JP2009146519A - 垂直磁気記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

垂直磁気記録ヘッド及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】記録磁界の低下を抑え、かつ効率よくフリンジ磁界を低減することができる垂直磁気記録ヘッドを提供する。
【解決手段】浮上面形状が逆台形形状の主磁極11と、主磁極のトレーリング側に位置するトレーリングシールドと、主磁極のクロストラック方向両側に位置するサイドシールド13とを備える。そして、サイドシールド13のリーディング側端部は、主磁極11のリーディング側端部よりも更にリーディング側に位置し、サイドシールド13の主磁極クロストラック方向中心線に最も近い点が、主磁極11のリーディング側端部よりも更にリーディング側に位置する。このとき、主磁極11のリーディング側端部とサイドシールド13端部との距離Lsと、主磁極11とサイドシールド13間の距離Gsが、Ls>1.5×Gsを満たす。
【選択図】図1

Description

本発明は、隣接トラック消磁を抑えつつ高い記録磁界を得ることが可能な垂直磁気記録ヘッドとその製造方法に関するものである。
HDD(Hard disk drive)の高記録密度化のためには、熱安定性の高い媒体に記録可能な高い磁界強度、高トラック密度記録においても、隣接トラックの記録パターン劣化を引き起こさない磁界分布の実現が不可欠である。しかしながら、一般に上記2点は相反する。すなわち、高磁界を発生するヘッド構造はトラック幅方向への磁界広がりも大きい。一方で、トラック密度の向上に伴い、記録時に生じる隣接トラックのシグナル劣化の問題が顕在化しつつある。これは、隣接トラックへの漏れ磁界(以下、フリンジ磁界という)が記録媒体の磁化反転磁界以下でも、繰り返し記録の結果、隣接トラックの信号品質が劣化する現象である。
最大磁界を維持しつつ、隣接トラックへの磁界漏れを防ぐ手段として、主磁極トラック幅方向側面に磁気シールドを設ける手段が考えられる。特許文献1,2には、イオンミリングにより形成した逆台形形状の主磁極側面に、非磁性膜と軟磁性膜を形成する方法が開示されている。特許文献3には、逆台形形状の主磁極をサイドシールドと自己整合的に形成する手段として、磁性膜に楔形の断面形状を有する溝を形成しその中に、非磁性膜と磁性膜を形成する方法が開示されている。
また磁界強度の増大を目的に、主磁極のダウントラック方向端部において、浮上面垂直方向に浮上面から後退した位置に副磁極を設置する方法が考えられる。例えば特許文献4,5には、主磁極リーディング側に磁性膜を付加する方法が記されている。しかし一般にこれらの方法は、磁界強度が増加するとともに磁界広がりを引き起こし、フリンジ磁界が増大する。従ってトラック密度を増加させることが不可能になり、高記録密度記録を実現することができない。
特開2004−127480号公報 特開2007−35082号公報 特願2007−24120号公報 特開昭60−136015号公報 特開2006−244671号公報
サイドシールドによって隣接トラックへの漏れ磁界を抑制する場合、記録トラックへの磁界が低下してしまう。記録磁界の低下を抑え、かつ効率よくフリンジ磁界を低減し、隣接トラックのシグナル劣化を抑制することが本発明の目的である。
本発明の垂直磁気記録ヘッドは、浮上面形状が逆台形形状の主磁極と、主磁極のトレーリング側に位置するトレーリングシールドと、主磁極のクロストラック方向両側に位置するサイドシールドとを備える。そして、サイドシールドのリーディング側端部は、主磁極のリーディング側端部よりも更にリーディング側に位置する。
より好ましくは、サイドシールドの主磁極クロストラック方向中心線に最も近い点が、主磁極のリーディング側端部よりも更にリーディング側に位置する。このとき、主磁極のリーディング側端部とサイドシールド端部との距離Lsと、主磁極とサイドシールド間の距離Gsが、Ls>1.5×Gsを満たすことが望ましい。主磁極のリーディング側端部に浮上面側先端が浮上面から後退した位置にある副磁極を設ける場合には、主磁極のリーディング側端部とサイドシールド端部との距離Lsが副磁極の膜厚より大きいことが望ましい。
