JP5959384B2 - 高周波アシスト磁気記録ヘッド、その製造方法、これを用いた磁気ヘッドアッセンブリ、及び磁気記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、高周波アシスト磁気記録ヘッド、その製造方法、これを用いた磁気ヘッドアッセンブリ、及び磁気記録再生装置に関する。

主磁極とスピントルク発振子（ＳＴＯ）を自己整合（セルフアライメント）的に位置合わせさせて製造する高周波アシスト記録（ＭＡＭＲ）ヘッドにおいては、主磁極とＳＴＯ位置を揃える必要がある。しかしながら、セルフアライメントでＳＴＯと一緒に主磁極をイオンビームエッチング（ＩＢＥ）で加工すると、削られた高Ｂｓの主磁極材料がＳＴＯの側壁に再付着する。再付着した主磁極材料によりＳＴＯの発振が著しく抑制される。一方、再付着した主磁極材料をＩＢＥで完全に除去するとＳＴＯ層へのダメージやＳＴＯの形状劣化が顕著に見られた。

特開２０１１−９０７６７号公報 特開２００９−１７０００７号公報

本発明の実施形態は、主磁極上でのＳＴＯの安定発振が可能な高周波アシスト記録ヘッドを提供することを目的とする。

実施形態によれば、主磁極層上にスピントルク発振素子層を形成する工程、
該スピントルク発振素子層上にマスクを形成する工程
該マスクを介して該スピントルク発振素子層をイオンビームエッチングに供し、該スピントルク発振素子層を加工する工程、及び
該マスクを介して主磁極層を部分的に改質して飽和磁束密度を減少させることにより、該マスクに覆われて改質されない主磁極部と、該主磁極の周囲に設けられた改質部を形成する工程を含むことを特徴とする磁気記録ヘッドの製造方法が提供される。

実施形態にかかる磁気記録ヘッドの一例を表す模式図である。 実施形態にかかる磁気記録ヘッドの製造方法を表す図である。 実施形態にかかる磁気記録ヘッドのフリンジ特性の一例を表すグラフ図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドアセンブリの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気記録再生装置の一例を一部分解した斜視図である。 実施形態にかかる磁気記録ヘッドの他の一例を表す模式図である。 実施形態にかかる磁気記録ヘッドのフリンジ特性の他の一例を表すグラフ図である。

実施形態にかかる磁気記録ヘッドの製造方法は、主磁極層上にスピントルク発振素子層を形成する工程、スピントルク発振素子層上にマスクを形成する工程、及びマスクを介してイオンビームエッチングにより、スピントルク発振素子層を加工する工程、マスクを介して主磁極層を部分的に改質する工程を含む。主磁極層を部分的に改質する工程により、改質された部分の主磁極層の飽和磁束密度を減少させ、マスクに覆われて改質されない主磁極部と、主磁極の周囲に設けられた改質部を形成することができる。

また、実施形態にかかる磁気記録ヘッドは、主磁極部と、主磁極部の周囲に設けられた改質部と、主磁極部の上に形成されたスピントルク発振素子層とを含む。改質部では、主磁極部と同様の材料がフッ素、塩素、臭素、酸素、窒素、及びホウ素からなる群から選択される少なくとも１つのイオンにより飽和磁束密度が減少するように改質されている。

さらに、実施形邸にかかる磁気ヘッドアセンブリは、上記磁気記録ヘッドと、磁気記録ヘッドが搭載されたヘッドスライダーと、ヘッドスライダーを一端に搭載するサスペンションと、サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームとを備えている。

さらにまた、実施形態にかかる磁気記録再生装置は、磁気記録媒体と、上記磁気ヘッドアセンブリとを備えている。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１に実施形態にかかる磁気記録ヘッドの一例を表す模式図を示す。

図１は、高周波アシスト磁気記録ヘッド１０をエアベアリング面（ＡＢＳ）から見た構成を例示している。

図１に表すように、実施の形態における高周波アシスト磁気記録ヘッド１０は、主磁極（ＭＰ）層１と、主磁極層１の周囲に設けられた改質部２と、主磁極層１の上に形成されたスピントルク発振素子（ＳＴＯ）層３とを含む。主磁極層１とＳＴＯ層３は自己整合的に位置合わせされており、主磁極層１の幅とＳＴＯ層３の幅がほぼ同等となる。改質部２は主磁極層１の周囲に設けられ、主磁極層１と同様の材料とこの材料に注入されたＯ，Ｆ，Ｎ，Ｂ，Ｃｌ，及びＢｒからなる群から選択される少なくとも１種のイオンを含む。

