JP3842475B2

JP3842475B2 - Ｍｒヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP3842475B2
Application number: JP03822199A
Authority: JP
Inventors: 修二須藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2019-02-17
Also published as: JP2000242910A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導型記録ヘッドと磁気抵抗型再生ヘッドを具備するＭＲヘッドの製造方法に関し、特に狭トラック幅のＭＲヘッドの製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク装置の記録密度は年々高くなっており、使われる磁気ヘッドは誘導型ヘッドから記録再生分離型ヘッドに急速に置き換わっている。記録再生分離型ヘッドは再生に磁気抵抗効果（ＭＲ効果）を用いていることからＭＲヘッドと呼ばれている。図７に従来のＭＲヘッドの一例を断面図で示す。また、図８に従来のＭＲヘッドの一例を斜視図で説明する。図８では、アルミナ・チタンカーバイドなどで作られた非磁性基板１０６の上に、アルミナの絶縁膜、下部シールド１０５、絶縁膜、磁気抵抗素子１０４、絶縁膜、下部磁極としての機能を有する中間シールド１０２、記録ギャップ、上部磁極１０１を持つ。下部シールド１０５、磁気抵抗素子１０４、中間シールド１０２の各々の間を絶縁する絶縁膜１１０は図示を省略しているが、実際には各々の膜の間に充填されるものである。中間シールド１０２と上部磁極１０１の間には、絶縁膜からなる記録ギャップ１０８を有しており、誘導型記録ヘッドの磁気的なギャップとして機能する。さらに、中間シールドと上部磁極の間には絶縁膜を介してコイル１０７が巻回配置されている。また、中間シールドと下部シールドの間には、磁気抵抗素子１０４を包む絶縁膜からなる再生ギャップ１０９が設けられ、磁気抵抗型再生ヘッドの磁気的なギャップとして機能する。図７は、図８のような従来のＭＲヘッドを媒体対向面からみたときの一部断面図に相当する。媒体対向面は図中の矢印Ａに垂直な面に相当する。
【０００３】
高密度記録化を進めるためにトラック密度が高くなるが、対応して記録トラック幅を狭くする必要がある。媒体の記録トラック幅は上部磁極先端の幅でほぼ規定されるため、以降は上部磁極先端の幅を記録トラック幅Ｔｗと呼ぶことにする。以下に、上部磁極をフレームメッキ法で形成する従来技術について、中間シールドを形成した後から上部磁極を形成するまでの工程を図９を用いて説明する。中間シールド１０２上に記録ギャップ１０８を形成する。コイル、絶縁膜を形成後、記録ギャップ１０８の膜上にメッキ下地膜１０１ａを成膜する（図９（１））。本図は上部磁極先端部に相当する部分のみを図示した。レジストを塗布、露光、現像し、メッキ用フレームパターン１１１を形成（図９（２））。上部磁極として磁性金属膜１０１をメッキ法で成膜（図９（３））。フレームレジスト１１１を除去し、メッキ下地膜１０１ａをイオンミリングで除去（図９（４））。さらにポールトリミングを加える（図９（５））。
【０００４】
