JP4638015B2 - 薄膜形成用スパッタリングターゲット材、それを用いて形成されて成る薄膜及び光学記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成用スパッタリングターゲット材、それを用いて形成されて成る薄膜及び光学記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスク、または、ＭＤ（Mini Disc）やＭＯ（Magnet Optical Disc）等の光磁気ディスク、あるいは相変化型光ディスク等の書換え可能な光学記録媒体、これら光学記録媒体に適用する反射膜の材料としては、ＡｌやＡｌ合金が一般的に知られている。
【０００３】
このＡｌやＡｌ合金は、上記の種々の光学記録媒体において、記録情報の再生を行う際に、特定光学波長領域中で、一定以上の反射率が得られ、かつ、熱伝導特性に優れている。
また、光学記録媒体に形成されている微細凹凸の溝に対して、安定した被覆性を得られ、さらに、光学記録媒体製品となった場合に、空気中に含有されている非金属元素に対する耐候性にも優れていて、長期間に渡って計時変化が極めて少ないという利点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＡｌあるいはＡｌ合金により形成した薄膜の反射率は、例えば波長が８００ｎｍである光に対しては、８０％程度であり、光学記録媒体の用途によっては、いまだ充分な反射率が得られているとはいえない。
【０００５】
一方、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc−Recordable）においては、Ａｌ系の材料を用いて反射膜を形成すると、充分に高い反射率が得られないということから、Ａｕを反射膜の材料として適用することは検討されている。
しかしながら、Ａｕは、材料としてコストが高いという問題があるため、Ａｕの代替材料として、ＡｇもしくはＣｕが検討されている。
【０００６】
しかしながら、Ａｇは、塩素、酸素、硫黄等の非金属元素、これらのイオンに対して化学的に活性であるため、海水中等の特殊環境においては、耐候性の点で問題を有している。
【０００７】
一方、特開昭５７−１８６２２４号公報、特開平７−３３６３号公報、特開平９−１５６２２４号公報には、Ａｇに、所定の不純物を添加することにより、耐候性を向上させるという技術が開示されている。
すなわち、特開昭５７−１８６２２４号公報にはＡｇＣｕ合金（Ａｇの含有量が４０原子％以上）について、特開平７−３３６３号公報にはＡｇＭｇ合金（Ｍｇの含有量が１〜１０原子％以上）、特開平９−１５６２２４号公報にはＡｇＯＭ（ＭはＳｂ，Ｐｄ，Ｐｔ）合金（Ｏの含有量が１０〜４０原子％、Ｍの含有量が０．１〜１０原子％）についての技術が開示されている。
【０００８】
しかし、これらの合金材料においては、その合金を形成する元素の組成範囲が広く、合金を構成する元素の含有量と、耐候性や、薄膜を形成した場合の反射率の関係が必ずしも明確に記載されていない。
特に、Ａｇに微量な不純物を添加したことによる耐候性の改善が充分に達成されておらず、光学記録媒体に採用される上での反射膜としての信頼性については不明確である点が多い。
【０００９】
また、Ｍｇについては、アルカリ土類金属であり、この種の元素あるいはイオンは、化学的に不安定であるため、これを用いた合金については、塩素等に対しての耐候性の改善を図る必要があった。
【００１０】
そこで、本発明者らは、上記課題を解決すべく、Ａｇと比較した場合の高反射率の維持、耐候性の改善、合金作製にあたっての製造容易さ、スパッタリングターゲットとして使用する場合のスパッタリング工程における安定性、簡易性の種々の問題について鋭意研究を重ねた結果、これらの諸問題の解決を図ることのできる薄膜形成用スパッタリングターゲット材、それを用いて形成されて成る薄膜及び光学記録媒体を得ることができた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄膜形成用スパッタリングターゲット材は、Ａｕを０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＡｇ及び不可避的不純物からなる金属材料からなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る薄膜は、Ａｕを０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＡｇ及び不可避的不純物からなる金属材料を用いて形成されて成ることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光学記録媒体は、Ａｕを０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＡｇ及び不可避的不純物からなる金属材料を用いて形成された薄膜を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、薄膜形成用スパッタリングターゲット材、光学記録媒体用の薄膜として適用した場合に、Ａｇの耐水素性、耐酸素性やＡｕの耐塩素性、耐硫黄性の相互作用により、塩素、水素、酸素、硫黄という大気中あるいは特殊環境中で検討される非金属元素による汚染や光学記録媒体に採用される際に要求される環境や雰囲気下での高い耐候性の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態による薄膜形成用スパッタリングターゲット材は、Ａｇを主成分とし、Ａｕを０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下含有し、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下含有するもので、これらの元素を少なくとも含有する金属材料からなるものである。
