KR20070093799A

KR20070093799A - 수직 자기 기록 헤드 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20070093799A
Application number: KR1020070003724A
Authority: KR
Inventors: 도모히로 오카다; 이사오 누노카와; 기미토시 에토; 기쿠오 구스카와
Original assignee: 히다치 글로벌 스토리지 테크놀로지스 네덜란드 비.브이.
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2007-09-19
Also published as: SG136053A1; JP4852330B2; EP1835489A2; TW200805314A; CN101042873A; JP2007250074A; EP1835489A3; US7895732B2; US20070217069A1

Abstract

본 발명은 기록 자계 구배를 높이기 위해, 주 자극 주변에 트레일링 사이드 실드를 설치하고, 그 트레일링측의 갭 길이를 고정밀도로 제어하는 것을 목적으로 한다.

주 자극(12) 상에 에칭 시그널층(16)을 설치하고, 그 층에 기인하는 시그널을 검지하였을 때에 이온 밀링을 정지함으로써, 주 자극 트레일링측의 갭 길이를 고정밀도로 제어한다.

Description

수직 자기 기록 헤드 및 그의 제조 방법{PERPENDICULAR MAGNETIC RECORDING HEAD AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 자기 기록 재생 장치의 개념도.

도 2는 본 발명의 자기 헤드의 일례의 트랙 중심에서의 단면 모식도.

도 3은 본 발명에 의한 자기 헤드 제조 방법의 실시예를 도시한 단면 모식도.

도 4는 본 발명에 의한 자기 헤드 제조 방법의 실시예를 도시한 단면 모식도.

도 5는 본 발명에 의한 자기 헤드 제조 방법의 실시예를 도시한 단면 모식도.

도 6은 본 발명에 의한 기록 헤드의 일례를 도시한 부상면 형상의 개략도.

도 7은 본 발명에 의한 자기 헤드 제조 방법의 실시예를 도시한 단면 모식도.

도 8은 트레일링 사이드 실드 형성 공정의 개략도.

도 9는 본 발명에 의한 자기 헤드 제조 방법의 실시예를 도시한 단면 모식도.

도 10은 본 발명에 의한 자기 헤드 제조 방법의 실시예를 도시한 단면 모식 도.

도 11은 본 발명에 의한 자기 헤드 제조 방법의 실시예를 도시한 단면 모식도.

도 12는 본 발명에 의한 기록 헤드의 일례를 도시한 부상면 형상의 개략도.

도 13은 본 발명에 의한 자기 헤드 제조 방법의 실시예를 도시한 단면 모식도.

도 14는 본 발명에 의한 수직 자기 기록 헤드의 매체 대향면 형상과 단면 형상의 예를 도시한 도면.

도 15는 본 발명에 의한 수직 자기 기록 헤드의 매체 대향면 형상과 단면 형상의 예를 도시한 도면.

도 16은 본 발명에 의한 수직 자기 기록 헤드의 매체 대향면 형상과 단면 형상의 예를 도시한 도면.

도 17은 본 발명에 의한 수직 자기 기록 헤드의 매체 대향면 형상과 단면 형상의 예를 도시한 도면.

도 18은 종래의 방법과 본 발명의 방법으로 제조한 자기 헤드의 트레일링 갭 정밀도를 비교하여 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

9 : 코일 11 : 보조 자극

12 : 주 자극 13 : 트레일링 사이드 실드

14 : 비자성 갭층 15 : 비자성 에칭 마스크층

16 : 에칭 시그널층 17 : 비자성 갭층

18 : 도금 하지층 19 : 비자성 갭층

20 : 레지스트 23 : 레지스트 프레임 패턴

24 : 검지기 25 : 에칭 시그널층

26 : 트레일링 실드 41 : 자기 디스크

42 : 아암 43 : 슬라이더

44 : 로터리 액츄에이터 51 : 기록 헤드

52 : 재생 헤드

본 발명은 수직 자기 기록 매체의 기록·재생에 이용되는 수직 자기 기록 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

자기 디스크 장치에서는, 기록 매체 상의 데이터가 자기 헤드에 의해 판독 및 기록된다. 자기 디스크의 단위 면적당의 기록 용량을 많게 하기 위해서는 면 기록 밀도를 높여야 한다. 그러나, 현상태의 면 내 기록 방식에서는 기록되는 비트 길이가 작아지면, 매체 자화의 열 요동 때문에 면 기록 밀도를 높일 수 없다는 문제가 있다. 이 문제를 해결할 수 있는 방법으로서, 매체에 수직인 방향으로 자화 신호를 기록하는 수직 기록 방식이 있다. 수직 기록 방식에 있어서도 재생에는 거대 자기 저항 효과형 헤드(GMR 헤드) 및 또한 재생 출력이 큰 터널형 거대 자기 저 항 효과(Tunneling magneto-resistive)형 헤드(TMR 헤드)나 막면에 수직으로 전류를 흐르게 하는 CPP(current perpendicular to the plane)형 GMR 헤드를 이용할 수 있다. 한편, 기록에는 단자극 헤드를 이용해야 한다.

수직 기록에 있어서도 면 기록 밀도의 향상을 위해서는 트랙 밀도와 선 기록 밀도를 향상시켜야 한다. 선 기록 밀도 향상을 위해서는 기록 헤드의 기록 자계 구배를 향상시켜야 한다. 그러기 위해서는 기록 매체를 2층화하고, 하층에 연자성층(Soft under layer, SUL)을 설치하는 구조로 한다. 그러나, 20O Gb/in²를 초과하는 고기록 밀도 달성을 위해서는 한층 높은 기록 헤드로부터의 자계 구배 향상도 필요하다. 이 자계 구배를 향상시키기 위해서는 트레일링 실드가 유효하지만, 이 때 트레일링측의 갭 길이를 정밀적으로 제어해야 한다. 또한, 트랙 밀도 향상을 위해서는 자기 헤드의 트랙 폭을 미세하게, 고정밀도화해야 하지만, 트랙이 좁아짐에 따라 기하학적 트랙 폭보다도 매체에 기록되는 실효 트랙 폭이 커지는 문제가 현저해지며, 트랙 밀도 향상을 위한 최대의 문제가 되었다. 이 문제 해결을 위해, 예컨대 US2002/0176214 A1 혹은 The magnetic recording conference(TMRC) 2003의 요지 No. E6에는 사이드 실드를 설치한 수직 기록용 헤드의 예가 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2000-92929호 공보에는 트레일링 사이드 실드를 설치한 헤드와 그 제조 방법이 표시되어 있다.

