(57)【要約】Coを主成分とする金属と非金属無機材料粒子からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、飽和磁化の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子が分散されていることを特徴とする強磁性材スパッタリングターゲット。スパッタリングターゲットの漏洩磁束を大きくすることより、安定的な放電を得ることが可能であり、またマグネトロンスパッタ装置において、安定した放電が得られるとともに、スパッタ時のパーティクル発生が少ない強磁性材スパッタリングターゲットを得ることができ、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を提供することを課題とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Coを主成分とする金属と非金属無機材料粒子からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、飽和磁化の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子が分散されていることを特徴とする強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項２】
飽和磁化の異なる複数の金属相のうち最も飽和磁化の高い金属相が分散質として、それ以外の金属相が分散媒としての形態を有することを特徴とする請求項１の強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項３】
前記最も飽和磁化の高い金属相の大きさが３０μｍ以上２５０μｍ以下であり、平均アスペクト比が１：２〜１：１０であることを特徴とする請求項２に記載の強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項４】
前記非金属無機材料粒子が、Ｃｒ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｂから選択した１成分以上の酸化物、窒化物、珪化物若しくは炭化物、又は炭素であ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強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項５】
スパッタリングターゲットの切断面において、非金属無機材料粒子の外周長を該非金属無機材料粒子の面積で割った値が、０．４以上であることを特徴とする寸法と形状を備えている請求項１〜４のいずれか一項に記載のターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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強磁性材スパッタリングターゲットに関し、漏洩磁束が大きくマグネトロンスパッタ装置でスパッタする際に安定した放電が得られる、パーティクル発生の少ない非金属無機材料粒子分散型強磁性材スパッタリングターゲットに関する。
なお、以下の説明において、「スパッタリングターゲット」を、単に「ターゲット」と略記するところがあるが、実質的に同一のことを意味するものである。念のため申し添える。
【背景技術】
【０００２】
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−Ｐｔ系の強磁性合金と非磁性の非金属無機材料粒子からなる複合材料が多く用いられている。【０００３】
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。【０００４】
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非金属無機材料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。これは非金属無機材料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。【０００５】
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）。【０００６】
この場合のターゲット組織は、非金属無機材料粒子が均一に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、後述する問題を有し、好適な磁気記録媒体用スパッタリングターゲットとは言えない。【０００７】
また、アトマイズ法により作製したＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金粉末にＳｉＯ２の粉末を混合した後、ボールミルによりメカニカルアロイングを施し、酸化物をＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金粉末に分散させ、ホットプレスにより成形し、Ｃｏ系合金磁性膜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２）。【０００８】
この場合のターゲット組織は、図が不鮮明であるが、大きな白い球状の組織（Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金）のまわりを黒い部分（ＳｉＯ２）が取り囲んでいる形状を備えている。このような組織も、好適な磁気記録媒体用スパッタリングターゲットとは言えない。【０００９】
