专利名称：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，且涉及漏磁通大、通过磁控溅射装置进行溅射时可以得到稳定放电的溅射靶。
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，从生产率高的观点考虑，硬盘等磁记录介质的磁性薄膜，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，提出一种方法将具有通过快速凝固法制成的合金相的合金粉末与构成陶瓷相的粉末机械合金化，使构成陶瓷相的粉末均勻地分散在合金粉末中，通过热压成形而得到磁记录介质用溅射靶(专利文献1)。可以看到此时的靶组织是，基质以鱼白(鳕鱼的精子)状结合，在其周围包围着 SiO2 (陶瓷)的样子(专利文献1的图2)或分散为细绳状(专利文献1的图3)的样子。其它的图虽然不清晰，但是推测具有相同的组织。这样的组织具有后述的问题，不能说是适合的磁记录介质用溅射靶。另外，专利文献1的图4所示的球状物质为机械合金化粉末，并不是靶的组织。并且，即使不使用通过快速凝固法制成的合金粉末，通过以下方法也可以制成强磁性材料溅射靶对于构成靶的各成分准备市售的原料粉末，将这些原料粉末按照所需要的组成称量，通过球磨机等公知的方法混合，并通过热压将混合粉末成形、烧结，从而可以制成强磁性材料溅射靶。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 日本特开平10-88333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显著问题。为了解决上述课题，考虑减少作为强磁性金属的Co的含有比例。但是，由于此时不能得到所期望的磁记录膜，因此不是本质上的解决办法。另外，通过使靶的厚度变薄可以提高漏磁通，但是，此时靶的寿命变短，必须频繁更换靶，成为成本升高的主要因素。鉴于上述问题，本发明课题在于提供一种提高漏磁通、通过磁控溅射装置可以得到稳定的放电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研究，结果发现，通过调节靶的组织结构，可以得到漏磁通大的靶。基于这样的发现，本发明提供1) 一种强磁性材料溅射靶，其包含Cr为20摩尔％以下、其余为Co的组成的金属， 其特征在于，该靶的组织具有金属基质(A)和在所述(A)中的球形的相(B)，所述球形的相 (B)含有90重量％以上的Co且长径与短径之差为0% 50%。另外，本发明提供2) 一种强磁性材料溅射靶，其包含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，该靶的组织具有金属基质(A)和在所述 (A)中的球形的相(B)，所述球形的相(B)含有90重量％以上的Co且长径与短径之差为 0% 50%。另外，本发明提供3)如上述1) 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) 幻中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，球形的相(B) 的直径在30 μ m 150 μ m范围内。另外，本发明提供5)如上述1) 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) 在其中含有选自碳、氧化物、氮化物和碳化物的一种以上成分的无机物材料。另外，本发明提供6)如上述1) 幻中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，相对密度为 98%以上。发明效果这样调节后的靶具有下述优点其可以形成漏磁通大的靶，在磁控溅射装置中使用时，有效促进惰性气体的电离，得到稳定的放电。另外，由于可以使靶的厚度变厚，因此靶的更换频率变小，可以低成本地制造磁性体薄膜。
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是表示用电子探针显微分析仪(EPMA)测定实施例1的靶的研磨面时的元素分布图像的图。图3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4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5是表示用电子探针显微分析仪(EPMA)测定实施例2的靶的研磨面时的元素分布图像的图。图6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。
