JP2006107673A - 磁気ヘッド及びその製造方法、並びにヘッドサスペンションアセンブリ - Google Patents
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Abstract
【課題】 極めて薄い膜厚で、しかも非常に耐久性、耐腐食性に優れる保護膜を備える磁気ヘッドを提供することにある。さらには、このような磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。
【解決手段】 基体と、該基体に形成された磁気ヘッド素子と、磁気記録媒体に対向する側の前記基体の少なくとも一部に形成された保護膜を有し、保護膜は、基体側から、第１のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜と、第２のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜とを順次有して構成されており、第１のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）未満の膜であり、第２のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）以上であるように構成する。
【選択図】 図４
【解決手段】 基体と、該基体に形成された磁気ヘッド素子と、磁気記録媒体に対向する側の前記基体の少なくとも一部に形成された保護膜を有し、保護膜は、基体側から、第１のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜と、第２のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜とを順次有して構成されており、第１のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）未満の膜であり、第２のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）以上であるように構成する。
【選択図】 図４
Description
本発明は、薄くて非常に耐久性、耐腐食性に優れる保護膜を備える磁気ヘッド及びその製造方法、並びにこのような磁気ヘッドを用いたヘッドサスペンションアセンブリに関する。
比較的小型のコンピュータシステムの外部記憶装置の一つとして、磁気ディスク装置がある。
磁気ディスク装置では、小型化及び大容量化を図るべく高記録密度化が進められている。このため、基体と該基体に薄膜技術等により形成された磁気ヘッドが、提供されている。このような磁気ヘッドでは、高記録密度化の要請に応じて、再生用の磁気ヘッド素子として、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）素子、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子、ＴＭＲ（トンネル接合磁気抵抗効果）素子を用いたものが、順次開発されてきており、さらに、ＣＰＰ(Current Perpendicular to Plane)型のＧＭＲ素子が提唱されている。
また、このような再生用磁気ヘッド素子に、さらに記録用磁気ヘッド素子として誘導型磁気変換素子を積層した構造を備える複合型磁気ヘッドも、広く用いられている。
基体と該基体に形成された磁気ヘッド素子とを有する磁気ヘッドでは、磁気ヘッド素子を構成する金属層の端面が磁気記録媒体に対向する側（すなわち、エアベアリング面（air bearing surface、以下「ＡＢＳ」と略す。）側）に現れることから、その金属面の腐食を防止する必要がある。また、ヘッドクラッシュや磁気記録媒体の損傷等を生じにくくするため、ＡＢＳの摺動性を長期に渡り（すなわち、接触回数が増大しても）良好にしておく必要がある。
特に、ＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）タイプの磁気ディスク装置では、駆動の開始時及び終了時にディスク表面に磁気ヘッドのＡＢＳが接触することから、ＡＢＳが長期に渡り高い摺動性（低摩擦性）を持つことが要請される。そこで、従来から、前述した耐腐食性と摺動性を高めるために、ＡＢＳには保護膜が形成され、この保護膜によって磁気ヘッド素子を構成する金属層の端面が覆われている。そして、高記録密度化のため、磁気ヘッド素子を構成する金属層（特に磁性層）の端面と磁気記録媒体の磁性膜との間隔を狭めるべく、前記保護膜が可能な限り薄いことが要請される。
従来の磁気ヘッドでは、前記保護膜は、例えば、シリコン膜又は酸化シリコン膜からなる下地膜とその上に形成されたＤＬＣ膜（Diamond Like Carbon）とからなる２重膜で構成されている（特開平８−２９７８１３号公報、特開平９−９１６２０号公報等）。
ＤＬＣ膜は、鉄又は鉄系合金等の金属膜には付着し難いとされ、金属上に直接有機性の強いＤＬＣ膜を成膜すると密着性に難があるとされていた。このため、シリコン膜又は酸化シリコン膜からなる下地膜が、ＤＬＣ膜を付着させるためのいわば接着層として用いられていた。有機性と無機性の両方を有するシリコン又はシリコン酸化物を下地とすると密着性が向上する。
また、特開２００２−８２１７号公報には、将来的に２０ｎｍ以下の浮上量の要求に対応すべく、５ｎｍ以下の極薄薄膜においても耐摺動性・耐磨耗性・耐食性・耐電圧性・密着性にすぐれた保護膜を提供することを目的として、媒体に対向する表面にＳＰ３結合を７０％以上有する炭素純度９５ａｔｍ％以上の高硬質非結晶質炭素被膜を有し、この膜と基板又はバッファ層（Ｓｉ、ＳｉＣ膜等）との間に５〜５０ａｔｍ％の水素を含有する水素添加非晶質炭素膜を設ける旨の提案がなされている。