また、Ｃｏ−Ｃｒ二元系合金粉末とＰｔ粉末とＳｉＯ２粉末を混合して、得られた混合粉末をホットプレスすることにより、磁気記録媒体薄膜形成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３）。【００１０】
この場合のターゲット組織は、図によって示されていないが、Ｐｔ相、ＳｉＯ２相およびＣｏ-Ｃｒ二元系合金相が見られ、Ｃｏ-Ｃｒ二元系合金層の周囲に拡散層が観察できたことが記載されている。このような組織も、好適な磁気記録媒体用スパッタリングターゲットとは言えない。【００１１】
スパッタリング装置には様々な方式のものがあるが、上記の磁気記録膜の成膜では、生産性の高さからＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリング装置が広く用いられている。スパッタリング法とは、正の電極となる基板と負の電極となるターゲットを対向させ、不活性ガス雰囲気下で、該基板とターゲット間に高電圧を印加して電場を発生させるものである。【００１２】
この時、不活性ガスが電離し、電子と陽イオンからなるプラズマが形成されるが、このプラズマ中の陽イオンがターゲット（負の電極）の表面に衝突するとターゲットを構成する原子が叩き出されるが、この飛び出した原子が対向する基板表面に付着して膜が形成される。このような一連の動作により、ターゲットを構成する材料が基板上に成膜されるという原理を用いたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特願２０１０−０１１３２６
【特許文献２】特開平１０−０８８３３３号公報
【特許文献３】特開２００９−１８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
一般に、マグネトロンスパッタ装置で強磁性材スパッタリングターゲットをスパッタしようとすると、磁石からの磁束の多くは強磁性体であるターゲット内部を通過してしまうため、漏洩磁束が小さくなり、スパッタ時に放電が立たない、あるいは放電しても放電が安定しないという大きな問題が生じる。【００１５】
この問題を解決するには、スパッタリングターゲットの製造工程で３０〜１５０μｍ程度の金属粗粒を投入し、ターゲットの組織を意図的に不均一にすることが知られている。しかし、この場合、金属粗粒の割合が多くなると、母相材中に占める非金属無機材料粒子の割合が大きくなり、非金属無機材料粒子が凝集しやすくなる。非金属無機材料粒子の凝集部分ではスパッタ時に異常放電が生じパーティクル（基板上に付着したゴミ）が発生するという問題がある。また、金属相と母相とのエロージョンスピードに差があるため、その境界に異常放電が生じてパーティクル発生の原因となることがある。【００１６】
このように、従来では、マグネトロンスパッタリングの場合であっても、スパッタリングターゲットの比透磁率を小さくして、漏洩磁束を大きくすることより、安定的な放電を得ることができたが、スパッタ時にパーティクルが増加する傾向にあった。
本発明は上記問題を鑑みて、マグネトロンスパッタ装置で安定した放電が得られるとともに、スパッタ時のパーティクル発生が少ない、漏洩磁束を向上させた強磁性材スパッタリングターゲットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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、ターゲットの組織構造を調整することにより、漏洩磁束の大きく、かつ、パーティクル発生の少ないターゲットが得られることを見出した。【００１８】
このような知見に基づき、本発明は、
１）Coを主成分とする金属と非金属無機材料粒子からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、飽和磁化の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子が分散されていることを特徴とする強磁性材スパッタリングターゲットを提供する。【００１９】
また、本発明は、
２）前記飽和磁化の異なる複数の金属相のうち最も飽和磁化の高い金属相が分散質として、それ以外の金属相が分散媒としての形態を有することを特徴とする請求項１の強磁性材スパッタリングターゲットを提供する。【００２０】
また、本発明は、
３）前記最も飽和磁化の高い金属相の大きさが３０μｍ以上２５０μｍ以下であり、平均アスペクト比が１：２〜１：１０であることを特徴とする請求項２に記載の強磁性材スパッタリングターゲットを提供する。
また、本発明は、
４）前記非金属無機材料粒子が、Ｃｒ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｂから選択した１成分以上の酸化物、窒化物、珪化物若しくは炭化物、又は炭素であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の強磁性材スパッタリングターゲットを提供する。
また、本発明は、
５）スパッタリングターゲットの切断面において、非金属無機材料粒子の外周長を該非金属無機材料粒子の面積で割った値が、０．４以上であることを特徴とする寸法と形状を備えている請求項１〜４のいずれか一項に記載のターゲットを提供する。
なお、上記飽和磁化の異なる複数の金属相には、合金層も当然含まれる。
【発明の効果】
【００２１】
