JP2002117514A - 薄膜磁気ヘッド及び磁気ディスク記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】良好な耐磨耗性と低粘着性とを有する薄膜磁気
ヘッドを実現する。 【解決手段】ヘッド保護膜表面フッ素系ガスを原料とし
たプラズマ中で処理することにより、含水素非晶質炭素
または、含水素非晶質炭化珪素（水素含有量５〜５０
％）膜の最表面にフッ素原子を０．２〜３原子％導入す
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、高記録密度磁気デ
ィスク装置に使用して好適な薄膜磁気ヘッド及びその製
造方法と、それを用いた磁気ディスク記録再生装置に係
わり、特に磁気ヘッドスライダの磁気ディスク対向面に
保護膜を形成した薄膜磁気ヘッド及びその製造方法とそ
れを用いた磁気ディスク記録再生装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気ディスク記録再生装置（以
下、磁気ディスク装置と略称する）は、取扱情報量の増
大に伴って記録密度の高度化が急速に進展している。磁
気ディスク装置の記録密度を高度化するためには、磁気
ディスク面上に対する薄膜磁気ヘッドの浮上量を１００
ｎｍ以下に設定する必要があるが、このように浮上量を
小さくした場合は、高速で回転する磁気ディスク面に磁
気ヘッドスライダが接触又は衝突する機会が増える。こ
のため、磁気ヘッドスライダの空気支持面に形成する保
護膜は薄くて強靭であることに加え、高度の耐磨耗性を
有することが必要である。また、最近では超高密度の記
録を実現するため、ＭＲヘッド（磁気抵抗読み取りヘッ
ド）が使用されるようになっているが、ＭＲヘッドは従
来の誘導型ヘッドと異なり、磁性材料が腐食しやすい欠
点があるため、保護膜は磁性材料の腐食を防ぐ役割を備
えることも必要になってきた。このような様々な要求に
対応するため、含水素非晶質炭素からなる保護膜を採用
する提案が、たとえば、特公平６−１０３５８６号公報
に記載されている。含水素非晶質炭素は、ダイヤモンド
ライクカーボンとも呼ばれており、耐磨耗性に優れ、摺
動時に塵を残さない有望な材料である。しかし、高密度
記録化の傾向の中で、ヘッド、ディスク間距離を極限ま
で小さくする必要が生じ、潤滑膜も薄膜化されてくる
と、粘着特性の問題、特に立ち上がり時の摩擦が大きく
問題となってきた。これに対しては、例えば、特公平７
−２５６０７号公報にあるように、イオン注入法により
フッ素イオンを膜表面に注入する試みがあるが、装置が
大がかりになるという問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように潤滑膜の
薄膜化に伴い、ヘッドの粘着不良（接線力増大）が問題
となり、また、装置自体の小型化が要求され、そこで使
用される低トルク小型モータに対応するためにもヘッド
がディスク表面に対して粘着性の小さいことが重要にな
ってきた。粘着はヘッド、ディスクの表面状態、形状、
及び、潤滑剤の種類、膜厚等様々な要因を含んでいる
が、粘着低減の有効な手段として、ヘッド保護膜の表面
自由エネルギを小さくしてヘッド保護膜表面に潤滑材が
付きにくくすることで粘着を低減することが可能であ
る。

【０００４】従って、本発明の目的は、上記従来の問題
点を解決することにあり、その結果として、良好な耐摩
耗性と低粘着性とを有する信頼性の高い薄膜磁気ヘッ
ド、及びその製造方法と、それを用いた磁気ディスク記
録再生装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の前記課題は、保
護膜の表面をフッ素原子を含有したガスのプラズマ中で
表面処理する事により、効果的に解決することができ
る。これまでの検討により、フッ素原子含有ガスのプラ
ズマ中に含水素非晶質炭素膜、あるいは、含水素非晶質
炭化珪素膜表面を露出した場合、膜表面に０．２原子％
〜３原子％のフッ素原子を導入出来ることがわかった。
０．２原子％以上のフッ素原子が膜表面に存在すると、
通常用いられているディスク表面の潤滑材に対し、保護
膜表面での撥油効果が生じ、浮上立ち上がり時の摩擦が
大幅に小さくなることも判明した。この点については、
含水素非晶質炭素、含水素非晶質炭化珪素以外の材料の
場合でも、０．２〜３原子％のフッ素原子を表面領域に
混入させることにより、同様の効果が期待できると考え
られる。

