JP3908496B2 - 磁気ヘッド及び磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、ハードディスク装置（以下ＨＤＤ）に用いられる磁気ヘッド及びその製造方法に関する。より詳細には、高記録密度を有する磁気記録媒体対応の磁気ヘッドにおいて、保護膜としてダイアモンド状あるいは水素を含有するアモルファス状の炭素膜（以下ＤＬＣ膜）を有する磁気ヘッド及び当該ＤＬＣ膜を形成する磁気ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
比較的小型のコンピュータシステムに用いられる外部記憶装置の一つとして、ＨＤＤがある。ＨＤＤは、その小型化及び記憶量の大容量化の要望に応じて高記録密度化が進められている。ＨＤＤの構成要素の一つとして、磁気記録媒体に対して情報の書き込み及び読み取りを実際に行う磁気ヘッドがある。この磁気ヘッドには、いわゆる薄膜ヘッド、磁気抵抗効果を用いたいわゆるＡＭＲヘッドまたはＧＭＲヘッド、トンネル現象を利用したＴＭＲヘッド等があり、これらを種々選択することで高記録密度化への対応を図っている。
【０００３】
これら磁気ヘッドにおけるコア部は、実際に磁気記録媒体に対して情報の書き込み等を行う素子部と、当該素子部がその端部に形成されたスライダ（基板部分）と呼ばれる部分とから構成されている。スライダの所定面及び素子部（端面）は、情報の書き込み等を行う場合に、磁気記録媒体に対して一体で所定距離をおいて浮上し且つ対向するように構成される。
【０００４】
この素子部においては、素子を構成する軟磁性膜等の各種金属が露出しており、これら金属に錆び等が生じてその磁気特性等が劣化する恐れがある。このため、この素子部の表面への保護膜の形成が為されており、保護膜として耐腐食特性を有する各種の膜が提案されている。また、スライダは、磁気記録媒体の回転により生じる風圧等によって記録媒体より浮上して前述の所定距離を保持するため、回転初期にスライダが容易に且つ低負荷で摺動するように、スライダ所定面には低摩擦性能も要求される。
【０００５】
これら要求に応えるために、基板における磁気記録媒体との対向面及び素子部における磁気記録媒体との対向部分（以下膜形成面）に対して上述の耐腐食特性と低摩擦性能とを共に有する材料を保護膜として形成することが行われており、近年ＤＬＣが主にその材料として用いられている。
【０００６】
ＤＬＣ膜を上述の膜形成面に形成した例として、特開平９−６３０２７号公報に開示された磁気ヘッドがある。当該ＤＬＣ膜はプラズマ放電を用いて得られたアモルファス状の膜であり、ＤＬＣ膜の形成によってＨＤＤ装置のいわゆるＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）特性が大きく向上することが示されている。また、良好な耐摩耗特性、あるいはＣＳＳテストにおいて良好な耐久性を得るためには、２０Å以上の膜厚が必要であること、さらには、ＤＬＣ膜と膜形成面との密着性を向上させるためには、シリコン層、シリコンカーバイト層を下地膜として形成することが有効であることが示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の膜形成面と磁気記録媒体との間のいわゆる浮上距離は、近年の高記録密度化に伴って、より小さくすることが望まれている。この観点から、保護膜は膜厚をより薄くし、且つ十分な耐腐食特性と低摩擦性能とを維持することが必要となる。前述の特開平９−６３０２７号公報によれば、ＤＬＣ膜を用いて十分な耐久性（低摩擦特性）を得るためにはその膜厚を２０Å以上とすれば良いが、耐腐食特性と低摩擦特性との両方をい維持した上で浮上距離を小さくする、つまり保護膜の膜厚を薄くするためには、更なる保護膜、あるいは更なるＤＬＣ膜の形成方法を開発する必要がある。
【０００８】
また、膜形成面には、絶縁体であるセラミックからなる基板部分、及び素子部に存在する絶縁層、導電層及び磁性層が露出している。このため、例えば放電によって成膜種を生成する成膜方法を用いた場合、膜形成面に電位差が生じて、成膜初期における膜形成速度が膜形成面の材質に応じて大きく異なる恐れがある。この場合、膜厚に大きなばらつき、例えばＤＬＣの膜厚が局部的に薄くなるあるいは膜が局部的に形成されない等の状態が生じ、この部分がピンホール等となって耐腐食特性を低下させることが考えられる。
【０００９】
さらに、通常の磁気ヘッド製造工程においては、保護膜形成前の膜形成面には研磨処理が施され、その表面に微少な凹凸が形成されている。凹凸が絶縁層、導電層あるいは磁性層の何れの上に存在するかにも依存するが、一般的にこの凹部上と凸部上での成膜速度は異なる。このため、特に凹部上で成膜速度が遅くなる場合にはこの部分がピンホールとなって残存し、結果として耐腐食特性が大きく劣ったものとなる恐れがある。
【００１０】
耐腐食特性上、このピンホール等の影響を極力小さくするために、ＤＬＣ膜の膜厚を厚くし、見かけ上ＤＬＣ表面にはピンホールが存在していない状態を作る等の対策が従来はとられていた。しかし、実際には、この対策によって耐腐食特性を大きく向上することは困難であると共に、ＤＬＣ膜の膜厚を必要以上に大きくしなければならず、前述の保護膜を薄くするという要求に応えることが困難であった。
【００１１】
本発明は上述の課題に鑑みて為されたものであり、より薄い膜厚で十分な耐腐食特性を示すと共に膜形成面に対しても良好な密着性が望めるＤＬＣ膜の形成方法を提供するものである。また、単体で薄膜化を図った場合においても、従来技術により得られるＤＬＣ膜に関し、より薄い膜厚で十分な耐腐食特性を示すＤＬＣ膜の形成方法を提供するものである。更に、本発明は、当該ＤＬＣ膜を保護膜として用いる磁気ヘッドの提供を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る磁気ヘッドの製造方法は、基板の一面上に絶縁層、導電層、及び磁性層を積層し且つ各層を所定形状に加工することで記録素子及び再生素子の少なくとも一方を有する素子部を形成する工程と、基板における磁気記録媒体と対向する所定面の少なくとも一部及び素子部における磁気記録媒体と対向する部分に保護膜を形成する工程とを含む磁気ヘッドの製造方法であって、保護膜を形成する工程においては、所定膜厚の保護膜を形成する際に、保護膜が複数の層に分けて形成されることを特徴としている。
【００１３】
なお、保護膜を複数の層にて形成する工程は、有機化合物を含む気体を用いてプラズマを生成し、プラズマにより生じた成膜種によって１層を形成し、且つ１層を形成した後にプラズマを消失させる単独層の形成工程を、複数回繰り返すことによって構成されることを特徴としている。さらに、保護膜を形成する工程は、所定厚さの保護膜を形成する工程の前に、基板における磁気記録媒体と対向する所定面の少なくとも一部及び素子部における磁気記録媒体と対向する部分にシリコン膜あるいはシリコン酸化膜を形成する工程を更に含むことが好ましい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る磁気ヘッドは、基板の一面上に絶縁層、導電層及び磁性層を積層し且つ各層を所定形状に加工することで形成された記録素子及び再生素子の少なくとも一方を有する磁気ヘッドであって、素子が情報を記録あるいは再生する対象となる磁気記録媒体と対向する特定面上に保護膜を有し、保護膜が同一構成元素からなる膜を複数層有することを特徴としている。
【００１５】
なお、同一構成元素からなる膜は、炭素を主たる構成元素とする膜であることが好ましい。あるいは、同一構成元素からなる複数層の膜においては、複数層の全膜厚に対する複数層の膜における特定面に最も近い層の膜厚の比率が２５％乃至６５％で有ることが好ましい。さらに、保護膜は、同一構成元素からなる複数層よりも特定面に近い部分に下地膜を有することが好ましい。
【００１６】
なお、上述のプラズマの生成は、いわゆるＥＣＲ条件を用いて為されることが好ましい。あるいは、プラズマの生成は、略板状のアノード電極及びアノード電極と所定距離隔置して平行配置される略板状のカソード電極とからなるいわゆる平行平板型のプラズマ生成装置を用い、且つ周波数１kHz乃至１MHzの高周波を用いて為されることが好ましい。また、上述の同一構成元素からなる複数層の膜は２以上の層からなり、その全膜厚が２０Åであっても、十分な耐腐食特性が得られる。
