JP4134119B2 - 垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッドを備えた磁気ディスク装置及び該薄膜磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、垂直磁気記録方式によって信号磁界の書き込み及び読み出しを行う垂直磁気記録用薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）及びこのＨＧＡを備えた磁気ディスク装置（ＨＤＤ）に関する。さらに本発明は、垂直磁気記録用薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。

近年、ＨＤＤにおける面記録密度のさらなる向上を実現するために、従来の面内磁気記録方式とは異なる垂直磁気記録方式の開発が盛んに行われている。

垂直磁気記録方式においては、面内磁気記録方式に比べて磁気ディスク面内の磁化遷移領域での減磁界が非常に小さくなるので、磁化遷移幅を狭くすることができる。さらに、面内磁気記録方式において高記録密度化の際に問題となっている磁化の熱揺らぎの影響を記録ビットが受けにくいので、安定した高記録密度を得ることが可能となる。

従来より、垂直磁気記録方式に用いるヘッドにおいて、主磁極とリターンヨークである補助磁極と両磁極に作用する励磁コイルとを備えた単磁極構造が提案されている。一般には、この主磁極のリーディング側及びトレーリング側に磁気シールド層がさらに設けられる。一方、磁気ディスクとしては、磁気回路の一部として働く軟磁性裏打ち層と垂直磁気記録層との積層構造が提案されている。

垂直磁気記録用薄膜磁気ヘッドにおいては、主磁極から発生する磁界によって、磁気ディスクに書き込みを行う。図１に、シミュレーションによる従来の主磁極から発生する書き込み磁界の磁界強度分布、及び書き込みされた記録ビットを示す。同図においては、主磁極１０から発生した磁界だけを図示している。なお、主磁極１０には、ロータリーアクチュエータでの駆動により発生するスキュー角の影響によって隣接トラックに不要な書き込み等を及ぼさないようにベベル角が付けられており、主磁極１０の断面は台形状となっている。同図において、破線は等磁界強度線、すなわち磁界強度分布における等高線を示す。同図によれば、主磁極１０から発生した磁界の等磁界強度線は、主磁極１０を取り囲むように湾曲している。この際、磁気ディスク回転の下流側、すなわちトレーリング側にあって磁気ディスクの保持力値相当の等磁界強度線に沿って、磁気ディスク上に記録ビット１１が形成される。従って、記録ビット１１の境界である磁化遷移領域１２の形状も同様に湾曲する。その結果、このような湾曲した磁化遷移領域１２を有する記録ビット１１の信号磁界を、読み出し用の磁気抵抗（ＭＲ）効果素子で読み出した場合、再生信号の再生出力反転幅が増大してジッタが大きくなり、エラーレートが上昇してしまう。さらに、磁化遷移領域１２の湾曲した幅Ｗ_ＴＣ以下に記録ビット長を小さくすることができないので、高記録密度化の障害となる。

この磁化遷移領域を改善する技術として、例えば、特許文献１においては、磁界分布の湾曲には直接言及していないが、トラックエッジでの磁界分布のブロードニングを抑えるためにリターンパス磁極（補助磁極）の主磁極に対向する部分を突出させた構造が開示されている。また、特願２００５−００９７８８においては、磁化遷移領域の改善を目的としてはいないが、主磁極が、例えばＣｏＦｅＮからなる第１層と例えばＮｉＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＣｏＦｅからなる第２層とを有する２層の磁極層である形態が記載されている。さらに、磁化遷移領域の湾曲の度合いを低減するために、例えば、特許文献２において、浮上面（ＡＢＳ）のトレーリング側に凹部が形成された主磁極の構造が提案されている。
特開２００２−０９２８２０号公報 特開２００２−２７９６０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された構造は、磁化遷移領域の湾曲の度合いを調整するには不向きである。すなわち、あくまでも磁界分布のブロードニングを抑えて磁界を集中させるものであり、等磁界強度線の湾曲を意図的に制御できるものではない。

また、特願２００５−００９７８８に記載された２層からなる主磁極の形態は、そもそも磁化遷移領域の改善を目的とするものではない。実際に、各層の層厚の規定が一切無いので、単に記載された２層の形態をもって、磁化遷移領域の湾曲を所望の程度及び方向に調整することはできない。

さらに、特許文献２に開示された構造においては、主磁極に適切な凹部を形成することが困難であって、各ヘッドにおいて湾曲の小さい所定の等磁界強度線を安定して得ることができない。すなわち、主磁極の凹部は、イオンミリング等のエッチングによって磁性膜を堀り込んで形成されるが、一般に、堀込み深さ及び形状の高精度の制御が困難である。しかしながら、磁化反転領域の形状を決定する等磁界強度線の湾曲の度合いは、この凹部の形状に敏感に影響される。従って、湾曲の小さい所定の等磁界強度線を安定的に実現することができない。

また、主磁極の凹部の内部は非磁性部分となっているので、凹部が無い場合に比べて主に書き込みを行う場所である主磁極のトレーリング側の端辺付近において、書き込みのための十分強い磁界強度を得ることが困難となる。

さらに、記録ビットから信号磁界を読み出すＧＭＲ効果及びＴＭＲ効果等を用いたＭＲ効果素子において、主な構成要素である磁化固定層、非磁性中間層及び磁化自由層は、通常ハードバイアス層上に順次積層されている。従って、特に信号磁界を感受する磁化自由層が、上述した磁化反転領域の湾曲方向とは逆方向に若干湾曲して形成される場合が生じる。この場合、ＭＲ効果素子の磁界感度レベルを表す再生等感磁線もまた磁化反転領域の湾曲方向とは逆方向に湾曲する。結果的に、再生信号の再生出力反転幅がより増大してジッタが大きくなり、エラーレートが上昇してしまう。

このように、単に、等磁界強度線の湾曲の度合いを小さくするだけでは不十分であり、ＭＲ効果素子の再生等感磁線をも考慮した上で、湾曲の方向も含めてより広範な範囲で等磁界強度線を設計することが必要となる。このような設計ができなければ、再生信号の再生出力反転幅を抑えてエラーレートを低減させることができない。

従って、本発明の目的は、書き込み磁界強度を大きく低減させることなく、主磁極のトレーリング側での等磁界強度線の湾曲の方向及び度合いを制御することによって、再生出力のジッタを小さく抑えてエラーレートをより低減させることができる垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたＨＧＡ及びこのＨＧＡを備えたＨＤＤを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、このような特性を有する薄膜磁気ヘッドを安定的に精度良く製造することができる垂直磁気記録用薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明について説明する前に、明細書において使用される用語の定義を行う。浮上面を底面として置いたスライダを素子形成面側からリーディングエッジ方向に向かって見た場合に、構成要素の左側を「左（側）」、右側を「右（側）」、とする。この場合、左右方向は、いわゆるトラック幅方向となる。また、構成要素のＡＢＳとは垂直な外面を「側端面」とする。従って、例えば「主磁極軟磁性中心層の側端面」とは、主磁極軟磁性中心層におけるＡＢＳ側の端を底とした場合の側面となる。さらに、基板の素子形成面に形成された磁気ヘッド素子の積層構造において、基準となる層よりも基板側にある構成要素を、基準となる層の「下」又は「下方」にあるとし、基準となる層よりも積層方向側にある構成要素を、基準となる層の「上」又は「上方」にあるとする。

さらに、本発明の規定において後に使用される用語である、トラック幅Ｗ_Ｔ及び書き込み磁界の等磁界強度線の湾曲幅Ｗ_Ｃの定義を行う。まず、磁気ヘッドによって磁気記録媒体に書き込みが行われた際に、媒体に形成される磁化パターンをトラックとし、このトラックの実効幅をトラック幅Ｗ_Ｔと規定する。この際、トラックの実効幅は、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）等をトラックの幅方向にスキャンさせて得た測定値とすることができる。

次いで、磁気ヘッドから発生する書き込み磁界における媒体上での等磁界強度線、すなわち記録ビット間の磁化遷移領域と、このトラックの２つの端辺それぞれとの交点Ｘ_１及びＸ_２を求める。ここで、湾曲幅Ｗ_Ｃを、この交点同士を結んだ直線Ｘ_１Ｘ_２と、等磁界強度線上においてトラックの中央に位置する中点との距離と規定する。この際、この中点が、直線Ｘ_１Ｘ_２よりもトレーリング側（トレーリングシールド部側）にある場合、湾曲幅Ｗ_Ｃの符号を正とし、直線Ｘ_１Ｘ_２よりもリーディング側にある場合、湾曲幅Ｗ_Ｃの符号を負とする。なお、湾曲幅Ｗ_Ｃ、すなわち磁化遷移領域並びに交点Ｘ_１及びＸ_２も、トラック幅Ｗ_Ｔと同じくＭＦＭ等によって特定可能である。

ただし、トラック幅Ｗ_Ｔ及び湾曲幅Ｗ_Ｃは共に、主磁極層の浮上面側の端部における飽和磁束密度の分布を用いて、媒体の保持力相当の強度を有する等磁界強度線の主磁極層の端部での分布をシミュレーションにより求めることによっても規定することができる。

本発明によれば、書き込み用の電磁コイル素子を備えた薄膜磁気ヘッドと、この薄膜磁気ヘッドを支持する支持機構とを備えた少なくとも１つのヘッドジンバルアセンブリと、
薄膜磁気ヘッドによってデータが書き込まれることにより自身の表面にトラックが形成される、少なくとも１つの磁気ディスクと、
この少なくとも１つの磁気ディスクに対して薄膜磁気ヘッドが行う書き込み及び読み出し動作を制御するための記録再生回路と
を備えた磁気ディスク装置であって、
電磁コイル素子が、
主磁極軟磁性中心層と、この主磁極軟磁性中心層の左右の側端面及びリーディング側の側端面を覆うように形成された第２の主磁極軟磁性層と、この第２の主磁極軟磁性層の左右の側端面及びリーディング側の側端面を覆うように形成された第１の主磁極軟磁性層とを備えており、ＡＢＳ側の端部におけるＡＢＳに平行な面による断面が、トレーリング側の端辺がリーディング側の端辺よりも長い台形状となっている主磁極層と、
一方の端部がこの主磁極層の一方の端部に近接していると共に他方の端部がこの主磁極層の他方の端部に磁気的に接続されている補助磁極層と、
少なくとも主磁極層及び補助磁極層の間を通過するように形成されており主磁極層及び補助磁極層に磁束を誘導するためのコイル層と
を備えており、
主磁極層の浮上面側であってトレーリング側の端辺の近傍においてデータの書き込み時に発生する書き込み磁界の等磁界強度線の湾曲幅Ｗ_Ｃが、−０．１５Ｗ_Ｔ≦Ｗ_Ｃ＜１２（但し、Ｗ_Ｔはデータを書き込むトラックの幅であって、Ｗ_Ｃ及びＷ_Ｔの単位はｎｍである）の条件を満たす磁気ディスク装置が提供される。

本発明による主磁極層の内部においては、左右の側端面及びリーディング側の側端面からトレーリング側の側端面の左右方向における中央部に向かって飽和磁束密度が変化している。この内部の飽和磁束密度を所定の分布に設定することによって、主磁極層の浮上面側であってトレーリング側の端辺の近傍における書き込み磁界の等磁界強度線の形状を調整することができる。

