JP4870855B2

JP4870855B2 - 無機物粒子分散型スパッタリングターゲット

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Publication number: JP4870855B2
Application number: JP2011505050A
Authority: JP
Inventors: 敦佐藤; 祐一郎中村
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: TWI510656B; TW201111535A; JPWO2011016365A1; CN102482764A; MY148731A; US9034155B2; CN102482764B; US20110284373A1; WO2011016365A1; SG173596A1

Description

本発明は、磁気記録媒体の磁性体薄膜、特に垂直磁気記録方式を採用したハードディスクのグラニュラー磁気記録膜の成膜に使用される無機物粒子分散型スパッタリングターゲットに関し、ＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタ装置でスパッタする際にアーキングが少なく、アーキングに起因するパーティクルの発生量が少ないスパッタリングターゲットに関する。

磁気記録の分野では、磁性体薄膜中に無機物材料を微細分散させることにより磁気特性を向上させる技術が開発されている。その一例として、垂直磁気記録方式を採用するハードディスクの記録媒体では、磁気記録膜中の磁性粒子間の磁気的相互作用を非磁性の無機物材料により遮断、または弱めたグラニュラー膜を採用し、磁気記録媒体としての各種特性を向上させている。
一般に、磁気記録媒体としては、Ｃｏ及びＣｏを主成分とした合金が使用される。このグラニュラー膜に最適な材料の一つとしてＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−ＳｉＯ_２が知られており、これはＣｏを主成分としたＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金の素地中に無機物材料であるＳｉＯ_２粒子が分散した無機物粒子分散型スパッタリングターゲットをスパッタリングして作製される。

このような無機物粒子分散型スパッタリングターゲットは、溶解法では無機物粒子を合金素地中に均一に分散させることが不可能であるため、粉末冶金法で製造されることが広く知られている。
例えば、急冷凝固法で作製した合金相を持つ合金粉末とセラミックス相を構成する粉末とをメカニカルアロイングし、セラミックス相を構成する粉末を合金粉末中に均一に分散させ、ホットプレスにより成形し磁気記録媒体用スパッタリングターゲットを得る方法が提案されている（特許文献１）。

また、急冷凝固法で作製した合金粉末を用いなくても、ターゲットを構成する各成分について市販の原料粉末を用意し、それらの原料粉を所望の組成になるように秤量し、ボールミル等の公知の手法で混合し、混合粉末をホットプレスにより成型・焼結することによって、無機物粒子分散型スパッタリングターゲットは作製できる。

スパッタリング装置には様々な方式のものがあるが、上記の磁気記録膜の成膜では、生産性の高さからＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリング装置が広く用いられている。
スパッタリング法とは、正の電極となる基板と負の電極となるターゲットを対向させ、不活性ガス雰囲気下で、該基板とターゲット間に高電圧を印加して電場を発生させるものである。
この時、不活性ガスが電離し、電子と陽イオンからなるプラズマが形成されるが、このプラズマ中の陽イオンがターゲット（負の電極）の表面に衝突するとターゲットを構成する原子が叩き出されるが、この飛び出した原子が対向する基板表面に付着して膜が形成される。このような一連の動作により、ターゲットを構成する材料が基板上に成膜されるという原理を用いたものである。

特開平１０−８８３３３号公報

上記のＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタ装置で無機物粒子分散型スパッタリングターゲットをスパッタすると、ＳｉＯ_２のような電気抵抗率の大きな無機物粒子は電離した不活性ガス原子イオンとの衝突により帯電する。この無機物粒子にさらに電荷が集中すると絶縁破壊を起こしアーキングが生じる。その結果、無機物粒子がターゲット表面から放出され、その一部は基板上に付着する。基板上に付着したパーティクルの大きさは数μｍにも及ぶことが知られており、薄膜製造工程において著しい歩留り低下を引き起こす。

本発明は上記問題を鑑みて、スパッタ時に無機物粒子への帯電を少なくし、ＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタ装置でスパッタする際に、アーキング発生の少ない無機物粒子分散型スパッタリングターゲットを提供することを課題とする。

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、無機物粒子の電気抵抗率と寸法形状を調整することにより、ＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタ装置でスパッタする際に、アーキング発生の少ない無機物粒子分散型スパッタリングターゲットが得られることを見出した。

