KR20060130242A - 절연성 기판 위의 ｍｒ 센서 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 태양에 의하면 슬라이더의 헤드/센서의 향상된 보호를 제공하는 슬라이더 디자인을 나타낸다. 하나의 실시 태양에서 슬라이더 디자인은 ESD 보호를 슬라이더 웨이퍼 가공시 제공하기 위한 것이다. 즉, HGA에 결합되기 위한 슬라이더/헤드가 완성되었을 때 백-엔드 가공과 디스크 드라이브 또는 이같은 조작 시의 보호를 위한 것이다. 본 발명의 실시 태양에서 전도성 필름은 절연성 물질 슬라이더 기판을 둘러싸기 위해 제공된다. 전도성 필름은 웨이퍼 가공 중에 접지 패스를 제공한다. 전도성 층은 백-엔드 가공시 접지 패스를 제공하기 위한 헤드 가공 중에 더욱 형상화된다. 전도성 스트라이프는 슬라이더-투-디스크 인터페이스 내의 데브리스를 배출하기 위해 첨가될 수 있다.

슬라이더, 절연, 기판, 전도성 필름, 자기 기록 장치, 판독, 헤드, 센서

Description

절연성 기판 위의 ＭＲ 센서 및 제조방법{MR sensor on an insulating substrate and method of manufacture}

본 발명은 하드디스크 드라이브 등을 위한 슬라이더 장치를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 특히 거대 자기저항(Giant Magnetoresistive, GMR)-형태의 헤드를 위한 자기 기록 장치에서 데이터 회로를 보호하기 위한 접지 패치를 제공하는 것이다.

하드디스크 드라이브는 본래 일련의 회전 가능한 디스크로 구성된 일반적인 정보 저장소이고 이는 자기 판독 및 기록 소자에 의해 액세스된다. 일반적으로 변환기로 알려진 이러한 데이터 운반 소자는 일반적으로 판독을 허용하거나 수행되는 작동을 기록하기 위한 디스크 위에 형성된 분리된 데이터 트랙에 걸쳐 상대적으로 근접한 위치에서 유지되는 슬라이더 몸체에 의해 수행되거나 함몰된다. 디스크 표면에 대해서 적당한 변환기의 위치를 잡기 위해서 슬라이더 몸체 위에 형성된 에어 베어링 표면(air bearing surface, ABS)에 유동성 공기를 흘려주며 이는 슬라이더를 "부상시키기"에 충분한 리프트를 제공하고 디스크 데이터 트랙 위에 변환기를 제공한다. 자기 디스크의 고속 회전은 디스크의 접선 속도에 실질적으로 평행인 방향으로 기류 흐름을 일으키거나 그 표면을 따라 바람을 일으킨다. 기류가 슬라이더 몸체의 ABS와 협동하는 것은 회전하는 디스크 위로 슬라이더를 부상시키는 것을 가능하게 한다. 사실상 부상된 슬라이더는 자가-작용 에어베어링에 의해 디스크 표면으로부터 물리적으로 분리되어 있다. 슬라이더의 ABS는 일반적으로 회전 디스크에 면한(facing) 슬라이더 표면 위에 형성되고 다양한 조건 하에서 디스크 위로 부상하기 위한 능력에 큰 영향을 준다.

도 1에 나타난 바와 같이 일반적인 캐터머랜 슬라이더(catamaran slider)로 알려진 ABS 디자인 5는 디스크와 대향하고 있는 슬라이더 표면의 외부 모서리를 따라 연장되어 있는 평행한 레일 한 쌍 2 및 4로 구성될 수 있다. 다양한 표면적 및 기하학적 배열을 지닌 3개 또는 그 이상의 추가 레일을 포함하는 다른 ABS 형태 또한 개발되어 왔다. 두 개의 레일 2 및 4는 일반적으로 앞쪽 모서리 6에서 뒤쪽 모서리 8까지의 슬라이더 몸체 길이의 최소한 한 부분을 따라 활주한다. 앞쪽 모서리 6은 뒤쪽 모서리 8을 향해 슬라이더 5의 길이를 활주하기 전에 회전 디스크가 통과하는 슬라이더의 모서리로 정의된다. 도면에 나타난 바와 같이 앞쪽 모서리 6은 일반적으로 이러한 기계적 과정과 관련된 바람직하지 않은 큰 오차에도 불구하고 그 끝이 점점 좁아질 수 있다. 변환기 또는 자기 소자 7은 일반적으로 도 1에 나타난 바와 같이 슬라이더의 뒤쪽 모서리 8을 따라 어떠한 위치에서 장착된다. 레일 2 및 4는 슬라이더가 부상하는 에어베어링 표면 위에 형성되고 회전 디스크에 의해 발생되는 기류와 접촉하여 필요한 리프트를 제공한다. 디스크가 회전함에 따라 생성된 바람 또는 기류는 캐터머랜 슬라이더 레일 2 및 4의 하부 및 그 사이로 흘러든다. 기류가 레일 2 및 4의 바로 밑을 통과함에 따라 레일과 디스크 사이의 공기 압력은 증가되고 이에 따라 양의 여압(pressurization) 및 양의 리프트를 제공한다. 캐터머랜 슬라이더는 일반적으로 회전하는 디스크 위의 적당한 높이에서 슬라이더가 부상하도록 하기 위해 충분한 양의 리프트 또는 양의 하중력을 만들어 낸다. 레일 2 및 4가 없는 경우에는 슬라이더 몸체 5의 큰 표면적이 과도한 에어베어링 표면적을 생기게 할 것이다. 일반적으로 에어베어링 표면적이 증가함에 따라 발생된 리프트의 양 역시 증가된다.

