KR20060113440A - 판독/기입 오프셋과 호환 가능한 스터드형 후미 차폐를갖춘 수직 자기 기입 헤드 - Google Patents

판독/기입 오프셋과 호환 가능한 스터드형 후미 차폐를갖춘 수직 자기 기입 헤드 Download PDF

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KR20060113440A
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write pole
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이민 쉬
쿠앙 리
로저 윌리엄 우드
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히다치 글로벌 스토리지 테크놀로지스 네덜란드 비.브이.
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Abstract

스터드형 후미 차폐 설계 및 그것의 제조 방법. 스터드형 후미 차폐 설계는 후미 차폐와 기입 폴 사이에서 임계 간격을 유지할 뿐만 아니라, 서로 정렬되어 있지 않은 판독 및 기입 소자들을 가진 헤드 설계에서도, 스터드형의 후미 차폐 접속 구조 사이에서 임계 간격을 유지한다.

Description

판독/기입 오프셋과 호환 가능한 스터드형 후미 차폐를 갖춘 수직 자기 기입 헤드 {PERPENDICULAR MAGNETIC WRITE HEAD HAVING A STUDDED TRAILING SHIELD COMPATIBLE WITH READ/WRITE OFFSET}
도 1은 본 발명이 구체화될 수 있는 디스크 드라이브 시스템의 개략도이다.
도 2는, 그에 관한 자기 헤드의 위치를 도시하는, 도 1의 라인 2-2로부터 취해진, 슬라이더의 ABS 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 자기 헤드의, 도 2의 라인 3-3으로부터 취해진 그리고 반시계 방향으로 90도 회전된, 단면도이다.
도 4는 도 3의 라인 4-4로부터 취해진 그리고 확대 표시된 ABS 도면이다.
도 5 내지 도 18은, 본 발명의 실시예에 따른, 제조의 다양한 중간 단계들에서의 자기 헤드를 나타내며 자기 헤드 제조 방법을 도시하는, 도 4의 그것과 유사한, 도면이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예의 ABS 도면이다.
발명의 분야
본 발명은 수직 자기 기록에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는, 신규한 후미 자기 차폐 설계 및 그러한 차폐 설계를 제조하는 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
컴퓨터 장기 메모리의 핵심은, 자기 디스크 드라이브라고 하는 어셈블리이다. 자기 디스크 드라이브는 회전식 자기 디스크, 회전식 자기 디스크의 표면에 인접한 서스펜션 암(suspension arm)에 의해 현수되는 기입 및 판독 헤드들, 그리고 판독 및 기입 헤드들을 회전식 디스크의 선택된 원형 트랙들상에 배치하기 위해 서스펜션 암을 스윙하는 액추에이터를 포함한다. 판독 및 기입 헤드들은 ABS(air bearing surface)를 가진 슬라이더상에 직접적으로 배치된다. 서스펜션 암은 슬라이더를 디스크 표면 쪽으로 기울게 하고, 디스크가 회전할 때, 디스크에 인접한 공기는 디스크 표면을 따라 이동한다. 슬라이더는 이렇게 움직이는 공기의 쿠션 위에서 디스크 표면 위를 이동한다. 슬라이더가 공기 베어링에 안착할 때, 기입 및 판독 헤드들은, 자기 전이들을 회전식 디스크에 기입하고 그로부터 자기 전이들을 판독하는데 이용된다. 판독 및 기입 헤드들은, 컴퓨터 프로그램에 따라 기입 및 판독 펑크션들을 구현하도록 동작하는 프로세싱 회로에 접속되어 있다.
기입 헤드는 전통적으로 제 1, 제 2 및 제 3 절연 계층들(절연 스택)에 매입되어 있는 코일 계층을 포함하는데, 절연 스택은 제 1과 제 2 폴 피스 계층들(pole piece layers) 사이에 샌드위치되어 있다. 제 1과 제 2 폴 피스 계층들 사이에서는 기입 헤드에 대한 ABS에서의 갭 계층에 의해 갭이 형성되고, 폴 피스 계층들은 백 갭(back gap)에서 접속된다. 코일 계층으로 전도되는 전류는 폴 피스들에 자속 을 유도하는데, 이 자속은, 상기 회전식 디스크상의 원형 트랙들과 같은, 움직이는 매체상의 트랙들에 상기 자기 전이들을 기입할 목적으로, ABS의 기입 갭에서 자계가 광선 모양으로 퍼져 나가게 한다.
최근의 기입 헤드 설계들에서는, GMR(giant magnetoresistive) 센서라고도 하는 스핀 밸브 센서가 회전식 자기 디스크로부터 자계들을 감지하는데 이용되어 왔다. 센서는, 이하 고정 계층 및 자유 계층이라고 하는 제 1과 제 2 강자성 계층들 사이에 샌드위치되어 있는, 이하 스페이서 계층이라고 하는, 비자성 전도 계층을 포함한다. 스핀 밸브 센서를 통해 감지 전류(sense current)를 전도하기 위해 제 1 및 제 2 리드들이 스핀 밸브 센서에 접속되어 있다. 고정 계층의 자성은 ABS에 수직으로 고정되고, 자유 계층의 자기 모먼트는 ABS에 평행으로 배치되지만, 외부 자계들에 반응하여 자유롭게 회전한다. 고정 계층의 자성은 통상적으로, 반강자성 계층과의 교환 커플링에 의해 고정된다.
스페이서 계층의 두께는 센서를 통과하는 전도 전자들의 평균 자유 경로 미만으로 선택된다. 이러한 구성으로써, 전도 전자들의 일부는 스페이서 계층과 고정 및 자유 계층들 각각과의 인터페이스들에 의해 분산(scattering)된다. 고정 및 자유 계층들의 자성들이 서로에 대해 평행일 때, 분산은 최소이고, 고정 및 자유 계층들의 자성들이 역평행일 때, 분산은 최대가 된다. 분산에서의 변화들은 스핀 밸브 센서의 저항을 cosθ에 비례하여 변경시키는데, 여기에서, θ는 고정 및 자유 계층들의 자성들간의 각도이다. 판독 모드에서, 스핀 밸브 센서의 저항은 회전식 디스크로부터의 자계들의 크기들에 비례하여 변한다. 감지 전류가 스핀 밸브 센서 를 통해 전도될 때, 저항 변화들은, 재생 신호들(playback signals)로서 검출되고 프로세싱되는 전위 변화들을 발생시킨다.