従来法では上部磁極を上記のようにフレームメッキ法で形成するため、磁性膜を厚くメッキするためにはフレームレジストを厚くする必要がある。一方レジストが厚くなると（２）の工程で狭いフレームパターンを形成することが難しくなる。例えば、フレームの側面に傾斜がついて、垂直な側面でなくなったり、上部磁極１０１の先端を正確にＴｗに形成できなくなる。即ち、従来法では寸法精度を保持しつつ記録トラック幅を狭くすると上部磁極高さが低くなってしまう。記録トラック幅が狭くなると同時に上部磁極高さが低くなると上部磁極断面が小さくなり、上部磁極先端に達する総磁束量が低下し、記録性能が劣化する。このように従来技術では記録トラック幅が狭くなると、記録性能が劣化する問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＭＲヘッドのプロセスでは、記録トラック幅が狭くなると、記録性能が劣化する問題があった。そこで本発明は、狭トラック形成と記録性能を両立させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁気抵抗型再生ヘッドと誘導型記録ヘッドを具備するＭＲヘッドを製造する方法であって、
金属膜を成膜した後にフレームレジストを形成し、その後、前記金属膜にイオンミリングを加えることで前記フレームレジスト側面に前記金属膜を再付着させて上部磁極メッキ用下地膜を形成し、
前記上部磁極メッキ用下地膜上で、前記フレームレジスト側面に垂直な方向に上部磁極の浮上面近傍の部分をメッキ法で作製し、前記上部磁極のフレームレジスト側面に垂直な方向の厚さで記録トラック幅を規定することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の製造方法によるＭＲヘッドを示す。図１及び図２は参考例としてＭＲヘッドの製造工程を説明する断面図である。図２は図１の製造工程の続きである。図３及び図４は本発明のＭＲヘッドの製造工程を説明する断面図である。図４は図３の製造工程の続きである。図５は、図６のＭＲヘッドの製造工程を説明する断面図である。図６は本発明のＭＲヘッドの断面図であり、図３及び図４の製造工程を含む製造工程で作製したＭＲヘッドに相当する。図２中の（１１）あるいは図４中の（１１）は、図６のＭＲヘッドのＢ−Ｂ断面の要部に相当する。図６は、例えば図８の矢印Ｂの向きからみた横断面図に相当する。
【００１２】
参考例１として、図１、図２、図５および図６でＭＲヘッドを形成する工程を説明する。まず、図５の構成を形成するまでの工程を説明する。アルミナ・チタンカーバイド基板４１の上にアルミナの非磁性絶縁膜４２を形成した。この非磁性絶縁膜４２の上に８０Ｎｉ２０Ｆｅの下部シールド４３をメッキで形成した。この上に再生ギャップを構成する非磁性絶縁膜として、アルミナの非磁性絶縁膜４４を積層した後、磁気抵抗素子４５とそれに電流を供給する電極膜を形成した。電極膜には磁気抵抗素子にバイアスを印加する永久磁石膜等を含む。さらに再生ギャップを構成する非磁性絶縁膜４６を積層した。
【００１３】
次に、この非磁性絶縁膜の上に、メッキ用の下地となる導電膜４７として８０Ｎｉ２０Ｆｅ膜をスパッタリングで形成する。ここで、８０Ｎｉ２０Ｆｅ膜は、その組成がニッケル８０％と鉄２０％で構成されている磁性膜であることを示す。この導電膜４７上にフォトレジスト膜を塗布し、所定の温度でベークを行う。このレジスト膜の上にフォトマスクを位置決めして露光し、続いて現像および水洗処理を施す。この処理により中間シールド２の外形に沿ったレジストパターンが形成される。次に硫化ニッケルや硫化鉄を含むメッキ溶液を用いて８０Ｎｉ２０Ｆｅ膜をメッキして４μｍの厚みの中間シールド２を形成した。メッキ処理後、洗浄と乾燥処理を行って、メッキ液の成分や水分を除去した。
【００１４】
次に絶縁膜を６μｍ成膜した後、中間シールド２の膜厚が２．５μｍとなるように研磨を行い(CMP)、中間シールド２を露出させた(図５には図示せず)。CMP（Chemical Mechanic Polishing）とは、研磨材にエッチング液を添加することにより、精密で平坦な研磨面を得る研磨方法である。レジストを塗布、露光、現像し、メッキ用のフレームを形成し、上部磁極との接続部分(バックコンタクト３１)に４５Ｎｉ５５Ｆｅ膜を５μｍの厚みにメッキした。次に記録ギャップ８の絶縁膜としてアルミナを０．２μｍ成膜した後、絶縁膜２２を形成し、その上にらせん状の薄膜コイル２４の第一層５ターンをフレームを用いたメッキで形成した。
