(57)【要約】【課題】浮上面を構成する異種材料間における表面段差の低減を図る。【解決手段】浮上面にガスクラスターイオンを照射して、浮上面を構成する材料の構成元素を含む生成物を形成しながら浮上面の平坦化を行い、次に上記の生成物を除去するようにした。上記した生成物の形成とその除去とを順次または交互に繰り返して行うようにした。【選択図】図２
2004118954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる材料で構成された浮上面を形成する工程と、該浮上面に第１のガスクラスターイオンビームを照射して、前記材料の構成元素を含む生成物を前記浮上面上に形成する工程と、前記浮上面に第２のガスクラスターイオンビームを照射して、前記生成物を除去する工程とを備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド装置の製造方法。
【請求項２】
異なる材料で構成された浮上面を形成する工程と、該浮上面に第１のガスクラスターイオンビームを照射して前記浮上面を平坦化するとともに、前記材料の構成元素を含む生成物を前記浮上面上に形成する工程と、前記浮上面に第２のガスクラスターイオンビームを照射して、前記生成物を除去する工程とを備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド装置の製造方法。
【請求項３】
異なる材料で構成された浮上面に第１のガスクラスターイオンビームを照射して、前記材料の構成元素を含む生成物を前記浮上面上に形成する工程と、前記浮上面に第２のガスクラスターイオンビームを照射して、前記生成物を除去する工程とを備え、前記生成物形成工程と前記生成物除去工程とが交互になされることを特徴とする薄膜磁気ヘッド装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２のガスクラスターイオンビームのエネルギーが前記第１のガスクラスターイオンビームのエネルギーよりも小なることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の薄膜磁気ヘッド装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１または第２のガスクラスターイオンビームが希ガスを用いてなされることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の薄膜磁気ヘッド装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１のガスクラスターイオンビームが少なくとも酸素または窒素を含み、前記生成物が少なくとも前記材料の酸化物または窒化物を含んでなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の薄膜磁気ヘッド装置の製造方法。
【請求項７】
異なる材料で構成された浮上面を形成する工程と、該浮上面に２種類のガスからなる混合ガスを用いたガスクラスターイオンビームを照射して、前記混合ガスの少なくとも一方のガスと前記材料の構成元素とを反応させて該構成元素を含む生成物を前記浮上面上に形成する工程とを備えてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド装置の製造方法。
【請求項８】
前記混合ガスの一方が少なくとも酸素または窒素を含むガスであって、前記生成物が少なくとも前記材料の構成元素を含む酸化物または窒化物であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜磁気ヘッド装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録装置に使用されている薄膜磁気ヘッド装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットを初めとする情報技術（ＩＴ）の発展が急速に進み、膨大な情報を高速で記録・再生する技術が要求されている。そのため、外部記録装置の主力である磁気ディスク装置（ＨＤＤ）では、記録密度が年率６０〜１００％で向上を続けている。ＨＤＤの記録密度向上によって、記録・再生を行う薄膜磁気ヘッド装置はより微小な領域を磁化したり、より微小な領域からの漏れ磁束を検出する必要がある。
