WO2014046040A1 - スパッタリングターゲット - Google Patents

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    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering target used for forming a magnetic thin film of a magnetic recording medium, in particular, a magnetic recording layer of a hard disk adopting a perpendicular magnetic recording method, and has a small initial particle, and a stable discharge can be obtained during sputtering.
  • the present invention relates to a non-magnetic material particle-dispersed sputtering target.
  • a material based on Co, Fe, or Ni which is a ferromagnetic metal, is used as a magnetic thin film material for recording.
  • a Co—Cr-based or Co—Cr—Pt-based ferromagnetic alloy containing Co as a main component has been used for a recording layer of a hard disk employing an in-plane magnetic recording method.
  • a recording layer of a hard disk employing a perpendicular magnetic recording method includes a composite made of a Co—Cr-based or Co—Cr—Pt-based ferromagnetic alloy containing Co as a main component and a nonmagnetic inorganic substance. Many materials are used.
  • a magnetic thin film of a magnetic recording medium such as a hard disk is often produced by sputtering a ferromagnetic material sputtering target containing the above material as a component because of its high productivity.
  • a melting method or a powder metallurgy method can be considered as a method for producing such a ferromagnetic material sputtering target. Which method is used depends on the required characteristics, so it cannot be generally stated, but the sputtering target made of a ferromagnetic alloy and non-magnetic inorganic particles used for the recording layer of a perpendicular magnetic recording hard disk is Generally, it is produced by a powder metallurgy method. This is because the inorganic particles need to be uniformly dispersed in the alloy substrate, and thus it is difficult to produce by the melting method.
  • Patent Document 1 a mixed powder obtained by mixing Co powder, Cr powder, TiO 2 powder and SiO 2 powder and Co spherical powder are mixed with a planetary motion mixer, and this mixed powder is molded by hot pressing and used for a magnetic recording medium.
  • Patent Document 1 A method for obtaining a sputtering target has been proposed (Patent Document 1).
  • the target structure in this case has a spherical metal phase (B) having a higher magnetic permeability than the surrounding structure in the phase (A) which is a metal substrate in which inorganic particles are dispersed (Patent Document). 1 of FIG.
  • Such a structure is excellent in terms of improving the leakage magnetic flux, but it can be said that there is a slight problem in terms of suppressing the generation of particles during sputtering.
  • Patent Document 2 discloses that the surface roughness Ra ⁇ 1.0 ⁇ m of the sputtering target, refractory metal elements other than the main components and alloy components that are contaminants, and Si, Al, Co, Ni, B
  • a sputtering target having a total amount of 500 ppm or less, a surface hydrogen content of 50 ppm or less, and a thickness of a work-affected layer of 50 ⁇ m or less, and a technique for producing the target by precision cutting using a diamond bite if necessary is disclosed.
  • a technique is disclosed in which the thickness of a film formed on a substrate by sputtering is made uniform, and the generation of particles is suppressed by suppressing the generation of nodules during sputtering.
  • surface processing is easy, and the effect of suppressing particles is relatively easy.
  • Patent Document 3 discloses a sputtering target for a magnetic recording film, which is a sputtering target composed of a matrix phase containing Co and Pt and a metal oxide phase, having a magnetic permeability of 6 to 15 and a relative density of 90% or more. Further, when the surface of the sputtering target is observed with a scanning analytical electron microscope, the average particle diameter of the particles formed by the matrix phase and the average particle diameter of the particles formed by the metal oxide phase are both 0.05 ⁇ m.
  • the above-mentioned sputtering target for a magnetic recording film which is less than 7.0 ⁇ m and the average particle size of the particles formed by the matrix phase is larger than the average particle size of the particles formed by the metal oxide phase.
  • the above-mentioned sputtering target for a magnetic recording film is disclosed in which the X-ray diffraction peak intensity ratio represented by the formula (I) is 0.7 to 1.0 in X-ray diffraction analysis.
  • the X-ray diffraction peak intensity ratio represented by the formula (I) is the X-ray diffraction peak intensity of the [002] plane of Co ((X-ray diffraction peak intensity of [103] plane + [002] plane). It shows the ratio divided by (X-ray diffraction peak intensity) and cannot be used in the invention contemplated by the present invention.
  • Patent Document 4 discloses a method of treating a surface of a sputtering target that removes the surface deformation layer and shortens the burn-in time during sputtering, and the target surface is brought into contact with a viscoelastic polishing medium (VEAM).
  • VEAM viscoelastic polishing medium
  • oxide phase is exposed to the target surface is damaged, such as by machining, chipping and pluck
  • the generation of particles increases during sputtering, and even if the chipping or flaking of the oxide phase caused by this machining can be solved, residual strain due to surface processing exists in the target. Caused the generation of particles.
  • the residual processing strain is not sufficiently grasped, the surface processing method and processing accuracy are affected, and the fundamental solution of particle generation has not been achieved.
  • the present inventors have conducted intensive research. As a result, the residual processing strain of the sputtering target is reduced, the residual processing strain of the target is investigated by XRD, and the XRD has a single peak. By making the integration width of the highest peak below a certain limit, it is possible to greatly reduce the burn-in time by suppressing the generation of initial particles during sputtering, and obtain a stable discharge during sputtering. It has been found that a non-magnetic material particle-dispersed sputtering target can be provided.
  • a sputtering target composed of a metal matrix phase containing Co and a 6 to 25 mol% oxide phase (hereinafter referred to as an “oxide phase”) that is dispersed in the form of particles.
  • the sputtering target is characterized in that the integral width of the highest peak among the single peaks of XRD is 0.7 or less.
