JPH0772929B2 - 磁気装置の磁極を形成する方法 - Google Patents

磁気装置の磁極を形成する方法

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JPH0772929B2
JPH0772929B2 JP2102756A JP10275690A JPH0772929B2 JP H0772929 B2 JPH0772929 B2 JP H0772929B2 JP 2102756 A JP2102756 A JP 2102756A JP 10275690 A JP10275690 A JP 10275690A JP H0772929 B2 JPH0772929 B2 JP H0772929B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高密度磁気記録のできる読み出し/書き込み装
置に関する。
磁気ヘッド等における磁束の伝導は2つのメカニズム、
すなわち、領域壁移動と領域回転によって行なわれる。
領域壁移動では、磁束は1つの領域あるいは複数の領域
の壁に沿ってヘッドを貫いて伝わり、平衡状態に戻ろう
としながら領域壁に沿って広がる。しかしながら、領域
壁移動は低周波数における磁束の伝導を促進はするが、
高周波数で磁束の伝導を行なう伝導手段としては劣って
いる。さらに、ヘッド材料の欠陥がバルクハウゼン・ノ
イズの原因となる可能性があると共に、この結果によっ
て壁移動が乱されることもある。このようなノイズは記
録データの読み取りでエラーを招く可能性がある。
第1a図は或る従来の薄膜ヘッドである磁気トランスジュ
ーサの磁極端領域10を概略的に示しており、これは磁気
媒体から磁束を読み出すとき領域回転による伝導を行な
うような形態となっている。磁極P1は中央磁気領域12を
備えており、この中央磁極領域は磁極の長手軸線に対し
て横断方向の静止領域状態矢印14で示す異方性軸線(イ
ージー軸線)を有する。磁極P1は全幅Wtであり、この全
幅は中央領域の幅Wcと縁領域の合計幅2Wxを含む。すな
わち、Wt=Wc+2Wxである。中央領域では、領域回転に
よる所望の伝導が生じる。バルクハウゼン・ノイズの可
能性は中央領域幅Wcに反比例する。
第1b図は十字形領域構造を備えた狭い幅を有する或る従
来の磁極片P1を示している。この構造では、各縁領域は
まだ幅Wxを有し、中央伝導セクションの幅は適切なもの
ではない。それ故、この場合には、Wt=2Wxである。
回転メカニズムによる磁極端における磁性切り換えは領
域壁移動による切り換えより好ましい。回転による切り
換えの利点は、周波数応答性が高く、効率が高く、バル
クハウゼン・ノイズの可能性が低いということにある。
静止領域形態は、部分的に、付着中に単軸異方性を生じ
させることによって制御される。従来の薄膜ヘッドにお
いては、正、負両方の磁気ひずみ(異方性ストレスと関
連する)が用いられてヘッド磁極片のめっき中に磁界に
よって生じる好適な領域形態を補強している。
代表的な薄膜ヘッドの異方性磁界(Hk)は次のように実
効、固有異方性によって表現することができる。すなわ
ち、 ここで、d=異方性ストレス、λ=磁気ひずみ定数、Ms
=飽和磁化。それ故、実効異方性磁界Hkは付着プロセス
ならびに磁極ジェオメトリの結果としての磁気ひずみと
異方性ストレスの適用を制御することによって高めるこ
とができる。
本発明の1局面は磁気装置の少なくとも1つの磁極を成
形する方法であって、選定した磁極幅について最大のパ
ーミアンスを決定する段階と、このパーミアンスを選定
磁極幅を有する磁極についての予想異方性磁界に関係付
ける段階と、この異方性磁界を付着流内の所望のコバル
ト濃度に関係付ける段階と、付着流からほぼ所望のコバ
ルト濃度を有する少なくとも1つの磁極を成形する段階
とを包含することを特徴とする方法に関する。好ましく
は、この方法は約−5.3×10-7〜0の範囲内の近ゼロ磁
気ひずみを有する磁極を成形し、この成形した磁極を約
なましする段階を包含する。
本発明は以下の特徴の任意のものを含み得る。すなわ
ち、成形済みの磁極の保持力が1エルステッド以下であ
