JPH0630182B2

JPH0630182B2 - 光磁気記録素子の製法

Info

Publication number: JPH0630182B2
Application number: JP11934285A
Authority: JP
Inventors: 隆山田; 久雄有宗; 隆前田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS61278062A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は光磁気記録素子、特に書き換え型素子の再生性
能指数を向上させると共に光磁気記録媒体の耐環境特性
を改善し、更にスパッタリングによる膜形成において生
産性を向上せしめた光磁気記録素子の製法に関するもの
である。

（先行技術）近年、光磁気記録素子を用いた高密度記録が盛んに研究
されており、これはレーザー光を投光して記録媒体を局
部加熱することによりピットを書き込み、磁気光学効果
を利用して読み出すという大量の情報を高密度に記録す
る方式である。この光磁気記録媒体は希土類元素−遷移
金属から成る非晶質金属垂直磁化膜を主にスパッタリン
グ法によって成膜することによって得られる。

この光磁気記録方式によれば、光磁気特性を向上させる
ために記録媒体の改善と共に基板と記録媒体との間に誘
電体層を設けることが提案されている。

即ち、透明基板上に透明誘電体層を介して光磁気記録媒
体から成る磁性層を形成した光磁気記録素子において、
レーザー光を基板側から投光して再生するに際して誘電
体層の膜厚ｔを多重反射が起きるような条件、ｔ＝λ／4n・（2m＋１）（但し、λ：レーザー光の再生
波長、ｎ：誘電体層の屈折率、ｍ＝０，１，２，３…
…）に設定することで極カー効果のエンハンスメントを
得ることが出来、再生性能が顕著に向上する。

かかる誘電体材料にはCeO₂，ZrO₂，TiO₂，Al₂O₃，SiOな
どの酸化物、Si₃N₄，AlN，ZnS などの非酸化物があり、
この非酸化物については非晶質金属垂直磁化膜の界面に
誘電体材料に起因する酸素が存在せず、酸素の拡散によ
る磁性層の劣化が少ないという利点があり、また水や大
気中の酸素などの遮断性に優れている輸誘体材料を選択
することにより長期安定性且つ高信頼性の誘電体層と成
り得る。

また、この高密度記録に用いられる光ディスク用の基板
には軽量、低価格、耐久性及び安全性、並びに射出成型
によるガイドトラック入り基板を大量に複製できること
からプラスチック材料が使用されるようになり、とりわ
け、優れた透光性を有する高分子材料、例えばポリカー
ボネート樹脂やポリメチルメタクリレート樹脂などを用
いて光磁気記録用基板が製作されている。

また、斯様な現況のなかで、このプラスチック基板上に
非酸化物系誘電体層を介して磁性層を形成した光磁気記
録素子について、基板側からレーザー光を投光して再生
する場合、誘電体層の屈折率が基板のものに比べて大き
いほどエンハンスメント効果が大きくなると言える。

高屈折率の非酸化物系誘電体層にはZnS（ｎ＝２．３
５）があるが、これらは比較的耐環境特性に劣り、長期
間高温高湿の環境下に置かれるとその誘電体層の成膜プ
ロセス中に生じた多数のピンホールを通して大気中の酸
素、水分等が磁性層へ供給され、磁性層の酸化等種々の
劣化現象が発生する。然るにＳi₄Ｎ_４は屈折率が１．９
〜２．１であるがピンホールのない緻密な膜質となり、
耐環境特性に著しく優れる。そこで、この耐環境特性を
有効にすると共にＳi₃Ｎ_４誘電体層自体の屈折率を改善
することが望まれるが、この点については未だ何ら提案
されていない。

本発明者等は既に特願昭５９年第143079号にて出願して
いる通り、Ｓi₃Ｎ_４誘電体自体に着目し、このＳi₃Ｎ_４
に特定の添加物を所定量入れることにより耐酸化特性に
優れた長期安定性及び高温高湿等の耐環境特性という利
点を有するのに加えて、Ｓi₃Ｎ_４誘電体層の屈折率を大
きくして光磁気記録媒体の再生性能を向上させることが
できた。

