(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、高いアモルファス性と高い耐食性を有する軟磁性膜を形成可能な垂直磁気記録媒体の軟磁性膜の形成に適したスパッタリングターゲット材を提供することである。【解決手段】  本発明は、原子比における組成式が（ＣｏＸ−Ｆｅ１００−Ｘ）１００−ａ−ｂ−ｃ−Ｃｒａ−Ｂｂ−Ｚｒｃ、３０≦Ｘ≦１００、１５≦ａ≦２０、５≦ｂ≦１０、０．２≦ｃ≦５．０で表され、残部不可避的不純物からなる垂直磁気記録媒体用スパッタリングターゲット材である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子比における組成式が（ＣｏＸ−Ｆｅ１００−Ｘ）１００−ａ−ｂ−ｃ−Ｃｒａ−Ｂｂ−Ｚｒｃ、３０≦Ｘ≦１００、１５≦ａ≦２０、５≦ｂ≦１０、０．２≦ｃ≦５．０で表され、残部不可避的不純物からなることを特徴とする垂直磁気記録媒体用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、垂直磁気記録媒体の軟磁性膜を形成するために用いる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いる。しかしながら、従来から広く世の中で使用されている面内磁気記録方式の磁気記録媒体では、高記録密度化を実現しようとすると、記録ビットが微細化し、通常の記録ヘッドで記録できなくなる。そこで、これらの問題を解決し、記録密度を向上させる方式として、垂直磁気記録方式が実用化されている。
【０００３】
垂直磁気記録方式とは、垂直磁気記録媒体の磁性膜を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、記録密度を上げていってもビット内の反磁界が小さく、記録再生特性の低下が少ない高記録密度に適した方法である。そして、垂直磁気記録方式においては、記録感度を高めた磁気記録膜と軟磁性膜とを有する記録媒体が開発されている。
【０００４】
このような磁気記録媒体の軟磁性膜には、磁気ヘッドからの記録磁界を還流させる役割があり、記録磁界を強力に引き込むために飽和磁束密度が０．２〜１．７Ｔの範囲であることが求められている（例えば、特許文献１参照）。また、軟磁性膜としては、低ノイズ化を図るためアモルファス構造であることが求められている（例えば、特許文献２参照）。また、強い記録磁界を作用させる必要性から、磁気ヘッドと磁性層との近接化が図られてきており、保護層が薄膜化してきている。このため保護層による耐食性の付与は期待できなくなってきており、軟磁性膜に対しても、高い耐食性が求められている（例えば、特許文献３参照）
これまでの垂直磁気記録媒体の軟磁性膜を形成する材料としては、薄膜の耐食性を向上させるためＣｒを添加したＦｅ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｂ系合金スパッタリングターゲット材が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３５０６８号公報
【特許文献２】特開２００４−３０３３７７号公報
【特許文献３】特開２００８−２７６８５９号公報
【特許文献４】特開２００８−０４５１７３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４に開示されるＣｒを添加したＦｅ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｂ系合金スパッタリングターゲット材を用いて形成した軟磁性膜は、耐食性が高い点では有利である。
しかしながら、本発明者の検討によると、このＦｅ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｂ系合金軟磁性膜は、アモルファス性が低く、上述した低ノイズ化を図る上で問題があることを確認した。
