本发明涉及用于磁记录介质的磁性体薄膜、特别是采用垂直磁记录方式的硬盘的磁记录层的成膜的强磁性材料溅射靶，并涉及初始粉粒少、在溅射时可得到稳定的放电的非磁性材料粒子分散型溅射靶。
背景技术：
在以硬盘驱动器为代表的磁记录领域，作为磁记录介质中的磁性薄膜的材料，使用以作为强磁性金属的Co、Fe或Ni为基质的材料。例如，在采用面内磁记录方式的硬盘的磁性薄膜中使用以Co作为主要成分的Co-Cr基或Co-Cr-Pt基强磁性合金。
另外，在采用近年实用化的垂直磁记录方式的硬盘的磁性薄膜中，多使用包含以Co作为主要成分的Co-Cr-Pt基强磁性合金和非磁性无机物粒子的复合材料。而且，从生产率高的观点考虑，上述磁性薄膜经常通过将以上述材料作为成分的溅射靶利用DC磁控溅射装置进行溅射来制作。
另一方面，硬盘的记录密度逐年急速增大，认为将来会从目前的600千兆比特/平方英寸的面密度达到1万亿比特/平方英寸。记录密度达到1万亿比特/平方英寸时，记录比特(bit)的尺寸小于10nm，在这种情况下，可以预料到由热起伏造成的超顺磁化成为问题，并且可以预料到现在使用的磁记录介质的材料，例如通过在Co-Cr基合金中添加Pt而提高了晶体磁各向异性的材料是不充分的。这是因为：以10nm以下的尺寸稳定地表现出强磁性的粒子需要具有更高的晶体磁各向异性。
鉴于上述理由，具有L10结构的FePt相作为超高密度记录介质用材料受到关注。具有L10结构的FePt相的晶体磁各向异性高，并且耐腐蚀性、抗氧化性优良，因此，被期待为适合作为磁记录介质应用的材料。并且，在使用FePt相作为超高密度记录介质用材料时，要求开发出使有序化的FePt磁性粒子以磁隔离的状态尽可能高密度且取向一致地分散的技术。
由于如上所述的情况，提出了将使具有L10结构的FePt磁性粒子利用氧化物、碳(C)等非磁性材料隔离的粒状结构的磁性薄膜用作采用热辅助磁记录方式的下一代硬盘的磁记录介质。该粒状结构磁性薄膜形成了磁性粒子彼此因非磁性物质存在于它们之间而磁绝缘的结构。作为具有粒状结构磁性薄膜的磁记录介质和与其相关的公知文献，可列举例如专利文献1。
作为上述含有具有L10结构的FePt相的粒状结构磁性薄膜，以体积比率计含有10％～50％的碳(C)作为非磁性物质的磁性薄膜尤其由于其磁特性高而受到关注。已知这样的粒状结构磁性薄膜通过使用Fe靶、Pt靶、C靶的单元素靶同时进行溅射，或者使用Fe-Pt合金靶、C靶同时进行溅射来制作。然而，为了使用这些溅射靶同时溅射，需要价格昂贵的同时溅射装置。
因此，在批量生产时，使用包含Fe基合金和非磁性材料的一体型烧结体溅射靶进行磁性薄膜的制作。但是，这样的靶在精(机械)加工时，在表面露出的非磁性相有时受到缺损、挤裂(むしれ)等损伤，其在溅射时存在意外脱落或者导致异常放电，从而粉粒(附着于基板上的异物)的产生增加的问题。
为了解决这样的问题，以往多使用减小表面粗糙度的方案。例如，专利文献2教导了一种进行将溅射靶的表面粗糙度调节为Ra≤1.0μm等，从而抑制结瘤的生成并抑制粉粒的产生的技术。然而，在此公开的溅射靶由于不存在氧化物等非磁性粒子，因此靶的表面机械加工是容易的，比较容易实现粉粒的抑制效果，但是存在不能用于本发明这样的非磁性粒子微细分散的溅射靶的问题。
另外，作为其它方案，对于不含有非磁性材料的溅射靶而言，为了减少初始粉粒(缩短预烧时间)，还进行通过蚀刻等的化学方法而非通过机械加工等物理方法来除去加工应变。然而，在Fe、Pt等金属中含有碳(C)、氧化物的磁性材料靶的情况下，不能进行良好的蚀刻，不能进行与包含单元素的靶同样的表面粗糙度的改善。
