JP2004295953A

JP2004295953A - 磁気ヘッド

Info

Publication number: JP2004295953A
Application number: JP2003084089A
Authority: JP
Inventors: Yoji Maruyama; 洋治丸山; Tadayuki Iwakura; 忠幸岩倉; Makoto Morijiri; 誠森尻
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21
Also published as: US20040246621A1

Abstract

【課題】磁気ヘッドの書き込み機能部における磁束漏れを防ぎ、高記録密度化に適した磁気ヘッドを提供する。
【解決手段】磁気ヘッドは、浮上面から後退した位置で上部第１磁性膜に接続し、浮上面側端部が浮上面から後退する下部第１磁性膜を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置に適用される磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気ディスク装置は、高信頼かつ大容量である特徴を有するため、今日の情報技術社会を支えるストレージ分野で広く適用されている。情報社会における情報量の増加は、目を見張るものがあり、当然、磁気ディスク装置へも大量の情報を短時間で処理する高速化の性能改善が要求される。
【０００３】
図３に磁気ディスク装置に搭載される磁気ヘッドを示す。尚、図面中の上部方向、すなわちｚ方向を磁気ヘッドの「上部」、下部方向、すなわちｚ方向と反対方向を磁気ヘッドの「下部」と以下に記載する。磁気ヘッド１は、ロータリアクチュエータ４の回転と共に記録媒体２面上を移動し、任意の場所に位置決めした後、磁気情報の書き込み或いは再生を行う。これを制御する電気回路も上記信号処理回路５と共に存在する。
【０００４】
磁気ヘッド１は、情報の書き込み機能部１０及び再生機能部１１で構成される。書き込み機能部１０は、コイル１２と、これを上下から包むように位置し、かつ磁気的に結合された磁極１４、磁極１５、トラック幅を決定する磁極１６及びコイルと磁極１４、１５、１６の間に形成された絶縁膜２７とから構成される。
【０００５】
再生機能部１１は、磁気抵抗効果素子１９と、これに定電流を流し、かつ抵抗変化を検出するための電極２０とから構成される。上部磁気シールド１７及び下部磁気シールド１８は、磁気抵抗効果素子１９と電極２０を包むように位置し、再生時に不要磁界を遮断するシールドとしての機能を有する。これらの機能部は、磁気ヘッド本体２５上に下地層２４を介して形成されている。
【０００６】
図３に記載される再生機能部は、磁気情報を検出するセンス電流をシールド１７、１８と平行な面内で流すタイプである。近年、シールドを電極と兼ねるタイプの再生機能部も実用化されている。このタイプでは磁気抵抗効果素子に膜厚方向にセンス電流を流す。電流を流す方向が膜に対して垂直である理由からＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｐｌａｎｅ）型素子と呼ばれる。同素子を用いる場合においても下部磁極１５を含む書き込み機能部には何らの制約も受けない。
【０００７】
近年、トラック幅を決定する磁極１６と接近する磁極１５表面を選択的にエッチングしステップ２６を形成するのが一般的となっている。ステップ形成法としては、磁極１６をマスクに磁極１５表面をイオンミリングするのが一般的である。
【０００８】
磁気ディスク装置の高密度化に際しては、磁気ヘッドにおいて、磁界勾配の急峻化と記録トラック幅方向での磁界均一化が要求される。
【０００９】
この要求を満足させるため、記録トラック幅の狭小化、磁極材への高飽和磁化材料の適用、記録ギャップの狭小化（下部磁極とトラック幅を決定する磁極との間の距離を狭める）及び磁気ヘッドと記録媒体との距離を狭める低浮上技術の開発が精力的に進められている。