도 2에 나타난 바와 같이 헤드 짐벌 어셈블리(head gimbal assembly) 40은 흔히 슬라이더의 부상 높이를 나타내는 수직 간격 또는 피치각(pitch angle) 및 롤각(roll angle)과 같은 자유로운 다양한 각도를 갖는 슬라이더를 제공한다. 도 2에 나타난 바와 같이 서스팬션 74는 이동 디스크 76(모서리 70을 지님) 위에서 HGA 4를 지탱하고 화살표 80이 가리키는 방향으로 움직인다. 도 2에 나타난 디스크 드라이브의 작동시 작동기 72는 호(arc) 78위의 디스크 76의 다양한 지름(예를 들면 내부 지름(ID), 중간 지름(MD) 및 외부 지름(OD)) 위로 HGA를 이동시킨다.

거대 자기저항(Giant Magnetoresistive, GMR) 헤드는 진보한 하드디스크 드라이브(예를 들면 80 기가바이트의 데이터보다 더 많은 양이 저장 가능한)에 점점 더 사용되고 있다. 기술 분야에 잘 알려져 있는 거대자기저항 헤드는 일반적으로 슬라이더의 트레일(trail) 부분의 가운데에 위치하고 있는 구성요소를 포함한다(슬라이더의 에어 베어링 표면은 포함하지 않음). 거대자기저항 판독 센서(매개물에서 데이터 신호를 감지하기 위한)는 정전기적 방전(ESD)에 의해 손상을 입기 쉬운 경향이 있다. 헤드의 기록 회로는 일반적으로 정전기적 방전 손상에 대해 원상으로 복귀시켜 주는 전도성 코일(매개물에서 데이터 신호를 만들어 내기 위한)을 포함한다.

상기에 언급한 바와 같이 슬라이더는 일반적으로 전도성 물질인 Al₂O₃TiC와 같은 세라믹으로 제조된다. 디스크 위를 부상하는 슬라이더로써 슬라이더의 전위는 마찰전기 전하에 의해 영향을 받을 수 있다. 슬라이더가 전도성이기 때문에 이러한 전위는 슬라이더의 접지 또는 전기용량 억제에 의해 조절될 수 있다(예를 들면 하기에 기술한 바와 같이).

슬라이더의 접지는 예를 들면 슬라이더 서스펜션(예를 들면 스테인리스강)의 전도성 물질에 전기적으로 커플링하는 것에 의해 완성될 수 있다. 한편 슬라이더 기판과 서스펜션 사이의 연결이 전도성이 충분하지 않고 이들 사이의 전기용량이 슬라이더-디스크 표면의 전기용량 보다 상당히 크다면 그 후 전기용량 억제가 수행될 것이다.

슬라이더의 전위를 조절함에 있어서 슬라이더의 접지는 전기용량 억제보다 더욱 효과적이다. 스테인리스강 서스펜션에 전기적으로 슬라이더를 커플링하는 것을 추가함으로써 슬라이더는 여분의 전도성 패드로써 제공될 수 있을 것이다. 이러한 상황에서 전도성 트레이스는 그라운드에 여분의 패드를 연결하기 위해 서스펜션 위에 제공될 것이다.

전도성 슬라이드에 선택적으로 절연체로 만들어진 슬라이더가 제공될 수 있다. 예를 들면 알루미나(Al₂O₃)로 만들어진 슬라이더는 우수한 기계적 특성을 지닐 수 있다(예를 들면 기계가공성 및 신뢰성). 그러나 오직 절연체로만 만들어진 슬라이더는 거대자기저항 센서에 대해 심각한 정전기적 방전 위험성을 지닌다. 첫 번째로 웨이퍼를 가공하는 동안 센서를 제작할 때 자기 헤드는 안전하게 방전될 수 없고 이는 센서에 손상을 줄 수 있다. 두 번째로 헤드 짐벌 어셈블리(head gimbal assembly, HGA)를 제조하는 동안 슬라이더 기판은 완전하게 그라운드 될 수 없다. 세 번째로 디스크 표면의 슬라이드 내의 파편(debris)은 마찰전기를 야기하여 축적된다. 증가된 전위의 결과로 수용 가능한 쓰레드홀드(threshold)를 초과할 것이고 이는 거대자기저항에 손상을 줄 것이다.

따라서 절연성 기판은 오직 전도성 기록 헤드와만 함께 사용되고 이는 정전기적 방전 손상에 더욱 저항성을 갖는다. 미국특허등록 제6,597,543호는 자기저항 기록-헤드에 대한 "절연성 기판"이 개시되어 있다. 그러나 "절연성 기판"은 잘-알려진 전도체인 통상적인 Al₂O₃TiC 기판을 언급하는 것으로 "언더-코트(under-coat)"로 알려진 알루미나의 얇은 층에 의해 덮여진다. 이러한 언더-코트를 적용하는 것 역시 통상적인 절차이다. 이것은 전도성 기판으로부터 거대자기저항 헤드를 간단하게 절연시킨다. 이는 Al₂O₃TiC 기판을 절연성 기판이 되게 하지는 않는다. 미국특허등록 제5,757,591호 및 제6,607,923호에는 실제로 절연체인 사파이어 웨이퍼 기판이 개시되어 있다. 빌드-인(build-in)된 다이오드 쌍이 정전기적 방전 손상의 위험을 감소시키기 위해 채용된다. 그러나 이 다이오드는 쉴드(shield)와 거대자기저항 스트라이프(stripe) 사이의 유전체 파괴(즉 아킹(arcing))의 경우에는 정전기적 방전 손상을 방지하지 못할 것이다.

미국특허등록 제6,453,542호에서 언급한 바와 같이 쉴드는 정전기적 방전 아킹으로부터 거대자기저항 헤드를 보호하기 위해 제공된다. 쉴드는 전도성 있게 거대자기저항 센서에 연결된다. 그러나 만약 쉴드가 빠른 과도전류(fast transient current)(예를 들면 디스크 표면의 슬라이더에서 파편이 지나가는 것에 의한)를 수용한다면 쉴드 내의 전위는 매우 클 것이고 쉴드와 정전기적 방전 손상 을 야기하는 센서 사이에서 아킹이 일어날 것이다.

