(57)【要約】【課題】粒子状の突起の形成を防止し平滑で高硬度のカーボン保護膜、そのカーボン保護膜を備えた磁気記録媒体及び磁気ヘッド、並びに磁気記憶装置を提供する。【解決手段】ＦＣＡ法を用いたカーボン保護膜成膜装置は、カーボン粒子群を生成する発生部と、カーボン粒子群を選別するフィルタ部と、プラズマ形成部と、カーボン保護膜を形成する成膜部とよりなる。プラズマ形成部において、カーボン粒子をプラズマを形成するＡｒイオン等により粉砕し、カーボンイオンに電離させる。カーボン粒子がカーボン保護膜に取り込まれることを防止する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｃａｔｈｏｄ  Ａｒｃ法により、カーボンイオンと、カーボン原子と、カーボン粒子とを含むカーボン粒子群を生成し、該カーボン粒子群のうちカーボンイオンを選別して基板に堆積されてなるカーボン保護膜であって、
前記カーボン粒子をプラズマ領域においてカーボンイオンに変換させることを特徴とするカーボン保護膜。
【請求項２】
前記プラズマ領域は高周波プラズマにより形成されることを特徴とする請求項１記載のカーボン保護膜。
【請求項３】
前記プラズマ領域はＡｒガスが電離されて形成されてなることを特徴とする請求項１または２記載のカーボン保護膜。
【請求項４】
当該カーボン保護膜に窒素または水素が添加されてなることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載のカーボン保護膜。
【請求項５】
基板と、前記基板の上方に形成されたカーボン保護膜とを含む磁気記録媒体において、
請求項１〜４のうち、いずれか一項記載のカーボン保護膜を備えることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項６】
磁気記録媒体に接触し、または磁気記録媒体上を浮上して記録または再生を行い、
スライダと、前記スライダの磁気記録媒体に対向する側に形成されたカーボン保護膜とを含む磁気ヘッドにおいて、
前記カーボン保護膜が請求項１〜４のうち、いずれか一項記載のカーボン保護膜であることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項７】
前記カーボン保護膜にフッ素が添加されてなることを特徴とする請求項６記載の磁気ヘッド。
【請求項８】
請求項６記載の磁気記録媒体、及び／又は請求項７又は８記載の磁気ヘッドを備えた磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボン保護膜、そのカーボン保護膜を備えた磁気記録媒体及び磁気ヘッド、並びに磁気記憶装置に係り、特に、本発明は、ＦＣＡ法により形成され、カーボン保護膜中の粒子状の突起が低減されたカーボン保護膜及びその形成方法に関する。
【０００２】
近年、インターネットの急速な普及、及び通信速度の向上により、取り扱われるデータ量が飛躍的に増加し、記憶容量が百Ｇバイト台の記憶装置がパソコンに搭載されるようになってきている。また、記録される情報は、従来の文字情報から動画映像のような情報量の著しく大きな情報に変化してきており、また磁気記憶装置が一般家庭の電気機器にも搭載されるようになってきている。これらが故に、記憶容量のさらに大なる記憶装置のニーズが高まると共に、これまでと同様の耐久性も要求される。すなわち、ますます困難となる高記録密度化技術において、記録密度及び耐久性の向上の両立が不可欠となっている。
【０００３】
【従来の技術】
磁気記録媒体、例えば面内記録方式のハードディスク装置の場合、記録密度の決定因子の一つである磁気ディスクと磁気ヘッドとのスペーシングは数十ｎｍ程度にまで低減されている。さらなる低減のためには、スペーシングの一層の低減が必要となる。
【０００４】
磁気ディスクは、非磁性基板上に、非磁性金属下地層、強磁性合金記録層、カーボン保護膜を順次積層し、更に潤滑剤よりなる潤滑層が形成された構造となっている。従来の技術では、カーボン保護膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）などで成膜されており、カーボン保護膜を成膜する際に、水素や窒素を含む雰囲気中でカーボンを成膜することにより、高硬度の水素化あるいは窒化カーボンを形成して、薄膜化しながらも耐久性を向上させてきた。
【０００５】
また浮上方式の磁気ヘッドは磁気記録媒体に対向して浮上面を形成し、この浮上面、及び浮上面の端部に設けられた磁気変換素子を保護するためにカーボン保護膜が形成されている。カーボン保護膜は、従来ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｒｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）−ＣＶＤ法、ＩＢＤ法（Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）などで成膜されている。低浮上量化により、磁気ディスクとの接触によるダメージのみならず、磁気ディスクの潤滑剤が浮上面に移行し、付着し易くなっている。この対策として、カーボン保護膜表面をフッ素化処理することによって、表面エネルギーを低減し潤滑剤の付着を抑制している。
【０００６】
