JP2008210481A - 磁気記録装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主磁極の高さの精度向上が図られた磁気記録装置の製造方法を提供する。
【解決手段】磁気記録装置の製造方法は、（ａ）下地層の上方に、下地層から突き出した形状を有し、磁気記録装置のヘッドの磁極となる磁性層を形成する工程と、（ｂ）磁性層の少なくとも頂部の上に、ストッパ層を形成する工程と、（ｃ）頂部上にストッパ層が形成された磁性層を覆うように、下地層の上方に絶縁層を形成する工程と、（ｄ）頂部上のストッパ層が露出するまで、絶縁層を研磨する工程と、（ｅ）露出した頂部上のストッパ層を除去する工程と、（ｆ）絶縁層上に、磁性層と同等な研磨レートを有する材料で犠牲層を形成する工程と、（ｇ）犠牲層及び磁性層を同時に研磨する工程とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気記録装置の製造方法に関し、特に、垂直磁化を用いる磁気記録装置の製造方法に関する。

パーソナルコンピュータ等の記録装置として、ハードディスク磁気記録装置が用いられている。動画や音楽等大容量のデータを記録する要求が大きくなり、記録密度の向上が求められている。ハードディスク磁気記録装置の記録密度向上のため、従来の水平記録方式より密度向上に優れる垂直記録方式の実用化が進められている。

ハードディスク上の記録ビットの微細化に対応するために、書込みヘッドの主磁極の微細化が進められている。主磁極の端面形状が記録精度に大きく影響を及ぼすため、高精度な磁極形成技術が求められている。

図７を参照して、特許文献１が開示する主磁極の製造方法について説明する。読出しヘッドを形成した基板２００の上に、主磁極となる磁性層２０１が形成される。磁性層２０１を覆って、基板上に絶縁層２０２が形成される。磁性層２０１の近傍の絶縁層２０２上に、ストッパ層２０３が形成される。さらに、ストッパ層２０３と絶縁層２０２とを覆って、絶縁層２０４が形成される。ストッパ層２０３の高さまで、絶縁層２０４、絶縁層２０２、及び磁性層２０１が化学機械研磨（ＣＭＰ）される。特許文献１には、このようにして、主磁極（磁性層２０１）の高さをストッパ層２０３の高さに制御する技術が提案されている。

特開２００５−３８５７６号公報

主磁極の高さを精度良く制御する様々な技術が望まれる。

本発明の一目的は、主磁極の高さの精度向上が図られた磁気記録装置の製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ａ）下地層の上方に、該下地層から突き出した形状を有し、磁気記録装置のヘッドの磁極となる磁性層を形成する工程と、（ｂ）前記磁性層の少なくとも頂部の上に、ストッパ層を形成する工程と、（ｃ）前記頂部上に前記ストッパ層が形成された前記磁性層を覆うように、前記下地層の上方に絶縁層を形成する工程と、（ｄ）前記頂部上の前記ストッパ層が露出するまで、前記絶縁層を研磨する工程と、（ｅ）露出した前記頂部上の前記ストッパ層を除去する工程と、（ｆ）前記絶縁層上に、前記磁性層と同等な研磨レートを有する材料で犠牲層を形成する工程と、（ｇ）前記犠牲層及び前記磁性層を同時に研磨する工程とを有する磁気記録装置の製造方法が提供される。

犠牲層と磁性層とを同時に研磨することにより、犠牲層なしで磁性層を研磨する場合に比べて、磁性層の高さ精度向上を図ることができる。また、犠牲層なしで磁性層を研磨する場合に比べて、研磨後の面の平坦性向上も図ることができる。

まず、図５を参照して、ハードディスク磁気記録装置の構成例を概略的に説明する。ハードディスク磁気記録装置１００は、ハードディスク１０１の上に、書込み/読出しヘッド１０２を備えたアーム１０３を有する。ハードディスク１０１が回転するとともに、書込み／読出しヘッド１０２がトラックに連続的に磁気記録を行う。トラックの選択は、アーム１０３をディスク半径方向に移動させることによって行われる。