この調整によって、書き込み磁界の等磁界強度線の湾曲幅Ｗ_Ｃが、１２ｎｍ未満の値となる場合は、後述するように、主磁極層内部の飽和磁束密度の分布において全体的に平均して、左右の側端面及びリーディング側の側端面からトレーリング側の側端面の左右方向における中央部に向かって飽和磁束密度が減少する場合に相当する（すなわち、後述するように分布の回帰直線の傾きが負となる）。このような飽和磁束密度の分布の効果によって、従来、主磁極のトレーリング側の端辺においてトレーリング側に向かって凸状に湾曲している等磁界強度線の曲率を小さくし、又は等磁界強度線をほぼ直線にし、さらには等磁界強度線を逆方向に湾曲させることができる。その結果、再生出力のジッタが小さく抑えられてエラーレートが低減されるので、高記録密度化が容易になる。また、主磁極軟磁性中心層の飽和磁束密度の設定値を必要な値以上に維持することによって、書き込みのための磁界強度の低減を回避できる。

また、湾曲幅Ｗ_Ｃが、−０．１５Ｗ_Ｔ以上の値である場合、信号読み出し用のＭＲ効果素子による再生出力反転幅の増加が許容範囲内となり、エラーレートへの悪影響が回避される。

また、書き込み磁界の等磁界強度線が、トラック幅方向に延びている直線又は略直線であることが好ましい。さらに、薄膜磁気ヘッドが読み出し用の磁気抵抗効果素子を備えており、書き込み磁界の等磁界強度線が、中央部がリーディング側に向かって湾曲した凹状の曲線であって、凹状の曲線が、この磁気抵抗効果素子の読み出しの際の等感磁曲線と同程度の負の湾曲幅を有していることがさらに好ましい。

従来技術による記録ビットの磁化遷移領域は、その中央部がリーディング側に向かって湾曲する。一方、読み出しの際のＭＲ効果素子の再生等感磁線は、素子製造工程によってはこれとは逆方向に湾曲している場合がある。この場合、結果的に再生信号の再生出力反転幅が増大してジッタが大きくなり、エラーレートが上昇してしまう。さらに、読み出し時におけるＭＲ効果素子のトラック幅方向の変動によっても、再生出力反転幅が大きく変動するので、ジッタが大きくなってエラーレートが上昇するとともに、高記録密度特性が劣化する。

これに対し、本発明によって、主磁極層周辺の等磁界強度線の湾曲が、ＭＲ効果素子の再生等感磁線と同方向であって同程度の負の湾曲幅Ｗ_Ｃを有するように設定された場合、再生信号の再生出力反転幅が極めて小さくなるので、磁化遷移によるジッタが激減してエラーレートを大幅に低下させることができる。さらに、読み出し時におけるＭＲ効果素子のトラック幅方向の変動によっても、湾曲の位相が同じであるので再生出力反転幅の変動が抑制されて、結果的にエラーレートの上昇を抑制することができる。

なお、ＭＲ効果素子は、面内通電型（ＣＩＰ（Current In Plain））巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive））素子、垂直通電型（ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plain））ＧＭＲ素子又はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistive））素子であってよい。

このように、従来技術の如く等磁界強度線の湾曲の度合いを小さくするだけでは不十分である。実際には、再生出力反転幅を小さく抑えてエラーレートの上昇を抑制し、さらに磁化遷移領域の実効的な幅の増大を抑えて高記録密度化に対応するために、湾曲幅Ｗ_Ｃの符号も含めて、より広範な範囲で等磁界強度線を設計することが必要となる。本発明によれば、この等磁界強度線の自在な設計が十分に可能となる。

本発明によればまた、書き込み用の電磁コイル素子を備えた薄膜磁気ヘッドと、この薄膜磁気ヘッドを支持する支持機構とを備えた少なくとも１つのヘッドジンバルアセンブリと、
薄膜磁気ヘッドによってデータが書き込まれることにより自身の表面にトラックが形成される、少なくとも１つの磁気ディスクと、
この少なくとも１つの磁気ディスクに対して薄膜磁気ヘッドが行う書き込み及び読み出し動作を制御するための記録再生回路と
を備えた磁気ディスク装置であって、
電磁コイル素子が、
主磁極軟磁性中心層と、この主磁極軟磁性中心層の左右の側端面及びリーディング側の側端面を覆うように形成された第２の主磁極軟磁性層と、この第２の主磁極軟磁性層の左右の側端面及びリーディング側の側端面を覆うように形成された第１の主磁極軟磁性層とを備えており、ＡＢＳ側の端部におけるＡＢＳに平行な面による断面が、トレーリング側の端辺がリーディング側の端辺よりも長い台形状となっている主磁極層と、
一方の端部がこの主磁極層の一方の端部に近接していると共に他方の端部がこの主磁極層の他方の端部に磁気的に接続されている補助磁極層と、
少なくとも主磁極層及び補助磁極層の間を通過するように形成されており主磁極層及び補助磁極層に磁束を誘導するためのコイル層と
を備えており、
主磁極層の飽和磁束密度の分布において、位置座標の正方向を左右の側端面及びリーディング側の側端面からトレーリング側の側端面の左右方向における中央部に向かう方向とした際に、飽和磁束密度分布の最小二乗法による回帰直線の傾きαが、−（０．０００１５７Ｗ_Ｔ＋０．０１２６）≦α＜０（但し、αの単位はテスラ／ｎｍであり、Ｗ_Ｔはデータを書き込むトラックの幅であってＷ_Ｔの単位はｎｍである）の条件を満たす磁気ディスク装置が提供される。

主磁極層内部の飽和磁束密度の分布において、最小二乗法による回帰直線の傾きが負（α＜０）となるように設定されているので、全体としては平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少する。ここで、最小二乗法による回帰直線近似は、分布全体として増加傾向にあるか減少傾向にあるかを、一次近似で判断するための非常によく知られた一般的な方法である。

飽和磁束密度が内部で変化するように設計されていない従来の主磁極においては、等磁界強度線がトレーリング側の端辺の中央部付近でトレーリング側に向かって凸状に湾曲している。これに対して、本発明においては、このトレーリング側の端辺の中央部に向かって飽和磁束密度を減少させている効果によって、主磁極層のトレーリング側での等磁界強度線の湾曲を十分に小さくし、又は等磁界強度線をほぼ直線にし、さらには等磁界強度線を逆方向に湾曲させることも可能となる。その結果、再生出力のジッタが小さく抑えられてエラーレートが低減されるので、高記録密度化が容易になる。また、主磁極軟磁性中心層の飽和磁束密度の設定値を必要な値以上に維持することによって、書き込みのための磁界強度の低減を回避できる。

また、回帰直線の傾きαを、−（０．０００１５７Ｗ_Ｔ＋０．０１２６）以上の値とすることによって、信号読み出し用のＭＲ効果素子による再生出力反転幅の増加を許容範囲内にして、エラーレートへの悪影響を回避することができる。

また、第１の主磁極軟磁性層の飽和磁束密度が、主磁極軟磁性中心層の飽和磁束密度よりも大きいことも好ましい。さらに、第１の主磁極軟磁性層及び第２の主磁極軟磁性層のいずれの層の飽和磁束密度も、この層の内側の層面に隣接する第２の主磁極軟磁性層又は主磁極軟磁性中心層の飽和磁束密度以上であることも好ましい。さらにまた、第１の主磁極軟磁性層、第２の主磁極軟磁性層及び主磁極軟磁性中心層において、この順が飽和磁束密度の大きい順となっていることも好ましい。さらにまた、最も外側に位置する第１の主磁極軟磁性層の飽和磁束密度が、この第１の主磁極軟磁性層の内側に隣接する第２の主磁極軟磁性層の飽和磁束密度よりも小さいことも好ましい。

最も外側の主磁極軟磁性層の飽和磁束密度が、最も内側の主磁極軟磁性中心層の飽和磁束密度よりも大きくなるように設定されている場合、平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少する傾向を設計しやすい。さらに、最も外側の主磁極軟磁性層から最も内側の主磁極軟磁性中心層まで飽和磁束密度が単調減少するように設定されている場合、又は飽和磁束密度が大きい順番に積層されるように設定されている場合、飽和磁束密度が減少する傾向をさらに容易に設計しやすい。従って、これらの設定によって、主磁極層のトレーリング側での等磁界強度線の湾曲の方向及び度合いを、より広範な範囲で設定することが可能となる。なお、磁区制御の観点から、飽和磁束密度が単調に減少するのではなく途中で傾向からはずれて大きくなったり小さくなったりする構成が好ましい場合もあり、平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少する傾向があれば、本発明の範囲内である。

第１の主磁極軟磁性層、第２の主磁極軟磁性層及び主磁極軟磁性中心層における少なくとも１つの層間に非磁性層が設けられていることも好ましい。このように主磁極層が磁気的に分離された複数の層から構成されることになる場合、分離された各層の磁化方向が、互いに相互作用を行うことによって静磁エネルギー的に安定するので、磁区制御が容易になる。さらに、非磁性層の元素種によっては、層界面での効果によって主磁極軟磁性層又は主磁極軟磁性中心層の飽和磁束密度をバルク値以上に増大させ得る。

なお、この台形の長辺をなす主磁極層のトレーリング側の端辺は、直線又はほぼ直線であってよく、例えば、後述するように、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法による研磨面をそのまま利用したものであってよい。すなわち、このトレーリング側の端辺付近の等磁界強度線を制御することを目的としてトレーリング側の端辺を凹部状にするような必要は全くない。

補助磁極層が、この補助磁極層の浮上面側の端部に形成されており、主磁極層の浮上面側の端部と対向していて、この補助磁極層の他の部分よりも積層方向の長さが十分に大きいトレーリングシールド部を備えていることが好ましい。トレーリングシールド部を設けることによって、主磁極層の書き込み磁界の磁界勾配がより急峻になる。この結果、磁気ディスク上に書き込みされた記録ビットの磁化遷移領域が狭くなるので、ジッタが小さくなってエラーレートを低下させることができる。

本発明によれば、さらに、基板の素子形成面に形成された非磁性層上にリフトオフ用のレジストパターンを形成し、次いでこの非磁性層上及びレジストパターン上に、第１の主磁極軟磁性層及び第２の主磁極軟磁性層を形成するための２つの軟磁性膜の成膜と、主磁極軟磁性中心層を形成するための軟磁性中心膜の成膜とを順次行い、次いでＣＭＰ法及び／又はイオンミリング法を用いて、第１の主磁極軟磁性層、第２の主磁極軟磁性層及び主磁極軟磁性中心層がこの主磁極軟磁性中心層を中心として露出しているトレーリング側の側端面を形成し、その後、レジストパターンを除去することによって主磁極層を形成する垂直磁気記録用薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、
非磁性層上及びレジストパターン上に最初に成膜された軟磁性膜から最後に成膜された軟磁性中心膜までの各膜の位置における飽和磁束密度の分布において、各膜の位置座標の正方向を最初に成膜された軟磁性膜から最後に成膜された軟磁性中心膜へ向かう方向とした際に、飽和磁束密度分布の最小二乗法による回帰直線の傾きαが、−（０．０００１５７Ｗ _Ｔ ＋０．０１２６）≦α＜０（但し、αの単位はテスラ／ｎｍであり、Ｗ _Ｔ はデータを書き込むトラックの幅であってＷ _Ｔ の単位はｎｍである）の条件を満たすように各膜の飽和磁束密度を設定する垂直磁気記録用薄膜磁気ヘッドの製造方法が提供される。

ここで、２つの軟磁性膜及び軟磁性中心膜が、外側から飽和磁束密度の大きい順に成膜されることがより好ましい。

さらに、主磁極層を形成した後、この主磁極層上及び非磁性層上に第１の被覆膜を成膜し、次いでＣＭＰによる研磨率が低い材料からなるストップ膜を、主磁極層の近傍であって非磁性層の表面から見て主磁極層のトレーリング側の側端面よりも近い位置に形成し、さらに第１の被覆膜上及びストップ膜上に第２の被覆膜を積層した後、ストップ膜の位置までＣＭＰを行って、第１及び第２の被覆膜の研磨面と面の揃ったトレーリング側の側端面を形成することが好ましい。

