JP2008052840A - 磁気ヘッドスライダの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ローバーあるいは磁気ヘッドスライダの浮上面研磨加工後に、ドライエッチングを行うと、研磨加工時の塑性流動による導電性スメアを除去することは可能であるが、磁気抵抗効果膜の中間層の端面に損傷領域が形成され、出力の低下或いは絶縁耐圧の低下などの問題が発生する。
【解決手段】ローバー50あるいは磁気ヘッドスライダ10の浮上面機械研磨後に、導電性スメアを除去するためにイオンビーム照射によるクリーニングを行い、イオンビーム照射により磁気抵抗効果膜5の中間層14の端面に形成されている損傷領域14aを回復させるために酸素曝露を行い、この後、浮上面保護膜7,8を形成し、続いてレール加工を行う。ローバーに対して上記処理を行った場合は、ローバーを切断して個々の磁気ヘッドスライダに分離する。
【選択図】図1
【解決手段】ローバー50あるいは磁気ヘッドスライダ10の浮上面機械研磨後に、導電性スメアを除去するためにイオンビーム照射によるクリーニングを行い、イオンビーム照射により磁気抵抗効果膜5の中間層14の端面に形成されている損傷領域14aを回復させるために酸素曝露を行い、この後、浮上面保護膜7,8を形成し、続いてレール加工を行う。ローバーに対して上記処理を行った場合は、ローバーを切断して個々の磁気ヘッドスライダに分離する。
【選択図】図1
Description
本発明は、巨大磁気抵抗効果型(GMR: Giant Magneto-Resistive)やトンネル磁気抵抗効果型(TMR: Tunneling Magneto-Resistive)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に関するものである。
近年、磁気記録再生装置は、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おり、この傾向に伴って高感度・高出力の磁気ヘッドが要求されてきている。この要求に応えるために、高出力が得られるGMR膜を用いた磁気ヘッドが開発され、更に改良を加え、現在に至っている。しかしながら、GMR膜を用いた磁気ヘッドでも1cm2あたり9.3x109ビットより大きな記録密度に対しては出力不足になることが懸念されるため、GMR膜の次の世代の磁気抵抗効果膜として、トンネル磁気抵抗効果(TMR)膜、あるいはGMRの積層面を貫くように電流を流すCPP (Current Perpendicular to the Plane) GMR膜を用いた磁気ヘッドの研究開発が行われている。
GMR膜を用いた磁気ヘッドと、TMR膜やCPP-GMR膜を用いた磁気ヘッドでは構造が大きく異なる。前者の場合には、GMR膜からなる磁気抵抗効果膜の膜面内方向にセンス電流を流すCIP (Current Into the Plane)構造であり、センス電流を供給する電極はこれら磁気抵抗効果膜の両脇に設けられる。一方、後者の場合には、TMR膜やCPP-GMR膜からなる磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流すCPP構造であるため、センス電流を供給する電極はこれらの磁気抵抗効果膜に積層するように設けられることになる。
CPP構造の磁気ヘッドにおいて、電極である上部磁気シールドと下部磁気シールドを短絡させる経路が存在すると、これがセンス電流の短絡回路となるため、磁気ヘッドの再生出力が減少するという問題が生じる。特に、磁気抵抗効果膜中の中間層(トンネルバリア層、電流狭窄層)を横断して、短絡回路が形成されたとき、再生出力の減少は顕著となる。
短絡回路が形成される可能性がある場所は、主に(1)磁気抵抗効果膜の、磁気記録媒体対向面の一部を形成する、積層面に垂直な端面、及び(2)磁気抵抗効果膜の、素子高さ方向及びトラック幅方向に形成されたリフィル膜と接触する端面、の2箇所である。
上記(2)の短絡回路は、磁気抵抗効果膜の素子高さを形成する工程及び、トラック幅を形成する工程において、形成される。この工程ではArイオンビームエッチング法などにより不要な領域を除去するが、このとき除去された被エッチング物が磁気抵抗効果膜側壁に付着する再付着という現象が生じる。この被エッチング物は金属の積層膜であり、導電性であることから、短絡回路となりうる。この再付着によるセンス電流のリークを防止する方法として、特許文献1には、エッチング後に再付着物を酸化することによって、短絡回路を防ぐ方法が開示されている。
上記(1)の短絡回路は、磁気ヘッドスライダの浮上面研磨加工工程において、微細なダイヤモンド砥粒を埋め込んだ定盤を用いて、磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面を研磨する際に発生することが知られている。浮上面研磨加工工程では、硬質粒子の研削作用及び塑性流動作用によって、加工面を機械的に研削し平滑化するが、塑性流動作用によって磁気シールド層、磁気抵抗効果膜、或いは磁区制御膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面において、それらを形成する金属元素が、塑性流動することによってスメアが形成される。このスメアは金属により構成されているため導電性であり、センス電流に対する短絡回路となる。スメアによる短絡を防止する方法として、特許文献2には、機械研磨加工により生じる加工変質層、特に磁気抵抗効果膜を横断するスメアを、機械研磨処理後のプラズマ、イオンなどを用いたドライエッチングにより除去する方法が開示されている。
上記(1)の短絡回路の除去方法に関しては、前記ドライエッチングによる方法以外にも、上記(2)の短絡回路の除去に用いられた特許文献1に記載されている方法を、磁気記録媒体対向面に対して行い、磁気記録媒体対向面に酸化膜を形成することによっても達成出来る。
特許文献3には、高温環境下に置かれてもその前後での磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を低減し、高温環境に対する特性の安定性を高めるためであるが、浮上面保護膜形成工程で、大気、イオンビーム、オゾンなどを用いて前記磁気記録媒体対向面に酸化膜を形成する方法が記述されている。
