JP2015153450A - Hamr光学部品に対するイオンミル損傷を防ぐための犠牲保護層 - Google Patents

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Abstract

【課題】 HAMR光学部品に対するイオンミル損傷を防ぐための犠牲保護層を提供する。
【解決手段】 本明細書中に開示する実施形態は一般に、SSCがNFT近傍に作製されるHAMRヘッドに関し、ここで、SSCは、NFT作製処理条件から保護された基板上に形成される。従って、基板は、その上に形成されるSSCがNFT処理条件により悪影響を及ぼされないように、平滑のままである。
【選択図】図2F

Description

本明細書に開示する実施形態は一般に、熱アシスト磁気記録(HAMR)ヘッドに関する。
ディスクドライブに用いられる磁気媒体の高い記憶ビット密度により、磁気ビットの寸法が磁性材料の粒径によって制限される点まで、磁気ビットのサイズ(容量)が減少している。粒径はさらに縮小できるが、セル内部に格納されるデータは熱的に安定しない可能性がある。すなわち、周囲温度でのランダムな熱変動が、データを消去するのに十分であるかもしれない。この状態は、所定の磁気媒体に対する最大理論記憶密度を決定する超常磁性限界(superparamagnetic limit)として説明される。この限界は、磁気媒体の保磁力を高めることによって、または温度を低下させることによって引き上げることができる。温度を低下させることは、商業用および民生用にハードディスクドライブを設計する場合、常に実用的ではない。一方で、保磁力を上昇させるには、高い磁気モーメント材料を組み込む書込みヘッド、または垂直記録等の技術(あるいは両方)を必要とする。
熱を利用して磁気媒体表面上の局所領域の実効飽和保磁力を低下させ、この加熱した領域にデータを書き込む1つの追加の解決法が提案されている。媒体が周囲温度に冷却されると、データ状態は「固定」される。この技術は、大まかに「サーマルアシスト(磁気)記録」(TARまたはTAMR)、「エネルギーアシスト磁気記録」(EAMR)、またはHAMRと称され、本明細書中では同義で用いる。それは、長手記録および垂直記録システム、並びに「ビットパターンドメディア」にも適用できる。媒体表面の加熱は、集光レーザビームまたは近接場光源等の多くの技術によって達成されている。
HAMRは、2つの光学部品、マイクロフォトニックスポットサイズ変換器(SSC)および近接場トランスデューサ(NFT)を含んでいる。SSCは、半導体レーザーダイオード(LD)等の外部光源の出力を、光をNFTに送出する良好に制限された導波モードに変換する。NFTは、光をさらに、回析限界をはるかに超え、高密度磁気記録に必要とされる極小スポットサイズに集束させるプラズモニックナノアンテナである。
上記の変換を実行できる多くの光学システムがあるが、最も簡単で、最も効果的な実現はテーパSSCに関係する。テーパSSCは、自由空間ビーム(すなわち、光ファイバーモード)とオンチップフォトニック部品との間の著しいモード不一致を克服するために用いられる。テーパ付SSCは、光変換損失を最小限にするよう特定の入射LD入力のために設計されている。しかし、SSCは、NFTが作製された後に作製され、従って、SSCが形成される基板は、NFTを作製するために用いられる処理条件に曝露される。従って、NFT処理条件がSSCに悪影響を及ぼす恐れがある。
従って、HAMRヘッド用の改良されたSSCに対する技術の必要性が存在する。
本明細書中に開示する実施形態は一般に、SSCがNFT近傍に作製されるHAMRヘッドに関し、ここで、SSCは、NFT作製処理条件から保護された基板上に形成される。従って、基板は、その上に形成されるSSCがNFT処理条件により悪影響を及ぼされないように、平滑のままである。
一実施形態において、熱アシスト磁気記録装置は、絶縁材料を含む基板と、基板の第1の部分の上に配設される近接場トランスデューサと、第1の部分とは異なる基板の第2の部分の上に配設されるスポットサイズ変換器とを備え、基板は第1および第2の部分間に配設される第3の部分を有し、第2の部分は第3の部分の表面粗さよりも小さい表面粗さを有する。
別の実施形態において、熱アシスト磁気記録装置は、絶縁材料から形成される基板と、基板の第1の部分の上に配設される近接場トランスデューサと、第1の部分とは異なる基板の第2の部分の上に配設されるスポットサイズ変換器とを備え、基板は第1および第2の部分間に配設される第3の部分を有し、第2の部分は第3の部分の表面粗さと異なる第1の表面粗さを有する。