另外，专利文献3中公开了一种通过除去溅射靶的表面变形层来实现缩短溅射时的预烧时间的技术。该表面处理方法通过使靶表面与粘弹性研磨介质(VEAM)接触而对靶表面进行挤压珩磨抛光。然而，这样的表面处理方法对于不存在非磁性粒子的金属材料是有效的，而在应用于存在非磁性粒子的靶的情况下，存在这些非磁性粒子脱落的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-152471号公报
专利文献2：日本特开平11-1766号公报
专利文献3：日本特表2010-516900号公报
技术实现要素：
发明所要解决的问题
如上所述，含有Fe等金属材料和碳(C)等非磁性材料的磁性材料靶的情况下，露出于靶表面的非磁性相由于机械加工而受到缺损、挤裂等损伤，存在溅射时粉粒产生增加这样的问题。另外，即使能够解决该机械加工成为原因的非磁性相的缺损、挤裂的问题，与表面机械加工相伴的残余加工应变存在于靶中，这也成为粉粒产生的原因。尤其是，由于该残余加工应变的把握并不充分，因而对表面加工方法和加工的精度造成影响，未实现从根本上解决粉粒产生。
用于解决问题的手段
为了解决上述的问题，本发明人进行了深入研究，结果发现，通过减少机械加工时的非磁性相的缺损、挤裂，并且减少溅射靶的残余加工应变，以X射线衍射的峰的积分宽度鉴定该残余加工应变的程度，由此可以提供非磁性材料粒子分散型溅射靶，该溅射靶能够抑制溅射时的初始粉粒的产生从而大幅缩短预烧时间，并且在溅射时可得到稳定的放电。
基于这样的发现，本发明提供：
1)一种溅射靶，其为具有含有Fe的金属基质相、和形成粒子并分散存在的非磁性相的溅射靶，其特征在于，作为非磁性相含有0.1～40摩尔％的C，所述溅射靶的X射线衍射的单峰之中强度最高的衍射峰的积分宽度为0.8以下。
2)如1)所述的溅射靶，其特征在于，金属基质相中，Pt为33摩尔％以上且56摩尔％以下、剩余部分为Fe和不可避免的杂质。
3)如1)或2)所述的溅射靶，其特征在于，
作为非磁性相含有5～25摩尔％的选自SiO2、TiO2、Ti2O3、Cr2O3、Ta2O5、Ti5O9、B2O3、CoO、Co3O4中的一种以上氧化物。
4)如1)～3)中任一项所述的溅射靶，其特征在于，
金属基质相含有0.1摩尔％～10摩尔％的选自Ag、Cu、B、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Ru、Mo、Ta、W中的一种以上元素。
发明效果
本发明可以提供一种非磁性材料粒子分散型溅射靶，其能够抑制溅射时的初始粉粒的产生从而大幅缩短预烧(burn-in)时间，并且在进行溅射时可得到稳定的放电。另外，由此靶寿命延长，能够以低成本制造磁性体薄膜。还具有能够显著提高由溅射形成的膜的品质的效果。
具体实施方式
构成本发明的溅射靶的成分具有含有Fe的金属基质相、和形成粒子并分散存在的非磁性相。并且，其特征在于，X射线衍射的单峰之中强度最高的衍射峰的积分宽度为0.8以下。这成为残余加工应变降低的指标。由此，能够降低残余加工应变，因此起因于残余加工应变的初始粉粒的产生少，能够大幅减少预烧时间。
