JP2007257815A - 磁気デバイス、垂直磁気記録ヘッド、磁気記録装置、磁性層パターンの形成方法および垂直磁気記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

磁気デバイス、垂直磁気記録ヘッド、磁気記録装置、磁性層パターンの形成方法および垂直磁気記録ヘッドの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】製造工程を高精度化および簡単化することが可能な垂直磁気記録ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】（１）開口部９１Ｋを有するレジストパターン９１（内壁９１Ｗの傾斜角度ω）を形成し、（２）ＡＬＤ法などのドライ膜形成方法を使用して開口部９１Ｋを狭めるように非磁性層１２（内壁１２Ｗの傾斜角度Φ）を形成し、（３）非磁性層１２が形成された開口部９１Ｋを埋め込むようにシード層１３およびめっき層１４を積層形成し、（４）ＣＭＰ法を使用してレジストパターン９１が露出するまで非磁性層１２、シード層１３およびめっき層１４を研磨することにより、主磁極層４０（先端部４０Ａ：ベベル角θ）を形成する。最終的な開口幅（先端部４０Ａの形成幅）がばらつきにくくなると共に、主磁極層４０の形成工程数が少なくて済む。
【選択図】図９

Description

本発明は、磁気デバイス、垂直記録方式の記録処理を行う垂直磁気記録ヘッド、垂直磁気記録ヘッドを搭載した磁気記録装置、磁性層パターンの形成方法および垂直磁気記録ヘッドの製造方法に関する。
近年、磁性層を備えた磁気デバイスの応用例として、ハードディスクドライブなどの磁気記録装置に搭載される薄膜磁気ヘッドが広く利用されている。この薄膜磁気ヘッドの開発分野では、ハードディスクなどの磁気記録媒体（以下、単に「記録媒体」という。）の記録密度が飛躍的に向上し、より一層の性能向上が求められていることに伴い、記録方式が長手記録方式から垂直記録方式に移行しつつある。この垂直記録方式では、高い線記録密度が得られると共に、記録済みの記録媒体が熱揺らぎの影響を受けにくくなるという利点が得られる。
垂直記録方式の薄膜磁気ヘッド（以下、単に「垂直磁気記録ヘッド」という。）は、磁束を発生する薄膜コイルと、エアベアリング面から後方に向かって延在し、記録媒体に磁束を導く磁極とを備えている。この垂直磁気記録ヘッドでは、記録用の磁界（垂直磁界）により記録媒体が磁化されるため、その記録媒体に情報が磁気的に記録される。
垂直磁気記録ヘッドの製造工程では、面記録密度の増加に対応するために、記録トラック幅を規定する磁極の先端幅（トレーリングエッジ幅）を可能な限り狭める必要がある。このトレーリングエッジ幅を狭める方法に関連する方法としては、開口部を有するレジストパターンを形成し、引き続きレジストパターンを覆うように不溶化層を形成して開口部を狭めたのち、その不溶化層が形成された開口部にめっき層を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、薄膜上に剥離膜と開口部を有するレジストパターンとをこの順に形成し、引き続きレジストパターンを覆うように付加膜を形成して開口部を狭めたのち、レジストパターンおよび付加膜をマスクとして薄膜をエッチングすることにより薄膜パターンを形成する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１−３２３３９３号公報 特開２００３−０１７４７４号公報
この他、垂直磁気記録ヘッドの製造工程において磁極を形成する方法としては、レジストパターンをマスクとして無機絶縁膜をエッチングすることにより溝を形成したのち、そのレジストパターンを除去し、引き続き無機絶縁膜を覆うようにストッパ膜および磁性膜をこの順に形成したのち、ストッパ膜が露出するまで磁性膜を研磨する方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。この方法では、研磨後の溝に、逆台形型の断面を有する主磁極が形成される。
特開２００２−０９２８２１号公報
なお、最近のデバイス関連の製造分野では、膜厚制御性に極めて優れた膜形成方法として、ＡＬＤ（atomic layer deposition ）法が使用されている（例えば、非特許文献１参照。）。このＡＬＤ法は、１５０℃以上の高温条件下において酸化膜、窒化膜または金属膜などを極めて薄くかつ緻密に形成可能な方法であり、絶縁耐圧などの物理特性が厳格に要求される製造分野において使用されている。薄膜磁気ヘッドの製造分野では、再生ヘッドのうちの再生ギャップの形成工程においてＡＬＤ法が使用されている（例えば、特許文献４参照。）。
"ＡＬＤ原子層堆積装置"，株式会社テックサイエンス，インターネット＜ＵＲＬ：http://techsc.co.jp/products/mems/ALD.htm＞ 米国特許第６７５９０８１号明細書
しかしながら、上記した従来の方法を使用したのでは、トレーリングエッジ幅が約０．２μｍ以下まで微細化されつつある最近の技術動向を考慮すると、磁極を高精度かつ簡単に形成する観点において未だ十分とは言えない。具体的には、上記した不溶化層を利用する方法では、その不溶化層の厚さを厳密に制御することが困難であるため、最終的な開口幅（めっき層の形成幅）がばらつきやすくなる。また、剥離膜および付加膜を利用する方法では、付加膜の形成工程以外に剥離膜の形成工程などを要するため、工程数が増加してしまう。
一方、最近では、いわゆるポールイレージャと呼ばれる問題が重視されている。このポールイレージャとは、垂直磁気記録ヘッドが非記録状態（非通電状態）であるにもかかわらずに磁極中の残留磁束によって録媒体が上書きされることにより、その記録媒体に記録されていた情報が意図せずに消去される不具合である。
これらのことから、垂直磁気記録ヘッドの普及を図るためには、製造面においてトレーリングエッジの幅を微細化する技術を確立すると共に、性能面からポールイレージャの発生を抑制する技術を確立することが重要である。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、製造工程を高精度化および簡単化することが可能な磁気デバイス、垂直磁気記録ヘッド、磁気記録装置、磁性層パターンの形成方法および垂直磁気記録ヘッドの製造方法を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、動作特性を安定化することが可能な磁気デバイス、垂直磁気記録ヘッド、磁気記録装置、磁性層パターンの形成方法および垂直磁気記録ヘッドの製造方法を提供することにある。
本発明の第１の磁気デバイスは、断面形状がＵ字型をなす非磁性層と、非磁性層の内側に埋設された磁性層とを備えたものである。本発明の第２の磁気デバイスは、断面形状がＵ字型をなし、不活性ガスを含まない第１の非磁性層と、第１の非磁性層の外側に埋設され、不活性ガスを含む第２の非磁性層と、第１の非磁性層の内側に埋設された磁性層とを備えたものである。本発明の第３の磁気デバイスは、断面形状がＵ字型をなす第１の非磁性層と、第１の非磁性層の外側に埋設された第２の非磁性層と、第１の非磁性層の内側に埋設された磁性層とを備え、第１の非磁性層の断面と交差する方向において、第１の非磁性層が第２の非磁性層よりも後退していると共に、磁性層が第１の非磁性層よりも前進しているものである。また、本発明の第１の垂直磁気記録ヘッドは、断面形状がＵ字型をなす非磁性層と、非磁性層の内側に埋設された磁極とを備えたものである。本発明の第２の垂直磁気記録ヘッドは、断面形状がＵ字型をなし、不活性ガスを含まない第１の非磁性層と、第１の非磁性層の外側に埋設され、不活性ガスを含む第２の非磁性層と、第１の非磁性層の内側に埋設された磁極とを備えたものである。本発明の第３の垂直磁気記録ヘッドは、断面形状がＵ字型をなす第１の非磁性層と、第１の非磁性層の外側に埋設された第２の非磁性層と、第１の非磁性層の内側に埋設された磁極とを備え、第１の非磁性層の断面と交差する方向において、第１の非磁性層が第２の非磁性層よりも後退していると共に、磁極が第１の非磁性層よりも前進しているものである。さらに、本発明の磁気記録装置は、記録媒体と、上記した垂直磁気記録ヘッドとを備えたものである。この「Ｕ字型の断面形状」とは、狭義の意味においては、アルファベットの「Ｕ」の字の輪郭部分により表される断面形状を意味する。ただし、この「断面形状」が意図するところは、器型の断面形状である。このことから、「Ｕ字型の断面形状」とは、広義の意味においては、必ずしもアルファベットの「Ｕ」の字により表される断面形状だけでなく、アルファベットの「Ｖ」の字および片仮名の「コ」の字などの略Ｕ字により表される断面形状をも含む。
本発明の磁性層パターンの形成方法は、下地上に開口部を有するレジストパターンを形成する第１の工程と、少なくとも開口部におけるレジストパターンの内壁を覆うことにより、その開口部を狭めるように第１の非磁性層を形成する第２の工程と、少なくとも第１の非磁性層が形成された開口部を埋め込むように磁性層を形成する第３の工程と、少なくともレジストパターンが露出するまで第１の非磁性層および磁性層を選択的に除去することにより、開口部に磁性層パターンを形成する第４の工程とを含むものである。また、本発明の垂直磁気記録ヘッドの製造方法は、下地上に開口部を有するレジストパターンを形成する第１の工程と、少なくとも開口部におけるレジストパターンの内壁を覆うことにより、その開口部を狭めるように第１の非磁性層を形成する第２の工程と、少なくとも第１の非磁性層が形成された開口部を埋め込むように磁性層を形成する第３の工程と、少なくともレジストパターンが露出するまで第１の非磁性層および磁性層を選択的に除去することにより、開口部に磁極を形成する第４の工程とを含むものである。
