含有Co或Fe的溅射靶的制作方法
含有Co或Fe的溅射靶的制作方法
【技术领域】
[0001] 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 磁记录介质中的颗粒膜的成膜的磁性材料溅射靶，涉及能够抑制溅射时成为粉粒产生的原 因的非磁性材料的异常放电且以Co或Fe作为主要成分的非磁性材料粒子分散型磁性材料 溅射靶。
【背景技术】
[0002] 在采用垂直磁记录方式的硬盘的记录层中，使用以作为强磁性金属的Co、Fe、Ni 为基体的材料。其中，经常使用包含以Co、Fe作为主要成分的Co-Cr基、Co-Pt基、Co-Cr-Pt 基、Fe-Pt基等强磁性合金和非磁性无机材料的复合材料。而且，从生产率高的观点出发， 这样的硬盘等的磁记录介质的磁性薄膜大多通过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。
[0003] 作为这样的磁记录介质用溅射靶的制作方法，可以考虑熔炼法、粉末冶金法。通过 何种方法来制作根据所要求的特性来决定，因此不能一概而论，但对于用于垂直磁记录方 式的硬盘的记录层的、包含强磁性合金和非磁性无机物粒子的溅射靶而言，一般通过粉末 冶金法来制作。这是由于，需要使无机物粒子均匀地分散到合金基体中，因此难以通过熔炼 法来制作。
[0004] 作为粉末冶金法，例如，在专利文献1中提出了如下方法：将Co粉末、Cr粉末、Ti02 粉末和5102粉末混合而得到的混合粉末和Co球形粉末在行星式混合机中混合，将该混合 粉末通过热压成形，从而得到专利文献2中的磁记录介质用溅射靶。
[0005] 这种情况下的靶组织可以观察到在均匀地分散有无机物粒子的作为金属基体的 相（A)中含有球形的相（B)的形态（参见专利文献2的图1)。这样的组织从提高漏磁通的 观点来看是良好的，但从抑制溅射时产生粉粒的观点来看，不能称为适合的磁记录介质用 溅射靶。
[0006] 另外，在专利文献2中提出了如下方法：将Co-Cr二元合金粉末、Pt粉末和Si0^v 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。
[0007] 这种情况下的靶组织虽未图示，但有如下记载：可以观察到Pt相、Si02相和Co-Cr 二元合金相，且在Co-Cr二元合金相的周围能够观察到扩散层。这样的组织也不能称为适 合的磁记录介质用溅射靶。
[0008] 此外，在专利文献3中提出了包含Co、Pt的基体相和平均粒径为0. 05 ym以上且 小于7. 0 ym的金属氧化物相的溅射靶，并且提出了通过抑制晶粒生长，得到低磁导率、高 密度的靶，从而提高成膜效率。
[0009] 此外，在专利文献4中记载了使氧化物相形成的粒子的平均粒径为3 ym以下，在 专利文献5中记载了：在垂直于溅射靶的主表面的截面中，将垂直于溅射靶的主表面的方 向的粒径设为Dn、将平行于上述主表面的方向的粒径设为Dp时，二氧化硅粒子或氧化钛粒 子满足2 < Dp/Dn。
[0010] 但是，现实情况是这些条件均不充分，要求进一步改善。
[0011] 现有技术文献 [0012] 专利文献
[0013] 专利文献1 :国际公开第2011/089760号单行本
[0014] 专利文献2:日本特开2009-1860号公报
[0015] 专利文献3:日本特开2009-102707号公报
[0016] 专利文献4:日本特开2009-215617号公报
[0017] 专利文献5:日本特开2011-222086号公报
[0018] 专利文献6:日本特愿2012-036562
【发明内容】
[0019] 发明所要解决的问题
[0020] -般而言，在以Co或Fe作为主要成分的非磁性材料粒子分散型强磁性材料派射 靶中，含有的510 2、0203、!102等非磁性材料为绝缘体，因此成为异常放电的原因。而且，由 该异常放电导致的溅射中的粉粒产生成为问题。
[0021] 鉴于上述问题，本发明的课题在于，在保持高PTF的同时抑制上述非磁性材料的 异常放电，减少由异常放电导致的溅射中的粉粒产生。迄今为止，通过减小非磁性材料粒子 的粒径来降低异常放电的概率，但随着磁记录介质的记录密度提高，所允许的粉粒水平变 得严格，因此，本发明的课题在于提供进一步改善的非磁性材料粒子分散型强磁性材料溅 射靶。
[0022] 用于解决问题的手段
[0023] 为了解决上述问题，本发明人进行了深入研宄，结果发现，通过调节靶的组织（非 磁性材料粒子）结构，能够得到不产生溅射时由非磁性材料导致的异常放电、粉粒产生少 的靶。
[0024] 基于这样的发现，本发明提供下述发明。
[0025] 1) -种溅射靶，其为包含在含有Co或Fe的磁性材料中分散有非磁性材料粒子的 材料的烧结体溅射靶，其特征在于，
[0026] 在所述靶的抛光面上观察到的组织由平均粒径为1.8ym以下的非磁性材料粒 子、分散有该非磁性材料粒子的含有Co或Fe的金属相以及金属颗粒构成，
[0027] 在将位于所述非磁性材料粒子的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直 径、将以平行的两条直线夹持该粒子时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大 直径与最小直径之差为〇. 7 ym以下的非磁性材料粒子相对于在所述靶的抛光面上观察到 的组织内的非磁性材料粒子占60%以上，并且，
[0028] 在将位于所述金属颗粒的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以 平行的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径 与最小直径之和为30ym以上的金属颗粒在1mm2视野内存在平均1个以上。
[0029] 2)如上述1)所述的溅射靶，其特征在于，所述非磁性材料粒子为选自B 203、CoO、 C〇304、MnO、Mn 304、Si02、Sn02、Ti02、Ti 203、Cr203、Ta20 5、W02、W03、ZrO# 的一种以上氧化物， 且所述溅射靶含有〇. 5~20摩尔％的所述氧化物。
[0030] 3)如上述1)或2)所述的溅射祀，其特征在于，Cr为0摩尔％以上且15摩尔％以 下，Pt为5摩尔％以上且30摩尔％以下，除非磁性材料以外的余量为Co和不可避免的杂 质。
[0031] 4)如上述3)所述的溅射祀，其特征在于，还含有0.5摩尔％以上且12摩尔％以下 的选自 Mg、Al、Si、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、B 中的一种以上元素。
[0032] 5)如上述1)~4)中任一项所述的派射革E1，其特征在于，所述金属颗粒包含Co或 Fe〇
[0033] 发明效果
[0034] 如此调节后的本发明的非磁性材料粒子分散型磁性材料溅射靶能够得到在保持 高PTF的同时，不产生溅射时由非磁性材料导致的异常放电，粉粒产生少的靶。由此，具有 如下优良效果：能够得到由成品率提高带来的成本改善效果。
【附图说明】
[0035] 图1是表示实施例1的C〇-Pt-Cr_Si02-Ti02-Cr203革巴组织的图（照片）。
[0036]图2是表示实施例1的靶的在金属相中分散有非磁性材料粒子的组织的图（图1 的放大照片）。
[0037] 图3是为了明确非磁性材料粒子的轮廓而对图2进行了图像分析处理（二值化处 理）的图。
[0038] 图4是表示实施例2的C〇-Pt-Ru-Ta-Si02-Ti0 2-C〇0_B203靶组织的图（照片）。
[0039]图5是表示实施例2的靶的在金属相中分散有非磁性材料粒子的组织的图（图4 的放大照片）。
【具体实施方式】
[0040] 本发明的溅射靶为包含在含有Co或Fe的磁性材料中分散有非磁性材料粒子的材 料的烧结体溅射靶，在靶的抛光面上观察到的组织由平均粒径为1. 8 ym以下的非磁性材 料粒子、分散有上述非磁性材料粒子的含有Co或Fe的金属相以及金属颗粒构成。这是由 于，通过使非磁性材料粒子的大小为平均粒径1. 8 ym以下，能够抑制粉粒产生。
[0041] 本申请发明人之前获得了如下发现：非磁性材料粒子的形状优选为正球形、至少 为接近正球形的形状是能够防止粉粒产生的有效手段（专利文献6)。
[0042]即，获得了如下发现：为了提高磁性质，需要存在一定量的氧化物（非磁性材料）， 但氧化物为不规则形状时，在靶表面的一定面积中的存在氧化物的部位与不存在氧化物的 部位产生分布的差异，容易产生偏析 。如果为正球形或接近正球形的氧化物粒子，则粒子的 形状一致，因此，偏析减少，能够有效地抑制粉粒产生。
[0043] 基于上述发现，本发明中，在将位于在靶的抛光面上观察到的非磁性材料粒子的 外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持该粒子时两直 线间的距离的最小值设为最小直径时，使该最大直径与最小直径之差为0. 7 ym以下。
[0044] 另外，优选这样的非磁性材料粒子占靶的一大半，即，占60 %以上，优选为90 %以 上，进一步优选为100%。由此，能够显著抑制粉粒的产生。
[0045] 本发明在上述发现的基础上进一步得到新的发现，通过不仅规定非磁性材料粒子 的形态，而且还规定含有Co或Fe的金属颗粒的形态，能够抑制异常放电，能够更显著地抑 制粉粒的产生。
[0046] 即，本发明的特征在于，在将位于在靶的抛光面上观察到的金属颗粒的外周上的 任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间 的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最小直径之和为30 ym以上的金属颗粒在 1mm2视野内存在平均1个以上，优选存在平均3个以上，进一步优选存在平均5个以上。
