JP6161991B2 - Ｆｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材 - Google Patents

Description

本発明は、Ｆｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材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、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、軟磁性膜層には特開２００６−２９４０９０号公報（特許文献１）に開示されているように、Ｆｅ−Ｃｏ系合金膜が提案されている。この特許文献１にはＦｅ、Ｃｏに膜構造をアモルファスか、微結晶とするために、Ｓｉ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏを２０原子％以上添加している。

また、特開２０１０−１８８８４号公報（特許文献２）に開示されているように、（Ｆｅ−２０〜８０Ｃｏ）−４〜２５ＮｂまたはＴａの組成の急冷凝固工程を経たスパッタリングターゲット材で金属間化合物相のサイズが最大内接円で１０μｍ以下であることを特徴とするＦｅ−Ｃｏ系合金系のスパッタリングターゲット材が提案されている。

特開２００６−２９４０９０号公報 特開２０１０−１８８８４号公報

上述のようなＦｅ−Ｃｏ系合金膜を形成するには、対応するＦｅ−Ｃｏ系スパッタリングターゲット材が必要となる。しかし、上述のような膜組成を実現するスパッタリングターゲット材、特に、特許文献２に開示されている、（Ｆｅ−２０〜８０Ｃｏ）−４〜２５ＮｂまたはＴａの組成のスパッタリングターゲット材で、急冷凝固時に形成されたデントライト組織を反映した、最大内接円で１０μｍ以下のサイズの金属間化合物相を有すると、スパッタリング時にパーティクルを発生するという問題があった。

このことは、通常であれば、特許文献２に開示されているように、図１、３、５、６、７で示すようなＮｂ、Ｔａを含有する金属間化合物がＦｅとＣｏ１種または２種の相に分断される。すなわち、Ｎｂ，Ｔａを含有する金属間化合物がＦｅとＣｏを主体とする相によって包囲され、分断される。この分断されたＮｂ，Ｔａを含有する金属間化合物相がターゲット材のスパッタ時に発生するパーティクルの原因であるとされている。

上述のような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、スパッタリングターゲット材のミクロ組織を調整することで、スパッタリング中のパーティクル発生を防止でき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）Ｍ元素としてＮｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗの１種または２種以上を含有し、残部がＦｅとＣｏの１種または２種および不可避的不純物からなり、かつ原子比が０≦Ｘ≦１００、４≦Ｙ≦２８である下記の式（１）を満たすＦｅ−Ｃｏ系合金からなるスパッタリングターゲット材であって、該スパッタリングターゲット材のミクロ組織が、ＦｅとＣｏを主体とする相と、ＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素からなる金属間化合物相を有し、ＦｅとＣｏを主体とする相をＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素とからなる金属間化合物相がネット状に成長させることで包囲、分断させ孤立させたＦｅとＣｏを主体とする相の数が１００００μｍ ² 当り、３００個以上であることを特徴とするＦｅ−Ｃｏ系合金からなるスパッタリングターゲット材にある。
（Ｆｅ_X −Ｃｏ_100-X ）_100-Y Ｍ_Y … （１）

本発明は、安定したマグネトロンスパッタリングが行える軟磁性膜成形用のパーティクルが発生しないＦｅ−Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材を提供でき、垂直磁気記録媒体のようにＦｅ−Ｃｏ系合金の軟磁性膜を必要とする工業製品を製造することができる極めて優れた技術である。

本発明例（表１Ｎｏ．１）に係るＦｅ−Ｃｏ系合金のミクロ組織の走査型電子顕微鏡写真の１０視野撮影した内の１視野を示す図である。 比較例（表４Ｎｏ．１）に係るＦｅ−Ｃｏ系合金のミクロ組織の走査型電子顕微鏡写真の１０視野撮影した内の１視野を示す図である。

以下、本発明に関わる限定理由を説明する。
本発明に関わるＦｅ−Ｃｏ−Ｍ合金で、原子比における組成式が（Ｆｅ_X −Ｃｏ_100-X ）_100-Y Ｍ_Y 、０≦ｘ≦１００、４≦ｙ≦２８で表される。Ｘに関しては限定理由はなく、ターゲット中にＣｏ、Ｆｅをどちらか一つまたは共に含んでおればいい。軟磁性薄膜層として使用する際、理由は不明であるが、経験的に特性が良好に得るため、好ましくは２０〜８０、さらに好ましくは２５〜７５とする。

