KR100234187B1 - 박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자래핑가이드 저항소자에 관한 것으로서, 도전물질로 형성된 래핑가이드 저항체에 관통공이 열을지어 형성된 관통공 어레이가 상호 나란하게 다수 배열되고, 상기 관통공 어레이 각각의 관통공의 개수가 상기 래핑가이드 저항체의 폭의 변화에 따라 점차적으로 증가 또는 감소하도록 형성되고, 래핑가이드 저항체의 양측에 접속된 도전패드를 통해 측정된 전기적 저항값의 변화를 판별하여 갭의 깊이를 제어하는 것과 광학적 현미경으로 잘려나간 면을 통해 관측되는 관통공의 개수를 파악함으로써, 갭의 깊이를 제어할 수 있기 때문에 연마재에 의한 전기적 단락 및 잡음에 대해서도 작업의 중단없이 박막자기헤드의 갭 깊이 제어를 정밀하게 수행할 수 있다.

Description

박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자

본 발명은 박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자에 관한 것으로서, 상세하게는 박막자기헤드를 제조함에 있어서, 박막자기헤드의 수율 및 특성변화에 가장 중요한 갭 깊이(throat height)를 정밀하게 제어하여 가공할 수 있는 박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자에 관한 것이다.

박막자기헤드는 HDD(hard disk drive)나 디지탈 오디오 시스템 등에 사용되는 것으로서, 정보 기록 매체에 정보를 기록하거나, 기록된 소정의 데이타를 읽어 재생시키기 위한 부품이다.

도 1은 그와 같은 박막자기헤드의 구성을 개략적으로 나타내 보인 단면도이다.

도 1을 참조하면, 박막자기헤드(1)는 상부자성층(2) 및 하부자성층(3) 사이에 마련된 다수의 권선 코일부(4)가 상호 소정 간격으로 이격되어 설치되고, 그 권선코일부(4)와 상기 상부자성층(2) 사이에는 절연층(5)이 형성되어 있는 구조를 가진다.

이와 같은 박막자기헤드(1)에 있어서, 갭 깊이(d)는 박막자기헤드(1)의 특성을 결정짓는 중요한 요소로서, 기록밀도가 점점 고밀도화 됨에 따라 보다 정밀한 제어/가공이 요구되고 있다. 갭 깊이(d)가 짧아 질수록 신호의 해상도, 신호의 크기 및 신호의 기록 특성이 향상된다. 따라서, 고 기록밀도를 얻기위한 갭 깊이(d)의 제어/가공 범위가 마이크로미터 이하까지 요구된다.

박막자기헤드의 제조공정 중에 갭 깊이(d)의 가공 정도를 제어하기 위한 종래의 방법을 살펴본다.

도 2는 박막자기헤드의 갭 깊이 제어/가공을 위한 종래의 웨이퍼 상에 형성된 광학적 래핑가이드 소자를 발췌 도시한 사시도이다.

도시된 바와 같이, 웨이퍼(10) 상에 띠상의 패턴(11)을 다수 나란하게 형성한다. 여기서, 띠 상의 패턴(11)들은 절삭방향(S)에 수직인 래팽면을 향하는 선단부들이 래핑면에 나란한 직선상에 위치하고, 배열방향으로 순차적으로 길게 형성되어 있다. 실질적으로 웨이퍼(10)는 박막자기헤드(도 1참조)를 구성하는 다수의 박막층이 적층된 구조를 그 일측에 갖는다.

