JP2005149627A - 薄膜磁気ヘッド、該薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ及び該ヘッドジンバルアセンブリを備えた磁気ディスクドライブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録磁場の垂直方向成分及び面内方向成分が適切に制御された記録品質の良好な薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたＨＧＡ及びこのＨＧＡを備えた磁気ディスクドライブ装置を提供する。
【解決手段】 下部磁極層と、ギャップ層と、ギャップ層を介して下部磁極層と対向している上部磁極層と、下部磁極層及び上部磁極層を介してギャップ層に磁束を供給するコイル導体とを備えており、上部磁極層の面内における重心位置が、下部磁極層の面内における重心位置と同じ位置又は下部磁極層の面内における重心位置よりＡＢＳ側にありかつ上部磁極層の上面に近づくにつれてＡＢＳ方向に移動するように構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁気記録媒体に磁気情報を記録するためのインダクティブ書込みヘッド素子を備えた薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）及びこのＨＧＡを備えた磁気ディスクドライブ装置に関する。

インダクティブ書込みヘッド素子を備えた薄膜磁気ヘッドは、下部磁極層と上部磁極層との間にギャップ層を設け、下部磁極層及び上部磁極層を介して供給された磁束をこのギャップ層の部分で記録媒体に印加することによって磁気記録を行う。

このような薄膜磁気ヘッドにおいて、トラック幅が狭小となっても強い記録磁場を得るために、上部磁極層の長さを下部磁極層の長さよりも長くして上部磁極層とその上に積層されるヨーク層との接触領域を大きくするようにした薄膜磁気ヘッドは公知である（特許文献１）。

特開２０００−２９３８１７号公報

近年、記録密度の向上に伴い、記録磁場を高めることのみならず、記録品質の向上も求められている。記録品質を向上させるためには、書込み電流へ敏感に応答する時間的、空間的に急峻な磁場特性を有すること、並びに記録磁場が記録媒体に対して垂直方向及び面内方向に適切に制御されることが要求される。

特許文献１には、記録磁場を高めるための工夫は提案されているものの、記録磁場の垂直方向成分及び面内方向成分を制御するための構造については何等示唆されていない。

従って本発明の目的は、記録磁場の垂直方向成分及び面内方向成分が適切に制御された記録品質の良好な薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたＨＧＡ及びこのＨＧＡを備えた磁気ディスクドライブ装置を提供することにある。

本発明によれば、下部磁極層と、ギャップ層と、ギャップ層を介して下部磁極層と対向している上部磁極層と、下部磁極層及び上部磁極層を介してギャップ層に磁束を供給するコイル導体とを備えており、上部磁極層の面内における重心位置が、下部磁極層の面内における重心位置と同じ位置又は下部磁極層の面内における重心位置より浮上面（ＡＢＳ）側にありかつ上部磁極層の上面に近づくにつれてＡＢＳ方向に移動するように構成されている薄膜磁気ヘッドが提供される。

上部磁極層の面内における重心位置が下部磁極層の重心位置と同じかＡＢＳ側にありかつ上部磁極層の上面に近づくにつれてＡＢＳ方向に移動するように構成されていることにより、上部磁極層を通過する磁束がＡＢＳ側に集中する。これにより、記録磁場が強くなることはもちろんのこと、記録磁場の垂直方向成分を減らし、この垂直方向成分と面内方向成分とをバランス良く制御して記録品質を向上させることができる。

上部磁極層の下面の全面にわたって下部磁極層の上面が対向していることが好ましい。

上部磁極層のＡＢＳより遠い上面側に少なくとも１つの切り欠き部が形成されているか、少なくとも１つの凹部が形成されているか、又は少なくとも１つの凹溝が形成されていることが好ましい。

少なくとも１つの切り欠き部、少なくとも１つの凹部又は少なくとも１つの凹溝に上部磁極層を構成する材料より透磁率の小さい材料が充填されていることが好ましく、この場合、少なくとも１つの切り欠き部、少なくとも１つの凹部又は少なくとも１つの凹溝に非磁性材料が充填されていることがより好ましい。

本発明によれば、さらに、上述の薄膜磁気ヘッドとこれを支持するサスペンションとを備えたＨＧＡ、及びこのＨＧＡを少なくとも１つ備えた磁気ディスクドライブ装置が提供される。

本発明によれば、記録磁場が強くなることはもちろんのこと、記録磁場の垂直方向成分及び面内方向成分がバランス良く制御されることとなり、記録品質を向上させることができる。