図６は、書込み／読出しヘッド１０２の構造を概略的に示す断面図である。セラミック層等を含む基板１の上方に、下部シールド層５が形成される。下部シールド層５の上に、磁気読出し素子６を埋め込んだ絶縁層４が形成され、絶縁層４の上に、上部シールド層７が形成される。

下部シールド層５、磁気読出し素子６、絶縁層４、及び、上部シールド層７を含んで、読出しヘッド８が構成される。読出しヘッド８の製造方法として、公知の適当な方法を用いることができる。下部シールド層５、磁気読出し素子６、絶縁層４、及び、上部シールド層７を、例えば、めっきやスパッタリング等の成膜技術や、各種パタニング技術等を用いて形成することができる。

上部シールド層７の上方に、絶縁層９が形成され、絶縁層９の上方に、主磁極１２が形成されている。主磁極１２の上方に、コイル１５を埋め込んだ絶縁層１１が形成され、絶縁層１１を埋め込むように、リターンヨーク１４が形成されている。リターンヨーク１４は、補助的磁路を形成する。主磁極１２とリターンヨーク１４とに沿って、磁気閉回路が形成される。主磁極１２側の磁極端とリターンヨーク１４側の磁極端との間に、ギャップ層１３が形成されている。

主磁極１２、コイル１５、絶縁層１１、リターンヨーク１４、及び、ギャップ層１３を含んで、書込みヘッド１０が構成される。書込みヘッド１０の製造方法として、主磁極１２の製造工程以外の工程について、公知の適当な方法を用いることができる。実施例による主磁極１２の製造方法について後述する。コイル１５、絶縁層１１、リターンヨーク１４、及び、ギャップ層１３を、例えば、めっきやスパッタリング等の成膜技術や、各種パタニング技術等を用いて形成することができる。

読出しヘッド８の磁気読出し素子６、及び、書込みヘッド１０の主磁極１２の磁極端と向き合うように、ハードディスク１０１が配置される。ハードディスク１０１は、基板１１０の上に軟磁性の裏打ち層１１１が形成され、裏打ち層１１１の上に記録層１１２が形成されているものである。主磁極１２から発する磁界が、記録層１１２に記録を行う。

図１（Ａ）〜図３（Ｅ）は、ハードディスクに対向する書込みヘッドの端面に対応する概略断面図である。まず、図１（Ａ）〜図３（Ａ）を参照して、比較例による主磁極の製造方法について説明する。

読出しヘッドを構成する各層が形成され、主磁極形成の下地となる下地層が形成されたワークが準備されている。なお、１つのワークとなるウエハの面内に、多数の主磁極が作製される。１つの主磁極を代表として説明を続ける。

図１（Ａ）に示すように、下地層２０の表面に、例えばルテニウムをスパッタリングすることにより、めっきシード層２２を形成する。下地層２０は、例えばアルミナである。

次に、図１（Ｂ）に示すように、めっきシード層２２の上にレジスト層を形成する。主磁極の平面パタンに合わせて開口２４ａが形成されるように、フォトリソグラフィでレジスト層をパタニングすることにより、レジストパタン２４を形成する。主磁極の端面形状を、下から上に向かって幅が広がる逆台形状とするために、開口２４ａの側面は、上側が幅広となるテーパを有する。

なお、主磁極形状を逆台形状とすることにより、サイドイレーズと呼ばれる、意図しないデータの書込み（必要なデータの消去）の発生を抑制することができる。なお、サイドイレーズの抑制について、例えば、特開２００４−９４９９７号公報に説明されている。

次に、図１（Ｃ）に示すように、めっきシード層２２を給電層とする電解めっきにより、レジストパタン２４の開口２４ａ内に、主磁極となる磁性層２６を形成する。磁性層２６は、例えば厚さ０．３μｍである。磁性層２６の上面は、やや丸みを帯びて形成される。

