JP5563102B2 - 焼結体スパッタリングターゲット - Google Patents

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Description

本発明は垂直磁気記録膜の製造に使用される磁性材スパッタリングターゲット、特に磁性層に使用されるCo−Cr−酸化物系及びCo−Cr−Pt−酸化物系の磁性材からなる焼結体スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
ハードディスク装置に代表される磁気記録再生装置の分野では、磁化容易軸を記録面に対し垂直方向に配向させた垂直磁気記録方式が実用化されている。特に垂直磁気記録方式を採用したハードディスク媒体では、高記録密度化と低ノイズ化のために、垂直方向に配向した磁性結晶粒子を非磁性材料で取り囲み、磁性粒子間の磁気的な相互作用を低減したグラニュラー構造を有する磁性膜が開発されている。
上記のグラニュラー構造型磁性膜には、磁性粒子材料としてCo−Cr−Pt合金などのCoを主成分とした強磁性合金において、非磁性材料としてSiO、TiOなどの金属酸化物が一般に用いられている。
また、上記のグラニュラー構造型磁性膜を作製する方法としては、Co基合金と非磁性材料からなる複合スパッタリングターゲットをDCマグネトロンスパッタ装置にてスパッタリングする方法が知られている。下記に、Co−Cr−Pt合金を主成分とする強磁性材料に、非磁性材料を添加した公知文献を掲載する。
一般に、Co基合金と非磁性材料からなる複合スパッタリングターゲットは、粉末冶金法によって作製される。これは非磁性材料粒子を合金素地中に均一に分散させる必要があるためである。例えば、急冷凝固法で作製した合金相を持つ合金粉末とセラミックス相を構成する粉末とをメカニカルアロイングし、セラミックス相を構成する粉末を合金粉末中に均一に分散させ、ホットプレスにより成形し磁気記録媒体用スパッタリングターゲットを得る方法が提案されている(特許文献1)。
ところで、上記の複合スパッタリングターゲットをスパッタすると、金属酸化物が金属と酸素に分離し、分解した金属が磁性結晶粒子内に入り込むことで磁気特性が低下してしまうことがある。この問題を解決するために、特許文献2ではコバルト酸化物を適当量含有したスパッタリングターゲットをスパッタすることを提案している。
これはスパッタリング時に分解した金属酸化物の金属元素が、コバルト酸化物が分解して生じた酸素と再結合することにより、安定して金属酸化物が磁性粒子間に偏析する効果を狙ったものである。
特許文献2のターゲットは、Co合金と、第1の酸化物を形成するTi酸化物及びSi酸化物と、第2の酸化物を形成するCo酸化物を含み、前記ターゲットの前記第1の酸化物の総量はモル分率で約12mol%以下であることが記載されているが、これは磁気記録媒体に関する発明で、ターゲットとして有効な組成範囲の規定がない。
下記特許文献3には、Co及びPt又はCo、Cr及びPtと、SiO及び/又はTiOとCo及び/又はCoOとを含有するスパッタリングターゲットが記載されている。この場合、Co及び/又はCoOの含有量が0.1〜10mol%である。原料粉末を1000°C以下で焼結することにより、SiO、TiO、CoおよびCoO等の酸化物の還元を防止することができ、相対密度を94%以上とすることが記載されている。
また、1000°C以下で焼結することにより、CoOの還元を防止することができることが開示されているが、スパッタリングターゲット中でCo及び/又はCoOがどの程度残存しているかについての具体的な検討がなされていない。
下記特許文献4には、Co合金と、Si,Ti,Ta,Cr,W,Nbの酸化物からなるグループから選択された1以上の第1の酸化物と、第2の酸化物を構成するCo酸化物を含む磁気記録媒体が記載されているが、ターゲットとして有効な組成範囲の規定がない。
特開平10−088333号公報 特開2009−238357号公報 国際公開WO2010074171号公報 特開2009−170052号公報
Co−Cr−酸化物系ターゲット又はCo−Cr−Pt−酸化物系ターゲットにおいては、酸化物としてSiOやCr、TiOが一般的に用いられている。
ところが、スパッタ時にターゲット中の金属酸化物が金属と酸素に分離し、分解した金属が磁性結晶粒子内に入り込むことにより磁気特性を低下させることがある。
この問題を解決するために、前述の通り一定量のコバルト酸化物をターゲット中に存在させる方法が提案されている。これは、スパッタリング時に分解した金属酸化物の金属元素が、コバルト酸化物が分解して生じた酸素と再結合することにより、安定して金属酸化物が磁性粒子間に偏析するという現象を狙ったものである。この方法は、従来に比べ大きな効果を生むものであった。
しかしながら、焼結用の粉末にCo酸化物粉を添加し、焼結によりCo−Cr−酸化物系ターゲット又はCo−Cr−Pt−酸化物系ターゲットを製造しようとすると、焼結温度によって、CrによってCo酸化物が還元され、Cr酸化物が形成されてしまうという問題が生じた。これは、ターゲット中のCo酸化物が消失し、Co酸化物を残存させるという初期の目的を達成できないことを意味した。
他方、焼結温度を極端に下げればCo酸化物の残存量は増えることになるが、焼結反応が進まずターゲットの密度を十分に高めることは難しくなる。このような低密度ターゲットはスパッタ時にパーティクルが多く発生するなどの問題がある。
本発明は、必要量のコバルト酸化物を残存させると共に、スパッタ時のパーティクル発生が少ない十分な焼結密度を有するCo−Cr−酸化物系及びCo−Cr−Pt−酸化物系磁性材ターゲットを提供することを課題とする。
上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、混合する粉末を調整することにより、ターゲット中に必要量のCo酸化物を残存させると共に、十分な焼結密度を有する焼結体スパッタリングターゲットが得られることを見出した。
このような知見に基づき、本発明は、
1)金属成分として、Cr、Coを含有し、該金属成分の素地中に分散した酸化物からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、該スパッタリングターゲットの組織が金属素地中に、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)と該領域(A)の周縁にCr酸化物を含む領域(D)を有することを特徴とする焼結体スパッタリングターゲット
2)金属成分として、Crが0.5mol%以上45mol%以下を含有することを特徴とする上記1)記載の焼結体スパッタリングターゲット、を提供する。
また、本発明は、
3)金属成分として、Co、Cr、Ptを含有し、該金属成分の素地中に分散した酸化物からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、該スパッタリングターゲットの組織が金属素地中に、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)若しくはPt中にCo酸化物が分散した領域(B)又はCo−Pt中にCo酸化物が分散した領域(C)と、該領域(A)、(B)又は(C)の周縁に、Cr酸化物を含む領域(D)を有することを特徴とする焼結体スパッタリングターゲット
4)金属成分として、Crが0.5mol%以上30mol%以下、Ptが0.5mol%以上30mol%以下であることを特徴とする上記3)記載の焼結体スパッタリングターゲット、を提供する。
また、本発明は、
5)前記Co酸化物は、CoO、Co、Coのいずれか1種以上であることを特徴とする上記1)〜4)のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲット
6)前記Co酸化物がスパッタリングターゲット中に占める体積率として1vol%以上、20vol%以下であることを特徴とする上記1)〜5)のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲット、を提供する。
また、本発明は、
7)前記焼結体スパッタリングターゲットが、前記領域(A)、(B)又は(C)と前記領域(D)以外の金属素地に分散する酸化物として、Co、Cr、B、Mg、Al、Si、Ti、V、Mn、Y、Zr、Nb、Ta、Ceから選択した1種以上の元素の酸化物を含有することを特徴とする上記1)〜6)のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲット、を提供する。
また、本発明は、
8)前記焼結体スパッタリングターゲットが、前記以外の金属成分としてB、Ti、V、Nb、Mo、Ru、Ta、W、Ir、Auから選択した1元素以上を、15mol%以下含有することを特徴とする上記1)〜7)いずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲット
9)相対密度が90%以上であることを特徴とする、上記1)〜8)のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲット、を提供する。
また、本発明は、