主磁極層のトレーリング側の端辺付近の書き込み磁界の等磁界強度線を、所望の形状に設計するためには、主磁極層の形状、大きさ、多層構造及びトレーリング側の端面の構成を設計通りに精度良く形成することが要求される。本発明の製造方法によれば、主磁極層の形状及び大きさは、レジストパターンの形状を調整し、さらにストップ膜を用いたＣＭＰ法及び／又はイオンミリング法を用いることによって高精度に制御可能である。また、多層構造における各層厚及び組成等は、スパッタリング法、めっき法、その他の積層方法によって高精度に制御可能である。さらに、トレーリング側の端面の構成も、多層構造が精度良く形成されることとストップ膜を用いたＣＭＰ法及び／又はイオンミリング法による高精度の研磨とによって設計通りの構成に設定することができる。すなわち、本発明の製造方法によれば、上述したような格別の効果を奏する薄膜磁気ヘッドを安定的に精度良く製造することができる。

また、非磁性層上及びレジストパターン上に下地層を形成してから、この下地層上に少なくとも１つの軟磁性膜及び軟磁性中心膜を成膜することも好ましい。このように下地層を形成することによって、その後に形成される非磁性膜との密着性が向上し、さらに、主磁極軟磁性層の界面における磁気特性が安定する。

以上に述べた本発明の製造方法によれば、上述したような格別の効果を奏する薄膜磁気ヘッドを安定的に精度良く製造することができる。

本発明による垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッド、この薄膜磁気ヘッドを備えたＨＧＡ及びこのＨＧＡを備えたＨＤＤによれば、書き込みのための磁界強度を大きく低減させることなく、主磁極層のトレーリング側での等磁界強度線の湾曲の方向及び度合いを制御することによって、再生出力のジッタを小さく抑えてエラーレートをより低減させることができる。その結果、高記録密度化が容易になる。

また、本発明による垂直磁気記録用薄膜磁気ヘッドの製造方法によれば、このような特性を有する薄膜磁気ヘッドを安定的に精度良く製造することができる。

以下に、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一の要素は、同一の参照番号を用いて示されている。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。

図２は、本発明による磁気ディスク装置の一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図であり、図３は、本発明によるＨＧＡの一実施形態を示す斜視図であり、図４は、図３の実施形態におけるＨＧＡの先端部に装着されている垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッド（スライダ）を示す斜視図である。

図２において、２０はスピンドルモータ２１の回転軸の回りを回転する複数の垂直磁気記録用の磁気ディスク、２２は垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッド（スライダ）をトラック上に位置決めするためのアセンブリキャリッジ装置、２３はこの薄膜磁気ヘッドの書き込み及び読み出し動作を制御するための記録再生回路をそれぞれ示している。

アセンブリキャリッジ装置２２には、複数の駆動アーム２４が設けられている。これらの駆動アーム２４は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２５によってピボットベアリング軸２６を中心にして角揺動可能であり、この軸２６に沿った方向にスタックされている。各駆動アーム２４の先端部には、ＨＧＡ２７が取り付けられている。各ＨＧＡ２７には、スライダが、各磁気ディスク２０の表面に対向するように設けられている。磁気ディスク２０、駆動アーム２４、ＨＧＡ２７及び薄膜磁気ヘッド（スライダ）は、単数であってもよい。

図３に示すように、ＨＧＡは、サスペンション３０の先端部に、磁気ヘッド素子を有するスライダ３１を固着し、さらにそのスライダ３１の端子電極に配線部材３５の一端を電気的に接続して構成される。

サスペンション３０は、ロードビーム３２と、このロードビーム３２上に固着され支持された弾性を有するフレクシャ３３と、ロードビーム３２の基部に設けられたベースプレート３４と、フレクシャ３３上に設けられておりリード導体及びその両端に電気的に接続された接続パッドからなる配線部材３５とから主として構成されている。

本発明のＨＧＡにおけるサスペンションの構造は、以上述べた構造に限定されるものではないことは明らかである。なお、図示されていないが、サスペンション３０の途中にヘッド駆動用ＩＣチップを装着してもよい。

図４に示すように、本実施形態における薄膜磁気ヘッドは、書き込み用の電磁コイル素子及び読み出し用のＭＲ効果素子から構成される磁気ヘッド素子４０と、これらの素子に接続された４つの信号端子電極４１とをその素子形成面４２上に備えている。４３はスライダのＡＢＳである。なお、これらの端子電極の数及び位置は、図４の形態に限定されるものではない。図４において端子電極は４つであるが、例えば、電極を３つとした上でグランドをスライダ基板に接地した形態でもよい。

図５は、図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの構成を示す、図４のＡ−Ａ線断面図である。なお、図５におけるコイル層の巻き数は図を簡略化するため、実際の巻き数より少なく表されている。コイル層は１層、２層以上又はヘリカルコイルでもよい。

図５において、５０はスライダ基板であり、ＡＢＳ４３を有し、書き込み又は読み出し動作時には回転する磁気ディスク表面２０ａ上において流体力学的に所定の浮上量をもって浮上している。このスライダ基板５０のＡＢＳ４３を底面とした際の一つの側面である素子形成面４２に、読み出し用のＭＲ効果素子５２と、書き込み用の電磁コイル素子５４と、両素子間を磁気的にシールドするための素子間シールド層５３１と、これらの素子を保護する被覆層５５とが主に形成されている。

ＭＲ効果素子５２は、ＭＲ積層体５２２と、この積層体を挟む位置に配置されている下部シールド層５２０及び上部シールド層５２４とを含む。ＭＲ積層体５２２は、ＣＩＰ-ＧＭＲ多層膜、ＣＰＰ-ＧＭＲ多層膜又はＴＭＲ多層膜を含み、非常に高い感度で垂直磁気記録用の磁気ディスク２０からの信号磁界を感知する。

このＭＲ積層体５２２がＣＩＰ-ＧＭＲ多層膜を含む場合、上下部シールド層５２４及び５２０とＭＲ積層体５２２とのそれぞれの間に絶縁用の上下部シールドギャップ層５２３及び５２１がそれぞれ設けられる。上下部シールド層５２４及び５２０は軟磁性層であり、ＭＲ積層体５２２に対して雑音となる外部磁界を遮断するシールドの役割を有する。さらに、ＭＲ積層体５２２がＣＰＰ-ＧＭＲ多層膜又はＴＭＲ多層膜を含む場合、上下部シールド層５２４及び５２０はそれぞれ上下部電極層として兼用される。

電磁コイル素子５４は、主磁極層５４０、補助磁極層５４５及びコイル層５４３を含む。主磁極層５４０は、コイル層５４３によって励磁された磁束を、書き込みがなされる磁気ディスク２０の垂直磁気記録層２０４にまで収束させながら導くための磁路である。ここで、コイル層５４３は、主磁極層５４０及び補助磁極層５４５の間を通過する層のみであってもよい。主磁極層５４０のヘッド端面４３０側の端部５４０ａ付近は、他の部分に比べて積層方向の長さが小さくなっており、高記録密度化に対応した微細な書き込み磁界を発生させることができる。この端部５４０ａから発生する磁界のうち、端部５４０ａのトレーリング側の磁界が、主に垂直磁気記録層２０４に書き込みを行う。

ここで、主磁極層５４０は、複数の軟磁性層から構成される所定の多層構造となっており、主磁極層５４０の端部５４０ａのトレーリング側における書き込み磁界の等磁界強度線は、従来とは異なり、トラック幅方向のほぼ直線、又は中央部がリーディング側に向かって湾曲した凹状の曲線となっている。この等磁界強度線の形状は、主磁極層５４０の多層構造の設計を変化させることによって、種々の曲率を持った曲線又は直線の範囲において制御することができる。この主磁極層５４０の所定の多層構造については、後に詳述する。

補助磁極層５４５は、主磁極層５４０から非常に高い磁束密度で磁気ディスク２０内の垂直磁気記録層２０４を通過して軟磁性裏打ち層２０２を介して比較的低い磁束密度で拡がって帰ってくる磁束５６を、トレーリングシールド部５４５０において受け取る。さらに、主磁極層５４０及び補助磁極層５４５は、ヘッド端面４３０とは反対側においてバックギャップ部を形成しており磁気的に結合されている。すなわち、主磁極層５４０と補助磁極層５４５とは環状磁束路を形成している。

ここで、補助磁極層５４５にトレーリングシールド部５４５０を設けることによって、トレーリングシールド部５４５０の端部５４５０ａと主磁極層５４０の端部５４０ａとの間において磁界勾配がより急峻になる。この結果、磁気ディスク上に書き込みされた記録ビットの磁化遷移領域が狭くなるので、ジッタが小さくなってエラーレートを低下させることができる。なお、主磁極層５４０及びトレーリングシールド部５４５０の磁気ディスク表面２０ａ側の端は、ヘッド端面４３０に達している。ここで、ヘッド端面４３０には、保護膜としてＤＬＣ（Diamond Like Carbon）等のコーディングが施されている。

なお、磁気ディスク２０は、基板２００上に、磁化配向層２０１と、磁束路の一部として働く軟磁性裏打ち層２０２と、中間層２０３と、垂直磁気記録層２０４と、保護層２０５とを順次積層した多層構造となっている。磁化配向層２０１は、軟磁性裏打ち層２０２にトラック幅方向の異方性磁界を付与して磁区を安定させている。また、中間層２０３は、垂直磁気記録層２０４の磁化の配向及び粒径を制御する下地層の役割を果たしている。

次いで、同じく図５を用いて上記の構成を詳述する。スライダ基板５０は、例えばアルティック（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）等から形成されている。５１は、スライダ基板５０上に積層された例えばＡｌ_２Ｏ_３等からなる厚さ約０．０５μｍ〜約１０μｍの絶縁層である。下部シールド層５２０は、絶縁層５１上に積層されており、例えば厚さ約０．３μｍ〜約３μｍのＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等から形成されている。５２１は、下部シールド層５２０上に積層された例えばＡｌ_２Ｏ_３又はＤＬＣ等からなる厚さ約０．００５μｍ〜約０．５μｍの下部シールドギャップ層である。

ＭＲ効果層５２２は、例えばＣＩＰ-ＧＭＲ多層膜、ＣＰＰ-ＧＭＲ多層膜又はＴＭＲ多層膜から構成される。５２５は、例えば磁気バイアス層を備えておりＭＲ効果層５２２の両端に接続された例えばＣｕ等からなる素子リード導体層、５２３は、ＭＲ効果層５２２及び素子リード導体層５２５上に積層された例えばＡｌ_２Ｏ_３又はＤＬＣ等からなる厚さ約０．００５μｍ〜約０．５μｍの上部シールドギャップ層である。なお、ＭＲ効果層５２２がＣＰＰ-ＧＭＲ多層膜又はＴＭＲ多層膜で構成される場合、上下部シールドギャップ層５２３及び５２１、並びに素子リード導体層５２５は不要となる。上部シールド層５２４は、上部シールドギャップ層５２３上に積層されており、例えば厚さ約０．３μｍ〜約４μｍのＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等から形成されている。なお、上下部シールド層５２４及び５２０の間隔である再生ギャップ長は、約０．０３μｍ〜約１μｍである。

５３０は、上部シールド層５２４上に積層された例えばＡｌ_２Ｏ_３等からなる厚さ約０．１μｍ〜約２．０μｍの下部非磁性層である。５３１は、下部非磁性層５３０上に積層された例えばＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等からなる厚さ約０．３μｍ〜約４μｍの素子間シールド層である。５３２は、素子間シールド層５３１上に積層された非磁性金属酸化物等、例えばＡｌ_２Ｏ_３等からなる厚さ約０．７μｍ〜約２．０μｍの中間非磁性層である。なお、同層内にはコイル層５４３の一部が形成されていて、層上面は化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等によって平坦化されている。また、素子間シールド層５３１と上部シールド層５２４とが一体となって、１つの層で両層の機能を兼ねる場合、下部非磁性層５３０は省略される。

