＳｉＯ_２を混合する。
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／ｃｍ^２、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。また、スパッタ面のＳｉＯ_２部の、法線方向の平均長さと該法線に対して垂直な方向の平均長さの比（Ａ／Ｂ）は１．１であり、ＳｉＯ_２部の法線方向の平均長さは１５μｍであった。

（比較例２）
純度４Ｎ（９９．９９％）以上のＺｎＳ粉末とＳｉＯ_２粉末を用い、ＺｎＳに対し２０ｍｏｌ％の比率でＳｉＯ_２を混合する。
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３００ｋｇ／ｃｍ^２、温度１１００°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９８％であった。また、スパッタ面のＳｉＯ_２部の、法線方向の平均長さと該法線に対して垂直な方向の平均長さの比（Ａ／Ｂ）は１．０であり、ＳｉＯ_２部の法線方向の平均長さは１３μｍであった。

上記実施例１〜３及び比較例１〜２により製造したターゲットを用いてスパッタ試験を実施した。スパッタ条件は、入力パワー５Ｗ／ｃｍ^２、Ａｒガス圧０．５Ｐａとした。この試験によるノジュール発生個数とスパッタ面の粗さを測定した。この結果を表１に示す。
表１に示す通り、比較例に比べ実施例のノジュール発生個数は著しく減少し、またスパッタ面の粗さも小さいことが分かる。これによって、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、特に相変化型光ディスク保護膜形成に有用であるカルコゲン化物と珪酸化物の複合体からなるスパッタリングターゲットを得ることができる。
また、ＳｉＯ_２部の前記長さの比Ａ／Ｂとノジュールの発生及びターゲットの表面粗さに相関関係があり、それは図１及び図２に示す通りである。図１はノジュールの発生率とＳｉＯ_２部の長さの比Ａ／Ｂの相関を示すグラフであり、図２は表面粗さＲａ（μｍ）とＳｉＯ_２部の長さの比Ａ／Ｂの相関を示すグラフである。
したがって、ＳｉＯ_２部の前記長さの比Ａ／Ｂを調整することにより、ノジュールの発生及びターゲットの表面粗さを制御することができる。

本発明は、スパッタ面の法線方向に対して存在する珪酸化物の法線方向の長さをＡ、該法線に対して垂直方向の長さをＢとしたとき、０．６≦Ａ／Ｂ≦０．９５となる組織を有するカルコゲン化物と珪酸化物の複合体からなる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することにより、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させ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という著しい効果を有する。
これによって、ターゲット中のＳｉＯ_２等を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、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相変化型光ディスク保護膜を形成した光記録媒体として有用である。

ノジュールの発生率とＳｉＯ_２部の長さの比Ａ／Ｂの相関を示すグラフである。 表面粗さＲａ（μｍ）とＳｉＯ_２部の長さの比Ａ／Ｂの相関を示すグラフである。

Claims (7)

1. 硫化亜鉛粉末と二酸化珪素及びアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属又はこれらの酸化物の粉末を均一に分散混合して、これを焼結することにより、硫化亜鉛と二酸化珪素の複合体からなる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の製造方法であって、少なくともエロージョンの部位に存在する二酸化珪素のスパッタ面の法線方向の平均長さをＡ、該法線に対して垂直方向の平均長さをＢとしたとき、平均長さＡが０．１〜１０μｍであり、０．６≦Ａ／Ｂ≦０．９５となる組織を有する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の製造方法。
2. １１００°Ｃ以下の温度で焼結することを特徴とする請求項１記載の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の製造方法。
3. 二酸化珪素の割合が１〜５０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１又は２記載の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の製造方法。
4. 二酸化珪素の純度が９８％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の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の製造方法。
5. 二酸化珪素の結晶化温度が９００〜１４００°Ｃの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の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の製造方法。
6. 相対密度が９７％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の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の製造方法。
7. アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属又はこれらの酸化物の粉末を０．００１〜５ｗｔ％添加することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の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の製造方法。

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