JP5102338B2

JP5102338B2 - 光ディスク用誘電体ターゲット及び成膜方法

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Publication number: JP5102338B2
Application number: JP2010187267A
Authority: JP
Inventors: 淳太田; 泰三森中; 典明谷; 裕明川村; 暁石橋; 一寿高橋
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP2011008912A

Description

本発明は、相変化光ディスク用誘電体膜を形成するためのスパッタ用ターゲット及びこのターゲットを用いて相変化光ディスク用誘電体膜を形成するための成膜方法に関するものである。

従来の相変化光ディスク用誘電体膜を形成するための成膜装置では、図１に示すように、真空槽１内に、スパッタ用ターゲット（ＺｎＳ−ＳｉＯ_２）（例えば、特開昭６３−１４３２５４号公報、特開昭６２−１８０５３８号公報を参照）２、基板３、基板を保持する基板ホルダー４、基板上に設けられたマスク５を備え、真空槽１には磁気回路６、ＲＦ電源（１３．５６ＭＨｚ）７、排気系８、ガス源９が設けられている。このようなＺｎＳにＳｉＯ_２を添加して得た従来のターゲットの場合には、そのターゲット抵抗が高いために、１３．５６ＭＨｚのＲＦマグネトロンスパッタでしか成膜できていない。
また、ＳｉＯ_２以外の添加材料（特開昭６３−１４３２５４、特開昭６２−１８０５３８）を添加して得たターゲットを用いた場合でも、添加材料によってはスパッタにより得られた膜が結晶化してしまうので、熱伝導や光学的問題で未だ実用化出来ていない。

特開昭６３−１４３２５４号公報特開昭６２−１８０５３８号公報

本発明の課題は、ターゲット抵抗の低いＺｎＳ系誘電体ターゲットであって、非結晶性の相変化光ディスク用誘電体膜を形成するためのスパッタ用ターゲット、並びにこのターゲットを用いて非結晶性の相変化光ディスク用誘電体膜を形成するための成膜方法及び成膜装置を提供することにある。

本発明の光ディスク用誘電体膜を形成するためのスパッタ用ターゲットは、８０ｍｏｌ％ＺｎＳ―２０ｍｏｌ％（ＺｎＯ―３ｍｏｌ％Ａｌ _２Ｏ _３）の組成比率を有し、全ての粉末材料の平均粒径が１０μｍ以下であり、面内平均比抵抗値が１．０７５〜３．１０２Ω・ｃｍであり、該面内平均比抵抗値の標準偏差が０．３８５〜１．１８４である。

本発明の相変化光ディスク用誘電体膜の成膜方法は、上記スパッタ用ターゲットを用い、このターゲットに５０〜４００ｋＨｚの周波数を直流に重畳させて印加し、スパッタ法により、基板上に、非結晶の相変化光ディスク用誘電体膜を形成することからなる。このように直流に重畳させることで、低温でのマグネトロンスパッタが可能となり、スパッタにより得られた膜が非結晶となる。周波数が５０ｋＨｚ未満であると、直流に重畳しても異常放電が多発し、有効に機能しない。

また、本発明の相変化光ディスク用誘電体膜を形成するための成膜方法は、従来のＲＦマグネトロンスパッタ装置において、スパッタ電源として、ＲＦ電源の代わりにＤＣ電源を配置してなり、真空槽内に設置された上記スパッタ用ターゲットに対し、５０〜４００ｋＨｚの周波数をＤＣに重畳させて印加されるように構成された成膜装置を用いて実施することができる。

本発明のスパッタ用ターゲットでは、８０ｍｏｌ％ＺｎＳ―２０ｍｏｌ％（ＺｎＯ―３ｍｏｌ％Ａｌ _２Ｏ _３）の組成比率を有し、面内平均比抵抗値が１．０７５〜１．１３６Ω・ｃｍであり、該面内平均比抵抗値の標準偏差が０．３８５〜０．４０１であるスパッタ用ターゲットを提供することができる。成膜装置内に配置したこのターゲットに、ＤＣ電源を用い、５０〜４００ｋＨｚの周波数を直流に重畳させて印加し、スパッタ法により成膜することで、非結晶性の相変化光ディスク誘電体膜を得ることができる。

