JP7165787B1 - 複合酸化物ターゲット及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＭｇＯ凝集を抑制及び/又は緩和した複合酸化物ターゲット及びその製造方法を提供する。【解決手段】ターゲットは、ＭｇＯ及びＴｉＯを含む。ＭｇＯの全原子数は５ａｔ％～９０ａｔ％であり、ＴｉＯの全原子数は１０ａｔ％～９５ａｔ％である。複合酸化物ターゲット中のＭｇＯを含有する黒色相の平均粒度は２μｍ以下であり、その分散は０．２未満である。この方法は、５μｍ以下のＭｇＯ粉末及び１０μｍ以下のＴｉＯ粉末を準備するステップ、粉末を混合して粉末化混合物を得るステップ、粉末化混合物を４８時間超にわたって粉砕して、微細粉末化混合物を得るステップ、微細粉末化混合物を予備成形して、圧粉体とするステップ、圧粉体を９００℃～１４００℃の範囲の温度で焼結して、複合酸化物ターゲットを得るステップを含む。【選択図】図１
Description
本発明は、複合酸化物ターゲット及びその製造方法に関し、特に熱アシスト磁気記録方式（ＨＡＭＲ）媒体のバリア層用複合酸化物ターゲット及びその製造方法に関する。
コンピュータ内のすべてのデータは、ディスクプラッタのトラックに磁気的に記録されている。従来、データは、水平磁気記録方式の媒体を使用してプラッタの表面に対して平行に保存されていた。しかし、近年、ハードディスクのより高い記憶能力を達成するために、データをディスクに対して垂直に配置する、垂直磁気記録方式の媒体が使用されている。しかし、熱安定性、書き込み性及び信号対雑音比の制限下で、垂直磁気記録方式媒体は理論記憶容量の最大限界に近づいている。膨大な量のデータを記憶するという要求を満たすようにハードディスクの記憶容量を増加させ続けるために、熱アシスト磁気記録方式（ＨＡＭＲ）が上記の重要な問題を解決するように開発された。
ＨＡＭＲ媒体への書き込みのために、磁気記録領域は集束レーザビームによって加熱され、その磁性複合材料は、磁性複合材料の保磁力を一時的に低下させるようにキュリー温度を超えて加熱される。データ書き込み後、レーザ光はもはや磁気記録層に集光しないため、磁気記録層が冷却されて記録されたデータを安定化させる。
ＨＡＭＲ媒体の積層構造は、下から上へ、基板、下地層、軟磁性層、結晶配向制御層、放熱層、バリア層、磁気記録層、潤滑層及びオーバーコート層を含む。磁気記録層は、集光されたレーザ光からの熱に耐えるために、ＦｅＰｔ合金などの高安定性磁性複合材料を必要とする。ＦｅＰｔ合金は高温下で磁気記録層の下の層に拡散しやすいため、ＦｅＰｔ合金の拡散を緩和又は抑制するように、磁気記録層の下にバリア層を配置することが必須である。
ＨＡＭＲ媒体のバリア層は、通常、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの耐熱性材料から作られる。ＭｇＯは導電性ではないため、通常、高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタリングによりＭｇＯターゲットをスパッタリングして成膜する。しかし、ＲＦマグネトロンスパッタリングは、成膜レートが低く、収率が低いという欠点がある。現在、酸化チタン（ＩＩ）（ＴｉＯ）をＭｇＯターゲットに添加して導電性を向上させることができ、そのためバリア層は直流（ＤＣ）マグネトロンスパッタリングによって製造できることが既知である。それにもかかわらず、ＭｇＯ粉末及びＴｉＯ粉末からなる現在の複合酸化物ターゲットは、焼結後に必然的にＭｇＯ凝集体を含むため、複合酸化物ターゲットの特性が低下する。加えて、スパッタリング中に多くの粒子が生成されるため、現在の複合酸化物ターゲットから製造された、得られたフィルムの特性及び収率に影響を及ぼす。
先行技術の欠点を克服するために、本発明の目的の１つは、複合酸化物ターゲットにおけるＭｇＯ凝集を抑制及び/又は緩和することである。
本発明の別の目的は、複合酸化物ターゲットのスパッタリング中に、粒子生成を効果的に抑制し、及び/又は生成される脱落粒子の数を減少させることである。
本発明の別の目的は、複合酸化物ターゲットの曲げ強度及び熱伝導率を改善することである。
上述の目的を達成するために、本発明は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化チタン（ＩＩ）（ＴｉＯ）を含む複合酸化物ターゲットを提供する。複合酸化物ターゲットの全原子数に対して、酸化マグネシウムの全原子数は、５原子パーセント（ａｔ％）以上９０ａｔ％以下であり得て、酸化チタン（ＩＩ）の全原子数は、１０ａｔ％以上９５ａｔ％以下であり得る。複合酸化物ターゲットは、酸化マグネシウムを含む複数の黒色相を含み、黒色相の平均粒度は２マイクロメートル（μｍ）以下であり得て、黒色相の粒度の分散は０．２未満であり得る。
複合酸化物ターゲットの組成、並びに複合酸化物ターゲットの金属組織微細構造の黒色相の平均粒度及び粒度の分散を制御することにより、本発明の複合酸化物ターゲットにおけるＭｇＯの凝集を抑制及び/又は緩和して、複合酸化物ターゲットのスパッタリング中の粒子生成を効果的に抑制し、及び/又は生成した脱落粒子の数を低減することができる。また、複合酸化物ターゲットの曲げ強度及び熱伝導率が向上する。
一実施形態において、複合酸化物ターゲットの黒色相の平均粒度は、０．０５μｍ以上２μｍ以下であり得る。別の実施形態において、複合酸化物ターゲットの黒色相の平均粒度は、０．３μｍ以上２μｍ以下であり得る。
一実施形態において、複合酸化物ターゲットの黒色相の粒度の分散は、１．００×１０－５以上０．２未満であり得る。別の実施形態において、複合酸化物ターゲットの黒色相の粒度の分散は、５．００×１０－５以上０．２未満であり得る。