図１は本発明の一実施形態における磁気ディスクドライブ装置の要部の構成を概略的に示す斜視図である。

同図において、１は動作時に軸２の回りを回転するこの例では複数の磁気ディスク、３はその後端に薄膜磁気ヘッドが形成されている磁気ヘッドスライダをトラック上に位置決めするためのアセンブリキャリッジ装置をそれぞれ示している。アセンブリキャリッジ装置３は、軸４を中心にして角揺動可能なキャリッジ５と、このキャリッジ５を角揺動駆動する例えばボイスコイルモータ（ＶＣＭ）からなるアクチュエータ６とから主として構成されている。

キャリッジ５には、軸４の方向にスタックされた複数の駆動アーム７の基部が取り付けられており、各駆動アーム７の先端部にはＨＧＡ８が固着されている。各ＨＧＡ８は、サスペンション９とその先端部に設けられている磁気ヘッドスライダとから主として構成されており、この磁気ヘッドスライダが各磁気ディスク１の表面に対して対向するように駆動アーム７の先端部に設けられている。

図２は図１の実施形態における薄膜磁気ヘッドの一部の構成を概略的に示す断面図であり、図３はこの薄膜磁気ヘッドの下部磁極層及び上部磁極層の部分の構造をより分かり易く示す斜視図である。

これらの図において、１０は磁性材料による下部シールド層、１１は下部ヨーク層としても構成されており磁性材料による上部シールド層、１２は下部シールド層１０上に積層された非磁性絶縁材料によるシールドギャップ層、１３はシールドギャップ層１２を介して下部シールド層１０及び上部シールド層１１間に形成された磁気抵抗効果（ＭＲ）層、１４は上部シールド層１１上に積層された磁性材料による下部磁極層、１５は下部磁極層１１上に積層された非磁性材料によるギャップ層、１６はギャップ層１５上に積層された磁性材料による上部磁極層、１７は上部磁極層１６のＡＢＳとは反対側の上方に設けられた切り欠き部１６ａ内に充填された非磁性材料層、１８は上部シールド層１１上に積層された絶縁体層、１９は絶縁体層１８上にパターニング形成された導電材料によるコイル導体層、２０は絶縁体層１８上のコイル導体層１９間に形成されたレジスト材料層、２１は非磁性材料層１７、コイル導体層１９及びレジスト材料層２０上に積層された絶縁体層、２２は絶縁体層２１、非磁性材料層１７及び上部磁極層１６（ＡＢＳ近傍部分及びバックギャップ部分において）上に形成されており、上部磁極層１６の部分１６ｂで磁気的に結合された磁性材料による上部ヨーク層、２３はこの薄膜磁気ヘッドのＡＢＳをそれぞれ示している。

図３から分かるように、下部磁極層１１及び上部磁極層１６は、共に、ＡＢＳ２３近傍においては直方体形状のスロート部となっており、その後方（ＡＢＳから離れる方向）においてフレア形状に広がったフレア部となっている。下部磁極層１１の上面は、上部磁極層１６の下面の全面（スロート部及びフレア部の全面）にわたってギャップ層１５を介して対向するように構成されている。上部磁極層１６の面内における重心位置は、下部磁極層１１の重心位置と同じかＡＢＳ２３側にありかつ上部磁極層１６の上面に近づくにつれてＡＢＳ２３方向に移動するように構成されている。特に本実施形態においては、切り欠き部１６ａは、上部磁極層１６のＡＢＳとは反対側の上方を切り欠いて形成されている。

図４は本実施形態における薄膜磁気ヘッドの上部磁極層１６の重心位置を説明するための断面図である。

同図からも分かるように、上部磁極層１６の面内、即ち上部磁極層１６においてその積層面に平行な各平面内、における重心３０の位置は、下部磁極層１１の面内、即ち下部磁極層１１においてその積層面に平行な各平面内、における重心３１と同じ位置か又はこれよりＡＢＳ２３側に位置している。しかも、上部磁極層１６の面内における重心３０の位置は、その上面に近づくにつれて又はギャップ層１５から遠ざかるにつれて、ＡＢＳ２３の方向に移動している。しかも、切り欠き部１６ａ内には非磁性材料が充填されている。これによって、上部磁極層１６内を通過する磁束はＡＢＳ２３に近い部分に集中する。その結果、記録磁場が強くなり、しかも記録磁場の垂直方向成分を減らし、その垂直方向成分及び面内方向成分をバランス良く制御して記録品質を向上することができる。

図５に示すように本発明の例として上部磁極層１６′のＡＢＳとは反対側の上面側に非磁性材料１７′を充填した切り欠き部１６ａ′を形成した場合（α＞０かつβ＞０の場合）と、従来技術の例として上部磁極層１６′のＡＢＳとは反対側を全て切り落とし非磁性材料層とした場合（α＞０かつβ＝０の場合）とについて、ギャップ層１５近傍における垂直方向成分及び面内方向成分の記録磁場強度をシミュレーションによって求めた。

