JP2011227987A - 垂直磁気記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オントラック性能およびオフトラック性能の双方を向上させることが可能な垂直磁気記録ヘッドを提供する。
【解決手段】２つのサイドシールド９０のうち、トレーリング側部分７０の内側エッジ３１は主磁極１０のサイドエッジ１１に対して平行であるのに対して、リーディング側部分８０の内側エッジ２４は主磁極１０のサイドエッジ１１に対して非平行である。このリーディング側部分８０の内側エッジ２４はリーディング方向に向かって外側に傾斜している。このサイドシールド９０により、クロストラック方向においてフリンジ磁界が減少しつつ、ダウントラック方向において磁界強度が増加する。
【選択図】図１ａ

Description

この発明は、主磁極と共に２つのサイドシールドおよびトレーリングシールドを備えた垂直磁気記録ヘッドおよびその製造方法に関する。

近年、磁気記録分野では面記録密度が最大で５００Ｇｂ／インチ² 程度まで増加しているため、長手磁気記録（ＬＭＲ：lateral magnetic recording）方式のＬＭＲヘッドに代わり、垂直磁気記録（ＰＭＲ：perpendicular magnetic recording）方式のＰＭＲヘッドが開発されている。

ＬＭＲヘッドでは、２つの磁極片の間に生じるフリンジ磁界により、磁気メディア（ハードディスク）の表面に小さな磁気ドメイン（磁区）が形成される。面記録密度を増加させるためにはドメインサイズを減少させなければならないが、そのドメインサイズが減少しすぎると磁気的安定性が低下するため、熱的な影響を受けて磁気ドメインが不安定になる。この現象は、一般に超常磁性の限界と呼ばれている。

ＰＭＲヘッドに適用される磁気メディアは、軟磁性下地層（ＳＵＬ：soft magnetic layer ）の上に記録層を有する。記録層では、メディア表面に対して垂直な方向に磁気ドメインが形成されると共に、ＳＵＬは、記録層に形成された磁気ドメインを安定化する役割を果たす。このため、垂直方向に磁気ドメインを形成可能な磁界を発生させるＰＭＲヘッドを用いることで、ＬＭＲヘッドを用いる場合よりも面記録密度が極めて大きくなる。

このような技術的背景の下、ＰＭＲヘッドのヘッドデザインは様々な経緯を経て設計されてきた。具体的には、最初は単磁極を用いる単磁極型であったが、その単磁極と共にトレーリングシールド（ＴＳ：trailing shield ）を用いるシールド型に移行した。ダウントラック方向の磁界勾配が増加するため、線記録密度が増加するからである。こののち、２つのサイドシールド（ＳＳ：side shield ）を用いるシールド型に移行した。記録トラック幅方向（クロストラック方向）においてフリンジ磁界が減少するため、記録密度が増加するからである。さらに、ダウントラック方向におけるフリンジ磁界を減少させて、同方向における記録長さ（記録磁界が及ぶ範囲）を減少させると共に、スキュー角に起因する記録性能の低下を改善するために、リーディングシールド（ＬＳ：leading shield）を用いるシールド型に移行した。この最終的なシールド型により、主磁極は、トレーリングシールド、２つのサイドシールドおよびリーディングシールドにより四方から囲まれることになった。

図５ａは、エアベアリング面（ＡＢＳ：air bearing surface ）側から見た従来のシールド型のＰＭＲヘッドの平面構成を表している。このＰＭＲヘッドは、シールド１２０により三方から囲まれた主磁極１１０を備えており、そのシールド１２０は、２つのサイドシールド１３０およびトレーリングシールド１４０を含んでいる。２つのサイドシールド１３０は、クロストラック方向における主磁極１１０の両側にサイドギャップ１５０を介して配置されており、トレーリングシールド１４０は、主磁極１１０のトレーリング側に記録ギャップ１５９を介して配置されている。このシールド１２０では、２つのサイドシールド１３０とトレーリングシールド１４０とが連結されており、図５ａ中に示した破線１７５は、サイドシールド１３０とトレーリングシールド１４０との境界を表している。サイドシールド１３０は、クロストラック方向におけるフリンジ磁界を減少させて隣接トラック消去（ＡＴＥ：adjacent track erase）特性を改善し、トレーリングシールド１４０は、高面記録密度を実現するために、ダウントラック方向における磁界勾配を増加させる。

サイドシールド１３０の内側エッジ１３１は、主磁極１１０のサイドエッジ１１１に対して等角（conformal ）である。言い替えると、内側エッジ１３１は、サイドエッジ１１１に対して平行であり、その内側エッジ１３１が破線１７５と直交する線（仮想線）に対してなす角度は、サイドエッジ１１１が同線に対してなす角度と同一である。このため、内側エッジ１３１とサイドエッジ１１１との間に設けられているサイドギャップ１５０の幅は、位置によらずに一定である。このように内側エッジ１３１がサイドエッジ１１１に対して等角（平行）であるサイドシールド１３０の構造を「ｉＳＳ構造」と呼ぶ。

