JP2006028537A - 光ディスク用保護膜、保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび該スパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂と同等の光の屈折率と透過率を有し、かつ、青色ＤＶＤのシステムにおいても良好なディスク性能を確保できる保護膜を提供する。
【解決手段】 ＳｉＯ₂粉末とＳｉＣ粉末を、ＳｉＯ₂に対するＳｉＣの比率がモル比で０．２〜１．０となるように混合し、得られた混合物を真空雰囲気中または不活性雰囲気中で加圧焼結してスパッタリングターゲットを作製する。このスパッタリングターゲットをアルゴン雰囲気中でスパッタリングすることにより、Ｓｉの原子数比を１．０としたとき、Ｏ及びＣの原子数比が１．０：０．５〜１．７：０．１７の範囲にある光ディスク用保護膜を得ることができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ＤＶＤ等の光ディスクに用いられる保護膜、および保護膜形成に用いられるスパッタリングターゲットに関する。

コンピュータ情報や映像情報あるいは音楽情報を記録する媒体としてＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の各種相変化型光ディスク（以下、光ディスクと記す）が用いられている。これらの光ディスクは、方式やメーカーによって若干の構造の違いはあるものの、いずれも透明なプラスチック基板上に各種機能を有する薄膜をスパッタリングによって層状に形成することによって作られている。

図１に一般的な光ディスクの層構造を示す。図１に示すように、プラスチック基板１上に、保護膜２、記録膜３、保護膜４、反射膜５、オーバーコート層６の順に層が形成されている。

これら層のうち、保護膜は、データを記録するＧｅＳｂＴｅやＡｇＩｎＳｂＴｅ等からなる記録膜の両側を挟む形で形成される層で、従来よりＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂が用いられている。ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂は光の屈折率と透過率が高く、かつ、アモルファス構造を有するため、保護膜として用いると良好な光ディスク信頼性を確保できる。なお、保護膜に高い光の屈折率が求められる理由は、保護膜の厚さを薄くすることが可能となり、光ディスクの生産性を向上させられるためである。

一方、近年、光ディスクの記録密度を高める目的で、記録の書き込みや読み出しに用いるレーザーの波長をＣＤシステムの７８０ｎｍやＤＶＤシステムの６３３ｎｍから４０５ｎｍへと短くした光ディスクシステム、いわゆる青色ＤＶＤシステムが開発されている。

しかし、この青色ＤＶＤシステムにおいては、従来の光ディスクシステムと比較してディスク上に照射されるレーザースポット内のエネルギー密度が高く、従来材のＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂では保護膜として不十分であり、データ書き換え後に良好なジッター特性を確保できないという問題が生じてきている。

ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂以外の光ディスク用保護膜として、特許文献１（特開２００３−３３１３７０号公報）において、Ｓｉ原子を３５モル％以上含み、さらにＣとＯを含む保護膜が提案されている。この保護膜は、ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂膜とＡｇ系反射膜の間にごく薄く形成され、Ａｇ系反射層の腐食を防止する効果を有するとされる。

しかし、特許文献１で提案されている保護膜は、青色ＤＶＤへの適用を意図したものではなく、青色ＤＶＤのシステムで用いることができるかどうかは不明である。さらに、特許文献１で提案されている保護膜は、ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂膜とＡｇ系反射膜の間に設けるもので、記録膜と接することのない膜であるため、そのままＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂膜の代替として用いることはできないと考えられる。

特許文献２（特開２００３−１２１６０５号公報）においては、ディスプレイ表面の外光反射を抑制する反射防止膜を構成する低屈折率の光学用薄膜としてＳｉＣ_ｘＯ_ｙ膜を用いること、および、その形成方法として導電性ＳｉＣターゲットを用いることが示されている。しかしながら、当該発明はディスプレイ表面の外光反射を抑制する反射防止膜に用途が限定されており、記録膜の保護膜として用いることを想定したものではない。

特開２００３−３３１３７０号公報

特開２００３−１２１６０５号公報

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂と同等の光の屈折率と透過率を有し、かつ、青色ＤＶＤのシステムにおいても良好な光ディスク性能を確保できる光ディスク用保護膜を提供することを目的とする。

本発明に係るスパッタリングターゲットは、ＳｉとＯとＣとからなるスパッタリングターゲットであって、Ｓｉの原子数比を１．０としたとき、Ｏ及びＣの原子数比が１．０：０．５〜１．７：０．１７の範囲にあることを特徴とする。

