JP5878242B2 - 焼結体、同焼結体からなる磁気記録膜形成用スパッタリングターゲット - Google Patents
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Description
従来、酸化ホウ素を含有する焼結体から作製したターゲットを使用してスパッタリングした場合に、焼結時又はその後に酸化ホウ素の粒子が粗大化するために、スパッタリング時にパーティクルの発生が多く発生するという問題があった。
本願発明は、このような問題を解決できる焼結体及び同焼結体からなるスパッタリングターゲットに関する。
また、近年実用化された垂直磁気記録方式を採用するハードディスクの記録層には、Coを主成分とするCo−Cr−Pt系の強磁性合金と非磁性の無機物からなる複合材料が多く用いられている。
下記特許文献1には、「磁気データ記録層を有する磁気記録媒体であって、前記磁気データ記録層が、少なくとも0.5×107erg/cm3(0.5/Jcm3)の磁気異方性定数を有する第1の合金と、酸素と少なくとも1つの元素が負の還元電位を持つ1つ以上の元素とからなる酸化化合物と、を含むことを特徴とする磁気記録媒体」(請求項1)が記載されている。
上記に記載されている多量の酸化物の中には酸化ホウ素の記載もあるが、ターゲット中の酸化ホウ素の存在の問題点、その問題の解決方法については、一切記載がない。
この場合も、上記文献1と同様に、焼結体又は焼結体からなるターゲット中の酸化ホウ素の存在の問題点、その問題の解決方法については、一切記載がない。
この場合も、上記文献1、2と同様に、「ホウ素酸化物」を含有させることが記載されているが、ターゲット中の酸化ホウ素の存在の問題点、その問題の解決方法については、一切記載がない。
1)少なくとも金属としてコバルトを含み、ホウ素及び/又は白金族元素から選択した1種以上の金属若しくは合金と、酸化物から構成される焼結体であって、前記酸化物からなる相に、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の少なくとも1種以上が存在することを特徴とする焼結体、を提供する。
2)少なくとも金属としてコバルトを含み、クロムと、ホウ素及び/又は白金族元素から選択した1種以上の金属又は合金と、酸化物から構成される焼結体であって、前記酸化物からなる相に、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の少なくとも1種以上が存在することを特徴とする焼結体、を提供する。
3)焼結体が水に接触又は浸漬した際に、焼結体の表面に変色が無いことを特徴とする上記1)又は2)のいずれか一項に記載の焼結体、を提供する。
また、本発明は、
4)クロムとホウ素の原子比がCr/B≧1であることを特徴とする上記2)又は3)のいずれか一項に記載の焼結体、を提供する。
5)ホウ素と酸素の原子比がB/O≦0.5であることを特徴とする上記1)〜4)のいずれか一項に記載の焼結体、を提供する。
また、本発明は、
6)金属成分の比率において、クロムの含有量が0〜50mol%、ホウ素及び/又は白金族元素の含有量が0(但し、0を除く)〜40mol%、残部がコバルトであることを特徴とする上記1)〜5)のいずれか一項に記載の焼結体、を提供する。
7)酸化ホウ素の含有量がB2O3換算で0.5〜10mol%であることを特徴とする上記1)〜6)のいずれか一項に記載の焼結体、を提供する。
また、本発明は、
8)酸化クロムの合計含有量がCr2O3換算で0.5〜10mol%であることを特徴とする上記1)〜7)いずれか一項に記載の焼結体、を提供する。
9)さらにAl、Co、Cu、Fe、Ga、Ge、Hf、Li、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、Sb、Si、Sn、Ta、Te、Ti、V、W、Y、Zn又はZrから選択した一種以上の元素を構成成分とする酸化物が含まれ、全酸化物量が酸素換算で2〜8wt%であることを特徴とする上記1)〜8)のいずれか一項に記載の焼結体、を提供する。
10)焼結体中の酸化物の1粒子当たりの平均面積が2μm2以下であることを特徴とする上記1)〜9)のいずれか一項に記載の焼結体、を提供する。
また、本発明は、
11)前記上記1)〜10)のいずれか一項に記載の焼結体が、さらにTi、V、Mn、Zr、Nb、Mo、Ta、Wから選択した1元素以上を0.5mol%以上10mol%以下含有することを特徴とする焼結体、を提供する。
12)さらに炭素、窒化物、炭化物から選択した1種以上を含有することを特徴とする上記1)〜11)のいずれか一項に記載の焼結体、を提供する。
また、本発明は、
13)相対密度が95%以上であることを特徴とする上記1)〜12)のいずれか一項に記載の焼結体、を提供する。
14)上記1)〜13)のいずれか一項に記載の焼結体からなる磁気記録膜形成用スパッタリングターゲット、を提供する。
15)少なくとも金属としてコバルトを含み、ホウ素及び/又は白金族元素から選択した1種以上の金属若しくは合金と、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の少なくとも1種以上の酸化物を混合して焼結することを特徴とする焼結体の製造方法、を提供する。
16)少なくとも金属としてコバルトを含み、クロムと、ホウ素及び/又は白金族元素から選択した1種以上の金属又は合金と、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の少なくとも1種以上の酸化物を混合して焼結することを特徴とする焼結体の製造方法、を提供する。
17)酸化ホウ素と、酸化クロム及び/又は酸化コバルトを準備し、これを大気中で焼成して、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の少なくとも1種以上の酸化物を製造することを特徴とする上記15)又は16)のいずれか一項に記載の焼結体の製造方法、を提供する。
