JP2010152971A - 磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエハ間での主磁極のコア幅のばらつきを抑制することができる磁気ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】磁性材料層上にハードマスクを形成し、斜め方向からイオンビームを照射するイオンミリングで逆台形状の主磁極を形成する磁気ヘッドの製造方法に関し、イオンミリングの前のハードマスクの幅(底部の幅)W及び側壁傾斜角αを測定する。そして、磁性材料層をイオンミリングする際のビーム照射角θを、ハードマスクの幅方向のエッチング量(シフト量S)と、ハードマスクの側壁傾斜角αとに応じて決定する。なお、シフト量Sはハードマスクの幅Wの実測値から主磁極のコア幅の目標値(設計値)Dを減算して得られる。
【選択図】図3
【解決手段】磁性材料層上にハードマスクを形成し、斜め方向からイオンビームを照射するイオンミリングで逆台形状の主磁極を形成する磁気ヘッドの製造方法に関し、イオンミリングの前のハードマスクの幅(底部の幅)W及び側壁傾斜角αを測定する。そして、磁性材料層をイオンミリングする際のビーム照射角θを、ハードマスクの幅方向のエッチング量(シフト量S)と、ハードマスクの側壁傾斜角αとに応じて決定する。なお、シフト量Sはハードマスクの幅Wの実測値から主磁極のコア幅の目標値(設計値)Dを減算して得られる。
【選択図】図3
Description
本発明は、磁気ディスク装置等の磁気記録媒体(磁気ディスク)に情報を記録するための磁場を印加する主磁極を備えた磁気ヘッドの製造方法に関する。
近年、磁気ディスク装置(HDD:Hard Disc Drive)は、コンピュータの他、ビデオレコーダ等の映像記録機器や携帯型音楽再生装置等にも使用されるようになり、より一層の小型化及び大容量化が求められている。このような要求の下、磁気ディスク装置の磁気記録媒体として、高記録密度化が可能な垂直磁気記録方式の磁気記録媒体(磁気ディスク)が開発され、実用化されている。
今後、更なる記録密度向上のためには、磁気ヘッドの主磁極のコア幅の縮小化や記録磁界分布の先鋭化等が求められている。
磁気ディスク装置において、磁気ヘッドが磁気ディスクの半径方向に移動するとスキュー角が発生し、主磁極形状によっては隣接トラックへの誤書き込み(サイドライト)の問題が生じる。この問題を回避すべく、主磁極の先端部は、記録媒体対向面(Air Bearing Surface:ABS面ともいう)に平行な断面が逆台形状となるように形成される。尚、本明細書において、逆台形状の主磁極で最も幅広の部分の幅(上端部のトラック幅方向の長さ)を主磁極のコア幅と呼ぶ。
図1(a)〜(c)は、従来の主磁極の形成工程の一例を示す断面図である。
まず、図1(a)に示すように、磁気ヘッドのスライダーとなる基板(ウエハ)40の上方に、分離絶縁層19、磁性材料層30、アルミナ(Al2O3)層31及びマスク35aを順に形成する。
続いて、図1(b)に示すように、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIEともいう)によりアルミナ層31をエッチングして、マスク35aの下にアルミナ層からなるハードマスク31aを形成する。
次に、図1(c)に示すように、ウエハ40に対して一定のビーム照射角θでイオンビームを照射してイオンミリングを行い、ハードマスク31aの下に主磁極20を形成する。このイオンミリングでは、ウエハ40に対して斜め方向からイオンビームを照射することにより、主磁極20の断面を逆台形状にすることができる。なお、このイオンミリングにおいて磁性材料層30とともにハードマスク31aもエッチングされる。
特開平9−63017号公報
特開2000−11320号公報
特開2001−344716号公報
