JPWO2014064995A1 - 非磁性物質分散型Fe−Pt系スパッタリングターゲット - Google Patents

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Abstract

Ptが分子数比で35〜55%、残余がFeからなる組成の合金と、その合金中に分散する非磁性物質からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、非磁性物質として少なくともSiO2を含み、SiO2が非晶質であって、ターゲットに含まれる酸素量から非磁性物質の構成成分の酸素を除いた残留酸素量が0.07重量%以下であることを特徴とする焼結体スパッタリングターゲット。SiO2のクリストバライトへの結晶化を抑制し、スパッタリング時に発生するパーティクル量が少ない、SiO2を含む非磁性物質がFe−Pt系の合金中に分散した組織を有する焼結体スパッタリングターゲットを提供することを課題とする。【選択図】図1

Description

本発明は、磁気記録媒体におけるグラニュラー型の磁性薄膜の成膜に使用されるスパッタリングターゲットに関し、SiOを含む非磁性物質がFe−Pt系の合金中に分散した組織を有する焼結体スパッタリングターゲットに関する。
ハードディスクドライブに代表される磁気記録の分野では、磁気記録媒体中の磁性薄膜の材料として、強磁性金属であるCo、Fe、あるいはNiをベースとした材料が用いられている。例えば、面内磁気記録方式を採用するハードディスクドライブの磁性薄膜にはCoを主成分とするCo−Cr系やCo−Cr−Pt系の強磁性合金が用いられてきた。
また、近年実用化された垂直磁気記録方式を採用するハードディスクドライブの磁性薄膜には、Coを主成分とするCo−Cr−Pt系の強磁性合金と非磁性物質からなる複合材料が多く用いられている。そして上記の磁性薄膜は、生産性の高さから、上記材料を成分とする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でスパッタして作製されることが多い。
一方、ハードディスクの記録密度は年々急速に増大しており、現在、1 Tbit/inを超える容量のものが市販されつつある。1Tbit/inに記録密度が達すると記録bitのサイズが10nmを下回るようになり、その場合、熱揺らぎによる超常磁性化が問題となってくると予想され、現在、使用されている磁気記録媒体の材料、例えばCo−Cr基合金にPtを添加して結晶磁気異方性を高めた材料では十分ではないことが予想される。10nm以下のサイズで安定的に強磁性として振る舞う磁性粒子は、より高い結晶磁気異方性を持っている必要があるからである。
上記のような理由から、L1構造を持つFePt相が超高密度記録媒体用材料として注目されている。L1構造を持つFePt相は高い結晶磁気異方性とともに、耐食性、耐酸化性に優れているため、磁気記録媒体としての応用に適した材料と期待されているものである。
そしてFePt相を超高密度記録媒体用材料として使用する場合には、規則化したFePt磁性粒子を磁気的に孤立させた状態で出来るだけ高密度に方位をそろえて分散させるという技術の開発が求められている。
このような背景から、L1構造を有するFePt磁性粒子を酸化物や炭素といった非磁性物質で取り囲んだグラニュラー構造の磁性薄膜が、熱アシスト磁気記録方式を採用した次世代ハードディスクの磁気記録媒体用として提案されている。このグラニュラー構造の磁性薄膜は、磁性粒子同士が非磁性物質の介在により磁気的に絶縁される構造となっている。
グラニュラー構造の磁性薄膜を有する磁気記録媒体及びこれに関連する公知文献としては、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6を挙げることができる。
上記L1構造を持つFePt相を有するグラニュラー構造の磁性薄膜としては、非磁性物質としてSiOを体積比率で10〜50%含有する磁性薄膜が一つの候補として注目されている。そして上記のグラニュラー構造の磁性薄膜は、SiOがFe−Pt合金中に分散した組織を有するターゲットをスパッタして作製されることが一般的である。またここで用いられるターゲットは一般に粉末焼結法により作製される。
しかし、SiOがFe−Pt合金中に分散したターゲットをスパッタすると、ターゲット中のSiOに生じたマイクロクラックが、パーティクルの原因になるという問題があった。ここでのパーティクルとはスパッタ時にターゲットから発塵する微粒子状の物質のことである。ウェハ上に付着したパーティクルは薄膜の製造工程における歩留まりを低下させるため、ターゲットから発塵するパーティクルは低減することが求められている。
SiOがFe−Pt合金中に分散したターゲットにおけるマイクロクラックの発生要因は、ターゲット中のSiOが結晶化したクリストバライトの状態で存在することによるものであることが特許文献6に記載されている。そこで、特許文献6では、SiOのクリストバライトへの変質を抑制するには、原料粉に非晶質のSiO粉を用いて、焼結温度を1120°C以下にすることが有効であるとされている。ところが、SiOを含む非磁性物質とFe−Pt系合金からなるスパッタリングターゲットの製造において、特許文献6の条件で作製しても、SiOのクリストバライトへの結晶化を完全には抑制できないという問題があった。
特開2000−306228号公報 特開2000−311329号公報 特開2008−59733号公報 特開2008−169464号公報 特開2004−152471号公報 特許第5032706号公報
本発明の課題は、上記の問題を鑑みて、SiOのクリストバライトへの結晶化を抑制し、スパッタリング時に発生するパーティクル量が少ないSiOを含む非磁性物質がFe−Pt系の合金中に分散した組織を有する焼結体スパッタリングターゲットを提供することである。
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、ターゲット中に残留する余分な酸素量、すなわちSiOを含む非磁性物質の構成成分以外の酸素を低減することにより、SiOのクリストバライトへの結晶化が抑制でき、さらにSiOを微細に母材金属に分散できることを見出した。
このような知見に基づき、本発明は、
