JP2010146655A - 光アシスト磁気記録用ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入射光を効率的に近接場光発生素子に入射させ、効果的に近接場光を発生することのできる光アシスト磁気記録用ヘッドを提供する。
【解決手段】近接場光発生手段として、コア５２及びコアを包囲するクラッドからなる導波路と、金属薄膜７４とを有し、コアは浮上面側の端部に突出する幅の狭い板状部分６１を有し、金属薄膜は板状部分の上方及び側方にコアの浮上面側の端部を覆うように設けた。
【選択図】図８

Description

本発明は、高記録密度の情報記録装置に関し、特に、磁気記録媒体に光を照射する近接場光プローブを備えた光アシスト磁気記録用ヘッド、及びその製造方法に関する。

近年、１Ｔｂ／ｉｎ²以上の記録密度を実現する記録方式として、光アシスト記録方式が提案されている。従来の磁気記録装置では、記録密度が１Ｔｂ／ｉｎ²以上になると、熱揺らぎによる記録情報の消失が問題となる。これを防ぐためには、磁気記録媒体の保磁力を上げる必要があるが、記録ヘッドから発生させることができる磁界の大きさには限りがあるため、保磁力を上げすぎると媒体に記録ビットを形成することが不可能となる。これを解決するために、光アシスト記録方式では、記録の瞬間、媒体を光照射して加熱し保磁力を低下させる。これにより、高保磁力媒体への記録が可能となり、１Ｔｂ／ｉｎ²以上の記録密度実現が可能となる。

この光アシスト記録装置において、加熱のために媒体に照射する光のスポット径は、記録ビットと同程度の大きさ（数１０ｎｍ）にする必要がある。なぜなら、光スポット径がそれよりも大きいと、隣接トラックの情報を消去してしまうからである。このような微小な領域を加熱するためには、近接場光が用いられる。近接場光は、光波長以下の微小物体近傍に存在する局在した電磁場（波数が虚数成分を持つ光）であり、径が光波長以下の微小開口や金属の散乱体を用いて発生させる。例えば、特許文献１には狭窄部を設けた金属にレーザ光を照射して近接場光を発生させる素子が記載されている。

特開２００７−２９３９７２号公報

近接場光を効率的に発生させるためには、微小開口や金属の散乱体などの近接場光発生素子にレーザ光を有効に入射させる必要がある。なぜなら、微小開口や散乱体の大きさに対し、入射光のスポット径が大きすぎると、入射光の大部分が近接場光発声素子に当たらず透過してしまう。その分はエネルギーのロスにつながり、効率の低下を招くからである。

本発明は、入射光を効率的に近接場光発生素子に入射させ、効果的に近接場光を発生することのできる光アシスト磁気記録用ヘッドを提供することを目的とする。

本発明の光アシスト磁気記録用ヘッドは、記録磁界を印加する記録磁極と、近接場光発生手段とを備え、近接場光発生手段は、コア及びコアを包囲するクラッドからなる導波路と、金属薄膜とを有し、コアは浮上面側の端部から突出する幅の狭い板状部分を有し、金属薄膜はコアの浮上面側の端部を覆うように板状部分の上方及び側方に設けられている。

幅の狭い板状部分は上部が先細になった形状を有するのが好ましい。また、金属薄膜は記録磁極のリーディング側に設けるのが好ましい。

金属薄膜は、例えばＡｕからなり、コアの浮上面側の端部から突出する幅の狭い板状部分を間に挟んだＣ字型の形状を有する。板状部分に相当する部分が金属薄膜の狭窄部となる。また、導波路を伝達してきた光はほぼ全量が金属薄膜に照射され、金属薄膜の狭窄部から強い近接場光が効率よく発生される。

