JP5354199B2 - 光記録媒体用アルミニウム合金反射膜およびこの反射膜を形成するためのスパッタリングターゲット - Google Patents

Description

この発明は、光記録媒体を構成するアルミニウム合金反射膜およびこのアルミニウム合金反射膜を形成するためのアルミニウム合金からなるスパッタリングターゲットに関するものであり、特に波長４０５ｎｍの青紫色レーザを使用して書きこみおよび読み取りを行う光記録媒体を構成するアルミニウム合金反射膜に関するものである。

一般に、光記録媒体の反射膜にはアルミニウム合金からなる反射膜が形成されていることは知られており、このアルミニウム合金からなる反射膜は同じ成分組成を有するアルミニウム合金製ターゲットを用い、スパッタリングすることにより形成されることは知られている。
例えば、特許文献１にはＨｆ，Ｔｉ，Ｃｒの内の１種又は２種以上を合計で０．１〜 １０原子％を含み、かつＨｆ，Ｔｉ，Ｃｒの内の１種又は２種以上とＭｇの合計が１５原子％以下であるアルミニウム合金からなる反射膜が記載されている。

また、特許文献２には、Ａｌを主成分とし、希土類元素の少なくとも１種を１．０〜１０．０原子％含有し、さらにＣｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｎｉの少なくとも１種：０．５〜５．０原子％、Ｓｉ，Ｍｇの少なくとも１種：５．０原子％以下含有するアルミニウム合金からなる反射膜およびこの反射膜を形成するための反射膜と同一成分を有するスパッタリングターゲット、および、Ａｌを主成分とし、希土類元素の少なくとも１種を１．０〜１０．０原子％含有し、さらにＣｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｎｉの少なくとも１種：０．５〜５．０原子％、Ｆｅ，Ｃｏの少なくとも１種：１．０〜５．０原子％、Ｓｉ，Ｍｇの少なくとも１種：５．０原子％以下含有するアルミニウム合金からなる反射膜およびこの反射膜を形成するための反射膜と同一成分を有するスパッタリングターゲットが記載されている。

この特許文献２に記載のＡｌ合金反射膜及びスパッタリングターゲットは、光記録媒体の中でも特に再生専用の媒体（ＲＯＭ）用のＡｌ合金反射膜及びその形成用のＡｌ合金ターゲットである。
また、特許文献２において、アルミニウム合金に含む希土類元素としては、ＹおよびＮｄのみが例示されており、３元系以上のアルミニウム合金に含む希土類元素としては、Ｎｄのみが例示されている。

さらに、特許文献３には、Ａｌ−Ｍ合金（ただし、ＭはＭｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，ＣｕおよびＺｎのうち１種以上である）からなり、鏡面加工して走査型電子顕微鏡観察を行ったとき、平均粒径０．０１〜２μｍの前記Ｍリッチの微細粒を有するグレインをもち、このグレイン周囲にバウンダリー層を有し、このバウンダリー層中にＭリッチの第２微細粒を有するＡｌ合金スパッタ用ターゲットが記載されており、このＡｌ合金スパッタ用ターゲットに含まれる原料の不純物等に由来する例えばＳｉ，Ｆｅ，Ｃｕ等が１０００ｐｐｍ程度以下、またＯやＮなどが１０００ｐｐｍ程度含まれていてもよいことなどが記載されている。

そして、これら特許文献１〜３に記載のＡｌ合金からなる反射膜およびターゲットはいずれも耐食性を有することが記載されている。
一般にこれら光記録媒体の書き込みおよび読み出しはレーザを使用することは知られているが、近年、光記録媒体の大容量化のために記録膜へ形成される記録マークを小さくしていく必要性から通常のレーザよりも波長の短い青紫色レーザ（波長４０５ｎｍ）が用いられるようになってきた。かかる状況に対して光記録媒体に形成される反射膜の耐食性が十分でなかったり、形成された反射膜の表面が粗いと光記録媒体の記録再生時にノイズが発生し易くなり、正確な書き込みおよび読み出しができなくなる。
したがって、青紫色レーザ使用の光記録媒体に形成されるアルミニウム合金反射膜は十分な耐食性を有しかつ表面が一層滑らかなアルミニウム合金反射膜であることが求められており、かかる十分な耐食性を有しかつ表面が一層滑らかなアルミニウム合金反射膜を形成することができるアルミニウム合金製ターゲットが求められている。

このため、特許文献４には、Ｍｇ：０．１〜１５質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなり、前記不可避不純物は１００ｐｐｍ以下に規定されている組成のアルミニウム合金からなる耐食性および表面平滑性に優れた光記録媒体用アルミニウム合金反射膜およびこの反射膜形成のためのスパッタリングターゲットが提案されている。この技術では、さらに希土類元素としてＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有することで、一層優れた表面平滑性が得られている。

