JP2010027150A - 磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨加工時に基板の表面に研磨くず等の残渣が残留することを抑え、シールド層を的確に形成する。
【解決手段】磁気抵抗効果膜層１３ａをエッチングし、リード素子１３を形成するとともにハードバイアス膜１５を形成するための凹部を形成する工程と、基板の表面に磁性層１５ａを成膜する工程と、該磁性層のリード素子１３の表面と前記凹部に被着した領域をレジスト２０により被覆する工程と、該レジスト２０をマスクとして不要な磁性層１５ａを除去した後、研磨加工を施してリード素子１３およびハードバイアス膜１５を形成する工程とを備え、前記磁性層１５ａをレジスト２０により被覆する工程においては、該レジスト２０をマスクとして前記磁性層１５ａを除去することにより、前記凹部の内縁に沿って溝２２を形成し、前記研磨加工の際に研磨くず等の残渣Ｅを該溝２２内に堆積させて研磨加工する。
【選択図】図３

Description

本発明は磁気ヘッドの製造方法に関し、より詳細には、磁気ヘッドのリードヘッドについての製造方法を特徴とする磁気ヘッドの製造方法に関する。

ハードディスク装置等の磁気記憶装置に用いられる磁気ヘッドは、記録媒体に情報を記録するライトヘッドと、記録媒体に記録された情報を再生するリードヘッドとを備える。図７は、CPP(Current Perpendicular to Plane)型のリードヘッドの構造を浮上面（ABS面）側から見た状態を示す。
リードヘッド１０は、磁気抵抗効果膜からなるリード素子１３と、リード素子１３を厚さ方向に挟む配置に設けられた下部シールド層１２及び上部シールド層１４と、リード素子１３をコア幅方向に挟む配置に設けられたハードバイアス膜１５とを備える。

磁気ヘッドの製造工程においては、アルチックからなる基板１１上に所要の磁性層及び絶縁層等を積層し、磁性層等を所定のパターンに形成してリードヘッド及びライトヘッドを形成する。
従前の磁気ヘッドの製造方法においてリードヘッドを形成する方法は、基板上に磁気抵抗効果膜層を成膜した後、リード素子のパターンにしたがってリフトオフパターンを形成し、磁気抵抗効果膜をイオンミリングしてリード素子をパターン形成した後、リフトオフによって不要部分を除去する方法によっていた。しかしながら、リード素子が微細化するとともに、リフトオフプロセスによっては微細なパターンにリード素子を形成することが困難になってきたことから、磁気抵抗効果膜の表面にエッチングおよび研磨加工用のマスクを形成してリードヘッドを形成する方法が検討されている。

特開２００７−２９４０７１号公報 特開２００６−２６０６５３号公報

図８は、マスクを使用して研磨加工によってリードヘッドを形成する工程を示す。
図８（ａ）は、基板１１上に下部シールド層１２と磁気抵抗効果膜層１３ａをそれぞれ成膜し、エッチングマスクおよび研磨加工時のストッパ層を兼ねるマスク１６を形成した状態を示す。磁気抵抗効果膜層１３ａは、磁性層、非磁性層等を積層して形成される。マスク１６はリード素子１３として残す部位を被覆し、ハードバイアス膜１５を形成する部位については露出するようにパターン形成される。
図８（ｂ）は、マスク１６をエッチングマスクとしてドライエッチングにより磁気抵抗効果膜層１３ａをエッチングした状態を示す。

次に、スパッタリングにより絶縁膜１７を形成する（図８（ｃ））。この絶縁膜１７は、ハードバイアス膜１５と下部シールド層１２及びリード素子１３との間を電気的に絶縁するためのものである。
次いで、ハードバイアス膜１５となる磁性層１５ａを成膜する（図８（ｄ））。磁性層１５ａは、たとえばCoCrPt膜をスパッタリングして形成する。前工程においてリード素子１３の両側の磁気抵抗効果膜層１３ａは除去されている。磁性層１５ａはリード素子１３の両側の凹部を充填するように成膜する。リード素子１３及び磁気抵抗効果膜層１３ａが残留している部分では、その表面に重ねて磁性層１５ａが被着形成される。

