JP2010092550A - 磁気記録ヘッド、その製造方法及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高記録磁界強度を有し、磁界勾配の高い垂直磁気記録ヘッドを提供する。
【解決手段】主磁極１とシールド３２を磁気的に分離する非磁性層６の膜厚を変化させ、それに追従するシールド形状にすることにより、高い磁界勾配と高記録磁界を実現する。
【選択図】図４

Description

本発明は、記録媒体に対して記録磁界を発生する磁気記録ヘッド、及びその磁気記録ヘッドを搭載する磁気記録再生装置に関する。

近年、高い面記録密度への要望が増しており、磁気記録媒体への書き込みの更なる狭小化が求められている。それに伴って、媒体の磁化領域の不安定化の要因としての磁化の熱揺らぎが問題となる。この問題を解決できる手法として、媒体に垂直な方向に磁化信号を記録する垂直磁気記録方式がある。この垂直磁気記録方式も、面記録密度を上げるために、媒体に対して垂直な記録磁界を発生させる書き込み用の単磁極部が狭小化され、記録媒体を磁化反転させるに充分な垂直磁界を発生させることが困難になりつつある。

このような書き込み磁界強度の不足を補うために、スロートハイト（書き込み磁極の幅を規定している範囲）を短くし、磁場の飽和位置を浮上面に近づけて磁界強度を確保する方法がある。しかし、コイルの誘導により発生した磁界を集めて浮上面まで導くフレア部が浮上面側に近接し、フレア部からの磁界漏れにより、書き込み用の単磁極の幾何幅に対して記録幅が増大する問題がある。

そこで、磁界漏れにより記録幅が広がる書き滲みを少なくするために、主磁極の周囲に非磁性層を介して磁気シールド層を設ける手段が開示されている。特開２００７−８７５０６号公報及び特開２００７−８７５５１号公報には、主磁極のトレーリング側に非磁性層を介して、副磁極を兼ねたシールド層を設けて、トレーリング側の磁界漏れを制御しながら磁界勾配を得る手段が開示されている。さらに、特開２００５−１９０５１８号公報及び特開２００６−１２０２２３号公報には、主磁極のトレーリング側とトラック幅方向の両脇に非磁性層を介して、主磁極を三方から包み込むように配置されたシールド層により、トレーリング側とトラック幅方向の両側の書き滲みを制御する手段が開示されている。

特開２００７−８７５０６号公報 特開２００７−８７５５１号公報 特開２００５−１９０５１８号公報 特開２００６−１２０２２３号公報

主磁極の周囲に非磁性層を介して配置される磁気シールドは、記録媒体に対して書き込み不要な磁束を吸い込み、トレーリング側の磁界勾配と磁気的なトラック幅を規定している。しかし、シールドの浮上面からの素子高さが低い場合は、充分なシールド効果が得られずに磁束漏れが生じる。また、シールド高さが大きい場合は、シールドに吸われる磁束が増大し、書き込み用の磁界強度が低下する問題がある。

本発明の目的は、主磁極のトレーリング側とトラック幅方向の両脇に非磁性層を介して、主磁極を三方から包み込むように配置されたシールド構造を改良することにより、高い磁界勾配とシールド効果を高め、記録性能が劣化しない垂直磁気記録ヘッドを提供することにある。

本発明による磁気記録ヘッドは、スロートハイト部及びスロートハイト部に接続され素子高さ方向上部に向かって次第に幅の広がるフレア部を有する主磁極と、記録媒体からの戻り磁界を吸い込む副磁極と、主磁極のトレーリング側及びトラック幅方向の両脇に非磁性層を介して配置された磁気シールドと、主磁極から記録磁界を発生させるためのコイルとを備える。ここで非磁性層は、ステップ的にあるいはテーパ状に膜厚が記録媒体に対向する浮上面側より素子高さ方向上部で厚くなった部分を有し、磁気シールドの主磁極に隣接する部分は、非磁性層の表面形状に追従した形状を有する。

非磁性層の膜厚が変化する位置は、スロートハイト部とフレア部の境界であってもよいし、スロートハイト部の途中にあってもよい。一例として、非磁性層はスロートハイト部のトレーリング側で膜厚が２段階に変化していてもよいし、スロートハイト部のトレーリング側で膜厚が素子高さ方向に向かって次第に増加する領域を有していてもよい。

本発明によると、主磁極からフレア側のシールドに吸われていた磁束は、厚い非磁性層に阻まれて吸い込み量が低減される。そのためシールドにより損失していた磁束が主磁極へ加算され、主磁極から媒体に放出される磁界強度が増加する。そして、膜厚が薄い浮上面側の非磁性層を介する主磁極近傍のシールドのみの磁束の吸い込みにより、高い磁界勾配と狭い磁気的書き込み幅が得られる。

