JP4745829B2 - 垂直記録用磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気ディスク装置等の記録・再生に用いられる薄膜磁気ヘッドの製造方法に関するものである。

ハードディスクドライブを付加したビデオレコーダ、ハードディスクドライブ内蔵テレビなどに見られるように、画像、音楽などをハードディスクドライブに保存するニーズが急速に広まりつつある。画像データの増加に伴い、磁気ディスクドライブの面記録密度も、高密度化が要求されている。現在、磁気ヘッドにおいては、100Gbit/inch^２以上の高記録面密度を実現するために、面内磁気記録から垂直磁気記録に技術移行が急速に進みつつある。これは現状の面記録方式を用いると、ビット長を小さくしたとき、媒体の磁化の熱揺らぎが発生し、面内記録密度を上げられないためである。

一方、垂直磁気記録方式では媒体垂直方向に磁化するために、この熱揺らぎ問題を回避できる。また、記録には単磁極ヘッドを用い、磁気損失が少なく媒体側に軟磁性裏打ち層（Soft Under Layer）があるため、記録能力も向上する。これも前述した垂直磁気ヘッド移行の原動力となっている。ところで、この垂直磁気記録ヘッドにおいても、面記録密度向上が求められている。これを実現するためには、記録トラック幅を縮小しなければならない。しかしながら、記録トラック幅の縮小は、主磁極先端から磁気記録媒体に印加される磁界の減少を引き起こす。この磁界の減少を抑制するためには、主磁極の膜厚は厚い方が望ましい。一方、磁気ディスク装置においては、磁気記録媒体の内周から外周にわたって広範囲に記録再生を行う必要がある。このとき、磁気記録媒体の内周及び外周において、磁気記録媒体の回転方向の接線に対して磁気ヘッドは約0〜15°程度のスキュー角がついた状態で記録再生を行う。この際、主磁極の浮上面における形状が矩形形状であると、隣接トラックを消去する問題が発生するために記録トラック幅を縮小できない。そのために主磁極のリーディング側のトラック幅を主磁極のトレーリング側の幅に対して狭い形状にして狭トラック幅に対応する、いわゆる逆台形形状の主磁極形状が提案されている。この逆台形形状を有した主磁極を有する磁気ヘッドの形成方法として、特にイオンミリングを適用した形成方法が開示されている。例えば、特開2005-18836号公報には、レジスト及び非磁性絶縁膜、非磁性金属膜をマスクにイオンミリングを用いて加工する方法が開示されている。また、特開2003-203311号公報には、バッファ層をマスクに、逆台形加工するためのイオンミリング角度について開示されている。
特開2005-18836号公報 特開2003-203311号公報

しかしながら、上述した主磁極形成にイオンミリングを利用した加工法を用いると、必然的にトラック方向の主磁極材のマスク側面に、イオンミリングによってエッチングされた主磁極材である磁性材料、及びマスク材であるアルミナ、有機樹脂が再付着する。こうしてできた再付着膜は、レジスト除去後も板状に残存する。再付着膜を残存させたままにしておくと、後工程でのアルミナ形成時のボイドの起点、カバレージ不良の問題が生じ、別の問題として磁界勾配を向上させるためのシールドをめっきで形成する際の下地膜不良による不均一めっき不良が起こる。このように、再付着膜が残存すると歩留まりを著しく低下させるだけではなく、特性劣化の原因になり、信頼性を落とすことになる。

本発明は、イオンミリングに伴う再付着膜形成の問題に鑑み、再付着膜除去を可能にする主磁極形成方法を提供することを目的とする。

本発明では、主磁極を加工するためのマスク材として、例えば、主磁極材層上に無機絶縁膜と有機レジスト膜を形成する。無機絶縁膜としてはＡｌ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３-ＳｉＯ_２等、アルカリに可溶な材料を用いる。加工に当たっては、まずマスクを用いたイオンミリングによって主磁極材を加工する。加工終了後、有機レジスト膜を除去し、主磁極材上に形成した無機絶縁膜の一部をアルカリ溶液によってエッチングすることによって、イオンミリング加工によってマスク側面に付着した再付着膜を除去する。

無機絶縁膜の厚みは、10ｎｍ〜100ｎｍの範囲とするのが望ましい。主磁極材層と無機絶縁膜の間には、主磁極の酸化防止のために非磁性金属膜を形成する。また、主磁極材としては、スパッタ法で形成されるFeCo膜及び、FeCoと非磁性膜の多層膜、あるいは、めっき法で形成されるCoNiFe、FeCoが好ましい。