【００１６】
以下に示す例においては、本発明の薄膜形成用スパッタリングターゲット材、それを用いて形成されて成る薄膜及びこの薄膜を有する光学記録媒体について、２層の情報記録層を有する構造のディスク状、いわゆる円板状の光ディスクに適用する場合について説明する。ただし、本発明は、このような光ディスクや、その形状に限定されるものではなく、光磁気ディスク、相変化ディスク、その他のカード状、シート状等の情報層に金属薄膜を有する各種の光学記録媒体に適用することができる。
【００１７】
以下の例において作製する光学記録媒体は、図１に示すように、第１の基板１と第２の基板２とが、例えば光透過性の光硬化性樹脂２０を介して積層された２層構造の光学記録媒体とする。
【００１８】
第１の基板１は、例えばポリカーボネート等の光透過性樹脂の射出成形により、一主面にデータ記録ピット、またはプリグルーブ等の第１の微細凹凸２１を有し、これの上に半透明膜１５を有し、第１の情報記録層１１が形成されてなるものである。
【００１９】
また、上述した第１の基板１と積層される第２の基板２は、第１の基板１と同様に、例えばポリカーボネート等の光透過性樹脂の射出成形によって、一主面にデータ記録ピット、またはプリグルーブ等の第２の微細凹凸２２を有し、これの上に、本発明に係る銀合金を用いて形成した反射膜１６を有し、第２の情報記録層１２が形成されてなるものである。
この銀合金による反射膜１６は、例えばＲＦ（交流）マグネトロンスパッタリング法により成膜することができ、膜厚は、例えば５０〜１５０ｎｍ程度に形成する。
【００２０】
さらに、第２の情報記録層１２上には、例えばアクリル系の紫外線硬化性樹脂よりなる保護膜３０が形成されている。
【００２１】
図１に示す２層構造の光学記録媒体において、第２の情報記録層１２に記録された情報の再生を行うときには、波長８００ｎｍの光ビームを照射して第２の情報記録層１２に焦点が結ばれるようにし、情報の再生を行うようにする。
一方、第１の情報記録層１１に記録された情報の再生を行うときには、波長６５０ｎｍの光ビームを照射して第１の情報記録層１１に焦点が結ばれるようにし、情報の再生を行うようにする。
【００２２】
以下、本発明に係る銀合金及びこれを用いて作製した薄膜、すなわち図１に示した反射膜１６について説明する。
【００２３】
本発明は、上述したように、高反射率の維持、耐候性の改善、合金作製にあたっての製造容易さ、スパッタリングターゲットとして使用する場合のスパッタリング工程における安定性、簡易性の種々の問題について解決を図るべく、Ａｇを主成分とし、Ａｕを０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有するもので、これらの元素を少なくとも含有する金属材料からなる薄膜形成用スパッタリングターゲット材、及び、これを用いて形成された薄膜と、この薄膜を有する光学記録媒体を得るものである。
【００２４】
本発明に係る銀合金のスパッタリングターゲット材料として、Ａｕを選択したのは、合金を作製する際の溶融プロセス中、及び冷却して固化したときの添加元素であるＡｕの合金全体に対しての偏析が抑制できる。あるいは合金を作製する工程中で、金属間化合物が形成されないという利点も有する。
【００２５】
また、Ａｇは、硫黄と結合しやすく、大気中に長時間放置すると、大気と接触する界面が硫黄と反応して、硫化銀（Ａｇ2Ｓ）となり、黒色化して反射特性が劣化してしまう。また、塩素とも激しく反応して塩化銀（ＡｇＣｌ）となってしまい、白濁化して反射特性が劣化する。また、塩素との反応部が成長、拡大してしまい、白濁化した部分が広がり、さらに反射特性が劣化し、Ａｇの物理的特性を損なってしまう。
しかし、一方においてＡｇは、酸素や水素に対しては比較的安定な物質であり、特に水素に対しては非常に安定であり、酸素雰囲気下での長時間放置後の酸素との結合状態や、水中に浸水させて放置した後に水素との結合状態を確認しても、これらとの反応性が安定であることがわかる。このため、対酸素や水素へのバリア性を目的とした感光材用の添加材料や、高融点ロウ材等に適用されている。
【００２６】
上記薄膜形成用スパッタリングターゲット材によれば、Ａｇの耐水素性、耐酸素性やＡｕの耐塩素性、耐硫黄性の相互作用により、塩素、水素、酸素、硫黄という大気中あるいは特殊環境中で検討される非金属元素による汚染や光学記録媒体に採用される際に要求される環境や雰囲気下でのＡｇと比較した場合の高い耐候性の向上の実現が可能になるのである。
【００２７】
