JP2001229514A

JP2001229514A - 薄膜磁気ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001229514A
Application number: JP2000039740A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Chiba; 拓千葉; Yuji Ochiai; 雄二落合; Hideaki Tanaka; 秀明田中; Shinji Sasaki; 新治佐々木; Kenji Furusawa; 賢司古澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、再生用に巨大磁気抵抗効果型（ＧＭ
Ｒ）ヘッドあるいはスピントンネル磁気効果型（ＴＭ
Ｒ）ヘッドを用いるの薄膜磁気ヘッドの製造方法におい
て、磁気特性及び浮上特性を飛躍的に向上させるととも
に、信頼性の高い薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供する
ことにある。【解決手段】薄膜磁気ヘッドの浮上面の加工方法におい
て、イオンミリングにより浮上面にステップ状のレール
を加工する工程と、その工程の後に、クラスター状のイ
オンビーム加工を行う。あるいは、支持バネに磁気ヘッ
ドをとりつけた状態で、クラスター状のイオンビーム加
工を行い、引続き真空または雰囲気制御されたチャンバ
ー内でドライブへの組立を行うことにより、表面粗さ、
加工段差が小さく、かつ傷、腐食、汚染などによる素子
特性の劣化が発生しない。さらに、浮上量のばらつきを
低減しヘッドの実効浮上量を減少させることができ、記
録密度を従来よりも高めた磁気ディスク装置が得られる
とともに、磁気ディスク装置の信頼性が飛躍的に向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気ディスク装置に
使用する巨大磁気抵抗効果型（ＧＭＲ）あるいはスピン
トンネル磁気効果型（ＴＭＲ）ヘッドの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】記録密度が飛躍的に向上する磁気ディス
ク装置においては、磁気ヘッドの磁気記録媒体に対する
浮上量を大幅に低減する必要がある。磁気ディスク装置
は図２に示すように、支持バネ４に固定した磁気ヘッド
１と記録媒体である磁気ディスク５を組み合わせて完成
される。回転する磁気ディスク５に対して駆動装置６に
より移動する磁気ヘッド１により磁気記録の書き込みお
よび読み込みが行われる。図３における浮上量７は、磁
気ディスク５と磁気ヘッド素子部の磁気ディスク５と対
向する面との間隔であり、この間隔が増大すると記録再
生特性が劣化する。今後の面記録密度の向上に伴い、こ
の浮上量はさらに低減し、10nm以下になると予想されて
いる。

【０００３】このような低浮上の磁気ヘッド浮上面の加
工には、現在、研磨加工が用いられている。研磨方法と
しては、軟質金属系の定盤上で研磨を行うラッピングが
用いられる。具体的には、図４に示すように回転する軟
質金属製定盤上１６に主にダイヤモンド等の硬質な砥粒
を含んだラップ液１７を滴下しながら、研磨治具１８に
接着したヘッドを押圧摺動させることにより、前記定盤
に埋め込まれた砥粒または、該定盤とヘッドとの間で転
動する転動砥粒により加工を行うものである。また、巨
大磁気抵抗効果型（GMR）ヘッドを用いた磁気ヘッドに
おいては、再生特性に重要なＧＭＲ素子の素子高さ15を
高精度に加工する必要がある。現在、この素子高さ15の
制御加工に、特開平2-95572に記されているように、研
磨中にローバーを接着した研磨治具を介してインプロセ
スでローバー内の素子の曲り・傾きを制御しながら加工
を行う方法が一般的である。