쉴드 내로 들어가는 빠른 과도전류를 최소화하기 위해서 선행-기술의 해결법은 전도성 슬라이더 기판을 그라운드시켜서 지나가는 파편이 쉴드에 접근함에 따라 슬라이더 기판에 의해 방전될 수 있는 것이었다. 이 해결법은 절연성 슬라이더 기판로써는 명백하게 적용 불가능하다. 이론상으로 전도성 코팅은 슬라이더 기판에 적용될 수 있고 에어-베어링 표면(air-bearing surface, ABS) 전도성을 만들 수 있다.. 그러나 높은 기록 밀도를 얻기 위해서는 이러한 코팅은 매우 얇아야만 한다(1 나노미터 단위로). 이러한 얇은 코팅을 지니는 원하는 전도성을 얻기는 매우 어렵다. 또한 코팅은 마모되기 쉬울 것이다.

상기에 살펴본 바와 같이 정전기적 방전 등에 의한 헤드/센서 손상의 보호가 증진된 헤드/슬라이더 디자인에 대한 요구가 있다.

발명의 요약

본 발명의 실시태양에 따라 슬라이더 디자인이 제공되었고 이는 슬라이더의 헤드/센서의 증진된 보호를 제공한다. 하나의 실시태양에서 정전기적 방전 보호와 같은 슬라이더의 디자인은 "백-엔드(back-end)" 과정인 슬라이더 웨이퍼가 처리되는 동안(예를 들면 완전한 슬라이더/헤드가 거대자기저항 내로 통합될 때) 그리 고 디스크 드라이브 등의 내에서 작동하는 동안 제공된다. 이 실시태양에서 전도성 필름은 제공되었고 절연체 슬라이더 기판을 에워 쌓았다. 전도성 필름은 웨이퍼 제작 과정 동안 그라운딩 통로를 제공하였다. 이러한 전도성 층은 백-엔드 제작 과정의 그라운드 통로를 제공하기 위해 헤드를 제작하는 동안 더욱 패턴화될 것이다. 이러한 패턴화된 전도성 층은 슬라이더-대-디스크 표면에서 방전된 파편의 에어베어링 표면에서 전도성 스트라이프를 더욱 구성할 수 있을 것이다.

도 3a 및 도 b에 나타난 공정도는 본 발명의 실시태양에 따른 방법을 나타낸 것이다. 블록 301에서 슬라이더 기판은 절연체로 제조된 것 중에서 선택된다. 상기에 언급한 바와 같이 이러한 기판은 전도성 물질로 제조된 슬라이더 보다 실질적으로 더욱 우수한 기계적 특성을 갖는 경향이 있다. 이 실시태양에서 슬라이더 기판을 위한 물질은 경도, 기계가공성, 우수한 표면, 열전도성, 열팽창 계수 및 다공성과 같은 특성에 기초하여 선택되었다. 슬라이더 기판은 그 화학적 특성에 대해서도 선택될 수 있다. 이는 부식 저항성 및 식각액(etchant)과의 반응성 정도(예를 들면 제작과정에 있어서)를 포함한다. 이 실시예에서 알루미나는 기판 물질로써 선택된다.

블록 303에서 절연체 기판에 적용된 전도성 층이 선택된다. 이 실시예에서 전도성 층을 위해 사용된 물질은 기초(underlying) 기판 물질에 강하게 결합하고 마모 및 산화에 저항성을 지니기 때문에 선택된다. 이 실시예에서 전기적 전도성 및 표면 저항성은 전도성 층에 대한 중요한 특성은 아니다. 탄탈륨(Tantalum, Ta) 층이 이 실시태양에서 사용되고 그 두께는 예를 들면 10 nm이다.

블록 305에서 소결(sintering), 고온 프레스 등과 같은 알려진 기술을 사용하여 절연층 기판이 형성되었다. 블록 307에서 탄탈륨의 전도성 층이 기판에 적용된다. 이 실시태양에서 탄탈륨 층이 적용된 후 윗면 및 아래의 표면은 다른 하나에 전기적으로 연결된다. 이 경우 아래의 표면이 전기적으로 그라운드될 때(예를 들면 고정물 등의 위에 장착될 때) 위의 표면 역시 그라운드된다. 전도성 층을 포함하는 위 및 아래 표면을 지닌 슬라이더 기판은 상기에 언급한 Al₂O₃TiC 물질의 정전기적 방전 특성을 갖는다.

블록 309에서 기판의 위층은 포토레지스트로 덮여 있고 다양한 알려진 사진석판 처리방법의 하나를 이용하여 선택적으로 패턴화된다. 이 실시예에서 "윈도우즈"의 대다수는 전도층 위에서 만들어질 것이다. 각각의 슬라이더 다이(die)는 이러한 윈도우즈의 하나에 포함될 것이다. 윈도우는 다이 위에서 만들어지는 에어-베어링 표면(ABS) 위로 확장될 것이다. 이 실시태양에서 윈도우는 더 넓은 지역으로 확장되고 그 후 판독-헤드 쉴드 및 기록-헤드 폴(pole)의 프로젝션을 완전하게 포함한다. 따라서 윈도우는 지형상, 광학상 또는 물질 단절(material discontinuity)의 번거로움 없이 구성될 수 있는 판독-헤드 쉴드 및 기록-헤드 폴에서 평평하고 균일한 토대를 제공한다. 윈도우의 데드-엔드(dead-end)는 하기에 나타난 바와 같이 그라운드-패드에 대한 사이트를 제공하기 위해 에어베어링 표면 영역에서 유래하고 슬라이더 영역 내로 확장된다.

