JP2009238335A - 磁気記録ヘッドのモニター素子および磁気記録ヘッド製造方法 - Google Patents

磁気記録ヘッドのモニター素子および磁気記録ヘッド製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】非破壊で磁極形状を知ることが可能な磁気記録ヘッドのモニター素子を提供する。
【解決手段】開示の磁気記録ヘッドのモニター素子30は、磁気記録ヘッドの素子用磁極10が形成される磁気記録ヘッド用ワーク上に形成され、素子用磁極10と同一材料で同一形状に形成されるモニター用磁極32と、該モニター用磁極32に電気的に接続するモニター用端子34a〜34dとを備えることを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は磁気記録ヘッドのモニター素子および磁気記録ヘッド製造方法に関する。
垂直磁気ヘッドのライト磁極の形状は、浮上面から見た場合、逆台形状または逆三角形状が一般的である(特許文献1等)。
この磁極形状(浮上面形状)は磁気ヘッドのライト性能に影響を与えるため、ライト磁極の形成を行うウェーハプロセスにおいて形状管理が必要である。しかし、一般的に行われているウェーハ上面からの磁極幅(磁極断面の上面幅)測定では、逆台形または逆三角形となっている磁極断面形状の詳細を知ることはできない。
このため、ライト磁極の形成を行うウェーハプロセスでは、磁極形状を確認する手段として、浮上面となる位置をFIB(Focused Ion Beam)等で加工して観察断面を形成し、その断面をSEMで観察を行うことで磁極形状の評価を行っている(図7)。
特開2005−108348
しかしながら、上述の方法では、観察断面の加工、観察に時間を要し、処理能力の制限から観察点数を多く設けることが難しい。そのため、多点測定によるウェハー内の形状ばらつき傾向把握を定常的に実施することが困難である。
また、観察に使用した素子は破壊されるので製品として使用できない。よって、その分、良品数が減少してしまう等の課題があった。
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、その目的とするところは、非破壊で磁極形状を知ることが可能な磁気記録ヘッドのモニター素子および磁気記録ヘッド製造方法を提供するにある。
開示の磁気記録ヘッドのモニター素子は、磁気記録ヘッドの素子用磁極が形成される磁気記録ヘッド用ワーク上に形成され、前記素子用磁極と同一材料で同一形状に形成されるモニター用磁極と、該モニター用磁極に電気的に接続するモニター用端子とを備えることを特徴とする。
前記モニター用端子を前記モニター用磁極と同一材料で形成するとよい。
また、少なくとも磁極とコイルとを備えた磁気記録ヘッドであって、前記磁極は、電気的に接続された非磁性のモニター用端子を備えることを特徴とする。
また、開示の磁気記録ヘッドの製造方法は、磁極を形成後に、研磨加工により前記磁極の断面を含む浮上面を形成する磁気記録ヘッド製造方法であって、研磨加工前に前記磁極の抵抗を測定する工程と、前記磁極の上辺の幅を測定する工程と、前記磁極の上辺の幅と抵抗を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする。
また開示の磁気記録ヘッドの製造方法は、磁極を形成後に、研磨加工により前記磁極の断面を含む浮上面を形成する磁気記録ヘッド製造方法であって、研磨加工前に前記磁極の抵抗を測定する工程と、前記磁極の上辺の幅を測定する工程と、前記磁極の膜厚を測定する工程と、前記磁極の上辺の幅と抵抗と膜厚を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする。
前記膜厚の測定に光学式膜厚測定方法を用いることができる。
また、開示の磁極形状測定方法は、磁気記録ヘッドの磁極形状測定方法において、磁極の抵抗を測定する工程と、磁極の上辺の幅を測定する工程と、前記磁極の上辺の幅と抵抗を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする。
さらに、開示の磁極形状測定方法は、磁気記録ヘッドの磁極形状測定方法において、磁極の抵抗を測定する工程と、磁極の上辺の幅を測定する工程と、磁極の膜厚を測定する工程と、前記磁極の上辺の幅と抵抗と膜厚を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする。
開示の磁気記録ヘッドのモニター素子および磁気記録ヘッド製造方法によれば、非破壊で容易に磁極形状を知ることが可能である。専用モニター素子を多く作製することで、または、製品素子に配線構造を付加することで、容易にかつ比較的短時間で数多くの測定が可能となり、製造工程へのフィードバックを正確に行え、製品の磁極形状を安定化することができる。また、一般に磁極材料は腐食しやすい材料が使用されるが、腐食が発生した場合、磁極の抵抗が変化するため、本実施の形態により腐食の発生についても検知が可能となり製品の品質が向上する。
