JP2013242962A

JP2013242962A - 軟磁性膜形成用Ｆｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材

Info

Publication number: JP2013242962A
Application number: JP2013178120A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Ueno; 友典上野; Mitsuharu Fujimoto; 光晴藤本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2013-12-05
Also published as: JPWO2009104509A1; WO2009104509A1; JP5359890B2

Abstract

【課題】垂直磁気記録媒体等に用いられる軟磁性膜形成用Ｆｅ−Ｃｏ系合金ターゲット材において、アモルファス化と耐食性の向上を極力単一の添加元素で実現するＦｅ−Ｃｏ系合金組成のスパッタリングターゲット材を提供すること。
【解決手段】本発明によれば、原子比における組成式が（Ｆｅ_Ｘ−Ｃｏ_{１００−Ｘ}）、１０≦Ｘ≦８０で表されるＦｅ−Ｃｏ合金に、ＴａおよびＮｂから選ばれる１種または２種を１４．５〜２０原子％含有し、最大透磁率が２５０以下、ＰＴＦが１０％以上である軟磁性膜形成用Ｆｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材が提供される。
【選択図】なし

Description

本発明は、軟磁性膜を形成するためのＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材に関するものである。

近年、磁気記録技術の進歩は著しく、ドライブの大容量化のために、磁気記録媒体の高記録密度化が進められている。しかしながら、現在広く世の中で使用されている面内磁気記録方式の磁気記録媒体では、高記録密度化を実現しようとすると、記録ビットが微細化し、記録ヘッドで記録できないほどの高保磁力が要求される。そこで、これらの問題を解決し、記録密度を向上させる手段として垂直磁気記録方式が検討されている。

垂直磁気記録方式とは、垂直磁気記録媒体の磁性膜を媒体面に対して磁化容易軸が垂直方向に配向するように形成したものであり、記録密度を上げて行ってもビット内の反磁界が小さく、記録再生特性の低下が少ない高記録密度に適した方法である。そして、垂直磁気記録方式においては、記録感度を高めた磁気記録膜層と軟磁性膜層とを有する記録媒体が開発されている。

このような磁気記録媒体の軟磁性膜としては、優れた軟磁気特性が要求されることから、アモルファス軟磁性合金が採用されている。代表的な軟磁性膜用アモルファス合金として、Ｆｅ、ＣｏあるいはＦｅ−Ｃｏ合金に添加元素を含む合金膜、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ合金膜、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｔａ合金膜などが既に実用化されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−０３０７４０号公報特開２００７−１７２７８３号公報特開２００７−２８４７４１号公報

磁気記録媒体の軟磁性膜としては、高い飽和磁束密度を有することが要求されており、飽和磁束密度が大きいＦｅを主成分とするＦｅ−Ｃｏ合金が好適に利用されている。さらに、Ｆｅ−Ｃｏ合金においても、より高い飽和磁束が要求される場合にはＦｅリッチのＦｅ−Ｃｏ合金が利用されている。

そして、磁気記録媒体の軟磁性膜としては、アモルファス膜となることが要求されていることから、上記のＦｅ−Ｃｏ合金に対してはアモルファス化を促進する元素の添加が必要とされ、一般的にＢやＺｒが採用されている。しかしながら、これらの元素のみでは、磁気記録媒体の軟磁性膜として使用する場合に、耐食性が十分でないことから、耐食性を向上させるために、さらにＡｌやＣｒ等の元素を添加することを提案するものもある（例えば、特許文献２、特許文献３参照）が、軟磁性膜の成分組成が、複雑化しスパッタリングターゲット材を作製する上で、組織制御や成分制御が困難になるという問題がある。

本発明の目的は、上記の問題を解決し、垂直磁気記録媒体等に用いられる軟磁性膜形成用Ｆｅ−Ｃｏ系合金ターゲット材において、アモルファス化と耐食性の向上を極力単一の添加元素で実現するＦｅ−Ｃｏ系合金組成のスパッタリングターゲット材を提供することである。

本発明者らは、垂直磁気記録媒体等に用いられる軟磁性膜を形成するためのＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材について、Ｆｅ−Ｃｏ合金への添加元素について種々の検討を行った結果、ＮｂあるいはＴａを選択すること、およびその好適な添加範囲を見出し本発明に到達した。