도 4는 이러한 특징을 도식적으로 나타낸다. 도 4에서 4개의 슬라이더 다이를 포함하는 웨이퍼가 제공된다. 각 슬라이더 다이는 점선에 의해 표시된다(예를 들면 구성요소 번호 409). 각각의 다이는 그 위에 윈도우 401a 내지 401d의 하나를 포함할 것이다. 도 4에 나타난 바와 같이 윈도우 영역은 서로 연결되고, 기판 407이 미치는 범위에 연결되며 여기에서 이들은 기판의 아래 면에 전기적으로 커플링되어 있고 그라운드 하기 위해 효과적으로 커플(예를 들면 고정물을 통해)될 수 있다. 상기에 언급한 바와 같이 영역 403은 상대적으로 얇은 층인 전도성 물질(탄탈륨)로 덮인 기판의 영역을 나타낸다. 윈도우 401a 내지 401d 및 연결된 구조의 포토레지스트가 증진된 후 추가적인 전도성 물질이 이 영역에 추가될 것이다(도 3의 블록 311참조). 이 실시태양에서 첨가된 전도성 물질은 나중에-적용된 유전체 층(예를 들면 알루미나)과 같은 전도성 층을 지니며 좋은 점착력을 갖는다. 첨가된 전도성 물질 또는 "전도성 패치" 또한 마모 저항성 및 부식 저항성을 갖는 것으로 선택된다. 이 실시예에서 80%의 니켈과 20%의 철을 함유한 퍼멀로이가 선택된다. 첨가된 전도성 물질의 두께는 슬라이더의 부상 높이보다 훨씬 높게 설정되고, 바람직하게는 슬라이더 부상-높이의 10배 이상 높게 설정된다. 이 실시예에서 이 두께는 0.5 ㎛이다. 전도성 패치는 예를 들면 마스크(mask) 과정 및 침착(deposition) 과정을 통해 형성될 수 있다. 선택적으로, 얇은 전도성 필름이 원하는 영역 내에 형성된 후, 전도성 필름은 본 명세서에서 설명된 전도성 패치를 형성하기 위해 더 두껍게 플레이트될 수 있다.

도 4에서 각각의 윈도는 좁은 스트립(strip)에 의해 연결된 두 개의 넓은 패치로 생각될 수 있다. 이러한 두 개의 패치는 도 5에서 505a 및 505b로 나타난다. 이러한 패턴은 탈라미네이션(de-lamination)을 방지하고 열 전도성을 향상시키기 위해서 윈도우 영역을 최소화하려고 선택된다. 첫 번째 바람직한 실시태양에서 패치 505b는 첫 번째 쉴드 515의 침착 및 패터닝에 대한 평평하고 균일한 토대를 제공하기 위해 첫 번째 쉴드 515 보다 더 크게 제조된다. 높은 데이터-율 기록 헤드를 위해 패치 505b는 스트라이프-높이에서 쉴드 515 보다 더 낮을 수 있다. 다시 말하면 패치 505b는 쉴드 515와 같이 에어베어링 표면 위에서 더 멀리 확장되지는 않을 것이다. 이것은 판독-헤드 정전 용량을 감소시키는 것을 도와준다. 유사하게 이 첫 번째 실시태양에서 패치 505a는 연접 스터드(connecting stud) 609 보다 더 크게 제조되고 이는 그라운드 패드 507 보다 더 크다. 각각의 층은 평평하고 균일한 토대 위에서 세워지는 이점에 더해 이러한 배열은 묘사하기 쉽고 가시화하기 쉽다. 그러나 높은 데이터-율 기록 헤드를 위해 패치 505a 및 스터드 609는 크기가 감소될 수 있다.

도 3에 있어서, 블록 313에서 잔존 포토레지스트는 얇은 전도층을 노출시키는 기판로부터 제거된다. 블록 315에서 얇은 전도층을 제거하고 하부의 비-전도성 물질을 노출시키기 위해 기판 상의 전도성 물질이 에칭된다. 에칭 공정은 잔존 추가 전도성 물질의 두께가 수용 가능한 양이 되도록 제어된다. 블록 317에서 유전층은 기판 상에 균일하게 침착된다. 이러한 예에서 유전체는 알루미나이다. 블록 319에서 기판 및 추가층은 평탄화된다(즉, 화학적 기계 공정 또는 CMP를 이용). 이러한 공정 중에 윈도우 내에 존재하는 추가 전도성 물질을 노출시키기 위해 알루미나 유전층이 제거된다. 블록 321에서 두 번째 유전 필름이 기판(즉, 알루미나) 위에 침착된다. 두 번째 유전 필름에 대한 두께는 절연을 보증하도록 선택되고, 이는 웨이퍼 제작 동안 핀-홀 및 의도하지 않은 아킹이 존재하지 않아야 하고 슬라이더 공정 중 금속 스미어(smear)에 의한 전기 단축에 저항적이어야 한다. 1 ㎛의 두께는 여러 상황에 충분할 것이다.