このような知見に基づき、本発明は、
１）Ｃｏからなる金属素地中に無機物粒子が分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であることを特徴とする無機物粒子分散型スパッタリングターゲットを提供する。

また、本発明は、
２）Ｐｔが５ａｔ％以上５０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地中に、無機物粒子が分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であることを特徴とする無機物粒子分散型スパッタリングターゲットを提供する。

また、本発明は、
３）Ｃｒが５ａｔ％以上４０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地中に、無機物粒子が分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であることを特徴とする無機物粒子分散型スパッタリングターゲットを提供する。

また、本発明は、
４）Ｃｒが５ａｔ％以上４０ａｔ％以下、Ｐｔが５ａｔ％以上３０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地中に、無機物粒子が分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であることを特徴とする無機物粒子分散型スパッタリングターゲットを提供する。

さらに本発明は、
５）無機物粒子が分散する金属素地が添加元素としてＢ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗから選択した１元素以上を、０．５ａｔ％以上１０ａｔ％以下の含有することを特徴とする上記１）〜４）のいずれか一項に記載の無機物粒子分散型スパッタリングターゲットを提供する。

さらに、本発明は、
６）無機物粒子が、炭素、酸化物、窒化物、炭化物から選択した１成分以上の材料であることを特徴とする上記１）〜５）のいずれか一項に記載の無機物粒子分散型スパッタリングターゲットを提供する。

さらに、本発明は、
７）スパッタリングターゲットに分散した無機物粒子の表面積（単位：μｍ^２）を該無機物粒子の体積（単位：μｍ^３）で割った値が０．６以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とする上記１）〜６）のいずれか一項に記載の無機物粒子分散型スパッタリングターゲットを提供する。

さらに、本発明は、
８）スパッタリングターゲットの断面を観察した組織において、個々の無機物粒子の外周長（単位：μｍ）を該無機物粒子の面積（単位：μｍ^２）で割り返した値が平均で０．４以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とする上記１）〜６）のいずれか一項に記載の無機物粒子分散型スパッタリングターゲットを提供する。

このように調整したスパッタリングターゲットはＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタ装置でスパッタする際に無機物粒子への帯電が少なくなり、アーキング発生が少ないという利点をもつ。したがって本発明のスパッタリングターゲットを使用すれば、アーキングに起因するパーティクルの発生が抑制され、薄膜作製時の歩留まりが向上するという著しい効果がある。

本発明の無機物粒子分散型スパッタリングターゲットを構成する主要成分は、(１)Ｃｏ素地、(２)Ｐｔが５ａｔ％以上５０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地、（３）Ｃｒが５ａｔ％以上４０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地及び（４）（Ｃｒが５ａｔ％以上４０ａｔ％以下、Ｐｔが５ａｔ％以上３０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地を使用する。これらの成分組成の素地中に無機物粒子を分散させてスパッタリングターゲットとする。
これらは、磁気記録媒体として必要とされる成分であり、合金成分によって若干の配合割合が異なるが、いずれも有効な磁気記録媒体としての特性を維持することができる。すなわち、グラニュラー構造をもつ磁気記録膜、特に垂直磁気記録方式を採用したハードディスクドライブの記録膜に好適な特性を備える。

本願発明において、重要なことは、無機物粒子分散型スパッタリングターゲットにおいて、前記無機物粒子の電気抵抗率を１×１０^１Ω・ｍ以下とすることである。１×１０^１Ω・ｍより電気抵抗率が高いと、無機物粒子の寸法や形状にもよるが、スパッタ中にプラズマから無機物粒子に流れる電流が、無機物粒子からそれを包含する金属素地中へ流れる電流より大きくなり、無機物粒子に電荷が蓄積されて絶縁破壊を引き起こす確率が高くなるからである。

無機物粒子の電気抵抗率を１×１０^１Ω・ｍ以下とするには、スパッタリングターゲットの原料粉に使用する無機物材料として電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下のものを選択し、その性状を変化させることなく金属粉末と混合、焼結させることにより達成できる。あるいは、原料粉の状態で電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以上であっても、焼結反応を経たターゲット中での電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下になっていてもよい。
基本的には、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下であれば良く、その手法に特に制限がないことが容易に理解できるであろう。

