JP2005146290A - Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【要約書】
【課題】 内部ポアが無く、均一微細鋳造組織を有するＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲットの製造方法に関し、該ターゲットを安定して、かつ低コストで製造できるようにするとともに、パーティクルの発生を防止又は抑制し、成膜の製品歩留りを上げる。
【解決手段】 鋳造インゴットの厚みを１５ｍｍ以下にすることを特徴とする微細鋳造組織を備えているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲットの製造方法及びデンドライトの枝の直径が１００μｍ以下であり、かつ共晶部の組織が５０μｍ以下の鋳造組織を備えていることを特徴とする同スパッタリングターゲット。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内部ポアが無く、均一微細鋳造組織を有するＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。

近年、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金は、ハードディスクの磁性膜を形成するためのスパッタリングターゲットとして使用されている。
スパッタリング法によって膜を形成するには、通常正の電極と負の電極とからなるターゲットとを対向させ、不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電場を発生させて行われる。
上記高電圧の印加により、電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成され、このプラズマ中の陽イオンがターゲット（負の電極）表面に衝突してターゲットの構成原子が叩き出され、この飛び出した原子が対向する基板表面に付着して膜が形成されるという原理を用いたものである。
このようなスパッタリング法には高周波スパッタリング（ＲＦ）法、マグネトロンスパッタリング法、ＤＣ（直流）スパッタリング法などがあり、ターゲット材料や膜形成の条件に応じて適宜使用されている。

一般に、スパッタリングターゲットを製造する場合には、均一微細な組織を有し、内部にポア等の欠陥がないことが要求される。ターゲットの組織が不均一で欠陥が多い場合には、スパッタリング成膜にこの欠陥等が反映され、均一な膜が形成されず、性能に劣る膜となるからである。また、スパッタ膜を形成する際にパーティクルの発生が多くなるという問題も発生する。
このため、ターゲット材料を溶解鋳造した後、圧延加工等を行って、均一かつ緻密な加工組織にしようとすることが行われている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金の鋳造品は、極めて硬くかつ脆い材料であるため、圧延加工を行うことは非常に難しい。
たとえ、そのような加工が実現できたとしても、歩留まりが悪く、生産性に劣るという問題があった。また、鋳造段階で発生した欠陥や組織の不均一性が、圧延加工後にも残存してしまうという問題があった。
特開２００２−６９６２５号公報

本発明は、内部ポアが無く、均一微細鋳造組織を有するＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲット及びその製造方法に関し、該ターゲットを安定して、かつ低コストで製造できるようにするとともに、パーティクルの発生を防止又は抑制し、成膜の製品歩留りを上げることを目的とする。

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、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金の鋳造条件を最適にすることにより、内部ポアが無く、微細かつ均一な鋳造組織を得、これによって品質の良好な膜を形成でき、かつ製造歩留りを著しく向上できるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
１）デンドライトの枝の直径が１００μｍ以下であり、共晶組織部の層厚みが５０μｍ以下の微細鋳造組織を備えているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲット、２）最大透磁率（μｍａｘ）が２０以下である１）記載のスパッタリングターゲットを提供する。

本発明は、また
３）鋳造インゴットの厚みを１５ｍｍ以下の微細鋳造組織を備えているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲットの製造方法、４）銅製定盤とチタン酸アルミニウムからなるモールドを使用して鋳造する微細鋳造組織を備えたＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲットの製造方法、５）銅製定盤とチタン酸アルミニウムからなるモールドを使用して鋳造する３）記載のスパッタリングターゲットの製造方法、６）出湯温度を融点＋１００°Ｃ以上で鋳造する３）〜５）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法、７）モールドの湯口部上部に、底穴径φ１０ｍｍ以下の注湯ノズルを備えたテンディッシュを設け、該注湯ノズルを介してモールドに注湯する３）〜６）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法、８）注湯ノズルの直下に、チタン酸アルミニウム板を設置した４）〜７）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法、９）デンドライトの枝の直径が１００μｍ以下であり、共晶組織部の層厚みが５０μｍ以下の鋳造組織を備えている）〜８）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法、１０）鋳造インゴットを１０％以下の圧延又は鍛造の冷間加工を行う３）〜９）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法、１１）最大透磁率（μｍａｘ）が２０以下である３）〜１０）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法を提供する。

本発明は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金の鋳造条件を最適化することにより、スパッタリングターゲット内部にポアが無く、微細かつ均一な鋳造組織を得、これによって品質の良好な膜を形成でき、かつ製造歩留りを著しく向上できるという優れた効果を有する。また、均一微細な組織を有し、内部にポア等の欠陥がないことから、スパッタ膜を形成する際にパーティクルの発生も著しく減少するという効果がある。

