WO2021014760A1 - 非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材 - Google Patents

非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材 Download PDF

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WO2021014760A1
WO2021014760A1 PCT/JP2020/021448 JP2020021448W WO2021014760A1 WO 2021014760 A1 WO2021014760 A1 WO 2021014760A1 JP 2020021448 W JP2020021448 W JP 2020021448W WO 2021014760 A1 WO2021014760 A1 WO 2021014760A1
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mol
sputtering target
magnetic layer
forming
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French (fr)
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靖幸 岩淵
彰 下宿
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Ｊｘ金属株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/84—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing record carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/26—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by the substrate or intermediate layers
    • H01F10/30—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by the substrate or intermediate layers characterised by the composition of the intermediate layers, e.g. seed, buffer, template, diffusion preventing, cap layers

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering target member suitable for forming a thin film for a non-magnetic layer constituting a vertical magnetic recording medium.
  • perpendicular magnetic recording methods capable of increasing recording density are in the limelight in place of conventional in-plane magnetic recording methods.
  • the perpendicular magnetic recording method has an advantage that the easily magnetized axis in the magnetic recording layer is oriented perpendicular to the substrate surface, and the thermal fluctuation phenomenon can be suppressed as compared with the in-plane magnetic recording method.
  • a perpendicular magnetic recording medium that employs a perpendicular magnetic recording method generally has a magnetic layer called a magnetic recording layer and a non-magnetic layer used to improve the characteristics of the magnetic recording layer.
  • Hcp-Co alloys are often used as micromagnets in the magnetic recording layer.
  • the easy-to-magnetize axis is the C-axis, and it is necessary to orient the C-axis in the normal direction of the substrate.
  • non-magnetic layer having an hcp structure also referred to as "orientation control layer" under the magnetic recording layer.
  • CoCr alloys, Ti, V, Zr, Hf and the like are known as non-magnetic layers, but in particular, Ru (ruthenium) can effectively improve the crystal orientation of the magnetic recording layer and increase the coercive force Hc.
  • Ru ruthenium
  • a non-magnetic layer having an hcp structure could be formed while reducing the amount of Ru used.
  • the present invention has been created in view of such circumstances, and in one embodiment, a sputtering target having an excellent economy, which is advantageous for forming a non-magnetic layer having an hcp structure constituting a vertical magnetic recording medium.
  • the subject is to provide members.
  • a sputtering target member having a structure in which a metal phase containing Co, Pt and Mo as main components and an oxide phase are mutually dispersed is a non-magnetic layer. It was found to be suitable for formation.
  • the present invention is exemplified below.
  • the metal phase contains 20 to 60 mol% of Co, 5 to 30 mol% of Pt, 1 to 40 mol% of Mo, and the total concentration of Mo, Cr, Ru, and B based on the overall composition of the target member. Contains 25 mol% or more, The volume fraction of the oxide phase is 10-45%.
  • Sputtering target member for forming a non-magnetic layer [2] The sputtering target member for forming a non-magnetic layer according to [1], wherein the metal phase contains 25 to 30 mol% of Mo based on the overall composition of the target member.
  • the oxide phase contains an oxide of one or more metals selected from the group consisting of Ti, Si, B, Co, Cr, Ta, Mn, Zr and Nb.
  • a sputtering target having a structure in which a non-magnetic layer forming sputtering target member according to any one of [1] to [7] and a backing plate or a backing tube are laminated via a brazing material layer.
  • a film forming method including a step of sputtering using the sputtering target member for forming a non-magnetic layer according to any one of [1] to [7].
  • a non-magnetic film can be easily obtained by sputtering the sputtering target member according to the embodiment of the present invention. Since the non-magnetic film maintains the hcp structure of the metal phase, when the magnetic recording layer in the vertical magnetic recording medium has an hcp (hexagonal close-packed) structure, the C-axis is oriented in the normal direction of the substrate. The effect is obtained. Further, since the metal phase and the oxide phase of the film are clearly separated, it is expected to contribute to the separation between the magnetic particles in the magnetic layer formed on the upper layer. Further, Mo used in the sputtering target member according to the embodiment of the present invention is available at a lower cost than Ru. Therefore, the sputtering target member according to the embodiment of the present invention can be expected to be used for forming a non-magnetic layer constituting a vertical magnetic recording medium.
  • the sputtering target member for forming a non-magnetic layer according to the present invention has a structure in which a metal phase and an oxide phase are mutually dispersed.
  • the mutual dispersion of the metal phase and the oxide phase in the sputtering target member is advantageous for forming a homogeneous film.
  • the metal phase has 20 to 60 mol% of Co, 5 to 30 mol% of Pt, and 1 of Mo based on the overall composition of the target member. Contains ⁇ 40 mol%.
  • Co, Pt, and Mo may each exist as elemental metals, and CoPt alloys, CoPtMo alloys, CoMo alloys, PtMo alloys, or any one of these alloys and Cr, Ru, and B, or one of them. It may exist as an alloy with two or more kinds.
  • the lower limit of the Co concentration in the metal phase was set to 20 mol% or more because of the ease of forming a Co alloy. When the amount of Co decreases, it becomes difficult to maintain the hcp structure of Co and the Co alloy.
  • the lower limit of the Co concentration is preferably 30 mol% or more, more preferably 35 mol% or more, and even more preferably 40 mol% or more.
  • the upper limit of the Co concentration in the metal phase is set to 60 mol% or less because of demagnetization. When the amount of Co increases, it becomes difficult to demagnetize even if other metals are used.
  • the upper limit of the Co concentration is preferably 55 mol% or less, more preferably 50 mol% or less, and even more preferably 45 mol% or less.
  • the Pt concentration in the metal phase was set to 5 mol% or more and 30 mol% or less because it affects the stability of the magnetic layer formed on the upper layer. At least, the stability of the hcp structure in the magnetic layer is deteriorated at most.
  • the lower limit of the Pt concentration is preferably 10 mol% or more, more preferably 15 mol% or more.
  • the upper limit of the Pt concentration is preferably 28 mol% or less, more preferably 25 mol% or less.
  • the reason why the lower limit of Mo concentration in the metal phase is set to 1 mol% or more is that Mo can be obtained at a lower cost than Ru and can contribute to demagnetization of the sputtered film (in other words, reduction of saturation magnetization). Furthermore, it was found that the effect of maintaining the hcp structure of the metal phase in the sputtered film is also high. Further, since Mo is chemically stable and is not easily oxidized, it has a characteristic that there is little possibility that oxides such as CoO contained in the oxide phase are unintentionally reduced. This characteristic is advantageous in that the constituent phases of the sputtered film can be easily adjusted.
  • the lower limit of the Mo concentration is preferably 5 mol% or more, more preferably 15 mol% or more, and even more preferably 25 mol% or more.
  • the upper limit of the Mo concentration in the metal phase is set to 40 mol% or less in order to prevent the occurrence of cracking because the sputtering target member is easily cracked if the Mo concentration is too high.
  • the upper limit of the Mo concentration is preferably 40 mol% or less, more preferably 35 mol% or less, and even more preferably 30 mol% or less.
  • the metal phase contains 35 to 50 mol% of Co, 10 to 28 mol% of Pt, and Mo, based on the overall composition of the target member. In a more preferred embodiment, the metal phase contains 40 to 45 mol% of Co, 15 to 25 mol% of Pt, and 25 to 30 mol% of Mo, based on the overall composition of the target member. To do.
