JPH02138463A - スパッタリング用ターゲット材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光磁気記録媒体として用いられる希土類金属
−鉄族金属ターゲット材に関し、特に耐食性の改善を目
的とするものである。

〔従来の技術〕

最近、ガラスあるいは樹脂基板上にスパッタリング法を
用いて所望組成の希土類金属（Ｔｂ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｎｄ
、Ｓ齢、Ｈｏ等）−鉄族金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ　＊　
）系の薄膜を形成し、これを磁気記録媒体として用いた
置き換え可能で高密度記録が可能な光磁気ディスクの開
発が行なわれている。しかし、希土類金属−鉄族金属合
４ｒＭは耐食性が悪いため、光磁気ディスクを一般環境
下で長時間使用した場合の信頼性に欠けるという問題が
あった。このため、薄膜媒体の上にｉｔ候性向上を目的
としてＡＩＮやＳｉＯなどの保５Ｉ膜などの保護膜を形
成したり、合金膜自体の耐食性向上を目的として種々の
元素の添加が行なわれてきた。

光磁気ディスクにおける耐食性改善元素につイテハ、［
金属表面技術Ｊ　Ｖｏｌ、　３８．　Ｎｏ、９゜１９８
７．第８９〜９５頁、ｒＢＯＵＮＤＡＲＹＪ１９８８年
３月号が詳しく、Ｃ０１Ｎｉ、Ｐｔ等の不動態形成活性
金属等の添加が有効であるとの報告がなされている。

一方、上記耐食性改善元素を含有する合金ターゲットと
しては、以下のものが提案されている。

すなわち、所望組成の希土類金属、鉄族金属および耐食
性向上元素であるＴｉ％Ａ１、Ｃｒ、Ｃｕの少なくとも
１種以上を真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で溶解し
た後、同じく真空中あるいは不活性ガス中で所定の形状
に鈎遺して得られるＩｌｌｌｌ−デッド　（特開昭６３
−４５３６６号）、および希土類金属粉末と鉄族金属粉
末およびＣ，Ｓｉ　、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ　、Ｔｉ　ＳＺｒ、
ＢｉおよびＡＩの耐食性元素１種以上含有する合金粉末
を所望組成に混合し、この混合粉末を液相発現温度未満
の温度範囲で加圧焼結した後、液相発現温度より２００
℃低い温度範囲内で熱処理し得られる焼結ターゲット　
（特開昭６２−２０５５５６号）である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記の鋳造ターゲットは、（ａ）　　Ｉ
ＩＩ造時に耐食性向上元素として添加するＴｉ　、ＡＩ
、Ｃｒ、Ｃｕが偏析しやすく、組成的に均質ではないた
め、スパッタリング膜中に存在する耐食性向上元素が不
均質となり十分な耐食性向上効果が得にくい。

（ｂ）　　希土類金属−鉄族金属系合金は非常に脆弱な
金属間化合物を形成するため、鋳造なとの組織均質化プ
ロセスがとりにくい。このため、ｖＪ造時に生じた巣な
どの欠陥を除去することが不可能である。

（ｃ）　　材質的に脆いため、ターゲット形状に加工す
る際、チアピングや割れを生じゃすく機械加工が非常に
困難である。またボンディング時およびスパッタ時の熱
応力でターゲットが割れてしまう。

（ｄ）　　本製造方法によるターゲットをスパッタして
作成した薄膜の組成は、ターデッド組成から７〜１０ａ
ｔ％近く鉄族金属単体にずれを生ずると同時に、耐食性
向上元素の含有量についても非常に不安定であるため、
薄膜の組成制御が非常に難しい。