[특허 문헌 1] US2002/0176214 A1

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2000-92929호 공보

[비특허 문헌 1] The magnetic recording conference(TMRC) 2003, No. E6

상기 문헌에는 매체에 기록되는 트랙 폭을 컨트롤하기 위해, 사이드 실드를 설치하는 것으로 하고 있지만, 주 자극과 트레일링측 실드 사이의 재료 및 그 제조 방법에 관해서는 언급되어 있지 않다. 일본 특허 공개 제2000-92929호 공보에는 제조 방법이 개시되어 있지만, 그 제조 방법은 주 자극 상면까지를 케미컬 메카니컬 폴리싱 등을 이용하여 연마하는 방법이다. 연마 방법은 자화 패턴을 기록하는 주 자극의 상면에 손상을 주기 쉬운 결점이 있다. 또한, 다른 종래의 방법에서는 이온 밀링 등의 에칭 시간을 관리함으로써, 트레일링 갭 길이를 정하고 있었지만, 이 방법은 갭 길이를 직접적으로 관리하는 것은 아니기 때문에, 반드시 만족하는 것은 아니었다.

본 발명은 매체에 기록되는 실효 트랙 폭의 기록 확대를 억제하면서, 기록 자계 구배를 향상시킨 수직 기록용 자기 헤드와 그 제작 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 수직 자기 기록 헤드는 주 자극 트레일링측에 배치된 트레일링 실드 또는 주 자극 트레일링측과 트랙폭 방향측에 배치된 트레일링 사이드 실드를 갖고, 주 자극 트레일링측에 비자성 갭층, 에칭 시그널층, 도금 하지의 밀착층이 순차적으로 적층되며, 그 위에 트레일링 실드 또는 트레일링 사이드 실드가 형성되어 있다.

그 제조에 있어서는 주 자극 트레일링 엣지 상에 에칭 시그널층을 적층하고, 주 자극 주위를 비자성 갭층으로 피복하며, 에칭 시그널 검출 수단에 의해 에칭 시그널층이 에칭된 것에 기인하는 시그널을 검출할 때까지 비자성 갭층을 에칭하고, 그 후, 필요에 따라 에칭 시그널층을 제거하며, 그런 후에 트레일링 실드 또는 트레일링 사이드 실드를 형성한다. 비자성 갭층의 에칭에는 이온 밀링을 이용하고, 이온의 입사 각도는 예컨대 45°에서 65°의 범위로 한다. 에칭 시그널층은, 예컨대 Ta, Cr, Mo, W, Nb, Rh, Si를 포함하는 비자성 재료로 이루어지며, 비자성 갭층은 알루미나를 포함하는 재료로 이루어진다. 도금 하지층은 Au를 포함한다. 레지스트의 노광에는 고정밀도가 요구되기 때문에 KrF 엑시머 레이저를 이용한다. 이 때, Au는 KrF 엑시머 레이저의 반사율이 낮기 때문에, 헐레이션의 영향을 저감시키는 효과가 있다.

[실시형태]

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 이하의 도면에 있어서 동일한 기능 부분에는 동일 부호를 붙여 설명한다.

도 1은 자기 기록 재생 장치의 개념도이다. 자기 기록 재생 장치는 모터(46)에 의해 회전하는 자기 디스크(자기 기록 매체)(41) 상의 소정 위치에 서스펜션 아암(42)의 선단에 고정된 슬라이더(43)에 탑재된 자기 헤드에 의해 자화 신호의 기록 재생을 행한다. 로타리 액츄에이터(44)를 구동함으로써, 자기 헤드의 자기 디스크 반경 방향의 위치(트랙)를 선택할 수 있다. 아암(42)을 진동시킴으로써, 자기 헤드를 자기 디스크(41) 상에서 움직이게 하였을 때에 경사각이 발생한다. 경사각의 범위는 ±15° 정도이다. 자기 헤드에의 기록 신호 및 자기 헤드로부터의 판독 신호는 신호 처리 회로(45a, 45b)에 의해 처리된다.

