JP2002008217A

JP2002008217A - ヘッドスライダー

Info

Publication number: JP2002008217A
Application number: JP2000186765A
Authority: JP
Inventors: Yukio Mori; 幸男森; Gakuo Sasaki; 岳夫佐々木
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】５ｎｍ以下の極薄膜厚においても耐摺動性・
耐磨耗性・耐食性・耐電圧特性・密着力に優れた保護膜
を有することで、磁気記録媒体とのギャップを狭くし、
超高密度磁気記憶装置に対応できるヘッドスライダーを
提供する。【解決手段】媒体に対向する表面に高純度・高硬度炭
素膜を有し、且つスライダー基板あるいはバッファ層と
の密着力を安定保持するために、水素を含有する非晶質
炭素膜を更に設けるハイブリッド炭素被膜構造を有する
ヘッドスライダーを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高密度記憶装置にお
けるヘッドスライダーに関し、特に磁気記録媒体の記録
あるいは再生に用いるヘッドスライダーに係る。

【０００２】

【従来の技術】磁気ヘッドは磁気記録装置において磁気
記録媒体への信号の書き込み、あるいは書き込まれた信
号の再生をするためのもので、アルミナと炭化チタンか
らなるセラミックス等の非磁性スライダーに記録と再生
のための素子を搭載しており、現在は高密度記録に対応
するために巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子を利用した
ＧＭＲヘッドなどが用いられている。

【０００３】ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）では、
磁気ヘッドと磁気記録媒体は装置停止中に接触し、記録
・再生時には磁気記録媒体が高速回転し、磁気ヘッドは
磁気記録媒体に対して一定の間隔で浮上するという、コ
ンタクト・スタート・ストップ（ＣＳＳ）動作が繰り返
されるＣＳＳ方式をとるものと、装置停止中は磁気記録
媒体に対して非接触を保持したまま待機するロード・ア
ンロード方式をとるものとに大きく分類される。ＣＳＳ
方式を採用するＨＤＤでは、磁気記録媒体はＣＳＳ動作
の開始時及び停止時において、磁気記録媒体との間隔を
一定に保持するためにスライダーに形成された空気浮上
面（ＡＢＳ）と接触・摺動する。ロード・アンロード方
式を採用する場合においても、磁気ヘッドが浮上中に何
らかの原因によって磁気記録媒体に接触する場合もあ
る。このように磁気ヘッドは頻繁に記録媒体と接触・摺
動し、磨耗・損傷が発生するため、その空気浮上面には
厚さ数ｎｍの保護膜が形成されている。

【０００４】空気浮上面に形成する保護膜は少なからず
数１０％の水素を含有したアモルファス炭素被膜を使用
し、数１ｎｍ程度の膜厚を設けている、この水素を添加
したアモルファス炭素被膜は耐磨耗性、潤滑性に優れる
ことが知られている。また、スライダー材料であるアル
ミナチタンカーバイド（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）とアモル
ファス炭素との密着力が小さいために、両者の間にバッ
ファ層としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層ある
いアモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）層を
少なからず設けている。あるいは水素添加アモルファス
炭素中に数％のＳｉを添加し界面の密着力を補足してい
る場合もある。

【０００５】磁気記録装置における記録密度の向上の為
には、記録・再生時の磁気ヘッドと磁気記録媒体間の距
離の低減は必須の技術であり、例えば将来は２０ｎｍ以
下の浮上量が要求されている。同様の理由で磁気ヘッド
保護膜の膜厚に対しても更に薄膜化が要求されてきてお
り、その膜厚としては５ｎｍ以下、望ましくは３ｎｍ以
下が要求されている。

