JP4553136B2

JP4553136B2 - Sputtering target for forming magnetic recording film with less generation of particles

Info

Publication number: JP4553136B2
Application number: JP2005220328A
Authority: JP
Inventors: 荘平野中; 孝典白井; 幸也杉内
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: JP2007031808A

Description

この発明は、ハードディスクの高密度磁気記録媒体に適用される磁気記録膜、特に垂直磁気記録媒体に適用される磁気記録膜を形成するためのスパッタリングターゲットに関するものである The present invention relates to a sputtering target for forming a magnetic recording film applied to a high-density magnetic recording medium of a hard disk, particularly a magnetic recording film applied to a perpendicular magnetic recording medium.

ハードディスク装置は一般にコンピュータやデジタル家電等の外部記録装置として用いられており、記録密度の一層の向上が求められている。そのため、近年、超高密度の記録を実現できる垂直磁気記録方式が注目されてきた。この垂直磁気記録方式は、高密度化するほど記録磁化が安定すると言われており、この垂直磁気記録方式を備えた磁気記録媒体には磁気記録膜が積層されており、この磁気記録膜は高性能な磁気記録膜であることが必要である。これに適用可能な磁気記録膜の一つとしてＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２グラニュラ磁気記録膜が提案されており、このＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２グラニュラ磁気記録膜はＣｒおよびＰｔを含むＣｏ基焼結合金相とシリカ相の混合相を有する複合ターゲットを用いてマグネトロンスパッタ法により作製することができることが知られている（非特許文献１参照）。
この複合ターゲットは、通常、Ｃｒ粉末、Ｐｔ粉末およびＣｏ粉末の各要素粉末を混合した混合粉末、またはＣｒおよびＰｔを含むＣｏ基合金粉末に、シリカ粉末を、シリカ：２〜１５質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｐｔ：１５〜４５質量％を含有し、残部：Ｃｏからなる組成となるように配合し混合したのち、ホットプレスまたは熱間静水圧プレスすることにより作製されるが、前記シリカ粉末として高温火炎加水分解法で製造されたシリカ粉末を使用し、複合ターゲットの素地中に分散するシリカ相を１０μｍ以下の極めて細かい組織とすることによってパーティクルの発生を少なくしている（特許文献１、特許文献２などを参照）。
「富士時報」Ｖｏｌ．７５Ｎｏ．３２００２（１６９〜１７２ページ）特開２００１‐２３６６４３号公報特開２００４‐３３９５８６号公報 Hard disk devices are generally used as external recording devices such as computers and digital home appliances, and further improvement in recording density is required. Therefore, in recent years, a perpendicular magnetic recording system that can realize ultra-high-density recording has attracted attention. In this perpendicular magnetic recording system, it is said that the recording magnetization becomes more stable as the density is increased, and a magnetic recording film provided with this perpendicular magnetic recording system is laminated with a magnetic recording film. It must be a high performance magnetic recording film. As one of the magnetic recording films applicable to this, a CoCrPt—SiO ₂ granular magnetic recording film has been proposed. This CoCrPt—SiO ₂ granular magnetic recording film has a Co-based sintered alloy phase containing Cr and Pt and a silica phase. It is known that it can be produced by a magnetron sputtering method using a composite target having a mixed phase (see Non-Patent Document 1).
This composite target is usually a mixed powder obtained by mixing each element powder of Cr powder, Pt powder and Co powder, or a Co-based alloy powder containing Cr and Pt, silica powder, silica: 2 to 15% by mass, Cr : 3 to 20% by mass, Pt: 15 to 45% by mass, balance: prepared by mixing and mixing so as to be composed of Co, then hot pressing or hot isostatic pressing, The silica powder produced by the high-temperature flame hydrolysis method is used as the silica powder, and the generation of particles is reduced by making the silica phase dispersed in the substrate of the composite target into an extremely fine structure of 10 μm or less (patent) (See Reference 1, Patent Reference 2, etc.).
“Fuji Times” Vol. 75No. 3 2002 (pages 169-172) Japanese Patent Laid-Open No. 2001-236643 JP 2004-339586 A