図５ｂは、従来の他のシールド型のＰＭＲヘッドの平面構成を表しており、図５ａに対応している。なお、図５ｂでは、図５ａと同一の構成要素に同一の符号を付している。このＰＭＲヘッドは、シールド１２５により三方から囲まれた主磁極１１０を備えており、そのシールド１２５は、２つのサイドシールド１３５およびトレーリングシールド１４０を含んでいる。２つのサイドシールド１３５は、主磁極１１０の両側にサイドギャップ５５ａ，５５ｂを介して配置されている。

サイドシールド１３５の内側エッジ１３２は、主磁極１１０のサイドエッジ１１１に対して非等角（non-conformal ）である。言い替えると、内側エッジ１３２は、サイドエッジ１１１に対して非平行であり、その内側エッジ１３２が破線１７５と直交する線（仮想線）に対してなす角度は、サイドエッジ１１１が同線に対してなす角度と異なっている。このため、内側エッジ１３２とサイドエッジ１１１との間に設けられているサイドギャップ１５５ａ，１５５ｂの幅は、一定でない。このように内側エッジ１３２がサイドエッジ１１１に対して非等角（非平行）であるサイドシールド１３５の構造を「ＮＣｉＳＳ構造」と呼ぶ。

ＮＣｉＳＳ構造は、ｉＳＳ構造よりも大きな磁界が生じる点において有利である反面、サイドシールド１３５が主磁極１１０から離れているため、ｉＳＳ構造よりもクロストラック方向においてフリンジ磁界が増加するという点で不利である。

この他、ＮＣｉＳＳ構造の問題は、主磁極１１０を形成したのち、サイドシールド１３５を形成する場合に、そのサイドシールド１３５の形状が互いに分離された２つのフォトマスクにより決定されることである。この場合には、２つのマスクの位置合わせが困難であるため、２つのサイドシールド１３５の形状が異なってしまうだけでなく、サイドギャップ１５５ａ，１５５ｂの幅も異なってしまう。この問題は、ｉＳＳ構造では生じない。なぜなら、ｉＳＳ構造では、２つのサイドシールド１３０が主磁極１１０に対して自己整合的に形成されると共に、原子層堆積（ＡＬＤ：atomic layer deposition ）法により非磁性層（サイドギャップ１５０）が均一な厚さとなるように形成されるからである。

これらの技術的事情を背景として、シールド型のＰＭＲヘッドの構成に関してはさまざまな検討がなされている。具体的には、Terris等は、軟磁性材料を用いてサイドシールドおよびトレーリングシールドを形成している（例えば、特許文献１参照。）。Gao 等は、ＮｉＦｅを用いたトレーリングシールドを開示している（例えば、特許文献２参照。）。Nix 等は、サイドシールドおよびトレーリングにより囲まれた主磁極の形成方法を提案している（例えば、特許文献３参照。）。Guan等は、主磁極がシールドにより四方から囲まれたラップアラウンドシールドを教示しており（例えば、特許文献４参照。）、Jiang 等およびHsiao 等も同様のシールドを教示している（例えば、特許文献５，６参照。）。Sasaki等は、アルミナをエッチングして開口部を形成し、その開口部に磁性材料を埋設して主磁極を形成する方法を提案している（例えば、特許文献７参照。）。Han 等は、は、主磁極に対して等角（平行）に設けられたサイドシールドを教示している（例えば、特許文献８参照。）。Zhou等は、主磁極を形成するためにエッチングされる絶縁層の形成材料としてアルミナまたは酸化ケイ素を用いることを提案している（例えば、特許文献９参照。）。

米国特許第７０６８４５３号明細書 米国特許第７４４１３２５号明細書 米国特許第７３６７１１２号明細書 米国特許第７３２２０９５号明細書 米国特許出願公開２００９／０１５４０２６ 米国特許出願公開２００９／０１５４０１９ 米国特許第７５５８０２０号明細書 米国特許出願公開２００９／００９１８６２ 米国特許出願公開２００９／００５２０９２

ｉＳＳ構造を有するサイドシールドを用いると、クロストラック方向においてフリンジ磁界が減少するため、オフトラック性能が向上する反面、ダウントラック方向において磁界強度が減少するため、オントラック性能が低下してしまう。これに対して、ＮＣｉＳＳ構造を有するサイドシールドを用いると、ダウントラック方向において磁界強度が増加するため、オントラック性能が向上する反面、クロストラック方向においてフリンジ磁界が増加するため、オフトラック性能が低下してしまう。よって、従来は、ＰＭＲヘッドにおけるオントラック性能の向上とオフトラック性能の向上とを両立させることが困難であった。

また、サイドギャップの幅は、主磁極とサイドシールドとの間の距離を決定するため、シールド型のＰＭＲヘッドでは、２つのサイドギャップの幅を互いに等しくする必要がある。しかしながら、従来は、２つのサイドギャップの幅を互いに等しくすることが困難であり、サイドシールドが非対称に配置されてしまうため、ＰＭＲヘッドの性能を向上させることが困難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１目的は、オントラック性能およびオフトラック性能の双方を向上させることが可能な垂直磁気記録ヘッドおよびその製造方法を提供することである。