本発明は、シールド効果を高めながら、シールドに吸われる磁束量を低減することにより、高い磁界勾配と強い磁界強度を有する磁気記録ヘッドを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の図において同様の機能部分には同じ符号を付して説明する。
図１は、磁気記録再生装置の概念図である。磁気ディスク（垂直磁気記録媒体）１１はモータ２８により回転駆動される。情報の入出力時に、回転する磁気ディスク１１上の所定位置へサスペンションアーム１２の先端に固定したスライダー１３が移動して、スライダー１３に形成された薄膜磁気ヘッドにより磁化信号の記録再生を行う。ロータリアクチュエータ１５を駆動することにより、磁気ヘッドの磁気ディスク半径方向の位置（トラック）を選択することができる。磁気ヘッドへの記録信号及び磁気ヘッドからの読み出し信号は信号処理回路１４にて処理される。

図２（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，図２（ｂ）は、浮上面側の主磁極先端付近の拡大図である。この磁気ヘッドは、主磁極１と補助磁極３とを備えた単磁極の記録ヘッド２５と、再生ヘッド２４を有する記録再生複合ヘッドである。巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）やトンネル磁気抵抗効果型素子（ＴＭＲ）などからなる再生素子４は、リーディング側の下部シールド８とトレーリング側の上部シールド９からなる一対の磁気シールド（再生シールド）間に配置されている。記録ヘッド２５の主磁極１と補助磁極３は、浮上面から離れた位置でピラー１７により磁気的に接続され、主磁極１と補助磁極３とピラー１７によって構成される磁気回路に薄膜コイル２が周回されている。主磁極１は、ピラー１７と接続されている主磁極ヨーク部１ｂと、ポールチップ１ａから構成される。主磁極のポールチップ１ａには、例えば、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅのうち少なくとも２種の元素を含む高い飽和磁束密度を有する磁性体の単層膜や積層膜を用いることができる。主磁極ヨーク部１ｂの材料としては、例えば、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅの２種以上の元素を含む高い透磁率の磁性材料が用いられる。

ポールチップ１ａは、記録媒体１１への書き込み幅を規定するヘッド浮上面側のスロートハイト部と、スロートハイト部の素子高さ方向上部に接続され、素子高さ方向上部に向かって次第に幅の広がるフレア部からなる。

記録ヘッド２５の主磁極１から放出された磁界は、垂直磁気記録媒体１１の磁気記録層１９及び軟磁性裏打ち層（ＳＵＬ：soft under layer）２０を通って補助磁極３に入り、磁気記録層１９に磁化パターンが記録される。この磁化パターン形状は、主磁極１の書き込み性能と浮上面側に設けられた磁気シールド３２により規定される。本発明の磁気シールド３２は、主磁極のポールチップ１ａの浮上面側に、非磁性層を介してトレーリング側とトラック幅方向両脇の三方に形成される。ポールチップ１ａとシールド３２の間に形成される非磁性層は、浮上面側と素子高さ方向上部において膜厚の異なる加工段差部を有しているため、非磁性層の表面形状に追従して形成されるシールド３２は、全体のシールド３２の素子高さ方向の高さに対して、主磁極のポールチップ１ａに近接する部分は、低く設定される。

図３は、従来の垂直磁気記録ヘッドのうちの主磁極と非磁性層及びシールドの部分を抜き出して示した図であり、図３（ａ）は平面模式図、図３（ｂ）は側断面模式図である。

図３（ａ）に示すように、従来の主磁極のポールチップ１ａとトラック幅方向両側のシールド３２を磁気的に分離する非磁性層６は、ポールチップの表面形状に追従してほぼ均一な厚さに積層されている。図３（ｂ）の断面図に示すように、主磁極のトレーリング側のシールド３２も非磁性層６を介して、ポールチップ１ａの表面形状に追従してほぼ一定の厚さに形成されている。非磁性層６の積層膜厚によりトラック幅方向両脇の主磁極ポールチップ１ａとシールド３２の間隔が決められ、隣接トラックへの磁束漏れを防止し、書き滲みを抑制している。主磁極１のトレーリング側は、トレーリング側の非磁性層のみを加工して、主磁極のポールチップ１ａとトレーリング側のシールド３２の間隔を狭めることで、磁界の湾曲を小さくすると共に磁界勾配（磁界変化の傾き）を高めて、ビット遷移幅を小さくしている。

