(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子比率による組成式が、ＲｘＴ１００−ｘ−ｙＭｙ（Ｒは希土類元素のうち少なくとも一種であってＮｄ及び／又はＰｒを必ず含み、Ｔは遷移元素のうち少なくとも一種であってＦｅを必ず含み、ＭはＢ又はＢとＣであって５０原子％≦Ｂ／Ｍを満足する）で表され、ｘ、ｙが、１７≦ｘ≦２０、７≦ｙ≦１０を満足する組成からなり、酸素含有量が１５００ｐｐｍ以下の焼結体であることを特徴とする永久磁石薄膜用スパッタリングターゲット。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法であって、ストリップキャスト法によって製造された前記組成を満足する合金を粉砕した、粒径１００μｍ以下が全体の３０質量％未満かつ粒径３００μｍ以下が全体の９０質量％以上の粒度分布からなる合金粉末を、真空中又は不活性ガス雰囲気中で加圧焼結することを特徴とする永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項３】
合金粉末が、合金をピンミルにより粉砕したものであることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項４】
放電プラズマ焼結法又はホットプレス法により加圧焼結することを特徴とする請求項２又は３に記載の永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項５】
６００℃以上７００℃以下の温度で加圧焼結することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項６】
３０ＭＰａ以上の加圧力で加圧焼結することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の永久磁石薄膜用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】
【０００１】
本発明は、永久磁石薄膜用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】
【０００２】
近年、電子機器の小型・高性能化に伴い、モータやアクチュエータなどに使用される永久磁石の小型化、薄型化が要求されている。これらの用途には、最大エネルギー積の高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結永久磁石が主として用いられている。しかし、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結永久磁石は、粉末冶金法により製造されるため、薄型化には限界があった。
【０００３】
そこで、ここ数年、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の薄膜化に関する研究が活発化している。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は酸素に対して活性な希土類元素を含有するため、これまで、主に物理的蒸着手法で薄膜化の検討がなされていた。中でもスパッタリング法は、他の物理的蒸着手法に比べてスパッタリング粒子の運動エネルギーが高いために基板との密着性や磁気的性質の優れた薄膜が得られる点や、マグネトロンスパッタリング法の進歩により量産性が著しく向上したことなどから、最も有望な薄膜形成方法の一つと考えられている。
【０００４】
例えば、山下らは、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、Ｎｄ１３〜１７ａｔ％、Ｆｅ６５．５〜７７ａｔ％、Ｂ１０〜１７．５ａｔ％の組成で、最高値で保磁力７ｋＯｅ、残留磁化９．６ｋＧの永久磁石薄膜を得たことを報告している（非特許文献１）。
【０００５】
さらに、Ｔａからなる高融点金属層と主たる構成相がＲ２Ｆｅ１４Ｂ（ＲはＮｄおよび／またはＰｒ）である希土類合金磁性層とが交互に積層された永久磁石薄膜が提案されている（特許文献１）。特許文献１の技術によって、高い保磁力ＨｃＪと膜面に対して垂直方向に高い残留磁束密度Ｂｒを有する高性能永久磁石薄膜を得ることが可能になったが、実用・量産化にはさらなる磁気特性の向上が望まれる。
【０００６】
スパッタリング法によるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜の作製に際しては、種々のターゲットが用いられている。例えば、三つの独立したカソードに、それぞれＮｄ、Ｆｅ、Ｆｅ８０Ｂ２０（ａｔ％）のターゲットを配置し、それらのカソードに一斉に電力を供給して、多元同時スパッタを行う技術が報告されている（非特許文献２）。この技術によれば、三つのカソードに投入する電力を変えることで膜組成の調整が可能となり、膜組成に合わせたターゲットを個々に準備する必要が省けるという利点がある。