【０００６】

【発明の解決しようとする課題】しかしながら、５ｎｍ
以下の膜厚になると、本来磁気記録媒体を保護するため
の炭素系膜及びバッファ層はきわめて薄くなり、耐磨耗
性・耐食性・耐電圧特性が失われる。炭素系膜の厚さを
維持するため、バッファ層の厚さを減らすことあるいは
バッファ層を無くすことを行うと、保護膜とスライダー
との密着力が低下し、外力によって剥離しやすくなる。
また、炭素系膜の硬度と膜内応力歪は相関があり、膜厚
が薄くなった分炭素膜を高硬度にするとスライダー基板
あるいはバッファ層との応力差が大きく成りすぎて界面
密着力をかえって低下させる。そのため従来技術による
磁気ヘッドでは保護膜の薄膜化は困難であり、高密度磁
気記録に要求される磁気記録媒体との狭ギャップ化を行
うことが困難である。

【０００７】そこで、本発明の目的は、５ｎｍ以下の極
薄膜厚においても耐摺動性・耐磨耗性・耐食性・耐電圧
特性・密着力に優れた保護膜を有することで、磁気記録
媒体とのギャップを狭くし、超高密度磁気記憶装置に対
応できるヘッドスライダーを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、高硬質非晶質
炭素膜を有する保護膜を設けるヘッドスライダーであっ
て、最表面に高純度・高硬度炭素膜を有し、且つスライ
ダー基板あるいはバッファ層との密着力を安定保持する
ために、水素を含有する非晶質炭素膜を更に設けるハイ
ブリッド炭素被膜構造を用いることを特徴としている。

【０００９】さらに詳しくいうと、本発明のヘッドスラ
イダーは、少なくとも基板の空気浮上面上に保護膜を有
するヘッドスライダーであって、前記基板は酸化物もし
くはシリコンカーバイドで構成され、前記保護膜は摺動
性を向上させるために、媒体に対向する表面にＳＰ３結
合を７０％以上有する炭素純度９５ａｔｍ％以上の高硬
質非晶質炭素被膜を有し、前記の高硬質非晶質炭素被膜
と前記基板あるいはバッファ層を被覆した前記基板との
間に５〜５０％ａｔの水素を含有する水素添加非晶質炭
素膜を設けることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の他のヘッドスライダーは、
少なくとも基板の媒体対向面側に保護膜を被覆した突起
を有するヘッドスライダーであって、前記基板は酸化物
もしくはシリコンカーバイドで構成され、前記保護膜は
摺動性を向上させるために、媒体に対向する表面にＳＰ
３結合を７０％以上有する炭素純度９５ａｔｍ％以上の
高硬質非晶質炭素被膜を有し、前記高硬質非晶質炭素被
膜と前記基板あるいはバッファ層を被覆した前記基板と
の間に５〜５０ａｔｍ％の水素を含有する水素添加非晶
質炭素膜を設けることを特徴とする。保護膜は少なくと
も突起の上面に設ける。上面は媒体と対向あるいは摺動
する。突起の側面や底面にまで保護膜を被覆してもよ
い。

【００１１】上記保護膜は、さらに高硬度、高耐磨耗
性、低摩擦、平滑性に優れるなどの利点を有する。水素
添加非晶質炭素膜を設けることにより、前記高硬質非晶
質炭素被膜と前記基板あるいはバッファ層を被覆した前
記基板との応力差による界面密着力の低下を抑制し、か
つ高硬質非晶質炭素被膜を安定させることができる。

【００１２】ここで、上記の高硬質非晶質炭素被膜は、
ＳＰ３結合比が７０％以上であり、且つ炭素純度９５ａ
ｔｍ％以上である。さらに望ましくは炭素純度を９９ａ
ｔｍ％以上にする。また、ＳＰ３結合比が７０％以上９
０％以下とすると良い。高硬質非晶質炭素被膜のＳＰ３
結合比が７０％以上になると、ダイヤモンド構造に近く
なり、膜の硬度が向上して耐摺動性や耐摩耗性が向上す
る。膜中の炭素純度が全元素に対して９９ａｔｍ％以上
になると、空気に触れる膜の表面において腐食性を誘発
する不純物元素が皆無に近くなるため、耐食性が向上す
る。