ること。成形済みの磁極が、その先端のところで、1ミ
クロン厚より大きい3ミクロン幅であり、1500未満の透
磁率を有すること。成形済みの磁極の異方性磁界が3〜
14エルステッドの範囲にあること。磁極の異方性が焼な
まし前は9エルステッドであり、焼なまし後は12エルス
テッドであること。成形済の磁極が約1以下のエルステ
ッドの保磁力の場合に約0.5〜0.7の範囲にあるWc/Wt
比を有すること。成形済みの磁極が約13000ガウスの飽
和磁束密度を有すること。成形済みの磁極が約61.5〜66
重量%のニッケル、13〜14.5重量%の鉄、21〜24重量%
のコバルトであり、好ましくは、焼なまし後に重量で約
64.5%のニッケル、13.5%の鉄、22%のコバルトである
こと。成形済みの磁極が横断方向にイージー軸線を有
し、焼なましを行なうのに、磁極のイージー軸線に対し
て平行な方向性磁界において約8時間にわたって約240
℃で真空中で磁極をベークし、方向性磁界が好ましくは
約1100エルステッド以上であることである。
好ましい付着物質の浴は約20〜25重量%の範囲にあるコ
バルト成分を有するニッケル・鉄めっき浴であり、好ま
しくは、約3.65グラム/リットルの塩化コバルト・ヘキ
サヒドレートを有する。この浴は、好ましくは、改良さ
れたワット浴であり、塩化ニッケル、サッカリン・ナト
リウム、塩化第一鉄、塩化コバルトを含有する。
本発明の別の局面においては、薄膜ヘッドを製造する方
法が、ウェーハの蒸着面に磁極パターンを定める段階
と、陰極固定具にウェーハを取り付け、それをめっき浴
内に浸漬する段階と、磁気ひずみをほぼゼロに維持しか
つ所望の磁極パーミアンスを得るようにコバルト成分を
制御しながら磁極パターンに従ってコバルト合金磁極を
成形する段階と、成形した磁極を焼なましする段階とを
包含する。好ましくは、少なくとも1つの磁極を焼なま
しして、Wc/Wt比を0.5〜0.7の範囲とする。
他の利点および特徴は好ましい実施例についての以下の
説明と特許請求の範囲から明らかとなろう。
高密度記録では、狭いトラック幅を持ったヘッド設計が
必要であり、好ましくは、領域形態が第1a図に示すもの
でなければならない。これは磁極(単数または複数)の
幅Wtを減らすことによって達成されるが、このヘッド磁
極幅Wtが3ミクロンほどまで狭くされると、中央磁束伝
導領域幅Wcがゼロに近くなりがちであり、この場合の領
域構造は第1b図に示す公知の形態を採る。この時点で、
領域回転が磁束伝導の機能的なメカニズムとしての役割
りを失い、ヘッドの効率は低下することになる。したが
って、Wc/Wtの比は幅の狭いトラックを持つヘッドデザ
インでは意味を持つように思える。本発明者等が好まし
いとするWc/Wt比は0.5〜0.7の範囲にあり、少なくと
も、約3ミクロン幅の狭いトラック・ヘッドにおいて領
域回転を維持するためには、保磁力(Hc)の許容レベル
は約1エルステッド未満である。
本発明者等は、約1エルステッドは幅の狭いトラック
(たとえば3ミクロン)の読み出し/書き込みヘッドの
ための許容保磁力レベルのほぼ上限であるが、実際の望
ましい値は特定の幅と用途に依存することになると考え
ている。本発明の目的のためには或る所与のジェオメト
リに対する許容保磁力レベルは横断方向静止領域状態オ
リエンテーションを読み出しと書き込みの間で読み出し
前に再開させ得るレベルとして定義することができる。
本発明者等は、合金製磁気ヘッドにおいて或る許容保磁
力レベルに対する異方性磁界(すなわち、Hcに対する
Hk)を高めると、Wc/Wt比が改善され、第1a図の領域形
態をより良好に達成できることを見出した。それ故、も
しHk/Hc比が比較的高く保たれたならば(すなわち、
Hk、Hcが後述の許容レベルにある場合)、第1a図の領域
構造を得ることができる。
本発明者等は、Hk/Hc比は制御できたら好ましいと認識
している。一層詳しく言えば、また、本発明者等は、コ
バルトをニッケル・鉄合金に添加すると、Hk、Hcの両方
が率は異なっていても増大することを見出した。これは
グラフ2aと2bを比較するとわかる。グラフ2aにおいて、
