(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の表面にフッ素のイオンビームを照射しつつ、対象物の表面に炭素のイオンビームを照射して対象物の表面に炭素原子を堆積する工程と、炭素のイオンビームが対象物の表面に辿り着く以前に、炭素のイオンビームから非イオン化粒子および塊を捕獲する工程とを備え、前記フッ素のイオンビームは前記炭素のイオンビームに対して垂直方向から照射されることを特徴とするテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆる母材上に積層される硬質カーボン膜に関し、特に、ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）といった磁気記録媒体駆動装置に組み込まれるヘッドスライダでスライダ本体の媒体対向面に積層される硬質カーボン保護膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ヘッドスライダでは、スライダ本体の媒体対向面に硬質カーボン膜が形成される。硬質カーボン膜の形成にあたって、電子サイクロトロン共鳴化学的気相蒸着（ＥＣＲ―ＣＶＤ）法やイオンビーム蒸着（ＩＢＤ）法が利用される。硬質カーボン膜は、スライダ本体から露出するヘッド素子に覆い被さる。こういった硬質カーボン膜によれば、ヘッドスライダが磁気記録媒体すなわちハードディスクやハードディスク上のコンタミネーションに衝突してもヘッド素子の損傷は回避されることができる。
【０００３】
硬質カーボン膜の表面にはフッ素が付与される。フッ素の付与にあたって硬質カーボン膜の表面はＣＦ4 プラズマに曝される。フッ素は硬質カーボン膜の表面で水分や潤滑剤の付着を防止する。こうしてヘッド素子の耐食性は高められる。同時に、こうして水分や潤滑剤の付着が防止されると、ヘッドスライダは安定した浮上量で記録媒体すなわちハードディスクの表面から浮上し続けることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
広く知られるように、いわゆるｓｐ3 結合が増加すればするほど、硬質カーボン膜では緻密な組織構造が確立される。硬質カーボン膜の硬度は向上する。その一方で、硬質カーボン膜の表面でフッ素の付与は阻害されてしまう。十分にフッ素が付与されない限り、水分や潤滑剤の付着は回避されることはできない。
【０００５】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、硬度の向上にも拘わらず十分に水分や潤滑剤の付着を防止することができる硬質カーボン膜を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくともフッ素原子に対象物の表面を曝しつつ、対象物の表面に炭素原子を堆積する工程を備えることを特徴とするテトラヘドラルアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ）膜の製造方法が提供される。
【０００７】
かかる製造方法によれば、堆積する炭素原子に混ざり合ってテトラヘドラルアモルファスカーボン膜中にフッ素原子は取り込まれることができる。テトラヘドラルアモルファスカーボン膜中に含まれるｓｐ3 結合の含有量に応じてテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の硬度は高められることができる。しかも、テトラヘドラルアモルファスカーボン膜の表面付近に散在するフッ素原子の働きで十分な撥水性は確立されることができる。特に、炭素原子の堆積中にフッ素原子は付与されることから、ｓｐ3 結合の増量に伴って緻密な組織構造が構築されてもテトラヘドラルアモルファスカーボン膜中には十分なフッ素は取り込まれることができる。
【０００８】
こうしたテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の製造方法では、フッ素原子に対する曝露にあたって対象物はフッ素含有化合物ガスの雰囲気中に配置されればよい。その他、フッ素原子に対する曝露にあたって、対象物の表面にはフッ素のイオンビームが照射されてもよい。いずれの場合でも、炭素原子の堆積中にテトラヘドラルアモルファスカーボン膜中にはフッ素原子は取り込まれることができる。
【０００９】
この種の製造方法では、炭素原子の堆積にあたって対象物の表面に炭素のイオンビームが照射されればよい。特に、炭素のイオンビームの生成にあたってＦＣＡ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｃａｔｈｏｄｉｃ  Ａｒｃ）法が用いられることが望まれる。ＦＣＡ法によれば、比較的に簡単に、テトラヘドラルアモルファスカーボン膜中のｓｐ3 結合は増量されることができる。対象物上には効率よくテトラヘドラルアモルファスカーボンが形成されることができる。