図６はギャップ層における位置と記録磁場の垂直方向成分及び面内方向成分との関係のシミュレーション結果を表す図である。同図において、縦軸は記録磁場強度（Ｏｅ）、横軸はギャップ層の下面からの距離（×１０^−１μｍ）をそれぞれ表している。

同図から分かるように、α＞０かつβ＞０の構造とすれば、記録磁場の垂直方向成分を低減させることができ、従って、記録磁場の垂直方向成分及び面内方向成分を適切に制御することが可能となる。

図７及び図８は本実施形態における薄膜磁気ヘッドのウエハプロセスの製造工程の一部を説明するための断面図である。以下、これらの図を用いて、本実施形態の製造工程について説明する。

まず、図７（Ｂ）に示すように、下部シールド層１０、シールドギャップ層１２、ＭＲ層（図７及び図８では図示を省略）及び磁性材料による上部シールド層１１を順次形成した後、この上部シールド層１１の表面を例えば化学機械研磨法（ＣＭＰ）によって平坦化し、さらに、その上にめっき用のシード層を積層する。

次いで、図７（Ｃ）に示すように、シード層上に、磁性材料による下部磁極層１４、例えばＡｌ_２Ｏ_３、Ｐｔなどの非磁性材料によるギャップ層１５及び磁性材料による上部磁極層１６を順次形成する。この工程は、レジスト層をパターニングすることによるレジストフレームの形成、レジストフレームを介した磁性材料のめっきによる下部磁極層１４の形成、レジストフレームを介した非磁性材料のめっきによるギャップ層１５の形成、レジストフレームを介した磁性材料のめっきによる上部磁極層１６の形成、レジストフレームの除去及びシード層をエッチング除去する工程を含んでいる。その後、上部磁極層１６の整形が行われる。この工程は、レジスト層をパターニングすることによるレジストマスクの形成、レジストマスクを介したミリング及びレジストマスクを除去する工程を含んでいる。

次いで、図７（Ｄ）に示すように、絶縁材料を積層し、絶縁体層１８を形成する。この工程は、Ａｌ_２Ｏ_３などの非磁性材料のスパッタリングによって行われる。さらに、その上にめっき用のシード層を積層する。

次いで、図７（Ｅ）に示すように、絶縁体層１８上にコイル導体層１９を形成する。この工程は、めっき用のシード層のスパッタリング、その上に積層したレジスト層をパターニングすることによるレジストフレームの形成、レジストフレームを介した導電材料のめっき、レジストフレームの除去及びシード層をエッチング除去する工程を含んでいる。

次いで、図７（Ｆ）に示すように、レジスト材料２０′をコイル導体層１９上及びそれらの間に塗布して硬化させる。この工程は、レジスト層のパターニング、ベーキングによる硬化工程を含んでいる。

次いで、図７（Ｇ）に示すように、その上に例えばＡｌ_２Ｏ_３などの絶縁材料をスパッタリングして絶縁体層２４を形成し、その後、表面を例えばＣＭＰによって平坦化する。

その後、図８（Ａ）に示すように、上部磁極層１６のＡＢＳとは反対側の上面側に切り欠き部１６ａを形成し、その部分に例えばＡｌ_２Ｏ_３などの非磁性材料を埋め込む。この工程は、レジスト層をパターニングすることによるレジストマスクの形成、レジストマスクを介したミリングによる切り欠き部１６ａの形成、このレジストマスクを介したＡｌ_２Ｏ_３などの非磁性材料のスパッタリングによる非磁性材料層１７の形成及びレジストマスクを除去する工程を含んでいる。

次いで、図８（Ｂ）に示すように、その上に絶縁体層２１を形成する。この工程は、レジスト層をパターニングすることによるレジストマスクの形成、Ａｌ_２Ｏ_３などの絶縁材料のスパッタリング及びレジストマスクを除去するリフトオフ工程を含んでいる。

次いで、図８（Ｃ）に示すように、ヨーク層のバックギャップ部用の開口２５を形成する。この工程は、レジスト層をパターニングすることによるレジストマスクの形成、エッチングによる開口２５の部分のコイル導体層１９の除去、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）及びアッシングによるその下の絶縁体層１８及びギャップ層１５の除去、並びにレジストマスクを除去する工程を含んでいる。