一実施形態において、複合酸化物ターゲットは、添加剤をさらに含み得て、添加剤は、第１の添加剤、第２の添加剤又はその組み合わせであり得る。具体的には、第１の添加剤は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及びその任意の組み合わせからなる群から選択され得る。第２の添加剤は、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）、ケイ素（Ｓｉ）及びその任意の組み合わせからなる群から選択され得る。本発明により、第１の添加剤及び/又は第２の添加剤を添加することによって、複合酸化物ターゲットの黒色相の成長を抑制し、複合酸化物ターゲットの黒色相の粒度の分散を制御することができる。
本明細書において、添加剤の総量とは、第１の添加剤の総量、第２の添加剤の総量又は第１の添加剤及び第２の添加剤の総量の合計を示す。
第１の添加剤がＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｃｒ２Ｏ３及びＳｉＯ２を含む場合、「第１の添加剤の総量」という用語は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｃｒ２Ｏ３及びＳｉＯ２のそれぞれの量の合計を示す。第１の添加剤がＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｃｒ２Ｏ３又はＳｉＯ２である場合、「第１の添加剤の総量」という用語は、Ａｌ２Ｏ３のそれぞれの量、ＺｒＯ２のそれぞれの量、Ｃｒ２Ｏ３のそれぞれの量又はＳｉＯ２のそれぞれの量を示す。
第２の添加剤がＡｌ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＳｉを含む場合、「第２の添加剤の総量」とは、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＳｉのそれぞれの量の合計を示す。第２の添加剤がＡｌ、Ｚｒ、Ｃｒ又はＳｉである場合、「第２の添加剤の総量」という用語は、Ａｌのそれぞれの量、Ｚｒのそれぞれの量、Ｃｒのそれぞれの量又はＳｉのそれぞれの量を示す。
一実施形態において、複合酸化物ターゲットの全原子数に対して、添加剤の全原子数は、１ａｔ％以上６ａｔ％以下であり得る。別の実施形態において、複合酸化物ターゲットの全原子数に対して、添加剤の全原子数は、３ａｔ％以上６ａｔ％以下であり得る。ここで、本発明の複合酸化物ターゲットの黒色相の平均粒度及び粒度の分散がより低下され得る。
本発明により、複合酸化物ターゲットは、ＲＦマグネトロンスパッタリングプロセス及びＤＣマグネトロンスパッタリングプロセスなどのマグネトロンスパッタリングプロセスに好適であり得る。複合酸化物ターゲットにおけるＭｇＯの凝集を抑制及び/又は緩和することにより、複合酸化物ターゲットのスパッタリング中の脱落粒子数が５０個未満とされ得る。好ましくは、複合酸化物ターゲットのＤＣマグネトロンスパッタリング中の脱落粒子の数が、４０個未満、３０個未満、２０個未満、さらには１０個未満とされ得る。したがって、複合酸化物ターゲットからスパッタリングされる膜は、特性及び収率が改善されているため、ＨＡＭＲ媒体のバリア層に好適である。
本明細書において、「曲げ強度」という用語は、ターゲットに単位面積当たりの曲げ荷重を加えたときに、ターゲットが受ける破断時の応力を示し、その単位は１００万パスカル（ＭＰａ）である。本発明により、複合酸化物ターゲットの曲げ強度は、１００ＭＰａ以上であり得る。具体的には、複合酸化物ターゲットの曲げ強度は、１００ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下であり得る。好ましくは、複合酸化物ターゲットの曲げ強度は、１１０ＭＰａ以上１８０ＭＰａ以下であり得る。より好ましくは、複合酸化物ターゲットの曲げ強度は、１２０ＭＰａ以上１７０ＭＰａ以下であり得る。さらに好ましくは、複合酸化物ターゲットの曲げ強度は、１３０ＭＰａ以上１７０ＭＰａ以下であり得る。
本発明において、複合酸化物ターゲットの熱伝導率は、１０ワット毎メートル毎ケルビン（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であり得る。具体的には、複合酸化物ターゲットの熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり得る。好ましくは、複合酸化物ターゲットの熱伝導率は、１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり得る。より好ましくは、複合酸化物ターゲットの熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり得る。
さらに、本発明は、複合酸化物ターゲットの製造方法であって、
酸化マグネシウム粉末（ＭｇＯ粉末）及び酸化チタン（ＩＩ）粉末（ＴｉＯ粉末）を準備するステップであって、ＭｇＯ粉末の粒径が５μｍ以下であり得て、ＴｉＯ粉末の粒径が１０μｍ以下であり得る、ステップ、
ＭｇＯ粉末とＴｉＯ粉末を混合して粉末化混合物を得るステップであって、前記粉末化混合物の全原子数に対して、ＭｇＯ粉末の全原子数が５ａｔ％以上９０ａｔ％以下であり、ＴｉＯ粉末の全原子数が１０ａｔ％以上９５ａｔ％以下であり得る、ステップ、
粉末化混合物を４８時間以上粉砕して、微細粉末化混合物を得るステップ、
微細粉末化混合物を予備成形して圧粉体とするステップ、並びに
