特許 6581780 スパッタ性に優れたＮｉ系ターゲット材

(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】6581780

(24)【登録日】2019年9月6日

(45)【発行日】2019年9月25日

(54)【発明の名称】スパッタ性に優れたＮｉ系ターゲット材

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20190912BHJP

   G11B 5/851 20060101ALI20190912BHJP

   G11B 5/738 20060101ALI20190912BHJP

   H01F 41/18 20060101ALI20190912BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 A

   G11B5/851

   G11B5/738

   H01F41/18

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-23101(P2015-23101)

(22)【出願日】2015年2月9日

(65)【公開番号】特開2016-145394(P2016-145394A)

(43)【公開日】2016年8月12日

【審査請求日】2018年1月25日

(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】宇野 未由紀

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 浩之

【審査官】 安齋 美佐子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−０９７６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２８９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３０９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４８６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９５７９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｇ１１Ｂ ５／７３８，５／８５１

Ｈ０１Ｆ ４１／１８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

その組成式が（Ｎｉx −ＦｅY −ＣｏZ ）100-W −ＭW である合金からなるＮｉ系スパッタリングターゲット材であって、
元素ＭがＭ１元素であり、このＭ１元素はＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、ＶおよびＮｂから選ばれる１種又は２種以上の元素であり、Ｍ１元素の合計量Ｗは２〜２０ａｔ．％であり、
Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの含有量（ａｔ．％）の内訳は
２０≦Ｘ≦９８
２≦Ｙ≦５０
０≦Ｚ≦６０
であって、
ＦｅとＣｏの合計量が１．５ａｔ％以上であり、
Ｎｉ−Ｍ相であるマトリックス相中にＦｅ相および／またはＣｏ相が分散しており、ｆｃｃまたはｂｃｃ相のＦｅを含むミクロ組織を有している、
Ｎｉ系スパッタリングターゲット材。

【請求項2】

請求項１に記載されたＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍ合金の元素Ｍとして、Ｍ１元素の一部が置換されたＭ２元素を含有しており、
このＭ２元素が、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｂ，Ｃｕ，Ｐ，ＣおよびＲｕから選ばれる１種又は２種以上であり、
このＭ２元素を合計で０を超えて１０ａｔ．％以下含有することを特徴とするＮｉ系スパッタリングターゲット材。

【請求項3】

ｆｃｃまたはｈｃｐ相のＣｏを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のＮｉ系スパッタリングターゲット材。

【請求項4】

漏洩磁束が１０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＮｉ系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、強い漏洩磁束が得られる透磁率が低く使用効率が高いＮｉ系合金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、垂直磁気記録の進歩は著しく、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により、さら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。ここで、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】

そして、垂直磁気記録方式においては、記録密度を高めた磁気記録膜相と軟磁性膜相とを有する記録媒体が開発されており、このような媒体構造では、軟磁性層と磁気記録層の間にシード層や下地膜層が製膜された記録媒体が開発されている。この垂直磁気記録方式用のシード層には一般に、ＮｉＷ系の合金が用いられている。

【0004】

一方、ハードディスクドライブの磁気記録特性を改善する一つの手法として、シード層に磁性を持たせる方法が提案されており、例えば、特開２０１２−１２８９３３号（特許文献１）に開示されているように、磁性を有するＶＩＩＩ族の元素であるＦｅ，Ｃｏを添加することで、磁性を持ったシード層が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−１２８９３３号公報

【特許文献2】特開２０１０−５９５４０号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したシード層の成膜には、一般にマグネトロンスパッタリング法が用いられている。このマグネトロンスパッタリング法とは、ターゲット材の背後に磁石を配置し、ターゲット材の表面に磁束を漏洩させて、その漏洩磁束領域にプラズマを収束させることにより高速成膜を可能とするスパッタリング法である。このマグネトロンスパッタリング法はターゲット材のスパッタ表面に磁束を漏洩させることに特徴があるため、ターゲット材自身の透磁率が高い場合にはターゲット材のスパッタ表面にマグネトロンスパッタリング法に必要十分な漏洩磁束を形成するのが難しくなる。そこで、ターゲット材自身の透磁率を極力低減しなければならない。しかしながら、上述でのターゲット材では透磁率が高いため漏洩磁束が低く、スパッタ性に乏しい点が課題である。

【0007】

一方、透磁率を低減する手法の一例として、特開２０１０−５９５４０号（特許文献２）のように、純Ｃｏスパッタリングターゲット材において、原料に純Ｃｏ粉末を用いることで透磁率を低くする方法がある。しかし、特許文献２の方法は軟磁性相用Ｃｏ−Ｆｅ系合金ターゲット材にのみ適応でき、シード層用Ｎｉ系合金ターゲット材などには対応していない。さらに、Ｆｅ源には合金を使用しており、純Ｆｅ粉末を用いた粉末焼結法の検討は行われていない。

