JP2008052840A - 磁気ヘッドスライダの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ローバーあるいは磁気ヘッドスライダの浮上面研磨加工後に、ドライエッチングを行うと、研磨加工時の塑性流動による導電性スメアを除去することは可能であるが、磁気抵抗効果膜の中間層の端面に損傷領域が形成され、出力の低下或いは絶縁耐圧の低下などの問題が発生する。
【解決手段】ローバー５０あるいは磁気ヘッドスライダ１０の浮上面機械研磨後に、導電性スメアを除去するためにイオンビーム照射によるクリーニングを行い、イオンビーム照射により磁気抵抗効果膜５の中間層１４の端面に形成されている損傷領域１４ａを回復させるために酸素曝露を行い、この後、浮上面保護膜７，８を形成し、続いてレール加工を行う。ローバーに対して上記処理を行った場合は、ローバーを切断して個々の磁気ヘッドスライダに分離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、巨大磁気抵抗効果型(GMR: Giant Magneto-Resistive)やトンネル磁気抵抗効果型(TMR: Tunneling Magneto-Resistive)等の磁気抵抗素子を備える磁気ヘッドスライダの製造方法に関するものである。

近年、磁気記録再生装置は、取扱情報量の増大に伴って高記録密度化が急速に進展しており、この傾向に伴って高感度・高出力の磁気ヘッドが要求されてきている。この要求に応えるために、高出力が得られるGMR膜を用いた磁気ヘッドが開発され、更に改良を加え、現在に至っている。しかしながら、GMR膜を用いた磁気ヘッドでも1cm²あたり9.3x10⁹ビットより大きな記録密度に対しては出力不足になることが懸念されるため、GMR膜の次の世代の磁気抵抗効果膜として、トンネル磁気抵抗効果(TMR)膜、あるいはGMRの積層面を貫くように電流を流すCPP (Current Perpendicular to the Plane) GMR膜を用いた磁気ヘッドの研究開発が行われている。

GMR膜を用いた磁気ヘッドと、TMR膜やCPP-GMR膜を用いた磁気ヘッドでは構造が大きく異なる。前者の場合には、GMR膜からなる磁気抵抗効果膜の膜面内方向にセンス電流を流すCIP (Current Into the Plane)構造であり、センス電流を供給する電極はこれら磁気抵抗効果膜の両脇に設けられる。一方、後者の場合には、TMR膜やCPP-GMR膜からなる磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流すCPP構造であるため、センス電流を供給する電極はこれらの磁気抵抗効果膜に積層するように設けられることになる。

CPP構造の磁気ヘッドにおいて、電極である上部磁気シールドと下部磁気シールドを短絡させる経路が存在すると、これがセンス電流の短絡回路となるため、磁気ヘッドの再生出力が減少するという問題が生じる。特に、磁気抵抗効果膜中の中間層（トンネルバリア層、電流狭窄層）を横断して、短絡回路が形成されたとき、再生出力の減少は顕著となる。

短絡回路が形成される可能性がある場所は、主に(1)磁気抵抗効果膜の、磁気記録媒体対向面の一部を形成する、積層面に垂直な端面、及び(2)磁気抵抗効果膜の、素子高さ方向及びトラック幅方向に形成されたリフィル膜と接触する端面、の２箇所である。

上記(2)の短絡回路は、磁気抵抗効果膜の素子高さを形成する工程及び、トラック幅を形成する工程において、形成される。この工程ではArイオンビームエッチング法などにより不要な領域を除去するが、このとき除去された被エッチング物が磁気抵抗効果膜側壁に付着する再付着という現象が生じる。この被エッチング物は金属の積層膜であり、導電性であることから、短絡回路となりうる。この再付着によるセンス電流のリークを防止する方法として、特許文献１には、エッチング後に再付着物を酸化することによって、短絡回路を防ぐ方法が開示されている。

上記(1)の短絡回路は、磁気ヘッドスライダの浮上面研磨加工工程において、微細なダイヤモンド砥粒を埋め込んだ定盤を用いて、磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面を研磨する際に発生することが知られている。浮上面研磨加工工程では、硬質粒子の研削作用及び塑性流動作用によって、加工面を機械的に研削し平滑化するが、塑性流動作用によって磁気シールド層、磁気抵抗効果膜、或いは磁区制御膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面において、それらを形成する金属元素が、塑性流動することによってスメアが形成される。このスメアは金属により構成されているため導電性であり、センス電流に対する短絡回路となる。スメアによる短絡を防止する方法として、特許文献２には、機械研磨加工により生じる加工変質層、特に磁気抵抗効果膜を横断するスメアを、機械研磨処理後のプラズマ、イオンなどを用いたドライエッチングにより除去する方法が開示されている。

上記(1)の短絡回路の除去方法に関しては、前記ドライエッチングによる方法以外にも、上記(2)の短絡回路の除去に用いられた特許文献１に記載されている方法を、磁気記録媒体対向面に対して行い、磁気記録媒体対向面に酸化膜を形成することによっても達成出来る。

特許文献３には、高温環境下に置かれてもその前後での磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を低減し、高温環境に対する特性の安定性を高めるためであるが、浮上面保護膜形成工程で、大気、イオンビーム、オゾンなどを用いて前記磁気記録媒体対向面に酸化膜を形成する方法が記述されている。