しかし、上述の工程で形成される主磁極のコア幅は、ウエハ間で比較的大きなばらつきが生じるという問題がある。
そこで、ウエハ間での主磁極のコア幅のばらつきを抑制することができる磁気ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
一観点によれば、基板の上方に磁性材料層を形成する工程と、前記磁性材料層の上にハードマスクを形成する工程と、前記ハードマスクの断面形状を観察して、前記ハードマスクの側壁傾斜角と幅とを測定する工程と、前記ハードマスクの側壁傾斜角と幅とに応じて、前記磁性材料層のイオンミリングの際のビーム照射角を決定する工程と、前記ビーム照射角で前記磁性材料層をイオンミリングして主磁極を形成する工程と、を有する磁気ヘッドの製造方法が提供される。
上記一観点では、イオンミリングを行う前にハードマスクの幅及び側壁の傾斜角を測定し、これに応じてイオンミリングの際のビーム照射角を決定する。このため、ハードマスクの形状がウエハ間でばらついていても、イオンミリングの条件の調整でハードマスクのばらつきの影響を回避でき、主磁極のコア幅のばらつきの少ない磁気ヘッドを製造することができる。
以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
本願発明者は、主磁極のコア幅にばらつきが発生する原因を探るべく、図1(a)〜(c)で説明したのと同様の手順で主磁極を形成し、イオンミリングの前後において、断面構造の観察を行った。なお、本願発明者が行った実験において、磁性材料層30は厚さ150〜200nm程度の鉄コバルト合金層、ハードマスク31aは厚さ700nm程度のアルミナ層、マスク35aは厚さ50nm程度のクロム層及び厚さ50nm程度の酸化シリコン層の積層膜とした。その結果、ハードマスク31aの側壁傾斜角α(ウエハ40の上面の法線方向とハードマスク31の側壁との角度)がウエハ毎にばらついていることが判明した。
図2は、ハードマスクの側壁傾斜角αとハードマスクの側壁に対するビーム照射角φとの関係を示す模式図である。本願発明者は、ハードマスク31aの側壁傾斜角αのばらつきが主磁極20のコア幅のばらつきの原因と考える。すなわち、図2に示すように、ウエハ40に対するビーム照射角θを一定としても、ハードマスク31aの側壁傾斜角が小さい場合(α1)には側壁に対するビーム照射角φ1が大きくなる。また、図2において破線で示すように、側壁傾斜角が大きな場合(α2)には側壁に対するビーム照射角φ2が小さくなる。
ハードマスク31aの幅方向のエッチングレートは側壁に対するビーム照射角φに依存するので、ビーム照射角φがウエハ40間で異なると、ハードマスク31aの幅方向のエッチング量(シフト量S)もウエハ40間で異なってしまう。このため、ハードマスク31aの下に形成される主磁極20のコア幅もばらつくものと考えられる。
ハードマスク31aの側壁傾斜角αのばらつきは、ハードマスク31aを反応性イオンエッチングにより形成するときのわずかな条件の違いにより発生する。このため、側壁傾斜角αのばらつきをある程度以上小さくはできない。そこで、本願発明者らは、ハードマスク31aの側壁傾斜角αがウエハ間でばらついていても、主磁極20のコア幅のばらつきを抑制できるイオンミリング条件について検討を行った。
すなわち、本願発明者らは、主磁極20のコア幅のバラツキを抑制できるイオンミリング条件を探るべく、磁性材料層30上のハードマスク31aの側壁傾斜角αを様々に変えた試料を作製した。そして、イオンミリングの際のビーム照射角θを45°〜60°の範囲で変化させて逆台形状の主磁極20を形成し、主磁極20の側壁傾斜角が10〜12°となる条件の下で、ハードマスク31aの幅方向のエッチング量(シフト量S)の変化を調べた。
図3は、横軸にハードマスクの側壁傾斜角αをとり、縦軸にハードマスクのシフト量Sをとって、ハードマスクの側壁傾斜角αとビーム照射角θとハードマスクのシフト量Sとの関係を示す図である。