  • the metal phase contains Mo, Cr, Ru and B in a total concentration of 25 mol% or more based on the overall composition of the target member. Since these metal elements contribute to the demagnetization of the sputtered film, it is desirable that they are contained in a total concentration of 25 mol% or more. However, if the total concentration of these metal elements becomes too high, the hcp structure of the sputtered film may be disrupted. Therefore, the upper limit of the total concentration of these metal elements is based on the overall composition of the target member. It is preferably 40 mol% or less, more preferably 35 mol% or less, and even more preferably 30 mol% or less. Further, from the viewpoint of not causing an unexpected change in characteristics, it is preferable that the amount of metal components other than Mo is small.
  • the concentration of Cr in the metal phase is preferably 20 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, and further preferably 5 mol% or less, based on the overall composition of the target member. More preferably, it is even more preferably 1 mol% or less.
  • the concentration of Ru in the metal phase is preferably 20 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, and further preferably 5 mol% or less, based on the overall composition of the target member. More preferably, it is even more preferably 1 mol% or less.
  • the concentration of B in the metal phase is preferably 20 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, and further preferably 5 mol% or less, based on the overall composition of the target member. More preferably, it is even more preferably 1 mol% or less.
  • the total concentration of Cr, Ru and B in the metal phase is preferably 20 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, and 5 mol% or less, based on the overall composition of the target member. Even more preferably, it is even more preferably 1 mol% or less.
  • the volume fraction of the oxide phase is 10 to 45%.
  • the lower limit of the volume fraction of the oxide phase is preferably 20% or more, more preferably 30% or more.
  • the upper limit of the volume fraction of the oxide phase is set to 45% or less because if the volume fraction of the oxide phase becomes larger than this, it becomes difficult to discharge during sputtering.
  • the upper limit of the volume fraction of the oxide phase is preferably 40% or less, more preferably 35% or less.
  • the volume fraction of the oxide phase in the sputtering target member is measured by the following procedure.
  • the metal particle portion and the oxide portion can be judged by the shade of color at the time of microstructure observation. For example, in the result of tissue observation by SEM (scanning electron microscope), the intensity of secondary electrons appears as the shading of the image, so that the metal part is generally bright because the secondary electron intensity is high, and the oxide is low in strength. So it looks dark. Utilizing this, the average area fraction of the dark-looking part in the image is defined as the volume fraction of the target oxide phase.
  • the oxide constituting the oxide phase is not limited, but is composed of one or more metals selected from the group consisting of Ti, Si, B, Co, Cr, Ta, Mn, Zr and Nb. Oxides can be mentioned.
  • the oxide constituting the oxide phase may be one kind or a mixture of two or more kinds.
  • titanium TiO 2 , TiO and the like can be used.
  • oxide of silicon SiO 2 , SiO and the like can be used.
  • oxide of boron B 2 O 3 , BO, B 2 O, B 6 O and the like can be used.
  • cobalt oxide CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 and the like can be used.
  • Cr 2 O 3 or the like can be used as the chromium oxide.
  • oxide of tantalum TaO 2 , Ta 2 O 5, and the like can be used.
  • manganese oxide MnO, MnO 2 , Mn 3 O 4 and the like can be used.
  • oxide of zirconium Zr 2 O 3 or the like can be used.
  • oxide of niobium NbO, NbO 2 , Nb 2 O 3 , Nb 2 O 5 and the like can be used.
  • Other oxides can also be used.
  • the oxide may be a composite oxide containing two or more kinds of metal components.
  • a composite oxide having a relatively high melting point such as CrBO 3 , Co 2 B 2 O 5 , Co 3 B 2 O 6 , Mn 3 B 2 O 6 , and TiBO 3 can be preferably used. ..
  • the concentration of the cobalt oxide in the oxide phase is preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more. Further, the concentration of CoO in the oxide phase is preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more.
  • the relative density of the sputtering target member is high in order to perform stable sputtering with less arcing.
  • the sputtering target member for forming a non-magnetic layer according to the present invention has a relative density of 90% or more.
  • the relative density is preferably 95% or more, more preferably 99% or more.
  • Relative density is determined by the ratio of Archimedes density to theoretical density determined by composition. The theoretical density determined by the composition may exceed 100% because the density of the compound actually existing cannot be taken into consideration.
  • the theoretical density is calculated from the mass concentration of each component obtained by analyzing the components of the sputtering target member and the single density of each component. Specifically, it is the density when it is assumed that the constituent components of the target are mixed without diffusing or reacting with each other, and is calculated by the following equation.
  • Theoretical density (g / cm 3 ) ⁇ (molecular weight of constituents x molar ratio of constituents) / ⁇ (molecular weight of constituents x molar ratio of constituents / literature value density of constituents)
  • ⁇ means to take the sum of all the constituent components of the target.
  • the sputtering target member for forming a non-magnetic layer according to the present invention can be produced by, for example, the following procedure using a powder sintering method.
  • the metal powder may be a single metal powder such as Co powder, Pt powder, Mo powder, Cr powder, Ru powder, B powder, or an alloy powder such as Co-Pt alloy powder.
  • the metal powder may be produced by pulverizing a melt-cast ingot, or may be produced by a gas atomization method.
  • the median diameter of each metal powder is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, and even more preferably 1 ⁇ m or more. If the metal powder is too small, the powders will agglomerate and it will be difficult to obtain a uniform structure. However, the median diameter of each metal powder is preferably 150 ⁇ m or less, preferably 30 ⁇ m or less, because if it is too large, it is difficult to mix it uniformly with the oxide powder and there is a concern that it may cause particles during sputtering. It is more preferable that it is 10 ⁇ m or less, and even more preferably. The median diameter can be adjusted by pulverization or sieving.
  • the median diameter is preferably 30 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less, and even more preferably 5 ⁇ m or less. Further, from the viewpoint of preventing aggregation of the oxide powders, the median diameter is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 1 ⁇ m or more, and even more preferably 2 ⁇ m or more.
  • the median diameter of the powder means the particle size at an integrated value of 50% (D50) based on the volume value in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method.
  • a particle size distribution measuring device of model LA-920 manufactured by HORIBA was used, and the powder was dispersed in an ethanol solvent and measured by a wet method. The value of metallic cobalt was used for the refractive index.
  • the raw material powder (metal powder and oxide powder) is weighed so as to have a desired composition, and mixed by using a known method such as a ball mill for pulverization.
  • a known method such as a ball mill for pulverization.
  • the inert gas include Ar and N 2 gases.
  • the mixed powder thus obtained is molded and sintered by a hot press method in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere.
  • various pressure sintering methods such as a plasma discharge sintering method can be used.
  • the hot hydrostatic pressure sintering method is effective in improving the density of the sintered body, and carrying out the hot press method and the hot hydrostatic pressure sintering method in this order improves the density of the sintered body. Preferred from the point of view.
  • the holding temperature at the time of sintering depends on the composition of the metal phase in order to avoid melting of the metal powder, but it is preferably lower than the melting point of the metal used, and more preferably 20 ° C. or more lower than the melting point. It is preferable that the temperature is 50 ° C. or higher lower than the melting point. Further, the holding temperature at the time of sintering is preferably 650 ° C. or higher, more preferably 700 ° C. or higher, and even more preferably 750 ° C. or higher in order to avoid a decrease in the density of the sintered body.