また、本発明の第２目的は、２つのサイドシールドが非対称に配置されることを抑制することが可能な垂直磁気記録ヘッドおよびその製造方法を提供することである。

さらに、本発明の第３の目的は、主磁極が少なくとも三方からシールドにより囲まれた垂直磁気記録ヘッドおよびその製造方法を提供することである。

本発明の垂直磁気記録ヘッドは、エアベアリング面における端面の形状が台形である主磁極と、記録トラック幅方向における主磁極の両側に離間配置された２つのサイドシールドと、主磁極のトレーリング側に離間配置されると共に２つのサイドシールドに連結されたトレーリングシールドとを備えるものである。主磁極の端面は、リーディングエッジと、そのリーディングエッジから主磁極の高さＭＰｈに相当する距離を隔てて平行に離間されると共にリーディングエッジよりも広い幅のトレーリングエッジと、リーディングエッジおよびトレーリングエッジの垂直二等分線に対して傾斜した２つのサイドエッジとにより画定される。２つのサイドシールドは、垂直二等分線に対して左右対称に配置されると共に、サイドエッジから離間された内側エッジを有する。各サイドシールドのうち、トレーリング側に位置する部分の内側エッジはサイドエッジに対して平行であると共に、リーディング側に位置する部分の内側エッジはサイドエッジに対して非平行であり、そのリーディング側に位置する部分の内側エッジは、垂直二等分線に対して角度αをなすようにリーディング方向に向かって外側に傾斜している。

本発明の垂直磁気記録ヘッドの製造方法は、以下の工程による。基体の上に、第１材料および第１厚さの下層と第２材料および第２厚さの上層とを含む誘電層を形成する。第１エッチングプロセスにより誘電層を部分的に除去して、下層に設けられた下開口部と上層に設けられた上開口部とを含むと共に上層から下層に向かって次第に幅が狭くなるように、基体の垂線に対して左右対称な第１開口部を形成する。少なくとも第１開口部の内側面を均一な厚さの非磁性金属材料で被覆して、その第１開口部の内部に第２開口部を形成する。少なくとも第２開口部に磁性材料を埋設して主磁極を形成する。少なくとも磁性材料の過剰部分を除去して誘電層および主磁極を平坦化する。フォトマスクを用いた第２エッチングプロセスにより、誘電層のうち、主磁極の周辺部分よりも外側の部分を、その誘電層の残存部分の側面が垂線に対して角度αをなすように基体が露出するまで除去する。第３エッチングプロセスにより、誘電層の残存部分のうちの上層を除去する。少なくとも第３エッチングプロセス後に残存している下層、非磁性金属材料および主磁極を均一な厚さの記録ギャップ材料で被覆する。少なくとも記録ギャップ材料の上に磁性材料を鍍金して、記録トラック幅方向における主磁極の両側に位置する２つのサイドシールドと主磁極のトレーリング側に位置すると共に２つのサイドシールドに連結されたトレーリングシールドとを形成する。これにより、各サイドシールドのうち、トレーリング側に位置する部分の内側エッジを主磁極のサイドエッジに対して平行にすると共に、リーディング側に位置する部分の内側エッジをサイドエッジに対して非平行にし、そのリーディング側に位置する部分の内側エッジを、垂線に対して角度αをなすようにリーディング方向に向かって外側に傾斜させる。

本発明の垂直磁気記録ヘッドまたはその製造方法によれば、２つのサイドシールドのうち、トレーリング側に位置する部分の内側エッジは主磁極のサイドエッジに対して平行であるのに対して、リーディング側に位置する部分の内側エッジは主磁極のサイドエッジに対して非平行であり、そのリーディング側に位置する部分の内側エッジはリーディング方向に向かって外側に傾斜している。これにより、クロストラック方向においてフリンジ磁界が減少しつつ、ダウントラック方向において磁界強度が増加するため、オントラック性能およびオフトラック性能の双方を向上させることができる。

また、基体の上に下層および上層を含む誘電層を形成し、その誘電層に設けられた第２開口部に主磁極を形成したのち、誘電層のうちの主磁極の周辺部分よりも外側の部分を除去し、その周辺部分のうちの上層だけを除去してから記録ギャップ材料を介して２つのサイドシールドおよびトレーリングシールドを形成しているので、２つのサイドシールドが非対称に配置されることを抑制できると共に、主磁極が少なくとも三方からシールドにより囲まれた垂直磁気記録ヘッドを実現できる。

本発明の一実施形態におけるシールド型のＰＭＲヘッドの構成を表す平面図である。 本発明の一実施形態における他のシールド型のＰＭＲヘッドの構成を表す平面図である。 本発明の一実施形態におけるシールド型のＰＭＲヘッドの製造方法を説明するための断面図である。 図２ａに続く工程を説明するための断面図である。 図２ｂに続く工程を説明するための断面図である。 図２ｃに続く工程を説明するための断面図である。 図２ｄに続く工程を説明するための断面図である。 図２ｅに続く工程を説明するための断面図である。 図２ｆに続く工程を説明するための断面図である。 ＰＭＲヘッドに関する最大磁界強度Ｈ_y と高さｈとの相関を表す図である。 ＰＭＲヘッドに関するオーバーライトＯＷと高さｈとの相関を表す図である。 従来のシールド型のＰＭＲヘッドの構成を表す平面図である。 従来の他のシールド型のＰＭＲヘッドの構成を表す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［ＰＭＲヘッドの構成］
まず、本発明の一実施形態のＰＭＲヘッドの構成について説明する。図１ａは、ＡＢＳ側から見たシールド型のＰＭＲヘッドの平面構成を表している。なお、図１ａおよび以降の図面では、図中の上側をトレーリング側、下側をリーディング側とする。

