DE3735385A1

DE3735385A1 - Verfahren zur herstellung eines magnetooptischen aufzeichnungsmediums

Info

Publication number: DE3735385A1
Application number: DE19873735385
Authority: DE
Inventors: Takashi Yamada; Ryoichi Yamamoto; Masaaki Nomura; Akira Nahara
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1986-11-05
Filing date: 1987-10-19
Publication date: 1988-05-11
Also published as: JPS63117356A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmediums zur Verwendung in Informationsspeichern großer Kapazität oder dergleichen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmediums, bei welchem Sputtering für die Ausbildung einer Primärschicht auf einem Substrat verwendet wird.

Im allgemeinen werden magnetooptische Aufzeichnungsmedien durch Überlagerung einer Primärschicht eines dielektrischen Materials oder dergleichen und einer magnetooptischen Aufzeichnungsschicht auf einem Substrat hergestellt. Es ist bereits bekannt, die Ausbildung zumindest der aus einem dielektrischen Material oder dergleichen gebildeten Primärschicht und die Kontaktierung des Substrats mittels Sputtering in einer Gasentladungsatmosphäre durchzuführen.

Wenn sich die Primärschicht von dem Substrat abschält, so werden die Aufnahme- und Wiedergabecharakteristik des magnetooptischen Aufzeichnungsmediums nachteilig beeinflußt. Daher muß die Primärschicht so dem Substrat überlagert werden, daß sie fest an dem Substrat anhaftet.

Wenn jedoch Targetatome von einer Sputteringquelle sich infolge des Sputterings auf das Substrat zu bewegen, während der Ausbildung der Primärschicht, und dabei auf Teilchen des Entladungsgases in einer Sputteringkammer auftreffen, so geht ein Teil der kinetischen Energie der Targetatome verloren. Dies führt dazu, daß die Adhäsion der Targetatome am Substrat schwach ist, und daher schält sich die derart auf dem Substrat gebildete Primärschicht leicht von dem Substrat ab.

In vorteilhafter Weise wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmediums bereitgestellt, bei welchem die Adhäsion von Targetatomen an einem Substrat vergrößert wird, indem der Verlust kinetischer Energie der Targetatome während ihrer Bewegung zum Substrat minimalisiert wird.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmediums, welches keine Abschälung einer Primärschicht von dem Substrat zeigt und gute Aufzeichnungs- und Wiedergabecharakteristiken aufweist.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmediums zur Verfügung, bei welchem eine eng an einem Substrat anhaftende Primärschicht durch Sputtering in einer Gasentladungsatmosphäre gebildet wird, wobei als Verbesserung der Schritt eingeführt wird, daß der Druck des Entladungsgases so eingestellt wird, daß die Beziehung λ s lTS erfüllt ist, wobei λ s die mittlere freie Weglänge der Sputteringatome und lTS die Entfernung zwischen einem Sputteringtarget und dem Substrat bezeichnet.

Mit dem Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Druck des Entladungsgases auf einen Wert eingestellt, der nicht geringer ist als ein vorher festlegbarer Wert während der Ausbildung der Primärschicht auf dem Substrat mittels Sputtering, so daß die mittlere Stoßzahl der Sputteringatome gegen die Entladungsgasionen nicht größer ist als 1, und daher lagern sich die Sputteringatome auf dem Substrat ab, ohne viel kinetische Energie zu verlieren. Auch werden einige der sich auf dem Substrat mit geringer Adhäsion niederschlagende Sputteringatome von dem Substrat wieder durch nachfolgend auftreffende Sputteringatome mit hoher kinetischer Energie herausgestoßen. Daher kann eine Primärschicht gebildet werden, die nur aus Sputteringatomen besteht, die auf dem Substrat mit hoher Adhäsion niedergeschlagen werden. Deswegen kann eine Abschälung der Primärschicht von dem Substrat verhindert werden, und die Aufzeichnungs- und Wiedergabeeigenschaften des magnetooptischen Aufzeichnungsmediums können verbessert werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit mehr Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung von Änderungen der mittleren freien Weglänge λ s der Sputteringatome und der mittleren Stoßrate der Sputteringatome gegen Ar⁺-Ionen während einer Änderung des Argongasdrucks und

Fig. 2 ein Diagramm einer Darstellung der Änderungen der Anzahl von Proben eines magnetooptischen Aufzeichnungsmediums, deren erste Schicht sich pro 100 Proben abschält, während Abschälversuchen unter Verwendung von Zellophanbändern, während die mittlere freie Weglänge λ s der Sputteringatome geändert wird.