また、本願発明において、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合を５０％以下とする。これは、上記の合金組成と同様に、グラニュラー構造をもつ磁気記録膜、特に垂直磁気記録方式を採用したハードディスクドライブの記録膜の作製に必要な条件である。

また、本願発明において、無機物粒子が分散する金属素地中に、添加元素としてＢ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗから選択した１元素以上を０．５ａｔ％以上１０ａｔ％以下の配合比で含有させることも可能である。
これらは磁気記録媒体としての特性を向上させるために、必要に応じて添加される元素である。

本発明の無機物粒子分散型スパッタリングターゲットでは、無機物として酸化物、窒化物、炭化物が、特に有効である。これらを単独又は２種類以上の無機物粒子を使用することができる。これらの無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下であれば良く、その選択に特に制限がない。
こうした無機物粒子としては、例えばＮｂ_２Ｏ_５、ＳｎＯ_２、Ｔｉ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＷＯ_２の酸化物、ＴｉＮの窒化物、Ｃ（黒鉛）、ＷＣの炭化物を挙げることができる。

また、本発明の無機物粒子分散型スパッタリングターゲットは、無機物粒子の表面積を該無機物粒子の体積で割った値が０．６（単位：１／μｍ）以上とすることが望ましい。これは無機物粒子の比表面積が大きいほど、無機物粒子からそれを包含する金属へ電流が流れやすくなるので、スパッタ中に無機物粒子の帯電が生じにくくなるからである。なお、スパッタリングターゲット中の無機物粒子の表面積と体積を計測するのは容易ではないので、かわりにスパッタリングターゲットの研磨面を観察した組織において、個々の無機物粒子の外周長を該無機物粒子の面積で割り返した値が０．４（単位：１／μｍ）以上とすることもできる。後者の方が、計測方法としては簡便である。

本発明の無機物粒子分散型スパッタリングターゲットの製造に際しては、金属材料として、Ｃｏ及びＣｒ、Ｐｔから選択した１種類以上の主要粉末又はこれらの金属の合金粉末を用意する。これらの粉末は粒径が１〜２０μｍの範囲のものを用いることが望ましい。この粉末の粒径が１〜２０μｍであると、より均一な混合が可能であり、また焼結ターゲットの偏析と粗大結晶化を防止できるからである。
しかし、この範囲はあくまで好ましい範囲であり、これを逸脱することが、本願発明を否定する条件でないことは理解されるべきことである。

また無機物材料としては、粒径が０．２〜５μｍの範囲の無機物粉末を用いることが望ましい。この無機物材料粒径の調整は、同様に均一な混合が可能であり、また焼結ターゲット内の粗大無機物粒子の存在を防止できるからである。粗大無機物粒子が存在すると、電荷が集中絶縁破壊を起こしアーキングが生じ易くなるからである。
しかし、上記と同様に、この範囲は、あくまで好ましい範囲であり、この範囲を逸脱することが、本願発明を否定する条件でないことは理解されるべきことである。

上記の原料粉末を所望の組成になるように秤量し、ボールミル等の公知の手法を用いて混合する。このようにして得られた粉末を、真空ホットプレス装置を用いて成型・焼結し、所望の形状へ切削加工することで、本発明の無機物粒子分散型スパッタリングターゲットが作製される。
成型・焼結は、ホットプレスに限らず、プラズマ放電焼結法、熱間静水圧焼結法を使用することもできる。焼結時の保持温度はスパッタリングターゲットの組成により大きく異なるが、無機物材料が分解しない温度域内で焼結体が十分緻密化する温度に設定する。

以下、実施例および比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例によって何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明に含まれる実施例以外の種々の変形を包含するものである。

（実施例１〜７、比較例１〜２）
実施例１〜７と比較例１〜２では、平均粒径３μｍのＣｏ粉末と無機物材料として平均粒径２μｍのＮｂ_２Ｏ_５粉、平均粒径２μｍのＳｎＯ_２粉、平均粒径５μｍのＴｉ_２Ｏ_３粉、平均粒径０．５μｍのＦｅ_３Ｏ_４粉、平均粒径１μｍのＷＯ_２粉、平均粒径８μｍのＴｉＮ粉、平均粒径５μｍのＣ（黒鉛）粉、平均粒径３μｍのＷＣ粉、平均粒径０．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉、平均粒径１μｍのＳｉＯ_２粉を用意した。
これらの粉末を焼結後にＣｏと無機物粒子の体積割合が３：１となるように秤量した。Ｃｏと無機物粒子の組み合わせは、表１に示すとおりである。
これを粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量１０リットルのボールミルポットに封入し、２０時間回転させて混合した。

