JP2007250100A - 磁気ヘッドの製造方法および磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 めっきにより磁性膜を形成して磁極とする場合に、めっき膜の析出レートを安定化させ、磁極の形成精度のばらつきを抑え、軟磁気特性にすぐれた磁極を形成し、高密度記録が可能な磁気ヘッドとして提供する。
【解決手段】 Ruからなるめっきシード層２２をめっき給電層として電解めっきにより磁性膜２６を形成することにより、ライトヘッドの磁極を形成する磁気ヘッドの製造方法において、前記Ruからなるめっきシード層２２を形成した後、めっきシード層２２の表面に、めっき膜の析出レートを安定化させるキャップ層３０を形成する工程と、前記めっきシード層２２とキャップ層３０をめっき給電層として前記磁性膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は磁気ヘッドの製造方法および磁気ヘッドに関し、より詳細には磁気ヘッドのライトヘッドを構成する磁極の形成方法を特徴とする磁気ヘッドの製造方法および磁気ヘッドに関する。

図７は、垂直磁気ヘッドの構成例を示す。この垂直磁気ヘッドは、下部シールド層５と上部シールド層７とでＭＲ素子６を挟む配置に設けたリードヘッド８と、ライトギャップ１３を挟んで配置された主磁極１２およびリターンヨーク１４を備えたライトヘッド１０とを備える。１５は記録用のコイルである。
ライトヘッド１０を構成する磁極は磁性膜によって形成され、媒体に対向する端面で磁束が収束するように端面を細幅に形成したり、３〜４μｍのある程度の厚膜に形成したりする必要があることから、磁性膜の析出効率が高く、選択的に成膜できるめっき法によって磁極が形成される。

図８に、めっきにより主磁極を形成する方法を示す。すなわち、ウエハ２０のライトヘッドの磁極を形成する面に、めっきシード層２２を形成し、めっきシード層２２の表面にレジストパターン２４を形成した後（図８（ａ））、めっきにより主磁極となる磁性膜２６を形成し（図８（ｂ））、レジストパターン２４を除去し、イオンミリング等のドライプロセスによって、ウエハ２０の表面に露出しているめっきシード層２２をエッチングする（図８（ｃ））。このめっきシード層２２をエッチングする際に、めっきシード層２２を構成する金属２２ａが主磁極１２の側面に付着することによって主磁極１２の形状が劣化し、コア幅が拡大するといった問題があった（図８（ｄ））。

このため、めっきシード層２２は非磁性材が用いられ、たとえば、NiP、NiMoや、Ru、Pd、Ptといった貴金属を使用することが考えられる。しかしながら、記録媒体の記録密度の向上とともにライトヘッドの磁極には、高飽和磁束密度（高Bs）と軟磁気特性に優れることが求められ、とくに、次世代記録ヘッド技術として開発が進められている垂直磁気ヘッドのライトヘッドの主磁極には、できるだけ飽和磁束密度が高く、軟磁性特性にすぐれる材料が求められる。高Bｓ材としてはFeCoといったFe系の磁性材料がある。しかしながら、Fe系の磁性材料は下地の種類や結晶構造によって軟磁気特性が変わるという性質があり、高Bsが得られ、かつ軟磁気特性にも優れるようにするために下地層（めっきシード層）に使用する材料を適切に選択する必要がある。

特許文献１には、磁極の磁性膜としてFeCoNiを使用し、この磁性膜の軟磁気特性を向上させる方法としてRuを下地層とすることが提案されている。また、特許文献２には、めっきによって形成するFeCo薄膜を、bcc(110)の結晶構造となるように配向させるといった方法が提案されている。
特開２００４−１２７４７９公報 特開２００５−８６０１２号公報

磁極を形成する際に使用するめっきシード層として上記のRuを使用することは磁極の軟磁気特性を改善する方法として有用である。しかしながら、Ruはさまざまな価数をとる活性な金属であり、揮発性酸化物を形成しやすいため、金属の還元反応であるめっきの析出開始時に、めっきの析出レートが変動することがある。すなわち、Ruをめっきシード層として磁極をめっきにより形成する際に、Ruの状態によって、めっき初期層を形成する際の反応が影響を受け、めっきの析出レートが変動する。
このように、めっきの析出レートが変動すると、めっきの析出量、すなわち磁極の厚さがばらつくことになり、高記録密度に対処するために高精度に厚さを制御する必要がある磁極（主磁極）の厚さがばらつくという結果になる。

