JP3992125B2 - 薄膜磁気ヘッド及びその保護膜形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置等の磁気記録再生装置に使用される薄膜磁気ヘッド及びそのスライダ媒体対向面に保護膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜磁気ヘッドでは、磁気記録媒体（磁気ディスク）の高速回転によって生じる空気流をベアリングとし、磁気ディスク面との間に微小な浮上高さを保って浮上することにより、摩耗を回避する。磁気ディスクに腐食が生じ、または、スライダに搭載されている電磁変換素子に腐食が生じ、これらの腐食に起因する金属突出物が生成された場合、スライダの浮上高さ変動、接触による摩耗もしくは磁気記録データの損傷等を招くことがある。このような問題を回避する手段として、従来は、スライダ、及び、磁気ディスクの対向面に８〜１０ｎｍ程度のＤＬＣ（ダイヤモンド．ライク．カーボン）保護膜を設けていた。ＤＬＣ保護膜には、上述した腐食防止の他、磁気ディスクの回転開始及び回転停止時の接触、及び、微小な異物粒子との接触に対する耐摩耗性を向上させる働きもある。
【０００３】
ＤＬＣ保護膜の多くは、最表面にフッ化炭素層を形成してある（特開平１０ー６８０８３号公報）。この構造によれば、最表面の表面エネルギーを低下させ、吸着係数を低下させることによって、最表面と磁気ディスクもしくは汚染物質との吸着を防止することができる。
【０００４】
ＤＬＣ保護膜は、１０10〜１０12Ωｃｍの比抵抗を有する。この比抵抗により、ＤＬＣ保護膜は薄膜磁気ヘッドのスライダと磁気ディスクとの接触時の電気絶縁性を保つ役割も担っている。
【０００５】
磁気ディスク装置では、あらゆる面から記録密度増大策が考慮されている。その対策の一つに、スライダに搭載されている電磁変換素子と、磁気ディスクとの間の間隔を減少させ、スペーシングロスを低減させることが含まれている。スペーシングロスの低減手段としては、薄膜磁気ヘッドのスライダと、磁気ディスクとの間の浮上高さを減少させること、及び、保護膜の膜厚を薄くすることである。この内、浮上高さの減少は、磁気ディスク表面の汚れへの対応から限界があるから、保護膜の厚さを減少させるのが有効である。
【０００６】
ところが、ＤＬＣ保護膜は、スライダ表面に対する付着力が乏しい。ＤＬＣ保護膜の付着力を確保する手段として、スライダの表面と、ＤＬＣ保護膜との間に、密着層を形成する方法は既に知られている。現在用いられている密着層はαーＳｉ（アモルファスシリコン）で構成されている。αーＳｉでなる密着層は、均一な膜厚を確保するために、その膜厚を２ｎｍ以下にすることができない。この密着層の膜厚が、保護膜全体としての膜厚に反映される。しかも、密着層の上に形成されるＤＬＣ保護膜の膜厚を薄くすると、スライダと磁気ディスクとが接触した時、十分な電気絶縁性を確保することができない。上述した理由のために、ＤＬＣ保護膜の膜厚低減に限界があり、スペーシングロスの低減、及び、それによる記録密度の増大に行き詰まりを生じている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、スペーシングロスが小さく、高密度記録に適した保護膜を有する薄膜磁気ヘッド、及び、保護膜形成方法を提供することである。
【０００８】
本発明のもう一つの課題は、密着層を必要とせず、かつ、ＤＬＣと同等かそれを越える機械的強度を持つ保護膜を有する薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することである。
【０００９】
本発明の更にもう一つの課題は、ゴミなどの吸着及びスライダと媒体との吸着を生じにくい薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することである。
【００１０】
本発明の更にもう一つの課題は、表面摩擦係数が小さい薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題解決のため、本発明に係る薄膜磁気ヘッドは、スライダと、少なくとも一つの薄膜電磁変換素子と、保護膜とを含む。前記スライダは、媒体対向面を有する。前記薄膜電磁変換素子は、前記スライダ上に設けられている。
【００１２】
前記保護膜は、前記スライダの前記媒体対向面に備えられ、ＳｉＮ膜を含み、前記ＳｉＮ膜は表面に潤滑層を有する。
【００１３】
理想的な保護膜のモデルは、スライダ表面との密着層、機械的強度に富んだ中間層、低吸着係数、かつ、低摩擦係数の表面層から構成される。ＤＬＣを保護膜として用いることの問題点は、ＤＬＣ保護膜と、スライダ表面との間に密着層を設けなければならないことから生じている。密着層を必要とせず、かつ、ＤＬＣと同等かそれを越える機械的強度を有する材料を採用することによって、上記問題を解決すると同時に、高い特性を有する保護膜が実現される。
【００１４】
発明者らは、上記の問題を解決する手段としてＳｉＮ膜の採用が有効であることを見出した。すなわち、ＳｉＮ膜は、薄膜磁気ヘッドのスライダ面に露出する材料との密着性が良好である。このため、密着層を必要とせず、かつ、ＤＬＣ以上の機械的強度を有する保護膜を有する薄膜磁気ヘッドが得られる。
【００１５】
ＳｉＮ膜はＤＬＣおよび撥水化されたＤＬＣよりも大きな親水性を有しているが、そのままではゴミなどの吸着、スライダと媒体との吸着、表面摩擦係数の増加等の問題を生じやすい。この問題は、ＳｉＮ膜の表面に潤滑層を形成することによって解決される。即ち、ＳｉＮ膜の表面に潤滑層を形成することにより、ゴミなどの吸着及びスライダと媒体との吸着が生じにくく、しかも、表面摩擦係数の小さい薄膜磁気ヘッドを得ることができる。潤滑層として満たすべき条件は、表面吸着抑制のため低表面エネルギーであること、せん断が潤滑層内部ではなく、摩擦界面で発生すること等である。使用可能な潤滑層としては、ポリフルオロエーテル等の液体潤滑材、グラファイトもしくは六方晶ホウ素等の固体潤滑材等を用いることができるが、保護膜最表面層の改質が更に有効である。保護膜最表面層の改質に関しては、ＳｉＮ膜の上にＳｉＯ2膜を設ける構成、及び、フッ化炭素層（以下ＣＦ膜）を設ける構成が考えられる。この内、表面吸着係数が小さくなること、及び、極めて薄い膜厚を形成し得ることから、ＣＦ膜が特に適している。
【００１６】
ＳｉＮの場合、ＳｉＦがエネルギー的に気体分子として安定なため、ＤＬＣのようなフッ素プラズマによる潤滑膜形成は困難である。従って、１ｎｍ以下のフッ化炭素層（以下ＣＦ膜）を形成するのが有効である。
【００１７】
前記保護膜は、中間層を含んでいてもよい。前記中間層は前記ＳｉＮ層及び前記潤滑層の間に存在し、前記ＳｉＮ層及び前記潤滑層の構成原子によって構成され、０．３ｎｍ〜０．５ｎｍの厚さを有する。