また、上記薄膜形成用スパッタリングターゲット材を用いて光学記録媒体の薄膜を形成した場合においては、実用上望ましい高い反射率が得られること、即ち光学記録媒体の反射膜として優れた特性を有することが確認されている。
【００２８】
また、光学記録媒体の反射膜の形成材として、薄膜形成用スパッタリングターゲット材を用いた場合に、光学記録媒体の反射膜として重要な耐候性に関しては、Ａｇを単独で用いた場合に比較してさらに向上することが確認されている。
【００２９】
次に、Ａｇに所定量のＡｕを添加したＡｇ−Ａｕ合金により、光学記録媒体用の薄膜、すなわち、反射膜を形成して光学記録媒体を作製した場合の、所定の波長レーザー光に対する反射率を測定した。この場合、Ａｇに、Ａｕが０．１〜５．０ｍａｓｓ％それぞれの量含有されてなるＡｇＡｕ合金の薄膜形成用スパッタリングターゲット材を用いて、光学記録媒体の薄膜、すなわち反射膜を形成し、光学記録媒体を作製し、波長８００、６００、４００ｎｍのレーザー光を照射したときの、それぞれの反射率を測定するものとし、この測定結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
この表１に示した測定結果より、ＡｇにＡｕが０．１〜５．０ｍａｓｓ％含有されているＡｇＡｕ合金の薄膜形成用スパッタリングターゲット材を用いて、光学記録媒体の薄膜を形成した場合においては、実用上望ましい高い反射率が得られることがわかる。すなわち、表１に示すように、ＡｇにＡｕが０．１〜５．０ｍａｓｓ％含有されているＡｇＡｕ合金の薄膜形成用スパッタリングターゲット材を用いて、光学記録媒体の薄膜を形成した場合において、特に、波長８００ｎｍのレーザー光を照射した場合においては、８８％以上の高い反射率が得られ、光学記録媒体の反射膜として優れた特性を有するものであることがわかる。
【００３２】
光学記録媒体の反射膜として重要な耐候性に関しては、Ａｕを含有させることにより、Ａｇ単独で用いた場合に比較してさらに向上させることができる。
【００３３】
次に、Ａｇに、Ａｕが、１．２ｍａｓｓ％含有されてなるＡｇＡｕ合金に、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｇの内のいずれかの元素が、それぞれ０．５〜０．９ｍａｓｓ％添加してＡｇＡｕＸ（ＸはＣｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｇ）合金とし、この合金により、光学記録媒体の反射膜を形成し、光学記録媒体を作製した場合の、所定の波長のレーザー光に対する反射率を測定した。
【００３４】
この場合、波長８００、６００、４００ｎｍのレーザー光を、それぞれ照射したときの、反射率を測定するものとし、この測定結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
【００３９】
また、表２においては、ＡｇＡｕ合金に、Ｃｕ、Ａｌなどの内のいずれかの元素を含有させた場合について説明したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、それ以外のいずれか一種類あるいは二種類以上の元素を含有させたＡｇＡｕ合金についても適用することができ、これらを用いた場合についても、高い反射率が得られ、光学記録媒体の反射膜として優れた特性を得ることができた。
【００４０】
次に、本発明のＡｇ合金を用いて、光学記録媒体用の薄膜、すなわち、反射膜を形成する場合のスパッタレートについて、Ａｇを単独で用いて反射膜を形成する場合のスパッタリングターゲットと比較して説明する。
【００４１】
スパッタリング条件としては、到達圧力を４×１０-3Ｐａ、スパッタ圧力は０．７６Ｐａ、スパッタガス及び雰囲気については、、Ａｒ雰囲気とし、ガス流量は２０ｓｃｃｍとした。
【００４２】
以下、薄膜の作製用材料と、成膜電力、成膜時間の関係についての測定結果を表３に示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
表３に示すように、本発明のＡｇ合金を用いて薄膜を形成した場合、Ａｇを単独で用いた場合に比較して１０〜５０％程度、成膜時間が増加してしまうが、代替の材料として考えられるＡｌやＡｕを用いた場合のエッチングレートと比較すると、成膜時間を著しく短縮できる。
【００４５】
次に、本発明のスパッタリングターゲット材の作製方法について検討した。本発明のスパッタリングターゲット材の作製方法としては、大気雰囲気中での溶解法あるいは真空中での溶解法が挙げられる。
Ａｇ合金を溶解法で作製する場合には、先ず、基となる母合金を作製し、これにＡｇを追加で混入して、Ａｇが規定量になるように合金に含有される金属の含有量を整えるものとする。
【００４６】
大気中で行う場合について説明する。
先ず、Ａｒ雰囲気（４００〜６００Ｔｏｒｒ）中で、Ａｇ−Ａｕ−Ｘ（Ｘは、Ｃｕ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｖ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｒｕ，Ｍｇ）合金を、アーク溶解にて溶融混合し、母合金を作製する。
【００４７】
