JP3915113B2 - 光記録媒体保護層形成用スパッタリングターゲット焼結材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザーなどの光ビームを用いて、情報の記録や再生、さらに消去を行う光ディスクなどの光記録媒体の構成層である保護層をスパッタリング法にて形成するのに用いられるスパッタリングターゲット焼結材（以下、ターゲット材と云う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、上記の光ディスクなどの光記録媒体が、基本的に例えばポリカーボネイトの基板と、これの表面にいずれもスパッタリング法により形成された下部保護層、記録層、上部保護層、および反射層の構成層からなることが知られている。
また、上記の光記録媒体が、例えば図３に概略縦断面図で示される高周波マグネトロンスパッタリング装置を用い、まず、内部を循環する冷却水によって冷却されたバッキングプレートに所定の組成をもったターゲット材を取り付け、装置内を真空排気装置にて排気した後、Ａｒガスを導入して所定のスッパッタガス圧に保持し、この状態でマッチングボックスを介して設置された高周波電源にてターゲット材に高周波電力を印加し、これによってターゲット材と、これに対向し、かつ所定の間隔を設けて配置した、例えばポリカーボネイトの基板との間にプラズマを発生させ、このプラズマ中のＡｒイオンをターゲット材の表面に衝突させてスパッタし、スパッタ粒子を基板表面にそれぞれ構成層として蒸着することにより形成されることも知られている。
【０００３】
さらに、上記の光記録媒体の構成層である保護層（下部保護層および上部保護層）の形成に、例えば特開平６−６５７２５号公報に記載されるように、例えば原料粉末として、いずれも１０μｍ以下の平均粒径および９９．９質量％以上の純度を有する酸化けい素（以下、ＳｉＯ₂で示す）粉末および硫化亜鉛（以下、ＺｎＳで示す）を用い、これら原料粉末を、質量％で（以下、％は質量％を示す）、
ＳｉＯ₂：４〜２０％、
ＺｎＳ：残り、
の割合に配合し、混合した後、ホットプレス焼結することにより製造され、かつ走査型電子顕微鏡による組織観察で、相対的に含有割合の多いＺｎＳが素地を形成し、４〜２０％の相対的に含有割合の少ないＳｉＯ₂が分散相を構成する組織を有するターゲット材が用いられていることも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の上記の光ディスクなどの光記録媒体の生産性の向上に対する要求は強く、これに伴い、構成層の成膜速度も高速化の傾向にあり、しかし高速成膜を行うためにはターゲット材に印加する電力を高くして高出力スパッタ条件とする必要があるが、特に上記の従来ターゲット材を用いて保護層を形成するに際して、これの高速成膜を行う目的でスパッタ条件を高出力スパッタ条件とすると、ターゲット材に割れが発生し易くなり、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは,上述の観点から、上記の光記録媒体保護層形成用の従来ターゲット材に着目し、これの耐割損性向上を図るべく研究を行った結果、
（ａ）上記の従来ターゲット材が高速成膜を行う目的で印加した高スパッタ電力で割れが発生し易いのは、素地を構成するＺｎＳ相が高いスパッタ衝撃に対してきわめて脆い性質を有することに原因があること。すなわち高スパッタ電力の印加でターゲット材表面が受ける高いスパッタ衝撃によって素地を構成するＺｎＳ相には無数の微細なクラックが発生し、この微細なクラックはＺｎＳ相が連続相（素地）を構成するために経時的に大きな割れに発展し、この割れで使用寿命に至ること。
（ｂ）上記の従来ターゲット材で分散相を構成するＳｉＯ₂相は同ＺｎＳ相に比して耐スパッタ衝撃性のきわめてすぐれたものであること。
（ｃ）したがって、ＳｉＯ₂で素地（連続相）を形成し、ＺｎＳを分散相とすれば、高スパッタ衝撃でＺｎＳ相に微細なクラックが発生しても、このクラックの成長は前記ＺｎＳ相を取り囲むように分布するＳｉＯ₂相によって抑制されることから、前記クラックがターゲット材を割損に至らしめる大きな割れには発展しないこと。