図８（ｅ）は、基板の表面を研磨加工（CMP加工）し、リード素子１３の表面と、磁気抵抗効果膜層１３ａの残留部分の表面に被着していた磁性層１５ａを除去した状態を示す。この研磨加工においては、マスク１６が研磨加工のストッパ層として作用し、マスク１６の高さによって研磨位置が規定される。
こうしてワークの表面を平坦化加工した後、磁気抵抗効果膜層１３ａ等の不要部分を除去し、層間に絶縁層を充填し、次いで上部シールド層１４を形成することによって、図７に示すようなリードヘッドが形成される。

上述した研磨加工によってリードヘッドを形成する方法は、リード素子を微細なパターンに形成する方法として有効である。しかしながら、研磨加工によって磁性層１５ａを除去すると、図８（ｅ）に示すように、研磨時に使用した砥粒や、研磨くず等の付着物１８がリード素子１３やハードバイアス膜１５の表面に残るという問題がある。ハードバイアス膜１５あるいは磁気抵抗効果膜層１３ａの表面に研磨くず等が残ると、上部シールド層１４に凹凸が形成され、上部シールド層１４の磁区構造を乱す原因になるという問題がある。

本発明は、これらの課題を解決すべくなされたものであり、磁気ヘッドのリードヘッド等の製造工程において、研磨加工時に基板の表面に研磨くず等が残留することを抑え、的確に層形成することを可能にする磁気ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係る磁気ヘッドの製造方法は、基板上に形成した磁気抵抗効果膜層の表面に、エッチングマスクおよび研磨加工の際のストッパとして使用するマスクを形成する工程と、前記マスクをエッチングマスクとして前記磁気抵抗効果膜層をエッチングし、ハードバイアス膜を形成するための凹部を形成する工程と、基板上に磁性層を成膜する工程と、該磁性層の前記リード素子の表面と前記凹部に被着した領域をレジストにより被覆する工程と、該レジストをマスクとして不要な磁性層を除去した後、研磨加工を施してリード素子およびハードバイアス膜を形成する工程とを備え、前記磁性層をレジストにより被覆する工程においては、前記リード素子を被覆するとともに、レジストの外縁が前記凹部の内縁よりも内側位置となるようにレジストをパターン形成し、該レジストをマスクとして前記磁性層を除去することにより、前記凹部の内縁に沿って溝を形成し、前記研磨加工の際に研磨くず等の残渣を該溝内に堆積させて研磨加工することを特徴とする。

本発明に係る磁気ヘッドの製造方法によれば、リード素子の表面とはハードバイアス膜を形成する凹部に被着されている磁性層をレジストにより被覆し、不要な磁性層を除去する操作を行うことにより、研磨加工時に除去する磁性層の量を減らし、研磨加工時に研磨くず等の残渣として残る量を減少させることができる。また、レジストをパターン形成して、磁性層を除去した際にハードバイアス膜を形成する凹部の内縁に沿って溝を形成することにより、研磨加工時に発生する研磨くず等の残渣を溝内に堆積させ、基板の表面に研磨くず等の残渣が残らないようにすることができる。

以下、本発明に係る磁気ヘッドの製造方法についての実施の形態について説明する。
図１、２は磁気ヘッドのリードヘッドの製造工程を示す。
図１（ａ）は、基板１１上に下部シールド層１２を形成し、さらに磁気抵抗効果膜層１３ａを形成した状態を示す。
下部シールド層１２はNiFe等の軟磁性材によって形成する。下部シールド層１２は、スパッタリング法により、たとえば膜厚１μｍに形成する。

磁気抵抗効果膜層１３ａは、固定磁化層（ピン層）、自由磁化層（フリー層）、固定磁化層の磁化方向を固定する反強磁性層等の積層構造からなる。磁気抵抗効果膜層１３ａは、下部シールド層１２の表面の全面に、スパッタリング法によって各層を積層して形成する。磁気抵抗効果膜層１３ａの膜厚は１００nm程度である。
CPP型のリードヘッドとしては、トンネルバリア層を挟んで固定磁化層と自由磁化層を配置したTMR素子が知られている。磁気抵抗効果膜層１３ａには種々の積層構造が提案されている。本発明は磁気抵抗効果膜層１３ａの積層構造について限定されるものではない。

