JP4970003B2 - Ｃｏ−Ｂ系ターゲット材およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に垂直磁気記録媒体における磁気記録など電子部品用の薄膜を形成するために用いられるＣｏ−Ｂ系ターゲット材およびその製造方法に関するものである。

従来、垂直磁気記録媒体用の磁気記録膜としては、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ₂ 系など、Ｃｏ合金と酸化物などのセラミックスの混合ターゲットをスパッタして得られる薄膜が検討され実用化されている。さらには、酸化物に代わるセラミックスとして硼化物が検討されている。そのなかで、例えば特開２００４−３４６４２３号公報（特許文献１）が開示されている。

上記特許文献１は、垂直磁気記録媒体やＴＭＲ素子等に用いられる軟磁性膜を成膜するためにＦｅ−Ｃｏ−Ｂ系合金ターゲット材の低透磁率を実現し、良好なスパッタリング特性を有するＦｅ−Ｃｏ−Ｂ系合金ターゲット材であって、断面ミクロ組織において、ホウ化物相の存在しない領域に描ける最大内接円の直径が３０μｍ以下であるＦｅ−Ｃｏ−Ｂ系合金ターゲット材を提供するものである。

しかしながら、上記特許文献１は、鉄族の遷移金属元素にＢを添加したターゲット材であり、ここで提案されている成分系はＦｅ−Ｃｏ−Ｂ系であり、Ｃｏ−Ｂにおいて共通するも、Ｃｏ−Ｂ系とは実質的に成分系が異なり、特に技術的な大きな相違としては、硼化物のサイズにＦｅが大きく関わっていることである。

すなわち、Ｃｏ−Ｂの２元系においてＣｏと平衡する硼化物はＣｏ₃ Ｂであるのに対し、Ｆｅ−Ｂの２元系においてＦｅと平衡する硼化物はＦｅ₂ Ｂである。この違いにより、Ｃｏ−ＢにＦｅを少量添加しただけでも硼化物の形態が（Ｃｏ，Ｆｅ）₂ Ｂに変化する。これにより、Ｃｏ−Ｂ系とＦｅ−Ｃｏ−Ｂ系における硼化物の体積比は、例えば同量のＢを添加した場合でも、Ｃｏ−Ｂ系のほうが著しく大きくなってしまい、その結果、硼化物のサイズも著しく大きくなる。従って、Ｆｅを含まないＣｏ−Ｂ系とＦｅ−Ｃｏ−Ｂの３元系とでは技術的に全く異なるものである。
特開２００４−３４６４２３号公報

一方、Ｃｏ−Ｂ系のターゲット材において、そのＣｏ−Ｂ系ターゲット材を作製する場合、ＢはＣｏ中に殆ど固溶限を持たないため、凝固偏析が顕著であり、溶製法で作製すると数十μｍの幅を持つ共晶組織が生成する。この組織をもつターゲット材をスパッタ法で使用すると、スパッタ時にパーティクルの発生や異常放電を起こすなど安定した使用が困難であった。

上述した課題に対して、発明者らは鋭意検討を重ねた結果、スパッタ時の異常放電やパーティクルの発生は、ターゲット材の構成相であるＣｏとＣｏ硼化物のスパッタレートの差異によるものであると推定した。そこで、Ｃｏ硼化物のサイズを変化させたターゲット材を作製し、スパッタを行ったところ、１０μｍ以下の微細なＣｏ硼化物が分散したターゲット材においては、パーティクルの発生が極めて少なく抑えられることを見出した。また、このターゲット材の製造方法としては、不活性ガスアトマイズによる急冷凝固粉末を８００〜１０００℃で固化成形することにより得られた。

その発明の要旨とするところは、
（１）原子％で、Ｂ：０．５〜１０％、残部Ｃｏおよび不可避的不純物よりなるＣｏ−Ｂ系合金であって、該Ｃｏ−Ｂ系合金中に、１０μｍ以下のＣｏ硼化物が分散していることを特徴とするＣｏ−Ｂ系ターゲット材。
（２）Ｃｏ−Ｂ系合金アトマイズ粉末の焼結体であることを特徴とする前記（１）に記載のＣｏ−Ｂ系ターゲット材。
（３）不活性ガスアトマイズ法によって得られた原子％で、Ｂ：０．５〜１０％、残部Ｃｏおよび不可避的不純物よりなる原料粉末を、８００〜１０００℃の温度で固化成形したことを特徴とするＣｏ−Ｂ系ターゲット材の製造方法にある。

以上述べたように、本発明により、スパッタ時にパーティクルの発生を抑制し、安定した薄膜を生成できるＣｏ−Ｂ系ターゲット材を提供することができる。

以下、本発明についての成分組成の限定理由を説明する。
原子％で、Ｂ：０．５〜１０％
Ｂは、スパッタ後の薄膜の磁気特性に影響し、０．５％未満では保磁力が十分でなく、１０％を超えると飽和磁束密度が十分でなくなる。従って、その範囲を０．５〜１０％とする。

硼化物相とマトリックス相は、スパッタリングレートが著しく異なり、粗大な硼化物相が存在することにより、異常放電やパーティクルの発生の原因となる。そのため、硼化物相の微細分散化は、異常放電やパーティクルの発生の抑制に効果的である。さらに、硼化物相を微細に分散させることにより、ターゲット材中の組成均一性も高まり、スパッタリングで成膜された膜組成の均一性も向上し、安定した成膜が可能となる。これらの理由により、硼化物相つまりＣｏ硼化物の粒径を１０μｍ以下、好ましくは３〜８μｍとする。ここで言う硼化物径は平均径のことである。