（ｅ）　　Ｔｉ　、ＡＩ　％Ｃｒ　、Ｃｕの単独および
複合添加では光磁気ディスクメモリーとして十分な特性
、信頼性が得られない。

などの問題点がある。

また、前記焼結ターゲットにおいては、Ｃ５Ｓｉ　％Ｐ
、Ｂ、Ｃｒ％Ｔｉ　、Ｚｒ、Ｂｉ　、ＡＩを添加しても
、光磁気記録媒体として十分なレベルの耐食性が得られ
なかったり、耐食性向上は認められる場合であっても、
光磁気特性が劣化し良好なＳ／Ｎ比が得にくいという問
題点がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、種々検討を行なった結果、（ａ）　　耐
食性向上には、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、の１種または
２種以上とＰＬ　、Ｐｄ、Ｒ１＋のうち１種または２種
以上を複合添加せしめることが非常に有効であること、 （ｂ）　　薄膜Ｊ１１威を均一にするには、ターデッド
財の組織を所定の形態に制御した焼結組織とすれば良い
こと、 を知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、希土類金属としてＴｂｌＧｄ％Ｄ
ｙ、Ｎｄ、Ｓ１６、ＨｏおよびＴｍの１種または２種以
上を１０〜４５ａｔ％、耐食性改善元素としてＣｒ％Ｔ
ｉ　、ＮｂおよびＴａの１種または２種以上とＰｔ５Ｐ
ｄ、Ｒｈのうち１種または２種以上とを合計で１５ａｔ
％以下、残部Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの１種または２種以
上の鉄族金属かＣ２なる組成を有し、前記希土類金属が
、前記鉄族金属および前記耐食性改善元素の１種または
２４１との共晶合金もしくは金属間化合物として存在し
、前記共晶合金または前記金属間化合物が、前記鉄族金
属単体および前記耐食性改善元素単体、または前記鉄族
金属と耐食性改善元素との合金と焼結により結合した組
織を有することを特徴とするスパッタリング用ターゲッ
ト材である。

以下本発明の詳細な説明する。

希土類金属−鉄族金属合金薄膜の腐食によって生ずる現
象として、希土類金属が選択的に酸化されて、その結果
、膜の全面または一部に腐食生成物を生じ、その結果、
膜の保磁力が変動する現象と、高温、高湿時において膜
の全面または一部に腐食生成物を生じ、その結果、膜の
光透過率が変動する現象の２つがある。

第１図に耐食元素Ｍ＝Ａ１％Ｓｉ　、Ｃｒ　、Ｔ１Ｎｂ
、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ％Ｒｈを添加したＴｂＦｅＣｏ膜（
Ｔ　ｔ＋ＨＦ　ｅｓｓＣＯＨＭ　Ｓ　Ｉ　ａｔ％）の初
期の保磁力と火気中で１２０℃で５時間加熱した後、測
定した保磁力の測定結果を示す。

添加元素のうち、希土類の選択酸化には、どの元素につ
いても一定の効果が認められるが、特にＣｒ、Ｔｉ％Ｎ
ｂ、Ｔａの効果が優れていることがわかる。

この効果は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａが強固な酸化皮膜
を形成し易く、かつ侵入酸素のブラタ−として作用する
ためと考えられる。

次に、第２図に、前記の耐食元素を添加したＴｂＦｅＣ
ｏ膜（Ｔ　ｂｚｓ　Ｆ　ｅｓｓｃ　ｏｓＭ　ｓ　ｒ　ａ
ｔ％）を２規定のＮａＣｆｆ１溶液に３０分間浸した後
、測定した光透過率の変化率（％）を示す。

耐食元素の）ち、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈを添加した場合は光
透過率の変化が小さく、次いでＴｉ、Ｎｂ、Ｔａによる
影響が小さい。

このように、保磁力の変動については、Ｃｒ。

Ｔｉ　、Ｎｂ％Ｔａが優ね、光透過率の変化については
、ＰＬ、Ｐｄ、Ｒｈが優れるというように耐食性向上効
果に差異があるのは、Ｃｒ、Ｔｉ。

Ｎｂ５Ｔａの場合は強固な酸化皮膜の形成により耐食性
を向上しているのに対し、Ｐｔ　、Ｐｄ、Ｒｈの場合は
合金膜自体を電気化学的に責な状態にし、その結果、腐
食が抑制されるという、耐食向上の機構の差異によるも
のと考えられる。

本発明は、以上のように耐食性に対し異なる作用を有す
るＣｒ　、Ｔｉ　ＳＮｂ　、Ｔａの１種または２種以上
とｐｔ％Ｐｄ、Ｒ１＋　とを複合添加している点に第１
の特徴を有するのである。

第３図にカー回転角に及ぼす耐食元素の影響を示す、評
価に用いた膜組成は、上記と同様、Ｔｂ、ｓＦｅｓｓＣ
ｏｓＭｓである。

ｔＩ４３図から、カー回転角に対するＰｔ　、　Ｐｄ　
。

Ｒｈ添加の影響は小さいのに対し、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ　
、Ｔａを添加した場合には大きくカー回転角を減少させ
、悪影響を及ぼすことが理解される。

