JP5259741B2 - Bi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲット及びその製造方法並びに光記録媒体 - Google Patents

Bi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲット及びその製造方法並びに光記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、Bi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲット及び同ターゲットの製造方法並びに光記録媒体に関し、特にスパッタリングの際にターゲットの割れが発生せず、パーティクルの発生が少なく、安定して高品質の薄膜の作製が可能であり、記録ビットのエラー発生のない光記録媒体を得ることができるBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲット及び同ターゲットの製造方法並びに光記録媒体に関する。
追記型(WORM:Write Once Read Many)光記録媒体は、青色波長領域(350〜500nm)のレーザ光でも高密度の記録を行なうことが可能な光記録媒体、特に、高い記録感度を持つ多層の記録層を持つ光記録媒体である。
光ディスクは高密度化への要求に対応する為、多層化による高密度化が行われている。青色LDを用いる光ディスクにおいても同様に、高密度記録用の光記録媒体の開発が行われている。
高密度多層記録が可能な追記型光記録媒体を実現するには、安定した組成、構造を持つ材料であることは勿論、光透過特性に優れた膜が必要であるが、そのような材料は酸化物であることが多く、一般的に融点が高い為、成膜法としてスパッタリング法が用いられることが多い。
従って、そのような膜を得るのに適したスパッタリングターゲットが必要となる。しかし、ターゲットを構成する化合物の形態、構造などが、スパッタリング特性にも影響するため、ターゲットを構成する化合物を、必要な膜の特性に適したものとした時に、良好なスパッタリングを安定して行うことが出来るか否かが問題となる。
スパッタリング法を用いて基板への光記録媒体用薄膜を形成する場合、ターゲットの材料によってパーティクルの発生が多くなり、品質を低下させる場合がある。特に高記録密度媒体ではパーティクルなどのよる記録ビットのエラー発生が深刻な問題となる。これが原因で、不良品となって歩留まりが低下するという問題が発生する。
従来、提案されている光記録媒体として、多数の材料の提案がなされている。例えば、特許文献1には、基板上に少なくとも記録層を形成した光記録媒体であって、記録層の構成元素の主成分がBi及びO(酸素)であり、Bを含有し、さらにGe、Li、Sn、Cu、Fe、Pd、Zn、Mg、Nd、Mn、Niから選択される少なくとも一種の元素Xを含有する光記録媒体が記載されている。
また、特許文献2には、記録層が、Bi、M(MはMg、Al、Cr、Mn、Co、Fe、Cu、Zn、Li、Si、Ge、Zr、Ti、Hf、Sn、Mo、V、Nb、Y、Taのうち少なくとも一つの元素)及び酸素を含有し、情報が記録された記録マーク部が、該記録層に含有される元素の結晶及び/又はそれらの元素の酸化物の結晶を含むことを特徴とする追記型光記録媒体が記載されている。
この他にも、特許文献3−特許文献8が提案されている。このような中で、ビスマス(Bi)、ゲルマニウム(Ge)、酸素(O)からなる光記録媒体の組合せが考えられ、またこれらの光記録媒体を、焼結体ターゲットのスパッタリングにより成膜する記載もある。しかし、このBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットというのは、熱衝撃に弱く、高パワーによるスパッタリング時に割れ、亀裂が入ることが多く、これによるパーティクルが発生し、記録膜等の品質を損ねる問題があった。
特開2008−210492号公報 特開2006−116948号公報 特開2003−48375号公報 特開2005−161831号公報 特開2005−108396号公報 特開2007−169779号公報 特開2008−273167号公報 特許第4271063号公報
