JP5804844B2 - 一体型ヒートシンクを有する近接場トランスデューサを備えた熱アシスト記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、薄膜磁気書き込みヘッドの構造に関する。より具体的には、本発明は、リッジ導波管近接場光源として働く光学的開口が、空気軸受面に位置する放熱構成要素と一体化された、熱アシスト磁気記録用の薄膜書き込みヘッドの構造に関する。

例えばハードディスクドライブに使用される磁気媒体では、記憶ビットの高密度化が継続的に追求されてきたことにより、データセルのサイズ（量）は、セル寸法が磁性材料の粒子サイズによって制限されるところまで低減された。粒子サイズはさらに小さくすることもできるが、周囲温度でのランダムな熱揺らぎがデータを消去するのに十分となるため、セルに記憶されたデータがそれまでのように熱的に安定しない点が懸念される。この状態は超常磁性限界と称され、これが所与の磁気媒体についての理論上の最大記憶密度を決定する。この限界は、磁気媒体の保磁力を増加させるか、又は温度を低下させることによって引き上げることができる。ハードディスクドライブを商業用及び消費者用に設計する場合、温度の低下は実際的な選択肢ではない。保磁力の向上は実際的な解決法であるが、磁気モーメントがより大きい材料、又は垂直記録などの技術（又は双方）を用いた書き込みヘッドが必要となる。

さらにもう一つの解決法が提案されており、それは、熱を用いて磁気媒体表面上の局所領域の有効保磁力を低下させ；その加熱された領域に広い磁界でデータを書き込み；及び媒体を周囲温度に冷却することにより、データ状態を「固定」するものである。この技術は、広く「熱アシスト（磁気）記録」、ＴＡＲ又はＴＡＭＲと称される。熱は、極小だが強力な光源によって磁性基板に加えられ、それにより微細粒磁気媒体の異方性が低減される。より広い磁界寸法を有するヘッドによって生じるより緩い磁界勾配を用いることができ、それにより磁界源又は書き込みヘッドの厳しい寸法要件が緩和されるという利点が、可能性としてある。これは長手記録又は垂直記録の双方のシステムに適用可能であるが、当該分野の現在の技術水準で最も高密度のストレージシステムは、おそらく垂直記録システムであろう。媒体表面の加熱は、集束レーザビーム又は近接場光源など、数多くの技法によって達成される。高密度記録に有用であるには、加熱に利用される光源は直径が約５０ｎｍ以下でなければならない。これは、固体レーザなどの従来の光源の光回折限界をはるかに超えているため、近接場光源が好ましい加熱方法となっている。

近接場光を生じさせるために一般に用いられている一つの方法は、リッジ開口又は「Ｃ」字型開口である。デバイスは、導電性金属膜に設けられた矩形開口からなる。開口の中心部分まで、概して周囲金属膜の延長である導電性リッジが延在している。リッジと平行な方向に偏光した入射放射により、リッジの端部と反対側の開口境界との間の間隙に、リッジの近傍又は端部に出現する強力な近接場光パターンが生じる。

近接場光源は磁気媒体に加熱を生じさせるように位置決めされるが、一定の割合の熱が、磁気ヘッド、特にリッジ開口の周辺にも生成され得る。この加熱は、ＡＢＳにおけるヘッドの形状に作用し、ひいてはフライハイトに影響を及ぼし得る。ヘッドの加熱はまた、高温によって様々な膜及び構造の熱移動が加速され、相互拡散及び寸法上のスミアリングが引き起こされ得るため、ヘッドの信頼性及び性能にも影響を及ぼし得る。従って、適当な放熱機構を提供することで、近接場光源により発生して磁気ヘッドに放射される過剰な熱を放散させることが必要となり得る。

米国特許出願公開第２００８／０１４９８０９号明細書

改良された熱アシスト記録方法が必要とされている。

本発明の目的は、近接場光源であって、上部磁極端層と；上部磁極端層に磁気的に結合された磁極リップと；空気軸受面とほぼ同一平面上に位置する外表面を有する金属層であって、上部磁極端層と磁極リップとに熱的に結合された金属層と；金属層内に設けられ、且つ一側面が磁極リップによって境界されるリッジ開口であって、金属層が、リッジ開口を画定する内側境界に第１の厚さを有し、金属層が、金属層を画定する外側境界に、第２の厚さであって、第１の厚さより大きい第２の厚さを有する、リッジ開口と、を含む近接場光源、を有する熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッドを提供することである。

