JP7625111B1 - 磁性材ターゲット及び磁性材ターゲット組立品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Pt、Cr、Ru、B、及び、Tiのうちいずれか一種以上と、酸化物と、を含み、残部がCo及び選択的に含む不純物であり、Co、Pt、Cr、Ru、及び、Tiの濃度の合計が50at%以上であり、Bの濃度が9at%以上であり、Oの濃度が13.5at%以上であり、酸化物はBの酸化物を含み、酸化物の形状を円と仮定して算出した酸化物の直径の算術平均値が0.55μm以下である、磁性材ターゲット。
【選択図】図1
Description
1.Pt、Cr、Ru、B、及び、Tiのうちいずれか一種以上と、
酸化物と、
を含み、残部がCo及び選択的に含む不純物であり、
Co、Pt、Cr、Ru、及び、Tiの濃度の合計が50at%以上であり、
Bの濃度が9at%以上であり、Oの濃度が13.5at%以上であり、
前記酸化物はBの酸化物を含み、
前記酸化物の形状を円と仮定して算出した前記酸化物の直径の算術平均値が0.55μm以下である、磁性材ターゲット。
2.観察視野面積11569μm2当たりの前記酸化物の個数が5000個以上である、前記1に記載の磁性材ターゲット。
3.観察視野面積11569μm2当たりの前記酸化物の面積の合計が1900μm2以下である、前記1または2に記載の磁性材ターゲット。
4.前記酸化物が更にAl、Si、Ba、Be、Ca、Ce、Cr、Co、Dy、Er、Eu、Ga、Gd、Ho、Li、Mg、Mn、Nb、Nd、Pr、Sc、Sm、Sr、Ta、Tb、Ti、V、Y、Zn、Zrから選択される元素の酸化物をいずれか一種以上含有する、前記1~3のいずれかに記載の磁性材ターゲット。
5.前記1~4のいずれかに記載の磁性材ターゲットと、
前記磁性材ターゲットに接合されたバッキングプレートと、
を備えた、磁性材ターゲット組立品。
本発明の実施形態に係る磁性材ターゲットの形状としては特に限定されないが、平板状(円盤状や矩形板状を含む)、円筒状であってもよく、その他、任意の形状であってもよい。
ここで、本発明の実施形態に係る磁性材ターゲットにおいて、BがB2O3の形態で含まれていることをどのように判定するかについて以下に説明する。
まず、磁性材ターゲットを切断し、その断面を鏡面研磨することで、組織観察用のサンプルを得る。より具体的には、当該鏡面研磨によって、磁性材ターゲットの断面を番手がP80からP2000までの研磨布紙を用いて順番に研磨し、最終的に粒径0.3μmの酸化アルミニウム砥粒を用いたバフ研磨を行うことで、断面研磨面を有する組織観察用のサンプルを得る。また、このとき、研磨面に付着した酸化アルミニウムと粒状の研磨屑を確実に洗浄で取り除く。続いて、鏡面研磨後のサンプルのスパッタ面に対し、FE-EPMA(Field Emission-Electron Probe Micro Analysis :電界放出型電子線マイクロアナライザ)による50μm×50μmの視野におけるWDXマッピング分析(Wave Length-dispersive X-ray Mapping Spectroscopy:波長分散型X線マッピング分析)を行うことで、元素マッピングを実施する。FE-EPMAによる50μm×50μmの視野におけるWDXマッピング分析は、加速電圧15.0kV、照射電流2.0×10-8Aの条件でステージスキャンを行うことによって実施することができる。このとき、BとOの検出強度が高い部分が一致していれば、当該Bは大部分が酸化物として焼結体中に存在しているものと考えられる。そのため、検出強度の高い部分がOと一致しているBを、B2O3の形態で含まれているものと判定する。
また、当該酸化物は、B2O3の他に、磁気特性を更に向上させるために、更にAl、Si、Ba、Be、Ca、Ce、Cr、Co、Dy、Er、Eu、Ga、Gd、Ho、Li、Mg、Mn、Nb、Nd、Pr、Sc、Sm、Sr、Ta、Tb、Ti、V、Y、Zn、Zrから選択される元素の酸化物をいずれか一種以上含有してもよい。
まず、磁性材ターゲットを切断し、その断面を鏡面研磨することで、組織観察用のサンプルを得る。より具体的には、当該鏡面研磨において、磁性材ターゲットの断面を番手がP80からP2000までの研磨布紙を用いて順番に研磨し、最終的に粒径0.3μmの酸化アルミニウム砥粒を用いたバフ研磨を行うことで、断面研磨面を有する組織観察用のサンプルを得る。また、このとき、研磨面に付着した酸化アルミニウムと粒状の研磨屑を確実に洗浄で取り除く。