また、本発明は、
18)上記15)〜17)のいずれか一項に記載の焼結体の製造方法により、上記1)〜上記13)のいずれか一項に記載の焼結体を製造することを特徴とする焼結体の製造方法、を提供する。
これらのCr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の化合物は、微細な組織を維持し、かつ酸化ホウ素の融点を上げることができ、水と反応を抑制することができる特性を持つものである。これによって、焼結体中の酸化ホウ素に起因する上記の問題を解決することが可能となった。
なお、上記「クロムと白金族元素から選択した1種以上の金属又は合金」とは、クロム金属単体でも良いし、白金族元素から選択した1種又は2種以上の金属でも良く、又はこれらの合金でも良いことを意味する。
本願発明は、酸化ホウ素を上記の形態で含有させることが、発明の重点(要)であるので、上記の組成範囲に限定される必要はないと言えるが、好適な磁性材の基本組成としては、上記を挙げることができる。
酸化クロムの合計含有量はCr2O3換算で0.5〜10mol%であることが望ましい。これも磁気記録膜用スパッタリングターゲットとしての好適な範囲を示すものである。
これらの酸化物の添加については、特に実施例には示さないが、磁気記録膜には一般的に添加される好適な材料であり、本願発明においても同様に適用できる。
粗大化した酸化物相があると、スパッタリング時のアーキング又はパーティクルの発生を伴い易くなるからである。なお、上記の面積は磁気記録膜用スパッタリングターゲットとしての好適な範囲を示すものであり、使用目的や他の材料との関連によって、これらの範囲を超えるものの使用を妨げるものではない。
これらの添加元素については、特に実施例には示さないが、磁気記録膜には一般的に添加される好適な材料であり、本願発明においても同様に適用できる。
式:計算密度=シグマΣ(構成成分の分子量×構成成分のモル比)/Σ(構成成分の分子量×構成成分のモル比/構成成分の文献値密度)
ここでΣは、ターゲットの構成成分の全てについて、和をとることを意味する。
酸化ホウ素と酸化クロム又は酸化コバルトを準備し、B2O3:Cr2O3=1:1、B2O3:CoO=1:2、B2O3:CoO=1:3となるようにそれぞれ秤量し、ボールミルにて混合した後、これを700〜1200℃の範囲で5時間以上、大気中で焼成し、これによりCr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6から選択した1種又は2種以上の化合物を製造した。なお、調合比率を変えて、複数の化合物及び単純酸化物が共存するように原料調整することも可能である。
そして機械加工により、円盤形状にした後、室温で純水に1時間浸漬し、その後乾燥して表面を観察した。なお、下記の実施例、比較例も製造法及び試験方法についても、本実施例と同様の条件とした。
それより酸化物相の全面積と個数を求め、1粒子当たりの平均面積(酸化物相の全面積÷個数)を算出した。以下の実施例、比較例も同様にして算出した。前記算出に際しては、ソフトウエア(KEYENCE社製形状解析アプリケーションVK−H1A1)を使用し、レーザー顕微鏡画像から求めた。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
実施例2のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:60mol%、Cr:5mol%、Pt:20mol%、Ru:5mol%とした。
一方、酸化物はCr(BO3):10mol%とした。Cr/Bの比は1.5である。またB/Oの比は0.3であった。これらは、本願発明の条件を満たしていた。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
実施例3のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:77.8mol%、Cr:5.3mol%、Pt:10.5mol%とした。
一方、酸化物はCr(BO3):4.2mol%、Co2B2O5:1.1、Co3B2O6:1.1とした。Cr/Bの比は1.7である。またB/Oの比は0.3であった。これらは、本願発明の条件を満たしていた。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
実施例4のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:75.2mol%、Pt:21.5mol%とした。
一方、酸化物はCo2B2O5:2.2、Co3B2O6:1.1とした。Cr/Bの比は0.0である。またB/Oの比は0.4であった。これらは、本願発明の条件を満たしていた。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
実施例5のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:71.4mol%、Pt:20.4mol%とした。
一方、酸化物は、Cr(BO3):4.1mol%、Co2B2O5:1、TiO2:3.1mol%とした。Cr/Bの比は0.7である。またB/Oの比は0.3であった。Cr/B比以外は、本願発明の条件を満たしていた。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
実施例6のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:55mol%、Cr:30mol%、Ru:5mol%とした。