Hc(エルステッド)が付着した薄膜内のコバルトの重量
パーセントの関数としてプロットしてある。第2b図で
は、めっき薄膜Hk(エルステッド)が薄膜内のコバルト
の重量パーセントの関数としてプロットしてある。した
がって、Hcの増大率はコバルト成分が約25重量%より多
い場合により急勾配となり、これに対して、Hkはコバル
ト成分のパーセンテージが高まるにつれてむしろ単調に
増大することがわかる。それ故に、コバルト成分を慎重
に選ぶことによって、ニッケル・鉄合金製の磁極の場
合、Hk、Hcの許容レベルが約25重量%以下のコバルトで
得られることになる。したがって、コバルトを調節する
ことによってHk/Hc比を所与の磁極について最適化する
ことができる。
加えて、本発明者等は、焼なましを行なうとめっき薄膜
のHk/Hc比を改善できることを発見した。真実、焼なま
し時にHcの変化は少ないか、あるいは、まったくない
が、Hkには有意の増大がある。Hkの焼なましによる変化
はコバルト成分の一次関数であるように見える。本発明
者等のテストでは、少なくとも、第2c図に示すようにコ
バルト0%から約43重量%までの範囲内では上記のよう
な考察を確認した。
さらに、本発明者等は、コバルト成分が少なすぎると、
磁極のHkが低すぎ、パーミアンスが低くなり、バルクハ
ウゼン・ノイズが高くなり、首尾一貫したプロセス結果
を欠くと考える。コバルトが多すぎると、保磁力が高く
なりすぎ、透磁率がかなり低下し、作られた磁極のパー
ミアンスが低くなる可能性がある。
パーミアンスPは透磁率μ、磁極幅Wt(マスク寸法によ
って影響を受ける)および磁極厚さT(付着パラメータ
によって影響を受ける)の積として定義される。パーミ
アンスは、第2図に示すように、所与の磁極幅Wtに対す
るHkに機能的に関係する。所与の磁極幅についてPの最
高値は透磁率と厚さ(この磁極の幅を含む)の種々のレ
ベルを有するサンプルをテストすることによって得るこ
とができる。パーミアンスは普通の方法で測定し得る。
こうして、ここで、領域形態、コバルト成分、Hk、Hc
それらの比、PおよびWc/Wt比を関係付けることができ
る。3ミクロンのニッケル・鉄合金の例では、コバルト
成分が低い場合、Hkは低くなる(第2b図参照)。Hkが低
くので、Pは相対的に低くなり(第2図の領域A参照。
曲線Wt=3μ)、Hk/Hc比も相対的に低くなる(第2a、2
b図を比較されたい)。コバルトが高い場合、Hkは高く
なる(第2b図参照)。Hkが高いため、P相対的に低くな
り(第2図の領域B参照。曲線Wt=3μ)。そして、Hc
も高くなるので(第2a図参照)、Hk/Hc比は再び相対的
に低くなる。
パーミアンスは所与の磁極の透磁率、厚さ、幅について
Hkの適切な値を選んだときに磁極で最高となる(第2図
の領域C参照。曲線Wt=3μ)。第2a図、第2b図に従っ
てコバルト成分を適切に選んだときにHk/Hc比は最適化
され得る。コバルト成分を焼なましによって調節した後
には最高のHk/Hc比を得ることができる。
したがって、Hk/Hc比を反映するWc/Wtもまた、有利に改
善され、その結果、非ゼロWc/Wk比(好ましくは、0.5〜
0.7の範囲)となり、Hcが許容できる低いレベルとな
り、第1a図の所望の領域形態を得ることができる。
本発明の実施に際して、選んだ磁極幅について磁気トラ
ンスジューサの少なくとも1つの磁極を成形する好まし
い方法は、所望の最適値Pを決定する段階と、このPを
第2図におけるような目標値Hkに関係付ける段階と、こ
の目標値Hk(焼なまし後の値)をそれを有するテスト・
サンプルを生じる既知のコバルト浴濃度に関係付ける段
階と、次いでこの濃度の浴内で磁極を成形する段階と、
この磁極を生なましして第2図の目標値Hkを得る段階と
を包含する。
好ましい方法および装置を第3a図、第3b図に関連して以
下に説明する。ここでは、マイクロリソグラフ式に定め
たレジスト・マスク磁極パターン24にある開口を通して
浴34からウェーハ基体22の上の導電性蒸着面26にコバル
ト含有ニッケル・鉄合金23を電着する。ウェーハ22は陰
極固定具28上に装着されており、めっきセル30内のめっ