（マスク形成工程）
次いで、磁気抵抗効果膜層１３ａの表面に、マスク１６を形成する（図１（ｂ））。マスク１６は、磁気抵抗効果膜層１３ａをエッチングする際のエッチングマスクとして、また、ハードレジスト膜を研磨加工する際のストッパ層として使用する。したがって、マスク１６には、磁気抵抗効果膜層１３ａをドライエッチングする際のエッチング耐性を有し、ハードバイアス膜を研磨する際に研磨耐性を有する材料である必要がある。
本実施形態においては、マスク１６としてＴａ膜を使用し、スパッタリング法によって膜厚５０nmに形成した。

マスク１６を所定のパターンに形成するには、磁気抵抗効果膜層１３ａの表面にマスク層（Tａ層）を形成した後、マスク層の表面にフォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして、たとえば反応性イオンエッチングによって所定のパターンに形成すればよい。
図１（ｂ）において、マスク１６は、ハードバイアス膜１５を形成する領域を除いて、磁気抵抗効果膜層１３ａを被覆する。マスクパターン部１６ａは、リード素子１３を形成する部位である。
マスク１６を所定のパターンにエッチングした後、たとえばアッシングによってレジストを除去する。これによって、磁気抵抗効果膜層１３ａの表面に、パターン化されたマスク１６が残る。
なお、図１においては、基板上に形成する磁気ヘッドの一つの単位部分の構造を示している。基板上には、磁気ヘッドを形成する配列にしたがって、繰り返しパターンとしてマスク１６が形成される。

（磁気抵抗効果膜のエッチング工程）
次いで、マスク１６をエッチングマスクとして磁気抵抗効果膜層１３ａをエッチングする（図１（ｃ））。磁気抵抗効果膜層１３ａは、たとえば反応性イオンエッチングを用いてエッチングする。反応性イオンエッチングにおいては、マスク１６として用いているTａ膜のエッチングレートを磁気抵抗効果膜層１３ａのエッチングレートにくらべて十分に小さく設定することができ、磁気抵抗効果膜層１３ａを選択的にエッチングすることができる。
なお、磁気抵抗効果膜層１３ａを反応性イオンエッチングによってエッチングするかわりに、イオンミリングによって所要部位を除去することもできる。

マスク１６をエッチングマスクとしてエッチングすることにより、リード素子１３が成形され、リード素子１３の両側に、下部シールド層１２が内底面に露出する凹部が形成される。下部シールド層１２は反応性イオンエッチングによって侵されないから、下部シールド層１２が底面に露出したところで厚さ方向のエッチングの進行は停止する。凹部の外側域には、磁気抵抗効果膜層１３ａが残留する。
図２（ａ）に、磁気抵抗効果膜層１３ａをエッチングした状態の平面図を示す。リード素子１３の両側に凹部Ａが形成され、凹部Ａの内底面に下部シールド層１２の表面が露出している。凹部Ａはリード素子１３を挟む配置に設けられ、本実施形態においては、平面形状が長方形状である。

次に、基板の表面を絶縁膜１７によって被覆する(図１（ｄ））。絶縁膜１７はたとえばアルミナをスパッタリングし、凹部Ａの内底面及び内側面を被覆するように形成する。絶縁膜１７は、ハードバイアス膜と下部シールド層１２及びリード素子１３とが電気的に短絡しないようにするためのものである。

（磁性層の形成工程）
次に、ハードバイアス膜１５を形成するため、基板の表面に磁性層１５ａをスパッタリング法によって成膜する。磁性層１５ａは、凹部Ａを充填する程度の膜厚に形成する（図１（ｅ））。基板の表面に磁性層１５ａを成膜することによって、リード素子１３の表面と凹部Ａの外側域に形成されている磁気抵抗効果膜層１３ａの表面にも磁性層１５ａが被着する。