一方、酸化物は、Cr(BO3):2mol%、TiO2:8mol%とした。Cr/Bの比は16である。またB/Oの比は0.09であった。いずれも、本願発明の条件を満たしていた。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
実施例7のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:55mol%、Cr:30mol%、B:5mol%とした。
一方、酸化物は、CoO:6mol%、TiO2:4mol%とした。Cr/Bの比は6である。またB/Oの比は0.36であった。いずれも、本願発明の条件を満たしていた。
焼結後、サンプルのXRD測定でCr(BO3)が一部生成していることが確認できた。XRD測定条件は、リガク社製のUltimaIVを用い、CuKα線を使用し、管電圧40kv、管電流30mA、スキャンスピード1°/min、ステップ0.01°、走査角度範囲(2θ)は24〜35°である。33.79°付近に現れるCr(BO3)の第一ピーク又は25.68°付近に現れる第二ピークのうち、他の生成物のピークと重ならないピークにより確認できる。
本実施例では、第一ピークの強度が120cps、第二ピークの強度が70cpsであった(バックグランド強度は、およそ50cpsである)。なお、これらの強度値は、測定条件や試料調整により変動するので、上記の数値はあくまで一例であり、これらの数値に限定されるものではない。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
実施例8のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:60mol%、Cr:5mol%、Pt:24mol%とした。
一方、酸化物は、Cr(BO3):4mol%、SiO2:4mol%、CoO:3mol%とした。Cr/Bの比は2.25である。またB/Oの比は0.17であった。いずれも、本願発明の条件を満たしていた。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
実施例9のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:73mol%、Cr:2mol%、Pt:17mol%とした。
一方、酸化物は、Cr(BO3):2mol%、Ta2O5:2mol%、WO3:4mol%とした。Cr/Bの比は2である。またB/Oの比は0.07であった。いずれも、本願発明の条件を満たしていた。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
実施例10のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:65mol%、Cr:4mol%、Pt:25mol%とした。
一方、酸化物は、Cr(BO3):2mol%、B2O3:2mol%、Nb2O5:2mol%とした。Cr/Bの比は1である。またB/Oの比は0.27であった。いずれも、本願発明の条件を満たしていた。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
比較例1のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:63mol%、Cr:5mol%、Pt:20mol%、Ru:5mol%とした。
一方、酸化物は、B2O3:5mol%、SiO2:2mol%とした。Cr/Bの比は0.5である。また、B/Oの比は0.5で焼結体中には、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の化合物は確認できなかった。これらは、本願発明の条件を満たしていなかった。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。但し、事前にCr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の化合物粉は作製していない。
比較例2のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:68mol%、Cr:5mol%、Pt:20mol%とした。一方、酸化物は、B2O3:5mol%、Cr2O3:2mol%とした。Cr/Bの比は0.9である。またB/Oの比は0.5であった。Cr/B比は、本願発明の条件を満たしていなかった。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
比較例3のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:73mol%、Pt:20mol%とした。一方、酸化物は、B2O3:6mol%、Co3B2O6:1mol%とした。Cr/Bの比は0である。またB/Oの比は0.6であった。これらは、本願発明の条件を満たしていなかった。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
比較例4のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:66mol%、Cr:9mol%とし、B:10mol%とした。一方、酸化物は、CoO:7mol%、TiO2:8mol%とした。Cr/Bの比は0.9である。またB/Oの比は0.43であった。本願発明の条件を満たしていなかった。また、焼結後のサンプルのXRD測定では、Cr(BO3)の生成が確認できなかった。
各成分組成を表1に調整した以外は、実施例1と同様の条件で焼結体を作製した。