10)金属成分として、Co、Crを含有し、該金属成分の素地中に分散した酸化物からなる焼結体スパッタリングターゲットの製造方法であって、Co中にCo酸化物が分散した焼結体を粉砕して得た粉末とCo粉末とCr粉末とを混合して得た混合粉末を加圧焼結することにより、該スパッタリングターゲットの組織が金属素地中に、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)と該領域(A)の周縁にCr酸化物を含む領域(D)を有することを特徴とする焼結体スパッタリングターゲットの製造方法
11)金属成分として、Crが0.5mol%以上45mol%以下を含有することを特徴とする上記10)記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
また、本発明は、
12)金属成分として、Co、Cr、Ptを含有し、該金属成分の素地中に分散した酸化物からなる焼結体スパッタリングターゲットの製造方法であって、Co又はPt若しくはCo−PtにCo酸化物が分散した焼結体を粉砕して得た粉末とCo粉末とPt粉末とCr粉末とを混合して得た混合粉末を加圧焼結することにより、該スパッタリングターゲットの組織が金属素地中に、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)若しくはPt中にCo酸化物が分散した領域(B)又はCo−Pt中にCo酸化物が分散した領域(C)と、該領域(A)、(B)又は(C)の周縁に、Cr酸化物を含む領域(D)を有することを特徴とする焼結体スパッタリングターゲットの製造方法
13)金属成分として、Crが0.5mol%以上30mol%以下、Ptが0.5mol%以上30mol%以下とすることを特徴とする上記12)記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
また、本発明は、
14)前記Co酸化物として、CoO、Co、Coのいずれか1種以上を用いることを特徴とする上記10)〜13)のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法
15)前記Co酸化物がスパッタリングターゲット中に占める体積率を1vol%以上、20vol%以下とすることを特徴とする上記10)〜14)のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
また、本発明は、
16)焼結用混合粉末として、さらに前記領域(A)、(B)又は(C)と前記領域(D)以外の金属素地に分散する酸化物として、Co、Cr、B、Mg、Al、Si、Ti、V、Mn、Y、Zr、Nb、Ta、Ceから選択した1種以上の元素の酸化物を混合して焼結することを特徴とする上記10)〜15)のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
また、本発明は、
17)前記焼結用金属粉末として、前記以外の金属成分としてB、Ti、V、Nb、Mo、Ru、Ta、W、Ir、Auから選択した1元素以上を、15mol%以下含有させて焼結することを特徴とする上記10)〜16)いずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法、
18)焼結体ターゲットの相対密度を90%以上とすることを特徴とする、上記10)〜17)のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
本発明は、Co酸化物が分散した領域(A)若しくは領域(B)又は領域(C)を有するCo−Cr−酸化物系及びCo−Cr−Pt−酸化物系の焼結体スパッタリングターゲットを提供することができる。Co−Cr系合金又はCo−Cr−Pt系合金の素地(マトリックス)中に、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)若しくはPt中にCo酸化物が分散した領域(B)又はCo−Pt中にCo酸化物が分散した領域(C)が分散しており、これらの領域(A)、(B)又は(C)の周縁には、焼結中に拡散してきたCrとCo酸化物が反応し、Cr酸化物を含む領域(D)が形成される。
この場合、焼結原料としてCo中にCo酸化物が分散した焼結体若しくはPt中にCo酸化物が分散した焼結体又はCo−Pt中にCo酸化物が分散した焼結体を粉砕して得た粉末を使用することにより、焼結反応が十分に進む温度域においても、Co酸化物とCrの直接的かつ全面的な接触を抑制する、すなわちCoが緩衝材となり抑制効果を持つものである。
これによって、焼結体スパッタリングターゲット中に、Co酸化物が分散した領域を形成することができる。このように、本発明は、必要量のCo酸化物を残存させると共に、スパッタ時のパーティクル発生が少ない十分な焼結密度を有するCo−Cr−酸化物系及びCo−Cr−Pt−酸化物系磁性材ターゲットターゲットを提供することができるという優れた効果を有する。
Co中にCoOが分散した焼結体を粉砕して得た粉末の研磨組織を示す顕微鏡写真である。 Cr粉末、Co粉末ならびにCo中にCoOが分散した焼結体を粉砕して得た粉末を混合した後、該混合粉末を加圧焼結した代表的な組織写真を示す図である。 前記図2の説明図であり、焼結体組織において、Co中にCoOが分散した領域(A)とその周縁に、Cr酸化物を含む領域(D)が存在する様子を示す説明図である。
本発明の焼結体スパッタリングターゲットは、金属成分として、Co、Crを含有し、該金属成分の素地中に分散した酸化物からなる焼結体スパッタリングターゲット又は金属成分として、Co、Cr、Ptを含有し、該金属成分の素地中に分散した酸化物からなる焼結体スパッタリングターゲットからなり、該スパッタリングターゲットの組織が、金属素地中に、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)若しくはPt中にCo酸化物が分散した領域(B)又はCo−Pt(合金)中にCo酸化物が分散した領域(C)と、これらの領域(A)、(B)、(C)の周囲にCr酸化物を含む領域(D)を有する焼結体スパッタリングターゲットである。
本発明のスパッタリングターゲットの組成を、前述の組成範囲に限定する理由は、垂直磁気記録方式を採用したハードディスク媒体の磁性層材料として好ましい組成となることを考慮したためである。また、スパッタリングターゲットの組織が金属素地(マトリックス)中に、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)若しくはPt中にCo酸化物が分散した領域(B)又はCo−Pt(合金)中にCo酸化物が分散した領域(C)及びCr酸化物を含む領域(D)を有することにより、本発明のスパッタリングターゲットを用いて作製された磁性層は垂直磁気記録媒体として良好なグラニュラー構造を持つ。
Co中にCo酸化物が分散した領域(A)若しくはPt中にCo酸化物が分散した領域(B)又はCo−Pt中にCo酸化物が分散した領域(C)の存在は、本発明の焼結体スパッタリングターゲットにおける重要な構成要件である。そして、前記領域(A)、(B)又は(C)の周囲にCr酸化物を含む領域(D)を有することが、本発明の大きな特徴である。
このように、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)若しくはPt中にCo酸化物が分散した領域(B)又はCo−Pt中にCo酸化物が分散した領域(C)の周縁には、焼結中に拡散してきたCrとCo酸化物が反応し、Cr酸化物を含む領域(D)が形成される。この領域(D)において、Cr酸化物は必ずしも均一に分散して形成されるわけではない。Crの拡散によるCr酸化物の形成は、原料粉末の種類、焼結条件によって変化する可能性があるからである。
しかし、焼結原料としてCo若しくはPt又はCo−Pt(合金)中にCo酸化物が分散した焼結体を粉砕して得た粉末を使用することにより、焼結反応が十分に進む温度域においても、Co酸化物とCrの直接的かつ全面的な接触を抑制することができ、最終的には前記領域(A)、(B)又は(C)の周縁に、領域(D)が周縁を取り囲む構造を持つようになる。
焼結条件によっては、Crの拡散により、領域(A)、(B)又は(C)が消失することにもなるが、このような過度な焼結は避けなければならない。ターゲット中に必要量のCo酸化物を残存させることが、本願発明の目的だからである。
これらの領域(A)、(B)又は(C)の形状、又は領域(A)、(B)又は(C)の周縁に形成された(D)との2層の形状は、図2に示すように断面が、円形(立体的には球状)、楕円形のもの、島状、アメーバー状の異形状(形が特定されない)のものも存在するが、本発明は、これらを全て包含する。
本発明のスパッタリングターゲットは粉末焼結法によって作製されるため、上記の各領域は必ずしも明確に分離することができない場合もあるが、上記の形態を有する組織を、本発明のスパッタリングターゲットにおいて観察することができる。
