JP6050266B2

JP6050266B2 - 書込磁極を備える装置、磁性素子、およびデータライタ

Info

Publication number: JP6050266B2
Application number: JP2014006524A
Authority: JP
Inventors: チェ・シェン; ルオ・ヨン; ウェイ・タン; ドン・リン
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: JP2014149905A; US20140204485A1; CN103943115A; EP2757561A3; EP2757561A2; KR20140093625A; KR101563218B1; EP2757561B1; US8842390B2; CN103943115B

Description

概要
さまざまな実施の形態は、一般に高いデータビット密度のデータ記憶環境で使用可能な磁性素子に向けられる。

さまざまな実施の形態に従い、書込磁極は、第１および第２のサイドシールドと第１および第２の縦シールドとからなるボックスシールド内に構成され得る。書込磁極は、同じでない材料からなる少なくとも２つのギャップ層から構成される多層ギャップ構造によってボックスシールドから分離される。

さまざまな実施の形態に従い構成および動作される例示的データ記憶装置のブロック図である。図１のデータ記憶装置で使用可能な例示的磁性素子の断面ブロック図である。一部の実施の形態に従い構成される例示的磁性素子の一部を表わすＡＢＳビューのブロック図である。さまざまな実施の形態に従い構成される例示的磁性素子の断面ブロック図である。さまざまな実施の形態に従い構成される例示的磁性素子の一部を表わすＡＢＳビューのブロック図である。一部の実施の形態に従い構成される例示的磁性素子の一部を表わすＡＢＳビューのブロック図である。さまざまな実施の形態に従う、例示的データライタ製造ルーチンのフローチャート図である。さまざまな実施の形態に従う、例示的データライタ製造ルーチンの関連する例を示す図である。

詳細な説明
データ利用の普及により、データ記憶装置、特により速いデータアクセス時間およびデータアクセスのより高い信頼性を有する装置での、外形因子およびデータ容量の重要性が強調されている。速いデータアクセス時間と合わせたデータ記憶容量の増加は、データリーダ積層およびデータ書込磁極といったより小さいデータアクセスコンポーネントならびにさらに安定した磁気遮蔽に対応し得る。しかし、メッキされたコンポーネントの遮蔽は、磁場勾配、磁気モーメントおよび磁気特性の柔軟性といった磁気性能に悪影響を与え得る処理および設計上の複雑性を与え得る。逆に、機械加工されたデータアクセスコンポーネントの使用は磁気性能を維持可能とするが、台形形状の書込磁極といった形状のコンポーネントについての製造を困難にする。したがって、磁場および勾配を減少させることなく、機械加工によって外形因子が減少したデータ記憶装置を実施可能にする磁気シールド構成に対して工業的ニーズがある。

したがって、磁性素子はさまざまな実施の形態に従って構成でき、第１および第２のサイドシールドならびに第１および第２の縦シールドからなるボックスシールド内に少なくとも書込磁極を有し、書込磁極は同じでない材料からなる少なくとも２つのギャップ層から構成される多層ギャップ構造によってボックスシールドから分離される。同じでないギャップ層を用いることにより、書込磁極をシールドから磁気的におよび物理的に分離しながら、メッキ処理を用いずに書込磁極の整形を助ける機械加工ストップ層を提供可能となる。このような整形および機械加工された書込磁極は、高い書込磁場勾配および隣接トラックの干渉を減少させて、安定した磁気遮蔽を提供する。

書込磁極の周りに多層ボックスシールドを用いることは特定の実施の形態に限定されないが、図１はさまざまな実施の形態に従い調整された磁性素子を用いることができる例示的データ記憶装置１００のブロック図を示す。データ記憶装置１００は非限定の構成で示され、アクチュエーティングアセンブリ１０２は、トランスデューシングヘッド１０４を磁気記憶媒体１０６のさまざまな場所上に位置付けることができ、記憶されたデータビット１０８は所定のデータトラック上にある。記憶媒体１０６は、使用の際に回転する１つ以上のスピンドルモータ１１０に取付けられ、空気軸受け面（ＡＢＳ）１１２を生成し、その上にアクチュエーティングアセンブリ１０２のスライダ部１１４が浮上して、トランスデューシングヘッド１０４を含むヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１１６を、媒体１０６の所定部分上に位置付ける。