【００１８】
本発明に係る保護膜形成方法では、薄膜磁気ヘッドスライダの媒体対向面に、上述したＳｉＮ膜を形成するに当たり、ＥＣＲスパッタリング法を採用する。
【００１９】
薄膜磁気ヘッドの保護膜として、ＳｉＮ膜を用いる提案は既になされている（特開昭６３−９１８１４号公報）が、ＣＶＤ法やスパッタリング法によるものであった。ＣＶＤ法やスパッタリング法によって形成されたＳｉＮ膜は、ＤＬＣ膜と同等かそれを越える機械的強度を持たない。
【００２０】
これに対して、ＥＣＲスパッタリング法で成膜したＳｉＮ膜は、ＤＬＣ膜以上の機械的強度を持ち、しかも、膜厚をＤＬＣ膜よりはるかに薄くすることができる。
【００２１】
本発明では、更に、前記ＳｉＮ膜の表面に炭素とフッ素の化合物を含む潤滑層を形成する。
【００２２】
本発明の他の目的、構成及び利点は、実施例である添付図面を参照して、更に詳しく説明する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
＜薄膜磁気ヘッド＞
図１は本発明に係る薄膜磁気ヘッドの斜視図、図２は図１に図示された薄膜磁気ヘッドの断面図である。これらの図において、寸法は誇張されている。図示された本発明に係る薄膜磁気ヘッドは、スライダ１と、少なくとも１つの電磁変換素子２と、保護膜４とを含む。
【００２４】
スライダ１は媒体対向面側にレール部１１、１２を有し、レール部１１、１２の基体表面１３、１４がＡＢＳのために用いられる。レール部１１、１２は２本に限らない。例えば、１〜３本のレール部を有することがあり、レール部を持たない平面となることもある。また、浮上特性改善等のために、媒体対向面に種々の幾何学的形状が付されることもある。何れのタイプのスライダであっても、本発明の適用が可能である。
【００２５】
電磁変換素子２は、端部が基体表面１３、１４に現れる第１のポール部Ｐ１及び第２のポール部Ｐ２を有する。電磁変換素子２の第１のポール部Ｐ１及び第２のポール部Ｐ２は、先端が基体表面１３、１４に現れている。
【００２６】
保護膜４は、スライダ１の媒体対向面に備えられる。保護膜４は、媒体対向面の全体に設けてもよいし、レール部１１、１２の表面にのみ設けてもよい。保護膜４は、図３に拡大して示すように、ＳｉＮ膜４１を含み、ＳｉＮ膜４１は表面に潤滑層４２を有する。潤滑層４２は、好ましくはＣＦ膜でなる。従って、保護膜４の全体としては、ＳｉＮ／ＣＦ膜構造として表現できる。ＳｉＮ膜４１は、ＥＣＲスパッタリング法により、１〜８ｎｍの膜厚ｔ１となるように、スライダ１の媒体対向面に直接に成膜されている。
【００２７】
ＳｉＮ膜４１は、薄膜磁気ヘッドのスライダ１の表面に露出する材料、例えば、Ａｌ2Ｏ3、磁性金属材料、Ａ１ＴｉＣなどの材料との密着性が良好である。このため、密着層を必要とせず、かつ、ＤＬＣと同等かそれを越える機械的強度を有する保護膜４を有する薄膜磁気ヘッドが得られる。
【００２８】
しかも、ＳｉＮ膜４１の表面に潤滑層４２が形成されている。この潤滑層４２は好ましくはＣＦ層でなる。このため、ゴミなどの吸着及びスライダと媒体との吸着を生じにくい薄膜磁気ヘッドを得ることができる。また、表面摩擦係数の小さい薄膜磁気ヘッドを得ることができる。
【００２９】
実用的な保護膜４の構造は、膜厚ｔ１＝１〜８ｎｍのＳｉＮ膜４１の表面に、膜厚ｔ２＝０．２〜１ｎｍ、好ましくは、０．５ｎｍのＣＦ膜４２を形成したＳｉＮ／ＣＦ膜である。
【００３０】
再び、図１〜図４を参照して説明する。図示された実施例において、電磁変換素子２は、第１の磁性膜２１、第２の磁性膜２２、コイル膜２３、アルミナ等でなるギャップ膜２４、有機樹脂で構成された絶縁膜２５及びアルミナ等でなる保護膜２６などを有している。第１の磁性膜２１及び第２の磁性膜２２の先端部は微小厚みのギャップ膜２４を隔てて対向する第１のポール部Ｐ１及び第２のポール部Ｐ２となっており、第１のポール部Ｐ１及び第２のポール部Ｐ２において書き込みを行なう。第１の磁性膜２１及び第２の磁性膜２２は、そのヨーク部が第１のポール部Ｐ１及び第２のポール部Ｐ２とは反対側にあるバックギャップ部において、磁気回路を完成するように互いに結合されている。絶縁膜２５の上に、ヨーク部の結合部のまわりを渦巻状にまわるように、コイル膜２３を形成してある。コイル膜２３の両端は、取り出し電極２７、２８に導通されている（図１参照）。コイル膜２３の巻数および層数は任意である。
【００３１】
実施例に示された薄膜磁気ヘッドは、書き込み用として誘導型電磁変換素子２を有し、読み出し用としてＭＲ素子を用いた薄膜電磁変換素子（以下ＭＲ素子と称する）３を有する。ＭＲ素子３は、これまで、種々の膜構造のものが提案され、実用に供されている。例えばパーマロイ等による異方性磁気抵抗効果素子を用いたもの、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果膜を用いたもの、強磁性トンネル効果膜（ＴＭＲ）等がある。本発明において、何れのタイプであってもよい。ＭＲ素子３は、第１のシールド膜３１と、第２のシールド膜を兼ねている第１の磁性膜２１との間において、絶縁膜３２の内部に配置されている。絶縁膜３２はアルミナ等によって構成されている。ＭＲ素子３は取り出し電極３３、３４に接続されている（図１参照）。
【００３２】
薄膜電磁変換素子２、３は、レール部１１、１２の一方または両者の媒体移動方向ａ１の端部に設けられている。媒体移動方向ａ１は、媒体が高速移動した時の空気の流出方向と一致する。スライダ１１の媒体移動方向ａ１の端面には、薄膜電磁変換素子２に接続された取り出し電極２７、２８及び薄膜電磁変換素子３に接続された取り出し電極３３、３４が設けられている。
【００３３】
更に、薄膜磁気ヘッドのポール部の構造としては、実施例に示すものに限らず、これまで提案され、またはこれから提案されることのある各種のポール構造に適用できる。例えば、ポール部を２層以上の多層膜構造としたもの、２つのポール部のうち、一方のみを多層膜構造としたものであっても、本発明の適用が可能である。また、ポール部を多層膜構造とした場合、ポール部を構成する磁性膜の一部は、媒体対向面に露出しないように、媒体対向面から後退した位置に形成してもよい。
【００３４】
＜保護膜形成方法＞
次に、本発明に係る保護膜形成方法について説明する。図４は本発明に係る保護膜形成方法の実施に直接使用するＥＣＲスパッタリング装置の構成を概略的に示す図である。成膜の基本的プロセスとして、スライダ表面にＡｒプラズマによるクリーニングを行った後、ＡｒガスとＮガスとの混合ガスによって高純度Ｓｉターゲットをスパッタリングし、ＳｉＮ膜を形成する。ＳｉＮ膜は、前述したように、ＥＣＲスパッタリング法により、１〜８ｎｍの膜厚となるように成膜する。
【００３５】
