JP5385018B2

JP5385018B2 - 高スパッタ率を有する軟磁性膜作製用スパッタリングターゲット材用原料粉末およびスパッタリングターゲット材

Info

Publication number: JP5385018B2
Application number: JP2009140692A
Authority: JP
Inventors: 俊之澤田; 浩之長谷川; 悠子清水
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: JP2010285659A

Description

本発明は、垂直磁気記録媒体における軟磁性層膜として用いる（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）（Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂ）系合金薄膜を作製するための、高ＰＴＦスパッタリングターゲット材に関するものである。

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おり、従来普及していた面内磁気記録媒体より更に高記録密度が実現できる、垂直磁気記録方式が実用化されている。垂直磁気記録方式とは、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とを有する２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系合金が用いられている。

一方、軟磁性膜層には（Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ）（Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂ）系合金などが各種提案されている。この垂直磁気記録媒体の軟磁性膜層には高い飽和磁束密度、高い非晶質性が求められる。このような軟磁性層を成膜するためのスパッタリングターゲット材は高飽和磁束密度となってしまい、結果的にマグネトロンスパッタ時の成膜速度や成膜工程の安定性を左右する、ＰＴＦ値が低くなってしまう課題がある。

この課題に対し、例えば特開２００７−５９４２４号公報（特許文献１）に開示されているように、スパッタリングターゲット材中の結晶相のうちの少なくとも１種類の結晶相がＦｅＮｉ系合金からなり、このＦｅＮｉ系合金がＦｅの含有量が６０ａｔ％以上８０ａｔ％以下、Ｎｉの含有量が２０ａｔ％以上４０ａｔ％以下を含むことによりＰＴＦ改善を図っている。これは、上記範囲のＦｅ，Ｎｉ量を含む合金の飽和磁束密度が低いため、この粉末を原料としたスパッタリングターゲット材のＰＴＦ値が改善されるものと考えられる。なお、ＰＴＦ値とは、スパッタリング時にスパッタリングターゲット材の裏に配置された永久磁石からの磁束が、スパッタリングターゲット材の表面に漏洩する割合で、ＡＳＴＭＦ１７６１−００に示されている。

しかしながら、現在、主に垂直磁気記録媒体に使用される軟磁性合金は、アモルファス化を促進するためにＺｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａなどの元素が合計１０％程度添加されている。したがって、この膜を作製するためのスパッタリングターゲット材もこれらの元素を含み、原料粉末の飽和磁束密度は、特許文献１のように単純にＦｅとＮｉ量のみでは決まらず、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ量にも左右されてしまうという問題がある。
特開２００７−５９４２４号公報

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、垂直磁気記録媒体の軟磁性層として用いられる、アモルファス薄膜を作製するためのスパッタリングターゲット材として、高ＰＴＦを実現するために、Ｆｅ，Ｎｉ量とＺｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ量を詳細に検討した結果、特許文献１のようなＦｅ，Ｎｉ量のみでなく、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ量も考慮することで、より低い飽和磁束密度を有する粉末を見出し、これにより高いＰＴＦ値を有するスパッタリングターゲット材が得られることを見出し発明に至った。

その発明の要旨とするところは、
（１）Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｒを含む軟磁性薄膜を製造するための、粉末を固化成形したスパッタリングターゲット材に用いる原料粉末であって、ａｔ％で、Ｃｏ：≦６％、Ｚｒ：１〜２０％に、Ｈｆ：≦２０％、Ｎｂ：≦２０％、Ｔａ：≦２０％を含有し、残部がＦｅ，Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、かつ、下記式を満たすことを特徴とするスパッタリングターゲット材用原料粉末。（ただし、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａは０％を含む）
０．２５≦［Ｎｉ％／（Ｆｅ％＋Ｎｉ％）］−０．０１１×（Ｚｒ％＋Ｈｆ％＋Ｎｂ％＋Ｔａ％）≦０．３５ … （１）
Ｚｒ＋Ｈｆ＋Ｎｂ＋Ｔａ≦２０％ … （２）
（２）Ｂ：≦１０％、Ａｌ：≦５％、Ｃｒ：≦５％（いずれも０％を含む）を含む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用原料粉末。
（３）前記（１）または（２）に記載の原料粉末を用いてなるスパッタリングターゲット材。

以上述べたように、本発明により、垂直磁気記録媒体の軟磁性層として用いられる、アモルファス薄膜を作製するための、高ＰＴＦ値を示すスパッタリングターゲット材とこれに使用する低飽和磁束密度原料粉末を提供できる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。本発明に係る各組成の条件と作用は以下の通りです。
Ｃｏ：≦６％、Ｚｒ：１〜２０％
Ｃｏ：≦６％とした理由は、Ｃｏを６％超えて添加すると、飽和磁束密度が大幅に上昇してしまうことから６％を上限とした。好ましくは、Ｃｏ：３％とする。また、Ｚｒは、本発明における原料粉末中で、Ｆｅ，Ｎｉと網状の金属間化合物を生成し、飽和磁束密度を低下させる。しかし、１％未満ではこの効果が十分に得られない。また、垂直磁気記録媒体として用いられている軟磁性膜合金における磁気特性を保持する最大値であることから、その上限を２０％とした。したがって、その範囲を１〜２０％とした。

