JP4750924B2

JP4750924B2 - スパッタリングターゲットの製造方法

Info

Publication number: JP4750924B2
Application number: JP2000127511A
Authority: JP
Inventors: 和照加藤; 渡辺　　弘
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: JP2001303242A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた磁気特性を有する磁気ディスク等を製造するためのスパッタリングターゲットの製造方法に関し、より詳細には主相と析出相から成る合金を熱処理しかつ温間加工を行って両相の組成を変化させ、特に両相の組成を互いに近づけ、両相を実質的に平衡状態に維持するようにしたスパッタリングターゲットを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスクへの高速処理及び大容量化の要求は年を追うごとに厳しくなっており、場合によっては四半期毎にモデルが変わる勢いである。
今般の電子機器製品の隆盛の一助として前記磁気ディスク等の高品質化が挙げられる。該磁気ディスクを初めとするスパッタリングにより製造される製品の品質は、成膜条件、組成、膜厚、膜構造、基板材料等により大きく影響されることが知られている。
しかしながらスパッタリングで使用するターゲット材料が磁気ディスクの磁気特性に影響を及ぼすか否かに関しては殆ど知見がなく、どのようなスパッタリングターゲットが高品質の磁気ディスクの原料と成り得るかに関しては定見が存在しない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スパッタリングターゲット用材料として汎用されている合金として、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔａ合金があり、中でも典型的な磁気ディスクとして使用されるＣｏ（72）−Ｃｒ（16）−Ｐｔ（８）−Ｔａ（４）合金の金属組織写真を図６に示す（以下この熱処理を行っていない合金を現状品という）。図６から、該合金の金属組織は、灰色のコバルトを主成分とする主相と白色の白金及びタンタルが濃化した析出相の２相構造を採っていることが分かる。従来は前記析出相を細かく分散させることが高品質ターゲット材料に繋がると理解されていたが、実証されていなかった。
【０００４】
２元状態図ではコバルト−クロム及びコバルト−白金はいずれも固溶系で、コバルト−タンタルは非固溶系である。組成比から見ると現状品はコバルト主相とＣｏ₃Ｔａを基本構造とする２相組織となっており、コバルト主相中のタンタル濃度は3.0 原子％である。
本発明者等は、この現状品に対して処理又は加工を行って、該現状品を用いて磁気ディスクを作製し、その磁気特性に及ぼす影響について検討した。
従って本発明は、高品質の磁気ディスク等を製造できるスパッタリングターゲットの製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主相と析出相を有するＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｘ（ここでＸは、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ及びＣｕから成る群から選択される１種又は２種以上である）合金を、１０時間以上、１０００〜１２５０℃の温度で高温熱処理し、かつ５００〜９００℃の温度で温間加工を行って、主相と析出相とを互いに平衡状態にすることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法である。
【０００６】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明は、主相と析出相から成る粗合金を比較的長時間熱処理し、次いで温間加工することを特徴とする。前記熱処理に加え温間加工を施すことで主相と析出相の白金、タンタル及びＸの濃度がより平衡状態に互いに近づいたスパッタリングターゲットを製造でき、これを用いることで高品質の磁気ディスクを製造することができる。