스핀 밸브 센서가 단일 고정 계층을 이용할 경우에는, 스핀 밸브 센서를 단순 스핀 밸브라고 한다. 스핀 밸브가 역평행(AP;antiparallel) 고정 계층을 이용할 경우에는, 스핀 밸브를 AP 고정 스핀 밸브라고 한다. AP 스핀 밸브는 Ru와 같은 얇은 비-자성 커플링 계층에 의해 분리되어 있는 제 1 및 제 2 자기 계층들을 포함한다. 스페이서 계층의 두께는, 고정 계층의 강자성 계층들에 대한 자성들에 역평행 커플링되도록 선택된다. 스핀 밸브는, 고정 계층이 상단에 위치하는지 (자유 계층 이후에 형성되는지) 아니면 하단에 (자유 계층 이전에) 위치하는지에 따라, 상단 또는 하단 스핀 밸브라고도 한다.
스핀 밸브 센서는 제 1과 제 2의 비자성 전기 절연 판독 갭 계층들 사이에 배치되고, 제 1 및 제 2 판독 갭 계층들은 강자성의 제 1과 제 2 차폐 계층들 사이에 배치된다. 병합된 자기 헤드에서, 단일 강자성 계층은 판독 헤드의 제 2 차폐 계층으로서 그리고 기입 헤드의 제 1 폴 피스 계층으로서 동작한다. 피기백 헤드(piggyback head)에서, 제 2 차폐 계층 및 제 1 폴 피스 계층은 별도의 계층들이다.
고정 계층의 자성은 대부분, 강자성 계층들 중 하나(AP1)를 PtMn과 같은 반강자성 재료의 계층과 교환 커플링하는 것에 의해 고정된다. PtMn과 같은 반강자성(AFM) 재료가 그 자체로서 그리고 저절로 자성을 갖지는 않지만, 자성 재료와 교환 커플링될 때, 강자성 계층의 자성을 강하게 고정할 수는 있다.
향상된 데이터 속도 및 데이터 용량에 대한 계속적으로 증가하는 수요를 충족시키기 위해, 연구자들이 최근에는 그들의 노력들을 수직 기록 시스템들(perpendicular recording system)의 개발에 집중해 왔다. 상술된 기입 헤드를 포함하는 것과 같은, 전통적인 종단 기록 시스템(longitudinal recording system)은 자기 디스크 표면의 트랙을 따라 종단 방향으로 배열된 자기 비트들로서 데이터를 저장한다. 이러한 종단 데이터 비트는, 기입 갭에 의해 분리되어 있는 한 쌍의 자기 폴들 사이에서 형성되는 광선 모양 필드에 의해 기록된다.
수직 기록 시스템은, 대조적으로, 자기 디스크 평면에 대해 수직 방향으로 배열된 자화로서 데이터를 기록한다. 자기 디스크는 자기적 경성(magnetically hard)의 얇은 상단 계층으로 덮여 있는 자기적 연성의 하층(magnetically soft underlayer)을 가진다. 수직 기입 헤드는 아주 작은 단면적의 기입 폴 및 훨씬 더 큰 단면적의 리턴 폴을 가진다. 상당히 집중된 강자계가, 자기적 경성의 상단 계층을 자화하면서, 기입 폴로부터 자기 디스크 표면에 수직인 방향으로 방출된다. 그 다음, 얻어지는 자속은 연성 하층을 통과해 리턴 폴로 돌아오는데, 이 경우, 얻어지는 자속은 충분히 퍼져 있고 약하므로, 자속이 리턴 폴로 돌아오면서 자기적 경성의 상단 계층을 역 통과할 때, 기입 폴에 의해 기록되어 있는 신호를 삭제하지 않을 것이다.
수직 기록 시스템들의 특징들 중 하나는, 자성 매질의 높은 포화 보자력(coercivity) 상단 계층이 높은 스위칭 필드를 갖는다는 점이다. 이것은, 데이터의 자기 비트를 기입할 때 매질의 자기 모먼트를 스위칭하기 위해서는 강한 자계가 필요하다는 것을 의미한다. 스위칭 필드를 감소시키고 기록 속도를 증가시키기 위해서, 기입 폴로부터 방출되는 기입 필드를 기울이거나 "나란히 하기 위한" 시도들이 이루어져 왔다. 매질의 법선에 관한 각도에서 기입 필드를 기울이는 것은 스위칭 필드를 감소시키는 것에 의해 매질의 자기 모먼트 스위칭을 좀더 용이하게 한다. 모델링은, 단일 입자를 위한 Stoner-Wohlfarth 모델에 따라, 실효 자속이 기울어진다면, 수직 기록 시스템의 단일 폴 기입기가 향상된 전이 선명도(즉, 좀더 양호한 경사도 및 해상도)를 나타내고, 좀더 양호한 매질 SNR(signal to noise ratio)을 실현하며, 더 높은 지역 밀도 자기 기록을 위해 더 높은 포화 보자력의 필드 매체를 허용한다는 것을 지적하였다. 자계를 기울이기 위해 조사되었던 방법은, 기입 폴로부터의 필드를 자기적으로 끌어당기기 위한, 기입 헤드에 인접한 후미 자기 차폐를 제공하여 왔다.