図２（ｂ）に、基板の表面を磁性層１５ａによって被覆した状態を示す。凹部Ｂは、磁気抵抗効果膜層１３ａの厚さ分によって生じている。凹部Ｂもリード素子１３が形成される位置を挟む配置に、平面形状が長方形に形成される。図１（ｅ）は、図２（ｂ）のＣ−Ｃ線断面を示す。
ハードバイアス膜１５は、リード素子１３に形成されている自由磁化層にバイアス磁場を作用させるためのものであり、磁性層１５ａには、CoCrPt等の磁気的に硬い磁性材料が用いられる。

次に、凹部Ａ内にのみ磁性層１５ａを残すため、リード素子１３の表面及び凹部Ａの外側域に形成された磁気抵抗効果膜層１３ａ上の不要な磁性層１５ａを除去する工程に進む。
基板に被着する凹部Ａの領域を除く磁性層１５ａのうち、リード素子１３上に被着する磁性層１５ａは他の磁気抵抗効果膜層１３ａ上の磁性層１５ａと比較するとその量は僅かである。したがって、まず、リード素子１３とハードバイアス膜１５となる磁性層１５ａを除いた領域の磁性層１５ａを除去する処理を行う。

（レジストの形成工程）
図３（ａ）は、リード素子１３の表面に付着する磁性層１５ａと、ハードバイアス膜１５として残す磁性層１５ａをレジスト２０によって被覆した状態を示す。レジスト２０はイオンミリングによって不要な磁性層１５ａを除去する際に保護マスクとして使用するものであり、フォトリソグラフィー法によって所要部位を被覆するようにパターン形成する。レジスト２０はイオンミリングの際にリード素子１３及び磁性層１５ａが侵されないように、十分な厚さに形成する。
図４（ａ）にレジスト２０を形成した状態の平面図を示す。レジスト２０はリード素子１３が形成されている部位を横断し、ハードバイアス膜１５として残す部位を被覆するように形成する。

なお、レジスト２０をパターン形成する際に、リード素子１３の表面部分についても露出させるようにパターン形成することが考えられる。しかしながら、リード素子１３はハードバイアス膜１５の平面寸法とくらべてはるかに微小サイズであり、リード素子１３が形成されている位置に位置合わせしてレジスト２０をパターン形成することはきわめて困難である。したがって、リード素子１３が形成されている領域を含めてハードバイアス膜１５となる領域をレジスト２０によって被覆する。

なお、本実施形態においては、レジスト２０をパターン形成する際に、リード素子１３が形成されている位置を除いて、レジスト２０の外縁位置が凹部Ａの内縁（境界）位置よりも若干内側に位置するようにパターン形成している。図３（ａ）、図４（ａ）に示す間隔Ｄは、凹部Ａの内縁位置よりもレジスト２０の外縁位置が内側に位置していることを示す。

このように、レジスト２０の外縁位置を凹部Ａの内縁位置よりも内側に設定する理由は以下の二つである。
レジスト２０を形成する目的は、ハードバイアス膜１５として残す磁性層１５ａ以外の不要な磁性層１５ａを除去するためである。したがって、凹部Ａ以外の領域にある磁性層１５ａを確実に除去する必要がある。このためには、レジスト２０をパターン形成する際に、凹部Ａの外側に磁性層１５ａが残留しないように、凹部Ａの内縁よりも若干内側を外縁位置としてパターン形成する必要がある。レジスト２０をパターン形成する際の位置ずれを考慮すると、凹部Ａの内縁よりも若干内側となる位置をねらいとしてレジスト２０をパターン形成する方法が製造方法としては容易である。

また、凹部Ａの内縁位置よりも内側を外縁位置としてレジスト２０をパターン形成すると、磁性層１５ａをイオンミリングによって除去することによって、ハードバイアス膜１５の外周域に溝が形成される。この溝が研磨加工の際に研磨くず等を収容する作用を有し、研磨くずがハードバイアス膜１５や磁気抵抗効果膜層１３ａの表面に残ることを防止するように作用する。

（磁性層の除去工程）
図３（ｂ）は、レジスト２０をマスクとしてイオンミリングを施し、磁性層１５ａを除去した状態を示す。このイオンミリング工程においては、下地層のマスク１６が露出する程度までイオンミリングを施す。凹部Ａの領域では、レジスト２０によって被覆されていない部分の磁性層１５ａが除去され、ハードバイアス膜１５の外周に沿って溝２２が形成される。
次いで、レジスト２０をアッシング等によって除去する（図３（ｃ））。レジスト２０を除去した状態の平面図を図４（ｂ）に示す。凹部Ａの内縁に沿って溝２２が形成されている。リード素子１３の表面とその両側に磁性層１５ａが残る。他の領域にはマスク１６が露出する。

