JP3992285B2

JP3992285B2 - 薄膜磁気ヘッド、およびその製造方法

Info

Publication number: JP3992285B2
Application number: JP2004364926A
Authority: JP
Inventors: 清志山川; 秀高山田; 慎吾高橋; 和幸伊勢
Original assignee: Akita Prefecture; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Akita Prefecture; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: WO2006064915A1; US20070159719A1; JP2006172632A; US7365943B2

Description

この発明は、磁気記録媒体に情報を磁気的に記録する薄膜磁気ヘッド、およびその製造方法に係り、例えば、パーソナルコンピュータやモバイル機器などに搭載されるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に組み込まれる薄膜磁気ヘッド、およびその製造方法に関する。

近年、主磁極にテーパーを設け、リターンパスヨークのトレーリング側或いはリーディング側にテーパーを設けた単磁極磁気ヘッドについて、有限要素法を用いた磁界解析計算に基づく報告がなされている（例えば、非特許文献１参照。）。この報告によると、主磁極およびリターンパスヨークにテーパーを設けることで、単磁極磁気ヘッドの記録磁界強度を高めることができるとされている。

また、一般に、単磁極磁気ヘッドで記録磁界強度を高めるためには、主磁極先端のクロストラック方向の幅を略維持する部分の磁気記録媒体から離れる方向の長さ（以下、スロートハイト；ＴＨと称する）を短くし、且つ、サイドシールドの主磁極に対向する部分のＴＨに沿った幅（以下、シールドハイト；ＳＨと称する）を小さくすることが有効とされており、さらに、主磁極とサイドシールドとの間のギャップを狭小且つ一定に形成することが有効とされている。

しかし、現時点において、上記報告にあるような主磁極のテーパーやＴＨ、サイドシールドのＳＨ、および狭小ギャップを実現可能なヘッドについて、その製造方法に関する具体的な報告は無く、十分に満足のいく記録特性を有する磁気ヘッドを製造することはできなかった。
渡辺英暁、金井靖、村岡裕明、中村慶久著「信学技報；１Tbit/in2なる面密度を仮定した垂直磁気記録SPTヘッドの記録磁界解析」社団法人電子情報通信学会出版

この発明の目的は、急峻で強い記録磁界を形成でき記録密度を高めることができる薄膜磁気ヘッド、およびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の薄膜磁気ヘッドは、磁気記録媒体の記録トラックに対向する対向面を有し、この対向面に露出した先端を有する主磁極、該対向面と面一に延び上記主磁極に一定のギャップを介して非接触状態で設けられたシールドヨーク、上記主磁極先端から磁気記録媒体に作用する磁界を形成するためのコイル、および上記主磁極の上記対向面から離間した基端側に接続して配置され、上記主磁極、シールドヨーク、および上記磁気記録媒体の軟磁性層とともに磁気回路を構成するリターンヨークを形成したヘッドであって、上記主磁極の先端近傍において上記記録トラックの幅方向両端の側面および上記記録トラック方向少なくとも一端の側面が上記先端から離れる方向に外側に傾斜しており、上記主磁極の先端から傾斜した少なくとも３つの側面に対向した上記シールドヨークの端面が、対向する側面と略平行にそれぞれ傾斜していることを特徴とする。
また、本発明の薄膜磁気ヘッドは、磁気記録媒体の記録トラックに対向する対向面を有し、この対向面に露出した先端を有する主磁極、該対向面と面一に延び上記主磁極に一定のギャップを介して非接触状態で設けられたシールドヨーク、上記主磁極先端から磁気記録媒体に作用する磁界を形成するためのコイル、および上記主磁極の上記対向面から離間した基端側に接続して配置され、上記主磁極、シールドヨーク、および上記磁気記録媒体の軟磁性層とともに磁気回路を構成するリターンヨークを形成したヘッドであって、上記主磁極の先端近傍において上記記録トラックの幅方向両端の側面および上記記録トラック方向少なくとも一端の側面が上記先端から離れる方向に外側に傾斜しており、上記主磁極の先端から傾斜した少なくとも３つの側面に対向した上記シールドヨークの端面が、対向する側面から離れる方向にそれぞれ傾斜していることを特徴とする。

上記発明によると、主磁極の先端近傍で記録トラック幅方向両端にある側面、および記録トラック方向少なくとも一端にある側面、すなわち主磁極の少なくとも３つの側面が、主磁極の先端から離れる方向に外側に傾斜しているため、磁気記録媒体の記録トラックに情報を記録する際に、傾斜した側面に生じる磁荷により強い記録磁界を形成できる。

また、本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法は、化学反応によって除去可能な基材の平らな表面上に、この表面から離れる方向に外側に傾斜した第１の側面および該表面に露出した第１の底面を有する第１の穴を形成するように磁性材料を成膜してシールドヨークを形成する工程と、上記シールドヨークの上に、上記第１の穴の第１の底面を部分的に露出した第２の底面および上記第１の穴の傾斜した第１の側面と略平行に延びた第２の側面を有する第２の穴を上記第１の穴の内側に形成するように絶縁材料を成膜して絶縁層を形成する工程と、上記第２の穴を埋めるように上記絶縁層の上に磁性材料を積層して上記第２の側面によって規定される傾斜面および上記第２の底面によって規定される先端を有する主磁極を形成する工程と、上記主磁極の先端から磁気記録媒体に作用する磁界を形成するためのコイルを形成する工程と、上記基材を除去する工程と、を有する。