ＳＴＯ層３上にはさらに主磁極層１と磁気回路を形成するライトシールド４が設けられる。

改質部２と主磁極層１はＢｓが異なり、Ｂｓの小さな改質部２が主磁極層１の外側に配置されている。ＳＴＯ層３の幅より外側の主磁極材料のＢｓを磁気記録媒体への磁気記録ができない程度まで小さくすることで、フリンジ特性を劣化させずに記録することができる。

また、高周波アシスト磁気記録ヘッド１０では、ＳＴＯ層３はパターニングされているが、主磁極層１はパターニングされていない。実施形態によれば、主磁極層１のＳＴＯ層３の幅より外側の領域をエッチングする代わりに改質して改質部２を形成しているため、エッチングによりＳＴＯ側壁へ主磁極材料が再付着すること、及びそれによりＳＴＯ安定発振が抑制されることを回避できる。

図２は、実施形態に係る高周波アシスト磁気記録ヘッドの製造方法を表す図を示す。

図２（ａ）に示すように、まず、主磁極層１を成膜する。

主磁極材料としてはＢｓの高い軟磁性材料を用いることができる。例えばＦｅＣｏ合金は一般的な合金金属中最も高いＢｓを有する材料として実用化されている。

次に、ＳＴＯ層３を成膜する。ＳＴＯ層３は例えば、主磁極層からライトシールドにかけて順に設けられた、スピン注入層、中間層、及び発振層を含むことができる。さらに、スピン注入層と主磁極の間に設けられた下地層と、ライトシールドと発振層との間に設けられたキャップ層とを含むことができる。

発振層として、例えば、膜面内方向に磁気異方性を有するＦｅＣｏＡｌ合金を用いる事ができる。さらに、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｂの少なくともいずれか１つ以上を添加した材料を用いることができる。これにより、例えば、発振層とスピン注入層とのＢｓ、Ｈｋ（異方性磁界）、及び、スピントルク伝達効率を調整することができる。

中間層として、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどのスピン透過率の高い材料を用いることができる。中間層の層厚は、１原子層から３ｎｍとすることができる。これにより発振層とスピン注入層の交換結合を最適な値に調節することが可能となる。

スピン注入層として、例えば、膜面直方向に磁化配向したＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、ＣｏＣｒＴａＮｂ等のＣｏＣｒ系磁性、ＴｂＦｅＣｏ等のＲＥ−ＴＭ系アモルファス合金磁性層、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｃｏ／Ｐｔ、ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄ等のＣｏ人工格子磁性層、ＣｏＰｔ系やＦｅＰｔ系の合金磁性層、ＳｍＣｏ系合金磁性層など、垂直配向性に優れた材料、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉ、ＦｅＡｌＳｉ等の、比較的、飽和磁束密度の大きく膜面内方向に磁気異方性を有する軟磁性層、及びＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ等のグループから選択されるホイスラー合金、膜面内方向に磁化が配向したＣｏＣｒ系の磁性合金膜などを用いることができる。さらに、複数の上記材料を積層したものを用いることができる。

下地層およびキャップ層として、例えば、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｔａなどの電気抵抗が低い非磁性金属材料を用いることができる。

次に、ＳＴＯおよび主磁極形状を得るためのマスクを形成する。マスクには例えばフォトレジストが用いられるが、ＣやＳｉ、Ａｌおよびその酸化物、窒化物等のハードマスクを用いることもできる。

続いて、図２（ｂ）に示すように、ＩＢＥ法を用いて、ＳＴＯ層３のマスク未覆部を除去する。ＳＴＯ層はイオン注入によってマスク未覆部を非磁性化させると注入イオンの拡散によりマスク被覆部との境界がぼやけてしまい、ＳＴＯの均一発振が抑制されると共に、発振の駆動電流が増加してしまうため、ＩＢＥ法を用いる必要がある。ＩＢＥは例えば、加速電圧２００〜４００Ｖ、ビーム角度を５０度の条件で行う。

