KR100634540B1

KR100634540B1 - 자기 기록 헤드 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100634540B1
Application number: KR1020050024568A
Authority: KR
Inventors: 이후산; 김용수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-13
Also published as: US20060215317A1; CN1838241A; KR20060102701A; US7602584B2; JP2006269048A; CN100440318C

Abstract

자기 기록 헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 자기 기록 헤드의 제조방법은, 제1절연층 위에 제1자성체층과 절연캡층을 차례로 적층하는 단계; 상기 절연캡층 위에 소정 폭의 마스크 패턴을 형성하고, 상기 제1절연층이 노출될 때까지 상기 제1자성체층과 절연캡층을 식각하여 사다리꼴 적층부를 형성하는 단계; 상기 제1절연층 상에 절연성 재료를 증착하여 사다리꼴 적층부 주변을 메우는 제2절연층을 형성하는 단계; 및 상기 제2절연층 상에 제2자성체층을 형성하는 단계;를 포함한다.

자기 기록 헤드, 메인폴, 트랙 폭, 사다리꼴 적층부, 감광막 패턴

Description

자기 기록 헤드 및 그 제조방법{Magnetic writing head and manufacturing method thereof}

도1은 종래의 사다리꼴 형 메인폴과 기록매체의 트랙 폭의 관계를 도시한 개략도이다.

도2는 종래의 자기 기록 헤드 적층구조를 도시하는 단면도이다.

도3a 내지 도3d는 종래의 자기 기록 헤드 제조방법을 도시한 공정도이다.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 적층구조를 도시한 단면도이다.

도5a 내지 도5d는 본 발명의 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 제조방법을 도시한 공정도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

10: 사다리꼴 형 메인폴 100: 사다리꼴 적층부

110: 제1자성체부 120: 절연캡

21,22,23: 절연층 30: 제2자성체층

본 발명은 자기 기록 헤드에 관한 것으로, 상세하게는 대략 사다리꼴 형상의 메인폴을 갖는 수직 자기 기록 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자기 기록 매체는 도메인의 자기 분극이 수평이냐 수직이냐에 따라 수평 자기 기록 매체와 수직 자기 기록 매체로 나뉘는데, 이들 중 데이터 기록 밀도를 높이는 데에는 수직 자기 기록 매체가 적합하다. 주로 디스크 형태로 제공되는 자기 기록 매체에 데이터를 기록하는 장치를 자기 기록 헤드라 한다. 이러한 자기 기록 헤드는 자기 기록 매체에 자계를 인가하는 메인폴과, 인가된 자계가 회귀되도록 하는 리턴폴을 구비하며, 소형화를 위해 박막 적층구조로 이루어진다.

자기 기록 밀도를 높이기 위해서는 디스크 형 자기 기록 매체의 트랙 폭을 좁혀야 하고, 이를 위해서는 메인폴의 폭을 줄이는 것이 중요한데, 종래의 자기 기록 헤드 적층구조로는 그 공정 기술 상의 제약으로 인해 상기 메인폴의 폭을 줄이는 데에 한계가 있다.

이하, 도면을 참조하여 종래의 자기 기록 헤드 적층구조 및 그 제조방법을 간략하게 설명한다. 도1은 종래의 사다리꼴 형 메인폴과 기록매체의 트랙 폭의 관계를 도시한 개략도이다. 자기 기록 매체의 기록면과 자기 기록 헤드의 종단부를 수직 방향에서 보았을 때, 메인폴(10)은 대략 사다리꼴 형상을 갖는다. 사다리꼴 형 메인폴(10)은 선택된 트랙에 비트 데이터를 기록할 때, 스큐 각(skew angle), S가 최대인 경우에도 그 인접 트랙에 영향을 미치지 않는 장점을 갖는다. 이와 같이 자기 기록 헤드에 사다리꼴 형 메인폴(10)이 구비된 경우, 그 트랙 폭은 사다리꼴 단면의 긴 변 측에 해당하는 상기 메인폴(10)의 제1면(10b) 폭에 의해서 결정된다. 즉, 스큐 각, S가 0°일 때의 최대 트랙 폭(W₁)은 상기 사다리꼴 형 메인폴(10)의 제1면(10b) 폭과 같다. 여기서 상기 사다리꼴의 긴 변 측에 해당하는 제1면(10b)과 짧은 변 측에 해당하는 제2면(10a)은 서로 평행하다.