この混合粉をカーボン製の型に充填し、真空雰囲気中、温度８００°Ｃ、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａの条件のもとホットプレスして焼結体を得た。これを旋盤で直径１６５．１ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍの形状へ切削加工したターゲットを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタ装置でスパッタリングを行った。
スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧０．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、３．５インチ径のアルミ基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。さらに、スパッタパワー１ｋＷで１２．０時間継続してスパッタしたときのアーキングレートを、スパッタ電源に取り付けたアーキングカウンターで計測したアーキング回数から求めた。
また焼結体の研磨面を観察した組織画像において、無機物粒子の外周長と面積を画像処理ソフトで求め、外周長を面積で割り返した値を計算した。

上記の結果を表１に示す。
実施例１はＣｏ−Ｎｂ_２Ｏ_５ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は８×１０^０Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積（「無機物粒子の外周長（単位：μｍ）を該無機物粒子の面積（単位：μｍ^２）で割り返した値」、以下同様）は１．２（１／μｍ）であり、アーキングレートは１１（Count/hour）、基板上のパーティクル数は２５個であった。
実施例２はＣｏ−ＳｎＯ_２ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は４×１０^−２Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．１（１／μｍ）であり、アーキングレートは６（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１３個であった。
実施例３はＣｏ−Ｔｉ_２Ｏ_３ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は８×１０^−３Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．８（１／μｍ）であり、アーキングレートは１（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１１個であった。

実施例４はＣｏ−Ｆｅ_３Ｏ_４−ＷＯ_２ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率はＷＯ_２で１×１０^−３Ω・ｍ、Ｆｅ_２Ｏ_３で５×１０^−３Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．７（１／μｍ）であり、アーキングレートは６（Count/hour）、基板上のパーティクル数は８個であった。
実施例５はＣｏ−ＴｉＮターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^−６Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．５（１／μｍ）であり、アーキングレートは３（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１８個であった。
実施例６はＣｏ−Ｃターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は４×１０^−２Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．６（１／μｍ）であり、アーキングレートは１０（Count/hour）、基板上のパーティクル数は７個であった。
実施例７はＣｏ−ＷＣターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は５×１０^−５Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．１（１／μｍ）であり、アーキングレートは１（Count/hour）、基板上のパーティクル数は４個であった。

比較例１はＣｏ−Ａｌ_２Ｏ_３ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^１４Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．８（１／μｍ）であり、アーキングレートは６５（Count/hour）、基板上のパーティクル数は８１個であった。この比較例１では、本願発明の「無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下である」という条件を満たしていなかった。
比較例２はＣｏ−ＳｉＯ_２ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^１２Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．６（１／μｍ）であり、アーキングレートは３８（Count/hour）、基板上のパーティクル数は４１個であった。この比較例２では、本願発明の「無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下である」という条件を満たしていなかった。
上記の通り、実施例１〜７では、アーキングレート、パーティクル数ともに、本願発明の条件から逸脱している比較例１〜２より減少していることが確認された。

（実施例８〜１３、比較例３〜４）
実施例８〜１３と比較例３〜４では、金属材料として平均粒径３μｍのＣｏ粉末と平均粒径２μｍのＰｔ粉末を、無機物材料として平均粒径２μｍのＮｂ_２Ｏ_５粉、平均粒径２μｍのＳｎＯ_２粉、平均粒径５μｍのＴｉ_２Ｏ_３粉、平均粒径８μｍのＴｉＮ粉、平均粒径５μｍのＣ（黒鉛）粉、平均粒径３μｍのＷＣ粉、平均粒径０．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉、平均粒径１μｍのＳｉＯ_２粉を用意した。
そして焼結後に合金と無機物の体積割合が４：１、かつ合金部分の組成がＣｏ−１６ｍｏｌ%Ｐｔとなるように秤量した。合金と無機物の組み合わせは、表２に示すとおりである。これを粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量１０リットルのボールミルポットに封入し、２０時間回転させて混合した。