その後、図７（Ａ）に示すように、その上に上部ヨーク層２２を形成する。この工程は、シード層をスパッタリングによる積層、レジスト層をパターニングすることによるレジストフレームの形成、レジストフレームを介した磁性材料のめっき、レジストフレームの除去及びシード層をエッチング除去する工程を含んでいる。

これ以後のウエハプロセス、さらにその後に行われる加工プロセス及び研磨プロセスは、この分野においてよく知られているものであるため説明を省略する。

なお、上部磁極層１６の切り欠き部１６ａに、非磁性材料に代えて、上部磁極層１６を構成する磁性材料より透磁率の小さい磁性材料を充填するようにしても良いことは明らかである。

図９は本発明の薄膜磁気ヘッドにおける上部磁極層の種々の構成例を示す斜視図及び断面図である。

同図（Ａ）は図１の実施形態における上部磁極層の構造を示している。前述したように、上部磁極層１６のＡＢＳより遠い上面側のフレア部に１つの切り欠き部１６ａが形成されている。これにより、上部磁極層１６の面内における重心位置が、下部磁極層１１の重心位置と同じかＡＢＳ２３側に存在し、かつ上部磁極層１６の上面に近づくにつれてＡＢＳ２３方向に移動する構造が提供される。

同図（Ｂ）は第１の変更態様における上部磁極層の構造を示している。この変更態様では、上部磁極層２６のＡＢＳより遠い上面側のフレア部の両側に２つの切り欠き部２６ａが形成されている。これら切り欠き部２６ａには、非磁性材料又は上部磁極層２６を構成する磁性材料より透磁率の小さい磁性材料が充填される。これにより、上部磁極層２６の面内における重心位置が、下部磁極層の重心位置と同じかＡＢＳ側に存在し、かつ上部磁極層２６の上面に近づくにつれてＡＢＳ方向に移動する構造が提供される。

同図（Ｃ）は第２の変更態様における上部磁極層の構造を示している。この変更態様では、上部磁極層３６のＡＢＳより遠い上面側のフレア部にＡＢＳと平行に伸長する１つの凹溝３６ａが形成されている。この凹溝３６ａには、非磁性材料又は上部磁極層２６を構成する磁性材料より透磁率の小さい磁性材料が充填される。これにより、上部磁極層３６の面内における重心位置が、下部磁極層の重心位置と同じかＡＢＳ側に存在し、かつ上部磁極層３６の上面に近づくにつれてＡＢＳ方向に移動する構造が提供される。

同図（Ｄ）は第３の変更態様における上部磁極層の構造を示している。この変更態様では、上部磁極層４６に切り欠き部や凹部又は凹溝が設けられていないが、上部磁極層４６の下面から上面に向かってフレア部がＡＢＳ方向にせり出した構造となっている。これにより、上部磁極層４６の面内における重心位置が、下部磁極層の重心位置と同じかＡＢＳ側に存在し、かつ上部磁極層４６の上面に近づくにつれてＡＢＳ方向に移動する構造が提供される。なお、このような形状の上部磁極層は、レジストフレームをフレアさせた形状としてめっきを行うことによって製造可能である。

同図（Ｅ）は第４の変更態様における上部磁極層の構造を示している。この変更態様では、上部磁極層５６のＡＢＳより遠い上面側のフレア部に１つの切り欠き部５６ａが形成されている。この切り欠き部５６ａには、非磁性材料又は上部磁極層５６を構成する磁性材料より透磁率の小さい磁性材料が充填される。これにより、上部磁極層５６の面内における重心位置が、下部磁極層の重心位置と同じかＡＢＳ側に存在し、かつ上部磁極層５６の上面に近づくにつれてＡＢＳ方向に移動する構造が提供される。

同図（Ｆ）は第５の変更態様における上部磁極層の構造を示している。この変更態様では、上部磁極層６６のＡＢＳより遠い上面側のフレア部に１つの凹部６６ａが形成されている。この凹部６６ａには、非磁性材料又は上部磁極層６６を構成する磁性材料より透磁率の小さい磁性材料が充填される。これにより、上部磁極層６６の面内における重心位置が、下部磁極層の重心位置と同じかＡＢＳ側に存在し、かつ上部磁極層６６の上面に近づくにつれてＡＢＳ方向に移動する構造が提供される。

同図（Ｇ）は第６の変更態様における上部磁極層の構造を示している。この変更態様では、上部磁極層７６のＡＢＳより遠い上面側のフレア部の両側に２つの切り欠き部７６ａが形成されている。これら切り欠き部７６ａには、非磁性材料又は上部磁極層７６を構成する磁性材料より透磁率の小さい磁性材料が充填される。これにより、上部磁極層７６の面内における重心位置が、下部磁極層の重心位置と同じかＡＢＳ側に存在し、かつ上部磁極層７６の上面に近づくにつれてＡＢＳ方向に移動する構造が提供される。