ＳｉＮの成膜が所定の膜厚に達した時点で、ＣＦガスを流し、ＳｉＮ膜の表面に、潤滑層となるＣＦ膜を形成する。ＣＦ膜の膜厚は、０．２〜１ｎｍ、好ましくは、０．５ｎｍに設定する。ＣＦ膜はＳｉＮ膜と同一の成膜装置で連続的に成膜する。これにより、ＳｉＮ／ＣＦの膜構造を有する保護膜が得られる。ＣＦガスはＣＦ4、ＣＨ3Ｆ、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2など様々な組成のガスが使用可能である。実施例では、ＣＦ4ガスを用いた場合について説明する。
【００３６】
ＣＦ4の混入したプラズマを、Ｓｉ系材料に照射した場合、Ｓｉ系材料表面のエッチングとＣＦ膜成膜という、２つのモードが存在する。２つのモードを連続的に行うことによって、ＳｉＮ膜とＣＦ膜の遷移層が形成され、両者の結合を高めることができる。２つのモードは、ＳｉＮ表面に到達するフッ素イオンの量によって決定される。モード切り替えの方法としては、
（ａ）試料にバイアス電圧を印加し、到達イオンを制御する方法
（ｂ）投入するマイク口波電力を変化させて、イオン量とラジカル量を調整する方法
の２つが考えられる。以下に詳説する実施例では方法（ｂ）を用いた。
【００３７】
図４に示したＥＣＲスパッタリング装置を用いて、薄膜磁気ヘッドのスライダ１上にＳｉＮ膜を形成した。実際のプロセスでは、多数の薄膜磁気ヘッドを担持するウエハーを用いる。成膜工程は以下の通りである。
【００３８】
まず、ロードロック室５１の内部に配置された試料５２を、成膜室５４の基板ステージ５５に導入する。試料５２は、３インチＳｉ基板サイズを持つホルダー上に固定しておいた。
【００３９】
ターボ分子ポンプ５６及びドライスクロールポンプ６１によって、ＥＣＲ室５３及び成膜室５４を所定の到達圧力まで減圧した。次に、ＥＣＲ室５３及び成膜室５４にＡｒガスを導入し、反応に必要な圧力値に設定した。
【００４０】
次に、ＥＣＲ室５３の周囲に２分割されて配置されたマグネットコイル５７、５７のそれぞれに電流を供給して励磁した。マグネットコイル５７、５７の励磁により、ターゲット５８のＥＣＲ室側近傍に0.0875Ｔの磁場を発生させた。ターゲット５８としては、純度99.9999％のリング状Ｓｉを用いた。
【００４１】
マイクロ波電源装置６２から、分岐型矩形導波管５９を経て、ＥＣＲ室５３、及び、成膜室５４に２．４５ＧＨｚの電磁波（マイクロ波）を導入した。上記の磁場は、マイクロ波の周波数に対してＥＣＲ条件を満足し、ターゲット５８の近傍で電子サイクロトロン共鳴による高密度プラズマが形成される。
【００４２】
ターゲット５８に対し、周波数１３．５６ＭＨｚの電磁波を印加する。ターゲット５８の表面には、セルフバイアスが誘起され、ターゲット５８の表面にスパッタリング現象が発生する。
【００４３】
次に、Ｎ2ガスを導入した。Ｎ2ガスのＡｒガスに対する流量比はＡｒ：Ｎ2＝４：１に設定した。
【００４４】
そして、シャッター６０を所定時間開放し、４．９ｎｍのＳｉＮ膜を形成した。ＳｉＮ成膜工程の終了後、シャッター６０を一旦閉鎖した。シャッター６０の開放時間は、あらかじめダミー基板を用いて成膜し、計算した成長速度に基いて定めた。
【００４５】
次に、総流量一定のままでＡｒガスとＮ2ガスの流量比を４：５に変更し、ＣＦ4ガスをこのガス系に混合した。１分間程度、放電が安定するのを待ってから、シャッター６０を開放し、開放状態を２０秒間保持した。
【００４６】
次に、Ｎ2ガスの流れを停止して、停止状態を２０秒間保持し、約０．１ｎｍのＣＦ層を形成した。ＳｉＮ／ＣＦ膜の全膜厚は５．０ｎｍとなった。
【００４７】
上記の成膜プロセスとは別に、膜の硬さ測定のために、１００ｎｍのＳｉＮ／ＣＦ膜試料を作成した。このとき、ＳｉＮ層とＣＦ層の膜厚比が５．０ｎｍの試料と一定になるように時間を変更した。
【００４８】
放電とガス供給を停止し、ＥＣＲ室５３及び成膜室５４を所定の背圧値まで減圧してから、試料５２をロードロック室５１に回収した。次に、ロードロック室５１を大気に開放し、試料５２を回収した。組成分析用として、Ｓｉ基板上にもＳｉＮ／ＣＦ膜を成膜した。
【００４９】
＜膜の組成＞
オージェ電子スペクトル法において、Ａｒ+イオンスパッタリングによる深さ方向組成分析を行った。ＣＶＤ法で形成されたＳｉＮ粉体とテフロンを標準試料とし、原子％に直した。図５はＡｒ+イオンスパッタリング時間（秒）と原子比（％）との関係を示す図である。Ａｒ+イオンスパッタリング時間は膜の表面から基板表面に向かう膜厚（深さ）にほぼ比例する。図５において、曲線Ｌ１１は炭素Ｃについての特性、曲線Ｌ１２はフッ素Ｆについての特性、曲線Ｌ１３は窒素Ｎについての特性、曲線Ｌ１４は珪素Ｓｉについての特性をそれぞれ示している。
【００５０】
図５を参照すると、膜表面からスパッタリング時間約２０秒に対応する深さまでは、Ｃ：Ｆ＝８：２の原子組成比でなるＣＦ膜となっている。この深さから、基板表面方向にかけて、窒素Ｎおよび珪素Ｓｉの含有量が増加し、基板表面まではＳｉ：Ｎ＝４．２：５．８と、ほぼ化学量論組成のＳｉＮ4となっている。
【００５１】
上記の結果、ＳｉＮ膜とＣＦ膜の間には、両者の原子で構成される中間層が形成されていることが確認された。同じ試料を用いて行ったＳｉＭＳの結果から、約Ｏ．３〜Ｏ．５ｎｍの中間層が形成されているものと思われる。
【００５２】
＜膜の硬度＞
図６は硬度測定結果を示す。図６の横軸には膜表面からの深さ（ｎｍ）を取り、縦軸には硬度（ＧＰａ）を取ってある。インデンテーション法（硬度測定法）のうち、ＣＳＭ（Continuous Stiffness Measurement：連続的剛性測定法）を用いて、膜厚１００ｎｍのＳｉＮ／ＣＦ膜を有する試料について、膜の硬さを評価した。ＣＳＭを用いた場合、圧子挿入深さの硬度と弾性率が評価できる。曲線Ｌ２１はその測定結果を示している。
【００５３】
比較のために、膜厚１００ｎｍのＳｉＮ膜を有する試料、及び、膜厚１００ｎｍのＤＬＣ膜を有する試料についても評価した。曲線Ｌ２２はＳｉＮ膜を有する試料の測定特性を示し、曲線Ｌ２３はＤＬＣ膜を有する試料の測定結果を示している。
【００５４】
ＳｉＮ膜を持つ試料については、非連続測定も併せて行った。図６の曲線Ｌ２４は非連続測定結果を示している。ＣＳＭ及び非連続測定には、どちらもバーコヴィッチ型の単結晶ダイヤモンド圧子を用いた。
【００５５】
図６を参照すると、ＣＳＭの評価では、ＳｉＮ膜及びＳｉＮ／ＣＦ膜の何れも、明らかにＤＬＣ保護膜よりも高い硬度を示している。約５０ｎｍ以上の深さで、全ての膜の硬度が一定になるのは、この深さ以上ではスライダ基体の硬度が測定されているためである。
【００５６】
ＳｉＮ膜について、ＣＳＭと非連続測定の結果を比較すると、膜表面近傍の硬度に相違があることが分かる。非連続測定による硬度は、膜表面近傍に近づくに従って増大する。それに対して、ＣＳＭの測定結果は表面近傍で最も低い硬度を示し、徐々に立ち上がって非連続測定曲線に乗る。図示はされていないが、ＳｉＮ／ＣＦ膜以外のＣＳＭ曲線では、最大値は非連続測定結果の最大値より小さい。
