JP5377901B2

JP5377901B2 - 垂直磁気記録媒体におけるＮｉ−Ｗ−（Ｓｉ，Ｂ）系中間層膜製造用スパッタリングターゲット材

Info

Publication number: JP5377901B2
Application number: JP2008189853A
Authority: JP
Inventors: 彰彦柳谷; 俊之澤田; 敦岸田
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2028-07-23
Also published as: JP2010024521A

Description

本発明は、垂直磁気記録媒体におけるＮｉ−Ｗ−（Ｓｉ，Ｂ）系中間層膜製造用スパッタリングターゲット材に関するものである。

近年、磁気記録技術の進歩は著しく、ドライブの大容量化のために、磁気記録媒体の高記録密度化が進められている。しかしながら、現在広く世の中で使用されている面内磁気記録方式の磁気記録媒体では、高記録密度化を実現しようとすると、記録ビットが微細化し、記録ビットで記録できないほどの高保磁力が要求される。そこで、これらの問題を解決し、記録密度を向上させる手段として垂直磁気記録方式が検討されている。

垂直磁気記録方式とは、垂直磁気記録媒体の磁性膜中の媒体面に対して磁化容易軸が垂直方向に配向するように形成したものであり、高記録密度に適した方法である。そして、垂直磁気記録方式においては、記録感度を高めた磁気記録膜層と軟磁性膜層および中間層を有する多層記録媒体が開発されている。この磁気記録膜層には一般的にＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ₂系合金、軟磁性膜層にはＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系合金などが用いられている。なお、ここで言う中間層とは、一般に磁気記録膜層の結晶粒の微細化や結晶方位に異方性を持たせることを目的に設けられる層のことを言う。

中間層には各種Ｎｉ系合金や、Ｔａ系合金、Ｐｄ系合金、Ｒｕ系合金などが提案されており、近年ではＮｉ−Ｗ系合金も用いられるようになってきている。これらの中間層は、磁気記録膜層の構造を制御することが役割の１つであり、そのためには中間層の結晶粒の微細化が重要とされている。例えば、富士時報（ｖｏｌ，７７，Ｎｏ．２，２００４，Ｐ１２１「垂直磁気記録膜の構造制御」（非特許文献１）に開示されているように、Ｒｕ中間層の例が提案されている。

また、Ｎｉ−Ｗ系合金においては薄膜の格子定数が３．５３〜３．６１（×１０^-10ｍ）程度の範囲において良好であると考えられる。
富士時報（ｖｏｌ，７７，Ｎｏ．２，２００４，Ｐ１２１「垂直磁気記録膜の構造制御」

しかしながら、Ｎｉ−Ｗ系薄膜を中間層として用い垂直磁気記録媒体を作製すると良好な記録特性が得られるが、更に高い記録密度を実現するためには、Ｎｉ−Ｗ系中間層の結晶粒微細化が必要となる。それにも拘わらず、Ｎｉ−Ｗ系薄膜の結晶粒径微細化に寄与する添加元素などの公知の知見は全くない。

上述のような問題を解消するために、発明者らは鋭意検討した結果、Ｎｉ−Ｗ系の合金にＳｉ、およびＢを複合添加することで、薄膜の結晶粒を劇的に微細化できることを見出した。その発明の要旨とするところは、
（１）ａｔ％で、Ｗを１〜２０％、ＳｉおよびＢを総量として０．１〜１０％含み、残部Ｎｉからなる垂直磁気記録媒体におけるＮｉ−Ｗ−（Ｓｉ，Ｂ）系中間層膜を製造するスパッタリングターゲット材。

（２）ＳｉおよびＢの組成比が２：８〜６：４である、前記（１）に記載の組成を持つスパッタリングターゲット材。
（３）ガスアトマイズ法により作製した原料粉末を固化成形したことを特徴とする前記（２）に記載のスパッタリングターゲット材。

