專利名稱：制造磁頭浮動(dòng)塊的方法和磁頭浮動(dòng)塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造裝備有巨磁阻效應(yīng)或隧道磁阻效應(yīng)的類型的磁阻元件的磁頭浮動(dòng)塊的方法，以及所述磁頭浮動(dòng)塊。更加具體地，本發(fā)明涉及形成以極好的耐蝕性和耐磨性為特征的用于保護(hù)飛行表面的膜的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的磁盤記錄/再現(xiàn)裝置正在迅速地增加它們的記錄密度，以應(yīng)對(duì)將要處理的信息量的增加，然而伴隨著不可避免的下述技術(shù)問題降低作為磁頭和磁盤之間的距離的磁間隔。然而，磁頭浮動(dòng)量的降低導(dǎo)致磁頭浮動(dòng)塊與以高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面的接觸或碰撞的機(jī)會(huì)增加。因此，磁頭浮動(dòng)塊的飛行表面上形成的飛行表面保護(hù)膜除了又薄又硬之外還必須具有高度的耐磨性。另一方面，構(gòu)成磁頭浮動(dòng)塊的磁頭元件包括磁記錄元件和磁阻元件，它們都由易于腐蝕的磁性材料制成。因此，飛行表面保護(hù)膜還必須起到防止磁性材料腐蝕的作用。為了滿足這些需要，希望提供這樣的薄膜，其在浮動(dòng)時(shí)不允許灰塵和污物留下，其以極好的耐磨性為特征，其具有高原子密度并且高度致密，并且其進(jìn)一步保持化學(xué)穩(wěn)定。目前，已使用了非晶碳膜和非晶硅膜的疊層作為飛行表面保護(hù)膜，因?yàn)樗谀撤N程度上滿足了上述需要。依靠化學(xué)氣相沉積(CVD)方法、離子束蒸發(fā)方法、激光磨損蒸發(fā)方法或過濾陰極真空電弧(FCVA)方法形成飛行表面保護(hù)膜中的碳層。非晶碳膜由金剛石成分和石墨成分構(gòu)成。這里，通過使用上述方法形成的非晶碳膜包含相對(duì)大量的金剛石成分，并且因此展示了極好的耐蝕性和耐磨性。
已知的是，進(jìn)一步降低飛行表面保護(hù)膜的厚度的嘗試遇到了以下問題。亦即，必須先于在浮動(dòng)塊的飛行表面上形成飛行表面保護(hù)膜之前機(jī)械拋光(研磨)浮動(dòng)塊的飛行表面。在機(jī)械拋光中，通過在研磨機(jī)上按壓滑動(dòng)(press-slide)浮動(dòng)塊的飛行表面，在所述研磨機(jī)中金剛石顆粒被掩埋，來控制磁元件的高度。然而，浮動(dòng)塊的飛行表面由若干種材料構(gòu)成，亦即基片、絕緣膜、磁頭元件、保護(hù)膜以及具有不同機(jī)械強(qiáng)度的類似物，這留下了下述問題在機(jī)械拋光之后，在由這些材料構(gòu)成的部分之中形成了臺(tái)階。當(dāng)臺(tái)階在浮動(dòng)塊的飛行表面上的磁頭元件附近很大時(shí)，機(jī)械拋光之后形成的飛行表面保護(hù)膜的涂敷性能惡化，使得難以制造具有令人滿意的耐蝕性的磁頭。
在非專利文件1中已報(bào)導(dǎo)，通過CVD方法、離子束蒸發(fā)方法、激光磨損蒸發(fā)方法或FCVA方法形成的硬非晶碳膜，與更深的區(qū)域中相比，在距離膜表面大約0.5nm到大約1.5nm的深度的區(qū)域中，包含較少的金剛石成分并且具有較低的原子密度(在下文中被稱作表面石墨層)。當(dāng)飛行表面保護(hù)膜的厚度小于3.0nm時(shí)，表面石墨層占據(jù)了整個(gè)膜的增加的比例，結(jié)果造成耐蝕性降低。
專利文件1披露了解決部分上述問題的技術(shù)。亦即，專利文件1披露了制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，所述方法包含在磁頭浮動(dòng)塊的飛行表面上形成硬非晶碳膜的步驟；以及通過以下形成保護(hù)膜的步驟通過機(jī)械拋光或者通過用氣體等離子體照射，從硬非晶碳膜去除具有低耐磨性的表面區(qū)域。根據(jù)這種制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，能夠提供這樣的磁頭，其裝備有通過僅使用致密內(nèi)部區(qū)域而具有極好耐磨性的非常薄的飛行表面保護(hù)膜。
非專利文件H.U.Jager et al.，“ta-C淀積模擬膜特性及膜形成的時(shí)間分辨動(dòng)力學(xué)(ta-C deposition simulationsFilm properties and time-resolveddynamics of film formation)”(物理評(píng)論B(Physical Review B)68，2003，pp.024201)
專利文件JP-A-2000-9042
發(fā)明內(nèi)容然而，根據(jù)所述專利文件制造的磁頭浮動(dòng)塊伴隨有這樣的問題當(dāng)在去除硬非晶碳膜的表面區(qū)域的步驟中使用機(jī)械拋光方法時(shí)，產(chǎn)出降低，因?yàn)殡y以控制拋光的量，并且涂敷性能由于研磨期間形成的劃痕而降低，造成耐蝕性降低。
進(jìn)一步，當(dāng)在去除硬非晶碳膜的表面區(qū)域的步驟中使用氣體等離子體時(shí)，硬非晶碳膜被破壞，并且其密度在除了要被去除的表面區(qū)域之外的內(nèi)部區(qū)域中降低。進(jìn)一步，表面被粗糙化，惡化了涂敷性能。結(jié)果，耐蝕性和耐磨性降低。
本發(fā)明被完成以便解決上述問題，并且具有下述目的提供具有飛行表面保護(hù)膜的磁頭浮動(dòng)塊，所述飛行表面保護(hù)膜以極好的耐蝕性和耐磨性為特征而不管其非常小的厚度。
