JP4527126B2

JP4527126B2 - 光ディスク保護膜形成用スパッタリングターゲット

Info

Publication number: JP4527126B2
Application number: JP2007030413A
Authority: JP
Inventors: 建夫大橋; 勝雄桑野; 英生高見
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP2007211345A

Description

本発明は、スパッタリングによって膜を形成する際に発生するパーティクルを減少させ、また誘電体保護膜（層）として形成された膜が光ディスク、特に相変化型光ディスクに好適な誘電体保護膜の形成に有用であるＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲットに関する。

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なうものである。

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なう必要がある。
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図１に示すように、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系等の記録薄膜層４の両側をＺｎＳ・ＳｉＯ_２系の高融点誘電体の保護層３、５で挟み、さらにアルミニウム合金反射膜６を設けた四層構造となっている。
このなかで反射層６と保護層３、５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４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の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３、５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。
なお、図１において符号１はレーザー入射方向、符号２はポリカーボネート等の基板、符号７はオーバーコート、符号８は接着層をそれぞれ示す。

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。

ＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲットを用いてスパッタリングし薄膜を形成していく段階で、ある一定量以上を被覆するとパーティクルと言われるクラスター状の粗大粒が薄膜上に付着してくるようになる。このパーティクルはスパッタチャンバ内の壁や種々の機器にスパッタリングによる飛沫粒子が付着堆積したもので、それが一定量を超えると剥がれ出し、かつそれがスパッタチャンバ内に浮遊し、さらに基板あるいは薄膜に再付着したものが主な原因である。
このようなパーティクルは薄膜の特性を著しく悪化させるので、これが基板または薄膜上に多く析出してきた段階で、一旦スパッタリングを中止し、スパッタチャンバを解放して、該チャンバ内の壁や種々の機器からパーティクルの原因となる膜の堆積物を清掃する必要があった。
これは著しく生産性を低下させるものである。ＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲットの製造工程、すなわちＳｉＯ_２粉末とＺｎＳ粉末の混合焼結の段階においても、因果関係があることが予想されたが、従来それ以上の解決策を見いだすに至っていなかった。

本発明は、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲット製造工程を基本的に見直し、ＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲットの材料であるＳｉＯ_２粉末の改善を図り、これによって形成したターゲットを用いてスパッタリングすることによりパーティクルの発生を著しく減少させ、スパッタリングの中断または中止の回数を減らして生産効率を上げることができるＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲット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なった結果、従来の平均粒径の大きい２０〜３０μｍのＳｉＯ_２粉末に替えて、平均粒径１〜１０μｍのＳｉＯ_２球状粉末とＺｎＳ粉末とを混合した後、ＨＩＰ又はホットプレスにより等により加熱焼結してＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲットとする。
これにより、パーティクルの発生を著しく減少させるとともに、皮膜の均一性を向上させ、さらに低反射率の誘電体保護膜（層）を安定した製造条件で、再現性よく得ることができるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
１．平均粒径が１〜１０μｍ（但し、１０μｍを除く）であるＳｉＯ_２球状粉末とＺｎＳ粉末との混合粉を焼結したＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲットであって、焼結体組織において、ＳｉＯ_２粒子がＺｎＳ中に均一に分散していることを特徴とするＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲット
２．ＳｉＯ _２球状粉末の平均粒径が１〜６μｍであることを特徴とする請求項１記載のＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲット、を提供する。

従来の平均粒径の大きいＳｉＯ_２粉末に替えて、本発明の平均粒径が１〜１０μｍであるＳｉＯ_２球状粉末とＺｎＳ粉末との混合粉を焼結して得たＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲットを使用し、パーティクルの発生を著しく減少させることができ安定した製造条件で、再現性よくメディアを得ることができるという優れた特徴を有している。