磁気ヘッドスライダの浮上面研磨加工後に、ドライエッチングを行うと、研磨加工時の塑性流動によるスメアを除去することは可能であるが、磁気抵抗効果膜、磁区制御膜、リフィル膜又は磁気シールド膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面に形成される損傷領域により、出力の低下或いは絶縁耐圧の低下などの問題が発生する。損傷領域とは、ドライエッチングによる膜性質の変性、又は近接する膜との元素の相互拡散などにより、磁気抵抗効果膜、磁区制御膜、リフィル膜又は磁気シールド膜の磁気記録媒体対向面の一部に短絡回路又は磁気的不感層が形成されている領域のことである。特に、TMR膜のトンネルバリア層、CPP-GMR膜の電流狭窄層が損傷すると、TMR膜、CPP-GMR膜の磁気抵抗効果が減少し、出力の低下が顕著になる。
一方、磁気記録媒体対向面に、オゾン曝露、大気曝露、酸素イオンビーム照射により酸化膜を形成した場合は、前記損傷領域が除去される場合もある。しかしながら、磁気ヘッドの磁気記録媒体対向面に形成された酸化膜では十分な耐食性を維持できないことから、酸化膜形成後、更に浮上面保護膜を形成する必要があり、結果として酸化膜の膜厚分だけ実効的磁気スペーシングが増加し、磁気ヘッドスライダとして浮上させた際の、読み込み及び書き込み分解能が低下する。
また、磁気記録媒体対向面に損傷領域が形成されないことを目的として、ドライエッチング工程を用いない場合は、機械研磨加工で形成される導電性スメアの除去を行うことが出来ないため、再生出力は著しく低下する。
上記のような問題により、現状では高記録密度を実現する磁気ヘッドを、高い歩留まりで製造する方法は実現できていない。
本発明は斯かる問題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁気ヘッドスライダの磁気記録媒体対向面における短絡回路の形成を防止すると同時に、磁気ヘッドスライダの磁気記録媒体対向面に実効的磁気スペーシングの増加をもたらす顕著な膜厚の酸化膜を形成させないことにより、高記録密度を実現する磁気ヘッドスライダを高歩留まりで製造する方法を提供することである。
本発明は斯かる問題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁気ヘッドスライダの磁気記録媒体対向面における短絡回路の形成を防止すると同時に、磁気ヘッドスライダの磁気記録媒体対向面に実効的磁気スペーシングの増加をもたらす顕著な膜厚の酸化膜を形成させないことにより、高記録密度を実現する磁気ヘッドスライダを高歩留まりで製造する方法を提供することである。
本発明においては、ローバーあるいは磁気ヘッドスライダに対する浮上面機械研磨加工より後で行われる、真空容器内で浮上面保護膜を形成する工程において、機械研磨加工で形成された導電性スメアを除去するための、磁気記録媒体対向面をイオンビーム或いはガスプラズマを用いてドライエッチングする工程に続いて、真空容器内に適量の酸素を含むガスの導入を行うことで、磁気記録媒体対向面に顕著な膜厚の酸化膜を形成することなく、前記ドライエッチング工程により磁気ヘッド素子の磁気記録媒体対向面の一部に形成された損傷領域の回復を行い、しかる後に浮上面保護膜を形成することで、前記問題を解決するものである。
本発明によれば、磁気抵抗効果膜、リフィル膜、磁区制御膜又は磁気シールド膜の磁気媒体対向面の一部を形成する端面に、歩留まり低下の原因となる損傷領域を有することなく、かつ顕著な膜厚の酸化膜が存在しない磁気ヘッドスライダを製造することが出来る。また、歩留まりの高い磁気ヘッドの製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法を説明する。
まず、図2を参照して本発明に係る磁気ヘッドスライダの構成を説明する。図2(a)はウェハから切り出されたローバーの斜視図である。図2(b)はローバーを切断して分離された磁気ヘッドスライダの斜視図であり、図2(c)は図2(b)のA−A線断面図である。ローバー50は、約50個の磁気ヘッド素子が連結したものであり、長さLは約50mm、厚さtは約0.3mmである。磁気ヘッドスライダ10は、スライダ20とヘッド素子部30とを有し、ヘッド素子部30に磁気ヘッド素子40が形成されている。磁気ヘッドスライダ10の浮上面には、浮上レール22と、浅溝レール24と、深溝26が形成されている。磁気ヘッド素子40は、図2(c)に示すように、セラミック材からなるスライダ20の端面に、絶縁膜28を介して積層された再生素子1と記録素子42から構成されている。再生素子1、下部磁気シールド膜4、TMR膜あるいはCPP-GMR膜などの磁気抵抗効果膜5、上部磁気シールド膜3から構成されている。記録素子42は、上部磁気シールド膜3の上に形成された絶縁分離膜32の上に積層されたインダクティブ型素子であり、下部磁性膜44、コイル46、上部磁性膜48から構成されている。記録素子42の上部は、絶縁保護膜34で覆われている。
まず、図2を参照して本発明に係る磁気ヘッドスライダの構成を説明する。図2(a)はウェハから切り出されたローバーの斜視図である。図2(b)はローバーを切断して分離された磁気ヘッドスライダの斜視図であり、図2(c)は図2(b)のA−A線断面図である。ローバー50は、約50個の磁気ヘッド素子が連結したものであり、長さLは約50mm、厚さtは約0.3mmである。磁気ヘッドスライダ10は、スライダ20とヘッド素子部30とを有し、ヘッド素子部30に磁気ヘッド素子40が形成されている。磁気ヘッドスライダ10の浮上面には、浮上レール22と、浅溝レール24と、深溝26が形成されている。磁気ヘッド素子40は、図2(c)に示すように、セラミック材からなるスライダ20の端面に、絶縁膜28を介して積層された再生素子1と記録素子42から構成されている。再生素子1、下部磁気シールド膜4、TMR膜あるいはCPP-GMR膜などの磁気抵抗効果膜5、上部磁気シールド膜3から構成されている。記録素子42は、上部磁気シールド膜3の上に形成された絶縁分離膜32の上に積層されたインダクティブ型素子であり、下部磁性膜44、コイル46、上部磁性膜48から構成されている。記録素子42の上部は、絶縁保護膜34で覆われている。
次に、図3及び図4を用いて、TMR膜やCPP-GMR膜からなる磁気抵抗効果膜を用いたCPP構造の再生素子の基本的な構造を説明する。図3はCPP構造の再生素子の媒体対向面を示す図である。図3中のX軸、Y軸、Z軸は、それぞれトラック幅方向、素子高さ方向、磁気抵抗効果膜の積層膜厚方向を示している。図4は図3のa−a線断面であり、素子高さ方向の断面図である。図4において、X軸、Y軸、Z軸は、それぞれ図3に示すX軸、Y軸、Z軸と同一軸を示す。再生素子1は上部磁気シールド膜3と下部磁気シールド膜4の間に、磁気抵抗効果膜5が設けられ、磁気抵抗効果膜5の両脇にはリフィル膜6と磁区制御膜2が設けられている。図4の右側が、磁気記録媒体対向面9となる。磁気記録媒体対向面9には、珪素からなる浮上面保護膜密着層7と硬質非晶質炭素からなる浮上面保護膜最上層8が設けられている。
