JP2007026506A - 磁気ヘッドスライダの製造方法及び磁気ヘッドスライダ - Google Patents

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Abstract

【課題】極薄膜でありながら腐食耐性、耐摩耗性に優れた浮上面保護膜を備えた磁気ヘッドスライダを提供する。
【解決手段】磁気ヘッドスライダの製造方法は、スライダ浮上面に非晶質珪素膜102と硬質非晶質炭素膜101を積層した浮上面保護膜100を形成する工程と、浮上面の法線方向に対して傾斜させたイオンビームを用いて、前記硬質非晶質炭素膜101の表面領域を除去する工程と、浮上面保護膜100が形成された浮上面にレールを形成する工程とを含む。硬質非晶質炭素膜101のダイヤモンド成分を、45％以上にする必要があり、望ましい範囲は60％〜85％である。前記浮上面保護膜101の一部を除去する工程において、イオンビームの照射角が、磁気ヘッドスライダ浮上面法線から60度以上であり、イオンビームの加速電圧が300Ｖ以下であるとき、高い緻密性及び被覆性を得ることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、巨大磁気抵抗効果型やトンネル磁気抵抗効果型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及び磁気ヘッドスライダに係り、特に腐食耐性、耐摩耗性に優れた浮上面保護膜の形成方法に関する。
近年、磁気ディスク記録再生装置は、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いる。このためには、磁気ヘッドと磁気ディスク間の距離である磁気スペーシングの低減が必須の技術課題となる。しかしながら、磁気ヘッドの浮上量が小さくなると、高速で回転する磁気ディスク面に磁気ヘッドスライダが接触又は衝突する機会が増加する。このため、磁気ヘッドスライダの浮上面に形成する浮上面保護膜は薄くて強靭であることに加え、高い耐摩耗性を有することが必要である。一方で、磁気ヘッドスライダを構成する磁気ヘッド素子部は、磁気記録素子と磁気抵抗素子により構成されているが、それぞれ腐食しやすい磁性材料であるため、浮上面保護膜は前記磁性材料の腐食を防ぐ役割を備えることも必要になってきている。これらの要求を満足するためには、摺動時に塵埃を残さず、かつ耐摩耗性に優れており、また原子密度が高く緻密であり、さらに化学的に安定な薄膜が望まれており、以上の要求をある程度満足することから、現在は非晶質炭素膜と非晶質珪素膜の積層膜が、浮上面保護膜として、用いられている。浮上面保護膜中の炭素膜は化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition: CVD)、イオンビーム蒸着法、レーザーアブレーション蒸着法或いはフィルター付陰極真空アーク放電蒸着法(Filtered Cathodic Vacuum Arc: FCVA)を用いて形成される。非晶質炭素膜は、ダイヤモンド成分とグラファイト成分により構成されるが、前記手法を用いて形成した非晶質炭素膜は、比較的ダイヤモンド成分が多く、従って耐食性、耐摩耗性に優れている。
浮上面保護膜の更なる薄膜化に対して、従来、下記のような問題が知られている。スライダ浮上面に浮上面保護膜を形成する工程の前に、スライダ浮上面を機械的に研磨する工程（ラップ仕上げ）がある。前記機械研磨加工では、ダイヤモンド砥粒を埋め込んだ研磨定盤に対して、スライダ浮上面を押圧摺動させることで、磁気素子高さの制御を行う。しかし、スライダ浮上面は数種類の材料、即ち基板、絶縁膜、磁気ヘッド素子部、保護膜など、により構成されており、夫々が異なった機械的強度を有していることから、機械研磨加工後は夫々の材料により構成される部位の間に段差が生じてしまうという問題がある。スライダ浮上面磁気ヘッド素子部付近の段差が大きい場合は、機械研磨加工後に形成する浮上面保護膜の被覆性が劣化し、十分な耐食性を有する磁気ヘッドを製造することができない。
加えて、CVD、イオンビーム蒸着法、レーザーアブレーション蒸着法又はFCVAを用いて形成した硬質非晶質炭素膜は、膜表面から深さ約0.5nm以上1.5nm以下の領域に、それより深い部分と比較して、ダイヤモンド成分が少なく、原子密度が低い領域(以降、表面グラファイト層と呼ぶ)が存在することが、非特許文献１において報告されている。浮上面保護膜の膜厚が3.0nm以下となるような場合、表面グラファイト層の膜全体に占める割合が増大し、結果として耐食性が減少するという欠点を有する。
前記問題の一部を解決する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１では、磁気ヘッドスライダ浮上面に硬質非晶質炭素膜を形成する工程と、前記硬質非晶質炭素膜の耐摩耗性の低い表面領域を、機械的研磨、又はガスプラズマを照射することで、除去して保護膜を形成する工程とを有する磁気ヘッドスライダの製造方法が開示されている。この磁気ヘッドスライダの製造方法によれば、緻密な内部領域のみを利用することで、耐摩耗性に優れた極薄浮上面保護膜を備えた磁気ヘッドを提供することができる、としている。
H.U. Jager et al,"ta-C deposition simulations: Film properties and time-resolved dynamics of film formation"(Physical Review B 68, 2003, pp. 024201) 特開２０００−９０４２３号公報