図４及び図５は、本発明による垂直磁気記録ヘッドの例を示す平面と側断面の模式図である。図４は、主磁極のポールチップに被覆された非磁性層の膜厚が浮上面側で薄く、素子高さ方向で厚くなる２段形状をした例を示している。図５は、２段形状部が素子高さ方向上部に向かって膜厚が増加するテーパ形状をした例を示している。

最初に、図４に示した実施例について説明する。この垂直磁気記録ヘッドの場合、図４（ａ）に示すように、主磁極１のポールチップ１ａとシールド３２を磁気的に分離するトラック幅方向の非磁性層６はステップ的に膜厚が変化する段差部を有し、段差部を基点にして浮上面側は非磁性層の膜厚が薄く、段差部より素子高さ方向上部のフレア側では非磁性層６の膜厚が厚くなっている。また、図４（ｂ）に示すように、主磁極のトレーリング側に形成された非磁性層６も膜厚がステップ的に変化する段差部を有し、シールド３２はその非磁性層６の表面形状に追従して形成されるため、主磁極１ａとシールド３２の間隔は、段差部を基点にして浮上面側は狭く、素子高さ方向上部のフレア側は間隔が広くなり、主磁極１のポールチップ１ａ表面とは、異なる形状を有することになる。

このような形態にすることにより、浮上面側では従来のシールド効果を持ちながら、加工段差を基点にした素子高さ方向上部のフレア側のシールド３２は、主磁極１のポールチップ１ａとの磁気的なギャップ間隔が広がる。従って、図３に示す従来構造と比較して、主磁極のフレア部分では非磁性膜厚が厚くなっていることから、シールド３２に吸われて損失していた磁束が低減するために、主磁極のポールチップ１ａが浮上面から放出する磁界強度が増加し、それに伴って変化する磁界勾配も増加することにより、垂直磁気記録ヘッドの書き込み性能が向上する。尚、薄いシールド高さ部分からの磁束漏れが危惧されるために２段形状の場合は、浮上面から３０ｎｍ程度以上の素子高さ方向に、非磁性層６の膜厚の変化する段差部を形成することが好ましい。

そして、図５に示した２段形状部が素子高さ方向に膜厚が連続的に増加するテーパ形状になっている場合おいても、図４の形状と同様の効果が得られるが、非磁性層６のテーパ形状による表面積の増加に伴い、シールド３２への磁束の吸い込み量が増加するために、同様の条件では磁界強度が少し低下する。しかし、テーパ形状を有する利点として、２段形状部および浮上面側のテーパ先端部を浮上面まで接近させても、シールド３２の高さが素子高さ方向で連続して増加するためにシールド３２からの磁束漏れを防止できるため、浮上面側に非磁性層６のテーパ先端部を設けてシールド３２を形成することで磁界強度を増加することができる。

本発明による磁気記録ヘッドと図３に示した従来形状を有する磁気記録ヘッドについて、記録性能を表す磁界強度と磁界勾配を３次元磁界計算により計算した。

図６に、浮上面から素子高さ方向のシールド高さを変化させた場合の、シールド高さと磁界強度との関係を示す。計算条件は以下の通りである。本発明の記録ヘッドは、主磁極１の書き込み幅を規定するトラック幅８０ｎｍ、膜厚１８０ｎｍ、記録媒体へのスキュー角θに対応する角度９°を付与することで、リーディング側の幅が狭く、トレーリング側の幅が広い逆台形形状とし、浮上面までのスロートハイトを６０ｎｍとし、フレア部はスロートハイト０（スロートハイト部とフレア部の接続点）から素子高さ方向４．９μｍまでとした。

尚、本計算は、書き込み磁極幅を規定するスロートハイト長と、浮上面からの高さが低い肉薄部分のシールド高さをいずれも６０ｎｍとし、非磁性膜の膜厚変化点（段差位置）も素子高さ方向６０ｎｍに固定したために、シールド高さ６０ｎｍを従来例の基点としており、本発明と従来例の比較をシールド高さ６０ｎｍ以上で行った。

主磁極１のポールチップ１ａの材料としては、コバルトニッケル鉄（ＣｏＮｉＦｅ）を想定し、飽和磁束密度を２．４Ｔ、比透磁率を５００とした。主磁極ヨーク部１ｂは、飽和磁束密度が１．０Ｔ、比透磁率１５００の８０ａｔ％Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅを想定した。シールド３２は、飽和磁束密度が１．０Ｔ、比透磁率１５００の８０ａｔ％Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅを想定した。磁気記録媒体１１の軟磁性裏打ち層２０の材料としてはＣｏＴａＺｒを想定し、膜厚は６０ｎｍとした。ヘッド浮上面から軟磁性裏打ち層２０の表面までの距離は４４ｎｍとし、記録磁界は、ヘッド浮上面から２２ｎｍの磁気記録層中心位置を想定した位置で算出した。記録媒体１１の媒体記録層は、厚さ２０ｎｍとして磁化特性は考慮しなかった。

