用於垂直記錄的自對齊切口式磁徑屏的製作方法
2023-06-23 19:26:41 1
專利名稱：用於垂直記錄的自對齊切口式磁徑屏的製作方法
技術領域：
本發明涉及垂直磁記錄，更具體地說，涉及用於垂直記錄的、具有自對齊徑屏(trailing shield)的寫入磁頭的製造。
背景技術：
計算機的心臟部位是磁碟驅動器，它包括一個磁碟、一個安裝了具有寫入和讀磁頭的磁頭組件的滑動器、一個懸臂和一個致動臂。當磁碟旋轉時，靠近磁碟表面的空氣隨之一起運動。這使滑動器在極薄的空氣墊層，一般稱為空氣軸承上浮動。當滑動器在空氣軸承上浮動時，致動臂轉動懸臂，以使磁頭組件處於旋轉磁碟上的所選擇環形磁軌上方，分別利用寫入和讀磁頭寫入和讀取信號場。寫入和讀磁頭連接到處理電路上，該電路按照電腦程式操作，以執行寫入和讀功能。
一般來說，磁碟驅動器是縱向磁記錄系統，其中磁數據作為縱向地形成在磁碟表面上的磁化轉變被記錄下來。磁碟表面沿數據的磁軌方向磁化，然後轉換到相反的方向上，這兩個方向都與磁碟的表面平行並與數據磁軌的方向平行。數據密度需求正在快速地接近順磁性的極限，其中數據的傳輸位數是如此之小，以致不能保持磁化。
一種用於克服這種順磁化限制的方法是採用垂直記錄。在垂直記錄系統中，數據的位數沿垂直於磁碟表面的平面被磁化記錄。磁碟的表面處可採用較高矯頑性的材料，而在該表面下面採用較低矯頑性的材料。一具有小截面且高流量的寫入極發射出相對強的集中磁場，其垂直於所述盤的表面。從所述寫入極發射的磁場足夠強以克服表面材料的高矯頑性，並沿垂直於該表面的方向磁化。然後磁通通過較軟的下層並在靠近寫入元件的返回極(returnpole)位置處回到磁碟表面。寫入元件的返回極的橫截面比寫入極的橫截面大得多，這樣就使通過返回極位置處的磁碟的磁通(以及磁碟和返回極之間的合成磁場)充分地擴散開，這樣就使磁通太弱，而不能克服磁碟表面材料的矯頑性。這樣，由寫入極提供的磁化不能被返回極擦去。
本領域的專業人員可理解到，磁碟表面材料的高矯頑性使它很難磁化。現有發現，磁場的稍微傾斜能提高轉變(transition sharpness)的準確度並達到較好的媒體信噪比。為此，有人建議在寫入間隔附近設置一個徑屏(trailingshield)並與返回極磁連接。該屏的作用是吸引寫入極發射的場，從而使之稍微傾斜。這種方法所遇到的挑戰在於，對這些場來說，有些場會受到損失，並且，增大寫入場來進行補償可能由於對場產生停滯而導致對鄰近磁軌的幹擾。產生寫入極側部邊緣的場對較寬的徑屏來說，只使該問題更加嚴重。此外，在通常用於構成理想的向外展開的寫入極的離子研磨(ion milling)操作期間，屏的遮蔽作用產生製造上的問題。
因此，需要一種機構來保持垂直寫入極磁場的傾斜，同時最大限度地減小磁場損失和對場寫入的停滯。除了這種使磁場傾斜的機構必須是可以製造出來的之外，對其它關鍵的製造步驟還不能產生問題。
發明內容
本發明提供一種垂直寫入磁頭，它具有一個在增大場梯度的同時儘可能減小雜散場(stray fields)的形成的切口徑屏(notched trailing shield))。所述具有切口徑屏的寫入磁頭是很容易製造的，它能與垂直寫入磁頭的寫入極自動對齊並可採用現有的製造方法製造。
按照本發明一個實施例的寫入磁頭可通過先形成作為全膜層的寫入極，然後沉積寫入間隔的方法來製成。然後按所需圖形在寫入間隔材料上方形成屏基座(shield pedestal)部分。隨後進行離子研磨操作，操作時採用屏基座部分作為形成寫入磁頭的掩膜(mask)。離子研磨工藝去除沒有被屏基座部分覆蓋的區域的寫入間隔材料和寫入極材料，從而形成與屏基座部分準確地對齊的寫入極。