1)Ptが分子数比で35〜55%、残余がFeからなる組成の合金と、その合金中に分散する非磁性物質からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、非磁性物質として少なくともSiOを含み、SiOが非晶質であって、ターゲットに含まれる酸素量から非磁性物質の構成成分の酸素を除いた残留酸素量が0.07重量%以下であ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)合金への添加元素としてAg、Au、B、Co、Cr、Cu、Ga、Ge、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Re、Rh、Ru、Sn、Ta、W、V、Znから選択した一種類以上の元素を分子数比で0.5〜15%含むことを特徴とする1)に記載の焼結体スパッタリングターゲット。
3)SiO以外の非磁性物質としてC(炭素)、又はB、Ca、Nb、Si、Ta、Ti、W、Zrから選択した元素の炭化物、又はAl、B、Ca、Nb、Si、Ta、Ti、Zrから選択した元素の窒化物、又はAl、B、Ba、Be、Ca、Ce、Cr、Dy、Er、Eu、Ga、Gd、Ho、Li、Mg、Mn、Nb、Nd、Pr、Sc、Sm、Sr、Ta、Tb、Ti、V、Y、Zn、Zrから選択した元素の酸化物を一種類以上含むことを特徴とする上記1)〜2)に記載のスパッタリングターゲット、
4)ターゲット中における非磁性物質の体積比率が10〜55%であることを特徴とする上記1)、2)、3)に記載のスパッタリングターゲット。
本発明の非磁性物質分散型Fe−Pt系スパッタリングターゲットは、非磁性物質としてSiOを含むにもかかわらず、スパッタ時にパーティクルの発生を非常に少なくすることができる。すなわち、成膜時の歩留まりを向上することが可能となる。
実施例1のスパッタリングターゲットの研磨面を光学顕微鏡で観察したときの組織画像である。
本発明の非磁性物質分散型Fe−Pt系スパッタリングターゲットは、Ptが分子数比で35〜55%、残余がFeからなる組成の合金と、その合金中に分散する非磁性物質からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、非磁性物質として少なくともSiOを含み、SiOが非晶質であって、ターゲットに含まれる酸素量から非磁性物質の構成成分の酸素を除いた残留酸素量が0.07重量%以下である。これが、本発明の基本となるものである。
Ptの含有量は、Fe−Pt合金組成中、好ましくは分子数比で35%以上55%以下である。PtのFe−Pt合金中における含有量が、35%分子数比未満であると、L1構造のFePt相が得られない場合があり、55%分子数比を超えても、同様に、L1構造のFePt相が得られない場合がある。また、非磁性物質としてSiOを含むことにより、良好なグラニュラー構造の磁性膜を得ることができる。
また本発明のターゲットは、ターゲット中に含まれるSiOが非晶質である。従って、SiOがクリストバライトになっているものは、本発明の範囲外である。SiOの結晶状態は、ターゲットの小片の研磨面をX線回折装置にて測定した回折プロファイルから調べることができる。一般にSiOが非晶質の場合には、SiOに由来する明確な回折ピークは現れない。
SiOの非晶質の判定は、具体的にはX線回折プロファイルを以下の通り解析することで行う。
まず、回折プロファイルのバックグラウンド領域における信号強度の平均値を求め、これをベースラインとする。次に、バックグラウンド領域において、信号強度とベースラインとの偏差の絶対値を積分して、バックグラウンドの積分強度を求める。次に、SiO結晶に由来する回折ピークの積分強度を求める。この回折ピークの積分強度は、回折ピーク前後のバックグラウンド領域で求めたベースラインとの偏差を積分して求める。そして、回折ピークの積分強度をバッググラウンドの積分強度で割った値が3以上であれば、結晶化したSiOに由来する回折ピークが存在するものとし、SiOは非晶質でないと判定することができる。
なお、ベースラインは、信号強度の平均値の変わりに、バックグラウンド領域の信号強度について最小二乗法で求めた一次関数を用いても良く、その方がより高精度である。また、積分強度同士を割り算する際は、積分値そのものではなく、積分範囲の回折角度幅で割った単位回折角あたりの積分強度を用いる。
さらに本発明のターゲットは、ターゲットに含まれる酸素量から非磁性物質の構成成分の酸素量を除いた残留酸素量が、0.07重量%以下であることが重要な要件である。この値が0.07重量%を超えると、Fe−Pt系合金中に生じた微量の酸化鉄の影響で、焼結時にSiOのクリストバライトへの結晶化が促進されるからである。望ましくは0.05重量%以下である。
ターゲットに含まれる酸素量は、ターゲットの小片を不活性ガス融解−赤外吸収法を採用した酸素分析計で測定して得ることができる。また、非磁性物質の構成成分の酸素量を選択的に直接測定することは難しいが、ICP−AESなどの装置を用いて測定したターゲット中の非磁性物質の含有量から、非磁性物質の化学量論比を用いて非磁性物質の酸素量を求めることができる。そして、酸素分析計で測定したターゲットの酸素量から、化学量論比を用いて算出した非磁性物質の酸素量を差し引くことで、ターゲットの残留酸素量を間接的に求めることができる。
また、本発明のスパッタリングターゲットは、Fe−Pt合金中の添加元素として、Ag、Au、B、Co、Cr、Cu、Ga、Ge、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Re、Rh、Ru、Sn、Ta、W、V、Znから選択した一種類以上の元素を、合金組成における分子数比で0.5〜15%含むことができる。これらの元素は、主にL1構造を発現するための熱処理の温度を下げるために添加するものである。添加量が0.5%分子数比未満であると効果が得られにくい。一方、15%分子数比超であると磁性薄膜の特性を損ねる場合がある。
また本発明では、SiO以外の非磁性物質としてC(炭素)、又はB、Ca、Nb、Si、Ta、Ti、W、Zrから選択した元素の炭化物、又はAl、B、Ca、Nb、Si、Ta、Ti、Zrから選択した元素の窒化物、又はAl、B、Ba、Be、Ca、Ce、Cr、Dy、Er、Eu、Ga、Gd、Ho、Li、Mg、Mn、Nb、Nd、Pr、Sc、Sm、Sr、Ta、Tb、Ti、V、Y、Zn、Zrから選択した元素の酸化物を一種類以上含むことができる。これらの非磁性物質は、本発明のスパッタリングターゲットをスパッタして作製された磁性薄膜において、SiOとともに磁性粒子同士の磁気的な相互作用を絶縁する構造をとるため、作製された磁性薄膜は良好な磁気特性を得ることができる。