（発明の目的）本発明の目的はかかる光磁気記録素子を製造するに際し
て、高品質な光磁気記録特性を維持しながらも生産性良
く行われ、且つ光磁気記録特性に好適な優れた誘電体層
をスパッタリングにより効率的に形成することが可能な
光磁気記録素子の製法を提供するにある。

（発明の目的を達成する手段）本発明によれば、基体上に磁性層及び誘電体層を形成さ
せる光磁気記録素子の製法において、窒化珪素に酸化ア
ルミニウム及び酸化イットリウムの添加成分を含有した
組成物から成るターゲットをスパッタリングして前記誘
電体層を形成することを特徴とする光磁気記録素子の製
法が提供される。

本発明において、磁性層の被着素地となる基体は種々の
形状に取り得るが、以下、ディスク用基板の例にとって
詳細に説明する。

第１図は本発明に係る光磁気記録素子の典型的な層構成
を示し、ディスク用基板１の上に第１のＳi₃Ｎ_４系誘電
体層２を介して磁性層３を積層し、更にその上に第２の
Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層４が設けられ、その上に保護層５を
形成している。

ディスク用基板１の表面上にＳi₃Ｎ_４系誘電体層２，４
及び磁性層３をPVD（物理蒸着）やCVD（化学蒸着）によ
り形成することができ、量産性に相応しくするため、例
えばスパッタリング法など同一の薄膜形成技術を用いる
ことができる。スパッタリング法によりＳi₃Ｎ_４系誘電
体層２を形成するにはターゲットに本発明の添加成分を
含有したＳi₃Ｎ_４焼結体などを用いたり、Ｓi₃Ｎ_４ター
ゲット以外に添加成分ターゲットを用いた複合ターゲッ
トとしたり、更にＳi 添加成分を加えた合金ターゲット
の窒素雰囲気中の反応性スパッタリング法によってもよ
い。

本発明においては、Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層をスパッタリン
グにより形成するが、磁性層は他の薄膜形成技術、例え
ば電子ビーム蒸着法、化学メッキ法などを用いてもよ
い。

次に上記した本発明に係る光磁気記録素子を製作するに
当り、種々のスパッタリングで製作できるが、第３図の
マグネトロンスパッタリング装置を用いた製作方法を詳
述する。

図中、真空槽６の内部には、Ｓi₃Ｎ_４焼結体から成る第
１ターゲット７、磁性体合金から成る第２ターゲット
８、回転駆動されることにより組合せ薄膜が形成される
円板状の基板９が配置されている。

第１ターゲット７と基板９の間には高周波スパッタリン
グが、そして第２ターゲット８と基板９の間には高周波
電圧もしくは直流電圧の印加によるスパッタリングが行
われる。

この第１，２ターゲット７，８の下側には、プレーナー
マグネトロン型カソードが備えつけられ、これにより電
場と磁場の直交するペニング効果現象を利用して放電ガ
ス分子のイオン化効率が高められ、量産に適した高速成
膜が可能となる。

本発明によれば、上述した装置内で、Ｓi₃N₄系誘電体層
の形成と磁性層の形成とを任意の積層順で行う。先ず、
装置内を１×１０^-5Torr以下の高真空に脱気した後、ス
パッタリング用の不活性気体、例えばアルゴン、窒素等
を所定の圧力になるように導入する。雰囲気ガス圧が１
×１０^-3Torr未満では安定な放電状態が得られず、成膜
が困難となり、５０×１０^-3Torrを越えると、磁性薄膜
中に含まれるアルゴン（Ar）や酸素(Ｏ)が増加して膜特
性が劣化し、本発明の目的を達成することがむずかし
く、また均一性、安定性も得にくくなるため、１×１０
^-3〜５０×１０^-3Torr、好適には３×１０^-3〜２０×１
０^-3Torrの範囲に設定される。

