JP2011216135A - 磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＴＦを改善することができる磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】 非磁性酸化物、ＣｒおよびＰｔを含有し、残部：Ｃｏおよび不可避不純物からなる成分組成を有するスパッタリングターゲットであって、その組織が、ＣｏとＣｒとＰｔとを含むＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相４と、ＰｔとＣｏとＣｒと非磁性酸化物とを含む結合相であるマトリックス相３との複合組織からなり、マトリックス相３のＣｏ濃度が、２５質量％以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、高密度磁気記録媒体に適用される磁気記録膜、特に垂直磁気記録媒体に適用される磁気記録膜を形成するためのスパッタリングターゲットおよびその製造方法に関するものである。

ハードディスク等の磁気記録媒体は、一般にコンピューターやデジタル家電等の外部記録装置として用いられており、記録密度の一層の向上が求められている。そのため、近年、高密度の記録を実現できる垂直磁気記録方式が採用されている。この垂直磁気記録方式は、以前の面内記録方式と比べ、原理的に高密度化しても記録磁化が安定すると言われている。

この垂直磁気記録方式の磁気記録媒体の記録層に適用する材料の有力な候補として、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２グラニュラ磁気記録膜が提案されており、このＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２グラニュラ磁気記録膜はＣｒおよびＰｔを含むＣｏ基焼結合金相と二酸化珪素相との混合相を有するスパッタリングターゲットを用いてマグネトロンスパッタ法により作製することが知られている（非特許文献１参照）。

このマグネトロンスパッタリングを行う場合、例えば特許文献１に示すように、スパッタ時の異常放電抑制のため、ターゲット組織は微細であることが好ましいが、混合粉末の一つであるＣｏ−Ｃｒ粒が混合中に粉砕され微細になると、ＰＴＦ（磁束透過率）が低下するため、Ｃｏ−Ｃｒ粒を後混合して作製している。

特開２００７−２９１５１２号公報

「富士時報」Ｖｏｌ．７５Ｎｏ．３ ２００２（１６９〜１７２ページ）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上記従来の技術では、Ｃｏ−Ｃｒ粒を粒度のみで管理していたため、ターゲット組織の粒子形状が変形、扁平化することで、ＰＴＦが低下したり、ターゲットの面内でばらついてしまう場合があった。これは、図１の（ｂ）に示すように、Ｃｏ−Ｃｒ粒１の表面部が焼結後には、焼結中の相互拡散によりＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ磁性相２となるが、長尺なＣｏ−Ｃｒ粒１がターゲット面内に沿うようにして分布すると、表面部のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ磁性相２が面内方向に重なるようになり、ＰＴＦが低下してしまうと考えられる。すなわち、原料のＣｏ−Ｃｒ粒は、非磁性あるいは弱磁性であるが、焼結後にＰｔと反応し、特にＣｏ−Ｃｒ粒１の表面部は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ磁性相２となると共に、長尺なＣｏ−Ｃｒ粒１がターゲット面内に沿う傾向がある。このため、Ｃｏ−Ｃｒ粒１の長軸方向の透磁率μ｀は、短軸方向の透磁率μに対して大きくなるために、相対的にターゲット面直方向の透磁率が下がり、ＰＴＦが低下してしまう。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、ＰＴＦを改善することができる磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、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、本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットは、非磁性酸化物、ＣｒおよびＰｔを含有し、残部：Ｃｏおよび不可避不純物からなる成分組成を有するスパッタリングターゲットであって、その組織が、ＣｏとＣｒとＰｔとを含むＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相と、ＰｔとＣｏとＣｒと非磁性酸化物とを含む結合相であるマトリックス相との複合組織からなり、前記マトリックス相のＣｏ濃度が、２５質量％以下であることを特徴とする。

この磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットでは、組織が、ＣｏとＣｒとＰｔとを含むＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相と、ＰｔとＣｏとＣｒと非磁性酸化物とを含む結合相であるマトリックス相との複合組織からなり、マトリックス相のＣｏ濃度が、２５質量％以下であるので、透磁率の上昇を抑制することができ、ＰＴＦを改善することができる。
なお、マトリックス相のＣｏ濃度を、２５質量％以下に設定した理由は、２５質量％を超えると、マトリックス相の磁性がより強くなり、透磁率値が上昇してＰＴＦが低下してしまうためである。

また、本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットは、アスペクト比（粒の長軸長さ／粒の短軸長さ）３以下の前記Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相が、８０％以上の比率で含有されていることを特徴とする。
すなわち、この磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットでは、アスペクト比３以下のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相が、８０％以上の比率で含有されているので、Ｃｏ−Ｃｒ粒の扁平化を減らしてＰＴＦを改善することができる。
なお、アスペクト比３以下のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相を８０％以上の比率とした理由は、アスペクト比が３を超えると、ＰＴＦが低下する、またはばらつきが大きくなるためであると共に、アスペクト比３以下の粒子が８０％未満であると、ＰＴＦが不十分となるためである。

本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法は、上記本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法であって、単体金属粉および／または合金粉と、非磁性酸化物粉末と、を予め粉砕混合してＣｏとＣｒとＰｔと非磁性酸化物とを含む予備混合粉末を作製する工程と、前記予備混合粉末に、予め粒径４５μｍ以下の微粉を除いたＣｏ−Ｃｒ合金粉末をさらに添加して混合し、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を作製する工程と、前記Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を加圧焼結する工程と、を有していることを特徴とする。

従来のように、原料中に粒径４５μｍ以下のＣｏ−Ｃｒ粒の微粉があると、図１の（ｂ）に示すように、Ｃｏ−Ｃｒ粒１の微粉５がＣｏ（Ｃｒ）−Ｐｔ化して磁性化され、Ｃｏがマトリックス相３に拡散して濃化することで、透磁率が上昇し、ターゲットのＰＴＦを低下させてしまう。これに対して、上記本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法では、予備混合粉末に、予め粒径４５μｍ以下の微粉を除いたＣｏ−Ｃｒ合金粉末をさらに添加して混合し、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を作製するので、Ｃｏ−Ｃｒ粒の微粉が原料からカットされており、ＰＴＦの低下を抑制することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法によれば、組織が、ＣｏとＣｒとＰｔとを含むＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相と、ＰｔとＣｏとＣｒと非磁性酸化物とを含む結合相であるマトリックス相との複合組織からなり、マトリックス相のＣｏ濃度が、２５質量％以下であるので、透磁率の上昇を抑制することができ、ＰＴＦを改善することができる。これにより、安定なスパッタリングが可能になると共にスパッタ効率を高めることができ、生産性を向上させることができる。
したがって、本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットを用いてマグネトロンスパッタリングにより磁気記録媒体膜を成膜することで、ＨＤＤ用の高密度磁気記録媒体に適用される磁気記録膜、特に垂直磁気記録媒体に適用される良好な磁気記録膜を得ることができる。

本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法の一実施形態において、ターゲット組織の状態およびＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相の長軸方向と短軸方向との透磁率について説明するための本実施形態（ａ）および従来例（ｂ）での模式図である。 本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法の従来例を示すターゲット組織の光学顕微鏡画像である。 本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法の実施例を示すターゲット組織の光学顕微鏡画像である。 本実施例を示すターゲット組織の光学顕微鏡画像例である。 図４の画像を元にした画像解析ソフトによる解析画像例である。

以下、本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法の一実施形態を、図１を参照して説明する。

本実施形態の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットは、非磁性酸化物、ＣｒおよびＰｔを含有し、残部：Ｃｏおよび不可避不純物からなる成分組成を有するスパッタリングターゲットであって、図１の（ａ）に示すように、その組織が、ＣｏとＣｒとＰｔとを含むＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相４と、ＰｔとＣｏとＣｒと非磁性酸化物とを含む結合相であるマトリックス相３との複合組織からなり、マトリックス相３のＣｏ濃度が、２５質量％以下である。