【００５７】
非連続測定及びＣＳＭ測定による硬度測定結果の違いは、両者の測定方法の違いに起因する。非連続測定では、測定中、常時、荷重が印加されているのに対して、ＣＳＭでは、負荷と除荷とを繰り返して、各深さごとの硬度を評価する。このため、ＣＳＭでは非連続測定に比べて膜表面と圧子表面の間の吸着現象が顕著になり、最表面では圧子が荷重以上の力で膜深さ方向に引き込まれることになる。従って、ＣＳＭ測定は膜最表面の真の硬度を知ることはできないが、膜間の硬度および吸着係数の相対的比較を、同時に行うことを可能ならしめる。
【００５８】
以上から、ＳｉＮ／ＣＦ膜及びＳｉＮ膜について、硬度測定結果を詳細に検証してみると、両者は膜の表面近傍硬度に相違が認められる。すなわち、表面吸着の低下により、ＳｉＮ／ＣＦ膜は、ＳｉＮ膜に比べて、その硬度がより正確に測定されている。
【００５９】
このような表面の硬度低下が、吸着低下ではなく柔らかいＣＦ膜の硬度のみによるものならば、ＣＦ膜の膜厚から考えて、硬度の最大値は、より表面部分で観測されるはずである。ゆえにこの結果は、ＳｉＮ／ＣＦ膜とＳｉＮ膜の表面吸着性の相違に起因するものであって、ＳｉＮ／ＣＦ膜は、表面吸着性がＳｉＮ膜よりも低いことを示しているといえる。
【００６０】
＜ＣＳＳテスト＞
図７はＣＳＳ（コンタクト．スタート．ストップ）テストの結果を示している。図７のＣＳＳテスト結果は、磁気ディスク上に薄膜磁気ヘッドを接触させた静止状態から、回転を開始したときに観測される最大吸着係数の結果を示す。曲線Ｌ３１は膜厚５．０ｎｍのＳｉＮ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ３２は膜厚５．０ｎｍのＤＬＣ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ３３は膜厚５．０ｎｍのＤＬＣ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ３４は膜厚５．０ｎｍのＳｉＮ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性をそれぞれ示している。
【００６１】
ＳｉＮ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドは、曲線Ｌ３４と、曲線Ｌ３１、Ｌ３２との対比から明らかなように、ＤＬＣ膜を用いた薄膜磁気ヘッド、及び、ＳｉＮ膜を用いた薄膜磁気ヘッドよりも、著しく低い最大吸着係数を示す。ＤＬＣ／ＣＦ膜を用いた薄膜磁気ヘッドと同程度の最大吸着係数となる。
【００６２】
図８はＣＳＳ（コンタクト．スタート．ストップ）テストの結果を示している。図８のＣＳＳテスト結果は、薄膜磁気ヘッドを接触状態で磁気ディスクを低速回転させた場合の摩擦係数を示す。回転開始から終了までをＣＳＳサイクルとし、２サイクルごとの摩擦係数を評価した。曲線Ｌ４１は膜厚５．０ｎｍのＳｉＮ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ４２は膜厚５．０ｎｍのＤＬＣ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ４３は膜厚５．０ｎｍのＤＬＣ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ４４は膜厚５．０ｎｍのＳｉＮ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性をそれぞれ示している。
【００６３】
ＳｉＮ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドは、曲線Ｌ４４と、曲線Ｌ４１、Ｌ４２との対比から明らかなように、ＤＬＣ膜を用いた薄膜磁気ヘッド、及び、ＳｉＮ膜を用いた薄膜磁気ヘッドよりも、著しく低い摩擦係数を示し、ＤＬＣ／ＣＦ膜を用いた薄膜磁気ヘッドと同程度の摩擦係数となる。
【００６４】
より具体的には、ＤＬＣ膜よりなる保護膜を有する薄膜磁気ヘッド、及び、ＳｉＮ膜よりなる保護膜を有する薄膜磁気ヘッドでは、２サイクル以降で１５〜２５の摩擦係数を示しているのに対して、ＳｉＮ／ＣＦ膜よりなる保護膜を有する薄膜磁気ヘッドでは４〜７に止まっている。
【００６５】
以上、好適な具体的実施例を参照して本発明を詳説したが、本発明の本質及び範囲から離れることなく、その形態と細部において、種々の変形がなされ得ることは、当業者にとって明らかである。
【００６６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果が得られる。
（ａ）スペーシングロスが小さく、高密度記録に適した保護膜を有する薄膜磁気ヘッド、及び、保護膜形成方法を提供することができる。
（ｂ）密着層を必要とせず、かつ、ＤＬＣと同等かそれを越える機械的強度を有する保護膜を有する薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することができる。
（ｃ）ゴミなどの吸着及びスライダと媒体との吸着を生じにくい薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することができる。
（ｄ）表面摩擦係数が小さい薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの斜視図である。
【図２】図１に図示された薄膜磁気ヘッドの断面図である。
【図３】図１及び図２に示した薄膜磁気ヘッドの一部拡大図である。
【図４】本発明に係る保護膜形成方法の実施に直接使用するＥＣＲスパッタリング装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】Ａｒ+イオンスパッタリング時間（秒）と原子比（％）との関係を示す図である。
【図６】硬度測定結果を示すずである。
【図７】ＣＳＳテストの結果を示す図である。
【図８】ＣＳＳテストの結果を示す図である。
【符号の説明】
１ スライダ
１３、１４ 基体表面
２ 電磁変換素子
４ 保護膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置等の磁気記録再生装置に使用される薄膜磁気ヘッド及びそのスライダ媒体対向面に保護膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜磁気ヘッドでは、磁気記録媒体（磁気ディスク）の高速回転によって生じる空気流をベアリングとし、磁気ディスク面との間に微小な浮上高さを保って浮上することにより、摩耗を回避する。磁気ディスクに腐食が生じ、または、スライダに搭載されている電磁変換素子に腐食が生じ、これらの腐食に起因する金属突出物が生成された場合、スライダの浮上高さ変動、接触による摩耗もしくは磁気記録データの損傷等を招くことがある。このような問題を回避する手段として、従来は、スライダ、及び、磁気ディスクの対向面に８〜１０ｎｍ程度のＤＬＣ（ダイヤモンド．ライク．カーボン）保護膜を設けていた。ＤＬＣ保護膜には、上述した腐食防止の他、磁気ディスクの回転開始及び回転停止時の接触、及び、微小な異物粒子との接触に対する耐摩耗性を向上させる働きもある。