さらなる記録密度向上のため、スペーシングの低減の一手法として、磁気ディスク及び磁気ヘッドのカーボン保護膜の膜厚の一層の低減が必要とされている。また、それと共に耐久性、耐蝕性の維持・向上が要求されている。
【０００７】
最近、従来のスパッタリング法やＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＩＢＤ法と比較して、より高硬度・高密度のカーボン保護膜が形成可能なＦＣＡ法（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｃａｔｈｏｄｉｃ  Ａｒｃ法）が開発されている。ＦＣＡ法により形成されたカーボン保護膜は、他の方法と比較して炭素原子同士の結合がｓｐ２結合に対してｓｐ３結合の割合が高く、テトラヘドラルアモルファスカーボン（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ（ｔａ−Ｃ））膜と呼ばれている。ＦＣＡ法により形成されたカーボン保護膜は、その高硬度及び高密度の故、一層の薄膜化の可能性を有しており、次世代磁気ディスク・磁気ヘッド用カーボン保護膜として期待されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３２９０７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＦＣＡ法により形成されたカーボン保護膜には、アーク放電によりカソードターゲットから剥離した数ｎｍ〜数十ｎｍのカーボン粒子が混入し、磁気ディスク表面に突起が形成されることがある。かかる突起の高さはカーボン保護膜の表面から、数ｎｍ〜数十ｎｍの高さを有するので、磁気ディスク−磁気ヘッド間のスペーシングと同程度となり、かかる突起が形成された磁気ディスクや磁気ヘッドは製品として使用することはできない。したがって、製品歩留まりを低下させる原因となるという問題がある。
【００１０】
また、数ｎｍ程度の微少なカーボン粒子であっても、カーボン保護膜上に微小突起が形成され、磁気ヘッドとの衝突により次第に破壊され、カーボン保護膜にクラックが形成されることがある。磁気ディスクに付着した強酸性コンタミネーション等が、かかるクラックに浸透して強磁性合金記録層に達し、腐食させてしまうという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、カーボン粒子の突起の形成を防止し、平滑で高硬度のカーボン保護膜、そのカーボン保護膜を備えた磁気記録媒体及び磁気ヘッド、並びに磁気記憶装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｃａｔｈｏｄ  Ａｒｃ法により、カーボンイオンと、カーボン原子と、カーボン粒子とを含むカーボン粒子群を生成し、該カーボン粒子群のうちカーボンイオンを選別して基板に堆積されてなるカーボン保護膜であって、前記カーボン粒子をプラズマ領域においてカーボンイオンに変換させることを特徴とするカーボン保護膜が提供される。
【００１３】
本発明によれば、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｃａｔｈｏｄ  Ａｒｃ法（以下、ＦＣＡ法と呼ぶ。）によりカーボン保護膜が形成される。ＦＣＡ法ではアーク放電によりカーボンターゲットからカーボンイオンやカーボン原子が蒸発するが、カーボン粒子も同時に発生してしまう。このようなカーボン粒子は、通常基板に達する前にフィルタ部で除去されるが、フィルタ部の内壁等に衝突・反射して、基板に到達するカーボン粒子もある。本発明では、カーボン粒子をプラズマ領域のイオンと衝突させることにより粉砕し、さらにイオン化させてカーボンイオンに変換する。変換されたカーボンイオンは、アーク放電により生じたカーボンイオンと共に基板に堆積してカーボン保護膜を形成する。したがって、カーボン保護膜にカーボン粒子が混入しないので、平滑性に優れ、膜質の良好なカーボン保護膜が形成される。その結果、薄膜化を図ることができ、磁気記録媒体や磁気ヘッドに適用することにより高記録密度化を実現できる。
【００１４】
前記プラズマ領域は高周波プラズマにより形成されてもよく、Ａｒガスが電離されて形成されてもよい。プラズマ領域中のイオン、例えばＡｒイオンが高周波電圧により振動運動されカーボン粒子に衝突し、効率良くカーボン粒子を粉砕すると共にイオン化することができる。
【００１５】
また、カーボン保護膜に窒素または水素が添加されてもよい。ＦＣＡ法により形成されたカーボン保護膜に窒素や水素を添加すると、膜硬度はやや低下するが、潤滑剤との濡れ性や密着性が良好となる。
【００１６】
本発明の他の観点によれば、基板と、前記基板の上方に形成されたカーボン保護膜と、を含む磁気記録媒体において、上記いずれかのカーボン保護膜を備えることを特徴とする磁気記録媒体が提供される。
【００１７】
本発明によれば、磁気記録媒体のカーボン保護膜が上記のカーボン保護膜により形成されている。したがって、高硬度であり、平滑性に優れているので、耐久性・耐蝕性に優れ、さらなる薄膜化が可能である。よって高密度記録化の可能な磁気記録媒体が実現できる。
【００１８】
本発明のその他の観点によれば、磁気記録媒体に接触し、または磁気記録媒体上を浮上して記録または再生を行い、スライダと、前記スライダの磁気記録媒体に対向する側に形成されたカーボン保護膜とを含む磁気ヘッドにおいて、上記カーボン保護膜が上記いずれかのカーボン保護膜であることを特徴とする磁気ヘッドが提供される。