この混合粉をカーボン製の型に充填し、真空雰囲気中、温度１１００°Ｃ、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａの条件のもとホットプレスして焼結体を得た。これを旋盤で直径１６５．１ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍの形状へ切削加工したターゲットを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタ装置でスパッタリングを行った。
スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧０．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、３．５インチ径のアルミ基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。さらに、スパッタパワー１ｋＷで１２．０時間継続してスパッタしたときのアーキングレートを、スパッタ電源に取り付けたアーキングカウンターで計測したアーキング回数から求めた。
また焼結体の研磨面を観察した組織画像において、無機物粒子の外周長と面積を画像処理ソフトで求め、外周長を面積で割り返した値を計算した。

上記の結果を表２に示す。
実施例８はＣｏ−Ｐｔ−Ｎｂ_２Ｏ_５ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は８×１０^０Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．３（１／μｍ）であり、アーキングレートは１７（Count/hour）、基板上のパーティクル数は７個であった。
実施例９はＣｏ−Ｐｔ−ＳｎＯ_２ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は４×１０^−２Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．１（１／μｍ）であり、アーキングレートは１３（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１４個であった。
実施例１０はＣｏ−Ｐｔ−Ｔｉ_２Ｏ_３ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は８×１０^−３Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．７（１／μｍ）であり、アーキングレートは５（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１１個であった。

実施例１１はＣｏ−Ｐｔ−ＴｉＮターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^−６Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．５（１／μｍ）であり、アーキングレートは２（Count/hour）、基板上のパーティクル数は５個であった。
実施例１２はＣｏ−Ｐｔ−Ｃターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は４×１０^−２Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．７（１／μｍ）であり、アーキングレートは１９（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１８個であった。
実施例１３はＣｏ−Ｐｔ−ＷＣターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は５×１０^−５Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．２（１／μｍ）であり、アーキングレートは６（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１３個であった。

比較例３はＣｏ−Ｐｔ−Ａｌ_２Ｏ_３ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^１４Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．５（１／μｍ）であり、アーキングレートは９０（Count/hour）、基板上のパーティクル数は５８個であった。この比較例３では、本願発明の「無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下である」という条件を満たしていなかった。
比較例４はＣｏ−Ｐｔ−ＳｉＯ_２ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^１２Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．３（１／μｍ）であり、アーキングレートは６３（Count/hour）、基板上のパーティクル数は２８個であった。この比較例４では、本願発明の「無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下である」という条件を満たしていなかった。
上記の通り、実施例８〜１３ではアーキングレート、パーティクル数ともに、本願発明の条件から逸脱している比較例３〜４より減少していることが確認された。

（実施例１４〜１７、比較例５〜６）
実施例１４〜１７と比較例５〜６では、金属材料として平均粒径３μｍのＣｏ粉末と平均粒径５μｍのＣｒ粉末を、無機物材料として平均粒径２μｍのＮｂ_２Ｏ_５粉と平均粒径５μｍのＴｉ_２Ｏ_３粉と平均粒径８μｍのＴｉＮ粉と平均粒径３μｍのＷＣ粉と平均粒径０．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉と平均粒径１μｍのＳｉＯ_２粉を用意した。
そして、焼結後に合金と無機物の体積割合が７：３、かつ合金部分の組成がＣｏ−１６ｍｏｌ%Ｃｒとなるように秤量した。合金と無機物の組み合わせは、表３に示すとおりである。
これを粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量１０リットルのボールミルポットに封入し、２０時間回転させて混合した。

この混合粉をカーボン製の型に充填し、真空雰囲気中、温度１０００°Ｃ、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａの条件のもとホットプレスして焼結体を得た。これを旋盤で直径１６５．１ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍの形状へ切削加工したターゲットを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタ装置でスパッタリングを行った。
スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧０．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、３．５インチ径のアルミ基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。さらに、スパッタパワー１ｋＷで１２．０時間継続してスパッタしたときのアーキングレートを、スパッタ電源に取り付けたアーキングカウンターで計測したアーキング回数から求めた。
また焼結体の断面を研磨し観察した組織画像において、無機物粒子の外周長と面積を画像処理ソフトで求め、外周長を面積で割り返した値を計算した。
上記の結果を表３に示す。

