JP4582455B2 - Ａｌ合金反射膜、光情報記録媒体及びＡｌ合金反射膜形成用スパッタリングターゲット - Google Patents

Description

この発明は、表面が平滑で、温度変化に伴う結晶粒の成長が小さく、さらに反射率が高くかつ温度変化があっても反射率の変化が小さいＡｌ合金反射膜及び同Ａｌ合金反射膜を備えた光情報記録媒体並びに同Ａｌ合金反射膜形成用スパッタリングターゲットに関する。

ＣＤやＤＶＤに使用する光記録情報媒体の反射層として、通常ＡｌやＡｇの薄膜が使用されている。反射層に必要な条件として、使用するレーザー光に対して高い反射率を持つこと及び相変化材料から保護層を介して熱を急速に拡散させるための高い熱伝導性を持つことが要求されている。
上記Ａｇの反射膜は、硫黄や水分等による腐蝕が問題であり、またディスクの温度上昇に伴って、急速に結晶粒が成長し、表面粗さが粗大化するという問題があった。これを改善するために、Ａｇに他の元素を添加する提案がなされている。しかし、この合金元素の添加は、反射率の低下を招くという問題があった。

Ａｌ系反射膜では、Ａｇのような硫黄や水分に対する腐蝕の問題は生じないが、同様に結晶粒が粗大化し、表面粗さが粗大化するという問題がある。
従来は、光透過層となる透明なプラスチックの厚い基板を成膜の基板とし、その上に第１保護層、記録層、第２記録層、反射層と順に積層してＤＶＤ等を作製し、透明のプラスチックの基板側からレーザー光を照射していた。この場合、反射層は積層面に相対することになるので比較的平滑な面である。したがって、それがレーザー光の反射面となるため、積層面の表面粗さは大きな問題とはならなかった。

しかし、最近記録密度を高めるために、レーザー光の短波長化及びレンズの高開口数化が検討されている。このレンズの高開口数化の場合には、ディスクの傾きに対するマージンや収差を補償するために、記録・再生光の照射を行う側のプラスチックス層を、現在のＤＶＤ層よりも、はるかに薄くする必要がある。
この場合には、薄い透明なプラスチックを成膜の基板に使用することができないので、基板として透明なプラスチック以外の材料を使用し、上記とは全くの逆工程で、基板上に反射層、第２保護層、記録層、第１保護層、光透過層を形成することになる。

この構造では、反射層は成膜の表面がレーザーに露出し、その面が反射光となるので、面の結晶成長の抑制及び表面の平滑性は非常に重要となる。すなわち、レーザー光が照射される反射膜の表面凹凸が大きくなると、反射層の表面でレーザー光が散乱されるため、ノイズが上昇するという問題が生じることとなる。
また、光情報記録媒体の記録密度を高めるためには、記録マークを小さくする必要があるが、上記のように反射膜の上に極めて薄い保護層を介して記録膜を成膜するために、反射膜の結晶粒粗大化に起因する表面凹凸が記録層に直接反映されるため、記録マークの微細化に限界が生じてしまうという問題があった。
本発明者の一人、井上明久外１名は、Ａｌ合金からなるナノ組織超高強度軽金属材料の研究を報告した（非特許文献１参照）。しかし、この場合は、高温強度と耐熱性を目指したもので、結晶成長の抑制及び表面の平滑性に関する知見は得られておらず、光情報記録媒体用Ａｌ合金反射層として、適切な特性を備えているか否かについては全く未知数であった。
川村能人、井上明久共著「ナノ組織超高強度軽金属材料の動向と展望」「まてりあ」第４１巻、第６号（２００２）小特集、頁４１４〜４１７

本発明は、以上の問題を解決するものであり、光情報記録媒体の記録密度を高めるために記録マークを小さくすることが可能であり、Ａｌ合金反射膜の反射率が高く、表面が平滑で、温度変化に伴う結晶粒の成長が小さくかつ反射率の変化が小さい、Ａｌ合金反射膜及び同Ａｌ合金反射膜を備えた光情報記録媒体並びに同Ａｌ合金反射膜形成用スパッタリングターゲットを得ることを課題とする。

本発明は、上記課題に鑑み、Ａｌ系反射膜を中心とする改良を行い、次の発明を提案する。
その１）として、光情報記録媒体に用いるＡｌ合金反射膜であって、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金反射膜を提供する。
その２）として、波長６３３ｎｍ及び波長４０５ｎｍのレーザー光を照射した場合の反射率が８０％以上である１）記載のＡｌ合金反射膜を提供する。
その３）として、Ａｌ合金反射膜の表面粗さＲａが１００Å以下である１）又は２）記載のＡｌ合金反射膜を提供する。