特開平５−２１０８７１号公報 特開２００５−１５８２３６号公報 特許第３５４５７８７号公報 特開２００７−６６４１７号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上述したように、形成された反射膜の表面が粗いとノイズ発生により正確な書き込み及び読み出しができなくなるため、特許文献４に記載の技術のように、優れた表面平滑性が得られる光記録媒体用アルミニウム合金反射膜およびこの反射膜形成のためのスパッタリングターゲットが開発されているが、このような反射膜でも、さらに恒温恒湿試験を実施すると表面が粗くなってしまう不都合があった。また、再生専用の情報記録媒体のレーザーマーキングを行う際に、反射膜には高耐食性及び低熱伝導率が要求されている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、十分な耐食性を有すると共に優れた表面平滑性を有し、湿熱環境でも表面粗さが小さい光記録媒体用アルミニウム合金反射膜及びこの反射膜形成のためのスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。

本発明者らは、光記録媒体用アルミニウム合金反射膜をスパッタリングで形成する技術について研究を進めたところ、ＭｇおよびＣｅを一定の範囲で含有したアルミニウム合金製ターゲットを用いて作製した反射膜は、表面粗さが一層小さいので青紫色レーザを用いる光記録媒体の記録再生時のノイズをさらに低減することができること、および、このＭｇおよびＣｅを含有したアルミニウム合金に、さらに特定の元素を一定範囲の含有量で添加したアルミニウム合金製ターゲットを用いて作製した反射膜では、Ａｌの拡散を阻害して湿熱環境でも表面粗さが小さく維持されるため、光記録媒体の記録再生の信頼性をより一層高めることができることを突き止めた。

したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の光記録媒体用アルミニウム合金反射膜は、Ｍｇ：３〜８質量％およびＣｅ：３〜８質量％を含有し、さらにＰｄ：４〜１５質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなることを特徴とする。

また、本発明の光記録媒体用アルミニウム合金反射膜形成のためのスパッタリングターゲットは、Ｍｇ：３〜８質量％およびＣｅ：３〜８質量％を含有し、さらにＰｄ：４〜１５質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなることを特徴とする。

これら光記録媒体用アルミニウム合金反射膜およびこの反射膜形成のためのスパッタリングターゲットでは、Ｍｇ：３〜８質量％およびＣｅ：３〜８質量％を含有し、さらにＰｄ：４〜１５質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなるので、十分な耐食性および表面平滑性を有すると共に、湿熱環境においても反射膜の表面粗さが小さく維持される。したがって、光記録媒体の記録再生時のノイズを低減することが可能になる。

この発明の光記録媒体用アルミニウム合金反射膜を形成するためのスパッタリングターゲットは、例えば原料として純度：９９.９９質量％以上の高純度Ａｌおよびいずれも純度：９９ .９質量％以上のＭｇ、Ｃｅ及びＰｄを用意し、まず、高純度Ａｌ、ＭｇおよびＰｄを所定の含有量となるようにルツボに投入し、不活性ガス雰囲気中で溶解して不純物が可及的に少ないＡｌ合金溶湯を作製し、得られたＡｌ合金溶湯にＣｅを所定の含有量となるように添加し、溶解した後、不活性ガス雰囲気中で鋳造してインゴットを作製し、これらインゴットを熱間加工したのち機械加工することにより製造することができる。

次に、この発明の光記録媒体用アルミニウム合金反射膜およびこの光記録媒体用アルミニウム合金反射膜を形成するためのスパッタリングターゲットにおける成分組成を前記の如く限定した理由を説明する。

Ｍｇ：
Ｍｇ成分は、Ａｌに固溶し、Ａｌ合金からなる光記録媒体用アルミニウム合金反射膜の表面平滑性を向上させると共に表面に緻密で透明な不働態膜を形成することにより高反射率を維持したまま耐食性を向上させる成分である。
なお、Ｍｇを３質量％未満含んでも、反射膜の表面粗さの低減効果が不十分であり、一方、８質量％を越えて含有すると、膜の反射率が低下する傾向が顕著になるので好ましくない。したがって、この発明の光記録媒体用アルミニウム合金反射膜およびこの光記録媒体用アルミニウム合金反射膜を形成するためのスパッタリングターゲットに含まれるＭｇ成分の含有量を、３〜８質量％に定めた。なお、より好ましいＭｇの組成範囲は、５〜８質量％である。