【０００３】
このため、磁気ディスクに対して薄膜磁気ヘッド装置を安定に浮上させ、磁気ディスクとの衝突を防止しながら記録・再生を安定に行うためには、薄膜磁気ヘッド装置の磁気ディスクと相対する面（浮上面）を十分に平坦化する必要がある。
【０００４】
薄膜磁気ヘッド装置は、薄膜プロセスを用いて基板上に再生素子、記録素子を形成（ウェハ工程）した後、基板を切断し、その切断面に浮上面としての加工を施すことで作成される。従来、浮上面の平坦化には機械的研磨や化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を用いて行われてが、これらの方法で得られる表面粗さは５ｎｍ程度が限界である。
【０００５】
一方、超平坦面の創生技術として、ガスクラスターイオンビームに関して非特許文献１に、また、その加工法に関する技術が特許文献１〜４に、そして、化学反応性を有するガスをクラスターイオン化することで、イオンビーム照射面の平坦化と同時に化合物薄膜を形成する、あるいは表面の改質を行う技術が特許文献５〜７に詳しく開示されている。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　＆　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒ３４、ｐ．２３１（２００１）
【特許文献１】
特開平１１−１２０５４７号公報
【特許文献２】
特開平８−１２０４７０号公報
【特許文献３】
特開平８−２９３４８３号公報
【特許文献４】
特開２００１−３６１６４号公報
【特許文献５】
特開平８−１２７８６７号公報
【特許文献６】
特開平８−２９３４８３号公報
【特許文献７】
特開２０００−８７２２７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ガスクラスターイオンビーム加工法は薄膜表面の平坦化技術として有望である。しかし、薄膜磁気ヘッド装置浮上面の加工に適用するには、以下に述べるような課題がある。
【０００８】
即ち、薄膜磁気ヘッド装置の浮上面において、再生素子及び記録素子の領域ではウェハ工程で形成された機能性薄膜の積層構造の断面が露出することになる。ウェハ切断の後、浮上面の形成は機械的研磨またはＣＭＰ等によってなされるが、このとき露出した積層断面の各層の固さや化学反応性の違いによって積層膜の間で段差（材料間段差）が発生する。
【０００９】
一方、ガスクラスターイオンビームによるスパッタレートは材料によって異なるため、ガスクラスターイオンビームを異なる材料で構成された積層膜の断面、即ち、浮上面の平坦化に適用した場合、局所的には平坦化なされるが、積層膜間の材料間段差は必ずしも解消されない。すなわち、研磨法における研磨速度が遅く、ガスクラスターイオンビームによるスパッタリング率も小さい材料と研磨速度が速く、ガスクラスターイオンビームによるスパッタリング率も大きい材料との間では、逆に材料間段差が拡大される。
【００１０】
また、例えば巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用した再生素子やトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を利用した再生素子は、ウェハ工程において数ｎｍ程度の薄膜を多数積層して形成される。したがって、浮上面における再生素子部では、複数の異なった材料で構成される数ｎｍ程度の薄膜の積層断面が露出する。このような積層断面部にガスクラスターイオンビームを照射すると、周囲からラテラルスパッタリング効果により飛来した原子からなるミキシング層が形成される。
【００１１】
