(57)【要約】本発明は、９５ｖｏｌ．％以上のＡｌＲｕ金属間化合物からなる焼結体であることを特徴とするＡｌＲｕスパッタリングターゲットに関するものであり、均一な組織を持ち、酸素を低減できるＡｌＲｕスパッタリングターゲットを安定してかつ低コストで製造できるようにするとともに、パーティクルの発生を防止又は抑制し、成膜の製品歩留りを上げる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
９５ｖｏｌ．％以上のＡｌＲｕ金属間化合物からなる焼結体であることを特徴とするＡｌＲｕスパッタリングターゲット。
【請求項２】
酸素含有量が１５００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲット。
【請求項３】
相対密度９０％以上であることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲット。
【請求項４】
原料となるＡｌとＲｕを高周波溶解し、溶解後のインゴットを粉砕するか又はアトマイズ法によりＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末とし、このＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末にＲｕ粉を混合した後、ホットプレス又は熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）により焼結することを特徴とするＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項５】
高周波溶解により溶湯中又はインゴット中の酸素含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下とすることを特徴とする請求の範囲第４項記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項６】
１３００〜１５００°Ｃで焼結することを特徴とする請求の範囲第４項又は第５項記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項７】
１５０Ｋｇｆ／ｃｍ２以上の焼結圧力で焼結することを特徴とする請求の範囲第４項〜第６項のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項８】
平均粒径が５０〜１００μｍの粉末を用いて焼結することを特徴とする請求の範囲第４項〜第７項のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項９】
真空中で焼結することを特徴とする請求の範囲第４項〜第８項のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１０】
ターゲットの酸素含有量が１５００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする請求の範囲第４項〜第９項のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１１】
９５ｖｏｌ．％以上のＡｌＲｕ金属間化合物からなる焼結体であることを特徴とする請求の範囲第４項〜第１０項のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１２】
相対密度９０％以上であることを特徴とする請求の範囲第４項〜第１１項のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ＡｌＲｕスパッタリングターゲット、特にハードディスク用の膜形成に好適なＡｌＲｕスパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
【背景技術】  近年、ハードディスクのデータ密度向上のために、多くの材料が検討されているが、中でもＡｌＲｕを構成要素とする多層膜を用いた媒体（磁性層とのサンドイッチ構造のエレメントからなる）が記録密度を大きく向上させることができることが分かり、これを用いて近い将来ディスク面積１平方インチ当たり１００ギガビットのデータが保存できるようになると言われている。
スパッタリング法によって多層膜を形成するには、通常正の電極と負の電極とからなるターゲットとを対向させ、不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電場を発生させて行われる。
上記高電圧の印加により、電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成され、このプラズマ中の陽イオンがターゲット（負の電極）表面に衝突してターゲットの構成原子が叩き出され、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という原理を用いたものである。
このようなスパッタリング法には高周波スパッタリング（ＲＦ）法、マグネトロンスパッタリング法、ＤＣ（直流）スパッタリング法などがあり、ターゲット材料や膜形成の条件に応じて適宜使用されている。
従来のＡｌＲｕスパッタリングターゲットにおいて、特に問題となるのはターゲットの材質が均一でなく、また酸素含有量が高いことが上げられる。
このようなターゲットを使用すると、スパッタ膜を形成する際にパーティクルの発生が多くなり、膜の不均一化さらには成膜不良品が発生し、歩留りが低下するという問題があった。
ＡｌＲｕスパッタリングターゲットの使用条件として、組成的にはＡｌ−５０ａｔ％Ｒｕが使用されるが、この組成の溶解温度は２０００°Ｃ以上なので、溶解鋳造品をターゲットとすることは製造コストからみても困難である。
このため、等モルのＡｌとＲｕの粉末を使用し、これを混合して焼結したＡｌ−５０ａｔ％Ｒｕの焼結体ターゲットが用いられている。