然後可形成屏的另一部分，並壓合到返回極上。屏的這另一部分在沿喉部高度(throat height)的方向(即垂直於空氣軸承表面(ABS)的方向)上的厚度要遠小於初始時形成的第一屏基座部件的厚度。然後，可將屏的這另一部分用作掩膜，以限定屏基座的喉部高度的厚度，屏基座的喉部高度要遠小於寫入磁頭的喉部高度。
為了更全面地理解本發明的特性和優點，及使用的優選方式，請參閱下面參照附圖進行的詳細描述。
圖1是磁數據存儲系統的示意圖；圖2是從圖1的2-2線取的視圖，它是寫入磁頭的平面圖；圖3是從圖2的3-3線取的視圖，它示出了磁頭的斷面；圖4是從圖3的4-4線取的ABS視圖；圖5-10是表示磁頭在製造的不同階段的斷面圖。
具體實施例方式
下面將對本發明的最佳實施例進行描述。這種描述是為了說明本發明的一般原理，而不意味著對要保護的發明構想的限制。
參照圖1，圖中示出了一個體現本發明的磁碟驅動器100。如圖1所示，至少一個可旋轉的磁碟112支承在主軸114上並由磁碟驅動器電機118驅動旋轉。在各磁碟上的磁記錄是在磁碟112上的環狀圖形形式的同心數據磁軌(圖中未示出)。
在磁碟112附圖至少設置一個滑動器(slider)113，各滑動器113都支承一個或多個磁頭組件121。當磁碟旋轉時，滑動器113在磁碟表面122上方沿徑向內外運動，從而可使磁頭組件121進入不同的、寫入所需數據的磁碟磁軌。各滑動器113都通過一個懸臂件115固定在致動臂119上。該懸臂件115提供使滑動器113對著磁碟表面122偏移的微小的彈簧力。各致動臂119都連接在致動裝置127上。圖1中所示的致動裝置127可以是音圈電機(VCM)。VCM包括一個在固定磁場內可動的音圈，該音圈運動的方向和速度可通過由控制器129提供的電機電流信號來控制。
在所述磁碟存儲系統運行過程中，磁碟112的旋轉在滑動器113與磁碟表面122之間形成空氣軸承，該空氣軸承施加向上的力或提升滑動器的力。因此，空氣軸承反向地平衡了懸臂件115的微小彈簧力，並在正常運行期間，以一個微小的基本上一定的間隔離開並且稍微高於所述磁碟表面地支承滑動器113。
在工作過程中，利用由控制裝置129產生的控制信號，如存取控制信號和內部時鐘信號來控制磁碟存儲系統的各個部件。一般來說，控制裝置129包括邏輯控制電路、存儲裝置和微處理器。控制裝置129產生控制不同系統工作的控制信號，如線路123上的驅動電機控制信號和線路128上的磁頭位置和查找控制信號。在線路128上的控制信號提供所需的電流分布，以使滑動器113最佳的運動並定位到磁碟112上的所需數據磁軌上。利用記錄通道125將讀寫入信號傳送到讀寫入磁頭121和從讀寫入磁頭12l上傳出。
上面參照圖1描述的典型磁碟存儲系統只是為了舉例說明。應理解到，磁碟存儲系統可包含許多磁碟和致動器，並且各致動器可支承多個滑動器。
現在參照圖2，相對滑動器113可看出一個示例性寫入元件202的平面圖。通過磁軛206的線圈204在磁軛206內感應磁通。磁軛206內的磁通反過來又形成磁場，從而在極尖208處形成邊緣。這就是在附近的磁媒體上寫入磁信號的邊緣磁場210。
圖3和4表示磁頭組件121的斷面，包括一個夾在第一和第二屏蔽層304，306之間的讀元件302。利用一個介電層308使寫入元件202與讀元件302分離。磁頭組件具有一個空氣軸承表面ABS324，它是在運行期間，保持在磁碟112的表面附近的表面。
寫入元件202包括一個用磁性材料，如NiFe構成的成形層312，該層是通過電鍍方法沉積的。成形層312可防止ABS表面324短路。寫入極子層313形成在成形層312的頂部，並最好在靠近ABS表面的極部尖區3 16形成一個錐體314。非磁性材料，如氧化鋁Al2O3318可用於填充錐體314附近的極部尖區316。