本発明の別の目的は、近接場光源であって、上部磁極端層と；上部磁極端層に磁気的に結合された磁極リップと；空気軸受面とほぼ同一平面上に位置する外表面を有する第１の金属層であって、上部磁極端層と磁極リップとに接触している金属層において、磁極リップとの接触部に第１の厚さを有し、それが第１の厚さより大きい第２の厚さに移行する、第１の金属層と；空気軸受面とほぼ同一平面上に位置する外表面を有する第２の金属層であって、第１の金属層に接触している第２の金属層と；第２の金属層内に設けられ、且つ一側面が磁極リップによって境界されるリッジ開口であって、第２の金属層が、リッジ開口との境界に、第２の厚さに移行する第１の厚さを有する、リッジ開口と、を含む近接場光源、を有する熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッドを提供することである。

本発明は、以下のその詳細な説明を考察することで、より良く理解され得るであろう。かかる説明は、添付の図面を参照する。

本発明の実施形態に係る、リッジ開口近接場光源と一体型ヒートシンクとを組み込む薄膜垂直書き込みヘッド設計の部分断面図である。 本発明の実施形態に係る、図１ａの細部１０１の部分断面拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係る、図１ａの垂直書き込みヘッドの部分空気軸受面図である。 本発明の第２の実施形態に係る、図１ａの垂直書き込みヘッドの部分空気軸受面図である。 本発明の第１の実施形態に係る、図２ａの断面Ｂ−Ｂに沿った部分平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る、図２ｂの断面Ｃ−Ｃに沿った部分平面図である。 本発明の実施形態に係る、図３ａ及び図３ｂの構造寸法を示す部分平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る、図２ａの断面Ｄ−Ｄに沿った部分平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る、図２ｂの断面Ｅ−Ｅに沿った部分平面図である。

近接場光源は、熱アシスト記録に用いられる媒体の加熱に有効である。しかしながら、強力な近接場光パターンはヘッドそれ自体に近接しているため、ヘッド温度が制御されない場合には、別の問題が生じ得る。それらの問題としては望ましくない熱膨張を挙げることができ、これはＡＢＳ近傍のヘッドの形状に作用し、ひいては空力効果に起因してフライハイトに影響が及び得る。ヘッド温度が高いと、デバイスの層間熱移動にも影響が及び、ひいては電気的性能及び長期信頼性に影響が及び得る。

熱負荷の影響を低減するために用いることのできる一つの方法は、リッジ（又は「Ｃ」）開口を取り囲む金属膜に熱的に結合されたヒートシンクを組み込むことである。好ましくは、この放熱機構は、伝導性金属を使用し、且つ膜厚を増加させることにより、近接場光源から出ていく低熱伝導経路を提供する。ヒートシンク面は、好ましくは空気軸受面（ＡＢＳ）又はその近傍に位置し、媒体とヘッドとの間の高圧空気層により提供される高伝導性の（拡散による）熱伝達の利点が活かされる。高圧は、媒体表面の上方をヘッドが「飛行する」ことに伴う空力効果により生じる。表面積及び横方向の伝導性を増加させると（膜厚を増加させることにより）、リッジ開口近傍の領域から出ていく熱伝達が増加する。

続いて説明する本発明の実施形態は、リッジ開口を有する近接場光源を開示する。しかしながら、当業者は、Ｈａｍａｎｎらによる（特許文献１）に記載されるものなど、単一の、及び／又は複数の近接場光パターンの双方を生成する２つ以上のリッジを有するものなどの他の幾何学的配置の近接場光を生成する開口もまた用いられ得ることを認識するであろう。