【００１５】
続けて図５の要部の製造工程の参考例を図１および図２で説明する。この後メッキ下地膜１ａとして非磁性導電膜をスパッタリング法で成膜した(図１、(1))。メッキ下地膜１ａ上にレジストを塗布、露光、現像し、メッキ用フレーム１１を形成した(図１、(2))。フレームの厚さは７μｍ、フレーム間隔は３μｍとした。次にＣｕやＮｉ等の非磁性金属膜１ｂを６μｍ厚メッキした(図１、(3))。フレームのレジストを有機溶剤で除去後(図１、(４))、イオンミリングによりメッキ下地膜１ａを除去した。図１には図示しないが、基板４１の一部をレジストで覆い、一部メッキ下地膜１ａを残すことで、後の工程でメッキする際の導通が容易になる。
【００１６】
次にレジスト１２を塗布、露光、現像し(図１、(６))、（３）の工程でメッキした非磁性金属膜１ｂの一部を覆った(図１、(６))。この状態で、メッキ磁性金属膜として４５Ｎｉ５５Ｆｅ膜を０．６μｍ厚で非磁性金属膜１ｂの側面にメッキし(図２、(７))、上部磁極先端１を形成した。イオンミリングにより非磁性金属膜１ｂの上面の一部にメッキされた４５Ｎｉ５５Ｆｅ膜を除去した(図２、(８))。
【００１７】
レジスト１２を有機溶剤で除去し(図２、(９))、非磁性金属膜１ｂとそのメッキ下地膜１ａを選択エッチングで除去した(図２、(１０))。薄膜コイル（図５の２４に相当する）をレジストで保護した後、上部磁極先端をマスクにしてイオンミリングによるポールトリミングを行った(図２、(１１))。図２の（１１）に浮上面からみた記録トラック幅Ｔｗと、上部磁極の高さｈを示す。ここでポールトリミングとは、上部磁極または中間シールドの少なくとも一部をトラック幅に加工することをいう。
【００１８】
続けて、図５の説明に戻る。次に、上部磁極先端１や中間シールド２を覆う絶縁膜２３を成膜した後、研磨(CMP)により上部磁極先端１とバックコンタクト３１を露出させた(図５)。この上に巻数が４ターンの薄膜コイルの第二層２５を形成し、さらに薄膜コイルを覆う絶縁層２６を形成した後、上部磁極後部４０として厚さ３．０μｍの４５Ｎｉ５５Ｆｅ膜をメッキで形成した。最後に保護膜２７としてアルミナ等の絶縁膜をスパッタリングで積層した。このようにして得たＭＲヘッドの断面形状を図６に示す。
【００１９】
参考例１で上部磁極先端の記録トラック幅が０．５μｍ、上部磁極高さが３．５μｍのＭＲヘッドを得た。上記の構成としたＭＲヘッドの記録再生特性を以下の条件で評価した。保磁力が３５００Ｏｅの媒体（ディスク）を５４００ｒｐｍで回転させ、ＭＲヘッドで記録と再生を行なった。すなわち、ＭＲヘッドを備えたスライダーを媒体に対して一定の浮上量で浮上させることによりＭＲヘッドを媒体に対向させ、初期記録周波数で記録と再生を行ない、続けて重ね書き周波数で記録後に再生を行って、オーバーライト特性を評価した。オーバーライトの評価は初めに長波長の信号を磁気ディスクに記録した後にその信号Ｖｈを読み出し、次に短波長の信号を重ね書きしてから先に記録した長波長信号の残存分Ｖｌを読み出す。オーバーライト特性（Ｏ／Ｗ）とは、重ね書きする前の信号と重ね書き後に残存する信号との比の対数値、すなわち次のような式をdBの単位で表示する。
Ｏ／Ｗ＝２０×ｌｏｇ（Ｖｌ／Ｖｈ）
以下、Ｏ／Ｗの値をオーバーライトと呼ぶ。
【００２０】