トランスデューシングヘッド１０４は磁気ライタ、磁気的に応答するリーダ、および磁気シールドといった１つ以上のトランスデューシングエレメントと構成することができ、動作して記憶媒体１０６の選択されたデータトラックからデータを書込みおよび読出す。このような態様で、アクチュエーティングアセンブリ１０２の制御された動きは、記憶媒体面上に規定されたデータトラックに対するトランスデューサの配列に対応して、データを書込み、読出し、および再度書込む。半径の幅がより小さいデータトラックではデータビット１０８がより高密度に位置付けられるので、ヘッド１０４は隣接するデータトラックのデータビットから磁束を間違って受取ることもあり、これはデータ記憶装置１００の性能を劣化させる磁気ノイズおよび干渉を引起こす。

図２は、形状因子が減少したデータトラックおよびより高密度に詰め込まれたデータビットの影響を緩和するために、磁気シールドで構成される例示的磁性素子１２０の断面ブロック図を示す。磁性素子１２０は１つ以上のデータアクセス素子を有することができるが、磁性素子１２０の磁気データライタ１２２の部分が示され、これは図１の媒体１０６といった、隣接する記憶媒体に対してデータを書込むよう動作可能である。磁気データライタ１２２は主要書込磁極１２４および少なくとも１つのリターン磁極１２６を有し、これは書込回路をもたらして隣接する記憶媒体に対して所定の磁気配向を与える。図２に示されるデータライタ１２４の非限定的構成において、２つのリターン磁極１２６の各々は後縁シールド１２８に隣接して接触し、磁極１２４および１２６の磁束が書込素子１２４の境界を越えて延在するのを防止する。各リターン磁極１２６は絶縁材１３２とさらに接し、これは書込磁極１２４および磁極１２６の磁気的分離を保持する。

磁性素子１２０のさまざまなシールドは、図１のビット１０８といった外部ビットと出会うタイミングについてその位置によって特徴付けられる。すなわち、データライタ１２２の前に外部ビットと出会うシールドは、「前縁」シールドとして、データライタ１２２の後ろにビットと出会うシールドは「後縁」シールドとして特徴付けられる。このような特徴は、トランスデューシング素子の「アップトラック」または「ダウントラック」との違いになり、これはデータトラック１３４および外部ビットに対する磁性素子１２０の進行方向に応じて、シールドは前縁または後縁、およびアップトラックまたはダウントラックのどちらかであり得る。

磁性素子１２０は、書込磁極１２４からの磁束をデータトラックに沿った所定のデータビットに収束させるよう構成されている複数の磁性シールドを有するが、より高いデータビット密度により、Ｚ軸に沿ってデータビットに磁束を与え得るより密度の高いデータトラックがもたらされている。書込磁極１２４に対してＺ軸にサイドシールドを加えることにより、書込磁極１２４の磁気的延長がより小さいデータトラック幅に従うよう調整できる。図３はさまざまな実施の形態に従い構成されている例示的データライタ１５０の部分のＡＢＳビューのブロック図であり、書込磁極１５８の周りにサイドシールド１５２、前縁シールド１５４、および後縁シールド１５６を有する。

示されるように、各サイドシールド１５２は調整されたシールド側壁１６０によって構成され、側壁１６０はＹ軸に対して第１の所定の配向Θ₁の角度を有し、Ｙ軸に対して第２の所定の角度配向Θ₂に調整されている対応する極側壁１６２に面する。さまざまな実施の形態は、一致するまたは異なる角度配向を有するようシールド１６０および極側壁１６２を調整し、それぞれのサイドシールド１５２に対して書込磁極１５８の距離が均一または変動し得る所定の書込ギャップ１６４を与え、サイドシールドの磁気飽和度といった、書込磁極１５８の磁気性能を制御する。