도 2는 본 발명의 자기 헤드의 일례의 트랙 중심에서의 단면 모식도이다. 이 자기 헤드는 주 자극(12)과 보조 자극(11)을 구비한 기록 헤드(단자극 헤드)(51)와, 재생 소자(3)를 구비한 재생 헤드(52)를 갖는 기록 재생 복합 헤드이다. 거대 자기 저항 효과 소자(GMR)나 터널 자기 저항 효과형 소자(TMR) 등으로 이루어지는 재생 소자(3)는 리딩(leading)측의 하부 실드(4)와 트레일링측의 상부 실드(5)로 이루어지는 한 쌍의 자기 실드(재생 실드) 사이에 배치되어 있다. 주 자극(12)과 보조 자극(11)은 부상면으로부터 떨어진 위치에서 필라(pillar)(6)에 의해 자기적으로 접속되고, 주 자극(12), 보조 자극(11), 필라(6)에 의해 구성되는 자기 회로에 박막 코일(9)이 쇄교(鎖交)되어 있다. 주 자극(12)은 보조 자극(11)의 리딩측에 배치되어 있다. 주 자극(12)은 보조 자극(11)과 필라(6)로 접속되는 주 자극 요크부(12A)와, 헤드 부상면에 노출되어 트랙 폭을 규정하는 폴칩(12B; pole chip)으로 구성된다. 기록 헤드(51)의 주 자극(12)으로부터 나온 자계는 자기 기록 매체(41)의 자기 기록층(1) 및 연자성 보강층(2)을 통하여 보조 자극(11)으로 들어가는 자기 회로를 형성하고, 자기 기록층(1)에 자화 패턴을 기록한다. 이 때, 디스크 회전 방향과의 관계로부터, 주 자극(12)이 자기 디스크가 있는 점으로부터 최후에 떨어지는 부분, 즉 주 자극의 상면(트레일링측) 및 측면의 형상이 자화 패턴의 형상에 큰 영향을 미친다. 이 때문에, 트레일링측에 실드(13)를 배치하면, 자계 구배를 높이고, 기록되는 비트의 천이 폭을 작게 함으로써 선 밀도를 높이는 것이 가능해진다.

수직 자기 기록에 있어서 고기록 밀도를 달성하기 위해서는 자기 헤드의 기록 자계 구배 및 트랙 폭 방향의 기록 자계 분포의 개선이 필요하다. 트랙 폭 방향의 기록 자계 분포의 개선에는 사이드 실드가 유효하지만, 자계 구배의 향상을 위해서는 트레일링 실드가 유효하다. 트레일링 실드와 사이드 실드의 양쪽을 갖는 트레일링 사이드 실드는 기록 자계 구배와 트랙 폭 방향의 기록 자계 분포 양쪽의 개선이 가능하다. 특히 자계 구배를 향상하여, 안정된 헤드를 양산하기 위해서는 주 자극 트레일링 엣지와 트레일링 실드 사이의 갭 간격(트레일링 갭)을 고정밀도로 제어해야 한다. 이것은 트레일링 갭이 자계 구배의 크기에 큰 영향을 미치기 때문이다.

도 3은 본 발명에 의한 트레일링 사이드 실드를 갖는 자기 헤드 제조 방법의 일실시예를 나타내는 단면 모식도이다. 여기서는, 기록 헤드의 주 자극 및 주 자극 트레일링측과 트랙 폭 방향 측방에 배치되는 트레일링 사이드 실드의 제조 공정에 대해서 설명한다.

도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 주 자극이 되는 자성층(12) 상에 비자성 갭층(14), 비자성 에칭 마스크층(15), 에칭 시그널층(16) 및 레지스트(20)를 순차적으로 성막하고, 레지스트(20)를 주 자극 형상에 맞추어 패터닝한다. 주 자극 자성층에는 고포화 자속 밀도 Bs를 갖는 FeCo 등의 재료를 이용한다. 비자성 갭층(14)은 웨이퍼 프로세스 중에 주 자극의 상면(트레일링 엣지면)이 산화 등의 손상을 입는 것을 피하기 이한 층이며, 비자성 갭층(14)이 필요한 이유는 수직 자기 기록에서는 주 자극 트레일링 엣지(웨이퍼 프로세스에서는 주 자극의 상면)가 매체에의 기록에 주요한 역할을 행하기 때문이다. 이 갭 재료로서는, 예컨대 Cr, NiCr, Ta, Rh, Mo, Nb, Au 등을 사용할 수 있다. 갭층 상에 형성되는 비자성 에칭 마스크층(15)은 비자성 갭층(14)의 막 두께를 두껍게 함으로써 생략하는 것도 가능하다. 비자성 에칭 마스크층(15)으로서는, 예컨대 알루미나, 실리카, 티탄, 티타니아, 탄탈, 탄탈옥사이드 등의 단층막이나 적층막을 이용할 수 있다.

에칭 시그널층(16)은 후술하는 도 3(d)의 공정에서 그 위에 형성되는 비자성 갭층(17)과 다른 재료를 이용해야 한다. 예컨대, 비자성 갭층으로서 알루미나를 이용한 경우에는 에칭 시그널층(16)의 재료로서, 실리콘, 실리카, 탄탈, 탄탈옥사이드, 티탄, 티타니아, NiCr, Cr, Rh, Mo, Nb, Au 등을 이용할 수 있다. 또한, 이온 밀링 레이트를 고려한 경우, 에칭 시그널층(16)은 비자성 갭층(17)과 이온 밀링 레이트가 근사한 것이 바람직하다. 예컨대, 비자성 갭층에 알루미나를 이용하면 이온 밀링 레이트가 느린 다른 재료로서 탄탈이 바람직하다. 여기서는, 에칭 시그널층(16)으로서 Ta를 이용하였다.

다음에, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 레지스트(20)를 마스크의 이온 밀링에 의해 에칭 시그널층(16) 및 비자성 에칭 마스크층(15)까지 에칭한다. 다음에, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 레지스트 마스크(20), 에칭 시그널층(16), 비자성에칭 마스크층(15)을 마스크에 비자성 갭층(14) 및 주 자극의 자성층(12)을 에칭하고, 주 자극을 역사다리꼴 형상으로 가공한다.

그 후, 레지스트 마스크(20)를 제거하고, 도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 주 자극의 상방 및 측방에 트레일링 갭의 일부 및 사이드 갭이 되는 비자성 갭층(17) 을 형성한다. 비자성 갭층의 재료로서는 알루미나, 실리카 등의 산화물, 알루미나질화물, 실리콘질화물 등의 질화물, Cr, Ta, NiCr, Au, Cu 등의 비자성 금속을 이용할 수 있다. 성막에는 캐러셀형(carousel) 스퍼터 장치, 이온 빔 성막 장치 혹은 화학적 기상 증착(CVD) 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 이들의 성막 장치는 모두 주 자극 사이드 막의 전착성이 좋고, 사이드 실드용 갭 형성에 적합하기 때문이다.