主磁極材とマスクの間にアルカリに可溶な無機絶縁膜を配置することにより、イオンミリング時にマスク両脇に板状に発生する再付着膜を、アルカリ処理で無機絶縁膜を溶解することにより完全に除去できる。その結果、後工程のアルミナボイドなどの不良を防止できる。この他にも、例えば、磁界勾配向上のために主磁極の周りにシールド等を付加した場合でも、めっき不良がなくなり特性劣化を引き起こさず、量産性に優れ、かつ信頼性の高い、垂直記録磁気ヘッドを供給することが出来る。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の図において同様の機能部分には同じ符号を付して説明する。

図１は磁気記録再生装置の概念図であり、図１（a）は平面模式図、図１（b）は断面模式図である。磁気記録再生装置は、モータ1によって回転する磁気ディスク（磁気記録媒体）2上の所定位置に、サスペンションアーム3の先端に固定されたスライダー4に搭載された磁気ヘッドによって磁化信号の記録再生を行う。ロータリアクチュエータ5を駆動することにより、磁気ヘッドの磁気ディスク半径方向位置（トラック）を選択することができる。磁気ヘッドへの記録信号及び磁気ヘッドからの読み出し信号は信号処理回路6ａ，6ｂにて処理される。

図２は、垂直磁気ヘッド7と磁気ディスク2との関係及び垂直記録の概略を示す図である。本発明の垂直磁気ヘッド7は、ヘッドの走行方向側（リーディング側）から、下部再生シールド8、再生素子9、上部再生シールド10、補助磁極11、薄膜コイル12、主磁極13の順に積層されている。下部再生シールド8、再生素子9、上部再生シールド10は再生ヘッド14を構成し、補助磁極11、薄膜コイル12、主磁極13は記録ヘッド（単磁極ヘッド）15を構成する。主磁極13の周りにはラップアラウンドシールド16が形成されている。主磁極13の浮上面形状は、ヘッドにスキュー角がついた場合を考慮して、リーディング側の幅が狭い逆台形形状とされる。記録ヘッド15の主磁極13から出た磁界は、磁気ディスク2の磁気記録層17、軟磁性裏打ち層18を通り、補助磁極11に入る磁気回路を形成し、磁気記録層17に磁化パターン19を記録する。このとき、ディスク回転方向との関係から、主磁極13が磁気ディスクのある点から最後に離れる部分即ち主磁極の上面（トレーリング側）及び、側面の形状が磁化パターンの形状に大きな影響を及ぼす。磁気ディスク2の磁気記録層17と軟磁性裏打ち層18の間には中間層が形成されている場合もある。再生ヘッド14の再生素子9には、巨大磁気抵抗効果素子（GMR）やトンネル磁気抵抗効果型素子（TMR，CPP）などが用いられる。

図３に、垂直磁気記録ヘッドの素子高さ方向の断面図を示す。主磁極13とヨーク20にはバックギャップ21を介して補助磁極11が接続され、バックギャップ21の周りを周回して薄膜コイル12を形成した構造となる。特に主磁極13の浮上面形状は、スキュー角により隣接トラックを消去する問題が生じるため、これを防止するために逆台形形状を採用している。この形状を実現するために、レジスト等の有機樹脂をパターニングし、それをマスクとしてイオンミリングによって所望の形状に加工する。イオンミリングを用いて主磁極を加工すると、必ずマスク側面に板状の再付着膜が形成される。この再付着膜は、後のレジスト除去工程で用いるレジスト剥離液などでは完全には除去できない。本発明の特徴は、イオンミリングによって生成した再付着膜を完全に除去するところにある。

図４に代表的な実施例の製造工程図を示し、詳細に説明する。最初に図4（a）の断面模式図に示すように、主磁極材層25上に、アルカリに可溶な無機絶縁膜24を形成し、その無機絶縁膜24上に2層レジスト30を形成する構成とする。主磁極材層25としては、スパッタ装置で形成したFeCo膜あるいはFeCo/NiCrの多層膜が望ましいが、めっきを用いて形成したFeCo、CoNiFeの単層膜でもよい。また、主磁極材層上には酸化による腐食防止や、プロセスマージン向上のために非磁性金属膜を形成した。この非磁性金属膜としてはNiCr、Cr、Taなどが適当である。また、この非磁性金属の膜厚は、後工程のミリングを考慮して5〜20nmの範囲であることが望ましい。本実施例では、主磁極材層25にはスパッタで形成したFeCo/Cr多層膜を用い、膜厚を200nmとした。また、主磁極材層上の非磁性材にはNiCrを用い、その膜厚は5nmとした。