なお、NiPやNiMoといったRu以外の非磁性材をめっきシード層として使用した場合には、磁極の軟磁気特性を改善する効果がRuを使用した場合と比較して小さく、軟磁気特性を改善するめっきシード層としては有効ではない。また、Fe系めっき膜の軟磁気特性を改善する方法としては、Ru以外ではNiFeのような磁性材料をシード層とすることによることも可能であるが、NiFeのような磁性材料をシード層とした場合は、磁極をめっきにより形成した後、シード層をドライプロセスで除去する場合に、磁極の側面に磁性材料が再付着して問題となるため、プロセスを簡便にして磁極コア幅精度を向上させるためには非磁性材料のシード層が望ましい。

本発明は、磁気ヘッドのライトヘッドの磁極をめっきによって形成する際に、磁極を構成する磁性膜の析出レートを安定させ、これによって磁極の形成精度のばらつきを抑え、軟磁気特性にすぐれた磁極を形成することによって高密度記録が可能なライトヘッドを備えた磁気ヘッドの製造方法および磁気ヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、Ruからなるめっきシード層をめっき給電層として電解めっきにより磁性膜を形成することにより、ライトヘッドの磁極を形成する磁気ヘッドの製造方法において、前記Ruからなるめっきシード層を形成した後、めっきシード層の表面に、めっき膜の析出レートを安定化させるキャップ層を形成する工程と、前記めっきシード層とキャップ層をめっき給電層として前記磁性膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。なお、キャップ層は、磁性膜の析出レートを安定化させるとともに、Ruからなるめっきシード層を磁性膜の下地層とすることによって、高Bs材からなる磁性膜の軟磁気特性を改善する作用を維持するものでなければならない。
また、磁気ヘッドの製造方法として、前記キャップ層を形成した後、ワークの表面にレジストパターンを形成する工程と、前記めっきシード層とキャップ層とをめっき給電層として前記磁性膜を形成した後、前記レジストパターンを除去し、ワークの表面に露出する部位の前記キャップ層とめっきシード層とをエッチングして除去する工程とを備えることを特徴とする。

また、前記キャップ層を形成する導電性材として、NiP、NiMo、NiFe、CoNiFe、FeCo、Cu、AuFeN、FeCoAlO、PdPtMn、PdMn、PtMn、NiMn、Pd、Pt、Au、Rhのうちから選択される一つを使用することができる。
また、前記キャップ層を、膜厚１〜１０nmに形成することにより、前記磁性膜を安定化させて成膜することができ、磁性膜の軟磁気特性を改善することができる。

また、前記磁極を構成する磁性材料として、FeCo（60≦Fe≦80at%）、CoNiFe（55≦Fe≦80at%、Ni≦20at%）、FeNi（75≦Fe wt%）のBs＞２T以上の磁性材料を使用することにより、高密度記録が可能な磁気ヘッドとして提供することができる。

また、めっきにより磁性膜を形成して磁極形成したライトヘッドを備える磁気ヘッドにおいて、前記磁極が形成されている下地層として、Ruからなるめっきシード層と、該めっきシード層の上層にめっき膜の析出レートを安定化させる導電性材からなるキャップ層が形成されていることを特徴とする。
前記キャップ層を形成する導電性材としては、NiP、NiMo、NiFe、CoNiFe、FeCo、Cu、AuFeN、FeCoAlO、PdPtMn、PdMn、PtMn、NiMn、Pd、Pt、Au、Rhのうちから選択される一つが好適に使用される。

本発明に係る磁気ヘッドの製造方法によれば、めっきシード層の表面にキャップ層を設けたことにより、めっき膜の析出レートが不安定になりやすいRuをめっきシード層に使用する場合の磁性膜の形成精度のばらつきを解消し、磁性膜の膜厚を的確に制御することができる。これによって、Ruからなる下地層による磁性膜の軟磁気特性を改善する作用を維持するとともに、磁性膜の形状精度を向上させ、高密度記録が可能な磁気ヘッドを製造することができる。また、本発明に係る磁気ヘッドは、磁極形状が高精度に形成され高密度記録が可能な磁気ヘッドとして提供される。

本願発明に係る磁気ヘッドの製造方法は、磁気ヘッドのライトヘッドを構成する磁極、たとえば垂直磁気ヘッドの主磁極をめっきによって形成する際に、めっきシード層としてRuを使用し、Ruによるめっきシード層を形成した後、導電性材料からなるキャップ層を形成して、磁極となる磁性膜を形成することを特徴とする。以下に、まず、本発明に係る磁気ヘッドの製造工程について説明する。