以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、垂直磁気記録型の薄膜磁気ヘッドの構成の一例を示す断面図である。
この薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドとして主磁極10、トレーリングシールド13、リターンヨーク14および記録用コイル16を備え、再生ヘッドとして、MR素子20、上部シールド22および下部シールド24を備える。なお、11はめっきベース金属層であり、符号Aは主磁極10における書き込み先端部を示す。
上部シールド22と主磁極10との間にはアルミナからなる絶縁層26が設けられ、主磁極10とコイル16との間、コイル16とリターンヨーク14との間、MR素子20と上部シールド22および下部シールド24との間もアルミナ等からなる絶縁層が設けられている。
上記薄膜磁気ヘッドは、Al2O3-TiC基板上に、シールド層22,24やMR素子20、主磁極10、コイル14、リターンヨーク16等を、順次、積層するように成膜し、次いでヘッド素子が複数連なったローバーとして切り出し、このローバーの露出した積層面を研磨して、磁極の断面(逆三角形あるいは逆台形)を含む浮上面を形成し、さらに個別のヘッド片に分断することによって形成される。
本実施の形態では、主磁極10を積層して形成する際に、図2に示すようなモニター素子30を主磁極10と同時に、磁気記録ヘッドワーク(基板)上の製品となる部位以外の個所に適宜複数個作成する。
このモニター素子30は、磁気記録ヘッドの素子用磁極(主磁極10)と同一材料で同一形状に形成されるモニター用磁極32(図2の直線状部分)と、該モニター用磁極32に電気的に接続する4つのモニター用端子34a、34b、34c、34dとを備える。
モニター用端子34a、34b、34c、34dは、引出線36によってモニター用磁極32に電気的に接続されている。
モニター用端子34a、34b、34c、34dおよび引き出し線36も、主磁極10を形成する際に、主磁極10と同じ材料により主磁極10と同時に作り込むようにすればよい。
4つのモニター用端子34a、34b、34c、34dは、モニター用磁極32を挟んで(介して)、モニター用端子34a、34b、およびモニター用端子34c、34dの二端子ずつが互いに反対側に位置するように配置されている。
モニター用端子34a、34b、34c、34dの大きさは、測定用のプローブ(図示せず)の先端を当接させることができるだけの十分な大きさとする。
なお、四端子でなく、二端子のモニター用端子を主磁極を挟んで互いに反対側に位置するように配置してもよい(図示せず)。
断面が逆三角形状の主磁極10の場合、この逆三角形状が所望形状に形成されているか否かを計測するには次の方法による。
まず、図2のようにモニター用素子30を作り込んだ段階、すなわち、各膜の積層工程終了後で、浮上面を研磨加工して形成する前に、モニター用素子30のモニター用磁極32の上辺の幅Wとモニター用磁極32の部位における電気抵抗Rを測定する。
モニター用磁極32は上面に露出しているから、その幅Wおよび長さLは容易に測定できる。また、モニター用磁極32の電気抵抗は四端子法によって容易に測定できる。モニター用磁極32の断面積はモニター用端子34a、34b、34c、34dや引出線36のそれに比して極めて小さく、モニター用磁極や引出線の抵抗値は無視できるので、四端子法によって計測される抵抗値はモニター用磁極32の抵抗値とみなし得る。
断面逆三角形状の場合、R =ρL/S、S =WH/2であるから、
磁極の高さH、および角θ(図3)は次式により容易に計算できる。
H = 2ρL/WR
θ= tan-1(2H/W)
ρ:磁極材料の抵抗率 (固定値)
L :モニター素子の磁極部の長さ (固定値)
R :モニター素子の抵抗 (測定値)
W :磁極上面の幅 (測定値)
H :磁極高さ (計算値)
θ:磁極側面の傾斜角度 (計算値)
S :磁極の断面積 (計算値)
上記のようにして、逆三角形状の主磁極10の上辺の幅W、高さH、および角θが計測ないしは計算で検出しうるから、主磁極10の形状が所望形状に製造できているかどうか判定できる。
本実施の形態では、非破壊で磁極形状を知ることが可能である。専用モニター素子30を多く作製することで、容易にかつ比較的短時間で数多くの測定が可能となり、製造工程へのフィードバックを正確に行え、製品の磁極形状を安定化することができる。また、一般に磁極材料は腐食しやすい材料が使用されるが、腐食が発生した場合、磁極の抵抗が変化するため、本実施の形態により腐食の発生についても検知が可能となり製品の品質が向上する。