本発明のヘッドと比較した従来ヘッドは、図３に示す従来構造で、その特性は図中にＡ，Ｂで示した。Ａの構造は、非磁性層６の厚さは、主磁極１のポールチップ１ａのトラック幅方向の両脇が１００ｎｍとし、トレーリング側は４０ｎｍとして、主磁極のポールチップ１ａの表面形状に追従した形状とした。また、従来構造Ｂとしては、参考のために、広く用いられるトレーリングシールド構造を比較のため計算した。その寸法は、主磁極１ａのトレーリング側のみにシールド３２を配置し、非磁性層６の厚さ４０ｎｍのギャップ間隔を有する構造である。

本発明の構造は、非磁性層６の加工段差部を浮上面から素子高さ方向６０ｎｍのスロートハイトの０ｎｍに合わせた。非磁性層６の膜厚は、主磁極１のポールチップ１ａのトラック幅方向の両脇が１００ｎｍ、トレーリング側は４０ｎｍとし、段差のフレア側のトレーリング側は１３０ｎｍ、トラック幅方向の両脇は１５０ｎｍと２００ｎｍとして、非磁性層６の表面形状に追従してシールド３２が形成されているものとした。

図６の横軸は、浮上面からの素子高さ方向へのシールド３２の高さに相当する。ただし、シールド３２の高さが低いと、磁界強度は高いがシールド３２が飽和して、シールド３２からの磁界漏れが生じるため、シールド３２の高さを６０ｎｍ以上とした。

本計算によると、全体的にシールド３２の高さが増加すると、シールドに吸われる磁束が増加するために磁界強度は低下してくる。本発明のようにスロートハイト側とフレア側の非磁性層の膜厚を変えると、磁界の減少はゆるやかであり、製造上のシールド高さ変動に対しても書き込み性能の劣化が小さい。また、本計算は、浮上面から素子高さ６０ｎｍに非磁性層６の膜厚が増加する段差部を素子高さ方向に設けているために、シールド６０ｎｍ以降は、従来構造Ａ及び従来構造Ｂより高い磁界強度を維持している。

図７は、図６と同じ計算モデルを用いて、本発明の構造の磁気記録ヘッドと従来構造の磁気記録ヘッドの磁界勾配を比較して示した図である。図７の縦軸は、書き込み磁界強度が７．５ｋＯｅのときの磁界勾配を示す。浮上面からの素子高さ方向へのシールド高さを増すと、従来構造の記録ヘッドＡ，Ｂは、磁界勾配も図６に示した磁界強度の低下に伴って低下するが、本発明の構造の場合には、シールド３２の高さが増加して磁界強度が低下するにも係らず６０ｎｍから１２５ｎｍの範囲では一定の磁界勾配が維持され、さらに、トラック幅方向の両脇の非磁性層６の膜厚ΔＳが２００ｎｍの場合にはその範囲が広がり、磁界強度の低下と共に磁界勾配がゆるやかに低下する。これは、段差よりフレア側のシールド３２への磁束の吸い込みを無くし、主磁極の放出する磁界強度が低下しなければ、浮上面から非磁性層６の段差までの素子高さに形成されたシールド３２により、磁界勾配が決められていることを示している。

これらの計算結果から、主磁極とシールド３２を磁気的に分離する非磁性層６に段差を設けることにより、主磁極１が高い磁界強度と磁界勾配を得るためのシールド３２に、２つの機能を持たせることができる。第１の機能は、浮上面から素子高さ方向の段差までのシールド３２が、書き込み性能としての磁界勾配と隣接トラックへの書き滲み制御を行うシールド機能部分となることである。第２の機能は、素子高さ方向のフレア側までの高さを有するシールド部分が有する機能であり、浮上面側のシールドが吸い込んだ磁束でシールドが飽和して、シールドからの磁束漏れが無いように、磁束を逃がすシールド飽和防止機能である。

図６の場合と同じ計算モデルを用いて、シールド高さを１００ｎｍに固定し、非磁性層６の浮上面から素子高さ方向の段差位置を変えて、シールド３２を形成したときの磁界強度を計算した。図８に、計算結果を示す。合わせて、ΔＳ＝１５０ｎｍの場合について、トレーリング側の非磁性層６を素子高さ方向に膜厚が連続的に増加するテーパ形状としたときの計算結果を三角形のプロットで示した。