次に、高周波溶融炉において、Ａｇの溶解を行う。このときのＡｇの量は、全体溶解量から母合金中のＡｇの量を差し引いた量とする。
この際の溶融温度は、例えば１０００〜１３００℃として、例えば、０．１〜０．２リットルの並型黒鉛坩堝を用いる。
【００４８】
完全に溶融した後、酸化防止材を投入し、溶融中の酸素との固溶を抑制、防止する。酸化防止材としては、ホウ砂、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸リチウム、カーボン等を用いることができる。
【００４９】
完全に溶融した状態で、約１時間放置し、上記の母合金を添加してさらに０．５〜１時間溶融させる。
この際の溶融温度は、例えば１０５０〜１４００℃とする。
【００５０】
以上、大気中での溶解法について説明したが、その他の溶解法を用いることも可能であり、以下、Ａｒ雰囲気中で行う溶解の場合について説明する。
先ず、Ａｒ雰囲気（４００〜６００Ｔｏｒｒ）中で、Ａｇ−Ａｕ−Ｘ（Ｘは、Ｃｕ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｖ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｒｕ，Ｍｇ）合金を、アーク溶解にて溶融混合し、母合金を作製する。
【００５１】
次に、高周波溶融炉において、上記の母合金とＡｇの溶解を行う。このときのＡｇの量は、全体溶解量から母合金中のＡｇの量を差し引いた量とする。
母合金とＡｇを入れた坩堝を高周波溶融炉に入れ、真空引きを行う。酸素を巻き込まない程度に真空に引いた後、溶融炉をＡｒ雰囲気(１００〜６００Ｔｏｒｒ)にしてから溶融を開始する。
この際の溶融温度は、例えば、１０５０〜１４００℃とし、坩堝は、例えば、０．１〜０．２リットルの並型黒鉛坩堝を用いる。
【００５２】
次に、例えばアルミナ、あるいはマグネシウム系タルクを内面に塗布してあるＦｅの鋳型に溶融物を注湯する。
Ｆｅの鋳型は、引け巣を防止するため、予め電気炉等で３００〜５００℃程度に熱しておく。
【００５３】
鋳型内の溶融物を、冷却、凝固し、インゴットを鋳型から取り出して、常温まで冷却する。
次に、インゴットの最上部の押湯部を切断除去し、インゴットを圧延機により圧延し、９０ｍｍ×９０ｍｍ×８．１ｍｍの板状の合金を作製する。
【００５４】
その後、例えば電気炉で４００〜５００℃によりＡｒガスを封入した状態で、１〜１．５時間程度、熱処理し、その後さらにプレス機によりそり修正を行う。
【００５５】
その後、製品形状にワイヤーカットし、耐水研磨紙を用いて製品全面を研磨し、表面粗度を調整し、最終的に本発明のＡｇ合金のスパッタリングターゲット材を作製することができる。
【００５６】
上述のように、本発明のＡｇ合金のスパッタリングターゲット材を作製する場合において、Ａｇに対してＡｕ及びその他の元素Ｘを添加して溶融する場合においても、従来行われている容易な方法を適用することができ、価格的にも製法的にもメリットが大きい。
【００５７】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明のスパッタリングターゲット材は、Ａｇと比較して、酸素や硫黄、塩素等に対して、高い耐久性を確保することができる。従って、このスパッタリングターゲット材を用いて薄膜の形成を行うことにより、長期にわたり、再生信号の劣化を回避することのできる高品質な光学記録媒体を得ることができた。
【００５９】
また、本発明のスパッタリングターゲット材を用いて形成した薄膜及びこれを有する光学記録媒体は、高反射率を確保することが可能であり、良好な再生信号を得ることができ、高品質な光学記録媒体を得ることができた。
【００６０】
本発明のスパッタリングターゲット材は、これを用いてスパッタリング法により薄膜形成を行う場合においては、Ａｇ単独でスパッタリング法により薄膜形成を行った場合と比較し、スパッタリングレートがさほど低下せず、また、代替材料としてのＡｕ、Ａｌと比較するとスパッタリングレートにおいて、より優れていることがわかった。
【００６１】
本発明のスパッタリングターゲット材は、従来用いられている簡易な溶融法により、製品の作製を行うことができ、また、スパッタリング法を適用して容易に光学記録媒体用の薄膜形成を行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるスパッタリングターゲット材を用いて形成した薄膜を有する光学記録媒体の一例であって２層構造の光学記録媒体を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…第１の基板
２…第２の基板
１０…光学記録媒体
１１…第１の情報記録層
１２…第２の情報記録層
１５…半透明膜
１６…銀合金反射膜
２０…光硬化性樹脂
２１…第１の微細凹凸
２２…第２の微細凹凸
３０…保護膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成用スパッタリングターゲット材、それを用いて形成されて成る薄膜及び光学記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスク、または、ＭＤ（Mini Disc）やＭＯ（Magnet Optical Disc）等の光磁気ディスク、あるいは相変化型光ディスク等の書換え可能な光学記録媒体、これら光学記録媒体に適用する反射膜の材料としては、ＡｌやＡｌ合金が一般的に知られている。