サイドシールド１５２の一方または両方は、先細りのフィーチャ１６６で構成でき、これは書込磁極１５８のダウントラック側にあるサイドシールド１５２間の距離を増加させる少なくとも１つのテーパ状の側壁１６８を提供し、この部分は前縁シールド１５４の先端１７０によって部分的にまたは全体的に対応し得る。図４は一部の実施の形態に従い形成されたデータライタ１８０の一部を示す断面ブロック図であり、書込磁極１８２はＡＢＳ上において前縁シールド１８４および後縁シールド１８６間に配置される。書込磁極１８２とそれぞれの前縁シールド１８４および後縁シールド１８６との間に非磁性のスペーサ１８８およびギャップ１９０の層を設けることにより、図３の書込ギャップ１６４を充填する非磁性材と共同して働き、「ボックスシールド」を提供し、ここで書込磁極は各々が所定の磁気性能を提供するよう調整されている非磁性材および磁気シールドによって取囲まれている。

書込磁極１５８に対するさまざまなシールドの調整された構成により、データライタ１５０の磁気的長さを減少させて、隣接するデータトラックのデータビットを除外して、所定のデータビットのみを確実に書込むことができる。しかし、サイドシールドを加えることは、書込磁極の製造および動作を複雑にし得る。なぜなら込み入った形状および寸法は構成するのが難しいからである。具体的には、サイドシールドおよび縮小されたデータライタの寸法は、メッキ工程に比べて書込磁極の機械加工を困難にし、その結果磁気モーメントおよび磁気柔軟性が低下し得る。

このような製造上の問題を念頭に、図５は例示的データライタ１９０の一部を表わすＡＢＳビューのブロック図であり、ボックスシールドは多層ギャップ構造２０２によって書込磁極２０４から分離され、メッキする代わりに有効に機械加工される。多層ギャップ構造２０２は、特定の材料、層の数、書込磁極２０４に対する配向を限定されていないが、示されるようにアルミナからなる非磁性ギャップ層２０６と、ルテニウムのような遷移金属材の機械加工ストップ層２０８とからなる。書込磁極２０４とそれぞれのサイドシールド２１０との間に非磁性ギャップ層２０６および機械加工ストップ層２０８を組合せることにより、単一の材料層よりも安定した磁気的分離を提供することができ、より小さい書込ギャップが用いられることになるのでこれは磁気的性能を増加させ、機械加工ストップ層２０８は機械加工動作がどこで終わるべきかを示すので、書込磁極２０４はめっきではなく機械加工によって製造可能となる。

今まで、このような精密な形状および寸法の機械加工は、図３に示されるように、少なくとも書込磁極およびサイドシールドの込み入った側壁角度により、時間がかかりかつ複雑であった。書込磁極２０４の困難かつ非現実的な機械加工は、所定の形状を有する溝が充填されるというめっき構成をもたらしていた。しかし、めっきされた書込磁極に対応するより低い磁気モーメントおよび低下した磁気柔軟性は、動作上の制限を与え得る。なぜなら、磁気コンポーネントは外形因子が低下したデータ記憶装置ではより集中することになるからである。こうして、多層構造２０２に少なくとも１つの機械加工ストップ層２０８を含めることは、製造の複雑性を最小限にし、書込磁極２０４の機械加工構成を可能にする。

さまざまな多層構造２０２の層の配向および材料は図５に示される構成に限定されないが、書込磁極２０４が後縁シールド２１４と書込磁極２０４との間のギャップ２１２を含む、非磁性ギャップ層２０６のアルミニウム酸化物といった非磁性材料で完全に取囲むことにより、磁気サイドシールド２１０、前縁シールド２１６および後縁シールド２１４が一体化されたボックスシールドとして働くことを可能にする。なぜなら、非磁性ギャップ層２０６および磁気前縁シールド２１６の非磁性先端２１８は、書込磁極２０４の磁気的分離を高めるからである。書込磁極２０４の周りにあるものは、さまざまな異なる態様で調整できる。たとえば、ギャップ層２０６および機械加工ストップ層２０８の厚さを全体的に異ならせる、または書込磁極２０４の選択された部分において異ならせて、書込磁極２０４の所定の量の磁気分離を縮小された寸法と釣り合うようにし、小さい外形因子、高いデータビット密度のデータ記憶装置をもたらす。