本発明の第１の磁気デバイスまたは磁性層パターンの形成方法では、レジストパターンの開口部を狭めるために、膜厚制御性に優れたドライ膜形成方法を使用して形成された第１の非磁性層を利用すれば、膜厚制御が困難な不溶化層を利用する従来の場合と比較して、最終的な開口幅（磁性層パターンの形成幅）がばらつきにくくなる。しかも、磁性層パターンを形成するために膜形成工程として第１の非磁性層の形成工程しか要しないため、付加膜の形成工程以外に剥離膜の形成工程を要する従来の場合と比較して、工程数が少なくて済む。これらのことは、第１の磁気デバイスまたは磁性層パターンの形成方法を第１の垂直磁気記録ヘッドまたはその製造方法、あるいは磁気記録装置に応用した場合においても同様に得られる。
本発明の第２または第３の磁気デバイスあるいは第２または第３の垂直磁気記録ヘッドでは、第１の非磁性層が不活性ガスを含んでいないのに対して、第２の非磁性層が不活性ガスを含んでいる。この不活性ガスの有無は、例えば、第１の非磁性層がＡＬＤ法などの不活性ガスを使用しない成膜方法により形成されており、第２の非磁性層がスパッタリング法などの不活性ガスを使用する成膜方法により形成されていることによって生じる。この場合には、例えば、ＡＬＤ法の膜形成温度（いわゆる基板温度）が一般的な膜形成温度（約１５０℃）よりも低く、具体的には磁性層または磁極を形成するために使用されるレジストパターンのガラス転移温度よりも低いと、第１および第２の非磁性層の間において硬さに差が生じるため、第１の非磁性層の断面と交差する方向において、その第１の非磁性層が第２の非磁性層よりも後退する。これにより、第１の非磁性層が第２の非磁性層よりも後退していない場合と比較して、磁性層または磁極に対する第１の非磁性層の接触面積が小さくなるため、それらに与える第１の非磁性層の残留応力の影響が軽減される。詳細には、例えば、磁性材料により構成された磁性層または磁極が引張応力を有し、非磁性材料により構成された第１および第２の非磁性層が圧縮応力を有している場合には、磁性層または磁極のうちの第１の非磁性層と接触していない部分が応力フリーの状態（圧縮応力の影響を受けにくい状態）になるため、その部分は引っ張り応力の影響だけを受けやすくなる。この結果、磁性層または磁極の磁区構造が固定されにくくなるため、形成当初の磁区構造が維持される。これらのことは、第２または第３の磁気デバイスあるいは第２または第３の垂直磁気記録ヘッドを磁気記録装置に応用した場合においても同様に得られる。
本発明の第１の磁気デバイスまたは垂直磁気記録ヘッドでは、磁性層または磁極が、シード層と、このシード層上に形成されためっき層とを含むようにしてもよい。この非磁性層は、ＡＬＤ法により形成されたものであるのが好ましい。また、本発明の第３の磁気デバイスまたは垂直磁気記録ヘッドでは、磁性層または磁極が、第２の非磁性層よりも後退していてもよいし、前進していてもよい。さらに、本発明の第１の垂直磁気記録ヘッドでは、磁極がエアベアリング面に近い側から遠い側に向かって延在し、エアベアリング面に近い側における磁極の端面が逆台形形状であってもよい。この逆台形形状とは、トレーリング側に位置する長辺およびリーディング側に位置する短辺をそれぞれ上底および下底とする台形形状を意味する。
本発明の磁性層パターンの形成方法または垂直磁気記録ヘッドの製造方法では、第２の工程において、ＡＬＤ法を使用して第１の非磁性層を形成し、そのＡＬＤ法の膜形成温度がレジストパターンのガラス転移温度よりも低くなるようにするのが好ましい。また、第４の工程において、第１の非磁性層および磁性層の除去を研磨により行うようにしてもよい。さらに、残存するレジストパターンを除去する第５の工程と、第１の非磁性層および磁性層パターンまたは磁極を覆うように第１の非磁性層を形成する第６の工程と、少なくとも第１の非磁性層および磁性層パターンまたは磁極が露出するまで第２の非磁性層を選択的に除去する第７の工程とを含むようにしてもよい。また、第３の工程において、第１の非磁性層上にシード層を形成したのち、そのシード層上にめっき層を成長させることにより、磁性層を形成するようにしてもよい。
本発明の磁気記録装置では、記録媒体が、垂直磁気記録ヘッドに近い側および遠い側にそれぞれ配置される磁化層および軟磁性層を含んでいるのが好ましい。
本発明の第１の磁気デバイス、第１の垂直磁気記録ヘッド、磁気記録装置、磁性層パターンの形成方法または垂直磁気記録ヘッドの製造方法によれば、少なくとも開口部におけるレジストパターンの内壁を覆うことにより、その開口部を狭めるように第１の非磁性層を形成し、引き続き少なくとも第１の非磁性層が形成された開口部を埋め込むように磁性層を形成したのち、少なくともレジストパターンが露出するまで第１の非磁性層および磁性層を選択的に除去しているので、製造工程を高精度化および簡単化することができる。
本発明の第２または第３の磁気デバイス、第２または第３の垂直磁気記録ヘッドあるいは磁気記録装置によれば、不活性ガスを含まない第１の非磁性層と、不活性ガスを含む第２の非磁性層とを備えているので、第１の非磁性層が第２の非磁性層よりも後退する。したがって、動作特性を安定化することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の一実施の形態に係る垂直磁気記録ヘッドを備えた薄膜磁気ヘッドの構成について説明する。図１〜図５は薄膜磁気ヘッドの構成を表しており、図１は全体の断面構成を示し、図２は主要部の平面構成を示し、図３は主要部の端面の構成を拡大して示し、図４および図５は主要部の断面構成を示している。図１のうち、（Ａ）はエアベアリング面７０に平行な断面を示し、（Ｂ）はエアベアリング面７０に垂直な断面を示している。図４は、図１（Ａ）に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示している。なお、本発明の磁気デバイスは一例として薄膜磁気ヘッドに応用されるものであるため、その磁気デバイスに関しては以下で併せて説明する。
以下の説明では、図１〜図５に示したＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の寸法をそれぞれ「幅」、「長さ」および「厚さまたは高さ」と表記する。また、Ｙ軸方向のうちのエアベアリング面７０に近い側および遠い側をそれぞれ「前方」および「後方」と表記すると共に、前方に位置することおよび後方に位置することをそれぞれ「前進」および「後退」と表記する。これらの表記は、後述する図６以降においても同様とする。
薄膜磁気ヘッドは、図５に示した記録媒体８０（例えばハードディスク）に磁気的処理を施すものであり、例えば、磁気的処理として記録処理および再生処理の双方を実行可能な複合型ヘッドである。この薄膜磁気ヘッドは、例えば、図１に示したように、基板１上に、絶縁層２と、磁気抵抗効果（ＭＲ：magneto-resistive effect）を利用して再生処理を実行する再生ヘッド部１００Ａと、分離層９と、垂直記録方式の記録処理を実行する記録ヘッド部１００Ｂと、オーバーコート層２１とがこの順に積層されたものである。基板１は、例えば、アルティック（Ａｌ2 Ｏ3 ・ＴｉＣ）などのセラミック材料により構成されており、絶縁層２、分離層９およびオーバーコート層２１は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ：以下、単に「アルミナ」という。）などの非磁性絶縁性材料により構成されている。
再生ヘッド部１００Ａは、例えば、下部リードシールド層３と、シールドギャップ膜４と、上部リードシールド層３０とがこの順に積層されたものである。このシールドギャップ膜４には、記録媒体８０に対向するエアベアリング面７０に露出するように再生素子（ＭＲ素子８）が埋設されている。このエアベアリング面７０とは、絶縁層２からオーバーコート層２１に至る一連の構成要素を支持している基板１の一端面（図１（Ｂ）中における左端の面）を基準として一義的に規定されるものであり、すなわち基板１の一端面を含む面である。
下部リードシールド層３および上部リードシールド層３０は、いずれもＭＲ素子８を周辺から磁気的に分離するものであり、エアベアリング面７０から後方に向かって延在している。下部リードシールド層３は、例えば、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ（例えばＮｉ：８０重量％，Ｆｅ：２０重量％）：以下、単に「パーマロイ（商品名）」という。）などの磁性材料により構成されている。上部リードシールド層３０は、例えば、非磁性層６を挟んで２つの上部リードシールド層部分５，７が積層されたものである。上部リードシールド層部分５，７は、例えば、いずれもパーマロイなどの磁性材料により構成されている。非磁性層６は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）またはアルミナなどの非磁性材料により構成されている。なお、上部リードシールド層３０は必ずしも積層構造を有している必要はなく、磁性材料の単層構造を有していてもよい。