図１（ａ）は、めっき等によって成膜処理を施すワークであるウエハ２０の表面にめっきにより磁極となる磁性膜２６を形成するために、めっきシード層２２を形成し、めっきシード層２２の表面に導電性材を用いてキャップ層３０を形成した状態を示す。
めっきシード層２２は、電解めっきにより磁性膜２６を形成するためのめっき給電層として使用するとともに、磁性膜２６の軟磁気特性を改善する目的で設けるもので、本実施形態ではRuによりめっきシード層２２を形成する。めっきシード層２２を形成する方法はスパッタリング法、蒸着法等の適宜方法が利用できる。シード層２２の厚さはめっき分布とめっき後のシード層除去工程を考慮して決定されるが、１０nm〜２００nm程度で形成されることが望ましい。実施形態では、めっきシード層２２は厚さを５０nmとした。

キャップ層３０はRuからなるめっきシード層２２の表面を被覆し、単独のめっきシード層２２を使用した場合にめっきの析出レートがばらつくことを抑える目的で使用される。このため、キャップ層３０としては、めっき液に侵されないようにするために耐蝕性が比較的高く、表面に強力な酸化膜を形成しないことを考慮して選択される。
なお、キャップ層３０は、Ruからなるめっきシード層２２による磁極の軟磁気特性を改善する作用を妨げるものであってはならない。キャップ層３０はこれらの目的に沿うように、めっきシード層２２の表面に成膜する際に膜厚を制御して設ける。

キャップ層３０には導電性材であれば、非磁性材であっても磁性材であっても使用することができる。キャップ層３０は、きわめて薄く成膜するから、後工程でめっきシード層２２とキャップ層３０を、イオンミリング等のドライプロセスによりエッチングした際に、磁極の側面にキャップ層３０の導電性材が付着する量はわずかであり、磁極形状に影響を及ぼすことがないからである。

キャップ層３０として使用できる材料としては、たとえば、NiP、NiMo、NiFe、CoNiFe、FeCo、Cu、AuFeN、FeCoAlO、PdPtMn、PdMn、PtMn、NiMn、Pd、Pt、Au、Rhがあげられる。これらの材料をキャップ層３０として使用する場合は、膜厚１〜１０nm以下に制御するのがよい。
キャップ層３０もスパッタリング法、蒸着法等の適宜成膜方法を適用することができ、成膜方法がとくに限定されるものではない。

図１（ｂ）は、めっきシード層２２とキャップ層３０を形成した後、ウエハ２０の表面にレジストをコーティングし、磁極（主磁極）の平面パターンにしたがってパターニングしてレジストパターン２４を形成した状態を示す。レジストを所定パターンで露光および現像することにより、磁極を形成する部位が、底面にキャップ層３０が露出する凹部２４ａに形成される。

次いで、レジストパターン２４をマスクとし、めっきシード層２２とキャップ層３０をめっき給電層とする電解めっきにより、凹部２４ａ内に磁性膜２６を盛り上げて形成する（図１（ｃ））。
磁性膜２６は、高飽和磁束密度を有する磁性材料により形成する。高飽和磁束密度を有する磁性材料としては、たとえば、FeCo（60≦Fe≦80at%）、CoNiFe（55≦Fe≦80at%、Ni≦20at%）、FeNi（75≦Fe wt%）等のBs＞２Tの磁性材料が好適に使用される。また、FeCoとFeCo以外の磁性または非磁性材料を交互に形成し、FeCoが２層以上となるFeCo多層膜も使用できる。

図１（ｄ）は、磁性膜２６をめっきによって形成した後、レジストパターン２４を除去した状態を示す。レジストパターン２４を除去したことにより、磁性膜２６が形成されている領域を除いてウエハ２０の表面にキャップ層３０が露出する。
この状態で、ウエハ２０にイオンミリングを施す。イオンミリングにより、磁性膜２６によって被覆されていない部分のキャップ層３０とその下地層であるめっきシード層２２が除去される。図１（ｅ）は、キャップ層３０とめっきシード層２２の露出部分をエッチングにより除去してウエハ２０の表面を露出させ、主磁極１２を形成した状態を示す。主磁極１２は、キャップ層３０とめっきシード層２２を下地層として磁性膜２６をめっきにより形成されてなる。