ＰＭＲヘッドは、主磁極１０と、その主磁極１０を三方から囲むシールド６０とを備えている。この「三方」とは、記録トラック幅方向（クロストラック方向）における両側（右側および左側）およびトレーリング側である。このＰＭＲヘッドのシールド構造は、主磁極１０がシールド６０によりリーディング側を除く三方から囲まれている部分シールド型である。

ＡＢＳにおける主磁極１０の端面の形状は、破線１５（仮想線）に対して左右対称であると共にその破線１５と直交する破線７７に対して上下対称でない台形である。この主磁極１０の端面は、リーディングエッジ１９と、そのリーディングエッジ１９よりも広い幅のトレーリングエッジ１７と、破線１５に対して傾斜した２つのサイドエッジ１１とにより画定されている。トレーリングエッジ１７は、リーディングエッジ１９に対して平行であると共に、そのリーディングエッジ１９から主磁極１０の高さＭＰｈに相当する距離を隔てて離間されている。この高さＭＰｈは、トレーリングエッジ１７とリーディングエッジ１９との間の距離である。なお、上記した破線１５は、互いに平行なトレーリングエッジ１７およびリーディングエッジ１９を二等分する線（垂直二等分線）である。

シールド６０は、２つのサイドシールド９０と、その２つのサイドシールド９０に連結されたトレーリングシールド４０とを含んでおり、そのシールド６０中に示された破線７７（仮想線）は、サイドシールド９０とトレーリングシールド４０との境界を表している。なお、ここでは２つのサイドシールド９０とトレーリングシールド４０とが一体化（一体形成）されているが、別体化（分離形成）されていてもよい。

２つのサイドシールド９０は、クロストラック方向における主磁極１０の両側に配置されており、サイドギャップ５５，５７を介して主磁極１０から離間されている。この２つのサイドシールド９０は、破線１５に対して左右対称に配置されていると共に、主磁極１０のサイドエッジ１１から離間された内側エッジ３１，２４を有している。サイドシールド９０には、内側エッジ３１，２４により画定される開口部が形成されており、その開口部には、サイドギャップ５５，５７を介して主磁極１０が収容されている。

各サイドシールド９０は、トレーリング側に位置する部分（トレーリング側部分）７０と、リーディング側に位置する部分（リーディング側部分）８０とを含んでおり、そのシールド９０中に示された破線７５（仮想線）は、トレーリング側部分７０とリーディング側部分８０との境界を表している。このため、トレーリング側部分７０は、シールド６０のうち、破線７５，７７の間に位置する部分である。なお、ここではトレーリング側部分７０とリーディング側部分８０とが一体化されているが、別体化されていてもよい。

トレーリング側部分７０の内側エッジ３１は、サイドエッジ１１に対して等角（平行）である。このため、トレーリング部分７０の幅は、リーディング側に向かって次第に大きくなっている。これに対して、リーディング部分８０の内側エッジ２４は、サイドエッジ１１に対して非等角（非平行）であり、その内側エッジ２４は、破線１５に対して角度αをなすようにリーディング方向に向かって外側に傾斜している。この角度αは、例えば、０°〜３０°である。このため、リーディング側部分８０の幅は、リーディング側に向かって次第に小さくなっている。なお、主磁極１０のうち、２つのトレーリング側部分７０により挟まれた部分の高さｈは、その主磁極１０の高さＭＰｈの２０％〜８０％であることが好ましい。クロストラック方向においてフリンジ磁界を減少させつつ、ダウントラック方向において磁界強度を増加させることができるからである。

すなわち、内側エッジ３１がサイドエッジ１１に対して平行であるのに対して、内側エッジ２４がサイドエッジ１１に対して非平行であるため、サイドシールド９０は、上記したｉＳＳ構造とＮＣｉＳＳ構造とを組み合わせた構造を有していると言える。

ここでは、例えば、リーディング側部分８０の最大幅がトレーリング部分７０の最大幅よりも小さくなっているため、トレーリング側部分７０とリーディング側部分８０との境界に段差が形成されている。この段差構造を有するサイドシールド９０の形状は、上記した高さｈおよび角度αなどの条件により決定される。

トレーリングシールド４０は、主磁極１０のトレーリング側に配置されており、記録ギャップ５９を介して主磁極１０から離間されている。

主磁極１０と２つのサイドシールド９０との間の隙間は、上記したようにサイドギャップ５５，５７であり、その隙間は、サイドギャップ材料により満たされている。サイドギャップ５５は、主磁極１０とトレーリング部分７０との間の隙間であり、サイドギャップ５７は、主磁極１０とリーディング部分８０との間の隙間である。このサイドギャップ材料は、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ およびＲｕなどのうちの少なくとも１種の非磁性材料であると共に、３０ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは１５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さの単層となるように形成されている。