しかし、前記従来のＣｏ基焼結合金からなるスパッタリングターゲットは、いずれも合金層との密着性が悪いシリカ相がＣｒ−Ｐｔ−Ｃｏ合金素地中に分散しているために、シリカ相がいくら微細であってもパーティクルの発生が避けられず、一層パーティクル発生の少ないＣｏ基焼結合金からなるスパッタリングターゲットが求められていた。 However, in the sputtering targets made of the conventional Co-based sintered alloy, since the silica phase having poor adhesion to the alloy layer is dispersed in the Cr—Pt—Co alloy substrate, how much the silica phase is fine. However, the generation of particles is unavoidable, and a sputtering target made of a Co-based sintered alloy with less generation of particles has been demanded.

そこで、本発明者は、一層パーティクル発生の少ないＣｏ基焼結合金からなるスパッタリングターゲットを得るべく研究を行なったところ、
（ａ）従来から知られているシリカ：２〜１５質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｐｔ：１５〜４５質量％を含有し、残部：Ｃｏからなる組成を有するターゲットに酸化クロムを微量添加したスパッタリングターゲットは、スパッタリング中に発生するパーティクルの数が著しく減少する、
（ｂ）前記酸化クロムの含有量は０．０１〜０．５質量％の範囲内の極めて微量であることが好ましい、などの知見を得たのである。 Therefore, the present inventor conducted research to obtain a sputtering target made of a Co-based sintered alloy with less particle generation.
(A) Conventionally known silica: 2 to 15% by mass, Cr: 3 to 20% by mass, Pt: 15 to 45% by mass, and balance: a small amount of chromium oxide on a target having a composition consisting of Co The added sputtering target significantly reduces the number of particles generated during sputtering.
(B) The knowledge that the content of the chromium oxide is preferably a very small amount within the range of 0.01 to 0.5% by mass was obtained.

この発明は、かかる知見に基づいてなされたものであって、
シリカ：２〜１５質量％、酸化クロム：０．０１〜０．５質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｐｔ：１５〜４５質量％を含有し、残部：Ｃｏからなる組成を有し、前記シリカおよび酸化クロムは粒界に均一分散している組織を有するＣｏ基焼結合金からなるパーティクル発生の少ない磁気記録膜形成用スパッタリングターゲット、に特徴を有するものである。 This invention has been made based on such knowledge,
Silica: 2 to 15% by mass, chromium oxide: 0.01 to 0.5% by mass, Cr: 3 to 20% by mass, Pt: 15 to 45% by mass, and the balance: Co. The silica and chromium oxide are characterized by a sputtering target for forming a magnetic recording film, which is made of a Co-based sintered alloy having a structure in which grains are uniformly dispersed at a grain boundary, and which generates less particles.

この発明の磁気記録膜形成用スパッタリングターゲットに含まれる酸化クロムの量を０．０１〜０．５質量％に限定した理由は、酸化クロムが０．０１質量％未満ではパーティクル発生を抑制する作用が十分でなく、一方、酸化クロムを０．５質量％を越えて含有すると酸化クロム自身が異常放電の起点となり、かえってパーティクルの発生が増大するので好ましくない理由によるものである。 The reason why the amount of chromium oxide contained in the sputtering target for forming a magnetic recording film of the present invention is limited to 0.01 to 0.5% by mass is that when the chromium oxide is less than 0.01% by mass, the action of suppressing particle generation is achieved. On the other hand, if chromium oxide exceeds 0.5% by mass, chromium oxide itself becomes the starting point of abnormal discharge, and on the contrary, the generation of particles increases, which is not preferable.

