JP2009024212A - 光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】光記録媒体（ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＡＭなど）のＡｇ合金反射膜を形成するためのＡｇ合金スパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】Ｃｕ：０．１〜３．０質量％、Ｇａ：０．０５〜２．０質量％、Ｃａ：０．００１〜０．１質量％を含有し、残部がＡｇおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、ターゲット本体１の周囲に鍔２を有する鍔付きターゲットであって、ビッカース硬さが４０〜７０の範囲内にあることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、半導体レーザーなどのレーザービームを用いて音声、映像、文字などの情報信号を再生あるいは記録・再生・消去を行う光記録媒体（ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＡＭなど）の構成層である半透明反射膜または反射膜(以下、両者を含めて反射膜と呼ぶ)を形成するための高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲットに関するものである。

従来、ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＡＭ、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ、ＨＤ−ＤＶＤなどの光記録媒体の反射膜としてＡｇまたはＡｇ合金反射膜が使用されており、このＡｇまたはＡｇ合金反射膜は加熱された記録膜の熱を速やかに逃がす作用を有するとともに４００〜８３０ｎｍの幅広い波長域での反射率が高く、半透明反射膜として使用した場合、半透明反射膜による吸収率が小さいことから広く使用されている。

ＡｇまたはＡｇ合金反射膜の中でもＡｇ反射膜は、特に反射率が優れ、さらに熱を逃がす作用効果の目安となる熱伝導率が最も優れているところから、光記録媒体の反射膜としてＡｇが最も優れているとされている。しかし、Ａｇ反射膜は腐食され易い特性を有するとともにレーザー光の照射回数が増えるにつれて再結晶化が速く、再結晶粒が大きく成長することによって表面粗さが大きくなりやすく、そのために反射率が低下して使用寿命が短い。さらにＡｇ反射膜を半透明反射膜として使用した場合、半透明反射膜の厚さが極めて薄いものであるために、レーザー光の透過によって半透明反射膜が凝集し、それによって半透明反射膜に穴があき、使用寿命が短くなると言う欠点があった。
そのために、光記録媒体の反射膜としてはＡｇにその他の元素を添加して粒成長や再結晶速度を遅延させたＡｇ合金が広く使用されており、前記従来の光記録媒体のＡｇ合金反射膜として多種多様なＡｇ合金からなる光記録媒体の反射膜が提案されている。この中でもＣｕ：０．１〜３．０質量％、Ｇａ：０．０５〜２．０質量％、Ｃａ：０．００１〜０．１質量％を含有し、残部がＡｇおよび不可避不純物からなる組成のＡｇ合金ターゲットを用いスパッタリングすることにより得られたＡｇ合金反射膜は、レーザー光の高出力高密度化に耐えることができる光記録媒体の優れた反射膜であるとされている（特許文献１参照）。

一般に、スパッタリングターゲットは、ターゲットの裏面に熱伝導性に優れたバッキングプレートをろう付けし、このバッキングプレートをろう付けしたターゲットのバッキングプレートを把持してスパッタリング装置に固定し、スパッタリングが行われている。しかし、Ａｇ合金ターゲットはＡｇ合金自体が導電性に優れているので、Ａｇ合金ターゲットの場合は図１の斜視図に示されるように、鍔２をターゲット本体１の周囲に一体型に形成した鍔付きターゲット１０を使用してスパッタリングを行っている。前記鍔付きターゲット１０は、従来のバッキングプレート付きターゲットにおけるバッキングプレート部分もＡｇ合金で構成されていることから、その厚さを厚くすることができ、従来のバッキングプレート付きターゲットと比べてスパッタ時間を長くすることができて効率的にスパッタリングを行うことができる。

この鍔付きターゲット１０を使用してスパッタリングを行うことによりＡｇ合金反射膜を形成するには、図２の断面説明図に示されるように、この鍔付きターゲット１０をマグネット３、３´、３´´を内蔵した冷却台７の上に載置し、把持具６によって鍔付きターゲット１０の鍔２を冷却水が漏洩しないようにしっかりと固定し、Ａｒガスのプラズマ５を発生させ、マグネット３、３´、３´´により鍔付きターゲット１０に磁場をかけながら磁力線８を発生させ、Ａｒ^＋を鍔付きターゲット１０のターゲット本体１に衝突させ、基板４の表面にＡｇ合金反射膜を形成している。
特開２００６−１２７５９４号公報

