JP5079556B2 - テーパ構造のｃ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路、該導波路の製造方法、該導波路を利用した光伝送モジュール及び該導波路を採用した熱補助磁気記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、Ｃ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路、該導波路の製造方法、該導波路を利用した光伝送モジュール及び該導波路を採用した熱補助磁気記録ヘッドに係り、さらに詳細には、強化された近接場を具現し、かつ集積型に製作可能なＣ型開口を有する９０°に曲がっている導波路、該導波路の製造方法、該導波路を利用した光伝送モジュール及び該導波路を採用した高密度記録の可能な熱補助磁気記録ヘッドに関する。

磁気記録ヘッド分野において、磁気記録の高密度化のための研究が持続されている。現在、水平磁気記録の場合、インチ当たり約１００ギガビット（１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２）の記録密度が達成され、垂直磁気記録の場合には、それ以上の記録密度も可能である。しかし、磁気記録技術には、基本的に超磁性効果によって記録ビットの熱的不安定性が存在するため、高記録密度化に限界がある。

記録媒体の熱的安定性を得ようとすれば、熱エネルギーに対する磁気異方性エネルギーの比が大きくならねばならず、磁気異方性エネルギーを大きくしようとすれば、磁力の大きい材料を磁気記録媒体に使用せねばならない。一方、保磁力の大きい材料を磁気記録媒体に使用する場合、記録のために、それだけ大きい磁場が必要になる。しかし、記録密度の向上のために、小さいサイズの記録ヘッドを使用する場合、メインポール部分の磁場が一定レベルで飽和されるので、発生する磁場の大きさの限界によって、記録不可能な問題が発生する。

このような問題を解決するために、熱補助磁気記録（Ｈｅａｔ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ：ＨＡＭＲ）方式が研究されている。ＨＡＭＲ方式とは、記録媒体の極小部位をキュリー（Ｃｕｒｉｅ）温度近くに加熱して、該当位置の保磁力を一時的に減少させた後に記録を行う方式であって、既存の磁気記録方式に比べて、記録のために必要な磁場の大きさを減らせる。このようなＨＡＭＲ方式で、データが記録される領域は、キュリー温度に近く加熱された部分であるため、記録密度は、磁場を発生させる磁極（ポール）の大きさによるのではなく、加熱される部分の幅によって決定される。例えば、加熱手段がレーザダイオードである場合、レーザダイオードから照射されるレーザ光のスポットサイズによってデータ記録密度が決定される。

これにより、ＨＡＭＲヘッドは、記録媒体にレーザ光を照射するための光伝送モジュールが要求される。光伝送モジュールは、メインポールに隣接した位置まで光を伝達し、記録媒体に結ばれる光スポットのサイズを小さくしつつ、高い光度を有させる。このような光伝送モジュールは、光源、導波路及び小型開口を備え、メインポールに隣接した小さい空間に集積される。しかし、従来の磁気ヘッドの構造を大きく変えないためには、光伝送モジュールの配される位置が制限される。例えば、光源から小型開口まで光を伝達する導波路は、メインポールに垂直に配されねばならないが、この場合、導波路の方向は、メインポールの端部に隣接して配される小型開口の方向と９０°の差が生じる。したがって、導波路と小型開口との間には、９０°の方向転換の可能な光学要素が必要である。このような光学要素として、ミラーを採用しうるが、薄膜に製造される従来の磁気ヘッド上に、このような体積を有する（ｂｕｌｋｙ）構造の光学要素を集積することは、現実的に難しいという問題点がある。

さらに、前記光伝送モジュールは、既存の磁気ヘッド工程のような一括工程内で製作されることが望ましい。このためには、例えば、１７５℃以下の低温工程で製作可能であり、プレーナ工程によって製作可能な導波路及び小型開口が要求される。

一方、小型開口は、導波路を通じて伝送された光を記録媒体の記録層に伝達する。このとき、高記録密度を達成するためには、記録層に伝えられる光は、スポットサイズが小さく、かつ記録層をキュリー温度近くに加熱できる高い光度を有さねばならない。一般的に、スポットのサイズは、小型開口のサイズによって決定される。開口のサイズが小さいほど、さらに大きい記録密度の向上が期待される。しかし、開口のサイズが入射光の波長より過度に小さくなれば、開口のパワー効率が大きく低下する。例えば、半径がｒである円形開口の場合、ｒが入射光の波長の１％以下であるとき、開口のパワー効率は、ｒ^４の割合で低下する。すなわち、小型開口を小さくすれば、高い空間分解能は実現されるが、パワー効率が過度に低下して、ＨＡＭＲヘッドへの適用に限界がある。

これにより、このような低い透過効率の問題を解決するための近接場光学プローブについての研究が進められており、多様な形態の小型開口を有するプローブが提案されている。しかし、高い透過率と高い解像度とを同時に得られ、ＨＡＭＲヘッドへの適用に適当な信頼性・再現性のある近接場プローブは、まだ開発されていない。

本発明の目的は、高い強度及び小さいスポットサイズを有する光を出力できる開口を有し、別途の光学要素なしに光を９０℃に方向転換できる金属導波路を提供することである。また、本発明の他の目的は、前記導波路の製造方法、前記導波路を利用した光伝送モジュール及び前記導波路を採用したＨＡＭＲヘッドを提供することである。

本発明の一類型による開口が内部に形成された導電性金属からなる金属導波路において、前記開口は、入力端と出力端との間で光の進行方向を変えるように曲がっている構造を有し、前記曲がっている部分と出力端との間で出力端側に幅が次第に狭くなるテーパ構造を有し、前記開口を形成する金属の内面にリッジ部が突出して形成されることによって、前記開口がＣ型の形状を有することを特徴とする。