この生成物が導体の場合には、一部の電流がこの生成物を通って流れるため、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子の感度を損なう原因となる。また生成物が不導体であっても、生成物の膜厚分だけ不感層ができるため、感度低下の原因となる。また、クラスターが入射したことにより、結晶構造が乱れるなどの深さ方向のダメージが発生し、これも感度低下の原因である。
【００１２】
本発明の目的は、上記課題に鑑みて、材料間の選択性の少ないガスクラスターイオンビーム加工方法を提供し、２種類以上の異なった材料で構成される薄膜磁気ヘッド装置浮上面の面粗さや材料間段差を低減することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では薄膜磁気ヘッド装置浮上面の平坦化処理を、第一段階としてＡｒ等の希ガス原子で構成される第１のクラスターイオンを照射することにより浮上面を構成する材料の構成元素からなる生成物（ミキシング層）を形成するとともに、所望の面粗さになるまで浮上面の平坦化を行う。さらに第二段階としてＡｒ等の希ガス原子で構成される第２のクラスターイオンを低エネルギーで照射することにより、このミキシング層を除去する。
【００１４】
第一段階におけるクラスターイオンビームの照射により、浮上面にはミキシング層が形成されているため、浮上面を構成する材料間のスパッタレート差が緩和され、面粗さと積層膜間の段差低減を図ることができる。
【００１５】
ところで、上記したミキシング層の厚さ及びダメージ層除去するために、第二段階では第一段階よりも低いエネルギーでＡｒ等の希ガスのクラスターイオンを照射する。上記した２つのイオンビーム照射を順次もしくは交互に行っても良い。
【００１６】
また、第一段階におけるＡｒイオンビームの照射の代替として、少なくとも酸素または窒素を含有するクラスターイオンビームを照射して、浮上面を構成する材料の酸化物または窒化物を浮上面上に形成しても良い。
【００１７】
一般に、金属酸化物や窒化物はもとの金属とは異なったスパッタレートを持つ。特に金属酸化物は共有結合物質であるため、イオン結合物質である純金属よりもスパッタレートが低くなることが多い。一方、磁気ヘッドの浮上面はスパッタレートの低い金属酸化物薄膜とスパッタレートの高い金属薄膜の積層構造であるため、上述のように、第一段階のクラスターイオンビームの照射でスパッタレートの高い金属膜部分をスパッタレートの低い金属酸化膜に変えることにより、材料間段差を低減することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本願発明の具体的な実施例を説明する前に、ガスクラスターイオンビームによる表面平坦化について、簡単に説明する。
ガスクラスターイオンビームは、原子または分子１個からなるモノマーイオンビームに対して、原子が数百〜数千個の固まりになったものである。クラスターイオンビームの形成は、たとえば非特許文献１であるＭａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　＆　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒ３４、ｐ．２３１（２００１）等に述べられている。
【００１９】
すなわち、数気圧に加圧されたクラスターを形成するガスをノズルから真空中に噴射する。このとき、断熱膨張によって数百から数千個の原子からなるクラスターが形成される。このクラスターを、スキマーを通じてイオン化部に導入する。イオン化部で電子衝撃によりイオン化されたクラスターイオンは、加速電極に印加された加速電圧により加速され、ワークに照射される。
【００２０】
モノマーイオンビームの場合、スパッタされた粒子は一般にコサイン則に従って飛散するが、ガスクラスターイオンビームの場合、照射表面と水平な方向へのスパッタリング（ラテラルスパッタリング）が発生し、表面の超平坦化処理が可能であることが特許文献１〜４等に述べられている。
【００２１】
