JP2000104160A - ＣｏＣｒ系下地膜用ターゲット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳造法−塑性加工を適用する上で問題であっ
た、熱間加工性を高め、酸素量を低減できる量産性に優
れたＣｏＣｒ系下地膜用ターゲットおよびその製造方法
を提供する。 【解決手段】 本発明は、Ｃｒ３０〜５５［重量％］を
含有し、Ｏ０．０１［重量％］以下、かつＣ０．１［重
量％］以下で、残部が実質的にコバルトからなり、塑性
加工組織を有するＣｏＣｒ系下地膜用ターゲットであ
る。また、上述した本発明のターゲットは、上述した組
成を有する鋼塊を９００〜１３８０℃の温度範囲で１０
％以上の熱間加工を施す本発明の製造方法によって得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高密度記録用のハー
ドディスクを製造する際に使用されるＣｏＣｒ系下地膜
用ターゲットとその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、主にコンピュータの記録装置とし
て用いられるハードディスクは、マグネトロンスパッタ
リングで成膜して生産されることが一般的である。ハー
ドディスクは多層膜の構造であるが、この際にコバルト
−クロム系のターゲットは磁気記録媒体薄膜の下地膜の
成膜に用いられる。

【０００３】従来は下地膜にはＣｒが用いられて来た。
しかし、ハードディスクの記録密度を高めるためには、
磁気媒体膜の高保磁力化や低ノイズ化などが求められて
いる。最近ＣｏＣｒ系下地膜を成膜した後にＣｏＣｒＴ
ａ系の磁気媒体を成膜することによって、保磁力を高め
るなど磁気記録媒体薄膜の特性が向上できることが提案
された。例えば、下地膜に、ＣｏにＣｒ３５〜４５［原
子％］の範囲で含有させた化学組成の膜を用いることに
よって、高保磁力化や低ノイズ化などが出来るとの報告
が‘ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＡ
ＧＮＥＴＩＣＳ，Ｐ２９４４−２９４６，ＶＯＬ．３
３，ＮＯ．５，１９９７’にある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＣｏＣｒ系磁気記録下
地膜の製造用スパッタリングターゲットには、偏析が少
ないことが求められている。更に製造性が良好であるこ
とが求められている。ＣｏＣｒ系ターゲットにおいてＣ
ｒなどがターゲット中に極端に偏析していると、この偏
析が膜の化学組成分布にも影響する。膜に偏析が存在す
ると、磁気特性が不均一になるなどの問題が生じる。こ
の対策としては、スパッタリングで成膜する際に、ター
ゲットや基板を動かしながら成膜を行うなどの手法があ
る。しかし、ターゲットごとに偏析の程度が異なったり
すると、ターゲットごとに調整が必要となるし、スパッ
タリング装置の構造が複雑になる。よって、可能な限り
偏析の少なく、偏析の程度の変動がないターゲットが求
められている。

【０００５】また、磁気記録媒体の下地膜としては、非
磁性であることが要求されるため、これまでは、典型的
には３０［重量％］以上のＣｒを含有するターゲットが
要求されている。しかし、Ｃｒ量の増大は、熱間加工性
を大きく阻害する。上述した理由から、偏析が少なく熱
間加工性を要求しない製法として、ＣｏＣｒ下地膜用タ
ーゲットの製造には、粉末焼結法が用いられていた。

【０００６】しかし、粉末焼結法では、どうしても酸素
量が多くなってしまうという問題がある。本発明者の検
討によれば、量産する上では、酸素含有量が１００ｐｐ
ｍ程度までが限界であった。本発明者は、酸素含有量を
低減する理由の１つを次のように考えている。ターゲッ
トの酸素含有量が高いと、下地膜のＣｏＣｒ膜の表面に
付着する酸素量が増加する。この付着した酸素が、続い
て成膜される原子の拡散を阻害する。すなわち、ＣｏＣ
ｒ膜表面の酸素によって、続いて成膜されるＣｏＣｒＴ
ａＰｔなどの磁気記録膜の拡散が阻害されるために、保
磁力などのハードディスクに必要な特性が得られなくな
ると考えている。