【０００３】
ＤＬＣ保護膜の多くは、最表面にフッ化炭素層を形成してある（特開平１０ー６８０８３号公報）。この構造によれば、最表面の表面エネルギーを低下させ、吸着係数を低下させることによって、最表面と磁気ディスクもしくは汚染物質との吸着を防止することができる。
【０００４】
ＤＬＣ保護膜は、１０10〜１０12Ωｃｍの比抵抗を有する。この比抵抗により、ＤＬＣ保護膜は薄膜磁気ヘッドのスライダと磁気ディスクとの接触時の電気絶縁性を保つ役割も担っている。
【０００５】
磁気ディスク装置では、あらゆる面から記録密度増大策が考慮されている。その対策の一つに、スライダに搭載されている電磁変換素子と、磁気ディスクとの間の間隔を減少させ、スペーシングロスを低減させることが含まれている。スペーシングロスの低減手段としては、薄膜磁気ヘッドのスライダと、磁気ディスクとの間の浮上高さを減少させること、及び、保護膜の膜厚を薄くすることである。この内、浮上高さの減少は、磁気ディスク表面の汚れへの対応から限界があるから、保護膜の厚さを減少させるのが有効である。
【０００６】
ところが、ＤＬＣ保護膜は、スライダ表面に対する付着力が乏しい。ＤＬＣ保護膜の付着力を確保する手段として、スライダの表面と、ＤＬＣ保護膜との間に、密着層を形成する方法は既に知られている。現在用いられている密着層はαーＳｉ（アモルファスシリコン）で構成されている。αーＳｉでなる密着層は、均一な膜厚を確保するために、その膜厚を２ｎｍ以下にすることができない。この密着層の膜厚が、保護膜全体としての膜厚に反映される。しかも、密着層の上に形成されるＤＬＣ保護膜の膜厚を薄くすると、スライダと磁気ディスクとが接触した時、十分な電気絶縁性を確保することができない。上述した理由のために、ＤＬＣ保護膜の膜厚低減に限界があり、スペーシングロスの低減、及び、それによる記録密度の増大に行き詰まりを生じている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、スペーシングロスが小さく、高密度記録に適した保護膜を有する薄膜磁気ヘッド、及び、保護膜形成方法を提供することである。
【０００８】
本発明のもう一つの課題は、密着層を必要とせず、かつ、ＤＬＣと同等かそれを越える機械的強度を持つ保護膜を有する薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することである。
【０００９】
本発明の更にもう一つの課題は、ゴミなどの吸着及びスライダと媒体との吸着を生じにくい薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することである。
【００１０】
本発明の更にもう一つの課題は、表面摩擦係数が小さい薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題解決のため、本発明に係る薄膜磁気ヘッドは、スライダと、少なくとも一つの薄膜電磁変換素子と、保護膜とを含む。前記スライダは、媒体対向面を有する。前記薄膜電磁変換素子は、前記スライダ上に設けられている。
【００１２】
前記保護膜は、前記スライダの前記媒体対向面に備えられ、ＳｉＮ膜を含み、前記ＳｉＮ膜は表面に潤滑層を有する。
【００１３】
理想的な保護膜のモデルは、スライダ表面との密着層、機械的強度に富んだ中間層、低吸着係数、かつ、低摩擦係数の表面層から構成される。ＤＬＣを保護膜として用いることの問題点は、ＤＬＣ保護膜と、スライダ表面との間に密着層を設けなければならないことから生じている。密着層を必要とせず、かつ、ＤＬＣと同等かそれを越える機械的強度を有する材料を採用することによって、上記問題を解決すると同時に、高い特性を有する保護膜が実現される。
【００１４】
発明者らは、上記の問題を解決する手段としてＳｉＮ膜の採用が有効であることを見出した。すなわち、ＳｉＮ膜は、薄膜磁気ヘッドのスライダ面に露出する材料との密着性が良好である。このため、密着層を必要とせず、かつ、ＤＬＣ以上の機械的強度を有する保護膜を有する薄膜磁気ヘッドが得られる。
【００１５】
ＳｉＮ膜はＤＬＣおよび撥水化されたＤＬＣよりも大きな親水性を有しているが、そのままではゴミなどの吸着、スライダと媒体との吸着、表面摩擦係数の増加等の問題を生じやすい。この問題は、ＳｉＮ膜の表面に潤滑層を形成することによって解決される。即ち、ＳｉＮ膜の表面に潤滑層を形成することにより、ゴミなどの吸着及びスライダと媒体との吸着が生じにくく、しかも、表面摩擦係数の小さい薄膜磁気ヘッドを得ることができる。潤滑層として満たすべき条件は、表面吸着抑制のため低表面エネルギーであること、せん断が潤滑層内部ではなく、摩擦界面で発生すること等である。使用可能な潤滑層としては、ポリフルオロエーテル等の液体潤滑材、グラファイトもしくは六方晶ホウ素等の固体潤滑材等を用いることができるが、保護膜最表面層の改質が更に有効である。保護膜最表面層の改質に関しては、ＳｉＮ膜の上にＳｉＯ2膜を設ける構成、及び、フッ化炭素層（以下ＣＦ膜）を設ける構成が考えられる。この内、表面吸着係数が小さくなること、及び、極めて薄い膜厚を形成し得ることから、ＣＦ膜が特に適している。
【００１６】
ＳｉＮの場合、ＳｉＦがエネルギー的に気体分子として安定なため、ＤＬＣのようなフッ素プラズマによる潤滑膜形成は困難である。従って、１ｎｍ以下のフッ化炭素層（以下ＣＦ膜）を形成するのが有効である。
【００１７】
前記保護膜は、中間層を含んでいてもよい。前記中間層は前記ＳｉＮ層及び前記潤滑層の間に存在し、前記ＳｉＮ層及び前記潤滑層の構成原子によって構成され、０．３ｎｍ〜０．５ｎｍの厚さを有する。
【００１８】
本発明に係る保護膜形成方法では、薄膜磁気ヘッドスライダの媒体対向面に、上述したＳｉＮ膜を形成するに当たり、ＥＣＲスパッタリング法を採用する。
【００１９】
薄膜磁気ヘッドの保護膜として、ＳｉＮ膜を用いる提案は既になされている（特開昭６３−９１８１４号公報）が、ＣＶＤ法やスパッタリング法によるものであった。ＣＶＤ法やスパッタリング法によって形成されたＳｉＮ膜は、ＤＬＣ膜と同等かそれを越える機械的強度を持たない。
【００２０】
これに対して、ＥＣＲスパッタリング法で成膜したＳｉＮ膜は、ＤＬＣ膜以上の機械的強度を持ち、しかも、膜厚をＤＬＣ膜よりはるかに薄くすることができる。
