JP2004300486A

JP2004300486A - カーボン保護膜及びその形成方法、並びにそのカーボン保護膜を備えた磁気記録媒体、磁気ヘッド、及び磁気記憶装置

Info

Publication number: JP2004300486A
Application number: JP2003092869A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Itani; 司井谷; Tetsukazu Nakamura; 哲一中村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】平滑性及び膜質が良好で高硬度であり薄膜化が可能なカーボン保護膜及びその形成方法を提供する。
【解決手段】プラズマトーチ１１と、真空チャンバ１２と、真空チャンバ１２内にプラズマトーチ１１と対向して設けられた基板１３を保持する基板保持台１４と、プラズマトーチ１１にカーボン保護膜の原料となるカーボン粒子を供給する粉体供給器１５などから構成されたアーク放電プラズマジェット成膜装置１０において、プラズマトーチ１１にアーク放電を生じさせ、形成されたプラズマ中にキャリアガスと共にカーボン粒子を供給する。カーボン粒子をカーボンイオンに変換してプラズマジェットとして基板１３に放射し、カーボン保護膜を堆積させる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボン保護膜及びその形成方法、並びにそのカーボン保護膜を備えた磁気記録媒体、磁気ヘッド、及び磁気記憶装置に係り、特に平滑性及び膜質が良好で高硬度の、薄膜化が可能な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等により、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や画像記録装置に搭載されるようになってきている。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。記憶装置において、高記録密度化及び耐久性の向上の両立がますます困難となってきている。
【０００３】
【従来の技術】
記憶装置、例えばハードディスクドライブでは、記録密度向上のためには、磁気記録媒体の記録層と、磁気ヘッドの記録再生素子との間隔を低減する必要がある。その手法としては、磁気記録媒体の記録層や磁気ヘッドの記録再生素子を覆う保護膜を薄膜化することや、磁気記録媒体からの磁気ヘッドの浮上量を低減することが挙げられる。しかし、保護膜を薄膜化すると、保護膜の機械的脆弱化や耐蝕性の低下が問題となる。
【０００４】
そこで、従来これらの保護膜には機械的強度が高く化学的に不活性な、スパッタ法やＣＶＤ法（化学的気相成長法）によるＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）が用いられている（例えば、特許文献１参照）。しかし、今後の一層の薄膜化への要求には硬度が不充分であるため要求性能を満足できないと考えられている。
【０００５】
極めて硬度の高いＤＬＣ膜が得られる手法としてＦＣＡ法（ＦｉｌｔｅｒｅｄＣａｔｈｏｄｉｃＡｒｃ法）がある。この手法は、通常炭素材のカソードターゲットからアーク放電によりカーボンイオンを生じさせ、同時に付随的に生じる中性カーボン粒子を磁気偏向型の質量分析器によりカーボンイオンだけを選別して基板に照射する手法である。この手法はカーボンイオンのみにより形成されるため、水素を含まず、従って硬度低下の原因である炭化水素結合（Ｃ−Ｈ結合）が無く、ｓｐ^３結合に富んだ高硬度のＤＬＣ膜が得られる（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−４５４２９号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−２８５３２８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＦＣＡ法によりＤＬＣ膜を安定して形成するためには、カソードターゲット表面の放電点（陰極点）における炭素の蒸発量を精密に制御する必要がある。しかしながら、放電点での炭素蒸発量は事実上制御が不可能である。つまり、急激なカソードターゲット表面の温度上昇により表面が剥離され、サイズの大きなグラファイト粒子が発生する。このようにして発生したグラファイト粒子は磁気偏向器を通しても、磁気偏光器の器壁での反射等により完全に除去することができず基板表面に到達し付着する。グラファイト粒子が付着したＤＬＣ膜をハードディスク媒体や磁気ヘッドの保護膜などに用いると、グラファイト粒子の突起により磁気ヘッドが磁気ディスクと衝突し、ヘッドクラッシュが発生しあるいは保護膜が破壊されてしまう。
【０００９】
このようなグラファイト粒子は、磁気偏向器を多段構成としてフィルタリングを厳密に行うこと等の工夫により抑制することが可能であるが、成膜装置が複雑化かつ大型化し、さらにカーボン保護膜の成膜速度も低下するなどの問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、平滑性及び膜質が良好で高硬度であり薄膜化が可能なカーボン保護膜及びその形成方法、並びにそのカーボン保護膜を備えた磁気記録媒体、磁気ヘッド、及び磁気記憶装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、カーボンイオンを含むプラズマを放射してカーボン保護膜を基体上に堆積させるカーボン保護膜の形成方法であって、プラズマを形成し、該プラズマ中にカーボン粒子を供給してカーボンイオンに変換し、該カーボンイオンを含むプラズマを前記基体に放射するカーボン保護膜の形成方法が提供される。
【００１２】
本発明によれば、アーク放電等により形成されたプラズマ中にカーボン粒子を供給し、昇華、解離させてカーボンイオンに変換することにより、カーボン保護膜中に粒子状のカーボン（グラファイト）の混入を防止し、平滑なカーボン保護膜を形成できる。また、カーボンイオンが堆積して形成されるので、膜質が緻密で良好となる。したがって、硬度が高く化学的に不活性なカーボン保護膜を形成することができる。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、上記カーボンイオンを含むプラズマを放射してカーボン保護膜を基体上に堆積させるカーボン保護膜であって、当該カーボン保護膜の光学ギャップが３．６ｅＶ〜３．７ｅＶであるカーボン保護膜が提供される。本発明によれば、光学ギャップを３．６ｅＶ〜３．７ｅＶの範囲とすることで、粒子状のカーボン（グラファイト）が含まれない平滑なカーボン保護膜が実現される。
【００１４】
本発明のその他の観点によれば、基板と、前記基板の上方に、上記記載の形成方法により形成されたカーボン保護膜、または上記記載のカーボン保護膜とを備える磁気記録媒体が提供される。本発明によれば、上記カーボン保護膜は膜質が緻密で良好であり、硬度が高く化学的に不活性でありさらに平滑であるので、薄膜化可能である。したがって、高密度記録が可能な磁気記録媒体を実現することができる。
【００１５】
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、前記カーボン保護膜が上記項記載の形成方法により形成されたカーボン保護膜、または上記記載のカーボン保護膜である磁気ヘッドが提供される。本発明によれば、上記カーボン保護膜は膜質が緻密で良好であり、硬度が高く化学的に不活性でありさらに平滑であるので、薄膜化可能である。したがって、高密度記録が可能な磁気記録媒体を実現できる。また、高硬度、化学的不活性の特性により接触型の磁気ヘッドの保護膜としても最適である。
【００１６】
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。本発明によれば、上記磁気記録媒体や磁気ヘッドの保護膜に用いることにより、高密度記録が可能でありかつ耐久性が良好であるので、大容量かつ長寿命の磁気記憶装置を実現することができる。
【００１７】