また、アスペクト比３以下のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相４が、８０％以上の比率で含有されている。
なお、本実施形態のスパッタリングターゲットは、例えば非磁性酸化物：０．５〜１５モル％、Ｃｒ：４〜２０モル％、Ｐｔ：５〜２５モル％、残部：Ｃｏを含有した成分組成を有している。

上記非磁性酸化物としては、例えば酸化珪素、酸化チタン、酸化コバルトおよび酸化クロムなどの一種または二種以上からなり、具体的には、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、Ｇｄ_２Ｏ_３が挙げられ、なかでもＳｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａより選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物であるのが好ましい。
上記Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相４は、加圧焼結の際に、原料のＣｏ−Ｃｒ粒１の表面部がＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ磁性相２となったものである。

この磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法は、単体金属粉および／または合金粉と、非磁性酸化物粉末と、を予め粉砕混合してＣｏとＣｒとＰｔとを含む予備混合粉末を作製する工程（粉砕工程）と、予備混合粉末に、予め粒径４５μｍ以下の微粉を除いたＣｏ−Ｃｒ合金粉末をさらに添加して混合し、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を作製する工程（混合工程）と、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を加圧焼結する工程（加圧焼結工程）と、を有している。

例えば、粒度範囲約１００〜４５μｍのＣｏ−Ｃｒ合金粉末と、Ｐｔ、Ｃｏおよび非磁性酸化物からなる予備混合粉末であるマトリックス粉末と、を用意し、マトリックス粉末を回転ボールミルやアトライタボールミルにて、アルゴンまたは窒素中雰囲気で適宜混合粉砕を行う。なお、粒度範囲約１００〜４５μｍのＣｏ−Ｃｒ合金粉末は、例えばガスアトマイズ法で作製したＣｏ−Ｃｒ合金粉末を篩い分けして、粒径４５μｍ以下の微粉を取り除くことで用意する。

次に、作製したマトリックス粉末とＣｏ−Ｃｒ合金粉末とを小さい粉砕ボール（例えば、直径２〜４ｍｍ）を用いたボールミル、より好ましくは粉砕メディアを使わない混合機であるヘンシェルミキサーで混合し、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末とする。
このように作製したＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を真空中にて９００〜１１００℃でホットプレスし、固化することで、本実施形態の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットを作製する。

この本実施形態の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットでは、その組織が、ＣｏとＣｒとＰｔとを含むＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相４と、ＰｔとＣｏとＣｒと非磁性酸化物とを含む結合相であるマトリックス相３との複合組織からなり、マトリックス相３のＣｏ濃度が、２５質量％以下であるので、透磁率の上昇を抑制することができ、ＰＴＦを改善することができる。

また、アスペクト比３以下のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相４が、８０％以上の比率で含有されているので、Ｃｏ−Ｃｒ粒の扁平化を減らしてＰＴＦを改善することができる。すなわち、図１の（ａ）に示すように、アスペクト比３以下のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相４では、その短軸方向の透磁率μと短軸方向の透磁率μ｀とがほぼ同じになり、ＰＴＦの低下が抑えられる。

さらに、予備混合粉末に、予め粒径４５μｍ以下の微粉を除いたＣｏ−Ｃｒ合金粉末をさらに添加して混合し、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を作製するので、Ｃｏ−Ｃｒ粒（Ｃｏ−Ｃｒ合金粉末）の微粉が原料からカットされており、ＰＴＦの低下を抑制することができる。すなわち、粒径が大きく設定されたＣｏ−Ｃｒ粒は、Ｃｏ（Ｃｒ）−Ｐｔ化による磁性化が生じ難く、Ｃｏのマトリックス相３への拡散が抑制されることで、透磁率の上昇を抑えることができる。

次に、本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットを、実際に上記製法で作製した実施例について評価した結果を、図２〜図３を参照して具体的に説明する。