また、本発明のスパッタリングターゲットは、ターゲット中における非磁性物質の体積比率が10〜55%であることが特に有効である。これは、本発明のスパッタリングターゲットをスパッタして作製された磁性薄膜において、良好なグラニュラー構造をとるために適切な体積比率であるからである。なお非磁性物質の体積比率は、ターゲットの成分分析値から計算した非磁性物質の含有量から求めることができる。あるいは、ターゲットの一部を切り出した小片の研磨面における、非磁性物質の面積比率からも求めることができる。この場合、面積比率で10〜55%であることが望ましい。
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する。作製にあたり、各原料粉を用意する。これらの粉末は、粒径が0.5μm以上10μm以下のものを用いることが望ましい。原料粉の粒径が小さ過ぎると、原料粉中の酸素が多くなるといった問題や原料粉同士が凝集するという問題が生じるため、0.5μm以上とすることが望ましい。一方、原料粉の粒径が大きいと、非磁性物質を合金中に微細分散することが難しくなるため10μm以下のものを用いることが望ましい。
またSiO粉としては非晶質のSiO粉を使用し、原料自体から非晶質化を目途とすることが有効である。さらに金属粉として、各金属元素の粉末の代わりに、Fe−Pt粉などの合金粉を用いても良い。特にPtを含む合金粉はその組成にもよるが、原料粉中の酸素量を少なくするために有効である。合金粉を用いる場合も、粒径が0.5μm以上10μm以下のものを用いることが望ましい。
そして、上記の粉末を所望の組成になるように秤量し、ボールミル等の公知の手法を用いて粉砕を兼ねて混合する。このとき、粉砕容器内に不活性ガスを封入して原料粉の酸化を抑制することが望ましい。その後、粉砕後の原料粉を還元性雰囲気において、700〜900℃の温度範囲で還元熱処理を行うことで、原料粉末中の酸素を除去する。熱処理温度が700℃未満であると、酸素を十分に除去することができず、900℃超であると、原料粉の焼結が進行して粉末の状態を維持することが難しくなるため、好ましくない。
こうして得られた混合粉末をホットプレス法で真空雰囲気、あるいは不活性ガス雰囲気において成型・焼結させる。ホットプレス以外にも、プラズマ放電焼結法といった様々な加圧焼結方法を使用することができる。特に熱間静水圧焼結法は焼結体の密度向上に有効である。焼結時の保持温度は、SiOの結晶化を抑制するため1100°Cより低い温度範囲とする。
また、成形・焼結はホットプレスに限らず、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ターゲットが十分に緻密化する温度域のうち最も低い温度に設定するのが好ましい。ターゲットの組成にもよるが、多くの場合900〜1100℃の温度範囲とするのがよい。
このようにして得られた焼結体を旋盤で所望の形状に加工することにより、本発明のスパッタリングターゲットは作製できる。
以上により、SiOを含む非磁性物質がFe−Pt系の合金中に分散した組織を有する焼結体スパッタリングターゲットを作製することができる。このようにして製造した本発明のスパッタリングターゲットは、グラニュラー構造磁性薄膜の成膜に使用するスパッタリングターゲットとして有用である。
以下、実施例およ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)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約39%となるように、以下の分子数比で、合計重量が2050gとなるように秤量した。
分子数比:84(50Fe−50Pt)−16SiO
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Arガスを用いて封入し、4時間回転させて混合した。ボールミルから取り出した混合粉末を水素雰囲気中、昇温速度300°C/時間、保持温度800°C、保持時間2時間の条件で還元熱処理を行った。還元熱処理後、室温まで自然冷却させ、この混合粉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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、X線回折装置(Rigaku製 UltimaIV)を用いてθ/2θ法で実施した。X線源にはCuKα線を利用し、測定条件は管球電圧40kV、管球電流30mA、スキャンスピード4°/min、ステップ0.02°とした。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は1.1で、SiOは結晶化していないと判定された。以上の結果から、SiOに由来する明確な回折ピークは観察されず、ターゲット中のSiOは非晶質の状態であることが確認された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が4.37wt%、Siの含有量は3.80wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると8.13wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、4.33wt%と見積もった。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.04wt%であった。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は24個であった。
(比較例1)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約39%となるように、以下の分子数比で、合計重量が2050gとなるように秤量した。
分子数比:84(50Fe−50Pt)−16SiO
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投入し、4時間回転させて混合した。ここでは、実施例1と異なり混合容器内にArガスは封入せず、大気雰囲気での混合をおこなった。そして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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、実施例1と同様の条件で実施した。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は8.7であった。以上の結果から、結晶化したSiOであるクリストバライトに由来する2θ=21.98°の回折ピークが観察された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が4.50wt%、Siの含有量は3.84wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると8.22wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、4.38wt%と見積もられた。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.12wt%であった。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は623個であった。このパーティクル数は実施例1と比較し非常に多い個数であった。