焼結時の相互拡散や原料粉末中に含まれる微量不純物の影響で、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)若しくはPt中にCo酸化物が分散した領域(B)又はCo−Pt中にCo酸化物が分散した領域(C)において、Co又はPt以外の元素やCo酸化物以外の酸化物が確認される場合もあるが、領域(A)の主な構成要素はCoとCo酸化物であり、これらが主たる成分として含有されているならば、多少の混入は無視できるものであり、本願発明はこれらを包含するものである。
前記Co酸化物としては、CoO、Co、Coのいずれか1種以上を用いることができる。このCo酸化物の存在形態は、特に問題となることはない。前記の通り、Co酸化物が存在することは、上記の通り磁性材の成膜から見て望ましいことであり、スパッタリングターゲット中に占める体積率は1vol%以上、20vol%以下とすることが良い。この体積率は1vol%未満では、その効果を上げるのが難しく、また20vol%を超える場合には、Co酸化物を特別な条件として存続させることが難しく、また磁気記録膜としての特性を損なうおそれがあるので、上記の範囲とするのが望ましいと言える。
垂直磁気記録膜の製造に使用される磁性材スパッタリングターゲットとしては、Co酸化物及びCr酸化物以外の酸化物として、B、Mg、Al、Si、Ti、V、Mn、Y、Zr、Nb、Ta、Ceから選択した1種以上の元素の酸化物を添加することができる。
これらの酸化物はコバルト酸化物より標準生成自由エネルギーが大きく、スパッタ時にコバルト酸化物が分解して生じた酸素と再結合して酸化物となって粒界に析出するため、磁性層の材料として好適である。
酸化物の添加量としては、Co酸化物及びCr酸化物も含めてスパッタリングターゲット中に占める体積率で40vol%以下含有させることが望ましい。これは40vol%を越えると垂直磁気記録膜用のスパッタリングターゲットとしての特性を低下させる傾向を持つので、上記範囲が好ましい条件と言える。
さらに、添加元素としてB、Ti、V、Nb、Mo、Ru、Ta、W、Ir、Auから選択した1元素以上を、スパッタリングターゲットにおける金属成分の配合比として15mol%以下含有させることができる。これらはCo、Cr、Ptと共に、垂直磁気記録膜の製造に使用される磁性材として有効な成分であり、これらの元素は磁気記録膜の特性を、さらに向上させるために、必要に応じて添加されるものである。
本発明のスパッタリングターゲットは、密度不足によるパーティクル発生を抑制するために、ターゲットの相対密度を90%以上とすることができる。より好ましくは95%以上であり、本発明は、このように相対密度を向上させることが可能である。
ここでの相対密度とは、スパッタリングターゲットの実測密度を計算密度(理論密度ともいう)で割り返して求めた値である。計算密度とはターゲットの構成成分が互いに拡散あるいは反応せずに混在していると仮定したときの密度で、次式で計算される。
式:計算密度=Σ(構成成分の分子量×構成成分のモル比)/Σ(構成成分の分子量×構成成分のモル比/構成成分の文献値密度)
ここでΣは、ターゲットの構成成分の全てについて、和をとることを意味する。なお、スパッタリングターゲットの実測密度はアルキメデス法で測定される。
本発明のスパッタリングターゲットは粉末焼結法により作製される。出発原料として、事前に作製したCo又はPt又はCo−Pt(合金)中にCo酸化物が分散した焼結体を粉砕して得た粉末を用いる。この粉砕粉の平均粒径は、30〜200μmとすることが望ましい。さらに組成調整用として平均粒径が20μm以下の金属(Co、Pt、Cr、添加元素)粉末を用いることができる。また、単元素の金属粉末だけでなく、合金粉末を用いることもできる。その場合も平均粒径が20μm以下とすることが望ましい。金属粉末の平均粒径が20μm以上の場合、焼結時に焼結の駆動力が少なく焼結体の密度が上がりにくいといった問題が生じるからである。
一方、粒径が小さ過ぎると、金属粉末の酸化が促進されて成分組成が範囲内に入らないなどの問題があるため、0.5μm以上とすることがさらに望ましい。
これらは、成分組成及び焼結条件(温度、圧力)によって調整すべきもので、通常行われる好適な範囲である。したがって、上記サイズ以外にすることが当然可能であることは、容易に理解されるべきものである。
Co酸化物以外の酸化物粉末としては金属中に微細分散させる必要があるため、最大粒径が5μm以下のものを用いることが望ましい。一方、粒径が小さ過ぎると凝集しやすくなるため、0.1μm以上のものを用いることがさらに望ましい。
まず、上記のCo又はPt若しくはCo−Pt(合金)中にCo酸化物が分散した焼結体を粉砕して得た粉末、金属粉末及び必要に応じて酸化物粉末を、所望の組成になるように秤量する。次に秤量した粉末をボールミルやミキサーなど既知の方法で混合する。こうして得られた混合粉末をホットプレスで成型・焼結する。ホットプレス以外にも、プラズマ放電焼結法、熱間静水圧焼結法を使用することもできる。
焼結時の保持温度は、800〜1200°Cの範囲に設定する。好ましくは850〜1100°Cである。以上の工程により、本発明のスパッタリングターゲット用焼結体を製造することができる。
ここで、Co中にCo酸化物(CoO)が分散した焼結体を粉砕して得た粉末の研磨組織の顕微鏡写真を図1に示す。この図1において、粒子の白い素地(マトリックス)はCoを示し、やや黒っぽく見える片状の部分は、CoOを示す。このように、Co素地中にCoOが分散している。Pt中にCo酸化物が分散した焼結体を粉砕して得た粉末又はCo−Pt(合金)中にCo酸化物が分散した焼結体を粉砕して得た粉末も、同様の組織を有している。
図1に示した粉末とCr粉末とCo粉末を混合した後、該混合粉末を加圧焼結した代表的な組織写真を図2に示す。また、この説明図を、図3に示す。
図2及び図3に示すように、焼結体組織はCo中にCoOが分散した領域(A)を有している。そして、該領域(A)の周縁にCr酸化物を含む領域(D)が観察される。
このCr酸化物を含む領域(D)は、焼結過程で元のCo中にCoOが分散した原料粉中のCoOが、その周囲から拡散してきたCrにより還元され新たに形成されたものである。このCr酸化物を含む領域(D)の厚さは、焼結温度が高く焼結時間が長い場合には厚くなり、最後にはCoにCoOが分散した領域(A)が消失する。
このCo酸化物が分散した領域(A)の消失は好ましいことではない。なぜなら上記に述べたように、スパッタリング時に分解した金属酸化物の金属元素が、コバルト酸化物が分解して生じた酸素と再結合することにより、安定して金属酸化物が磁性粒子間に偏析するという効果を得ることができないことを意味するからである。
前記図2及び図3では、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)を有するので、好ましい形態と言える。
上記については、焼結体スパッタリングターゲットの組織が、金属素地中にCoにCoOが分散した領域(A)を有している場合について説明したが、焼結体スパッタリングターゲット組織が、Pt中にCo酸化物が分散した領域(B)を有している又はCo−Pt中にCo酸化物が分散した領域(C)を有している場合も、同様の組織と機能を有している。
以下、実施例及び比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例によって何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明に含まれる実施例以外の種々の変形を包含するものである。
(実施例1)
(Co−Cr−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造において、Co−CoO粉を使用した場合)
金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末を、さらにCo中にCoOが分散した焼結体を粉砕して得た平均粒径150μmのCo−CoO粉末(組成:Co−25mol%CoO)を用意した。
これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1836.1gとなるように秤量した。
重量比:25.39Co−12.06Cr−62.55(Co−CoO)[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:71Co−14Cr−15CoO[mol%]
次に、秤量した金属粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、2時間回転させて混合・粉砕した。さらに、ボールミルから取り出した混合粉末をCo−CoO粉末とともにボール容量約7リットルの遊星運動型ミキサーで10分間混合した。そして遊星運動型ミキサーから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1050°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。
また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は97.5%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