후미 차폐는, 자기 후미 차폐가 기입 헤드의 다른 구조들과 간접적으로 자기 접속된다는 점에서, 유동적인 설계(floating design)일 수 있다. 기입 폴로부터의 자계는 차폐에서, 자성 매질을 통해 반드시 기입 헤드의 리턴 폴로 회귀하는 플럭스를 발생시킨다. 유동적인 후미 차폐가 정확하게 동작하기 위해서는 차폐의 다양한 차원들이 아주 중요하다. 예를 들어, 실효 자속(effective flux field)의 유효 각도 또는 기울기는, 후미 차폐 분리(갭)까지의 기입 폴이 HUS(head to soft underlayer spacing)와 거의 동일하고 후미 차폐의 도랑 높이(trailing shield throat height)가 기입 폴의 트랙-너비 절반과 거의 동일한 경우에, 최적화된다. 이 설계는 실효 자속의 대가를 치르고 기입 필드 경사도를 향상시킨다. 후미 차폐 에서 손실되는 실효 자속을 최소화하면서 여전히 소정 효과를 실현하기 위해, 갭 및 차폐 두께는 각각 차폐에서의 포화 및 차폐에서 손실되는 실효 자속을 최소화하도록 조정된다.
유동적인 후미 차폐 설계들과 연관된 문제는, 자성 매질을 통해 리턴 폴로 분기되는 플럭스가 ABS에서 리턴 폴의 포화를 초래하는 경향이 있다는 것이다. 플럭스가 자성 매질을 통해 리턴 폴로 분기될 때, 그것은, 이 또한 자성 매질을 통해 흐르는, 기입 폴로부터의 소정 플럭스와 조합된다.
이 문제를 극복하기 위한 일 방법은, 플럭스를 리턴 폴로 전도하기 위해 자성 매질에 의존하기보다는 오히려, 후미 차폐를 리턴 폴에 직접적으로 자기 커플링하는 것일 것이다. 이러한 후미 차폐로부터 리턴 폴로의 직접적인 자기 접속을 구성하는 것은, 그러나, 주로, 후미 차폐와 리턴 폴간의 먼 거리로 인해 어려운 일이다. 또한, 많은 설계들에서, 판독 센서 및 기입 폴은 정렬되어 있지 않고, 이러한 설계들에서는, 리턴 폴 또한 기입 폴과 정렬되어 있지 않을 수도 있다. 이러한 설계들에 의해 제시되는 어려움은, 비-정렬 리턴 폴에 접속하면서도, 기입 폴로부터 소정 간격을 제공할 수 있는 접속 구조를 구성하는 것이다.
따라서, 리턴 폴과의 직접적인 자기 접속을 제공하는 실용적이며, 제조 가능한 후미 차폐 설계에 대한 필요성을 강하게 느낀다. 이러한 후미 차폐는 바람직스럽게도, 판독 헤드 및 기입 헤드가 정렬되어 있지 않은 자기 헤드 설계에서도 사용될 수 있을 것이다.
발명의 요약
본 발명은 수직 자기 데이터 기록에 사용하기 위한 후미 자기 차폐를 가진 자기 기입 헤드를 제공한다. 기입 헤드는 리턴 폴 및 기입 폴을 포함한다. 자기 페디스털(magnetic pedestal)이 리턴 폴의 프론트 ABS 엔드와 접속되고 기입 폴 방향으로 연장한다. 제 1 및 제 2 자기 스터드들은 리턴 폴의 디스듬히 대향하고 있는 엔드들로부터 연장한다. 후미 차폐는 스터드들 중 하나로부터 나머지 스터드 쪽으로 연장하고, 이 또한 후미 차폐 갭 계층으로서 동작하는 비-자성의 전기 전도성 시드 계층에 의해 기입 폴로부터 분리된다.
본 기입기 및 후미 차폐 설계는, 자기 저항의 판독 센서(magnetoresistive read sensor)가 기입 헤드의 기입 폴과 나란히 한 줄로 정렬되어 있지 않은 자기 헤드에 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명의 가능한 실시예에서, 리턴 폴 및 페디스털은 판독 센서와 나란히 정렬될 수 있는 한편, 스터드들, 기입 폴 및 후미 차폐는 서로와 나란히 정렬될 수는 있지만, 판독 센서, 리턴 폴 및 페디스털과는 나란히 정렬될 수 없다.
제 1 및 제 2 스터드들은 기입 폴과 스터드 구조간의 간격에 대한 예외적인 제어를 제공하기 위해 그들의 나란히 안으로 향해진 엔드들에서 노칭(notching)될 수 있다. 노치들은 나란히 바깥을 향해 배치된, 위쪽으로 연장하는 비-노치 부분들을 발생시킨다. 후미 차폐 자체와 통합될 수 있으며 동일한 증착 단계에서 증착될 수 있는 제 3 및 제 4 스터드들이 제 1 및 제 2 스터드들의 이러한 상향 연장 부분들의 상부면들과 접속될 수도 있다.
따라서, 본 발명은, 기입부를 완전히 둘러싸는 자기 차페를 제공하면서도 주위 차폐로부터의 소정 분리 또한 유지하는 후미 차폐 설계를 제공한다. 구조물의 스터드 및 페디스털 부분들은 우수한 자기 차폐를 제공하여 인접한 자성 매질을, 정형 계층 또는 기입 코일로부터의 필드와 같은, 필드로부터 보호한다.
유사한 참조 번호들이 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 지시하는 도면들과 함께 고려되는 바람직한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터, 본 발명의 이들 및 다른 사양들과 이점들이 명백해질 것이다.
바람직한 실시예들의 상세한 설명
본 발명의 특징 및 이점들 뿐만 아니라 바람직한 사용 모드에 대한 좀더 완전한 이해를 위해, 공통의 척도로 그려진 것은 아닌 첨부 도면들과 관련하여 해독되는 다음의 상세한 설명을 참조해야 한다.