Ｈｆ：≦２０％、Ｎｂ：≦２０％、Ｔａ：≦２０％
Ｈｆ：≦２０％、Ｎｂ：≦２０％、Ｔａ：≦２０％とした理由は、垂直磁気記録媒体として用いられている軟磁性膜合金における磁気特性を保持する最大値であることから、その上限を２０％とした。

０．２５≦［Ｎｉ％／（Ｆｅ％＋Ｎｉ％）］−０．０１１×（Ｚｒ％＋Ｈｆ％＋Ｎｂ％＋Ｔａ％）≦０．３５
この条件は本発明において最も重要な条件であるが、［Ｎｉ％／（Ｆｅ％＋Ｎｉ％）］−０．０１１×（Ｚｒ％＋Ｈｆ％＋Ｎｂ％＋Ｔａ％）が０．２５未満、または０．３５を超えると、十分に低い飽和磁束密度を有する粉末が得られない。したがって、その範囲を０．２５〜０．３５とした。好ましくは、０．２８≦［Ｎｉ％／（Ｆｅ％＋Ｎｉ％）］−０．０１１×（Ｚｒ％＋Ｈｆ％＋Ｎｂ％＋Ｔａ％）≦０．３２とする。

特許文献１によると、Ｎｉ％／（Ｆｅ％＋Ｎｉ％）が０．３前後においてＰＴＦ値が改善されると考えられるが、これはＦｅ−３０％Ｎｉ合金が低飽和磁束密度であるという特性に由来している。一方、Ｆｅ−Ｎｉ系合金にＺｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａを添加すると、Ｆｅ，Ｎｉと反応し金属間化合物を生成し、合金全体としては金属間化合物と、Ｆｅ−Ｎｉ系磁性相からなる。この金属間化合物のＦｅ／Ｎｉ濃度比が粉末全体のＦｅ／Ｎｉ濃度比と一致しないため、逆に、残されたＦｅ−Ｎｉからなる磁性相のＦｅ／Ｎｉ濃度比も粉末全体のＦｅ／Ｎｉ濃度比からズレを生じる。このズレに関して、発明者らは、後の実施例に示すとおり、粉末全体のＺｒ＋Ｈｆ＋Ｎｂ＋Ｔａ量によって補正が可能であることを見出した。

上記補正における係数は本条件における−０．０１１であるが、後に示す実施例から最小二乗法により導出されたものである。したがって、この補正をかけた、［Ｎｉ％／（Ｆｅ％＋Ｎｉ％）］−０．０１１×（Ｚｒ％＋Ｈｆ％＋Ｎｂ％＋Ｔａ％）が０．２５以上、０．３５以下であれば、十分に低い飽和磁束密度を示す粉末が得られる。また、Ｚｒ＋Ｈｆ＋Ｎｂ＋Ｔａ≦２０％とした理由は、垂直磁気記録媒体として用いられている軟磁性膜合金にける磁気特性を保持する最大値であることから、その上限を２０％とした。好ましくは、１５％とする。

Ｂ：≦１０％、Ａｌ：≦５％、Ｃｒ：≦５％（いずれも０％を含む）
Ｂ：≦１０％、Ａｌ：≦５％、Ｃｒ：≦５％とした理由は、垂直磁気記録媒体として用いられている軟磁性膜合金における磁気特性を保持する最大値であることから、その上限をＢは１０％、Ａｌ，Ｃｒは５％とした。

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に示す組成を有する供試粉末をガスアトマイズ法にて作製し、５００μｍ以下に分級した後、アルゴン雰囲気下において１０００℃で２時間の熱処理を行い、飽和磁束密度を測定した。また、この粉末を樹脂埋めし、ＥＤＸにてＦｅ−Ｎｉ磁性相を微小領域分析した。１０００℃での熱処理は、実際のスパッタリングターゲット材の作製工程における固化成形温度を模擬したものである。なお、表１は、ガスアトマイズ粉末の成分（ａｔ％）、ＥＤＸによるＦｅ−Ｎｉ磁性相の成分および飽和磁束密度（Ｔ）である。

