JPWO2014188916A1 - 磁性記録媒体用スパッタリングターゲット - Google Patents

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Abstract

L10型規則格子のFe−Pt合金と非磁性材料を主成分とする焼結体スパッタリグターゲットであって、CoもしくはNiのいずれか一方又は両方をスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.05〜0.5%含有することを特徴とするスパッタリングターゲット。本発明は、スパッタ時に発生するパーティクル量を大幅に低減させたFe−Pt系合金と非磁性材料とからなる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】なし

Description

本発明は、磁気記録媒体における磁性薄膜の形成に使用される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系の強磁性合金と酸化物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、1 Tbit/inを超えつつある。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る。現在、使用されている磁気記録媒体の材料、例えばCo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構造を有するFe−Pt合金が超高密度記録媒体用材料として注目されている。L1構造を有するFe−Pt合金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して期待されているものである。
そしてL1構造を有するFe−Pt合金を超高密度記録媒体用材料として使用する場合には、L1構造へ規則化したFe−Pt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。
このようなことから、L1構造を有するFe−Pt磁性粒子をC(炭素)や酸化物といった非磁性材料で孤立させたグラニュラー構造磁性薄膜が、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磁性薄膜は、非磁性材料が磁性粒子を取り囲むことにより磁性粒子間の磁気的相互作用を遮断する構造を有している。
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を挙げることができる。
上記L1構造を有するFe−Pt磁性粒子を有するグラニュラー構造磁性薄膜としては、非磁性材料としてCを含有する磁性薄膜が、特にその磁気特性の高さから注目されている。ところが、Fe−Pt合金とCからなるスパッタリングターゲットをスパッタしようとすると、スパッタ時にCの不用意な脱離が生じパーティクル(基板上に付着したゴミ)が大量に発生するという問題がある。この問題を解決するには、Fe−Pt合金とCの密着性を高めたスパッタリングターゲットを提供する必要がある。また、Cのかわりに炭化物や窒化物を含有するターゲットを用いても、優れた磁性薄膜が得ることができるが、この場合もスパッタ時にパーティクルが多く発生する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 特開2012−214874号公報
上記Fe−Pt合金は1:1組成付近でL1型規則格子を形成するが、一般に結晶構造が規則格子の材料は延性に乏しく、このような材料は加圧焼結装置を用いて焼結しても、焼結体の密度が上がり難いという問題がある。特に、難焼結材料であるC(炭素)を含有するFe−Pt−C系では、緻密な焼結体を得ることが極めて難しい。そのためこのような密度の低い焼結体スパッタリングターゲットをスパッタすると、非磁性材料の不用意な脱離が生じて、パーティクル(基板上に付着したゴミ)が大量に発生するという問題がある。
また、Fe−Pt合金のL1規則格子では、1300℃以上まで加熱すると、規則状態から不規則状態へ転移し延性が増すが、そこに含有させる非磁性材料の種類によっては、1300℃以上の温度で分解してしまうものもある。さらに、1300℃以上の高温域では、結晶粒の成長による焼結体組織の粗大化が生じることがあり、このような粗大な結晶粒はスパッタ時の異常放電(アーキング)の起点となって、パーティクルが発生するという問題がある。
このようなことから、本発明は、スパッタ時に発生するパーティクル量を大幅に低減したFe−Pt系合金と非磁性材料からな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。
本発明者は、CoやNiがFe−Pt合金と同様に1:1組成付近でL1型規則格子を形成するものの、規則状態から不規則状態に転移する温度が、CoPtで約825℃、NiPtで約645℃と、FePtの約1300℃に比べると著しく低いことに着目し、このような元素をFe−Pt系合金中に含有させることによって、従来技術よりも低い焼結温度で不規則な構造を発現させて、合金の延性を増加させ、高密度の焼結体を作製することができ、このような焼結体スパッタリングターゲットは、スパッタ時に発生するパーティクル量を大幅に低減できるとの知見を得た。
なお、特許文献6には、Fe、PtおよびCを含有し、さらにFe、Pt以外の金属元素を含有するスパッタリングターゲットであって、Fe、Pt以外の金属元素としてCu、Ag、Mn、Ni、Co、Pd、Cr、V、Bを0at%よりも多く20at%以下含有することが記載されている。しかし、特許文献6には、Cuを10at%含有する一例しかなく、後述する本発明とは添加元素の種類及び含有量が大きく異なる。
このような知見に基づき、本発明は、
1)L1型規則格子のFe−Pt合金と非磁性材料を主成分とする焼結体スパッタリグターゲットであって、CoもしくはNiのいずれか一方又は両方をスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で0.05〜0.5%含有することを特徴とするスパッタリングターゲット、
2)Fe、Pt、Co、Ni以外に、Ag、Au、B、Cr、Cu、Ga、Ge、Ir、Mn、Mo、Nb、Pd、Re、Rh、Ru、Si、Sn、Ta、W、V、Znから選択されるいずれか一種以上の元素を、金属成分として含有することを特徴とする上記1)記載のスパッタリングターゲット、
3)非磁性材料として、炭素、炭化物、酸化物、窒化物のいずれか一種以上を含有することを特徴とする上記1)又は2)記載のスパッタリングターゲット、を提供する。
本発明によれば、スパッタリングの際に、発生するパーティクル量を大幅に低減したスパッタリングターゲットを提供することができる。これにより、成膜時における歩留まりを著しく向上することができるという、優れた効果を有する。
本発明のスパッタリングターゲットは、L1型規則格子のFe−Pt合金と非磁性材料を主成分とする焼結体スパッタリングターゲットであって、CoもしくはNiのいずれか一方又は両方を、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で0.05〜0.5%の範囲で含有するものである。
Fe−Pt合金の組成として一般には、原子数比率においてPtが35%以上55%以下、残部がFeの割合で配合したものが用いることができるが、有効な磁気記録媒体としての特性を維持できる範囲内であれば、特に制限はない。
本願発明において特に重要なことは、スパッタリングターゲットの金属成分として、CoもしくはNiのいずれか一方又は両方を、前記金属成分中の原子数比率で0.05〜0.5%の範囲で含有することである。
CoやNiは、Fe−Pt合金と同様に、1:1組成付近でL1型規則格子を形成するが、その規則状態から不規則状態に転移する温度が、CoPtで約825℃、NiPtで約645℃と、FePtの約1300℃に比べて格段に低いため、Fe−Pt系合金中にこれらの元素を含有させることにより、低い焼結温度であっても、高密度の焼結体を得ることができ、パーティクルの発生を抑制することができる。