【0008】

そこで、本発明では原料粉末としてＮｉ−Ｍ系合金粉末、純Ｆｅ粉末、純Ｃｏ粉末を用いて、シード層用Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金ターゲット材の製造方法を検討した結果、強い漏洩磁束が得られるＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金ターゲット材を見出した。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）Ｎｉ系スパッタリングターゲット材は（Ｎｉx −Ｆｅ_Y −Ｃｏ_Z ）_100-W −Ｍ_W合金からなり、同合金はａｔ．％で、Ｍ１元素はＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂから選ばれる１種又は２種以上の元素であり、Ｍ１元素の合計量Ｗは２〜２０ａｔ．％であり。残部がＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏおよび不可避的不純物からなり、かつＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏの含有量の内訳は２０≦Ｘ≦９８、０≦Ｙ≦５０、０≦Ｚ≦６０であって、かつミクロ組織はマトリックス相がＮｉ−Ｍ相でマトリックス相中にＦｅ相および／またはＣｏ相が分散していることを特徴とするＮｉ系スパッタリングターゲット材。

【0010】

（２）前記（１）に記載されたＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍ合金で、ＦｅとＣｏの合計量が１．５ａｔ％以上含有すること特徴とするＮｉ系スパッタリングターゲット材。
（３）前記（１）または（２）に記載されたＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍ合金に、更にＭ２元素としてＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｂ，Ｃｕ，Ｐ，Ｃ，Ｒｕから選ばれる１種又は２種以上の元素を合計で０超え〜１０ａｔ．％含有することを特徴とするＮｉ系スパッタリングターゲット材。

【0011】

（４）ｆｃｃまたはｈｃｐ相のＣｏを含むことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１に記載のＮｉ系スパッタリングターゲット材。
（５）ｆｃｃまたはｂｃｃ相のＦｅを含むことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１に記載のＮｉ系スパッタリングターゲット材。
（６）漏洩磁束が１０％以上であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１に記載のＮｉ系スパッタリングターゲット材にある。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、効率よくマグネトロンスパッタリングが行えるＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍ系合金スパッタリングターゲット材を提供でき、垂直磁気記録媒体のようにＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金のシード層を必要とする工業製品を製造する上で極めて有効な技術となる。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明について詳細に説明する。
上述したように、本発明の最も重要な特徴は、シード層用スパッタリングターゲット材において、原料粉末としてＮｉ−Ｍ系合金粉末、純Ｆｅ粉末、純Ｃｏ粉末を用いて混合し、成形することで、磁性が弱い、または磁性を持たないＮｉ系合金中に、磁性を有するＦｅやＣｏを切り離して混在させた点にある。

【0014】

また、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍ合金において、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂを以下Ｍ１元素と称すると、このＭ１元素は、高融点を持つｂｃｃ系金属であり、本発明で規定する成分範囲でｆｃｃであるＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系に添加することにより、そのメカニズムは明確ではないが、シード層に求められる（１１１）面への配向性を改善させ、かつ結晶粒を微細化させる元素である。このＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂの１種または２種以上をａｔ％量で、２〜２０％とする。しかし、２％未満ではその効果が十分でなく、また、２０％を超えると化合物が析出するか、アモルファス化する。シード層用合金としてはｆｃｃ単相である事が求められることから、その範囲を２〜２０％とする。好ましくは５〜１５％とする。

【0015】

本発明に係るＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍ合金において、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの比率である、Ｎｉ：Ｆｅ：Ｃｏ＝α：β：γとすると、α：９８〜２０とする。９８以下とした理由は、β＋γが１．５未満では保磁力が高くなる。また、２０以上とした理由は、２０未満では、上記同様保磁力が高くなる。したがって、その範囲を９８〜２０とした。好ましくは９８〜６０とする。

【0016】

ａｔ比β：０〜５０
Ｆｅは、保磁力を低減する元素であり、かつ、膜の配向性を改善する元素でもある。しかし、５０を超えると保磁力が高くなることから、その範囲を０〜５０とした。好ましくは２〜５０％、より好ましくは１０〜４０とする。
ａｔ比γ：０〜６０
Ｃｏは、（１１１）方向の保磁力を低減する元素である。しかし、６０を超えると保磁力が高くなることから、その上限を６０とした。好ましくは４０以下とする。

