粉粒产生少的强磁性材料溅射靶的制作方法

专利名称：粉粒产生少的强磁性材料溅射靶的制作方法
技术领域：
本发明涉及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，并且涉及漏磁通大、用磁控溅射装置溅射时可以得到稳定的放电、粉粒产生少的溅射靶。
背景技术：
在以硬盘驱动器为代表的磁记录领域，作为承担记录的磁性薄膜的材料，使用以作为强磁性金属的CoJe或M为基质的材料。例如，采用面内磁记录方式的硬盘的记录层中使用以Co为主成分的Co-Cr系或Co-Cr-Pr系的强磁性合金。
另外，在采用近年实用化的垂直磁记录方式的硬盘的记录层中，通常使用包含以 Co为主成分的Co-Cr-Pr系的强磁性合金与非磁性的无机物的复合材料。
而且，硬盘等磁记录介质的磁性薄膜，从生产率高的观点考虑，通常使用以上述材料为成分的强磁性材料溅射靶进行溅射来制作。
作为这样的强磁性材料溅射靶的制作方法，考虑熔炼法或粉末冶金法。要采用哪种方法来制作取决于所要求的特性，不能一概而论，在垂直磁记录方式的硬盘的记录层中使用的、包含强磁性合金和非磁性的无机物粒子的溅射靶，一般通过粉末冶金法来制作。这是因为由于需要将无机物粒子均勻地分散到合金基质中，因此难以通过熔炼法制作。
例如，提出了用行星运动型混合机将Co粉末、Cr粉末、T^2粉末和S^2粉末混合而得到的混合粉末与Co球形粉末混合，将所得混合粉末利用热压进行成形而得到磁记录介质用溅射靶的方法(专利文献1)。
此时的靶组织中，可以看到在作为均勻分散有无机物粒子的金属基质的相(A)中具有球形的相(B)的形态(专利文献1的图1)。这样的组织，虽然在漏磁通提高方面是良好的，但是从抑制溅射时的粉粒产生的观点考虑，不能说是适合的磁记录介质用溅射靶。
另外，提出了在通过雾化法制作的Co-Cr-Ta合金粉末中混合S^2的粉末后，利用球磨机实施机械合金化，将氧化物分散到Co-Cr-Ta合金粉末中，利用热压进行成形，从而得到Co系合金磁性膜用溅射靶的方法(专利文献2)。
此时的靶组织，图虽然不清晰，但是具备在大的白色球状的组织(Co-Cr-Ta合金) 的周围包围有黑色部分(SiO2)的形状。这样的组织也不能说是适合的磁记录介质用溅射靶。
另外，提出了将C0-Cr 二元合金粉末与Pt粉末和SiA粉末混合，对所得到的混合粉末进行热压，由此得到磁记录介质薄膜形成用溅射靶的方法(专利文献3)。
此时的靶组织，虽然没有图示，但是记载了观察到Pt相、Si02相和C0-Cr 二元合金相，并且在Co-Cr 二元合金层的周围观察到扩散层。这样的组织也不能说是适合的磁记录介质用溅射靶。
溅射装置有各种方式，在上述磁记录膜的成膜中，从生产率高的观点考虑，广泛使用具备DC电源的磁控溅射装置。溅射法使用的原理如下将作为正极的衬底与作为负极的靶对置，在惰性气体气氛中，在该衬底与该板之间施加高电压以产生电场。
此时，惰性气体电离，形成包含电子和阳离子的等离子体，该等离子体中的阳离子撞击靶(负极)的表面时将构成靶的原子击出，该飞出的原子附着到对置的衬底表面形成膜。通过这样的一系列动作，构成靶的材料在衬底上形成膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1 日本特愿2010-011326
专利文献2 日本特开平10-088333号公报
专利文献3 日本特开2009-1860号公报发明内容
一般而言，当欲通过磁控溅射装置对强磁性材料溅射靶进行溅射时，由于来自磁铁的磁通量大部分通过作为强磁性体的靶内部，因此漏磁通变少，产生溅射时不能进行放电，或者即使放电也不能稳定放电的大问题。
为了解决该问题，已知在溅射靶的制造工序中投入约30 μ m 约150 μ m的金属粗粒以有意地将靶组织不均勻化的技术。但是，此时，通常金属粗粒与母材的烧结性不充分， 烧结后金属粗粒形成与母材成分不同的粗大相，而存在如下问题该靶中的粗大相在溅射过程中剥离，从而产生粉粒。另外，与母材成分不同的粗大相与母材的侵蚀速度存在差异， 因此在其边界处产生异常放电，成为粉粒产生的原因。