(比較例2)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約39%となるように、以下の分子数比で、合計重量が2050gとなるように秤量した。
分子数比:84(50Fe−50Pt)−16SiO
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Arガスを用いて封入し、4時間回転させて混合した。ボールミルから取り出した混合粉末を水素雰囲気中、昇温速度300°C/時間、保持温度800°C、保持時間2時間の条件で還元熱処理を行った。還元熱処理後、室温まで自然冷却させ、この混合粉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実施例1と異なり、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1150°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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、実施例1と同様の条件で実施した。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は6.3であった。以上の結果から、結晶化したSiOであるクリストバライトに由来する2θ=21.98°の回折ピークが観察された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が4.44wt%、Siの含有量は3.84wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると8.22wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、4.38wt%と見積もった。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.06wt%であった。残存酸素量が少ないにもかかわらず、SiOがクリストバライトに結晶化したのは、焼結の温度が高温で結晶化が促進されたためと考えられる。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は517個であった。このパーティクル数は実施例1と比較し非常に多い個数であった。
(実施例2)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径5μmのCu粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約46%となるように、以下の分子数比で、合計重量が1800gとなるように秤量した。
分子数比:80(45Fe−45Pt−10Cu)−20SiO
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Arガスを用いて封入し、4時間回転させて混合した。ボールミルから取り出した混合粉末を水素雰囲気中、昇温速度300°C/時間、保持温度800°C、保持時間2時間の条件で還元熱処理を行った。還元熱処理後、室温まで自然冷却させ、この混合粉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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、X線回折装置(Rigaku製 UltimaIV)を用いてθ/2θ法で実施した。X線源にはCuKα線を利用し、測定条件は管球電圧40kV、管球電流30mA、スキャンスピード4°/min、ステップ0.02°とした。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は1.1であった。以上の結果から、SiOに由来する明確な回折ピークは観察されず、ターゲット中のSiOは非晶質の状態であることが確認された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が6.00wt%、Siの含有量は5.22wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると11.17wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、5.95wt%と見積もった。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.05wt%であった。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は17個であった。
(比較例3)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径5μmのCu粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約46%となるように、以下の分子数比で、合計重量が1800gとなるように秤量した。
分子数比:80(45Fe−45Pt−10Cu)−20SiO