酸化クロムを含む磁気記録膜形成用スパッタリングターゲットがスパッタリングに際してパーティクルの発生を抑制する理由は、粒界に析出した酸化クロムが、同じく粒界に分散しているシリカ粒子とＣｒ−Ｐｔ−Ｃｏ合金結晶粒との接着性を高め、スパッタリング中にシリカ粒子が剥離飛散するのを防止するためであると考えられるが明らかではない。 The reason why the sputtering target for forming a magnetic recording film containing chromium oxide suppresses the generation of particles during sputtering is that the chromium oxide precipitated at the grain boundary is also dispersed in the grain boundary and the Cr—Pt—Co alloy crystal. This is considered to improve adhesion to the particles and prevent the silica particles from peeling and scattering during sputtering, but it is not clear.

つぎに、この発明の磁気記録膜形成用スパッタリングターゲットの製造方法を説明する。出発原料粉末としていずれも５０％粒径が５０μｍ以下のＣｏ粉末、Ｃｒ粉末、Ｐｔ粉末を用意し、さらにいずれも５０％粒径が２０μｍ以下のシリカ粉末および酸化クロム粉末を用意し、これら原料粉末をシリカ：２〜１５質量％、酸化クロム：０．０１〜０．５質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｐｔ：１５〜４５質量％を含有し、残部：Ｃｏからなる組成となるように配合し、不活性ガス雰囲気中で混合して混合粉末を作製し、混合粉末をホットプレスすることにより製造することができる。
また、酸化クロム粉末を添加せずに、前記原料粉末をシリカ：２〜１５質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｐｔ：１５〜４５質量％を含有し、残部：Ｃｏからなる組成となるように配合し、得られた配合粉末を酸素および不活性ガスの混合ガス雰囲気中で混合し、混合中にＣｒを酸化させて酸化クロムを０．０１〜０．５質量％を含む混合粉末を作製し、この混合粉末をホットプレスすることにより製造することができる。この場合、混合中にＣｒ粉末の一部が酸化して酸化クロムとなり、酸化クロム粉末を添加したのと同じ効果がある。
原料粉末であるシリカ粉末は、非晶質よりも結晶質のものが好ましい。その理由は結晶質のシリカ粉末の方が非晶質のシリカ粉末よりも凝集して粗大粒子が生成しにくく、したがって、異常放電を起こしにくく、パーティクルの発生は少ないからである。 Next, a method for producing a sputtering target for forming a magnetic recording film according to the present invention will be described. Co powder, Cr powder, and Pt powder with 50% particle size of 50 μm or less are prepared as starting raw material powders, and silica powder and chromium oxide powder with 50% particle size of 20 μm or less are prepared. Containing 2-15% by mass of silica, 0.01-0.5% by mass of chromium oxide, 3-20% by mass of Cr, 15-45% by mass of Pt, and the balance: Co. And mixed in an inert gas atmosphere to produce a mixed powder, and the mixed powder can be manufactured by hot pressing.
Further, without adding chromium oxide powder, the raw material powder contains silica: 2 to 15% by mass, Cr: 3 to 20% by mass, Pt: 15 to 45% by mass, and the balance: Co. The mixed powder obtained was mixed in an oxygen and inert gas mixed gas atmosphere, and Cr was oxidized during mixing to prepare a mixed powder containing 0.01 to 0.5% by mass of chromium oxide. It can be manufactured by hot pressing this mixed powder. In this case, during mixing, a part of the Cr powder is oxidized to become chromium oxide, which has the same effect as adding the chromium oxide powder.
The silica powder as the raw material powder is preferably crystalline rather than amorphous. The reason is that the crystalline silica powder is less likely to aggregate and form coarse particles than the amorphous silica powder, and therefore, abnormal discharge is less likely to occur and the generation of particles is less.

この発明は、一層パーティクル発生の少ない優れた磁気記録膜を形成することができるスパッタリングターゲットを提供することができ、コンピューター並びにデジタル家電等の産業の発展に大いに貢献し得るものである。 The present invention can provide a sputtering target capable of forming an excellent magnetic recording film with less generation of particles, and can greatly contribute to the development of industries such as computers and digital home appliances.