特開２００３−８６８６１号公報 特開平１１−１７５９２７号公報 特開２００５−１０８３５５号公報

磁気ヘッドスライダの浮上面研磨加工後に、ドライエッチングを行うと、研磨加工時の塑性流動によるスメアを除去することは可能であるが、磁気抵抗効果膜、磁区制御膜、リフィル膜又は磁気シールド膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面に形成される損傷領域により、出力の低下或いは絶縁耐圧の低下などの問題が発生する。損傷領域とは、ドライエッチングによる膜性質の変性、又は近接する膜との元素の相互拡散などにより、磁気抵抗効果膜、磁区制御膜、リフィル膜又は磁気シールド膜の磁気記録媒体対向面の一部に短絡回路又は磁気的不感層が形成されている領域のことである。特に、TMR膜のトンネルバリア層、CPP-GMR膜の電流狭窄層が損傷すると、TMR膜、CPP-GMR膜の磁気抵抗効果が減少し、出力の低下が顕著になる。

一方、磁気記録媒体対向面に、オゾン曝露、大気曝露、酸素イオンビーム照射により酸化膜を形成した場合は、前記損傷領域が除去される場合もある。しかしながら、磁気ヘッドの磁気記録媒体対向面に形成された酸化膜では十分な耐食性を維持できないことから、酸化膜形成後、更に浮上面保護膜を形成する必要があり、結果として酸化膜の膜厚分だけ実効的磁気スペーシングが増加し、磁気ヘッドスライダとして浮上させた際の、読み込み及び書き込み分解能が低下する。

また、磁気記録媒体対向面に損傷領域が形成されないことを目的として、ドライエッチング工程を用いない場合は、機械研磨加工で形成される導電性スメアの除去を行うことが出来ないため、再生出力は著しく低下する。

上記のような問題により、現状では高記録密度を実現する磁気ヘッドを、高い歩留まりで製造する方法は実現できていない。
本発明は斯かる問題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁気ヘッドスライダの磁気記録媒体対向面における短絡回路の形成を防止すると同時に、磁気ヘッドスライダの磁気記録媒体対向面に実効的磁気スペーシングの増加をもたらす顕著な膜厚の酸化膜を形成させないことにより、高記録密度を実現する磁気ヘッドスライダを高歩留まりで製造する方法を提供することである。

本発明においては、ローバーあるいは磁気ヘッドスライダに対する浮上面機械研磨加工より後で行われる、真空容器内で浮上面保護膜を形成する工程において、機械研磨加工で形成された導電性スメアを除去するための、磁気記録媒体対向面をイオンビーム或いはガスプラズマを用いてドライエッチングする工程に続いて、真空容器内に適量の酸素を含むガスの導入を行うことで、磁気記録媒体対向面に顕著な膜厚の酸化膜を形成することなく、前記ドライエッチング工程により磁気ヘッド素子の磁気記録媒体対向面の一部に形成された損傷領域の回復を行い、しかる後に浮上面保護膜を形成することで、前記問題を解決するものである。

本発明によれば、磁気抵抗効果膜、リフィル膜、磁区制御膜又は磁気シールド膜の磁気媒体対向面の一部を形成する端面に、歩留まり低下の原因となる損傷領域を有することなく、かつ顕著な膜厚の酸化膜が存在しない磁気ヘッドスライダを製造することが出来る。また、歩留まりの高い磁気ヘッドの製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法を説明する。
まず、図２を参照して本発明に係る磁気ヘッドスライダの構成を説明する。図２（ａ）はウェハから切り出されたローバーの斜視図である。図２（ｂ）はローバーを切断して分離された磁気ヘッドスライダの斜視図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。ローバー５０は、約５０個の磁気ヘッド素子が連結したものであり、長さＬは約５０ｍｍ、厚さｔは約０.３ｍｍである。磁気ヘッドスライダ１０は、スライダ２０とヘッド素子部３０とを有し、ヘッド素子部３０に磁気ヘッド素子４０が形成されている。磁気ヘッドスライダ１０の浮上面には、浮上レール２２と、浅溝レール２４と、深溝２６が形成されている。磁気ヘッド素子４０は、図２（ｃ）に示すように、セラミック材からなるスライダ２０の端面に、絶縁膜２８を介して積層された再生素子１と記録素子４２から構成されている。再生素子１、下部磁気シールド膜４、TMR膜あるいはCPP-GMR膜などの磁気抵抗効果膜５、上部磁気シールド膜３から構成されている。記録素子４２は、上部磁気シールド膜３の上に形成された絶縁分離膜３２の上に積層されたインダクティブ型素子であり、下部磁性膜４４、コイル４６、上部磁性膜４８から構成されている。記録素子４２の上部は、絶縁保護膜３４で覆われている。