別の実施形態において、熱アシスト磁気記録装置は、基板と、基板の第1の部分の上に形成されるスポットサイズ変換器とを備え、基板の第2の部分は第1の部分近傍に配設され、第2の部分は第1の部分の表面粗さと異なる表面粗さを有する。
上記で説明した特徴を詳細に理解するため、上で簡単に要約した本発明のより詳細な説明を、実施形態を参照することによって説明し、そのうちのいくつかを添付図面に示す。しかし、添付図面は本発明の代表的な実施形態のみを示し、従って、その適用範囲を限定するものと考えるべきではなく、本発明は他の等しく効果的な実施形態も可能であることに留意されたい。
本明細書中で説明する実施形態によるディスクドライブシステムを示す。 本明細書中で説明する実施形態によるディスクドライブシステムを示す。 一実施形態による様々な製造段階におけるHAMRヘッドの略図である。 一実施形態による様々な製造段階におけるHAMRヘッドの略図である。 一実施形態による様々な製造段階におけるHAMRヘッドの略図である。 一実施形態による様々な製造段階におけるHAMRヘッドの略図である。 一実施形態による様々な製造段階におけるHAMRヘッドの略図である。 一実施形態による様々な製造段階におけるHAMRヘッドの略図である。
理解を容易にするため、同一符号が、可能であれば、各図に共通する同一の構成要素を指定するために使用されている。一実施形態において開示される構成要素は、特に説明することなく、他の実施形態において有用に活用することを意図している。
以下に、本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明は説明する特定の実施形態に限定されないことは言うまでもない。代わりに、以下の特徴および構成要素のいずれの組み合わせも、異なる実施形態に関係あろうとなかろうと、本発明を実現し、実施するものと考えられる。さらに、本発明の実施形態は、他の可能性のある解決法に勝る、および/または、先行技術に勝る利点を達成できるが、特定の利点が所定の実施形態によって達成されるか否かは、本発明の制限とはならない。従って、以下の態様(aspect)、特徴、実施形態、および利点は、単に例示のものであり、特許請求の範囲において明示的に引用するものを除いて、添付特許請求の範囲の構成要素または制限と考えるべきではない。同様に、「発明」と言及するものは、本明細書中に開示するいずれの発明の要旨の一般概念として解釈すべきではなく、特許請求の範囲において明示的に引用するものを除いて、添付特許請求の範囲の構成要素または制限と考えるべきではない。
本明細書中で検討する実施形態は一般に、SSCがNFT近傍に作製されるHAMRヘッドに関し、ここで、SSCは、NFT作製処理条件から保護された基板上に形成される。従って、基板は、その上に形成されるSSCがNFT処理条件により悪影響を及ぼされないように、平滑のままである。
図1Aは、本発明を具現化するディスクドライブ100を示している。図示のように、少なくとも1つの回転可能な磁気ディスク112がスピンドル114に支持され、ディスクドライブモータ118によって回転される。各ディスク上の磁気記録は、磁気ディスク112上のデータトラック(不図示)の環状パターンの形となっている。
少なくとも1つのスライダ113が磁気ディスク112近傍に位置決めされ、各スライダ113は、ディスク表面122を加熱するための放射源(例えば、レーザまたは電気抵抗ヒータ)を含んでもよい1つ以上の磁気ヘッドアセンブリ121を支持している。磁気ディスクが回転する際、所望のデータが書かれている磁気ディスク112の異なるトラックに磁気ヘッドアセンブリ121がアクセスできるように、スライダ113はディスク表面122の上を径方向で内側および外側に移動する。各スライダ113は、サスペンション115によってアクチュエータアーム119に取り付けられる。サスペンション115は、スライダ113をディスク表面122に付勢する僅かなばね力を提供する。各アクチュエータアーム119はアクチュエータ手段127に取り付けられる。図1Aに示すようなアクチュエータ手段127はボイスコイルモータ(VCM)であってもよい。VCMは一定の磁界内部で移動できるコイルを備え、コイル移動の方向および速度は、制御ユニット129によって供給されるモータ電流信号によって制御される。