【００２１】
本発明では、更に、前記ＳｉＮ膜の表面に炭素とフッ素の化合物を含む潤滑層を形成する。
【００２２】
本発明の他の目的、構成及び利点は、実施例である添付図面を参照して、更に詳しく説明する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
＜薄膜磁気ヘッド＞
図１は本発明に係る薄膜磁気ヘッドの斜視図、図２は図１に図示された薄膜磁気ヘッドの断面図である。これらの図において、寸法は誇張されている。図示された本発明に係る薄膜磁気ヘッドは、スライダ１と、少なくとも１つの電磁変換素子２と、保護膜４とを含む。
【００２４】
スライダ１は媒体対向面側にレール部１１、１２を有し、レール部１１、１２の基体表面１３、１４がＡＢＳのために用いられる。レール部１１、１２は２本に限らない。例えば、１〜３本のレール部を有することがあり、レール部を持たない平面となることもある。また、浮上特性改善等のために、媒体対向面に種々の幾何学的形状が付されることもある。何れのタイプのスライダであっても、本発明の適用が可能である。
【００２５】
電磁変換素子２は、端部が基体表面１３、１４に現れる第１のポール部Ｐ１及び第２のポール部Ｐ２を有する。電磁変換素子２の第１のポール部Ｐ１及び第２のポール部Ｐ２は、先端が基体表面１３、１４に現れている。
【００２６】
保護膜４は、スライダ１の媒体対向面に備えられる。保護膜４は、媒体対向面の全体に設けてもよいし、レール部１１、１２の表面にのみ設けてもよい。保護膜４は、図３に拡大して示すように、ＳｉＮ膜４１を含み、ＳｉＮ膜４１は表面に潤滑層４２を有する。潤滑層４２は、好ましくはＣＦ膜でなる。従って、保護膜４の全体としては、ＳｉＮ／ＣＦ膜構造として表現できる。ＳｉＮ膜４１は、ＥＣＲスパッタリング法により、１〜８ｎｍの膜厚ｔ１となるように、スライダ１の媒体対向面に直接に成膜されている。
【００２７】
ＳｉＮ膜４１は、薄膜磁気ヘッドのスライダ１の表面に露出する材料、例えば、Ａｌ2Ｏ3、磁性金属材料、Ａ１ＴｉＣなどの材料との密着性が良好である。このため、密着層を必要とせず、かつ、ＤＬＣと同等かそれを越える機械的強度を有する保護膜４を有する薄膜磁気ヘッドが得られる。
【００２８】
しかも、ＳｉＮ膜４１の表面に潤滑層４２が形成されている。この潤滑層４２は好ましくはＣＦ層でなる。このため、ゴミなどの吸着及びスライダと媒体との吸着を生じにくい薄膜磁気ヘッドを得ることができる。また、表面摩擦係数の小さい薄膜磁気ヘッドを得ることができる。
【００２９】
実用的な保護膜４の構造は、膜厚ｔ１＝１〜８ｎｍのＳｉＮ膜４１の表面に、膜厚ｔ２＝０．２〜１ｎｍ、好ましくは、０．５ｎｍのＣＦ膜４２を形成したＳｉＮ／ＣＦ膜である。
【００３０】
再び、図１〜図４を参照して説明する。図示された実施例において、電磁変換素子２は、第１の磁性膜２１、第２の磁性膜２２、コイル膜２３、アルミナ等でなるギャップ膜２４、有機樹脂で構成された絶縁膜２５及びアルミナ等でなる保護膜２６などを有している。第１の磁性膜２１及び第２の磁性膜２２の先端部は微小厚みのギャップ膜２４を隔てて対向する第１のポール部Ｐ１及び第２のポール部Ｐ２となっており、第１のポール部Ｐ１及び第２のポール部Ｐ２において書き込みを行なう。第１の磁性膜２１及び第２の磁性膜２２は、そのヨーク部が第１のポール部Ｐ１及び第２のポール部Ｐ２とは反対側にあるバックギャップ部において、磁気回路を完成するように互いに結合されている。絶縁膜２５の上に、ヨーク部の結合部のまわりを渦巻状にまわるように、コイル膜２３を形成してある。コイル膜２３の両端は、取り出し電極２７、２８に導通されている（図１参照）。コイル膜２３の巻数および層数は任意である。
【００３１】
実施例に示された薄膜磁気ヘッドは、書き込み用として誘導型電磁変換素子２を有し、読み出し用としてＭＲ素子を用いた薄膜電磁変換素子（以下ＭＲ素子と称する）３を有する。ＭＲ素子３は、これまで、種々の膜構造のものが提案され、実用に供されている。例えばパーマロイ等による異方性磁気抵抗効果素子を用いたもの、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果膜を用いたもの、強磁性トンネル効果膜（ＴＭＲ）等がある。本発明において、何れのタイプであってもよい。ＭＲ素子３は、第１のシールド膜３１と、第２のシールド膜を兼ねている第１の磁性膜２１との間において、絶縁膜３２の内部に配置されている。絶縁膜３２はアルミナ等によって構成されている。ＭＲ素子３は取り出し電極３３、３４に接続されている（図１参照）。
【００３２】
薄膜電磁変換素子２、３は、レール部１１、１２の一方または両者の媒体移動方向ａ１の端部に設けられている。媒体移動方向ａ１は、媒体が高速移動した時の空気の流出方向と一致する。スライダ１１の媒体移動方向ａ１の端面には、薄膜電磁変換素子２に接続された取り出し電極２７、２８及び薄膜電磁変換素子３に接続された取り出し電極３３、３４が設けられている。
【００３３】
更に、薄膜磁気ヘッドのポール部の構造としては、実施例に示すものに限らず、これまで提案され、またはこれから提案されることのある各種のポール構造に適用できる。例えば、ポール部を２層以上の多層膜構造としたもの、２つのポール部のうち、一方のみを多層膜構造としたものであっても、本発明の適用が可能である。また、ポール部を多層膜構造とした場合、ポール部を構成する磁性膜の一部は、媒体対向面に露出しないように、媒体対向面から後退した位置に形成してもよい。
【００３４】
＜保護膜形成方法＞
次に、本発明に係る保護膜形成方法について説明する。図４は本発明に係る保護膜形成方法の実施に直接使用するＥＣＲスパッタリング装置の構成を概略的に示す図である。成膜の基本的プロセスとして、スライダ表面にＡｒプラズマによるクリーニングを行った後、ＡｒガスとＮガスとの混合ガスによって高純度Ｓｉターゲットをスパッタリングし、ＳｉＮ膜を形成する。ＳｉＮ膜は、前述したように、ＥＣＲスパッタリング法により、１〜８ｎｍの膜厚となるように成膜する。
【００３５】
ＳｉＮの成膜が所定の膜厚に達した時点で、ＣＦガスを流し、ＳｉＮ膜の表面に、潤滑層となるＣＦ膜を形成する。ＣＦ膜の膜厚は、０．２〜１ｎｍ、好ましくは、０．５ｎｍに設定する。ＣＦ膜はＳｉＮ膜と同一の成膜装置で連続的に成膜する。これにより、ＳｉＮ／ＣＦの膜構造を有する保護膜が得られる。ＣＦガスはＣＦ4、ＣＨ3Ｆ、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2など様々な組成のガスが使用可能である。実施例では、ＣＦ4ガスを用いた場合について説明する。
【００３６】