次に、図３及び図４を用いて、TMR膜やCPP-GMR膜からなる磁気抵抗効果膜を用いたCPP構造の再生素子の基本的な構造を説明する。図３はCPP構造の再生素子の媒体対向面を示す図である。図３中のX軸、Y軸、Z軸は、それぞれトラック幅方向、素子高さ方向、磁気抵抗効果膜の積層膜厚方向を示している。図４は図３のａ−ａ線断面であり、素子高さ方向の断面図である。図４において、X軸、Y軸、Z軸は、それぞれ図３に示すX軸、Y軸、Z軸と同一軸を示す。再生素子１は上部磁気シールド膜３と下部磁気シールド膜４の間に、磁気抵抗効果膜５が設けられ、磁気抵抗効果膜５の両脇にはリフィル膜６と磁区制御膜２が設けられている。図４の右側が、磁気記録媒体対向面９となる。磁気記録媒体対向面９には、珪素からなる浮上面保護膜密着層７と硬質非晶質炭素からなる浮上面保護膜最上層８が設けられている。

図４に示したCPP構造の再生素子の磁気抵抗効果膜の積層構造の詳細を図５に示す。CPP構造の再生素子１では、センス電流は上部磁気シールド膜３と下部磁気シールド膜４の間を磁気抵抗効果膜５の積層面に垂直に流れるようになっている。磁気抵抗効果膜５は、図５に示すように、下部磁気シールド膜４及び上部磁気シールド膜３に挟まれた、下部金属膜１１、反強磁性層１２、固定層１３、中間層１４、自由層１５、上部金属膜１６により構成されている。下部金属膜１１はTa、Ru、Ni-Fe系合金、あるいはこれらの積層膜を用い、反強磁性層１２はPt-Mn系合金、Mn-Ir系合金などの反強磁性膜、あるいはCo-Pt系合金やCo-Cr-Pt系合金などの硬磁性膜を用いる。硬磁性膜として、反平行結合した高保磁力膜、いわゆるセルフピンを用いてもよい。また、固定層１３及び自由層１５は、Ni-Fe系合金、Co-Fe系合金、Co-Ni-Fe系合金、マグネタイトやホイスラー合金などの高分極率材料、及びこれらの積層膜を用いることが出来る。また、１ｎｍ以下のスペーサー層を介して強磁性層を積層させた多層膜を用いてもよい。中間層１４は、TMR膜を用いる場合にはトンネルバリア層であり、具体的には、Al、Mg、Si、Zr、Ti、これらの混合物の酸化物或いはこれらの酸化物の積層体であり、CPP-GMR膜を用いる場合には導電層或いは電流狭窄層を有する導電層であり、具体的には、Al、Cu、Ag、Au、或いはこれらの混合物や積層体の他、これらの一部を部分的に酸化、窒化などによって電流狭窄を行う層などを挿入してもよい。上部金属膜１６はTa、Ru、Ni-Fe系合金、あるいはこれらの積層膜を用いてもよい。下部磁気シールド膜４及び上部磁気シールド膜３には、Ni-Fe系合金が用いられる。

なお、磁気抵抗効果膜５の積層構造は上記の例に限らず、例えば下部磁気シールド膜４上に、下部金属膜、自由層、中間層、固定層、反強磁性層、上部金属膜、そして上部磁気シールド膜３の順に積層する構造でも構わない。

次に、図１を用いて、本発明の第１の実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法を説明する。第１の実施例では、再生素子１の磁気抵抗効果膜５としてＴＭＲ膜を用い、トンネルバリア層１４には酸化マグネシウムを用いた。まず、工程１０１において、アルミナ・チタン・カーバイドの基材（ウェハ）上に、磁気ヘッド素子４０を複数形成する。次に、工程１０２において、ウェハをダイシングソーにより短冊状のローバー５０として切り出す。その後、工程１０３において、磁気ヘッド素子４０の素子高さが所望の値になるように、例えば、ダイヤモンド砥粒を埋め込んだ回転定盤を用いて、ローバー５０の磁気ヘッドスライダの浮上面となる面（以下、単に浮上面という）に対して機械研磨加工を行う。このときＴＭＲ膜５の磁気記録媒体対向面９の一部を構成する端面の近傍に、機械研磨加工中の塑性流動により導電性スメアが形成される。

機械研磨加工工程１０３が終了した後、前記ローバー５０の加工面に浮上面保護膜を形成するため、ローバーを真空容器内に搬入するが、まず工程１０４において、浮上面に対して、アルゴンイオンビーム照射によるクリーニングを行い、導電性スメルを除去する。イオンはアルゴン以外に、ネオン、ヘリウム、クリプトン、又はキセノンなどの希ガスであっても構わない。イオン入射エネルギーは300eVであり、イオン入射角度は磁気記録媒体対向面法線から75度であり、イオンビーム電流は300mAであり、照射時間は60秒である。但し、この条件は、前述の機械研磨加工において形成された塑性流動層による導電性スメアを除去することができれば、変更しても構わない。このイオンビーム照射によるクリーニングにおいて、ＴＭＲ膜５中のトンネルバリア層１４の、磁気記録媒体対向面９の一部を構成する端面近傍に、図６に示すような、損傷領域１４ａが形成される。なお、本クリーニング工程では、ガスプラズマによるスパッタエッチングを用いても構わない。

前記損傷領域１４ａを透過型電子顕微鏡で観察したところ、トンネルバリア層１４を形成する酸化マグネシウムの酸素が一部欠損している領域、近接する金属層から金属元素が拡散している領域、又は酸化マグネシウムの結晶性が領域１４ｂと比較して変質している領域であることが確認された。酸素が欠損している領域は、金属マグネシウムとなっているため、短絡回路を形成することになる。金属元素が拡散している領域も、同様に、短絡回路を形成することになる。又、酸化マグネシウムの結晶性が変化している領域は、トンネル磁気抵抗効果が結晶性に依存していることから、磁気抵抗効果が劣化することになる。

