JP5238143B2

JP5238143B2 - Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕを含むターゲット材およびその製造方法

Info

Publication number: JP5238143B2
Application number: JP2006132420A
Authority: JP
Inventors: 俊之澤田; 彰彦柳谷
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2026-05-11
Also published as: JP2007302940A

Description

本発明は、高密度磁気記録媒体における下地膜作製用スパッタリングターゲット材およびその製造方法に関するものである。

従来より、融点が高く、溶解法では製造することが困難な合金ターゲットにおいては、原料粉末を所定の温度、圧力で固化成形する方法が提案されている。特にＣｒなどの高融点金属を固化成形するためには、例えば特開平７−２３８３０３号公報（特許文献１）に開示されているように、金属製のカプセルに、融点１８００℃以上の高融点金属または合金に粒状または粉末状原料を適量収容して脱気密封し、このカプセルを加熱して加圧圧縮用金型内で強圧し、次いでこのカプセルを取り出して冷却し、カプセルに由来する金属部分を除去して原料の高密度成形体を得る高融点金属ターゲット材の成形方法が提案されている。

また、特公平３−２２３０号公報（特許文献２）に開示されているように、純度９９．５％以上で炭素、窒素をそれぞれ０．０５％以下、残部不可避的不純物からなり、粒度２０メッシュ以下が９０％以上、残部１０メッシュ以下である高純度金属クロム粉末を熱間等方静水圧成形したクロムターゲット材だ提案されている。また、特開２００１−２６２３２５号公報（特許文献３）に開示されているように、密度が９５％以上、抗折力が４５０Ｎ／ｍｍ²以上であり、Ｗを５〜４０ａｔ％含有し、残部は実質的にＣｒからなるＣｒ−Ｗ合金系スパッタリングターゲット材が提案されている。

さらに、製造方法として、特開平２−８３０１号公報（特許文献４）に開示されているように、単一元素金属粉末及び合金粉末のうちの２種以上、または金属粉末と非金属粉末とを、所定の組成を構成する割合で混合し、この混合粉末を金属カプセル内に封入し、この粉末を包蔵する金属カプセルに、各粉末の融点よりも低い温度で２０００ｋｇ／ｃｍ²以上の加圧を伴う加工を、各粉末の粒子同志が完全に相互拡散するに至らない時間内に、施す粉末キャンニング加工による金属材製造方法が提案されている。
特開平７−２３８３０３号公報特公平３−２２３０号公報特開２００１−２６２３２５号公報特開平２−８３０１号公報

しかしながら、上述した引用文献１〜３においては、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗなどの高融点金属を高密度に固化成形するためには、原子拡散を十分にするため、１０００℃以上の成形温度が必要としており、かつ実際に実施例を見てみると、引用文献１の実施例では１１００℃以上、引用文献２の実施例では１１８０℃以上の高温であり、また、引用文献３においては、１０００℃で固化成形しているものの、相対密度は９５％と低く、１０５０℃以下の固化成形温度で９７％以上の高密度は得られていないことがわかる。従って、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属の高密度成形には、実質１１００℃以上が必要であると考えられる。

しかしながら、上記の特許文献では、Ｃｕのような低融点元素を含まないため、１１００℃以上の高温で成形しても溶融することがなく高密度化が可能となっているが、これに対し、本発明で対象にしているターゲットの組成範囲においては、Ｃｒ、Ｍｏの高融点金属だけでなく、低融点元素であるＣｕも含んでいるため、１１００℃以上の高温成形ではＣｕの溶融に伴う凝固巣が発生することから、高密度化が困難である。つまり、このような組成範囲のターゲットを９７％以上に成形した例はこれまでには全くなかった。

すなわち、これらの従来方法では、Ｃｕなどの低融点元素を含む場合には、１１００℃以上の過度な加熱をすると一部に溶融が見られ高密度化が困難であるという課題がある。さらに、固化成形時に高温を必要とするため、固化成形設備における加熱炉の消耗が激しいという問題がある。

上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、上述したような高融点ターゲットの中で、原子量％で、Ｃｒを６０％以上、Ｍｏを５％以上、Ｃｕを１０％以下含む組成において、９００〜１０５０℃で固化成形することで、Ｍｏ原料粉末を幅５μｍ以下のＣｒが結合した成形体が得られ、１１００℃未満の低温においても、十分な焼結密度を得ることができた。さらに、この方法を用いることにより、Ｃｕなどの低融点元素を含む場合でも溶融させることなく固化成形することができるものであることを見出した。