本発明によると、記録トラックへの磁界と磁界勾配を維持しつつ、主磁極リーディング側端部より生じる磁界広がりを低減し、フリンジ磁界を低減することが可能である。これによって記録特性がよく、隣接トラックのシグナル劣化を起こさない磁気記録ヘッドが得られる。
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1(a)は、本発明による磁気ヘッドの一例を示すトラック中心での断面模式図である。この磁気ヘッドは、主磁極11と補助磁極12とを備えた記録ヘッド10と、再生素子21を備えた再生ヘッド20を有する記録再生複合ヘッドである。再生ヘッド20にはCIP−GMR素子、TMR素子、CPP−GMR素子などが用いられ、リーディング側の下部シールド22とトレーリング側の上部シールド23からなる一対の磁気シールド間に配置されている。書き込み機能部は、磁気ディスクに書き込みを行う主磁極11、主磁極のトレーリング側とクロストラック方向側面に所定の間隔だけ離れた位置にあるシールド部13、磁気ディスクからの磁束を返す補助磁極12、主磁極と補助磁極を磁気的に接続するバックギャップ部14、主磁極と補助磁極とバックギャップ部の間にあるコイル15を基本構成とする。
図1(b)は、図1(a)に示した磁気ヘッドの記録機能部を浮上面方向から見た模式図である。主磁極11、シールド13は浮上面に露出している。ここでシールド13の主磁極両側面部分を、主磁極11よりリーディング側まで覆う形状とすることが高い磁界強度をトラック中心に集中させるために重要である。以降、シールド13のリーディング側端周辺部において、クロストラック方向中心線から最も近い点をシールド端部と呼ぶ。また、主磁極リーディング側端部にあってクロストラック方向に平行な直線と、シールド端部との距離Lsをシールド長さと呼ぶ。主磁極11のトレーリング方向端部とシールドとの距離をトレーリングギャップと呼び、主磁極11のクロストラック方向側面とシールド13との距離Gsをサイドギャップと呼ぶ。
以下では本発明の記録ヘッドについて、有限要素法磁界計算で求めた磁界分布を示す。計算に用いた記録ヘッド形状は、主磁極幅60nm、主磁極厚さ120nm、サイドギャップ60nm、トレーリングギャップ35nmである。図2に、磁界計算で求めたヘッド磁界分布の等高線を示す。記録ヘッドの浮上面形状を点線で示した。図2(a)はシールド長さLs=0、図2(b)はLs=120nmの場合である。
Ls=0の場合、主磁極リーディング側端部でクロストラック方向への磁界広がりが生じている。特に4000Oe以上の磁界が、トレーリング側よりもリーディング側で広がっていることが分かる。リーディング側の磁界広がりは、記録媒体円盤の内・外周記録時スライダーに生じるスキューの影響をうけ、記録幅増大の原因となる。一方、図2(b)に示すように、Ls=120nmとした場合には、リーディング側に磁界広がりは見られない。点線で示した記録ヘッドの浮上面形状と照らし合わせると、サイドシールドを主磁極リーディング側に配置した結果であることは明らかである。
図3に、ヘッド磁界のクロストラック方向分布を示す。白抜きの菱形はシールド長さLs=150nmの場合、塗りつぶした菱形はLs=0nmの場合である。シールド端部を主磁極よりリーディング側に配置することで、クロストラック方向80nm以上の領域で磁界が低減していることが分かる。この結果、隣接トラックへの不要な磁界印加が抑制され、隣接トラックの記録信号の劣化を防ぐことができる。さらに注目すべきは、トラック中心の最大磁界の低下は小さいため、目的のトラックには高品質の記録を行うことができる。