Ａｒ等の希ガスのガスクラスターイオンを照射すると、ワークを構成している原子の一部は表面から飛び出し、一部はクラスターの入射地点付近に再付着する。凸部の頂上付近は飛び出す割合が多いが、ラテラルスパッタリングの効果により、山の中腹や谷間では横方向に移動した原子が入射地点付近に再付着し、残留する割合が多くなる。この現象の繰り返しによりワーク表面は平坦化される。
【００２２】
また、ガスクラスターイオンビームのスパッタリング率はモノマーイオンビームの約１０倍程度と高いことも特徴の一つである。さらにモノマーイオンでワークへの入射エネルギーを数十ｅＶにすることは空間電荷効果によりビームが拡散してしまうため困難であるが、クラスターイオンではワークへの衝突の瞬間にクラスターが崩壊して、クラスターイオンの入射エネルギーを個々の原子を分け合うため、数ｋｅＶで照射しても等価的に数ｅＶのビームを得ることが容易である。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
一般に、薄膜磁気ヘッド装置１２は図１に示すように、ウェハ工程において薄膜プロセスを用いて基板１１上に再生素子、記録素子を形成した後、基板を切断し、その切断面に浮上面としての加工を施すことで作成される。従って、薄膜磁気ヘッド装置の浮上面の再生素子及び記録素子の領域には、ウェハ工程で形成された機能性薄膜の積層構造の断面が露出することになる。
【００２４】
図２は本発明の第１の実施の形態を説明する工程断面図であって、図１の薄膜磁気ヘッド装置１２における記録・再生素子部を拡大して描いたものである。ここでは、誘導型記録素子と巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜を用いた再生素子を備えた薄膜磁気ヘッド装置を例に説明するが、他の素子構成であっても同様の効果が得られる。
【００２５】
一般に、基板１はＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ等のセラミック材料、及び絶縁体膜２はＡｌ２Ｏ３等の金属酸化物が用いられる。一方、磁気シールド３、ＧＭＲ積層膜４、磁極５等の機能性薄膜には例えばＮｉＦｅやＰｔＭｎ等の金属材料が用いられている。磁気ヘッド浮上面にはこれらの材料の積層構造が露出している。
【００２６】
浮上面は機械的研磨やＣＭＰを用いて平坦化加工を行うが、硬度が高く化学反応性も低い基板１や絶縁体膜２と、比較的硬度が低く化学反応性も高い磁気シールド３、ＧＭＲ積層膜４、磁極５の間では、加工能率の違いにより、図２（ａ）に示すような材料間段差７が存在する。ここで、材料間段差７は浮上面を構成する各部材における粗さ平均線高さの最大、最小間で定義する。今回評価したサンプルの材料間段差７は５ｎｍ程度であり、機械的研磨やＣＭＰではこれ以下にすることは非常に困難である。
【００２７】
図２（ｂ）に示すように、第一段階の工程として記録・再生素子部を含む浮上面にＡｒクラスターイオンビーム９を照射する。照射条件は、平均クラスターサイズが１０００個以上でＡｒ原子１個当たりの平均エネルギーが１０ｅＶ以上となる加速電圧とする。例えば平均クラスターサイズが２０００個のガスクラスターイオンビームであれば、加速電圧は２０ｋＶ以上とする。この操作によって、上述のようにラテラルスパッタが発生して浮上面構成部材の原子の一部が凸部から凹部に向かって移動して表面の平坦化が行われる。さらに、ラテラルスパッタは浮上面構成部材間でも発生する為、平坦化の進行とともに、近接する部材からその構成原子が飛来する。
【００２８】
一方、クラスターがワーク表面に衝突すると、その衝撃エネルギーにより、浮上面の最表面にある原子が膜内部に押し込まれる。すなわち、近接する層から飛来した原子が膜内部に押し込まれたミキシング層８が浮上面上に形成される。ミキシング層８の厚さはクラスターのワーク表面への衝撃エネルギーに依存し、一般的には高いスパッタレートを得られる高加速電圧での照射ほどミキシング層８が形成されやすく、その厚さも大きい。Ａｒ原子１個当たりの平均エネルギーが１０ｅＶ以上で、ミキシング層の形成が顕著に認められる。
【００２９】
ところで、機能性薄膜上に形成されたミキシング層８は、元々の機能性薄膜が備えた機能を有しないため、ミキシング層８が浮上面上に残った状態では記録・再生素子の特性を劣化または低下させてしまう。