（４）８００℃以上、１２５０℃以下で固化成形したことを特徴とする前記（１）または（２）に記載のスパッタリングターゲット材にある。

以上述べたように、本発明によるＮｉ−ＷにＳｉ，Ｂを添加することで、薄膜の結晶粒を劇的に微細化できることで、垂直磁気記録媒体におけるＮｉ−Ｗ−Ｓｉ−Ｂ系中間層膜製造用スパッタリングターゲット材を提供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。
本発明に係る成分組成として、ａｔ％で、Ｗ：１〜２０％に限定した理由は、１％未満ではスパッタ薄膜の格子定数が３．５３（×１０^-10ｍ）未満となり、また、２０％を超えると格子定数が３．６１（×１０^-10ｍ）を超えることから、その範囲を１〜２０％とした。好ましくは５〜１５％とする。

また、Ｓｉ、Ｂの総量を０．１〜１０．０％に限定した理由は、これらの総量が０．１％未満ではスパッタ薄膜の結晶粒微細化の効果がなく、また、これらの総量が１０．０％を超えると結晶粒微細化の効果が飽和することから、その範囲を０．１〜１０．０％とした。好ましくは１．０〜８％とする。さらに、Ｓｉ、Ｂの組成比を２：８〜６：４に限定した理由は、この範囲で合金の共晶点が著しく下がり微細化の効果が極めて高いためであり、より好ましい。

原料粉末としてガスアトマイズ粉末が好ましい理由は、以下の通りである。
冷却速度の小さい溶製法ではＳｉやＢはＮｉに固溶しにくく、粗大なＮｉ系珪化物、もしくはＮｉ系ホウ化物を晶出してしまう。これらの粗大化合物がスパッタリングターゲット材中に存在すると、スパッタ時に異常放電を起こしパーティクルを多く発生するなど不具合を生じる。これに対し、原料粉末をガスアトマイズ法により作製すると、急冷凝固されているため粗大な化合物が晶出せず、これを用いて固化成形したスパッタリングターゲット材は、パーティクルの発生が少なく、より好ましい。

固化成形温度として８００〜１２５０℃が好ましいとした理由は、以下の通りである。８００℃未満での固化成形では、スパッタリングターゲット材の相対密度が低くなってしまう。一方、１２５０℃を超えた温度で成形すると、詳細は不明であるが加熱時にビレットが膨張し、安定した製造が困難であるため、その範囲を８００〜１２５０℃とした。

以下、本発明について実施例により具体的に説明する。
表１に示すＮｉ−Ｗ−（Ｓｉ，Ｂ）系合金粉末をガスアトマイズにより作製し、これを原料粉末とし、ＳＣ製の缶に脱気封入した粉末充填ビレットを、７５０〜１３００℃でＨＩＰ法およびアップセット法にて固化成形し、機械加工によりＮｉ−Ｗ−（Ｓｉ，Ｂ）系合金のスパッタリングターゲット材を作製した。また、比較として鋳造法によりＮｉ−Ｗ−（Ｓｉ，Ｂ）系合金スパッタリングターゲット材を作製した。

上記する各工程の詳細は以下の通りであり、先ず、溶解母材２５ｋｇをアルミナ坩堝にてＡｒ中で誘導溶解し、坩堝底部のφ５ｍｍの出湯ノズルより、１７００℃にて出湯し、噴霧圧０．７ＭＰａのＡｒガスアトマイズにて粉末を製造した。この作製したＮｉ−Ｗ合金粉末を、外形φ２０５ｍｍ、内径φ１９０ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳＣ製の缶に脱気封入した。脱気時の真空到達度は約１．３×１０^-2Ｐａ（約１×１０^-4Ｔｏｒｒ）とした。上記の粉末充填ビレットを、７５０〜１２００℃、１４７ＭＰａにてＨＩＰ成形した。

上記の粉末充填ビレットを、９００〜１３５０℃に加熱した後、φ２１５ｍｍの拘束型コンテナ内に装入し、５００ＭＰａの圧力で成形した。上記の方法で作製した固化成形体を、ワイヤーカット、旋盤加工、平面研磨により、直径φ７６．２ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状に加工し、銅製のパッキングプレートをろう付けしスパッタリングターゲット材とした。

