JP4044885B2

JP4044885B2 - 薄膜磁気ヘッド及びその製造方法

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Publication number: JP4044885B2
Application number: JP2003316741A
Authority: JP
Inventors: 昇山中; 裕司伊藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2023-09-09
Also published as: JP2005085383A

Description

本発明は、磁気ディスク装置等の磁気記録再生装置に使用される薄膜磁気ヘッド及びその製造方法に関する。

図１３は磁気ディスク装置に使用される薄膜磁気ヘッドの一般的な構造を示す斜視図である。

磁気ディスク装置において、情報の読み出しと書き込みを行う素子部２１１を有する薄膜磁気ヘッド（以下、「ヘッドスライダ」と称する）２１０が、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスク（不図示）に対向するように配置される。素子部２１１は読み出し用の磁気抵抗素子（ＭＲ素子）と書き込み用の誘導型電磁変換素子からなる。ヘッドスライダ２１０の基体はほぼ六面体形状をなす。基体の六面のうちの一面がハードディスクに対向し、この記録媒体対向面に凹部（溝）を形成することで、記録媒体対向面に浮上レールが形成され、各浮上レールの表面がエアベアリング面２１２（以下、ＡＢＳ［Air Bearing Surface］と称する）となっている。

例えば、ハードディスクが図１３におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとヘッドスライダとの間を通過する空気流によって、ヘッドスライダに、図１３におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。ヘッドスライダは、この揚力によってハードディスクの表面から浮上し、この状態で素子部によりハードディスクに情報の記録/再生が行われる。素子部はヘッドスライダの基体における記録媒体対向面の空気流出側の端部近傍に形成されている。

磁気ディスク装置には、起動・停止時にヘッドスライダが浮上せず摺動するＣＳＳ（Contact Start Stop）方式がある。この場合、ヘッドスライダのＡＢＳが摩耗して摩耗粉が発生し、これにより装置を故障させるおそれがあり、これを防止する目的で、ヘッドスライダの記録媒体対向面のＡＢＳに保護膜を形成する従来例がある（例えば特許文献１参照）。また、ＡＢＳを加工した際に凹部内に磁性膜が露出することがある。この露出した磁性膜を酸化や腐食から保護する目的で、ＡＢＳおよび凹部を含む記録媒体対向面の全面に保護膜を形成する従来例もある（例えば特許文献２参照）。また、保護膜としては、一般にダイヤモンド・ライク・カーボン膜（以下、ＤＬＣ膜と称する）が用いられている。

次に、上記のようなヘッドスライダの製造方法について説明する。

Al₂O₃・TiCのウエハ基板（以下、アルティック基板と称する）上に多数の素子部をマトリックス状に薄膜技術で一斉に作製した後、まず、所定の個数の素子部が一列に並んだバーをウエハ基板から短冊状に切断、分離する。こうして分離されたバーの、ＡＢＳを形成する記録媒体対向面をラッピングする。

次に、バーの全周面にＤＬＣ膜をスパッタ法やCVD法で成膜する。そして、ＤＬＣ膜を形成したバーの、記録媒体対向面にレジスト（例えばポジ型の感光性レジスト）を塗布し、該レジストを、素子部ごとにＡＢＳ用のパターンを形成したマスクを用いて露光し、現像することで前記バーの記録媒体対向面にＡＢＳ用のレジストパターンを成形する。

次に、ＡＢＳ用のレジストパターンを含む前記バーの記録媒体対向面をエッチングし、該ＡＢＳ用レジストパターン以外の面を凹部にする。その後、前記ＡＢＳ用レジストパターンを除去し、前記バーを一個の素子部ごとに切断、分離することで、素子部およびＡＢＳを有するヘッドスライダが出来る。
特開平7-85438号公報（図11〜13、段落［0007］〜［0009］参照）特開平11-353615号公報（図1、段落[0019]、[0023]参照）

上述した方法により作製されるため、個々のヘッドスライダの側面はバーからヘッドスライダに分離されたままの荒れた面である。また、一般的にヘッドスライダの基体材料として使用されているアルティック基板は材料自体がAl₂O₃とTiCの焼結体であるので、製造段階で結晶粒間に既にマイクロクラックが発生している可能性があった。

このマイクロクラックは温度環境の変化や外部からの衝撃で成長するが、磁気ディスク装置は、従来、温度変化や衝撃の少ない環境で使用するコンピュータに主に搭載されてきたため、ヘッドスライダ側面が保護膜で保護されていなくても、マイクロクラックの存在は問題にならなかった。