また、本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法は、化学反応によって除去可能な単結晶材料により形成された基材の表面に異方性エッチングにより深さ方向に内側に傾斜した側面を有する穴を形成する工程と、上記穴を埋めるように上記基材の表面上に磁性材料を積層して該穴の側面によって規定される傾斜面を有する主磁極を形成する工程と、上記主磁極の先端から磁気記録媒体に作用する磁界を形成するためのコイルを形成する工程と、上記基材を除去する工程と、上記主磁極の傾斜面を覆うように反対側から絶縁材料を積層して絶縁層を成膜する工程と、上記絶縁層の上に磁性材料を積層してシールドヨーク層を成膜する工程と、上記シールドヨーク層の表面を削って平らな対向面を形成するとともにこの対向面に露出した上記主磁極の先端を形成する工程と、を有し、上記シールドヨークの上記主磁極の傾斜面に対向する端面が、当該傾斜面と略平行に傾斜していることを特徴とする。
さらに、本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法は、化学反応によって除去可能な単結晶材料により形成された基材の表面に異方性エッチングにより深さ方向に内側に傾斜した側面を有する穴を形成する工程と、上記穴を埋めるように上記基材の表面上に磁性材料を積層して該穴の側面によって規定される傾斜面を有する主磁極を形成する工程と、上記主磁極の先端から磁気記録媒体に作用する磁界を形成するためのコイルを形成する工程と、上記基材を除去する工程と、上記主磁極の傾斜面を覆うように反対側から絶縁材料を積層して絶縁層を成膜する工程と、上記絶縁層の上に磁性材料を積層してシールドヨーク層を成膜する工程と、上記シールドヨーク層の表面を削って平らな対向面を形成するとともにこの対向面に露出した上記主磁極の先端を形成する工程と、を有し、上記シールドヨークの上記主磁極の傾斜面に対向する端面が、当該傾斜面から離れる方向に傾斜していることを特徴とする。

上述した発明によると、基材の表面に磁性材料や絶縁材料を一方向に積層して成膜するだけの単純なプロセスにより、傾斜した側面を有する主磁極、および主磁極の側面に対して一定のギャップを介して対向する傾斜した端面を有するシールドヨークを形成でき、主磁極のＴＨ、対向面に露出した主磁極先端の幅、シールドヨークのＳＨ、両者間のギャップなどを高い寸法精度で形成できる。

この発明の薄膜磁気ヘッドは、上記のような構成および作用を有しているので、急峻で強い記録磁界を形成でき記録密度を高めることができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１には、この発明の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドとして所謂水平型（プレーナー型）薄膜単磁極磁気ヘッド１（以下、単にヘッド１と称する）の外観模式図を示してある。ヘッド１は、磁気記録媒体としての磁気ディスク１０（以下、単にディスク１０と称する）の所望する記録トラック１０ａに対向するようにディスク１０の表面に沿って移動可能に設けられている。以下の説明では、ヘッド１が対向する記録トラック１０ａに沿った方向をダウントラック方向と称し、記録トラック１０ａの幅方向（すなわちディスク１０の半径方向）をクロストラック方向と称し、記録トラック１０ａ（ディスク１０）から離間する方向を高さ方向と称する。

図２には、ヘッド１を主磁極２の中心でクロストラック方向に切断した断面概略図を示してある。図２に示すように、ヘッド１は、ディスク１０に対向する対向面１ａを有し、この対向面１ａに露出した先端面２ａを有する主磁極２を有する。主磁極２は、その先端面２ａから離れる方向に積層した磁性薄膜により形成されている。また、ヘッド１の対向面１ａには、主磁極２に一定のギャップＧを介して非接触状態で該対向面１ａと面一に延設された磁性薄膜から成るシールドヨーク４が設けられている。

シールドヨーク４の対向面１ａから離間した背面側には、主磁極２とシールドヨーク４との間のギャップＧを規定するとともに、シールドヨーク４とともに主磁極２のＴＨを規定するための絶縁層６、主磁極２の先端２ａからディスク１０に作用する磁界を形成するための磁性薄膜から成るコイル８、主磁極２、シールドヨーク４、およびディスク１０の軟磁性層とともに磁気回路を構成するリターンヨーク１２、およびこれら積層物を補強するための補強部材１４が、対向面１ａから離れる方向に順に積層されている。なお、コイル８とリターンヨーク１２の間、およびリターンヨーク１２と補強部材１４の間には、絶縁層１６が設けられている。