关于X射线衍射峰的积分值评价，根据JCPDS卡片：03-065-4899，已知α-Fe的X射线衍射峰中在2θ＝44.66°观察到归属于(111)面的峰、在65.01°观察到归属于(200)面的峰。另外，根据JCPDS卡片：01-074-4586，已知Fe3Pt的X射线衍射峰中在42.50°观察到归属于(202)面的峰，在44.70°观察到归属于(220)面的峰。然而，在包含Fe-Pt合金的靶的情况下，即使在44.7°附近观察到X射线衍射峰，有时也难以判断是得自归属于α-Fe(111)面的峰，还是得自归属于Fe3Pt(220)面的峰，或者是得自它们的加总。
因此，本发明中，作为用于积分宽度评价的X射线衍射峰，设定为从没有与其它峰重叠的可能性的单峰中选择。另外，其中，为了使测定误差的影响最小，选择单峰中强度最高的峰。加工应变的大小在X射线衍射中影响峰位置和峰宽。在晶格间距的偏差恒定的状态下以使得其平均值减小或增大的方式产生应变的情况下，不影响峰宽，仅峰位置向高角度侧或低角度侧偏移。然而，赋予加工应变时，实际上晶格间距的偏差增大，因此有时峰宽增大，同时峰位置也一定程度地偏移。因此，定量地比较峰宽的大小相当于比较应变的大小。并且，作为峰的宽度的指标，可使用由测定条件造成的影响少的积分宽度。此处，积分宽度是指峰的积分面积除以峰强度而得到的值。
在本发明中，作为金属基质相，Pt为33摩尔％以上且56摩尔％以下、剩余部分为Fe和不可避免的杂质的溅射靶为代表性的组成，本申请发明包括这些溅射靶。这些溅射靶是在磁记录介质的磁性体薄膜、特别是采用垂直磁记录方式的硬盘的磁记录层的成膜中使用的强磁性材料溅射靶。
另外，作为非磁性相，至少含有0.1～40摩尔％的碳(C)。若溅射靶组成中的C粒子的含量小于0.1摩尔％，则在磁性薄膜中碳不能使磁性粒子间的磁相互作用充分绝缘，因此有时得不到良好的磁特性，另外，若大于40摩尔％，则有时C粒子聚集，在靶组织中产生粗大的C相，从而增加粉粒的产生。
另外，作为非磁性相，除了在上文中描述的碳(C)以外，还可以列举选自SiO2、TiO2、Ti2O3、Cr2O3、Ta2O5、Ti5O9、B2O3、CoO、Co3O4中的一种以上氧化物。本申请发明的靶含有5～25摩尔％的这些氧化物。需要说明的是，在后述的实施例中，仅表示了它们的一部分的例子，但是作为非磁性相均具有大致等价的功能。
此外，本发明的溅射靶中，作为金属基质相，可以含有0.1摩尔％以上且10摩尔％以下的选自Ag、Cu、B、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Ru、Mo、Ta、W中的一种以上元素。这些是为了提高作为磁记录介质的特性而根据需要添加的元素。配合比例可以设定为上述范围，均能够保持作为有效的磁记录介质的特性。
本发明的溅射靶能够通过粉末烧结法进行制作。
首先，准备各金属元素的金属元素的粉末。这些粉末优选使用粒径为0.5μm以上且10μm以下的粉末。粉末的粒径过小时，存在氧化被促进从而使溅射靶中的氧浓度上升等问题，因此优选为0.5μm以上。另一方面，若粉末的粒径大，则不易使C粒子在合金中微细分散，因此优选使用10μm以下的粉末。
另外，可以使用这些金属的合金粉末(例如Fe-Pt粉)代替各金属元素的粉末。尤其是，对于包含Pt的合金粉末而言，虽然取决于其组成，但是对于降低原料粉末中的氧量是有效的。在使用合金粉末的情况下，也优选使用粒径为0.5μm以上且10μm以下的粉末。