다음 설명은, 본 발명을 수행하기 위해 현재적으로 고려되는 최상의 실시예들에 대한 것이다. 이 설명은 여기에서 주장되는 발명 개념들을 한정하기 위한 것이 아니라 본 발명의 일반적인 원리들을 예시하기 위한 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명을 구체화하는 디스크 드라이브(100)가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 회전 가능한 자기 디스크(112)가 스핀들(114;spindle)상에 지탱되고 있으며 디스크 드라이브 모터(118)에 의해 회전되고 있다. 각 디스크상의 자기 기록은 자기 디스크(112)상의 (나타내지 않은) 동심원 데이터 트랙들의 환상 패턴들의 형태이다.
하나 이상의 슬라이더(113)가 자기 디스크(112) 인근에 배치되는데, 각각의 슬라이더(113)는 하나 이상의 자기 헤드 어셈블리들(121)을 지탱한다. 자기 디스크가 회전함에 따라, 슬라이더(113)는, 자기 헤드 어셈블리(121)가 소정 데이터가 기입되어 있는 자기 디스크의 상이한 트랙들에 액세스할 수 있도록, 디스크 표면(122) 위를 방사상으로 구석구석 이동한다. 각각의 슬라이더(113)는 서스펜션(115)에 의해 액추에이터 암(119)에 부착되어 있다. 서스펜션(115)은, 슬라이더(113)를 디스크 표면(122)에 대해 기울어지게 하는 약한 탄성력을 제공한다. 각각의 액추에이터 암(119)은 액추에이터 수단(127)에 부착되어 있다. 도 1에 도시된 액추에이터 수단(127)은 VCM(voice coil motor)일 수 있다. VCM은 고정된 자계내에서 이동 가능한 코일을 포함하는데, 코일의 이동 방향과 속도는 컨트롤러(129)에 의해 공급되는 모터 전류 신호들에 의해 제어된다.
디스크 저장 시스템의 동작 동안, 자기 디스크(112)의 회전은 슬라이더(113)와 디스크 표면(122) 사이에서, 슬라이더에 상향력 또는 들어올리는 힘을 가하는 공기 베어링을 발생시킨다. 따라서, 공기 베어링은 서스펜션(115)의 가벼운 탄성력을 상쇄시키고, 정규 동작 동안, 실질적으로 일정한 작은 간격만큼 슬라이더(113)를 디스크 표면 약간 위로 떠받친다.
디스크 저장 시스템의 다양한 컴포넌트들은 동작시에, 액세스 제어 신호들 및 내부 클록 신호들과 같은, 제어 유닛(129)에 의해 발생되는 제어 신호들에 의해 제어된다. 통상적으로, 제어 유닛(129)은 논리 제어 회로들, 저장 수단 및 마이크로프로세서를 포함한다. 제어 유닛(129)은, 라인 123의 드라이브 모터 제어 신호 들 및 라인 128의 헤드 위치와 탐색 제어 신호들과 같은, 다양한 시스템 동작들을 제어하기 위한 제어 신호들을 발생시킨다. 라인 128의 제어 신호들은 슬라이더(113)를 디스크(112)상의 소정 데이터 트랙으로 이동시키고 배치하기에 최적인 소정의 전류 프로파일들을 제공한다. 기입 및 판독 신호들은 기록 채널(125)을 경유하여 기입 및 판독 헤드들(121)로 그리고 기입 및 판독 헤드들(121)로부터 전달된다.
도 2를 참조하면, 슬라이더(113)의 자기 헤드(121) 배치를 좀더 자세하게 살펴볼 수 있다. 도 2는 슬라이더(113)의 ABS 도면이고, 이를 통해 알 수 있는 바와 같이, 유도성 기입 헤드 및 판독 센서를 포함하는 자기 헤드가 슬라이더의 후미 에지에 배치되어 있다. 통상적인 자기 디스크 저장 시스템에 대한 상기 설명과 도 1의 첨부 도면은 설명을 위한 것일 뿐이다. 디스크 저장 시스템들이 상당히 많은 디스크들 및 액추에이터들을 포함할 수도 있고, 각각의 액추에이터가 다수 슬라이더들을 지탱할 수도 있다는 것을 알 수 있어야 한다.
이제 도 3을 참조하면, 수직 자기 기록 시스템에서 사용하기 위한 자기 헤드(221)가 설명된다. 헤드(221)는 기입 소자(302) 및 판독 센서(304)를 포함한다. 판독 센서는 GMR(giant magnetoresistive) 센서인 것이 바람직하고 CPP(current perpendicular to plane) GMR 센서인 것이 바람직하다. CPP GMR 센서들은 수직 기록 시스템들에서의 사용에 특히 적합하다. 그러나, 센서(304)는 CIP(current in plane) GMR 센서 또는 TMR(tunnel junction sensor)과 같은 다른 유형의 센서이거나 다른 소정 유형의 센서일 수도 있다. 센서(304)는 제 1과 제 2 자기 차폐들 (306, 308) 사이에 배치되어 있고 그들로부터 절연되어 있으며, 유전성 재료(307)에 매입되어 있다. 예를 들어, CoFe 또는 NiFe로 구성될 수 있는 자기 차폐들은, 업트랙 또는 다운트랙 데이터 신호들로부터의 자계들과 같은, 자계들을 흡수하여, 판독 센서(304)가 차폐들(306, 308) 사이에 위치하는 소정 데이터 트랙만을 검출한다는 것을 보장한다. 비-자성의 전기 절연 갭 계층(309)이 차폐(308)와 기입 헤드(302) 사이에 제공될 수도 있다.
계속해서 도 3을 참조하면, 기입 소자(302)는, 자기 정형 계층(312)과 자기적으로 접속되어 있으며 ABS 근처의 절연 재료(311;도 4)내에 매입되어 있는 기입 폴(310)을 포함한다. 기입 폴은 공기 베어링 표면(ABS)에서 작은 단면적을 가지며, FeNi 또는 CoFe와 같은, 높은 포화 모먼트를 가진 재료로 구성된다. 정형 계층(312)은 CoFe 또는 NiFe와 같은 자성 재료로 구성되고 기입 폴(310)의 단면보다는 훨씬 큰, ABS 표면에 평행한, 단면을 가진다.