79.23Co−9.56Cr−3.01Cr−8.20CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、12.3vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co中にCoOが分散した領域(A)とその周囲にCr酸化物を含む領域(D)が観察された。
以上の結果から、実施例1ではCoOがスパッタリングターゲット中に、一定量残存していることを確認した。
(比較例1)
(Co−Cr−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造において、Co−CoO粉を使用しない場合)
金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末を、酸化物粉末として平均粒径1μmのCoO粉末を用意した。これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1836.1gとなるように秤量した。
重量比:69.32Co−12.06Cr−18.62CoO[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:71Co−14Cr−15CoO[mol%]
次に、秤量した金属粉末と酸化物粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、2時間回転させて混合・粉砕した。そしてボールミルからから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1050°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。
また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は98.1%であった。またターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
90.52Co−4.05Cr−5.35Cr−0.08CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、0.1vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co−Cr合金素地中にCr酸化物が均一に分散した組織となっていて、CoOの存在は明確に確認できなかった。
以上の結果から、比較例1ではCoOがスパッタリングターゲット中では分解しほとんど残存していないことを確認した。
(実施例2)
(Co−Cr−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造において、Co−CoO粉を使用した場合)
金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、酸化物粉末として平均粒径1μmのSiO粉末を、さらにCo中にCoOが分散した焼結体を粉砕して得た平均粒径150μmのCo−CoO粉末(組成:Co−25mol%CoO)を用意した。
これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1513.4gとなるように秤量した。
秤量比:50.87Co−13.20Cr−6.10SiO−29.83(Co−CoO)[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:72Co−15Cr−6SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した金属粉末と酸化物粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。さらに、ボールミルから取り出した混合粉末をCo−CoO粉末とともにボール容量約7リットルの遊星運動型ミキサーで10分間混合した。そして遊星運動型ミキサーから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。
また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は96.3%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
76.83Co−12.1Cr−5.97SiO−1.12Cr−3.98CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、5.5vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co中にCoOが分散した領域(A)とその周囲にCr酸化物を含む領域(D)が観察された。
以上の結果から、実施例2ではCoOがスパッタリングターゲット中に、一定量残存していることを確認した
(比較例2)
(Co−Cr−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造において、Co−CoO粉を使用しない場合)
比較例2では金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末を、酸化物粉末として平均粒径1μmのSiO粉末、平均粒径1μmのCoO粉末を用意した。これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1513.4gとなるように秤量した。秤量比:71.82Co−13.20Cr−6.10SiO−8.88CoO[wt%] また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:72Co−15Cr−6SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。次にボールミルから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は96.9%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
80.80Co−10.5Cr−6.12SiO−2.51Cr−0.07CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、0.1vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co−Cr合金素地中にSiOとCr酸化物が均一に分散した組織となっていて、CoOの存在は明確に確認できなかった。
以上の結果から、比較例2ではスパッタリングターゲット中にCoOがほとんど残っていないことが確認された。
(実施例3)
(Co−Cr−Pt−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造において、Co−CoO粉を使用した場合)
金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末を、酸化物粉末として平均粒径1μmのSiO粉末を、さらにCo中にCoOが分散した焼結体を粉砕して得た平均粒径150μmのCo−CoO粉末(組成:Co−25mol%CoO)を用意した。
これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1864.6gとなるように秤量した。
秤量比:30.48Co−10.34Cr−31.04Pt−4.78SiO−23.36(Co−CoO)[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:60Co−15Cr−12Pt−6SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した金属粉末と酸化物粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。さらに、ボールミルから取り出した混合粉末をCo−CoO粉末とともにボール容量約7リットルの遊星運動型ミキサーで10分間混合した。そして遊星運動型ミキサーから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。
また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は95.8%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
63.74Co−12.92Cr−12.13Pt−6.07SiO−1.12Cr−4.02CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、5.4vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co中にCoOが分散した領域(A)とその周囲にCr酸化物を含む領域(D)が観察された。
以上の結果から、実施例3ではCoOがスパッタリングターゲット中に、一定量残存していることを確認した
(実施例4)
(Co−Cr−Pt−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造において、Pt−CoO粉を使用した場合)