【００１０】
記録ギャップ幅を狭小化する際に、図４（ａ）の磁気ヘッドを浮上面から見た断面図に示すように、記録動作時に上部磁極１６から下部磁極１５に向かって磁束が漏れ磁界が生じ、漏れ磁束の割合が増加すると隣接する領域まで記録操作が及ぶため隣接情報を消してしまう問題が生じる。
【００１１】
また、漏れ磁束の量を低減するために、図４（ｂ）の特許文献１に開示の磁気ヘッドを浮上面から見た断面図に示すように、上部磁極１６をマスクとして下部磁極１５の表面をエッチングする構造としても、磁極１６とエッチング領域２６との合わせずれが許されないため、高い位置合わせ要求に応えるのが困難である。
【００１２】
そこで、図４（ｃ）の磁気ヘッドを浮上面から見た断面図に示すような、特許文献２に記載するような磁気ヘッドが開示されている。特許文献２に開示の磁気ヘッドの特徴は、下部第１磁性膜１５上に下部第２磁性膜４２、非磁性膜４１、上部第２磁性膜４０を連続的にめっき成長させた点にある。すなわち、上部第２磁性膜４０と下部第２磁性膜４２の幅をめっき成長時に予め合わせて（等しくさせて）成長させている。これを実現するため記録ギャップを形成する非磁性膜４１も同一工程内で形成するものである。
【００１３】
特許文献２に開示の磁気ヘッドの製造工程を図９に示す。まず、下部第１磁性膜１５上にめっきの下地となる膜４６を形成する（下部磁極に良好な電気伝導性があれば膜４６を省く構成も可能である）。次に、記録トラック幅に相当する開口部を有するレジストパターン４５を形成する（図９（ａ））。同レジストパターンをマスクとして開口部に下部第２磁性膜４２をめっきする（図９（ｂ））。次いで非磁性膜４１と上部第２磁性膜４０を順次めっき成長させる（図９（ｃ））。最後に不要となるレジストパターン４５を除去し、目的とする磁極構成を得る（図９（ｄ））。この後、必要に応じてめっき電極を除去する。
【００１４】
上記工程により形成される磁極構成では図４（ｂ）に示した特許文献１に開示の磁気ヘッドの構成と同様に、上部磁極と下部磁極との距離が遠ざかるため漏れ磁束が少なく、かつ下部磁極側のエッチング処理が不要（厳密には、めっき用電極の除去のために軽いエッチングが必要になる場合がある）となる。この効果から極めて寸法ばらつきの少ない磁気ヘッドを実現することができる。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−７６６２０号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２３９１０号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示の磁気ヘッドにおいて、上部磁極１６と下部磁極１５との間の距離が広がったとしても、依然として上部磁極１６から下部磁極１５側に磁束が漏れてしまう問題が生じる。
【００１７】
また、特許文献２においては、下部第２磁性膜４２、非磁性膜４１及び上部第２磁性膜４０の浮上面に対する奥行き方向の幅が、めっき成長時に等しくなるので、磁束が上部第２磁性膜４０側から下部第２磁性膜４２側へ磁束が誘導されず、下部第２磁性膜側で磁束が飽和してしまい、下部第１磁性膜１５に磁束が漏れてしまう問題が生じる。
【００１８】
本発明の目的は、従来技術における問題を解決するため、磁束漏れを防ぎ、高記録密度化に適した磁気ヘッドを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
磁気ヘッドは、浮上面から後退した位置で上部第１磁性膜に接続し、浮上面側端部が浮上面から後退する下部第１磁性膜を有する。
【００２０】
更に上部第１磁性膜と下部第１磁性膜との間に浮上面と同一面を有する記録トラック幅を規定する磁極を平坦面上に配置する。記録トラック幅を規定する磁極は、下部第２磁性膜、非磁性膜及び上部第２磁性膜を有する。これにより、高精度のレジストパターンマスクを用いて、高精度な狭トラックの磁極を形成できる。