  • the pressure of the hot press is preferably 20 to 70 MPa in order to promote sintering.
  • the pressure in hot hydrostatic pressure sintering (HIP) is preferably 100 to 200 MPa from the viewpoint of improving the density of the sintered body.
  • the sintering time is preferably 0.3 hours or more, more preferably 0.5 hours or more, and even more preferably 1.0 hours or more in order to improve the density of the sintered body. Further, the sintering time is preferably 3.0 hours or less, more preferably 2.0 hours or less, and further preferably 1.5 hours or less in order to prevent coarsening of crystal grains. More preferred.
  • the sputtering target member according to the present invention can be produced by molding the obtained sintered body into a desired shape using a lathe or the like.
  • the target shape is not particularly limited, and examples thereof include a flat plate shape (including a disk shape and a rectangular plate shape) and a cylindrical shape.
  • the thickness of the sputtering target member is not particularly limited and may be appropriately set according to the sputtering apparatus to be used, the film formation usage time, etc., but is usually about 3 to 25 mm, typically about 6 to 18 mm.
  • the sputtering target member may be used as it is as a sputtering target, but if necessary, it may be used by joining it with a backing plate or a backing tube with a brazing material.
  • a sputtering target having a structure in which a sputtering target member and a backing plate or a backing tube are laminated via a brazing material layer is provided.
  • the substance constituting the brazing material layer is not limited, but is preferably one or more selected from the group consisting of pure In, InSn alloys and InZn alloys because the melting point is lower than that of indium.
  • the thickness of the brazing material layer is not limited, but is preferably 0.1 mm to 2 mm from the viewpoint of efficiency of use of the sputtering target and crack prevention based on the thermal expansion buffering action of the brazing material, preferably 0.1 mm. It is more preferably about 1 mm, and even more preferably 0.3 mm to 0.8 mm.
  • the present invention provides a film forming method including a step of sputtering using a sputtering target member for forming a non-magnetic layer according to the present invention. Sputtering conditions can be set as appropriate.
  • the sputtered film obtained by carrying out the above film forming method has a saturation magnetization of 200 emu / cc or less, preferably 150 emu / cc or less, and more preferably 100 emu / cc or less.
  • Saturation magnetization is a value measured by a sample vibrating sample magnetometer (VSM).
  • VSM sample vibrating sample magnetometer
  • the full width at half maximum (FWHM) of the peak due to the (002) plane of the CoPt alloy is 5 or less, preferably 4 or less, and typically in the range of 3 to 5. This means that the hcp structure of the metal phase is maintained in the sputtered film.
  • Raw material powder > (1) The following were prepared as metal raw material powders. Co powder (median diameter: 3 ⁇ m), Cr powder (median diameter: 10 ⁇ m), Pt powder (median diameter: 1 ⁇ m), Mo powder (median diameter: 5 ⁇ m), B powder (median diameter: 5 ⁇ m) (2) The following were prepared as the metal oxide powder. TiO 2 powder (median diameter: 1 ⁇ m), SiO 2 powder (median diameter: 1 ⁇ m), CoO powder (median diameter: 2 ⁇ m)
  • each raw material powder is weighed so as to have a raw material composition according to the test number shown in Table 1, put into a ball mill pot having a capacity of 10 liters together with a SUS ball as a crushing medium, and rotated in an Ar atmosphere for 8 hours. Mixed and crushed. The median diameter of the powder after mixing and pulverization was measured and found to be about 3 ⁇ m.
  • the powder taken out from the pot was filled in a carbon mold, molded and sintered using a hot press device.
  • the conditions of the hot press were a vacuum atmosphere, a temperature rising rate of 300 ° C./hour, a holding temperature of 1000 ° C., and a holding time of 2 hours, and the pressure was increased at 30 MPa from the start of the temperature rise to the end of the temperature holding. After the holding was completed, the chamber was naturally cooled as it was. Next, the sintered body taken out from the hot press mold was subjected to hot hydrostatic pressure sintering (HIP).
  • the conditions for hot hydrostatic pressure sintering were a temperature rise temperature of 300 ° C./hour, a holding temperature of 950 ° C., and a holding time of 2 hours. From the start of the temperature rise, the gas pressure of Ar gas was gradually increased, and during holding at 950 ° C.
  • each sintered body was cut into a shape having a diameter of 180.0 mm and a thickness of 5.0 mm to obtain a disk-shaped sputtering target member.
  • a sufficient number of sputtering target members according to each test example were prepared to carry out the following tests.
  • volume fraction of oxide phase The mirror-polished cut surface subjected to microstructure analysis was imaged at a magnification of 3000 times using an SEM (scanning electron microscope) of Hitachi, Ltd. model S-3700N. Next, using software called ImageJ manufactured by National Institutes of Health for the SEM image, the oxide phase (black part) was identified by performing binarization processing to black and white, and the oxide phase with respect to the area of the entire SEM image was identified. The area ratio was calculated. The measurement was performed three times, and the average value was used as the measured value of the volume fraction of the oxide phase.
  • the procedure for binarization is as follows. Read the image from File ⁇ Open. Select 8-bit from Image ⁇ Type.
  • the sputtering target member according to each test example obtained in the above manufacturing procedure was attached to a magnetron sputtering apparatus (C-3010 sputtering system manufactured by Canon Anerva), and sputtering was performed.
  • the sputtering conditions were an input power of 1 kW and an Ar gas pressure of 1.7 Pa, and a film was formed on a silicon substrate for 20 seconds.
  • XRD analysis> The sputtered film according to each test example obtained in the film formation test was analyzed by XRD (X-ray diffraction method) under the following measurement conditions. The position of the diffraction peak was measured by high-angle XRD measurement, and the full width at half maximum (FWHM) was measured by rocking curve measurement. Analyzer: High resolution X-ray thin film evaluation device Superlab manufactured by Rigaku Co., Ltd.
  • the analysis of the obtained XRD profile was carried out using the integrated powder X-ray analysis software PDXL manufactured by Rigaku Co., Ltd.
  • the position of the peak was specified, and the full width at half maximum (FWHM) of the peak was measured.
  • the presence of the peak means that the (002) plane is projected parallel to the measurement plane, that is, the C axis of the hcp structure is perpendicular to the sputtered film.
  • Table 3 The results are shown in Table 3.
  • Comparative Examples 4 to 7 contained Mo, the saturation magnetization of the sputtered film was high because the total concentration of Mo, Cr, Ru and B was insufficient.
  • Comparative Example 8 since the concentration of Mo in the metal phase was too high, the sputtering target member became brittle and cracked.
  • Comparative Example 9 the metal phase was composed of Co, Cr and Pt and did not contain Mo, and the simultaneous use of Cr and CoO produced Cr 2 O 3 instead of CoO. It was confirmed that the metal phase could not be separated well in the oxide phase and that some of the metal phase particles were coarsened. This can be confirmed from the fact that the standard deviation of the particle size of the metal phase after film formation is large.
  • the metal phase was composed of Co, Pt, and Ru, the sputtered film was demagnetized, and the hcp structure could be maintained, but there is a problem in economic efficiency because the raw material cost of Ru is high.