【００１７】
【作用】
本発明に係るＤＬＣ膜の形成方法に関し、その作用について以下に説明する。磁気ヘッドの保護膜としてのＤＬＣ膜は、その多くがプラズマＣＶＤ法またはアーク放電法等、放電現象により生じたプラズマを用いることにより成膜される。ＤＬＣ膜が形成される素子部端面及びスライダ所定面には、ＤＬＣ膜形成前に、素子部の各ディメンジョンを所定値とし且つこれら面を同一平面とするための研磨処理が施される。しかし、実際には、各部分を構成する材料における研磨速度の差によって、各構成部分毎の凹凸部が生じる。また、同一部分においても、研磨によって微視的な凹凸が形成されることとなる。
【００１８】
放電現象を用いた成膜方法においては、例えば導電性のある基板に対して成膜する場合、放電空間に対して凸となる部分には放電が集中しやすく、また凹となる部分には、放電が近づかない。従って、この状態のままこの基板上に成膜を続けた場合、凸部分に優先的な成膜が行われる現象が生じ、凹部分の膜厚が薄くなるあるいは凹部分を基点とするピンホールが発生する等の事態が生じる。また、成膜種としてイオンが寄与する場合、イオンが入射しやすい導電体上では、絶縁体上に比べて成膜速度が速くなる現象が生じる。
【００１９】
そこで本発明においては、目標とする膜厚のＤＬＣ膜を得るために、複数回の成膜を実施することとしている。具体的には、第１回目の成膜として目標厚さ何分の一かの膜厚でＤＬＣ膜を成膜する。その結果、導電性を有する部分の内、凸部分にＤＬＣ膜が優先的に成膜され、凹部分には極薄くＤＬＣ膜が成膜されるかあるいは凹部分のまま膜が成膜されない状態が維持される。ここで用いられるＤＬＣ膜は、絶縁体に近い高い抵抗値を有する。このため、当該膜が極薄い部分あるいは凹部分は導電性を示すが、ある程度の厚さまで成膜された部分は放電に対してほぼ絶縁体として作用する。
【００２０】
従って、当該被成膜部分は、放電に対して、成膜当初から絶縁体であったセラミック等の表面部分とほぼ類似する作用を示すこととなる。また、この第１回目の成膜において、セラミック等、絶縁体の表面部分の成膜速度は、導電体の凸部分と比較して極遅いと思われる。なお、第１回目の成膜終了後に、随時放電の停止、ガスの排気を行うことが好ましく、この手順は各層の形成後に行われることが好ましい。この状態で第２回目の成膜を行うと、導電性の部分が露出した部分、及びＤＬＣ膜の膜厚が薄いために放電に対して導電体に近い作用を及ぼす部分に、優先的にＤＬＣ膜が成膜される。それ以外の部分は、放電に対して略均一な抵抗値を有する絶縁体として作用しているため、優先的に成膜される部分の成膜速度に比べて極遅い、しかし均一な成膜速度での成膜が行われる。
【００２１】
この状態で、所定膜厚まで成膜を継続した場合であっても、従来の様に一度に所定膜厚を成膜した場合と比較して、ＤＬＣ膜表面から見た場合に金属等が腐食される機転となるピンホール等は大幅に低減される。しかし、さらに成膜の停止、成膜の再開を行えば、ピンホール等の更なる低減という効果に加え、ＤＬＣ膜によって膜形成面全面を導電性に関して均一な特性として所定膜厚まで成膜を行うことが可能となりＤＬＣ膜厚の分布を向上させるという効果も期待できる。
【００２２】
以上の工程を経ることにより、ＤＬＣ膜形成時の比較的早い段階で膜形成面上全面をＤＬＣ膜によって均一に覆うことが可能となる。すなわち、このように微少厚さのＤＬＣ膜の成膜を複数回行うことにより、素子部端面に存在する導電体である金属部分に対して、効果的且つ均一にＤＬＣ膜を形成することが可能となる。また、この金属部分とスライダ等のセラミックからなる部分とを、放電に対して絶縁体として略均一に作用させて成膜することが可能となり、これら各部分の電気的特性に関わりなく略均一な膜厚のＤＬＣ膜を得ることが可能となる。
【００２３】
ＤＬＣ膜の膜形成面に対する密着性を向上させるために、成膜工程の直前に、膜形成面に対していわゆる水素プラズマ処理、あるいはフッ素を除いたハロゲンを用いたプラズマ処理を施すことが効果的である。従って、成膜時に用いるＤＬＣ膜形成装置として、これらプラズマ処理を容易に実施することが可能であるいわゆるＥＣＲ型あるいは平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いることが好ましい。
【００２４】
ここで、いわゆる平行平板型のプラズマＣＶＤとは、略板状のアノード電極及び前記アノード電極と所定距離隔置して平行配置される略板状のカソード電極とから構成され、両電極の少なくとも一方に直流電圧あるいは高周波を印可することによって両電極間に放電を発生させるものである。ＤＬＣ膜を形成すべき基板は、一般的にアノード電極側に配置されるが、本発明においてはカソード電極側に基板を配置しても同様の効果が得られる。
【００２５】
放電すなわちプラズマ生成には、高周波を用いている。本発明者がこれまでに得た知見によれば、用いる周波数が１kHz乃至１MHzの場合に良好な摩擦性能を示すＤＬＣ膜が得られる。さらに高い周波数である１MHz乃至４０MHzの場合には、基板が配置される側にバイアス電圧を印可することで膜質の改善がなされ、良好な摩擦性能が得られるようになる。
【００２６】
また、高活性なプラズマとして、有磁場中でサイクロトロン運動を行う電子に対して２．４５GHzの高周波を印可し、当該電子を周期加速して生成された、いわゆるＥＣＲ条件で生成したプラズマが知られている。当該プラズマをを用いるＥＣＲ−ＣＶＤ法においても、上述の平行平板型の装置を用いたプラズマＣＶＤ法による場合と同等の膜質を有するＤＬＣ膜を得ることが可能である。後述する実施例においては、これらＣＶＤ法の中からＥＣＲ−ＣＶＤを選択し、当該方法を用いてＤＬＣ膜を成膜することとしている。
【００２７】
ＤＬＣ膜の成膜方法としてアーク放電法もあることを先に述べた。後述する実施例においては当該方法は用いていないが、アーク放電法においても、本発明の実施によってプラズマＣＶＤ法の場合と同等の効果が得られることは明らかである。以下にアーク放電法について簡単に述べる。アーク放電法では、アルゴンガスをノズルから吹き出しながら、そのノズル先端にグラファイトダーゲットに向かうアーク放電を発生させる。このアーク放電のエネルギーによってターゲット上の炭素原子をイオン化して蒸発させ、これを基板上に付着させて成膜を行う。
【００２８】
また、他のアーク放電法においては、グラファイトロッド端部にストライカーを用いてアークを発生させ、直接炭素を揮発させその揮発種中のイオンあるいはクラスターを磁場等によって偏向させて基板に付着させて成膜を行う。当該方法によれば、高いエネルギーを有する炭素イオンを容易に生成することが可能であるために硬質膜が容易に得られる。また、成膜種が炭素イオンのみであるために、成膜された膜厚が極薄くても水素等を含有しない均質な膜を得ることができる。
【００２９】
当該アーク放電法によれば保護膜として適する膜を容易に得ることが可能であると共に、本発明を実施することで、より薄い膜厚においても顕著な効果が得られると考えられる。しかしながら、広い成膜領域において均一な成膜層度を得ることが平行平板によるプラズマＣＶＤ法等の場合に比べ困難と思われるため、生産性という観点より、後述する実施例においては、一例を実施するにとどめている。
【００３０】
なお、一般的に、光透過性を有する薄膜はその膜質と屈折率との間に一定の相関関係があることが知られている。さらに、本形成方法により得られるＤＬＣ膜の膜質は、シリコンウエハー上に厚さ３０〜６０ｎｍ成膜した際の屈折率が２〜２．３５とすると、良好な摩擦特性が得られることが確認されている。屈折率が２以下の場合には摩擦特性が劣化し、摩擦特性についてのみ着目すればより高い屈折率を得ることが好ましいが、２．３５以上では摩擦特性は大きく変化しない。屈折率を増加させるには、高周波の印可電力を増大させることが効果的であるが、屈折率を２．３５以上とした場合には、必要となる高周波印可電力の増大に見合う摩擦特性は得られない。以上を勘案し、実際のＤＬＣ膜形成時には、好適な膜特性を示す屈折率２．２の場合と同等の膜特性が得られる屈折率２．２〜２．３の値が得られる成膜条件とすることが望ましい。