しかしながら特許文献１により製造された磁気ヘッドスライダは、硬質非晶質炭素膜の表面領域を除去する工程において、機械的研磨方法を用いた場合、削り取る量の制御が困難で歩留まりが低下する、又はラップ仕上げ中に生じるスクラッチにより被覆性が低下し、結果として耐食性が減少する、という問題が生じる。
また、硬質非晶質炭素膜の表面領域を除去する工程において、ガスプラズマを用いた場合、除去する表面領域以外の内部領域の硬質非晶質炭素膜に損傷を与え密度を低下させ、更に表面の粗化により被覆性を減少させるため、結果として耐食性及び耐摩耗性が減少する、という問題が生じる。
本発明は前記問題を解決するために行われたものであり、極薄膜でありながら腐食耐性、耐摩耗性に優れた浮上面保護膜を備えた磁気ヘッドスライダを提供することを目的とする。
前記浮上面保護膜の一部を除去する手段として、ガスプラズマを用いた場合、前述したように、除去する表面領域以外の内部領域の硬質非晶質炭素膜に損傷を与え緻密性を低下させ、かつ表面の粗化により被覆性を減少させる問題がある。これらは、ガスプラズマ中のイオンは100eV程度以上のエネルギーを持って被処理基板に対して垂直に入射することが原因であることが本発明者の研究により判明した。
最初にガスプラズマが保護膜の密度の減少をもたらす原因を説明する。前述の条件でイオンが硬質非晶質炭素膜に入射した場合、入射イオンは表面から深さ1nm〜2nm程度まで侵入し、熱エネルギーの拡散を通して硬質非晶質炭素膜中のダイヤモンド成分のグラファイト成分への相変化を生じさせ、その結果非晶質炭素膜の密度を低減させる。次に表面の粗化の原因に関して述べる。イオン照射が被処理基板法線方向に対して平行に行われる場合、凸な部分と比較して、凹な部分にイオン照射によるエネルギーが集中し、スパッタリングが生じる。このとき凹な部分がますます削れることから、結果として表面の粗さは増大する。
本発明においては、被処理基板表面法線方向に対して傾斜させたイオンビームを用いて、前記硬質非晶質炭素膜の表面領域を除去することで、前記問題点を解決できることを確認した。イオンビーム照射を被処理基板表面に対して十分に傾けた場合、まずイオンビームの硬質非晶質炭素膜への侵入深さが浅くなり、ダイヤモンド成分からグラファイト成分への相変化を防ぐことができる。又、表面粗さに関しては、表面の凸な部分が優先的に削られるようになるため、処理後の表面粗さは減少する。
本発明は前記のような知見に基づいてなされたものである。すなわち、前記課題を解決するために、本発明の磁気ヘッドの製造方法は、スライダ浮上面に浮上面保護膜を形成する工程と、前記浮上面保護膜の一部を除去する工程とを含んでおり、前記浮上面保護膜の一部を除去する工程が浮上面法線に対して傾斜させたイオンビームにより行われることを特徴とする。
本発明の浮上面保護膜は、硬質非晶質炭素単層膜又は、硬質非晶質炭素膜と珪素を含む密着膜の積層である。腐食耐性、耐摩耗性に優れた浮上面保護膜とするためには、硬質非晶質炭素膜のダイヤモンド成分を、45％以上にする必要があり、望ましい範囲は60％〜85％である。
前記浮上面保護膜の一部を除去する工程において、イオンビームの照射角が、磁気ヘッドスライダ浮上面法線から45度以上90度未満で、イオンビームの加速電圧が300Ｖ以下であるとき、高い緻密性及び被覆性を得ることができる。
本発明の浮上面保護膜は、前記スライダ浮上面に浮上面保護膜を形成する工程において、形成される浮上面保護膜の膜厚が、所望の浮上面保護膜の膜厚より0.5nm以上厚いとき、特に高い緻密性及び被覆性を得ることができる。
前記浮上面保護膜中の硬質非晶質炭素膜は、アーク放電を用いることで、特別にダイヤモンド成分の高い膜を形成することが可能となる。
前記浮上面保護膜の一部を除去する工程において、浮上面保護膜膜厚除去量を観察しながらイオンビーム照射を行うことで、精度良く所望の膜厚の浮上面保護膜を形成することができ、高い歩留まりで磁気ヘッドを製造することができる。具体的には、成膜装置内サンプルホルダー上磁気スライダ近傍に設置した膜厚測定用試料に光を照射し、反射した光の偏光状態から膜厚を解析するエリプソメトリーを利用して膜厚を実時間的に測定することで実現できる。
除去膜厚の測定のためには、前記エリプソメトリーに限らず、イオンビーム照射中のイオンビーム電流を測定する装置を利用することによっても実現できる。
本発明によれば、緻密で被覆性の良い浮上面保護膜を形成することができる。また、極薄膜でありながら腐食耐性、耐摩耗性に優れた浮上面保護膜を備えた磁気ヘッドを提供することができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
＜実施例１＞
図１に、本発明の実施例１による磁気ヘッドの製造方法のプロセスフローを示す。まず、アルミナ・チタン・カーバイドの基材上に形成した磁気ヘッドを、短冊状の磁気ヘッドローバー150として切り出す。その後、磁気ヘッドの素子寸法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、磁気ヘッドローバー150の加工面（浮上面となる）151に対して機械研磨加工を行う。
機械研磨加工工程により磁気ヘッド素子寸法が決定した後に、磁気ヘッドローバー150を浮上面保護膜形成用真空容器中に導入する。真空容器内において、磁気ヘッドローバー150を回転可能な試料台に載置し、基板回転しながら、以下の処理を行う。磁気ヘッドローバー150をイオンビームエッチング処理用の基板位置に移し、その浮上面に対してイオンビームエッチングによるクリーニングを行う。本工程はガスプラズマによるスパッタエッチングを用いることもできる。