【００２１】
また、浮上面から後退した位置の非磁性膜の膜厚を、浮上面位置の膜厚に比べ厚くする。非磁性膜の膜厚が厚い領域は磁路抵抗が高くなるため、磁路抵抗が低い浮上面側に磁束が誘導され強磁界が得られるようになる。
【００２２】
尚、高磁界を得る手段として上部第１磁性膜或いは下部第１磁性膜とトラック幅を規定する磁極との間に非磁性膜を設けてもよい。上部第１磁性膜及び下部第１磁性膜と記録トラック幅を規定する磁極との接続部に所定の磁路抵抗を与える（薄い非磁性膜を積層する）と記録トラック幅を決定する磁極への磁束の流れを抑えることができ、浮上面に近い位置まで磁束を導くことができる。浮上面側端部まで導かれた磁束は、トラック幅を規定する磁極先端部に導かれるため浮上面からの漏洩磁界の割合が高くなり、結果として強磁界が得られる。
【００２３】
また、非磁性膜を接続部に積層することで上部第１磁性膜或いは下部第１磁性膜とトラック幅を規定する磁極パターンとの合わせ尤度が増す。
【００２４】
尚、本発明では、上部第１磁性膜或いは下部第１磁性膜を単独の磁極としているが、複数の磁性膜で構成しても何らの問題も生じない。少なくともトラック幅を規定する非磁性膜を含む磁性膜の積層構造を有する磁極と同磁極に磁気的に接続する（非磁性膜を介して接続する場合を含め）磁性膜が浮上面からリセス（後退）する構成とすればよい。
【００２５】
本発明は、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、トンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）あるいは磁気抵抗効果素子に膜厚方向にセンス電流を流すＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｐｌａｎｅ）型素子を再生部に用いた再生機能部を適宜組み合わせることで微細磁区構造からの僅かな磁気信号を高精度で生成することができ、高密度の磁気ディスク用磁気ヘッドを実現できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を述べる。図１は、本発明を適用した第１の実施形態の磁気ヘッドの断面を浮上面に対して斜め方向から見た概念図である。磁気ヘッドは、例えばＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣからなる基板２５（スライダー材と同じ）と、その上に積層された例えばＡｌ２Ｏ３からなる下地層２４、その上に情報の再生を行う再生機能部１１を形成した。
【００２７】
再生機能部１１は、上下に上部磁気シールド１７、下部磁気シールド１８を有する。上部及び下部磁気シールド１７、１８は、本実施例の場合ＣＰＰ素子への電流導入電極を兼用する。ＣＰＰ素子１１９と電極を兼ねるシールドとの間には端子１２０が位置する。また、ＣＰＰ素子１１９を構成する自由層の磁区制御層として永久磁石パターン１２１をＣＰＰ素子の近傍に設ける。
【００２８】
尚、上述のように再生機能部１１として巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）を用いても書き込み機能部１０への影響は無く、本発明を実現させる上で何らの問題が生じないことは明白である。
【００２９】
本実施例の場合、非磁性膜５１を積層した後に書き込み機能部１０を形成した。非磁性膜５１は、記録動作時に磁路を形成する磁極１５と再生機能部１１を形成するシールド１７との磁気的な接続を遮断する効果があり、再生動作時に出力の変動が少なくなる効果が得られる。
【００３０】
書き込み機能部１０は、磁気的に結合された上部第１磁性膜１４、下部第１磁性膜１５及びトラック幅を規定する磁極１６と、上部第１磁性膜１４と下部第１磁性膜１５との間に形成されたコイル１２と、上部第１磁性膜１４と下部第１磁性膜１５とコイル１２との間に形成された絶縁膜２７とを有する。