【００１０】
以上のような製造方法によれば、母材上に積層されて、内部にフッ素を含むことを特徴とするテトラヘドラルアモルファスカーボン膜が提供されることができる。こうしたテトラヘドラルアモルファスカーボン膜によれば、前述のように、十分な硬度を確保すると同時に表面では十分な撥水性は確保されることができる。
【００１１】
特に、こういったテトラヘドラルアモルファスカーボン膜では、フッ素はテトラヘドラルアモルファスカーボン中に混在することが望まれる。テトラヘドラルアモルファスカーボンには８０％以上のｓｐ3 結合が含まれることが望まれる。こうしてテトラヘドラルアモルファスカーボン膜には十分な硬度は確保される。ただし、フッ素の濃度は２０原子％未満に設定されることが望まれる。フッ素濃度が２０原子％以上に設定されると、テトラヘドラルアモルファスカーボン膜で十分な硬度が確保されることができなくなってしまう。
【００１２】
本発明に係るテトラヘドラルアモルファスカーボン膜は、例えばハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）といった磁気記録媒体駆動装置に組み込まれるヘッドスライダに適用されることができる。このとき、ヘッドスライダは、媒体対向面で記録媒体に向き合わせられるスライダ本体と、媒体対向面に積層されて、内部にフッ素を含むテトラヘドラルアモルファスカーボン膜とを備えればよい。こうしたヘッドスライダによれば、媒体対向面には十分な硬度の保護膜が形成されることができる。テトラヘドラルアモルファスカーボン膜の膜厚の減少にも拘わらず媒体対向面は衝突や損傷から十分に保護されることができる。しかも、媒体対向面では、テトラヘドラルアモルファスカーボン膜の表面付近に散在するフッ素原子の働きで十分な撥水性は確立されることができる。媒体対向面は水分の付着から保護されることができる。同様に、媒体対向面に対して潤滑剤の付着は防止されることができる。ヘッドスライダの重量の変動は極力回避されることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００１４】
図１は磁気記録媒体駆動装置の一具体例すなわちハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）１１の内部構造を概略的に示す。このＨＤＤ１１は、例えば平たい直方体の内部空間を区画する箱形の筐体本体１２を備える。収容空間には、記録媒体としての１枚以上の磁気ディスク１３が収容される。磁気ディスク１３はスピンドルモータ１４の回転軸に装着される。スピンドルモータ１４は、例えば７２００ｒｐｍや１００００ｒｐｍといった高速度で磁気ディスク１３を回転させることができる。筐体本体１２には、筐体本体１２との間で収容空間を密閉する蓋体すなわちカバー（図示されず）が結合される。
【００１５】
収容空間には、垂直方向に延びる支軸１５回りで揺動するキャリッジ１６がさらに収容される。このキャリッジ１６は、支軸１５から水平方向に延びる剛体の揺動アーム１７と、この揺動アーム１７の先端に取り付けられて揺動アーム１７から前方に延びる弾性サスペンション１８とを備える。周知の通り、弾性サスペンション１８の先端では、いわゆるジンバルばね（図示されず）の働きで浮上ヘッドスライダ１９は片持ち支持される。浮上ヘッドスライダ１９には、磁気ディスク１３の表面に向かって弾性サスペンション１８から押し付け力が作用する。磁気ディスク１３の回転に基づき磁気ディスク１３の表面で生成される気流の働きで浮上ヘッドスライダ１９には浮力が作用する。弾性サスペンション１８の押し付け力と浮力とのバランスで磁気ディスク１３の回転中に比較的に高い剛性で浮上ヘッドスライダ１９は浮上し続けることができる。
【００１６】
こうした浮上ヘッドスライダ１９の浮上中に、キャリッジ１６が支軸１５回りで揺動すると、浮上ヘッドスライダ１９は半径方向に磁気ディスク１３の表面を横切ることができる。こうした移動に基づき浮上ヘッドスライダ１９は磁気ディスク１３上の所望の記録トラックに位置決めされる。このとき、キャリッジ１６の揺動は例えばボイスコイルモータ（ＶＣＭ）といったアクチュエータ２１の働きを通じて実現されればよい。周知の通り、複数枚の磁気ディスク１３が筐体本体１２内に組み込まれる場合には、隣接する磁気ディスク１３同士の間で１本の揺動アーム１７に対して２つの弾性サスペンション１８が搭載される。
【００１７】