比較例5のマトリックスとなる磁性材料の各成分組成は、Co:50mol%、Cr:30mol%とし、Ru:10mol%とした。一方、酸化物は、B2O3:7mol%、SiO2:3mol%とした。Cr/Bの比は2.1である。またB/Oの比は0.52であった。本願発明の条件を満たしていなかった。また、焼結後のサンプルのXRD測定では、Cr(BO3)の生成が確認できなかった。
その原因は、酸化ホウ素原料は吸湿性が高く容易に凝固してしまうため、細かい酸化ホウ素が得難いということ、さらに酸化ホウ素は融点が低いため焼結中に容易に液状化してしまい、焼結中に大きな粒子に成長してしまうことであった。
この点に鑑み、本願発明の焼結体、特に磁気記録膜用スパッタリングターゲットにおいて酸化物からなる相に、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の少なくとも1種以上が存在するようにしたものである。
パーティクル発生を抑制することができるので、磁気記録膜の不良率が減少し、コスト低減化になるという大きな効果を有し、磁性薄膜の品質及び生産効率の向上に大きく貢献するものであり、磁気記録媒体の磁性体薄膜、特にハードディスクドライブ記録層の成膜に使用される強磁性材スパッタリングターゲットとして有用である。
Claims (18)
- 少なくとも金属としてコバルトを含み、ホウ素及び/又は白金族元素から選択した1種以上の金属若しくは合金と、酸化物から構成される焼結体であって、前記酸化物からなる相に、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の少なくとも1種以上が存在することを特徴とする焼結体。
- 少なくとも金属としてコバルトを含み、クロムと、ホウ素及び/又は白金族元素から選択した1種以上の金属又は合金と、酸化物から構成される焼結体であって、前記酸化物からなる相に、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の少なくとも1種以上が存在することを特徴とする焼結体。
- 焼結体が水に接触又は浸漬した際に、焼結体の表面に変色が無いことを特徴とする請求項1又は2のいずれか一項に記載の焼結体。
- クロムとホウ素の原子比がCr/B≧1であることを特徴とする請求項2又は3のいずれか一項に記載の焼結体。
- ホウ素と酸素の原子比がB/O≦0.5であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の焼結体。
- 金属成分の比率において、クロムの含有量が0〜50mol%、ホウ素及び/又は白金族元素の含有量が0(但し、0を除く)〜40mol%、残部がコバルトであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の焼結体。
- 酸化ホウ素の含有量がB2O3換算で0.5〜10mol%であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の焼結体。
- 酸化クロムの合計含有量がCr2O3換算で0.5〜10mol%であることを特徴とする請求項1〜7いずれか一項に記載の焼結体。
- さらにAl、Co、Cu、Fe、Ga、Ge、Hf、Li、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、Sb、Si、Sn、Ta、Te、Ti、V、W、Y、Zn又はZrから選択した一種以上の元素を構成成分とする酸化物が含まれ、全酸化物量が酸素換算で2〜8wt%であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の焼結体。
- 焼結体の表面において、酸化物の1粒子当たりの平均面積が2μm2以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の焼結体。
- 前記請求項1〜10のいずれか一項に記載の焼結体が、さらにTi、V、Mn、Zr、Nb、Mo、Ta、Wから選択した1元素以上を0.5mol%以上10mol%以下含有することを特徴とする焼結体。
- さらに炭素、窒化物、炭化物から選択した1種以上を含有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の焼結体。
- 相対密度が95%以上であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の焼結体。
- 上記請求項1〜13のいずれか一項に記載の焼結体からなる磁気記録膜形成用スパッタリングターゲット。
- 少なくとも金属としてコバルトを含み、ホウ素及び/又は白金族元素から選択した1種以上の金属若しくは合金と、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の少なくとも1種以上の酸化物を混合して焼結することを特徴とする焼結体の製造方法。
- 少なくとも金属としてコバルトを含み、クロムと、ホウ素及び/又は白金族元素から選択した1種以上の金属又は合金と、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の少なくとも1種以上の酸化物を混合して焼結することを特徴とする焼結体の製造方法。
- 酸化ホウ素と、酸化クロム及び/又は酸化コバルトを準備し、これを大気中で焼成して、Cr(BO3)、Co2B2O5、Co3B2O6の少なくとも1種以上の酸化物を製造することを特徴とする請求項15又は16のいずれか一項に記載の焼結体の製造方法。
- 請求項15〜17のいずれか一項に記載の焼結体の製造方法により、請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載の焼結体を製造することを特徴とする焼結体の製造方法。
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