金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末を、酸化物粉末として平均粒径1μmのSiO粉末を、さらにPt中にCoOが分散した焼結体を粉砕して得た平均粒径150μmのPt−CoO粉末(組成:Pt−40mol%CoO)を用意した。
これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1864.6gとなるように秤量した。
秤量比:46.89Co−10.34Cr−3.88Pt−4.78SiO−34.11(Pt−CoO)[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:60Co−15Cr−12Pt−6SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した金属粉末と酸化物粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。さらに、ボールミルから取り出した混合粉末をPt−CoO粉末とともにボール容量約7リットルの遊星運動型ミキサーで10分間混合した。そして遊星運動型ミキサーから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。
また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は96.1%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
63.29Co−12.99Cr−12.13Pt−6.00SiO−1.02Cr−4.57CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、6.1vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Pt中にCoOが分散した領域(B)とその周囲にCr酸化物を含む領域(D)が観察された。
以上の結果から、実施例4ではCoOがスパッタリングターゲット中に、一定量残存していることを確認した。
(実施例5)
(Co−Cr−Pt−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造において、Co−Pt−CoO粉を使用した場合)
金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末を、酸化物粉末として平均粒径1μmのSiO粉末を、さらにCo−Pt合金中にCoOが分散した焼結体を粉砕して得た平均粒径150μmのCo−Pt−CoO粉末(組成:37.5Co−37.5Pt−25CoO[mol%])を用意した。
これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1864.6gとなるように秤量した。
秤量比:38.68Co−10.34Cr−3.88Pt−4.78SiO−42.32(Co−Pt−CoO)[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:60Co−15Cr−12Pt−6SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した金属粉末と酸化物粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。さらに、ボールミルから取り出した混合粉末をCo−Pt−CoO粉末とともにボール容量約7リットルの遊星運動型ミキサーで10分間混合した。そして遊星運動型ミキサーから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。
また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は96.1%であった。またターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
63.83Co−12.67Cr−12.08Pt−6.03SiO−1.18Cr−4.21CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、5.6vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co−Pt中にCoOが分散した領域(C)とその周囲にCr酸化物を含む領域(D)が観察された。
以上の結果から、実施例5ではCoOがスパッタリングターゲット中に、一定量残存していることを確認した。
(比較例3)
(Co−Cr−Pt−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造において、Co−CoO粉、Pt−CoO粉、Co−Pt−CoO粉を使用しない場合)
比較例3では金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末を、酸化物粉末として平均粒径1μmのSiO粉末、平均粒径1μmのCoO粉末を用意した。これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1864.6gとなるように秤量した。
秤量比:46.89Co−10.34Cr−31.04Pt−4.78SiO−6.95CoO[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:60Co−15Cr−12Pt−6SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。次にボールミルから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は96.5%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
68.63Co−10.48Cr−12.30Pt−6.10SiO−2.46Cr−0.03CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、0.04vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co−Cr−Pt素地中にSiOとCr酸化物が均一に分散した組織となっていて、CoOの存在は明確に確認できなかった。
以上の結果から、比較例3ではスパッタリングターゲット中にCoOがほとんど残っていないことが確認された。
(実施例6)
(Co−Cr−Pt−W−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造においてCo−CoOを使用した場合)
金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径2μmのW粉末を、酸化物粉末として平均粒径1μmのSiO粉末を、さらにCo中にCoOが分散した焼結体を粉砕して得た平均粒径150μmのCo−CoO粉末(組成:Co−25mol%CoO)を用意した。
これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1940.6gとなるように秤量した。
秤量比:27.52Co−9.19Cr−29.54Pt−6.96W−4.55SiO−22.24(Co−CoO)[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:58Co−14Cr−12Pt−3W−6SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した金属粉末と酸化物粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。さらに、ボールミルから取り出した混合粉末をCo−CoO粉末とともにボール容量約7リットルの遊星運動型ミキサーで10分間混合した。そして遊星運動型ミキサーから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。
また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は97.3%であった。またターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
61.26Co−12.22Cr−12.14Pt−2.98W−6.03SiO−0.96Cr−4.41CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、5.8vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co中にCoOが分散した領域(A)とその周囲にCr酸化物を含む領域(D)が観察された。
以上の結果から、実施例6ではCoOがスパッタリングターゲット中に、一定量残存していることを確認した
(比較例4)
(Co−Cr−Pt−W−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造においてCo−CoOを使用しない場合)
