(57)【要約】【課題】温度上昇によるハードディスク装置の故障や、磁気ヘッド特性の不安定性が生じない、安定した薄膜磁気ヘッドと薄膜磁気ヘッド用基板の提供を目的とする。【解決手段】Ａｌ２Ｏ３−ＭＣ系（Ｍは、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｓｉから選択される少なくとも１種）セラミックス基板上に６０体積％以上結晶質であるアルミナ膜からなる絶縁層を備え、該アルミナ膜の熱伝導率が５Ｗ／ｍｋ以上であることを特徴とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ２Ｏ３−ＭＣ系（Ｍは、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｓｉから選択される少なくとも１種）セラミックス基板上に６０体積％以上結晶質であるアルミナ膜からなる絶縁層を備え、該アルミナ膜の熱伝導率が５Ｗ／ｍｋ以上であることを特徴とする薄膜磁気ヘッド用基板。
【請求項２】
前記アルミナ膜の膜厚が０．０５〜２０μｍ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用基板。
【請求項３】
前記アルミナ膜のヴィッカース硬度Ｈｖが１４００〜２４００であることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜磁気ヘッド用基板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド用基板を備えることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項５】
Ａｌ２Ｏ３−ＭＣ系（ＭはＴｉ，Ｎｂ，Ｓｉから選択される少なくとも１種）セラミックス基板上に気相成膜法により基板温度を３００〜１４００℃に加熱しながらアルミナ膜を成膜することを特徴とする薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法。
【請求項６】
前記気相成膜法がプラズマＣＶＤ法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用基板の製造方法。
【請求項７】
成膜前の前記セラミックス基板表面の清浄度を、０．５μｍ以上のコンタミネーションが１０個／ｃｍ２以下とすることを特徴とする請求項５又は６記載の薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法。
【請求項８】
前記セラミックス基板の成膜前の洗浄工程及び成膜工程をクリーン度クラス１０００以下の環境で行うことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気媒体に対して読み取り・記録を行う磁気ヘッド及び、この磁気ヘッドの作製に用いる磁気ヘッド用基板とその製造方法に関する。更に、詳しくは、特に抜熱性に優れ、読み取り・記録時の温度上昇の少ない磁気ヘッド及びこの磁気ヘッドの作製に用いる磁気ヘッド用基板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の磁気ヘッドは、例えば、アルミナチタンカーバイド等からなる基板面に、絶縁層、磁気シールド膜、ボトムポール、トップポール等の磁性膜、ＭＲ素子、ギャップ層、コイル層、オーバーコート等を薄膜形成している。そして、前記絶縁層、ギャップ層、オーバーコート等の絶縁性膜は通常アルミナで構成されており、このアルミナは、加工時の脱粒発生等によって加工後に所望の表面粗度が得られない等の理由から、一般的に非晶質アルミナが用いられていた。
しかしながら、上記磁気ヘッドにおいて、コイルに信号を流すことにより発生した単位面積当たり発生する熱量が大きくなり、１〜２Ｗ／ｍｋ程度という低い熱伝導率の非晶質のアルミナ膜では、抜熱性に劣るため、この熱がアルミナ膜に遮られて基板に十分拡散されずに素子に蓄積され、その結果、素子が熱膨張を起こし、磁気記録媒体側に飛び出してしまうことがあった。また、素子と磁気記録媒体の間隔は、１０ｎｍ程度しかないため、素子は磁気記録媒体と接触して、素子自体を破壊したり、磁気記録媒体に損傷を与えたりして、例えば、磁気ヘッドをスライダに組み込んで使用するハードディスク装置等では、装置自体が機能しなくなるといった問題や、接触しないまでも読み込み書き込み特性に大きく影響し、信号に誤りが生じるなどという問題をもたらすこともあった。このことをＴＰＴＲ問題と称している。この種の問題は、近年の情報通信技術分野の発展に伴うハードディスクの容量の増大及び装置の小型化の要請に対応するために、スライダの更なる小型化や、浮上量の更なる減少、即ち、スライダと磁気記録媒体の間隔の狭小化を図る際により顕著な問題となる。