すなわち、第１図および第２図にて説明したように、Ｃ
ｒ　、Ｔｉ　、ＮｂおよびＴａは保磁力の変動および光
透過率の変動の両者に討］７所定の効果を有するが、こ
の効果を十分に得ようとした場合、逆にカー回転角を減
少させてしまう。

そこで本発明では、カー回転角に対し悪影響を及ぼさず
、しかも、それ自体、耐食性向上に有効なＰｉ、Ｐｄ、
Ｒｈの１種または２種以上と　Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ
の１種または２種以上とを複合して耐食性向上に必要な
量を添加することにより、カー回転角に影響を怪えずに
優れた１１食性を有する希土類金属−鉄族金属膜を形成
せんとするものである。

しかし、複合添加の場合もあまり添加量が多すぎると光
磁気特性に悪影響を及ぼすため、１５ａＬ％以下に限定
する。

本発明ターゲット材において、希土類金属には従来から
公知のＴ　ｂ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｓ曽、Ｈｏ、Ｔｗ等
の１種または２種以上を用いることができる。

その含有量は１０ａｔ％未満お上＋７４５ａｔ％を越え
ると光磁気記録媒体としての機能を有する薄膜を得るこ
とが困難になるので、１０〜４５ａｔ％とする必要があ
るニ 一方、鉄族金属についても、従来がら用いられているＦ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉの１種または２種以上を適用することが
できる。

次に、本発明ターゲット材の組織に一ついて説明する。

希土類金属は、鉄族金属に比ベスパッタリング速度が速
いため、希土類金属と鉄族金属がそれぞれ単独で存在す
るターゲット材をスパッタリングした場合、希土類金属
が優先的にスパッタされるため、生成される薄膜の組成
がスパッタリング時間の経過に伴ない変動してしまう。

そこで、本発明ターゲット材においては、希土類金属が
単独で存在しない組織、詳しくは本発明ターゲット材を
構成する他の元素である鉄族金属、耐食性元素との共晶
合金、あるいは金属間化合物として存在せしめるのであ
る。

一方、ターゲット材が共晶合金、金属間化合物のみから
構成される場合には、機械的強度の面で不十分となる。

本発明では、十分な機械的強度を得るために前記共晶合
金または金属間化合物と、前記鉄族金属および前記耐食
性改善元素とが焼結により結合した組織とする。

すなわち、鉄族金属および耐食性改善元素の一部を独立
しで存在させることにより８！械的強度を保証しようと
するものである。

なお、当該鉄族金属、耐食性改善元素の存在形態として
は、鉄族金属、耐食性改善元素がそれぞれ単体、鉄族金
属と耐食性改善元素との合金、あるいは該合金と鉄族金
属単体および耐食性改善元素単体のＩＮｉまたは２種と
の混合等があげられるが、いずれであっても良い。

次に本発明ターゲット材の製造方法について説明する。

本発明ターゲット材は、粉末冶金法により製造される。

したがって、その原料粉末が特定される必要がある。

すなわち、ターゲット材中に前記共晶組織を存在させる
場合には、共晶組織を有する合金粉末を用意する。

この合金粉末を製造する方法としては、ガス７トマイズ
法、回転ロール法等の急冷凝固処理法、匍造インゴット
を機械的に粉砕する粉砕法などが採用される。不純物含
有量抑制の点からは、急冷凝固処理法が望ましい。

一方、ターゲット材中に金属間化合物を存在せしめる場
合には、金属間化合物粉末を用意する。製造方法は、前
記共晶合金粉末と同様である。

以上の共晶合金粉末、金属間化合物粉末にターデッド材
の目標Ｍ戊に対し不足分の鉄＃金属、耐食性改善元素を
添加、混合する。

鉄族金属および耐食性改善元素の添加形態としては、鉄
族金属単体粉末（Ｆｅ　−Ｃｏ　、　Ｆｅ−Ｎ　ｉ等の
合金粉末を含む）と耐食性改善元素単体粉末（Ｔ　ｉ　
−Ｐ　ｔ　＋　Ｎ　ｂ　−Ｐ　Ｌ等の合金粉末を含む）
を添加する、鉄族金属と耐食性元素との合金粉末（Ｆｅ
−Ｔａ　、Ｆｅ−Ｎｂ等）を添加する等が掲げられる。