磁性層２６は、軟磁気特性に優れるとともに、高密度記録を可能とするため高飽和磁束密度を備える磁性材料によって形成する。軟磁気特性にすぐれる磁性材料としては、例えばＮｉＦｅ系の磁性材料があり、高飽和密度を備える磁気材料としては、例えばＦｅＣｏ系の磁性材料がある。例えば、ＦｅＣｏやＦｅ_９０Ｎｉを用いることができる。

次に、図１（Ｄ）に示すように、レジストパタン２４を除去すると、シード層２２が露出する。次に、図１（Ｅ）に示すように、めっきシード層２２の上に、磁性層２６を覆ってストッパ層３０を形成する。ストッパ層３０は、例えば、タンタル（Ｔａ）を厚さ５０ｎｍ程度スパッタリングすることにより形成する。

次に、図２（Ａ）に示すように、ストッパ層３０の上にレジスト層を形成し、フォトリソグラフィでレジスト層をパタニングすることにより、磁性層２６に対応する突出部とその近傍を覆うレジストパタン３２を形成する。

次に、図２（Ｂ）に示すように、レジストパタン３２で磁性層２６を被覆した状態でイオンミリングを施すことにより、ストッパ層３０及びめっきシード層２２の不要部分を除去する。その後、レジストパタン３２を除去する。

次に、図２（Ｃ）に示すように、ストッパ層３０で覆われた磁性層２６を覆って、下地層２０の上に、電気的絶縁性材からなり、ストッパ層３０よりも研磨レートの高い（研磨されやすい）絶縁層４０を形成する。絶縁層４０は、例えば、アルミナをスパッタリングして形成する。磁性層２６は、下地層２０から突出するように設けられているから、絶縁層４０によりワークの表面を被覆すると、磁性層２６が形成されている部位が上方に突出する。

次に、図２（Ｄ）に示すように、絶縁層４０を化学機械研磨（ＣＭＰ）により除去する（第１のＣＭＰ工程）。磁性層２６の頂部上に形成されたストッパ層３０が露出するまで、絶縁層４０を研磨する。

次に、図３（Ａ）に示すように、ストッパ層３０の露出部分を除去する。これにより、磁性層２６の上面が露出する。ストッパ層３０は、例えば、反応性ガスを用いたプラズマエッチングにより除去することができる。

比較例では、次に、ＣＭＰにより、絶縁層４０と磁性層２６とを研磨する（第２のＣＭＰ工程）。第２のＣＭＰ工程により、磁性層２６の上面を平坦にする。磁性層２６の上面が所望の高さとなるまで、研磨が行われる。このようにして、比較例による主磁極が製造される。

第１のＣＭＰ工程では、ストッパ層３０に保護されて、磁性層２６の頂部が削られない。磁性層２６上面のストッパ層３０を除去した後に、第２のＣＭＰ工程で仕上げ研磨を行うことにより、ストッパ層３０を用いない場合に比べると、主磁極の高さを制御しやすい。

絶縁層４０の表面を平坦化する研磨工程の際に、磁性層２６が研磨されないように保護していることは、研磨加工作業を効率的にかつ容易に行うことを可能にし、ワークの表面全体としての研磨量のばらつきを抑えることを可能にするという利点がある。

そして、磁性層２６の頂部を被覆するストッパ層３０を除去した後に仕上げ研磨する場合には、絶縁層４０の表面と磁性層２６の表面とが、ほぼ平坦面にまで研磨されている状態から所定の膜厚にまで研磨するから、仕上げ研磨での研磨量はわずかであり、またワークの表面全体がほぼ平坦面となっている状態から仕上げ位置まで研磨するから、高精度に研磨することができる。