블록 323에서 2개의 바이어 홀(via hole) 603a 및 603b(도 5 참조)가 추가 전도성 물질 위에 두 번째 유전 필름 내에 생성된다(즉, 포토레지스트 마스크 및 에칭 처리를 통해). 바이어 603a는 패치 505a 위에 위치하여 전도성 스터드 609에 잇달아 연결될 수 있다. 바이어 603b는 패치 505b 위에 위치하여 첫 번째 쉴드 515에 잇달아 연결될 수 있다. 바이어 603b는 슬라이더 영역 409의 외부에 위치하여 웨이퍼 제작 공정 내에 존재하고 이후 쉴드 제작시 제거될 것임을 주지하여야 한다. 바이어 홀 603a 및 603b가 형성된 후 첫 번째 쉴드에 적당한 전도체 층은 전체 웨이퍼 표면 위에 침착된다. 상기 층은 각각 바이어 603a 및 603b를 통해 패치 505a 및 505b와 전기적 접촉을 수립한다. 상기 층은 일반적으로 퍼멀로이이고, 약 1 ㎛ 두께이며, 약 80% 니켈 및 20% 철로 이루어진다. 상기 층은 이후 첫 번째 쉴드 515 및 연접 스터드 609를 산출하는 표준 사진석판법을 통해 패턴화된다. 웨이퍼 제작의 본 단계에서 쉴드 515 및 스터드 609 모두는 무시 가능하 저항을 통해 접지에 전기적으로 연결된다. 이후 웨이퍼 제작시 구조되는 웨이퍼는 전도성 물질과 실질적으로 동일한 웨이퍼로 작동한다. 따라서 잔존 웨이퍼 작용은 전도성 기판 위에 건조된 웨이퍼와 동일할 것이다. 웨이퍼 제조 동안 ESD 보호, 백-엔드(back-end) 어셈블리(assembly) 및 필드 연산을 위해 하기 보호 스킴이 실시될 것이다: 언더-쉴드는 어퍼-쉴드에 전기적으로 커플될 것이고, 두 쉴드 모두는 함께 적당한 저항(즉, 2 ㏀)을 통해 2개의 MR/GMR 판독 도선 각각에 커플될 것이다. 또한 본 예에서 언더-쉴드 및 어퍼-쉴드는 매우 큰 저항(즉, 20 ㏀)를 통해 슬라이더의 접지 패드에 커플될 것이다. ESD 보호 회로를 지닌 MR/GMR 판독-헤드의 생성의 또다른 설명은 2002년 8월 8일 출원된 미국 특허 출원 제10/213,561호에 기재되어 있다. 접지 패드의 예는 2003년 4월 16일 출원된 미국 특허 출원 제10/414,233호에 기술되어 있다. ESD 보호 회로 및 접지 패드의 결합은 도 6에 나타나 있다. 이는 슬라이더 다이의 더 짧은면과 평행인 횡단면이다.

본 발명의 대안적 실시태양에 있어서 기판의 대향면의 전도성이 변형된다. 상기 예에서 기판의 전체 대향면은 접지에 용이하게 커플되는(즉, 고정물을 통해) 전도층을 포함한다. 슬라이더의 열(또는 열의 블록)이 기판으로부터 분리된 후 기판의 상부 상의 추가 전도성 물질은 기부 전도성 표면에 더 이상 전도적으로 연결되지 않는다(본 예에서 기부 전도성 표면은 기판 내의 슬라이더의 선도-가장자리가 될 것이다). 슬라이더의 두께가 다소 크기 때문에 동일한 슬라이더의 2개의 전도성 표면 사이의 직접적인 아킹의 위험은 무시 가능하다. 그러나 노출된 전도성 표면의 존재는 조작 동안 ESD 손상의 유의적인 위험을 취한다. 이는 이러한 하나의 열(또는 열의 블록)의 전도성 표면이 또다른 열(또는 열의 블록) 상의 ESD-민감성 MR/GMR 판독 도선에 부주의하게 접촉하기 때문이다. 하나의 대안적 실시태양에서 기판의 기부 표면은 전도성 물질로 부분적으로 도포되어 슬라이더 그룹이 기판으로부터 분리되면 대향면이 전도성 물질을 지니지 않게 될 것이다. 이는 다양한 방법으로 달성될 수 있다. 첫 번째로 기판에 전도층을 도포하기 전에 기부 표면의 주변을 제외한 모든 곳이 제거시 전도층이 없는 기부 표면의 광범위한 영역을 남기는 보호 마스크(즉, 포토레지스트)로 도포될 수 있다. 본 예에서 전도성 물질은 기부 표면의 주변에 존재할 것이고, 상기 기술된 바와 같이 접지 고정물에 효과적으로 커플될 것이다. 또다른 대안적 실시태양에서 기부 표면 상의 전도층은 마스크된 후 에칭되거나 산화되어 주변부에 대한 기부 표면 상의 전도층의 면적을 감소시킨다. 또한 기부 표면이 전도층으로 도포된 경우 상기 층은 슬라이더의 열 또는 블록 내로의 기판의 분리 전에 연마 공정을 통해 제거된다.

상기 예에서 GMR 센서는 슬라이더의 열 또는 블록이 웨이퍼로부터 분리된 후 기부 전도성 표면에 더 이상 전기적으로 접촉되지 않을 것이다. 이는 GMR 센서가 전기적으로 부유하게 한다. 이러한 슬라이더 그룹의 또다른 공정 동안 전도체를 지닌 GMR 센서를 직접 인게이지(engage)하지 않는 것이 현명하다. 대신에 접지 패드(하기 더욱 설명된 바와 같이)가 먼저 인게이지되고 적당하게 접지되어야 한다. GMR 센서에 대한 매끄러운 변환이 접지 전위에 도달한다는 조건으로 접지 패드와 GMR 센서 사이의 큰 저항은 초기 인게이지먼트(engagement) 동안 과도 전류를 효과적으로 감소시킨다. 따라서 접지된 전도체(즉, 프로브 핀(probe pin), 부착되는 전도성 트레이스(trace) 또는 금속 도구)를 지닌 GMR 센서의 수반되는 인게이지먼트는 ESD 손상을 유발하지 않을 것이다.

헤드-짐벌 어셈블리 (head-gimbal assembly) 동안 접지 패드는 공정 초기에 특히 GMR 패드가 전도체(즉, 서스펜션 상의 전도성 트레이스, 프로브 핀, 금속 도구 등)에 커플되기 전에 전기적으로 연결된다. 또한 이는 GMR 패드가 기록 패드에 의해 접지 패드로부터 분리되는 경우 바람직하다. 이는 슬라이더 기판이 높게 하전된 경우 판독=패드가 앞선 접지 핀에 아킹하는 것을 방지할 것이다.

도 5에 있어서, 슬라이더 및 그의 판독 기록 회로의 개략도가 나타나 있다. 도 4에서와 같이 점선 409는 슬라이더 구성요소의 외형을 나타낸다. 도 5에서 슬라이더 409의 개략도는 트레일링(trailing) 표면이다. 표면 501은 그의 트레일링 표면 하부에 존재하고 기능적 슬라이더의 작동 동안 기록 매체를 향한다. 표면 503은 기록 매체로부터 멀리 향하고 기능적 작동을 위해 헤드 짐벌 어셈블리에 연결된다.