寫入極320與寫入極子層313磁性相連。寫入極320最好用具有散置的非磁性膜，如Cr，Ru等的高磁飽和材料(high Bsat)，如CoFe，NiFe或它們的合金的疊層構成。參照圖4，寫入極為梯形形狀。正如本領域專業人員認識到的那樣，梯形的寫入極320可在磁頭121在磁碟112上方浮動而歪斜時，防止在鄰近磁軌的寫入(圖1)。寫入間隔材料層322形成在從ABS表面至背部間隔326的寫入極320上方。寫入間隔材料是一種非磁性材料，它可以是介電材料，如氧化鋁，或導電材料，如金屬。背部間隔是由磁性材料，如NiFe形成的，並從寫入極子層313延伸到返回極(return pole)328。寫入極320包括一個極部尖區321、一個向外展開區323和一個軛區327。
導電線圈332在寫入間隔層322和返回極328之間通過，並由絕緣層334電絕緣，絕緣層可以是例如氧化鋁或硬烘光刻膠。線圈332可以與寫入間隔層322絕緣或不絕緣，這要取決於設計需要和製造寫入間隔層322的材料。
參照圖3和4，磁徑屏338從返回極328向寫入極320延伸。磁徑屏338由一個主屏部分340和一個切口屏基座342構成。主屏部分340與返回極328磁連接，並相對較寬，如圖4中所看到的。切口屏部分342要比主屏部分340窄得多，它與寫入極320的極尖部分321的寬度相同，並與寫入極314橫向對齊，如圖4中所看到的。從圖3中可以看出，主屏部分340和切口屏基座部分在喉部高度方向上(垂直於ABS的尺寸)具有相同的長度，並且實際本身是對齊的，後面將進行更詳細的解釋。
在本發明的另一個實施例中，徑屏338可由一個或多個與寫入極320同寬的部分構成，並且它具有完全與返回極328一致的寬度。
當電流流過線圈332時，通過由返回極328、背部間隔326、寫入極子層313、成形層312和寫入極320構成的磁軛感應磁通。由於寫入極320、寫入極子層313和成形層312的布置，使磁通強力地集中在寫入極320的極尖上，這是十分有利的，並從而形成從寫入極320向磁碟112發射的集中磁場。屏338的存在使放射的集中磁場傾斜理想的量。
從寫入極320到屏338的屏切口部分342的距離最好為從ABS到磁碟112的軟下層344的距離的大約一半。應理解到，附圖不是按比例顯示的。為了清楚地顯示某些元件，可相對其它元件的顯示比例比實際要大，或還可以顯示出比實際更遠離或更靠近其它元件。
當減小寫入間隔的厚度時，寫入極的磁通分布在媒體112的軟下層344和屏338之間。這種設計提高了寫入磁通耗損的寫入磁場梯度。為了儘可能減小屏上的磁通損失，並實現有效磁場的偏角作用，憑經驗的方法，從ABS324測量的磁場厚度應小於寫入元件的磁軌寬度，(即從ABS方向看，小於寫入極320的寬度)，並最好近似地等於磁軌寬度的一半。當寫入極320按比例縮緊尺寸並利用傾斜的設計進行抑制時，在寫入極尖上形成的寫入磁場量減弱，並且不足以驅動磁頭。為了減輕這種情況的一種方法是用較大的寫入電流驅動磁頭，但這會引起對鄰近磁軌的幹擾，並由於產生熱而造成隆起。上述的徑屏338的切口減小了這種交叉磁軌的幹擾。實驗表明，如果徑屏338的一部分製成切口，並與寫入極320對齊，則可使有效寫入磁場增大8-10％。由於寫入極的磁軌寬度的臨界尺寸是納米量級的，所以在製造這樣的對齊設計的挑戰，如將有切口的徑屏與具有徑屏單極的寫入元件對齊，是嚴密地控制寫入極和屏338之間的間隔322以及寫入極與有切口的屏部分342自動對齊的能力。例如，在88納米磁軌寬度的寫入極中，徑屏的切口部分342的寬度必須是88納米。
圖5-7表示製造具有自對齊切口徑屏的垂直寫入磁頭的方法。用磁性材料，如NiFe構成的成形層312形成在基底501，如氧化鋁的上面，並能通過例如濺射和電鍍方法沉積。從圖5中可以看出，所形成的成形層從ABS平面324處下凹。然後在成形層312上面形成寫入極子層313，並形成錐體314。用非磁性材料，如氧化鋁316填充ABS 324附近的靠近成形層312和極部尖區316中的錐體314的區域。
