(57)【要約】【課題】イオンミリング等、プラズマを用いて被加工物に対して研磨等の加工を施す際に、その加工の進捗状況をリアルタイムでモニタ可能とする。【解決手段】イオンミリングによる研磨等の処理を被加工物に対して施すと同時に、質量変化に応じて共振周波数を変化させる水晶振動子に対しても同様の処理を施すこととし、当該水晶振動子の共振周波数の変化に基づいて被加工物の研磨等の進行状況をモニタすることとした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を所定の圧力条件下に保持し、前記被加工物中の所定の物質を除去する処理を行う真空装置であって、
前記所定の圧力条件を得るため用いられるガス導入系および排気系と、
前記所定の圧力条件下で放電を発生し維持する電極と、
前記被加工物を保持するホルダと、
前記被加工物近傍に配置された前記所定物質の除去量をモニタするモニタ装置とを有し、
前記モニタ装置は、質量の変化に応じて共振周波数を変化させる部材を有し、前記所定の物質を除去する処理を行う際に、前記部材に対しても前記所定の物質と共に前記除去処理を施して前記部材の質量を変化させ、前記部材の質量変化に応ずる前記共振周波数の変化に基づいて、前記所定物質の除去量をモニタすることを特徴とする真空装置。
【請求項２】
前記部材は水晶板を主たる部材とすることを特徴とする請求項１記載の真空装置。
【請求項３】
前記部材は、前記所定物質と同様の製造方法にて、前記水晶板上に前記所定物質を形成したものであることを特徴とする請求項２記載の真空装置。
【請求項４】
被加工物における所定物質を除去する処理を行う際に、その除去量をモニタする装置であって、質量変化に応じて共振周波数を変化させる部材に対しても前記被加工物と同時に前記除去処理を施し、前記除去処理に応ずる前記部材における共振周波数の変化に基づいて、前記所定物質の除去量を求めることを特徴とするモニタ装置。
【請求項５】
前記部材は水晶板を主たる部材とすることを特徴とする請求項４記載のモニタ装置。
【請求項６】
前記部材は、前記所定物質と同様の製造方法にて、前記水晶板上に前記所定物質を形成したものであることを特徴とする請求項５記載のモニタ装置。
【請求項７】
磁気ヘッドの所定面に配置された素子部あるいは前記素子部と連続するスライダ部分の少なくとも一方の表面に存在する物質の特定部分を除去するために、磁気ヘッドの所定面に対してイオンミリングによる研磨を施す磁気ヘッドの製造方法であって、
前記磁気ヘッドを所定圧力下に保持された槽内に保持する工程と、
前記槽内で放電を生じさせる工程と、
前記放電内部のイオンに対して方向性を与えて、前記磁気ヘッドの所定面に対してこれを衝突させ、これにより前記所定面上の存在物質の特定部分を前記イオンによって除去する工程とからなり、
前記除去工程において、質量変化に応じて共振周波数を変化させる部材の除去を前記特定部分の除去と共に行い、前記共振周波数の変化に基づいて前記特定部分の除去量をモニタすることを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記部材は水晶板を主たる部材とすることを特徴とする請求項７記載の製造方法。
【請求項９】
前記部材は、前記物質と同様の製造方法にて、前記水晶板上に前記物質を形成したものであることを特徴とする請求項８記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、真空中にて被加工物の所定面を研磨あるいはエッチングする真空装置に関する。より詳細には、真空装置中にて研磨等を行う際に、その研磨量を同時測定するモニタ装置およびモニタ装置を有する真空装置に関する。さらに、本発明は、当該真空装置を用いた磁気ヘッドの製造方法にも関する。
【０００２】
【従来技術】
真空を用いて、被加工物の所定面を研磨あるいはエッチングする方法として、イオンミリング、エッチング、反応性イオンエッチング等が挙げられる。これら方法においては、真空中に所定条件下でプラズマを発生させ、このプラズマ中に生じたイオンあるいは活性種を用いて当該所定面表面の物質を微少量づつ除去している。そして、予定量の物質の除去が終了、すなわち所定深さの研磨等が終了した段階で放電を停止し、プラズマを消失させてその工程を終えている。この様な工程においては、本来、研磨等の進行状態をリアルタイムで確認し、且つその終点を検出することが望ましい。
