JP5684061B2 - 熱アシスト磁気記録ヘッド、およびプラズモンアンテナの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、高保磁力および高磁気異方性を有する磁気メディアへの書き込みを可能とすべく、熱アシスト磁気記録（ＴＡＭＲ：thermally assisted magnetic recording）に基づく熱アシスト磁気記録ヘッド、およびそれに搭載される、記録再生ヘッドから磁気メディアへと所要の熱エネルギーを輸送するためのプラズモンアンテナの製造方法に関する。
１インチ四方あたり１〜１０テラビットの面データ密度の磁気記録の実現は、新規な磁気記録媒体および磁気記録ヘッドと、特にいわゆる超常磁性効果（superparamagnetic effect）の発現を遅らせることが可能な新規な磁気記録手法の発展とに密接に関係している。超常磁性効果は、所要のデータ密度を得るために情報を記録せねばならない極小領域における熱不安定性である。この熱不安定性を回避する方法は、高い磁気異方性および高い保磁力を有し、かつ高いデータ密度を得るために小型化が益々加速する記録ヘッドを用いても依然として書き込み可能な磁気記録媒体を用いることである。この問題に対処するための上記方法は、以下の２つの矛盾する要件を生じさせる。すなわち、第１に、異方性および保磁力の高い磁気メディアによって、さらに強力な記録磁界の必要性が余儀なくされること、第２に、十分な分解能を有するより小型の記録ヘッドが必要となる一方、そのような記録ヘッドの磁界勾配は小さい上、磁界プロファイルは広く、記録を行う上で不利であること、の２つの問題が生じる。
これらの要件を同時に満たすことは、最先端のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に用いられている現状の磁気記録手法のさらなる発展に対して制限要因となり得る。この場合、このような現状の手法を用いては記録面密度のさらなる増加は見込めない。これらの矛盾する要件に対処する方法の１つは、アシスト記録の手法、とりわけ熱アシスト磁気記録を用いることである。
上記問題を解消するために適用されている、アシスト記録手法を用いた従来技術の形態に共通する特徴として、記録ヘッドによって生じる磁界とは直接関係しない物理的な方法を用いることにより、エネルギーを磁気記録系へと輸送していることが挙げられる。そのようなアシスト記録手法が、局所的な記録磁界領域における弱磁場記録を可能とする媒体特性プロファイル（a medium-property profile）を生成することができると仮定した場合、媒体特性プロファイルと記録磁界との双方の空間的勾配における相乗効果により、弱い記録磁界を用いた場合であっても高密度記録を達成することができる。このような従来のアシスト記録手法は、１μｍを大幅に下回る大きさの局所領域を、光ビームを用いて、または超高周波交流磁界を発生させることにより加熱することを要する。
熱アシスト磁気記録の加熱効果は、磁気メディアの微小領域の温度をほぼそのキュリー温度（Curie temperature）Ｔｃにまで上昇させることによって作用する。このキュリー温度Ｔｃでは、その保磁力と磁気異方性との双方が著しく低下し、その微小領域における磁気記録が容易となる。
以下、熱アシスト磁気記録に特有の手法について説明する。熱アシスト磁気記録では、磁気メディアと、光周波数レーザにより励起されたエッジプラズモンの近接場との相互作用を通じて、磁気メディアにおいてサブミクロンの大きさを有する微小領域へと電磁エネルギーが輸送される。輸送された電磁エネルギーは、その記録媒体の温度を局所的に上昇させる。
エッジプラズモンは、導電性を有する小さなプラズモンアンテナ（ＰＡ：Plasmon antenna）において励起される。プラズモンアンテナは、約２００ｎｍの幅を有し、記録再生ヘッド構造の内部に設けられる。光学励起源は、例えば、同様に記録再生ヘッド構造の内部に設けられたレーザダイオードや、この記録再生ヘッド構造の外部に設けられたレーザ源である。これらはいずれも、光導波路（ＷＧ：Optical Waveguide）などの中間輸送手段を介して、その光学的放射光線をアンテナへと導く。この光導波路によって、入射放射線の光学モードが、プラズモンアンテナにおけるプラズモンモードと結合し、これにより光エネルギーがプラズモンエネルギーへと変換される。このプラズモンエネルギーは、プラズモンアンテナによって磁気メディアの表面へと収束され、その収束部分を加熱する。この磁気メディア上の加熱部分と、記録ヘッドの磁極により生じた磁界とが正確に合致すると、熱アシスト磁気記録がなされる。以下の従来技術は、種々の形態の熱アシスト磁気記録の手法を説明している。
特許文献１は、エッジプラズモンモード結合を利用した熱アシスト磁気記録構造を記載している。特許文献１では、Ａｕ（金）などの導電性材料より構成される近接場生成器が示されているものの、磁性材料については開示されていない。
特許文献２は、磁界を検出するために用いられるフェライト磁気コアを採用したアンテナについて記載している。
特許文献３は、２つの磁性層と、この磁性層間に設けられた貴金属層とを有するアンテナを開示している。
特許文献４は、非磁性材料により形成された構造において、Ｖ字状の溝と、この溝の最深部に対向した突出部とを採用することによりプラズマ発生効率を改善することについて開示している。
特許文献５は、熱アシスト磁気記録に用いられる磁気コアを有するプラズモンアンテナを開示している。
米国特許出願公開第２０１０／０１０３５５３ 米国特許第６５３８６１７号明細書 米国特許出願公開第２０１０／００２７１６１ 米国特許出願公開第２００９／０２０１６００ 米国特許出願公開第２０１０／０３１５７３５
上述した従来技術はいずれも、以下詳細に説明する本発明が解決しようとする課題について対処していない。
図１は、従来のＴＡＭＲ構造の一例を模式的に示すエアベアリング面（破線で示す）に沿った平面図およびエアベアリング面と直交した断面図である。ここでは、エアベアリング面をｘｙ座標で示しており、磁気メディアの面内のクロストラック方向をｘ軸方向とし、ダウントラック方向をｙ軸方向としている。この縦方向（ｙ軸方向）断面図の場合、ｘ軸方向は紙面の奥側から手前側の方向であり、ｚ軸方向は、ヘッドのエアベアリング面へと向かう方向である（端面方向）。
従来の磁気記録ヘッドは、主磁極（ＭＰ：Main Pole）１と、その主磁極１の内部に記録磁界を生成する記録コイル５（図１では、一例として３回巻回された記録コイル５の断面が示されている）と、リターンポール３とを有している。主磁極１は、エアベアリング面に露出する端面の形状が矩形のものである。一般に、主磁極１から放出された磁束は、磁気メディアを通過したのち、リターンポール３へ戻ることとなる。
光導波路（ＷＧ：Waveguide）４は、光導波路電磁波６を記録ヘッドのエアベアリング面（ＡＢＳ）へ向けて導くものである。記録ヘッドのエアベアリング面の端面は、その記録ヘッドの端面とも称し、各構成要素においてエアベアリング面に最も近接する端部を、それらの構成要素の端面とも称する。プラズモンアンテナ２は、エアベアリング面に至るまで延在するとともに、主磁極１に隣接し、エアベアリング面に露出した端面が三角形状をなすものである。光導波路４の端面は、エアベアリング面の位置ではなく、エアベアリング面から長さ（深さ）ｄだけ離れた位置にある。電磁波の光周波数モード６は、プラズモンアンテナ２のエッジプラズモンモード７と結合しており、プラズモンモード７からのエネルギーは、磁気メディア表面へと輸送される。それにより、プラズモンアンテナ２のエアベアリング面に露出した三角形状の端面と対応する位置の磁気メディアの表面は局所的に加熱される。
図１に示した従来の記録磁気ヘッドにおける構造上の有利な点は、光導波路４が記録磁気ヘッドにおけるエアベアリング面に到達する前に途切れており、その結果、電磁波の漏れが低減されることである。一方、エッジプラズモンモード７からのエネルギーは、エアベアリング面に到達すると、即座に、磁気メディアにおける空間的に限られた領域において、大きな熱勾配を形成することができる。長い寸法を有すると共に大きな体積の金属化合物からなるプラズモンアンテナ２は、熱による損傷を十分に低減することができる。
ところで、上記の従来技術では、プラズモンアンテナに使用される材料はＡｇ（銀）やＡｕ（金）などの金属である。これらの材料は、光励起によるプラズモンモードを生じさせるのに優れていることが知られている。しかしながら、磁気メディア表面でのエネルギー輸送の一部における光加熱プロファイルを調整するにあたり、磁気記録ヘッドによって生じる磁界プロファイルの問題は依然として存在している。