＜実施例１＞
１）粉砕工程
Ｐｔ粉末および非磁性酸化物としてＳｉＯ_２粉を用意し、粉砕媒体としてφ５ｍｍＺｒＯ_２ボールと共に１０Ｌのポリ容器に投入した。このポリ容器は、予めアルゴンガスを充填させてあり、アルゴンガス雰囲気で密閉した。そして、このポリ容器をボールミルで１６時間粉砕して、予備混合粉末を作製した。

２）混合工程
ガスアトマイズ法で作製したＣｏ−Ｃｒ粉末であって、予め４５μｍ以下の微粉を篩い分けして除いたものを用意し、これを粉砕工程で作製した予備混合粉末と共にヘンシェル混合機にて１時間混合して、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を作製した。
３）加圧焼結工程
作製したＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を、真空雰囲気中、温度９００〜１１００℃、圧力３５ＭＰａ、３時間保持の条件でホットプレスすることで、磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットとなる円板状ホットプレス体を作成した。

＜実施例２＞
１）粉砕工程
Ｐｔ粉末および非磁性酸化物としてＴｉ_２Ｏ_５粉を用意し、粉砕媒体としてφ５ｍｍＺｒＯ_２ボールと共に１０Ｌのポリ容器に投入した。このポリ容器は、予めアルゴンガスを充填させてあり、アルゴンガス雰囲気で密閉した。そして、このポリ容器をボールミルで１６時間粉砕して、予備混合粉末を作製した。

２）混合工程
ガスアトマイズ法で作製したＣｏ−Ｃｒ粉末であって、予め４５μｍ以下の微粉を篩い分けして除いたものを用意し、これを粉砕工程で作製した予備混合粉末およびφ３ｍｍＺｒＯ_２ボールと共に１０Ｌのポリ容器に投入した。そして、このポリ容器をボールミルで１時間混合して、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を作製した。
３）加圧焼結工程
作製したＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を、真空雰囲気中、温度９００〜１１００℃、圧力３５ＭＰａ、３時間保持の条件でホットプレスすることで、磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットとなる円板状ホットプレス体を作製した。

＜比較例＞
１）粉砕工程
Ｐｔ粉末および非磁性酸化物としてＳｉＯ_２粉を用意し、粉砕媒体としてφ５ｍｍＺｒＯ_２ボールと共に１０Ｌのポリ容器に投入した。このポリ容器は、予めアルゴンガスを充填させてあり、アルゴンガス雰囲気で密閉した。そして、このポリ容器をボールミルで１６時間粉砕して、予備混合粉末を作製した。

２）混合工程
ガスアトマイズ法で作製したＣｏ−Ｃｒ粉末であって、微粉を篩い分けしないものを用意し、これを粉砕工程で作製した予備混合粉末と共にヘンシェル混合機にて１時間混合して、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を作製した。
３）加圧焼結工程
作製したＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を、真空雰囲気中、温度９５０〜１０００℃、圧力３５ＭＰａ、３時間保持の条件でホットプレスすることで、磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットとなる円板状ホットプレス体を作成した。

＜従来例＞
１）粉砕工程
Ｐｔ粉末および非磁性酸化物としてＴｉ_２Ｏ_５粉を用意し、粉砕媒体としてφ５ｍｍＺｒＯ_２ボールと共に１０Ｌのポリ容器に投入した。このポリ容器は、予めアルゴンガスを充填させてあり、アルゴンガス雰囲気で密閉した。そして、このポリ容器をボールミルで１６時間粉砕して、予備混合粉末を作製した。

２）混合工程
ガスアトマイズ法で作製したＣｏ−Ｃｒ粉末であって、微粉を篩い分けしないものを用意し、これを粉砕工程で作製した予備混合粉末およびφ５ｍｍＺｒＯ_２ボールと共に１０Ｌのポリ容器に投入した。そして、このポリ容器をボールミルで１時間混合して、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を作製した。
３）加圧焼結工程
作製したＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を、真空雰囲気中、温度９００〜１１００℃、圧力３５ＭＰａ、３時間保持の条件でホットプレスすることで、磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットとなる円板状ホットプレス体を作成した。

