JP3628575B2

JP3628575B2 - Ｎｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット及びその製造方法

Info

Publication number: JP3628575B2
Application number: JP2000015367A
Authority: JP
Inventors: 晃久野
Original assignee: Nikko Materials Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 2000-01-25
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: JP2000309865A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスク等の記録媒体磁性膜の下地膜であるＮｉ−Ｐ合金膜形成のために特に有用な、スパッタリング中の異常放電、成膜中へのパーティクルの混入、スパッタリング中のターゲット割れ等を効果的に低減又は防止できるＮｉ−Ｐ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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、記録密度の向上のために、磁気ディスク（ハードディスク）等の磁気記録媒体は、従来の塗布型の磁気記録媒体に替わってスパッタリング法等で形成された薄膜型記録媒体が多く使用されるようになってきた。
スパッタリング法は周知のように、荷電粒子をターゲットに向けて照射し、その粒子衝撃力によりターゲットから粒子を叩き出して、これをターゲットに対向させた例えばガラスやアルミニウム等の基板に、ターゲット材料から構成される物質を基本成分とする薄膜を形成する成膜方法である。
スパッタリング中にターゲット材料が高エネルギー状態で基板表面に衝突し、堆積するため、基板に対する密着強度が高く、かつ緻密な膜を形成することができる。
一方、ターゲットは荷電粒子の大量の衝撃を受けるので、ターゲットに投入される熱量が次第に増大蓄積されてくる。このため、ターゲットの裏面に純銅や銅合金等の熱伝導性の良い材料（バッキングプレート）をろう付け等の手段により接合し、かつこのバッキングプレートを外部からの冷却手段を通じて冷却し、ターゲットの熱を吸収するようにしている。
【０００３】
基板にコバルト合金等の磁性膜を形成する前に、磁気的・電気的特性を向上させ、均一性を持たせるために非磁性膜が形成される。従来このような下地膜としてクロム膜などが提案されてきたが、最近ではＮｉ−Ｐ合金膜がより高品質の磁気特性をもつ記録媒体が得られるということから注目されている。
しかし、Ｐが酸化し易いためにＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲットに含まれる酸素が３０００ｐｐｍ以上になり、これを用いてスパッタリングすると下地膜に酸素が多量に存在することになる。このような酸素の多量の存在は、磁性膜がエピタキシャル成長できず、保磁力が低下するという問題を生じた。
このため、焼結用粉末を予め還元処理し、Ｎｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット中に含まれる酸素含有量を２０００ｐｐｍ以下（８４０〜１９８０ｐｐｍ）とする提案がなされた（特開平６−１３６５２６号、特開平６−２５８４２号）。
【０００４】
また、同様に溶解鋳造法によるＮｉ−Ｐ合金ターゲットの製造に替えて焼結法を採用し、スパッタリングによりＮｉ−Ｐ合金下地（アモルファス）膜を形成した場合に、製造工程中の熱影響を受けてＮｉ−Ｐ合金膜が結晶化するのを防止するために、前記Ｎｉ−Ｐ合金ターゲットにＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等の高融点金属を含有させ、さらに焼結原料粉末混合物の均一性を高めるためにアトマイズ粉を用いるという提案がなされている（特開平７−２９２４６３号）。
【０００５】
Ｎｉ−Ｐ合金膜は基板に磁性膜を形成する前の下地膜として磁気的、電気的特性を向上させ、均一性を持たせるために有効であることが認識され、それなりの改善が施されているが、上記のような改善では必ずしも満足できる膜が形成されているわけではない。
特に、Ｎｉ−Ｐ合金ターゲットを用いてスパッタリングすると、スパッタリング中に異常放電現象が見られ、さらにこれが主たる原因と見られるパーティクルが発生し、これがＮｉ−Ｐ合金膜に混入することである。このパーティクルの混入はハードディスク等磁気媒体の特性の悪化を引き起こし、製品歩留りを低下させる原因となった。