次に、磁気ヘッドローバー150を浮上面保護膜密着層102形成用の基板位置に移す。浮上面保護膜密着層102形成用の基板位置の対面にはバイアスを印加可能な珪素ターゲットが設置されている。ここで真空容器中にアルゴンガスの導入に伴い、前記珪素ターゲットにバイアス電圧を印加し、浮上面保護膜密着層102として非晶質珪素膜を0.5nmだけ形成する。浮上面保護膜密着層102を構成する材料は非晶質珪素膜に限らず、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良い。又、成膜方法はスパッタリング法に限らず、熱蒸着法、CVD法であっても良い。
この後、磁気ヘッドローバー150を浮上面保護膜最上層101形成用の基板位置に移す。ここで陰極真空アーク放電蒸着法を用いた硬質非晶質炭素膜からなる浮上面保護膜最上層101を2.5nmだけ形成する。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良い。
次に磁気ヘッドローバー150を再びイオンビームエッチング処理用の基板位置に移し、イオンビームエッチング処理を行う。このときのイオンビームエネルギーは100eV(エレクトロンボルト)でイオン入射角は75度である。イオン種はアルゴンである。イオンビームエネルギーとは、ビーム中のイオンが有する平均的なエネルギーのことである。又、イオン入射角度とは、磁気ヘッドスライダ浮上面の法線に対するイオンビームの入射角度である。この工程で1.5nmの硬質非晶質炭素膜を除去する。
以上の工程を経ることで浮上面保護膜100を形成する工程が終了すると、次に、磁気ヘッドローバー150の加工面151上に浮上面レールを形成する。この工程において、磁気ヘッドローバー150の加工面151を選択的にイオンミリングで加工することで、浮上面を構成する第１面003、第２面004、及び第３面005を形成する。
最後に磁気ヘッドローバー150を機械切断により個々の磁気ヘッドに分離し、磁気ヘッドスライダ001が完成する。
前記保護膜の一部を除去するイオンビーム照射条件は硬質非晶質炭素膜に損傷を与えないような条件であれば、前記の条件に限らない。また本実施例ではアルゴン(Ar)をイオンとして用いたが、硬質非晶質炭素膜に損傷を与えないような条件であれば、ネオン(Ne)、ヘリウム(He)、クリプトン(Kr)又はキセノン(Xe)などの希ガスであっても同等の効果を得られる。又、前記希ガス以外で、酸素、窒素、フッ素、塩素などを含む反応性分子であっても同等の効果を得られる。本実施例においては前記浮上面保護膜100の一部を除去する工程において、エリプソメーターにより膜厚を観察しつつイオンビーム照射を行うことで、除去膜厚のばらつきを低減した。膜厚を制御する手段はエリプソメーターに限らず、イオンビーム電流測定器であっても構わない。又、十分な膜厚制御性を有する場合は、前記膜厚制御手段を用いなくてもよい。
次に本実施例により浮上面保護膜100を形成したときの保護膜の形態を図４を用いて説明する。図１のステップと重複する部分については説明を省略する。図４（３）に示すように、浮上面保護膜最上層101を硬質非晶質炭素膜により形成する際、表面グラファイト層104なる緻密でない層が表面近傍、深さ1.0nm付近まで形成される。図４（４）に示すように、イオンビームにより浮上面保護膜100の一部を除去した後は、表面グラファイト層104が除去され、浮上面保護膜最上層101が緻密となっている。X線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy: XPS)により測定した結果、表面から深さ2nmの領域に存在するダイヤモンド成分は60%程度であった。またAFMによる測定の結果、表面粗さRmaxは0.8nm程度であった。Rmaxは断面曲線から基準長さだけ抜き取った部分の最大高さである。
ここで、図７及び図８を用いて本実施例により製造される磁気ヘッドスライダについて説明する。図７に示す磁気ヘッドスライダ001の基材（スライダ）はアルミナ・チタン・カーバイドであり、磁気ヘッド素子部002はアルミナの保護膜006中に形成されている。しかしながら磁気ヘッドスライダ001の基材及び磁気ヘッド素子部002を包む保護膜006の材料はこれに限らない。磁気ヘッドスライダ001の基材は珪素であってもよく、保護膜006の材料は珪素酸化物などであってもよい。磁気ヘッド素子部002は磁気ヘッドスライダ浮上面において対向する磁気媒体に最も近い面である第１面003上に備えられている。しかしながら、例えば磁気ディスク上に接触停止した場合に粘着力を低減する目的の突起面を第１面003よりも更に磁気ディスクに近い側に形成しても良い。
第１の実施例において、第１面003から第３面005までは実質的に平行平面で、第１面003から第２面004の深さは150nm、第２面004から第３面005の深さは850nmである。第１面003から第２面004までの深さ、及び第２面004から第３面005までの深さはこの限りではない。また本実施例においては３つの異なる高さを持つ面により浮上面が構成されているが、面の数はこの限りではない。
図８は磁気ヘッドスライダ001の一部断面を示す断面模式図である。側壁031は第１面003と第２面004の段差を構成する面であり、側壁032は第２面004と第３面005の段差を構成する面である。本実施例においては、浮上面保護膜100は第１面003上にのみに構成されている。