【０００６】浮上面保護膜は高密度記録化に伴い、浮上
量が小さくなり、ニアコンタクトと呼ばれる領域では、
ヘッドの浮上量は１００ｎｍ以下の低浮上の設計となっ
ている。浮上量が下がると、ディスク表面の突起部と接
触する確率が高くなり、ヘッド保護膜には益々強靭性が
要求される。一方、フッ素系材料は表面自由エネルギを
小さくして、潤滑材のはじきを良くすることは容易に類
推されるが、含水素非晶質炭素膜や含水素非晶質炭化珪
素膜中にフッ素原子を導入すると、膜自体が柔らかくな
り、極薄膜の状態でヘッド保護膜としての十分な性能を
発揮できなくなる場合がある。そこで、保護膜としては
膜中にフッ素原子を導入せず、強靭な性質は保持し、形
成された保護膜の表面をフッ素系ガスのプラズマ中で処
理することで、保護膜表面を撥油性にする事を試みた。
その結果、例えば、通常の平行平板形プラズマ処理装置
にＣＦ４ガスを導入し、含水素非晶質炭素からなるヘッ
ド保護膜をＣＦ４プラズマ中で処理することにより、保
護膜表面にフッ素原子を導入できることがわかった。オ
ージェ分析によりこのフッ素導入後の保護膜のフッ素濃
度を調べたところ、最表面で１．８原子％、最表面から
２ｎｍの深さで１．１原子％のフッ素が導入されている
ことが確認された。その場合の撥油性の効果については
接触角の測定から、０．２原子％以上で大きく効果が現
れることがわかった。

【０００７】ここで、膜表面のフッ素原子が０．２％に
満たないと摩耗低減効果が大幅に小さくなる。また、フ
ッ素プラズマ処理条件を選ぶことによって、表面付近に
３％より多くのフッ素原子を導入することが可能である
が、３％より多くすると、膜構造に影響を及ぼし、膜表
面が柔らかくなり、摩耗低減効果があっても膜自体の傷
が問題となる。

【０００８】また、フッ素系プラズマ中に保護膜を露出
して保護膜表面にフッ素原子を導入する際、保護膜最表
面から１ｎｍ以上の深さまでフッ素を導入することが必
要である。フッ素導入深さが１ｎｍ未満では、ヘッドを
ディスク上で摺動させたときに粘着低減効果が弱くな
る。

【０００９】フッ素原子を導入するためのプラズマ処理
に用いるフッ素系原料としては、例えば、ＣＦ４，Ｃ２
Ｆ６，Ｃ２Ｈ２Ｆ４，ＳＦ６等のガスが用いられる。ま
た、フッ素原子の保護膜表面、深さ方向への導入量の制
御は、フッ素系ガスの流量、処理時間、プラズマ処理の
際の処理層の真空度、プラズマ印加電力等で行うことが
出来る。また、上記フッ素系ガスと同時に少量の水素ガ
スを処理層に流すことで制御することも可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を更
に具体的に説明する。

【００１１】図１は、本発明の薄膜磁気ヘッドを採用し
た磁気ディスク記録再生装置の一例を示した要部斜視図
である。本装置は、情報を記録する磁気ディスク（記録
媒体）１４と、磁気ディスク１４を回転させるモータ
（図示せず）と、磁気ディスク１４に情報を書き込み又
は磁気ディスク１４から情報を読み出す磁気ヘッドを搭
載した磁気ヘッドスライダ１５と、磁気ヘッドスライダ
１５を支持し、磁気ディスク１４の目標位置に決めるア
クチュエータ１６及びボイスコイルモータ１７と、磁気
ディスク装置内部を清浄に保つエアフィルタ（図示せ
ず）とをもって構成されている。