図3に示すように、ビーム照射角θが一定の場合にはハードマスク31aの側壁傾斜角αとシフト量Sとは直線的な相関関係を示す。また、ビーム照射角θの変化に対して、側壁傾斜角α及びシフト量Sも一定の割合で変化する。
図3から、ハードマスク31aの側壁傾斜角α、シフト量S及びビーム照射角θの関係として、以下の関係式(1)が求まる。
θ=(S[nm]+a)/b−α[deg] …(1)
なお、関係式(1)のa、bは、ハードマスク31aの材料及び膜厚と、主磁極の側壁傾斜角とによって実験的に求まるパラメータである。ここでは、図3のデータからa=374、b=8.5となる。
なお、関係式(1)のa、bは、ハードマスク31aの材料及び膜厚と、主磁極の側壁傾斜角とによって実験的に求まるパラメータである。ここでは、図3のデータからa=374、b=8.5となる。
次に、図3に示す関係を利用して、所望のコア幅を有する主磁極を形成するためイオンミリング条件を求める方法について説明する。
まず、イオンミリングを行う前のハードマスク31aの断面観察を行って、ハードマスク31aの幅(底部の幅)Wと側壁傾斜角αを測定する。シフト量Sは、ハードマスク31aの幅(底部の幅)Wと主磁極20のコア幅の目標値(設計値)Dとの差(S=W−D)として求まる。したがって、関係式(1)に基づいて(又は図3を参照して)、ビーム照射角θが求まる。
一方、ビーム照射時間Tは、ハードマスク31aのシフト量Sをハードマスク31aの幅方向のエッチングレートKで除算(T=S/K)して求まる。このエッチングレートKは、ハードマスク31aの側壁に対するビーム照射角φでのハードマスク材料(例えばアルミナ)のエッチングレートのデータを参照することで得られる。
本願発明者らは、上述の手順により、ビーム照射角θ及びビーム照射角Tを求め、その条件でイオンミリングを行って主磁極20を形成した。なお、主磁極20のコア幅の目標値は100nmとした。
実験例1では、イオンミリングを行う前のハードマスク31aの幅Wは275nmであり、側壁傾斜角αは5°であった。主磁極20のコア幅の目標値は100nmであるので、ハードマスク31aのシフト量Sは175nm(=275nm−100nm)となる。したがって、関係式(1)により、ビーム照射角θは60°となる。
ハードマスク31aの側壁に対するビーム照射角φは25°(=90°−60°−5°)となる。ビーム照射角φ(=25°)におけるアルミナ層のエッチングレートK25°と、シフト量S(175nm)とからビーム照射時間Tが564秒と求まる。
次に、ビーム照射角60°及びビーム照射時間564秒の条件で鉄コバルト合金からなる磁性材料層30をイオンミリングして、主磁極20を形成した。この結果、実験例1の主磁極20のコア幅は96nmとなった。
実験例2では、断面観察の結果、ハードマスク31aの幅Wは290nmであり、側壁傾斜角αは12°であった。主磁極20のコア幅の目標値Dは100nmなので、ハードマスク31aのシフト量Sは190nm(=290nm−100nm)となる。したがって、関係式(1)により、ビーム照射角θは54°となる。
このとき、ハードマスク31aの側壁に対するビーム照射角φは24°(=90°−54°−12°)となる。したがって、ビーム照射角φ(=24°)におけるアルミナ層のエッチングレートK24°と、シフト量S(190nm)とからビーム照射時間Tが629秒となる。
次に、ビーム照射角54°及びビーム照射時間629秒の条件で鉄コバルト合金からなる磁性材料層30をイオンミリングして主磁極20を形成した。この結果、実験例2の主磁極20のコア幅は97nmとなった。
本願発明者は、上述の実験例と同様の手順で主磁極20を形成する実験を繰り返し行った。その結果、ハードマスク31aの側壁傾斜角αはウエハ間で5°程度のばらつきが生じたのに対し、主磁極20のコア幅のばらつきは11nm程度となった。