近年、コスト低減のために、Ａｇ合金反射膜の成膜速度を上げるべくスパッタリングの出力を高め、同時にＡｇ合金からなる鍔付きターゲットの冷却を早めるべく冷却水の供給圧力を上げている。しかし、一般に、Ａｇ合金からなる従来の鍔付きターゲットは硬度が低く、スパッタリング速度を早めて成膜速度を上げるべく冷却水の供給圧力を上げると、従来のＡｇ合金からなる従来の鍔付きターゲットは硬度が低いので冷却水の圧力により図３に示されるように押出され凸状に変形し、Ａｇ合金からなる従来の鍔付きターゲットの真下中央に設置されているマグネット３との距離Ｈが大きくなり、それに伴って磁力線４の分布状態が変化する。
この現象は、スパッタリング時間が短くスパッタリング初期の鍔付きターゲットにおけるターゲット本体１の厚さがまだ十分にあるときは変形量が少なく、ターゲットとマグネットとの隙間Ｈは小さいが、長時間スパッタリングを行ってターゲットが消耗し、厚さが薄くなると冷却水の圧力によって鍔付きターゲット１０が凸状に大きく変形し、かかる鍔付きターゲット１０が大きく凸状に変形すると、ターゲットを通る磁力線が変化し、スパッタリング初期の磁力線とスパッタリング終期の磁力線とでは形状が相違するようになり、スパッタリング初期と終期とでは形成されるＡｇ合金反射膜の膜厚分布が相違するようになるので好ましくない。

そこで本発明者らは、これら問題点を解決すべく研究を行なっていたところ、従来のＣｕ：０．１〜３．０質量％、Ｇａ：０．０５〜２．０質量％、Ｃａ：０．００１〜０．１質量％を含有し、残部がＡｇおよび不可避不純物からなる組成のＡｇ合金ターゲットは、熱処理したのち空冷していたのでビッカース硬さ（以下、ＨＶと記す）が４０未満であったが、熱処理したのち水冷することによりＨＶを４０〜７０に上げることができ、このＨＶを４０〜７０に上げた高硬度鍔付きターゲットは長時間スパッタリングを行っても変形が少なく、したがって、ターゲットの変形によって生じる磁力線の分布の変化が小さくなって、形成されるＡｇ合金反射膜の膜厚分布がスパッタリング初期と終期とで変化することが少ない、という研究結果が得られたのである。

この発明は、かかる研究結果に基づいて成されたものであって、
（１）Ｃｕ：０．１〜３．０質量％、Ｇａ：０．０５〜２．０質量％、Ｃａ：０．００１〜０．１質量％を含有し、残部がＡｇおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、ビッカース硬さが４０〜７０の範囲内にある光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲット、に特徴を有するものである。

前記（１）記載のビッカース硬さが４０〜７０の範囲内にある光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲットは、従来のＡｇ合金ターゲットを加熱熱処理後、水冷することにより得られ、その組織は平均結晶粒径：５〜２００μｍの結晶組織となっており、この結晶組織は再結晶組織となっている。したがって、この発明は、
（２）前記（１）記載のＡｇ合金スパッタリングターゲットは、平均結晶粒径：５〜２００μｍの結晶組織を有する光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲット、
（３）前記結晶組織は、再結晶組織である前記（２）記載の光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲット、に特徴を有するものである。

この発明の光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲットは、図１に示されるターゲット本体１の周囲に鍔２を有する鍔付きターゲット１０である。したがって、この発明は、
（４）前記光記録媒体の反射膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、ターゲット本体の周囲に鍔を有する鍔付きターゲットである前記（１）、（２）または（３）記載の光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲット、に特徴を有するものである。