上記構造のヘッド１は、主磁極２の先端近傍におけるＴＨ（スロートハイト）領域において、ダウントラック方向のリーディング側あるいはトレーリング側の少なくともいずれか一方にある側面（図示せず）とクロストラック方向両側にある側面２ｂの合計少なくとも３方向の側面（以下、これら少なくとも３つの側面を総称して側面２ｂと称する）が、先端面２ａ（対向面１ａ）から離れる方向に外側に傾斜していることを特徴とする。言い換えると、少なくとも３つの側面２ｂは、主磁極２の先端面２ａから離れる方向にその断面が拡大するように、対向面１ａの法線方向（すなわち高さ方向）に対して傾斜している。より具体的には、少なくとも３つの側面２ｂが対向面１ａと９０度より小さい角度で交わるように傾斜されており、ＴＨ領域では、ダウントラック方向の１側面を除いて、あるいは、すべての側面について、対向面１ａの法線方向に延びる壁面部分を持たないことを特徴としている。

さらに、一定のギャップＧを隔てて主磁極２の傾斜した側面２ｂに対向するシールドヨーク４の端面４ａも側面２ｂと略平行に傾斜している。より詳細には、シールドヨーク４の端面４ａは、主磁極２の側面２ｂに対して、対向面１ａから離れるにつれて徐々に離間する方向に傾斜している。これにより、記録時に主磁極２の傾斜した側面２ｂに生じる磁荷により、強い記録磁界を得ることが可能となることに加え、主磁極２に近接する端面４ａの部分を小さくでき、記録磁界の強度低下を抑制しつつその分布の急峻化を図ることが可能となる。

以下、上記構造のヘッド１の特性について、図３に示す従来構造の薄膜単磁極磁気ヘッドと比較してより詳細に説明する。なお、図３に示す従来ヘッドは、媒体対向面と略直交する方向に磁性材料を積層し、且つ媒体対向面にシールドヨークを持たない構造を有する。また、ここでは、３次元有限要素法を用いた磁界解析に基づくヘッド磁界について比較して説明する。その計算結果を図４および図５に示す。

本発明のヘッド１に関する計算は、図示していないディスク１０の軟磁性層を考慮して行い、シールドヨーク４は主磁極２の４つ全ての面に対向せしめて配置する構成とした。各磁性材料の特性として、主磁極２とシールドヨーク４、およびリターンヨーク１２にはＣｏＦｅの同一材料を想定して、その飽和磁束密度を２．４Ｔ、透磁率を１０００とした。また、ディスク１０の軟磁性層には主磁極２と同じ飽和磁束密度のＣｏＦｅを想定しているが、透磁率は、一般にノイズ特性や外乱耐性の観点から低い値に設計されることを考慮して２００とした。また、主磁極２のトラック幅Ｗ（図２）は２００ｎｍ、主磁極２の厚さ（図２では先端面２ａのダウントラック方向に沿った長さ、図３では主磁極２の厚さ）は４００ｎｍ、コイル８の巻き数は３ターンとした。

本発明のヘッド１のように対向面１ａにシールドヨーク４を配置すると、一般的にヘッド磁界は低下するが、図４にシールドヨークを持たない従来ヘッドと比較して本発明のヘッド１のクロストラック方向に沿ったヘッド磁界分布を示すように、本実施形態のヘッド１は、シールドの無い従来型の磁気ヘッドに比べて強い磁界強度を得ることができる。これは、主に、主磁極２の先端近くの少なくとも３つの側面２ｂが傾斜している構造に起因するものと考えられる。この主磁極２の側面２ｂの傾斜構造は、ヘッド磁界の分布を緩慢にする作用を有するが、シールドヨーク４の配置により急峻な磁界分布を実現している。

一方、シールドヨーク４の主磁極２に対向する端面４ａが主磁極２の側面２ｂに平行か、あるいは、シールドヨーク４と主磁極２のそれぞれの対向面で挟まれるギャップの長さが、ヘッド１の対向面１ａから離れるにつれて増大するように設計されている。これにより、シールドヨーク４を配置したにも拘わらず、記録磁界の低下を抑制することが可能となる。つまり、シールドヨーク４の主磁極２に対向する端面４ａに傾斜を設けることで、シールド効果を維持したまま、主磁極２からの磁束をシールドヨーク４が吸収する量を少なくでき、記録磁界の低下を抑制できる。

また、図５には、シールドヨーク４の高さ（層厚）を変化させた場合における記録磁界強度の変化を示してあるが、シールドヨーク４の高さが増すにつれて最大磁界が低下していることが分かる。しかし、図６（ｂ）に、図３の従来ヘッドにシールドヨークを備えたヘッド（図６ａ）におけるシールドヨークの高さと最大磁界との関係を比較して示すように、磁界が低下する度合いは、従来型磁気ヘッドに比べて小さい。このことは、本実施形態の磁気ヘッドのシールドヨーク４に要求される高さ精度が比較的緩く、製造上の利点といえる。