また、前記したように磁気ヘッドは、アルミナで構成されるため、仕上げ工程で磁気ヘッドの表面を研磨したときに、アルミナが他の材料に比べて柔らかいため、アルミナ部分だけ多く削り込まれて段差が生じ、その結果、媒体と記録再生素子間の空隙が広くなり出力低下が起こるという問題もあった。
【０００３】
これに対して、バルク材料の熱伝導率については、例えば、サファイア（単結晶アルミナ）が４２Ｗ／ｍｋ程度であることは、従来より、知られていたが、薄膜の結晶質アルミナの熱伝導率がこのように高いことは従来認識されていなかった。
また、特許文献１の比較例には、ＴｉＣ含有多結晶正方晶ジルコニア基板にＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法により成膜した結晶質アルミナ膜の例が記載されているが、アルミナ膜の研磨後の表面粗さはそれぞれ１０００Å、５００Åであり、いずれも薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板としては不適当とされており、その詳細な成膜条件は記載されていない。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−２３４４０５号公報（比較例のページ）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、温度上昇によるハードディスク装置の故障や、磁気ヘッド特性の不安定性が生じない、安定した薄膜磁気ヘッドと薄膜磁気ヘッド用基板の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、発明者らの鋭意検討の結果、Ａｌ２Ｏ３−ＭＣ系（ＭはＴｉ，Ｎｂ，Ｓｉから選択される少なくとも１種）セラミックス基板上のアルミナ膜を６０体積％以上の結晶質とすることにより、アルミナ膜の熱伝導率が５Ｗ／ｍｋ以上となり、前記課題に記載したような要求される特性を満たすことを見出した。
即ち、本発明の薄膜磁気ヘッド用基板は、請求項１記載の通り、Ａｌ２Ｏ３−ＭＣ系（Ｍは、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｓｉから選択される少なくとも１種）セラミックス基板上に６０体積％以上結晶質であるアルミナ膜からなる絶縁層を備え、該アルミナ膜の熱伝導率が５Ｗ／ｍｋ以上であることを特徴とする。
また、請求項２記載の薄膜磁気ヘッド用基板は、請求項１記載の薄膜磁気ヘッド用基板において、前記アルミナ膜の膜厚が０．０５〜２０μｍであることを特徴とする。
また、請求項３記載の薄膜磁気ヘッド用基板は、請求項１又は２記載の薄膜磁気ヘッド用基板において、前記アルミナ膜のヴィッカース硬度Ｈｖが１４００〜２４００であることを特徴とする。
また、本発明の薄膜磁気ヘッドは、請求項４記載の通り、請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド用基板を備えることを特徴とする。
また、本発明の薄膜磁気ヘッド基板の製造方法は、請求項５記載の通り、Ａｌ２Ｏ３−ＭＣ系（ＭはＴｉ，Ｎｂ，Ｓｉから選択される少なくとも１種）セラミックス基板上に気相成膜法により基板温度を３００〜１４００℃に加熱しながらアルミナ膜を成膜することを特徴とする。
また、請求項６記載の薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法は、請求項５記載の薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法において、前記気相成膜法がプラズマＣＶＤ法であることを特徴とする。
また、請求項７記載の薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法は、請求項５又は６記載の薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法において、成膜前の前記セラミックス基板表面の清浄度を、０．５μｍ以上のコンタミネーションが１０個／ｃｍ２以下とすることを特徴とする。
また、請求項８記載の薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法は、請求項５乃至７のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド用基板の製造方法において、前記セラミックス基板の成膜前の洗浄工程及び成膜工程をクリーン度クラス１０００以下の環境で行うことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記したように、本発明の薄膜磁気ヘッドは、Ａｌ２Ｏ３−ＭＣ系（ＭはＴｉ，Ｎｂ，Ｓｉから選択される少なくとも１種）セラミックス基板上のアルミナ膜を６０体積％以上の結晶質とすることにより、該アルミナ膜の熱伝導率は５Ｗ／ｍｋ以上とし、コイルに信号を流すことにより発生した熱が容易に基板側に逃げるため、ＴＰＴＲ問題が生じないようにすることができる。
