JPS6237915A - 溝構造磁性基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 利用産業分野 この発明は、垂直磁気ヘッド、ＭＲ素子磁気ヘッド、イ
ンダクタンス式磁気ヘッド等の薄膜磁気ヘッド用溝構造
磁性基板とその製造方法に係り、基板溝部に特定硬度の
アルミナスパッター膜を充填し、磁性基板とアルミナス
パッター膜との相互拡散層が少なく、かつ表面の精密仕
上げ時の表面段差のない溝構造用磁性基板とその製造方
法に関する。

背景技術 Ｎ膜磁気ヘッドは、近年実用化されつつあり、ソフトフ
ェライトブロックを母材として！！造される従来の磁気
ヘッドに比べて、電磁気変換特性が１桁以上もすぐれた
特性が得られることが知られ　゛ている。また、この薄
膜磁気ヘッドの特性を向上させるため、磁性薄膜の断面
形状をステップ構造とすることが提案されている。

しかし、このステップ構造は、磁気記録媒体の摺動に対
して、強度的に弱いため、磁性基板に非磁性層を埋設し
た溝部を形成し、磁気的に磁極対向距離を大きくし、物
理的には平面状とした溝構造磁性基板を使用する薄膜磁
気ヘッドが提案され、非磁性層には一般にガラスが使用
されている。

１１ｎ　　Ｚｎフェライト、Ｎｉ　　Ｚｎフェライト等
に溝状にガラス層を埋設する方法として、該基板面に形
成した少なくとも１条の溝部内に、板状カラスを配置し
、ガラス粘性が１０４〜ｔｏｓ　ｐｏｉｓｅとなる温度
に加熱して充填し、非磁性層とする方法がある。

しかし、この方法では形成されたガラス層に気泡が生成
しやすく、磁性基板にｆａｎ　−Ｚｎフェライトを使用
すると、基板溝表面とガラスとの接触部において、基板
成分とガラス成分との相互拡散層が生成される問題があ
った。

薄膜磁器ヘッドの製造において、基板にガラス層を形成
したのち、精密研摩加工したガラス層上に、Ｉ−Ｃテク
ノロジーを用いて磁気回路となる数種の薄膜が形成され
るが、かかるガラス層に気泡が生成されると、露出した
気泡により磁気回路が断線したり、あるいは絶縁不良と
なったり、磁気特性にばらつきを生じたり、また、該気
泡数によってヘッド製造時の製品歩留りが大きく左右さ
れ、品質管理上も大きな問題となっている。

また、薄膜ヘッドの磁気回路における溝部の基板とガラ
ス層との境界となるＡペラ９ス点は、薄膜ヘッドのギャ
ップ深さを決める基準点となり、このギャップ深さによ
りヘッド入出力が大きく影響を受けるが、基板の溝部と
ガラス層との接触面に形成される相互拡散層の厚みによ
り、該エイペックス点にばらつきを生じ、ギャップ深さ
が変動して電磁気特性にばらつきを生じる問題があった
。

そこで出願人は、先に、基板溝部に充填するガラスの気
泡を激減させ、磁性基板とガラスとの相互拡散層が少な
い溝構造用磁性基板を目的に、磁性基板面に形成した少
なくとも１条の溝部内に、ガラスをガラス粘性が１０４
’　ｐｏｉｓｅ　〜１ｏｅ　ｐｏｉｓｅとなる温度に加
熱して圧入充填し、その後該磁性基板を上記ガラスのガ
ラス粘性が１０６　ｐｏｉｓｅとなる温度以下の温度条
件で、熱間静水圧プレス処理した溝構造磁性基板を提案
（特開昭５９−２０３２１３号）した。

しかし、充填したガラスと磁性基板の接触面に反応層が
形成されて磁気特性の劣化が懸念されるほか、表面の精
密加工を施した際に、ラッピングにより該ガラス部が凹
状となり、上部磁気コア形成時の磁気特性の劣化が懸念
されていた。

発明の目的 この発明は、薄膜ヘッドの電磁気特性を一層向上させ、
かつ製品ばらつきが極めて少なくなる溝構造磁性基板を
目的とし、磁性基板の溝部に充填した薄膜と基板成分の
相互拡散層の発生を極力少なくし、さらに精密加工を施
した際に、表面段差が発生しない溝構造磁性基板とその
製造方法を目的としている。

発明の構成 すなわち、この発明は、磁性基板表面に形成した少なく
とも１条の溝部内に、ヌープ硬度６００　ｋ（］／ｍｍ
２〜１２００　ｋ（］／−のアルミナスパッター膜を充
填してなることを特徴とする溝構造磁性基板である。