主磁極層５４０は、中間非磁性層５３２上に積層されており、例えばＡＢＳ側の端部での全厚が約０．０１μｍ〜約０．５μｍであって、この端部以外での全厚が約０．５μｍ〜約３．０μｍのＮｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちいずれか２つ若しくは３つからなる合金、又はこれらを主成分として所定の元素が添加された合金等からなる多層構造となっている。主磁極層５４０のより詳細な構成は、後に詳述する。

５４１は、主磁極層５４０上に積層された例えばＡｌ_２Ｏ_３又はＤＬＣ等からなる厚さ約０．０１μｍ〜約０．５μｍのギャップ層である。ギャップ層５４１の厚さが、主磁極層５４０の端部５４０ａとトレーリングシールド部５４５０の端部５４５０ａとの間に形成されるトレーリングシールド部ギャップ長を規定する。５４４は、例えば熱硬化されたレジスト層等からなる厚さ約０．１μｍ〜約５μｍのコイル絶縁層である。コイル層５４３は、コイル絶縁層５４４上及び中間非磁性層５３２内にそれぞれ形成されており、例えば厚さ約０．５μｍ〜約３μｍのＣｕ等から形成されている。補助磁極層５４５は、例えば厚さ約０．５μｍ〜約５μｍのＮｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちいずれか２つ若しくは３つからなる合金、又はこれらを主成分として所定の元素が添加された合金等から形成されている。５５は、例えばＡｌ_２Ｏ_３等から形成されている被覆層である。

図６（Ａ）は、図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの構成を示す、ＡＢＳ側から見た斜視図であり、図６（Ｂ）は、この薄膜磁気ヘッドの主磁極層５４０の構成を示す断面図である。

図６（Ａ）において、主磁極層５４０は、ＡＢＳに平行な面による断面が、台形状になっており、トレーリング側の端辺が、リーディング側の端辺よりも長くなっている。主磁極層５４０の端面５４０ｂは、トレーリングシールド部５４５０の端面５４５０ｂと対向しておりトレーリングシールドギャップ部を形成する。

主磁極層５４０は、主磁極軟磁性中心層５４０２と、この主磁極軟磁性中心層５４０２の、端面５４０ｂ以外の左右の側端面及びリーディング側の側端面を覆うように形成された２つの主磁極軟磁性層５４００及び５４０１とを備えている。このうち、最も外側に位置する層を第１の主磁極軟磁性層５４００とし、その内側に隣接した層を第２の主磁極軟磁性層５４０１とする。すなわち、主磁極層５４０は主磁極軟磁性中心層５４０２を中心とした３層構造となっている。その結果、書き込み磁界が主に発生するトレーリング側の側端面には、主磁極軟磁性中心層５４０２、及び同層を中心として第１及び第２の主磁極軟磁性層５４００及び５４０１が露出していて、これらの層の厚さ及び飽和磁束密度等を選択することによって、書き込み磁界の強度分布を調整することができる。

また、主磁極層５４０のトラック幅方向（左右方向）の両側に、例えばＡｌ_２Ｏ_３等からなる上部非磁性層５３３が形成されている。従って、ＡＢＳ側から見た場合、主磁極層５４０のすべての端辺は、非磁性体に囲まれて磁気的に孤立している状態となる。なお、主磁極層５４０の左右の側端面及びリーディング側の側端面に、すなわち上部非磁性層５３３及び中間非磁性層５３２のそれぞれとの間に、Ｔａ等からなる下地層が形成されていてもよい。

図６（Ｂ）によれば、主磁極層５４０の大きさは、例えば、台形の長辺となるトレーリング側の端辺の長さＷ_Ｍ１が１２０ｎｍ、台形の短辺となるリーディング側の端辺の長さＷ_Ｍ２が６６．７ｎｍ、台形の高さとなる長短辺間の距離Ｌ_Ｍが１４０ｎｍである。スキュー角による隣接トラックへの書き込み防止のためのベベル角Ｂは、例えば１５度である。第１及び第２の主磁極軟磁性層５４００及び５４０１はそれぞれ、例えば、厚さ１３．５ｎｍの、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちいずれか２つ若しくは３つ全部からなる合金、又はこれらを主成分として、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ及びＣｒのうち１つ又は複数の元素が添加された合金等からなる。また、主磁極軟磁性中心層５４０２の構成材料も同様の合金である。

ここで、第１の主磁極軟磁性層５４００の飽和磁束密度をＢ_Ｓ１、第２の主磁極軟磁性層５４０１の飽和磁束密度をＢ_Ｓ２、主磁極軟磁性中心層５４０２の飽和磁束密度をＢ_Ｓ３とすると、各層の飽和磁束密度が、Ｂ_Ｓ１＞Ｂ_Ｓ２＞Ｂ_Ｓ３となるように設定される。例えば、Ｂ_Ｓ１＝２．２Ｔ（テスラ）であり、Ｂ_Ｓ２＝２．０Ｔであり、Ｂ_Ｓ３＝１．５Ｔである。飽和磁束密度の値は、構成材料の主成分にＦｅが入っている場合、主にＦｅの組成比を増減させることによって調整可能である。Ｆｅが入っていない場合又は主成分ではない場合、Ｎｉ又はＣｏの組成比を増減させることによっても調整可能である。

このような構成を有する主磁極層５４０から発生する書き込み磁界６０のうち、磁気ディスクの保持力値相当の磁界強度、例えば５０００Ｏｅ（３９８ｋＡ／ｍ）の等磁界強度線６００は、主磁極層５４０のトレーリング側の端辺付近においてトラック幅方向に延びるほぼ直線となっている。ここで、従来技術である単層の主磁極層においては、等磁界強度線が、トレーリング側の端辺の中央部付近でトレーリング側に向かって凸状に湾曲している。これに対して、本実施形態では、このトレーリング側の端辺の中央部に向かって飽和磁束密度を減少させることによって、この凸状の湾曲を抑制している。さらに、等磁界強度線６００の形状は、第１の主磁極軟磁性層５４００の厚さ及び飽和磁束密度Ｂ_Ｓ１、第２の主磁極軟磁性層５４０１の厚さ及び飽和磁束密度Ｂ_Ｓ２並びに主磁極軟磁性中心層５４０２の飽和磁束密度Ｂ_Ｓ３等をパラメータとして自在に設計可能である。すなわち主磁極層５４０の３層構造の構成を変えることによって、等磁界強度線６００を種々の曲率を持った曲線又は直線にすることができる。

なお、本実施形態の主磁極層は３層構造であって、パラメータが多いので等磁界強度線の設計が容易となるが、主磁極層が主磁極軟磁性層及び主磁極軟磁性中心層からなる２層構造であっても、等磁界強度線を種々の曲率を持った曲線又は直線に設定することが可能である。

図７は、シミュレーションによる、主磁極層５４０から発生する書き込み磁界の磁界強度分布、及び書き込みされた記録ビットを示す図である。

上述したように、磁気ディスクの保持力相当の磁界強度の等磁界強度線６００が、主磁極層５４０のトレーリング側の端辺付近においてトラック幅方向に延びるほぼ直線となっているので、この等磁界強度線６００である直線に沿って、磁気ディスク上に記録ビットが形成される。従って、磁気ディスクに書き込まれた記録ビット７０の境界である磁化遷移領域７１の形状も同様に直線となる。その結果、記録ビット７０からの信号磁界をＭＲ効果素子で読み出した場合、従来技術のように磁化遷移領域が湾曲している場合（図１）に比べて、再生信号の再生出力反転幅が抑制されてジッタが小さくなり、エラーレートが低減可能となる。さらに、磁化遷移領域の湾曲した幅Ｗ_ＴＣが非常に小さくなるため、記録ビット長を十分に小さくすることができるので、高記録密度化に貢献することができる。

図８は、主磁極層の構成における種々の変更態様を示す断面図である。

図８（Ａ）によれば、主磁極層５４０′は、第１の主磁極軟磁性層５４００′、第２の主磁極軟磁性層５４０１′、第３の主磁極軟磁性層５４０２′及び主磁極軟磁性中心層５４０３′が順次積層されて形成されており、主磁極軟磁性中心層５４０３′を中心部とした４層構造となっている。ここで、第１の主磁極軟磁性層５４００′の飽和磁束密度をＢ_Ｓ１′、第２の主磁極軟磁性層５４０１′の飽和磁束密度をＢ_Ｓ２′、第３の主磁極軟磁性層５４０２′の飽和磁束密度をＢ_Ｓ３′、主磁極軟磁性中心層５４０３′の飽和磁束密度をＢ_Ｓ４′とすると、Ｂ_Ｓ１′、Ｂ_Ｓ２′、Ｂ_Ｓ３′及びＢ_Ｓ４′の値は、この順に単調減少するように設計されている。すなわちＢ_Ｓ１′≧Ｂ_Ｓ２′≧Ｂ_Ｓ３′≧Ｂ_Ｓ４′（Ｂ_Ｓ１′＝Ｂ_Ｓ２′＝Ｂ_Ｓ３′＝Ｂ_Ｓ４′を除く）である。また、本変更態様は４層構造であるが、３層構造又は５層以上の構造であっても同様の飽和磁束密度の関係が存在する場合には本発明の範囲内である。

このような多層構造の主磁極層においても、各層間に以上に述べたような飽和磁束密度の関係が存在する場合、各層の厚さ及び飽和磁束密度等をパラメータとして、磁気ディスクの保持力値相当の磁界強度の等磁界強度線を、種々の曲率を持った曲線又は直線とすることができる。ここで、多層構造とすることによって設計パラメータが増加するので、より多様な形状の等磁界強度線を設計することが可能となり、さらに直線形状を求める場合にもより直線度の高い形状を設計することができる。

図８（Ｂ）によれば、主磁極層５４０″は、自身内部の飽和磁束密度Ｂ_Ｓ″が、左右の側端面及びリーディング側の側端面から、端面５４０ｂ″のトラック幅方向（左右方向）における中央部へ向かって連続的に単調減少している構造を有する。このような主磁極層５４０″の飽和磁束密度Ｂ_Ｓ″の分布を調整することによって、磁気ディスクの保持力値相当の磁界強度の等磁界強度線を、種々の曲率を持った曲線又は直線とすることができる。なお、飽和磁束密度Ｂ_Ｓ″の分布は、必ずしも単調減少である必要はなく、位置座標の正方向を左右の側端面及びリーディング側の側端面から、端面５４０ｂ″の左右方向における中央部へ向かう方向とした際に、最小二乗法による回帰直線の傾きが負となっていれば、平均して飽和磁束密度Ｂ_Ｓ″を減少させることになり、上述したような等磁界強度線の設計が可能となる。

図８（Ｃ）によれば、主磁極層５４０″′は、図８（Ａ）と同様の４層構造を有しているが、第１の主磁極軟磁性層５４００″′の飽和磁束密度をＢ_Ｓ１″′、第２の主磁極軟磁性層５４０１″′の飽和磁束密度をＢ_Ｓ２″′、第３の主磁極軟磁性層５４０２″′の飽和磁束密度をＢ_Ｓ３″′、主磁極軟磁性中心層５４０３″′の飽和磁束密度をＢ_Ｓ４″′とすると、Ｂ_Ｓ１″′＞Ｂ_Ｓ３″′＞Ｂ_Ｓ４″′＞Ｂ_Ｓ２″′と設定されている。すなわち、主磁極層５４０″′を構成する外側の層から内側の層に向かって飽和磁束密度Ｂ_Ｓ″′が減少する傾向にあるが、第２の主磁極軟磁性層５４０１″′の位置の飽和磁束密度Ｂ_Ｓ２″′がこの減少傾向からはずれており、主磁極軟磁性中心層５４０３″′の飽和磁束密度をＢ_Ｓ４″′よりも小さくなっている。

