JP2010267366A - 光情報記録媒体およびスパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】光情報記録媒体（例えばＢＤ−ＲＯＭ）の反射膜として適切な反射率を示すと共に、再生安定性に優れ、かつ耐久性にも極めて優れた反射膜を備えた、読み出し専用光情報記録媒体を提供する。
【解決手段】反射膜２を有する読み出し専用の光情報記録媒体であって、前記反射膜は、Ｓｉおよび／またはＧｅを５〜４０％（特記しない限り、成分において％は原子％を意味する。以下同じ。）含むと共に、高融点金属元素および／または希土類元素（好ましくは、Ｔｉ、ＦｅおよびＭｎよりなる群から選択される１種以上の元素）を０．７〜５％含むＡｌ基合金からなることを特徴とする光情報記録媒体。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば青色レーザーを使用して再生を行う読み出し専用型のＢＤ（ブルーレイディスク）等の光情報記録媒体、および該光情報記録媒体の反射膜形成用スパッタリングターゲットに関するものである。

光情報記録媒体（光ディスク）は、記録再生原理に基づき、読み出し専用型、追記型、書き換え型の３種類に大別される。

図１に、読み出し専用の光情報記録媒体（１層光ディスク）の代表的な構成を模式的に示す。図１に示すように、読み出し専用の光情報記録媒体は、透明プラスチックなどの基板１の上に、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕなどを主成分とする反射膜２と、光透過層３とが順次積層された構造を有している。基板１には、ランド・ピットと呼ばれる凹凸の組み合わせによる情報が記録されており、例えば、厚さ１．１ｍｍ、直径１２ｃｍのポリカーボネート製基板が用いられる。光透過層３は、例えば光透過シートの貼り合せまたは光透過性樹脂の塗布・硬化によって形成される。記録データの再生は、光ディスクに照射されたレーザー光の位相差や反射差を検出することによって行われる。

図１には、ランド・ピット（記録データ）の組み合わせによる情報が記録された基板１上に、反射膜２および光透過層３がそれぞれ１層ずつ形成された１層光ディスクを示しているが、例えば図２に示すように、第１の情報記録面１１および第２の情報記録面１２を備えた２層光ディスクも用いられる。詳細には、図２の２層光ディスクは、凹凸のランド・ピット（記録データ）の組み合わせによる情報が記録された基板１上に、第１の反射膜２Ａ、第１の光透過層３Ａ、第２の反射膜２Ｂ、および第２の光透過層３Ｂが順次積層された構成を有しており、第１の光透過層３Ａには、基板１とは別の情報がランド・ピットの組み合わせによって記録されている。

光ディスクに用いられる前記反射膜としては、これまで、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ及びこれらを主成分とする合金が汎用されてきた。Ａｌ基合金を用いた反射膜として例えば特許文献１が挙げられる。

このうち、Ａｕを主成分とする反射膜は、化学的安定性に優れ、記録特性の経時変化が少ないという利点を有するが、極めて高価であり、また、例えばＢＤの記録再生に使用される青色レーザー（波長４０５ｎｍ）に対し、充分高い反射率が得られないという問題がある。また、Ｃｕを主成分とする反射膜は安価であるが、従来の反射膜材料のなかで最も化学的安定性に劣っているほか、Ａｕと同様、青色レーザーに対する反射率が低いという欠点があり、用途が制限されている。これに対し、Ａｇを主成分とする反射膜は、実用波長領域である４００〜８００ｎｍの範囲で充分高い反射率を示しており、高い化学的安定性を持つことから、現在、青色レーザーを使用する光ディスクにおいて広く利用されている。

Ａｌは波長４０５ｎｍにおいて充分高い反射率を示し、Ａｇ、Ａｕに比べ価格が安価であるものの、Ａｇ系やＡｕ系の反射膜より化学的安定性に劣っている。よって、耐久性を確保すべく、反射膜の厚みを充分厚くする必要があり、例えばＤＶＤ−ＲＯＭでは、Ａｌ系反射膜の膜厚を充分厚くしている。しかし青色レーザーを使用するＢＤ−ＲＯＭ（読み出し専用型のブルーレイディスク）では、従来の様にＡｌ系反射膜の膜厚を増加させると、記録信号（再生信号）の精度が低下（すなわち、ジッター値が上昇）し、安定した再生を行うことができないという問題がある。また、反射膜形成直後は優れた特性（初期反射
率、初期ジッター値）を有していても、高温高湿度下で長期保管した場合に、これらの特性が劣化するといった問題があることから、上記反射膜には耐久性にも優れていることが要求される。

