JP4584417B2

JP4584417B2 - 磁気情報再生用プローブ及びそのプローブの製造方法

Info

Publication number: JP4584417B2
Application number: JP2000178640A
Authority: JP
Inventors: 和久高山; 邦男小嶋; 博之片山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: JP2001357572A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気情報再生用プローブ及びそのプローブの製造方法に関し、更に詳しくは、光アシスト磁気記録の再生に使用する磁気ヘッドと熱源を一体化した磁気情報再生用プローブ及びそのプローブの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
新しい磁気情報記録方式として、例えば特開平４−１７６０３４号公報で公開されているような、フェリ磁性体の補償温度における特性を利用して高密度化を図る光アシスト磁気情報記録方式がある。これは、記録層として図１４のように室温近傍に磁気補償点温度を有するＴｂＦｅＣｏ等のフェリ磁性体を用い、レーザ光の照射により記録層を加熱して記録と再生を行う方式である。この方式では、記録用ヘッド１３により記録層に記録磁界を印加しながらレーザ光を照射すると、照射された部分１２は温度が上昇して保磁力１０が低下し、磁化方向が記録磁界に応じて容易に変化して記録が行われるが、照射されていない部分は保磁力１０が高いままであるために磁化方向が変化せず記録が行われない。このためにヘッドの幅に関わらず、照射された部分１２だけ選択的に磁気情報の記録が行える。
【０００３】
また、再生用ヘッド１３を作動させながら、再生領域にレーザ光を照射すると、照射された部分１２は温度が上昇して残留磁化１１が増加し、記録された情報の検出が容易となるが、照射されていない部分は温度が上昇せず残留磁化１１が低いままであるために記録済みの情報があっても信号が読み出されない。このためにヘッドの幅に関わらず、照射された部分１２だけ選択的に磁気情報の再生が行える。
【０００４】
以上のように、レーザ光が照射された部分だけの記録と再生が行えるため、レーザ光の直径に応じた昇温領域幅で決まる、磁気ヘッド幅よりも狭いトラック幅の磁気記録が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来提案されていた光アシスト磁気情報記録方式では、光ヘッド（ピックアップ）は磁気ヘッドと分離され、記録媒体を挟んだ反対側に位置しており、記録媒体面内方向において磁気ヘッドとの位置を合わせることが難しかった。また、記録媒体の両面使用が不可能なので、記録容量の増大を図る上で足枷となっていた。更に、記録媒体の昇温を最小限にするためにも、記録媒体上の昇温領域と磁界印加領域または磁界検出領域の距離をなるべく小さくすることにより、位置合わせが不要で記録媒体の両面使用を可能にし、昇温を最小限にする方法が望まれていた。
【０００６】
その方法として磁気ヘッドと光ヘッドの複合化があり、光磁気記録や熱磁気記録の分野で幾つか提案されてきた。例えば、特開平１−２７３２５２号公報で公開されているような、空隙を有する磁気回路内部にレーザと光学系が組み込まれた光磁気用ピックアップがある。これは、空隙に組み込むことでレーザ発光部と磁気ヘッドギャップを一致させ、理想的な複合ヘッドを実現可能にしようとするものである。しかし、近年の高密度記録に対応した磁気回路ではこの様な空隙を有するものは廃れてきており、積層薄膜ヘッドが使用されているために、あまり採用されていないのが現状である。
【０００７】
