(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｒ原料に、Ｉｒと合金をつくり酸に溶解する金属を添加しＩｒ合金を製造した後、該Ｉｒ合金を酸により浸出することによりＩｒ以外の成分を溶解除去し、得られたＩｒ残渣を脱ガス処理した後、電子ビーム溶解することを特徴とする高純度Ｉｒ材料の製造方法。
【請求項２】
Ｉｒと合金をつくる元素としてＭｎ、Ｚｎ、ＮｉまたはＣｕを用いることを特徴とする請求項１記載の高純度Ｉｒ材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高純度Ｉｒ材料の製造方法及び薄膜形成用高純度Ｉｒ材料に関するものである。特には、反強磁性薄膜用Ｉｒ合金材料の原料として使用し得る高純度Ｉｒ材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ用のハードディスクなどの磁気記録装置は、近年急速に小型大容量化が進み、数年後にはその記録密度は２０Ｇｂ／ｉｎ2 に達すると予想される。このため、再生ヘッドとしては従来の誘導型ヘッドが限界に近づき、磁気抵抗効果型（ＡＭＲ）ヘッドが用いられ始めている。磁気抵抗効果型ヘッドは、パソコン市場等の拡大に伴い世界的規模で今後急成長が見込まれている。そして、数年のうちには、さらに高密度が期待されている巨大磁気抵抗効果型（ＧＭＲ）ヘッドが実用化されることが現実的となってきた。
ＧＭＲヘッドに使用されるスピンバルブ膜の反磁性膜としてＭｎ−貴金属合金が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スピンブルブ膜用の反磁性膜としてＭｎ−Ｉｒ合金に代表されるＩｒ合金が検討されている。これらは通常、焼結あるいは溶解によって製造される。しかし、市販のＩｒをターゲット材の原料として使用した場合には合金溶解時にスプラッシュが生じ、かつ多量のスラグが発生し、鋳造したインゴット内には巣が多く、ターゲット材としての歩留まりが悪かった。
一方、焼結法による場合にはガス放出が多く、焼結密度が上がらないという問題があった。
しかも、これらのＩｒ合金はスパッタリングの際のガス放出やパーティクルの発生及び耐食性にも問題があった。
本発明は、溶融状態におけるスプラッシュの回数が少なくターゲット材としての歩留まりが高く、かつ反強磁性薄膜形成用として最適な高純度Ｉｒ材料を得るための手段を提供することを目的とした。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
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、Ｉｒ中のガス成分及び揮発性元素等の不純物元素が、溶融状態に大きな影響を与えていることを見いだした。そして、酸浸出処理、脱ガス処理、電子ビーム溶解とを組み合わせることによって、これらの不純物を大幅に低減できることを見いだした。さらに、これによって得られる高純度Ｉｒ材料はスパッタリングの際のパーティクル発生が小さく、耐食性にも優れることを見いだした。
【０００５】
本発明は、この知見に基づき、
１．Ｉｒ原料に、Ｉｒと合金をつくり酸に溶解する金属を添加しＩｒ合金を製造した後、該Ｉｒ合金を酸により浸出することによりＩｒ以外の成分を溶解除去し、得られたＩｒ残渣を脱ガス処理した後、電子ビーム溶解することを特徴とする高純度Ｉｒ材料の製造方法。
【０００６】
２．Ｉｒと合金をつくる金属としてＭｎ，Ｚｎ，ＮｉまたはＣｕを用いることを特徴とする請求項１記載の高純度Ｉｒ材料の製造方法。
【０００７】
３．白金族元素以外の不純物金属元素の含有量が合計で１００ｐｐｍ以下であり、酸素：５０ｐｐｍ以下、窒素：１０ｐｐｍ以下、Ｓ：１０ｐｐｍ以下、Ｃ：１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする薄膜形成用高純度Ｉｒ材料。
【０００８】
４．白金族元素以外の不純物金属元素の含有量が合計で５０ｐｐｍ以下であり、酸素：１０ｐｐｍ以下、窒素：１ｐｐｍ以下、Ｓ：１ｐｐｍ以下、Ｃ：１ｐｐｍ以下であることを特徴とする薄膜形成用高純度Ｉｒ材料、
を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の高純度Ｉｒ材料の原料であるＩｒとしては、市販のＩｒ粉末を用いれば良い。あるいは、Ｉｒ合金ターゲットを製造する際に発生するＩｒ合金切り粉などのＩｒ含有スクラップを使用することも可能である。