【００３１】
また、上述の基板の前処理としては、アルコール等による油分の拭き取り、超音波洗浄等の種々の処理方法があるが、これら前処理は必ずしも必要ではなく、成膜面の状態に応じて適当な処理を施せば良い。ＤＬＣ膜の密着性改善のために、膜形成面に対して水素プラズマ処理等を施すことも有効であることを先に述べたが、これら処理を各層の形成前に随時行うこととしても良い。また、プラズマＣＶＤ法において原料として用いる炭化水素系のガスは、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、アセチレン、プロピレン等が使用可能である。さらに、ベンゼン、トルエン等の液体炭化水素に関してもガス化、及び装置内部等での再液化の防止を行えば使用可能である。
【００３２】
【実施例】
ＤＬＣ膜形成方法を用いて、磁気ヘッドの膜形成面上に対して種々の条件にてＤＬＣ膜を実際に形成し、信頼性及び耐腐食性のテストを行った。以下に本発明の実施により得られた結果を詳述する。なお、以下の詳述は、素子の形成方法等、ＤＬＣ膜の形成方法を含めた磁気ヘッドの製造方法について行うこととし、素子としては再生部にいわゆるＴＭＲ素子を用い、記録部にいわゆる誘導型の電気−磁気変換素子を用いることとする。
【００３３】
図１は、本発明の実施において用いた磁気ヘッドに関し、ＤＬＣ膜形成前の素子部端面を磁気記録媒体側から見た際に観察される構造の概略を示している。また、図１における切断線２−２において素子部等を切断した場合に、磁気記録媒体のトラック幅方向（図中左方）から見た際に観察される構造の概略を図２に、さらに図１におけるＭＲ素子部の拡大図を図３に示している。本発明に係る磁気ヘッドの形成方法について、これら図面を参照し、以下に述べる。
【００３４】
磁気ヘッドの形成方法において、素子部３０は、AlTiC（アルチック）等、セラミック製のウエハ状の基板４５上に、例えば半導体形成時に用いられる薄膜形成技術及び加工技術等を用いて複数個同時に形成される。ここで、当該基板は、各素子部３０を個々に分離して磁気ヘッドコアを作成した場合のスライダとなる。なお、本実施例において形成される薄膜は、例えばスパッタ法等の薄膜形成方法により形成される。
【００３５】
実際の素子形成においては、下地層３２としておよそ５μｍ厚さのアルミナ膜を基板４５上に形成し、その上に、ＭＲ素子５０に対して磁気シールドとして作用する２μｍ厚さのパーマロイ膜からなる第１のシールド層３３を形成する。その後、第１のシールド層３３上に第１のギャップ層３４として０．０５μｍ厚さのタンタル膜等を形成し、当該タンタル膜上にＭＲ素子５０を形成する。
【００３６】
具体的には、第１のギャップ層３４直上より、タンタル、パーマロイ、銅またはニクロム(NiCr)の何れかからなる下地層５１、イリジウム−マンガン等からなる反強磁性層５２、コバルト−鉄からなるいわゆるピン層５３、アルミナ酸化膜からなるバリア層５４、コバルト−鉄またはパーマロイからなるいわゆるフリー層５５、及びタンタルからなるキャップ層５６を順次形成し、膜形成後、フォトリソグラフ、エッチング工程等をによって所定部分のみを残してこれら膜は除去することで、ＭＲ素子５０を形成する。その除去部分には、バイアス層３５としてコバルト−白金膜等が、ＭＲ素子５０の両端部に接触するように形成される。ＭＲ素子５０及びバイアス層３５の厚さは３５ｎｍとなるように構成される。
【００３７】
バイアス層３５の形成後、０．０５μｍ厚さのタンタル膜からなる第２のギャップ層３６、４μｍ厚さのパーマロイからなる第二のシールド層３７、及び０．３μｍ厚さのアルミナ膜等からなる書き込みギャップ層３８とを順次形成する。書き込みギャップ層３８上には、薄膜コイル３９に用いる銅薄膜を形成し、フォトリソグラフ、エッチング等の加工工程を経ることによって当該銅薄膜を所定のコイル形状に加工する。
【００３８】
続いて、薄膜コイル３９上にフォトレジスト等からなる平坦化層４０を形成し、コイル各線の絶縁化と各線による凹凸の平坦化を図る。その後、エッチング工程等により、平坦化層４０及び書き込みギャップ層３８をそれぞれ所定形状に加工し、書き込みギャップ３８上に５μｍ厚さのパーマロイ膜を書き込みポール４１として形成し、これに幅０．５μｍの所定形状となるように加工を施す。加工終了後、保護層４２として素子部全厚が３０μｍとなるようにアルミナ膜を形成する。
【００３９】
以上の工程を経て、アルチック基板４５上に複数の素子部３０を形成した後、素子部３０各列毎に、アルチック基板４５を棒状に切断する。切断後、当該棒状の基板を不図示の研磨装置に固定し、切断面である素子部端面４５ａ及びスライダ所定面４５ｂを同時に研磨し、所定値のＭＲハイトＭＨ及びスロートハイトＳＨを得る。なお、研磨装置においては、軟性金属からなる定盤を回転させ、且つダイアモンド砥粒を含む懸濁液をこの上に滴下し、当該定盤に対して棒状基板の所定面を押し付けることで研磨が行われる。また、必要に応じて、研磨終了後のスライダ所定面４５ａに対して、磁気記録媒体回転時に磁気ヘッドを良好に浮上させるためのレール等、所定形状の不図示の凹凸部がさらに形成される。
【００４０】
上述の研磨時において、金属膜端面が延性によって薄く引き延ばされる等、スメア現象が生じて各金属膜において短絡が生じている場合がある。この場合、これら短絡部分を除去するためにミリングあるいは逆スパッタが行われる。アルゴンガスを用い且つ加速電圧として１００〜５００Ｖの電圧を印可して、加速されたアルゴンイオンによるスッパタ現象によって対象部を除去するいわゆるミリング等は公知であるため、詳細を述べることは省略する。
【００４１】
研磨等の終了後、素子部端面４５ａ及びスライダ所定面４５ｂを含む膜形成面上にＤＬＣ膜４７ａ、ｂ（図２の破線部）を形成する。なお、図２においてはＤＬＣ膜が２回に分けて成膜された磁気ヘッドについて示すこととしている。実際の磁気ヘッドの製造方法においては、ＤＬＣ膜形成後に、素子個々についての分離が行われ、各々が磁気ヘッドコアとして取り扱われる。しかし、本実施例においては、複数の素子部に対する信頼性テスト等の同時実施を可能とするためＤＬＣ膜形成後の棒状基板の状態で各種テストを行っている。
【００４２】
表１に、本実施例におけるＤＬＣ膜の成膜条件を示す。
【表１】
【００４３】
ここで、実施例８はアーク放電法によりＤＬＣ膜を成膜することとし、その他はＥＣＲ−ＣＶＤ法により成膜することとしている。実施例９及び１３においては、ＤＬＣ膜の下地膜として、シリコン膜をそれぞれ２０Å、１０Å成膜している。なお、ＤＬＣ膜の膜厚は、予め屈折率２．２以上が得られ成膜条件におけるＤＬＣ膜の成膜速度を測定しておき、この成膜速度に応じて成膜時間を調整することで表中の値を得ている。また、複数回に分けてＤＬＣ膜を成膜する場合、第１層目の成膜を終了後、放電の停止及び放電空間の真空排気を行い、その後炭化水素系ガスを装置内部に導入し、放電の開始、第２層目の成膜を行うこととしている。第３層目以降を成膜する場合においても、２層目から３層目、３層目から４層目等において同様の工程を行うこととしている。
【００４４】
屈折率２．２以上であることから、ＤＬＣ膜は十分な低摩擦性能が得られることがわかっている。そこで、耐腐食特性に関して、信頼性テスト及び腐食テストを行った。信頼性テストにおいては、６０℃、湿度９０％の環境において７日間保存した後に腐食状態を確認した。実際には、各ＭＲ素子に対して０．１mAの電流が流れるように電圧を印可してその電圧値を求め、さらにこの電圧値により抵抗値を求めるという操作を前述の環境保存の前後で行い、その抵抗率の変化による評価を行った。
【００４５】
腐食テストにおいては、０．１wt.％の硫酸水溶液に試料を一昼夜浸漬し、ESCA（Ｘ線光電子分光法）により資料表面におけるCo/Cのピーク強度比を確認した。ESCAは、物質にＸ線を照射してその光電効果によって叩き出された電子の運動エネルギーを電場または磁場を用いて分析、測定するものである。本評価は、本来ＤＬＣ膜表面近傍からはＣ（炭素）のピークしか観察されないにも拘わらず、ＤＬＣ膜にピンホール等が存在して素子の腐食が生じた場合に、Ｃｏ（コバルト：素子の磁性膜に用いられる。）のピークが観察されるという現象に基づく。
