(57)【要約】【課題】トレーリングシールドを備えた垂直磁気記録書き込みヘッドにおいて、ほぼ矩形に形成されたトレーリングシールドノッチは書き込み時に飽和状態に成り得る。さらに、書き込み磁極上に残る薄いアルミナマスクは、ギャップ層を必要以上に厚くするため、書き込み磁界の勾配を充分に大きく出来ない。【解決手段】垂直磁気記録書き込みヘッドは、書き込み磁極WP、台形状ノッチ付きトレーリングシールドTS、書き込み磁極WPとノッチTSN間の金属ギャップ層１５０を有する。書き込み磁極WPの後端面４２はトラック幅TWを実質的に規定する幅を持ち、ノッチTSNの前端面１３０に対向しているが、ノッチとはギャップ層１５０で分離されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記録層のデータトラック内の領域を磁化するための垂直磁気記録書き込みヘッドであって、
前記記録層へ対向するほぼ平らな記録層対向面と、トラックの長さ方向にほぼ直角なほぼ平らな後端面を有し、該後端面のトラックの長さ方向に直角な幅が書き込み磁極のトラック幅を規定し、周囲が部分的に非磁性材料で覆われている書き込み磁極と、
前記書き込み磁極の記録層対向面とほぼ同一平面にある記録層対向面を有し、前記書き込み磁極の後端面から分離された台形状のノッチを有するトレーリングシールドであって、該ノッチの前端面が、前記書き込み磁極の後端面に対向し、その前端面の幅が前記書き込み磁極の後端面とほぼ等しく、該ノッチの後端面の幅が前記書き込み磁極の後端面よりも実質的に広いトレーリングシールドと、
前記書き込み磁極の後端面と前記トレーリングシールドのノッチの前端面との間の空間を埋める非磁性ギャップ材料の層であって、該非磁性ギャップ材料が前記書き込み磁極を部分的に覆っている非磁性材料とは異なる非磁性ギャップ材料の層と、
を有することを特徴とする垂直磁気記録書き込みヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の書き込みヘッドにおいて、前記非磁性ギャップ材料が導電金属であることを特徴とする書き込みヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の書き込みヘッドにおいて、前記非磁性ギャップ材料が、Ta、Rh、Irのいずれかであることを特徴とする書き込みヘッド。
【請求項４】
請求項２に記載の書き込みヘッドにおいて、前記書き込み磁極を部分的に覆っている前記非磁性材料がアルミナを主とする材料であることを特徴とする書き込みヘッド。
【請求項５】
請求項２に記載の書き込みヘッドにおいて、前記非磁性ギャップ材料の層が約２０から６０nmの範囲の厚さを有することを特徴とする書き込みヘッド。
【請求項６】
請求項１に記載の書き込みヘッドにおいて、前記トレーリングシールドの前記台形状ノッチの前端面が凸曲率を有することを特徴とする書き込みヘッド。
【請求項７】
書き込み磁極とノッチ付きトレーリングシールドを有する垂直磁気記録書き込みヘッドを作製する方法であって、
基板上に、書き込み磁極として望ましい厚さを有する書き込み磁極材料の層を堆積するステップと、
前記書き込み磁極層上に薄い非磁性マスク膜を堆積するステップと、
前記マスク膜上にパターニングしたレジスト層を形成するステップと、
前記マスク膜と前記書き込み磁極層をほぼ基板までエッチングして、パターニングされたレジスト層で覆われている領域に前記書き込み磁極とマスク膜を残すステップと、
パターニングされた前記レジスト層と下のマスク膜を非磁性フィラー材料で覆うステップと、
前記フィラー材料の一部を除去して、前記書き込み磁極よりも厚くフィラー材料を残すステップと、
前記レジスト層を除去して、残っている前記フィラー材料に開口部を形成し、前記マスク膜と下の書き込み磁極を露出させるステップと、
前記マスク膜とマスク膜端部のフィラー材料をエッチングして、前記マスク膜をほぼ完全に除去するとともに前記開口部を広げるステップと、
広げられた前記開口部内と残存する前記フィラー材料上に、非磁性材料のギャップ層を堆積するステップと、
