特許 6514664 スパッタリングターゲット材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6514664

(24)【登録日】2019年4月19日

(45)【発行日】2019年5月15日

(54)【発明の名称】スパッタリングターゲット材

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20190425BHJP

   C22C 19/03 20060101ALI20190425BHJP

   G11B 5/851 20060101ALI20190425BHJP

   G11B 5/738 20060101ALI20190425BHJP

   B22F 1/00 20060101ALN20190425BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 A

   C22C19/03 E

   G11B5/851

   G11B5/738

   !B22F1/00 M

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-103902(P2016-103902)

(22)【出願日】2016年5月25日

(65)【公開番号】特開2017-210647(P2017-210647A)

(43)【公開日】2017年11月30日

【審査請求日】2018年12月27日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000180070

【氏名又は名称】山陽特殊製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100074790

【弁理士】

【氏名又は名称】椎名 彊

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 浩之

(72)【発明者】

【氏名】新村 夢樹

【審査官】 神▲崎▼ 賢一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１２７１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第７８２８９１３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０００−２０６３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４４９９０４４（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／３４

Ｃ２２Ｃ １９／０３

Ｇ１１Ｂ ５／７３８

Ｇ１１Ｂ ５／８５１

Ｂ２２Ｆ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａｔ．％で、Ｔａを３５〜５０％含有し残部がＮｉ及び不可避的不純物からなるスパッタリングターゲット材であって、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相及びＮｉＴａ化合物相のみからなり、該Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相とＮｉＴａ化合物相のミクロ組織の最大内接円径が１０μｍ以下であることを特徴としたスパッタリングターゲット材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用スパッタリングターゲット材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、磁気記録技術の進歩は著しく、ドライブの大容量化のために、磁気記録媒体の高記録密度化が進められており、従来普及していた面内磁気記録媒体より更に高記録密度が実現できる、垂直磁気記録方式が実用化されている。垂直磁気記録方式とは、垂直磁気記録媒体の磁性膜中の媒体面に対して磁化容易軸が垂直方向に配向するように形成したものであり、高記録密度に適した方法である。

【0003】

例えば、特許第４４９９０４４号公報（特許文献１）に記載されているように、ガラス基板やＡｌ基板等の基板上に密着層、軟磁性層、シード層、中間層、磁気記録層及び保護層は順次積層され、軟磁性層はＣｏ合金を有し、シード層は軟磁性層側の第一シード層と中間層側の第二シード層を有し、第一シード層はＣｒにＴａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ａｌから選ばれた１種以上の元素を含む非晶質合金、第二シード層は、ＮｉにＣｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕから選ばれた１種以上の元素を含む結晶質合金からなる垂直磁気記録媒体から構成されている。

【0004】

また、上記密着層の形成に使用されるターゲットとして、特開２０１３−１２７１１１号公報（特許文献２）に示すようなＮｉ−Ｔａスパッタリングターゲット材が使用されている。この特許文献２のスパッタリングターゲット材はスパッタリングターゲット材中にＮｉＴａ化合物相と純Ｔａ相を含有させることでスパッタリングターゲット材の強度を向上し、ターゲット時の割れやパーティクル発生を低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４４９９０４４号公報

【特許文献2】特開２０１３−１２７１１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した特許文献２のスパッタリングターゲット材は純Ｔａ相を含有させることでスパッタリングターゲット材の強度を向上し、スパッタ時の割れやパーティクル発生を低減するもので、純Ｔａ粉末を活用することでスパッタリングターゲット材の強度を高めている。しかし、スパッタリングターゲット材中に純Ｔａ相が存在することにより、スパッタリングターゲット材のミクロ組織内で大きな組成の変化が生じ、その組成変化を反映し、スパッタ膜が組成ムラを起こす課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述のような課題を解決するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、純Ｔａを用いずともスパッタリングターゲット材の強度を高め、スパッタ時の割れやパーティクルを防ぎ、スパッタ膜の組成ムラを防ぐことの出来るスパッタリングターゲット材を見出した。すなわち、従来は純Ｔａ粉末を活用することでスパッタリングターゲット材の強度を高めているのに対し、本発明は純Ｔａ粉末を活用せず、スパッタリングターゲット材のミクロ組織を調整することで強度を向上させることにある。