主磁極１０とトレーリングシールド４０との間の隙間は、上記したように記録ギャップであり、その隙間は、記録ギャップ材料により満たされている。この記録ギャップ材料は、例えば、サイドギャップ材料を同様であると共に、１５ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは１５ｎｍ〜４０ｎｍの厚さの単層となるように形成されている。

図１ｂは、ＡＢＳ側から見た他のシールド型のＰＭＲヘッドの平面構成を表しており、図１ａに対応している。なお、図１ｂでは、図１ａと同一の構成要素に同一の符号を付している。

ここで説明するＰＭＲヘッドは、シールド６０に代えてシールド６５を備えることを除き、図１ａと同様の構成を有している。このＰＭＲヘッドは、主磁極１０と、その主磁極１０を四方から囲むシールド６５とを備えている。この「四方」とは、クロストラック方向における両側、トレーリング側およびリーディング側である。このＰＭＲヘッドのシールド構造は、主磁極１０がシールド６５によりシーディング側を含む四方から囲まれている完全シールド型である。

シールド６５は、主磁極１０のリーディング側に配置されたリーディングシールド１００を含んでいることを除き、シールド６０と同様の構成を有している。このリーディングシールド１００は、リーディングギャップ９５を介して主磁極１０から離間されていると共に、２つのサイドシールド９０に連結されている。シールド６５中に示された破線３５（仮想線）は、サイドシールド９０とリーディングシールド１００との境界を表している。なお、ここでは２つのサイドシールド９０とリーディングシールド１００とが一体化されているが、別体化されていてもよい。

［ＰＭＲヘッドの製造方法］
次に、上記したＰＭＲヘッドの製造方法について説明する。図２ａ〜図２ｇは、図１ａに示した部分シールド型のＰＭＲヘッドの製造方法を説明するためのものであり、図１ａに対応する平面構成を示している。

ＰＭＲヘッドを製造するためには、最初に、図２ａに示したように、基体２００の上に、第１材料および第１厚さの下層３００と第２材料および第２厚さの上層４００とを含む誘電層９００を形成する。

基体２００は、例えば、後述する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：reactive ion etching）に対してエッチング耐性を示すＲｕなどにより形成されたエッチングストップ層であり、その厚さは、例えば、２０ｎｍ〜２００ｎｍである。

下層３００の形成材料（第１材料）は、例えば、ＭＯ（Ｍは上層４００の形成時に酸化される元素以外の元素である。）で表される酸化物である。このＭは、例えば、Ａｌ以外の元素であり、酸化物の具体例は、ＳｉＯ₂ などである。この下層３００の厚さ（第１厚さ）は、少なくとも高さＭＰｈと後述する主磁極５５０のうちの２つのサイドシールド（トレーリング側部分）により挟まれた部分の高さｈとの差（＝ＭＰｈ−ｈ）であり、その高さｈは、例えば、高さＭＰｈの２０％〜８０％である。

上層４００の形成材料（第２材料）は、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ などである。この上層４００の厚さ（第２厚さ）は、少なくとも後述する記録ギャップ材料６００の堆積厚さＷＧと主磁極５５０のうちの２つのサイドシールド（トレーリング側部分）により挟まれた部分の高さｈとの和（＝ＷＧ＋ｈ）であり、例えば、１５０ｎｍ〜４００ｎｍである。この高さｈは、例えば、上記したように、高さＭＰｈの２０％〜８０％である。

続いて、第１エッチングプロセスにより、基体２００が露出するまで誘電層９００（下層３００および上層４００）を部分的に除去して、図２ｂに示したように、基体２００の垂線（または図１ａに示した破線１５）に対して左右対称な第１開口部７００を形成する。この第１エッチングプロセスでは、例えば、ＲＩＥを用いる。第１開口部７００は、下層３００に設けられた下開口部と、上層４００に設けられると共に下開口部よりも広い上開口部とを含む。この第１開口部７００の幅は、上層４００から下層３００に向かって次第に狭くなる。この場合には、例えば、第１開口部７００の断面形状が台形となるようにする。上開口部の幅は、例えば、０．２μｍ〜０．４μｍであると共に、下開口部の幅は、例えば、０μｍよりも大きいと共に０．２μｍ以下の範囲である。

続いて、少なくとも第１開口部７００の内側面（基体２００の露出面および誘電層９００の壁面）を均一な厚さの非磁性金属材料５００で被覆する。これにより、第１開口部７００の内部に、その第１開口部７００よりも狭い第２開口部７１０が形成される。この非磁性金属材料５００は、例えば、Ｒｕなどであると共に、４０ｎｍ〜１２０ｎｍの厚さとなるように堆積される。第２開口部７１０の深さは、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍであり、その深さは、実質的に主磁極５５０の高さＭＰｈを決定する。

続いて、少なくとも第２開口部７１０に磁性材料を埋設して、主磁極５５０を形成する。この磁性材料は、例えば、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉまたはＣｏＮｉＦｅなどである。なお、主磁極５５０は、上記した主磁極１０（図１ａ）に対応するものである。