６０体積％以上結晶質であるという判断は、ＡＦＭや顕微鏡画像解析、ＳＥＭ等を用いて、膜面をフッ酸などで化学エッチングすれば非晶質部分は溶解除去されてしまうため、この処理後の凹凸面積比を求めることで可能である。これは、結晶質と非晶質において、化学的性質が異なることによる。
結晶質の割合は８０体積％以上であることが望ましく、９０体積％以上であることが更に望ましい。
【０００８】
アルミナ膜の膜厚は０．０５〜２０μｍであるのが望ましい。これは０．０５μｍ未満では膜の厚みに依存する耐電圧特性上の信頼性が低く、加えて、基板面の粗度が良くてもＲｍａｘで０．０１μｍ程度であることから、膜の連続性に与える影響が無視できなくなり、研磨を実施することも難しくなるからである。一方、２０μｍを超えると信頼性は高いものの、抜熱性が厚みにより非効率的となり好ましくないからである。また、０．１〜５μｍとすることが更に好ましい。
【０００９】
前記結晶質アルミナ膜の硬さは、ヴィッカース硬度Ｈｖで１４００〜２４００とすることにより、断面研磨後の基板との段差も小さくすることができる。
また、上記のような結晶質アルミナは、▲１▼化学的に非常に安定であり信頼性が高く、▲２▼電気的に安定であって、良好な絶縁性を示し、▲３▼Ａｌ２Ｏ３−ＭＣ系（ＭはＴｉ，Ｎｂ，Ｓｉから選択される少なくとも１種）セラミックス基板とほぼ同じ熱膨張率を持つため、応力による膜破壊の問題が発生せず、▲４▼同じ材料系であるために密着性が高い等のメリットがある。
【００１０】
また、アルミナ膜は、Ａｌ、Ｏ以外の成分が５ｍｏｌ％以下であることが望ましい。これは、５ｍｏｌ％を超えると膜の特性劣化が起こる恐れがあるからである。
【００１１】
前記Ａｌ２Ｏ３−ＭＣ系（ＭはＴｉ，Ｎｂ，Ｓｉから選択される少なくとも１種）セラミックス基板上に６０体積％以上結晶質のアルミナ膜を形成するには、気相成膜法により基板温度を５００〜１４００℃に加熱しながら成膜することにより容易に得られる。
本発明においては、気相成膜法によりＡｌ２Ｏ３−ＭＣ系（ＭはＴｉ，Ｎｂ，Ｓｉから選択される少なくとも１種）セラミックス基板の温度を３００〜１４００℃に加熱しながらアルミナ膜を成膜する。基板温度が３００℃未満では膜が６０体積％以上結晶質である膜にならない。このような非晶質アルミナ膜を成膜後加熱処理により結晶化しようとすると膜にクラックが生じてしまい、薄膜磁気ヘッド用基板として適当ではない。１４００℃を超える加熱は装置の構成上、コスト高になるなど困難であるし、基板の塑性変形が発生し、また、膜の結晶粒径が１０μｍ以上に異常粒成長し、更には、基板と膜との焼結反応が進行するなどの問題が生じることになる。
【００１２】
前記気相成膜法としては、スパッタ法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法を採用できる。これらの方法においては、基板温度と膜形成時のイオンエネルギーにより、膜の結晶質の割合を調整することができる。中でも装置の簡便性、異種元素の取り込みのしにくさ、結晶性を上げる為のエネルギーを付与しやすい等の理由からＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法が望ましい。特に、基板温度を高くし、かつ、粒子のエネルギーを高くするのが容易であるという観点から、プラズマＣＶＤ法が望ましい。
本願でいう結晶質の構造は、特に限定されるものではなく、例えば、六方晶コランダムのα型結晶相と、それ以外の相との混晶も含むが、硬度、熱伝導性の面から、特に六方晶コランダムのα型結晶相がもっとも好ましい。
【００１３】
また、成膜前の基板表面の清浄度を、０．５μｍ以上のコンタミネーションが１０個／ｃｍ２以下とすることが望ましい。基板表面にこのレベル以上のコンタミネーションが存在するとコンタミネーションの上部に堆積される結晶質被膜の部分にピンホールが生じたり、結晶がこのコンタミネーションを起点として異常粒成長することにより成膜後の研磨時に膜が剥離しやすくなったりするからである。
成膜前の基板上の０．５μｍ以上のコンタミネーションは、レーザー光源を用いて、散乱波を検出する方式のパーティクルカウンターにより観察することができる。また、このコンタミネーションは成膜後、膜面の異常部として、異常粒成長による突起、或いは、コンタミネーション自体が遮蔽マスクとなることにより発生する膜無し凹部となって観察されるので、これを顕微鏡観察や画像解析によりカウントすることにより成膜前のコンタミネーションのカウントとすることもできる。