ただし、本変更態様においては、各層の位置におけるＢ_Ｓ１″′、Ｂ_Ｓ２″′、Ｂ_Ｓ３″′及びＢ_Ｓ４″′の分布において、位置座標の正方向を最も外側に位置する第１の主磁極軟磁性層５４００″′から最も内側に位置する主磁極軟磁性中心層５４０３″′へ向かう方向とした際に、最小二乗法による回帰直線の傾きが負となり、全体としては平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少するように設定されている。これにより、従来、トレーリング側に向かって凸状に湾曲していた等磁界強度線を、このようにトレーリング側の端辺の中央部に向かって飽和磁束密度を減少させることによって、種々の曲率を持った曲線又は直線とすることが可能となる。

なお、本変更態様においては、最も外側の第１の主磁極軟磁性層５４００″′のＢ_Ｓ１″′が、最も内側の主磁極軟磁性中心層５４０３″′のＢ_Ｓ４″′よりも大きくなるように設定されている。従って、最も内側の主磁極軟磁性中心層５４０３″′の飽和磁束密度が最も外側よりも小さくなっている効果によって、等磁界強度線を、種々の曲率を持った曲線又は直線とすることが可能となる。さらに、平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少する傾向を設計しやすくもなっている。しかしながら、このような関係が無い構成においても、最小二乗法による回帰直線の傾きが負となり、全体としては平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少するように設定されていれば、等磁界強度線を、種々の曲率を持った曲線又は直線とすることが可能となる。なお、最小二乗法による回帰直線の傾きについては、後に詳述する。

図８（Ｄ）によれば、主磁極層５４０″″は、順次積層された第１の主磁極軟磁性層５４００″″、第２の主磁極軟磁性層５４０１″″、第３の主磁極軟磁性層５４０２″″及び主磁極軟磁性中心層５４０３″″と、これらの層における合計３つの層間に形成された非磁性層８０とから構成されている。ここで、本変更態様においては、３つの層間すべてに非磁性層が形成されているが、非磁性層は必ずしも３つの層間すべてに形成されている必要はなく、２つでも１つでもよい。このように主磁極層が磁気的に分離された複数の層から構成されることになる場合、分離された各層の磁化の方向が、互いに相互作用を行うことによって静磁エネルギー的に安定するので、磁区制御が容易になる。さらに、この非磁性層の厚さを調整してやることによって、主磁極層先端部における各層の残留磁化が互いに反平行となるように設計することができる。これにより、垂直磁気記録方式において問題となっているポールイレージャの原因となる残留磁化成分を大幅に減少させることができる。

なお、本変更態様のように軟磁性層間に非磁性層を形成する態様は、図８（Ｃ）の変更態様において、第２の主磁極軟磁性層５４０１″′の飽和磁束密度Ｂ_Ｓ２″′をゼロとした場合に相当するととらえることもできる。従って、図８（Ｃ）の変更態様の場合と同様に、最小二乗法による回帰直線の傾きが負となり、全体としては平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少するように設定されていれば、各層の厚さ及び飽和磁束密度等をパラメータとして、磁気ディスクの保持力値相当の磁界強度の等磁界強度線を、種々の曲率を持った曲線又は直線とすることができる。

図９は、本発明による薄膜磁気ヘッドの主磁極層を構成する各層の飽和磁束密度の分布における最小二乗法による回帰直線の傾きを説明する図である。
図９（Ａ）は、上述した図８（Ｃ）の実施態様の各層の飽和磁束密度の分布における最小二乗法による回帰直線の傾きを示した図である。ここで、主磁極層５４０″′全体の形状及び寸法は、図６（Ｂ）に示した図４の実施形態の場合と同一とし、第１の主磁極軟磁性層５４００″′の層厚を１３．３ｎｍ、飽和磁束密度Ｂ_Ｓ１″′を２．４０Ｔ、第２の主磁極軟磁性層５４０１″′の層厚を１３．３ｎｍ、飽和磁束密度Ｂ_Ｓ２″′を最も小さい１．００Ｔ、第３の主磁極軟磁性層５４０２″′の層厚を１３．３ｎｍ、飽和磁束密度Ｂ_Ｓ３″′を２．００Ｔ、主磁極軟磁性中心層５４０３″′の飽和磁束密度Ｂ_Ｓ４″′を１．５０Ｔとしている。

このように各層を設定した場合、同図によれば、最小二乗法による回帰直線の傾きは、−０．０２６６（Ｔ／ｎｍ）と負値になっており、上述したように全体としては平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少するように設定されている。これにより、従来、トレーリング側に向かって凸状に湾曲していた等磁界強度線を、このようにトレーリング側の端辺の中央部に向かって飽和磁束密度を平均して減少させることによって、種々の曲率を持った曲線又は直線とすることが可能となる。

次いで、同じく４層構造であるが、最も外側の第１の主磁極軟磁性層が、最も小さい層厚と最も小さい飽和磁束密度とを有する場合を、図９（Ｂ）に示す。ここで、主磁極層全体の形状及び寸法は、図６（Ｂ）に示した図４の実施形態の場合と同一とし、第１の主磁極軟磁性層の層厚を４．４ｎｍ、飽和磁束密度Ｂ_Ｓ１を最も小さい１．００Ｔ、第２の主磁極軟磁性層の層厚を１７．７ｎｍ、飽和磁束密度Ｂ_Ｓ２を２．４０Ｔ、第３の主磁極軟磁性層の層厚を１７．７ｎｍ、飽和磁束密度Ｂ_Ｓ３を２．００Ｔ、主磁極軟磁性中心層の飽和磁束密度Ｂ_Ｓ４を１．５０Ｔとしている。

同図によれば、このように各層を設定した場合においても、最小二乗法による回帰直線の傾きは、−０．０２３５（Ｔ／ｎｍ）と負値になっている。すなわち、この変更態様は、飽和磁束密度の大きい順に積層されている３層構造のさらに外側に、いずれの層よりも飽和磁束密度の小さい薄層を設けて、平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少するように設定された態様とも捉えることができる。従って、この変更態様も上述した効果を奏するものであって、本発明の範囲内である。

次いで、同じく４層構造であるが、最も内側の主磁極軟磁性中心層が、最も大きい飽和磁束密度を有する場合を、図９（Ｃ）及び（Ｄ）に示す。ここで、ここで、主磁極層全体の形状及び寸法は、図６（Ｂ）に示した図４の実施形態の場合と同一とし、第１の主磁極軟磁性層の層厚を１７．７ｎｍ、飽和磁束密度Ｂ_Ｓ１を２．００Ｔ、第２の主磁極軟磁性層の層厚を１７．７ｎｍ、飽和磁束密度Ｂ_Ｓ２を１．５０Ｔ、第３の主磁極軟磁性層の飽和磁束密度Ｂ_Ｓ３を１．００Ｔ、主磁極軟磁性中心層の飽和磁束密度Ｂ_Ｓ４を最も大きい２．４０Ｔとしている。ここで、図９（Ｃ）の態様においては、第３の主磁極軟磁性層の層厚を１７．７ｎｍとし、図９（Ｄ）の態様においては、第３の主磁極軟磁性層の層厚をその約半分の８．９ｎｍとしている。従って、図９（Ｄ）において、最も大きい飽和磁束密度を有する主磁極軟磁性中心層の体積は、図９（Ｃ）よりも大きくなっている。

このように各層を設定した場合において、最小二乗法による回帰直線の傾きは、図９（Ｃ）の場合、−０．０２９０（Ｔ／ｎｍ）と負値になっているが、図９（Ｄ）の場合、＋０．００５５（Ｔ／ｎｍ）と正値となっている。すなわち、図９（Ｃ）の場合は、平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少するように設定されており本発明の変更態様であるが、図９（Ｄ）の場合は、最も大きい飽和磁束密度を有する主磁極軟磁性中心層が大きな体積を占めることによって、平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少するように設定されていない。その結果、図９（Ｄ）の態様の場合は、実際に従来のトレーリング側に向かって凸状に湾曲していた等磁界強度線の湾曲の度合いを小さくすることができない。このように、本発明においては、各層の飽和磁束密度の分布において最小二乗法による回帰直線の傾きが負となっていて、平均して内側に行くほど飽和磁束密度が減少するように設定されていることが重要となる。

図１０（Ａ）〜（Ｅ）は、図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの主磁極層及びその周辺構造を形成する前半の工程を示す、ＡＢＳ側から見た断面図である。

図１０（Ａ）に示すように、まず、図示しないスライダ基板の素子形成面に形成されたこれも図示しない素子間シールド層上に形成された中間非磁性層５３２上に、レジストパターン１００を形成し、さらにレジストパターン１００上に下地層１０１となるＴａ膜を例えばスパッタリング法等によって成膜する。

次いで、図１０（Ｂ）に示すように、下地層１０１上に、第１の主磁極軟磁性層５４００となる合金膜１０２を成膜する。さらに、この合金膜１０２上に、第２の主磁極軟磁性層５４０１となる合金膜１０３を成膜する。これらの合金膜として、例えばＮｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちいずれか２つ若しくは３つ全部からなる合金膜、又はこれらの元素を主成分として、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ及びＣｒのうち１つ又は複数の元素が添加された合金膜を、例えばスパッタリング法によって成膜してもよい。又は、例えばＮｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちいずれか２つ若しくは３つ全部からなる合金膜を例えばめっき法によって成膜してもよい。

さらに、図１０（Ｃ）に示すように、合金膜１０３上に、主磁極軟磁性中心層５４０２となる、例えばＮｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちいずれか２つ若しくは３つ全部からなる合金膜１０４を例えばめっき法によって成膜する。ここで、例えばＮｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちいずれか２つ若しくは３つ全部からなる合金膜、又はこれらの元素を主成分として、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ及びＣｒのうち１つ又は複数の元素が添加された合金膜が、例えばスパッタリング法によって成膜されてもよい。この際の成膜は、主磁極層となるべき台形部分の領域がこの合金膜１０４によって少なくとも全部埋められるまで行う。

ここで、第１及び第２の主磁極軟磁性層５４００及び４４０１となる合金膜１０２及び１０３の飽和磁束定数をＢ_Ｓ１及びＢ_Ｓ２、主磁極軟磁性中心層５４０２となる合金膜１０４の飽和磁束定数をＢ_Ｓ３とすると、Ｂ_Ｓ１＞Ｂ_Ｓ２＞Ｂ_Ｓ３であってそれぞれ所定の値となるように、それぞれの合金膜の組成を設定する。

なお、本実施形態ではないが、主磁極層において、飽和磁束密度がトレーリング側の側端面のトラック幅方向における中央部から左右の側端面及びリーディング側の側端面に向かって連続的に単調増加している図８（Ｂ）に示した構造を形成する場合、下地層１０１上に、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちいずれか２つ若しくは３つ全部からなる合金膜、又はこれらの元素を主成分として、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ及びＣｒのうち１つ又は複数の元素が添加された合金膜等を例えばスパッタリング法によって成膜する。ここで、例えばＮｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちいずれか２つ若しくは３つ全部からなる合金膜をめっき法によって成膜してもよい。この成膜中において、成膜条件を連続的に変化させることによって主にＦｅ、Ｎｉ又はＣｏの組成比を変化させて、飽和磁束密度を成膜の進行とともに単調減少する所定の分布となるように連続的に変化させる。また、この際の成膜は、主磁極層となるべき台形部分の領域がこの合金膜によって少なくとも全部埋められるまで行う。