具体实施例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作为必须成分添加，不包括0摩尔％。即，含有可以分析的下限值以上的Cr量。只要Cr量为20摩尔％以下，即使微量添加时也具有效果。本申请发明包括这些方案。这些是作为磁记录介质所必须的成分，只要配合比例在上述范围内，可以是各种比例，均可维持有效的作为磁记录介质的特性。本申请发明重要的是，靶的组织具有含有90重量％以上的Co且长径与短径之差为0% 50%的球形的相(B)。并且，球形的相(B)的最大磁导率比周围组织的最大磁导率高，且球形的相(B)形成为各自被金属基质(A)分离的结构。对于具有这样的组织的靶而言，虽然现阶段仍未明确漏磁场提高的原因，但是认为由于靶内部的磁通量产生密的部分和疏的部分，与具有均勻的磁导率的组织相比，静磁能变高，因此磁通量向靶外部的漏出在能量上更有利。为了较高地维持所述球形的相⑶的最大磁导率，期望Co的浓度高。虽然作为原料使用纯Co，但是在烧结时，球形的相(B)与周围的金属基质(A)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。如上所述，虽然Co为主成分，但是具有中心的纯度高、周围的纯度稍低的倾向。在假设将球形的相⑶的径缩小到1/3时的相似形状(球形)的相的范围(以下称为“中心附近”)内，Co的浓度能够达到97重量％以上，本申请发明包括这些方面。另外，在本申请发明中，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、Mo、Ta和W的一种以上元素作为添加元素也是有效的。它们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。期望相(B)是直径为30 μ m 150 μ m的球形。对于球形而言，在通过烧结法制作靶材时，在金属基质(A)和相(B)的边界面上难以产生孔隙，可以提高靶的密度。另外，相同体积下，球形的表面积小，因此在烧结靶材时，在金属基质㈧和相(B) 之间金属元素难以扩散。结果，容易生成组成不同的金属基质(A)和相(B)，可以制作具有含有90重量％以上的Co且长径与短径之差为0% 50%的球形的相(B)的材料。更优选相(B)的Co含量为95重量％以上，进一步优选97重量％以上。另外，可以使用EPMA测定相⑶的Co含量。另外，并不妨碍利用其它测定方法， 只要是可以测定相(B)的Co量的分析方法，就可以同样应用。如图1所示，在金属基质(A)中存在微细的无机物材料(选自碳、氧化物、氮化物和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就是无机物材料的粒子)， 当相(B)的直径低于30 μ m时，金属基质(A)中的无机物材料的粒子与混合存在的金属的粒子尺寸差变小，因此使靶材烧结时，由于相(B)为球形，因此虽然扩散速度慢，但是扩散还是发生，通过该扩散，相(B)的存在变得不明确。另一方面，当超过150 μ m时，随着溅射进行，靶表面的平滑性丧失，有时容易产生粉粒的问题。因此，相⑶的大小期望为30μπι 150μπι。另外，在本申请发明中使用的球形是指包括正球、近似正球、扁球(旋转椭圆体)、 近似扁球的立体形状。均指长径与短径之差为0% 50%的形状。即，可以换言之，球形是指，从其中心到外周的长度中最大值与最小值之比为2以下。只要在这个范围，即使外周部上有多个凹凸，也可以形成相(B)。在难以对球形本身进行确认时，可以将目标设定为相 (B)的剖面中心到外周的长度中最大值与最小值之比为2以下。另外，金属基质(A)中的含有90重量％以上的Co且长径与短径之差为0^-50% 的球形的相(B)，只要为靶的总体积或者靶的侵蚀面的面积的大约20%以上，则可以实现本申请发明的目的。本发明可以制造所述比例为50%以上、甚至60%以上的靶。另外，本发明的强磁性材料溅射靶可以以在金属基质(A)中分散的状态含有选自碳、氧化物、氮化物和碳化物的一种以上的无机物材料。此时，所具备的特性适合应用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。本发明的强磁性材料溅射靶的相对密度期望为98%以上。已知一般而言靶的密度越高越可以使在溅射时产生的粉粒量降低。在此的相对密度是指，用靶的实测密度除以计算密度(也称为理论密度)而求得的值。计算密度是指，假设靶的构成成分不相互扩散或者反应而混合存在时的密度，通过下式计算。式计算密度=Σ (构成成分的分子量X构成成分的摩尔比)/ Σ (构成成分的分子量X构成成分的摩尔比/构成成分的文献值密度)在此，Σ是指对靶的全部构成成分求和。这样调节后的靶具有下述优点可以形成漏磁通大的靶，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。另外，由于可以使靶的厚度变厚，因此靶的更换频率变小，可以低成本地制造磁性体薄膜。另外，由于进行高密度化，因此也具有使造成成品率降低的粉粒的产生量减少的优点。