【００１４】
更に、上記の条件を満たすには基板の研磨、洗浄、成膜工程をクリーン度クラス１０００以下（大気中の１ｃｆ中に０．５μｍ以上のパーティクルが１０００個以下）の環境で行うことが望ましい。この環境下であれば大気暴露下での基板への浮遊吸着コンタミネーションは上記レベルを超えないからである。
【００１５】
本発明の結晶質アルミナ膜の成膜後の表面粗度は１０００Å未満である。
結晶質アルミナ膜の研磨はＣＭＰ研磨などを採用でき、研磨後の膜の表面粗度は、Ｒａで１〜５０Å、Ｒｍａｘで１０〜５００Å程度とすることができる。
結晶質アルミナは、硬く研磨が困難であり、研磨後の表面粗度を所望の範囲になるように研磨することが困難であり、薄膜磁気ヘッド用基板には適当ではない、というのがこれまでの常識であった。しかし、これは、上記のようなコンタミネーションの存在により膜に密着性不良の部分が存在してしまい、膜の硬さ故に、その部分が研磨時に膜剥離の起点となって、剥離、脱粒を起こすためである可能性があり、上記の成膜条件、成膜前の膜の状態、成膜前後の環境条件を制御することにより、良好な熱伝導性や硬度を持つと同時に、硬い結晶質アルミナ膜でも所望の表面粗度を得られるような研磨が可能である結晶質アルミナ膜が容易に得られる。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の実施例を比較例と共に説明する。
（磁気ヘッド基板の作製）
６４ｗｔ％のアルミナ、残部チタンカーバイド組成からなる、直径６インチ径のウエハ基板を用意し、粒径１μｍのダイヤモンド砥粒により面粗度Ｒａ＝２μｍとなるように鏡面加工し、その加工面をクラス１０００のクリーンルーム内にて、純粋ブラシ洗浄し、スピン乾燥することで膜形成前の基板として準備した。この膜形成面のクリーン度は、レーザー式のパーティクルカウンターによるコンタミネーション検出から、０．５ｕｍ以上のコンタミネーション総計は、１個／ｃｍ２であった。
実施例１，２及び比較例１，２は全てこの基板を用いた。
【００１７】
実施例１：
洗浄乾燥後の基板上に、クラス１０００以下のクリーンルーム内に設置されたプラズマＣＶＤ装置にて、投入プラズマ生成電力：ＲＦ３００Ｗ、基板温度、膜厚は表１の条件にて、アルミナ膜の形成を行った。
【００１８】
【表１】
2004326964.tif 000002
【００１９】
形成されたアルミナ膜はα−アルミナで示されるコランダム型結晶構造を呈していることがＸ線回折パターン測定により確認された。
次に、前記のようにして形成された膜面を、微細ダイヤモンド砥粒とクロスにより研磨し、最終研磨としてコロイダルシリカとクロスによるＭＣＰ加工によって、Ｒａ＝１ｎｍとなるように研磨した。
上記基板の膜の特性を以下のような条件で調べた結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
2004326964.tif 000003
【００２１】
膜組成：ＥＰＭＡにより定量測定した。
膜の結晶性：Ｘ線回折パターンによる結晶相の同定と、化学エッチング後の膜残部面積により結晶体積％を同定した。
膜硬さ：ヴィッカース硬さ計により荷重２５ｇｒｍでのヴィッカース圧痕を打ち込んで定量化した。
膜段差：膜形成面上から基板を切断加工後、切断面を研磨後にＡＦＭにて基板と膜の段差を測定した。＋が基板に対して膜が凸、−が基板に対して膜が凹を示す。
熱伝導度：厚み５０μｍの薄板状の熱伝導率既知の基板上に膜形成し、熱交流法で測定した。
耐電圧：導体基板上に膜形成した上に、２×４ｍｍの導体パターンを形成し、破壊するまでの電圧をかけて、絶縁耐力として測定した。
耐水性：純水中に２４時間漬けておき、浸漬前後の膜と基板の段差をＡＦＭで比較測定した。
【００２２】
（磁気ヘッドの作製）
上記基板上に、８０ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ組成の膜を電気鍍金により２μｍ形成し、ＭＣＰ加工により鏡面加工をした。
次に、アルミナ膜を従来のスパッタ法により形成し、この上にフォトリソグラフとスパッタ法によりＭＲ素子を形成した。
この上に更にギャップ膜としてアルミナ膜を形成した。
この上に、フォトリソグラフと電気鍍金により書き込み素子として、Ｎｉ−Ｆｅ膜、Ｃｕコイル層を順次形成し、最後に従来のアルミナ膜をスパッタ法にてオーバーコートとして形成し、電極にはＡｕ鍍金を用いた。
上記のように素子形成された基板をｐｉｃｏスライダ寸法に機械加工によって切り出し、媒体と対面する面は、径０．２μｍの微細なダイヤモンドペーストにて研磨加工後、所定の浮上特性を示す様に加工し、磁気ヘッドスライダーを完成させた。
上記ヘッドのＴＰＴＲ特性を、書き込み電流を流した後のヘッド接触をＣＳＳテスター浮上時のＡＥセンサーにより検出することにより測定したが、上記表２に示したように、変化はなく問題は生じなかった。