図4に示したCPP構造の再生素子の磁気抵抗効果膜の積層構造の詳細を図5に示す。CPP構造の再生素子1では、センス電流は上部磁気シールド膜3と下部磁気シールド膜4の間を磁気抵抗効果膜5の積層面に垂直に流れるようになっている。磁気抵抗効果膜5は、図5に示すように、下部磁気シールド膜4及び上部磁気シールド膜3に挟まれた、下部金属膜11、反強磁性層12、固定層13、中間層14、自由層15、上部金属膜16により構成されている。下部金属膜11はTa、Ru、Ni-Fe系合金、あるいはこれらの積層膜を用い、反強磁性層12はPt-Mn系合金、Mn-Ir系合金などの反強磁性膜、あるいはCo-Pt系合金やCo-Cr-Pt系合金などの硬磁性膜を用いる。硬磁性膜として、反平行結合した高保磁力膜、いわゆるセルフピンを用いてもよい。また、固定層13及び自由層15は、Ni-Fe系合金、Co-Fe系合金、Co-Ni-Fe系合金、マグネタイトやホイスラー合金などの高分極率材料、及びこれらの積層膜を用いることが出来る。また、1nm以下のスペーサー層を介して強磁性層を積層させた多層膜を用いてもよい。中間層14は、TMR膜を用いる場合にはトンネルバリア層であり、具体的には、Al、Mg、Si、Zr、Ti、これらの混合物の酸化物或いはこれらの酸化物の積層体であり、CPP-GMR膜を用いる場合には導電層或いは電流狭窄層を有する導電層であり、具体的には、Al、Cu、Ag、Au、或いはこれらの混合物や積層体の他、これらの一部を部分的に酸化、窒化などによって電流狭窄を行う層などを挿入してもよい。上部金属膜16はTa、Ru、Ni-Fe系合金、あるいはこれらの積層膜を用いてもよい。下部磁気シールド膜4及び上部磁気シールド膜3には、Ni-Fe系合金が用いられる。
なお、磁気抵抗効果膜5の積層構造は上記の例に限らず、例えば下部磁気シールド膜4上に、下部金属膜、自由層、中間層、固定層、反強磁性層、上部金属膜、そして上部磁気シールド膜3の順に積層する構造でも構わない。
次に、図1を用いて、本発明の第1の実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法を説明する。第1の実施例では、再生素子1の磁気抵抗効果膜5としてTMR膜を用い、トンネルバリア層14には酸化マグネシウムを用いた。まず、工程101において、アルミナ・チタン・カーバイドの基材(ウェハ)上に、磁気ヘッド素子40を複数形成する。次に、工程102において、ウェハをダイシングソーにより短冊状のローバー50として切り出す。その後、工程103において、磁気ヘッド素子40の素子高さ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、ローバー50の磁気ヘッドスライダの浮上面となる面(以下、単に浮上面という)に対して機械研磨加工を行う。このときTMR膜5の磁気記録媒体対向面9の一部を構成する端面の近傍に、機械研磨加工中の塑性流動により導電性スメアが形成される。
機械研磨加工工程103が終了した後、前記ローバー50の加工面に浮上面保護膜を形成するため、ローバーを真空容器内に搬入するが、まず工程104において、浮上面に対して、アルゴンイオンビーム照射によるクリーニングを行い、導電性スメルを除去する。イオンはアルゴン以外に、ネオン、ヘリウム、クリプトン、又はキセノンなどの希ガスであっても構わない。イオン入射エネルギーは300eVであり、イオン入射角度は磁気記録媒体対向面法線から75度であり、イオンビーム電流は300mAであり、照射時間は60秒である。但し、この条件は、前述の機械研磨加工において形成された塑性流動層による導電性スメアを除去することができれば、変更しても構わない。このイオンビーム照射によるクリーニングにおいて、TMR膜5中のトンネルバリア層14の、磁気記録媒体対向面9の一部を構成する端面近傍に、図6に示すような、損傷領域14aが形成される。なお、本クリーニング工程では、ガスプラズマによるスパッタエッチングを用いても構わない。
前記損傷領域14aを透過型電子顕微鏡で観察したところ、トンネルバリア層14を形成する酸化マグネシウムの酸素が一部欠損している領域、近接する金属層から金属元素が拡散している領域、又は酸化マグネシウムの結晶性が領域14bと比較して変質している領域であることが確認された。酸素が欠損している領域は、金属マグネシウムとなっているため、短絡回路を形成することになる。金属元素が拡散している領域も、同様に、短絡回路を形成することになる。又、酸化マグネシウムの結晶性が変化している領域は、トンネル磁気抵抗効果が結晶性に依存していることから、磁気抵抗効果が劣化することになる。
クリーニング工程に次いで、工程105において損傷領域14aの回復処理を行う。具体的には、真空容器内に酸素を含むガスを導入する。酸素ガスの流量は質量流量計で調整され、その流量は5sccmである。酸素導入時に真空容器内の酸素分圧は、5 x 10-3 Pa程度である。酸素導入開始から指定の時間経過後に酸素の導入を停止する。酸素曝露時間などの曝露条件に関しては後述する。この酸素曝露により、酸化マグネシウムの酸素が欠損している領域には、再び酸素が注入されて酸化マグネシウムが復活し、金属元素が拡散している領域は、該金属元素が酸化物になることによって、短絡回路が除去され、当初の絶縁特性を示すようになる。又、酸化マグネシウムに関しては、酸素曝露により結晶性が回復することによって、当初のトンネル磁気抵抗効果を回復することになる。
酸素の供給方法は上記の例に限られるものではなく、例えば、磁気記録媒体対向面に直接照射されないようにシャッターで遮蔽した状態で、酸素イオンビーム照射を一定時間行っても前記の処理と同様の効果を得ることができる。シャッターで遮蔽されている場合、高エネルギーで直接、磁気記録媒体対向面に衝突するイオンを除去することが可能であり、回り込んで磁気記録媒体対向面に達するラジカルの量も無視できるため、実際は酸素分子のみによる曝露効果を利用できるからである。