【００１３】炭素純度を９９ａｔｍ％以上とした高純度
高硬質炭素膜を、従来技術と同様にシリコン等のバッフ
ァ層上に設けたとしても膜内応力が大き過ぎるためにシ
リコンバッファ層による応力緩和が作用する範囲を超
え、ヘッドスライダーとの界面の密着力を逆に低下させ
る。そこで水素を含ませて膜内部応力を緩和した非晶質
炭素膜層をバッファ層と最表面の高純度高硬質非晶質炭
素被膜の間に設けた非晶質炭素膜のハイブリッド構造を
とることによって付着力の損失を回避できる。

【００１４】応力緩和を目的とする水素添加非晶質炭素
膜に含まれる水素の含有量は、膜を構成する全元素に対
して２０ａｔｍ％以上４０ａｔｍ％以下であることが望
ましい。水素ラジカルがイオンプレーティング時に適度
な拡散を促し、シリコン層との密着性を増加させる。即
ち、水素と置換してシリコンは炭素原子と化学結合し、
炭素原子のネットワークに取りこまれる。水素添加非晶
質炭素膜と高純度高硬質炭素膜の界面はＣ−Ｃ結合が形
成されるので付着力の損失はない。ここで、水素ラジカ
ルとは活性化されることにより水素分子の結合が切れた
ものを指す。ラジカルは遊離基とも言う。

【００１５】高純度高硬質膜とは、炭素純度が水素前方
散乱とラザフォード後方散乱により、炭素原子の混合比
が膜の全元素に対して９９ａｔｍ％以上であり、膜密度
が２．３ｇ／ｃｍ^３以上かつ３．７ｇ／ｃｍ^３以下であ
り、荷重加振による連続剛性測定で硬度が３５ＧＰａ以
上かつ６０ＧＰａ以下、ヤング率が２５０ＧＰａ以上か
つ３５０ＧＰａ以下が確認されたものをいう。

【００１６】ＳＰ３比は、ラマン分光によって測定す
る。ピーク値あるいは一般式による強度ついて、比較例
と本発明の高純度硬質膜を比べて、その比を％で表した
ものをＳＰ３比とする。比較例には、ＳＰ３のみの炭素
膜あるいはＳＰ２のみの炭素膜を用いた。

【００１７】ここで、ヘッドスライダーと媒体間の距離
が狭くされる際に（狭ギャップ化）、耐摺動性が得られ
るように、高硬質非晶質炭素からなる被膜は、厚さ１ｎ
ｍ以上５２０ｎｍ以下とする。さらに望ましくは５ｎｍ
以下とする。

【００１８】また、上記本発明のヘッドスライダーは、
フロッピーディスク用ヘッド、グライドヘッド、光磁気
ヘッド、磁気抵抗効果型磁気ヘッド、光ヘッドの内いず
れかに用いることができる。

【００１９】本発明による磁気ヘッドはこのようにスラ
イダーとの密着力が強く、媒体と対向する表面に高硬度
で高純度の非晶質炭素膜で構成する保護膜を有するの
で、極薄化しても耐食性・耐摺動性・耐電圧が充分に得
られ、磁気記録媒体とのギャップを小さくすることが可
能である。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、ヘ
ッドスライダーの斜視図である図１を用いて説明する。
同図の（ａ）はスライダーの外観を示す斜視図である。
（ｂ）はこのスライダーの空気浮上面に保護膜を積層し
た後にＡ−Ａ’で断面を見た一部断面図である。スライ
ダー１は、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ焼結体を基板とし、基板
のひとつの面に空気浮上面３とキャビティーステップ６
を有し、その端面に検出素子１と検出素子に通じる複数
の電極７を有する。スライダー１の空気浮上面３上に
は、厚さ１〜５ｎｍのＳｉ層４と、厚さ１〜２０ｎｍの
水素添加アモルファス炭素層５と、厚さ１〜２０ｎｍの
高硬質アモルファス炭素被膜８を順に積層した。Ｓｉ層
４はスパッタリング法で形成した。水素添加アモルファ
ス炭素膜５は一般的なプラズマＣＶＤ法または高周波ス
パッタリング法で形成した。高硬質アモルファス炭素膜
８はイオンビームＣＶＤ法あるいはカソーディックアー
ク法で形成した。比較例として、空気浮上面に水素添加
アモルファス炭素皮膜を５’を設けた従来のヘッドスラ
イダーを図２に示す。

