JP4026767B2 - Co-Cr-Pt-B alloy sputtering target and method for producing the same - Google Patents
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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。 The present invention relates to a Co—Cr—Pt—B alloy sputtering target having no uniform pores and a uniform fine cast structure, and a method for producing the same.
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。
In recent years, Co—Cr—Pt—B based alloys have been used as sputtering targets for forming magnetic films of hard disks.
In order to form a film by sputtering, an electric field is generated by applying a high voltage between these substrate and target under an inert gas atmosphere, usually facing a target consisting of a positive electrode and a negative electrode. To be done.
By the application of the high voltage, the ionized electrons collide with the inert gas to form a plasma, the cations in the plasma collide with the target (negative electrode) surface, and the target atoms are knocked out, This is based on the principle that the projected atoms adhere to the opposing substrate surface to form a film.
Such sputtering methods include a high frequency sputtering (RF) method, a magnetron sputtering method, a DC (direct current) sputtering method, and the like, which are used as appropriate depending on the target material and film formation conditions.
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)。
Generally, when manufacturing a sputtering target, it is required to have a uniform and fine structure and be free from defects such as pores. This is because when the target structure is non-uniform and there are many defects, the defects are reflected in the sputtering film formation, and a uniform film is not formed, resulting in a film with poor performance. In addition, there is a problem that the generation of particles increases when the sputtered film is formed.
For this reason, after melt-casting a target material, rolling and the like are performed to try to obtain a uniform and dense processed structure (see, for example, Patent Document 1).
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。
Even if such processing could be realized, there was a problem that yield was poor and productivity was poor. In addition, there is a problem that defects and structural non-uniformity generated in the casting stage remain after rolling.
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。 The present invention relates to a Co-Cr-Pt-B alloy sputtering target having no internal pores and a uniform fine cast structure and a method for producing the same, and enables the production of the target stably and at low cost. The object is to prevent or suppress the generation of particles and increase the product yield of film formation.
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、セル状組織を有せず、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、を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, by optimizing the casting conditions of the Co—Cr—Pt—B alloy, there is no internal pore, and the casting is fine and uniform. The organization was obtained, and the knowledge that a film with good quality can be formed and the manufacturing yield can be remarkably improved was obtained.
The present invention is based on this finding,
1) Co—Cr—Pt—, characterized in that the diameter of the dendrite branch is 100 μm or less, does not have a cellular structure, and has a fine cast structure in which the layer thickness of the eutectic structure is 50 μm or less. B-based alloy sputtering target,
2) The sputtering target according to claim 1, wherein the maximum magnetic permeability (μmax) is 20 or less.
本発明は、また
3)デンドライトの枝の直径が100μm以下であり、セル状組織を有せず、共晶組織部の層厚みが50μm以下の微細鋳造組織を備えており、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)デンドライトの枝の直径が100μm以下であり、セル状組織を有せず、共晶組織部の層厚みが50μm以下の微細鋳造組織を備えており、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)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、10)最大透磁率(μmax)が20以下であることを特徴とする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。
The present invention also includes 3) a diameter of the dendrite branch of 100 μm or less, no cellular structure, and a fine cast structure in which the layer thickness of the eutectic structure is 50 μm or less. Co-Cr-Pt-B alloy sputtering target manufacturing method characterized by being 15 mm or less, 4) Dendritic branch diameter is 100 μm or less, has no cellular structure, and has a eutectic structure A method for producing a Co—Cr—Pt—B alloy sputtering target, comprising a fine cast structure having a layer thickness of 50 μm or less, and cast using a mold made of a copper surface plate and aluminum titanate, 5) A method for producing a sputtering target according to 3), characterized by casting using a copper platen and a mold made of aluminum titanate, 6) The method for producing a sputtering target according to any one of 3) to 5), wherein the hot water temperature is cast at a melting point + 100 ° C. or higher, and 7) pouring of a bottom hole diameter of φ10 mm or less at the upper part of the mold gate A method for producing a sputtering target according to any one of 3) to 6), wherein a tundish provided with a nozzle is provided and poured into a mold through the pouring nozzle, and 8) directly below the pouring nozzle. In addition, an aluminum titanate plate is provided, and the method for producing a sputtering target according to any one of 4) to 7), 9) Rolling or forging cold working the cast ingot to 10% or less. The method for producing a sputtering target according to any one of 3) to 9), 10) The maximum magnetic permeability (μmax) is 20 or less, 3) to The manufacturing method of the sputtering target in any one of 10) is provided.
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。 In the present invention, by optimizing the casting conditions of the Co—Cr—Pt—B alloy, there is no pore inside the sputtering target, and a fine and uniform casting structure can be obtained, thereby forming a film of good quality. And it has the outstanding effect that a manufacturing yield can be improved remarkably. Further, since it has a uniform and fine structure and has no defects such as pores, it has the effect of significantly reducing the generation of particles when forming a sputtered film.
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。
As main materials of the Co—Cr—Pt—B alloy sputtering target of the present invention, Co—Cr—Pt comprising Cr: 1 to 40 at%, Pt: 1 to 30 at%, B: 10 to 25 at%, and the balance Co. Co-Cr-Pt-B made of -B alloy, Cr: 1 to 40 at%, Pt: 1 to 30 at%, B: 9 to 25 at%, Cu: 1 to 10 at%, B + Cu: 10 to 26 at%, balance Co Co-Cr-Pt-B made of Cu alloy, Cr: 1 to 40 at%, Pt: 1 to 30 at%, B: 1 to 25 at%, Ta: 1 to 10 at%, B + Ta: 3 to 26 at%, balance Co -Ta alloy etc. can be mentioned.