然后，将这些的金属粉末按照所期望的组成进行称量，使用球磨机等公知的方法进行粉碎及混合。在添加非磁性粒子的情况下，在该阶段与金属粉末进行混合即可。
作为非磁性粒子的粉末，准备C粉末和氧化物粉末，非磁性粒子的粉末优选使用粒径为0.5μm以上且10μm以下的粉末。粉末的粒径过小时，容易聚集，因此优选为0.5μm以上，另一方面，若粒径大，则成为粉粒的产生源，因此优选使用10μm以下的粉末。
然后，将上述的粉末按照所期望的组成进行称量后，使用磨碎机将上述原料粉末粉碎并混合。此处，作为混合装置，可以使用球磨机、研钵等，优选使用球磨机等强力的混合方法。另外，若考虑混合中的氧化的问题，则优选在惰性气体气氛中或真空中进行混合。
使用热压装置对如此得到的混合粉末进行成形和烧结，从而制成烧结体。成形和烧结不限于热压，也可以使用放电等离子体烧结法、热等静压烧结法。烧结时的保持温度虽然取决于靶的组成，但是多数情况下设定为1100℃～1400℃的温度范围。
之后，从热压装置中取出，对烧结体进行热等静压加工。这是对于提高烧结体的密度有效的手段。热等静压加工时的保持温度虽然也取决于靶的组成，但是多数情况下设定为1100℃～1400℃的温度范围。另外，加压压力设定为100MPa以上。然后，利用车床将如此得到的烧结体加工成所期望的形状。
本发明中除去残余加工应变是重要的，在车床加工后进行旋转平面磨削加工，之后进行利用磨粒的研磨加工(精加工)。基于这些加工的评价通过观察XRD(X射线衍射)的峰来进行。然后，使得XRD的单峰之中强度最强的峰的积分宽度为0.8以下。
上述靶的通过X射线衍射测定的峰(是指晶面)的积分宽度反映该晶面中包含的内部应变，其是由于进行靶制造时的塑性加工、靶切削等机械加工时的加工应变而产生的。在该情况下，积分宽度越大(峰越宽)，意味着残余应变大。
其最终评价依赖于原材料的种类和表面加工，因而反复进行一定程度的试验，使得能够达成目标。若表面加工工艺一旦确定，则能够恒定地获得使得XRD的单峰之中强度最强的峰的积分宽度为0.8以下的条件。这些可以说是如果清楚把握本申请发明则本领域技术人员容易得到的条件。如此进行，能够制造非磁性粒子微细分散的溅射靶。
实施例
以下，基于实施例和比较例进行说明。需要说明的是，本实施例仅仅是一例，本发明不限于该例。即，本发明仅由权利要求书限制，还包括本发明中所含的实施例以外的各种变形。
(实施例1)
作为原料粉末，准备平均粒径3μm的Fe粉末、平均粒径3μm的Pt粉末、平均粒径1μm的TiO2粉末、平均粒径1μm的C粉末。C粉末使用市售的无定形碳。对于这些粉末，按照靶的组成为Fe-40Pt-9TiO2-10C(摩尔％)称量合计重量2600g的Fe粉末、Pt粉末、TiO2粉末、C粉末。
接着，将称量的粉末与作为粉碎介质的二氧化钛球一起封入容量10升的球磨罐中，旋转4小时而进行混合和粉碎。然后，将从球磨机中取出的混合粉末填充到碳制模具中并进行热压。热压的条件设定为真空气氛、升温速度300℃/小时、保持温度1200℃、保持时间2小时，从升温开始时至保持结束以30MPa进行加压。保持结束后在腔室内原样自然冷却。
接着，对于从热压机的模具中取出的烧结体实施热等静压加工。热等静压加工的条件设定为升温速度300℃/小时、保持温度1100℃、保持时间2小时，从升温开始时缓缓提高Ar气体的气体压力，在保持在1100℃的过程中以150MPa进行加压。保持结束后在炉内原样自然冷却。对如此制作的烧结体进行车床加工，之后进行旋转平面磨削加工，然后进行利用磨粒的研磨加工(精加工)，从而得到了直径180mm、厚度5mm的圆盘状的靶。旋转平面磨削加工的加工量设定为50μm，研磨加工(精加工)的加工量设定为3μm。