  • the metal phase was composed of Co, Pt, and B and did not contain Mo. Also, by using B and CoO at the same time, B 2 O 3 was generated instead of CoO. It was confirmed that the metal phase could not be separated well in the oxide phase and that some of the metal phase particles were coarsened. This can be confirmed by the fact that the standard deviation of the particle size of the metal phase after film formation is large.

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Abstract

垂直磁気記録媒体を構成するｈｃｐ構造の非磁性層を形成するのに有利な、経済性に優れたスパッタリングターゲット部材を提供する。金属相及び酸化物相が相互に分散した組織を有する非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材であって、金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Ｃｏを２０～６０ｍｏｌ％、Ｐｔを５～３０ｍｏｌ％、Ｍｏを１～４０ｍｏｌ％含有すると共に、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ及びＢを合計濃度で２５ｍｏｌ％以上含有し、酸化物相の体積率が１０～４５％である、非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。

Description

非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材
　本発明は垂直磁気記録媒体を構成する非磁性層用の薄膜を形成するのに適したスパッタリングターゲット部材に関する。
　ＨＤＤ(ハードディスクドライブ)等の磁気記録再生装置に用いられる磁気記録媒体においては、これまでの面内磁気記録方式に替わり、高記録密度化が可能な垂直磁気記録方式が脚光を浴びている。垂直磁気記録方式は、磁気記録層内の磁化容易軸が基板面に対して垂直に配向しており、面内磁気記録方式に比べて、熱揺らぎ現象を抑制することができるという利点がある。
　垂直磁気記録方式を採用する垂直磁気記録媒体は、磁気記録層と呼ばれる磁性を担う層と、磁気記録層の特性を改善するために用いられる非磁性層を有するのが一般的である。磁気記録層の微小磁石としては、ｈｃｐ－Ｃｏ合金が多用されている。磁気記録層がｈｃｐ（六方最密充填）構造である場合には磁化容易軸はＣ軸であり、Ｃ軸を基板の法線方向に配向させる必要がある。
　このＣ軸の配向性を向上させるためには、磁気記録層の下にｈｃｐ構造の非磁性層（「配向制御層」ともいう。）を設けることが有効である。非磁性層にはＣｏＣｒ合金、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆなどが知られているが、特にＲｕ（ルテニウム）が磁気記録層の結晶配向を効果的に向上させ、保磁力Ｈｃを高めることができることが知られている（特開２０１２－２０８８９９２号公報、特開２００９－２４５４８４号公報、国際公開第２０１０／０３８４４８号、特開２００４－３１０９１０号公報）。
特開２０１２－２０８９９２号公報 特開２００９－２４５４８４号公報 国際公開第２０１０／０３８４４８号 特開２００４－３１０９１０号公報
　近年、Ｒｕの市場価格は高騰しており、Ｒｕを使用すると生産コストが増大するという問題がある。このため、Ｒｕの使用量を削減しながら、ｈｃｐ構造の非磁性層を形成することができれば有利であろう。本発明はこのような事情に鑑みて創作されたものであり、一実施形態において、垂直磁気記録媒体を構成するｈｃｐ構造の非磁性層を形成するのに有利な、経済性に優れたスパッタリングターゲット部材を提供することを課題とする。別の一実施形態において、本発明はそのようなスパッタリングターゲット部材を用いた成膜方法を提供することを課題とする。
　本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、Ｃｏ、Ｐｔ及びＭｏを主成分とする金属相と、酸化物相とが相互に分散している組織を有するスパッタリングターゲット部材が非磁性層形成用に好適であることを見出した。本発明は以下に例示される。
［１］
　金属相及び酸化物相が相互に分散した組織を有する非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材であって、
　金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Ｃｏを２０～６０ｍｏｌ％、Ｐｔを５～３０ｍｏｌ％、Ｍｏを１～４０ｍｏｌ％含有すると共に、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ及びＢを合計濃度で２５ｍｏｌ％以上含有し、
　酸化物相の体積率が１０～４５％である、
非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
［２］
　金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Ｍｏを２５～３０ｍｏｌ％含有する［１］に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
［３］
　金属相中におけるＣｒの濃度が、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、５ｍｏｌ％以下である［１］又は［２］に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
［４］
　金属相中におけるＲｕの濃度が、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、５ｍｏｌ％以下である［１］～［３］の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
［５］
　金属相中におけるＢの濃度が、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、５ｍｏｌ％以下である［１］～［４］の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
［６］
　酸化物相が、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｚｒ及びＮｂよりなる群から選択される一種又は二種以上の金属の酸化物を含有する［１］～［５］の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
［７］
　相対密度が９０％以上である［１］～［６］の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
［８］
　［１］～［７］の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材と、バッキングプレート又はバッキングチューブとが、ロウ材層を介して積層された構造を有するスパッタリングターゲット。
［９］
　［１］～［７］の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材を用いてスパッタリングする工程を含む成膜方法。
　本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット部材をスパッタすることで、容易に非磁性膜を得ることができる。当該非磁性膜は金属相のｈｃｐ構造が維持されるため、垂直磁気記録媒体中の磁気記録層がｈｃｐ（六方最密充填）構造である場合に、Ｃ軸を基板の法線方向に配向させる効果が得られる。また、当該膜は金属相と酸化物相が綺麗に分離しているため、上層に製膜する磁性層での磁性粒間の分離に寄与することも期待される。また、本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット部材で使用するＭｏは、Ｒｕに比べて安価に入手可能である。従って、本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット部材は、垂直磁気記録媒体を構成する非磁性層の形成への利用が期待できる。