【００１２】磁気ディスク１４は、周知の以下の方法に
よって製作した。まず、アルミニウム・マグネシウム合
金円板にニッケル燐膜を鍍金法により１０ミクロン形成
し、その表面を研磨した。その上にスパッタ法によりク
ロムを１００ミクロン形成し、更にコバルト合金膜をス
パッタ法により５０ｎｍ形成した。最後に、ディスク表
面の保護膜としてスパッタ法により非晶質炭素膜を数十
ｎｍの厚さ形成してからその表面に膜厚６ｎｍのパーフ
ルオロエーテル系潤滑膜を付着させた。

【００１３】磁気ヘッドスライダ１５は後述する実施例
２で製作した薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ヘッドスラ
イダを用いた。このようにして構成した磁気記録再生装
置について摺動試験を行ったところ、再生出力が７０％
に低下した時の総回転数は５００００回転であり、この
ときにいずれのヘッドもその表面に傷がないことを確認
し、装置として良好な結果が得られた。

【００１４】本発明に係わる薄膜磁気ヘッドの一実施例
を図２に示した製作工程図に従って順次説明する。

【００１５】図２（ａ）に断面図で示すように、材料が
アルチック（Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ）のスライダ基板１の上
に周知の方法により薄膜磁気ヘッドの積層体を形成し
た。即ち、スライダ基板１の上にスパッタ法により下部
磁性膜２を形成し、その上に二酸化珪素、ポリイミド等
の絶縁材料を成膜した後、エッチング等のパターン形成
技術により絶縁層３の中にコイル導体４が埋め込まれた
構造の積層体を形成した。

【００１６】ここまでの工程では、実際には、図２
（ａ’）に斜視図で示すように、スライダ基板１の上に
薄膜プロセスを用いて、一括して多数の積層体６のパタ
ーンを同時に積層した。なお、基板１の厚さ方向がスラ
イダの長さ方向になる。

【００１７】続いて図２（ｂ）に断面図で示すように、
積層体６の上に、アルミナ、酸化珪素等の絶縁物をスパ
ッタ法により堆積して、絶縁保護膜７を形成した。次い
で同図の一点鎖線の部分Ａ，Ｂで、図２（ｂ’）で斜視
図で示すように、基板１を矩形の短冊状に切断して数個
ごとに分離する。即ち、絶縁保護膜７が被覆された積層
体６が一直線上に複数個配列された列ごとに切断分離す
る。

【００１８】切断してから端面８を上にし、端面８を研
削してから研磨し、図２（ｃ）に示すように空気支持面
９を形成した。空気支持面９は、ヘッド及びスライダの
同一平面上に形成される。この空気支持面９の上に、本
発明の保護膜１０を次の方法により形成した。

【００１９】以下、図２（ｄ）の断面図に従って保護膜
１０の形成方法を説明する。

【００２０】空気支持面９の全面にシリコンをターゲッ
トとしたマグネトロンスパッタ法により膜厚２ｎｍの非
晶質シリコン膜を形成し、接着層２０とした。成膜の条
件は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力２００Ｗ、圧力
０．６７Ｐａ（パスカル）、アルゴン流量２０ＳＣＣＭ
（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｕｂｉｃ ｃｍ／ｍｉｎｕｔ
ｅ）とした。なお、スライダ基板１に炭素を含む材料を
用いる場合には基板上に形成される非晶質炭素系保護膜
１０との密着性に問題はなく、接着層２０を省略するこ
とができる。

【００２１】次に、メタンガスを原料とした１３．５６
ＭＨｚの平行平板型高周波プラズマＣＶＤ法を用いて含
水素非晶質炭素膜２１を５ｎｍ形成した。形成条件は、
基板側に高周波を印加するカソードカップリング法を用
い、高周波電力１５０Ｗ、メタンガス流量１０ＳＣＣ
Ｍ、圧力６．７Ｐａとした。この膜の含有水素量はＨＦ
Ｓ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅ
ｒｉｎｇ）分析により、約３２％であった。

【００２２】次に、同プラズマＣＶＤ装置の成膜室を一
旦高真空に引き、今度はＣＦ４ガスを１５ＳＣＣＭ流
し、圧力１０．０Ｐａ、高周波電力２５０Ｗで１２０秒
間プラズマをたて、含水素非晶質炭素膜をフッ素系プラ
ズマ中に露出し、フッ素導入層（表面処理層）２２を形
成した。この処理を行った後にＥＳＣＡ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により保護膜表面のフッ素
原子量を分析した結果、図３に示すように、最表面で
１．１原子％、最表面から１ｎｍの深さのところで０．
８原子％含まれていることがわかった。