図２は浮上ヘッドスライダ１９の一具体例を示す。この浮上ヘッドスライダ１９は、平たい直方体に形成されるＡｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ（アルチック）製のスライダ本体２２と、このスライダ本体２２の空気流出端に接合されて、読み出し書き込みヘッド２３を内蔵するＡｌ2 Ｏ3 （アルミナ）製のヘッド素子内蔵膜２４とを備える。読み出し書き込みヘッド２３は、例えば、磁気ディスク１３に情報を書き込む際に使用される薄膜磁気ヘッドといった書き込み素子と、磁気ディスク１３から情報を読み取る際に使用される巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）やトンネル接合磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ）といった読み取り素子とで構成されればよい。スライダ本体２２およびヘッド素子内蔵膜２４には、磁気ディスク１３に対向する媒体対向面すなわち浮上面２５が規定される。磁気ディスク１３の回転に基づき生成される気流２６は浮上面２５に受け止められる。
【００１８】
浮上面２５には、空気流入端から空気流出端に向かって延びる２筋のレール２７が形成される。各レール２７の頂上面にはいわゆるＡＢＳ（空気軸受け面）２８が規定される。ＡＢＳ２８では気流２６の働きに応じて前述の浮力が生成される。ヘッド素子内蔵膜２４に埋め込まれた読み出し書き込みヘッド２３はＡＢＳ２８で前端を露出させる。なお、浮上ヘッドスライダ１９の形態はこういった形態に限られるものではない。
【００１９】
図３に示されるように、ＡＢＳ２８には全面にわたって硬質カーボン膜２９が積層される。ＡＢＳ２８で露出する読み出し書き込みヘッド２３の前端は硬質カーボン膜２９で覆われる。硬質カーボン膜２９の膜厚は例えば５ｎｍ以下に設定されればよい。
【００２０】
硬質カーボン膜２９はいわゆるテトラヘドラルアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ）から構成される。すなわち、硬質カーボン膜２９には、８０％以上の割合でいわゆるｓｐ3 結合が含まれる。しかも、この硬質カーボン膜２９の内部にはフッ素が含まれる。例えば図４に示されるように、フッ素原子３１はテトラヘドラルアモルファスカーボン中で炭素原子３２と混在する。フッ素の濃度は例えば２０原子％未満に設定されればよい。
【００２１】
こうした硬質カーボン膜２９では、十分な割合でｓｐ3 結合が確保されることから、緻密な組織構造が確立されることができる。硬質カーボン膜２９の硬度は高められる。膜厚の減少にも拘わらず硬質カーボン膜２９には十分な硬度が確保されることができる。硬質カーボン膜２９の膜厚が減少すれば、ＡＢＳ２８で露出する読み出し書き込みヘッド２３と磁気ディスク１３の表面との距離は一層縮小されることができる。
【００２２】
しかも、こういった硬質カーボン膜２９によれば、表面付近に散在するフッ素原子３１の働きで十分な撥水性は確立されることができる。ＡＢＳ２８は水分の付着から保護されることができる。読み出し書き込みヘッド２３の耐食性は高められる。こういった硬質カーボン膜２９によれば、同様に、ＡＢＳ２８に対して潤滑剤の付着は防止されることができる。浮上ヘッドスライダ１９は安定した浮上量で磁気ディスク１３の表面から浮上し続けることができる。潤滑剤が付着すると、重量の変動に基づき浮上量の安定性は損なわれてしまう。
【００２３】
次に、浮上ヘッドスライダ１９の製造方法を簡単に説明する。図５に示されるように、例えばＡｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ（アルチック）製のウェハー４１が用意される。ウェハー４１の表面には多数個の読み出し書き込みヘッド２３が構築される。読み出し書き込みヘッド２３は、１浮上ヘッドスライダ１９に切り出される１ブロック４２ごとに形成される。例えば直径５インチのウェハー４１では、１００行１００列で計１００００個の浮上ヘッドスライダ１９が切り出されることができる。読み出し書き込みヘッド２３は、ウェハー４１の表面に積層形成されるＡｌ2 Ｏ3 （アルミナ）膜上で作り込まれればよい。形成された読み出し書き込みヘッド２３はアルミナ膜でさらに覆われる。こうしてウェハー４１上では、アルミナ製のヘッド素子内蔵膜２４に埋め込まれた読み出し書き込みヘッド２３は確立される。
【００２４】
その後、ウェハー４１から１列のブロック４２ごとにウェハーバー４３が切り出される。続いて、ウェハーバー４３の切断面４４には一面に硬質カーボン膜２９が積層形成される。硬質カーボン膜２９の製造工程の詳細は後述される。
【００２５】