き浴34内に浸漬されている。陽極32が浴内に設けてあ
り、めっき回路を完成している。
電流は外部給電装置(I)によってセルに供給され、め
っき浴34から金属薄膜の付着を生じさせる。このめっき
浴はニッケル、鉄、コバルトの金属塩のほかに緩衝剤、
ストレス制御剤および界面活性剤を含有するが、普通の
方法で操作することができる。
磁気源36がめっきセル30のまわりに配置してあり、ウェ
ーハ22の表面は電着中は均一な向きの磁界(矢印F)内
にある。磁界は磁極のイージー軸線(矢印EA)に対して
平行で、磁極長(矢印L)に対して直角に作用する。
本発明は改良されたワット浴で実施できる。好ましい結
果を得る浴は次の通りである。すなわち、 109g/l 塩化ニッケル(ヒドレーテッド) 25g/l 硼酸 0.8g/l サッカリン・ナトリウム 0.2g/l ラウリル硫酸ナトリウム 1−2g/l 塩化第一鉄(ヒドレーテッド) 0−9.75g/l 塩化コバルト(ヒドレーテッド、好まし
くは、3.65g/l) PH〜2.5 T〜25C 電流密度、5−10ミリアンペア/cm2 所望の薄膜を製造する別の方法としては、別に限定する
つもりはないが、スパッタ蒸着、真空蒸発、イオンめっ
き、スプラット・クーリング、無電解蒸着がある。さら
に、上述した以外の浴組成や合金も本発明の精神、範囲
内で考えられる。
付着後段階で、ウェーハは、好ましくは、磁極端の計算
減磁界より大きい磁界において真空中で焼なましする。
作用する磁界の軸線はめっき薄膜のイージー軸線に対し
て平行である。この方法では、第2c図に示すようなHk
変化が生じる。
1実施例では、本発明者等は、12エルステッドの最終Hk
を持った薄膜を製造するように努力した。本発明者等
は、3.65グラム/リットルの塩化コバルト・ヘキサヒド
レートの濃度の浴内で薄膜をめっきした。このとき、薄
膜のは9エルステッドであった。いくつかのサンプで
は、磁極イージー軸線に対して平行な、約1100エルステ
ッドの磁界内において約8時間にわたって約240℃で焼
なましした後のHkは12エルステッドであった。これらの
サンプルのコバルト成分21〜24重量パーセントの範囲に
あった。12エルステッドの焼なまし後Hkを生じる1つの
薄膜組成は、約64.5重量パーセントのニッケルと、13.5
重量パーセントの鉄と、22重量パーセントのコバルトで
ある。
本発明の実施にあたって、Hk/Hc比は、少なくとも、約
0から25重量パーセントのコバルトについては、25〜11
8の範囲にあると好ましい。22重量パーセントのコバル
トのとき、Hk/Hcは約109であった。
本発明の実施の際、めっき磁極の飽和磁束密度(Bs)を
高めて高線形密度用途について余分な書き込み能力を得
ることができる。特に、めっきしたニッケル・鉄薄膜の
Bsは薄膜のコバルト成分が増大するにつれて増大する。
これは高いBsコバルトが低いBsニッケル・鉄と置換する
からである。それ故、本発明のコバルト含有量の高い薄
膜はおそらくは約1300ガウスまで向上したBsを有すると
いう好結果を奏する。
前記のことに加えて、本発明の好ましい実施例は、さら
に、実効Hkにおける のプロセス容易化要件のに対する影響を最小限に抑える
段階も包含する。同時に、本発明者等は或る許容低レベ
ルのHcについて成形製品の固有Hkを高めてバルクハウゼ
ン・ノイズの可能性を低下させながら高パーミアンス磁
極内で所望のWc/Wtを達成した。好ましくは、磁気ひず
みは、少なくとも、25重量パーセトン以下のコバルトに
ついて、ゼロの負側およびゼロ付近に、好ましくは、−
5.3×10-7の範囲内に維持する。本発明者等は、サンプ
ルのめっき薄膜の磁気弾性感度を測定し、次に、普通の
要領で塩化ニッケル、塩化第1鉄の浴内濃度を調節し
て、次のサンプルが所望の磁気ひずみ組成となるか、あ
るいは、それに近いものとなるようにした。
上記の説明は磁極について行なったが、磁極端領域と磁
極ヨーク領域の間には差異があるかも知れない。P、
Hk、Hcの値は磁極端と磁極ヨークでは異なる可能性があ
り、所与の装置についてのこれらの変数の最適化を上記
の差異に照らして考慮しなければならない。