本発明の光アシスト磁気記録用ヘッドの製造方法は、導波路クラッド用の第１の無機絶縁膜を成膜する工程と、導波路コア用の第２の無機絶縁膜を成膜する工程と、第２の無機絶縁膜をエッチングして、導波路コアとその浮上面側の端部に上下に延びる細い凸状部分を形成する工程と、その凸状部分をイオンミリングによって幅が狭く上部が先細になった板状に加工する工程と、板状に加工された部分の上方及び側方に金属をめっきする工程とを有する。また、素子の浮上面研磨工程において、ＥＬＧ（electro lapping guide）の手法を用いることにより、近接場光発生素子となるめっき金属の浮上面からの膜厚を正確に制御することができる。

本発明によると、近接場光発生素子となる金属めっき膜を導波路の浮上面側の端部に位置合わせして形成することができる。また、導波路からの照射光をほぼ全量近接場光発生素子に照射することができるため、強度の高い近接場光を効率よく発生させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、単磁極ヘッドと近接場光発生素子とを組み合わせた本発明による光アシスト磁気記録ヘッドの一例を示す摸式的断面図、図２はそれを浮上面から見た模式図である。図１には、磁気ディスクの一部の断面も一緒に示してある。磁気ディスク３０は、基板３１上に軟磁性裏打ち層３２と垂直磁気記録膜３３を備える垂直磁気記録用の磁気ディスクである。

光アシスト磁気記録ヘッドは磁気ディスク３０上に浮上して走行するスライダ１０を有し、スライダ１０には、記録磁界を印加するための記録磁極（主磁極）１１、近接場光を発生する近接場光発生素子２３、及び磁気再生素子１５が作り込まれている。磁気再生素子１５は、磁気ディスク３０に記録された記録マークを再生するための素子であり、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）素子あるいはＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistive）素子からなる。磁気再生素子１５は、周りからの磁界を遮蔽するための一対の磁気シールド１６に挟まれて形成されている。記録磁界は、薄膜コイル１２を用いて発生され、発生した磁界は主磁極１１から磁気ディスク３０の磁気記録層３３、軟磁性裏打ち層３２を通って補助磁極１３に戻る。主磁極１１のトレーリング側及びトラック幅方向両側には、記録磁界勾配を急峻にするための磁性膜１４を形成してもよい。スライダ１０の浮上面の主磁極１１に隣接する領域には、近接場光を発生させるための近接場光発生素子２３が形成され、近接場光発生素子２３に接して位置合わせされた導波路２０がスライダ上部まで形成されている。導波路２０は、コア２１とその周囲を包むクラッド２２からなる。図２に略示し、また後述するように、近接場光発生素子２３は、導波路２０のコア２１の一部を包囲するＣ字型の形状を有する。

図示しない半導体レーザから発生されたレーザ光２５は、導波路２６を通ってスライダ１０の上部に導かれる。導波路２６から出射した光は、コリメートレンズ２７によって平行光にされてミラー２８で折り返され、集光レンズ２９により近接場光発生素子２３を先端部に備える導波路２０に入射される。導波路２０を通ったレーザ光は、その先端に位置する近接場光発生素子２３を照射し、近接場光発生素子２３からは微小な広がりを持つ近接場光が発生され、磁気ディスク３０の磁気記録層３３を加熱する。加熱された磁気記録層３３の記録領域には主磁極１１から発生された記録磁界が同時に印加され、磁気記録が行われる。磁気ディスク３０は、スライダ１０に対して矢印で示すように図の右方向に移動する。すなわち、スライダ１０内で近接場光発生素子２３は、記録用磁界を発生する主磁極１１のリーディング側に位置する。

図３に、本発明の光アシスト磁気記録ヘッドを搭載した磁気記録装置の構成例を示す。本発明の記録ヘッドを搭載したスライダ１０はサスペンション３４に固定され、ボイスコイルモータ３５によって磁気ディスク３０の所望トラック上に移動される。スライダ１０は、浮上面に浮上用パッドが形成され、磁気ディスク３０の上を浮上量１０ｎｍ以下で浮上して走行する。磁気ディスク３０は、モータによって回転駆動されるスピンドル３６に固定されて回転する。記録の瞬間、記録ヘッド中に設けたコイル１２に通電して主磁極１１より記録磁界を発生すると同時に、半導体レーザが発光され、磁気ディスク３０の磁気記録層に記録マークが形成される。半導体レーザは、サスペンションの根本に配置された薄型パッケージ３７内に置かれ、そこからスライダまでは、導波路２６で光を導波させる。再生にはスライダに形成した磁気再生素子１５を用いた。再生信号は、信号処理用ＬＳＩ ３８で処理した。