【０００７】
また、Ｆｅ板の上にＮｄとＢのチップを配置した、いわゆる複合ターゲットを用いて、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜をスパッタ法で作製する技術が報告されている（非特許文献３）。この技術によれば、Ｆｅ板上に配置するＮｄとＢのチップの数を調節して、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜の組成を任意に変化させることができるという利点がある。
【０００８】
一方、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金ターゲット（以下「合金ターゲット」という）を用いるものでは、真空中で溶解、鋳造することによって作製した合金ターゲット（以下「鋳造ターゲット」という）を、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜の形成に用いる技術が報告されている（非特許文献４）。前記特許文献１においても、鋳造ターゲットが用いられている。
【０００９】
また、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）法によって作製した合金ターゲット（以下「焼結ターゲット」という）を用いてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石を形成する技術（非特許文献５及び非特許文献６）が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４３３７２０９号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】山下慎次、山崎二郎、池田満昭、岩渕憲昭、「Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂスパッタリング異方性薄膜磁石」、日本応用磁気学会誌、Ｖｏｌ．１５、Ｎｏ．２、（１９９１）、ｐ．２４１−２４４
【非特許文献２】Ｔ．Ｓａｔｏ、Ｈ．Ｋａｔｏ、Ｔ．Ｓｈｉｍａ、Ｙ．Ｋ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ、Ｋ．Ｈｏｎｏ、「Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｆｉｌｍ  ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、ｖｏｌ．３２３、（２０１１）、ｐ．１６２−１６５
【非特許文献３】Ｋｏｊｉ  Ｙａｍａｓａｗａ、Ｘｉａａｘｉ  Ｌｉｕ、ａｎｄ  Ａｋｉｍｉｔｓｕ  Ｍｏｒｉｓａｋｏ、「Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ  ｆｉｌｍｓ  ｗｉｔｈ  ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、９９、０８Ｎ３０２、（２００６）
【非特許文献４】Ａ．Ｎａｋａｎｉｓｈｉ、Ｍ．Ｕｅｄａ、Ｔ．Ｏｋｕｄａ、Ｎ．Ｍｉｚｕｔａｎｉ、Ｊ．Ｎｉｓｈｉｙａｍａ、Ｍ．Ｍｏｔｏｋａｗａ、Ｚｈｏｎｇｊｉｅ  Ｗａｎｇ、Ｎ．Ａｄａｃｈｉ、Ｈ．Ｏｈｓａｔｏ、「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ  ａｎｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ＲＦ−Ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、１９６−１９７、（１９９９）、ｐ．２９５−２９６
【非特許文献５】Ｒ．Ｔｏｋｕｍａｒｕ、Ｓ．Ｔａｍａｎｏ、Ｓ．Ｇｏｔｏ、Ｓ．Ｍａｄｅｓｗａｒａｎ、Ｋ．Ｔｏｋｉｗａ  ａｎｄ  Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ、「Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ  ｏｎ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ  ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  ＥＣＲ  ｉｏｎ  ｂｅａｍ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ：Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｅｒｉｅｓ、１９１、（２００９）、０１２０２１