当該スパッタリングターゲットは、ＳｉＯ₂粉末とＳｉＣ粉末を、ＳｉＯ₂に対するＳｉＣの比率がモル比で０．２〜１．０となるように混合し、得られた混合物を真空雰囲気中または不活性雰囲気中で加圧焼結することにより得ることができる。

前記スパッタリングターゲットは、光ディスク用保護膜の形成に用いることができる。

本発明に係る光ディスク用保護膜は、ＳｉとＯとＣとからなるディスク用保護膜であって、Ｓｉの原子数比を１．０としたとき、Ｏ及びＣの原子数比が１．０；０．５〜１．７：０．１７の範囲にあることを特徴とする。

当該光ディスク用保護膜は、前記本発明に係るスパッタリングターゲットを用いて、アルゴン雰囲気中でスパッタリングすることにより得ることが好ましい。この場合、当該光ディスク用保護膜の組成は、スパッタリングに用いたスパッタリングターゲットと実質的に同一である。

本発明に係る光ディスク用保護膜は、ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂と同等の光屈折率と光透過率を有し、かつ、記録膜および反射膜との反応性が低いので、本発明に係る光ディスク用保護膜を用いれば、青色ＤＶＤシステムにおいても良好な性能を発揮できる光ディスクを提供することができる。

本発明者は、前述した課題を解決するため試験研究を重ねた。その結果、以下のような知見を得た。

（１）青色ＤＶＤシステムにおいてＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂を保護膜として用いた場合にディスク性能を確保できない理由は、高エネルギー密度の青色レーザー照射時にＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂膜がＳｂ−Ｔｅ合金系記録膜やＡｇ合金系反射膜との間で反応を起こし、各膜の特性が大きく変化するためである。

（２）ＳｉＯ₂とＳｉＣを所定の比率で混合し焼結して得たターゲットを用いてスパッタリングすることにより、青色レーザー照射に対しても良好な特性を有する膜を得られる。

（３）ＳｉＯ₂単独あるいはＳｉＣ単独の膜を用いた場合においても、Ｓｂ−Ｔｅ合金系記録膜との間の反応性およびＡｇ合金系反射膜との間の反応性は小さいが、これらの場合には光の透過性や屈折率、あるいは他の膜との密着性等の点で所望の特性を満足することはできない。

本発明は、上述した知見に基づき完成されたものである。以下、本発明に係る光ディスク用保護膜、スパッタリングターゲット及びスパッタリングターゲットの製造方法の各構成要件における数値限定理由等について説明する。

「光ディスク用保護膜」
本発明の保護膜は、ＳｉとＯとＣとからなる。本発明の保護膜の組成は、Ｓｉの原子数比を１．０としたとき、Ｏ及びＣの原子数比が１．０：０．５〜１．７：０．１７の範囲にある。

Ｏの原子数比をこのように規定した理由は、ＯのＳｉに対する原子数比が１．０より小さくなると膜の光透過性が低下するからであり、逆にＯの含有量が１．７より大きくなると膜の屈折率が低くなりすぎて光ディスクの光学設計に支障をきたすようになるからである。

また、ＣのＳｉに対する原子数比を前記のように規定した理由は、Ｃの原子数比が０．１７より小さくなると屈折率が低くなりすぎるからであり、逆にＣの原子数比が０．５より大きくなると膜の透過性や密着性が損なわれるからである。

さらに、Ｏ及びＣの原子数比を１．０：０．５〜１．７：０．１７の範囲とするのは、膜の透過性と密着性を確保した上で、屈折率を光ディスクに用いるのに好適な値とするためである。

本発明の光ディスク用保護膜は、目的とする膜と実質的に同一の組成範囲を有するスパッタリングターゲットを、アルゴン雰囲気中において高周波電源を用いたマグネトロンスパッタリング法によりスパッタリングすることによって得ることができる。

なお、スパッタ条件によっては、同一組成のスパッタリングターゲットを用いても、生成される膜中のＯ量あるいはＣ量は若干変動する場合があるが、Ｓｉの原子数比を１．０としたときのＯとＣのそれぞれの原子数比が本発明に係る保護膜の範囲に入っていれば、本発明の範囲に含められる。