ここで、本発明のヘッド１のリターンヨーク１２について考察する。
リターンヨーク１２は、上述したように、主磁極２とディスク１０の軟磁性層とで磁気回路を形成する。このため、ディスク１０に対向する対向面１ａまでリターンヨーク１２を延伸して磁気回路が閉じるように構成するのが一般的である。従って、リターンヨーク１２の種類として、図２に示すリターンヨーク構造以外に、図７のようにリターンヨーク１２が対向面１ａまで延伸して閉磁路を構成する閉磁路型リターンヨーク構造が考えられる。なお、図２のリターンヨーク４は、必ずしも対向面１ａに平行である必要は無く、一端が対向面１ａから離れた位置に配置される開磁路型リターンヨークを代表するものである。

図８には、開磁路型リターンヨークを有するヘッドと閉磁路型リターンヨークを有するヘッドの磁界強度とクロストラック方向に沿った位置との関係をグラフにして示してある。また、図９には、各ヘッドの主磁極近傍における最大磁界強度とコイル電流との関係をグラフにして示してある。さらに、図１０には、閉磁路型リターンヨークが対向面１ａに最も近接した位置におけるリターンヨークによる磁界強度とコイル電流との関係を各ヘッドで比較してグラフにして示してある。

図９に示すように、図７に示す閉磁路型リターンヨークでは、上記のごとく閉磁気回路を構成するため、図２に示す開磁路型リターンヨークと比較して、最大磁界強度のコイル電流に対する感度が高い。しかし、図８に見られる通り、閉磁路型リターンヨークではリターンヨーク１２が対向面１ａに最も近接した部分におけるリターンヨーク１２による磁界強度が強く、図１０に示すようにリターンヨーク１２による磁界がコイル電流と共に増大する。この磁界は、記録信号の消去や熱擾乱の促進などの問題を引き起こす可能性がある。一方、図２に示す開磁路型リターンヨークでは、同じ部分でリターンヨーク１２の作る磁界は十分小さい。リターンヨーク１２によるこのように不所望な磁界を形成しないためには、必ずしも上記の通り水平なリターンヨーク１２である必要は無く、リターンヨーク１２がディスク１０に最も近接する部分が、ディスク１０の軟磁性層から少なくてもリターンヨーク１２の厚さ分だけ離れている構成であれば良い。

次に、上記構造のヘッド１を製造する第１の方法について、図１１乃至図１６を参照して説明する。
まず、図１１に示すように、Ｓｉなどの化学反応により選択的に除去可能な基板２１（基材）の平らな表面２１ａ上に、シールドヨーク４の傾斜した端面４ａ（第１の側面）を形成するためのフォトレジストパターン２２を形成する。フォトレジストパターン２２は、表面２１ａに近い部分が細くされた断面略Ｔ字形に形成される。

そして、このフォトレジストパターン２２の上方からＣｏＦｅなどの磁性材料をスパッタ法などにより成膜し、リフトオフによりフォトレジストパターン２２上の不要部分を除去してシールドヨーク４を形成する。このとき、フォトレジストパターン２２の形状や成膜条件などにより、シールドヨーク４の端面４ａの傾斜角度を制御できる。見方を変えると、フォトレジストパターン２２を含む不要部分を除去した後、基板２１の表面２１ａを露出した底面（第１の底面）および端面４ａを有する穴２３（第１の穴）がシールドヨーク層に形成される。

次に、図１２に示すように、主磁極２とシールドヨーク４との間のギャップ層として機能する絶縁層６を成膜するためのフォトレジストパターン２４を穴２３の略中央に形成する。上述した穴２３の内側に小径の穴２５を形成するため、このフォトレジストパターン２４も断面Ｔ字形に形成されている。そして、このフォトレジストパターン２４の上方からＡｌ_２Ｏ_３などの磁性薄膜（絶縁材料）を成膜した後、リフトオフによりレジスト上の不要部分を除去してギャップ層としての絶縁層６を形成する。このとき、絶縁層６には、上述した穴２３の底面を部分的に露出した底面（第２の底面）、および上記穴２３の側面、すなわちシールドヨーク４の端面４ａと略平行に延びた側面６ａ（第２の側面）を有する穴２５（第２の穴）が形成される。なお、この穴２５の側面６ａの傾斜角度もフォトレジストパターン２４の形状や成膜条件などを調整することにより制御できる。

さらに、上記穴２５を埋めるように、ＣｏＦｅなどの磁性材料を積層して磁性薄膜を成膜し、上記穴２５の側面６ａによって規定される傾斜面２ｂおよび穴２５の底面によって規定される先端面２ａを有する主磁極２を形成する（図１３）。

この後、図１４に示すように、導電性薄膜により主磁極２を囲むコイル８を成膜し、絶縁層１６を介してリターンヨーク１２を成膜する。さらに、この後、図１５に示すように、絶縁層１６を介して補強部材１４を形成する。具体的には、絶縁層１６を平坦化するための研磨を適宜実施し、この平らな面にガラスあるいはセラミックスなどの補強部材１４（後に、スライダー基板となる）を貼り付ける。

最後に、図１６に示すように、各種薄膜を堆積した基板２１を、水酸化カリウム（ＫＨＯ）やハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などの溶液で選択的に除去することで、ディスク１０と対向する対向面１ａが完成する。この後に浮上面加工やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの保護膜が対向面１ａに形成されるが、ここでは図示を省略した。