このように作製した本発明の実施例１，２、比較例および従来例について、ホットプレス温度、マトリックス相のＣｏ濃度、Ｃｏ−Ｃｒ粒のアスペクト比、ＰＴＦおよび相対密度を測定した結果を、表１に示す。

なお、マトリックス相の組成分析（Ｃｏ濃度測定）は、電子線マイクロプロ−ブアナライザー（ＥＰＭＡ）にて異なる６箇所の組成分析を行い、Ｃｏ濃度はこの平均値とした。また、Ｃｏ−Ｃｒ粒（組織中のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相）のアスペクト比は、ターゲット組織の光学顕微鏡画像を倍率５００倍、視野面積約０.３mm²にて画像解析ソフトImageJを使用して解析し、Ｃｏ−Ｃｒ粒の長軸長さと短軸長さとを数値化し、そのアスペクト比を計算した。
図２に比較例におけるターゲット組織の光学顕微鏡画像を示すと共に、図３に実施例１におけるターゲット組織の光学顕微鏡画像を示す。また、図４に実施例１のターゲット組織の光学顕微鏡画像例を示すと共に、図４の画像を元にした上記画像解析ソフトにおける解析画像例を図５に示す。

また、ＰＴＦはＡＳＴＭ Ｆ２０８６−１の規格に基づき行った。作製したタ−ゲットの一方の面側に測定専用冶具にてＤｅｘｅｒ製アルニコ磁石５Ｋ２１５をセットし、ターゲットの反対面でガウスメ−タで計測した最大磁束平均値をタ−ゲットを介さない場合の前記アルニコ磁石の磁束値で割ることにより算出した。
次に、相対密度は、焼結体の嵩密度を理論密度で割り、算出したものである。このうち理論密度は、各元素が均一に分散し、反応、拡散が起こらないものと仮定したもので、例えば構成元素や化合物ａ、b、cの３種からなる場合、各比重ρと配合比Ｗ（重量％）をそれぞれρａとＷa、ρｂとＷｂおよびρｃとＷｃとすると、これらで構成されるタ−ゲットの理論密度は、理論密度＝１００/（Ｗa/ρａ+Ｗｂ/ρｂ+Ｗｃ/ρｃ）で算出したものとした。

これらの分析結果から、本発明の実施例１および２は、いずれもマトリックス相のＣｏ濃度が２５質量％以下であると共に、８０％以上の比率でアスペクト比３以下のＣｏ−Ｃｒ粒（Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相）が含有されており、ＰＴＦが比較例および従来例に比べて改善されていた。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例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。

１…Ｃｏ−Ｃｒ粒、２…Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ磁性相、３…マトリックス相、４…Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相、５…微粉

Claims (3)

1. 非磁性酸化物、ＣｒおよびＰｔを含有し、残部：Ｃｏおよび不可避不純物からなる成分組成を有するスパッタリングターゲットであって、
   その組織が、ＣｏとＣｒとＰｔとを含むＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相と、ＰｔとＣｏとＣｒと非磁性酸化物とを含む結合相であるマトリックス相との複合組織からなり、
   前記マトリックス相のＣｏ濃度が、２５質量％以下であることを特徴とする磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲット。
2. 請求項１に記載の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットにおいて、
   アスペクト比３以下の前記Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ粒相が、８０％以上の比率で含有されていることを特徴とする磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲット。
3. 請求項１または２に記載の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法であって、
   単体金属粉および／または合金粉と、非磁性酸化物粉末と、を予め粉砕混合してＣｏとＣｒとＰｔと非磁性酸化物とを含む予備混合粉末を作製する工程と、
   前記予備混合粉末に、予め粒径４５μｍ以下の微粉を除いたＣｏ−Ｃｒ合金粉末をさらに添加して混合し、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を作製する工程と、
   前記Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−非磁性酸化物混合粉末を加圧焼結する工程と、を有していることを特徴とする磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法。