この効果は、サイドシールドを主磁極トレーリング側を覆うように配置することで、理想的なシールド構造、すなわち主磁極のリーディング側、クロストラック方向両側面の三方を均一な間隔をもって覆う形状に簡易的に近づけることで得られる。従ってLsをGs程度に大きくすることで、その効果は顕著になる。図4(a),(b)にトラック中心でのヘッド磁界及びトラック中心からクロストラック方向に100nm離れた位置でのヘッド磁界(フリンジ磁界)を、主磁極とクロストラック方向側面シールドとの距離(Gs)でLsを規格化したLs/Gs依存性について示す。図4(a)からわかるように、Lsの増大によるトラック中心磁界の減少は小さく、Ls/Gs=3のとき3%程度の減少である。一方、フリンジ磁界は大きく減少し、特にLs>1.5×Gsとするとフリンジ磁界低減効果が大きいことが分かる。フリンジ磁界の目安として、不可逆反転磁界が挙げられる。不可逆反転磁界とは、ある方向に一様に磁化した媒体に、磁化方向と逆向きの磁界を加えたとき、磁化反転が始まり全体の磁化が減少し始める磁界である。現状一般的に用いられるCoCr系垂直記録媒体では、不可逆反転磁界は3000Oe程度である。この程度の磁界が繰り返し加わると、たとえ媒体の反転磁界がそれ以上に充分大きくとも個々の粒子の磁化反転が始まり、記録パターンは劣化する。従ってLs>1.5×Gsとすれば、隣接トラックのシグナル劣化を防止することができる。
次に、本発明構造の記録ヘッドを製造するプロセスについて述べる。図5は、本発明の磁気ヘッドの主磁極及びシールドの製造方法の一例を示す工程図である。
無機物絶縁膜31の上に、主磁極用の磁性膜32と主磁極とトレーリング側シールドとの磁気的遮断のための非磁性膜33を製膜する(図5(a))。その後、所定のトラック幅に対応したマスク34を形成し、イオンミリングによって磁性膜を掘り込む。このとき、磁性膜の上部より下部の幅が狭い逆台形形状になるようにする(図5(b))。更にこの際に、無機物絶縁膜31を主磁極用磁性膜近辺で深く掘り込むことが望ましい。一般には、無機物絶縁膜はアルミナ、主磁極用磁性膜はCoFe,NiFe,NiCrで構成され、これをArイオンミリングによって加工する製造プロセスが用いられる。しかし一般に、Arイオンミリングによるアルミナのエッチング速度は、上記磁性金属の1/3程度であるため、主磁極用磁性膜の近傍を深く掘り込むことが困難である。そこで主磁極用磁性膜エッチング後に、Ar+CHF3混合ガスによる反応性イオンミリング(RIM)でアルミナのエッチングを行うことが望ましい。フッ素系ガス特にCHF3によるアルミナのエッチング速度はCoFe,NiFe,NiCrなどの磁性金属に対して非常に大きく、条件によっては10倍以上のエッチング速度を得ることも可能である。RIM等を用いたエッチングによって、主磁極近傍の無機絶縁膜をGsの2倍以上に掘り込むことが望ましい。このとき、主磁極の下の無機物絶縁膜を膜面に垂直あるいはそれより大きな角度で掘り込むことが必要である(図5(c))。次に、非磁性サイドギャップ膜35を製膜した後(図5(d))、イオンミリング、リフトオフ工程によって主磁極上部のマスクを除去する(図5(e))。更にメッキ用下地膜36をスパッタリング法で製膜後、シールド用磁性膜37をメッキ法で形成する(図5(f))。
本発明の目的である、最大磁界を低下することなくフリンジ磁界を低減する効果は、サイドシールドのリーディング側端部が主磁極よりリーディング側に位置することで得られる。従ってリーディング端部もしくはその周辺部の構造は問わない。本発明の狙いとする効果を得られるサイドシールドの形状の他の例を図6に示す。
例えばシールド端部は、図6(a)に示すように、クロストラック方向からの距離が等しい辺であってもよい。このようなシールド構造を有するヘッド磁界の、フリンジ磁界のシールド長さ依存性を図7に示す。比較に示した図1(b)に示した構造に比べて効果は小さいものの、有意な効果が得られることがわかる。
また、図6(b)に示すように、シールド端部近傍のみに磁性膜を配置し、主磁極からクロストラック方向遠方に切り欠きを形成してもよい。
図8に、本発明の他の実施例を示す。本実施例では、主磁極41のクロストラック方向側面に配するサイドシールド42と、ダウントラック方向に配するトレーリングシールド43を分離した。このような構造においても、主磁極リーディング側端部周辺をサイドシールドで覆うことで隣接トラックへのフリンジ磁界を低減可能である。