【００１０】
上記Ｉｒ原料に、Ｉｒと合金をつくり酸に溶解する金属を添加しＩｒ合金を製造する。ここで、Ｉｒを一端、Ｉｒ合金とするのは、Ｉｒを合金化することにより不純物を原子状にバラバラにして合金元素及び不純物のみを溶かし出すことを目的としている。
Ｉｒ合金をつくり酸に溶解する金属としては、Ｍｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ等が挙げられるが、Ｍｎ−Ｉｒ合金ターゲットを製造する場合には合金成分であるＭｎを用いるのが特に好ましい。これらの添加金属はできるだけ不純物の少ない、高純度のものを使用するべきである。合金中のＩｒの組成範囲は１０〜５０ｗｔ％とすれば良い。Ｉｒが１０ｗｔ％未満では添加物の量が多くなり効率的ではなく、Ｉｒが５０ｗｔ％を超えると合金の融点が高くなるため好ましくない。
合金化は、例えば高周波溶解により７００〜１７００℃で溶解すれば良い。
【００１１】
得られたＩｒ合金は、その後、酸浸出処理を行う。酸としては、硝酸、王水などを用いれば良い。不純物の混入を避けるためできるだけ高純度の酸を使用するべきである。
酸浸出によってＩｒ以外の不純物成分は溶解除去される。
【００１２】
ここで得られたＩｒ残渣に対して脱ガス処理を行う。脱ガス処理は、Ａｒなどの不活性ガスあるいは水素などの還元性ガス雰囲気中で、温度８００〜１５００℃で行なえば良い。この脱ガス処理によって、Ｏ，Ｎ，Ｃなどのガス成分の大部分が除去される。
【００１３】
その後、電子ビーム溶解を行う。電子ビーム溶解によって、Ｐｂ，Ｚｎ，Ｓｎなどの不純物成分が除去される。
【００１４】
上記の方法によって得られた高純度Ｉｒ材料は、不純物含有量が大幅に低減されたものであり、特に磁性薄膜形成用のＭｎ合金材料として最適なものである。すなわち、白金族元素以外の不純物金属元素の含有量が合計で１００ｐｐｍ以下であり、酸素含有量５０ｐｐｍ以下、窒素含有量１０ｐｐｍ以下、Ｓ含有量１０ｐｐｍ以下、Ｃ含有量１０ｐｐｍ以下のものである。白金族元素は、Ｉｒと同族元素でありＩｒ原料中にもある程度含有され、電子ビーム溶解後の高純度Ｉｒ中にも数十ｐｐｍ程度含まれる場合があるが、白金族元素はＩｒとほぼ同じ挙動を示し特に悪影響を及ぼさないことから、特に低減すべき不純物金属元素からは除外した。
【００１５】
白金族元素以外の不純物金属元素は、磁気的特性を悪化させ、また、Ｍｎ合金等の耐食性低下の原因ともなるため、極力低減することが望まれており合計で１００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下に低減すべきである。不純物のうち特に酸素及びＳはＭｎ合金等の耐食性を低下させる大きな原因となるため、酸素含有量５０ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、Ｓ含有量１０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下にまで低減すべきである。
【００１６】
さらに、窒素及びＣは耐食性低下の原因となるだけではなくスパッタリングの際のパーティクル発生の原因の一つであるため、窒素含有量１０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、Ｃ含有量１０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下にまで低減すべきである。
【００１７】
本発明によって得られる高純度Ｉｒ材料は、Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏなどの金属と合金化することによって例えばスパッタリングターゲットなどの磁性薄膜形成用材料とすることができる。その場合には、言うまでもないがＩｒと合金化する元素についてもできるだけ高純度の原料を使用することが望ましい。また、必要に応じて真空脱ガス処理等を行い、ガス成分や揮発成分を除去するべきである。
上記のような方法で得られた高純度Ｉｒ材料とＩｒ以外の合金成分元素とを溶解し、合金化した後鋳造を行う。本発明の高純度Ｉｒ材料を用いた場合にはスプラッシュ現象の発生は少なく、インゴットには巣が少ない。
このようにして得られたＩｒ合金インゴットを機械加工し、スパッタリングターゲット材とすることができる。