次いで、工程106において、例えば珪素からなる浮上面保護膜密着層7をスパッタリング法により膜厚0.5nmだけ形成する。浮上面保護膜密着層7の材料は珪素に限らず、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構わない。又、成膜方法はスパッタリング法に限らず、イオンビーム蒸着法、熱蒸着法、CVD法であっても構わない。又、十分な耐食性及び耐摩耗性を有する限りは、珪素膜厚は特に限定するものではない。浮上面保護膜密着層7の形成に先立ち、磁気記録媒体対向面9をシャッターにより遮蔽して、珪素膜が形成されないような状態に保持し、スパッタリングターゲットである珪素表面をアルゴンプラズマによるスパッタリングを行う。この工程は、酸素導入によりスパッタリングターゲットである珪素表面に形成された酸化膜を除去する目的で行われるものであるが、省略することも可能である。十分な時間スパッタリングターゲットである珪素表面酸化膜をスパッタリングした後に、磁気記録媒体対向面9を遮蔽していたシャッターを開放し、浮上面保護膜密着層7の形成を行う。
浮上面保護膜密着層7の形成後に、硬質非晶質炭素からなる膜厚1.0nmの浮上面保護膜最上層8を、陰極真空アーク蒸着法を用いて形成する。この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構わない。十分な耐食性及び耐摩耗性を有する限りは、浮上面保護膜最上層8の材料は硬質非晶質炭素に限らず、炭素、ホウ素、珪素、アルミニウム、及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物であっても構わない。又浮上面保護膜最上層8形成後に、この浮上面保護膜最上層8に対して何らかの表面処理を行っても構わない。浮上面保護膜最上層8を形成した後、ローバーは真空容器から取り出される。
次いで、レール加工工程107において、浮上面保護膜を形成した浮上面に、フォトレジストマスクを用いたイオンミリングを2回行うことにより、浮上レール22、浅溝レール24、深溝26を形成する。
次いで、ローバー切断工程108において、ローバー50をダイシングソーにより磁気ヘッド素子40ごとに切断し、図2(b)に示すような磁気ヘッドスライダ1に分離する。
次に、酸素曝露による損傷領域の回復工程105の曝露条件について詳しく説明する。図7は、酸素曝露時間を横軸に、縦軸に、46at.% Ni - 54at.% Fe膜上に形成される酸化膜の膜厚をとったものである。酸素曝露は、酸素流量5sccm、真空容器中の酸素分圧5 x 10-3 Paで行った。図7によると、曝露時間の増加に伴い、酸化膜厚は増加する。しかしながら、その増加の様子は一様ではない。曝露初期において酸化膜厚は薄く成長速度も小さい。ある一定の時間経過後、成長速度が増加し、1nm以上3nm以下で飽和する。又、酸素分圧が大きいほど、成長速度は大きくなる。これは酸素分圧が大きいほど、単位面積に単位時間当たりに衝突する酸素分子の個数が増加するからである。したがって、酸素分圧と曝露時間の積が一定のとき、サンプル表面に衝突する酸素分子の数は一定となるので、その酸化程度は等しくなる。
図7で示した46at.% Ni 54at.% Fe膜表面に形成された酸化膜厚は、透過型電子顕微鏡を用いて測定した。透過型電子顕微鏡を用いて、図8に示すような素子高さ方向yの断面を観察したときに、酸化膜厚を測定することが可能になる。酸化膜厚の測定方法は、もちろん透過型電子顕微鏡に限らない。オージェ電子分光法、エックス線光電子分光法、二次イオン質量分析を用いても、酸化膜厚を測定することは可能である。
酸素分圧と曝露時間を規定せずに酸素曝露を行った場合、特に曝露時間が長すぎると、図8に示すように、トンネルバリア層14の損傷領域14aは回復するが、トンネルバリア層14の上下の金属膜の端面が酸化して酸化膜が形成されることになる。具体的には、下部磁気シールド膜4の端面には、下部磁気シールド膜4の酸化膜4aが形成され、下部金属層11の端面には、下部金属層11の酸化膜11aが形成され、反強磁性層12の端面には、反強磁性層層12の酸化膜12aが形成され、固定層13の端面には、固定層13の酸化膜13aが形成され、自由層15の端面には、自由層15の酸化膜15aが形成され、上部金属層16の端面には、上部金属層16の酸化膜16aが形成され、上部磁気シールド膜3の端面には、上部磁気シールド膜3の酸化膜3aが形成されている。図8中には記載されていないが、磁区制御膜の端面にも酸化膜が形成されている。この場合には、前述のとおり、酸化膜の膜厚分だけ実効的磁気スペーシングが増加することになる。
上記第1の実施例による磁気ヘッドの製造方法により、酸素分圧5 x 10-3 Paで、曝露時間を変化させて、磁気ヘッドスライダを製造した。試験例1は酸素曝露時間が90秒、試験例2は50秒、試験例3は1秒、試験例4は180秒、試験例5は600秒とした。
また、上記試験例1〜5と比較するために、下記、比較例1〜5の製造方法による磁気ヘッドスライダも作製した。
<比較例1>
比較例1は、酸素曝露処理を伴わない製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器に搬入し、イオンビーム照射によるクリーニングを行った後、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、イオンビーム照射によるクリーニング、及び浮上面保護膜の形成は、それぞれ第1の実施例と同一の条件で行った。比較例1の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、図6に示すように、トンネルバリア層14の磁気記録媒体対向面9に、イオンビームによる損傷領域14aが形成されている。この損傷領域14aを透過型電子顕微鏡で観察したところ、トンネルバリア層14を形成する酸化マグネシウムの酸素が一部欠損している領域、近接する金属層から金属元素が拡散している領域、又は酸化マグネシウムの結晶性が後部領域14bと比較して、変質している領域が確認された。
<比較例2>
次に比較例2を説明する。比較例2は酸素イオンビームを用いた酸化処理を伴う製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、イオンビームの入射角度が磁気記録媒体対向面法線に対して75度になるように傾けて、加速電圧100V、イオンビーム電流300mA、照射時間40秒において、酸素イオンビームによるクリーニングを行った後、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、及び浮上面保護膜形成は、それぞれ第1の実施例と同一の条件で行った。
比較例2の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、図8に示すように、トンネルバリア層14の損傷領域14aは回復しているが、トンネルバリア層14の上下の金属膜の端面が酸化して酸化膜が形成されていた。したがって、酸化膜の膜厚分だけ実効的磁気スペーシングが増加することになる。