その４）として、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金反射層を備えていることを特徴とする光情報記録媒体を提供する。
その５）として、波長６３３ｎｍ及び波長４０５ｎｍのレーザー光を照射した場合の反射率が８０％以上であるＡｌ合金反射層を備えている４）記載の光情報記録媒体を提供する。
その６）として、表面粗さＲａが１００Å以下であるＡｌ合金反射層を備えている４）又は５）記載の光情報記録媒体を提供する。
その７）として、基板上に形成されたＣｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金反射層、Ａｌ合金反射層上に保護層を介して形成された記録層及び該記録層上に保護層を介して形成された光透過層からなることを特徴とする光情報記録媒体を提供する。

その８）として、光情報記録媒体に用いるＡｌ合金反射膜形成用スパッタリングターゲットであって、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金反射膜形成用スパッタリングターゲットを提供する。

本発明のＡｌ合金反射膜は、温度変化に伴う結晶粒の成長が小さく、反射率が高く、さらに温度変化に伴う反射率の変化が小さいので、同Ａｌ合金反射膜を備えた光情報記録媒体は、記録マークを小さくすることが可能であり、記録密度を高めることができるという優れた効果を有する。また、同Ａｌ合金反射膜の形成に際し使用するスパッタリング法は、成膜の厚さを任意に調節可能である優れた成膜方法であり、同スパッタリング法に使用するターゲットを安定して製造できるという著しい効果を有する。

本発明の光情報記録媒体に用いるＡｌ合金反射膜は、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ系合金反射膜である。この合金組成にすることにより、温度変化に伴う結晶粒の成長を抑制できる。
下記実施例に示すように、１００°Ｃ１２０時間の加熱処理を施した場合でも、表面粗さＲａが１００Å以下を達成できる。Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０ａｔ％未満では、表面粗さＲａが１００Åを超え粗大化する。また、４．０ａｔ％を超えると反射率が低下するので、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％に調整して含有させるのが良いと言える。

これによって、本発明のＡｌ合金反射膜は、波長６３３ｎｍ及び波長４０５ｎｍのレーザー光を照射した場合の反射率８０％以上を、容易に達成可能となる。
このように、反射率が高くさらに温度変化に伴う反射率の変化が小さいので、本発明のＡｌ合金反射膜を備えた光情報記録媒体は、記録マークを小さくすることが可能であり、記録密度を高めることができるという優れた効果を有する。
本発明の光情報記録媒体は、基板上に形成されたＣｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金反射層、Ａｌ合金反射層上に保護層を介して形成された記録層及び該記録層上に保護層を介して形成された光透過層からなる光情報記録媒体に特に有効である。

なお、本発明のＡｌ合金反射膜温は、温度変化に伴う結晶粒の成長が小さく、反射率が高く、さらに温度変化に伴う反射率の変化が小さいという特性を備えているので、光透過層となる透明なプラスチックの厚い基板を成膜の基板とし、その上に第１保護層、記録層、第２記録層、反射層と順に積層してＤＶＤ等を作製するという従来の工程においても適用できることは言うまでもない。この場合においても、結晶粒の微細化の効果は、同様に有効である。

本発明のＡｌ合金反射膜を形成する手段として、スパッタリング成膜法が有効である。スパッタリング法は、ターゲットの組成、組織、性質等が薄膜の性状に直接反映されるからである。本発明のターゲットをスパッタリングすることにより得られたスパッタ膜は、ターゲットの組成が直接Ａｌ合金反射膜に反映され、良好な反射膜を形成することが可能となる。
したがって、本発明は、光情報記録媒体に用いるＡｌ合金反射膜形成用スパッタリングターゲットであって、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金反射膜形成用スパッタリングターゲットを提供する。

次に、実施例について説明する。なお、本実施例は発明の一例を示すためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に含まれる他の態様及び変形を含むものである。

（実施例１〜９）
純度３Ｎ以上のＡｌ粉、Ｃｒ粉、Ｆｅ粉、Ｔｉ粉を、実施例１〜９に示すように、それぞれ所定量秤量した。次に、これらをＶ型混合機等の混合機を用いて混合した。
そしてこれらを、ホットプレスにて２５０ｋｇｆ／ｃｍ^２の荷重をかけ６００°Ｃで焼結し、焼結後、所定の形状に機械加工を施してそれぞれのＡｌ合金ターゲットとした。
このＡｌ合金ターゲットを用いて、アネルバ製スパッタリングマシンＳＰＬ−５００でスパッタして、ガラス基板に１５００Åの厚さに成膜した。スパッタパワーは１０００Ｗ、雰囲気Ａｒ、ガス圧０．５Ｐａ、ガス流量を１００ｓｃｃｍとした。
成膜したサンプルは、耐熱性を確認するため、真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した。スパッタ膜の反射率はＪＡＳＣＯ製 Ｖ−５７０、表面粗さはＶｅｅｃｏ製Ｄｅｋｔａｋ８にて評価した。この結果を表１に示す。