クリーニング工程に次いで、工程１０５において損傷領域１４ａの回復処理を行う。具体的には、真空容器内に酸素を含むガスを導入する。酸素ガスの流量は質量流量計で調整され、その流量は5sccmである。酸素導入時に真空容器内の酸素分圧は、5 x 10^-3 Pa程度である。酸素導入開始から指定の時間経過後に酸素の導入を停止する。酸素曝露時間などの曝露条件に関しては後述する。この酸素曝露により、酸化マグネシウムの酸素が欠損している領域には、再び酸素が注入されて酸化マグネシウムが復活し、金属元素が拡散している領域は、該金属元素が酸化物になることによって、短絡回路が除去され、当初の絶縁特性を示すようになる。又、酸化マグネシウムに関しては、酸素曝露により結晶性が回復することによって、当初のトンネル磁気抵抗効果を回復することになる。

酸素の供給方法は上記の例に限られるものではなく、例えば、磁気記録媒体対向面に直接照射されないようにシャッターで遮蔽した状態で、酸素イオンビーム照射を一定時間行っても前記の処理と同様の効果を得ることができる。シャッターで遮蔽されている場合、高エネルギーで直接、磁気記録媒体対向面に衝突するイオンを除去することが可能であり、回り込んで磁気記録媒体対向面に達するラジカルの量も無視できるため、実際は酸素分子のみによる曝露効果を利用できるからである。

次いで、工程１０６において、例えば珪素からなる浮上面保護膜密着層７をスパッタリング法により膜厚0.5nmだけ形成する。浮上面保護膜密着層７の材料は珪素に限らず、例えば珪素、タングステン、クロム、チタンの何れか一つ以上を含む膜か、或いは前記の何れかの膜の窒化物、酸化物、酸窒化物であっても構わない。又、成膜方法はスパッタリング法に限らず、イオンビーム蒸着法、熱蒸着法、CVD法であっても構わない。又、十分な耐食性及び耐摩耗性を有する限りは、珪素膜厚は特に限定するものではない。浮上面保護膜密着層７の形成に先立ち、磁気記録媒体対向面９をシャッターにより遮蔽して、珪素膜が形成されないような状態に保持し、スパッタリングターゲットである珪素表面をアルゴンプラズマによるスパッタリングを行う。この工程は、酸素導入によりスパッタリングターゲットである珪素表面に形成された酸化膜を除去する目的で行われるものであるが、省略することも可能である。十分な時間スパッタリングターゲットである珪素表面酸化膜をスパッタリングした後に、磁気記録媒体対向面９を遮蔽していたシャッターを開放し、浮上面保護膜密着層７の形成を行う。

浮上面保護膜密着層７の形成後に、硬質非晶質炭素からなる膜厚1.0nmの浮上面保護膜最上層８を、陰極真空アーク蒸着法を用いて形成する。この硬質非晶質炭素膜の形成方法は、CVD法、イオンビーム法、又はレーザーアブレーション蒸着法であっても構わない。十分な耐食性及び耐摩耗性を有する限りは、浮上面保護膜最上層８の材料は硬質非晶質炭素に限らず、炭素、ホウ素、珪素、アルミニウム、及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物であっても構わない。又浮上面保護膜最上層８形成後に、この浮上面保護膜最上層８に対して何らかの表面処理を行っても構わない。浮上面保護膜最上層８を形成した後、ローバーは真空容器から取り出される。

次いで、レール加工工程１０７において、浮上面保護膜を形成した浮上面に、フォトレジストマスクを用いたイオンミリングを２回行うことにより、浮上レール２２、浅溝レール２４、深溝２６を形成する。

次いで、ローバー切断工程１０８において、ローバー５０をダイシングソーにより磁気ヘッド素子４０ごとに切断し、図２（ｂ）に示すような磁気ヘッドスライダ１に分離する。

次に、酸素曝露による損傷領域の回復工程１０５の曝露条件について詳しく説明する。図７は、酸素曝露時間を横軸に、縦軸に、46at.% Ni - 54at.% Fe膜上に形成される酸化膜の膜厚をとったものである。酸素曝露は、酸素流量5sccm、真空容器中の酸素分圧5 x 10^-3 Paで行った。図７によると、曝露時間の増加に伴い、酸化膜厚は増加する。しかしながら、その増加の様子は一様ではない。曝露初期において酸化膜厚は薄く成長速度も小さい。ある一定の時間経過後、成長速度が増加し、1nm以上3nm以下で飽和する。又、酸素分圧が大きいほど、成長速度は大きくなる。これは酸素分圧が大きいほど、単位面積に単位時間当たりに衝突する酸素分子の個数が増加するからである。したがって、酸素分圧と曝露時間の積が一定のとき、サンプル表面に衝突する酸素分子の数は一定となるので、その酸化程度は等しくなる。

図７で示した46at.% Ni 54at.% Fe膜表面に形成された酸化膜厚は、透過型電子顕微鏡を用いて測定した。透過型電子顕微鏡を用いて、図８に示すような素子高さ方向ｙの断面を観察したときに、酸化膜厚を測定することが可能になる。酸化膜厚の測定方法は、もちろん透過型電子顕微鏡に限らない。オージェ電子分光法、エックス線光電子分光法、二次イオン質量分析を用いても、酸化膜厚を測定することは可能である。