本発明のＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲットの原料となるＺｎＳとＳｉＯ_２は熱力学的に考えて、１０００°Ｃ以下では反応せず、またＺｎＳ自体が１１００°Ｃ以上の温度で昇華するので、焼結によって製造されたＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲットは混合物の緻密体ということができる。
従来、上記のように２０〜３０μｍのＳｉＯ_２粉末が使用され、これを焼結してＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲットとしていた。この段階ではＳｉＯ_２粉末の性状とＺｎＳとの混合状態が、パーティクルの発生の原因となるとの予想は全く予想できなかった。
しかし、平均粒径が１〜１０μｍであるＳｉＯ_２球状粉末を使用し、これをＺｎＳと混合し焼結体をすることにより、予想外にパーティクルの発生を著しく減少させることができた。これは、ターゲット中におけるＳｉＯ_２粉末の性状と混合状態（ＳｉＯ_２粉末がより均一にＺｎＳ中に分散している）が、ターゲットから打ち出された原子状又は分子状あるいはそれらのわずかな集合体の粒子が乱れた予定外の軌跡をもって（余分な）飛翔することを防止し、均一かつ安定したスパッタリングがなされた結果とみることができる。
また、ＳｉＯ_２粉末の球状化によって、比表面積の増加を防ぎ、ターゲットの密度の向上も、このようなパーティクルの発生の減少効果をもたらしたものと考えられる。

以上の通り、上記ＳｉＯ_２粉末の粒径の調整による分散性の向上が、パーティクルの発生が少ない極めて良好なスパッタリングを可能ならしめた。
そして、ＳｉＯ_２粉末が同一平均粒径である場合であっても、球状粉の方がより比表面積が小さくなるで、ターゲットの密度がさらに向上し、焼結体中での焼結が生じないために起こるＺｎＳとＳｉＯ_２の間のポアが少なくなるので一層その効果がある。
さらにまた、このような平均粒径が１〜１０μｍであるＳｉＯ_２粉末を使用したＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲットにより、誘電体保護膜を形成すると、その膜の反射率が低く押さえることが分かった。この理由は必ずしも明確でないが、やはり均一な膜が安定して得られることが原因と考えられる。
パーティクルの発生を極力減少せしめることにより、スパッタリングの中断または中止の回数が減り、煩雑なスパッタチャンバ内の清掃の頻度が減少するので、生産効率を従来に比べて飛躍的に上げることができるという効果を有する。

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）
平均粒径６μｍのＳｉＯ_２球状粉末と平均粒径５μｍのＺｎＳ粉末とをモル比で２０：８０の割合で秤量して、雰囲気Ａｒの条件下で、温度１０００°Ｃ、圧力１５０Ｋｇｆ／ｃｍ^２でホットプレスを行なった。得られたターゲットの密度は３．４ｇ／ｃｍ^３であった。このようにして得たＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲット焼結体の顕微鏡組織観察を行なったところ、図２〜図６に示すように均一な結晶粒の組織が観察された。
図２は全体の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。図３〜図６はそれぞれＺｎ、Ｓ、Ｓｉ、Ｏの部位を示す顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）ある。
また、このＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲットを使用してスパッタリングし、パーティクルが発生してスパッタチャンバの内壁や機器をクリーニングしなければならない時に至るまでの基板への被覆、すなわち生産枚数を調べたところ、３５００枚程度であった。これは以下に述べる比較例と比べ４０％以上の生産向上となった。

（比較例１）
次に、平均粒径２０〜３０μｍのＳｉＯ_２多角形（破砕状）粉末と平均粒径５μｍのＺｎＳ粉末とをモル比で２０：８０の割合で秤量して、雰囲気Ａｒの条件下で、温度１０００°Ｃ、圧力１５０Ｋｇｆ／ｃｍ^２でホットプレスを行なった。得られたターゲットの密度は３．４ｇ／ｃｍ^３であった。
このようにして得たＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲット焼結体の顕微鏡組織観察を行なったところ、図７〜図１１に示すように形状がいびつで粗大化した粒が不規則に存在する組織が観察された。
図７は全体の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。図８〜図１１はそれぞれＺｎ、Ｓ、Ｓｉ、Ｏの部位を示す顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）ある。
また、このＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲットを使用してスパッタリングし、パーティクルが発生してスパッタチャンバの内壁や機器をクリーニングしなければならない時に至るまでの基板への被覆すなわち生産枚数を調べたところ、２５００枚程度であった。これは実施例に比べると４０％以上の生産率の減少となった。