また、前記のようにスパッタリング中にバッキングプレートを介してターゲットを冷却する構造となっているが、このターゲットとバッキングプレートとの熱膨張の差から反りや割れが発生するという問題を生じた。また、最近ＨＤ用スパッタマシンはバッキングプレートを使用しない間接冷却タイプが主流となってきており、この場合はターゲットの割れの問題が一層深刻になっている。
ターゲットの割れや変形は成膜を不安定にし、成膜不全の重大な問題に至る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者はターゲット、特にハードディスク等の記録媒体である磁性膜の下地膜として使用されるＮｉ−Ｐ合金膜の形成のために有用なＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲットを提供するものであり、スパッタリング中の異常放電を抑制し、成膜中へのパーティクルの発生及び混入を防止し、さらにスパッタリング中のターゲット割れ等を効果的に低減又は防止することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）Ｐ１２〜２４ａｔ％、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下であり、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とするＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット、（２）酸素含有量が５０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする前記（１）記載のＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット、（３）２００μｍ角エリア内に、ＮｉとＮｉ_３Ｐが共存する組織を持ち、一つのＮｉ粒の断面積サイズが１５０００μｍ^２以下の均一微細組織をもつ前記（１）又は（２）記載のＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット、（４）不純物であるＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇ及びＭｎの含有量がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする前記（１）〜（３）のそれぞれに記載のＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット、（５）５ＭＰａｍ^１／２以上の破壊靭性値（ＳＥＶＮＢ法）を有することを特徴とする（１）〜（４）のそれぞれに記載のＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット（６）酸素含有量１０ｗｔｐｐｍ以下のＮｉ−Ｐ合金地金を溶解し、不活性ガス雰囲気中でアトマイズ加工して、平均粒径１００μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金アトマイズ加工粉とした後、ホットプレス（ＨＰ）又は熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）加工することを特徴とする、Ｐ１２〜２４ａｔ％、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下であり、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなるＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲットの製造方法
、を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
スパッタリング中に異常放電現象やこれが主たる原因と見られるパーティクルの発生及びスパッタリング中の割れ発生の原因を究明すると、Ｎｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット中に含まれる微量な酸化物に起因することが分かった。
またスパッタリング中の割れ発生を引き起こすターゲットの強度の問題も、ターゲットに局所的に存在する酸化物と内部のポアに原因があることが分かった。
上記従来技術にも示すように、Ｐが酸化し易いためにＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲットに含まれる酸素が３０００ｐｐｍ以上になること、そしてこれを改良するために、Ｎｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット中に含まれる酸素含有量を２０００ｐｐｍ以下（８４０〜１９８０ｐｐｍ）とする提案がなされた。
【０００９】