前記のCoやNiの含有量は、前記金属成分中の原子数比率で、0.05%以上0.5%以下とする。含有量が0.05%未満であると、規則状態から不規則状態に転移する温度を十分に低下することができないため密度の向上が期待できず、一方、含有量が0.5%を超えると、磁性薄膜として十分な磁気特性が得られなくなる可能性がある。
CoやNiは、いずれか一方又は両方を含有させても同様の効果が得られる。両方を含有させる場合には、その合計含有量をスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で0.05%以上0.5%以下とする必要がある。
なお、本発明は、Co、Niを金属粉として添加させることができるが、スパッタリングターゲットの金属成分中に上記した所定量が含まれていればよいので、その添加の手段については特に問わない。
本発明のスパッタリングターゲットは、Fe、Pt、Co、Ni以外に、Ag、Au、B、Cr、Cu、Ga、Ge、Ir、Mn、Mo、Nb、Pd、Re、Rh、Ru、Si、Sn、Ta、W、V、Znから選択されるいずれか一種以上の元素を、金属成分として含有することができる。
これらの金属元素は、スパッタされた薄膜において、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。その配合割合は、有効な磁気記録媒体としての特性を維持できる範囲内であれば、特に制限はないが、添加割合は前記金属成分中の原子数比率で1at%以上、12at%以下とすることが望ましい。
また、本発明のスパッタリングターゲットは、非磁性材料として、炭素、炭化物、窒化物、酸化物を含有することができる。このようなスパッタリングターゲットから作製された磁性膜は、炭素、炭化物、窒化物、酸化物が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、良好な磁気特性が期待される。特に、炭素を含有する場合、密度向上の観点から、上記のCoやNiを含有させることが効果的である。非磁性材料の配合量は、有効な磁気記録媒体としての特性を維持できる範囲内であれば、特に制限はないが、ターゲット中の体積比率で20vol%以上、40vol%以下とすることが好ましい。
本発明のスパッタリングターゲットは、粉末焼結法を用いて、例えば、以下の方法によって作製することができる。
まず、金属粉としてFe粉、Pt粉、Co粉、Ni粉、Cu粉などを用意する。金属粉としては、単元素の金属粉だけでなく、合金粉を用いることもできる。これらの金属粉は粒径が1〜10μmの範囲のものを用いることが望ましい。粒径が1〜10μmであるとより均一な混合が可能であり、偏析と粗大結晶化を防止できる。金属粉末の粒径が10μmより大きい場合には、非磁性材料が均一に分散しないことがあり、また、1μmより小さい場合には、金属粉の酸化の影響でターゲットの組成が所望の組成から外れてくるという問題が生じることがある。なお、この粒径範囲はあくまで好ましい範囲であり、これを逸脱することが本願発明を否定する条件でないことは当然理解されるべきである。
また、非磁性材料の粉末として、C粉、炭化物粉、窒化物粉などを用意する。非磁性材料粉末は粒径が1〜30μmの範囲のものを用いることが望ましい。粒径が1〜30μmであると前述の金属粉と混合した際に、非磁性材料粉同士が凝集しにくくなり、均一に分散させることが可能になる。非磁性材料のうちC粉に関しては、グラファイト(黒鉛)やナノチューブのように結晶構造を有するものと、カーボンブラックに代表される非晶質のものがあるが、いずれのC粉を使用することができる。
次に、上記の原料粉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できるかぎり抑制することが望ましい。
このように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。また、前記ホットプレス以外にも、プラズマ放電焼結法など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、ターゲットの構成成分にもよるが、多くの場合、800〜1500°Cの温度範囲とする。
そして、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を作製することができる。
以上により本発明のスパッタリングターゲットを製造することができる。このようにして製造したスパッタリングターゲットは、スパッタ時に発生するパーティクル量を低減することができ、成膜時における歩留まりを向上することができるという優れた効果を有する。
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)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのCo粉、平均粒径10μmのC粉(グラファイト粉)を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2600gとなるように秤量した。なお、実施例1では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で0.25%に相当する量のCoを秤量した。
秤量組成(分子数比率):29.85Fe−0.15Co−30Pt−40C
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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1500°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。
次に作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、CoはICP−AES装置を用いて測定し、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このとき、Coの含有量は、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.25%であった。
分析組成(分子数比率):30.20Fe−0.15Co−29.97Pt−39.68C
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲット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。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166個であった。
(比較例1)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径10μmのC粉(グラファイト粉)を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2600gとなるように秤量した。なお、比較例1ではCo粉は添加しなかった。
秤量組成(分子数比率):30Fe−30Pt−40C
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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1500°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。
次に作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、PtはICP−AES装置を用いて測定し、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。
分析組成(分子数比率):30.25Fe−30.05Pt−39.70C