第１図に示す記録要素の場合、第１ターゲット７と基板
９との間に高周波電力を印加し、Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層を
形成させ所定の膜厚が得られた後、スパッタリングを停
止させる。次いで、第２ターゲット８と基板９との間に
も同様に高周波電力もしくは直流電圧を印加して磁性層
を形成し、所定の膜厚になったとき、このスパッタリン
グを停止して、再度Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層のスパッタリン
グを行う。

本発明によれば、この際、Ｓi₄Ｎ_４に前述した添加成分
を配合した複合Ｓi₃Ｎ_４焼結体を第１ターゲット７とし
て用いることにより、次の利点が達成される。

アルゴンや窒素などの不活性気体導入前に装置内部
の到達真空度を所定範囲に設定する必要がある。この範
囲に満たない場合、装置内の残留ガス（水、酸素、窒素
など）が誘電体層に取り込まれ、シリコンの酸窒化物
（Si−N−O）ができ、そのために屈折率が小さくなって
ｎがＳiＯ₂に近くなるためである。

本発明によれば到達真空度が１×１０^-5Torr（１．３×
１０^-3Pa）以下に設定することができる。従来法による
無添加の高純度Ｓi₃Ｎ_４ターゲットを用いると、この到
達真空度が１×１０^-6Torr以下の高真空度が要求された
のに比べて、本発明においては約１０倍条件を緩和する
ことができ、その結果、真空にするための排気時間を短
くすることができ、生産効率の向上が期待できる。

従来のＳi₃Ｎ_４ターゲットはポーラスで約３０％以
上の気孔率を有するが、本発明のターゲットは、後述す
る通り窒化ケイ素焼結体の焼結助剤を添加成分に用いて
いることから、気孔率５％以下のＳi₃Ｎ_４ターゲットに
でき、次の作用効果がある。即ち、従来のターゲットに
は大きな気孔が多く存在するため内部に存在する close
dな気孔に不純物ガスが含有してことに起因して安定し
た品質が得られるのを妨げる要因となっている事実を確
かめた。

又、ターゲットの温度コントロールに冷却を必要とする
が、従来のターゲットでは気孔の存在により冷却効果が
十分に達成できず、そのため、基板温度の上昇が大きく
プラスチック基板に十分厚い保護膜を形成する場合の障
害となっていた。

従って本発明は叙上の問題を解決できる有効な手段であ
ることは明らかである。

本発明の製法によれば、前述した効果に加えて、次に述
べる通りの効果も得られることは特願昭５９年１４３０
７９号に述べた通りである。

本発明に係るＳi₃Ｎ_４系誘電体層２にはＳi₃Ｎ_４自体の
屈折率を向上せしめるような添加成分、即ち屈折率向上
剤を含有して屈折率を２．１５を越えるようにすること
が重要である。

斯様な添加成分には種々の単体及び化合物があると考え
られるが、本発明者等は酸化アルミニウム（Al₂O₃）及
び酸化イットリウム(Y₂O₃)を含む窒化珪素質組成物をタ
ーゲットに用いることがよいことが判った。

本発明において、屈折率向上剤として、Ｓi₃Ｎ_４系誘電
体層に含まれる成分には、従来Ｓi₃Ｎ_４の焼結助剤とし
て知られている成分と同一のものが用いられる。しかし
ながら、本発明の誘電体層においては、Ｓi₃Ｎ_４が焼結
状態とは全く異なる状態、即ち一般に非晶質状態で含ま
れていることから、これらの添加成分の配合によって、
Ｓi₃Ｎ_４誘電体層の屈折率が向上することは全く予想外
の知見であった。

勿論、本発明においては、スパッタリングにより誘電体
層を形成させるためのターゲットとして、Ｓi₃Ｎ_４の焼
結体を使用することにより前述する顕著な利点も達成さ
れるものである。

用いる誘電体層用ターゲットの組成と、実際に形成され
る誘電体層の組成との間には相違が認められる場合があ
る。一般に、誘電体層のＳi₃Ｎ_４の含有量は、ターゲッ
トにおけるＳi₃Ｎ_４の含有量よりも高くなる傾向が認め
られる。