도 6에 있어서, 기록-매체에 향하는 면으로부터의 슬라이더의 단면도가 나타나 있다. 이러한 단면도에서 구분선 508의 좌측 부분은 첫 번째 패치 505a를 나타내고 구분선 508의 우측 부분은 두 번째 패치 505b(커넥터 506과 함께 커플된)를 나타낸다. 상기 기술된 바와 같이 주(main) 기판 601은 절연 물질로 이루어진다. 추가 전도성 물질 또는 패치 505a,b 및 또다른 절연 필름 605의 침착 후 바이어는 절연 필름 605를 통해 전도성 패치 505로 이루어진다. 상기 기술된 바와 같이 하나의 바이어(소자 603b)는 전도성 패치 505a를 접지 패드 507에 연결시키는 것이고(연접 스터드 603b를 통해), 다른 바이어(소자 603a)는 전도성 패치 505b를 언더-쉴드 515에 연결시키는 것이다. 바이어는 전도성 물질의 침착을 위한 개방을 제공하고 당분야에 알려진 다양한 방법으로 제조된다. 바이어가 적소에 놓이면 언더-쉴드 515 및 연접 스터드 609는 이들 상단 위에 형성된다(즉, 마스크 및 침착 공정을 통해)(도 3b의 블록 325 참조). 이러한 실시태양에서 하부 쉴드 및 연접 스터드는 상기 기술된 바와 같이 전도성 패치 505a,b와 유사한 방식으로 형성된다.

또다른 절연 필름 607(즉, 20 nm 등급의 두께를 지닌)이 언더-쉴드 515 및 연접 스터드 609 위에 침착된다(도 3b의 블록 327 참조). 다음으로, 추가 바이어는 절연 필름 607 내에 생성된다; 하나는 하부 쉴드 515 위에 다른 하나는 연접 스터드 609 위에(도 3b의 블록 329 참조). MR 또는 GMR이고, 자기 기록 분야에 잘 알려진 다중층의 스택(stack)(즉, 시드(seed)-층, 자유층, 전도성 비자기층, 핀층, 항-병렬 커플링층, 교환층 및 캡핑(capping)층)을 포함하는 마그네토-저항성 필름 613은 절연 필름 607 위 및 그 안의 바이어(즉, 소자 617) 내에 침착된다(도 3b의 블록 331 참조). GMR 센서에 대한 도선 쌍(도 5 참조)이 형성되고 마그네토-저항성 필름 613에 전기적으로 커플되고, 따라서 GMR 센서의 판독-폭을 한정한다. 도선은 다양한 방법으로 구조된다. 가장 빈번하게 사용되는 방법은 먼저 도선이 확보하게 될 영역 내의 마그네토-저항성 필름 613을 제거한 후 비어 있는 영역 내에 도선을 침착시키고, 마그네토-저항성 필름 613으로 "인접 접합" 쌍을 형성하는 것을 포함한다. 두 번째로 가장 빈번하게 사용되는 방법은 마그네토-저항성 필름 613 위에 직접 도선 물질을 침착시키고 "도선 오버레이(overlay)" 쌍을 형성하는 것이다. 다음으로, 마그네토-저항성 필름 613은 GMR 센서의 높이를 한정하고, 3개의 저항성 단자, 2개의 저항기 R₂ 및 하나의 저항기 R₁을 한정하도록 패턴화된다. 도 5에 나타난 바와 같이 2개의 저항기 R₂는 GMR 센서로 균형 잡힌 하프-브리지(half-bridge)를 형성한다. 이러한 하프-브리지의 중심은 언더-쉴드 515에 직접 커플된다. 하프-브리지의 각 지주는 약 2 ㏀의 적당한 저항이다. 20 ㏀ 이상의 등급의 더 큰 저항기 R₁은 언더-쉴드 515를 연접 스터드 609에 커플시킨다(도 3b의 블록 333 참조). 도 5 및 6에 나타난 바와 같이 저항성 필름은 GMR 센서의 도선과 언더-쉴드 사이에 저항을 제공하도록 배치된다(즉, R₂는 약 2 ㏀임). 또한 저항성 필름은 접지 패드 507과 언더-쉴듸 사이에 저항을 제공한다(즉, R₁은 약 200 ㏀임). 이러한 실시태양에서 저항성 필름의 치수는 GMR 센서의 패턴화와 동일한 작업 단계 동안 패턴화될 수 있다. 최종 구성시 언더-쉴드는 GMR 센서 위에 놓인 오버-쉴드 614에 컨덕티브 커플링될 것이고 또다른 절연 물질은 도 6에 나타난 바와 같이 오버-쉴드 및 다른 구성요소의 상단 위에 알려진 방법으로 침착된다.

도 5에 있어서, 전도성 패치의 2개 부분은 소자 505a 및 505b로 나타나 있다. 전도성 패치의 첫 번째 섹션 505a는 바이어 및 연접 스터드 609를 통해 슬라이더의 트레이링 가장자리 면 상에 접지 패드 507에 커플된다(도 6). 두 번째 섹션 505b는 그의 상당 위에 절연 필름층을 지닌 전도성 물질을 나타낸다(소자 513). 또한 그의 상단 위에 절연 물질의 얇은 필름을 지닌 언더-쉴드가 나타나 있다(소자 515). 더욱이 판독 패드 509a-b에 대한 도선 517a, 517b는 언더 쉴드 위에 GMR 센서에 인접하여 침착된 것으로 나타나 있다.

도 5 및 6에 나타난 바와 같이 슬라이더가 제작되면 전도성 패치 물질은 GMR 센서보다 슬라이더의 선도 가장자리에 더 가깝다. 따라서 슬라이더 작동 동안 위험 수준으로 하전된(즉, 마찰전기적으로 하전된) 파편(debris)은 먼저 전도성 패치에 도달한 후 GMR 센서를 향해 이동할 것이다. 이는 파편이 슬라이더의 다른 회로 특히, GMR 센서와 상호작용하고 잠재적으로 손상시킬 수 있기 전에 파편의 방전을 촉진시킨다.