さらに、図２（ｃ）に示すように、イオン注入法を用いてマスクを介して主磁極層１を改質し、改質部２を形成する。

改質は、主磁極層１を完全に非磁性化する必要はなく、記録媒体に記録できない程度まで飽和磁束密度Ｂｓが下げられれば良い。

図３に、改質のためにイオン注入量を変化した場合の磁気記録ヘッドのフリンジ特性の一例をシミュレーションにより求めた結果を示す。

図中、１０１は改質部２のＢｓが０ｋＧの場合、１０２は改質部２のＢｓが５ｋＧの場合、１０３は改質部２のＢｓが１０ｋＧの場合、及び１０４は改質部２のＢｓが２４ｋＧの場合を各々示す。

縦軸は記録トラックにかかる有効磁界強度、横軸は記録トラックからの距離を示しており、改質部２のＢｓを低下させるほど隣接トラックの有効磁界強度を抑制できることが判る。

現在一般的に用いられているＣｏＣｒ系垂直記録媒体においては、不可逆反転磁界が３０００Ｏｅ程度であるため、隣接トラックの有効磁界強度を３０００Ｏｅ程度以下にすることが望ましい。例えば２００ｎｍの位置に隣接トラックがある場合、主磁極層のＢｓを５ｋＧまで低下させることで、隣接トラックの有効磁界強度を３０００Ｏｅ程度まで抑制することができる。したがって、イオン注入による改質はＢｓを５ｋＧ以下まで低下させることが好ましいが、フリンジ特性は記録媒体の材料や記録ヘッドの構成および隣接トラックの位置（記録密度）によって異なるため、その限りではない。

また、イオン注入に用いるイオンはハロゲン系（フッ素、塩素、臭素等）や酸素、窒素、ホウ素などが挙げられる。イオン注入では１０〜３０ｋｅＶ程度の加速電圧で深さ方向に５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の改質を行うことができるが、ＳＴＯにダメージを与えない程度のマスク耐性を得ることが困難である。

このことから、この主磁極改質工程は、イオンを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）と組み合わせることができる。例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）装置やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置を用いた場合、主磁極層の改質はＳＴＯのキャップ層に用いている薄いＲｕやＴａでもＳＴＯを保護することができるため、イオン注入時のマスクを薄くすることができる。例えば、ＩＣＰ装置を用いる場合は基板バイアスを１００Ｗ、ＥＣＲを用いる場合は加速電圧を１ｋｅＶ印加させることで深さ方向に１０ｎｍの改質を行うことができる。また、ＲＩＥによる改質では、マスク剥離も同時に行うことができる。以上のように、イオン注入法とＲＩＥ法を組み合わせることで、ＳＴＯにダメージを入れることなく主磁極の改質を行うことができる。

次に、図２（ｄ）に示すように、ＳＴＯ周囲の埋め込みと平坦化処理を行い、平坦化層６を形成する。埋め込みはＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３などの絶縁酸化物を用いることができる。また、ＦｅＣｏＮｉ等のシールド材料を用いてサイドシールドとすることもできる。平坦化処理はＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いることができるが、イオンビームエッチングを用いて平坦化を行っても良い。

次に、図２（ｅ）に示すように、ライトシールド４として例えばＦｅＣｏＮｉを成膜する。

このようにして、実施形態に係る高周波アシスト磁気記録ヘッド１０が得られる。

図４は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。

すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。

サスペンション１５４の先端には、磁気記録ヘッド１０を具備するヘッドスライダー３０が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダー３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。

図５に、実施形態にかかる磁気記録再生装置の一例を一部分解した斜視図を示す。

実施形態にかかる磁気記録再生装置は、上述の垂直磁気記録媒体と磁気ヘッドとを具備する。

実施形態にかかる磁気記録再生装置１００において、情報を記録するための剛構成の磁気ディスク６２はスピンドル６３に装着されており、図示しないスピンドルモータによって一定回転数で回転駆動される。磁気ディスク６２にアクセスして情報の記録を行うための、実施形態にかかる記録ヘッド及び情報の再生を行うためのＭＲヘッドを搭載したスライダー６４は、薄板状の板ばねからなるサスペンション６５の先端に取付けられている。サスペンション６５は図示しない駆動コイルを保持するボビン部等を有するアーム６６の一端側に接続されている。