當(dāng)氣體等離子體用作去除部分的飛行表面保護(hù)膜的手段時(shí)，仍然存在的問題在于，硬非晶碳膜被破壞，并且其密度在除了要被去除的表面區(qū)域之外的內(nèi)部區(qū)域中降低，此外，涂敷性能由于粗糙化的表面而降低，如上所述。通過本發(fā)明人實(shí)施的研究發(fā)現(xiàn)，上述問題是由氣體等離子體中的下述離子造成的，所述離子具有不小于大約100eV的能量，并且垂直地撞擊到將要處理的基片上。
首先，下面說明氣體等離子體造成的保護(hù)膜的密度降低。當(dāng)在上述條件下離子降落在硬非晶碳膜上時(shí)，入射離子滲入到距離表面大約1nm到大約2nm的深度中，其中硬非晶碳膜中的金剛石成分由于熱能的擴(kuò)散而經(jīng)受相變成為石墨成分，結(jié)果造成非晶碳膜的密度降低。下一步，下面說明粗糙化表面的原因。當(dāng)離子的照射與正交于將要處理的基片的方向平行時(shí)，與突出的部分相比，歸因于離子照射的能量集中在凹陷部分中，造成濺射的發(fā)生。因此，凹陷部分被進(jìn)一步研磨，所以表面粗糙度進(jìn)一步增加。
在本發(fā)明中，確認(rèn)了通過以下能夠解決上述問題通過使用關(guān)于正交于將要處理的基片的表面的方向傾斜的離子束，來去除硬非晶碳膜的表面區(qū)域。當(dāng)關(guān)于將要處理的基片的表面傾斜到足夠角度照射離子束時(shí)，首先，離子束在硬非晶碳膜中滲入的深度降低，并且防止了金剛石成分經(jīng)受相變而成為石墨成分。進(jìn)一步，關(guān)于表面粗糙度，表面上的突出部分被優(yōu)先研磨，并且表面粗糙度在處理之后降低。
本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)完成的。亦即，為了解決上述問題，本發(fā)明的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法包含在浮動(dòng)塊的飛行表面上形成飛行表面保護(hù)膜的步驟；以及去除部分的飛行表面保護(hù)膜的步驟，其中，通過使用關(guān)于飛行表面的法線傾斜的離子束，來實(shí)施去除部分的飛行表面保護(hù)膜的所述步驟。
本發(fā)明的飛行表面保護(hù)膜是硬非晶碳的單層膜或硬非晶碳膜和包含硅的緊密粘附膜的疊層。為了獲得具有極好耐蝕性和耐磨性的飛行表面保護(hù)膜，硬非晶碳膜中金剛石成分的量必須不小于45％，并且希望地在60到85％的范圍內(nèi)。
在去除部分的飛行表面保護(hù)膜的步驟中，當(dāng)離子束的照射角度從磁頭浮動(dòng)塊的飛行表面的法線不小于45度但是小于90度時(shí)，并且當(dāng)離子束的加速電壓不高于300V時(shí)，獲得了高密度和高覆蓋性能。
當(dāng)在形成飛行表面保護(hù)膜的步驟中在浮動(dòng)塊的飛行表面上形成的飛行表面保護(hù)膜具有比飛行表面保護(hù)膜的預(yù)期厚度大不小于0.5nm的厚度時(shí)，本發(fā)明的飛行表面保護(hù)膜展示了特別高的密度和覆蓋性能。
通過使用電弧放電，飛行表面保護(hù)膜中的硬非晶碳膜變得能夠包含特別大量的金剛石成分。
在去除部分的飛行表面保護(hù)膜的步驟中，在照射離子束的同時(shí)，觀測(cè)去除飛行表面保護(hù)膜的厚度的量，使得可以形成維持良好精度的預(yù)期厚度的飛行表面保護(hù)膜，并因而制造了維持高產(chǎn)出的磁頭。具體而言，這通過以下實(shí)現(xiàn)用光照射膜形成裝置中的樣品架上的磁浮動(dòng)塊附近放置的用于測(cè)量膜厚度的樣品，并且利用根據(jù)反射光的偏振狀態(tài)分析膜厚度的橢圓偏振計(jì)來實(shí)時(shí)測(cè)量膜厚度。
將要去除的膜的厚度不僅能夠通過橢圓偏振計(jì)測(cè)量，而且還能夠利用測(cè)量正在照射的離子束中的離子束電流的裝置來測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明，能夠形成具有良好覆蓋性能的致密的飛行表面保護(hù)膜。進(jìn)一步，能夠提供具有飛行表面保護(hù)膜的磁頭，所述飛行表面保護(hù)膜以極好的耐蝕性和耐磨性為特征而不管其非常小的厚度。


圖1是顯示根據(jù)實(shí)施例1的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法的工藝流程圖；圖2是顯示根據(jù)實(shí)施例2的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法的工藝流程圖；圖3是顯示根據(jù)實(shí)施例4的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法的工藝流程圖；圖4是顯示用于形成實(shí)施例1的飛行表面保護(hù)膜的工藝流程的示圖；圖5是顯示用于形成比較例1的飛行表面保護(hù)膜的工藝流程的示圖；圖6是顯示用于形成比較例2和3的飛行表面保護(hù)膜的工藝流程的示圖；圖7是本發(fā)明被施加于其的磁頭浮動(dòng)塊的透視圖；圖8是以截面的方式示意性顯示圖7的磁頭浮動(dòng)塊的部分的示圖；圖9是顯示由離子照射造成的對(duì)硬非晶碳膜的破壞以及離子能量和離子入射角之間的關(guān)系的曲線圖；圖10是顯示離子照射對(duì)硬非晶碳膜的表面粗糙度的影響以及離子能量和離子入射角之間的關(guān)系的曲線圖；圖11是顯示硬非晶碳膜的表面中的金剛石成分對(duì)通過離子束蝕刻的去除量的依賴性的曲線圖；圖12是顯示硬非晶碳膜的表面粗糙度對(duì)通過離子束蝕刻的去除量的依賴性的曲線圖；圖13是以截面的方式示意性顯示實(shí)施例2的磁頭浮動(dòng)塊的部分的示圖；圖14是以截面的方式示意性顯示實(shí)施例3