도 5 및 6에 따른 슬라이더 제조시 GMR 센서와 접지 패드 507 사이의 높은-저항(즉, R₁) 접속이 전도성 패치로부터 멀리 루트되는 경우에 유익하다. 이는 표유 정전용량을 최소화하여 ESD 과도전류의 전파를 지연시키고, 발생하는 절연층 607 내의 결함에 의한 누전의 가능성을 최소화한다. 본 발명의 절연 슬라이더 기판을 이용시 슬라이더 몸체는 디스크 표면이 적당하게 전도성이 되고 슬라이더의 부상-높이가 안정하게 되는 한 위험한 전위로 하전되지 않아야 한다. 마찰하전 전위로부터의 추가적 보호는 고-전도성 탄소 코팅과 같은 전도성 필름으로 슬라이더 에어 베어링 표면을 코팅함으로서 제공될 수 있다. 마모가 더 큰 영역 위에 분포되기 때문에 전도성 디스크 표면이 전도성 슬라이더 ABS보다 더 신뢰할 수 있음이 주지된다. 디스크 표면의 중요한 시트-저항력은 슬라이더-디스크 작동의 직선 속도에 반비례한다. 바람직하게는 디스크 표면 저항력은 30 ㏀/평방 이하의 등급이다.

도 7에 있어서, 접지 패드를 연결시키기 위한 어셈블리의 예가 나타나 있다. 도 7에서 슬라이더 701은 서스펜션 703의 텅(tongue) 702에 커플된다. 접지 패드 507은 서스펜션의 패드 707에 전도적으로 연결된다(즉, 골드 볼 본딩을 통해). 서스펜션 상의 트레이스 717은 디스크 드라이브 내의 적당한 접지에 커플될 수 있다. 슬라이더 701의 기록 패드 511a-b는 서스펜션 상의 대응 패드에 컨덕티브 커플링된다. 또한 판독 패드 509a-b는 서스펜션 상의 대응 패드에 컨덕티브 커플링된다. 기록 패드 511a-b는 트레이스 719를 통해 드라이브의 기록 회로에 연결되고 판독 패드 509a-b는 트레이스 721를 통해 드라이브의 판독 회로에 연결된다. 접지 패드 507에 접지 연접을 제공하는 다른 방법도 이용 가능하다. 예를 들어 서스펜션 703은 패드 707뿐만 아니라 드라이브 내에서 적당한 접지에 연결되는 제공되고 함몰된 전도체를 포함한 라미네이트된 구조가 될 수 있다. 슬라이더의 접지 패드의 접지에 대한 연결의 추가 설명은 2003년 4월 16일 출원된 미국 특허 출원 제10/414,233호에 기술되어 있다.

본 발명이 전술된 적용을 참고로 기술되어 있으나 이러한 바람직한 실시태양의 설명은 한정적인 의미로 해석되지 않는다. 본 발명의 모든 관점은 다양한 원리에 따라 달라지고 변형 가능한 여기에 나타난 특정한 묘사, 형상 또는 치수에 한정적이지 않음이 이해되어야 한다. 본 발명의 다른 변형뿐만 아니라 개시된 기구의 형상 및 상세한 설명에 있어서의 다양한 변형도 본 발명을 참조로 당업자에게 명백할 것이다. 따라서 추가된 청구항은 본 발명의 정신 및 범위 내에 존재하는 기술된 실시태양의 이러한 변형 또는 변화를 포함함이 숙고된다.

예를 들어 상기 기술된 슬라이더 기판이 알루미나로 이루어져 있으나 더 좋은 전기 전도체인 것으로 포함한 다른 물질이 사용되기도 한다. 일부 셋팅에서 그의 전도성을 증가시키기 위해 절연 기판을 도프(dope)하는 것이 유익하다.

도 1은 끝이 점점 가늘어지는 종래의 캐터머랜 베어링 슬라이더 형상을 지닌 판독 및 기록 소자 어셈블리를 갖는 부상 슬라이더의 투시도를 나타낸 도면이다.

도 2는 동적 자기 저장 매개체 위에 장착된 에어 베어링 슬라이더의 평면도를 나타낸 도면이다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 실시태양에 따른 자기 기록 헤드의 일부를 제적하는 방법을 나타내는 공정도이다.

도 4는 도 3의 제작과정 동안 슬라이더의 기판에 직각인 면에서 본 도면이다.

도 5는 도 3의 제작과정 동안 슬라이더의 트레일링면 쪽에서 본 도면이다.

도 6은 슬라이더의 에어베어링 표면과 대향하는 도 4의 슬라이더의 단면도를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시태양에 따른 서스펜션에 도 5 및 도 6의 슬라이더의 그라운드 패드를 연결하는 시스템의 예를 나타낸 도면이다.

Claims (23)