　本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材は一実施形態において、金属相及び酸化物相が相互に分散した組織を有する。スパッタリングターゲット部材中において、金属相及び酸化物相が相互に分散していることは、均質な膜を形成するのに有利である。
（１．金属相）
　本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材の一実施形態において、金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Ｃｏを２０～６０ｍｏｌ％、Ｐｔを５～３０ｍｏｌ％、Ｍｏを１～４０ｍｏｌ％含有する。Ｃｏ、Ｐｔ、及びＭｏはそれぞれ単体金属として存在していてもよいし、ＣｏＰｔ合金、ＣｏＰｔＭｏ合金、ＣｏＭｏ合金、ＰｔＭｏ合金、または、これらの何れかの合金とＣｒ、Ｒｕ及びＢの何れか一種又は二種以上との合金として存在していてもよい。
　金属相中のＣｏ濃度の下限値を２０ｍｏｌ％以上としたのは、Ｃｏ合金の形成しやすさによる。Ｃｏが少なくなるとＣｏ及びＣｏ合金のｈｃｐ構造を維持することが難しくなる。Ｃｏ濃度の下限値は好ましくは３０ｍｏｌ％以上であり、より好ましくは３５ｍｏｌ％以上であり、更により好ましくは４０ｍｏｌ％以上である。また、金属相中のＣｏ濃度の上限値を６０ｍｏｌ％以下としたのは、非磁性化のためである。Ｃｏが多くなると、他金属を使用したとしても非磁性化が難しくなる。Ｃｏ濃度の上限値は好ましくは５５ｍｏｌ％以下であり、より好ましくは５０ｍｏｌ％以下であり、更により好ましくは４５ｍｏｌ％以下である。
　金属相中のＰｔ濃度を５ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下としたのは、上層に製膜する磁性層の安定性に影響するためである。Ｐｔが多くとも少なくとも、磁性層でのｈｃｐ構造の安定性が悪くなる。Ｐｔ濃度の下限値は好ましくは１０ｍｏｌ％以上であり、より好ましくは１５ｍｏｌ％以上である。Ｐｔ濃度の上限値は好ましくは２８ｍｏｌ％以下であり、より好ましくは２５ｍｏｌ％以下である。
　金属相中のＭｏ濃度の下限値を１ｍｏｌ％以上としたのは、ＭｏはＲｕに比べて安価に入手できることに加え、スパッタ膜の非磁性化（換言すれば飽和磁化の低下）に寄与でき、更にはスパッタ膜中の金属相のｈｃｐ構造を維持する効果も高いことが判明したからである。更に、Ｍｏは化学的に安定であり、酸化されにくいため、酸化物相中に含まれるＣｏＯ等の酸化物を意図せず還元してしまうおそれが少ないという特性がある。この特性は、スパッタ膜の構成相を調整しやすい点で有利である。Ｍｏ濃度の下限値は好ましくは５ｍｏｌ％以上であり、より好ましくは１５ｍｏｌ％以上であり、更により好ましくは２５ｍｏｌ％以上である。
　また、金属相中のＭｏ濃度の上限値を４０ｍｏｌ％以下としたのは、Ｍｏの濃度が高すぎるとスパッタリングターゲット部材が割れやすくなることから、割れの発生を防止するためである。Ｍｏ濃度の上限値は好ましくは４０ｍｏｌ％以下であり、より好ましくは３５ｍｏｌ％以下であり、更により好ましくは３０ｍｏｌ％以下である。
　従って、本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材の好ましい実施形態において、金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Ｃｏを３５～５０ｍｏｌ％、Ｐｔを１０～２８ｍｏｌ％、Ｍｏを１５～３５ｍｏｌ％含有し、より好ましい実施形態において、金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Ｃｏを４０～４５ｍｏｌ％、Ｐｔを１５～２５ｍｏｌ％、Ｍｏを２５～３０ｍｏｌ％含有する。
　金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ及びＢを合計濃度で２５ｍｏｌ％以上含有する。これらの金属元素はスパッタ膜の非磁性化に貢献するため、合計濃度で２５ｍｏｌ％以上含有することが望ましい。但し、これらの金属元素の合計濃度が高くなりすぎると、スパッタ膜のｈｃｐ構造が崩れるおそれがあるため、これらの金属元素の合計濃度の上限値は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、好ましくは４０ｍｏｌ％以下であり、より好ましくは３５ｍｏｌ％以下であり、更により好ましくは３０ｍｏｌ％以下である。また、予期せぬ特性変化をもたらさないという観点からは、Ｍｏ以外の金属成分は少ない方が好ましい。
　Ｃｒは金属相のｈｃｐ構造の維持に悪影響を及ぼすと共に、ＣｏＯ等の酸化物を還元しやすいため、スパッタ膜中で意図しない構成相を生成する可能性がある。このため、金属相中におけるＣｒの濃度は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、２０ｍｏｌ％以下であることが好ましく、１０ｍｏｌ％以下であることがより好ましく、５ｍｏｌ％以下であることが更により好ましく、１ｍｏｌ％以下であることが更により好ましい。
　Ｒｕは先述したように生産コストを引き上げる要因となることから添加量は少ない方が望ましい。このため、金属相中におけるＲｕの濃度は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、２０ｍｏｌ％以下であることが好ましく、１０ｍｏｌ％以下であることがより好ましく、５ｍｏｌ％以下であることが更により好ましく、１ｍｏｌ％以下であることが更により好ましい。
　ＢもまたＣｒと同じくＣｏＯ等の酸化物を還元しやすいため、スパッタ膜で意図しない構成相を生成する可能性がある。このため、金属相中におけるＢの濃度は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、２０ｍｏｌ％以下であることが好ましく、１０ｍｏｌ％以下であることがより好ましく、５ｍｏｌ％以下であることが更により好ましく、１ｍｏｌ％以下であることが更により好ましい。
　金属相中の、Ｃｒ、Ｒｕ及びＢの合計濃度は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、２０ｍｏｌ％以下であることが好ましく、１０ｍｏｌ％以下であることがより好ましく、５ｍｏｌ％以下であることが更により好ましく、１ｍｏｌ％以下であることが更により好ましい。
（２．酸化物相）
　本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材の一実施形態において、酸化物相の体積率が１０～４５％である。酸化物相の体積率の下限値を１０％以上とすることで、磁気的な相互作用を遮断する効果を高めることができる。酸化物相の体積率の下限値は好ましくは２０％以上であり、より好ましくは３０％以上である。また、酸化物相の体積率の上限値を４５％以下としたのは、これ以上酸化物相の体積率が大きくなるとスパッタ時に放電しづらくなるためである。酸化物相の体積率の上限値は好ましくは４０％以下であり、より好ましくは３５％以下である。
　スパッタリングターゲット部材中の酸化物相の体積率は以下の手順で測定する。金属粒子部分と酸化物部分は組織観察時の色の濃淡で判断することができる。たとえばＳＥＭ(走査型電子顕微鏡)による組織観察結果では、２次電子の強度が画像の濃淡として現れるので、一般的に金属部分は２次電子強度が強くなるので明るく、酸化物は強度が低くなるので暗く見える。これを利用し、画像中の暗く見える部分の平均面積率を、ターゲットの酸化物相の体積率とする。ここでは均一に分散した相の平均面積率と体積率の間には以下の関係式が成立することを利用した（新家光雄編：３Ｄ材料組織・特性解析の基礎と応用　付録Ａ１項、内田老鶴圃、２０１４年６月）。
　酸化物相を構成する酸化物としては、限定的ではないが、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｚｒ及びＮｂよりなる群から選択される１種又は２種以上の金属の酸化物が挙げられる。酸化物相を構成する酸化物は一種でもよいし、二種以上が混在していてもよい。
　チタンの酸化物としては、ＴｉＯ2、ＴｉＯなどを使用することができる。ケイ素の酸化物としては、ＳｉＯ2、ＳｉＯなどを使用することができる。ホウ素の酸化物としては、Ｂ2Ｏ3、ＢＯ、Ｂ2Ｏ、Ｂ6Ｏなどを使用することができる。コバルトの酸化物としては、ＣｏＯ、Ｃｏ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4などを使用することができる。クロムの酸化物としてはＣｒ2Ｏ3などを使用することができる。タンタルの酸化物としてはＴａＯ2、Ｔａ2Ｏ5などを使用することができる。マンガンの酸化物としては、ＭｎＯ、ＭｎＯ2、Ｍｎ3Ｏ4などを使用することができる。ジルコニウムの酸化物としてはＺｒ2Ｏ3などを使用することができる。ニオブの酸化物としてはＮｂＯ、ＮｂＯ2、Ｎｂ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5などを使用することができる。その他の酸化物も使用可能である。