【００２３】以上のようにして図２（ｄ）に示すよう
に、空気支持面に保護膜１０を有する薄膜磁気ヘッドス
ライダ２３を搭載したスライダブロックを製作した。

【００２４】図４は磁気ヘッドスライダの加工工程図を
示したもので、図４（ａ）は薄膜磁気ヘッド２３を搭載
した磁気ヘッドスライダブロックから１個分のスライダ
を切り出した磁気ヘッドスライダ全体の外観図を示して
いる。保護膜１０を形成した後、磁気ヘッドスライダに
次の方法によりレール加工を行った。レールは、ヘッド
スライダを高速回転する磁気ディスク上に所望の量（７
０ｎｍ前後）だけ浮上させるように空気の流れを制御す
る働きをするものである。レールは浮上量が極端に小さ
くなった場合（５０ｎｍ以下）、コンタクトレコーディ
ング用の突起形状のパッドになる場合もある。いずれの
形状の場合でも、加工方法は同じである。

【００２５】まず、図４（ｂ）に示すようにエッチング
のマスクとなるポジ型の有機レジストをロールコート印
刷法により保護膜１０の上に印刷した。これを通常のフ
ォトリソグラフィ法により露光して現像し、レールパタ
ーンのマスク１１を形成した。

【００２６】図４（ｃ）に示すように、このマスク１１
を使ってアルゴンガスを用いたイオンミリング法によ
り、レールパターン以外の部分の物質を所定の深さまで
除去してレールの形状の残留マスク１２を形成した。

【００２７】図４（ｄ）に示すように、残留したマスク
１２を除去して保護膜を有するレール１３を形成し磁気
ヘッドスライダを完成させた。

【００２８】このようにして製作した薄膜磁気ヘッドの
特性を次の方法により評価した。

【００２９】まず、上記の方法で保護膜を形成したヘッ
ドをジンバルバネに取り付けた状態で、ディスク側の保
護膜として、グラファイトをターゲットとしたスパッタ
リング法で平滑ガラス基板上に非晶質炭素膜を８ｎｍ形
成した無潤滑ディスクの上でのフリクション試験を行
い、本発明の効果を確認した。その結果を図５に示す。
図５は、含水素非晶質炭素膜２１を形成後、フッ素系プ
ラズマ処理をしないで製作したスライダとフリクション
の比較を行った結果で、荷重３ｇで２００ｒｐｎ、３０
００回転後、１ｒｐｍでの接線力を測定したものであ
る。フッ素プラズマで表面処理した場合の摩擦力は０．
６ｇｆ（平均）、処理無しの場合の摩擦力は１．９ｇｆ
（平均）であり、処理なしの場合に比べて、摩擦力は約
１／３に低減できた。この結果はニアコンタクトからコ
ンタクト対応ヘッドとして大変有効であることが分かっ
た。

【００３０】次に、標準のパーフロオロエーテル系潤滑
材を２ｎｍ付けた回転ディスクを用い、減速低浮上試験
に加え、ＣＳＳ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｓｔａｒｔ Ｓｔ
ｏｐ）試験を行った。減速低浮上試験では、ディスクの
接線方向速度５ｍ／ｓ、浮上量２０ｎｍ、２０００ｒｐ
ｍの条件で５００時間後も問題はなく、浮上量４０ｎｍ
でのＣＳＳ磨耗試験では、５００００回転後も損傷は見
られず、良好な耐磨耗性が得られた。

【００３１】更に、上記ヘッドを組み込んだ実機試験を
行い、１０００時間動作後に１２時間の放置粘着試験を
行った結果、スティクションの値は３ｇｆと良好な低粘
着特性を得た。