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、4時間回転させて混合した。ここでは、実施例2と異なり混合容器内にArガスは封入せず、大気雰囲気での混合をおこなった。そして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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、実施例2と同様の条件で実施した。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は11.5であった。以上の結果から、結晶化したSiOであるクリストバライトに由来する2θ=21.98°の回折ピークが観察された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が6.10wt%、Siの含有量は5.19wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると11.10wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、5.91wt%と見積もった。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.10wt%であった。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は385個であった。このパーティクル数は実施例2と比較し多い個数であった。
(比較例4)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径5μmのCu粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約46%となるように、以下の分子数比で、合計重量が1800gとなるように秤量した。
分子数比:80(45Fe−45Pt−10Cu)−20SiO
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Arガスを用いて封入し、4時間回転させて混合した。ボールミルから取り出した混合粉末を水素雰囲気中、昇温速度300°C/時間、保持温度800°C、保持時間2時間の条件で還元熱処理を行った。還元熱処理後、室温まで自然冷却させ、この混合粉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実施例1と異なり、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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、実施例2と同様の条件で実施した。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は8.8であった。以上の結果から、結晶化したSiOであるクリストバライトに由来する2θ=21.98°の回折ピークが観察された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。測定結果は、ターゲットの酸素量が6.04wt%、Siの含有量は5.26wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると11.25wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、5.99wt%と見積もった。その結果0.05wt%であった。残存酸素量が少ないにもかかわらず、SiOがクリストバライトに結晶化したのは、焼結の温度が高温で結晶化が促進されたためと考えられる。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は553個であった。このパーティクル数は実施例2と比較し非常に多い個数であった。
(実施例3)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径10μmのC粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末を用意した。
これらの粉末をCとSiOの合計の体積比率が約33%となるように、以下の分子数比で、合計重量が2200gとなるように秤量した。
分子数比:80(50Fe−50Pt)−10SiO−10C
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Arガスを用いて封入し、4時間回転させて混合した。ボールミルから取り出した混合粉末を水素雰囲気中、昇温速度300°C/時間、保持温度800°C、保持時間2時間の条件で還元熱処理を行った。還元熱処理後、室温まで自然冷却させ、この混合粉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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、X線回折装置(Rigaku製 UltimaIV)を用いてθ/2θ法で実施した。X線源にはCuKα線を利用し、測定条件は管球電圧40kV、管球電流30mA、スキャンスピード4°/min、ステップ0.02°とした。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は1.0であった。以上の結果から、SiOに由来する明確な回折ピークは観察されず、ターゲット中のSiOは非晶質の状態であることが確認された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が3.05wt%、Siの含有量は2.65wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると5.67wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、3.02wt%と見積もった。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.03wt%であった。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は57個であった。
(実施例4)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末、平均粒径10μmのBN粉末、を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約22%となるように、以下の分子数比で、合計重量が2100gとなるように秤量した。
分子数比:82(50Fe−50Pt)−8SiO−10BN