その発明の要旨とするところは、
（１）原子量％で、Ｃｒ：≧６０％、Ｍｏ：≧５％、Ｃｕ：≦１０％を含むターゲット材において、Ｍｏ粒子が幅５μｍ以下のＣｒ結合相で結合されたマトリックス組織を有する相対密度９７％以上であることを特徴とするＣｒ−Ｍｏ−Ｃｕを含むターゲット材。
（２）前記（１）に記載のターゲット材が、原子量％で、Ｃｒ：６０〜９０％、Ｍｏ：５〜３５％、Ｃｕ：１〜１０％からなる成分組成であることを特徴とするＣｒ−Ｍｏ−Ｃｕを含むターゲット材。
（３）原子量％で、Ｃｒ：≧６０％、Ｍｏ：≧５％、Ｃｕ：≦１０％を含む成分組成の粉末を９００〜１０５０℃で固化成形することで、Ｍｏ粒子が幅５μｍ以下のＣｒ結合相で結合されたマトリックス組織を有する相対密度９７％以上の成形体を得ることを特徴とするＣｒ−Ｍｏ−Ｃｕを含むターゲット材の製造方法。
（４）原子量％で、Ｃｒ：６０〜９０％、Ｍｏ：５〜３５％、Ｃｕ：１〜１０％を含む成分組成の粉末を９００〜１０５０℃で固化成形することで、Ｍｏ粒子が幅５μｍ以下のＣｒ結合相で結合されたマトリックス組織を有する相対密度９７％以上の成形体を得ることを特徴とするＣｒ−Ｍｏ−Ｃｕを含むターゲット材の製造方法にある。

以上述べたように、本発明により低融点元素を含む場合でも溶融せず固化成形が可能となり、しかも低温で成形するために設備の消耗が少なくコストの低減を図ることができる極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の特徴は、高融点金属であるＣｒ，Ｍｏをそれぞれ６０％以上、５％以上含み、かつＣｕを１０％以下含むターゲット材を９００〜１０５０℃の低温で、相対密度９７％以上に高密度固化成形することにあり、重要なポイントは、９００〜１０５０℃という低い温度はＣｒ原子にとっては拡散可能な温度であるが、Ｍｏ原子が拡散するには不十分な温度である。そのため、Ｃｒ原子のみが拡散することにより、Ｍｏ原料粉末を幅５μｍ以下のＣｒが結合した成形体となり、低温であるにもかかわらず高密度となるものと考えられる。さらに、９００〜１０５０℃という低温は、Ｃｕを溶融させることもないため、凝固巣も制御できる。

９００〜１０５０℃での焼結の際、Ｃｒ原子は、Ｍｏ原子の拡散が十分でないため、Ｍｏ原料粉末の内部には拡散できず、Ｍｏ原料粉末の周囲に表面拡散のみを起こす。しかし、直接Ｃｒ原料粉末と接していないＭｏ粉末の表面へもＣｒはこの温度範囲で十分拡散し、Ｍｏ粉末の周りを取り囲む。その結果、拡散の十分でない（焼結性の悪い）Ｍｏ原料粉末を、十分に拡散できる（焼結性の良い）Ｃｒが取り囲んだ、２層構造をもつ焼結性の良好な粉末となり、十分な焼結密度になると推測される。

その結果、Ｍｏ粒子が、幅５μｍ以下のＣｒ結合相で結合されたマトリックス組織を有するターゲット材になるものである。９００℃未満ではＣｒ原子の拡散も十分でないため焼結密度が低く、１０５０℃を超えると、一部にＣｕを含む溶融部が見られ、凝固巣が残存し、密度が低下する。また、溶融相が発生すると成形体が大きく変形する可能性もあり、ターゲット製品が採れなかったり、あるいは成形時に周囲の炉体などと反応する可能性もあり危険である。より好ましくは１０００℃以下とする。

Ｃｒ：≧６０％
Ｃｒは、薄膜記録媒体において記録密度の向上に効果的な元素であり、本発明におけるターゲットにおいては、Ｍｏ原料粉末の表面に拡散し焼結性を改善する。しかし、６０％未満では、Ｍｏ原料粉末の周りへの拡散が十分でないため、６０％以上を本発明の請求範囲とする。より好ましくは、７０％以上、９０％以下とする。

Ｍｏ：≧５％
Ｍｏは、薄膜記録媒体において記録密度の向上に効果的であるが、本発明におけるターゲットにおいては、焼結性が悪く、高密度化が困難とする元素である。しかし、５％未満では本発明の特徴である、Ｃｒ原子の表面拡散の効果を利用するまでもなく高密度化が可能であるため、５％以上を本発明の請求範囲とする。より好ましくは、１０％以上、３５％以下とする。