非磁性層６の段差を、浮上面とスロートハイト部とフレア部との接続点であるスロートハイト零の位置との間のスロートハイト部３０ｎｍに設定してシールド３２を形成した場合は、非磁性層６の段差を浮上面から高さ方向６０ｎｍの位置に設定した場合に比較して、シールド３２に吸われる磁束が低減され、磁界強度を１ｋＯｅ増加できる。

ただし、スロートハイト部の非磁性層６に段差を設けて、磁界強度を高めるためにシールドの素子高さ方向を低くすることは好ましいが、シールド機能部分に多くの磁束が入ることになり、シールド機能部分の局所的な磁界飽和による磁束漏れにより、図７に示した磁界勾配のシールド側の磁界が増加して、磁界勾配が劣化することが懸念されるために浮上面から３０ｎｍ以上に非磁性層６の段差を設ける。尚、シールド３２に吸われる磁束をさらに低減して高い磁界強度と磁界勾配を得るために、３０ｎｍより浮上面に設定する場合は体積の大きいシールド飽和防止機能部分の形状に工夫が必要になる。例えば、２段形状の一部あるいは全てを素子高さ方向に非磁性層６の膜厚が連続的に増加するテーパ形状にすることで、非磁性層６に追従して形成されるシールド３２は素子高さ方向に体積が連続的に増加して、シールド３２の磁界飽和が防止される。そのため、テーパ先端部を浮上面に設定してもシールドからの磁束漏れを防止できる。その場合、１ｋＯｅ程度の磁界強度が増加するため、磁界強度に伴って変化する磁界勾配の増加が期待できる。

図９は、本発明によるシールド形状の他の実施例を説明する図である。図９（ａ）は、スロートハイト部に非磁性層の段差を２段階に分けて設けた実施例を示す。本実施例によると、非磁性層６に、浮上面から素子高さ方向上部の第一のステップ状の段差よりフレア側に第二のステップ状の段差を設けて、非磁性層６の表面形状に追従して形成されるシールド３２の体積を段々に増加させながら、シールド機能部分の磁束を逃がし、シールドに吸われて損失する磁束を低減して、主磁極１のポールチップ１ａに効果的に磁束を供給することができる。

図９（ｂ）は、主磁極１とシールド３２の間隔が、浮上面から素子高さ方向に向かって広がる部分を有するように、非磁性層６の段差をテーパ状に加工し、シールド体積を増加させながら、シールドに漏れる磁束を防止する構造であり、図９（ａ）の構造と同じ効果が期待される。

次に、本発明の磁気記録ヘッドの製造方法について説明する。図１０、図１１、図１２は、本発明の磁気記録ヘッドを製造する方法の一実施例を示す製造工程図である。図１０は、主磁極１のヨーク部１ｂを製造した後、ＣＭＰ工程により平坦化された状態から主磁極１のポールチップ１ａを製造する工程を示す。主磁極１のヨーク部分１ｂは図中の右側に図示する。図の左側が浮上面である。

図１０（ａ）に示すように、主磁極１のポールチップ１ａとなる磁性層の上に非磁性キャップ層１０１を積層し、磁性層を安定化する熱処理を行う。主磁極１には、例えば、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅのうち少なくとも２種の元素を含む高い飽和磁束密度を有する磁性体の単層膜や積層膜を用いることができる。非磁性キャップ層１０１は、主磁極１のトレーリング側エッジを保護するためのものであり、例えば、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ等の酸化物、窒化物の単層膜や積層膜、また、Ｃｒ，ＮｉＣｒ，Ｒｈ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ａｕ等の非磁性金属の単層膜や積層膜を用いることができる。

次に、図１０（ｂ）に示すように、非磁性キャップ層１０１の上面に、エッチングマスク層１００を形成する。エッチングマスク層１００は、エッチング層１０２とハード層１０３からなり、任意のパターンをフォトリソグラフィーを用いて製造する制約から透過性の高い材料を用いることが好ましい。例えば、エッチング層１０２は、主磁極１の磁性層とエッチング選択比の高い非感光性のレジストやイミド系樹脂等の有機樹脂を用い、主磁極１の磁性層の加工が終了するまでマスク材として機能する充分な膜厚とする。ハード層１０３には、例えばＡｌ，Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ等の酸化物、窒化物の透過性の高い単層膜及び積層膜を用い、フォトリソグラフィー工程によりパターンニングされたフォトレジスト１０８の形状をイオンミリング、ＲＩＥ（リアクティブ・エッチング）あるいはＲＩＭ（リアクティブ・イオン・ミリング）の手法を用いて、ハード層１０３に転写する。加工用のガスとしては、例えば、Ａｒ，ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，ＳＦ₆等の単ガス及び混合ガスを用いる。次に、ハード層１０３をマスクにして、ＲＩＥによりエッチング層１０２にマスクのパターンを転写する。反応性の加工用ガスとして、例えば、Ｏ₂，ＣＯ，ＣＯ₂等の単ガス及び混合ガスを用いることにより、主磁極１の磁性層とのエッチング選択比が大きくなり、エッチング層１０２がオーバーエッチングされ、主磁極１の磁性層が露出されても、主磁極１への影響は小さくなる。