比較例4では金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径2μmのW粉末を、酸化物粉末として平均粒径1μmのSiO粉末、平均粒径1μmのCoO粉末を用意した。これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1940.6gとなるように秤量した。
秤量比:43.14Co−9.19Cr−29.54Pt−6.96W−4.55SiO−6.62CoO[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:58Co−14Cr−12Pt−3W−6SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。次にボールミルから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は97.8%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
66.59Co−9.40Cr−12.25Pt−3.02W−6.10SiO−2.55Cr−0.09CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、0.1vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co−Cr−Pt−W素地中にSiOとCr酸化物が均一に分散した組織となっていて、CoOの存在は明確に確認できなかった。
以上の結果から、比較例4ではスパッタリングターゲット中にCoOがほとんど残っていないことが確認された。
(実施例7)
(Co−Cr−Pt−Ru−TiO−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造においてCo−CoOを使用した場合)
金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径5μmのRu粉末を、酸化物粉末として平均粒径1μmのTiO、平均粒径1μmのSiOを、さらにCo中にCoOが分散した焼結体を粉砕して得た平均粒径150μmのCo−CoO粉末(組成:Co−25mol%CoO)を用意した。
これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1935.3gとなるように秤量した。
秤量比:28.26Co−9.44Cr−30.34Pt−3.93Ru−2.07TiO−3.12SiO−22.84(Co−CoO)[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:58Co−14Cr−12Pt−3Ru−2TiO−4SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した金属粉末と酸化物粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。さらに、ボールミルから取り出した混合粉末をCo−CoO粉末とともにボール容量約7リットルの遊星運動型ミキサーで10分間混合した。そして遊星運動型ミキサーから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。
また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は98.6%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
61.91Co−12.16Cr−12.14Pt−2.98Ru−1.96TiO−4.03SiO−0.96Cr−3.86CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、5.3vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co中にCoOが分散した領域(A)とその周囲にCr酸化物を含む領域(D)が観察された。
以上の結果から、実施例7ではCoOがスパッタリングターゲット中に、一定量残存していることを確認した
(比較例5)
(Co−Cr−Pt−Ru−TiO−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造においてCo−CoOを使用しない場合)
比較例5では金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径5μmのRu粉末を、酸化物粉末として平均粒径1μmのTiO粉末、平均粒径1μmのSiO粉末、平均粒径1μmのCoO粉末を用意した。これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1935.3gとなるように秤量した。
秤量比:44.30Co−9.44Cr−30.34Pt−3.93Ru−2.07TiO−3.12SiO−6.80CoO[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:58Co−14Cr−12Pt−3Ru−2TiO−4SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。次にボールミルから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は98.3%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
66.66Co−8.99Cr−12.28Pt−3.02Ru−2.00TiO−4.07SiO−2.96Cr−0.02CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、0.03vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co−Cr−Pt−Ru素地中にTiOとSiOとCr酸化物が均一に分散した組織となっていて、CoOの存在は明確に確認できなかった。
以上の結果から、比較例5ではスパッタリングターゲット中にCoOがほとんど残っていないことが確認された。
(実施例8)
(Co−Cr−Pt−B−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造においてCo−CoOを使用した場合)
金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末を、酸化物粉末として平均粒径20μmのB、平均粒径1μmのSiOを、さらにCo中にCoOが分散した焼結体を粉砕して得た平均粒径150μmのCo−CoO粉末(組成:Co−25mol%CoO)を用意した。
これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1900.0gとなるように秤量した。
秤量比:30.36Co−9.62Cr−30.93Pt−1.84B−3.97SiO−23.28(Co−CoO)[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:60Co−14Cr−12Pt−2B−5SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した金属粉末と酸化物粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。さらに、ボールミルから取り出した混合粉末をCo−CoO粉末とともにボール容量約7リットルの遊星運動型ミキサーで10分間混合した。そして遊星運動型ミキサーから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1000°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。
また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は98.2%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
65.32Co−11.29Cr−12.20Pt−1.93B2O3−5.10SiO−1.32Cr−2.84CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、3.6vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co中にCoOが分散した領域(A)とその周囲にCr酸化物を含む領域(D)が観察された。
以上の結果から、実施例8ではCoOがスパッタリングターゲット中に、一定量残存していることを確認した
(比較例6)
(Co−Cr−Pt−B−SiO−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造においてCo−CoOを使用しない場合)