次いで、図１０（Ｄ）に示すように、ＣＭＰ法及び／又はイオンミリング法を用いて、第１及び第２の主磁極軟磁性層５４００及び５４０１と、主磁極軟磁性中心層５４０２とが主磁極軟磁性中心層５４０２を中心として露出している端面１０５を形成する。その後、図１０（Ｅ）に示すように、レジストパターン１００を除去する。以上の工程によって、主磁極層５４０となる積層体１０６が、中間非磁性層５３２上にむき出しの形で形成される。

図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの主磁極層及びその周辺構造を形成する後半の工程を示す、ＡＢＳ側から見た断面図である。

まず、図１１（Ａ）に示すように、主磁極層５４０となる積層体１０６及び中間非磁性層５３２上に、例えばスパッタリング法によって上部非磁性層５３３となる例えばＡｌ_２Ｏ_３等の第１の被覆膜１１０を成膜する。次いで、例えばスパッタリング法及びフォトリソグラフィ法等を用いて、ＣＭＰによる研磨率が低い材料である例えばＴａ等からなるストップ膜１１１を、積層体１０６の近傍であって中間非磁性層５３２の上層面から見て積層体１０６の端面１０５よりも近い位置に形成する。

次いで、図１１（Ｂ）に示すように、第１の被覆膜１１０及びストップ膜１１１上に、例えばスパッタリング法によって例えばＡｌ_２Ｏ_３等からなる第２の被覆膜１１２を成膜する。その後、図１１（Ｃ）に示すように、ストップ膜１１１の位置までＣＭＰを行って、第１及び第２の被覆膜１１０及び１１２の研磨面と面の揃った、補助磁極層と対向すべき端面５４０ｂを形成することによって主磁極層５４０及び上部非磁性層５３３を完成させる。

以上に述べた本発明による製造方法の効果について説明する。主磁極層のトレーリング側の端辺付近の書き込み磁界の等磁界強度線を、所望の形状に設計するためには、主磁極層の形状、大きさ、多層構造及びトレーリング側の端面の構成を設計通りに精度良く形成することが要求される。本発明の製造方法によれば、主磁極層の形状及び大きさは、レジストパターンの形状を調整し、さらにストップ膜を用いたＣＭＰ法及び／又はイオンミリング法を用いることによって高精度に制御可能である。また、多層構造における層厚及び組成等は、スパッタリング法、めっき法、その他の積層方法によって高精度に制御可能である。さらに、トレーリング側の端面の構成も、多層構造が精度良く形成されることとストップ膜を用いたＣＭＰ法及び／又はイオンミリング法による高精度の研磨とによって設計通りの構成に設定することができる。すなわち、本発明の製造方法によれば、上述したような格別の効果を奏する薄膜磁気ヘッドを安定的に精度良く製造することができる。

なお、本実施形態における第１及び第２の主磁極軟磁性層、主磁極軟磁性中心層、下地層、第１及び第２の被覆膜及びストップ膜において、構成材料及び形成方法は上述したものに限定されることなく、その他の種々の材料及び方法が適用可能である。

以下、本発明による薄膜磁気ヘッドにおいて、主磁極層から発生する書き込み磁界の等磁界強度線が自在に設計可能であることをシミュレーション結果を用いて説明する。

（比較例）
図１２（Ａ）は、比較例として、従来技術による垂直磁気記録用薄膜磁気ヘッドの主磁極の構成を示す断面図であり、図１２（Ｂ）及び図１３は、シミュレーションによる、この主磁極から発生する書き込み磁界の磁界強度分布を示す特性図である。

図１２（Ａ）によれば、主磁極１２０は、飽和磁束密度Ｂ_Ｓが２．００Ｔである単一の軟磁性層から構成されている。また、主磁極１２０の外形及び大きさは、台形の長辺となるトレーリング側の端辺の長さＷ_Ｍ１が１２０ｎｍ、台形の短辺となるリーディング側の端辺の長さＷ_Ｍ２が６６．７ｎｍ、台形の高さとなる長短辺間の距離Ｌ_Ｍが１４０ｎｍである。ベベル角Ｂは、１５度である。なお、トレーリングシールドギャップ長Ｌ_Ｇを３０ｎｍ、またトレーリングシールド部のＡＢＳに垂直な方向の厚さＤ_Ｔを１２５ｎｍとしている。

図１２（Ｂ）によれば、主磁極１２０とトレーリングシールド部１２１との間のトレーリングシールドギャップ部において、磁界強度の勾配が非常に大きくなっており、磁化遷移によるジッタを低減するためのトレーリングシールド部の効果が現れている。

図１３（Ａ）に、この磁界強度分布をＡＢＳ側から見た特性図を示す。同図によれば、主磁極１２０周辺の等磁界強度線は、いずれも主磁極１２０を取り囲む曲線状である。ここで、書き込みがなされる垂直磁気記録用の磁気ディスクの保持力を５０００Ｏｅ（３９８ｋＡ／ｍ）とすると、主に書き込みを行う、主磁極１２０のトレーリング側の端辺近傍における５０００Ｏｅの等磁界強度線も大きく湾曲していることがわかる。

この主磁極周辺の等磁界強度線のみを取り出すと、図１３（Ｂ）のようになる。ここで、等磁界強度線の湾曲の度合いを示す量である湾曲幅Ｗ_Ｃを説明する。湾曲幅Ｗ_Ｃは、既に定義したように、媒体上に書き込まれた記録ビット間の磁化遷移領域とトラックの２つの端辺それぞれとの交点を結んだ直線と、磁化遷移領域上においてトラックの中央に位置する中点との距離である。この際、磁化遷移領域の形状及び大きさは、媒体の保持力相当の強度を有する書き込み磁界の等磁界強度線とほぼ一致する。従って、図１３（Ｂ）において湾曲幅Ｗ_Ｃは、書き込み磁界の等磁界強度線とトラックの２つの端辺それぞれとの交点Ｘ_１及びＸ_２を求めて、この交点同士を結んだ直線Ｘ_１Ｘ_２と、等磁界強度線上においてトラックの中央に位置する中点との距離となる。ここで、この中点が、直線Ｘ_１Ｘ_２よりもトレーリングシールド部側にある場合、湾曲幅Ｗ_Ｃの符号は正となり、直線Ｘ_１Ｘ_２よりもリーディング側にある場合、湾曲幅Ｗ_Ｃの符号は負となる。図１３（Ｂ）によれば、主磁極１２０のトレーリング側の端辺近傍における、主に書き込みを行う５０００Ｏｅの等磁界強度線の湾曲幅Ｗ_Ｃは、正値であって１９．０ｎｍとなっている。

（実施例１）
次いで、本発明による薄膜磁気ヘッドの実施例を示す。図１４（Ａ）は、実施例１の主磁極層の構成を示す断面図であり、図１４（Ｂ）及び図１５は、シミュレーションによる、この主磁極層から発生する書き込み磁界の磁界強度分布を示す特性図である。

図１４（Ａ）によれば、実施例１における主磁極層１４０は、飽和磁束密度Ｂ_Ｓが２．０Ｔである厚さ２６．６ｎｍの主磁極軟磁性層１４００と、飽和磁束密度Ｂ_Ｓが１．６Ｔである厚さ２６．６ｎｍの主磁極軟磁性層１４０１と、飽和磁束密度Ｂ_Ｓが１．４５Ｔであり厚さ１３．３ｎｍであって主磁極層１４０の残りの部分を埋めている主磁極軟磁性中心層１４０２とから構成された３層構造となっている。また、主磁極層１４０の外形及び大きさは、上述の比較例と同一であり、Ｗ_Ｍ１＝１２０ｎｍ、Ｗ_Ｍ２＝６６．７ｎｍ、Ｌ_Ｍ＝１４０ｎｍ、ベベル角Ｂ＝１５度、Ｌ_Ｇ＝３０ｎｍ、及びＤ_Ｔ＝１２５ｎｍである。

図１４（Ｂ）によれば、主磁極層１４０とトレーリングシールド部１４１との間のトレーリングシールドギャップ部において、磁界強度の勾配が非常に大きくなっているのは、比較例である図１２（Ｂ）と同様であるが、主磁極層１４０のトレーリングシールドギャップ部側の磁界勾配面が、比較例である図１２（Ｂ）とは異なり、トラック幅方向において撓みが無く直線上になっている。

図１５（Ａ）に、この磁界強度分布をＡＢＳ側から見た特性図を示す。ここで、比較例と同じく、書き込みがなされる垂直磁気記録用の磁気ディスクの保持力を５０００Ｏｅ（３９８ｋＡ／ｍ）とすると、主に書き込みを行う、主磁極層１４０のトレーリング側の端辺近傍における５０００Ｏｅの等磁界強度線がほぼ直線状となっていることがわかる。

この主磁極層１４０周辺の等磁界強度線のみを取り出すと（図１５（Ｂ））、主に書き込みを行う、主磁極層１４０のトレーリング側の端辺近傍における５０００Ｏｅの等磁界強度線の湾曲幅Ｗ_Ｃは、比較例に比べて１桁以上小さな値である１．６ｎｍとなっている。すなわちこの部分の等磁界強度線は、ほぼ直線となっている。

（実施例２）
以上に記載した実施例１においては、湾曲幅Ｗ_Ｃは非常に小さい正値であったが、以下に、この湾曲幅Ｗ_Ｃが負値となる実施例２を示す。図１６は、実施例２の主磁極層の構成を示す断面図であり、図１７は、シミュレーションによる、この主磁極層から発生する書き込み磁界の磁界強度分布を示す特性図である。

図１６によれば、実施例２における主磁極層１６０は、飽和磁束密度Ｂ_Ｓが２．０Ｔである厚さ１３．３ｎｍの主磁極軟磁性層１６００と、飽和磁束密度Ｂ_Ｓが１．９Ｔである厚さ２６．６ｎｍの主磁極軟磁性層１６０１と、飽和磁束密度Ｂ_Ｓが１．３２Ｔであり厚さ２６．６ｎｍであって主磁極層１６０の残りの部分を埋めている主磁極軟磁性中心層１６０２とから構成された３層構造となっている。また、主磁極層１６０の外形及び大きさは、Ｗ_Ｍ１＝１２０ｎｍ、Ｗ_Ｍ２＝６６．７ｎｍ、Ｌ_Ｍ＝１４０ｎｍ、ベベル角Ｂ＝１１度、Ｌ_Ｇ＝３０ｎｍ、及びＤ_Ｔ＝５０ｎｍである。

図１７（Ａ）に、主磁極層１６０から発生する書き込み磁界の磁界強度分布をＡＢＳ側から見た特性図を示す。ここで、比較例と同じく、書き込みがなされる垂直磁気記録用の磁気ディスクの保持力を５０００Ｏｅ（３９８ｋＡ／ｍ）とすると、主に書き込みを行う、主磁極層１６０のトレーリング側の端辺近傍における５０００Ｏｅの等磁界強度線が、比較例とは逆に、その中央部においてリーディング側に向かって湾曲していることがわかる。

この主磁極層周辺の等磁界強度線のみを取り出すと（図１７（Ｂ））、主に書き込みを行う、主磁極層１６０のトレーリング側の端辺近傍における５０００Ｏｅの等磁界強度線の湾曲幅Ｗ_Ｃは−１．７ｎｍとなっていることがわかる。

（実施例３〜７）
次いで、実施例３〜７として、実施例１の主磁極層と同一の外形及び大きさを有しており同じく３層構造となっているが、第１及び第２の主磁極軟磁性層の厚さ及び飽和磁束密度が異なる主磁極層における磁界強度分布のシミュレーションを行った。表１に、実施例３〜６における、各層の厚さ及び飽和磁束密度、飽和磁束密度分布の回帰曲線の傾きα、並びに湾曲幅Ｗ_Ｃとの関係を示す。なお、まとめとして、実施例１及び２のデータも併せて示している。