【００３０】
そこで、第二段階の工程としてミキシング層８を除去する目的で、Ａｒクラスターイオンビーム１０を照射した（図２（ｃ））。照射条件は、平均クラスターサイズが２０００個以上で、Ａｒ原子１個当たりの平均エネルギーが５ｅＶ以下となる加速電圧とする。例えば平均クラスターサイズが２０００個のガスクラスターイオンビームであれば、加速電圧は１０ｋＶ以下とする。ガスクラスターイオンビームによるスパッタリングにおいても、一般に金属材料はスパッタレートが高く、金属酸化物材料はスパッタレートが低い。
【００３１】
しかしながら、本方法では、第一段階の工程で浮上面全面にほぼ同じ組成を持ったミキシング層８を形成しているため、浮上面を構成する各部材のスパッタレート差を気にすることなく、図２（ｄ）に示すように面粗さ及び材料間段差７３を約１ｎｍまで低減することができた。
【００３２】
上記した操作を一度行うだけでは十分に面粗さ及び材料間段差７３の低減が不充分である場合は、一連の操作を繰り返し行うことで所望の面粗さ及び材料間段差７３を得ることができる。
【００３３】
一方で、上記の操作を行わずにＡｒ原子１個当たりの平均エネルギーが１０ｅＶよりも小さくなる低加速電圧でガスクラスターイオンビームを照射した場合、ミキシング層の形成を抑制することは可能である。しかしながら、元々、研磨加工能率が高いために、金属材料である磁気シールド３、ＧＭＲ積層膜４、磁極５の粗さ平均線は、セラミック基板１や金属酸化物から成る絶縁体膜２の粗さ平均線よりも低い位置にある。それに加えて上述のように材料間のスパッタレート差のため、低加速電圧でガスクラスターイオンビームを照射した場合、基板１や絶縁体膜２よりも磁気シールド３、ＧＭＲ積層膜４、磁極５の方が高いレートで削られ、加工段差７が増加する。
【００３４】
Ａｒクラスターイオンビームの照射方法は以下の方法で行った。ビーム照射装置の概略を図３に示す。図３には示されていないが、クラスター生成室１６、イオン化室１９、加工室２２は真空ポンプで高真空に排気されている。これは、クラスターイオンがワーク２４に入射するまでの間に他の原子分子と衝突してビーム量を損なうことを防止するためである。
【００３５】
まず、Ａｒガスボンベ１３のバルブ１４を開け、ガス配管１５を通してＡｒガスをノズル１７から真空排気されたクラスター生成室１６に噴射する。このとき、クラスター生成室１６において断熱膨張によってＡｒクラスターが形成される。このＡｒクラスターを、スキマー１８を通じてイオン化室１９に導入する。イオン化室１９でイオン化用電子源２０から供給された電子の衝撃によりイオン化されたクラスターイオンビーム９は、加速電極２１に印加された加速電圧により加速される。
【００３６】
ここで、第一段階の照射における加速電圧は、たとえば３０ｋＶに設定した。加速されたクラスターイオンビーム９は加工室２２に導入され、ワークホルダー２３に固定されたワーク２４に照射される。ワークホルダー２３を図３に示すようにクラスターイオンビーム９に対して垂直な平面内で上下左右に走査し、Ａｒクラスターイオンビーム９をワーク２４の所望の場所に照射する。
【００３７】
このとき、ワーク２４の表面は平坦化されると共に、その表面上にはミキシング層が形成される。そこで、第一段階終了後、下地にダメージを与えずにミキシング層を除去するために、加速電圧をたとえば１０ｋＶに調整し、同様の方法により第二段階としてＡｒクラスターイオンビームをワーク２４の所望の場所に照射する。なお、加速電圧以外の、Ａｒ原子２０００個以上のクラスターを発生させるための条件は、あらかじめ飛行時間法（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ；ＴＯＦ）等によって調べられ、設定される。
【００３８】
また、イオンビーム９の照射条件の切り替え時には、ビーム９が不安定になるなどの過渡現象が生じる可能性がある。この過渡状態はワーク２４の平坦化プロセスを不安定にする原因であるので、照射条件の切り替え後、ビームが安定になるまでの間、ワークホルダー２３をビームの照射領域外に退避させる。