スパッタリングターゲットの漏洩磁束を大きくすることより、安定的な放電を得ることが可能であり、またマグネトロンスパッタ装置において、安定した放電が得られるとともに、スパッタ時のパーティクル発生が少ない強磁性材スパッタリングターゲットを得ることができるという、優れた効果を有する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の強磁性材スパッタリングターゲットは、Ｃｏを主成分とする金属と非金属無機材料粒子からなる焼結体スパッタリングターゲットである。飽和磁化の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子を分散させることにより、高い漏洩磁束を維持できると共に、パーティクルの発生を低減できる強磁性材スパッタリングターゲットを得ることができる。前記飽和磁化の異なる複数の金属相には、合金層も当然含まれる。
【００２３】
好ましい本発明の強磁性材スパッタリングターゲットとしては、Ｃｒが５ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下、残余がＣｏである組成の金属と、非金属無機材料粒子からなる焼結体スパッタリングターゲットが推奨される。金属成分を、Ｃｒが５ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下、残余をＣｏである組成の金属とするのは、Ｃｒが５ｍｏｌ％未満又は２０ｍｏｌ％を超えると、非金属無機材料粒子分散型強磁性材としての特性が低下するからである。
【００２４】
また他の好ましい本発明のスパッタリングターゲットとしては、Ｃｒが５ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下、Ｐｔが５ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下、残余がＣｏである組成の金属と、非金属無機材料粒子からなる焼結体スパッタリングターゲットが推奨される。
金属成分を、Ｃｒが５ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下、Ｐｔが５ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下、残余がＣｏである組成とするのは、Ｃｒが５ｍｏｌ％未満又は２０ｍｏｌ％を超え、またＰｔが５ｍｏｌ％未満３０ｍｏｌ％を超える場合には、非金属無機材料粒子分散型強磁性材としての特性が低下するからである。
【００２５】
また本発明の強磁性材スパッタリングターゲットは、前記飽和磁化の異なる複数の金属相のうち最も飽和磁化の高い金属相を分散質として、それ以外の金属相を分散媒とすることができる。このような構造にすることで、さらに高い漏洩磁束を実現することができる。
また本発明は、分散質となる最も飽和磁化の高い金属相の大きさを３０μｍ以上２５０μｍ以下とし、平均アスペクト比が１：２〜１：１０とすることができる。この構造は、特に漏洩磁界が大きくなり、かつパーティクルが発生しにくいという特徴を有する。従って、マグネトロンスパッタ装置で安定した放電を可能とし、パーティクルの発生の低減に特に有益である。
【００２６】
前記非金属無機材料粒子としては、Ｃｒ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｂから選択した１成分以上の酸化物、窒化物、珪化物若しくは炭化物、又は炭素を用いることができる。上記非金属無機材料粒子の添加量は合計量としてターゲット中に占める体積比で５０％未満とすることが望ましい。
【００２７】
本発明のターゲット組織は、非金属無機材料粒子はその外周長を該非金属無機材料粒子の面積で割った値が、０．４（１／μｍ）以上である寸法と形状を備えていることを特徴とする。一般的に非金属無機材料粒子は金属に比べ電気抵抗が高いため、スパッタリング中に電荷が蓄積されやすく、アーキングの発生原因になる。非金属無機材料粒子の外周長をその面積で割った値が、０．４（１／μｍ）以上の寸法と形状を非金属無機材料粒子が備える場合、電荷が蓄積されにくく、アーキングの発生の低減さらにはパーティクルの発生の低減に特に有益である。非金属無機材料粒子の外周長と面積は、ターゲットの任意の切断面を研磨し、その研磨面を光学顕微鏡や電子顕微鏡で観察したときの画像を解析して求められる。このときの観察視野は１００００μm２以上とすることで、観察場所によるバラつきを少なくすることができる。
【００２８】
本発明の強磁性材スパッタリングターゲットは粉末焼結法によって作製される。まず非金属無機材料粒子が金属素地中に分散した複合粒子粉末を複数組成作製する。このとき各々の複合粒子粉末の飽和磁化が異なるようにする。そしてこれらを所望のターゲット組成になるように秤量・混合し、焼結用の粉末とする。これをホットプレス等で焼結し、本発明のスパッタリングターゲット用焼結体は作製される。
【００２９】
出発原料としては金属粉末と非金属無機材料粉末を用いる。金属粉末は最大粒径が２０μｍ以下のものを用いることが望ましい。また、単元素の金属粉末だけでなく、合金粉末を用いることもできる。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、粒径が小さ過ぎると、金属粉末の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、０．５μｍ以上とすることがさらに望ましい。
また、非金属無機材料粉末は最大粒径が５μｍ以下のものを用いることが望ましい。なお、粒径が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。以下の手順で、組成の異なる数種類の複合粒子粉末を準備し、これらを混合する。
【００３０】
まず、上記の金属粉末と非金属無機材料粉末を秤量する。このとき秤量組成の異なる組を複数用意する。次にそれぞれの組について、秤量した金属粉末と非金属無機材料粉末をボールミル等の既知の方法で粉砕・混合する。さらにこれらの混合粉末を仮焼し、金属素地中に非金属無機材料粒子が分散した焼成体を得る。仮焼は、焼成炉を用いてもよいし、ホットプレスで加圧焼成してもよい。次にこの焼成体を粉砕機で粉砕し、非金属無機材料粒子が金属素地中に分散した複合粒子粉末を得る。粉砕する際、複合粒子粉末の平均粒径は２０μｍ以上になるようにすることが望ましい。