従来のＡｌ−５０ａｔ％Ｒｕの焼結体ターゲット表面のＳＥＭ画像、Ｒｕ分布画像、Ａｌ分布画像、Ｏ分布画像を、それぞれ図５、図６、図７、図８に示す。
図５に示すように、ＳＥＭ画像では多数の大きな粒の存在が認められる。化学成分的にはＡｌ、Ｒｕ、Ａｌ−Ｒｕ合金が不均一に分散している状態である。
また、図６及び図７に示すように、Ｒｕ及びＡｌは著しく偏析しているのが分かる。さらに、図８に示すように、酸素が多量に、かつ不均一に分布している。
以上から、Ａｌ−５０ａｔ％Ｒｕの焼結体ターゲットを製造する際に、単に等モルのＡｌとＲｕの粉末を使用したのでは、酸素含有量が多く、また不均一な組織となっており、これがスパッタリングの際の、パーティクル発生の原因となった。また、このような従来の製法では、酸素含有量を焼結体ターゲットから減少させることができないという問題を有していた。
【発明の開示】
本発明は、均一な組織を持ち、酸素を著しく低減できるＡｌＲｕスパッタリングターゲットを安定して、かつ低コストで製造できるようにするとともに、パーティクルの発生を防止又は抑制し、成膜の製品歩留りを上げることを目的とする。
これによって、ハードディスク用の膜形成に好適なＡｌＲｕスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供するものである。
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、粉末の製造工程及び焼結工程を改善することにより、酸素を低減しかつパーティクルの発生を防止又は抑制して、製造歩留りを著しく向上できるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
１．９５ｖｏｌ．％以上のＡｌＲｕ金属間化合物からなる焼結体であることを特徴とするＡｌＲｕスパッタリングターゲット
２．酸素含有量が１５００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記１記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲット
３．相対密度９０％以上であることを特徴とする上記１又は２記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲット
４．原料となるＡｌとＲｕを高周波溶解し、溶解後のインゴットを粉砕するか又はアトマイズ法によりＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末とし、このＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末にＲｕ粉を混合した後、ホットプレス又は熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）により焼結することを特徴とするＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法
５．高周波溶解により溶湯中又はインゴット中の酸素含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下とすることを特徴とする上記４記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法
６．１３００〜１５００°Ｃで焼結することを特徴とする上記４又は５記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法
７．１５０Ｋｇｆ／ｃｍ２以上の焼結圧力で焼結することを特徴とする上記４〜６のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法
８．平均粒径が５０〜１００μｍの粉末を用いて焼結することを特徴とする上記４〜７のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法
９．真空中で焼結することを特徴とする上記４〜８のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法
１０．ターゲットの酸素含有量が１５００ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする上記４〜９のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法
１１．９５ｖｏｌ．％以上のＡｌＲｕ金属間化合物からなる焼結体であることを特徴とする上記４〜１０のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法
１２．相対密度９０％以上であることを特徴とする上記４〜１１のそれぞれに記載のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの製造方法
を提供する。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明のＡｌＲｕ金属間化合物焼結体スパッタリングターゲットのＳＥＭ画像を示す図であり、図２は、本発明のＡｌＲｕ金属間化合物焼結体スパッタリングターゲットＲｕ分布画像を示す図であり、図３は、本発明のＡｌＲｕ金属間化合物焼結体スパッタリングターゲットＡｌ分布画像を示す図であり、図４は、本発明のＡｌＲｕ金属間化合物焼結体スパッタリングターゲットＯ分布画像を示す図であり、図５は、従来のＡｌ−５０ａｔ％Ｒｕ焼結体ターゲットのＳＥＭ画像を示す図であり、図６は、従来のＡｌ−５０ａｔ％Ｒｕ焼結体ターゲットのＲｕ分布画像を示す図であり、図７は、従来のＡｌ−５０ａｔ％Ｒｕ焼結体ターゲットのＡｌ分布画像を示す図であり、図８は、従来のＡｌ−５０ａｔ％Ｒｕ焼結体ターゲットのＯ分布画像を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本件発明のＡｌＲｕスパッタリングターゲットは、９５ｖｏｌ．％以上のＡｌＲｕ金属間化合物からなる焼結体である点に大きな特徴を有する。ＡｌＲｕ金属間化合物という均一な組織を得ることができるため、スパッタリング成膜の際に均一な膜を形成することができるという著しい効果がある。