【００２１】高硬質アモルファス炭素被膜８あるいは水
素添加アモルファス炭素膜５の膜厚は、それらを平面基
板上に成膜して、原子間力顕微鏡による段差測定あるい
はエリプソメトリー法を利用した光学屈折率測定から確
認できた。平面基板には単結晶Ｓｉを用いたが、Ａｌ_２
Ｏ_３−ＴｉＣあるいはガラス材等を用いることもでき
る。成膜の条件は保護膜の形成と同様とした。膜厚は、
膜の形成時間によって制御した。また、膜形成中のイオ
ンエネルギーと各界面の拡散の状態が炭素膜中の水素含
有量とによって制御されることが、オージェ電子分光法
から確認された。

【００２２】高硬質アモルファス炭素被膜と水素添加ア
モルファス炭素膜からなる保護膜の耐磨耗性及び潤滑性
の変化を、密着力測定及びコンタクトスタートストップ
（ＣＳＳ）サイクルを繰り返しながら動摩擦係数μを測
定するＣＳＳ試験法によって評価した。ここでは、ＣＳ
Ｓ試験には、３．５インチの磁気記録媒体を用い、磁気
記録媒体にかかる磁気ヘッドの接触荷重を２．９ｇ、磁
気記録媒体の回転数を毎分７２００回転とした。

【００２３】図３に、３７ａｔｍ％の水素を含んだ、厚
さ５ｎｍのアモルファス炭素被膜を空気浮上面の保護膜
とした時の、ＣＳＳサイクルによる磁気ヘッドと磁気記
録媒体間の摩擦係数の変化を示す。初めから２５００回
までに摩擦係数は一旦上昇したあと下降し、その後徐々
に摩擦係数は増加してＣＳＳ回数２万回後には摩擦係数
が試験開始時の２倍になっている。

【００２４】図４に、炭素純度が９９．９ａｔｍ％、厚
さ１ｎｍの高硬質アモルファス炭素被膜を最表面とし、
その下層に、４０ａｔｍ％の水素を含んだ、厚さ２ｎｍ
の水素添加アモルファス炭素膜を磁気ヘッドの空気浮上
面の保護膜とした時の、ＣＳＳサイクルによる磁気ヘッ
ドと磁気記録媒体間の摩擦係数の変化を示す。ＣＳＳ２
万回後の摩擦係数は試験開始時から同程度のままであ
る。摩擦係数の変化から膜の耐摺動特性が判断でき、高
硬質非晶質炭素膜がＣＳＳ２万回後の摩擦係数が従来技
術に比較して１／２であることから耐摺動性が２倍程度
優れていることが判る。なお、図３及び図４は、横軸を
ＣＳＳ回数とし、縦軸を摩擦力とした。磁気ヘッドから
磁気記録媒体にかかる荷重は同じであるため、摩擦力で
摩擦係数を表しても差し支えない。