原料粉末として、平均粒径：１０μｍのＣｏ粉末、平均粒径：１５μｍのＣｒ粉末、平均粒径：１５μｍのＰｔ粉末、平均粒径：３μｍの結晶質ＳｉＯ_２粉末および平均粒径：１μｍのＣｒ_２Ｏ_３粉末を用意した。
この用意した原料粉末であるＣｏ粉末、Ｃｒ粉末、Ｐｔ粉末、ＳｉＯ_２粉末およびＣｒ_２Ｏ_３粉末を、Ｃｒ_２Ｏ_３粉末の添加量を変えて表１に示される配合組成となるように配合し、得られた配合粉末：１ｋｇをジルコニアボールと共に１０リットルの容器に投入し、この容器内の雰囲気をＡｒガス雰囲気中で置換し、その後、容器を密閉した。この容器をボールミルで１６時間回転させ、混合粉末を作製した。得られた混合粉末を真空ホットプレス装置に充填し、真空雰囲気中、温度：１２００℃、圧力：１５ＭＰａ、３時間保持の条件で真空ホットプレスすることによりホットプレス体を作製し、このホットプレス体を切削加工することにより直径６インチ、厚さ：３ｍｍの寸法を有し表１に示される成分組成を有する本発明ターゲット１〜９、比較ターゲット１〜２および従来ターゲットを作製した。この時、ターゲットの表面の最終仕上げ加工はＪＩＳＢ０６０１で規定されるターゲット表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．０９μｍとなるまで行った。この表面粗さは特にターゲット使用初期の異常放電やパーティクル発生と関連があり、表面粗さが小さい方が使用初期の問題を回避するために行うプレスパッタの時間を短縮することができる。 As the raw material powder, Co powder having an average particle diameter of 10 μm, Cr powder having an average particle diameter of 15 μm, Pt powder having an average particle diameter of 15 μm, crystalline SiO ₂ powder having an average particle diameter of 3 μm, and Cr having an average particle diameter of 1 μm ₂ O ₃ powder was prepared.
This prepared raw powder, Co powder, Cr powder, Pt powder, SiO ₂ powder and Cr ₂ O ₃ powder, was blended so as to have the blending composition shown in Table 1 by changing the amount of Cr ₂ O ₃ powder added. Then, 1 kg of the obtained blended powder was put into a 10-liter container together with zirconia balls, the atmosphere in the container was replaced in an Ar gas atmosphere, and then the container was sealed. This container was rotated with a ball mill for 16 hours to produce a mixed powder. The obtained mixed powder is filled in a vacuum hot press apparatus, and a hot press body is produced by vacuum hot pressing in a vacuum atmosphere at a temperature of 1200 ° C., a pressure of 15 MPa, and maintained for 3 hours. The present invention targets 1-9, comparative targets 1-2, and a conventional target having the component composition shown in Table 1 having a diameter of 6 inches and a thickness of 3 mm were produced by cutting. At this time, the final finishing of the surface of the target was performed until the center line average roughness (Ra) of the target surface defined by JIS B 0601 was 0.09 μm. This surface roughness is particularly related to abnormal discharge and particle generation in the initial stage of target use, and the smaller the surface roughness, the shorter the time for pre-sputtering to avoid problems in the initial stage of use.

ターゲット中に含まれるＣｒ_２Ｏ_３の質量は、まず、ターゲットを構成するＣｏ，Ｃｒ，Ｐｔの金属成分を各種酸により溶解除去する。残った酸化物のＳｉＯ_２はフッ酸により溶解し、最後に残ったＣｒ_２Ｏ_３を直接質量測定を行うことにより求めた。 As for the mass of Cr ₂ O ₃ contained in the target, first, the metal components of Co, Cr, and Pt constituting the target are dissolved and removed by various acids. The remaining oxide SiO ₂ was dissolved by hydrofluoric acid, and the last remaining Cr ₂ O ₃ was determined by direct mass measurement.