<比較例3>
比較例3はオゾン曝露による磁気記録媒体対向面酸化処理を伴う製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、イオンビーム照射によるクリーニングを行い、真空容器内にオゾンを導入して磁気記録媒体対向面を曝露した後、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、イオンビーム照射によるクリーニング、及び浮上面保護膜形成は、それぞれ第1の実施例と同一の条件で行った。比較例3の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、比較例2で製造した磁気ヘッドスライダと同じく、図8に示すように、磁気記録媒体対向面9に、酸化膜が形成されていた。
<比較例4>
次に比較例4を説明する。比較例4は浮上面大気曝露処理を伴う製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、イオンビーム照射によるクリーニングを行い、真空容器から取り出し、磁気記録媒体対向面を大気に曝露した後、再び真空容器内に導入し、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、イオンビーム照射によるクリーニング、浮上面保護膜形成は、それぞれ第1の実施例と同一の条件で行った。
比較例4の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、比較例2で製造した磁気ヘッドスライダと同じく、図8に示すように、磁気記録媒体対向面9に、酸化膜が形成されていた。
<比較例5>
次に比較例5を説明する。比較例5は、イオンビーム照射による磁気記録媒体対向面クリーニングを伴わない製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、酸素ガスを用いて磁気記録媒体対向面を曝露し、浮上面保護膜を形成した。比較例5の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、磁気抵抗効果膜5の磁気記録媒体対向面9の一部を形成する端面に、導電性スメアが形成されていた。
また、上記試験例1〜5と比較するために、下記、比較例1〜5の製造方法による磁気ヘッドスライダも作製した。
<比較例1>
比較例1は、酸素曝露処理を伴わない製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器に搬入し、イオンビーム照射によるクリーニングを行った後、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、イオンビーム照射によるクリーニング、及び浮上面保護膜の形成は、それぞれ第1の実施例と同一の条件で行った。比較例1の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、図6に示すように、トンネルバリア層14の磁気記録媒体対向面9に、イオンビームによる損傷領域14aが形成されている。この損傷領域14aを透過型電子顕微鏡で観察したところ、トンネルバリア層14を形成する酸化マグネシウムの酸素が一部欠損している領域、近接する金属層から金属元素が拡散している領域、又は酸化マグネシウムの結晶性が後部領域14bと比較して、変質している領域が確認された。
<比較例2>
次に比較例2を説明する。比較例2は酸素イオンビームを用いた酸化処理を伴う製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、イオンビームの入射角度が磁気記録媒体対向面法線に対して75度になるように傾けて、加速電圧100V、イオンビーム電流300mA、照射時間40秒において、酸素イオンビームによるクリーニングを行った後、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、及び浮上面保護膜形成は、それぞれ第1の実施例と同一の条件で行った。
比較例2の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、図8に示すように、トンネルバリア層14の損傷領域14aは回復しているが、トンネルバリア層14の上下の金属膜の端面が酸化して酸化膜が形成されていた。したがって、酸化膜の膜厚分だけ実効的磁気スペーシングが増加することになる。
<比較例3>
比較例3はオゾン曝露による磁気記録媒体対向面酸化処理を伴う製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、イオンビーム照射によるクリーニングを行い、真空容器内にオゾンを導入して磁気記録媒体対向面を曝露した後、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、イオンビーム照射によるクリーニング、及び浮上面保護膜形成は、それぞれ第1の実施例と同一の条件で行った。比較例3の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、比較例2で製造した磁気ヘッドスライダと同じく、図8に示すように、磁気記録媒体対向面9に、酸化膜が形成されていた。
<比較例4>
次に比較例4を説明する。比較例4は浮上面大気曝露処理を伴う製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、イオンビーム照射によるクリーニングを行い、真空容器から取り出し、磁気記録媒体対向面を大気に曝露した後、再び真空容器内に導入し、浮上面保護膜を形成した。機械研磨加工、イオンビーム照射によるクリーニング、浮上面保護膜形成は、それぞれ第1の実施例と同一の条件で行った。
比較例4の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、比較例2で製造した磁気ヘッドスライダと同じく、図8に示すように、磁気記録媒体対向面9に、酸化膜が形成されていた。
<比較例5>
次に比較例5を説明する。比較例5は、イオンビーム照射による磁気記録媒体対向面クリーニングを伴わない製造方法である。機械研磨加工を行った後、真空容器内に導入し、酸素ガスを用いて磁気記録媒体対向面を曝露し、浮上面保護膜を形成した。比較例5の方法により製造された磁気ヘッドスライダは、磁気抵抗効果膜5の磁気記録媒体対向面9の一部を形成する端面に、導電性スメアが形成されていた。