  • the present invention also provides: 2) The sputtering target according to 1) above, wherein the metal matrix phase is Cr in an amount of 5 mol% to 40 mol%, and the remainder is Co and inevitable impurities.
  • the present invention provides 3) The sputtering target according to 1) above, wherein the metal matrix phase is Cr 5 mol% to 40 mol%, Pt 5 mol% to 30 mol%, and the remainder is Co and inevitable impurities. .
  • the oxide phase is one or more selected from SiO 2 , TiO 2 , Ti 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Ti 5 O 9 , B 2 O 3 , CoO, Co 3 O 4 .
  • the present invention provides 5) The above 1 characterized in that the metal matrix phase contains 0.5 mol% to 10 mol% of one or more elements selected from B, Ti, V, Mn, Zr, Nb, Ru, Mo, Ta, and W.
  • the sputtering target according to any one of 4) to 4) is provided.
  • the present invention provides a non-magnetic material particle-dispersed sputtering target that can significantly reduce the burn-in time by suppressing the generation of initial particles during sputtering and can obtain a stable discharge during sputtering. be able to. This also increases the target life and makes it possible to manufacture a magnetic thin film at low cost. Furthermore, it has the effect of significantly improving the quality of the film formed by sputtering.
  • the components constituting the sputtering target of the present invention are a metal matrix phase containing Co, and a 6 to 25 mol% oxide phase (hereinafter referred to as “oxide phase”) present in a dispersed form.
  • Consists of The integral width of the highest peak among the single peaks of XRD is 0.7 or less. This is an index for reducing the residual processing strain. As a result, the residual processing strain can be reduced, so that the generation of initial particles due to the residual processing strain is small, and the burn-in time can be greatly reduced.
  • sputtering targets are ferromagnetic material sputtering targets used for forming a magnetic thin film of a magnetic recording medium, particularly a magnetic recording layer of a hard disk adopting a perpendicular magnetic recording method.
  • the oxide phase may be one or more selected from SiO 2 , TiO 2 , Ti 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Ti 5 O 9 , B 2 O 3 , CoO, and Co 3 O 4 .
  • the target of the present invention contains 5 to 25 mol% of these. In the examples to be described later, some of these are shown, but all have almost equivalent functions as oxides.
  • the sputtering target of the present invention contains 0.5 mol% to 10 mol% of one or more elements selected from B, Ti, V, Mn, Zr, Nb, Ru, Mo, Ta, and W as the metal matrix phase. be able to. These are elements added as necessary in order to improve the characteristics as a magnetic recording medium.
  • the mixing ratio can be developed within the above range, but any of them can maintain the characteristics as an effective magnetic recording medium.
  • the ferromagnetic material sputtering target of the present invention is produced by powder metallurgy.
  • a powder of each metal element and, if necessary, a powder of an additive metal element are prepared. These powders desirably have a maximum particle size of 20 ⁇ m or less. Further, alloy powders of these metals may be prepared instead of the powders of the respective metal elements, but in this case as well, it is desirable that the maximum particle size is 20 ⁇ m or less.
  • these metal powders are weighed so as to have a desired composition, and mixed using a known method such as a ball mill for pulverization. What is necessary is just to mix with a metal powder at this stage, when adding an inorganic substance powder.
  • An oxide powder is prepared as the inorganic powder, and it is desirable to use an oxide powder having a maximum particle size of 5 ⁇ m or less.
  • Co Co coarse particles or Co atomized powder is used as a part of Co raw material. At this time, the mixing ratio of Co coarse particles or Co atomized powder is adjusted so that the oxide does not exceed 25 mol%.
  • a Co atomized powder having a diameter in the range of 50 to 150 ⁇ m is prepared, and the Co atomized powder and the above mixed powder are pulverized and mixed using an attritor.
  • the mixing device a ball mill, a mortar, or the like can be used, but it is desirable to use a powerful mixing method such as a ball mill.
  • the prepared Co atomized powder can be individually pulverized to produce Co coarse powder having a diameter in the range of 50 to 300 ⁇ m and mixed with the above mixed powder.
  • a mixing apparatus a ball mill, a Newgra machine (stirrer), a mixer, a mortar, etc. are preferable.
  • the powder obtained in this manner is molded and sintered using a vacuum hot press apparatus and cut into a desired shape, thereby producing the ferromagnetic sputtering target of the present invention.
  • the molding / sintering is not limited to hot pressing, and a plasma discharge sintering method and a hot isostatic pressing method can also be used.
  • the holding temperature at the time of sintering is preferably set to the lowest temperature in a temperature range where the target is sufficiently densified. Depending on the composition of the target, it is often in the temperature range of 800-1200 ° C. This is because crystal growth of the sintered body can be suppressed by keeping the sintering temperature low.
  • the pressure during sintering is preferably 300 to 500 kg / cm 2 .
  • Example 1 As raw material powder, Co powder having an average particle diameter of 3 ⁇ m, Cr powder having an average particle diameter of 5 ⁇ m, Pt powder having an average particle diameter of 1 ⁇ m, SiO 2 powder having an average particle diameter of 1 ⁇ m, Co coarse powder having a diameter in the range of 50 to 300 ⁇ m. Prepared. Co powder, Cr powder, Pt powder, SiO 2 powder, and Co coarse powder were weighed so that these powders had a target composition of 62Co-15Cr-15Pt-8SiO 2 (mol%).
  • Co powder, Cr powder, Pt powder, and SiO 2 powder were sealed in a ball mill pot with a capacity of 10 liters together with zirconia balls as a grinding medium, and rotated and mixed for 20 hours. Further, the obtained mixed powder and Co coarse powder were put into an attritor, and pulverized and mixed.
