JP2008217901A - 鍍金層幅の測定方法、磁気記録ヘッド、及びその製造方法 - Google Patents

鍍金層幅の測定方法、磁気記録ヘッド、及びその製造方法 Download PDF

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薫 山川
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Abstract

【課題】半導体プロセスで製造される主磁極とストッパ層との境界を明瞭にして主磁極の幅を正確に測定可能とする。
【解決手段】垂直磁気記録ヘッドにおける鍍金層として形成された主磁極72のコア幅方向の両側面に、SiO2、Al23、ダイヤモンドライクカーボン等の第1の無機絶縁層74を介してストッパ層76を形成し、走査型電子顕微鏡により観察した際に、主磁極72とストッパ層76の間に形成した第1の無機絶縁層74を目立たせて、第1の無機絶縁層74の間隔をコア幅Wとして高精度に測定する。
【選択図】 図7

Description

本発明は、垂直磁気記録用磁気ヘッドの製造工程で鍍金層の幅を測定する鍍金層幅の測定方法、磁気記録ヘッド及びその製造方法に関し、特に、主磁極を構成する鍍金層の幅を正確に測定可能とする構造を備えた鍍金層幅の測定方法、磁気記録ヘッド及びその製造方法に関する。
従来、垂直磁気記録方式は、垂直磁気記録ヘッドと、柔磁性体裏打ち層と磁気記録層からなる垂直2層媒体とを用いている。
垂直磁気記録ヘッドは、記録磁界を垂直方向に発生する単磁極体型のヘッドを用いている。単極磁性体型の垂直磁気記録ヘッドは、磁性材料で構成される主磁極と、同じく磁性材料で構成される補助磁極と、主磁極と補助磁極とを媒体対向面の反対側で磁気的に接続する接続部と、接続部に巻かれたコイルとを有する(特許文献1,2)。
また、近年にあっては、単極型の垂直磁気記録ヘッドでは媒体の軟磁性体裏打ち層が厚くなるという問題を解消するため、単磁極型の垂直磁気記録ヘッドのトレーリング側にリターンヨークとして機能するトレーリングシールドを設けた垂直磁気記録ヘッドも実用化されている。
トレーリングシールド付きの垂直磁気記録ヘッドは、垂直方向の磁界だけでなく、水平方向の磁界を導入し、斜め磁界により記録層のスイッチングを容易にし、垂直磁界成分を減らすことで、媒体の軟磁性体裏打ち層を薄くできる。
垂直磁気記録ヘッドの製造方法は、半導体製造プロセスを使用し、リーディング側の再生ヘッド部を形成した後に、垂直磁気記録ヘッド部を形成する。垂直磁気記録ヘッド部の形成は、CoFe等の磁性材料による鍍金層として主磁極を形成した後、化学的機械研磨(CMP)用のストッパ層としてTi等のメタル膜を付着させ、その後にアルミナ膜(Al2O3)等の無機絶縁膜を付着させ、化学的機械研磨(CMP)にて平坦化を行う工程を持つ。
更に、化学的機械研磨(CMP)後のパターン面について、CDタイプの走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を使用して鍍金層で作られた主磁極の幅、即ちコア幅を測長し、規定寸法に対する所定の許容誤差範囲に入っていることを確認する。この場合の主磁極の幅測定は、ウェハー上に形成した多数のヘッドの中のいくつかをサンプルして測定し、許容誤差範囲を外れた場合に、欠陥品として除去する。
特開2006−139839号公報 特開2006−190397号公報
しかしながら、このような従来の主磁極の幅測定にあっては、鍍金層となる主磁極にストッパ層として付着させたメタル膜の境界が走査型電子顕微鏡(SEM)で見た場合に明瞭でないため、メタル膜の幅を含んでコア幅を測長をしてしまう事になり易く、測定誤差が大きいという問題がある。
そのため、コア幅が許容誤差範囲に入っていても、許容誤差範囲を外れていると判断してしまい、製造歩留りに大きく影響するという不具合がある。
本発明は、主磁極とメタル層との境界を明瞭にして主磁極の幅を正確に測定可能とする鍍金層幅の測定方法、磁気記録ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
