JP5654126B2 - Co−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents
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Description
スパッタリング法によって膜を形成するには、通常正の電極と負の電極とからなるターゲットとを対向させ、不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電場を発生させて行われる。
このようなスパッタリング法には高周波スパッタリング(RF)法、マグネトロンスパッタリング法、DC(直流)スパッタリング法などがあり、ターゲット材料や膜形成の条件に応じて適宜使用されている。
このため、漏洩磁束密度を高めることを目的として、ターゲットを製造する際に、ひずみを人為的に導入し、漏洩磁束密度を高めることが一般的に行われている。
このため、マイクロクラックの少ないターゲットが求められることは必然と考えられる。しかしながら、従来の技術では、この点が問題となる認識がなく、またそれを解決するための手段も提起されていなかった。
しかし、漏洩磁束密度とBとの関係、さらにはマイクロクラック発生の問題とその解決方法については一切記載がない。
製造方法及び製造工程としては、1450℃で真空引き、鋳造温度1360℃、1100℃6時間加熱保持後、炉冷することが記載されている。具体的には、1回目:1100℃60分加熱した後、2mm/パスで圧延、2回目以降:1100℃30分加熱で1パス、5〜7mmまで圧延することが記載されている。
しかしながら、漏洩磁束密度とBとの関係、さらにはマイクロクラック発生の問題とその解決方法については一切記載がない。
この技術の課題は、ポアをなくすことであり、鋳造工程を工夫(Cu製定盤、チタン酸アルミニウムからなるモールドを使用)し、出湯温度を規定し、さらに必要に応じて、鋳造インゴットを10%以下の圧延または鍛造などの冷間加工を行うことが記載されている。また、最大透磁率(μmax)は20以下を達成している。
しかしながら、マイクロクラック発生の問題とその解決方法については記載がない。
鋳造後の工程としては、具体的には、鋳塊を1 パスの圧下率1.33% 、温度1100℃ で、熱間圧延、合金の結晶粒径を100μm以下にするために48回の圧延を行っている。このときの圧延率は55%(圧延率が45%〜65%程度)と記載されている。しかしながら、漏洩磁束密度とBとの関係、さらにはマイクロクラック発生の問題とその解決方法については一切記載がない。
1)100μm×100μmの面積(視野)内のBリッチな相中の0.1〜20μmのクラック数が10個以下であることを特徴とするCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲット、を提供する。
2)Cr:1〜40at%、Pt:1〜30at%、B:0.2〜25at%、残部Co及び不可避的不純物からなることを特徴とする上記1)に記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲット、を提供する。
3)さらに、添加元素として、Cu、Ru、Ta、Pr、Nb、Nd、Si、Ti、Y、Ge、Zrから選択した1元素以上を、0.5at%以上20at%以下含有することを特徴とする上記2)記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲット、を提供する。
4)スパッタ面に対して水平方向の最大透磁率(μmax)が20以下であることを特徴とする上記1)〜3)に記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲット、を提供する。
5)スパッタ面に対して水平方向の保磁力(Hc)が35Oe以上であることを特徴とする上記1)〜4)に記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲット、を提供する。
6)相対密度が95%以上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Co−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲット、を提供する。
7)Co−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを熱間鍛造又は熱間圧延した後、伸長率が4%以下の冷間圧延又は冷間鍛造を行い、これをさらに機械加工してターゲットに作製し、100μm×100μmの面積(視野)内のBリッチ相中の0.1〜20μmのクラック数を10個以下とすることを特徴とするCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
8)Co−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを熱間鍛造又は熱間圧延した後、−196℃〜100℃まで急冷し、これをさらに機械加工してターゲットに作製することを特徴とするCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
9)Co−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを熱間鍛造又は熱間圧延した後、水冷することを特徴とする上記8)記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
10)Co−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを熱間鍛造又は熱間圧延した後、送風ファンで急冷することを特徴とする上記8)記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
11)Co−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを熱間鍛造又は熱間圧延した後、液体窒素で急冷することを特徴とする上記8)記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
12)Co−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の熱間圧延又は熱間鍛造を行うことを特徴とする上記7)〜11)のいずれか一項に記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
13)前記上記7)〜12)のいずれか一項に記載の製造方法により、前記上記1)〜6)のいずれか一項記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットを製造することを特徴とするCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法、を提供する。
