WO2014027636A1 - Ｆｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材及びその製造方法並びに軟磁性薄膜層及びそれを使用した垂直磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

　スパッタリング中に割れないＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材が提供される。このＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材は、下記式（１）：　（Ｆｅ_Ｘ－Ｃｏ_{１００－Ｘ}）_{１００－Ｙ}Ｍ_Ｙ　…　（１） （式中、原子比が０≦Ｘ≦１００、４≦Ｙ≦２８であり、Ｍ元素がＮｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ及びＶの１種又は２種以上を含む）で表されるＦｅ－Ｃｏ－Ｍ系合金からなる。このスパッタリングターゲット材のミクロ組織は、Ｆｅ及びＣｏを主体とする相と、Ｆｅ及びＣｏの一種又は二種並びにＭ元素からなる金属間化合物相とを有し、ミクロ組織全体に占める共晶組織の面積は３０％以下である。

Description

Ｆｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材及びその製造方法並びに軟磁性薄膜層及びそれを使用した垂直磁気記録媒体

　本発明は、Ｆｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材及びその製造方法並びに軟磁性薄膜層及びそれを使用した垂直磁気記録媒体に関するものである。

　近年、磁気記録技術の進歩は著しく、ドライブの大容量化のために、磁気記録媒体の高記録密度化が進められており、従来普及していた面内磁気記録媒体より更に高記録密度が実現できる、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中の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、高記録密度に適した方法である。そして、垂直磁気記録方式においては、記録感度を高めた磁気記録膜層と軟磁性膜層とを有する２層記録媒体が開発されている。この磁気記録膜層には一般的にＣｏＣｒＰｔ－ＳｉＯ_２系合金が用いられている。

　一方、軟磁性膜層には特開２００６－２９４０９０号公報（特許文献１）に開示されているように、Ｆｅ－Ｃｏ系合金膜が提案されている。この特許文献１では、Ｆｅ及びＣｏに、膜構造をアモルファス又は微結晶とするために、Ｓｉ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ及び／又はＭｏを２０原子％以上添加している。

　また、特開２０１０－１８８８４号公報（特許文献２）には、（Ｆｅ－２０～８０Ｃｏ）－４～２５Ｎｂ又はＴａの組成を有し、金属間化合物相のサイズが最大内接円で１０μｍ以下で共晶組織を有していることを特徴とするＦｅ－Ｃｏ系合金系のスパッタリングターゲット材が提案されている。

特開２００６－２９４０９０号公報 特開２０１０－１８８８４号公報

　上述のようなＦｅ－Ｃｏ系合金膜を形成するには、それに対応するＦｅ－Ｃｏ系スパッタリングターゲット材が必要となる。しかし、上述のような膜組成を実現するスパッタリングターゲット材はスパッタリング中に割れるという問題があった。特に、特許文献２に開示されている、（Ｆｅ－２０～８０Ｃｏ）－４～２５Ｎｂ又はＴａの組成のスパッタリングターゲット材で共晶組織を有すると、スパッタ時にターゲットが割れるという問題があった。

　上述のような問題を解消するために、本発明者らは鋭意開発を進めた結果、スパッタリングターゲット材のミクロ組織を調整することで、スパッタリング中のスパッタリングターゲット材の割れを防止できることを見出し本発明に至った。より具体的には、ミクロ組織全体に占める共晶組織の面積を３０％以下とすることで、スパッタリング中に割れないＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材を提供できるとの知見を得た。

　したがって、本発明の目的は、スパッタリング中に割れないＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材を提供することにある。

　本発明の一態様によれば、下記式（１）：
　　　　　（Ｆｅ_Ｘ－Ｃｏ_{１００－Ｘ}）_{１００－Ｙ}Ｍ_Ｙ　…　（１）
（式中、原子比が０≦Ｘ≦１００、４≦Ｙ≦２８であり、Ｍ元素がＮｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ及びＶの１種又は２種以上を含む）
で表されるＦｅ－Ｃｏ－Ｍ系合金からなるＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材であって、
　該スパッタリングターゲット材のミクロ組織が、Ｆｅ及びＣｏを主体とする相と、Ｆｅ及びＣｏの一種又は二種並びにＭ元素からなる金属間化合物相とを有し、ミクロ組織全体に占める共晶組織の面積が３０％以下である、Ｆｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材が提供される。

　本発明の別の一態様によれば、本発明のＦｅ－Ｃｏ－Ｍ系合金スパッタリングターゲット材の製造方法であって、該合金の溶湯をガスアトマイズにて作製した合金粉末を熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）により固化成形する工程を含んでなる方法が提供される。