実施例１４はＣｏ−Ｃｒ−Ｎｂ_２Ｏ_５ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は８×１０^０Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．３（１／μｍ）であり、アーキングレートは９（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１２個であった。
実施例１５はＣｏ−Ｃｒ−Ｔｉ _２Ｏ _３ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は８×１０^−３Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．９（１／μｍ）であり、アーキングレートは１（Count/hour）、基板上のパーティクル数は０個であった。
実施例１６はＣｏ−Ｃｒ−ＴｉＮターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^−６Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．７（１／μｍ）であり、アーキングレートは３（Count/hour）、基板上のパーティクル数は８個であった。
実施例１７はＣｏ−Ｃｒ−ＷＣターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は５×１０^−５Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．２（１／μｍ）であり、アーキングレートは２（Count/hour）、基板上のパーティクル数は３個であった。

比較例５はＣｏ−Ｃｒ−Ａｌ_２Ｏ_３ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^１４Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．２（１／μｍ）であり、アーキングレートは３９（Count/hour）、基板上のパーティクル数は２７個であった。この比較例５では、本願発明の「無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下である」という条件を満たしていなかった。
比較例６はＣｏ−Ｃｒ−ＳｉＯ_２ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^１２Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．３（１／μｍ）であり、アーキングレートは３０（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１８個であった。この比較例６では、本願発明の「無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下である」という条件を満たしていなかった。
上記の通り、実施例１４〜１７ではアーキングレート、パーティクル数ともに、本願発明の条件から逸脱している比較例５〜６より減少していることが確認された。

（実施例１８〜２１、２３、２４、比較例７〜８、１０）
実施例１８〜２１、２３、２４と比較例７〜８、１０では、金属材料として平均粒径３μｍのＣｏ粉末と平均粒径５μｍのＣｒ粉末と平均粒径２μｍのＰｔ粉末を、無機物材料として平均粒径２μｍのＮｂ_２Ｏ_５粉と平均粒径５μｍのＴｉ_２Ｏ_３粉と平均粒径８μｍのＴｉＮ粉と平均粒径３μｍのＷＣ粉と平均粒径４μｍのＮｂ_２Ｏ_５粉と平均粒径２μｍのＣｒＯ_２粉と平均粒径１μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉と平均粒径１μｍのＳｉＯ_２粉と平均粒径８μｍのＮｂ _２Ｏ _５粉を用意した。
そして、焼結後に合金と無機物の体積割合が７：３、かつ合金部分の組成がＣｏ−１６ｍｏｌ%Ｃｒ−１６ｍｏｌ%Ｐｔとなるように秤量した。合金と無機物の組み合わせは、表４に示すとおりである。
これを粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量１０リットルのボールミルポットに封入し、２０時間回転させて混合した。

この混合粉をカーボン製の型に充填し、真空雰囲気中、温度１１００°Ｃ、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａの条件のもとホットプレスして焼結体を得た。これを旋盤で直径１６５．１ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍの形状へ切削加工したターゲットを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタ装置でスパッタリングを行った。
スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧０．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、３．５インチ径のアルミ基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして、基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。さらに、スパッタパワー１ｋＷで１２．０時間継続してスパッタしたときのアーキングレートを、スパッタ電源に取り付けたアーキングカウンターで計測したアーキング回数から求めた。
また焼結体の研磨面を観察した組織画像において、無機物粒子の外周長と面積を画像処理ソフトで求め、外周長を面積で割り返した値を計算した。
上記の結果を表４に示す。

実施例１８はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｎｂ_２Ｏ_５ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は８×１０^０Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．３（１／μｍ）であり、アーキングレートは１１（Count/hour）、基板上のパーティクル数は２７個であった。
実施例１９はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔｉ_２Ｏ_３ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は８×１０^−３Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．６（１／μｍ）であり、アーキングレートは７（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１５個であった。
実施例２０はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−ＴｉＮターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^−６Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．６（１／μｍ）であり、アーキングレートは６（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１１個であった。

実施例２１はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−ＷＣターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は５×１０^−５Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．３（１／μｍ）であり、アーキングレートは４（Count/hour）、基板上のパーティクル数は９個であった。
実施例２３はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｎｂ_２Ｏ_５ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は８×１０^０Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．５（１／μｍ）であり、アーキングレートは１６（Count/hour）、基板上のパーティクル数は２９個であった。
実施例２４はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−ＣｒＯ_２ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は５×１０^−５Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．９（１／μｍ）であり、アーキングレートは７（Count/hour）、基板上のパーティクル数は２６個であった。

