热辅助磁性记录头.pdf

在此公开的实施例大体涉及一种HAMR头，其中SSC制造在NFT附近，该SSC形成于基板的位置已被保护防止受到NFT制造工艺条件影响。由此，该基板保持平滑，从而使得该SSC形成于其上，而不会受到NFT工艺条件的不利影响。

权利要求书
1.  一种热辅助磁性记录装置，包括：
包括绝缘材料的基板；
设置在该基板的第一部分上的近场换能器；以及
设置在与该第一部分不同的该基板的第二部分上的光斑尺寸转换器，其中该基板具有设置在该第一部分和第二部分之间的第三部分，以及其中该第二部分具有比该第三部分的表面粗糙度更低的表面粗糙度。

2.  如权利要求1所述的热辅助磁性记录装置，其中该第一部分与该第二部分隔开约1微米的距离。

3.  如权利要求1所述的热辅助磁性记录装置，其中该第二部分具有比该第三部分更大的表面积。

4.  如权利要求1所述的热辅助磁性记录装置，其中该光斑尺寸转换器包括由包层包围的芯部。

5.  如权利要求4所述的热辅助磁性记录装置，其中该包层包括钽氧化物。

6.  如权利要求5所述的热辅助磁性记录装置，其中该包层设置在该第三部分上。

7.  一种热辅助磁性记录装置，包括：
由绝缘材料形成的基板；
设置在该基板的第一部分上的近场换能器；以及
设置在与该第一部分不同的该基板的第二部分上的光斑尺寸转换器，其中该基板具有设置在该第一部分和第二部分之间的第三部分，以及其中该第二部分具有与该第三部分的表面粗糙度不同的第一表面粗糙度。

8.  如权利要求7所述的热辅助磁性记录装置，其中该绝缘材料包括氧化铝。

9.  如权利要求7所述的热辅助磁性记录装置，其中该第二部分具有比该第三部分更大的表面积。

10.  如权利要求7所述的热辅助磁性记录装置，其中该光斑尺寸转换器包括由包层包围的芯部。

11.  如权利要求10所述的热辅助磁性记录装置，其中该包层包括钽氧化物。

12.  如权利要求11所述的热辅助磁性记录装置，其中该包层设置在该第三部分上。

13.  如权利要求7所述的热辅助磁性记录装置，其中该第一部分与该第二部分分隔开约1nm至约5nm之间的距离。

14.  一种热辅助磁性记录装置，包括：
基板；以及
形成在该基板的第一部分上的光斑尺寸转换器，其中该基板的第二部分设置在该第一部分附近，以及其中该第二部分具有不同于该第一部分的表面粗糙度的表面粗糙度。