次に、図１０（ｃ）に示すように、エッチングマスク層１００を用いて、主磁極層１のポールチップ１ａ部をイオンミリング手法により、浮上面が逆台形形状になるように加工すると共にポールチップ１ａのスロートハイト部を書き込みトラック幅まで加工する。その後、エッチング層１０２を除去する。

図１１（ａ）〜（ｃ）に、本発明による主磁極のポールチップ１ａとシールド３２を磁気的に分離する、非磁性層６の製造工程を示す。図１１（ａ）は、前工程によりパターン化された主磁極１のポールチップ１ａを包むように、全面に非磁性層６を形成する。形成手段としては、カルーセル型スパッタ装置，イオンビームデポジション装置，ＣＶＤ装置（ケミカルデポジション）あるいはＡＬＤ装置（アトミック・レイア・デポジション）等のパターン側壁への付き回りが良い装置を用いることが好ましい。積層する非磁性層６の膜厚は、ポールチップ１ａのフレア側とシールド３２のギャップ間隔とする。この際、ポールチップ１ａのトラック幅両方向のギャップ間隔よりトレーリング側のギャップ間隔が狭い場合、イオンミリングを用いて、イオン入射角を４５°から６０°のパターン側面より上面への加工量の多い条件により、任意のギャップ間隔に整える。

図１１（ｂ）は、非磁性層６にイオンミリングによる加工を行うための、エッチングマスク層１０４を形成する工程を示す。エッチングマスク層１０４は、主磁極１のポールチップ１ａを製造するエッチングマスク層１００と同様の構成であり、ハード層１０３とハード層１０６、エッチング層１０２とエッチング層１０５が同様の材料、構成であるため詳細な説明を省略し、異なる工程のみを記載する。

本工程のエッチングマスク層１０４は、ポールチップ１ａの高段差部に形成される。高段差部へのパターン転写を行うフォトリソグラフィー工程は、フォトレジストの形状くずれ、位置ずれ等によりパターン精度を低下させる。そこで、フォトリソグラフィー工程の精度を向上させるために、エッチングマスク層１０４のエッチング層１０５で段差を吸収する平坦化処理を行った。

エッチング層１０５は、基板全面に塗布，硬化熱処理後に、反応性イオンミリングのＲＩＭ手法を用いて、反応性ガスとしてＡｒとＯ₂の混合ガスにより、例えば、イオン入射角５０°〜７０°を使用することで、段差の最も高い部分の加工速度を上げて、エッチングしながら平坦化するエッチバック方式を行った。平坦度の目安としては、フォトリソグラフィー工程のパターン転写に用いる露光装置の波長と開口率から決まる焦点深度以下まで段差を低減した。平坦化されたエッチング層１０５上にハード層１０６及びフォトレジスト１０８を塗布形成し、エッチングマスク層１０４をパターン化して用いた。

図１１（ｃ）は、非磁性層６をエッチングマスク層１０４を用いて、イオンミリングにより加工し、主磁極１のポールチップ１ａのスロートハイト部とフレア部の境界に段差部を形成した状態を示す。非磁性層６のイオンミリング加工は、イオンミリングの入射角度を変えることにより、加工面に対するイオンミリング速度をずらして行った。最初に、加工速度の遅いトラック幅方向両側を、例えば、イオン入射角６０゜から７０゜の範囲を用いることにより、主磁極１のトレーリング側よりもトラック幅方向の両側の加工速度を速めて行う。次に、主磁極１のトレーリング側の非磁性層６を、例えば、イオン入射角４５゜から６０゜の再付着の付きづらい角度を用いて、平坦に加工することが好ましい。主磁極１のトレーリング側の非磁性層６を平坦に加工することにより、非磁性層６を介して形成されるシールド層３２と主磁極１のトレーリングエッジとの間隔を均一にすると、主磁極１の書き込み磁界のビット側の湾曲を小さくできる。加工後、エッチング層１０５を除去する。