도2는 종래의 자기 기록 헤드 적층구조를 도시하는 단면도이다. 자기 기록 매체와 대향하는 자기 기록 헤드의 종단부를 도시한 것이다. 제1절연층(21), 제2절연층(22), 제3절연층(23) 및 리턴폴층(30)이 차례로 적층되어 있고, 상기 제2절연층(22)에는 그 단면이 사다리꼴을 이루는 슬릿이 형성되어 있으며, 상기 슬릿이 자성 재료로 채워져 사다리꼴 형 메인폴(10)을 이루고 있다.

도3a 내지 도3d는 종래의 자기 기록 헤드 제조방법을 도시한 공정도이다. 먼저, 도3a에 도시된 바와 같이, 제1절연층(21)과 메인폴층(10')을 차례로 적층하고, 그 위에 감광막(photoresist) 패턴(80)을 형성한다. 상기 감광막 패턴(80)은 소정 폭을 갖는 라인 패턴으로서, 그 폭의 최소값은 상기 감광막을 패터닝하는 포토 리소그래피(lithography) 기술에 의해서 결정된다.

다음으로, 도3b에 도시된 바와 같이, 상기 제1절연층(21)이 노출될 때까지 상기 메인폴층(10')을 등방 식각하여, 상기 감광막 패턴(80) 아래에 그 단면이 사다리꼴인 메인폴(10)을 형성한다. 이때, 사다리꼴 형 메인폴(10)은 그 사다리꼴의 긴 변측 폭이 상기 감광막 패턴(80)의 폭과 같다.

다음으로, 도3c에 도시된 바와 같이, 상기 제1절연층(21) 상에 제2절연층(22)을 형성한다. 상기 메인폴(10)의 양 측이 모두 메워질 때까지 절연성 재료를 전면에 증착하고, 상기 사다리꼴 형 메인폴(10) 상부에 덮인 부분을 상기 감광막 패턴과 함께 리프트-오프(lift-off) 법으로 제거할 수 있다. 상기 감광막 패턴을 먼저 스트리퍼(stripper)로 제거하고, 절연성 재료를 증착한 뒤에 상기 메인폴 상부에 덮인 부분을 연마해 낼 수도 있다. 다음은 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 메인폴(10)과 제2절연층(22) 위에 제3절연층(23)을 형성하고, 그 위에 자성 재료로 리턴폴층(30)을 형성한다.

그런데, 기존의 포토 리소그래피 장비로서 형성할 수 있는 상기 감광막 패턴(80) 폭의 최소값은 대략 100nm정도에 불과하다. 전술한 바와 같이, 상기 감광막 패턴(80)의 폭(W₁)은 사다리꼴 형 메인폴(10)의 제1면(10b) 폭과 같고, 이는 곧, 종래의 적층구조로는 자기 기록 매체 트랙 폭(W₁)의 최소값이 대략 100nm보다 작아질 수 없는 한계에 도달하였음을 의미한다.

자기 기록 매체의 기록 밀도를 더 높이기 위해서는 트랙 폭을 줄여야하고, 따라서, 기존의 공정 설비를 활용할 수 있으면서도 사다리꼴 형 메인폴의 폭을 줄일 수 있는 구조 및 그 제조방법이 요구된다.

본 발명은 사다리꼴 형 메인폴의 기하학적 성질을 이용하여 기존의 공정 설비를 그대로 활용하면서도 자기 기록 매체의 트랙 폭을 획기적으로 줄일 수 있는 적층구조를 포함하는 자기 기록 헤드 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 자기 기록 헤드는, 메인폴과 리턴폴이 구비된 적층구조를 포함하는 자기 기록 헤드로서,

상기 적층구조는, 절연층 내에 그 단면이 사다리꼴을 이루도록 형성되고 그 짧은 변 내측에 형성된 제1자성체부와 그 긴 변 내측에 형성된 절연캡을 갖는 사다리꼴 적층부; 및 상기 사다리꼴 적층부와 인접하게 배치되고, 상기 제1자성체부와 절연되도록 형성된 제2자성체층;을 포함한다.