圧粉体を９００℃～１４００℃の範囲の温度で焼結して、複合酸化物ターゲットを得るステップ
を含む方法をさらに提供する。
酸化マグネシウム粉末（ＭｇＯ粉末）及び酸化チタン（ＩＩ）粉末（ＴｉＯ粉末）を準備するステップであって、ＭｇＯ粉末の粒径が５μｍ以下であり得て、ＴｉＯ粉末の粒径が１０μｍ以下であり得る、ステップ、
ＭｇＯ粉末とＴｉＯ粉末を混合して粉末化混合物を得るステップであって、前記粉末化混合物の全原子数に対して、ＭｇＯ粉末の全原子数が５ａｔ％以上９０ａｔ％以下であり、ＴｉＯ粉末の全原子数が１０ａｔ％以上９５ａｔ％以下であり得る、ステップ、
粉末化混合物を４８時間以上粉砕して、微細粉末化混合物を得るステップ、
微細粉末化混合物を予備成形して圧粉体とするステップ、並びに
圧粉体を９００℃～１４００℃の範囲の温度で焼結して、複合酸化物ターゲットを得るステップ
を含む方法をさらに提供する。
本発明により、原料粉末の粒径や及び混合比、粉砕時間並びに焼結温度を制御することにより、本発明の方法で製造された複合酸化物ターゲットでは、その金属組織微細構造における黒色相の平均粒度を小さくし、黒色相の粒度の分散を小さくすることができる。即ち、本発明の方法により、複合酸化物ターゲットにおけるＭｇＯの凝集を抑制及び/又は緩和して、複合酸化物ターゲットのスパッタリング中に粒子生成を効果的に抑制及び/又は脱落粒子の数を低減することができる。また、複合酸化物ターゲットの曲げ強度及び熱伝導率を向上させることができる。
上述の方法の一実施形態において、ＭｇＯ粉末の粒径は、０．５μｍ以上５．０μｍ以下であり得て、ＴｉＯ粉末の粒径は、０．５μｍ以上１０．０μｍ以下であり得る。好ましくは、ＭｇＯ粉末の粒径は１．０μｍ以上５．０μｍ以下であり得て、ＴｉＯ粉末の粒径は１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり得る。より好ましくは、ＭｇＯ粉末の粒径は２．０μｍ以上５．０μｍ以下であり、ＴｉＯ粉末の粒径は２．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり得る。
又は、上述の方法は、粉末化添加剤を供給して、ＭｇＯ粉末、ＴｉＯ粉末及び粉末化添加剤を混合し、粉末化混合物を得ることをさらに含む。粉末化添加剤は、第１の粉末化添加剤、第２の粉末化添加剤又はその組み合わせを含む。第１の粉末化添加剤は、Ａｌ２Ｏ３粉末、ＺｒＯ２粉末、Ｃｒ２Ｏ３粉末、ＳｉＯ２粉末及びその任意の組み合わせからなる群から選択され得て、第１の粉末化添加剤の粒径は３μｍ以下であり得る。第２の粉末化添加剤は、Ａｌ粉末、Ｚｒ粉末、Ｃｒ粉末、Ｓｉ粉末及びその任意の組み合わせからなる群から選択され得て、第２の粉末化添加剤の粒径は５０μｍ以下であり得る。粉末化混合物の全原子数に対して、粉末化添加剤の全原子数は、１ａｔ％以上６ａｔ％以下であり得る。具体的には、第１の粉末化添加剤の粒径は、０．１μｍ以上３μｍ以下であり得て、第２の粉末化添加剤の粒径は、１μｍ以上５０μｍ以下であり得る。好ましくは、第１の粉末化添加剤の粒径は、０．１μｍ以上１μｍ以下であり得て、前記第２の粉末化添加剤の粒径は、１０μｍ以上５０μｍ以下であり得る。
上述の方法の一実施形態において、ＭｇＯ粉末の粒径は、０．５μｍ以上５．０μｍ以下であり得て、ＴｉＯ粉末の粒径は、０．５μｍ以上１０．０μｍ以下であり得て、ＺｒＯ２粉末の粒径は、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり得る。好ましくは、ＭｇＯ粉末の粒径は、１．０μｍ以上５．０μｍ以下であり得て、ＴｉＯ粉末の粒径は、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり得て、ＺｒＯ２粉末の粒径は、０．２μｍ以上０．８μｍ以下であり得る。より好ましくは、ＭｇＯ粉末の粒径は、２．０μｍ以上５．０μｍ以下であり得て、ＴｉＯ粉末の粒径は、２．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり得て、ＺｒＯ２粉末の粒径は、０．３μｍ以上０．６μｍ以下であり得る。
上述の方法の一実施形態において、ＭｇＯ粉末の粒径は、０．５μｍ以上５．０μｍ以下であり得て、ＴｉＯ粉末の粒径は、０．５μｍ以上１０．０μｍ以下であり得て、Ａｌ粉末の粒径は、１０μｍ以上７０μｍ以下であり得る。好ましくは、ＭｇＯ粉末の粒径は、１．０μｍ以上５．０μｍ以下であり得て、ＴｉＯ粉末の粒径は、１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり得て、Ａｌ粉末の粒径は、２０μｍ以上６０μｍ以下であり得る。より好ましくは、ＭｇＯ粉末の粒径は、２．０μｍ以上５．０μｍ以下であり得て、ＴｉＯ粉末の粒径は２．０μｍ以上１０．０μｍ以下であり得て、Ａｌ粉末の粒径は３０μｍ以上５０μｍ以下であり得る。
好ましくは、上述の方法において、粉砕時間は、４８時間以上１２０時間以下であり得る。上述の方法のいくつかの実施形態において、粉砕時間は、６０時間以上１２０時間以下であり得る。
又は、上述の方法において、粉末化混合物は、４８時間以上粉砕され、さらにふるいでふるい分けされて、微細粉末化混合物が得られてよく、ふるいのメッシュサイズは４００メッシュ～６００メッシュであり得る。
微細粉末化混合物は、予備成形して圧粉体とすることができる限り、様々な条件下で予備成形され得ることが理解される。一実施形態において、微細粉末化混合物は、金型に均一に充填され、次いで５０キログラム/平方センチメートル（ｋｇ／ｃｍ２）～１００ｋｇ／ｃｍ２の圧力下で予備成形して、圧粉体とされ得る。