또한, 기입 소자(302)는 ABS 표면에서 노출되는 표면을 갖는 것이 바람직하고, 기입 폴(310)의 단면보다 훨씬 큰, ABS 표면과 평행인, 단면을 가진다. 리턴 폴(314)은 백 갭 부분(316)에 의해 정형 계층(312)과 자기적으로 접속된다. 리턴 폴(314) 및 백 갭(316)은, 예를 들어, NiFe, CoFe 또는 소정의 다른 자성 물질로 구성될 수 있다.
도 3의 단면도에 나타낸, 전기 전도성의 기입 코일(317)은 정형 계층(312)과 리턴 폴(314) 사이에서 기입 소자(302)를 통과한다. 기입 코일(317)은, 코일(317)의 턴들을 서로로부터 전기적으로 절연시키며 코일(317)을 주위의 자기 구조들 (310, 312, 316, 314)로부터 전기적으로 격리시키는 전기 절연 재료(320)에 의해 둘러싸여 있다. 전류가 코일(317)을 통과할 때, 얻어지는 자계는 리턴 폴(314), 백 갭(316), 정형 계층(312) 및 기입 폴(310)을 통해 자속이 흐르게 한다. 이러한 자속은 인접한 자성 매질 쪽으로 기입 필드(321)가 방출되게 한다.
또한, 기입 헤드 소자(302)는 후미 차폐(322)를 포함한다. 후미 차폐(322)는, 도 4를 참조하여 좀더 분명하게 이해될 수 있는 페디스털 접속기 구조(316)에 의해 리턴 폴(314)에 접속된다. 도 4에서 316으로 통칭되는 접속기 구조는 제 1 고지(first elevation)에 형성된 페디스털(318), 제 1 고지 위쪽의 제 2 고지에 형성된 제 1 및 제 2 스터드 부분들(321, 322), 및 제 2 고지 위쪽의 제 3 고지에 형성된 제 3 및 제 4 스터드 부분들(324, 326)을 포함한다.
페디스털 부분은 일반적으로 코일(317)의 고지에서 형성되지만, 코일(317) 상단 및 하단에서의 절연 계층들(320)을 책임지기 위해 코일(317) 하단의 약간 아래쪽으로 그리고 코일(317) 상단의 약간 위쪽으로 연장할 수도 있다. 제 1 및 제 2 스터드 부분들(321, 322)이 페이지 평면의 방향으로 배치되어 있기 때문에, 도 3에서는 이들을 볼 수 없다. 제 1 및 제 2 스터드 부분들(321, 322)은 정형 계층(312)과 동일한 레벨에 위치하는 것이 바람직하고, 정형 계층의 하부면들과 같은 평면에 존재하는 하부면들을 가지며 정형 계층(312)의 상부면들과 같은 평면에 존재하는 상부면들을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 및 제 2 스터드 부분들(321, 322)의 상부면들은 기입 폴(310)의 하부면과도 같은 평면에 존재한다. 제 3 및 제 4 스터드 부분들(324, 326)의 상부면들은 후미 에지 차폐와 자기적으로 접속 되어 있고 그것과 함께 통합될 수도 있다.
후미 에지 갭으로도 동작하는 비-자성의 전기 전도성 시드 계층(328)이 후미 에지 차폐(322)와 기입 폴(310) 사이에 배치되어 있다. 갭 계층(328)은, 예를 들어, Rh 또는 적합한 소정의 다른 재료일 수 있고, 그것은 (다음에서 부연되는 바와 같이) 요철이 없는 평면상에 증착되고 최종 헤드에 고스란히 남겨질 수 있기 때문에, 기입 폴(310)과 후미 차폐(322) 사이의 갭 거리를 정확하게 정의하기 위해 그것은 달라질 수 있다.
리턴 폴(318), 백 갭(316), 정형 계층(312) 뿐만 아니라 페디스털(318), 스터드 부분들(321, 322, 324, 326) 및 후미 차폐 모두는, 예를 들어, NiFe와 같은, 전기 도금될 수 있는 자성 재료로 구성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 차폐들(306, 308) 및 리턴 폴(314) 모두는 ABS로부터 리세싱된(recessed) 외측 부분들(330;outer portions)을 갖도록 구성될 수도 있다. 이러한 리세싱된 외측 날개 부분들은, 자기 전하들(magnetic charges)이 자기 구조의 코너들에 누적될 때 발생할 수 있는 부유 필드 기입을 방지하는 것으로 알려져 왔다.
여전히 도 4를 참조하면, 제 1 및 제 2 스터드들(321, 322)은, 스터드들(321, 322)과 기입 폴(310) 사이에서 소정 간격량이 유지될 것을 보장하는 노치들(332, 334)을 가진다. 또한, 리턴 폴(314)은 판독 센서(304)와 정렬되어 있는 한편, 기입 폴(310) 뿐만 아니라 후미 차폐(322) 및 (페디스털(318)과 스터드들(321, 322, 324 및 326)을 포함하는) 후미 차폐 접속 페디스털 구조(316) 모두는 서로와 정렬되어 있지만, 판독 센서(304)와는 정렬되어 있지 않다는 것도 알 수 있다. 바람직스럽게도, 이것은 기입 폴(310)과 후미 차폐(322) 및 접속 구조(316) 사이에서 소정의 임계 간격이 유지될 수 있게 한다.
기입 폴(310)이 자기 차폐 재료(322, 326)에 의해 완전히 둘러싸여 있다는 것도 알 수 있다. 이것은 바람직스럽게도 기입 폴(310) 주변 영역의 인접한 자성 매질을 차폐하여, 그 영역의 자성 매질이 코일(317), 정형 계층(312) 또는 환경으로부터의 자계들과 같은 자계들에 의해 영향을 받지 않게 한다. 접속 구조(316)와 기입 폴(310) 사이의 간격이 중요한 이유는, 간격이 지나치게 크면, 이 구조의 차폐 효과가 최적 효과에 미치지 못할 것이기 때문이다. 그러나, 간격이 지나치게 작으면, 플럭스는 기입 폴(310)로부터 후미 차폐 접속 구조(316)로 누설될 것이다. 또한, CoFe 또는 NiFe50과 같은 높은 Bsat 재료일 수 있는 기입 폴(310)이, 기입 폴(310)의 아래에 그리고 옆에 제공되는, 알루미나(Al2O3)와 같은, 절연성 재료내에 고정된다는 것도 지적되어야 한다.