【００３１】
トラック幅を規定する磁極１６は、上部第２磁性膜２１、非磁性膜２２、及び下部第２磁性膜２３で構成される。磁極１６の浮上面側端面は少なくとも磁気ヘッドの浮上面（ｘ−ｚ面）３０に露出する。
【００３２】
本実施例では、下部第１磁性膜１５上に軟磁性膜で構成された台座パターン２８を設け、その上にトラック幅を規定する磁極１６を形成した。このように、記録トラック幅を規定する磁極１６が記録ギャップを含めた共通のレジストパターンによって形成できるため、下部第１磁性膜１５へのエッチング（トリミングとも呼ばれる）が不要となり高精度のトラック幅が得られる。
【００３３】
台座パターン２８と下部第１磁性膜１５は磁気的に接合され、共に浮上面から後退して端部が位置する。台座パターン２８及び下部第１磁性膜１５はいずれも浮上面に面していないため、磁極１６において磁界が飽和しても、台座パターン２８及び下部第１磁性膜１５からの漏洩磁界が隣接トラックに影響を与えることを防ぐことができる。
【００３４】
コイル１２は、図１中ｚ方向において、台座パターン２８とトラック幅を規定する磁極１６の位置する範囲内に位置する。同形態をとるため上部第１磁性膜１４の後端位置で磁路を形成する軟磁性膜３６、３７を設けた。軟磁性膜３６は、台座パターン２８とｚ方向において同じ位置に形成することができる。軟磁性膜３７は、トラック幅を規定する磁極１６とｚ方向において同層に位置するが、磁路抵抗を抑える観点から非磁性膜の無い単一の磁性膜を形成する。
【００３５】
これら構造体を形成し、高分子樹脂（レジスト）、アルミナ膜あるいは酸化ケイ素等を含む絶縁層を積層し、ケミカル機械エッチング法等で表面をエッチングして、上部第１磁性膜１４を形成する。上部第１磁性膜１４の浮上面側先端部も、浮上面に対して後退して位置する。これにより、上部第１磁性膜１４から発生する磁界が隣接トラックに影響を及ぼすのを防ぐことができる。
【００３６】
尚、コイルへの電流導入構造、再生機能部１１への電流導入構造、素子信頼性確保のための保護膜構造、磁気ヘッドを媒体面に浮上させるための構造等、従来の磁気ヘッドと同様の機能構造を作ることによって本発明の磁気ヘッドを実現する。
【００３７】
図７を用いて第２の実施形態の磁気ヘッドについて述べる。図７（ａ）は第１の実施例におけるヘッド浮上面近傍先端部の図１におけるｚ−ｙ面断面図である。台座パターン２８と下部第１磁性膜１５が共に浮上面から後退している。また、トラック幅を規定する磁極１６は、台座パターン２８上に非磁性膜３１を介して形成される。尚、非磁性膜３１は平坦である。
【００３８】
トラック幅を規定する磁極１６の上部にも非磁性膜３２が存在する。これら非磁性膜３１、３２を形成することによって、トラック幅を規定する磁極１６の浮上面側先端部まで磁束を導くことができ、これら磁性膜パターンの合わせ尤度を高めることができる。
【００３９】
コイル１２は、電気的な絶縁層２９を介して下部第１磁性膜１５上に配置される。また、コイル１２の膜厚は台座パターン２８とトラック幅を規定する磁極１６のｚ方向の範囲に収まる範囲で厚く形成した。これは、コイルにおける抵抗発熱を抑制するためである。また、上部第１磁性膜１４と下部第１磁性膜１５とコイル１２との間にも絶縁膜２７が形成される。
【００４０】
図７（ｂ）は磁気ヘッドを上面から見た浮上面近傍の平面模式図である。本実施例の場合、上部第１磁性膜１４、台座パターン２８及び下部第１磁性膜１５の浮上面側先端部が浮上面から後退しているため、後退した領域には絶縁材（本実施例の場合アルミナ膜）が存在することとなる。
【００４１】
尚、後退量が少なく（本実施例の場合、０．５から０．７ミクロン）、薄い絶縁層が浮上面を構成する場合、同領域を可能な範囲で狭くする目的で台座パターン２８のトラック幅方向の幅を狭くし、素子工程上許される合わせ尤度の範囲で台座パターン２８と接続される幅を浮上面側で狭める形状とした（図示するように下部第１磁性膜１５と同様の形状とした）。これによって、信頼性を確保することができる。但し、薄い絶縁層が浮上面を構成することになっても、絶縁層の材料そのものの信頼性を高めることによっても、信頼性を確保することも可能である。