的磁頭浮動(dòng)塊的部分的示圖；圖15是示意性顯示用于本發(fā)明的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法的離子束照射設(shè)備的示圖；圖16是示意性顯示用于本發(fā)明的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法的另一個(gè)離子束照射設(shè)備的示圖；圖17是示意性顯示用于本發(fā)明的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法的進(jìn)一步的離子束照射設(shè)備的示圖；以及圖18是顯示實(shí)施例1到4中以及比較例1到3中執(zhí)行的腐蝕測(cè)試結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法的工藝流程圖。首先，氧化鋁碳化鈦的基片上形成的磁頭被切割為短條形式的磁頭窗板(louver)150。在這之后，例如通過使用其中金剛石顆粒被掩埋的轉(zhuǎn)臺(tái)，機(jī)械拋光磁頭窗板150的工作面(其變?yōu)轱w行表面)151，以便磁頭元件呈現(xiàn)預(yù)期尺寸。
在通過機(jī)械拋光的步驟確定磁頭元件的尺寸之后，將磁頭窗板150引入到用于形成飛行表面保護(hù)膜的真空容器中。在所述真空容器中，磁頭窗板150放置在旋轉(zhuǎn)樣品板上旋轉(zhuǎn)并且經(jīng)受下述處理。亦即，磁頭窗板150被傳送到用于用離子束蝕刻處理的基片位置上，并且它的飛行表面通過離子束蝕刻清潔。這個(gè)步驟可以通過以下實(shí)施通過使用氣體等離子體來濺射蝕刻。
下一步，將磁頭窗板150傳送到用于形成層102的基片位置上，所述層102用于緊密粘附飛行表面保護(hù)膜。在面對(duì)用于形成緊密粘附飛行表面保護(hù)膜的層102的基片位置處，布置能夠向其施加偏壓的硅靶。這里，在向硅靶施加偏壓的同時(shí)，將氬氣引入到真空容器中，從而形成0.5nm的非晶硅，作為用于緊密粘附飛行表面保護(hù)膜的層102。構(gòu)成用于緊密粘附飛行表面保護(hù)膜的層102的材料并不限于非晶硅膜，而是可以是包含例如硅、鎢、鉻或鈦中的任何一種的膜，或者可以是上述膜中的任何一種的氮化物、氧化物或氮氧化物。進(jìn)一步，膜不僅可以通過濺射方法形成，而且還可以通過熱真空蒸發(fā)方法或CVD方法形成。
在這之后，將磁頭窗板150傳送到用于形成飛行表面保護(hù)膜的最上層101的基片。這里，依靠陰極真空電弧方法形成2.5nm的包含硬非晶碳膜的飛行表面保護(hù)膜的最上層101。硬非晶碳膜能夠通過CVD方法、離子束方法或激光磨損蒸發(fā)方法形成。
下一步，再次將磁頭窗板150傳送到用于離子束蝕刻處理的基片位置上，以通過離子束蝕刻執(zhí)行處理。這里，離子束能量為100eV(電子伏特)，并且離子的入射角為75度。離子的種類為氬。離子束能量表示束中離子所擁有的平均能量。進(jìn)一步，離子的入射角是離子束關(guān)于磁頭浮動(dòng)塊的飛行表面的法線的入射角。在這個(gè)步驟中，硬非晶碳膜被去除1.5nm。
通過上述步驟完成了飛行表面保護(hù)膜100的形成。下一步，在磁頭窗板150的工作面151中形成飛行表面軌。在這個(gè)步驟中，磁頭窗板150的工作面151通過離子研磨選擇性地加工，從而形成構(gòu)成飛行表面的第一表面003、第二表面004和第三表面005。
最后，將磁頭窗板150機(jī)械切割成單獨(dú)的磁頭以完成磁頭浮動(dòng)塊001。
保護(hù)膜能夠在任何條件下用離子束通過照射部分地去除，而不限于上述條件，只要不破壞硬非晶碳膜。盡管在這個(gè)實(shí)施例中使用了氬(Ar)的離子，但是在不破壞硬非晶碳膜的條件下，能夠使用諸如氖(Ne)、氦(He)、氪(Kr)或氙(Xe)之類的任何稀有氣體以獲得同樣的效果。除了上述稀有氣體之外，進(jìn)一步，能夠使用包括氧、氮、氟或氯的活性分子以獲得相同的效果。在這個(gè)實(shí)施例中的去除部分的飛行表面保護(hù)膜100的步驟中，去除的膜的厚度散布通過照射離子束同時(shí)使用橢圓偏振計(jì)來觀測(cè)膜厚度來抑制。用于控制膜厚度的裝置并不限于橢圓偏振計(jì)，而是可以是用于測(cè)量離子束電流的儀器。當(dāng)膜厚度能夠被控制到足夠的程度時(shí)，可以不使用上述用于控制膜厚度的裝置。
下一步，參考圖4來說明根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的飛行表面保護(hù)膜100的形成。這里不再說明重復(fù)圖1的步驟的部分。在通過使用硬非晶碳膜形成飛行表面保護(hù)層的最上層101中，如圖4(3)所示，不致密的表面石墨層104形成在表面附近直到大約1.0nm的深度。參考圖4(4)，在通過離子束部分地去除飛行表面保護(hù)層100之后，表面石墨層104被去除，并且飛行表面保護(hù)膜的最上層101在變致密?；赬射線光電子光譜學(xué)(XPS)的測(cè)量顯示了距離表面2nm深度的區(qū)域中的大約60％的金剛石成分的存在。進(jìn)一步，基于AFM的測(cè)量顯示表面粗糙度Rmax大約為0.8nm。Rmax是從截面曲線切掉參考長度的部分的最大高度。
這里，參考圖7和8來說明根據(jù)這個(gè)實(shí)施例制造的磁頭浮動(dòng)塊。圖7中顯示的磁頭浮動(dòng)塊001的基礎(chǔ)材料(浮動(dòng)塊)由氧化鋁碳化鈦制成，并且在氧化鋁保護(hù)膜006中形成磁頭元件002。然而，磁頭浮動(dòng)塊001的基礎(chǔ)材料和包裹磁頭元件002的保護(hù)膜006的材料并不僅限于此。磁頭浮動(dòng)塊001的基礎(chǔ)材料可以是硅，并且保護(hù)膜006的材料可以是氧化硅。磁頭元件002提供在第一表面003上，其最接近面對(duì)磁頭浮動(dòng)塊飛行表面的磁介質(zhì)。然而，突出的表面可以形成在第一表面003上以更接近磁盤，以便在磁頭元件在磁盤上暫停并且與之接觸的情況下降低粘著力(sticking force)。