同図（Ｈ）及び（Ｉ）は第７の変更態様における下部磁極層及び上部磁極層の構造を示している。この変更態様では、上部磁極層８６に切り欠き部や凹部又は凹溝が設けられていないが、下部磁極層８４、ギャップ層８５及び上部磁極層８６が、同図（Ｉ）に示すように、ＡＢＳに対して垂直ではなく傾斜した下地層上に形成されている。これにより、上部磁極層８６の面内における重心位置が、下部磁極層８４の重心位置と同じかＡＢＳ側に存在し、かつ上部磁極層８６の上面に近づくにつれてＡＢＳ方向に移動する構造が提供される。

なお、図９は上部磁極層部分の構造のいくつかの例を示すものであり、本発明における、上部磁極層の面内における重心位置が、下部磁極層の重心位置と同じかＡＢＳ側に存在し、かつ上部磁極層の上面に近づくにつれてＡＢＳ方向に移動する構造は、これ以外にも種々のものが存在することは明らかである。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明の一実施形態における磁気ディスクドライブ装置の要部の構成を概略的に示す斜視図である。 図１の実施形態における薄膜磁気ヘッドの一部の構成を概略的に示す断面図である。 図２に示した薄膜磁気ヘッドの下部磁極層及び上部磁極層の部分の構造をより分かり易く示す斜視図である。 図２に示した薄膜磁気ヘッドの上部磁極層の重心位置を説明するための断面図である。 図６のシミュレーションにおける上部磁極層及びその切り欠き部の関係を説明する断面図である。 ギャップ層における位置と記録磁場の垂直方向成分及び面内方向成分との関係のシミュレーション結果を表す図である。 図１の実施形態における薄膜磁気ヘッドのウエハプロセスの製造工程の一部を説明するための断面図である。 図１の実施形態における薄膜磁気ヘッドのウエハプロセスの製造工程の一部を説明するための断面図である。 本発明の薄膜磁気ヘッドにおける上部磁極層の種々の構成例を示す斜視図及び断面図である。

符号の説明

１ 磁気ディスク
２、４ 軸
３ アセンブリキャリッジ装置
５ キャリッジ
６ アクチュエータ
７ 駆動アーム
８ ＨＧＡ
９ サスペンション
１０ 下部シールド層
１１ 上部シールド層
１２ シールドギャップ層
１３ ＭＲ層
１４、８４ 下部磁極層
１５、８５ ギャップ層
１６、２６、３６、４６、５６、６６、７６、８６ 上部磁極層
１６ａ、２６ａ、５６ａ、７６ａ 切り欠き部
１７ 非磁性材料層
１８、２１、２４ 絶縁体層
１９ コイル導体層
２０ レジスト材料層
２０′ レジスト材料
２２ 上部ヨーク層
２３ ＡＢＳ
２５ バックギャップ部用の開口
３６ａ 凹溝
６６ａ 凹部

Claims (9)

1. 下部磁極層と、ギャップ層と、該ギャップ層を介して前記下部磁極層と対向している上部磁極層と、前記下部磁極層及び前記上部磁極層を介して前記ギャップ層に磁束を供給するコイル導体とを備えており、前記上部磁極層の面内における重心位置が、前記下部磁極層の面内における重心位置と同じ位置又は該下部磁極層の面内における重心位置より浮上面側にありかつ該上部磁極層の上面に近づくにつれて浮上面方向に移動するように構成されていることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
2. 前記上部磁極層の下面の全面にわたって前記下部磁極層の上面が対向していることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド。
3. 前記上部磁極層の浮上面より遠い上面側に少なくとも１つの切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜磁気ヘッド。
4. 前記上部磁極層の浮上面より遠い上面側に少なくとも１つの凹部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜磁気ヘッド。
5. 前記上部磁極層の浮上面より遠い上面側に浮上面と平行に走る少なくとも１つの凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜磁気ヘッド。
6. 前記少なくとも１つの切り欠き部、前記少なくとも１つの凹部又は前記少なくとも１つの凹溝に前記上部磁極層を構成する材料より透磁率の小さい材料が充填されていることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
7. 前記少なくとも１つの切り欠き部、前記少なくとも１つの凹部又は前記少なくとも１つの凹溝に非磁性材料が充填されていることを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッド。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッドと、該薄膜磁気ヘッドを支持するサスペンションとを備えたことを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
9. 請求項８に記載のヘッドジンバルアセンブリを少なくとも１つ備えたことを特徴とする磁気ディスクドライブ装置。

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