以上のように、第１の製造方法によると、フォトレジストパターン２２の形状や成膜方法を工夫することで、シールドヨーク４の端面４ａの傾斜角度を制御でき、フォトレジストパターン２４の形状や成膜方法を工夫することで、主磁極２の傾斜面２ｂの傾斜角度を制御できる。また、第１の製造方法によると、主磁極２のＴＨ（スロートハイト）やシールドヨーク４のＳＨ（シールドハイト）は、シールドヨーク４の膜厚や絶縁層６の膜厚に依存するため、例えば、これらの寸法を１００ｎｍ以下に制御することも可能である。さらに、第１の製造方法によると、主磁極２が対向面１ａに露出する先端面２ａのトラック幅Ｗも容易にコントロールでき、主磁極２を積層して成膜した後に別加工をする必要がない。

次に、上記構造のヘッド１を製造する第２の方法について、図１７乃至図２６を参照して説明する。
まず、図１７に示すように、化学反応によって除去可能な単結晶Ｓｉ材料により形成された基板３１（基材）の表面３１ａにマスク部材として機能する酸化層３２あるいは窒化層３２を設け、このマスク層３２をフッ酸（ＨＦ）あるいはリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）などの溶液を用いてエッチングして開口部３２ａを形成する。開口部３２ａの形状は、後述する主磁極２の形状に基づいて設計される。

そして、このマスク層３２の開口部３２ａを介して、ＫＯＨやＴＭＡＨなどの溶液を用いて基板３１を異方性エッチングする。その結果、深さ方向に内側に約５５度傾斜した側面３３ａを有する溝３３（穴）が形成される。なお、上記の工程において、例えばＧａＡｓや水晶など、Ｓｉ以外の単結晶を利用することも可能である。また、ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）による異方性エッチングも可能である。

この後、図１８に示すように、上記のように形成した溝３３を埋めるようにＣｏＦｅなどの磁性材料を基板３１の表面３１ａに積層して成膜し、主磁極２を形成する。このように形成される主磁極２の傾斜面２ｂは、異方性エッチングによる溝３３の傾斜した側面３３ａによって規定され、約５５度の角度を有することになる。なお、主磁極２の磁性材料を成膜する前に、溝３３の内側に図２６に示すような酸化層３４あるいは窒化層３４を保護膜として設け、後の工程で基板３１を除去する際の主磁極２の保護用に供することも可能である。

上記のように主磁極２を形成した後、図１９に示すように、主磁極２の周りに磁性薄膜からなるコイル８を成膜し、図２０に示すように、絶縁層１６を介してリターンヨーク１２を成膜する。この後、図２１に示すように、絶縁層１６を介して、適宜、絶縁層１６の平坦化のための研磨を実施し、この面にガラスあるいはセラミックスなどの補強部材１４（後に、スライダー基板となる）を貼り付ける。

この後、図２２に示すように、各種薄膜を堆積した基板３１を、ＫＯＨやＴＭＡＨなどの溶液で選択的に除去する。この状態で、マスク層３２が基板３１に面接していた面および主磁極２の先細の先端が露出する。そして、図２３に示すように、この露出した主磁極２の先端側、すなわち今までと反対側から、主磁極２の傾斜面２ｂを覆うように絶縁材料を堆積して絶縁層３５を成膜し、この絶縁層３５の上に重ねて磁性材料を積層してシールドヨーク層４’を成膜する。なお、上述したマスク層３２および絶縁層３６は、上述した絶縁層６として機能し、シールドヨーク層４’は、次の工程でシールドヨーク４を構成する。

そして、最後に、図２４に示すように、主磁極２の先端面２ａが所望の寸法で対向面１ａに露出するようにシールドヨーク層４’、絶縁層３５、および主磁極２を研磨、あるいはエッチバックなどによりエッチング加工し、図２５に示すように、ディスク１０と対向する対向面１ａを形成する。この後に浮上面加工やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの保護膜が対向面１ａに形成されるが、ここでは図示を省略した。

以上のように、第２の製造方法によると、上述した第１の製造方法による場合と同様の効果を奏し得るとともに、単結晶材料の異方性エッチングを利用して決まった角度を有する溝３３を容易に形成でき、主磁極２の傾斜面２ｂをより簡単に形成できる。

つまり、上述した２つの製造方法によると、主磁極２とシールドヨーク４との間のギャップＧを規定する絶縁層６やシールドヨーク４をすべて同一方向の薄膜堆積により形成可能なため、上記絶縁層６やシールドヨーク４を従来の製造法に比べてより高精度に作製することができる。加えて、主磁極２の傾斜面２ｂは、上記のシールドヨーク４上に堆積した非磁性層の表面形状や、基板３１に形成した溝３３にそって磁性膜が堆積されて形成されるため、対向面１ａの法線方向から傾斜した傾斜面２ｂが自己組織的に形成される。このため、強い磁界を発生できる主磁極２の形状を高精度かつ容易に実現可能である。