他の実施例は特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
第1a図は回転による磁束の伝導を行なえる磁極の磁極端
領域における領域形態を示す図である。 第1b図は磁極の十字形領域形態を示す図である。 第2図はめっき薄膜における異方性磁界の関数としてパ
ーミアンスをプロットしたグラフである。 第2a図はめっき薄膜内のコバルト成分の重量パーセント
の関数としてめっき薄膜保磁力をプロットしたグラフで
ある。 第2b図はめっき薄膜内のコバルトの重量パーセントの関
数としてめっき薄膜異方性磁界Hkをプロットしたグラフ
である。 第2c図はめっき薄膜内のコバルトの重量パーセントの関
数として異方性磁界Hkの変化をプロットしたグラフであ
る。 第3a図、第3b図は好ましい付着方法、装置を示す図であ
る。 図面において、22……ウェーハ、23……コバルト含有ニ
ッケル・鉄合金、24……レジスト・マスク磁極パター
ン、26……導電性蒸着面、28……陰極固定具、30……め
っきセル、32……陽極、34……浴、36……磁気源 高密度記録では、狭いトラック幅を持ったヘッド設計が
必要であり、好ましくは、領域形態が第1a図に示すもの
でなければならない。これは磁極(単数または複数)の
幅Wtを減らすことによって達成されるが、このヘッド磁
極幅Wtが3ミクロンほどまで狭くされると、中央磁束伝
導領域幅Wcがゼロに近くなりがちであり、この場合の領
域構造は第1b図に示す公知の形態を採る。この時点で、
領域回転が磁束伝導の機能的なメカニズムとしての役割
りを失い、ヘッドのい効率は低下することになる。した
がって、Wc/Wtの比は幅の狭いトラックを持つヘッドデ
ザインでは意味を持つように思える。本発明者灯が好ま
しいとするWc/Wt比は0.5〜0.7の範囲にあり、少なくと
も、約3ミクロン幅の狭いトラック・ヘッドにおいて領
域回転を維持するためには、保磁力(Ccの許容レベルは
約1エルステッド未満である。 本発明者等は、約1エルステッドは幅の狭いトラック
(たとえば3ミクロン)の読み出し/書き込みヘッドの
ための許容保磁力レベルのほぼ上限であるが、実際の望
ましい値は特定の幅と用途に依存することになると考え
ている。本発明の目的のためには或る所与のジェメトリ
に対する許容保磁力レベルは横断方向静止領域状態オリ
エンテーションを読み出しと書き込みの間で読み出し前
に再開させレベルレベルとして定義することができる。 本発明者等は、合金製磁気ヘッドにおいて或る許容保磁
力レベルに対する異方性磁界(すなわちHcに対するHk
を高めると、Wc/Wt比が改善され、第1a図の領域形態を
より良好に達成できることを見出した。それ故、もしHk
Hc比が比較的高く保たれたならば(すなわち、Hk、Hc
後述のの許容レベルにある場合)、第1a図の領域構造を
得ることができる。 本発明者等は、Hk/Hc比は制御できたら好ましいと認識
している。一層詳しく言えば、また、本発明者等は、コ
バルトをニッケル・鉄合金に添加すると、Hk、Hcの両方
が率は異なっていても増大することを見出した。これ
は、グラフ2aと2bを比較するとわかる。グラフ2aにおい
て、Hc(エルステッド)が付着した薄膜内のコバルトの
重量パーセントの関数としてプロットしてある。第2b図
では、めっき薄膜Hk(エルステッド)が薄膜内のコバル
トの重量パーセントの関数としてプロットしてある。し
たがって、Hcの増大率はコバルト成分が約25重量%より
多い場合により急勾配となり、これに対して、Hkはコバ
ルト成分のパーセンテージが高まるにつれてむしろ単調
に増大することがわかる。それ故に、コバルト成分を慎
重に選ぶことによって、ニッケル・鉄合金製の磁極の場
合、Hk、Hcの許容レベルが約25重量%以下のコバルトで
得られることになる。したがって、コバルトを調節する
ことによってHk/Hc比を所与の磁極について最適化する