이와 같은 광학적 래핑가이드 소자를 이용한 박막자기헤드의 깁 깊이 제어/가공은 현미경과 같은 메저스코우프(measurescope)를 사용하여 절삭방향(S)에서 래핑면을 관찰하면서, 래핑면에 수직한 방향으로 건식법에 의해 절삭을 진행시키면서 수행된다. 이때, 전체 패턴(11)이 같이 절삭되면서, 절삭진행방향(S)에 대한 길이가 가장 짧은 패턴(11)이 먼저 잘려나가고, 다음으로 길이가 짧은 패턴(11)이 순차적으로 제거되어 현미경을 통해 관측되는 패턴(11)수가 점차 점차 줄어들게 된다. 따라서, 절삭 가공을 진행하면서 관측되는 잔존 패턴(11)수에 따라 원하는 갭 깊이의 가공정도를 판단할 수 있다. 그러나, 이와 같은 광학적 래핑가이드 소자에 의한 갭 깊이 제어/가공은 갭 깊이의 정밀 제어가 패턴(11)들의 길이 차이에 의해 결정되기 때문에, 패턴(11)들의 길이를 차등시키는 마스크 형성의 제작오차 및 육안에 의한 검사오차 범위의 제한으로 인해 통상적으로 0.2μm이하의 정밀도를 얻기 어려운 단점이 있다.

또 다른 방법으로서 전기적 저항 변화를 통하여 연마의 진행거리를 확인할 수 있는 전기적 래핑가이드 방법이 있다.

도 3은 박막자기헤드의 갭 깊이 제어/가공을 위한 또다른 종래의 전기적 래핑가이드 소자의 형상을 나타내보인 평면도이다.

도시된 것처럼, 한 쌍의 도전패드(21) 사이에 래핑가이드 저항체(20)가 마련되고, 래핑가이드 저항체(20)의 내부에는 절단진행방향(S)으로 순차적으로 배열된 관통공(22)이 형성된다. 이와 같은 전기적 래핑가이드 소자를 이용한 박막자기헤드의 깁 깊이 제어/가공은 도전패드(21)에 저항측정장치의 프르브(probe)를 연결시키고, 연삭기로 절단진행방향(s)을 따라 절삭을 진행하면서 측정되는 저항값의 변화를 통해 절삭이 제어된다. 이때 절삭과정동안 측정되는 저항값이 래핑가이드 저항체(20)의 길이 감소에 따라 관통공(22)을 향하는 영역에서 점차적으로 증가하고, 이후 관통공(22)역역을 거치는 동안 일정하게 유지되다가 관통공(22) 영역을 지나게 되면 다시 증가하기 때문에 절삭진행거리를 보다 용이하게 판단할 수 있다.

그러나, 절삭진행 과정중 연마재가 저항체(20)에 부분적으로 도포 되거나, 심할 경우 도전패드(21) 양단에 걸쳐 형성되면 전기적 단락이 발생되어 갭 깊이를 정밀하게 제어하는데 장애가 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 광학적 래핑 가이드와 전기적 래핑가이드의 장점을 살려 갭 깁이를 보다 정밀하게 제어할 수 있는 박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 박막자기헤드의 구조를 도시한 단면도.

도 2는 박막자기헤드의 갭 깊이 제어/가공을 위한 종래의 웨이퍼 상에 형성된 광학적 래핑가이드 소자를 발췌 도시한 사시도.

도 3은 박막자기헤드의 갭 깊이 제어/가공을 위한 또다른 종래의 전기적 래핑가이드 소자의 형상을 나타내보인 평면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자의 구조를 나타내보인 평면도.

도 5는 도 4의 박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자의 폭의 변화에 따른 저항값의 변화를 나타내보인 그래프.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 박막자기헤드2: 상부 자성층

3: 하부 자성층4: 권선 코일부

5: 절연층20, 30: 래핑가이드 저항체

21, 31: 도전 패드32: 제1관통공 어레이

32a: 관통공

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 박막자기헤드의 깁 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자는; 기판위에 다수의 박막층을 적층하여 형성된 박막자기헤드의 일측에 마련된 한 쌍의 도전패드; 상기 도전패드 사이에 래핑가이드 저항체가 연결되며, 상기 래핑가이드 저항체에 절단진행방향에 수직인 상기 기판의 선단부와 나란하게 관통공이 열을지어 형성된 관통공 어레이가 순차적으로 다수 배열되고, 상기 관통공 어레이 각각의 관통공의 개수가 상기 래핑가이드 저항체의 폭의 변화에 따라 점차적으로 증가 또는 감소하는 것을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자를 보다 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자의 구성을 나타내보인 평면도이다.

