JP5384969B2 - スパッタリングターゲット材およびこれを用いて製造した薄膜 - Google Patents

Description

本発明は、垂直磁気記録媒体におけるＮｉ−Ｗ−Ｃｒ合金中間層膜製造用スパッタリングターゲット材および薄膜製造用スパッタリングターゲット材を用いて製造した薄膜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、旧来広く世の中で使用されてきた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きた。

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。軟磁性層とは、磁気ヘッドからの記録磁界を還流させる役割を果たしており、記録再生効率を向上させる役割がある。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系合金が広く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、そのためには結晶性を有し、かつその結晶粒の微細化が重要とされている。例えば特開２００７−１７９５９８号公報（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^-10 ｍ）程度の範囲において良好であると考えられる。
特開２００７−１７９５９８号公報

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、記録ビットの微細化が必要であり、そのためには、磁気記録膜の成膜時に下地となるＮｉ−Ｗ系中間層の結晶粒微細化が必要となる。これまでの我々の検討では、微細化には、Ｂなどの添加が有効であるものの、微細化に伴い、結晶性が崩れることが明らかになっており、磁気記録膜の配向性を維持する上で問題となっている。

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Ｃｒを添加することで、中間層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％、Ｃｒを１〜４％含み、残部Ｎｉからなる垂直磁気記録媒体におけるＮｉ−Ｗ−Ｃｒ合金中間層膜を製造するスパッタリングターゲット材。
（２）合金組成の粉末を固化成形したことを特徴とする前記（１）に記載のスパッタリングターゲット材。

（３）８００℃以上、１２５０℃以下で合金組成の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）前記（１）〜（３）のいずれか１に記載のスパッタリングターゲット材を用いて製造したＮｉ−Ｗ−Ｃｒ合金薄膜にある。

以上述べたように、本発明によるＮｉ−ＷにＣｒを添加することで、結晶性を維持しつつ中間層の結晶粒を劇的に微細化できる。垂直磁気記録媒体におけるＮｉ−Ｗ−Ｃｒ合金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^-10 ｍ）未満となり、また、２０％を超えると格子定数が３．６１（×１０^-10 ｍ）を超えることから、その範囲を１〜２０％とした。好ましくは３〜１０％とする。

また、Ｃｒ量を１〜４％に限定した理由は、総量が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、４％を超えると結晶粒微細化の効果が飽和し、配向性制御の効果が小さくなることから、その範囲を１〜４％とした。

原料粉末として合金粉末が好ましい理由は、以下の通りである。
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗは、この三元素で均一の成分の合金となりやすく、冷却速度の小さい溶製法では、その結晶粒が大きくなってしまうため、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結晶粒は微細であり、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℃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焼結が不十分となり、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−Ｃｒ合金粉末をガスアトマイズにより作製した。この粉末に、必要に応じて、所定の組成となるようＮｉ、ＷおよびＣｒの１種または２種以上の純金属粉末を混合し、これを原料粉末とした。この原料粉末を用いて、ＳＣ製の缶に脱気封入した粉末充填ビレットを、７５０〜１３５０℃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−Ｃｒ合金のスパッタリングターゲット材を作製した。また、鋳造法によりＮｉ−Ｗ−Ｃｒ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、坩堝底部の直径５ｍｍ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。成分調整の必要に応じて、同様のガスアトマイズにて作製あるいは市販のＮｉ、ＷおよびＣｒの１種または２種以上の純金属粉末を混合する。この作製および混合したＮｉ−Ｗ−Ｃｒ合金粉末を、外径２０５ｍｍ、内径１９０ｍｍ、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とした。

上記の粉末充填ビレットを、９００〜１３５０℃、１４７ＭＰａにてＨＩＰ成形した。あわせて、上記の粉末充填ビレットを、７５０〜１２００℃に加熱した後、直径２１５ｍｍ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７６．２ｍｍ、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、直径２１０ｍｍの鋳型へ鋳造し、直径２００ｍｍ、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、アッ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７６．２ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤の、寸法と重量から密度を測定し、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、直径φ６３．５ｍｍのＳｉ基板にスパッタし評価した。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。このＸ線回折にて、（１１１）面のピーク強度が半分となる角度の幅を計り、結晶性の評価とした。なお、表１中の結晶性定数はＮｏ．１の結晶性を１００とした相対値で表しており、数値の小さい方が、結晶性がある。

さらに、スパッタ膜の結晶粒径についても確認した。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Ｎｏ．１〜４は本発明例であり、Ｎｏ．５〜１０は比較例である。

表１に示すように、比較例Ｎｏ．５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．６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．７は成分組成であるＣｒを含有しないために、結晶粒径が粗大である。比較例Ｎｏ．８は成分組成であるＣｒの含有量が高いために、パーティクル定数の相対値が高く、結晶性が低い。

比較例Ｎｏ．９は固化成形温度が低いために、相対密度が低い。比較例Ｎｏ．１０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。これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜４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Ｃｒを添加することにより、微細な結晶粒の薄膜を作製することができ、なおかつ結晶性を維持することが出来るので、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 (4)

1. ａｔ％で、Ｗを１〜２０％、Ｃｒを１〜４％含み、残部Ｎｉからなる垂直磁気記録媒体における中間層膜に用いるＮｉ−Ｗ−Ｃｒ合金からなるスパッタリングターゲット材。
2. 合金組成の粉末を固化成形したことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲット材。
3. ８００℃以上、１２５０℃以下で合金組成の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。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のスパッタリングターゲット材を用いて製造したＮｉ−Ｗ−Ｃｒ合金薄膜。