【０００７】酸素量の低減は、鋳造法（溶製法）を適用
するのが有効である。しかし、上述したような偏析の問
題、あるいは鋳造欠陥部へのガスの残留の問題があり、
鋳造ままでターゲットとすることには問題が多い。一
方、編析を低減できる塑性加工の適用は熱間加工性が悪
いことが問題であった。本発明の目的は、鋳造法−塑性
加工を適用する上で問題であった、熱間加工性を高め、
酸素量を低減できる量産性に優れたＣｏＣｒ系下地膜用
ターゲットおよびその製造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記の問題に
鑑み、種々の検討を行った結果、ターゲット中に不可避
的に存在するＣ量を０．１［重量％］以下まで低減する
ことで加工性を大幅に改善できることを見いだし、本発
明に到達した。即ち、本発明は、Ｃｒ３０〜５５［重量
％］を含有し、Ｏ０．０１［重量％］以下、かつＣ０．
１［重量％］以下で、残部が実質的にコバルトからな
り、塑性加工組織を有するＣｏＣｒ系下地膜用ターゲッ
トである。より好ましいＣ含有量は、０．０１［重量
％］以下である。

【０００９】また、上述した本発明のターゲットは、上
述した組成を有する鋼塊を９００〜１３８０℃の温度範
囲で１０％以上の熱間加工を施す本発明の製造方法によ
って得ることが好ましい。より、好ましい熱間加工温度
は９００〜１３００℃の範囲である。

【００１０】本発明では、上述したＣｒの一部を、２０
［重量％］以下の範囲でＭｏ、Ｗの１種あるいは２種以
上の元素、あるいは１０［重量％］以下の範囲で４ａ族
あるいは５ａ族の１種あるいは２種以上の元素で置換す
ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明者は上記の問題に鑑み、種
々の検討を行った。最初にＣｏＣｒ系合金に、真空溶
解、真空アーク溶解、電子ビーム溶解、プラズマ溶解な
どの低酸素の鋼塊が得られる製造方法で素材を製造し、
その素材に熱間加工が施せるようになれば、偏析低減と
酸素低減を同時に行うことが可能になると考えた。しか
し、Ｃｒ３０［重量％］以上のＣｏＣｒ系合金は熱間加
工を行うと割れてしまい、半径１００［ｍｍ］、厚み１
０［ｍｍ］程度の円柱状の一般的なターゲットの大きさ
を製造することは非常に困難であった。

【００１２】最初に、本発明者は含有する不純物元素の
影響について検討を行った。その結果、炭化物を起点と
して、熱間加工時に割れが発生していることが分かっ
た。そこで、Ｃ含有量を変化させて実験を行い、熱間加
工性の評価を繰り返した。これにより、Ｃ含有量が０．
１［重量％］を超える場合と比較すると、Ｃ０．１［重
量％］以下では炭化物が少なく、熱間加工性は著しく向
上した。また、Ｃ含有量を少なくすることによって熱間
加工性が向上する原因としては、ＣｏＣｒ合金のマトリ
クスで、転位の移動が容易になることも関係していると
考えている。すなわち、Ｃ含有量を０．１［重量％］以
下にすることによって熱間加工性が向上するメカニズ
は、破壊の起点となる炭化物析出を抑え、かつ変形抵抗
を低くする２つの効果と考えている。より、好ましいＣ
含有量は、０．０１［重量％］以下である。

【００１３】Ｏ含有量を０．０１［重量％］以下とした
理由は、これ以上のＯがターゲットに含有すると、上述
したように成膜時の拡散が阻害されるようになり、最終
的には磁性膜の磁気特性を劣化させるからである。

【００１４】Ｃｒ含有量の下限を２９［重量％］とした
のは、ターゲットのＣｒ含有量が２９未満になると、ス
パッタ条件などによっては磁性を有するようになる可能
性がある。この磁性はハードディスクに組み込まれた場
合はノイズとなり、ハードディスクの品位を低下させ
る。よって、Ｃｒ２９［重量％］を下限とした。Ｃｒ含
有量の上限を５５［重量％］としたのは、これを超える
と殆どの相がσ相となり、熱間加工が施せなくなるから
である。

【００１５】ターゲットの組織が塑性加工組織を有して
いる必要性を説明する。鋳造組織などでは、化学組成の
偏析が大きい。この鋳造組織を破壊して化学組成の均質
なターゲットを製造するためには、熱間加工が必要とな
る。熱間加工を施すことによって、特定の元素が濃化し
た部分を分断し、分散させられる。また、加熱による元
素の拡散による均質化も期待できる。よって、塑性加工
組織を有するターゲットは偏析が少なく、薄膜の品質を
向上させたり、安定させたりすることに寄与する。