しかしながら、Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層中にＡl₂Ｏ_３が０．
１乃至５モル％、好適は０．５乃至１モル％、またＹ₂O
₃が０．１乃至３モル％、好適には０．２乃至０．５モ
ル％含有されていれば屈折率の点で満足すべき結果が得
られる。一方、ターゲット組成としてはＡl₂Ｏ_３が４乃
至１０モル％、好適には７乃至９モル％、Ｙ_２Ｏ_３が
０．５乃至１０モル％、好適には１乃至３モル％で含有
するのがよい。

本発明に係るＳi₃Ｎ_４系誘電体層は上述した添加成分を
必須不可欠のものとしているが、前記添加成分の効果を
失しない限り、それ以外の成分が含有されることを排除
するものではない。例えば、若干のＳiＯ₂、WC等が含有
することは何等差支えない。

本発明に係るターゲット用添加成分の含有量について
は、種々の実験を繰り返し行なった結果このＳi₃Ｎ_４系
誘電体層の最高屈折率は磁性層の光学定数や基板材料に
も関連するが、反射率が下がり過ぎず、ディスク回転時
のフォーカシング用光量が十分にとれる範囲内で決定さ
れるのが望ましく、基板にＰＣ樹脂、PMMA樹脂及びガラ
スを用いた場合、それぞれの屈折率が１．５９，１．５
及び１．５であるため、この屈折率は実用上３．５を越
えない範囲で大きくするのがよい。

また、Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層の屈折率を大きくするとエン
ハンスメント効果が向上すると共にこの層厚ｔがエンハ
ンスメント効果を得んがための式ｔ＝λ4n・(2m＋１)に
基いて層厚を小さくすることができる。その結果、層の
成膜時間を数１０％短縮することができるのに伴って基
板上の層厚分布の不均一に由来したエンハンスメント効
果のバラツキを小さくすることができる。

更に本発明によれば、Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層用ターゲット
中にＳi₃Ｎ_４を主成分として８０モル％以上含有すると
緻密でピンホールのない膜が形成され、これにより、長
期間高温高湿の環境に置かれてもこの誘電体層に何ら酸
化等の劣化現象が発生しなくなりＳi₃Ｎ_４本来の優れた
耐環境特性を維持することができる。

本発明の光磁気記録素子はガラス基板やプラスチック基
板の上に上述した通りのＳi₃Ｎ_４系誘電体層２を介して
磁性層３として非晶質金属垂直磁化膜、例えばＴbＦe，
ＧdＣo，ＴbＦeＣo，ＤyＦeＣo，ＧdＴbＦeＣo，ＧdＤy
ＦeＣo等を形成し、更にその上に磁性層３の酸化等の防
止のために第２のＳi₃Ｎ_４系誘電体保護層４を形成する
のがよい。この保護層４にも本発明に係るＳi₃Ｎ_４系誘
電体層にするのがよく、これにより、共通の同一ターゲ
ットを用いることができる。

尚、本発明の光磁気記録素子においては、光磁気特性を
効果的に向上させるために基板１とＳi₃Ｎ_４系誘電体層
２、この誘電体層２と磁性層３の間に何らかの介在層を
設けても何ら差支えない。

本発明の記録素子においては、必要により、第２の誘電
体層４の上に更に樹脂保護層５を形成させることができ
る。樹脂保護層５としては、それ自体公知の紫外線硬化
型のアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリルウレタ
ン樹脂等を用いることができる。