換言すると、従来の認識のように析出相を主相中に細かく分散するのではなく、主相と析出相から成る合金の高温熱処理及び温間加工により、析出相を極力減らして主相に近づけて平衡に近い状態に導き、更に温間加工により、より平衡に近い状態又は完全な平衡状態に導くことにより、高品質のスパッタリングターゲットが得られることが分かった。又タンタルを含む場合も含まない場合も、熱処理を行うことにより主相中の白金濃度が上昇して、これらの濃度上昇が保磁力の向上に大きく寄与する。
【０００７】
白金はスパッタリングターゲットの主相と析出相の両者中に存在し、それぞれの相に存在する白金が該ターゲットからスパッタリングされる際の方位分布の差が形成される磁気ディスク等の合金膜中に濃度差を生じさせると考えられる。スパッタリングの主相と析出相の白金量をコントロールすることで、最適な膜組成及び組成分布の合金膜を作製できると考えられる。又Ｘで定義される金属であるタンタル、硼素、ニオブ及び銅に関しても同様の効果が生ずると推測できる。
本発明方法により製造されるスパッタリングターゲットは、任意のスパッタリング操作に使用できるが、最も有用な用途は電子機器等に使用される磁気ディスクである。従ってここではスパッタリングターゲットの性質を改良することにより、磁気ディスクの静磁気特性が向上することについて説明する。
【０００８】
良好な磁気特性を有する磁気ディスクとは、第１に磁気特性の面内分布の不均一性が小さいことであり、第２により高い保磁力（Ｈｃ）と、限りなく１に近い保磁力角型比（Ｓ＊）を有することである。
加熱処理を行ったスパッタリングターゲットを使用して作製される磁気ディスクの保磁力は加熱処理を行わないスパッタリングターゲットを使用して作製される磁気ディスクの保磁力より約200 Ｏｅ高く、又前者の保磁力角型比は後者の保磁力角型比より約0.08だけ１に近づいており、磁気ディスクの磁気特性の良否の指標となる保磁力及び保磁力角型比のいずれもが、加熱処理を行ったスパッタリングターゲットを使用することにより向上するという顕著な効果が生ずる。
【０００９】
この加熱処理に加えて温間加工を行って得られる磁気ディスクの保磁力は加熱処理のみのスパッタリングターゲットを使用して作製される磁気ディスクの保磁力より50〜200 Ｏｅ程度高く、又前者の保磁力角型比は後者の保磁力角型比より若干高いか同等であり、磁気ディスクの磁気特性の良否の指標となる保磁力及び保磁力角型比のいずれもが、加熱処理後に温間加工を行って得られるスパッタリングターゲットを使用することにより向上するという顕著な効果が生ずる。
又加熱処理及び温間加工を行ったスパッタリングターゲットを使用して作製される磁気ディスクはその面内保磁力と面内白金濃度の分布が更に均一になり、これが磁気特性の向上の一助になると推測できる。このことは白金以外のタンタル、硼素、ニオブ及び銅に関しても同様であると推測できる。
【００１０】
本発明方法で使用されるスパッタリングターゲットは、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｘで示されるコバルト合金から成り、Ｘは、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ及びＣｕから選択される１種又は２種以上で、Ｔａであることが最も望ましく、この他に、Ｔａ＋ＢやＮｂ又はＣｕが好ましく使用でき、具体的には、例えばＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｃｕ及びＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔａ−Ｂなどがある。
加熱処理の条件は前述した磁気特性の発現を効果的に行える範囲で選択すれば良いが、通常は１０００〜１２５０℃、好ましくは１１００〜１２５０℃、より好ましくは１２００〜１２５０℃で行う。熱処理時間は長いほど望ましく、１０時間以上、好ましくは２０時間以上である。
本発明の温間加工とは、加工対象であるスパッタリングターゲットの再結晶温度以下の温度で加熱することを意味する。この温間加工は、平衡状態に達していない場合の主相と析出相をより平衡状態に近づけて完全又は完全に近い状態の平衡状態を得るための操作で、加工温度は５００〜９００℃、好ましくは６００〜８００℃、更に好ましくは６５０〜７５０℃である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明方法によるスパッタリングターゲットの製造に関する実施例を説明する。なお以下の実施例におけるスパッタリングターゲットの評価のうち、金属組織評価は粒径観察に光学顕微鏡を、組織観察にＳＥＭを用いた。組成測定はＥＰＭＡにより行った。
