JP5590322B2

JP5590322B2 - 磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法

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Publication number: JP5590322B2
Application number: JP2010254164A
Authority: JP
Inventors: 宏一石山; 荘平野中; 正則除補
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: JP2012102387A

Description

本発明は、ハードディスクの高密度磁気記録媒体に適用される磁気記録膜、特に垂直磁気記録または熱アシスト磁気記録の媒体に適用される磁気記録膜を形成するためのスパッタリングターゲットおよびその製造方法に関するものである。

ハードディスク装置は、一般にコンピューターやデジタル家電等の外部記録装置として用いられており、記録密度の一層の向上が求められている。そのため、近年、高密度の記録を実現できる垂直磁気記録方式が採用されている。この垂直磁気記録方式は、以前の面内記録方式と異なり、原理的に高密度化するほど記録磁化が安定すると言われている。

さらに、次世代の超高密度磁気記録方式として垂直磁気記録技術と光記録技術等とを組み合わせた熱アシスト磁気記録方式が提案されている。この熱アシスト磁気記録方式は、高保磁力を有する強磁性材料の記録膜にレーザ光やマイクロ波により熱を加えて保磁力を低下させた状態で磁場によって書き込みを行う記録方式である。この熱アシスト磁気記録方式のハードディスク媒体の記録層に適用する材料の候補として、Ｃ（炭素）を含むＦｅＰｔ系磁気記録膜が提案されている（非特許文献１参照）。従来、このＣ（炭素）を含むＦｅＰｔ系磁気記録膜（以下、ＦｅＰｔ−Ｃ膜と称す）を成膜するためには、ＦｅＰｔのスパッタリングターゲットとＣのスパッタリングターゲットとをそれぞれ用意し、これらを用いてＦｅＰｔとＣとを同時にスパッタリングすることによってＦｅＰｔ−Ｃ膜を作製している。

Yingfan Xu,M.L.Yan,and D.J.Sellmyer、「Nanostructure and Magnetic Properties of FePt:C Cluster Films」、IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS,VOL,40,NO.4,JULY 2004、p.2525-2527

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来、ＦｅＰｔ−Ｃ膜を得るために、ＦｅＰｔのスパッタリングターゲットとＣのスパッタリングターゲットとによるコスパッタを行っているため、二種類のスパッタリングターゲットを用意する必要があると共に、ＣのスパッタリングターゲットからＣ粉のパーティクルが発生して異常放電の原因になってしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、スパッタリング時にパーティクルの発生を抑制して異常放電を防止可能であり、安定してＦｅＰｔ−Ｃ膜を得ることができる磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットは、ＦｅＰｔ合金相中にＣ相が分散している組織を有した焼結体からなることを特徴とする。
この磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットでは、ＦｅＰｔ合金相中にＣ相が分散している組織を有した焼結体からなるので、ＣとＦｅＰｔとが一体となっており、Ｃ単体のターゲットを用いる場合に比べて、Ｃのパーティクルが発生し難くなることで、スパッタリング時の異常放電の発生を抑制することができる。また、微細なＣ相がＦｅＰｔ合金相中に分散していることで、高密度の焼結体が得られる。

また、本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットは、ＦｅＰｔの規則相と純Ｃ相との二相から成る組織を有していることを特徴とする。
すなわち、この磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットでは、ＦｅＰｔの規則相と純Ｃ相との二相から成る組織を有し、Ｆｅ_３Ｃ相等の軟磁性相を含まないので、高いＰＴＦ（Pass Through Flux：透過磁束密度）が得られる。

さらに、本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットは、前記純Ｃ相が、主としてグラファイトで構成されており、Ｘ線回折（以下、ＸＲＤ）においてＦｅＰｔ規則相のピークおよびグラファイト相のピークのみが観察されることを特徴とする。
すなわち、この磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットでは、純Ｃ相が、主としてグラファイトで構成されており、図１に示すように、ＸＲＤにおいてＦｅＰｔ規則相のピークおよびグラファイト相のピークのみが観察されるので、熱伝導性に優れており、熱応力歪によるパーティクルの発生が抑えられる。

