(57)【要約】【課題】スパッタ法による成膜時のパーティクルの発生を抑制することが可能な希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットを提供する。【解決手段】希土類金属と遷移金属と不可避不純物とからなる組成を有する合金からなり、断面組織における空孔の面積率が１％以上１５％以下であって、かつ前記空孔の円相当直径の最大値が５０μｍ以下であることを特徴とする希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲット。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類金属と遷移金属と不可避不純物とからなる組成を有する合金からなり、断面組織における空孔の面積率が１％以上１５％以下であって、かつ前記空孔の円相当直径の最大値が５０μｍ以下であることを特徴とする希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲット。
【請求項２】
面内の複数個所で断面組織における空孔の面積率を測定し、測定された前記空孔の面積率の最大値をＳｍａｘとし、前記空孔の面積率の最小値をＳｍｉｎとした場合において、（Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎ）／（Ｓｍａｘ＋Ｓｍｉｎ）の式で定義される前記空孔の面積率のばらつきが０．４以下であることを特徴とする請求項１に記載の希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類金属と遷移金属との合金薄膜をスパッタ法によって成膜する際に用いられる希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＴｂＦｅＣｏあるいはＴｂＦｅに代表される希土類金属と遷移金属との合金の薄膜は、垂直磁気記録媒体及び光磁気記録媒体の磁気記録層として利用されている。希土類−遷移金属合金の薄膜は、希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットを用いたスパッタ法によって成膜される。
【０００３】
特許文献１には、垂直磁気記録媒体の磁気記録層を、ＣｏＣｒ系合金結晶質膜からなる磁性層と、希土類−遷移金属合金非晶質膜からなる磁性層とを積層して形成することが開示されている。この特許文献には、希土類−遷移金属合金の例として、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＴｂＣｏＣｒ、ＴｂＦｅＣｏＣｒが記載されている。
【０００４】
希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットに関しては、従来より、ターゲットの強度の向上、透磁率の低減による漏洩磁束の増大が検討されている。特許文献２には、十分な漏洩磁束を得ることができ、かつ機械的強度の高い光磁気記録媒体用ターゲットとして、原子％で、１５〜３０％の希土類金属と残部遷移金属からなる合金粉末が実質的に合金粉末の形態を残して焼結されたターゲット組織を有するものが開示されている。この特許文献２には、上記ターゲットの製造原料粉として、ガスアトマイズや遠心急冷などの急冷凝固法によって製造した粉末が好ましいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２５０３１号公報
【特許文献２】特許第３３２８９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に代表される垂直磁気記録媒体を用いた記録装置では、垂直磁気記録媒体とヘッドとの距離が１５ｎｍ前後と極めて短い。このため、垂直磁気記録媒体の表面に異物が付着していると、異物とヘッドとが衝突し、故障に繋がるおそれがある。従って、垂直磁気記録媒体の磁気記録層の製造に用いるスパッタリングターゲットでは、スパッタ法による成膜時の異物(パーティクル)の発生を低減することが必要となる。なお、光磁気記録媒体については、異物の付着が問題となる可能性は低いため、光磁気記録媒体の磁気記録層の製造に用いるスパッタリングターゲットでは、スパッタ法による成膜時に発生するパーティクルが問題として議論されることは無く、パーティクルの発生を抑制するための技術開発は殆どなされてこなかった。
【０００７】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、スパッタ法による成膜時のパーティクルの発生を抑制することが可能な希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットは、希土類金属と遷移金属と不可避不純物とからなる組成を有する合金からなり、断面組織における空孔の面積率が１％以上１５％以下であって、かつ前記空孔の円相当直径の最大値が５０μｍ以下であることを特徴としている。
