KR100264802B1 - 플래너구조 박막자기헤드의 갭 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 플래너구조 박막 자기헤드 갭 형성방법은, 두꺼운 감광막(thick photo-resist)의 측벽에 DLC물질의 갭 스페이서를 형성한 뒤, DLC물질의 갭 스페이서의 한쪽면을 먼저 식각 후 일측 상위폴대(upper pole piece) 형성을 위한 자성체물질을 도포하고, 그후 다른 한쪽면을 식각한 후 타측 상위폴대 형성을 위한 자성체 물질을 도포한다.

Description

플래너구조 박막자기헤드의 갭 형성방법

본 발명은 자기 기록독출 헤드에 관한 것으로, 특히 플래너구조 박막 자기헤드인 실리콘 헤드(Planar Silicon Head)의 갭 형성방법에 관한 것이다.

하드디스크 드라이브와 같은 자기기록독출장치에서 최근 자기기록독출헤드 의 한 종류로 채용되고 있는 플래너 실리콘 헤드(Planar Silicon Head)는 통상의 인덕티브 헤드(inductive head)에 비하여 인덕턴스가 낮으므로 인해 거의 한계치에 와 있는 인덕티브 헤드를 대체할 수 있는 차세대용 헤드로서 각광받고 있다. 기존의 보편적인 헤드의 경우는 요구하는 주파수를 만족시키기 위해 의사접촉(pseudo contact)에 대부분 의지하고 있으나 같은 수준의 플래너 실리콘 헤드는 상기 의사접촉보다는 휠씬 큰 1.8㎛정도의 부상높이(flying height)를 유지하면서도 기존 의사접촉을 가지는 보편적인 헤드와 같은 수준의 성능을 내고 있을 정도로 우수함이 알려져 있다.

다양한 선행기술들 중에서 라자리(Jean-Pierre Lazzari)에 의해 발명되고 1990년 8월 14일자로 발행된 미합중국 특허번호 4,949,207호에는 플래너구조의 박막 자기헤드를 제조하는 방법 및 그에 따른 구조가 개시되어 있다. 상기 특허에서, 두부분으로 분리된 자기막간에 위치한 절연막의 상부에 박막 자기헤드의 갭을 형성하는 공정은, 갭을 형성할 수직 벽을 만들기 위해 도포된 절연막(나중에 식각됨)을 스페이서 사이드 웰(spacer side well)로서 이용하고, 스페이서에 의해서 두 부분으로 분리된 자기막을 한꺼번에 형성시키는 것을 보여준다. 그러나, 상기한 기술은, 침적시 갭의 물질과 상부 폴대의 재질간의 친화력이 약하여 플래너구조 박막 자기헤드의 갭이 커지거나 설정된 형태대로의 정확한 형상을 만들기 어려운 문제가 있다. 그리고 두 부분으로 분리된 자기막을 한꺼번에 형성시키주므로 갭형성을 위한 스페이서가 휘거나 부러지는 문제를 가진다.

또한, 또 다른 일반적인 기술로서 개시된 도 1에는 플래너 실리콘 헤드의 구조가 후술될 본 발명의 보다 철저한 이해를 제공하기 위해 나타난다. 도 1을 참조하면, 기판 102상에는 UPP(Upper Pole Piece) 106, 콘센트레이터(concentrators) 107, 기둥(pillar) 108, LPP(Lower Pole Piece) 110으로 이루어지는 마그네틱 요크(yoke) 104가 형성되어 있다. 마그네틱 요크 104의 재질은 통상 자성체인 퍼머로이(NiFe: permolloy)이다. 상기 마그네틱 요크 104의 기둥 108에는 코일들 112이 감겨져 있다. 두 부분으로 분리된 UPP 106의 폴팁(pole tip) 사이에는 데이터 리드 라이트를 위한 리드 라이트 갭(read write gap) 114가 형성되어 있고, 그 위는 DLC(Diamond Like Carbon)코팅된 층 116이 있다. 실리콘 기판 102의 후면에는 헤드가 외부의 디바이스와 전기적인 연결을 위한 헤드 접속부 118, 120이 형성되어 있다. 상기 헤드접속부 118,120에는 액츄에이터의 셔스펜션(suspension)에 취부되기 위한 범프(bump) 126,128이 형성되어 있다.

상기 도 1과 같은 플래너 실리콘 헤드를 제조하기 위해서는 다음의 4가지 필수공정들이 통상적으로 수행된다. 4가지의 공정은 드릴링공정(drilling process)과 일렉트로-플래팅공정(eletro-plating process)과 갭형성 공정(gap formming process)과, 및 범프 공정(bump process)이다. 드릴링공정은 전극을 형성시키기 위해 실리콘기판 102상에 홀(hole) 122, 124를 뚫는 공정이고, 일렉트로-플래팅공정은 UPP 106, 콘센트레이터 107, 기둥 108, LPP 110등을 형성시키기 위해 일렉트로-플래팅을 수행하는 공정이며, 갭형성공정은 UPP 106에 있는 갭(gap) 114를 형성해 주는 공정이다. 그리고, 범프공정은 플래너 실리콘 헤드의 전기적인 연결을 위해 헤드 후면에 범프 126, 128을 형성해 주는 공정이다.