在實(shí)施例1中，第一表面003到第三表面005基本上是平行的，從第一表面003到第二表面004的深度為150nm，并且從第二表面004到第三表面005的深度為850nm。然而，這并不適用于從第一表面003到第二表面004的深度或者從第二表面004到第三表面005的深度。進(jìn)一步，在這個(gè)實(shí)施例中，飛行表面通過具有3種不同高度的表面構(gòu)成，盡管對(duì)表面的數(shù)目沒有限制。
圖8是示意性顯示磁頭浮動(dòng)塊001的部分的截面圖。側(cè)壁031是構(gòu)成第一表面003和第二表面004之間的臺(tái)階的表面，并且側(cè)壁032是構(gòu)成第二表面004和第三表面005之間的臺(tái)階的表面。在這個(gè)實(shí)施例中，僅在第一表面003上形成飛行表面保護(hù)膜100。
下一步，下面詳細(xì)地說明圖4(4)中顯示的用于去除部分的飛行表面保護(hù)膜100的離子束照射步驟以及離子束照射的條件。圖9是顯示離子束的入射角和由離子束能量引起的對(duì)硬非晶碳膜的破壞的曲線圖，而圖10則是顯示離子束的入射角和離子束能量對(duì)硬非晶碳膜的表面粗糙度的影響的曲線圖。
在圖9中，×表示對(duì)硬非晶碳膜給予破壞的條件，亦即降低金剛石成分并增加石墨成分的條件，而○則表示沒有給予破壞的條件。這里，通過X射線光電子光譜學(xué)(XPS)測(cè)量金剛石成分。XPS使得可以從碳行程軌跡的光電子光譜中測(cè)量碳膜中金剛石成分和石墨成分的比率。在這個(gè)實(shí)施例中，在與通過陰極真空電弧方法形成的硬非晶碳膜的表面相距2nm的深度處，金剛石成分的含量大約為45％。在圖9中，○表示在已用離子束照射之后不小于45％的金剛石成分的含量，而×則表示小于45％的金剛石成分的含量。如顯示的那樣，可以知道，隨著離子束能量的增加或者隨著離子入射角的降低，硬非晶碳膜更多地受到破壞。已確認(rèn)的是，當(dāng)其中的金剛石成分的含量由于用離子束照射而降低時(shí)，硬非晶碳膜展示了降低的耐蝕性。因此希望在用附圖中○表示的條件下照射離子束。亦即，增加浮動(dòng)塊的飛行表面上形成的硬非晶碳膜中金剛石成分的量的條件，是在離子能量不大于300eV并且離子的入射角不小于50度的范圍內(nèi)。
參考圖10，可以確認(rèn)的是，表面粗糙度隨著離子束能量的增加或者隨著離子入射角的降低而增加。通過在用離子束照射硬非晶碳膜的表面之前和之后使用原子力顯微鏡(AFM)來測(cè)量表面粗糙度。用離子束照射之前的表面粗糙度Rmax大約為1.5nm。參考圖10，在用離子束照射之后，通過相同的測(cè)量方法再次測(cè)量表面，其中×表示表面粗糙度增加的條件，而○則表示表面粗糙度降低的條件。結(jié)果，降低浮動(dòng)塊的飛行表面上形成的硬非晶碳膜的表面粗糙度(Rmax)的條件，希望地位于離子能量不大于500eV并且離子的入射角不小于60度的區(qū)域中。
如上所述，為了獲得滿足預(yù)期特性和幾何形狀的硬非晶碳膜，從圖9和10的結(jié)果中可以預(yù)期的是，離子能量不小于25eV但是不大于300eV，并且離子的入射角不小于60度但是小于90度。具體地，當(dāng)離子能量為100eV并且離子的入射角為75度時(shí)，能夠提供具有極好耐蝕性的飛行表面保護(hù)膜100。離子能量的下限被設(shè)置為這樣的值，在所述值處能夠?yàn)R射硬非晶碳膜。
下一步，下面說明去除飛行表面保護(hù)膜100的量。圖11顯示了去除飛行表面保護(hù)膜100的量對(duì)硬非晶碳膜的表面中的金剛石成分的影響。進(jìn)一步，圖12顯示了去除飛行表面保護(hù)膜100的量對(duì)飛行表面保護(hù)膜的表面粗糙度Rmax的影響。這些曲線圖中顯示的數(shù)據(jù)是在75度的離子入射角和100eV的離子束能量的條件下照射離子束時(shí)的數(shù)據(jù)。伴隨著去除的量的增加，如顯示的那樣，金剛石成分在表面中增加，并且表面粗糙度Rmax降低。特別地，直到0.5nm的去除量才觀測(cè)到大的變化。從這些結(jié)果中可以知道，當(dāng)去除飛行表面保護(hù)膜100不小于0.5nm的量時(shí)，獲得特別好的性質(zhì)。
現(xiàn)在來說明這個(gè)實(shí)施例中使用的離子束蝕刻設(shè)備。圖15是顯示離子束蝕刻設(shè)備的構(gòu)造的示圖。通過排氣口201排空真空容器200的內(nèi)部，并且在用離子束照射的時(shí)候，通過氣體引入口202將氣體引入到等離子體形成室203中。等離子體形成室203由線圈204包圍。一旦從RF電源205向線圈204施加高頻電壓，就能夠在等離子體形成室203中形成等離子體。在等離子體形成室203和樣品機(jī)械加工室206之間提供3塊電極。從等離子體形成室203一側(cè)提供第一電極210、第二電極211和第三電極212。一旦向這些電極施加適當(dāng)?shù)碾妷?，就發(fā)射離子束207。將要處理的磁頭窗板221放置在樣品架220上。能夠關(guān)于離子束207的入射方向傾斜樣品架220。離子束207以離子照射角度223入射在將要處理的樣品上。離子照射角度223由離子束207的入射方向和樣品架的表面法線222包夾形成。當(dāng)用離子束照射時(shí)，樣品架220以其中心作為軸在平面上轉(zhuǎn)動(dòng)。圖15顯示了能夠用離子束執(zhí)行處理的真空容器。然而，真空容器可以包括用于實(shí)施任何其他過程的并且用于形成碳膜或硅膜的裝置。