前記ギャップ層上に磁性トレーリングシールド材料を堆積し、広げられた前記開口部内の前記トレーリングシールド材料で、前記下の書き込み磁極からギャップ層で分離されたトレーリングシールドのノッチを形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、広げられた前記開口部内に形成された前記トレーリングシールドのノッチが台形形状を有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、前記書き込み磁極に対向する前記トレーリングシールドのノッチの前端面が若干の凸曲率を持っていることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、薄い非磁性マスク膜を堆積するステップにおいて、薄いアルミナ膜を堆積することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法において、ギャップ層を堆積するステップにおいて、前記書き込み磁極上に直接Ta、Rh、Irのいずれかの材料を堆積することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の方法において、マスク膜とマスク膜端部のフィラー材料をエッチングするステップにおいて、CHF3内反応性イオンビームエッチング(RIBE: reactive ion beam etching)によって、前記下の書き込み磁極材料を損傷することなく前記マスク材料を除去することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項７に記載の方法において、マスク膜と残存フィラー材料をイオンミリングするステップにおいて、入射角をほぼ垂直にしてイオンミリングを行うことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは垂直磁気記録書込みヘッド、より具体的には、磁気記録ハードディスク装置用のノッチ付きトレーリングシールドを有する書き込みヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
記録ビットが記録層において垂直方向すなわち面外に向いて保存される垂直磁気記録は、超高記録密度のハードディスクを実現するものとして期待されている。図１Aに示されているように、媒体は、ディスク基板上に形成された“ソフト”すなわち比較的低保磁力の透磁性下地層(SUL：soft underlayer)と、その上の垂直磁気データ記録層(RL: recording layer)から成る“２層”媒体である。こうした媒体が、図示されているように、単一書込み磁極(WP: write pole)型の記録ヘッドと組み合わされる。記録ヘッドのWPとリターン磁極(RP: return pole)の間には、図ではその断面が示されている薄膜コイル(C)がある。コイルCを流れる書き込み電流が、（破線１０で示された）磁界を誘導する。この磁界は、WPから（WP下のRL領域を磁化するために）RLを通り、SULによって提供されている磁束リターン路を経て、RPへもどる。記録ヘッドは一般に、浮上面(ABS: air-bearing surface)を媒体のRL上に維持する浮上スライダ上に形成される。図１Aでは、媒体は矢印２０で示された方向に記録ヘッドを通過する。RLは垂直方向に磁化された領域を有し、隣接する領域は矢印で示されているように反対方向に磁化されている。反対方向に磁化されている隣接領域間の磁気的遷移は、記録ビットとして（図示されていない）読み取りヘッドで検出可能である。
【０００３】
図１Aには、トレーリングシールド（TS: trailing shield）の断面も示されている。TSは、WP近傍側に切れ込み部（TSN: trailing shield notch）を有し、TSNとWPは非磁性材料から成るギャップで分離されている。非磁性ギャップによってWPから分離されたTSを使用することによって書き込み磁界の角度を若干調整し、書き込み効率を上げている。TSNは、WP下の磁界強度を上げ、ヘッドによって書き込まれる磁性遷移をより急峻にし、望ましい。図１Bは、図１Aの１B-１Bの方向から見た様子であり、RLに記録されたデータのトラック幅(TW: trackwidth)を実質的に決めるWPの幅を示している。TSはトラックの横断方向における幅がWPよりも概して広いが、TSN部分はWPの幅にほぼ等しい。
【０００４】
