(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気記録ヘッド、複合型薄膜磁気ヘッド、及び、磁気ディスク装置に関し、薄い膜厚で十分な記録磁界を得られることとテーパ構造部の寸法マージンの広さとを両立する。【解決手段】主磁極１１が膜面内方向にテーパ構造を設けるとともに、記録磁界の増大をテーパ構造部１２の膜厚に対し単調増加特性を保ちつつ、磁気勾配におけるテーパ角依存性を小さくするため、膜厚方向にもテーパ角が第１テーパ構造部１３と第２テーパ構造部１４の二段階に変化している薄い積層膜のテーパ構造１２を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主磁極が膜面内方向にテーパ構造を有するとともに、膜厚方向にもテーパ角が二段階に変化しているテーパ構造を有する磁気記録ヘッド。
【請求項２】
前記二段階に変化しているテーパ構造の内、下側の第１のテーパ構造のテーパ角が９０°±１０°であり、上側の第２のテーパ構造のテーパ角が２０°〜５５°である請求項１記載の磁気記録ヘッド。
【請求項３】
前記二段階に変化しているテーパ構造を形成した側にトレーリングシールドを有する請求項１または２に記載の磁気記録ヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の垂直記録ヘッドと、再生ヘッドとを積層した複合型薄膜磁気ヘッド。
【請求項５】
請求項４記載の複合型薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気記録ヘッド、複合型薄膜磁気ヘッド、及び、磁気ディスク装置に関するものであり、特に、磁気ディスク等の記録・再生に用いられる複合型薄膜磁気ヘッドにおける記録磁界の向上と製造マージンの向上とを両立するための構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク装置では、磁気記録媒体上のデータは磁気ヘッドによって読み書きされるが、このような磁気ディスク装置の単位面積当たりの記録容量を大きくするためには、トラック幅方向及びビット長方向の双方の密度を向上させる必要がある。
【０００３】
しかしながら、現状の面内記録方式では、記録されるビット長が短くなると、磁気記録媒体の熱揺らぎが原因で、面記録密度が上げられない問題が生じつつあり、これらの問題を解決する方法として、さらなる高密度化に磁気記録媒体に垂直な方向に磁化させる垂直記録方式が実用化されつつある。
【０００４】
このような垂直記録方式においても、高密度化のためにはより狭い範囲に磁界分布を集中させる必要があるが、磁気記録ヘッドでは、キャリッジアームが磁気記録媒体上で回転した際に、隣接するトラックにまで主磁極のエッジがはみだし、隣接するトラックの情報が消去される、所謂サイドイレーズという問題が生じている。
【０００５】
これに対し、近年、媒体対向面（ＡＢＳ面）からみた断面形状が逆台形状の主磁極を用いる方式、さらには主磁極の両側にサイドシールドと呼ばれるシールドを配置する方法を用いることにより、サイドイレーズの問題の解消を図っている。
しかし、どちらの方式でも主磁極から磁気記録媒体に誘導される記録磁界の出力を減らすことになるため、現在よりさらにトラックピッチが小さくなると、記録磁界の出力低下による書込み不良の発生が懸念される。
【０００６】
そこで、記録磁界の出力低下による書き込み不良の発生を回避するための手段として、主磁極の媒体対向面から後方部に向けてテーパをつけ、主磁極部の厚みを増し記録磁界を補う方法が提案されている（例えば、特許文献１或いは特許文献２参照）。
【０００７】
ここで、図７を参照して、従来のテーパ付き主磁極を備えた磁気記録ヘッドを説明する。
図７参照  