無機絶縁膜24には、アルミナ、アルミナ酸化物などのアルカリ可溶な材料が適している。ここでは、アルミナを用いた。アルミナは、主磁極材であるFeCo/Crと比較し、イオンミリングレートが遅い。そのため、アルミナの膜厚は、50nmとした。この無機絶縁膜の膜厚は、イオンミリング加工時間やそれに伴うレジストマスクの膜厚を考えた場合、或いはこの無機絶縁膜がトレーリングギャップになることを考慮すると、5nm〜100nmの範囲であることが望ましい。また、加工するためのレジストマスク30は2層レジスト（22/23）を適用した。下層レジスト23は、感光剤をもたない有機樹脂を用い、その膜厚は1.0μｍとした。この有機樹脂は、ポリイミド樹脂でも、ノボラック樹脂でも良い。下層レジスト23は主に、イオンミリングのマスクとしての役割を果たす。また、上層のレジスト22はSi含有レジストを用いた。その膜厚は0.4μｍとした。なお、この上層／下層レジストの膜厚は、無機絶縁膜及び主磁極膜厚により決定されるものである。上層レジスト22は、下層レジスト23をパターニングするために用いる。上層レジスト22へのパターン形成は、KrFエキシマレーザステッパを用いて、露光量23mj/cm²,F=-0.1μｍの条件で行った。

図4（b）は、上層レジスト22をマスクに下層レジスト23をパターニングした状態を示す断面模式図である。この工程では、下層レジストエッチングにO₂ガスを用いたリアクテブイオンエッチング（Reactive Ion Etching：以下RIEと呼ぶ）を用いた。装置には、高密度プラズマを発生するRIEを用い、Rf=300W、Rbias= 160W、O₂圧力＝0.3Pa、流量＝40sccmとした。その結果、図４（b）に示したような垂直性の高いマスクを得ることができる。また、別の実施例として、図５に上層レジストのみでイオンミリングのマスクを形成した場合の断面模式図を示す。このように単層の形状をマスクとして用いてもよい。

図４（c）は、2層レジストによって形成したマスクを用い、イオンミリングによって主磁極材層25を逆台形に加工した状態を示す断面模式図である。イオンミリング条件は、まず-30°で垂直に加工した後、-75°の角度で横方向からでイオンミリング加工を行う。無機絶縁膜24であるアルミナと主磁極材層25のイオンミリングレートは、アルミナの方が遅いために、同条件でイオンミリング行うと、図４（c）に示したような逆台形の加工が可能となる。その結果、ミリング加工後には、必然的に図中に○で囲んだようなアルミナ、FeCo、及びレジストから構成される再付着膜26が下層レジスト23の側面に形成される。

図４（d）は、下層レジスト除去後の状態を示す断面模式図である。下層レジスト除去には、O₂アッシャー及びレジスト剥離液を用いた超音波洗浄を行った。しかしながら、このような手段を施しても完全に再付着膜26を除去することは不可能であり、図に示すように無機絶縁膜24上に必ず再付着膜26が残る。この板状の再付着膜26を残したまま次工程である厚アルミナ形成を行うと、ボイドの起点となり著しく歩留まり、信頼性を悪化させる。また、別工程で主磁極の周り、もしくは、主磁極上にシールドを形成する際には、下地膜の段切れが生じ、めっき不良となる。よって、再付着膜26は完全に除去する必要がある。

図４（e）は、再付着膜除去を目的に、アルカリ処理を施した後の状態を示す断面模式図である。アルカリ処理には、図６に示したような、一般的なレジスト現像液を用いたスピンコーターによる除去法を採用した。またアルカリ処理液27としては、TOK製NMD-3を用いた。PHは13である。

本実施例のポイントは、再付着膜の除去液にアルカリ処理液を用いた工程にある。すなわち、再付着膜の主成分はアルミナであり、アルカリに溶解するところに着目した点にある。更に、無機絶縁膜24上に生成した再付着膜26は、アルカリ処理により無機絶縁膜（アルミナ）24をライトエッチングして、無機絶縁物とともに再付着膜を根こそぎ除去出来るところも本発明の特徴の一つである。なお、アルミナに対するエッチングレートは約6nm/minである。本実施例では、パドル方式を用いてアルカリ処理を行った。アルミナ膜厚を20nm程度エッチングすることにより、ウエーハ全面で完全に再付着膜26を除去できた。また、このように無機絶縁膜24を構成するアルミナの一部を溶解した場合、無機絶縁膜24のエッジが丸まることがある。