为了推测在该靶表面残留的残余应变，进行了XRD(X射线衍射)测定，结果单峰中强度最大的2θ＝41°附近的衍射峰的积分宽度为0.6，在本申请发明的范围内。需要说明的是，使用理学公司制UltimaIV作为测定装置，测定条件设定为管电压40kV、管电流30mA、扫描速度1°/分钟、步长0.005°。
接着，将该靶安装在磁控溅射装置(Canon ANELVA制C-3010溅射系统)中，并进行溅射。溅射的条件设定为输入功率1kW、Ar气体压力1.7Pa，实施2kWh的预溅射后，在4英寸直径的硅基板上以1kW进行20秒钟的成膜。
然后，用粉粒计数器对基板上附着的粉粒的个数进行测定。结果，在进行了0.4kWh的溅射的时刻，粉粒数减少至背景水平(5个)以下。即，能够将稳定溅射靶的特性所需的时间(预烧时间)缩短至0.4kWh。需要说明的是，由于在进行预烧的期间不能开始生产，因此预烧时间越短越优选，期望为1.0kWh以下。
(实施例2)
通过与实施例1同样的方法，制作了组成为Fe-40Pt-9TiO2-10C(摩尔％)的烧结体。对该烧结体进行车床加工，之后进行平面磨削加工，从而得到了直径180mm、厚度5mm的圆盘状的靶。精加工也通过平面磨削实施，在将切削量设定为无限接近零的条件下实施了精加工。平面磨削加工的加工量设定为50μm，其中精加工设定为1μm。为了推测在该靶表面残留的残余应变，在与实施例1相同的条件下进行了XRD(X射线衍射)测定，结果单峰中强度最大的2θ＝41°附近的衍射峰的积分宽度为0.8，在本申请发明的范围内。
接着，使用该靶在与实施例1同样的条件下进行溅射，用粉粒计数器对基板上附着的粉粒的个数进行测定。结果，在进行了0.8kWh的溅射的时刻，粉粒数减少至背景水平(5个)以下。即，能够将稳定溅射靶的特性所需的时间(预烧时间)缩短至0.8kWh。需要说明的是，由于在进行预烧的期间不能开始生产，因此预烧时间越短越优选，期望为1.0kWh以下。
(实施例3)
作为原料粉末，准备平均粒径3μm的Fe粉末、平均粒径3μm的Pt粉末、平均粒径5μm的B2O3粉末、平均粒径2μm的C粉末。对于这些粉末，按照靶的组成为Fe-40Pt-5B2O3-14C(摩尔％)称量合计重量2500g的Fe粉末、Pt粉末、B2O3粉末、C粉末。
接着，将称量的粉末与作为粉碎介质的钢球一起封入容量10升的球磨罐中，旋转4小时而进行混合和粉碎。然后，将从球磨机中取出的混合粉末填充到碳制模具中并进行热压。热压的条件设定为真空气氛、升温速度300℃/小时、保持温度1000℃、保持时间2小时，从升温开始时至保持结束以30MPa进行加压。保持结束后在腔室内原样自然冷却。
接着，对从热压机的模具中取出的烧结体实施热等静压加工。热等静压加工的条件设定为升温速度300℃/小时、保持温度1100℃、保持时间2小时，从升温开始时起缓缓提高Ar气体的气体压力，在保持在1100℃的过程中以150MPa进行加压。保持结束后在炉内原样自然冷却。对如此制作的烧结体进行车床加工，之后进行旋转平面磨削加工，然后进行利用磨粒的研磨加工(精加工)，从而得到了直径180mm、厚度5mm的圆盘状的靶。旋转平面磨削加工的加工量设定为50μm，研磨加工(精加工)的加工量设定为3μm。