（比較例２）
平均粒径０．５μｍのＳｉＯ_２球状粉末と平均粒径５μｍのＺｎＳ粉末とをモル比で２０：８０の割合で秤量して、雰囲気Ａｒの条件下で、温度１０００°Ｃ、圧力１５０Ｋｇｆ／ｃｍ^２でホットプレスを行なった。得られたターゲットの密度は３．２ｇ／ｃｍ^３であった。
このＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲットを使用してスパッタリングし、パーティクルが発生してスパッタチャンバの内壁や機器をクリーニングしなければならない時に至るまでの基板への被覆、すなわち生産枚数を調べたところ２５００枚であり、これは実施例に比べると約４０％の生産率の減少となった。

（比較例３）
平均粒径５μｍのＳｉＯ_２多角形（破砕状）粉末と平均粒径５μｍのＺｎＳ粉末とをモル比で２０：８０の割合で秤量して、雰囲気Ａｒの条件下で、温度１０００°Ｃ、圧力１５０Ｋｇｆ／ｃｍ^２でホットプレスを行なった。得られたターゲットの密度は３．３ｇ／ｃｍ^３であった。
このＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲットを使用してスパッタリングし、パーティクルが発生してスパッタチャンバの内壁や機器をクリーニングしなければならない時に至るまでの基板への被覆、すなわち生産枚数を調べたところ、２５００枚程度であり、これは実施例に比べると約４０％の生産率の減少となった。

上記実施例及び比較例１〜３に示すターゲット特性（密度）とパーティクル発生までの生産枚数（取得メディア数）の結果を表１に示す。
この表１から明らかなように、本発明の実施例は密度が高く、また生産効率が高い。これに対し、本発明の範囲を外れる比較例は、本実施例に比べて密度が低く、生産効率が大幅に低下していることが分かる。また、使用中のクラック発生の割合も多かった。

従来の平均粒径の大きいＳｉＯ_２粉末に替えて、本発明の平均粒径が１〜１０μｍであるＳｉＯ_２球状粉末とＺｎＳ粉末との混合粉を焼結して得たＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲットを使用し、パーティクルの発生を著しく減少させることができ安定した製造条件で、再現性よくメディアを得ることができるという優れた特徴を有している。このため、光ディスク保護膜形成用スパッタリングターゲットとして有用である。

記録薄膜層構造の断面説明図である。実施例のＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲット焼結体の組織の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。実施例の同ターゲットのＺｎの部位の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。実施例の同ターゲットのＳの部位の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。実施例の同ターゲットのＳｉの部位の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。実施例の同ターゲットのＯの部位の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。比較例１のＺｎＳ−ＳｉＯ_２ターゲット焼結体の組織の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。比較例１の同ターゲットのＺｎの部位の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。比較例１の同ターゲットのＳの部位の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。比較例１の同ターゲットのＳｉの部位の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。比較例１の同ターゲットのＯの部位の顕微鏡組織写真（ＳＥＭ像）である。

符号の説明

１レーザー入射方向
２ポリカーボネート等の基板
３ＺｎＳ・ＳｉＯ_２等の誘電体保護層
４Ｓｅ・Ｓｂ・Ｔｅ等の相変化記録層
５ＺｎＳ・ＳｉＯ_２等の誘電体保護層
６Ａｌ合金反射層
７オーバーコート
８接着層

Claims

平均粒径が１〜１０μｍ（但し、１０μｍを除く）であるＳｉＯ_２球状粉末とＺｎＳ粉末との混合粉を焼結したＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲットであって、焼結体組織において、ＳｉＯ_２粒子がＺｎＳ中に均一に分散していることを特徴とするＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲット。
ＳｉＯ _２球状粉末の平均粒径が１〜６μｍであることを特徴とする請求項１記載のＺｎＳ−ＳｉＯ_２スパッタリングターゲット。