【非特許文献６】Ｓ．Ｍａｄｅｓｗａｒａｎ，Ｒ．Ｔｏｋｕｍａｒｕ，Ｓ．Ｔａｍａｎｏ，Ｓ．Ｇｏｔｏ，Ｋ．Ｔｏｋｉｗａ  ａｎｄ  Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ、「Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ  ｏｆ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ａｎｄ  ｌａｙｅｒ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ」，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ：Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｅｒｉｅｓ、１９１、（２００９）、０１２０２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
非特許文献２による技術では、基板上の特定の点と三つのターゲットの間の距離がその点の位置が変わると変化するため、大きな基板に均質な組成のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜を形成することが困難であるという問題がある。また、非特許文献３による技術では、チップの消耗とともに永久磁石薄膜の組成が変動するため、組成、磁気特性が均質なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜を得ることが難しいという問題がある。従って、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜を実用・量産化するためには、合金ターゲットの開発が望まれる。
【００１３】
しかし、非特許文献４や特許文献１に記載される鋳造ターゲットの場合、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金が脆く熱衝撃で割れやすいため、大型化することが極めて困難である。また、たとえ冷却速度の制御などによって熱衝撃による割れを回避できたとしても、結晶粒が粗大化し、均質な組織が形成されないため、得られる永久磁石薄膜の組成や組織、あるいは磁気特性にばらつきを生じるという問題がある。
【００１４】
また、非特許文献５、６に記載される焼結ターゲットは、鋳造ターゲットよりも均質な組織を得易く、熱衝撃によるターゲットの割れ頻度も比較的小さい。しかし、非特許文献５のＦｉｇｕｒｅ１並びに非特許文献６のＦｉｇｕｒｅ１、２、４から明らかなように、得られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜のＸ線回折パターンにはＮｄＯのピークがはっきりと確認できる。すなわち、非特許文献５、６によるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜には比較的多くの酸素が含有されている。
【００１５】
非特許文献５、６によるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜に比較的多くの酸素が含有されているのは、スパッタリング装置内に存在する酸素による酸化、あるいはスパッタリング装置から大気中に取り出した後の酸化などによる影響も考えられるが、その主たる原因は、焼結ターゲットそのものに酸素が多く含有されており、その酸素がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜の酸素含有量を増加させていると考えられる。
【００１６】
周知の通り、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は、主としてＮｄ２Ｆｅ１４Ｂの正方晶化合物からなる主相、Ｎｄリッチ相及びＢリッチ相から構成されており、基本的に、主相であるＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ正方晶化合物の存在比率を増加させれば、磁気特性が向上する。しかし、Ｎｄは酸素との親和性が極めて高いため、酸素が存在すると、まずＮｄリッチ相中のＮｄが酸素と反応しＮｄ２Ｏ３などの酸化物を形成し、Ｎｄリッチ相が少なくなり、磁気特性が急激に低下する。
【００１７】
磁気特性の急激な低下を防止するには、酸化物の形成に消費される分のＮｄを予め余剰に含有させておけばよい。さらに、Ｂを余剰に含有させておくことによっても磁気特性の低下を防止することができる。これは、主相の形成に消費される以外の余剰のＢが粒界に存在することによって、保磁力ＨｃＪの低下が抑制されるためである。しかし、ＮｄやＢを余剰に含有させると主相の存在比率が低下し、磁気特性が低下する。
