(57)【要約】【課題】  高性能な磁気特性を有する光沢かつ均一なめっき膜を形成する事。高性能な磁気特性を有するめっき膜を磁極部に採用する事で、高記録周波数帯域でも使用可能な薄膜磁気ヘッドを提供する事。【解決手段】  めっき浴を低pH1.5〜2.3の条件下でめっきする事。pH制御の高精度化を行う事。またこのめっき条件下でCr、Mo等の高抵抗金属を添加した磁性膜を形成する事。更に本発明によるめっき膜に磁場中熱処理を行う事により、磁気特性を向上する事。これらの手段により、磁気特性としてヒステリシス損失と渦電流損失を低減し、高飽和磁束密度を有する光沢かつ均一なめっき膜を形成する事ができる。【選択図】  図6
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浴ｐｈ１．５〜２．３のめっき浴を用いて、膜組成がＦｅ８４〜９２ｗｔ％である合金めっき膜を製膜するめっき工程と、
前記合金めっき膜を熱処理する熱処理工程とにより、上部磁極の磁気コア、下部磁極の磁気コア、上部磁極の磁極端、又は下部磁極の磁極端のうち少なくとも一部を形成し、
前記熱処理工程後の上部磁極の磁気コア、下部磁極の磁気コア、上部磁極の磁極端、又は下部磁極の磁極端のうち少なくとも一部は、Ｈｃが１．５以下であることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記上部磁極の磁気コア、下部磁極の磁気コア、上部磁極の磁極端、又は下部磁極の磁極端のうち少なくとも一部は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金めっき膜であることを特徴とする請求項１記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記上部磁極の磁気コア、下部磁極の磁気コア、上部磁極の磁極端、又は下部磁極の磁極端のうち少なくとも一部は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金めっき膜であることを特徴とする請求項１記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金めっき膜の膜組成は、Ｆｅ８４〜９２ｗｔ％、Ｃｏ１〜８ｗｔ％であることを特徴とする請求項３記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記合金めっき膜は、非磁性金属を０．５〜１．５ｗｔ％含有することを特徴とする請求項１記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記非磁性金属は、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｉｒのうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項５記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク装置搭載の、デ−タ記録・再生に用いられる薄膜磁気ヘッド及びその製造方法と、この薄膜磁気ヘッドを使用する磁気ディスク装置に関する。更に詳細には、薄膜磁気ヘッドの記録特性を高める磁極部形成技術として、材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク装置として、デ−タ通信速度の高速化と高記録密度化が要求されている。
【０００３】
これに伴い高保磁力特性を有する記録媒体が使用され、薄膜磁気ヘッドとしては、高速通信化に対応して記録周波数の高周波数化を図り、磁極部においてヒステリシス損失を低減する必要から困難軸方向の保磁力(以下Hcとする)或いは異方性磁界(以下Hkとする)が低い特性を有する材料を使用することが望まれている。更に渦電流損失を低減する必要から比抵抗(以下ρとする)が高い材料を使用することが望まれている。また尚且つ飽和磁束密度(以下Bsとする)の高い材料を使用する事により、高保磁力媒体への記録特性の向上を図り、高記録密度化を実現してきた。
【０００４】
従来磁極部として、コア部には低Hc(1.0〜1.5Oe)かつ高ρ(40〜50μΩcm)を有する52〜58wt%FeNi系合金めっき(Hk5〜10Oe、Bs1.65〜1.75T)を使用し、ギャップ近傍には高Bs(2.0〜2.4T)を有するCoNiFe系合金めっき(Hc10〜25Oe、Hk15〜25Oe、ρ15〜20μΩcm)を使用してきた。高Bs材料の報告としては特許文献１のCoNiFe系或いは特許文献２のNiFe系合金めっきにおいてBs2.0T以上とあり、薄膜磁気ヘッドメ−カ各社の発表及び製品からも既知である。