【００３１】
こうして作製された複数組成の複合粒子粉末から所望のターゲット組成になるように秤量し、これらをミキサーで混合する。このとき複合粒子粉末が粉砕されないように、粉砕力の高いボールミルは使用しない。複合粒子を微細粉砕しないことで、焼結の際に複合粒子粉末間の拡散を抑えることができ、飽和磁化の異なる複数の金属相を有する焼結体を得ることができる。また、上記以外に、複合粒子粉末と混合粉末（金属粉末と非金属無機材料粒子粉末の混合粉末）を混ぜて、ターゲットとすることもできる。
こうして得られた焼結用粉末をホットプレスで成型・焼結する。ホットプレス以外にも、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で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、９００〜１３００°Ｃの温度範囲にある。以上の工程により、強磁性材スパッタリングターゲット用焼結体を製造することができる。
【実施例】
【００３２】
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。【００３３】
（実施例１）
実施例１では金属原料粉末として、平均粒径３μｍのＣｏ粉末、平均粒径５μｍのＣｒ粉末を、非金属無機材料粒子粉末として平均粒径１μｍのＳｉＯ２粉末を用意した。これらの粉末を以下の組成比で秤量した。
組成１−１：９２Ｃｏ−８ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）
組成１−２： ６８Ｃｏ−２４Ｃｒ−８ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）【００３４】
次に組成１−１と組成１−２について、各々、秤量した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。【００３５】
組成１−１と組成１−２について、各々の混合粉をカーボン製の型に充填し、真空雰囲気中、温度８００°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。各々の焼結体をジョークラッシャーと石臼型粉砕機を用いて粉砕した。さらに各々の粉砕粉を目開きが２０μｍと５３μｍの篩を用いて篩別し、粒径が２０〜５３μｍの範囲にある組成１−１と組成１−２の各々の複合粒子粉末を得た。【００３６】
次に組成１−１と組成１−２について、各々の複合粒子粉末を、ターゲット全体の組成が８０Ｃｏ−１２Ｃｒ−８ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）となるように秤量し、ボール容量約７リットルの遊星運動型ミキサーで１０分間混合し焼結用粉末を得た。【００３７】
このようにして得た焼結用粉末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て直径が１８０ｍｍ、厚さが５ｍｍの円盤状のターゲットを得た。【００３８】
漏洩磁束の測定はＡＳＴＭ  Ｆ２０８６−０１（Standard Test Method for  Pass Through Flux of Circular Magnetic Sputtering Targets, Method 2）に則して実施した。ターゲットの中心を固定し、０度、３０度、６０度、９０度、１２０度と回転させて測定した漏洩磁束密度を、ＡＳＴＭで定義されているreference fieldの値で割り返し、１００を掛けてパーセントで表した。そしてこれら５点について平均した結果を、平均漏洩磁束密度（％）とした。【００３９】
実施例１のターゲットの平均漏洩磁束密度は５２％であった。またこのターゲットの組織を観察したところ、組成の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子が分散していることを確認した。【００４０】
次に、このターゲットをＤＣマグネトロンスパッタ装置に取り付けスパッタリングを行った。スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧１．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、４インチ径のシリコン基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして、基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのシリコン基板上のパーティクル数は６個であった。【００４１】
（実施例２）
実施例２では、金属原料粉末として、平均粒径３μｍのＣｏ粉末、平均粒径５μｍのＣｒ粉末を、非金属無機材料粒子粉末として平均粒径１μｍのＳｉＯ２粉末を用意した。これらの粉末を以下の組成比になるようにそれぞれ秤量した。
組成２−１：９２Ｃｏ−８ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）
組成２−２：６８Ｃｏ−２４Ｃｒ−８ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）【００４２】
次に組成２−１について、秤量した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。【００４３】