図２の上方のグラフは、一般的なＴＡＭＲヘッドにおける記録磁界プロファイル８を表わし、図２の下方のグラフは、一般的なＴＡＭＲヘッドにおける加熱プロファイル（heating profile）９を表わす。これら記録磁界プロファイル８および加熱プロファイル９は、図１に示したＴＡＭＲヘッドによる磁気メディア表面上のヒートスポット（プロファイルのピーク）に対応する位置でのものである。図２の各グラフの横軸は、図１のＹ軸方向に対応している。図２の上方のグラフの縦軸は磁界Ｈｚを表わし、図２の下方のグラフの縦軸は熱強度Ｐheatを表わしている。どちらのプロファイルも磁気メディア上の微小部分に局在している。なお、図２には、プラズモンアンテナ２および主磁極１のＡＢＳに露出した端面の形状および位置が、グラフに対応して記載されている。
図２に示したように、ヒートスポットは主磁極のリーディングエッジから離れた位置に生じている。この位置は十分な記録分解能を得るのに十分な加熱を行うことができるが、２つの曲線の相対位置は最適なものではない。ＴＡＭＲヘッドの利益を最大限に引き出すには、加熱プロファイル９の傾斜が、記録磁界プロファイル８における最大の傾斜部分１０，１１と一致していることが必要である。その場合、２つの最大傾斜の相乗因子（a multiplicative factor）が得られるからである。
しかしながら、加熱プロファイルと磁界プロファイルとの整合は、最適化するにあたり、例えば、光導波路の厚さおよび配置、プラズモンアンテナの設計上の選択、製造時の配列の困難性などによって生じる構造上の制限を受ける。
図３（Ａ）は、上記特許文献５に係るＴＡＭＲヘッドの他の形態を簡略化したものの一部を、エアベアリング面から眺めた概略正面図を表している。図３（Ａ）は、プラズモンアンテナ２２のエアベアリング面と、隣接する光導波路２３の端面（エアベアリング面から後退した端面）とを示している。プラズモンアンテナ２２は、磁性材料からなるコア２４と、その周囲を部分的に覆うクラッド層２７（網掛けで示す）とを有している。クラッド層２７は、非磁性高導電性材料（例えばＡｕ，Ａｇなど）からなる。プラズモンアンテナ２２は、エアベアリング面と平行な断面が例えば二等辺三角形もしくは正三角形をなし、かつ、エアベアリング面と直交する方向へ延在する細長い三角柱状のものである（後の図面においてより明確に示されている）。以下、磁性材料のコアを有するこのようなアンテナを、磁気コアアンテナ（ＭＣＡ：Magnetic Core Antenna）と称する。
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したＴＡＭＲヘッドの概略斜視構成を表している。図３（Ｂ）に示すように、プラズモンアンテナ２２は、その頂点２２が光導波路２３の上面と対向するように、光導波路２３と同方向へ延在している。 このため、クラッド層２７の頂点領域に略限定されたエッジプラズモン７と、光導波路２３の内部の電磁光学モード６との結合が促進される。コア２４は、主磁極２１（図３（Ｂ）では不図示）の磁束の向きを制御することにより、磁気メディアの内部でプラズモンフィールドによって熱エネルギープロファイルを生成し、それを最適に整合させるように機能する。
図４は、図３（Ｂ）に示したＭＣＡを有するＴＡＭＲヘッドに特有の配置構造におけるエアベアリング面と直交する断面の構成を表している。図４に示すように、磁気ヘッドの主磁極２１には、図３（Ｂ）に示した先の発明に係るプラズモンアンテナ２２（ＭＣＡ）が取り付けられ、または隣接して設けられている。図４に示したように、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２および主磁極２１は、共に破線で示すエアベアリング面に露出した端面を有している。光導波路２３は、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２に隣接しているが、エアベアリング面には露出していない。すなわち、光導波路２３は、エアベアリング面から遠ざかる方向に所定の距離を有する位置に設けられている。図４において、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２の、エアベアリング面に露出した端面の形状を、破線で取り囲まれた位置に拡大して示す。コア２４は、ＦｅＣｏやＮｉＦｅからなり、Ａｕなどからなるクラッド層２７により部分的に覆われている（強調のため網掛けで示す）。この構造において、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２の平坦な底面（頂点２２ＥＧと反対側の、クラッド層２７によって覆われていない面）は、主磁極２１のトレーリングエッジと平行である。一方、頂点２２は、光導波路２３と対向して近接している。一方、エッジプラズモンモードを支えるプラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２の頂点は、主磁極２１のトレーリングエッジから離間した位置に対向して設けられ、光導波路２３と直ちに隣接している。光導波路２３は、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２のダウントラック方向に位置し、その端面はエアベアリング面から離間している。光導波路２３からプラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２へ向かう破線矢印は、放射結合を表す。さらに、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２から放出される破線矢印は、プラスモンエネルギーを示す。また、主磁極２１およびプラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２から放出される実線矢印は、記録磁界を表す。なお、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２からの記録磁界は、コア２４によって放出され、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２からのプラズモンエネルギーは、クラッド層２７によって放出される。
記録動作の間、主磁極２１とプラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２のコア２４との間隔が狭ければ（最も好ましくは接していれば）主磁極２１によって生成される記録磁界はコア２４を磁化し、飽和させることができる。したがって、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２のコア２４は、その役割がエッジプラズモンモードの発熱特性に寄与するというよりはむしろ、加熱された磁気メディア上のヒートスポットへと磁束を案内することにある点で、ＭＣＡ構造の一部ではなく主磁極構造の一部として考えることができる。
図５は、図４に示したＴＡＭＲヘッドの、主磁極２１近傍の磁界分布を表す特性図である。曲線（実線）２０は、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２が存在する場合を表し、曲線（破線）２５は、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２が不在の場合を表している。図中、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２が不在の場合とは、純金より構成され、磁気コアを有しないプラズモンアンテナの場合に実際に対応する。また、図中の横軸は、ダウントラック方向における磁極の中心からの距離をミクロン単位で表わしている。図５に示したように、磁気メディアにおけるヒートスポット（加熱領域）は、主磁極２１の中心位置から約０．３５μｍの位置である。磁界強度分布は、主磁極２１に対応する位置（−０．３以上＋０．２μｍ以下の範囲）においては実質的に一定である。プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２が存在しない場合（破線の曲線２５）、磁界強度は、主磁極２１に対応する位置から外れると、著しく低下する。