さらには、真空容器内に導入したＡｒガスまたはＡｒガ
スと０２ガスとの混合ガスを、スパッター電源により放
電し、イオン化された該ガスを電界にて加速させてアル
ミナ材からなるターゲットに衝突させ、衝突により放出
されたアルミナ粒子を、磁性基板表面に形成した少なく
とも１条の溝部内に、被着させてアルミナ膜層を形成し
、さらに熱処理した後に、前記溝部が露出するように被
着したアルミナ膜層を精密加工し、ヌープ硬度６００　
ｋｇ／ｍ％〜１２００　ｋＯ／−のアルミナ膜層を、少
なくとも１条の溝部内に充填形成することを特徴とする
溝構造磁性基板の製造方法である。

発明の効果と限定理由 この発明において、磁性基板表面の少なくとも１条の溝
部内に、特定硬度のアルミナスパッター膜を充填形成す
るのは、溝部内のアルミナ膜の硬度が、磁性基板のソフ
トフェライト材質に応じたその硬度と同等以上の硬度を
有する必要があるため、アルミナスパッター膜としたの
である。この膜は非磁性で化学的に安定であり、また絶
縁材料であるため、別の絶縁層を基板に設ける必要がな
く、さらに、ソフトフェライトと強固な密着性を有する
利点がある。

また、この発明において、溝部内へのアルミナの充填方
法に、スパッタリング方法を用いた理由は、アルミナ溶
着法のごとき２０００°Ｃ以上の高部処理を必要とせず
、ソフトフェライトの磁気特性の劣化が防止でき、気泡
などの欠陥の少ない薄膜形成ができるためであり、さら
には、後述する如く、発明者の知見した新規な条件にて
スパッターすることにより、アルミナ薄膜の硬度を所要
値に調整できるためである。

磁性基板材であるＭｎ　　Ｚｎ系フェライトの硬度は、
ヌープ硬度で７００　ｋ（］／−程度でおり、また、Ｎ
Ｌ−ＺＴＩ系フェライトでは８００　　ｋｇ／−程度で
あり、一方、磁性基板表面に配設された溝に充填された
アルミナスパッター膜は、後続の精密加工工程を施され
るが、この際、フェライト基板との加工段差を極力小ざ
くするためには、アルミナスパッター薄膜硬度を特定硬
度にする必要がある。

この発明において、アルミナスパッター膜硬度が、ヌー
プ硬度で６００　ｋｇ／ｍＪ未満では、フェライト基板
とアルミナ膜との加工段差が２００Ａ以上となり好まし
くなく、また、１２００　ｋｇ／−を越えると、逆にア
ルミナ膜の硬度がフェライト基板硬度より高くなりすぎ
、かえって加工段差が大きくなるため好ましくないため
、アルミナスパッター膜は、ヌープ硬度６００廟／祠〜
１２００肋／−とする。

また、磁性基板ｈ＜　Ｉｎｎ　−Ｚｎ系フェライトの場
合は、アルミナスパッター膜は、６００　ｋｇ／ｍｍ２
〜１０００　ｋｇ／−が好ましく、Ｎｉ　　Ｚｎ系フェ
ライトの場喬は、　７００　ｋｇ／ｍｍ２〜１２００　
ｋｏ／−が好ましい。

発明者は、スパッタリングを行なう真空容器内に導入す
るＡｒ雰囲気中の０２分圧及びスパッタリング電圧に併
用する基板側の負のバイアス電圧量を適宜選定すること
により、スパッターするアルミナ膜硬度を基板のソフト
フェライト材質に応じた所要硬度に設定することができ
ることを知見した。

すなわち、Ａｒ雰囲気に置換された密閉容器内のＡｒガ
ス圧が２Ｘ　１０−２　丁Ｏｒｒ、スパッタリング電圧
５．５に−の条件下で付加されるバイアス電圧をＯ〜−
２００Ｖにしてスパッターした際のアルミナスパッタリ
ング膜の硬度は、第２図に示す如く、バイアス電圧【こ
左右され、所要硬度のアルミナ薄膜を得るには、０〜−
２００Ｖのバイアス電圧を適宜選定する必要がある。バ
イアス電圧が、−２００Ｖを越えると膜硬度が低下し、
加工段差が大きくなり、また、スパッター能率が低下す
るため好ましくない。

また、ＡＩ−雰囲気中の０２分圧は、第３図に示す如く
、Ｏ７分圧の増加に伴ないスパッター膜硬度が増゛　大
する。この発明においては、０２分圧は３％以下とする
必要がある。

Ａｒ雰囲気中の０２分圧が３％を越えると、硬度向上効
果が飽和し、また、アルミナ膜の内部応力が大きくなり
、基板が破損する恐れがある。またスパッター能率が低
下するため好ましくない。