도시된 바와 같이, 전기/광학 복합 래핑가이드 소자는 한 쌍의 도전패드(31) 사이에 래핑가이드 저항체(30)가 접속되어 있고, 래핑가이드 저항체(30)에 상호 나란하게 배열된 4개의 관통공 어레이(32 내지 35)가 형성된 구조를 가진다.

래핑가이드 저항체(30)는 폭에 따른 저항값의 변화가 검출에 용이한 금속소재를 선택하여 형성된다. 본 실시예에서는 통상적인 니켈/철(Ni/Fe)합금 등으로 그 두께를 수 μm정도로 적층하였다. 또한 각 관통공어레이(32 내지 35)를 구성하는 관통공이 래핑가이드 저항체(30)를 구성하는 금속소재와 그 경계에서 식별이 용이한 절연물질로 그 내부가 채워져도 본 발명이 구현하고자 하는 광학적/전기적 래핑의 제어를 하는데 있어서, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

목적하는 갭 깊이에 해당하는 목표라인(T)으로부터 최외각에 위치된 제1관통공 어레이(32)는 2개의 관통공(32a, 32b))이 형성되고, 제2관통공 어레이(33)는 3개의 관통공(33a, 33b, 33c)이 제3관통공 어레이(34)는 4개의 관통공(34a 내지 34d))이 제4관통공 어레이(35)는 5개의 관통공(35a 내지 35e)이 각각 형성된다. 도시된 예에서는 4개의 관통공 어레이(32 내지 35)가 마련되었으나, 연마기 또는 광학 현미경 등의 측정기와 관련하여 측정정밀도와 제어가능한 미세단위와 관련하여 적절히 선택되고, 관통공 어레이의 수가 증가될수록 정밀한 제어가 보다 용이하게 된다.

각 관통공 어레이(32 내지 35)를 구성하는 관통공은 절단진행방향(s)에 대한 폭이 동일하고 개구의 형상이 사각형으로 형성되는게 바람직하다. 또한 목표라인(T)의 최외각에 위치되는 제1관통공 어레이(32)의 폭(b-c 구간)이 목표라인(T)에 인접된 제4 관통공 어레이(35)의 폭(h-i 구간)에 비해 상대적으로 길게 형성시키고, 인접된 관통공 어레이 사이의 이격거리도 목표라인(T)에 접근될수록 순차적으로 작게 형성시키는게 바람직하다. 이와 같이 목표라인(T)에 근접될수록 각 관통공 어레이(32 내지 35)의 폭과 인접된 관통공 어레이와의 이격거리가 감쇠되도록 형성되면, 연마의 정도를 거칠게 하는부분과 정밀하게 하는 부분으로 구분지을수 있기 때문에 보다 정밀한 갭 깊이의 제어가 가능하고, 작업이 용이해진다.

본 실시예에 따른 관통공 어레이(32 내지 35)의 폭 및 이격거리는 a-b구간이 5.0μm, b-c구간이 5.0μm , c-d구간이 1μm, d-e구간이 1μm, e-f구간이 0.5μm, g-h구간이 0.1μm, h-i구간이 0.1μm로 설정된다.

이와 같이 구조된 래핑가이드 저항체(30)는 기판 위에 다수의 박막층을 적층완료한 이후 갭 깊이가공공정을 필요로하는 박막자기헤드 적층체(도 1 참조)의 상부 자성층 위에 니켈합금과 같은 도전박막을 형성시켜 포토리쏘그라피와 같은 공정을 통해 형성시켜도 되고, 상기 박막자기헤드 적층체의 상부자성층을 직접 포토리쏘그라피와 같은 공정을 통해 형성시켜도 된다. 즉, 상부자성층으로부터 절연층까지 식각에 의해 홈(관통공에 해당함)을 형성하면 목적하는 관통공 어레이를 갖는 래핑가이드 저항소자가 형성되고, 형성된 저항소자의 상면에 한 쌍의 도전패드(31)를 형성하면 된다.

이와 같이 제작되는 전기/광학 복합 래핑가이드 소자를 통해 박막자기헤드의 갭깊이를 제어하는 과정은 다음과 같다.