一方、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２が存在する場合（実線の曲線２０）、磁界強度は、主磁極２１に対応する位置から外れたのち上昇し（ＭＣＡが不在の場合における約４ｋＯｅ（４０6／４π［Ａ／ｍ］）の値と比較して、約１０ｋＯｅ（１０6／４π［Ａ／ｍ］）まで上昇する）、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２のトレーリング側のエッジ部分に対応する位置（０．３５μｍ）でピークを示す。しかしながら、実際に加熱されたヒートスポットは、図４に示したクラッド層２７（プラズモン生成層）の外縁部またはそれを超えた位置である、約０．４μｍの部分に位置している。これは、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２の存在下において、磁界プロファイル中、最も強力な磁界および最も急峻な勾配となる部分は、磁気コア（図４に示したコア２４）の縁部に位置する一方、加熱された実際のヒートスポットは、この磁気コアを覆うプラズモン生成層（図４に示したクラッド層２７）の縁部に位置していることを表している。以上の結果から、ピーク磁界およびピーク勾配と、加熱のピークポイントとの隔たりを低減するために、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２におけるプラズモン生成層（クラッド層２７）が薄いことが好ましい。
図６は、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２におけるプラズモン生成層（クラッド層２７）の厚さと、エッジプラズモンモードを介した輸送パワーの結果を表す特性図である。ここでは、プラズモンアンテナ（ＭＣＡ）２２は、均一なコア寸法を有し、ＭＣＡ長さに沿って均一な厚さのプラズモン生成層（クラッド層２７）を有していることを前提としている。また、銀（Ａｇ）合金膜と純金（Ａｕ）膜との双方について検討した。図６の縦軸に示すプラズモンモードのパワーの値は、純金よりなるプラズモンアンテナを用いてＭＣＡプラズモンモードで輸送されたパワーに対する、銀合金よりなるプラズモンアンテナを用いてＭＣＡプラズモンモードで輸送されたパワーの比をパーセントで表わしている。図６は、プラズモン生成層（クラッド層２７）の厚さが減少するに伴い、光エネルギーとプラズモンモードとの結合効率が著しく低下することを示している。したがって、薄いプラズモン生成層（クラッド層２７）を用いた場合、磁気メディアの加熱が少なくなることが予想される。以上から、磁界のピークと加熱のピークとの位置の隔たりを少なくすることと、記録メディアの効率的な加熱を得ることとの間にはトレードオフの関係にある。上述した先行技術文献はいずれもこのトレードオフや、これを有利に解決する方法について対処していない。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、ＴＡＭＲヘッド構造のプラズモンアンテナにおけるプラズモンモードと光学モードとの結合効率に著しい悪影響を及ぼすことなく、磁気メディアに対する最大磁界の印加点と、その磁気メディアに対する加熱点との間隔を最適化した熱アシスト磁気記録ヘッドを実現することにある。
本発明の他の目的は、熱アシスト磁気記録ヘッドの、プラズモンアンテナにおけるプラズモンモードと光導波路における光学モードとの結合の際のエネルギーロスを、最小限に抑えることにある。
本発明のさらに他の目的は、現在の熱アシスト磁気記録ヘッドの製造技術を著しく変更することなく、前述の目的を達成することにある。
上記目的は、ＣｏＦｅやＮｉＦｅ等の磁性材料のコアを有するＭＣＡと、このＭＣＡを覆い、可変厚の厚さに形成され、プラズモンモードを生じさせる、ＡｕやＡｇ等の非磁性高導電性金属のプラズモン生成層（ＰＧＬ：Plasmon Generating Layer）とを有する、ＴＡＭＲヘッドのプラズモンアンテナ構造を用いることにより達成される。ＰＧＬの厚さは、このＰＧＬにおける光学モードとプラズモンモードとの結合の結合長の範囲内で、この結合効率のロスを少なくすべく、十分な厚さとなるように設定されている。そして、ＰＧＬの厚さはＴＡＭＲヘッドのエアベアリング面に到達するに伴い急激に減少する。その結果、プラズモンアンテナの磁気コアの縁部は、ＰＧＬの縁部と、より近接することになる。これにより、磁界ピークと加熱ピークとの隔たりが減少することになる。このＰＧＬの薄い部分は、エアベアリング面に近接したＭＣＡの短いわずかな部分のみを占めるため、プラズモン結合の全効率に与える影響はほとんどない。
本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドは、
（Ａ１）通電された際に、磁気記録媒体に書き込みを行うための記録磁界を発生させる磁極と、
（Ａ２）電磁放射の放射源と、
（Ａ３）1対の側面を有する磁気コアと、エアベアリング面と平行な断面において前記1対の側面をコンフォーマルに覆う導電材料からなるプラズモン生成層とを含むプラズモンアンテナと、
（Ａ４）プラズモンアンテナに電磁放射を導くとともに、電磁放射と、プラズモンアンテナの内部で生成されたプラズモンモードとを結合させる導波路と
を備える。
ここでプラズモン生成層は、エアベアリング面と直交する方向において厚さが変化し、エアベアリング面に最も近い位置において最も薄く、かつ、導波路に隣接する領域内において最も厚い。プラズモンアンテナは、プラズモンモードにより生じたエネルギーを磁気記録媒体の局所領域へと輸送することにより、局所領域を加熱し、その保磁力および磁気異方性を減少させる。プラズモンアンテナの磁気コアは、記録磁界を局所領域へと導き、これにより局所領域における記録磁界の強度および勾配が、輸送されたプラズモンモードの熱エネルギーにおける熱エネルギープロファイルとの組み合わせにより、保磁力および磁気異方性が減少した領域において書き込みを行うための最良の状態を形成する。
本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドでは、電磁放射が光周波数の範囲内にあり、導波路が光導波路であるとよい。また、磁気コアは、磁性材料からなり、磁極と一体化され、磁極から突出するとともに磁極に沿って直線状に延びており、プラズモン生成層は磁気コアを覆うように形成されているとよい。また、磁気コアは、磁性材料からなり、磁極と同一直線上において磁極から一定の間隔で離間して配置され、プラズモン生成層は磁気コアを覆うように形成されているとよい。その場合、磁気コアは角柱状を有し、磁極と平行な底辺を有し、かつ磁極から１００ｎｍ未満の間隔で配置されているとよい。さらに、磁気コアと磁極との間の空間は、Ａｌ2Ｏ3またはＳｉＯ2などの絶縁性非磁性材料により満たされているとよい。プラズモン生成層は、いずれも同じ断面形状を有する一連の第１から第３の部分からなり、第１の部分は、プラズモンアンテナのエアベアリング面を起点として後方へ延在し、第１の長さおよび第１の厚さを有し、第２の部分は、第１の部分と第３の部分との間の遷移部を構成し、厚さが変化するものであり、第３の部分は第３の厚さを有するとよい。
本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドでは、磁気コアは、ＦｅＣｏもしくはＮｉＦｅである磁性材料より形成され、または、Ｆｅ（鉄）もしくはＣｏ（コバルト）の単体、あるいはＦｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）もしくはＢ（ホウ素）の化合物からなり、導電材料は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、もしくはＧｅまたはそれらの合金であるとよい。また、磁気コアは、磁極から物理的に離間しかつ磁極と同一直線上に位置する三角柱であり、プラズモン生成層は、三角柱の２つの側面と、それらの側面が交差する三角柱の頂点とをコンフォーマルに覆い、頂点とは反対側に位置し、かつ磁極から所定間隔を有するように離間しつつこれに隣接する三角柱の底辺が、導電材料からなる層により覆われずに露出しているとよい。また、磁気コアは、磁極の一体部分であるとともに、磁極から突出する三角形状の水平断面を有する三角柱であり、プラズモン生成層は、三角柱の２つの側面と、それらの側面が交差する三角柱の頂点とをコンフォーマルに覆うものであるとよい。頂点は、磁極に平行な直線状の縁部を形成しているとよい。あるいは、頂点は、磁極に平行な直線状の縁部である第１の部分と、第１の部分と連続し、磁極に向かってテーパ状となる直線状の縁部であってエアベアリング面において終了する第２の部分とを含んでいてもよい。また、プラズモンアンテナは、導波路と磁極との間に設けられ、プラズモンアンテナの頂点は、導波路と直に隣接して設けられ、三角柱の底辺が、磁極の側面と平行に並び、かつ側面から一定間隔を有するように離間しているとよい。


