JP2017208147A - 軟磁性下地層形成用スパッタリングターゲットおよび軟磁性下地層 - Google Patents

Abstract

【課題】 高いヤング率を具備する軟磁性下地層を形成可能で、パーティクルや割れの発生が抑制されたスパッタリングターゲットおよび軟磁性下地層を提供する。【解決手段】 原子比における組成式が、（ＣｏａＦｅ１−ａ）１００−ｂ−ｃＭ１ｂＭ２ｃ、０．２≦ａ＜１．０、１０≦ｂ≦３０、５≦ｃ≦１５、１６≦ｂ＋ｃ≦２４、Ｍ１はＮｂ、Ｍｏ、およびＷからなる群から選ばれる１種以上の元素、Ｍ２はＢ、Ｓｉ、Ｃ、ＰおよびＧｅからなる群から選ばれる１種以上の元素、残部が不可避的不純物で表わされるスパッタリングターゲット。【選択図】 図１

Description

本発明は、垂直磁気記録方式の磁気記録媒体等に用いられる軟磁性下地層を形成するために用いるスパッタリングターゲットおよび軟磁性下地層に関するものである。

近年の磁気記録媒体には記録密度の高密度化のため、従来の面内磁気記録に替わり、垂直磁気記録方式が実用化されている。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。この垂直磁気記録方式では、非磁性基板側から、密着層、軟磁性下地層、配向制御層、垂直磁性層、磁性層、保護層、潤滑層が順に形成される多層構造が提案されている。

この垂直磁気記録媒体においては、振動や衝撃の影響を受け、ヘッドが媒体表面と接触や摺動してしまい、媒体に傷や凹み（スクラッチ）が発生する場合がある。この問題は、スクラッチが発生した場所に記録していた情報を失うことや、剥がれた膜を媒体とヘッドの間に巻き込んで、ヘッドの浮上を不安定にしたり、他の場所にスクラッチを生成したりするという問題も誘発する。このため、スクラッチ耐性の向上が重要な課題となる。

このスクラッチ耐性を向上するためには、軟磁性下地層のヤング率と降伏応力の制御が重要であることが知られており、例えば、特許文献１には、基板上に、軟磁性下地層を介して垂直記録層が形成された垂直磁気記録媒体において、軟磁性下地層のヤング率を垂直磁性層と同程度以上にした垂直磁気記録媒体が提案されている。この特許文献１には、軟磁性下地層として、ＦｅＣｏを基体とする軟磁性材料に、Ｔａ、Ｚｒ、Ｂ、Ｓｉを含有させ、ヤング率の最大値として１３９ＧＰａの開示がある。

特開２００９−７０４４４号公報

垂直磁気記録媒体は、近年のモバイル化の対応に伴い、振動や衝撃の影響をより受けやすくなってきており、軟磁性下地層には、より高いスクラッチ耐性、即ち高ヤング率化が望まれている。
一方、上述した特許文献１に開示される軟磁性下地層は、スクラッチ深さを減らすために、Ｆｅを多く含んだＦｅＣｏＴａＢ合金、もしくはＦｅＣｏＴａＺｒＢ合金が採用されているが、軟磁性下地層を形成するスパッタリングターゲットにＺｒを含むと、スパッタリング中のパーティクル発生の原因となる。また、Ｔａを多く含有するスパッタリングターゲットは、スパッタリングターゲット自身の割れを誘発する虞がある。

本発明の目的は、ＺｒやＴａを含まなくてもスクラッチ耐性が向上された、即ち高いヤング率を具備する軟磁性下地層を形成可能で、パーティクルや割れの発生が抑制されたスパッタリングターゲットおよび軟磁性下地層を提供することである。

本発明者による検討の結果、軟磁性下地層を形成するためのスパッタリングターゲットの成分で、上記の問題を誘発するＺｒやＴａを含有させない成分系でも、高いヤング率を備えた軟磁性下地層が形成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、（Ｃｏ_ａＦｅ_１−ａ）_{１００−ｂ−ｃ}Ｍ１_ｂＭ２_ｃ、０．２≦ａ＜１．０、１０≦ｂ≦３０、５≦ｃ≦１５、１６≦ｂ＋ｃ≦２４、Ｍ１はＮｂ、Ｍｏ、およびＷからなる群から選ばれる１種以上の元素、Ｍ２はＢ、Ｓｉ、Ｃ、ＰおよびＧｅからなる群から選ばれる１種以上の元素、残部が不可避的不純物で表わされるスパッタリングターゲットである。