図７は、従来のテーパ付き主磁極を備えた磁気記録ヘッドの概略的要部断面図であり、主磁極６１のＡＢＳ面からＰＨ（ポールハイト）だけ離れた位置に厚さがＰＬのテーパ構造部６２を設ける。
また、トレーリング側のＡＢＳ面に面した側にリターンヨーク（図示は省略）と一体になったトレーリングシールド６３を設けた構成になっている。
【０００８】
上述のように、逆台形状の主磁極の採用やテーパ型主磁極の採用により記録磁界の増大及びイレーズ磁界の低減を両立させた磁気記録ヘッドができるが、磁気記録を行う際に磁界勾配も問題になる。
即ち、磁界勾配が小さいと、記録されるビットのエッジが乱れるためノイズが大きくなり信号として望ましくない。
【０００９】
そのため、単磁極ヘッドのトレーリング側にトレーリングシールド６３と呼ばれるシールドをつけて磁界勾配を高している。
【特許文献１】特開２００５−３０２２８１号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、本発明者が鋭意研究した結果、主磁極のテーパ構造部の厚みＰＬを増やしていくと記録磁界を増大させることができるが、磁界勾配に関しては、主磁極のテーパ構造部の厚みＰＬの増加に伴い磁界勾配も向上していくが、あるところでピークをもち、さらにテーパ部分の厚みを増加させると磁界勾配は低下し始めるということが判明した。
【００１１】
また、テーパ構造部のテーパ角θが大きいほどテーパ構造部の膜厚ＰＬに対する変化が大きく、テーパ角θが大きいほど小さな膜厚ＰＬで高い記録磁界と、磁界勾配のピークが得られる反面、磁界勾配のピークでの値は小さくなる。
また、膜厚ＰＬが磁界勾配最大になる厚みを超えたときに磁界勾配の低下も急になることが判明した。
【００１２】
図８参照  
図８は、記録磁界のテーパ構造部の膜厚依存性の説明図であり、ここでは、テーパ角θを２５°、４５°、６３°、及び、９０°にした場合についてのシミュレーション結果を示しており、また、記録磁界はＰＬ＝０、即ち、テーパ構造部を設けない場合の値で規格化している。
図から明らかなように、記録磁界は膜厚ＰＬの増加とともに単調増加傾向を示しており、また、テーパ角θが大きいほど記録磁界が大きいことが分かる。
【００１３】
図９参照  
図９は、磁界勾配のテーパ構造部の膜厚依存性の説明図であり、ここでも、テーパ角θを２５°、４５°、６３°、及び、９０°にした場合についてのシミュレーション結果を示しており、また、磁界勾配はＰＬ＝０、即ち、テーパ構造部を設けない場合の値で規格化している。
【００１４】
図から明らかなように、テーパ角θが大きいほど小さな膜厚ＰＬで磁界勾配のピークが得られるとともに、磁界勾配の低下が急峻になる傾向が見られる。
また、テーパ角θは４５°の場合にはピークとピーク値からの若干の低下傾向が見られるが、テーパ角θは２５°の場合には膜厚ＰＬが１５０ｎｍまでの範囲では飽和傾向が見られるだけある。
【００１５】
製造上、テーパ構造部の膜厚は薄い方が望ましいが、テーパ角度θ、テーパ膜厚ＰＬの製造誤差を考えると、テーパ構造部の寸法に対して記録磁界及び磁界勾配の変化が敏感すぎないことが望ましい。
【００１６】
したがって、テーパ構造部を有する主磁極を備えたトレーリングシールド型の垂直磁気記録ヘッドであって、薄い膜厚で十分な記録磁界を得られることとテーパ構造部の寸法マージンの広さとを両立できる垂直磁気記録ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この磁気記録ヘッドにおいては、主磁極が膜面内方向にテーパ構造を有するとともに、膜厚方向にもテーパ角が二段階に変化しているテーパ構造を有することを要件とする。
【００１８】
また、別の観点からは、複合型薄膜磁気ヘッドとしては、上述の垂直記録ヘッドと、再生ヘッドとを積層することを要件とする。
さらに、別の観点からは、磁気ディスク装置としては、上述の複合型薄膜磁気ヘッドを搭載することを要件とする。
【発明の効果】