[0047] 需要说明的是，本发明中，对靶面内的任意5处进行显微镜观察，计数各部位的 1_2视野内的最大直径与最小直径之和为30ym以上的金属颗粒的数量，并由其合计求出 平均个数。
[0048] 在将位于金属颗粒的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行 的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最 小直径之和为30 ym以上的金属颗粒在1mm2视野内存在平均1个以上时，漏磁通增大。而 且，在磁控溅射装置中使用时，有效地促进惰性气体的电离，能够得到稳定的放电。
[0049] 另一方面，在将位于金属颗粒的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直 径、将以平行的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该 最大直径与最小直径之和小于30ym、或者该最大直径与最小直径之和为30ym以上的金 属颗粒在1mm2视野内存在小于平均1个时，几乎得不到上述效果。
[0050] 另外，上述最大直径与最小直径之和为50ym以上时，更强地表现出上述效果，但 上述最大直径与最小直径之和大于300ym时，有时氧化物粒子的存在分布产生不均。
[0051] 本发明的强磁性材料派射祀对Co-Cr基合金、Co-Pt基合金、Co-Cr-Pt基合金等 Co基合金或Fe-Pt基合金等Fe基合金特别有效，但本申请发明能够应用于已经公知的强磁 性材料，作为磁记录介质所需的成分的配合比例可以根据目的来适当调节。
[0052] 作为Co基合金，可以是Cr为0摩尔％以上且15摩尔％以下、Pt为5摩尔％以上 且30摩尔％以下、除非磁性材料以外的余量由Co和不可避免的杂质构成的溅射靶。作为 Fe基合金，可以是Pt大于0摩尔％且为60摩尔％以下、除非磁性材料以外的余量由Fe和 不可避免的杂质构成的溅射靶。
[0053] 这些成分组成给出了为了利用作为强磁性材料的特性的适当的数值范围，当然也 可以应用除此以外的数值。
[0054] 添加到上述强磁性材料中的非磁性材料为选自B20 3、C〇0、C〇304、MnO、Mn203、Si02、 Ti02、Ti20 3、Cr203、Ta205、W0 2、W03、Zr02中的一种以上氧化物，通常，在靶中含有0? 5~20摩 尔％的上述氧化物。这些氧化物可以根据所需要的强磁性膜的种类来任意地选择添加。上 述添加量为用于发挥添加效果的有效量。
[0055] 另外，本发明的派射革巴可以添加0.5~12摩尔％的选自Mg、Al、Si、Mn、Nb、Mo、Ru、 Pd、Ta、W、B中的一种以上元素。这些元素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。上述添加量为用于发挥添加效果的有效量。
[0056]另外，本发明的溅射靶的组织由非磁性材料粒子、分散有非磁性材料粒子的含有 Co或Fe的金属相以及金属颗粒构成，该金属颗粒优选包含Co或Fe。
[0057] 该金属颗粒的最大磁导率高于组成不同的金属基体（分散有非磁性材料粒子的 金属相）的最大磁导率，形成各金属颗粒被包含金属基体的周围组织分离的结构。在具有 这样的组织的靶中，漏磁场提高的理由目前未必明确，但认为是如下理由：靶内部的磁通产 生密集的部分和稀疏的部分，与具有均匀磁导率的组织相比，静磁能增高，因此，磁通漏出 到靶外部在能量方面是有利的。
[0058] 本发明的溅射靶可以通过粉末冶金法来制作。在粉末冶金法的情况下，除了后述 的金属粗粉以外，还准备Co、Cr、Pt、Fe等金属原料粉、Si0 2等非磁性材料原料粉、以及根据 需要的Ru等添加金属粉。关于原料的粒度，优选使用平均粒径10 ym以下的金属粉、平均 粒径5 y m以下的非磁性材料粉。尽可能接近球形的非磁性材料原料粉更容易实现本发明 的微细组织。另外，也可以准备这些金属的合金粉末来代替各金属元素的粉末。另外，粉末 的粒径可以使用激光衍射式粒度分布计（HORIBA LA-920)来测定。
[0059] 然后，称量这些金属粉末和合金粉末以得到期望的组成，并使用球磨机等公知的 方法在粉碎的同时进行混合。为了缩短混合时间从而提高生产率，优选使用高能球磨机。在 此，优选在金属原料粉中混合少量粒径在50 y m以上且300 y m以下的范围内的至少一种成 分的金属粗粉。此时，从保持粒径的观点出发，优选在使用球磨机长时间混合后添加，或者， 使用混合机等不具有粉碎性的轻度混合机进行混合。另外，也可以在球磨混合的中途添加 并进行短时间的球磨混合。由此，金属颗粒成为扁平状，长径与短径之差增大。
[0060] 如此能够使金属颗粒为球形或扁平状（片状），该球形或扁平状的金属颗粒根据 其形状各自具有利弊得失。该形状的选择优选根据靶的使用目的来进行选择。
[0061] 具体而言，对于球形而言，在通过烧结法制作靶材时，在金属基体（A)与相（B)的 边界面不易产生空隙，能够提高靶的密度。另外，在相同体积的情况下，球形的表面积更小， 因此，在使靶材烧结时，在金属基体（A)与相（B)之间不易发生金属元素的扩散。另外，在 此所述的球形表示包括正球、伪正球、扁球（旋转椭圆体）、伪扁球的立体形状。均指长轴与 短轴之差为0~50%的立体形状。
[0062] 另一方面，在使金属颗粒为扁平状的情况下，正好利用楔效应而具有在溅射时防 止金属颗粒从周围的金属基体（A)脱离的效果。另外，通过破坏球形，能够减轻在球形时容 易产生的侵蚀速度的偏差，能够抑制由侵蚀速度不同的边界引起的粉粒产生。
[0063] 本发明中，重要的是，如前所述，在将位于在靶的抛光面上观察到的组织内的非磁 性材料粒子的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持 该粒子时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，使最大直径与最小直径之差为〇. 7 ym 以下。
[0064]另外，本发明中，特别重要的是，在将位于在靶的抛光面上观察到的金属颗粒的外 周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持该金属颗粒时两 直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最小直径之和为30mm以上的金属 颗粒在1mm 2视野内存在平均1个以上。
[0065] 最大直径和最小直径的计算通过将靶中的抛光面的显微镜图像反映到PC上，并 使用图像处理分析软件来进行计算。图像处理分析软件使用基恩士公司制作的形状分析软 件（VK-Analyzer VK-H1A1)。
[0066] 将如上得到的混合粉使用热压机、热等静压机进行烧结。虽然还取决于靶的成分 组成，但如果通过设定上述原料的混合条件、烧结条件来找出使非磁性材料粒子成为正球 形的条件和使金属颗粒成为扁平状的条件并将该制造条件固定，则始终能够得到这样的分 散有非磁性材料粒子、金属颗粒的烧结体靶。
[0067] 实施例
[0068] 以下，基于实施例和比较例进行说明。需要说明的是，本实施例只是一例，本发明 不受该例的任何限制。即，本发明仅受权利要求书的限制，其包含本发明中所含的实施例以 外的各种变形。
[0069](实施例1)
[0070] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4 ym的Co粉末、平均粒径5 ym的Cr粉末、 平均粒径3 ym的Pt粉末，作为非磁性材料粉末的平均粒径1. 2 ym的Ti02粉末、平均粒径 0. 7 ym的球形Si02粉末、平均粒径1 ym的Cr 203粉末。另外，准备调节至粒径为50 ym以 上且150 y m以下的范围的Co粗粉，使平均粒径4 y m的Co粉末与上述Co粗粉的比率以重 量比计为7:3。按照下述组成比称量2000g这些粉末。
[0071]组成：69C〇-18Pt-2Cr-5Si02-2Ti02-4Cr203(摩尔 ％ )
[0072] 然后，除Co粗粉以外，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量10 升的球磨机罐中，并通过旋转120小时而进行混合。然后，向球磨机罐中补充添加Co粗粉， 并混合1小时。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛中、温度ll〇〇°C、保持 时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从而得到烧结体。进一步将其用车床进行 切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘状的靶。
[0073] 测定如此得到的靶的平均漏磁通密度，结果为30%。需要说明的是，漏磁通的测定 按照ASTM F2086-01(圆形磁控派射革E的磁通量的标准测试方法（Standard Test Method for Pass Through Flux of Circular Magnetic Sputtering Targets)，方法 2)来实施。 具体而言，将靶的中心固定，用使其旋转0度、30度、60度、90度、120度并测定的漏磁通密 度除以由ASTM定义的参考场（reference field)的值，并乘以100,以百分率表示。然后， 将对这5点进行平均而得到的结果作为平均漏磁通密度（％ )。