比較例７はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ａｌ_２Ｏ_３ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^１４Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．２（１／μｍ）であり、アーキングレートは５８（Count/hour）、基板上のパーティクル数は６７個であった。この比較例７では、本願発明の「無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下である」という条件を満たしていなかった。
比較例８はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−ＳｉＯ_２ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０^１２Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．０（１／μｍ）であり、アーキングレートは３１（Count/hour）、基板上のパーティクル数は２９個であった。この比較例８では、本願発明の「無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下である」という条件を満たしていなかった。

比較例１０はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｎｂ_２Ｏ_５ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は８×１０^０Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．２（１／μｍ）であり、アーキングレートは４５（Count/hour）、基板上のパーティクル数は７５個であった。
この比較例１０では、本願発明の「個々の無機物粒子の外周長（単位：μｍ）を該無機物粒子の面積（単位：μｍ^２）で割り返した値が平均で０．４以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えている」という条件を満たしていなかった。
上記の通り、実施例１８〜２１、２３、２４ではアーキングレート、パーティクル数ともに、本願発明の条件から逸脱している比較例７〜８、１０より減少していることが確認された。

（実施例２２、比較例９）
実施例２２と比較例９では、金属材料として平均粒径３μｍのＣｏ粉末と平均粒径５μｍのＣｒ粉末と平均粒径２μｍのＰｔ粉末と平均粒径５μｍのB粉末を、無機物材料として平均粒径５μｍのＴｉ_２Ｏ_３粉と平均粒径１μｍのＳｉＯ_２粉を用意した。
そして、焼結後に合金と無機物の体積割合が３：１、かつ合金部分の組成がＣｏ−１６ｍｏｌ%Ｃｒ−１６ｍｏｌ%Ｐｔ−５ｍｏｌ%Ｂとなるように秤量した。合金と無機物の組み合わせは表５に示すとおりである。
これを粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量１０リットルのボールミルポットに封入し、２０時間回転させて混合した。

この混合粉をカーボン製の型に充填し、真空雰囲気中、温度１１００°Ｃ、保持時間２時間、加圧力３０ＭＰａの条件のもとホットプレスして焼結体を得た。これを旋盤で直径１６５．１ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍの形状へ切削加工したターゲットを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタ装置でスパッタリングを行った。
スパッタ条件は、スパッタパワー１ｋＷ、Ａｒガス圧０．５Ｐａとし、２ｋＷｈｒのプレスパッタを実施した後、３．５インチ径のアルミ基板上へ目標膜厚１０００ｎｍでスパッタした。そして、基板上へ付着したパーティクルの個数をパーティクルカウンターで測定した。さらに、スパッタパワー１ｋＷで１２．０時間継続してスパッタしたときのアーキングレートを、スパッタ電源に取り付けたアーキングカウンターで計測したアーキング回数から求めた。
また焼結体の研磨面を観察した組織画像において、無機物粒子の外周長と面積を画像処理ソフトで求め、外周長を面積で割り返した値を計算した。
上記の結果を表５に示す。

実施例２２はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ−Ｔｉ_２Ｏ_３ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は８×１０^−３Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は０．８（１／μｍ）であり、アーキングレートは７（Count/hour）、基板上のパーティクル数は１３個であった。
比較例９はＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｂ−ＳｉＯ _２ターゲットであり、ターゲットに含有される無機物の電気抵抗率は１×１０ ^１２ Ω・ｍ、焼結体ターゲットの研磨面での無機物粒子の外周長／面積は１．３（１／μｍ）であり、アーキングレートは４５（Count/hour）、基板上のパーティクル数は４６個であった。この比較例９では、本願発明の「無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下である」という条件を満たしていなかった。
上記の通り、実施例２２ではアーキングレート、パーティクル数ともに、本願発明の条件から逸脱している比較例９より減少していることが確認された。

本発明は、無機物粒子分散型スパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率と寸法形状を調整することにより、ＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタ装置でスパッタする際に無機物粒子への帯電を抑制し、アーキング発生の少ないスパッタリングターゲットを提供する。従って本発明のスパッタリングターゲットを使用すれば、アーキングに起因するパーティクルの発生が抑制され、薄膜作製時の歩留まりが向上するという著しい効果がある。
磁気記録媒体の磁性体薄膜、特に垂直磁気記録方式を採用したハードディスクのグラニュラー磁気記録膜の成膜に使用される無機物粒子分散型スパッタリングターゲットとして有用である。