【０００３】
しかしながら、被加工物がプラズマ中におかれることから、電気的な信号を被加工物から直接得ることは不可能であり、この確認は一般的に容易ではないとされている。現在、提唱されている確認方法としては、プラズマによる発光の波長あるいはプロセス中に生じる２次イオンの質量等を分析して、その変化によって終点検出を行うものがある。これは、研磨等の対象となる物質が全て除去されたことによって、プラズマ中における活性種の内容あるいは２次イオンの種類が変化することに着目したものである。
【０００４】
しかしながら、当該方法は、プラズマの発光あるいは放出される２次イオンが変化しない、除去対象となる物質をある程度残すことを要する工程に対して適応することができない。このような工程の例として、後述する磁気ヘッドにおけるＡＢＳ面のレール加工が挙げられる。このため、通常は、特定物質についての研磨速度を、予め別工程において求めておき、研磨に要する時間を管理することによって、このような除去対象となる物質を残す工程に対処していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
真空中にてプラズマ中のイオンあるいは活性種を用いる装置においては、長時間装置を停止させた後、装置内のクリーニング後、メンテナンスのための大気解放後等における装置の稼動初期は、研磨速度等、所定の装置特性が安定して得られない場合が多いことが知られている。従って、前述の様に研磨量を時間によって管理する場合には、装置特性が所定の状態に戻るまで加工対象物のダミーを用いて装置を稼働させ且つその回復状態を確認することを要する。
【０００６】
また、研磨速度をリアルタイムで確認できないために、当該装置が製造工程で用いられる場合には、特定の間隔で研磨速度等を確認するためのテストを行うことも必要となる。この様なテストは、装置の稼働率を低下させるために、当然のことながら本来は行わないことが望ましい。
【０００７】
本発明は、以上の問題に鑑みて為されたものであり、研磨等の進行状況をリアルタイムで確認し、且つ除去対象物質をある程度残す必要がある場合においてもその終点の確認を行うことが可能となるモニタ装置、当該モニタ装置を用いた真空装置の提供を目的とする物である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る真空装置は、被加工物を所定の圧力条件下に保持し、被加工物中の所定の物質を除去する処理を行う真空装置であって、所定の圧力条件を得るため用いられるガス導入系および排気系と、所定の圧力条件下で放電を発生し維持する電極と、被加工物を保持するホルダと、
被加工物近傍に配置された所定物質の除去量をモニタするモニタ装置とを有し、モニタ装置は、質量の変化に応じて共振周波数を変化させる部材を有し、所定の物質を除去する処理を行う際に、部材に対しても所定の物質と共に除去処理を施して部材の質量を変化させ、部材の質量変化に応ずる共振周波数の変化に基づいて、所定物質の除去量をモニタすることを特徴としている。
【０００９】
なお、上記真空装置において、当該部材は水晶板を主たる部材とすることが好ましく、また、当該部材は、所定物質と同様の製造方法にて、水晶板上に所定物質を形成したものであることが好ましい。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るモニタ装置は、被加工物における所定物質を除去する処理を行う際に、その除去量をモニタする装置であって、質量変化に応じて共振周波数を変化させる部材に対しても被加工物と同時に除去処理を施し、除去処理に応ずる前記部材における共振周波数の変化に基づいて、所定物質の除去量を求めることを特徴としている。
【００１１】
なお、上記モニタ装置において、当該部材は水晶板を主たる部材とすることがこのましく、また、当該部材は、所定物質と同様の製造方法にて、水晶板上に所定物質を形成したものであることが好ましい。
