JP3473417B2 - 磁気ヘッド及びその製造方法並びに磁気ディスク装置 - Google Patents

磁気ヘッド及びその製造方法並びに磁気ディスク装置

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JP3473417B2 JP19266098A JP19266098A JP3473417B2 JP 3473417 B2 JP3473417 B2 JP 3473417B2 JP 19266098 A JP19266098 A JP 19266098A JP 19266098 A JP19266098 A JP 19266098A JP 3473417 B2 JP3473417 B2 JP 3473417B2
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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と組み
合わせて磁気記録装置として用いる磁気ヘッドに関す
る。
【0002】
【従来の技術】磁気ディスク装置の面記録密度の向上に
伴い、薄膜磁気ヘッド素子の高性能化、ヘッドスライダ
の低浮上化の要求も厳しくなりつつある。このために
は、高感度な読みとりができるGMR(Giant Magneto-
Resistive)素子及び、ヘッド磁性膜の腐食防止及び低
浮上化に伴う耐摺動性向上のためヘッドスライダ面の浮
上面保護膜においても、さらなる技術革新が必須となっ
ている。
【0003】現在、一般的な磁気ディスク装置のヘッド
スライダ保護膜とディスク基板保護膜の隙間は、定常的
な記録再生時において50ナノメートル程度であるが、
今後は、磁気ヘッドスライダの低浮上化が進み25ナノ
メートル以下のニアコンタクトあるいは完全に接触する
コンタクト型磁気ヘッドが要求されると考えられる。
【0004】この低浮上化は、磁気ヘッドと磁気ディス
クの物理的な接触回数を増加させるため、磁気ヘッドと
磁気ディスク間に介在する潤滑剤の物理吸着層が接触時
にヘッドスライダの直下となる磁気ディスク表面に存在
することを難しくし、磁気ディスク表面での潤滑剤のム
ラを生じることになる。このムラについては、磁気ディ
スク表面の電位を測定することで観測することが現在行
われており、その結果によれば、明らかに磁気ヘッドの
接触域のディスク表面の潤滑剤は減少している。
【0005】コンタクト・スタート・ストップ(CS
S)と呼ばれる耐久試験によれば、CSSを繰り返す
と、この潤滑剤の局部的な減少も要因の一つとなり、磁
気ヘッドと磁気ディスクが接触してすべる際、磁気ヘッ
ドの浮上面の摩耗が生じる可能性が増加し、耐久性に問
題が発生する。また、浮上面保護膜の摩耗が生じると、
磁気ヘッド素子部が放電あるいは、腐食し易くなる。
【0006】このように耐久性劣化の原因である、ヘッ
ドとディスク接触時に発生する潤滑剤ムラは、ヘッドの
押しつけ荷重によって潤滑剤が最も必要とされるヘッド
直下、特にディスク基板に最も接触する流出端部分によ
って引き起こされる。磁気ヘッドを回転するディスク基
板に押しつけて行う耐久試験であるドラッグ試験結果に
よれば、回転数15k回程度においてディスク基板上の潤
滑剤は、初期膜厚が2ナノメートルなのに対して0ナノ
メートルとなることがわかっている。
【0007】以上、磁気ヘッドとディスク基板の接触に
よって、引き起こされるディスク基板上の潤滑膜厚のム
ラ、減少によって、磁気ヘッドの浮上面保護膜の摩耗が
急速に進むようになり、耐久性が低下することになる。
この耐久性の低下は、特に、コンタクト型の磁気ヘッド
となった場合は、より大きな問題となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の問題点を解決することにあり、磁気ヘッドの
低浮上化により、頻度が多くなる磁気ディスク表面部分
との接触による潤滑剤膜厚のムラを低減し、耐久性の向