続いて、少なくとも非磁性金属材料５００および主磁極５５０の過剰部分を除去して、図２ｃに示したように、誘電層９００および主磁極５５０を平坦化する。この平坦化方法としては、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ：chemical mechanical polishing ）法などを用いる。この場合には、誘電層９００および主磁極５５０だけでなく誘電層９００まで研磨してもよい。

こののち、必要に応じて、主磁極５５０の上面を部分的にエッチングして、その主磁極５５０の厚さがＡＢＳよりも後方の位置からそのＡＢＳに向かって次第に小さくなるようにテーパ面を形成してもよい。このエッチング方法としては、例えば、イオンビームミリングなどを用いる。

続いて、フォトマスク（図示せず）を用いた第２エッチングプロセスにより、図２ｄに示したように、誘電層９００のうち、主磁極５５０の周辺部分よりも外側の部分を除去して、基体２００を露出させる。フォトマスクは、主磁極５５０の周辺部分を覆うように形成されるが、図２ｄに示した破線は、フォトマスクの形成位置の一例を表している。この第２エッチングプロセスでは、例えば、ＲＩＥを用いる。この場合には、主磁極５５０の周辺部分（下層３００の残存部分３１０および上層４００の残存部分４１０）の側面が基体２００の垂線に対して角度α（図１ａ）をなすようにする。なお、図２ｄでは、例えば、角度αがα＝０°になる場合を示しているが、図１ａに示したように、角度αは０°＜α≦３０°でもよい。この角度αは、第２エッチングプロセスにおいて、ＲＩＥのエッチング強度（プラズマ強度など）を変化させたり、反応ガスの流量を変化させることで調整可能である。この残存部分３１０，４１０の形状により、後述するシールド８００の形状が実質的に決定される。

続いて、図２ｅに示したように、第３エッチングプロセスにより、残存している誘電層９００（残存部分３１０，４１０）のうちの上層４００（残存部分４１０）だけを除去する。この第３エッチングプロセスでは、例えば、残存部分４１０だけを選択的に除去できる選択比を実現可能なウェットエッチングを用いる。この第３エッチングプロセスでは、エッチャント（エッチング溶液）としてエチルジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ：Ethylene Diamine Tetraacetic Acid ）などを用いる。

続いて、図２ｆに示したように、少なくとも第３エッチングプロセス後に残存している下層３００（残存部分３１０）、非磁性金属材料５００および主磁極５５０を均一な厚さの記録ギャップ材料６００で被覆する。この記録ギャップ材料６００は、ＲｕまたはＡｌ₂ Ｏ₃ などの非磁性材料であると共に、ＡＬＤ法または化学蒸着堆積（ＣＶＤ：chemical vapor deposition ）法により、１００ｎｍ以下、好ましくは１５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さとなるように形成される。

最後に、図２ｇに示したように、少なくとも記録ギャップ材料６００の上に磁性材料を鍍金して、クロストラック方向における主磁極５５０の両側に位置する２つのサイドシールドと、その主磁極５５０のトレーリング側に位置すると共に２つのサイドシールドに接続されたトレーリングシールドを含むように、シールド８００を形成する。なお、シールド８００は、上記したシールド６０に対応するものである。

なお、図１ｂに示した完全シールド型のＰＭＲヘッドを製造する場合には、例えば、基体２００としてリーディングシールド１００（図１ｂ）を用いる。この場合には、記録ギャップ材料６００を堆積させたのち（図２ｆ）、シールド８００（２つのサイドシールドおよびトレーリングシールド）を形成する前に、その記録ギャップ材料６００を部分的に除去して基体２００を露出させたのち、シールド８００を形成して基体２００に連結させる。これにより、２つのサイドシールドがリーディングシールド１００に連結される。この場合には、記録ギャップ材料６００のうち、第３エッチングプロセス後に残存している残存部分３１０、非磁性金属材料５００および主磁極５５０の周辺（領域６１０：図２ｇ）に存在する部分を除去する。このエッチング方法としては、例えば、イオンビームミリングを用いる。

なお、記録ギャップ材料６００を事後的に除去して基体２００を露出させる代わりに、例えば、リフトオフステンシルマスク（図示せず）を用いて記録ギャップ材料６００を当初から選択的に堆積させて基体２００を露出させてもよい。この場合には、第３エッチングプロセス後に残存している残存部分３１０、非磁性金属材料５００および主磁極５５０の周辺（領域６１０）には記録ギャップ材料６００を堆積させずに、基体２００を露出させる。リフトオフステンシルマスクは、領域６１０に形成されるが、図２ｇに示した破線は、リフトオフステンシルマスクの形成位置の一例を表している。

［ＰＭＲヘッドおよびその製造方法の作用効果］
このＰＭＲヘッドおよびその製造方法によれば、２つのサイドシールド９０のうち、トレーリング側部分７０の内側エッジ３１は主磁極１０のサイドエッジ１１に対して平行であるのに対して、リーディング側部分８０の内側エッジ２４は主磁極１０のサイドエッジ１１に対して非平行であり、そのリーディング側部分８０の内側エッジ２４はリーディング方向に向かって外側に傾斜している。これにより、クロストラック方向においてフリンジ磁界が減少しつつ、ダウントラック方向において磁界強度が増加するため、オントラック性能およびオフトラック性能の双方を向上させることができる。