しかしながら、特開２００２−８２１７号公報の提案では、性格が全く異なる２層の炭素膜を合わせて用いているために、一時的な効果は発現しても長期間の保護効果（およびショックを与えたときの保護効果）は十分に確保できていない。また、膜の組成構成が複雑であり所望の膜を得るための工程上の制御が難しく膜特性の信頼性にも欠けるという問題がある。
このような実状のもとに本発明は創案されたものであって、その目的は、薄くても長期に亘る耐久性、耐腐食性に優れる保護膜を備える磁気ヘッド及びその製造方法、並びにこのような磁気ヘッドを用いたヘッドサスペンションアセンブリを提供することにある。
このような課題を解決するために、本発明は、基体と、該基体に形成された磁気ヘッド素子と、磁気記録媒体に対向する側の前記基体の少なくとも一部に形成された保護膜を有する磁気ヘッドであって、前記保護膜は、基体側から、第１のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜と、第２のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜とを順次有して構成されており、前記第１のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）未満の膜であり、前記第２のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）以上となるように構成される。
本発明の磁気ヘッドの好ましい態様として、前記基体と前記前記第１のＤＬＣ膜の間にシリコンを主成分とする下地膜が介在されてなるように構成される。
本発明の磁気ヘッドの好ましい態様として、前記シリコンを主成分とする下地膜がケイ素、酸化珪素、窒化珪素、又は炭化珪素からなるように構成される。
本発明の磁気ヘッドの好ましい態様として、前記第１のＤＬＣ膜の膜厚が０．５〜２．０ｎｍであり、前記第２のＤＬＣ膜の膜厚が１．０〜２．０ｎｍであるように構成される。
本発明の磁気ヘッドの好ましい態様として、前記保護膜の表面抵抗が１０7〜１０10Ωであるように構成される。
また、本発明は、基体の上に磁気ヘッド素子を形成する工程と、磁気記録媒体に対向する側の前記基体の面の少なくとも一部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、基体の上にシリコンを主成分とする下地膜を形成し、この下地膜の上に第１のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜をヘッドをグランドに接地、またはフローティングした状態で形成し、この第１のＤＬＣ膜の上に第２のＤＬＣ膜をバイアスを印加しながらカソーディックアーク法により形成し、前記バイアス印加がー２５〜−１５０Ｖの範囲で行われる。
本発明の磁気ヘッドの製造方法の好ましい態様として、前記バイアス印加がー５０〜−１００Ｖの範囲で行われてなるように構成される。
本発明の磁気ヘッドの製造方法の好ましい態様として、前記下地膜を形成する前の前処理として下地膜形成表面を、ＩＢＥ(Ion Beam Etching)法によりクリーニング処理してなるように構成される。
本発明の磁気ヘッドの製造方法の好ましい態様として、前記保護膜は、さらに、前記磁気記録媒体に対向する側の前記磁気ヘッド素子の面における少なくとも金属面にまで伸びて形成される。
また、本発明は、磁気ヘッドと、該磁気ヘッドが先端部付近に搭載され前記磁気ヘッドを支持するサスペンションと、を備え、前記磁気ヘッドは、基体と、該基体に形成された磁気ヘッド素子と、磁気記録媒体に対向する側の前記基体の面の少なくとも一部に形成された保護膜とを有し、前記保護膜は、基体側から、シリコンを主成分とする下地膜と、第１のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜と、第２のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜とを順次有して構成されており、前記第１のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）未満の膜であり、前記第２のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）以上であるように構成される。
本発明の磁気ヘッドは、基体と、該基体に形成された磁気ヘッド素子と、磁気記録媒体に対向する側の前記基体の少なくとも一部に形成された保護膜を有し、前記保護膜は、基体側から、第１のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜と、第２のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜とを順次有して構成されており、前記第１のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）未満の膜であり、前記第２のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）以上であるように構成されているので、特に、長期に亘る耐久性、耐腐食性に関して従来見られなかった極めて優れた効果が発現する。
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
以下、本発明の磁気ヘッド及びその製造方法、並びにヘッドサスペンションアセンブリについて、図面を参照して説明する。
本発明の磁気ヘッド
図１は、本発明の実施の形態による磁気ヘッドを模式的に示す概略斜視図である。図２は、図１に示される磁気ヘッドのＧＭＲ素子２０及び誘導型磁気変換素子３０の部分を模式的に示す拡大断面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ’矢視概略図である。図４は、図２中のＧＭＲ素子２０付近を更に拡大した拡大図である。