【００４２】
次に、図８を用いて本発明の第３の実施形態の磁気ヘッドについて述べる。図８（ａ）に示すように、トラック幅を規定する磁極１６を構成する非磁性膜２２の膜厚が浮上面から後退した位置で厚くなっている。これによって、磁路抵抗が浮上面側で下がるため磁束がより浮上面側に誘導される。したがって、高磁界を浮上面で得ることができる。
【００４３】
また、図８（ｂ）に示すように、下部第１磁性膜１４及び上部第１磁性膜１５とトラック幅を規定する磁極１６間とを磁気的に直接接続しても浮上面に強磁界を誘導できることができる。
【００４４】
非磁性膜２２の膜厚差を形成する手段として、レジストパターンの面積の差を付ける方法がある。本実施例の場合、図７（ｂ）におけるトラック幅を規定する磁極１６の平面形状を、浮上面側を狭く、浮上面から後退した側を広くする凸型とする。この形状で電気めっきすると、広い領域と狭い領域でめっき成長スピードに差が生じ自然状態で膜厚差が生じる（ローディング効果と呼ばれる）。狭ギャップ条件では差をより大きくする必要があり、直流めっきの採用やめっき液組成の調整等、従来行われてきた膜厚の均一化処置を逆行させる手段を採用する。
【００４５】
更に、図８（ｃ）に示すように、軟磁性膜５２を介して上部第１磁性膜１４とトラック幅を規定する磁極１６とを磁気的に接続することもできる。軟磁性膜５２を形成したことにより、軟磁性膜５２とｚ方向において同じ位置に新たな非磁性膜５３を形成できる。これによって、非磁性膜５３の誘電率を高めた場合に、コイル１２と上部第１磁性膜１４との絶縁耐力を高めることができる。更に、非磁性膜５３を高分子樹脂で構成することで上部第１磁性膜１４形成に際して生じる機械的な応力を吸収することができる。このように、上部第１磁性膜１４における軟磁気特性の改善及び機械応力の再生機能部１１等への影響を低減出来る効果がある。
【００４６】
図５を用いて本発明の第４の実施形態の磁気ヘッドについて述べる。本実施例の磁気ヘッドは、トラック幅を規定する磁極１６の後端が絶縁膜で構成されるバンプ４３に部分的に乗り上げている点に特徴がある（磁性膜１４、１５、コイル１２等の構成は、他の実施例の構成と等しい）。この構成によると、非磁性膜２２と接する上部第２磁性膜２１の面積に対し下部第２磁性膜２３と接する面積が狭くなるため、上部第２磁性膜２１を通過した磁束は下部第２磁性膜２３の位置する方向に誘導される。この効果から下部磁性膜が位置する浮上面側に磁束が集中するようになり、この結果として強磁界が得られる。
【００４７】
図６を用いて本発明の第５の実施形態の磁気ヘッドについて述べる。図６のように、上部磁極１６をマスクとして下部磁極１５の表面をエッチングする構造にも本発明を適用できる。下部磁極１５の浮上面側端部を浮上面に対して後退して位置させることにより、例え上部磁極１６から下部磁極１５側に磁束が漏れる問題が生じても、磁束が隣接トラックに与える影響を抑えることができる。
【００４８】
図２に本発明の磁気ヘッドを適用した磁気ディスク装置の基本構成を示す。同図（ａ）は、装置の平面図、（ｂ）は断面図である。記録媒体２（実際には複数の媒体２−１〜２−４が存在する）は、モータ３に直結されており、情報の入出力時に回転する機能を有する。磁気ヘッド１は、アーム７を介してロータリアクチュエータ４に支持される。サスペンション８は、磁気ヘッド１を記録媒体２に所定の荷重で押しつける機能を有する。再生信号の処理及び情報の入出力には、信号処理回路５及び記録再生用の回路６が必要であり、装置本体に取り付けられている。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によって、磁束漏れを防ぎ、高記録密度化に適した磁気ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の磁気ヘッドの断面を浮上面に対して斜め方向から見た概念図である。