(測定方法)
本発明は、鍍金層幅の測定方法を提供する。本発明の鍍金層幅の測定方法は、パターニングされた鍍金層の側面に無機絶縁層を形成し、この無機絶縁層の間隔を測定することを特徴とする。
ここで、鍍金層は磁気記録ヘッドの主磁極である。また、無機絶縁層は、SiO2、Al2O3、ダイヤモンドライクカーボンのいずれか一つである。
(磁気記録ヘッド)
本発明は、磁気記録ヘッドを提供する。本発明の磁気記録ヘッドは、
磁性材料で構成される主磁極と、
磁性材料で構成される補助磁極と、
主磁極と補助磁極とを媒体対向面の反対側で磁気的に接続する接続部と、
接続部に巻かれたコイルとを有し、
主磁極がコア幅方向の両側面に無機絶縁層を介してストッパ層を有することを特徴とする。
ここで、無機絶縁層は、SiO2、Al23、ダイヤモンドライクカーボンのいずれかである。
(製造方法)
本発明は磁気記録ヘッドの製造方法を提供する。本発明は、磁性材料で構成される主磁極と、磁性材料で構成される補助磁極と、主磁極と補助磁極とを媒体対向面の反対側で磁気的に接続する接続部と、接続部に巻かれたコイルとを有し、主磁極がコア幅方向の両側面に第1の無機絶縁層を介してストッパ層を有する磁気記録ヘッドの製造方法であって、
基板上にパターニングされた主磁極に第1の無機絶縁層を介してストッパ層を形成する工程と、
主磁極、第1の無機絶縁層及びストッパ層の上に第2の無機絶縁層を形成する工程と、
ストッパ層をストッパ材として前記第2の無機絶縁層を平坦化する工程と
ストッパ層を除去する工程と、
第1の無機絶縁層及び前記主磁極を平坦化する工程と、
を有することを特徴とする。
ここで、第1の無機絶縁層は、SiO2、Al23、ダイヤモンドライクカーボンのいずれかである。また第2の無機絶縁層は、Al23である。
平坦化は化学的機械研磨で行う。ストッパ層の除去は反応性イオンエッチングにより行われる。
本発明によれば、主磁極がコア幅方向の両側面に、SiO2、Al23、ダイヤモンドライクカーボン等の無機絶縁層を介してストッパ層を形成することで、平坦化したパターン面を電子走査型顕微鏡で見て主磁極幅をコア幅として測長する際に、主磁極とメタル層との境界が無機絶縁層の介在で明瞭になり、主磁極幅の測長精度を向上させ、測定誤差に起因した製造歩留りの低下を防止することができる。
図1は本実施形態の垂直磁気記録ヘッドを備えたヘッド構造を示した説明図である。図1(A)において、ヘッド10はハードディスクドライブのヘッドアクチュエータの先端に設けたスライダの端面に装着されており、ヘッド10自体は半導体プロセスを使用して製造されている。ヘッド10には、スライダ側から再生ヘッド部12と垂直磁気記録ヘッド部14が形成されている。
ヘッド10の媒体対向面10−1側には、所定の浮上距離を介して垂直磁気記録媒体16がスピンドルモータにより一定速度で回転しており、垂直磁気記録媒体16は記録層18、軟磁性体で作られた裏打ち層20及びガラス基板22で構成されており、ヘッド10に対し矢印15で示す方向に移動している。
ヘッド10の再生ヘッド部12には、磁性材料で作られたロワーシールド24とアッパーシールド26が設けられ、その間の媒体対向面10−1側に再生素子28を配置している。再生素子28としては巨大磁気抵抗効果(GMR)素子やトンネル効果型磁気抵抗効果(TMR)素子を使用している。
垂直磁気記録ヘッド部14は、CoFe等の強磁性体の磁性材料で構成される主磁極34、主磁極34に一体に設けたNiFeからなる主磁極補助層32、主磁極34の両側に補助磁極として配置されるNiFeからなるリターンヨーク30,40、主磁極34とリターンヨーク30,40とを媒体対向面10−1の反対側で磁気的に接続するNiFeからなる接続部36,38、更に接続部36,38に巻かれたライトコイル44,46で構成されている。
更に、トレーリング側に配置したリターンヨーク40の媒体対向面10−1側には、トレーリングシールド42が、先端を主磁極34に突出させて配置されている。