オーバーライトが低いと、先に記録した信号が残留して再生出力信号にノイズが生じ易くなるため、−３０ｄＢ程度以下にすることが望ましい。本参考例１では、磁気浮上量は３５ｎｍ、再生素子の電流密度８０ＭＡ／ｃｍ^２、記録電流は３５ｍＡ、初期記録は７０ｋＦＣＩ、重ね書きは４２０ｋＦＣＩとした。この結果、ＭＲヘッドのオーバーライトは−３６ｄＢと高い記録性能が得られた。
【００２１】
従来技術(図９)の製造方法で作成したＭＲヘッドは、上部磁極先端の記録トラック幅は参考例１と同じ０．５μｍだが上部磁極高さはフォトリソの限界から２．０μｍになった。その他は参考例１と同様の条件で作製した。参考例１と同じ条件で測定したところ、オーバーライトが−２３ｄＢであり、従来技術の狭トラックヘッドでは記録特性が得られなかった。
【００２２】
本発明の実施の形態として、図３および図４にイオンミリングによりレジスト側面にメッキ下地膜を再付着させ、上部磁極を形成するプロセスを示す。なお、基板上に１層目の薄膜コイルを設けるまでの工程は、参考例１と同様である。まず、基板上に絶縁膜を介して８０Ｎｉ２０Ｆｅ膜からなる下部シールドを形成し、この上に再生ギャップのアルミナ等の非磁性絶縁膜を積層した後、磁気抵抗素子を形成し、さらに再生ギャップ用の非磁性絶縁膜を積層した。磁気抵抗素子は参考例１と同じ構成である。これらの上に、中間シールドを成膜した。中間シールドは厚さ４μｍの８０Ｎｉ２０Ｆｅ膜である。
【００２３】
次に絶縁膜を６μｍ成膜した後、中間シールドの膜厚が２．５μｍとなるように研磨を行い(CMP)、中間シールドを露出させた。レジストを塗布、露光、現像し、メッキ用のフレームを形成し、上部磁極との接続部分(バックコンタクト)に４５Ｎｉ５５Ｆｅ膜を５μｍの厚みにメッキした。次に記録ギャップ８の絶縁膜としてアルミナを０．２μｍ成膜した後、絶縁膜を形成し、その上にらせん状の、薄膜コイルの第一層５ターンをフレームメッキで形成した。
【００２４】
続けて、本発明の要部の工程を図３および図４で説明する。メッキ下地１ａ用に非磁性導電膜をスパッタリング法で成膜した(図３、(1))。レジストを塗布、露光、現像し、メッキ用のフレーム１１ａ、１１ｂを形成した(図３、(2))。フレームの厚さは７μｍ、フレーム間隔は３μｍとした。アルゴンイオンの入射角度がほぼ垂直の条件でイオンミリングを行い(図３、(３))、フレーム間のメッキ下地膜１ａを飛散させて、レジストフレーム１１ａ、１１ｂの側面に再付着させた(図３、(４))。入射角度を小さくして一方向を主体にイオンミリング工程を追加することで(図３、(５))、一方の側面の再付着膜１ｄを除去した(図３、(６))。次に４５Ｎｉ５５Ｆｅ膜をメッキ法で０．６μｍ成膜し(図４、(７))、上部磁極先端（メッキ磁性金属膜１）を形成した。イオンミリングにより(図４、(８))、レジスト上面の一部にメッキされた４５Ｎｉ５５Ｆｅ膜を削って、メッキ磁性金属膜の断面を矩形に整えた(図４、(９))。
【００２５】
レジスト１１ｂを有機溶剤で除去し、メッキ下地膜１ａとその再付着膜１ｃを選択エッチングで除去した(図４、(１０))。メッキ下地膜にはＣｒを用い、エッチング液に、硝酸第２セリウムアンモン３６０ｇを純水２０４０ｇに溶かした液を用いる事で選択エッチングが可能である。薄膜コイルをレジストで保護した後(図４には表示せず)、上部磁極先端１をマスクにしてイオンミリングによるトリミングを行った(図４、(１１))。
【００２６】
これ以降、参考例１と同じ条件でプロセスを進め、ＭＲヘッドを作製した。記録ギャップ長は０．２μｍ、薄膜コイルは２層９ターンである。最終的に上部磁極先端の記録トラック幅が０．５μｍ、上部磁極高さが３．５μｍを得た。参考例１と同じ条件で評価すると、本発明のＭＲヘッドのオーバーライトは−３５ｄＢと高い記録性能で動作し、狭記録トラック幅と高記録特性を両立させた。
【００２７】