上をすることである。即ち、接触によっても磁気ヘッド
スライダの浮上面保護膜がディスク表面の潤滑性を保持
せしめ、ひいては磁気ディスク媒体に対する磁気ヘッド
スライダの耐久性を向上する磁気ディスク装置としての
信頼性を飛躍的に高めることのできる改良されたスライ
ダー浮上面保護膜の構造と、そ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】課題を解決するため、磁
気媒体対向面となる表面にカーボン系保護膜を形成して
製造する磁気ヘッドにおいて、カーボン系保護膜が少な
くとも2種類以上の弾性率の異なる薄膜によって形成
し、ヘッド押しつけ荷重変化に対して該保護膜表面形状
を積極的に変形させることを特徴とする磁気ヘッドとし
た。図1に磁気ヘッド6の浮上面保護膜構造の原理図お
よび磁気ヘッド6と磁気ディスク8の接触前後の浮上面
保護膜7と潤滑剤4の動きを示している。ここで磁気ヘ
ッド浮上面保護膜7は、薄膜1,2によって形成されて
いる。ここで、薄膜1の持つ弾性率をEh、薄膜2の持
つ弾性率をEsとして、これらの関係をEh>Esとし、
弾性比率k=Es/Ehとして、これら浮上面保護膜7は磁
気ヘッドスライダ基板AlTiC3上に形成している。この
磁気ヘッド6に対向する構造で磁気ディスク基板5、お
よび、その表面に潤滑剤4が形成させている。
【0010】図1(1)は、接触前の状態であり、磁気
ヘッド6は磁気ディスク基板8上数十ナノメートル上を
飛行しているとする。図1(2)は、磁気ヘッド6が磁
気ディスク基板8に接触した瞬間を模式的に示してい
る。ここで、磁気ヘッド浮上面保護膜直下の潤滑剤の物
理的吸着成分は、潤滑剤4の図中横方向への拡散速度V
d以上の速度で急激に接触するヘッド浮上面の接触速度
Vcにより(Vc>Vd)、潤滑剤の一部9が弾性率の高い
薄膜1に挟まれている弾性率の低い薄膜2を変形させ、
ヘッド浮上面2下に潤滑剤9を取り込むことになる。
【0011】ここで、浮上面保護膜が一種類の弾性率の
材料12であるEによって形成されている従来の場合で
あれば、図2(2)に示すとおり全体として若干の変形
13はあるものの、弾性率の差を利用したポッケト状の
潤滑剤を取り込む構成にはなっておらずその時のヘッド
浮上面直下の潤滑剤膜厚は図2(2)中のd2程度であ
り、図1(2)中のd1に比較して、非常に少ない。
【0012】従って、その後磁気ヘッド6が再び、磁気
ディスク8表面から浮上した場合、従来技術のヘッド浮
上面保護膜であれば図2(3)に示すような潤滑剤膜厚
のムラ14が生じ、その後の復元は拡散速度Vdのみに
よるが、本特許の磁気ヘッド浮上面保護膜を用いれば図
1(3)に示すように図1(2)において薄膜2を変形
させ得た、ヘッド浮上面10下に取り込まれた潤滑剤9
を磁気ディスク表面に排出し、潤滑剤膜厚のムラを軽減
11することが可能となった。
【0013】ここで、図1中のカーボン系保護膜を構成
する2種類の薄膜1,2の弾性率Eh,Esの異なる薄膜
の弾性比率k=Es/Ehを変化させて形成した磁気ヘッド
浮上面保護膜7についてCSS試験を行い100k回時の摩
擦係数を測定した結果を図3に示す。この結果から、k
<0.6の組み合わせの場合に摩擦係数は急激に減少する
ことがわかった。これは浮上面保護膜を構成する薄膜2
の変形量が薄膜1の変形量の約半分以上となった場合に
効果が顕著にあらわれることを意味する。
【0014】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図4に示
す。図4(1)には図1で示した、カーボン系保護膜を
構成する2種類以上の物性の異なる薄膜のうち、他の薄
膜に比較してその弾性率が高い薄膜を柱状構造として各
柱状の保護膜の隙間を弾性率の低い材料によって構成し
たことを特徴とした磁気ヘッド形状を示している。これ
以外に、弾性率の薄膜を予め設計したパターン状に形成
し、各パターン間の隙間に1種類以上の弾性率の材料に