【００３９】
第一段階および第二段階の工程をそれぞれ１度ずつ行っただけでは、ワーク２４の表面粗さまたは異なる材料間における段差が十分に低減できない場合、上記した第一段階と第二段階の工程を浮上面の表面粗さあるいは浮上面を構成する材料間における段差が所望の値に達成するまで繰り返す。
ところで、以上の説明ではワークホルダー２３を上下左右に走査してワーク全体にガスクラスターイオンビーム９を照射する構成としているが、ワークホルダー２３を固定して、図示していない偏向電極を用いてガスクラスターイオンビームをスキャンしても同様の効果が得られる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態を説明する工程断面図であって、図１の薄膜磁気ヘッド装置１２における記録・再生素子部を拡大して描いたものである。ここでは、誘導型記録素子とＧＭＲ膜を用いた再生素子を備えた薄膜磁気ヘッド装置を例に説明するが、他の素子構成であっても同様の効果が得られる。
【００４１】
記録・再生素子の形成された浮上面を機械的研磨やＣＭＰを用いて平坦化加工を行った結果、硬度が高く化学反応性も低い基板１や絶縁体膜２と、比較的硬度が低く化学反応性も高い磁気シールド３、ＧＭＲ積層膜４、磁極５の間では、材料間の加工能率の違いにより図４（ａ）に示す材料間段差７が存在する。ここで、材料間段差７は浮上面を構成する各部材における粗さ平均線高さの最大、最小間で定義する。
【００４２】
研磨加工終了時には、研磨加工能率が高いために、金属材料である磁気シールド３、ＧＭＲ積層膜４、磁極５の粗さ平均線は、セラミック基板１や金属酸化物から成る絶縁体膜２の粗さ平均線よりも約５ｎｍ低い位置にある。それに加えてガスクラスターイオンビームによる加工においても、セラミック基板１や金属酸化膜である絶縁膜３に比べ、金属材料である磁気シールド３、ＧＭＲ積層膜４、磁極５はスパッタリング率が高く、エッチングが速く進むため、加工条件によってはエッチング段差７が増加する。
【００４３】
このスパッタレート差を緩和する目的で、第一段階の工程として図４（ｂ）に示すように、Ｏ２クラスターイオンビーム２８を照射し、金属材料で構成される磁気シールド３、ＧＭＲ積層膜４、磁極５の表面を平坦化しながら薄い酸化膜２７を形成した。このときの照射条件は、金属表面に金属酸化膜が形成されるための閾値エネルギー以上でＯ２分子を照射するために、Ｏ２分子１個当たりの平均エネルギーが５ｅＶ以上となる加速電圧とすることが望ましい。例えば、平均クラスターサイズが２０００個のガスクラスターイオンビームであれば、加速電圧は１０ｋＶ以上とする。
【００４４】
その後、第二段階の工程として図４（ｃ）に示すように、Ａｒクラスターイオンビーム２９を用いて平坦化を行った。照射条件は、ミキシング層を形成しないように第一段階の工程で形成された酸化膜を除去する為に、平均クラスターサイズが２０００個以上で、Ａｒ原子１個当たりの平均エネルギーが５ｅＶ以下となる加速電圧とすることが望ましい。例えば平均クラスターサイズが２０００個のガスクラスターイオンビームであれば、加速電圧は１０ｋＶ以下とする。
【００４５】
金属材料である磁気シールド３、ＧＭＲ膜４、磁極５表面にスパッタレートの低い薄い酸化膜２７が形成されることによって、磁気シールド３、ＧＭＲ膜４、磁極５のスパッタを抑制できるため、浮上面全体の面粗さ及び浮上面を構成する複数の材料間段差７５を約１ｎｍまで低減することができた。
【００４６】
上記した操作を一度行うだけでは十分に面粗さ及び材料間段差７５の低減が不充分である場合は、一連の操作を繰り返し行うことで所望の面粗さ及び材料間段差７５を得ることができる。
【００４７】
ここで、Ｏ２クラスターイオンビーム２８とＡｒクラスターイオンビーム２９の照射方法について、さらに詳細を説明する。
第１の照射方法を、図５に示す。図５には示されていないが、クラスター生成室１６１、イオン化室１９１、加工室２２１は真空ポンプで高真空に排気されている。これは、クラスターイオン２８がワーク２４１に入射するまでの間に他の原子分子と衝突してビーム量を損なうことを防止するためである。