【００４６】
評価結果を表２に示す。
【表２】
【００４７】
評価結果を以下にまとめる。比較例１と実施例１との比較から、ＤＬＣ膜を２層に分けて成膜した結果、全膜厚が５ÅであってもＤＬＣ膜を単層で５０Å成膜した場合よりも優れた耐腐食特性が得られる。従って、本発明の実施により、保護膜としてのＤＬＣ膜の厚さを、従来のものより大幅に薄くすることが可能となる。
【００４８】
実施例８はアーク放電法によりＤＬＣ膜を成膜した結果であるが、これと実施例３との比較により、放電形態（プラズマの生成方法）に拘わらず、本発明の実施によりＤＬＣ膜の耐腐食特性が向上されることがわかる。従って、膜形成面の前処理、均一な膜厚が必要とされる成膜領域の大きさ、生産性を考慮した際の成膜速度等を勘案し、本発明を実施する上で種々の放電形態を用いることが可能である。
【００４９】
実施例１乃至５によれば、第１層目のＤＬＣ膜の膜厚をＤＬＣ膜の全膜厚に対して４０％とした場合、２０Å厚さのＤＬＣ膜であれば良好な耐腐食特性が得られる。また、実施例３、実施例１０乃至１２の結果をまとめた図４より、全膜厚を２０Åとした場合、第１層目の膜厚を５乃至１３Åとすることにより良好な耐腐食特性が得られる。さらに、第１層目の膜厚と全膜厚との比率で見ると、第１層目の比率を２５％乃至６５％とすることで良好な耐腐食特性が得られる。
【００５０】
また、下地膜としてシリコン膜を用いた場合である実施例９、１３および３（シリコン膜厚０Åの場合）を比較すると、下地膜の存在によらず、ＤＬＣ膜としては２０Å厚さで十分な耐腐食特性が得られる。従って、下地としてシリコン酸化膜等を用いた場合においても同等の結果が得られると考えられる。すなわち、本発明によるＤＬＣ膜を用いる場合であって、ＤＬＣ膜の密着性を改善する必要がある場合、密着性改善という観点から必要充分となる最小厚さの下地層を形成するだけで良い。
【００５１】
言い換えれば、下地膜を用いて密着性の向上を図った場合であっても、従来技術によるＤＬＣ膜等に対して非常に薄く且つ密着性と耐腐食特性に優れたＤＬＣ膜を形成することが可能である。すなわち、本発明の実施により、従来技術と比較して、極薄いＤＬＣ膜を保護膜として有する、素子部端面と磁気記録媒体をとの距離を狭めることを可能とする磁気ヘッドの提供が可能となる。
【００５２】
本発明に係る磁気ヘッドは、上述の工程を経ることにより、素子端面及びスライダ所定面に対して、複数回に分けて成膜されたＤＬＣ膜を保護膜として有している。以下に、当該磁気ヘッドを用いたＨＤＤ及びヘッド−ジンバルアセンブリについて述べる。図５に本発明に係る磁気ヘッドを搭載したＨＤＤの概略構成を示す。ＨＤＤは、磁気記録媒体である磁気ディスク６、磁気ディスク６を回転駆動するスピンドルモータ８、ジンバル２により磁気ディスク６上に支持された磁気ヘッド１、及びジンバル２を支持して磁気ヘッド１を磁気ディスク６の記録面に対して平行に回動する駆動装置９から構成されている。
【００５３】
ＨＤＤにおいては、磁気ヘッド１はヘッド−ジンバルアセンブリとして組み上げあれた後に搭載される。本発明に係る磁気ヘッド１がジンバル２に取り付けられたヘッド−ジンバルアセンブリを、上方より見た状態を図６に示す。ジンバル２は、磁気ヘッド１に対して適当な自由度を付与するフレキシャー４、フレキシャー４が貼り合わせられる弾性金属薄板等からなるロードビーム３、及びジンバル２の一端部であるロードビームの基部に固着されて駆動装置９に支持されるベースプレート７から構成される。磁気ヘッド１はジンバル２の他端において支持されると共に、その素子部が導体パターン１０と電気的に接続される。
【００５４】
なお、本実施例においては、磁気ヘッドの保護膜としてＤＬＣ膜を形成する場合についてのみ述べている。しかし、放電を用いた本発明に係る方法によれば、その効果は異なる膜についても同等に得られ、保護膜あるいはその下地膜として例えばシリコン膜、シリコン酸化膜等、種々の膜を本発明に係る保護膜形成方法を用いて形成することが可能である。この場合、シリコン膜を形成する際には原料となるガスとしてシリコンと水素とから構成されるシラン、ジシラン等を、シリコン酸化膜を形成する際にはシリコン、酸素及び水素とから構成されるメタノール、エタノール等を用いればよい。
【００５５】
なお、本実施例においては、素子部の構成及びその形成方法について具体的に詳述しているが、本発明は当該素子構成に限定されず種々の構造及び膜を有する磁気ヘッド、例えばＡＭＲ素子あるいはＧＭＲ素子を有する磁気ヘッド、書き込み専用の誘導型の磁気ヘッド等に対しても適応することが可能である。
【００５６】
【本発明の効果】
本発明の実施により、膜形成面に対して密着性に優れ、且つより薄い膜厚で十分な耐腐食特性を示すＤＬＣ膜が得られる。また、膜形成面との密着性を改善するためにシリコン膜等を下地層として用いる場合、従来技術における下地層の膜厚と比較して、その膜厚をより薄くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施において用いた磁気ヘッドに関し、ＤＬＣ膜形成前の素子部端面を磁気記録媒体側から見た際に観察される構造の概略を示す図である。
【図２】 図１における切断線２−２において素子部等を切断した場合に、磁気記録媒体のトラック幅方向（図中左方）から見た際に観察される構造の概略を示す図である。
【図３】 図１におけるＭＲ素子部を拡大して示す図である。
【図４】 実施例における評価結果をグラフ化した図である。
【図５】 本発明に係る磁気ヘッドを搭載したハードディスク装置（ＨＤＤ）の概略構成を示す図である。
【図６】 本発明に係る磁気ヘッドを搭載したヘッド−ジンバルアセンブリを上方より見た状態の概略を示す図である。
【符号の説明】
１ 磁気ヘッド
２ ジンバル（ヘッド−ジンバルアセンブリ）
３ ロードビーム
４ フレキシャー
６ 磁気ディスク
７ ベースプレート
８ スピンドルモータ
９ 駆動装置
１０ 導体パターン
３０ 素子部
３２ 下地層
３３ 第１のシールド層
３４ 第１のギャップ層
３５ バイアス層
３６ 第２のギャップ層
３７ 第２のシールド層
３８ 書き込みギャップ層
３９ 薄膜コイル
４０ 平坦化層
４１ 書き込みポール
４２ 保護層
４５ 基板
４７ａ、ｂ ＤＬＣ膜
５０ ＭＲ素子
５１ 下地層
５２ 反強磁性層
５３ ピン層
５４ バリア層
５５ フリー層
５６ キャップ層
【発明の属する技術の分野】
本発明は、ハードディスク装置（以下ＨＤＤ）に用いられる磁気ヘッド及びその製造方法に関する。より詳細には、高記録密度を有する磁気記録媒体対応の磁気ヘッドにおいて、保護膜としてダイアモンド状あるいは水素を含有するアモルファス状の炭素膜（以下ＤＬＣ膜）を有する磁気ヘッド及び当該ＤＬＣ膜を形成する磁気ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
比較的小型のコンピュータシステムに用いられる外部記憶装置の一つとして、ＨＤＤがある。ＨＤＤは、その小型化及び記憶量の大容量化の要望に応じて高記録密度化が進められている。ＨＤＤの構成要素の一つとして、磁気記録媒体に対して情報の書き込み及び読み取りを実際に行う磁気ヘッドがある。この磁気ヘッドには、いわゆる薄膜ヘッド、磁気抵抗効果を用いたいわゆるＡＭＲヘッドまたはＧＭＲヘッド、トンネル現象を利用したＴＭＲヘッド等があり、これらを種々選択することで高記録密度化への対応を図っている。
【０００３】
これら磁気ヘッドにおけるコア部は、実際に磁気記録媒体に対して情報の書き込み等を行う素子部と、当該素子部がその端部に形成されたスライダ（基板部分）と呼ばれる部分とから構成されている。スライダの所定面及び素子部（端面）は、情報の書き込み等を行う場合に、磁気記録媒体に対して一体で所定距離をおいて浮上し且つ対向するように構成される。
【０００４】