シールドギャップ膜４は、ＭＲ素子８を周辺から電気的に分離するものであり、例えばアルミナなどの非磁性絶縁性材料により構成されている。このＭＲ素子８は、例えば、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：giant magneto-resistive effect）またはトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：tunneling magneto-resistive effect）などを利用するものである。
記録ヘッド部１００Ｂは、例えば、非磁性層１１，１５により周囲を埋設された磁極層５０と、磁気連結用の開口部（バックギャップ１６ＢＧ）が設けられたギャップ層１６と、絶縁層１９により埋設された薄膜コイル１８と、磁性層６０とがこの順に積層された垂直磁気記録ヘッドであり、いわゆるシールド型ヘッドである。
磁極層５０は、記録媒体８０に磁束を導くものであり、例えば、エアベアリング面７０から後方に向かって延在している。この磁極層５０は、例えば、補助磁極層１０、非磁性層１２および主磁極層４０がこの順に積層されたものである。
補助磁極層１０は、主要な磁束の収容部分であり、例えば、エアベアリング面７０よりも後退した位置からバックギャップ１６ＢＧまで延在している。この補助磁極層１０は、例えば、主磁極層４０に対してリーディング側に配置されていると共に、図２に示したように、矩形型の平面形状（幅Ｗ２）を有している。なお、非磁性層１１は、補助磁極層１０を周囲から電気的および磁気的に分離するものであり、例えば、アルミナなどの非磁性絶縁性材料により構成されている。
非磁性層１２は、主磁極層４０を周囲から電気的および磁気的に分離する第１の非磁性層である。この非磁性層１２は、例えば、補助磁極層１０および主磁極層４０を互いに連結させるために、エアベアリング面７０から補助磁極層１０の最前端位置まで延在しており、アルミナまたは窒化アルミニウムなどの非磁性絶縁性材料により構成されている。ただし、非磁性層１２の延在範囲は任意に設定可能である。この非磁性層１２のエアベアリング面７０に平行な断面形状は、図１（Ａ）に示したように、Ｕ字型をなしており、その非磁性層１２の内側に主磁極層４０（後述する先端部４０Ａ）が埋設されている。特に、非磁性層１２は、例えば、ＡＬＤ法により形成されたものであり、主磁極層４０の周囲（下面および両側面）に沿って均一な厚さを有している。なお、図２では、非磁性層１２の図示を省略している。
非磁性層１５は、主磁極層４０を周囲から電気的および磁気的に分離する第２の非磁性層である。この非磁性層１５は、断面形状がＵ字型をなす非磁性層１２の内側に主磁極層４０（先端部４０Ａ）が埋設されているのに対して、その非磁性層１２の外側に埋設されており、例えば、アルミナなどの非磁性絶縁性材料により構成されている。
非磁性層１２，１５は、いずれも非磁性絶縁性材料により構成されているが、形成方法の違いに起因して互いに異なる組成を有している。すなわち、非磁性層１５は、不活性ガスを使用するスパッタリング法などにより形成されたことに伴い、その不活性ガスを含んでいる。この不活性ガスとは、例えば、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）またはキセノン（Ｘｅ）などである。これに対して、非磁性層１２は、不活性ガスを使用しないＡＬＤ法などにより形成されたことに伴い、不活性ガスを含んでいない。なお、非磁性層１２，１５が不活性ガスを含んでいるか否かについては、例えば、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：scanning transmission electron microscopy ）−エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ：energy-dispersive X-ray spectroscopy）などの組成分析方法を使用して特定可能である。
また、非磁性層１２，１５は、上記した形成方法の違いに起因して、特定の成分の量に差を有している。すなわち、ＡＬＤ法では水やトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：trimethyl alminium）を使用するのに対して、スパッタリング法では上記した水等を使用しないことに伴い、水素（Ｈ）の含有量は、非磁性層１５よりも非磁性層１２において多くなっている。
主磁極層４０は、主要な磁束の放出部分であり、例えば、エアベアリング面７０からバックギャップ１６ＢＧまで延在している。この主磁極層４０は、例えば、図２に示したように、全体として略羽子板型の平面形状を有しており、エアベアリング面７０から順に、エアベアリング面７０から後方に向かって延在する先端部４０Ａと、その先端部４０Ａの後方に連結された後端部４０Ｂとを含んでいる。先端部４０Ａは、実質的な磁束の放出部分（いわゆる磁極）であり、記録トラック幅を規定する一定幅Ｗ１を有している。後端部４０Ｂは、先端部４０Ａに磁束を供給する部分であり、幅Ｗ１よりも大きな幅Ｗ２を有している。この後端部４０Ｂの幅は、例えば、後方において一定（幅Ｗ２）であり、前方において先端部４０Ａへ近づくにしたがって次第に狭まっている。この主磁極層４０の幅がＷ１からＷ２へ拡がり始める位置は、いわゆるフレアポイントＦＰである。
エアベアリング面７０に近い側における主磁極層４０の端面４０Ｍは、例えば、図３に示したように、トレーリング側に位置する長辺およびリーディング側に位置する短辺をそれぞれ上底および下底とする逆台形形状（高さＨ）である。具体的には、端面４０Ｍは、トレーリング側に位置する上端縁Ｅ１（幅Ｗ１）と、リーディング側に位置する下端縁Ｅ２（幅Ｗ４）と、２つの側端縁Ｅ３とにより画定された形状を有しており、その幅Ｗ４は幅Ｗ１よりも小さくなっている。この上端縁Ｅ１は、磁極層５０のうちの実質的な記録箇所であり、その幅Ｗ１は約０．２μｍ以下である。端面４０Ｍのベベル角θ（下端縁Ｅ２の延在方向と側端縁Ｅ３との間の角度）は、例えば、９０°未満の範囲内において任意に設定可能である。
ここでは、例えば、主磁極層４０は、シード層１３と、そのシード層１３上に形成されためっき層１４とを含んでいる。シード層１３は、薄膜磁気ヘッドの製造工程においてめっき層１４を成長させるために使用されるものであり、例えば、めっき層１４と同様の磁性材料により構成されている。めっき層１４は、例えば、鉄ニッケル合金（ＦｅＮｉ）または鉄系合金などの高飽和磁束密度磁性材料により構成されている。この鉄系合金としては、例えば、鉄コバルト合金（ＦｅＣｏ）または鉄コバルトニッケル合金（ＦｅＣｏＮｉ）などが挙げられる。
エアベアリング面７０近傍における主磁極層４０および非磁性層１２，１５の間の前後関係は、例えば、図４に示した通りである。エアベアリング面７０に近い側における非磁性層１５の端面１５Ｍは、そのエアベアリング面７０に位置しているが、エアベアリング面７０に近い側における非磁性層１２の端面１２Ｍは、エアベアリング面７０に位置していない。すなわち、非磁性層１２の断面と交差する方向において、その非磁性層１２は非磁性層１５よりも後退している。この非磁性層１２の後退距離Ｌ１（エアベアリング面７０と非磁性層１２の前端との間の距離）は任意に設定可能であり、一例を挙げれば数ｎｍ程度である。また、主磁極層４０の端面４０Ｍは、非磁性層１５の端面１５Ｍと同様にエアベアリング面７０に位置している。すなわち、主磁極層４０は、非磁性層１２よりも前進している。なお、主磁極層４０および非磁性層１２，１５の間の前後関係については、例えば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：atomic force microscope ）などの表面観察方法を使用して特定可能である。
ギャップ層１６は、磁極層５０と磁性層６０とを磁気的に分離するためのギャップであり、例えば、アルミナなどの非磁性絶縁性材料またはルテニウムなどの非磁性導電性材料により構成されている。このギャップ層１６の厚さは、約０．０３μｍ〜０．１μｍである。
薄膜コイル１８は、磁束を発生させるものであり、例えば、銅（Ｃｕ）などの高導電性材料により構成されている。この薄膜コイル１８は、図１および図２に示したように、バックギャップ１６ＢＧを中心として巻回された巻回構造（スパイラル構造）を有している。
絶縁層１９は、薄膜コイル１８を周辺から電気的に分離するものであり、例えば、加熱時に流動性を示すフォトレジストまたはスピンオングラス（ＳＯＧ：Spin On Glass ）などの非磁性絶縁性材料により構成されている。この絶縁層１９の最前端位置はスロートハイトゼロ位置ＴＰであり、そのスロートハイトゼロ位置ＴＰとエアベアリング面７０との間の距離はいわゆるスロートハイトＴＨである。図１および図２では、例えば、スロートハイトゼロ位置ＴＰがフレアポイントＦＰに一致している場合を示している。