好ましくは、上述の方法では、焼結温度は１０００℃～１３００℃であり得る。
本発明により、上述の方法において、焼結時間は、１．５時間以上５時間以下であり得る。好ましくは、焼結時間は、１．５時間～４時間であり得る。より好ましくは、焼結時間は、１．５時間～３時間であり得る。
本発明により、上述の方法において、焼結圧力は、３００ｋｇ／ｃｍ２～５１０ｋｇ／ｃｍ２であり得る。好ましくは、焼結圧力は、３００ｋｇ／ｃｍ２～４００ｋｇ／ｃｍ２であり得る。
本発明により、圧粉体は、熱間加圧（ＨＰ）、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）又はその任意の組み合わせによって焼結され得る。一実施形態において、ＨＰプロセスの焼結温度は１０００℃～１３００℃であり得て、ＨＰプロセスの焼結圧力は３００ｋｇ／ｃｍ２～４５０ｋｇ／ｃｍ２であり得る。別の実施形態において、ＳＰＳプロセスの焼結温度は、９５０℃～１１５０℃であり得て、ＳＰＳプロセスの焼結圧力は、４００ｋｇ／ｃｍ２～５１０ｋｇ／ｃｍ２であり得る。さらに別の実施形態において、ＨＩＰプロセスの焼結温度は１０５０℃～１１５０℃であり得て、ＨＩＰプロセスの焼結圧力は３５０ｋｇ／ｃｍ２～５１０ｋｇ／ｃｍ２であり得る。
本発明の他の目的、利点及び新規特徴は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
以下にいくつかの複合酸化物ターゲットを例示して、本発明の技術的手段が、複合酸化物ターゲットの特性を改善し、複合酸化物ターゲットのスパッタリング中の粒子生成を効果的に抑制し、及び/又は生成される脱落粒子の数を低減するように、複合酸化物ターゲット中の黒色相の凝集を抑制及び/又は緩和し、黒色相の粒度を縮小し、黒色相の粒度の分散を低減できることを実証する。当業者は、本明細書の内容に従って、本発明の利点及び効果を容易に実現することができる。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明を実施又は適用するために、様々な修正及び変形を行うことができる。
実施例１～２３（Ｅ１～Ｅ２３）：複合酸化物ターゲット
実施例１～２３（Ｅ１～Ｅ２３）：複合酸化物ターゲット
実験の説明を簡潔にするために、Ｅ１を一例としてステップを説明する。Ｅ２～Ｅ２３の複合酸化物ターゲットを、以下に述べるのと同様の方法によって製造した。
まず、Ｅ１～Ｅ２３の複合酸化物ターゲットを調製するための原料として、純度９９．９９％及び粒径３．０μｍ～４．５μｍのＭｇＯ粉末、純度９９．９％及び粒径７．０μｍ～９．５μｍのＴｉＯ粉末、純度９９．９％及び粒径０．５μｍのＺｒＯ２粉末並びに純度９９．５％及び粒径４５μｍのＡｌ粉末を適量供給し、ＺｒＯ２粉末を第１の粉末化添加剤として使用し、Ａｌ粉末を第２の粉末化添加剤として使用した。Ｅ１～Ｅ２３それぞれについて、すべての原料粉末の量及びその粒径を以下の表１に示す。
続いて、Ｅ１に使用したＭｇＯ粉末、ＴｉＯ粉末並びに第１及び第２の粉末化添加剤を含む原料粉末を混合して、粉末化混合物を得た。表１において、各原料粉末の量を、粉末化混合物の全原子数に基づいて決定し、その単位はａｔ％である。
粉末化混合物を表１の粉砕時間に従って少なくとも４８時間粉砕し、次いで４００メッシュのふるいでふるい分けして、微細粉末化混合物を得た。他の実施形態において、ふるい分けは、実際の必要に基づいて省略可能であり、即ち、粉末化混合物を単に粉砕することによって、微細粉末化混合物を得た。
その後、選択した金型に微細粉末化混合物を均一に充填し、次いで油圧プレスで７０．３１ｋｇ／ｃｍ２の圧力で予備成形を行い、圧粉体を得た。
最後に、圧粉体を焼結温度１０００℃～１３００℃、焼結圧力４００ｋｇ／ｃｍ２にて２時間焼結し、ＨＰ、ＳＰＳ、ＨＩＰによるＥ１の複合酸化物ターゲットを得た。
Ｅ２～Ｅ２３の複合酸化物ターゲットを表１及び上記同様の方法に従って製造した。
表１に示す原料粉末の量は、上述した方法によって製造した複合酸化物ターゲットの組成の量と実質的に同じ又は同様であることが理解される。Ｅ１を一例とすると、その原料粉末の量に応じて、Ｅ１の複合酸化物ターゲットの全原子数に対して、Ｅ１の複合酸化物ターゲットのＭｇＯの全原子数は５０ａｔ％であり、Ｅ１の複合酸化物ターゲットのＴｉＯの全原子数は５０ａｔ％である。
比較例１～９（ＣＥ１～ＣＥ９）：複合酸化物ターゲット
比較例１～９（ＣＥ１～ＣＥ９）：複合酸化物ターゲット
実験の説明を簡潔にするために、ＣＥ１を一例としてステップを説明する。ＣＥ２～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットを、以下に述べるのと同様の方法によって製造した。
まず、ＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットを調製するための原料として、純度９９．９９％及び粒径１２．５μｍ～１４．０μｍのＭｇＯ粉末、純度９９．９％及び粒径２９．５μｍ～３８．５μｍのＴｉＯ粉末、純度９９．９％及び粒径１．２μｍのＺｒＯ２粉末並びに純度９９．５％及び粒径６０μｍのＡｌ粉末を適量供給し、ＺｒＯ２粉末を第１の粉末化添加剤として使用し、Ａｌ粉末を第２の粉末化添加剤として使用した。ＣＥ１～ＣＥ９それぞれについて、すべての原料粉末の量及びその粒径を以下の表１に示す。
続いて、ＣＥ１に用いた原料粉末を混合し、粉末化混合物を得た。表１において、各原料粉末の量を、粉末化混合物の全原子数に基づいて決定し、その単位はａｔ％である。
粉末化混合物を表１の粉砕時間に従って２４時間～３６時間粉砕して、微細粉末化混合物を得た。