[0074] 对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察组织，结果可知，如图1所示，在非磁性材 料粒子分散于金属相的组织中，散布有金属颗粒。在将位于金属颗粒的外周上的任意2点 的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间的距离的 最小值设为最小直径时，该最大直径与最小直径之和为30 y m以上的金属颗粒在1mm2视野 内确认到平均40个。
[0075] 另外，为了对非磁性材料粒子进行观察，将图1的放大图示于图2中。在将位于 非磁性材料粒子的外周上的任意2点的距离的最大值作为设为最大直径、将以平行的两条 直线夹持该粒子时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，最大直径与最小直径之差为 0. 7 ym以下的氧化物粒子在显微镜视野内存在85%，平均粒径为0. 75 ym。
[0076] 需要说明的是，在计算氧化物粒子的最大直径、最小直径、平均粒径时，如图3所 示，将显微镜图像反映到PC屏幕上，通过进行图像分析处理（二值化处理）而使氧化物粒 子（黑色部分）的轮廓明确，然后计算出上述值。
[0077] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件设定为溅射功率 1. 2kW、Ar气压1. 5Pa，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnrn的目标膜厚向直径4英寸的 硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的个数。此时的硅基板上 的粉粒数为4个。
[0078]另外，即使在不进行溅射的情况下，使用粉粒计数仪进行测定时，在硅基板上粉粒 数有时也计数到〇~5个，因此，本实施例的粉粒数为4个可以说是粉粒数极少的水平。
[0079](实施例2)
[0080] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4 y m的Co粉末、平均粒径3 y m的Pt粉末、平 均粒径7 y m的Ru粉末、平均粒径6 y m的Ta粉末，作为氧化物粉末的平均粒径1. 2 y m的 Ti02粉末、平均粒径0. 7 y m的球形SiO 2粉末、平均粒径0. 8 y m的C〇0粉末、平均粒径5 y m 的B203粉末。另外，准备调节至粒径为50 ym~300 ym的范围的Co粗粉，使平均粒径4 ym 的Co粉末与上述Co粗粉的比率以重量比计为7:3。按照下述组成比称量2000g这些粉末。
[0081]组成：61. 2C〇-22Pt-3Ru-0. 8Ta-6Si02-2Ti02-4Co0-lB203(摩尔 ％ )
[0082] 然后，除Co粗粉以外，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量10 升的球磨机罐中，并通过旋转120小时而进行混合。然后，在球磨机罐中补充添加Co粗粉， 并混合1小时。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛中、温度l〇〇〇°C、保持 时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从而得到烧结体。进一步将其用车床进行 切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘状的靶。
[0083] 实施例2的靶的平均漏磁通密度为28%。对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察 组织，结果可知，如图4所示，在非磁性材料粒子分散于金属相的组织中，散布有金属颗粒。 与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之和为30 y m以上的金属颗粒在1mm2视野 内确认到平均19个。另外，为了对非磁性材料粒子进行观察，将图4的放大图示于图5中。 与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之差为〇. 7 ym以下的非磁性材料粒子的 比例为64%，平均粒径为1. 26 ym。
[0084] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件与实施例1同样地 设定，使溅射功率为1. 2kW、Ar气压为1. 5Pa，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnrn的目 标膜厚向直径4英寸的硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的 个数。此时的硅基板上的粉粒数为4个。
[0085](实施例3)
[0086] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4 ym的Co粉末、平均粒径3 ym的Pt粉末、 平均粒径7 y m的Co-B粉末，作为氧化物粉末的平均粒径1. 2 y m的Ti02粉末、平均粒径 0? 7 y m的球形Si02粉末、平均粒径0? 8 y m的MnO粉末、平均粒径2 y m的Co 304粉末。另 外，准备调节至粒径为50 y m~300 y m的范围的Co粗粉，使平均粒径4 y m的Co粉末与上 述Co粗粉的比率以重量比计为7:3。按照下述组成比称量2000g这些粉末。
[0087]组成：63C〇-21Pt-3B-6Si02-2Ti02-4Mn0-lC〇304(摩尔 ％ )
[0088] 然后，除Co粗粉以外，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量10 升的球磨机罐中，并通过旋转120小时而进行混合。然后，在球磨机罐中补充添加Co粗粉， 并混合1小时。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛中、温度l〇〇〇°C、保持 时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从而得到烧结体。进一步将其用车床进行 切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘状的靶。
[0089] 实施例3的靶的平均漏磁通密度为31 %。对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察 组织，结果可知，在非磁性材料粒子分散于金属相的组织中，散布有金属颗粒。与实施例1 同样进行评价的最大直径与最小直径之和为30 ym以上的金属颗粒在1mm2视野内确认到 平均18个。另外，与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之差为0. 7 ym以下的 非磁性材料粒子的比例为60%，平均粒径为1. 16 ym。
[0090] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件与实施例1同样地 设定，使溅射功率为1. 2kW、Ar气压为1. 5Pa，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnm的目 标膜厚向直径4英寸的硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的 个数。此时的硅基板上的粉粒数为5个。
[0091](实施例4)
[0092] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4 y m的Fe粉末、平均粒径3 y m的Pt粉末、平 均粒径7 y m的Fe-B粉末，作为氧化物粉末的平均粒径0. 8 y m的球形Si02粉末。另外，准 备调节至粒径为50 ym~300 ym的范围的Fe粗粉，使平均粒径4 ym的Fe粉末与上述Fe 粗粉的比率以重量比计为8:2。按照下述组成比称量2000g这些粉末。
[0093]组成：52Fe-25Pt_5B-l8Si02(摩尔 ％ )
[0094] 接着，除Fe粗粉以外，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量10 升的球磨机罐中，并通过旋转120小时而进行混合。然后，在球磨机罐中补充添加Fe粗粉， 并混合1小时。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛中、温度1300°C、保持 时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从 而得到烧结体。进一步将其用车床进行 切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘状的靶。
[0095] 实施例4的靶的平均漏磁通密度为61 %。对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察 组织，结果可知，在非磁性材料粒子分散于金属相的组织中，散布有金属颗粒。与实施例1 同样进行评价的最大直径与最小直径之和为30 ym以上的金属颗粒在1mm2视野内确认到 平均4个。与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之差为0.7 ym以下的非磁性 材料粒子的比例为65%，平均粒径为1. 29 ym。