【０００９】
本発明の希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットにおいては、断面組織における空孔の面積率が１％以上であるので、空孔が持つ緩衝作用によって強度が高くなり、スパッタリング中のプラズマ熱や冷却水圧によるクラックが生成しにくい。このため、クラック部分からパーティクルが発生するということが起こりにくくなる。
【００１０】
また、本発明の希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットにおいては、断面組織における空孔の面積率が１５％以下に制限されるとともに、この空孔の円相当直径の最大値が５０μｍ以下に制限されているので、スパッタリング中に空孔部分にて異常放電が生じ、これによってパーティクルが発生するということが起こりにくい。
【００１１】
ここで、本発明の希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットにおいては、面内の複数個所で断面組織における空孔の面積率を測定し、測定された前記空孔の面積率の最大値をＳｍａｘとし、前記空孔の面積率の最小値をＳｍｉｎとした場合において、（Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎ）／（Ｓｍａｘ＋Ｓｍｉｎ）の式で定義される前記空孔の面積率のばらつきが０．４以下であることが好ましい。この場合、ターゲット内の空孔の面積率のばらつきが小さく、空孔が集中する部分での異常放電の発生を抑えることができるので、パーティクルの発生をさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、スパッタ法による成膜時のパーティクルの発生を抑制することが可能な希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ターゲット面が円形状の希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットにおける空孔の面積率のばらつきを測定する試料の採取位置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態である希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットについて詳細に説明する。
本実施形態である希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットは、垂直磁気記録媒体及び光磁気記録媒体の磁気記録層、特に垂直磁気記録媒体の磁気記録層をスパッタ法によって成膜する際に用いることができる。
【００１５】
本実施形態である希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットは、希土類金属と遷移金属と不可避不純物とからなる組成を有する合金から構成されている。
希土類金属は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。希土類金属としてはＴｂを使用することが好ましい。
遷移金属は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。遷移金属は、鉄族金属を単独で使用するか、あるいは鉄族金属と鉄族以外の遷移金属とを組み合わせて使用することが好ましい。鉄族金属としては、Ｆｅを単独で、もしくはＦｅとＣｏ又はＦｅとＣｏとＮｉを組合せて使用することが好ましい。鉄族以外の遷移金属の例としては、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｔｉ及びＴａを挙げることができる。さらに、希土類金属−遷移金属合金は、Ａｌなどの第１３族元素、Ｓｉなどの第１４族元素を含んでいてもよい。
【００１６】
希土類金属−遷移金属合金は、ＴｂＦｅＣｏ合金もしくはＴｂＦｅ合金であることが好ましい。ＴｂＦｅＣｏ合金は、Ｔｂを５ａｔ以上３５ａｔ％以下含有し、Ｃｏを２５ａｔ％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる組成を有する合金であることが好ましい。ＴｂＦｅ合金は、Ｔｂを５ａｔ以上３５ａｔ％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる組成を有する合金であることが好ましい。ＴｂＦｅＣｏ合金及びＴｂＦｅ合金は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｌ及びＳｉを０．５ａｔ％以上５ａｔ％以下の量にて含んでいてもよい。これらの金属を上記の範囲で含有させることによって、ＴｂＦｅＣｏ合金及びＴｂＦｅ合金の耐食性を、磁気特性を低下させずに向上させることができる。