（研磨加工工程）
次に、研磨加工によって、リード素子１３の表面に付着する磁性層１５ａを除去する。研磨加工はCMP（Chemicａl Mechａnicａl Polishing)加工によって行う。この研磨加工ではマスク１６がストッパ層として作用し、マスク１６が露出する位置で研磨位置が規定される。
図３（ｄ）に、研磨加工後の状態を示す。マスク１６によって研磨位置が規制され、リード素子１３の表面に付着する磁性層１５ａが除去され、ハードバイアス膜１５の膜厚が規定され、基板の表面が平坦化される。

図３（ｄ）は、研磨加工の際に溝２２に研磨くずや砥粒などの残渣Eが入り込んだ様子を示す。前述したように、溝２２を形成したことにより、磁性層１５ａを研磨した際に生じる研磨くず等の残渣Eが溝２２に集中的に入り込み、ハードバイアス膜１５の表面や凹部Ａの領域外の磁気抵抗効果膜層１３ａの表面に残渣Ｅが残ることを防止する。研磨加工時に研磨くず等は溝２２に簡単に入り込み、溝２２に入り込んだ研磨くず等は溝２２からは排出されなくなるから、溝２２に研磨くず等が堆積し、ハードバイアス膜１５の表面等から研磨くず等が排除されると考えられる。実際に本加工方法によって研磨加工を行った結果、溝２２に研磨くずが集中して堆積することが確かめられた。
図４（ｃ）に溝２２に研磨くず等の残渣Ｅが集中して残った状態を説明的に示す。

本実施形態の製造工程においては、研磨加工の前工程として、リード素子１３と凹部Ａの領域を除く範囲に被着している磁性層１５ａをイオンミリングによって除去している。この結果、研磨加工によって除去する磁性層１５ａは、リード素子１３の表面に付着する磁性層１５ａとハードバイアス膜１５となる磁性層１５ａのみとなり、研磨加工によって磁性層１５ａの全体を除去する方法と比較して、はるかに研磨作業が容易となる。前述したように、リード素子１３と凹部Ａを除く領域の磁性層１５ａが被着する面積の方がはるかに広いからである。
研磨加工時に生じる研磨くず等は、後工程において上部シールド層１４を形成する際に支障となる。したがって、研磨加工時の研磨量を減らしておくことは、研磨加工時に生じる研磨くず等の量を減らし、研磨時に生じる残渣による悪影響を防止する上で有効である。

ハードバイアス膜１５を形成した後は、下部シールド層１２上に形成されている磁気抵抗効果膜層１３ａ、マスク１６等の不要部分を除去する工程に進む。
図５（ａ）は、リード素子１３とハードバイアス膜１５が形成されている領域をレジスト２４により被覆した状態を示す。
次いで、レジスト２４をマスクとして、下部シールド層１２上に形成されている磁気抵抗効果膜層１３ａ、マスク１６等を除去する（図５（ｂ））。磁気抵抗効果膜層１３ａ等は反応性イオンエッチングによって除去することができる。この磁気抵抗効果膜層１３ａ等を除去する際に、磁気抵抗効果膜層１３ａの表面に研磨くずや砥粒が残留していないことによって、磁気抵抗効果膜層１３ａ等の不要部分を確実に除去することができる。

次いで、層間を絶縁層によって充填するため、スパッタリング等により基板の表面をアルミナ、シリカ等の絶縁材によって被覆する。図５（ｃ）は、絶縁層２６を形成した状態を示す。絶縁層２６を形成した後、研磨加工を施して表面を平坦化する。図５（ｃ）は、平坦化加工を施した後の状態を示す。
次いで、上部シールド層１４を形成する。上部シールド層はNiFe等の軟磁性材によって形成する。上部シールド層１４もたとえばスパッタリングによって形成することができる。下地面が平坦面に形成されていることによって、上部シールド層１４が平坦状に形成される。こうして、リードヘッドが形成される。