[0096] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件与实施例1同样地 设定，使溅射功率为1. 2kW、Ar气压为1. 5Pa，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnm的目 标膜厚向直径4英寸的硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的 个数。此时的硅基板上的粉粒数为6个。
[0097](比较例1)
[0098] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4ym的Co粉末、平均粒径5ym的Cr粉末、平 均粒径3ym的Pt粉末，作为氧化物粉末的平均粒径1. 2ym的Ti02粉末、平均粒径0. 7ym 的针状Si02粉末、平均粒径1y m的Cr203粉末。然后，按照下述组成比称量2000g这些粉 末。
[0099]组成：69C〇-18Pt-2Cr-5Si02-2Ti02-4Cr 203 (摩尔 ％ )
[0100] 接着，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量1〇升的球磨机罐 中，并通过旋转120小时进行混合。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，与实施例1同 样地在真空气氛中、温度1 l〇〇°C、保持时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从而 得到烧结体。进一步将其用车床进行切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘 状的靶。
[0101] 比较例1的靶的平均漏磁通密度为18%。对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察 组织，结果可知，与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之和为30 y m以上的金属 颗粒在1mm2视野内存在未达到平均1个。另外，与实施例1同样进行评价的最大直径与最 小直径之差为0. 7 ym以下的非磁性材料粒子的比例为89%，平均粒径为0. 71 ym。
[0102] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件与实施例1同样 地设定为溅射功率1. 2kW、Ar气压1. 5Pa，但未得到稳定的放电，因此，将溅射功率设定为 1. 7kW、Ar气压设定为2. 8Pa以使放电稳定，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnm的目标 膜厚向直径4英寸的硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的个 数。此时的硅基板上的粉粒数为9个。
[0103](比较例2)
[0104] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4 y m的Co粉末、平均粒径5 y m的Cr粉末、平 均粒径3 y m的Pt粉末，作为氧化物粉末的平均粒径1. 2 y m的Ti02粉末、平均粒径0. 7 y m 的针状Si02粉末、平均粒径1 ym的Cr 203粉末。另外，准备调节至粒径为50 ym~300 ym 的范围的Co粗粉，使平均粒径4 y m的Co粉末与上述Co粗粉的比率以重量比计为7: 3。按 照下述组成比称量2000g这些粉末。
[0105]组成：69C〇-18Pt-2Cr-5Si02-2Ti02-4Cr 203 (摩尔 ％ )
[0106] 然后，除Co粗粉以外，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量10 升的球磨机罐中，并通过旋转70小时而进行混合。然后，在球磨机罐中补充添加Co粗粉， 并混合1小时。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛中、温度ll〇〇°C、保持 时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从而得到烧结体。进一步将其用车床进行 切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘状的靶。
[0107] 比较例2的靶的平均漏磁通密度为29%。对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察 组织，结果可知，与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之和为30 y m以上的金属 颗粒在1mm2视野内确认到平均36个。另外，与实施例1同样进行评价的最大直径与最小 直径之差为0. 7 y m以下的非磁性材料粒子的比例为54%，平均粒径为1. 87 y m。
[0108] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件与实施例1同样地 设定，使溅射功率为1. 2kW、Ar气压为1. 5Pa，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnm的目 标膜厚向直径4英寸的硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的 个数。此时的硅基板上的粉粒数多达28个。
[0109]
[0110] 产业实用性
[0111] 本发明通过调节溅射靶的组织结构、特别是非磁性材料粒子和金属颗粒的形状， 可以提高溅射时的漏磁场，抑制由非磁性材料导致的异常放电，因此，使用本发明的靶时， 在磁控溅射装置中溅射时能够得到稳定的放电。此外，还具有如下优良效果：抑制非磁性材 料的异常放电，减少由异常放电引起的溅射中的粉粒产生，能够得到由成品率提高带来的 成本改善效果，因此，作为用于磁记录介质的磁性体薄膜、特别是硬盘驱动器记录层的成膜 的强磁性材料溅射靶有用。
【主权项】
1. 一种溅射靶，其为包含在含有Co或Fe的磁性材料中分散有非磁性材料粒子的材料 的烧结体溅射靶，其特征在于， 在所述靶的抛光面上观察到的组织由平均粒径为I. 8ym以下的非磁性材料粒子、分 散有该非磁性材料粒子的含有Co或Fe的金属相以及金属颗粒构成， 在将位于所述非磁性材料粒子的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将 以平行的两条直线夹持该粒子时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与 最小直径之差为0. 7ym以下的非磁性材料粒子相对于在所述靶的抛光面上观察到的组织 内的非磁性材料粒子占60 %以上，并且， 在将位于所述金属颗粒的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行 的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最 小直径之和为30ym以上的金属颗粒在Imm2视野内存在平均1个以上。2. 如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述非磁性材料粒子为选自B203、CoO、 Co3O4'MnO、Mn3O4'Si02、Sn02、Ti02、Ti203、Cr203、Ta2O5'W02、W03、ZrO# 的一种以上氧化物， 且所述溅射靶含有〇. 5~20摩尔％的所述氧化物。3. 如权利要求1或2所述的溅射靶，其特征在于，Cr为0摩尔％以上且15摩尔％以 下，Pt为5摩尔％以上且30摩尔％以下，除非磁性材料以外的余量为Co和不可避免的杂 质。4. 如权利要求3所述的溅射靶，其特征在于，还含有0. 5摩尔％以上且12摩尔％以下 的选自Mg、Al、Si、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、B中的一种以上元素。5. 如权利要求1~4中任一项所述的派射祀，其特征在于，所述金属颗粒包含Co或Fe。
【专利摘要】本发明涉及一种烧结体溅射靶，在靶的抛光面上观察到的组织由分散有平均粒径为1.8μm以下的非磁性材料粒子的含有Co或Fe的金属相和金属颗粒构成，在将位于非磁性材料粒子的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持该粒子时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最小直径之差为0.7μm以下的非磁性材料粒子相对于在靶的抛光面上观察到的组织内的非磁性材料粒子为60％以上，并且，在将位于金属颗粒的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持金属颗粒时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最小直径之和为30μm以上的金属颗粒在1mm2视野内存在平均1个以上，该烧结体溅射靶能够抑制在溅射时成为粉粒产生的原因的由非磁性材料引起的异常放电。
【IPC分类】C23C14/34, B22F3/00, B22F3/14, C22C38/00, C22C1/05, C22C19/07