【００１６】また、本発明者は熱間加工性に及ぼす温度
の影響についても検討を行った。その結果、９００℃未
満では著しく熱間加工性が低下する事がわかった。その
理由は、本発明の材料は、９００℃未満になるとα相
（ＦＣＣ構造）からε相（ＨＣＰ構造）に構造が変化す
る。このＨＣＰ相の析出にともない延性が低下すること
が分かった。これは、ＨＣＰ相には滑り面が少なく、Ｆ
ＣＣ相と比較して変形が難しいことに起因していると考
えている。また、Ｃｒ含有量の高い領域では、σ相の析
出量が増加することも熱間加工性を低下させる原因と考
えている。平衡状態では、９００℃以上であっても、ε
相が析出する可能性やσ相の量が増加し、熱間加工性を
低下させる可能性はある。しかし、９００〜９７０℃の
温度範囲での熱間加工時間を１０分以下に管理すること
によって、９００℃の低温で熱間加工が可能であること
を見出した。このことによって、量産性のある鍛造、プ
レス、圧延機などで熱間加工を可能とする広い温度範囲
を確保することが可能となった。

【００１７】熱間圧延温度の上限を１３８０℃とした
は、本発明の材料は１３８０℃以上では延性が得られな
いためである。また、好ましい温度範囲としては、１３
００℃以下である。この理由は、１３００℃を超える温
度で加熱を行うと内部酸化が著しくなり、生産性が低下
するためである。

【００１８】加工率を１０％以上としたのは、１０％以
上の加工を施さないと鋳造時の偏析が殆ど改善されない
からである。

【００１９】ここで、ターゲットのＣｒの含有量を２９
〜５５［重量％］としたのは、膜の組成としてはＣｒ２
９〜５５［重量％］が最適な範囲であり、この膜組成
は、ほぼ同一の化学組成のターゲットによって得られる
からである。

【００２０】ＭｏやＷは、磁性膜の磁気特性を最適化す
るために添加できる。上限を２０［重量％］としたの
は、これを越えると熱間加工が不可能になるからであ
る。また、０．１％未満では、磁気特性を改善する効果
が少ないため、好ましくは０．１％以上とする。同様
に、Ｍｏ、ＷをＣｒの置換とすること、すなわちＣｒ、
Ｍｏ、Ｗの合計の含有量が５５［重量％］を越えないよ
うにしたのは、これを越えると熱間加工が不可能になる
からである。このメカニズムは不明であるが、Ｃｏ系の
金属間化合物の析出などに起因すると考えている。

【００２１】また、ＣｏＣｒ合金に、４ａ族や５ａ族の
添加は、結晶粒微細化や格子定数の制御のために行われ
る。また、４ａ族や５ａ族の１種類以上の添加量を１０
［重量％］、かつＣｒとの置換としたのは、これ以上、
４ａ族や５ａ族のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａの
含有量が増加すると、ＣｏＴａ系の金属間化合物などが
存在するようになり、熱間加工時にこの金属間化合物を
起点に破壊するからである。また、４ａ族や５ａ族は
０．１％未満では、上述の効果が得にくいため、好まし
くは０．１％以上添加する。

【００２２】また、本発明品には、塑性加工性を害しな
い添加元素を選択添加すること、たとえば白金族やＮ、
Ｂを含有させることが可能である。これらの元素添加に
より、多層膜構造のハードディスクを製造する際に、膜
と膜の整合性を向上させる効果があると考えられる。

【００２３】

【実施例】（実施例１）表１および表2に検討を行なっ
た化学組成と偏析品位を示す。表１および表2で、製造
法に、加工と示している製造工程は、真空溶解で３０
［ｋｇ］鋼塊を製造−加熱温度と再加熱を１２５０℃で
繰り返しながらハンマー分塊（加工率５０％）−加熱温
度１２５０℃で熱間圧延（加工率３０％）で製造してい
る。表１および表2に示す本発明の化学組成において
は、この加工条件において割れ等の欠陥の発生はなく、
ターゲット材への加工が可能であった。鋳造と示してい
る製造工程は、真空溶解で直径１００［ｍｍ］の円柱上
の鋳型に３０［ｋｇ］の溶鋼を鋳込み製造した。粉末と
している製造方法は、１００メッシュ以下の合金アトマ
イズの粉末を、１１００℃×１５０ＭＰａの熱間静水圧
プレスを用いて焼結を行った。偏析品位は、鋳造品につ
いては鋼塊、熱間圧延材については板材で、３０個所の
分析をを行い、その最大値と最小値の差で示している。
分析には、微小部Ｘ線光電子分光装置を用いて直径１０
０［μｍ］の領域で行った。

【００２４】表１および表2の化学組成からわかるよう
に、Ｎｏ．１〜２８の塑性加工材とＮｏ２９、３１、３
３、３５、３７の鋳造材では酸素含有量が０．０１［重
量％］以下になっており、ターゲットとして好ましい酸
素レベルになっている。一方、Ｎｏ．３０、３２、３
４、３６、３８の粉末材では全て酸素含有量が０．０１
［重量％］を越えており、磁気特性で問題となると考え
られる。