可见，以往即使是磁控溅射的情况下，通过增大漏磁通也能得到稳定的放电，但是，溅射时由于与母材成分不同的粗大相的剥离，而具有粉粒增加的倾向。
本发明鉴于上述问题，其课题在于提供用磁控装置可以稳定地放电，并且溅射时的粉粒产生少，使漏磁通提高的强磁性材料溅射靶。
为了解决上述课题，本发明人进行了广泛深入的研究，结果发现，通过调节靶的组织结构，可以得到漏磁通大、并且粉粒产生少的靶。
基于该发现，本发明提供
1) 一种强磁性材料溅射靶，包含Cr为20摩尔％以下、其余为Co的组成的金属，其特征在于，该靶组织具有金属基质(A)、以及在所述㈧中的含有90重量％以上的Co的扁平状相(B)，所述相(B)的平均粒径为ΙΟμπι以上且150μπι以下、并且平均短径长径比为 1 2 1 10。
另外，本发明提供
2) 一种强磁性材料溅射靶，包含Cr为20摩尔％以下、Pt为5摩尔％以上且30摩尔％以下、其余为Co的组成的金属，其特征在于，该靶组织具有金属基质(A)、以及在所述 (A)中的含有90重量％以上的Co的扁平状相(B)，所述相⑶的平均粒径为ΙΟμπι以上且 150 μ m以下、并且平均短径长径比为1 2 1 10。
另外，本发明提供
3)如上述1)至2、中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，含有0. 5摩尔％以上且10摩尔％以下的选自B、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Ru、Mo、Ta和W的一种以上元素作为添加元素。
另外，本发明提供
4)如上述1)至幻中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，在溅射靶的断面中，所述相(B)所占的面积率为15 50%。
另外，本发明提供
5)如上述1)至4)中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，金属基质(A) 中含有选自碳、氧化物、氮化物、碳化物和碳氮化物的一种以上成分的无机物材料。
发明效果
这样调节的靶，漏磁通大，在磁控溅射装置中使用时，有效促进惰性气体的电离， 可以得到稳定的放电，因此可以将靶厚度增厚，因此具有靶的更换频率降低，可以以低成本制造磁性体薄膜的优点。另外，具有的优点是粉粒的产生少，因此溅射形成的磁记录膜的不合格品少，可以减少成本。


图1是用光学显微镜观察实施例1的靶的研磨面时的组织图像。
图2是用光学显微镜观察比较例1的靶的研磨面时的组织图像。
图3是用光学显微镜观察实施例2的靶的研磨面时的组织图像。
图4是用光学显微镜观察比较例2的靶的研磨面时的组织图像。
图5是实施例1的靶的侵蚀面的三维图像。
图6是比较例1的靶的侵蚀面的三维图像。
图7是实施例2的靶的侵蚀面的三维图像。
图8是比较例2的靶的侵蚀面的三维图像。
具体实施方式
构成本发明的强磁性材料溅射靶的主要成分，是Cr为20摩尔％以下、其余为Co 的金属、或者Cr为20摩尔％以下、Pt为5摩尔％以上且30摩尔％以下、其余为Co的金属。 另外，所述Cr作为必要成分添加，因此不包括0摩尔％。即，含有可以进行分析的下限值以上的Cr。Cr量如果为20摩尔％以下，则即使在微量添加的情况下也有效果。本申请发明包括这些方案。
这些成分为作为磁记录介质所必需的成分，其配合比例在上述范围内多种多样， 但是任一比例均可以保持作为有效的磁记录介质的特性。
本发明中重要的一点在于靶组织具有含有90重量％以上的Co的扁平状相⑶， 所述相⑶的平均粒径为IOym以上且150 μ m以下，平均短径长径比为1 2 1 10， 所述相(B)与金属基质(A)的成分不同，形成为通过金属基质(A)而各自分离的结构。
本发明中使用的扁平状，是指例如楔、新月、上弦月这样的形状、或者两个以上这样的形状连接而形成的形状。另外，在对这些形状进行定量规定的情况下，相当于短径与长径的比(以下称为短径长径比)平均为1 2 1 10的形状。