【００１７】
本実施形態である希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットは、断面組織における空孔の面積率が１％以上１５％以下とされている。空孔の面積率が１％よりも少ないと、スパッタリング装置に装着してスパッタリングを行うと、プラズマ熱や冷却水圧によりターゲットにクラックを生じ、クラック部から大量のパーティクルが放出されることがある。また、空孔の面積率が１５％を超えるとスパッタリング中に空孔部で異常放電を生じ、これによりパーティクルが発生しやくなる。空孔の面積率は２％以上１３％以下であることがより好ましく、３％以上１０％以上であることがさらに好ましい。断面組織は、ターゲット面に対して垂直となる面の断面の組織である。空孔の面積率は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって、１００倍の倍率で観察された断面組織の面積（約１．０２５ｍｍ２）を１００％としたときに、その断面組織に存在する空孔の面積の百分率である。
【００１８】
さらに、本実施形態である希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットは、空孔の円相当直径の最大値が５０μｍ以下とされている。空孔はサイズが大きくなると、パーティクルの発生原因となる異常放電を生じやすくなる傾向がある。このため、空孔の円相当直径の最大値を５０μｍ以下に抑えることによって、異常放電が生じにくくなり、パーティクルの発生が低減する。
【００１９】
空孔の円相当直径の平均は、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。空孔の円相当直径の平均が５μｍ以下にあると、異常放電が生じにくくなり、パーティクルの発生が低減する。また、空孔の円相当直径の平均が１μｍ以上にあると、スパッタリング中のプラズマ熱や冷却水圧によるクラックの進展が空孔により抑止され、スパッタリング中のターゲットの割れとそれに伴うパーティクルの発生が少なくなる。
【００２０】
さらにまた、本実施形態である希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットでは面内の複数個所で断面組織における空孔の面積率を測定し、測定された空孔の面積率の最大値をＳｍａｘとし、空孔の面積率の最小値をＳｍｉｎとした場合において、（Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎ）／（Ｓｍａｘ＋Ｓｍｉｎ）の式で定義される空孔の面積率のばらつきが０．４以下とされている。ターゲット内の空孔の面積率のばらつきを０．４以下と低く抑えることによって、空孔が集中する部分での異常放電の発生を抑えることができるので、さらにパーティクルの発生を抑制することができる。
【００２１】
ここで、本実施形態においては、希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットが、ターゲット面が円形の平板である場合には、図１に示すように、円の中心であるＡ、及び、円の中心を通過するとともに互いに直交する２本の直線上にあり、外周から２０ｍｍの位置にあるＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５点を中心として採取した１０ｍｍ角の試料で空孔の面積率を測定し、上述の面積率のばらつきを求めている。
【００２２】
次に、本実施形態の希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットの製造方法について説明する。
本実施形態の希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットは、例えば、希土類金属−遷移金属合金からなる原料粉末を焼結させ、得られた焼結体を加工することによって製造することができる。
【００２３】
原料粉末としては、球状粒子からなる球状原料粉末と不定形状粒子からなる不定形状原料粉末とを混合した混合粉末を使用することが好ましい。球状原料粉末と不定形状原料粉末の混合粉末を使用することによって、球状原料粉末を単独で使用した場合と比較して、得られるスパッタリングターゲットは、空孔のサイズ及び空孔の面積率が小さくなる。また、不定形状原料粉末を単独で使用した場合と比較して、空孔の面積率が１％以上のスパッタリングターゲットを安定して得ることができる。また、粒子形状が異なる球状原料粉末と不定形状原料粉末とを混合した混合粉末は、粒子の流動性が低下し、粒度の偏りが生じにくいので、得られるスパッタリングターゲットは、空孔のサイズ及び空孔の面積率のばらつきが小さくなる。