また、ＳｉＣターゲットやＳｉＣ＋Ｓｉターゲットのように酸素を含まないターゲットを用いても、酸素混合雰囲気中における反応性スパッタリングにより、酸素を含む膜を作成することは可能であり、当該方法によっても本発明に係る保護膜を作製することは可能である。さらに、酸素混合雰囲気中で反応性スパッタリングすることによって、ＳｉＣ＋ＳｉＯ₂ターゲット中のＯの原子数比よりも作成した保護膜中のＯの原子数比を高めることも可能である。しかしながら、安定した膜品質を得るには酸素濃度の厳密な制御が必要であり、実際の光ディスク生産では酸素濃度を厳密に制御することが難しいことから、この方法は好ましい作製方法とはいえない。

「スパッタリングターゲット」
本発明のスパッタリングターゲットは、ＳｉとＯとＣとからなり、その組成は、Ｓｉの原子数比を１．０としたとき、Ｏ及びＣの原子数比が１．０：０．５〜１．７：０．１７の範囲にあり、本発明に係る保護膜に要求される組成と実質的に同じである。

本発明のスパッタリングターゲットは、ＳｉＯ₂とＳｉＣからなる原料粉末を、ＳｉＯ₂に対するＳｉＣの比率がモル比で０．２〜１．０となるように、常温大気中において乾式法により混合し、得られた混合物を、通常のホットプレス法またはＨＩＰ法を用いて、真空雰囲気中または不活性雰囲気中で加圧焼結することにより得ることができる。

本発明のスパッタリングターゲットの作製に用いるＳｉＯ₂とＳｉＣの純度および粒径については特に限定しないが、高密度の焼結体を得るため、および膜の透明度を確保するため、９９．９９％程度の純度を有する１００μｍ以下の径を有する粉末が好ましい。ＳｉＯ₂とＳｉＣの粉末の混合は、乾式法でも湿式法でもよい。

また、焼結させやすくする目的でＳｉＯ₂とＳｉＣの混合時に炭素系の焼結助剤を用いることも可能である。ただし、炭素系焼結助剤の量をあまり多量にするとスパッタリングターゲットに含まれるＣ量が多くなり、その結果スパッタリングにより得られる膜中のＣ量も増加して膜の光透過性が損なわれるので、炭素系焼結助剤の量は全体の１．０質量％以下とするのが好ましい。

９９．９９％純度を有するＳｉＣ粉、ＳｉＯ₂粉を下記表１に示すような比率（ＳｉＯ₂とＳｉＣの混合モル比）で配合し、それを乾式ボールミルで１０時間混合した後に、ホットプレス装置を用いて真空雰囲気中で１２００℃で焼成して焼結体を得た。加圧圧力は３００ｋｇ／ｃｍ²とした。このようにして得られた焼結体を直径１５０ｍｍ×厚さ５ｍｍに機械加工した後、バッキングプレートへＩｎはんだで接合することにより、スパッタリングターゲットを作製した。

ターゲットの組成はＩＣＰ（inductively coupled plasma : 誘導結合プラズマ）分析で焼結体の小片を分析することにより求めた。特性評価用の薄膜試料は、これらのターゲットと日本真空技術社製スパッタ装置を用いて作製を行った。具体的には、アルゴン１００％雰囲気中で高周波電源を用いたマグネトロンスパッタ法を用い、ガラス基板上に所定の厚さの膜を形成することで作製した。形成した膜の組成はＥＰＭＡ測定により分析した。ターゲットと膜の組成分析結果を表１に示す。

形成した膜の光学特性については、エリプソメーターと分光光度計を用いて評価を行った。具体的には、ガラス基板上に形成した厚さ１０００Åの膜について、波長４０５ｎｍの光を用いて屈折率と透過率を測定した。

形成した膜と記録膜材料との反応性については、形成した厚さ１０００Åの膜の上で記録膜の成分であるＡｇ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＴｅからなる合金をアルゴン雰囲気中で８００℃まで加熱することによって溶融させ、その後室温まで冷却し、その後の膜の状態を目視観察することで評価を行った。記録膜材料と反応してしまい、形成した膜が消失した場合を不合格、膜の消失がなかった場合を合格と判定した。