本発明はこのような課題を克服すべくなされたものであり、具体的には昇温を担うレーザ光が照射される位置と磁気ヘッドの位置が記録媒体表面において、その相対的位置関係が変わらないプローブタイプのヘッドを提供することを主目的の一つとしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、コアとクラッドを有すると共に、前記クラッドの一方端の端面から突出するように前記コアの一方端に形成された円錐状の先鋭部を有し、記録媒体にレーザ光を供給するための光ファイバと、この光ファイバの前記クラッドの一方端の端面に膜形成され、記録媒体の磁界を検出するための磁界検出素子と、光ファイバの側面に膜形成された、前記磁界検出素子に対する薄膜電極とを備えた磁気情報再生用プローブを提供する。
【０００９】
すなわち、本発明は、先鋭化された光ファイバの端面に磁界検出素子、つまり磁気ヘッドを膜形成してプローブとし、そのプローブにレーザ光を通して記録媒体を加熱すると同時に、磁気ヘッドで磁気情報の再生を行うことを特徴としている。
このプローブを光アシスト磁気記録方式に用いると、光ファイバと磁気ヘッドとが一体化されているので、レーザ光の位置と磁気ヘッドの位置は一定で、かつプローブの直径内に収まり、それによって正確な磁気情報の再生が可能となる。
【００１０】
本発明において、光ファイバの先鋭化された方の端面には磁界検出素子が形成される。
この磁界検出素子としては、絶縁性半導体化合物層と、この半導体化合物層を挟む少なくとも２つの強磁性体層とで構成され、前記半導体化合物層を流れる電流を前記２つの強磁性体層の磁化方向により変化させることができる、いわゆる“トンネル型巨大磁気抵抗効果”を発現できる“磁気トンネル接合素子”が好ましいものとして挙げられる。
【００１１】
ここで２つの強磁性体層は、その一方が非磁性金属層部分と、この非磁性金属部分で隔てられ反強磁性的に結合する２つの強磁性体層部分とからなり、他方の強磁性体層が１層もしくは多層の強磁性体層からなるのが好ましい。なお、強磁性体層部分には、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ又はこれらの合金が使用できる。
また２つの強磁性体層部分の一方が、Ｍｎを含む合金、例えばＦｅＭｎからなる反強磁性体層と接していると、交換相互作用により一方向異方性が与えられる効果が得られるので好ましい。
【００１２】
絶縁性半導体化合物層は、具体的には、Ａｌ，Ｓｉのいずれか一方と、Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｓのいずれかとの化合物の層を採用でき、非磁性金属層としては、Ｃｕ，Ａｇ，又はＡｕの層を採用できる。
磁界検出素子の他の例としては、磁性体層と導電体層とを交互に積層して構成され、導電体層を流れる電流を磁性体層の磁化方向により変化させることができる、いわゆる“巨大磁気抵抗効果”を発現できる“人工格子磁性体膜”の使用も可能である。
ここで、磁性体層は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ又はこれらの化合物の層であり、導電体層は、Ｃｕ，Ａｇ又はＡｕの層である。
【００１３】
一方、本発明に係る磁気情報再生用プローブは、光ファイバの側面に、上述した磁界検出素子に対する薄膜電極を備えている。この薄膜電極は、具体的には、膜厚１〜５μｍのＣｕ、Ａｇ又はＡｕの膜を、スパッタリング法、熱蒸着法、めっき法など、通常この分野で電極形成で採用される方法で形成することによって得られる。
【００１４】