次に、鏡面研磨後のサンプルのスパッタ面を、FE-SEM(製品名:SU3900、株式会社日立ハイテク製)を用いて、加速電圧15kV、1000倍の倍率で二次電子像を撮影する。二次電子像では金属マトリクス相が周囲より明るい部分として見え、酸化物が周囲より暗い部分として見える。
次に、撮影したSEM画像(視野面積11569μm2)を画像処理ソフトウェア(National Institutes of Health製ImageJ)を用いてモード法により二値化し、各酸化物の面積を当該画像処理ソフトウェアのAnalyzePrticles機能を用いて測定する。これによって得られた各酸化物の面積Sについて、以下の式(1)によって、各酸化物の直径Dを算出し、当該各酸化物の直径Dを合計して粒の総数で除することで、磁性材ターゲットの酸化物の形状を円と仮定して算出した酸化物の直径の算術平均値を算出する。
(1)ImageJツールバーのFile→Openから視野倍率1000倍のSEM画像を読み込む。
(2)Image→Typeから8-bitを選択する。スケールバーに合わせて直線を引き、Analyze→Set scaleを選択しスケールサイズを設定する。
(3)画像のスケールを除いた部分を選択し、Image→Cropでスケール部分を切り取る。
(4)Process→Filters→Gaussian Blurを選択し、Sigmaに2を入力し、OKをクリックする。
(5)Process→Binary→Make Binaryを選択する。これにより画像の二値化が完了する。上述のようにして、二値化処理によって黒色に仕分けされる周囲よりも色の暗い部分を黒色に変換し、黒色の部分を酸化物とみなした。
なお、二値化処理の閾値は、画像中の色彩ヒストグラムから自動で設定される。図1に、ImageJによって二値化処理された画像と元画像との例を示す。
上述の「酸化物の形状を円と仮定して算出した酸化物の直径の算術平均値の測定方法」と同様に、まず、磁性材ターゲットを切断し、その断面を鏡面研磨する。次に、鏡面研磨後のサンプルのスパッタ面を、FE-SEMを用いて、加速電圧15kV、1000倍の倍率で二次電子像を撮影する。次に、撮影したSEM画像(視野面積11569μm2)を、画像処理ソフトウェア(ImageJ)を用いてモード法により二値化し、酸化物の個数をImageJのAnalyzePrticles機能を用いて測定する。
上述の「磁性材ターゲットの酸化物の形状を円と仮定して算出した酸化物の直径の算術平均値の測定方法」と同様に、まず、磁性材ターゲットを切断し、その断面を鏡面研磨する。次に、鏡面研磨後のサンプルのスパッタ面を、FE-SEMを用いて、加速電圧15kV、1000倍の倍率で二次電子像を撮影する。次に、撮影したSEM画像(視野面積11569μm2)を、画像処理ソフトウェア(ImageJ)を用いてモード法により二値化し、酸化物の面積の合計をImageJのAnalyzePrticles機能を用いて測定する。
なお、上述の画像処理ソフトウェア(ImageJ)を用いてモード法による二値化の具体的な手順は下記の通りである。
File→Openから画像を読み込む。
Image→Typeから8-bitを選択する。スケールバーに合わせて直線を引き、Analyze→Set scaleを選択しスケールサイズを設定する。
画像のスケールを除いた部分を選択し、Image→Cropでスケール部分を切り取る。
Process→Filters→Gaussian Blurを選択し、Sigmaに2を入力し、OKをクリックする。
Process→Binary→Make Binaryを選択する。
本発明の実施形態に係る磁性材ターゲットは、必要に応じて、バッキングプレートと接合させて、磁性材ターゲット組立品としてもよい。当該磁性材ターゲット組立品はスパッタリング装置に装着して使用することができる。ロウ材としては、インジウムやインジウムスズを用いることができる。なお、バッキングプレートを使用せず、本発明の実施形態に係る磁性材ターゲットをそのままスパッタリング装置に装着して使用してもよい。バッキングプレートの材料は特に限定されず、Cu、Ti、Mo、及びこれらの少なくとも一種を含有する合金(例えば、Cu-Ni-Si合金(例えば、C18000など)、CuZn合金、CuCr合金)等が挙げられる。バッキングプレートの材料は、熱伝導率が高いことが好ましく、この観点から、Cuが好適である。