ＷＯ０１／００８１４５号公報

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、光情報記録媒体（例えばＢＤ−ＲＯＭ）の反射膜として適切なディスク反射率（以下、単に反射率という）を示すと共に、再生安定性に優れ、かつ耐久性にも極めて優れた反射膜を備えた、光情報記録媒体、および上記反射膜の形成に有用なスパッタリングターゲットを提供することにある。

上記課題を解決し得た本発明の光情報記録媒体は、反射膜を有する読み出し専用の光情報記録媒体であって、前記反射膜が、Ｓｉおよび／またはＧｅを５〜４０％（特記しない限り、成分において％は原子％を意味する。また、ＳｉおよびＧｅを含む場合には、これらの合計量をいう。以下同じ）含むと共に、高融点金属元素および／または希土類元素（好ましくはＴｉ、ＦｅおよびＭｎよりなる群から選択される１種以上の元素）を０．７〜５％（２以上の元素を含む場合には、これらの合計量をいう。以下同じ）含むＡｌ基合金からなるところに特徴を有する。

上記光情報記録媒体は、例えば、基板上に前記反射膜および光透過層の積層された構造を含み、かつ青色レーザーによって情報の再生を行う読み出し専用の光情報記録媒体として好適に用いることができる。

本発明には、前記光情報記録媒体に用いられる反射膜形成用のスパッタリングターゲットであって、Ｓｉおよび／またはＧｅを５〜４０％（ＳｉおよびＧｅを含む場合には、これらの合計量をいう。以下同じ）含むと共に、高融点金属元素および／または希土類元素（好ましくはＴｉ、ＦｅおよびＭｎよりなる群から選択される１種以上の元素）を０．７〜５％（２以上の元素を含む場合には、これらの合計量をいう。以下同じ）含むＡｌ基合金からなるところに特徴を有する光情報記録媒体の反射膜形成用スパッタリングターゲットも含まれる。

本発明によれば、光情報記録媒体（例えばＢＤ−ＲＯＭ）の反射膜として適切な反射率を示すと共に再生安定性に優れ、かつ高温高湿度下で長期保管した場合にもこれらの特性が持続する優れた耐久性を示す反射膜を実現できるため、従来のＡｇ合金を反射膜に使用した光情報記録媒体と比較して、製造コストの抑えられた光情報記録媒体を提供することができる。

本発明の光情報記録媒体は、特に、青色レーザーを用いて再生を行うＢＤ−ＲＯＭなどの光情報記録媒体に好適に用いられる。

尚、本発明において、上記適切な反射率とは、後述する実施例に示す方法で測定する初期反射率が、４０％以上７５％以下の範囲内にあることを意味する。初期反射率は、その下限が５０％であることが好ましい。一方、その上限は６５％であることが好ましく、下記初期ジッター値を容易に達成する観点からは、６０％未満であることがより好ましい。
再生安定性に優れるとは、後述する実施例に示す方法で測定する初期ジッター値が６．５％以下であることを意味する。また、耐久性に優れるとは、後述する実施例に示す通り、温度８０℃、相対湿度約８５％の環境下で９６時間保持する加速環境試験を行ったときの、加速環境試験前後の反射率の変化量が±５％以内で、かつ加速環境試験前後のジッター値がいずれも６．５％以下であることを意味する。

図１は、読み出し専用の光情報記録媒体（１層光ディスク）の円周方向の要部を模式的に示す断面図である。 図２は、他の読み出し専用の光情報記録媒体（２層光ディスク）の円周方向の要部を模式的に示す断面図である。

本発明者らは、上記目的を達成すべく、特に光情報記録媒体（例えばＢＤ−ＲＯＭ）の反射膜として適切な反射率を示すと共に、再生安定性に優れ、かつ優れた耐久性を示す反射膜の素材に適したＡｌ基合金について、様々な角度から検討した。

具体的には、まず前述した特許文献１等に記載の種々の合金元素を含むＡｌ基合金を用いて、これらの合金元素が反射率や再生安定性、耐久性に及ぼす影響を詳細に検討した。より具体的には、ピット・ランドが形成されたポリカーボネート基板上に、スパッタリング法によって種々のＡｌ合金膜を成膜した後、紫外線硬化樹脂の光透過層を成膜した１層ＢＤ−ＲＯＭを作製し、このＢＤ−ＲＯＭについて、後述する実施例に示す方法で、初期反射率、初期ジッター値、および加速環境試験後の耐久性を評価した。その結果、光情報記録媒体（例えばＢＤ−ＲＯＭ）の反射膜として適切な反射率を示すと共に、再生安定性に優れた反射膜を実現するためには、Ｓｉおよび／またはＧｅを含有させることが不可欠であり、かつ、高温高湿度下で長期保管した場合にもこれらの特性が持続する優れた耐久性を発揮させるためには、高融点金属元素および／または希土類元素を更に含有させるのがよいことが分かり、本発明に到達した。