この発明の光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲットを製造するには原料として純度：９９.９９質量％以上の高純度Ａｇおよび高純度Ｃｕ、いずれも純度：９９.９質量％以上のＧａ、Ｃａを用意し、まず、ＡｇまたはＡｇおよびＣｕを高真空もしくは不活性ガス雰囲気中で溶解して得られたＡｇ溶湯またはＡｇ―Ｃｕ合金溶湯を作製し、これらの溶湯にそれぞれＧａ、Ｃａ、を所定の含有量となるように添加し、その後、真空または不活性ガス雰囲気中で鋳造してインゴットを作製し、これらインゴットを冷間加工し熱処理を加えたのち水冷し、その後、機械加工することにより製造することができる。
前記Ａｇ溶湯またはＡｇ―Ｃｕ合金溶湯にＧａを添加する方法はＧａを予めＡｇ箔で包んで添加することが好ましく、またＣａはＡｇへの固溶が殆どないので、均質なターゲットを作製するためにＡｇ−Ｃａ母合金を予め作製し、これら母合金を高周波真空溶解したＡｇ溶湯またはＡｇ−Ｃｕ合金溶湯に添加することが好ましい。

この発明の光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲットの成分組成はすでに知られている成分組成であるからその限定理由の説明は省略する。この発明の光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲットのビッカース硬さを４０〜７０にしたのは、ビッカース硬さが４０未満では長時間スパッタ後のターゲットの反りが大きくなるために膜厚分布の悪化傾向が顕著になるので好ましくなく、一方、ビッカース硬さが７０を越えると熱処理が不十分なために圧延組織が残ったものとなる傾向が強くなり、スパッタ初期より膜厚分布が不均一なものとなるため好ましくない、という理由によるものである。
また、その結晶組織または再結晶組織の平均結晶粒径を５〜２００μｍに規定したのは、平均結晶粒径が５μｍ未満では熱処理が不十分であり、膜厚分布が不均一となるので好ましくなく、一方、平均結晶粒径が２００μｍを越えると、ターゲットの反りが大きくなり、そのために膜厚分布が不均一となる悪化傾向を示すので好ましくない、という理由によるものである。

この発明の光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲットは、従来の光記録媒体用Ａｇ合金スパッタリングターゲットに比べて、長時間スパッタリングを行ってもスパッタリング初期に得られた反射膜とスパッタリング終期に得られた反射膜の厚さ分布の変化が少なく、均一な特性を有する光記録媒体を製造することができ、メディア産業の発展に大いに貢献し得るものである。

原料として純度：９９.９９質量％以上の高純度Ａｇ、純度：９９.９９質量％以上の高純度Ｃｕ、Ａｇ箔に包んだ純度：９９.９質量％以上のＧａ、Ａｇ−５質量％Ｃａ母合金を用意した。
Ａｇを高周波真空溶解炉にて溶解することによりＡｇ溶湯を作製し、さらにＡｇおよびＣｕを高周波真空溶解炉にて溶解することによりＡｇ−Ｃｕ合金溶湯を作製した。得られたＡｇ溶湯およびＡｇ−Ｃｕ合金溶湯に、Ａｇ箔に包んだＧａ、Ａｇ−５質量％Ｃａ母合金を添加してＡｇ合金溶湯を作製し、得られたＡｇ合金溶湯を黒鉛製鋳型にＡｒガス雰囲気中で鋳造することにより表１に示される成分組成を有するインゴットを作製した。

実施例
得られたインゴットを５５０℃、２時間保持の条件で加熱し水冷した後、所定の大きさに切断し、次いで冷間圧延し、その後、表１に示される温度で１時間保持の条件で熱処理を加えたのち水冷し、その後、機械加工することにより図１に示されるようなターゲット本体１の直径が２００ｍｍ、厚さが１５ｍｍ、鍔の直径が２１０ｍｍ、厚さが５ｍｍの寸法を有し、表１に示されるビッカース硬さおよび平均再結晶粒径を有する本発明Ａｇ合金鍔付きターゲット（以下、本発明ターゲットという）１〜６を作製した。