（ｄ）しかし、相対的に含有割合の少ないＳｉＯ₂で連続相を形成したターゲット材を製造することは、通常の製法、すなわち原料粉末として、いずれも通常の粒度を有するＺｎＳ粉末とＳｉＯ₂粉末を混合して燒結する方法では不可能で、上記の従来ターゲット材のもつ組織となることは避けられないが、原料粉末として相互に粒度の異なるＺｎＳ粉末とＳｉＯ₂粉末、すなわち相対的に粗粒のＺｎＳ粉末と微粒のＳｉＯ₂粉末、望ましくはレーザー回折・散乱法にて測定した平均粒径で１〜１０μｍのＺｎＳ粉末とＪＩＳ・Ｒ１６２６の「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」により測定した平均粒径で５〜２００ｎｍのＳｉＯ₂粉末を用い、これら原料粉末を、前記微粒のＳｉＯ₂粉末が相対的に粗粒のＺｎＳ粉末の表面にまぶされた状態の混合粉末とし、この混合粉末を用いて、例えばホットプレスにて燒結してターゲット材を製造すると、走査型電子顕微鏡による組織観察で、相対的に含有割合の少ないＳｉＯ₂が網目状連続相を構成し、かつ前記連続相の網目を埋めた分散相としてＺｎＳが分布する組織のターゲット材が得られ、この結果のターゲット材においては、高いスパッタ衝撃によってＺｎＳ相に発生した微細なクラックの成長および割れの伝播が前記連続相のＳｉＯ₂相によって十分に抑制されることから、使用寿命に至る割損の形成は皆無となり、すぐれた性能を長期に亘って発揮するようになること。
以上（ａ）〜（ｄ）に示される研究結果を得たのである。
【０００６】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、ＪＩＳ・Ｒ１６２６の「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」により測定した平均粒径で５〜２００ｎｍの微粒のＳｉＯ₂粉末が、レーザー回折・散乱法にて測定した平均粒径で１〜１０μｍの粗粒のＺｎＳ粉末の表面にまぶされた状態の混合粉末のホットプレス焼結材にして、走査型電子顕微鏡による組織観察で、全体に占める割合で４〜２０％のＳｉＯ₂が網目状連続相を構成し、残りが実質的に前記連続相の網目を埋めた分散相として分布するＺｎＳからなる組織を有する、光記録媒体保護層形成用ターゲット材に特徴を有するものである。
【０００７】
なお、光記録媒体保護層形成用ターゲット材において、ＳｉＯ₂の含有割合を４〜２０％にしたのは以下に示す理由からである。すなわち、ＺｎＳは、光記録媒体保護層に要求される高い光屈折率と光透過率、さらに耐熱性を具備することから、光記録媒体保護層の主要成分として用いられているが、反面ＺｎＳ単独で例えば光ディスクの保護層を形成した場合、内部応力の高い保護層となってしまい、この状態で前記光ディスクに記録のためのレーザー照射を行うと、前記レーザー照射に伴う急熱・急冷によって前記保護層に割れが発生し易いものとなる。
そこで、光記録媒体保護層ではＺｎＳにＳｉＯ₂を含有させて、保護層中の残留内部応力を低減するようにしている。
したがって、ターゲット材におけるＳｉＯ₂の含有割合が４％未満では、光記録媒体保護層の含有割合も４％未満となってしまい、前記保護層における内部応力の発生を抑制する作用が不充分となり、一方その含有割合が２０％を超えると、同じく光記録媒体保護層の含有割合も２０％を超えて高くなってしまい、ＺｎＳによってもたらされる上記の特性に低下傾向が現れるようになることから、その含有割合を４〜２０％、望ましくは１０〜１５％と定めた。
【０００８】
【発明の実施の態様】
つぎに、この発明の光記録媒体保護層形成用ターゲット材を実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、それぞれ表１に示される平均粒径（ＺｎＳ粉末の平均粒径はレーザー回折・散乱法、ＳｉＯ₂粉末の平均粒径はＪＩＳ・Ｒ１６２６の「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」により測定）をもち、かついずれも９９．９９％以上の純度をもったＺｎＳ粉末およびＳｉＯ₂粉末を用意し、まずこれら原料粉末のうちのＺｎＳ粉末をミキサーに装入して、１０００ｒ．ｐ．ｍ．の回転数で攪拌しながら、前記ＺｎＳ粉末に対する体積比で０．１〜０．３の範囲内の所定の割合のメチレンクロライドを加え、ついで予め前記ＳｉＯ₂粉末をメチレンクロライドに同じく体積比で１：１０〜１５の範囲内の所定の割合に配合してなるＳｉＯ₂粉末分散溶液を、同じく表１に示される配合割合となるように滴下しながら加えた後、さらに５分間混合し、この混合粉末をホットプレート上で６０℃の温度で乾燥して前記ＺｎＳ粉末の表面に前記ＳｉＯ₂粉末がまぶされた状態とし、これを黒鉛型に充填した状態でホットプレス装置に装入し、１．３Ｐａ以下の真空中、温度：１４２３Ｋ、圧力：３４．３ＭＰａ、保持時間：６時間の条件で燒結することにより、実質的に配合割合と同じ組成をもち、かつ直径：１２５ｍｍ×厚さ：５ｍｍの寸法をもった本発明ターゲット材１〜７をそれぞれ製造した。
【０００９】
また、比較の目的で、原料粉末として、それぞれ表１に示される平均粒径をもち、かついずれも９９．９９％以上の純度をもったＺｎＳ粉末およびＳｉＯ₂粉末を用い、これら原料粉末を同じく表１に示される配合割合に配合し、ミキサーに装入して、２０００ｒ．ｐ．ｍ．の回転数で１０分間混合して混合粉末とする以外は同一の条件で実質的に配合割合と同じ組成をもった従来ターゲット材１〜７をそれぞれ製造した。