TARまたはHAMR対応ディスクドライブ100の稼働中、磁気ディスク112の回転により、スライダ113とディスク表面122との間で、スライダ113上で上向きの力または揚力を作用させる空気ベアリングが生じる。空気ベアリングは従って、通常の動作中に、サスペンション115の僅かなばね力と平衡し、小さな、実質的に一定の間隔だけスライダ113をディスク112の表面から離れて、僅かに上に支持する。磁気ヘッドアセンブリ121の書込み素子が媒体においてデータビットを正しく磁化できるように、放射源は高保磁力媒体を加熱する。
ディスクドライブ100の種々の構成部品は、アクセス制御信号および内部クロック信号等の、制御ユニット129によって生成される制御信号によって稼働中に制御される。通常、制御ユニット129は、論理制御回路、記憶手段、およびマイクロプロセッサを備えている。制御ユニット129は、ライン123上のドライブモータ制御信号およびライン128上のヘッド位置およびシーク制御信号等の制御信号を生成して、種々のシステム動作を制御する。ライン128上の制御信号は、望ましい電流プロファイルを供給して、スライダ113をディスク112上の所望のデータトラックに最適に移動し、位置決めする。読みおよび書き信号は、記録チャネル125を経由してアセンブリ121上の読み書きヘッドに通信され、また、読み書きヘッドから通信される。
典型的な磁気ディスク記憶システムの上記説明および図1Aの添付図面は、表示することのみを目的としている。ディスク記憶システムが多数のディスクおよびアクチュエータを収容していてもよく、各アクチュエータが多くのスライダを支持してもよいことは明白である。
図1Bは、本明細書中で説明する一実施形態によるHAMR対応書込みヘッド101の断面略図である。ヘッド101は、レーザドライバ150によって駆動されるレーザ155(すなわち、放射源)に動作可能に取り付けられる。レーザ155はヘッド101に直接設置されてもよく、または、放射をスライダから離れて位置するレーザ155から光ファイバまたは導波路を介して送出してもよい。同様に、レーザドライバ150回路は、スライダ113、または、図1Aに示す制御ユニット129等のディスクドライブ100に関するシステムオンチップ(SOC)に位置してもよい。ヘッド101は、レーザ155によって導波路135に伝送される放射を集束させるためのSSC130を含んでいる。いくつかの実施形態において、導波路135はSSC130の一部であり、これはSSC130が導波路としても機能することを意味している。別の実施形態において、ヘッド101は、発せられた放射がSSC130に到達する前にレーザ155のビームスポットを集束させるための1つ以上のレンズを含んでもよい。導波路135は、上記の放射を、ヘッド101の高さを通って、光変換器140(例えば、プラズモニックデバイス)へ伝送するチャネルであり、ここで、光変換器140は、媒体対向面(MFS、空気ベアリング面(ABS)等)に、またはその近傍に位置するものである。光変換器140(すなわち、NFT)は、さらに、ビームスポットを集束させてディスク112上のデータの隣接するトラックを加熱することを防いでおり、すなわち、回析限界よりもずっと小さいビームスポットを生成する。矢印142で示すように、この光エネルギーは、光変換器140から、ヘッド101のMFSの下のディスク112の表面に放出される。しかし、本明細書中の実施形態は、放射源からMFSへ放出されるエネルギーを伝達するためのいずれの特定の種類の放射源または技法に限定されない。
SSCおよびNFTは共通の基板の上に形成される。作製中、NFTが最初に作製され、次いでSSCが作製される。NFTに対して、1つ以上のミリング(milling)プロセスが行われる。基板には予測できない表面粗さがあるため、ミリングは基板(すなわち、この場合はクラッド)を傷つける可能性がある。従って、SSCは、損傷したクラッドの上に作製される場合、不均一な特性を持っている恐れがある。クラッド特性の差により、SSCは効率よく動作しないことになるであろう。
NFT作製中の基板への損傷を防ぐために、基板は保護される。図2A〜2Fは、様々な製造段階のHAMRヘッドを示しており、ここで、SSCの基板上での位置はNFT作製中に保護されている。図2A〜2Fに関して以下で説明するSSCおよびNFTは、図1Bに関して上で説明したSSC130およびNFT140の例である。