酸素分圧と曝露時間を規定せずに酸素曝露を行った場合、特に曝露時間が長すぎると、図８に示すように、トンネルバリア層１４の損傷領域１４ａは回復するが、トンネルバリア層１４の上下の金属膜の端面が酸化して酸化膜が形成されることになる。具体的には、下部磁気シールド膜４の端面には、下部磁気シールド膜４の酸化膜４ａが形成され、下部金属層１１の端面には、下部金属層１１の酸化膜１１ａが形成され、反強磁性層１２の端面には、反強磁性層層１２の酸化膜１２ａが形成され、固定層１３の端面には、固定層１３の酸化膜１３ａが形成され、自由層１５の端面には、自由層１５の酸化膜１５ａが形成され、上部金属層１６の端面には、上部金属層１６の酸化膜１６ａが形成され、上部磁気シールド膜３の端面には、上部磁気シールド膜３の酸化膜３ａが形成されている。図８中には記載されていないが、磁区制御膜の端面にも酸化膜が形成されている。この場合には、前述のとおり、酸化膜の膜厚分だけ実効的磁気スペーシングが増加することになる。

上記第１の実施例による磁気ヘッドの製造方法により、酸素分圧5 x 10^-3 Paで、曝露時間を変化させて、磁気ヘッドスライダを製造した。試験例１は酸素曝露時間が90秒、試験例２は50秒、試験例３は１秒、試験例４は180秒、試験例５は600秒とした。
また、上記試験例１〜５と比較するために、下記、比較例１〜５の製造方法による磁気ヘッドスライダも作製した。
＜比較例１＞
比較例１は、酸素曝露処理を伴わない製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器に搬入し、イオンビーム照射によるクリーニングを行った後、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、イオンビーム照射によるクリーニング、及び浮上面保護膜の形成は、それぞれ第１の実施例と同一の条件で行った。比較例１の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、図６に示すように、トンネルバリア層１４の磁気記録媒体対向面９に、イオンビームによる損傷領域１４ａが形成されている。この損傷領域１４ａを透過型電子顕微鏡で観察したところ、トンネルバリア層１４を形成する酸化マグネシウムの酸素が一部欠損している領域、近接する金属層から金属元素が拡散している領域、又は酸化マグネシウムの結晶性が後部領域１４ｂと比較して、変質している領域が確認された。
＜比較例２＞
次に比較例２を説明する。比較例２は酸素イオンビームを用いた酸化処理を伴う製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、イオンビームの入射角度が磁気記録媒体対向面法線に対して75度になるように傾けて、加速電圧100V、イオンビーム電流300mA、照射時間40秒において、酸素イオンビームによるクリーニングを行った後、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、及び浮上面保護膜形成は、それぞれ第１の実施例と同一の条件で行った。
比較例２の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、図８に示すように、トンネルバリア層１４の損傷領域１４ａは回復しているが、トンネルバリア層１４の上下の金属膜の端面が酸化して酸化膜が形成されていた。したがって、酸化膜の膜厚分だけ実効的磁気スペーシングが増加することになる。
＜比較例３＞
比較例３はオゾン曝露による磁気記録媒体対向面酸化処理を伴う製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、イオンビーム照射によるクリーニングを行い、真空容器内にオゾンを導入して磁気記録媒体対向面を曝露した後、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、イオンビーム照射によるクリーニング、及び浮上面保護膜形成は、それぞれ第１の実施例と同一の条件で行った。比較例３の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、比較例２で製造した磁気ヘッドスライダと同じく、図８に示すように、磁気記録媒体対向面９に、酸化膜が形成されていた。
＜比較例４＞
次に比較例４を説明する。比較例４は浮上面大気曝露処理を伴う製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、イオンビーム照射によるクリーニングを行い、真空容器から取り出し、磁気記録媒体対向面を大気に曝露した後、再び真空容器内に導入し、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、イオンビーム照射によるクリーニング、浮上面保護膜形成は、それぞれ第１の実施例と同一の条件で行った。
比較例４の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、比較例２で製造した磁気ヘッドスライダと同じく、図８に示すように、磁気記録媒体対向面９に、酸化膜が形成されていた。
＜比較例５＞
次に比較例５を説明する。比較例５は、イオンビーム照射による磁気記録媒体対向面クリーニングを伴わない製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、酸素ガスを用いて磁気記録媒体対向面を曝露し、浮上面保護膜を形成した。比較例５の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、磁気抵抗効果膜５の磁気記録媒体対向面９の一部を形成する端面に、導電性スメアが形成されていた。

上記の試験例及びその比較例に対して、磁気ヘッドスライダのＳＮ比及び分解能の測定を行った。比較結果を図９に示す。ＳＮ比は、再生出力をノイズで除することにより求めた。再生出力は、磁気ヘッドスライダを浮上させていない状態で、再生素子に一定電流を流しながら、素子高さ方向に140 Oe(11.2 kA/m)の磁場を加えたときの抵抗値の変化から計算した。ノイズは、再生素子に一定電流を流したときの、抵抗値の読み取り値の変化から求めた。浮上させていない状態で測定することで、磁気ヘッド素子起因の再生出力の変化及びノイズの変化を評価することができる。分解能は、磁気ヘッドスライダを磁気記録媒体上で浮上させたときの信号強度に関して、高周波数で測定した信号強度を低周波数で測定した信号強度で除することで求めた。分解能は磁気スペーシングが小さいほど大きくなるため、磁気スペーシングの過多を評価する良い手法となる。