【０００４】また、浮上面に形成するレール面の加工に
は、イオンミリング或いは反応性イオンエッチングなど
を用いるのが一般的であるが、図１に示す如くこのよう
な従来の加工方式では、ミリング、或いはエッチングし
た表面の粗さは、約30〜50nmRmaxと第１の浮上面と比較
して粗くなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】薄膜磁気ヘッドは、図
６に示すように一般的に基板材９がアルミナチタンカー
バイト、保護膜１０がアルミナ、上部磁性膜１１、上部
シールド膜１２、下部シールド膜１３がパーマロイなど
の軟質磁性金属からなる複合材料である。それぞれの硬
度は、アルミナチタンカーバイトが２０００kgf/mm²、
アルミナが１０００kgf/mm²、パーマロイが２００kgf/m
m²である。このため、ヘッドの浮上面を前記従来の方法
でラッピングすると、各材質の硬度差から生じる研磨効
率の差によって、基板に対して素子部がくぼんでしま
い、図３、図６に示すような加工段差８が生じる。この
加工段差８が生じるとヘッドの実効浮上量が増大し薄膜
磁気ヘッドの記録再生特性を低下させる一因となる。こ
のため、この加工段差８はないことが要求される。

【０００６】また、磁気ヘッド素子部は軟らかいため
に、前記従来のラップ法では素子部表面は粗くなり、図
５に示すようなスクラッチ２１が発生する。さらに、研
磨に使用するダイヤモンド砥粒が硬度の軟らかい素子部
に埋没するという研磨特有の問題がある。GMRヘッドに
おいては、再生出力に重要な役割を持つ磁気抵抗効果素
子１４（以下ＭＲ素子と称する）の膜厚が数１０nmと非
常に薄いため、この部分に研磨加工によるスクラッチ２
１や砥粒などの異物の埋没が発生するとGMR素子１４と
シールド膜１２、１３との電気的な短絡（ショート）の
発生や加工変質層の増大などにつながりヘッドの特性や
信頼性に影響を与える。また、ＧＭＲ及びＴＭＲ素子は
多層薄膜より構成されており、特にCuやCoなどの部分は
プロセス中で腐食されやすい。このため加工、洗浄など
の工程は油性加工液、油性洗浄液を用いるのが一般的で
ある。

【０００７】さらに、本発明が解決する最も重要な課題
としては、今後の面記録密度の向上に伴う浮上量１0nm
以下の低浮上化を実現するための浮上量の安定化であ
る。このためには、浮上面に形成するレール面におい
て、第１の浮上面と第２の浮上面の段差精度ΔＺの向上
が重要である。しかしながら、上記の研磨加工を用いた
加工方法では、図１に示す第１の浮上面のみを平滑に加
工することは可能であるが、第２の浮上面を同時に加工
することは不可能である。

【０００８】本発明は、前記の課題を解決するものであ
り、再生用に巨大磁気抵抗効果型（ＧＭＲ）ヘッドある
いはスピントンネル磁気効果型（ＴＭＲ）ヘッドを用い
るの薄膜磁気ヘッドの製造方法において、磁気特性及び
浮上特性を飛躍的に向上させるとともに、信頼性の高い
薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、薄膜磁気
ヘッドの浮上面の加工方法において、イオンミリングに
より浮上面にステップ状のレールを加工する工程と、そ
の工程の後に、クラスター状のイオンビーム加工を行う
工程とを有することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造
方法、さらに、薄膜磁気ヘッドの浮上面の加工方法にお
いて、支持バネに磁気ヘッドをとりつけた状態で、クラ
スター状のイオンビーム加工を行う第１の工程と、第１
の工程に引続き真空または雰囲気制御されたチャンバー
内でドライブへの組立を行う第２の工程とを有すること
を特徴とする薄膜磁気ヘッド及び磁気ディスク装置の製
造方法を提供することによって達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について具
体的に説明する。まず、第１の実施例について説明す
る。

【００１１】周知の方法により、基板となるウエハに薄
膜磁気変換素子を形成した後、このウエハを複数のロー
バーに切断する。そして切断後の切断歪みを研削あるい
は両面ラップなどにより除去する。さらに、ローバーの
浮上面側を高精度に研磨加工を行う。このようにして得
られたローバーに対して、本発明の検討を行った。以下
にその詳細を述べる。