另外，扁平状是从上方观察时的形状，并非没有凹凸完全平坦的状态。即，也包括稍有起伏或凹凸的形状。
在具有这样的组织的靶中，通过将Co雾化球形粉末形成为楔形这样的形状，且正是通过楔效应，可以防止在溅射时由于相(B)的脱离而产生粉粒。另外，通过破坏球形，可以减轻雾化粉末为球形时产生的侵蚀速度的偏差，可以抑制由于侵蚀速度相异的边界而引起的粉粒产生。
相⑶的平均粒径期望为10 μ m以上且150 μ m以下。如图1所示，在金属基质㈧ 中存在细小的无机物材料(选自碳、氧化物、氮化物、碳化物的一种以上成分)的粒子(图 1中微细分散的黑色部分为无机物材料的粒子)，但是，相(B)的直径低于10 μ m时，无机物材料的粒子与混合存在的金属的粒子尺寸差异小，因此在将靶材烧结时，相(B)为球形，因此扩散速度虽然慢但是仍然进行扩散，因此由于该扩散的进行，导致相(B)的存在变得不明确。
另一方面，超过150 μ m时，随着溅射的进行靶表面丧失光滑性，容易产生粉粒的问题。因此，期望相(B)的大小为ΙΟμ 150 μ m。
另外，本发明中，相(B)为含有90重量％以上的Co的以Co为主成分的相。此时， 成为漏磁通大的靶，可以得到稳定的放电，因此具备适合于强磁性材料溅射靶的特性。为了保持所述扁平状相(B)的最大导磁率高，期望Co的浓度高。
使用纯Co作为原料，但是烧结时扁平状相⑶与周围的金属基质㈧相互扩散， 因此优选的相(B)的Co含量为90重量％以上，更优选95重量％以上，进一步优选97重量％以上。
另外，相⑶的Co含量可以使用EPMA来测定。另外，并不排斥使用其它测定方法， 只要是可以测定相⑶的Co量的分析方法，则同样可以应用。
如上所述，Co为主成分，但是具有中心纯度高，周围纯度稍微变低的倾向。在假定扁平状相⑶的径(长径和短径各自)缩小到1/3时的相似形状(扁平状)的相的范围内 (以下称为“中心附近”)，可以实现Co的浓度为97重量％以上，本申请发明包括这些方案。
另外，本发明中，也可以以0. 5摩尔％以上且10摩尔％以下的配合比含有选自B、 Ti、V、Mn、Zr、Nb、Ru、M0Ja*W的一种以上元素作为添加元素。这些元素属于为了提高作为磁记录介质的特性而根据需要添加的优选元素。
另外，本发明的强磁性材料溅射靶中，可以以分散于金属基质中的状态含有选自碳、氧化物、氮化物、碳化物或碳氮化物的一种以上无机物材料。此时，所具备的特性适合于具有颗粒结构的磁记录膜、特别是采用垂直磁记录方式的硬盘驱动器的记录膜的材料。
这样调节的靶，成为漏磁通大的靶，在磁控溅射装置中使用时，惰性气体的电离促进有效进行，可以得到稳定的放电。另外，可以将靶的厚度增厚，因此具有靶的更换频率低， 可以以低成本制造磁性体薄膜的优点。
而且，还具有如下优点可以减轻侵蚀速度的偏差，可以防止相的脱落，因此可以减少成为成品率下降原因的粉粒的产生量。
本发明的强磁性材料溅射靶，通过熔炼法或粉末冶金法制作。粉末冶金法的情况下，首先准备各金属元素的粉末、以及根据需要的添加金属元素的粉末。这些粉末期望使用最大粒径为20 μ m以下的粉末。另外，也可以准备这些金属的合金粉末代替各金属元素的粉末，此时也期望最大粒径为20 μ m以下。
另一方面，粒径过小时，会促进氧化，从而产生成分组成不在范围内等问题，因此进一步期望设定为0. 1 μ m以上。
而且，以达到所需组成的方式称量这些金属粉末，并使用球磨机等公知的方法同时进行粉碎和混合。添加无机物粉末的情况下，在该阶段与金属粉末混合即可。
作为无机物粉末，准备碳粉末、氧化物粉末、氮化物粉末、碳化物粉末或碳氮化物粉末，无机物粉末期望使用最大粒径为5μπι以下的粉末。另一方面，粒径过小时容易产生凝聚，因此进一步期望使用0. 1 μ m以上的粉末。
另外，准备直径在50 300 μ m范围内的Co雾化粉末，使用高能球磨机将Co雾化粉末与上述混合粉末粉碎、混合。粉碎、混合到Co雾化粉末呈扁平状，且平均粒径为150 μ m 以下。在此，使用的高能球磨机与球磨机或振动磨机相比，可以在短时间内进行原料粉末的粉碎、混合。