그러나, 상기한 기술도 전술한 선행특허 미합중국특허번호 4,949,207호와 유사하게, 스페이서 사이드 웰(spacer side well) 공정을 이용하여 두꺼운 감광막(thick photo-resist)의 측벽에 산화 스페이셔(oxide spacer)를 형성한 뒤, 상부 폴대를 제조하기 위하여 퍼머로이(NiFe) 일렉트로 플래팅 공정을 실시하여 한꺼번에 퍼머로이를 스페이서 주위에 채워주므로, 스페이서가 휘거나 부러지는 문제를 가진다. 더우기, 갭의 물질이 산화막이어서 그 자체 특성에 의해 오염되었을 경우 그에 인해 발생되는 문제에 취약한다. 그리고 통상적인 온도 및 습도 보존조건(예컨대, 46℃, 85%)에서 갭의 폭이 확장되거나 갭 길이의 균일성이 보장되기 어려운 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 플래너 실리콘헤드의 갭이 커지거나 기형이 생기는 현상을 방지할 수 있는 헤드 갭 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 플래너 실리콘헤드의 갭 스페이서와 상부폴대간의 접착력을 보다 견고하게 할 수 있는 갭 형성방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 갭의 오염으로 인한 헤드 특성저하를 방지할 수 있는 갭 형성방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조공정을 별도로 추가하지 않고서도 갭 스페이서를 휘게하거나 부러뜨림이 없이, 갭 스페이서의 보다 정확한 제조를 보장할 수 있는 개선된 갭형성방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플래너구조 박막 자기헤드 갭 형성방법은, 두꺼운 감광막의 측벽에 DLC물질의 갭 스페이서를 형성한 뒤, DLC물질의 갭 스페이서의 한쪽면을 먼저 식각 후 일측 상위폴대 형성을 위한 자성체물질을 도포하고, 그후 다른 한쪽면을 식각한 후 타측 상위폴대 형성을 위한 자성체 물질을 도포한다.

본 발명에 따른 자기헤드 갭의 보다 상세한 형성방법은, 형성될 헤드 갭을 받치기 위한 받침대 형상에 의해 중앙부분이 대체로 볼록하게 단차지며 좌우 수평으로 연장된 층에서 상기 중앙부분을 기준한 상기 층의 일측 상부면에 감광막을 갭 스페이서의 길이에 상응하는 두께로 도포하는 단계와; 갭 스페이서이 물질로서 이용되며 마그네틱 요크의 상부폴대들과 친화력이 우수한 다이아몬드 유사 카아본 물질층을 전체 상부에 도포하는 단계와; 상기 감광막 상부 및 감광막 측벽에 도포된 상기 물질층의 일부 영역만을 마스킹하고 노출된 상기 물질층을 제1 식각하는 단계와; 상기 제1 식각에 의해 노출된 층 상에 상기 상부폴대들중의 하나를 형성할 자성체물질을 도포하는 단계와; 상기 마스킹에 의해 남아 있는 일부영역의 물질층중 상기 감광막 측벽에 도포된 갭 스페이서용 물질층을 제외한 나머지 물질층 및 상기 나머지 물질층 하부에 있는 상기 감광막을 제2 식각하는 단계와; 상기 상부폴대들중의 나머지 하나를 형성하기 위해 상기 제2 식각에 의해 노출된 층 상에 자성체물질을 도포하는 단계로 이루어진다.

도 1은 통상적인 플래너실리콘헤드의 단면 구조의 일예도,

도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플래너실리콘헤드의 갭 형성 절차을 보여주는 도면 구조도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들중 동일한 구성요소들은 가능한한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 하드 디스크 드라이브의 기능 및 동작과 헤드의 자화원리, 헤드 갭의 통상의 제조 방법, 그리고 제조장비의 특성 등이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 설명은 생략될 것이다.

도 1은 본 발명의 보다 나은 이해를 제공되는 플래너 실리콘 헤드의 단면 구조도이고, 도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 플래너실리콘헤드의 갭 형성 절차를 보여주는 도면 구조도이다. 하기 갭형성공정의 절차를 설명할 때에는 그와 관련된 도 1의 UPP 106의 형성공정도 함께 설명될 것이다.

이하 도 1 및 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 헤드 갭 형성방법에 대한 상세히 설명한다.