以下、本発明の実施形態に係る磁性材ターゲットの製造方法について詳述する。
本発明の実施形態に係る磁性材ターゲットは、粉末焼結法によって作製することができる。まず、各金属元素の粉末を用意する。また、各金属元素の粉末の代わりにこれら金属の合金粉末(例えば、Co-Pt粉)を用いてもよい。特に、Co粉末、CrBO3粉末、Pt粉末、Co2B2O5粉末、Co2B粉末を使用することが好ましい。なお、原料としてB2O3粉末を用いると、得られる磁性材ターゲットに粗大な酸化物が含まれるおそれがあるため好ましくない。各原料粉末の50%累積体積粒度D50(平均粒径D50)については、Co粉末:1~10μm、CrBO3粉末:0.5~5μm、Pt粉末:1~10μm、Co2B2O5粉末:1~20μm、Co2B粉末:1~50μmのサイズを用いることができる。これらの原材料の純度は、通常2N(99質量%)以上、好ましくは3N(99.9質量%)以上、さらに好ましくは4N(99.99質量%)以上であるとよい。純度が2Nより低いと焼結体に不純物が多く含まれてしまうため、所望の物性を得られなくなる(例えば、アーキングに伴うパーティクルの発生)という問題が生じ得る。これらの原材料は、所望の焼結体の組成及び純度から適宜調製することができる。
本発明の実施形態に係る磁性材ターゲットを用いて、主に、磁気記録媒体を構成する薄膜を形成することができる。具体的には、スパッタ装置を用いて磁性材ターゲットの表面を加速されたアルゴンイオンによってスパッタし、磁性材ターゲットから粒子(スパッタ粒子)を放出させて、あらかじめ対向する位置に配置した基板の表面にスパッタ粒子を堆積させることで、基板の表面に薄膜を形成することができる。スパッタリング条件は、所望する膜厚や組成などによって、適宜設定することができる。
以下の製造方法によって、実施例1に係る磁性材ターゲットを製造した。
原料粉末として、それぞれ3N(99.9質量%)のCo粉末、CrBO3粉末、Pt粉末、Co2B2O5粉末、Co2B粉末を用意し、組成はCo-Pt-Cr-B-O(Pt10~20at%、Cr0.5~7at%、B11~15at%、O16~26at%、Co(残部))となるように秤量した。原料粉末は組成の合計で100at%となるように調製した。
原料粉末の50%累積体積粒度D50(平均粒径D50)は、それぞれ以下の通りであった。
Co粉末:4μm、CrBO3粉末:1μm、Pt粉末:3μm、Co2B2O5粉末:8μm、Co2B粉末:3μm
次に、秤量したCo粉末、CrBO3粉末、Pt粉末、Co2B2O5粉末、Co2B粉末をジルコニアボールとともにボールミルポットに投入し、10時間の一次混合、150μmの目開きを有する篩による篩過、10時間の二次混合をこの順で実施した。
以下の製造方法によって、実施例2に係る磁性材ターゲットを製造した。
原料粉末として、それぞれ3N(99.9質量%)のCo粉末、CrBO3粉末、Pt粉末、Co2B2O5粉末、Co2B粉末を用意し、組成はCo-Pt-Cr-B-O(Pt10~20at%、Cr0.5~7at%、B11~15at%、O16~26at%、Co(残部))となるように秤量した。原料粉末は組成の合計で100at%となるように調製した。
原料粉末の50%累積体積粒度D50(平均粒径D50)は、それぞれ以下の通りであった。
Co粉末:4μm、CrBO3粉末:1μm、Pt粉末:3μm、Co2B2O5粉末:8μm、Co2B粉末:30μm
次に、秤量したCo粉末、CrBO3粉末、Pt粉末、Co2B2O5粉末、Co2B粉末をジルコニアボールとともにボールミルポットに投入し、10時間の一次混合、150μmの目開きを有する篩による篩過、10時間の二次混合をこの順で実施した。
以下の製造方法によって、実施例3に係る磁性材ターゲットを製造した。
原料粉末として、それぞれ3N(99.9質量%)のCo粉末、CrBO3粉末、Pt粉末、Co2B2O5粉末、Co2B粉末を用意し、組成はCo-Pt-Cr-B-O(Pt10~20at%、Cr0.5~7at%、B11~15at%、O16~26at%、Co(残部))となるように秤量した。原料粉末は組成の合計で100at%となるように調製した。
原料粉末の50%累積体積粒度D50(平均粒径D50)は、それぞれ以下の通りであった。
Co粉末:4μm、CrBO3粉末:1μm、Pt粉末:3μm、Co2B2O5粉末:8μm、Co2B粉末:3μm