ところが、近年の装置の小型化と高密度化により、コンピュータ以外への用途、例えば、携帯画像録画装置、小型携帯端末、携帯電話、あるいは車載用などへの応用が広まりつつある。これらの新しい用途では、コンピュータ用途に比べて、広範囲な動作環境温度（例えば−３０℃程度から８５℃程度まで）や耐衝撃性が要求されている。

こうした新しい使用環境に対して、従来構造のヘッドスライダの基材であるアルティック基板は、温度の急激な変動、あるいはヘッドスライダに加わる衝撃によって、ヘッドスライダ側面の結晶粒間に新たにマイクロクラックが生じ、成長し、ヘッドスライダ側面からAl₂O₃やTiCの粉等が欠落し、ヘッドクラッシュを起こすという致命的な欠陥を誘発するおそれがある。

また、アルティック基板は、材料そのものは耐環境性や耐衝撃性の高い材料であり、例えば同等の価格、同等の性能を備える単結晶の代替基板は見当たらない。また、ヘッドクラッシュ等の問題に対しても、アルティック結晶の小粒径化など行なっているが、マイクロクラッシュの問題に対する根本的な解決にならない。

そこで本発明の目的は、上記従来技術の実状に鑑み、広範囲な環境下でも動作可能な薄膜磁気ヘッド（ヘッドスライダ）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に、本発明は、記録媒体に対して情報の読み出し及び書き込みを行う素子部を含む薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、前記素子部を基板にマトリックス状に作製する工程と、前記素子部が一列に並んだバーを前記基板から短冊状に切断、分離する工程と、前記バーの、前記薄膜磁気ヘッドの記録媒体対向面に対応させる面を研磨する工程と、前記バーに、前記素子部が間に配置される間隔で分離溝を形成する工程と、前記バーの、前記薄膜磁気ヘッドの記録媒体対向面に対応させる面に凹部を形成して浮上面を作製する工程と、前記バーの、前記薄膜磁気ヘッドの記録媒体対向面に対応させる面および前記分離溝の内側面に対して被膜を形成する工程と、前記分離溝に沿って前記バーを切断、分離することにより、前記記録媒体対向面ならびに該記録媒体対向面と交差する方向の側面に前記被膜の付いた前記薄膜磁気ヘッドを得る工程と、を有する製造方法である。

上記の薄膜磁気ヘッド及びその製造方法において、前記基板がAl₂O₃・TiCであることが好ましい。さらに、前記被膜がダイヤモンド・ライク・カーボン膜、あるいは樹脂膜または金属膜であることが好ましい。

また、本発明に係るヘッドジンバルアセンブリは、上記の薄膜磁気ヘッドと、該薄膜磁気ヘッドの基体を弾性的に支持するサスペンションとを備えたものである。

また、本発明に係るハードディスク装置は、上記の薄膜磁気ヘッドと、円盤状の記録媒体を回転駆動する回転駆動装置と、該記録媒体に対向するように前記薄膜磁気ヘッドを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたものである。

次に、本発明の作用について説明する。

記録媒体に対して情報の読み出し及び書き込みを行う素子部を基板上に形成し、該基板を前記素子部ごとに略同一形状で切断することにより、複数の薄膜磁気ヘッドが得られる。このように切断して得た薄膜磁気ヘッドの切断面は、薄膜磁気ヘッドを構成する少なくとも基板の材料がむき出しの状態である。薄膜磁気ヘッドの基板の一般材料はAl₂O₃とTiCの焼結体であり、使用環境温度の急激な変化や外部からの衝撃によって結晶粒間にマイクロクラックが発生、成長し、Al₂O₃やTiCの粉がヘッドから欠落するおそれがある。また、このような粉はヘッドクラッシュを引き起こす要因となる。そこで本発明は、上記のような切断面に被膜を形成することにより、切断面からAl₂O₃やTiCの粉がヘッドから欠落することが防止できる。

また、複数の薄膜磁気ヘッドを基板から得る場合、情報の読み出し及び書き込みを行う素子部を基板にマトリックス状に作製し、この素子部が一列に並んだバーを前記基板から短冊状に切断、分離し、このバーに、前記素子部が間に配置される間隔で分離溝を形成し、バーの、分離溝が形成された面に対して被膜を形成した後、分離溝に沿ってバーを切断、分離することにより、切断された面に被膜の付いた薄膜磁気ヘッドを得ることができる。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、一般的にAl₂O₃とTiCの焼結体からなるために使用環境温度の急激な変化や外部からの衝撃によって結晶粒間にマイクロクラックが生じ、成長しても、被膜で覆われているため、Al₂O₃やTiCの粉が欠落せず、ヘッドの信頼性・耐久性が向上する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態による薄膜磁気ヘッドの構造を示す斜視図である。