Das magnetooptische Aufzeichnungsmedium kann jegliche Form annehmen, beispielsweise scheibenförmig, blattförmig oder bandförmig sein, und ist mit zumindest der Primärschicht und der magnetooptischen Aufzeichnungsschicht versehen.

Das Substrat sollte vorzugsweise aus einem Material hoher Standfestigkeit gebildet werden, beispielsweise einem Kunstharz wie PMMA, PC, einem Epoxiharz oder Glas.

Die Primärschicht sollte fähig sein, die magnetooptische Aufzeichnungsschicht gegen Oxydation und andere ähnliche Probleme zu schützen und den Kerr-Drehwinkel zu vergrößern und ist beispielsweise aus einem dielektrischen Material wie Si₃N₄, AlN, SiO oder SiO₂ gebildet. Darüber hinaus können die Schicht oder Schichten, die neben der eng am Substrat anhaftenden Primärschicht vorgesehen sind, durch Sputtering oder andere Methoden gebildet werden.

Im allgemeinen wird das Entladungsgas durch Ionisation eines Inertgases wie Argon erzeugt.

Die Bezeichnung "Sputteringatome", wie sie hier gebraucht wird, bezeichnet die Targetatome, die zum Wegfliegen vom Sputteringtarget veranlaßt werden, während das Entladungsgas auf das Sputteringtarget auftrifft.

Die mittlere freie Weglänge λ s der Sputteringatome wird durch die folgende Formel ausgedrückt:

λ s = 1/( η n(rlf + r 2)²)

wobei rl den Radius der Targetatome bezeichnet, r 2 den Radius der Entladungsgasionen, und n die Dichte des Entladungsgases (T = 300 K).

Falls das Sputteringtarget aus mehreren chemischen Elementen besteht, so ist es erforderlich, daß die minimale mittlere freie Weglänge unter den mittleren freien Weglängen λ s der Sputteringatome der jeweiligen Elemente nicht geringer ist als die Entfernung lTS zwischen dem Sputteringtarget und dem Substrat. Die Einstellung der mittleren freien Weglänge λ s der Sputteringatome auf einen Wert, der nicht geringer ist als die Entfernung lTS zwischen dem Sputteringtarget und dem Substrat bedeutet, daß die mittlere Anzahl der Zeiten des Auftreffens (mittlere Stoßrate) der Sputteringatome gegen die Entladungsgasionen während der Fortbewegung der Sputteringatome von dem Sputteringtarget zum Substrat auf einen Wert nicht größer als 1 eingestellt wird.

Die vorliegende Erfindung wird weiter durch die folgenden nicht einschränkenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Eine Kammer wurde auf ein Vakuum im Bereich von etwa 1×10^-3 Torr bis etwa 1×10^-7 Torr evakuiert, und dann wurde Argongas in die Kammer eingelassen, bis eine Argongasatmosphäre bei einem Druck von etwa 2 mTorr in der Kammer gebildet wurde. Dann wurde Sputtern ausgeführt, um nacheinander eine Si₃N₄-Schicht als erste Schicht (Schutzschicht), eine Tb₂₁Fe₆₄Co₁₅-Schicht als zweite Schicht (magnetooptische Aufzeichnungsschicht), und eine Si₃N₄-Schicht als dritte Schicht (Schutzschicht) auf einem PC-Substrat zu überlagern. Auf diese Weise wurde ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium (nachstehend als Medium 1 bezeichnet) hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt wurde als Beispiel für das PC-Substrat ein 120-mm-Durchmesser PC-Substrat hergestellt. Ein Si₃N₄-Sputteringtarget und ein Tb₂₁Fe₆₄Co₁₅-Sputteringtarget wurden in einer Entfernung von 100 mm beinahe genau oberhalb des PC-Substrats angeordnet (die Entfernung zwischen dem Substrat und dem Sputteringtarget wird nachstehend durch lTS bezeichnet). Da der Argongasdruck in diesem Fall etwa 2 mTorr betrug, wurde die mittlere freie Weglänge λ s der N-Sputteringatome und die mittlere freie Weglänge λ s der Si-Sputteringatome für die Ausbildung der ersten Schicht berechnet zu etwa 160 mm und etwa 125 mm unter Verwendung der allgemeinen Formel:

mittlere freie Weglänge λ s = 1/η n(rl + r 2)²)

wobei rl den Radius der Targetatome bezeichnet, r 2 den Radius der Entladungsgasionen, und n die Dichte des Entladungsgases (T = 300 K). Daher war der Wert sowohl der mittleren Stoßzahl der N-Sputteringatome und der mittleren Stoßzahl der Si-Sputteringatome gegen die Ar⁺-Gasionen während der Bewegung der Sputteringatome von den Sputteringtargets zum Substrat nicht größer als 1.