図1(B)はヘッド10の媒体対向面10−1側を示している。この媒体対向面10−1側には、再生ヘッド部12のロワーシールド24、アッパーシールド26、及びその間の再生素子28の端面側が現れている。
再生ヘッド部12に続いては、トレーリング側に垂直磁気記録ヘッド部14におけるリターンヨーク30,40の間に、主磁極34の先端のコア部端面が現れており、コア部端面に近接してリターンヨーク40側に一体に設けたトレーリングシールド42が配置されている。
図2は図1の主磁極の部分を取り出して先端側から見た説明図であり、主磁極34は図1(A)のライトコイル44,46が位置するほぼ台形の部分から下側に円錐状に絞りこまれて延在し、媒体対向面10−1側に微小幅に絞り込んだコア部50を形成している。
図3は図1の主磁極のコア部分を拡大して示した説明図である。図3(A)は断面図であり、図3(B)が記録媒体側から見た媒体対向面10−1の端面図である。図3から明らかなように、ヘッド10の媒体対向面10−1に露出している主磁極34のコア端面は、トレーリングエッジ52側で幅が広く、リーディングエッジ54側で幅を狭くした構造としている。
本実施形態の図1〜図3に示した垂直磁気記録ヘッド部14は、通常標準的なヘッドとして知られる主磁極、ライトコイル、リターンヨークで構成された単磁極型ヘッドに対し、主磁極のトレーリングエッジに近接して磁気シールド層としてトレーリングシールド42を設けたトレーリングシールド付きヘッドを例にとっている。
通常の単磁極型ヘッドにあっては、主磁極34から発生した磁力線は垂直磁気記録媒体16の軟磁性体でなる裏打ち層20を通り、リターンヨークに環流する閉磁気回路を形成する。この場合の垂直磁気記録媒体16の記録層18に対する記録は、図3(B)に示した主磁極34のトレーリングエッジ52から発生する磁界が行う。
このような単磁極型ヘッドに対し、本実施形態で示しているトレーリングシールド付きの単磁極型ヘッドにあっては、主磁極34のトレーリングエッジ52から発生する記録磁界の一部がトレーリングシールド42に吸収されることにより、磁界分布を急峻化して磁界勾配を増大させることができる。その結果、鋭い媒体の磁化遷移が得られ、高密度記録が可能となる。
また、記録磁界が垂直方向の磁界に加え、トレーリングシールド42に対する水平方向の磁界との合成磁界となって、垂直方向から斜め方向に傾き、これによって、垂直磁化成分を減少させることで、媒体磁化を反転させるスイッチング磁界を実効的に増加させることができる。
このような高密度記録と媒体磁化の反転スイッチング磁界の実効増大を可能とするトレーリングシールド付きの単磁極型ヘッドにあっては、図2に示す主磁極34の先端に設けたコア部50の寸法を高精度に制御する必要がある。
したがって本実施形態の主磁極34の製造工程にあっては、主磁極34が製造できた段階で走査型電子顕微鏡(SEM)を使用してコア幅を測定し、コア幅が規定の誤差許容範囲にあることを確認している。
この垂直磁気記録ヘッドにおける主磁極の製造工程で、コア幅を正確に走査型電子顕微鏡による観察で測長可能とするため、本実施形態にあっては、主磁極の製造工程でパターニングされた主磁極を構成する鍍金層の両側に無機絶縁層を形成し、この無機絶縁層の間隔を走査型電子顕微鏡で測定することで、コア幅を正確に測定できるようにしている。
図1の主磁極34の製造プロセスにあっては、パターニングされた鍍金層で構成される主磁極におけるコア幅方向の両側面に、無機絶縁層を介してストッパ層を形成するようにしている。
このように主磁極を構成する鍍金層とストッパ層との間に、本実施形態により新たに無機絶縁層が配置されることで、従来、主磁極の鍍金層の外側に直接ストッパ層を形成した場合に比べ、主磁極の製造工程が終了した段階で走査型電子顕微鏡(SEM)で観測するコア幅の測定において、主磁極の両側面に形成した無機絶縁層が明確に現れ、無機絶縁層の間隔を測長することで正確に主磁極のコア幅を測長することができる。
ここで、鍍金層で構成された主磁極の両側面に形成する無機絶縁層としては、SiO2,Al23、ダイヤモンドライクカーボン(DLC:ダイヤモンド状炭素膜)のいずれかとする。
本実施形態におけるコア幅を高精度で測長可能とする主磁極の製造方法は、基本的には次の工程から構成されている。