【００１２】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る磁気ヘッドの製造装置は、磁気ヘッドの所定面に配置された素子部あるいは素子部と連続するスライダ部分の少なくとも一方の表面に存在する物質の特定部分を除去するために、磁気ヘッドの所定面に対してイオンミリングによる研磨を施す磁気ヘッドの製造方法であって、磁気ヘッドを所定圧力下に保持された槽内に保持する工程と、槽内で放電を生じさせる工程と、放電内部のイオンに対して方向性を与えて、磁気ヘッドの所定面に対してこれを衝突させ、これにより所定面上に存在物質の特定部分をイオンによって除去する工程とからなり、除去工程において、質量変化に応じて共振周波数を変化させる部材の除去を特定部分の除去と共に行い、共振周波数の変化に基づいて特定部分の除去量をモニタすることを特徴としている。
【００１３】
なお、上記製造方法において、当該部材は水晶板を主たる部材とすることが好ましく、また、当該部材は、物質と同様の製造方法にて、水晶板上に物質を形成したものであることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
水晶振動子はある周波数で共振をしており、当該振動子に物質が付着した場合にはこれによる質量変化に応じてその共振周波数が変化する性質を有している。この変化量に対して、付着した面積、付着物質の密度等を考慮することにより振動子上に付着した付着物の厚さ、すなわち付着物質の平均膜厚を求めることができる。この原理は、付着した膜あるいは振動子自身が、研磨等によってその質量を減少させた場合にも当てはまると考えられる。
【００１５】
従って、被加工物と同様にこの水晶振動子にも研磨等の処理を施し、水晶振動子の質量変化をモニタすることで、被加工物の研磨等の速度を近似的に知ることが可能となると考えられる。本発明は、このような原理に基づくものであり、被加工物と同時に並置された水晶振動子に対しても研磨等の処理をほどこし、これにより研磨等の進行状況をリアルタイムで知ることを可能とするものである。また、同様に、研磨等の進行状況を知ることにより、除去対象物をある程度残す必要がある場合においても、研磨等の処理の終点を容易に知ることも可能とするものである。
【００１６】
なお、実際には、水晶振動子の共振周波数の変化と質量変化の相関関係、あるいは共振周波数の変化と被加工物の質量変化の相関関係を予め求め、これを検量線として用いることを要することは言うまでもない。また、被加工物における除去予定の薄膜を形成したプロセスにより、当該薄膜を予め水晶振動子上に形成しておき、この薄膜付きの水晶振動子を用いることとしても良い。この場合同じ物質の除去を行うことから、実際の研磨等の速度により近い質量変化のデータすなわち薄膜の除去量に関するデータが得られる。さらに、積層膜の除去工程についても、水晶板上に除去予定の積層膜と同等の積層膜を形成し、これを水晶振動子として用いることで除去工程の進行状態をモニタすることが可能となる。
【００１７】
また、イオンミリング、エッチング、反応性イオンエッチング等は、所定の研磨速度等が得られる領域が限定されている。従って、水晶振動子は、イオンミリング等が施される部分に対して極力近づけた位置に配置されることが好ましい。また、水晶振動子における共振点は、その温度変化によって容易にシフトする。従って、この水晶振動子は、例えば水冷された保持板に密着させる等、所定の温度に管理し得る状態で用いることが好ましい。
【００１８】
また、イオンミリングあるいは反応性イオンエッチングのようにイオン種に対し方向性を与えてこれらを用いるプロセスにおいては、イオン種の進行方向における研磨対象面と研磨対象物を保持する電極面との距離によって、より具体的には電極面と研磨対象面との間に存在する絶縁物の種類と厚さによって、研磨に寄与するイオン種の量あるいはエネルギーが異なる可能性がある。従って、水晶振動子表面と研磨対象面との電極面に対する距離等は、できる限り同等とすることが好ましい。
【００１９】
【実施例】