本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドでは、磁気記録シールドをさらに備え、その磁気記録シールドが、エアベアリング面に含まれる第１の面と、第１の面に平行であり、エアベアリング面から離れて位置し、導波路の端面に隣接しかつこれに平行な第２の面と、第１の面および第２の面に対して垂直であり、プラズモン生成層の頂点に隣接する第３の面とを有するものであってもよい。
本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドに関する各種構成例を、図７〜１０に示す。図７〜１０は、それぞれ、可変厚のＰＧＬを有するＭＣＡの近傍を模式的に表した図である。図７は、ＭＣＡと磁気記録用の磁極（ＭＰ：Magnetic Write Pole）とが一体化されている、すなわち、ＰＧＬ３２が、磁極３９と一体化された磁気コアとしての突起部３４を覆うように形成されている例である。図７（Ａ）は側方から眺めた図であり、図７（Ｂ）はエアベアリング面（ＡＢＳ）から眺めた図である。図７（Ｂ）に示したように、ＡＢＳにおいて、磁極３９は三角柱状の突起部３４と共に一体に成形されており、この突起部３４を覆うようにＰＧＬ３２が形成されている。光導波路３３は、ＭＣＡのＰＧＬ層３２に隣接し、その一部のみがＰＧＬ層３２と部分的に重なっている。したがって、光導波路３３の端面は、ＡＢＳに露出しておらず、ＡＢＳから一定の距離だけ後退した位置にある。なお、光導波路３３の端面は、ＡＢＳに露出していてもよい。
図８は、図７（Ｂ）に破線で示した中心線ＣＬに沿った縦断面図であり、ＰＧＬ３２（判別のために網掛けで示す）の厚さがＡＢＳと直交する方向（奥行き方向）に沿って変化している様子を示している。光導波路３３と対向する領域の肉厚部は、それよりもＡＢＳの近くに位置する肉薄部よりも、その奥行き方向の寸法が大きい。その結果、ＰＧＬ３２と光導波路３３との重複領域において、光学モードとプラズモンモードとの結合を効率的に生じさせるための十分な長さが確保されている。
図９（Ａ），９（Ｂ）は、本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドに関する他の構成例を表している。図９（Ａ）は側方から眺めた図であり、９（Ｂ）はＡＢＳと直交する方向から眺めた図である。図９（Ａ），９（Ｂ）に示したように、ＭＣＡ（磁気コア３１およびＰＧＬ３２）は、磁極３９から物理的に離間している。ＭＣＡは、ここでは独立した磁気コア３１を有し、ＰＧＬ３２により部分的に覆われている。この磁気コア３１と磁極３９との間の分離部ＧＰは、非導電性かつ非磁性の材料、好ましくはＡｌ2Ｏ3またはＳｉＯ2などの酸化物によって満たされている。分離部ＧＰの厚さは、好ましくは１００ｎｍ未満である。
図１０は、図９（Ｂ）に破線で示した中心線ＣＬに沿った縦断面図であり、ＰＧＬ３２（判別のために網掛けで示す）の厚さが奥行き方向に沿って変化している様子を示している。光導波路３３と対向する領域の肉厚部は、それよりもＡＢＳの近くに位置する肉薄部よりも、その奥行き方向の寸法が大きい。その結果、ＰＧＬ３２と光導波路３３との重複領域において、光学モードとプラズモンモードとの結合を効率的に生じさせるための十分な長さが確保されている。
図１１は、図７および図８または図９および図１０に示した構造のＴＡＭＲヘッドにおける縦断面をより詳細に示す模式図であり、ＡＢＳと直交する断面においてＰＧＬ３２の厚さが変化している様子を表している。図１１では、その様子をより厳密に示すために、ＭＣＡの、奥行き方向に沿った各位置での断面５０，５１および５２を示している。ＡＢＳに最も近接する部分３２Ａ（断面５２）の厚さＴ１は、最小となっており、好ましくは６０ｎｍ以下である。反対に、ＡＢＳから最も離れて位置する部分３２Ｃ（断面５０）の厚さＴ２は、部分３２Ａの厚さよりも１０ｎｍ以上厚い。さらに、それらの間の部分３２Ｂ（断面５１）の厚さは、厚さＴ２と厚さＴ１との間で単調に変化している。ＰＧＬ３２が占める範囲に相当するＭＣＡの全長ＴＬは、ＰＧＬ３２の最も薄い部分（すなわち、部分３２Ａ）が占める範囲の長さＬＡの２倍以上の長さであることが好ましい。
なお、実際の記録処理の際、図７〜図１０に示したＴＡＭＲヘッド（または以下に説明する各実施の形態のＴＡＭＲヘッド）は、磁極３９からＭＣＡを経たのち光導波路３３に至る方向、または光導波路３３からＭＣＡを経たのち磁極３９へ至る反対方向へと磁気メディアに対して移動可能である。そのような方向の選択は、可能な限り高い記録密度を得るための移動方向を決定づけるものである、磁気メディアにおける実際の磁界プロファイルと加熱プロファイルとによって左右される。したがって、ＭＣＡは、実際のＴＡＭＲヘッドの磁極３９におけるトレーリングエッジまたはリーディングエッジに設置することができる。ただし、いずれの場合においても、奥行き方向において厚みが異なるＰＧＬ層３２を用いることによってより高いプラズモン結合効率を得るという概念は同じである。
図１４は、図１２および図１３に示した２つのＭＣＡ構造について、プラズモン結合効率（図１４の縦軸）とＡＢＳにおけるＰＧＬの厚さとを比較したシミュレーション結果を表している。図１２は、奥行き方向において均一な厚さのＰＧＬ３２を有するＭＣＡ構造を示し、図１３は、図１１と同様、奥行き方向において徐々に厚さが変化する部分３２Ｂを含むＭＣＡ構造を示している。ここでは、ＰＧＬ３２はＡｕ（金）によって構成され、磁気コア３９はＦｅＣｏによって構成されていることを前提としている。図１２および図１３のいずれのＭＣＡ構造においても、ＭＣＡの全長ＴＬは２μｍである。図１２では、ＭＣＡが均一な厚さのＰＧＬ３２（ＡＢＳでの厚さＴ１と、ＡＢＳと反対側の端部（後端）での厚さＴ２とが一致（例えば１９０μｍ）するようなＰＧＬ３２）を有する。
図１３に示したように、奥行き方向において厚さの変化するＰＧＬ３２を有するＭＣＡの場合、薄肉部である部分３２Ａの長さＬＡは１００ｎｍとした。この部分３２Ａと連続する遷移部分としての部分３２Ｂの厚さは、２０ｎｍ〜２００ｎｍの間で変化する。部分３２Ｂの長さＬＢは２００ｎｍとした。さらに、肉厚部である部分３２Ｃの厚さは１９０ｎｍである。
図１４において、横軸はＡＢＳでのＰＧＬの厚さ（μｍ）を表し、縦軸はプラズモン結合効率を相対値で表している。また、曲線Ｃ１２は図１２に示したＭＣＡ構造におけるプラズモン結合効率を表し、曲線Ｃ１３は図１３に示したＭＣＡ構造におけるプラズモン結合効率を表す。図１４に示したように、ＰＧＬ３２は、ＡＢＳにおける厚さＴ＝２０ｎｍの位置において、曲線Ｃ１３は、曲線Ｃ１２と比較して約２倍のプラズモン結合（または生成）効率を発現していることがわかる。また、テーパ状に厚さが変化するＰＧＬ３２を有するＭＣＡ構造（図１３）が、均一な厚さのＰＧＬ３２を有するＭＣＡ構造（図１２）に対して有する優位性は、ＡＢＳにおけるＰＧＬ３２の厚さがさらに薄い場合において、よりいっそう大きくなるということが、図１４の曲線Ｃ１２，Ｃ１３の傾向から理解される。このような優位性は、光学モードとプラズモンモードとの結合が効率化した結果として、磁気メディアにおける十分に高い加熱を維持しつつ、磁界プロファイルと加熱プロファイルとの隔たりを減少させる上で、奥行き方向において厚さが異なるＰＧＬ３２を有するＭＣＡ構造が理想的なものであることを示している。
本発明のプラズモンアンテナの製造方法は、熱アシスト磁気記録ヘッドに適用されるプラズモンアンテナを製造する方法であって、
（Ｂ１）基体を準備する工程と、
（Ｂ２）基体にテーパ状のトレンチを形成する工程と、
（Ｂ３）少なくともトレンチをコンフォーマルに覆うように、第１の厚さを有すると共に導電材料からなる第１の層を形成する工程と、
（Ｂ４）マスク層を、第１の層の第１の部分を覆いつつ前記第１の層の背後の第２の部分を露出させるように選択的に形成する工程と、
（Ｂ５）少なくとも第１の層の第２の部分をコンフォーマルに覆う、導電材料からなる第２の層を第２の厚さとなるように形成する工程と、
（Ｂ６）マスク層を除去することにより、トレンチを、第１の部分において第１の厚さを有すると共に第２の部分において第１および第２の厚さの合計の厚さを有するプラズモン生成層によってコンフォーマルに満たされたまま残存させる工程と、
（Ｂ７）プラズモン生成層が形成されたトレンチに磁性材料による層を成膜することにより、プラズモン生成層が形成されたトレンチを磁気コアによって充填する工程と
を含むものである。