図１２に、本発明の非磁性層を介して形成されたシールド３２の斜視による模式図を示す。シールド３２は、電解めっき法を用いてパターン形成されるため、非磁性層６の上面に、電極層１０７を全面に形成する。電極層としては、例えば、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅのうち少なくとも２種の元素を含む磁性材料の単層膜や積層膜を用いることができる。電極層１０７にフォトリソグラフィーを用いて、レジストによりシールド３２のパターンを形成して、シールド３２を電解めっき法により形成する。シールド３２をめっき後、レジストを除去し、電極層１０７をイオンミリングによりエッチング除去する。

シールド３２は、非磁性層６の段差により、浮上面から素子高さ方向に２つの高さを有することになる。浮上面から段差までの高さを有する主磁極近傍のシールドは、トラック幅方向の両側が、主磁極１の書き滲みを防止して書き込み幅を規定し、トレーリング側は、書き込み磁界勾配を高めるシールド機能部となる。浮上面からフレア側までの高さを有するシールドは、シールド機能部が吸い込んだ磁束によりシールドが飽和して、磁束漏れが生じないように、磁束を逃がす飽和防止機能を有すると共に、非磁性層６により主磁極１とシールド３２のギャップ間隔が広げられているため、シールド３２に吸われて損失する主磁極１の磁束が低減され、主磁極１の書き込み磁界強度が向上する。また、シールド３２の製造過程において、シールドの素子高さ方向が変動しても、シールド機能部は、非磁性層６の段差により規定されているため、安定した磁界勾配を維持できる。

本発明の磁気記録ヘッドの製造方法の他の実施例を説明する。ここでは、図１０〜図１２に示した工程と異なる工程についてのみ説明する。図９に示した実施例の製造方法について説明する。

図９（ａ）に示した構造は、非磁性層６の膜厚が２段階で異なる。第一の膜厚は、浮上面からスロートハイト上にある。そして、フレア側に第二の膜厚の変化を設けているために、非磁性層６の表面形状に追従して形成されるシールド３２の体積を段々に増加させながら、シールド機能部分の磁束を逃がしている。第一の加工段差を浮上面側に近づけて設け、シールド機能部のシールドの素子高さ方向を低く形成しても、シールドの飽和を防止できる。

この磁気記録ヘッドの製造は、図１１に示した工程を２度繰り返すことにより行う。フレア側の第二の加工段差を、エッチングマスク層１０４を用いて非磁性層６をイオンミリングにより加工した後、エッチングマスク層１０４を除去する。そして、エッチングマスク層１０４を主磁極１のスロートハイト上に形成して、非磁性層６を加工する。

図９（ｂ）に示した構造は、非磁性層６の膜厚をテーパ状に変化させて、主磁極１とシールド３２の間隔が、浮上面から素子高さ方向に向かって広がる部分を有するように、シールド体積を増加させながら、シールド機能部分の局所的な磁界の飽和を防止する。

この磁気記録ヘッドの製造は、図１１に示した工程により非磁性層６を加工して、段差を形成した後に、エッチングマスク層１０４を除去する。非磁性層６が、全面露出した状態でイオンミリングを用いて、例えば、入射角度５０゜から７０゜の範囲とし、ローテションによる加工を行うことにより、加工段差部のエッジ部が局所的に速く加工されて、段差部がテーパ状に形成される。この時、主磁極１のトレーリング側の非磁性層も加工されるため、削り代を残しておく必要がある。

さらに、図１３は、製造工程において非磁性層６の段差部のエッジ部に丸み及びテーパを設けた例を示している。非磁性層６に形成された段差部のエッジにより、非磁性層６を介して形成されるシールド３２にもエッジが生じる。このシールド３２のエッジには磁束の集中が起こり、局所的なシールド飽和による磁束漏れを起し、記録媒体１１に書き込まれた情報を消すことが懸念される。そこで、非磁性層６のエッジ部に、丸み及びテーパを設けることにより、シールド３２にもそれが転写され、シールド３２はエッジ部の磁束が分散されてシールドの局所的な飽和を防止できるために好ましい。

磁気記録再生装置の概略図。 本発明による磁気ヘッドの一例のトラック中心での断面と拡大模式図。 従来の垂直磁気記録ヘッドの平面及び側断面模式図。 本発明による垂直磁気記録ヘッドの平面及び側断面模式図。 本発明による垂直磁気記録ヘッドの平面及び側断面模式図。 シールド高さと磁界強度の関係を示した図。 シールド高さを磁界勾配の関係を示す図。 非磁性層の加工段差の位置と磁界強度の関係を示す図。 本発明によるシールド形状の他の実施例を説明する図。 本発明の磁気記録ヘッドの製造工程を示す図。 本発明の磁気記録ヘッドの製造工程を示す図。 本発明の磁気記録ヘッドの製造工程を示す図。 本発明の磁気記録ヘッドの他の実施例を示す図。