図２は、WP、TSNを有するTS、およびRLとSULを有する記録媒体の関係を示す斜視図である。図示のとおり、TSNはほぼ矩形で、フロントエッジ３０と、ほぼ平行のサイドエッジ３２、３４を有する。図３は、スライダABSをディスク側から見た図で、書き込みヘッドの一部が示されている。WP、TSN、およびWPとTSN間のギャップが詳細に示されている。WPは、ABSにほぼ平行な先端面４０と、トラックの長さ方向にほぼ直角でTWを実質的に決める後端面部４２を有する。ギャップは通常、従来の製造工程の結果としてアルミナ（Al2O3）を含む。この工程では、WP用磁性層上に薄いアルミナマスク(TAM: thin alumina mask)を、そして、そのTAM上にレジストを形成し、イオンミリングによってWPを形成する。レジスト除去後、TAMがWP上に残る。TAM上には、TaやRhなどの追加ギャップ材料を堆積し、次いで、磁性材料として一般的にはNiFeを電気メッキし、ほぼ矩形のTSN（フロントエッジ３０およびほぼ平行のサイドエッジ３２、３４からなる部分）と残りのTSを形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ほぼ矩形に形成されたTSNは書き込み時に飽和状態に成り得る。さらに、WP上に残るTAMは、ギャップ層を必要以上に厚くするため、書き込み磁界の勾配を充分に大きく出来ない。
したがって、改良されたトレーリングシールドノッチを有し、また、書き込み磁極とトレーリングシールドノッチ間のギャップの幅が低減されたトレーリングシールドを備えた垂直磁気記録書き込みヘッドが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、書き込み磁極、台形状のトレーリングシールドノッチ、および、書き込み磁極とノッチ間に金属ギャップ層を有する垂直磁気記録書き込みヘッドである。その幅がトラック幅をほぼ決める書き込み磁極の後端面は、ノッチの前端面に対向するが、ギャップ層によってノッチとは分離されている。ノッチの前端面は、書き込み磁極の後端面とほぼ同じ幅を有する。ギャップ層とノッチは、書き込み磁極上に末広がり状に形成された開口部へ堆積される。したがって、ノッチは、両サイドが書き込み磁極から遠ざかるにつれて広がった台形状となり、後端面が前端面、つまりトラック幅よりもかなり広い。書き込み磁極は、アルミナなどの非磁性フィラー材料で周囲を覆っているが、ギャップ層と接している後端面だけは、違う磁性材料で形成している。書き込みヘッドの形成工程には、書き込み磁極上の薄膜マスクを、下の書き込み磁極材料を損傷することなく反応性イオンビームエッチングで除去して末広がりの開口部を形成するステップを含む。ギャップ内には薄膜マスクは残らないのでギャップ厚が低減される。ノッチは、台形状に形成され、書き込み磁極より幅広であり、書き込み時のノッチの飽和が低減される。
本発明の本質と利点をより十分に理解するためには、添付の図面と合わせて下記の詳細な説明を参照することが望ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、トレーリングシールドノッチの磁気飽和を防止し、書き込み磁界の勾配を充分に大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明による垂直磁気記録書き込みヘッドを図４に示す。スライダのABSをディスク側から見ている。TSNは前端面１３０と側端面１３２，１３４を備えた台形状である。TSNの前端部１３０は、WPの後端部４２とほぼ平行であり、したがって、トラックの長手方向に対して直角である。TSNの前端部１３０はまた、若干の凸曲率を持つことができる。側端面１３２，１３４は、WP上に末広がりの開口部を設けたことによりTWから広がっている。その結果、TSNが終了しTSの残りの部分が始まる（破線１３６で示された）底部では、TSNの幅はTWよりもかなり広い。WPの後端面４２と接するギャップ層１５０は、WPの他の面を覆っている材料とは異なる材料で全面的に形成されている。たとえば、WPはアルミナで周囲を覆うが、ギャップ層１５０だけはTa、Rh、Irなどの導電性非磁性材料で形成する。WPの厚さは典型的には、およそ１５０−２００nmの範囲の厚さである。同様に、TWは８０−１５０nm、ギャップ層は２０−６０nmの厚さを有し、前端面１３０と底部１３６間の距離は２０−１５０nmである。TSNのための開口を末広がりにしたことにより、底部１３６がTWよりもかなり広くなっており、例えばTWの２倍である。