次に、秤量したCo粉末、CrBO3粉末、Pt粉末、Co2B2O5粉末、Co2B粉末をジルコニアボールとともにボールミルポットに投入し、8時間の一次混合、150μmの目開きを有する篩による篩過、8時間の二次混合をこの順で実施した。
以下の製造方法によって、実施例4に係る磁性材ターゲットを製造した。
原料粉末として、それぞれ3N(99.9質量%)のCo粉末、CrBO3粉末、Pt粉末、Co2B2O5粉末、Co2B粉末を用意し、組成はCo-Pt-Cr-B-O(Pt10~20at%、Cr0.5~7at%、B11~15at%、O16~26at%、Co(残部))となるように秤量した。原料粉末は組成の合計で100at%となるように調製した。
原料粉末の50%累積体積粒度D50(平均粒径D50)は、それぞれ以下の通りであった。
Co粉末:4μm、CrBO3粉末:1μm、Pt粉末:3μm、Co2B2O5粉末:8μm、Co2B粉末:3μm
次に、秤量したCo粉末、CrBO3粉末、Pt粉末、Co2B2O5粉末、Co2B粉末をジルコニアボールとともにボールミルポットに投入し、10時間の一次混合、150μmの目開きを有する篩による篩過、10時間の二次混合をこの順で実施した。
以下の製造方法によって、比較例1に係る磁性材ターゲットを製造した。
原料粉末として、それぞれ3N(99.9質量%)のCo粉末、CrBO3粉末、Pt粉末、B2O3粉末を用意し、組成はCo-Pt-Cr-B-O(Pt10~20at%、Cr0.5~7at%、B11~15at%、O16~26at%、Co(残部))となるように秤量した。原料粉末は組成の合計で100at%となるように調製した。
原料粉末の50%累積体積粒度D50(平均粒径D50)は、それぞれ以下の通りであった。
Co粉末:4μm、CrBO3粉末:1μm、Pt粉末:3μm、B2O3粉末:10μm
次に、秤量したCo粉末、CrBO3粉末、Pt粉末、B2O3粉末をジルコニアボールとともにボールミルポットに投入し、12時間の一次混合、150μmの目開きを有する篩による篩過、5時間の二次混合をこの順で実施した。
実施例1~4、比較例1の各磁性材ターゲットを切断し、その断面を鏡面研磨することで、組織観察用のサンプルを得た。
次に、鏡面研磨後のサンプルのスパッタ面を、FE-SEM(製品名:SU3900、株式会社日立ハイテク製)を用いて、加速電圧15kV、1000倍の倍率で二次電子像を撮影した。撮影したSEM画像を図3(実施例1)、図4(実施例2)、図5(実施例3)、図6(実施例4)、図7(比較例1)にそれぞれ示す。
次に、撮影したSEM画像(視野面積11569μm2)を画像処理ソフトウェア(National Institutes of Health製ImageJ)を用いてモード法により二値化し、各酸化物の面積を当該画像処理ソフトウェアのAnalyzePrticles機能を用いて測定した。これによって得られた各酸化物の面積Sについて、以下の式(1)によって、各酸化物の直径Dを算出し、当該各酸化物の直径Dを合計して粒の総数で除することで、磁性材ターゲットの酸化物の形状を円と仮定して算出した酸化物の直径の算術平均値を算出した。
(1)ImageJツールバーのFile→Openから視野倍率1000倍のSEM画像を読み込む。
(2)Image→Typeから8-bitを選択する。スケールバーに合わせて直線を引き、Analyze→Set scaleを選択しスケールサイズを設定する。
(3)画像のスケールを除いた部分を選択し、Image→Cropでスケール部分を切り取る。
(4)Process→Filters→Gaussian Blurを選択し、Sigmaに2を入力し、OKをクリックする。
(5)Process→Binary→Make Binaryを選択する。これにより画像の二値化が完了する。
また、当該設定条件のスクリーンショットを図2に示す。
上述のようにして、ImageJでSEM画像を取り込んだ後、二値化処理を行ってSEM画像上で二値化処理によって黒色に仕分けされる周囲よりも色の暗い部分を黒色に変換し、黒色の部分を酸化物とみなした。黒色の部分の面積Sを求め、得られた面積Sを用いて、上記式(1)によって、当該酸化物の直径Dを算出し、当該酸化物の直径Dを合計して粒の総数で除することで、磁性材ターゲットの酸化物の形状を円と仮定して算出した酸化物の直径の算術平均値を算出した。
