JPS6270550A - タ−ゲツト材 - 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〕 この発明は、光磁気記録材料として最近注目されている
希土類金属と鉄族金属とからなる薄膜をスパッタリング
によって製造する際に用いられるターゲット材に関する
ものである。

〔従来の技術〕

希土類金属と鉄族金属とからなる光磁気記録媒体をスパ
ッタリングによって製造する際に用いられるターゲット
材として、従来、 １）所定割合の希土類金属と鉄族金属とを真空中または
不活性ガス雰囲気中で完全にアーク溶解して固化した合
金インゴットを切断、研削等によって所定寸法に仕上げ
た合金ターゲット材、２）鉄族金属板上に希土類金属チ
ップを置くか、またはその逆に希土類金属板上に鉄族金
属チップを置くことによって、２種のターゲット材を組
み合わせた複合ターゲット材、 ３）前記１）の方法によって製造した合金インゴットを
粉砕して得た合金粉末をホットプレスによって成形した
合金ターゲット材（特願昭５９−２１１９６７号）、お
よび ４）微細に分割し元金土類金属と鉄族金属との混合物に
、真空中または不活性ガス雰囲気中において、この混合
物中に存在する金属成分系の共融点未満の温度で熱開成
形を捲して、希土類金属と鉄族金属との界面に金属間（
ヒ合物な形成させるとともに希土類金属と鉄族金属とを
接合させた焼結ターゲット材（特願昭５９−２１９２２
７号）、が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記１）の合金ターゲット材は、１）タ
ーゲットの寸法が、溶解炉の大きさ、形状に依存するた
めに大径のターゲットが得られず、１１）また、アーク
溶解だけでは所望の寸法、形状を有するターゲット、特
に薄肉のターゲットを得ることができない之めに切断、
研削等の後加工を必要として、生産性が低下し、 １ｉｉ）　　Ｌかもこのターゲット材は脆いために、後
加工を捲し難く、かつ歩留りが悪く、 つぎに、前記２）の複合ターゲット材は、１）板とチッ
プとの間で異常放電を起しやすく、１１）希土類金属と
鉄族金属が大きな塊りとなって分布し、しかも単体の希
土類金属と鉄族金属とはそのスパッタリング速度が相違
している定めに、長時間スパッタリングを続けると５〜
１Ｑａｔ、％の組成変化を生じ、 また、前記３）の合金粉末をホットプレスして得られた
合金ターゲット材は、 Ｉ）合金インゴットの粉砕によって不純物が混入してく
るのを避けることができず、 ｉｔ）　　合金粉末をホットプレスしただけなので、で
き上ったターゲットは機械的に脆く、１１１）希土類金
属自体が元来極めて酸化しやすいために前記粉砕工程等
によってターゲット材中の希土類金属酸（ヒ物の量り；
増大し、それに応じて単体の希土類金属の割合が低下す
るので、スパッタリングによって所望の磁気特性を有す
る膜を得ることができないばかりか、甚だしい場合は、
スパッタリングによって生じた膜が、前記酸ｆヒ物の影
響で、光磁気記録に必要な垂直磁化膜にならないことも
多く、 さらに、前記４）の焼結ターゲット材では、１）希土類
金属は元来鉄族金属よりもスパッタリング速度が高い定
めに、ターゲット材中に単体の形で存在する希土類金属
が、同じく単体で存在する鉄族金属や金属間（ヒ金物を
構成する各金属成分りりも擾先的にスパッタされ、それ
によってスパッタリング中に生成しつつある膜の組成が
時間の経過とともに変化して、膜の組成が安定しない、
という問題があった。