図１は、本発明の原理を説明するための図である。図１を参照するに、放電ガスが供給された真空チャンバ１にアーク放電や誘導結合型放電により熱プラズマ領域２を形成し、その熱プラズマ領域２に極微細なカーボン粒子をキャリアガスにより輸送して供給する。熱プラズマ領域２ではカーボン粒子は昇華し、さらに、放電ガスを形成するイオンにより解離してカーボンイオンに変換される。炭素ターゲットを用いる従来の場合は炭素ターゲットから剥離したカーボン粒子がカーボンイオンに変換されずに基板に堆積されるという問題があったが、極微細なカーボン粒子を炭素源とすることにより、かかる問題を防止することができる。
【００１８】
さらに本発明では、熱プラズマ領域２から基板３に向かって噴出する際、プラズマ流路が一旦絞り込まれた後、噴出口４が末広状の開口部となっているので、断熱膨張してプラズマジェット５が形成され、プラズマジェット５の流れにより基板３にカーボンイオンが到達しカーボン保護膜６が形成される。本発明では、イオンビーム堆積法のようにカーボンイオンを基板に導くためのバイアス電圧を印加する必要が無いため、カーボンイオンに過度の運動エネルギーが付加されない。したがって、膜質が良好でかつ均一性の高いカーボン保護膜６を形成することができる。その結果、本発明のカーボン保護膜は硬度が高く薄膜化が可能である。
【００１９】
【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。
【００２０】
（第１の実施の形態）
先ず始めに本発明の実施の形態に係るカーボン保護膜を形成するための成膜装置について説明する。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態に係るカーボン保護膜を形成するためのアーク放電プラズマジェット成膜装置の概略断面図である。図３は、図２に示すプラズマトーチを拡大して示す図である。図２及び図３を参照するに、アーク放電プラズマジェット成膜装置１０は、プラズマトーチ１１と、真空チャンバ１２と、真空チャンバ１２内にプラズマトーチ１１と対向して設けられた基板１３を保持する基板保持台１４と、プラズマトーチ１１にカーボン保護膜の原料となるカーボン粒子を供給する粉体供給器１５などから構成されている。
【００２２】
前記プラズマトーチ１１は、カソード２２と、前記カソード２２と同軸上にカソード２２を取り囲むように形成され、放電ガスを流通する放電ガス流路２３となる間隙を介して配置されたアノード２６と、前記アノード２６の先端部に絶縁リング２９を介して設けられたノズル２８と、前記ノズル２８中に形成されたカーボン粒子を供給するカーボン粒子供給流路３０と、カソード２２とアノード２６との間に直流電圧を印加してアーク放電を形成する第１電源２７などより構成されている。
【００２３】
カソード２２は、先端部２２−１が円錐状に尖った円柱を形成し、タングステンやグラファイト等により構成されている。また、アノード２６は先端部２６−１がグラファイト、銅などの導電材料より構成されている。プラズマ中への不純物の混入を防止する観点からは、アノード２６の先端部２６−１の材料はグラファイトが好適である。アーク放電の異常放電によりアノード２６の材料がスパッタ等されても不純物の混入を防止することができる。
【００２４】
カソード２２とアノード２６との間に第１電源２７によりアーク放電を生じさせるための電圧を印加する。電圧はカソード２２とアノード２６との距離等により異なるが、例えば好ましい範囲としては印加電圧１００Ｖ〜１９０Ｖ、電流５０Ａ〜７０Ａに設定される。
【００２５】
放電ガスは、同軸上に設けられたカソード２２とアノード２６との間に形成された放電ガス流路２３を通じて供給される。流量は、後述する先細部２６Ａ及び噴出口２８Ａの寸法等により異なるが、好適な範囲としては例えば０．５ＳＬＭ〜５ＳＬＭ、圧力は０．３ＭＰａ以下に設定される。
【００２６】
また、放電ガス流路２３において、カソード２２の上流側に放電ガスを旋回流とする整流板４３を設ける。図４は、図３のＸ−Ｘ断面図である。図４を参照するに、整流板４３の上流側及び下流側に開口部４４Ａ、４４Ｂが設けられ、カソード２２と略同軸上に、それらの開口部４４Ａ、４４Ｂを連通する流路４４Ｃが設けられている。放電ガスは整流板４３の上流側の開口部４４Ａから流入し、流路４４Ｃ中で前記略同軸上の円周方向の流れとなって下流側の開口部４４Ｂより噴出される。したがって、放電ガスは、旋回流としてカソード２２及びアノード２６に達する。直流アーク放電によりカソード２６表面に形成される陽極点が一点に集中し高温となって材料が異常に蒸発することを回避することができる。また、図４では旋回流の方向は左回りとなっているが、右回りでもよい。なお、整流板４３は必須ではなく旋回流を形成しなくてもよい。
【００２７】
アノード２６にはカソード２２から基板保持台１４に向かって先細となったテーパ状の先細部２６Ａが形成されている。ここで放電ガスを絞り込み、放電ガスの圧力を高める。
【００２８】
ノズル２８とアノード２６との間は絶縁リング２９により絶縁される。絶縁リング２９は例えばテフロン（登録商標）やアルミナ、石英ガラス等を用いることができる。
【００２９】
ノズル２８は銅、グラファイトにより構成され、下流に向かって末広となった噴出口２８Ａが形成されている。アノード２６に形成された先細部２６Ａで放電ガスが一旦絞り込まれた後に末広に形成された噴出口２８Ａにより、放電ガスが断熱膨張されカーボンイオンを含むプラズマジェット４０となって基板１３に照射される。本発明では断熱膨張による気体の流れのみにより放射するので、カーボンイオンに過剰な運動エネルギーを与えることなく、基板１３上に堆積させることができる。
【００３０】
なお、カソード２２、アノード２６、及びノズル２８は数万度のプラズマに曝され高温となるので内部に冷却水が循環するようになっている。
【００３１】
ノズル２８にはカーボン粒子供給流路３０が設けられている。カーボン粒子供給流路３０にはカーボン粒子源として粉体供給器１５が接続されている。粉体供給器１５は、カーボン粒子を撹拌するロータ３１と、ボンベ３２よりキャリアガスを注入するキャリアガス導入流路３３と、撹拌されキャリアガスと混合された粉体が送出される送出流路３４と、ロータを回転するモータ３５などより構成されている。粉体供給器１５には、カーボン粒子３６、例えばフラーレン、カーボンブラック、クラスターダイヤモンド等の固体炭素材料等が充填される。キャリアガスは、不活性ガス、例えばＨｅ、Ａｒなどの希ガスが用いられ、流量調整器３８及びバルブ３９等により所定のガス流量に制御されてカーボン粒子３６がカーボン粒子供給流路３０を通じてプラズマに供給される。キャリアガスの流量は０．１ＳＬＭ〜０．８ＳＬＭが好適である。流量が過度であるとプラズマを不安定化させ、アーク放電が停止（失火）するおそれがある。なお、キャリアガスに炭化水素ガスを添加してもよい。カーボン保護膜に微量の水素が添加され、後述する磁気記録媒体用の潤滑剤との濡れ性や密着性が良好となる。炭化水素ガスは、炭素原子が１〜４個の飽和炭化水素あるいは不飽和炭化水素よりなるガスが、ガス状態であるため取扱いの点から好ましく、これらのうち、メタン（ＣＨ_４），エタン（Ｃ_２Ｈ_６），プロパン（Ｃ_３Ｈ_８），ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）などの飽和炭化水素、あるいはエチレン（Ｃ_２Ｈ_４），プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６），ブチレン（Ｃ_４Ｈ_８）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）などの不飽和炭化水素が特に好ましい。
【００３２】
ここで、カーボン粒子の最大粒径は０．５ｎｍ〜１００ｎｍに設定される。１００ｎｍより大きいと、十分に昇華しきれず粒子状のまま基板に堆積するおそれがあり、また、カーボン粒子の最大粒径は小さいほど良いが、０．５ｎｍより小さいと固体炭素粒子として安定に得られないためである。カーボン粒子材料として好適なカーボン粒子は球状フラーレンであり、特に粒径が０．７ｎｍ〜０．８ｎｍ程度のＣ６０の球状フラーレンが好適である。カーボン粒子材料としては、例えば、フロンティアカーボン社のフラーレン混合物を用いることができる。カーボン粒子の供給量は、例えば０．０１ｍｇ／秒〜０．０９ｍｇ／秒に設定される。なお、カーボン粒子の最大粒径は、ＳＥＭまたはＨＲＴＥＭにより写真上で例えば２０ｍｍ程度に拡大して観察し、一次粒子について外接円の直径をその一次粒子の直径として、視野内の粒子が有する最大の直径を最大粒径とした。