図１５〜図２１は、例えば図１３などに示した可変厚のＰＧＬ３２を有するＭＣＡ構造を効率的かつ有利に製造するための一連の製造工程を表す図である。なお、当業者であれば、後述する８つの実施の形態を製作する際に如何にしてこれらの製造工程を適用することができるかを理解することができる。これらの製造工程において、ＭＣＡは磁極３９のトレーリングエッジの上に形成される。図１５〜図２１のそれぞれの左側の図（Ａ）は、作製中の構造をＡＢＳから眺めた図であり、右側の図（Ｂ）は、ＡＢＳに対して垂直な面に沿ったＭＣＡの中心を通る縦断面図である。ＡＢＳは、各図（Ｂ）において最も右側の縁部に位置している。以下の工程は、各図に対応する製造工程を示している。
まず、図１５に示したように、非磁性の基体５１を準備する。次に、図１６に示したように、フォトリソグラフィ法またはエッチング法を用いて、基体５１にテーパ状のトレンチ５２を形成する。次に、図１７に示したように、トレンチ５２をコンフォーマルに覆う第１のＰＧＬ５３を成膜する。次に、図１８に示したように、第１のＰＧＬ５３の、最もＡＢＳ側の端部を覆うようにマスク５４を形成する。次に、図１９に示したように、マスク５４の背後の領域における第１のＰＧＬ５３を覆うように第２のＰＧＬ５５を成膜する。ＡＢＳから見た図では、第２のＰＧＬ５３の外形を破線にて示している。ただし、第２のＰＧＬ５３自体は、マスク５４の背後に隠れて見えない。次に、図２０に示したように、マスク５４を除去し、これにより階段状に形成された第１のＰＧＬ５３および第２のＰＧＬ５５を露出させる。最後に、図２１に示したように、第１のＰＧＬ５３と第２のＰＧＬ５５との双方を直接覆うように、磁性材料５６を堆積させるか、電気めっき処理を行う。磁性材料５６の成膜部分はＭＣＡの磁気コアとなり、第１のＰＧＬ層５３と第２のＰＧＬ層５５とは、この磁気コアを覆う階段状の厚さを有するＰＧＬとなる。
本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドによれば、プラズモン生成層の厚さをＡＢＳに近づくほど薄くなるようにしたので、近接場光の広がりを抑えることができ、磁気メディア上の、より微小な表面領域の加熱が可能となる。その結果、より高密度の磁気記録を実現することができる。また、本発明のプラズモンアンテナの製造方法によれば、上記本発明の熱アシスト磁気記録ヘッドに好適なプラズモンアンテナを簡便に製造することができる。
従来のＴＡＭＲヘッドの構成を表す模式図である。 図１に示す従来技術に係る構造の磁気プロファイルと加熱プロファイルとを模式的に示す特性図である。 従来技術に係る構造のプラズモンアンテナ・光導波路構造を示す模式図である。 図３に示した従来技術に係る構造におけるプラズモンアンテナ、光導波路、および磁気記録磁極の配置を示す図である。 図４に示す従来のプラズモンアンテナにおける、磁界プロファイルおよび加熱プロファイルを表す特性図である。 各種プラズモン生成層の厚さと、それらの層において生じる光学モードとプラズモンモードとの結合効率との関係のシミュレーション結果を示す特性図である。 本発明のＴＡＭＲヘッドにおける一構成例を表す模式図である。 本発明のＴＡＭＲヘッドにおける他の一構成例を表す模式図である。 図７に示したＴＡＭＲヘッドにおけるＡＢＳと直交する断面を表す模式図である。 図８に示したＴＡＭＲヘッドにおけるＡＢＳと直交する断面を表す模式図である。 図７に示したＴＡＭＲヘッドにおけるＡＢＳと直交する断面を表す他の模式図である。 比較例としてのＴＡＭＲヘッドにおけるＡＢＳと直交する断面を表す模式図である。 本発明の実施例としてのＴＡＭＲヘッドにおけるＡＢＳと直交する断面を表す模式図である。 ＰＧＬの厚さとプラズモン結合効率との関係を表す特性図である。 本発明のＴＡＭＲヘッドの製造方法における一工程を表す断面図である。 図１５に続く一工程を表す断面図である。 図１６に続く一工程を表す断面図である。 図１７に続く一工程を表す断面図である。 図１８に続く一工程を表す断面図である。 図１９に続く一工程を表す断面図である。 図２０に続く一工程を表す断面図である。 本発明の第１の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドを表す模式図である。 本発明の第２の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドを表す模式図である。 本発明の第３の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドを表す模式図である。 本発明の第４の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドを表す模式図である。 本発明の第５の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドを表す模式図である。 本発明の第６の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドを表す模式図である。 本発明の第７の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドを表す模式図である。 本発明の第８の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドを表す模式図である。
本発明の目的、特徴および利点は、以下に記載の好適な実施の形態の説明に照らして理解される。好適な実施の形態の説明は、添付図面に照らして理解される。
本発明の好適な実施の形態は、それぞれ、磁気メディアに高密度記録をもたらすためのＴＡＭＲヘッドである。このＴＡＭＲヘッドは、磁気コアと、奥行き方向（ＡＢＳと直交する方向）において厚さの変化する（可変厚の）プラズモン生成層（ＰＧＬ：Plasmon Generating Layer）とを含むプラズモンアンテナを備えている。ＰＧＬは、磁性材料よりなる柱状コアの少なくとも２つの側面をコンフォーマルに覆っている。柱状コアは、以下説明する各実施の形態では、例えば、ＡＢＳと平行な断面形状が三角形に近似し、かつ、奥行き方向においてその断面の大きさが変化している。ＰＧＬは、上記三角形の頂点と、この頂点をなす２つの両側とをコンフォーマルに覆っている。なお、他の形状のコアや、他のコンフォーマルなＰＧＬを用いてもよい。
ＰＧＬは、プラズモンモードの生成と輸送とを支えるものである。プラズモンモードは、ＰＧＬ層の最肉厚部における光学モードとの効率的な結合により生成され、光導波路などのデバイスによってアンテナへと案内される。光学モードは、光周波数レーザなどの隣接する光学的放射源により生成される。この磁気コアアンテナ（ＭＣＡ：Magnetic Core Antenna）を、磁気記録磁極（ＭＰ：Magnetic Write Pole）に隣接して配置することにより（ＰＧＬ層の最肉薄部がエアベアリング面に位置している）、磁気記録磁界が生じる。この磁気記録磁極のピーク強度およびピーク勾配は、プラズモンモードの近接場と重畳され、これにより磁気メディア上の同じポイントに対して加熱と書き込みとの双方が行われる。
上述したように、放射結合効率は、光学放射源からのエネルギーの損失を抑えつつ、ＰＧＬのうち最も肉厚の部分においてエッジプラズモンモードを生成する。その結果、これに付随したプラズモンの電磁近接場がＰＧＬの最小厚さ部分において発生し、記録磁界が発生するポイントに極めて近い磁気メディア上の微小表面領域に作用する。これにより、その微小表面領域において空間依存するプロファイルを有する熱エネルギーが発生し、微小表面領域の温度を上昇させる。記録ヘッドの磁極は、空間依存する磁界強度プロファイルを有する磁気記録磁界を発生させ、この磁気記録磁界は、上記プラズモン磁界と最適な形で実質的に重複した表面領域に作用する。熱エネルギー分布と磁界との空間的整合は、それらの分布域における最大勾配が互いに略重複するようなものとなっている。この重複により、磁気メディアの局所磁化を変化させる際の磁界の有効性が増し、磁気メディアに対する磁気記録が大きく強化されるとともに、磁気記録を非常に微細な表面領域に限定させることができる。
［第１の実施の形態］
図２２（Ａ）〜２２（Ｃ）は、それぞれ、第１の実施の形態に係るＴＡＭＲヘッドを模式的に示す側面図、光導波路３３を含むＡＢＳと平行な断面図、および、ＴＡＭＲヘッドのトラック幅方向における中心位置を通る縦断面図である。このＴＡＭＲヘッドは、磁極３９と、これと一体化された磁気コア３４と、この磁気コア３４を覆うように形成されたＰＧＬ３２と、ＰＧＬ３２と離間して対向するように配置された光導波路３３とを備えている。ここで、磁気コア３４およびＰＧＬ３２はプラズモンアンテナとして機能するものである。磁極３９および磁気コア３４は同種の材料からなり、一体成形されていることが望ましい。磁気コア３４は、奥行き方向を軸とする三角柱状の磁性体であり、そのうちの２つの側面をＰＧＬ３２がコンフォーマルな形状をなすように覆っている。