【００１８】
従って、磁気特性の急激な低下を防止し、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜を安定的に製造するには、磁気特性を少々犠牲にしても、予め酸素との反応を見込んで、ＮｄやＢを余剰に含有させるか、あるいは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜の酸素含有量を低減することが必要である。そして、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜の酸素含有量を低減するには、その作製に用いるターゲットの酸素含有量を低減することが必要である。
【００１９】
非特許文献５に記載の焼結ターゲットの組成はＮｄ３６．５Ｆｅ５１．１Ｂ１２．４（原子％）、非特許文献６に記載の焼結ターゲットの組成はＮｄ２０Ｆｅ６４Ｂ１６（原子％）である。主相の組成比がＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ（原子百分率でＮｄ１１．７７Ｆｅ８２．３５Ｂ５．８８）であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石を構成するために必要不可欠なＮｄリッチ相及びＢリッチ相の体積比率（一般的にはＮｄリッチ相が５％程度、Ｂリッチ相が３％程度）を考慮しても、上記焼結ターゲットは明らかに余剰のＮｄ、余剰のＢを含有した組成となっている。つまり、非特許文献５、６においては、磁気特性を少々犠牲にしてもＮｄやＢを予め余剰に含有させることで、磁気特性の急激な低下を防止しており、焼結ターゲットの酸素含有量の低減については全く考慮されていない。従って、非特許文献５，６に記載されるターゲットでは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜の磁気特性の向上に限界がある。
【００２０】
このように、従来の焼結ターゲットでは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜の磁気特性の向上は困難であった。そのため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜の量産化は未だなされておらず、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜を用いたモータやアクチュエータなどのマイクロ磁気デバイスも実用化に到っていない。
【００２１】
本発明の目的は、前記先行技術文献に記載されるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石薄膜などの永久磁石薄膜の磁気特性を向上させることができる、永久磁石薄膜用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ことである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究した結果、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）法などの焼結ターゲットにおいて、ターゲットの組成とターゲットの作製に用いる合金粉末の粒度分布を特定範囲に限定することによって、酸素含有量が大幅に低減された焼結ターゲットが得られることを知見した。そして、該焼結ターゲットを使用することによって、得られる永久磁石薄膜の磁気特性を著しく向上させることができることを知見し、本発明を完成させるに到った。
【００２３】
本発明の永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットは、
原子比率による組成式が、ＲｘＴ１００−ｘ−ｙＭｙ（Ｒは希土類元素のうち少なくとも一種であってＮｄ及び／又はＰｒを必ず含み、Ｔは遷移元素のうち少なくとも一種であってＦｅを必ず含み、ＭはＢ又はＢとＣであって５０原子％≦Ｂ／Ｍを満足する）で表され、ｘ、ｙが、１７≦ｘ≦２０、７≦ｙ≦１０を満足する組成からなり、酸素含有量が１５００ｐｐｍ以下の焼結体であることを特徴とする。
【００２４】
本発明は、上記構成を有する永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記組成を満足し、粒径１００μｍ以下が全体の３０質量％未満かつ粒径３００μｍ以下が全体の９０質量％以上の粒度分布からなる合金粉末を、真空中又は不活性ガス雰囲気中で加圧焼結することを特徴とする。
【００２５】
本発明は、上記構成を有する永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法において、合金粉末が、ストリップキャスト法によって製造された合金を粉砕したものであることを特徴とする。