〔研究に基づく知見事項〕

そこで、本発明者等は、このような問題を解決するため
に種々研究を重ねた結果、 （１）　　Ｇｄ　、　Ｔｂ　、　Ｄｙ　、　Ｈｏ　、　
ＴｍおよびＥｒ並びにこれらの合金のうちのいずれか１
種以上からなる希土類金属が、Ｆｅ　、　ＣｏおよびＮ
ｉ並びにこれらの合金のうちのいずれか１種以上からな
る鉄族金属との間で金属間１ヒ合物を形成すると、この
金属間化合物に取り込まれた希土類金属は、単体の場合
よりもスパッタリング速度が低下して鉄族金属単体のス
パッタリング速度に近づくこと、 （２）シたがって、単体の希土類金属と鉄族金属および
これら金属の間で生成し念金属間化合物からなる前記４
）の焼結ターゲット材中の希土類金属単体を金属間化合
物に変えて、そのターゲット材を、この金属間化合物と
鉄族金属単体とが焼結によって結合した微細な混合組織
とすると、もはや単体の希土類金属を含んでいないこの
ようなターゲット材では、希土類金属と鉄族金属とのス
パッタリング速度の差が殆ど無くなる結果、スパッタリ
ング中に膜の組成が変ｒヒしていくという問題を克服で
きること、 （３）　　このようなターゲット材では金属間化合物の
含有Ｉが著しく増大するので、その強度が低下するもの
と予想されるにも拘らず、このターゲット材の組織中に
混在している単体の鉄族金属によって、ターゲット材の
強度は意外に低下しないでその十分な加工性が保証され
るとともに、熱収縮に基づく割れの発生も回避できるこ
と、を見出した。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記知見に基づいて発明されたもので、光
磁気記録媒体として利用される希土類金属と鉄族金属と
からなる膜をスパッタリングによって製造する場合、そ
のスパッタリング中に膜の組成変化を起さないターゲッ
ト材を提供することを目的とし、 Ｇｄ　、　Ｔｂ　、　Ｄｙ　、　Ｈｏ　、　Ｔｍおよび
Ｅｒ並びにこれらの合金からなる群より選ばれた希土類
金属１種または２種以上：３０〜５０重量％、 Ｆｅ　、　ＣｏおよびＮｉ並びにこれらの合金からなる
群より選ばれた鉄族金属１種ま念は２種以上と不可避不
純物：残り、 からなる組成を有し、かつ 前記希土類金属と鉄族金属との金属間ｆヒ合物と、鉄族
金属単体とが焼結によって結合した微細な厘合組織を有
することを特徴とするターゲット材、に係るものである
。

〔発明の詳細な説明〕

以下、この発明の構成および付帯事項について具体的に
説明する。

１、　組成 ターゲット材の一方の成分となるＧｄ　、　Ｔｂ　、　
Ｄｙ　。

）（ｏ　、　ＴｍおよびＥｒ並びにこれらの合金のうち
のいずれか１種以上からなる希土類金属の含有量が、タ
ーゲット材全体の３０重量％未未満なったり、あるいは
５０重量％を越えると、そのターゲット材は、光磁気記
録媒体として利用するのに適した磁気特性を備えた膜を
生成しなくなるので、この発明ではターゲット材中に含
有させる希土類金属の量を３０〜５０重量％と定めた。

上記のこれらの合金とは、Ｇｄ　、　Ｔｂ　、　Ｄｙ、
　Ｈｏ　、　ＴｍおよびＥｒのうちの２種以上からなる
合金、例えばＧｄ　−Ｔｂ　−、−ＤＹ　−Ｔｂ　、　
Ｇｄ　−ＤＹ　−Ｔｂ　、　Ｈｏ　−Ｇｄ　−Ｔｂの各
合金を意味し、ターゲット材の他方の成分となる鉄族金
属に関するこれらの合金とは、Ｆｅ　、　ＣｏおよびＮ
ｉのうちの２種以上からなる合金、例えばＦｅ−（：ｏ
。

Ｆｅ　−Ｎｉ　、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ’の各合金を意味す
る。

この発明のターゲット材の中に、原料として使用した希
土類金属および鉄族金属中にもともと不可避的に随伴し
てい念不純物、例えば周期律表の第１ｉａ族元素、５ｉ
ｌｃ’ａｌＡｆｆｌｌｃｌＰｌｓ、Ｔａ、Ｍｎ。