Ｃｕ：≦１０％
Ｃｕは、薄膜記録媒体において記録密度の向上に効果的であるが、本発明におけるターゲットにおいては、焼結性は良好であるものの、高温成形で溶融するため成形温度の上限を限定してしまう元素である。ただし、１０％を超えると、本発明の特徴である、Ｃｒ原子の表面拡散の効果を利用するまでもなく高密度化が可能であるため、１０％以下を本発明の請求範囲とする。より好ましくは、１％以上、１０％以下とする。

Ｍｏ粒子が幅５μｍ以下のＣｒ結合相で結合されたマトリックス組織を形成
以上のような、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕの組成範囲において、９００〜１０５０℃で成形すると、Ｃｒ原子がＭｏ粉末表面に拡散することにより、Ｍｏ粒子が幅５μｍ以下のＣｒ結合相で結合されたマトリックス組織となる。また、相対密度９７％以上としたのは、通常の成膜時に良好にスパッタが行な得る密度である。

図１は、マトリックス部のミクロ組織を示す光学顕微鏡写真である。この図１に示すように、後述する実施例、表１，Ｎｏ．４におけるマトリックス部のミクロ組織（ｃｏｍｐｏ）を示す通り、Ｍｏ粒子を５μｍ以下のＣｒ相が結合した組織となっていることが確認できる。これは他の本発明の実施例Ｎｏ．１〜９のマトリックス組織もいずれも同様であり、高密度が達成された要因であると考えられる。

以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
原料粉末として純Ｃｒ粉末（市販品、粒径２５０μｍ以下）、純Ｍｏ粉末（市販品、平均粒径７μｍ）、純Ｃｕ粉末（市販品、平均粒径９μｍ）を使用した。これらの粉末を表１に示す割合で秤量し、Ｖ型混合機にて混合し、径２１５ｍｍ、長さ１００ｍｍのステンレス缶に充填し、脱気封入後、９００〜１０５０℃の範囲において、２０００ｔプレス機にて加圧成形した。これらビレットより採取した。Ｃｒ結合相の幅は光学顕微鏡観察により測定した。密度の測定方法はアルキメデス法で測定し、原料配合比から計算した真密度との相対密度（％）で評価した。

表１に示すように、Ｎｏ．１〜９は本発明例であり、Ｎｏ．１０〜１３は比較例である。比較例Ｎｏ．１０は成形温度が低いために、相対密度が低い。比較例Ｎｏ．１１はＮｏ．１０と同様に、成形温度が低いために、相対密度が低い。比較例Ｎｏ．１２は成形温度が高いために、Ｃｕが一部溶融し、その凝固巣で相対密度が低く、また、Ｃｒの表面拡散が多く結合層が厚い。比較例Ｎｏ．１３はＣｒ粉末の含有量が低いために、相対密度が低い。こらに対し、本発明はいずれも本発明条件を満たしていることから、透磁率および相対密度が優れていることが分かる。

以上のように、本発明によるＣｒ，Ｗｏ，Ｃｕを含むターゲット材は低融点元素を含む場合であっても溶融せず固化成形が可能であり、しかも低温で成形するために設備の消耗が少なく、低コストで高密度なターゲット材を提供することができる極めて工業的に有利なものである。

マトリックス部のミクロ組織を示す光学顕微鏡写真である。

Claims

原子量％で、Ｃｒ：≧６０％、Ｍｏ：≧５％、Ｃｕ：≦１０％を含むターゲット材において、Ｍｏ粒子が幅５μｍ以下のＣｒ結合相で結合されたマトリックス組織を有する相対密度９７％以上であることを特徴とするＣｒ−Ｍｏ−Ｃｕを含むターゲット材。
請求項１に記載のターゲット材が、原子量％で、Ｃｒ：６０〜９０％、Ｍｏ：５〜３５％、Ｃｕ：１〜１０％からなる成分組成であることを特徴とするＣｒ−Ｍｏ−Ｃｕを含むターゲット材。
原子量％で、Ｃｒ：≧６０％、Ｍｏ：≧５％、Ｃｕ：≦１０％を含む成分組成の粉末を９００〜１０５０℃で固化成形することで、Ｍｏ粒子が幅５μｍ以下のＣｒ結合相で結合されたマトリックス組織を有する相対密度９７％以上の成形体を得ることを特徴とするＣｒ−Ｍｏ−Ｃｕを含むターゲット材の製造方法。
原子量％で、Ｃｒ：６０〜９０％、Ｍｏ：５〜３５％、Ｃｕ：１〜１０％を含む成分組成の粉末を９００〜１０５０℃で固化成形することで、Ｍｏ粒子が幅５μｍ以下のＣｒ結合相で結合されたマトリックス組織を有する相対密度９７％以上の成形体を得ることを特徴とするＣｒ−Ｍｏ−Ｃｕを含むターゲット材の製造方法。