【００１０】
この結果得られた各種のターゲット材について、その組織を走査型電子顕微鏡（倍率：３０００倍）を用いて観察したところ、本発明ターゲット材１〜７は、いずれも図１に示される本発明ターゲット材４の組織模写図に示される通り、相対的に含有割合の少ないＳｉＯ₂相が網目状連続相を形成し、かつ相対的に含有割合の多いＺｎＳ相が前記連続相の網目を埋めた分散相として分布する組織を示し、一方従来ターゲット材１〜７は、いずれも図２に示される従来ターゲット材４の組織模写図に示される通り、相対的に含有割合の多いＺｎＳ相が素地を形成し、相対的に含有割合の少ないＳｉＯ₂相が分散相を構成する組織を示した。
【００１１】
ついで、この結果得られた本発明ターゲット材１〜７および従来ターゲット材１〜７について、光記録媒体保護層の特性評価基準となる光屈折率および光透過率に及ぼす影響を調べた。
すなわち、上記の本発明ターゲット材１〜７および従来ターゲット材１〜７のそれぞれを、無酸素銅製の水冷バッキングプレートにハンダ付けした状態で、図３に示される構造をもった高周波マグネトロンスパッタリング装置に装着し、まず装置内を真空排気装置にて６．７×１０^-5Ｐａの真空雰囲気とした後、Ａｒガスを導入して装置内雰囲気を０．２Ｐａのスパッタガス圧とし、引き続いて高周波電源よりマッチングボックスを介してターゲット材に１０００Ｗのスパッタ電力を印加して、前記ターゲット材と対向し、かつ５０ｍｍの間隔を設けて平行配置した直径：３０ｍｍ×厚さ：０．５ｍｍのガラス基板と前記ターゲット材間にプラズマを発生させ、プラズマ中のＡｒイオンを前記ターゲット材の表面に衝突させて前記ターゲット材をスパッタし、スパッタ粒子を前記基板表面に蒸着することにより厚さ：９０ｎｍの光記録媒体保護層を形成した。
この結果形成された光記録媒体保護層の光屈折率および光透過率を評価する目的で、波長：７８０ｎｍのレーザー光を用い、屈折率および消衰係数を測定した。この測定結果を表１に示した。
【００１２】
ついで、上記の各種ターゲット材の耐割損性を評価する目的で、ターゲット材へのスパッタ電力の印加条件を、上記の１０００Ｗから２００Ｗづつ上げて行き、この間上昇スパッタ電力毎に１分間保持する条件とする以外は、上記の光記録媒体保護層形成条件と同一の条件でスパッタを行い、前記ターゲット材に割れが発生した時点の印加スパッタ電力（割れ発生臨界スパッタ電力）を測定した。この測定結果を表１も示した。
なお、表１には上記ターゲット材の理論密度比も併せて示した。
【００１３】
【表１】

【００１４】
【発明の効果】
表１に示される結果から、本発明ターゲット材１〜７は、いずれもこれを構成するＳｉＯ₂相が網目状連続相を形成することによって、前記ＳｉＯ₂相が分散相を構成し、連続相(素地)はＺｎＳ相からなる従来ターゲット材１〜７に比して耐割損性が著しく向上し、しかも本発明ターゲット材１〜７を用いて形成された光記録媒体保護層の屈折率および消衰係数と前記従来ターゲット材１〜７を用いて形成されたそれとの間にほとんど変化が見られず、同等の光屈折率および光透過率をもった光記録媒体保護層が形成されることが明らかである。
上述のように、この発明のターゲット材は、高出力スパッタの負荷によっても割れの発生が抑制され、すぐれた耐割損性を示すことから、従来光記録媒体保護層と同等の特性を具備した保護層の高速成膜を可能とし、生産性の向上に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ターゲット材４の走査型電子顕微鏡（倍率：３０００倍）による組織模写図である。
【図２】従来ターゲット材４の走査型電子顕微鏡（倍率：３０００倍）による組織模写図である。
【図３】高周波マグネトロンスパッタリング装置を例示する概略縦断面図である。

Claims (1)

1. ＪＩＳ・Ｒ１６２６の「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」により測定した平均粒径で５〜２００ｎｍの微粒の酸化けい素粉末が、レーザー回折・散乱法にて測定した平均粒径で１〜１０μｍの粗粒の硫化亜鉛粉末の表面にまぶされた状態の混合粉末のホットプレス焼結材にして、走査型電子顕微鏡による組織観察で、全体に占める割合で４〜２０質量％の酸化けい素が網目状連続相を構成し、残りが実質的に前記連続相の網目を埋めた分散相として分布する硫化亜鉛からなる組織を有することを特徴とする、光記録媒体保護層形成用スパッタリングターゲット焼結材。

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