【００１９】
本発明によれば、磁気記録媒体に接触するスライダの媒体対向面に上記のカーボン保護膜が形成されている。したがって、耐久性、耐摩耗性に優れる。また、磁気変換素子の表面にも上記のカーボン保護膜が形成されているので、耐スクラッチ性、耐蝕性に優れる。
【００２０】
また、前記カーボン保護膜にフッ素が添加されてもよい。カーボン保護膜の表面エネルギーを低減し潤滑剤の濡れ性を低減し潤滑剤の付着を抑制することができる。
【００２１】
本発明のその他の観点によれば、上記磁気記録媒体、及び／又は上記磁気ヘッドを備えた磁気記憶装置が提供される。
【００２２】
本発明によれば、耐久性、耐蝕性に優れ、高密度記録可能な磁気記憶装置が実現できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の実施の形態に係る磁気記録媒体の断面図である。図１を参照するに、磁気記録媒体１０は、基板１１と、基板１１上に下地層１２、非磁性中間層１３、安定化層１４、非磁性結合層１５、記録層１６、カーボン保護膜１８が順次積層され、さらにカーボン保護膜１８上に潤滑層１９が形成された構成となっている。
【００２５】
基板１１は、ガラス基板、ＮｉＰメッキアルミニウム合金基板、シリコン基板、セラミクス基板等を用いることができる。ガラス基板、シリコン基板、セラミクス基板等にはスパッタ法などによりＮｉＰ層などを形成してもよい。導電性を付与してスパッタ時にバイアスを印加することが可能となると共に、次に説明する下地層１２を所望の結晶方向に配向させることができる。
【００２６】
下地層１２としては、スパッタ法、蒸着法により、基板温度を２００℃に設定し、厚さ４０ｎｍの（００２）面方向に成長したＣｒ層が形成される。具体的には、下地層１２は、厚さ１０ｎｍから１００ｎｍであり、Ｃｒ層に限定されず、例えば、Ｃｒ層の替わりにＣｒ合金層、例えばＣｒＷ、ＣｒＭｏ、ＣｒＴｉ等が用いられる。ＣｒにＷ等を添加することにより格子定数を制御して下地層１２上に形成される非磁性中間層との格子整合を図り、非磁性中間層１３のエピタキシャル成長をより完全なものにすることができる。下地層１２の厚さは２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。５０ｎｍより厚いと下地層１２の結晶粒が成長し、結晶粒の面内方向の大きさ（例えば直径）が過度になり、下地層１２上に成長する各層に順次引き継がれてしまい、最終的に記録層１６の結晶粒が過度に大となり、媒体ノイズを増加させてしまう。また２ｎｍより小さいと非磁性中間層１３の結晶性を低下させてしまう。
【００２７】
非磁性中間層１３は、スパッタ法、蒸着法により形成され、基板温度１８０℃に設定し、厚さ２０ｎｍの（１１−２０）面方向に成長したＣｏＣｒ合金、あるいはＣｏＣｒＴａ合金等が用いられる。具体的には、非磁性中間層１３は、厚さ１ｎｍ〜１０ｎｍのＣｏＣｒ合金（Ｃｒの含有量が２５原子％以上）、またはＣｏＣｒ合金にＴａ、Ｐｔ、Ｗ等を添加した合金が用いられる。非磁性中間層１３は、下地層１２と安定化層１４（及び記録層１６）との格子不整合を緩和するバッファ層として機能すると共に、（１１−２０）面を成長方向として、安定化層１４（及び記録層１６）のＣｏＣｒＰｔ合金のｃ軸の面内配向性を向上させる機能を有する。
【００２８】
安定化層１４及び記録層１６は、これらの層間に非磁性結合層１５を有し、面内方向にｃ軸が配向し（例えば（１１−２０）面方向に成長し）、互いに反強磁性結合する、すなわち安定化層１４及び記録層１６の磁化が反平行となる積層フェリ構造を有している。安定化層１４及び記録層１６はそれぞれ強磁性層であり、例えば同じ組成の異なる膜厚の強磁性層が形成される。具体的には、安定化層１４及び記録層１６は、ＣｏＣｒＰｔ（Ｃｒ：１０原子％〜２５原子％、Ｐｔ：３原子％〜１５原子％）、ＣｏＣｒＰｔＢ（Ｂ：２原子％〜１０原子％）、ＣｏＣｒＰｔＴａ、ＣｏＣｒＰｔＴａＮｂ等のＣｏＣｒＰｔを主成分とし、これに第４、第５元素を添加した組成を有する。これらのうち、ＣｏＣｒＰｔＢは例えばＣｏＣｒＰｔＴａと比較して少ないＰｔ含有量で保磁力を増すことができるので、高記録密度化および低コスト化の観点から好適である。また、ＣｏＣｒＰｔＢは、結晶粒の微細化の観点からも好適である。ＣｏＣｒＰｔＢにさらに第５元素を添加してもよい。
【００２９】
また、安定化層１４及び記録層１６の厚さは、記録層１６の残留磁束密度Ｍｒ１と膜厚δ１の積Ｍｒ１δ１（磁性層）が安定化層１４のＭｒ２δ２（安定化層）より大に設定する。すなわち、Ｍｒ１δ１−Ｍｒ２δ２＞０となるようにする。この差を磁気ヘッドが感知して、磁気記録媒体１０に記録された情報を再生する。したがって、情報が記録された磁気記録媒体１０からの漏洩磁界を過度に大とすることなく、磁性単位である磁性粒の体積Ｖを増すことができ、磁化の熱的安定性ＫＶ／ｋＢＴを高めることができる。例えば、安定化層１４及び記録層１６の組成が同一の場合、すなわちＭｒ１＝Ｍｒ２の場合は、安定化層１４及び記録層１６の厚さの差δ１−δ２に比例する漏洩磁界が生じる。
【００３０】