その後、選択した金型に微細粉末化混合物を均一に充填し、次いで油圧プレスで７０．３１ｋｇ／ｃｍ２の圧力で予備成形を行い、圧粉体を得た。
最後に、圧粉体を焼結温度１０００℃～１３００℃、焼結圧力４００ｋｇ／ｃｍ２にて２時間焼結し、ＨＰ、ＳＰＳ、ＨＩＰによるＣＥ１の複合酸化物ターゲットを得た。
ＣＥ２～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットを表１及び上記同様の方法に従って作製した。
表１：Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットの原料粉末の量及びその粒径、プロセスパラメータ、複合酸化物ターゲットの特性、並びにＥ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９のスパッタリング中の脱落粒子数。
試験例１：黒色相の平均粒度及び粒度の分散
この試験例では、まず、Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットの金属組織をＳＥＭで観察した。金属組織微細構造の黒色相及び白色相の組成をＥＤＸによって分析して、黒色相の粒度を画像解析ソフトで解析した。
この試験例では、まず、Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットの金属組織をＳＥＭで観察した。金属組織微細構造の黒色相及び白色相の組成をＥＤＸによって分析して、黒色相の粒度を画像解析ソフトで解析した。
Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットを、ウォータージェット切断及び研削によって直径１５２ミリメートル（ｍｍ）及び厚さ６ｍｍの円板形状の複合酸化物ターゲットに機械加工した。次いで円板形状の各複合酸化物ターゲットから、ワイヤカットにより、その半値半径（ｒ／２）にて１０ｍｍ×１０ｍｍのサンプルを採取した。
ここでは、Ｅ１の１０ｍｍ×１０ｍｍのサンプルを一例として、Ｅ１の複合酸化物ターゲットの黒色相の組成並びにＥ１の黒色相の平均粒度及び粒度の分散の計算について説明した。Ｅ２～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットの黒色相の平均粒度及び粒度の分散も同様の方法で算出した。
まず、Ｅ１のサンプルの金属組織微細構造をＳＥＭ（製造者：日立；機種：Ｓ－３４００Ｎ）下、倍率２０００倍で観察した。続いて、金属組織微細構造の白色相と黒色相の組成をＥＤＸで分析した。図１に示すように、一方に「Ａ」と記した１つのスポットは黒色相にあり、「Ｂ」と記した他方のスポットは白色相にあり、金属組織微細構造の両スポットをＥＤＸで分析して組成を同定した。結果を以下の表２に示す。
表２に示すように、Ｅ１の複合酸化物ターゲットは、黒色相の組成がＭｇＯであり、白色相の組成がＴｉＯである。ＥＤＸの結果に基づいて、黒色相の平均粒度及び粒度の分散を画像解析ソフトで解析し、Ｅ１の複合酸化物ターゲットにおけるＭｇＯの凝集を評価した。
具体的には、Ｅ１の１０ｍｍ×１０ｍｍサンプルをＳＥＭ下で観察し、サンプルの５つの異なる領域にて５枚の金属組織画像をランダムに撮影した。５枚の金属組織画像を、画像解析ソフトウェアＩｍａｇｅＪの内蔵機能「Ｃｏｌｏｒ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ」によって処理して、５枚の高解像度画像とした。図２Ａ及び図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂは、Ｅ１、Ｅ８、Ｅ１０、Ｅ１７、ＣＥ１及びＣＥ９の複合酸化物ターゲットのＳＥＭ金属組織画像及び対応する高解像度画像である。図２Ｂ、図３Ｂ、図４Ｂ及び図５Ｂの高解像度画像を図６Ｂ及び図７Ｂの高解像度画像と比較すると、Ｅ１、Ｅ８、Ｅ１０及びＥ１７の複合酸化物ターゲットでは、粒度がより小さく、黒色相がより均一であることが理解される。
Ｅ１の複合酸化物ターゲット中のＭｇＯの凝集を客観的に評価するために、ＩｍａｇｅＪの内蔵機能「Ａｎａｌｙｚｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」によって５つのＳＥＭ金属組織画像のそれぞれにおける黒色相の粒度の平均を分析し、５つの平均値（１．１６μｍ、１．１０μｍ、１．６１μｍ、１．０２μｍ、及び１．４９μｍ）を得た。上記の５つの平均値を平均して、即ち５つの平均値の和を５で除算して、Ｅ１の複合酸化物ターゲットの黒色相の平均（即ち、平均粒度）として１．２８μｍを得た。結果を上の表１に示す。
続いて、Ｅ１の複合酸化物ターゲットの黒色相の粒度の分散を、以下の式を用いて算出した。
具体的には、以下の通りである。
Ｅ１の複合酸化物ターゲットの黒色相の粒度の分散の結果を表１に示す。同様に、Ｅ２～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の結果を同様の方法で得て、表１に示した。
表１に示すように、Ｅ１～Ｅ２３の複合酸化物ターゲットは、特定の粒径の原料粉末を適量混合し、好適な粉砕時間並びに焼結温度を制御することによって製造されたため、特定の組成を有し、その黒色相の平均粒度は２μｍ以下であり、黒色相の粒度の分散は０．２未満である。
これに対して、ＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットの製造にかかる粉砕時間は適正に制御されず、ＣＥ１～ＣＥ９で使用した原料粉末の粒径はより大きかった。したがって、ＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットでは、黒色相の平均粒度は３μｍを超え、黒色相の粒度の分散は０．２を超える。