Ｃｅ：
Ｃｅ成分は、湿熱環境下における反射膜の耐食性を維持すると共に、反射膜の表面粗さの低減に効果を有する希土類元素である。さらに、Ｃｅ成分は、反射膜の熱伝導率を低減する効果も有している。
なお、Ｃｅを３質量％未満含んでも、反射膜の表面粗さの低減効果および熱伝導率の低減効果がいずれも不十分であり、一方、８質量％を越えて含有すると、孔食が発生するようになるので好ましくない。したがって、この発明の光記録媒体用アルミニウム合金反射膜およびこの光記録媒体用アルミニウム合金反射膜を形成するためのスパッタリングターゲットに含まれるＣｅ成分の含有量を、３〜８質量％に定めた。なお、より好ましいＣｅの組成範囲は、４〜８質量％である。

Ｐｄ：
Ｐｄの成分は、反射膜中のＡｌ原子と強く結合してＡｌの拡散を抑制し、湿熱環境下における反射膜の表面粗さの粗大化を抑制する成分である。
なお、Ｐｄを４質量％未満含んでも、上記効果が不十分であり、一方、１５質量％を越えて含有すると、反射膜の反射率が低下する傾向が顕著になるので好ましくない。したがって、この発明の光記録媒体用アルミニウム合金反射膜およびこの光記録媒体用アルミニウム合金反射膜を形成するためのスパッタリングターゲットに含まれるＰｄの含有量を、４〜１５質量％に定めた。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る光記録媒体用アルミニウム合金反射膜及びこの反射膜形成のためのスパッタリングターゲットによれば、Ｍｇ及びＣｅを上記含有量で含有し、さらにＰｄを上記含有量で含有したアルミニウム合金からなるので、耐食性および表面平滑性に優れていると共に、湿熱環境下でも表面粗さを小さく維持することができる。したがって、湿熱環境下での経時変化による光記録媒体の劣化が少なく長期にわたって使用でき、かつ青紫色レーザを用いてもノイズ発生が少なく書き込みおよび読み出しが可能な光記録媒体を提供することができる。

以下、本発明に係る光記録媒体用アルミニウム合金反射膜及びこの反射膜形成のためのスパッタリングターゲットの一実施形態を、その製造方法と共に説明する。

まず、原料として、高純度Ａｌ、高純度のＭｇ，Ｃｅ，Ｐｄを用意する。
所定の配合比で秤量した各原料を、通常の高周波溶解炉を用いてＡｒガス雰囲気でアルミナ、マグネシア等の耐火物ルツボを用いて所定量のＡｌ，ＭｇおよびＰｄを溶解し、アフターチャージにより、Ｃｅを加えて合金溶湯とし、鋳鉄製の鋳型に鋳造することにより、インゴットを作製する。

各原料の上記所定の配合比は、上記インゴットが、Ｍｇ：３〜８質量％およびＣｅ：３〜８質量％を含有し、さらにＰｄ：４〜１５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなるように設定される。

得られたインゴットを、例えば５００℃で１時間加熱した後、熱間圧延し、機械加工することにより、所定寸法を有したターゲット材を製造する。このターゲット材とバッキングプレートとをはんだ付けすることにより、本実施形態のスパッタリングターゲットが作製される。

このようにして作製されるスパッタリングターゲットは、Ｍｇ：３〜８質量％およびＣｅ：３〜８質量％を含有し、さらにＰｄ：４〜１５質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金から構成されている。なお、より好ましいＭｇの組成範囲は、５〜８質量％である。

次に、上記スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングすることで本実施形態の光記録媒体用アルミニウム合金反射膜を作製する。
まず、上記スパッタリングターゲットを、直流マグネトロンスパッタ装置に装着する。次に、真空排気装置にて直流マグネトロンスパッタ装置内を所定圧力まで排気した後、Ａｒガスを導入して所定のスパッタガス圧とし、続いて直流電源にてターゲットに所定の直流スパッタ電力を印加し、上記ターゲットに対向しかつ一定の間隔を設けてターゲットと平行に配置した無アルカリガラス基板と上記ターゲットとの間にプラズマを発生させてスパッタリングを行う。

このようにして成膜される光記録媒体用アルミニウム合金反射膜は、Ｍｇ：３〜８質量％およびＣｅ：３〜８質量％を含有し、さらにＰｄ：４〜１５質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなる。

まず、原料として、純度：９９.９９質量％以上の高純度Ａｌ、純度：９９.９質量％以上のＭｇ，Ｃｅ，Ｐｄを用意した。
所定の配合比で秤量した各原料を、通常の高周波溶解炉を用いてＡｒガス雰囲気でアルミナ、マグネシア等の耐火物ルツボを用いて所定量のＡｌ，ＭｇおよびＰｄを溶解し、アフターチャージにより、Ｃｅを加えて合金溶湯とし、鋳鉄製の鋳型に鋳造することにより、インゴットを作製した。

各原料の上記所定の配合比は、上記インゴットが、Ｍｇ：３〜８質量％およびＣｅ：３〜８質量％を含有し、さらにＰｄ：４〜１５質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなるように設定される。