得られた本発明ターゲット１〜９、比較ターゲット１〜２および従来ターゲットをバッキングプレートに接合して市販のスパッタ装置に装着し、
到達真空度：５×１０^−５Ｐａ、
電力：直流８００Ｗ、
Ａｒガス圧：６．０Ｐａ、
ターゲット基板間距離：６０ｍｍ、
基板加熱：なし、
の条件でプレスパッタを行い、ターゲット表面加工層を除去したのち、一旦チャンバーを大気開放して、防着板などのチャンバー部材の清掃を行った。その後、再び上記真空度に達するまで真空引きを行い、真空引き後、３０分のプレスパッタを行ってターゲット表面の大気吸着成分や金属酸化層の除去を行ったのち、４インチＳｉウエハ上に厚さ：１００ｎｍの磁気記録膜を成膜した。同じ条件で合計２５枚の４インチＳｉウエハ上に厚さ：１００ｎｍの磁気記録膜を成膜し、成膜後のウエハについて市販の異物検査装置によりウエハ表面に付着した０．２μｍ以上のパーティクル数を計測し、２５枚の平均値を算出し、その結果を表１に示した。 The obtained present invention targets 1-9, comparative targets 1-2, and a conventional target were bonded to a backing plate and attached to a commercially available sputtering apparatus,
Ultimate vacuum: 5 × 10 ⁻⁵ Pa,
Power: DC 800W,
Ar gas pressure: 6.0 Pa,
Target substrate distance: 60mm,
Substrate heating: None,
Pre-sputtering was performed under the conditions described above, and after the target surface processed layer was removed, the chamber was once opened to the atmosphere, and chamber members such as a deposition prevention plate were cleaned. Thereafter, vacuuming is performed again until the degree of vacuum is reached, and after vacuuming, pre-sputtering is performed for 30 minutes to remove the air adsorbing components and the metal oxide layer on the target surface. S: A magnetic recording film of 100 nm was formed. Under the same conditions, a magnetic recording film having a thickness of 100 nm is formed on a total of 25 4-inch Si wafers, and the number of particles of 0.2 μm or more adhering to the wafer surface by a commercially available foreign substance inspection apparatus for the formed wafers. The average value of 25 sheets was calculated, and the result is shown in Table 1.

表１に示される結果から、Ｃｒ_２Ｏ_３を含む本発明ターゲット１〜９は、Ｃｒ_２Ｏ_３粉末を含まない従来ターゲットに比べて、パーティクルの発生が少ないことが分かる。しかし、この発明の範囲から外れてＣｒ_２Ｏ_３を含む比較例１〜２はパーティクルの発生が多くなるので好ましくないことが分かる。 From the results shown in Table 1, the present invention targets 1-9 comprising _Cr 2 _{O 3,} as compared with the conventional target containing no _Cr 2 _{O 3} powder, it can be seen the generation of particles is small. However, it can be seen that Comparative Examples 1 and 2 containing Cr ₂ O ₃ out of the scope of the present invention are not preferable because the generation of particles increases.

Claims

シリカ：２〜１５質量％、酸化クロム：０．０１〜０．５質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｐｔ：１５〜４５質量％を含有し、残部：Ｃｏからなる組成を有し、前記シリカおよび酸化クロムは粒界に均一分散している組織を有するＣｏ基焼結合金からなることを特徴とするパーティクル発生の少ない磁気記録膜形成用スパッタリングターゲット。
Silica: 2 to 15% by mass, chromium oxide: 0.01 to 0.5% by mass, Cr: 3 to 20% by mass, Pt: 15 to 45% by mass, and the balance: Co. A sputtering target for forming a magnetic recording film with less generation of particles, characterized in that the silica and chromium oxide are made of a Co-based sintered alloy having a structure uniformly dispersed in grain boundaries.