図６は、ボックスシールド２２２および図５の多層構造２０２と異なって調整される多層構造２２４で構成される例示的データライタ２２０の一部を示すＡＢＳビューブロック図であり、これはさまざまな実施の形態に従い調整される多層構造２２２の多様性を示すものである。多層構造２２４は、機械加工ストップ層２３０によって分離される第１の非磁性ギャップ層２２６および第２の非磁性ギャップ層２２８を含む。示されるように、第２の非磁性ギャップ層２２８は、書込磁極２３２の後縁に近位に位置付けられ、第１の非磁性ギャップ層２２６の延長であるレターボックス２３４の隣で接する。

第２の非磁性ギャップ層２２８の大きさ、材料および位置は、多様な態様で調整することができる。たとえば示されたレターボックス２３４の延長は書込磁極の前縁および後縁の中間点まであり、サイドシールド２３６の磁気飽和度が減少するなどの所定の動作特性をもたらす。このような調整により、一部の実施の形態において、複数の分離された第２の非磁性ギャップ層２２８の部分を機械加工ストップ層２３０とサイドシールド２３６との間に配置可能にし、ボックスシールド２２２の特定の領域内において書込磁極２３２の付加的磁気分離を提供する。

データライタ２２０の動作特性は、Ｚ軸に沿って測定される、レターボックス２３４の幅２３８を所定の長さに設定することにより調整できる。たとえば、幅２３８は第２の非磁性ギャップ層２２８間の距離よりも大きいが、後縁シールド２４０の全体の幅よりも小さくなり得る。多層構造２２４は、書込磁極２３２の前縁と前縁シールド２４２との間のインターフェイスを非磁性前縁先端２４４で調整可能にし、これはサイドシールド２３６の前縁側壁２４６の角度的構成が書込磁極２３２の磁極側壁２４８と異ならせることを含む。すなわち、前縁側壁２４６および前縁シールド２４２は非磁性材２４４および角度のついた配向で調整でき、後縁エッジの磁気分離量と異なる所定の量の磁気分離を書込磁極２３２の前エッジに提供することができる。

多数の非磁性ギャップ層を使用することは、材料の選択によって書込磁極２３２の磁気的分離を調整できる機能を提供する。非限定的例として、第１のギャップ層２２６にアルミナを用い、第２のギャップ層２２８にＳｉＯ₂を用いて、書込ギャップ２５０内に変動する磁場勾配を設けることができる。このような多様な多層構造２２４の調整オプションにより、データライタ２２０は、高密度に詰め込まれたデータビットに対して迅速なデータアクセスをもたらす、より大きいまたは小さい分離を可能にするよう、書込磁極２３２の部分に対する磁気分離を調整することにより、多様なデータ環境に対応することができる。

書込磁極の性能を最適化するために可能な非限定的多層構造の構成の多様性により、磁性素子の構成は磁気動作を調整するための一連の一般的および特定的判断を受けることができる。図７Ａおよび図７Ｂは多様な実施の形態に従い行なわれる例示的データライタ製造ルーチン２６０を示し、多層構造の構成により書込磁極の磁気的分離を調整する。ルーチン２６０では、まずステップ２６２において前縁シールドを形成し、これは基板２８４の凹所内に形成される前縁シールド材２８２を有するエレメント２８０によって示される。

つづいてステップ２６４および２６６は傾斜した構造を作成し、書込磁極を形成する。エレメント２９０はステップ２６４および２６６に対応し、非磁性スペーサ層２９２、書込磁極材２９４および書込磁極ハードマスク２９６を含む傾斜した部分および書込磁極積層を有する。ステップ２６６はさらに書込磁極のエッチングおよび機械加工を含むことができ、エレメント３００によって示される非磁性前縁シールド先端２９８といった所定の前縁シールドおよび書込磁極構成を提供する。次に、ステップ２６８は所定の数の層、材料、サイズおよび位置で多層ギャップ構造を生成する。エレメント３１０は機械加工ストップ層３１６によって分離される２つの非磁性ギャップ層３１２および３１４を示し、各々は連続的に延在して書込磁極２９４を取囲む。

多層ギャップ層が生成されると、ステップ２７０では外側の非磁性ギャップ層の一部を機械加工ストップ層まで機械加工する工程に入る。ステップ２７０の機械加工は、エレメント３２０で示されるように、書込磁極の後縁部分から、多層ギャップ構造および書込磁極ハードマスクの平坦化をさらに含むことができる。機械加工動作が終了すると、ルーチン２６０はステップ２７２およびエレメント３３０に進み、サイドシールド３３２は書込磁極の両側に、多層ギャップ構造と接するよう当接して、形成される。