  • This mixed powder was filled into a carbon mold and hot-pressed in a vacuum atmosphere under the conditions of a temperature of 1100 ° C, a holding time of 2 hours, and a pressure of 30 MPa to obtain a sintered body. Further, this was cut with a lathe and then subjected to rotary surface grinding to obtain a disk-shaped target having a diameter of 180 mm and a thickness of 5 mm. The finishing amount was 50 ⁇ m. Table 1 shows these processes, finishing methods, and finishing amounts.
  • Example 1 In the same manner as in Example 1, a target material having a composition of 62Co-15Cr-15Pt-8SiO 2 (mol%) was produced. However, the machining method was prepared by lathe finishing after surface grinding. The finishing amount was 25 ⁇ m. When XRD measurement was performed to estimate the residual strain remaining on the target surface, the integration width of the maximum 50 ° peak among the single peaks was 1.2, exceeding the range of the present invention. It was. The results of sputtering this target are shown in Table 1. Even after 2.5 kWh sputtering, the number of particles did not decrease below the background level (5).
  • Example 2 A target material having the same composition as that of Example 1 was produced by polishing after lathe machining. The finishing amount was 1 ⁇ m.
  • XRD measurement was performed to estimate the residual strain remaining on the target surface, the integration width of the maximum 50 ° peak among the single peaks was 0.8, exceeding the range of the present invention. It was.
  • the results of sputtering this target are shown in Table 1. At the time of 1.4 kWh sputtering, the number of particles decreased below the background level (5), but the burn-in time was longer than that in Example 1.
  • Example 3 A target material having the same composition as that of Example 1 was prepared by polishing after lathe processing and surface grinding after lathe processing.
  • the finishing amount was 25 ⁇ m (surface grinding) +1 ⁇ m (polishing).
  • the integration width of the maximum 50 ° peak among the single peaks was 0.8, which exceeded the scope of the present invention.
  • the number of particles decreased to the background level (5) or less when 1.3 kWh was sputtered, but the burn-in time was longer than that in Example 1.
  • Example 2 As raw material powder, Co powder having an average particle diameter of 3 ⁇ m, Cr powder having an average particle diameter of 5 ⁇ m, Pt powder having an average particle diameter of 1 ⁇ m, TiO 2 powder having an average particle diameter of 1 ⁇ m, Co coarse powder having a diameter in the range of 50 to 300 ⁇ m. Prepared. Co powder, Cr powder, Pt powder, TiO 2 powder, CoO powder, and Co coarse powder were weighed so that these powders had a target composition of 54Co-20Cr-15Pt-5TiO 2 -6CoO (mol%). Thereafter, a target material was produced in the same manner as in Example 1.
  • the machining method was prepared by cutting 50 ⁇ m by surface grinding after lathe processing.
  • the finishing amount was 50 ⁇ m.
  • the integral width of the 50 ° peak which is the maximum among the single peaks, was 0.7.
  • the number of particles decreased to a background level (5) or less when 0.8 kWh was sputtered, and good results were obtained.
  • Table 1 The above results are similarly shown in Table 1.
  • Example 4 A target material having the same composition as that of Example 2 was manufactured by laminating 25 ⁇ m by surface grinding after lathe machining. As a result of the XRD measurement, the integral width of the 50 ° peak, which is the maximum among the single peaks, was 1.1, exceeding the range of the present invention. As a result of sputtering this target, the number of particles decreased to a background level (five) or less when 2.3 kWh was sputtered, but the burn-in time was longer than that in Example 2. The above results are similarly shown in Table 1.
  • Example 3 As raw material powder, Co powder with an average particle diameter of 3 ⁇ m, Cr powder with an average particle diameter of 5 ⁇ m, Pt powder with an average particle diameter of 1 ⁇ m, TiO 2 powder with an average particle diameter of 1 ⁇ m, SiO 2 powder with an average particle diameter of 1 ⁇ m, and an average particle diameter of 1 ⁇ m Cr 2 O 3 powder, Co coarse powder having a diameter in the range of 50 to 300 ⁇ m was prepared. Co powder, Cr powder, Pt powder, TiO 2 powder, SiO 2 powder, so that these powders have a target composition of 61Co-15Cr-15Pt-3TiO 2 -3SiO 2 -3Cr 2 O 3 (mol%), Cr 2 O 3 powder and Co coarse powder were weighed. Thereafter, a target material was produced in the same manner as in Example 1.
  • the machining method was a lathe, followed by surface grinding and further polished.
  • the finishing amount was 25 ⁇ m (surface grinding) +1 ⁇ m (polishing).
  • the integral width of the 50 ° peak which is the maximum among the single peaks, was 0.7.
  • the number of particles decreased to a background level (5) or less when 0.9 kWh was sputtered, and good results were obtained.
  • Table 1 The above results are similarly shown in Table 1.
  • Example 5 A target material having the same composition as that of Example 3 was produced only by surface grinding after lathe machining. As a result of the XRD measurement, the integral width of the 50 ° peak, which is the maximum among the single peaks, was 1.3, exceeding the range of the present invention. As a result of sputtering this target, the number of particles decreased to the background level (5) or less when 2.8 kWh was sputtered, but the burn-in time was longer than that in Example 3. The above results are similarly shown in Table 1.