1. 전기적으로 절연된 물질로 제조된 기판; 상기 기판 위에 배치된 전도성 필름; 상기 전도성 필름 위에 배치된 헤드 판독 회로를 포함하는 자기 기록 장치의 판독 헤드
2. 제 1항에 있어서, 상기 판독 헤드는 슬라이더 디바이스의 일부분이고, 판독 헤드는 상기 슬라이더 디바이스 위에 에어 베어링 표면을 더욱 포함하고, 에어 베어링 표면 위에는 전도성 필름이 노출되어 있음을 특징으로 하는 판독 헤드
3. 제 2항에 있어서, 상기 전도성 필름은 상기 헤드 판독 회로보다 슬라이더 디바이스의 도선 말단에 더욱 근접하게 배치되어 있음을 특징으로 하는 판독 헤드
4. 제 3항에 있어서, 상기 헤드 판독 회로는 거대(giant) 자기 저항 회로임을 특징으로 하는 판독 헤드
5. 제 4항에 있어서, 상기 기판은 알루미나로 제조됨을 특징으로 하는 판독 헤드
6. 전기적으로 절연된 물질로 제조된 기판; 상기 기판 위에 배치된 전도성 필름; 상기 전도성 필름 위에 배치되고 평탄화시킨 첫 번째 절연 필름; 상기 첫 번째 절연 필름과 상기 전도성 필름 일부 위에 배치된 언더-쉴드(under-shield); 상기 언더-쉴드 위에 배치된 두 번째 절연 필름; 및 상기 두 번째 전도성 필름 위에 배치된 헤드 판독 회로를 포함하는 자기 기록 장치의 판독 헤드
7. 제 6항에 있어서, 상기 판독 헤드는 상기 두 번째 절연 필름 위에 배치되고 상기 전도성 필름과 컨덕티브 커플링(conductively coupled)된 접지 패드를 더욱 포함함을 특징으로 하는 판독 헤드
8. 제 7항에 있어서, 상기 판독 헤드는 두 개의 도선(lead)을 포함하고 상기 판독 헤드는 상기 두 개의 도선 중 하나와 상기 언더-쉴드에 각각 컨덕티브 커플링 되는 두 개의 저항성 스트라이프를 더욱 포함함을 특징으로 하는 판독 헤드
9. 제 8항에 있어서, 상기 저항성 스트라이프의 저항은 약 2 ㏀임을 특징으로 하는 판독 헤드
10. 제 8항에 있어서, 상기 저항성 필름은 상기 언더-쉴드와 상기 접지 패드를 컨덕티브 커플링시키고 그 저항 값은 약 200 ㏀임을 특징으로 하는 판독 헤드
11. 전도성 패치 물질을 전기적으로 절연성 물질로 제조된 기판 위에 배치하는 단계; 및 상기 전도성 패치 물질의 일부 위에 헤드 판독 회로를 배치하는 단계를 포함하는 자기 기록 장치의 판독 헤드 제조방법
12. 제 11항에 있어서, 상기 헤드 판독 회로는 큰 자기 저항 회로이고, 상기 전도성 패치 물질과 헤드 판독 회로 사이에 언더-쉴드를 배치하는 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법
13. 제 12항에 있어서, 상기 기판은 알루미나로 제조됨을 특징으로 하는 방법
14. 전도성 패치 물질을 전기적으로 절연성 물질로 제조된 기판 위에 배치하는 단계; 언더-쉴드를 상기 전도성 패치 물질의 일부 위에 배치시키는 단계; 및 상기 언더-쉴드 위에 큰 자기 저항 판독 회로를 배치시키는 단계로 구성된 자기 기록 장치의 판독 헤드 제조방법
15. 제 14항에 있어서, 상기 전도성 패치 물질의 일부 위에 상기 전도성 패치 물질과 컨덕티브 커플링되는 접지 패드를 배치시키는 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법
16. 제 15항에 있어서, 상기 언더-쉴드 위에 절연 필름을 배치시키는 단계; 언더-쉴드에 노출되도록 적어도 하나의 바이어(via)를 상기 절연 필름 내에 제공하는 단계; 상기 절연 필름 위에 상기 헤드 판독을 위한 도선을 배치시키는 단계; 및 상기 언더-쉴드가 헤드 판독을 위한 도선과 컨덕티브 커플링되도록 상기 절연 필름 위에 저항성 필름을 배치하는 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법
17. 제 16항에 있어서, 상기 저항성 필름은 상기 언더-쉴드와 접지 패드에 컨덕티브 커플링되어 있음을 특징으로 하는 방법
18. 제 17항에 있어서, 상기 저항성 필름은 언더-쉴드와 판독 헤드의 도선 사이에 배치되고 약 2 ㏀의 저항을 지님을 특징으로 하는 방법
19. 전도성 패치 물질이 각각의 판독 헤드와 웨이퍼의 최상층 표면에서 서로 컨덕티브 커플링되도록 다수의 판독 헤드를 위한 전기적으로 절연된 물질로 이루어진 웨이퍼 위에 전도성 패치 물질을 배치하는 단계;

    각각의 판독 헤드를 위한 전도성 패치 물질의 일부 위에 언더-쉴드를 배치하는 단계; 및

    각각의 판독 헤드를 위한 상기 언더-쉴드 위에 큰 자기 저항 헤드 판독 회로를 배치하는 단계를 포함하는 자기 기록 장치를 위한 판독 헤드를 제조하는 방법
20. 제 19항에 있어서, 상기 전도성 패치 물질을 배치하는 단계는 웨이퍼의 바닥측면 위에 전도성 물질을 웨이퍼의 상부표면 위에 전도성 패치 물질과 컨덕티브 커플링되도록 웨이퍼의 바닥측면 위에 전도성 물질을 배치시킴을 특징으로 하는 방법
21. 제 20항에 있어서, 웨이퍼의 바닥면 주변부를 제외하고는 웨이퍼의 바닥면으로부터 전도성 물질을 제거하는 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법
22. 제 20항에 있어서, 상기 전도성 물질은 웨이퍼의 바닥면 주변부에만 배치됨을 특징으로 하는 방법
23. ⅰ) 전기적으로 절연성 물질로 제조된 기판; 상기 기판 위에 배치된 전도성 필름; 상기 전도성 필름 위에 배치되고 평탄화된 첫 번째 절연 필름; 첫 번째 절연 필름 위와 상기 전도성 필름의 부분 위에 배치된 언더-쉴드; 상기 언더-쉴드 위에 배치되고 평탄화된 두 번째 절연 필름; 및 상기 전도성 필름 위와 두 번째 절연 필름 위에 배치된 헤드 판독 회로로 구성된 판독 헤드;

    ⅱ) 두 번째 절연 필름 위에 배치되고 상기 전도성 필름과 컨덕티브 커플링 된 접지 패드; 및

    ⅲ) 상기 접지 패드와 커플링된 전도성 패스를 포함하는 서스펜션으로 구성된 헤드 서스펜션 어셈블리(suspension assembly)

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