ところで、上述したプレーナー型のヘッド１を構成した場合、コイル８に通電するための配線に工夫が必要となる。図２７には、上述したヘッド１におけるコイル８の配線構造を例示してある。
この構造によると、コイル８の内周側端部とリターンヨーク１２とが導電部材４１を介して電気的に接続され、リターンヨーク１２を通してコイル８に電流が印加される。この場合、主磁極２を通してディスク１０への通電を阻止するため、主磁極２とリターンヨーク１２との間にギャップを設ける必要がある。

図２８には、主磁極２とリターンヨーク１２との間のギャップ（分離長）と最大磁界強度との関係を示してある。これによると、ギャップは、記録感度の著しい低下を防ぐため、少なくとも１００ｎｍよりも狭くする必要がある。また、ギャップには、完全な絶縁物を充填する必要は無く、数ｋΩ程度の十分大きな抵抗を有する高抵抗部材４２を充填すれ良い。例えば、ＣｏＦｅ−Ａｌ_２Ｏ_３などの高抵抗率磁性膜をギャップに充填することにより、図２８に示すとおり高感度に強い磁界を発生できる。

次に、本実施の形態のヘッド１の主磁極２についてより詳細に説明する。なお、ここでは、主磁極２の先端近くに傾斜面２ｂを持たない構造を参照して説明するが、上述した実施の形態のように傾斜面２ｂを有する主磁極２であっても同様である。

近年、高密度化に対応するために磁気ヘッドのトラック幅を狭小化するに従い、主磁極先端部における媒体対向面に直交する方向（主磁極奥行き方向）の寸法（ＴＨ；スロートハイト）と媒体対向面内方向との寸法（トラック幅や主磁極厚み）比が増大することにより、当該部分の主磁極奥行き方向の形状磁気異方性が増し、その結果、磁区構造が乱れることによる主磁極奥行き方向の残留磁化が生じる。これにより、磁気記録媒体の記録層上の信号磁化が消去されたり、あるいは熱擾乱が促進されるなどの問題が顕在化して来ている。この問題の解決策の一つとして、スロートハイトの短縮が一般に想起されるが、これまで用いられている研磨による加工法では、精度の観点から将来の高密度化に対応することは不可能である。

そこで、この解決法として、図２９に示すごとく、主磁極の膜厚方向（堆積方向）に主磁極材料となる強磁性層と、非磁性層または反強磁性層あるいはそれらの組み合わせを交互に積層して主磁極を形成する方法が、一般に知られている。しかし、この方法では、主磁極の媒体対向面に露出した非磁性材料あるいは反強磁性材料の面積の比率にしたがって記録磁界強度が低下するという問題がある。

このため、本実施の形態では、以上の点に鑑みて、図３０に図示する主磁極構造を採用した。即ち、主磁極２の先端近傍において、主磁極２を、非磁性材料および反強磁性材料のうち少なくとも一方を含む非磁性層５１（第１層）と、強磁性材料を含む強磁性層５２（第２層）とを、磁気記録媒体（ディスク１０）に対向する対向面１ａから離れる方向に交互に積層して形成した。なお、主磁極２の先端、すなわちディスク１０に対向する面には、強磁性層５２が配置されている。この構造を採用すると、主磁極２の媒体対向面には非磁性材料あるいは反強磁性材料が露出せず、記録磁界の低減が抑制できる。

図３１には、起磁力と磁界強度の関係を、図２９に例示した構造の主磁極と図３０に示した構造の本発明の主磁極２を比較して示してある。ここでは、各強磁性層５２の厚さを４０ｎｍとし、非磁性層５１の厚さを１０ｎｍとして、３次元有限要素法により計算した。この計算では、主磁極２の先端面２ａのトラック幅Ｗを２００ｎｍ、主磁極２の厚さを４００ｎｍ、スロートハイトを２００ｎｍとした。また、この場合、積層される非磁性層５１の数は、図２９の主磁極では７層、図３０の本発明の主磁極２では３層となる。

本発明の主磁極２では、意図して上記対向面から離れる方向の反磁界を増しているため、一定磁界を得るのに比較的大きな起磁力を要する。しかし、本計算例の場合、０．１ＡＴ以上の起磁力では、同一起磁力で比較しても本発明の主磁極が従来構造の主磁極よりも強い磁界を得ることが可能である。高密度化の進展により本例示の条件よりも主磁極先端部の微細化が進んだ場合、従来の積層法では非磁性層５１が主磁極先端面に占める相対的な割合が増大するため、非磁性材料あるいは反強磁性材料の挿入による磁界強度の低下はより顕著となる。

従って、本発明の主磁極の積層構造は高密度化に向けて益々有効な方法と言える。なお、上記の強磁性層、非磁性層、反強磁性層は上記対向面に必ずしも平行である必要はなく、例えば、上述した第２の製造方法によって主磁極を製造する工程で、予め作成された溝や穴の側面に沿って傾斜され或いは曲線状に形成されてもよい。当然、この場合にも非磁性層や反強磁性層は上記対向面に露出する主磁極先端面には現れない。また、主磁極は、上記対向面から離れる方向の形状に依存して同方向の反磁界係数が変化する。この反磁界係数を反映して、上記対向面から離れる方向に上記積層膜を形成する際に、その積層周期を変えることで、磁気ヘッドの効率と主磁極の磁区制御の両立を図ることが可能となる。上記積層膜を本発明の磁気ヘッド構造に適用することで、この効果が期待できる。