【0008】

その発明の要旨とするところは
ａｔ．％で、Ｔａを３５〜５０％含有し残部がＮｉ及び不可避的不純物からなるスパッタリングターゲット材であって、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相及びＮｉＴａ化合物相のみからなり、該Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相とＮｉＴａ化合物相のミクロ組織の最大内接円径が１０μｍ以下であることを特徴としたスパッタリングターゲット材にある。

【発明の効果】

【0009】

以上述べたように、本発明は、Ｎｉを主体にＴａを３５〜５０％の範囲に限定したスパッタリングターゲット材のミクロ組織でＮｉ₂ Ｔａ化合物とＮｉＴａ化合物相を微細に分散させることで、スパッタ時に割れやパーティクルを発生させず、スパッタ膜の組成ムラを起こさせない強度のあるＮｉ−Ｔａスパッタリングターゲット材を提供することにある。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明に係るミクロ組織を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果を示す図である。この図に示すように、符号１は、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相（灰色部）であり、符号２は、ＮｉＴａ化合物相（白色部）の２相によってミクロ組織が構成されていることが分かる。このＮｉ₂ Ｔａ化合物相とＮｉＴａ化合物相のミクロ組織の最大内接円径が１０μｍ以下と微細な相を形成することに特徴がある。このような相を有するミクロ組織とすることで、スパッタリングターゲット材の強度を向上し、スパッタ時のパーティクルを抑え、スパッタリングターゲット材中の組成ムラに起因するスパッタ膜の組成ムラを防ぐことができる。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に関わる限定理由を説明する。
ａｔ．％で、Ｔａを３５〜５０％含有し残部がＮｉ及び不可避的不純物からなる。しかし、Ｔａが３５％未満ないし５０％の範囲を超えるとＮｉ₂ ＴａとＮｉＴａの化合物のうち、どちらか一方しか形成しない。すなわち、平衡状態図から１００％Ｎｉ〜Ｎｉ−３５Ｔａ未満の間で形成される相は、Ｎｉ、Ｎｉ₈ Ｔａ、Ｎｉ₃ Ｔａ、Ｎｉ₂ Ｔａであり、また、Ｎｉ−５０Ｔａ超から１００％Ｔａの間で成形される相はＮｉＴａ、ＮｉＴａ₂ 、Ｔａであり、Ｎｉ−３５Ｔａ％からＮｉ−５０Ｔａ％の間のみＮｉ₂ ＴａとＮｉＴａが共存できる。

【0012】

上記Ｔａを３５〜５０％、残部がＮｉなる範囲に限定した成分組成でアトマイズ粉末を使用することから、その形成される相はＮｉ₂ Ｔａ化合物相及びＮｉＴａ化合物相のみとなる。すなわち、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相及びＮｉＴａ化合物相の両相が共存することであって、２相以外の相は出ない。このような相を有するミクロ組織とすることで、スパッタリングターゲット材の強度を向上し、スパッタ時のパーティクルを抑え、スパッタリングターゲット材中の組成ムラに起因するスパッタ膜の組成ムラを防ぐことができる。

【0013】

しかも、成形温度を１０００〜１２００℃、成形圧力を１００〜１５０ＭＰａとすることで、微細な組織を達成させる。しかし、成形温度１０００℃未満、成形圧力１００ＭＰａ未満では、目的とする微細な組織を十分達成することができない。また、逆に成形温度が１２００℃を超え、かつ成形圧力が１５０ＭＰａを超えると上記同様に微細な組織である、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相とＮｉＴａ化合物相のミクロ組織の内接円径が１０μｍ以下を達成することが出来ない。したがって、成形温度を１０００〜１２００℃、成形圧力を１００〜１５０ＭＰａとした。