０等の不純物が、ターゲット材の特性に悪影響を与えな
い範囲で微量含まれることは許容される。

２、組織 前述のとおり、この発明のターゲット材に微量の不可避
的不純物が含まれていても、このターゲット材は実質的
に希土類金属と鉄族金属との金属間化合物と、鉄族金属
単体とが焼結によって結合し几微細な混合組織を形成し
ており、一般に１〜５００μｍの寸法を有する微細な球
状または片状の鉄族金属単体はターゲット材に必要な強
度を与えるとともに、前記金属間化合物と共同して、膜
の組成が安定したスパッタリングを可能にする。

３、製造方法 上記のようなターゲット材は、例えば下記のような一連
の工程を経て製造される。

ａ）まず最初に、微細に分割された、例えば粉末、小粒
ま念は小片のＧｄ　、　Ｔｂ　、　Ｄｙ　、　Ｈｏ　、
　ＴｍおよびＥｒ並びにこれらの合金からなる希土類金
属と、Ｆｅ。

ＣｏおよびＮｉ並びにこれらの合金からなる鉄族金属と
を用意し、これらを所定割合に配合したものを不活性雰
囲気において、例えばボールミルにより密に混合して、
希土類金属＝３０〜５０重量％、鉄族金属：残り、から
なる組成を有する混合物を形成させ、 ｂ）ついで、この混合物に、一般に千カニ０．０１〜１
Ｏ−６Ｔｏｒｒの真空中ま之はアルゴンガスのような不
活性ガス雰囲気中で、前記混合物中に存在する金属成分
系の液相発現温度未満の温度、すなわち前記金属成分系
の共融点よりも例えば３００〜５０°Ｃ低い温度におい
て熱間バック王延、ホットプレス、熱間静水■ブレス（
ＨＩＰ）、熱間鍛造等による熱開成形な栴して、前記混
合物中の各金属粒子の塑性変形、希土類金属と鉄族金属
との間の部分的な固相拡散、およびその結果としての界
面における金属間（ヒ合物の形成と接合を起して、前記
希土類金属と鉄族金属からなる高密度、すなわち一般に
９５〜１００％の相対密度を有する緻密で強度の高い成
形体を形成させ、 Ｃ）その後、同じく真空中ま之は不活性ガス雰囲気中で
、前記成形体中に存在する金属成分系の液相発現温度以
上の温度、例えば前記金属成分系の共融点ないしこれよ
りも２００℃高い温度に、その成形体を短時間加熱する
処理、例えば高周波加熱による急速かつ短時間の加熱処
理または電子ビーム照射の走査による急速かつ短時間の
加熱処理を前記成形体に捲し、成形体中のすべての希土
類金属を金属間化合物に変換することによって、前記混
合物の成分組成と実質的に同一の成分組成を有する焼結
ターゲット材が得られる。

なお、前記工程ａ）において、鉄族金属は好ましくは平
均粒径：５０〜３００μｍの粉末ないし小粒、が使用さ
れ、この平均粒径が５０μｍ未満になると、得られたタ
ーゲット材において鉄族金属粒子同志の連繋が不十分と
なって、これが脆くなり、一方これが３００μｍを越す
と、均一混合が十分達成されないことと、金属間化合物
形成後でも平均粒径：２００μｍ以上の鉄族金属単体が
残ることから、スパッタリング被膜の組成むらをもたら
す虞れがあり、また希土類金属では平均粒径：１゜〜３
００μｍの粉末ないし小粒を使用するのが好ましく、そ
れが１０μｍ未満になると、鉄族金属との間で生ずる混
合むらが顕著となり、一方それが３００μｍを越すと、
前記Ｃ）の熱処理においてすべての希土類金属が金属間
化合物に変ｆヒするのに時間がかかりすぎるとともに、
その熱処理後に組成むらが生じゃすい。一般に、希土類
金属と鉄族金属とを均一に混ぜ合わせるには両者の平均
粒径にできるだけ差がないのが好ましい。

希土類金属と鉄族金属はいずれも高純度（それぞれ純度
：９９重量％以上および９９．０重量％以上）であるこ
と、特に低酸素濃度（いずれも酸素濃度：０．１重量％
以下）であることが望ましい。