図１を参照すると、本実施形態の薄膜磁気ヘッドは、図１３に示した構造に加えて、六面体形状からなるヘッドスライダ１の側面と裏面の両方またはいずれかにヘッドスライダの基材であるAl₂O₃とTiCの焼結体と、情報の読み取り及び書き込みの為の素子部２の材料（例えばNiFeやCoNiFe等の成膜可能な磁性材料）とを被覆する被膜（図中の斜線部）を設けた構造である。

ここでいう「ヘッドスライダの側面」は、ABS３を持つ記録媒体対向面４に交差する方向の４面であって、ヘッドスライダ１を磁気ディスク装置（図１２参照）に搭載した際に磁気ディスクのトラック方向（図１及び図１０中のＺ方向）およびトラック横断方向（図１及び図１０中のＸ方向）にそれぞれ対応する面である。これら４つの側面の内、素子部を形成した面は電気的接続を図るリード電極５が形成されるので、この面のリード電極５は被膜で被覆しない。また、「ヘッドスライダの裏面」は記録媒体対向面４と相対する面である。

被膜は、ヘッドスライダ１の側面等からAl₂O₃やTiCの粉が欠落しないようにマイクロクラック部分を被覆し保護できる材料であればよく、例えば、ＤＬＣなどの無機材料や、樹脂などの有機材料が用いられる。

なお、図１及び図１３では、記録媒体対向面４にＡＢＳ３を形成しているが、薄膜磁気ヘッドにおいてＡＢＳ３と記録媒体対向面４の段差がきわめて小さいときは、ＡＢＳ３を含む記録媒体対向面４の全面を「ＡＢＳ」と称することがある。

次に、図２〜図９を参照して、本発明に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法について説明する。但し、以下の製法では被膜にＤＬＣ膜を用いる製法例を挙げる。

まず、図２に示すように、アルティック基板のウエハ１１に多数の素子部（不図示）をマトリックス状に薄膜技術で一斉に作製する。素子部として、書き込み用の誘導型磁気変換素子と読み出し用の磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を形成する。

そして、図３に示すように、所定の個数の素子部（不図示）が一列に並んだバー１２をウエハ１１から短冊状に切断、分離する。なお、図３において、バー１２の正面側が、図２に示したウエハ１１の表面に相当している。

次に、バー１２を不図示の搬送治具により保持し、図４に示すラッピング装置１３に移動させ、該ラッピング装置１３のキャリア１４に受け渡す。キャリア１４にはバー１２を、図４（ａ）に示すように、ＡＢＳを形成する記録媒体対向面１２ａを下側に向けて保持させる。その後、図４（ｂ）に示すように、回転するラッピング装置１４の研磨面である上面にバー１２の記録媒体対向面１２ａを当接させつつキャリア１４を回転させて、記録媒体対向面１２ａをラッピングする。

次に、図５に示すように、記録媒体対向面１２ａをラッピングしたバー１２に、ダイシング装置（不図示）の丸刃１５により所定の間隔で分離溝１６を切り込む。分離溝１６の間隔は、分離溝１６の間に素子部（不図示）が配置されるように設定してある。

次に、図６に示すように、複数の分離溝１６を設けたバー１２の記録媒体対向面１２ａにフィルムレジスト１７を付着し、フィルムレジスト１７を、ＡＢＳ用のパターン１８を形成したマスク１９を用いて露光し、現像することで前記バー１２の記録媒体対向面１２ａにＡＢＳ用のレジストパターンを成形する。フィルムレジスト１７は、一般には感光性レジストが用いられ、ネガ型、ポジ型の何れの感光性レジストを使用してもよい。本実施形態ではポジ型の感光性レジストを使用している。このため、現像工程では露光部分が除去される。現像されたＡＢＳ用のレジストパターンは、アルカリ現像液により露光部分をエッチングすることによって得られる。また、フィルムレジストを用いた例を示したが、スピンコート法等を採用することもできる。また、フォトレジストを用いたパターン形成を例にとって説明したが、他の高精度パターン形成技術、例えば収束イオンビーム加工技術を採用することもできる。

この後、バー１２の記録媒体対向面１２ａにイオンミリングまたはケミカルエッチング等の加工を施し、ＡＢＳ用レジストパターン以外の面を凹部にする。その後、前記ＡＢＳ用レジストパターンを除去する。これにより、記録媒体対向面１２ａに所定のパターンのＡＢＳを持つ浮上レールが形成される。