一方、比較例として、イオンミリングの際のビーム照射角θ(51°)及びビーム照射時間T(600秒)を一定として主磁極20を形成する実験を行った。その結果、ハードマスク31aの側壁傾斜角αはウエハ間で5°程度ばらつきが生じたのに対し、主磁極20のコア幅のばらつきは22nm程度となった。
以上のように、イオンミリング前のハードマスク31aの側壁傾斜角α及び幅Wの測定結果に応じて、イオンミリングの際のビーム照射角θ及びビーム照射時間Tを決めることにより、主磁極20のコア幅のばらつきを抑制できることが確認できた。
なお、ハードマスク31aの材質及び膜厚(厚さ700nmのアルミナ層)や主磁極20の側壁傾斜角(10°〜12°)が上述の例と異なる場合は、図3に示す関係や関係式(1)のパラメータa、bを改めて求める必要がある。
この場合には、ハードマスク31aの側壁傾斜角αを様々に変えた試料を用意し、これらの試料に様々なビーム照射角θでイオンミリングを行って主磁極20を形成する。そして、主磁極20の側壁傾斜角αが所定の値となる条件の下で、ハードマスク31aの幅方向のエッチング量(シフト量S)の変化を測定すればよい。これにより、ハードマスク31aの側壁傾斜角αと、シフト量Sと、ビーム照射角θとの関係が求まり、関係式(1)のパラメータa、bを決定することができる。
図4は、磁気ヘッドの構造を示す断面図であり、図5は磁気ヘッドの主磁極の形状を示す斜視図である。
図4に示すように、磁気ヘッド10のスライダー11は、後述するウエハ40を所定の形状に加工して形成されたものであり、例えばアルチック(Al2O3−TiC)等のセラミックからなる。なお、スライダー11の上端の面(絶縁層14と接する面)は、ウエハ40の上面に対応している。スライダー11は、記録媒体対向面(ABS面)11aで磁気ディスク90と対向する。スライダー11の上端の面上には、例えばアルミナ(Al2O3)等からなる絶縁層14が形成されており、この絶縁層14の上に再生ヘッド12が形成されている。
再生ヘッド12は、下部シールド層15、再生素子16、絶縁層17及び、上部シールド層18を備えている。再生素子16は、例えばTMR(Tunneling Magneto Resistive)素子やCPP型GMR(Current Perpendicular to Plane-Giant Magneto Resistive)素子等からなり、ABS面11a側に配置されている。上下のシールド層15、18は、例えば鉄ニッケル合金等の磁性材料からなり再生素子16の電極を兼ねる。絶縁層17は、上下のシールド層15、18の間であって再生素子16の周囲に配置されている。
再生ヘッド12の上には、再生ヘッド12と記録ヘッド13とを分離する分離絶縁層19が形成され、その分離絶縁膜19の上に記録ヘッド13が形成されている。記録ヘッド13は、主磁極20、平坦化絶縁層21、ギャップ絶縁層22、下地絶縁層23、励磁コイル24、被覆絶縁層25、及びリターンヨーク26を備えている。リターンヨーク26のABS面11a側の端部は主磁極20側に伸びており、この部分がトレーリングシールド26aとなっている。
分離絶縁層19、平坦化絶縁層21、ギャップ絶縁層22、下地絶縁層23及び被覆絶縁層25は、例えばアルミナ等の非磁性の絶縁材料からなる。また、主磁極20及びリターンヨーク26は、例えば鉄コバルト(FeCo)合金等の鉄を含む磁性材料からなる。
主磁極20及びリターンヨーク26は、ギャップ絶縁層22の部分を挟んで磁気回路を形成する。励磁コイル24で発生した磁力線は、主磁極20の端部(ABS面11a側の端部)から磁気ディスク90側に放出される。この磁力線は、磁気ディスク90の記録層(図示せず)を通った後、記録ヘッド13のトレーリングシールド26aに戻る。