本実施の形態および他の実施の形態のいずれにおいても、磁極３９のＡＢＳから見た断面形状は、例えば台形の形状を呈している。また、プラズモンアンテナの磁気コア３４は、磁極３９の最も広い幅を有する面と接しており、頂点を光導波路３３へ向けている。磁気コア３４は、ＡＢＳと平行な断面において、磁極３９から最も離れた位置に位置する頂点において交わる２つの傾斜した側面を有する。磁気コア３４は、立体柱状の形状を有しているため、その頂点は、磁極３９の中心位置を通る中心線ＣＬ上に位置する。ＰＧＬ３２は、頂点と、この頂点を形成すべく互いに合流する２つのテーパ状の側面とを覆うように形成されている。図２２（Ｂ）に示したように、磁極３１およびプラズモンアンテナは、ＰＧＬ３２の頂点を通る中心線ＣＬに対して対称である。このことは、以下のすべての実施の形態でも同様である。
なお、以下に述べる第１から第４の実施の形態では、磁極３１からのＰＧＬ３２の頂点までの距離は一定となっている。これに対して、第５から第８の実施の形態の場合、ＰＧＬ３２の頂点は、ＡＢＳに近づくほど磁極３１へ徐々に近づくように変化している。
光導波路３３は、ＰＧＬ３２の頂点とは反対側に配置され、プラズモンを効率よく生成すべく、ＰＧＬ３２の最も肉厚な部分３２Ｃと隣接している。磁極３１は、書き込み処理の際、磁界を発生させることにより媒体粒子の磁化方向を反転させる。プラズモンアンテナは、磁気コア３４およびＰＧＬ３２と協働して、エッジプラズモンモードに由来する電磁エネルギーを磁気メディアへと輸送する。この時、電磁エネルギーが輸送される磁気メディアの微小領域は、その微小領域での保磁力および異方性を減少させるために加熱されることになる。プラズモンモードは、光導波路３３の内部の、プラズモンアンテナのＰＧＬ３２と結合する光学放射により生じる。プラズモンモードの電磁エネルギーは、磁気メディアがプラズモンモードに由来する電界エネルギーを吸収することにより、その磁気メディアにおいて局所的な加熱を発生させる。
ＰＧＬ３２の最も厚みの大きな部分３２Ｃは、ＡＢＳから最も離れた位置に設けられ、最もＡＢＳの近くに位置する最小厚さの部分３２Ａよりも、奥行き方向の長さが大きくなっている。部分３２Ａは、一端がＡＢＳに露出しており、そのＡＢＳに露出した位置において約６０ｎｍ以下の厚さを有している。また、部分３２Ａは、奥行き方向において約５００ｎｍ以下の長さを有している。ＰＧＬ３２の部分３２Ｃの厚さは、好ましくは部分３２Ａの厚さよりも１０ｎｍ以上大きいことが望ましい。部分３２Ａと部分３２Ｃとの間の遷移領域としての部分３２Ｂを含めたＰＧＬ３２の全長ＴＬは、部分３２Ａの長さＬＡの少なくとも２倍（すなわち、少なくとも１０００ｎｍ）であることが望ましい。光導波路３３と、ＰＧＬ３２との間の最小間隔は、好ましくは５０ｎｍ未満である。光導波路３３の端面は、ＭＣＡのＡＢＳから後退していることが好ましいが、ＡＢＳに露出していてもよい。
［第２の実施の形態］
図２３（Ａ）〜２３（Ｃ）は、第２の実施の形態を示す模式図である。第２の実施の形態は、磁極３９とＭＣＡ（磁気コア３１およびＰＧＬ３２）とが別体であり、分離された構成であること以外は、第１の実施の形態と同様である。なお、磁極３９と一体に設けられた磁気コア３４と区別するため、ここでは磁気コアの符号を３１とする。磁気コア３１は、本実施の形態では三角柱状の形状を有し、その頂点は、奥行き方向において磁極３９とほぼ平行に延在している。
書き込み処理の際、磁極３９からの磁界は、ＭＣＡの磁気コア３１をも磁化させることにより、磁極３９からの記録磁界に加えて磁気コア３１からの記録磁界も磁気メディアに対して及ぶこととなる。磁極３９とＭＣＡとの間の間隙領域は、好ましくは１００ｎｍ未満である。また、この間隙領域は、好ましくは非導電性かつ非磁性の材料（例えばＡｌ2Ｏ3またはＳｉＯ2などの酸化物が好ましい）により満たされている。
［第３の実施の形態］
図２４（Ａ）〜２４（Ｃ）は、それぞれ、第３の実施の形態に係るＴＡＭＲヘッドを模式的に示す側面図、磁気記録シールド３８を含むＡＢＳと平行な断面図、および縦断面図である。このＴＡＭＲヘッドは、第１の実施の形態と同様に、磁極３９と、磁気コア３４およびこれを覆う可変厚のＰＧＬ３２からなるＭＣＡとを備えたものである。ＭＣＡにおける磁気コア３４は、磁極３９と一体化されている。また、第１の実施の形態と同様に、光導波路３３が設けられている。光導波路３３は、光エネルギーとプラズモンエネルギーとの結合を最も効率的にすべく、ＰＧＬ３２の頂点に隣接し、かつ、このＰＧＬ３２の最も肉厚な部分と重なり合う領域に沿うように設けられている。書き込み処理の際、ＭＣＡの磁気コア３４により生じた磁界は、記録メディアへと輸送される。光導波路３３における光学モードは、ＰＧＬ層３２と結合し、プラズモンモードが生成される。このプラズモンモードは、ＭＣＡに沿ってＴＡＭＲヘッドのエアベアリング面に向かって輸送される。このプラズモンモードの近接場は、記録メディアへと作用し、その記録メディアを局所的に加熱する。ＰＧＬ３２は、ＡＢＳに近い部分の厚さが、ＡＢＳから離れた部分の厚さよりも薄くなっている。また、光学モードとプラズモンモードとの結合が効率よく発生するように、ＰＧＬ３２の肉厚部である部分３２Ｃは、その肉薄部よりも奥行き方向の長さが大きくなっている。部分３２Ａは、一端がＡＢＳに露出しており、そのＡＢＳに露出した位置において約６０ｎｍ以下の厚さを有している。また、部分３２Ａは、奥行き方向において約５００ｎｍ以下の長さを有している。ＰＧＬ３２の部分３２Ｃの厚さは、好ましくは部分３２Ａの厚さよりも１０ｎｍ以上大きいことが望ましい。部分３２Ａと部分３２Ｃとの間の遷移領域としての部分３２Ｂを含めたＰＧＬ３２の全長ＴＬは、部分３２Ａの長さＬＡの少なくとも２倍（すなわち、少なくとも１０００ｎｍ）であることが望ましい。光導波路３３と、ＰＧＬ３２との間の最小間隔は、好ましくは５０ｎｍ未満である。光導波路３３の端面は、ＭＣＡのＡＢＳから後退していることが好ましいが、ＡＢＳに露出していてもよい。
また、このＴＡＭＲヘッドでは、磁気記録シールド３８が、ＭＣＡに対して光導波路３３と同じ側に配置され、光導波路３３の端面とＡＢＳとの間に設けられている。ＰＧＬ３２の光導波路３３に対向する縁部と、磁気記録シールド３８との間の距離は、約１０ｎｍから５００ｎｍである。光導波路３３と磁気記録シールド３８との間の距離は、好ましくはＭＣＡの全長ＴＬ未満である。磁気記録シールド３８のＭＣＡに対向する端部の厚さは、好ましくは約５００ｎｍ未満である。ＰＧＬ３２の頂点は、ほぼ直線状に奥行き方向へ延在している。また、ＰＧＬ３２の材料による約１０ｎｍから２０ｎｍの厚さの薄い層を、磁気記録シールド３８の、ＰＧＬ層３２の頂点に対向する表面４８に成膜することもできる。これは、磁気メディアの加熱スポットの大きさを減少させる上で有効である。
［第４の実施の形態］
図２５（Ａ）〜２５（Ｃ）は、第４の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドの構造を表す模式図である。このＴＡＭＲヘッドは、磁極３９とＭＣＡ（磁気コア３１およびＰＧＬ３２）とが別体であり、分離された構成であること以外は、第３の実施の形態と同様である。書き込み処理の際、磁極３９からの磁界は、ＭＣＡの磁気コア３１をも磁化させることにより、磁極３９の磁界に加えて磁気コア３１からの磁界が磁気メディアに及ぶこととなる。磁極３９とＭＣＡとの間隔は、好ましくは１００ｎｍ未満である。この間隙領域は、好ましくは非導電性かつ非磁性の材料（例えばＡｌ2Ｏ3またはＳｉＯ2などの酸化物が好ましい）により満たされている。また、ＰＧＬ３２の材料による約１０ｎｍから２０ｎｍの厚さの薄い層を、磁気記録シールド３８の、ＰＧＬ３２の頂点に対向する表面４８に成膜することもできる。これは、磁気メディアの加熱スポットの大きさを減少させる上で有効である。
［第５の実施の形態］
図２６（Ａ）〜２６（Ｃ）は、第５の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドの構造を表す模式図である。このＴＡＭＲヘッドは、ＰＧＬ３２の頂点の縁部が、上述した各実施の形態のように磁極３９に対して平行な直線状の縁部となっていないこと以外は、第１の実施の形態と同様である。本実施の形態のＰＧＬ３２は、一端がＡＢＳに露出し、ＡＢＳから遠ざかるほど磁極３９へ近づくように傾斜する頂点の縁部４０を含む部分３２Ｄと、そのＡＢＳと反対側に設けられ、頂点の縁部が磁極３９と平行をなす部分３２Ｅとを有する。なお、頂点の縁部４０を傾斜させることにより、例えば、ＰＧＬ３２のＡＢＳと平行な断面でのエアベアリング面から見た断面形状の寸法がＡＢＳへ近づくほど減少することとなる。