【００１９】
開示の磁気記録ヘッドによれば、主磁極に設けるテーパ構造部を２段階構造にしているので、記録磁界の増大をテーパ構造部の膜厚に対する単調増加特性を保ちつつ、磁界勾配におけるテーパ角依存性を小さくすることができる。
【００２０】
また、それによって、製造上、テーパ角の制御に高い精度が必要なくなり、膜厚の制御だけで所望の記録磁界及び磁界勾配を得ることが可能になるため、製造マージンが大きくなる。
【００２１】
また、従来のように、テーパ角を一定にした場合よりも、膜厚が薄いところで磁界勾配がピークをもち、そのときの記録磁界はテーパ角を一定にしている場合と同等のため、積層する膜厚が薄くて済むため製造が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１参照  
図１は、本発明の実施の形態の垂直磁気記録ヘッドの概略的構成説明図であり、図１（ａ）は要部概略的平面図であり、図１（ｂ）は要部概略的断面図である。
この場合の垂直磁気記録ヘッドを構成する主磁極１１は磁気記録媒体に対向する浮上面（ＡＢＳ面）がＮＨ（ネックハイト）と呼ばれる距離のところで膜面内方向にテーパがつけられている。
【００２３】
また、主磁極１１の膜厚方向にも、ＡＢＳ面からＰＨ（ポールハイト）の距離から２段構造のテーパ構造部１２が設けられており、このテーパ構造部１２は、厚さがＰＬ1 でテーパ角がθ1 の第１テーパ構造部１３と、厚さがＰＬ2 でテーパ角がθ2 の第２テーパ構造部１４とからなる。
また、トレーリング側にはトレーリングシールド１５を設ける。
【００２４】
この時、第１テーパ構造部１３のテーパ角θ1 は、図８に示すように最も大きな記録磁界が得られるθ1 ＝９０°±１０°に設定するとともに、膜厚ＰＬ1 は、図９に示すように、磁界勾配のピーク値に達する前までの厚さの近傍設定するものであり、例えば、４０ｎｍ±５ｎｍに設定する。
なお、θ1 ＝９０°±１０°ということは、設計値として９０°であり、±１０°は製造誤差を意味する。
また、この場合のＮＨとＰＨは同じ距離であることが一般的であるが、同じ距離である必要はなく、その場合には、ＮＨ＞ＰＨにする。
【００２５】
図２参照  
図２は、記録磁界の２段構造のテーパ構造部の膜厚依存性の説明図であり、ここでは、ＰＬ1 ＝４０ｎｍにするとともに、第２テーパ構造部のテーパ角θ2 を２７°及び４５°にした場合についてのシミュレーション結果を示しており、また、記録磁界はＰＬ＝０、即ち、テーパ構造部を設けない場合の値で規格化している。
【００２６】
図から明らかなように、記録磁界は膜厚ＰＬ（＝ＰＬ1 ＋ＰＬ2 ）の増加とともに、単調増加傾向を示しており、テーパ角θが９０°で一定の場合と重なってしまい、４０ｎｍ以降の切り替え後のテーパ角θ2 に依存しないことが分かる。
【００２７】
また、θ1 ＝９０°の第１テーパ構造部を設けることにより、所要記録磁界に到達するために必要な膜厚ＰＬが、従来例の構造で２７°、４５°と小さなテーパ角でＰＬを増やすよりも薄くてすむことが、上記の図８との対比から分かる。
【００２８】
図３参照  
図３は、磁界勾配の２段構造のテーパ構造部の膜厚依存性の説明図であり、ここでも、ＰＬ1 ＝４０ｎｍにするとともに、第２テーパ構造部のテーパ角θ2 を２７°及び４５°にした場合についてのシミュレーション結果を示しており、また、記録磁界はＰＬ＝０、即ち、テーパ構造部を設けない場合の値で規格化している。
【００２９】
図から明らかなように、テーパ角がθ2 の第２テーパ構造部を設けてテーパ角を切り替えることにより、テーパ角が９０°で一定の場合よりも磁界勾配の変化が緩やかになり、ＰＬ寸法マージンが増えていることがわかる。
【００３０】
また、磁界勾配も、従来例の構造で小さなテーパ角でＰＬを増やすよりもＰＬの小さなところで同等の磁界勾配が得られることが、上記の図９との対比から分かる。