すなわち、本発明は、原子比における組成式が（Ｆｅ_Ｘ−Ｃｏ_{１００−Ｘ}）、１０≦Ｘ≦８０で表されるＦｅ−Ｃｏ合金に、ＮｂおよびＴａから選ばれる１種または２種を１０〜２０原子％含有する軟磁性膜形成用Ｆｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材である。

好ましくは、ＮｂおよびＴａから選ばれる１種または２種を１０〜１５原子％含有する軟磁性膜形成用Ｆｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材である。

また、好ましくは、最大透磁率が２５０以下である軟磁性膜形成用Ｆｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材、あるいは、ＰＴＦが１０％以上である軟磁性膜形成用Ｆｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材である。

本発明により、安定したマグネトロンスパッタリングが行なえる垂直磁気記録媒体の軟磁性膜を形成するためのＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲットを提供でき、垂直磁気記録媒体を製造する上で極めて有効な技術となる。

本発明の最も重要な特徴は、原子比における組成式が（Ｆｅ_Ｘ−Ｃｏ_{１００−Ｘ}）、１０≦Ｘ≦８０で表されるＦｅ−Ｃｏ合金への添加元素として、軟磁性膜を形成した際にアモルファス化と耐食性の向上を極力単一元素で効果的に実現するための最適な元素としてＮｂおよびＴａを選択し、さらに上記の効果を実現するための最適な添加量を見出した点にある。

本発明のＦｅ−Ｃｏ系合金組成のベースとなるＦｅ−Ｃｏ合金は、原子比における組成式が（Ｆｅ_Ｘ−Ｃｏ_{１００−Ｘ}）、１０≦Ｘ≦８０で表される成分領域である。それは、飽和磁気モーメントが遷移金属合金中最高となることが知られるＦｅ−Ｃｏニ元系合金は、原子比でＦｅ：Ｃｏ＝６５：３５の組成比付近で飽和磁気モーメントが最大になり、Ｆｅの原子比率が１０〜８０％の範囲であるＦｅ−Ｃｏ合金において高い飽和磁気モーメントが得られるためである。

なお、飽和磁気モーメントを最大化する必要がある場合には、Ｆｅの原子比率を５０〜８０％とすることが好ましく、また、薄膜としての磁歪を下げようとする場合には、Ｆｅの原子比率を１０〜５０％とすることが好ましい。

本発明のＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材は、ＴａおよびＮｂから選ばれる１種または２種を１０〜２０原子％含有するものである。それは、ＮｂまたはＴａの添加により、スパッタリングの際に、Ｆｅ−Ｃｏ系合金がアモルファス化すると同時に、耐食性を向上させる効果を有するためである。なお、上記の効果は、１０原子％に満たない場合には、耐食性とアモルファス化が十分ではなく、また、２０原子％を超える場合には、磁化が低下するため、１０〜２０原子％に制御することが重要である。

なお、アモルファス化、耐食性の向上および磁化を維持するため、添加元素がＴａおよびＮｂから選ばれる１種または２種を１０〜１５原子％の範囲であることがより望ましい。

なお、本発明のＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材は、ＮｂおよびＴａを上記の範囲で含有する以外の残部はＦｅおよびＣｏと不可避的不純物である。不純物含有量はできるだけ少ないことが望ましいが、ガス成分である酸素、窒素は１０００ｐｐｍ以下、不可避的に含まれるＮｉ、Ｓｉ、Ａｌ等のガス成分以外の不純物元素は合計で１０００ｐｐｍ以下であることが望ましい。

本発明においては、Ｆｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材の最大透磁率は２５０以下であることが望ましい。

それは、軟磁性膜の成膜に一般的に用いられるマグネトロンスパッタリング法においては、マグネトロンスパッタリング法が、ターゲット材の背後に磁石を配置し、ターゲット材の表面に磁束を漏洩させて、その漏洩磁束領域にプラズマが収束されることにより高速成膜を可能とする方法であり、ターゲット材の表面に磁束を漏洩させることに特徴があるため、ターゲット材自身の透磁率が高い場合にはターゲット材のスパッタ表面にプラズマを収束させるのに必要な漏洩磁束を得ることが難しくなる。そこで、ターゲット材自身の透磁率を極力低減することが望まれているためである。