【００３３】
カーボン粒子はキャリアガスと共にカーボン粒子供給流路３０を流通してカーボン粒子供給用ノズル４５より、アノード２６とノズル２８との間においてプラズマ中に供給される。図５は、図３に示すＹ−Ｙ断面図である。図５を参照するに、カーボン粒子供給用ノズル４５は、カーボン粒子供給流路３０に連通した上流側開口部４６と、上流側開口部４６Ａに連通し、アノード２６と略同軸の円周状に形成された流路４６Ｃと、流路と連通した下流側開口部４６Ｂから構成されている。したがって、カーボン粒子供給用ノズル４５を流通したカーボン粒子を含むキャリアガスは、旋回流を形成して放電ガス中、すなわちプラズマ中に噴出される。放電ガスが旋回流として供給される場合は、噴出方向が放電ガスの旋回流の回転方向と同一方向に設定する方がよい。放電ガスの旋回流の流れを阻害せず、その結果プラズマを乱すことなくカーボン粒子をプラズマ中に注入することができる。なお、カーボン粒子供給用ノズル４５は、螺旋状の複数の隔壁により構成されていてもよい。旋回流を形成することができると共に、保守・清掃が容易である。
【００３４】
基板保持台１４は、プラズマジェット４０の流れに対して略垂直に基板１３が対向するように設けられ、基板１３を冷却するための冷却水流路４１が付設されている。基板温度は０℃〜１００℃の範囲に設定され、カーボン保護膜の膜質を緻密化させる点で好ましい。
【００３５】
カーボン保護膜の放電ガス等の排気は基板保持台側より行われ、図示されない分子ターボポンプ等の真空ポンプが用いられる。
【００３６】
カソード２２とアノード２６との間に、放電ガス流路２３を通じてＡｒガスなどの放電ガスが供給され、前記アーク放電によりアーク柱４２がカソード２２とアノード２４との間に形成され、アーク柱４２付近にプラズマ領域が形成される。プラズマ領域にはカーボン粒子供給流路３０よりキャリアガスと共にカーボン粒子が供給される。カーボン粒子は、プラズマ中で電子あるいはＡｒイオンにより粉砕・昇華され解離してカーボンイオンとなる。カーボンイオンを含んだプラズマは、放電ガスがカソード２２から基板保持台１３に向かって噴出口２８Ａが末広となっているので、プラズマジェット４０となってカーボンイオンが基板１３に照射され、基板１３上にカーボン保護膜が形成される。かかるカーボン保護膜は、炭化水素結合（Ｃ−Ｈ結合）が含まれないため、炭素同士の結合がｓｐ^３結合の割合が多いｔａ−アモルファスカーボンが形成され、膜質が良好で硬度の高いカーボン保護膜を形成することができる。
【００３７】
次に、上記アーク放電プラズマジェット成膜装置を用いて、カーボン保護膜を形成する方法を説明する。
【００３８】
まず、例えば後述する磁気ディスクを磁性層までを形成した基板１３を、外気に曝すことなく真空チャンバ間を搬送して基板保持台１４にセットする。次いで、Ａｒガスなどよりなる放電ガスを所定の流量流す。次いでカソード２２とアノード２６との間に直流電圧を印加し着火してアーク放電を生じさせプラズマを発生させる。次いで粉体供給器１５にキャリアガスを流してカーボン粒子をプラズマ領域に供給し、カーボンイオンに変換すると共にプラズマジェットとなって基板に放射されカーボン保護膜が形成される。この際、プラズマトーチ１１と基板保持台１３との間にシャッタ等を設けてシャッタを閉じた状態でアーク放電を継続させ、成膜する際にシャッタを開いて成膜するのがよい。アーク放電が安定化しプラズマが安定化するので膜質の均一性がさらに向上する。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の実施の形態に係るカーボン保護膜を形成するためのアーク放電プラズマジェット成膜装置の概略断面図である。図７は、図６に示すプラズマトーチを拡大して示す図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図６及び図７を参照するに、アーク放電プラズマジェット成膜装置５０は、プラズマトーチ５１と、真空チャンバ１２内にプラズマトーチ５１と対向して設けられた基板１３を保持する基板保持台１４と、プラズマトーチ５１にカーボン保護膜の原料となるカーボン粒子を供給する粉体供給器１５などから構成されている。
【００４１】
前記プラズマトーチ５１は、カソード２２と、前記カソード２２と同軸上にカソード２２を取り囲むように形成され、放電ガスを流通する放電ガス流路２３となる間隙を介して配置されたアノード２６と、アノード２６の周りに絶縁リング２９Ａ，２９Ｂ及びカーボン粒子供給流路３０を介して配置された第２のアノードとしての機能を有するノズル５２と、カソード２２とアノード２６との間に直流電圧を印加してアーク放電を形成する第１電源２７と、カソード２２とノズル５２との間に直流電圧を印加してアーク放電を形成する第２電源５３と、アノード２６とノズル５２との間に、絶縁リング２９Ａ，２９Ｂにより電気的に絶縁されたカーボン粒子を供給するカーボン粒子供給流路３０などより構成されている。アーク放電プラズマジェット成膜装置５０は、カソード２２とアノード２６との間に形成されたアーク柱５４Ａに加えカソード２２とノズル５２との間にもアーク柱５４Ｂが形成され、カーボン粒子を含むキャリアガスがアーク柱５４Ａ、５４Ｂに囲まれた空間に供給される点以外は第１の実施の形態において説明したアーク放電プラズマジェット成膜装置１０と同様である。なお、整流板４３及びカーボン粒子供給用ノズル４５を設けてもよく、設けなくともよい。
【００４２】
ノズル５２は、アノード２６と同様の導電材料よりなり、銅やグラファイトが好適である。ノズル５２は、絶縁リング２９Ａ，２９Ｂ及びカーボン粒子供給流路３０によりアノード２６と電気的に絶縁されている。また、カーボン粒子供給流路３０もアノード２６及びノズル５２と電気的に絶縁されている。
【００４３】
第１電源２７に加えて第２電源５３を設け、カソード２２とノズル５２との間に電圧を印加する。カソード２２とノズル５２との間にアーク放電を生じさせノズル５２の先端部５２Ａまで延ばす共にノズル５２の先端部５２Ａで広がったアーク柱５４Ｂを形成する。第１電源２７及び第２電源５３の電圧はカソード２２とアノード２６との距離、及びアノード２６とノズル５２との距離等により異なるが、例えば好ましい範囲としては第１電源による印加電圧が約５０Ｖで一定、電流が２０Ａ〜４０Ａ、第２電源による印加電圧が１００Ｖ〜２５０Ｖ、電流４０Ａ〜７０Ａに設定される。
【００４４】
カーボン粒子は、カーボン粒子供給流路３０からキャリアガスと共にアノード２６先端部付近で広がったアーク柱５４Ａとノズル先端部で広がったアーク柱５４Ｂとの間の空間に供給される。この空間はプラズマ密度が高く、カーボン粒子が効率良く昇華、解離されてカーボンイオンに変換される。したがって、良質のカーボン保護膜が形成される。
【００４５】
ここで、カーボン粒子は第１の実施の形態と同様の材料を用いることができるが、カーボン粒子の最大粒径は０．５ｎｍ〜１００ｎｍに設定される。また、第１の実施の形態のアーク放電プラズマジェット成膜装置と比較して、上記の範囲内において最大粒径の大きな又は多量のカーボン粒子であっても、プラズマ密度が高いので、十分にカーボンイオンに変換することができ、その結果成膜速度を向上することができる。
【００４６】
なお、本実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置によりカーボン保護膜を形成する方法は、第１の実施の形態おいて説明した方法と同様である。
【００４７】
本実施の形態によれば、カーボン粒子がアノード先端部付近で広がったアーク柱５４Ａとノズル先端部で広がったアーク柱５４Ｂとの間アーク柱に挟まれた空間に供給されるので、カーボン粒子に変換され易く、良質のカーボン保護膜が形成されると共に成膜速度を向上することができる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