また、本発明は、原子比における組成式が、（Ｃｏ_ａＦｅ_１−ａ）_{１００−ｂ−ｃ}Ｍ１_ｂＭ２_ｃ、０．２≦ａ＜１．０、１０≦ｂ≦３０、５≦ｃ≦１５、１６≦ｂ＋ｃ≦２４、Ｍ１はＮｂ、Ｍｏ、およびＷからなる群から選ばれる１種以上の元素、Ｍ２はＢ、Ｓｉ、Ｃ、ＰおよびＧｅからなる群から選ばれる１種以上の元素、残部が不可避的不純物で表わされ、且つＨｅｒｔｚ法によるヤング率が１６０ＧＰａ以上である軟磁性下地層である。

本発明の軟磁性下地層は、飽和磁化Ｂｓが０．３５〜０．７５Ｔであることが好ましい。

本発明は、パーティクルやスパッタリングターゲット自体の割れを抑制できることに加え、高いヤング率を備えた軟磁性下地層を形成できるため、垂直磁気記録媒体のスクラッチ耐性を向上でき、垂直磁気記録媒体の製造に有用な技術となる。

本発明例の軟磁性下地層の荷重−変位曲線の測定結果 従来例の軟磁性下地層の荷重−変位曲線の測定結果

本発明の軟磁性下地層形成用スパッタリングターゲットは、高いヤング率を備える軟磁性下地層を形成可能で、パーティクルやスパッタリングターゲット自体の割れの発生を抑制することを目的としている。そして、その特徴は、原子比における組成式が、（Ｃｏ_ａＦｅ_１−ａ）_{１００−ｂ−ｃ}Ｍ１_ｂＭ２_ｃ、０．２≦ａ＜１．０、１０≦ｂ≦３０、５≦ｃ≦１５、１６≦ｂ＋ｃ≦２４、Ｍ１はＮｂ、Ｍｏ、およびＷからなる群から選ばれる１種以上の元素、Ｍ２はＢ、Ｓｉ、Ｃ、ＰおよびＧｅからなる群から選ばれる１種以上の元素、残部が不可避的不純物で表わされることにある。

本発明のスパッタリングターゲットは、Ｍ１元素として、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＷからなる群から選ばれる１種以上の元素を１０〜３０原子％含有させる。Ｍ１元素として、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＷを選定したのは、これら元素がＣｏやＦｅに対して深い共晶型の状態図を示すことから、スパッタリングの際に、Ｃｏ−Ｆｅ系合金を、軟磁性下地層として必要な特性であるアモルファス構造にするためである。
また、電位−ｐＨ図において、ｐＨの広範囲に亘って緻密な不動態被膜を形成することが知られている。このため、本発明では、Ｍ１元素として、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＷからなる群から選択される元素を含有することで、形成される軟磁性下地層の耐食性を向上させることができる。
尚、Ｍ１元素の添加量を１０原子％以上にすることで、形成される軟磁性下地層を安定なアモルファス構造とすることができる上、耐食性も向上させることができる。一方、Ｍ１元素の添加量を３０原子％以下にすることで、形成される軟磁性下地層の軟磁気特性を向上させることができる。

本発明スパッタリングターゲットは、Ｍ２元素として、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ、ＰおよびＧｅからなる群から選ばれる１種以上の元素５〜１５原子％、且つ、Ｍ１元素とを合計で１６〜２４原子％含有させる。
Ｍ２元素として、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ、ＰおよびＧｅを選定したのは、これら元素の原子半径がＣｏやＦｅよりも小さく、侵入型でアモルファス合金膜中に存在することから、得られる軟磁性下地層のヤング率を向上させる効果を得るためである。また、このＭ２元素は、Ｃｏ−Ｆｅ系合金をアモルファス構造にする補助的な効果も有する元素である。
本発明では、Ｍ２元素の添加量を５原子％以上にすることで、得られる軟磁性下地層のヤング率を向上させることができる。また、本発明では、Ｍ１元素とＭ２元素の合計を１６原子％以上にすることで、形成される軟磁性下地層で安定なアモルファス構造を得ることができる。一方、本発明では、Ｍ２元素の添加量を１５原子％以下とし、且つＭ１元素とＭ２元素の合計を２４原子％以下にすることで、形成される軟磁性下地層の軟磁気特性を向上することができる。