(1)基板上にパターニングされた主磁極に第1の無機絶縁層を介してストッパ層を形成する工程
(2)主磁極、第1の無機絶縁層及びストッパ層の上に、第2無機絶縁層を形成する工程
(3)ストッパ層をストッパ材として第2の無機絶縁層を平坦化する工程
(4)ストッパ層を除去する工程
(5)第1の無機絶縁層及び主磁極を平坦化する工程
からなり、この工程を完了した段階で、走査型電子顕微鏡(SEM)により主磁極のコア幅を測定することになる。
次に、このような本実施形態における主磁極構造を対象とした磁気記録ヘッドの製造方法を、図4,図5,図6を参照して説明すると次のようになる。
図4(A)は図1に示した再生ヘッド部12側の製造工程完了後に最初に行われる垂直磁気記録ヘッド部14の工程であり、基板となる鍍金ベース55上に、レジストパターニングにより図2に示すような主磁極34の形状をパターニングし、このレジストパターニングした状態で露光を行うことで、主磁極34を鍍金形成するための溝64を形成している。
なお図4(A)の溝64の部分は、図2におけるコア部50の媒体対向面10−1側から見た端面部分を示している。
次に図4(B)のポストベークによりレジスト62を所定温度で加熱することで、図4(A)の溝64をテーパ溝66に変形させ、且つエッジを丸み付けする。この場合、図4(A)の溝64の幅で図3(B)に示した主磁極34のリーディングエッジ54の幅を決めていることから、これに対するトレーリングエッジ52の幅を決めるテーパ角θとしては、例えばθ=10°となるようにポストベークの加熱温度と時間を制御する。
68のように約20nm拡大する。
次に図4(C)の工程に進み、選択電解鍍金法を用いて、主磁極を構成するためのCoFeからなる鍍金層70を形成する。
続いて図5(D)の工程に進み、イオンミリングを行う。即ち、図4(C)の鍍金層70を形成したレジスト62に対し、Arイオンを用いたイオンミリングを斜め方向から施すことによって、レジストの除去と鍍金層70のミリングを行って、主磁極72を形作る。
次に図5(E)の工程に進み、主磁極72の外側に第1の無機絶縁層74を形成する。この第1の無機絶縁層としては、例えばアルミナAl23層を形成するアルミナスパッタを行う。このアルミナスパッタにより形成されるAl23層である第1の無機絶縁層74が本実施形態において新たに追加された工程であり、第1の無機絶縁層74を形成することで、主磁極の製造工程が完了した段階でのコア幅の測定精度を高めることができる。
次に図5(F)の工程に進み、第1の無機絶縁層74の外側にストッパ層76として例えばTaキャップ層を形成するTaキャップスパッタを行う。
次に図5(G)の工程に進み、主磁極72を覆うレジストパターニングによりレジスト78を配置する。
次に図5(H)の工程で、レジスト78に対しイオンミリングを施すことによってレジスト78を除去すると同時に、周辺部の鍍金ベース55を除去する。
次に図6(I)の工程に進み、主磁極72を内蔵したストッパ層76の外側全体を覆って、第2の無機絶縁層80として例えばAl23層を形成するアルミナオーバーコートを行う。
次に図6(J)の工程に進み、ストッパ層76をストッパ材として第2の無機絶縁層80を平坦化する平坦化処理を化学的機械研磨(CMP)により行い、図6(I)の突起80−1を除去する。
次に図6(K)の工程に進み、反応性イオンエッジングにより、図6(J)で平坦化して露出しているストッパ層76のトップ部分のTaキャップ層でなるストッパ層76を除去する。この反応性イオンエッジングにあっては、反応性ガスとして例えばCF4ガスを使用した反応性イオンエッジングを行う。
次に図6(L)の工程に進み、図6(K)の主磁極72の外側に形成している第1の無機絶縁層74のトップの湾曲部分を除去する仕上げの平坦化を、化学的機械研磨(CMP)により行う。この2回目のCMPによる平坦化で主磁極72の製造工程が完了する。
続いて図6(M)に示すように、平坦化した主磁極72のトップ面82について、走査型電子顕微鏡(SEM)を使用してコア幅84の測長を行う。