【０００３】
このＡｌやＡｌ合金は、上記の種々の光学記録媒体において、記録情報の再生を行う際に、特定光学波長領域中で、一定以上の反射率が得られ、かつ、熱伝導特性に優れている。
また、光学記録媒体に形成されている微細凹凸の溝に対して、安定した被覆性を得られ、さらに、光学記録媒体製品となった場合に、空気中に含有されている非金属元素に対する耐候性にも優れていて、長期間に渡って計時変化が極めて少ないという利点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＡｌあるいはＡｌ合金により形成した薄膜の反射率は、例えば波長が８００ｎｍである光に対しては、８０％程度であり、光学記録媒体の用途によっては、いまだ充分な反射率が得られているとはいえない。
【０００５】
一方、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc−Recordable）においては、Ａｌ系の材料を用いて反射膜を形成すると、充分に高い反射率が得られないということから、Ａｕを反射膜の材料として適用することは検討されている。
しかしながら、Ａｕは、材料としてコストが高いという問題があるため、Ａｕの代替材料として、ＡｇもしくはＣｕが検討されている。
【０００６】
しかしながら、Ａｇは、塩素、酸素、硫黄等の非金属元素、これらのイオンに対して化学的に活性であるため、海水中等の特殊環境においては、耐候性の点で問題を有している。
【０００７】
一方、特開昭５７−１８６２２４号公報、特開平７−３３６３号公報、特開平９−１５６２２４号公報には、Ａｇに、所定の不純物を添加することにより、耐候性を向上させるという技術が開示されている。
すなわち、特開昭５７−１８６２２４号公報にはＡｇＣｕ合金（Ａｇの含有量が４０原子％以上）について、特開平７−３３６３号公報にはＡｇＭｇ合金（Ｍｇの含有量が１〜１０原子％以上）、特開平９−１５６２２４号公報にはＡｇＯＭ（ＭはＳｂ，Ｐｄ，Ｐｔ）合金（Ｏの含有量が１０〜４０原子％、Ｍの含有量が０．１〜１０原子％）についての技術が開示されている。
【０００８】
しかし、これらの合金材料においては、その合金を形成する元素の組成範囲が広く、合金を構成する元素の含有量と、耐候性や、薄膜を形成した場合の反射率の関係が必ずしも明確に記載されていない。
特に、Ａｇに微量な不純物を添加したことによる耐候性の改善が充分に達成されておらず、光学記録媒体に採用される上での反射膜としての信頼性については不明確である点が多い。
【０００９】
また、Ｍｇについては、アルカリ土類金属であり、この種の元素あるいはイオンは、化学的に不安定であるため、これを用いた合金については、塩素等に対しての耐候性の改善を図る必要があった。
【００１０】
そこで、本発明者らは、上記課題を解決すべく、Ａｇと比較した場合の高反射率の維持、耐候性の改善、合金作製にあたっての製造容易さ、スパッタリングターゲットとして使用する場合のスパッタリング工程における安定性、簡易性の種々の問題について鋭意研究を重ねた結果、これらの諸問題の解決を図ることのできる薄膜形成用スパッタリングターゲット材、それを用いて形成されて成る薄膜及び光学記録媒体を得ることができた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄膜形成用スパッタリングターゲット材は、Ａｕを０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＡｇ及び不可避的不純物からなる金属材料からなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る薄膜は、Ａｕを０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＡｇ及び不可避的不純物からなる金属材料を用いて形成されて成ることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光学記録媒体は、Ａｕを０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＡｇ及び不可避的不純物からなる金属材料を用いて形成された薄膜を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、薄膜形成用スパッタリングターゲット材、光学記録媒体用の薄膜として適用した場合に、Ａｇの耐水素性、耐酸素性やＡｕの耐塩素性、耐硫黄性の相互作用により、塩素、水素、酸素、硫黄という大気中あるいは特殊環境中で検討される非金属元素による汚染や光学記録媒体に採用される際に要求される環境や雰囲気下での高い耐候性の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態による薄膜形成用スパッタリングターゲット材は、Ａｇを主成分とし、Ａｕを０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下含有し、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下含有するもので、これらの元素を少なくとも含有する金属材料からなるものである。