本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法は、上記本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットを製造する方法であって、ＦｅＰｔ合金粉と、Ｐｔ粉と、アセチレンガスの熱分解により生成されたカーボンブラック粉と、の混合粉末を、真空または不活性ガス雰囲気中でホットプレスする工程を有していることを特徴とする。
すなわち、この磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法では、ＦｅＰｔ合金粉と、Ｐｔ粉と、アセチレンガスの熱分解により生成されたカーボンブラック粉（いわゆるアセチレンブラック）と、の混合粉末を、真空または不活性ガス雰囲気中でホットプレスするので、微細なアセチレンブラックによって形成された微細な純Ｃ相がＦｅＰｔ規則相中に高い分散状態で分布すると共に高密度な組織が得られる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットによれば、ＦｅＰｔ合金相中にＣ相が分散している組織を有した焼結体からなるので、Ｃ単体のターゲットを用いる場合に比べて、Ｃのパーティクルが発生し難く異常放電の発生を抑制することができると共に、高密度の焼結体が得られる。
したがって、本発明の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングにより磁気記録媒体膜を成膜することで、高い生産性をもってＨＤＤ用の高密度磁気記録媒体に適用される磁気記録膜、特に垂直磁気記録用または熱アシスト磁気記録用に適用される良好な磁気記録膜を得ることができる。

本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法において、磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットのＸＲＤの分析結果を示すグラフである。本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法の実施例において使用したＰＴＦの測定装置を示す概略図である。本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法の実施例において、製造フローを示す。本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法の実施例において、ターゲットの断面組織をＥＰＭＡ（電子線マイクロプローブアナライザ）により測定した二次電子像（ＳＥＩ）および組成像（ＣＯＭＰＯ像）である。本発明に係る実施例において、ターゲットの断面組織をＥＰＭＡにより測定した各元素の元素分布像である。本発明に係る実施例において、図４よりも倍率を高めてターゲットの断面組織をＥＰＭＡにより測定した各元素の元素分布像である。

以下、本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットおよびその製造方法の一実施形態を説明する。

本実施形態の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットは、ＦｅＰｔ合金相中にＣ（炭素）相が分散している組織を有した焼結体からなる。そして、この焼結体は、ＦｅＰｔの規則相と純Ｃ相との二相から成る組織を有している。また、純Ｃ相は、主としてグラファイトで構成されている。
このスパッタリングターゲットは、一般式：（Ｆｅ_ｘＰｔ_{（１００−ｘ）}）_{１００−ｙ}（Ｃ）_ｙ、ここで３０≦ｘ≦７０、５≦ｙ≦７０（単位：ａｔ％）で表される組成を有する焼結体からなるターゲットである。すなわち、Ｃの含有量が、５〜７０ａｔ％に設定される。Ｆｅが上記の組成範囲から外れると、高い異方性磁界を持つＦｅＰｔ規則相が磁気記録膜に十分に形成されない可能性がある。また、Ｃが５ａｔ％未満では、磁気記録膜の微細組織化が不十分となるおそれがあり、７０ａｔ％を超えると、ターゲットの密度が不足してパーティクルが発生しやすくなる可能性がある。

この磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法は、ＦｅＰｔ合金粉と、Ｐｔ粉と、アセチレンガスの熱分解により生成されたカーボンブラック粉と、の混合粉末を、真空または不活性ガス雰囲気中でホットプレスする工程を有している。
上記ＦｅＰｔ合金粉は、Ｆｅ：８０〜９５ａｔ％を含有するＦｅＰｔ合金粉であり、平均粒径が１０〜３０μｍのものを用いることが好ましい。また上記Ｐｔ粉は、平均粒径が１〜５μｍのものを用い、さらに前記カーボンブラック粉は、平均粒径が０.０２〜０.１０μｍのものを用いるとよい。

なお、ＦｅＰｔ合金粉の平均粒径を上記範囲とした理由は、１０μｍ未満であると、収率よく回収することが困難となるためであり、３０μｍを超えると、純Ｃ相が高い分散状態で分布し難くなるためである。