本発明は、別の観点によれば、コアとクラッドを有する光ファイバの一端部をエッチング処理することにより、前記クラッドの一方端を除去し、かつエッチング処理されたクラッドの端面から突出するように前記コアの一方端に円錐状先鋭部を突出形成させる第１工程と；第１工程後の光ファイバーの先鋭部、クラッドの前記端面および側面に下部電極用薄膜を被せる第２工程と；光ファイバーの先鋭部およびクラッドの前記端面に被せられた前記下部電極用薄膜に多層薄膜を被せる第３工程と；前記多層薄膜と、光ファイバの側面に被せられた前記下部電極用薄膜とに絶縁体層を積層させる第４工程と；前記多層薄膜に被せられた前記絶縁体層を、光ファイバの半径より小さい半径を持つ同心円内の範囲で除去する第５工程と；露出した前記多層薄膜と絶縁体層とに上部電極用薄膜を被せる第６工程と；光ファイバの側面に積層された前記下部電極用薄膜、絶縁体層及び上部電極用薄膜を光ファイバの長軸に沿う一つの帯状部分を残して除去する第７工程と；光ファイバの先鋭部の先端部分に積層された前記下部電極用薄膜、多層薄膜及び上部電極用薄膜を除去する第８工程と；前記帯状部分の上部電極用薄膜の一部を除去して前記絶縁体層を露出させる第９工程と；露出された前記絶縁体層の一部を除去して前記下部電極用薄膜を露出させることにより、記録媒体にレーザ光を供給するための前記円錐状先鋭部を有する光ファイバと、この光ファイバのクラッドの一方端の端面に膜形成されて、記録媒体の磁界を検出するための磁界検出素子と、光ファイバの側面に上・下部電極用薄膜として形成された前記磁界検出素子に対する薄膜電極とを備えた磁気情報再生用プローブを得る第１０工程と；を含む磁気情報再生用プローブの製造方法を提供できる。
ここで、第１工程のエッチング処理としては、ＮＨ₄ＦとＨＦの混合水溶液による選択化学エッチングが好ましい処理として挙げられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１〜１３に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る磁気情報再生用プローブを用いた光アシスト磁気記録方式の概要を示す図である。
【００１７】
図１において、磁気情報再生用プローブ１は、光ファイバ２と、この光ファイバの先鋭化された方の端面に形成された磁界検出素子１４と、光ファイバ２の側面に形成された薄膜電極１５とから主としてなる。
光ファイバ２は、中心部分を構成するコア１ｂと、その周りのクラッド１ａとからなり、端面部のコア１ｂが円錐状に先鋭化され（先鋭部：２ａ）、その周りのクラッド１ａが除去されている。
【００１８】
磁界検出素子１４は、後述する多層薄膜９からなり、いわゆる磁気ヘッドを構成する。
薄膜電極１５は、多層薄膜９に導通する上部電極（層）５と下部電極（層）３とからなる。なお、４は両電極（層）３・５の絶縁層であり、６・６は両電極（層）３・５の導線である。
【００１９】
かくして、図示されていない手段によりプローブ先鋭部２ａを記録媒体８に近づけ、レーザ光７を通して記録媒体８を熱しながら、プローブ端面に堆積された磁気ヘッドの多層薄膜９により記録媒体８に記録されていた磁気情報の再生を行うものである。なお、１６はレーザ光を光ファイバ２に供給するレーザ、１７は記録媒体８を移動可能に支持する支持部（手段）である。
【００２０】
次に、図２〜１３を参照しながら図１に示したプローブの製作方法について詳細に説明する。
図２は工程の全体の流れを示したフローチャート図である。図３〜１３はプローブの製作工程を説明する工程説明図であり、各図の（ａ）は光ファイバの側面を、（ｂ）は光ファイバの端面の様子を示す。
【００２１】
まず、図２において、磁気情報再生用プローブの製造方法はほぼ次の各工程（１〜１０）からなる。すなわち、
（１）光ファイバの先端を先鋭化（第１工程）
（２）光ファイバに下部電極層を堆積（第２工程）
（３）光ファイバの先端部に磁気ヘッド用薄膜を堆積（第３工程）（４）光ファイバに絶縁層を堆積（第４工程）
（５）光ファイバの端面部の絶縁層を一部エッチング（第５工程）（６）光ファイバに上部電極槽を堆積（第６工程）
（７）光ファイバ側面に堆積された膜を一部残してエッチング（第７工程）
（８）光ファイバ端面でコアの周囲をエッチング（第８工程）