下一步參考圖16來說明另一種離子束蝕刻設(shè)備。這里使用的離子束蝕刻設(shè)備是這樣的離子束照射設(shè)備，其裝備有橢圓偏振計(jì)，以便當(dāng)用離子束照射時(shí)測(cè)量蝕刻量。用于測(cè)量膜厚度的樣品244提供在樣品架220的中心，以監(jiān)視膜的厚度。從光源240發(fā)射的光243通過窗口242進(jìn)入真空容器200，被用于測(cè)量膜厚度的樣品244的表面反射而改變其方向，通過窗口242從真空容器200離開，并且被光檢測(cè)器241檢測(cè)?？梢允褂糜糜谵D(zhuǎn)動(dòng)樣品架220的機(jī)構(gòu)，以便能夠用離子束均勻地照射大面積。在這種情況下，能夠通過以下改善測(cè)量精度將用于測(cè)量膜厚度的樣品244附于樣品架220的中心，以便位置不會(huì)通過轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。用于測(cè)量膜厚度的樣品244的厚度由計(jì)算機(jī)連續(xù)計(jì)算，并且反饋到RF電源205、第一電極210、第二電極211和第三電極212的輸出。如上所述，離子束照射設(shè)備的使用使得可以改善形成的飛行表面保護(hù)膜的厚度的精度。
下一步參考圖17來說明進(jìn)一步的離子束蝕刻設(shè)備。這里使用的離子束蝕刻設(shè)備是這樣的離子束照射設(shè)備，其能夠測(cè)量離子束電流的量，以便當(dāng)用離子束照射時(shí)測(cè)量蝕刻量。在樣品架220附近提供用于測(cè)量離子束電流的裝置250。當(dāng)用離子束照射時(shí)，離子束207部分地與用于測(cè)量離子束電流的裝置250相撞，并且碰撞產(chǎn)生的電荷流過導(dǎo)線251并由電流表252測(cè)量。用于測(cè)量離子束電流的裝置250布置在用離子束207照射的范圍內(nèi)。用于測(cè)量離子束電流的裝置250的電流和正在處理的樣品221的蝕刻量之間的相互關(guān)系事先已被發(fā)現(xiàn)。這里，盡管用于測(cè)量離子束電流的裝置250布置在樣品架220附近，但是它可以存在于樣品架220上。電流表252測(cè)量的電流的量由計(jì)算機(jī)累計(jì)，并且其結(jié)果被反饋到RF電源205、第一電極210、第二電極211和第三電極212。離子束照射設(shè)備的使用使得可以改善形成的飛行表面保護(hù)膜的厚度的精度。
比較例1與上面的例子1的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法相比，下面參考圖5說明比較例1的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法。重復(fù)實(shí)施例1那些的部分被省略。根據(jù)比較例1，對(duì)被引入到用于形成飛行表面保護(hù)膜100的真空容器中的磁頭窗板150的飛行表面，用離子束進(jìn)行蝕刻。下一步，形成0.5nm的非晶硅膜，作為用于緊密粘附飛行表面保護(hù)膜的層102。最后，通過陰極真空電弧方法形成1.0nm的硬非晶碳膜，作為飛行表面保護(hù)層的最上層101。飛行表面保護(hù)膜100在其表面上具有石墨層104。金剛石成分的量通過XPS測(cè)量大約為45％。進(jìn)一步，通過AFM的測(cè)量揭示表面粗糙度Rmax為1.5nm。進(jìn)一步，飛行表面保護(hù)膜中包含的諸如He、Ne、Ar、Kr和Xe之類的稀有氣體的量，通過使用XPS測(cè)量，在從表面相距1nm深度的區(qū)域中不大于2atomic％。
比較例2與上面的實(shí)施例1的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法相比，下一步參考圖6在下面說明比較例2的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法。重復(fù)實(shí)施例1那些的部分被省略。根據(jù)比較例2，用離子束蝕刻飛行表面。下一步，形成0.5nm的非晶硅膜，作為用于緊密粘附飛行表面保護(hù)膜的層102，并且在這之后，形成2.5nm的硬非晶碳膜，作為飛行表面保護(hù)層的最上層101。在對(duì)飛行表面保護(hù)膜已形成最上層101之后，氬氣被引入到真空容器中并且被如此控制，以致于容器中的真空度大約為10毫托。下一步，向樣品板施加30W的射頻電壓，在所述樣品板上已放置了磁頭窗板150，以生成氣體等離子體，從而去除1.5nm的飛行表面保護(hù)膜100。在這種情況下，用于樣品板的DC偏壓大約為-150V。
比較例2中形成的飛行表面保護(hù)膜100具有由氣體等離子體中的氬離子與飛行表面的法線方向平行地降落而引起的其表面上形成的受損層105。金剛石成分的量通過XPS測(cè)量為大約30到大約35％。進(jìn)一步，通過AFM的測(cè)量顯示表面粗糙度Rmax為1.8nm。
比較例3下一步參考圖6在下面說明比較例3的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法。在比較例3中，與比較例2不同，通過機(jī)械拋光而不是使用氣體等離子體來部分地去除飛行表面保護(hù)膜100。在已形成飛行表面保護(hù)膜的最上層101之后，磁頭窗板150被從真空容器取出，并且安裝在用于機(jī)械拋光的夾具上。通過使用轉(zhuǎn)臺(tái)，在所述轉(zhuǎn)臺(tái)中金剛石顆粒已被掩埋，磁頭窗板150的飛行表面保護(hù)膜100被去除1.5nm。比較例3中形成的飛行表面保護(hù)膜100由于轉(zhuǎn)臺(tái)上的金剛石顆粒而在其表面上被刮擦。金剛石成分的量通過XPS測(cè)量為大約30到大約35％。進(jìn)一步，通過AFM的測(cè)量顯示表面粗糙度Rmax為2.8nm。