図１は、本発明の実施の形態による磁気ヘッドを模式的に示す概略斜視図である。図２は、図１に示される磁気ヘッドのＧＭＲ素子２０及び誘導型磁気変換素子３０の部分を模式的に示す拡大断面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ’矢視概略図である。図４は、図２中のＧＭＲ素子２０付近を更に拡大した拡大図である。
発明の内容の理解を容易にするために、図１〜図４に示されるように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。Ｘ軸方向が磁気記録媒体の移動方向と一致している。
本実施の形態による磁気ヘッドは、図１に示されるように、基体の一態様であるスライダ１００と、再生用磁気ヘッド素子としてのＧＭＲ素子２０と、記録用磁気ヘッド素子としての誘導型磁気変換素子３０と、保護膜４０とを備え、複合型磁気ヘッドとして構成されている。
もっとも、本発明による磁気ヘッドは、例えば、ＧＭＲ素子２０に代えてＴＭＲ素子やＡＭＲ素子などの他の再生用磁気ヘッド素子を備えていてもよいし、再生用磁気ヘッド素子のみ又は記録用磁気ヘッド素子のみを備えていてもよい。また、本実施の形態では、素子２０，３０は、それぞれ１個ずつ設けられているが、その数は何ら限定されるものではない。
スライダ１００は、磁気記録媒体対向面側にレール部１１１，１１２を有し、レール部１１１、１１２の表面がＡＢＳを構成している。図１に示される例では、レール部１１１、１１２の数は２本であるが、これに限定されるものではない。例えば、１〜３本のレール部を有してもよいし、ＡＢＳはレール部を持たない平面であってもよい。また、浮上特性改善等のために、ＡＢＳに種々の幾何学的形状が付されることもある。本発明による磁気ヘッドは、いずれのタイプのスライダを有していてもよい。
本実施の形態では、保護膜４０はレール部１１１，１１２の表面に設けられ、保護膜４０の表面がＡＢＳを構成している。もっとも、保護膜４０は、スライダ１００の磁気記録媒体対向面の全面に設けてもよい。この場合、保護膜４０は、素子２０，３０の磁気記録媒体に対向する側の面の全体も覆っている。すなわち、保護膜４０は、前記磁気記録媒体に対向する側の前記磁気ヘッド素子の面における少なくとも金属面にまで伸びて形成されている。保護膜４０については、後に詳述する。
ＧＭＲ素子２０及び誘導型磁気変換素子３０は、図１に示されるように、レール部１１１、１１２の空気流出端部ＴＲの側に設けられている。記録媒体移動方向は、図中のＸ軸方向と一致しており、磁気記録媒体が高速移動した時に動く空気の流出方向と一致する。空気は流入端部ＬＥから入り、流出端部ＴＲから流出する。スライダ１００の空気流出端部ＴＲの端面には、ＧＭＲ素子２０に接続されたボンディングパッド９５ａ，９５ｂ及び誘導型磁気変換素子３０に接続されたボンディングパッド９５ｃ，９５ｄが設けられている。
ＧＭＲ素子２０及び誘導型磁気変換素子３０は、図２及び図３に示されるように、スライダ１００を構成するセラミック基体１の上に設けられたアンダーコート層２の上に、積層されている。セラミック基体１は、通常、アルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）で構成される。Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣは導電性があるので、アンダーコート層２として、例えばＡｌ２Ｏ３からなる絶縁膜が用いられている。
ＧＭＲ素子２０は、図４に示されるように、非磁性層２１と、この非磁性層２１を挟むように積層された強磁性層２２、軟磁性層２３とを有している。本実施の形態では、ＧＭＲ素子２０は、強磁性層２２の下側に積層された反強磁性層（ピン層）２４を有している。これにより、強磁性層２２は、反強磁性層２４との間の交換結合バイアス磁界によってその磁化方向が所定方向に向くピンド層となっている。一方、軟磁性層２３は、基本的に磁気情報である外部磁場に応答して自由に磁化の向きが変わるフリー層となっている。また、本実施の形態に係るＧＭＲ素子２０は、反強磁性層２４の下側に積層された下地層２５、及び、軟磁性層２３上に積層されたキャップ層（保護層）２６を有している。
図３では模式的に示しているが、軟磁性層２３のＺ軸方向の両側には、磁区制御のためのバイアス磁界を付与するバイアス層（磁区制御層）が形成されている。
強磁性層２２および軟磁性層２３は、それぞれ、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅＣｏ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ又はＦｅＣｏＮｉなどの材料で形成される。非磁性層２１は、例えば、Ｃｕ膜などの材料で形成される。反強磁性層２４は、例えば、ＩｒＭｎ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金又はＰｔＭｎ合金等のＭｎ系材料、あるいは、Ｆｅ２Ｏ３又はＮｉＯ等の酸化物系材料で形成される。下地層２５は、Ｔａ、Ｈｆ又はＮｂ等の材料で形成される。キャップ層２６は、Ｔａ又はＮｂ等の材料で形成される。バイアス層は、例えば、Ｃｏ、ＴｉＷ／ＣｏＰｔ（コバルト白金合金）、ＴｉＷ／ＣｏＣｒＰｔ（コバルトクロム白金合金）などからなる硬磁性材料で形成される。
図２〜図４に示されるように、ＧＭＲ素子２０は、例えばＮｉＦｅなどの磁性材料からなる下部磁気シールド層３及び上部磁気シールド層８との間において、ギャップ層４，７に挟まれて配置されている。下部磁気シールド層３は、アンダーコート層２上に形成されている。