しかし、このような酸素レベルでは上記のような問題は一向に解決できないことがわかった。Ｎｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲットを低酸素にする製造方法自体が、従来の通常の焼結方法では実現できない難しい工程ではあるが、このような酸素が原因となる成膜の欠陥に気づくことが必要である。従来技術においては残念ながらこのような認識に至っていなかった。
すなわち、Ｐ１２〜２４ａｔ％、残部ＮｉからなるＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲットにおいて、不純物である酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ未満とすることにより初めて解決できた。さらに酸素含有量が５０ｗｔｐｐｍ未満であることがより望ましい。
Ｐの下限値１２ａｔ％は成膜の非磁性を維持し、スパッタリングターゲット及び成膜の硬度及び強度を維持するために該下限値以上のＰの含有が必要である。しかし、上限値Ｐ２４ａｔ％を超えると基板への密着強度が低下し、場合によっては剥離するなどの問題を生じ、また例えば上限値Ｐ２４ａｔ％を超えたＮｉ−２５ａｔ％Ｐでは非常に脆いＮｉ_３Ｐ単一相となるので、スパッタリング成膜に重大なトラブルを発生する可能性が高くなる。以上から、上限値をＰ２４ａｔ％とした。
【００１０】
上記従来技術において、Ｎｉ−Ｐ合金ターゲットにＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等の高融点金属を含有させ、製造工程中の熱影響によるＮｉ−Ｐ合金膜の結晶化防止の提案がなされている例があるが、成分系が増えるため合金の製造過程における成分コントロールが煩雑となり、また酸素を取り込んで酸化物の発生原因となり易く、これらの第三成分に含まれる酸素が全体の酸素レベルを上げてしまう問題もあり、必ずしも得策と言えない。
本発明に示す通り、不純物である酸素含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下とする、特に酸素含有量を５０ｗｔｐｐｍ以下とすることにより、Ｎｉ−Ｐ合金ターゲットによるスパッタリング成膜を安定させ、また下地膜として形成されたＮｉ−Ｐ合金薄膜が均一かつ緻密な組織を有しているという優れた特徴を有する。
【００１１】
さらに本発明のＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲットは、２００μｍ角エリア内に、ＮｉとＮｉ_３Ｐが共存する組織を持ち、一つのＮｉ粒の断面積サイズが１５０００μｍ^２以下の均一微細組織であることが望ましい。これによってハードディスク等の記録媒体である磁性膜の下地膜として使用できる安定したＮｉ−Ｐ合金成膜が得られる。さらに、安定したスパッタリングを継続するためにはターゲットに割れが入らない適度な強度が必要であり、５ＭＰａｍ^１／２以上の破壊靭性値を有することが望ましい。
また、酸素を極力低減させると同時に、Ｎｉ−Ｐ合金に混入しかつ該合金中で酸化物を形成し易いＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇ及びＭｎの不純物含有量がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下であることが望ましい。
従来はこのような酸化物がターゲット中に存在し、これらが見過ごされていたために、特にこれらが局在すると原因不明の異常放電が生じ、パーティクルの発生や割れの原因となっていた。これらを低減することにより、これらの欠陥発生が著しく減少した。
【００１２】
本発明における酸素を低減した高純度のＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲットの製造は粉末焼結法による。
まず酸素含有量１０ｗｔｐｐｍ以下のＮｉ−Ｐ合金地金準備し、これを溶解する。
次にこの高純度Ｎｉ−Ｐ合金溶湯をアルゴン、ヘリウム、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で噴霧・急速冷却・凝固させる、いわゆるアトマイズ加工して、平均粒径１００μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金アトマイズ加工粉を製造する。
本発明のアトマイズ加工粉はほぼ球状を呈しており、比表面積を最小限に抑えることができる。これによって、酸素の取り込みを抑制でき、酸素含有量の増加があっても４０ｗｔｐｐｍ以下にすることができる。
【００１３】