図８は、本発明の実施の形態に係るカーボン保護膜を形成するためのアーク放電プラズマジェット成膜装置の概略断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、カーボン粒子を供給する粉体供給器１５（図２に示す。）の図示を省略する。
【００４９】
図８を参照するに、本実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置６０は、プラズマトーチ１１と、基板保持台が設けられた成膜室６２と、プラズマトーチ１１と成膜室６２との間にプラズマジェット中のカーボンイオンを選択する電場偏向型フィルタ部６１などより構成されている。なお、プラズマトーチ１１は第１の実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置のプラズマトーチ１１と同様のものである。
【００５０】
電場偏向型フィルタ部６１は、１／８分円タイプのフィルタが用いられ、一対のフィルタリング電極６３と、フィルタリング電極６３に直流電圧を印加するフィルタリング電源６４等よりなっている。
【００５１】
図９（Ａ）は図８に示す電場偏向型フィルタ部の要部を拡大して示す図、図９（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。図８、図９（Ａ）及び（Ｂ）を参照するに、フィルタリング電極６３は、真空チャンバ１２の器壁１２Ａの内側に電気的に絶縁する絶縁体６４を介して対向して設けられている。また、真空チャンバの器壁１２Ａの外側にはプラズマジェットにより高温とならないように冷却チューブ６５が巻回されている。
【００５２】
フィルタリング電源６４によりフィルタリング電極６３間に印加される電圧は、プラズマジェットの流速等により適宜選択されるが、具体的には３０Ｖ〜３００Ｖに設定される。また、フィルタリング電極６３は、例えば半径５００ｍｍの１／８円の範囲に設けられ、電極間距離が１２０ｍｍに設定される。
【００５３】
プラズマトーチ１１の噴出口２８Ａから放射されたプラズマジェットは、フィルタリング電極６３により印加された電場により、荷電粒子のみがローレンツ力を受け成膜室の方向に流れの方向が曲げられる。荷電粒子のうちカーボンイオンのみが基板に到達するようにフィルタリング電極６３間の電圧が設定される。一方、中性のカーボン粒子等は器壁１２Ａの内側表面やフィルタリング電極６３に衝突し成膜室６２に到達できない。したがって、基板１３上に形成されるカーボン保護膜には中性のカーボン粒子（グラファイト粒子）が混入することなく、平滑でかつ良質のカーボン保護膜を形成することができる。
【００５４】
なお、フィルタリング電極６３は１対に限定されず、プラズマジェット流の方向に沿って２以上に分割されていてもよい。また、プラズマトーチ１１の替わりに第２の実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置のプラズマトーチ５１（図６に示す。）を用いてもよい。
【００５５】
（第４の実施の形態）
図１０は、本発明の実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置の概略断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、カーボン粒子を供給する粉体供給器１５（図２に示す。）の図示を省略する。
【００５６】
図１０を参照するに、本実施の形態に係るカーボン保護膜を形成するためのアーク放電プラズマジェット成膜装置７０は、プラズマトーチ１１と、基板保持台１４が設けられた成膜室６２と、プラズマトーチ１１と成膜室６２との間にプラズマジェット７３中のカーボンイオンを選択する磁場偏向型フィルタ部７１などより構成されている。なお、プラズマトーチ１１は第１の実施の形態のアーク放電プラズマジェット成膜装置のプラズマトーチ１１と同様のものである。
【００５７】
磁場偏向型フィルタ部７１には、２つのフィルタコイル７２を備えた４５°ベントタイプのフィルタが用いられている。フィルタコイル７２によりプラズマジェット７３の流れの方向に対して垂直に（図の紙面に対して垂直に）磁場を印加することにより、プラズマジェット７３中のカーボンイオンをローレンツ力により成膜室６２の方向に曲げ、中性のカーボン粒子等を器壁１２Ａの内側表面や器壁１２Ａに設けられたフィン７４にトラップさせ、成膜室６２に到達することを防止する。したがって、基板１３上形成されるカーボン保護膜には中性のカーボン粒子が混入することなく、平滑でかつ良質のカーボン保護膜を形成することができる。
【００５８】
なお、図示されていないが、真空チャンバの器壁１２Ａの外側にはプラズマジェット７３により高温とならないように冷却チューブが巻回されている。
【００５９】
また、プラズマトーチ１１の替わりに第２実施の形態のアーク放電プラズマジェット成膜装置のプラズマトーチ５１（図６に示す。）を用いてもよい。
【００６０】
（第５の実施の形態）
図１１は、本発明の実施の形態に係るカーボン保護膜を形成するための誘導結合型プラズマジェット成膜装置の概略断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６１】
図１１を参照するに、本実施の形態に係る誘導結合型プラズマジェット成膜装置は、誘導結合型プラズマトーチ８１と、真空チャンバ１２内にプラズマ発生部と対向して設けられた基板１３を保持する基板保持台１４と、プラズマ発生部にカーボン保護膜の原料となるカーボン粒子を供給する粉体供給器１５などから構成されている。
【００６２】
誘導結合型プラズマトーチ８１は、プラズマを形成する空間を外部から隔絶する石英ガラスなどのセラミックス絶縁体よりなる円筒体８２と、円筒体８２の器壁に螺旋状に巻回された導電材よりなる高周波コイル８３と、高周波コイル８３に接続されたプラズマ励起高周波電源８４と、前記円筒体８２の絞り込まれた先端部８２Ａに絶縁リング２９を介して設けられたノズル２８と、前記ノズル２８中に形成されたカーボン粒子を供給するカーボン粒子供給流路３０などより構成されている。
【００６３】
円筒体８２に上述した放電ガスを導入し、プラズマ励起高周波電源８４により、例えば１ＭＨｚ〜８ＭＨｚ、１００Ａ〜２００Ａの高周波電流が高周波コイル８３に印加されることにより、放電ガスが解離したイオンと電子を含む高密度でプラズマ温度が１万℃以上の熱プラズマが形成される。
【００６４】
円筒体８２の先端部８２Ａは、第１の実施の形態に係るアノード（図３に示す２６Ａ。）と同様に絞り込まれている。さらにノズル２８及びカーボン粒子供給流路３０を第１の実施の形態と同様としているので、円筒体８２中で発生したプラズマは一旦絞り込まれる。さらにカーボン粒子供給流路３０から絞り込まれたプラズマ中にカーボン粒子が供給され、カーボン粒子がカーボンイオンに変換される。カーボンイオンを含んだプラズマは、ノズルの末広の噴射口２８Ａからプラズマジェット８５となって、基板１３上に放射される。
【００６５】
本実施の形態によれば、高周波誘導プラズマにより高密度のプラズマが形成されてカーボン粒子がカーボンイオンに効率良く変換されるので、膜質が良好なカーボン保護膜を形成することができる。以下、実施例について説明する。
【００６６】
［第１実施例］
図２に示す第１の実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置を使用して、シリコン基板上に厚さ３０ｎｍのカーボン保護膜を成膜し、また、後述する光学ギャップ測定のためＭｇＦ_２基板上に厚さ３０ｎｍのカーボン保護膜を成膜した。
【００６７】
成膜条件は、放電ガスを流量１ＳＬＭのＡｒガス、キャリアガスを０．５ＳＬＭのＡｒガス、真空チャンバ内の圧力を６．７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）、第１電源の電圧を１５０Ｖ、放電電流を７０Ａ、基板温度を４０℃とした。また、アノードの材料を銅とした。
【００６８】