本発明は、上記構成を有する永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法において、合金粉末が、合金をピンミルにより粉砕したものであることを特徴とする。
本発明は、上記構成を有する永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法において、放電プラズマ焼結法又はホットプレス法により加圧焼結することを特徴とする。
本発明は、上記構成を有する永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法において、６００℃以上７００℃以下の温度で加圧焼結することを特徴とする。
本発明は、上記構成を有する永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法において、３０ＭＰａ以上の加圧力で加圧焼結することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、Ｒ及びＭの含有量が少なくかつ酸素含有量が少ない、すなわち、Ｒ２Ｔ１４Ｍ正方晶化合物からなる主相の存在比率が極めて高いＲ−Ｔ−Ｍ系永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットを製造することができる。従って、本発明によるターゲットを使用することにより、Ｒ−Ｔ−Ｍ系永久磁石薄膜の磁気特性を著しく向上させることができる。
【００２７】
本発明によれば、均質な組成を有し、割れなどの無い大きなスパッタリング面を有する焼結ターゲットを容易に製造することができる。従って、高性能な永久磁石薄膜を量産規模で製造することが可能となり、永久磁石薄膜を用いたモータやアクチュエータなどのマイクロ磁気デバイスの実用化を推進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例の合金粉末の粒度分布を示す図である。
【図２】実施例の永久磁石薄膜の面内と面垂直方向の磁化曲線を示す図である。
【図３】実施例の永久磁石薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【図４】実施例の焼結ターゲットの外観観察写真を示す図である。
【図５】実施例の永久磁石薄膜のスパッタリング時間と組成の関係を示す図である。
【図６】比較例の鋳造ターゲットの外観観察写真を示す図である。
【図７】比較例の永久磁石薄膜のスパッタリング時間と組成の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明による永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットは、以下の組成からなることを特徴とする。
原子比率による組成式が、ＲｘＴ１００−ｘ−ｙＭｙ（Ｒは希土類元素のうち少なくとも一種であってＮｄ及び／又はＰｒを必ず含み、Ｔは遷移元素のうち少なくとも一種であってＦｅを必ず含み、ＭはＢ又はＢとＣであって５０原子％≦Ｂ／Ｍを満足する）で表され、ｘ、ｙが、１７≦ｘ≦２０、７≦ｙ≦１０を満足する。
【００３０】
Ｒは希土類元素のうち少なくとも一種であってＮｄ及び／又はＰｒを必ず含む。Ｎｄ及び／又はＰｒを含有することにより高い磁化と一軸結晶磁気異方性が得られる。より好ましい形態としては、Ｒの５０％以上がＮｄ及び／又はＰｒで構成される。重希土類元素は、得られる永久磁石薄膜の残留磁束密度Ｂｒの低下を招くものの、一軸結晶磁気異方性を高めて保磁力ＨｃＪを向上させる効果があるため、耐熱性が要求される用途に永久磁石薄膜が使用される場合などには、ＴｂやＤｙといった重希土類元素をＲに含有させることが好ましい。
【００３１】
Ｒの含有量ｘは１７≦ｘ≦２０とする。ｘが１７未満では希土類元素と他の元素（ＴやＭ）とのスパッタリングイールドの違いにより、スパッタリング後の永久磁石薄膜におけるＲ含有量がＲ２Ｔ１４Ｍの化学量論比よりも少なくなってしまうことがあり、その場合、永久磁石薄膜の保磁力ＨｃＪが急激に低下する。また、ｘが２０を超えると、Ｒ２Ｔ１４Ｍの存在比率が減少し、永久磁石薄膜の残留磁束密度Ｂｒが低下する。
【００３２】
Ｔは遷移元素のうち少なくとも一種であってＦｅを必ず含む。好ましい形態としては、Ｆｅと同様に磁気モーメントの大きいＣｏを含有させ、Ｔの５０％以上をＦｅとＣｏで構成する。
【００３３】
ＭはＢ又はＢとＣであって５０原子％≦Ｂ／Ｍを満足する。Ｍの含有量ｙは７≦ｙ≦１０とする。ｙが７未満ではＭと他の元素（ＲやＴ）とのスパッタリングイールドの違いによって、スパッタリング後の永久磁石薄膜におけるＭ含有量がＲ２Ｔ１４Ｍの化学量論比よりも少なくなることがあり、その場合、永久磁石薄膜の保磁力ＨｃＪが急激に低下する。また、ｙが１０を超えると、Ｒ２Ｔ１４Ｍの存在比率が減少し、永久磁石薄膜の残留磁束密度Ｂｒが低下する。