【公开号】CN104903488
【申请号】CN201480003726
【发明人】荒川笃俊, 高见英生, 中村祐一郎
【申请人】吉坤日矿日石金属株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月24日
【公告号】WO2014125897A1
【技术领域】
[0001] 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 磁记录介质中的颗粒膜的成膜的磁性材料溅射靶，涉及能够抑制溅射时成为粉粒产生的原 因的非磁性材料的异常放电且以Co或Fe作为主要成分的非磁性材料粒子分散型磁性材料 溅射靶。
【背景技术】
[0002] 在采用垂直磁记录方式的硬盘的记录层中，使用以作为强磁性金属的Co、Fe、Ni 为基体的材料。其中，经常使用包含以Co、Fe作为主要成分的Co-Cr基、Co-Pt基、Co-Cr-Pt 基、Fe-Pt基等强磁性合金和非磁性无机材料的复合材料。而且，从生产率高的观点出发， 这样的硬盘等的磁记录介质的磁性薄膜大多通过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。
[0003] 作为这样的磁记录介质用溅射靶的制作方法，可以考虑熔炼法、粉末冶金法。通过 何种方法来制作根据所要求的特性来决定，因此不能一概而论，但对于用于垂直磁记录方 式的硬盘的记录层的、包含强磁性合金和非磁性无机物粒子的溅射靶而言，一般通过粉末 冶金法来制作。这是由于，需要使无机物粒子均匀地分散到合金基体中，因此难以通过熔炼 法来制作。
[0004] 作为粉末冶金法，例如，在专利文献1中提出了如下方法：将Co粉末、Cr粉末、Ti02 粉末和5102粉末混合而得到的混合粉末和Co球形粉末在行星式混合机中混合，将该混合 粉末通过热压成形，从而得到专利文献2中的磁记录介质用溅射靶。
[0005] 这种情况下的靶组织可以观察到在均匀地分散有无机物粒子的作为金属基体的 相（A)中含有球形的相（B)的形态（参见专利文献2的图1)。这样的组织从提高漏磁通的 观点来看是良好的，但从抑制溅射时产生粉粒的观点来看，不能称为适合的磁记录介质用 溅射靶。
[0006] 另外，在专利文献2中提出了如下方法：将Co-Cr二元合金粉末、Pt粉末和Si0^v 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。
[0007] 这种情况下的靶组织虽未图示，但有如下记载：可以观察到Pt相、Si02相和Co-Cr 二元合金相，且在Co-Cr二元合金相的周围能够观察到扩散层。这样的组织也不能称为适 合的磁记录介质用溅射靶。
[0008] 此外，在专利文献3中提出了包含Co、Pt的基体相和平均粒径为0. 05 ym以上且 小于7. 0 ym的金属氧化物相的溅射靶，并且提出了通过抑制晶粒生长，得到低磁导率、高 密度的靶，从而提高成膜效率。
[0009] 此外，在专利文献4中记载了使氧化物相形成的粒子的平均粒径为3 ym以下，在 专利文献5中记载了：在垂直于溅射靶的主表面的截面中，将垂直于溅射靶的主表面的方 向的粒径设为Dn、将平行于上述主表面的方向的粒径设为Dp时，二氧化硅粒子或氧化钛粒 子满足2 < Dp/Dn。
[0010] 但是，现实情况是这些条件均不充分，要求进一步改善。
[0011] 现有技术文献 [0012] 专利文献
[0013] 专利文献1 :国际公开第2011/089760号单行本
[0014] 专利文献2:日本特开2009-1860号公报
[0015] 专利文献3:日本特开2009-102707号公报
[0016] 专利文献4:日本特开2009-215617号公报
[0017] 专利文献5:日本特开2011-222086号公报
[0018] 专利文献6:日本特愿2012-036562
【发明内容】
[0019] 发明所要解决的问题
[0020] -般而言，在以Co或Fe作为主要成分的非磁性材料粒子分散型强磁性材料派射 靶中，含有的510 2、0203、!102等非磁性材料为绝缘体，因此成为异常放电的原因。而且，由 该异常放电导致的溅射中的粉粒产生成为问题。
[0021] 鉴于上述问题，本发明的课题在于，在保持高PTF的同时抑制上述非磁性材料的 异常放电，减少由异常放电导致的溅射中的粉粒产生。迄今为止，通过减小非磁性材料粒子 的粒径来降低异常放电的概率，但随着磁记录介质的记录密度提高，所允许的粉粒水平变 得严格，因此，本发明的课题在于提供进一步改善的非磁性材料粒子分散型强磁性材料溅 射靶。
[0022] 用于解决问题的手段
[0023] 为了解决上述问题，本发明人进行了深入研宄，结果发现，通过调节靶的组织（非 磁性材料粒子）结构，能够得到不产生溅射时由非磁性材料导致的异常放电、粉粒产生少 的靶。
[0024] 基于这样的发现，本发明提供下述发明。
[0025] 1) -种溅射靶，其为包含在含有Co或Fe的磁性材料中分散有非磁性材料粒子的 材料的烧结体溅射靶，其特征在于，
[0026] 在所述靶的抛光面上观察到的组织由平均粒径为1.8ym以下的非磁性材料粒 子、分散有该非磁性材料粒子的含有Co或Fe的金属相以及金属颗粒构成，
[0027] 在将位于所述非磁性材料粒子的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直 径、将以平行的两条直线夹持该粒子时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大 直径与最小直径之差为〇. 7 ym以下的非磁性材料粒子相对于在所述靶的抛光面上观察到 的组织内的非磁性材料粒子占60%以上，并且，
[0028] 在将位于所述金属颗粒的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以 平行的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径 与最小直径之和为30ym以上的金属颗粒在1mm2视野内存在平均1个以上。
[0029] 2)如上述1)所述的溅射靶，其特征在于，所述非磁性材料粒子为选自B 203、CoO、 C〇304、MnO、Mn 304、Si02、Sn02、Ti02、Ti 203、Cr203、Ta20 5、W02、W03、ZrO# 的一种以上氧化物， 且所述溅射靶含有〇. 5~20摩尔％的所述氧化物。
[0030] 3)如上述1)或2)所述的溅射祀，其特征在于，Cr为0摩尔％以上且15摩尔％以 下，Pt为5摩尔％以上且30摩尔％以下，除非磁性材料以外的余量为Co和不可避免的杂 质。
[0031] 4)如上述3)所述的溅射祀，其特征在于，还含有0.5摩尔％以上且12摩尔％以下 的选自 Mg、Al、Si、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、B 中的一种以上元素。
[0032] 5)如上述1)~4)中任一项所述的派射革E1，其特征在于，所述金属颗粒包含Co或 Fe〇
[0033] 发明效果
[0034] 如此调节后的本发明的非磁性材料粒子分散型磁性材料溅射靶能够得到在保持 高PTF的同时，不产生溅射时由非磁性材料导致的异常放电，粉粒产生少的靶。由此，具有 如下优良效果：能够得到由成品率提高带来的成本改善效果。
【附图说明】
[0035] 图1是表示实施例1的C〇-Pt-Cr_Si02-Ti02-Cr203革巴组织的图（照片）。
[0036]图2是表示实施例1的靶的在金属相中分散有非磁性材料粒子的组织的图（图1 的放大照片）。
[0037] 图3是为了明确非磁性材料粒子的轮廓而对图2进行了图像分析处理（二值化处 理）的图。
[0038] 图4是表示实施例2的C〇-Pt-Ru-Ta-Si02-Ti0 2-C〇0_B203靶组织的图（照片）。
[0039]图5是表示实施例2的靶的在金属相中分散有非磁性材料粒子的组织的图（图4 的放大照片）。
【具体实施方式】
[0040] 本发明的溅射靶为包含在含有Co或Fe的磁性材料中分散有非磁性材料粒子的材 料的烧结体溅射靶，在靶的抛光面上观察到的组织由平均粒径为1. 8 ym以下的非磁性材 料粒子、分散有上述非磁性材料粒子的含有Co或Fe的金属相以及金属颗粒构成。这是由 于，通过使非磁性材料粒子的大小为平均粒径1. 8 ym以下，能够抑制粉粒产生。
[0041] 本申请发明人之前获得了如下发现：非磁性材料粒子的形状优选为正球形、至少 为接近正球形的形状是能够防止粉粒产生的有效手段（专利文献6)。
[0042]即，获得了如下发现：为了提高磁性质，需要存在一定量的氧化物（非磁性材料）， 但氧化物为不规则形状时，在靶表面的一定面积中的存在氧化物的部位与不存在氧化物的 部位产生分布的差异，容易产生偏析 。如果为正球形或接近正球形的氧化物粒子，则粒子的 形状一致，因此，偏析减少，能够有效地抑制粉粒产生。
[0043] 基于上述发现，本发明中，在将位于在靶的抛光面上观察到的非磁性材料粒子的 外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持该粒子时两直 线间的距离的最小值设为最小直径时，使该最大直径与最小直径之差为0. 7 ym以下。
[0044] 另外，优选这样的非磁性材料粒子占靶的一大半，即，占60 %以上，优选为90 %以 上，进一步优选为100%。由此，能够显著抑制粉粒的产生。
[0045] 本发明在上述发现的基础上进一步得到新的发现，通过不仅规定非磁性材料粒子 的形态，而且还规定含有Co或Fe的金属颗粒的形态，能够抑制异常放电，能够更显著地抑 制粉粒的产生。