本発明に係るモニタ装置を用いた真空装置の具体例として、イオンミリング装置を掲げ、以下にその詳細を説明する。なお、ここで述べるイオンミリング装置とは、所定圧力下で装置中の電極を介してアルゴンガスに電圧を印可することで放電を発生させてプラズマを生じさせ且つこれを維持し、さらにプラズマ中のイオンに対して加速電圧として１００〜５００Ｖの電圧を印可してこれらを所定方向に加速させ、加速されたアルゴンイオンをホルダ上に固定された被加工物上の表面に衝突させ、これにより生じるスッパタ現象によって被加工物表面に存在する物質の特定部分を除去する装置である。
【００２０】
図１は、イオンミリング装置の概略構成を示す図である。本装置は、真空槽７、ミリングガン１、ＲＦジェネレイタ６、基板ホルダ２、シャッタ８、ニュートライザ５、および水晶振動子９とそのコントローラ１０とから構成されている。本発明に係るモニタ装置はこの水晶振動子９およびそのコントローラ１０によって構成される。真空槽７は、ミリングガン１、基板ホルダ２、ニュートライザ５および水晶振動子９を内包する。また、真空槽７は不図示の排気系およびアルゴン等のガスを供給するガス導入系に接続されて、アルゴン等のガスによってその内部を所定の圧力条件下に保持することが可能となっている。
【００２１】
ミリングガン１は、ＲＦジェネレイタ６からの高周波の印可によって、被加工物における所定の物質の除去である研磨等の処理を施す際に用いされるイオン種を発生し、且つ所定方向にこれらを放出する。被加工物である基板３を保持する基板ホルダ２は、ミリングガン１のイオン放出方向に配置されており、所定の軸を中心にモータ４によって回動可能となっている。シャッタ８は、ミリングガン１から放出されたイオンが、所定時間のみ基板３の表面に達するように、イオンの放出時間を制御するために用いられる。ニュートライザ５は、ミリングガン１から放出されるイオンに対して電荷を与え、これらを中性化させる働きを有する。
【００２２】
水晶振動子９は、基板３と共に基板ホルダ２上に配置され、基板ホルダ２と共に回転される。なお、本実施例においては、被加工物である基板３として、シリコンウエハ上におよそ２００ｎｍのＮｉＦｅをスパッタリングによって成膜したものを用いた。また、水晶振動子９としては、厚さ１．２ｍｍ、直径１０ｍｍの水晶板を用いることとし、これを基板３よりおよそ１０ｍｍ離れた位置に配置することとした。また、前述の水晶板上に、スパッタリングによっておよそ２００ｎｍのＮｉＦｅを成膜したものについても、水晶振動子として用いてみた。
【００２３】
当該装置において、これら水晶振動子９と共に基板３のミリングを行った結果、ＮｉＦｅのミリング速度と水晶板の膜厚の減少速度とは、およそ１０：１の関係が成り立つことが確認された。また、水晶板上に成膜されたＮｉＦｅ膜の減少速度は、実際のＮｉＦｅのミリング速度とほぼ一致することも確認された。以上のことから、本発明によれば、イオンミリング等の加工を行う際の加工速度をリアルタイムで確認することが可能であることが分かる。
【００２４】
なお、本発明の適応例としてミリング装置をここに挙げたが、先にも述べたように、本発明はミリング装置に限られない。本発明は、エッチング、反応性イオンエッチング、逆スパッタ、プラズマエッチング等、真空中にてプラズマを用いて被加工物に加工を施す種々のプロセスおよびこれらを実施する装置に対して適応可能である。また、本実施例においては、水晶振動子に用いるものとして、水晶板、および水晶板上に加工対象となる薄膜を実際に成膜したものを用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されず、同じ材質の膜を、加工対象となる薄膜を形成するために用いられたプロセスとは異なる成膜プロセスにより形成し、検量線を作成することとしても良い。
【００２５】
次に、本発明を適応したミリング装置を用いて、実際に磁気ヘッドを製造する工程について述べる。なお、当該磁気ヘッドにおける素子としては再生部にＴＭＲ素子を用い、記録部にいわゆる誘導型の電気−磁気変換素子を用いることとする。
【００２６】