図４は、スライダ中に導波路と近接場光発生素子を形成する方法を説明する概略図である。図４の左側の図は素子の浮上面側の端面模式図であり、右側の図は平面摸式図である。導波路２０は再生ヘッドの上に形成されるが、本発明は再生ヘッドの製造プロセスには特徴を有しないため、再生ヘッドの製造工程については説明を省略する。

再生ヘッドの製造後、図４（ａ）に示すように、導波路２０のクラッド用としてＡｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂などの低屈折率の第１の無機絶縁膜４１をスパッタ法、ＣＶＤ法などによって１μｍ程度形成し、その上にコア用としてＴａ₂Ｏ₅などの高屈折率の第２の無機絶縁膜４２をスパッタ法、ＣＶＤ法によって１〜２μｍ厚を形成する。その後、図４（ｂ）に示すように、第２の無機絶縁膜４２をパターニングするためのレジストパターン４３を形成する。レジストパターン４３は、右側の平面図に示すように、コア形成用の幅１００μｍ程度のパターン４３ａと、その浮上面側に接続された幅１００〜２００ｎｍ程度の細いパターン４３ｂからなる。次に、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン４３をマスクとして第２の無機絶縁膜をＲＩＥによりエッチングし、第１の無機絶縁膜４１を露出させる。その後、図４（ｄ）に示すようにレジストを剥離する。この結果、図５に示すように、先端中央部に上下に延びる細い凸状部分５１が突き出したコア５２の形状が形成される。

次に、凸状部分５１の幅を狭小化するために、Ａｒイオンを用いたイオンミリングによりエッチングする。イオンミリング入射角度は、Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂のミリングレートが大きい４０〜６０度程度が良い。このミリング工程では、凸状部分上部の左右のエッジが速くエッチングされるため、凸状部分の上部は幅が２０ｎｍ以下となって先細の形状になると共に、全体的に幅が５０ｎｍ以下に薄膜化され、通常のリソグラフィの限界以下の寸法に加工することができる。図６は、イオンミリングによるスリミング加工後の状態を示す模式図である。コア５２の浮上面側の端部に、下部の幅が１００ｎｍ以下であり、上部は幅が２０ｎｍ以下で先細の尖った形状を有し、上下方向に延びる幅の狭い板状部分６１が形成されている。

次に、コア端部に形成された幅が狭小化された板状部分６１の上方及び側面にＡｕをめっきする。めっきされたＡｕ薄膜が近接場光発生素子２３となる。このとき、後工程の浮上面加工を高精度に行うことができるように、ウエハのＥＬＧエリアにＥＬＧ（electro lapping guide）用膜を同時に形成する。なお、めっきする金属はＡｕに代えて、Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌなどの非磁性金属を用いてもよい。