　酸化物は二種以上の金属成分を含有する複合酸化物であってもよい。複合酸化物としては、ＣｒＢＯ3、Ｃｏ2Ｂ2Ｏ5、Ｃｏ3Ｂ2Ｏ6、Ｍｎ3Ｂ2Ｏ6、ＴｉＢＯ3などの融点の比較的高い複合酸化物を好適に使用することができる。
　上記の酸化物の中では、スパッタ膜中で金属相と酸化物相の分離性を高めるという観点から、金属相を構成するＣｏとの濡れ性に優れているコバルトの酸化物が好ましく、ＣｏＯが最適である。従って、酸化物相中のコバルト酸化物の濃度は５０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、７０ｍｏｌ％以上であることがより好ましい。更に、酸化物相中のＣｏＯの濃度は５０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、７０ｍｏｌ％以上であることがより好ましい。
（３．相対密度）
　スパッタリングターゲット部材の相対密度は高い方が、アーキングの少ない安定的なスパッタリングを行う上で、好ましい。本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材は一実施形態において、相対密度が９０％以上である。相対密度は好ましくは９５％以上であり、より好ましくは９９％以上である。相対密度は、組成によって定まる理論密度に対するアルキメデス密度の比で求められる。組成によって定まる理論密度は、実際に存在する化合物の密度を加味できていないことから、１００％を超えることもあり得る。
　理論密度は、スパッタリングターゲット部材の成分分析を行い、それにより得られる各成分の質量濃度と各成分の単体密度から算出される。具体的には、ターゲットの構成成分が互いに拡散あるいは反応せずに混在していると仮定したときの密度で、次式で計算される。
  式：理論密度（ｇ／ｃｍ3）＝Σ（構成成分の分子量×構成成分のモル比）／Σ（構成成分の分子量×構成成分のモル比／構成成分の文献値密度）
ここでΣは、ターゲットの構成成分の全てについて、和をとることを意味する。
（４．製法）
　本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材は、粉末焼結法を用いて、例えば、以下の手順によって作製することができる。
　まず、所望の金属相の組成に応じた一種又は二種以上の金属粉末を用意する。金属粉末は、Ｃｏ粉末、Ｐｔ粉末、Ｍｏ粉末、Ｃｒ粉末、Ｒｕ粉末、Ｂ粉末など単体金属粉末でもよいし、Ｃｏ－Ｐｔ合金粉末などの合金粉末でもよい。金属粉末は溶解鋳造したインゴットを粉砕して作製してもよいし、ガスアトマイズ法により作製してもよい。
　各金属粉末のメジアン径は０．１μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましく、１μｍ以上であることが更により好ましい。金属粉末が小さすぎると、粉末同士が凝集し、均一な組織が得づらくなる。但し、各金属粉末のメジアン径は、大きすぎると酸化物粉末と均一に混合することが難しいことやスパッタリング中にパーティクルの原因となる懸念があることから、１５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることが更により好ましい。メジアン径は粉砕や篩別により調整可能である。
　また、所望の酸化物相の組成に応じた一種又は二種以上の酸化物粉末を用意する。均一分散させやすいという観点で、メジアン径が３０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以下であることが更により好ましい。また、酸化物粉末は粉末同士の凝集防止という観点で、メジアン径が０．１μｍ以上であることが好ましく、１μｍ以上であることがより好ましく、２μｍ以上であることが更により好ましい。
　本明細書において、粉末のメジアン径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における体積値基準での積算値５０％（Ｄ５０）での粒径を意味する。実施例においては、ＨＯＲＩＢＡ社製の型式ＬＡ－９２０の粒度分布測定装置を使用し、粉末をエタノールの溶媒中に分散させて湿式法にて測定した。屈折率は金属コバルトの値を使用した。
　次いで、原料粉末（金属粉末及び酸化物粉末）を所望の組成となるように秤量し、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末の酸化をできるかぎり抑制することが望ましい。不活性ガスとしては、Ａｒ、Ｎ2ガスが挙げられる。また、このとき、均一な組織を実現するために混合粉のメジアン径が２０μｍ以下になるまで粉砕することが好ましく、さらに１０μｍ以下になるまで粉砕することが好ましく、例えば０．１～１０μｍの範囲になるまで粉砕することができる。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又は不活性ガス雰囲気下において成型・焼結する。また、前記ホットプレス法以外にも、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（ＨＩＰ）は、焼結体の密度向上に有効であり、ホットプレス法と熱間静水圧焼結法をこの順に実施することが焼結体の密度向上の観点から好ましい。
　焼結時の保持温度は、金属粉末の溶融を避けるために金属相の組成に依存するが、使用する金属の融点未満とすることが好ましく、融点よりも２０℃以上低い温度とすることがより好ましく、融点よりも５０℃以上低い温度とすることが更により好ましい。また、焼結時の保持温度は、焼結体の密度低下を避けるために６５０℃以上とすることが好ましく、７００℃以上とすることがより好ましく、７５０℃以上とすることが更により好ましい。
　ホットプレスの圧力は、焼結を促進するために２０～７０ＭＰａとすることが好ましい。熱間静水圧焼結（ＨＩＰ）における圧力は、焼結体の密度向上の観点から、１００～２００ＭＰａとすることが好ましい。
　焼結時間は、焼結体の密度向上のために０．３時間以上とすることが好ましく、０．５時間以上とすることがより好ましく、１．０時間以上とすることが更により好ましい。また、焼結時間は、結晶粒の粗大化を防止するために３．０時間以下とすることが好ましく、２．０時間以下とすることがより好ましく、１．５時間以下とすることが更により好ましい。
　得られた焼結体を、旋盤等を用いて所望の形状に成形加工することにより、本発明に係るスパッタリングターゲット部材を作製することができる。ターゲット形状には特に制限はないが、例えば平板状（円盤状や矩形板状を含む）及び円筒状が挙げられる。
　スパッタリングターゲット部材の厚みは特に制限はなく、使用するスパッタ装置や成膜使用時間等に応じて適宜設定すればよいが、通常３～２５ｍｍ程度であり、典型的には６～１８ｍｍ程度である。
　スパッタリングターゲット部材はそのままスパッタリングターゲットとして使用してもよいが、必要に応じてバッキングプレート又はバッキングチューブとロウ材により接合して用いてもよい。この場合、スパッタリングターゲット部材と、バッキングプレート又はバッキングチューブとが、ロウ材層を介して積層された構造を有するスパッタリングターゲットが提供される。ロウ材層を構成する物質としては、限定的ではないが、例えば、融点がインジウムより低いため、純Ｉｎ、ＩｎＳｎ合金及びＩｎＺｎ合金よりなる群から選択される一種以上とすることが好ましい。
　ロウ材層の厚みは、限定的ではないが、スパッタリングターゲットの使用効率の面とロウ材の熱膨張緩衝作用に基づくクラック防止の面から、０．１ｍｍ～２ｍｍであることが好ましく、０．１ｍｍ～１ｍｍであることがより好ましく、０．３ｍｍ～０．８ｍｍであることが更により好ましい。
（５．成膜）
　本発明は一側面において、本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材を用いてスパッタリングする工程を含む成膜方法を提供する。スパッタ条件は適宜設定することができる。
　上記の成膜方法を実施することにより得られたスパッタ膜は一実施形態において、飽和磁化が２００ｅｍｕ／ｃｃ以下であり、好ましくは１５０ｅｍｕ／ｃｃ以下であり、より好ましくは１００ｅｍｕ／ｃｃ以下である。飽和磁化は、試料振動型磁力計（ＶＳＭ）によって測定される値である。また、上記の成膜方法を実施することにより得られたスパッタ膜は一実施形態において、ＸＲＤ（Ｘ線回折法）で分析したときに、２θ＝４２°～４４°の間に現れる、ｈｃｐ構造のＣｏＰｔ合金の（００２）面に起因するピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）が５以下であり、好ましくは４以下であり、典型的には３～５の範囲である。このことは、スパッタ膜において、金属相のｈｃｐ構造が維持されていることを意味する。