次に、主磁極10の断面形状が逆台形状の場合には、モニター用磁極32の電気抵抗を測定したのみでは、逆台形の下辺の幅Bも関係するので逆台形の高さHを直接算出することはできない。
そこで、本実施の形態では、図4に示すように、主磁極10の近傍の絶縁層26下面に膜厚測定用の下地パターン37を形成し、公知の光学式の膜厚計を用いて、絶縁層26上面での反射光と下地パターン37上面での反射光との干渉縞を計測するなどして絶縁膜26の厚さを計測し、これにより主磁極10(あるいはモニター用磁極32)の高さHを計測する。
逆台形状の主磁極10の下辺の幅Bおよび角θは次式により計算できる。
B = 2ρL/HR-W
θ= tan-1(2H/(W-B))
ρ:磁極材料の抵抗率 (固定値)
L :モニター素子の磁極部の長さ (固定値)
R :モニター素子の抵抗 (測定値)
W :磁極上面の幅 (測定値)
H :磁極高さ (測定値)
θ:磁極側面の傾斜角度 (計算値)
B :磁極底面の幅(逆台形の場合)(計算値)
S :磁極の断面積 (計算値)
上記のようにして、逆台形状の主磁極10の上辺の幅W、下辺の幅B、高さH、および角θが計測ないしは計算で算出しうるから、主磁極10の形状が所望形状に製造できているかどうか判定できる。
上記の実施の形態では、モニター用素子30を形成するようにしたが、モニター用素子を作成するのでなく、図5に示すように、主磁極10そのものに、主磁極10に引出線38を介して電気的に接続するモニター用端子40a、40b、40c、40dを形成するようにしてもよい。このモニター用端子40a、40b、40c、40dを用いて、上記と同様にして四端子法によって主磁極10の断面形状(逆三角形状、あるいは逆台形状)を判定するようにすることができる。
なお、この場合、引出線38やモニター用端子40a、40b、40c、40dの材質は非磁性のものとするのがよい。引出線やモニター用端子の半分は、浮上面の研磨後も、製品となる個所に残るので、これらを主磁極と同様の磁性材料のもので形成すると、磁束の漏れなどが生じる可能性があり好ましくない。
次に、主磁極10は、単層でなく、異なる磁性材料による複数層の構造のものもある。この場合、異なる磁性材料であっても、その抵抗率ρに大きな差はないので、抵抗率ρに平均値を用いるなどして1層構造のものとして、上記と同様にして断面形状を検出してもよい。
なお、主磁極(ライト磁極)10が2層構造のものの場合で、抵抗率をρ1、ρ2として(平均値でなく)、測定および計算で主磁極の形状を判定する場合の例を以下説明する。
図6等で符号は次のとおり。
膜厚 :1層目(下層) H1(測定値)
:1層+2層目合計 H2(台形の場合は測定値)
幅 :下辺(台形の場合) W0
:1層目(下層)上辺 W1
:2層目(上層)上辺 W2(測定値)
磁極長さ : L(固定値)
抵抗率 :1層目(下層) ρ1(固定値)
:2層目(上層) ρ2(固定値)
断面の面積 :1層目(下層) S1
:2層目(上層) S2
長さLの抵抗 :1層目(下層) R1=ρ1L/ S1
:2層目(上層) R2=ρ2L/ S2
:積層 R=R1・R2/(R1+R2)
=ρ1ρ2L/(ρ1S2+ρ2S1)
(測定値)
1)主磁極の断面が逆台形の場合(積層膜それぞれの膜厚が測定可能な場合)
これをW0について解くと、
またθは以下となる。
W2、W0、H2、θより、逆台形の形状の判定が行える。
2)主磁極の断面が逆三角形の場合(積層膜の下層の膜厚が測定可能な場合)

これをH2について解くと、

またθは以下となる。

W2、H2、θより、逆三角形の形状の判定が行える。
上記では垂直磁気ヘッドを例として説明したが、本発明は水平記録式磁気ヘッドにも適用可能である。
なお、請求項予備群を以下のように付記する。
(付記1)
磁気記録ヘッドの素子用磁極が形成される磁気記録ヘッド用ワーク上に形成され、前記素子用磁極と同一材料で同一形状に形成されるモニター用磁極と、該モニター用磁極に電気的に接続するモニター用端子とを備えることを特徴とする磁気記録ヘッドのモニター用素子。
(付記2)
前記モニター用端子が前記モニター用磁極と同一材料で形成されることを特徴とする付記1記載の磁気記録ヘッドのモニター用素子。
(付記3)
前記モニター用端子が四端子であって、前記モニター用磁極を介して二端子ずつが配置されていることを特徴とする付記1または2記載の磁気記録ヘッドのモニター用素子。
(付記4)
少なくとも磁極とコイルとを備えた磁気記録ヘッドであって、
前記磁極は、電気的に接続された非磁性のモニター用端子を備えることを特徴とする磁気記録ヘッド。
(付記5)
磁極を形成後に、研磨加工により前記磁極の断面を含む浮上面を形成する磁気記録ヘッド製造方法であって、
研磨加工前に前記磁極の抵抗を測定する工程と、
前記磁極の上辺の幅を測定する工程と、