도 5 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자기 헤드(221)를 구성하기 위한 방법이 설명된다. 특히 도 5를 참조하면, 판독 센서(304), 차폐들(306, 308), 절연 계층(309) 및 리턴 폴(314)이, 당업자들에게는 익숙할 포토리소그래피 방법들 및 증착 방법들을 사용해 구성된다. 그후, 도 6을 참조하면, 코일(317)이 구성된다. 코일의 구성은, 포토레지스트(photoresist)의 프레임을 형성하고, 예를 들어, Cu의 코일을 피복하는 것과 같은, 당업자들에게 익숙한 방법들에 의해 수행될 수 있다. 또한, 코일(317)은 다마신 방법(damascene method)으로 구성될 수도 있다. 다음으로, 도 7을 참조하면, 페디스털(318)이 구성될 수 있다. 페디스털(318)은, 예를 들어, NiFe일 수 있고, 포토레지스트 프레임을 형성하고 전기 전도성 시드 계층을 스퍼터 증착한 다음 페디스털(318)을 전기 도금하는 것에 의해 구성될 수 있다. 이 시점에서, 페디스털(318)은 리턴 폴(314) 및 판독 센서(304)와 나란히 정렬될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 여기에서 사용되는 "나란히"라는 용어는 ABS와 평행이며 데이터 트랙 방향(즉, 다양한 계층들이 증착됨에 따른 일 측면에서 다른 측면으로의 방향)에 수직인 방향을 의미한다. 페디스털(318)이 구성된 후, Al2O3와 같은 절연성 재료의 계층이 증착되어 절연 계층(320)을 형성할 수 있다. CMP(chemical mechanical polishing process)가 수행되어 페디스털(318) 및 절연 계층(320)의 상단에 걸쳐 요철없는 평면을 형성할 수 있다.
이제 도 8을 참조하면, 제 1 및 제 2 스터드 부분들(321, 322)은 포토리소그래피(photolithography)와 전자 도금의 조합을 사용해 형성된다. 시드 계층이 증착될 필요가 있을 수도 있다. 스터드 부분들(321, 322)은 페디스털(318), 리턴 폴(314) 및 판독 센서(304)와의 나란한 정렬을 벗어날 수도 있다. 이제 도 9를 참조하면, Al2O3와 같은 절연 재료(902)가 증착되고 CMP(chemical mechanical polishing process)가 수행되어 스터드 부분들(321, 322) 및 절연 계층(902)에 걸쳐 요철이 없는 동일 평면을 형성한다. 그 다음, 도 10을 참조하면, 기입 폴 재료(1002)의 계층이 증착된다. 이 재료는 CoFe 또는 NiFe50과 같은 높은 Bsat 재료의 단일 계층 이거나, 비-자성 재료의 아주 얇은 계층들에 의해 분리되어 있는 자성 재료의 다수 적층 계층들로서 구성될 수도 있다. 다음으로는, 포토레지스트 마스크(1004)가 기입 폴 재료(1002) 위에 형성된다. 포토레지스트 마스크(1004)는 스터드 부분들(321, 322) 중 일부만을 커버하도록 그리고, 일부의 스터드 부분들(321, 322)이 포토레지스트 마스크(1004)의 에지들 너머로 나란히 연장하게 하면서, 스터드 부분들(321, 322)간의 공간 또한 커버하도록 형성된다. 그후, 도 11을 참조하면, IBE(ion beam etching)와 같은, 재료 제거 프로세스(1022)가 수행되어 포토레지스트 마스크(1004)에 의해 커버되지 않은 기입 폴 재료(1002) 부분들이 제거된다. 이러한 재료 제거 프로세스(1102)는 포토레지스트 마스크(1004)에 의해 커버되지 않은 스터드들(321, 322)의 부분들을 노출시키기에 충분하도록 수행된다. 또한, 재료 제거 프로세스(1002)는 (나타내지 않은) 정렬 마크들을 개방하기에 충분하도록 수행된다.
이제 도 12를 참조하면, 제 1 포토레지스트 마스크(1004)가 제거된다. 그 다음, 하드 마스크(1202)가 형성된다. 하드 마스크(1202)는, 예를 들어, DLC(diamond like carbon) Duramide SiO2 또는 TiS를 포함할 수 있다. 하드 마스크(1202)는, 기입 폴(310)이 존재하기를 원하는 영역을 커버하도록 그리고, 스터드들(321, 322)의 앞서 노출된 부분들을 포함하여, 나머지 기입 폴 재료(1002)에 의해 커버되지 않은 영역들도 커버하도록 형성된다. 다음으로는, 하드 마스크(1202)에 의해 보호되지 않는 기입 폴 재료(1002) 부분들을 제거하기 위해 이온 밀링(ion milling;1204)이 수행된다. 이온 밀링(1204)은, ABS로부터 고찰될 때 원하는 사다 리꼴 형태의 기입 폴(302)이 형성되는 각도에서 수행되는 것이 바람직하다. 이온 밀링(1204) 또한 하드 마스크(1202)에 의해 커버되지 않은 영역들의 스터드들(321, 322)로부터 재료의 소정량을 제거하기에 충분하도록 수행될 수 있다.
도 13을 참조하면, 알루미나(Al2O3)와 같은 절연 재료(1302)가 증착될 수 있고 기입 폴(310)의 상단을 노출시키기 위해 CMP가 수행될 수 있다. 도 12를 참조하여 수행된 이온 밀링(1204)이 일부의 스터드들(321, 322)을 제거하여 노치들(1304, 1306) 및 상승된 외측 부분들(1308, 1310)을 형성하였다는 것을 알 수 있다.