一方、鋳造法として、１００ｋｇの溶解母材を真空溶解し、φ２１０ｍｍの耐火物へ鋳造し、直径φ２００ｍｍ、長さ１００ｍｍに旋盤にて削り出し、８５０℃にて高さ５０ｍｍまで熱間鍛造した。その後のスパッタリングターゲット材作製方法は上記のＨＩＰ、アプセット材と同様の方法で行った。

上述した方法で製造したスパッタリングターゲット材の評価項目および方法としての、固化成形時のビレットの膨張は、ＨＩＰ材では、ＨＩＰ後のビレットの外観にて評価した。また、アップセット材については、ビレット加熱時の外観にて評価した。その結果、膨張なし：○、膨張あり：×で示した。また、スパッタリングターゲット材の相対密度は上記方法で作製した直径φ７６．２ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤より、体積重量法にて密度を測定し、組成から算出される計算密度との比を相対密度とした。

また、スパッタ膜のパーティクル数は、作製したスパッタリングターゲット材を、φ６３．５のＳｉ基板にスパッタした。スパッタ条件は、Ａｒ圧０．５Ｐａ、ＤＣ電力５００Ｗである。また、成膜厚さは５００ｎｍとした。この時発生したパーティクルの数を測定した。なお、表１中のパーティクル数はＮｏ．１のパーティクル数を１００とした相対値で表した。また、スパッタ膜の格子定数およびＮｉ系化合物は、上記のスパッタ膜をＸ線回折し、その回折ピークより格子定数を算出した。

さらに、Ｎｉ系化合物の生成についても確認した。Ｎｉ系化合物なし：○、少量生成：△、多量生成：×で示した。スパッタ膜の結晶粒径は、上記のスパッタ膜の断面をＴＥＭ観察し、画像解析により相当面積円の径を結晶粒径とした。なお、表１中の結晶粒径はＮｏ．１の結晶粒径を１００とした相対値で表しており、数値の小さい方が、結晶粒径が微細である。

表１に示すように、比較例Ｎｏ．１２は鋳造法であり、パーティクル数が多い。比較例Ｎｏ．１３は固化成形温度が低いために、相対密度がやや低い。比較例Ｎｏ．１４は固化成形温度が高いために、ＨＩＰ後のビレットが膨張しており、実使用が可能な密度を持つスパッタリングターゲット材への加工が困難であったため調査は実施困難である。比較例Ｎｏ．１５は成分組成であるＷを含有しないために、格子定数がやや低い。比較例Ｎｏ．１６は成分組成であるＷの含有量が高いために、格子定数がやや高い。

比較例Ｎｏ．１７は成分組成であるＳｉおよびＢを含有しないために、結晶粒径が粗大である。比較例Ｎｏ．１８は成分組成であるＳｉおよびＢの総含有量が低いために、微細化の効果が少なく、結晶粒径が粗大である。比較例Ｎｏ．１９は成分組成であるＳｉおよびＢの総含有量が高いために、Ｎｉ系化合物が多量生成し、パーティクルが多く発生した。これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜１１はいずれも本発明の条件を満たしていることから、各特性について優れていることが分かる。

上述したように、従来のＮｉ−Ｗ二元系成分に対してＳｉおよびＢを微量複合添加することにより、凝固時に結晶粒の成長核が多数出来、最終的に微細な結晶粒になることから、微細な結晶粒の薄膜を作製することができ、これを中間相として用い垂直磁気記録媒体を作製すると、良好な記録特性が得られる極めて優れたスパッタリングターゲット材を提供するものである。

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

ａｔ％で、Ｗを１〜２０％、ＳｉおよびＢを総量として０．１〜１０％含み、残部Ｎｉからなる垂直磁気記録媒体におけるＮｉ−Ｗ−（Ｓｉ，Ｂ）系中間層膜を製造するスパッタリングターゲット材。
ＳｉおよびＢの組成比が２：８〜６：４である、請求項１に記載の組成を持つスパッタリングターゲット材。
ガスアトマイズ法により作製した原料粉末を固化成形したことを特徴とする請求項２に記載のスパッタリングターゲット材。
８００℃以上、１２５０℃以下で固化成形したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスパッタリングターゲット材。