さらにＩｒ合金スパッタリングターゲットをスパッタリングすることによって基板上に磁性薄膜を形成することが可能である。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれによって制限されるものではない。
【００１９】
（実施例１）
市販のイリジウム粉末（純度９９．９％）に高純度Ｍｎ（純度９９．９９％）を添加しアルミナルツボを用いて高周波溶解を行った。雰囲気はＡｒ雰囲気とした。
溶解温度：１５００℃、保持時間５分とした。
溶解後金型に鋳造しＭｎ−２０ｗｔ％Ｉｒ合金を得た。この合金を王水で溶解しＩｒ残渣を得た。得られたＩｒ残渣に対して水素雰囲気中で１０００℃で脱ガス処理を行った。
その後成型しさらに電子ビーム溶解を行ってＩｒインゴットを得た。
これによって、Ｉｒインゴット１ｋｇを得た。Ｉｒインゴット中の不純物は、酸素：５ｐｐｍ、窒素：＜１ｐｐｍ、Ｓ：＜１ｐｐｍ、Ｃ：＜１ｐｐｍ、白金族元素以外の金属不純物元素合計量：１１ｐｐｍであった。
得られた高純度Ｉｒ材料と純度４ＮのＭｎ（酸素：４０ｐｐｍ、窒素：＜１０ｐｐｍ、Ｓ：＜１０ｐｐｍ、Ｃ：１０ｐｐｍ）とを１：１でカルシアルツボで１５００℃で溶解し１０分間保持後鋳造した。
各原料及び高純度Ｉｒ材料及びＭｎ−Ｉｒ合金の組成を表１に示す。
【００２０】
【表１】
0003803797.tif 000002
【００２１】
また、Ｍｎ−Ｉｒ合金溶解時のスプラッシュ回数及び鋳造時のインゴット中の巣の状態を目視で判断した。
得られたＭｎ−Ｉｒ合金の一部を約１０ｍｍ角で切り出し、耐食性試験用のブロック試片とした。
耐食性試験用のブロック試片は、観察面を鏡面研磨した後、温度７０℃、湿度９８％の湿潤試験器内に入れた。１週間後、試料を取り出し錆の発生状況を目視で観察した。
残りのＭｎ−Ｉｒ合金は、機械加工を行い、直径５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状のスパッタリングターゲットとした。このスパッタリングターゲットを用いてスパッタ試験を行った。
スパッタリングの際に発生した０．３μｍ以上のパーティクル数を測定した。
【００２２】
（実施例２）
Ｍｎ−５０ｗｔ％Ｉｒ合金の切り粉に高純度Ｍｎ（純度９９．９９％）を添加し、アルミナルツボを用いて高周波溶解を行った。雰囲気はＡｒ雰囲気とした。
溶解温度：１５００℃、保持時間２分とした。
溶解後金型に鋳造しＭｎ−２０ｗｔ％Ｉｒ合金を得た。この合金を硝酸（６１％）で溶解しＩｒ残渣を得た。得られたＩｒ残渣に対してＡｒ雰囲気中で１５００℃で脱ガス処理を行った。
その後成型しさらに電子ビーム溶解を行ってＩｒインゴットを得た。
これによって、Ｉｒインゴット約１ｋｇを得た。Ｉｒインゴット中の不純物は、酸素：１５ｐｐｍ、窒素：２ｐｐｍ、Ｓ：５ｐｐｍ、Ｃ：５ｐｐｍ、白金族元素以外の金属不純物元素合計量：８６ｐｐｍであった。
得られた高純度Ｉｒ材料と純度４ＮのＭｎ（酸素：４０ｐｐｍ、窒素：＜１０ｐｐｍ、Ｓ：＜１０ｐｐｍ、Ｃ：１０ｐｐｍ）とを１：１でカルシアルツボで１５００℃で溶解し１０分間保持後鋳造した。
各原料及び高純度Ｉｒ材料及びＭｎ−Ｉｒ合金の組成を表２に示す。
【００２３】
【表２】
0003803797.tif 000003
【００２４】
実施例１と同様に溶解時のスプラッシュ回数及び鋳造時のインゴット中の巣の状態を目視で判断した。また、耐食性試験を行うと同時にスパッタリングターゲットを作成し、スパッタ試験を行った。
【００２５】
（実施例３）
市販のイリジウム粉末（純度９９．９％）に高純度Ｚｎ（純度９９．９９％）を添加し、アルミナルツボを用いて高周波溶解を行った。雰囲気はＡｒ雰囲気とした。
溶解温度：１５００℃、保持時間５分とした。
溶解後金型に鋳造しＺｎ−２０ｗｔ％Ｉｒ合金を得た。この合金を塩酸（３５％）で溶解しＩｒ残渣を得た。得られたＩｒ残渣に対してＡｒ雰囲気中で１５００℃で脱ガス処理を行った。
その後成型しさらに電子ビーム溶解を行ってＩｒインゴットを得た。
これによって、Ｉｒインゴット約１ｋｇを得た。Ｉｒインゴット中の不純物は、酸素：５ｐｐｍ、窒素：＜１ｐｐｍ、Ｓ：＜１ｐｐｍ、Ｃ：＜１ｐｐｍ、白金族元素以外の金属不純物元素合計量：１１ｐｐｍであった。
得られた高純度Ｉｒ材料と純度４ＮのＭｎ（酸素：４０ｐｐｍ、窒素：＜１０ｐｐｍ、Ｓ：＜１０ｐｐｍ、Ｃ：１０ｐｐｍ）とを１：１でカルシアルツボで１５００℃で溶解し１０分間保持後鋳造した。