アーム６６の他端側には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ６７が設けられている。ボイスコイルモータ６７は、アーム６６のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、それを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークにより構成される磁気回路とから構成されている。

アーム６６は、固定軸の上下２カ所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ６７によって回転揺動駆動される。すなわち、磁気ディスク６２上におけるスライダー６４の位置は、ボイスコイルモータ６７によって制御される。なお、図５中、６１は筐体を示している。

実施形態にかかる磁気記録再生装置は、磁気ヘッドアセンブリに搭載された磁気記録ヘッドを用いて磁気記録媒体へ信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部をさらに含むことができる。

以下、実施例を示し、実施形態を具体的に説明する。

実施例１
図２（ａ）ないし図２（ｅ）に示すような方法で、高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。ＳＴＯおよび主磁極パターン形成条件を以下に述べる。

まず、ＳＴＯおよび主磁極形状を得るためのマスクは、２００ｎｍのＣと１０ｎｍのＳｉからなるハードマスクを用いた。ハードマスクは、フォトレジストを用いてパターンを形成し、このパターンを元にＣＦ_４ガスを用いたＲＩＥでＳｉ層を加工し、Ｓｉ層をマスクに酸素ガスを用いたＲＩＥでＣ層を加工することで転写した。

いずれも次にＩＢＥ法を用いてＳＴＯを形成した。ＳＴＯ層のＩＢＥは、加速電圧３００Ｖでビーム角度を５０度で行い、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いてＳＴＯの下地層を検出するまでエッチングを行った。

その後、窒素を用いて主磁極層にイオン注入を行った。イオン注入は２０ｋｅＶのエネルギーで注入量３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の注入を行った。

さらに、酸素ガスを用いたＲＩＥでＣからなるハードマスクを除去した。ＲＩＥはアンテナ、バイアスいずれも１００Ｗのパワーで行った。

図６に、実施形態にかかる磁気記録ヘッドの他の一例を表す模式図を示す。

その後、図６に示したように、Ａｌ_２Ｏ_３からなるサイドギャップ膜１１とＲｕからなる鍍金用の下地膜１２をスパッタリング法により成膜し、サイドシールド膜６を鍍金法によって成膜し、ライトシールド４としてＦｅＣｏＮｉを形成して磁気記録ヘッド２０を得た。

得られた磁気記録ヘッド２０について、有効磁界のトラックプロファイルを調べた。

図７に、磁気記録ヘッド２０のフリンジ特性をシミュレーションにより求めた結果を示す。

縦軸は記録トラックにかかる有効磁界強度、横軸は記録トラックからの距離を示している。

図中、２０１は主磁極をＩＢＥによりパターニングした場合、２０２は主磁極にイオン注入を行った場合を各々示す。

図７に示すように、主磁極にイオン注入を行った場合も、比較例で述べる主磁極層をＩＢＥで作製した場合と同程度のフリンジ特性が得られた。

また、得られた磁気記録ヘッドについて、スピンスタンドを用いてＳＴＯの駆動電流密度を変えて記録電流を印加することにより、Ｒ−Ｉｗ（抵抗−記録電流）特性を調べた。

その結果を下記表１に示す。

表１から明らかなように、７×１０^７Ａ／ｃｍ^２で高周波発振に付随する抵抗上昇が見られた。

以上より、実施形態にかかる高周波磁気ヘッドがフリンジ特性を劣化させずに低駆動電流で高周波発振が得られることを確認した。これにより、実施形態にかかる高周波磁気ヘッドは、主磁極上でのＳＴＯの安定発振が可能であることがわかった。

実施例２
酸素を用いてイオン注入を行った以外実施例１と同様の方法で磁気記録ヘッドを作製した。

イオン注入は２０ｋｅＶのエネルギーで注入量３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の注入を行った。