여기서, 상기 제1자성체부는 자기 기록 매체에 자기장을 인가하는 메인폴(main pole)로서 기능을 수행하고, 상기 제2자성체층은 인가된 자기장이 회귀되도록 하는 리턴폴(return pole)로서 기능을 수행한다. 상기 절연캡은 적정한 두께의 절연성 재료로서 상기 제1자성체부와 제2자성체층 사이를 절연시켜 자기 기록의 안정성을 높이는 라이트 갭(write gap)으로서 기능을 수행한다.

또한, 본 발명에 의한 자기 기록 헤드의 제조방법은, 메인폴과 리턴폴이 구비된 적층구조를 포함하는 자기 기록 헤드의 제조방법으로서,

제1절연층 위에 제1자성체층과 절연캡층을 차례로 적층하는 단계; 상기 절연캡층 위에 마스크 패턴을 형성하고, 상기 제1절연층이 노출될 때까지 상기 제1자성체층과 절연캡층을 식각하여 사다리꼴 적층부를 형성하는 단계; 상기 제1절연층 상에 절연성 재료를 증착하여 사다리꼴 적층부 주변을 메우는 제2절연층을 형성하는 단계; 및 상기 제2절연층 상에 제2자성체층을 형성하는 단계;를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자기 기록 헤드 및 그 제조방법을 상세히 설명한다. 첨부된 도면에서 동일한 부호는 동일한 성격의 부재 또는 부분을 나타내고, 도시된 층 및 영역들의 두께나 폭은 명세서의 명확성을 위해 과장되게 표현된 것이다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 자기 기록 헤드를 살펴본다. 도4는 본 발명의 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 적층구조를 도시한 단면도이다. 아울러, 본 실시예에 따른 자기 기록 헤드와 종래의 자기 기록 헤드 각각에 의한 트랙 폭을 서로 비교 도시한다.

상기 도4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자기 헤드의 적층구조는, 제1절연층(21), 제2절연층(22) 및 제2자성체층(30)이 차례로 적층되어 있고, 상기 제2절연층(22)에는 단면이 사다리꼴을 이루는 슬릿(slit)이 형성되어 있으며, 상기 슬릿 안에는 복수의 층으로 이루어진 사다리꼴 적층부(100)가 구비된다. 상기 사다리꼴 적층부(100)는 사다리꼴의 짧은 변 내측에 층 상으로 형성된 제1자성체부(110)와 사다리꼴의 긴 변 내측에 역시 층 상으로 형성된 절연캡부(120)로 이루어진다. 즉, 제1자성체부(110)가 사다리꼴 적층부(100)의 짧은 변 측에 얇은 층 상으로 구비됨으로써 도2에 도시된 종래의 사다리꼴 형 메인폴(10)보다 작은 사다리꼴 형상의 단면을 갖는다.

특히, 상기 제1자성체부(110)는 사다리꼴 단면 형상의 긴 변에 해당하는 제1면(110b)의 폭이 W₂로서, 상기 사다리꼴 적층부(100)의 크기가 종래의 사다리꼴 형 메인폴(10)의 크기와 같을 때, 종래의 사다리꼴 형 메인폴의 제1면 폭인, W₁보다 현저히 작다. 이는 사다리꼴의 기하학적 성질에 의한 것으로 통상의 지식을 가진 자에게 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 이와 같은 구조적 특징으로 인해 본 발명의 실시예에 따른 자기 기록 헤드는 자기 기록 매체의 트랙 폭을 현저히 좁힐 수 있다.