【０００９】
図５A-５Bは、本発明の書き込みヘッドを形成する工程を示す。TSN付きTSを形成する前の工程である。図５Aに示した構造には「基板」が含まれている。この基板は通常、ウエハーに堆積されたアルミナ層であり、そのウエハーから多数の記録／再生ヘッドが作成される。再生ヘッドを形成するための層は図示されていないが、通常、ウエハーに最初に堆積され、図５Aの「基板」よりも下に位置する。磁性材料のWP層は、好ましいWP厚に対応する厚さ、通常、およそ１５０−２５０nmの範囲まで基板上に堆積される。WP層は、CoFeやNiFeなどの高モーメント磁性材料から成り、スパッタリングや電気メッキで形成する。WP層上には全面にアルミナ膜が、通常、スパッタリングで堆積され、後続のイオンミリングによるWP形成において薄いアルミナマスク(TAM: thin alumina mask)として働く。マスクとして利用できる他の材料としては、酸化タンタル、酸化シリコン、窒化シリコン、ダイアモンド状カーボンなどがある。TAMおよび下のWP層上には、ここで「レジスト」と呼ぶ有機マスク材料が堆積され、パターニングされる。レジスト層は、他の書き込みヘッド形成工程で使用する波長の放射光に反応するものでなければ、感光性の有機材料であってもよいし、Arch Chemicals社のポリイミド材料であるDurimide（登録商標） 20-1.2μm などの非感光性有機材料であってもよい。レジスト層用の有機マスク材料は、O2やCO2を使用した反応性イオンエッチング(RIE: reactive ion etching)で除去可能な材料にすることが望ましい。図５Aは、CHF3とArの混合ガスを使用した反応性イオンビームエッチング(RIBE: reactive ion beam etching)で、レジストで覆われていない領域からTAMを除去した後の構造物を示す。次に、図５Bに示されているように、Ar+によるイオンミリングによって、レジストで覆われてない領域でWP層を除去する。TAMをレジストと共に使用するため、図５Bに示した勾配付きのWP形状を形成しやすい。イオンミリングにおいてTAM除去速度が遅いからである。
【００１０】
図６A-6Gは、書き込み磁極上にTSN付きTSを形成する本発明の工程を示す図である。まず、図６Aでは、アルミナフィラー材料が図５Bに示した構造上に堆積され、WP、TAM、レジストの側面を覆う。アルミナは、スパッタリングやイオンビーム蒸着によって、約１．５ミクロンの厚さまで堆積して、レジストを覆い、WPの両側面を埋める。これは大きな高低ばらつきを生じるため、化学機械研磨(CMP: chemical mechanical polishing)によって表面を平面化し、図６Bの構造を得る。次に、図６Cでは、アルミナフィラーとレジストの一部が、CHF3とArの混合ガスを使用したRIBEにより、WPから約７０nmのところまで除去される。この結果、RIBEによるアルミナの除去速度がレジストよりも速いため、レジストがアルミナフィラーよりもいくらか高くなる。次に、残っているレジストをO2やCO2を使用した反応性イオンエッチング(RIE: reactive ion etching)によって除去する。これは、有機レジスト材料のみを除去しTAMには影響せず、TAMはWPの後端面上に残る。アルミナフィラーも影響されずWPの端面に残るため、図６Dの構造となる。図６Eでは、１００％CHF3ガスを使用したRIBEによりTAMが完全に除去されWP上の開口部が広げられる。このRIBEは、入射角を垂直方向にして超低ビーム電圧で行うことが好ましい。垂直入射角の場合、TAMとWPの端面のアルミナフィラーに対するエッチング効果が大きくなるため、開口がWP後端面４２のTWよりもかなり広くなる。斜め入射の場合、入射角が比較的大きければ、たとえば７０度から垂直の範囲であれば、開口は広がるもののTAM除去の効率は低下する。RIBE中にはウエハーを回転してTAMの完全除去を確実に行うことができる。
【００１１】