スパッターに使用するターゲツト材のアルミナの純度は
、９０％以上が好ましく、９０％未満では、形成膜に異
常放電による欠陥が発生し、スパッタ一緒率の変動に伴
なう異常スパッターの発生原因となるため好ましくない
。

基板表面の少なくとも１条の溝部内にアルミナスパッタ
ー薄膜を形成したのち、熱処理するのは、アルミナ薄膜
内のＡｒガスの放出及び膜の酸化物への０２の補給のた
めであり、熱処理を空気中で行なうことにより、形成薄
膜の硬度を高め、高硬度の膜が得られる′。例えば、空
気中で５００°Ｃ，１時間の熱処理により、硬度は約２
０％向上し、好ましい熱処理条件は、４００℃〜６００
’Ｃ，３０分〜２時間である。

発明の好ましい実施態様 上記の本発明による溝構造磁性基板を製造する方法を具
体的に説明すると、まず、第１図の薄膜磁気ヘッドの断
面図示す如く、磁性基板（１）に、機械的加工あるいは
フォトエツチング方法等で溝部（２）を形成する。

つぎに、この溝部（２）に、アルミナをスパッターする
。この発明におけるスパッタリング法は、０２分圧を３
％以下に調整した減圧のアルゴン雰囲気中で、被膜形成
すべき純度９０％以上のアルミナ材を陰極ターゲツト材
とし、表面に少なくとも１条の溝部を形成した上記の磁
性基板（１）を陽極とし、少なくとも、２極間にバイア
ス電圧Ｏ〜−１２０Ｖを付加したスパッター電圧を印加
し、雰囲気ガスをイオン化し、生じた陽イオンが電界に
よって加速され、大きな運動エネルギーを持って陰極の
ターゲツト材表面に、衝突し、表面原子をカン−トスバ
ッタリングし、この叩き出されたアルミナ粒子が、陽極
の磁性基板表面に堆積して、アルミナ薄膜が形成される
。

ついで、空気中で熱処理を施して、磁性基板（１）の溝
部（２）を含む表面に、ヌープ硬度６００　ｋＯ／ｍｍ
２〜１２００　ｋｏ／−のアルミナスパッター膜層（３
）を被着完了させる。さらに、前記の溝部（２）が露出
するように、被着したアルミナスパッター膜層（３）を
精密加工して除去し、溝部（２）内にヌープ硬度６００
　ｋｇ／ｍｊ〜１２００　ｋｏ、／−のアルミナスパッ
ター膜層（３）が充填形成されたこの発明による磁性基
板を得る。

得られたこの発明による溝構造磁性基板（１）は、溝部
（２）のアルミナスパッター膜＠（３）内に気泡がなく
、かつアルミナスパッター膜層（３）と基板との相互拡
散層が極めて少ない磁性基板である。

ざららに磁性基板（１）面を精密に平面研摩し、アルミ
ナスパッター膜層（３）上及び磁性基板（１）上に、ス
パッタリングあるいは蒸着法等の薄膜形成方法により、
導体層（４）、絶縁層（１０、磁性体層（５）、低融点
ガラス層（６）、非磁性体層（７）を被着して薄膜パタ
ーンを形成し、薄膜磁気ヘッドを構成する。なお、（８
）はギャップ部、（９）はエイペックス点である。

この発明におけるスパッタリング法としては、二極スパ
ッタリング、バイアススパッタリング等、非対称交流ス
パッタリング、高周波スパッタリングの交流スパッタリ
ング、さらにゲッタスパッタリングが適用できる。スパ
ッタリングに使用するターゲツト材及び溝部内に充填す
るアルミナは純度が９０％以上であればよい。

また、この発明における磁性基板に少なくと１条配設さ
れた溝部は、その深さが５０．ｚｍを越えると、経済性
の点から好ましくなく、また、５μｍ未満では、加工精
度の点で問題があるため、５〜５０Ｂｍが好ましく、ま
た、幅寸法（Ｗ＞は前記深さくｄ＞寸法より大、すなわ
ち、０＜ｄ／Ｗ＜　１を満足しなければ、溝部内にアル
ミナスパッター膜を充填するときに、膜内部に空孔部を
生ずるため好ましくない。

また、この発明における磁性基板は、Ｍｎ　　Ｚｎフェ
ライト、ＮＬＺｎフェライトのいずれのソフトフェライ
トであっても使用できるが、特に、Ｉｎｎ　−ＺＴＩフ
ェライトは高温になると酸素と反応しやすく、化学的に
不安定であり、従来のガラス成分と反応してその接触面
に相互拡散層を形成しやすいため、Ｍｎ　　ＺＴＩフェ
ライト基板にこの発明を適用する場合、特にその効果が
大きい。

