JP2004095006A

JP2004095006A - 磁気記録ヘッド、その製造方法、及び、磁気記録装置

Info

Publication number: JP2004095006A
Application number: JP2002252167A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kishi; 岸　均
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】磁気記録ヘッド、その製造方法、及び、磁気記録装置に関し、ノイズが発生しないライトポールを有する高密度記録が可能な磁気記録ヘッドを提供する。
【解決手段】垂直記録方式の磁気ディスク装置に用いられる少なくとも書込ヘッドを備えた磁気記録ヘッドの書込ヘッドを構成する主磁極６の先端部の断面形状を、頂部の幅が底部の幅より広い逆台形状とする。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気記録ヘッド、その製造方法、及び、磁気記録装置に関するものであり、特に、垂直記録方式のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の磁気記録装置に用いる磁気記録ヘッドを構成する主磁極の先端部の断面形状に特徴のある磁気記録ヘッド、その製造方法、及び、磁気記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、情報記録装置である磁気記録装置（所謂ハードディスクドライブ）はコンピュータや各種携帯情報端末、例えば、モバイルパソコン、携帯電話、ゲーム機、デジタルカメラ、車載ナビゲーション等の外部記憶装置として一般に広く使用されている。
【０００３】
近年、この様なハードディスク装置用の記録媒体として、従来の長手記録媒体と比べても倍以上の高保磁力化が可能な垂直記録媒体が盛んに研究されており、特に、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜或いはＣｏ／Ｐｔ多層膜を垂直磁化膜に用いる方法が研究されつつある。
【０００４】
この様な、垂直磁気記録方式に用いる書込ヘッドにおいては、従来の面内記録用リングヘッドと異なり、主磁極が媒体上を移動する最後部の磁化情報が媒体に記録されることになり、主磁極パターンの上辺が書き込み面となることを意味している。
【０００５】
ここで、図８を参照して従来の垂直記録方式の磁気ヘッドを説明する。
図８参照
図８は、従来の垂直記録方式の磁気ヘッドの概略的斜視図であり、まず、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ基板５１上にＡｌ_２Ｏ_３膜５２を介してＮｉＦｅ等からなる下部磁気シールド層５３、Ａｌ_２Ｏ_３からなる下部リードギャップ層５４、磁気抵抗効果素子５５、Ａｌ_２Ｏ_３からなる上部リードギャップ層５６、上部磁気シールド層を兼ねるＮｉＦｅ等からなる下部磁極５７を順次堆積させる。
なお、この場合の磁気抵抗効果素子５５としては、ＰｄＰｔＭｎピン層／ＣｏＦｅピンド層／Ｃｕ中間層／ＣｏＦｅフリー層／ＮｉＦｅフリー層を順次成膜したスピンバルブ素子とする。
【０００６】
次いで、Ａｌ_２Ｏ_３膜５８を設けたのち、Ｃｕメッキによって水平スパイラルコイルを形成し、レジスト保護膜（いずれも図示を省略）で被覆し、全体をＡｌ_２Ｏ_３膜５９で被覆したのち平坦化し、水平スパイラルコイルの中心部にビアホールを形成してＮｉＦｅで埋め込んで磁極接続部（図示を省略）を形成する。
【０００７】
次いで、選択メッキ法によってＮｉＦｅからなる上部補助磁極６０を設けたのち、再び、全体をＡｌ_２Ｏ_３膜６１で被覆したのち平坦化し、再び選択メッキ法によって先端部が幅細のライトポール６２となった上部主磁極６３を形成したものである。
【０００８】
この場合、磁気記録媒体は図に示した矢印の方向に移動するので、ライトポール６２の底辺でまず書き込まれ、順次ライトポール６２で書き換えられ、最後に、ライトポール６２の上辺で最終的な書き換えが行われるので、ライトポールの上辺が実効的な書込面となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