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８００°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。この焼結体をジョークラッシャーと石臼型粉砕機を用いて粉砕した。さらにこの粉砕粉を目開きが７５μｍと１５０μｍの篩を用いて篩別し、粒径が７５〜１５０μｍの範囲にある複合粒子粉末を得た。【００４４】
次に組成２−２について、秤量したＣｏ粉末とＣｒ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。この組成２−２については、焼成による複合粒子化はおこなわなかった。【００４５】
得られた組成２−１の複合粒子粉末と組成２−２の混合粉末を、ターゲット全体の組成が８０Ｃｏ−１２Ｃｒ−８ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）となるように秤量し、ボール容量約７リットルの遊星運動型ミキサーで１０分間混合し焼結用粉末を得た。【００４６】
このようにして得た焼結用粉末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て直径が１８０ｍｍ、厚さが５ｍｍの円盤状のターゲットを得た。このターゲットの平均漏洩磁束密度は５４％であった。
また、このターゲットの組織を観察したところ、組成の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子が分散していることを確認した。
そして最も飽和磁化が高いと考えられるＣｏ含有量の最も高い金属相が、分散質としてマトリックス中に存在することを確認した。
また最も飽和磁化の高いと考えられる金属相の大きさは７５μｍ以上１５０μｍ以下であり、平均アスペクト比がおよそ１：４であることを確認した。
なお、スパッタリングターゲットの切断面において、非金属無機材料粒子の外周長を該非金属無機材料粒子の面積で割った値は、０．４以上であった。【００４７】
次に、このターゲットをＤＣマグネトロンスパッタ装置に取り付けスパッタリングを行った。スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧１．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、４インチ径のシリコン基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして、基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのシリコン基板上のパーティクル数は６個であった。【００４８】
（比較例１）
比較例１では、金属原料粉末として、平均粒径３μｍのＣｏ粉末、平均粒径５μｍのＣｒ粉末、粒径が７５〜１５０μｍの範囲にあるＣｏ球形粉末を、非金属無機材料粒子粉末として平均粒径１μｍのＳｉＯ２粉末を用意した。これらの粉末をターゲットの組成が８０Ｃｏ−１２Ｃｒ−８ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）となるように秤量した。このときのＣｏ粉末とＣｏ球形粉末の調合比率は３：７とした。【００４９】
次に、Ｃｏ粉末とＣｒ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球形粉末をボール容量約７リットルの遊星運動型ミキサーで１０分間混合した。【００５０】
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て直径が１８０ｍｍ、厚さが５ｍｍの円盤状のターゲットを得た。このターゲットの平均漏洩磁束密度は５３％であった。また、このターゲット組織はＣｏ球形粉末に対応する、非金属無機材料粒子が分散していない金属相が散見された。この組織は本発明の範囲外である。【００５１】
次に、このターゲットをＤＣマグネトロンスパッタ装置に取り付けスパッタリングを行った。スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧１．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、４インチ径のシリコン基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのシリコン基板上のパーティクル数は１７個であった。【００５２】
（比較例２）
比較例２では、金属原料粉末として、平均粒径３μｍのＣｏ粉、平均粒径５μｍのＣｒ粉を、非金属無機材料粒子粉末として平均粒径１μｍのＳｉＯ２粉を用意した。これらの粉末をターゲット組成が８０Ｃｏ−１２Ｃｒ−８ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）となるように秤量した。【００５３】
そしてこれらの粉末を、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。
次に、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℃、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直径が１８０ｍｍ、厚さが５ｍｍの円盤状のターゲットを得た。このターゲットの平均漏洩磁束密度は４６％であった。また、このターゲットの組織は、均一な合金相に非金属無機材料粒子が分散した組織であった。
なお、スパッタリングターゲットの切断面において、非金属無機材料粒子の外周長を該非金属無機材料粒子の面積で割った値は、０．４未満であった。【００５４】