得られた磁気記録ヘッドについて、Ｒ−Ｉｗ特性を調べたところ、実施例１と同程度の８×１０^７Ａ／ｃｍ^２以下で高周波発振に付随する抵抗上昇が見られた。

この結果を下記表１に示す。

これにより、実施例２にかかる高周波磁気ヘッドは、主磁極上でのＳＴＯの安定発振が可能であることがわかった。

実施例３
ホウ素を用いてイオン注入を行った以外実施例１と同様の方法で磁気記録ヘッドを作製した。

イオン注入は２０ｋｅＶのエネルギーで注入量３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の注入を行った。

得られた磁気記録ヘッドについて、Ｒ−Ｉｗ特性を調べたところ、実施例１と同程度の８×１０^７Ａ／ｃｍ^２以下で高周波発振に付随する抵抗上昇が見られた。

この結果を下記表１に示す。

これにより、実施例３にかかる高周波磁気ヘッドは、主磁極上でのＳＴＯの安定発振が可能であることがわかった。

実施例４
フッ素を用いてイオン注入を行った以外実施例１と同様の方法で磁気記録ヘッドを作製した。

イオン注入は２０ｋｅＶのエネルギーで注入量３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の注入を行った。

得られた磁気記録ヘッドについて、Ｒ−Ｉｗ特性を調べたところ、実施例１と同程度の７×１０^７Ａ／ｃｍ^２以下で高周波発振に付随する抵抗上昇が見られた。

この結果を下記表１に示す。

これにより、実施例４にかかる高周波磁気ヘッドは、主磁極上でのＳＴＯの安定発振が可能であることがわかった。

比較例１
図３（ｃ）の改質工程を行う代わりに、ＩＢＥで主磁極をエッチングしたこと以外は、実施例１と同様の方法で高周波アシスト磁気記録ヘッドを作製した。

主磁極層のＩＢＥは、ＳＴＯ層と同様に加速電圧３００Ｖでビーム角度を５０度で行った。

ＥＤＸ分析より、ＳＴＯ側壁の再付着物は主磁極材料であるＣｏＦｅを主成分としていた。

得られた磁気記録ヘッドについて、Ｒ−Ｉｗ特性を調べたところ、高周波発振に付随する抵抗上昇は２×１０^８Ａ／ｃｍ^２であり、実施例１〜４と比較して発振開始の電流密度が高く、高周波発振が起こりにくくなっていることが確認できた。

この結果を下記表１に示す。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…主磁極層、２…改質部、３…ＳＴＯ層、４…ライトシールド、５…マスク、６…平坦化層、１０，２０…磁気記録ヘッド、１１…サイドギャップ膜、１２…下地膜

Claims (7)

1. 主磁極層上にスピントルク発振素子層を形成する工程、
   該スピントルク発振素子層上にマスクを形成する工程
   該マスクを介して該スピントルク発振素子層をイオンビームエッチングに供し、該スピントルク発振素子層を加工する工程、及び
   該マスクを介して主磁極層を部分的に改質して飽和磁束密度を減少させることにより、該マスクに覆われて改質されない主磁極部と、該主磁極の周囲に設けられた改質部を形成する工程を含むことを特徴とする磁気記録ヘッドの製造方法。
2. 前記改質された部分の主磁極層は、５ｋＧ以下の飽和磁束密度をもつことを特徴とする請求項１記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
3. 前記主磁極層を改質する工程は、フッ素、塩素、臭素、酸素、窒素、及びホウ素からなる群から選択される少なくとも１つのイオンを用いて行われることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
4. 前記スピントルク発振素子層上にマスクを形成する工程の前に、
   前記スピントルク発振素子層上に非磁性金属材料からなるキャップ層をさらに形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気記録ヘッドの製造方法。
5. 主磁極部と、
   該主磁極部の周囲に設けられ、主磁極部と同様の材料がフッ素、塩素、臭素、酸素、窒素、及びホウ素からなる群から選択される少なくとも１つのイオンを用いて飽和磁束密度が減少するように改質された改質部と、
   該主磁極部の上に形成されたスピントルク発振素子層とを具備することを特徴とする磁気記録ヘッド。
6. 請求項５記載の磁気記録ヘッドと、
   前記磁気記録ヘッドが搭載されたヘッドスライダーと、
   前記ヘッドスライダーを一端に搭載するサスペンションと、
   前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
   を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
7. 磁気記録媒体と、請求項６に記載の磁気ヘッドアセンブリとを備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。

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