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Arガスを用いて封入し、4時間回転させて混合した。ボールミルから取り出した混合粉末を水素雰囲気中、昇温速度300°C/時間、保持温度800°C、保持時間2時間の条件で還元熱処理を行った。還元熱処理後、室温まで自然冷却させ、この混合粉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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、X線回折装置(Rigaku製 UltimaIV)を用いてθ/2θ法で実施した。X線源にはCuKα線を利用し、測定条件は管球電圧40kV、管球電流30mA、スキャンスピード4°/min、ステップ0.02°とした。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は1.0であった。以上の結果から、SiOに由来する明確な回折ピークは観察されず、ターゲット中のSiOは非晶質の状態であることが確認された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が2.48wt%、Siの含有量は2.13wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると4.56wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、2.43wt%と見積もった。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.05wt%であった。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は35個であった。
(比較例5)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末、平均粒径10μmのBN粉末、を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約22%となるように、以下の分子数比で、合計重量が2100gとなるように秤量した。
分子数比:82(50Fe−50Pt)−8SiO−10BN
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、4時間回転させて混合した。ここでは、実施例2と異なり混合容器内にArガスは封入せず、大気雰囲気での混合をおこなった。そして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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、実施例2と同様の条件で実施した。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は8.6であった。以上の結果から、結晶化したSiOであるクリストバライトに由来する2θ=21.98°の回折ピークが観察された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が2.73wt%、Siの含有量は2.16wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると4.62wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、2.46wt%と見積もった。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.27wt%であった。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は263個であった。このパーティクル数は実施例4と比較し多い個数であった。
(比較例6)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末、平均粒径10μmのBN粉末、を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約22%となるように、以下の分子数比で、合計重量が2100gとなるように秤量した。
分子数比:82(50Fe−50Pt)−8SiO−10BN
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Arガスを用いて封入し、4時間回転させて混合した。ボールミルから取り出した混合粉末を水素雰囲気中、昇温速度300°C/時間、保持温度800°C、保持時間2時間の条件で還元熱処理を行った。還元熱処理後、室温まで自然冷却させ、この混合粉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実施例4と異なり、真空雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1200°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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、実施例2と同様の条件で実施した。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は12.5あった。以上の結果から、結晶化したSiOであるクリストバライトに由来する2θ=21.98°の回折ピークが観察された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。測定結果は、ターゲットの酸素量が2.43wt%、Siの含有量は2.10wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると4.49wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、2.39wt%と見積もった。その結果0.04wt%であった。残存酸素量が少ないにもかかわらず、SiOがクリストバライトに結晶化したのは、焼結の温度が高温で結晶化が促進されたためと考えられる。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は744個であった。このパーティクル数は実施例4と比較し非常に多い個数であった。
(実施例5)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末、平均粒径5μmのNbC粉末、を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約22%となるように、以下の分子数比で、合計重量が2400gとなるように秤量した。
分子数比:86(55Fe−45Pt)−8SiO−6NbC