비자성 갭층(17)을 형성한 후, 도 3(e)에 나타내는 바와 같이, 이온 밀링에 의해 에칭함으로써, 트레일링측을 평탄하게 한다. 이온 밀링의 Ar⁺ 이온의 입사 각도는 40°에서 65°의 범위이다. 이것은 이 범위에서 이온을 입사시키면, 주 자극 주변에 형성된 비자성층 트레일링측, 사이드측 중 어느 쪽에도 이온이 입사되고, 트레일링측, 사이드측 양쪽의 비자성층을 에칭하기 때문이다. 이온 밀링의 종점 검지는 에칭 시그널층(16)이 에칭된 것을 나타내는 시그널을 검지기(24)로 검지함으로써 행하고, 에칭 시그널층(16)에 기인하는 시그널이 검지된 시점에서 이온 밀링을 스톱한다. 도면에서는 일례로서, 알루미늄이 에칭되어 있는 부분을 나타내고 있다. 이 경우의 검지기(24)는 질량 분석기이다. 본 예의 경우, 질량 분석계가 Ta를 검출한 시점에서 이온 밀링을 스톱한다.

에칭 시그널층(16)으로부터의 시그널을 검출하는 검지기로서는 에칭 시그널층(16)이 에칭된 것에 의해 발생하는 이온을 직접 검출하는 질량 분석계 외에 에칭 시크널층으로부터 발생되는 플라즈마 발광을 검출하는 광학 타입의 것도 이용할 수 있다. 질량 분석법으로 에칭 시그널을 검지하는 경우에는, 에칭 시그널층(16)은 주변의 비자성 갭층(17)과 원자의 질량이 달라야 한다. 플라즈마 발광을 분석하는 경우에는 에칭 시그널층(16)은 비자성 갭층(17)과 발광 스펙트럼이 달라야 한다.

다음에, 도 3(f)에 나타내는 바와 같이, 그 위에 도금 하지층(18)을 형성한다. 도금 하지층(18)은 자성층이라도 비자성층이라도 좋다. 비자성 도금 하지층으로서는, 예컨대 Au를 이용할 수 있다. Au를 이용하는 경우에는 밀착층으로서 NiCr, Cr, Ta 등을 삽입하여도 좋다. 자성을 갖는 도금 하지층으로서는 NiFeCo, CoFe, NiFe 등을 사용할 수 있다.

다음에, 도 3(g)에 나타내는 바와 같이, 도금 하지층(18)을 이용하여 프레임도금법에 의해 트레일링 사이드 실드(13)를 형성한다. 트레일링 사이드 실드(13)의 재료로서는 FeNi, NiFe, CoNiFe, FeCo 등을 이용할 수 있다. 트레일링 사이드 실드(13)는 포화 자속 밀도 Bs가 높을수록 기록 자계 구배가 급준해지기 때문에, Bs는 높은 편이 좋다.

주 자극 상면은 헤드의 트레일링 엣지가 되며, 매체에의 자화 패턴을 기록할 때에 그 자화 패턴의 형상에 영향을 주기 때문에, 손상 없이 형성해야 한다. 일본 특허 공개 제2000-92929호 공보에 기재한 방법은 주 자극 상면과 주변의 비자성층을 CMP에 의해 평탄화한다. 이 방법에서는 주 자극의 상면(트레일링 엣지)과 트레일링 실드와의 갭 간격을 고정밀도로 가공할 수 있는 가능성이 있지만, 주 자극 상면이 CMP에 의해 손상을 입는 문제가 있다. 이것에 대하여 본 발명의 방법은, 주 자극 자성층의 트레일링측에 비자성 갭층, 에칭 마스크가 되는 비자성층이 있기 때 문에, 주 자극 상면이 손상을 입는 일은 없다. 또한, 에칭 시그널층을 설치하여, 에칭의 종점을 검지하기 위해 트레일링측의 갭 간격을 고정밀도로 제어하는 것이 가능하다.

본 실시예에 의하면, 주 자극 자성층의 트레일링 엣지로부터 트레일링 실드까지의 거리(비자성 갭층, 에칭 마스크가 되는 비자성층, 에칭 시그널층, 비자성 도금 하지층의 합계 막 두께)가 50 nm 이하의 트레일링 갭 길이를 재현성 좋게 형성하는 것이 가능하다. 이것은 기록 자계의 자계 구배를 높이기 위해 헤드의 매체 대향면으로부터 매체의 연자성층(SUL)까지의 거리와, 트레일링 갭 길이가 동일하거나 그 이하로 하는 것이 바람직하기 때문이다.

도 4는 본 발명에 의한 트레일링 사이드 실드를 갖는 자기 헤드 제조 방법의 다른 실시예를 나타내는 단면 모식도이다. 여기서는, 도 3에 나타낸 공정과 다른 공정에 대해서만 설명한다. 도 4(a)에 나타낸 공정은 도 3(e)에 계속되는 공정이다.

본 실시예에서는 도 3(e)을 이용하여 설명한 바와 같이, 에칭 시그널층(16)에 기인하는 시그널을 검지할 때까지 비자성 갭층(17)을 이온 밀링한다. 그 후, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 리액티브 이온 에칭(RIE)에 의해 에칭 시그널층(16)만을 제거한다. 예컨대, 에칭 시그널층(16)이 Si, SiO₂, Ta, Ta₂O₅일 때에는 CF₄, CHF₃등의 RIE를 사용할 수 있다. 비자성 갭층(17)이 알루미나인 경우, 선택비는 1000 이상을 얻을 수 있다.