現在參照圖6和7，圖中示出高磁飽和(high Bsat)材料602全膜的沉積。高磁飽和材料最好是多層材料。現已發現，與單層固態膜相比，多層材料具有改進的低磁交換場。然後在高磁飽和材料的頂面沉積寫入間隔材料604的薄層。此後，在寫入間隔材料上面形成磁屏基座606。屏基座606用磁性材料，如NiFe構成，並採用本領域技術人員所熟知的技術，即用平板印刷圖形和電鍍的方式成形，並且在製造處理時向後延伸到背部間隔，並具有與寫入極320最終的理想形狀相同的形狀。線608，610代表在極部尖區321、向外展開區323和軛區327之間的轉變，這並不意味著基座材料是不連續的。現在參照圖7，圖中表示正在進行離子研磨，這種研磨去除了不被屏基座覆蓋的寫入間隔材料層604和磁性層602部分，結果形成圖8所示的結構。參照圖9，圖中正在進行成角度的和掃描式的研磨，以形成所需的梯形寫入極314。
參照圖10，主屏部分340(從寫入極進一步形成的)形成在屏基座320上方，其平行於ABS平面的橫向寬比基座320的寬度寬許多，並且具有短喉部高度尺寸(垂直於ABS表面)。然後使用所述主屏部分340作為掩膜進行離子研磨處理，以限定所述屏基座320的喉高度。因此自動地使所述屏基座與所述主屏部分在磁軌喉高度方向上一致地對齊。對在離子研磨氣氛中的寫入間隔材料的檢測表明離子研磨應終止。
可理解到，上述方法通過利用屏338的切口基座部分342(圖3)形成完善的對齊的切口屏，該屏作為構成寫入極320的掩膜，並利用主屏部分340作為基座320的掩膜。由於屏基座342在後續的離子研磨操作中保護寫入間隔342，所以可精確地控制和維持臨界間隔厚度。
再參照圖3和4，利用形成的屏基座342，可構成其餘的元件。先沉積絕緣體330，隨後可優選採用化學機械拋光工藝。可按照本領域技術人員所熟知的方法沉積絕緣層336，並形成背部間隔326。此外，可構成屏338的主要部分340。如上所述，構成作為兩個分離層的屏338隻是一種可能的實施例。屏338也可通過將屏基座342延長到返回極328來構成，這樣，基座342就構成了屏338。返回極328可通過電鍍方式構成。
在進一步限定屏基座342的尺寸的優選方法中，屏338的主要部分340可用作限定基座342的喉部高度的掩膜。喉部高度是垂直於ABS 324的尺寸的基座長度。
雖然上面描述了不同的實施例，但應理解到，它們只是用於舉例說明，而不是限制。毫無疑問，對本領域的專業人員來說，還可有其它實施例。例如，磁頭元件可形成在寫入元件的上方或下方，如果形成在寫入元件下方，則散熱層可包括例如用於從寫入磁頭上傳導熱的銅，以保護磁頭元件。因此，優選實施例的寬度和範圍不應限制在上述的任何典型實施例上，而只由權利要求及它們的等同物來限定。
權利要求
1.一種用於垂直記錄的磁寫入元件，包括一個寫入極，所述寫入極的至少一部分具有限定磁軌寬度的第一和第二橫向側部；一個磁徑屏；一個寫入間隔，它將所述磁徑屏與所述寫入極分隔開；及所述徑屏的至少一部分具有第一和第二橫向側部，該側部與所述寫入極的所述第一和第二橫向側部的至少一部分橫向地對齊。
2.按照權利要求1所述的磁寫入元件，其中所述寫入極具有梯形形狀，包括靠近所述寫入間隔的寬部分和遠離所述寫入間隔的窄部分，其中所述磁徑屏的所述第一和第二橫向側部與所述寫入極的所述最寬部分基本對齊。
3.按照權利要求1所述的磁寫入元件，其中所述磁寫入極的至少一部分用多層磁性材料製成。
4.按照權利要求1所述的磁寫入元件，還包括一個磁返回極，其中所述磁屏的所述第一和第二側部與所述寫入極的所述第一和第二側部的所述對齊從所述寫入間隔延伸到所述返回極。