磁性層６０は、記録前の磁束（磁極層５０から記録媒体８０に向けて放出される磁束）のうちの広がり成分を取り込むことにより垂直磁界の勾配を増大させると共に、記録後の磁束（記録媒体８０から薄膜磁気ヘッドに戻る磁束）を取り込むことにより記録ヘッド部１００Ｂと記録媒体８０との間において磁束を循環させるものである。この磁性層６０は、磁極層５０のトレーリング側においてエアベアリング面７０から後方に向かって延在することにより、前方においてギャップ層１６により磁極層５０から隔てられていると共に後方においてバックギャップ１６ＢＧを通じて磁極層５０に連結されている。エアベアリング面７０に近い側における磁性層６０の端面６０Ｍは、例えば、図３に示したように、幅Ｗ１よりも大きな幅Ｗ３を有する矩形形状である。この磁性層６０は、例えば、互いに別体をなすライトシールド層１７およびリターンヨーク層２０を含んでいる。
ライトシールド層１７は、主に、垂直磁界勾配の増大機能を担うものであり、例えば、パーマロイまたは鉄系合金などの高飽和磁束密度磁性材料により構成されている。特に、ライトシールド層１７は、磁極層５０から放出された磁束の広がり成分を取り込むことにより、（１）垂直磁界の磁界勾配を増大させ、（２）記録幅を狭め、（３）垂直磁界に斜め磁界成分を含めるものである。ただし、ライトシールド層１７は、リターンヨーク層２０と同様に、磁束の循環機能を兼ねる場合もある。このライトシールド層１７は、例えば、図１に示したように、ギャップ層１６に隣接しながらエアベアリング面７０から後方に向かって延在しており、その後端において絶縁層１９に隣接している。これにより、ライトシールド層１７は、絶縁層１９の最前端位置（スロートハイトゼロ位置ＴＰ）を規定する役割を担っている。
リターンヨーク層２０は、磁束の循環機能を担うものであり、例えば、ライトシールド層１７と同様の磁性材料により構成されている。このリターンヨーク層２０は、図１に示したように、ライトシールド層１７のトレーリング側においてエアベアリング面７０から絶縁層１９上を経由してバックギャップ１６ＢＧまで延在しており、前方においてライトシールド層１７に連結されていると共に後方においてバックギャップ１６ＢＧを通じて磁極層５０に連結されている。
オーバーコート層２１は、薄膜磁気ヘッドを保護するものであり、例えば、アルミナなどの非磁性絶縁性材料により構成されている。
なお、記録媒体８０は、例えば、図５に示したように、薄膜磁気ヘッドに近い側および遠い側にそれぞれ配置される磁化層８１および軟磁性層８２を含んでいる。磁化層８１は、情報が磁気的に記録されるものであり、軟磁性層８２は、記録媒体８０中における磁束の流路（いわゆるフラックスパス）として機能するものである。この種の記録媒体８０は、一般に、垂直記録用の二層記録媒体と呼ばれている。もちろん、記録媒体８０は、例えば、上記した磁化層８１および軟磁性層８２と共に他の層を含んでいてもよい。
図１および図５に示した上向きの矢印は、薄膜磁気ヘッドに対して記録媒体８０が相対的に移動する進行方向Ｍを示している。上記した「トレーリング側」とは、進行方向Ｍに向かって移動する記録媒体８０の移動状態を１つの流れと見た場合に、その流れの流出する側（進行方向Ｍにおける前方側）をいい、ここでは厚さ方向（Ｚ軸方向）における上側をいう。これに対して、流れの流入する側（進行方向Ｍにおける後方側）は「リーディング側」と呼ばれ、ここでは厚さ方向における下側をいう。主磁極層４０のうちの記録箇所である上端縁Ｅ１はトレーリングエッジＴＥと呼ばれており、その幅Ｗ１はトレーリングエッジ幅と呼ばれている。
この薄膜磁気ヘッドの動作は、以下の通りである。すなわち、情報の記録時において、図示しない外部回路から記録ヘッド部１００Ｂのうちの薄膜コイル１８に電流が流れると、記録用の磁束Ｊが発生する。この磁束Ｊは、磁極層５０のうちの補助磁極層１０および主磁極層４０に収容されたのち、先端部４０Ａへ向けて流れる。この際、フレアポイントＦＰにおいて磁束Ｊが絞り込まれることにより集束するため、最終的にトレーリングエッジＴＥ近傍に集中する。このトレーリングエッジＴＥ近傍に集中した磁束Ｊが外部へ放出されることにより垂直磁界が発生すると、その垂直磁界により磁化層８１が磁化されるため、記録媒体８０に情報が磁気的に記録される。
この場合には、磁束Ｊのうちの広がり成分がライトシールド層１７に取り込まれるため、垂直磁界の勾配が増大する。このライトシールド層１７に取り込まれた磁束Ｊは、リターンヨーク層２０を経由して磁極層５０に再供給される。
なお、磁極層５０から記録媒体８０に向けて放出された磁束Ｊは、磁化層８１を磁化したのちに軟磁性層８２を経由してリターンヨーク層２０に取り込まれる。この際、磁束Ｊの一部は、ライトシールド層１７においても取り込まれる。これらのライトシールド層１７およびリターンヨーク層２０に取り込まれた磁束Ｊは、やはり磁極層５０に再供給される。これにより、記録ヘッド部１００Ｂと記録媒体８０との間において磁束Ｊが循環するため、磁気回路が構築される。
一方、情報の再生時においては、再生ヘッド部１００ＡのＭＲ素子８にセンス電流が流れると、記録媒体８０からの再生用の信号磁界に応じてＭＲ素子８の抵抗値が変化する。この抵抗変化が電圧変化として検出されることにより、記録媒体８０に記録されている情報が磁気的に再生される。
次に、薄膜磁気ヘッドの製造方法について説明する。図６〜図１３は薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明するためのものであり、いずれも図１（Ａ）に対応する断面構成を拡大して示している。
以下では、まず、図１を参照して、薄膜磁気ヘッド全体の製造工程の概略について説明したのち、図１〜図１３を参照して、本発明の一実施の形態に係る垂直磁気記録ヘッドの製造方法が適用される主要部の形成工程について詳細に説明する。その際、薄膜磁気ヘッドを構成する一連の構成要素の材質、寸法および構造に関しては既に詳述したので、それらの説明を随時省略する。なお、本発明の磁性層パターンの形成方法は一例として垂直磁気記録ヘッドの製造方法に応用されるものであるため、その磁性層パターンの形成方法に関しては以下で併せて説明する。
この薄膜磁気ヘッドは、主に、めっき法またはスパッタリング法に代表される膜形成技術、フォトリソグラフィ法に代表されるパターニング技術、ドライエッチング法またはウェットエッチング法に代表されるエッチング技術、ならびに化学機械研磨（ＣＭＰ：chemical mechanical polishing ）法に代表される研磨技術などを含む既存の薄膜プロセスを使用して、一連の構成要素を順次形成して積層させることにより製造される。すなわち、薄膜磁気ヘッドを製造する際には、図１に示したように、まず、基板１上に絶縁層２を形成したのち、その絶縁層２上に、下部リードシールド層３と、ＭＲ素子８が埋設されたシールドギャップ膜４と、上部リードシールド層３０（上部リードシールド層部分５，７，非磁性層６）とをこの順に積層形成することにより、再生ヘッド部１００Ａを形成する。続いて、再生ヘッド部１００Ａ上に分離層９を形成したのち、その分離層９上に、非磁性層１１，１５により周囲を埋設された磁極層５０（補助磁極層１０，非磁性層１２，主磁極層４０）と、ギャップ層１６と、絶縁層１９により埋設された薄膜コイル１８と、磁性層６０（ライトシールド層１７，リターンヨーク層２０）とをこの順に積層形成することにより、記録ヘッド部１００Ｂを形成する。最後に、記録ヘッド部１００Ｂ上にオーバーコート層２１を形成したのち、機械加工や研磨加工を利用してエアベアリング面７０を形成することにより、薄膜磁気ヘッドが完成する。
薄膜磁気ヘッドのうちの主要部を形成する際には、下地として非磁性層１１を形成したのち、まず、図６に示したように、その非磁性層１１上に、開口部９１Ｋを有するレジストパターン９１を形成する。このレジストパターン９１を形成する際には、非磁性層１１の表面にレジストを塗布してレジスト膜を形成したのち、フォトリソグラフィ法を使用してレジスト膜をパターニング（露光・現像）する。この場合には、開口部９１Ｋが非磁性層１１から離れるにしたがって次第に広がると共に、内壁９１Ｗの傾斜角度ω（内壁９１Ｗと非磁性層１１の表面との間の角度）がベベル角θ（図３参照）に等しくなるように、露光条件を調整する。
続いて、図７に示したように、ドライ膜形成方法を使用して、少なくとも開口部９１Ｋにおけるレジストパターン９１の内壁９１Ｗを覆うことにより、その開口部９１Ｋを狭めるように非磁性層１２を形成する。この非磁性層１２を形成する際には、例えば、ＡＬＤ法を使用して、レジストパターン９１の表面（内壁９１Ｗを含む）および開口部９１Ｋにおける非磁性層１１の露出面を覆うようにする。この場合には、特に、ＡＬＤ法の膜形成温度（いわゆる基板温度）がレジストパターン９１の変形温度（ガラス転移温度）よりも低くなるようにする。このＡＬＤ法を使用することにより、均一な厚さの非磁性層１２により内壁９１Ｗが覆われるため、その内壁９１Ｗに対応する非磁性層１２の内壁１２Ｗの傾斜角度Φ（内壁１２Ｗと非磁性層１１の表面との間の角度）が傾斜角度ωに等しくなる。