現在、ライトポールを含めた主磁極パターンの形成にはメッキ法が使用されているが、メッキ法では微細な幅のパターンを精度良く形成することができないため、パターン幅が０．２μｍ以下となるような高密度磁気記録ヘッドでは用いることができないという問題がある。
【００１０】
この様な問題を解決する手段としては、スパッタ法により全面に主磁極膜を形成し、フォトリソ法でレジストパターンを形成した後、イオンミリング法で主磁極パターンを形成する方法があるが、５００ｎｍの主磁極膜をエッチングするためには１μｍ程度のレジスト膜厚が必要であり、この膜厚では０．２μｍ以下の微細なパターンを形成することが不可能であるという問題がある。
【００１１】
また、レジストを用いたイオンミリング法ではレジストのイオンミリングレートが主磁極に用いられる磁性材料とほぼ同じか逆にレジストのエッチングレートの方が大きくなってしまうために、主磁極パターンの断面形状が正台形になってしまい、最終書込面であるライトポールの上辺が初期書込面であるライトポールの底辺より幅細になり、初期書込情報が最終的に完全に消去されずノイズの原因となるという問題が発生する。
【００１２】
したがって、本発明は、ノイズが発生しないライトポールを有する高密度書込が可能な磁気記録ヘッドを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明するが、図１（ａ）は、ライトポールの軸に垂直な断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。
なお、図における符号１，２，３，４，５は、夫々下部磁極、ライトコイル、保護膜、絶縁膜、及び、上部補助磁極である。
【００１４】
図１（ａ）及び（ｂ）参照
上記目的を達成するため、本発明は、垂直記録方式の磁気ディスク装置に用いられる少なくとも書込ヘッドを備えた磁気記録ヘッドにおいて、書込ヘッドを構成する主磁極６の先端部の断面形状を、頂部の幅が底部の幅より広い逆台形状としたことを特徴とする。
【００１５】
この様に、主磁極６の先端部、即ち、ライトポールの断面形状を逆台形状とすることによって、最終書込面であるライトポールの上辺が初期書込面であるライトポールの底辺より幅広になり、初期書込情報を最終的に完全に消去することができるので、ノイズが発生することがない。
【００１６】
この様な逆台形の断面形状を形成するためには、非磁性金属膜７、イオンビーム８に対するエッチングレートが主磁極６を構成する磁性層のエッチングレートより小さな非磁性金属膜７をマスクとして基板面に斜めにイオンビーム８を照射すれば良い。
【００１７】
この場合の非磁性金属膜７は、化学的ドライエッチングによって選択エッチングが可能な材料、例えば、Ｔａ、Ｗ、或いは、Ｔｉのいずれか、または、ＴａＷ、ＴａＴｉ、ＴｉＷ、ＴａＴｉＷ等の合金が望ましい。
【００１８】
また、この非磁性金属膜７は、残存させても良いが、イオンビーム８の照射工程後に除去することが望ましく、それにより、非磁性金属膜７の残存による予期せぬ障害の発生を未然に防ぐことができる。
【００１９】
上述の構成の磁気記録ヘッドを搭載することにより、高密度記録が可能な高性能の磁気記録装置を実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図６を参照して、本発明の実施の形態の垂直記録方式の磁気記録ヘッドを説明する。
なお、図２（ａ）乃至図４（ｇ）は、ライトポールの軸に沿った断面図であり、図４（ｈ）乃至図５（ｊ）は、ライトポールの軸に垂直な断面図であり、図５（ｋ）は上面図である。
図２（ａ）参照
まず、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ基板１１上にＡｌ_２Ｏ_３膜１２を介してＮｉＦｅからなる下部磁気シールド層１３、Ａｌ_２Ｏ_３からなる下部リードギャップ層１４、磁気抵抗効果素子１５、Ａｌ_２Ｏ_３からなる上部リードギャップ層１６、上部磁気シールド層を兼ねる厚さが、例えば、２μｍのＮｉＦｅからなる下部磁極１７を順次堆積させる。
なお、この場合の磁気抵抗効果素子１５としては、ＰｄＰｔＭｎピン層／ＣｏＦｅピンド層／Ｃｕ中間層／ＣｏＦｅフリー層／ＮｉＦｅフリー層を順次成膜したスピンバルブ素子とする。
【００２１】
図２（ｂ）参照