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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324個と、実施例1より増加した。
(比較例2)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのCo粉、平均粒径10μmのC粉(グラファイト粉)を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2600gとなるように秤量した。なお、比較例2では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で10.0%に相当する量のCoを秤量した。
秤量組成(分子数比率):24Fe−6Co−30Pt−40C
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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1500°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。
次に作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、CoはICP−AES装置を用いて測定し、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このとき、Coの含有量はスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、10.05%であった。
分析組成(分子数比率):24.33Fe−6.07Co−29.98Pt−39.62C
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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153個と、実施例1より減少した。一方で、実施例1と比較すると十分な磁気特性が得られなかった。これは、Coの含有量が多く、飽和磁化や結晶磁気異方性エネルギーが低下したためと考えられる。
(実施例2)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのNi粉、平均粒径1μmのSiO粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2100gとなるように秤量した。なお、実施例2では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.075%に相当する量のNiを秤量した。
秤量組成(分子数比率):39.94Fe−0.06Ni−40Pt−20SiO
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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。
次に作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、Ni、SiをICP−AES装置を用いて測定した。SiOの含有量はSiの測定値から化学量論比率を用いて計算した。測定結果として得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このとき、Niの含有量はスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.075%であった。
分析組成(分子数比率):39.92Fe−0.06Ni−40.05Pt−19.97SiO
さらに、旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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21個であった。
(比較例3)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径1μmのSiO粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2100gとなるように秤量した。また、比較例3では、Ni粉は添加しなかった。
秤量組成(分子数比率):40Fe−40Pt−20SiO
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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、作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、SiをICP−AES装置を用いて測定した。SiOの含有量はSiの測定値から化学量論比率を用いて計算した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。
分析組成(分子数比率):40.05Fe−39.92Pt−20.03SiO
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いてマグネトロンスパッタ装置に取り付け、実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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個と、実施例2より増加した。
(比較例4)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのNi粉、平均粒径1μmのSiO粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2100gとなるように秤量した。なお、比較例4では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、2.0%に相当する量のNiを秤量した。
秤量組成(分子数比率):38.4Fe−1.6Ni−40Pt−20SiO
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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。
次に作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、Ni、SiをICP−AES装置を用いて測定した。SiOの含有量はSiの測定値から化学量論比率を用いて計算した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このときNiの含有量はスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、2.01%であった。
分析組成(分子数比率):38.34Fe−1.61Ni−39.98Pt−20.07SiO
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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25個と、実施例2とほぼ同程度であった。一方で、実施例2と比較すると十分な磁気特性が得られなかった。これは、Niの含有量が多く、飽和磁化や結晶磁気異方性エネルギーが低下したためと考えられる。
(実施例3)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのCo粉、平均粒径10μmのBN粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2400gとなるように秤量した。なお、実施例3では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.2%に相当する量のCoを秤量した。