【０００５】
【特許文献１】特開2002-217029号公報
【特許文献２】特開2002-208514号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁気ディスク装置の更なる高速化と高記録密度化に対し、薄膜磁気ヘッドの磁極部としては、高記録周波数帯域におけるヒステリシス損失と渦電流損失をより一層低減し、尚且つ高Bs特性を有する材料を採用しなければならない。
【０００７】
またヒステリシス損失と渦電流損失により、薄膜磁気ヘッドの記録動作即ち記録磁界発生時において、磁極部が発熱してしまう。この発熱により磁極部が熱膨張して記録媒体方向へ突出更には衝突といったサ−マルプロトリュ−ジョン問題を持っている。この問題は薄膜磁気ヘッドの低浮上量化を妨げる要因であり、磁気ディスク装置の高速化及び高記録密度化を妨げる致命的な課題となっている。
【０００８】
従来の技術では上記のデ−タから分かる様に、52〜58wt%FeNi系合金めっき材料は低Hc、高ρだがHkが大きくBsが小さいといった難点があり、CoNiFe系合金めっき材料は高BsだがHcとHｋが大きくρが小さいといった難点がある。FeNi系合金に関しては、Fe組成52〜58wt%領域でρ40〜50μΩcmのピ−クを持ち、更にFeリッチ領域（Feが60wt%以上の範囲）でρは低下するがBsは増加するといった利点がある。しかしFe≧60wt%においてはめっき面荒れによる白濁及び黒濁が発生し製品として機能しない問題がある。
【０００９】
一方CoNiFe系合金に関しては、Bs≧1.8Tを有する組成領域の多くは結晶構造がbcc構造となる為、bcc構造によるHc低減は不可能である。これまで組成変調によるfcc構造を開発してきたが、上記FeNi系合金と同様、面荒れ現象が発生してしまい開発断念するばかりである。かかる困難を克服した薄膜磁気ヘッド及びその製造方法は、これまで提供されていなかった。
【００１０】
本発明の目的は、かかる困難を鑑みて、高性能な薄膜磁気ヘッドとその製造方法を提供する事に有る。
【００１１】
更には該薄膜磁気ヘッドを搭載した高性能な磁気ディスク装置を提供する事に有る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する為の手段として本発明では、低pH 1.5〜2.3浴にてめっきする事により実現した。この条件下で得られためっき膜は、FeNi系合金ではFe≧60wt%領域で光沢かつ均一性が可能となり、CoNiFe系合金ではbcc構造のNi含有量を抑え、fcc構造のFe、Co含有量を増加した組成領域で光沢かつ均一性が可能となる。この光沢かつ均一性を以って初めて、磁気特性が適正となる膜組成を選択して、高性能な薄膜磁気ヘッドが実現できた。更に本発明で得られためっき膜を磁場中にて熱処理を行うと再結晶化等の効果により、磁気特性が向上する事も実現した。また記録媒体との整合性から、磁気特性として高ρ重視で磁極部を形成したい場合、これまで製品化不可能であったCr又はMo等の非磁性金属を添加した磁性めっき膜を採用する事も本発明により実現できた。
【００１３】
本発明による低pHめっきの場合、pH微小変動による組成・磁気特性劣化及び膜厚均一性の劣化が製品量産化には致命的であり、変動要因であるめっき電解反応及び大気中酸素混入、バッファ−作用となる貯槽容量等を十分考慮しなければならない。本発明では常時pH測定と調整液による自動調整方法を行い、また貯槽容量を従来120Lから大容量化200〜300Lして尚且つ窒素(N2)攪拌パ−ジを行う事で、pH制御の高精度化を実現した。
【００１４】
一方、これも記録媒体との整合性から、本発明による磁性膜をギャップ近傍のみに部分的に薄膜≦0.3μmを形成する事で、記録磁界を増加し更に漏洩磁界を低減した薄膜磁気ヘッドを提供する事ができる。その製造方法は、ギャップ下部に対してはライトトラック幅と比較して寸法精度が緩和できる事、ギャップ上部に対しては磁極端めっき下地膜として形成可能な事から、特性及び膜厚均一形成が容易なスパッタリング法を用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、薄膜磁気ヘッドの記録特性を著しく向上させ、その製造プロセスも従来技術と同等である為、高性能かつ高品質な磁気ディスク装置を安価に提供出来る様になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係る薄膜磁気ヘッド及びその製造方法について、以下説明する。ここで、基板は5インチ径セラミック基板を使用し、めっき導通下地膜としてスパッタリング法により積層膜Au/Cr=12/7nmを形成した。めっき浴温30±1℃、浴組成はFe2+2.0〜10g/l ,Ni2+5〜15g/l、サッカリンナトリウム1.5±0.5g/l、ほう酸25±5g/l、塩化ナトリウム25±5g/l、貯槽でのめっき浴容量250L(N2攪拌パ−ジ有り)を使用した。