均一性からはＡｌＲｕ金属間化合物のみの組織であることが望ましいが、５ｖｏｌ．％未満のフリーのＡｌ、Ｒｕ又は他の金属間化合物等の存在は、成膜の品質に大きな影響を与えるものではないので、この程度の含有量は許容される。
また、本発明のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの酸素含有量は１５００ｗｔｐｐｍ以下であり、極めて低減された酸素含有量を有し、ターゲットの表面は均一である。さらに、相対密度９０％以上のＡｌＲｕスパッタリングターゲットを得ることができる。
本発明のＡｌＲｕスパッタリングターゲットの一例であるＳＥＭ画像を図１に示す。図１に示すように、均一な表面が得られている。
また、図２及び図３は、Ｒｕ及びＡｌの同分布画像を示すが、ターゲット内に大きな偏析がなく、均一性に優れていることが分かる。さらに、図４に酸素の同分布画像を示す。図４では酸素量が極めて少なくかつ分散していることが分かる。
本発明のターゲットの製造に際しては、ＡｌとＲｕ原料を鋳造後又はアトマイズ粉の目標組成がＡｌ１３Ｒｕ４となるように調合（ＡｌとＲｕのモル比は、約３〜４：１程度とする）して高周波溶解する。高周波溶解により溶湯中又はインゴット中の酸素含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下とすることができる。
溶解した後、鋳造してインゴット得、これを粉砕してＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末を得る。この成分比の溶解は、比較的低温である約１４００〜１４５０°Ｃ溶解させることができ、上記に述べた２０００°Ｃのような高温を必要としない。また、得られたＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物は破砕し易いので、粉末の製造が容易であるという特徴がある。
溶解鋳造後のインゴットの粉砕に替えて、ガスアトマイズ法によりＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とするアトマイズ粉とすることもできる。ガスアトマイズ法を使用することにより、酸素含有量をさらに低減することができる。
次に、このＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末にＲｕ粉を混合し、ホットプレス又は熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）により焼結する。Ｒｕ粉の混合量は、最終的にＡｌＲｕ金属間化合物が得られる量とする。平均粒径が５０〜１００μｍの粉末を用いて焼結することが望ましい。なお、焼結条件に応じて、このような平均粒径以外の粉末を使用することもできる。
焼結温度は、１３００〜１５００°Ｃとし、１５０Ｋｇｆ／ｃｍ２以上の焼結圧力で焼結する。より酸素を低減させるために、真空中で焼結することが望ましい。これによって、酸素含有量が１５００ｗｔｐｐｍ以下、相対密度９０％以上であるＡｌＲｕ金属間化合物からなるスパッタリングターゲットを得ることができる。
実施例および比較例
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】  ＡｌとＲｕの原料を、それぞれＡｌ３．２５モル：Ｒｕ１モルとなるように、調合した原料２０Ｋｇを高周波（真空）溶解した。溶解温度は、１６５０°Ｃであった。この高周波真空溶解により溶湯中の酸素含有量を５０ｗｔｐｐｍとすることができた。
溶解後、鋳造してインゴット得、これを粉砕してＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末とした。また、得られたＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物は脆く、容易に粉砕することができ、平均粒径７５μｍの粉末が得られた。
このＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末に同様の粒径を有するＲｕ粉を混合し、この混合粉を焼結用のグラファイトダイスに充填した。Ｒｕ粉の混合量は、最終的にＡｌＲｕ金属間化合物が得られる量とした。
次に、Ａｒ雰囲気中でホットプレスにより焼結した。焼結温度は１３５０°Ｃ、焼結圧力２００Ｋｇｆ／ｃｍ２で焼結し、焼結体ブロックを得た。さらにこのブロックを切り出し、表面研削等を行なってターゲットに加工した。
これによって、酸素含有量は１４５０ｗｔｐｐｍ、相対密度８５％であるＡｌＲｕ金属間化合物のスパッタリングターゲットを得ることができた。ターゲット中のＡｌＲｕ金属間化合物の比率は９９．５％であり、図１〜図４と同等の組織を持つターゲットであった。
【実施例２】  ＡｌとＲｕの原料を、それぞれＡｌ３．２５モル：Ｒｕ１モルとなるように、調合した原料２０Ｋｇを高周波（真空）溶解した。溶解温度は、１６５０°Ｃであった。この高周波真空溶解により溶湯中の酸素含有量を５０ｗｔｐｐｍとすることができた。
溶解後、鋳造してインゴット得、これを粉砕してＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末とした。また、得られたＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物は脆く、容易に粉砕することができ、平均粒径７５μｍの粉末が得られた。
このＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末に同様の粒径を有するＲｕ粉を混合し、この混合粉を焼結用のグラファイトダイスに充填した。Ｒｕ粉の混合量は、最終的にＡｌＲｕ金属間化合物が得られる量とした。
次に、真空中でホットプレスにより焼結した。焼結温度は１４５０°Ｃ、焼結圧力２００Ｋｇｆ／ｃｍ２で焼結し、焼結体ブロックを得た。さらにこのブロックを切り出し、表面研削等を行なってターゲットに加工した。
これによって、酸素含有量は１３５０ｗｔｐｐｍ、相対密度９１％であるＡｌＲｕ金属間化合物のスパッタリングターゲットを得ることができた。ターゲット中のＡｌＲｕ金属間化合物の比率は９９．７ｖｏｌ．％であり、図１〜図４と同等の組織を持つターゲットであった。
このようにして得たＡｌＲｕ金属間化合物からなる焼結体ターゲットを用いてスパッタリングを実施したところパーティクルの発生は殆どなく、長時間に亘って均一な膜を形成することができた。
【実施例３】  ＡｌとＲｕの原料を、それぞれＡｌ３．２５モル：Ｒｕ１モルとなるように、調合した原料２０Ｋｇを高周波（真空）溶解した。溶解温度は、１６５０°Ｃであった。この高周波真空溶解により溶湯中の酸素含有量を５０ｗｔｐｐｍとすることができた。
溶解後、鋳造してインゴット得、これを粉砕してＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末とした。また、得られたＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物は脆く、容易に粉砕することができ、平均粒径７５μｍの粉末が得られた。
このＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末に同様の粒径を有するＲｕ粉を混合し、この混合粉を焼結用のグラファイトダイスに充填した。Ｒｕ粉の混合量は、最終的にＡｌＲｕ金属間化合物が得られる量とした。
次に、真空中でホットプレスにより焼結した。焼結温度は１５５０°Ｃ、焼結圧力２００Ｋｇｆ／ｃｍ２で焼結し、焼結体ブロックを得た。さらにこのブロックを切り出し、表面研削等を行なってターゲットに加工した。
これによって、酸素含有量は１０７０ｗｔｐｐｍ、相対密度９５％であるＡｌＲｕ金属間化合物のスパッタリングターゲットを得ることができた。ターゲット中のＡｌＲｕ金属間化合物の存在比率は９９．９ｖｏｌ．％であり、図１〜図４と同等の組織を持つターゲットであった。
このようにして得たＡｌＲｕ金属間化合物からなる焼結体ターゲットを用いてスパッタリングを実施したところパーティクルの発生は殆どなく、長時間に亘って均一な膜を形成することができた。
（比較例１）
平均粒径７５μｍのＡｌとＲｕの原料粉末を、それぞれＡｌ１モル：Ｒｕ１モルとなるように調合した混合粉を焼結用のグラファイトダイスに充填した。
次に、Ａｒ雰囲気中でホットプレスにより焼結した。焼結温度は６００°Ｃ、焼結圧力２００Ｋｇｆ／ｃｍ２で焼結し、焼結体ブロックを得た。さらにこのブロックを切り出し、表面研削等を行なってターゲットに加工した。
これによって、酸素含有量は２５００ｗｔｐｐｍ、相対密度７０％であるＡｌＲｕのスパッタリングターゲットを得ることができた。ターゲット中には、Ａｌ、Ｒｕ、ＡｌＲｕ金属間化合物が混在した状態であり、ＡｌＲｕ金属間化合物の比率は２０ｖｏｌ．％であった。このターゲットの組織は、図５〜図８と同等の組織を持つターゲットであった。
このようにして得た焼結体ターゲットを用いてスパッタリングを実施したところパーティクルの発生は異常に増大し、均一な膜を形成することができず、不良品の発生が生じた。
【発明の効果】
以上から明らかなように、実施例に示す本発明の範囲に入るＡｌＲｕスパッタリングターゲットは、ＡｌＲｕ金属間化合物という均一な組織を得ることができる。このため、スパッタリング成膜においてパーティクル数を著しく減少させることができると共に、均一な成膜が可能となる。
また、本発明のＡｌＲｕ金属間化合物スパッタリングターゲットの酸素含有量は１５００ｗｔｐｐｍ以下であり、極めて低減された酸素含有量を有し、ターゲット表面（エロージョン面）が均一である。さらに、相対密度９０％以上のＡｌＲｕ金属間化合物スパッタリングターゲットを容易に得ることができる。そして、ターゲット内に大きな偏析がなく、均一性に優れている。
本発明のターゲットの製造に際しては、ＡｌとＲｕ原料を高周波溶解することにより溶湯中又はインゴット中の酸素含有量を１００ｗｔｐｐｍ以下とすることができる。溶解した後、鋳造してインゴット得、これを粉砕してＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末とするが、この成分比の溶解は、比較的低温である約１４００〜１４５０°Ｃ溶解させることができるという特徴を有し、製造コストを低減させることができる。また、得られたＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物は脆く、破砕し易いので、粉砕工程のコスト低減が可能であるという利点がある。
溶解鋳造インゴットの粉砕に替えて、ガスアトマイズ法によりＡｌ１３Ｒｕ４金属間化合物を主成分とする粉末とすることもできる。ガスアトマイズ法を使用することにより、酸素含有量をさらに低減することができるという特徴を有する。
焼結温度を１３００〜１５００°Ｃとし、１５０Ｋｇｆ／ｃｍ２以上の焼結圧力で焼結するが、真空中で焼結することによってさらに酸素含有量を低減することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2004001092.tif 000011
2004001092.tif 000012
2004001092.tif 000013