（９）光ファイバ側面に残った膜を一部エッチングして絶縁層を露出させる（第９工程）
（１０）光ファイバ側面に露出した絶縁膜を一部エッチングして下部電極槽を露出させる（第１０工程）
【００２２】
次に、図３に示す第１工程で、光ファイバの先端を先鋭化する。これには、例えば「大津元一：応用物理第６５巻第１号『フォトン走査トンネル顕微鏡技術』」などに記載されているような、ＮＨ₄ＦとＨＦの混合水溶液による選択化学エッチングを用いる。つまり、ＨＦとＨ₂Ｏの体積比を等しくしたＮＨ₄ＦとＨＦの混合水溶液の中に光ファイバの先端部分Ｓを約１時間浸すと、図３に破線で区切られて示されている光ファイバの中心部分であるコア１ｂ（材質：石英（高屈折率））が選択的に先鋭化されて、その周りのクラッド１ａ（材質：石英（低屈折率））の端面が除去される。この水溶液においてＮＨ₄ＦのＨＦに対する体積比が５倍を超える場合は、コア１ｂの先端角はその体積比に依らずコア１ｂ中のＧｅＯ₂の濃度に依って決まる。
【００２３】
次に、図４に示す第２工程で、光ファイバの先鋭化された方の端面（先鋭部２ａを含む）と側面に、導電に十分な厚さ（例えば、１〜５μｍ）の電極用薄膜をスパッタリング法により堆積する。これは磁気ヘッドの下部電極層３になるもので、代表的な材料としてはＣｕやＡｇ、Ａｕ等が挙げられる。また、この実施の形態では堆積する方法としてスパッタリング法を用いているが、熱蒸着法やめっき法などの、他の堆積方法を用いてもよい。
【００２４】
次に、図５に示す第３工程で、光ファイバの先鋭化された方の端面に磁界を検出するヘッドを構成する多層薄膜９をスパッタリング法により堆積する。
磁界を検出する原理としては一般に磁気抵抗効果が用いられてきており、近年ではより検出感度の高い巨大磁気抵抗効果が用いられ始めている。この実施の形態では更に検出感度の高いトンネル型巨大磁気抵抗効果（トンネル磁気抵抗効果）を用い、それを発現させる構造として、強磁性体層／絶縁性半導体化合物層／強磁性体層を含む多層薄膜構造を採用し、その多層薄膜９として例えばＮｉＦｅ／Ｃｏ／Ａｌ₂Ｏ₃／Ｃｏ膜（膜厚：１７／５／５／７５ｎｍ）を採っている。
【００２５】
次に、図６に示す第４工程で、光ファイバの先鋭化された方の端面と側面に絶縁層４をスパッタリング法により堆積する。これは、第２工程で堆積した下部電極層３とこの後の第６工程で堆積する上部電極層５を絶縁するためのものである。代表的な材料としてはＡｌ₂Ｏ₃等が挙げられ、使用する材料や加わる電圧によって絶縁に必要な厚さは異なってくる。例えば材料：Ａｌ₂Ｏ₃、加える電圧：１Ｖでは、必要な膜厚：０．１μｍである。
【００２６】
次に、図７に示す第５工程で、光ファイバの先鋭化された方の端面に堆積した層のうち絶縁層４だけを、光ファイバの半径より小さい半径を持つ同心円の範囲でイオンビームエッチング等の異方性ドライエッチングによってエッチングする（以下のエッチングも同様）。これは磁気ヘッド膜９と上部電極層５を導電させるための処理であるが、端面を全てエッチングしてしまわないのは、端面の縁で下部電極層３と上部電極層５が接するのを防ぐためである。エッチングする範囲は、エッチングの加工精度にもよるが、光ファイバの端面の７０〜９５％が好ましく、おおよそ９０％が限界である。
【００２７】
次に、図８に示す第６工程で、導電に必要な厚さ（例えば１〜５μｍ）の上部電極層５を、第２工程と同様の材料と方法（スパッタリング法）により堆積する。
ここで、第３工程で光ファイバの端面に堆積された磁気ヘッド膜９は、磁気情報再生時の作用力を高めるために、なるべく光アシスト磁気記録媒体に近づける必要があるが、それを実現するために必要な３つの条件を以下に示す。
・第２工程で堆積する下部電極層３はなるべく厚くする。
・第４工程で堆積する絶縁層４及び第６工程で堆積する上部電極層５はなるべく薄くする。
・第６工程が終了した時点で光ファイバの端面に堆積された膜の厚さは、端面からのプローブ先鋭部２ａの高さより薄い範囲で、かつ、その高さになるべく近づける。