［第６の実施の形態］
図２７（Ａ）〜２７（Ｃ）は、第６の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドの構造を表す模式図である。このＴＡＭＲヘッドは、第５の実施の形態と同様に、ＰＧＬ３２の頂点の縁部４０が磁極３１に対して傾斜していること以外は、第２の実施の形態と同様である。なお、頂点の縁部４０を傾斜させることにより、例えば、ＰＧＬ３２のＡＢＳから見た断面形状の寸法がＡＢＳへ近づくほど減少することとなる。
［第７の実施の形態］
図２８（Ａ）〜２８（Ｃ）は、第７の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドの構造を表す模式図である。このＴＡＭＲヘッドは、ＰＧＬ３２の頂点の縁部４０の一部が、磁極３９に対して傾斜していること以外は、第３の実施の形態と同様である。また、必須ではないが、磁気記録シールド３８のＰＧＬ３２に対向する縁部（表面４８）は、ＰＧＬ３２の傾斜した縁部４０に対してコンフォーマルな傾斜部をなしている。なお、縁部４０を傾斜させることにより、例えば、ＰＧＬ３２のＡＢＳから見た断面形状の寸法がＡＢＳへ近づくほど減少することとなる。
また、ＰＧＬ３２の材料による約１０ｎｍから２０ｎｍの厚さの薄い層を、磁気記録シールド３８の、ＰＧＬ３２の頂点に対向する表面４８に成膜することもできる。これは、磁気メディアの加熱スポットの大きさを減少させる上で有効である。
［第８の実施の形態］
図２９（Ａ）〜図２９（Ｃ）は、第８の実施の形態としてのＴＡＭＲヘッドの構造を表す模式図である。このＴＡＭＲヘッドは、プラズモンが伝播するＰＧＬ３２の頂点縁部４０が、磁極３９に対して傾斜していること以外は、第４の実施の形態と同様である。また、必須ではないが、磁気記録シールド３８のＰＧＬ３２に対向する縁部（表面４８）は、ＰＧＬ３２のプラズモン輸送縁部（頂点縁部４０）のテーパ部に対してコンフォーマルな傾斜部をなしている。なお、頂点縁部４０を傾斜させることにより、例えば、ＰＧＬ３２のＡＢＳから見た断面形状の寸法がＡＢＳへ近づくほど減少することとなる。
磁極３９とＭＣＡとの間隔は、好ましくは１００ｎｍ未満である。また、この間隙領域は、好ましくは非導電性かつ非磁性の材料（例えばＡｌ2Ｏ3またはＳｉＯ2などの酸化物が好ましい）により満たされている。また、ＰＧＬ３２の材料による約１０ｎｍから２０ｎｍの厚さの薄い層を、磁気記録シールド３８の、ＰＧＬ３２の頂点に対向する表面４８に成膜することもできる。これは、磁気メディアの加熱スポットの大きさを減少させる上で有効である。
当業者により理解されるように、本発明の好適な実施の形態は本発明を限定するものではなく、あくまで例示である。本発明のＴＡＭＲヘッドは、奥行き方向において厚さの変化するＰＧＬを有するプラズモンアンテナを備えることにより、光学モードとプラズモンモードとの結合が効率化され、磁気記録磁界およびその勾配が最大となるポイントと、表面加熱ポイントとの間の磁気メディア上の間隔を最適に保持することを可能とするものである。したがって、これを形成し、使用するための方法、プロセス、材料、構造、および寸法についての修正や変更は適宜なし得るものである。
３１…磁気コア、３２…プラズモン生成層、３３…光導波路、３４…突起部（磁気コア）、３９…磁極。

Claims (34)

  1. 通電された際に、磁気記録媒体に書き込みを行うための記録磁界を発生させる磁極と、
    電磁放射の放射源と、
    1対の側面を有する磁気コアと、エアベアリング面と平行な断面において前記1対の側面をコンフォーマルに覆う導電材料からなるプラズモン生成層とを含むプラズモンアンテナと、
    前記プラズモンアンテナに前記電磁放射を導くとともに、前記電磁放射と、前記プラズモンアンテナの内部で生成されたプラズモンモードとを結合させる導波路と
    を備え、
    前記プラズモン生成層は、エアベアリング面と直交する方向において厚さが変化し、エアベアリング面に最も近い位置において最も薄く、かつ、前記導波路に隣接する領域内において最も厚く、
    前記プラズモンアンテナは、前記プラズモンモードにより生じたエネルギーを前記磁気記録媒体の局所領域へと輸送することにより、前記局所領域を加熱し、その保磁力および磁気異方性を減少させ、
    前記プラズモンアンテナの前記磁気コアは、前記記録磁界を前記局所領域へと導き、これにより前記局所領域における前記記録磁界の強度および勾配が、前記輸送されたプラズモンモードの熱エネルギーにおける熱エネルギープロファイルとの組み合わせにより、前記保磁力および前記磁気異方性が減少した領域において書き込みを行うための最良の状態を形成する
    熱アシスト磁気記録ヘッド。
  2. 前記電磁放射が光周波数の範囲内にあり、前記導波路が光導波路である
    請求項１に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  3. 前記磁気コアは、磁性材料からなり、前記磁極と一体化され、前記磁極から突出するとともに前記磁極に沿って直線状に延びており、
    前記プラズモン生成層は前記磁気コアを覆うように形成されている
    請求項１に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  4. 前記磁気コアは、磁性材料からなり、前記磁極と同一直線上において前記磁極から一定の間隔で離間して配置され、
    前記プラズモン生成層は前記磁気コアを覆うように形成されている
    請求項１に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  5. 前記磁気コアは角柱状を有し、前記磁極と平行な底辺を有し、かつ前記磁極から１００ｎｍ未満の間隔で配置されている
    請求項４に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  6. 前記磁気コアと前記磁極との間の空間は、絶縁性非磁性材料により満たされており、
    前記絶縁性非磁性材料は、Ａｌ2Ｏ3またはＳｉＯ2である
    請求項５に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  7. 前記プラズモン生成層は、いずれも同じ断面形状を有する一連の第１から第３の部分からなり、
    前記第１の部分は、前記プラズモンアンテナのエアベアリング面を起点として後方へ延在し、第１の長さおよび第１の厚さを有し、
    前記第２の部分は、前記第１の部分と前記第３の部分との間の遷移部を構成し、厚さが可変であり、
    前記第３の部分は第３の厚さを有する
    請求項１に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  8. 前記第１の厚さが６０ｎｍ以下であり、
    前記第１の長さが５００ｎｍ以下である
    請求項７に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  9. 前記第３の厚さが、前記第１の厚さよりも１０ｎｍ以上大きい
    請求項８に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  10. 前記プラズモン生成層の前記第１の部分と、前記第２の部分と、前記第３の部分との全長が、前記第１の長さの少なくとも２倍である
    請求項７に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  11. 前記磁気コアは、ＦｅＣｏもしくはＮｉＦｅである磁性材料より形成され、または、Ｆｅ（鉄）もしくはＣｏ（コバルト）の単体、あるいはＦｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）もしくはＢ（ホウ素）の化合物からなり、
    前記導電材料は、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、もしくはＧｅ（ゲルマニウム）またはそれらの合金である
    請求項１に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  12. 前記磁気コアは、前記磁極から物理的に離間しかつ前記磁極と同一直線上に位置する三角柱であり、