【００３４】
本発明による永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットは、酸素含有量が１５００ｐｐｍ以下の焼結体（焼結ターゲット）であることを特徴とする。従って、鋳造ターゲットでは不可能な、量産時に必要となる直径１５ｃｍ（約６インチ）以上の大型ターゲットを割れなどを生じることなく製造することができる。また、鋳造ターゲットに比べて微細かつ均質な組織にすることが可能であるため、得られた永久磁石薄膜の組成や組織、磁気特性のばらつきを低減することができる。
【００３５】
スパッタリング後の永久磁石薄膜には、スパッタリング時に外部環境から侵入する酸素のほかに、ターゲットが元々含んでいる酸素も取り込まれてしまう。永久磁石薄膜中に取り込まれた酸素は、前記の通り希土類元素と反応し酸化物を形成する。その結果、Ｒリッチ相が少なくなり、磁気特性が急激に低下する。従って、ターゲットの酸素含有量はできるだけ少ないことが望ましい。
【００３６】
本発明においては、後述の通り、焼結ターゲットの製造に用いる合金粉末の粒度分布を特定範囲に限定することによって、焼結ターゲットの酸素含有量が１５００ｐｐｍ以下となる。
【００３７】
本発明による永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットは、永久磁石薄膜のみで利用される用途、あるいは、前記特許文献１に記載されるような、Ｔａからなる高融点金属層とＲ２Ｆｅ１４Ｂからなる希土類合金磁性層とがスパッタリング法にて交互に積層された永久磁石薄膜の希土類合金磁性層として使用することができる。
【００３８】
本発明による永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法を以下に説明する。
本発明による永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットの製造方法は、前記組成を満足し、粒径１００μｍ以下が全体の３０質量％未満かつ粒径３００μｍ以下が全体の９０質量％以上の粒度分布からなる合金粉末を、真空中又は窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で加圧焼結することを特徴とする。
【００３９】
まず、前記組成を満足し、粒径１００μｍ以下が全体の３０質量％未満かつ粒径３００μｍ以下が全体の９０質量％以上の粒度分布からなる合金粉末を準備する。合金粉末の準備は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結永久磁石の製造工程において合金粉末を準備する際に用いられている公知の方法によって行うことができる。例えば、ガスアトマイズ法などによって直接合金粉末を作製したり、ロール急冷法、遠心ディスク法、ストリップキャスト法などにより作製した急冷合金を窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で粉砕することによって合金粉末を作製し、作製した合金粉末を上記粒度分布になるように調整することによって準備することができる。
【００４０】
合金としては、ストリップキャスト法によって作製した急冷合金を用いることが好ましい。ストリップキャスト法によって作製した急冷合金は組織が均質かつ微細であり、かつ前記粒度分布の合金粉末を比較的容易に得易いためである。また、粉砕方法としては、ピンミルを用いることが好ましい。ピンミルによれば、粉砕による温度上昇が少なく、合金粉末の酸化を防止することができ、かつ前記粒度分布の合金粉末を比較的容易に得易いためである。前記ストリップキャスト法によって作製した急冷合金をピンミルによって粉砕することにより、粒度分布の調整なしで、上記粒度分布からなる合金粉末を作製することも可能である。
【００４１】
粒度分布の調整は、例えば、ＪＩＳ  Ｚ  ２５１０の「金属粉−乾式ふるい分けによる粒度試験方法」のように、合金粉末を乾式ふるい分けによって粒度ごとに分級し、分級後の各合金粉末を上記粒度分布となるように混合することによって行うことができる。粒度分布の調整は不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
【００４２】
前記粒度分布の合金粉末を用いることが本発明の特徴の一つである。前記粒度分布の合金粉末を用いることにより、酸素含有量が１５００ｐｐｍ以下の焼結体が得られる。これによって、前記組成との相乗効果、すなわち、余剰のＲ、Ｍが少なく、かつ酸化物の形成に消費されるＲが少ないため、主相の存在比率が高くなり、得られる永久磁石薄膜の磁気特性が著しく向上するという効果を得ることができる。