この場合の第２テーパ構造部のテーパ角θ2 としては、２０°〜５５°の範囲が好適となり、特に、２７°〜４５°の範囲がより好適となる。
【００３１】
このように、主磁極に厚さＰＬ1 が４０ｎｍ±５ｎｍでテーパ角θ1 が９０°±１０°の第１テーパ構造部１３と、厚さがＰＬ2 でテーパ角θ2 が２０°〜５５°の第２テーパ構造部１４とからなるテーパ構造部を設けることにより、テーパ構造部の膜厚の小さなところで、記録磁界、磁界勾配ともに適切な値が得られとともにテーパ厚みマージンも確保できる。
【００３２】
また、記録磁界が切り替え後のテーパ角依存が無視できること、図９における特性の傾向外挿から見て、磁界勾配はテーパ角が２０°〜５５°の範囲では変化が緩やかでテーパ角による差が見えにくいことから、テーパ角マージンも確保することができる。
【実施例１】
【００３３】
以上を前提として、次に、図４及び図５を参照して本発明の実施例１の複合型薄膜磁気ヘッドを説明するが、主磁極の形成工程についてのみ図５を参照してその工程を説明する。
図４参照  
図４は、本発明の実施例１の複合型薄膜磁気ヘッドの構成説明図であり、上図はＡＢＳ面から見た概略的正面図であり、下図は、正面図におけるＡ−Ａ′に沿った概略的断面図である。
なお、電解メッキ工程におけるメッキベース層については説明を省略する。
まず、スライダーの母体となる、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板上にＡｌ2 Ｏ3 膜（いずれも図示を省略）を介して下部磁気シールド層２１、ＴＭＲ膜２２、磁区制御膜２３、Ａｌ2 Ｏ3 膜２４、及び、上部磁気シールド層２５を設ける。
【００３４】
次いで、上部磁気シールド層２５上にＡｌ2 Ｏ3 膜２６を全面に設けたのち、選択電解メッキ法を用いてＡｌ2 Ｏ3 膜２６上に厚さが、例えば、５００ｎｍのＮｉＦｅからなる主磁極補助層２７を設ける。
【００３５】
次いで、スパッタリング法を用いて全面にＡｌ2 Ｏ3 膜を堆積させたのち、ＣＭＰ（化学機械研磨）法を用いて平坦化することによって、ヘッド媒体対向面側の凹部をＡｌ2 Ｏ3 埋込層２８で埋め込み、次いで、選択電解メッキ法を用いて全面に厚さが、例えば、１００ｎｍのＣｏＮｉＦｅ膜からなる主磁極２９を形成する。
【００３６】
次いで、レジストパターン（図示を省略）をマスクとして傾斜方向からＡｒイオンを用いたイオンミリングを施すことによってＣｏＮｉＦｅ層乃至Ａｌ2 Ｏ3 埋込層２８の先端部を選択的に除去して、例えば、トレーリング側の幅が６０ｎｍの断面が逆台形状の主磁極先端部３０を形成する。
なお、主磁極先端部３０の素子高さ方向の長さＰＨは、例えば、６０ｎｍとする。
次いで、再び、スパッタリング法を用いて全面にＡｌ2 Ｏ3 膜を堆積させたのち、ＣＭＰ法を用いて平坦化することによって、Ａｌ2 Ｏ3 埋込層３１を形成する。
【００３７】
図５（ａ）参照  
次いで、再び、選択電解メッキ法を用いて厚さが、例えば、１２０ｎｍのＣｏＮｉＦｅ膜３２を形成する。
【００３８】
図５（ｂ）参照  
次いで、レジストパターン３３をマスクとして、４５°方向からＡｒイオンを照射するイオンイミリングによって、ＣｏＮｉＦｅ膜３２を６０ｎｍの厚さだけ除去する。
この時、レジストパターン３３の影になった部分に４５°のテーパ部３４が形成される。
【００３９】
図５（ｃ）参照  
次いで、レジストパターン３３を除去したのち、再び、レジストパターン３５を設け、主面に対して法線方向からＡｒイオンを照射するイオンミリングによってＣｏＮｉＦｅ膜３２を４０ｎｍの厚さだけ除去することによって、テーパ角が９０°で厚さが４０ｎｍの第１テーパ構造部３７とテーパ角が４５°で厚さが６０ｎｍの第２テーパ構造部３８とからなる２段構造のテーパ構造部３６が形成される。
【００４０】
再び、図４参照  