도 14를 참조하면, RIE(reactive ion etch)와 같은 것에 의해, 나머지 하드 마스크(1202;도 12)가 제거되고, 비-자성의 전기 전도성 시드 계층(328)이 증착된다. 시드 계층(328)은, 예를 들어, Rh로 구성될 수 있고 후미 차폐 갭 높이를 정의할 두께를 가진다. 시드 계층(328)은 기입 폴(310) 위와 주위 영역의 요철이 없는 평면상에 증착되는 것이 바람직한데, 이로 인해, 향상된 두께(즉, 갭) 제어가 가능하다.
이제 도 15를 참조하면, 또 하나의 포토레지스트 마스크(1502)가 구성된다. 포토레지스트 마스크(1502)는 제 1 및 제 2 스터드 부분들(321, 322)의 상승된 외측 부분들(1308, 1310) 위에 형성된 개구부들을 가진다. 다음으로는, 또 한번의 이온 밀링 프로세스(1504)가 수행되어 스터드들(321, 322)의 상승된 외측 부분들(1308, 1310)의 상단들을 노출시킬 뿐만 아니라 (나타내지 않은) 정렬 마크들도 노출시킨다.
도 16을 참조하면, 앞서 형성된 마스크(1502)가 제거된다. 그 다음, 도 17을 참조하면, 또 하나의 포토레지스트 마스크(1702)가 형성된다. 마스크(1702)는 스터드들(321, 322)의 상승된 외측 부분들(1308, 1310)상의 영역들 뿐만 아니라 후미 차폐가 형성될 그들간의 영역도 노출시키는 개구부를 갖도록 구성된다. 도 18을 참조하면, 다음으로는, NiFe와 같은, 자성 재료가, 전자 도금과 같은 것에 의해, 증착되어 제 3 및 제 4 스터드들(324, 326)과 후미 차폐(322)를 형성할 수 있다. 추가적인 헤드 구성이 당업자들에게 익숙한 방법들에 따라 계속될 수도 있으며 (나타내지 않은) 절연 계층의 증착을 포함할 수도 있다.
이제 도 19를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서는, 추가적인 차폐 보호를 제공하기 위해, 드레이프 후미 차폐(1902;draped trailing shield)가 제공될 수도 있다. 드레이프 후미 차폐는, 기입 폴(310)의 상부면 위쪽 레벨로 하향 연장하는 언드레이프 부분(1904;undraped portion)을 가진다. 이러한 언드레이프 부분은, 기입 폴(310)의 영역에 위치하고 기입 갭 계층/시드 계층에 의해 기입 폴(310)로부터 분리되면서, 후미 차폐상의 중앙에 배치된다. 드레이프 후미 차폐(1902) 또한, 기입 폴(310)의 상단 및 하단 계층들 사이의 레벨로 하향 연장할 수 있거나 기입 폴(310)의 하단 레벨 아래로 연장할 수 있는, 하향 연장하는 드레이프 부분들과 나란히 대향한다. 드레이프 후미 차폐(1902)의 이러한 하향 드레이프 구성은, 이러한 차폐가 필요할 때, 추가적인 측면 차폐를 제공한다.
다양한 실시예들이 설명되었지만, 이들은 한정이 아닌 일례로써 제시되었다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 당업자들은, 본 발명의 범위내에 해당되는 다른 실시예들도 분명히 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 폭과 범위는 상술된 예시적 실시예들 중 어느 것에 의해서도 한정되지 않아야 하며 다음의 청구항들 및 그들의 등가물들에 따라서만 정의되어야 한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 후미 차폐와 기입 폴 사이에서 임계 간격을 유지할 뿐만 아니라, 서로 정렬되어 있지 않은 판독 및 기입 소자들을 가진 헤드 설계에서도, 스터드형의 후미 차폐 접속 구조 사이에서 임계 간격을 유지하는 스터드형 후미 차폐 설계 및 그것의 제조 방법이 제공된다.

Claims (21)

  1. 수직 자기 기록을 위한 기입 헤드로서,
    자성 재료로 구성되었으며 공기 베어링 표면(ABS)을 향해 배치되어 있는 엔드를 가진 리턴 폴;
    상기 공기 베어링 표면을 향해 배치되어 있는 표면을 가진 자성 재료로 구성된 기입 폴로서, 상기 리턴 폴과 자기적으로 접속되어 있는 것인 상기 기입 폴;
    상기 ABS를 향해 배치되어 있는 상기 리턴 폴의 엔드에서 상기 리턴 폴과 접속되어 있으며 상기 기입 폴을 향해 연장하는 자기 페디스털;
    상기 기입 폴에 가장 근접한 상기 페디스털의 에지로부터 연장하는 제 1 및 제 2 나란히 대향하고 있는 자기 스터드들; 및
    상기 제 1 및 제 2 스터드 부분들 사이에서 연장하며 상기 제 1 및 제 2 스터드 부분들과 자기적으로 접속되어 있는 후미 자기 차폐로서, 비-자성 갭 계층에 의해 상기 기입 폴로부터 분리되어 있는 것인 상기 후미 자기 차폐를 포함하는 기입 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비-자성 갭 계층은 전기 전도성인 것인 기입 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 갭 계층은 Rh를 포함하는 것인 기입 헤드.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 스터드들 각각의 일부는 노치를 갖도록 형성되는 것인 기입 헤드.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 노치는 내부 엔드에서 형성되어, 나란히 안으로 향하도록 배치된 노치 부분 및 나란히 밖으로 향하도록 배치된 상향 연장 부분을 발생시키는 것인 기입 헤드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상부면 및 하부면을 가지며 상기 기입 폴과 자기적으로 접속되어 있는 정형(shaping) 계층; 및
    상기 정형 계층을 상기 리턴 폴과 자기적으로 접속시키는 백 갭을 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 스터드 부분들 각각은 상기 정형 계층의 상부면 및 하부면과 같은 평면에 존재하는 상부면 및 하부면을 가진 제 1 계층 및 상기 제 1 계층 위에 형성된 제 2 계층을 포함하는 것인 기입 헤드.