以上の原料粉末を混合した後、混合物組成の液相発現温
度未満の温度で加圧焼結を行なう。

加圧焼結の温度を液相発現温度未満とするのは、液相発
現温度以上の温度にすると、前記共晶合金粉末あるいは
金属間化合物粉末と、これに添加した鉄族金属および耐
食性改善元素（粉末）との間の接合層が異常に成長し、
成形体の機械的強度が低下すること、および共晶合金粉
末を用いる場合、共晶合金粉末に晶出している希土類金
属のα相が鉄族金属と反応しＩＹ滅してしまうことによ
る。望ましくは、液相発現温度未満の温度から（液相発
現温度未ｍ−１００℃）の範囲内、さらに望ましくは、
液相発現温度未満の温度から　（液相発現温度未満−３
０℃）の範囲内である。

なお、液相発現温度の一例を上げると、Ｔｂ−Ｆｅの場
合８４０℃、Ｔｂ　−Ｆｅ−Ｃｏの場合６９５℃、Ｔｂ
　−Ｇｄ−Ｆｅの場合８３０　’Ｃである。

以上の液相発現温度未満の加圧焼結により接合層の極薄
化を達成し、８！機械的度低下防止に効果を有するが、
さらに、 ｉ）原料粉末レベルで得Ｃ）れている希土類金属のα相
と金属間化合物の量および良好な分散状態の維持、制御
が容易になされる。

１１）組織中にむらを生じさせることがない、ｉｉｉ　
＞酸素含有量を低レベルに抑制でさる、といった効果が
得られ、長時間スパッタ時の薄膜特性の安定化に寄与す
るものである。

加圧焼結の手法としては、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）
、ホットプレス、　熱間バック圧延、熱間パック鍛造等
を適用できる。具体的な条件としては熱間静水圧プレス
の場合、液相発現温度未満から　（液相発現温度未満−
３０°Ｃ）の範囲内かつ不活性がス圧１０００〜１５０
０気圧で、２〜３時間保持すると、接合層の厚さを、１
０〜３０μ熱以内に抑えることが可能で、成形体の密度
も９７％以上に達する。

ホットプレスの場合、密度９５％以との成形体を得よう
とする場合、加熱温度を液相発現温度未満から　（液相
発現温度未満−３０℃）以内、成形圧力１５０　ｋ４／
　０ｍ２以上で２時間程度保持することが望ましい。

熱間パック圧延、熱間パック鍛造の場合は、加熱温度は
ＨＩＰと同様で良いが、１バスごとの圧下率を１０％以
内にして加工する必要がある。

なお、ターゲット材中に金属間化合物を存在せしめる場
合には、上記のごとく金属間化合物粉末を使用する以外
に、例えば、希土類金属、耐食性改善元素、鉄族金属を
それぞれ単独で添加、混合した後に加圧焼結し、しかる
後に熱処理を施すことによってターゲット材中に金属間
化合物を生成せしめることができるので、これによって
もよい。

なお、この場合の加圧焼結の条件は、前述の金属間化合
物粉末を使用する場合と同条件でよく、また熱処理条件
としては、ターデッド材組成の液相発現温度±２００℃
の範囲において、該温度以上の場合には、比較的短時間
（例えば数１０秒）、該温度未満の場合は、比較的短時
間（例えば数１０時間）の保持を行なえばよい。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき説明する。

第１表に実施例に用いた試料の組成（粉末も含む）を示
す、全試料とも平均粒径０．３１以下の粉末を使用した
。各々の粉末は、第１表、混合物組成の欄に示すそれぞ
れの組成になるよう秤量、添加した後、Ｖ型混合器内に
装入し、混合器内を一度真空に引いた後【こ、Ａｒｆｆ
スで置換した６粉末混合に関しては、可能な限り均一な
混合粉末を作るため、積算回転数で６，０００以上回転
を加えた。

次に、混合粉末を軟鋼製カプセルに充填し、カプセル内
部を１０−’　ｔｏｒｒ以上に真空排気した後で、４０
０℃に加熱し、カプセル全体が４００℃に達した後で５
時間保持した状態のまま封入を行なった。