【0017】

磁性を有するＦｅ相および／またはＣｏ相が、磁性が弱い、または磁性を持たないＮｉ−Ｍ相中に、分散することで、母材の磁性を低減させ、透磁率を低下させる。透磁率の低下により、強い漏洩磁束が得られ、スパッタリング性が向上する。ＦｅとＣｏの合計量が１．５ａｔ％より少ない場合では、Ｎｉ系中間層に十分な磁性を持たせることができない。したがって、ＦｅとＣｏの含有合計量を１．５ａｔ％以上とした。

【0018】

Ｍ２元素は、（１１１）面を配向させる元素であり、また、結晶粒を微細化する元素である。このＭ２元素の１種または２種以上をａｔ％量で、０〜１０％とする。しかし、１０％を超えると化合物が生じたり、アモルファス化することから、その上限を１０％とする。好ましくは５％とする。また、Ｍ１＋Ｍ２は好ましくは、２５ａｔ％以下、さらに好ましくは２０ａｔ％以下とする。

【0019】

Ｃｏは、マトリックス相であるＮｉ−Ｍ系合金と合金化せずに、ｆｃｃまたはｈｃｐ相の単一で存在することで、透磁率の低いスパッタリング性に優れたターゲット材となる。Ｆｅは、マトリックス相であるＮｉ−Ｍ系合金と合金化せずに、ｆｃｃまたはｈｃｐ相の単一で存在することで、透磁率の低いスパッタ性に優れたターゲット材となる。
磁性が弱い、または磁性を持たないＮｉＷ系合金中に、磁性を有するＦｅやＣｏを切り離して混在させ、１０％以上の漏洩磁束を得ることで、スパッタ性に優れたターゲット材となる。

【0020】

本発明においては、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍ合金スパッタリングターゲット材において、Ｎｉ−Ｍ合金溶湯を急冷凝固処理した粉末と純Ｆｅ、純Ｃｏ粉末を所定の組成比率に混合し成形し機械加工することで、透磁率の低くスパッタ性に優れたＮｉ系ターゲットの製造方法を見出した。

【0021】

本発明に係る純Ｃｏについては、ｆｃｃまたはｈｃｐ構造を形成しており、また、純Ｆ
ｅはｆｃｃまたはｂｃｃ構造を形成している。したがって、本発明のように、Ｎｉ−Ｍ系合金粉末、純Ｆｅ粉末、純Ｃｏ粉末を用いて混合し、作製したターゲット材では、ｆｃｃまたはｈｃｐ相の純Ｃｏやｆｃｃまたはｂｃｃ相の純Ｆｅが存在していることがＸ線回折より明確に観測することができる。一方、合金化したＦｅやＣｏではこれらのピークは観測しないことが判明した。

【0022】

作製した合金粉末は５００μｍ以下に分級した粉末が好ましい。粉末の作製は、ガスア
トマイズ法、水アトマイズ法や回転ディスク式アトマイズ法などを適用することができる。作製したターゲット材の漏洩磁束（Ｐａｓｓ−Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｆｌｕｘ、以下ＰＴＦと記す）の測定に当たっては、ターゲット材の裏面に永久磁石を配置し、ターゲット材表面に漏洩する磁束を測定した。この方法は、マグネトロンスパッタ装置に近い状態の漏洩磁束を定量的に測定できる。実際の測定はＡＳＴＭ Ｆ２８０６−０１（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐａｓｓ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｆｌｕｘ ｏｆ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔｓ Ｍｅｔｈｏｄ２）に基づいて行い、次式よりＰＴＦを求めた。（ＰＴＦ）＝１００×（ターゲット材を置いた状態での磁束の強さ）÷（ターゲット材を置かない状態での磁束の強さ）（％）

【実施例】

【0023】

以下、本発明についてさらに実施例により具体的に説明する。
原料粉末において、純Ｆｅ粉末、純Ｃｏ粉末、Ｎｉ−Ｍ系合金粉末は、ガスアトマイズ法によって作製した。ガスアトマイズ法の条件は、ガス種類がアルゴンガス、ノズル径が６ｍｍ、ガス圧が５ＭＰａの条件で行った。

【0024】

上述したＮｉ−Ｍ系合金粉末に対して、純Ｆｅ粉末、純Ｃｏ粉末の各混合粉末をＳＣ材質からなる封入缶に充填し、到達真空度１０^-1Ｐａ以上で脱気真空封入した後、加圧焼結方法にて、温度１１００Ｋ、１４７ＭＰａ、保持時間５時間の条件、ないしは温度９５０Ｋ、１４７ＭＰａ、保持時間５時間の条件で、成形体を作製し、次いで機械加工により最終形状として外径１８０ｍｍ、厚み７ｍｍのターゲット材を得た。混合粉末は、純Ｆｅ粉末、純Ｃｏ粉末、Ｎｉ−Ｍ系合金粉末をＶ型混合機により１時間攪拌したものを使用した。また、混合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、熱間押し出しなどを適用することができる。