본 발명에 따른 전기/광학 복합 래핑가이드 소자는 갭 깊이 제어에 이용되는 관측방법을 광학 현미경을 이용하여 절단면에 나타나는 관통공의 개수를 헤아려 확인하는 광학적 방법과 도전패드(31)로부터 측정되는 전기적 방법 각각을 동시에 병행할 수 있다.

저항측정장치의 프로브(미도시)를 도전패드(31)에 연결하고, 광학현미경을 절단면을 관측할 수 있도록 설치한 후, 연삭기에 의해 연삭가공을 수행한다.

도 5는 도 4의 전기/광학 복합 래핑가이드 소자의 폭의 변화에 따른 저항값의 변화를 나타내보인 그래프이다.

이를 참조하면, 저항측정장치에서 검출되는 저항값은 a 지점부터 절단을 진행해 나가면 폭의 감소에 따라 점차 상승하고, b지점을 통과하면서 일정하게 유지되고, c지점에서는 다시 상승하고, 이후 도시된 곡선과 같이 된다. 이와 같은 저항변화를 통해 연삭된 폭의 길이를 판단할 수 있다. 또한 연삭과정에서 광학 현미경을 통해 관통공의 유무 및 관측되는 관통공의 개수를 확인에 의해 연삭된 폭의 길이를 판단할 수 있게 된다.

이와 같이 저항값의 변화와 관측된 관통공의 개수를 확인할 수 있기 때문에 전기적 측정시 연마재로부터 야기될 수 있는 전기적 노이즈 및 단락에 의해 저항측정기에서 측정되는 저항값이 왜곡될 경우에도 광학 현미경을 통해 관측되는 관통공의 개수를 통해 절삭 진행단계를 판단할 수 있기 때문에, 전기적 단락 및 노이즈의 원인도 확인할 수 있을 뿐만아니라, 작업의 중단없이 연속적인 갭 제어가 가능하다. 또한 관통공 및 관통공어레이 사이의 이격거리가 점차 좁혀진 구조를 갖기 때문에 연삭정도를 보다 용이하게 조절할 수 있다. 즉, 제1관통공어레이(32)가 잘려나간 이후부터 점차적으로 연삭강도를 감쇠시켜 제3관통공 어레이(34) 이후 부터는 연삭속도를 줄여 관측의 정밀도를 높임으로써 목적라인(T)까지 정확하게 제어할 수 있다.

지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자가 제공됨으로써, 절삭이 진행됨에 따라 측정되는 저항값이 연마재 등에 의해 왜곡되어도 절단면을 통해 관찰되는 관통공의 개수를 확인하여 판단할 수 있기 때문에 작업중단없이 연속적으로 박막자기헤드의 갭 깊이를 정밀하게 제어할 수 있다.

Claims (4)

1. 기판위에 다수의 박막층을 적층하여 형성된 박막자기헤드의 일측에 마련된 한 쌍의 도전패드;

   상기 도전패드 사이에 래핑가이드 저항체가 연결되며, 상기 래핑가이드 저항체에 절단진행방향에 수직인 상기 기판의 선단부와 나란하게 관통공이 열을지어 형성된 관통공 어레이가 순차적으로 다수 배열되고, 상기 관통공 어레이 각각의 관통공의 개수가 상기 래핑가이드 저항체의 폭의 변화에 따라 점차적으로 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 박막자기헤드의 갭깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 박막층은

   상기 기판위에 형성된 하부자성층;

   상기 하부자성층 위에 형성된 절연층;

   상기 절연층 상면에 형성된 상부 자성층;

   상기 상부자성층과 상기 하부자성층사이에 개재된 코일권선층;을 포함하고,

   상기 래핑가이드 저항체는 상기 상부자성층의 일부를 식각하여 형성된 것을 특징으로 하는 박막자기헤드의 갭 깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 관통공은 그 개구의 형상이 사각형으로 된 것을 특징으로 하는 박막자기헤드의 갭깊이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 절단진행방향으로 상기 관통공어레이 각각의 폭이 상호 다르게 형성되고, 인접된 상기 관통공 어레이 사이의 이격거리가 상호 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 박막자기헤드의 갭 깁이 제어용 전기/광학 복합 래핑가이드 소자.