表１によれば、実施例１〜７において、湾曲幅Ｗ_Ｃは、９．０ｎｍから−１．７ｎｍの範囲で正負にまたがって変化している。当然、本発明においてさらに他の構成を有する主磁極層によれば、正負においてさらに広い範囲の湾曲幅を実現することは十分に可能である。

このように、本発明によれば、主磁極層の端面形状を微細加工する等の制御が困難な手法を用いることなく、主磁極層の多層構造を所定の構成に設定することによって、湾曲幅Ｗ_Ｃの値を、正値だけではなく負値としたり、さらにナノメートル又はサブナノメートルのオーダで制御することができる。このように、本発明によれば、従来技術では不可能であった、書き込み磁界の等磁界強度線の自在な設計が十分に可能となる。

なお、回帰曲線の傾きを負値にするためには、上述した実施例１〜７の形態に限定されるわけではなく、他の種々の態様が可能となる。図１８（Ａ）〜（Ｃ）は、回帰曲線の傾きが負となる主磁極層の種々の変更態様を示した概略図である。

図１８（Ａ）及び（Ｂ）によれば、主磁極層は３層構造であるが、最も外側に位置する第１の主磁極軟磁性層の飽和磁束密度が、主磁極軟磁性中心層とともに３層のうちで最も小さくなっている。しかしながら、飽和磁束密度分布の回帰曲線の傾きは、それぞれ−０．００３Ｔ／ｎｍ及び−０．００１５Ｔ／ｎｍであり、回帰曲線の傾きを負値に設定することが可能となっている。また、図１８（Ｃ）に示す主磁極層は、単純な積層構造ではなく、２層構造の第１の主磁極軟磁性層のリーディング側の端付近の部分が、主磁極軟磁性中心層に置き換わっているものである。このような構造の主磁極層においても、回帰曲線の傾きを負値である−０．０１０５Ｔ／ｎｍに設定することが可能となっている。

図１９は、本発明の主磁極層における飽和磁束密度分布の回帰曲線の傾きαと湾曲幅Ｗ_Ｃとの関係を示すグラフである。なお、各データ点は、上述の実施例１〜７に相当する。

同図によれば、回帰曲線の傾きα（Ｔ／ｎｍ）と湾曲幅Ｗ_Ｃ（ｎｍ）との間には、
（１） Ｗ_Ｃ＝９５５α＋１２．０
の関係があることがわかる。ここで相関係数Ｒの二乗値は０．９９であり、非常に高い相関関係にある。すなわち、回帰曲線の傾きαが大きな負値をとるに従って、湾曲幅Ｗ_Ｃも確実に正値から小さくなり負値に移行することが理解される。

（回帰曲線の傾きαの範囲）
以下、湾曲幅Ｗ_Ｃが負値となる主磁極層を用いる利点を説明するとともに、湾曲幅Ｗ_Ｃとバイトエラーレートとの関係から規定される回帰曲線の傾きαの下限についても説明する。

図２０は、本発明による、湾曲幅Ｗ_Ｃが負値となる主磁極層を備えた薄膜磁気ヘッドの構成を示す、ＡＢＳ側から見た平面図である。

同図において、ＭＲ効果素子１９０は、ＣＩＰ−ＧＭＲ効果を用いた素子となっている。この場合、反強磁性層でピンドされた磁化固定層１９０２、非磁性中間層１９０３及び磁化自由層１９０４は、通常ハードバイアス層１９０１上に順次積層されているので、特に信号磁界を感受する磁化自由層１９０４において、その中央部が下部シールド層１９００方向に向かって湾曲する場合が生じる。この湾曲に伴って、磁化自由層１９０３の磁界を感受するレベルを表す再生等感磁線もまたこの方向に湾曲する。

ここで、主磁極層１９２０は、湾曲幅Ｗ_Ｃが負値となる等磁界強度線１９３を有している。この湾曲の方向は、上述したＭＲ効果素子１９０の再生等感磁線と同方向である。ここで、主磁極層１９２０の構造を適切に設定することによって、両者の曲率を同程度にすることができる。

図２１（Ａ）は、比較例として、従来技術による垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッドによって書き込みされた記録ビットの磁化遷移領域と読み出しされた際の再生出力とを説明する図である。また、図２１（Ｂ）は、本発明による薄膜磁気ヘッドによって書き込みされた記録ビットの磁化遷移領域と読み出しされた際の再生出力とを説明する図である。ここで、図２１（Ｂ）における主磁極層周辺の等磁界強度線の湾曲幅は負値であって、ＭＲ効果素子の再生等感磁線と同程度の曲率を有するように設計されている。

図２１（Ａ）によれば、湾曲幅Ｗ_Ｃが大きな正値である従来技術による記録ビットの磁化遷移領域は、その中央部がトレーリング側に向かって湾曲する。一方、読み出しの際、ＭＲ効果素子の再生等感磁線は、これとは逆方向に湾曲している。結果的に、再生信号の再生出力反転幅が増大してジッタが大きくなり、エラーレートが上昇してしまう。さらに、読み出し時におけるＭＲ効果素子のトラック幅方向の変動によっても、再生出力反転幅が大きく変動するので、ジッタが大きくなってエラーレートを上昇させる。

一方、図２１（Ｂ）によれば、主磁極層周辺の等磁界強度線の湾曲幅Ｗ_Ｃが負値であって、この等磁界強度線が、ＭＲ効果素子の再生等感磁線と同程度の曲率を有するように設計されている。すなわちＭＲ効果素子の再生等感磁線は、これと同方向に同程度湾曲していることになる。その結果、再生信号の再生出力反転幅が極めて小さくなるので、磁化遷移によるジッタが激減してエラーレートを大幅に低下させることができる。さらに、読み出し時におけるＭＲ効果素子のトラック幅方向の変動によっても、湾曲の位相が同じであるので再生出力反転幅の変動が抑制されて、結果的にエラーレートの上昇を抑制することができる。

このように、従来技術のように等磁界強度線の湾曲の度合いを小さくするだけでは不十分であって、再生出力反転幅を小さく抑えてエラーレートの上昇を抑制し、さらに磁化遷移領域の実効的な幅の増大を抑えて高記録密度化に対応するためには、湾曲の方向も含めてより広範な範囲で等磁界強度線を設計することが必要となる。本発明によれば、この自在な設計が十分に可能となる。

ただし、図２１（Ｂ）において、主磁極層周辺の等磁界強度線の湾曲幅Ｗ_Ｃがさらに大きな絶対値を有する負値となっていて、この等磁界強度線が、ＭＲ効果素子の再生等感磁線よりも大きな曲率を示す場合、再生信号の再生出力反転幅が結果的に増大してジッタが大きくなり、エラーレートが上昇してしまう。従って、湾曲幅Ｗ_Ｃの負値にも下限があることが理解される。

ここで、書き込みがなされるトラックの幅Ｗ_Ｔが小さくなるほど、相対的にジッタの影響が大きくなる。従って、トラック幅Ｗ_Ｔが小さくなるほど、湾曲幅Ｗ_Ｃの影響も大きくなる。このことから、エラーレートを考慮する際に、Ｗ_Ｃ／Ｗ_Ｔの値が重要な指標となる。

図２２は、負の湾曲幅Ｗ_Ｃとバイトエラーレートとの関係を示すグラフである。ここで、バイトエラーレートの値はシミュレーション値である。また、同図においては、横軸はＷ_Ｃ／Ｗ_Ｔであり、左側に行くほど負値として絶対値が大きくなっている。

同図によれば、Ｗ_Ｃ／Ｗ_Ｔにおいて負値として絶対値が大きくなっても、−０．１５までは、バイトエラーレートは徐々に増加する程度であり、その値も、製造現場において良品の基準である１．０×１０^−５以下となっている。しかしながら、Ｗ_Ｃ／Ｗ_Ｔの絶対値が０．１５を超えると（Ｗ_Ｃ／Ｗ_Ｔが−０．１５未満となると）、バイトエラーレートは増大し、上述の基準値である１．０×１０^−５を大きく超えてしまう。従って、Ｗ_Ｃ／Ｗ_Ｔは、下限の条件として、
（２） −０．１５≦Ｗ_Ｃ／Ｗ_Ｔ
を満たす必要があることがわかる。ここで、トラック幅Ｗ_Ｔの大きさは、主磁極層のトレーリング側の端辺の長さ（トレーリング幅）が目安となる。例えば、Ｗ_Ｔ＝１００ｎｍである場合、Ｗ_Ｃの下限値は−１５ｎｍとなる。式（２）に、式（１）を代入すると、Ｗ_Ｃ及びＷ_Ｔの単位をｎｍとして、
（３） −（０．０００１５７Ｗ_Ｔ＋０．０１２６）≦α
となり、回帰曲線の傾きαの下限値は、−（０．０００１５７Ｗ_Ｔ＋０．０１２６）となることがわかる。従って、回帰曲線の傾きαの満たすべき条件は、
（４） −（０．０００１５７Ｗ_Ｔ＋０．０１２６）≦α＜０
となることが理解される。さらに、この式（４）の右側の不等式及び式（１）と式（２）とによって、Ｗ_Ｃの満たすべき条件として、
（５） −０．１５Ｗ_Ｔ≦Ｗ_Ｃ＜１２
が導かれる。

