JP2009013471A

JP2009013471A - Ｒｕターゲット材およびその製造方法

Info

Publication number: JP2009013471A
Application number: JP2007177117A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Hayashi; 亮二林; Toshiyuki Sawada; 俊之澤田; Akihiko Yanagiya; 彰彦柳谷
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】本発明は、ハードディスク等に使用されるＲｕ薄膜を形成するために用いるＲｕターゲット材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】タップ密度が１０〜３０％、酸素含有量が０．５％以下であるＲｕ粉末を、カーボン型に充填し、不活性ガス雰囲気中で、ホットプレスにより固化成形するＲｕターゲット材の製造方法。上記ホットプレス後に１１００℃以上に加熱し、５０ＭＰａ以上で３秒以上加圧を行い、密度９８％以上とするＲｕターゲット材の製造方法およびＲｕターゲット材。
【選択図】なし

Description

本発明は、ハードディスク等に使用されるルテニウム（以下、Ｒｕと称す）の薄膜を形成するために用いるＲｕターゲット材およびその製造方法に関するものである。

近年、ハードディスク等に使用されるＲｕ薄膜を形成するためのＲｕスパッタリングターゲット材を製造する方法が研究されている。このＲｕは希少金属であり、また結晶構造は六方最密格子で硬く脆い金属であり、塑性加工ができない。しかも、その性質は高温でも変形しにくく、割れ易いという問題がある。そのため、従来は高純度のＲｕターゲットは、エレクトロビーム溶解などで円盤状に鋳造した後、機械加工されるか、粉末をホットプレスやＨＩＰ（熱間静水圧プレス）により成形後、機械加工により製造されている。

例えば特開２０００−３４５６３号公報（特許文献１）に開示されているように、水酸化ナトリウム溶液に粗ルテニウム粉を投入し、塩素ガスを吹き込む、その後オゾンを吹き込むことにより、粗ルテニウムの殆どを四酸化ルテニウムにすることができ、また、吸収液として塩酸または塩酸と有機物の混合溶液を用いて蒸発乾固することによりルテニウム塩の結晶が得られ、これを水素雰囲気中で還元した後さらに不活性雰囲気で処理することにより高純度のルテニウム粉末を得ることが提案されている。

また、特開平１１−６１３９２号公報（特許文献２）に開示されているように、Ｒｕ粉末を少なくとも２回以上溶解と凝固を繰り返して、純度９９．９％以上のインゴットを作り、これを切削加工により平板を形成するＲｕ薄膜形成用スパッタリングターゲットの製法は提案されてる。さらに、特開２００５−３３６５８３号公報（特許文献３）に開示されているように、粉末焼結法を用いて作製した焼結Ｒｕターゲット材のスパッタ面の断面ミクロ組織における最大長さ３０μｍ以上の介在物を１個／ｃｍ²以下とした焼結Ｒｕターゲット材が提案されている。
特開２０００−３４５６３号公報特開平１１−６１３９２号公報特開２００５−３３６５８３号公報

上述したように、特許文献１は、化学処理により高純度のルテニウム粉末を得ることができるが、製品歩留りが低いという問題がある。また、引用文献２は、Ｒｕ粉末を２回以上溶解と凝固を繰り返して、純度９９．９％以上のインゴットを作るものであるが、これも引用文献１と同様に、製造歩留りが低く工業的に非現実てきである。また、特許文献３は、粉末焼結法を用いて作製した焼結Ｒｕターゲット材であり、低酸素のターゲット材には適さない。

このように、金属不純物が少なく、純度９９．９％以上で、かつ２００ｐｐｍ以下の低酸素のターゲット材を製造には、溶解法では、エレクトロビーム溶解や熱プラズマ溶解など特殊な方法で製造可能であるが、しかし、ニアネットシェイプ化で、高価な原料の歩留りが悪い。一方、粉末成形法は広く用いられており、高純度Ｒｕ粉末を原料に、ホットプレスやＨＩＰで固化成形されている。しかし、粉末成形法では、酸素低減のために原料段階での特別な処理（熱プラズマ処理や水素還元処理など）が行われている。このような特別な処理を行わずに酸素を低減するＲｕ粉末成形方法が求められる。