【００２４】
球状原料粉末は、例えば、ガスアトマイズ法によって製造することができる。不定形状原料粉末は、例えば、ガスアトマイズ法によって製造した球状粉末を、粉砕処理することによって製造することができる。球状粉末の粉砕処理には、転動ボールミル装置を用いることができる。
【００２５】
球状原料粉末と不定形状原料粉末は、平均粒子径が１５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。平均粒子径を上記の範囲とすることによって、混合粉末中の粒子間の隙間を小さくすることができ、得られるスパッタリングターゲットは、空孔のサイズが小さくなる。また、球状原料粉末と不定形状原料粉末は、化学組成は同一であることが好ましい。
【００２６】
球状原料粉末と不定形状原料粉末との配合比は、各粉末の平均粒子径や粒度分布によって好ましい範囲が変動するが、一般に、質量比で９８：２〜８２：１８（球状原料粉末：不定形状原料粉末）である。球状原料粉末と不定形状原料粉末との混合に際しては、球状原料粉末の粒子形状を維持するために、粉砕機能を有しない混合装置を用いることが好ましい。混合装置としては、例えばロッキングミキサーを用いることができる。また、球状原料粉末と不定形状原料粉末との混合は、真空又は不活性ガス雰囲気中又は還元雰囲気中で行うことが好ましい。
【００２７】
混合粉末の焼結は、混合粉末を所定形状のモールド内に充填した状態で、加熱することによって行うことが好ましい。混合粉末の焼結は、真空又は不活性ガス雰囲気中又は還元雰囲気中で焼結を行うことが好ましい。加熱温度は、一般に８５０℃以上１１５０℃以下の範囲である。混合粉末を焼結させる方法としては、ホットプレス法及びＨＩＰ法（熱間等方加圧式焼結法）などの加圧焼結法を用いることができる。
【００２８】
混合粉末の焼結によって得られた焼結体は、切削加工又は研削加工を施すことにより、所定形状のスパッタリングターゲットとすることができる。
【００２９】
以上のようにして得られた希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットは、銅又はＳＵＳ（ステンレス）又はその他の金属（例えばＭｏ）からなるバッキングプレートにはんだ付けによってボンディングされて使用される。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、図１に示す希土類金属−遷移金属合金スパッタリングターゲットは円形状の平板であるが、スパッタリングターゲットの形状に特に限定はなく、矩形状の平板であってもよいし、円筒形状であってもよい。
【実施例】
【００３１】
（球状原料粉末の作製）
純度９９．９質量％のＴｂ粉末、純度９９．９質量％のＦｅ粉末、純度９９．９質量％のＣｏ粉末を用意した。用意した各金属粉末をそれぞれ、Ｔｂ：３０ａｔ％、Ｃｏ：６ａｔ％、Ｆｅ６４ａｔ％の組成比となるように秤量した。
秤量した金属粉末を、ガスアトマイズ装置用のアルミナ坩堝（直径１．５ｍｍの坩堝底部穴付き）に充填し、このアルミナ坩堝をガスアトマイズ装置にセットした。ガスアトマイズ装置内を真空引きし、アルミナ坩堝を１６００℃まで加熱して、金属粉末を完全に融解させてから、３分保持して、均一な溶湯となったところで、その溶湯を坩堝底部の穴から落下させながら、Ａｒガスを噴射圧３ＭＰａの条件にて噴射させて、ガスアトマイズを実施した。
得られた球状ＴｂＦｅＣｏ合金粉末を、目開き７５μｍの篩に投入して分級作業を行った。篩下の粉末を球状原料粉末として回収した。篩上の粉末は、次に述べる不定形状原料粉末の原料として回収した。
【００３２】
（不定形状原料粉末の作製）
上記球状原料粉末の作製で回収した篩上の粉末を、φ５ｍｍのＺｒＯ２ボールを充填した転動ボールミル装置のポットに投入して粉砕処理した。粉砕処理後の粉末を、再び目開き７５μｍの篩に投入して分級作業を行い、篩下の粉末を不定形状原料粉末として回収した。なお、ボールミルのポットとしては市販の容積５Ｌの円筒型ポリ容器を用い、ＺｒＯ２ボールの充填量は５ｋｇ、回転数は９０ｒｐｍとした。ポット内はＡｒガスで置換した。この条件で３時間の粉砕を行った。
【００３３】
（スパッタリングターゲットの作製）
上記のようにして作製した球状原料粉末と不定形状原料粉末とを、表１に示す質量比となるように秤量し、混合容器に投入した。次いで、混合容器内をＡｒガスで置換した後、ロッキングミキサーにて混合して混合粉末を得た。
【００３４】