  • Example 4 As raw material powder, Co powder having an average particle diameter of 3 ⁇ m, Cr powder having an average particle diameter of 5 ⁇ m, TiO 2 powder having an average particle diameter of 1 ⁇ m, and Co coarse powder having a diameter in the range of 50 to 300 ⁇ m were prepared. Co powder, Cr powder, TiO 2 powder, and Co coarse powder were weighed so that these powders had a target composition of 60Co-30Cr-10TiO 2 (mol%). Thereafter, a target material was produced in the same manner as in Example 1.
  • the machining method was prepared by lathe finishing after lathe processing.
  • the finishing amount was 1 ⁇ m.
  • the integral width of the 50 ° peak which is the maximum among the single peaks, was 0.6. This satisfied the conditions of the present invention.
  • the number of particles decreased to the background level (5) or less when 0.7 kWh was sputtered, and good results were obtained.
  • Table 1 The above results are similarly shown in Table 1.
  • Example 6 A target having the same composition as in Example 3 was produced by surface grinding after lathe machining. The finishing amount was 25 ⁇ m. As a result of the XRD measurement, the integral width of the 50 ° peak, which is the largest among the single peaks, was 1.2, exceeding the range of the present invention. As a result of sputtering this target, the number of particles decreased to the background level (5) or less when 1.3 kWh was sputtered, and the burn-in time was longer than that in Example 4. The above results are similarly shown in Table 1.
  • the metal matrix phase contains 0.5 mol% to 10 mol% of one or more elements selected from B, Ti, V, Mn, Zr, Nb, Ru, Mo, Ta, and W. Although not shown, these elements improve the characteristics as a magnetic material, and do not greatly change the integral width of the main peak of the XRD measurement. It is confirmed that it can be obtained. Furthermore, addition of one or more oxides selected from SiO 2 , TiO 2 , Ti 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Ti 5 O 9 , B 2 O 3 , CoO, and Co 3 O 4 In addition, it was confirmed that the same results as in Examples were obtained for addition of oxides other than Examples.
  • the present invention provides a non-magnetic material particle-dispersed sputtering target that suppresses the generation of initial particles during sputtering and greatly reduces the burn-in time, and at the same time obtains a stable discharge during sputtering.
  • the target life is extended, and a magnetic thin film can be manufactured at a low cost. Furthermore, the quality of the film formed by sputtering can be significantly improved. It is useful as a ferromagnetic sputtering target used for forming a magnetic thin film of a magnetic recording medium, particularly a hard disk drive recording layer.

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Abstract

Ｃｏを含有する金属マトリックス相と、粒子を形成して分散して存在する６～２５ｍｏｌ％の酸化物の相（以下、「酸化物相」という。）から構成されるスパッタリングターゲットであって、ＸＲＤの単一ピークの中で最も高いピークの積分幅が０．７以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。スパッタリング時の初期パーティクルの発生を抑制してバーンイン時間を低減するとともに、スパッタする際に安定した放電が得られる非磁性材粒子分散型スパッタリングターゲットを提供する。