秤量組成(分子数比率):34.86Fe−0.14Co−35Pt−30BN
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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、作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、Co、BをICP−AES装置を用いて測定した。BNの含有量はBの測定値から化学量論比率を用いて計算した。測定結果として得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このときCoの含有量はスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.21%であった。
分析組成(分子数比率):35.10Fe−0.15Co−35.03Pt−29.72BN
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いてマグネトロンスパッタ装置に取り付けスパッタリングを行い、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87個であった。
(比較例5)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径10μmのBN粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2400gとなるように秤量した。なお、比較例5では、Co粉は添加しなかった。
秤量組成(分子数比率):35Fe−35Pt−30BN
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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、作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、BをICP−AES装置を用いて測定した。BNの含有量はBの測定値から化学量論比率を用いて計算した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。
分析組成(分子数比率):35.37Fe−34.75Pt−29.88BN
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いてマグネトロンスパッタ装置に取り付け、実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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235個と、実施例3より増加した。これは、合金とBNの密着性が不十分で、BNがスパッタリング中に脱粒しやすい状態であったためと考えられる。
(比較例6)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのCo粉、平均粒径10μmのBN粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2400gとなるように秤量した。なお、比較例6では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、20.0%に相当する量のCoを秤量した。
秤量組成(分子数比率):21Fe−14Co−35Pt−30BN
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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、作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、Co、BをICP−AES装置を用いて測定した。BNの含有量はBの測定値から化学量論比率を用いて計算した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このときCoの含有量はスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、19.91%であった。
分析組成(分子数比率):21.21Fe−13.99Co−35.05Pt−29.75BN
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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101個で、実施例3とほぼ同等であった。一方で、実施例2と比較すると十分な磁気特性が得られなかった。これは、Coの含有量が多く、飽和磁化や結晶磁気異方性エネルギーが低下したためと考えられる。
(実施例4)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのNi粉、平均粒径5μmのCu粉、平均粒径5μmのTaC粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が3400gとなるように秤量した。なお、実施例4では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.4%に相当する量のNiを秤量した。
秤量組成(分子数比率):37.28Fe−0.32Ni−37.6Pt−4.8Cu−20TaC
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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。
次に作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、Cu、NiはICP−AES装置を用いて、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。TaCの含有量はCの測定値から化学量論比率を用いて計算した。測定結果として得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このときNiの含有量はスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.40%であった。
分析組成(分子数比率):37.25Fe−0.32Ni−37.62Pt−4.78Cu−20.03TaC
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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487個であった。
(比較例7)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径5μmのCu粉、平均粒径5μmのTaC粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が3400gとなるように秤量した。なお、比較例7では、Ni粉は添加しなかった。
秤量組成(分子数比率):37.6Fe−37.6Pt−4.8Cu−20TaC
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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。
次に作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、Cu、はICP−AES装置を用いて、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。TaCの含有量はCの測定値から化学量論比率を用いて計算した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。