【００１２】
実施例１
既知の方法でＣｏ（72）−Ｃｒ（16）−Ｐｔ（８）−Ｔａ（４）の組成を有するコバルト合金から成る直径約20cmのスパッタリングターゲットを作製した。
このスパッタリングターゲットを1250℃で36時間熱処理し、熱処理後のスパッタリングターゲットのＳＥＭ組成像（倍率1000倍）を図７に示した。図７の灰色の部分が主相、白く見える部分が析出相であり、図７と図６を比較すると分かるように熱処理により析出相の量が減少して平衡状態に近づいていることが分かる。
又加熱処理前（現状品）と加熱処理後（長時間熱処理品）のスパッタリングターゲットの主相及び析出相の組成を表１に纏めた。
【００１３】
表１の現状品と長時間熱処理品の白金及びタンタルの含有量を比較すると、熱処理により析出相中の白金及びタンタルが大きく減少して（白金は20.7原子％から12.6原子％に減少し、タンタルは19.3原子％から7.4 原子％に減少した）、主相中の白金及びタンタルが増加して（白金は7.7 原子％から8.2 原子％に増加し、タンタルは3.0 原子％から3.3 原子％に増加した）いることが分かる。これは熱処理により主相と析出相の白金及びタンタル含有量の差異が小さくなって、平衡状態に近づいていることを意味している。
【００１４】
次いで長時間熱処理品を約700 ℃で温間加工を施した。この温間加工後のスパッタリングターゲットのＳＥＭ組成像（倍率1000倍）を図１に示した。図１から温間加工により得られたスパッタリングターゲットは主相中に層状の白色の析出物が存在していることが分かる。又表１中に前述した現状品と長時間熱処理品のスパッタリングターゲットの主相及び析出相の組成に加えて長時間加熱＋温間加工品（以下温間加工品という）の主相及び析出相の組成を示した。
表１中の長時間熱処理品と温間加工品の白金及びタンタルの含有量を比較すると、温間加工により析出相中の白金及びタンタルが更に減少し（白金は12.6原子％から9.4 原子％に減少し、タンタルは7.4 原子％から4.8 原子％に減少した）、主相中の白金及びタンタルが更に増加して（白金は8.2 原子％から8.5 原子％に増加し、タンタルは3.3 原子％から3.3 原子％に増加した）いることが分かる。これは熱処理に加えて温間加工を行うことにより主相と析出相の白金及びタンタル含有量の差異が更に小さくなって、両相の組成が更に互いに近づいたことを意味している。
【００１５】
【表１】

【００１６】
次にこの温間加工品、長時間熱処理品及び現状品のスパッタリングターゲットを使用して、それぞれ４個ずつの直径65mmのＭＫＰ製結晶化ガラス基板にコバルト合金をスパッタリングして磁気ディスクとした。得られた磁気ディスクのコバルト合金層の厚さは、それぞれ105 Å、130 Å、175 Å及び230 Å（温間加工品）、120 Å、145 Å、200 Å及び230 Å（長時間熱処理品）及び105 Å、125 Å、170 Å及び225 Å（現状品）であった。
それぞれの磁気ディスクから切出した合金膜のそれぞれの磁気ディスクの中心から半径20mmの位置における膜厚と保磁力（Ｈｃ）の関係をＶＳＭを使用して測定し、図２に示す関係（保磁力の膜厚依存性）が得られた。
【００１７】
図２から測定範囲内の膜厚では、温間加工品の方が長時間熱処理品より優れた保磁力を示したことが分かる。
又同一の磁気ディスクの中心から半径20mmの位置における膜厚と保磁力角型比（Ｓ＊）の関係を測定し、図３に示す関係（保磁力角型比の膜厚依存性）が得られた。
図３から測定範囲内の膜厚では、温間加工品の方が長時間熱処理品より僅かに１に近いか同等の保磁力角型比を有していたことが分かる。
【００１８】
次に両磁気ディスクの保磁力の分布を測定した。長時間熱処理及び温間加工を行ったスパッタリングターゲット、長時間熱処理を行ったスパッタリングターゲット及び処理を行っていないスパッタリングターゲットから作製した磁気ディスクの基板上のコバルト合金の基板中心から14mm、21mm及び28mmの地点での保磁力を測定した結果を図４に示す。
図４から現状品では14mmと28mmの地点間では200 Ｏｅ程度の保磁力の差異があり、長時間熱処理品ではその差異が80Ｏｅまで減少し、温間加工品ではその差異が50Ｏｅまで減少していることが観察され、温間加工により磁気特性の面内分布がより均一になっていることが分かる。
次いで同じく前記３種の磁気ディスクのコバルト合金中の白金濃度の分布を測定した。両磁気ディスク上のコバルト合金の基板中心から10mm、20mm、30mm及び40mmの地点での白金濃度を測定した結果を図５に示す。