図5に示すように、主磁極20の端部の幅は磁気ディスク90のトラック幅と同程度の幅になるように設定される。主磁極20のコア幅は、例えば100nm程度である。
主磁極20の端部は、隣接するトラックへの誤書き込み(サイドライト)を防ぐために、下側(スライダー11側)が細くなった逆台形状に形成されている。この逆台形状の主磁極20の側壁とスライダー11の上面の法線方向との成す角(主磁極の側壁の傾斜角ともいう)は、例えば10〜12°程度である。
以下、図6及び図7を参照しつつ本実施形態に係る磁気ヘッドの製造方法について説明する。図6(a)〜(c)は実施形態に係る磁気ヘッドの主磁極の形成工程を示す断面図である(その1)。図7(a)〜(c)は、実施形態に係る磁気ヘッドの主磁極の形成工程を示す断面図である(その2)。なお、図6及び図7に示す断面は磁気ヘッド20のABS面11aに平行な断面に対応し、分離絶縁層19とウエハ40との間の再生ヘッド等の構造体の図示は省略している。また、以下の説明ではウエハ40上の特定の1箇所(チップ形成領域)の断面を例に磁気ヘッドの製造工程を説明するが、ウエハ40上の他の複数の箇所(チップ形成領域)にも同一工程により同一の構造体が同時に形成されるものとする。
まず、スライダー11となるウエハ40を用意する。このウエハ40は、例えばアルチック等のセラミックからなる。次に、ウエハ40の上に、公知の手法により絶縁層14、下部シールド層15、再生素子16、絶縁層17、及び上部シールド層18を所定の形状に形成して再生ヘッド12を形成する(図4参照)。そして、上部シールド層18の上に分離絶縁層19としてアルミナ(Al2O3)を例えば厚さ2μm程度堆積させる。
次に、図6(a)に示すように、分離絶縁層19の上に例えば鉄コバルト(FeCo)合金を厚さ150nm〜200nm程度堆積させて、主磁極20となる磁性材料層30を形成する。
次に、図6(b)に示すように、磁性材料層30の上に、ハードマスクとなるアルミナ層31を例えば厚さ700nm程度に形成し、その上にクロム(Cr)層32を例えば厚さ50nm程度に形成する。さらに、クロム層32の上に酸化シリコン(SiO2)層33を、例えば厚さ50nm程度に形成する。尚、ハードマスク材料は、アルミナに限定されるものではなく、炭化ケイ素(SiC)やダイヤモンドライクカーボン(Diamond Like Carbon; DLC)等を用いてもよい。
次に、図6(c)に示すように、酸化シリコン層33の上にフォトレジストマスク34を所定の形状に形成する。続いて、このフォトレジストマスク34に覆われていない部分の酸化シリコン層33をエッチングにより除去する。さらに、残った酸化シリコン層33をマスクにしてクロム層32をエッチングして、クロムからなるマスク32aを形成する。さらに、マスク32aに覆われていない部分のアルミナ層31をエッチングして、ハードマスク31aを形成する。なお、酸化シリコン層33、クロム層32、及びアルミナ層31のエッチングは、反応性イオンエッチング等で行うことができる。以上の工程により図7(a)に示す断面を有する構造体が完成する。
本実施形態では、図7(a)に示す構造体が完成した段階で、ウエハ40の各チップ形成領域のうちから例えば5箇所程度のチップ形成領域を適宜選んで、それらのチップ形成領域に形成されたハードマスク31aの断面観察を行なう。この断面観察により、ハードマスク31aの側壁傾斜角α及び幅(底部の幅)Wの平均値を求める。
次に、ハードマスク31aの幅(底部の幅)Wの実測値(平均値)と形成すべき主磁極20のコア幅の目標値Dとからハードマスク31aのシフト量Sを求める。そして、ハードマスク31aの側壁傾斜角α及びシフト量Sから関係式(1)に基づいてイオンミリングの際のビーム照射角θを決定する。また、ハードマスク31aの側壁方向のエッチングレートK及びシフト量Sからビーム照射時間Tを決定する。