【００４３】
前記粒度分布において、粒径１００μｍ以下の合金粉末が３０質量％以上では酸素含有量が増加し得られる永久磁石薄膜の磁気特性が低下する。また、粒径３００μｍ以下の合金粉末が９０質量％未満では焼結し難くなり、相対密度が低下して焼結体の切削や研削が困難になる。粒径１００μｍ以下の合金粉末が極力少なく（０質量％でもよい）、かつ粒径３００μｍ以下の合金粉末が極力多くなる（１００質量％でもよい）ように調整することにより、酸素含有量を１０００ｐｐｍ以下、さらには７００ｐｐｍ以下にすることも可能である。これによって、得られる永久磁石薄膜の磁気特性をさらに向上させることができる。
【００４４】
次に、前記粒度分布を有する合金粉末を、真空中又は不活性ガス雰囲気中で加圧焼結する。加圧焼結としては、公知の放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）法、ホットプレス法などを用いることができる。加圧焼結の温度は６００℃以上７００℃以下であることが好ましい。６００℃未満では焼結が進行せず磁気特性が低下するとともに相対密度が低下して焼結体の切削や研削が困難になる。また、７００℃を超えると液相が多量に生成され、加圧時にプレス装置のパンチが抜けなくなったり、金型を傷つけたりする。
【００４５】
また、加圧焼結における加圧力は３０ＭＰａ以上であることが好ましい。３０ＭＰａ未満では焼結が進行せず磁気特性が低下するとともに相対密度が低下して焼結体の切削や研削が困難になる。加圧焼結としてホットプレスを用いる場合は、カーボン製の型を用いることにより、製造コストを抑えることができる。その場合は、型の機械強度を考慮して、加圧力を５０ＭＰａ以下にするのが好ましい。
【実施例】
【００４６】
本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００４７】
実施例
原子比率による組成式がＲｘＴ１００−ｘ−ｙＭｙにおいて、Ｒ＝Ｎｄ、Ｔ＝Ｆｅ＋Ｃｏ、Ｍ＝Ｂ、ｘ＝１８．２、ｙ＝７．５として、Ｎｄ１８．２Ｆｅ７３．１Ｃｏ１．２Ｂ７．５に配合された原料を高周波溶解炉で溶解し、Ｃｕロールを用いたストリップキャスティング法によって厚み約０．１ｍｍの合金を得た。その合金を、窒素ガスで内部を置換したピンミルで粉砕し、合金粉末を得た。この合金粉末の粒度分布を自動ふるい振とう機を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２５１０に記載の試験方法により測定した。ふるいには、３８μｍ、１００μｍ、２０８μｍ、２５０μｍ、３００μｍの目開きのふるいを用いた。その結果を図１に示す。図１は、粒径の小さい方から質量を積算したときの全体の質量に占める割合を示す。図１に示すように、得られた合金粉末の粒度分布は、粒径１００μｍ以下の合金粉末が全体の２３質量％、粒径３００μｍ以下の合金粉末が全体の９９質量％であった。
【００４８】
次いで、前記合金粉末約２．５ｋｇをカーボン製の型の中に充填し、温度６５０℃、圧力５０ＭＰａ、保持時間１時間の条件でホットプレスを行い、直径８１．０５ｍｍ、高さ６４．０２ｍｍ、質量２４７９ｇ、密度７．５１ｇ／ｃｍ３（理論密度７．６ｇ／ｃｍ３に対して９８％以上の相対密度）の円柱状の焼結体を得た。得られた焼結体を外周加工した後スライス加工し、直径８０ｍｍ、厚み５ｍｍの焼結ターゲットを９枚作製した。外周加工時、スライス加工時において、焼結ターゲットのエッジ部に割れや欠けなどの発生はみられなかった。
【００４９】
上記の各工程における合金の酸素含有量を測定した。その結果、ストリップキャスト後の鋳片が３９０ｐｐｍ、ピンミル後の合金粉末が５００ｐｐｍ、焼結ターゲットは８４０ｐｐｍであった。この焼結ターゲットの酸素含有量は、今日、市場に供給されている一般的なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結永久磁石（酸素含有量２０００〜５０００ｐｐｍ程度）と比較しても、極端に少ない値であった。
【００５０】
得られた焼結ターゲットを用いて、４７５℃に加熱したガラス基板上に、厚み２００ｎｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ膜と厚み１０ｎｍのＴａ膜をそれぞれ５層ずつスパッタリング法にて形成した多層構造の永久磁石薄膜を作製した。得られた永久磁石薄膜の面内と面垂直方向の磁化曲線を振動試料型磁力計（ＶＳＭ）で測定した。その結果を図２に示す。図２に示すように、得られた永久磁石薄膜は、面垂直方向に強い磁気異方性を有し、磁気特性は、Ｊｒ＝１．３９Ｔ、ＨｃＪ＝１．２１ＭＡ／ｍ、（ＢＨ）ｍａｘ＝３５１ｋＪ／ｍ３であり、非特許文献５、６に記載される焼結ターゲットを用いた永久磁石薄膜の磁気特性、例えば非特許文献６のＪｒ＝１．１Ｔ、ＨｃＪ＝１．１３ＭＡ／ｍ、（ＢＨ）ｍａｘ＝２３６ｋＪ／ｍ３に比べ、格段に優れた磁気特性を有している。