【００２８】
次に、図９に示す第７工程で、光ファイバの側面に堆積した全ての層を異方性ドライエッチングによってエッチングする。但しエッチング方向は、光ファイバの端面に堆積した層をエッチングしないように、側面に対して垂直をなす方向よりもＸ°（０＜Ｘ＜９０）だけ長軸方向に傾ける。この角度Ｘは、使用するエッチングの異方性によって異なってくる。異方性が大きければＸは小さくてもよいし、異方性が小さければＸを大きくしなければならない。さらに、光ファイバかエッチング方向のいずれか一方を固定した上で、もう一方を回転させながらエッチングしていき、図１０に示すように、層５が電極として必要な幅になった時点でエッチングを終了する。
【００２９】
次に、図１１に示す第８工程で、端面に堆積した層を全て、光ファイバの先端部を中心とする、なるべく小さな同心円の範囲、即ちエッチングの最小分解能の半径を持つ同心円の範囲でエッチングする。
【００３０】
次に、図１２に示す第９工程で、光ファイバの側面に残った層のうち上部電極層５を、長軸方向に１mm程度（長さ）、かつ短軸方向に光ファイバの直径程度（幅）の範囲でエッチングし、第４工程で堆積した絶縁層４を露出させる。
【００３１】
次に、図１３に示す第１０工程で、第９工程でエッチングした範囲のうち更に絶縁層４を、電極部として十分な広さを持つよう長軸方向に０．５mm程度（長さ、露出絶縁層４の１／２）、かつ短軸方向に光ファイバの直径程度の範囲（幅、露出絶縁層４と同じ幅）でエッチングし、第６工程で堆積した下部電極層３を露出させる。
【００３２】
作製したプローブを光アシスト磁気記録再生システムに組み込むには、従来の再生磁気ヘッドと光ピックアップに置き換える、即ち図１のように、今まで再生磁気ヘッドに接続されていた配線を、再生用のプローブ側面の上部電極層５と下部電極層３に接続し、プローブの先鋭化されていない方の端をレーザ１６（光源）に接続すればよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば光アシスト磁気記録方式において正確な磁気情報の再生ができ、それに伴って、従来安定した再生を行うために必要だった磁気情報同士の間隔を狭められるので、磁気情報の高密度化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で作製したプローブを用いた光アシスト磁気方式の概要を示す図である。
【図２】プローブの製作工程のフローチャートを示す図である。
【図３】光ファイバの先端を先鋭化する工程を示す図である。
【図４】下部電極層３を堆積する工程を示す図である。
【図５】磁気ヘッド用の多層薄膜９を堆積する工程を示す図である。
【図６】絶縁層４を堆積する工程を示す図である。
【図７】光ファイバの先鋭化された方の断面をエッチングする工程を示す図である。
【図８】上部電極層５を堆積する工程を示す図である。
【図９】光ファイバの側面に堆積した全ての層をエッチングする工程を示す図である。
【図１０】光ファイバの側面のエッチングが終了した状態を示す図である。
【図１１】光ファイバの先端部をエッチングする工程を示す図である。
【図１２】光ファイバの側面の上部電極層５をエッチングする工程を示す図である。
【図１３】光ファイバの側面の絶縁層４をエッチングする工程を示す図である。
【図１４】光アシスト磁気記録方式の記録と再生原理を示す図である。
【符号の説明】
１磁気情報再生用プローブ
１ａクラッド
１ｂコア
２光ファイバ
２ａプローブ先鋭部
３下部電極層
４絶縁層
５上部電極層
６導線
７レーザ光
８磁気記録媒体
９磁気ヘッド
１４磁界検出素子
１５薄膜電極
１６レーザ光源
１７記録媒体の移動支持手段

Claims

コアとクラッドを有すると共に、前記クラッドの一方端の端面から突出するように前記コアの一方端に形成された円錐状の先鋭部を有し、記録媒体にレーザ光を供給するための光ファイバと、