These materials are useful as a sputtering target for forming a magnetic film of a hard disk.
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。
The Co—Cr—Pt—B alloy sputtering target of the present invention has a fine cast structure in which the diameter of the dendrite branch is 100 μm or less and the layer thickness of the eutectic structure part is 50 μm or less. Further, the target of the present invention has a maximum magnetic permeability (μmax) of 20 or less.
Since the target of the present invention has such a uniform and fine structure and has no defects such as pores, there is an effect that the generation of particles is remarkably reduced when a sputtered film is formed.
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(Al2TiO5)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。
In the production of the Co—Cr—Pt—B alloy sputtering target of the present invention, the casting ingot has a thickness of 15 mm or less so that pores are not generated in the ingot as an ingot substantially close to the product thickness, and fine casting is performed. Form an organization. This fine structure of the ingot without defects is extremely important for forming a homogeneous and good quality film.
Furthermore, the present invention is cast by using a mold made of copper plate (bottom only) and
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。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the movement of the
That is, as shown in FIG. 1, due to the difference in thermal conductivity between copper and aluminum titanate, solidification starts from a copper surface plate (bottom) 1 and proceeds to the aluminum titanate side of the
Since the lower bottom portion and the upper bottom portion of the solidified ingot are removed by cutting, the target has a uniform structure free from defects such as pores. This cast structure is shown in FIG.
In addition, aluminum titanate has a small thermal expansion coefficient (0.5 × 10 −6 / ° C.), and therefore has a feature that it is not cracked by a rapid temperature change during pouring.
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。
In casting, it is desirable to cast at a tapping temperature of melting point + 100 ° C or higher. As a result, the molten metal can be given sufficient fluidity to cause defects such as pores to float upward. Moreover, as shown in FIG.3 and FIG.4, the
An
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。
Furthermore, the tendish 5 provided with the pouring nozzle of bottom hole diameter (phi) 10 mm or less is provided in the upper part of the pouring gate part of a mold, and it can pour into the
As shown in FIG. 2, the sputtering target manufactured as described above has a uniform and fine cast structure in which the diameter of the dendrite branch is 100 μm or less and the layer thickness of the eutectic structure part is 50 μm or less.
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。
Furthermore, the present invention can perform cold working such as rolling or forging of a cast ingot to 10% or less. As a result, the magnetic properties of the target material can be further controlled.
With the target of the present invention, a sputtering target having a maximum magnetic permeability (μmax) of 20 or less is obtained. In addition, since the target of the present invention has a uniform and fine structure and is free from defects such as pores, the generation of particles is significantly reduced when a sputtered film is formed.
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。 Hereinafter, description will be made based on Examples and Comparative Examples. In addition, a present Example is an example to the last, and is not restrict | limited at all by this example. In other words, the present invention is limited only by the scope of the claims, and includes various modifications other than the examples included in the present invention.
(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。
(Example 1 and Comparative Example 1-3)
A Co—Cr—Pt—B alloy raw material consisting of Cr: 12 at%, Pt: 12.5 at%, B: 14 at%, and the balance Co was melted at high frequency (vacuum). This was cast at a temperature of melting point + 100 ° C. using a copper surface plate and an upper mold of the material shown in Table 1 to obtain an ingot having a thickness of 15 mm. Comparative Examples 1-3 are a case where a mold material other than aluminum titanate is used and a case where no upper mold is used.
The presence of pores in the ingot thickness direction and the state of breakage of the mold were observed. The results are similarly shown in Table 1. In addition, it shows in Table 2 with reference to the thermal conductivity and thermal expansion coefficient of the molding material used by the Example and the comparative example.
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。
As is apparent from Table 1, when the upper mold was not used (Comparative Example 1) and when cobalt was used as the mold (Comparative Example 2), the pores existed inside the ingot, resulting in a defective ingot. Similarly, alumina (Comparative Example 3) also had pores inside the ingot, and the alumina was broken.
On the other hand, when the aluminum titanate of Example 1 was used, it concentrated on the upper part (upper bottom) of the mold, that is, the top of the mold, and a good ingot was obtained. As shown in Table 2, this is considered to be due to the low thermal conductivity of aluminum titanate as compared with Comparative Example 1-3. From the above, it can be seen that aluminum titanate is optimal as the upper mold material.
(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。
(Example 2, Comparative Example 4-5)
Next, when casting the same material, copper was used for the surface plate, and aluminum titanate was used for the upper mold, and a hot water portion was provided to observe the position of the pore when the tapping temperature was changed. .
The results are shown in Table 3. As is apparent from Table 3, when the tapping temperature was less than the melting point + 100 ° C. (Comparative Examples 4 and 5), the pores did not concentrate on the hot water, resulting in insufficient movement of bubbles. Therefore, it turns out that it is desirable that the tapping temperature is a melting point + 100 ° C. or higher.
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。
In the present invention, by optimizing the casting conditions of the Co—Cr—Pt—B alloy, there is no pore inside the target, and a fine and uniform cast structure can be obtained. By sputtering using the target thus manufactured, a film with good quality can be formed, and the manufacturing yield can be remarkably improved.
It is possible to obtain a Co—Cr—Pt—B alloy thin film having excellent characteristics as a target for forming an electronic component thin film, and is particularly suitable for a magnetic film of a hard disk.
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
1. 1. A copper surface
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