この素子部においては、素子を構成する軟磁性膜等の各種金属が露出しており、これら金属に錆び等が生じてその磁気特性等が劣化する恐れがある。このため、この素子部の表面への保護膜の形成が為されており、保護膜として耐腐食特性を有する各種の膜が提案されている。また、スライダは、磁気記録媒体の回転により生じる風圧等によって記録媒体より浮上して前述の所定距離を保持するため、回転初期にスライダが容易に且つ低負荷で摺動するように、スライダ所定面には低摩擦性能も要求される。
【０００５】
これら要求に応えるために、基板における磁気記録媒体との対向面及び素子部における磁気記録媒体との対向部分（以下膜形成面）に対して上述の耐腐食特性と低摩擦性能とを共に有する材料を保護膜として形成することが行われており、近年ＤＬＣが主にその材料として用いられている。
【０００６】
ＤＬＣ膜を上述の膜形成面に形成した例として、特開平９−６３０２７号公報に開示された磁気ヘッドがある。当該ＤＬＣ膜はプラズマ放電を用いて得られたアモルファス状の膜であり、ＤＬＣ膜の形成によってＨＤＤ装置のいわゆるＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）特性が大きく向上することが示されている。また、良好な耐摩耗特性、あるいはＣＳＳテストにおいて良好な耐久性を得るためには、２０Å以上の膜厚が必要であること、さらには、ＤＬＣ膜と膜形成面との密着性を向上させるためには、シリコン層、シリコンカーバイト層を下地膜として形成することが有効であることが示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の膜形成面と磁気記録媒体との間のいわゆる浮上距離は、近年の高記録密度化に伴って、より小さくすることが望まれている。この観点から、保護膜は膜厚をより薄くし、且つ十分な耐腐食特性と低摩擦性能とを維持することが必要となる。前述の特開平９−６３０２７号公報によれば、ＤＬＣ膜を用いて十分な耐久性（低摩擦特性）を得るためにはその膜厚を２０Å以上とすれば良いが、耐腐食特性と低摩擦特性との両方をい維持した上で浮上距離を小さくする、つまり保護膜の膜厚を薄くするためには、更なる保護膜、あるいは更なるＤＬＣ膜の形成方法を開発する必要がある。
【０００８】
また、膜形成面には、絶縁体であるセラミックからなる基板部分、及び素子部に存在する絶縁層、導電層及び磁性層が露出している。このため、例えば放電によって成膜種を生成する成膜方法を用いた場合、膜形成面に電位差が生じて、成膜初期における膜形成速度が膜形成面の材質に応じて大きく異なる恐れがある。この場合、膜厚に大きなばらつき、例えばＤＬＣの膜厚が局部的に薄くなるあるいは膜が局部的に形成されない等の状態が生じ、この部分がピンホール等となって耐腐食特性を低下させることが考えられる。
【０００９】
さらに、通常の磁気ヘッド製造工程においては、保護膜形成前の膜形成面には研磨処理が施され、その表面に微少な凹凸が形成されている。凹凸が絶縁層、導電層あるいは磁性層の何れの上に存在するかにも依存するが、一般的にこの凹部上と凸部上での成膜速度は異なる。このため、特に凹部上で成膜速度が遅くなる場合にはこの部分がピンホールとなって残存し、結果として耐腐食特性が大きく劣ったものとなる恐れがある。
【００１０】
耐腐食特性上、このピンホール等の影響を極力小さくするために、ＤＬＣ膜の膜厚を厚くし、見かけ上ＤＬＣ表面にはピンホールが存在していない状態を作る等の対策が従来はとられていた。しかし、実際には、この対策によって耐腐食特性を大きく向上することは困難であると共に、ＤＬＣ膜の膜厚を必要以上に大きくしなければならず、前述の保護膜を薄くするという要求に応えることが困難であった。
【００１１】
本発明は上述の課題に鑑みて為されたものであり、より薄い膜厚で十分な耐腐食特性を示すと共に膜形成面に対しても良好な密着性が望めるＤＬＣ膜の形成方法を提供するものである。また、単体で薄膜化を図った場合においても、従来技術により得られるＤＬＣ膜に関し、より薄い膜厚で十分な耐腐食特性を示すＤＬＣ膜の形成方法を提供するものである。更に、本発明は、当該ＤＬＣ膜を保護膜として用いる磁気ヘッドの提供を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る磁気ヘッドの製造方法は、基板の一面上に絶縁層、導電層、及び磁性層を積層し且つ各層を所定形状に加工することで記録素子及び再生素子の少なくとも一方を有する素子部を形成する工程と、基板における磁気記録媒体と対向する所定面の少なくとも一部及び素子部における磁気記録媒体と対向する部分に保護膜を形成する工程とを含む磁気ヘッドの製造方法であって、保護膜を形成する工程においては、所定膜厚の保護膜を形成する際に、保護膜が複数の層に分けて形成されることを特徴としている。
【００１３】
なお、保護膜を複数の層にて形成する工程は、有機化合物を含む気体を用いてプラズマを生成し、プラズマにより生じた成膜種によって１層を形成し、且つ１層を形成した後にプラズマを消失させる単独層の形成工程を、複数回繰り返すことによって構成されることを特徴としている。さらに、保護膜を形成する工程は、所定厚さの保護膜を形成する工程の前に、基板における磁気記録媒体と対向する所定面の少なくとも一部及び素子部における磁気記録媒体と対向する部分にシリコン膜あるいはシリコン酸化膜を形成する工程を更に含むことが好ましい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る磁気ヘッドは、基板の一面上に絶縁層、導電層及び磁性層を積層し且つ各層を所定形状に加工することで形成された記録素子及び再生素子の少なくとも一方を有する磁気ヘッドであって、素子が情報を記録あるいは再生する対象となる磁気記録媒体と対向する特定面上に保護膜を有し、保護膜が同一構成元素からなる膜を複数層有することを特徴としている。
【００１５】
なお、同一構成元素からなる膜は、炭素を主たる構成元素とする膜であることが好ましい。あるいは、同一構成元素からなる複数層の膜においては、複数層の全膜厚に対する複数層の膜における特定面に最も近い層の膜厚の比率が２５％乃至６５％で有ることが好ましい。さらに、保護膜は、同一構成元素からなる複数層よりも特定面に近い部分に下地膜を有することが好ましい。
【００１６】
なお、上述のプラズマの生成は、いわゆるＥＣＲ条件を用いて為されることが好ましい。あるいは、プラズマの生成は、略板状のアノード電極及びアノード電極と所定距離隔置して平行配置される略板状のカソード電極とからなるいわゆる平行平板型のプラズマ生成装置を用い、且つ周波数１kHz乃至１MHzの高周波を用いて為されることが好ましい。また、上述の同一構成元素からなる複数層の膜は２以上の層からなり、その全膜厚が２０Åであっても、十分な耐腐食特性が得られる。
【００１７】
【作用】
本発明に係るＤＬＣ膜の形成方法に関し、その作用について以下に説明する。磁気ヘッドの保護膜としてのＤＬＣ膜は、その多くがプラズマＣＶＤ法またはアーク放電法等、放電現象により生じたプラズマを用いることにより成膜される。ＤＬＣ膜が形成される素子部端面及びスライダ所定面には、ＤＬＣ膜形成前に、素子部の各ディメンジョンを所定値とし且つこれら面を同一平面とするための研磨処理が施される。しかし、実際には、各部分を構成する材料における研磨速度の差によって、各構成部分毎の凹凸部が生じる。また、同一部分においても、研磨によって微視的な凹凸が形成されることとなる。
【００１８】
放電現象を用いた成膜方法においては、例えば導電性のある基板に対して成膜する場合、放電空間に対して凸となる部分には放電が集中しやすく、また凹となる部分には、放電が近づかない。従って、この状態のままこの基板上に成膜を続けた場合、凸部分に優先的な成膜が行われる現象が生じ、凹部分の膜厚が薄くなるあるいは凹部分を基点とするピンホールが発生する等の事態が生じる。また、成膜種としてイオンが寄与する場合、イオンが入射しやすい導電体上では、絶縁体上に比べて成膜速度が速くなる現象が生じる。
【００１９】
そこで本発明においては、目標とする膜厚のＤＬＣ膜を得るために、複数回の成膜を実施することとしている。具体的には、第１回目の成膜として目標厚さ何分の一かの膜厚でＤＬＣ膜を成膜する。その結果、導電性を有する部分の内、凸部分にＤＬＣ膜が優先的に成膜され、凹部分には極薄くＤＬＣ膜が成膜されるかあるいは凹部分のまま膜が成膜されない状態が維持される。ここで用いられるＤＬＣ膜は、絶縁体に近い高い抵抗値を有する。このため、当該膜が極薄い部分あるいは凹部分は導電性を示すが、ある程度の厚さまで成膜された部分は放電に対してほぼ絶縁体として作用する。