次に、このアトマイズ加工粉を用いてホットプレス（ＨＰ）又は熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）加工する。ホットプレスの場合は７５０°Ｃ〜８５０°Ｃ（合金の融点は８７０°Ｃであり、それ以下の温度に加熱する）、１００〜３００Ｋｇｆ／ｃｍ^２、３０分〜５時間の条件下で行う。また熱間静水圧プレスの場合は、同様に７５０°Ｃ〜８５０°Ｃ、１０００〜１５００Ｋｇｆ／ｃｍ^２、３０分〜５時間の条件下で行う。
これによって、Ｐ１２〜２４ａｔ％、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下であり、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなるＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット材料が得られる。これをさらにターゲット形状に切断、研削・研磨、バッキングプレートへのボンディング等通常の加工を行い、高純度Ｎｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲットを得る。
【００１４】
【実施例１】
次に、本発明の実施例に基づいて説明する。なお、以下の実施例はあくまで一例であり、この例のみに制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に含まれる他の態様または変形を包含するものである。
酸素含有量１０ｗｔｐｐｍ以下であるＮｉ−Ｐ合金地金を溶解する。
次に、ガスアトマイズ法を用いて、Ｎｉ−１９ａｔＰ合金後アトマイズ加工粉を得た。アトマイズ加工粉はほぼ球状であり、酸素含有量は３０ｗｔｐｐｍであった。また、この原料粉の比表面積は０．０１ｍ^２／ｇで、みかけ密度は５．２ｇ／ｃｍ^３であった。
次に、このアトマイズ加工粉を軟鋼製カプセルに充填後真空密封し、８３０°Ｃ、１５００Ｋｇｆ／ｃｍ^２、２時間の条件下で熱間静水圧プレスを行った。
【００１５】
これによって得られたＮｉ−１９ａｔ％Ｐの焼結体は、密度が９９％以上、酸素含有量は４０ｗｔｐｐｍであった。
この焼結体は、均一微細な組織を持ち、２００μｍ角エリア内に、ＮｉとＮｉ_３Ｐが共存し、Ｎｉ粒の断面積サイズが約１００００μｍ^２以内の良好なものであった。
次に、このＮｉ−Ｐ合金焼結体から作製したターゲットを用いてスパッタリングを行い、Ｐ酸化物量（個／５００ｍｍ^２）、破壊靭性値（ＳＥＶＮＢ法）、異常放電の回数、パーティクルの発生量を調べた。なお、Ｐ酸化物量は約１００ｍｍ^２の研磨サンプルを５個作製し、ＥＰＭＡにて確認した結果である。下記の比較例においても同様に調査した。
以上の結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【比較例１】
次に、比較例１について説明する。
酸素含有量１０ｗｔｐｐｍ未満であるＮｉ−Ｐ合金地金を溶解する。
次に、水アトマイズ法を用いて、Ｎｉ−１９ａｔＰ合金後アトマイズ加工粉を得た。アトマイズ加工粉は十分な真球状には作製できず、酸素含有量は１１００ｗｔｐｐｍであった。また、この原料粉の比表面積は０．０４ｍ^２／ｇで、みかけ密度は４．０ｇ／ｃｍ^３、平均粒径は約１００μｍであった。
次に、このアトマイズ加工粉を軟鋼製カプセルに充填後真空密封し、８３０°Ｃ、１５００Ｋｇｆ／ｃｍ^２、２時間の条件下で熱間静水圧プレスを行った。
これによって得られたＮｉ−１９ａｔ％Ｐの焼結体は、密度が９９％以上、酸素含有量は８６０ｗｔｐｐｍであった。
実施例１と同様に、このＮｉ−Ｐ合金焼結体から作製したターゲットを用いてスパッタリングを行い、Ｐ酸化物量（個／５００ｍｍ^２）、破壊靭性値、異常放電の回数、パーティクルの発生量を調べた。この結果を実施例と対比して表１に示す。
【００１８】
【比較例２】
次に、比較例２について説明する。
酸素含有量１０ｗｔｐｐｍ未満であるＮｉ−Ｐ合金地金を溶解する。
次に、水アトマイズ法を用いて、Ｎｉ−１９ａｔＰ合金後アトマイズ加工粉を得た。アトマイズ加工粉はほぼ球状ではあるが、酸素含有量は２１０ｗｔｐｐｍであった。また、この原料粉の比表面積は０．０１ｍ^２／ｇで、みかけ密度は４．８ｇ／ｃｍ^３、平均粒径は約１００μｍであった。
次に、このアトマイズ加工粉を軟鋼製カプセルに充填後真空密封し、８３０°Ｃ、１５００Ｋｇｆ／ｃｍ^２、２時間の条件下で熱間静水圧プレスを行った。
これによって得られたＮｉ−１９ａｔ％Ｐの焼結体は、密度が９９％以上、酸素含有量は２２０ｗｔｐｐｍであった。
実施例１と同様に、このＮｉ−Ｐ合金焼結体から作製したターゲットを用いてスパッタリングを行い、Ｐ酸化物量（個／５００ｍｍ^２）、破壊靭性値、異常放電の回数、パーティクルの発生量を調べた。この結果を実施例と対比して同様に表１に示す。
【００１９】
表１から明らかなように、酸素含有量３０ｗｔｐｐｍである実施例１ではＰ酸化物が確認されず（無し）、破壊靭性値が５．０ＭＰａｍ^１／２であり、また問題となるような異常放電は発生せず、パーティクルの発生もない。