以上の実験結果から、本発明の方法によって製造した複合酸化物ターゲットの黒色相の平均粒度はより小さく、黒色相の粒度の分散は比較的小さい。
さらに、第１の添加剤又は第２の添加剤を必要に応じて添加した実施例（例えば、Ｅ１５～Ｅ１７及びＥ１８～Ｅ２０）より、添加剤の総量が増加するにつれ、複合酸化物ターゲットの黒色相の平均粒度が小さくなり、黒色相の粒度の分散も小さくなることが認められる。
試験例２：曲げ強度
Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットを、ウォータージェット切断及び研削によって直径１５２ｍｍ及び厚さ６ｍｍの円板形状の複合酸化物ターゲットに機械加工した。次に、円板形状の複合酸化物ターゲットから、長さ５０ｍｍ、幅３ｍｍ、高さ４ｍｍのサンプルを、ワイヤカットによりその半値半径（ｒ／２）にて３個採取した。
Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットを、ウォータージェット切断及び研削によって直径１５２ｍｍ及び厚さ６ｍｍの円板形状の複合酸化物ターゲットに機械加工した。次に、円板形状の複合酸化物ターゲットから、長さ５０ｍｍ、幅３ｍｍ、高さ４ｍｍのサンプルを、ワイヤカットによりその半値半径（ｒ／２）にて３個採取した。
ここで、Ｅ１の３つのサンプルを使用して、Ｅ１の複合酸化物ターゲットの曲げ強度を分析する方法を示した。Ｅ２～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットの曲げ強度を、同様の方法によって求めた。
Ｅ１の３つのサンプルの曲げ強度を万能試験機（製造者：インストロン；機種：３３６５シリーズ；加圧速度：０．００８ミリメートル毎秒（ｍｍ／ｓ））で測定し、３つの値を得た。３つの値の平均を使用して、Ｅ１の複合酸化物ターゲットの機械的強度を評価した。Ｅ１の複合酸化物ターゲットの曲げ強度の結果を表１に示し、その単位はＭＰａである。同様に、Ｅ２～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の結果を同様の方法で得て、表１に示した。
表１に示すように、Ｅ１～Ｅ２３の複合酸化物ターゲットの曲げ強度は１１０ＭＰａ超である。好ましくは、Ｅ１～Ｅ５、Ｅ８～Ｅ１４、Ｅ１７、Ｅ２０、Ｅ２２及びＥ２３の複合酸化物ターゲットの曲げ強度は、１３０ＭＰａ超である。より好ましくは、Ｅ１０、Ｅ１３及びＥ２３の複合酸化物ターゲットの曲げ強度は１５０ＭＰａ超である。
これに対して、ＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットの曲げ強度は１００ＭＰａ未満である。特に、ＣＥ１～ＣＥ４、ＣＥ７及びＣＥ８の複合酸化物ターゲットの曲げ強度は９０ＭＰａ未満である。より詳細には、ＣＥ２の複合酸化物ターゲットの曲げ強度は８０ＭＰａ未満でさえある。
以上の実験結果から、本発明の方法によって製造した複合酸化物ターゲットの曲げ強度は優れている。
試験例３：熱伝導率
Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットを、ウォータージェット切断及び研削によって直径１５２ｍｍ及び厚さ６ｍｍの円板形状の複合酸化物ターゲットに機械加工した。ここでは、Ｅ１の円板形状の複合酸化物ターゲットを一例として、Ｅ１の複合酸化物ターゲットの熱伝導率の算出方法を示した。Ｅ２～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットの熱伝導率を、同様の方法で求めた。
Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットを、ウォータージェット切断及び研削によって直径１５２ｍｍ及び厚さ６ｍｍの円板形状の複合酸化物ターゲットに機械加工した。ここでは、Ｅ１の円板形状の複合酸化物ターゲットを一例として、Ｅ１の複合酸化物ターゲットの熱伝導率の算出方法を示した。Ｅ２～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットの熱伝導率を、同様の方法で求めた。
まず、Ｅ１の円板形状の複合酸化物ターゲットから、長さ１５ｍｍ、幅１５ｍｍ、高さ５ｍｍのサンプルを、ワイヤカットによりその半値半径（ｒ／２）にて採取した。空気中及び液体中のサンプルの重量をアルキメデスの原理に基づいて測定した。次いで、Ｅ１の複合酸化物ターゲットの実際の密度（記号：ρ；単位：キログラム/立方メートル（ｋｇ／ｍ３））を、以下の式を使用して算出した。
続いて、Ｅ１の円板形状の複合酸化物ターゲットから、直径１２．７ｍｍ及び高さ２ｍｍのパイ形状サンプルを、ワイヤカットにより半値半径（ｒ／２）にて採取した。次いで、レーザフラッシュ法により、熱拡散率（記号：α；単位：平方メートル/秒（ｍ２／ｓ））を求めた。示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により、比熱容量（記号：ｃｐ；単位：ジュール毎キログラム毎ケルビン（Ｊ／ｋｇ・Ｋ））を求めた。
最後に、Ｅ１の複合酸化物ターゲットの熱伝導率（記号：ｋ；単位：Ｗ／ｍ・Ｋ）を、熱拡散率（α）、実密度（ρ）及び比熱容量（ｃｐ）の値を以下の式に代入することによって算出した。
結果を表１に示す。
結果を表１に示す。
Ｅ２～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットの熱伝導率を同様の方法で求め、表１に示した。