非磁性結合層１５は、安定化層１４及び記録層１６間にスパッタ法、蒸着法により形成され、厚さ０．４ｎｍ〜１．０ｎｍ（好ましくは０．６ｎｍ〜０．８ｎｍ）のＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ系合金、Ｒｈ系合金、及びＩｒ系合金が用いられる。このような範囲の膜厚に設定することにより、安定化層１４と記録層１６の磁化の向きを反平行とすることができる。
【００３１】
カーボン保護膜１８はＦＣＡ法により記録層１６上に形成される。先ずカーボン保護膜１６を形成する際に使用するＦＣＡ成膜装置について説明する。
【００３２】
図２は、ＦＣＡ成膜装置を模式的に示す断面図である。図２を参照するに、本実施の形態に用いたＦＣＡ成膜装置２０は、大別して、放電部２１、フィルタ部２２、プラズマ形成部２３、成膜室２４より構成されている。
【００３３】
放電部２１は、カソードターゲット２５、アノード２６、カソードコイル２８、及びストライカ２９などにより構成されている。カソードターゲット２５はグラファイトにより形成されており、直流電圧が印加されたカソードターゲット２５の表面をストライカ２９で叩くことで、カソードターゲット２５及びアノード２６間にアーク放電が開始され、アーク放電により１万℃以上に加熱されたカソードターゲット２５より、カーボンイオンやカーボン原子、カーボン原子が塊状となったカーボン粒子、電子などが蒸発・生成される。カソードコイル２８は、アーク放電の放電軸に平行に磁界を印加して、カソードターゲット２５から蒸発したカーボン原子のイオン化率を高める機能を有する。このようにしてカーボンイオンや、カーボン原子、カーボン粒子、及び電子などよりなるカーボン粒子群が形成され、蒸発した際の運動エネルギー及びＦＣＡ成膜装置２０内の電位差に起因するクーロン力によりビーム状となってフィルタ部２２に供給される。なお、アーク放電によりカソードターゲット２５及びアノード２６等が高温となるので、外部より冷却水を供給して冷却される。
【００３４】
フィルタ部２２は、２つのフィルタコイル３０Ａ，３０Ｂを備えた４５°ベントタイプのフィルタを用いている。フィルタコイル３０Ａ，３０Ｂによりカーボン粒子群の流れる方向に対して垂直に（図の紙面に垂直に）磁場を印加することにより、カーボン粒子群中の荷電粒子の流れを偏向させて、その他の粒子はＦＣＡ成膜装置２０の内壁や内壁に設けられたフィン３２にトラップさせる。フィルタの原理は、磁場中を移動する荷電粒子に作用するローレンツ力であり、曲げられる際の曲率半径をＲとするとＲ＝ｍｖ／（ｑＢ）で表され、ここで、カーボン粒子群中の荷電粒子の運動量ｍｖと電荷量ｑ、フィルタコイルにより印加される磁場Ｂである。したがって、ｖ及びＢを適切に選択することによりカーボンイオンのみを選別可能となり、カーボンの中性原子及び粒子、電子等はトラップされる。
【００３５】
ところが、例えばカーボン粒子であってもＦＣＡ成膜装置２０の内壁に反射して、成膜室２４にある基板１１の記録層１６上に到達するものがある。上述したように、このような粒子は数ｎｍ〜数十ｎｍの大きさであっても、ヘッドクラッシュの原因となる。しかし、後述するように、本発明のＦＣＡ成膜装置２０にはフィルタ部２２と成膜室２４との間にプラズマ形成部２３が設けられており、プラズマ形成部２３によって形成された高周波プラズマ形成領域３５を通過するカーボン粒子を粉砕すると共にイオン化してカーボンイオンに変換することができる。
【００３６】
また、フィルタ部２２は一対または二対のラスターマグネット３１が設けられている。ラスターマグネット３１によりカーボンイオンの流れを上下、あるいは左右に振ることができ、均一な膜厚のカーボン保護膜を形成することができる。
【００３７】
図２に示すように、プラズマ形成部２３には、高周波プラズマ装置３６が設けられている。高周波プラズマ装置３６は、ＦＣＡ成膜装置２０の内部に設けられた円筒状電極３８と、円筒状電極３８に接続された高周波電源３９等より構成されている。例えば１３．６５ＭＨｚのＲＦパワー１５０Ｗを投入し、Ａｒガス流量を４０ｓｃｃｍに設定する。Ａｒガスがイオン化され、プラズマ形成領域３５が形成される。高周波電場によりＡｒイオンが振動され、カーボン粒子に衝突を繰り返しカーボン粒子を粉砕する。プラズマ形成領域３５中のカーボンイオンも同様に粉砕に寄与すると推察され、粉砕されたカーボン原子はさらにプラズマによりイオン化され、カーボンイオンとなって成膜室２４に供給される。具体的には、高周波電源３９の周波数は約１０ＭＨｚであり、ＲＦパワーは１００Ｗ〜５００Ｗに設定される。
【００３８】
また、Ａｒガスに窒素ガスを添加してもよい。窒素ガスがプラズマ形成領域３５においてイオン化され、カーボン粒子に衝突してカーボン粒子を粉砕すると共に、カーボン保護膜１８中に取り込まれ、窒素がドープされたカーボン保護膜１８を形成することができる。窒素がドープされることにより潤滑剤との濡れ性及び密着性を向上することができる。窒素ガスの添加量は、Ａｒガス流量：窒素ガス流量が９０：１０〜０：１００に設定される。また、圧力は１×１０−３Ｐａ〜１×１０−２Ｐａが好適である。
【００３９】
また、Ａｒガスに水素を添加してもよい。かかるカーボン保護膜は潤滑剤の濡れ性が低下し、ヘッド用カーボン保護膜として好適である。水素ガスの添加量は、Ａｒガス流量：水素ガス流量が９０：１０〜０：１００に設定される。また、圧力は１×１０−３Ｐａ〜１×１０−２Ｐａが好適である。水素ガスあるいは上記の窒素ガスの流量がこれらの範囲を超えて大となると、カーボン保護膜１８の硬度が低下してしまう。