図７は、めっき膜形成工程を説明するための模式図である。各工程において、左側の図は素子端面の図、中央は素子平面の図、右側の図はＥＬＧエリアの図である。

ウエハのＥＬＧエリアには、ＥＬＧ用膜７１として金属膜（Ｃｒ，ＮｉＦｅ，Ｔａ，ＮｉＣｒ等）を形成する。このとき、ＥＬＧを形成するエリアにのみリフトオフ法で金属膜を形成しても良い。次に、図７（ａ）に示すように、コア先端の幅の狭い板状部分６１を残して第１の無機絶縁膜４１及びコアの上にめっき用のレジストフレーム７３を形成する。ＥＬＧ領域にも同様にレジストフレーム７３を形成する。この工程では、同一ホトマスクを用いてコア用パターンとＥＬＧ用パターンを同時にレジストパターンで形成することにより、コアとＥＬＧパターンの相対位置を高精度に制御できる。次に、図７（ｂ）に示すように、Ａｕめっき膜７４を形成する。ＥＬＧエリアにもＡｕ膜７４がめっきされる。次に、図７（ｃ）に示すように、レジストフレームを剥離する。こうして、導波路コア５２の先端部に設けられた上端が尖った幅の狭い板状部分６１の上部及び側面にＡｕ膜７３がめっきされ、このＡｕ膜７４が狭窄部を有するＣ字型の近接場光発光素子となる。板状部分６１の上端の尖った部分がＣ字型をしたＡｕ膜７４の狭窄部となり、レーザ光照射によってこの狭窄部から強い近接場光が発生される。この工程で、ＥＬＧエリアには、ＥＬＧ膜７１が露出する。

次に、図７（ｄ）に示すように、ＥＬＧエリアにおいて、めっき膜をマスクにＥＬＧ膜をミリングし、下層の第１の無機絶縁膜４１を露出させる。この際、コア部については予めレジストパターンを形成し、ミリングによるダメージを抑制する。その後、図７（ｅ）に示すように、ＥＬＧエリアのめっき膜を除去してその下のＥＬＧ膜７１ａを露出させ、図７（ｆ）に示すように、ＥＬＧ用の電極７６を形成する。電極７６の形成方法として、例えばリフトオフ法を用いれば、コア部のダメージを防止できる。

この後、コアの側面及び上面を覆うようにクラッドとなる屈折率の低いＡｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂などの無機絶縁膜を形成し、平坦化処理を施す。これで先端部に近接場光発生素子２３を備える導波路２０が完成する。更に、この上に記録ヘッドを形成するが、本発明は、記録ヘッドの製造工程に特徴を有するものではないので、説明を省略する。

その後、素子を浮上面側から研磨し、近接場光発光素子の浮上面から素子高さ方向の高さを５０ｎｍ以下に調整する。このとき、ＥＬＧエリアに形成したＥＬＧ用膜７１ａの電気抵抗をモニターし、それが予め設定した値になったところで研磨を止めることにより、近接場光発光素子の素子高さを高精度に調整することができる。浮上面研磨後の導波路のコア５２とＡｕ膜７４の状態を図８に示す。図８では、図を見やすくするため、コア５２の上方及び側方に形成したクラッドを省いてある。本実施例では、近接場光発光素子の浮上面からの素子高さｈを５０ｎｍ以下に薄膜化した。

以上の製造工程から明らかなように、本発明によると、Ａｕめっき膜７４、すなわち近接場光発光素子は、照射光が導かれる導波路コアの先端部に自動的に位置決めして形成され、かつ導波路コアの端面全体を覆うように形成される。そのため、導波路を通ってきた照射光は無駄なく近接場光発光素子に照射され、近接場光が効率よく発生される。

図９は、本発明による別のコア形状とその製造方法の例を示す図である。図９（ａ）は、図４（ｃ）の工程が終了した後、コアの幅の広い部分にレジストパターンを形成したところを示す。図９（ｂ）は、図４（ｂ）と同様にコアの先端部分を狭窄化するためにイオンミリング（ミリング入射角度５５度）によるエッチングを行った後の形状を示している。コアの幅広部はレジストパターンにより保護されていたために、先端部も膜厚のみが減少し、図９（ｂ）に示すような板状部分６１の形状をえることができた。この板状部分６１の周囲に、図７に示した工程によってＡｕ等のめっき膜を形成することにより、近接場光発光素子への光の照射量を増加させることができる。

本発明による光アシスト磁気記録ヘッドの一例を示す摸式的断面図。 本発明による光アシスト磁気記録ヘッドの一例を浮上面から見た模式図。 本発明の光アシスト磁気記録ヘッドを搭載した磁気記録装置の実施例を示す図。 スライダ中に導波路と近接場光発生素子を形成する方法を説明する概略図。 コアの先端部分を示す図。 コアの先端部分を示す図。 めっき膜形成工程を説明するための模式図。 浮上面研磨後の導波路のコアとＡｕ膜の状態を示す図。 本発明の別のコア先端部分形状とその製造方法を示す図。