Die mittlere freie Weglänge λ s der Co-Sputteringatome, die mittlere freie Weglänge λ s der Fe-Sputteringatome, und die mittlere freie Weglänge λ s der Tb-Sputteringatome für die Ausbildung der zweiten Schicht waren gleich etwa 83 mm, etwa 83 mm und etwa 75 mm.

Fig. 1 zeigt Änderungen der mittleren freien Weglänge λ s jeder der fünf Arten von Sputteringatomen (N, Si, Co, Fe und Tb) und Änderungen der mittleren Stoßzahl jeder der fünf Arten von Sputteringatomen gegen Ar⁺-Ionen während der Bewegung der Sputteringatome von dem Sputteringtarget zum Substrat, während der Argongasdruck geändert wurde. Wie aus Fig. 1 deutlich wird, sollte, damit die Bedingung λ s lTS erfüllt ist, wenn lTS = 100 mm ist, der Argongasdruck nicht höher sein als 2,8 mTorr für N, nicht höher als 2,4 mTorr für Si, nicht höher als 1,7 mTorr für Co, nicht höher als 1,7 mTorr für Fe, und nicht höher als 1,4 mTorr für Tb. Auch ist die mittlere freie Weglänge λ s nahezu umgekehrt proportional zum Argongasdruck, und daher ist die mittlere Stoßzahl der Sputteringatome gegen Ar⁺-Ionen annähernd proportional zum Argongasdruck.

Beispiel 2

Ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium (nachstehend als Medium 2 bezeichnet) wurde auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 erzeugt, abgesehen davon, daß der Argongasdruck auf 2,5 mTorr eingestellt wurde. In diesem Fall betrugen die mittlere freie Weglänge λ s der N-Sputteringatome und die mittlere freie Weglänge λ s der Si-Sputteringatome für die Ausbildung der ersten Schicht etwa 120 mm beziehungsweise etwa 95 mm. Die mittleren freien Weglängen λ s der Sputteringatome (Co, Fe und Tb) für die Ausbildung der zweiten Schicht betrugen etwa 64 mm für Co und Fe, und etwa 55 mm für Tb.

Vergleichsbeispiel 1

Ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium (nachstehend als Medium 3 bezeichnet) wurde auf dieselbe Weise hergestellt wie im Beispiel 1, abgesehen davon, daß der Argongasdruck auf 4,5 mTorr eingestellt wurde.

In diesem Fall betrugen die mittlere freie Weglänge λ s der N-Sputteringatome und die mittlere freie Weglänge λ s der Si-Sputteringatome für die Ausbildung der ersten Schicht etwa 60 mm beziehungsweise etwa 52 mm. Die mittlere freie Weglänge λ s der Sputteringatome (Co, Fe und Tb) für die Ausbildung der zweiten Schicht waren etwa 34 mm für Co und Fe und etwa 30 mm für Tb.

Vergleichsbeispiel 2

Ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium (nachstehend als Medium 4 bezeichnet) wurde auf dieselbe Weise hergestellt wie im Beispiel 1, abgesehen davon, daß der Argongasdruck auf 3 mTorr eingestellt wurde.

In diesem Fall betrug die mittlere freie Weglänge λ s der N-Sputteringatome und die mittlere freie Weglänge λ s der Si-Sputteringatome für die Ausbildung der ersten Schicht etwa 90 mm beziehungsweise etwa 77 mm. Die mittleren freien Weglängen λ s der Sputteringatome (Co, Fe und Tb) für die Ausbildung der zweiten Schicht betrugen etwa 49 mm für Co und Fe und etwa 44 mm für Tb.