【００４０】
なお、高周波プラズマ装置３６は、円筒状電極３８の替わりに平行平板型電極でもよい。また、高周波プラズマ装置３６の変わりにマイクロ波プラズマ装置を用いてもよい。円筒型電極の高周波プラズマ装置３６と比較してより高いプラズマ密度を形成することができ、効率良くカーボン粒子を粉砕することができる。例えばマイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚ、ＲＦパワーを約２００Ｗに設定する。
【００４１】
成膜室２４には、基板１１を保持する基板保持台４０が設けられ接地されている。基板１１はカーボンイオンが流入する方向に略垂直に保持されている。但し、カーボン保護膜の厚さの均一性を確保するために基板を傾けるようになっていてもよく、回転自在となっていてもよい。さらに、本実施の形態のＦＣＡ成膜装置２０は、下地となる記録層等と真空中で連続して形成するため、記録層等を形成する成膜室とカーボン保護膜を形成する成膜室２４との間は、基板１１あるいは基板１１を保持した基板保持台４０が搬送されるようになっている。
【００４２】
カーボン保護膜１８は以上のようにして形成される。なお、ＦＣＡ成膜装置２０では、基板１１の片面側にのみカーボン保護膜が形成されるので、磁気記録媒体１０が両面型の場合は、片面ごとにＦＣＡ成膜装置を設けてもよく、基板面を裏返すことにより１台のＦＣＡ成膜装置により形成してもよい。図１に戻って、カーボン保護膜１８の厚さは０．５ｎｍ〜５ｎｍに設定され、磁気ヘッドと磁気記録媒体とのスペーシングを低減する観点からは、０．５ｎｍ〜３ｎｍであることが好ましい。
【００４３】
また、ＦＣＡ法により形成されたカーボン保護膜１８は、微結晶よりなり、カーボン原子間の結合がｓｐ３が支配的であるため、硬度が従来のスパッタ法あるいはＣＶＤ法により形成したものより硬度が高い。Ａｒガス雰囲気で成膜したカーボン保護膜１８は、ナノインスツルメンツ社製の硬度測定機ナノインデンタＩＩ（商品名）により測定すると膜厚５０ｎｍにおいて硬度が２５ＧＰａ〜３０ＧＰａであり、窒素ガスを含むＡｒガス雰囲気で成膜した窒素添加カーボン保護膜１８の硬度は１６ＧＰａ〜２５ＧＰａである。
【００４４】
次に、潤滑層１９は、カーボン保護膜１８上に厚さ０．５ｎｍ〜３ｎｍに設定して、浸漬法、スピンコーティング法により形成される。具体的には、潤滑剤はパーフルオロポリエーテルを主鎖とするＺＤＯＬ、Ｚ２５、ＡＭ３００１（以上、アウジモント社製商品名）等をフロン系溶媒（例えば、フロリナート（３Ｍ社製商品名））に希釈して、浸漬法、例えば基板を引き上げる際の速度により潤滑層の膜厚を制御する引き上げ法を用いることができる。もちろん潤滑剤を含んだフロン系溶媒の液面を所定の速度で低下させて潤滑層の膜厚を制御してもよい。潤滑層１９は、上述した窒素あるいは水素をドープしたカーボン保護膜１８を用いることにより、密着性を向上することができる。特に、窒素あるいは水素をドープしたカーボン保護膜１８には、ＺＤＯＬ及びＡＭ３００１が好適である。
【００４５】
本実施の形態によれば、磁気記録媒体は、カーボン保護膜がＦＣＡ法により形成され、発生したカーボン粒子はプラズマ形成領域中を通過する際に粉砕・イオン化されカーボンイオンとして記録層上に堆積されるので、カーボン保護膜中へのカーボン粒子の混入が防止される。したがって、２５ＧＰａ〜３０ＧＰａの高硬度のカーボン保護膜を、製品の歩留まり良く形成することができる。その結果、耐久性の優れた磁気記録媒体を実現することができる。
【００４６】
プラズマ形成領域３５を設けたことによりカーボンのイオン化率が向上し、カソードターゲット２５の消費されるカーボンに対するカーボン保護膜１８として成膜されるカーボンの割合が増加し、低コスト化、ＦＣＡ成膜装置２０内のカーボン粒子による汚染が抑制される。
【００４７】
［実施例］
第１実施例として上記の実施の形態の構成を有する磁気ディスクを形成し、カーボン保護膜の膜質及び突起の有無を評価した。
【００４８】
第１実施例の磁気ディスクは、ガラス基板上に、ＮｉＰ膜（厚さ５００ｎｍ）、Ｃｒ膜（厚さ４０ｎｍ）、Ｃｏ７０Ｃｒ３０膜（厚さ４ｎｍ）、Ｃｏ７４Ｃｒ１５Ｐｔ８Ｂ３膜（厚さ４ｎｍ）、Ｒｕ膜（厚さ０．８ｎｍ）、Ｃｏ７４Ｃｒ１５Ｐｔ８Ｂ３膜（厚さ１０ｎｍ）、カーボン保護膜（厚さ２．０ｎｍ）を順次形成した構成とした。なお、成膜時の基板温度を、カーボン保護膜を形成する場合を除いて２００℃とした。また、カーボン保護膜の評価のため、潤滑層は塗布しなかった。磁気ディスクとして記録再生に用いるためには、例えばＡＭ３００１（厚さ１．５ｎｍ）を浸漬法により塗布すればよい。
【００４９】
カーボン保護膜は、図２に示したＦＣＡ成膜装置により、厚さ２．０ｎｍを形成した。成膜条件は、アーク電流８０Ａ、カソードコイル電流１０Ａ、放電部側のフィルタコイル３０Ａを電流６Ａ、成膜室側のフィルタコイル３０Ｂを電流１０Ａ、プラズマパワー１５０Ｗとした。またＦＣＡ成膜装置内に４０ｓｃｃｍのＡｒガスを流入し、圧力を１×１０−３Ｐａ、成膜時間を２０秒とした。また、成膜時間を５００秒、他の条件は第１実施例と同様にして厚さ５０ｎｍのラマン分光測定用試料を作製した。
【００５０】
また、本発明によらない第１比較例の磁気ディスクを、ＦＣＡ成膜装置の高周波プラズマにＲＦパワーを投入しないで厚さ２．０ｎｍのカーボン保護膜を形成した以外は第１実施例と同様の条件で作製した。