低ビーム電圧でAr不使用のRIBEによってTAMの除去と開口部の拡大を行うことにより、WP磁性材料の損傷を確実に防ぐ。RIBEの結果、図６Eに示すように、開口部の側壁がWP後端面４２より広がり、開口幅がWP後端面４２の幅よりもかなり大きくなる。図６Fでは、広げられた開口部にスパッタリングにより、約２０−６０nmの厚さまでギャップ材料が堆積される。ギャップ層はWPの後端面４２だけでなくWPの両側のアルミナも覆う。ギャップ層は、Ta、Rh、Irなどの非磁性材料で形成すればよい。TSを電気メッキでギャップ層上に堆積する場合は、ギャップ層も導電材料にすることが望ましい。非導電材料をギャップ層に使用し、TSを電気メッキで堆積すると、導電シード層がギャップ層上に堆積される可能性がある。次に図６Gでは、TS用の磁性材料がギャップ層上に、電気メッキで堆積される。その結果、WP上部の領域に、側端面がWPから外に開いたTSNが形成される。拡大された開口部にTS材料を堆積するため、TSNの前端面１３０が若干の凸曲率を持つ場合もある。TSは、CoFeやNiFeなどの磁性材料である。TSN付きTSの形成後の書き込みヘッドは、ほぼ図４に示した構造となる。
【００１２】
本発明の書き込みヘッドでは、トレーリングシールドギャップが非磁性金属ギャップ層のみから成り、マスク材料を含まないため、より薄いギャップとなり、書き込みヘッドによって生成される書き込み磁界の勾配が改善される。ノッチ用開口部を広げながらマスクを除去する本発明の工程は、WPの磁性材料を損傷せずに書き込み磁極上のマスク材料をほぼ完全に除去する。台形状のノッチはWPよりも幅が広く、書き込み時の飽和を低減する。ノッチの台形形状と、ノッチ前端面の若干の凸曲率はまた、書き込み磁極によって書かれる磁気遷移の曲率を改善する。
【００１３】
以上、好適な実施例を参照しながら、本発明を詳細に示したが、当業者は、発明の趣旨と範囲を逸脱しないで形状や内容の様々な変更が可能であることを理解するであろう。したがって、開示された発明は、発明を説明する以上のものでなく、発明の範囲は特許請求の範囲でのみ規定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】従来の垂直磁気記録システムの模式図である。
【図１Ｂ】図１Aの１B-1Bの方向から見た図であり、WPの幅がRLに記録されるデータのトラック幅（TW）をほぼ決めることを示している。
【図２】図１Aのシステムおいて、WP、TSNを有するTS、およびRLを有する記録媒体の関係を示す斜視図である。
【図３】図１AのシステムにおけるスライダABSをディスク側から見た図であり、書き込みヘッドのWP、TSNおよびWPとTSN間のギャップが詳しく示されている。
【図４】本発明による書き込みヘッドにおけるスライダのABSを示す図であり、ディスク側から見た書き込みヘッドのWP、台形状TSNおよびWPとTSN間のギャップが詳細に示されている。
【図５Ａ】本発明による書き込みヘッドの製造工程を説明する図であり、TSNを有するTSを作成する前のステップを示す。
【図５Ｂ】本発明による書き込みヘッドの製造工程を説明する図であり、図５Aに続く工程を示す。
【図６Ａ】本発明による書き込み磁極上にTSNを有するTSを形成する工程を説明する図である。
【図６Ｂ】本発明による書き込み磁極上にTSNを有するTSを形成する工程を説明する図であり、図６Aに続く工程を示す。
【図６Ｃ】本発明による書き込み磁極上にTSNを有するTSを形成する工程を説明する図であり、図６Bに続く工程を示す。
【図６Ｄ】本発明による書き込み磁極上にTSNを有するTSを形成する工程を説明する図であり、図６Cに続く工程を示す。
【図６Ｅ】本発明による書き込み磁極上にTSNを有するTSを形成する工程を説明する図であり、図６Dに続く工程を示す。
【図６Ｆ】本発明による書き込み磁極上にTSNを有するTSを形成する工程を説明する図であり、図６Eに続く工程を示す。
【図６Ｇ】本発明による書き込み磁極上にTSNを有するTSを形成する工程を説明する図であり、図６Fに続く工程を示す。
【符号の説明】
【００１５】
４０…WPのABSに平行な先端面、
４２…WPの後端面、
１３０…TSNの前端面、
１３２，１３４…TSNの側端面、
１３６…TSNの底部、
１５０…ギャップ層。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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