硬質カーボン膜２９の形成後、ウェハーバー４３の切断面４４には個々のブロック４２ごとに浮上面２５が形作られていく。例えばフォトリソグラフィ法でレール２７は削り出される。このとき、レール２７の頂上面すなわちＡＢＳ２８はフォトレジスト膜で覆われ続ける。その結果、ＡＢＳ２８には硬質カーボン膜２９が残存する。最終的に、各ウェハーバー４３からブロック４２ごとに個々の浮上ヘッドスライダ１９は切り出される。
【００２６】
硬質カーボン膜２９の形成にあたってＦＣＡ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｃａｔｈｏｄｉｃ  Ａｒｃ）法が用いられる。このとき、ウェハーバー４２は、例えば図６に示されるように、規定の治具４５上に固定されればよい。固定には例えば接着剤が用いられればよい。治具４５は、例えば図７に示されるように、ＦＣＡ装置４６に装着される。
【００２７】
ここで、ＦＣＡ装置４６の構造を簡単に説明する。このＦＣＡ装置４６はチャンバ４７を備える。チャンバ４７内には、治具４５を受け止める支持板４８が配置される。この支持板４８は例えば直交３軸回りで自由に姿勢を変化させることができる。
【００２８】
同様に、チャンバ４７内には、ターゲットを保持するカソード４９が配置される。ターゲットには例えば炭素の塊が用いられればよい。ストライカ５１の働きでカソード４９すなわちターゲットとアノード５２との間でアーク放電は確立される。アーク放電に基づきターゲットから炭素イオンは解き放たれる。カソードコイル５３やラスタコイル５４の働きで、炭素イオンの物質流すなわちイオンビーム５５は支持板４８まで誘導される。このとき、炭素の非イオン化粒子や塊はフィルタコイル５６で捕獲される。したがって、支持板４８上のウェハーバー４３には著しく高い濃度で炭素イオンが辿り着く。こうしてウェハーバー４３の切断面４４には、例えば８０％以上の割合でｓｐ3 結合を含む炭素組織すなわちテトラヘドラルアモルファスカーボンが生成される。
【００２９】
このＦＣＡ装置４６ではチャンバ４７内にＣＦ4 ガスが導入される。テトラヘドラルアモルファスカーボンの堆積にあたってチャンバ４７内にはＣＦ4 ガスの雰囲気が確立される。その結果、テトラヘドラルアモルファスカーボン中にはフッ素原子が取り込まれていく。その他、こういったフッ素原子の取り込みにあたってＣＦ4 ガスのイオンビーム５７が用いられてもよい。このイオンビーム５７の実現にあたってチャンバ４７にはイオンガン５８が接続されればよい。イオンビーム５７が炭素のイオンビーム５５に対して垂直方向から照射されると、硬質カーボン膜２９中でフッ素の均質性は高められることができる。なお、イオンガン５８の出力が大きい場合には、図７に示されるように、ウェハーバー４３の切断面４４に水平にＣＦ4 ガスのイオンビーム５７は誘導されればよい。フッ素の濃度は、チャンバ４７内に導入されるＣＦ4 ガスの流量や、イオンガン５８に印加される電力の大きさに基づき制御されることができる。
【００３０】
本発明者は硬質カーボン膜２９の特性を検証した。検証にあたって、本発明者はシリコンウェハー上で膜厚５０ｎｍの硬質カーボン膜２９を形成した。複数種類の硬質カーボン膜２９は用意された。個々の硬質カーボン膜２９ごとにフッ素濃度は変更された。フッ素濃度の測定にあたってＸ線光電子分光装置が用いられた。
【００３１】
本発明者は個々の硬質カーボン膜２９ごとに硬度および水の接触角を測定した。硬度の測定にあたってナノインスツルメンツ社製のナノインデンタIIが用いられた。図８から明らかなように、硬質カーボン膜２９中に例えば２０原子％の濃度でフッ素原子が取り込まれても、２０ＧＰａ程度の硬度が確保されることが確認された。本発明者の検証によれば、電子サイクロトロン共鳴化学的気相蒸着（ＥＣＲ―ＣＶＤ）法やイオンビーム蒸着（ＩＢＤ）法で形成されたカーボン膜では最大で１８ＧＰａ程度の硬度が確認された。したがって、硬質カーボン膜２９中でフッ素濃度が２０原子％未満に設定されれば、硬質カーボン膜２９で十分な硬度は確保されることが確認された。しかも、図９から明らかなように、硬質カーボン膜２９中でフッ素濃度が２０原子％未満に設定されても、硬質カーボン膜２９の表面では十分な撥水性が確保されることが確認された。
【００３２】
（付記１）  少なくともフッ素原子に対象物の表面を曝しつつ、対象物の表面に炭素原子を堆積する工程を備えることを特徴とするテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の製造方法。
【００３３】
（付記２）  付記１に記載のテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の製造方法において、前記フッ素原子に対する曝露にあたって、前記対象物はフッ素含有化合物ガスの雰囲気中に配置されることを特徴とするテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の製造方法。