本発明のＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材の最大透磁率は、可能な限り低いことが好ましく、マグネトロンスパッタリング法で安定してスパッタリング放電するためには、２５０以下が好ましく、より好ましくは、１５０以下である。

また、本発明においては、Ｆｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材のＰＴＦは１０％以上であることが望ましい。

ＰＴＦとは、ターゲット材の漏洩磁束（Ｐａｓｓ−Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｆｌｕｘ）である。このＰＴＦの測定は、ターゲット材の裏面に永久磁石を配置し、ターゲット材表面に漏洩する磁束を測定する方法で、マグネトロンスパッタ装置に近い状態の漏洩磁束を定量的に測定できる方法である。実際の測定はＡＳＴＭＦ１７６１−００（ＳｔａｎｄａｒｄＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｆｏｒＰａｓｓＴｈｒｏｕｇｈＦｌｕｘｏｆＣｉｒｃｕｌａｒＭａｇｎｅｔｉｃＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＴａｒｇｅｔｓ）に基づいて行い、ＰＴＦは次式より求められる。
（ＰＴＦ）＝１００×（ターゲット材を置いた状態での磁束の強さ）÷（ターゲット材を置かない状態での磁束の強さ）（％）

なお、ＰＴＦは、スパッタリングターゲットの厚さとの相関があり、マグネトロンスパッタリングにおいては、スパッタリングの際の放電を安定させるために、一定以上の値が必要とされる。本発明者の検討によれば、ＰＴＦが１０％以上とすることによりマグネトロンスパッタリングにおいて安定した放電を得ることが可能となることを確認した。

本発明のＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材は、例えば、所望の組成範囲となるように合金成分を調整した上で、溶解鋳造してＦｅ−Ｃｏ系合金素材を得るか、あるいは、Ｆｅ粉、Ｃｏ粉、Ｔａ粉あるいはＮｂ粉を所望の組成となるように秤量し、混合した後に焼結してＦｅ−Ｃｏ系合金焼結体を得た後に、機械加工をして得ることが可能である。

なお、上述した低い漏洩磁束や高いＰＴＦを得るためには、例えば、所望の組成に秤量−混合したＦｅ粉、Ｃｏ粉、Ｔａ粉あるいはＮｂ粉を焼結する際に、圧力１００ＭＰａ以上、温度１２００℃以上で加圧焼結することが望ましい。それは、加圧焼結時の加熱温度を高くすることで、混合粉末の相互拡散が進行することで、ＴａやＮｂのＦｅやＣｏに対する拡散が進行し、Ｆｅ−Ｃｏ合金系ターゲットとしての磁化が低下するからである。

以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。

まず、それぞれ純度９９．９％以上のＦｅ原料粉末、Ｃｏ原料粉末、Ｔａ原料粉末およびＮｂ原料粉末を準備し、表１に示す各ターゲット材の組成となるように、上記の原料粉末を秤量、混合して混合粉末を作製した。得られた各混合粉末を、軟鋼カプセルに充填し脱気封止した後、熱間静水圧プレスによって焼結し直径１８０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの焼結体を得た。焼結は、試料Ｎｏ．１〜７については、温度１０００℃、圧力１００ＭＰａ、保持時間２時間の条件で、試料Ｎｏ．８〜１１については、温度１２５０℃、圧力１００ＭＰａ、保持時間２時間の条件で行った。得られた焼結体をスライス加工して２個の直径１８０ｍｍ×厚さ７ｍｍのターゲット素材を得た。試料Ｎｏ．１および２については、得られたターゲット素材の一方を直径１６４ｍｍ×厚さ１ｍｍに加工し、直径１８０ｍｍ×厚さ４ｍｍの銅製冷却板にＩｎロウ付けしてＦｅ−Ｃｏ系合金ターゲット材を作製した。また、試料Ｎｏ．３〜１１については、得られたターゲット素材の一方を直径１８０ｍｍ×厚さ５ｍｍに加工してＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材を作製した。

上記で得られた各ターゲット材を用いてマグネトロンスパッタリング法よって、ガラス基板上に膜厚１００ｎｍの薄膜を成膜した。なお、スパッタリング条件はＡｒ圧０．６Ｐａ、投入電力は５００Ｗで行った。