【００１９】
図５から現状品では特に基板中心に近い10mmの地点での白金濃度が約8.5 原子％と高く、一方基板中心から遠い40mmの地点での白金濃度は約7.6 原子％と低く、その差は約0.9 原子％である。又長時間熱処理品では基板中心に近い10mmの地点での白金濃度が約8.3 原子％で基板中心から遠い40mmの地点での白金濃度が約7.7 原子％で、その差は約0.6 原子％で、現状品の白金濃度差より約0.3 原子％低くなっている。これに対し、温間加工品では基板中心に近い10mmの地点での白金濃度が約8.2 原子％で基板中心から遠い40mmの地点での白金濃度が約7.8 原子％で、その差は約0.4 原子％で、長時間熱処理品の白金濃度差より約0.2 原子％低くなっており、温間加工品の白金濃度の面内分布が更に均一になっていることが分かる。
又基板中心から20mm及びそれより遠い地点での白金濃度が約0.1 〜0.2 原子％だけ温間加工品の方が高くなっており、白金濃度と保磁力がほぼ比例するという従来の知見が確認できた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明方法は、主相と析出相を有するＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｘ（ここでＸは、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ及びＣｕから成る群から選択される１種又は２種以上である）合金を、１０時間以上高温熱処理し、かつ温間加工を行って、主相と析出相とを互いに平衡状態にすることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法（請求項１）である。
前記コバルト合金の熱処理を行うと、析出相中の白金やＸの濃度が減少して主相中の白金やＸの濃度に近付き、該コバルト合金中の主相と析出相が平衡状態に近くなる。
【００２１】
そしてこの熱処理に加えて温間加工を行うと、熱処理により得られた効果が更に明確に現れ、主相中の白金やＸ（特にタンタル）の濃度増加を実現して完全な平衡状態又はそれに近い状態に達する。
このような平衡状態又はそれに近い状態に達したスパッタリングターゲットは高品質（保磁力や保磁力角型比）を有し、該スパッタリングターゲットを使用して作製される磁気ディスク等も高い性能を有することになる。又この熱処理及び温間加工はそれぞれ1000〜1250℃及び500 〜900 ℃の温度で行い、これによりほぼ理想的なスパッタリングターゲットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における長時間熱処理及び温間加工後のコバルト合金の表面構造を示す1000倍の走査電子顕微鏡写真。
【図２】実施例１における長時間熱処理していないコバルト合金、長時間熱処理を行ったコバルト合金及び長時間熱処理及び温間加工を行ったコバルト合金の３種類のコバルト合金ターゲットを用いて作製した磁気ディスクのコバルト合金層の膜厚と保磁力の関係を示すグラフ。
【図３】実施例１における前記３種類のコバルト合金ターゲットを用いて作製した磁気ディスクのコバルト合金層の膜厚と保磁力角型比の関係を示すグラフ。
【図４】実施例１における３種類のコバルト合金ターゲットを用いて作製した磁気ディスクのコバルト合金層の基板中心からの距離と保磁力の関係を示すグラフ。
【図５】実施例１における３種類のコバルト合金ターゲットを用いて作製した磁気ディスクのコバルト合金層の基板中心からの距離と白金濃度の関係を示すグラフ。
【図６】従来の熱処理を行っていないコバルト合金スパッタリングターゲットの表面構造を示す1000倍の走査電子顕微鏡写真。
【図７】実施例１において長時間熱処理のみを行ったコバルト合金スパッタリングターゲットの表面構造を示す1000倍の走査電子顕微鏡写真。

Claims

主相と析出相を有するＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｘ（ここでＸは、Ｔａ、Ｂ、Ｎｂ及びＣｕから成る群から選択される１種又は２種以上である）合金を、１０時間以上、１０００〜１２５０℃の温度高温熱処理し、かつ５００〜９００℃の温度で温間加工を行って、主相と析出相とを互いに平衡状態にすることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。