【００３４】
（付記３）  付記１に記載のテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の製造方法において、前記フッ素原子に対する曝露にあたって、前記対象物の表面にはフッ素のイオンビームが照射されることを特徴とするテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の製造方法。
【００３５】
（付記４）  付記１〜３のいずれかに記載のテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の製造方法において、前記炭素原子の堆積にあたって、前記対象物の表面には炭素のイオンビームが照射されることを特徴とするテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の製造方法。
【００３６】
（付記５）  付記４に記載のテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の製造方法において、前記炭素のイオンビームの生成にあたってＦＣＡ法が用いられることを特徴とするテトラヘドラルアモルファスカーボン膜の製造方法。
【００３７】
（付記６）  母材上に積層されて、内部にフッ素を含むことを特徴とするテトラヘドラルアモルファスカーボン膜。
【００３８】
（付記７）  付記６に記載のテトラヘドラルアモルファスカーボン膜において、前記フッ素はテトラヘドラルアモルファスカーボン中に混在することを特徴とする硬質カーボン膜。
【００３９】
（付記８）  付記７に記載のテトラヘドラルアモルファスカーボン膜において、前記テトラヘドラルアモルファスカーボンには８０％以上のｓｐ3 結合が含まれることを特徴とするテトラヘドラルアモルファスカーボン膜。
【００４０】
（付記９）  付記７または８に記載のテトラヘドラルアモルファスカーボン膜において、前記フッ素の濃度は２０原子％未満であることを特徴とするテトラヘドラルアモルファスカーボン膜。
【００４１】
（付記１０）  媒体対向面で記録媒体に向き合わせられるスライダ本体と、媒体対向面に積層されて、内部にフッ素を含むテトラヘドラルアモルファスカーボン膜とを備えることを特徴とするヘッドスライダ。
【００４２】
（付記１１）  付記１０に記載のヘッドスライダにおいて、前記フッ素はテトラヘドラルアモルファスカーボン中に混在することを特徴とするヘッドスライダ。
【００４３】
（付記１２）  付記１１に記載のヘッドスライダにおいて、前記テトラヘドラルアモルファスカーボンには８０％以上のｓｐ3 結合が含まれることを特徴とするヘッドスライダ。
【００４４】
（付記１３）  付記１１または１２に記載のヘッドスライダにおいて、前記フッ素の濃度は２０原子％未満であることを特徴とするヘッドスライダ。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、硬度の向上にも拘わらず十分に水分や潤滑剤の付着を防止することができる硬質カーボン膜は提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）の内部構造を概略的に示す平面図である。
【図２】  浮上ヘッドスライダの一具体例を示す拡大斜視図である。
【図３】  浮上面を示す浮上ヘッドスライダの平面図である。
【図４】  硬質カーボン膜の組織構造を模式的に示す部分断面図である。
【図５】  浮上ヘッドスライダの製造方法を示す斜視図である。
【図６】  治具上に配置されたウェハーバーの様子を示す平面図である。
【図７】  ＦＣＡ装置の構造を示す概念図である。
【図８】  硬質カーボン膜中のフッ素濃度と硬質カーボン膜の硬度との関係を示すグラフである。
【図９】  硬質カーボン膜中のフッ素濃度と水の接触角との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１９  ヘッドスライダ、２２  母材としてのスライダ本体、２４  母材としてのヘッド素子内蔵膜、２５  浮上面（媒体対向面）、２９  テトラヘドラルアモルファスカーボン膜、３１  フッ素原子、３２  炭素原子、４３  対象物としてのウェハーバー、５５  炭素のイオンビーム、５７  フッ素のイオンビーム。
【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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