【００４８】
まず、Ｏ２ガスボンベ３０からＯ２を供給してＯ２クラスターイオンビームをワーク２４１に照射する過程は図３に示した場合と同様である。このＯ２クラスターイオンビームの照射により、ワーク２４１の表面に酸化膜を形成しながら所望の面粗さまで平坦化を行う。その後、Ａｒガスボンベ３２のバルブ３３を開け、同様の方法によりＡｒクラスターイオンビームを発生させ、ワーク２４１に照射し、酸化膜の除去を行う。
【００４９】
Ｏ２クラスターイオンビームの照射において、金属表面に金属酸化膜が形成されるための閾値エネルギー以上でＯ２分子を照射するために、Ｏ２分子１個当たりの平均エネルギーが５ｅＶ以上となる加速電圧とすることが望ましい。例えば、平均クラスターサイズが２０００個のガスクラスターイオンビームであれば、加速電圧は１０ｋＶ以上とする。
引き続いてＡｒクラスターイオンビームを照射する際に、Ｏ２クラスターイオンビームによって形成された金属酸化膜の下地にミキシング層を形成しないように、照射条件は、平均クラスターサイズが２０００個以上で、Ａｒ原子１個当たりの平均エネルギーが５ｅＶ以下となる加速電圧とすることが望ましい。例えば平均クラスターサイズが２０００個のガスクラスターイオンビームであれば、加速電圧は１０ｋＶ以下とする。
【００５０】
また、ガスを切り換えた直後にはガス配管１５１にＯ２が残留しているため、Ｏ２とＡｒが混合したクラスターイオンが発生したり、ノズル前段の圧力が高まるまでの期間に小さいサイズのクラスターイオンが発生する過渡期が存在する。この過渡期はプロセスに悪影響を与えるので、ガス配管１５１に残留したＯ２が排気されるまでの間、ワークホルダー２３１をビームの照射領域外に退避させることが良い。
【００５１】
第２の照射方法を、図６に示す。Ｏ２ガスボンベ３０１及びＡｒガスボンベ３２１のバルブ３１１及び３３１を開け、ガス配管１５２、１５３を経てＡｒ及びＯ２をそれぞれノズル１７１、１７２から真空排気されたクラスター生成室１６２及び１６３に噴射する。このとき、クラスター生成室１６２及び１６３において断熱膨張によってＯ２クラスター、及びＡｒクラスターがそれぞれ形成される。
【００５２】
これらのクラスターを、スキマー１８２、１８３を通じてイオン化室１９２、１９３に導入する。それぞれのイオン化室で、イオン化用電子源２０２、２０３から供給された電子の衝撃によりイオン化されたクラスターイオン２８、２９はそれぞれ加速電極２１２、２１３に印加された加速電圧により加速され、加工室２２２に導入され、ワークホルダー２３２に固定されたワーク２４２に照射される。
【００５３】
ワークホルダー２３２を図６に示すように上下左右に走査し、Ｏ２クラスターイオンビーム２８及びＡｒクラスターイオンビーム２９を並行してワーク２４２に照射する。このときのスキャン方法を図７に示す。すなわち、Ｏ２クラスターイオンビーム２８及びＡｒクラスターイオンビーム２９を左右方向に配置した場合は、まずワーク上の照射領域の最下部まで垂直にスキャンし、その後ビーム径と１乃至１／２倍の距離を水平にスキャンし、さらにワーク上の照射領域の最上部まで垂直にスキャンする操作を照射領域全体に両方のクラスターイオンビームを照射できるまで繰り返す。
【００５４】
一方、Ｏ２クラスターイオンビーム２８及びＡｒクラスターイオンビーム２９を上下方向に配置した場合は、まずワーク上の照射領域の左（右）端まで水平にスキャンし、その後ビーム径と１乃至１／２倍の距離を垂直にスキャンし、さらにワーク上の照射領域の右（左）端まで垂直にスキャンする操作を照射領域全体に両方のクラスターイオンビームを照射できるまで繰り返す。上記の操作を一度行っただけでは所望の平坦化がされない場合には、ビーム位置を初期位置まで戻して上記のトレースをたどることを繰り返す。
【００５５】
図７（ａ）または（ｂ）のようなビームの配置、スキャン方向の組み合わせとすることによりＯ２クラスターイオンビームを照射して酸化膜を形成した後にＡｒクラスターイオンビームにより平坦化するというシーケンスをガスの切り換えを行うことなくｉｎ―ｓｉｔｕで行うことができる。
【００５６】