よって構成したことを特徴とした磁気ヘッド形状を図3
(2)〜(6)に示している。これらの浮上面保護膜の
断面形状のものは、いずれも潤滑剤のムラを防止する機
能を発揮し、磁気ディスク装置の耐久性向上に大きく寄
与することを確認している。
【0015】図5には図4(2)を形成するために、レ
ジスト材17を用いたパターニングによってカーボン系
保護膜を構成する行程を示している。本図においては、
まず、磁気ヘッド基板の上に弾性率の小さい薄膜2を5
nmの膜厚で形成する。次に、薄膜2をパターニングする
ためにレジスト17を塗布し露光、その後、酸素アッシ
ングによって、図5(b)のように隙間18を形成す
る。そして、その隙間18へ弾性率の大きい薄膜1を形
成し(c)を得、レジストを除去、再度、弾性率の低い薄
膜2を5nm堆積し図5(d)の形状を得た。
【0016】以上のようなレジストパターニング法の
他、レーザを用いた局所的な材質変体を行うことによ
り、形成を試みたところ、所望する形状を問題なく達成
することができた。
【0017】次に、これら浮上面保護膜に用いられる薄
膜であるが、カーボン系保護膜としてC膜,C-H膜,
C-N膜,C−N−H膜,C−F膜等を組み合わせて用
いることで、弾性率の異なる材質からなるカーボン系保
護膜を形成した。薄膜の弾性率については、予めシリコ
ンウエハ、AlTiC磁気ヘッド用基板等の上で微小硬度測
定装置を用いて測定した値を目安として、相対的な弾性
比率kを変化させることができた。また、弾性率の低い
薄膜2としてC−F膜を用いた場合、接触後の潤滑剤の
復元時間が他の材質の薄膜に比較し短いことを確認して
いる。これは、フッ素系であるため表面エネルギーが低
く潤滑剤をはじきやすいためだと考える。さらに、C-
H系カーボン保護膜にTiあるいはWをイオン打ち込み
することによって、イオン打ち込みされた部分のみを選
択的に高弾性率の部分とすることもできた。
【0018】ところで、弾性率の高い薄膜1の浮上面の
面内パターン例について図5に示す。図5(1)は柱状
にパターニングして形成した例であり、(2)と(3)
は、ライン状にパターニングした例を示す。図5中いず
れの磁気ヘッドスライダともにGMR素子等が存在する流
出端領域19が最も磁気ディスク表面に近いところを浮
上することになり、接触する確率が高くなり摩耗する確
率が高いので、この領域の摩耗についてラマン分光法を
用いて測定した。その結果、パターン形状による比較を
行ったところ最も耐久性に優れたパターンとしては
(1)であり、順に(2),(3)となっている。
(3)のパターン方向は、ヘッドの摺動方向と一致して
おり、接触時においてヘッド直下の潤滑剤の保持が難し
くなっているためと考えられる。これらのパターン他
に、例えば図5(1)の柱状部分を2重として厚みを持
たせたり、図5中の弾性率の高い薄膜1と低い薄膜2を
入れ替えた構造など色々なパターンについて考えること
ができるが、次に行ったCSS評価では図6(1)のパ
ターンで図4(1)の断面構造、k=0.4、浮上面保護膜
層厚10nmを用いた。
【0019】CSS評価では、パス回数とスライダーの
磁気ディスクに対する摩擦係数の変化について検討を行
った。表面粗さRpが約7nmのディスク上で、潤滑剤が
2nm塗布された平滑ディスク上で、図7に示すような結
果が得られた。従来の単一弾性率のカーボン材料で形成
した従来の浮上面保護膜の実施例に比較し、本実施例に
より形成したスライダーでは、約2倍のCSS回数で同
一の摩擦係数となり、耐久性として約2倍となることが
わかった。
【0020】図8には本発明の磁気ヘッドを搭載した磁
気ディスク装置の構成を示している。磁気ヘッドスライ
ダ6はサスペンション20に取り付けられ、スライダ浮
上面保護膜を磁気ディスク8に対向するように組み込ま
れている。
【0021】
【発明の効果】本発明は、磁気ヘッドスライダの低浮上
化に伴う、ヘッドスライダ浮上面保護膜部と磁気ディス
ク表面部分の接触によるディスク表面の潤滑剤膜厚のム