図7は図4(A)〜図6(L)の工程を経て製造された主磁極構造であり、主磁極72の先端側は微小幅のコア幅86が形成されており、この段階でコア幅86のコア幅を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察して測長する。
図7(B)は本実施形態で得られたコア幅86の走査型電子顕微鏡による観測像であり、図7(C)に従来のコア部構造における観測像を示している。
図7(C)の従来構造では主磁極72の両側面に直接ストッパ層76を形成しており、このためストッパ層76と主磁極72の鍍金層との境界が走査型電子顕微鏡の観察像として非常に分かりにくいものとなっている。
これに対し図7(B)の本実施形態の構造にあっては、鍍金層として形成された主磁極72の両側面に第1の無機絶縁層74を形成し、その外側にストッパ層76を形成しているため、無機絶縁層74の介在によって主磁極72の鍍金層との境界が明確に現れ、コア幅Wを正確に測長することができる。
ここで本実施形態の製造プロセスで要求されるコア幅Wは、例えば設計寸法がW=150nmであり、実際の製造プロセスで実現される誤差許容範囲は例えば±10%であり、この誤差許容範囲を外れるコア幅のものについては欠陥品として排除することになる。
このような製造工程における厳密なコア幅Wの寸法精度の管理を、本実施形態における鍍金層で構成される主磁極72の両側面に第1の無機絶縁層74を介してストッパ層76を形成する構造により正確にコア幅Wを測長し、測長誤差をなくすことで、誤って誤差許容範囲に入っているコア幅のものを欠陥品として破棄することにより生ずる製造歩留まりの低下を確実に防止することができる。
図8は本実施形態の製造工程で得られた主磁極構造と従来例を、走査型電子顕微鏡(SEM)で得た観察写真画像として対比して示している。図8(A)の本発明の主磁極構造にあっては、主磁極72とストッパ層76の間に形成した第1の無機絶縁層74が観察画像として明確に現れ、第1の無機絶縁層74の内側の幅としてコア幅を測長することができるため、正確にコア幅を測長できる。
これに対し図8(B)の従来例にあっては、第1の無機絶縁層74がなく、主磁極72の外側に直接ストッパ層76が形成されており、この境界部分は観察画像においては非常に不明確であり、コア幅の測長に誤差を生ずることが分かる。
なお図7(A)の主磁極構造にあっては、コア幅84が許容誤差寸法にあることが確認されると、X−Xの線で下側を除去し、このX−X面を平坦化することで媒体対向面が形成されることになる。
このような本実施形態の主磁極構造の製造が済んだならば、更に図1に示すトレーリング側の構造を半導体プロセスにより製造し、図1に示したように絶縁層48の中に再生ヘッド部12及びトレーリングシールド型の垂直磁気記録ヘッド部14を有するヘッド10を製造する。
なお、上記の実施形態はトレーリングシールド付きの単磁極構造を持つ垂直磁気記録ヘッドを例に取るものであったが、トレーリングシールドを持たない通常の単磁極構造の垂直磁気記録ヘッド、即ち標準的な単磁極ヘッドについても、本発明をそのまま適用することができる。
また上記の実施形態にあっては、主磁極としてCoFeを用いているが、これに限定されず、CoNiFeなどの他の強磁性材料を用いても良い。
また上記の実施形態にあっては、主磁極補助層、リターンヨーク及びシールド層にNiFeを用いているが、これに限定されず、CoNiFeなどの他の強磁性材料を用いても良い。
更に上記の実施形態にあっては、絶縁層としてAl2O3層で形成しているが、これ以外にSiO2などの化学的に安定な絶縁材料を用いても良い。
また上記の実施形態にあっては、主磁極を形成する方法として電解鍍金法を用いているが、電解鍍金法に限定されず、スパッタリング法を用いても良い。
また上記の実施形態にあっては、主磁極のレジスト除去に伴うスリミングにイオンミリング法を用いているが、これに限定されず、反応性イオンエッジングなどを用いても良い。
また本発明は上記の実施形態に記載した条件構成に限定されず、その目的と利点を損なわない範囲で各種の変更が可能である。更に本発明は上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