図2Aは、NFTまたはSSCの作製前の基板200の等角図である。基板200は、絶縁材料を含む。一実施形態において、基板200はアルミナから構成されている。基板200は、SSCまたはNFTの作製前に初期表面粗さを有している。実際、SSCが均一な特性を持つことを確実にするために、基板200はNFTの形成前に平坦化されてもよい。基板200は化学的機械的研磨(CMP:chemical mechanical polishing)プロセスによって平坦化されてもよい。基板200は3つの部分を有している。第1の部分202は、その上にNFTが作製される位置である。第2の部分204は、その上にSSCが作製される位置である。第3の部分206は、第1の部分202と第2の部分204との間の位置である。第3の部分206は、第1の部分202または第2の部分204のいずれかよりも相当に小さい表面積を有している。
図2Bに示すように、犠牲層または保護層208が、基板200の第2の部分204の上に堆積される。犠牲層または保護層208は、第1の部分202の上のNFTの作製中に、基板200の第2の部分204を保護するよう作用する。しかし、第3の部分206は犠牲層または保護層208によって被覆されておらず、従って、第3の部分206は、第1の部分202の上のNFTの作製中に生じるプロセス条件に曝露されている。犠牲層または保護層208に使用できる適切な材料には、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)またはアモルファスカーボン等の、NFT作製中に行われるミリングに対する耐性を有する材料が含まれる。
図2Cに示すように、アンテナ212を有するNFT210が、基板200の第1の部分202の上に配設される。NFT作製中にミリングが行われると、第3の部分206、並びに犠牲層または保護層208が傷つく(ダメージを受ける)。ミリングは犠牲層または保護層208の上に形成される(いくつかの)層上で行われてもよいことは言うまでもない。犠牲層または保護層208の目的は、基板200の第2の部分204を保護することにある。犠牲層または保護層208へのいずれの損傷(ダメージ)も、第2の部分204(すなわち、底部クラッド)が傷つかない限りは重要ではない。犠牲層または保護層208は、次いで、基板200の第2の部分204を図2Dに示すように曝露するよう除去される。犠牲層または保護層208は、COまたはOプラズマへの曝露すなわちアッシングプロセス等のプロセスによって除去されてもよい。一実施形態において、犠牲層または保護層208は、元の光学的に平滑な基板200表面を曝露する高選択性RIEプロセスにより除去されてもよい。第2の部分204がNFT210作製中に傷つかなければ、CMPプロセス後と同じ表面粗さが第2の部分204に存在する。一方で、第3の部分206はCMPプロセス後よりも相当粗くなる。実際、第3の部分206は異なる表面粗さを有しており、より詳細には、第2の部分204と比較して大きい表面粗さを有している。
犠牲層または保護層208が除去されると、クラッド204が曝露される。クラッド材料204は、酸化シリコン、窒化シリコン、またはシリコンオキシナイトライド(silicon oxynitride)から構成されてもよい。次いで、SSCのコア216が、図2Eに示すようにクラッド材料204の上に形成されてもよい。コア216は、材料を堆積させ、リソグラフィプロセスを行い、次いで、エッチングを行って望ましくない材料を除去することによって、残ったコアがテーパ形状を有するように、形成されてもよい(ここで、上記のテーパ形状は、幅広の端部がNFT210の近傍に配設され、狭い端部が幅広の端部の反対に配設されるような形状である)。最終的に、上部クラッド220が、図2Fに示すように、曝露された基板200およびコア216の上に堆積される。クラッド材料204、220およびコア216は集合的にSSCを形成する。
犠牲層または保護層208の結果として、基板200の第2の部分204は、第3の部分206と比較して異なる表面粗さを有する。処理中に犠牲層または保護層208が無い場合では、第2の部分204は、第3の部分206が損傷すると同時に損傷することになるだろう。