【００１６】
以下に示す例においては、本発明の薄膜形成用スパッタリングターゲット材、それを用いて形成されて成る薄膜及びこの薄膜を有する光学記録媒体について、２層の情報記録層を有する構造のディスク状、いわゆる円板状の光ディスクに適用する場合について説明する。ただし、本発明は、このような光ディスクや、その形状に限定されるものではなく、光磁気ディスク、相変化ディスク、その他のカード状、シート状等の情報層に金属薄膜を有する各種の光学記録媒体に適用することができる。
【００１７】
以下の例において作製する光学記録媒体は、図１に示すように、第１の基板１と第２の基板２とが、例えば光透過性の光硬化性樹脂２０を介して積層された２層構造の光学記録媒体とする。
【００１８】
第１の基板１は、例えばポリカーボネート等の光透過性樹脂の射出成形により、一主面にデータ記録ピット、またはプリグルーブ等の第１の微細凹凸２１を有し、これの上に半透明膜１５を有し、第１の情報記録層１１が形成されてなるものである。
【００１９】
また、上述した第１の基板１と積層される第２の基板２は、第１の基板１と同様に、例えばポリカーボネート等の光透過性樹脂の射出成形によって、一主面にデータ記録ピット、またはプリグルーブ等の第２の微細凹凸２２を有し、これの上に、本発明に係る銀合金を用いて形成した反射膜１６を有し、第２の情報記録層１２が形成されてなるものである。
この銀合金による反射膜１６は、例えばＲＦ（交流）マグネトロンスパッタリング法により成膜することができ、膜厚は、例えば５０〜１５０ｎｍ程度に形成する。
【００２０】
さらに、第２の情報記録層１２上には、例えばアクリル系の紫外線硬化性樹脂よりなる保護膜３０が形成されている。
【００２１】
図１に示す２層構造の光学記録媒体において、第２の情報記録層１２に記録された情報の再生を行うときには、波長８００ｎｍの光ビームを照射して第２の情報記録層１２に焦点が結ばれるようにし、情報の再生を行うようにする。
一方、第１の情報記録層１１に記録された情報の再生を行うときには、波長６５０ｎｍの光ビームを照射して第１の情報記録層１１に焦点が結ばれるようにし、情報の再生を行うようにする。
【００２２】
以下、本発明に係る銀合金及びこれを用いて作製した薄膜、すなわち図１に示した反射膜１６について説明する。
【００２３】
本発明は、上述したように、高反射率の維持、耐候性の改善、合金作製にあたっての製造容易さ、スパッタリングターゲットとして使用する場合のスパッタリング工程における安定性、簡易性の種々の問題について解決を図るべく、Ａｇを主成分とし、Ａｕを０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有するもので、これらの元素を少なくとも含有する金属材料からなる薄膜形成用スパッタリングターゲット材、及び、これを用いて形成された薄膜と、この薄膜を有する光学記録媒体を得るものである。
【００２４】
本発明に係る銀合金のスパッタリングターゲット材料として、Ａｕを選択したのは、合金を作製する際の溶融プロセス中、及び冷却して固化したときの添加元素であるＡｕの合金全体に対しての偏析が抑制できる。あるいは合金を作製する工程中で、金属間化合物が形成されないという利点も有する。
【００２５】
また、Ａｇは、硫黄と結合しやすく、大気中に長時間放置すると、大気と接触する界面が硫黄と反応して、硫化銀（Ａｇ2Ｓ）となり、黒色化して反射特性が劣化してしまう。また、塩素とも激しく反応して塩化銀（ＡｇＣｌ）となってしまい、白濁化して反射特性が劣化する。また、塩素との反応部が成長、拡大してしまい、白濁化した部分が広がり、さらに反射特性が劣化し、Ａｇの物理的特性を損なってしまう。
しかし、一方においてＡｇは、酸素や水素に対しては比較的安定な物質であり、特に水素に対しては非常に安定であり、酸素雰囲気下での長時間放置後の酸素との結合状態や、水中に浸水させて放置した後に水素との結合状態を確認しても、これらとの反応性が安定であることがわかる。このため、対酸素や水素へのバリア性を目的とした感光材用の添加材料や、高融点ロウ材等に適用されている。
【００２６】
上記薄膜形成用スパッタリングターゲット材によれば、Ａｇの耐水素性、耐酸素性やＡｕの耐塩素性、耐硫黄性の相互作用により、塩素、水素、酸素、硫黄という大気中あるいは特殊環境中で検討される非金属元素による汚染や光学記録媒体に採用される際に要求される環境や雰囲気下でのＡｇと比較した場合の高い耐候性の向上の実現が可能になるのである。
【００２７】
また、上記薄膜形成用スパッタリングターゲット材を用いて光学記録媒体の薄膜を形成した場合においては、実用上望ましい高い反射率が得られること、即ち光学記録媒体の反射膜として優れた特性を有することが確認されている。
【００２８】
また、光学記録媒体の反射膜の形成材として、薄膜形成用スパッタリングターゲット材を用いた場合に、光学記録媒体の反射膜として重要な耐候性に関しては、Ａｇを単独で用いた場合に比較してさらに向上することが確認されている。
【００２９】