그 후, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 도금 하지층(18)을 형성하고, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이 도금 하지층(18)을 이용하여 프레임 도금법에 의해 트레일링 사이드 실드(13)를 형성한다. 도금 하지층(18)의 재료, 트레일링 사이드 실드(13)의 재료 등은 도 3에 나타낸 실시예와 동일하기 때문에, 중복되는 설명을 생략한다. 본 실시예에 의하면, 에칭 시그널층(16)을 제거하고 있기 때문에, 트레일링 갭 길이를 보다 협소화하는 것이 가능하며, 고정밀도로 20 nm의 트레일링 갭 길이를 실현할 수 있었다.

도 5는 본 발명에 의한 트레일링 사이드 실드를 갖는 자기 헤드 제조 방법의 다른 실시예를 나타내는 단면 모식도이다. 여기서는, 도 3에 나타낸 공정과 다른 공정에 대해서만 설명한다. 도 5(a)에 나타낸 공정은 도 3(e)에 계속되는 공정이다.

본 실시예에서는 도 3(e)을 이용하여 설명한 바와 같이, 에칭 시그널층(16)으로부터의 시그널을 검지할 때까지 비자성 갭층(17)을 이온 밀링한다. 그 후, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 다시 비자성 갭층(19)을 형성한다. 계속해서, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 그 위에 도금 하지층(18)을 형성하고, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이 도금 하지층(18)을 이용하여 프레임 도금법에 의해 트레일링 사이드 실드(13)를 형성한다. 도금 하지층(18)의 재료, 트레일링 사이드 실드(13)의 재료 등은 도 3에 나타낸 실시예와 동일하기 때문에, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도 5(a) 앞의 공정에서 도 4(a)에 나타내는 바와 같이 에칭 시그널층(16)을 제거하여도 좋다. 에칭 시그널층(16)을 제거한 경우의 기록 헤드의 부상면 형상은 도 6과 같아진다.

도 7은 본 발명에 의한 트레일링 사이드 실드를 갖는 자기 헤드 제조 방법의 다른 실시예를 나타내는 단면 모식도이다. 여기서, 도 7(a)는 도 3(c)에 대응하는 공정도이다. 본 실시예에서는 주 자극의 가공 후에 에칭 시그널층(25)을 형성한다. 따라서, 도 7(a)에 나타낸 단계에서는 에칭 시그널층은 형성되어 있지 않다. 도 7(a)와 같이 주 자극 형상을 가공한 후, 레지스트 마스크를 제거하고, 그 후, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 주 자극(12)의 주변 전체에 에칭 시그널층(25)을 형성한다. 그 후, 도 7(c)에 나타내는 바와 같이, 주 자극의 상방 및 측방에 트레일링 갭의 일부 및 사이드 갭이 되는 비자성 갭층(17)을 형성한다. 다음에, 도 7(d)에 나타내는 바와 같이, 이온 밀링으로 에칭함으로써, 비자성 갭층(17)의 트레일링측을 평탄하게 한다. 이온 밀링의 종점 검지는 에칭 시그널층(25)이 에칭된 것을 나타내는 시그널을 검지기(24)로 검지함으로써 행한다.

다음에, 도 7(e)에 나타내는 바와 같이, 도금 하지층(18)을 형성하고, 또한, 도 7(f)에 나타내는 바와 같이, 그 도금 하지층(18)을 이용하여 프레임 도금법에 의해 트레일링 사이드 실드(13)를 형성한다. 이 경우에는 에칭 시그널층(25)이 주 자극 측면에 남지만, 에칭 시그널층(25)을 비자성 재료로 하면 문제는 없다. 본 실시예에 있어서의 에칭 시그널층(25)의 재료로서는 Ta, Cr, NiCr, Mo 등이 적당하다.

본 실시예에 의하면, 주 자극 자성층의 트레일링 엣지로부터 트레일링 실드까지의 거리(비자성 갭층, 에칭 마스크가 되는 비자성층, 에칭 시그널층, 비자성 도금 하지층의 합계 막 두께)가 50 nm 이하의 트레일링 갭 길이를 재현성 좋게 형성하는 것이 가능하다.

도 8은 트레일링 사이드 실드 형성 공정의 개략을 나타낸 것이며, 각 공정의 좌측 도면은 부상면에 평행한 방향의 단면 모식도, 우측 도면은 부상면에 수직인 방향의 단면 모식도이다. 도 8(a)는 역사다리꼴 형상의 주 자극을 형성한 부분을 나타내고 있다. 도 8(b)는 그 위에 비자성 갭층(17)을 형성한 상태를 나타내고 있다. 도 8(c)는 이온 밀링에 의해, 비자성 갭층(17)을 에칭한 부분을 나타내고 있다. 이온의 입사 각도는 45°∼ 65°이다. 이 이온 밀링의 종점 검지를 주 자극의 상방에 형성한 에칭 시그널층을 이용하여 행한다. 도 8(d)는 도금 하지층 형성 후, 레지스트 프레임 패턴(23)을 형성한 상태를 나타내고 있다. 도금 하지층으로서, Au를 이용한 경우, KrF 엑시머 레이저에 대한 반사율이 낮기 때문에, 헐레이션의 영향이 프레임 형상에 나타나지 않는다. 헐레이션이 있는 경우, 우측에 단면 모식도를 나타낸 레지스트의 측면 형상에 잘록한 부분이 발생한다. 도 8(e)는 도금 하지층과 레지스트 프레임을 이용하여 트레일링 사이드 실드가 되는 자성층을 도금한 상태를 나타내고 있다. 도 8(f)는 레지스트 프레임과 도금 하지층을 제거하고, 주 자극의 주변에 트레일링 사이드 실드를 형성한 부분을 나타내고 있다.

다음에, 도 9의 단면 모식도를 이용하여, 본 발명에 의한 트레일링 실드를 갖는 자기 헤드 제조 방법의 실시예에 대해서 설명한다. 여기서는, 기록 헤드의 주 자극 및 주 자극 트레일링측에 배치되는 트레일링 실드의 제조 공정에 대해서 설명한다.