比較例１の方法により製造された磁気ヘッドスライダのＳＮ比及び分解能を基準とし、改善された場合を正、劣化した場合を負で図９に表記した。又総合的な判断として、比較例１より、分解能及びＳＮ比の双方において改善が確認されたプロセスを合格（〇）とし、少なくとも一方の特性が劣化するプロセスを不合格（×）とした。
図９に示すとおり、比較例２〜４によれば、酸素イオンビーム照射、オゾン処理、大気曝露の何れの手段を用いたときも、ＳＮ比の増加を確認することが出来た。しかしながら、酸化処理により磁気記録媒体対向面に顕著な膜厚の酸化膜が形成されているので、酸化膜が実効的磁気スペーシングの増加となり分解能の劣化が確認された。これに対して、試験例１〜試験例５によれば、酸化膜成長に寄与しないように酸素曝露処理が行われているので、分解能の劣化を伴わずにＳＮ比を増加させることができていることが確認された。

なお、酸素曝露によるＳＮ比の増加効果は、磁気抵抗効果膜への酸素分子の衝突回数に依存するため、酸素分圧が10 x 10^-3Paの場合は、酸素曝露時間300秒において、酸素分圧5 x 10^-3 Paでの酸素曝露時間600秒と同等のＳＮ比回復効果が得られる。
したがって、酸素曝露量は、酸素曝露を１秒より長い時間処理することによりＳＮ比を増加させることができ、酸素分圧5 x 10^-3、曝露時間600秒程度以上で分解能の顕著な劣化が生じることから、酸素分圧ｘ曝露時間が、0.005 Pa・秒より大きく、3 Pa・秒以下であることが望ましい。

以上説明したように、浮上面機械研磨後の、イオンビーム照射によるクリーニング後の酸素暴露において、適切な酸素曝露量を選択することで、分解能の劣化を伴わずにＳＮ比を増加させることができる。したがって、高記録密度を実現する磁気ヘッドスライダを高歩留まりで製造することが可能となる。

なお、上記第１の実施例では、ウェハから切り出したローバーに対して、浮上面機械研磨加工、イオンビーム照射による浮上面クリーニング、酸素暴露による損傷領域の回復、浮上面保護膜形成を行ったが、ウェハから切り出したローバーを、磁気ヘッド素子ごとに切断して磁気ヘッドスライダに分離し、分離した磁気ヘッドスライダに対して上記の処理を施すようにしても良い。この場合でも、第１の実施例と同様の効果が得られる。

次に、本発明の第２の実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法を説明する。第２の実施例は、磁気ヘッドスライダの製造工程において、少なくとも２回以上の浮上面保護膜形成工程を含むことを特徴とする。
図１０に、２回の浮上面保護膜形成工程を含む磁気ヘッドスライダの製造方法のプロセスフローを示す。本プロセスでは、浮上面機械研磨加工後のローバーあるいは磁気ヘッドスライダは、まず真空容器内に導入され、機械研磨加工により形成された導電性スメアの除去を行うための、第１のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニングを行い、その後に第１の浮上面保護膜を形成する。このとき磁気抵抗効果膜、リフィル膜、磁区制御膜又は磁気シールド膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面には、第１のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニング工程により形成された損傷領域が存在する。第１の浮上面保護膜を形成した後のローバーあるいは磁気ヘッドスライダには、スライダレールの形成が行われる。

スライダレールの形成が行われた後、再びローバーあるいは磁気ヘッドスライダは真空容器内に導入される。このとき、ローバーあるいは磁気ヘッドスライダに対して、まず、第１の浮上面保護膜の除去が行われる。除去は酸素プラズマを用いて行われる。除去の方法はこの限りではなく、プラズマではなくイオンビーム照射を用いても構わないし、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンなどの他の希ガスや、酸素、窒素などの反応性ガスを用いても構わない。また前記のガスや方法の複数の組み合わせを用いても構わない。

第１の浮上面保護膜の除去後、同一の真空容器内において引き続き、第２のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニングを行う。このイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニングは、前記第１の浮上面保護膜の除去工程における除去残渣物を完全に取り除くこと、また磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面近傍の形状を調整する目的で行われる。前記第１の浮上面保護膜の除去工程において、十分な除去が行われており、かつ磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面近傍の形状の調整が不必要な場合は、この工程は無くても構わない。

この時点で、第１のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニング工程により磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面に形成された損傷領域は除去され、代わって新たに、第１の浮上面保護膜の除去工程、或いは第２のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニング工程により、磁気抵抗効果膜、リフィル膜、磁区制御膜、又は磁気シールド膜の磁気媒体対向面の一部を形成する端面に損傷領域が形成される。