[0046] 即，本发明的特征在于，在将位于在靶的抛光面上观察到的金属颗粒的外周上的 任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间 的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最小直径之和为30 ym以上的金属颗粒在 1mm2视野内存在平均1个以上，优选存在平均3个以上，进一步优选存在平均5个以上。
[0047] 需要说明的是，本发明中，对靶面内的任意5处进行显微镜观察，计数各部位的 1_2视野内的最大直径与最小直径之和为30ym以上的金属颗粒的数量，并由其合计求出 平均个数。
[0048] 在将位于金属颗粒的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行 的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最 小直径之和为30 ym以上的金属颗粒在1mm2视野内存在平均1个以上时，漏磁通增大。而 且，在磁控溅射装置中使用时，有效地促进惰性气体的电离，能够得到稳定的放电。
[0049] 另一方面，在将位于金属颗粒的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直 径、将以平行的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该 最大直径与最小直径之和小于30ym、或者该最大直径与最小直径之和为30ym以上的金 属颗粒在1mm2视野内存在小于平均1个时，几乎得不到上述效果。
[0050] 另外，上述最大直径与最小直径之和为50ym以上时，更强地表现出上述效果，但 上述最大直径与最小直径之和大于300ym时，有时氧化物粒子的存在分布产生不均。
[0051] 本发明的强磁性材料派射祀对Co-Cr基合金、Co-Pt基合金、Co-Cr-Pt基合金等 Co基合金或Fe-Pt基合金等Fe基合金特别有效，但本申请发明能够应用于已经公知的强磁 性材料，作为磁记录介质所需的成分的配合比例可以根据目的来适当调节。
[0052] 作为Co基合金，可以是Cr为0摩尔％以上且15摩尔％以下、Pt为5摩尔％以上 且30摩尔％以下、除非磁性材料以外的余量由Co和不可避免的杂质构成的溅射靶。作为 Fe基合金，可以是Pt大于0摩尔％且为60摩尔％以下、除非磁性材料以外的余量由Fe和 不可避免的杂质构成的溅射靶。
[0053] 这些成分组成给出了为了利用作为强磁性材料的特性的适当的数值范围，当然也 可以应用除此以外的数值。
[0054] 添加到上述强磁性材料中的非磁性材料为选自B20 3、C〇0、C〇304、MnO、Mn203、Si02、 Ti02、Ti20 3、Cr203、Ta205、W0 2、W03、Zr02中的一种以上氧化物，通常，在靶中含有0? 5~20摩 尔％的上述氧化物。这些氧化物可以根据所需要的强磁性膜的种类来任意地选择添加。上 述添加量为用于发挥添加效果的有效量。
[0055] 另外，本发明的派射革巴可以添加0.5~12摩尔％的选自Mg、Al、Si、Mn、Nb、Mo、Ru、 Pd、Ta、W、B中的一种以上元素。这些元素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。上述添加量为用于发挥添加效果的有效量。
[0056]另外，本发明的溅射靶的组织由非磁性材料粒子、分散有非磁性材料粒子的含有 Co或Fe的金属相以及金属颗粒构成，该金属颗粒优选包含Co或Fe。
[0057] 该金属颗粒的最大磁导率高于组成不同的金属基体（分散有非磁性材料粒子的 金属相）的最大磁导率，形成各金属颗粒被包含金属基体的周围组织分离的结构。在具有 这样的组织的靶中，漏磁场提高的理由目前未必明确，但认为是如下理由：靶内部的磁通产 生密集的部分和稀疏的部分，与具有均匀磁导率的组织相比，静磁能增高，因此，磁通漏出 到靶外部在能量方面是有利的。
[0058] 本发明的溅射靶可以通过粉末冶金法来制作。在粉末冶金法的情况下，除了后述 的金属粗粉以外，还准备Co、Cr、Pt、Fe等金属原料粉、Si0 2等非磁性材料原料粉、以及根据 需要的Ru等添加金属粉。关于原料的粒度，优选使用平均粒径10 ym以下的金属粉、平均 粒径5 y m以下的非磁性材料粉。尽可能接近球形的非磁性材料原料粉更容易实现本发明 的微细组织。另外，也可以准备这些金属的合金粉末来代替各金属元素的粉末。另外，粉末 的粒径可以使用激光衍射式粒度分布计（HORIBA LA-920)来测定。
[0059] 然后，称量这些金属粉末和合金粉末以得到期望的组成，并使用球磨机等公知的 方法在粉碎的同时进行混合。为了缩短混合时间从而提高生产率，优选使用高能球磨机。在 此，优选在金属原料粉中混合少量粒径在50 y m以上且300 y m以下的范围内的至少一种成 分的金属粗粉。此时，从保持粒径的观点出发，优选在使用球磨机长时间混合后添加，或者， 使用混合机等不具有粉碎性的轻度混合机进行混合。另外，也可以在球磨混合的中途添加 并进行短时间的球磨混合。由此，金属颗粒成为扁平状，长径与短径之差增大。
[0060] 如此能够使金属颗粒为球形或扁平状（片状），该球形或扁平状的金属颗粒根据 其形状各自具有利弊得失。该形状的选择优选根据靶的使用目的来进行选择。
[0061] 具体而言，对于球形而言，在通过烧结法制作靶材时，在金属基体（A)与相（B)的 边界面不易产生空隙，能够提高靶的密度。另外，在相同体积的情况下，球形的表面积更小， 因此，在使靶材烧结时，在金属基体（A)与相（B)之间不易发生金属元素的扩散。另外，在 此所述的球形表示包括正球、伪正球、扁球（旋转椭圆体）、伪扁球的立体形状。均指长轴与 短轴之差为0~50%的立体形状。
[0062] 另一方面，在使金属颗粒为扁平状的情况下，正好利用楔效应而具有在溅射时防 止金属颗粒从周围的金属基体（A)脱离的效果。另外，通过破坏球形，能够减轻在球形时容 易产生的侵蚀速度的偏差，能够抑制由侵蚀速度不同的边界引起的粉粒产生。
[0063] 本发明中，重要的是，如前所述，在将位于在靶的抛光面上观察到的组织内的非磁 性材料粒子的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持 该粒子时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，使最大直径与最小直径之差为〇. 7 ym 以下。
[0064]另外，本发明中，特别重要的是，在将位于在靶的抛光面上观察到的金属颗粒的外 周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持该金属颗粒时两 直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最小直径之和为30mm以上的金属 颗粒在1mm 2视野内存在平均1个以上。
[0065] 最大直径和最小直径的计算通过将靶中的抛光面的显微镜图像反映到PC上，并 使用图像处理分析软件来进行计算。图像处理分析软件使用基恩士公司制作的形状分析软 件（VK-Analyzer VK-H1A1)。
[0066] 将如上得到的混合粉使用热压机、热等静压机进行烧结。虽然还取决于靶的成分 组成，但如果通过设定上述原料的混合条件、烧结条件来找出使非磁性材料粒子成为正球 形的条件和使金属颗粒成为扁平状的条件并将该制造条件固定，则始终能够得到这样的分 散有非磁性材料粒子、金属颗粒的烧结体靶。
[0067] 实施例
[0068] 以下，基于实施例和比较例进行说明。需要说明的是，本实施例只是一例，本发明 不受该例的任何限制。即，本发明仅受权利要求书的限制，其包含本发明中所含的实施例以 外的各种变形。
[0069](实施例1)
[0070] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4 ym的Co粉末、平均粒径5 ym的Cr粉末、 平均粒径3 ym的Pt粉末，作为非磁性材料粉末的平均粒径1. 2 ym的Ti02粉末、平均粒径 0. 7 ym的球形Si02粉末、平均粒径1 ym的Cr 203粉末。另外，准备调节至粒径为50 ym以 上且150 y m以下的范围的Co粗粉，使平均粒径4 y m的Co粉末与上述Co粗粉的比率以重 量比计为7:3。按照下述组成比称量2000g这些粉末。
[0071]组成：69C〇-18Pt-2Cr-5Si02-2Ti02-4Cr203(摩尔 ％ )
[0072] 然后，除Co粗粉以外，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量10 升的球磨机罐中，并通过旋转120小时而进行混合。然后，向球磨机罐中补充添加Co粗粉， 并混合1小时。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛中、温度ll〇〇°C、保持 时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从而得到烧结体。进一步将其用车床进行 切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘状的靶。