第２図に示すように、第１図における第２の誘電体層４
を省略し、磁性層３の表面に直接紫外線硬化型樹脂保護
層５を設けてもよい。

（実施例）次に本発明の実施例を述べる。

（例１）高周波２元マグネトロンスパッタリング装置にて、９
９．９％純度のＳi₃Ｎ_４原料にＡl₂Ｏ_３及びＹ₂Ｏ₃を添
加したものを成形、焼結して６インチ×５mm厚に加工
し、複合Ｓi₃Ｎ_４ターゲットとした。ディスク用基板１
としてガラス基板、ＤＣ基板、PMMA基板のいずれか一つ
を備えつけ、５×１０^-6Torrまで十分に真空排気した
後、９９．９９９％純度のＡr ガスを導入し、５×１０
^-3Torrとした。次いで、前記基板１に５０Ｗの電力を印
加してエッチングした後、この基板１の上にＲＦパワー
１kWで５分間プレスパッタした後、Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層
２を成膜した。かくして出来たＳi₃Ｎ_４系誘電体層２の
膜厚がλ／４n （但し、λは再生用レーザー光の波長で
あり、本実施例においては８０００Åとし、そして、ｎ
はＳi₃Ｎ_４系誘電体層２の屈折率である）となるように
成膜条件を設定した。然る後、ＲＦパワー２００Ｗにて
６０分間プレスパッタし、いずれの素子についても同一
のＤyＦeＣo 層を膜厚約１５００Åで形成した。

更に、この磁性層３の上に前記Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層２と
同一の製作条件でＳi₃Ｎ_４系保護層４を被覆した。

尚、Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層２及びＳi₃Ｎ_４系保護層用ター
ゲットはケイ光Ｘ線分析によりＳi₃Ｎ_４（９０モル％）
−Ａl₂Ｏ_３（６モル％）−Ｙ₂Ｏ₃（４モル％）であるこ
とが判明した。

かくして得られた本発明の光磁気記録素子について、再
生性能指数及び耐環境特性のそれぞれをテストした。

(1)再生性能指数テストガラス基板（屈折率１．５）上に積層して成る光磁気記
録素子について、再生用レーザー光（波長８０００Å）
を基板側から投光した場合、力−回転角θＫ、反射率Ｒ
を測定して再生性能指数を求めた。

この結果を第１表に示す。

第１表中には比較例として何ら添加成分のないＳi₃Ｎ_４
系誘電体層及びＳi₃Ｎ_４系保護層を本実施例と同一の条
件により成膜し、他も本実施例と全く同じにして製作し
た光磁気記録素子を記載してある。

また、エンハンスメント効果を数値表示するために第２
図に示す通り前述したＳi₃Ｎ_４系保護層４がなく他は全
く同一のＳi₃Ｎ_４系誘電体層２及び磁性層３から成り、
保護層５を形成しない光磁気記録素子を本実施例以外に
製作し、この素子の磁性層側から再生用レーザー光（波
長８０００Å）を投光して磁性層本来の再生性能指数
η′を求めた。そして、比較例も同様にしてエンハンス
メント効果を求めた。

第１表によれば、本実施例の素子は比較例のものに比
べ、誘電体層の屈折率が大きくなるのに伴ってエンハン
スメント効果がより大きくなり、再生性能指数が約１２
％大きくなったことが判る。

(ii)耐環境特性テストガラス基板上に積層して成る光磁気記録素子について、
６５℃の温度及び９０〜９５％相対湿度の高温高湿雰囲
気に設置し、製作直後からのカー回転角及び保磁力の経
時変化を追ったところ、それぞれ、第４図及び第５図に
示す通りの結果となった。尚、これらの結果は日本分光
（株）製カー効果測定装置を用いてカーヒステリシスル
ープから求め、この再生用レーザー光の波長は６３２８
Åである。

第４図においては、経時時間ｔに対するカー回転角θkr
(t)とカー回転角θkr(0)の比を示しており、θkr(0)は
製作直後の値である。但し、θkrは残留カー回転を表わ
す。●印は本実施例のプロットであり、(イ)はその時間
依存特性曲線である。▲印は何ら添加成分のないＳi₃Ｎ
_４系誘電体層及びＳi₃Ｎ_４系保護層を本実施例と同一の
条件により成膜し、他も本実施例と全く同じにして製作
した比較例の素子を用いた場合のプロットであり、(ロ)
はその時間依存特性曲線である。

本発明の素子は５００時間経過後も比較例と比べほとん
ど変化せず、Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層は光磁気記録用磁性薄
膜を保護層として従来周知のＳi₃Ｎ_４保護層と同様に優
れた性能を有している。