Description

スパッタリングターゲット
　本発明は、磁気記録媒体の磁性体薄膜、特に垂直磁気記録方式を採用したハードディスクの磁気記録層の成膜に使用されるスパッタリングターゲットに関し、初期パーティクルが少なく、スパッタする際に安定した放電が得られる非磁性材粒子分散型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、記録を担う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記録層には、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記録層には、Ｃｏを主成分とするＣｏ－Ｃｒ系又はＣｏ－Ｃｒ－Ｐｔ系の強磁性合金と非磁性の無機物からなる複合材料が多く用いられている。
 そしてハードディスクなどの磁気記録媒体の磁性薄膜は、生産性の高さから、上記の材料を成分とする強磁性材スパッタリングターゲットをスパッタリングして作製されることが多い。
 このような強磁性材スパッタリングターゲットの作製方法としては、溶解法や粉末冶金法が考えられる。どちらの手法で作製するかは、要求される特性によるので一概には言えないが、垂直磁気記録方式のハードディスクの記録層に使用される、強磁性合金と非磁性の無機物粒子からなるスパッタリングターゲットは、一般に粉末冶金法によって作製されている。これは無機物粒子を合金素地中に均一に分散させる必要があるため、溶解法では作製することが困難だからである。
 例えば、Ｃｏ粉末とＣｒ粉末とＴｉＯ２粉末とＳｉＯ２粉末を混合して得られた混合粉末とＣｏ球形粉末を遊星運動型ミキサーで混合し、この混合粉をホットプレスにより成形し磁気記録媒体用スパッタリングターゲットを得る方法が提案されている（特許文献１）。
　この場合のターゲット組織は、無機物粒子が分散した金属素地である相（Ａ）の中に、周囲の組織より透磁率が高い球形の金属相（Ｂ）を有している様子が見える（特許文献１の図１）。このような組織は、漏洩磁束向上の点では優れているが、スパッタ時のパーティクルの発生抑制の点からは、やや問題があると言える。
 一般に、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｐｔなどの金属とＳｉＯ２などの酸化物を含有する磁性材ターゲットの場合、ターゲット表面に露出する酸化物相が機械加工により、欠けやむしれなどダメージを受けていると、スパッタリング時にパーティクル発生が増加するという問題があった。それを解決するために、従来は表面粗さが小さくなる加工方法が多く用いられていた。
 酸化物を含有しない単元素からなるスパッタリングターゲットの場合には、初期パーティクル低減のために加工歪みを非機械加工（エッチング等）により除去する方法がある。しかし、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｐｔなどの合金からなり、さらにＳｉＯ２などの酸化物を含有する磁性材ターゲットの場合は、うまくエッチングが進まない問題があるため、単元素のターゲット製造と同様の表面粗さの改善を行うことはできなかった。
　従来技術を見ると、特許文献２には、スパッタリングターゲットの表面粗さＲａ≦１．０μｍ、汚染物質である主成分および合金成分以外の高融点金属元素ならびにＳｉ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂの総量を５００ｐｐｍ以下、表面の水素含有量を５０ｐｐｍ以下、加工変質層の厚さを５０μｍ以下とするスパッタリングターゲットであり、必要により特にダイアモンドバイトを用いて精密切削し該ターゲットを製造する技術が開示され、これによりスパッタリングにより基板に形成した膜の厚さの均一化を図るとともに、スパッタリング時におけるノジュールの生成を抑制してパーティクルの発生を抑える技術が開示されている。この場合には、酸化物からなる非磁性粒子の存在がないので、表面加工が容易であり、パーティクルの抑止効果は、比較的容易である。しかし、本願発明の企図する発明には利用できないという問題がある。
　特許文献３には、ＣｏおよびＰｔを含むマトリックス相と、金属酸化物相とからなるスパッタリングターゲットであって、透磁率が６～１５、相対密度が９０％以上である磁気記録膜用スパッタリングターゲット。
 また、前記スパッタリングターゲットの表面を走査型分析電子顕微鏡で観察した際における、前記マトリックス相が形成する粒子の平均粒径、および前記金属酸化物相が形成する粒子の平均粒径がともに０．０５μｍ以上７．０μｍ未満であり、かつ前記マトリックス相が形成する粒子の平均粒径が、前記金属酸化物相が形成する粒子の平均粒径よりも大きい前記磁気記録膜用スパッタリングターゲット。
 さらに、Ｘ線回折分析において、式（Ｉ）で表されるＸ 線回折ピーク強度比が０．７～１．０である前記磁気記録膜用スパッタリングターゲット、が開示されている。
 この場合の式（Ｉ）で示されるＸ線回折ピーク強度比というのは、Ｃｏの［００２］面のＸ線回折ピーク強度を（［１０３］面のＸ線回折ピーク強度＋［００２］面のＸ線回折ピーク強度）で除した比を示すもので、本願発明の企図する発明には利用できない。
 特許文献４には、表面変形層を除去して、スパッタリング時のバーンイン時間の短縮を実現する、スパッタリングターゲット表面を処理する方法であって、前記ターゲット表面を粘弾性研磨媒体(VEAM)と接触させ、前記ターゲット表面と前記媒体との間に相対運動を行わせることによって、前記ターゲット表面を押出しホーンポリッシュすること、を特徴とする方法が開示されている。これには、表面変形層を除去するという狙いはあるが、この場合のターゲット材は、いずれも金属材料であり、酸化物からなる非磁性粒子の存在がないので、表面加工が容易であり、パーティクルの抑止効果は比較的容易である。しかし、酸化物からなる非磁性粒子が存在する発明には利用できないという問題がある。
特許第４６７３４５３号公報 特開平１１－１７６６号公報 特開２００９－１０２７０７号公報 特表２０１０－５１６９００号公報
　上記の通り、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｐｔなどの金属とＳｉＯ２などの酸化物を含有する磁性材ターゲットの場合、ターゲット表面に露出する酸化物相が機械加工により、欠けやむしれなどダメージを受けていると、スパッタリング時にパーティクル発生が増加するという問題があり、またこの機械加工が原因となる酸化物相の欠けやむしれを解決できたとしても、表面加工に伴う残留歪がターゲットに存在し、これもパーティクル発生の原因となった。しかし、この残留加工歪の把握が十分でないために、表面加工方法及び加工の精度に影響を与え、パーティクル発生の根本的解決に至らなかった。