本発明の軟磁性下地層形成用スパッタリングターゲットは、Ｍ１およびＭ２元素を上記の範囲で含有する以外の残部は、ＣｏとＦｅと不可避的不純物である。本発明のベースとなるＣｏとＦｅは、原子比における組成式が（Ｃｏ_ａＦｅ_１−ａ）、０．２≦ａ＜１．０で表される比率で存在し、合計で７６〜８４原子％含有させることで、優れた軟磁気特性を有する軟磁性下地層を得ることができる。
不純物の中でも、とりわけ、Ｔａは、Ｔａを含む金属間化合物相が多量に形成されてしまい、スパッタリングターゲットの割れを誘発する虞がある。また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｍｎ、ＡｌおよびＣｕは、酸素との親和力が強く、スパッタリングターゲット中に酸化物として存在しやすく、スパッタリング中のパーティクル発生の原因となる。このため、本発明の軟磁性下地層形成用スパッタリングターゲットは、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｍｎ、ＡｌおよびＣｕを合計で１０００質量ｐｐｍ以下に規制することが好ましい。これにより本発明の軟磁性下地層形成用スパッタリングターゲットは、パーティクルやスパッタリングターゲット自体の割れの発生を効果的に抑制できる。
また、ガス成分である酸素、窒素は１０００質量ｐｐｍ以下、不可避的に含まれるガス成分以外の不純物元素は、合計で１０００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。

本発明の軟磁性下地層形成用スパッタリングターゲットの製造方法としては、例えば溶製法や粉末焼結法が適用可能である。溶製法では、インゴットに機械加工を施したり、インゴット中に存在する鋳造欠陥の低減や組織の均一化を図るために、塑性加工や加圧加工を加えてバルク体とし、これに機械加工を施すことで製造できる。
また、粉末焼結法では、例えば、原料粉末を熱間静水圧プレス、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することにより製造できる。中でも、熱間静水圧プレスは、以下に述べる加圧焼結条件を安定して実現できるため、好適である。

本発明の軟磁性下地層形成用スパッタリングターゲットの製造に粉末焼結法を適用する場合は、原料粉末として、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や、最終組成に調整した合金粉末が適用できる。中でも、最終組成に調整した合金粉末を加圧焼結することが好ましい。これにより、脆い化合物相を均一微細にすることができ、スパッタリング時のパーティクルやスパッタリングターゲット自体の割れの抑制が可能となる。

また、上述の加圧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する方法や、上記合金溶湯を不活性ガスにより噴霧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、充填率の高い、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。尚、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Ａｒガスもしくは窒素ガスを用いることが好ましい。

また、上述の加圧焼結における焼結温度は、８００℃以上にすることで、高融点金属であるＮｂ、Ｍｏ、Ｗを含有する粉末の焼結を進行させることができ、空孔の発生を抑制することができる。また、焼結温度を１４００℃以下にすることで、合金粉末の溶解を防止できる。このため、本発明では、焼結温度を８００〜１４００℃とすることが好ましい。尚、空孔の形成を最小限に低減した上で金属間化合物相の成長を抑制するためには、９００〜１３００℃の温度で焼結することがより好ましい。
また、上述の加圧焼結における加圧圧力は、１００ＭＰａ以上にすることで、焼結の進行を助長し、空孔の発生を抑制することができる。また、加圧圧力を２００ＭＰａ以下にすることで、焼結時にスパッタリングターゲットへの残留応力の導入が抑制され、焼結後のスパッタリングターゲットの割れの発生を抑制することができる。このため、本発明では、加圧圧力を１００〜２００ＭＰａとすることが好ましい。尚、より空孔の形成を最小限に低減し、残留応力の導入をさらに抑制するためには、１２０〜１６０ＭＰａの加圧圧力で焼結することがより好ましい。
また、上述の加圧焼結における焼結時間は、１時間以上にすることで、焼結の進行を助長し、空孔の発生を抑制することができる。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。このため、本発明では、焼結時間を１〜１０時間とした。なお、空孔の形成を最小限に低減した上で、金属間化合物相の成長を抑制するためには、１〜３時間の焼結時間で焼結することが、より好ましい。