相変化光ディスク用誘電体膜を形成するための従来の成膜装置の概略構成図。相変化光ディスク用誘電体膜を形成するための本発明による成膜装置の一実施態様の概略構成図。ＺｎＳターゲット（組成番号１）を用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ法により得られた膜のＸＲＤパターンを示す図。ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ_２ターゲット（組成番号２）を用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ法により得られた膜のＸＲＤパターンを示す図。本発明によるターゲット（組成番号８）を用いてＤＣマグネトロンスパッタ法により得られた膜のＸＲＤパターンを示す図。 (Ａ)は、ターゲット（組成番号８）に印加した電圧の波形を示す図（周波数：２５０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比：４０％）、(Ｂ)は、ターゲット（組成番号８）に印加した電圧の波形を示す図（周波数：２５０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比：１２．５％）、(Ｃ)は、ターゲット（組成番号８）に印加した電圧の波形を示す図（周波数：１６０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比：４０％）。本発明のターゲットの製造例を示すフローチャート。本発明のターゲットにＤＣ重畳した時の周波数（ｋＨｚ）と放電電圧（Ｖ）との関係を示すグラフ。本発明のターゲットにＤＣ重畳した時の重畳周波数（ｋＨｚ）と異常放電回数（回／分）との関係を示すグラフ。Ａｌ_２Ｏ_３添加量がターゲット抵抗に及ぼす影響を示すグラフ。

以下、本発明の実施例及び比較例を図面を参照して説明する。
（実施例１）
図７に示す製造例にしたがって、以下、ターゲットを作製した。
８０ｍｏｌ％のＺｎＳ粉末に対して、３ｍｏｌ％のＡｌ_２Ｏ_３粉末と９７ｍｏｌ％のＺｎＯ粉末とからなる添加材を２０ｍｏｌ％秤量し、混合し、超音波湿式分散して均一に混合処理し、大気圧加熱乾燥後真空乾燥した。次いで、この混合粉末を解砕し（ボールミル、乳鉢等）、ふるい分けし、細粒とした。粗粒は、解砕、ふるい分け工程を繰り返し、細粒とした。得られた細粒を、加熱加圧成形（ホットプレス、ＨＩＰ等）により、通常の条件で焼結して、８０ｍｏｌ％ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％（ＺｎＯ−３ｍｏｌ％Ａｌ_２Ｏ_３）の組成比率を持つ焼結体を製作した。配合したそれぞれの粉末の平均粒径は、表１に示す通りである。得られた焼結体を機械加工により円板状に加工した後、バッキングプレートを接合してスパッタリングターゲット（φ５０ｘ５ｍｍ）を５種得た。得られたターゲットの面内の比抵抗分布の分散状態を表す標準偏差をもとめ、直流スパッタの状態を調べた。その結果を表２に示す。

（表１）

（表２）

表１及び２から明らかなように、平均粒径１０μｍ以下のＺｎＳ粉末、ＺｎＯ粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を用いて製作したターゲット（Ｔ−１及びＴ−５）の場合、ターゲットの面内比抵抗の分布が均一であり、かつ、面内平均比抵抗値が低い。これに反して、ＺｎＳ及びＺｎＯの両方の粉末、又はどちらか一方の粉末の平均粒径が１０μｍを超えているものを用いて製作したターゲット（Ｔ−２、Ｔ−３、Ｔ−４）の場合、ターゲットの面内平均比抵抗値は大きくなる。特に、両者とも１０μｍを超えたもの（Ｔ−４）を用いた場合、面内平均比抵抗値はきわめて大きくなり、粉末の分散状態も悪く、比抵抗値のバラツキも大きくなって、異常放電が観測された。この異常放電は、直流スパッタもしくはパルススパッタを行った場合に、抵抗の高い箇所に電荷が集中して生じるものである。その結果、ターゲットにクラックもしくは割れが生じるに至る。

（実施例２）
図２に示すように、本実施例では、相変化光ディスク用誘電体膜を形成するための成膜装置として、真空槽１内に、スパッタ用ターゲット２、基板３、基板を保持する基板ホルダー４、基板上に設けられたマスク５を備え、真空槽１に磁気回路６、ＤＣ電源１０、排気系８、ガス源９が設けられている装置を用いた。真空槽１としては、（株）アルバック製のバッチ式スパッタ装置を使用し、スパッタ用ターゲット２としては表３に示す組成を有するターゲットを用いた。

上記装置を用い、真空槽１内に設置されたφ５０ｘ５ｍｍのターゲット２に対し、５０〜４００ｋＨｚの周波数をＤＣに重畳させて印加し、スパッタ法により、基板３上に非結晶性の相変化光ディスク用誘電体膜を形成した。真空槽１内の到達圧力は１Ｅ−５Ｐａ以下になるようにした。ＤＣ電源１０における重畳条件のＳＴＤは、２５０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比４０％に設定した。パワーは１００Ｗ投入した。成膜プロセスは、全てのターゲットの場合に、成膜圧力０．６７Ｐａで行った。
得られた誘電体膜の光学定数（屈折率）についてはエリプソメータで、その結晶性についてはＸＲＤで測定し、評価した。また、ターゲット抵抗については、ターゲットとバッキングプレート（銅製）との間の抵抗（Ｔ−Ｂ間抵抗(Ω)）を測定することにより評価した。表３にこれらのテスト結果を示す。