次いで、厚さが、例えば、０．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３膜１８を設けたのち、選択Ｃｕメッキによって水平スパイラルコイル１９を形成し、次いで、水平スパイラルコイル１９をレジスト保護膜２０で被覆する。
【００２２】
図２（ｃ）参照
次いで、全体をＡｌ_２Ｏ_３膜２１で被覆したのちＣＭＰ（化学機械研磨）法を用いて表面を平坦化し、平坦部における膜厚が例えば、０．５μｍになるようにする。
【００２３】
図３（ｄ）参照
次いで、水平スパイラルコイル１９の中心部にビアホールを形成してＮｉＦｅで埋め込むことによって上下の磁極を接続する磁極接続部２２を形成する。
【００２４】
図３（ｅ）参照
次いで、選択メッキ法によって厚さが、例えば、２．０μｍのＮｉＦｅからなる上部補助磁極２３を磁極接続部２２と接続するように設ける。
なお、この場合の上部補助磁極２３の形状は、後述する図５（ｋ）に示した形状とする。
【００２５】
図３（ｆ）参照
次いで、再び、全体をＡｌ_２Ｏ_３膜で被覆したのち、ＣＭＰ法を用いて上部補助磁極２３が露出するまで研磨することによって、上部補助磁極２３の周辺部をＡｌ_２Ｏ_３膜２４で埋め込む。
この段階でＡｌ_２Ｏ_３膜１８＋Ａｌ_２Ｏ_３膜２１＋Ａｌ_２Ｏ_３膜２４の合計膜厚は６μｍとなる。
【００２６】
次いで、図示は省略するものの、水平スパイラルコイルの両方の端部に達するビアホールを形成したのち、ビアホールをメッキ法を用いてＣｕで埋め込むことによってコイルの端子となるライト電極を形成する。
【００２７】
図４（ｇ）参照
次いで、スパッタ法を用いて、厚さが、例えば、０．５μｍのＦｅＣｏ層２５、及び、厚さが、例えば、０．５μｍのＴａ層２６を順次堆積させる。
なお、この場合のＦｅＣｏ層２５の組成はＦｅ_８９Ｃｏ_１１であり、上部補助磁極２３を構成するＮｉＦｅより飽和磁束密度の高い磁性体である。
【００２８】
図４（ｈ）参照
次いで、全面に、レジストを厚さが、例えば、０．３μｍになるように塗布したのち露光・現像することによって上部主磁極を形成するためのレジストパターン２７を設ける。
なお、このレジストパターン２７の形状は、後述する図５（ｋ）に示したライトポールを含む上部主磁極の形状となり、ライトポールにおける幅は、例えば、０．１０μｍとする。
【００２９】
図４（ｉ）参照
次いで、レジストパターン２７をマスクとして、ＣＦ_４をエッチングガスとする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってＴａ層２６の露出部をエッチングしてＴａパターン２８を形成する。
この場合、Ｔａとレジストのエッチングレートの比は５：１であるので、Ｔａパターン２８の形成後にもレジストパターン２７は０．２μｍの膜厚で残存することになる。
【００３０】
図５（ｊ）参照
次いで、レジストパターン２７を除去したのち、Ｔａパターン２８をマスクとしてＡｒイオンからなるイオンビーム２９を基板の法線に対して３０〜４５°、例えば、３０°の斜め方向から照射することによってＦｅＣｏ層２５の露出部をエッチングして断面形状が逆台形状のライトポール３０を含む上部主磁極３１を形成する。
【００３１】
このイオンミーリング工程において、ＴａとＦｅＣｏのエッチングレートの比は、約１：２であるので、ＦｅＣｏ層２５とＴａ層２６の厚さを同じにした場合、上部主磁極３１となるＦｅＣｏ層２５のエッチング完了時でもマスク層となるＴａパターン２８は半分の厚さが残っていることになり、十分にマスクの役割を果たすことができる。
【００３２】
図５（ｋ）参照
次いで、再び、ＣＦ_４をエッチングガスとする反応性イオンエッチングによってＴａパターン２８を選択的に除去する。
図５（ｋ）は、Ｔａパターン２８を除去した後の上面図であり、ライトポール３０と上部主磁極３１の後端部が上部補助磁極２３から露出した形状となる。
【００３３】
図６参照
最後に、ライトポール３０を切断し、研磨する等のスライダー加工を施すことによって磁気記録ヘッドの基本構成が完成する。
図６は、上述の工程で形成した磁気ヘッドの概略的斜視図であり、磁気抵抗効果素子１５によって読み取りを行い、ライトポール３０によって書き込みを行うことになる。
【００３４】
この場合、磁気記録媒体は図に示した矢印の方向に移動するので、ライトポール３０の幅細の底辺でまず書き込まれ、順次ライトポール３０で書き換えられ、最後に、幅広のライトポール３０の上辺で最終的な書き換えが行われるので、初期書込情報を最終的に完全に消去することができ、ノイズが発生することがない。