[0073] 测定如此得到的靶的平均漏磁通密度，结果为30%。需要说明的是，漏磁通的测定 按照ASTM F2086-01(圆形磁控派射革E的磁通量的标准测试方法（Standard Test Method for Pass Through Flux of Circular Magnetic Sputtering Targets)，方法 2)来实施。 具体而言，将靶的中心固定，用使其旋转0度、30度、60度、90度、120度并测定的漏磁通密 度除以由ASTM定义的参考场（reference field)的值，并乘以100,以百分率表示。然后， 将对这5点进行平均而得到的结果作为平均漏磁通密度（％ )。
[0074] 对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察组织，结果可知，如图1所示，在非磁性材 料粒子分散于金属相的组织中，散布有金属颗粒。在将位于金属颗粒的外周上的任意2点 的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间的距离的 最小值设为最小直径时，该最大直径与最小直径之和为30 y m以上的金属颗粒在1mm2视野 内确认到平均40个。
[0075] 另外，为了对非磁性材料粒子进行观察，将图1的放大图示于图2中。在将位于 非磁性材料粒子的外周上的任意2点的距离的最大值作为设为最大直径、将以平行的两条 直线夹持该粒子时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，最大直径与最小直径之差为 0. 7 ym以下的氧化物粒子在显微镜视野内存在85%，平均粒径为0. 75 ym。
[0076] 需要说明的是，在计算氧化物粒子的最大直径、最小直径、平均粒径时，如图3所 示，将显微镜图像反映到PC屏幕上，通过进行图像分析处理（二值化处理）而使氧化物粒 子（黑色部分）的轮廓明确，然后计算出上述值。
[0077] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件设定为溅射功率 1. 2kW、Ar气压1. 5Pa，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnrn的目标膜厚向直径4英寸的 硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的个数。此时的硅基板上 的粉粒数为4个。
[0078]另外，即使在不进行溅射的情况下，使用粉粒计数仪进行测定时，在硅基板上粉粒 数有时也计数到〇~5个，因此，本实施例的粉粒数为4个可以说是粉粒数极少的水平。
[0079](实施例2)
[0080] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4 y m的Co粉末、平均粒径3 y m的Pt粉末、平 均粒径7 y m的Ru粉末、平均粒径6 y m的Ta粉末，作为氧化物粉末的平均粒径1. 2 y m的 Ti02粉末、平均粒径0. 7 y m的球形SiO 2粉末、平均粒径0. 8 y m的C〇0粉末、平均粒径5 y m 的B203粉末。另外，准备调节至粒径为50 ym~300 ym的范围的Co粗粉，使平均粒径4 ym 的Co粉末与上述Co粗粉的比率以重量比计为7:3。按照下述组成比称量2000g这些粉末。
[0081]组成：61. 2C〇-22Pt-3Ru-0. 8Ta-6Si02-2Ti02-4Co0-lB203(摩尔 ％ )
[0082] 然后，除Co粗粉以外，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量10 升的球磨机罐中，并通过旋转120小时而进行混合。然后，在球磨机罐中补充添加Co粗粉， 并混合1小时。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛中、温度l〇〇〇°C、保持 时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从而得到烧结体。进一步将其用车床进行 切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘状的靶。
[0083] 实施例2的靶的平均漏磁通密度为28%。对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察 组织，结果可知，如图4所示，在非磁性材料粒子分散于金属相的组织中，散布有金属颗粒。 与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之和为30 y m以上的金属颗粒在1mm2视野 内确认到平均19个。另外，为了对非磁性材料粒子进行观察，将图4的放大图示于图5中。 与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之差为〇. 7 ym以下的非磁性材料粒子的 比例为64%，平均粒径为1. 26 ym。
[0084] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件与实施例1同样地 设定，使溅射功率为1. 2kW、Ar气压为1. 5Pa，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnrn的目 标膜厚向直径4英寸的硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的 个数。此时的硅基板上的粉粒数为4个。
[0085](实施例3)
[0086] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4 ym的Co粉末、平均粒径3 ym的Pt粉末、 平均粒径7 y m的Co-B粉末，作为氧化物粉末的平均粒径1. 2 y m的Ti02粉末、平均粒径 0? 7 y m的球形Si02粉末、平均粒径0? 8 y m的MnO粉末、平均粒径2 y m的Co 304粉末。另 外，准备调节至粒径为50 y m~300 y m的范围的Co粗粉，使平均粒径4 y m的Co粉末与上 述Co粗粉的比率以重量比计为7:3。按照下述组成比称量2000g这些粉末。
[0087]组成：63C〇-21Pt-3B-6Si02-2Ti02-4Mn0-lC〇304(摩尔 ％ )
[0088] 然后，除Co粗粉以外，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量10 升的球磨机罐中，并通过旋转120小时而进行混合。然后，在球磨机罐中补充添加Co粗粉， 并混合1小时。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛中、温度l〇〇〇°C、保持 时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从而得到烧结体。进一步将其用车床进行 切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘状的靶。
[0089] 实施例3的靶的平均漏磁通密度为31 %。对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察 组织，结果可知，在非磁性材料粒子分散于金属相的组织中，散布有金属颗粒。与实施例1 同样进行评价的最大直径与最小直径之和为30 ym以上的金属颗粒在1mm2视野内确认到 平均18个。另外，与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之差为0. 7 ym以下的 非磁性材料粒子的比例为60%，平均粒径为1. 16 ym。
[0090] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件与实施例1同样地 设定，使溅射功率为1. 2kW、Ar气压为1. 5Pa，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnm的目 标膜厚向直径4英寸的硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的 个数。此时的硅基板上的粉粒数为5个。
[0091](实施例4)
[0092] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4 y m的Fe粉末、平均粒径3 y m的Pt粉末、平 均粒径7 y m的Fe-B粉末，作为氧化物粉末的平均粒径0. 8 y m的球形Si02粉末。另外，准 备调节至粒径为50 ym~300 ym的范围的Fe粗粉，使平均粒径4 ym的Fe粉末与上述Fe 粗粉的比率以重量比计为8:2。按照下述组成比称量2000g这些粉末。
[0093]组成：52Fe-25Pt_5B-l8Si02(摩尔 ％ )
[0094] 接着，除Fe粗粉以外，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量10 升的球磨机罐中，并通过旋转120小时而进行混合。然后，在球磨机罐中补充添加Fe粗粉， 并混合1小时。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛中、温度1300°C、保持 时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从 而得到烧结体。进一步将其用车床进行 切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘状的靶。