参考例１の変形として参考例２を説明する。参考例２のＭＲヘッドは、参考例１の製造工程中、図１（１）から図２（９）までの工程と、図５から図６に至る工程を用い、図２（１０）および（１１）の工程を削除して作製した。この構成の利点は、上部磁極先端１の側面に非磁性金属膜１ｂを設けているため、図５における絶縁膜２３を被覆する工程で、アルミナをスパッタ形成する際の応力が大きくなっても、上部磁極先端１が歪まないということにある。
【００２８】
上記参考例２は中間シールドをトリミングしていないため、上部磁極先端の側面から中間シールドにわずかに記録磁界が漏洩した。上部磁極先端の幅（記録トラック幅）自体が従来技術に比べて狭いため、従来のＭＲヘッドに比べれば漏洩する記録磁界の幅が小さく、記録性能は改善されているといえる。しかし、漏洩磁界を十分抑制した本発明または参考例１に比べると、磁気媒体に記録するデータビットの幅がわずかに増加した。この点を改善し、本発明または参考例１に近い構成として参考例３を説明する。
【００２９】
参考例３のＭＲヘッドは、参考例２の製造工程中で図１の（１）や図３（１）に至る前に、中間シールドの上面（記録ギャップ８を積層する側）をトリミングした。即ち、中間シールドを形成した後に、上部磁極先端を突合わせるべき位置に記録トラック幅と同等の幅を有するレジスト部材を形成した。続けて、中間シールドをイオンミリングでエッチングした。レジストで被覆されている部分はエッチングされないために残存し、中間シールドの上面には記録トラック幅に対応する凸形状が形成された。続けて、アルミナ等の非磁性膜をスパッタで積層し、イオンミリングでエッチングされた箇所に充填させた。さらに凸形状の周囲で盛り上がっている非磁性膜をイオンミリングでエッチングして、凸形状の上面に一致する平面を形成した。この平面上にアルミナ膜を成膜して記録ギャップ８とした。この後の工程は参考例２と同様とした。
【００３０】
上記の本発明のＭＲヘッドにおいて、磁気抵抗素子４５には、磁気抵抗効果膜とスペーサとＳＡＬ膜を備えるＳＡＬバイアス型ＭＲ素子、反強磁性膜を接合した軟磁性膜と非磁性金属膜と軟磁性膜を備えるスピンバルブ型ＭＲ素子、複数の軟磁性膜を積層した構成を備えるＧＭＲ素子、２つの軟磁性膜で絶縁膜を挟む構成を備えたトンネル接合型ＭＲ素子等を用いることができた。これらの素子の再生トラック幅は、ＭＲヘッドの上部磁極先端の幅（記録トラック幅）以下の大きさにすることが好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成を用いることにより、狭記録トラック幅と高記録特性を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例としてＭＲヘッドの製造工程を説明する断面図。
【図２】参考例としてＭＲヘッドの製造工程を説明する断面図。
【図３】本発明のＭＲヘッドの製造工程を説明する断面図。
【図４】本発明のＭＲヘッドの製造工程を説明する断面図。
【図５】本発明のＭＲヘッドの製造工程を説明する断面図。
【図６】本発明のＭＲヘッドの断面図である。
【図７】従来のＭＲヘッドの断面図。
【図８】従来のＭＲヘッドの斜視図。
【図９】従来のＭＲヘッドの製造工程を説明する断面図。

Claims

磁気抵抗型再生ヘッドと誘導型記録ヘッドを具備するＭＲヘッドを製造する方法であって、
金属膜を成膜した後にフレームレジストを形成し、その後、前記金属膜にイオンミリングを加えることで前記フレームレジスト側面に前記金属膜を再付着させて上部磁極メッキ用下地膜を形成し、
前記上部磁極メッキ用下地膜上で、前記フレームレジスト側面に垂直な方向に上部磁極の浮上面近傍の部分をメッキ法で作製し、前記上部磁極のフレームレジスト側面に垂直な方向の厚さで記録トラック幅を規定することを特徴とするＭＲヘッドの製造方法。