分析組成(分子数比率):37.60Fe−37.57Pt−4.76Cu−20.07TaC
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いてマグネトロンスパッタ装置に取り付け、実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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590個で、実施例4より増加した。これは、合金とTaCの密着性が不十分で、TaCがスパッタリング中に脱粒しやすい状態であったためと考えられる。
(比較例8)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのNi粉、平均粒径5μmのCu粉、平均粒径5μmのTaC粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が3400gとなるように秤量した。なお、比較例8では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、17.0%に相当する量のNiを秤量した。
秤量組成(分子数比率):24Fe−13.6Ni−37.6Pt−4.8Cu−20TaC
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。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、作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、Cu、NiはICP−AES装置を用いて、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。TaCの含有量はCの測定値から化学量論比率を用いて計算した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このときCoの含有量はスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、17.05%であった。
分析組成(分子数比率):23.98Fe−13.63Ni−37.56Pt−4.79Cu−20.04TaC
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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425個と、実施例4より減少した。一方で、実施例4と比較すると十分な磁気特性が得られなかった。これは、Niの含有量が多く、飽和磁化や結晶磁気異方性エネルギーが低下したためと考えられる。
(実施例5)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのCo粉、平均粒径10μmのC粉、平均粒径1μmのSiO粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2500gとなるように秤量した。なお、実施例5では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.5%に相当する量のCoを秤量した。
秤量組成(分子数比率):34.65Fe−0.35Co−35Pt−25C−5SiO
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。ホットプレスの条件は、窒素雰囲気、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、作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、Co、SiはICP−AES装置を用いて測定し、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。SiOの含有量はSiの測定値から化学量論比率を用いて計算した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このときCoの含有量はスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.50%であった。
分析組成(分子数比率):34.98Fe−0.35Co−34.98Pt−24.72C−4.97SiO
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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117個であった。
(比較例9)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径10μmのC粉、平均粒径1μmのSiO粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2500gとなるように秤量した。なお、比較例9では、Co粉は添加しなかった。
秤量組成(分子数比率):35Fe−35Pt−25C−5SiO
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。ホットプレスの条件は、窒素雰囲気、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。
次に作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、SiはICP−AES装置を用いて測定し、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。SiOの含有量はSiの測定値から化学量論比率を用いて計算した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。
分析組成(分子数比率):34.95Fe−35.27Pt−24.80C−4.98SiO
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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164個と、実施例5より増加した。
(比較例10)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのCo粉、平均粒径10μmのC粉、平均粒径1μmのSiO粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2200gとなるように秤量した。なお、比較例10では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、2.0%に相当する量のCoを秤量した。
秤量組成(分子数比率):33.6Fe−1.4Co−35Pt−25C−5SiO
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。ホットプレスの条件は、窒素雰囲気、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、作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、Co、SiはICP−AES装置を用いて測定し、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。SiOの含有量はSiの測定値から化学量論比率を用いて計算した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このときCoの含有量はスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、1.98%であった。
分析組成(分子数比率):33.89Fe−1.39Co−34.87Pt−24.82C−5.03SiO