図１ａは、本発明の実施形態に係る、リッジ（又は「Ｃ」）開口近接場光源と一体型ヒートシンクとを組み込む薄膜垂直書き込みヘッド設計の部分断面図１００である。提示される構造を単純且つ明確にするため、間隔層、絶縁層、及び書き込みコイル層は省略している。書き込みヘッドは、下部リターン磁極層１０２、１つ又は複数のバックギャップ層１０４、上部リターン磁極層１０６、上部磁極端層１０８を含む。下部リターン磁極層１０２はまた、ＡＢＳに下部磁極端（図示せず）も有し得る。層１１０は光導波路である。クラッド層は、存在する場合にも、明確にするためこの図には含まない。層１１０は、バックギャップ層１０４の少なくとも一部分を通じて延在する。図１ｂに拡大図として細部１０１が示される。当業者は認識するであろうとおり、ＡＢＳ、バックギャップ層１０４、下部リターン磁極層１０２、並びに上部境界層１０６及び１０８によって境界される層１１２内には、コイル層（図示せず）及び様々な関連する絶縁層及びスペーサ層（図示せず）が備わり得る。層１０２、１０４、１０６、及び１０８は、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＦｅを含有する好適な磁性合金又は材料から構成される。層１１０は、好適な光伝送材料、好ましくは五酸化タンタル及び／又は二酸化チタンから構成される。

図１ｂは、本発明の実施形態に係る、図１ａの細部１０１の部分断面拡大図である。磁極リップ１１６は、上部磁極端層１０８と、任意選択の磁気ステップ層１１４とに磁気的に結合される。光透過層１１８（リッジ開口の境界内に含まれる）、リッジ金属層１２２、周囲金属層１２０、及び磁極リップ１１６が、光導波路１１０を介して光エネルギーの供給を受ける近接場開口光学源を含む。磁極リップ１１６及び任意の磁気ステップ層１１４は、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉを含有する好適な磁性合金から構成される。金属層１２０及びリッジ層１２２は、Ａｕ又はＡｕ合金から作製される。磁極リップ１１６は、５０〜１５０ｎｍ、好ましくは７５〜１２５ｎｍの値の、層１２０とほぼ等しい公称深さ（ＡＢＳから計測したとき）を有する。

図２ａは、本発明の第１の実施形態に係る、図１ａの垂直書き込みヘッドの部分空気軸受面図２００である。図１ａは、図２ａの断面Ａ−Ａに沿った図である。周囲金属層１２０と磁極リップ１１６とによってリッジ開口２０２が形成される。リッジ層１２２は、金属層１２０から開口内まで延在する。金属層２０４が、磁極端層１０８と磁極リップ１１６と金属層１２０とに熱的に結合される。ヘッドが動作している間の、層１２０、２０４、磁極リップ１１６、及び磁極端層１０８からＡＢＳの高圧空気膜を介した媒体への熱伝達により、放熱がもたらされる。光透過層１１８は、リッジ開口２０２を画定する周囲金属層１２０、１２２、及び１１６の境界内に含まれる。概して、層１１８は、好適な光透過性を有する誘電材料から構成される。金属層２０４は、典型的には、優れた熱導体であるとともにＡｕより硬い金属であるＣｒ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ及びＲｈで作製される。これらの材料はまた、優れた耐食性も呈する。硬さ及び耐食性は、ＡＢＳに使用される表面にとって、ヘッドの要求される寿命及び信頼性を提供するために重要である。好ましくは、金属層２０４はＲｕから構成される。

図３ａは、本発明の第１の実施形態に係る、図２ａの断面Ｂ−Ｂに沿った部分平面図３００である。金属層１２０の厚さ（ＡＢＳから内側に計測したとき）は、構造がリッジ開口の境界から延在するに従い漸進的に増加する。増加した厚さは１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であってもよく、しかし好ましくは２５０〜５００ｎｍである。この形状により、金属層２０４及び上部磁極端層１０８（図示せず、図２ａを参照）に至る薄層１２０内の伝導性熱伝達の向上が促進される。さらに、層１２０がＡＢＳに沿って延在すると、ＡＢＳの高圧空気膜を通じて媒体に熱を放散し得る熱伝達面積が増加する。熱伝達はまた、磁極リップ層１１６、金属層２０４、及び上部磁極端層１０８から媒体へも同様の形で起こる。伝導性熱伝達はまた、層１２０、２０４、１１６から上部磁極端層１０８を介してヘッドの本体内の他の構造へも起こり得るが、これは、記録媒体への伝導性／拡散性熱伝達と比較して重要ではないと予想される。