【００２３】
実施例２：
洗浄乾燥後の基板上に、クラス１０００以下のクリーンルーム内に設置された、真空蒸着装置にて電子銃電流４０ｍＡでのアルミナ焼結体の蒸着、又はスパッタ装置にて、アルミナ焼結体ターゲットにＲＦ電力：１０００Ｗを投入し、基板温度、膜厚は表３の条件にて、アルミナ膜形成を行った。
【００２４】
【表３】
2004326964.tif 000004
【００２５】
形成されたアルミナ膜はα−アルミナで示されるコランダム型結晶構造を呈していることがＸ線回折パターン測定により確認された。
次に、前記のようにして形成された膜面を、微細ダイヤモンド砥粒とクロスにより研磨し、最終研磨としてコロイダルシリカとクロスによるＭＣＰ加工によって、Ｒａ＝１ｎｍとなるように研磨した。
上記基板の膜の特性を実施例１と同様の条件で調べた結果を表４に示す。
【００２６】
【表４】
2004326964.tif 000005
【００２７】
比較例１：
洗浄乾燥後の基板上に、クラス１０００以下のクリーンルーム内に設置されたスパッタ装置にて、ＲＦ電力：１０００Ｗ、基板温度、膜厚は表５の条件にて、アルミナ膜形成を行った。
【００２８】
【表５】
2004326964.tif 000006
【００２９】
次に、前記のようにして形成された膜面を、微細ダイヤモンド砥粒とクロスにより研磨し、最終研磨としてコロイダルシリカとクロスによるＭＣＰ加工によって、Ｒａ＝１ｎｍとなるように研磨した。
上記基板の膜の特性を実施例１と同様の条件で調べた結果を表６に示す。
【００３０】
【表６】
2004326964.tif 000007
【００３１】
（磁気ヘッドの作製）
上記基板上に、８０ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ組成の膜を電気鍍金により２μｍ形成し、ＭＣＰ加工により鏡面加工をした。
次に、アルミナ膜を従来のスパッタ法により形成し、この上にフォトリソグラフとスパッタ法によりＭＲ素子を形成した。
この上に更にギャップ膜としてアルミナ膜を形成した。
この上に、フォトリソグラフと電気鍍金により書き込み素子としてＮｉ−Ｆｅ膜、Ｃｕコイル層を順次形成し、最後に従来のアルミナ膜をスパッタにてオーバーコートとして形成し、電極にはＡｕ鍍金を用いた。
上記のように素子形成された基板をｐｉｃｏスライダ寸法に機械加工によって切り出し、媒体と対面する面は、径０．２μｍの微細なダイヤモンドペーストにて研磨加工後、所定の浮上特性を示す様に加工し、磁気ヘッドスライダーを完成させた。
上記ヘッドのＴＰＴＲ特性を、書き込み電流を流した後のヘッド接触をＣＳＳテスター浮上時のＡＥセンサーにより検出することにより測定したが、書き込みタイミングに呼応してＡＥシグナルが検出され、ディスクと接触している問題が生じた。
【００３２】
比較例２：
洗浄乾燥後の基板上に、クラス１０００以下のクリーンルーム内に設置された、プラズマＣＶＤ装置にて、投入プラズマ生成電力：ＲＦ３００Ｗ、基板温度３００℃、膜厚３μｍの条件にて、アルミナ膜形成を行った。
次に、前記のようにして形成された膜面を、微細ダイヤモンド砥粒とクロスにより研磨し、最終研磨としてコロイダルシリカとクロスによるＭＣＰ加工によって、Ｒａ＝１ｎｍとなるように研磨した。
上記基板の膜の特性を実施例１と同様の条件で調べた結果を表７に示す。
【００３３】
【表７】
2004326964.tif 000008
【００３４】
上記実施例比較例から明らかなように、６０体積％以上結晶質アルミナ膜を絶縁膜として配した構成からなる薄膜磁気ヘッド用基板においては、従来の非晶質アルミナ膜を配した基板やその他の比較例の基板に比べ、抜熱性に優れ、耐電圧性、耐水性、研磨特性も優れることがわかる。また、ヘッド特性の不安定性が発生しなかった。尚、本実施例はＭＲ素子を配するものでヘッド特性を調査したが、ＧＭＲやＴＭＲなどの場合、あるいは前記書き込み素子だけで、Ｒ／Ｗ併用する場合でも同様な効果のあることは明らかである。
【００３５】
尚、前記実施例では、セラミックス基板として、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ、Ａｌ２Ｏ３−Ｎｂの例のみ示したが、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣの場合も同様の結果が得られるものである。
【００３６】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、抜熱性に優れ、温度上昇による磁気ヘッド特性の不安定性が発生せず、ＴＰＴＲ対策が行え、しかも、薄膜時の信頼性として、絶縁耐力、耐水性を向上させた、磁気ヘッド用基板並びに磁気ヘッドが得られる。