上述のような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、タップ密度が１０〜３０％、酸素含有量が０．５％以下であるＲｕ粉末をカーボン型に充填し、ホットプレスで固化成形することにより、低酸素および高密度のＲｕターゲット材を高製品歩留りで得ることを可能としたＲｕターゲット材およびその製造方法を提供するものである。

その発明の要旨とするところは、
（１）タップ密度が１０〜３０％、酸素含有量が０．５％以下であるＲｕ粉末を、カーボン型に充填し、不活性ガス雰囲気中で、ホットプレスにより固化成形することを特徴とするＲｕターゲット材の製造方法。
（２）前記（１）において、ホットプレス後に１１００℃以上に加熱し、５０ＭＰａ以上で３秒以上加圧を行い、密度９８％以上とすることを特徴とするＲｕターゲット材の製造方法。

（３）前記（１）または（２）による方法によって製造されたことを特徴とするＲｕターゲット材。
（４）Ｒｕ粉末を固化成形した後の密度が９５％以上で酸素が２００ｐｐｍ以下であることを特徴とするＲｕターゲット材。
（５）Ｒｕ粉末を２回固化成形した後の密度が９８％以上で酸素が２００ｐｐｍ以下であることを特徴とするＲｕターゲット材にある。

以上述べたように、本発明により低酸素、高密度のＲｕターゲット材を高製品歩留りにて安価に製造可能としたもので工業的に極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明に係る要件の限定理由を述べる。
タップ密度：１０〜３０％
タップ密度が１０％未満では、ホットプレスでの固化成形において、次工程の熱間での固化成形で密度９８％以上となるのに十分な密度である９５％以上を得ることができない。また、固化成形前の充填密度が低いために、粉末の充填が不均一となるため、固化成形後の形状が不均一となり、製品歩留りが８０％以下と低下し、高価な原料のロスが大きくなる。一方、３０％を超えると、粉末間の空隙が少なくなり、カーボン型によるホットプレス中の脱酸効果が不十分となり、１０００ｐｐｍ以下、望ましくは５００ｐｐｍ、より望ましくは２００ｐｐｍ以下の低酸素のターゲットを得ることができない。従って、その範囲を１０〜３０％とした。好ましくは、１５〜２８％とする。

酸素含有量：０．５％以下
酸素含有量が０．５％を超えて含有していると、ホットプレスした時に脱酸効果が不足し、十分な低酸素である２００ｐｐｍ以下のターゲットを得ることができない。原料粉末の酸素含有量は低い方が望ましいのであるが、そのために特別な処理を実施し、コストと労力を費やすことなく、低酸素なＲｕターゲット材を高製品歩留りにて安価に製造可能とするためである。従って、その上限を０．５％とした。好ましくは、０．０２〜０．４５％とする。

上述した条件での原料となるＲｕ粉末を、所定のカーボン型に充填した後、温度１２００〜２０００℃、圧力１０〜３０ＭＰａ、真空またはアルゴンでの非酸化性雰囲気にてホットプレスした後、機械加工することにより、密度９５％以上の低酸素Ｒｕスパッタリングターゲット材を得ることができる。

カーボン型に充填した結果、カーボン型のカーボンとＲｕ粉末中の酸素が結合し、ＣＯガスとして排気することにより脱酸できる。カーボン型と直接接していないＲｕ粉末に含まれている酸素もホットプレス工程中にＲｕ粉末から遊離し、カーボン質のカーボンと結合することにより脱酸が進行するものと推定される。カーボン型の材質としては、一般にホットプレス用に用いられている等方性黒鉛や強度が求められる場合に用いられるカーボン／カーボンコンポジット材等があるが、本発明では特にその特性を限定するものではない。

さらに、ホットプレス後に熱間での固化成形〔より高圧なホットプレスあるいはＨＩＰ処理（熱間静水圧プレス）〕を行うことにより、密度９８％以上にターゲット材を得ることができる。この固化成形としては、１１００℃以上の温度で、かつ５０ＭＰａ以上の圧力で３秒以上行う。１１００℃未満の温度で、５０ＭＰａ未満の圧力で３秒以下の成形時間では、その密度９８％以上でのターゲット材を得るには十分でないことから、その条件とした。