次に、秤量した粉末のうちFe粉末とPt粉末とSiO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Arガスを用いて封入し、4時間回転させて混合した。ボールミルから取り出した混合粉末を水素雰囲気中、昇温速度300°C/時間、保持温度800°C、保持時間2時間の条件で還元熱処理を行った。こうして得た粉末とNbC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Arガスを用いて封入し、1時間回転させて混合した。得られた粉末を、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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、X線回折装置(Rigaku製 UltimaIV)を用いてθ/2θ法で実施した。X線源にはCuKα線を利用し、測定条件は管球電圧40kV、管球電流30mA、スキャンスピード4°/min、ステップ0.02°とした。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は1.1であった。以上の結果から、SiOに由来する明確な回折ピークは観察されず、ターゲット中のSiOは非晶質の状態であることが確認された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が3.11wt%、Siの含有量は2.70t%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると5.78wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、3.08wt%と見積もった。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.03wt%であった。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は120個であった。
(比較例7)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末、平均粒径5μmのNbC粉末、を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約22%となるように、以下の分子数比で、合計重量が2400gとなるように秤量した。
分子数比:86(55Fe−45Pt)−8SiO−6NbC
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、4時間回転させて混合した。ここでは、実施例5と異なり混合容器内にArガスは封入せず、大気雰囲気での混合をおこなった。そして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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、実施例2と同様の条件で実施した。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は6.8であった。以上の結果から、結晶化したSiOであるクリストバライトに由来する2θ=21.98°の回折ピークが観察された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が3.23wt%、Siの含有量は2.73wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると5.84wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、3.11wt%と見積もった。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.12wt%であった。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は567個であった。このパーティクル数は実施例5と比較し多い個数であった。
(実施例6)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末、平均粒径5μmのB粉末、を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約20%となるように、以下の分子数比で、合計重量が2200gとなるように秤量した。
分子数比:88(50Fe−50Pt)−8SiO−4B
次に、秤量した粉末のうち、Fe粉とPt粉とSiO粉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Arガスを用いて封入し、4時間回転させて混合した。ボールミルから取り出した混合粉末を水素雰囲気中、昇温速度300°C/時間、保持温度800°C、保持時間2時間の条件で還元熱処理を行った。こうして得た粉末とB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Arガスを用いて封入し、1時間回転させて混合した。得られた粉末を、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950°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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、X線回折装置(Rigaku製 UltimaIV)を用いてθ/2θ法で実施した。X線源にはCuKα線を利用し、測定条件は管球電圧40kV、管球電流30mA、スキャンスピード4°/min、ステップ0.02°とした。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は1.3であった。以上の結果から、SiOに由来する明確な回折ピークは観察されず、ターゲット中のSiOは非晶質の状態であることが確認された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が3.68wt%、Siの含有量は1.90wt%、Bの含有量は0.68wt%であった。Siの原子量を28.0855、Bの原子量を10.81、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると4.06wt%、B含有量を計算すると2.19wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、2.16wt%、Bの構成成分であるOの含有量は、1.51wt%と見積もった。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.01wt%であった。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は23個であった。