図面には示していないが、ＧＭＲ素子２は、電極層を介して、前記ボンディングパッド９５ａ，９５ｂにそれぞれ電気的に接続されている。
誘導型磁気変換素子３０は、図２及び図３に示されるように、ＧＭＲ素子２０に対する上部磁気シールド層を兼ねている下部磁性層８、上部磁性層１２（１２ａ）、２段構成のコイル層１０,１５、アルミナ等からなるライトギャップ層９、ノボラック樹脂等の有機樹脂で構成された絶縁層１１，１６及びアルミナ等からなる保護層１７などを有している。磁性層８，１２の材質としては、例えば、ＮｉＦｅ又はＦｅＮなどが用いられる。下部磁性層８及び上部磁性層１２の先端部は、微小厚みのアルミナなどのライトギャップ層９を隔てて対向する下部ポール部８ａ及び上部ポール部１２ａとなっており、下部ポール部８ａ及び上部ポール部１２ａにおいて磁気記録媒体に対して情報の書き込みを行なうようになっている。符号１４は絶縁層である。下部磁性層８及び上部磁性層１２は、そのヨーク部が下部ポール部８ａ及び上部ポール部１２ａとは反対側にある結合部１２ｂ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。
絶縁層１１，１６の内部には、ヨーク部の結合部１２ｂのまわりを渦巻状にまわるように、コイル層１０，１５が形成されている。コイル層１０，１５の両端は、ボンディングパッド９５ｃ，９５ｄに導通されている。コイル層１０，１５の巻数及び層数は任意である。また、誘導型磁気変換素子３０の構造も任意でよい。
前述した本発明における保護膜４０は、図１〜図４に示されるように、素子を構成するＡＢＳ側の積層端面及びセラミック基体１のＡＢＳ側の面を覆うように形成されている。この端面には、ＧＭＲ素子２０及び誘導型磁気変換素子３０を構成する磁性金属や、非磁性金属の金属面が現れており、保護膜４０がないと仮定すれば、これらの金属面が露出することになる。
保護膜４０を形成する前に、素地のクリーニング工程、および下地膜成膜工程を設けることが望ましい。クリーニング工程は、通常、スパッタエッチング法にて清浄面が形成される。しかしながら、これではＰＴＲ（Pole Tip Recession)を制御しずらくなるためにクリーニング効果が制限されるので、本発明では、ＩＢＥ(Ion Beam Etching)法によるクリーニング処理を施しておくことが望ましい。ＩＢＥ法ではビームの入射角度を最適化することにより、ＰＴＲを制御しつつ、清浄面を作ることができるというメリットがある。また、清浄面と下地膜との接着性も改善され、本発明のごとく薄い保護膜でもその保護効果が確認されている。
本発明における保護膜４０を形成する前に、保護層４０の下地膜としてシリコンを主成分とする下地膜３９を上記のクリーニング処理された面に形成しておくことが望ましい（下地膜成膜工程の実施）。本発明では、基本的に保護膜としてＤＬＣ膜を用いており、炭素は鉄などの金属との相性が良くないので下地膜の役割も重要になってきている。シリコンを主成分とする下地膜としては、ケイ素、酸化珪素、窒化珪素、炭化珪素を用いることが好ましい。下地膜３９の成膜方法としては、スパッタ法やＩＢＤ（Ion Beam Deposition）法等が用いられ、特に、好ましいのはＩＢＤ法である。ＩＢＤ法により成膜された膜の方が、エネルギーをもって成膜されるので、より緻密になり薄い膜成膜に向いているためである。
このような下地層３９の上に、本発明における保護膜４０が成膜される。本発明における保護膜４０は、基体１（スライダ１００）側から、第１のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜４１と、第２のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜４２とを順次有して構成されている。
第１のＤＬＣ膜４１は、バイアスを印加しない状態でカソーディックアーク法により成膜した膜、すなわち、ヘッドをグランドに接地、またはフローティングしてバイアスを印加しない状態でカソーディックアーク法により成膜した膜である。
このような手法で形成された第１のＤＬＣ膜４１は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）未満、特に、２．７〜３．１（ｇ/ｃｍ3）未満、より好ましくは２．８〜３．０（ｇ/ｃｍ3）の膜物性を有している。炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）以上となると、アンダーコートとしてのクッション効果が無くなり、密着性が落ちるという不都合が生じる。
炭素膜密度は、通常は３０００Å以上の厚みを成膜し、その重さを測定して、密度を計算する。厚みはＡＦＭにて測定して求める。またアコースティック伝播法にて音の伝播速度からその傾向を確認し、密度が所望の方向へ行っているかの確認も行なう。密度が高いと伝播速度が速いので、成膜条件が正当かどうかをダブルチェックする。
炭素膜密度は、通常は３０００Å以上の厚みを成膜し、その重さを測定して、密度を計算する。厚みはＡＦＭにて測定して求める。またアコースティック伝播法にて音の伝播速度からその傾向を確認し、密度が所望の方向へ行っているかの確認も行なう。密度が高いと伝播速度が速いので、成膜条件が正当かどうかをダブルチェックする。
さらに、第１のＤＬＣ膜４１はビッカース硬度で２０から５０ＧＰa、表面電気抵抗で１０E7から１０E10（Ω/ｃｍ）という物性を備えている。
カソーディックアーク法による成膜技術とは、グラファイトのロッドと電極の間で電圧を印加して、アークを発生させ、そのアークのエネルギーにてカーボンをイオン化、蒸発させ電磁コイルの中を通してイオンのみを誘導しながら、基盤に到達させ、成膜する方法である。原料は純粋な炭素を用いるために非常に緻密で高硬度な膜が得られる。