實(shí)施例2下面參考圖2說明實(shí)施例2的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法。重復(fù)實(shí)施例1的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法的部分被省略。與實(shí)施例1相比，實(shí)施例2具有的特征在于，保護(hù)膜在制造磁頭浮動(dòng)塊的步驟中被形成兩次。臺(tái)階保護(hù)膜110形成在機(jī)械拋光后的磁頭窗板150上。臺(tái)階保護(hù)膜110是這樣的一種，其用于防止磁頭元件在形成浮動(dòng)塊軌的步驟中被腐蝕。在這個(gè)實(shí)施例中，在形成浮動(dòng)塊軌之后并且在去除臺(tái)階保護(hù)膜110之后形成飛行表面保護(hù)膜100。
參考圖2來詳細(xì)地說明實(shí)施例2。在已機(jī)械拋光磁頭之后，機(jī)械加工過的表面151首先在真空設(shè)備中通過用離子束蝕刻而被清潔。下一步，通過以下形成臺(tái)階保護(hù)膜110形成2.0nm厚的用于緊密粘附臺(tái)階保護(hù)膜的硅層，并且在這之后，通過陰極真空電弧方法形成10.0nm厚的硬非晶碳膜。臺(tái)階保護(hù)膜110并不限于緊密粘附層和硬非晶碳膜的疊層，而是可以是硅、其氮化物、其氧化物或者其氮氧化合物的單層膜。
在已形成臺(tái)階保護(hù)膜110之后，從真空容器取出磁頭窗板150，并且形成飛行表面軌。在已形成飛行表面軌之后，將磁頭窗板150引入到用于形成飛行表面保護(hù)膜100的真空容器中。
在用于形成保護(hù)膜的真空容器中，首先，剝離臺(tái)階保護(hù)膜110。通過以下剝離臺(tái)階保護(hù)膜110首先，用氧離子去除硬非晶碳膜，然后，用氬離子去除非晶硅膜。這里，使用具有12.0nm厚度的臺(tái)階保護(hù)膜，但是去除的量設(shè)置為14.0nm。在去除的步驟中，臺(tái)階保護(hù)膜110可以被去除任何的量，只要膜能夠被去除足夠的量。關(guān)于去除的方法，不需要限制在上面說明的一種，只要臺(tái)階保護(hù)膜110能夠被去除足夠的量。
在去除臺(tái)階保護(hù)膜110之后，形成飛行表面保護(hù)膜100，如圖4所示。首先，形成用于緊密粘附飛行表面保護(hù)膜的0.5nm厚的層102。用于緊密粘附飛行表面保護(hù)膜的層102形成在所有的三個(gè)表面上，亦即形成浮動(dòng)塊軌的步驟中形成的第一表面003、第二表面004和第三表面005，并且形成在側(cè)壁031上和側(cè)壁032上。
下一步，依靠陰極真空電弧方法形成維持2.5nm厚度的飛行表面保護(hù)膜的最上層101。和用于緊密粘附飛行表面保護(hù)膜的層102一樣，飛行表面保護(hù)層的最上層101也形成在所有三個(gè)表面上，亦即形成浮動(dòng)塊軌的步驟中形成的第一表面003、第二表面004和第三表面005，并且形成在側(cè)壁031上和側(cè)壁032上。這里，和實(shí)施例1中一樣，不致密的表面石墨層104也同時(shí)形成在飛行表面的最上層101中。
在這之后，以70度的離子入射角用具有100eV的離子能量的離子束照射磁頭窗板的機(jī)械加工過的表面151。使用氬離子。持續(xù)用離子束照射，直到飛行表面保護(hù)膜100在第一表面003上呈現(xiàn)1.5nm的厚度為止。這里，離子的入射角在第一表面003、第二表面004和第三表面005上為70度，但是在側(cè)壁031上和在側(cè)壁032上為20度。因此，離子被大量注入并停留在側(cè)壁031上的和側(cè)壁032上的飛行表面保護(hù)膜100中。
在通過用離子束照射去除部分的飛行表面保護(hù)膜100的步驟之后，磁頭窗板150被從真空容器取出，清洗，并被切割以完成磁頭窗板150。在這個(gè)實(shí)施例中，全部在相同的真空容器中去除臺(tái)階保護(hù)膜110和形成飛行表面保護(hù)膜100，然而，這可以通過使用多個(gè)真空容器來實(shí)施。
圖13是以截面的方式示意性顯示實(shí)施例2中制造的磁頭浮動(dòng)塊的示圖。重復(fù)實(shí)施例1的磁頭浮動(dòng)塊的部分被省略。飛行表面保護(hù)膜100形成在第一表面003、第二表面004、第三表面005上以及側(cè)壁031上和側(cè)壁032上。這里，飛行表面保護(hù)膜100的厚度在第一表面003、第二表面004和第三表面005上為1.5nm，而飛行表面保護(hù)膜100的厚度在側(cè)壁031上和側(cè)壁032上則為1.0nm。
依靠俄歇電子光譜學(xué)(AES)對(duì)磁頭浮動(dòng)塊的飛行表面的觀測(cè)，顯示了在側(cè)壁031上的和側(cè)壁032上的飛行表面保護(hù)膜中，直到從表面相距1.0nm深度的區(qū)域中的7atomic％量的氬的存在?？梢赃M(jìn)一步確認(rèn)，在第一表面003、第二表面004和第三表面005上的飛行表面保護(hù)膜100中，氬存在大約2atomic％的量。這大概是由于去除部分的飛行表面保護(hù)膜100的步驟中使用了氬離子束。以下述方式照射離子離子束的入射角關(guān)于飛行表面的法線為70度，由此入射角關(guān)于側(cè)壁031和側(cè)壁032的表面的法線為20度，允許氬離子被大量注入。