表１に示すように、Ｅ１～Ｅ２３の複合酸化物ターゲットの熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋを超えている。好ましくは、Ｅ１～Ｅ７、Ｅ１４及びＥ１８～Ｅ２２の複合酸化物ターゲットの熱伝導率は、１５Ｗ／ｍ・Ｋを超えている。より好ましくは、Ｅ５、Ｅ６及びＥ２１の複合酸化物ターゲットの熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・Ｋを超えている。
これに対して、ＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットの熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ未満である。特に、ＣＥ１、ＣＥ２、ＣＥ５、ＣＥ６、ＣＥ８及びＣＥ９の複合酸化物ターゲットの熱伝導率は、９Ｗ／ｍ・Ｋ未満である。より詳細には、ＣＥ２及びＣＥ５の複合酸化物ターゲットの熱伝導率は、８Ｗ／ｍ・Ｋ未満でさえある。
以上の結果に示すように、本発明の方法によって製造した複合酸化物ターゲットの熱伝導率は優れている。
さらに、ＭｇＯ及びＴｉＯのみを含有する実施例（Ｅ１～Ｅ１４、Ｅ２１～Ｅ２３など）から、ＭｇＯの総量が増加するにつれて、複合酸化物ターゲットの熱伝導率も増加することが認められる。また、必要に応じて第２の添加剤を添加したＥ１８～Ｅ２０から、第２の添加剤の総量が増加するにつれて、複合酸化物ターゲットの熱伝導率も増加することが認められる。
試験例４：スパッタ中の脱落粒子数
Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットを、ウォータージェット切断及び研削によって直径５．０８センチメートル（ｃｍ）及び厚さ４ｍｍの円板形状の複合酸化物ターゲットに機械加工した。Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の円板形状複合酸化物ターゲットをそれぞれマグネトロンスパッタリング装置に投入し、プレスパッタリング法により各円板表面の汚れを除去した。２ｃｍ×２ｃｍのウェハ上に複合酸化物膜をＤＣスパッタリングにより成膜し、ここで加工圧力は１０－３トル～１０－７トル、スパッタ電力は２５０ワット/兵法センチメートル（Ｗ／ｃｍ２）、スパッタ時間は３００秒とした。Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の円板形状複合酸化物ターゲットのＤＣスパッタリング中の、「粒子収率」とも呼ばれる、生じた脱落粒子の数をそれぞれ記録し、表１に示した。
Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットを、ウォータージェット切断及び研削によって直径５．０８センチメートル（ｃｍ）及び厚さ４ｍｍの円板形状の複合酸化物ターゲットに機械加工した。Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の円板形状複合酸化物ターゲットをそれぞれマグネトロンスパッタリング装置に投入し、プレスパッタリング法により各円板表面の汚れを除去した。２ｃｍ×２ｃｍのウェハ上に複合酸化物膜をＤＣスパッタリングにより成膜し、ここで加工圧力は１０－３トル～１０－７トル、スパッタ電力は２５０ワット/兵法センチメートル（Ｗ／ｃｍ２）、スパッタ時間は３００秒とした。Ｅ１～Ｅ２３及びＣＥ１～ＣＥ９の円板形状複合酸化物ターゲットのＤＣスパッタリング中の、「粒子収率」とも呼ばれる、生じた脱落粒子の数をそれぞれ記録し、表１に示した。
表１に示すように、Ｅ１～Ｅ２３の複合酸化物ターゲットのＤＣスパッタリング中の脱落粒子数は、それぞれ５０個未満である。好ましくは、Ｅ１～Ｅ４、Ｅ９～Ｅ１４、Ｅ１７～Ｅ２０及びＥ２３の複合酸化物ターゲットのＤＣスパッタリング中の脱落粒子数は、それぞれ３０個未満である。より好ましくは、Ｅ１１～Ｅ１４及びＥ２３の複合酸化物ターゲットのＤＣスパッタリング中の脱落粒子数は、それぞれ２０個未満である。さらに好ましくは、Ｅ１２の複合酸化物ターゲットのＤＣスパッタリング中の脱落粒子の数は、１０個未満である。
これに対して、ＣＥ１～ＣＥ９の複合酸化物ターゲットのＤＣスパッタリング中の脱落粒子数は、それぞれ７０個以上である。特にＣＥ１～ＣＥ４、ＣＥ７の複合酸化物ターゲットのＤＣスパッタリング中の脱落粒子数は、それぞれ９０個を超える。より詳細には、ＣＥ１～ＣＥ３の複合酸化物ターゲットのＤＣスパッタリング中の脱落粒子の数は、それぞれ１００個を超える。ＣＥ３による脱落粒子の数は１５０個さえ超え、これはＥ１～Ｅ２３によって生じた粒子それぞれの少なくとも３倍であることに留意されたい。
以上の結果から、本発明の複合酸化物ターゲットのＤＣスパッタリング中の脱落粒子数が著しく減少するため、本発明の複合酸化物ターゲットからスパッタリングされた膜の特性が向上し、膜の収率も向上する。
上述の結果に基づいて、原料粉末の粒径及び混合比並びに粉砕時間及び焼結温度を制御することにより、複合酸化物ターゲットの金属組織微細構造の黒色相の平均粒度は２μｍ以下であり、黒色相の粒度の分散は０．２未満である。したがって、スパッタリング中の粒子生成が効果的に抑制され、及び/又はスパッタリング中の脱落粒子数が５０未満に減少する。さらに、複合酸化物ターゲットの曲げ強度が１００ＭＰａを超え、複合酸化物ターゲットの熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