次に、図７に示すように、複数の分離溝１６を設けたバー１２の上面にＤＬＣ膜２０（図７（ａ）では斜線部）を成膜する。これにより、分離溝１６の内側面にもＤＬＣ（タ゛イヤモント゛・ライク・カーホ゛ン）膜２０が形成される（図７（ｂ））。つまり、後の工程で個々に分離された際にヘッドスライダは側面にもＤＬＣの保護膜が形成されたものになる。また、成膜法にＣＶＤ法を採用することで、分離溝１６を有する記録媒体対向面１２ａの表面に倣ってＤＬＣ膜を被膜することができる。なお、成膜の際、バー１２の、リード電極が形成された側面はＤＬＣ膜（図７中の斜線部）が付着されないようにフィルムレジストで予めマスクしておく。

さらに、バー１２の上面が下側を向くようにバー１２をひっくり返し、バー１２の裏面にもＤＬＣ膜を成膜する。なお、バー１２の裏面にＤＬＣの被膜を付けるのはいつでも可能であり、例えば図３に示した工程で付着してもよい。

次に、図８に示すように、治具２１の上面に、ＤＬＣ膜（図８中の斜線部）が付着されたバー１２を載置する。治具２１の上面には複数の溝２２が、バー１２の各分離溝１６に対応して形成されており、治具２１にバー１２を載置した際、治具２１の溝２２にバー１２の分離溝１６の位置が合うようになっている。そして、丸刃２３を回転しながらバー１２の各分離溝１６に沿って移動することで、略同一形状のヘッドスライダ１をバー１２から一つづつ切断、分離する。その後、各々のヘッドスライダ１を治具２１から剥がし洗浄する。こうして、分離溝１６を形成したときに丸刃１５で切断して出来る側面にも保護膜の付いたヘッドスライダ１が出来る。

上述した製造方法では、ＡＢＳ３を持つ浮上レールを作製した後にＤＬＣ膜２０を形成したが、この工程を逆にして、バー１２に分離溝１６を形成した後に、先にＤＬＣ膜２０を形成してから浮上レールを作製してもよい。

さらに、図９を参照して、薄膜磁気ヘッドの別の製造例を説明する。

まず、図１３に示したような側面が保護膜で被覆されていないヘッドスライダを用意する。例えば、図４に示したように、ウエハから切り取ったバー１２の記録媒体対向面１２ａをラッピングする。その後、記録媒体対向面１２ａに、図６で示したようなフォトリソグラフィ工程とエッチング工程を行うことにより、ＡＢＳ３を持つ浮上レールを作製し、図８で示したように、ＡＢＳ３を持つ浮上レールが作製されたヘッドスライダ１をバー１２から一個づつ切断、分離する。

そして、図９に示すように、分離した各ヘッドスライダ１をその上下面が重なるように治具２４の上面に一列に並べて置き、複数のヘッドスライダ１の側面を治具２４の上面と同じ方向にする。

この状態で、複数のヘッドスライダ１の側面に対してＤＬＣの膜（図９の斜線部）を付着させる。この場合、各ヘッドスライダ１の、リード電極にＤＬＣ膜（図７中の斜線部）が付着されないようにフィルムレジストで予めマスクしておく。

以上のような各製法において、保護膜はＤＬＣを使用したが、本発明はこれに限らず、蒸着法やスパッタリングにより金属材料を被膜してもよいし、樹脂を塗布してもよい。

なお、本発明は、ヘッドスライダの側面がバーからヘッドスライダに分離されたままの面である場合、側面に露出したアルティックの結晶粒にマイクロクラックが存在する場合の課題を解決するものである。したがって、その課題解決手段として、上述したような保護膜をヘッドスライダ側面に被覆する方法以外に、側面の状態を表面改質する方法を採ることもできる。例えば、バーから分離した後のヘッドスライダ側面を焼結処理、アニール処理あるいはレーザ処理してもよい。

以下、本発明の薄膜磁気ヘッドを適用可能なヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。

図１０を参照すると、ヘッドジンバルアセンブリ３１は、ヘッドスライダ１と、このヘッドスライダ１を弾性的に支持するサスペンション３２とを備えている。サスペンション３２は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム３３、このロードビーム３３の一端部に設けられると共にヘッドスライダ１が接合され、ヘッドスライダ１に適度な自由度を与えるフレクシャ３４と、ロードビーム３３の他端部に設けられたベースプレート３５とを有している。ベースプレート３５は、ヘッドスライダ１をハードディスク４５のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム３６に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム３６と、このアーム３６を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ３４において、ヘッドスライダ１が取り付けられる部分には、ヘッドスライダ１の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。