15.  如权利要求14所述的热辅助磁性记录装置，其中该第一部分的表面粗糙度小于该第二部分的表面粗糙度。

16.  如权利要求14所述的热辅助磁性记录装置，其中该第一部分具有比该第二部分更大的表面积。

17.  如权利要求14所述的热辅助磁性记录装置，其中该光斑尺寸转换器包括由包层包围的芯部。

18.  如权利要求17所述的热辅助磁性记录装置，其中该包层包括钽氧化物。

19.  如权利要求18所述的热辅助磁性记录装置，其中该包层设置在该第三部分上。

20.  如权利要求14所述的热辅助磁性记录装置，其中该基板包括氧化铝。

说明书热辅助磁性记录头
技术领域
在此公开的实施例大体涉及热辅助磁性记录(HAMR)头。
背景技术
磁盘驱动器中使用的磁介质的更高存储位密度已经将磁性位的大小(体积)减小到磁性位尺寸被磁性材料晶粒大小限制的程度。尽管晶粒尺寸可进一步减小，但单元内存储的数据会热不稳定。也就是说，环境温度的随机热波动会足以擦除数据。这种状态被描述为超顺磁极限，其决定了给定的磁性介质的最大理论存储密度。这种极限可以通过增加磁性介质的矫顽力或通过降低温度来提高。当设计硬盘驱动器用于商业和消费者使用时，降低温度并不总是可行的。另一方面，提高矫顽力需要结合更高磁矩材料的写头，或诸如垂直记录的技术(或两者)。
已经提出了另一个方案，其使用热量来降低磁性介质表面上的局部区域的有效矫顽力，并将数据写入该加热区域内。一旦介质冷却到环境温度，该数据状态变成“固定的”。该技术被广泛地称为“热辅助(磁性)记录”(TAR或TAMR)、“能量辅助磁性记录”(EAMR)、或HAMR，它们在此处可互换使用。其可以应用于纵向和垂直记录系统以及“位图案化介质”。介质表面的加热已经通过多种技术实现，例如聚焦激光束或近场光源。
HAMR包含两个光学元件：微光子光斑尺寸转换器(SSC，spot-size converter)和近场换能器(NFT)。SSC将外部光源如半导体激光二极管(LD)的输出转变为良好限制的引导模式，其将光输送到NFT。NFT是等离子体纳米天线，其将光进一步聚焦到高密度磁性记录所需的极小的光斑尺寸，其远超过衍射极限(diffraction limit)。
尽管存在许多光学系统能够执行这种转变，一种最简单和最有效的实现方式是锥形SSC。锥形SSC用于克服自由空间光束(或光纤模式)和芯片上光子部件之间的显著模式失配。锥形的SSC被设计为用于特定入射LD输入，以使光学转换损失最小化。然而，SSC是在NFT已经被制造之后才被 制造，因此，其上形成SSC的基板暴露于用来制造NFT的工艺条件下。因此，NFT工艺条件可负面地影响该SSC。
因此，本领域需要一种用于HAMR头的改进的SSC。
发明内容
本文所述的实施例大体涉及一种HAMR头，其中SSC制造在NFT附近，该SSC形成于基板上的位置已被保护防止受到NFT制造工艺条件的影响。由此，该基板保持平滑，从而使得形成于其上的SSC没有受到NFT工艺条件的不利影响。
在一个实施例中，一种热辅助磁性记录装置包括：包括绝缘材料的基板；设置在该基板的第一部分上的近场换能器；以及设置在与该第一部分不同的该基板的第二部分上的光斑尺寸转换器，其中该基板具有设置在该第一部分和第二部分之间的第三部分，以及其中该第二部分具有比该第三部分表面粗糙度更低的表面粗糙度。
在另一实施例中，一种热辅助磁性记录装置包括：由绝缘材料形成的基板；设置在该基板的第一部分上的近场换能器；以及设置在与该第一部分不同的该基板的第二部分上的光斑尺寸转换器，其中该基板具有设置在该第一部分和第二部分之间的第三部分，以及其中该第二部分具有不同于该第三部分的表面粗糙度的第一表面粗糙度。
在另一实施例中，一种热辅助磁性记录装置包括：基板；以及形成在该基板的第一部分上的SSC，其中该基板的第二部分设置在该第一部分附近，以及其中该第二部分具有不同于该第一部分的表面粗糙度的表面粗糙度。
附图说明
因此，参照实施例可以获得可详细理解上述特征的方式、上文简要概括的本发明的更具体描述，一些实施例在附图中示出。然而，需要注意的是，这些附图仅仅示出了本发明的典型实施例，并因此不能被认为是限制其范围，因为本发明可允许其它等效的实施例。
图1A和1B示出了根据本文所述实施例的磁盘驱动器系统。
图2A-2F是根据一个实施例的不同制造阶段的HAMR头的示意图。
为了便于理解，如果可能的话，相同的附图标记用于表示附图中共有的 相同元件。通常，除非有特别的说明，某一实施例中公开的元件可有利地应用于另一实施例。
具体实施方式
在下文中，将参考本发明的实施例。然而，应当理解的是，本发明并不局限于这些具体描述的实施例。而是，下述特征和元件的任何组合，无论是否涉及不同的实施例，都被考虑用来实施和实现本发明。此外，尽管本发明的实施例可相对于其他可能的方案和/或现有技术获得多个优点，但是，无论特定的优点是否由给定的实施例实现都并不限制本发明。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅是示例性的，并且并不考虑所附权利要求的元素或限制，除非权利要求中有明确的说明。类似地，提到的“本发明”不应被理解为这里公开的任何发明主题的概括，并且不应被认为是所附权利要求的元素或限制，除非权利要求中有明确的说明。