另外，可以单独地将准备的直径在50 300 μ m范围内的Co雾化粉末粉碎并筛分，制作平均粒径在10 150 μ m范围内的扁平状的粗粒，并与上述混合粉末混合。作为混合装置，优选不具有粉碎力的混合机、研钵等。另外，考虑到混合中的金属成分的氧化问题， 优选在惰性气体气氛中或者真空中进行混合。
使用真空热压装置将这样得到的粉末成形、烧结，并切削加工为所需的形状，由此可以制作本发明的强磁性材料溅射靶。另外，通过粉碎而使形状遭到破坏的Co粉末，与在靶组织中观察到的扁平状相(B)对应。
另外，成形、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。 烧结时的保持温度优选设定为使靶充分致密化的温度范围中的最低温度。根据靶的组成， 通常在800 1200°C的温度范围内。另外，烧结时的压力优选为300 500kg/cm2。
实施例
以下，基于实施例和比较例进行说明。另外，本实施例终究为一例，本发明不限于该例。即，本发明仅由权利要求书的范围限制，也包括本发明中包含的实施例以外的各种变形。
(实施例1、比较例1)
在实施例1中，作为原料粉末，准备平均粒径3 μ m的Co粉末、平均粒径5 μ m的Cr 粉末、平均粒径1 μ m的SW2粉末、直径在50 150 μ m范围内的Co雾化粉末。以靶的组成为78. 73Co-13. 07Cr-8. 2Si02 (摩尔％ )的方式称量Co粉末、Cr粉末、SiO2粉末和Co雾化粉末。
然后，将Co粉末、Cr粉末和S^2粉末与作为粉碎介质的二氧化锆球一起密封到容量10升的球磨机罐中，旋转20小时进行混合。再将所得到的混合粉末与Co雾化粉末加入到高能球磨机中，并粉碎、混合。
将所得混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛下、在温度1100°C、保持时间2小时、压力30MI^的条件下进行热压，得到烧结体。再使用车床将所得烧结体进行切削加工， 得到直径180mm、厚度5mm的圆盘状靶。
(关于粉粒数的评价)
关于粉粒数的评价，若为通常制品中使用的膜厚(记录层的厚度为5 lOnm)，则难以观察到粉粒数的差异，因此将膜厚调节到约通常的200倍左右(厚度IOOOnm)，通过增加粉粒的绝对数进行评价。结果如表1所示。
(关于漏磁通的测定方法)7
另外，漏磁通的测定根据ASTM F2086-01 (Standard Test Methodfor Pass Through Flux of Circular Magnetic Sputtering Targets,Method 2)实施。将革巴的中心固定，用旋转O度、30度、60度、90度和120度测定的漏磁通密度除以ASTM定义的reference field的值，并乘上100以百分数表示。而且，这五个点的平均结果作为平均漏磁通密度 (% )表示在表1中。(关于扁平状相(B)的Co含量与大小的测定方法)本实施例1的扁平状相⑶的Co含量，在相⑶的中心附近为98重量％以上。另夕卜，扁平状相(B)的大小的测定如下进行使用烧结体(包括溅射靶)的切割面，在放大到 220倍的照片上，对由30cm的线段切断的扁平状相(B)的数目进行计数，由该切割长度的平均值(ym)求出大小。结果以平均粒径表示在表1中。(关于扁平状相(B)的短径长径比的测定方法)另外，关于相(B)的短径长径比，用显微镜观察烧结体(包括溅射靶)的切割面， 测定在220倍的视野中存在的扁平状相⑶的短径和长径，并取其平均。而且，在任意5个视野中实施该测定并进行平均。另外，仅在视野的一部分中存在的扁平状相(B)除外。另夕卜，扁平状相(B)对于短径4μπι以上的相进行测定。结果如表1所示。另外，表中虽然没有记载，但是，扁平状相(B)所占的面积率，通过用显微镜观察烧结体(包括溅射靶)的切割面，测定在220倍的视野中存在的扁平状相(B)的面积，并用其除以视野的总面积而求出。另外，为了提高精度，可以在任意5个视野中实施该测定并进行平均。