本発明によれば、光の進行方向に沿って金属導波路の厚さを定義するとき、前記開口が曲がっている部分から開口の幅が狭くなるテーパ部までの金属導波路の厚さｔ_ｏｕｔは、金属導波路の入力端から曲がる前までの厚さｔ_ｉｎより大きいことを特徴とする。

本発明の望ましい実施形態によれば、前記金属導波路の入力端から曲がる前までの厚さｔ_ｉｎは、前記入力端から曲がる前までの金属導波路部分に対する厚み共振分析を通じて、入射ビームの周波数と厚み共振周波数とが一致するように決定される。

例えば、前記金属導波路の入力端から曲がる前までの厚さｔ_ｉｎは、ｔ_ｉｎ＝０.２５λ±△ｔ_ｒｅｓ,αを満足し、ここで、λは、光の波長を表し、△ｔ_ｒｅｓ,αは、前方散乱及び共振関連厚さ偏差を表す。

また、本発明の望ましい実施形態によれば、開口の幅が狭くなるテーパ部で、前記金属導波路の厚さｔ_ｔｐは、前記金属導波路のテーパ部に対する厚み共振分析を通じて、入射ビームの周波数と厚み共振周波数とが一致するように決定される。

例えば、開口の幅が狭くなるテーパ部で、前記金属導波路の厚さｔ_ｔｐは、ｔ_ｔｐ＝０.２５λ±△ｔ_ｒｅｓ,γを満足し、ここで、λは、光の波長を表し、△ｔ_ｒｅｓ,γは、後方散乱及び共振関連厚さ偏差を表す。

また、本発明の望ましい実施形態によれば、前記開口が曲がっている部分から開口の幅が狭くなるテーパ部までの金属導波路の厚さｔ_ｏｕｔは、金属導波路の入力端から曲がる前までの厚さｔ_ｉｎと、開口の幅が狭くなるテーパ部での金属導波路の厚さｔ_ｔｐとを固定した状態で、全体金属導波路に対する厚み共振分析を通じて入射ビームの周波数と厚み共振周波数とが一致するように決定される。

例えば、前記開口が曲がっている部分から開口の幅が狭くなるテーパ部までの金属導波路の厚さｔ_ｏｕｔは、ｔ_ｏｕｔ＝０.５λ±△ｔ_ｒｅｓ,βを満足し、ここで、λは、光の波長を表し、△ｔ_ｒｅｓ,βは、開口が曲がっている部分での散乱及び共振関連厚さ偏差を表す。

本発明によれば、前記金属導波路及びその内部の開口は、高さより幅がさらに大きいことが望ましい。

前記開口の内部は、例えば、空気または誘電体で満たされる。

前記リッジ部の幅及び高さは、一定に維持されることが望ましい。

一方、本発明による前記金属導波路の製造方法は、基板上に金属層を積層する工程と、前記金属層の一部をエッチングして一定の幅及び厚さを有する曲がっている形態のリッジ部を形成する工程と、前記リッジ部及び金属層の残りの部分上に全体的に紫外線硬化性樹脂を塗布する工程と、前記紫外線硬化性樹脂を部分的に硬化させ、前記リッジ部に沿って曲がっている構造を有し、一側端で幅が次第に狭くなるテーパ構造を有し、前記リッジ部を取り囲む開口を形成する工程と、紫外線硬化性樹脂の硬化されない残りの部分を除去する工程と、前記開口を取り囲むように金属層を積層する工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の他の類型による光伝送モジュールは、前述した構造を有する本発明による第１金属導波路と、光源から伝送された光を前記第１金属導波路に伝達する第２導波路と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記第２導波路は、高さより幅がさらに大きい扁平な形態を有し、入力端の幅が出力端の幅より広いテーパ構造を有することが望ましい。

また、前記第２導波路とのプロファイルマッチングのために、前記第１金属導波路及びその内部の開口は、高さより幅がさらに大きいことが望ましい。

例えば、前記第２導波路は、ポリマー導波路でありうる。

一方、本発明のさらに他の類型によるＨＡＭＲヘッドは、磁気記録媒体に情報を記録するための磁場を形成する磁気記録部と、前記磁気記録媒体の記録予定領域を加熱するために光を照射する光伝送モジュールと、を備え、前記光伝送モジュールは、前述した構造を有する本発明による第１金属導波路と、光源から伝送された光を前記第１金属導波路に伝達する第２導波路と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記磁気記録部は、磁気記録媒体を磁化させる磁場を形成するメインポールと、前記メインポールの一面に対向するように配されて、メインポールと磁気的に連結されて磁路を形成するリターンポールと、前記メインポールに磁場を誘導する誘導コイルと、前記メインポールの他面に配されて、前記メインポールの端部に磁束を集束することを補助するサブヨークと、を備えうる。