本発明の目的は、上記の問題を解決し、高いアモルファス性と高い耐食性を有する垂直磁気記録媒体の軟磁性膜の形成に適したスパッタリングターゲット材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、Ｃｏ−Ｆｅ系合金スパッタリングターゲット材について、Ｂ、ＺｒおよびＣｒの複合添加が、軟磁気特性の劣化を抑えつつ、アモルファス性を著しく向上させることができることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、原子比における組成式が（ＣｏＸ−Ｆｅ１００−Ｘ）１００−ａ−ｂ−ｃ−Ｃｒａ−Ｂｂ−Ｚｒｃ、３０≦Ｘ≦１００、１５≦ａ≦２０、５≦ｂ≦１０、０．２≦ｃ≦５．０で表され、残部不可避的不純物からなる垂直磁気記録媒体用スパッタリングターゲット材である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、高いアモルファス性と高い耐食性を有する軟磁性膜を形成するためのスパッタリングターゲット材を提供でき、軟磁性膜を必要とする垂直磁気記録媒体を製造する上で有効な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明例および比較例のスパッタリングターゲット材を用いて形成した軟磁性膜のＸ線回折プロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上述したように、本発明の重要な特徴は、垂直磁気記録媒体用のＣｏ−Ｆｅ系合金スパッタリングターゲット材として、高いアモルファス性と高い耐食性を有する軟磁性膜を形成するための最適な添加元素の組合せとして、Ｂ、ＺｒおよびＣｒを選択し、上記の効果を実現するためのそれぞれの元素の最適な添加範囲を見出した点にある。以下、その理由を詳しく説明する。
【００１１】
本発明のスパッタリングターゲット材は、Ｂ（硼素）を５〜１０原子％含有させる。Ｂは、ベース元素のＣｏやＦｅと共晶型の平衡状態図を示すことから、アモルファスを形成するために有効な元素である。さらに、半金属元素であるＢは、添加量に対する飽和磁束密度の低下が他の遷移金属元素と比べて低く抑えられるため、高い飽和磁束密度とアモルファス化の促進を両立できる有効な元素である。
Ｂの添加量が５原子％に満たない場合には、アモルファス化を促進できない。一方、Ｂの添加量が１０原子％を超える場合には、Ｂの単独添加でもアモルファス性を向上できるが、スパッタリングターゲット材の組織中のボライド相が増加するため、スパッタリング中のパーティクルが増加する問題がある。このため、本発明ではＢを５〜１０原子％の範囲で添加する。
【００１２】
本発明のスパッタリングターゲット材は、Ｚｒを０．２〜５．０原子％含有させる。上述のように、Ｂを５〜１０原子％含有させることによりアモルファス化を促進させることは可能である。しかし、ＣｏやＦｅに対してアモルファス形成能を有するＢを単独で１０原子％以下添加させたのみでは、安定なアモルファス状態が得られない場合がある。この課題を解決すべく検討した結果、本発明者は、上述したＢの効果を損なうことなく、Ｂとの相乗効果により、少量の添加でもアモルファス性を向上できる元素としてＺｒを見出した。
尚、ＣｏやＦｅに対してアモルファス形成能を有する元素としてＺｒ以外では、Ｔｉ、Ｙ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｐｒ、Ｇｄ等が考えられるが、Ｙ、Ｈｆ、Ｐｒ、Ｇｄはレアメタルで高価になるため、現実的ではない。また、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａは、Ｚｒに比べてアモルファス形成能が低く、これらの元素の添加でアモルファス性を向上させようとした場合には、５．０原子％を超える添加が必要となり、飽和磁束密度が低下する問題がある。
Ｚｒの添加量が０．２原子％に満たない場合には、アモルファス性を向上させる効果が小さい。一方、Ｚｒの添加量が５．０原子％を超える場合には、飽和磁束密度が低下する。このため、本発明ではＺｒを０．２〜５．０原子％の範囲で添加する。
【００１３】
本発明のスパッタリングターゲット材は、Ｃｒを１５〜２０原子％含有させる。これは、Ｃｒの添加により、緻密な不動態皮膜を形成でき、軟磁性膜の耐食性を向上させる効果を得るためである。また、Ｃｒは、軟磁性膜に付与する飽和磁束密度を調整することができる元素である。Ｃｒの添加量が１５原子％に満たない場合には、耐食性向上の効果が得られない。
本発明者は、種々の検討により、ＣｒおよびＺｒは、共に１原子％の増加に対し、飽和磁束密度が約０．０６Ｔ低くなり、ＣｒとＺｒを互いに置換してあっても飽和磁束密度に対する影響がほとんど変わらないことを確認した。以上のことから、アモルファス性を向上させるために、Ｃｒの一部を上述した範囲でＺｒに置換することで、高い耐食性と優れた軟磁気特性とを両立して得ることができる。