得られた混合粉末を直径１６５ｍｍの黒鉛製モールドに充填し、真空ホットプレス装置にセットした。これを真空中にて圧力３５０ｋｇｆ／ｃｍ２を掛けた状態で９５０℃まで昇温後、その温度に１時間保持して焼結を行い、保持終了後圧力を抜き、室温まで冷却した。冷却後取り出された焼結体について研削加工を施すことにより直径１５２．４ｍｍ、厚さ６ｍｍの円盤状のＴｂＦｅＣｏ合金スパッタリングターゲットを作製した。
【００３５】
（パーティクルの発生数の測定）
作製したＴｂＦｅＣｏスパッタリングターゲットを、無酸素銅製のバッキングプレートにはんだ付けによりボンディングし、これをスパッタ装置（アルバック社製  ＳＩＨ−４５０Ｈ）にセットし、Ａｒガス圧０．３Ｐａ、直流電力５００Ｗの条件で１時間のプレスパッタを実施した。
【００３６】
プレスパッタ終了後、直径４インチのＳｉ基板をスパッタ装置にセットし、そのＳｉ基板の上に、厚さ２０ｎｍのＴｂＦｅＣｏ膜をスパッタリングにより形成して、ＴｂＦｅＣｏ膜付きＳｉ基板を作製した。このときターゲットとＳｉ基板の距離は７０ｍｍとし、Ｓｉ基板の加熱は行わなかった。Ａｒガス圧及び直流電力は、上記のプレスパッタのときと同じ条件とした。ＴｂＦｅＣｏ膜付きＳｉ基板は合計３枚作製した。
作製した３枚のＴｂＦｅＣｏ膜付きＳｉ基板について、ＴｂＦｅＣｏ膜上に付着していた直径０．１μｍ以上のパーティクルの個数を、市販の基板異物検査装置（ＫＬＡテンコール社製  Ｃａｎｄｅｌａ  ６１００）にて計数し、その平均値を算出した。この結果を、表１のパーティクルの発生数の欄に示す。なお、比較例３のＴｂＦｅＣｏスパッタリングターゲットについては、スパッタリング中にクラックが発生した。
【００３７】
（空孔の面積率の測定）
パーティクルの発生数を測定した後、ＴｂＦｅＣｏ合金スパッタリングターゲットをスパッタ装置から取り外し、バッキングプレートを剥がし取った。
このバッキングプレートを剥がし取ったＴｂＦｅＣｏ合金スパッタリングターゲットを切断して、図１のＡの位置（スパッタ面の中心位置）より１０ｍｍ角の断面観察用の試験片を採取した。採取した試験片を、樹脂埋め、鏡面研磨し、走査電子顕微鏡（日本電子社製  ＪＳＭ−６４６０ＬＶ）にてターゲットの断面組織を観察し、１００倍の倍率の反射電子像にてＳＥＭ写真を撮影した。観察した面積は、約１．０２５ｍｍ２であった。得られたＳＥＭ写真において、ターゲットの断面組織は、薄い灰色と濃い灰色の２色の領域が見られたことから、主として２種の相が存在すると考えられた。この２種の相はそれぞれＴｂ（ＦｅＣｏ）２相とＴｂ（ＦｅＣｏ）３相の金属間化合物であると推定される。一方、断面組織中の空孔は明確な黒色の領域として観察された。
【００３８】
上記のＳＥＭ写真を、画像処理ソフトウェア（三谷商事社製  Ｗｉｎｒｏｏｆ）に読み込み、画像を二値化することにより黒色の空孔部分を検出して、画像内の全ての空孔の面積率と円相当径の平均値及び最大値を算出した。この結果を、表１に示す。
【００３９】
（空孔の面積率のばらつきの測定）
次に同様に、図１に示すＢ〜Ｅの位置からも断面観察用の試験片を採取して断面観察を行い、それぞれ空孔部分の総面積率を算出した。このＡ〜Ｅの５点での空孔の面積率について５点中の面積率の最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎから、空孔の面積率のばらつきを以下のように計算した。この結果を表１に示す。
空孔の面積率のばらつき＝（Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎ）／（Ｓｍａｘ＋Ｓｍｉｎ）
【００４０】
なお、本発明例１〜３のＴｂＦｅＣｏ合金スパッタリングターゲットについて、断面観察用の試験片を採取した残りの残材を用いて酸素濃度を分析したところ、いずれも１０００ｐｐｍ以下であった。また不純物としてＡｌが８２０ｐｐｍ、Ｃｕが２１ｐｐｍ、Ｎｉが１３ｐｐｍ、Ｓｉが１２ｐｐｍの量にて検出された。
【００４１】
【表１】
2017088983.tif 000002
【００４２】
表１の結果から、空孔の面積率が１５％を超え、空孔の円相当直径の最大値が５０μｍを超える比較例１、２においては、スパッタ法による成膜時でのパーティクルの発生量が多い。
また、空孔の面積率が１％未満である比較例３においては、スパッタ法による成膜時でのパーティクルの発生量が多く、またスパッタリング中にクラックが発生した。
空孔の面積率は１５％以下であるが、空孔の円相当直径の最大値が５０μｍを超える比較例４、及び円相当直径の最大値は５０μｍ以下であるが、空孔の面積率が１５％を超える比較例５は、比較例１、２と比較するとスパッタ法による成膜時でのパーティクルの発生数はやや減少しているが、実用的には不十分である。
【００４３】
これに対して、空孔の面積率及び空孔の円相当直径の最大値が本発明の範囲内とされた本発明例１〜４においては、上記比較例１〜５と比較して、スパッタ法による成膜時でのパーティクルの発生量が大幅に減少した。
【図１】
2017088983.tif 000003