続いて、少なくとも非磁性層１２が形成された開口部９１Ｋを埋め込むように、主磁極層４０を形成するための磁性層を形成する。具体的には、例えば、図８に示したように、例えばスパッタリング法を使用して、非磁性層１２上にシード層１３を形成したのち、図９に示したように、シード層１３を電極膜としてめっき膜を成長させることにより、そのシード層１３上に開口部９１Ｋを埋め込むようにめっき層１４を形成する。
続いて、少なくともレジストパターン９１が露出するまで非磁性層１２、シード層１３およびめっき層１４を選択的に除去することにより、図１０に示したように、非磁性層１２が形成された開口部９１Ｋを埋め込むように、磁性層パターンとして主磁極層４０を形成する。これらの非磁性層１２、シード層１３およびめっき層１４を除去する際には、例えば、ＣＭＰ法などの研磨法や、イオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：reactive ion etching）などのエッチング法を使用可能である。この主磁極層４０が形成される際には、非磁性層１２の傾斜角度Φに等しくなるようにベベル角θが決定され、すなわちベベル角θがレジストパターン９１の傾斜角度ωに等しくなる。
続いて、図１１に示したように、例えば有機溶媒による洗浄処理またはアッシング処理を使用して、残存しているレジストパターン９１を除去したのち、図１２に示したように、例えばスパッタリング法を使用して、非磁性層１２および主磁極層４０を覆うように非磁性層１５を形成する。続いて、例えばＣＭＰ法を使用して、少なくとも非磁性層１２および主磁極層４０が露出するまで非磁性層１５を選択的に除去（研磨）することにより、図１３に示したように、非磁性層１２および主磁極層４０の周囲に非磁性層１５を埋設させる。この研磨処理では、例えば、主磁極層４０の幅Ｗ１および高さＨが所望の値となるように研磨量を調整する。
最後に、図１〜図５に示したように、後工程においてエアベリング面７０を形成し、主磁極層４０の端面４０Ｍおよび磁性層６０の端面６０Ｍを形成する。エアベアリング面７０を形成する際には、例えば、研磨条件などの加工条件を調整することにより、主磁極層４０および非磁性層１２，１５の間の硬さの差を利用して、図４に示したように、非磁性層１２が非磁性層１５よりも後退すると共に、主磁極層４０が非磁性層１２よりも前進し、その端面４０Ｍがエアベアリング面７０に位置するようにする。これにより、薄膜磁気ヘッドのうちの主要部が完成する。
本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドでは、非磁性層１２がＡＬＤ法などにより形成されたことに伴って不活性ガスを含んでいないのに対して、非磁性層１５がスパッタリング法などにより形成されたことに伴って不活性ガスを含んでいるので、以下の理由により、動作特性を安定化することができる。
図１４は、比較例の薄膜磁気ヘッドの構成を表しており、図４に対応する断面構成を示している。この比較例の薄膜磁気ヘッドは、非磁性層１２に対応する非磁性層１１２が非磁性層１５と同様にスパッタリング法などにより形成されていることに伴い、その非磁性層１１２が非磁性層１５よりも後退していないことを除き、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドと同様の構成を有している。なお、図１４では、非磁性層１２の端面１１２Ｍがエアベアリング面７０に位置している場合を示している。
比較例の場合には、非磁性層１１２，１５がいずれもスパッタリング法などにより形成されていることに伴い、両者の硬さに差が生じないため、エアベアリング面７０を形成すると、図１４に示したように、非磁性層１１２が非磁性層１５よりも後退しない。この場合には、先端部４０Ａが全体に渡って非磁性層１１２により周囲を囲まれ、その先端部４０Ａに対する非磁性層１１２の接触面積が最大になるため、先端部４０Ａに与える非磁性層１１２の残留応力の影響が大きくなりすぎ、その先端部４０Ａの磁区構造が固定（いわゆるドメインロック）されやすくなる。これにより、先端部４０Ａの磁区構造は、主磁極層４０の形成当初の状態から変化してしまう。先端部４０Ａの磁区構造が固定されると、非記録時において主磁極層４０の残留磁束が先端部４０Ａを通じて漏洩しやすくなるため、ポールイレージャの発生確率が高くなる。
これに対して、本実施の形態の場合には、非磁性層１２がＡＬＤ法などにより形成されているのに対して、非磁性層１５がスパッタリング法などにより形成されていることに伴い、両者の硬さに差が生じるため、エアベアリング面７０を形成すると、図４に示したように、非磁性層１２が非磁性層１５よりも後退する。この場合には、先端部４０Ａの後方部分のみが非磁性層１２により周囲を囲まれ、その前方部分は非磁性層１２により周囲を囲まれないため、その先端部４０Ａに対する非磁性層１２の接触面積は比較例の場合よりも小さくなる。これにより、先端部４０Ａに与える非磁性層１２の残留応力の影響が軽減され、その先端部４０Ａの磁区構造が固定されにくくなるため、先端部分４０Ａのうちの実質的な磁束の放出部分である前方部分では、非磁性層１２の残留応力の影響を受けにくくなり（いわゆる応力フリーの状態となり）、主磁極層４０の形成当初の磁区構造が維持されやすくなる。この結果、非記録時において主磁極層４０の残留磁束が漏洩しにくくなるため、ポールイレージャの発生確率が低くなる。したがって、本実施の形態では、ポールイレージャの発生を抑制することにより、記録性能などの動作特性を安定化することができるのである。
また、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法では、（１）開口部９１Ｋを有するレジストパターン９１を形成し、（２）開口部９１Ｋを狭めるように非磁性層１２を形成し、（３）非磁性層１２が形成された開口部９１Ｋを埋め込むようにシード層１３およびめっき層１４を積層形成し、（４）レジストパターン９１が露出するまで非磁性層１２、シード層１３およびめっき層１４を選択的に除去することにより、開口部９１Ｋに主磁極層４０（先端部４０Ａ）を形成している。この場合には、開口部９１Ｋを狭めるために、膜厚制御性に優れたドライ膜形成方法を使用して非磁性層１２を形成すれば、膜厚制御が困難な不溶化層を利用する従来の場合と比較して、最終的な開口幅（先端部４０Ａの形成幅）がばらつきにくくなる。これにより、フォトリソグラフィ法とほぼ同等の精度を確保しつつ、そのフォトリソグラフィ法では実現し得ない幅（約０．２μｍ以下）となるようにトレーリングエッジ幅Ｗ１が微細化される。しかも、主磁極層４０を形成するために膜形成工程として非磁性層１２の形成工程しか要しないため、付加膜の形成工程以外に剥離膜の形成工程も要する従来の場合と比較して、工程数が少なくて済む。これにより、主磁極層４０の形成工程が簡単化する。したがって、薄膜磁気ヘッドの製造工程を高精度化および簡単化することができる。
特に、本実施の形態では、非磁性層１２を形成するためにＡＬＤ法を使用することにより、以下の理由により、主磁極層４０をより高精度に形成することができる。図１５および図１６は、非磁性層１２の形成方法としてＡＬＤ法以外の方法（例えばスパッタリング法またはＣＶＤ（chemical vapor deposition ）法など）を使用した場合における薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明するためのものであり、それぞれ図７および図１０に対応する断面構成を示している。
ＡＬＤ法以外の方法を使用した場合には、図１５に示したように、レジストパターン９１の内壁９１Ｗを覆うように非磁性層１２を形成すると、開口部９１Ｋの深さまたは傾斜角度ωによっては非磁性層１２の厚さが内壁９１Ｗに沿って変化するため、傾斜角度Φが傾斜角度ωからずれる可能性がある。この厚さの変化としては、例えば、非磁性層１１から離れるにしたがって非磁性層１２の厚さが次第に厚くなることが想定される。この場合には、図１６に示したように、ベベル角θが傾斜角度ωからずれるため、トレーリングエッジ幅Ｗ１およびベベル角θが目標値からずれてしまう。この場合におけるトレーリングエッジ幅Ｗ１およびベベル角θの決定精度は、従来の場合よりも高くなるものの、厳格な精度が要求される製造仕様下では十分でない可能性がある。
これに対して、ＡＬＤ法を使用した場合には、図７に示したように、非磁性層１２の厚さが内壁９１に沿って均一になるため、傾斜角度Φが傾斜角度ωに等しくなる。この場合には、図１０に示したように、ベベル角θが傾斜角度ωに等しくなるため、トレーリングエッジ幅Ｗ１およびベベル角θが目標値に一致する。したがって、傾斜角度ωに基づいてベベル角θが制御されることにより、トレーリングエッジ幅Ｗ１およびベベル角θの決定精度が十分に高くなるため、主磁極層４０をより高精度に形成することができるのである。
この場合には、特に、ＡＬＤ法の膜形成温度がレジストパターン９１のガラス転移温度よりも低くなるようにすることにより、非磁性層１２の形成工程においてレジストパターン９１が変形しにくくなる。この場合には、発泡現象に起因してレジストパターン９１の形状が崩れたり、あるいは流動現象に起因して傾斜角度ωが形成当初の値から変化することが防止される。したがって、この観点においても主磁極層４０を高精度に形成することができる。