この製法の一例について詳述すれば、例えば、まず上記所定組成割合となるＦｅＰｔ合金粉をガスアトマイズ法より作製し、平均粒径が１０〜３０μｍとなるように篩分して粉末を回収する。
Ｐｔ粉については市販のものを用いればよく、例えばＰｔ粉については純度が３Ｎ〜４Ｎで平均粒径１〜５μｍの粉末を用意すればよい。
カーボンブラック粉は、アセチレンガスを原料として燃焼と熱分解とを周期的に繰り返すことによりアセチレンガスの熱分解により生成された、いわゆるアセチレンブラックを使用する。このカーボンブラック粉としては、例えば平均粒径３５ｎｍ、比表面積（ＢＥＴ値）７０ｍ^２／ｇの粉末を用いる。

次に、このＦｅＰｔ合金粉とＰｔ粉とカーボンブラック粉とを上記所定のターゲット組成となるように秤量し、これらをボールミル混合用の容器に混合用の粉砕媒体となる５ｍｍφのジルコニアボール等と共に投入し、容器内をＡｒガスで置換した後蓋を閉め、さらにこの容器を８〜１６時間回転させ、原料を混合して混合粉末とする。

次に、得られた混合粉末を真空中にてホットプレスにより成型焼結し、得られた焼結体を機械加工により所定のターゲット寸法に加工する。なお、十分高い密度の焼結体を得るためには、２００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の加圧力でホットプレスする必要があるが、モールドの機械強度とプレス装置の最大荷重とによる制限を受ける。このためホットプレスは、１２００〜１６００℃の範囲で保持時間：３〜１２時間、加圧力：３５０ｋｇｆ／ｃｍ^２にて行うことが好ましい。
こうして得られた焼結体を、バッキングプレートに接合してターゲットとする。

このように本実施形態の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットでは、ＦｅＰｔ合金相中にＣ相が分散している組織を有した焼結体からなるので、ＣとＦｅＰｔとが一体となっており、Ｃ単体のターゲットを用いる場合に比べて、Ｃのパーティクルが発生し難くなることで、スパッタリング時の異常放電の発生を抑制することができる。また、微細なＣ相がＦｅＰｔ合金相中に分散していることで、高密度の焼結体が得られる。
また、ＦｅＰｔの規則相と純Ｃ相との二相から成る組織を有し、Ｆｅ_３Ｃ相等の軟磁性相を含まないので、高いＰＴＦが得られる。

さらに、この磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法では、ＦｅＰｔ合金粉と、Ｐｔ粉と、アセチレンガスの熱分解により生成されたカーボンブラック粉と、の混合粉末を、真空または不活性ガス雰囲気中でホットプレスするので、微細なアセチレンブラックのＣ粉によって微細な純Ｃ相がＦｅＰｔ規則相中に高い分散状態で分布すると共に高密度な組織が得られる。

次に、本発明に係る磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットを、上記実施形態に基づき作製した実施例により、実際に評価した結果を図１〜図６を参照して説明する。

まず、ＦｅＰｔ合金アトマイズ粉は、純度３Ｎの電解鉄と純度３ＮのＰｔ粉とを原料として、Ｆｅの濃度が９３ａｔ％となるようにガスアトマイズ装置内で溶解し、Ａｒガスにてガスアトマイズし、ＦｅＰｔ合金アトマイズ粉を作成し回収する。回収した粉末を篩分し、平均粒径１６μｍのＦｅＰｔ合金アトマイズ粉を得る。

次に、ホットプレスによる焼結方法について述べる。篩分したＦｅＰｔ合金アトマイズ粉とＰｔ粉とカーボンブラック粉であるアセチレンブラック粉とを目標ターゲット組成となるように秤量し、これらをボールミル混合用の容器に混合用の粉砕媒体となる５ｍｍφのジルコニアボール等と共に投入し、容器内をＡｒガスで置換した後蓋を閉め、さらにこの容器を１６時間回転させ、原料を混合して混合粉末とする。この混合粉末を黒鉛モールドに充填した状態でホットプレス装置に装入し、到達真空圧力が１×１０^−３Ｔｏｒｒ（１３３×１０^−３Ｐａ）の真空雰囲気中で加圧力：３５０ｋｇｆ／ｃｍ^２、保持温度：１４００℃、保持時間：３時間の条件にて焼結し、本発明ターゲットの焼結体を得た。