【００２０】
従って、当該被成膜部分は、放電に対して、成膜当初から絶縁体であったセラミック等の表面部分とほぼ類似する作用を示すこととなる。また、この第１回目の成膜において、セラミック等、絶縁体の表面部分の成膜速度は、導電体の凸部分と比較して極遅いと思われる。なお、第１回目の成膜終了後に、随時放電の停止、ガスの排気を行うことが好ましく、この手順は各層の形成後に行われることが好ましい。この状態で第２回目の成膜を行うと、導電性の部分が露出した部分、及びＤＬＣ膜の膜厚が薄いために放電に対して導電体に近い作用を及ぼす部分に、優先的にＤＬＣ膜が成膜される。それ以外の部分は、放電に対して略均一な抵抗値を有する絶縁体として作用しているため、優先的に成膜される部分の成膜速度に比べて極遅い、しかし均一な成膜速度での成膜が行われる。
【００２１】
この状態で、所定膜厚まで成膜を継続した場合であっても、従来の様に一度に所定膜厚を成膜した場合と比較して、ＤＬＣ膜表面から見た場合に金属等が腐食される機転となるピンホール等は大幅に低減される。しかし、さらに成膜の停止、成膜の再開を行えば、ピンホール等の更なる低減という効果に加え、ＤＬＣ膜によって膜形成面全面を導電性に関して均一な特性として所定膜厚まで成膜を行うことが可能となりＤＬＣ膜厚の分布を向上させるという効果も期待できる。
【００２２】
以上の工程を経ることにより、ＤＬＣ膜形成時の比較的早い段階で膜形成面上全面をＤＬＣ膜によって均一に覆うことが可能となる。すなわち、このように微少厚さのＤＬＣ膜の成膜を複数回行うことにより、素子部端面に存在する導電体である金属部分に対して、効果的且つ均一にＤＬＣ膜を形成することが可能となる。また、この金属部分とスライダ等のセラミックからなる部分とを、放電に対して絶縁体として略均一に作用させて成膜することが可能となり、これら各部分の電気的特性に関わりなく略均一な膜厚のＤＬＣ膜を得ることが可能となる。
【００２３】
ＤＬＣ膜の膜形成面に対する密着性を向上させるために、成膜工程の直前に、膜形成面に対していわゆる水素プラズマ処理、あるいはフッ素を除いたハロゲンを用いたプラズマ処理を施すことが効果的である。従って、成膜時に用いるＤＬＣ膜形成装置として、これらプラズマ処理を容易に実施することが可能であるいわゆるＥＣＲ型あるいは平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いることが好ましい。
【００２４】
ここで、いわゆる平行平板型のプラズマＣＶＤとは、略板状のアノード電極及び前記アノード電極と所定距離隔置して平行配置される略板状のカソード電極とから構成され、両電極の少なくとも一方に直流電圧あるいは高周波を印可することによって両電極間に放電を発生させるものである。ＤＬＣ膜を形成すべき基板は、一般的にアノード電極側に配置されるが、本発明においてはカソード電極側に基板を配置しても同様の効果が得られる。
【００２５】
放電すなわちプラズマ生成には、高周波を用いている。本発明者がこれまでに得た知見によれば、用いる周波数が１kHz乃至１MHzの場合に良好な摩擦性能を示すＤＬＣ膜が得られる。さらに高い周波数である１MHz乃至４０MHzの場合には、基板が配置される側にバイアス電圧を印可することで膜質の改善がなされ、良好な摩擦性能が得られるようになる。
【００２６】
また、高活性なプラズマとして、有磁場中でサイクロトロン運動を行う電子に対して２．４５GHzの高周波を印可し、当該電子を周期加速して生成された、いわゆるＥＣＲ条件で生成したプラズマが知られている。当該プラズマをを用いるＥＣＲ−ＣＶＤ法においても、上述の平行平板型の装置を用いたプラズマＣＶＤ法による場合と同等の膜質を有するＤＬＣ膜を得ることが可能である。後述する実施例においては、これらＣＶＤ法の中からＥＣＲ−ＣＶＤを選択し、当該方法を用いてＤＬＣ膜を成膜することとしている。
【００２７】
ＤＬＣ膜の成膜方法としてアーク放電法もあることを先に述べた。後述する実施例においては当該方法は用いていないが、アーク放電法においても、本発明の実施によってプラズマＣＶＤ法の場合と同等の効果が得られることは明らかである。以下にアーク放電法について簡単に述べる。アーク放電法では、アルゴンガスをノズルから吹き出しながら、そのノズル先端にグラファイトダーゲットに向かうアーク放電を発生させる。このアーク放電のエネルギーによってターゲット上の炭素原子をイオン化して蒸発させ、これを基板上に付着させて成膜を行う。
【００２８】
また、他のアーク放電法においては、グラファイトロッド端部にストライカーを用いてアークを発生させ、直接炭素を揮発させその揮発種中のイオンあるいはクラスターを磁場等によって偏向させて基板に付着させて成膜を行う。当該方法によれば、高いエネルギーを有する炭素イオンを容易に生成することが可能であるために硬質膜が容易に得られる。また、成膜種が炭素イオンのみであるために、成膜された膜厚が極薄くても水素等を含有しない均質な膜を得ることができる。
【００２９】
当該アーク放電法によれば保護膜として適する膜を容易に得ることが可能であると共に、本発明を実施することで、より薄い膜厚においても顕著な効果が得られると考えられる。しかしながら、広い成膜領域において均一な成膜層度を得ることが平行平板によるプラズマＣＶＤ法等の場合に比べ困難と思われるため、生産性という観点より、後述する実施例においては、一例を実施するにとどめている。
【００３０】
なお、一般的に、光透過性を有する薄膜はその膜質と屈折率との間に一定の相関関係があることが知られている。さらに、本形成方法により得られるＤＬＣ膜の膜質は、シリコンウエハー上に厚さ３０〜６０ｎｍ成膜した際の屈折率が２〜２．３５とすると、良好な摩擦特性が得られることが確認されている。屈折率が２以下の場合には摩擦特性が劣化し、摩擦特性についてのみ着目すればより高い屈折率を得ることが好ましいが、２．３５以上では摩擦特性は大きく変化しない。屈折率を増加させるには、高周波の印可電力を増大させることが効果的であるが、屈折率を２．３５以上とした場合には、必要となる高周波印可電力の増大に見合う摩擦特性は得られない。以上を勘案し、実際のＤＬＣ膜形成時には、好適な膜特性を示す屈折率２．２の場合と同等の膜特性が得られる屈折率２．２〜２．３の値が得られる成膜条件とすることが望ましい。
【００３１】
また、上述の基板の前処理としては、アルコール等による油分の拭き取り、超音波洗浄等の種々の処理方法があるが、これら前処理は必ずしも必要ではなく、成膜面の状態に応じて適当な処理を施せば良い。ＤＬＣ膜の密着性改善のために、膜形成面に対して水素プラズマ処理等を施すことも有効であることを先に述べたが、これら処理を各層の形成前に随時行うこととしても良い。また、プラズマＣＶＤ法において原料として用いる炭化水素系のガスは、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、アセチレン、プロピレン等が使用可能である。さらに、ベンゼン、トルエン等の液体炭化水素に関してもガス化、及び装置内部等での再液化の防止を行えば使用可能である。
【００３２】
【実施例】
ＤＬＣ膜形成方法を用いて、磁気ヘッドの膜形成面上に対して種々の条件にてＤＬＣ膜を実際に形成し、信頼性及び耐腐食性のテストを行った。以下に本発明の実施により得られた結果を詳述する。なお、以下の詳述は、素子の形成方法等、ＤＬＣ膜の形成方法を含めた磁気ヘッドの製造方法について行うこととし、素子としては再生部にいわゆるＴＭＲ素子を用い、記録部にいわゆる誘導型の電気−磁気変換素子を用いることとする。
【００３３】
図１は、本発明の実施において用いた磁気ヘッドに関し、ＤＬＣ膜形成前の素子部端面を磁気記録媒体側から見た際に観察される構造の概略を示している。また、図１における切断線２−２において素子部等を切断した場合に、磁気記録媒体のトラック幅方向（図中左方）から見た際に観察される構造の概略を図２に、さらに図１におけるＭＲ素子部の拡大図を図３に示している。本発明に係る磁気ヘッドの形成方法について、これら図面を参照し、以下に述べる。