この表１に示す通り、実施例１は、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉの添加量が本発明の下限値であるが、成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後においても、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率は、９１．５％、９２．２％であり、良好な反射率を示した。
また、表面粗さＲａは加熱処理後に、９５Åから９８Åと、やや大きくなったが、１００Å以下の範囲であり、平滑な表面を得られ、本願発明の範囲を満足していた。

実施例２は、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉの添加量が本発明のほぼ中間値にあるが、成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、８６．４％、８７．６％であり、良好な反射率を示した。
また、表面粗さＲａは加熱処理後に、６５Åから６０Åと、むしろ低下し、極めて良好な範囲にあり、平滑な表面を得られた。

実施例３は、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉの添加量が本発明の上限値であるが、成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、８１．４％、８２．８％となりやや低下したが、いずれも本願発明の範囲にあり、良好な反射率を示した。
また、表面粗さＲａは加熱処理後に、５１Åから５６Åと、極めて良好な範囲にあり、平滑な表面を得られた。

実施例４は、ＣｒとＦｅの添加量が本発明の下限値、Ｔｉの添加量が本発明の上限値の場合であるが、成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、８７．２％、８５．３％であり、良好な反射率を示した。
また、表面粗さＲａは加熱処理後に、５７Åから８５Åとやや増えているが、良好な範囲にあり、平滑な表面を得られた。

実施例５は、ＣｒとＴｉの添加量が本発明の下限値、Ｆｅの添加量が本発明の上限値の場合であるが、成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、８６．０％、８４．１％であり、良好な反射率を示した。
また、表面粗さＲａは加熱処理後に、６１Åから８８Åとやや増えているが、良好な範囲にあり、平滑な表面を得られた。

実施例６は、ＦｅとＴｉの添加量が本発明の下限値、Ｃｒの添加量が本発明の上限値の場合であるが、成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、８５．４％、８３．７％であり、良好な反射率を示した。
また、表面粗さＲａは加熱処理後に、６６Åから６８Åと若干増えているが、良好な範囲にあり、平滑な表面を得られた。

実施例７は、Ｃｒの添加量が本発明の下限値、ＦｅとＴｉの添加量が本発明の上限値の場合であるが、成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、８４．０％、８２．４％とやや低下したが、いずれも良好な範囲の反射率を示した。
また、表面粗さＲａは加熱処理後に、５７Åから５５Åとなったが、この表面粗さＲａは極めて良好な範囲にあり、平滑な表面を得られた。

実施例８は、Ｆｅの添加量が本発明の下限値、ＣｒとＴｉの添加量が本発明の上限値の場合であるが、成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、８２．４％、８０．６％と低下したが、いずれも良好な範囲の反射率を示した。
また、表面粗さＲａは加熱処理後に、５５Åから６０Åとなったが、この表面粗さＲａは極めて良好な範囲にあり、平滑な表面を得られた。

実施例９は、Ｔｉの添加量が本発明の下限値、ＣｒとＦｅの添加量が本発明の上限値の場合であるが、成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、８０．９％、８０．１％と低下したが、いずれも良好な範囲の反射率を示した。
また、表面粗さＲａは加熱処理前後で、８７Å、８７Åと変化なく、この表面粗さＲａは良好な範囲にあり、平滑な表面を得られた。

（比較例１−６）
純度３Ｎ以上のＡｌ粉、Ｃｒ粉、Ｆｅ粉、Ｔｉ粉を、比較例１〜６に示すように、それぞれ所定量秤量した。次に、これらをＶ型混合機等の混合機を用いて混合した。
そして実施例と同様に、これらをホットプレスにて２５０ｋｇｆ／ｃｍ^２の荷重をかけ６００°Ｃで焼結し、焼結後、所定の形状に機械加工を施してそれぞれのＡｌ合金ターゲットとした。
このＡｌ合金ターゲットを、実施例と同様にスパッタして、ガラス基板に１５００Åの厚さに成膜した。成膜したサンプルは、耐熱性を確認するため、真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した。スパッタ膜の反射率を同様にして評価した。

比較例１は、表１に示すように、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉの添加量が、いずれも０．１ａｔ％で、本発明の添加量に達していないものである。成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、９５．１％、９１．４％と良好な反射率を示したが、表面粗さＲａは加熱処理後に、４１Åから３２０Åと粗大化して安定せず、表面が粗く、好ましくない結果となった。