各原料及び高純度Ｉｒ材料及びＭｎ−Ｉｒ合金の組成を表３に示す。
【００２６】
【表３】
0003803797.tif 000004
【００２７】
実施例１と同様に溶解時のスプラッシュ回数及び鋳造時のインゴット中の巣の状態を目視で判断した。また、耐食性試験を行うと同時にスパッタリングターゲットを作成し、スパッタ試験を行った。
【００２８】
（比較例１）
実施例１で用いた市販の純度３Ｎの原料Ｉｒ（酸素：１０００ｐｐｍ、窒素：３００ｐｐｍ、Ｓ：２０ｐｐｍ、Ｃ：１００ｐｐｍ）と純度４ＮレベルのＭｎ（酸素：４０ｐｐｍ、窒素：＜１０ｐｐｍ、Ｓ：＜１０ｐｐｍ、Ｃ：１０ｐｐｍ）とを１：１で混合しカルシアルツボで１５００℃で溶解し１０分間保持後鋳造した。各原料及びＭｎ−Ｉｒ合金の組成を表４に示す。
【００２９】
【表４】
0003803797.tif 000005
【００３０】
実施例と同様に溶解時のスプラッシュ回数及び鋳造時のインゴット中の巣の状態を目視で判断した。また、耐食性試験を行うと同時にスパッタリングターゲットを作成し、スパッタ試験を行った。
【００３１】
（結果）
実施例１〜３、比較例１の合金溶解時のスプラッシュ回数及び鋳造時のインゴット中の巣の状態を表５に示す。
【００３２】
【表５】
0003803797.tif 000006
【００３３】
実施例１〜３、比較例１の合金の耐食性試験結果を表６に示す。
【００３４】
【表６】
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【００３５】
実施例１〜３、比較例１のスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングを行った際に発生する０．３μｍ以上のパーティクル数を表７に示す。
【００３６】
【表７】
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【００３７】
その結果、Ｉｒ原料に、Ｉｒと合金をつくり酸に溶解する金属を添加しＩｒ合金を製造した後、該Ｉｒ合金を酸により浸出することによりＩｒ以外の成分を溶解除去し、得られたＩｒ残渣を脱ガス処理した後、電子ビーム溶解することを特徴とする高純度Ｉｒ材料の製造方法を用いた場合には、合金溶解時の突沸回数が少なく、合金鋳造時のインゴット中の巣も少なかった。
【００３８】
そして、本発明の製造方法によって白金族元素以外の不純物金属元素の含有量が合計で１００ｐｐｍ以下であり、酸素：５０ｐｐｍ以下、窒素：１０ｐｐｍ以下、Ｓ：１０ｐｐｍ以下、Ｃ：１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする薄膜形成用高純度Ｉｒ材料を得ることが可能であった。
【００３９】
さらに本発明の白金族元素以外の不純物金属元素の含有量が合計で１００ｐｐｍ以下であり、酸素：５０ｐｐｍ以下、窒素：１０ｐｐｍ以下、Ｓ：１０ｐｐｍ以下、Ｃ：１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする薄膜形成用高純度Ｉｒ材料を用いて製造したＩｒ合金及びＩｒ合金スパッタリングターゲットは耐食性に優れると同時に、スパッタリングの際のパーティクル発生も少なかった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のＩｒ原料に、Ｉｒと合金をつくり酸に溶解する金属を添加しＩｒ合金を製造した後、該Ｉｒ合金を酸により浸出することによりＩｒ以外の成分を溶解除去し、得られたＩｒ残渣を脱ガス処理した後、電子ビーム溶解することを特徴とする高純度Ｉｒ材料の製造方法によって、合金溶解時のスプラッシュ回数が少なく、合金鋳造時のインゴット中の巣も少ないような高純度Ｉｒ材料を得ることができる。従って、ターゲット材としての歩留まりを向上させることができる。そして本発明によって得られる白金族元素以外の不純物金属元素の含有量が合計で１００ｐｐｍ以下であり、酸素：５０ｐｐｍ以下、窒素：１０ｐｐｍ以下、Ｓ：１０ｐｐｍ以下、Ｃ：１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする薄膜形成用高純度Ｉｒ材料を用いて製造したＩｒ合金及びＩｒ合金スパッタリングターゲットは耐食性に優れると同時に、スパッタリングの際のパーティクル発生も少なく、磁気特性も良好であり、反強磁性薄膜形成用の材料として最適である。