なお、ＤＬＣ保護膜は従来はＣＶＤ法をメインに行なわれてきたが、昨今は薄膜化の要求によりその保護膜効果が疑問視されてきており、例えばＥＣＲ（electron cyclotron resonance）型のプラズマＣＶＤ法では、良好なＤＬＣを得ることは極めて困難である。
本発明における第１のＤＬＣ膜４１の膜厚は、０．５〜２．０ｎｍ、好ましくは、０．７〜１．０ｎｍとされる。この値が０．５ｎｍ未満となると、アンカー層としての機能が無くなり第１のＤＬＣ膜４１を設ける効果が見られないという不都合が生じ、また、この値が２．０ｎｍを超えると、膜全体としての硬度が第１のＤＬＣ膜４１のみに支配される傾向が生じるという不都合がある。
このような第１のＤＬＣ膜４１の上には、第２のＤＬＣ膜４２が形成される。第２のＤＬＣ膜４２は、バイアスを印加しながらカソーディック法アークにより成膜された膜である。バイアス印加は、ー２５〜−１５０Ｖの範囲、好ましくはー５０〜−１００Ｖの範囲とされる。このような手法で形成された第２のＤＬＣ膜４２は、高い硬度を備えている。
このような手法で形成された第２のＤＬＣ膜４２は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）以上、特に、３．１〜３．９（ｇ/ｃｍ3）、より好ましくは３．２〜３．５（ｇ/ｃｍ3）の膜物性を有している。第２のＤＬＣ膜４２の炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）未満となると、密度不足で腐食に対する保護効果が十分に発現しないし、３．９以上では硬すぎて割れるおそれがあるという不都合が生じる。
炭素膜密度は、上述した方法で同じように測定される。
このような第２のＤＬＣ膜４２の膜厚は、１．０〜２．０ｎｍ、好ましくは、１．５〜２．０ｎｍとされる。この値が１．０ｎｍ未満となると、第２のＤＬＣ膜４２を設けた効果が十分にでない（高硬度の特徴が出ない）のでCSSで持たないという不都合が生じ、また、この値が２．０ｎｍを超えると、高密度ヘッドではスペーシングロスとなってしまう。
このようにして、バイアスの印加の有無を考慮した第１のＤＬＣ膜４１および第２のＤＬＣ膜４２を順次積層すること、すなわち、バイアスを印加しない状態で第１のＤＬＣ膜４１をまず成膜した後、次いで、バイアスを印加しながら第２のＤＬＣ膜４２を成膜する。このような２ステップの成膜方法を採択することにより、磁気記録媒体と対向する最表面に硬い第２のＤＬＣ膜４２をストレスを回避しながら成膜することができる。また、ピンホールもその位置が第１および第２のＤＬＣ膜とで重ならない限り、貫通したピンホールとしては存在しないので、より薄い膜であっても保護効果が高まる。また、第２のＤＬＣ膜４２を成膜するに際して、仮に第１のＤＬＣ膜４１にピンホールが存在していても、バイアスは電位の見えているところに集中するので、第１のＤＬＣ膜４１のピンホールから選択的に成膜されてピンホールを補修するという効果も併せ持っている。
なお、前述の２ステップの成膜方法を採択せずに、第１のＤＬＣ膜なしで硬い第２のＤＬＣ膜を直接成膜すると、当該膜中のストレスのために使用中での膜剥離が起こるおそれがあり、保護膜効果が十分とは言えなくなってしまう。
なお、第２のＤＬＣ膜の表面抵抗は、１０7〜１０10Ω、好ましくは、１０E9オーダーの抵抗値（Ω）とされる。原料が炭素のみなので、電気抵抗は原料に依存する。
磁気ヘッドの製造方法
次に、本実施の形態による磁気ヘッドの製造方法の一例について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、製造方法を示すフローチャートである。図６は、ウエハ工程後のバー１１６の切り出し工程を模式的に示す概略斜視図である。
次に、本実施の形態による磁気ヘッドの製造方法の一例について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、製造方法を示すフローチャートである。図６は、ウエハ工程後のバー１１６の切り出し工程を模式的に示す概略斜視図である。
まず、ウエハ工程（ステップＳ１）を行う。すなわち、図６に示されるセラミック基体１となるべきＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ等のウエハ１１５を用意し、薄膜形成技術等を用いて、ウエハ１１５上の多数の磁気ヘッド素子のマトリクス状の形成領域にそれぞれ、前述した各素子を形成するための積層膜及びボンディングパッド９５ａ〜９５ｄなど、保護膜４０以外の要素を形成する。
図６（ａ）は、このウエハ工程を経たウエハ１１５を示している。ただし、図６（ａ）では、ウエハ１１５に形成された要素は省略し、個々の磁気ヘッド素子の領域Ｒのみを示している。
次に、図６（ａ）に示すウエハ１１５を切断して、基体上に複数の磁気ヘッドの部分が一列状に配列された各バー（バー状磁気ヘッド集合体）１１６をダイヤモンドカッター等で切り出す（ステップＳ２）。図７（ｂ）はこのバー１１６を示している。このバー１１６の図６（ｂ）のＸＺ平面に平行な上面はＡＢＳ側の面であり、この面には図２中の各素子を形成する積層膜の端面などが現れ、また、図６（ｂ）中のＹＺ平面に平行で手前に見えている面には図１中のボンディングパッド９５ａ〜９５ｄ等が現れるが、それらの図示は省略している。
次いで、図６（ｂ）に示すバー１１６に対して、スロートハイト、ＭＲハイト等を設定するために、そのＡＢＳ側にラッピング処理（研磨）を施す（ステップＳ３）。この処理では、例えば、バー１１６を固定治具にセットして、定盤に押し当てダイヤモンド砥粒を含む懸濁液を滴下し、定盤を回転してＡＢＳ側の面を研磨する。
次に、バー１１６を洗浄する（ステップＳ４）。この洗浄として、例えば、アルコールなどで油分を拭き取ってもよいし、超音波洗浄等を行ってもよい。もっとも、これらの洗浄処理は、必ずしも必要ではない。