次に、Ａｇに所定量のＡｕを添加したＡｇ−Ａｕ合金により、光学記録媒体用の薄膜、すなわち、反射膜を形成して光学記録媒体を作製した場合の、所定の波長レーザー光に対する反射率を測定した。この場合、Ａｇに、Ａｕが０．１〜５．０ｍａｓｓ％それぞれの量含有されてなるＡｇＡｕ合金の薄膜形成用スパッタリングターゲット材を用いて、光学記録媒体の薄膜、すなわち反射膜を形成し、光学記録媒体を作製し、波長８００、６００、４００ｎｍのレーザー光を照射したときの、それぞれの反射率を測定するものとし、この測定結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
この表１に示した測定結果より、ＡｇにＡｕが０．１〜５．０ｍａｓｓ％含有されているＡｇＡｕ合金の薄膜形成用スパッタリングターゲット材を用いて、光学記録媒体の薄膜を形成した場合においては、実用上望ましい高い反射率が得られることがわかる。すなわち、表１に示すように、ＡｇにＡｕが０．１〜５．０ｍａｓｓ％含有されているＡｇＡｕ合金の薄膜形成用スパッタリングターゲット材を用いて、光学記録媒体の薄膜を形成した場合において、特に、波長８００ｎｍのレーザー光を照射した場合においては、８８％以上の高い反射率が得られ、光学記録媒体の反射膜として優れた特性を有するものであることがわかる。
【００３２】
光学記録媒体の反射膜として重要な耐候性に関しては、Ａｕを含有させることにより、Ａｇ単独で用いた場合に比較してさらに向上させることができる。
【００３３】
次に、Ａｇに、Ａｕが、１．２ｍａｓｓ％含有されてなるＡｇＡｕ合金に、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｇの内のいずれかの元素が、それぞれ０．５〜０．９ｍａｓｓ％添加してＡｇＡｕＸ（ＸはＣｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｇ）合金とし、この合金により、光学記録媒体の反射膜を形成し、光学記録媒体を作製した場合の、所定の波長のレーザー光に対する反射率を測定した。
【００３４】
この場合、波長８００、６００、４００ｎｍのレーザー光を、それぞれ照射したときの、反射率を測定するものとし、この測定結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
また、表２においては、ＡｇＡｕ合金に、Ｃｕ、Ａｌなどの内のいずれかの元素を含有させた場合について説明したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、それ以外のいずれか一種類あるいは二種類以上の元素を含有させたＡｇＡｕ合金についても適用することができ、これらを用いた場合についても、高い反射率が得られ、光学記録媒体の反射膜として優れた特性を得ることができた。
【００４０】
次に、本発明のＡｇ合金を用いて、光学記録媒体用の薄膜、すなわち、反射膜を形成する場合のスパッタレートについて、Ａｇを単独で用いて反射膜を形成する場合のスパッタリングターゲットと比較して説明する。
【００４１】
スパッタリング条件としては、到達圧力を４×１０-3Ｐａ、スパッタ圧力は０．７６Ｐａ、スパッタガス及び雰囲気については、、Ａｒ雰囲気とし、ガス流量は２０ｓｃｃｍとした。
【００４２】
以下、薄膜の作製用材料と、成膜電力、成膜時間の関係についての測定結果を表３に示す。
【００４３】
【表３】
表３に示すように、本発明のＡｇ合金を用いて薄膜を形成した場合、Ａｇを単独で用いた場合に比較して１０〜５０％程度、成膜時間が増加してしまうが、代替の材料として考えられるＡｌやＡｕを用いた場合のエッチングレートと比較すると、成膜時間を著しく短縮できる。
【００４５】
次に、本発明のスパッタリングターゲット材の作製方法について検討した。本発明のスパッタリングターゲット材の作製方法としては、大気雰囲気中での溶解法あるいは真空中での溶解法が挙げられる。
Ａｇ合金を溶解法で作製する場合には、先ず、基となる母合金を作製し、これにＡｇを追加で混入して、Ａｇが規定量になるように合金に含有される金属の含有量を整えるものとする。
【００４６】
大気中で行う場合について説明する。
先ず、Ａｒ雰囲気（４００〜６００Ｔｏｒｒ）中で、Ａｇ−Ａｕ−Ｘ（Ｘは、Ｃｕ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｖ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｒｕ，Ｍｇ）合金を、アーク溶解にて溶融混合し、母合金を作製する。
【００４７】
次に、高周波溶融炉において、Ａｇの溶解を行う。このときのＡｇの量は、全体溶解量から母合金中のＡｇの量を差し引いた量とする。
この際の溶融温度は、例えば１０００〜１３００℃として、例えば、０．１〜０．２リットルの並型黒鉛坩堝を用いる。
【００４８】
完全に溶融した後、酸化防止材を投入し、溶融中の酸素との固溶を抑制、防止する。酸化防止材としては、ホウ砂、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸リチウム、カーボン等を用いることができる。
【００４９】
完全に溶融した状態で、約１時間放置し、上記の母合金を添加してさらに０．５〜１時間溶融させる。