本発明の多くの特性及び利点について、本発明の構造及び特徴の詳細と共に、前述の説明で述べてきたが、本開示は例示にすぎない。添付の特許請求の範囲に表された用語の広範かつ一般的な意味により示される最大限まで、本発明の本質の範囲内で、特にサイズに関して、変更が詳細に行われ得る。
Claims (9)
- 酸化マグネシウム及び酸化チタン（ＩＩ）で構成される、複合酸化物ターゲットであって、
前記複合酸化物ターゲットの全原子数に対して、前記酸化マグネシウムの含有量が５原子パーセント以上９０原子パーセント以下であり、及び前記酸化チタン（ＩＩ）の含有量が１０原子パーセント以上９５原子パーセント以下であり、並びに
前記複合酸化物ターゲットが、前記酸化マグネシウムを含む複数の黒色相を含み、前記黒色相の平均粒度が２マイクロメートル以下であり、及び前記黒色相の粒度の分散が０．２未満である、複合酸化物ターゲット。 - 酸化マグネシウム、酸化チタン（ＩＩ）、および添加剤を含み、
前記複合酸化物ターゲットの全原子数に対して、前記酸化マグネシウムの含有量が４７原子パーセント以上５０原子パーセント以下であり、及び前記酸化チタン（ＩＩ）の含有量が４７原子パーセント以上４９原子パーセント以下であり、並びに
前記複合酸化物ターゲットが、前記酸化マグネシウムを含む複数の黒色相を含み、前記黒色相の平均粒度が２マイクロメートル以下であり、及び前記黒色相の粒度の分散が０．２未満であり、
前記添加剤が、第１の添加剤、第２の添加剤又はその組み合わせであり、前記第１の添加剤が、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、酸化クロム（ＩＩＩ）、二酸化ケイ素及びその任意の組み合わせからなる群から選択され、並びに前記第２の添加剤が、アルミニウム、ジルコニウム、クロム、ケイ素及びその任意の組み合わせからなる群から選択され、
前記添加剤の含有量が、前記複合酸化物ターゲットの全原子数に対して１原子パーセント以上６原子パーセント以下である、複合酸化物ターゲット。 - 前記複合酸化物ターゲットの曲げ強度が、１億パスカルを超える、請求項１又は２に記載の複合酸化物ターゲット。
- 前記複合酸化物ターゲットの熱伝導率が、１０ワット毎メートル毎ケルビンを超える、請求項１又は２に記載の複合酸化物ターゲット。
- 酸化マグネシウム及び酸化チタン（ＩＩ）で構成される、複合酸化物ターゲットの製造方法であって、
酸化マグネシウム粉末及び酸化チタン（ＩＩ）粉末を準備するステップであって、前記酸化マグネシウム粉末の粒径が２マイクロメートル以上５マイクロメートル以下であり、前記酸化チタン（ＩＩ）粉末の粒径が２マイクロメートル以上１０マイクロメートル以下である、ステップ、
前記酸化マグネシウム粉末と前記酸化チタン（ＩＩ）粉末とを混合して粉末化混合物を得るステップであって、前記粉末化混合物の全原子数に対して、前記酸化マグネシウム粉末の含有量が、５原子パーセント以上９０原子パーセント以下であり、及び前記酸化チタン（ＩＩ）粉末の含有量が、１０原子パーセント以上９５原子パーセント以下である、ステップ、
前記粉末化混合物を４８時間以上粉砕して、微細粉末化混合物を得るステップ、
前記微細粉末化混合物を予備成形して、圧粉体とするステップ、並びに
前記圧粉体を９００℃～１４００℃の範囲の温度で焼結して、複合酸化物ターゲットを得るステップ
を含む方法。 - 前記方法が、前記粉末化混合物を４８時間以上粉砕して前記微細粉末化混合物を得るステップの後に、前記粉末化混合物をふるいでふるい分けするステップを含み、前記ふるいのメッシュサイズが４００メッシュ～６００メッシュである、請求項５に記載の方法。
- 前記圧粉体が、３００キログラム/平方センチメートル～５１０キログラム/平方センチメートルの範囲の圧力下で１．５時間～５時間焼結される、請求項５又は６に記載の方法。
- 複合酸化物ターゲットの製造方法であって、
酸化マグネシウム粉末、酸化チタン（ＩＩ）粉末、及び粉末化添加剤を準備するステップであって、前記酸化マグネシウム粉末の粒径が５マイクロメートル以下であり、前記酸化チタン（ＩＩ）粉末の粒径が１０マイクロメートル以下である、ステップ、
前記酸化マグネシウム粉末、前記酸化チタン（ＩＩ）粉末、及び前記粉末化添加剤を混合して粉末化混合物を得るステップであって、前記粉末化混合物の全原子数に対して、前記酸化マグネシウム粉末の含有量が、４７原子パーセント以上５０原子パーセント以下であり、前記酸化チタン（ＩＩ）粉末の含有量が、４７原子パーセント以上４９原子パーセント以下である、ステップ、
前記粉末化混合物を４８時間以上粉砕して、微細粉末化混合物を得るステップ、
前記微細粉末化混合物を予備成形して、圧粉体とするステップ、並びに
前記圧粉体を９００℃～１４００℃の範囲の温度で焼結して、複合酸化物ターゲットを得るステップ、を含み、
前記粉末化添加剤が、第１の粉末化添加剤、第２の粉末化添加剤又はその組み合わせを含み、前記第１の粉末化添加剤が、酸化アルミニウム粉末、二酸化ジルコニウム粉末、酸化クロム（ＩＩＩ）粉末、二酸化ケイ素粉末及びその任意の組み合わせからなる群から選択され、前記第１の粉末化添加剤の粒径が、３マイクロメートル以下であり、前記第２の粉末化添加剤が、アルミニウム粉末、ジルコニウム粉末、クロム粉末、ケイ素粉末及びその任意の組み合わせからなる群から選択され、前記第２の粉末化添加剤の粒径が、５０マイクロメートル以下であり、前記粉末化混合物の全原子数に対して、前記粉末化添加剤の含有量が、１原子パーセント以上６原子パーセント以下である、方法。 - 前記粉末化混合物を４８時間以上１２０時間以下にわたって粉砕する、請求項５～８のいずれか一項に記載の方法。
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