本件発明のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲットの主な材料として、Ｃｒ：１〜４０ａｔ％、Ｐｔ：１〜３０ａｔ％、Ｂ：１０〜２５ａｔ％、残部ＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ合金、Ｃｒ：１〜４０ａｔ％、Ｐｔ：１〜３０ａｔ％、Ｂ：９〜２５ａｔ％、Ｃｕ：１〜１０ａｔ％、Ｂ＋Ｃｕ：１０〜２６ａｔ％、残部ＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ−Ｃｕ合金、Ｃｒ：１〜４０ａｔ％、Ｐｔ：１〜３０ａｔ％、Ｂ：１〜２５ａｔ％、Ｔａ：１〜１０ａｔ％、Ｂ＋Ｔａ：３〜２６ａｔ％、残部ＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ−Ｔａ合金等挙げることができる。
これらの材料は、ハードディスクの磁性膜を形成するためのスパッタリングターゲットとして有用である。

本発明のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲットは、デンドライトの枝の直径が１００μｍ以下であり、かつ共晶組織部の層厚み５０μｍ以下の微細鋳造組織を備えている。さらに、本発明の同ターゲットは、最大透磁率（μｍａｘ）が２０以下である。
本発明のターゲットは、このような均一微細な組織を有し、内部にポア等の欠陥がないことから、スパッタ膜を形成する際にパーティクルの発生も著しく減少するという効果がある。

本件発明のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲットの製造に際し、鋳造インゴットの厚みを１５ｍｍ以下とし、ほぼ製品の厚さに近いインゴットとしてインゴット内部にポアが発生しないようにすると共に、微細鋳造組織を形成する。この欠陥のないインゴットの微細組織は、均質で良質の膜を形成するのに極めて重要である。
さらに、本発明は、銅製定盤（底部のみ）とチタン酸アルミニウム（Ａｌ_２ＴｉＯ_５）からなるモールドを使用して鋳造する。銅の熱伝導率は４５２Ｗ／ｍ・Ｋであり、チタン酸アルミニウムの熱伝導率は２．４２Ｗ／ｍ・Ｋである。この熱伝導率の大きな差が非常に重要な意味を有する。

図１に、銅製定盤１とチタン酸アルミニウムからなる上部モールド２に鋳込だ場合の、ポア３の移動を示した模式図を示す。
すなわち、図１に示すように、銅とチタン酸アルミニウムの熱伝導率の差により、凝固は銅製定盤（底部）１から開始され、上部モールド２のチタン酸アルミニウム側へと進む。最終凝固はチタン酸アルミニウムモールド２の直下となり、凝固収縮に伴うポア３の発生も、チタン酸アルミニウムモールド２直下（インゴットトップ側）に集中させることができる。
凝固インゴットの下底部分及び上底部分は、切削により除去されるので、ターゲットはポア等の欠陥のない均一な組織となる。この鋳造組織を図２に示す。
また、チタン酸アルミニウムは熱膨張係数も小さい（０．５×１０^−６／°Ｃ）ので、注湯時の急激な温度変化で割れることもないという特徴がある。

鋳造に際し、出湯温度を融点＋１００°Ｃ以上で鋳造することが望ましい。これによって、ポア等の欠陥を上部に浮上させるに十分な流動性を溶湯に与えることができる。また、図３及び図４に示すように、湯口部を押し湯部４とすることで、内部ポア３を押し湯部４に集中させることができる。
注湯位置の定盤位置に銅に一部替えて、チタン酸アルミニウム板６を設置しても良い。これによって、鋳造金属と銅との反応を抑えることができる。これらの構造の概略説明図を図４に示す。

さらに、モールドの湯口部上部に、底穴径φ１０ｍｍ以下の注湯ノズルを備えたテンディッシュ５を設け、該注湯ノズルを介してモールド２に注湯することができる。これは、介在物の除去と安定した湯の供給を可能とし、モールド内での湯の暴れを防止し、介在物又は気泡等の巻き込みを少なくする効果を有する。
上記によって製造されるスパッタリングターゲットは、図２に示すように、デンドライトの枝の直径が１００μｍ以下であり、かつ共晶組織部の層厚みが５０μｍ以下の均一微細な鋳造組織を備えている。

さらに本発明は、鋳造インゴットを１０％以下の圧延又は鍛造等の冷間加工を行うことが可能である。これによってさらにターゲット材の磁気特性を制御することができる。
本発明のターゲットは、最大透磁率（μｍａｘ）が２０以下のスパッタリングターゲットが得られる。また、本発明のターゲットは均一微細な組織を有し、内部にポア等の欠陥がないため、スパッタ膜を形成する際にパーティクルの発生も著しく減少するという効果がある。