また、カーボン粒子の最大粒径が１００ｎｍのカーボンブラックを供給した。なお、カーボン粒子の最大粒径の測定方法は上述した方法を用いた。
【００６９】
［第２実施例］
本実施例のカーボン保護膜は、カーボン粒子として最大粒径０．８ｎｍの球状フラーレン（ＭＴＲ社製Ｃ６０／Ｃ７０混合物）を用いた以外は、第１実施例の条件と同様の条件により作製した。
【００７０】
［第３実施例］
本実施例のカーボン保護膜は、キャリアガスをＡｒガスの替わりにＨｅガスを用いた以外は、第１実施例の条件と同様の条件により作製した。
【００７１】
［第４実施例］
本実施例のカーボン保護膜は、キャリアガスをＡｒガスの替わりにメタンガス（ＣＨ_４）を用いた以外は第１実施例の条件と同様の条件により作製した。
【００７２】
［第１比較例］
本比較例のカーボン保護膜は、最大粒径が３００ｎｍのカーボン粒子（三菱化学社製カーボンブラック商品名）を供給した以外は第１実施例の条件と同様の条件により作製した。
【００７３】
［第５実施例］
図６に示す第２の実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置を使用して、シリコン基板上に厚さ３０ｎｍのカーボン保護膜を成膜し、また、後述する光学ギャップ測定のためＭｇＦ_２基板上に厚さ３０ｎｍのカーボン保護膜を成膜した。
【００７４】
成膜条件は、放電ガスを流量１ＳＬＭのＡｒガス、キャリアガスを０．５ＳＬＭのＡｒガス、真空チャンバ内の圧力を６．７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）、第１電源を５０Ｖ、４０Ａ、第２電源を１５０Ｖ、７０Ａ、基板温度を４０℃とした。また、アノード及びノズルの材料をグラファイトとした。カーボン粒子は最大粒径が１００ｎｍのカーボンブラックを供給した。
【００７５】
［第６実施例］
図８に示す第３の実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置を使用して、シリコン基板上に厚さ３０ｎｍのカーボン保護膜を成膜し、また、後述する光学ギャップ測定のためＭｇＦ_２基板上に厚さ３０ｎｍのカーボン保護膜を成膜した。
【００７６】
成膜条件は、放電ガスを流量１ＳＬＭのＡｒガス、キャリアガスを０．５ＳＬＭのＡｒガス、真空チャンバ内の圧力を６．７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）、第１電源を１５０Ｖ、７０Ａ、基板温度を４０℃とした。また、アノードの材料をグラファイトとした。カーボン粒子は最大粒径が１００ｎｍのカーボンブラックを供給した。
【００７７】
また、フィルタリング電極に印加する電圧を予め選択してカーボンイオンのみが基板上に到達するようにした。
【００７８】
［第７実施例］
図１０に示す第４の実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置を使用して、シリコン基板上に厚さ３０ｎｍのカーボン保護膜を成膜し、また、後述する光学ギャップ測定のためＭｇＦ_２基板上に厚さ３０ｎｍのカーボン保護膜を成膜した。
【００７９】
成膜条件は、放電ガスを流量１ＳＬＭのＡｒガス、キャリアガスを０．５ＳＬＭのＡｒガス、真空チャンバ内の圧力を６．７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）、第１電源を１５０Ｖ、７０Ａ、基板温度を４０℃とした。また、アノードの材料をグラファイトとした。カーボン粒子は最大粒径が１００ｎｍのカーボンブラックを供給した。また、フィルタコイルに印加する電圧を予め選択してカーボンイオンのみが基板上に到達するようにした。
【００８０】
［第８実施例］
図１１に示す第４の実施の形態に係る誘導結合型プラズマジェット成膜装置を使用して、シリコン基板上に厚さ３０ｎｍのカーボン保護膜を成膜した。また、後述する光学ギャップ測定のためＭｇＦ_２基板上に厚さ３０ｎｍのカーボン保護膜を成膜した。
【００８１】
成膜条件は、放電ガスを流量１ＳＬＭのＡｒガス、キャリアガスを０．５ＳＬＭのＡｒガス、真空チャンバ内の圧力を６．７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）、プラズマ励起高周波電源を４０ｋＨｚ、電流１００Ａ、基板温度を４０℃とした。また、アノードの材料をグラファイトとした。カーボン粒子は最大粒径が１００ｎｍのカーボンブラックを供給した。
【００８２】
（カーボン保護膜の評価）
第１〜第８実施例及び第１比較例に係るカーボン保護膜の光学ギャップ及び硬度の評価を行った。
【００８３】
カーボン保護膜に局所的にグラファイト粒子が存在する場合、カーボン保護膜の光学ギャップが減少することが報告されている（Ｔｅｏｅｔａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８９（２００１）ｐ．３７０６−ｐ．３７１０）。
本報告の評価方法は、カーボン保護膜の広い範囲に亘るグラファイト粒子の有無を評価する方法として有用である。この方法を用いて、第１〜第４実施例及び第１比較例に係るカーボン保護膜中のグラファイト粒子の可視吸光スペクトルを測定し光学ギャップを求めた。可視吸光スペクトルの測定には、日立製作所製Ｕ３２００スペクトロフォトメータを使用し、以下の測定条件により行った。
【００８４】
測定モード：透過法
ビームスリットサイズ：１０ｍｍ×０．１ｍｍ
次いで測定により得られた吸光度α（Ｅ）と光エネルギーＥを用いて、［α（Ｅ）×Ｅ］^１／２とＥとの関係（Ｔａｕｃプロット）の傾き及び切片から光学ギャップを求めた。
【００８５】
また、カーボン保護膜の硬度の測定を行った。測定には、ｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ法（原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のプローブにダイアモンド圧子を用いて、ダイアモンド圧子をカーボン保護膜に押し込み、押し込みの際の反発力と変位量を測定する方法）を用いて以下の測定条件により行った。
【００８６】
測定装置：Ｔｒｉｂｏｓｃｏｐｅ（Ｈｙｓｉｔｒｏｎ社製）
ダイアモンド圧子の先端形状：曲率半径４０ｎｍ以下、９０°Ｔｉｐ
押し込み力：７０μＮ
図１２は、第１〜第８実施例及び第１比較例に係るカーボン保護膜の光学ギャップと硬度を示す図である。図中、使用したカーボン粒子の最大粒径をあわせて示した。
【００８７】
図１２を参照するに、まず、第１の実施の形態のアーク放電プラズマジェット成膜装置を使用した第１〜第３実施例と第１比較例を比較すると、３００ｎｍの最大粒径のカーボン粒子を用いて形成した第１比較例の光学ギャップは２．８ｅＶであり、第１〜第３実施例の光学ギャップより低く、第１比較例に係るカーボン保護膜にはグラファイト粒子が混在していることが分かる。
【００８８】
また、１００ｎｍの最大粒径のカーボン粒子を用いて形成した第１及び第３実施例と、０．８ｎｍの最大粒径のカーボン粒子を用いて形成した第２実施例とを比較すると、第２実施例の光学ギャップが３．７０ｅＶと高く、グラファイト粒子が混入していないカーボン保護膜が形成されていることがわかる。
【００８９】
また、キャリアガスにメタンガスを用いた第４実施例は光学ギャップが第１〜第３実施例より若干低い程度であるが、硬度が４０ＧＰａに低下している。カーボン保護膜中に炭化水素結合（Ｃ−Ｈ結合）成分が形成されているものと推察される。第４実施例のカーボン保護膜は、硬度は比較的低いものの、パーフルオロポリエーテルを主鎖とする潤滑剤の濡れ性及び密着性が向上した。
【００９０】
次に第１実施例と、第５〜第８実施例とを比較すると、最大粒径が同様のカーボン粒子を用いているものの、第５〜第８実施例の方が光学ギャップが３．７０ｅＶと若干高く、グラファイト粒子が混入していないカーボン保護膜が形成されていることが分かる。
【００９１】
図１３は、カーボン保護膜の光学ギャップと供給したカーボン粒子の最大粒径との関係を示す図である。
【００９２】
図１３を参照するに、上記実施例及び比較例にさらに、本発明によらない他の比較例として、第１実施例において最大粒径が２００ｎｍ以上のカーボン粒子を供給してカーボン保護膜を形成した。最大粒径が１００ｎｍを超えると光学ギャップが急激に減少することが分かる。