도 1의 마그네틱 요크 104 안에는 코일 112들이 형성되어 있으며, 코일 112들을 제외한 나머지 마그네틱 요크 104안 부분에는 도 2에 도시된 바와 같은 절연막 10(예를 들면, SiO₂와 같은 실리콘 산화막)이 형성되어 있다. 그리고 마그네틱 요크 104의 기둥 108 외곽부분에도 도 2에 도시된 바와 같이 절연막 12가 형성되어 있다. 요크 104의 기둥 108상에는 수평으로 신장되며 절연막 12이 있는 중앙부분에 의해 두 부분으로 분리된 콘센트레이터 107이 형성되어있다. 두 부분으로 분리된 콘센트레이터 107 및 절연막 12이 있는 중앙부분 상에는 텡스텐(W)과 같은 제1 도전막 20이 전면적으로 도포되고, 콘센트레이터 107 사이에 해당하는 제1 도전막 12상에는 도 2에 도시된 바와 같은 갭 스페이서를 지지하기 위한 받침대(pedestal) 22가 형성된다. 상기 받침대 22는 실리콘산화막과 같은 절연막이다. 상기 받침대 22과 상기 받침대 22를 제외한 제1 도전막 20 상에는 도 2에 도시된 바와 같이 전면적으로 제2 도전막 24가 도포되어있다.

제1 도전막 20 및 제2 도전막 24로 구성된 도전막 26상의 전면에는 두꺼운(예컨대, 3㎛) 감광막이 도포되고 그후 선택적으로 식각되어 도 3에 도시된 바와 같은 구조의 받침대 22의 중앙의 오른쪽에만 감광막 30이 남게된다. 그후 갭 스페이서를 형성하기 위해 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 노출된 도전막 26 및 감광막 40상에 전면적으로 DLC막 40을 예컨대, 0.3㎛ 두께로 도포한다. 도포된 DLC막 40은 갭 스페이서를 형성하기 위해 형성된 것으로, DLC자체 특성상 도 1의 UPP 106과 친화력이 우수하다. 감광막 40의 측벽에 도포된 DLC막 40a은 갭 스페이서 부분이 될 부분으로서, 두께가 예컨대, 0.21㎛정도가 된다. DLC막 40a는 고유특성상 코딩력과 접착력이 좋고, 윤활성이 좋으며 리드라이트갭으로서 요구되는 전기적 특성이 우수하다. 리드라이트갭으로서 요구되는 전기적 특성으로서 높은 비저항성을 가진다. 예를 들면, 통상적인 리드라이트 갭 물질인 SiO₂가 0.4Ω㎝^-1의 비저항률을 가지는데 비해, DLC는 10¹⁰∼10¹³Ω㎝^-1의 비저항률을 가진다.

그후 도 3에 도시된 바와 같이 DLC막 40상에 감광막을 전면적으로 도포하고, 그후 감광막 30의 측벽에 도포된 DLC막 40a 부분과 감광막 30의 상부를 마스크 쒸운다음 마스크 쒸워지지 않은 감광막부분과 DLC막 부분을 식각한다. 그에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 감광막 30의 측벽에 도포된 DLC막 40a의 부분과 그 오른쪽에 있는 감광막 30 및 42, DLC막이 존재한다.

이러한 상태에서 선택적 DLC막 식각에 의해 노출된 도전막 26중에서 받침대 22쪽으로 존재하는 도전막을 마스킹하고 나머지 도전막을 식각한다. 그 후 도 5에 도시된 바와 같이, 도 1의 UPP 106의 한쪽 부분에 해당하는 자성체층 50a를 상기 노출된 도전막 및 받침대 22 중앙의 왼쪽편의 도전막 26상에 형성한다. 상기 자성체층 50a은 일예로 퍼머로이(NiFe)물질이며, 그의 형성은 언급한 바와 같이 일렉트로-플래팅공정에 의거하여 수행된다.

도 5에 도시된 과정을 수행후 받침대 22 중앙의 오른편에 남아 있는 막들중 감광막 30의 측벽에 도포된 DLC막 40a 부분을 제외한 나머지 막들 즉, 감광막 30 및 42, DLC막 40을 식각한다. 그리고 감광막 30의 식각에 의해 노출된 도전막 26중에서 받침대 22쪽으로 존재하는 도전막을 마스킹하고 나머지 도전막을 식각한다. 그런 다음 도 6에 도시된 바와 같이, 도 1의 UPP 106의 다른 한쪽 부분에 해당하는 자성체층 50b를 상기 노출된 도전막 및 받침대 22 중앙의 왼쪽편의 도전막 26상에 형성한다. 도 1의 UPP 106에 해당하는 자성체층 50a,50b 사이에 있는 도 6에 도시된 DLC막 60은 갭 스페이서가 된다. 이렇게 하여 갭 스페이서 60(도 1의 리드 라이트 갭 114)와 UPP 106이 완성된다.