つぎに、前記工程ｂ）によって施される熱開成形におい
ては、薄板状のターゲット材を製造する場合、特にホッ
トプレスと熱間バック王延が適しており、この熱開成形
中に適用される温度が前記混合物中に存在する金属成分
系の液相発現温度以上の温度になると、熱開成形中に生
じた液相によって金属が酸イヒされやすくなる結果、タ
ーゲット材の酸素濃度が０．５重量％以上に上昇する上
に、液相だけが流動するというトラブルが発生するので
、この熱開成形は前記液相発現未満の温度において遂行
され、この液相発現温度は、例えば前記系がＦｅ−Ｔｂ
の場合は８４０℃、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｔｂの場合は６９５’
Ｃ，Ｆｅ−Ｔｂ−Ｇｄの場合は８３０℃、モしてＣｏ−
Ｇｄの場合は６３０℃である。

ホットプレスにおいては通常１００〜２００に９／　ｃ
ａの千力が適用され、そのホットプレスを施す時間は、
前記の作用を起すのに十分な時間であればよく、その温
度や子方によっても異なるが、一般に２時間以上である
。

熱間バック田延においては、希土類金属と鉄族金属との
前記混合物に対して拡散を起しにくい金属例えばステン
レス鋼でできた缶に前記混合物を充填し、その缶内の子
方が１．０−５Ｔｏｒｒ以上の真空度になるまで缶内ガ
スの真空引きを遂行して、この缶内に前記混合物を真空
バックする。ついで、このようにバックされた前記混合
物に、その混合物中に存在する金属成分系の液相発現未
満の温度において王延様により、１回当りの王下率：３
〜１０％で熱間バック王延を施すが、一般に、このとき
の田下率が１０％を越すとターゲット材に割れが生ずる
場合があり、また成形体の相対密度が９５％未満である
と、後の熱処理工程における急速な温度上昇によって割
れが発生し易くなる。田延によって形成された成形体は
、その周囲の缶を旋盤またはシェーバで取り除くことに
よって、缶の中から取り出される。

最後に、前記工程Ｃ）において施される熱処理では、成
形体中に残存するすべての希土類金属を金属間化合物に
転化するために、この成形体を、その中に存在する金属
成分系の液相発現温度以上の温度、すなわち液相発現温
度ないしこれよりも例えば２００℃高い温度に短時間、
例えば１０秒〜１５分間加熱する。

このような条件を満たす熱処理は、特に高周波加熱およ
び電子ビーム照射の加熱によって好都合に達成され、こ
の熱処理においてもターゲット材の酸素含有量の増大を
防ぐために、前記熱間成形において用いた雰囲気と同様
な真空または不活性ガスの雰囲気が適用される。

高周波加熱は、例えば下記の方法、すなわち、高周波加
熱炉中でグラファイト製またはアルミナ製の治具上に成
形体を載せ、１０−５〜１０”Ｔｏｒｒの真空中または
千カニ００１〜１．　ＯＴｏｒｒのアルゴンガス中、高
周波加熱により、前記成形体を１０〜ｂして、この温度
に１０〜９００秒保持した後、例えば不活性ガスの吹付
けなどで急冷することによって遂行され、また電子ビー
ム照射による熱処理は、例えば下記の方法、すなわち、
Ｉ　Ｘ　１Ｏ−５Ｔｏｒｒ以上の真空度に保持された電
子ビーム溶解炉中で、水冷Ｃｕハース上に置かれた成形
体に、出カニ６．０×１０−２〜３．Ｏｘ　１０−’　
ＫＷ　、回転速度：０５〜１５＋ｍ／ｓｅｃで電子ビー
ムを照射し、このような照射を成形体全体に通常１回〜
５回走査し、その後急速に冷却することによって遂行さ
れる。

〔実施例および実施例に基づく効果〕

ついで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明する。

実施例１ ａ）いずれも平均粒径：１００μｍを有する純度：　９
９．９％のＴｂ粉末と純度：９９．９９％のＦｅ粉末（
以上重量％）とを、Ｔｂ：Ｆｅの配合割合が４１゜５７
：５８．４３（重量％）となるように所定量秤量したも
のをボールミルを用いて３０分間トルエン中で混合し、
乾燥して総軍１２５０Ｆの混合粉末を調製した。