その後、焼結体を機械加工し、分析用の直径：５０ｍｍ、厚さ：２ｍｍの試料とスパッタ用の直径：１５２ｍｍ、厚さ：６ｍｍのターゲットとを作成した。さらに、スパッタ用のターゲットをＩｎはんだにて無酸素銅製のバッキングプレートにボンディングし、スパッタリングターゲットとした。

このように作製したターゲットの組成は、（Ｆｅ_５０Ｐｔ_５０）_６０．５Ｃ_３９．５であり、Ｃが３０vol.％（体積％）含まれている。
分析用のターゲットの密度をアルキメデス法にて測定した結果、密度比が９８.９％であり、高い密度が得られている。また、このターゲットについてＰＴＦを測定した結果、７１.４％（７ｍｍ厚換算）であり、充分なＰＴＦが得られている。

同様に作成した組成が（Ｆｅ_５０Ｐｔ_５０）_４９．６Ｃ_５０．４であり、Ｃが４０vol.％（体積％）含まれているターゲットは、密度比が９４.７％であり、高い密度が得られている。また、このターゲットについてＰＴＦを測定した結果、７４.８％（７ｍｍ厚換算）であり、充分なＰＴＦが得られている。
同様に作成した組成が（Ｆｅ_５０Ｐｔ_５０）_３９．６Ｃ_６０．４であり、Ｃが５０vol.％（体積％）含まれているターゲットは、密度比が９３.２％であり、高い密度が得られている。また、このターゲットについてＰＴＦを測定した結果、８２.０％（７ｍｍ厚換算）であり、充分なＰＴＦが得られている。

＜ＰＴＦ（透過磁束密度）の測定について＞
上記ＰＴＦの測定は、ＡＳＴＭＦ２０８６−０１に基づいて実施した。図２に、ＰＴＦの測定装置の概略図を示す。この測定装置は、非磁性体の材質（例えば、アルミニウム)で形成されターゲットＴを載置するテーブル１と、その下に配置する磁石を固定するための固定治具２と、ホールプローブ３をターゲットＴの上方に保持し、かつ上下方向あるいは支柱を中心とした円弧方向に移動させることのできる支柱４と、から構成されている。なお、磁束を発生させるための磁石５には、馬蹄形磁石（Ｄｅｘｔｅｒ社製アルニコ磁石５Ｋ２１５）を用いた。

測定手順としては、まず測定装置に磁石５とホールプローブ３とを取り付けて固定し、ホールプローブ３にガウスメーター６を接続した。ターゲットＴを載置せずに、テーブル１上でホールプローブ３を若干円弧方向に左右に振りながら、テーブル１に水平な磁束密度を測定し、磁束密度が最大となるところでホールプローブ３を固定した。この位置で測定されたテーブル１面に水平な方向の磁束密度を、ＡＳＴＭで定義されているＳｏｕｒｃｅＦｉｅｌｄとし、これが９０±５ｍＴの範囲にあることを確認した。

つぎに、ホールプローブ３の先端を、測定するターゲットＴの厚み＋０．５ｍｍの高さまで上昇させ、ホールプローブ３を若干円弧方向に左右に振りながら、テーブル１面に水平な方向の磁束密度を測定し、磁束密度が最大となるところでホールプローブ３を固定した。この位置で測定された磁場をＡＳＴＭで定義されるＲｅｆｅｒｅｎｎｃｅｆｉｅｌｄとして記録した。

一方、十分に脱磁された（ターゲットＴ表面にてターゲットＴに垂直な方向の残留磁束密度が０．３ｍＴ以下になるように脱磁された）ターゲットＴをテーブル１の上に載せた。この際、ホールプローブ３の位置は上記のまま固定し、ターゲットＴをその下から滑り込ませた。ターゲットＴ表面の中心と、ターゲットＴ表面のホールプローブ３直下の点との間の距離は、４３．７±２ｍｍになるようにターゲットＴを配置した。