　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、スパッタリングターゲットの残留加工歪を低減させ、ターゲットの残留加工歪をＸＲＤで調査し、ＸＲＤの単一ピークの中で最も高いピークの積分幅を一定限以下になるようにすることにより、スパッタリング時の初期パーティクルの発生を抑制してバーンイン時間を大きく低減することが可能となり、スパッタする際に安定した放電が得られる非磁性材粒子分散型スパッタリングターゲットを提供することが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）Ｃｏを含有する金属マトリックス相と、粒子を形成して分散して存在する６～２５ｍｏｌ％の酸化物の相（以下、「酸化物相」という。）から構成されるスパッタリングターゲットであって、ＸＲＤの単一ピークの中で最も高いピークの積分幅が０．７以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット、を提供する。
　また、本発明は、
２）金属マトリックス相が、Ｃｒが５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下、残余がＣｏ及び不可避的不純物であ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、を提供する。
　さらに、本発明は、
３）金属マトリックス相が、Ｃｒが５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下、Ｐｔが５ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下、残余がＣｏ及び不可避的不純物であ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、を提供する。
　さらに、本発明は、
４）酸化物相が、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｔｉ５Ｏ９、Ｂ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｏ４から選択した一種以上の酸化物からなり、これらを５～２５ｍｏｌ％含有することを特徴とする上記１）～３）のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット、を提供する。
　さらに、本発明は、
５）金属マトリックス相が、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗから選択した１元素以上を、０．５ｍｏｌ％～１０ｍｏｌ％含有することを特徴とする上記１）～４）のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット、を提供する。
 以上により、本発明は、スパッタリング時の初期パーティクルの発生を抑制してバーンイン時間を大きく低減することが可能となり、スパッタする際に安定した放電が得られる非磁性材粒子分散型スパッタリングターゲットを提供することができる。また、これによりターゲットライフが長くなり、低コストで磁性体薄膜を製造することが可能になる。さらに、スパッタリングにより形成した膜の品質を著しく向上できる効果を有する。
　本発明のスパッタリングターゲットを構成する成分は、Ｃｏを含有する金属マトリックス相と、粒子を形成して分散して存在する６～２５ｍｏｌ％の酸化物の相（以下、「酸化物相」という。）から構成される。そして、ＸＲＤの単一ピークの中で最も高いピークの積分幅が０．７以下であることを特徴とする。これは、残留加工歪の低減化の指標となるものである。これにより、残留加工歪の低減化が可能であるため、残留加工歪に起因する初期パーティクルの発生が少なく、バーンイン時間を大きく低減することが可能となる。
 金属マトリックス相としては、Ｃｒが５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下、残余がＣｏ及び不可避的不純物であるスパッタリングターゲット及びＣｒが５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下、Ｐｔが５ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下、残余がＣｏ及び不可避的不純物であるスパッタリングターゲットが代表的組成であり、本願発明はこれらを包含する。
 これらのスパッタリングターゲットは、磁気記録媒体の磁性体薄膜、特に垂直磁気記録方式を採用したハードディスクの磁気記録層の成膜に使用される強磁性材スパッタリングターゲットである。
 前記酸化物相としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｔｉ５Ｏ９、Ｂ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｏ４から選択した一種以上の酸化物からなる。本願発明のターゲットは、これらを５～２５ｍｏｌ％含有する。後述の実施例では、これらに一部の例を示すが、いずれも酸化物として、ほぼ等価の機能を有するものである。
　さらに、本発明のスパッタリングターゲットは、金属マトリックス相として、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗから選択した１元素以上を、０．５ｍｏｌ％～１０ｍｏｌ％含有させることができる。これらは磁気記録媒体としての特性を向上させるために、必要に応じて添加される元素である。配合割合は、上記範囲内で展開ができるが、いずれも有効な磁気記録媒体としての特性を維持することができる。
 本発明の強磁性材スパッタリングターゲットは、粉末冶金法によって作製される。まず各金属元素の粉末と、さらに必要に応じて添加金属元素の粉末を用意する。これらの粉末は最大粒径が２０μｍ以下のものを用いることが望ましい。また、各金属元素の粉末の代わりにこれら金属の合金粉末を用意してもよいが、その場合も最大粒径が２０μｍ以下とすることが望ましい。
 一方、小さ過ぎると、酸化が促進されて成分組成が範囲内に入らないなどの問題があるため、０．１μｍ以上とすることがさらに望ましい。そして、これらの金属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。無機物粉末を添加する場合は、この段階で金属粉末と混合すればよい。
 無機物粉末として酸化物粉末を用意するが、酸化物粉末は最大粒径が５μｍ以下のものを用いることが望ましい。一方、小さ過ぎると凝集しやすくなるため、０．１μｍ以上のものを用いることがさらに望ましい。
 Ｃｏ原料の一部として、Ｃｏ粗粒又はＣｏアトマイズ粉を使用する。このとき、酸化物は２５ｍｏｌ％を超えないように、Ｃｏ粗粒又はＣｏアトマイズ粉の混合割合を調整する。直径が５０～１５０μｍの範囲にあるＣｏアトマイズ粉末を用意し、アトライタを用いて、Ｃｏアトマイズ粉と上記の混合粉末とを粉砕・混合する。ここで、混合装置としては、ボールミル、乳鉢などを使用することができるが、ボールミルなどの強力な混合方法を用いることが望ましい。