本発明によれば、前記光伝送モジュールは、前記サブヨークの側面で前記メインポールの他面に対向する位置に配される。

このとき、前記第１金属導波路の出力端は、前記メインポールの端部と同じ方向に配される。

本発明によるＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路は、次のような効果を有する。

第一に、テーパ構造のポリマー導波路とのプロファイルマッチングが可能に入力端の幅が広い構造で設計されて結合損失を最小化しうる。

第二に、９０°に曲がっている構造を採用することによって、ミラーのような別途の光学要素なしに超小型構造でビームの方向を９０°に転換しうる。

第三に、出力端にテーパ構造のＣ型開口を採用することによって、出力端で小さいスポットサイズ及び適切なスポット形状を有しうる。

第四に、前述した性能を有すると同時に、Ｃ型開口の有するフィールド強化特性をそのまま維持しうる。

第五に、本発明による金属導波路は、低温のプレーナ工程によって製造可能であるので、既存の磁気記録ヘッドと共に一括製造が可能である。

以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明の望ましい実施形態による光伝送モジュール１１０の構造を概略的に示す斜視図である。図１を参照すれば、本発明による光伝送モジュール１１０は、マウント１４０（図２１）上に配されたテーパ構造のポリマー導波路１１５と、前記ポリマー導波路１１５と結合された９０°に曲がっている金属導波路１１１と、を備えている。ポリマー導波路１１５の入力端１１５ａは、例えば、光ファイバ１１７と直接端カップリングまたはバットカップリング方式で結合される。そして、ポリマー導波路１１５の出力端１１５ｂは、前記金属導波路１１１と結合される。したがって、光源１１８から光ファイバ１１７を通じてポリマー導波路１１５の入力端１１５ａに伝えられた光は、ポリマー導波路１１５の出力端１１５ｂを通じて金属導波路１１１に伝えられる。

ここで、光源１１８としてレーザダイオードを使用する場合、光源１１８とポリマー導波路１１５との結合効率を最大にするためには、二つの要素間の距離を最小化せねばならないだけでなく、レーザダイオードの活性層と導波路のガイディング層との間にプロファイルマッチングがなされねばならない。レーザダイオードが理想的な単一モード発振を行うレーザダイオードである場合、レーザダイオードから出射される光は、接合面に平行な成分を有する直線偏光となる。しかし、実際には、接合面に垂直である偏光成分も存在するため、一般的なレーザダイオードから出射する光で平行な偏光成分と垂直な偏光成分との間の偏光比は、約１００となる。したがって、本発明の望ましい実施形態によるポリマー導波路１１５は、レーザダイオードの活性層とのプロファイルマッチングのために、図１に示したように、幅Ｗが高さＨより大きい扁平な形態を有することが望ましい。

また、本発明の望ましい実施形態によるポリマー導波路１１５は、光源１１８側との結合損失を最小化するために、図１に示したように、入力端１１５ａの幅が出力端１１５ｂの幅より広いテーパ構造を有することが望ましい。

一方、本発明による９０°に曲がっている金属導波路１１１の構造は、図２及び図３に詳細に示されている。図２及び図３を参照すれば、本発明の望ましい実施形態による金属導波路１１１は、開口１１３が内部に形成された金属１１２で形成される。ここで、金属１１２としては、例えば、導電性に優れた金（Ａｕ）を使用しうる。また、開口１１３の内部は、空気または誘電体で満たされる。例えば、透光性を有する樹脂で開口１１３を形成しうる。

また、本発明によれば、図２及び図３に示したように、入力端１１１ａでの開口１１３の方向と出力端１１１ｂでの開口１１３の方向とが相互に直角をなしている。このとき、ミラーのような別途の光学要素なしに光の進行方向を９０°転換するために、前記開口１１３の断面は、Ｃ型構造でなされる。このために、開口１１３を形成する金属１１２の内面には、一定の幅及び高さを有するリッジ部１１４が突出して形成されている。

また、本発明による９０°に曲がっている金属導波路１１１と前述したポリマー導波路１１５との結合損失を最小化するために、前記金属導波路１１１の入力端１１１ａとポリマー導波路１１５の出力端１１５ｂとの間にプロファイルマッチングがなされねばならない。このために、前記金属導波路１１１もポリマー導波路１１５と同様に、幅Ｗ’が高さＨ’より大きい扁平な構造を有することが望ましい。そして、出力端１１１ｂで小さなサイズの光スポットを得るために、前記開口１１３は、９０°に曲がった後、出力端１１１ｂの所定の位置から幅が次第に狭くなるテーパ構造を有することが望ましい。

このような金属導波路１１１の構造で追加的に考慮されねばならないのは、結合損失の最小化のためにポリマー導波路１１５がテーパ構造を有するので、前記導波路１１５と磁気記録媒体（図示せず）との干渉を避けるために、９０°に曲がっている部分からテーパ構造までの金属導波路１１１の厚さｔ_ｏｕｔが、９０°に曲がる前の金属導波路１１１の入力端１１１ａの厚さｔ_ｉｎより大きく設計されねばならないという点である。ここで、金属導波路１１１の厚さは、光の進行方向を基準に定義される。

また、本発明による９０°に曲がっている金属導波路１１１の構造は、前述した条件を満足すると同時に、フィールド強化特性を満足する特定の共振条件に合うように決定されねばならない。一般的に、開口が設けられた金属板に光が入射される場合、光が金属板の開口を通過するためには、透過共振条件を満足せねばならない。透過共振は、開口の入力端側及び出力端側からそれぞれ発生する金属板の電荷及び電流の集合的な表面共振に起因する。透過共振条件を満足する入射光は、金属板の開口でフィールド強化されることにより、透過率の急激な低下なしに後方散乱される。また、金属板の厚さが厚くなれば、開口内部にも追加的な電荷及び電流の振動がある。したがって、この場合、他の様相の厚み共振が存在する。その結果、金属板の開口における全体的な透過及びフィールド強化は、表面共振だけでなく、厚み共振の相互作用によって決定される。このような厚み共振は、開口に沿って厚さ方向に透過される光が定常波をなす時になされる。したがって、金属板が一定の厚さ以上に厚い場合、前記金属板の開口に入射される光が円滑に透過されるためには、金属板及び光は、所定の厚み共振条件を満足せねばならない。

このために、本発明による９０°に曲がっている金属導波路１１１は、次のような順序によって設計される必要がある。すなわち、まず、ポリマー導波路１１５との結合損失を最小化するために、金属導波路１１１の入力端１１１ａにおける最適の共振厚さｔ_ｉｎを決定する。次いで、光スポットのサイズを小さくし、所望の形状の光スポットを得るために、金属導波路１１１のテーパ構造の出力端１１１ｂにおける最適の共振厚さｔ_ｔｐを決定する。最後に、光路が曲がる部分における損失を最小化するために、金属導波路１１１が曲がる前後部分における最適の共振厚さｔ_ｏｕｔを決定する。