前記磁極の上辺の幅と抵抗を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする磁気記録ヘッド製造方法。
(付記6)
前記磁極の断面が逆三角形状であることを特徴とする付記5に記載の磁気記録ヘッド製造方法。
(付記7)
前記磁極の断面が逆台形状であり、
さらに、前記磁極の膜厚を測定する工程と、
前記磁極の上辺の幅と抵抗と膜圧を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする付記5に記載の磁気記録ヘッド製造方法。
(付記8)
前記膜厚の測定が光学式膜厚測定であることを特徴とする付記7に記載の磁気記録ヘッド製造方法。
(付記9)
前記抵抗測定が四端子法であることを特徴とする付記5〜8いずれか1項記載の磁気記録ヘッド製造方法。
(付記10)
磁極を有する磁気記録ヘッドの磁極形状測定方法において、
磁極の抵抗を測定する工程と、
磁極の上辺の幅を測定する工程と、
前記磁極の上辺の幅と抵抗を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする磁極形状測定方法。
(付記11)
前記磁極の断面が逆三角形状であることを特徴とする付記10に記載の磁極形状測定方法。
(付記12)
前記磁極の断面が逆台形状であり、
さらに、磁極の膜厚を測定する工程と、
前記磁極の上辺の幅と抵抗と膜厚を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする付記10に記載の磁極形状測定方法。
(付記13)
前記膜厚の測定が光学式膜厚測定であることを特徴とする付記12に記載の磁極形状測定方法。
(付記14)
前記抵抗測定が四端子法であることを特徴とする付記10〜13に記載の磁極形状測定方法。
記録/再生装置(磁気ヘッド)の説明図である。 モニター用素子の説明平面図である。 逆三角形状および逆台形状の主磁極の形状説明図である。 光学式膜厚計で絶縁膜の厚さを測定する場合の説明図である。 主磁極にモニター用端子を設けた説明平面図である。 2層構造の逆三角形状および逆台形状の主磁極の形状説明図である。 ライト磁極を断面加工した状態を示す説明図である。
符号の説明
10 主磁極
13 トレーリングシールド
14 リターンヨーク
16 記録用コイル
20 MR素子
22 上部シールド
24 下部シールド
26 絶縁層
30 モニター用素子
32 モニター用磁極
34a〜34d、40a〜40d モニター用端子
36、38 引出線
37 下地パターン

Claims (9)

  1. 磁気記録ヘッドの素子用磁極が形成される磁気記録ヘッド用ワーク上に形成され、前記素子用磁極と同一材料で同一形状に形成されるモニター用磁極と、該モニター用磁極に電気的に接続するモニター用端子とを備えることを特徴とする磁気記録ヘッドのモニター用素子。
  2. 前記モニター用端子が前記モニター用磁極と同一材料で形成されることを特徴とする請求項1記載の磁気記録ヘッドのモニター用素子。
  3. 少なくとも磁極とコイルとを備えた磁気記録ヘッドであって、
    前記磁極は、電気的に接続された非磁性のモニター用端子を備えることを特徴とする磁気記録ヘッド。
  4. 磁極を形成後に、研磨加工により前記磁極の断面を含む浮上面を形成する磁気記録ヘッド製造方法であって、
    研磨加工前に前記磁極の抵抗を測定する工程と、
    前記磁極の上辺の幅を測定する工程と、
    前記磁極の上辺の幅と抵抗を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする磁気記録ヘッド製造方法。
  5. 前記磁極の断面が逆三角形状であることを特徴とする請求項4に記載の磁気記録ヘッド製造方法。
  6. 前記磁極の断面が逆台形状であり、
    さらに、前記磁極の膜厚を測定する工程と、
    前記磁極の上辺の幅と抵抗と膜圧を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする請求項4に記載の磁気記録ヘッド製造方法。
  7. 磁極を有する磁気記録ヘッドの磁極形状測定方法において、
    磁極の抵抗を測定する工程と、
    磁極の上辺の幅を測定する工程と、
    前記磁極の上辺の幅と抵抗を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする磁極形状測定方法。
  8. 前記磁極の断面が逆三角形状であることを特徴とする請求項7に記載の磁極形状測定方法。
  9. 前記磁極の断面が逆台形状であり、
    さらに、磁極の膜厚を測定する工程と、
    前記磁極の上辺の幅と抵抗と膜厚を用いて断面形状を計算する工程とを有することを特徴とする請求項8に記載の磁極形状測定方法。
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