得られたインゴットを５００℃で１時間加熱した後、熱間圧延し、機械加工することにより、直径：１２５ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有したターゲット材を製造した。このターゲット材と無酸素銅製バッキングプレートとをＩｎはんだを用いてはんだ付けすることにより、表１に示される成分組成を有する本発明のスパッタリングターゲット１〜６を作製した。

また、本発明の範囲から外れる成分組成を有する比較例ターゲット１〜６を、表１に示される成分組成となるように配合した以外は本発明ターゲット１〜６の製造条件と同じ条件で製造した。さらに、表１に示される従来ターゲット１を製造した。

これらバッキングプレートにはんだ付けされた表１に示される本発明ターゲット１〜６、比較ターゲット１〜６および従来ターゲット１を、直流マグネトロンスパッタ装置に装着した。次に、真空排気装置にて直流マグネトロンスパッタ装置内を１×１０^−４Ｐａまで排気した後、Ａｒガスを導入して０．６７Ｐａのスパッタガス圧とし、続いて直流電源にてターゲットにＤＣ７００Ｗの直流スパッタ電力を印加し、上記ターゲットに対向しかつ７０ｍｍの間隔を設けてターゲットと平行に配置した縦：３０ｍｍ、横：３０ｍｍ、厚さ：１．１ｍｍの無アルカリガラス基板と上記ターゲットとの間にプラズマを発生させてスパッタリングを行った。これにより、表１に示される成分組成を有し、厚さ：１００ｎｍを有する本発明アルミニウム合金反射膜１〜６、比較アルミニウム合金反射膜１〜６および従来アルミニウム合金反射膜１を形成した。

このようにして形成した本発明アルミニウム合金反射膜１〜６、比較アルミニウム合金反射膜１〜６および従来アルミニウム合金反射膜１について、下記の試験および評価を行った結果を、表１に示す。

＜表面粗さ、耐熱性（表面粗さの変化）の試験＞
アルミニウム合金反射膜の成膜直後の表面粗さを測定した。
このアルミニウム合金反射膜の表面粗さは、セイコーインスツルメンツ株式会社製の走査型プローブ顕微鏡ＳＰＡ−４００を用いて測定し、膜面内の１μｍ×１μｍの領域の平均面粗さ（Ｒａ）により評価した。

また、耐熱性については、さらに８０℃、８５％ＲＨに保持した恒温恒湿槽内に１００時間保持した後の表面粗さにより評価した。
これらの表面粗さの評価結果から、本発明アルミニウム合金反射膜１〜６は、上記恒温恒湿試験後でも、比較アルミニウム合金反射膜１，３，５および従来アルミニウム合金反射膜１に比べて表面粗さが小さいことがわかる。

＜反射率、耐食性（反射率の変化）の試験＞
アルミニウム合金反射膜の成膜直後の反射率を分光光度計により測定し、高密度記録媒体にて記録再生に用いられる青紫色レーザ光の波長４０５ｎｍにおける反射率を比較した。
また、耐食性については、８０℃、８５％ＲＨに保持した恒温恒湿槽内に１００時間保持した後の波長４０５ｎｍにおける反射率を比較した。
これらの反射率の評価結果から、本発明アルミニウム合金反射膜１〜６は、上記恒温恒湿試験後でも、比較アルミニウム合金反射膜２，４，６に比べて良好な反射率を維持していることがわかる。

＜熱伝導率の試験＞
アルミニウム合金反射膜の成膜直後の比抵抗を四探針法により測定し、ウィーデマン・フランツ則に基づいて、以下の式（１）により、比抵抗から計算により求めた。
κ＝２．４４×１０−８Ｔ／ρ ・・・（１）
（ただし、κ：熱伝導率、Ｔ：絶対温度、ρ：比抵抗）
この熱伝導率の評価結果から、本発明アルミニウム合金反射膜１〜６は、従来アルミニウム合金反射膜１に比べて低い熱伝導率を有していることがわかる。

なお、これらの評価結果から、Ｍｇの組成範囲として、５〜８質量％がより好ましく、Ｃｅの組成範囲として、４〜８質量％がより好ましいことがわかる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

Claims (2)

1. Ｍｇ：３〜８質量％およびＣｅ：３〜８質量％を含有し、
   さらにＰｄ：４〜１５質量％を含有し、
   残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなることを特徴とする光記録媒体用アルミニウム合金反射膜。
2. Ｍｇ：３〜８質量％およびＣｅ：３〜８質量％を含有し、
   さらにＰｄ：４〜１５質量％を含有し、
   残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金からなることを特徴とする光記録媒体用アルミニウム合金反射膜形成のためのスパッタリングターゲット。