　以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
＜１．原料粉末＞
（１）金属原料粉末として以下を用意した。
　Ｃｏ粉末（メジアン径：３μｍ）、Ｃｒ粉末（メジアン径：１０μｍ）、Ｐｔ粉末（メジアン径：１μｍ）、Ｍｏ粉末（メジアン径：５μｍ）、Ｂ粉末（メジアン径：５μｍ）
（２）金属酸化物粉末として以下を用意した。
　ＴｉＯ2粉末（メジアン径：１μｍ）、ＳｉＯ2粉末（メジアン径：１μｍ）、ＣｏＯ粉末（メジアン径：２μｍ）
　次いで、表１に示す試験番号に応じた原料組成になるように、各原料粉末を秤量して、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８時間回転させて混合、粉砕した。混合、粉砕後の粉末のメジアン径を測定したところ３μｍ程度であった。次に、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、焼結した。ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度３００℃／時間、保持温度１０００℃、保持時間２時間とし、昇温開始時から温度保持終了まで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焼結（ＨＩＰ）を施した。熱間静水圧焼結の条件は、昇温温度３００℃／時間、保持温度９５０℃、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℃保持中は１５０ＭＰａで加圧した。温度保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。次に、旋盤を用いて、それぞれの焼結体を直径１８０．０ｍｍ、厚さ５．０ｍｍの形状に切削加工し、円盤状のスパッタリングターゲット部材を得た。各試験例に係るスパッタリングターゲット部材はそれぞれ、下記の試験を実施するのに十分な数を用意した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
＜２．組織分析＞
　上記手順により得られた各スパッタリングターゲット部材について、スパッタリング面に対して水平な切断面を切り出して鏡面研磨した。鏡面研磨した切断面をＦＥ－ＥＰＭＡの元素マッピング画像により解析した。その結果、何れの各スパッタリングターゲット部材についても、金属相及び酸化物相が相互に分散した組織を有していることが確認された。ＦＥ－ＥＰＭＡの元素マッピング画像から、金属相及び酸化物相の何れについても、原料組成に対応した組成の粒子相が存在していることが確認された。金属相及び酸化物相の組成を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
＜３．酸化物相の体積率＞
　組織分析を行った鏡面研磨した切断面を日立社製型式Ｓ－３７００ＮのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて、倍率３０００倍で撮像した。次いで、ＳＥＭ像に対してＮａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ　ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ製ＩｍａｇｅＪというソフトウェアを使用し、白黒への二値化処理を行って酸化物相（黒色部分）を特定し、ＳＥＭ画像全体の面積に対する酸化物相の面積の比率を求めた。測定は３回行い、その平均値を酸化物相の体積率の測定値とした。２値化の手順は下記の通りである。
Ｆｉｌｅ→Ｏｐｅｎから画像を読み込む。Ｉｍａｇｅ→Ｔｙｐｅから８－ｂｉｔを選択する。画像のスケールを除いた部分を選択し、Ｉｍａｇｅ→Ｃｒｏｐでスケール部分を切り取る。Ｐｒｏｃｅｓｓ→Ｆｉｌｔｅｒｓ→Ｇａｕｓｓｉａｎ　Ｂｌｕｒを選択し、Ｓｉｇｍａに２を入力し、ＯＫをクリックする。Ｐｒｏｃｅｓｓ→Ｂｉｎａｒｙ→Ｍａｋｅ　Ｂｉｎａｒｙを選択する。以上の手順で画像の２値化を行う。
＜４．相対密度＞
　上記の製造方法で得られた各試験例に係るスパッタリングターゲット部材について、密度をアルキメデス法により測定し、組成によって定まる理論密度に対する割合（％）を求め、相対密度とした。結果を表３に示す。
＜５．強度＞
　上記の製造方法で得られた各試験例に係るスパッタリングターゲット部材について、目視により割れの有無を確認した。結果を表３に示す。
＜６．成膜試験＞
　上記の製造手順で得られた各試験例に係るスパッタリングターゲット部材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、スパッタリングを実施した。スパッタリング条件は、投入電力１ｋＷ、Ａｒガス圧１．７Ｐａとし、シリコン基板上に２０秒間成膜した。
＜７．ＸＲＤ分析＞
　成膜試験で得られた各試験例に係るスパッタ膜について、以下の測定条件でＸＲＤ（Ｘ線回折法）分析した。回折ピークの位置は高角ＸＲＤ測定により、半値全幅（ＦＷＨＭ）はロッキングカーブ測定により測定した。
分析装置：株式会社リガク製　　高分解能Ｘ線薄膜評価装置Ｓｕｐｅｒｌａｂ
・高角ＸＲＤ測定
　　管球：Ｃｕ（ＣｕＫαにて測定）
　　管電圧：４０ｋＶ
　　管電流：２０ｍＡ
　　光学系：２次元集光多層膜ミラー
　　スキャンモード：２θ／θ
　　走査範囲（２θ）：１０°～１００°
　　測定ステップ（２θ）：０．１°
　　測定サンプルサイズ：約１０ｍｍ×１０ｍｍ
・ロッキングカーブ測定
　　管球：Ｃｕ（ＣｕＫαにて測定）
　　管電圧：４０ｋＶ
　　管電流：２０ｍＡ
　　光学系：２次元集光多層膜ミラー
　　スキャンモード：θ単独
　　走査範囲（θ）：高角ＸＲＤで特定した（００２）面のピーク位置±１０°
　　測定ステップ（２θ）：０．２°
　　測定サンプルサイズ：約１０ｍｍ×１０ｍｍ
　得られたＸＲＤプロファイルの解析は、株式会社リガク製統合粉末Ｘ線解析ソフトウェア ＰＤＸＬを用いて実施した。得られた測定データに対して、ＢＧ除去、Ｋα２除去、ピークサーチを自動モードで実施し、２θ＝４２°～４４°の間に現れる、ｈｃｐ構造のＣｏＰｔ合金の（００２）面に起因する回折ピークの位置を特定し、また、当該ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）を測定した。当該ピークの存在は、測定面と平行に（００２）面が出ていること、すなわち、ｈｃｐ構造のＣ軸がスパッタ膜に対し垂直であることを意味する。結果を表３に示す。
＜８．磁気測定＞
　成膜試験で得られた各試験例に係るスパッタ膜について、ＶＳＭ（玉川製作所製型式ＴＭ－ＶＳＭ２６１４８３－ＨＧＣ型）により磁気測定を行い、飽和磁化を測定した。結果を表３に示す。スパッタ膜の飽和磁化が２００ｅｍｕ／ｃｃ以下であれば非磁性層への適用が期待できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
＜９．ＴＥＭ観察＞
　成膜試験で得られた実施例１、比較例８及び比較例９に係るスパッタ膜について、日本電子製透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による組織観察（倍率：×４００００）を行った。そして、画像解析によって金属相粒子の平均粒径及び標準偏差を測定した。結果を表４に示す。表４から、Ｒｕの代わりにＭｏを使用しても遜色のない微細組織を有するスパッタ膜が得られたことが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
＜１０．考察＞
　比較例１は金属相がＣｏ、Ｃｒ及びＰｔで構成されており、Ｍｏを含有しなかったため、結晶性の良いｈｃｐ構造を維持したまま成膜できなかった(半値幅が大きくなっていることから確認できる)。
　比較例２は金属相がＣｏ、Ｐｔ及びＲｕで構成されており、スパッタ膜は非磁性化し、ｈｃｐ構造も維持できたが、Ｒｕの原料費用が高いため、経済性に問題がある。
　比較例３は金属相がＣｏ、Ｂ及びＰｔで構成されており、Ｍｏを含有しなかったため、結晶性の良いｈｃｐ構造を維持したまま成膜できなかった（半値幅が大きくなっていることから確認できる）。
　比較例４～７はＭｏを含有しているが、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ及びＢの合計濃度が不足したため、スパッタ膜の飽和磁化が高かった。