【００３５】
また、本発明の実施の形態においては、イオンミーリング工程におけるマスクとしてＴａを用いているので、厚膜のＦｅＣｏをエッチングする場合にも、十分なマスク作用を果たすことができ、精度の高い微細パターンを形成することが可能になる。
【００３６】
また、ＴａはＣＦ_４ガスを用いることによってＦｅＣｏに対して選択エッチングが可能であるので、Ｔａパターン２８をイオンミーリング工程の終了後に除去することができ、Ｔａの残存による予期せぬ障害の発生を未然に防ぐことができる。
【００３７】
図７参照
図７は、本発明の実施の形態の磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の平面図であり、スピンドルモータ４３の回転軸に取り付けられるとともに、ディスククランプリング４２によって固定された垂直磁気記録媒体４１、先端部にサスペンション４５を介して本発明の実施の形態の磁気ヘッドを備えたスライダー４６が取り付けられたヘッドアーム４４から基本構成が構成される。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、イオンミーリングの工程におけるマスクとしてＴａを用いているが、マスクはＴａに限られるものでなく、主磁極を構成する材料よりエッチングレートの小さなものであれば金属でも絶縁体でも良いが、マスクの除去工程を考慮すると、Ｔａと同様に非磁性金属であるＴｉまたはＷ、或いは、ＴａＴｉ、ＴａＷ、ＴｉＷ、ＴａＴｉＷ等の合金が望ましい。
【００３９】
また、上記の実施の形態においては、Ｔａパターンを最終的に除去しているが、マスクが非磁性層である場合には、マスクが主磁極の書き込み動作に影響することはないため、主磁極の上方にシールドを設ける構成でない場合には、必ずしも除去する必要はなく、それによって、工程を短縮することができる。
【００４０】
また、上記の実施の形態においては、Ｔａ層の選択エッチング工程及びＴａパターンの除去工程においてＣＦ_４ガスを用いているが、ＣＦ_４ガスに限られるものではなく、ＳＦ_６等の他のＦ系ガスを用いても良いものである。
【００４１】
また、上記の実施の形態においては、主磁極をＦｅ_８９Ｃｏ_１１組成のＦｅＣｏで構成しているが、この様な組成に限られるものではなく、補助磁極を構成する材料より飽和磁束密度の高い材料であれ良く、例えば、ＮｉＦｅに対しては、ＣｏＮｉＦｅ等を用いても良いものである。
【００４２】
また、上記の実施の形態においては、磁気抵抗効果素子を用いたリードヘッドを伴った複合型の薄膜磁気ヘッドとして説明しているが、この様な複合型の磁気ヘッドに限られるものではなく、ライトヘッド単独として用いても良いものである。
【００４３】
ここで、再び、図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１（ａ）及び（ｂ）参照
（付記１）　垂直記録方式の磁気ディスク装置に用いられる少なくとも書込ヘッドを備えた磁気記録ヘッドにおいて、前記書込ヘッドを構成する主磁極６の先端部の断面形状を、頂部の幅が底部の幅より広い逆台形状としたことを特徴とする磁気記録ヘッド。
（付記２）　垂直記録方式の磁気ディスク装置に用いられる少なくとも書込ヘッドを備えた磁気記録ヘッドにおいて、前記書込ヘッドを構成する主磁極６の先端部の断面形状を、頂部の幅が底部の幅より広い逆台形状にするとともに、前記主磁極６の表面が非磁性金属膜に覆われていることを特徴とする磁気記録ヘッド。
（付記３）　垂直記録方式の磁気ディスク装置に用いられる少なくとも書込ヘッドを備えた磁気記録ヘッドの製造方法において、非磁性金属膜７をマスクとして基板面に斜めにイオンビーム８を照射して、先端部の頂部の幅が底部の幅より広い逆台形状の主磁極６を形成することを特徴とする磁気記録ヘッドの製造方法。
（付記４）　上記非磁性金属膜７は、化学的ドライエッチングによって選択エッチングが可能な材料によって構成されることを特徴とする付記３記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
（付記５）　上記非磁性金属膜７のイオンビーム８に対するエッチングレートが、主磁極６のエッチングレートより小さいことを特徴とする付記３または４に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