【００３２】なお、上記実施例の他に、フッ素系プラズ
マ処理層２２形成条件、保護膜１０形成条件を変えて種
々のスライダを作製し、その性能を調べた。その結果を
表１に示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により、所
期の目的を達成することが出来た。即ち、保護膜の表面
をフッ素系プラズマで処理し、保護膜最表面にフッ素原
子を導入したため、良好な耐磨耗性と潤滑性、低粘着性
を有する優れた薄膜磁気ヘッドを実現することが可能と
なった。この様な薄膜磁気ヘッドを採用することによ
り、低浮上量で、信頼性の高い、高密度記録の磁気記録
再生装置を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる磁気ディスク記録再生装置の一
実施例を説明するための要部断面斜視図。

【図２】本発明に係わる薄膜磁気ヘッドの一実施例を示
す製作工程図。

【図３】フッ素系プラズマ処理による保護膜表面フッ素
原子量のＥＳＣＡ測定結果を示す図。

【図４】図２の薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ヘッドス
ライダにレールを形成する工程図。

【図５】本発明に係わる薄膜磁気ヘッドを用いたドラッ
グ試験の摩擦力測定結果を示す図。

【符号の説明】

１…スライダ基板、２…下部磁性層、３…絶縁層、４…
コイル導体、５…上部磁性層、６…薄膜磁気ヘッドの積
層体、７…保護膜、８…端面、９…空気支持面、１０…
保護膜、１１…レールパターンのマスク、１２…残留し
たマスク、１３…レール、１４…磁気ディスク、１５…
磁気ヘッドスライダ、１６…アクチュエータ、１７…ボ
イスコイルモータ、２０…接着層、２１…含水素非晶質
炭素膜または含水素非晶質炭化珪素膜、２２…フッ素プ
ラズマ処理層、２３…薄膜磁気ヘッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田坂 健司 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） 5D033 BB14 CA03 DA03 DA31 5D042 NA02 PA01 PA09 QA03 RA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気ヘッドスライダの磁気ディスク対向
   面に炭素を含む非晶質保護膜を形成してなる磁気ヘッド
   であって、非晶質保護膜の少くとも表面領域に、フッ素
   原子を０．２〜３原子％含有させてなる薄膜磁気ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 炭素を含む非晶質保護膜が、含水素非晶
   質炭素又は含水素非晶質炭化珪素の少なくとも１種から
   なり、保護膜中の水素含有量が５〜５０原子％からなる
   請求項１記載の薄膜磁気ヘッド。
3. 【請求項３】 前記フッ素原子を含む表面領域層の膜厚
   が１ｎｍ以上であり、かつ、前記本体領域を構成する非
   晶質材料層の膜厚が１ｎｍ以上あることを特徴とする請
   求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３記載の前記フッ素原子を含む表
   面領域層を形成する手段として、ＣｘＨｙＦｚガス（た
   だし、ｘ＝１，２，ｙ＝０，１，２，３，４，５，ｚ＝
   １，２，３，４，５，６，ｙ＋ｚ＝２ｘまたは２ｘ＋
   ２）またはＳＦ６ガスのプラズマ励起雰囲気下に、前記
   保護膜本体領域を露出することにより、前記保護膜本体
   領域の表面にフッ素原子を結合させることを特徴とする
   薄膜磁気ヘッド用磁気ディスク対向面保護膜。
5. 【請求項５】 磁気ヘッドスライダの磁気ディスク対向
   面に、炭素を含む非晶質保護膜を形成する薄膜磁気ヘッ
   ドの製造方法であって、プラズマ励起化学蒸着法、また
   は、スパッタリング法により、含水素非晶質炭素膜を保
   護膜として形成する工程と、フッ素系ガスを用いたプラ
   ズマ中に上記保護膜を露出する工程とを有してなる薄膜
   磁気ヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 磁気ヘッドスライダの磁気ディスク対向
   面に、炭化珪素を含む非晶質保護膜を形成する薄膜磁気
   ヘッドの製造方法であって、プラズマ励起化学蒸着法、
   または、スパッタリング法により、含水素非晶質炭化珪
   素膜を保護膜として形成する工程と、フッ素系ガスを用
   いたプラズマ中に上記保護膜を露出する工程とを有して
   なる薄膜磁気ヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜磁
   気ヘッドを用いて構成したことを特徴とする磁気ディス
   ク記録再生装置。