本発明の軟磁性下地層は、Ｈｅｒｔｚ法によるヤング率が１６０ＧＰａ以上である。これにより、垂直磁気記録媒体のスクラッチ耐性を向上させることができる。好ましくは、１７０ＧＰａ以上であり、より好ましくは１８０ＧＰａ以上である。
本発明でいうＨｅｒｔｚ法によるヤング率の測定方法は、例えば、ナノインデンテーション法によるヤング率測定が適用できる。具体的には、ガラス基板上に形成した４０ｎｍの軟磁性下地層に、圧子を押し込み、変位量を測定し、式（１）に代入することで算出できる。ここで、Ｒは圧子の先端径、Ｐは荷重、ｈは変位量である。尚、測定の際には、荷重は８μＮ以下で実施することが好ましい。それは、８μＮを越えて荷重を付与すると、軟磁性下地層が塑性変形するためである。

本発明の軟磁性下地層は、飽和磁化Ｂｓを０．３５〜０．７５Ｔの範囲とすることが好ましい。本発明の軟磁性下地層は、飽和磁化Ｂｓを０．３５Ｔ以上にすることで、軟磁性下地層として機能させることができる。一方、本発明の軟磁性下地層は、飽和磁化Ｂｓを０．７５Ｔ以下にすることで、磁気ヘッドによる書き込み性を向上させることができる。

本発明例として、純度９９．９％以上の純Ｃｏと、成分組成がＣｏ_２８．７Ｆｅ_５３．３Ｎｂ_９Ｗ_９（原子％）、Ｃｏ_６３Ｂ_３７（原子％）となる各ガスアトマイズ粉末と、純度９９．９％以上のＮｂ粉末およびＷ粉末を準備した。そして、これらのガスアトマイズ粉末を、原子比で（Ｃｏ_０．７Ｆｅ_０．３）_７６Ｎｂ_９Ｗ_９Ｂ_６の組成式となるように、秤量、混合して、軟鋼製の加圧容器に充填し、脱気封止した。次に、この加圧容器を用いて、温度９５０℃、圧力１２２ＭＰａ、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し、焼結体を作製した。得られた焼結体について、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ発光分光分析法）によりＴａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｍｎ、ＡｌおよびＣｕを分析した結果、合計で１０００質量ｐｐｍ以下であることを確認した。
この焼結体を機械加工により直径１８０ｍｍ、厚さ８ｍｍの本発明例となるスパッタリングターゲットを得た。

従来例として、原子比で（Ｆｅ_６５−Ｃｏ_３５）_８２−Ｔａ_１８の組成式となる軟磁性下地層を形成するためのスパッタリングターゲットを作製するために、純度９９．９％の（Ｆｅ_６５−Ｃｏ_３５）_８２−Ｔａ_１８の組成を有するガスアトマイズ粉末を準備した。そして、このガスアトマイズ粉末を、軟鋼製の加圧容器に充填し、脱気封止した。次に、この加圧容器を用いて、温度１１００℃、圧力１５０ＭＰａ、保持時間１時間の条件で熱間静水圧プレスにより焼結し、焼結体を作製した。この焼結体を機械加工により直径１８０ｍｍ、厚さ８ｍｍの従来例となるスパッタリングターゲットを得た。