여기서 상기 제1자성체부(110) 및 제2자성체층(30)은 전자기 유도현상 등에 의해 발생된 외부 자기장의 영향을 받아 자화되는 연자성(soft magnetic) 재료로 이루어지고, 본 실시예에 따른 자기 기록 헤드는 종래에 일반적으로 사용되는 퍼멀로이(permalloy: NiFe) 등의 재료를 채용할 수 있다. 다만, 상기 제1자성체부(110)은 좁은 단면 영역에 자기장이 집중되는 메인폴로서의 기능을 수행하므로 상기 제2자성체층(30)에 비해 포화 자속 밀도 즉, Bs값이 큰 재료로 형성된 것이 바람직하다.

상기 제1절연층(21), 제2절연층(22) 및 절연캡부(120)는 절연성 재료로 이루어지고, 절연성 재료로는 주로 Al₂O₃등의 산화물이 채용될 수 있으며, 종래에 절연성 재료로서 일반적으로 사용되는 산화물, 질화물 등 다양한 재료들이 채용될 수 있다.

메인폴인 상기 제1자성체부(110)으로부터 인가된 자기장은 자기 기록 매체의 기록층(미도시)과 그 아래의 연자성체층(soft under layer)(미도시)를 통과한 후 리턴폴인 상기 제2자성체층(30)으로 회귀된다. 그 과정에서 상기 기록층은 자속 밀도가 높은 상기 제1자성체부(110)에 대응되는 영역이 상향 또는 하향 폴로 자기 분 극되며, 이로써 비트 데이터가 저장된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 제조방법에 대하여 살펴본다. 도5a 내지 도5d는 본 발명의 실시예에 따른 자기 기록 헤드의 제조방법을 도시한 공정도이다.

먼저, 도5a에 도시된 바와 같이, 제1절연층(21)과 제1자성체층(110') 및 절연캡층(120')을 차례로 적층한다. 적층하는 공정은 스퍼터링법, 전기도금법, 진공증발법 또는 원자층 증착법 등 종래에 알려진 다양한 박막 공정 기술에 따를 수 있다. 상기 제1절연층(21)의 두께는 상기 박막 공정 기술들에 의해 나노미터(nm) 또는 서브 나노미터(sub-nm)의 단위까지 자유롭게 제어될 수 있다. 상기 절연캡층(120')의 두께는 자기 기록 헤드의 라이트 갭(write gap)에 해당된다. 상기 도5a에서는 본 발명의 특징을 종래의 기술과 비교함으로써 더 명확히 하기 위하여, 상기 제1자성체층(110')과 절연캡층(120') 두께의 합이 종래 기술에 관한 도3a에 도시된 메인폴층(10')의 두께와 동일하도록 표현하였다.

다음으로, 절연캡층(120') 표면에 소정 폭(W₁)의 마스크 패턴(80)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(80)으로는 주로 감광막(PR)을 포토 리소그래피(photo lithography)법으로 패터닝한 감광막 패턴이 채용된다. 자기 기록 매체의 트랙 폭을 최소화하기 위해서는, 상기 마스크 패턴(80)이 기존의 포토 리소그래피 공정 기술이 제공할 수 있는 최소의 폭을 가지는 것이 바람직하다.

다음으로, 도5b에 도시된 바와 같이, 적층 구조의 상면을 식각한다. 등방성 의 습식 또는 건식 식각 공정을 이용하여 상기 제1절연층(21)이 노출될 때까지 진행한다. 일 예로서 습식 식각을 수행하는 경우, 소정의 에쳔트(etchant), 예컨대 Citric Acidic Peroxodisulphate Etchant를 사용하여 절연캡층 및 제1자성체층을 식각한다. 그 결과, 노출된 영역으로부터 모든 방향에 대하여 균일한 속도로 진행되는 습식 식각의 등방적 특성에 의해 상기 마스크 패턴(80)의 아래쪽에는 그 단면 형상이 역 사다리꼴인 사다리꼴 적층부(100)가 형성된다. 등방성 식각에 의하지 않는 경우에는 이온 밀링 등의 필요한 조작을 가하여 상기와 같은 형상의 사다리꼴 적층부(100)를 얻을 수 있을 것이다.