この微細な組織は、例えば、所定の組成比に調整したＣｏ−Ｂ系合金の母合金を不活性ガスアトマイズ法により溶湯急冷によって粉末として作製した粉末を加圧焼結することによって得られる。溶湯急冷法の適用により、溶湯を急冷凝固させることで、Ｃｏ硼化物相の存在しない初晶の晶出を抑制でき、さらに、Ｃｏ硼化物相の粗大化を抑制できるため、Ｃｏ硼化物相が均一微細に分散された組織を持つ粉末が得られる。

急冷凝固粉末を焼結すると、本発明で規定する組織のターゲット材が得られる。特に、アップセット法ないし熱間静水圧プレス法（ＨＩＰ）を用いるとＣｏ硼化物相の成長を著しく抑制した状態で固化成形を行うことが可能となり、本発明のターゲット材を得るのに有利となる。粉末の作製方法としては、不活性ガスアトマイズ法により、Ａｒ、Ｎ₂ 等によって行われるもので、不活性ガスであれば、特に限定するものでない。

固化成形のための温度は、８００〜１０００℃の温度で行う。成形温度が８００℃未満では、原料粉末の焼結性が不十分であり、高密度のターゲット材が得られない。また、１０００℃を超えると、ターゲット材の保磁力が低下させてしまうことから、その範囲を８００〜１０００℃とした。好ましくは８５０〜９５０とする。さらに、成形温度を１０００℃以下で成形した場合において、成形圧が５００ＭＰａ以上であれば、さらに保磁力が増大する。

以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示すように、Ｃｏ−Ｂ系合金を不活性ガスアトマイズ法によって作製した。ガスアトマイズ法の場合は、ガス種類がアルゴンガス、ノズル径が６ｍｍ、ガス圧が５ＭＰａの条件で行う。作製した粉末を１０μｍ以下に分級した。そのようにして作製した粉末を直径２００ｍｍ、長さ１００ｍｍのＳＣ材質からなる封入缶に充填し、到達真空度１０^-3ｔｏｒｒで脱気真空封入した後、アップセット法で加熱温度７５０〜１１００℃、成形圧力５００ＭＰａ、加熱保持時間２時間の条件で成形体を作製した。上述したターゲット材の特性を表１に示す。

作製したターゲット材の特性の評価項目としては、次のような密度、Ｃｏ硼化物のサイズ、パーティクル数の測定を行った。
（１）密度
アップセット材より２０×２０×２０ｍｍの試験片を採取し、アルキメデス法により測定した。これを相対密度で表した。

（２）Ｃｏ硼化物のサイズ
アップセット材より採取した試験片を研磨し、光学顕微鏡にて観察し、ｎ＝１０の平均径とした。
（３）パーティクル数
アップセット材よりワイヤカットおよび機械加工によりターゲット材を作製し、径３インチのＳｉ基板にスパッタした。スパッタ条件は、アルゴンガス圧０．５ＭＰａ、ＤＣ電力５００Ｗ、成膜厚さは５００ｎｍとした。この時発生したパーティクルの数は、スパッタした後ターゲット材を装置から取り出し、スパッタ面を目視して測定した。なお、表１に示すパーティクル数はＮｏ．１のパーティクル数を１００とした相対値で表した。

表１に示すように、Ｎｏ．１〜９は本発明例であり、Ｎｏ．１０〜１５は比較例である。比較例Ｎｏ．１０は、成形体組成においてＢ含有量が低く、かつ成形温度が低いために、相対密度が低い。比較例Ｎｏ．１１は、Ｃｏ硼化物のサイズが大きいために、パーティクル数が大きい。比較例Ｎｏ．１２は、成形体組成においてＢ含有量が低く、かつ成形温度が低いために、相対密度が低い。比較例Ｎｏ．１３は、Ｃｏ硼化物のサイズが大きいために、パーティクル数が大きい。比較例Ｎｏ．１４は、成形体組成においてＢ含有量が高く、かつ成形温度が低いために、相対密度が低い。比較例Ｎｏ．１５は、Ｃｏ硼化物のサイズが大きいために、パーティクル数が大きい。

これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜９はいずれも、本発明の条件を満たしていることから、相対密度およびパーティクル数が低い値を示していることが分かる。
このように、１０μｍ以下の微細なＣｏ硼化物が分散したターゲット材においては、パーティクルの発生が極めて少なく抑えられることが可能となり、また、このターゲット材の製造方法としては、不活性ガスアトマイズによる急冷凝固粉末を８００〜１０００℃で固化成形することにより極めて優れた安定した薄膜を生成することができるターゲット材を提供できる。



特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊

Claims (3)

1. 原子％で、Ｂ：０．５〜１０％、残部Ｃｏおよび不可避的不純物よりなるＣｏ−Ｂ系合金であって、該Ｃｏ−Ｂ系合金中に、１０μｍ以下のＣｏ硼化物が分散していることを特徴とするＣｏ−Ｂ系ターゲット材。
2. Ｃｏ−Ｂ系合金アトマイズ粉末の焼結体であることを特徴とする請求項１に記載のＣｏ−Ｂ系ターゲット材。
3. 不活性ガスアトマイズ法によって得られた原子％で、Ｂ：０．５〜１０％、残部Ｃｏおよび不可避的不純物よりなる原料粉末を、８００〜１０００℃の温度で固化成形したことを特徴とするＣｏ−Ｂ系ターゲット材の製造方法。