（表３）

表３中の組成番号１及び２の場合は、ＲＦマグネトロンスパッタで成膜した。組成番号３及び４の場合は、ターゲット抵抗が大きい為、ＤＣマグネトロンスパッタ（重畳）法では成膜出来なかった。組成番号５〜１２の場合は、ＤＣマグネトロンスパッタ（重畳）法により成膜した。
図３にＺｎＳターゲット（組成番号１）を用いてＲＦマグネトロンスパッタにより成膜したときに得られた誘電体膜のＸＲＤパターンを示す。図３から明らかなように、この膜は結晶化していることがわかる。

図４にＺｎＳ−２０ｍｏｌ％ＳｉＯ_２ターゲット（組成番号２）を用いてＲＦマグネトロンスパッタにより成膜したときに得られた誘電体膜のＸＲＤパターンを示す。図４から明らかなように、ＳｉＯ_２添加により非結晶膜が得られていることがわかる。但し、ＺｎＳ及びＳｉＯ_２共に絶縁物のため抵抗が高く、ＲＦマグネトロンスパッタでしか成膜できない。
図５に代表的な値として本発明によるＺｎＳ−２０ｍｏｌ％（ＺｎＯ−２．４ｍｏｌ％Ａｌ_２Ｏ_３）ターゲット（組成番号８）を用いてＤＣマグネトロンスパッタ（重畳）法に従って得た膜のＸＲＤパターンを示す。図５から明らかなように、２０ｍｏｌ％添加した組成番号８からのターゲットを用いた場合には、非結晶膜が得られている。しかし、表３に示すように、３２ｍｏｌ％添加した組成番号９からのターゲットを用いた場合には、結晶膜となった。

組成番号８のターゲットに抵抗を介して電圧を印加し、デジタルオシログラフを用いて電圧の波形を観測した。得られた電圧の波形パターンを図６（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。図６（Ａ）の場合、周波数：２５０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比：４０％、図６（Ｂ）の場合、周波数：２５０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比：１２．５％、図６（Ｃ）の場合、周波数：１６０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比：４０％とした。図６から明らかなように、電圧波形は安定して出力されておりＤＣ放電が可能なことがわかる。
ＺｎＳ系誘電体材料として、ＺｎＳ単体の代わりに、ＺｎＳに５ｍｏｌ％以下のＩｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３＋ＳｎＯ_２）を配合したものを使用しても、上記と同様な結果が得られる。

（実施例３）
ＺｎＳ系ターゲットに添加物を加えて抵抗を約５００Ωとしたときのターゲットに０〜４００ｋＨｚ重畳したときの放電電圧を計測した。装置はＵＬＶＡＣ製のバッチ式スパッタ装置を用いた。スパッタパワーは１００Ｗ投入し、成膜圧力は０．６７Ｐａで行った。図８に、得られたターゲットに対する周波数（ｋＨｚ）と放電電圧（Ｖ）との関係を示す。
図８から明らかなように、５０ｋＨｚ未満では放電せず、５０ｋＨｚ以上の周波数重畳で放電が確認できた。
また、ターゲット抵抗９０Ωのターゲットを用いて重畳周波数（ｋＨｚ）と異常放電回数（回／分）との関係を調べた。ＤＣ電源の出力よりペンレコーダーで電圧の振れをカウントし、その結果を図９に示す。図９から明らかなように、５０ｋＨｚ未満では異常放電が多発し、放電が不安定であった。一方、５０ｋＨｚ以上では安定した放電が得られた。

（実施例４及び比較例１）
ターゲット組成ＺｎＳ−２０ｍｏｌ％（ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３）のターゲットにおいて、ＺｎＯに添加するＡｌ_２Ｏ_３の量を変えて作製したターゲットについて、Ａｌ_２Ｏ_３の添加量とターゲット抵抗との関係を図１０に示す。図１０から明らかなように、Ａｌ_２Ｏ_３を５ｍｏｌ％以下添加した時のターゲット抵抗は５００Ω以下であり、５ｍｏｌ％を超えて添加するとターゲット抵抗は大きくなった。

１真空槽２ターゲット
３基板４基板ホルダー
５マスク６磁気回路
７ＲＦ電源８排気系
９ガス源１０ＤＣ電源

Claims

８０ｍｏｌ％ＺｎＳ―２０ｍｏｌ％（ＺｎＯ―３ｍｏｌ％Ａｌ _２Ｏ _３）の組成比率を有し、全ての粉末材料の平均粒径が１０μｍ以下であり、面内平均比抵抗値が１．０７５〜１．１３６Ω・ｃｍであり、かつ、面内比抵抗値の標準偏差が０．３８５〜０．４０１であることを特徴とする光ディスク用誘電体膜を形成するためのスパッタ用ターゲット。
請求項１記載のスパッタ用ターゲットを用い、このターゲットに５０〜４００ｋＨｚの周波数を直流に重畳させて印加し、スパッタ法により、基板上に、非結晶の相変化光ディスク用誘電体膜を形成することを特徴とする相変化光ディスク用誘電体膜の成膜方法。