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。在粉末冶金法的情况下，首先准备各金属元素的粉末，并准备根据需要添加的金属元素的粉末。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，但是此时也期望最大粒径为20 μ m以下。另一方面，粒径过小时，氧化受到促进，产生成分组成不在范围内等问题，因此进一步期望为0. Iym以上。并且，称量这些金属粉末以得到所期望的组成，使用球磨机等公知手段粉碎、混合。在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、氮化物粉末或碳化物粉末，无机物粉末期望使用最大粒径为5μπι以下的粉末。另一方面，粒径过小时容易凝聚，因此进一步期望使用0.1 μπι以上的粉末。另外，准备直径为30 μ m 150 μ m范围内的Co球形粉末，用混合机与上述混合粉末混合。在此使用的Co球形粉末可以通过筛分用喷雾法制成的粉末得到。另外，作为混合机，优选为行星运动型混合机或行星运动型搅拌混合机。另外，考虑到混合中的氧化问题， 优选在惰性气体气氛中或真空中混合。通过将这样得到的粉末用真空热压装置进行成形、烧结，并切削加工为所期望的形状，可以制作本发明的强磁性材料溅射靶。另外，上述Co球形粉末对应于在靶的组织中观察到的球形的相(B)的粉末。另外，成形、烧结不仅限于热压，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900°C 1300°C的温度范围内。实施例以下，对实施例和比较例进行说明。另外，本实施例仅是一个例子，本发明并不限于这些实施例。即，本发明仅限于权利要求的范围，本发明还包括除实施例以外的各种变形。(实施例1、比较例1)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TW2粉末、平均粒径1 μ m的SW2粉末、直径为50 100 μ m范围内的 Co球形粉末。按照Co粉末11. 95重量％、Cr粉末10. 54重量％、TiO2粉末6. 75重量％、 SiO2粉末5. 07重量％、Co球形粉末65. 69重量％的重量比率称量这些粉末，以使靶的组成为 78Co-12Cr-5Ti02-5Si02 (摩尔 % )。接着，将Co粉末、Cr粉末、T^2粉末和S^2粉末与作为粉碎介质的二氧化锆球一起装入容量10升的球磨罐中，旋转20小时进行混合。然后将得到的混合粉末和Co球形粉末用球容量约7升的行星运动型混合机混合10分钟。将该混合粉末填充到碳制模具中，在真空气氛中，在温度1100°C、保持时间2小时、施压30MPa的条件下，进行热压，得到烧结体。然后，将其在车床上进行切削加工，得到直径180mm、厚度7mm的圆盘状的靶。漏磁通的测定根据ASTM F2086-0l(Standard Test Method for Pass Through Flux of Circular Magnetic Sputtering Targets，方法2)实施。将靴的中心固定，用旋转 0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从而以百分数表示。并且，取五个点的平均结果作为平均漏磁通密度(％) 记载于表1中。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TW2粉末、平均粒径1 μ m的SW2粉末。按照Co粉末77. 64重量％、
7Cr粉末10. M重量％、TiO2粉末6. 75重量％、SiO2粉末5. 07重量％的重量比率称量这些粉末，以使靶的组成为78Co-12Cr-5Ti02-5Si02 (摩尔％ )。接着，将这些粉末与作为粉碎介质的二氧化锆球一起装入容量10升的球磨罐中， 旋转20小时进行混合。接着，将该混合粉末填充到碳制模具中，在真空气氛中，在温度1100°C、保持时间2小时、施压30MPa的条件下，进行热压，得到烧结体。然后，将其在车床上加工为直径 180mm、厚度7mm的圆盘状的靶，测定平均漏磁通密度。其结果示出在表1中。表1
_原料粉末平均漏磁通相对密度
「00781mmm Co 粉末、& 粉末、Tl02粉末、^986%
LUU/B」头施们1 S1Q2粉末、Co球形粉末(50~100μηι)