サイドシールドの形成により、ルーチン２６０は判断２７４に進み、ここでレターボックス３３４が含まれるか否かが検討される。判断２７４でレターボックス３３４が選択されると、ステップ２７６では所定の幅での形状を有するレターボックスマスクを生成し、ステップ２７８で後縁シールド３３６が形成されたあとにレターボックス３３４を形成する。レターボックス３３４を含まないという判断の場合は、ステップ２７８に進み、非磁性インサート３３８が書込磁極の上に生成されて多層ギャップ構造を完成させ、書込磁極を後縁シールド３３６から磁気的に分離する。

ルーチン２６０のさまざまなステップおよび判断により、データライタは多層ギャップ構造を有して書込磁極が調整された磁気分離で構成することができる。しかし、図７Ａおよび図７Ｂに示されるルーチン２６０のさまざまなステップおよび判断は不要であったり、また限定されるものではない。なぜなら、多様な判断およびステップは、省略、変更、および追加することができるからである。一例として、多層ギャップ構造において何枚の層を含めるべきかを判断するために、付加的判断を検討することもできる。

多層ギャップ構造の調整された構成により、書込磁極の磁気性能を対応させて、書込磁極の後ろエッジのように、特定の部分ではより大きい磁気分離を提供し、書込磁極の前エッジのように、他の部分では磁気分離を減少させることができる。このように調整された多層ギャップ構造は、書込磁極を構成するために機械加工動作の使用をさらに可能にし、これはめっきされた書込磁極と比べてより安定した磁気性能を提供する。外形因子が低下した環境で所定の磁気分離を備えて機械加工された書込磁極を形成できることは、データライタが近代的高データビット密度の、外形因子が減少したデータ記憶装置で実現されることを可能にする。

さらに、実施の形態は磁気的書込に向けられているが、クレームに記載の発明は任意の他の用途でも、データ記憶装置の用途でも、容易に用いることができる。本明細書の多様な実施の形態のさまざまな特徴および構成が、多様な実施の形態の構成および機能の詳細とともに示されているが、詳細な説明は例示的なものであり、細かいところで変更することができ、特に本開示の原理内において、部分の構成および配置は、添付の特許請求項の用語の広い一般的な意味が及ぶ限りにおいて変更することができる。たとえば、特定のエレメントは、現在の技術の精神および範囲から逸脱することなく、特定の用途に応じて変わり得る。

Claims

装置であって、第１および第２のサイドシールドならびに第１および第２の縦シールドを含むボックスシールド内に書込磁極を備え、前記書込磁極は、同じでない材料からなる少なくとも２つのギャップ層を備える多層ギャップ構造によって前記ボックスシールドから分離され、前記多層ギャップ構造は、機械加工ストップ層によって分離される第１および第２の非磁性ギャップ層を含む、装置。
前記多層ギャップ構造は、各シールドを前記書込磁極と物理的に接続させる、請求項１に記載の装置。
前記多層ギャップ構造は、前記書込磁極を連続的に取囲む、請求項１に記載の装置。
磁性素子であって、第１および第２のサイドシールドならびに第１および第２の縦シールドを含むボックスシールド内に書込磁極を備え、前記書込磁極は、機械加工ストップ層によって分離される第１および第２の非磁性ギャップ層を含む多層ギャップ構造によって前記ボックスシールドから分離され、前記非磁性ギャップ層および機械加工ストップ層の少なくとも２層は同じでない材料から形成される、磁性素子。
データライタであって、第１および第２のサイドシールドならびに第１および第２の縦シールドを含むボックスシールド内に書込磁極を備え、前記書込磁極は、同じでない材料からなる少なくとも２つのギャップ層を備える多層ギャップ構造によって前記ボックスシールドから分離され、前記多層ギャップ構造は、機械加工ストップ層によって分離される第１および第２の非磁性ギャップ層を含み、前記多層ギャップ構造の少なくとも１つの第１のギャップ層は、サイドシールドおよび後縁シールド間のレターボックス領域に延在する、データライタ。