まず、本発明に係る反射膜に、Ｓｉおよび／またはＧｅを含有させることについて説明する。適切な反射率のみを確保するには、Ａｌ合金膜に含有させる合金元素としていくつか挙げられるが、この適切な反射率と、優れた再生安定性の２特性を同時に達成させるには、種々の合金元素の中でも特に、Ｓｉおよび／またはＧｅを含有させることが大変有効であることを見出し、本発明に想到した。上記元素が有効に作用する理由については定かではないが、次の様に考えられる。即ち、ＢＤでは、ピットによるレーザー光の反射・干渉を利用し再生を行っているため、レーザー光の反射挙動が再生特性に影響を与えるものと考えられる。本発明では、この反射挙動を左右する反射膜を、Ｓｉおよび／またはＧｅを含むものとすることで、反射膜の光学定数が変化して最適化され、その結果、初期ジッター値上昇の抑制、即ち、再生安定性の向上に有効に作用するものと考えられる。

上記作用効果を充分に発揮させるには、Ｓｉおよび／またはＧｅを５％以上含有させる必要がある。５％未満では上記ジッター値を充分小さくする効果が不充分となる。Ｓｉの含有量を好ましくは１０％以上、より好ましくは１２％以上とし、Ｇｅの含有量を好ましくは７％以上、より好ましくは１２％以上とする。一方、上記元素量の上限は４０％とする。Ｓｉ、Ｇｅのどちらについても、含有量を増加させると反射膜を構成するＡｌ合金膜の吸収率が増加し、相対的に反射率が低下する。反射率とジッター値のバランスの観点から、Ｓｉおよび／またはＧｅの含有量を好ましくは３０％以下、より好ましくは２５％以下とする。

次に、本発明に係る反射膜に、高融点金属元素および／または希土類元素を含有させることについて説明する。

高融点金属元素は反射膜の結晶粒の微細化に寄与すると考えられる。スパッタリングによる膜の堆積初期において、高融点金属元素は核生成のポイントとなり、核密度を高める。このため、高融点金属がない場合と比較して堆積した膜の結晶粒が微細になると考えられる。また、希土類元素は反射膜中の組織構造をアモルファスライクにする。希土類元素とＡｌの原子半径は異なっており、そのため、膜中のＡｌが結晶格子を組みづらいと考えられ、そのために表面平滑性が向上すると考えられる。そして、加速試験後においても、反射膜の結晶組織の変化(例えば、結晶粒の粗大化)が抑制され、その結果、優れた耐久性が発揮されるものと考えられる。

上記高融点金属元素として、例えば、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＨｆが挙げられ、希土類元素として、例えば、Ｎｄ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、およびＤｙが挙げられるが、好ましくは、Ｔｉ、ＦｅおよびＭｎよりなる群から選択される１種類以上の元素である。Ｔｉ、ＦｅおよびＭｎが好ましい理由は、入手がし易く、また融点が１２００℃〜１７００℃程度であるため、溶解法を用いたＡｌ合金ターゲットが製造し易いからである。

上記作用効果を充分に発揮させるには、上記高融点金属元素および／または希土類元素を０．７％以上含有させる必要がある。０．７％未満では、組織変化の抑制が充分でなく、加速環境試験を行うとジッター値が初期ジッター値よりも著しく高くなり耐久性に劣る。一方、高融点金属元素および／または希土類元素量が５％を超えると、Ａｌ合金膜の光学定数が大きく変化するため、初期ジッター値が高くなり、再生安定性に劣る。よって本発明では、高融点金属元素および／または希土類元素量を５％以下とする。好ましくは２％以下である。

本発明に係る反射膜は、基本的に、Ｓｉおよび／またはＧｅを上記範囲で含むと共に、高融点金属元素および／または希土類元素(好ましくは、Ｔｉ、ＦｅおよびＭｎよりなる群から選択される１種以上の元素)を上記範囲で含み、残部：Ａｌおよび不可避不純物である。