次いで、スパッタリング法を用いて全面に厚さが３０〜１００ｎｍ、例えば、４０ｎｍで、非磁性体、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 からなるギャップ層３９を設ける。
次いで、選択電解メッキ法を用いてギャップ層３９上にＣｕを選択的に成膜して平面スパイラル状のライトコイル４０を形成する。
【００４１】
次いで、ライトコイル４０を覆うようにフォトレジストを設け、このフォトレジストを被覆絶縁膜４１としたのち、再び、選択電解メッキ法を用いてＮｉ−Ｆｅ層を堆積させ、被覆絶縁膜４１上に堆積したＮｉ−Ｆｅ層を上部リターンヨーク４２とし、被覆絶縁膜４１のヘッド媒体対向面側の側面に堆積したＮｉ−Ｆｅ層をトレーリングシールド層４３とする。
なお、ライトコイル４０は主磁極２９とリターンヨーク４２とを磁気的に接続する接続部４４を中心として巻回した構造となっている。
最後に、ヘッド媒体対向面側を切断し、素子高さを調整するようにＡＢＳ面を研磨することによって、複合型薄膜磁気ヘッドの基本構成が得られる。
【００４２】
本発明の複合型薄膜磁気ヘッドの垂直記録ヘッド部は、主磁極に２段構造のテーパ構造部３６を設けているので、記録磁界における切り替え後のテーパ角依存性が無視でき、膜厚の制御だけで所望の記録磁界及び磁界勾配を得ることが可能になる。
【００４３】
また、トレーリングシールドを設けて磁界勾配を高くする際に、第２テーパ構造部のテーパ角を磁界勾配が薄い膜厚で極大値を取らない範囲に設定しているので、薄い膜厚で大きな磁界勾配を形成することができ、それによって、記録されるビットのエッジの乱れを小さくしてノイズを小さくすることができる。
【実施例２】
【００４４】
次に、図６を参照して、本発明の実施例２の磁気ディスク装置を説明する。
図６参照  
図６は、本発明の実施例２の磁気ディスク装置の概略的平面図であり、磁気ディスクと磁気ヘッドとの関係を示している。
ロータリーアクチュエータ５１に支持されたサスペンションアーム５２の先端に上記の実施例１の複合型薄膜磁気ヘッド５０を形成されたスライダ５３が固定されている。
なお、図示を省略しているが、サスペンション先端部にはジンバルと呼ばれる支持具でスライダ５３が固定されている。
【００４５】
スライダ５３の端部に設けられた複合型薄膜磁気ヘッド５０により、図に示されている回転方向に回転する磁気ディスク５４に情報を記録し再生する。
ロータリーアクチュエータ５１が回転することにより、複合型薄膜磁気ヘッド５０を磁気ディスク５４の異なる半径位置へと移動させ、位置決めすることが可能となる。
【００４６】
このとき、磁気ディスク５４上には同心円状の記録トラック５５が形成される。
トラック幅方向の密度を向上させることは、この同心円状の記録トラック５５をある一定の狭い間隔で複数の記録トラック５５を形成することを意味しており、原理的に、ディスク半径位置によって、磁気ヘッドと記録トラックのなす角度、即ち、ヨー角がさまざまに変化し、最大で±１５〜２０°の範囲で変化する。
【００４７】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載された構成・条件等に限られるものではなく各種の変更が可能であり、例えば、上記の各実施例においては、第２テーパ構造部のテーパ角を４５°としているが、４５°に限られるものではなく、２０°〜５５°の範囲、より好適には２７°〜４５°の範囲の値であれば良い。    
【００４８】
また、上記の各実施例においては、トレーリング側にライトコイルを設けているが、リーディング側にもライトコイルを設けてダブルコイル構造としても良く、或いは、主磁極を巻回するヘリカルコイルとしても良い。
【００４９】
また、上記の実施例においては、トレーリングシールドしか設けていないが、主磁極先端部の両側にサイドシールドを設けても良い。
【００５０】