図４ａは、本発明の第１の実施形態に係る、図２ａの断面Ｄ−Ｄに沿った部分平面図４００である。金属層２０４の厚さ（ＡＢＳから計測したとき）は、その下側の金属層１２０の厚さと平行している。この厚さの増加により、リッジ開口から出ていく熱の伝導が向上するのみならず、上部磁極端層１０８への伝導も向上する。

図２ｂは、本発明の第２の実施形態に係る、図１ａの垂直書き込みヘッドの部分空気軸受面図２０１である。リッジ開口２０２、光透過層１１８、及びリッジ層１２２は、図２ａに説明したとおりである。しかしながら、より軟質の金属層１２０の横方向寸法が、図２ａの層１２０と比較して低減され、金属層２０６におけるより硬質の材料の部分に代えられている。金属層２０６は、上記の金属層２０４について挙げたものと同じ材料から構成される。この実施形態は、図２ａの実施形態と比較して、より硬質の金属を含む層２０６の表面積が増加しているため、ＡＢＳにおける摩耗特性の向上を提供する。層１２０、２０６、及び磁極リップ１１６からＡＢＳの高圧空気膜を介した媒体への熱伝達と、それに加えて、ＡＢＳにおけるその露出した表面積を介して同様に熱を媒体に伝達する上部磁極端層１０８への伝導とにより、放熱がもたらされる。

図３ｂは、本発明の第２の実施形態に係る、図２ｂの断面Ｃ−Ｃに沿った部分平面図３０１である。金属層１２０の厚さ（ＡＢＳから内側に計測したとき）は、構造がリッジ開口の境界から延在するに従い漸進的に増加する。増加した厚さは１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であってもよく、しかし好ましくは２５０〜５００ｎｍである。金属層１２０は、リッジ開口の両側で金属層２０６に移行する。金属層１２０と２０６とは密接に熱接触しており、リッジ開口からの熱伝達を促進する。熱伝達は、層１２０、磁極リップ層１１６、金属層２０６、及び上部磁極端層１０８からＡＢＳの高圧空気膜を介して媒体へと起こる。

図４ｂは、本発明の第２の実施形態に係る、図２ｂの断面Ｅ−Ｅに沿った部分平面図４０１である。金属層２０６の厚さ（ＡＢＳから計測したとき）は、その下側の金属層１２０及び２０６と平行している。

以下は、本発明の代表的な実施形態を提供する役割を果たすが、本発明の範囲、値域、及び機能を限定することを意図するものでは決してない。これらの例においては、図３ｃを参照されたい。図３ｃは、本発明の実施形態に係る図３ａ及び図３ｂの構造寸法を示す部分平面図３０３である。

実施例１：
本発明の第１の実施形態に係る図２ａ、図３ａ、図３ｃ、及び図４ａを参照のこと。
寸法３１４＝約４００ｎｍ
寸法３１８＝約６００ｎｍ
寸法３１６＝約１０００ｎｍ
寸法３１０＝約５７５ｎｍ
寸法３２０＝約１００ｎｍ
寸法３１２＝約３１０ｎｍ
寸法３０６＝約１５０ｎｍ
角度３０４＝約４５度
角度３０８＝約２０度
金属層１２０はＡｕから構成され、金属層２０４はＲｕから構成される。

実施例２：
本発明の第１の実施形態に係る図２ｂ、図３ｂ、図３ｃ、及び図４ｂを参照のこと。
寸法３１４＝約４００ｎｍ
寸法３１８＝約６００ｎｍ
寸法３１６＝約１０００ｎｍ
寸法３１０＝約５７５ｎｍ
寸法３２０＝約１００ｎｍ
寸法３１２＝約３１０ｎｍ
寸法３０６＝約１５０ｎｍ
角度３０４＝約４５度
角度３０８＝約２０度
金属層１２０はＡｕから構成され、金属層２０６はＲｕから構成される。

前述の実施形態は薄膜垂直書き込みヘッドを開示するが、当業者は、かかる設計が、少し変更することで、同様に薄膜長手書き込みヘッドにも適用可能であることを認識するであろう。

本発明は、これまでに説明した前出の実施形態によって限定されるものではない。むしろ、本発明の範囲は、それらの説明を、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物と併せて考慮することにより定義されるべきである。