【００１７】
ここで、めっき浴中におけるFeイオン濃度とNiイオン濃度の比がFeイオン/Niイオン≧0.4であることが望ましい。めっき電源は定電流電源を使用し、パソコンを用いて時間と電流値を設定することで、1秒及び1mA単位で印加電流シ−ケンスを自由に設定できるようにした。膜厚・膜組成測定は蛍光X線分析装置を使用、磁気特性Hc,Hk,Bs測定は薄膜用B-Hトレ−サを使用、比抵抗ρ測定は薄膜用抵抗測定装置を使用した。
【００１８】
第1の実施の形態を以下に説明する。
【００１９】
まずFeNi合金に対し面内均一に光沢めっきを得る為の必要条件として、pH依存性を図1に示す。図1より、従来使用しているめっき浴としてpH3.5での光沢領域がFe≦60wt%であるのに対し、pH≦2.2ではFe=100wt%に達する事が分った。本結果は、浴温、浴濃度、電流密度により多少光沢領域が変化するものの、pH3.0以上のめっき条件ではFe≧70wt%において、光沢膜が得られないことが分った。低pH化が最も有効な手段といえる。
【００２０】
続いて磁気特性の膜組成(Fe含有量)依存性を図2〜図5に示す。各図に示す様に、めっき後とその膜の磁場中熱処理後の磁気特性を測定した。磁場中熱処理条件は、真空中250℃,3hrであり、薄膜磁気ヘッドにおける磁極端形成後のコイル絶縁膜形成時の条件を用いた。即ち本発明を下部磁極又は磁極端に採用した場合、プロセス上必然的に掛かる熱処理での最大温度である。またこの場合、低pH程析出速度が遅くなる為、本発明の量産化を考え、析出速度を出来るだけ早くかつ白濁無い条件としてpH1.90±0.02を設定した。組成変調は従来組成54wt%FeNi膜から95wt%FeNi膜までFeを添加していく方法を行った。
【００２１】
図2に示す保磁力HcはFe80wt%近傍で7(Oe)のピ−クをもつが、熱処理を行うと1.2(Oe)まで低下し、しかもそのピ−クは非常に小さい傾向となる。但しFe>92wt%では熱処理してもHc低減効果が少なく、またHcが1.5(Oe)を超える範囲となることが事が分った。よって保磁力Hcの観点からは、Fe≦9２wt%の範囲であることが必要であることがわかる。
【００２２】
図3に示す異方性磁界HkはFe増加と共に低下し熱処理後も同一傾向である事が分った。しかし、Fe<84wt%の範囲では、Hkが1.5(Oe)を超えることになる。よって、異方性磁界Hkの観点からは、Fe≧84wt%の範囲であることが必要であることがわかる。
【００２３】
図4  に示す飽和磁束密度BsはFe増加と共に増加し、Fe≧75wt%ではFe含有量に依存しない事が分った。また熱処理後も同一傾向である事が分った。
【００２４】
図5に示す比抵抗ρはFe増加と共に減少し、Fe≧65wt%では30〜35μΩcmでFe含有量に依存しない事が分った。
【００２５】
以上の検討より、薄膜磁気ヘッドの磁極部として高記録周波数帯域におけるヒステリシス損失と渦電流損失をより一層低減すべく低Hc≦1.5Oe、低Hk≦1.5Oe、高Bs≧2.0T、ρ≧30μΩcm のいずれの条件をも満たすFeの組成範囲は84〜92wt%が最適と考えられる。また、この組成領域Fe=84〜92wt%なるFeNi合金に対し、面内均一に光沢めっきを得る為のめっき浴pH必要条件は、図１よりpH≦2.3である。しかしpH≦1.4では、磁極形成用レジストフレ-ムに形状異常が発生したり、めっき下地膜(FeNi或いはFeNiCo)がエッチングするといった問題が有る為、1.5≦pH≦2.3が適正といえる。以上より、図１に示すような領域範囲が、めっきpHとFe組成の観点からみた本実施の形態の範囲となる。
【００２６】