以下では、本発明による９０°に曲がっている金属導波路１１１の各部分における最適の厚さｔ_ｉｎ、ｔ_ｔｐ及びｔ_ｏｕｔを決定する過程について詳細に説明する。

まず、金属導波路１１１の入力端１１１ａ側の厚さｔ_ｉｎを決定する過程について説明する。ここで、図４に示したように、前記金属導波路１１１の出力端１１１ｂ側で、開口１１３の幅は２７０ｎｍであり、高さは１８０ｎｍである。また、リッジ部１１４の幅及び高さは、何れも９０ｎｍである。そして、図５に示したように、ポリマー導波路１１５との結合損失を減らすために、金属導波路１１１の入力端１１１ａ側では、開口１１３の幅を３６０ｎｍに伸ばした。しかし、開口１１３の高さは、そのまま１８０ｎｍを維持する。リッジ部１１４の場合、入力端１１１ａ側の幅及び高さは、出力端１１１ｂと同じ９０ｎｍである。

このような構造で、金属導波路１１１の入力端１１１ａ側の厚さ変化による開口共振特性を示す周波数応答関数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｕｃｔｉｏｎ：ＦＲＦ）のグラフが図６に示されている。図６のグラフに示したように、開口１１３の形状と関連した開口共振周波数は、厚さによる周波数値の変化がほとんどなく、サイズのみが急激に大きくなり、厚さが９５０ｎｍになれば、それ以上存在しなくなる。また、厚さの増大によって、以前に存在していない新たな周波数が出現し、厚さによって、周波数値に大きい変化を示す。新たに出現するかかる周波数は、厚み共振周波数である。

ここで、入射ビームの周波数と厚み共振周波数とが一致すれば、Ｃ型開口を有する導波路の内部を通じて入力端の光子が容易に移動し、これにより、フィールド強化特性を示す。図６のグラフから分かるように、図５のような広い幅のＣ型開口を有する導波路１１１は、例えば、入射ビームの周波数が３８４.６ＴＨｚ（すなわち、λ＝７８０ｎｍ）であるとき、厚さ２５０ｎｍ、６３０ｎｍ及び１０００ｎｍで入射ビームの周波数と厚み共振周波数とが一致する。したがって、金属導波路１１１の入力端１１１ａ側は、前記のような厚さに設計されてこそフィールド強化特性を示す。

一方、下記表１は、開口１１３の幅による厚み共振周波数の変化を示す。表１を通じて分かるように、幅が増大すれば、それぞれの共振周波数値が下がる様相を示している。また、図７及び表２に提示されたように、厚み共振がおきる厚さで電場強度が最大となることが確認でき、共振次数が増加するほど、電場強度の値が少しずつ下がる様相を示す。

また、図８ないし図１０は、共振厚さを有する導波路１１１の入力端１１１ａでの開口１１３の内部におけるフィールド分布を示す。図面から分かるように、厚さが増大するにつれて、開口１１３の内部で伝播される光のパターンが複雑になる様相を示す。図８に示したように、１次厚み共振では、入出力端にのみフィールドが限定されている。しかし、図９及び図１０に示したように、２次及び３次厚み共振では、フィールドの集中する部分が入出力端以外にも、開口１１３の内部でそれぞれ１個及び２個追加される。したがって、厚み共振がおきる場合、開口１１３の内部を進行する光が開口１１３の内部で定常波を形成するということが分かる。一方、図１１ないし図１３は、それぞれ図８ないし図１０に示した１次ないし３次厚み共振で、導波路１１１の入力端１１１ａを通過した後、４０ｎｍ離隔された位置に形成された光スポットの形状を示している。本発明によれば、前記光スポットの形状及びサイズは、何れも約１４０ｎｍ×１５０ｎｍであってほぼ同じであり、但し、光度にのみ差がある。

次いで、金属導波路１１１のテーパ構造の出力端１１１ｂでの厚さｔ_ｔｐを決定する過程を説明する。前述したように、入力端１１１ａでは、ポリマー導波路１１５とのプロファイルマッチングのために広い開口幅が必要であるが、出力端１１１ｂでは、光スポットのサイズを小さくし、適切な形状に作るために、異なる形態の開口１１３が選択されねばならない。すなわち、開口１１３の幅をさらに狭くする必要がある。したがって、図１４に示したように、本発明による金属導波路１１１は、９０°に曲がった後、出力端１１１ｂ側でテーパ構造のＣ型開口１１３を有することが望ましい。例えば、図１４のようなテーパ構造のＣ型開口１１３の入力側１１３ａは、幅が３６０ｎｍであり、出力側１１３ｂは、幅が２７０ｎｍでありうる。

図１４のようなテーパ構造を有するＣ型開口１１３の厚さｔ_ｔｐも、共振厚さを考慮して決定せねばならない。前記テーパ構造を有するＣ型開口１１３の入力側１１３ａの幅が３６０ｎｍ、出力側１１３ｂの幅が２７０ｎｍであり、入射ビームの波長が３８４.６ＴＨｚである場合に対して、厚さによる共振周波数の変化を図１５に示している。図１５のグラフから分かるように、テーパ構造のＣ型開口１１３の第１共振厚さは、約２７０ｎｍであるということが分かる。したがって、９０°に曲がっている金属導波路１１１の出力端１１１ｂにテーパ構造のＣ型開口１１３を採用する場合、前記テーパ構造の出力端１１１ｂの厚さｔ_ｔｐは、約２７０ｎｍに設計されることが望ましい。