図9に、図8に示した記録ヘッドの製造プロセスを示す。無機物絶縁膜51の上に、主磁極用の磁性膜52とキャップ膜53を製膜する(図9(a))。その後、所定のトラック幅に対応したマスク54を形成し、イオンミリングによって磁性膜を掘り込む。このとき、磁性膜の上部より下部の幅が狭い逆台形形状になるようにする(図9(b))。次に、Ar+CHF3などのフッ素系混合ガスを用いた反応性イオンミリングで、主磁極周辺部の無機物絶縁膜下地膜をエッチングする。このとき、主磁極の下の無機物絶縁膜を膜面に垂直あるいはそれより大きな角度で掘り込むことが必要である(図9(c))。さらに非磁性サイドギャップ膜55(図9(d))とメッキ用下地膜56をスパッタリング法によって製膜し、磁性サイドシールド膜57をメッキ法によって製膜する(図9(e))。その後、CMPによって主磁極トレーリングエッジの面を基準に平坦化する(図9(f))。そして、トレーリングシールドギャップとなる非磁性ギャップ膜58をスパッタリング法で製膜した後、めっき法によって磁性膜59を製膜する(図9(g))。
図10(a)に主磁極リーディング端部側に、副磁極を付加した本発明の記録ヘッド構造の一例を示す。この構造においては、主磁極77と主磁極ヨーク部分76の間に副磁極71が挿入され、その先端が浮上面から後退した位置に存在する。このとき副磁極71の浮上面側端部は、浮上面と平行とする場合(図10(b))、リーディング側に向かって浮上面からの距離が増加するように傾斜している場合(図10(c))が考えられる。また主磁極と副磁極は、10nm程度の非磁性膜で遮断されていてもよい(図10(d))。これらによって主磁極先端部分に磁束を集中させ、高磁界を発生することができる。しかしながら一般に、このような副磁極を追加した構造では、ヘッド最大磁界は増大するものの、磁界の広がりも増大し、トラック密度を向上させることができない。これに対しても本発明のようにサイドシールド端部を主磁極よりリーディング側に配置することで、この磁界広がりを抑制しつつ記録磁界を増大させることが可能である。
以下、この効果を磁界計算で見積もった結果を示す。比較する対象は、副磁極のない従来構造の主磁極と従来構造のサイドシールドを有するヘッド(以下、従来ヘッドという)、副磁極を追加した主磁極と従来構造サイドシールドを有するヘッド(副磁極追加ヘッド)、副磁極を追加した主磁極と図1(b)に示したサイドシールドを有するヘッド(本発明ヘッド)である。
図11に、各ヘッドの最大磁界強度とフリンジ磁界を示す。副磁極追加ヘッドでは、副磁極の追加により最大磁界強度は約15%増大する一方、フリンジ磁界は40%以上増加してしまう。これは、副磁極から生じる磁束が、主磁極先端を介さずに直接浮上面に流出するため、主磁極リーディング端部近傍の磁界が広がってしまうことが原因である。一方、本発明ヘッドにおいては、最大磁界強度が約10%増大する一方、フリンジ磁界の増加は殆どみられない。これは、主磁極リーディング側端部近傍にサイドシールドを配置することで、クロストラック方向への磁界広がりが抑制された結果である。
このような副磁極を設ける場合、サイドシールド長さ(Ls)はサイドシールドギャップの1.5倍以上、且つ副磁極膜厚(tSP)と同等以上にすることが望ましい。図12に最大磁界とフリンジ磁界の、サイドシールド長さ依存性を示す。横軸はサイドシールド長さLsを副磁極膜厚tSPで規格化して示した。最大磁界はLs/tSPの増大とともに緩やかに減少するが、フリンジ磁界はLs/tSP増大とともに大きく減少する。よって、当該構造を有するヘッドは、最大磁界の低下を抑えながら効果的にフリンジ磁界を低減することが可能である。このとき、フリンジ磁界低減効果は、Ls/tSP>1の領域で顕著である。これは浮上面において、サイドシールドが補助磁極膜厚以上の長さリーディング側に存在すると、フリンジ磁界低減効果が大きいことを意味する。これは副磁極全体と浮上面の間をシールドで覆うことで、副磁極から直接浮上面に流出する磁束を遮断できるからである。