这里所讨论的实施例大体涉及一种HAMR头，其中SSC制造在NFT附近，该SSC形成在基板上的位置已经被保护免受NFT制造工艺条件的影响。由此，该基板保持平滑，从而使得形成于其上的SSC不会受到该NFT工艺条件的不利影响。
图1A示出了体现本发明的磁盘驱动器100。如图所示，至少一个可旋转磁盘112被支撑在主轴114上并由磁盘驱动马达118旋转。在每个磁盘上的磁性记录的形式是在磁盘112上的同心数据轨道(未示出)的环形图案。
至少一个滑块113靠近磁盘112设置，每个滑块113支撑一个或多个磁头组件121，其可包括用于加热磁盘表面122的辐射源(例如，激光或电阻性加热器)。在磁盘旋转时，滑块113在盘表面122上径向地向内和向外移动，使得磁头组件121可以访问磁盘112的在其中写入了期望的数据的不同轨道。每个滑块113通过悬臂115被附接到致动器臂119。悬臂115提供轻微的弹力，其朝着盘表面122偏置滑块113。每个致动器臂119附接到致动器装置127。如图1A所示的致动器装置127可以是音圈电机(VCM)。该VCM包括在固定磁场中可移动的线圈，该线圈运动的方向和速度由控制单元129提供的电机电流信号控制。
在TAR或HAMR使能的磁盘驱动器100的操作过程中，磁盘112的旋转在滑块113与盘表面122之间产生空气支承，其对滑块113施加向上的力 或升高滑块113。该空气支承因此抵消悬臂115的轻微弹力，并在正常操作期间支承滑块113离开盘112并且以小的、实质上恒定的间隔略微在盘112表面上方。该辐射源加热高矫顽性介质，使得磁头组件121的写元件可以正确地磁化介质中的数据位。
磁盘驱动器100的各种部件在操作中由控制单元129产生的控制信号控制，例如访问控制信号和内部时钟信号。典型地，控制单元129包括逻辑控制电路、存储装置和微处理器。控制单元129产生控制信号来控制各种系统操作，例如线路123上的驱动电机控制信号和线路128上的头位置和寻道控制信号。线路128上的控制信号提供所需的电流分布(current profile)，从而最佳地移动和定位滑块113到盘112上期望的数据轨道。写和读信号通过记录通道125被传送到组件121上的写和读磁头并且从该写和读磁头传送。
上述描述的典型磁盘存储系统和图1A的图示仅仅是用于表示目的。应当清楚的是，该磁盘存储系统可以包含大量的磁盘和致动器，并且每个致动器可支撑多个滑块。
图1B是根据在此描述的一个实施例的HAMR使能的写头101的剖面示意图。头101可操作地附接到由激光器驱动器150驱动的激光器155(即辐射源)。激光器155可直接放置在头101上，或者辐射可以通过光纤或波导从与该滑块分离设置的激光器155传输。类似地，激光器驱动器150电路可位于滑块113上或位于与磁盘驱动器100相关联的芯片上系统(SOC)上，如图1中所示的控制单元129。头101包括用于将由激光器155发射的辐射聚焦到波导135中的SSC 130。在某些实施例中，波导135是SSC 130的一部分，意味着SSC 130还用作波导。在另一个实施例中，头101可包括一个或多个透镜，用于在发射的辐射到达SSC 130之前聚焦激光器155的束斑。波导135是一个通道，其将该辐射穿过头101的高度发射至光学换能器140，例如，等离子体装置，其位于或靠近介质对向面(MFS，media facing surface、例如空气支承表面(ABS))。光学换能器140(即NFT)进一步地聚焦束斑，以避免加热盘112上的相邻数据轨道，即产生远小于衍射极限的束斑。如箭头142所示，该光能从光学换能器140发射到头101的MFS下面的盘112的表面。然而，这里的实施例并不局限于用于将从辐射源发射的能量传输到MFS的任何特定类型的辐射源或技术。
SSC和NFT形成在共用基板上。在制造过程中，首先制造NFT，然后 制造SSC。对于NFT，执行一个或多个碾磨(milling)步骤。碾磨会损坏基板(即该实例中的包层(cladding))，因为该基板将具有无法预测的表面粗糙度。这样，当在损坏的包层上制造时，SSC可以具有非均匀特性。由于包层特性的差异，SSC将不能有效地运行。
为了防止在NFT制造过程中损坏基板，基板被保护。图2A-2F示出了在各个制造阶段的HAMR头，其中在NFT制造过程中，SSC在基板上的位置被保护。下面参照图2A-2H描述的SSC和NFT是以上参照图1B所描述的SSC 130和NFT 140的示例。
图2A是制造NFT或SSC之前的基板200的等比例视图。基板200包括绝缘材料。在一个实施例中，基板200包括氧化铝(alumina)。在制造SSC或NFT之前，基板200具有初始表面粗糙度。实际上，为了确保SSC具有均匀的特性，基板200可在形成NFT之前被平坦化。基板200可以通过化学机械抛光(CMP)工艺被平坦化。基板200具有三个部分。第一部分202是其上将制造NFT的位置。第二部分204是其上将制造SSC的位置。第三部分206位于第一部分202和第二部分204之间。第三部分206具有比第一部分202或第二部分204小得多的表面面积。