その後、バー１１６のＡＢＳ側の面に対して、直接、保護膜４０を形成してもよい。しかし、保護膜を成膜する前にクリーニング工程（スパッタエッチングやイオンビームエッチング）を設けることが望ましい（ステップＳ５）。さらには、クリーニング工程後に前述したシリコンを主成分とする下地膜を形成する工程を設けることが望ましい。
好ましい態様として下地膜が形成されたバー１１６のＡＢＳ側の面の全体に、前述した保護膜４０を形成する（ステップＳ６）。すなわち、バイアスを印加しない状態で（ヘッドをグランドに接地、またはフローティングしてバイアスを印加しない状態で）カソーディックアーク法により第１のＤＬＣ膜４１成膜した後、バイアスを印加しながらカソーディックアーク法により第２のＤＬＣ膜４２を成膜する。
このような保護膜４０は、後述する実施例の結果からも分かるように、例えば５ｎｍ未満の極めて薄い膜（膜厚１〜５ｎｍ、特に、１〜３ｎｍ、さらには１〜２ｎｍ）であっても従来には見られない極めて優れた耐久性、耐腐食性の効果を発揮する。その理由は明らかではないが、おそらく、物性の異なる第１のＤＬＣ膜４１と第２のＤＬＣ膜４２を順序良く組み合わせることによって、最適な保護膜となり相乗効果が発現し、各単独の膜が本来持つ特性の総和以上の耐久性、耐腐食性の効果が得られるものと考えられる。
本発明においては、基体の上に直接、保護膜４０を形成しても密着性および耐久性に優れた効果を発現する。このため、従来から密着性の改善のために用いられていた下地膜としてのシリコン膜やシリコン酸化膜はあれば好ましい態様となるが、必須のものではない。
ステップＳ７の後に、バー１１６のＡＢＳ側の面のレール１１１，１１２領域以外の領域を選択的にエッチングして、レール１１１，１１２を形成する（ステップＳ７）。最後に、機械加工により切断してバー１１６を個々の磁気ヘッドに分離する（ステップＳ８）。これにより、本実施の形態による磁気ヘッドが完成する。
ヘッドサスペンションアセンブリの実施の形態
図７は、本発明のヘッドサスペンションアセンブリの一例を示したものであり、このものは、磁気記録媒体対向面側から見た概略平面図である。
図７は、本発明のヘッドサスペンションアセンブリの一例を示したものであり、このものは、磁気記録媒体対向面側から見た概略平面図である。
本実施の形態によるヘッドサスペンションアセンブリは、磁気ヘッドと磁気ヘッドが搭載されているスライダ１００を支持するサスペンション７２と、を備えている。磁気ヘッドとしては、前述した実施形態の磁気ヘッド並びにそれらの変形例に係るいずれかの磁気ヘッドが、用いられている。
サスペンション７２は、スライダ１が装着されるフレクシャ７３と、フレクシャ７３を支持しスライダ１に押圧力（荷重）を付与するロードビーム７４と、ベースプレート７５と、を有している。
フレクシャ７３は、図面には示していないが、先端側から基端側にかけて、帯状に延びた薄いステンレス鋼板等からなる基板と、該基板上に形成されたポリイミド層等からなる絶縁層と、該絶縁層上に形成された信号入出力用の４本の導体パターン８１ａ〜８１ｄと、これらの上に形成されたポリイミド層等からなる保護層とを有し構成されている。導体パターン８１ａ〜８１ｄは、フレクシャ７３の長さ方向にほぼその全長に渡って形成されている。
フレクシャ７３の先端部には、平面視で略々コ字状の抜き溝８２が形成されることによりジンバル部８３が構成され、ジンバル部８３にスライダ１００が接着剤等により接合されている。フレクシャ７３には、スライダ１のボンディングパッド９５ａ〜９５ｄ（図１参照）と近接する箇所において、導体パターン８１ａ〜８１ｄの一端部がそれぞれ電気的に接続された４つのボンディングパッドが、それぞれ形成されている。これらのボンディングパッドは、金ボール等により磁気ヘッドのボンディングパッド９５ａ〜９５ｄにそれぞれ電気的に接続されている。また、フレクシャ７３の基端側には、導体パターン８１ａ〜８１ｄの他端部がそれぞれ電気的に接続された外部回路接続用のボンディングパッド８４ａ〜８４ｄが、形成されている。
ロードビーム７４は、比較的厚いステンレス鋼板等によって形成されている。ロードビーム７４は、先端側の平面視で略三角形状の剛性部７４ａと、基端側のベースプレート接合部と、剛性部７４ａと前記接合部との間に位置し磁気ヘッド１のスライダ１００に付与する押圧力を発生させる弾性部７４ｂと、前記接合部から側方に延在しフレクシャ７４の基端側部分を支持する支持部７４ｃと、を有している。
図７において、７４ｄは剛性部７４ａの剛性を高めるための折り曲げ起立部、７４ｅは弾性部７４ｂが発生する押圧力を調整する穴である。ロードビーム７４の剛性部７４ａには、フレクシャ７３が、レーザ溶接等による複数のスポット溶接点９１で固着されている。また、ロードビーム７４の前記接合部には、ベースプレート７５が、複数のスポット溶接点９２で固着されている。フレクシャ７３の基端側部分は、ベースプレート７５から側方にはみ出したロードビーム７４の支持部７４ｃにより、支持されている。
本実施の形態では、磁気ヘッドとして、前述した実施形態の磁気ヘッド並びにそれらの変形例に係るいずれかの磁気ヘッドが、搭載されているので、本実施の形態によるヘッドサスペンションアセンブリを磁気ディスク装置等に用いれば、当該磁気ディスク装置等の高記録密度化及び長寿命化を図ることができる。
以下、具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
（実験例１）
図５中のステップＳ１〜Ｓ３の工程に相当する方法を順次用いて、記録用及び再生用の複合素子が形成されたウエハを、ダイヤモンドカッタで所定の大きさにスライスして、多数のバー状のサンプルバー（前記バー１１６（図６（ｂ））に相当し、かつ同じ構造を持つ多数のバー）を作製した。