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル マラリー アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01503 バーリン ボイルストン ロード 113 (72)発明者 アレン リー シードマン アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 02181 ウェルスリー リーウッド ロー ド 29

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁気装置のある選定された磁極幅を有する
    少なくとも1つの磁極を形成し焼なましする方法におい
    て、 (a)前記磁極によって発揮されるべきパーミアンスと
    して、該磁極が発揮しうる最大のパーミアンスを選定
    し、 (b)前記磁極によって発揮されるべき異方性磁界とし
    て、該磁極が前記選定されたパーミアンスを発揮する結
    果となるような異方性磁界を選定し、 (c)前記磁極が焼なまし後にほぼ前記選定された異方
    性磁界を有するようになるように、前記磁極を形成する
    ための付着物質の混合体内に必要とされるコバルトの濃
    度を決定し、 (d)前記付着物質の混合体から、ほぼ前記必要とされ
    るコバルトの濃度を有し且つ前記選定された異方性磁界
    の強度より低い強度の初期異方性磁界を有するように、
    前記少なくとも1つの磁極を形成し、 (e)前記磁極の前記初期異方性磁界がほぼ前記選定さ
    れた異方性磁界まで増大させられるように選択された仕
    方にて前記磁極を焼なましする、 ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】前記磁極は、ある基体へのスパッタ付着、
    ある基体への蒸着、イオンめっき、スプラットクーリン
    グ、電着、またはある基体への無電解付着によって形成
    される請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】磁気装置のある選定された磁極幅を有する
    少なくとも1つの磁極を形成する方法において、 (a)前記磁極によって発揮されるべきパーミアンスを
    選定し、 (b)前記磁極によって発揮されるべき異方性磁界とし
    て、該磁極が前記選定されたパーミアンスを発揮する結
    果となるような異方性磁界を選定し、 (c)前記磁極がほぼ前記選定された異方性磁界を有す
    るようになるように、前記磁極を形成するための付着物
    質の混合体内に必要とされるコバルト濃度を決定し、 (d)磁気ひずみをゼロ近くに維持し且つ前記磁極がほ
    ぼ前記選定されたパーミアンスを有するように該磁極の
    異方性磁界の強度を制御すべくコバルト含有量を制御し
    ながら、前記付着物質の混合体からコバルト合金磁極を
    形成する、ことを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】磁気装置のある選定された磁極幅を有する
    少なくとも1つの磁極を形成し焼なましする方法におい
    て、 (a)前記磁極によって発揮されるべきパーミアンスを
    選定し、 (b)前記磁極によって発揮されるべき異方性磁界とし
    て、該磁極が前記選定されたパーミアンスを発揮する結
    果となるような異方性磁界を選定し、 (c)前記磁極が焼なまし後にほぼ前記選定された異方
    性磁界を有するようになるように、前記磁極を形成する
    ための付着物質の混合体内に必要とされるコバルトの濃
    度を、約25重量パーセントより大きくないある濃度に決
    定し、 (d)前記付着物質の混合体から、ほぼ前記必要とされ
    るコバルト濃度を有し且つ前記選定された異方性磁界の
    強度より低い強度の初期異方性磁界を有するように、前
    記少なくとも1つの磁極を形成し、 (e)前記磁極の前記初期異方性磁界がほぼ前記選定さ
    れた異方性磁界まで増大させられるように選択された仕
    方にて前記磁極を焼なましする、 ことを特徴とする方法。
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