【図２】本発明の磁気ヘッドを適用した磁気ディスク装置の基本構成を示す図である。
【図３】従来の磁気ヘッドを示す図である。
【図４】従来技術における問題点と本発明との違いを説明する図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の磁気ヘッドの断面を浮上面に対して斜め方向から見た概念図である。
【図６】本発明の第５の実施形態の磁気ヘッドの断面を浮上面に対して斜め方向から見た概念図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の磁気ヘッドの断面を浮上面に対して垂直方向から見た概念図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の磁気ヘッドの断面を浮上面に対して垂直方向から見た概念図である。
【図９】特許文献２に開示の磁気ヘッドの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１…磁気ヘッド、２…記録媒体、３…モータ、４…ロータリーアクチュエータ、５…回路基板、６…記録再生用回路、７…アーム、８…サスペンション、１０…書き込み機能部、１１…再生機能部、１２…コイル、１４…上部第１磁性膜（上部磁極）、１５…下部第１磁性膜（下部磁極）、１６…トラック幅を規定する磁極、１７、１８…シールド、１９…磁気抵抗効果膜、２０…電極、２１…上部第２磁性膜、２２…非磁性膜、２３…下部第２磁性膜、２４…下地膜、２５…基板（スライダー）、２６…ステップ、２７、２９…絶縁膜、２８…台座パターン、３０…浮上面、３１，３２、５１…非磁性膜、３６，３７…軟磁性膜パターン、４０…上部第２磁性膜、４１…非磁性膜、４２…下部第２磁性膜、４３…バンプ、４５…レジストパターン、４６…めっき下地膜、５２…軟磁性膜パターン、５３…非磁性膜、１１９…ＣＰＰ素子、１２０…端子、１２１…永久磁石パターン

Claims

下部第１磁性膜と、前記下部第１磁性膜と磁気的に結合された上部第１磁性膜と、前記下部第１磁性膜と前記上部第１磁性膜との間に設けられたコイルと、前記下部第１磁性膜と前記上部第１磁性膜と前記コイルとの間に設けられた絶縁膜とを有する磁気ヘッドにおいて、下部第１磁性膜の浮上面側端部が浮上面に対して後退して位置することを特徴とする磁気ヘッド。
前記下部第１磁性膜と前記上部第１磁性膜とに接し、トラック幅を規定する磁極を有する請求項１に記載の磁気ヘッド。
前記磁極は、前記下部第１磁性膜に接した下部第２磁性膜と、前記下部第２磁性膜上に形成された第１の非磁性膜と、前記第１の非磁性膜上に形成され、前記上部第１磁性膜に接した上部第２磁性膜とで構成される請求項１あるいは請求項２に記載の磁気ヘッド。
上部第１磁性膜の浮上面側端部が浮上面に対して後退して位置することを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の磁気ヘッド。
前記第１の非磁性膜の膜厚が、浮上面に対して後退した位置で厚くなることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載の磁気ヘッド。
前記下部第１磁性膜は、第２の非磁性膜を介して前記磁極に接することを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれかに記載の磁気ヘッド。
前記磁極は、磁性膜で構成される台座を介して前記下部第１磁性膜に接することを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれかに記載の磁気ヘッド。
前記上部第１磁性膜は、第３の非磁性膜を介して前記磁極に接することを特徴とする請求項１乃至請求項７いずれかに記載の磁気ヘッド。