比較例２は、表１に示すように、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉの添加量が、いずれも０．５ａｔ％で、本発明の添加量よりも過剰に添加されたものである。成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、表面粗さＲａは加熱処理後に、６８Åから６５Åと良好な範囲にあるが、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、７８．５％、７７．７％と反射率が低下し、本願発明の目的を達成することができず、好ましくない結果となった。

比較例３は、表１に示すように、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉの無添加の場合である。成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、９６．３％、９１．０％と、比較例１と同様に良好な反射率を示したが、表面粗さＲａは加熱処理後に、３７Åから３２１Åと粗大化して安定せず、表面が粗く、好ましくない結果となった。

比較例４は、表１に示すように、ＣｒとＦｅが無添加で、Ｔｉの添加量のみを１．８ａｔ％としたものである。本発明の添加量と比較するとバランスがとれていないことが分る。成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、９３．８％、９７．１％と反射率は、本発明の目的の範囲にあるが、表面粗さＲａは加熱処理後に、３５Åから５４４Åと著しく粗大化し、本願発明の目的を達成することができず、好ましくない結果となった。
このようにアンバランスな添加は、むしろ好ましくないことが分った。

比較例５は、表１に示すように、Ｃｒの添加量のみ２．０ａｔ％とし、ＦｅとＴｉは無添加としたものである。本発明の添加量と比較するとバランスがとれていないことが分る。成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、９１．２％、９０．６％と反射率は、本発明の目的の範囲にあるが、表面粗さＲａは加熱処理後に、５８Åから６８５Åと著しく粗大化し、本願発明の目的を達成することができず、好ましくない結果となった。同様に、このようにアンバランスな添加は、むしろ好ましくないことが分った。

比較例６は、表１に示すように、Ｆｅの添加量のみ２．０ａｔ％とし、ＣｒとＴｉは無添加としたものである。本発明の添加量と比較するとバランスがとれていないことが分る。成膜後及び真空中、１００°Ｃ、１２０時間の条件でアニール試験を施した後において、波長６３３ｎｍ、４０５ｎｍのレーザー光の照射による反射率が、９４．５％、９３．３％と反射率は、本発明の目的の範囲にあるが、表面粗さＲａは加熱処理後に、６５Åから７７４Åと著しく粗大化し、本願発明の目的を達成することができず、好ましくない結果となった。同様に、このようにアンバランスな添加は、むしろ好ましくないことが分った。

本発明のＡｌ合金反射膜は、温度変化に伴う結晶粒の成長が小さく、反射率が高く、さらに温度変化に伴う反射率の変化が小さいので、同Ａｌ合金反射膜を備えた光情報記録媒体は、記録マークを小さくすることが可能であり、記録密度を高めることができるという優れた効果を有する。したがって、光情報記録媒体用反射膜として有用である。
また、Ａｌ合金反射膜の形成に際し使用するスパッタリング法は、ターゲットの組成が直接Ａｌ合金反射膜に反映され、良好な反射膜を形成することが可能であり、かつ成膜の厚さを任意に調節可能である優れた成膜方法であり、Ａｌ合金反射膜形成用スパッタリングターゲットとして使用できる。

Claims (8)

1. 光情報記録媒体に用いるＡｌ合金反射膜であって、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とするＡｌ合金反射膜。
2. 波長６３３ｎｍ及び波長４０５ｎｍのレーザー光を照射した場合の反射率が８０％以上であることを特徴とする請求項１記載のＡｌ合金反射膜。
3. Ａｌ合金反射膜の表面粗さＲａが１００Å以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のＡｌ合金反射膜。
4. Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金反射層を備えていることを特徴とする光情報記録媒体。
5. 波長６３３ｎｍ及び波長４０５ｎｍのレーザー光を照射した場合の反射率が８０％以上であるＡｌ合金反射層を備えていることを特徴とする請求項４記載の光情報記録媒体。
6. 表面粗さＲａが１００Å以下であるＡｌ合金反射層を備えていることを特徴とする請求項４又は５記載の光情報記録媒体。
7. 基板上に形成されたＣｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金反射層、Ａｌ合金反射層上に保護層を介して形成された記録層及び該記録層上に保護層を介して形成された光透過層からなることを特徴とする光情報記録媒体。
8. 光情報記録媒体に用いるＡｌ合金反射膜形成用スパッタリングターゲットであって、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｔｉをそれぞれ１．０〜４．０ａｔ％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とするＡｌ合金反射膜形成用スパッタリングターゲット。