Claims

Ｃｏからなる金属素地中に無機物粒子が分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であり、スパッタリングターゲットに分散した無機物粒子の表面積（単位：μｍ^２）を該無機物粒子の体積（単位：μｍ^３）で割った値が０．６以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とするＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。
Ｐｔが５ａｔ％以上５０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地中に、無機物粒子が分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であり、スパッタリングターゲットに分散した無機物粒子の表面積（単位：μｍ^２）を該無機物粒子の体積（単位：μｍ^３）で割った値が０．６以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とするＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。
Ｃｒが５ａｔ％以上４０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地中に、無機物粒子が分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であり、スパッタリングターゲットに分散した無機物粒子の表面積（単位：μｍ^２）を該無機物粒子の体積（単位：μｍ^３）で割った値が０．６以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とするＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。
Ｃｒが５ａｔ％以上４０ａｔ％以下、Ｐｔが５ａｔ％以上３０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地中に、無機物粒子が分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であり、スパッタリングターゲットに分散した無機物粒子の表面積（単位：μｍ^２）を該無機物粒子の体積（単位：μｍ^３）/で割った値が０．６以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とするＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。
無機物粒子が分散する金属素地が、添加元素としてＢ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗから選択した１元素以上を、０．５ａｔ％以上１０ａｔ％以下含有し、スパッタリングターゲットに分散した無機物粒子の表面積（単位：μｍ^２）を該無機物粒子の体積（単位：μｍ^３）で割った値が０．６以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。
無機物粒子が、炭素、酸化物、窒化物、炭化物から選択した１成分以上の材料であり、スパッタリングターゲットに分散した無機物粒子の表面積（単位：μｍ^２）を該無機物粒子の体積（単位：μｍ^３）で割った値が０．６以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。
Ｃｏからなる金属素地中に無機物粒子が分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であり、スパッタリングターゲットの断面を観察した組織において、個々の無機物粒子の外周長（単位：μｍ）を該無機物粒子の面積（単位：μｍ^２）で割り返した値が平均で０．４以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とするＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。
Ｐｔが５ａｔ％以上５０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地中に、無機物粒子が分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であり、スパッタリングターゲットの断面を観察した組織において、個々の無機物粒子の外周長（単位：μｍ）を該無機物粒子の面積（単位：μｍ^２）で割り返した値が平均で０．４以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とするＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。
Ｃｒが５ａｔ％以上４０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地中に、無機物粒子が分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であり、スパッタリングターゲットの断面を観察した組織において、個々の無機物粒子の外周長（単位：μｍ）を該無機物粒子の面積（単位：μｍ^２）で割り返した値が平均で０．４以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とするＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。
Ｃｒが５ａｔ％以上４０ａｔ％以下、Ｐｔが５ａｔ％以上３０ａｔ％以下、残余がＣｏの組成を有する合金素地中に、無機物粒子が
分散したスパッタリングターゲットにおいて、無機物粒子の電気抵抗率が１×１０^１Ω・ｍ以下で、ターゲット中で無機物粒子の占める体積割合が５０％以下であり、スパッタリングターゲットの断面を観察した組織において、個々の無機物粒子の外周長（単位：μｍ）を該無機物粒子の面積（単位：μｍ^２）で割り返した値が平均で０．４以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とするＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。
無機物粒子が分散する金属素地が、添加元素としてＢ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗから選択した１元素以上を、０．５ａｔ％以上１０ａｔ％以下含有し、スパッタリングターゲットの断面を観察した組織において、個々の無機物粒子の外周長（単位：μｍ）を該無機物粒子の面積（単位：μｍ^２）で割り返した値が平均で０．４以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載のＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。
無機物粒子が、炭素、酸化物、窒化物、炭化物から選択した１成分以上の材料であり、スパッタリングターゲットの断面を観察した組織において、個々の無機物粒子の外周長（単位：μｍ）を該無機物粒子の面積（単位：μｍ^２）で割り返した値が平均で０．４以上（単位：１／μｍ）である寸法と形状を備えていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載のＤＣ電源を備えたマグネトロンスパッタリングに用いる無機物粒子分散型スパッタリングターゲット。