前記カプセルを熱間静水圧プレス装置（ＨＴＰ）を用い
て、温度６８５℃、１２００気圧、２Ｈｒ保持の加圧焼
結を実施した。

焼結を完了した成形体より旋盤と平面研削盤を用いて外
側の鉄皮を除去した後で、直径１０１０１１ｏ厚さ３Ｉ
の薄膜評価用ターデッド、抗折力測定用試験片を作成し
た。

薄膜評価には、高周波電源を有するマグネトロンタイプ
のスパッタ装置を用いて、０．１５ａ−の板厚を有する
コーニング社製の７０５９．ｆラス上に成膜を行なった
。成膜条件は高周波出力２００Ｗ、Ａｒ＊ス圧５　Ｘ　
１０−’　ｔｏｒｒ　１ターゲットとガラス基板間の跋
離は７０ｍｍで、Ｉ＆模膜時はガラス基板を回転せずタ
ーデッドとガラス基板を対向させている。

第４図に、第１表の試料１，２．３，４および９を用い
て成膜した薄膜の光透過率の変化率（％）を示す。

なお、該変化率とは、２Ｎ％ＮａＣ１溶液に３０分浸漬
後の光透過率と浸漬面の光透過率との変化率をいう。

Ｔｉｔ独添加の試料９を月いた場合に比較して、ｐｔと
Ｃｒ　、Ｔｉ　、Ｎｂ　、Ｔａを複合添加した試料１．
２．３および４を用いた場合には、同じ５ａｔ％の添加
量でも光透過率の変化率が少なく耐食性向上に優れた効
果を有することが理解できる。

第２表に本発明（試料１〜７）および従来例（試料８．
９）のターゲットの抗折力および１１１記ターゲットを
用いで成膜した薄膜の組成と保磁力カー回転角を示す。

本発明によるターゲット材は１０　ｋｇ／　ｃｍ”以上
の良好な抗折力を有している。

このように良好な抗折力を有している理由は、ターゲッ
ト中に存在する鉄族金属単体相の効果によるものと考え
られる。

また、薄膜組成の点でも、ターゲット組成に比して±２
ａＬ％以内しか、ずれを生ぜず、かつ膜中の耐食性元素
の含有量もターゲット組成とほぼ同程度であることがわ
かる。

本実施例で用いた組成系のターデッド材を用いた薄膜の
標準的カー回転角は０，３５°であるが、本発明ターデ
ッド材によるカー回転角は、０．３４〜０．３５’　と
耐食性元素添加の影響はほとんどない。

これに対し、試料８　（比較例）のターゲットは抗折力
が小さく脆い。薄膜組成についても、鉄富側に６〜７ａ
ｔ％近く変動すること、およびカー回転角の低下が大き
い等種々問題点を有している。

試料９　（比較例）については、ターゲットと薄膜間の
組成ずれは比較的小さいが、Ｔ　ｉ単独で添加した場合
、カー回転角の低下が大きいという問題点を有している
。

なお、第５図に試料１〜４　（本発明）および試料９　
（比較例）により成膜の初期の保磁力と大気中で１２０
℃、５時間加熱した後に測定した保磁力の測定結果を示
しておく。

／ 〔発明の効果〕 以上のよう１こ本発明によれば、良好な耐食性を有する
簿膜が得られるため、産業上大きな利益を与える。

【図面の簡単な説明】

第１図は選択酸化に及ばず耐食性改善元素の影響を示す
グラフ、第２図は光透過率に及ぼす耐食性改善元素の影
響を示すグラフ、第３図はカー回転角に及ぼす耐食性改
善元素の影響を示すグラフ、第４図は実施例中で評価し
た光透過率に及ぼす耐食性改善元素の影響を示すグラフ
、第５図は実施例中で評価した選択酸化に及ぽ゛１耐食
性改善元素の影響を示すグラフである。 代理人　弁理士　　本　　間　　　　　崇療 図 Ｍ　（ＡＴ％） 第 図 卒 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 希土類金属としてＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｈｏ
   およびＴｍの１種または２種以上を１０〜４５ａｔ％、
   耐食性改善元素としてＣｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａのうちの
   １種または２種以上とＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうちの１種ま
   たは２種以上とを合計で１５ａｔ％以下、残部Ｆｅ、Ｃ
   ｏおよびＮｉの１種または２種以上の鉄族金属からなる
   組成を有し、前記希土類金属が、前記鉄族金属および前
   記耐食性改善元素の１種または２種との共晶合金もしく
   は金属間化合物として存在し、前記共晶合金または前記
   金属間化合物が、前記鉄族金属単体および前記耐食性改
   善元素単体、または前記鉄族金属と耐食性改善元素との
   合金と焼結により結合した組織を有することを特徴とす
   るスパッタリング用ターゲット材。