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及び比較例１−３）
Ｃｒ：１２ａｔ％、Ｐｔ：１２．５ａｔ％、Ｂ：１４ａｔ％、残部ＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ合金原料を高周波（真空）溶解した。これを融点＋１００°Ｃの温度で銅製定盤と表１に示す材質の上モールドを使用して鋳造し、１５ｍｍ厚のインゴットを得た。比較例１−３は、チタン酸アルミニウム以外のモールド材料を使用した場合と上部モールドを全く使用しない場合である。
インゴット厚み方向におけるポアの存在及びモールドの破損状況を観察した。この結果を同様に、表１に示す。なお、実施例及び比較例で使用したモールド材の熱伝導率及び熱膨張係数を参考として表２に示す。

表１から明らかなように、上部モールドを使用しない場合（比較例１）、モールドとしてコバルトを使用した場合（比較例２）は、ポアがインゴットの内部に存在し、不良インゴットとなった。また、アルミナ（比較例３）も同様にポアがインゴットの内部に存在し、かつアルミナの破損があった。
これに対し、本実施例１のチタン酸アルミニウムを使用した場合はモールドの上部（上底）、すなわちモールドのトップに集中し、良好なインゴットが得られた。これは、表２に示すように比較例１−３に対比して、チタン酸アルミニウムの低熱伝導率によるものと考えられる。以上から、上部モールド材としてチタン酸アルミニウムが最適であることが分かる。

（実施例２、比較例４−５）
次に、同材料を鋳造する際に、定盤に銅を使用し、かつ上部モールドにチタン酸アルミニウムを使用すると共に、押し湯部を設け、出湯温度を変えた場合のポアの位置を観察した。
この結果を表３に示す。この表３から明らかなように、出湯温度が融点＋１００°Ｃ未満の場合（比較例４、５）には、押し湯にポアが集中せず、気泡の移動が十分でない結果となった。したがって、出湯温度が融点＋１００°Ｃ以上であることが望ましいことが分かる。

本発明は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金の鋳造の条件を最適化することにより、ターゲット内部にポアが無く、微細かつ均一な鋳造組織を得ることができる。これによって製造されたターゲットを用いてスパッタすることにより、品質の良好な膜を形成でき、かつ製造歩留りを著しく向上できる。
電子部品薄膜形成用ターゲットとして優れた特性を有するＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金薄膜を得ることが可能であり、特にハードディスクの磁性膜に好適である。

銅製定盤とチタン酸アルミニウムからなる上部モールドに鋳込だ場合の、ポアの移動を示す模式図である。 ターゲットの鋳造組織を示す顕微鏡写真である。 押し湯部にポアが集中した概念図である。 モールドの湯口部上部に注湯ノズルを備えたテンディッシュを設けたモールドの概念説明図である。

符号の説明

１．銅製の定盤
２．上部モールド
３．ポア
４．押し湯部
５．タンディシュ
６．チタン酸アルミニウム板

Claims (11)

1. デンドライトの枝の直径が１００μｍ以下であり、共晶組織部の層厚みが５０μｍ以下の微細鋳造組織を備えていることを特徴とするＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲット。
2. 最大透磁率（μｍａｘ）が２０以下であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリングターゲット。
3. 鋳造インゴットの厚みを１５ｍｍ以下にすることを特徴とする微細鋳造組織を備えているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲットの製造方法。
4. 銅製定盤とチタン酸アルミニウムからなるモールドを使用して鋳造することを特徴とする微細鋳造組織を備えているＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ系合金スパッタリングターゲットの製造方法。
5. 銅製定盤とチタン酸アルミニウムからなるモールドを使用して鋳造することを特徴とする請求項３記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
6. 出湯温度を融点＋１００°Ｃ以上で鋳造することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
7. モールドの湯口部上部に、底穴径φ１０ｍｍ以下の注湯ノズルを備えたタンディッシュを設け、該注湯ノズルを介してモールドに注湯することを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
8. 注湯ノズルの直下に、チタン酸アルミニウム板を設置したことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
9. デンドライトの枝の直径が１００μｍ以下であり、共晶組織部の層厚みが５０μｍ以下の鋳造組織を備えていることを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
10. 鋳造インゴットを１０％以下の圧延又は鍛造の冷間加工を行うことを特徴とする請求項３〜９のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
11. 最大透磁率（μｍａｘ）が２０以下であることを特徴とする請求項３〜１０のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
    

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