ここで、本発明において使用するＡＬＤ法の技術的意義に関して説明しておく。一般に、絶縁耐圧などの物理特性が厳格に要求される絶縁層の形成分野では、膜緻密性を重視して、ピンホールの発生確率を抑えるために、ＡＬＤ法の膜形成温度を約１５０℃以上の高温に設定している。この温度条件は、要求される物理特性に応じて膜緻密性を十分に高めるために設定されたものである。これに対して、本発明では、図７に示したように、傾斜角度Φを傾斜角度ωに等しくしつつ開口部９１Ｋを狭めるために、非磁性層１２に関して膜厚制御性さえ得られればよいため、ＡＬＤ法の膜形成温度を上記した一般的な膜形成温度（約１５０℃以上）よりも低く設定している。すなわち、非磁性層１２の利用目的上、膜緻密性が若干低くても膜厚制御性が十分であればよいため、膜形成温度を低めに設定しても問題ないのである。念のために説明しておくと、膜形成温度を低く設定することにより非磁性層１２の膜緻密性が低くなるとは言っても、ＡＬＤ法を使用する限りにおいて、非磁性層１２に関して実用上の許容可能な範囲内の膜緻密性が得られることは言うまでもない。したがって、本発明では、トレーリングエッジ幅Ｗ１およびベベル角θを制御するために、ＡＬＤ法の膜形成温度を一般的な膜形成温度よりも低く設定する点に意義がある。
なお、本実施の形態では、図４に示したように、主磁極層４０の端面４０Ｍが非磁性層１５の端面１５Ｍと共にエアベアリング面７０に位置するようにしたが、必ずしもこれに限られず、主磁極層４０が非磁性層１２よりも前進しているのであれば、その主磁極層４０の位置は任意に設定可能である。この場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
具体的には、図４に対応する図１７に示したように、主磁極層４０が非磁性層１５よりも前進（突出）するようにしてもよい。この主磁極層４０の突出距離Ｌ２（エアベアリング面７０と主磁極層４０の端面４０Ｍとの間の距離）は任意に設定可能であり、一例を挙げれば数ｎｍ程度である。この場合には、特に、図４に示した場合と比較して、主磁極層４０が突出した分だけ先端部４０Ａに対する非磁性層１２の接触割合が小さくなるため、その先端部４０Ａにおいて応力フリーの部分の割合が大きくなる。したがって、ポールイレージャの発生確率をより抑えることができる。
また、図４に対応する図１８に示したように、主磁極層４０が非磁性層１５よりも後退するようにしてもよい。この主磁極層４０の後退距離Ｌ３（エアベアリング面７０と主磁極層４０の端面４０Ｍとの間の距離）は任意に設定可能であり、一例を挙げれば数ｎｍ程度である。この場合には、特に、主磁極層４０がエアベアリング面７０よりも後退していることに伴い、図４および図１７に示した場合と比較して、薄膜磁気ヘッドがハードディスクドライブなどの磁気記録装置に搭載されることにより使用された場合に、主磁極層４０が記録媒体８０に衝突する可能性が小さくなる。したがって、磁気記録装置の動作信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態では、図１２および図１３に示したように、非磁性層１５を研磨する際の研磨処理を利用して主磁極層４０の幅Ｗ１および高さＨを決定したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、図９および図１０に示したように、めっき層１４等を形成する際の研磨処理を利用して幅Ｗ１および高さＨを決定してもよい。この場合においても、同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、図８〜図１１に示したように、シード層１３およびめっき層１４を含む主磁極層４０を形成したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、図９および図１０にそれぞれ対応する図１９および図２０に示したように、例えばスパッタリング法やＣＶＤ法を使用して、非磁性層１２上にシード層１３およびめっき層１４に代えて磁性層９２を形成したのち、レジストパターン９１が露出するまで非磁性層１２および磁性層９２を選択的に除去することにより、主磁極層４０に代えて主磁極層９３を形成してもよい。この場合においても、同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、図６に示したように、内壁９１Ｗが非磁性層１１の表面に対して傾斜するようにレジストパターン９１を形成することにより（傾斜角度ω＜９０°）、図１０に示したように、逆台形型の断面形状を有するように主磁極層４０を形成したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、図６に対応する図２１に示したように、内壁９１Ｗが非磁性層１１の表面に対して直交するようにレジストパターン９１を形成することにより（傾斜角度ω＝９０°）、図１０に対応する図２２に示したように、矩形型の断面形状を有するように主磁極層４０を形成してもよい。この場合においても、同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、図１に示したように、補助磁極層１０が主磁極層４０に対してリーディング側に配置されるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、図１に対応する図２３に示したように、補助磁極層１０が主磁極層４０に対してトレーリング側に配置されるようにしてもよい。この場合には、補助磁極層１０が主磁極層１０上に配置されることにより、その補助磁極層１０の配置範囲においてギャップ層１６が部分的に取り除かれる。また、補助磁極層１０の周囲に、実質的にスロートハイトゼロ位置ＴＰを規定するための非磁性層２２が埋設されると共に、補助磁極層１０と薄膜コイル１８との間に、その薄膜コイル１８を補助磁極層１０から電気的に分離するための絶縁層２３が配置される。これらの非磁性層２２および絶縁層２３は、例えば、非磁性層１１，１５と同様の非磁性絶縁性材料により構成されている。リターンヨーク層２０は、後方において補助磁極層１０に連結される。なお、補助磁極層１０、ライトシールド層１７および絶縁層２２の表面は、平坦化されているのが好ましい。また、非磁性層１２は、例えば、主磁極層４０と同様にバックギャップ２３ＢＧまで延在していてもよい。この場合においても、同様の効果を得ることができる。
次に、本発明の垂直磁気記録ヘッドを搭載した磁気記録装置の構成について説明する。図２４および図２５は磁気記録装置の構成を表しており、図２４は斜視構成を示し、図２５は主要部の斜視構成を拡大して示している。この磁気記録装置は、上記した薄膜磁気ヘッドを搭載したものであり、例えばハードディスクドライブである。
この磁気記録装置は、図２４に示したように、例えば、筐体２００の内部に、情報が磁気的に記録される記録媒体８０（図５参照）に対応する複数の磁気ディスク（例えばハードディスク）２０１と、各磁気ディスク２０１に対応して配設され、磁気ヘッドスライダ２０２を一端部において支持する複数のサスペンション２０３と、このサスペンション２０３の他端部を支持する複数のアーム２０４とを備えている。磁気ディスク２０１は、筐体２００に固定されたスピンドルモータ２０５を中心として回転可能になっている。アーム２０４は、動力源としての駆動部２０６に接続されており、筐体２００に固定された固定軸２０７を中心として、ベアリング２０８を介して旋回可能になっている。駆動部２０６は、例えば、ボイスコイルモータなどの駆動源を含んで構成されている。この磁気記録装置は、例えば、固定軸２０７を中心として複数のアーム２０４が一体的に旋回可能なモデルである。なお、図２４では、磁気記録装置の内部構造を見やすくするために、筐体２００を部分的に切り欠いて示している。
磁気ヘッドスライダ２０２は、図２５に示したように、例えばアルティックなどの非磁性絶縁材料により構成された略直方体構造を有する基体２１１の一面に、記録処理および再生処理の双方を実行する薄膜磁気ヘッド２１２が取り付けられた構成を有している。この基体２１１は、例えば、アーム２０４の旋回時に生じる空気抵抗を減少させるための凹凸構造が設けられた一面（エアベアリング面２２０）を有しており、そのエアベアリング面２２０と直交する他の面（図２５中、右手前側の面）に、薄膜磁気ヘッド２１２が取り付けられている。この薄膜磁気ヘッド２１２は、上記実施の形態において説明した構成を有するものである。この磁気ヘッドスライダ２０２は、情報の記録時または再生時において磁気ディスク２０１が回転すると、その磁気ディスク２０１の記録面（磁気ヘッドスライダ２０２と対向する面）とエアベアリング面２２０との間に生じる空気流を利用して、磁気ディスク２０１の記録面から浮上するようになっている。なお、図２５では、磁気ヘッドスライダ２０２のうちのエアベアリング面２２０側の構造を見やすくするために、図２４に示した状態とは上下を反転させた状態を示している。
この磁気記録装置では、情報の記録時または再生時においてアーム２０４が旋回することにより、磁気ディスク２０１のうちの所定の領域（記録領域）まで磁気ヘッドスライダ２０２が移動する。そして、磁気ディスク２０１と対向した状態において薄膜磁気ヘッド２１２が通電されると、上記した動作原理に基づいて薄膜磁気ヘッド２１２が動作することにより、その薄膜磁気ヘッド２１２が磁気ディスク２０１に記録処理または再生処理を施す。