本発明におけるＣｒの添加量は、上述したＺｒの添加量との関係で、２０原子％を超えると飽和磁束密度が低下しすぎるため、２０原子％以下とする。
【００１４】
本発明のスパッタリングターゲット材のベースとなるＣｏ−Ｆｅ合金は、原子比における組成式が（ＣｏＸ−Ｆｅ１００−Ｘ）、３０≦Ｘ≦１００で表される組成範囲である。これは、この組成範囲のＣｏ−Ｆｅ合金をベースとすることで、高い飽和磁束密度と高い耐食性を両立して得られるためである。Ｃｏの原子比率が３０％より低いと、耐食性が低下するため、Ｆｅに対するＣｏの原子比率を３０〜１００％の範囲にする。より好ましくは７０〜９０％の範囲である。
【００１５】
本発明のスパッタリングターゲット材の製造方法としては、溶解鋳造法や粉末焼結法のいずれも適用可能である。中でも、本発明のＢを含むスパッタリングターゲット材については、スパッタリング成膜時に異常放電やパーティクル発生の起点となるミクロ組織中のボライドを微細で均一分散に制御することが可能な粉末焼結法を適用することが好ましい。
【００１６】
粉末焼結法では、最終組成の合金粉末を原料粉末として加圧焼結することや、複数の合金粉末や純金属粉末を最終組成になるように混合した混合粉末を加圧焼結することによって、ボライドを微細で均一分散させた組織を有するスパッタリングターゲット材を安定して製造することが可能である。中でも、安定的にボライドを微細で均一分散させた組織が得られる最終組成の合金粉末を原料粉末として加圧焼結することが好ましい。
【００１７】
また、上述の粉末焼結に用いる原料粉末は、所望の組成に成分調整した合金溶湯を鋳造したインゴットを粉砕して作製する方法や、合金溶湯を不活性ガスにより噴霧することで粉末を形成するガスアトマイズ法によって作製することが可能である。中でも、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。球状粉末の酸化を抑制するためには、アトマイズガスとして不活性ガスであるアルゴンガスもしくは窒素ガスを用いることが好ましい。
【００１８】
上述の原料粉末の焼結方法としては、熱間静水圧プレス、ホットプレス、放電プラズマ焼結、押し出しプレス焼結等の加圧焼結を用いることが可能である。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拡散層の生成を抑制しても、緻密な焼結体が得られるため、特に好ましい。
なお、加圧焼結時の最高温度は、８００〜１２００℃の温度に設定することが好ましい。焼結温度が８００℃未満の場合は、粉末の焼結が十分に進まずに空孔が形成されてしまい、焼結温度が１２００℃を超えると粉末が溶解する場合がある。
また、加圧焼結時の最高圧力は、２０〜２００ＭＰａに設定することが好ましい。２０ＭＰａ未満では、十分な焼結ができなくなりターゲット組織中に空孔が形成されやすくなり、加圧圧力が２００ＭＰａを超えると耐え得る装置が限られてしまうという問題がある。
また、加圧焼結時の最高温度と最高圧力で保持する焼結時間は、１〜１０時間に設定することが好ましい。１時間未満の場合には、焼結を十分に進行させられず、焼結時間が１０時間を超えると製造効率が著しく悪化するため避ける方がよい。
【実施例】
【００１９】
先ず、それぞれ純度９９．９％以上のＦｅ７０−Ｂ３０（原子％）、Ｆｅ８４．６−Ｚｒ１５．４（原子％）、Ｃｏ９７．６−Ｂ２．４（原子％）、Ｃｏ８５．３−Ｚｒ１４．７（原子％）合金組成となる各ガスアトマイズ粉末と、純度９９．９％以上のＣｒ粉末を準備し、（Ｆｅ２５−Ｃｏ７５）７３−Ｃｒ１７−Ｂ８−Ｚｒ２（原子％）となるように、秤量、混合して混合粉末を作製した。
上記の混合粉末を軟鋼製の加圧容器に充填し脱気封止した後に、温度９５０℃、圧力１５０ＭＰａ、保持時間１時間の条件で熱間静水圧プレス法により焼結体を作製し、機械加工により直径１９０ｍｍ、厚さ４ｍｍの本発明例となるスパッタリングターゲット材を得た。
【００２０】