【００９３】
（第６の実施の形態）
図１４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１４を参照するに、磁気記録媒体９０は、基板９１と、基板９１上に下地層９２、非磁性中間層９３、安定化層９４、非磁性結合層９５、記録層９６、カーボン保護膜９８が順次積層され、さらにカーボン保護膜９８上に潤滑層９９が形成された構成となっている。
【００９４】
基板９１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９２を所望の結晶方向に配向させることができる。
【００９５】
下地層９２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９２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９２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９３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９２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９２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９２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９６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９３の結晶性を低下させてしまう。
【００９６】
非磁性中間層９３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９３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９３は、下地層９２と安定化層９４（及び記録層９６）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９４（及び記録層９６）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。
【００９７】
安定化層９４及び記録層９６は、これらの層間に非磁性結合層９５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９４及び記録層９６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９４及び記録層９６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９４及び記録層９６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。
【００９８】
また、安定化層９４及び記録層９６の厚さは、記録層９６の残留磁束密度Ｍｒ_１と膜厚δ_１の積Ｍｒ_１δ_１（磁性層）が安定化層９４のＭｒ_２δ_２（安定化層）より大に設定する。すなわち、Ｍｒ_１δ_１−Ｍｒ_２δ_２＞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９０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９０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／ｋ_ＢＴを高めることができる。例えば、安定化層９４及び記録層９６の組成が同一の場合、すなわちＭｒ_１＝Ｍｒ_２の場合は、安定化層９４及び記録層９６の厚さの差δ_１−δ_２に比例する漏洩磁界が生じる。なお、Ｋは異方性定数、ｋ_Ｂはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。
【００９９】
非磁性結合層９５は、安定化層９４及び記録層９６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９４と記録層９６の磁化の向きを反平行とすることができる。
【０１００】
カーボン保護膜９８は上述した第１から第５の実施の形態に係る形成方法により記録層９６上に形成される。炭素同士の結合がｓｐ^３結合の割合が多いｔａ−アモルファスカーボンを形成され、グラファイト粒子が混入しないので平滑性が高く、膜質の良好で硬度の高いカーボン保護膜９８が形成される。
【０１０１】
潤滑層９９は、カーボン保護膜９８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９９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９８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、キャリアガスにメタンガス（ＣＨ_４）を用いて形成したカーボン保護膜９８は、ＺＤＯＬ及びＡＭ３００１が好適である。潤滑剤の濡れ性及び密着性が良好である。
【０１０２】
本実施の形態によれば、カーボン保護膜が第１〜第５の実施の形態に係る形成方法により形成されるので、平滑であり膜質が良好で硬度が高い。したがって、耐久性、耐蝕性の優れた磁気記録媒体を実現することができる。
【０１０３】
（第７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。
【０１０４】
図１５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１６は、図１５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１５及び図１６を参照するに、磁気ヘッド１００は、矢印ＭＥ方向に移動する磁気記録媒体１０１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１０１から数十ｎｍの高さを浮上し、磁気記録媒体１０１に記録・再生を行う。磁気ヘッド１００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１０２が設けられている（微少なため点で示す。）。
【０１０５】
磁気ヘッド１００のスライダの媒体対向面１０３−１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１０４と、３つのパッド１０４に囲まれた負圧を生じさせるための凹部１０５と、パッド１０４Ｌの流出端に設けられた複合型磁気ヘッド素子１０２などにより構成されている。
【０１０６】
スライダ１０３は、アルチック（アルミナとＴｉＣのセラミクス）よりなり、図１５に示すようにスライダ１０３の媒体対向面１０３−１にはカーボン保護膜１０６が設けられている。具体的には、図１６に示す３つのパッド１０４の表面には、上記第１〜第５の実施の形態に係る形成方法により形成した厚さ０．５ｎｍ〜２０ｎｍのカーボン保護膜１０６に覆われている。磁気記録媒体１０１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１００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１０６を形成する条件は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０７】
ここで、パッド１０４Ｌ又はパッド１０４Ｒの流出端、特に複合型磁気ヘッド素子１０２が形成されているパッド１０４Ｌの流出端は、磁気ヘッド１００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１０６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１０６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。
【０１０８】