現在、一般的に用いられるCoCr系垂直記録媒体においては、フリンジ磁界を3000Oe以下にすることが望ましい。なぜならば、一般的にCoCr系垂直記録媒体の不可逆反転磁界は約3000Oe程度であり、これ以上の磁界が繰り返し印加されると残留磁化は減少し、シグナルが劣化する可能性があるからである。本発明の記録ヘッドはLs/tSP>1とすることで、フリンジ磁界を3000Oe以下にすることが可能であり、トラックピッチ狭小化伴う隣接トラックのシグナル劣化を抑制することができる。
本発明の効果は、サイドシールドのうちリーディング側端部近辺に他の部分より飽和磁化の高い磁性体を用いることでより顕著になる。なぜならば本発明の目的は、トレーリング側に比べ最大磁界への寄与が小さいリーディング側からの磁束を強く吸収することにあるからである。すなわち、最大磁界強度を支配する主磁極トレーリング側端部近辺には飽和磁化の小さな磁性体でシールドを形成し、トラック幅方向への磁界広がりが大きい主磁極リーディング側端部近辺は飽和磁化の大きな磁性体でシールドを形成すると良い。具体的には例えば図5(f)に示したシールド用磁性膜のめっき工程において、多層膜をめっきすることで製造することができる。例えばはじめに、CoFe,CoFeNiなどの飽和磁化の大きな磁性体(1.6〜2.4T)を製膜し、後にNi80Fe20,Ni45Fe55などの比較的飽和磁化の小さい磁性体(1.0〜1.5T)を製膜すればよい。
(a)は本発明による磁気ヘッドのトラック中心での断面模式図、(b)は主磁極近傍の浮上面模式図。 本発明による磁気ヘッドのヘッド磁界分布図。 本発明による磁気ヘッドのヘッド磁界強度の、クロストラック方向分布図。 (a)はLs/Gsとトラック中心の磁界の関係を示した図、(b)はLs/Gsとフリンジ磁界の関係を示した図。 本発明の磁気ヘッドの製造方法の一例を示す工程図。 本発明の磁気ヘッドのサイドシールドの浮上面形状の他の例を示す図。 図6(a)のシールド構造における、フリンジ磁界のシールド長さ依存性を示した図。 本発明の磁気ヘッドにおいて、サイドシールドとトレーリングシールドを磁気的に切断した例の浮上面模式図。 本発明の磁気ヘッドにおいて、サイドシールドとトレーリングシールドを磁気的に切断した構造の製造方法の一例を示す工程図。 主磁極のリーディング側に副磁極を配置した本発明の磁気ヘッドを示す図。 本発明による磁気ヘッドと比較例のヘッドの最大磁界及びフリンジ磁界を示した図。 本発明による磁気ヘッドにおいて、最大磁界及びフリンジ磁界とLs/tSPの関係を示した図。
符号の説明
10 記録ヘッド
11 主磁極
12 補助磁極
13 シールド
14 バックギャップ
15 コイル
16 ヨーク
20 再生ヘッド
21 再生素子
22 下部シールド
23 上部シールド
31 無機絶縁膜
32 主磁極磁性膜
33 ギャップ非磁性膜
34 マスク
35 サイドギャップ非磁性膜
36 非磁性めっき下地膜
37 磁性めっき膜
41 主磁極
42 サイドシールド
43 トレーリングシールド
51 無機絶縁膜
52 主磁極磁性膜
53 キャップ膜
54 マスク
55 非磁性サイドギャップ膜
56 めっき下地膜
57 磁性めっき膜
58 非磁性ギャップ膜
59 めっき磁性膜
60 再生ヘッド
61 再生素子
62 下部シールド
63 上部シールド
70 記録ヘッド
71 副磁極
72 補助磁極
73 シールド
74 バックギャップ
75 コイル
76 ヨーク
77 主磁極

Claims (11)

  1. 浮上面形状が逆台形形状の主磁極と、
    前記主磁極のトレーリング側に位置するトレーリングシールドと、
    前記主磁極のクロストラック方向両側に位置するサイドシールドとを備え、
    前記サイドシールドのリーディング側端部は、前記主磁極のリーディング側端部よりも更にリーディング側に位置することを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