如图2B所示，牺牲或保护层208沉积在基板200的第二部分204上。牺牲或保护层208将用于在第一部分202上制造NFT期间保护基板200的第二部分204。然而，第三部分206不由牺牲或保护层208覆盖，因此，第三部分206暴露于在第一部分202上制造NFT期间发生的工艺条件下。可用作牺牲或保护层208的合适材料包括抵抗在NFT制造过程中发生的碾磨的材料，例如类金刚石碳(DLC)或无定形碳。
如图2C所示，具有天线212的NFT 210设置在基板200的第一部分202上。在NFT制造期间发生碾磨，这样，第三部分206以及牺牲或保护层208被损坏。可以理解的是，碾磨可发生在形成在牺牲或保护层208上的层上。牺牲或保护层208的目的是为了保护基板200的第二部分204。只要第二部分204(即底部包层)不被损坏，任何对牺牲或保护层208的损坏都是没有关系的。然后，牺牲或保护层208被移除，以暴露出基板200的第二部分204，如图2D所示。牺牲或保护层208可通过诸如暴露于CO2或O2等离子体或灰化工艺的工艺被除去。在一个实施例中，牺牲或保护层208可通过露出原始的、光学平滑的基板200表面的高度选择性的RIE工艺被除去。第二部分 204在NFT 210制造过程中未被损坏，这样，第二部分204存在与CMP工艺之后相同的表面粗糙度。另一方面，第三部分206明显比CMP工艺之后更粗糙一些。实际上，相比于第二部分204，第三部分206具有不同的表面粗糙度，更具体的说，是更大的表面粗糙度。
一旦牺牲或保护层208被移除，包层204被暴露。包层材料204可包括硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。SSC的芯部216然后被形成在包层材料204上，如图2E所示。芯部216可以通过沉积材料、执行光刻工艺并接着蚀刻以去除不需要的材料而形成，使得余下的芯部具有锥形形状，其具有邻近NFT 210设置的宽端部和与宽端部相反的窄端部。最后，顶部包层220沉积在暴露的基板200和芯部216上，如图2F所示。包层材料204、220和芯部216共同形成SSC。
由于牺牲或保护层208，基板200的第一部分204具有与第三部分206不同的表面粗糙度。在处理期间不存在牺牲或保护层208的情况下，第二部分204将被损坏，与第三部分206被损坏一样。
第一部分与第二部分隔开小于1μm的距离，其等于第三部分206的宽度。这样，第二部分204具有大于第三部分206的表面积。HAMR头的芯部由包层包围，并且该包层包括铝氧化物。除了第二部分204之外，SSC可以设置在第三部分206上。
由于NFT 210的存在，使第二部分204平滑的CMP或抛光工艺是不可能的。由于存在NFT 210，任何CMP将导致损坏NFT 210，而且CMP系统的抛光衬垫将不能到达整个第二部分204，因为NFT 210在基板200上延伸，并因此将阻止该衬垫到达整个第二部分204。
以一角度湿蚀刻第二部分204或离子碾磨NFT 210将不足以保持实质上平滑的第二部分204。另外，回流基板200是不可行的，因为回流基板200至实质平滑表面所需的温度将损坏NFT 210。第二部分204需要尽可能地平滑。任何表面粗糙度将在光穿过SSC时影响光散射。例如，理论上具有表面粗糙度为0的表面(即理想平滑表面)将具有仅基于该基板的材料特性的光散射和反射。另一方面，如果表面具有一定的表面粗糙度，不仅材料特性将确定散射和反射，该表面粗糙度也将影响光反射或散射的方向。沉积在芯部216上的包层材料218将具有与芯部216相反的实质平滑的表面。
理想地，与芯部216相反的表面将具有与包层材料214的接触第二部分 204的表面的表面粗糙度相等的表面粗糙度。应当理解的是，包层材料214的与第二部分204接触的表面将具有与第二部分204的表面实质上相同的表面粗糙度。这样，希望第二部分204尽可能保持平滑的表面。在CMP工艺抛光表面之后，第二部分204的表面处于最低的表面粗糙度。因此，牺牲或保护层208用于保护该第二部分204，从而使得第二部分204的表面粗糙度，在去除牺牲或保护层208之后，与CMP之后的表面粗糙度实质相同。牺牲或保护层208应通过一工艺除去，该工艺与第二部分204的表面很少或没有相互作用。换句话说，第二部分204的表面应当对执行以除去牺牲或保护层的任何工艺实质上是惰性的。
通过将牺牲或保护层放置在基板的将形成SSC的部分上，可保护该基板不受到在NFT制造期间发生的离子碾磨的影响。这样，SSC，特别是SSC的芯部上方和下方的包层，能够实质上相同，而且HAMR头具有一致、均匀的光线传输至NFT。
虽然前述说明指向示例的实施例，但是在不脱离本发明基础范围的前提下，还可以想到本发明的其它和进一步实施例，本发明的范围由下面的权利要求来确定。