この磁気記録装置では、上記した薄膜磁気ヘッドを搭載しているので、磁気記録装置の動作特性を安定化すると共に製造工程を高精度化および簡単化することができる。
次に、本発明に関する実施例について説明する。
まず、上記した一連の垂直磁気記録ヘッドを代表して、図１７に示した垂直磁気記録ヘッドの表面構造を観察したところ、図２６に示した結果が得られた。図２６は、ＡＦＭを使用して観察したエアベアリング面７０近傍の表面構造を表しており、横軸および縦軸はそれぞれトラック幅方向の位置および高さを示している。この「トラック幅方向の位置」とは、図１７に示したＸ軸方向の位置である。なお、表面構造を観察する際には、非磁性層１２，１５の形成材料としてアルミナ、シード層１３の形成材料として鉄コバルト合金（ＦｅＣｏ）、めっき層１４の形成材料として鉄ニッケル合金（ＦｅＮｉ）をそれぞれ使用したと共に、非磁性層１２の形成方法としてＡＬＤ法、非磁性層１５の形成方法としてスパッタリング法をそれぞれ使用した。
図２６に示したように、エアベアリング面７０近傍の表面では、非磁性層１５の形成領域Ｒ１がほぼ平坦であるのに対して、非磁性層１２の形成領域Ｒ２が窪んでおり、主磁極層４０の形成領域Ｒ３が突出していた。この結果は、非磁性層１２，１５はいずれも硬い酸化物により構成されているにもかかわらず、スパッタリング法により形成された非磁性層１５がエアベアリング面７０の一部を構成するのに対して、ＡＬＤ法により形成された非磁性層１２がエアベアリング面７０から後退し、一方、主磁極層４０は軟らかい合金により形成されているため、エアベアリング面７０から突出することを表している。このことから、本発明では、ＡＬＤ法を使用して非磁性層１２を形成すると共にスパッタリング法を使用して非磁性層１５を形成することにより、エアベアリング面７０の形成後において非磁性層１２を非磁性層１５よりも後退させることが可能であることが確認された。
次に、上記した垂直磁気記録ヘッドの製造方法を使用して形成される主磁極層４０のトレーリングエッジ幅を調べたところ、図２７に示した結果が得られた。図２７は、非磁性層１２の厚さとトレーリングエッジ幅との間の相関を表しており、横軸および縦軸はそれぞれ非磁性層１２の厚さＴ（μｍ）およびトレーリングエッジ幅Ｗ（μｍ）を示している。この相関を調べる際には、非磁性層１２および主磁極層４０の形成材料として、図２６について説明した場合と同様の材料を使用したと共に、ＦＩＢ（focused ion beam etching）法を使用して主磁極層４０の断面を観察することによりトレーリングエッジ幅Ｗを測定した。この非磁性層１２を形成する場合には、膜形成温度をレジストパターン９１のガラス転移温度よりも低くなるように９０℃に設定したと共に、厚さＴを３段階（０．０２４μｍ，０．０５μｍ，０．０７μｍ）に変化させた。
図２７に示した結果から判るように、トレーリングエッジ幅Ｗは厚さＴが大きくなるにしたがって次第に狭まり、厚さＴと幅Ｗとの間にほぼ比例関係が見られた。このときのトレーリングエッジ幅Ｗは０．２μｍ以下であり、具体的には０．１０μｍ〜０．１５μｍであった。なお、具体的に写真等を示さないが、主磁極層４０の形成後において、レジストパターン９１に発泡や流動は確認されなかった。このことから、本発明では、非磁性層１２を利用してトレーリングエッジ幅を０．２μｍ以下まで狭めることが可能であり、しかもトレーリングエッジ幅を厳密に制御することが可能であることが確認された。
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。具体的には、例えば、上記実施の形態および実施例では、本発明の垂直磁気記録ヘッドをシールド型ヘッドに適用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、いわゆる単磁極型ヘッドに適用してもよい。また、本発明の垂直磁気記録ヘッドを複合型ヘッドに適用したが、必ずしもこれに限られるものではなく、再生ヘッド部を備えていない記録専用ヘッドに適用してもよい。これらの場合においても、同様の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態および実施例では、本発明の磁気デバイスおよび磁性層パターンの形成方法を垂直磁気記録ヘッドおよびその製造方法に応用したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の各種デバイスおよびその製造方法に応用してもよい。この各種デバイスとしては、例えば、薄膜インダクタ、薄膜センサ、薄膜アクチュエータ、半導体デバイスまたはこれらを搭載した装置などが挙げられる。この場合においても、同様の効果を得ることができる。
また、本発明の磁性層パターンの形成方法においてレジストパターンに設ける開口部の形状は、磁性層パターンの形状に応じて任意に設定可能である。一例を挙げれば、開口部の形状は、円形などであってもよい。この場合においても、同様の効果を得ることができる。
本発明に係る磁気デバイスおよび磁性層パターンの形成方法は、垂直磁気記録ヘッド、磁気記録装置および垂直磁気記録ヘッドの製造方法などに応用することが可能である。
本発明の一実施の形態に係る垂直磁気記録ヘッドを備えた薄膜磁気ヘッドの断面構成を表す断面図である。 図１に示した薄膜磁気ヘッドのうちの主要部の平面構成を表す平面図である。 図１に示した薄膜磁気ヘッドのうちの主要部の端面の構成を拡大して表す平面図である。 図１に示した薄膜磁気ヘッドのうちの主要部の断面構成を表す断面図である。 図１に示した薄膜磁気ヘッドのうちの主要部の他の断面構成を表す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る垂直磁気記録ヘッドを備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法における一工程を説明するための断面図である。 図６に続く工程を説明するための断面図である。 図７に続く工程を説明するための断面図である。 図８に続く工程を説明するための断面図である。 図９に続く工程を説明するための断面図である。 図１０に続く工程を説明するための断面図である。 図１１に続く工程を説明するための断面図である。 図１２に続く工程を説明するための断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドに対する比較例の薄膜磁気ヘッドの構成を説明するための断面図である。 ＡＬＤ法以外の方法を使用して非磁性層を形成した場合における薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明するための断面図である。 図１５に続く工程を説明するための断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成に関する変形例を表す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成に関する他の変形例を表す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する変形例における一工程を説明するための断面図である。 図１９に続く工程を説明するための断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する他の変形例における一工程を説明するための断面図である。 図２１に続く工程を説明するための断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成に関するさらに他の変形例を表す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気記録装置の斜視構成を表す斜視図である。 図２４に示した磁気記録装置の主要部の斜視構成を拡大して表す斜視図である。 ＡＦＭを使用して観察したエアベアリング面近傍の表面構造の観察結果を表す図である。 非磁性層の厚さとトレーリングエッジ幅との間の相関を表す図である。
符号の説明
１…基板、２，１１，１９，２３…絶縁層、３…下部リードシールド層、４…シールドギャップ膜、５，７…上部リードシールド層部分、６，１２，１５，２２…非磁性層、８…ＭＲ素子、９…分離層、１０…補助磁極層、１２Ｍ，１５Ｍ，４０Ｍ，６０Ｍ…端面、１２Ｗ，９１Ｗ…内壁、１３…シード層、１４…めっき層、１６…ギャップ層、１６ＢＧ…バックギャップ、１７…ライトシールド層、１８…薄膜コイル、２０…リターンヨーク層、２１…オーバーコート層、３０…上部リードシールド層、４０，９３…主磁極層、４０Ａ…先端部、４０Ｂ…後端部、５０…磁極層、６０，９２…磁性層、７０，２２０…エアベアリング面、８０…記録媒体、８１…記録層、８２…軟磁性層、９１…レジストパターン、９１Ｋ…開口部、１００Ａ…再生ヘッド部、１００Ｂ…記録ヘッド部、２００…筐体、２０１…磁気ディスク、２０２…磁気ヘッドスライダ、２０３…サスペンション、２０４…アーム、２０５…スピンドルモータ、２０６…駆動部、２０７…固定軸、２０８…ベアリング、２１１…基体、２１２…薄膜磁気ヘッド、Ｅ１…上端縁、Ｅ２…下端縁、Ｅ３…側端縁、ＦＰ…フレアポイント、Ｈ…高さ、Ｊ…磁束、Ｍ…進行方向、ＴＥ…トレーリングエッジ、ＴＨ…スロートハイト、ＴＰ…スロートハイトゼロ位置、Ｗ１〜Ｗ４…幅、θ…ベベル角、ω，Φ…傾斜角度。