図５中のステップＳ１〜Ｓ３の工程に相当する方法を順次用いて、記録用及び再生用の複合素子が形成されたウエハを、ダイヤモンドカッタで所定の大きさにスライスして、多数のバー状のサンプルバー（前記バー１１６（図６（ｂ））に相当し、かつ同じ構造を持つ多数のバー）を作製した。
これらのサンプルバーは、図２〜図４に示されるような多層膜構造が形成されている。主な膜構造は、以下のとおりとした。すなわち、基体１となるべきウエハをＡｌＴｉＣ基板、アンダーコート層２を厚さ５μｍのアルミナ層、下部磁気シールド層３を厚さ２μｍのパーマロイ、ギャップ層４を厚さ０．０５μｍのＴａ層、ＧＭＲ素子２０（詳細な積層構成は下記を参照）、ギャップ層７を厚さ０．０５μｍのＴａ層、上部磁気シールド層（下部磁性層）８を厚さ４μｍのパーマロイ、ライトギャップ層９を厚さ２μｍのＮｉＦｅとした。
上部磁性層１２は、上部磁性層１２の先端部である上部ポール部１２ａの高さが５μｍ、上部ポール部１２ａの幅が０．５μｍとなるように、パーマロイで形成した。保護層１７は、アルミナを用いて、全厚が３０μｍとなるように成膜した。
ＧＭＲ素子２の層構造は次の通りとした。
すなわち、下地層２５は、下記の要領でギャップ層４側から順に積層した積層下地膜とした。具体的には、厚さ３ｎｍのＴａ層、厚さ３ｎｍのパーマロイ層、厚さ２０ｎｍの銅層、及び、厚さ３ｎｍのパーマロイ層からなる積層下地膜とした。反強磁性層２４を厚さ３０ｎｍのＰｔＭｎ層、強磁性層（ピンド層）２２を厚さ１０ｎｍＣｏＦｅ層、非磁性層２１を厚さ１．９ｎｍのＣｕ膜とした。強磁性層（フリー層）２３は、厚さ３ｎｍのパーマロイ膜とした。キャップ層２６は、厚さ５ｎｍのＴａ層とした。
このようなバー状のサンプルバーを固定冶具にセットして、定盤に押し当てダイヤモンド砥粒を含む懸濁液を滴下し、定盤を回転して素子面およびスライダ面を研磨した。所望の研磨量に達したところで冶具より外しサンプルとした。なお、１バーは、５０スライダを有している。
しかる後、サンプルバーの研磨面の上に下記表１に示される要領で下地膜、並びに保護膜としての第１および第２のＤＬＣ膜を成膜したサンプルを作製した。
第１および第２のＤＬＣ膜の主要な成膜条件は、以下のとおり。
アーク電流は３０Ａの条件を用いた。電磁コイルは９Ａを流し、炭素イオンを誘導した。電磁コイルはダブルベンドのものを使用した。ヘッドを載せるトレイは２１０ｍｍφのステンレス製を用い、それに並べた。バイアス電圧はそのトレイに印加した。トレイはユニフォーミティを改善するために回転できる構造となっている。
下記表１に示される各サンプルについて、下記の要領で、（１）第１の腐食テスト、
（２）第２の腐食テスト、（３）ＦＨσ（ｎｍ）および（４）保護膜表面抵抗値の各評価を行った。
（２）第２の腐食テスト、（３）ＦＨσ（ｎｍ）および（４）保護膜表面抵抗値の各評価を行った。
なお、第１および第２のＤＬＣ膜の炭素膜密度も上記の要領で測定して併記した。
（１）第１の腐食テスト
成膜したローバーを硫酸水溶液（ｐＨ＝２）中に５分間浸漬し、腐食したスライダの数をカウントした。なお、腐食しているか否かの判断は、２００倍の光学顕微鏡にて観察した。なお、２バー分用いて、５０×２＝１００個のスライダをサンプル基本数としている。
成膜したローバーを硫酸水溶液（ｐＨ＝２）中に５分間浸漬し、腐食したスライダの数をカウントした。なお、腐食しているか否かの判断は、２００倍の光学顕微鏡にて観察した。なお、２バー分用いて、５０×２＝１００個のスライダをサンプル基本数としている。
（２）第２の腐食テスト
３万回のＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）テストを行った後、このテスト後のサンプルについて、上記第１の腐食テストと同様のテストを行った。１００個のスライダ当たりの腐食スライダ数で表示している。
３万回のＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）テストを行った後、このテスト後のサンプルについて、上記第１の腐食テストと同様のテストを行った。１００個のスライダ当たりの腐食スライダ数で表示している。
第２の腐食テストではバーを個々のヘッドに分離して、分離したヘッドをアセンブリして実験を行った。
なお、ＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）テストは、以下の要領で行った。すなわち、磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置又はその試験器において、当該磁気ヘッドの荷重を２．５ｇとし、磁気記録媒体が停止状態から３秒間で７２００ｒｐｍまで立ち上がらせ、７２００ｒｐｍでの回転状態を３秒間継続した後に３秒間で立ち下がらせて停止させ停止状態を３秒間継続する。この一連のＣＳＳ動作を、１回のＣＳＳ動作とする。このＣＳＳ動作を３万回行う。
（３）ＦＨσ（ｎｍ）
フライングハイトテスター（Phase Co.製）にて、５０スライダ分のヘッドのフライングハイトを測定してその標準偏差値σを求めた。デザインは１４ｎｍのものを使用した（基準ディスクとヘッドのライター部）
フライングハイトテスター（Phase Co.製）にて、５０スライダ分のヘッドのフライングハイトを測定してその標準偏差値σを求めた。デザインは１４ｎｍのものを使用した（基準ディスクとヘッドのライター部）
ＦＨσ（ｎｍ）の値が小さいほど、フライングハイトのバラツキが小さいこととなり好ましい。
（４）保護膜表面抵抗値
アルミナ基板の上に１０ｎｍのＤＬＣ膜（第１及び第２のＤＬＣ膜）をそれぞれ成膜し、金のパッドを１ｃｍ間隔に配置してその間の抵抗を測定した。電圧を１Ｖ、５Ｖ、１０Ｖでそれぞれ測定して、得られた抵抗を平均して求めた。