　比較例８は金属相中のＭｏの濃度が高すぎたため、スパッタリングターゲット部材が脆化して割れが生じた。
　比較例９は金属相がＣｏ、Ｃｒ及びＰｔで構成されており、Ｍｏを含有しなかったため、また、ＣｒとＣｏＯを同時に使用したことで、ＣｏＯではなくＣｒ2Ｏ3が生成したことで、うまく酸化物相で金属相を分離できておらず、金属相粒子の一部が粗大化したことを確認した。これは成膜後の金属相の粒子径の標準偏差が大きくなっていることから確認できる。
　比較例１０は金属相がＣｏ、Ｐｔ及びＲｕで構成されており、スパッタ膜は非磁性化し、ｈｃｐ構造も維持できたが、Ｒｕの原料費用が高いため、経済性に問題がある。
　比較例１１は金属相がＣｏ、Ｐｔ及びＢで構成されており、Ｍｏを含有しなかったため、また、ＢとＣｏＯを同時に使用したことで、ＣｏＯではなくＢ2Ｏ3が生成したことで、うまく酸化物相で金属相を分離できておらず、金属相粒子の一部が粗大化したことを確認した。これは製膜後の金属相の粒子径の標準偏差が大きくなっていることから確認できる。
　一方、実施例１～１０においては、金属相中の組成が比較例に比べて適切であったことから、スパッタ膜は非磁性化し、ｈｃｐ構造も維持できた。また、金属相中のＲｕの濃度を低下させたことで、経済性も向上した。

Claims (9)

  1. 　金属相及び酸化物相が相互に分散した組織を有する非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材であって、
    　金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Ｃｏを２０～６０ｍｏｌ％、Ｐｔを５～３０ｍｏｌ％、Ｍｏを１～４０ｍｏｌ％含有すると共に、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｒｕ及びＢを合計濃度で２５ｍｏｌ％以上含有し、
    　酸化物相の体積率が１０～４５％である、
    非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
  2. 　金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Ｍｏを２５～３０ｍｏｌ％含有する請求項１に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
  3. 　金属相中におけるＣｒの濃度が、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、５ｍｏｌ％以下である請求項１又は２に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
  4. 　金属相中におけるＲｕの濃度が、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、５ｍｏｌ％以下である請求項１～３の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
  5. 　金属相中におけるＢの濃度が、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、５ｍｏｌ％以下である請求項１～４の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
  6. 　酸化物相が、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｚｒ及びＮｂよりなる群から選択される一種又は二種以上の金属の酸化物を含有する請求項１～５の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
  7. 　相対密度が９０％以上である請求項１～６の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
  8. 　請求項１～７の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材と、バッキングプレート又はバッキングチューブとが、ロウ材層を介して積層された構造を有するスパッタリングターゲット。
  9. 　請求項１～７の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材を用いてスパッタリングする工程を含む成膜方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023079856A1 (ja) * 2021-11-05 2023-05-11 Ｊｘ金属株式会社 スパッタリングターゲット部材、スパッタリングターゲット組立品、及び成膜方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6320154A (ja) * 1986-07-10 1988-01-27 Kobe Steel Ltd スパツタリング用タ−ゲツトのボンデイング方法
JP2011003260A (ja) * 2009-06-22 2011-01-06 Showa Denko Kk 磁気記録媒体及び磁気記録再生装置
WO2011070850A1 (ja) * 2009-12-11 2011-06-16 Jx日鉱日石金属株式会社 Ｃｏ若しくはＣｏ合金相に酸化物相を分散させたスパッタリングターゲット、Ｃｏ若しくはＣｏ合金相と酸化物相とからなる磁性体薄膜及び同磁性体薄膜を用いた磁気記録媒体
JP2012208995A (ja) * 2011-03-30 2012-10-25 Showa Denko Kk 磁気記録媒体の製造方法及び磁気記録再生装置
WO2014046040A1 (ja) * 2012-09-18 2014-03-27 Jx日鉱日石金属株式会社 スパッタリングターゲット
WO2017141557A1 (ja) * 2016-02-19 2017-08-24 Ｊｘ金属株式会社 磁気記録媒体用スパッタリングターゲット及び磁性薄膜

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070099032A1 (en) * 2005-11-02 2007-05-03 Heraeus, Inc., A Corporation Of The State Of Arizona Deposition of enhanced seed layer using tantalum alloy based sputter target
JP6320154B2 (ja) 2014-04-25 2018-05-09 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像装置の駆動方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6320154A (ja) * 1986-07-10 1988-01-27 Kobe Steel Ltd スパツタリング用タ−ゲツトのボンデイング方法
JP2011003260A (ja) * 2009-06-22 2011-01-06 Showa Denko Kk 磁気記録媒体及び磁気記録再生装置
WO2011070850A1 (ja) * 2009-12-11 2011-06-16 Jx日鉱日石金属株式会社 Ｃｏ若しくはＣｏ合金相に酸化物相を分散させたスパッタリングターゲット、Ｃｏ若しくはＣｏ合金相と酸化物相とからなる磁性体薄膜及び同磁性体薄膜を用いた磁気記録媒体
JP2012208995A (ja) * 2011-03-30 2012-10-25 Showa Denko Kk 磁気記録媒体の製造方法及び磁気記録再生装置
WO2014046040A1 (ja) * 2012-09-18 2014-03-27 Jx日鉱日石金属株式会社 スパッタリングターゲット
WO2017141557A1 (ja) * 2016-02-19 2017-08-24 Ｊｘ金属株式会社 磁気記録媒体用スパッタリングターゲット及び磁性薄膜

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023079856A1 (ja) * 2021-11-05 2023-05-11 Ｊｘ金属株式会社 スパッタリングターゲット部材、スパッタリングターゲット組立品、及び成膜方法
JPWO2023079856A1 (ja) * 2021-11-05 2023-05-11
JP7412659B2 (ja) 2021-11-05 2024-01-12 Ｊｘ金属株式会社 スパッタリングターゲット部材、スパッタリングターゲット組立品、及び成膜方法

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