図１６は、Ｃ型開口の厚さによる電場強度の変化を示すグラフである。図１６で、‘−●−’で表示された曲線は、幅が３６０ｎｍであり、一定の広幅のＣ型開口に対するものであり、‘−▲−’で表示された曲線は、出力端で幅が２７０ｎｍに狭くなるテーパ構造のＣ型開口に対するものである。図１６のグラフから分かるように、広幅のＣ型開口に比べて、テーパ構造のＣ型開口は、共振厚さで電場強度が約３７％向上する。これは、テーパ構造のＣ型開口の場合、厚さ方向に幅が小さくなりつつ、出力端でリッジ部にフィールドが集中するためであると判断される。

図１７Ａないし図１７Ｃは、それぞれ幅が３６０ｎｍであり、一定の拡幅のＣ型開口内におけるフィールド分布、出力光のスポット形態及び強度を表し、図１８Ａないし図１８Ｃは、それぞれ幅が２７０ｎｍに狭くなるテーパ構造のＣ型開口内におけるフィールド分布、出力光のスポット形態及び強度を表す。図１７Ａ及び図１８Ａを比較するとき、一定の幅のＣ型開口は、厚さが２５０ｎｍであり、テーパ構造のＣ型開口は、それより２０ｎｍ伸びた２７０ｎｍであるが、開口内部におけるフィールド分布は、類似していることが確認できる。しかし、図１７Ｂ及び図１８Ｂを比較するとき、出力光のスポットは、テーパ構造のＣ型開口の場合にさらに小さくなる。具体的に、ｘ方向のスポットサイズは、一定の幅のＣ型開口の場合に、１４０ｎｍである一方、テーパ構造のＣ型開口の場合に、１２０ｎｍに小さくなる。ｙ方向のスポットサイズは、二つの場合とも１５０ｎｍで同じであるが、これは、ｙ方向のスポットサイズがリッジ部１１４の幅によって決定されるためである。すなわち、リッジ部１１４の幅は、９０ｎｍで一定しているため、テーパ構造のＣ型開口の場合にも、ｙ方向のスポットサイズには、差がない。したがって、ｙ方向のスポットサイズを調節するためには、開口１１３の幅ではないリッジ部１１４の幅を設計変更すればよい。また、図１７Ｃ及び図１８Ｃを比較すれば、テーパ構造のＣ型開口の場合に、ｘ方向に幅が狭く、強度がさらに大きい光スポットが得られるということが分かる。

前記のような過程を通じて、本発明による９０°に曲がっている金属導波路１１１の入力端１１１ａ側の厚さｔ_ｉｎと、テーパ構造の出力端１１１ｂ側の厚さｔ_ｔｐとが決定できた。最後に、９０°に曲がっている部分からテーパ構造の出力端１１１ｂまでの金属導波路１１１の厚さｔ_ｏｕｔを決定する。この過程もやはり、前述した厚み共振分析を通じて行えばよい。但し、金属導波路１１１の入力端１１１ａ側の厚さｔ_ｉｎと、テーパ構造の出力端１１１ｂ側の厚さｔ_ｔｐとを決定する場合には、各部分を分離した状態で個別的に厚み共振分析を行ったが、９０°に曲がっている部分からテーパ構造の部分までの厚さｔ_ｏｕｔを決定する過程は、前記厚さｔ_ｉｎ及びｔ_ｔｐを特定の値に固定した状態で厚さｔ_ｏｕｔを変化させつつ、金属導波路１１１の全体に対して厚み共振分析を行う。例えば、波長が３８４.６ＴＨｚである光を使用する場合に、入力端１１１ａ側の厚さｔ_ｉｎを２５０ｎｍに選択し、テーパ構造の出力端１１１ｂ側の厚さｔ_ｔｐを２７０ｎｍに選択した状態で、金属導波路１１１の全体に対する厚み共振分析を行うことによって、９０°に曲がっている部分からテーパ構造の部分までの厚さｔ_ｏｕｔを決定しうる。

図１９は、このような方式で厚み共振分析を行った結果を示すグラフである。図１９で、太い実線で表示したものは、厚さｔ_ｏｕｔが４２０ｎｍである場合であり、細い実線で表示したものは、厚さｔ_ｏｕｔが２５０ｎｍである場合である。そして、点線で表示したものは、９０°に曲がっている部分なしに３８０ｎｍ厚さの入力端と２７０ｎｍ厚さのテーパ構造の出力端とで金属導波路が構成された比較例の場合である。図１９から分かるように、９０°に曲がっている部分からテーパ構造の部分までの厚さｔ_ｏｕｔが４２０ｎｍである場合に、共振周波数が入射ビームの周波数と一致する結果を得た。このような方式で設計された本発明による９０°に曲がっている金属導波路１１１の出力端で最終的に電場強度を測定した結果、出力光スポットが約１３.０１０４Ｖ^２／ｍ^２の高い値を有することが確認できた。すなわち、９０°に曲がっている金属導波路１１１を通過しつつも、フィールドのサイズが小さくならず、フィールド強化特性が維持されるということが分かる。