この際の溶融温度は、例えば１０５０〜１４００℃とする。
【００５０】
以上、大気中での溶解法について説明したが、その他の溶解法を用いることも可能であり、以下、Ａｒ雰囲気中で行う溶解の場合について説明する。
先ず、Ａｒ雰囲気（４００〜６００Ｔｏｒｒ）中で、Ａｇ−Ａｕ−Ｘ（Ｘは、Ｃｕ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｖ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｒｕ，Ｍｇ）合金を、アーク溶解にて溶融混合し、母合金を作製する。
【００５１】
次に、高周波溶融炉において、上記の母合金とＡｇの溶解を行う。このときのＡｇの量は、全体溶解量から母合金中のＡｇの量を差し引いた量とする。
母合金とＡｇを入れた坩堝を高周波溶融炉に入れ、真空引きを行う。酸素を巻き込まない程度に真空に引いた後、溶融炉をＡｒ雰囲気(１００〜６００Ｔｏｒｒ)にしてから溶融を開始する。
この際の溶融温度は、例えば、１０５０〜１４００℃とし、坩堝は、例えば、０．１〜０．２リットルの並型黒鉛坩堝を用いる。
【００５２】
次に、例えばアルミナ、あるいはマグネシウム系タルクを内面に塗布してあるＦｅの鋳型に溶融物を注湯する。
Ｆｅの鋳型は、引け巣を防止するため、予め電気炉等で３００〜５００℃程度に熱しておく。
【００５３】
鋳型内の溶融物を、冷却、凝固し、インゴットを鋳型から取り出して、常温まで冷却する。
次に、インゴットの最上部の押湯部を切断除去し、インゴットを圧延機により圧延し、９０ｍｍ×９０ｍｍ×８．１ｍｍの板状の合金を作製する。
【００５４】
その後、例えば電気炉で４００〜５００℃によりＡｒガスを封入した状態で、１〜１．５時間程度、熱処理し、その後さらにプレス機によりそり修正を行う。
【００５５】
その後、製品形状にワイヤーカットし、耐水研磨紙を用いて製品全面を研磨し、表面粗度を調整し、最終的に本発明のＡｇ合金のスパッタリングターゲット材を作製することができる。
【００５６】
上述のように、本発明のＡｇ合金のスパッタリングターゲット材を作製する場合において、Ａｇに対してＡｕ及びその他の元素Ｘを添加して溶融する場合においても、従来行われている容易な方法を適用することができ、価格的にも製法的にもメリットが大きい。
【００５７】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明のスパッタリングターゲット材は、Ａｇと比較して、酸素や硫黄、塩素等に対して、高い耐久性を確保することができる。従って、このスパッタリングターゲット材を用いて薄膜の形成を行うことにより、長期にわたり、再生信号の劣化を回避することのできる高品質な光学記録媒体を得ることができた。
【００５９】
また、本発明のスパッタリングターゲット材を用いて形成した薄膜及びこれを有する光学記録媒体は、高反射率を確保することが可能であり、良好な再生信号を得ることができ、高品質な光学記録媒体を得ることができた。
【００６０】
本発明のスパッタリングターゲット材は、これを用いてスパッタリング法により薄膜形成を行う場合においては、Ａｇ単独でスパッタリング法により薄膜形成を行った場合と比較し、スパッタリングレートがさほど低下せず、また、代替材料としてのＡｕ、Ａｌと比較するとスパッタリングレートにおいて、より優れていることがわかった。
【００６１】
本発明のスパッタリングターゲット材は、従来用いられている簡易な溶融法により、製品の作製を行うことができ、また、スパッタリング法を適用して容易に光学記録媒体用の薄膜形成を行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるスパッタリングターゲット材を用いて形成した薄膜を有する光学記録媒体の一例であって２層構造の光学記録媒体を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…第１の基板
２…第２の基板
１０…光学記録媒体
１１…第１の情報記録層
１２…第２の情報記録層
１５…半透明膜
１６…銀合金反射膜
２０…光硬化性樹脂
２１…第１の微細凹凸
２２…第２の微細凹凸
３０…保護膜
Claims (3)
- Ａｕを０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＡｇ及び不可避的不純物からなる金属材料からなることを特徴とする薄膜形成用スパッタリングターゲット材。
- Ａｕを０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＡｇ及び不可避的不純物からなる金属材料を用いて形成されて成ることを特徴とする薄膜。
- Ａｕを０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上の元素を０．１ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下含有し、残部がＡｇ及び不可避的不純物からなる金属材料を用いて形成された薄膜を有することを特徴とする光学記録媒体。
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