도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 주 자극이 되는 자성층(12) 상에 비자성 갭층(14), 비자성 에칭 마스크층(15), 에칭 시그널층(16) 및 레지스트(20)를 순차적으로 성막하고, 레지스트(20)를 주 자극 형상에 맞추어 패터닝한다. 주 자극의 자성층에는 고포화 자속 밀도 Bs를 갖는 FeCo 등의 재료를 이용한다. 비자성 갭층(14)은 웨이퍼 프로세스 중에 주 자극의 상면(트레일링 엣지면)이 산화 등의 손상을 입는 것을 피하기 위한 층이며, 비자성 갭층(14)이 필요한 이유는 수직 자기 기록에서는 주 자극 트레일링 엣지(웨이퍼 프로세스에서는 주 자극의 상면)가 매체에의 기록에 중요한 역할을 행하기 때문이다. 이 갭 재료로서는, 예컨대 Cr, NiCr, Ta, Rh, Mo, Nb, Au 등을 사용할 수 있다. 갭층 상에 형성되는 비자성 에칭 마스크층(15)은 비자성 갭층(14)의 막 두께를 두껍게 함으로써 생략하는 것도 가능하다. 비자성 에칭 마스크층(15)으로서는, 예컨대 알루미나, 실리카, 티탄, 티타니아, 탄탈, 탄탈옥사이드 등의 단층막이나 적층막을 이용할 수 있다.

에칭 시그널층(16)은 후술하는 도 9(d)의 공정에서 그 위에 형성되는 비자성 갭층(17)과 다른 재료를 이용해야 한다. 예컨대, 비자성 갭층으로서 알루미나를 이용한 경우에는 에칭 시그널층(16)의 재료로서, 실리콘, 실리카, 탄탈, 탄탈옥사이드, 티탄, 티타니아, NiCr, Cr, Rh, Mo, Nb, Au 등을 이용할 수 있다. 또한, 이온 밀링 레이트를 고려한 경우, 에칭 시그널층(16)은 비자성 갭층(17)과 이온 밀링 레이트가 근사한 것이 바람직하다. 예컨대, 비자성 갭층에 알루미나를 이용하면, 이온 밀링 레이트가 느린 다른 재료로서 탄탈이 바람직하다.

다음에, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 레지스트(20)를 마스크의 이온 밀링 에 의해 에칭 시그널층(16) 및 비자성 에칭 마스크층(15)까지 에칭한다. 다음에, 도 9(c)에 나타내는 바와 같이, 레지스트 마스크(20), 에칭 시그널층(16), 비자성 에칭 마스크층(15)을 마스크에 비자성 갭층(14) 및 주 자극 자성층(12)을 에칭하여 주 자극을 역사다리꼴 형상으로 가공한다.

그 후, 레지스트 마스크(20)를 제거하고, 도 9(d)에 나타내는 바와 같이, 주 자극의 상방 및 측방에 비자성 갭층(17)을 형성한다. 비자성 갭층의 재료로서는 알루미나, 실리카 등의 산화물, 알루미나질화물, 실리콘질화물 등의 질화물, Cr, Ta, NiCr, Au, Cu 등의 비자성 금속을 이용할 수 있다. 성막에는 바이어스 스퍼터 장치, 이온빔 성막 장치, CVD 장치를 이용하는 것이 적합하다.

다음에, 도 9(e)에 나타내는 바와 같이, 케미컬 메카니컬 폴리싱(CMP)에 의해 주 자극 및 에칭 시그널층(16)의 상방까지 연마한다. 에칭 시그널층(16)으로부터 연마면까지의 거리는 0.1∼0.3 ㎛ 정도이다. 다음에, 도 9(f)에 나타내는 바와 같이, 이온 밀링에 의해, 에칭 시그널층(16)에 기인하는 시그널이 검지될 때까지 밀링한다. 이온 밀링의 입사 각도는 45°에서 65°가 바람직하다. 그 후, 도 9(g)와 같이 비자성 갭층(19)을 형성하고, 도 9(h)와 같이 도금 하지층(18)을 형성한 후에, 도 9(i)에 나타내는 바와 같이, 프레임 도금법에 의해 트레일링 실드(26)를 형성한다. 도금 하지층으로서는 Au/Cr, Au/Ta, Au/NiCr, NiFeCo, CoFe, NiFe, CoNiFe, Ir, Rh, Re, Pt, Pd 등을 이용할 수 있다.

본 발명의 방법에서는 주 자극 자성층의 트레일링측에 비자성 갭층, 에칭 마스크가 되는 비자성층이 있기 때문에, 주 자극 상면이 손상을 입는 일은 없다. 또 한, 에칭 시그널층을 설치하여 에칭의 종점을 검지하기 위해 트레일링측의 갭 간격을 고정밀도로 제어하는 것이 가능하다.

도 10은 본 발명에 의한 트레일링 실드를 갖는 자기 헤드 제조 방법의 다른 실시예를 나타내는 단면 모식도이다. 여기서는 도 9에 나타낸 공정과 다른 공정에 대해서만 설명한다. 도 10(a)에 나타낸 공정은 도 9(f)에 계속되는 공정이다.