 または、用意したＣｏアトマイズ粉末を個別で粉砕して、直径が５０～３００μｍの範囲にあるＣｏ粗粉を作製し、上記の混合粉末と混合することができる。混合装置としては、ボールミル、ニューグラマシン（攪拌機）、ミキサー、乳鉢などが好ましい。また、混合中の酸化の問題を考慮すると、不活性ガス雰囲気中あるいは真空中で混合することが好ましい。
 このようにして得られた粉末を、真空ホットプレス装置を用いて成型・焼結し、所望の形状へ切削加工することで、本発明の強磁性材スパッタリングターゲットを作製する。
 また、成型・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、８００～１２００°Ｃの温度範囲にある。焼結温度を低めに抑えることによって、焼結体の結晶成長を抑制することができるからである。また、焼結時の圧力は３００～５００ｋｇ／ｃｍ２であることが好ましい。
　残留加工歪を除去することが重要であり、旋盤加工後に、ロータリー平面研削加工、そして砥粒による研磨加工（仕上げ加工）を行う。これらの加工による評価は、ＸＲＤのピークを観察して行う。そして、ＸＲＤの単一ピークの中で最も高いピークの積分幅が０．７以下となるようにする。
 前記ターゲットのＸ 線回折により測定される結晶面の積分幅は、その結晶面に含まれる内部歪みを反映しており、これはターゲット製造時の塑性加工や、ターゲットを切削等の機械加工を行う時の加工歪みによって発生する。積分幅が大きいほど残留歪みが大きくなる。
　この最終的な評価は、原材料の種類と表面加工に依存するので、ある程度の試行錯誤を繰り返して、目標を達成できるようにする。一旦、表面加工プロセスが確定すると、ＸＲＤの単一ピークの中で最も高いピークの積分幅が０．７以下となる条件を定常的に獲得できる。これらは、本願発明を明確に把握すれば、当業者が容易になし得る条件と言える。
　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Ｃｏ粉末、平均粒径５μｍのＣｒ粉末、平均粒径１μｍのＰｔ粉末、平均粒径１μｍのＳｉＯ２粉末、直径が５０～３００μｍの範囲にあるＣｏ粗粉を用意した。これらの粉末をターゲットの組成が６２Ｃｏ－１５Ｃｒ－１５Ｐｔ－８ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）となるように、Ｃｏ粉末、Ｃｒ粉末、Ｐｔ粉末、ＳｉＯ２粉末、Ｃｏ粗粉を秤量した。
 次に、Ｃｏ粉末とＣｒ粉末とＰｔ粉末とＳｉＯ２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、２０時間回転させて混合した。さらに、得られた混合粉末とＣｏ粗粉をアトライタに投入して、粉砕・混合した。
 この混合粉をカーボン製の型に充填し、真空雰囲気中、温度１１００°Ｃ、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａの条件のもとホットプレスして、焼結体を得た。さらにこれを旋盤で切削加工し、この後ロータリー平面研削加工して、直径が１８０ｍｍ、厚さが５ｍｍの円盤状のターゲットを得た。仕上げ加工量は５０μｍとした。これらの工程と仕上げ方法と仕上げ加工量を表１に示す。
 このターゲット表面に残っている残留歪みを推定するためにＸＲＤ測定を行ったところ、単一のピークの中で最大である５０°ピークの積分幅は０．６であった。次に、このターゲットを用いてスパッタリングした。０．４ｋＷｈスパッタリングした時点（バーンイン）で、パーティクル数がバックグラウンドレベル（５個）以下に減少し、良好な結果となった。以上の結果を、表１に示す。
 バーンイン（時間）を行っている間は生産を始められないため、バーンインの時間は短ければ短いほど良い。通常、１．０ｋＷｈ以下となることが望ましい。以下の実施例及び比較例においても同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（比較例１）
　実施例１同様にして、組成が６２Ｃｏ－１５Ｃｒ－１５Ｐｔ－８ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）となるターゲット材料を作製した。但し、機械加工方法は旋盤加工の後、平面研削加工仕上げで作製した。仕上げ加工量は、２５μｍであった。このターゲット表面に残っている残留歪みを推定するためにＸＲＤ測定を行ったところ、単一のピークの中で最大である５０°ピークの積分幅は１．２であり、本願発明の範囲を超えていた。このターゲットをスパッタリングした結果を表１に示す。２．５ｋＷｈスパッタリングしても、パーティクル数がバックグラウンドレベル（５個）以下に減少しなかった。
（比較例２）
 実施例１と同じ組成のターゲット材料を、機械加工方法は旋盤加工の後、研磨仕上げで作製した。仕上げ加工量は１μｍであった。このターゲット表面に残っている残留歪みを推定するためにＸＲＤ測定を行ったところ、単一のピークの中で最大である５０°ピークの積分幅は０．８であり、本願発明の範囲を超えていた。このターゲットをスパッタリングした結果を表１に示す。１．４ｋＷｈスパッタリングした時点でパーティクル数がバックグラウンドレベル（５個）以下に減少したが、実施例１に比べてバーンイン時間は長くなった。
（比較例３）
 実施例１と同じ組成のターゲット材を、機械加工方法は旋盤加工の後、平面研削加工を行ってから研磨仕上げで作製した。仕上げ加工量は２５μｍ（平面研削）＋１μｍ（研磨）であった。ＸＲＤ測定の結果、単一のピークの中で最大である５０°ピークの積分幅は０．８であり、本願発明の範囲を超えていた。
　このターゲットをスパッタリングした結果、１．３ｋＷｈスパッタリングした時点でパーティクル数がバックグラウンドレベル（５個）以下に減少したが、実施例１に比べてバーンイン時間は長くなった。
（実施例２）
 原料粉末として、平均粒径３μｍのＣｏ粉末、平均粒径５μｍのＣｒ粉末、平均粒径１μｍのＰｔ粉末、平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末、直径が５０～３００μｍの範囲にあるＣｏ粗粉を用意した。これらの粉末をターゲットの組成が５４Ｃｏ－２０Ｃｒ－１５Ｐｔ－５ＴｉＯ２－６ＣｏＯ（ｍｏｌ％）となるように、Ｃｏ粉末、Ｃｒ粉末、Ｐｔ粉末、ＴｉＯ２粉末、ＣｏＯ粉末、Ｃｏ粗粉を秤量した。以下、実施例１と同様にしてターゲット材を作製した。
　機械加工方法は、旋盤加工の後、平面研削加工で５０μｍ切削することにより作製した。仕上げ加工量は５０μｍであった。このターゲット表面に残っている残留歪みを推定するためにＸＲＤ測定を行ったところ、単一のピークの中で最大である５０°ピークの積分幅は０．７であった。
　このターゲットをスパッタリングした結果、０．８ｋＷｈスパッタリングした時点でパーティクル数がバックグラウンドレベル（５個）以下に減少し、良好な結果となった。以上の結果を、同様に表１に示す。
（比較例４）
 実施例２と同じ組成のターゲット材を、機械加工方法は、旋盤加工の後、平面研削加工で２５μｍ切削することにより作製した。ＸＲＤ測定の結果、単一のピークの中で最大である５０°ピークの積分幅は１．１であり、本願発明の範囲を超えていた。