次にこのターゲットをＤＣマグネトロンスパッタ装置に取り付けスパッタリングを行った。スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧１．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、４インチ径のシリコン基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのシリコン基板上のパーティクル数は５個であった。【００５５】
これら実施例と比較例の結果を比較すると、比較例１では平均漏洩磁束密度は実施例１、２とほぼ同等であるものの、スパッタ時のパーティクル数が増加している。また、比較例２はパーティクル数に関しては実施例１、２とほぼ同等であるものの、平均漏洩磁束密度が小さく、ターゲットライフを長くするためにターゲットの厚みを増したときに、スパッタリングが安定しないといった問題が生じることが予測される。【００５６】
（実施例３）
実施例３では、金属原料粉末として、平均粒径３μｍのＣｏ粉末、平均粒径５μｍのＣｒ粉末、平均粒径２μｍのＰｔ粉末を、非金属無機材料粒子粉末として平均粒径１μｍのＳｉＯ２粉末、平均粒径３μmのＣｒ２Ｏ３粉末を用意した。これらの粉末を以下の組成比で秤量した。
組成３−１：４５．７１Ｃｏ−４５．７１Ｐｔ−８．５８Ｃｒ２Ｏ３（ｍｏｌ％）
組成３−２：４５．４５Ｃｏ−４５．４５Ｃｒ−９．１０ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）
組成３−３：９３．０２Ｃｏ−６．９８ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）【００５７】
次に組成３−１、組成３−２、組成３−３について、各々、秤量した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。【００５８】
組成３−１、組成３−２、組成３−３について、各々の混合粉をカーボン製の型に充填し、真空雰囲気中、温度８００°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。各々の焼結体をジョークラッシャーと石臼型粉砕機を用いて粉砕した。さらに各々の粉砕粉を目開きが２０μｍと５３μｍの篩を用いて篩別し、粒径が２０〜５３μｍの範囲にある各々の複合粒子粉末を得た。【００５９】
次に組成３−１、組成３−２、組成３−３について、各々の複合粒子粉末を、ターゲット全体の組成が６６Ｃｏ−１０Ｃｒ−１６Ｐｔ−５ＳｉＯ２−３Ｃｒ２Ｏ３（ｍｏｌ％）となるように秤量し、ボール容量約７リットルの遊星運動型ミキサーで１０分間混合し焼結用粉末を得た。【００６０】
このようにして得た焼結用粉末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て直径が１８０ｍｍ、厚さが５ｍｍの円盤状のターゲットを得た。このターゲットの平均漏洩磁束密度は４８％であった。またこのターゲットの組織を観察したところ、組成の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子が分散していることを確認した。【００６１】
次に、このターゲットをＤＣマグネトロンスパッタ装置に取り付けスパッタリングを行った。スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧１．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、４インチ径のシリコン基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして、基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのシリコン基板上のパーティクル数は５個であった。【００６２】
（実施例４）
実施例４では、金属原料粉末として、平均粒径３μｍのＣｏ粉末、平均粒径５μｍのＣｒ粉末、平均粒径２μｍのＰｔ粉末を、非金属無機材料粒子粉末として平均粒径１μｍのＳｉＯ２粉末、平均粒径３μmのＣｒ２Ｏ３粉末を用意した。これらの粉末を以下の組成比で秤量した。
組成４−１：９２．３１Ｃｏ−７．６９ＳｉＯ２（ｍｏｌ％）
組成４−２：４９．１８Ｃｏ−１６．３９Ｃｒ−２６．２３Ｐｔ−３．２８ＳｉＯ２−４．９２Ｃｒ２Ｏ３（ｍｏｌ％）【００６３】
次に組成４−１について、秤量した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。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８００°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。この焼結体をジョークラッシャーと石臼型粉砕機を用いて粉砕した。さらにこの粉砕粉を目開きが７５μｍと１５０μｍの篩を用いて篩別し、粒径が７５〜１５０μｍの範囲にある複合粒子粉末を得た。【００６４】
次に組成４−２について、秤量した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。この組成４−２については、焼成による複合粒子化はおこなわなかった。【００６５】
得られた組成４−１の複合粒子粉末と組成４−２の混合粉末を、ターゲット全体の組成が６６Ｃｏ−１０Ｃｒ−１６Ｐｔ−５ＳｉＯ２−３Ｃｒ２Ｏ３（ｍｏｌ％）となるように秤量し、ボール容量約７リットルの遊星運動型ミキサーで１０分間混合し焼結用粉末を得た。【００６６】
このようにして得た焼結用粉末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て直径が１８０ｍｍ、厚さが５ｍｍの円盤状のターゲットを得た。このターゲットの平均漏洩磁束密度は５０％であった。