符号の説明

１０ スライダ
１１ 主磁極
１２ 薄膜コイル
１３ 補助磁極
１４ 磁性膜
１５ 磁気再生素子
１６ 磁気シールド
２０ 導波路
２１ コア
２２ クラッド
２３ 近接場光発生素子
２６ 導波路
３０ 磁気ディスク
３１ 基板
３２ 軟磁性裏打ち層
３３ 垂直磁気記録膜
４１ 第１の無機絶縁膜
４２ 第２の無機絶縁膜
４３ レジストパターン
５１ 凸状部分
５２ コア
６１ 板状部分
７１ ＥＬＧ用膜
７３ レジストフレーム
７４ Ａｕめっき膜
７６ 電極
７７ レジストパターン

Claims (6)

1. 記録磁界を印加する記録磁極と、近接場光発生手段とを備える光アシスト磁気記録用ヘッドにおいて、
   前記近接場光発生手段は、コア及び前記コアを包囲するクラッドからなる導波路と、金属薄膜とを有し、前記コアは浮上面側の端部から突出する幅の狭い板状部分を有し、前記金属薄膜は前記コアの浮上面側の端部を覆うように前記板状部分の上方及び側方に設けられていることを特徴とする光アシスト磁気記録用ヘッド。
2. 請求項１記載の光アシスト磁気記録用ヘッドにおいて、前記幅の狭い板状部分は上部が先細になった形状を有することを特徴とする光アシスト磁気記録用ヘッド。
3. 請求項１又は２記載の光アシスト磁気記録用ヘッドにおいて、前記金属薄膜は前記記録磁極のリーディング側に設けられていることを特徴とする光アシスト磁気記録用ヘッド。
4. 記録磁界を印加する記録磁極と、近接場光発生手段とを備える光アシスト磁気記録用ヘッドの製造方法において、
   導波路クラッド用の第１の無機絶縁膜を成膜する工程と、
   導波路コア用の第２の無機絶縁膜を成膜する工程と、
   前記第２の無機絶縁膜をエッチングして、導波路コアとその浮上面側の端部に上下に延びる細い凸状部分を形成する工程と、
   前記凸状部分をイオンミリングによって幅が狭く上部が先細になった板状に加工する工程と、
   前記板状に加工された部分の上方及び側方に金属をめっきする工程と
   を有することを特徴とする光アシスト磁気記録用ヘッドの製造方法。
5. 請求項４記載の光アシスト磁気記録用ヘッドの製造方法において、
   前記めっき工程では、前記第１の無機絶縁膜の上に形成された金属膜にも同時に前記金属をめっきし、
   その後、前記めっき膜をマスクに金属膜をミリングして抵抗測定用の膜を形成する工程と、
   前記抵抗測定用の膜の抵抗値を測定しながら浮上面を研磨する工程と
   を有することを特徴とする光アシスト磁気記録用ヘッドの製造方法。
6. 磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を駆動する媒体駆動部と、記録ヘッドと再生ヘッドを有する磁気ヘッドと、前記ヘッドを前記磁気記録媒体上に移動させるヘッド駆動部とを備える磁気記録再生装置において、
   前記磁気記録媒体は、軟磁性裏打ち層と垂直磁気記録膜を有する垂直磁気記録媒体であり、
   前記記録ヘッドは、記録磁界を印加する記録磁極と、近接場光発生手段とを備え、前記近接場光発生手段は、コア及び前記コアを包囲するクラッドからなる導波路と、金属薄膜とを有し、前記コアは浮上面側の端部に突出する幅の狭い板状部分を有し、前記金属薄膜は前記板状部分の上方及び側方に前記コアの浮上面側端部を覆うように設けられていることを特徴とする磁気記録再生装置。

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