１つのウエハ面内に、多数の主磁極が作製されるが、比較例の製造方法では、主磁極の高さにばらつきが生じやすいことがわかった。この原因は、以下のようなものであると考えられる。

第１のＣＭＰ工程（図２（Ｄ）参照）で、絶縁層４０のうち、突出部分より低い部分も、ＣＭＰにより削られる。磁性層２６及び絶縁層４０の膜厚は、ウエハ面内でばらついている。さらに、第１のＣＭＰ工程で絶縁層４０の研磨レートにウエハ面内ばらつきが生じるため、磁性層２６頂部上のストッパ層３０をウエハ全面にわたって完全に露出させるためには、磁性層２６近傍の絶縁層４０の上面が、磁性層２６の頂部よりもやや低くなる領域が必然的に発生する。すなわち、第１のＣＭＰ工程終了時に、磁性層２６近傍の絶縁層４０の上面に対する磁性層２６の頂部の突き出し高さＤが、ウエハ面内で不均一な状態となっている。

第１のＣＭＰ工程で、磁性層２６上面は、ストッパ層３０の保護により研磨されないため、突き出し量Ｄは、主として研磨後の絶縁層４０の膜厚によって決まる。突き出し量Ｄは、磁性層２６近傍の絶縁層４０膜厚の厚い部分では小さく、薄い部分では大きい。

第２のＣＭＰ工程で、磁性層２６の突き出した頂部が削られる。この研磨レートが、突き出し量Ｄに応じて変化する。突き出し量Ｄの多い磁性層２６ほど多く研磨され、突き出し量Ｄの少ない磁性層２６ほど少なく研磨される。突き出し量Ｄのばらつきに起因して、主磁極の高さにばらつきが生じることとなる。

次に、高さのばらつきが抑制された、実施例による主磁極の製造方法について説明する。磁性層２６の頂部上のストッパ層３０を除去する工程（図３（Ａ）参照）までは、比較例による製造工程と同様である。さらに、図３（Ｂ）〜図３（Ｅ）を参照して、以後の工程について説明する。

磁性層２６の頂部上のストッパ層３０を除去した後、図３（Ｂ）に示すように、絶縁層４０及び磁性層２６の上にレジスト層を形成する。フォトリソグラフィでレジスト層をパタニングすることにより、磁性層２６の上面と、その近傍の絶縁層４０とを覆うレジストパタン５０を形成する。

次に、図３（Ｃ）に示すように、絶縁層４０の上に、犠牲層６０をスパッタリングで形成する。犠牲層６０は、例えば、磁性層２６と同一の材料（例えば、ＦｅＣｏやＦｅ_９０Ｎｉを用いることができる。）で形成される。

犠牲層６０は、犠牲層６０の上面が、磁性層２６の頂部よりも高くなる厚さで形成されていることが好ましい。すなわち、犠牲層６０の厚さは、磁性層２６の頂部上面の突き出し量Ｄよりも厚いことが好ましい。

次に、図３（Ｄ）に示すように、リフトオフにより、レジストパタン５０及びその上の犠牲層６０を除去する。これにより、磁性層２６の頂部上面が露出し、磁性層２６の頂部の周りに犠牲層６０が残る。

次に、図３（Ｅ）に示すように、ＣＭＰにより、犠牲層６０と磁性層２６とを同時に研磨する（第２のＣＭＰ工程）。なお、犠牲層６０が除去されてその下の絶縁層４０が露出したら、さらに、絶縁層４０と磁性層２６とが研磨される。磁性層２６の上面が、平坦にされる。磁性層２６の頂部上面が所望の高さとなるまで、研磨が行われる。例えば、磁性層２６の厚さが０．２５μｍとなるまで研磨が行われる。このようにして、実施例による主磁極が製造される。

次に、図４を参照して、比較例に対する実施例の改善効果について説明する。図４の表に、比較例及び実施例について、ウエハ面内レンジにおける主磁極高さのばらつきの平均値及び最大値を示す。