第1の部分は、第3の部分206の幅と等しい、約1μm又は1μm未満の距離によって第2の部分から間隔を空けられる。また、第1の部分は、約1nmから約5nmの間の距離によって第2の部分から間隔を空けて配置されてもよい。第2の部分204は、第3の部分206よりも大きい表面積を有する。HAMRヘッドのコアはクラッドによって囲まれ、クラッドは酸化アルミニウム又は酸化タンタルから構成されている。SSCは、第2の部分204に加えて、第3の部分206の上に配設されてもよい。
第2の部分204を平滑化するためのCMPすなわち研磨プロセスはNFT210の存在により実行できない。NFT210が存在するため、いずれのCMPもNFT210を損傷する結果を招き、また、CMPシステムの研磨パッドは、第2の部分204全体に到達することができない。これは、NFT210が基板200の上部に延在し、従って、パッドが第2の部分204全体に到達することを妨げているためである。
斜めに第2の部分204をウェットエッチングすること、またはNFT210をイオンミリングすることは、実質的に平滑な第2の部分204を維持するのに十分ではない。さらに、基板200を実質的に平滑な表面にリフロー(reflow)させるために必要な温度がNFT210を損傷させるので、基板200をリフローさせることは実行できない。第2の部分204はできる限り平滑にする必要がある。いずれの表面粗さも、光がSSCを通過する際に、光の散乱に悪影響を及ぼす。例えば、理論上ゼロの表面粗さを有する表面(すなわち、完全に平滑な表面)は、基板の材料特性だけに基づく、光の散乱および反射率を有する。一方で、表面が表面粗さを有している場合、材料特性が散乱および反射率を決定するだけでなく、表面粗さが、光が反射または散乱する方向に悪影響を及ぼすだろう。コア216に堆積されるクラッド材料は、コア216に対向する実質的に平滑な表面を有することになる。
コア216に対向する表面が、第2の部分204と接触するクラッド材料214の表面の表面粗さと等しい表面粗さを有することが理想的である。第2の部分204と接触するクラッド材料214の表面が第2の部分204の表面と同じ表面粗さを有することは、言うまでもない。従って、第2の部分204が可能な限り平滑な表面を維持することが望ましい。第2の部分204の表面は、表面を研磨するCMPプロセス後に最も低い表面粗さとなる。従って、第2の部分204の表面粗さが、犠牲層または保護層208の除去後に、CMP後の表面粗さと実質的に同一となるように、犠牲層または保護層208が第2の部分204を保護するよう作用する。犠牲層または保護層208は、第2の部分204の表面との相互作用がほとんど無いプロセスによって除去すべきである。言い換えれば、第2の部分204の表面は、犠牲層または保護層を除去するために行われるいずれのプロセスにも実質的に不活性であるべきである。
犠牲層または保護層を、SSCが形成される基板の一部の上に設置することによって、基板を、NFT作製中に行われるイオンミリングから保護することができる。従って、SSC、および、特にSSCのコアの上および下のクラッドは実質的に同一とすることができ、HAMRヘッドはNFTに対するムラの無い均一な光を送出する。
上記説明は例示の実施形態に向けられる一方で、本発明の他の、および更なる実施形態は、その基本的な適用範囲から逸脱することなく考案されてもよく、その適用範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
100 ディスクドライブ
101 HAMR対応書込みヘッド
112 磁気ディスク
113 スライダ
114 スピンドル
115 サスペンション
118 ディスクドライブモータ
119 アクチュエータアーム
121 磁気ヘッドアセンブリ
122 ディスク表面
123、128 ライン
125 記録チャネル
127 アクチュエータ手段
129 制御ユニット
130 スポットサイズ変換器
135 導波路
140 光変換器
150 レーザドライバ
155 レーザ
200 基板
202 第1の部分
204 第2の部分(クラッド)
206 第3の部分
208 犠牲層または保護層
210 近接場トランスデューサ
212 アンテナ
216 コア
220 クラッド材料
ABS 空気ベアリング面
VCM ボイスコイルモータ

Claims (20)

  1. 熱アシスト磁気記録装置であって、
    絶縁材料を含む基板と、
    前記基板の第1の部分の上に配設される近接場トランスデューサと、
    前記第1の部分とは異なる前記基板の第2の部分の上に配設されるスポットサイズ変換器とを備え、