【００５１】
さらに、本発明によらない第２比較例の磁気ディスクを、スパッタ法により厚さ２．０ｎｍの水素化カーボン膜よりなるカーボン保護膜を形成した以外は第１実施例と同様の条件で作製した。具体的には水素を含むＡｒガス雰囲気中（Ａｒガス流量３５ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス流量５ｓｃｃｍ）、全圧１×１０−３Ｐａに設定した。また、同様にして厚さ５０ｎｍのカーボン保護膜のラマン分光測定用試料を作製した。
【００５２】
先ず、ラマン分光法により本実施例及び第１比較例の磁気ディスクのカーボン保護膜の膜質を評価した。ラマン分光測定器（日本分光社製）を用いた。
【００５３】
図３はラマン分光のスペクトルを示す特性図である。図中に第１実施例及び第２比較例の磁気ディスクのカーボン保護膜の特性を示した。図３を参照するに、第２比較例の磁気ディスクは、１５５０ｃｍ−１近傍のＧ−ｂａｎｄのピーク及び１２５０ｃｍ−１近傍のＤ−ｂａｎｄのピークが現れている。一方、本実施例の磁気ディスクは、１５５０ｃｍ−１近傍のＧ−ｂａｎｄのピーク及び１２５０ｃｍ−１近傍のＤ−ｂａｎｄのピークが小さく、またピークが広がっている。それぞれのピークをガウシアン分布を仮定しピーク値を求め、Ｄ−ｂａｎｄのピーク値とＧ−ｂａｎｄのピーク値の比（＝Ｄ−ｂａｎｄのピーク値／Ｇ−ｂａｎｄのピーク値）を比較すると、第１実施例に係るピーク値の比が小さく、硬度の高いｓｐ３結合がより大なる割合を占めることが分かった。また、第１実施例に係るピーク値自体が第２比較例に係るピーク値より低く、第１実施例のカーボン保護膜の方がより非晶質化しており、緻密性が増していることが分かる。したがって、高硬度に加え、Ｃｏ７４Ｃｒ１５Ｐｔ８Ｂ３膜を保護して耐食性に優れることが推察される。
【００５４】
次に、カーボン保護膜表面の突起の評価を行った。図４（Ａ）及び（Ｂ）はＡＦＭ測定によるカーボン保護膜の表面形状を示す図であり、図４（Ａ）は本実施例、（Ｂ）は第１比較例に係るものである。突起の測定には、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡、デジタルインスツルメンツ社製、型式ナノスコープＩＩＩ）を用い、カンチレバーの針先の曲率半径が２０ｎｍのものを用い、タッピング法により１０μｍ×１０μｍの範囲を測定した。
【００５５】
図４（Ｂ）を参照するに、第１比較例に係るカーボン保護膜には多数の突起状の粒子（白色の粒子として現れているもの）があることが分かる。一方図４（Ａ）を参照するに、本実施例に係るカーボン保護膜には突起状の粒子がほとんど認められない。したがって、本実施例では、プラズマ形成領域においてカーボン粒子が確実に粉砕されていることが分かる。なお、図４（Ｂ）の黒い横線は測定ノイズであり、突起の高さが過度の場合に発生するものである。
【００５６】
（第２の実施の形態）
本発明の実施の形態は、本発明のカーボン保護膜を備えた磁気ヘッドに係るものである。
【００５７】
図５は本発明の実施の形態に係る磁気ヘッドが磁気記録媒体上を浮上する様子を示す図である。図６は、図５に示す磁気ヘッドの磁気記録媒体に対向する側からみた斜視図である。図５及び図６を参照するに、磁気ヘッド５０は、矢印ＭＥ方向に移動する磁気記録媒体５１により生じる矢印ＡＩＲ方向に流れる空気流の圧力により、空気流の流出端において磁気記録媒体５１から数十ｎｍの高さを浮上し、磁気記録媒体５１に記録・再生を行う。磁気ヘッド５０の空気流の流出端には、記録・再生を行う複合型磁気ヘッド素子５２が設けられている（微少なため点で示す。）。
【００５８】
磁気ヘッド５０のスライダの媒体対向面５３−１は、空気流に対する正圧を生じさせるための３つのパッド５４と、３つのパッド５４に囲まれた負圧を生じさせるための凹部５５と、パッド５４Ｌの流出端に設けられた複合型磁気ヘッド素子５２などにより構成されている。
【００５９】
スライダ５３は、アルチック（アルミナとＴｉＣよりなるセラミクス）よりなり、図５に示すようにスライダ５３の媒体対向面５３−１にはカーボン保護膜５６が設けられている。具体的には、図６に示す３つのパッド５４の表面には、ＦＣＡ法により形成した厚さ０．５ｎｍ〜２０ｎｍのカーボン保護膜５６に覆われている。磁気記録媒体５１との接触による摩耗、スクラッチ等を防止して、磁気ヘッド５０の浮上特性が劣化を防止することができる。なお、カーボン保護膜５６を形成する条件は、第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
ここで、パッド５４Ｌ又はパッド５４Ｒの流出端、特に複合型磁気ヘッド素子５２が形成されているパッド５４Ｌの流出端は、磁気ヘッド５０の浮上の際、磁気記録媒体とのスペーシングが最も小さくなる。カーボン保護膜５６には突起がなく平滑性に優れているので、スペーシングを低減することができ、優れた耐摩耗性及び耐スクラッチ性を有するが故カーボン保護膜５６の膜厚低減も可能であるので、スペーシングを一層低減することができ、高記録密度化が可能となる。
【００６１】