アルミナ基板の上に１０ｎｍのＤＬＣ膜（第１及び第２のＤＬＣ膜）をそれぞれ成膜し、金のパッドを１ｃｍ間隔に配置してその間の抵抗を測定した。電圧を１Ｖ、５Ｖ、１０Ｖでそれぞれ測定して、得られた抵抗を平均して求めた。
結果を下記表１に示した。
上記の結果より、本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明の磁気ヘッドは、基体と、該基体に形成された磁気ヘッド素子と、磁気記録媒体に対向する側の前記基体の少なくとも一部に形成された保護膜を有し、前記保護膜は、基体側から、第１のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜と、第２のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜とを順次有して構成されており、前記第１のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）未満の膜であり、前記第２のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）以上であるように構成されているので、薄くても、長期に亘る耐久性、耐腐食性に関して極めて優れた効果が発現する。
本発明の磁気ヘッドは、特に、コンピュータに装備して用いられるものであり、情報記録のための装置産業に利用することができる。
２０…ＧＭＲ素子
３０…誘導型磁気変換素子
３９…下地膜
４０…保護膜
４１…第１のＤＬＣ膜
４２…第２のＤＬＣ膜
１００…スライダ
３０…誘導型磁気変換素子
３９…下地膜
４０…保護膜
４１…第１のＤＬＣ膜
４２…第２のＤＬＣ膜
１００…スライダ
Claims (10)
- 基体と、
該基体に形成された磁気ヘッド素子と、
磁気記録媒体に対向する側の前記基体の少なくとも一部に形成された保護膜を有する磁気ヘッドであって、
前記保護膜は、基体側から、第１のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜と、第２のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜とを順次有して構成されており、
前記第１のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）未満の膜であり、
前記第２のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）以上であることを特徴とする磁気ヘッド。 - 前記基体と前記前記第１のＤＬＣ膜の間にシリコンを主成分とする下地膜が介在されてなる請求項１に記載の磁気ヘッド。
- 前記シリコンを主成分とする下地膜がケイ素、酸化珪素、窒化珪素、又は炭化珪素である請求項２に記載の磁気ヘッド。
- 前記第１のＤＬＣ膜の膜厚が０．５〜２．０ｎｍであり、前記第２のＤＬＣ膜の膜厚が１．０〜２．０ｎｍある請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁気ヘッド。
- 前記保護膜の表面抵抗が１０7〜１０10Ωである請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の磁気ヘッド。
- 基体の上に磁気ヘッド素子を形成する工程と、
磁気記録媒体に対向する側の前記基体の面の少なくとも一部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、基体の上にシリコンを主成分とする下地膜を形成し、この下地膜の上に第１のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜をヘッドをグランドに接地、またはフローティングした状態で形成し、この第１のＤＬＣ膜の上に第２のＤＬＣ膜をバイアスを印加しながらカソーディックアーク法により形成し、前記バイアス印加がー２５〜−１５０Ｖの範囲で行われてなることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。 - 前記バイアス印加がー５０〜−１００Ｖの範囲で行われてなる請求項６に記載の磁気ヘッドの製造方法。
- 前記下地膜を形成する前の前処理として下地膜形成表面を、ＩＢＥ(Ion Beam Etching)法によりクリーニング処理してなる請求項６または請求項７に記載の磁気ヘッドの製造方法。
- 前記保護膜は、さらに、前記磁気記録媒体に対向する側の前記磁気ヘッド素子の面における少なくとも金属面にまで伸びて形成される請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の磁気ヘッドの製造方法。
- 磁気ヘッドと、該磁気ヘッドが先端部付近に搭載され前記磁気ヘッドを支持するサスペンションと、を備え、
前記磁気ヘッドは、基体と、該基体に形成された磁気ヘッド素子と、磁気記録媒体に対向する側の前記基体の面の少なくとも一部に形成された保護膜とを有し、
前記保護膜は、基体側から、シリコンを主成分とする下地膜と、第１のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜と、第２のＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜とを順次有して構成されており、
前記第１のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）未満の膜であり、
前記第２のＤＬＣ膜は、その炭素膜密度が３．１（ｇ/ｃｍ3）以上であることを特徴とするヘッドサスペンションアセンブリ。
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