図３２には、シールドヨーク４の端面の傾斜角度を３０度、４５度、６０度に変化させた場合における、上述した構造のヘッド１における主磁極２の側面２ｂの傾斜角度と最大磁界強度の関係の計算結果を示してある。なお、この計算結果は、「社団法人電子情報通信学会技術研究報告Vol.103,Ｎｏ.109,ＭＲ2003-7,ｐｐ.33-38,2003」の図８（Ｐ３６）に示されている。

これによると、特に、シールドヨーク４の端面４ａの傾斜角度を６０度にした場合であって、主磁極２の傾斜面２ｂの角度が４５のとき、磁界強度が最大となっているのがわかる。しかし、図３２のグラフに示した全ての場合において、最大磁界強度は略満足のいく値を示しており、主磁極２の先端近傍に傾斜面２ｂを設け、シールドヨーク４の端面に傾斜を設ければ磁界強度を高められることが理解できる。

なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

例えば、上述した実施の形態では、主磁極２の先端近傍においてクロストラック方向両側の側面およびトラック方向少なくとも一端の側面、すなわち少なくとも３つの側面に傾斜を設けた場合について説明したが、当然のことながら、主磁極２の周囲を囲むように全て側面に傾斜を設けても良い。

この発明の実施の形態に係る薄膜単磁極磁気ヘッドを磁気ディスクに対向させた状態を示す外観概略図。図１のヘッドを主磁極の中心でクロストラック方向に切断した断面概略図。従来の薄膜磁気ヘッドの構造を示す概略図。クロストラック方向に沿った位置とヘッド磁界強度の関係を図２の本発明のヘッドと図３の従来のヘッドを比較して示すグラフ。図２のヘッドにおけるシールドヨークの高さ（厚さ）と最大磁界強度の関係を示すグラフ。図３のヘッドにシールドヨークを設けた場合（ａ）におけるシールドヨークの高さ（厚さ）と最大磁界強度の関係を示すグラフ。図２のヘッドのリターンヨークの形状を変えた変形例を示す断面概略図。クロストラック方向に沿った位置とヘッド磁界強度の関係を図２の開磁路型リターンヨークを有するヘッドと図７の閉磁路型リターンヨークを有するヘッドを比較して示すグラフ。コイル電流と最大磁界強度の関係を図２のヘッドと図７のヘッドを比較して示すグラフ。リターンヨークが対向面に最も近接した部位におけるリターンヨークによる磁界とコイル電流との関係を図２のヘッドと図７のヘッドを比較して示すグラフ。図２のヘッドを製造する第１の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第１の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第１の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第１の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第１の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第１の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第２の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第２の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第２の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第２の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第２の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第２の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第２の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第２の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第２の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドを製造する第２の方法を説明するための動作説明図。図２のヘッドのコイルの配線構造を示す断面概略図。図２７のヘッドの主磁極とリターンヨークとの間のギャップと最大磁界強度の関係を示すとともにギャップに高抵抗部材を充填した場合の最大磁界強度を示すグラフ。従来の積層構造を有する主磁極を示す図。本実施の形態の積層構造を有する主磁極を示す図。起磁力と磁界強度の関係を図２９の主磁極を備えたヘッドと図３０の主磁極を備えたヘッドを比較して示すグラフ。シールドヨークの端面の傾斜角度を３０度、４５度、６０度に変化させた場合における、主磁極側面の傾斜角度と最大磁界強度の関係を示すグラフ。

符号の説明

１…薄膜単磁極磁気ヘッド、１ａ…対向面、２…主磁極、２ａ…先端面、２ｂ…傾斜面、４…シールドヨーク、４ａ…端面、６…絶縁層、８…コイル、１０…磁気ディスク、１２…リターンヨーク、１４…補強部材、１６…絶縁層、２１、３１…基板、２２、２４…フォトレンジストパターン、２３…穴、２５…小径の穴、３２…マスク層、３３…溝、３３ａ…側面、４１…導電部材、４２…高抵抗部材。