ＣＦ4の混入したプラズマを、Ｓｉ系材料に照射した場合、Ｓｉ系材料表面のエッチングとＣＦ膜成膜という、２つのモードが存在する。２つのモードを連続的に行うことによって、ＳｉＮ膜とＣＦ膜の遷移層が形成され、両者の結合を高めることができる。２つのモードは、ＳｉＮ表面に到達するフッ素イオンの量によって決定される。モード切り替えの方法としては、
（ａ）試料にバイアス電圧を印加し、到達イオンを制御する方法
（ｂ）投入するマイク口波電力を変化させて、イオン量とラジカル量を調整する方法
の２つが考えられる。以下に詳説する実施例では方法（ｂ）を用いた。
【００３７】
図４に示したＥＣＲスパッタリング装置を用いて、薄膜磁気ヘッドのスライダ１上にＳｉＮ膜を形成した。実際のプロセスでは、多数の薄膜磁気ヘッドを担持するウエハーを用いる。成膜工程は以下の通りである。
【００３８】
まず、ロードロック室５１の内部に配置された試料５２を、成膜室５４の基板ステージ５５に導入する。試料５２は、３インチＳｉ基板サイズを持つホルダー上に固定しておいた。
【００３９】
ターボ分子ポンプ５６及びドライスクロールポンプ６１によって、ＥＣＲ室５３及び成膜室５４を所定の到達圧力まで減圧した。次に、ＥＣＲ室５３及び成膜室５４にＡｒガスを導入し、反応に必要な圧力値に設定した。
【００４０】
次に、ＥＣＲ室５３の周囲に２分割されて配置されたマグネットコイル５７、５７のそれぞれに電流を供給して励磁した。マグネットコイル５７、５７の励磁により、ターゲット５８のＥＣＲ室側近傍に0.0875Ｔの磁場を発生させた。ターゲット５８としては、純度99.9999％のリング状Ｓｉを用いた。
【００４１】
マイクロ波電源装置６２から、分岐型矩形導波管５９を経て、ＥＣＲ室５３、及び、成膜室５４に２．４５ＧＨｚの電磁波（マイクロ波）を導入した。上記の磁場は、マイクロ波の周波数に対してＥＣＲ条件を満足し、ターゲット５８の近傍で電子サイクロトロン共鳴による高密度プラズマが形成される。
【００４２】
ターゲット５８に対し、周波数１３．５６ＭＨｚの電磁波を印加する。ターゲット５８の表面には、セルフバイアスが誘起され、ターゲット５８の表面にスパッタリング現象が発生する。
【００４３】
次に、Ｎ2ガスを導入した。Ｎ2ガスのＡｒガスに対する流量比はＡｒ：Ｎ2＝４：１に設定した。
【００４４】
そして、シャッター６０を所定時間開放し、４．９ｎｍのＳｉＮ膜を形成した。ＳｉＮ成膜工程の終了後、シャッター６０を一旦閉鎖した。シャッター６０の開放時間は、あらかじめダミー基板を用いて成膜し、計算した成長速度に基いて定めた。
【００４５】
次に、総流量一定のままでＡｒガスとＮ2ガスの流量比を４：５に変更し、ＣＦ4ガスをこのガス系に混合した。１分間程度、放電が安定するのを待ってから、シャッター６０を開放し、開放状態を２０秒間保持した。
【００４６】
次に、Ｎ2ガスの流れを停止して、停止状態を２０秒間保持し、約０．１ｎｍのＣＦ層を形成した。ＳｉＮ／ＣＦ膜の全膜厚は５．０ｎｍとなった。
【００４７】
上記の成膜プロセスとは別に、膜の硬さ測定のために、１００ｎｍのＳｉＮ／ＣＦ膜試料を作成した。このとき、ＳｉＮ層とＣＦ層の膜厚比が５．０ｎｍの試料と一定になるように時間を変更した。
【００４８】
放電とガス供給を停止し、ＥＣＲ室５３及び成膜室５４を所定の背圧値まで減圧してから、試料５２をロードロック室５１に回収した。次に、ロードロック室５１を大気に開放し、試料５２を回収した。組成分析用として、Ｓｉ基板上にもＳｉＮ／ＣＦ膜を成膜した。
【００４９】
＜膜の組成＞
オージェ電子スペクトル法において、Ａｒ+イオンスパッタリングによる深さ方向組成分析を行った。ＣＶＤ法で形成されたＳｉＮ粉体とテフロンを標準試料とし、原子％に直した。図５はＡｒ+イオンスパッタリング時間（秒）と原子比（％）との関係を示す図である。Ａｒ+イオンスパッタリング時間は膜の表面から基板表面に向かう膜厚（深さ）にほぼ比例する。図５において、曲線Ｌ１１は炭素Ｃについての特性、曲線Ｌ１２はフッ素Ｆについての特性、曲線Ｌ１３は窒素Ｎについての特性、曲線Ｌ１４は珪素Ｓｉについての特性をそれぞれ示している。
【００５０】
図５を参照すると、膜表面からスパッタリング時間約２０秒に対応する深さまでは、Ｃ：Ｆ＝８：２の原子組成比でなるＣＦ膜となっている。この深さから、基板表面方向にかけて、窒素Ｎおよび珪素Ｓｉの含有量が増加し、基板表面まではＳｉ：Ｎ＝４．２：５．８と、ほぼ化学量論組成のＳｉＮ4となっている。
【００５１】
上記の結果、ＳｉＮ膜とＣＦ膜の間には、両者の原子で構成される中間層が形成されていることが確認された。同じ試料を用いて行ったＳｉＭＳの結果から、約Ｏ．３〜Ｏ．５ｎｍの中間層が形成されているものと思われる。
【００５２】
＜膜の硬度＞
図６は硬度測定結果を示す。図６の横軸には膜表面からの深さ（ｎｍ）を取り、縦軸には硬度（ＧＰａ）を取ってある。インデンテーション法（硬度測定法）のうち、ＣＳＭ（Continuous Stiffness Measurement：連続的剛性測定法）を用いて、膜厚１００ｎｍのＳｉＮ／ＣＦ膜を有する試料について、膜の硬さを評価した。ＣＳＭを用いた場合、圧子挿入深さの硬度と弾性率が評価できる。曲線Ｌ２１はその測定結果を示している。
【００５３】
比較のために、膜厚１００ｎｍのＳｉＮ膜を有する試料、及び、膜厚１００ｎｍのＤＬＣ膜を有する試料についても評価した。曲線Ｌ２２はＳｉＮ膜を有する試料の測定特性を示し、曲線Ｌ２３はＤＬＣ膜を有する試料の測定結果を示している。
【００５４】
ＳｉＮ膜を持つ試料については、非連続測定も併せて行った。図６の曲線Ｌ２４は非連続測定結果を示している。ＣＳＭ及び非連続測定には、どちらもバーコヴィッチ型の単結晶ダイヤモンド圧子を用いた。
【００５５】
図６を参照すると、ＣＳＭの評価では、ＳｉＮ膜及びＳｉＮ／ＣＦ膜の何れも、明らかにＤＬＣ保護膜よりも高い硬度を示している。約５０ｎｍ以上の深さで、全ての膜の硬度が一定になるのは、この深さ以上ではスライダ基体の硬度が測定されているためである。
【００５６】
ＳｉＮ膜について、ＣＳＭと非連続測定の結果を比較すると、膜表面近傍の硬度に相違があることが分かる。非連続測定による硬度は、膜表面近傍に近づくに従って増大する。それに対して、ＣＳＭの測定結果は表面近傍で最も低い硬度を示し、徐々に立ち上がって非連続測定曲線に乗る。図示はされていないが、ＳｉＮ／ＣＦ膜以外のＣＳＭ曲線では、最大値は非連続測定結果の最大値より小さい。
【００５７】
非連続測定及びＣＳＭ測定による硬度測定結果の違いは、両者の測定方法の違いに起因する。非連続測定では、測定中、常時、荷重が印加されているのに対して、ＣＳＭでは、負荷と除荷とを繰り返して、各深さごとの硬度を評価する。このため、ＣＳＭでは非連続測定に比べて膜表面と圧子表面の間の吸着現象が顕著になり、最表面では圧子が荷重以上の力で膜深さ方向に引き込まれることになる。従って、ＣＳＭ測定は膜最表面の真の硬度を知ることはできないが、膜間の硬度および吸着係数の相対的比較を、同時に行うことを可能ならしめる。