【００２５】図５に、従来技術で３７ａｔｍ％の水素を
含んだアモルファス炭素膜を保護膜とした時の磁気ヘッ
ドと、炭素純度９９．９ａｔｍ％の高硬質アモルファス
炭素被膜を保護膜の最表面とした時の磁気ヘッドについ
て、膜厚さとシールド・素子金属部分の面粗さを変えた
時の、酸試験による素子金属部分の耐食試験結果を表し
ている。ここで、シールドと素子金属部分は検出素子２
を構成する部材であって、空気浮上面に露出して保護膜
で被覆されるものである。従来技術では、厚さ５ｎｍの
保護膜で、Ｒ_ｍａｘ１５ｎｍの面粗さからシールド・素
子金属部分の腐食が発生することが確認された。面粗さ
が大きくなると段差部での被覆性を悪化させる。即ち、
微少領域での膜厚の均一性が悪くなり、水分・酸・アル
カリなどによる腐食性物質の耐透過性を悪化させる為に
腐食が起きやすくなる。本技術で成膜された高硬度アモ
ルファス炭素被膜は、高純度及び高密度の為に欠陥やピ
ンホールが従来技術と比べ約１／２以下に抑えられてい
ることが、水素前方散乱及びラザフォード後方散乱によ
って確認された。即ち腐食物質の耐透過性が従来技術と
比べて２倍以上になったと判断される。図５において、
本技術による厚さ５ｎｍの保護膜では、Ｒ_ｍａｘ３０ｎ
ｍの面粗さ迄、腐食が発生しないことが確認された。

【００２６】図６に、従来技術で３７ａｔｍ％の水素を
含んだアモルファス炭素膜を保護膜とした時の磁気ヘッ
ドと、炭素純度９９．９ａｔｍ％の高硬質アモルファス
炭素被膜を保護膜とした時の本発明の磁気ヘッドについ
て、走査型スクラッチ試験による密着力測定試験結果を
表形式で表した。試料Ｎｏ．１〜５は比較例であり、試
料Ｎｏ．６と７は従来例であり、試料Ｎｏ．８及び９は
本実施例である。従来技術と比較すると高硬質アモルフ
ァス炭素膜を被膜した場合（比較例）は、却って密着力
が２／３程度低下することが確認された。高硬質アモル
ファス炭素膜では内部応力が極めて高い為にスライダー
基板との応力歪が従来技術と比べて大きくなり且つＳｉ
原子の拡散が少ない為に密着力が低下する。そこで本技
術ではこの問題を解決する為に、水素添加アモルファス
炭素膜を高硬質アモルファス炭素被膜とバッファ層との
間に設けた非晶質膜のハイブリッド構造（本実施例）を
とることを提案している。図６によって、炭素純度９
９．９ａｔｍ％の高硬質アモルファス炭素被膜と水素添
加４０％のアモルファス炭素膜からなる保護膜を有する
磁気ヘッドの密着力測定結果を表している。従来技術と
比較して同等以上の密着力が得られることが確認され
た。

【００２７】以上から、磁気ヘッドの保護膜とした場合
の高硬質非晶質炭素被膜は炭素純度９９ａｔｍ％以上を
有し、且つ前記高硬質非晶質炭素被膜と基板あるいはバ
ッファ層との間に設ける非晶質炭素膜の水素含有量は５
ａｔｍ％以上５０ａｔｍ％以下が望ましい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるヘッ
ドスライダーは、膜厚を薄くしても従来技術以上に優れ
た耐摺動特性・耐腐食性が得られる保護膜を有する。よ
って保護膜を薄くしても充分な信頼性が確保できると共
に、磁気記録媒体との間を狭ギャップ化して磁気特性を
改善させることに多大な効果があることを見出したもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気ヘッドの斜視図とその保護膜
の断面図である。

【図２】従来技術による磁気ヘッドの斜視図とその保護
膜の断面図である。

【図３】３７ａｔｍ％の水素を含んだ、厚さ５ｎｍのア
モルファス炭素膜をＡＢＳ面の保護膜とした時の、ＣＳ
Ｓサイクルによる磁気ヘッドと磁気記録媒体間の摩擦係
数の変化を示すグラフである。

【図４】炭素純度が９９．９ａｔｍ％、厚さ１ｎｍの高
硬質非晶質炭素被膜を表面とし、その下層に４０ａｔｍ
％の水素を含んだ厚さ２ｎｍの水素添加非晶質炭素膜を
設けて磁気ヘッドの空気浮上面の保護膜とした時の、Ｃ
ＳＳサイクルによる磁気ヘッドと磁気記録媒体間の摩擦
係数の変化を示すグラフである。