従来例
さらに、得られたインゴットを５５０℃、２時間保持の条件で加熱し水冷した後、所定の大きさに切断し、次いで冷間圧延し、その後、表１に示される温度で１時間保持の条件で熱処理を加えたのち空冷し、その後、機械加工することにより図１に示されるようなターゲット本体１の直径が２００ｍｍ、厚さが１５ｍｍ、鍔の直径が２１０ｍｍ、厚さが５ｍｍの寸法を有し、表１に示されるビッカース硬さおよび平均結晶粒径を有する従来Ａｇ合金鍔付きターゲット（以下、従来ターゲットという）１〜６を作製した。
なお、前記実施例および従来例で測定したビッカース硬さはＪＩＳＺ２２４４に規定されている測定法により測定したものであり、前記平均結晶粒径は下記の条件の線分法により求めた値である。
平均結晶粒径の測定方法：
本発明ターゲット１〜６および従来ターゲット１〜６より切り出した試料面を鏡面に研磨し、過酸化水素水とアンモニア水からなるエッチング液にてエッチングしたのち、結晶粒界を判別することができる倍率：５０〜１０００倍の範囲内の光学顕微鏡にて顕微鏡写真を撮り、得られた写真を横切って無造作に４本の直線を描き、この４本の直線にそれぞれ交差する結晶粒界を計数し、下記の計算式：
平均結晶粒径＝（３／２）・（Ｌ／Ｎ）・（１／Ｍ）
（ただし、Ｌ：４本の線分の長さの合計（μｍ）、Ｎ：４本の線分と結晶粒とが交差する結晶粒界の総数、Ｍ：写真の倍率）
を用いて平均結晶粒径を求めた。

本発明ターゲット１〜６および従来ターゲット１〜６を図２に示されるようにそれぞれ直流マグネトロンスパッタ装置の冷却台７の上に載置し、把持具６によってターゲットの鍔２を冷却水が漏洩しないようにしっかりと固定し、真空排気装置にて直流マグネトロンスパッタ装置内を１×１０^-4Ｐａまで排気した後、Ａｒガスを導入して１．０Ｐａのスパッタガス圧とし、続いて直流電源にてターゲットに２ＫＷの直流スパッタ電力を印加し、前記ターゲットに対抗しかつ７０ｍｍの間隔を設けてターゲットと平行に配置した縦：３０ｍｍ、横：３０ｍｍ、厚さ：０．５ｍｍの無アルカリガラス基板と前記ターゲットの間にプラズマを発生させ、冷却水圧が０．４ＭＰａとなるように冷却水を流しながら断続的に積算電力量で１００ＫＷｈのスパッタリングを行なった。１００ＫＷｈのスパッタリングを終了したのち本発明ターゲット１〜６および従来ターゲット１〜６を取り出して図４に示されるように平面基材の上に載置し、隙間ゲージにて最大隙間間隔Ｓを測定し、その結果を表１に示した。

表１に示される結果から、本発明ターゲット１〜６を用い、１００ＫＷｈのスパッタリングを行うことにより変形した最大隙間間隔Ｓは、いずれも従来ターゲット１〜６を用いて１００ＫＷｈのスパッタリングを行うことにより変形した最大隙間間隔Ｓに比べて小さいことから、本発明ターゲット１〜６は従来ターゲット１〜６に比べて変形しにくいことがわかる。

Ａｇ合金鍔付きターゲットの斜視図である。 Ａｇ合金鍔付きターゲットをスパッタリング装置にセットした状態を示す断面説明図である。 Ａｇ合金鍔付きターゲットをスパッタリング装置にセットしスパッタリングした状態を示す断面説明図である。 Ａｇ合金鍔付きターゲットの変形量を測定する方法を説明するための断面説明図である。

符号の説明

１：ターゲット本体、２：鍔、３、３´、３´´：マグネット、４：基板、５：プラズマ、６：把持具、７：冷却台、８：磁力線、９：平面基材、１０：鍔付きターゲット

Claims (4)

1. Ｃｕ：０．１〜３．０質量％、Ｇａ：０．０５〜２．０質量％、Ｃａ：０．００１〜０．１質量％を含有し、残部がＡｇおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、ビッカース硬さが４０〜７０の範囲内にあることを特徴とする光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲット。
2. 前記請求項１記載のＡｇ合金スパッタリングターゲットは、平均結晶粒径：５〜２００μｍの結晶組織を有することを特徴とする光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲット。
3. 前記結晶組織は、再結晶組織であることを特徴とする請求項２記載の光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲット。
4. 前記光記録媒体の反射膜形成用銀合金スパッタリングターゲットは、ターゲット本体の周囲に鍔を有する鍔付きターゲットであることを特徴とする請求項１、２または３記載の光記録媒体の反射膜形成用高硬度Ａｇ合金スパッタリングターゲット。

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