図２は、本発明の実施において用いた磁気ヘッドに関し、素子等の保護膜であるダイヤモンド状炭素膜（以下ＤＬＣ膜）形成前の素子部端面を磁気記録媒体側から見た際に観察される構造の概略を示している。また、図２における切断線３−３において素子部等を切断した場合に、磁気記録媒体のトラック幅方向（図中左方）から見た際に観察される構造の概略を図３に、さらに図２におけるＭＲ素子部の拡大図を図４に示している。本発明に係る磁気ヘッドの形成方法について、これら図面を参照し、以下に述べる。
【００２７】
磁気ヘッドの形成方法において、素子部３０は、ＡｌＴｉＣ（アルティック）等、セラミック製のウエハ状の基板４５上に、例えば半導体形成時に用いられる薄膜形成技術及び加工技術等を用いて複数個同時に形成される。ここで、当該基板は、各素子部３０を個々に分離して磁気ヘッドコアを作成した場合のスライダとなる。なお、本実施例において形成される薄膜は、例えばスパッタ法等の薄膜形成方法により形成される。
【００２８】
実際の素子形成においては、下地層３２としておよそ５μｍ厚さのアルミナ膜を基板上４５に形成し、その上に、ＭＲ素子５０に対して磁気シールドとして作用する２μｍ厚さのパーマロイ膜からなる第１のシールド層３３を形成する。その後、第１のシールド層３３上に第１のギャップ層３４として０．０５μｍ厚さのタンタル膜等を形成し、当該タンタル膜上にＭＲ素子５０を形成する。
【００２９】
具体的には、第１のギャップ層３４直上より、タンタル、パーマロイ、銅またはニクロム（ＮｉＣｒ）の何れかからなる下地層５１、イリジウム−マンガン等からなる反強磁性層５２、コバルト−鉄からなるいわゆるピン層５３、アルミナ酸化膜からなるバリア層５４、コバルト−鉄またはパーマロイからなるいわゆるフリー層５５、及びタンタルからなるキャップ層５６を順次形成し、膜形成後、フォトリソグラフ、エッチング工程等をによって所定部分のみを残してこれら膜は除去することで、ＭＲ素子５０を形成する。その除去部分には、バイアス層３５としてコバルト−白金膜等が、ＭＲ素子５０の両端部に形成される。ＭＲ素子５０及びバイアス層３５の厚さはおよそ３５ｎｍとなるように構成される。なお、当該素子において、図中において矢印Ｉで示すように、薄膜の積層方向に対して電流が流れる。従って、素子部以外に電流が流れることを防止する必要があり、ＭＲ素子５０の両側および第１のギャップ層３４の上面には絶縁層４３が形成されている。
【００３０】
バイアス層３５の形成後、０．０５μｍ厚さのタンタル膜からなる第２のギャップ層３６、４μｍ厚さのパーマロイからなる第二のシールド層３７、及び０．３μｍ厚さのアルミナ膜等からなる書き込みギャップ層３８とを順次形成する。書き込みギャップ層３８上には、薄膜コイル３９に用いる銅薄膜を形成し、フォトリソグラフ、エッチング等の加工工程を経ることによって当該銅薄膜を所定のコイル形状に加工する。
【００３１】
続いて、薄膜コイル３９上にフォトレジスト等からなる平坦化層４０を形成し、コイル各線の絶縁化と各線による凹凸の平坦化を図る。その後、エッチング工程等により、平坦化層４０及び書き込みギャップ層３８をそれぞれ所定形状に加工し、書き込みギャップ３８層上に５μｍ厚さのパーマロイ膜を書き込みポール４１として形成し、これに幅０．５μｍの所定形状となるように加工を施す。加工終了後、保護層４２として素子部全厚が３０μｍとなるようにアルミナ膜を形成する。
【００３２】
以上の工程を経て、アルティック基板４５上に複数の素子部３０を形成した後、図５Ａおよび５Ｂに示す様に、素子部３０各列毎に、アルティック基板４５を棒状の基板４５ｃに切断する。切断後、図５Ｃに示す様に、棒状の基板４５ｃを治具１５に固定し、不図示の研磨装置を用いて切断面である素子部端面４５ａ及びスライダ所定面４５ｂを同時に研磨し、所定値のＭＲハイトＭＨ及びスロートハイトＳＨを得る。なお、研磨装置においては、軟性金属からなる定盤を回転させ、且つダイアモンド砥粒を含む懸濁液をこの上に滴下し、当該定盤に対して棒状基板の所定面を押し付けることで研磨が行われる。
【００３３】