図１７は複合型磁気ヘッド素子１０２の媒体対向面の構造を示す拡大図である。図１７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１７を参照するに、複合型磁気ヘッド素子１０２は、記録を行う誘導型記録素子１０８と再生を行う再生素子１０９より構成されている。誘導型記録素子１０８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１１０をもって離隔された上部磁極層１１１と、下部副磁極１１２−１を備えた下部磁極層１１２と、上部磁極層１１１と下部副磁極１１２−１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１０９は、感磁素子であるスピンバルブ型ＧＭＲ素子１１３と、スピンバルブ型ＧＭＲ素子１１３を非磁性絶縁材料を介して挟む上部シールド層１１４及び下部シールド層１１５などから構成されている。
【０１０９】
これらの上部磁極層１１１、下部副磁極１１２−１、下部磁極層１１２、スピンバルブ型ＧＭＲ素子１１３、上部シールド層１１４、及び下部シールド層１１５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１０１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１０１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１５及び図１６に示すように、複合型磁気ヘッド素子１０２の表面に、上記第１〜第５の実施の形態に係る形成方法により形成された厚さ０．５ｎｍ〜５ｎｍのカーボン保護膜１０７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。
【０１１０】
なお、図１５及び図１６に戻り、カーボン保護膜をスライダ１０３の媒体対向面１０３−１の凹部１０５を含む表面全体に形成してもよい。磁気記録媒体１０１の潤滑層から媒体対向面１０３−１に移行する潤滑剤の付着を防止することができる。
【０１１１】
本実施の形態によれば、磁気ヘッド５２の媒体対向面１０３−１、例えばパッド１０４及び複合型磁気ヘッド素子１０２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１０１間のスペーシングを一層低減することができる。
【０１１２】
（第８の実施の形態）
本発明の実施の形態は、第６の実施の形態に係る磁気記録媒体及び／又は第７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。
【０１１３】
図１８は、本発明の実施の形態の磁気記憶装置の要部を示す図である。図１８を参照するに、磁気記憶装置１２０は大略ハウジング１２１からなる。ハウジング１２１内には、スピンドル（図示されず）により駆動されるハブ１２２、ハブ１２２に固定され回転される磁気記録媒体１２３、アクチュエータユニット１２４、アクチュエータユニット１２４に取り付けられ磁気記録媒体１２３の半径方向に移動されるアーム１２５及びサスペンション１２６、サスペンション１２６に支持された磁気ヘッド１２８が設けられている。
【０１１４】
本実施の形態の磁気記憶装置１２０は、磁気記録媒体１２３及び磁気ヘッド１２８に特徴がある。例えば、磁気記録媒体１２３は第６の実施の形態の磁気記録媒体である。また、磁気ヘッド１２８は、例えば第７の実施の形態の磁気ヘッドである。磁気記録媒体１２３及び磁気ヘッド１２８の少なくとも一方が係る特徴を有していればよい。
【０１１５】
磁気記憶装置１２０の基本構成は、図１８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１２３は、磁気ディスクに限定されず磁気テープであってもよい。
【０１１６】
本実施の形態によれば、磁気記憶装置１２０は、磁気記録媒体１２３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１２８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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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）カーボンイオンを含むプラズマを放射してカーボン保護膜を基体上に堆積させるカーボン保護膜の形成方法であって、
プラズマを形成し、該プラズマ中にカーボン粒子を供給してカーボンイオンに変換し、該カーボンイオンを含むプラズマを前記基体に放射することを特徴とするカーボン保護膜の形成方法。
（付記２）前記カーボン粒子は最大粒径が０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする付記１記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記３）前記カーボン粒子は球状フラーレンであることを特徴とする付記１または２記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記４）前記カーボン粒子はキャリアガスと共に供給され、該キャリアガスが、Ｎ_２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、及びＸｅ群のうち少なくとも１種よりなることを特徴とする付記１〜３のうち一項記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記５）前記キャリアガスはさらに炭化水素ガスを含むことを特徴とする付記４項記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記６）前記プラズマは、真空チャンバ内に放電ガスを導入し、前記真空チャンバ内に設けられたカソードと、該カソードと略同軸上に、放電ガスを導入する放電ガス導入流路を介して設けられたアノードとの間に直流電圧を印加してアーク放電を生じさせることにより形成することを特徴とする付記１〜５のうち一項記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記７）前記放電ガス導入流路は、前記アノードから基体に向かってテーパ状に広がった噴射口を有することを特徴とする付記６記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記８）前記放電ガス導入流路は、前記アノードにおいて基体に向かって絞り込まれる先細部を有することを特徴とする付記６または７記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記９）前記カーボン粒子はカーボン粒子供給流路を通じて、前記先細部と噴射口との間に供給されることを特徴とする付記８記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記１０）前記アノード及びカソードはグラファイトよりなることを特徴とする付記６〜９のうち一項記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記１１）前記放電ガスは旋回流を形成して前記プラズマ中に供給されることを特徴とする付記１〜１０のうち、いずれか一項記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記１２）前記カーボン粒子を含むキャリアガスは、前記カーボン粒子供給流路から放電ガスの旋回流の流れ方向に沿ってプラズマ中に供給されることを特徴とする付記１〜１１のうち、いずれか一項記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記１３）前記放射されるプラズマを電場または磁場により偏向させてカーボンイオンを選別することを特徴とする付記１〜１２のうち一項記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記１４）前記プラズマは誘導結合プラズマであることを特徴とする付記１〜５及び１３のうち一項記載のカーボン保護膜の形成方法。