この光ファイバの前記クラッドの一方端の端面に膜形成され、記録媒体の磁界を検出するための磁界検出素子と、
光ファイバの側面に膜形成された、前記磁界検出素子に対する薄膜電極とを備えた磁気情報再生用プローブ。
磁界検出素子が、絶縁性化合物層と、この化合物層を挟む少なくとも２つの強磁性体層とで構成され、前記化合物層を流れる電流を前記２つの強磁性体層の磁化方向により変化させることができる磁気トンネル接合素子からなる請求項１に記載のプローブ。
２つの強磁性体層の一方が、非磁性金属層部分と、この非磁性金属層部分で隔てられ、反強磁性的に結合された２つの強磁性体層部分とからなり、
他方の強磁性体層が、１層もしくは多層の強磁性体層部分からなる請求項２に記載のプローブ。
強磁性体層部分が、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ又はこれらの合金からなる請求項２又は３に記載のプローブ。
２つの強磁性体層の少なくとも一方が、Ｍｎを含む合金からなる反強磁性体層と接している請求項２〜４のいずれか１つに記載のプローブ。
絶縁性化合物層が、Ａｌ，Ｓｉのいずれか一方と、Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｓのいずれかとの化合物の層からなる請求項２〜５のいずれか１つに記載のプローブ。
非磁性金属層部分が、Ｃｕ，Ａｇ，又はＡｕの層からなる請求項３に記載のプローブ。
磁界検出素子が、磁性体層と導電体層とを交互に積層して構成され、導電体層を流れる電流を磁性体層の磁化方向により変化させることができる人工格子磁性体膜からなる請求項１に記載のプローブ。
磁性体層が、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ又はこれらの化合物の層からなる請求項８に記載のプローブ。
導電体層が、Ｃｕ，Ａｇ又はＡｕの層からなる請求項８又は９に記載のプローブ。
コアとクラッドを有する光ファイバの一端部をエッチング処理することにより、前記クラッドの一方端を除去し、かつエッチング処理されたクラッドの端面から突出するように前記コアの一方端に円錐状先鋭部を突出形成させる第１工程と、
第１工程後の光ファイバーの先鋭部、クラッドの前記端面および側面に下部電極用薄膜を被せる第２工程と、
光ファイバーの先鋭部およびクラッドの前記端面に被せられた前記下部電極用薄膜に多層薄膜を被せる第３工程と、
前記多層薄膜と、光ファイバの側面に被せられた前記下部電極用薄膜とに絶縁体層を積層させる第４工程と、
前記多層薄膜に被せられた前記絶縁体層を、光ファイバの半径より小さい半径を持つ同心円内の範囲で除去する第５工程と、
露出した前記多層薄膜と絶縁体層とに上部電極用薄膜を被せる第６工程と、
光ファイバの側面に積層された前記下部電極用薄膜、絶縁体層及び上部電極用薄膜を光ファイバの長軸に沿う一つの帯状部分を残して除去する第７工程と、
光ファイバの先鋭部の先端部分に積層された前記下部電極用薄膜、多層薄膜及び上部電極用薄膜を除去する第８工程と、
前記帯状部分の上部電極用薄膜の一部を除去して前記絶縁体層を露出させる第９工程と、
露出された前記絶縁体層の一部を除去して前記下部電極用薄膜を露出させることにより、記録媒体にレーザ光を供給するための前記円錐状先鋭部を有する光ファイバと、この光ファイバのクラッドの一方端の端面に膜形成されて、記録媒体の磁界を検出するための磁界検出素子と、光ファイバの側面に上・下部電極用薄膜として形成された前記磁界検出素子に対する薄膜電極とを備えた磁気情報再生用プローブを得る第１０工程と
を含む磁気情報再生用プローブの製造方法。
第１工程のエッチング処理が、ＮＨ₄ＦとＨＦの混合水溶液による選択化学エッチング処理である請求項１１に記載の磁気情報再生用プローブの製造方法。