다음으로, 도5c에 도시된 바와 같이, 상기 제1절연층(21) 상에 제2절연층(22)을 형성한다. 상기 감광막 패턴을 제거하기 전에, 상기 사다리꼴 적층부의 양 측이 모두 메워질 때까지 절연성 재료를 전면에 증착하고, 상기 사다리꼴 적층부 상부에 덮인 부분을 상기 감광막 패턴과 함께 리프트-오프(lift-off) 법으로 제거할 수 있다. 이와 달리 상기 감광막 패턴을 먼저 스트리퍼(stripper)로 제거한 후, 절연성 재료를 전면에 증착한 뒤에 상기 사다리꼴 적층부 상부에 덮인 부분을 연마해 낼 수도 있다.

다음으로는, 도5d에 도시된 바와 같이, 상기 사다리꼴 적층부 및 상기 제2절연층(22) 상에 제2자성체층(30)을 형성한다. 상기 제2자성체층(30)은 자기 기록 매체에 비트 데이터를 기록할 때 상기 제1자성체부(110)에 비해 자속 밀도가 낮아지도록 하기 위해 상기 제1자성체부(110)보다 그 단면적이 크도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제2자성체층(30)을 이루는 재료로는, 상기 제1자성체부(110)를 이 루는 자성 재료보다 포화자속밀도 값이 작은 재료를 채용할 수 있다.

위에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 자기 기록 헤드의 제조방법은 기존의 공정 설비를 그대로 사용하여 실시될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

이상에서 기술한 발명의 구성에 의하여, 본 발명은 사다리꼴 형 메인폴의 기하학적 성질을 이용함으로써 기존의 공정 설비를 그대로 활용하면서도 자기 기록 매체의 트랙 폭을 획기적으로 줄일 수 있도록 하는 자기 기록 헤드 및 그 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

Claims

메인폴과 리턴폴이 구비된 적층구조를 포함하는 자기 기록 헤드에 있어서,

상기 적층구조는,

절연층 내에 그 단면이 사다리꼴을 이루도록 형성되고, 그 짧은 변 내측에 형성된 제1자성체부와 긴 변 내측에 형성된 절연캡을 갖는 사다리꼴 적층부; 및,

상기 사다리꼴 적층부와 인접하게 배치되고, 상기 제1자성체부와 절연되도록 형성된 제2자성체층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 헤드.
제1항에 있어서,

상기 제2자성체층은 상기 사다리꼴 적층부의 긴 변 외측에 상기 절연캡과 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 자기 기록 헤드.
제1항에 있어서,

상기 제1자성체부는 상기 제2자성체층보다 포화자속밀도가 높은 자성 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 자기 기록 헤드.
메인폴과 리턴폴이 구비된 적층구조를 포함하는 자기 기록 헤드의 제조방법에 있어서,

제1절연층 위에 제1자성체층과 절연캡층을 차례로 적층하는 단계;

상기 절연캡층 위에 마스크 패턴을 형성하고, 상기 제1절연층이 노출될 때까지 상기 제1자성체층과 절연캡층을 식각하여 사다리꼴 적층부를 형성하는 단계;

상기 제1절연층 상에 절연성 재료를 증착하여 사다리꼴 적층부 주변을 메우는 제2절연층을 형성하는 단계; 및

상기 제2절연층 상에 제2자성체층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 헤드의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 제1자성체층과 절연캡층을 식각하는 단계는, 등방성 식각에 의한 것을 특징으로 하는 자기 기록 헤드의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 제1자성체층은 상기 제2자성체층보다 포화자속밀도가 높은 자성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 기록 헤드의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 마스크 패턴은 감광막 패턴으로서 포토 리소그래피 공정에 의해 패터닝되는 것을 특징으로 하는 자기 기록 헤드의 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 마스크 패턴의 폭은 포토 리소그래피 공정에 의해 패터닝 될 수 있는 최소의 폭인 것을 특징으로 하는 자기 기록 헤드의 제조방법.