  2. 請求項1に記載の垂直磁気記録ヘッドにおいて、前記サイドシールドの主磁極クロストラック方向中心線に最も近い点が、前記主磁極のリーディング側端部よりも更にリーディング側に位置することを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
  3. 請求項2に記載の垂直磁気記録ヘッドにおいて、前記主磁極のリーディング側端部と前記サイドシールド端部との距離Lsと、前記主磁極と前記サイドシールド間の距離Gsが、Ls>1.5×Gsを満たすことを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
  4. 請求項2に記載の垂直磁気記録ヘッドにおいて、前記主磁極のリーディング側端部に副磁極が設けられ、前記副磁極の浮上面側先端は浮上面から後退した位置にあることを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
  5. 請求項4に記載の垂直磁気記録ヘッドにおいて、前記主磁極のリーディング側端部と前記サイドシールド端部との距離Lsが前記副磁極の膜厚より大きいことを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
  6. 請求項2に記載の垂直磁気記録ヘッドにおいて、浮上面において前記サイドシールドと前記トレーリングシールドが接続されていることを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
  7. 請求項2に記載の垂直磁気記録ヘッドにおいて、浮上面において前記サイドシールドと前記トレーリングシールドが非磁性体で分離されていることを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
  8. 請求項2に記載の垂直磁気記録ヘッドにおいて、前記サイドシールドが異なる複数の磁性体の積層膜で構成され、リーディング側に配置された磁性体の飽和磁化がトレーリング側に配置された磁性体の飽和磁化より高いことを特徴とする垂直磁気記録ヘッド。
  9. 無機物絶縁膜の上に主磁極用磁性膜を製膜する工程と、
    その上に非磁性膜を製膜する工程と、
    その上にトラック幅に対応したマスクを形成する工程と、
    前記マスクを用いたイオンミリングによって前記主磁極用磁性膜を逆台形形状に加工する工程と、
    前記加工された主磁極用磁性膜の下の前記無機絶縁膜を反応性イオンミリングによって膜面に垂直あるいはそれより大きな角度で掘り込む工程と、
    サイドギャップ膜となる非磁性膜を製膜する工程と、
    シールド用磁性膜を形成する工程と
    を有することを特徴とする垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
  10. 請求項9記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法において、
    前記シールド用磁性膜を形成する工程は、
    前記マスクを除去する工程と、
    メッキ下地膜を製膜する工程と、
    メッキ法によってシールド用磁性膜を形成する工程と
    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。
  11. 請求項9記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法において、
    前記シールド用磁性膜を形成する工程は、
    メッキ用下地膜を製膜する工程と、
    メッキ法によってサイドシールド用磁性膜を形成する工程と、
    CMPによって前記主磁極用磁性膜を露出させる工程と、
    非磁性膜を成膜する工程と、
    メッキ法によってトレーリングシールド用磁性膜を形成する工程と
    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。
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