本発明に係る反射膜は、膜厚を２５ｎｍ以上とすることが好ましい。Ａｌは大気中において透明な酸化皮膜（Ａｌ酸化膜）を形成する。酸化皮膜の成長に伴い、実質的なＡｌ合金部分が減少して、反射率が低下しやすくなるためである。より好ましくは３０ｎｍ以上である。一方、反射膜の膜厚が厚すぎると、成膜時間が長くなり製造コストが高くなる。よって生産性の観点から、膜厚は１００ｎｍ以下とすることが好ましい。

本発明の光情報記録媒体は、前記成分組成を満たすＡｌ基合金からなる反射膜を備えているところに特徴があり、当該反射膜が適用される光ディスクの構成については特に問わない。本発明に係る反射膜は、例えば前記図１の反射膜２や前記図２の第１の反射膜２Ａとして好ましく用いることができる。また、光ディスクにおけるその他の構成部分（光透過層、基板などの種類）についても特に限定されず、通常、用いられるものを採用することができる。

例えば前記図１、２における基板１として、光ディスク用基板に汎用される樹脂、具体的には、例えば紫外線硬化樹脂やポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。価格や機械的特性などを考慮すると、ポリカーボネートの使用が好ましい。

基板１の厚さは、おおむね、０．４〜１．２ｍｍの範囲内であることが好ましい。また、基板１上に形成されるピットの深さは、おおむね、５０〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。

前記図１、２における光透過層３、３Ａ、３Ｂの種類も限定されず、例えば、紫外線硬化樹脂、ポリカーボネート樹脂等を用いることができる。光透過層の厚さは、１層光ディスクでは約１００μｍ程度であることが好ましく、２層光ディスクでは、第１の光透過層３Ａの厚さは約２５μｍ程度、第２の光透過層３Ｂの厚さは約７５μｍであることが好ましい。

本発明に係る反射膜は、例えば、スパッタリング法、蒸着法などによって成膜することができるが、スパッタリング法が好ましい。スパッタリング法によれば、上記の合金元素がＡｌマトリックス中に均一に分散するので均質な膜が得られ、安定した光学特性や耐久性が得られるからである。

スパッタリング時における成膜条件は特に限定されないが、例えば、以下のような条件を採用することが好ましい。
・基板温度：室温〜５０℃
・到達真空度：１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下（１×１０^-3Ｐａ以下）
・成膜時のガス圧：１〜４ｍＴｏｒｒ
・ＤＣスパッタリングパワー密度（ターゲットの単位面積当たりのＤＣスパッタリングパワー）：１．０〜２０Ｗ／ｃｍ²

上記スパッタリング法で、本発明に係る反射膜を形成するには、用いるスパッタリングターゲットとして、Ｓｉおよび／またはＧｅを５〜４０％含むと共に、高融点金属元素（例えば、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＨｆよりなる群から選択される１種以上の元素）および／または希土類元素（例えば、Ｎｄおよび／またはＹ）、好ましくは、Ｔｉ、ＦｅおよびＭｎよりなる群から選択される１種以上の元素を０．７〜５％含むＡｌ基合金からなるものであって、所望の成分・組成の反射膜とほぼ同一の成分・組成のＡｌ基合金スパッタリングターゲットを用いれば、組成ズレすることなく、所望の成分・組成の反射膜を形成できるのでよい。

本発明のスパッタリングターゲットのＡｌ基合金の化学成分組成は、上述の通りであり、残部はＡｌおよび不可避不純物である。

上記スパッタリングターゲットは、溶解・鋳造法、粉末焼結法、スプレーフォーミング法などのいずれの方法によっても製造することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

まず、ランド・ピットを有するＮｉスタンパーを用い、ポリカーボネートを射出成型することによって厚さ１．１ｍｍの基板を得た。そして得られた基板上に、表１に示す膜厚の各成分組成のＡｌ基合金反射膜を、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により形成した。上記反射膜の形成には、純Ａｌスパッタリングターゲット上に各種合金添加用の純金属チップを配置した複合スパッタリングターゲット、またはＡｌ基合金スパッタリングターゲットを用いた。

また、スパッタリング装置には、複数のターゲットの同時放電が可能な多元スパッタリング装置（（株）アルバック製 ＣＳ−２００、または（株）アルバック製 ＳＩＨ−Ｓ１００）を用いた。スパッタリング条件は、Ａｒガス流量：２０ｓｃｃｍ、Ａｒガス圧：約０．１Ｐａ、ＤＣスパッタリングパワー密度：２〜５Ｗ／ｃｍ²、到達真空度：２．０×１０^-6Ｔｏｒｒ以下とした。成膜したＡｌ基合金反射膜の成分組成（表１）は、ＩＣＰ発光分光法、ＩＣＰ質量分析法、または蛍光Ｘ線分析によって求めた。