上記の試験例及びその比較例に対して、磁気ヘッドスライダのSN比及び分解能の測定を行った。比較結果を図9に示す。SN比は、再生出力をノイズで除することにより求めた。再生出力は、磁気ヘッドスライダを浮上させていない状態で、再生素子に一定電流を流しながら、素子高さ方向に140 Oe(11.2 kA/m)の磁場を加えたときの抵抗値の変化から計算した。ノイズは、再生素子に一定電流を流したときの、抵抗値の読み取り値の変化から求めた。浮上させていない状態で測定することで、磁気ヘッド素子起因の再生出力の変化及びノイズの変化を評価することができる。分解能は、磁気ヘッドスライダを磁気記録媒体上で浮上させたときの信号強度に関して、高周波数で測定した信号強度を低周波数で測定した信号強度で除することで求めた。分解能は磁気スペーシングが小さいほど大きくなるため、磁気スペーシングの過多を評価する良い手法となる。
比較例1の方法により製造された磁気ヘッドスライダのSN比及び分解能を基準とし、改善された場合を正、劣化した場合を負で図9に表記した。又総合的な判断として、比較例1より、分解能及びSN比の双方において改善が確認されたプロセスを合格(〇)とし、少なくとも一方の特性が劣化するプロセスを不合格(×)とした。
図9に示すとおり、比較例2〜4によれば、酸素イオンビーム照射、オゾン処理、大気曝露の何れの手段を用いたときも、SN比の増加を確認することが出来た。しかしながら、酸化処理により磁気記録媒体対向面に顕著な膜厚の酸化膜が形成されているので、酸化膜が実効的磁気スペーシングの増加となり分解能の劣化が確認された。これに対して、試験例1〜試験例5によれば、酸化膜成長に寄与しないように酸素曝露処理が行われているので、分解能の劣化を伴わずにSN比を増加させることができていることが確認された。
図9に示すとおり、比較例2〜4によれば、酸素イオンビーム照射、オゾン処理、大気曝露の何れの手段を用いたときも、SN比の増加を確認することが出来た。しかしながら、酸化処理により磁気記録媒体対向面に顕著な膜厚の酸化膜が形成されているので、酸化膜が実効的磁気スペーシングの増加となり分解能の劣化が確認された。これに対して、試験例1〜試験例5によれば、酸化膜成長に寄与しないように酸素曝露処理が行われているので、分解能の劣化を伴わずにSN比を増加させることができていることが確認された。
なお、酸素曝露によるSN比の増加効果は、磁気抵抗効果膜への酸素分子の衝突回数に依存するため、酸素分圧が10 x 10-3Paの場合は、酸素曝露時間300秒において、酸素分圧5 x 10-3 Paでの酸素曝露時間600秒と同等のSN比回復効果が得られる。
したがって、酸素曝露量は、酸素曝露を1秒より長い時間処理することによりSN比を増加させることができ、酸素分圧5 x 10-3、曝露時間600秒程度以上で分解能の顕著な劣化が生じることから、酸素分圧x曝露時間が、0.005 Pa・秒より大きく、3 Pa・秒以下であることが望ましい。
したがって、酸素曝露量は、酸素曝露を1秒より長い時間処理することによりSN比を増加させることができ、酸素分圧5 x 10-3、曝露時間600秒程度以上で分解能の顕著な劣化が生じることから、酸素分圧x曝露時間が、0.005 Pa・秒より大きく、3 Pa・秒以下であることが望ましい。
以上説明したように、浮上面機械研磨後の、イオンビーム照射によるクリーニング後の酸素暴露において、適切な酸素曝露量を選択することで、分解能の劣化を伴わずにSN比を増加させることができる。したがって、高記録密度を実現する磁気ヘッドスライダを高歩留まりで製造することが可能となる。
なお、上記第1の実施例では、ウェハから切り出したローバーに対して、浮上面機械研磨加工、イオンビーム照射による浮上面クリーニング、酸素暴露による損傷領域の回復、浮上面保護膜形成を行ったが、ウェハから切り出したローバーを、磁気ヘッド素子ごとに切断して磁気ヘッドスライダに分離し、分離した磁気ヘッドスライダに対して上記の処理を施すようにしても良い。この場合でも、第1の実施例と同様の効果が得られる。
次に、本発明の第2の実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法を説明する。第2の実施例は、磁気ヘッドスライダの製造工程において、少なくとも2回以上の浮上面保護膜形成工程を含むことを特徴とする。
図10に、2回の浮上面保護膜形成工程を含む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。本プロセスでは、浮上面機械研磨加工後のローバーあるいは磁気ヘッドスライダは、まず真空容器内に導入され、機械研磨加工により形成された導電性スメアの除去を行うための、第1のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニングを行い、その後に第1の浮上面保護膜を形成する。このとき磁気抵抗効果膜、リフィル膜、磁区制御膜又は磁気シールド膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面には、第1のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニング工程により形成された損傷領域が存在する。第1の浮上面保護膜を形成した後のローバーあるいは磁気ヘッドスライダには、スライダレールの形成が行われる。
図10に、2回の浮上面保護膜形成工程を含む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。本プロセスでは、浮上面機械研磨加工後のローバーあるいは磁気ヘッドスライダは、まず真空容器内に導入され、機械研磨加工により形成された導電性スメアの除去を行うための、第1のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニングを行い、その後に第1の浮上面保護膜を形成する。このとき磁気抵抗効果膜、リフィル膜、磁区制御膜又は磁気シールド膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面には、第1のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニング工程により形成された損傷領域が存在する。第1の浮上面保護膜を形成した後のローバーあるいは磁気ヘッドスライダには、スライダレールの形成が行われる。