Claims (29)

  1. 断面形状がＵ字型をなす非磁性層と、
    前記非磁性層の内側に埋設された磁性層と
    を備えたことを特徴とする磁気デバイス。
  2. 前記磁性層は、
    シード層と、
    前記シード層上に形成されためっき層と
    を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気デバイス。
  3. 前記非磁性層は、ＡＬＤ（atomic layer deposition ）法により形成されたものである
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気デバイス。
  4. 断面形状がＵ字型をなし、不活性ガスを含まない第１の非磁性層と、
    前記第１の非磁性層の外側に埋設され、不活性ガスを含む第２の非磁性層と、
    前記第１の非磁性層の内側に埋設された磁性層と
    を備えたことを特徴とする磁気デバイス。
  5. 断面形状がＵ字型をなす第１の非磁性層と、
    前記第１の非磁性層の外側に埋設された第２の非磁性層と、
    前記第１の非磁性層の内側に埋設された磁性層と
    を備え、
    前記第１の非磁性層の断面と交差する方向において、前記第１の非磁性層が前記第２の非磁性層よりも後退していると共に、前記磁性層が前記第１の非磁性層よりも前進している
    ことを特徴とする磁気デバイス。
  6. 前記磁性層が、前記第２の非磁性層よりも後退している
    ことを特徴とする請求項５記載の磁気デバイス。
  7. 前記磁性層が、前記第２の非磁性層よりも前進している
    ことを特徴とする請求項５記載の磁気デバイス。
  8. 断面形状がＵ字型をなす非磁性層と、
    前記非磁性層の内側に埋設された磁極と
    を備えたことを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
  9. 前記磁極がエアベアリング面に近い側から遠い側に向かって延在し、
    前記エアベアリング面に近い側における前記磁極の端面が逆台形形状である
    ことを特徴とする請求項８記載の垂直磁気記録ヘッド。
  10. 前記磁極は、
    シード層と、
    前記シード層上に形成されためっき層と
    を含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の垂直磁気記録ヘッド。
  11. 前記非磁性層は、ＡＬＤ法により形成されたものである
    ことを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の垂直磁気記録ヘッド。
  12. 断面形状がＵ字型をなし、不活性ガスを含まない第１の非磁性層と、
    前記第１の非磁性層の外側に埋設され、不活性ガスを含む第２の非磁性層と、
    前記第１の非磁性層の内側に埋設された磁極と
    を備えたことを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
  13. 断面形状がＵ字型をなす第１の非磁性層と、
    前記第１の非磁性層の外側に埋設された第２の非磁性層と、
    前記第１の非磁性層の内側に埋設された磁極と
    を備え、
    前記第１の非磁性層の断面と交差する方向において、前記第１の非磁性層が前記第２の非磁性層よりも後退していると共に、前記磁極が前記第１の非磁性層よりも前進している
    ことを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
  14. 前記磁極が、前記第２の非磁性層よりも後退している
    ことを特徴とする請求項１３記載の垂直磁気記録ヘッド。
  15. 前記磁極が、前記第２の非磁性層よりも前進している
    ことを特徴とする請求項１３記載の垂直磁気記録ヘッド。
  16. 記録媒体と、請求項８ないし請求項１５のいずれか１項に記載された垂直磁気記録ヘッドと
    を備えたことを特徴とする磁気記録装置。
  17. 前記記録媒体は、前記垂直磁気記録ヘッドに近い側および遠い側にそれぞれ配置される磁化層および軟磁性層を含む
    ことを特徴とする請求項１６記載の磁気記録装置。
  18. 下地上に、開口部を有するレジストパターンを形成する第１の工程と、
    少なくとも前記開口部における前記レジストパターンの内壁を覆うことにより、その開口部を狭めるように第１の非磁性層を形成する第２の工程と、
    少なくとも前記第１の非磁性層が形成された前記開口部を埋め込むように、磁性層を形成する第３の工程と、
    少なくとも前記レジストパターンが露出するまで前記第１の非磁性層および前記磁性層を選択的に除去することにより、前記開口部に磁性層パターンを形成する第４の工程と
    を含むことを特徴とする磁性層パターンの形成方法。
  19. 前記第２の工程において、ＡＬＤ法を使用して前記第１の非磁性層を形成する
    ことを特徴とする請求項１８記載の磁性層パターンの形成方法。
  20. ＡＬＤ法の膜形成温度が前記レジストパターンのガラス転移温度よりも低くなるようにする
    ことを特徴とする請求項１９記載の磁性層パターンの形成方法。
  21. 前記第４の工程において、前記第１の非磁性層および前記磁性層の除去を研磨により行う
    ことを特徴とする請求項１８ないし請求項２０のいずれか１項に記載の磁性層パターンの形成方法。
  22. さらに、
    残存する前記レジストパターンを除去する第５の工程と、
    前記第１の非磁性層および前記磁性層パターンを覆うように第２の非磁性層を形成する第６の工程と、
    少なくとも前記第１の非磁性層および前記磁性層パターンが露出するまで前記第２の非磁性層を選択的に除去する第７の工程と
    を含むことを特徴とする請求項１８ないし請求項２１のいずれか１項に記載の磁性層パターンの形成方法。
  23. 前記第３の工程において、前記第１の非磁性層上にシード層を形成したのち、そのシード層上にめっき層を成長させることにより、前記磁性層を形成する
    ことを特徴とする請求項１８ないし請求項２２のいずれか１項に記載の磁性層パターンの形成方法。
  24. 下地上に、開口部を有するレジストパターンを形成する第１の工程と、
    少なくとも前記開口部における前記レジストパターンの内壁を覆うことにより、その開口部を狭めるように第１の非磁性層を形成する第２の工程と、
    少なくとも前記第１の非磁性層が形成された前記開口部を埋め込むように、磁性層を形成する第３の工程と、
    少なくとも前記レジストパターンが露出するまで前記第１の非磁性層および前記磁性層を選択的に除去することにより、前記開口部に磁極を形成する第４の工程と
    を含むことを特徴とする垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
  25. 前記第２の工程において、ＡＬＤ法を使用して前記第１の非磁性層を形成する
    ことを特徴とする請求項２４記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
  26. ＡＬＤ法の膜形成温度が前記レジストパターンのガラス転移温度よりも低くなるようにする
    ことを特徴とする請求項２５記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
  27. 前記第４の工程において、前記第１の非磁性層および前記磁性層の除去を研磨により行う
    ことを特徴とする請求項２４ないし請求項２６のいずれか１項に記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
  28. さらに、
    残存する前記レジストパターンを除去する第５の工程と、
    前記第１の非磁性層および前記磁極を覆うように第２の非磁性層を形成する第６の工程と、
    少なくとも前記第１の非磁性層および前記磁極が露出するまで前記第２の非磁性層を選択的に除去する第７の工程と
    を含むことを特徴とする請求項２４ないし請求項２７のいずれか１項に記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
  29. 前記第３の工程において、前記第１の非磁性層上にシード層を形成したのち、そのシード層上にめっき層を成長させることにより、前記磁性層を形成する
    ことを特徴とする請求項２４ないし請求項２８のいずれか１項に記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
JP2006316149A 2006-02-22 2006-11-22 磁気デバイス、垂直磁気記録ヘッド、磁気記録装置、磁性層パターンの形成方法および垂直磁気記録ヘッドの製造方法 Withdrawn JP2007257815A (ja)

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