ここで酸素曝露による回復処理が行われる。酸素曝露は第１の実施例と同じ条件で行われ、曝露時間は90秒である。この処理により前記損傷領域は回復する。酸素曝露による回復工程の後、第２の浮上面保護膜を形成する。上記処理をローバーに対して行った場合には、この後、ローバーを磁気ヘッド素子ごとに切断し、個々の磁気ヘッドスライダに分離する。

上記第２の実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法によっても、磁気抵抗効果膜、リフィル膜、磁区制御膜、又は磁気シールド膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面に存在する損傷領域を回復することができることから、第１の実施例と同様に、分解能の劣化を伴わずにＳＮ比を増加させることができる。したがって、高記録密度を実現する磁気ヘッドスライダを高歩留まりで製造することが可能となる。

第２の実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法のように、磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面が、複数回のイオンビーム照射に曝されるとき、その最後のイオンビーム照射の直後に酸素曝露による回復処理を行うことによって、磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面に損傷領域の無い磁気ヘッドスライダを製造することができる。

なお、上記各実施例では、磁気抵抗効果膜として、中間層がトンネルバリア層であるＴＭＲ膜を用いたが、中間層が電流狭窄層であるCPP-GMR膜を用いたものでも上記実施例と同様の効果が得られる。CPP-GMR膜の場合には、イオンビーム照射により高抵抗である電流狭窄層を縦断するように損傷領域が形成され、その損傷領域は短絡回路として、或いは磁気的な不感領域として働き、結果としてＳＮ比を減少させる。上記のとおり、磁気記録媒体対向面に対するイオンビーム照射直後の回復処理は、損傷領域を除去することができるため、電流狭窄層を有するCPP-GMR膜を用いた磁気ヘッド素子に対しても非常に有効である。

又、中間層として導電層を有するCPP-GMR膜を利用したものや、CIP-GMR膜を利用したもの、又、磁性半導体を用いたものや、偏極スピンの拡散や蓄積現象を利用したものなどに対しても、磁気ヘッドスライダ製造過程で、前記磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面にイオンビーム照射を行う磁気ヘッドスライダの製造方法であれば、上記実施例と同様の効果を得ることが出来る。磁気記録媒体対向面に対するイオンビーム照射において、磁気抵抗効果膜が直接照射に曝されたとき、スパッタリング率の相違や、近接の層との材料の拡散により、磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面は、磁気抵抗効果膜として意図された動作を行わない。これに対して、磁気記録媒体対向面に対するイオンビーム照射の直後に回復処理を行うことで、前記磁気抵抗効果膜として意図された動作を行わない領域を除去し、結果として磁気ヘッド素子のノイズ、不安定性を軽減することが出来る。

上記、第１の実施例及び第２の実施例では、磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面に形成される損傷領域の回復処理として、酸素ガスの曝露を行った。この回復処理は、損傷領域を、実効的な磁気スペーシングを顕著に増加させる化学変質層（例えば酸化層）の形成を伴わずに除去することが目的である。したがって、この条件が満足される限り酸素ガスに限らず、水素、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、珪素、塩素の少なくとも一つ以上を含む化合物のガスを、上記要求を満足する範囲で処理時間、処理時圧力を限定して用いても上記実施例と同様の効果を得ることが出来る。

又、損傷領域を回復させるという要求を満足するのであれば、手段はガスの曝露に限らない。化学溶液によるエッチングを用いても構わない。更に、上記要求を満足するように条件を規定したイオンビームプロセス、プラズマプロセスを用いても、同様の効果を得ることが出来る。

本発明の第１の実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法を示すプロセスフロー図である。 本発明に係るローバー及び磁気ヘッドスライダの斜視図と、ヘッド素子部の断面図である。 ＣＰＰ構造の再生素子の磁気記録媒体対向面の概略図である。 ＣＰＰ構造の再生素子の素子高さ方向断面の概略図である。 図４の再生素子の磁気抵抗効果膜の積層構造を示す断面図である。 イオンビームを用いたクリーニング工程において形成された損傷領域を示す素子高さ方向断面図である。 磁気記録媒体対向面の酸化処理における、酸素曝露時間と酸化膜成長の関係を示す図である。 酸素イオンビーム照射、オゾン処理、大気暴露により形成された、顕著な膜厚の酸化膜を示す素子高さ方向断面図である。 第１の実施例の試験例と比較例の磁気ヘッドスライダの評価結果を示す図である。 本発明の第２の実施例による磁気ヘッドの製造方法を示すプロセスフロー図である。

符号の説明

１…再生素子、２…磁区制御膜、３…上部磁気シールド膜、４…下部磁気シールド膜、４ａ…下部磁気シールド膜の酸化膜、５…磁気抵抗効果膜、６…リフィル膜、７…浮上面保護膜密着層、８…浮上面保護膜最上層、９…磁気記録媒体対向面、１０…磁気ヘッドスライダ、１１…下部金属層、１１ａ…下部金属層の酸化膜、１２…反強磁性層、１２ａ…反強磁性層の酸化膜、１３…固定層、１３ａ…固定層の酸化膜、１４…中間層、１４ａ…損傷領域、１４ｂ…後部領域、１５…自由層、１５ａ…自由層の酸化膜、１６…上部金属層、１６ａ…上部金属層の酸化膜、２０…スライダ、２２…浮上レール、２４…浅溝レール、２６…深溝、２８…絶縁膜３０…ヘッド素子部、３２絶縁分離膜、３４…絶縁保護膜、４０…磁気ヘッド素子、４２…記録素子、４４…下部磁性膜、４６…コイル、４８…上部磁性膜、５０…ローバー。