  7. 제 6 항에 있어서, 각 스터드 부분의 상기 제 1 계층은 그것의 상부면에 형성된 노치를 갖는 것인 기입 헤드.
  8. 제 6 항에 있어서, 각 스터드 부분의 상기 제 1 계층은 그것의 상부면에 형 성된 노치로서, 나란히 안쪽으로 향하도록 배치된 상기 노치 및 나란히 바깥을 향하도록 배치된 상향 연장 부분을 갖고, 상기 스터드의 제 2 계층은 상기 제 1 계층의 상향 연장 부분과 자기적으로 접속되어 있는 것인 기입 헤드.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 후미 차폐는 전기 도금에 의해 증착된 NiFe인 것인 기입 헤드.
  10. 제 1 항에 있어서, 판독 센서를 더 포함하고,
    상기 페디스털 부분은 상기 판독 센서와 나란히 정렬되어 있으며,
    상기 스터드들, 기입 폴 및 후미 차폐는 서로 나란히 정렬되어 있고 상기 판독 센서 및 상기 페디스털과는 나란한 정렬 상태를 벗어나 있는 것인 기입 헤드.
  11. 수직 자기 기록에 사용하기 위한 자기 헤드를 제조하는 방법으로서,
    ABS(air bearing surface)를 향하도록 배치되어 있는 프론트 엔드(front end) 및 상기 프론트 엔드와 대향하는 백 엔드(back end)를 가진 자기 리턴 폴을 구성하는 단계;
    상기 리턴 폴상에 페디스털을 구성하는 단계로서, 상기 페디스털은 상기 리턴 폴의 프론트 엔드에 배치되어 있는 것인 단계;
    정형 계층과 제 1 및 제 2 스터드 부분들을 형성하는 단계로서, 상기 스터드 부분들 중 적어도 일부는 상기 페디스털의 적어도 일부를 덮어서 접촉하도록 형성 되는 것인 단계;
    기입 폴 재료 계층을 적층하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 스터드들의 적어도 일부상에 개구부들을 갖는 하드 마스크를 구성하는 단계로서, 상기 마스크는 기입 폴 영역상의 상기 기입 폴 재료 계층 일부를 덮는 것인 단계;
    상기 기입 폴 재료의 노출된 부분들을 제거함으로써 상기 기입 폴 영역에서 기입 폴을 정의하기 위해, 제 1 재료 제거 프로세스를 수행하는 단계;
    절연성 충전 재료를 적층하는 단계;
    상기 기입 폴의 상부면을 노출시키기에 충분하도록 CMP(chemical mechanical etch)를 수행하는 단계;
    상기 하드 마스크를 제거하는 단계;
    비-자성의 전기 전도성 시드 계층을 적층하는 단계;
    상기 시드 계층 위에 포토레지스트 마스크를 형성하는 단계로서, 상기 제 2 포토레지스트 마스크는 상기 제 1 및 제 2 스터드들 각각의 일부상에 개구부들을 갖는 것인 단계;
    상기 포토레지스트 마스크에 의해 노출되어 있는 상기 시드 계층의 노출된 부분들을 제거하기 위해 제 2 재료 제거 프로세스를 수행하는 단계; 및
    후미 차폐를 형성하기 위해 자성 재료를 적층하는 단계를 포함하는 자기 헤드의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 재료 제거 프로세스는 이온 밀링을 포함하는 것인 자기 헤드의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 재료 제거 프로세스는 반응성 이온 에칭(reactive ion etch)을 포함하는 것인 자기 헤드의 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 비-자성의 전기 전도성 시드 계층은 Rh를 포함하는 것인 자기 헤드의 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 페디스털, 스터드들 및 후미 차폐는 전기 도금에 의해 적층되는 것인 자기 헤드의 제조 방법.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 재료 제거 프로세스는, 상기 제 1 및 제 2 스터드 부분들 각각을 제거하기에 충분하도록 수행되어, 상기 스터드 부분들에 노치들을 형성하는 것인 자기 헤드의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 노치들은, 상기 제 1 및 제 2 스터드들의 나란히 안쪽으로 향하도록 배치되어 있는 부분들에 배치되어, 바깥으로 향하도록 배치된 상향 연장 비-노치 부분들을 형성하고, 상기 포토레지스트 마스크의 개구부들은 상기 바깥으로 향하도록 배치된 상향 연장 비-노치 부분들과 정렬되어 있는 것인 자 기 헤드의 제조 방법.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 리턴 폴을 구성하는 단계 이전에, 자기 저항 센서를 구성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 리턴 폴은 상기 자기 저항 센서와 나란히 정렬되어 있으며, 상기 스터드들, 기입 폴, 및 후미 차폐가 서로는 나란히 정렬되어 있지만, 상기 리턴 폴 및 상기 자기 저항 센서와는 나란히 정렬되어 있지 않은 것인 자기 헤드의 제조 방법.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 재료 제거 프로세스는 이온 밀링을 포함하고,
    상기 이온 밀링은 사다리꼴 형태의 기입 폴을 형성하기 위한 각도에서 수행되는 것인 자기 헤드의 제조 방법.
  20. 제 11 항에 있어서, 상기 정형 계층과 상기 제 1 및 제 2 스터드들은 전기 도금 프로세스에서 동시에 적층되고 공통의 포토레지스트 프레임에 의해 정의되는 구성들을 갖는 것인 자기 헤드의 제조 방법.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 후미 차폐는 적어도 일부가 상기 기입 폴 위에 배치되어 있는 언드레이프 부분(undraped portion)을 갖고, 상기 기입 폴의 상부면 레벨 미만의 레벨까지 하향 연장하는 제 1 및 제 2 나란히 대향하는 드레이프 부분들을 갖는 것인 기입 헤드.
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