【００３４】
磁気ヘッドの形成方法において、素子部３０は、AlTiC（アルチック）等、セラミック製のウエハ状の基板４５上に、例えば半導体形成時に用いられる薄膜形成技術及び加工技術等を用いて複数個同時に形成される。ここで、当該基板は、各素子部３０を個々に分離して磁気ヘッドコアを作成した場合のスライダとなる。なお、本実施例において形成される薄膜は、例えばスパッタ法等の薄膜形成方法により形成される。
【００３５】
実際の素子形成においては、下地層３２としておよそ５μｍ厚さのアルミナ膜を基板４５上に形成し、その上に、ＭＲ素子５０に対して磁気シールドとして作用する２μｍ厚さのパーマロイ膜からなる第１のシールド層３３を形成する。その後、第１のシールド層３３上に第１のギャップ層３４として０．０５μｍ厚さのタンタル膜等を形成し、当該タンタル膜上にＭＲ素子５０を形成する。
【００３６】
具体的には、第１のギャップ層３４直上より、タンタル、パーマロイ、銅またはニクロム(NiCr)の何れかからなる下地層５１、イリジウム−マンガン等からなる反強磁性層５２、コバルト−鉄からなるいわゆるピン層５３、アルミナ酸化膜からなるバリア層５４、コバルト−鉄またはパーマロイからなるいわゆるフリー層５５、及びタンタルからなるキャップ層５６を順次形成し、膜形成後、フォトリソグラフ、エッチング工程等をによって所定部分のみを残してこれら膜は除去することで、ＭＲ素子５０を形成する。その除去部分には、バイアス層３５としてコバルト−白金膜等が、ＭＲ素子５０の両端部に接触するように形成される。ＭＲ素子５０及びバイアス層３５の厚さは３５ｎｍとなるように構成される。
【００３７】
バイアス層３５の形成後、０．０５μｍ厚さのタンタル膜からなる第２のギャップ層３６、４μｍ厚さのパーマロイからなる第二のシールド層３７、及び０．３μｍ厚さのアルミナ膜等からなる書き込みギャップ層３８とを順次形成する。書き込みギャップ層３８上には、薄膜コイル３９に用いる銅薄膜を形成し、フォトリソグラフ、エッチング等の加工工程を経ることによって当該銅薄膜を所定のコイル形状に加工する。
【００３８】
続いて、薄膜コイル３９上にフォトレジスト等からなる平坦化層４０を形成し、コイル各線の絶縁化と各線による凹凸の平坦化を図る。その後、エッチング工程等により、平坦化層４０及び書き込みギャップ層３８をそれぞれ所定形状に加工し、書き込みギャップ３８上に５μｍ厚さのパーマロイ膜を書き込みポール４１として形成し、これに幅０．５μｍの所定形状となるように加工を施す。加工終了後、保護層４２として素子部全厚が３０μｍとなるようにアルミナ膜を形成する。
【００３９】
以上の工程を経て、アルチック基板４５上に複数の素子部３０を形成した後、素子部３０各列毎に、アルチック基板４５を棒状に切断する。切断後、当該棒状の基板を不図示の研磨装置に固定し、切断面である素子部端面４５ａ及びスライダ所定面４５ｂを同時に研磨し、所定値のＭＲハイトＭＨ及びスロートハイトＳＨを得る。なお、研磨装置においては、軟性金属からなる定盤を回転させ、且つダイアモンド砥粒を含む懸濁液をこの上に滴下し、当該定盤に対して棒状基板の所定面を押し付けることで研磨が行われる。また、必要に応じて、研磨終了後のスライダ所定面４５ａに対して、磁気記録媒体回転時に磁気ヘッドを良好に浮上させるためのレール等、所定形状の不図示の凹凸部がさらに形成される。
【００４０】
上述の研磨時において、金属膜端面が延性によって薄く引き延ばされる等、スメア現象が生じて各金属膜において短絡が生じている場合がある。この場合、これら短絡部分を除去するためにミリングあるいは逆スパッタが行われる。アルゴンガスを用い且つ加速電圧として１００〜５００Ｖの電圧を印可して、加速されたアルゴンイオンによるスッパタ現象によって対象部を除去するいわゆるミリング等は公知であるため、詳細を述べることは省略する。
【００４１】
研磨等の終了後、素子部端面４５ａ及びスライダ所定面４５ｂを含む膜形成面上にＤＬＣ膜４７ａ、ｂ（図２の破線部）を形成する。なお、図２においてはＤＬＣ膜が２回に分けて成膜された磁気ヘッドについて示すこととしている。実際の磁気ヘッドの製造方法においては、ＤＬＣ膜形成後に、素子個々についての分離が行われ、各々が磁気ヘッドコアとして取り扱われる。しかし、本実施例においては、複数の素子部に対する信頼性テスト等の同時実施を可能とするためＤＬＣ膜形成後の棒状基板の状態で各種テストを行っている。
【００４２】
表１に、本実施例におけるＤＬＣ膜の成膜条件を示す。
【表１】
ここで、実施例８はアーク放電法によりＤＬＣ膜を成膜することとし、その他はＥＣＲ−ＣＶＤ法により成膜することとしている。実施例９及び１３においては、ＤＬＣ膜の下地膜として、シリコン膜をそれぞれ２０Å、１０Å成膜している。なお、ＤＬＣ膜の膜厚は、予め屈折率２．２以上が得られ成膜条件におけるＤＬＣ膜の成膜速度を測定しておき、この成膜速度に応じて成膜時間を調整することで表中の値を得ている。また、複数回に分けてＤＬＣ膜を成膜する場合、第１層目の成膜を終了後、放電の停止及び放電空間の真空排気を行い、その後炭化水素系ガスを装置内部に導入し、放電の開始、第２層目の成膜を行うこととしている。第３層目以降を成膜する場合においても、２層目から３層目、３層目から４層目等において同様の工程を行うこととしている。
【００４４】
屈折率２．２以上であることから、ＤＬＣ膜は十分な低摩擦性能が得られることがわかっている。そこで、耐腐食特性に関して、信頼性テスト及び腐食テストを行った。信頼性テストにおいては、６０℃、湿度９０％の環境において７日間保存した後に腐食状態を確認した。実際には、各ＭＲ素子に対して０．１mAの電流が流れるように電圧を印可してその電圧値を求め、さらにこの電圧値により抵抗値を求めるという操作を前述の環境保存の前後で行い、その抵抗率の変化による評価を行った。
【００４５】
腐食テストにおいては、０．１wt.％の硫酸水溶液に試料を一昼夜浸漬し、ESCA（Ｘ線光電子分光法）により資料表面におけるCo/Cのピーク強度比を確認した。ESCAは、物質にＸ線を照射してその光電効果によって叩き出された電子の運動エネルギーを電場または磁場を用いて分析、測定するものである。本評価は、本来ＤＬＣ膜表面近傍からはＣ（炭素）のピークしか観察されないにも拘わらず、ＤＬＣ膜にピンホール等が存在して素子の腐食が生じた場合に、Ｃｏ（コバルト：素子の磁性膜に用いられる。）のピークが観察されるという現象に基づく。
【００４６】
評価結果を表２に示す。
【表２】
評価結果を以下にまとめる。比較例１と実施例１との比較から、ＤＬＣ膜を２層に分けて成膜した結果、全膜厚が５ÅであってもＤＬＣ膜を単層で５０Å成膜した場合よりも優れた耐腐食特性が得られる。従って、本発明の実施により、保護膜としてのＤＬＣ膜の厚さを、従来のものより大幅に薄くすることが可能となる。
【００４８】
実施例８はアーク放電法によりＤＬＣ膜を成膜した結果であるが、これと実施例３との比較により、放電形態（プラズマの生成方法）に拘わらず、本発明の実施によりＤＬＣ膜の耐腐食特性が向上されることがわかる。従って、膜形成面の前処理、均一な膜厚が必要とされる成膜領域の大きさ、生産性を考慮した際の成膜速度等を勘案し、本発明を実施する上で種々の放電形態を用いることが可能である。
【００４９】
実施例１乃至５によれば、第１層目のＤＬＣ膜の膜厚をＤＬＣ膜の全膜厚に対して４０％とした場合、２０Å厚さのＤＬＣ膜であれば良好な耐腐食特性が得られる。また、実施例３、実施例１０乃至１２の結果をまとめた図４より、全膜厚を２０Åとした場合、第１層目の膜厚を５乃至１３Åとすることにより良好な耐腐食特性が得られる。さらに、第１層目の膜厚と全膜厚との比率で見ると、第１層目の比率を２５％乃至６５％とすることで良好な耐腐食特性が得られる。
【００５０】
また、下地膜としてシリコン膜を用いた場合である実施例９、１３および３（シリコン膜厚０Åの場合）を比較すると、下地膜の存在によらず、ＤＬＣ膜としては２０Å厚さで十分な耐腐食特性が得られる。従って、下地としてシリコン酸化膜等を用いた場合においても同等の結果が得られると考えられる。すなわち、本発明によるＤＬＣ膜を用いる場合であって、ＤＬＣ膜の密着性を改善する必要がある場合、密着性改善という観点から必要充分となる最小厚さの下地層を形成するだけで良い。