上述の「酸化物の形状を円と仮定して算出した酸化物の直径の算術平均値の評価」と同様にして、実施例1~4、比較例1の組織観察用のサンプルについて、鏡面研磨後のサンプルのスパッタ面を、FE-SEMを用いて、加速電圧15kV、1000倍の倍率で二次電子像を撮影した。
次に、撮影したSEM画像(視野面積11569μm2)を、ImageJを用いてモード法により二値化した。SEM画像上で二値化処理によって黒色に仕分けされる周囲よりも色の暗い部分を黒色に変換し、当該黒色の部分を酸化物とみなし、当該酸化物の個数を算出した。
上述の「酸化物の形状を円と仮定して算出した酸化物の直径の算術平均値の評価」と同様にして、実施例1~4、比較例1の組織観察用のサンプルについて、鏡面研磨後のサンプルのスパッタ面を、FE-SEMを用いて、加速電圧15kV、1000倍の倍率で二次電子像を撮影した。
次に、撮影したSEM画像(視野面積11569μm2)を、ImageJを用いてモード法により二値化した。SEM画像上で二値化処理によって黒色に仕分けされる周囲よりも色の暗い部分を黒色に変換し、当該黒色の部分を酸化物とみなし、当該酸化物の面積の合計をImageJのAnalyzePrticles機能を用いて測定した。
パーティクルの評価は以下のようにして実施した。
まず、実施例1~4および比較例1に係る磁性材ターゲットについて、直径165.1mm、厚さ4.0mmの形状へ旋盤で切削加工し、円盤状のターゲットを作製した。これらをマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ株式会社製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを行った。スパッタリングの条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、1kWhrのプレスパッタリングを実施した後、4インチ径のシリコン基板上に20秒間成膜した。
次に、実施例1~4のそれぞれについて、基板上へ付着した粒径が0.09μm以上の大きさの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。パーティクルカウンターにはCandela CS920(KLA Tencor株式会社製)を使用した。スパッタにより成膜されたウェハにレーザーを照射し、そのレーザーの反射や散乱を検知することによりパーティクルを判別した。
表1によれば、実施例1~4に係る磁性材ターゲットは、それぞれPt、Cr、Bと、酸化物と、を含み、残部がCoであり、Co、Pt、Crの濃度の合計が50at%以上であり、Bの濃度が9at%以上であり、Oの濃度が13.5at%以上であり、Bの酸化物を含み、酸化物の形状を円と仮定して算出した酸化物の直径の算術平均値が0.55μm以下であった。このため、スパッタ製膜時のパーティクルの発生が良好に抑制された。
これに対し、比較例1に係る磁性材ターゲットは、酸化物の形状を円と仮定して算出した酸化物の直径の算術平均値が0.55μm超であった。このため、スパッタ製膜時のパーティクルの発生を抑制できなかった。
Claims (4)
- Pt、Cr、Ru、B、及び、Tiのうちいずれか一種以上と、
Bの酸化物と、
を含み、残部がCo及び選択的に含む不純物であり、
Coを主成分とし、
Co、Pt、Cr、Ru、及び、Tiの濃度の合計が50at%以上であり、
Bの濃度が9at%以上であり、Oの濃度が13.5at%以上であり、
前記酸化物の形状を円と仮定して算出した前記酸化物の直径の算術平均値が0.55μm以下であり、
観察視野面積11569μm 2 当たりの前記酸化物の面積の合計が1900μm 2 以下である、磁性材ターゲット。 - 観察視野面積11569μm2当たりの前記酸化物の個数が5000個以上である、請求項1に記載の磁性材ターゲット。
- 更にAl、Si、Ba、Be、Ca、Ce、Cr、Co、Dy、Er、Eu、Ga、Gd、Ho、Li、Mg、Mn、Nb、Nd、Pr、Sc、Sm、Sr、Ta、Tb、Ti、V、Y、Zn、Zrから選択される元素の酸化物をいずれか一種以上含有する、請求項1に記載の磁性材ターゲット。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の磁性材ターゲットと、
前記磁性材ターゲットに接合されたバッキングプレートと、
を備えた、磁性材ターゲット組立品。
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