図７は複合型磁気ヘッド素子５２の媒体対向面の構造を示す拡大図である。図７中、対向する磁気記録媒体が下側から上側へと移動する。図７を参照するに、複合型磁気ヘッド素子５２は、記録を行う誘導型記録素子５８と再生を行う再生素子５９より構成されている。誘導型記録素子５８は、アルミナ等の非磁性絶縁材料からなる記録ギャップ部６０をもって離隔された上部磁極層６１と、下部副磁極６２−１を備えた下部磁極層６２と、上部磁極層６１と下部副磁極６２−１との間にヘッド磁界を生ぜしめるコイル（図示されず）などより構成されている。また、再生素子５９は、感磁素子であるスピンバルブ型ＧＭＲ素子６３と、スピンバルブ型ＧＭＲ素子６３を非磁性絶縁材料を介して挟む上部シールド層６４及び下部シールド層６５などから構成されている。
【００６２】
これらの上部磁極層６１、下部副磁極６２−１、下部磁極層６２、スピンバルブ型ＧＭＲ素子６３、上部シールド層６４、及び下部シールド層６５は、軟磁性材料、例えばＮｉＦｅ（パーマロイ）やＣｏＦｅＢ等、反強磁性材料、例えばＦｅＭｎやＣｏＰｔＰｄ等、導電材料、例えばＣｕ、Ａｌ等より構成されている。したがって、これらの材料は硬度が比較的低く、磁気記録媒体５１の突起等に直接接触すると傷つき易い。また、磁気記録媒体５１表面に付着している酸またはアルカリにより腐食され易い。これに対し、本実施の形態の磁気ヘッドは、図５及び図６に示すように、複合型磁気ヘッド素子５２の表面に、ＦＣＡ法により形成された厚さ０．５ｎｍ〜５ｎｍのカーボン保護膜５７が形成されている。したがって、耐スクラッチ性・耐蝕性に優れる。カーボン保護膜５７の形成条件は第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
なお、図５及び図６に戻り、カーボン保護膜をスライダ５３の媒体対向面５３−１の凹部５５を含む表面全体に形成してもよい。磁気記録媒体５１の潤滑層から媒体対向面５３−１に移行する潤滑剤の付着を防止することができる。特に、付着防止の観点から、カーボン保護膜はフッ素添加カーボン保護膜が好ましい。フッ素添加によりカーボン保護膜表面の表面エネルギーを低下することができ、潤滑剤の付着を抑制することができ、潤滑剤の付着による浮上特性の変化を抑制し、低浮上量の設計であってもヘッドクラッシュ等を防止することができる。
【００６４】
フッ素添加カーボン保護膜は、第１の実施の形態において、例えば、雰囲気ガスのＡｒガスにＣＦ４ガスを添加する。ＣＦ４ガスの添加量は、Ａｒガス流量：ＣＦ４ガス流量が９０：１０〜０：１００に設定される。圧力は１×１０−３Ｐａ〜１×１０−２Ｐａが好適である。
【００６５】
本実施の形態によれば、磁気ヘッド５２の媒体対向面５３−１、例えばパッド５４及び複合型磁気ヘッド素子５２の表面に高硬度、高密度カーボン保護膜が形成されているので、耐久性及び耐蝕性に優れる。特に、カーボン保護膜は平滑性に優れているので、磁気ヘッド・磁気記録媒体５１間のスペーシングを一層低減することができる。また、媒体対向面５３−１の全面にフッ素添加カーボンによりカーボン保護膜を形成することにより、潤滑剤の付着を防止し、浮上特性の劣化を防止することができる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
本発明の実施の形態は、第１の実施の形態に係る磁気記録媒体及び／又は第２の実施の形態に係る磁気ヘッドを備えた磁気記憶装置に係るものである。
【００６７】
図８は、本発明による実施の形態の磁気記憶装置の要部を示す図である。図８を参照するに、磁気記憶装置７０は大略ハウジング７１からなる。ハウジング７１内には、スピンドル（図示されず）により駆動されるハブ７２、ハブ７２に固定され回転される磁気記録媒体７３、アクチュエータユニット７４、アクチュエータユニット７４に取り付けられ磁気記録媒体７３の半径方向に移動されるアーム７５及びサスペンション７６、サスペンション７６に支持された磁気ヘッド７８が設けられている。
【００６８】
本実施の形態の磁気記憶装置７０は、磁気記録媒体７３及び磁気ヘッド７８に特徴がある。例えば、磁気記録媒体７３は第１の実施の形態の磁気記録媒体である。また、磁気ヘッド７８は、例えば第２の実施の形態の磁気ヘッドである。磁気記録媒体７３及び磁気ヘッド７８の少なくとも一方が係る特徴を有していればよい。
【００６９】
磁気記憶装置７０の基本構成は、図８に示すものに限定されるものではない。本発明で用いる磁気記録媒体７３は、磁気ディスクに限定されない。
【００７０】
本実施の形態によれば、磁気記憶装置７０は、磁気記録媒体７３が優れた平滑性、耐久性及び耐蝕性を有するので、高密度記録での低浮上あるいは接触記録方式であっても長期に亘る動作信頼性を有している。また、磁気ヘッド７８が優れた平滑性、耐久性及び耐蝕性に加えて長期浮上安定性を有し、長期に亘る動作信頼性を有している。
【００７１】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００７２】
例えば、上記の実施の形態に係る磁気記録媒体として磁気ディスクを例に説明したが、磁気ディスクに限定されず、例えば、金属薄膜をテープ状基板に形成した蒸着テープ等であってもよく、実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７３】
なお、図２に示すＦＣＡ成膜装置のフィルタ部を複数接続してもよい。但し、製造上許容される装置が占めるスペース及び処理時間の許容される範囲内に限定される。フィルタ部を増すとＦＣＡ成膜装置が大規模となり、またカーボン保護膜の成膜レートが低下する。