次に、図４（４）に示す前記浮上面保護膜100の一部を除去するイオンビーム照射工程のイオンビーム照射条件について詳しく説明する。図９はイオンビーム入射角度とイオンビームエネルギーの硬質非晶質炭素膜への損傷を示したグラフである。又図１０はイオンビーム入射角度とイオンビームエネルギーの硬質非晶質炭素膜表面粗さへの影響を示したグラフである。
図９に関して、硬質非晶質炭素膜に損傷を与える条件、即ちダイヤモンド成分を減少させグラファイト成分を増加させる条件をＸで、損傷を与えない条件をＯで示した。ここでダイヤモンド成分はX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy: XPS)を用いて測定した。XPSを用いると炭素1s軌道からの光電子スペクトルから、被測定炭素膜中のダイヤモンド成分とグラファイト成分の比を測定することが出来る。本実施例において、陰極真空アーク放電蒸着法により形成した後の硬質非晶質炭素膜表面2nmのダイヤモンド成分は45%程度であった。図９においてはイオンビーム照射後にダイヤモンド成分が45%以上であればＯ、45%未満であればＸとした。図が示す通りイオンビームエネルギーが高いほど、又イオン入射角が浅いほど硬質非晶質炭素膜に損傷を与えやすいことが分かった。イオンビーム照射によりダイヤモンド成分が減少した硬質非晶質炭素膜の耐食性は減少することが確認されていることから、図中のＯの条件でイオンビーム照射を行うことが望ましい。すなわち、スライダ浮上面に形成した硬質非晶質炭素膜のダイヤモンド成分を増加させる条件として、イオンエネルギーが300eV以下、イオン入射角が50度以上の範囲に囲まれた領域であることが望ましい。
図１０に関して、図が示すとおりイオンビームエネルギーが高いほど、又イオン入射角が浅いほど表面粗さが増加することが確認された。表面粗さは硬質非晶質炭素膜の表面をイオンビーム照射する前、及び後に原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定した。イオンビーム照射前の表面粗さRmaxは1.5nm程度であった。図１０中には、イオンビーム照射後に同一の測定方法で表面を測定し、その結果表面粗さが増加する条件をＸで、同等又は減少する条件をＯで示した。この結果、スライダ浮上面に形成した硬質非晶質炭素膜の表面粗さ(Rmax)を低減させる条件として、イオンエネルギーが500eV以下、イオン入射角が60度以上の範囲に囲まれた領域であることが望ましい。
上述の通り、硬質非晶質炭素膜が所望の特性及び幾何学的形状を満たすためには、図９及び図１０の結果からイオンエネルギーとして25eV以上300eV以下、そのイオン入射角として60度以上90度未満であることが望ましい。特にイオンエネルギー100eV、イオン入射角75度の場合、耐食性に優れた浮上面保護膜100を提供することができる。なお、イオンエネルギーの下限値は硬質非晶質炭素膜がスパッタ加工される値とした。
次に浮上面保護膜100の除去量に関して説明する。図１１は浮上面保護膜100の除去量の硬質非晶質炭素膜表面のダイヤモンド成分への影響について示したものである。また、図１２は浮上面保護膜100の除去量の浮上面保護膜表面粗さRmaxへの影響について示したものである。これらのグラフで示されたデータは、イオン入射角75度、イオンビームエネルギー100eVにおいてイオンビーム照射が行なわれたときのものである。図が示すように除去量の増加に伴い、表面ダイヤモンド成分は増加し、表面粗さRmaxは減少した。特に除去量0.5nmまでに大きな変化が観察された。これらの結果より、浮上面保護膜100の除去量は、0.5nm以上であることきに特に優れた性質を提供することができることが分かる。
ここで、本実施例で使用されたイオンビームエッチング装置について説明する。図１５はイオンビームエッチング装置の構成図である。真空容器200内は排気口201により真空排気され、イオンビーム照射時はガス導入口202によりガスをプラズマ生成室203内に導入する。プラズマ生成室203の周囲にはコイル204が備えられており、RF電源205を用いて高周波電圧をコイル204に印加することで、プラズマ生成室203内にプラズマを生成することができる。プラズマ生成室203と試料加工室206の間には３枚の電極が備えられている。プラズマ生成室203側から第１電極210、第２電極211、及び第３電極212である。これらの電極に適切な電圧を印加することにより、イオンビーム207を照射することが可能となる。被処理磁気ヘッドローバー221はサンプルホルダー220上に設置される。サンプルホルダー220はイオンビーム207の入射方向に対して、傾斜できるような機構になっている。イオンビーム207は被処理試料に対してイオン照射角223において入射する。イオン照射角223はイオンビーム207の入射方向とサンプルホルダー表面の法線222の為す角である。サンプルホルダー220はイオンビーム照射中、その中心を軸として面内回転する。図１５には、イオンビーム処理を行うことができる真空容器を示したが、他のプロセス、炭素膜及び珪素膜形成装置が同一の真空容器内に存在しても構わない。