前述した内容を総合的に考慮するとき、本発明による９０°に曲がっている金属導波路１１１の設計時に、９０°に曲がる前までの入力端１１１ａ側の厚さｔ_ｉｎは、ほぼｔ_ｉｎ＝０.２５λ±△ｔ_ｒｅｓ,αを満足し、９０°に曲がっている部分からテーパ構造の部分までの厚さｔ_ｏｕｔは、ほぼｔ_ｏｕｔ＝０.５λ±△ｔ_ｒｅｓ,βを満足し、テーパ構造の出力端１１１ｂ側の厚さｔ_ｔｐは、概略的にｔ_ｔｐ＝０.２５λ±△ｔ_ｒｅｓ,γを満足すると見られる。ここで、λは、光の波長を表し、△ｔ_ｒｅｓ,αは、前方散乱及び共振関連厚さ偏差を表し、△ｔ_ｒｅｓ,βは、９０°に曲がっている部分の散乱及び共振関連厚さ偏差を、△ｔ_ｒｅｓ,γは、後方散乱及び共振関連厚さ偏差を表す。例えば、前述した例のように、入力端１１１ａ側における開口１１３の幅及び高さがそれぞれ３６０ｎｍ及び１８０ｎｍであり、出力端１１１ｂ側での開口１１３の幅及び高さがそれぞれ２７０ｎｍ及び１８０ｎｍであり、リッジ部１１４の幅及び高さが何れも９０ｎｍである場合、３８４.６ＴＨｚの周波数を有する入射ビームのに対して出力端で約１００ｎｍのスポットサイズを得るための厚さは、ｔ_ｉｎ＝２５０±１０ｎｍ、ｔ_ｏｕｔ＝４２０±１０ｎｍ及びｔ_ｔｐ＝２７０±１０ｎｍほどに予測される。

以上、金属導波路１１１が９０°に曲がっている場合について説明したが、必要に応じて、９０°ではない他の角度に曲がる場合にも、本発明の原理はそのまま適用できる。したがって、本発明による金属導波路１１１は、必ずしも９０°に曲がっている場合に限定されず、導波路の内部で光の進行方向を損失なしに変えるいかなる場合にも適用されるであろう。

以下で、図２０Ａないし図２０Ｊを参照して、本発明による９０°に曲がっている金属導波路の製造方法の一実施形態について説明する。

まず、図２０Ａを参照すれば、基板１０上に金属層１１を全体的に積層する。このような積層は、スパッタリングを利用してなされる。次いで、図２０Ｂに示したように、金属層１１上にレジスト１２をマスキングし、例えば、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ−Ｉｏｎ Ｅｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）工程を利用して、前記金属層１１の一部をエッチングした後、レジスト１２を除去する。それにより、図２０Ｃのように、エッチングされない金属層１１の残りの部分にリッジ部１３が形成される。図２０Ｄは、このように形成されたリッジ部１３を示す斜視図である。図２０Ｄに示したように、リッジ部１３は、９０°に曲がっている形状になっている。このような形状のリッジ部１３を形成するために、金属層１１上にマスキングされるレジスト１２のパターンは、９０°に曲がっている形態とならねばならない。

次いで、図２０Ｅに示したように、例えば、スピンコーティング方法を利用して、金属層１１及びリッジ部１３上に全体的に紫外線硬化性樹脂１４を一定の高さに塗布する。その後、図２０Ｆのように、前記紫外線硬化性樹脂１４上にマスクパターン１５を転写し、マスクパターン１５の透光部分１６を通じて紫外線硬化性樹脂１４に紫外線（ＵＶ）を照射する。このような方式で紫外線の照射を受けた前記紫外線硬化性樹脂１４の一部分は硬化され、残りの部分は、硬化されない状態に残っている。次いで、硬化されていない状態にある紫外線硬化性樹脂１４と、その上に転写されているマスクパターン１５とを除去する。それにより、図２０Ｇに示したように、リッジ部１３を取り囲むＣ型開口１７が金属層１１上に形成される。図２０Ｈは、このように形成されたＣ型開口１７を示す斜視図である。図２０Ｈに示したように、前記Ｃ型開口１７は、９０°に曲がっており、出力端側で幅が狭くなるテーパ構造を有する。このために、図２０Ｆで紫外線硬化性樹脂１４上に転写されるマスクパターン１５の透光部分１６は、図２０Ｈに示されたＣ型開口１７と同じ形態のパターンとならねばならない。

最後に、図２０Ｉに示したように、例えば、スパッタリング方法を利用して、前記Ｃ型開口１７上に再び金属層１８を積層する。これにより、本発明による９０°に曲がっているＣ型開口を有する金属導波路を製造しうる。図２０Ｊは、このような方法で完成された本発明による金属導波路の斜視図を示す。

前述した製造方法を通じて分かるように、本発明による９０°に曲がっているＣ型開口を有する金属導波路は、例えば、通常的な磁気ヘッドの製造工程のようなプレーナ工程によって製作可能である。したがって、本発明による金属導波路をＨＡＭＲヘッドに採用する場合、前記ヘッドの製造時に一括製造工程上で共に製造することが可能である。したがって、金属導波路のための別の製造工程及び組立作業が要求されない。

図２１は、前述した９０°に曲がっているＣ型開口を有する金属導波路を採用した本発明の一実施形態によるＨＡＭＲヘッドの概略的な構造を示す斜視図である。図２１を参照すれば、本実施形態によるＨＡＭＲヘッド１００は、磁気記録媒体（図示せず）に情報を記録するための磁場を形成する磁気記録部と、磁気記録媒体の記録予定領域を加熱するために光を照射する光伝送モジュール１１０と、を備える。また、前記ＨＡＭＲヘッド１００は、記録された情報を読み取るための再生素子１８０と、前記再生素子１８０に漂遊フィールドが入射することを防止するために、再生素子１８０の両面に配された遮蔽層１６０,１７０と、をさらに備えうる。

前記磁気記録部は、メインポール１２０、リターンポール１２５、誘導コイル１３０及びサブヨーク１５０を備える。ここで、メインポール１２０は、磁気記録媒体を磁化させる磁場を形成する役割を行う。そして、リターンポール１２５は、メインポール１２０の一面から離隔配置され、メインポール１２０と磁気的に連結されて磁路を形成する。また、誘導コイル１３０は、前記メインポール１２０に磁場を誘導する役割を行う。一方、サブヨーク１５０は、メインポール１２０の他面に配され、前記メインポール１２０の端部に磁束を集束することを補助する。