    前記プラズモン生成層は、前記三角柱の２つの側面と、それらの側面が交差する前記三角柱の頂点とをコンフォーマルに覆い、
    前記頂点とは反対側に位置し、かつ前記磁極から所定間隔を有するように離間しつつこれに隣接する前記三角柱の底辺が、前記導電材料からなる層により覆われずに露出している
    請求項７に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  13. 前記磁気コアは、前記磁極の一体部分であるとともに、前記磁極から突出する三角形状の水平断面を有する三角柱であり、
    前記プラズモン生成層は、前記三角柱の２つの側面と、それらの側面が交差する前記三角柱の頂点とをコンフォーマルに覆う
    請求項７に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  14. 前記頂点は、前記磁極に平行な直線状の縁部を形成している
    請求項１２に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  15. 前記頂点は、前記磁極に平行な直線状の縁部を形成している、
    請求項１３に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  16. 前記頂点は、
    前記磁極に平行な直線状の縁部である第１の部分と、
    前記第１の部分と連続し、前記磁極に向かってテーパ状となる直線状の縁部であって前記エアベアリング面において終了する第２の部分と
    を含んでいる
    請求項１２に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  17. 前記頂点は、
    前記磁極に平行な直線状の縁部である第１の部分と、
    前記第１の部分と連続し、前記磁極に向かってテーパ状となる直線状の縁部であって前記エアベアリング面において終了する第２の部分と
    を含んでいる
    請求項１３に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  18. 前記プラズモンアンテナは、前記導波路と前記磁極との間に設けられ、
    前記プラズモンアンテナの頂点は、前記導波路と直に隣接して設けられ、
    前記三角柱の底辺が、前記磁極の側面と平行に並び、かつ前記側面から一定間隔を有するように離間している
    請求項１２に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  19. 前記プラズモンアンテナは、前記導波路と前記磁極との間に設けられ、
    前記プラズモンアンテナの頂点は、前記導波路に直に隣接して設けられている
    請求項１３に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  20. 前記プラズモンアンテナと前記磁極とは、エアベアリング面に露出した端面を有し、
    前記導波路の端面は、エアベアリング面から離れた位置にある
    請求項１６に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  21. 前記プラズモンアンテナと前記磁極とは、エアベアリング面に露出した端面を有し、
    前記導波路の端面は、エアベアリング面から離れた位置にある
    請求項１７に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  22. 前記プラズモンアンテナ、プラズモン生成層、および導波路は、前記磁極のリーディングエッジ側に形成されている
    請求項１に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  23. 前記プラズモンアンテナ、プラズモン生成層、および導波路は、前記磁極のトレーリングエッジ側に形成されている
    請求項１に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  24. 磁気記録シールドをさらに備え、
    前記磁気記録シールドは、
    前記エアベアリング面に含まれる第１の面と、
    前記第１の面に平行であり、前記エアベアリング面から離れて位置し、前記導波路の前記端面に隣接しかつこれに平行な第２の面と、
    前記第１の面および前記第２の面に対して垂直であり、前記プラズモン生成層の前記頂点に隣接する第３の面と
    を有する
    請求項２０に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  25. 前記第３の面は、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚さを有するプラズモン生成材料の層により覆われている、
    請求項２４に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  26. 磁気記録シールドをさらに備え、
    前記磁気記録シールドは、
    前記エアベアリング面に含まれる第１の面と、
    前記第１の面に平行であり、前記導波路の前記端面に隣接しかつこれに平行な第２の面と、
    前記第１の面および前記第２の面に対して傾斜しており、前記プラズモン生成層の前記頂点に隣接すると共に前記プラズモン形成層とコンフォーマルな形状を有する第３の面と
    を有する
    請求項２１に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  27. 前記第３の面が、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚さを有するプラズモン生成材料の層により覆われている、
    請求項２６に記載の熱アシスト磁気記録ヘッド。
  28. 熱アシスト磁気記録ヘッドに適用されるプラズモンアンテナの製造方法であって、
    基体を準備する工程と、
    前記基体にテーパ状のトレンチを形成する工程と、
    少なくとも前記トレンチをコンフォーマルに覆うように、第１の厚さを有すると共に導電材料からなる第１の層を形成する工程と、
    マスク層を、前記第１の層の第１の部分を覆いつつ前記第１の層の背後の第２の部分を露出させるように選択的に形成する工程と、
    少なくとも前記第１の層の前記第２の部分をコンフォーマルに覆う、導電材料からなる第２の層を第２の厚さとなるように形成する工程と、
    前記マスク層を除去することにより、前記トレンチを、前記第１の部分において第１の厚さを有すると共に前記第２の部分において前記第１および第２の厚さの合計の厚さを有するプラズモン生成層によってコンフォーマルに満たされたまま残存させる工程と、
    前記プラズモン生成層が形成されたトレンチに磁性材料による層を成膜することにより、 前記プラズモン生成層が形成されたトレンチを磁気コアによって充填する工程と
    を含むプラズモンアンテナの製造方法。
  29. 前記磁性材料として、ＦｅＣｏもしくはＮｉＦｅのいずれか、または、Ｆｅ（鉄）もしくはＣｏ（コバルト）の単体、あるいはＦｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）もしくはＢ（ホウ素）の合金を用い、
    前記導電材料として、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、もしくはＧｅ（ゲルマニウム）またはそれらの合金を用いる
    請求項２８に記載のプラズモンアンテナの製造方法。
  30. 前記テーパ状のトレンチが、三角形の水平断面形状を有する、
    請求項２８に記載のプラズモンアンテナの製造方法。
  31. 前記第１の部分が、５００ｎｍ以下の長さを有し、６０ｎｍ以下の厚さを有する
    請求項２８に記載のプラズモンアンテナの製造方法。
  32. 前記第２の部分が、前記第１の厚さよりも１０ｎｍ以上厚い第２の厚さを有する
    請求項２８に記載のプラズモンアンテナの製造方法。
  33. 前記第１の部分と前記第２の部分との前記合計の長さが、前記第１の部分の長さの２倍以上である
    請求項２８に記載のプラズモンアンテナの製造方法。
  34. 前記マスク層が、リフトオフ法またはエッチング法により除去される
    請求項２８に記載のプラズモンアンテナの製造方法。
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