5.按照權利要求1所述的磁寫入元件，其中所述磁屏包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有與所述寫入極的所述第一和第二側部基本對齊的所述第一和第二側部，其中所述屏的所述第二部分具有橫向超過所述第一部分的所述第一和第二側部而延伸的第一和第二側部。
6.按照權利要求5所述的磁寫入元件，其中所述屏具有喉部高度尺寸，其中所述屏的所述第一部分具有沿所述喉部高度尺寸分別與所述第二屏部分的第三和第四尺寸基本對齊的第三和第四側部。
7.按照權利要求1所述的磁寫入元件，其中所述寫入元件裝在具有預定浮動高度的滑動器上，其中所述寫入間隔小於所述浮動高度。
8.按照權利要求1所述的磁寫入元件，其中所述寫入磁頭具有垂直於所述屏的所述第一和第二橫向側部的空氣軸承表面，其中所述屏具有從所述空氣軸承表面起測量的尺寸，該尺寸大致等於所述屏的所述第一和第二橫向側部之間距離的一半。
9.按照權利要求1所述的磁寫入元件，其中所述寫入磁頭具有空氣軸承表面，其中所述屏從所述空氣軸承表面起測量的厚度小於所述屏的所述橫向側部之間的距離。
10.按照權利要求1所述的磁寫入元件，其中所述寫入元件具有一個限定空氣軸承表面的表面；所述寫入極的寬度限定磁軌寬度；及所述屏從所述空氣軸承表面起測量的厚度小於所述磁軌寬度。
11.按照權利要求1所述的磁寫入元件，其中所述寫入元件具有一個限定空氣軸承表面的表面；所述寫入極的寬度限定磁軌寬度；及所述屏從所述空氣軸承表面起測量的厚度大致為所述磁軌寬度的一半。
12.一種構成用於垂直磁記錄的寫入磁頭的方法，包括沉積一層寫入極材料；在所述寫入極材料上面沉積一種非磁性寫入間隔材料；在所述寫入間隔材料層上形成一個磁屏基座，所述屏基座具有限定垂直於空氣軸承表面的平面的第一和第二橫向側部；及進行材料去除處理，以去除所述寫入間隔層和所述寫入極材料的選擇部分，使用所述屏基座作為掩膜，以防止去除沉積在所述屏基座下面的所述寫入間隔材料和所述寫入極材料。
13.按照權利要求12的方法，其中所述屏的所述第一和第二橫向側部之間的距離限定磁軌寬度，其中所述屏基座沿垂直於所述空氣軸承表面方向的深度小於所述磁軌寬度。
14.按照權利要求12的方法，其中所述材料去除處理包括反應離子蝕刻。
15.按照權利要求12的方法，其中所述材料去除處理包括以相對所述屏基座的所述橫向側壁的至少一個壁在0至90度之間的角度進行的反應離子研磨。
16.按照權利要求12的方法，其中所述屏基座是用多層的磁性材層構成的。
17.按照權利要求12的方法，還包括在所述屏基座上面沉積磁性主屏部分；及進行第二材料去除處理，用所述磁性主屏材料作掩膜，以去除所述屏基座的選擇部分，從而限定所述屏基座的喉部高度，所述喉部高度是從所述空氣軸承起測量的尺寸。
18.按照權利要求17的方法，其中所述第二材料去除處理包括反應離子蝕刻。
19.一種磁記錄系統，包括一個殼體；一個磁性媒體，它可運動地保持在所述殼體內；一個致動器；一個滑動器，它與所述致動器相連，用於相對於所述磁性媒體運動；及一個磁性寫入元件，它與所述滑動器相連，並包括一個寫入極，所述寫入極的至少一部分具有限定磁軌寬度的第一和第二橫向側部；一個磁徑屏；一個寫入間隔，它將所述磁性徑屏與所述寫入極分隔開；及所述徑屏具有第一和第二橫向側部，其至少一部分與所述寫入極的所述第一和第二橫向側部的至少一部分橫向對齊。
全文摘要
一種具有切口、自動對齊的徑屏的垂直寫入磁頭，用於使從該磁頭髮射的磁場傾斜。
文檔編號G11B5/11GK1661680SQ20041010071
公開日2005年8月31日 申請日期2004年12月10日 優先權日2004年2月27日
發明者李鄺, 阿龍·彭特克 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司