また、このターゲットの組織を観察したところ、組成の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子が分散していることを確認した。【００６７】
そして、最も飽和磁化が高いと考えられるＣｏ含有量の最も高い金属相が、分散質としてマトリックス中に存在することを確認した。
また、最も飽和磁化の高いと考えられる金属相の大きさは７５μｍ以上１５０μｍ以下であり、平均アスペクト比がおよそ１：４であることを確認した。
なお、スパッタリングターゲットの切断面において、非金属無機材料粒子の外周長を該非金属無機材料粒子の面積で割った値は、０．４以上であった。【００６８】
次に、このターゲットをＤＣマグネトロンスパッタ装置に取り付けスパッタリングを行った。スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧１．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、４インチ径のシリコン基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして、基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのシリコン基板上のパーティクル数は３個であった。【００６９】
（比較例３）
比較例３では、金属原料粉末として、平均粒径３μｍのＣｏ粉末、平均粒径５μｍのＣｒ粉末、平均粒径３μｍのＰｔ粉末、粒径が７５〜１５０μｍの範囲にあるＣｏ球形粉末を、非金属無機材料粒子粉末として平均粒径１μｍのＳｉＯ２粉末、平均粒径３μmのＣｒ２Ｏ３粉末を用意した。これらの粉末をターゲットの組成が６６Ｃｏ−１０Ｃｒ−１６Ｐｔ−５ＳｉＯ２−３Ｃｒ２Ｏ３（ｍｏｌ％）となるように秤量した。このときのＣｏ粉末とＣｏ球形粉末の調合比率は１：２とした。【００７０】
次に、Ｃｏ粉末、Ｃｒ粉末、Ｐｔ粉末、ＳｉＯ２粉末、Ｃｒ２Ｏ３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球形粉末をボール容量約７リットルの遊星運動型ミキサーで１０分間混合した。【００７１】
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て直径が１８０ｍｍ、厚さが５ｍｍの円盤状のターゲットを得た。このターゲットの平均漏洩磁束密度は４８％であった。また、このターゲット組織はＣｏ球形粉末に対応する、非金属無機材料粒子が分散していない金属相が散見された。この組織は本発明の範囲外である。【００７２】
次に、このターゲットをＤＣマグネトロンスパッタ装置に取り付けスパッタリングを行った。スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧１．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、４インチ径のシリコン基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのシリコン基板上のパーティクル数は１８個であった。【００７３】
（比較例４）
比較例４では、金属原料粉末として、平均粒径３μｍのＣｏ粉、平均粒径５μｍのＣｒ粉を、非金属無機材料粒子粉末として平均粒径１μｍのＳｉＯ２粉、平均粒径３μｍのＰｔ粉末を用意した。これらの粉末をターゲット組成が６６Ｃｏ−１０Ｃｒ−１６Ｐｔ−５ＳｉＯ２−３Ｃｒ２Ｏ３（ｍｏｌ％）となるように秤量した。【００７４】
そしてこれらの粉末を、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。
次に、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℃、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直径が１８０ｍｍ、厚さが５ｍｍの円盤状のターゲットを得た。このターゲットの平均漏洩磁束密度は４１％であった。また、このターゲットの組織は、均一な合金相に非金属無機材料粒子が分散した組織であった。
なお、スパッタリングターゲットの切断面において、非金属無機材料粒子の外周長を該非金属無機材料粒子の面積で割った値は、０．４未満であった。【００７５】
次にこのターゲットをＤＣマグネトロンスパッタ装置に取り付けスパッタリングを行った。スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧１．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、４インチ径のシリコン基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。このときのシリコン基板上のパーティクル数は３個であった。【００７６】
これら実施例と比較例の結果を比較すると、比較例３では平均漏洩磁束密度は実施例３、４とほぼ同等であるものの、スパッタ時のパーティクル数が大幅に増加している。また、比較例４はパーティクル数に関しては実施例３、４とほぼ同等であるものの、平均漏洩磁束密度が小さく、ターゲットライフを長くするためにターゲットの厚みを増したときに、スパッタリングが安定しないといった問題が生じることが予測される。【００７７】
本願発明品は、２相以上の組織を有し１相に無機物が分散するスパッタリングターゲットと比べたとき、ＰＴＦ（漏洩磁界）は同程度（同一組成であれば若干高い）であるが、パーティクルが非常に少ない。又、２相以上の組織を有しないスパッタリングターゲットと比べたとき、当然、高いＰＴＦ（漏洩磁界）を有し、パーティクルは同程度である。すなわち、本発明は、パーティクル低減と高い漏洩磁界を実現したところに、本願発明品の優位性がある。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