本実施例によると、再付着膜のない主磁極を形成でき、信頼性の高い垂直記録用磁気ヘッドを作製できた。更に、本発明の垂直磁気記録ヘッドによると、トラック密度及び線記録密度を向上させることができ、面記録密度150Ｇbit/in^２以上の磁気記録再生装置を作製できた。

図７は、本発明の別の実施例を示す模式図である。再付着膜除去のための無機絶縁膜24は、主磁極上にそのまま残すことにより、トレーリングシールド28と主磁極との間の磁気ギャップとして用いることができる。図８は、本発明の更に別の実施例を示す模式図である。図８に示すように、無機絶縁膜24はラップアラウンドシールド29の磁気ギャップとしても用いることが可能である。

磁気ディスク装置動作時の概念図である。 垂直記録の動作概略図である。 垂直磁気記録ヘッドの素子高さ方向の断面図である。 本発明の代表的な実施例を示した図である。 レジストマスクに単層レジストを適用した図である。 アルカリ処理の形態を示した図である。 本発明をトレーリングシールドに適用した図である。 本発明をラップアラウンドシールドに適用した図である。

符号の説明

１…モーター、２…磁気ディスク、３…サスペンションアーム、４…スライダー、５…ロータリーアクチュエータ、６…信号処理回路、７…垂直磁気ヘッド、８…下部再生シールド、９…再生素子、１０…上部再生シールド、１１…補助磁極、１２…薄膜コイル、１３…主磁極、１４…再生ヘッド、１５…記録ヘッド、１６…ラップアラウンドシールド、１７…軟磁性裏打ち層、１８…磁気記録層、１９…磁化パターン、２０…ヨーク、２１…バックギャップ、２２…上層レジスト、２３…下層レジスト、２４…無機絶縁膜、２５…主磁極材層、２６…再付着膜、２７…アルカリ処理液、２８…トレーリングシールド、２９…ラップアラウンドシールド、３０…２層レジスト

Claims (9)

1. 主磁極材層を形成する工程と、
   前記主磁極材層の上に非磁性金属層と無機絶縁膜をその順に形成する工程と、
   前記無機絶縁膜の上にマスク材を塗布し、それをパターニングしてマスクを形成する工程と、
   前記マスクを用いて、前記主磁極材層をイオンミリングにより主磁極加工する工程と、
   前記マスクを除去する工程と、
   アルカリ溶液により前記加工された主磁極上の無機絶縁膜の一部を溶解する工程と、
   前記一部が溶解された無機絶縁膜の上にトレーリングシールド、もしくはラップアラウンドシールドを形成する工程とを有し、
   前記イオンミリングにより主磁極加工する工程において前記マスクの側面でかつ前記無機絶縁膜の上面に形成された再付着物を、前記無機絶縁膜の一部を溶解する工程で除去することを特徴とする垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
2. 前記マスクを形成する工程では、前記無機絶縁膜の上に第１の有機レジスト膜を塗布し、前記第１の有機レジスト膜の上に第２の有機レジスト膜を塗布して、前記第２の有機レジスト膜をパターニングし、前記パターニングした第２の有機レジスト膜をマスクにして前記第１の有機レジスト膜をエッチングすることにより前記マスクを形成することを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
3. 前記無機絶縁膜はアルカリに可溶であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
4. アルカリ溶液により一部を溶解した後の前記無機絶縁膜の形状は、前記主磁極のトラック幅方向の両端のエッジが丸くなっていることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
5. 前記マスクを形成する工程では、前記無機絶縁膜の上に感光性を持たない樹脂を塗布し、その上に有機レジスト膜を塗布して、前記有機レジスト膜をパターニングし、前記パターニングした前記有機レジスト膜をマスクにして前記感光性を持たない樹脂をエッチングすることにより前記マスクを形成することを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
6. 前記主磁極材層の上に形成される無機絶縁膜の膜厚は10ｎｍ〜100ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
7. 前記非磁性金属層はＮｉＣｒ、Ｃｒ又はＴａからなることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
8. 前記非磁性金属層の膜厚は５〜２０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。
9. 前記主磁極材層は、スパッタ膜で作製されるＦｅＣｏ膜あるいはＦｅＣｏ膜と非磁性膜の多層膜、又はめっき法で形成されるＣｏＮｉＦｅ膜あるいはＦｅＣｏ膜であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録ヘッドの製造方法。

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