本発明は、Bi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲット及び同ターゲットの製造方法並びに光記録媒体に関し、特にスパッタリングの際にターゲットの割れが発生せず、パーティクルの発生が少なく、安定して高品質の薄膜の作製が可能であり、記録ビットのエラー発生のない光記録媒体を得ることができるBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲット及び同ターゲットの製造方法並びに光記録媒体を提供することを課題とする。
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った結果、適切な組成のBi−Ge−O系焼結体を選択して結晶相を制御し、ターゲットの熱衝撃を抑制してターゲットの割れを防止し、スパッタリングの際にパーティクルの発生を効果的に抑制することができるとのとの知見を得た。
本発明は、この知見に基づき、
1)ビスマス(Bi)、ゲルマニウム(Ge)、酸素(O)からなる焼結体ターゲットであって、BiとGeの原子数比が、0.57<(Bi/(Bi+Ge))<0.92であり、結晶相としてBi12GeO20、BiGe12、GeOの3相を含むことを特徴とするBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲット
2)ターゲットに200°C、30分の加熱による熱衝撃を与えた場合の、該熱衝撃前後の平均曲げ強度低下率が50%以下であることを特徴とする上記1)記載の焼結体スパッタリングターゲット
3)上記1)又は2)記載のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜した光記録媒体、を提供する。
また、本発明は、
4)GeO粉0.03〜89mol%、Bi12GeO20粉11〜99.97mol%を出発原料とし、これらの原料をBiとGeの原子数比が、0.57<(Bi/(Bi+Ge))<0.92となるように混合した後、600〜840°C、加圧力150〜400kg/cmでホットプレスすることにより、Bi12GeO20、BiGe12及びGeOの3相の結晶相を含む焼結体を作製することを特徴とするBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットの製造方法
5)GeO粉14.3mol%とBi粉85.7mol%を混合後、固相反応させてBi12GeO20粉末を作製することを特徴とする上記4)記載のBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットの製造方法
6)平均結晶粒径が10〜50μmである酸化ゲルマニウムの焼結原料粉末を用いて焼結することを特徴とする上記4)又は5)記載のBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
本発明のBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットは、スパッタリングの際にターゲットの割れが発生せず、パーティクルの発生が少なく、安定して高品質の薄膜の作製が可能であり、記録ビットのエラー発生のない光記録媒体を得ることができるという優れた効果を有する。
本発明のBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットは、ビスマス(Bi)、ゲルマニウム(Ge)、酸素(O)からなる焼結体ターゲットであって、BiとGeの原子数比が、0.57<(Bi/(Bi+Ge))<0.92であり、結晶相としてBi12GeO20、BiGe12、GeOの3相を含むことを特徴とする。この組成を利用した記録膜は、多層化による高密度記録が達成できる好適な組成であり、良好なスパッタリング成膜を安定的に行うことが可能である。
一般に、酸化ビスマス(Bi)と酸化ゲルマニウム(GeO)の粉末を出発原料とし、これを焼結して、当該組成ターゲットを作製した場合、Bi12GeO20とBiGe12の2相共存組成となる。
ところが、Bi12GeO20とBiGe12は熱膨張係数差が大きいため、熱衝撃に極めて弱くなり、高パワーでのスパッタリング成膜時に割れが発生するという問題が発生する。
このため、本願発明においては、熱膨張係数がBi12GeO20とBiGe12の間の値をとるGeOを中間相とし、これを焼結体の中に3相が共存する組織とすることで、GeO相が緩衝相となり、耐熱衝撃性が大きく向上することになった。因みに、Bi12GeO20の熱膨張係数は1.39×10−5で、BiGe12の熱膨張係数は6.00×10−6である。他方、GeOの熱膨張係数は7.59×10−6であり、前2者の間の熱膨張係数を持つ相なので、有効な緩衝相とすることができる。