さらに、以上に述べた実施形態及び変更態様は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

シミュレーションによる従来の主磁極から発生する書き込み磁界の磁界強度分布、及び書き込みされた記録ビットを示す図である。 本発明による磁気ディスク装置の一実施形態における要部の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明によるＨＧＡの一実施形態を示す斜視図である。 図３の実施形態におけるＨＧＡの先端部に装着されている垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッドを示す斜視図である。 図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの構成を示す、図４のＡ−Ａ線断面図である。 図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの構成を示す、ＡＢＳ側から見た斜視図、及びこの薄膜磁気ヘッドの主磁極層の構成を示す断面図である。 シミュレーションによる、主磁極層５４０から発生する書き込み磁界の磁界強度分布、及び書き込みされた記録ビットを示す図である。 主磁極層の構成における種々の変更態様を示す断面図である。 本発明による薄膜磁気ヘッドの主磁極層を構成する各層の飽和磁束密度の分布における最小二乗法による回帰直線の傾きを説明する図である。 図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの主磁極層及びその周辺構造を形成する前半の工程を示す、ＡＢＳ側から見た断面図である。 図４の実施形態における薄膜磁気ヘッドの主磁極層及びその周辺構造を形成する後半の工程を示す、ＡＢＳ側から見た断面図である。 従来技術による垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッドの主磁極の構成を示す断面図、及びシミュレーションによる、この主磁極から発生する書き込み磁界の磁界強度分布を示す特性図である。 シミュレーションによる、従来の主磁極から発生する書き込み磁界の磁界強度分布を示す特性図である。 実施例１の主磁極層の構成を示す断面図、及びシミュレーションによる、この主磁極層から発生する書き込み磁界の磁界強度分布を示す特性図である。 シミュレーションによる、実施例１の主磁極層から発生する書き込み磁界の磁界強度分布を示す特性図である。 実施例２の主磁極層の構成を示す断面図、及びシミュレーションによる、この主磁極層から発生する書き込み磁界の磁界強度分布を示す特性図である。 シミュレーションによる、実施例２の主磁極層から発生する書き込み磁界の磁界強度分布を示す特性図である。 回帰曲線の傾きが負となる主磁極層の種々の変更態様を示した概略図である。 本発明の主磁極層における飽和磁束密度分布の回帰曲線の傾きαと湾曲幅Ｗ_Ｃとの関係を示すグラフである。 本発明による、湾曲幅Ｗ_Ｃが負値となる主磁極層を備えた薄膜磁気ヘッドの構成を示す、ＡＢＳ側から見た平面図である。 従来技術による垂直磁気記録用の薄膜磁気ヘッドによって書き込みされた記録ビットの磁化遷移領域と読み出しされた際の再生出力とを説明する図、及び本発明による薄膜磁気ヘッドによって書き込みされた記録ビットの磁化遷移領域と読み出しされた際の再生出力とを説明する図である。 負の湾曲幅Ｗ_Ｃとバイトエラーレートとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０、１２０ 主磁極
１１、７０ 記録ビット
１２、７１ 磁化遷移領域
２０ 磁気ディスク
２００ 基板
２０１ 磁化配向層
２０２ 軟磁性裏打ち層
２０３ 中間層
２０４ 垂直磁気記録層
２０５ 保護層
２０ａ 磁気ディスク表面
２１ スピンドルモータ
２２ アセンブリキャリッジ装置
２３ 記録再生回路
２４ 駆動アーム
２５ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
２６ ピボットベアリング軸
２７ ＨＧＡ
３０ サスペンション
３１、５０ スライダ基板
３２ ロードビーム
３３ フレクシャ
３４ ベースプレート
３５ 配線部材
４０ 磁気ヘッド素子
４１ 信号端子電極
４２ 素子形成面
４３ ＡＢＳ
４３０ ヘッド端面
５１ 絶縁層
５２、１９０ ＭＲ効果素子
５２０、１９００ 下部シールド層
５２１ 下部シールドギャップ層
５２２ ＭＲ効果層
５２３ 上部シールドギャップ層
５２４、１９０７ 上部シールド層
５２５ 素子リード導体層
５３０ 下部非磁性層
５３１、１９１ 素子間シールド層
５３２ 中間非磁性層
５３３ 上部非磁性層
５４、１９２ 電磁コイル素子
５４０、５４０′、５４０″、５４０″′、５４０″″、１４０、１６０、１９２０ 主磁極層
５４００、５４００′、５４００″′、９０、１４００、１６００、１８００ 第１の主磁極軟磁性層
５４０１、５４０１′、５４０１″′、９１、１４０１、１６０１、１８０１ 第２の主磁極軟磁性層
５４０２′、５４０２″′ 第３の主磁極軟磁性層
５４０２、５４０３′、５４０３″′、９２、１４０２、１６０２、１８０２ 主磁極軟磁性中心層
５４０ａ 主磁極層の端部
５４０ｂ、５４０ｂ″ 主磁極層の端面
５４１ ギャップ層
５４３ コイル層
５４４ コイル絶縁層
５４５ 補助磁極層
５４５０、１２１、１９２１ トレーリングシールド部
５４５０ａ トレーリングシールド部の端部
５４５０ｂ トレーリングシールド部の端面
５５ 被覆層
５６ 磁束
６０ 書き込み磁界
６００、１９３ 等磁界強度線
８０ 非磁性層
１００ レジストパターン
１０１ 下地層
１０２、１０３、１０４ 合金膜
１０５ 端面
１０６ 積層体
１１０ 第１の被覆膜
１１１ ストップ膜
１１２ 第２の被覆膜
１９０１ ハードバイアス層
１９０２ 磁化固定層
１９０３ 非磁性中間層
１９０４ 磁化自由層
１９０５ 反強磁性バイアス層
１９０６ 電極

Claims (14)

1. 書き込み用の電磁コイル素子を備えた薄膜磁気ヘッドと、該薄膜磁気ヘッドを支持する支持機構とを備えた少なくとも１つのヘッドジンバルアセンブリと、
   前記薄膜磁気ヘッドによってデータが書き込まれることにより自身の表面にトラックが形成される、少なくとも１つの磁気ディスクと、
   前記少なくとも１つの磁気ディスクに対して前記薄膜磁気ヘッドが行う書き込み及び読み出し動作を制御するための記録再生回路と
   を備えた磁気ディスク装置であって、
   前記電磁コイル素子が、
   主磁極軟磁性中心層と、該主磁極軟磁性中心層の左右の側端面及びリーディング側の側端面を覆うように形成された第２の主磁極軟磁性層と、該第２の主磁極軟磁性層の左右の側端面及びリーディング側の側端面を覆うように形成された第１の主磁極軟磁性層とを備えており、浮上面側の端部における浮上面に平行な面による断面が、トレーリング側の端辺がリーディング側の端辺よりも長い台形状となっている主磁極層と、
   一方の端部が該主磁極層の一方の端部に近接していると共に他方の端部が該主磁極層の他方の端部に磁気的に接続されている補助磁極層と、
   少なくとも該主磁極層及び該補助磁極層の間を通過するように形成されており該主磁極層及び該補助磁極層に磁束を誘導するためのコイル層と
   を備えており、
   前記主磁極層の浮上面側であってトレーリング側の端辺の近傍においてデータの書き込み時に発生する書き込み磁界の等磁界強度線の湾曲幅Ｗ_Ｃが、
   −０．１５Ｗ_Ｔ≦Ｗ_Ｃ＜１２ （但し、Ｗ_Ｔはデータを書き込むトラックの幅であって、Ｗ_Ｃ及びＷ_Ｔの単位はｎｍである）
   の条件を満たすことを特徴とする磁気ディスク装置。
2. 前記書き込み磁界の等磁界強度線が、トラック幅方向に延びている直線又は略直線であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
3. 前記薄膜磁気ヘッドが読み出し用の磁気抵抗効果素子を備えており、前記書き込み磁界の等磁界強度線が、中央部がリーディング側に向かって湾曲した凹状の曲線であって、該凹状の曲線が、該磁気抵抗効果素子の読み出しの際の等感磁曲線と同程度の負の湾曲幅を有していることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
4. 書き込み用の電磁コイル素子を備えた薄膜磁気ヘッドと、該薄膜磁気ヘッドを支持する支持機構とを備えた少なくとも１つのヘッドジンバルアセンブリと、
   前記薄膜磁気ヘッドによってデータが書き込まれることにより自身の表面にトラックが形成される、少なくとも１つの磁気ディスクと、
   前記少なくとも１つの磁気ディスクに対して前記薄膜磁気ヘッドが行う書き込み及び読み出し動作を制御するための記録再生回路と
   を備えた磁気ディスク装置であって、
   前記電磁コイル素子が、
   主磁極軟磁性中心層と、該主磁極軟磁性中心層の左右の側端面及びリーディング側の側端面を覆うように形成された第２の主磁極軟磁性層と、該第２の主磁極軟磁性層の左右の側端面及びリーディング側の側端面を覆うように形成された第１の主磁極軟磁性層とを備えており、浮上面側の端部における浮上面に平行な面による断面が、トレーリング側の端辺がリーディング側の端辺よりも長い台形状となっている主磁極層と、
   一方の端部が該主磁極層の一方の端部に近接していると共に他方の端部が該主磁極層の他方の端部に磁気的に接続されている補助磁極層と、
   少なくとも該主磁極層及び該補助磁極層の間を通過するように形成されており該主磁極層及び該補助磁極層に磁束を誘導するためのコイル層と
   を備えており、
   前記主磁極層の飽和磁束密度の分布において、位置座標の正方向を該左右の側端面及び該リーディング側の側端面から該トレーリング側の側端面の左右方向における中央部に向かう方向とした際に、飽和磁束密度分布の最小二乗法による回帰直線の傾きαが、
   −（０．０００１５７Ｗ_Ｔ＋０．０１２６）≦α＜０ （但し、αの単位はテスラ／ｎｍであり、Ｗ_Ｔはデータを書き込むトラックの幅であってＷ_Ｔの単位はｎｍである）
   の条件を満たすことを特徴とする磁気ディスク装置。
5. 前記第１の主磁極軟磁性層の飽和磁束密度が、前記主磁極軟磁性中心層の飽和磁束密度よりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に磁気ディスク装置。
6. 前記第１の主磁極軟磁性層及び前記第２の主磁極軟磁性層のいずれの層の飽和磁束密度も、該層の内側の層面に隣接する該第２の主磁極軟磁性層又は前記主磁極軟磁性中心層の飽和磁束密度以上であることを特徴とする請求項５に記載の磁気ディスク装置。
7. 前記第１の主磁極軟磁性層、前記第２の主磁極軟磁性層及び前記主磁極軟磁性中心層において、この順が飽和磁束密度の大きい順となっていることを特徴とする請求項５又は６に記載の磁気ディスク装置。
8. 最も外側に位置する前記第１の主磁極軟磁性層の飽和磁束密度が、該第１の主磁極軟磁性層の内側に隣接する前記第２の主磁極軟磁性層の飽和磁束密度よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の磁気ディスク装置。
9. 前記第１の主磁極軟磁性層、前記第２の主磁極軟磁性層及び前記主磁極軟磁性中心層における少なくとも１つの層間に非磁性層が設けられていることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置。
10. 前記補助磁極層が、該補助磁極層の浮上面側の端部に形成されており、前記主磁極層の浮上面側の端部と対向していて、該補助磁極層の他の部分よりも積層方向の長さが大きいトレーリングシールド部を備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の磁気ディスク装置。
11. 基板の素子形成面に形成された非磁性層上にリフトオフ用のレジストパターンを形成し、次いで該非磁性層上及び該レジストパターン上に、第１の主磁極軟磁性層及び第２の主磁極軟磁性層を形成するための２つの軟磁性膜の成膜と、主磁極軟磁性中心層を形成するための軟磁性中心膜の成膜とを順次行い、次いで化学的機械的研磨法及び／又はイオンミリング法を用いて、第１の主磁極軟磁性層、第２の主磁極軟磁性層及び主磁極軟磁性中心層が該主磁極軟磁性中心層を中心として露出しているトレーリング側の側端面を形成し、その後、前記レジストパターンを除去することによって主磁極層を形成する垂直磁気記録用薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、
    前記非磁性層上及び前記レジストパターン上に最初に成膜された前記軟磁性膜から最後に成膜された前記軟磁性中心膜までの各膜の位置における飽和磁束密度の分布において、各膜の位置座標の正方向を最初に成膜された該軟磁性膜から最後に成膜された該軟磁性中心膜へ向かう方向とした際に、飽和磁束密度分布の最小二乗法による回帰直線の傾きαが、
    −（０．０００１５７Ｗ _Ｔ ＋０．０１２６）≦α＜０ （但し、αの単位はテスラ／ｎｍであり、Ｗ _Ｔ はデータを書き込むトラックの幅であってＷ _Ｔ の単位はｎｍである）
    の条件を満たすように各膜の飽和磁束密度を設定することを特徴とする垂直磁気記録用薄膜磁気ヘッドの製造方法。
12. 前記２つの軟磁性膜及び前記軟磁性中心膜が、外側から飽和磁束密度の大きい順に成膜されることを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記非磁性層上及び前記レジストパターン上に下地層を形成してから、該下地層上に前記２つの軟磁性膜及び前記軟磁性中心膜を成膜することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の製造方法。
14. 前記主磁極層を形成した後、該主磁極層上及び前記非磁性層上に第１の被覆膜を成膜し、次いで化学的機械的研磨による研磨率が低い材料からなるストップ膜を、前記主磁極層の近傍であって前記非磁性層の上層面から見て前記主磁極層の前記トレーリング側の側端面よりも近い位置に形成し、さらに前記第１の被覆膜上及び該ストップ膜上に第２の被覆膜を積層した後、前記ストップ膜の位置まで化学的機械的研磨を行って、前記第１及び第２の被覆膜の研磨面と面の揃ったトレーリング側の側端面を形成することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の製造方法。

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