光伝送モジュール１１０は、磁気記録媒体の記録予定領域を加熱するための手段である。図１に詳細に示したように、前記光伝送モジュール１１０は、磁気記録媒体に光を照射するためのＣ型開口を有する金属導波路１１１と、外部の光源１１８（図１参照）から供給された光を、金属導波路１１１に伝達するポリマー導波路１１５とを備える。前記光伝送モジュール１１０及び金属導波路１１１の詳細な構成は、前述した通りである。

本発明によれば、前記光伝送モジュール１１０は、磁気記録媒体に情報が記録される直前に光を照射できるように、メインポール１２０に隣接して配されることが望ましい。図２１に示したように、メインポール１２０は、サブヨーク１５０の上面でメインポール１２０の端部が前記サブヨーク１５０から突出するように配されている。そして、光伝送モジュール１１０は、前記サブヨーク１５０の側面でメインポール１２０と遮蔽層１６０との間の空間に配される。このような空間は、従来の磁気記録ヘッドの構造でも容易に確保されるので、従来の磁気記録ヘッドの薄膜の製造工程を大きく変更せず、本発明によるＨＡＭＲヘッドの製造が可能である。ここで、光伝送モジュール１１０の金属導波路１１１とポリマー導波路１１５とは、サブヨーク１５０と同じ層に積層されて形成されることが望ましい。したがって、光伝送モジュール１１０とサブヨーク１５０との厚さ差を補正するために、前記光伝送モジュール１５０は、マウント１４０上に装着される。

図２１には図示されていないが、図１のように、前記光伝送モジュール１１０のポリマー導波路１１５の入力端は、光ファイバ１１７と結合されていて、光源１１８で発生した光が光ファイバ１１７を通じてポリマー導波路１１５に伝えられる。前記ポリマー導波路１１５に伝送された光は、ｘ方向に進行した後、金属導波路１１１に伝達される。本発明によるＨＡＭＲヘッド１００で光伝送モジュール１１０が磁気記録媒体の記録予定領域を加熱するためには、光伝送モジュール１００から出力される光がメインポール１２０の端部と同じ方向（すなわち、−ｚ方向）に進行せねばならない。このために、前記金属導波路１１１は、９０°に曲がっているＣ型開口１１３を備えている。したがって、金属導波路１１１に伝達された光は、進行方向を９０°に変えて磁気記録媒体に向かって出射される。前述したように、本発明による金属導波路１１１は、光をほとんど損失なしに伝達するだけでなく、テーパ構造の出力端を利用して、出力光のスポットを小さくしうる。

このような方式で前記光伝送モジュール１１０は、強化された小さいスポットの近接場光を磁気記録媒体に提供しうる。それにより、光伝送モジュール１１０から照射される小さいスポットの光によって磁気記録媒体が局所的に加熱され、これにより、磁気記録媒体の記録層の保磁力が劣化する。その結果、磁気記録媒体は、メインポール１２０で発生する磁場の強度が大きくなくても、容易に磁気記録され、保磁力の大きい材料を磁気記録媒体に使用できて、記録密度を向上させうる。

前述した説明で多くの事項が具体的に記載されているが、これは、発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。例えば、当業者ならば、前記ＨＡＭＲヘッド１００で構成要素の位置を異ならせてもよく、構成要素の種類をさらに多様化させてもよい。

さらに、これまで本発明による９０°に曲がっているＣ型開口を有する金属導波路１１１及び光伝送モジュール１１０がＨＡＭＲヘッドに採用された場合について例を挙げて説明したが、これに必ずしも限定されるものではない。本発明による前記金属導波路及び光伝送モジュールは、小さい光スポット及び高い光強度を有する光学手段として、ＨＡＭＲだけでなく、単分子検出、分光学、ナノ粒子操作とシングル量子ドット、ナノ粒子やナノワイヤのようなナノ物質研究分野及び超高密度保存装置分野のような多様な応用分野を有している。

例えば、生化学分野の場合において、分子レベルの研究のためのマイクロスコピー、分光学及び光操作分野は、高い空間分解能を有する近接場プローブを必要とする。このとき、近接場プローブの設置場所が制限される場合にも、本発明による金属導波路と光伝送モジュールとを近接場プローブに採用することによって設置を容易にしうる。

さらに他の例として、光保存装置において、半導体レーザの前端に小型開口を有する超小型開口レーザ（Ｖｅｒｙ Ｓｍａｌｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｌａｓｅｒ：ＶＳＡＬ）装置にも、本発明による金属導波路と光伝送モジュールとが適用されて、光保存装置の記録密度及び再生速度を大きく向上させうる。