上述した「より高圧なホットプレス」とは、カーボン型を使用せず、鋼製の缶に真空封入した後５０ＭＰａ以上の高圧でプレスするものである。なお、第一の熱間固化成形であるホットプレス工程なしで、第二の熱間固化成形であるＨＩＰあるいは「より高圧なホットプレス」を行った場合、カーボン型を用いた脱酸工程を経ないため、本発明のような低酸素化は望めない。

以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
原料となるＲｕ粉末をカーボン型に充填し、温度１７００℃、２時間、圧力２０ＭＰａの条件で真空中でホットプレスを行った。一部はその後、温度１１８０℃、圧力１００ＭＰａ、３時間保持の条件のＨＩＰ処理を行った。その後、成形体から機械加工により円盤状Ｒｕスパッタリングターゲット材を得た。原料粉末と成形体であるターゲット材の特性を表１に示す。

表１に示す原料粉末でのタップ密度は、メスシリンダに粉末を投入し、２００回衝撃を加えた後に粉末の体積を測定し、これで粉末重量を除した後に、Ｒｕの密度である１２．３８ｇ／ｃｍ³で除した値である。また、ターゲット特性に示すターゲット密度は、ターゲットの寸法と重量から体積重量法により求めた密度をＲｕの密度である１２．３８ｇ／ｃｍ³で除した値である。また、製品歩留は、ターゲットの重量を使用した原料粉末の重量で除した値で、それぞれの値を示している。さらに、原料粉末とターゲットの酸素量は、融解赤外線吸収法により測定した。

表１に示すように、Ｎｏ．１〜８は本発明例であり、Ｎｏ．９〜１７は比較例である。

比較例Ｎｏ．９は原料粉末のタップ密度が低いために、ターゲット特性としての密度が９５％と低く製品歩留が悪い。比較例Ｎｏ．１０は原料粉末の酸素量が高いために、ターゲット特性としての酸素量が高い。比較例Ｎｏ．１１は原料粉末のタップ密度が低く、かつ酸素量が高いために、ターゲット特性としての密度が低く、製品歩留が悪い。比較例Ｎｏ．１２は原料粉末のタップ密度が高いために、ターゲット特性としての酸素量が高い。比較例Ｎｏ．１３は原料粉末の酸素量が高いために、ターゲット特性としての密度が９５％と低く、かつ酸素量が高い。

比較例Ｎｏ．１４は原料粉末のタップ密度が高く、かつ酸素量が高いために、ターゲット特性としての酸素量が高い。比較例Ｎｏ．１５は原料粉末のタップ密度が低いために、ターゲット特性としての密度が低い。比較例Ｎｏ．１６は原料粉末の酸素量が高いために、ターゲット特性としての酸素量が高い。比較例Ｎｏ．１７は原料粉末のタップ密度が高いために、ターゲット特性としての酸素量が高い。これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜８はいずれも本発明の条件を満足していることから、ターゲット特性としてのターゲットの密度、酸素量および製品歩留に優れていることが分かる。

このように、原料粉末のタップ密度および／または酸素量が本発明の条件を満たしていない場合は、ターゲット特性としてのターゲットの密度、酸素量および製品歩留のいずれかが劣る結果となった。その結果、本発明の条件を満たすことにより、高密度の低酸素のＲｕターゲット材の安価に安定供給することが可能となり、ハードディスク等に使用されるＲｕ薄膜に不可欠の技術となった。

特許出願人山陽特殊製鋼株式会社
代理人弁理士椎名彊

Claims

タップ密度が１０〜３０％、酸素含有量が０．５％以下であるＲｕ粉末を、カーボン型に充填し、不活性ガス雰囲気中で、ホットプレスにより固化成形することを特徴とするＲｕターゲット材の製造方法。
請求項１において、ホットプレス後に１１００℃以上に加熱し、５０ＭＰａ以上で３秒以上加圧を行い、密度９８％以上とすることを特徴とするＲｕターゲット材の製造方法。
請求項１または２による方法によって製造されたことを特徴とするＲｕターゲット材。
Ｒｕ粉末を固化成形した後の密度が９５％以上で酸素が２００ｐｐｍ以下であることを特徴とするＲｕターゲット材。
Ｒｕ粉末を２回固化成形した後の密度が９８％以上で酸素が２００ｐｐｍ以下であることを特徴とするＲｕターゲット材。