갭 스페이스 60과 두개의 자성체층 50a,50b으로 구성된 UPP 106을 완성한 후에는, 상기 자성체층 50a,50b이 상기 갭 스페이서 60의 상부표면과 수평적으로 일치되게 식각하고, 그후 절연층을 전면적으로 도포한다. 그후 상기 TiW층 72를 도 7에 도시한 바와 같이 선택적으로 형성하고, 그후 도 7에 도시한 바와같이 헤드 표면을 DL코팅하여 DLC층 116을 형성한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 하기와 같은 효과가 있다. 첫 번째는, DLC(Dimond Like Carbon) 고유의 접착력과 코팅력을 이용함으로써, 기존 갭 스페이서의 물질인 절연체와 UPP에 해당하는 자성체가 친화력이 없어 발생되었던 갭의 변형 현상을 방지한다. 두 번째는, 갭 스페이서를 세운 후에 두 부분으로 나누어진 UPP를 형성할 때, 종전에는 한꺼번에 실시하던 것을 두 번에 걸쳐 실시함으로써 갭 스페이서가 종전처럼 휘거나 부러지는 문제를 최소화할 수 있다. 세 번째는, DLC 자체의 고유특성상 윤활성이 좋으며 높은 비저항의 특성이 있으므로 갭의 오염으로 문제를 줄일 수 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

Claims (4)

1. 플래너구조 박막 자기헤드의 갭 형성방법에 있어서,

   형성될 헤드 갭을 받치기 위한 받침대 형상에 의해 중앙부분이 대체로 볼록하게 단차지며 좌우 수평으로 연장된 층에서 상기 중앙부분을 기준한 상기 층의 일측 상부면에 감광막을 갭 스페이서의 길이에 상응하는 두께로 도포하는 단계와,

   갭 스페이서이 물질로서 이용되며 마그네틱 요크의 상부폴대들과 친화력이 우수한 다이아몬드 유사 카아본 물질층을 전체 상부에 도포하는 단계와,

   상기 감광막 상부 및 감광막 측벽에 도포된 상기 물질층의 일부 영역만을 마스킹하고 노출된 상기 물질층을 제1 식각하는 단계와,

   상기 제1 식각에 의해 노출된 층 상에 상기 상부폴대들중의 하나를 형성할 자성체물질을 도포하는 단계와,

   상기 마스킹에 의해 남아 있는 일부영역의 물질층중 상기 감광막 측벽에 도포된 갭 스페이서용 물질층을 제외한 나머지 물질층 및 상기 나머지 물질층 하부에 있는 상기 감광막을 제2 식각하는 단계와,

   상기 상부폴대들중의 나머지 하나를 형성하기 위해 상기 제2 식각에 의해 노출된 층 상에 자성체물질을 도포하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 갭형성방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 상부폴대들을 이루는 상기 두 부분의 자성체물질층을 상기 갭 스페이서의 상부표면과 수평적으로 일치되게 식각하는 단계와,

   절연층을 도포하고 상기 갭 스페이서의 물질과 동일한 물질을 헤드보호를 위해 전면적으로 코팅하는 단계를 가짐을 특징으로 하는 갭형성방법.
3. 플래너구조 박막자기헤드의 갭 형성방법에 있어서,

   갭 스페이서 받침대 중앙에서 일측 방향으로 단차지게 미리 마련된 감광막의 측벽에 마그네트 요크의 폴대들과 물성적으로 친화력이 우수한 다이아몬드 유사 카아본 성분의 갭 스페이서를 형성하는 단계와,

   상기 마그네틱 요크의 일측 상부폴대와 밀접하는 하부의 자성체층 및 상기 갭스페이서 받침대의 일측 상에 자성체성분의 일측 상부폴대를 형성하는 단계와,

   상기 미리 마련된 감광막을 식각하고 상기 마그네틱 요크의 타측 상부폴대와 밀접하는 하부의 자성체층 및 상기 갭스페이서 받침대의 타측 상에 자성체성분의 타측 상부폴대를 형성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 갭 형성방법.
4. 플래너구조 박막 자기헤드 갭 형성방법에 있어서,

   상기 자기헤드 갭형성위치의 하부층의 일측상에 위치한 두꺼운 감광막의 측벽에 다이야몬드 유사 카본 물질의 갭 스페이서를 형성하는 단계와,

   상기 다이야몬드 유사 카본 물질의 갭 스페이서의 한쪽면을 먼저 식각 후 일측 상위폴대 형성을 위한 자성체물질을 도포하는 단계와,

   상기 다이야몬드 유사 카본 물질의 갭 스페이서의 다른 한쪽면을 식각한 후 타측 상위폴대 형성을 위한 자성체 물질을 도포하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 갭 형성방법.