Claims (15)

1. ウェハ上に磁気抵抗効果膜を有する磁気ヘッド素子を複数形成する工程と、
   前記ウェハをローバーに切断する工程と、
   前記ローバーの浮上面を機械研磨する工程と、
   前記機械研磨した浮上面をイオンビーム又はガスプラズマを用いてクリーニングする工程と、
   前記クリーニングした浮上面をガスに曝す工程と、
   前記ガスに曝した浮上面に保護膜を形成する工程と、
   前記保護膜を形成した浮上面にレールを形成する工程と、
   前記ローバーを前記磁気ヘッド素子毎に切断する工程と、
   を含むことを特徴とする磁気ヘッドスライダの製造方法。
2. 前記ガスが、酸素を含むガスであることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
3. 前記酸素を含むガスの導入時間と酸素分圧の積が０．００５Ｐａ秒以上で３Ｐａ秒以下であることを特徴とする請求項２に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
4. 前記ガスが、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、珪素、塩素の少なくとも一つ以上を含む化合物ガスであることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
5. 前記磁気抵抗効果膜が、中間層と、前記中間層の一方の積層面側に形成された自由層と、中間層の他方の積層面側に形成された固定層とを含み、
   前記中間層がトンネルバリア層であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
6. 前記磁気抵抗効果膜が、中間層と、前記中間層の一方の積層面側に形成された自由層と、中間層の他方の積層面側に形成された固定層とを含み、
   前記中間層が、相対的に抵抗の高い部分と低い部分からなる電流狭窄層であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッドの製造方法。
7. ウェハ上に磁気抵抗効果膜を有する磁気ヘッド素子を複数形成する工程と、
   前記ウェハをローバーに切断する工程と、
   前記ローバーの浮上面を機械研磨する工程と、
   前記機械研磨した浮上面をイオンビーム又はガスプラズマを用いてクリーニングする工程と、
   前記クリーニングした浮上面を化学溶液によるエッチングもしくはイオンビームによるエッチングもしくはプラズマガスによるエッチングを行う工程と、
   前記エッチングした浮上面に保護膜を形成する工程と、
   前記保護膜を形成した浮上面にレールを形成する工程と、
   前記ローバーを前記磁気ヘッド素子毎に切断する工程と、
   を含むことを特徴とする磁気ヘッドスライダの製造方法。
8. ウェハ上に磁気抵抗効果膜を有する磁気ヘッド素子を複数形成する工程と、
   前記ウェハをローバーに切断する工程と、
   前記ローバーを前記磁気ヘッド素子毎に切断して磁気ヘッドスライダに分離する工程と、
   前記磁気ヘッドスライダの浮上面を機械研磨する工程と、
   前記機械研磨した浮上面をイオンビーム又はガスプラズマを用いてクリーニングする工程と、
   前記クリーニングした浮上面をガスに曝す工程と、
   前記ガスに曝した浮上面に保護膜を形成する工程と、
   前記保護膜を形成した浮上面にレールを形成する工程と、
   を含むことを特徴とする磁気ヘッドスライダの製造方法。
9. 前記ガスが、酸素を含むガスであることを特徴とする請求項８に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
10. 前記酸素を含むガスの導入時間と酸素分圧の積が０．００５Ｐａ秒以上で３Ｐａ秒以下であることを特徴とする請求項９に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
11. 前記磁気抵抗効果膜が、中間層と、前記中間層の一方の積層面側に形成された自由層と、中間層の他方の積層面側に形成された固定層とを含み、
    前記中間層がトンネルバリア層であることを特徴とする請求項８に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
12. 前記磁気抵抗効果膜が、中間層と、前記中間層の一方の積層面側に形成された自由層と、中間層の他方の積層面側に形成された固定層とを含み、
    前記中間層が、相対的に抵抗の高い部分と低い部分からなる電流狭窄層であることを特徴とする請求項８に記載の磁気ヘッドの製造方法。
13. ウェハ上に磁気抵抗効果膜を有する磁気ヘッド素子を複数形成する工程と、
    前記ウェハをローバーに切断する工程と、
    前記ローバーの浮上面を機械研磨する工程と、
    前記機械研磨した浮上面をイオンビーム又はガスプラズマを用いてクリーニングする工程と、
    前記クリーニングした浮上面に第１の保護膜を形成する工程と、
    前記第１の保護膜を形成した浮上面にレールを形成する工程と、
    前記第１の保護膜を除去する工程と、
    前記第１の保護膜を除去した浮上面をイオンビーム又はガスプラズマを用いてクリーニングする工程と、
    前記２回目のクリーニングを行った浮上面をガスに曝す工程と、
    前記ガスに曝した浮上面に第２の保護膜を形成する工程と、
    前記ローバーを前記磁気ヘッド素子毎に切断する工程と、
    を含むことを特徴とする磁気ヘッドスライダの製造方法。
14. 前記ガスが、酸素を含むガスであることを特徴とする請求項１３に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
15. 前記酸素を含むガスの導入時間と酸素分圧の積が０．００５Ｐａ秒以上で３Ｐａ秒以下であることを特徴とする請求項１４に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
    

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