次に、均一に磁化されるように、ターゲットＴを反時計回りに５回転させた。回転後に測定されるテーブル面に水平な方向の磁束密度を記録し、これを０度の位置での磁束密度とした。さらに、ターゲットＴを中心位置に移動せずに、反時計回りに３０度、６０度、９０度、１２０度回転した位置での磁束密度を記録した。これらの値を、Ｒｅｆｅｒｅｎｎｃｅｆｉｅｌｄの値で割って１００を掛けた値について、５点の平均をとり、その５点平均値をそのターゲットＴのＰＴＦ（％）とした。

このターゲットの組織観察は、断面（被スパッタ面に対し垂直な面）を研磨して鏡面とした後、高分解能のＦＥ−ＥＰＭＡ（フィールドエミッション型電子線プローブマイクロアナライザ、日本電子製ＪＸＡ−８５００Ｆ、以下ＥＰＭＡ）にて、二次電子像および反射電子像（ＣＯＭＰＯ像）、および各元素の組成分布を示す元素分布像を用いて実施した。上記二次電子像およびＣＯＭＰＯ像を図４に、元素分布像を図５および図６に示す。
なお、ＥＰＭＡによる元素分布像は、本来カラー像であるが、白黒像に変換して記載しているため、濃淡の淡い部分（比較的白い部分）が所定元素の濃度が高い部分となっている。
これらの画像から、ＦｅＰｔ合金相中に微細なＣ相が均一に分散していることがわかる。

次に、分析用のターゲットの組織についてＸＲＤにて観察したところ、図１に示すように、ＦｅＰｔ合金の規則相に帰属する回折ピークとＣのグラファイト相に帰属する回折ピークのみが確認され、Ｆｅ_３Ｃ相等に帰属する他の回折ピークは検出されなかった。
したがって、これら分析結果から本実施例のターゲットが、ＦｅＰｔの規則相と純Ｃ相との二相から成る組織を有し、純Ｃ相が主としてグラファイトから成ることがわかる。
なお、ＸＲＤの測定条件は次のとおりである。
装置：理学電気社製（ＲＩＮＴ−ＵＬＴＩＭＡＩＩＩ）
管球：Ｃｕ
管電圧：４０ｋＶ
管電流：４０ｍＡ
走査範囲（２θ）：５°〜９０°
測定ステップ幅（２θ）：０.０１°
スキャンスピード（２θ）：毎分１°

次に、スパッタ用のターゲットを用いてスパッタ中における異常放電の発生状況について観察した。まず、本実施例のターゲットを直流マグネトロンスパッタ装置に装着し、到達真空圧力：１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１３３×１０^−６Ｐａ）まで真空排気した後、Ａｒガスを導入して装置内の圧力（スパッタガス圧力）を５×１０^−３Ｔｏｒｒ（６６５×１０^−３Ｐａ）とした。その後、直流電源にてスパッタ電力：５００Ｗにて３０分のプレスパッタを行い、次に、スパッタ電力を８００Ｗとして５時間の連続スパッタを行い、その間で発生する異常放電回数を測定した。なお、このときのターゲット−基板間距離は、５５ｍｍに設定した。このスパッタリングの結果、異常放電がほとんど発生しなかった。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

Claims

ＦｅＰｔ合金相中にＣ相が分散していると共に、ＦｅＰｔの規則相と純Ｃ相との二相から成る組織を有し、
一般式：（Ｆｅ _ｘＰｔ _{（１００−ｘ）} ） _{１００−ｙ} （Ｃ） _ｙ、ここで３０≦ｘ≦７０、５≦ｙ≦７０（単位：ａｔ％）で表される組成を有する焼結体からなることを特徴とする磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲット。
請求項１に記載の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットにおいて、
前記純Ｃ相が、主としてグラファイトで構成されており、Ｘ線回折においてＦｅＰｔ規則相のピークおよびグラファイト相のピークのみが観察されることを特徴とする磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲット。
請求項１又は２に記載の磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットを製造する方法であって、
ＦｅＰｔ合金粉と、Ｐｔ粉と、アセチレンガスの熱分解により生成されたカーボンブラック粉と、の混合粉末を、真空または不活性ガス雰囲気中でホットプレスする工程を有し、
前記ホットプレスを１２００〜１６００℃の範囲で行うことを特徴とする磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法。