上述の研磨時において、金属膜端面が延性によって薄く引き延ばされる等、スメア現象が生じて各金属膜において短絡が生じている場合がある。このため、前述のミリング装置を用いて、これら短絡部分を除去するためにミリング処理が行われる。このスメア現象により生じた短絡部分の除去は、ＭＲハイト等が所定値まで減じられた後に行われるものであり、その除去量は極力小さくすることが望ましい。従って、適当と思われるミリング量を正確に見積もり、且つその終点を確実に検出することを要する。本発明により、ミリング量の正確な把握が可能となり、ミリングの終点を確実に検出することが可能となる。
【００３４】
その後、研磨終了後のスライダ所定面４５ｂに対して、磁気記録媒体回転時に磁気ヘッドを良好に浮上させるためのレール等、所定形状の不図示の凹凸部が、当該ミリング装置を用いてさらに形成される。これら凹凸は、ミリング処理により、基板の特定部分を所定深さまで削り込むことで作成されている。近年、磁気ヘッドの浮上量はより狭くなり、求められる極微少な浮上量を安定して提供し得る凹凸等の形状を正確に形成することが求められている。本発明により、凹部の深さを正確に制御することが可能となり、これら形状を精度良く管理することが可能となる。
【００３５】
以上の処理が終了した後、素子部端面４５ａ及びスライダ所定面４５ｂを含む膜形成面上に、保護膜としてＤＬＣ膜４７（図３の破線部）が形成される。実際の磁気ヘッドの製造方法においては、ＤＬＣ膜形成後に、さらに素子各々あるいは組となる素子毎についての分離が行われ、各々が磁気ヘッドコアとして取り扱われる。
【００３６】
なお、素子部の構成及びその形成方法について具体的に詳述しているが、本発明は当該素子構成に限定されず種々の構造及び膜を有する磁気ヘッド、例えばＡＭＲ素子あるいはＧＭＲ素子を有する磁気ヘッド、書き込み専用の誘導型磁気ヘッド等の製造時においても適応可能であることは言うまでもない。また、本発明は、磁気ヘッドの製造工程に適応するだけでなく、種々の電子部品の製造工程に対しても適応することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の実施により、イオンミリング、エッチング、反応性イオンエッチング等における研磨等の進行状況をリアルタイムで確認することが可能となる。同時に、除去対象物質をある程度残す必要がある場合においてもその終点の確認を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるミリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施において用いた磁気ヘッドに関し、ＤＬＣ膜形成前の素子部端面を磁気記録媒体側から見た際に観察される構造の概略を示す図である。
【図３】図２における切断線３−３において素子部等を切断した場合に、磁気記録媒体のトラック幅方向（図中左方）から見た際に観察される構造の概略を示す図である。
【図４】図２におけるＭＲ素子部を拡大して示す図である。
【図５Ａ】ウエハ状の基板に対して素子を形成した後の、基板の切断手順を示す図である。
【図５Ｂ】ウエハ状の基板に対して素子を形成した後の、基板の切断手順を示す図である。
【図５Ｃ】切断後の基板を研磨用の治具に固定した状態を示す図である。
【符号の説明】
１　　ミリングガン
２　　基板ホルダ
３　　基板
４　　モータ
５　　ニュートライザ
６　　ＲＦジェネレイタ
７　　真空槽
８　　シャッタ
９　　水晶振動子
１０　　コントローラ
１５　　研磨用の治具
３０　　素子部
３２　　下地層
３３　　第１のシールド層
３４　　第１のギャップ層
３５　　バイアス層
３６　　第２のギャップ層
３７　　第２のシールド層
３８　　書き込みギャップ層
３９　　薄膜コイル
４０　　平坦化層
４１　　書き込みポール
４２　　保護層
４３　　絶縁層
４５　　基板
４７　　ＤＬＣ膜
５０　　ＭＲ素子
５１　　下地層
５２　　反強磁性層
５３　　ピン層
５４　　バリア層
５５　　フリー層
５６　　キャップ層
【図１】
2004010977.tif 000003
【図２】
2004010977.tif 000004
【図３】
2004010977.tif 000005
【図４】
2004010977.tif 000006
【図５Ａ】
2004010977.tif 000007
【図５Ｂ】
2004010977.tif 000008
【図５Ｃ】
2004010977.tif 000009