【００７４】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）  Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｃａｔｈｏｄ  Ａｒｃ法により、カーボンイオンと、カーボン原子と、カーボン粒子とを含むカーボン粒子群を生成し、該カーボン粒子群のうちカーボンイオンを選別して基板に堆積されてなるカーボン保護膜であって、
前記カーボン粒子をプラズマ領域においてカーボンイオンに変換させることを特徴とするカーボン保護膜。
（付記２）  前記プラズマ領域は高周波プラズマにより形成されることを特徴とする付記１記載のカーボン保護膜。
（付記３）  前記プラズマ領域はマイクロ波プラズマにより形成されることを特徴とする付記１記載のカーボン保護膜。
（付記４）  前記プラズマ領域はＡｒガスが電離されて形成されてなることを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載のカーボン保護膜。
（付記５）  前記Ａｒガスに窒素ガス、水素ガス、フッ素系ガスを添加することを特徴とする付記４記載のカーボン保護膜。
（付記６）  当該カーボン保護膜に窒素又は水素が添加されてなることを特徴とする付記１〜５のうち、いずれか一項記載のカーボン保護膜。
（付記７）  基板と、前記基板の上方に形成された磁性層と、カーボン保護膜とを含む磁気記録媒体において、
付記１〜６のうち、いずれか一項記載のカーボン保護膜を備えることを特徴とする磁気記録媒体。
（付記８）  前記カーボン保護膜は厚さが０．５ｎｍ〜５．０ｎｍの範囲であることを特徴とする付記７記載の磁気記録媒体。
（付記９）  前記磁性層は、複数の強磁性層と該複数の強磁性層の間に形成された非磁性結合層よりなる積層フェリ構造を有していることを特徴とする付記７または８記載の磁気記録媒体。
（付記１０）  基板と、基板の上方に形成されたカーボン保護膜とを含む磁気記録媒体であって、
前記カーボン保護膜の硬度が膜厚５０ｎｍにおいて２５ＧＰａ以上であることを特徴とする付記７〜９のうち、いずれか一項記載の磁気記録媒体。
（付記１１）  磁気記録媒体に接触し、または磁気記録媒体上を浮上して記録または再生を行い、
スライダと、前記スライダの磁気記録媒体に対向する側に形成されたカーボン保護膜とを含む磁気ヘッドにおいて、
前記カーボン保護膜が付記１〜６のうち、いずれか一項記載のカーボン保護膜であることを特徴とする磁気ヘッド。
（付記１２）  前記カーボン保護膜にフッ素が添加されてなることを特徴とする付記１１記載の磁気ヘッド。
（付記１３）  付記７〜１０のうち、いずれか一項記載の磁気記録媒体、及び／又は付記１１又は１２記載の磁気ヘッドを備えた磁気記憶装置。
（付記１４）  カーボン粒子群を生成する発生部と、カーボン粒子群を選別するフィルタ部と、カーボン保護膜を形成する成膜部とよりなる、ＦＣＡ法を用いたカーボン保護膜成膜装置であって、
前記発生部と成膜部との間にプラズマ形成領域を設け、
前記カーボン粒子群を前記プラズマ形成領域を通過させて、カーボン粒子群のうちカーボン粒子を粉砕することを特徴とするカーボン保護膜成膜装置。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、粒子状の突起の形成を防止し平滑で高硬度のカーボン保護膜、そのカーボン保護膜を備えた磁気記録媒体及び磁気ヘッド、並びに磁気記憶装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気記録媒体の断面図である。
【図２】ＦＣＡ成膜装置を模式的に示す断面図である。
【図３】ラマン分光のスペクトルを示す特性図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）はＡＦＭ測定によるカーボン保護膜の表面形状を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る磁気ヘッドが磁気記録媒体上を浮上している様子を示す図である
【図６】図５に示す磁気ヘッドの磁気記録媒体に対向する側からみた斜視図である。
【図７】複合型磁気ヘッド素子の媒体対向面の構造を示す拡大図である。
【図８】本発明による第３の実施の形態の磁気記憶装置の要部を示す図である。
【符号の説明】
１０、５１、７３  磁気記録媒体
１８、５６、５７  カーボン保護膜
１９              潤滑層
２０              ＦＣＡ成膜装置
２１              放電部
２２              フィルタ部
２３              プラズマ形成部
２４              成膜室
３６              高周波プラズマ装置
３８              円筒状電極
３９              高周波電源
５０、７８        磁気ヘッド
５２              複合型磁気ヘッド素子
５３              スライダ
７０              磁気記憶装置
【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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