この結果、ターゲットの耐熱衝撃性が向上し、これによって高パワーでの成膜が可能となり、生産効率を上昇させることができる大きな利点が得られた。
また、割れや亀裂が原因となるパーティクルの発生が著しく減少し、安定した高品質の薄膜の作製が可能となり、記録ビットのエラー発生のない、そして高記録密度が達成できる光記録媒体の製造が可能となるという効果が得られた。
スパッタリングの際のパーティクル発生防止には、ターゲットの結晶平均粒度を100μm以下とすることも有効である。
また、本発明のBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットは、ターゲットに200°C、30分の加熱による熱衝撃を与えた場合の、該熱衝撃前後の平均曲げ強度低下率が50%以下となった。
従来品のBi12GeO20とBiGe12の2相共存組成のターゲットの場合には、前記熱衝撃前後の平均曲げ強度低下率が80%を超えているのに対して、大きな改善効果があった。これによって、ターゲットの熱衝撃による割れを抑制する上で、ターゲットの特性を直接的に評価できるものである。
また、前記ターゲットのBi12GeO20、BiGe12、GeOの3相の比率は本発明の製造条件の範囲で任意に調整できる。これは、スパッタリング時にターゲットが受ける熱衝撃の程度、すなわち成膜速度(生産速度)やスパッタリング装置の構造にもよるが、熱衝撃を緩和するための指標となるものである。
上記のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜した光記録媒体は、安定した高品質の薄膜であり、記録ビットのエラー発生のない光記録媒体を得ることができる
Bi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットの製造に際しては、酸化ビスマスと酸化ゲルマニウムの粉末を出発原料とし、これらの原料を、BiとGeの原子数比が、0.57<(Bi/(Bi+Ge))<0.92となるように混合する。そして、この混合粉末を、600〜840°C、加圧力150〜400kg/cmでホットプレスする。これによって、Bi12GeO20、BiGe12及びGeOの3相の結晶相を含む焼結体を作製することが可能となる。
この焼結条件は、均一組成のターゲットを得ることができる好適な条件である。上記の範囲を外れる焼結条件でターゲットを製造することも可能であるが、ターゲット品質の再現性が劣るので、上記の範囲とするのが望ましい。また、前記原料段階のBiとGeの原子数比、0.57<(Bi/(Bi+Ge))<0.92は、ターゲットに直接反映され、同組成比のターゲットを得ることができる。
Bi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットの製造に際して、酸化ビスマスと酸化ゲルマニウムの焼結原料として、GeO粉0.03〜89mol%、Bi12GeO20粉11〜99.97mol%を使用するが望ましい。これは、Bi12GeO20、BiGe12及びGeOの3相の結晶相を含む焼結体を、効率良く得るための要件でもある。
また、平均結晶粒径が10〜50μmである酸化ゲルマニウム(GeO)粉末を用いて焼結することが望ましい。上記の下限値未満では、粉末の凝集が生じ易くなり、均一な焼結体を得ることが難しくなるからである。また、上記の上限値を超えると、焼結したターゲットに粗大粒子が発生し、偏析し易くなるので、上記の範囲とするのが望ましい。これは、より好ましい粉末の条件であり、焼結条件を調整することにより、この範囲外の粉末を使用することも可能である。
Bi12GeO20粉については、GeO粉14.3mol%とBi粉85.7mol%を混合後、固相反応させ、これを粉砕して事前に作製することができる。Bi12GeO20粉の粒径については、特に制限はなく、凡そ100μm以下であれば、問題はない。これは、本願発明の焼結条件では、GeOのような凝集がないからである。
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1)
純度3N(99.9%)の酸化ビスマスと酸化ゲルマニウムの粉末を出発原料とすると共に、予め平均粒径が12μmのGeO粉と平均粒径が20μmのBi12GeO20粉を準備し、これらをそれぞれ、BiとGeの原子数比が、0.67となるように、GeO粉83.3mol%、Bi12GeO20粉16.7mol%を調合した後、混合し、さらに混合後の粉末をカーボン製ダイスに充填し、温度700°C、圧力250kg/cmの条件でホットプレスを行った。