スライダレールの形成が行われた後、再びローバーあるいは磁気ヘッドスライダは真空容器内に導入される。このとき、ローバーあるいは磁気ヘッドスライダに対して、まず、第1の浮上面保護膜の除去が行われる。除去は酸素プラズマを用いて行われる。除去の方法はこの限りではなく、プラズマではなくイオンビーム照射を用いても構わないし、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンなどの他の希ガスや、酸素、窒素などの反応性ガスを用いても構わない。また前記のガスや方法の複数の組み合わせを用いても構わない。
第1の浮上面保護膜の除去後、同一の真空容器内において引き続き、第2のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニングを行う。このイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニングは、前記第1の浮上面保護膜の除去工程における除去残渣物を完全に取り除くこと、また磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面近傍の形状を調整する目的で行われる。前記第1の浮上面保護膜の除去工程において、十分な除去が行われており、かつ磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面近傍の形状の調整が不必要な場合は、この工程は無くても構わない。
この時点で、第1のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニング工程により磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面に形成された損傷領域は除去され、代わって新たに、第1の浮上面保護膜の除去工程、或いは第2のイオンビームによる磁気記録媒体対向面クリーニング工程により、磁気抵抗効果膜、リフィル膜、磁区制御膜、又は磁気シールド膜の磁気媒体対向面の一部を形成する端面に損傷領域が形成される。
ここで酸素曝露による回復処理が行われる。酸素曝露は第1の実施例と同じ条件で行われ、曝露時間は90秒である。この処理により前記損傷領域は回復する。酸素曝露による回復工程の後、第2の浮上面保護膜を形成する。上記処理をローバーに対して行った場合には、この後、ローバーを磁気ヘッド素子ごとに切断し、個々の磁気ヘッドスライダに分離する。
上記第2の実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法によっても、磁気抵抗効果膜、リフィル膜、磁区制御膜、又は磁気シールド膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面に存在する損傷領域を回復することができることから、第1の実施例と同様に、分解能の劣化を伴わずにSN比を増加させることができる。したがって、高記録密度を実現する磁気ヘッドスライダを高歩留まりで製造することが可能となる。
第2の実施例による磁気ヘッドスライダの製造方法のように、磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面が、複数回のイオンビーム照射に曝されるとき、その最後のイオンビーム照射の直後に酸素曝露による回復処理を行うことによって、磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面に損傷領域の無い磁気ヘッドスライダを製造することができる。
なお、上記各実施例では、磁気抵抗効果膜として、中間層がトンネルバリア層であるTMR膜を用いたが、中間層が電流狭窄層であるCPP-GMR膜を用いたものでも上記実施例と同様の効果が得られる。CPP-GMR膜の場合には、イオンビーム照射により高抵抗である電流狭窄層を縦断するように損傷領域が形成され、その損傷領域は短絡回路として、或いは磁気的な不感領域として働き、結果としてSN比を減少させる。上記のとおり、磁気記録媒体対向面に対するイオンビーム照射直後の回復処理は、損傷領域を除去することができるため、電流狭窄層を有するCPP-GMR膜を用いた磁気ヘッド素子に対しても非常に有効である。
又、中間層として導電層を有するCPP-GMR膜を利用したものや、CIP-GMR膜を利用したもの、又、磁性半導体を用いたものや、偏極スピンの拡散や蓄積現象を利用したものなどに対しても、磁気ヘッドスライダ製造過程で、前記磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面にイオンビーム照射を行う磁気ヘッドスライダの製造方法であれば、上記実施例と同様の効果を得ることが出来る。磁気記録媒体対向面に対するイオンビーム照射において、磁気抵抗効果膜が直接照射に曝されたとき、スパッタリング率の相違や、近接の層との材料の拡散により、磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面は、磁気抵抗効果膜として意図された動作を行わない。これに対して、磁気記録媒体対向面に対するイオンビーム照射の直後に回復処理を行うことで、前記磁気抵抗効果膜として意図された動作を行わない領域を除去し、結果として磁気ヘッド素子のノイズ、不安定性を軽減することが出来る。
上記、第1の実施例及び第2の実施例では、磁気抵抗効果膜の磁気記録媒体対向面の一部を形成する端面に形成される損傷領域の回復処理として、酸素ガスの曝露を行った。この回復処理は、損傷領域を、実効的な磁気スペーシングを顕著に増加させる化学変質層(例えば酸化層)の形成を伴わずに除去することが目的である。したがって、この条件が満足される限り酸素ガスに限らず、水素、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、珪素、塩素の少なくとも一つ以上を含む化合物のガスを、上記要求を満足する範囲で処理時間、処理時圧力を限定して用いても上記実施例と同様の効果を得ることが出来る。
又、損傷領域を回復させるという要求を満足するのであれば、手段はガスの曝露に限らない。化学溶液によるエッチングを用いても構わない。更に、上記要求を満足するように条件を規定したイオンビームプロセス、プラズマプロセスを用いても、同様の効果を得ることが出来る。
1…再生素子、2…磁区制御膜、3…上部磁気シールド膜、4…下部磁気シールド膜、4a…下部磁気シールド膜の酸化膜、5…磁気抵抗効果膜、6…リフィル膜、7…浮上面保護膜密着層、8…浮上面保護膜最上層、9…磁気記録媒体対向面、10…磁気ヘッドスライダ、11…下部金属層、11a…下部金属層の酸化膜、12…反強磁性層、12a…反強磁性層の酸化膜、13…固定層、13a…固定層の酸化膜、14…中間層、14a…損傷領域、14b…後部領域、15…自由層、15a…自由層の酸化膜、16…上部金属層、16a…上部金属層の酸化膜、20…スライダ、22…浮上レール、24…浅溝レール、26…深溝、28…絶縁膜30…ヘッド素子部、32絶縁分離膜、34…絶縁保護膜、40…磁気ヘッド素子、42…記録素子、44…下部磁性膜、46…コイル、48…上部磁性膜、50…ローバー。