また、基体２００の上に下層３００および上層４００を含む誘電層９００を形成し、その誘電層９００に設けられた第２開口部７１０に主磁極５５０を形成したのち、誘電層９００のうちの主磁極５５０の周辺部分（残存部分３１０，４１０）よりも外側の部分を除去し、その残存部分４１０だけを除去してから記録ギャップ材料を介して２つのサイドシールドおよびトレーリングシールドを形成している。よって、残存部分３１０により段差が形成されるため、段差構造を有する２つのサイドシールドを高精度かつ容易に形成できると共に、膜厚制御に優れたＡＬＤ法などを用いて記録ギャップ材料を堆積させれば、２つのサイドシールドが非対称に配置されることを抑制できる。これにより、主磁極１０が少なくとも三方からシールド６０により囲まれたＰＭＲヘッドを実現できる。

上記した作用効果は、図１ａに示した部分シールド型のＰＭＲヘッドだけでなく、図１ｂに示した完全シールド型のＰＭＲヘッドでも同様に得られる。

本技術の具体的な実施例について、詳細に説明する。

図３は、ＰＭＲヘッドに関する最大磁界強度Ｈ_y （１０³ ／（４π）Ａ／ｍ＝Ｏｅ）と高さｈ（ｎｍ）との相関を表すシミュレーション結果であり、破線は従来の部分シールド型（図５ａ）、実線（△）は本発明の部分シールド型（図１ａ）をそれぞれ表している。ただし、サイドギャップ幅＝８０ｎｍである。

図４は、ＰＭＲヘッドに関するオーバーライトＯＷと高さｈ（ｎｍ）との相関を表すシミュレーション結果であり、破線は従来の部分シールド型（図５ａ）、実線（△）は本発明の部分シールド型（図１ａ）をそれぞれ表している。ただし、サイドギャップ幅＝８０ｎｍ、イレース幅＝８０ｎｍである。

図３および図４の結果から、従来の部分シールド型では、高さｈを変化させてもヘッド性能（最大磁界強度Ｈ_y およびオーバーライトＯＷ）は変化しないが、本発明の部分シールド型では、高さｈが小さくなるにしたがってヘッド性能が向上することが確認された。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施形態において説明した態様に限られず、種々の変形が可能である。例えば、本発明における各構成要素の構成、形成材料および形成方法などは、適宜変更可能である。

１０…主磁極、４０…トレーリングシールド、６０…シールド、７０…トレーリング側部分、８０…リーディング側部分、９０…サイドシールド、１００…リーディングシールド。

Claims (28)