본 실시예에서는 도 9(f)를 이용하여 설명한 바와 같이, 에칭 시그널층(16)에 기인하는 시그널을 검지할 때까지 비자성 갭층(17)을 이온 밀링한다. 그 후, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 리액티브 이온 에칭(RIE)에 의해, 에칭 시그널층(16)만을 제거한다. 예컨대, 에칭 시그널층(16)이 Si, SiO₂, Ta, Ta₂O₅일 때에는 CF₄, CHF₃ 등의 RIE를 사용할 수 있다. 비자성 갭층(17)이 알루미나인 경우, 선택비는 1000 이상을 얻을 수 있다. 그 후, 도 10(b)에 나타내는 바와 같이 비자성 갭층(19)을 형성하고, 도 10(c)와 같이 도금 하지층(18)을 형성한 후에, 도 10(d)에 나타내는 바와 같이, 프레임 도금법에 의해 트레일링 실드(26)를 형성한다. 이 경우는 트레일링 갭 길이에는 에칭 시그널층이 포함되지 않기 때문에, 보다 고정밀도로 20 nm 이하의 트레일링 갭 길이를 획정할 수 있다.

도 11은 본 발명에 의한 트레일링 실드를 갖는 자기 헤드 제조 방법의 다른 예를 나타내는 단면 모식도이다. 도 11(a)에 나타낸 공정은 도 9(f)에 계속되는 공정이다.

본 실시예에서는 도 9(f)를 이용하여 설명한 바와 같이, 에칭 시그널층(16)에 기인하는 시그널을 검지할 때까지 비자성 갭층(17)을 이온 밀링한다. 그 후, 비자성 갭층을 형성하지 않고, 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 도금 하지층(18)을 형성하여 도 11(b)에 나타내는 바와 같이 프레임 도금법에 의해 트레일링 실드(26)를 형성한다. 또한, 도 11(a) 앞의 공정에서 도 10(a)와 같이 에칭 시그널층(16)을 제거하여도 좋다. 에칭 시그널층(16)을 제거한 경우의 기록 헤드의 부상면 형상은 도 12와 같아진다.

도 13은 본 발명에 의한 트레일링 실드를 갖는 자기 헤드 제조 방법의 다른 실시예를 나타내는 단면 모식도이다. 여기서, 도 13(a)는 도 9(c)에 대응하는 공정도이다. 본 실시예에서는 주 자극 가공 후에 에칭 시그널층(25)을 형성한다. 따라서, 도 13(a)에 나타낸 단계에서는 에칭 시그널층은 형성되어 있지 않다. 도 13(a)와 같이 주 자극 형상을 가공한 후, 레지스트 마스크(20)를 제거하고, 그 후, 도 13(b)에 나타내는 바와 같이, 주 자극(12) 주변 전체에 에칭 시그널층(25)을 형성한다. 그 후, 도 13(c)에 나타내는 바와 같이, 주 자극의 상방 및 측방에 트레일링 갭의 일부 및 사이드 갭이 되는 비자성 갭층(17)을 형성한다.

다음에, 도 13(d)에 나타내는 바와 같이, 케미컬 메카니컬 폴리싱(CMP)에 의해 주 자극 및 에칭 시그널층(25)의 상방까지 연마한다. 에칭 시그널층(25)으로부 터 연마면까지의 거리는 0.1∼0.3 ㎛ 정도이다. 다음에, 도 13(e)에 나타내는 바와 같이, 이온 밀링에 의해, 에칭 시그널층(25)에 기인하는 시그널이 검지될 때까지 밀링한다. 이온 밀링의 입사 각도는 45°에서 65°가 바람직하다. 그 후, 도 13(f)와 같이 비자성 갭층(19)을 형성하고, 도 13(g)와 같이 도금 하지층(18)을 형성한 후에, 도 13(h)에 나타내는 바와 같이, 프레임 도금법에 의해 트레일링 실드(26)를 형성한다. 도금 하지층으로서는 Au/Cr, Au/Ta, Au/NiCr, NiFeCo, CoFe, NiFe, CoNiFe, Ir, Rh, Re, Pt, Pd 등을 이용할 수 있다.

도 14에서 도 17은 본 발명에 의한 수직 자기 기록 헤드의 매체 대향면 형상과 단면 형상의 예를 나타내는 도면이다. 이들은 모두 주 자극 근처에 트레일링 사이드 실드(13)를 형성한 수직 자기 기록 헤드의 경우를 나타내고 있지만, 주 자극과 근접한 곳에 트레일링 실드를 형성한 수직 자기 기록 헤드의 경우도 동일하다.

도 14는 주 자극(12)의 상하에 코일을 2층 설치한 기록 헤드의 예를 나타내고 있다. 코일 형상으로서는 종래 동일한 스파이럴 형상의 코일을 2층 설치하여도 좋고, 주 자극(12) 주변에 헬리컬 형상의 코일을 배치하여도 좋다. 도 15는 코일이 1층이며, 주 자극(12)과 재생 헤드 사이에 미들 실드가 있는 경우를 나타내고 있다. 미들 실드는 주 자극(12)으로부터의 자계가 재생 헤드에 들어가 재생 헤드의 출력이 변동되는 것을 방지하는 역할을 행한다. 도 16은 재생 헤드에 근접한 쪽에 보조 자극(11)이 있으며, 주 자극(12) 상의 트레일링 사이드 실드(13)가 접속 자극에 의해 보조 자극(11)에 자기적으로 접속되는 자기 헤드의 예를 나타내고 있다. 이 경우, 접속 자극은 가능한 한 작은 자기 저항으로 접속되는 것이 바람직하다. 도 17의 예는 도 16과 동일한 형상으로 접속 자극이 없는 경우를 나타낸 것이며, 가장 제작하기 쉬운 형상이다.

도 18은 종래의 제조 방법으로 제조한 기록 헤드와 본 발명의 제조 방법으로 제조한 기록 헤드의 트레일링 갭 길이의 3σ(nm)의 측정값을 비교하여 나타낸 그래프이다. 형성한 트레일링 갭 길이는 40 nm이다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 방법에서는 트레일링 갭 길이의 변동이 크지만, 본 발명을 이용함으로써 트레일링 갭 길이의 변동을 반 이하(1/2.5)로 할 수 있었다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 트레일링 갭 정밀도를 대폭으로 개선할 수 있다.