【0014】

上記により、純Ｔａを用いず、構成相をＮｉ₂ Ｔａ化合物相及びＮｉＴａ化合物相の両相が共存することに限定し、かつ、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相とＮｉＴａ化合物相のミクロ組織の内接円径が１０μｍ以下なる微細な組織にすることによりスパッタリングターゲット材の強度を高めると共にスパッタ時の割れやパーティクルを防ぎ、スパッタ膜の組成ムラを防ぐことができるスパッタリングターゲット材を提供可能としたものである。

【0015】

また、本発明の急冷凝固処理方法としては、不純物の混入が少なく、充填率が高く焼結に適した球状粉末が得られるガスアトマイズ法が好ましい。粉末の加圧焼結方法としては、ホットプレス、熱間静水圧プレス、通電加圧焼結、熱間押し出しなどの方法を適用することができる。中でも熱間静水圧プレスは加圧圧力が高く、最高温度を低く抑えて金属間化合物相の粗大化を抑制しても、緻密な焼結体が得られるため、特に好ましい。

【0016】

なお、本発明のターゲット材は、ミクロ組織の制御が可能であれば、溶解鋳造法、粉末焼結法のいずれも適用可能である。なお、ミクロ組織において、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相とＮｉＴａ化合物相のミクロ組織の最大内接円径を１０μｍ以下に制御するためには、溶解鋳造法を適用する場合、例えば、合金溶湯を水冷等により冷却した鋳型に鋳造して一般的な鋳造に比べて凝固速度を速めることが望ましい。

【実施例】

【0017】

以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示す各成分組成を、ガスアトマイズ法によりＮｉ−Ｔａ合金粉末を作製した。得られた粉末を５００μｍ以下に分級し、ＨＩＰ成形（熱間当方圧プレス）の原料粉末として用いた。ＨＩＰ成形用ビレットは、直径２５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの炭素鋼製缶に原料粉末を充填したのち、真空脱気、封入し作製した。この粉末充填ビレットを表１に示す成形圧力、成形温度、保持時間の条件でＨＩＰ成形した。その後、成形体から直径１８０ｍｍ、厚さ７ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。

【0018】

評価方法としては、スパッタリングターゲット材のミクロはスパッタリングターゲット端材から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）用試験片を採取し、試験片断面を研磨し、反射電子像を撮影し、化合物中に描ける最大内接円を評価した。また、電子線マイクロアナライザ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）にて長さ１ｍｍの線分析を５箇所で実施し、Ｎｉの原子量の最大値と最小値の差を評価した。Ｎｉの原子量の最大値と最小値が２０ａｔ％以下であれば良好な均質性を有するスパッタリングターゲット材としＯＫとした。２０ａｔ％以上の差がある場合にＮＧとした

【0019】

パーティクル評価方法は、直径９５ｍｍ、板厚１．７５ｍｍのアルミ基板上にＤＣマグネトロンスパッタにてＡｒガス圧力０．９Ｐａで成膜し、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒにてパーティクル数を評価した。

【0020】

スパッタ膜の組成のムラは、スパッタした基板を電子線マイクロアナライザ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）にて長さ１ｍｍの線分析を５箇所で実施しＮｉの原子量の最大値と最小値の差を評価した。Ｎｉの原子量の最大値と最小値が２０ａｔ％以下であれば良好な均質性の膜で、ＯＫとした。Ｎｉの原子量の最大値と最小値が２０ａｔ％以上であれば不均質な膜であるのでＮＧとした。

【0021】

スパッタリングターゲット材の強度は横４ｍｍ、縦３ｍｍ、長さ２５ｍｍのＴＰをワイヤーで割り出したものを、三点曲げ試験によって評価した。三点曲げ試験の条件は、支点間距離２０ｍｍで実施し、縦方向に圧下しその時の応力（Ｎ）を測定し、次の式に基づき、三点曲げ強度とした。
三点曲げ強度（ＭＰａ）＝（３×応力（Ｎ）×支点間距離（ｍｍ））／（２×試験片の幅（ｍｍ）×（試験片厚さ（ｍｍ）² 。