1. エアベアリング面における端面の形状が台形である主磁極と、
   記録トラック幅方向における前記主磁極の両側に離間配置された２つのサイドシールドと、
   前記主磁極のトレーリング側に離間配置されると共に前記２つのサイドシールドに連結されたトレーリングシールドとを備え、
   前記主磁極の端面は、リーディングエッジと、そのリーディングエッジから前記主磁極の高さＭＰｈに相当する距離を隔てて平行に離間されると共に前記リーディングエッジよりも広い幅のトレーリングエッジと、前記リーディングエッジおよび前記トレーリングエッジの垂直二等分線に対して傾斜した２つのサイドエッジとにより画定され、
   前記２つのサイドシールドは、前記垂直二等分線に対して左右対称に配置されると共に、前記サイドエッジから離間された内側エッジを有し、
   各サイドシールドのうち、トレーリング側に位置する部分の前記内側エッジは前記サイドエッジに対して平行であると共に、リーディング側に位置する部分の前記内側エッジは前記サイドエッジに対して非平行であり、そのリーディング側に位置する部分の前記内側エッジは、前記垂直二等分線に対して角度αをなすようにリーディング方向に向かって外側に傾斜している、
   垂直磁気記録ヘッド。
2. 前記主磁極と前記２つのサイドシールドとの間の隙間はサイドギャップであり、その隙間はサイドギャップ材料により満たされている、請求項１記載の垂直磁気記録ヘッド。
3. 前記主磁極と前記トレーリングシールドとの間の隙間は記録ギャップであり、その隙間は記録ギャップ材料により満たされている、請求項１記載の垂直磁気記録ヘッド。
4. 前記主磁極のうちの前記トレーリング側に位置する部分により挟まれた部分の高さｈは前記高さＭＰｈの２０％以上８０％以下である、請求項１記載の垂直磁気記録ヘッド。
5. 前記角度αは０°以上３０°以下である、請求項１記載の垂直磁気記録ヘッド。
6. 前記サイドギャップ材料および前記記録ギャップ材料はＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ およびＲｕのうちの少なくとも１種の非磁性材料である、請求項２または請求項３に記載の垂直磁気記録ヘッド。
7. 前記サイドギャップ材料および前記記録ギャップ材料は１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さの単層となるように堆積されている、請求項６記載の垂直磁気記録ヘッド。
8. 前記主磁極のリーディング側に離間配置されると共に前記２つのサイドシールドに連結されたリーディングシールドを備える、請求項１記載の垂直磁気記録ヘッド。
9. 基体の上に、第１材料および第１厚さの下層と第２材料および第２厚さの上層とを含む誘電層を形成し、
   第１エッチングプロセスにより前記誘電層を部分的に除去して、前記下層に設けられた下開口部と前記上層に設けられた上開口部とを含むと共に前記上層から前記下層に向かって次第に幅が狭くなるように、前記基体の垂線に対して左右対称な第１開口部を形成し、
   少なくとも前記第１開口部の内側面を均一な厚さの非磁性金属材料で被覆して、その第１開口部の内部に第２開口部を形成し、
   少なくとも前記第２開口部に磁性材料を埋設して主磁極を形成し、
   少なくとも前記磁性材料の過剰部分を除去して前記誘電層および前記主磁極を平坦化し、
   フォトマスクを用いた第２エッチングプロセスにより、前記誘電層のうち、前記主磁極の周辺部分よりも外側の部分を、その誘電層の残存部分の側面が前記垂線に対して角度αをなすように前記基体が露出するまで除去し、
   前記第３エッチングプロセスにより、前記誘電層の残存部分のうちの前記上層を除去し、
   少なくとも前記第３エッチングプロセス後に残存している前記下層、前記非磁性金属材料および前記主磁極を均一な厚さの記録ギャップ材料で被覆し、
   少なくとも前記記録ギャップ材料の上に磁性材料を鍍金して、記録トラック幅方向における前記主磁極の両側に位置する２つのサイドシールドと前記主磁極のトレーリング側に位置すると共に前記２つのサイドシールドに連結されたトレーリングシールドとを形成し、
   各サイドシールドのうち、トレーリング側に位置する部分の内側エッジを前記主磁極のサイドエッジに対して平行にすると共に、リーディング側に位置する部分の内側エッジを前記サイドエッジに対して非平行にし、そのリーディング側に位置する部分の前記内側エッジを、前記垂線に対して角度αをなすようにリーディング方向に向かって外側に傾斜させる、
   垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
10. 前記第１および第２エッチングプロセスにおいて反応性イオンエッチングを用いる、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
11. 前記第３エッチングプロセスにおいて、前記誘電層の残存部分のうちの前記上層だけを除去できるウェットエッチングを用いる、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
12. 前記基体は反応性イオンエッチングに対してエッチング耐性を示すＲｕにより形成されたエッチングストップ層である、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
13. 前記基体は前記主磁極のリーディング側に離間配置されると共に前記２つのサイドシールドに連結されたリーディングシールドである、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
14. 前記第１材料はＭＯ（Ｍは前記上層の形成時に酸化される元素以外の元素である。）で表される酸化物である、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
15. 前記第１材料はＳｉＯ₂ である、請求項１４記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
16. 前記第２材料はＡｌ₂ Ｏ₃ である、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
17. 前記第３エッチングプロセスにおいて、エチルジアミン四酢酸をエッチング溶液とするウェットエッチングを用いる、請求項１６記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
18. 前記非磁性金属材料はＲｕであると共に４０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の厚さとなるように堆積される、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
19. 前記第１開口部の断面形状は台形である、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
20. 前記第２厚さは少なくとも前記記録ギャップ材料の堆積厚さＷＧと前記主磁極のうちの前記トレーリング側に位置する部分により挟まれた部分の高さｈとの和（＝ＷＧ＋ｈ）であると共に、その高さｈは前記主磁極の高さＭＰｈの２０％以上８０％以下である、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
21. 前記第１厚さは少なくとも前記主磁極の高さＭＰｈと前記主磁極のうちの前記トレーリング側に位置する部分により挟まれた部分の高さｈとの差（＝ＭＰｈ−ｈ）であると共に、その高さｈは前記高さＭＰｈの２０％以上８０％以下である、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
22. 前記角度αは０°以上３０°以下である、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
23. 前記角度αは、前記第２エッチングプロセスにおいて反応性イオンエッチングのエッチング強度を変化させること、または反応ガスの流量を変化させることにより調整される、請求項１０記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
24. 前記記録ギャップ材料はＲｕまたはＡｌ₂ Ｏ₃ であると共に原子層堆積法または化学蒸着堆積法により１００ｎｍ以下の厚さとなるように堆積される、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
25. 前記上開口部の幅は０．２μｍ以上０．４μｍ以下であると共に、前記下開口部の幅は０μｍよりも大きいと共に０．２μｍ以下である、請求項９記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
26. 前記基体が前記記録ギャップ材料により部分的に被覆されずに露出するようにし、前記２つのサイドシールドおよび前記トレーリングシールドを形成して、その２つのサイドシールドを前記基体に連結させる、請求項１３記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
27. 前記記録ギャップ材料のうち、前記第３エッチングプロセス後に残存している前記下層、前記非磁性金属材料および前記主磁極の周辺に位置する部分を除去して前記基体を露出させる、請求項２６記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
28. リフトオフステンシルマスクを用いて前記記録ギャップ材料を選択的に堆積させて、前記第３エッチングプロセス後に残存している前記下層、前記非磁性金属材料および前記主磁極の周辺では前記記録ギャップ材料を堆積させずに前記基体を露出させる、請求項２６記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。

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