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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121個と、実施例5とほぼ同等であった。一方で、実施例5と比較すると十分な磁気特性が得られなかった。これは、Coの含有量が多く、飽和磁化や結晶磁気異方性エネルギーが低下したためと考えられる。
(実施例6)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのCo粉、平均粒径3μmのNi粉、平均粒径10μmのC粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2600gとなるように秤量した。なお、実施例6では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、合計量が0.5%に相当する量のCoとNiを秤量した。
秤量組成(分子数比率):34.65Fe−0.05Co−0.30Ni−35Pt−30C
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。ホットプレスの条件は、窒素雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1400°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、作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、Co、NiはICP−AES装置を用いて測定し、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このときCoとNi合計の含有量はスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.50%であった。
分析組成(分子数比率):34.70Fe−0.05Co−0.30Ni−35.08Pt−29.87C
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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121個であった。
(比較例11)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径10μmのC粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2600gとなるように秤量した。なお、比較例11では、Co粉およびNi粉のどちらも添加しなかった。
秤量組成(分子数比率):35Fe−35Pt−30C
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。ホットプレスの条件は、窒素雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1400°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。
次に作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、PtはICP−AES装置を用いて測定し、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。
分析組成(分子数比率):35.04Fe−35.07Pt−29.89C
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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164個と、実施例6より増加した。
(比較例12)
原料粉として平均粒径3μmのFe粉、平均粒径3μmのPt粉、平均粒径3μmのCo粉、平均粒径3μmのNi粉、平均粒径10μmのC粉を用意した。そして以下の組成比で合計の重量が2600gとなるように秤量した。なお、比較例12では、スパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、合計量が1.0%に相当する量のCoとNiを秤量した。
秤量組成(分子数比率):34.3Fe−0.40Co−0.30Ni−35Pt−30C
次に秤量した全ての粉末を、粉砕媒体のSUS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、Ar雰囲気中で16時間回転させて混合・粉砕した。そしてポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填しホットプレス装置を用いて成型・焼結させた。ホットプレスの条件は、窒素雰囲気、昇温速度300°C/時間、保持温度1400°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、作製した焼結体から採取した小片を用いて組成分析を実施した。Fe、Pt、Co、NiはICP−AES装置を用いて測定し、Cは高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法を採用した炭素分析装置で測定した。こうして得られた重量比率から分子数比率を計算した結果、このターゲットの組成は以下のとおりであった。このときCoとNiの合計の含有量はスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.98%であった。
分析組成(分子数比率):34.32Fe−0.40Co−0.29Ni−34.97Pt−30.02C
さらに旋盤を用いて、焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状へ切削加工し、円盤状のターゲットを得た。このターゲットを用いて実施例1と同一条件でスパッタリングを行い、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126個と、実施例6とほぼ同等であった。一方で、実施例6と比較すると十分な磁気特性が得られなかった。これは、CoとNiの合計の含有量が多く、飽和磁化や結晶磁気異方性エネルギーが低下したためと考えられる。
以上の通り、いずれの実施例においても、CoやNiを所定の量添加することにより、スパッタリング時に発生するパーティクル量を低減することができ、成膜時の歩留まりを向上することができた。このように、CoやNiを含有させることが、パーティクル発生の抑制に非常に重要な役割を有することが分かった。
本発明のスパッタリングターゲットは、スパッタ時に発生するパーティクル量を低減することができ、成膜時における歩留まりを向上することができるという優れた効果を有する。したがって、グラニュラー構造型の磁性薄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。

Claims (3)

  1. L1型規則格子のFe−Pt合金と非磁性材料を主成分とする焼結体スパッタリグターゲットであって、CoもしくはNiのいずれか一方又は両方をスパッタリングターゲットの金属成分中の原子数比率で、0.05〜0.5%含有することを特徴とするスパッタリングターゲット。
  2. Fe、Pt、Co、Ni以外に、Ag、Au、B、Cr、Cu、Ga、Ge、Ir、Mn、Mo、Nb、Pd、Re、Rh、Ru、Si、Sn、Ta、W、V、Znから選択されるいずれか一種以上の元素を、金属成分として含有することを特徴とする請求項1記載のスパッタリングターゲット。
  3. 非磁性材料として、炭素、炭化物、酸化物、窒化物のいずれか一種以上を含有することを特徴とする請求項1又は2記載のスパッタリングターゲット。
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