なお、本実施例において、GeO粉、Bi12GeO20粉を上記のモル比となるように添加しているが、これらの添加の総合比は、GeO50.0mol%、Bi50.0mol%に一致する配合比になるように調整した。
ホットプレス後の焼結体を仕上げ加工してターゲットとした。ターゲットの相対密度は102%(100%密度で7.44g/cm)であった。
この焼結体の、X線回折測定により、Bi12GeO20、BiGe12、GeOの3相構造であることを確認した。この結果を表1に示す。
次に、このターゲットを200°C、30分の加熱による熱衝撃を与えた。その後、JIS規格1601による曲げ試験(ターゲット中の任意の箇所5点から、幅4±0.1mm、高さ3±0.1mm、長さ40〜50mmの試験片を採取して測定し、5点の測定結果の平均値を求める)を実施し、該熱衝撃前後の平均曲げ強度比(強度の低下率)を測定した。測定箇所により多少のばらつきが生じたが、いずれも50%未満となり、強度の低下率が少なかった。
次に、このターゲットを用いて、2kWのパワーでスパッタリングした。この結果、ターゲットに割れや亀裂の発生はなく、下記の比較例に較べ、パーティクルの発生は著しく少なかった。
この結果、本願発明の実施例は、割れの発生がなく、生産効率を上げることができ、かつ安定して高品質の薄膜の作製が可能であり、記録ビットのエラー発生のない光記録媒体を得ることができるという優れた効果を有する良好なターゲットであった。
Figure 0005259741
(実施例2)
純度3N(99.9%)の酸化ビスマスと酸化ゲルマニウムの粉末を出発原料とすると共に、予め平均粒径が12μmのGeO粉と平均粒径が20μmのBi12GeO20粉を準備し、これらをそれぞれ、BiとGeの原子数比が、0.80となるように、GeO粉66.7mol%、Bi12GeO20粉33.3mol%を調合した後、混合し、さらに混合後の粉末をカーボン製ダイスに充填し、温度700°C、圧力250kg/cmの条件でホットプレスを行った。
なお、本実施例において、GeO粉、Bi12GeO20粉を上記のモル比となるように添加しているが、これらの添加の総合比は、GeO33.3mol%、Bi66.7mol%に一致する配合比になるように調整した。
ホットプレス後の焼結体を仕上げ加工してターゲットとした。ターゲットの相対密度は95.9%(100%密度で7.58g/cm)であった。
この焼結体の、X線回折測定により、Bi12GeO20、BiGe12、GeOの3相構造であることを確認した。この結果を表1に示す。
次に、このターゲットを200°C、30分の加熱による熱衝撃を与えた。その後、JIS規格1601による曲げ試験を実施し、該熱衝撃前後の平均曲げ強度比(強度の低下率)を測定した。測定箇所により多少のばらつきが生じたが、いずれも50%未満となり、強度の低下率が少なかった。
次に、このターゲットを用いて、2kWのパワーでスパッタリングした。この結果、ターゲットに割れや亀裂の発生はなく、パーティクルの発生も少なかった。
この結果、本願発明の実施例は、割れの発生がなく、生産効率を上げることができ、かつ安定して高品質の薄膜の作製が可能であり、記録ビットのエラー発生のない光記録媒体を得ることができるという優れた効果を有する良好なターゲットであった。
(比較例1)
純度3N(99.9%)の酸化ビスマスと酸化ゲルマニウムの粉末を出発原料とし、これらをそれぞれ、BiとGeの原子数比が、0.67となるように、平均粒径が5μmのGeO粉50.0mol%、平均粒径が20μmのBi粉50.0mol%を調合した後、混合し、さらに混合後の粉末をカーボン製ダイスに充填し、温度730°C、圧力250kg/cmの条件でホットプレスを行った。
ホットプレス後の焼結体を仕上げ加工してターゲットとした。ターゲットの相対密度は103%(100%密度で7.44g/cm)であった。
この焼結体のX線回折測定により、ターゲットの結晶相がBi12GeO20、BiGe12の2相構造であることを確認した。
次に、このターゲットを200°C、30分の加熱による熱衝撃を加えた。その後、JIS1601による平均曲げ強度試験を実施した。該熱衝撃前後の平均曲げ強度比(強度の低下率)の測定結果を、同様に表1に示す。