キャップ層３０とめっきシード層２２の露出部分をイオンミリングによりエッチングすることによって主磁極１２の側面にキャップ層３０の導電性材とめっきシード層２２のRuが付着するが、前述したように、キャップ層３０はきわめて薄いから、主磁極１２の形状を劣化させることはなく、まためっきシード層２２を構成するRuは非磁性材であって主磁極１２の磁気的な特性に影響を及ぼすことはない。すなわち、主磁極１２の磁気的な実効端面の形状がキャップ層３０およびめっきシード層２２によって損なわれることはない。

本実施形態の製造方法による場合は、磁性膜２６を電解めっきによって形成する際にめっき膜の析出レートが安定し、Ruからなるめっきシード層２２の表面状態によってめっき膜の析出レートが変動することを抑えることができる。これによって、主磁極１２を所定の厚さ、所定の端面形状に形成することが可能となる。
このように、めっきにより磁性膜を形成して磁極とする場合に、磁性膜の析出レートを安定させて磁極の形成精度を向上させる方法は、垂直磁気ヘッドのように高密度記録が求められる磁気ヘッドの製造に効果的に利用することができる。

図２、３は、キャップ層としてNiFeを使用し、NiFeの厚さを１nm、２nm、５nmとしたキャップ層を設けた場合と、キャップ層を設けない場合について、めっきにより形成される磁性膜の特性を調べた結果を示す。いずれの実験も、めっきシード層２２としてRuを５０nmの厚さに設け、磁性膜２６としてFe70Co30をめっきにより形成して比較した。Ruの厚さはめっき分布とめっき後のシード層除去工程を考慮して決定されるが、１０nm〜２００nm程度で形成することが望ましい。
なお、図２、３は、キャップ層３０をスパッタリングにより形成し、次いでレジストパターン２４を形成した後、めっき膜の濡れ性を向上させるために施すＯ2プラズマ処理（ICP）の処理時間を横軸として測定値を示している。

なお、めっき液は、Co、Feイオンを供給するために、それぞれの金属の硫酸塩試薬を使用し、その他に、硼酸、導電性付与剤として塩化ナトリウム、応力緩和剤としてサッカリンナトリウムを使用した。めっきは、約64KA/mの直流磁界中で行った。ｐHは、2．0〜3．0である。電流は、平均電流密度を3〜25mA/cm2とし、デューティーサイクル5〜75%、周波数1〜100Hzのパルス電流を印加した。めっき浴温度は20〜35℃である。

図２は、キャップ層３０を設けた場合とキャップ層３０を設けない場合とで、磁性膜２６の組成が変化するか否かを調べたものである。図２に示すように、キャップ層３０の厚さによっても、キャップ層３０の有無によっても、めっきによって形成された磁性膜２６の組成が変わらないことを示す。また、磁性膜２６の組成は、プラズマ処理時間によっても実質的に変わらない。

図３は、プラズマ処理時間によって磁性膜２６の析出レートがどのように変化するかを調べた結果を示す。この図３の実験結果は、特徴的な結果を示すもので、キャップ層３０を設けないものでは、プラズマ処理時間によって磁性膜２６の析出レートが大きく変動し、プラズマ処理時間が長くなると磁性膜２６の析出レートが小さくなる傾向にあることを示す。これは、Ruが酸素と反応して酸化物をつくりやすい性質をもっていることから、Ruからなるめっきシード層２２の表面の性状がかなり変化したためと考えられる。

一方、NiFeのキャップ層３０を設けたものでは、プラズマ処理時間が長くなると析出レートがわずかに小さくなる傾向はみられるものの、キャップ層３０を設けない場合と比較すると、析出レートがきわめて安定している。すなわち、キャップ層３０を設けたことによってめっきシード層２２を安定化させる作用が生じていることがわかる。なお、キャップ層３０としたNiFeの厚さが１nm、２nm、５nmのいずれについても顕著な改善効果が見られ、キャップ層３０の厚さが１nm以上で析出レートの変動が抑えられることがわかる。

図４、５、６は、キャップ層３０としてNiFeを１nm、２nm、５nmとしたものについて、前述したプラズマ処理時間によって磁性膜の磁気的特性がどのように変動するかを測定した結果を示す。
図４は、困難軸方向のヒステリシスカーブの傾き（Hｋ）を示すもので、キャップ層３０の厚さの相違によってHｋの値は若干相違するものの、プラズマ処理時間によってHｋの値は大きく変動はしない。
また、図５は困難軸方向での保磁力、図６は容易軸方向での保磁力を測定した結果を示す。これらの測定結果も、キャップ層３０として設けたNiFeの厚さによって保磁力が若干相違するが、プラズマ処理時間によって保磁力の値は大きく変化しない。
これらの測定結果は、キャップ層３０を設けることによって、めっき膜の析出レートを安定させ、磁性膜の磁気的な特性についても安定化させていることを示す。