次に、図１６を用いて、上記のイオンビームエッチング装置の別の形態を説明する。この形態のイオンビームエッチング装置はイオンビーム照射を行っている最中にエッチング量を測定できるように、エリプソメーターが備わっているイオンビーム照射装置である。サンプルホルダー220中心部に膜厚をモニタするための膜厚測定試料244が備え付けられている。光源240から放たれた光243は、窓242を通して真空容器200内に入り、膜厚測定試料244表面で反射して方向を変え、窓242を通って真空容器200から出、光検出器241で検出される。イオンビーム照射を大面積に均一に行うためにサンプルホルダー220が回転できるような機構を有していても構わない。この場合は回転することにより膜厚測定試料244の位置が変化しないように、サンプルホルダー220の中心に付けることで、測定精度を上げることができる。膜厚測定試料244上の膜厚はコンピュータにより逐一膜厚が計算され、RF電源205及び第１電極210、第２電極211及び第３電極212の出力にフィードバックが行われるようになっている。このようなイオンビーム照射装置を用いることで、形成する浮上面保護膜の膜厚精度を向上させることができる。
次に図１７を用いてさらに別の形態のイオンビームエッチング装置に関して説明する。このイオンビームエッチング装置は、イオンビーム照射を行っている最中に、エッチング量を測定できるようイオンビーム電流量が測定できるようになっているイオンビーム照射装置である。イオンビーム電流測定装置250がサンプルホルダー220の近傍に備え付けられている。イオンビーム照射時にイオンビーム207の一部はイオンビーム電流測定装置250に衝突し、衝突により生じた電荷は導線251を伝わり電流計252において測定される。イオンビーム電流測定装置250はイオンビーム207の照射範囲の中に設置される。イオンビーム電流測定装置250における電流値と被処理試料221でのエッチング量の相関は予めとられている。ここでイオンビーム電流測定装置250はサンプルホルダー220の近傍に設置されたが、サンプルホルダー220上に存在しても構わない。電流計252により計測された電流量はコンピュータにより積算され、その結果はRF電源20５及び第１電極210、第２電極211及び第３電極212の出力にフィードバックされるようになっている。本イオンビーム照射装置を用いることで、形成する浮上面保護膜の膜厚精度を向上させることができる。
＜比較例１＞
上記実施例１による磁気ヘッドスライダの製造方法と比較される比較例１の磁気ヘッドの製造方法について、図５を用いて説明する。実施例１と重複する部分は省略する。比較例１によれば、浮上面保護膜100形成用真空容器に導入された磁気ヘッドローバー150に対して、まず浮上面イオンビームエッチングを行い、次いで浮上面保護膜密着層102として非晶質珪素膜を0.5nmだけ形成し、最後に浮上面保護膜最上層101として陰極真空アーク放電蒸着法を用いて硬質非晶質炭素膜を1.0nmだけ形成した。浮上面保護膜100は、その表面に表面グラファイト層104を有する。XPSによりダイヤモンド成分の測定を行なった結果、45%程度であった。またAFMによる測定の結果、表面粗さRmaxは1.5nmであった。又、XPSを用いて浮上面保護膜中に含まれるHe、Ne、Ar、Kr、Xeなどの希ガスの量を測定したところ、表面から深さ1nmの領域において２原子%以下であった。
＜比較例２＞
次に上記実施例１による磁気ヘッドの製造方法と比較される比較例２の磁気ヘッドスライダの製造方法について、図６を用いて説明する。実施例１と重複する部分は説明を省略する。比較例２において、浮上面イオンビームエッチングを行った後、浮上面保護膜密着層102として0.5nmの非晶質珪素膜の形成を行い、浮上面保護膜最上層101として2.5nmの硬質非晶質炭素膜の形成を行った。浮上面保護膜最上層101形成後、真空容器中にアルゴンガスを導入し、容器内の真空度が10mTorr程度になるように制御した。次いで、磁気ヘッドローバー150を載置した試料台に30Wのラジオ周波数電圧の印加を行いガスプラズマを発生させ、浮上面保護膜100を1.5nm除去した。このとき試料台の直流バイアスは−150V程度であった。
比較例２において形成された浮上面保護膜100は、ガスプラズマ中のアルゴンイオンが浮上面法線方向に平行に入射してくることで、その表面に表面ダメージ層105が形成されている。XPSによりダイヤモンド成分の測定を行った結果、30〜35%程度であった。またAFMによる測定の結果、表面粗さRmaxは1.8nmであった。
＜比較例３＞
次に比較例３の磁気ヘッドスライダの製造方法について、図６を用いて説明する。比較例３では、比較例２とは異なり、浮上面保護膜100の一部を除去するとき、ガスプラズマではなく、機械研磨加工を用いる。浮上面保護膜最上層101形成後、磁気ヘッドローバー150を真空容器外に取り出し、機械研磨加工用の冶具に取り付ける。そして、ダイヤモンド砥粒を埋め込んだ回転定盤を用いて、磁気ヘッドローバー150の浮上面保護膜100を1.5nm除去した。比較例３により形成された浮上面保護膜100は、回転定盤上のダイヤモンド砥粒により浮上面保護膜100表面にスクラッチが生じていた。XPSによりダイヤモンド成分の測定を行なった結果、30〜35%程度であった。またAFMによる測定の結果、表面粗さRmaxは2.8nmであった。
＜実施例２＞
実施例２による磁気ヘッドスライダの製造方法を図２を用いて説明する。実施例１による磁気ヘッドスライダの製造方法と重複する部分の説明は省略する。実施例２は、実施例１と比較して、磁気ヘッドスライダ製造工程において保護膜を２回形成することを特徴とする。機械研磨加工後の磁気ヘッドローバー150に工程保護膜110を形成するのである。工程保護膜110とはスライダレール形成工程中に磁気ヘッド素子部を腐食から防ぐために用いられる保護膜である。本実施例においては、浮上面保護膜100はスライダレール形成後、工程保護膜110を除去した後に形成される。