另外，与短径长径比的测定同样地将仅存在于视野的一部分中的扁平状相(B) 除外。另外，扁平状相(B)对于短径4μπι以上的相进行测定。结果，面积率为15%以上且 50%以下。另外，表中虽然没有记载，但是，扁平状相(B)中呈现目标形状的粒子的存在比率，通过用显微镜观察烧结体的切割面，并对220倍的视野中存在的扁平状相(B)中呈现目标形状(包括楔形等的扁平状)的个数进行计数，并用其除以整个视野中存在的扁平状相 (B)的个数。在任意的5个视野中实施该测定，并取其平均。另外，将仅存在于视野的一部分中的扁平状相(B)除外。另外，扁平状相(B)对于短径4μπι以上的相进行测定。结果， 存在比率为90%以上。在比较例1中，作为原料粉末，准备平均粒径3 μ m的Co粉末、平均粒径5 μ m的Cr 粉末、平均粒径1 μ m的SW2粉末、直径在30 150 μ m范围内的Co雾化粉末。以靶的组成为78. 73Co-13. 07Cr-8. 2Si02 (摩尔％ )的方式称量Co粉末、Cr粉末、SiO2粉末和Co雾化粉末。然后，将这些粉末与作为粉碎介质的二氧化锆球一起密封到容量10升的球磨机罐中，旋转20小时进行混合。然后，将所得混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛下、在温度1100°C、保持时间 2小时、压力30MPa的条件下进行热压，得到烧结体。再使用车床将所得烧结体进行切削加工，得到直径180mm、厚度5mm的圆盘状靶，对粉粒数进行计数，并测定平均漏磁通密度。结果如表1所示。表 权利要求
1.一种强磁性材料溅射靶，包含Cr为20摩尔％以下、其余为Co的组成的金属，其特征在于，该靶组织具有金属基质(A)、以及在所述(A)中的含有90重量％以上的Co的扁平状相(B)，所述相(B)的平均粒径为ΙΟμπι以上且150 μ m以下、并且平均短径长径比为 1 2 1 10。
2.一种强磁性材料溅射靶，包含Cr为20摩尔％以下、Pt为5摩尔％以上且30摩尔％ 以下、其余为Co的组成的金属，其特征在于，该靶组织具有金属基质(A)、以及在所述(A)中的含有90重量％以上的Co的扁平状相⑶，所述相⑶的平均粒径为10 μ m以上且150 μ m 以下、并且平均短径长径比为1 2 1 10。
3.如权利要求1至2中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，含有0.5摩尔％ 以上且10摩尔％以下的选自B、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Ru、Mo、Ta和W的一种以上元素作为添加元素。
4.如权利要求1至3中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，在溅射靶的断面中，所述相(B)所占的面积率为15 50%。
5.如权利要求1至4中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，金属基质㈧中含有选自碳、氧化物、氮化物、碳化物和碳氮化物的一种以上成分的无机物材料。
全文摘要
本发明涉及一种强磁性材料溅射靶，包含Cr为20摩尔％以下、其余为Co的组成的金属，其特征在于，该靶组织具有金属基质(A)、以及在所述(A)中的含有90重量％以上的Co的扁平状相(B)，所述相(B)的平均粒径为10μm以上且150μm以下、并且平均短径长径比为1∶2～1∶10。本发明得到可以抑制溅射时粉粒的产生、并且可以提高漏磁通，从而通过磁控溅射装置可以稳定地放电的强磁性材料溅射靶。
文档编号C23C14/34GK102482765SQ20108002568
公开日2012年5月30日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年7月20日
发明者中村祐一郎, 佐藤敦, 荒川笃俊, 荻野真一 申请人:吉坤日矿日石金属株式会社