[0095] 实施例4的靶的平均漏磁通密度为61 %。对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察 组织，结果可知，在非磁性材料粒子分散于金属相的组织中，散布有金属颗粒。与实施例1 同样进行评价的最大直径与最小直径之和为30 ym以上的金属颗粒在1mm2视野内确认到 平均4个。与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之差为0.7 ym以下的非磁性 材料粒子的比例为65%，平均粒径为1. 29 ym。
[0096] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件与实施例1同样地 设定，使溅射功率为1. 2kW、Ar气压为1. 5Pa，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnm的目 标膜厚向直径4英寸的硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的 个数。此时的硅基板上的粉粒数为6个。
[0097](比较例1)
[0098] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4ym的Co粉末、平均粒径5ym的Cr粉末、平 均粒径3ym的Pt粉末，作为氧化物粉末的平均粒径1. 2ym的Ti02粉末、平均粒径0. 7ym 的针状Si02粉末、平均粒径1y m的Cr203粉末。然后，按照下述组成比称量2000g这些粉 末。
[0099]组成：69C〇-18Pt-2Cr-5Si02-2Ti02-4Cr 203 (摩尔 ％ )
[0100] 接着，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量1〇升的球磨机罐 中，并通过旋转120小时进行混合。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，与实施例1同 样地在真空气氛中、温度1 l〇〇°C、保持时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从而 得到烧结体。进一步将其用车床进行切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘 状的靶。
[0101] 比较例1的靶的平均漏磁通密度为18%。对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察 组织，结果可知，与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之和为30 y m以上的金属 颗粒在1mm2视野内存在未达到平均1个。另外，与实施例1同样进行评价的最大直径与最 小直径之差为0. 7 ym以下的非磁性材料粒子的比例为89%，平均粒径为0. 71 ym。
[0102] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件与实施例1同样 地设定为溅射功率1. 2kW、Ar气压1. 5Pa，但未得到稳定的放电，因此，将溅射功率设定为 1. 7kW、Ar气压设定为2. 8Pa以使放电稳定，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnm的目标 膜厚向直径4英寸的硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的个 数。此时的硅基板上的粉粒数为9个。
[0103](比较例2)
[0104] 准备作为金属原料粉末的平均粒径4 y m的Co粉末、平均粒径5 y m的Cr粉末、平 均粒径3 y m的Pt粉末，作为氧化物粉末的平均粒径1. 2 y m的Ti02粉末、平均粒径0. 7 y m 的针状Si02粉末、平均粒径1 ym的Cr 203粉末。另外，准备调节至粒径为50 ym~300 ym 的范围的Co粗粉，使平均粒径4 y m的Co粉末与上述Co粗粉的比率以重量比计为7: 3。按 照下述组成比称量2000g这些粉末。
[0105]组成：69C〇-18Pt-2Cr-5Si02-2Ti02-4Cr 203 (摩尔 ％ )
[0106] 然后，除Co粗粉以外，将称量的粉末与作为粉碎介质的钨合金球一同封入容量10 升的球磨机罐中，并通过旋转70小时而进行混合。然后，在球磨机罐中补充添加Co粗粉， 并混合1小时。将如此得到的混合粉填充到碳制模具中，在真空气氛中、温度ll〇〇°C、保持 时间2小时、加压压力30MPa的条件下进行热压，从而得到烧结体。进一步将其用车床进行 切削加工，从而得到直径为180_、厚度为5_的圆盘状的靶。
[0107] 比较例2的靶的平均漏磁通密度为29%。对该靶表面进行抛光，并用显微镜观察 组织，结果可知，与实施例1同样进行评价的最大直径与最小直径之和为30 y m以上的金属 颗粒在1mm2视野内确认到平均36个。另外，与实施例1同样进行评价的最大直径与最小 直径之差为0. 7 y m以下的非磁性材料粒子的比例为54%，平均粒径为1. 87 y m。
[0108] 接着，将该靶安装到DC磁控溅射装置中并进行溅射。溅射条件与实施例1同样地 设定，使溅射功率为1. 2kW、Ar气压为1. 5Pa，实施2千瓦时的预溅射，然后以lOOOnm的目 标膜厚向直径4英寸的硅基板上溅射。然后，使用粉粒计数仪测定附着到基板上的粉粒的 个数。此时的硅基板上的粉粒数多达28个。
[0109]
[0110] 产业实用性
[0111] 本发明通过调节溅射靶的组织结构、特别是非磁性材料粒子和金属颗粒的形状， 可以提高溅射时的漏磁场，抑制由非磁性材料导致的异常放电，因此，使用本发明的靶时， 在磁控溅射装置中溅射时能够得到稳定的放电。此外，还具有如下优良效果：抑制非磁性材 料的异常放电，减少由异常放电引起的溅射中的粉粒产生，能够得到由成品率提高带来的 成本改善效果，因此，作为用于磁记录介质的磁性体薄膜、特别是硬盘驱动器记录层的成膜 的强磁性材料溅射靶有用。
【主权项】
1. 一种溅射靶，其为包含在含有Co或Fe的磁性材料中分散有非磁性材料粒子的材料 的烧结体溅射靶，其特征在于， 在所述靶的抛光面上观察到的组织由平均粒径为I. 8ym以下的非磁性材料粒子、分 散有该非磁性材料粒子的含有Co或Fe的金属相以及金属颗粒构成， 在将位于所述非磁性材料粒子的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将 以平行的两条直线夹持该粒子时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与 最小直径之差为0. 7ym以下的非磁性材料粒子相对于在所述靶的抛光面上观察到的组织 内的非磁性材料粒子占60 %以上，并且， 在将位于所述金属颗粒的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行 的两条直线夹持该金属颗粒时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最 小直径之和为30ym以上的金属颗粒在Imm2视野内存在平均1个以上。2. 如权利要求1所述的溅射靶，其特征在于，所述非磁性材料粒子为选自B203、CoO、 Co3O4'MnO、Mn3O4'Si02、Sn02、Ti02、Ti203、Cr203、Ta2O5'W02、W03、ZrO# 的一种以上氧化物， 且所述溅射靶含有〇. 5~20摩尔％的所述氧化物。3. 如权利要求1或2所述的溅射靶，其特征在于，Cr为0摩尔％以上且15摩尔％以 下，Pt为5摩尔％以上且30摩尔％以下，除非磁性材料以外的余量为Co和不可避免的杂 质。4. 如权利要求3所述的溅射靶，其特征在于，还含有0. 5摩尔％以上且12摩尔％以下 的选自Mg、Al、Si、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ta、W、B中的一种以上元素。5. 如权利要求1~4中任一项所述的派射祀，其特征在于，所述金属颗粒包含Co或Fe。
【专利摘要】本发明涉及一种烧结体溅射靶，在靶的抛光面上观察到的组织由分散有平均粒径为1.8μm以下的非磁性材料粒子的含有Co或Fe的金属相和金属颗粒构成，在将位于非磁性材料粒子的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持该粒子时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最小直径之差为0.7μm以下的非磁性材料粒子相对于在靶的抛光面上观察到的组织内的非磁性材料粒子为60％以上，并且，在将位于金属颗粒的外周上的任意2点的距离的最大值设为最大直径、将以平行的两条直线夹持金属颗粒时两直线间的距离的最小值设为最小直径时，该最大直径与最小直径之和为30μm以上的金属颗粒在1mm2视野内存在平均1个以上，该烧结体溅射靶能够抑制在溅射时成为粉粒产生的原因的由非磁性材料引起的异常放电。
【IPC分类】C23C14/34, B22F3/00, B22F3/14, C22C38/00, C22C1/05, C22C19/07
【公开号】CN104903488
【申请号】CN201480003726
【发明人】荒川笃俊, 高见英生, 中村祐一郎
【申请人】吉坤日矿日石金属株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年1月24日
【公告号】WO2014125897A1
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