ｂ）ついで、肉厚：１．２−を有し、かつ内部に直径：
１２０■×厚さく高さ）：４．０順の円板状の空間を有
するステンレス缶の中央に内径：１２．７ｗｘ長さ：　
５００ｗＸ厚さ：　１．、Ｏｍｍのステンレス管を垂直
に取り付けて、前記円板状の空間内に前記混合粉末を充
填してから、前記ステンレス缶の内部を排気して真空度
：　Ｉ　Ｘ　１０−５Ｔｏｒｒまで真空引きした後、前
記ステンレス缶の根もとをガスバーナーで加熱土着して
前記混合粉末を前記ステンレス缶内に密封した。このよ
うにステンレス缶内に真空バックされ几混合粉末に、通
常の下延機により、温度：６００℃および１回当りの王
下率：１０％において、缶全体の厚み（高さ）が４．５
ｆｉ程度に子線されるまで熱間バック王延を捲し、この
下延されたステンレス缶を旋盤で取り除いて、その内部
で下延された相対密度：１００％のＴｂ−Ｆｅ成形体を
取り出しｔｏ Ｃ）その後この成形体を、熱処理炉中に装入し、王カニ
　Ｉ　Ｘ　１Ｏ−５Ｔｏｒｒ以下の高真空の下に、８０
０’Ｃ／ｈｒの昇温速度で８８０℃まで昇温し、この温
度に１分間保持した後、アルゴンガスな吹き付けて室温
まで急冷した。

、二ごのようにして得られたＴ’ｂ２０Ｆ’ｅ８０の組
成を有するターゲット材を顕微鏡によって組織観察した
ところ、ＴｂはすべてＦｅとの間で金属間化合物を生成
するとともに、その一部は共晶反応を起して約８４７℃
で融液となるので、このターゲット材では、第６図のａ
−Ｃに示したような、この金属間化合物とその共晶の間
にＦｅ単体が均一に分布した微細な混合組織が形成され
、このＦｅ単体粒子の寸法は１０〜５０μｍであり、ま
たこのターゲット材の相対密度は１００％で抗折力は１
１．ＯＫｑ／ｍｊであった。

つぎに、このターゲット材の性能を評価するために、こ
れを直径：１２７ｍＩ＋ｌＸ厚さ：２咽の円板に加工し
念ターゲットを基にして、アルゴン分子。

：　５　Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒでブリスパッタを３０〜
６０秒間旋した後、バイアス電工：ＯＶ、スパッタ電カ
ニ７５Ｗと一定に保ち、前記ターゲットを２〜５ｒｐｍ
の速さで回転させながらスライドガラスなターゲットか
ら７０聾離し、ターゲット直上中心、その中心から３０
、同６ｃｒＲと位置を換えてマグネトロンスパッタリン
グな箔して光磁気記録用の膜を製造した。

このとき得られた膜の酸素含有量は１５〜２０ａｔ、％
で、その膜のＴｂ量のスパッタリング時間の経過に対す
る変化を第１図に示す。

第１図から、スパッタリング時間が長時間にわたっても
膜組成の変１ヒが士Ｑ２ａｔ、％と極めて小さいことが
わかる。

実施例２ 希土類金属として一純度：９９．９重量％のＧｄ、およ
び鉄族金属としてＦｅ　６□Ｃ０８の原子比を有する純
度：９９．９９％のＦｅ−Ｃｏ合金を、４８．２７　：
　５１．７３（重量％）の割合で使用し、その他の製造
条件やスパッタリング条件等はすべて実施例１と同じに
してＧｄ　２５Ｆｅ　６７ＣＯＢの成分組成（原子比）
を有するターゲット材と、そのターゲット材を使用して
スパッタし念膜をそれぞれ製造した。

このターゲット材を実施例１と同様に組織観察したとこ
ろ、ＧｄはすべてＦｅおよびｆ；’ｅ−Ｃｏとの間で金
属間化合物を生成するとともに、その一部は溶融して共
晶を形成し、このターゲット材では、第７図のａ　−ｃ
に示したような、これらの金属間ｆヒ合物とその共晶の
間に１０〜１００μｍの大きさのＦｅ単体粒子が均一に
分布した混合組織が形成され、またこのターゲット材の
相対密度は９９．８％で、抗折力は１３．２Ｋｇ／−で
あった。