図２を用いて実施例２を詳細に説明する。磁気ヘッド機械研磨後、まず真空装置内で加工面151に対してイオンビームエッチングによるクリーニングを行う。次いで珪素からなる工程保護膜密着層を2.0nm形成し、その後、陰極真空アーク蒸着法で硬質非晶質炭素膜を10.0nm形成することで工程保護膜110の形成を行う。工程保護膜110は密着層と硬質非晶質炭素膜の積層に限らず、珪素又はその窒化物、酸化物、酸窒化物を用いた単層膜を用いることもできる。
工程保護膜110の形成後、磁気ヘッドローバー150を真空容器から取り出し、浮上面レール形成を行う。浮上面レール形成が完了すると、磁気ヘッドローバー150を浮上面保護膜100を形成するため、浮上面保護膜形成用真空容器に導入する。
保護膜形成用真空容器内では、まず工程保護膜110の剥離を行う。工程保護膜110の剥離は、最初に酸素イオンで硬質非晶質炭素膜を除去し、次いでアルゴンイオンにより非晶質珪素膜を除去することにより行われる。ここでは12.0nmの工程保護膜が用いられているが、除去量は14.0nmになるように設定した。本除去工程における除去量は、工程保護膜110の膜厚が十分に除去できる条件であれば、幾らであってもかまわない。又、除去方法に関しても、工程保護膜110の膜厚が十分に除去できる条件であれば、前記方法に限らない。
工程保護膜110の除去に次いで、図４に示したように浮上面保護膜100を形成した。まず、膜厚0.5nmの浮上面保護膜密着層102を形成した。浮上面保護膜密着層102は、スライダレール形成工程により形成した第１面003、第２面004、第３面005の３面すべて、及び側壁031及び側壁032上に形成した。
次いで、陰極真空アーク蒸着法を用いて膜厚2.5nmの浮上面保護膜最上層101を形成した。浮上面保護膜密着層102と同様に、浮上面保護膜最上層101もスライダレール形成工程により形成した第１面003、第２面004、第３面005の３面すべて、及び側壁031及び側壁032上に形成した。このとき、実施例１と同様に、浮上面最上層101中に緻密でない表面グラファイト層104が同時に形成される。
この後、磁気ヘッドローバー加工面151に対してイオンエネルギー100eV、イオン入射角度70度においてイオンビーム照射を行った。アルゴンイオンを用いた。イオンビーム照射は第１面003上の浮上面保護膜100の膜厚が1.5nmになるまで行った。このとき第１面003、第２面004及び第３面005に対してイオン入射角は70度であるが、側壁031及び側壁032に対しては20度である。このため側壁031及び側壁032上の浮上面保護膜100には多量の入射イオンが注入され残留する。
イオンビーム照射により浮上面保護膜100の一部を除去する工程が終了すると、磁気ヘッドローバー150を真空容器から取り出し、洗浄などを経た後、機械的に切断し、磁気ヘッドスライダ001が完成する。なお、本実施例おいては、工程保護膜110の除去及び浮上面保護膜100の形成は同一の真空容器内で行ったが、複数の真空容器を用いてもかまわない。
上記実施例２により製造された磁気ヘッドスライダの断面模式図を図１３に示す。実施例１による磁気ヘッドスライダと重複する部分の説明は省略する。浮上面保護膜100は第１面003、第２面004、及び第３面005、並びに側壁031及び側壁032上に形成されている。このとき第１面003、第２面004、及び第３面005上の浮上面保護膜100の膜厚は1.5nmであり、側壁031及び側壁032上の浮上面保護膜100の膜厚は1.0nmであった。
オージェ電子分光法(AES)を用いて磁気ヘッドスライダの浮上面を観察したところ、側壁031及び側壁032上の浮上面保護膜には、アルゴンが表面から深さ1.0nmまでの領域に７原子%存在していることが確認された。これに対して第１面003、第２面004及び第３面005上の浮上面保護膜100中には２原子%程度のアルゴンが存在することが確認された。これは、浮上面保護膜100を形成後その一部を除去する工程において用いられたアルゴンイオンビームによるものであると考えられる。イオンビーム入射角度が浮上面法線に対して70度になるようにイオン照射を行ったが、側壁031及び側壁032の面の法線に対しては、入射角度が20度であるため、より多くのアルゴンイオンが注入されたのだと考えられる。
上記浮上面保護膜100の一部を除去する工程で用いるイオン種はアルゴンに限らず、ネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノンなどの元素であっても良い。このようにして作製した磁気ヘッドスライダは、側壁031及び側壁032上の浮上面保護膜100の表面から深さ1.0nmまでの領域にアルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノンなどの元素が５原子%以上存在することを確認した。
＜実施例３＞
実施例３による磁気ヘッドスライダの製造方法を説明する。実施例３による磁気ヘッドスライダの製造方法は、実施例２で説明した磁気ヘッドスライダの製造方法と同じく、磁気ヘッドスライダの製造工程において、保護膜形成を２回行うことを特徴とする。実施例３は、実施例２と比較して、浮上面保護膜100の形成工程における、イオンビーム照射により浮上面保護膜100の一部を除去する工程のみが異なる。