また、Ｍ元素をＴａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗとし、その添加量ｙを４≦ｙ≦２８とした理由は、Ｍ元素をこの範囲で添加することで薄膜のアモルファス化を促進させる効果があるためである。他方、Ｍ元素はＦｅやＣｏとの間で金属化合物相がネット状に成長させ、ＣｏやＦｅ相を分断させる。しかし、４未満ではその効果が十分でない。一方、２８を超える場合もＦｅとＣｏの１種または２種の相がＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素とからなる金属間化合物によって分断されなくなる。したがって、その範囲を４〜２８とした。好ましくは１０〜２５、さらに好ましくは１５〜２３である。

Ｍ元素としてのＴａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗに限定した理由は、ＦｅおよびＣｏと結合してパーティクルを生じやすい金属間化合物を形成する金属である。すなわち、（Ｆｅ−２０〜８０Ｃｏ）−４〜２５Ｔａ、またはＮｂ、Ｍｏ、Ｗの組成のターゲット材で化合物をネット状に成長させ、ＣｏやＦｅを分断し、孤立したＣｏＦｅ−Ｔａ（Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ）化合物をなくすることでＣｏＦｅ−Ｔａ（Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ）化合物同士の結び付きが強くなり、スパッタ時のパーティクルとして飛び出しにくくなることにある。

一般に、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍ合金の溶解凝固組織においては、Ｍ元素はＦｅやＣｏと金属間化合物相を形成してマトリックス中に存在する。この金属間化合物相の形態や分散はターゲット材の製造方法によって変化し、ターゲット材のスパッタ時に発生するパーティクル量に大きく影響する。特に、Ｍ元素を含有する金属間化合物相をＦｅ₂ ＭやＣｏ₂ Ｍの金属間化合物相として存在させることにより本来強磁性であるＦｅやＣｏの金属間化合物相の形状をコントロールすることで、パーティクル発生を大幅に低減させるとができる。

そこで、本発明ではＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素からなる金属間化合物相によってＦｅとＣｏを主体とする相を、ＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素とからなる金属間化合物相がネット状に成長させ、ＦｅとＣｏの１種または２種の相を分断させることによりパーティクル発生を抑制する。また、その分断されたＦｅとＣｏを主体とする相の数が１００００μｍ² 当り、３００個以上と限定した理由は、分断されたＦｅとＣｏを主体とする相の数が多いほどＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素とからなる金属間化合物の相がネット状に成長していることを示すためで、望ましくは４００個以上、さらに望ましくは５００個以上とする。

図１は、本発明例（表１Ｎｏ．１）に係るＦｅ−Ｃｏ系合金のミクロ組織の走査型電子顕微鏡写真の１０視野撮影した内の１視野を示す図である。この図に示すように、黒い相がＦｅとＣｏを主体とする相であり、白い相がＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素とからなる金属間化合物相である。この図から分かるように、分断個数が７３個から成っている。一方、図２は、比較例（表４Ｎｏ．１）に係るＦｅ−Ｃｏ系合金のミクロ組織の走査型電子顕微鏡写真の１０視野撮影した内の１視野を示す図であって、分断個数が２個であることが分かる。

すなわち、走査型電子顕微鏡写真で示すように、ＦｅとＣｏを主体とする相である黒色で示す相がＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素とからなる金属間化合物である白色で示す相をネット状に成長させることによって包囲させ、孤立したＭ元素からなる金属間化合物相をなくすことで金属間化合物同士の結び付きが強化され、スパッタ時パーティクルとして飛び出しにくくするものである。換言すれば、その金属間化合物相で包囲されたＦｅとＣｏを主体とする黒色で示す相が分断され、孤立した状態にすることで、スパッタ時パーティクルを減少させることができる。

合金化処理したＦｅ−Ｃｏ−Ｍ系合金粉末の加圧焼結方法としては、ホットプレス、ＨＩＰ成形（熱間等方圧プレス）などの方法を適用する。なお、加圧焼結時の成形温度は１０００〜１２００℃、成形圧力は９０〜１５０ＭＰａ、保持時間は５〜１０時間に設定する。この理由は焼結温度が１０００℃未満、成形圧力を９０ＭＰａ未満、保持時間を５時間未満のそれぞれの条件で加圧焼結するとミクロ組織のＦｅとＣｏを主体とする相が分断されず、スパッタ時のパーティクルが多発する。また、１２００℃を超える温度、１５０ＭＰａを超える圧力、１０時間を超えるそれぞれの条件で加圧焼結しても効果が飽和するので上記範囲内に限定した。