これに対し、酸素含有量８６０ｗｔｐｐｍである比較例１ではＰ酸化物が２３個／５００ｍｍ^２存在し、破壊靭性値が４．４ＭＰａｍ^１／２と低く、また異常放電やパーティクルの発生が生産上問題となる程度に増大する。
同様に、比較例１よりも少ないが、依然として２２０ｗｔｐｐｍもの酸素を含有する比較例２では、Ｐ酸化物が６個／５００ｍｍ^２存在し、破壊靭性値が４．４ＭＰａｍ^１／２と低く、また異常放電やパーティクルの発生が生産上問題となる程度に多い。
【００２０】
上記の対比から明らかなように、実施例及び比較例においてＰ酸化物量、破壊靭性値、異常放電発生数、パーティクル量に違いがみられ、これはターゲットの酸素含有量に依存するものと考えられる。異常放電発生数及びパーティクル量に関しては、特にＰ酸化物量に依存するものと考えられる。
これらを避けるためには、酸素含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下、好ましくは５０ｗｔｐｐｍ以下にする必要がある。
さらに、酸素を多量（１０００ｗｔｐｐｍ以上）に含有し、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ及びＭｎを含有しているＮｉ−Ｐ合金ターゲットでは、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＭｎＯなどがターゲット内に存在し、ＨＤ生産上大きな問題となる。
破壊靭性値も酸素を低減させることにより向上する。これは、ターゲット内部に局在するＰ酸化物に起因していると考えられ、局在するＰ酸化物の部分が材料学的に欠陥になっていることを意味している。
したがって、Ｎｉ−Ｐ合金ターゲットの酸素含有量を低減することは、ターゲット加工時及びスパッタリング時の割れを防ぐ意味で極めて重要である。
【００２１】
【発明の効果】
以上から、本発明はＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット中の不純物である酸素含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下とする、特に酸素含有量を５０ｗｔｐｐｍ以下とすることにより、特にハードディスク等の記録媒体である磁性膜の下地膜として使用されるＮｉ−Ｐ合金膜の形成のために有用であり、スパッタリング中の異常放電を抑制し、成膜中へのパーティクルの発生及び混入を防止し、さらにスパッタリング中のターゲット割れ等を効果的に低減又は防止することができる。また、これによって記録媒体磁性膜の保持力が向上し、破壊靭性が大きいという優れた効果を有する。

Claims

Ｐ１２〜２４ａｔ％、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下であり、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とするＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット。
酸素含有量が５０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット。
２００μｍ角エリア内に、ＮｉとＮｉ_３Ｐが共存する組織を持ち、一つのＮｉ粒の断面積サイズが１５０００μｍ^２以下の均一微細組織をもつ請求項１又は２記載のＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット。
不純物であるＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇ及びＭｎの含有量がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のそれぞれに記載のＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット。
５ＭＰａｍ^１／２以上の破壊靭性値を有することを特徴とする請求項１〜４のそれぞれに記載のＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲット。
酸素含有量１０ｗｔｐｐｍ以下のＮｉ−Ｐ合金地金を溶解し、不活性ガス雰囲気中でアトマイズ加工して、平均粒径１００μｍ以下のＮｉ−Ｐ合金アトマイズ加工粉とした後、ホットプレス（ＨＰ）又は熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）加工することを特徴とする、Ｐ１２〜２４ａｔ％、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下であり、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなるＮｉ−Ｐ合金スパッタリングターゲットの製造方法。