（付記１５）カーボンイオンを含むプラズマを放射してカーボン保護膜を基体上に堆積させるカーボン保護膜であって、
当該カーボン保護膜の光学ギャップが３．６ｅＶ〜３．７ｅＶの範囲であることを特徴とするカーボン保護膜。
（付記１６）基板と、前記基板の上方に、付記１〜１４のうち、いずれか一項記載の形成方法により形成されたカーボン保護膜、または付記１５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１７）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１〜１４のうち、いずれか一項記載の形成方法により形成されたカーボン保護膜、または付記１５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１８）付記１６記載の磁気記録媒体、及び／又は付記１７記載の磁気ヘッドを備えた磁気記憶装置。
（付記１９）カーボンイオンを含むプラズマを基体に放射して、該基体上にカーボン保護膜を形成するカーボン保護膜形成装置であって、
外壁により画成され、基体を保持する保持台を備えた真空容器と、
前記真空容器上に、前記保持台上の基体に対面するように設けられたプラズマ発生部と、
前記プラズマ発生部に放電ガスを供給する放電ガス供給部とよりなり、
前記プラズマ発生部は、カソードと、前記カソードと同軸上に、前記放電ガス供給部に接続された放電ガス流路なる間隙を介して該カソードを囲むように設けられ、その同軸上にアノード開口部を有するアノードと、前記アノードに隣接し、前記真空容器内に放電ガスと共にプラズマを放射するノズル開口部が形成されたノズルと、前記アノードとノズルとの間に設けられたカーボン粒子供給流路よりなり、
前記放電ガス流路とアノード開口部とノズル開口部とが連通し、
前記カソードとアノードとの間にアーク放電用電源が接続され、
前記アノード開口部においてカソードとアノードとの間にアーク放電によりプラズマ領域が形成され、
前記カーボン粒子供給流路から前記プラズマ領域中にカーボン粒子が供給されることを特徴とするカーボン保護膜形成装置。
（付記２０）前記カソードと前記ノズルとの間にさらに他のアーク放電用電源が接続され、
前記カソードとノズルとの間のアーク放電により前記プラズマ領域と連続した他のプラズマ領域が形成され、
前記他のプラズマ領域中にカーボン粒子が供給されることを特徴とするカーボン保護膜形成装置。
（付記２１）前記プラズマ発生部と前記保持台との間に、前記放射されたプラズマを電場または磁場により偏向させる偏向器を設けたことを特徴とする付記１９または２０記載のカーボン保護膜形成装置。
【０１２０】
【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、平滑性及び膜質が良好で高硬度であり薄膜化が可能な硬質カーボン保護膜及びその形成方法、並びにその硬質カーボン保護膜を備えた磁気記録媒体、磁気ヘッド、及び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】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置の概略断面図である。
【図３】図２に示すプラズマトーチの要部を拡大して示す図である。
【図４】図３に示すＸ−Ｘ断面図である。
【図５】図３に示すＹ−Ｙ断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置の概略断面図である。
【図７】図６に示すプラズマトーチの要部を拡大して示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置の概略断面図である。
【図９】（Ａ）は図８に示す電場偏向型フィルタ部の要部を拡大して示す図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係るアーク放電プラズマジェット成膜装置の概略断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る誘導結合型プラズマジェット成膜装置の概略断面図である。
【図１２】第１〜第８実施例及び第１比較例に係るカーボン保護膜の光学ギャップと硬度を示す図である。
【図１３】カーボン保護膜の光学ギャップと供給したカーボン粒子の最大粒径との関係を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態に係る磁気記録媒体の断面図である。
【図１５】本発明の第７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１６】図１５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１７】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１８】本発明の第８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、５０、６０、７０アーク放電プラズマジェット成膜装置
１１、５１、８１プラズマトーチ
１２真空チャンバ
１３基板
１４基板保持台
１５粉体供給器
２２カソード
２３放電ガス流路
２６アノード
２７第１電源
２８、５２ノズル
２８Ａ噴出口
２９、２９Ａ、２９Ｂ絶縁リング
３０カーボン粒子供給流路
３０Ａカーボン粒子供給流路の開口部
３６カーボン粒子
３８流量調整器
４２、５４Ａ、５４Ｂアーク柱
４３整流板
４５カーボン粒子供給用ノズル
５３第２電源
６１電場偏向型フィルタ部
７１磁場偏向型フィルタ部
８０誘導結合型プラズマジェット成膜装置
９０磁気記録媒体
９８、１０６、１０７カーボン保護膜
１００磁気ヘッド
１０２複合型磁気ヘッド素子
１２０磁気記憶装置

Claims

カーボンイオンを含むプラズマを放射してカーボン保護膜を基体上に堆積させるカーボン保護膜の形成方法であって、
プラズマを形成し、該プラズマ中にカーボン粒子を供給してカーボンイオンに変換し、該カーボンイオンを含むプラズマを前記基体に放射することを特徴とするカーボン保護膜の形成方法。
前記カーボン粒子は球状フラーレンであることを特徴とする請求項１記載のカーボン保護膜の形成方法。
前記プラズマは、真空チャンバ内に放電ガスを導入し、前記真空チャンバ内に設けられたカソードと、該カソードと略同軸上に、放電ガスを導入する放電ガス導入流路を介して設けられたアノードとの間に直流電圧を印加してアーク放電を生じさせることにより形成す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の形成方法。
前記放電ガス導入流路は、前記アノードにおいて基体に向かって絞り込まれる先細部を有することを特徴とする請求項３記載のカーボン保護膜の形成方法。
前記放射されるプラズマを電場または磁場により偏向させてカーボンイオンを選別することを特徴とする請求項１〜４のうち、一項記載のカーボン保護膜の形成方法。
前記プラズマは誘導結合プラズマであることを特徴とする請求項１、２及び５のうち、一項記載のカーボン保護膜の形成方法。
カーボンイオンを含むプラズマを放射してカーボン保護膜を基体上に堆積させるカーボン保護膜であって、
当該カーボン保護膜の光学ギャップが３．６ｅＶ〜３．７ｅＶであることを特徴とするカーボン保護膜。
基板と、前記基板の上方に、請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の形成方法により形成されたカーボン保護膜、または請求項７記載のカーボン保護膜とを備えることを特徴とする磁気記録媒体。
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１〜６のうち、いずれか一項記載の形成方法により形成されたカーボン保護膜、または請求項７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８記載の磁気記録媒体、及び／又は請求項９記載の磁気ヘッドを備えた磁気記憶装置。