Claims (15)
- ウェハ上に磁気抵抗効果膜を有する磁気ヘッド素子を複数形成する工程と、
前記ウェハをローバーに切断する工程と、
前記ローバーの浮上面を機械研磨する工程と、
前記機械研磨した浮上面をイオンビーム又はガスプラズマを用いてクリーニングする工程と、
前記クリーニングした浮上面をガスに曝す工程と、
前記ガスに曝した浮上面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を形成した浮上面にレールを形成する工程と、
前記ローバーを前記磁気ヘッド素子毎に切断する工程と、
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。 - 前記ガスが、酸素を含むガスであることを特徴とする請求項1に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
- 前記酸素を含むガスの導入時間と酸素分圧の積が0.005Pa秒以上で3Pa秒以下であることを特徴とする請求項2に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
- 前記ガスが、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、珪素、塩素の少なくとも一つ以上を含む化合物ガスであることを特徴とする請求項1に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
- 前記磁気抵抗効果膜が、中間層と、前記中間層の一方の積層面側に形成された自由層と、中間層の他方の積層面側に形成された固定層とを含み、
前記中間層がトンネルバリア層であることを特徴とする請求項1に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。 - 前記磁気抵抗効果膜が、中間層と、前記中間層の一方の積層面側に形成された自由層と、中間層の他方の積層面側に形成された固定層とを含み、
前記中間層が、相対的に抵抗の高い部分と低い部分からなる電流狭窄層であることを特徴とする請求項1に記載の磁気ヘッドの製造方法。 - ウェハ上に磁気抵抗効果膜を有する磁気ヘッド素子を複数形成する工程と、
前記ウェハをローバーに切断する工程と、
前記ローバーの浮上面を機械研磨する工程と、
前記機械研磨した浮上面をイオンビーム又はガスプラズマを用いてクリーニングする工程と、
前記クリーニングした浮上面を化学溶液によるエッチングもしくはイオンビームによるエッチングもしくはプラズマガスによるエッチングを行う工程と、
前記エッチングした浮上面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を形成した浮上面にレールを形成する工程と、
前記ローバーを前記磁気ヘッド素子毎に切断する工程と、
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。 - ウェハ上に磁気抵抗効果膜を有する磁気ヘッド素子を複数形成する工程と、
前記ウェハをローバーに切断する工程と、
前記ローバーを前記磁気ヘッド素子毎に切断して磁気ヘッドスライダに分離する工程と、
前記磁気ヘッドスライダの浮上面を機械研磨する工程と、
前記機械研磨した浮上面をイオンビーム又はガスプラズマを用いてクリーニングする工程と、
前記クリーニングした浮上面をガスに曝す工程と、
前記ガスに曝した浮上面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を形成した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。 - 前記ガスが、酸素を含むガスであることを特徴とする請求項8に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
- 前記酸素を含むガスの導入時間と酸素分圧の積が0.005Pa秒以上で3Pa秒以下であることを特徴とする請求項9に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
- 前記磁気抵抗効果膜が、中間層と、前記中間層の一方の積層面側に形成された自由層と、中間層の他方の積層面側に形成された固定層とを含み、
前記中間層がトンネルバリア層であることを特徴とする請求項8に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。 - 前記磁気抵抗効果膜が、中間層と、前記中間層の一方の積層面側に形成された自由層と、中間層の他方の積層面側に形成された固定層とを含み、
前記中間層が、相対的に抵抗の高い部分と低い部分からなる電流狭窄層であることを特徴とする請求項8に記載の磁気ヘッドの製造方法。 - ウェハ上に磁気抵抗効果膜を有する磁気ヘッド素子を複数形成する工程と、
前記ウェハをローバーに切断する工程と、
前記ローバーの浮上面を機械研磨する工程と、
前記機械研磨した浮上面をイオンビーム又はガスプラズマを用いてクリーニングする工程と、
前記クリーニングした浮上面に第1の保護膜を形成する工程と、
前記第1の保護膜を形成した浮上面にレールを形成する工程と、
前記第1の保護膜を除去する工程と、
前記第1の保護膜を除去した浮上面をイオンビーム又はガスプラズマを用いてクリーニングする工程と、
前記2回目のクリーニングを行った浮上面をガスに曝す工程と、
前記ガスに曝した浮上面に第2の保護膜を形成する工程と、
前記ローバーを前記磁気ヘッド素子毎に切断する工程と、
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。 - 前記ガスが、酸素を含むガスであることを特徴とする請求項13に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
- 前記酸素を含むガスの導入時間と酸素分圧の積が0.005Pa秒以上で3Pa秒以下であることを特徴とする請求項14に記載の磁気ヘッドスライダの製造方法。
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