また、Co−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲット内部の偏析及び内部応力を減少させ、微細かつ均一な圧延組織を得ることができ、これによって品質の良好な膜を形成でき、かつ製造歩留りを著しく向上できるという優れた効果を有する。
これらの材料は、ハードディスクの磁性膜を形成するためのスパッタリングターゲットとして有用である。
クラックは通常、三日月状、直線状(棒状)、稲妻状に形成されるが、ここで述べるクラックの寸法は、クラックの一端から他端までの直線で測った場合の長さを示す。クラックによるアーキングはその長さに影響を受ける。問題となるのは、0.1〜20μmのクラック、すなわちマイクロクラックである。
なお、鍛造又は圧延工程中に材料の温度が低下するので、前記800℃〜1100℃の加熱は、熱間鍛造又は熱間圧延する前に、その都度行う。この熱間鍛造又は熱間圧延前の加熱処理は、本願明細書に記載する他の工程においても、同様である。
マイクロクラックの発生はB量によっても影響を受けるので、B量に応じて、伸長率を4%以下の冷間圧延又は冷間鍛造を行うのが望ましい。
伸長率を低下させることは、すなわち冷間加工率を下げることを意味するので、漏洩磁束密度はやや減少することになるが、マイクロクラックの発生率を大きく低減させることができる。
従来の技術では、このようなレベルの伸長率とする技術は存在しなかったと言える。また、この伸長率の制御により、100μm×100μmの面積(視野)内のBリッチな相中において、0.1〜20μmのマイクロクラックを10個以下とすることが可能となる。
この場合の急冷方法として、Co−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを熱間鍛造又は熱間圧延した直後に、水冷する(焼き入れする)ことである。急冷する方法として、この水冷が最も簡便で有効である。
さらに、他の急冷方法として、Co−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを熱間鍛造又は熱間圧延した直後に、液体窒素で急冷することである。この場合は、水冷よりも急冷効果が高く、磁気特性の向上がある。マイクロクラックの防止効果の多くは、圧延時の温度に依存するので、圧延時の条件が同じであれば、水冷と同程度である。
熱間で鍛造若しくは圧延することにより、脆いBリッチ相の割れを防止し、さらに冷間で圧延又は鍛造する必要がないので、マイクロクラックが効果的に抑制できる。すなわち、100μm×100μmの面積(視野)内のBリッチな相中における、0.1〜20μmのマイクロクラックを10個以下とすることが可能となる。
また、急冷する(焼き入れする)ことにより、熱間鍛造又は熱間圧延で導入した歪を常温でも維持することができ、漏洩磁束密度を高める効果を有する。
また、上記により製造した、Co−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットは、相対密度を95%以上とすることができる。ターゲット密度の向上(緻密なターゲット)は、パーティクルの発生防止に、さらに有効である。
Cr:14at%、Pt:18at%、B:10at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、伸長率が1.0%である冷間圧延を行い、これをさらに機械加工してターゲットに仕上げた。
なお、前記熱間圧延は、具体的には1パス当たり1〜15%の圧下率で、これを数回乃至数十回繰り返して行うが、最終的な総圧下率が、概ね50〜80%になるように調整する。以下の実施例及び比較例も、同様にして熱間圧延を行う。
Cr:14at%、Pt:18at%、B:10at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、伸長率が2.0%である冷間圧延を行い、これをさらに機械加工してターゲットに仕上げた。
Cr:14at%、Pt:18at%、B:10at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、900℃まで加熱し、圧下率10%で、1パスで熱間圧延した直後に20℃の水中で30秒以上保持して水冷(急冷)し、さらにこれを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
Cr:14at%、Pt:18at%、B:10at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、1000℃まで加熱し、圧下率10%で、1パスで熱間圧延した直後に、20℃の水中で30秒以上保持して水冷(急冷)し、さらにこれを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
Cr:14at%、Pt:18at%、B:10at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、1090℃まで加熱し、圧下率10%で、1パスで熱間圧延した直後に、20℃の水中で30秒以上保持して水冷(急冷)し、さらにこれを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
Cr:14at%、Pt:18at%、B:10at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、1000℃まで加熱し、圧下率10%で、1パスで熱間圧延した直後に、室温20℃の大気中で2時間以上保持しながら送風冷却(急冷)し、さらにこれを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
Cr:14at%、Pt:18at%、B:10at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、1090℃まで加熱し、圧下率10%で、1パスで熱間圧延した直後に、室温20℃の大気中で2時間以上送風冷却しながら保持(急冷)し、さらにこれを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
Cr:14at%、Pt:18at%、B:10at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、1000℃〜1100℃で2時間以上保持した後3時間半かけて100℃以下まで炉冷した。
そして、このターゲットのスパッタ面に対する水平方向の最大透磁率(μmax)と、保磁力(Hc)を理研電子製B−Hメータ(BHU−6020)を用いて測定した。また、マイクロクラック数をJEOL社製FE−EPMA(型番:JXA−8500F)を用いて測定した。
この結果、ターゲットのスパッタ面に対する水平方向の最大透磁率(μmax)は27となり、保磁力(Hc)は11Oeであった。また、100μm×100μmの面積(視野)内のBリッチな相における0.1〜20μmのマイクロクラック数は0個であった。このように、マイクロクラック数は0個であったが、透磁率は高く保磁力は低いため、漏洩磁束は低くなり、ターゲットとして好ましくないことが分かった。