成膜した各試料を純水中に２４時間浸漬した耐食性試験を行った結果を表１に示す。なお、表１では、腐食領域が無いものを○、腐食領域があるものを×と表示している。

また、耐食性が良好であった試料Ｎｏ．３〜１１をＸ線回折した結果、結晶相から得られるピークは確認出来なかったことより、アモルファスとなっていることを確認した。さらに、試料Ｎｏ．３〜１１の飽和磁化を東英工業（株）製振動試料型磁力計ＶＳＭ−３を用いて測定した。なお、測定試料は、膜厚１μｍの薄膜をマグネトロンスパッタリング法によってＳｉ基板上に成膜後、基板を１０ｍｍ×１０ｍｍに切り出して、外部磁場７９５７７５（Ａ／ｍ）印加して測定をした。測定した結果を表２に示す。

表１および表２から、Ｆｅ−Ｃｏ合金にＴａおよびＮｂから選ばれる１種または２種を１０〜２０原子％含有するスパッタリングターゲット材で形成した軟磁性膜は高い耐食性を有しており、磁気記録媒体の軟磁性膜に適した飽和磁化を有していることが分かる。また、表２から、Ｆｅ−Ｃｏ合金にＴａおよびＮｂから選ばれる１種または２種の含有量を１０〜１５原子％とした場合に、１．１以上の飽和磁化が得られることが分かり、より高い飽和磁化の軟磁性膜を得るためには、ターゲット材中のＴａ、Ｎｂの量を１０〜１５原子％に制御することが望ましいことがわかる。

表３に示す熱間静水圧プレスの温度条件以外は、実施例１と同様の方法で、原子比で（Ｆｅ_６５−Ｃｏ_３５）_８８．５−Ｔａ_１１．５の組成となる直径１８０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの焼結体を作製し、焼結体をスライス加工して直径１８０ｍｍ×厚さ７ｍｍのターゲット素材を２個得た。得られた素材の一方から直径１８０ｍｍ×厚さ５ｍｍおよび直径１８０ｍｍ×厚さ６ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。

また、上記で作製した各ターゲット素材の一方から長さ３０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ５ｍｍの試験片を採取し、東英工業（株）製直流磁気特性測定装置ＴＲＦ５Ａを使用してこれらの試験片の磁化曲線を測定した。得られた磁化曲線から最大透磁率を求め、表３に示した。

また、上記で作製した各ターゲット材の漏洩磁束（ＰＴＦ）を測定し表３に示した。実際の測定はＡＳＴＭＦ１７６１−００（ＳｔａｎｄａｒｄＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｆｏｒＰａｓｓＴｈｒｏｕｇｈＦｌｕｘｏｆＣｉｒｃｕｌａｒＭａｇｎｅｔｉｃＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＴａｒｇｅｔｓ）に基づいて行い、次式より求めた。
（ＰＴＦ）＝１００×（ターゲット材を置いた状態での磁束の強さ）÷（ターゲット材を置かない状態での磁束の強さ）（％）

表３から、本発明のＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材を作製する際の加圧焼結における熱間静水圧プレスの温度条件をより高く設定することで、最大透磁率の低減が可能となり、またＰＴＦは向上することが可能となることが分かる。

次に、実施例１で作製した試料Ｎｏ．８〜１０のターゲット素材の一方から長さ３０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの試験片を採取した。実施例２と同様の方法でこれらの試験片の磁化曲線を測定した。得られた磁化曲線から最大透磁率を求め、表４に示した。

また、試料Ｎｏ．８〜１０の各ターゲット材の漏洩磁束（ＰＴＦ）を測定し表４に示した。実際の測定は、実施例２と同様の方法で行なった。

表４から、本発明のＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材は、放電に対して十分なＰＴＦを有することが確認出来る。

本発明のＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材は耐食性に優れているため、安定した垂直磁気記録媒体の製造に適用できる。

Claims

原子比における組成式が（Ｆｅ_Ｘ−Ｃｏ_{１００−Ｘ}）、１０≦Ｘ≦８０で表されるＦｅ−Ｃｏ合金に、ＴａおよびＮｂから選ばれる１種または２種を１４．５〜２０原子％含有し、最大透磁率が２５０以下、ＰＴＦが１０％以上である軟磁性膜形成用Ｆｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材。