（付記６）　上記非磁性金属膜７が、Ｔａ、Ｗ、或いは、Ｔｉのいずれか、または、これらの合金からなることを特徴とする付記３乃至５のいずれか１に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
（付記７）　上記非磁性金属膜７を、上記イオンビーム８の照射工程後に除去することを特徴とする付記３乃至６のいずれか１に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
（付記８）　付記１または２に記載の磁気記録ヘッドを搭載したことを特徴とする磁気記録装置。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、傾斜イオンミーリング法を用いることによって、ライトポールの断面形状を選択メッキ法では形成できない逆台形状にしているので、書込特性を良好にすることができ、垂直記録方式の高密度磁気記録装置の実現に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の図３以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の図４以降の製造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の磁気ヘッドの概略的斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態の磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置の平面図である。
【図８】従来の垂直記録方式の磁気ヘッドの概略的斜視図である。
【符号の説明】
１　下部磁極
２　ライトコイル
３　保護膜
４　絶縁膜
５　上部補助磁極
６　主磁極
７　非磁性金属膜
８　イオンビーム
１１　Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ基板
１２　Ａｌ_２Ｏ_３膜
１３　下部磁気シールド層
１４　下部リードギャップ層
１５　磁気抵抗効果素子
１６　上部リードギャップ層
１７　下部磁極
１８　Ａｌ_２Ｏ_３膜
１９　水平スパイラルコイル
２０　レジスト保護膜
２１　Ａｌ_２Ｏ_３膜
２２　磁極接続部
２３　上部補助磁極
２４　Ａｌ_２Ｏ_３膜
２５　ＦｅＣｏ層
２６　Ｔａ層
２７　レジストパターン
２８　Ｔａパターン
２９　イオンビーム
３０　ライトポール
３１　上部主磁極
４１　垂直磁気記録媒体
４２　ディスクスランプリング
４３　スピンドルモータ
４４　ヘッドアーム
４５　サスペンション
４６　スライダー
５１　Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ基板
５２　Ａｌ_２Ｏ_３膜
５３　下部磁気シールド層
５４　下部リードギャップ層
５５　磁気抵抗効果素子
５６　上部リードギャップ層
５７　下部磁極
５８　Ａｌ_２Ｏ_３膜
５９　Ａｌ_２Ｏ_３膜
６０　上部補助磁極
６１　Ａｌ_２Ｏ_３膜
６２　ライトポール
６３　上部主磁極

Claims

垂直記録方式の磁気ディスク装置に用いられる少なくとも書込ヘッドを備えた磁気記録ヘッドにおいて、前記書込ヘッドを構成する主磁極の先端部の断面形状を、頂部の幅が底部の幅より広い逆台形状としたことを特徴とする磁気記録ヘッド。
垂直記録方式の磁気ディスク装置に用いられる少なくとも書込ヘッドを備えた磁気記録ヘッドの製造方法において、非磁性金属膜をマスクとして基板面に斜めにイオンビームを照射して、先端部の頂部の幅が底部の幅より広い逆台形状の主磁極を形成することを特徴とする磁気記録ヘッドの製造方法。
上記非磁性金属膜は、化学的ドライエッチングによって選択エッチングが可能な材料によって構成されることを特徴とする請求項２記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
上記非磁性金属膜が、Ｔａ、Ｗ、或いは、Ｔｉのいずれか、または、これらの合金からなることを特徴とする請求項２または３に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
請求項１記載の磁気記録ヘッドを搭載したことを特徴とする磁気記録装置。