本実施形態の垂直磁気記録ヘッドを備えたヘッド構造を示した説明図 図1の主磁極の部分を取り出して示した説明図 図1の主磁極のコア部分を拡大して示した説明図 本実施形態の製造方法による垂直磁気記録ヘッドの主磁極の製造工程を示した説明図 図4に続く製造工程の説明図 図5に続く製造工程とコア幅の測長を示した説明図 本実施形態の製造工程で得られた主磁極構造とコア幅の測長を従来例と対比して示した説明図 本実施形態の製造工程で得られた主磁極構造と従来例の走査型電子顕微鏡の観察写真画像を対比して示した説明図
符号の説明
10:ヘッド
12:再生ヘッド部
14:垂直磁気記録ヘッド部
16:垂直磁気記録媒体
18:記録層
20:裏打ち層
22:ガラス基板
24:ロワ―シールド
26:アッパーシールド
28:再生素子
30,40:リターンヨーク
32:主磁極補助層
34:主磁極
36,38:接続部
42:トレーリングシールド
44,46:ライトコイル
48:絶縁層
50:コア部
52:トレーリングエッジ
54:リーディングエッジ
55:鍍金ベース
62,78:レジスト
64:溝
66,68:テーパ溝
70:鍍金層
72:主磁極
74:第1の無機絶縁層
76:ストッパ層
80:第2の無機絶縁層
80−1:突起
82:トップ面
84:コア幅
86:コア部

Claims (10)

  1. 少なくとも磁性材料で構成される主磁極と、コイルとを有し、
    前記主磁極がコア幅方向の両側面に無機絶縁層を介してストッパ層を有することを特徴とする磁気記録ヘッド。
  2. 前記無機絶縁層が、SiO2、Al23、ダイヤモンドライクカーボンのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録ヘッド。
  3. 少なくとも磁性材料で構成される主磁極と、コイルとを有し、前記主磁極がコア幅方向の両側面に第1の無機絶縁層を介してストッパ層を有する磁気記録ヘッドの製造方法であって、
    基板上にパターニングされた主磁極に第1の無機絶縁層を介してストッパ層を形成する工程と、
    前記主磁極、第1の無機絶縁層及びストッパ層の上に第2の無機絶縁層を形成する工程と、
    前記ストッパ層をストッパ材として前記第2の無機絶縁層を平坦化する工程と
    前記ストッパ層を除去する工程と、
    前記第1の無機絶縁層及び前記主磁極を平坦化する工程と、
    を有することを特徴とする磁気記録ヘッドの製造方法。
  4. 前記第1の無機絶縁層が、SiO2、Al23、ダイヤモンドライクカーボンのいずれかであることを特徴とする請求項3に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
  5. 前記第2の無機絶縁層が、Al23であることを特徴とする請求項3又は請求項4のいずれか1項に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
  6. 前記平坦化を化学的機械研磨で行うことを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
  7. 前記ストッパ層の除去が反応性イオンエッチングにより行われることを特徴とする請求項3から請求項6のいずれか1項に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
  8. パターニングされた鍍金層の側面に無機絶縁層を形成し、
    前記無機絶縁層の間隔を測定することを特徴とする鍍金層幅の測定方法。
  9. 前記鍍金層が磁気記録ヘッドの主磁極であることを特徴とする請求項8に記載の鍍金層幅の測定方法。
  10. 前記無機絶縁層が、SiO2、Al23、ダイヤモンドライクカーボンのいずれか一つであることを特徴とする請求項8又は請求項9のいずれか1項に記載の鍍金層幅の測定方法。
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