表１に示すように、Ｎｏ．１〜１０は本発明例であり、Ｎｏ．１１〜１６は比較例である。

表１のように、粉末全体のＮｉ／（Ｆｅ＋Ｎｉ）とＦｅ−Ｎｉ磁性相のＮｉ／（Ｆｅ＋Ｎｉ）にはズレが生じていることが分かる。このズレは粉末全体のＺｒ＋Ｈｆ＋Ｎｂ＋Ｔａ量と相関がある。この関係を最小二乗法をもとに数式で表すと次式になる。
［粉末全体のＮｉ／（Ｆｅ＋Ｎｉ）］−［Ｆｅ−Ｎｉ磁性相のＮｉ／（Ｆｅ＋Ｎｉ）］＝０．０１１×（Ｚｒ＋Ｈｆ＋Ｎｂ＋Ｔａ）ただし、原点を固定
この右辺の係数である０．０１１が請求項１における条件式の係数である。（左辺は、粉末全体のＮｉ／（Ｆｅ＋Ｎｉ）とＦｅ−Ｎｉ磁性相のＮｉ／（Ｆｅ＋Ｎｉ）のズレである。）
比較例Ｎｏ．１１は、［粉末全体のＮｉ／（Ｆｅ＋Ｎｉ）］−０．０１１×（Ｚｒ＋Ｈｆ＋Ｎｂ＋Ｔａ）の値が０．２５未満のために、十分に低い飽和磁束密度（Ｔ）を有する粉末が得られない。比較例Ｎｏ．１２は、［粉末全体のＮｉ／（Ｆｅ＋Ｎｉ）］−０．０１１×（Ｚｒ＋Ｈｆ＋Ｎｂ＋Ｔａ）の値が０．３５を超えるために、比較例Ｎｏ．１１と同様に、十分に低い飽和磁束密度（Ｔ）を有する粉末が得られない。

比較例Ｎｏ．１３は、Ｚｒ含有量が０のために、十分に低い飽和磁束密度（Ｔ）を有する粉末が得られない。比較例Ｎｏ．１４は、Ｃｏ含有量が６％を超えるために、比較例Ｎｏ．１３と同様に、十分に低い飽和磁束密度（Ｔ）を有する粉末が得られない。比較例Ｎｏ．１５は、比較例Ｎｏ．１１と同様に、［粉末全体のＮｉ／（Ｆｅ＋Ｎｉ）］−０．０１１×（Ｚｒ＋Ｈｆ＋Ｎｂ＋Ｔａ）の値が０．２５未満のために、十分に低い飽和磁束密度（Ｔ）を有する粉末が得られない。

比較例Ｎｏ．１６は、［粉末全体のＮｉ／（Ｆｅ＋Ｎｉ）］−０．０１１×（Ｚｒ＋Ｈｆ＋Ｎｂ＋Ｔａ）の値が０．３５を超えるために、比較例Ｎｏ．１２と同様に、十分に低い飽和磁束密度（Ｔ）を有する粉末が得られない。これに対し、本発明例Ｎｏ．１〜１０は、いずれの条件をも満足していることから、十分に低い飽和磁束密度（Ｔ）を有する粉末を得ることができることが分かる。

以上のように、（Ｚｒ＋Ｈｆ＋Ｎｂ＋Ｔａ）量によって起こる最適Ｆｅ−Ｎｉ磁性相のＦｅ／Ｎｉ比の粉末全体のＦｅ／Ｎｉ比からの変化を明らかにし、最適な原料粉末の組成域でアトマイズすることにより、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｒを含む軟磁性アトマイズ粉末は、Ｆｅ，ＮｉとＺｒを含む化合物を生成し、この化合物の組成のＦｅ／Ｎｉ比が粉末全体のＦｅ／Ｎｉ比よりズレることにより、逆に磁性相のＦｅ／Ｎｉ比がズレることを見出して、これを補正した原料粉末組成が最適であることが分かる。この結果、高ＰＴＦターゲット材の提供を可能とした。

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

Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｒを含む軟磁性薄膜を製造するための、粉末を固化成形したスパッタリングターゲット材に用いる原料粉末であって、ａｔ％で、Ｃｏ：≦６％、Ｚｒ：１〜２０％に、Ｈｆ：≦２０％、Ｎｂ：≦２０％、Ｔａ：≦２０％を含有し、残部がＦｅ，Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、かつ、下記式を満たすことを特徴とするスパッタリングターゲット材用原料粉末。（ただし、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａは０％を含む）
０．２５≦［Ｎｉ％／（Ｆｅ％＋Ｎｉ％）］−０．０１１×（Ｚｒ％＋Ｈｆ％＋Ｎｂ％＋Ｔａ％）≦０．３５ … （１）
Ｚｒ＋Ｈｆ＋Ｎｂ＋Ｔａ≦２０％ … （２）
Ｂ：≦１０％、Ａｌ：≦５％、Ｃｒ：≦５％（いずれも０％を含む）を含む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用原料粉末。
請求項１または２に記載の原料粉末を用いてなるスパッタリングターゲット材。