ラを低減し、耐久性の向上をすることができる。即ち、
磁気ヘッドスライダの浮上面保護膜がディスク表面の潤
滑性を保持せしめ、磁気ディスク媒体に対する磁気ヘッ
ドスライダの耐久性を向上する磁気ディスク装置として
の信頼性を飛躍的に高めることのできる改良されたスラ
イダーの構造と、その製造方法を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した磁気ヘッドと磁気ディスクの
接触前後の各状態を模式した断面図である。
【図2】従来の磁気ヘッドと磁気ディスクの接触前後の
各状態を模式した断面図である。
【図3】本発明の請求項1の根拠となった弾性比率と摩
擦係数の関係を示す特性図である。
【図4】本発明を適用した磁気ヘッドスライダ浮上面保
護膜の各断面図である。
【図5】本発明の実施の製造工程概略順を示した断面図
である。
【図6】本発明を適用した磁気ヘッドスライダ浮上面の
保護膜面内の各パターン例を示した図である。
【図7】本発明を適用した磁気ヘッドと従来の磁気ヘッ
ドのCSS評価結果を示した特性である。
【図8】本発明を適用した磁気ヘッドを用いた磁気ディ
スク装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
1…弾性率Ehの薄膜、2…弾性率Esの薄膜、3…チタ
ンカーバイト材(磁気ヘッド基板)、4…潤滑剤、5…
磁気ディスク基板、6…磁気ヘッド、7…浮上面保護
膜、8…磁気ディスク、9…取り込まれた潤滑剤、10
…浮上面下、11…ムラが減少した潤滑剤表面、12…
弾性率Ehの薄膜、13…変形部分、14…ムラが生じ
た潤滑剤表面、15…弾性率E1の薄膜、16…弾性率
E2の薄膜、17…レジスト材、18…形成した隙間、
19…流出端域、20…サスペンション、21…磁気デ
ィスク装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−219077(JP,A) 特開 平8−249638(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 21/16 - 21/26 G11B 5/56 - 5/60 G11B 5/187 - 5/255

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁気ヘッド部とスライダ基材とを備え、磁
    気ディスク媒体に対面する前記スライダ基材の浮上面に
    形成された保護膜が弾性率の異なる2種類のカーボン系
    薄膜からなり、該薄膜の弾性率Es、Ehの比率(Es
    /Eh)が0.6以下であって、かつ、一方の薄膜から
    なるパターン化された領域と他方の薄膜を用いて前記パ
    ターンの間隙部分が埋め込まれた領域とで構成されてな
    ることを特徴とする磁気ヘッド。
  2. 【請求項2】前記パターン化された領域が柱状構造であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の磁気ヘッド。
  3. 【請求項3】前記カーボン系薄膜が、C膜、C−H膜、
    C−N−H膜、C−F膜の何れかであることを特徴とす
    る請求項1に記載の磁気ヘッド。
  4. 【請求項4】磁気ヘッド部、スライダ基材、2種類のカ
    ーボン系薄膜からなる保護膜を備えた磁気ヘッドの製造
    方法であって、前記保護膜を前記スライダ基材の一面に
    所定の弾性率を有するカーボン系薄膜を形成した後、レ
    ジスト材を用いたパターニング法によって前記カーボン
    系薄膜に所定形状の間隙を形成し、前記カーボン系薄膜
    より弾性率の低いカーボン系薄膜を用いて前記間隙を埋
    めるようして形成することを特徴とする磁気ヘッドの製
    造方法。
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