イオンビームエネルギー100eV、イオン入射角度85度においてイオンビーム照射を行った。イオンビーム照射は第１面003上の浮上面保護膜100の膜厚が1.5nmになるまで行った。このとき第１面003、第２面004及び第３面005に対してイオン入射角は85度であるが、側壁031及び側壁032に対しては５度となる。イオンビームのエッチングレートは側壁031及び側壁032上において速く、第１面003、第２面004及び第３面005上において遅い。本実施例においては、イオンビーム照射終了後、側壁031及び側壁032上に保護膜は残留しなかった。
実施例３により製造された磁気ヘッドスライダの断面模式図を図１４に示す。浮上面保護膜100は、第１面003、第２面004、及び第３面005上に形成されている。第１面003、第２面004、第３面005上の浮上面保護膜100の膜厚は1.5nmであった。実施例２とは異なり側壁031及び側壁032上には浮上面保護膜100は形成されていない。
＜実施例４＞
図３を用いて実施例４による磁気ヘッドスライダの製造方法を説明する。この磁気ヘッドスライダの製造方法は、前記実施例１から実施例３で説明した磁気ヘッドスライダの製造方法と異なり、磁気ヘッドローバー150を切断し、単品の磁気ヘッドスライダ001にした後、スライダレール形成を行うものである。まず磁気ヘッドローバー150を切断し、その後磁気ヘッドスライダ001の形状で機械研磨加工を行う。その後、前記実施例１で説明した保護膜形成工程、スライダレール形成工程を経て磁気ヘッドスライダ001を製造する。
以上の各実施例及びその比較例により得られた磁気ヘッドスライダ対して耐食試験を行い、その比較結果を図１８に示した。温度85度、湿度85％の環境下で100時間保持する高温高湿試験を行った。高温高湿試験後の磁気抵抗素子の抵抗変化が生じた磁気ヘッドスライダが試験投入磁気ヘッドスライダの５％以下であるとき、磁気ヘッドスライダは高温高湿環境下で十分な耐食性を有すると判断することができる。図１８にそれぞれの磁気ヘッドスライダの高温高湿試験結果を示した。
図１８に示す通り、本発明の各実施例によれば硬質な表面層を得ることができ、保護膜膜厚1.5nmにおいて十分な耐食性を有する磁気ヘッドスライダを提供することができる。これに対して比較例においては、表面にグラファイト層又はダメージ層が形成され保護膜膜厚1.5nmにおいて十分な耐食性を得ることができない。
以上説明したように、本発明の各実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法によれば、浮上面保護膜を形成する工程と、浮上面保護膜を浮上面法線に対して傾斜させたイオンビーム照射により一部除去する工程を含むことによって、緻密で被覆性の良い浮上面保護膜を形成することができる。そして、その結果として極薄膜でありながら耐食性を改善した磁気ヘッドスライダを得ることができる。また、磁気ヘッドスライダの浮上面保護膜の膜厚を低減することができることから、ヘッドとディスク間の距離を低減して記録密度向上を達成すると同時に、磁気記録再生の信頼性を向上させることができる。
実施例１の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図である。 実施例２の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図である。 実施例４の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図である。 実施例１の浮上面保護膜形成のプロセスフローを示す図である。 比較例１の浮上面保護膜形成のプロセスフローを示す図である。 比較例２及び３の浮上面保護膜形成のプロセスフローを示す図である。 本発明が適用される磁気ヘッドスライダの俯瞰図である。 図７の磁気ヘッドスライダの一部断面模式図である。 イオン照射が硬質非晶質炭素膜に与える損傷と、イオンエネルギー及びイオン入射角度の関係を示すグラフである。 イオン照射が硬質非晶質炭素膜の表面粗さに与える影響と、イオンエネルギー及びイオン入射角度の関係を示すグラフである。 硬質非晶質炭素膜の表面ダイヤモンド成分の、イオンビームエッチングによる除去量に対する依存性を示すグラフである。 硬質非晶質炭素膜の表面粗さの、イオンビームエッチングによる除去量に対する依存性を示すグラフである。 実施例２の磁気ヘッドスライダの一部断面模式図である。 実施例３の磁気ヘッドスライダの一部断面模式図である。 本発明の磁気ヘッドスライダの製造方法に用いられるイオンビーム照射装置を示す概略図である。 本発明の磁気ヘッドスライダの製造方法に用いられる他のイオンビーム照射装置を示す概略図である。 本発明の磁気ヘッドスライダの製造方法に用いられるさらに他のイオンビーム照射装置を示す概略図である。 実施例１〜４及び比較例１〜３に対して耐食試験を行った結果を示す図である。
符号の説明
001…磁気ヘッドスライダ、002…磁気ヘッド素子部、003…第１面、004…第２面、005…第３面、006…アルミナ膜、020…空気流出端、031…側壁、032…側壁、100…浮上面保護膜、101…浮上面保護膜最上層、102…浮上面保護膜密着層、103…基板（スライダ）、104…表面グラファイト層、105…ダメージ層、150…磁気ヘッドローバー、151…加工面（浮上面）、200…真空容器、201…排気口、202…ガス導入口、203…プラズマ生成室、204…コイル、205…RF電源、206…試料加工室、207…イオンビーム、210…第１電極、211…第２電極、212…第３電極、220…サンプルホルダー、221…被処理磁気ヘッドローバー、222…被処理表面法線、223…イオン入射角、240…光源、241…光検出器、242…窓、243…光、244…膜厚測定用試料、250…電流測定装置、251…導線、252…電流計。