　このターゲットをスパッタリングした結果、２．３ｋＷｈスパッタリングした時点でパーティクル数がバックグラウンドレベル（５個）以下に減少したが、実施例２に比べてバーンイン時間は長くなった。以上の結果を、同様に表１に示す。
（実施例３）
 原料粉末として、平均粒径３μｍのＣｏ粉末、平均粒径５μｍのＣｒ粉末、平均粒径１μｍのＰｔ粉末、平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末、平均粒径１μｍのＳｉＯ２粉末、平均粒径１μｍのＣｒ２Ｏ３粉末、直径が５０～３００μｍの範囲にあるＣｏ粗粉を用意した。これらの粉末をターゲットの組成が６１Ｃｏ－１５Ｃｒ－１５Ｐｔ－３ＴｉＯ２－３ＳｉＯ２－３Ｃｒ２Ｏ３（ｍｏｌ％）となるように、Ｃｏ粉末、Ｃｒ粉末、Ｐｔ粉末、ＴｉＯ２粉末、ＳｉＯ２粉末、Ｃｒ２Ｏ３粉末、Ｃｏ粗粉を秤量した。以下、実施例１と同様にしてターゲット材を作製した。
 機械加工方法は旋盤加工の後、平面研削加工を行いさらに研磨仕上げで作製した。仕上げ加工量は２５μｍ（平面研削）＋１μｍ（研磨）であった。このターゲット表面に残っている残留歪みを推定するためにＸＲＤ測定を行ったところ、単一のピークの中で最大である５０°ピークの積分幅は０．７であった。
　このターゲットをスパッタリングした結果、０．９ｋＷｈスパッタリングした時点でパーティクル数がバックグラウンドレベル（５個）以下に減少し、良好な結果となった。以上の結果を、同様に表１に示す。
（比較例５）
 実施例３と同じ組成のターゲット材を、機械加工方法は旋盤加工の後、平面研削加工のみで作製した。ＸＲＤ測定の結果、単一のピークの中で最大である５０°ピークの積分幅は１．３であり、本願発明の範囲を超えていた。
　このターゲットをスパッタリングした結果、２．８ｋＷｈスパッタリングした時点でパーティクル数がバックグラウンドレベル（５個）以下に減少したが、実施例３に比べてバーンイン時間は長くなった。以上の結果を、同様に表１に示す。
（実施例４）
　原料粉末として、平均粒径３μｍのＣｏ粉末、平均粒径５μｍのＣｒ粉末、平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末、直径が５０～３００μｍの範囲にあるＣｏ粗粉を用意した。これらの粉末をターゲットの組成が６０Ｃｏ－３０Ｃｒ－１０ＴｉＯ２（ｍｏｌ％）となるように、Ｃｏ粉末、Ｃｒ粉末、ＴｉＯ２粉末、Ｃｏ粗粉を秤量した。以下、実施例１と同様にしてターゲット材を作製した。
 機械加工方法は旋盤加工の後、研磨仕上げで作製した。仕上げ加工量は１μｍであった。このターゲット表面に残っている残留歪みを推定するためにＸＲＤ測定を行ったところ、単一のピークの中で最大である５０°ピークの積分幅は０．６であった。これは、本願発明の条件を満たしていた。
　このターゲットをスパッタリングした結果、０．７ｋＷｈスパッタリングした時点でパーティクル数がバックグラウンドレベル（５個）以下に減少し、良好な結果が得られた。以上の結果を、同様に表１に示す。
（比較例６）
 実施例３と同じ組成のターゲットを、機械加工方法は旋盤加工の後、平面研削加工で作製した。仕上げ加工量は、２５μｍであった。ＸＲＤ測定の結果、単一のピークの中で最大である５０°ピークの積分幅は１．２であり、本願発明の範囲を超えていた。
　このターゲットをスパッタリングした結果、１．３ｋＷｈスパッタリングした時点でパーティクル数がバックグラウンドレベル（５個）以下に減少し、実施例４に比べてバーンイン時間は長くなった。以上の結果を、同様に表１に示す。
　以上の実施例には、金属マトリックス相が、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗから選択した１元素以上を、０．５ｍｏｌ％～１０ｍｏｌ％含有させることは示していないが、これらの元素は磁性材としての特性を向上させるもので、ＸＲＤ測定のメインピークの積分幅を大きく変動させるものではなく、これらの添加の場合も本願実施例と同様な結果が得られることを確認している。
　さらに、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｔｉ５Ｏ９、Ｂ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｏ４から選択した一種以上の酸化物の添加についても、実施例以外に示す酸化物の添加についても、実施例と同様な結果が得られていることを確認している。
 本発明は、スパッタリング時の初期パーティクルの発生を抑制してバーンイン時間を大きく低減するとともに、スパッタする際に安定した放電が得られる非磁性材粒子分散型スパッタリングターゲットを提供する。ターゲットライフが長くなり、低コストで磁性体薄膜を製造することが可能になる。さらに、スパッタリングにより形成した膜の品質を著しく向上できる。磁気記録媒体の磁性体薄膜、特にハードディスクドライブ記録層の成膜に使用される強磁性材スパッタリングターゲットとして有用である。

Claims (5)

  1.  Ｃｏを含有する金属マトリックス相と、粒子を形成して分散して存在する６～２５ｍｏｌ％の酸化物の相（以下、「酸化物相」という。）から構成されるスパッタリングターゲットであって、ＸＲＤの単一ピークの中で最も高いピークの積分幅が０．７以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
  2.  金属マトリックス相が、Ｃｒが５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下、残余がＣｏ及び不可避的不純物であ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.  金属マトリックス相が、Ｃｒが５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下、Ｐｔが５ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下、残余がＣｏ及び不可避的不純物であ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。
  4.  酸化物相が、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｔｉ５Ｏ９、Ｂ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｏ４から選択した一種以上の酸化物からなり、これらを５～２５ｍｏｌ％含有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
  5.  金属マトリックス相が、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗから選択した１元素以上を、０．５ｍｏｌ％～１０ｍｏｌ％含有することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット。
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