次いで、上記の様にして得られた反射膜の上に、スピンコート法により膜厚１００μｍとなるよう紫外線硬化樹脂を塗布し、紫外線を照射して樹脂の硬化を行い、光透過層を形成した。このようにして各種組成の反射膜をもつ１層ＢＤ−ＲＯＭを作製した。

（初期ジッター値の測定）
そして、パルステック社製ＯＤＵ−１０００および横河電機社製ＴＡ−８１０を用い、以下の条件でジッター値が最小になるよう、チルト及びフォーカスを調整し、初期ジッター値を測定した。そしてこの初期ジッター値が６．５％以下のものを合格とした。
再生レーザーパワー：０．３５ｍＷ
ディスク回転速度：４．９８ｍ／ｓ

（初期ディスク反射率の測定）
また、反射率の測定には、横河電機社製デジタルオシロスコープを用い、反射信号の最大レベルから反射率（ディスク反射率）を算出した。そしてこの反射率が４０％以上で７５％以下の範囲内にある場合を合格（適切な反射膜を示す）とした。

（加速環境試験）
上記反射膜の形成されたＢＤ−ＲＯＭを用い、温度８０℃、相対湿度８５％の大気雰囲気中で９６時間保持する加速環境試験（恒温恒湿試験）を行って、試験後のジッター値および試験後の反射率を上記と同様にして測定した。そして、加速環境試験前後の反射率の変化量が±５％以内で、かつ初期ジッター値（加速環境試験前のジッター値）および加速環境試験後のジッター値がいずれも６．５％以下である場合を、耐久性に優れると評価した。これらの結果を表１および、表２に併記する。なお、表１中、Ｎｏ．６、７の加速環境試験後のジッター値（９６ｈ）は測定できなかったことを示している。また、表中、０ｈは初期値、９６ｈは加速環境試験後の値を示す。

表１より次の様に考察できる。即ち、Ｎｏ．１〜５は、反射膜が規定の成分・組成を満たすものであるため、適切な反射率を示すと共に、再生安定性に優れ、かつ耐久性にも優れていることがわかる。また、Ｎｏ．６〜１５は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｔｉ合金反射膜におけるＳｉ量をほぼ一定とし、Ｔｉ量を変化させた例であるが、これらより、高融点金属元素であるＴｉの含有量が０．７％を下回ると（Ｎｏ．６、７）、耐久性が悪く、加速環境試験後のジッター値の測定が不可となると共に、反射率の変化量も大きいのに対し、Ｔｉ量を０．７％以上とすることで、優れた耐久性を確保することができ、低ジッター値を維持できると共に反射率の変化量も小さくなることがわかる。また、Ｎｏ．１４、１５より、Ｔｉ量が過剰であると、初期ジッター値が大きくなることがわかる。

表２より次の様に考察ができる。即ち、Ｎｏ．１６〜２５は、反射膜が規定の成分・組成を満たすものであるため、適切な反射率を示すと共に、再生安定性に優れ、かつ耐久性も優れていることがわかる。

１ 基板
２ 反射膜
３ 光透過層
２Ａ 第１の反射膜
２Ｂ 第２の反射膜
３Ａ 第１の光透過層
３Ｂ 第２の光透過層
１１ 第１の情報記録面
１２ 第２の情報記録面

Claims (5)

1. 反射膜を有する読み出し専用の光情報記録媒体であって、前記反射膜が、Ｓｉおよび／またはＧｅを５〜４０％（特記しない限り、成分において％は原子％を意味する。以下同じ。）含むと共に、高融点金属元素および／または希土類元素を０．７〜５％含むＡｌ基合金からなることを特徴とする光情報記録媒体。
2. 前記高融点金属元素が、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＨｆよりなる群から選択される１種類以上の元素であって、前記希土類元素がＮｄおよび／またはＹである請求項１に記載の光情報記録媒体。
3. 基板上に前記反射膜および光透過層の積層された構造を含み、かつ青色レーザーによって情報の再生が行われる請求項１または２に記載の光情報記録媒体。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光情報記録媒体に用いられる反射膜形成用のスパッタリングターゲットであって、Ｓｉおよび／またはＧｅを５〜４０％含むと共に、高融点金属元素および／または希土類元素を０．７〜５％含むＡｌ基合金からなることを特徴とする光情報記録媒体の反射膜形成用スパッタリングターゲット。
5. 前記高融点金属元素がＴｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＨｆよりなる群から選択される１種以上の元素であって、前記希土類元素がＮｄおよび／またはＹである請求項４に記載のスパッタリングターゲット。

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