比较例1 I Co粉末、&粉末、TiO2粉末、SiO2粉末I 40%98.7%如表1所示，实施例1的靶的平均漏磁通密度为56%，可知与比较例1中的40% 相比，有大幅地提高。另外，即使在实施例1中，也可以得到相对密度超过98%的高密度的靶。用光学显微镜观察实施例1的靶研磨面时的组织图像示出在图1中，另外特别将用EPMA测定球形的相部分时的元素分布图像示出在图2中。在图ι中，看起来发黑的部位对应于TiA粒子和SiA粒子。如该图1的组织图像所示，在上述实施例ι中，极具特点的是在微细分散有TiA粒子和SiA粒子的基质中，分散着同时不包含T^2粒子和S^2粒子的大的球形的相。该相相当于本申请发明的相(B)，在相⑶的中心附近含有99重量％以上的Co， 长径与短径的平均的差为约20%，基本呈球形。在图2中，在EPMA的元素分布图像中看起来发白的部位是该元素的浓度高的区域。即，在球形的相部分中，Co的浓度比周围高(发白)。另一方面，在该图中，在球形的相的区域中，对于Si、Ti和0而言为黑色，因此可知不存在于该区域中。与此相对，在图3所示的由比较例1得到的靶研磨面的组织图像中，在分散有TW2 和S^2粒子的基质中完全观察不到球形的相。(实施例2、比较例2)实施例2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2 μ m的Pt粉末、平均粒径1 μ m的TiA粉末、平均粒径3 μ m的Cr2O3粉末、 直径为50 100 μ m范围内的Co球形粉末。按照Co粉末26. 27重量％、Cr粉末9. 94重量％、Pt粉末32. 31重量％、TW2粉末5. 09重量％、Cr2O3粉末3. 87重量％、Co球形粉末22. 52重量％的重量比率分别称量这些粉末，以使靶的组成为65Co-13Cr-15Pt-5Ti02-2Cr203(摩尔％ )。接着，将Co粉末、Cr粉末、Pt粉末、TiO2粉末、Cr2O3粉末与作为粉碎介质的二氧化锆球一起装入容量10升的球磨罐中，旋转20小时进行混合。然后将得到的混合粉末和 Co球形粉末用球容量约7升的行星运动型混合机混合10分钟。将该混合粉末填充到碳制模具中，在真空气氛中，在温度1050°C、保持时间2小时、施压30MI^的条件下，进行热压，得到烧结体。然后，将其在车床上加工为直径180mm、厚度7mm的圆盘状的靶，测定平均漏磁通密度。其结果示出在表2中。 比较例2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2 μ m的Pt粉末、平均粒径1 μ m的TiA粉末、平均粒径3 μ m的Cr2O3粉末。按照Co粉末48. 79重量％、Cr粉末9. 94重量％、Pt粉末32. 31重量％、TW2粉末5. 09重量％、Cr2O3粉末3. 87重量％的重量比率分别称量这些粉末，以使靶的组成为 65Co-13Cr-15Pt-5Ti02-2Cr203 (摩尔 ％ )。然后，将这些粉末与作为粉碎介质的二氧化锆球一起装入容量10升的球磨罐中， 旋转20小时进行混合。接着，将该混合粉末填充到碳制模具中，在真空气氛中，在温度1050°C、保持时间 2小时、施压30MPa的条件下，进行热压，得到烧结体。将其在车床上加工为直径180mm、厚度7mm的圆盘状的靶，测定平均漏磁通密度。其结果示出在表2中。表 权利要求
1.一种强磁性材料溅射靶，其包含Cr为20摩尔%以下、其余为Co的组成的金属，其特征在于，该靶的组织具有金属基质(A)和在所述(A)中的球形的相(B)，所述球形的相(B) 含有90重量％以上的Co且长径与短径之差为0% 50%。
2.一种强磁性材料溅射靶，其包含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，该靶的组织具有金属基质(A)和在所述 (A)中的球形的相(B)，所述球形的相(B)含有90重量％以上的Co且长径与短径之差为 0% 50%。
3.如权利要求1 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 3中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，球形的相(B)的直径在30 μ m 150 μ m范围内。
5.如权利要求1 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)在其中含有选自碳、氧化物、氮化物和碳化物的一种以上成分的无机物材料。
6.如权利要求1 5中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，相对密度为 98%以上。
全文摘要
本发明涉及一种强磁性材料溅射靶，其包含Cr为20摩尔％以下、其余为Co的组成的金属，其特征在于，该靶的组织具有金属基质(A)和在所述(A)中的球形的相(B)，所述球形的相(B)含有90重量％以上的Co且长径与短径之差为0％～50％。本发明所得到的强磁性材料溅射靶，可以提高漏磁通、从而通过磁控溅射装置进行稳定的放电。
文档编号C22C19/07GK102471876SQ201080029130
公开日2012年5月23日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年1月21日
发明者佐藤敦, 荒川笃俊 申请人:吉坤日矿日石金属株式会社