実施例 以下に、この発明による実施例を説明する。

表面を精密仕上げした２５ｍｍＸ２５ｍｍＸ　Ｉｍｔｎ
寸法のｔａｎ　　Ｚｎフェライト基板上に、幅０．１５
ｍｍＸ深さ０．０３　ｍｍＸ長さ２５ｍｍの溝を３本、
機械的加工で形成した。

その後、真空度１ｘｌＯづＴｏｒｒの真空容器内に、陽
極として１１ｎ　−Ｚｎフェライト基板を入れ、陰極タ
ーゲツト材に純度９９％のアルミナ板を用い、さらにＡ
ｒガスを２Ｘ　１０−２　Ｔｏｒｒとなるまで導入し、
電極間に５．５ｋＷの電圧に、バイアス電圧−５０Ｖを
加えて放電を起し、１５時間のスパッタリングを行ない
、前記基板表面に、ターゲツト材と同一組成の４０左厚
みのアルミナスパッター膜を形成した。

さらに、空気中で５００℃、１時間の熱処理を施した。

このときアルミナスパッター膜硬度は、８５０　ｋｏ／
−であり、これを溝部が露出するように、アルミナ膜を
１５１Ｉｍ精密加工して除去し、溝部内にアルミナスパ
ッター膜を充填したＩｎｎ　−Ｚｎフェライト磁性基板
得ることができた。

得られたこの発明による溝構造磁性基板の溝部内のアル
ミナスパッター膜層には大きさ１μｍ以上の気泡は皆無
であった。

また、比較のため、上記と同一基板に、高融点ガラス（
ソーダ石灰系ガラス、熱膨張係数９３．５Ｘ１０−７　
／℃、軟化点６９６°Ｃ１作業点１００５℃）を使用し
、カラス粘性が１０５　ｐｏｉｓｅと’ｘ＞る温度、す
なわち、８８０’Ｃに加熱して充填したところ、ガラス
層内の大きざ１／Ｊｍ以上の気泡は、２５ケ／ｍ１Ｔ１
３Ｊス上であった。

また、溝部内にヌープ硬度８５０　ｋ（］／−のアルミ
ナスパッター膜を充！眞したこの発明によるｔｌｎ　　
Ｚｎフェライト磁性基板と溝部内にヌープ硬度６００ｋ
ｑ／−の高融点ガラスを充填した比較例のＭｎ　−Ｚｎ
フェライト磁性基板とを、粒径７０人のｓｉ、ｏ２粉末
を３ｗｔ％純水中に懸濁させた懸濁液中で、ラップ圧力
０．２　ｋ（］／ｍｔ回転速１９５０ｍ／ｍｉｎ　、　
５ｎ０２ラツプ定盤を用いるメカノケミカル研摩にて研
摩して、基板表面粗度５０人に仕上げた場合、本発明基
板におけるフェライト基板と溝部内のアルミナ膜との段
差は１００人であったが、比較におけるフェライト基板
と溝部内のガラス膜との段差は３００人であり、本発明
基板は比較基板に比べ、その段差は１７３以下であり、
磁性基板表面に設ける薄膜磁気ヘッドの電磁気特性の向
上に極めて有効であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は薄膜磁気ヘッドの断面説明図であり、第２図は
スパッタリングにおけるバイアス電圧とヌープ硬度との
関係を示すグラフであり、第３図は酸素分圧とヌープ硬
度との関係を示すグラフである。 １・・・磁性基板、２・・・溝部、３・・・アルミナス
パッター膜層、４・・・導体層、５・・・磁性体層、６
・・・低融点ガラス層、７・・・非磁性体層、８・・・
ギャップ部、９・・・エイペックス点、１０・・・絶縁
層、出願人　　住友特殊金属株式会社 （８町６ｙ）面塗Ａ−と

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　磁性基板表面に形成した少なくとも１条の溝部内に
   、ヌープ硬度６００ｋｇ／ｍｍ＾２〜１２００ｋｇ／ｍ
   ｍ＾２のアルミナスパッター膜を充填してなることを特
   徴とする溝構造磁性基板。 ２　真空容器内に導入したＡｒガスまたはＡｒガスとＯ
   ＿２ガスとの混合ガスを、スパッター電源により放電し
   、イオン化された該ガスを電界にて加速させてアルミナ
   材からなるターゲットに衝突させ、衝突により放出され
   たアルミナ粒子を、磁性基板表面に形成した少なくとも
   １条の溝部内に、被着させてアルミナ膜層を形成し、さ
   らに熱処理した後に、前記溝部が露出するように被着し
   たアルミナ膜層を精密加工し、ヌープ硬度６００ｋｇ／
   ｍｍ＾２〜１２００ｋｇ／ｍｍ＾２のアルミナ膜層を、
   少なくとも１条の溝部内に充填形成することを特徴とす
   る溝構造磁性基板の製造方法。