　本発明の更に別の一態様によれば、本発明のＦｅ－Ｃｏ－Ｍ系合金スパッタリングターゲット材から成膜された軟磁性薄膜層が提供される。

　本発明の更に別の一態様によれば、本発明の軟磁性薄膜層を有する垂直磁気記録媒体が提供される。

本発明に係る共晶組織を示す模式図である。図中、ｓは金属間化合物の短手方向のサイズであり、ｄは金属間化合物同士で最も接近している部位の距離である。 表１のＮｏ．１の反射電子像を示す電子顕微鏡写真である。

　本発明のＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材について以下に具体的に説明する。なお、特段の明示がないかぎり含有量（％）はａｔ．％を意味するものとする。

　本発明のＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材は、下記式（１）：
　　　　　（Ｆｅ_Ｘ－Ｃｏ_{１００－Ｘ}）_{１００－Ｙ}Ｍ_Ｙ　…　（１）
（式中、原子比が０≦Ｘ≦１００、４≦Ｙ≦２８であり、Ｍ元素がＮｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ及びＶの１種又は２種以上を含む）で表されるＦｅ－Ｃｏ－Ｍ系合金からなる。スパッタリングターゲット材のミクロ組織は、Ｆｅ及びＣｏを主体とする相と、Ｆｅ及びＣｏの一種又は二種並びにＭ元素からなる金属間化合物相とを有する。また、ミクロ組織全体に占める共晶組織の面積は３０％以下である。

　式（１）におけるＸの範囲は０～１００であり、好ましくは２０～８０、さらに好ましくは２５～７５である。すなわち、Ｘは０を含むことから、スパッタリングターゲット材にＣｏ及びＦｅをいずれか一方又は両方を含んでいればよいことを意味する。

　式（１）において、Ｍ元素はＮｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ及びＶの１種又は２種以上を含む。これらの元素はＦｅ及びＣｏと共晶組織を形成する金属である。そこで、これらの元素の１種又は２種以上を含有するスパッタリングターゲット材とした。なお、上記Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ及びＶ元素の他、Ａｌ，Ｓｉ，Ｂ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｔｉ及びＺｒ元素の１種又は２種以上を４％未満の範囲内で添加することは、本発明の効果に何ら影響を及ぼすものでないことから、本発明において許容される。

　式（１）におけるＹの範囲は４～２８であり、好ましくは１０～２５、さらに好ましくは１５～２３である。Ｍ元素がＦｅ及びＣｏと共晶組織を形成させる金属であることから、これらの元素の１種又は２種以上を含有させることで添加する。しかし、Ｙが４未満ではその効果が十分でなく、また、Ｙが２８を超えるとスパッタリング中にスパッタターゲット材が割れる。

　ミクロ組織全体に占める共晶組織の面積は３０％以下であり、好ましくは１５％以下、さらに好ましくは８％以下である。共晶組織の面積が３０％を超えるとスパッタリング中にスパッタターゲットが割れるため、その上限を３０％とした。なお、共晶組織を３０％以下にするには、成形温度が９７０℃以上、好ましくは１０００℃以上、成形圧力は１３０ＭＰａ以上で成形するとよい。

　上述した共晶組織とその他の面積率については、スパッタリングターゲット材の端材から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）用試験片を採取し、試験片断面を研磨し、２０００倍で反射電子像を１０視野撮影し、共晶組織とその他の組織とを画像処理により抽出し、画像解析処理により共晶組織の面積（Ｓ１）、その他の組織の面積、及び観察視野の面積（Ｓ２）を測定して、共晶組織の面積（Ｓ１）と観察視野の面積（Ｓ２）の比の百分率、つまり、Ｓ１／Ｓ２×１００（％）より算出すればよい。

　図１は、本発明に係る共晶組織の一例を示す模式図である。図１（ａ）は上面断面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）及び（ｄ）は形状の異なる共晶組織を示す図である。この図１に示すように、Ｆｅ及びＣｏの一種又は二種並びにＭ元素からなる金属間化合物相の短手方向のサイズ（ｓ）が０．８μｍ以下、Ｆｅ及びＣｏの一種又は二種並びにＭ元素からなる金属間化合物相同士で最も接近している部位の距離ｄが０．６μｍ以下の組織とした。なお、Ｍ元素を含有する金属間化合物相間の相はＦｅ及びＣｏを主体とする相である。

　上述したような本発明のＦｅ－Ｃｏ－Ｍ系合金スパッタリングターゲット材を用いることで、スパッタリング中のスパッタリングターゲット材の割れを防止しながら、スパッタリングにより軟磁性薄膜層を好ましく成膜することができる。それにより本発明の軟磁性薄膜層を有する垂直磁気記録媒体を好ましく提供することができる。