Cr:14at%、Pt:18at%、B:10at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、伸長率が2.7%である冷間圧延を行った。
Cr:15at%、Pt:18at%、B:8at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、1000℃まで加熱し、圧下率10%で、1パスで熱間圧延した直後に、20℃の水中で30秒以上保持して水冷(急冷)し、さらにこれを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
Cr:15at%、Pt:18at%、B:8at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、1000℃まで加熱し、圧下率10%で、1パスで熱間圧延した直後に、20℃の水中で30秒以上保持して水冷(急冷)し、さらにこれを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
Cr:15at%、Pt:18at%、B:8at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、1000℃まで加熱し、圧下率10%で、1パスで熱間圧延した直後に、室温20℃の大気中で2時間以上送風冷却しながら保持(急冷)し、さらにこれを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
Cr:15at%、Pt:18at%、B:8at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。
次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、伸長率が4.2%である冷間圧延を行い、これを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
Cr:15at%、Pt:12at%、B:12at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、1000℃まで加熱し、圧下率10%で、1パスで熱間圧延した直後に、20℃の水中で30秒以上保持して水冷(急冷)し、さらにこれを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
Cr:15at%、Pt:12at%、B:12at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、1000℃まで加熱し、圧下率10%で、1パスで熱間圧延した直後に、液体窒素中で30秒以上保持して急冷し、さらにこれを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
Cr:15at%、Pt:12at%、B:12at%、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B合金原料を、高周波(真空)溶解した。これを融点〜融点+100°Cの温度で銅製定盤上にコバルトで組んだモールドを使用して鋳造し、200×300×30mmtのインゴットを得た。
次に、このインゴットを800℃〜1100℃に加熱し、15%以下の圧下率で熱間圧延することを繰り返した後、伸長率が1.7%である冷間圧延を行い、これを機械加工(表面研磨を含む)してターゲットに仕上げた。
また、Co−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲット内部の偏析及び内部応力を減少させ、微細かつ均一な圧延組織を得ることができ、これによって品質の良好な膜を形成でき、かつ製造歩留りを著しく向上できるという優れた効果を有する。
以上に示すように、電子部品薄膜形成用ターゲットとして優れた特性を有するCo−Cr−Pt−B系合金薄膜を得ることができるので、特にハードディスクの磁性膜に好適である。
Claims (7)
- Cr:1〜40at%、Pt:1〜30at%、B:25at%以下(但し、5at%以下を除く)、残部Co及び不可避的不純物からなるCo−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを800℃〜1100℃に加熱し、圧下率15%以下で熱間鍛造又は熱間圧延した後、−196℃〜100℃まで急冷し、これをさらに機械加工してターゲットに作製することを特徴とするCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法。
- Co−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを熱間鍛造又は熱間圧延した後、水冷することを特徴とする請求項1記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法。
- Co−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを熱間鍛造又は熱間圧延した後、送風ファンで急冷することを特徴とする請求項1記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法。
- Co−Cr−Pt−B系合金鋳造インゴットを熱間鍛造又は熱間圧延した後、液体窒素で急冷することを特徴とする請求項1記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法。
- 前記請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法により、Cr:1〜40at%、Pt:1〜30at%、B:25at%以下(但し、5at%以下を除く)、残部Co及び不可避的不純物からなるスパッタリングターゲットであって、100μm×100μmの面積(視野)内のBリッチな相中の0.1〜20μmのクラック数が10個以下、スパッタ面に対して水平方向の最大透磁率(μmax)が20以下、スパッタ面に対して水平方向の保磁力(Hc)が35Oe以上であるCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットを製造することを特徴とするCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法。
- さらに、添加元素として、Cu、Ru、Ta、Pr、Nb、Nd、Si、Ti、Y、Ge、Zrから選択した1元素以上を、0.5at%以上20at%以下含有するCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットを製造することを特徴とする請求項5に記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法。
- 相対密度が95%以上であることを特徴とする請求項5又は6のいずれか一項に記載のCo−Cr−Pt−B系合金スパッタリングターゲットの製造方法。
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