Claims (16)

  1. スライダ浮上面に浮上面保護膜を形成する工程と、スライダ浮上面の法線に対して傾斜させたイオンビームを照射することにより前記浮上面保護膜の一部を除去する工程と、前記浮上面保護膜が形成されたスライダ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。
  2. 前記浮上面保護膜を形成する工程は、硬質非晶質炭素膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
  3. 前記浮上面保護膜を形成する工程は、非晶質珪素膜を形成する工程と、該非晶質珪素膜に硬質非晶質炭素膜を積層する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
  4. 前記イオンビームのイオンエネルギーが、300eV以下25eV以上であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
  5. 前記イオンビームの傾斜角が、前記スライダ浮上面の法線に対して60度以上90度未満であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
  6. 前記浮上面保護膜の一部を除去する工程において、除去する膜厚が0.5nm以上であることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
  7. 前記浮上面保護膜を形成する工程において、前記硬質非晶質炭素膜は、アーク放電を用いて形成することを特徴とする、請求項２記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
  8. 前記浮上面保護膜を形成する工程において、前記非晶質珪素膜はスパッタリングにより形成し、前記硬質非晶質炭素膜はアーク放電を用いて形成することを特徴とする請求項３記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
  9. 前記浮上面保護膜を形成する工程と前記浮上面保護膜の一部を除去する工程は、磁気ヘッドローバーの状態で実施され、前記レールを形成する工程の後、前記磁気ヘッドローバーを個々の磁気ヘッドスライダに分離する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
  10. 前記浮上面保護膜の一部を除去する工程において、前記スライダ浮上面近傍に設置された膜厚測定用試料に光を照射し、前記膜厚測定用試料で反射した光の偏光状態から試料表面の膜厚を解析するエリプソメトリーをイオンビーム照射中に行うことで、除去膜厚を制御することを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
  11. 前記浮上面保護膜の一部を除去する工程において、前記スライダ浮上面近傍に設置されたイオンビーム電流測定装置により、イオンビーム照射中にイオンビーム電流量を測定することで、除去膜厚を制御することを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
  12. スライダ浮上面に工程保護膜を形成する工程と、前記工程保護膜が形成されたスライダ浮上面にレールを形成する工程と、前記工程保護膜を除去する工程と、前記工程保護膜が除去されたスライダ浮上面に浮上面保護膜を形成する工程と、スライダ浮上面の法線に対して傾斜させたイオンビームを照射することにより前記浮上面保護膜の一部を除去する工程と、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。
  13. 前記工程保護膜及び前記浮上面保護膜は、硬質非晶質炭素膜単層または非晶質珪素膜と硬質非晶質炭素膜の積層であることを特徴とする請求項１２記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
  14. スライダ浮上面が複数の平行平面により形成されている磁気ヘッドスライダであって、前記複数の平行平面上の二つ以上の面に浮上面保護膜が形成されおり、前記浮上面保護膜が形成されている二つの平面の間の段差を構成する側壁上の浮上面保護膜中に、Ar, He, Ne, Kr, Xeからなる群の一つ以上の元素が深さ1nmの領域において５原子％以上存在することを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
  15. スライダ浮上面が複数の平行平面により形成されている磁気ヘッドスライダであって、前記複数の平行平面上の二つ以上の面に浮上面保護膜が形成されており、前記浮上面保護膜が形成されている二つの平面間の段差を構成する側壁上には浮上面保護膜が存在しないことを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
  16. レールが設けられた浮上面を有し該浮上面に浮上面保護膜を有するスライダと、該スライダの空気流入端に設けられた磁気ヘッド素子部とを有し、前記浮上面保護膜が硬質非晶質炭素膜単層または非晶質珪素膜と硬質非晶質炭素膜の積層であり、前記硬質非晶質炭素膜のダイヤモンド成分が45％以上であり、前記硬質非晶質炭素膜の表面粗さがRmax 0.8nm以下であることを特徴とする磁気ヘッドスライダ。
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