为了推测在该靶表面残留的残余应变，在与实施例1相同的条件下进行了XRD(X射线衍射)测定，结果单峰中强度最大的2θ＝41°附近的衍射峰的积分宽度为0.7，在本申请发明的范围内。接着，将该靶安装在磁控溅射装置(Canon ANELVA制C-3010溅射系统)中，并进行溅射。溅射的条件设定为输入功率1kW、Ar气体压力1.7Pa，实施2kWh的预溅射后，在4英寸直径的硅基板上以1kW进行20秒钟的成膜。
然后，用粉粒计数器对基板上附着的粉粒的个数进行测定。结果，在进行了0.4kWh的溅射的时刻，粉粒数减少至背景水平(5个)以下。即，能够将稳定溅射靶的特性所需的时间(预烧时间)缩短至0.6kWh。需要说明的是，在进行预烧的期间不能开始生产，因此预烧时间越短越优选，期望为1.0kWh以下。
(实施例4)
通过与实施例3同样的方法，制作了组成为Fe-40Pt-5B2O3-14C(摩尔％)的烧结体。对该烧结体进行车床加工，之后进行平面磨削加工，从而得到了直径180mm、厚度5mm的圆盘状的靶。精加工也通过平面磨削实施，在将切削量设定为无限接近零的条件下实施了精加工。平面磨削加工的加工量设定为50μm，其中精加工设定为1μm。为了推测在该靶表面残留的残余应变，在与实施例1相同的条件下进行了XRD(X射线衍射)测定，结果单峰中强度最大的2θ＝41°附近的衍射峰的积分宽度为0.8，在本申请发明的范围内。
接着，使用该靶在与实施例1同样的条件下进行溅射，用粉粒计数器对基板上附着的粉粒的个数进行测定。结果，在进行了0.9kWh的溅射的时刻，粉粒数减少至背景水平(5个)以下。即，能够将稳定溅射靶的特性所需的时间(预烧时间)缩短至0.9kWh。需要说明的是，在进行预烧的期间不能开始生产，因此预烧时间越短越优选，期望为1.0kWh以下。
(比较例1)
与实施例1同样地进行，制作了组成为Fe-40Pt-9TiO2-10C(摩尔％)的靶。但是，在对烧结体进行机械加工时，仅采用车床加工。为了推测在该靶表面残留的残余应变，在与实施例1相同的条件下进行了XRD(X射线衍射)测定，结果单峰中强度最大的2θ＝50°附近的衍射峰的积分宽度为1.2，超出了本申请发明的范围。使用该靶在与实施例1同样的条件下进行了溅射，结果在进行了1.5kWh的溅射的时刻，粉粒数减少至背景水平(5个)以下。即预烧时间为1.5kWh，比实施例1长。
(比较例2)
通过与实施例3同样的方法，制作了组成为Fe-40Pt-5B2O3-14C(摩尔％)的烧结体。但是，在对烧结体进行机械加工时，仅采用车床加工。为了推测在该靶表面残留的残余应变，在与实施例1相同的条件下进行了XRD(X射线衍射)测定，结果单峰中强度最大的2θ＝50°附近的衍射峰的积分宽度为1.6，超出了本申请发明的范围。使用该靶在与实施例1同样的条件下进行了溅射，结果在进行了2.2kWh的溅射的时刻，粉粒数减少至背景水平(5个)以下。即，预烧时间为2.2kWh，比实施例3长。
[表1]
产业实用性
本发明提供一种非磁性材料粒子分散型溅射靶，其可以抑制溅射时的初始粉粒的产生从而大幅减少预烧时间，并且在溅射时可以得到稳定的放电。靶寿命延长，能够以低成本制造磁性体薄膜。此外，能够显著提高通过溅射形成的膜的品质。作为在磁记录介质的磁性体薄膜、尤其是硬盘驱动器记录层的成膜中使用的强磁性材料溅射靶有用。