去除部分的飛行表面保護(hù)膜100的步驟中使用的離子的種類并不限于氬，而是可以是如氖、氦、氪或氙這樣的元素?？梢源_認(rèn)的是，在直到從側(cè)壁031上的和側(cè)壁032上的飛行表面保護(hù)膜100的表面相距1.0nm的深度的區(qū)域中，上面制造的磁頭浮動(dòng)塊包含不小于5atomic％量的諸如氬、氖、氦、氪和氙之類的元素。
實(shí)施例3現(xiàn)在來說明實(shí)施例3的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法。根據(jù)實(shí)施例3的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法具有的特征在于，和實(shí)施例2中說明的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法一樣，保護(hù)膜在制造磁頭浮動(dòng)塊的步驟中被形成兩次。實(shí)施例3不同于實(shí)施例2僅僅在于形成飛行表面保護(hù)膜100的步驟中的通過用離子束照射來去除部分的飛行表面保護(hù)膜100的步驟。
以85度的離子入射角用具有100eV的離子束能量的離子束實(shí)施照射。持續(xù)用離子束照射，直到飛行表面保護(hù)膜100在第一表面003上呈現(xiàn)1.5nm的厚度為止。這里，離子的入射角關(guān)于第一表面003、第二表面004和第三表面005為85度，但是關(guān)于側(cè)壁031和側(cè)壁032為5度。通過離子束的蝕刻速率在側(cè)壁031上和在側(cè)壁032上快，但是在第一表面003上、在第二表面004上和在第三表面005上慢。在這個(gè)實(shí)施例中，在已用離子束照射之后，沒有保護(hù)膜停留在側(cè)壁031上或側(cè)壁032上。
圖14是以截面的方式示意性顯示實(shí)施例3中制造的磁頭浮動(dòng)塊的示圖。飛行表面保護(hù)膜100形成在第一表面003、第二表面004和第三表面005上。飛行表面保護(hù)膜100的厚度在第一表面003、第二表面004和第三表面005上為1.5nm。然而，與實(shí)施例2中不同，飛行表面保護(hù)膜100既沒有形成在側(cè)壁032上，又沒有形成在側(cè)壁032上。
實(shí)施例4現(xiàn)在參考圖3來說明實(shí)施例4的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例4的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，與上面的實(shí)施例1到3中說明的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法不同，磁頭窗板150被切割成單個(gè)的磁頭浮動(dòng)塊001，并且在這之后，形成浮動(dòng)塊軌。首先，磁頭窗板150被切割，然后以磁頭浮動(dòng)塊001的形式被機(jī)械拋光。在這之后，通過上面的實(shí)施例1中說明的形成保護(hù)膜的步驟和形成浮動(dòng)塊軌的步驟制造磁頭浮動(dòng)塊001。
實(shí)施例中的和比較例中的如上所述獲得的磁頭浮動(dòng)塊被投入腐蝕測(cè)試以獲得如圖18所示的結(jié)果。在85度溫度和85％濕度的環(huán)境中實(shí)施高溫高濕測(cè)試100小時(shí)。當(dāng)在高溫高濕測(cè)試之后改變了磁阻元件的抵抗性的磁頭浮動(dòng)塊少于被投入測(cè)試的磁頭浮動(dòng)塊的5％時(shí)，能夠這樣判斷磁頭浮動(dòng)塊在高溫高濕環(huán)境下具有足夠程度的耐蝕性。圖18顯示了在高溫高濕環(huán)境下測(cè)試的磁頭浮動(dòng)塊的結(jié)果。
如圖18所示，本發(fā)明的實(shí)施例使得可以獲得硬表面層，并因而可以提供在1.5nm厚的保護(hù)膜中具有足夠程度的耐蝕性的磁頭浮動(dòng)塊。另一方面，在比較例中，在其表面上形成石墨層或受損層的1.5nm厚的保護(hù)膜中沒有獲得足夠程度的耐蝕性。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，通過形成飛行表面保護(hù)膜的步驟，以及通過用關(guān)于飛行表面的法線傾斜的離子束照射而去除部分的飛行表面保護(hù)膜的步驟，形成了具有良好覆蓋性能的致密的飛行表面保護(hù)膜。因此，獲得了具有改善的耐蝕性的磁頭浮動(dòng)塊，而不管具有非常薄的膜。進(jìn)一步，使得可以降低磁頭浮動(dòng)塊的飛行表面保護(hù)膜的厚度，并因而可以降低磁頭和磁盤之間的距離以增加記錄密度，同時(shí)改善磁記錄和再現(xiàn)的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，包括以下步驟在浮動(dòng)塊的飛行表面上形成飛行表面保護(hù)膜；通過用相對(duì)于浮動(dòng)塊的飛行表面的法線傾斜的離子束照射去除部分的所述飛行表面保護(hù)膜；以及在其上形成了所述飛行表面保護(hù)膜的浮動(dòng)塊的飛行表面中形成軌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，其中，形成所述飛行表面保護(hù)膜的步驟包括形成硬非晶碳膜的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，其中，形成所述飛行表面保護(hù)膜的步驟包括形成非晶硅膜的步驟以及在所述非晶硅膜上層疊硬非晶碳膜的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，其中，所述離子束的離子能量不大于300eV但是不小于25eV。