【図５】従来技術で３７ａｔｍ％の水素を含んだアモル
ファス炭素膜を保護膜とした時の磁気ヘッドと、炭素純
度９９．９ａｔｍ％の高硬質非晶質炭素被膜を表面の保
護膜とした時の磁気ヘッドの各々について、膜厚さとシ
ールド・素子金属部分の面粗さを変えた時の、酸試験に
よる素子金属部分の耐食試験結果を表しているグラフで
ある。

【図６】従来技術で３７ａｔｍ％の水素を含んだアモル
ファス炭素膜を保護膜とした時の磁気ヘッドと、炭素純
度９９．９ａｔｍ％の高硬質非晶質炭素被膜を保護膜と
した時の磁気ヘッドの、炭素純度９９．９ａｔｍ％の高
硬質非晶質炭素膜と水素添加４０％の非晶質炭素膜から
なる保護膜を有する磁気ヘッドの各々について、走査型
スクラッチ試験による密着力測定試験結果を示す表であ
る。

【符号の説明】

１スライダー、２検出素子、３空気浮上面、４
Ｓｉ層、５水素添加アモルファス炭素層、５’ 水素
添加アモルファス炭素被膜、６キャビティーステッ
プ、７電極、８高硬質アモルファス炭素被膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも基板の空気浮上面上に保護膜
を有するヘッドスライダーであって、前記基板は酸化物
もしくはシリコンカーバイドで構成され、前記保護膜は摺動性を向上させるために、媒体に対向す
る表面にＳＰ３結合を７０％以上有する炭素純度９５ａ
ｔｍ％以上の高硬質非晶質炭素被膜を有し、前記高硬質非晶質炭素被膜と前記基板あるいはバッファ
層を被覆した前記基板との間に５〜５０ａｔｍ％の水素
を含有する水素添加非晶質炭素膜を設けることを特徴と
するヘッドスライダー。
【請求項２】少なくとも基板の媒体対向面側に保護膜
を被覆した突起を有するヘッドスライダーであって、前
記基板は酸化物もしくはシリコンカーバイドで構成さ
れ、前記保護膜は摺動性を向上させるために、媒体に対向す
る表面にＳＰ３結合を７０％以上有する炭素純度９５ａ
ｔｍ％以上の高硬質非晶質炭素被膜を有し、前記高硬質
非晶質炭素被膜と前記基板あるいはバッファ層を被覆し
た前記基板との間に５〜５０ａｔｍ％の水素を含有する
水素添加非晶質炭素膜を設けることを特徴とするヘッド
スライダー。
【請求項３】前記高硬質非晶質炭素被膜は、厚さ１ｎ
ｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ま
たは２のいずれかに記載のヘッドスライダー。
【請求項４】前記水素添加非晶質炭素膜に含まれる水
素の含有量は膜を構成する全元素に対して２０ａｔｍ％
以上４０ａｔｍ％以下であることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれかに記載のヘッドスライダー。
【請求項５】前記高硬質非晶質炭素被膜は、膜を構成
する全元素に対して炭素の含有量が９９ａｔｍ％以上で
あり、膜密度が２．３ｇ／ｃｍ^３以上且つ３．７ｇ／ｃ
ｍ^３以下であり、荷重加振による連続剛性測定で硬度が
３５ＧＰａ以上且つ６０ＧＰａ以下であり、ヤング率が
２５０ＧＰａ以上且つ３５０ＧＰａ以下であることを特
徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気ヘッ
ドスライダー。
【請求項６】前記ヘッドスライダーは、フロッピー
（登録商標）ディスク用ヘッド、グライドヘッド、光磁
気ヘッド、磁気抵抗効果型磁気ヘッド、光ヘッドの内い
ずれかに用いられることを特徴とする請求項１ないし５
のいずれかに記載のヘッドスライダー。