본 발명에 의하면, 수직 기록용 자기 헤드의 트레일링 실드 또는 트레일링 사이드 실드의 트레일링측 갭 길이를 고정밀도로 관리할 수 있고, 자기 기록 매체에 자화 정보를 고기록 밀도로 기록할 수 있다.

Claims

주 자극과, 보조 자극과, 상기 주 자극의 트레일링측에 배치된 트레일링 실드를 갖는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법에 있어서,

에칭 시그널층을 상부에 갖는 주 자극을 형성하는 공정과,

상기 에칭 시그널층을 상부에 갖는 주 자극의 상방 및 측방을 비자성 갭층으로 피복하는 공정과,

상기 에칭 시그널층의 바로 앞까지 상기 비자성 갭층을 연마하는 평탄화 공정과,

에칭 시그널 검출 장치에 의해 상기 에칭 시그널층에 기인하는 시그널이 검출될 때까지 상기 비자성 갭층을 에칭하는 공정과,

상기 에칭 후의 비자성 갭층 위에 트레일링 실드를 형성하는 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 에칭 시그널층을 상부에 갖는 주 자극을 형성하는 공정은,

주 자극이 되는 자성층 위에 에칭 시그널층을 형성하는 공정과,

상기 에칭 시그널층을 상부에 갖는 자성층을 가공하여 주 자극을 형성하는 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 에칭 시그널층을 상부에 갖는 주 자극을 형성하는 공정은,

주 자극이 되는 자성층을 가공하여 주 자극을 형성하는 공정과,

상기 주 자극 위에 에칭 시그널층을 형성하는 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 에칭 시그널 검출 장치는 상기 에칭 시그널층에 기인하는 이온을 검출하는 질량 분석 장치인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 에칭 시그널 검출 장치는 상기 에칭 시그널층에 기인하는 발광을 검출하는 장치인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 트레일링 실드를 형성하기 전에 상기 에칭 시그널층을 제거하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 비자성 갭층의 에칭을 이온 밀링에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 에칭 시그널층은 Ta, Cr, Mo, W, Nb, Rh 또는 Si를 포함하는 비자성층인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 비자성 갭층은 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
주 자극과, 보조 자극과, 상기 주 자극의 트레일링측 및 트랙 폭 방향측에 배치된 트레일링 사이드 실드를 갖는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법에 있어서,

에칭 시그널층을 상부에 갖는 주 자극을 형성하는 공정과,

상기 에칭 시그널층을 상부에 갖는 주 자극의 상방 및 측방을, 사이드 실드가 형성되는 영역을 남겨두고 비자성 갭층으로 피복하는 공정과,

에칭 시그널 검출 장치에 의해 상기 에칭 시그널층에 기인하는 시그널이 검출될 때까지 상기 비자성 갭층을 에칭하는 공정과,

상기 에칭 후의 비자성 갭층의 상방 및 측방에 트레일링 사이드 실드를 형성하는 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 에칭 시그널층을 상부에 갖는 주 자극을 형성하는 공정은,

주 자극이 되는 자성층 위에 에칭 시그널층을 형성하는 공정과,

상기 에칭 시그널층을 상부에 갖는 자성층을 가공하여 주 자극을 형성하는 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 에칭 시그널층을 상부에 갖는 주 자극을 형성하는 공정은,

주 자극이 되는 자성층을 가공하여 주 자극을 형성하는 공정과,

상기 주 자극 위에 에칭 시그널층을 형성하는 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 에칭 시그널 검출 장치는 상기 에칭 시그널층에 기인하는 이온을 검출하는 질량 분석 장치인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 에칭 시그널 검출 장치는 상기 에칭 시그널층에 기인하는 발광을 검출하는 장치인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 트레일링 사이드 실드를 형성하기 전에 상기 에칭 시 그널층을 제거하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 비자성 갭층의 에칭을 이온 밀링에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 이온 밀링의 입사 각도가 45°에서 65°사이인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 에칭 시그널층은 Ta, Cr, Mo, W, Nb, Rh 또는 Si를 포함하는 비자성층인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 비자성 갭층은 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법.
주 자극과, 보조 자극과, 상기 주 자극의 트레일링측에 배치된 트레일링 실드를 갖는 수직 자기 기록 헤드에 있어서,

상기 주 자극 트레일링측에 비자성 갭층, 에칭 마스크가 되는 비자성층, 에칭 시그널층, 도금 하지의 밀착층이 순차적으로 적층되고, 그 위에 상기 트레일링 실드가 있으며, 상기 주 자극의 트레일링 엣지로부터 상기 트레일링 실드까지의 거리가 50 nm 이하인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
제20항에 있어서, 상기 주 자극의 트레일링 엣지로부터 상기 트레일링 실드까지의 거리는 상기 비자성 갭층, 에칭 마스크가 되는 비자성층, 에칭 시그널층, 도금 하지 밀착층의 합계 막 두께인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
주 자극과, 보조 자극과, 상기 주 자극의 트레일링측 및 트랙 폭 방향측에 배치된 트레일링 사이드 실드를 갖는 수직 자기 기록 헤드에 있어서,

상기 주 자극 트레일링측에 비자성 갭층, 에칭 마스크가 되는 비자성층, 에칭 시그널층, 도금 하지의 밀착층이 순차적으로 적층되고, 그 위에 상기 트레일링 사이드 실드가 있으며, 상기 주 자극의 트레일링 엣지로부터 상기 트레일링 사이드 실드까지의 거리가 50 nm 이하인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.
제22항에 있어서, 상기 주 자극의 트레일링 엣지로부터 상기 트레일링 사이드 실드까지의 거리는 상기 비자성 갭층, 에칭 마스크가 되는 비자성층, 에칭 시그널층, 도금 하지 밀착층의 합계 막 두께인 것을 특징으로 하는 수직 자기 기록 헤드.