【0022】

【表1】

表１に示すように、Ｎｏ．１〜１２は本発明例であり、Ｎｏ．１３〜１８は比較例である。

【0023】

比較例Ｎｏ．１３は、Ｔａの成分組成が高く、かつ一様にＮｉＴａ化合物相となっている。すなわち、Ｎｉ₂ Ｔａが存在せず、全面がＮｉＴａ化合物相であるため抗折応力が極めて低くなっている。抗折応力が低いためパーティクルが多数発生している。比較例Ｎｏ．１４は、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相のミクロ組織の最大内接円径が１６μｍと粗大化しており、抗折応力が低くなっている。そのため、パーティクルが多数発生している。比較例Ｎｏ．１５は、Ｔａの成分組成が低く、一様にＮｉ₂ Ｔａ化合物相となっている。すなわち、ＮｉＴａ化合物相が存在せず、全面がＮｉ₂ Ｔａ化合物相であるため抗折応力が低くなっている。そのため、パーティクルが多数発生している。

【0024】

比較例Ｎｏ．１６は、純Ｔａ粉末を４１．３３とＮｉ３７．５Ｔａアトマイズ粉末を３３．１と純Ｎｉアトマイズ粉末を２５．５７の混合比でＶ型混合器で３０分混合したのち、直径２５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの炭素鋼製缶に充填し、真空脱気、封入し作製した。この粉末充填ビレットを表１に示す成形圧力、成形温度、保持時間の条件でＨＩＰ成形した。その後、成形体から直径１８０ｍｍ、厚さ７ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。そのターゲット材は、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相、ＮｉＴａ化合物相のミクロ組織の最大内接円径が１５と粗大化しており、また、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相とＮｉＴａ化合物相以外にＴａ相、Ｎｉ₃ Ｔａ相、Ｎｉ相が存在し抗折応力が低くなっている。そのため、パーティクルが多数発生している。

【0025】

比較例Ｎｏ．１７は、Ｎｏ．１６と同様に、純Ｔａ粉末を１１．０９とＮｉ３７．５Ｔａアトマイズ粉末を８８．９１の混合比でＶ型混合器で３０分混合したのち、直径２５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの炭素鋼製缶に充填し、真空脱気、封入し作製した。この粉末充填ビレットを表１に示す成形圧力、成形温度、保持時間の条件でＨＩＰ成形した。その後、成形体から直径１８０ｍｍ、厚さ７ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。そのターゲット材は、ＮｉＴａ化合物相のミクロ組織の最大内接円径が１３μｍと大きく、また、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相とＮｉＴａ化合物相以外にＴａ相が存在し抗折応力は比較例１６より改善しているが、低くそのためパーティクルを発生している。また、純Ｔａを含有し、スパッタリングターゲット材として、組成が不均一で、また、スパッタした膜も組成が不均一となっている。

【0026】

比較例Ｎｏ．１８は、比較例Ｎｏ．１６と同様に、純Ｔａ粉末を６４．９１と純Ｎｉアトマイズ粉末を３５．０９の混合比でＶ型混合器で３０分混合したのち、直径２５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの炭素鋼製缶に充填し、真空脱気、封入し作製した。この粉末充填ビレットを表１に示す成形圧力、成形温度、保持時間の条件でＨＩＰ成形した。その後、成形体から直径１８０ｍｍ、厚さ７ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。そのターゲット材は、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相のミクロ組織の最大内接円径が１３μｍと大きく、また、Ｎｉ₂ Ｔａ化合物相とＮｉＴａ化合物相以外にＴａ相、Ｎｉ₃ Ｔａ相、Ｎｉ相が存在し抗折応力は比較例１６より改善しているが、低くそのためパーティクルを発生している。また、純Ｔａや、Ｎｉ₃ Ｔａ相を含有し、スパッタリングターゲット材として、組成が不均一で、また、スパッタした膜も組成が不均一となっている。

【符号の説明】

【0027】

１：Ｎｉ₂ Ｔａ化合物
２：ＮｉＴａ化合物


特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊

【図1】