【００５１】
上記によって得られた永久磁石薄膜をＸ線回折装置（リガク製ＲＩＮＴ−２４００）を用いてＸ線回折測定を行った。測定条件は、Ｘ線源がＣｕ−Ｋα、出力が４５ｋＶ、３００ｍＡとした。得られたＸ線回折パターンを図３に示す。図３に示すように、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂを示すピークを主体として、一部にＮｄメタル及びβ−Ｔａのピークが見られるが、Ｎｄの酸化物を示すピークは存在しない。
【００５２】
次に、得られた焼結ターゲットの経時的な外観の変化及び該ターゲットを用いて作製した永久磁石薄膜の経時的な組成の変動を調べるため、焼結ターゲットをマグネトロンカソードに設置してＤＣスパッタリングを行い、０時間、２時間、６時間、１２時間経過後のターゲットの外観観察と、０．７５時間、２．７５時間、６．７５時間、１２．７５時間経過後の永久磁石薄膜をサンプリングし組成分析を行った。ターゲットの外観観察の結果を図４に、組成分析の結果を図５に示す。なお、スパッタリング条件は、プロセスガスとしてアルゴンガスを用い、ガス圧力を０．６Ｐａとして、ＤＣ５００Ｗの電力を投入した。また、組成分析は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析法により測定した。
【００５３】
図４に示すように、マグネトロン磁気回路が作り出す磁束によって、ターゲット表面のプラズマ密度に空間分布が生じ、その分布を反映した同心円状のエロージョン域がターゲット表面に発生しており、そのエロージョン域がスパッタリングの経過時間とともに顕著になっている。しかし、図５に示すように、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂともに、スパッタリングの経過時間による組成変動はほとんど見られなかった。例えば、Ｎｄの場合、０．７５時間から１２．７５時間における組成の変動幅は約２．４％であり、非常に小さかった。
【００５４】
比較例
実施例と同様に配合された原料を高周波真空溶解炉で溶解し、直径８０ｍｍの鋳型に鋳造し、室温まで徐冷して円盤状の鋳造合金を得た。得られた鋳造合金の外周と両平面を研削加工し、厚み５ｍｍの鋳造ターゲットを作製した。得られた鋳造ターゲットの表面を金属顕微鏡で観察したところ、ボイドや鬆とともに、無数のマイクロクラックが認められた。前記鋳造ターゲットの酸素含有量を測定した。酸素含有量の測定は同じ方法で別途作製した鋳造ターゲットによって行った。その結果、酸素含有量は３３０ｐｐｍであり、実施例１による本発明の焼結ターゲットよりも酸素含有量が少なかった。
【００５５】
次に、得られた鋳造ターゲットの経時的な外観の変化及び該ターゲットを用いて作製した永久磁石薄膜の経時的な組成の変動を調べるため、鋳造ターゲットをマグネトロンカソードに設置して実施例と同様な条件でＤＣスパッタリングを行い、０時間、２時間、６時間、１２時間経過後のターゲットの外観観察と、０．７５時間、２．７５時間、６．７５時間、１２．７５時間経過後の永久磁石薄膜をサンプリングし組成分析を行った。ターゲットの外観観察の結果を図６に、組成分析の結果を図７に示す。組成分析は実施例と同様な方法で測定した。
【００５６】
図６に示すように、鋳造ターゲットにおいても、実施例の焼結ターゲットの場合と同様に同心円状のエロージョン域が発生しており、そのエロージョン域がスパッタリングの経過時間とともに顕著になっている。また、エロージョン域ではエッチング効果によって組織が浮彫となり、該浮彫部では鋳造時の徐冷の影響と考えられる、粒成長した粗大結晶粒を含んだ金属組織が表れていた。
【００５７】
また、図７に示すように、鋳造ターゲットでは、スパッタリングの経過時間により、特にＮｄとＢの組成が変動している。Ｎｄの場合、０．７５時間から１２．７５時間における組成の変動幅は約１０％を超えていた。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明による永久磁石薄膜用スパッタリングターゲットを使用することにより、高性能な永久磁石薄膜を量産規模で製造することが可能となり、その永久磁石薄膜はモータやアクチュエータなどのマイクロ磁気デバイスに好適に利用することができる。
【図１】
0005769059.tif 000002
【図２】
0005769059.tif 000003
【図３】
0005769059.tif 000004
【図５】
0005769059.tif 000005
【図７】
0005769059.tif 000006
【図４】
0005769059.tif 000007
【図６】
0005769059.tif 000008