薄膜磁気ヘッドの構成を図9に示す。上部磁気シ−ルド14、GMRセンサ−部15、下部磁気シ−ルド16を有する再生部と、上部磁極の磁気コア10、上部磁極の磁極端11、下部磁極の磁極端12、下部磁極の磁気コア13とコイル20を有する記録部を有する。薄膜磁気ヘッドの上部磁極の磁気コア部10に本実施の形態のめっき法により形成される88wt%FeNiを採用した。磁気コアの周波数特性を図6に示す。この測定は、スライダ−加工前のウエハ状態で薄膜磁気ヘッドのコイルに電流を流し、その電流周波数を変化させた時の磁気コアに生じる磁気特性L(μH)を測定したものである。評価指標としているL=0.006μHにおいて、従来54wt%FeNiがf=500〜600MHzに対し本発明の88wt%FeNiはf=700〜800 MHzと上昇し、更に熱処理を行うとf=900〜1000 MHzも向上する事が分かった。即ち高周波数に対し記録磁界が減少しないという事である。更に熱処理を行うと一層記録磁界の減少が抑えられるという事が分かった。また、本実施の形態では、88wt%FeNiを上部磁極の磁気コア10に適用したが、磁気コア10の全体である場合のみならず、一部の層領域に適用した場合でもよい。
【００２７】
続いてこの薄膜磁気ヘッドをスライダ−加工し、記録媒体への記録動作を行い、記録能力を表すオ−バライト(以下O/Wと示す)測定を行った。記録周波数に対するO/Wを図8に示す。従来54wt%FeNi磁気コアの薄膜磁気ヘッドに対する同様のO/Wを図7に示す。記録周波数f=50〜500MHzにおいて測定した。従来磁気コアでは周波数上昇に伴いO/Wが20〜25dBから10〜15dBまで減少してしまう。即ち記録能力が低下する。しかし、本実施の形態の88wt%FeNi磁気コアでは周波数上昇においてもO/Wが減少することなく20〜30dBの範囲を維持することができ、即ち記録磁界を低下せずに発生する事が可能となった。またこの薄膜磁気ヘッドのサ−マルプロトリュ−ジョンを測定したところ、浮上面方向への突出量が従来薄膜磁気ヘッドの19nmに対し15nmと、4nm低減する事が実現できた。これは低Hc、低Hk(Hc≦1.5Oe、Hk≦1.5Oe)によりヒステリシス損失及び渦電流損失を低減し磁気コア部の発熱を低減した効果と考えられる。
【００２８】
第2の実施例として、上記88wt%FeNi膜に対しCo3wt%添加した88Fe9Ni3Coなるめっき膜を形成した。熱処理後の磁気特性は54wt%FeNi と比較してHc1.1Oe(-0.3Oe)、Hk1.4Oe(-3.2Oe)と低減出来、更にはBs1.7Tから2.3T(+0.6T)と88wt%FeNiよりも高Bs化する事が出来た。Coの組成範囲は、低Hc≦1.5Oe、低Hk≦1.5Oe、高Bs≧2.0T、ρ≧30μΩcm のいずれの条件をも満たす範囲で検討したところ、Co1〜8wt％の範囲で実現できることがわかった。本実施の形態では、この88Fe9Ni3Co膜を上部磁極の磁極端部11に採用し、磁極端においてめっき下地膜（図示せず）として同等組成をスパッタリング法で形成した。上記同様O/W測定を行った結果、周波数依存性は88wt%FeNi膜と同様低下せず、更にO/Wノミナル値が平均27dBから31dB(+4dB)と上昇する効果が得られた。高Bs化の効果と考えられる。また、本実施の形態の88wt%Fe9wt%Ni3wt%Co膜は、上部磁極の磁極端部11の全体に適用する場合のみならず、一部の層部分に適用する構造としても本発明の範囲内である。また、88Fe9Ni3Co膜を下部磁極の磁極端部12の全体または一部に適用することもできる。
【００２９】
第3の実施例として、上記88wt%FeNi膜に対し非磁性金属であるCrを1wt%添加し、88Fe11Ni1Crなるめっき膜を形成した。添加方法はめっき浴に塩化クロムを溶解して加えた。この膜も光沢かつ均一性を有し、熱処理後の磁気特性は54wt%FeNi と比較してHc1.3Oe(-0.1Oe)、Hk1.5Oe(-3.1Oe)と低減、Bs2.1T(+0.4T)と増加する事が出来た。この磁気特性は実施例1及び実施例2の膜よりは効果が小さいものの、それらの膜と比較してρが35μΩcmから40μΩcm (+5μΩcm)と高ρ化する事が出来た。更にこの88Fe11Ni1Cr膜を下部磁極の磁気コア部13に採用し、上記同様O/W測定を行った。周波数依存性は88wt%FeNi膜と同様低下せず、O/Wノミナル値も27.3ｄBと同レベルの効果が得られた。88Fe11Ni1Cr膜を上部磁極の磁気コア10に採用した場合も同様な効果をえることができた。本実施の形態では、Cr 1wt%を88wt%FeNiに添加する組成としたが、Cr 1wt%を88wt%FeNi3wt%Coに添加する組成としてもよい。また、Crの添加量は0.5〜1.5wt%の範囲で、同様な磁気特性を得ることが出来る。さらに、本実施の形態では、Crの変わりにPd、Rh、Ru、Re、Mo、Irの少なくとも一つを添加したFe-Ni系合金めっき膜、或いはFe-Ni-Co系合金めっき膜によっても低Hc(Hc≦1.5Oe)、低Hk(Hk≦1.5Oe)で、高Bs≧2.0T、ρ≧30μΩcmを満たす磁気特性となることがわかった。