形成した膜と反射膜材料との反応性については、ガラス基板上に形成した厚さ２０００Åの純Ａｇ膜の上に、各組成のターゲットを用いて２００Åの膜を形成し、これを試料として用いて評価を行った。具体的には、この試料を８０℃、８５％の恒温恒湿槽に５００時間保持した場合の純Ａｇ膜の反射率の変化を測定し、反射率の低下が５％未満の場合を合格とした。

さらに、形成した膜を実際に青色ＤＶＤ用保護膜として使用した場合の性能を確認するために、ポリカーボネート基板上に、Ａｇ反射膜１０００Å／保護膜２００Å／Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＴｅからなる記録膜２００Å／保護膜８００Åの各層をスパッタリング法により順次形成した後、さらに０．１μｍのオーバーコート層を塗布した試料を作製した。このようにして得られた試料について、初期化処理を施した後に、波長４０５ｎｍのレーザー光をオーバーコート側から照射して、書き込み処理と消去処理を１００回繰り返した。その際、線速は７．０ｍ／ｓｅｃとし、消去用レーザーパワーは３ｍＷ、書き込み用レーザーパワーは６ｍＷとした。

初期化処理終了後の試料と、１００回目の消去処理を行った後の試料について、オーバーコート側から反射率の測定を行い、反射率の変化率を求めた。

また、初期化処理後に温度８０℃、湿度８５％の恒温恒湿槽で５００時間保持した試料を作製し、同様に反射率の変化率を求めた。

保護膜性能の良否は、上記処理による反射率の劣化の程度で評価し、反射率の低下が１０％未満の場合を合格とした。

さらに、温度８０℃、湿度８５％で５００時間保持した試料については、膜の密着性試験を実施した。膜の密着性は、オーバーコートの上から接着させた接着テープを剥離させた場合に、保護膜の前後で剥離が起こった場合を不合格、それ以外を合格と判定した。

得られた結果を表２にまとめて示した。表２には同様に評価した従来材ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂（比較例３）の結果も併せて示してある。

表２から明らかなように、本発明の範囲内の保護膜（実施例１〜４）は従来材のＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂（比較例３）とほぼ同等の光学特性（屈折率と透過率）を有し、かつ、記録膜材料および反射膜材料との反応性が小さく、光ディスクとしての性能（反射膜の反射率、保護膜の密着性）を劣化させにくい。

一方、本発明の範囲内に含まれないＳｉＯ₂のみからなる保護膜（比較例１）は、光の屈折率が従来材のＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂（比較例３）よりも３０％程度小さく、光ディスクの光学設計に支障をきたす。また、本発明の範囲内に含まれないＳｉＣのみからなる保護膜（比較例２）は、光の透過率が従来材のＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂（比較例３）よりも１１％程度小さく、光ディスクの保護膜として適さない。また、記録膜および反射膜との密着性も悪い。

従来材のＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ₂（比較例３）は記録膜材料および反射膜材料との反応性が大きく、光ディスクの性能を劣化させやすい。

一般的な光ディスクの層構造を示す図である。

符号の説明

１：プラスチック基板
２，４：保護膜
３：記録膜
５：反射膜
６：オーバーコート層

Claims (6)

1. ＳｉとＯとＣとからなるスパッタリングターゲットであって、Ｓｉの原子数比を１．０としたとき、Ｏ及びＣの原子数比が１．０：０．５〜１．７：０．１７の範囲にあることを特徴とするスパッタリングターゲット。
2. ＳｉＯ₂粉末とＳｉＣ粉末を、ＳｉＯ₂に対するＳｉＣの比率がモル比で０．２〜１．０となるように混合し、得られた混合物を真空雰囲気中または不活性雰囲気中で加圧焼結することにより得られる請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
3. 光ディスク用保護膜の形成に用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲット。
4. ＳｉとＯとＣとからなるディスク用保護膜であって、Ｓｉの原子数比を１．０としたとき、Ｏ及びＣの原子数比が１．０：０．５〜１．７：０．１７の範囲にあることを特徴とする光ディスク用保護膜。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載のスパッタリングターゲットを用いて、アルゴン雰囲気中でスパッタリングすることにより得られる光ディスク用保護膜。
6. ＳｉＯ₂粉末とＳｉＣ粉末を、ＳｉＯ₂に対するＳｉＣの比率がモル比で０．２〜１．０となるように混合し、得られた混合物を真空雰囲気中または不活性雰囲気中で加圧焼結することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。

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