比較例6では金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末を、酸化物粉末として平均粒径20μmのB粉末、平均粒径1μmのSiO粉末、平均粒径1μmのCoO粉末を用意した。これらの粉末を以下の重量比で合計重量が1900.0gとなるように秤量した。
秤量比:46.71Co−9.62Cr−30.93Pt−1.84B−3.97SiO−6.93CoO[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:60Co−14Cr−12Pt−2B−5SiO−7CoO[mol%]
次に、秤量した粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。次にボールミルから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1000°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は98.4%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
分子量比:68.58Co−9.48Cr−12.32Pt−1.95B−5.21SiO−2.36Cr−0.10CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、0.1vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co−Cr−Pt素地中にBとSiOとCr酸化物が均一に分散した組織となっていて、CoOの存在は明確に確認できなかった。
以上の結果から、比較例6ではスパッタリングターゲット中にCoOがほとんど残っていないことが確認された。
(実施例9)
(Co−Cr−Pt−Ta5−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造においてCo−CoOを使用した場合)
金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末を、酸化物粉末として平均粒径2μmのTaを、さらにCo中にCoOが分散した焼結体を粉砕して得た平均粒径150μmのCo−CoO粉末(組成:Co−25mol%CoO)を用意した。
これらの粉末を以下の重量比で合計重量が2290.0gとなるように秤量した。
秤量比:34.51Co−9.84Cr−27.69Pt−13.07Ta5−14.89(Co−CoO)[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:64.5Co−16Cr−12Pt−2.5Ta2O5−5CoO[mol%]
次に、秤量した金属粉末と酸化物粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。さらに、ボールミルから取り出した混合粉末をCo−CoO粉末とともにボール容量約7リットルの遊星運動型ミキサーで10分間混合した。そして遊星運動型ミキサーから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。
また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は99.3%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
68.50Co−13.98Cr−12.10Pt−2.57Ta−1.02Cr−1.83CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、2.5vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co中にCoOが分散した領域(A)とその周囲にCr酸化物を含む領域(D)が観察された。
以上の結果から、実施例9ではCoOがスパッタリングターゲット中に、一定量残存していることを確認した
(比較例7)
(Co−Cr−Pt−Ta−Cr−CoOスパッタリングターゲットの製造においてCo−CoOを使用しない場合)
比較例7では金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末を、酸化物粉末として平均粒径2μmのTa粉末、平均粒径1μmのCoO粉末を用意した。これらの粉末を以下の重量比で合計重量が2290.0gとなるように秤量した。
秤量比:44.97Co−9.84Cr−27.69Pt−13.07Ta−4.43CoO[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:64.5Co−16Cr−12Pt−2.5Ta2O5−5CoO[mol%]
次に、秤量した粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。次にボールミルから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は99.6%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
70.82Co−12.75Cr−12.25Pt−2.55Ta2O5−1.60Cr−0.03CoO[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、0.04vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co−Cr−Pt素地中にTaとCr酸化物が均一に分散した組織となっていて、CoOの存在は明確に確認できなかった。
以上の結果から、比較例7ではスパッタリングターゲット中にCoOがほとんど残っていないことが確認された。
(実施例10)
(Co−Cr−Pt−SiO−Cr−Coスパッタリングターゲットの製造においてPt−Coを使用した場合)
金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末を、酸化物粉末として平均粒径2μmのSiO粉末を、さらにPt中にCoが分散した焼結体を粉砕して得た平均粒径150μmのPt−Co粉末(組成:Pt−10mol%Co)を用意した。
これらの粉末を以下の重量比で合計重量が2090.0gとなるように秤量した。
秤量比:46.12Co−7.63Cr−16.70Pt−5.14SiO−24.41(Pt−Co)[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:64Co−12Cr−16Pt−7SiO−1Co[mol%]
次に、秤量した金属粉末と酸化物粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。さらに、ボールミルから取り出した混合粉末をPt−Co粉末とともにボール容量約7リットルの遊星運動型ミキサーで10分間混合した。そして遊星運動型ミキサーから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。
また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は96.8%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
65.69Co−10.17Cr−15.95Pt−7.02SiO−0.80Cr−0.37Co[mol%]
ターゲット組成から算出したCo酸化物の体積率は、1.7vol%であった。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Pt中にCoが分散した領域(B)とその周囲にCr酸化物を含む領域(D)が観察された。
以上の結果から、実施例10ではCoがスパッタリングターゲット中に、一定量残存していることを確認した
(比較例8)
(Co−Cr−Pt−SiO−Cr−Coスパッタリングターゲットの製造においてPt−Coを使用しない場合)
比較例8では金属粉末として平均粒径3μmのCo粉末、平均粒径5μmのCr粉末、平均粒径3μmのPt粉末を、酸化物粉末として平均粒径1μmのSiO粉末、平均粒径1μmのCo粉末を用意した。これらの粉末を以下の重量比で合計重量が2090.0gとなるように秤量した。
秤量比:46.12Co−7.63Cr−38.17Pt−5.14SiO−2.94Co[wt%]
また、このときの重量比を分子量比で表すと以下のとおりであった。
分子量比:64Co−12Cr−16Pt−7SiO−1Co[mol%]
次に、秤量した粉末を粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量10リットルのボールミルポットに封入し、20時間回転させて混合・粉砕した。次にボールミルから取り出した混合粉末をカーボン製の型に充填しホットプレスした。
ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1100°C、保持時間2時間とし、昇温開始時から保持終了まで30MPaで加圧した。また保持終了後は自然冷却させた。こうして作製された焼結体を旋盤で切削加工して直径が180mm、厚さが5mmの円盤状のスパッタリングターゲットを得た。