Claims

磁気記録媒体の記録トラックに対向する対向面を有し、この対向面に露出した先端を有する主磁極、該対向面と面一に延び上記主磁極に一定のギャップを介して非接触状態で設けられたシールドヨーク、上記主磁極先端から磁気記録媒体に作用する磁界を形成するためのコイル、および上記主磁極の上記対向面から離間した基端側に接続して配置され、上記主磁極、シールドヨーク、および上記磁気記録媒体の軟磁性層とともに磁気回路を構成するリターンヨークを形成した薄膜磁気ヘッドにおいて、
上記主磁極の先端近傍において上記記録トラックの幅方向両端の側面および上記記録トラック方向少なくとも一端の側面が上記先端から離れる方向に外側に傾斜しており、
上記主磁極の先端から傾斜した少なくとも３つの側面に対向した上記シールドヨークの端面が、対向する側面と略平行にそれぞれ傾斜していることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
磁気記録媒体の記録トラックに対向する対向面を有し、この対向面に露出した先端を有する主磁極、該対向面と面一に延び上記主磁極に一定のギャップを介して非接触状態で設けられたシールドヨーク、上記主磁極先端から磁気記録媒体に作用する磁界を形成するためのコイル、および上記主磁極の上記対向面から離間した基端側に接続して配置され、上記主磁極、シールドヨーク、および上記磁気記録媒体の軟磁性層とともに磁気回路を構成するリターンヨークを形成した薄膜磁気ヘッドにおいて、
上記主磁極の先端近傍において上記記録トラックの幅方向両端の側面および上記記録トラック方向少なくとも一端の側面が上記先端から離れる方向に外側に傾斜しており、
上記主磁極の先端から傾斜した少なくとも３つの側面に対向した上記シールドヨークの端面が、対向する側面から離れる方向にそれぞれ傾斜していることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
上記リターンヨークは、上記コイルに通電するため電気的に接続されており、上記主磁極の基端とギャップを介して設けられており、
このリターンヨークと主磁極の基端との間のギャップには、絶縁材料またはＣｏＦｅ−Ａｌ _２Ｏ _３などの高抵抗磁性部材が介在されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜磁気ヘッド。
上記主磁極は、非磁性材料および反強磁性材料のうち少なくとも一方を含む第１層、および強磁性材料を含む第２層を、上記対向面から離間する方向に交互に積層した構造を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜磁気ヘッド。
上記主磁極は、その先端に上記第２層を配置していることを特徴とする請求項４に記載の薄膜磁気ヘッド。
化学反応によって除去可能な基材の平らな表面上に、この表面から離れる方向に外側に傾斜した第１の側面および該表面に露出した第１の底面を有する第１の穴を形成するように磁性材料を成膜してシールドヨークを形成する工程と、
上記シールドヨークの上に、上記第１の穴の第１の底面を部分的に露出した第２の底面および上記第１の穴の傾斜した第１の側面と略平行に延びた第２の側面を有する第２の穴を上記第１の穴の内側に形成するように絶縁材料を成膜して絶縁層を形成する工程と、
上記第２の穴を埋めるように上記絶縁層の上に磁性材料を成膜して上記第２の側面によって規定される傾斜面および上記第２の底面によって規定される先端を有する主磁極を形成する工程と、
上記主磁極の先端から磁気記録媒体に作用する磁界を形成するためのコイルを形成する工程と、
上記基材を除去する工程と、
を有することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
上記主磁極を形成する工程は、非磁性材料および反強磁性材料のうち少なくとも一方を含む第１層、および強磁性材料を含む第２層を、上記基材の表面から離間する方向に交互に積層する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
化学反応によって除去可能な単結晶材料により形成された基材の表面に異方性エッチングにより深さ方向に内側に傾斜した側面を有する穴を形成する工程と、
上記穴を埋めるように上記基材の表面上に磁性材料を成膜して該穴の側面によって規定される傾斜面を有する主磁極を形成する工程と、
上記主磁極の先端から磁気記録媒体に作用する磁界を形成するためのコイルを形成する工程と、
上記基材を除去する工程と、
上記主磁極の傾斜面を覆うように反対側から絶縁材料を成膜して絶縁層を形成する工程と、
上記絶縁層の上に磁性材料を成膜してシールドヨーク層を形成する工程と、
上記シールドヨーク層の表面を削って平らな対向面を形成するとともにこの対向面に露出した上記主磁極の先端を形成する工程と、を有し、
上記シールドヨークの上記主磁極の傾斜面に対向する端面が、当該傾斜面と略平行に傾斜していることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
化学反応によって除去可能な単結晶材料により形成された基材の表面に異方性エッチングにより深さ方向に内側に傾斜した側面を有する穴を形成する工程と、
上記穴を埋めるように上記基材の表面上に磁性材料を成膜して該穴の側面によって規定される傾斜面を有する主磁極を形成する工程と、
上記主磁極の先端から磁気記録媒体に作用する磁界を形成するためのコイルを形成する工程と、
上記基材を除去する工程と、
上記主磁極の傾斜面を覆うように反対側から絶縁材料を成膜して絶縁層を形成する工程と、
上記絶縁層の上に磁性材料を成膜してシールドヨーク層を形成する工程と、
上記シールドヨーク層の表面を削って平らな対向面を形成するとともにこの対向面に露出した上記主磁極の先端を形成する工程と、を有し、
上記シールドヨークの上記主磁極の傾斜面に対向する端面が、当該傾斜面から離れる方向に傾斜していることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
上記主磁極を形成する前に、上記穴の側面に保護膜を成膜する工程をさらに有することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
上記主磁極を形成する工程は、非磁性材料および反強磁性材料のうち少なくとも一方を含む第１層、および強磁性材料を含む第２層を、交互に積層する工程を含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。