【００１２】まず、クラスターについて説明する。クラ
スターとは、常温で気体状の分子や原子が分子間力によ
って緩やかに数個から数万個互いに結合した物質であ
る。バルク、微粒子、超微粒子、クラスターとサイズが
小さくなるに従って内部に存在する原子の数に対して表
面に存在する原子の数が無視できなくなり、バルクや単
原子とは大きく異なった物理的・化学的性質を持つもの
である。クラスターの発生には、図７に示すように超音
速ジェット法が有効であり、ノズルを通して高圧ガスを
噴出させ、超音速流中の断熱膨張による冷却効果を利用
するものである。超音速ジェット法により、極低温の分
子ビームが容易に得られ、その中に多量のクラスターを
生成できるようになった。ガスクラスターイオンビーム
は、数千個の原子・分子が数ナノメータ程度の限られた
領域に、数fsec程度の時間内に飛来するため超高密度照
射が可能であり、イオンミリングのような単原子イオン
の照射とは異なった非線形現象が期待できる。クラスタ
ーを固体表面に照射すると、分子間力によって緩やかに
結合していたクラスター構成原子は個々に分裂する。そ
の際、極表面層で照射原子と表面原子との多体衝突が起
こる。この多体衝突により、垂直入射においても表面に
対して水平方向の速度成分を持つ被スパッタ粒子が生じ
ることにより（ラテラルスパッタリング）、従来の研磨
加工よりも、より平滑な表面加工が可能となる。

【００１３】本発明では、はじめにイオンビームクラス
ターによる磁気ヘッド浮上面の加工条件の検討を行っ
た。イオン種にはArを用い、加速電圧２０keVで約５０
〜１００nm加工して浮上面素子部の表面粗さ及び加工段
差のクラスターサイズ依存性を評価した。加工量は、加
工前の粗さ、或いは異物サイズを考慮して面粗さ等が安
定すると思われる加工量を設定した。加工粗さ、加工段
差の評価には、DigitalInstrument社製の原子間力顕微
鏡(AFM)を用いた。また、素子部の砥粒等の異物（埋没
したダイヤモンド等の硬質微細砥粒、または研削屑）の
測定には、日立製電子顕微鏡S-5000の反射電子像により
材料組成によるコントラストの違いを利用して行った。
測定倍率は５万〜８万倍で測定し、5nm以上の大きさの
異物を測定した。その結果を図８に示す。素子部シール
ド膜の表面粗さ及び加工段差ともにクラスタサイズ８０
０〜３０００の領域に適正な範囲があることがわかっ
た。クラスターサイズが約１０００の場合に、素子部の
粗さは1nmRmax、加工段差は1nm程度となり平滑な加工面
が得られた。また、素子部には、研磨時に発生する砥粒
は除去され、新たな異物の付着等もみられなかった。ク
ラスターはモノマーと比較して質量が大きいため、照射
された極表面層は、局所的に高温になると予想される。
このため、クラスタービームの照射方法としては、連続
照射よりも、パルス状に照射するほうが、表面へのダメ
ージが小さく好ましい。また、クラスターのイオン種と
しては、Arの他にCO2、N2、C、Siなども加工レートに差
はあるが加工面の精度には同様の効果が得られた。

【００１４】本発明による加工を行ったヘッドを用いて
ディスク装置を製造することにより、磁気ヘッドの磁気
ディスクに対する浮上量が低減かつ安定し、高密度化に
対応した磁気ディスク装置を得ることができる（図１１
を参照）。

【００１５】次に、本発明による第2の実施例を説明す
る。図９(a)に示すように従来プロセスに従ってイオン
ミリング或いは反応性イオンエッチングなどの手法によ
り浮上面のレール加工を行ったローバーを用意した。こ
のような手法では、表面の平滑化効果を得るために、し
ばしば斜入射イオンビームで行われ、通常の位置から試
料を絶え間なく回転させるが、スパッタリングが安定せ
ず、イオンミリング率の均等性に欠け比較的大きな表面
粗さとなってしまう。このような従来方法により加工し
たレール面すなわち第２の浮上面の表面粗さをAFMで測
定すると約３０〜５０nmRmaxと第１の浮上面に比較して
非常に粗い。