このときのスパッタリングターゲットの相対密度は97.3%であった。またスパッタリングターゲットから採取した小片をICP発光分光分析装置で組成分析し、その分析結果をもとにスパッタリングターゲットの組成を計算したところ、以下の通りであった。
66.72Co−9.20Cr−15.87Pt−6.98SiO−1.23Cr−0.00Co[mol%]
Coは存在しないので、0.00とした。またスパッタリングターゲットの一部を切り出し、その断面を研磨して組織を観察したところ、Co−Cr−Pt素地中にSiOとCr酸化物が均一に分散した組織となっていて、Coの存在は明確に確認できなかった。
以上の結果から、比較例8ではスパッタリングターゲット中にCoがほとんど残っていないことが確認された。
上記実施例については代表的な例を示すものであり、特に請求項に記載する酸化コバルトの量が全てを網羅している訳ではないが、スパッタリングターゲット中に占めるCo酸化物の体積率が1vol%以上、20vol%以下の範囲において、上記に記載した実施例と同様の効果を確認している。
本発明は、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)を有するCo−Cr−酸化物系及びCo−Cr−Pt−酸化物系の焼結体スパッタリングターゲットを提供することができる。前記Co酸化物が分散した領域(A)の周縁には、焼結中に拡散してきたCrとCo酸化物が反応し、Cr酸化物を含む領域(D)が形成されるが、焼結原料としてCo中にCo酸化物が分散した焼結体を粉砕して得た粉末を使用することにより、焼結反応が十分に進む温度域においても、Co酸化物とCrの直接的かつ全面的な接触が抑制される、すなわちCoが緩衝材となり抑制効果を持つので、焼結体スパッタリングターゲット中に有効なCo酸化物が分散した領域が維持できる。
このように、本発明は、Co中に分散したCo酸化物を残存させると共に、スパッタ時のパーティクル発生が少ない十分な焼結密度を有するCo−Cr−酸化物系及びCo−Cr−Pt−酸化物系磁性材ターゲットを提供することができるので、良好な磁気特性を有するグラニュラー型磁性膜を、パーティクル発生による歩留まり低下を招くことなく得ることができ、特に垂直磁気記録方式を採用したハードディスク媒体における、高記録密度化と低ノイズ化に貢献する。

Claims (18)

  1. 金属成分として、Co、Crを含有し、該金属成分の素地中に分散した酸化物からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、該スパッタリングターゲットの組織が金属素地中に、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)と該領域(A)の周縁にCr酸化物を含む領域(D)を有し、領域(A)にCr酸化物を含まず、領域(D)にCo酸化物を含まないことを特徴とする焼結体スパッタリングターゲット。
  2. 金属成分として、Crが0.5mol%以上45mol%以下を含有することを特徴とする請求項1記載の焼結体スパッタリングターゲット。
  3. 金属成分として、Co、Cr、Ptを含有し、該金属成分の素地中に分散した酸化物からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、該スパッタリングターゲットの組織が金属素地中に、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)若しくはPt中Co酸化物が分散した領域(B)又はCo−Pt中にCo酸化物が分散した領域(C)と、該領域(A)、(B)又は(C)の周縁に、Cr酸化物を含む領域(D)を有し、領域(A)、(B)、(C)にCr酸化物を含まず、領域(D)にCo酸化物を含まないことを特徴とする焼結体スパッタリングターゲット。
  4. 金属成分として、Crが0.5mol%以上30mol%以下、Ptが0.5mol%以上30mol%以下であることを特徴とする請求項3記載の焼結体スパッタリングターゲット。
  5. 前記Co酸化物は、CoO、Co、Coのいずれか1種以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲット。
  6. 前記Co酸化物がスパッタリングターゲット中に占める体積率が1vol%以上、20vol%以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲット。
  7. 前記焼結体スパッタリングターゲットが、前記領域(A)、(B)又は(C)と前記領域(D)以外の金属素地に分散する酸化物として、Co、Cr、Mg、B、Al、Si、Ti、V、Mn、Y、Zr、Nb、Ta、Ceから選択した1種以上の元素の酸化物を含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲット。
  8. 前記焼結体スパッタリングターゲットが、前記以外の金属成分としてB、Ti、V、Nb、Mo、Ru、Ta、W、Ir、Auから選択した1元素以上を、15mol%以下含有することを特徴とする請求項1〜7いずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲット。
  9. 相対密度が90%以上であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲット。
  10. 金属成分として、Co、Crを含有し、該金属成分の素地中に分散した酸化物からなる焼結体スパッタリングターゲットの製造方法であって、Co中にCo酸化物が分散した焼結体を粉砕して得た粉末とCo粉末とCr粉末とを混合して得た混合粉末を加圧焼結することにより、該スパッタリングターゲットの組織が金属素地中に、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)と該領域(A)の周縁にCr酸化物を含む領域(D)を有し、領域(A)にCr酸化物を含まず、領域(D)にCo酸化物を含まないことを特徴とする焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
  11. 金属成分として、Crが0.5mol%以上45mol%以下を含有することを特徴とする請求項10記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
  12. 金属成分として、Co、Cr、Ptを含有し、該金属成分の素地中に分散した酸化物からなる焼結体スパッタリングターゲットの製造方法であって、Co又はPt若しくはCo−PtにCo酸化物が分散した焼結体を粉砕して得た粉末とCo粉末とPt粉末とCr粉末とを混合して得た混合粉末を加圧焼結することにより、該スパッタリングターゲットの組織が金属素地中に、Co中にCo酸化物が分散した領域(A)若しくはPt中Co酸化物が分散した領域(B)又はCo−Pt中にCo酸化物が分散した領域(C)と、該領域(A)、(B)又は(C)の周縁に、Cr酸化物を含む領域(D)を有し、領域(A)、(B)、(C)にCr酸化物を含まず、領域(D)にCo酸化物を含まないことを特徴とする焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
  13. 金属成分として、Crが0.5mol%以上30mol%以下、Ptが0.5mol%以上30mol%以下とすることを特徴とする請求項12に記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
  14. 前記Co酸化物として、CoO、Co、Coのいずれか1種以上を用いることを特徴とする請求項10〜13のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
  15. 前記Co酸化物がスパッタリングターゲット中に占める体積率を1vol%以上、20vol%以下とすることを特徴とする請求項10〜14のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
  16. 焼結用混合粉末として、さらに前記領域(A)、(B)又は(C)と前記領域(D)以外の金属素地に分散する酸化物として、Co、Cr、B、Mg、Al、Si、Ti、V、Mn、Y、Zr、Nb、Ta、Ceから選択した1種以上の元素の酸化物を混合して焼結することを特徴とする請求項10〜15のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
  17. 前記焼結用金属粉末として、前記以外の金属成分としてB、Ti、V、Nb、Mo、Ru、Ta、W、Ir、Auから選択した1元素以上を、15mol%以下含有させて焼結することを特徴とする請求項10〜16のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
  18. 焼結体ターゲットの相対密度を90%以上とすることを特徴とする、請求項10〜17のいずれか一項に記載の焼結体スパッタリングターゲットの製造方法。
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