Nach Ausbildung der ersten Schicht in jedem Fall des Mediums 1 und des Mediums 2 in Beispielen 1 und 2 und des Mediums 3 und des Mediums 4 in Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurden Abschälversuche ausgeführt unter Verwendung von Zellophanbändern in vier Richtungen auf der Oberfläche der ersten Schicht. Die Abschälversuche wurden auf 100 Proben des Mediums 1, des Mediums 2, des Mediums 3 und des Mediums 4 durchgeführt, und es wurde die Anzahl der Proben untersucht, deren erste Schicht (Schutzschicht) sich von dem Substrat abschälte. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle dargestellt.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in welchem die mittleren freien Weglängen λ s von N und Si als Sputteringatome auf der horizontalen Achse aufgetragen wurden und die Anzahl der Proben, deren erste Schicht (Schutzschicht) sich von dem Substrat abschälte, wurde auf der vertikalen Achse aufgetragen, basierend auf den in dem voranstehend genannten Abschälversuch erzielten Ergebnissen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Anzahl der Proben, deren erste Schicht (Schutzschicht) sich vom Substrat abschälte, deutlich geringer in den Fällen des Mediums 1 und des Mediums 2 in Beispielen 1 und 2 gemäß der vorliegenden Erfindung, verglichen mit den Fällen des Mediums 3 und des Mediums 4 in den Vergleichsbeispielen 1 und 2.

Auf diese Weise wurde bestätigt, daß eine Primärschicht eines dielektrischen Materials, welches eine hohe Adhäsion zum Substrat aufweist, gebildet werden kann, wenn die mittlere freie Weglänge λ s der Sputteringatome für die Ausbildung der Primärschicht nicht geringer als 100 mm in dem voranstehend genannten Fall ist. Die Bedingung, daß die mittlere freie Weglänge λ s der Sputteringatome nicht geringer als 100 mm ist, bedeutet, daß die mittlere Stoßzahl der Sputteringatome gegen die Ar⁺-Ionen während der Vorwärtsbewegung der Sputteringatome von dem Sputteringtarget zum Substrat nicht größer als 1 ist (weil lTS = 100 mm). Wie voranstehend erwähnt ist, wird der Verlust an kinetischer Energie der Sputteringatome verringert, während die mittlere Stoßzahl der Sputteringatome gegen die Entladungsgasionen während der Vorwärtsbewegung der Sputteringatome vom Sputteringtarget zum Substrat abnimmt. Daher können die Sputteringatome mit hohen Geschwindigkeiten auf das Substrat auftreffen, und dies führt dazu, daß eine Primärschicht eines dielektrischen Materials gebildet wird, welche eine starke Adhäsion zum Substrat aufweist.

Bei den voranstehend angegebenen Beispielen wird, neben der Ausbildung der Primärschicht eines dielektrischen Materials als der ersten Schicht, die Ausbildung der zweiten Schicht und die Ausbildung der dritten Schicht durch Sputtering durchgeführt. Allerdings können die zweite und dritte Schicht durch jegliche andere Methode erzeugt werden, beispielsweise durch Vakuumverdampfung.

Obwohl die Entfernung lTS zwischen dem Target und dem Substrat auf 100 mm eingestellt wird, kann die Entfernung lTS auf irgendwelche anderen Werte eingestellt werden. Allerdings ändert sich die Obergrenze für den Argongasdruck bei einer Änderung der Entfernung lTS. Beispielsweise beträgt in den Fällen, in welchen die Entfernung lTS 30 mm, 50 mm, 100 mm, beziehunsweise 150 mm beträgt, die Obergrenze für den Argongasdruck 7,0 mTorr, 4,6 mTorr, 2,5 mTorr beziehungsweise 1,7 mTorr. Die Untergrenze für den Argongasdruck, also der zur Erzielung einer stetigen elektrischen Entladung erforderliche Minimaldruck, beträgt etwa 0,1 mTorr, unabhängig von der voranstehend genannten Entfernung lTS.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines magnetooptischen Aufzeichnungsmediums, bei welchem eine eng an einem Substrat anhaftende Primärschicht mittels Sputtering in einer Entladungsgasatmosphäre gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Entladungsgases so eingestellt wird, daß die Beziehung λ s lTS erfüllt ist, wobei λ s die mittlere freie Weglänge der Sputteringatome bezeichnet und lTS die Entfernung zwischen einem Sputteringtarget und dem Substrat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß das Sputteringtarget aus mehreren chemischen Elementen besteht, der Druck des Entladungsgases so eingestellt wird, daß die minimale mittlere freie Weglänge λ s unter den mittleren freien Weglängen der Sputteringatome der jeweiligen chemischen Elemente die Beziehung λ s lTS erfüllt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärschicht aus einem dielektrischen Material ausgebildet wird, welches eine magnetooptische Aufzeichnungsschicht gegen Oxydation und ähnliche Probleme schützt und den Kerr-Drehwinkel vergrößert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Si₃N₄, AlN, SiO, und SiO₂ besteht.