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１〜４に示す組成でガスアトマイズ法により軟磁性合金を作製した。得られた粉末を５００μｍ以下に分級し、ＨＩＰ成形（熱間等方圧プレス）の原料粉末として用いた。ＨＩＰ成形用ビレットは、直径２５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの炭素鋼製缶に原料粉末を充填したのち、真空脱気、封入し作製した。この粉末充填ビレットを表１〜４に示す成形圧力、成形温度、保持時間の条件でＨＩＰ成形した。その後、成形体から直径１８０ｍｍ、厚さ７ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。

ＦｅやＣｏを主体とする相とＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素とからなる金属間化合物相を有し、ＦｅとＣｏの１種または２種の相がＭ元素とからなる金属間化合物によって分断されていることはミクロ組織を評価することで確認した。ミクロ組織の評価は、ターゲット端材から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）用試験片を採取し、試験片断面を研磨し、１視野が縦５０μｍ、横６０μｍの視野で反射電子像を１０視野撮影し１視野当りのＦｅとＣｏを主体とする相が、ＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素とからなる金属間化合物相に分断されている数を評価した。１００００μｍ² 当りの個数は表の分断個数を３．３倍すればよい。

このスパッタリングターゲットをスパッタリングし、直径９５ｍｍ、板厚１．７５ｍｍのアルミ基板上にＤＣマグネトロンスパッタにてＡｒガス圧力０．９Ｐａで製膜し、光学測定機（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）にてパーティクル数を評価した。

表１〜４に示すように、表１〜３は本発明例であり、表４は比較例である。

表４に示すように、比較例Ｎｏ．１〜８はパーティクル少なく評価は良いが、比較例Ｎｏ．１、３、５、７はＭ元素量が少ないため、ＦｅとＣｏを主体とする相が分断されない。また、比較例Ｎｏ．２，４，６，８はＭ元素が多く、ミクロ全体がＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素からなる金属間化合物相となり、ＦｅとＣｏを主体とする相が分断されない。比較例Ｎｏ．９〜３０は成形条件が悪く、ＦｅとＣｏを主体とする相が分断されない。

これに対し、本発明例である表１〜３に示すＮｏ．１〜１１２は、いずれも本発明の条件を満足していることから、ＦｅやＣｏを主体とする相がＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素とからなる金属間化合物相に区切られている数と、１視野縦５０μｍ、横６０μｍを１０視野観察した平均でＦｅやＣｏを主体とする相の最大長径を測定することで分断されたＦｅやＣｏを主体とする相の箇所が約１００〜３１０の箇所観察され、一方、スパッタリングターゲットをスパッタリングし、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒにてパーティクル数を評価した結果は、１０個以下であることが分かる。

以上述べたように、本発明による（Ｆｅ−２０〜８０Ｃｏ）−４〜２５Ｔａ、またはＮｂ、Ｍｏ、Ｗの組成のターゲット材で化合物をネット状に成長させることで、スパッタ時のパーティクルを低減することを可能とした極めて優れた効果を奏するものである。なお、本発明では粉末を固めることで微細な組織を得ることができると共に、特に鋳造材、粉末材の区別はしていないが、微細に組織を得るためには粉末製が望ましい。


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 (1)

1. Ｍ元素としてＮｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗの１種または２種以上を含有し、残部がＦｅとＣｏの１種または２種および不可避的不純物からなり、かつ原子比が０≦Ｘ≦１００、４≦Ｙ≦２８である下記の式（１）を満たすＦｅ−Ｃｏ系合金からなるスパッタリングターゲット材であって、該スパッタリングターゲット材のミクロ組織が、ＦｅとＣｏを主体とする相と、ＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素からなる金属間化合物相を有し、ＦｅとＣｏを主体とする相をＦｅとＣｏの１種または２種とＭ元素とからなる金属間化合物相がネット状に成長させることで包囲、分断させ孤立させることで包囲、分断させ孤立させたＦｅとＣｏを主体とする相の数が１００００μｍ ² 当り、３００個以上であることを特徴とするＦｅ−Ｃｏ系合金からなるスパッタリングターゲット材。
   （Ｆｅ_X −Ｃｏ_100-X ）_100-Y Ｍ_Y … （１）

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