【００５８】
以上から、ＳｉＮ／ＣＦ膜及びＳｉＮ膜について、硬度測定結果を詳細に検証してみると、両者は膜の表面近傍硬度に相違が認められる。すなわち、表面吸着の低下により、ＳｉＮ／ＣＦ膜は、ＳｉＮ膜に比べて、その硬度がより正確に測定されている。
【００５９】
このような表面の硬度低下が、吸着低下ではなく柔らかいＣＦ膜の硬度のみによるものならば、ＣＦ膜の膜厚から考えて、硬度の最大値は、より表面部分で観測されるはずである。ゆえにこの結果は、ＳｉＮ／ＣＦ膜とＳｉＮ膜の表面吸着性の相違に起因するものであって、ＳｉＮ／ＣＦ膜は、表面吸着性がＳｉＮ膜よりも低いことを示しているといえる。
【００６０】
＜ＣＳＳテスト＞
図７はＣＳＳ（コンタクト．スタート．ストップ）テストの結果を示している。図７のＣＳＳテスト結果は、磁気ディスク上に薄膜磁気ヘッドを接触させた静止状態から、回転を開始したときに観測される最大吸着係数の結果を示す。曲線Ｌ３１は膜厚５．０ｎｍのＳｉＮ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ３２は膜厚５．０ｎｍのＤＬＣ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ３３は膜厚５．０ｎｍのＤＬＣ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ３４は膜厚５．０ｎｍのＳｉＮ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性をそれぞれ示している。
【００６１】
ＳｉＮ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドは、曲線Ｌ３４と、曲線Ｌ３１、Ｌ３２との対比から明らかなように、ＤＬＣ膜を用いた薄膜磁気ヘッド、及び、ＳｉＮ膜を用いた薄膜磁気ヘッドよりも、著しく低い最大吸着係数を示す。ＤＬＣ／ＣＦ膜を用いた薄膜磁気ヘッドと同程度の最大吸着係数となる。
【００６２】
図８はＣＳＳ（コンタクト．スタート．ストップ）テストの結果を示している。図８のＣＳＳテスト結果は、薄膜磁気ヘッドを接触状態で磁気ディスクを低速回転させた場合の摩擦係数を示す。回転開始から終了までをＣＳＳサイクルとし、２サイクルごとの摩擦係数を評価した。曲線Ｌ４１は膜厚５．０ｎｍのＳｉＮ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ４２は膜厚５．０ｎｍのＤＬＣ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ４３は膜厚５．０ｎｍのＤＬＣ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ４４は膜厚５．０ｎｍのＳｉＮ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドの特性をそれぞれ示している。
【００６３】
ＳｉＮ／ＣＦ膜による保護膜を備えた薄膜磁気ヘッドは、曲線Ｌ４４と、曲線Ｌ４１、Ｌ４２との対比から明らかなように、ＤＬＣ膜を用いた薄膜磁気ヘッド、及び、ＳｉＮ膜を用いた薄膜磁気ヘッドよりも、著しく低い摩擦係数を示し、ＤＬＣ／ＣＦ膜を用いた薄膜磁気ヘッドと同程度の摩擦係数となる。
【００６４】
より具体的には、ＤＬＣ膜よりなる保護膜を有する薄膜磁気ヘッド、及び、ＳｉＮ膜よりなる保護膜を有する薄膜磁気ヘッドでは、２サイクル以降で１５〜２５の摩擦係数を示しているのに対して、ＳｉＮ／ＣＦ膜よりなる保護膜を有する薄膜磁気ヘッドでは４〜７に止まっている。
【００６５】
以上、好適な具体的実施例を参照して本発明を詳説したが、本発明の本質及び範囲から離れることなく、その形態と細部において、種々の変形がなされ得ることは、当業者にとって明らかである。
【００６６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果が得られる。
（ａ）スペーシングロスが小さく、高密度記録に適した保護膜を有する薄膜磁気ヘッド、及び、保護膜形成方法を提供することができる。
（ｂ）密着層を必要とせず、かつ、ＤＬＣと同等かそれを越える機械的強度を有する保護膜を有する薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することができる。
（ｃ）ゴミなどの吸着及びスライダと媒体との吸着を生じにくい薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することができる。
（ｄ）表面摩擦係数が小さい薄膜磁気ヘッド及び保護膜形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの斜視図である。
【図２】図１に図示された薄膜磁気ヘッドの断面図である。
【図３】図１及び図２に示した薄膜磁気ヘッドの一部拡大図である。
【図４】本発明に係る保護膜形成方法の実施に直接使用するＥＣＲスパッタリング装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】Ａｒ+イオンスパッタリング時間（秒）と原子比（％）との関係を示す図である。
【図６】硬度測定結果を示すずである。
【図７】ＣＳＳテストの結果を示す図である。
【図８】ＣＳＳテストの結果を示す図である。
【符号の説明】
１ スライダ
１３、１４ 基体表面
２ 電磁変換素子
４ 保護膜
Claims (2)
- スライダと、少なくとも一つの薄膜電磁変換素子と、保護膜とを含む薄膜磁気ヘッドであって、
前記スライダは、媒体対向面を有しており、
前記薄膜電磁変換素子は、前記スライダ上に設けられており、
前記保護膜は、前記スライダの前記媒体対向面に備えられ、ＳｉＮ膜と、潤滑層とを含んでおり、
前記ＳｉＮ膜は、前記スライダの前記媒体対向面に形成されており、
前記潤滑層は、前記ＳｉＮ膜の表面に形成され、炭素とフッ素の化合物から構成されたＣＦ膜でなり、
前記ＳｉＮ膜と前記ＣＦ膜との間に、前記ＳｉＮ膜及び前記ＣＦ膜の構成原子によって構成された中間層が存在する、
薄膜磁気ヘッド。 - 請求項１に記載された薄膜磁気ヘッドに、前記保護膜を形成する方法であって、
少なくとも前記スライダの媒体対向面に、ＥＣＲスパッタリングによってＳｉＮ膜を形成し、
次に、前記ＳｉＮ膜の表面に、炭素とフッ素の化合物であるＣＦ膜でなる潤滑層を、ＥＣＲスパッタリングによって形成する工程を含み、
前記ＣＦ膜は、前記ＳｉＮ膜と同一のＥＣＲスパッタリング装置によって連続的に成膜する、
保護膜形成方法。
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