(実施例7)
原料粉末として平均粒径3μmのFe粉末、平均粒径3μmのPt粉末、平均粒径1μmの非晶質のSiO粉末、平均粒径2μmのAg粉末、を用意した。
これらの粉末をSiOの体積比率が約38%となるように、以下の分子数比で、合計重量が2100gとなるように秤量した。
分子数比:84(45Fe−45Pt−10Ag)−16SiO
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Arガスを用いて封入し、4時間回転させて混合した。ボールミルから取り出した混合粉末を水素雰囲気中、昇温速度300°C/時間、保持温度800°C、保持時間2時間の条件で還元熱処理を行った。還元熱処理後、室温まで自然冷却させ、この混合粉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950°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。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。
次にホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧加工を施した。熱間静水圧加工の条件は、昇温速度300°C/時間、保持温度950°C、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950°C保持中は150MPaで加圧した。保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。
次に焼結体の一部を切り出し、その断面を研磨して、X線回折測定用のサンプルを作製した。このサンプルのX線回折プロファイルの測定を、X線回折装置(Rigaku製 UltimaIV)を用いてθ/2θ法で実施した。X線源にはCuKα線を利用し、測定条件は管球電圧40kV、管球電流30mA、スキャンスピード4°/min、ステップ0.02°とした。そして得られたX線回折プロファイルから 2θが20.48〜21.48°の範囲でバックグラウンドの積分強度を求めた。さらにクリストバライトの回折ピーク(2θ=21.98°)の積分強度を2θが21.48°〜22.48°の範囲で求めた。回折ピークの積分強度をバックグラウンドの積分強度で割った値は1.0であった。以上の結果から、SiOに由来する明確な回折ピークは観察されず、ターゲット中のSiOは非晶質の状態であることが確認された。
さらに焼結体から切り出した小片を用いて、酸素分析装置による酸素量の測定と、ICP−AES分析装置による非磁性物質の含有量の測定を実施した。測定結果は、ターゲットの酸素量が5.13wt%、Siの含有量は4.46wt%であった。Siの原子量を28.0855、Oの原子量を15.9994として、ターゲット中のSiO含有量を計算すると9.54wt%であった。したがって、SiOの構成成分であるOの含有量は、5.08wt%と見積もった。そしてこれらの測定結果からターゲットの残存酸素量を求めた。その結果0.05wt%であった。
次に焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。
スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、2kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのパーティクル個数は12個であった。
以上の結果をまとめたものが表1である。表1に示すように、本発明のスパッタリングターゲットの実施例はいずれの場合においても、SiOは非晶質でかつターゲットの残留酸素量は0.07重量%以下であった。そしてスパッタリング時に発生するパーティクルは100個以下であり、比較例に比べ常に少ないという結果が得られた。
本発明は、SiOのクリストバライトへの結晶化を抑制し、スパッタリング時に発生するパーティクル量が少ない、SiOを含む非磁性物質がFe−Pt系の合金中に分散した組織を有する焼結体スパッタリングターゲットを提供することが可能である。このようにパーティクルが少ないため、グラニュラー構造の磁性薄膜の製造工程において著しく歩留を向上させるという効果を有する。

Claims (4)

  1. Ptが分子数比で35〜55%、残余がFeからなる組成の合金と、その合金中に分散する非磁性物質からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、非磁性物質として少なくともSiOを含み、SiOが非晶質であって、ターゲットに含まれる酸素量から非磁性物質の構成成分の酸素を除いた残留酸素量が0.07重量%以下であ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. 合金への添加元素としてAg、Au、B、Co、Cr、Cu、Ga、Ge、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Re、Rh、Ru、Sn、Ta、W、V、Znから選択した一種類以上の元素を分子数比で0.5〜15%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。
  3. SiO以外の非磁性物質としてC(炭素)、又はB、Ca、Nb、Si、Ta、Ti、W、Zrから選択した元素の炭化物、又はAl、B、Ca、Nb、Si、Ta、Ti、Zrから選択した元素の窒化物、又はAl、B、Ba、Be、Ca、Ce、Cr、Dy、Er、Eu、Ga、Gd、Ho、Li、Mg、Mn、Nb、Nd、Pr、Sc、Sm、Sr、Ta、Tb、Ti、V、Y、Zn、Zrから選択した元素の酸化物を一種類以上含むことを特徴とする請求項1〜2に記載のスパッタリングターゲット。
  4. ターゲット中における非磁性物質の体積比率が10〜55%であることを特徴とする請求項1〜3に記載のスパッタリングターゲット。
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