犠牲層を設けずに第２のＣＭＰ工程を行った比較例では、主磁極高さのばらつきのレンジ平均及び最大値が、それぞれ５２ｎｍ及び７４ｎｍであった。犠牲層を設けて第２のＣＭＰ工程を行った実施例では、主磁極高さのばらつきのレンジ平均及び最大値が、それぞれ３０ｎｍ及び４５ｎｍに低減した。比較例に対する実施例の改善効果は、レンジ平均について４２％となり、最大値について３９％となった。このように、実施例の製造方法により、主磁極の高さを精度良く制御できることがわかった。

実施例による第２のＣＭＰ工程では、犠牲層と磁性層の頂部とが同時に研磨される。犠牲層とともに磁性層を研磨することにより、磁性層の突き出し量に依存する研磨レートのばらつきが緩和され、高さ精度が向上する。

犠牲層６０と磁性層２６とを同一の材料で形成することにより、両者の研磨レートが等しくなる。このため、研磨された面の平坦性を高めることが容易となる。なお、犠牲層６０の材料は、磁性層２６と同一の材料に制限されない。研磨レートが磁性層２６と同等な材料であれば用いることができる。例えば、磁性層と組成比を適当に異ならせた材料を用いることができる。例えば、ＮｉＦｅ（Ｎｉ、Ｆｅとも５０％のパーマロイ）を用いることができる。なお、磁性層の研磨レートに対して、犠牲層の研磨レートの差が５％以内であれば同等と考えてよい。

実施例の方法で作製した主磁極を含む構造体の特徴について説明する（図３（Ｅ）参照）。下地層２０上方に、下地層２０から突き出した形状を有する磁性層２６（主磁極）が形成されている。磁性層２６は、下方ほど幅が狭い。

また、下地層２０の上に、磁性層２６、ストッパ層３０及び絶縁層４０が共通の表面をなすように形成されている。前述した逆台形形状を呈する磁性層２６の両側面に薄いストッパ層３０が形成され、さらにストッパ層３０の外側は絶縁層４０で充たされている。磁性層２６と絶縁層４０とが形成する共通の表面が平坦化されている。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

以下、本発明の特徴を付記する。
（付記１）
（ａ）下地層の上方に、該下地層から突き出した形状を有し、磁気記録装置のヘッドの磁極となる磁性層を形成する工程と、
（ｂ）前記磁性層の少なくとも頂部の上に、ストッパ層を形成する工程と、
（ｃ）前記頂部上に前記ストッパ層が形成された前記磁性層を覆うように、前記下地層の上方に絶縁層を形成する工程と、
（ｄ）前記頂部上の前記ストッパ層が露出するまで、前記絶縁層を研磨する工程と、
（ｅ）露出した前記頂部上の前記ストッパ層を除去する工程と、
（ｆ）前記絶縁層上に、前記磁性層と同等な研磨レートを有する材料で犠牲層を形成する工程と、
（ｇ）前記犠牲層及び前記磁性層を同時に研磨する工程と
を有する磁気記録装置の製造方法。
（付記２）
前記工程（ｆ）は、前記犠牲層を、該犠牲層の上面が前記磁性層の頂部よりも高くなる厚さで形成する付記１に記載の磁気記録装置の製造方法。
（付記３）
前記工程（ｆ）は、前記犠牲層を、前記磁性層と同一の材料で形成する付記１または２に記載の磁気記録装置の製造方法。
（付記４）
前記工程（ｆ）で、前記磁性層の頂部上方にも前記犠牲層が形成され、前記工程（ｇ）の前に、（ｈ）前記磁性層の頂部上方に形成された前記犠牲層を除去する工程を有する付記１〜３のいずれか１つに記載の磁気記録装置の製造方法。
（付記５）
前記工程（ａ）は、前記磁性層を、下方ほど幅が狭い形状に形成する付記１〜４のいずれか１つに記載の磁気記録装置の製造方法。
（付記６）
下地層と、
前記下地層の上方に形成され、該下地層から突き出した形状を有し、磁気記録装置のヘッドの磁極となる磁性層と、
前記磁性層外側の前記下地層の上方に形成され、前記磁性層と共通表面を形成する絶縁層と、
前記磁性層と前記絶縁層との間に介在するストッパ層と
を有し、前記共通表面が平坦化されている磁気記録装置。
（付記７）
前記絶縁層は、前記ストッパ層よりも化学機械研磨の研磨レートが高い付記６に記載の磁気記録装置。
（付記８）
前記磁性層は、下方ほど幅が狭い付記６または７に記載の磁気記録装置。