本発明に係る磁気ヘッドの製造方法によれば、めっきシード層としてRuを使用して磁性膜を形成して磁極とする際に、磁性膜を安定させて形成することができるから、図７に示す垂直磁気ヘッドにおいては、主磁極１２をめっきによってする際に好適に使用することができる。主磁極１２は高飽和磁束密度を有し、かつ軟磁気特性にすぐれることが求められる。Ruをめっきシードに使用することにより、主磁極１２の磁性膜としてFeCo等の高Bs材を使用して、かつ主磁極１２の軟磁気特性を改善することができ、またキャップ層３０を設けることにより主磁極１２となる磁性膜の膜厚を精度よく制御して主磁極１２の形状制御を的確に行うことができる。

なお、本発明方法は垂直磁気ヘッドのライトヘッドを構成する主磁極に限らず、水平磁気ヘッドのライトヘッドを構成する下部磁極の先端磁極を形成する場合、また、めっきにより磁性膜を形成して上部磁極を形成する際等においても利用することができる。

本発明による磁性膜の製造工程を示す説明図である。 めっきによる磁性膜の組成（Feの組成）を測定した結果を示すグラフである。 プラズマ処理時間に対する磁性膜のめっき析出レートを示すグラフである。 プラズマ処理時間に対する磁性膜の困難軸方向のヒステリシスカーブの傾き（Hｋ）を示すグラフである。 プラズマ処理時間に対する磁性膜の困難軸方向の保磁力（Hc）を示すグラフである。 プラズマ処理時間に対する磁性膜の容易軸方向の保磁力（Hc）を示すグラフである。 垂直磁気ヘッドの構成を示す断面図である。 磁気ヘッドの従来の製造工程を示す説明図である。

符号の説明

８ リードヘッド
１０ ライトヘッド
１２ 主磁極
１３ ライトギャップ
１４ リターンヨーク
２０ ウエハ
２２ めっきシード層
２４ レジストパターン
２６ 磁性膜
３０ キャップ層

Claims (9)

1. Ruからなるめっきシード層をめっき給電層として電解めっきにより磁性膜を形成することにより、ライトヘッドの磁極を形成する磁気ヘッドの製造方法において、
   前記Ruからなるめっきシード層を形成した後、めっきシード層の表面に、めっき膜の析出レートを安定化させるキャップ層を形成する工程と、
   前記めっきシード層とキャップ層をめっき給電層として前記磁性膜を形成する工程とを備えることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
2. 前記キャップ層を形成した後、ワークの表面にレジストパターンを形成する工程と、
   前記めっきシード層とキャップ層とをめっき給電層として前記磁性膜を形成した後、前記レジストパターンを除去し、ワークの表面に露出する部位の前記キャップ層とめっきシード層とをエッチングして除去する工程とを備えることを特徴とする請求項1記載の磁気ヘッドの製造方法。
3. 前記キャップ層を形成する導電性材として、NiP、NiMo、NiFe、CoNiFe、FeCo、Cu、AuFeN、FeCoAlO、PdPtMn、PdMn、PtMn、NiMn、Pd、Pt、Au、Rhのうちから選択される一つを使用することを特徴とする請求項１または２記載の磁気ヘッドの製造方法。
4. 前記キャップ層を、膜厚１〜１０nmに形成することを特徴する請求項３記載の磁気ヘッドの製造方法。
5. 磁極を構成する磁性材料として、FeCo（60≦Fe≦80at%）を使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の磁気ヘッドの製造方法。
6. 磁極を構成する磁性材料として、CoNiFe（55≦Fe≦80at%、Ni≦20at%）を使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の磁気ヘッドの製造方法。
7. 磁極を構成する磁性材料として、FeNi（75≦Fe wt%）を使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の磁気ヘッドの製造方法。
8. めっきにより磁性膜を形成して磁極形成したライトヘッドを備える磁気ヘッドにおいて、
   前記磁極が形成されている下地層として、Ruからなるめっきシード層と、該めっきシード層の上層にめっき膜の析出レートを安定化させる導電性材からなるキャップ層が形成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
9. 前記キャップ層を形成する導電性材として、NiP、NiMo、NiFe、CoNiFe、FeCo、Cu、AuFeN、FeCoAlO、PdPtMn、PdMn、PtMn、NiMn、Pd、Pt、Au、Rhのうちから選択される一つが使用されていることを特徴とする請求項８記載の磁気ヘッド。

Images