ヘッドジンバルアセンブリ３１は、アクチュエータのアーム３６に取り付けられる。一つのアーム３６にヘッドジンバルアセンブリ３１を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ３１を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。

図１０は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム３６の一端部にヘッドジンバルアセンブリ３１が取り付けられている。アーム３６の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル３７が取り付けられている。アーム３６の中間部には、アーム３６を回転自在に支持するための軸３９に取り付けられる軸受け部３８が設けられている。

次に、図１１および図１２を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例とハードディスク装置の一例について説明する。図１１はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１２はハードディスク装置の平面図である。

ヘッドスタックアセンブリ４０は、複数のアーム４２を有するキャリッジ４１を備えている。複数のアーム４２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ３１が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ４１においてアーム４２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル４３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ４０は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ４４に取り付けられた複数枚のハードディスク４５を有している。各ハードディスク４５毎に、ハードディスク４５を挟んで対向するように２つのヘッドスライダ１が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ４０のコイル４３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石４６を有している。

ヘッドスライダ１を除くヘッドスタックアセンブリ４０およびアクチュエータは、ヘッドスライダ１を支持すると共にハードディスク４５に対して位置決めする。

本実施形態のハードディスク装置では、アクチュエータによって、ヘッドスライダ１をハードディスク４５のトラック横断方向に移動させて、ヘッドスライダ１をハードディスク４５に対して位置決めする。ヘッドスライダ１に含まれる薄膜磁気ヘッドは、該薄膜磁気ヘッドに作り込まれた書き込み用素子によって、ハードディスク４５に情報を記録し、前記薄膜磁気ヘッドに作り込まれた読み取り用素子によって、ハードディスク４５に記録されている情報を再生する。

上述した本発明の薄膜磁気ヘッドを適用したヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置は、環境温度変化および衝撃に対する耐性が優れたものとなる。

本発明の実施の形態による薄膜磁気ヘッドの構造を示す斜視図である。本発明に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法の第1段階を説明するための図である。本発明に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法の第2段階を説明するための図である。本発明に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法の第3段階を説明するための図で、（ａ）はラッピング装置のキャリアの断面図、（ｂ）はラッピング装置の斜視図である。本発明に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法の第4段階を説明するための図である。本発明に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法の第5段階を説明するための図である。本発明に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法の第6段階を説明するための図で、（ｂ）は（ａ）に示したバーの断面図である。本発明に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法の第7段階を説明するための図である。本発明に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法の第8段階を説明するための図である。本発明の一実施の形態によるヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。本発明の一実施の形態によるハードディスク装置の要部を示す説明図である。本発明の一実施の形態によるハードディスク装置の平面図である。従来の薄膜磁気ヘッドの構造を示す斜視図である。

符号の説明

１ヘッドスライダ
２素子部
３ＡＢＳ
４記録媒体対向面
５リード電極
１１ウエハ
１２バー
１２ａ記録媒体対向面
１３ラッピング装置
１４キャリア
１５，２３丸刃
１６分離溝
１７フィルムレジスト
１８ＡＢＳ用のパターン
１９マスク
２０ＤＬＣ膜（ダイヤモンド・ライク・カーボン膜）
２１，２４治具
２２溝

Claims

記録媒体に対して情報の読み出し及び書き込みを行う素子部を含む薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、
前記素子部を基板にマトリックス状に作製する工程と、
前記素子部が一列に並んだバーを前記基板から短冊状に切断、分離する工程と、
前記バーの、前記薄膜磁気ヘッドの記録媒体対向面に対応させる面を研磨する工程と、
前記バーに、前記素子部が間に配置される間隔で分離溝を形成する工程と、
前記バーの、前記薄膜磁気ヘッドの記録媒体対向面に対応させる面に凹部を形成して浮上面を作製する工程と、
前記バーの、前記薄膜磁気ヘッドの記録媒体対向面に対応させる面および前記分離溝の内側面に対して被膜を形成する工程と、
前記分離溝に沿って前記バーを切断、分離することにより、前記記録媒体対向面ならびに該記録媒体対向面と交差する方向の側面に前記被膜の付いた前記薄膜磁気ヘッドを得る工程と、
を有する薄膜磁気ヘッドの製造方法。
前記基板にAl₂O₃・TiCを用いる請求項１に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
前記被膜がダイヤモンド・ライク・カーボン膜である請求項１または２に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
前記被膜が樹脂膜または金属膜である請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。