図１（Ａ）〜図１（Ｅ）は、実施例及び比較例による主磁極の製造工程を示す概略断面図である。 図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、実施例及び比較例による主磁極の製造工程を示す概略断面図である。 図３（Ａ）は、実施例及び比較例による主磁極の製造工程を示す概略断面図であり、図３（Ｂ）〜図３（Ｅ）は、実施例による主磁極の製造工程を示す概略断面図である。 図４は、比較例と実施例の主磁極の高さのばらつきを測定した結果をまとめた表である。 図５は、ハードディスク磁気記録装置の構成例を示す概略図である。 図６は、書込み／読出しヘッドの構造例を示す概略断面図である。 図７は、従来技術による主磁極の製造方法について説明するための概略断面図である。

符号の説明

２０ 下地層
２２ めっきシード層
２４ レジストパタン
２４ａ 開口
２６ 磁性層
３０ ストッパ層
３２ レジストパタン
４０ 絶縁層
５０ レジストパタン
６０ 犠牲層
１００ ハードディスク磁気記録装置
１０１ ハードディスク
１０２ 書込み／読出しヘッド
１０３ アーム
１ 基板
４、９、１１ 絶縁層
５ 下部シールド層
６ 磁気読出し素子
７ 上部シールド層
８ 読出しヘッド
１０ 書込みヘッド
１２ 主磁極
１３ ギャップ層
１４ リターンヨーク
１５ コイル
１１０ 基板
１１１ 裏打ち層
１１２ 記録層

Claims (5)

1. （ａ）下地層の上方に、該下地層から突き出した形状を有し、磁気記録装置のヘッドの磁極となる磁性層を形成する工程と、
   （ｂ）前記磁性層の少なくとも頂部の上に、ストッパ層を形成する工程と、
   （ｃ）前記頂部上に前記ストッパ層が形成された前記磁性層を覆うように、前記下地層の上方に絶縁層を形成する工程と、
   （ｄ）前記頂部上の前記ストッパ層が露出するまで、前記絶縁層を研磨する工程と、
   （ｅ）露出した前記頂部上の前記ストッパ層を除去する工程と、
   （ｆ）前記絶縁層上に、前記磁性層と同等な研磨レートを有する材料で犠牲層を形成する工程と、
   （ｇ）前記犠牲層及び前記磁性層を同時に研磨する工程と
   を有する磁気記録装置の製造方法。
2. 前記工程（ｆ）は、前記犠牲層を、該犠牲層の上面が前記磁性層の頂部よりも高くなる厚さで形成する請求項１に記載の磁気記録装置の製造方法。
3. 前記工程（ｆ）は、前記犠牲層を、前記磁性層と同一の材料で形成する請求項１または２に記載の磁気記録装置の製造方法。
4. 前記工程（ｆ）で、前記磁性層の頂部上方にも前記犠牲層が形成され、前記工程（ｇ）の前に、（ｈ）前記磁性層の頂部上方に形成された前記犠牲層を除去する工程を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気記録装置の製造方法。
5. 前記工程（ａ）は、前記磁性層を、下方ほど幅が狭い形状に形成する請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気記録装置の製造方法。

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