【００１６】第１及び第２の浮上面を持つステップ型の
スライダでは、この第１と第２の浮上面の段差精度・表
面加工精度が磁気ヘッドの浮上特性に重要な影響を及ぼ
すということを見出し、本発明では、第１の浮上面のみ
ならず第２の浮上面についても高精度な表面粗さとする
こことした。

【００１７】そこで、前記加工条件により本発明のクラ
スターイオンビームを用いた方法で、前記ローバーの浮
上面を加工し、第２の浮上面の表面粗さと浮上量ばらつ
きの相関を調べた。その結果を図１０に示す。浮上量２
０nmに対して第２の浮上面の粗さが１０nmRmax以下にな
ると、浮上量のばらつきが約１nm以下になり浮上特性が
安定した。本発明では、第１の浮上面と第２の浮上面と
の表面粗さを同等にすることで、より安定した浮上特性
をえることができる。また、表面粗さが異なる場合であ
っても、１０nmRmax以下の表面粗さであれば本発明の範
囲内である。本発明による加工プロセスを図９(b)に示
す。また、図１に従来法と本発明法による第１と第２の
浮上面の表面粗さの違いを示す。

【００１８】また、本発明によるプロセスにより加工し
た磁気ヘッドを用いてディスク装置を製造することによ
り、浮上量の安定かつ低減を図ることができるため、図
１１に示すように面記録密度を向上させた磁気ディスク
装置の製造が可能となった。

【００１９】次に、本発明による第３の実施例を説明す
る。本発明の磁気ヘッド製造方法としてプロセス図９
(b)と同様に図９(c)のプロセスも可能である。ガスクラ
スターイオンビーム加工工程をHDD組立前にすること
で、従来のプロセスでは浮上面研磨工程以後の後工程の
取り扱いにより発生していた傷や有機物付着さらに腐食
の問題等を解決できる。本発明の加工装置は図１２に示
すように、磁気ヘッド浮上面を支持バネに取り付けた状
態でクラスター状のイオンビームを照射する機構を持つ
プロセスチャンバーとクラスターイオンビーム加工後に
雰囲気制御可能な状態でハードディスクドライブへの組
立を行う機構を持つ組立チャンバーを有している。前記
プロセスチャンバーと組立チャンバーは互いにシャッタ
ーを介して接続されており、支持バネに取り付けた磁気
ヘッドスライダは両チャンバーを移動する。また、加工
量の制御は支持バネに取り付けた配線を通して実ＧＭＲ
あるいはＴＭＲ素子の抵抗値をモニタした。本発明では
クラスターイオンビーム加工後に雰囲気制御しながらHD
D組立てを行うことで、図９(a)、(b)プロセスのように
保護膜形成によりＧＭＲ、ＴＭＲ素子部の腐食防止対策
を施す必要がなくなり、より低浮上化の可能な磁気ヘッ
ド及び磁気ディスク装置の製造が可能になった。本発明
による磁気ヘッドの浮上形態を図１３に示す。加工段差
がほとんどなく保護膜によるスペーシングロスが解消し
た。第１及び第２の浮上面の加工精度は実施例１、２同
様な結果が得られ磁気特性、浮上特性ともに満足する結
果が得られた。

【００２０】

【発明の効果】本発明により得られる効果は、ＧＭＲ及
びＴＭＲヘッドの低浮上化が可能となり、しかも、信頼
性の点からも満足する磁気ディスク装置を提供すること
が可能である。具体的には、研磨などの機械加工より
も加工段差が小さい平滑かつ歪みの少ない加工面が得ら
れることで、素子特性が劣化しない。従来方法よりも、
プロセス中で発生する傷、腐食、汚染の影響が低減さ
れ、かつ浮上量のばらつきが低減することで記録密度を
従来よりも高めた磁気ディスク装置が得られるととも
に、磁気ディスク装置の信頼性が飛躍的に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法における第１の浮上面と第２の浮上
面形状の説明図。