１００ 部分断面図
１０１ 細部
１０２ 下部リターン磁極層
１０４ バックギャップ層
１０６ 上部リターン磁極層
１０８ 上部磁極端層
１１０ 光導波路
１１２ 層
１１４ 任意の磁気ステップ層
１１６ 磁極リップ
１１８ 光透過層
１２０ 周囲金属層
１２２ リッジ金属層
２００ 部分空気軸受面図
２０１ 部分空気軸受面図
２０２ リッジ開口
２０４ 金属層
２０６ 金属層
３０３ 部分平面図

Claims (18)

1. 近接場光源であって、
   上部磁極端層と、
   前記上部磁極端層に磁気的に結合された磁極リップと、
   空気軸受面とほぼ同一平面上に位置する外表面を有する金属層であって、前記上部磁極端層と前記磁極リップとに熱的に結合された金属層と、
   前記金属層に設けられ、且つ１辺が前記磁極リップによって境界されるリッジ開口であって、前記金属層が、前記リッジ開口を画定する内側境界に第１の厚さを有し、前記金属層を画定する外側境界に前記第１の厚さより大きい第２の厚さを有する、リッジ開口と、
   を含む近接場光源、
   を有し、
   前記金属層が第１の部分と第２の部分とを含む、
   熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
2. 前記金属層の内表面と接触する光導波路をさらに含み、
   前記リッジ開口が、前記光導波路と前記金属層の前記内表面との接触域に含まれる、
   請求項１に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
3. 前記リッジ開口が、前記金属層の前記第１の部分に設けられる、
   請求項１に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
4. 前記金属層の前記第２の部分が、前記上部磁極端層と、前記磁極リップと、前記金属層の前記第１の部分と、に熱的に結合される、
   請求項１に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
5. 前記金属層の前記第１の部分の膜厚が、前記リッジ開口の前記内側境界における前記第１の厚さから前記第２の厚さに移行する、
   請求項３に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
6. 前記金属層の前記第２の部分の膜厚が、前記磁極リップにおける前記第１の厚さから前記第２の厚さに移行する、
   請求項４に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
7. 前記金属層の前記第１の部分がＡｕを含む、
   請求項５に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
8. 前記金属層の前記第２の部分が、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、及びＲｕからなる群から選択される、
   請求項４に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
9. 前記金属層の前記第２の部分がＲｕを含む、
   請求項８に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
10. 前記第１の厚さが１００ｎｍ±５０ｎｍである、
    請求項１に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
11. 前記第２の厚さが３００ｎｍ±５０ｎｍである、
    請求項１に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
12. 近接場光源であって、
    上部磁極端層と、
    前記上部磁極端層に磁気的に結合された磁極リップと、
    空気軸受面とほぼ同一平面上に位置する外表面を有する第１の金属層であって、前記上部磁極端層と前記磁極リップとに接触し、前記磁極リップとの接触部分に第１の厚さを有し、それが前記第１の厚さより大きい第２の厚さに移行する、第１の金属層と、
    空気軸受面とほぼ同一平面上に位置する外表面を有する第２の金属層であって、前記第１の金属層に接触している第２の金属層と、
    前記第２の金属層に設けられ、且つ１辺が前記磁極リップによって境界されるリッジ開口であって、前記第２の金属層が、前記リッジ開口との境界に前記第１の厚さを有し、前記第２の厚さに移行する、リッジ開口と、
    を含む近接場光源、
    を有する熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
13. 前記第２の金属層の内表面と接触する光導波路をさらに含み、
    前記リッジ開口が、前記光導波路と前記第２の金属層の前記内表面との接触域に含まれる、
    請求項１２に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
14. 前記第２の金属層がＡｕを含む、
    請求項１２に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
15. 前記第１の金属層が、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、及びＲｕからなる群から選択される、
    請求項１２に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
16. 前記第１の金属層がＲｕを含む、
    請求項１５に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
17. 前記第１の厚さが１００ｎｍ±５０ｎｍである、
    請求項１２に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。
18. 前記第２の厚さが３００ｎｍ±５０ｎｍである、
    請求項１２に記載の熱アシスト記録用薄膜磁気ヘッド。

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