第５図においては、経過時間ｔに対する保磁力Hc(t)と
保磁力Hc(0)の比を示しており、Hc(0)は製作直後の値で
ある。図中、●印は本実施例のプロットであり、(ハ)は
その時間依存特性曲線である。▲印は上述した比較例の
素子のプロットであり、(ニ)はその時間依存特性曲線で
ある。

第５図によれば本発明の素子は第４図の結果と同様に、
５００時間経過後も周知のＳi₃Ｎ_４層と同様に優れた性
能を有している。

本発明においては、比較例と比べて同一電力量にて成膜
速度を大きくすることができ、尚且つ、その成膜時の基
板温度を小さくすることができた。斯様な低温高速成膜
技術は、特に熱変形温度が低いプラスチック基板を用い
るに際して格別に重要な技術であり、基板への二次電子
入射の防止並びにターゲットの熱輻射を極力低下させる
ことにより達成できる。実施例によれば、電力効率（成
膜速度／投入電力）の大きいことは低温成膜にとって有
効であり、更にプラスチック基板への熱影響を及ぼさな
いように低い基板温度で高速成膜が可能となるＳi₃Ｎ_４
誘電体層を提供することができる。尚、この基板温度に
ついてはエンハンスメント効果が得られる膜厚に設定し
て比較した。

（例２）本実施例においては、実施例１のうち複合Ｓi₃Ｎ_４ター
ゲット（気孔率２％）の組成がＳi₃Ｎ_４（８９．２モル
％）−Al₂O₃（８．７モル％）−Ｙ₂Ｏ₃（２．１モル
％）であるものを用いて、そしてスパッタリング前の到
達真空度を５×１０^-7乃至１．５×１０^-5Torrまで変え
て他の条件は実施例１と同じにして基板上にSi₃N₄系誘
電体層を成膜した。比較例として純度99.9％のＳi₃Ｎ_４
焼結体（気孔率２８％）をターゲットにして同様の実験
を行った。

この結果は第６図に示す通りである。

(ホ)は本実施例で製作したＳi₃Ｎ_４系誘電体層であり、
(ヘ)は比較例である。

同図より明らかな通り、本発明によれば到達真空度が１
×１０^-5Torr以下に設定することが判る。

尚、到達真空度が悪い場合、その残留ガスの主成分は四
重極型質量分析計の測定結果より、水分であることが判
明した。

（発明の効果）以上の通り、本発明に係る光磁気記録素子によれば、磁
性層に対する耐酸化特性に優れたＳi₃Ｎ_４系誘電体層を
用いるに際して、高温高湿等の耐還境特性を維持しつつ
その屈折率を大きくし、その結果、再生性能指数が向上
して密着性の改善した光磁気記録素子が提供される。

また本発明の製法においては光磁気記録特性に好適なＳ
i₃Ｎ_４系誘電体層をスパッタリングにより効率的に形成
でき、製造歩留り及び生産性の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光磁気記録素子の代表例の層構成
を示す断面図、第２図は層構成の異なる光磁気記録素子
の断面図、第３図は本発明の実施例に用いられるマグネ
トロンスパッタリング装置の模式図、第４図は本発明に
係る光磁気記録素子におけるカー回転角θkr(t)とカー
回転角θkr(0)の比の時間依存特性を示した線図であ
り、第５図は本発明に係る光磁気記録素子における保磁
力Hc(t)と保磁力Hc(0)の比の時間依存特性を示した線図
であり、第６図はSi₃N₄系誘電体層の屈折率における到
達真空度依存特性を示した線図である。１……ディスク用基板、２，４……Ｓi₃Ｎ_４系誘電体層、３……磁性層、５……保護層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に磁性層及び誘電体層を形成させる
光磁気記録素子の製法において、窒化珪素に酸化アルミ
ニウム及び酸化イットリウムの添加成分を含有した組成
物から成るターゲットをスパッタリングして前記誘電体
層を形成することを特徴とする光磁気記録素子の製法。