このターゲット材から得られた膜の酸素含有量は０．８
〜２．Ｑａｔ、％で、スライドガラスをターゲットの中
心から３備ずらした場合のその膜のＧｄ量およびＣｏｆ
ｆ１のスパッタリング時間に対する変化を第２図に示し
た。

第２図から、長時間のスパッタリング時間にわたって膜
の組成変ｆヒが±０．１ａｔ、％と極めて小さいことが
わかる。

比較例１ 所定割合のＴｂとＦｅとをアーク溶解によって完全に溶
解混和して合金化した、原子比でＴｂ３　ｏＦｅ７　ｏ
の成分組成を有する合金ターゲット材を製造し念。

このターゲット材から製作した直径ニア５咽Ｘ厚さ：３
１の寸法を有するターゲットを利用し、その他の諸条件
を実施例１と同じにしてスパッタリング膜を形成させた
。

このようにして得られた膜は７．０〜１２．０ａｔ。

％という多量の酸素を含有して、スパッタリング時間：
２時間、３．５時間および６時間において得られ之膜は
いずれも垂直磁化膜とはならないで、面内融化の特性を
示し、膜の保磁力からその実効Ｔｂ量を外挿して’１’
ｂＢを求め、このＴｂ量とスパッタリング時間との関係
を第３図に示した。

＄３図から、この膜の組成がスパッタリング時間の経過
に対して極めて不安定であることがわかる。

比較例２ 直径＝１２７咽×厚さ：１．５ｍｍの寸法を有する純度
９９．９９％のＦｅ板上に、直径：１０鵡×厚さ：２．
０咽の寸法を有する純度：　９９．９％のＴｂチップ６
５個を同心円状に並べることによって形成されたＦｅと
Ｔｂとの複合ターゲットを使用して、実施例１と全く同
じ条件でスパッタリングを実施した。

この複合ターゲットは、上からみると１面積比でＴｂ　
：Ｆｅ＝４０．５　：　５９．５となり、これを原子％
比に直すと、Ｔｔ）２ｏＦｅＢＯの成分組成となった。

このときに得られた膜の酸素含有量は１８〜２．７ａｔ
、％で、スパッタリング時間の経過に対するその膜のＴ
ｂ量の変（ヒを第４図に示した。

第４図から、時間の経過とともに膜の組成が著しく変（
ヒすることがわかる。

比較例３ 実施例１のｂ）において得られたＴｂ−Ｆｅ成形体を仕
上加工することによって製造し念ターゲットを使用して
、実施例１と全く同じ条件でスパッタリングを実施した
。

このときに得られ之膜の酸素含有量は０．１〜０．４ａ
ｔ、％で、その膜のＴｂ量のスパッタリング時間の経過
に対する変化を第５図に示した。

第５図から、このターゲットによって得られた膜の組成
も時間の経過とともに著しく変化することがわかる。

〔発明の綜合的効果〕 以上の説明から明らかなように、この発明によると、組
成が安定し、かつ酸素濃度の低い光磁気記録媒体を生成
する、高強度のスパッタリング用ターゲット材を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明のターゲット材を使用
してスパッタリングを実施した場合、それによって生じ
た膜の組成とスパッタリング時間との関係を示すグラフ
、第３図〜第５図は比較夕−ゲット材を使用した場合の
同様な関係を示すグラフ、第６図および第７図のａ−ｂ
はこの発明のターゲット材の金属組織を示す顕微鏡写真
、そして第６図および第７図のＣはこれらの顕微鏡写真
で示された金属組織をわかりやすくする之めの模式的な
説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｍおよびＥｒ並びにこれ
   らの合金からなる群より選ばれた希土類金属１種または
   ２種以上：３０〜５０重量％、 Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ並びにこれらの合金からなる群よ
   り選ばれた鉄族金属１種または２種以上と不可避不純物
   ：残り、 からなる組成を有し、かつ 前記希土類金属と鉄族金属との金属間化合物と、鉄族金
   属単体とが焼結によつて結合した微細な混合組織を有す
   ることを特徴とするターゲット材。