以上の実施例１及び実施例２を含む実施の形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
（付記１）  主磁極が膜面内方向にテーパ構造を有するとともに、膜厚方向にもテーパ角が二段階に変化しているテーパ構造を有する磁気記録ヘッド。
（付記２）  前記二段階に変化しているテーパ構造の内、下側の第１のテーパ構造のテーパ角が９０°±１０°であり、上側の第２のテーパ構造のテーパ角が２０°〜５５°である付記１記載の磁気記録ヘッド。
（付記３）  前記第２のテーパ構造の先端が、前記第１のテーパ構造の上端部と一致している付記２記載の磁気記録ヘッド。
（付記４）  前記第１のテーパ構造の膜厚が、前記主磁極の磁界勾配の膜厚依存性の極大値が表れる膜厚に対して±５ｎｍの範囲の膜厚である付記２または３に記載の磁気記録ヘッド。
（付記５）  前記膜面内方向にテーパ構造の傾斜が始まる位置と、前記膜厚方向にもテーパ角が二段階に変化しているテーパ構造の傾斜が始まる位置とが同じである付記１乃至４のいずれか１に記載の磁気記録ヘッド。
（付記６）  前記二段階に変化しているテーパ構造を形成した側にトレーリングシールドを有する付記１乃至５のいずれか１に記載の磁気記録ヘッド。
（付記７）  付記１乃至６のいずれか１に記載の垂直記録ヘッドと、再生ヘッドとを積層した複合型薄膜磁気ヘッド。
（付記８）  付記７記載の複合型薄膜磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の活用例としては、ＨＤＤを構成する複合型薄膜磁気ヘッドの記録ヘッドが典型的なものであるが、磁気抵抗効果素子を用いた再生ヘッドを伴わない垂直記録ヘッドにも適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態の垂直磁気記録ヘッドの概略的構成説明図である。
【図２】記録磁界の２段構造のテーパ構造部の膜厚依存性の説明図である。
【図３】磁界勾配の２段構造のテーパ構造部の膜厚依存性の説明図である。
【図４】本発明の実施例１の複合型薄膜磁気ヘッドの構成説明図である。
【図５】本発明の実施例１の複合型薄膜磁気ヘッドのテーパ構造部の形成工程の説明図である。
【図６】本発明の実施例２の磁気ディスク装置の概略的平面図である。
【図７】従来のテーパ付き主磁極を備えた磁気記録ヘッドの概略的要部断面図である。
【図８】記録磁界のテーパ構造部の膜厚依存性の説明図である。
【図９】磁界勾配のテーパ構造部の膜厚依存性の説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１  主磁極
１２  テーパ構造部
１３  第１テーパ構造部
１４  第２テーパ構造部
１５  トレーリングシールド
２１  下部磁気シールド層
２２  ＴＭＲ膜
２３  磁区制御膜
２４  Ａｌ2 Ｏ3 膜
２５  上部磁気シールド層
２６  Ａｌ2 Ｏ3 膜
２７  主磁極補助層
２８  Ａｌ2 Ｏ3 埋込層
２９  主磁極
３０  主磁極先端部
３１  Ａｌ2 Ｏ3 埋込層
３２  ＣｏＮｉＦｅ膜
３３  レジストパターン
３４  テーパ部
３５  レジストパターン
３６  テーパ構造部
３７  第１テーパ構造部
３８  第２テーパ構造部
３９  ギャップ層
４０  ライトコイル
４１  被覆絶縁膜
４２  リターンヨーク
４３  トレーリングシールド層
４４  接続部
５０  複合型薄膜磁気ヘッド
５１  ロータリーアクチュエータ
５２  サスペンションアーム
５３  スライダ
５４  磁気ディスク
５５  記録トラック
６１  主磁極
６２  テーパ構造部
６３  トレーリングシールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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