スパッタリングターゲットの漏洩磁束を大きくすることより、安定的な放電を得ることが可能であり、またマグネトロンスパッタ装置において、安定した放電が得られるとともに、スパッタ時のパーティクル発生が少ない強磁性材スパッタリングターゲットを得ることができるという、優れた効果を有するので、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として有用である。
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月6日(2011.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｏを主成分とする金属と非金属無機材料粒子からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、飽和磁化の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子が分散されており、かつ飽和磁化の異なる複数の金属相のうち最も飽和磁化の高い金属相が分散質として、それ以外の金属相が分散媒としての形態を有することを特徴とする強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記最も飽和磁化の高い金属相の大きさが３０μｍ以上２５０μｍ以下であり、平均アスペクト比が１：２〜１：１０であることを特徴とする請求項１記載の強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項３】
前記非金属無機材料粒子が、Ｃｒ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｂから選択した１成分以上の酸化物、窒化物、珪化物若しくは炭化物、又は炭素であることを特徴とする請求項１又は２記載の強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項４】
Ｃｏを主成分とする金属と非金属無機材料粒子からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、飽和磁化の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子が分散されており、かつスパッタリングターゲットの切断面において、非金属無機材料粒子の外周長を該非金属無機材料粒子の面積で割った値が、０．４以上である寸法と形状を備えていることを特徴とする強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項５】
スパッタリングターゲットの切断面において、非金属無機材料粒子の外周長を該非金属無機材料粒子の面積で割った値が、０．４以上である寸法と形状を備えてい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強磁性材スパッタリングターゲット。
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月31日(2011.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｏを主成分とする金属と非金属無機材料粒子からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、飽和磁化の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子が分散されており、かつ飽和磁化の異なる複数の金属相のうち最も飽和磁化の高い金属相が分散質として、それ以外の金属相が分散媒としての形態を有することを特徴とする強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記最も飽和磁化の高い金属相の大きさが３０μｍ以上２５０μｍ以下であり、平均アスペクト比が１：２〜１：１０であることを特徴とする請求項１記載の強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項３】
前記非金属無機材料粒子が、Ｃｒ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｂから選択した１成分以上の酸化物、窒化物、珪化物若しくは炭化物、又は炭素であることを特徴とする請求項１又は２記載の強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項４】
Ｃｏを主成分とする金属と非金属無機材料粒子からなる焼結体スパッタリングターゲットであって、飽和磁化の異なる複数の金属相が存在し、それぞれの金属相中に非金属無機材料粒子が分散されており、かつスパッタリングターゲットの切断面において、非金属無機材料粒子の外周長を該非金属無機材料粒子の面積で割った値が、０．４以上である寸法と形状を備えていることを特徴とする強磁性材スパッタリングターゲット。
【請求項５】
スパッタリングターゲットの切断面において、非金属無機材料粒子の外周長を該非金属無機材料粒子の面積で割った値が、０．４以上である寸法と形状を備えてい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強磁性材スパッタリングターゲット。
【国際調査報告】
2012029331.tif 000002
2012029331.tif 000003