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，其中，所述離子束的傾斜角相對(duì)于所述浮動(dòng)塊的飛行表面的法線不小于60度但是小于90度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，其中，在去除部分的所述飛行表面保護(hù)膜的步驟中，膜被去除不小于0.5nm的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，其中，在形成所述飛行表面保護(hù)膜的步驟中，通過使用電弧放電形成所述硬非晶碳膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，其中，在形成所述飛行表面保護(hù)膜的步驟中，通過濺射形成所述非晶硅膜，并且通過使用電弧放電形成所述硬非晶碳膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，其中，形成所述飛行表面保護(hù)膜的步驟以及去除部分的所述飛行表面保護(hù)膜的步驟，是以磁頭窗板的狀態(tài)執(zhí)行的，并且在形成所述軌的步驟之后，進(jìn)一步包括將所述磁頭窗板分成單獨(dú)的磁頭浮動(dòng)塊的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，其中，在去除部分的所述飛行表面保護(hù)膜的步驟中，用于測(cè)量膜厚度的樣品布置在所述浮動(dòng)塊的飛行表面附近并用光照射，并且在用離子束照射的同時(shí)執(zhí)行橢圓偏振計(jì)測(cè)量，以從所述用于測(cè)量厚度的樣品所反射的光的偏振狀態(tài)中分析樣品表面上的膜的厚度，從而控制將要去除的膜的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，其中，在去除部分的所述飛行表面保護(hù)膜的步驟中，通過使用布置在所述浮動(dòng)塊的飛行表面附近的離子束電流測(cè)量設(shè)備，在用離子束照射的同時(shí)測(cè)量離子束電流的量，從而控制將要去除的膜的厚度。
12.一種制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，包括以下步驟在浮動(dòng)塊的飛行表面上形成臺(tái)階保護(hù)膜；在所述臺(tái)階保護(hù)膜已形成在其上的浮動(dòng)塊的飛行表面中形成軌；去除所述臺(tái)階保護(hù)膜；在所述臺(tái)階保護(hù)膜已被從其去除的浮動(dòng)塊的飛行表面上形成飛行表面保護(hù)膜；以及通過用相對(duì)于浮動(dòng)塊的飛行表面的法線傾斜的離子束照射，去除部分的所述飛行表面保護(hù)膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造磁頭浮動(dòng)塊的方法，其中，所述臺(tái)階保護(hù)膜和所述飛行表面保護(hù)膜每個(gè)都是單層硬非晶碳膜或非晶硅膜和硬非晶碳膜的疊層。
14.一種磁頭浮動(dòng)塊，其具有由多個(gè)平行平面形成的浮動(dòng)塊的飛行表面，其中，飛行表面保護(hù)膜形成在所述多個(gè)平行平面中的兩個(gè)或更多之上，并且在構(gòu)成所述飛行表面保護(hù)膜形成在其上的兩個(gè)平面之間的臺(tái)階的側(cè)壁上的飛行表面保護(hù)膜中的1nm深度的區(qū)域中，由Ar、He、Ne、Kr和Xe組成的組中的一種或多種元素以不少于5atomic％的量存在。
15.一種磁頭浮動(dòng)塊，其具有由多個(gè)平行平面形成的浮動(dòng)塊的飛行表面，其中，飛行表面保護(hù)膜形成在所述多個(gè)平行平面中的兩個(gè)或更多之上，并且在構(gòu)成所述飛行表面保護(hù)膜形成在其上的兩個(gè)平面之間的臺(tái)階的側(cè)壁上，不存在飛行表面保護(hù)膜。
16.一種磁頭浮動(dòng)塊，包含浮動(dòng)塊，其具有軌提供在其中的飛行表面和在所述飛行表面上形成的飛行表面保護(hù)膜；以及磁頭元件，其提供在空氣通過其流入的所述浮動(dòng)塊的末端處，其中，所述飛行表面保護(hù)膜是單層硬非晶碳膜或非晶硅膜和硬非晶碳膜的疊層，金剛石成分的量在所述硬非晶碳膜中不小于45％，并且所述硬非晶碳膜的表面粗糙度Rmax不大于0.8nm。
全文摘要
本發(fā)明提供了具有飛行表面保護(hù)膜的磁頭浮動(dòng)塊，所述飛行表面保護(hù)膜具有極好的耐蝕性和耐磨性而不管其非常小的厚度。制造磁頭浮動(dòng)塊的方法包含以下步驟在浮動(dòng)塊的飛行表面上，形成飛行表面保護(hù)膜(100)，其為非晶硅膜(102)和硬非晶碳膜(101)的疊層；通過用關(guān)于飛行表面的法線傾斜的離子束照射，從硬非晶碳膜(101)去除表面區(qū)域；以及在其上已形成了飛行表面保護(hù)膜(100)的飛行表面中形成軌。硬非晶碳膜(101)中金剛石成分的量必須不小于45％，并且希望地在60％到85％的范圍內(nèi)。在去除部分的飛行表面保護(hù)膜(101)的步驟中，當(dāng)照射離子束的角度從磁頭浮動(dòng)塊的飛行表面的法線不小于60度時(shí)，并且當(dāng)用于離子束的加速電壓不高于300V時(shí)，獲得高密度和覆蓋性能。
文檔編號(hào)G11B5/60GK1897115SQ200610105839
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月14日
發(fā)明者安井啟人, 稻葉宏, 佐佐木新治, 宮田一史 申請(qǐng)人:日立環(huán)球儲(chǔ)存科技荷蘭有限公司