次に、比較例として、それぞれ純度９９．９％以上のＦｅ８８−Ｂ１２（原子％）、Ｃｏ、Ｃｏ９７．６−Ｂ２．４（原子％）合金組成となる各ガスアトマイズ粉末と、純度９９．９％以上のＣｒ粉末を準備し、（Ｆｅ２５−Ｃｏ７５）７５−Ｃｒ１９−Ｂ６となるように、秤量、混合して混合粉末を作製した。得られた混合粉末を軟鋼製の加圧容器に充填し脱気封止した後に、温度９５０℃、圧力１５０ＭＰａ、保持時間１時間の条件で熱間静水圧プレス法により焼結体を作製し、機械加工により直径１９０ｍｍ、厚さ４ｍｍの比較例となるスパッタリングターゲット材を得た。
【００２１】
（アモルファス性の評価）
上記で作製した各スパッタリングターゲット材をＤＣマグネトロンスパッタリング装置（キヤノンアネルバ株式会社製のＣ３０１０）のチャンバ内に配置し、チャンバ内の真空到達度２．０×１０−５Ｐａ以下となるまで排気を行った。そして、Ａｒガス圧０．６Ｐａとし、投入電力を１ｋＷの条件で、寸法７０×２５ｍｍのガラス基板上に膜厚１０００ｎｍの軟磁性膜をスパッタリング成膜した。なお、磁気記録媒体の軟磁性膜の膜厚は２０〜１００ｎｍが一般的であるが、本実施例ではアモルファス性の評価を行うために、厚膜の１０００ｎｍとした。
【００２２】
上記で得た各軟磁性膜の試料について、株式会社リガク製のＸ線回折装置ＲＩＮＴ２５００Ｖを使用し、線源にＣｏを用いてＸ線回折測定を行った。得られたＸ線回折プロファイルを図１に示す。
図１から、本発明のＢとＺｒとを特定量複合添加したスパッタリングターゲット材を用いて形成した軟磁性膜は、結晶構造に起因する回折ピークが観察されないことから、高いアモルファス性を有していることが確認できた。
一方、Ｂを単独で添加した比較例のスパッタリングターゲット材を用いて形成した軟磁性膜は、ＢＣＣ（２００）および（２１１）の結晶構造に起因する回折ピークが若干観察されることから、本発明例と比べると、アモルファス性が低いことが確認された。
また、本発明者の検討によれば、Ｂを単独で９原子％添加しても比較例と同様に結晶構造に起因する回折ピークが確認され、アモルファス性が低いことを確認した。
【００２３】
（耐食性の評価）
上記で作製した各スパッタリングターゲット材をＤＣマグネトロンスパッタリング装置（キヤノンアネルバ株式会社製のＣ３０１０）のチャンバ内に配置し、チャンバ内の真空到達度２．０×１０−５Ｐａ以下となるまで排気を行った。そして、Ａｒガス圧０．６Ｐａとし、投入電力を１ｋＷの条件で、寸法５０×２５ｍｍのガラス基板上に膜厚２００ｎｍの軟磁性膜をスパッタリング成膜した。
上記で得た軟磁性膜の試料を、純水で１０％に希釈した硝酸溶液に、室温で３時間浸漬させた後、硝酸１０％溶液中に溶出したＣｏ量を誘導結合プラズマ発光分光分析法により分析した。分析したＣｏ溶出量を表１に示す。
【００２４】
（飽和磁束密度の評価）
上記で作製した各スパッタリングターゲット材をＤＣマグネトロンスパッタリング装置（キヤノンアネルバ株式会社製のＣ３０１０）のチャンバ内に配置し、チャンバ内の真空到達度２．０×１０−５Ｐａ以下となるまで排気を行った。そして、Ａｒガス圧０．６Ｐａとし、投入電力を１ｋＷの条件で、寸法φ１０ｍｍのガラス基板上に膜厚４０ｎｍの軟磁性膜をスパッタリング成膜した。
【００２５】
上記で得た軟磁性膜の試料について、東英工業株式会社製の振動試料型磁力計（型式番号：ＶＳＭ−３）を使用し、面内磁化容易軸方向に最大磁場１０ｋＡ／ｍを印加してＢ−Ｈカーブを測定し、飽和磁束密度を求めた。求めた飽和磁束密度を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１から、本発明のスパッタリングターゲット材を用いて形成した軟磁性膜は、比較例よりも少ないＣｒ添加量でも、比較例の軟磁性膜と同様に、硝酸１０％溶液中に溶出したＣｏ量が０．０００１ｍｇ／Ｌ未満であり、高い耐食性を有していることが確認できた。
また、本発明のスパッタリングターゲット材を用いて形成した軟磁性膜の飽和磁束密度は、比較例よりも低い値を示しているが、これは、比較例よりもＢを多く添加したためである。本発明者の検討の結果、Ｂ添加量を１原子％増加させると飽和磁束密度が約０．０５Ｔ低下することを確認しており、比較例にＢを２原子％増加させた場合は、本発明例とほぼ同等の飽和磁束密度になると推測される。
以上から、本発明のスパッタリングターゲット材を用いて形成した軟磁性膜は、高いアモルファス性と高い耐食性を有し、飽和磁束密度は磁気記録媒体の軟磁性膜として機能できる範囲であることが確認できた。
【図１】
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