この結果、平均曲げ強度の低下率が82%となった。このターゲットを用いて、2kWのパワーでスパッタリングした。その結果、スパッタリング中、ターゲットに割れが発生した。また、実施例に較べて、パーティクルの発生が著しく増加した。これはスパッタリング中のターゲットの割れが原因と考えられる。
(比較例2)
純度3N(99.9%)の酸化ビスマスと酸化ゲルマニウムの粉末を出発原料とすると共に、予め平均粒径が5μmのGeO粉と平均粒径が20μmのBi12GeO20粉を準備し、これらをそれぞれ、BiとGeの原子数比が、0.67となるように、GeO粉83.3mol%、Bi12GeO20粉16.7mol%を調合した後、混合し、さらに混合後の粉末をカーボン製ダイスに充填し、温度700°C、圧力250kg/cmの条件でホットプレスを行った。
なお、本実施例において、GeO粉、Bi12GeO20粉を上記のモル比となるように添加しているが、これらの添加の総合比は、GeO50.0mol%、Bi50.0mol%に一致する配合比になるように調整した。
ホットプレス後の焼結体を仕上げ加工してターゲットとした。ターゲットの相対密度は103%(100%密度で7.58g/cm)であった。
この焼結体の、X線回折測定により、GeOは全量が反応し、Bi12GeO20、BiGe12の2相構造であることを確認した。
次に、このターゲットを200°C、30分の加熱による熱衝撃を加えた。その後、JIS1601による平均曲げ強度試験を実施した。該熱衝撃前後の平均曲げ強度比(強度の低下率)の測定結果を、同様に表1に示す。
この結果、平均曲げ強度の低下率が80%となった。このターゲットを用いて、2kWのパワーでスパッタリングした。その結果、スパッタリング中、ターゲットに割れが発生した。また、実施例に較べて、パーティクルの発生が著しく増加した。これはスパッタリング中のターゲットの割れが原因と考えられる。
本発明のBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲット及びこのターゲットの製造方法によれば、スパッタリングの際にターゲットの割れが発生せず、パーティクルの発生が少なく、安定して高品質の薄膜の作製が可能であり、記録ビットのエラー発生のない光記録媒体を得ることができるという優れた効果を有する。光記録媒体の成膜の生産効率を上げることができ、光記録媒体の製造に好適なターゲットを提供できる。

Claims (6)

  1. ビスマス(Bi)、ゲルマニウム(Ge)、酸素(O)からなる焼結体ターゲットであって、BiとGeの原子数比が、0.57<(Bi/(Bi+Ge))<0.92であり、結晶相としてBi12GeO20、BiGe12、GeOの3相を含むことを特徴とするBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲット。
  2. ターゲットに200°C、30分の加熱による熱衝撃を与えた場合の、該熱衝撃前後の平均曲げ強度低下率が50%以下であることを特徴とする請求項1記載の焼結体スパッタリングターゲット。
  3. 請求項1又は2記載のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜した光記録媒体。
  4. GeO粉0.03〜89mol%、Bi12GeO20粉11〜99.97mol%を出発原料とし、これらの原料をBiとGeの原子数比が、0.57<(Bi/(Bi+Ge))<0.92となるように混合した後、600〜840°C、加圧力150〜400kg/cmでホットプレスすることにより、Bi12GeO20、BiGe12及びGeOの3相の結晶相を含む焼結体を作製することを特徴とするBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
  5. GeO粉14.3mol%とBi粉85.7mol%を混合後、固相反応させてBi12GeO20粉末を作製することを特徴とする請求項4記載のBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
  6. 平均結晶粒径が10〜50μmである酸化ゲルマニウムの焼結原料粉末を用いて焼結することを特徴とする請求項4又は5記載のBi−Ge−O系焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
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