上述した方法によってリードヘッドを形成した後、ライトヘッドを形成して磁気ヘッドとなる。
図６は、垂直記録型の磁気ヘッドの構成例を示す。図は、磁気ヘッドをABS面側から見た状態を示す。リードヘッド１０は、リード素子１３を挟む配置に設けられた下部シールド層１２および上部シールド層１４と、リード素子１３をコア幅方向に挟む配置に設けられたハードバイアス膜１５を備える。
ライトヘッド３０は、主磁極３１とリターンヨーク３２、３３を備える。リターンヨーク３３にはトレーリングシールド３４が形成されている。ライトヘッド３０には書き込み用のコイルが形成される、コイルはABS面には露出しないため、図示されていない。

ライトヘッド３０を形成する場合も、リードヘッド１０を形成する場合と同様に、リターンヨーク３２等を所定パターンに積層して形成される。
これらの製造工程においても、磁性層を研磨して除去する場合、あるいは成膜した絶縁層を研磨して平坦化加工するような場合に、研磨くずあるいは砥粒が表面に付着して残留することが問題となるような場合には、研磨工程の前工程において、研磨くずや砥粒を堆積させて収容する溝部分を形成しておく方法が有効に利用できる。

なお、上記実施形態は、CPP型のリードヘッドについての製造工程を示したが、CIP型のリードヘッドについて適用することも可能である。

磁気ヘッドの製造工程を示す断面図である。 磁気抵抗効果膜層をエッチングした状態等を示す平面図である。 磁気ヘッドの製造工程を示す断面図である。 レジストを形成した状態等を示す平面図である。 磁気ヘッドの製造工程を示す断面図である。 磁気ヘッドの構造をABS面から見た状態の断面図である。 リードヘッドの構造をABS面側から見た状態の断面図である。 リードヘッドの製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１０ リードヘッド
１１ 基板
１２ 下部シールド層
１３ リード素子
１３ａ 磁気抵抗効果膜層
１４ 上部シールド層
１５ ハードバイアス膜
１５ａ 磁性層
１６ マスク
１７ 絶縁膜
１８ 付着物
２０、２４ レジスト
２２ 溝
２６ 絶縁層
３０ ライトヘッド
３１ 主磁極

Claims (5)

1. 基板上に形成した磁気抵抗効果膜層の表面に、エッチングマスクおよび研磨加工の際のストッパとして使用するマスクを形成する工程と、
   前記マスクをエッチングマスクとして前記磁気抵抗効果膜層をエッチングし、ハードバイアス膜を形成するための凹部を形成する工程と、
   基板上に磁性層を成膜する工程と、
   該磁性層の前記リード素子の表面と前記凹部に被着した領域をレジストにより被覆する工程と、
   該レジストをマスクとして不要な磁性層を除去した後、研磨加工を施してリード素子およびハードバイアス膜を形成する工程とを備え、
   前記磁性層をレジストにより被覆する工程においては、前記リード素子を被覆するとともに、レジストの外縁が前記凹部の内縁よりも内側位置となるようにレジストをパターン形成し、
   該レジストをマスクとして前記磁性層を除去することにより、前記凹部の内縁に沿って溝を形成し、
   前記研磨加工の際に研磨くず等の残渣を該溝内に堆積させて研磨加工することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
2. 前記マスクは、前記磁気抵抗効果膜層をドライエッチングする際のエッチング耐性を備えるとともに、前記磁性層を研磨加工する際の研磨耐性を備えていることを特徴とする請求項１記載の磁気ヘッドの製造方法。
3. 前記マスクを形成する工程においては、
   前記磁性層を形成する部位が露出するようにマスクをパターン形成することを特徴とする請求項１または２記載の磁気ヘッドの製造方法。
4. 前記磁気抵抗効果膜層をエッチングして凹部を形成する工程に続いて、下部シールド層と磁性層とを電気的に絶縁する絶縁膜を成膜する工程を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の磁気ヘッドの製造方法。
5. 前記不要な磁性層を除去する工程においては、レジストをマスクとするイオンミリングによって磁性層を除去することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の磁気ヘッドの製造方法。

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