【００２５】偏析品位は、Ｎｏ．１〜２８の塑性加工材
では、０．０１〜０．０２［重量％］の範囲にあり、Ｎ
ｏ．３０、３２、３４、３６、３８の粉末材では０．０
２［重量％］であり、Ｎｏ２９、３１、３３、３５、３
７の鋳造材では０．０４〜０．０６［重量％］の範囲に
ある。この結果から、加工材と粉末材が鋳造材よりも偏
析品位が良いことがわかる。よって、酸素含有量と偏析
品位の両面で優れているものが、本発明と示しているＮ
ｏ．１〜２８の加工材であることがわかる。

【００２６】

【表1】

【００２７】

【表2】

【００２８】（実施例２）さらに本発明に適用する化学
組成の熱間加工性を詳細に検討した。表３に熱間加工性
を評価した化学組成を示す。また、表４にこの組成の熱
間での引張試験の伸び値（％）を示す。引張試験片は鋼
塊より採取した。この表３からわかるように、本発明の
化学組成の範囲にあるＮｏ．ａ〜ｉ、ｋ、ｌ、ｎ、ｐ、
ｓ、ｕ〜ａｂ、ａｇ〜ａｉ、ａｋ〜ａｎでは、１３８０
〜９００℃の温度領域で、絞りが２０％以上あり、熱間
での延性がある。よって、膜特性を向上させるターゲッ
トの製造が可能であることがわかる。特に、Ｃを０．１
［重量％］以上含有しているａｄ，ａｅ，ａｆでは、低
温での延性が十分に得られていないことがわかる。

【００２９】

【表3】

【００３０】

【表4】

【００３１】

【発明の効果】本発明のターゲットを用いて、ハードデ
ィスクなどに用いられる磁気記憶膜の下地膜をスパッタ
リングで製造することによって、磁気特性を安定させる
ことが可能になる。また、安価にターゲットが製造でき
る。すなわち、品質の良い記録装置を安価に提供できる
本発明の効果は、産業上非常に有益である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１１Ｂ 5/66 Ｇ１１Ｂ 5/66 // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６２２ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６２２ ６３０ ６３０Ｋ ６６０ ６６０Ｂ ６６１ ６６１Ｄ ６９４ ６９４Ａ ６９４Ｂ Ｇ１１Ｂ 5/84 Ｇ１１Ｂ 5/84 Ｚ (72)発明者 上野 友典 島根県安来市安来町2107番地２ 日立金属 株式会社冶金研究所内 Ｆターム(参考） 4K029 BA21 BA24 BC06 BD11 CA05 DC04 DC08 DC09 5D006 CA01 DA03 EA03 FA09 5D112 AA03 AA24 BD04 FB06 GB01 GB04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｒ２９〜５５［重量％］を含有し、Ｏ
   ０．０１［重量％］以下、かつＣ０．１［重量％］以下
   で残部が実質的にＣｏからなり、塑性加工組織を有する
   ことを特徴とするＣｏＣｒ系下地膜用ターゲット。
2. 【請求項２】 Ｃｒの一部を、２０［重量％］以下の範
   囲でＭｏ、Ｗの１種又は２種で置換したことを特徴とす
   る請求項１のＣｏＣｒ系下地膜用ターゲット。
3. 【請求項３】 Ｃｒの一部を、１０［重量％］以下の範
   囲で４ａ族あるいは５ａ族の１種又は２種以上の元素で
   置換したことを特徴とする請求項１又は２のＣｏＣｒ系
   下地膜用ターゲット。
4. 【請求項４】 Ｃｒ２９〜５５［重量％］を含有し、Ｏ
   ０．０１［重量％］以下、かつＣ０．１［重量％］以下
   で残部が実質的にＣｏからなる鋼塊を９００〜１３８０
   ℃の温度範囲で１０％以上の熱間加工を施すことを特徴
   とするＣｏＣｒ系下地膜用ターゲットの製造方法。
5. 【請求項５】 Ｃｒの一部を、２０［重量％］以下の範
   囲でＭｏ、Ｗの１種又は２種で置換したことを特徴とす
   る請求項４に記載のＣｏＣｒ系下地膜用ターゲットの製
   造方法。
6. 【請求項６】 Ｃｒの一部を、１０［重量％］以下の範
   囲で４ａ族あるいは５ａ族の１種又は２種以上の元素で
   置換したことを特徴とする請求項４又は５のＣｏＣｒ系
   下地膜用ターゲットの製造方法。