　以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。

　表１に示す組成でガスアトマイズ法により軟磁性合金粉末を作製した。得られた粉末を５００μｍ以下に分級し、ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）による固化成形加工の原料粉末として用いた。ＨＩＰ成形用ビレットは、直径２５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの炭素鋼製の缶に原料粉末を充填したのち、蓋をして、真空脱気を施し、その後脱気孔を封入し作製した。この粉末を充填したビレットを表１に示す成形圧力、成形温度、保持時間の条件でＨＩＰ成形した。その後、成形体から直径１８０ｍｍ、厚さ７ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。このスパッタリングターゲット材を８枚スパッタリングし、スパッタにより厚さが最も薄くなった部位の厚さが１．５ｍｍになるまでスパッタリングを実施した後、８枚中何枚のターゲットが割れるかを評価し、割れた枚数が０枚と１枚のときは合格とした。

　表１及び表２に示すＮｏ．１～４８は本発明例であり、表３に示すＮｏ．４９～６７は比較例である。

　図２は、表１のＮｏ．１の反射電子像を示す電子顕微鏡写真である。この図２に示すように、この反射電子像は原子番号に依存したコントラストを示しており、Ｎｏ．１のスパッタリングターゲット材は灰色のＭ元素を含有する金属間化合物相と、濃灰色のＣｏ－Ｆｅ相からなる組織を呈している。この画像解析の結果、Ｓ１（共晶組織の面積）／Ｓ２（観察視野の面積）×１００（％）＝１５％であった。

　表３に示す比較例Ｎｏ．４９は共晶組織の面積（Ｓ１）が４０％のためスパッタリング中にスパッタリングターゲット材が割れる。比較例Ｎｏ．５０は共晶組織の面積（Ｓ１）が３５％のためスパッタリング中にスパッタリングターゲット材が割れる。比較例Ｎｏ．５１～５６は共晶組織の面積（Ｓ１）が１６％～２８％であるが、Ｍ元素が２９ａｔ％のためスパッタリング中にスパッタリングターゲット材が割れる。

　比較例Ｎｏ．５７～６２は共晶組織の面積（Ｓ１）が３４％～５０％と多いが、しかし、Ｍ元素が３ａｔ％と少ないためスパッタリング中にスパッタリングターゲット材が割れない。比較例Ｎｏ．６３～６７は共晶組織の面積（Ｓ１）が３３～５０％と多いが、Ｍ元素が合計で３ａｔ％と少ないためスパッタリング中にスパッタリングターゲット材が割れない。これに対し、表１及び２に示す本発明例は、いずれも本発明に係る条件を満たしていることから、スパッタリング中に割れのないＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材を提供することができる。

　以上述べたように、ターゲットの割れにつながる亀裂の進展をＦｅＣｏの相で食い止めるために、その要因である共晶組織が存在すると亀裂が化合物相中を進展しやすくなることから、そのスパッタリングターゲット材のミクロ組織を調整することで、スパッタリング中のスパッタリングターゲット材の割れを防止できるＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材を提供することにある。

Claims (8)

1. 　下記式（１）：
   　　　　　（Ｆｅ_Ｘ－Ｃｏ_{１００－Ｘ}）_{１００－Ｙ}Ｍ_Ｙ　…　（１）
   （式中、原子比が０≦Ｘ≦１００、４≦Ｙ≦２８であり、Ｍ元素がＮｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ及びＶの１種又は２種以上を含む）
   で表されるＦｅ－Ｃｏ－Ｍ系合金からなるＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材であって、
   　該スパッタリングターゲット材のミクロ組織が、Ｆｅ及びＣｏを主体とする相と、Ｆｅ及びＣｏの一種又は二種並びにＭ元素からなる金属間化合物相とを有し、ミクロ組織全体に占める共晶組織の面積が３０％以下である、Ｆｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材。
2. 　Ｘが２０～８０であり、Ｙが１０～２５である、請求項１に記載のＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材。
3. 　Ｘが２５～７５であり、Ｙが１５～２３である、請求項１に記載のＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材。
4. 　前記ミクロ組織全体に占める共晶組織の面積が１５％以下である、請求項１に記載のＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材。
5. 　前記ミクロ組織全体に占める共晶組織の面積が８％以下である、請求項１に記載のＦｅ－Ｃｏ系合金スパッタリングターゲット材。
6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載のＦｅ－Ｃｏ－Ｍ系合金スパッタリングターゲット材の製造方法であって、該合金の溶湯をガスアトマイズにて作製した合金粉末を熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）により固化成形する工程を含んでなる方法。
7. 　請求項１～５のいずれか一項に記載のＦｅ－Ｃｏ－Ｍ系合金スパッタリングターゲット材から成膜された軟磁性薄膜層。
8. 　請求項７に記載の軟磁性薄膜層を有する垂直磁気記録媒体。

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