    前記基板は、前記第1および第2の部分間に配設される第3の部分を有し、前記第2の部分は、前記第3の部分の表面粗さよりも小さい表面粗さを有する、熱アシスト磁気記録装置。
  2. 前記第1の部分は、約1ミクロンの距離によって前記第2の部分から間隔を空けられる、請求項1に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  3. 前記第2の部分は、前記第3の部分よりも大きい表面積を有する、請求項1に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  4. 前記スポットサイズ変換器は、クラッドによって囲まれるコアを備える、請求項1に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  5. 前記クラッドは酸化タンタルを備える、請求項4に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  6. 前記クラッドは前記第3の部分の上に配設される、請求項5に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  7. 熱アシスト磁気記録装置であって、
    絶縁材料から形成される基板と、
    前記基板の第1の部分の上に配設される近接場トランスデューサと、
    前記第1の部分とは異なる前記基板の第2の部分の上に配設されるスポットサイズ変換器とを備え、
    前記基板は前記第1および第2の部分間に配設される第3の部分を有し、前記第2の部分は前記第3の部分の表面粗さと異なる第1の表面粗さを有する、熱アシスト磁気記録装置。
  8. 前記絶縁材料はアルミナを含む、請求項7に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  9. 前記第2の部分は、前記第3の部分よりも大きい表面積を有する、請求項7に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  10. 前記スポットサイズ変換器は、クラッドによって囲まれるコアを備える、請求項7に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  11. 前記クラッドは酸化タンタルを備える、請求項10に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  12. 前記クラッドは前記第3の部分の上に配設される、請求項11に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  13. 前記第1の部分は、約1nmから約5nmの間の距離によって前記第2の部分から間隔を空けられる、請求項7に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  14. 熱アシスト磁気記録装置であって、
    基板と、
    前記基板の第1の部分の上に形成されるスポットサイズ変換器とを備え、
    前記基板の第2の部分は前記第1の部分近傍に配設され、前記第2の部分は前記第1の部分の表面粗さと異なる表面粗さを有する、熱アシスト磁気記録装置。
  15. 前記第1の部分の前記表面粗さは、前記第2の部分の前記表面粗さよりも低い、請求項14に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  16. 前記第1の部分は、前記第2の部分よりも大きい表面積を有する、請求項14に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  17. 前記スポットサイズ変換器は、クラッドによって囲まれるコアを備える、請求項14に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  18. 前記クラッドは酸化タンタルを備える、請求項17に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  19. 前記クラッドは前記第3の部分の上に配設される、請求項18に記載の熱アシスト磁気記録装置。
  20. 前記基板はアルミナを備える、請求項14に記載の熱アシスト磁気記録装置。
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