【図２】磁気ヘッド及び磁気ディスク装置概観図。

【図３】磁気ヘッドと磁気ディスクとの位置関係を示す
説明図。

【図４】ダイヤモンド砥粒を用いたラッピング方法を示
す説明図。

【図５】磁気ヘッド浮上面素子部の状態の説明図。

【図６】加工段差の説明図。

【図７】クラスターイオンビーム加工法の原理図。

【図８】クラスターサイズと浮上面加工精度の相関。

【図９】本発明による加工プロセスの比較。

【図１０】第２の浮上面の表面粗さと浮上量ばらつきの
相関図。

【図１１】浮上量ばらつきと面記録密度の相関図。

【図１２】本発明の加工装置概観図。

【図１３】本発明による磁気ヘッド浮上形態説明図。

【符号の説明】

１・・・磁気ヘッド、２・・・素子、３・・・第１
の浮上面、４・・・支持バネ、５・・・磁気ディス
ク、６・・・駆動措置、７・・・浮上量、８・・・
加工段差、９・・・基板、１０・・・保護膜、１
１・・・上部磁性膜、１２・・・上部シールド膜、
１３・・・下部シールド膜、１４・・・磁気抵抗効果
素子、１５・・・素子高さ、１６・・・定盤、１
７・・・加工液、１８・・・研磨治具、１９・・・
修正リング、２０・・・砥粒（異物）、２１・・・
スクラッチ、２２・・・ガスクラスター、２３・・・
第２の浮上面、２４・・・プロセスチャンバー、２
５・・・HDD組立チャンバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中秀明神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者佐々木新治神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者古澤賢司神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内Ｆターム(参考） 5D034 BA03 BA19 BB12 CA06 DA07 5D042 NA02 PA01 PA05 PA09 QA03 QA04 RA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】巨大磁気抵抗効果型（ＧＭＲ）あるいはス
ピントンネル磁気効果型（ＴＭＲ）ヘッドを用いる磁気
ヘッドでありかつ、磁気ディスク媒体から最近接の位置
にある第１の浮上面と、その次に近い位置にある第２の
浮上面を持つステップ型の磁気ヘッドスライダにおい
て、第２の浮上面の表面粗さが0nmRmax以上10nmRmax以
下であることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項２】磁気ディスクに面する浮上面側にレール加
工のされた薄膜磁気ヘッドにおいて、前記浮上面に形成
される第１の浮上面と、前記第１の浮上面と所定の段差
を介して形成される第２の浮上面とを有し、前記第１の
浮上面の面粗さと、前記第２の浮上面の面粗さとが、同
等であることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項３】薄膜磁気ヘッドの浮上面の加工方法におい
て、イオンミリングにより浮上面にステップ状のレール
を加工する工程と、クラスター状のイオンビーム加工を
行う工程とを有することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの
製造方法。
【請求項４】薄膜磁気ヘッドの浮上面の加工方法におい
て、支持バネに磁気ヘッドをとりつけた状態で、クラス
ター状のイオンビーム加工を行う第１の工程と、第１の
工程に引続き真空または雰囲気制御されたチャンバー内
でドライブへの組立を行う第２の工程とを有することを
特徴とする薄膜磁気ヘッド及び磁気ディスク装置の製造
方法。
【請求項５】薄膜磁気ヘッドの浮上面の加工をおこなう
ために、支持バネに磁気ヘッドをとりつけた状態でクラ
スター状のイオンビームを照射する機構を有するプロセ
スチャンバーと、加工後に支持バネを雰囲気制御可能な
状態でハードディスクドライブへの組立を行う機構をも
つ組立チャンバーからなることを特徴とする磁気ヘッド
及び磁気ディスク製造装置。
【請求項６】請求項４に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方
法において、クラスター状のイオンビームの照射を行っ
た加工面が、磁気ディスク媒体から最も近い浮上面とな
ることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項７】請求項３又は４に記載の磁気ヘッド製造方
法において、数100〜数1000個の原子からなるクラスタ
ーをパルス状に照射することを特徴とする薄膜磁気ヘッ
ドの製造方法。