本発明は、磁気記録ヘッド関連の技術分野に適用可能である。

本発明による光伝送モジュールの構造を概略的に示す斜視図である。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の概略的な構造を示す斜視図である。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の断面図である。 本発明による金属導波路に採用されたＣ型開口の出力端での寸法を示す断面図である。 本発明による金属導波路に採用されたＣ型開口の入力端での寸法を示す断面図である。 本発明による金属導波路の入力端側の厚さ変化による開口共振特性を示す周波数応答関数のグラフである。 本発明による金属導波路の入力端側の厚さによる光度を示すグラフである。 １次共振厚さを有する本発明による金属導波路の入力端で開口内部におけるフィールド分布を示す図面である。 ２次共振厚さを有する本発明による金属導波路の入力端で開口内部におけるフィールド分布を示す図面である。 ３次共振厚さを有する本発明による金属導波路の入力端で開口内部におけるフィールド分布を示す図面である。 図８に示された１次厚み共振において、本発明に他の金属導波路の入力端を通過した後の光スポットの形状を示す図面である。 図９に示された２次厚み共振において、本発明に他の金属導波路の入力端を通過した後の光スポットの形状を示す図面である。 図１０に示された３次厚み共振において、本発明に他の金属導波路の入力端を通過した後の光スポットの形状を示す図面である。 本発明による金属導波路で採用されたＣ型開口のテーパ構造の出力端を示す斜視図である。 本発明による金属導波路の出力端側の厚さ変化による開口共振特性を示す周波数応答関数のグラフである。 本発明による金属導波路の出力端側でＣ型開口の厚さによる電場強度の変化を示すグラフである。 幅が３６０ｎｍに一定した広幅のＣ型開口内におけるフィールド分布を示す図面である。 幅が３６０ｎｍに一定した広幅のＣ型開口内における出力光のスポット形態を示す図面である。 幅が３６０ｎｍに一定した広幅のＣ型開口内におけるフィールド強度を示す図面である。 幅が２７０ｎｍに狭くなるテーパ構造のＣ型開口内におけるフィールド分布を示す図面である。 幅が２７０ｎｍに狭くなるテーパ構造のＣ型開口内における出力光のスポット形態を示す図面である。 幅が２７０ｎｍに狭くなるテーパ構造のＣ型開口内におけるフィールド強度を示す図面である。 最終的に厚み共振分析を行った結果を示すグラフである。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の製造過程を示す図面である。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の製造過程を示す図面である。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の製造過程を示す図面である。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の製造過程を示す図面である。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の製造過程を示す図面である。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の製造過程を示す図面である。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の製造過程を示す図面である。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の製造過程を示す図面である。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の製造過程を示す図面である。 本発明によるテーパ構造のＣ型開口を有する９０°に曲がっている金属導波路の製造過程を示す図面である。 本発明の一実施形態によるＨＡＭＲヘッドの斜視図である。

符号の説明

１１０ 光伝送モジュール
１１１ 金属導波路
１１５ ポリマー導波路
１１５ａ 入力端
１１５ｂ 出力端
１１７ 光ファイバ
１１８ 光源
１４０ マウント

Claims (8)

1. 開口が内部に形成された導電性金属からなる金属導波路において、
   前記開口は、入力端と出力端との間で光の進行方向を変えるように曲がっている構造を有し、前記曲がっている部分と出力端との間で出力端側に幅が次第に狭くなるテーパ構造を有し、前記開口を形成する金属の内面にリッジ部が突出して形成されることによって、前記開口がＣ型の形状を有することを特徴とする金属導波路。
2. 前記金属導波路の入力端から曲がる前までの厚さｔ_ｉｎは、前記入力端から曲がる前までの金属導波路部分に対する厚み共振分析を通じて、入射ビームの周波数と厚み共振周波数とが一致するように決定されることを特徴とする請求項１に記載の金属導波路。
3. 基板上に金属層を積層する工程と、
   前記金属層の一部をエッチングして一定の幅及び厚さを有する曲がっている形態のリッジ部を形成する工程と、
   前記リッジ部及び金属層の残りの部分上に全体的に紫外線硬化性樹脂を塗布する工程と、
   前記紫外線硬化性樹脂を部分的に硬化させ、前記リッジ部に沿って曲がっている構造を有し、一側端で幅が次第に狭くなるテーパ構造を有し、前記リッジ部を取り囲む開口を形成する工程と、
   紫外線硬化性樹脂の硬化されていない残りの部分を除去する工程と、
   前記開口を取り囲むように金属層を積層する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属導波路の製造方法。
4. 開口が内部に形成された導電性金属からなる第１金属導波路と、
   光源から伝送された光を前記第１金属導波路に伝達する第２導波路と、を備え、
   前記第１金属導波路で、前記開口は、入力端と出力端との間で光の進行方向を変えるように曲がっている構造を有し、前記曲がっている部分と出力端との間で出力端側に幅が次第に狭くなるテーパ構造を有し、前記開口を形成する金属の内面にリッジ部が突出して形成されることによって、前記開口がＣ型の形状を有することを特徴とする光伝送モジュール。
5. 前記第２導波路は、高さより幅がさらに大きい扁平な形態を有し、入力端の幅が出力端の幅より広いテーパ構造を有することを特徴とする請求項４に記載の光伝送モジュール。
6. 前記第２導波路は、ポリマー導波路であることを特徴とする請求項４に記載の光伝送モジュール。
7. 磁気記録媒体に情報を記録するための磁場を形成する磁気記録部と、前記磁気記録媒体の記録予定領域を加熱するために光を照射する光伝送モジュールと、を備える熱補助磁気記録ヘッドにおいて、
   前記光伝送モジュールは、
   開口が内部に形成された導電性金属からなる第１金属導波路と、
   光源から伝送された光を前記第１金属導波路に伝達する第２導波路と、を備え、
   前記第１金属導波路で、前記開口は、入力端と出力端との間で光の進行方向を変えるように曲がっている構造を有し、前記曲がっている部分と出力端との間で出力端側に幅が次第に狭くなるテーパ構造を有し、前記開口を形成する金属の内面にリッジ部が突出して形成されることによって、前記開口がＣ型の形状を有することを特徴とする熱補助磁気記録ヘッド。
8. 前記第１金属導波路の入力端から曲がる前までの厚さｔ_ｉｎは、前記入力端から曲がる前までの第１金属導波路部分に対する厚み共振分析を通じて、入射ビームの周波数と厚み共振周波数とが一致するように決定されることを特徴とする請求項７に記載の熱補助磁気記録ヘッド。