【００５１】
言い換えれば、下地膜を用いて密着性の向上を図った場合であっても、従来技術によるＤＬＣ膜等に対して非常に薄く且つ密着性と耐腐食特性に優れたＤＬＣ膜を形成することが可能である。すなわち、本発明の実施により、従来技術と比較して、極薄いＤＬＣ膜を保護膜として有する、素子部端面と磁気記録媒体をとの距離を狭めることを可能とする磁気ヘッドの提供が可能となる。
【００５２】
本発明に係る磁気ヘッドは、上述の工程を経ることにより、素子端面及びスライダ所定面に対して、複数回に分けて成膜されたＤＬＣ膜を保護膜として有している。以下に、当該磁気ヘッドを用いたＨＤＤ及びヘッド−ジンバルアセンブリについて述べる。図５に本発明に係る磁気ヘッドを搭載したＨＤＤの概略構成を示す。ＨＤＤは、磁気記録媒体である磁気ディスク６、磁気ディスク６を回転駆動するスピンドルモータ８、ジンバル２により磁気ディスク６上に支持された磁気ヘッド１、及びジンバル２を支持して磁気ヘッド１を磁気ディスク６の記録面に対して平行に回動する駆動装置９から構成されている。
【００５３】
ＨＤＤにおいては、磁気ヘッド１はヘッド−ジンバルアセンブリとして組み上げあれた後に搭載される。本発明に係る磁気ヘッド１がジンバル２に取り付けられたヘッド−ジンバルアセンブリを、上方より見た状態を図６に示す。ジンバル２は、磁気ヘッド１に対して適当な自由度を付与するフレキシャー４、フレキシャー４が貼り合わせられる弾性金属薄板等からなるロードビーム３、及びジンバル２の一端部であるロードビームの基部に固着されて駆動装置９に支持されるベースプレート７から構成される。磁気ヘッド１はジンバル２の他端において支持されると共に、その素子部が導体パターン１０と電気的に接続される。
【００５４】
なお、本実施例においては、磁気ヘッドの保護膜としてＤＬＣ膜を形成する場合についてのみ述べている。しかし、放電を用いた本発明に係る方法によれば、その効果は異なる膜についても同等に得られ、保護膜あるいはその下地膜として例えばシリコン膜、シリコン酸化膜等、種々の膜を本発明に係る保護膜形成方法を用いて形成することが可能である。この場合、シリコン膜を形成する際には原料となるガスとしてシリコンと水素とから構成されるシラン、ジシラン等を、シリコン酸化膜を形成する際にはシリコン、酸素及び水素とから構成されるメタノール、エタノール等を用いればよい。
【００５５】
なお、本実施例においては、素子部の構成及びその形成方法について具体的に詳述しているが、本発明は当該素子構成に限定されず種々の構造及び膜を有する磁気ヘッド、例えばＡＭＲ素子あるいはＧＭＲ素子を有する磁気ヘッド、書き込み専用の誘導型の磁気ヘッド等に対しても適応することが可能である。
【００５６】
【本発明の効果】
本発明の実施により、膜形成面に対して密着性に優れ、且つより薄い膜厚で十分な耐腐食特性を示すＤＬＣ膜が得られる。また、膜形成面との密着性を改善するためにシリコン膜等を下地層として用いる場合、従来技術における下地層の膜厚と比較して、その膜厚をより薄くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施において用いた磁気ヘッドに関し、ＤＬＣ膜形成前の素子部端面を磁気記録媒体側から見た際に観察される構造の概略を示す図である。
【図２】 図１における切断線２−２において素子部等を切断した場合に、磁気記録媒体のトラック幅方向（図中左方）から見た際に観察される構造の概略を示す図である。
【図３】 図１におけるＭＲ素子部を拡大して示す図である。
【図４】 実施例における評価結果をグラフ化した図である。
【図５】 本発明に係る磁気ヘッドを搭載したハードディスク装置（ＨＤＤ）の概略構成を示す図である。
【図６】 本発明に係る磁気ヘッドを搭載したヘッド−ジンバルアセンブリを上方より見た状態の概略を示す図である。
【符号の説明】
１ 磁気ヘッド
２ ジンバル（ヘッド−ジンバルアセンブリ）
３ ロードビーム
４ フレキシャー
６ 磁気ディスク
７ ベースプレート
８ スピンドルモータ
９ 駆動装置
１０ 導体パターン
３０ 素子部
３２ 下地層
３３ 第１のシールド層
３４ 第１のギャップ層
３５ バイアス層
３６ 第２のギャップ層
３７ 第２のシールド層
３８ 書き込みギャップ層
３９ 薄膜コイル
４０ 平坦化層
４１ 書き込みポール
４２ 保護層
４５ 基板
４７ａ、ｂ ＤＬＣ膜
５０ ＭＲ素子
５１ 下地層
５２ 反強磁性層
５３ ピン層
５４ バリア層
５５ フリー層
５６ キャップ層
Claims (7)
- 基板の一面上に絶縁層、導電層、及び磁性層を積層し且つ各層を所定形状に加工することで記録素子及び再生素子の少なくとも一方を有する素子部を形成する工程と、前記基板における磁気記録媒体と対向する所定面の少なくとも一部及び前記素子部における前記磁気記録媒体と対向する部分に保護膜を形成する工程とを含む磁気ヘッドの製造方法であって、前記保護膜を形成する工程においては、
所定膜厚の、絶縁体からなる或いは絶縁体に近い抵抗値を有する膜からなる前記保護膜を形成する際に、前記保護膜が、プラズマにより生じた成膜種を用いて同一組成の複数の層に分けて形成され、
前記複数の層からなる保護膜における第一層目の厚さが、前記プラズマを生じさせる放電を発生させる際に前記層における厚い部分が絶縁体として作用し且つ薄い部分が導電体として作用することが可能な厚さであり、
前記複数の層の形成時においては、一の層の成膜終了後に前記放電の停止及び放電空間の真空排気を行った後に前記成膜種の原料となるガスを前記放電が生じる空間に導入して前記放電を開始し前記一の層の上面に形成される二の層を形成する工程が繰り返されることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。 - 前記保護膜を複数の層にて形成する工程は、有機化合物を含む気体を用いてプラズマを生成し、前記プラズマにより生じた成膜種によって１層を形成し、且つ前記１層を形成した後に前記プラズマを消失させる単独層の形成工程を、複数回繰り返すことによって構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記保護膜はＤＬＣ膜であって、前記保護膜を形成する工程は、前記所定厚さの保護膜を形成する工程の前に、前記基板における磁気記録媒体と対向する所定面の少なくとも一部及び前記素子部における前記磁気記録媒体と対向する部分にシリコン膜あるいはシリコン酸化膜を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
- 基板の一面上に絶縁層、導電層及び磁性層を積層し且つ各層を所定形状に加工することで形成された記録素子及び再生素子の少なくとも一方を有する磁気ヘッドであって、
前記素子が情報を記録あるいは再生する対象となる磁気記録媒体と対向する特定面上に絶縁体からなる或いは絶縁体に近い抵抗値を有する膜からなる保護膜を有し、前記保護膜が、プラズマにより生じた成膜種を用いて形成された、同一構成元素からなる膜を複数層有し、
前記複数の層からなる保護膜における第一層目の厚さが、前記プラズマを生じさせる放電を発生させる際に前記層における厚い部分が絶縁体として作用し且つ薄い部分が導電体として作用することが可能な厚さであすることを特徴とする磁気ヘッド。 - 前記同一構成元素からなる複数層の膜は、炭素を主たる構成元素とする膜であることを特徴とする請求項４記載の磁気ヘッド。
- 前記同一構成元素からなる複数層の膜においては、前記複数層の全膜厚に対する前記複数層の膜における前記特定面に最も近い層の膜厚の比率が２５％乃至６５％で有ることを特徴とする請求項４または５記載の磁気ヘッド。
- 前記保護膜は、前記同一構成元素からなる複数層よりも前記特定面に近い部分に下地膜を有することを特徴とする請求項４または５記載の磁気ヘッド。
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