次に、上記の工程で決定したビーム照射角θ及びビーム照射時間Tでイオンミリングを行って、図7(b)に示すようにハードマスク31aの下に逆台形状の主磁極20を形成する。
以後、公知の手法により、主磁極20及びハードマスク31aを覆うようにアルミナを堆積させて平坦化絶縁層21を形成し、この平坦化絶縁層21の上面を研磨して平坦化すると同時にハードマスク31aを除去して主磁極20の上面を露出させる。続いて、主磁極20及び平坦化絶縁層21の上にギャップ絶縁層22を形成する(図4参照)。
さらに、下地絶縁層23、励磁コイル24、被覆絶縁層25、リターンヨーク26を形成して記録ヘッド13を完成させる。その後、保護層27を形成した後、ウエハ40を切り分けて所定の加工を行うことで、図4に示す磁気ヘッド10が完成する。
以上のように、実施形態に係る磁気ヘッドの製造方法によれば、主磁極のイオンミリングの前にハードマスク31aの断面観察を行い、その幅(底部の幅)W及び側壁傾斜角αを測定する。そして、ハードマスク31aの幅(底部の幅)W及び側壁傾斜角αの実測値から、主磁極20のコア幅を目的の値とするためのイオンミリング条件(ビーム照射角θ及びビーム照射時間T)を求める。このイオンミリング条件に基づいて磁性材料層30をイオンミリングすることで、所定のコア幅を有する主磁極20を精度よく形成することができる。このため、ハードマスク31aの幅(底部の幅)W及び側壁傾斜角αがウエハ40毎にばらついていても、主磁極20のコア幅のばらつきを抑制できる。
10…磁気ヘッド、11…スライダー、11a…ABS面、12…再生ヘッド、13…記録ヘッド、14…絶縁層、15…下部シールド層、16…再生素子、17…絶縁層、18…上部シールド層、19…分離絶縁層、20…主磁極、21…平坦化絶縁層、22…ギャップ絶縁層、23…下地絶縁層、24…励磁コイル、25…被覆絶縁層、26…リターンヨーク、26a…トレーリングシールド、27…保護層、30…磁性材料層、31…アルミナ層、31a…ハードマスク、32…クロム層、32a、35a…マスク、33…酸化シリコン層、34…レジストマスク、40…ウエハ、90…磁気ディスク。
Claims (5)
- 基板の上方に磁性材料層を形成する工程と、
前記磁性材料層の上にハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクの側壁傾斜角と幅とを測定する工程と、
前記ハードマスクの側壁傾斜角と幅とに応じて、前記磁性材料層のイオンミリングの際のビーム照射角を決定する工程と、
前記ビーム照射角で前記磁性材料層をイオンミリングして主磁極を形成する工程と、
を有することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。 - 前記主磁極は逆台形状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の磁気ヘッドの製造方法。
- イオンミリング前の前記ハードマスクの幅と主磁極のコア幅の目標値との差をシフト量Sとし、前記ハードマスクの側壁の傾斜角を側壁傾斜角αとしたときに、前記ビーム照射角θを、関係式θ=(S[nm]+a)/b−α[deg](但し、a及びbはハードマスクの材料及び膜厚によって定まるパラメータ)により算出することを特徴とする請求項1に記載の磁気ヘッドの製造方法。
- 前記磁性材料層のイオンミリングの際のビーム照射時間を、前記シフト量Sを前記ハードマスクの幅方向のエッチングレートで除算して求めること特徴とする請求項3に記載の磁気ヘッドの製造方法。
- 前記ハードマスクは、アルミナ、炭化ケイ素及びDLC(Diamond Like Carbon)のいずれか1種からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の磁気ヘッドの製造方法。
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