符号の説明

１…主磁極、１ａ…ポールチップ、１ｂ…主磁極ヨーク部、２…薄膜導体コイル、３…補助磁極、４…再生素子、８…下部シールド、９…上部シールド、１１…磁気ディスク、１２…サスペンションアーム、１３…磁気ヘッドスライダー、１５…ロータリアクチュエータ、１７…ピラー、１９…磁気記録層、２０…裏打ち層、２４…再生ヘッド、２５…記録ヘッド、３２…シールド、１００…エッチングマスク層、１０１…非磁性キャップ層、１０２…エッチング層、１０３…ハード層、１０４…エッチングマスク層、１０５…エッチング層、１０６…ハード層、１０７…電極層、１０８…フォトレジスト

Claims (8)

1. スロートハイト部及び前記スロートハイト部に接続され素子高さ方向上部に向かって次第に幅の広がるフレア部を有する主磁極と、
   副磁極と、
   前記主磁極のトレーリング側及びトラック幅方向の両脇に非磁性層を介して配置された磁気シールドと、
   前記主磁極から記録磁界を発生させるためのコイルとを備え、
   前記非磁性層は、ステップ的にあるいはテーパ状に膜厚が記録媒体に対向する浮上面側より素子高さ方向上部で厚くなった部分を有し、
   前記磁気シールドの前記主磁極に隣接する部分は、前記非磁性層の表面形状に追従した形状を有することを特徴とする磁気記録ヘッド。
2. 請求項１記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記非磁性層は前記スロートハイト部及び前記フレア部に沿って形成され、前記非磁性層の膜厚が前記スロートハイト部と前記フレア部とで異なることを特徴とする磁気記録ヘッド。
3. 請求項１記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記非磁性層の膜厚変化点が前記スロートハイト部に設けられていることを特徴とする磁気記録ヘッド。
4. 請求項１記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記非磁性層は前記スロートハイト部のトレーリング側で膜厚が２段階に変化していることを特徴とする磁気記録ヘッド。
5. 請求項１記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記非磁性層は前記スロートハイト部のトレーリング側で膜厚が素子高さ方向に向かって次第に増加する領域を有することを特徴とする磁気記録ヘッド。
6. 基板上に形成された磁性膜を加工してスロートハイト部とフレア部を有する主磁極のポールチップを形成する工程と、
   前記ポールチップを包むように非磁性層を形成する工程と、
   その上にエッチング層を形成する工程と、
   前記エッチング層を平坦化する工程と、
   前記平坦化されたエッチング層の上に、前記エッチング層に対する加工選択比の大きな酸化膜，窒化膜，金属膜等のハード層を形成する工程と、
   前記ハード層のうち、所定の位置で前記ポールチップのスロートハイト部を横切る直線より浮上面側に相当する領域をフォトリソグラフィーを用いて除去する工程と、
   前記ハード層をマスクにして前記エッチング層をエッチングする工程と、
   前記ハード層及びエッチング層をマスクとして用いたイオンミリングにより前記非磁性層を加工し、前記主磁極のポールチップのスロートハイト部を被覆している前記非磁性層に段差を形成する工程と、
   前記エッチング層を除去した後、シールドとなる磁性層を形成する工程と、
   を有することを特徴とする磁気記録ヘッドの製造方法。
7. 請求項６記載の磁気記録ヘッドの製造方法において、前記エッチング層は有機樹脂層であり、前記平坦化は反応性イオンミリングを用いて段差が前記フォトリソグラフィーに用いる露光装置の焦点深度以下になるまで行うことを特徴とする磁気記録ヘッドの製造方法。
8. 磁気記録媒体と、
   前記磁気記録媒体を回転駆動するモータと、
   記録ヘッドと再生ヘッドを搭載した磁気ヘッドと、
   前記磁気記録媒体の所望のトラック位置に前記磁気ヘッドを駆動するヘッド駆動部とを備え、
   前記記録ヘッドは、スロートハイト部及び前記スロートハイト部に接続され素子高さ方向上部に向かって次第に幅の広がるフレア部を有する主磁極と、副磁極と、前記主磁極のトレーリング側及びトラック幅方向の両脇に非磁性層を介して配置された磁気シールドと、前記主磁極から記録磁界を発生させるためのコイルとを備え、前記非磁性層は、ステップ的にあるいはテーパ状に膜厚が記録媒体に対向する浮上面側より素子高さ方向上部で厚くなった部分を有し、前記磁気シールドの前記主磁極に隣接する部分は、前記非磁性層の表面形状に追従した形状を有することを特徴とする磁気記録再生装置。

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