上記で作製した各スパッタリングターゲットをキヤノンアネルバ株式会社製のＤＣマグネトロンスパッタ装置（Ｃ−３０１０）のチャンバ内にそれぞれ配置し、チャンバ内を真空到達度２×１０^−５Ｐａ以下となるまで排気を行なった。尚、軟磁性下地層を形成するスパッタリングは、Ａｒガス圧０．６Ｐａ、投入電力１ｋＷの条件で行なった。
そして、寸法７５ｍｍ×２５ｍｍのガラス基板上に膜厚４０ｎｍの軟磁性下地層を形成し、ヤング率測定用の試料を作製した。
また、寸法７５ｍｍ×２５ｍｍのガラス基板上に膜厚４０ｎｍの軟磁性下地層を形成し、Ｘ線回折測定用の試料を作製した。また、寸法１０ｍｍ×１０ｍｍのＳｉウエハ基板上に膜厚３００ｎｍの軟磁性下地層を形成し、磁気特性測定用の試料を作製した。
尚、このとき、本発明の軟磁性下地層形成用スパッタリングターゲットは、スパッタリングにおいて、パーティクルの発生がなく、使用後にも割れの発生がないことが確認できた。一方、従来例のスパッタリングターゲットは、使用後に割れが発生していることを確認した。

上記で作製したヤング率測定用の各試料について、Ｈｙｓｉｔｒｏｎ，Ｉｎｃ．製のＴｉ−９５０ＴｒｉｂｏＩｎｄｅｎｔｅｒ^ＴＭを使用し、先端径０．１５７ｍｍのＢｅｒｋｏｖｉｃｈ圧子により８μＮの荷重を付与した。そして、得られた荷重−変位曲線から変位量を測定し、式（１）を用いてＨｅｒｔｚ法におけるヤング率Ｅｒを算出した。

上記で作製したＸ線回折測定用の各試料について、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線回折測定を行なった。その結果、本発明例および従来例の各試料において得られたＸ線回折パターンは、ブロードなピークであり、軟磁性下地層がアモルファス構造であることを確認した。

次に、上記で作製した磁気特性測定用の各試料について、東英工業株式会社製の振動試料型磁力計ＶＳＭ−３を使用して、面内方向に最大磁界８００ＫＡ／ｍを印加してＢ−Ｈカーブを測定した。得られたＢ−Ｈカーブから飽和磁化Ｂｓを算出した。

表１の結果より、従来例となるスパッタリングターゲットを用いて形成した軟磁性下地層は、Ｈｅｒｔｚ法のおけるヤング率Ｅｒが１６０ＧＰａ未満であった。これに対して、本発明のスパッタリングターゲットを用いて形成した軟磁性下地層は、Ｈｅｒｔｚ法のおけるヤング率Ｅｒが１６０ＧＰａ以上であることが確認できた。これにより、本発明のスパッタリングターゲットで形成した軟磁性下地層は、スクラッチ耐性の向上に寄与できる。

Claims (3)

1. 原子比における組成式が、（Ｃｏ_ａＦｅ_１−ａ）_{１００−ｂ−ｃ}Ｍ１_ｂＭ２_ｃ、０．２≦ａ＜１．０、１０≦ｂ≦３０、５≦ｃ≦１５、１６≦ｂ＋ｃ≦２４、Ｍ１はＮｂ、Ｍｏ、およびＷからなる群から選ばれる１種以上の元素、Ｍ２はＢ、Ｓｉ、Ｃ、ＰおよびＧｅからなる群から選ばれる１種以上の元素、残部が不可避的不純物で表わされることを特徴とする軟磁性下地層形成用スパッタリングターゲット。
2. 原子比における組成式が、（Ｃｏ_ａＦｅ_１−ａ）_{１００−ｂ−ｃ}Ｍ１_ｂＭ２_ｃ、０．２≦ａ＜１．０、１０≦ｂ≦３０、５≦ｃ≦１５、１６≦ｂ＋ｃ≦２４、Ｍ１はＮｂ、Ｍｏ、およびＷからなる群から選ばれる１種以上の元素、Ｍ２はＢ、Ｓｉ、Ｃ、ＰおよびＧｅからなる群から選ばれる１種以上の元素、残部が不可避的不純物で表わされ、且つＨｅｒｔｚ法によるヤング率が１６０ＧＰａ以上であることを特徴とする軟磁性下地層。
3. 飽和磁化Ｂｓが０．３５〜０．７５Ｔであることを特徴とする請求項２に記載の軟磁性下地層。