【0025】

得られたターゲット材の特性についての測定、評価について述べる。
［透磁率］
作製したターゲット材の透磁率の測定に当たっては、外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのリング試験片を製作し、ＢＨトレーサーを用いて、８ｋＡ／ｍの印加磁場にて最大透磁率を測定した。最大透磁率が１０００以下を○、１０００を超えるものを×とした。

【0026】

［ＰＴＦ］
作製したターゲット材のＰＴＦの測定に当たっては、ターゲット材の裏面に永久磁石を配置し、ターゲット材表面に漏洩する磁束を測定した。比較例のターゲット材のＰＴＦは１０％以下であったが、本発明の実施例のターゲット材はいずれも１０％以上のＰＴＦを示した。

【0027】

［Ｆｅ相、Ｃｏ相］
作製したターゲット材のＣｏ相やＦｅ相の観測に当たっては、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚み５ｍｍの試験片を製作し、Ｘ線回折装置にて回折パターンを得た。Ｘ源はＣｕ−α線でスキャンスピード４°／ｍｉｎで測定した。実施例のターゲット材のＸＲＤパターンでは、メインピークと共にｆｃｃまたはｈｃｐのＣｏ相や、ｆｃｃまたはｂｃｃのＦｅ相に起因するピークを観測した。ＸＲＤによりｆｃｃまたはｈｃｐのＣｏ相や、ｆｃｃまたはｂｃｃのＦｅ相を観測したものを○、観測しなかったものを×とする。

【0028】

［成分偏析］
作製したターゲット材の成分分布測定に当たっては、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚み５ｍｍの試験片を製作し、ＥＰＭＡ（電子ブローブマイクロアナライザ）より各主成分の分布を観測した。比較例のターゲット材において、Ｆｅ、Ｃｏが均一に存在していたが、実施例のターゲット材においては、Ｆｅ、Ｃｏ成分の分布に偏りがあり、Ｎｉ−Ｍ系中にＦｅ、Ｃｏの単一相が切り離された状態で混在していることを観測した。ＥＰＭＡよりＦｅ、Ｃｏ成分の分布に偏りがあるものを○、Ｆｅ、Ｃｏが均一に存在しているものを×と示した。

【0029】

【表1】

【0030】

【表2】

表１に示すように、Ｎｏ．１〜３０は本発明例、Ｎｏ．３１〜４１は比較例である。

【0031】

表２に示すように、比較例３１〜４１は、磁性を有するＮｉ系シード層用合金ターゲッ
ト材の原料として、単にＦｅ源やＣｏ源に合金のみを用いることで、磁性を持つＦｅ、Ｃｏが均一に存在するため、１０００μｍを超える透磁率を観測し、ＰＴＦは１０％未満であった。また、ＦｅやＣｏは合金の状態で存在しており、ＸＲＤによるそれぞれ固有のピークは観測しなかった。

【0032】

これに対し、本発明例Ｎｏ．１〜３０においては、いずれも原料粉末としてＮｉ−Ｍ系合金粉末、純Ｆｅ粉末、純Ｃｏ粉末を用いて混合し、成形することで、磁性が弱い、または磁性を持たないＮｉ系合金中に、磁性を有するＦｅやＣｏを切り離して混在しているため、１０００μｍ以下の透磁率を示し、１０％以上のＰＴＦを示した。また、ＦｅやＣｏは単体で存在しており、Ｘ線回折よりｆｃｃまたはｈｃｐ相のＣｏやｆｃｃまたはｂｃｃ相のＦｅを観測した。この結果、本発明についてのＮｏ．１〜３０のいずれも純Ｆｅ粉末、純Ｃｏ粉末を成形に使用し、Ｎｉ−Ｍ系中にＦｅ、Ｃｏの単一相が切り離された状態で混在しているスパッタリングターゲット材は、透磁率の低下していることがわかる。

【0033】

以上述べたように、本発明では、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍ合金であって、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの比率がａｔ％で、Ｎｉ：Ｆｅ：Ｃｏ＝９８〜２０：０〜５０：０〜６０、Ｆｅ＋Ｃｏ≧１．５であり、かつ、Ｍ元素としてＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂの１種または２種以上を２〜２０ａｔ％含有するスパッタリングターゲット材であって、Ｎｉ−Ｍ系中にＦｅ、Ｃｏの単一相が切り離された状態で混在することで、漏洩磁束が強くスパッタ性に優れたＮｉ系合金スパッタリングターゲット材が得られ、優れた結果を奏するものである。
特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