【００３０】
第4、第5、第6の実施例として、異なる磁気ディスク装置仕様、即ち異なる記録媒体に対する薄膜磁気ヘッドの整合性から、第1の実施例で記載した88FeNi膜を上部磁極の磁極端11、下部磁極の磁極端12、下部磁極の磁気コア部13のすくなくとも一部に採用し（第４の実施の形態）、第2の実施例で記載した88Fe9Ni3Co膜を上部磁極の磁気コア10や下部磁極の磁気コア13の少なくとも一部に採用し（第5の実施の形態）、また第3の実施例で記載した88Fe11Ni1Cr膜を上部磁極の磁極端部11及び下部磁極の磁極端部12に採用した（第6の実施の形態）。その結果、各々の記録媒体に対し、O/W低下はなく高周波数帯域でも十分使用可能な事が確認できた。
【００３１】
第７の実施例として、図10に本発明を採用した垂直記録型薄膜磁気ヘッドを示す。垂直記録型薄膜磁気ヘッドの記録部は、上部ヨーク17、主磁極18、副磁極19、コイル20を有する。本実施の形態では、上部ヨーク17に88wt%FeNi膜を、副磁極19にCr1wt%添加した88Fe11Ni1Cr膜を採用した。その結果、従来の垂直記録型薄膜磁気ヘッドと比較して、O/W低下はなく高周波数帯域でも十分使用可能な事が確認できた。また、それぞれの組成範囲については、第１〜第３の実施の形態で説明した範囲とすることができる。
【００３２】
本発明の薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置を図11に示す。この磁気ディスク装置構成は、情報を記録する磁気ディスク105と、磁気ディスクを回転させるモ−タ−106と、磁気ディスクに情報を記録又は再生する薄膜磁気ヘッド107と、薄膜磁気ヘッドを磁気ディスクの目標位置に決めるアクチュエ−タ108と、ボイスコイルモ−タ109とを備える。また記録又は再生時において、薄膜磁気ヘッドと磁気ディスクとの間隔をサブミクロンスペ−スで安定浮上させる為のサスペンション110を固定し、アクチュエ−タとボイスコイルモ−タにより駆動されるガイドア−ム111を備えている。更に図示していないが、磁気ディスク回転制御系、ヘッド位置決め制御系、記録/再生信号処理系とからなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるFeNi合金めっきにおける光沢領域のめっき浴pH依存性の図である。
【図２】本発明によるFeNi合金めっきにおける保磁力HcのFe組成依存性の図である。
【図３】本発明によるFeNi合金めっきにおける異方性磁界HｋのFe組成依存性の図である。
【図４】本発明によるFeNi合金めっきにおける飽和磁束密度BsのFe組成依存性の図である。
【図５】本発明によるFeNi合金めっきにおける比抵抗ρのFe組成依存性の図である。
【図６】本発明による88FeNi上部磁気コアにおけるL特性の記録周波数依存性の図である。
【図７】従来薄膜磁気ヘッドおけるO/W特性の記録周波数依存性の図である。
【図８】本発明による薄膜磁気ヘッドおけるO/W特性の記録周波数依存性の図である。
【図９】本発明による面内記録型薄膜磁気ヘッド断面の図である。
【図１０】本発明による垂直記録型薄膜磁気ヘッド断面の図である。
【図１１】本発明による薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の図である。
【符号の説明】
【００３４】
10・・・上部磁極の磁気コア、11・・・上部磁極の磁極端、12・・・下部磁極の磁極端、13・・・下部磁極の磁気コア14・・・上部磁気シ−ルド、15・・・GMRセンサ−部、16・・・下部磁気シ−ルド、17・・・上部ヨーク、18・・・主磁極、19・・・副磁極、20・・・コイル105・・・磁気ディスク、106・・・モ−タ−、107・・・薄膜磁気ヘッド、108・・・アクチュエ−タ109・・・ボイスコイルモ−タ、110・・・サスペンション、111・・・ガイドア−ム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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