尚、Ｏ２クラスターイオンビームの照射において、金属表面に金属酸化膜が形成されるための閾値エネルギー以上でＯ２分子を照射するために、Ｏ２分子１個当たりの平均エネルギーが５ｅＶ以上となる加速電圧とする望ましい。例えば、平均クラスターサイズが２０００個のガスクラスターイオンビームであれば、加速電圧は１０ｋＶ以上とする。
【００５７】
Ａｒクラスターイオンビームとして、前述のように平均クラスターサイズが２０００個以上で、Ａｒ原子１個当たりの平均エネルギーが５ｅＶ以下となる加速電圧、すなわち、２０００個以上のＡｒ原子から成るＡｒクラスターイオンを１０ｋｅＶ以下で照射することが望ましい。
【００５８】
第３の方法はＡｒとＯ２の混合ガスを用いる場合であって、クラスターイオンビームの照射装置構成は図３と同じである。浮上面に露出している材料の酸化し易さに応じて、予めＡｒとＯ２の混合比を調整してガスボンベ１３に充填されている。また、イオンビームの照射条件は、クラスターイオン中に含まれる酸素により形成した金属酸化膜の下地にミキシング層を形成しないように、平均クラスターサイズが２０００個以上で、Ｏ２分子及びＡｒ原子１個当たりの平均エネルギーが５ｅＶ以上１０ｅＶ以下となる加速電圧、すなわち、２０００個以上のＡｒ原子及びＯ２分子からなるクラスターイオンを１０ｋｅＶ以上２０ｋｅＶ以下で照射することが望ましい。
【００５９】
以上の説明において、浮上面を構成する金属の酸化膜を形成するためにＯ２クラスターイオンビームを用いたが、ＣＯ２、ＣＯ等の酸素を構成元素として含む化合物のガスクラスターイオンビームによっても同様の効果を得ることができた。
【００６０】
また、浮上面の表面に形成した金属酸化膜を利用して、異種材料で構成された浮上面の平坦化について述べたが、金属の窒化物を利用しても同様の効果が得られる。この場合、Ｎ２、ＮＨ３等の窒素を含む化合物のガスクラスターイオンビームを生成して浮上面に供給すればよい。さらに、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ等、窒素と酸素を構成元素に含む化合物の場合は、金属表面を窒化するよりは酸化する力のほうが強いので、酸素を構成元素として含む化合物のガスクラスターイオンビームと同様に現象により平坦化をすることが可能である。
【００６１】
【発明の効果】
薄膜磁気ヘッド装置の浮上面加工に対して、ガスクラスターイオンビームを利用することによって、浮上面を構成する異種材料間での選択加工性を低減し、平坦な浮上面の形勢を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】薄膜磁気ヘッド装置の製造工程を示す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を説明する工程断面図である。
【図３】ガスクラスターイオンビーム装置の概念図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を説明する工程断面図である。
【図５】異種原料ガスを用いたガスクラスターイオンビーム装置の概念図である。
【図６】異種原料ガスを用いたガスクラスターイオンビーム装置の別の概念図である。
【図７】異種クラスターイオンビームの配置及び走査方向を示す図である。
【符号の説明】
１…基板、２…絶縁膜、３…磁気シールド、４…ＧＭＲ膜、５…磁極、６…コイル、７、７１、７２、７３、７４、７５…材料間段差、８…ミキシング層、９、１０…Ａｒクラスターイオンビーム、１１…ウェハ、１２…薄膜磁気ヘッド装置、１３、３２、３２１…Ａｒガスボンベ、１４、３１、３３、３１１、３３１…バルブ、１５、１５１、１５２、１５３、１５４…ガス配管、１６、１６１、１６２、１６３…クラスター生成室、１７、１７１、１７２、１７３…ノズル、１８、１８１、１８２、１８３…スキマー、１９、１９１、１９２、１９３…イオン化室、２０、２０１、２０２、２０３…イオン化用電子源、２１、２１１、２１２、２１３…加速電極、２２、２２１、２２２…加工室、２３、２３１、２３２…ワークホルダー、２４、２４１、２４２…ワーク、２７…酸化膜、２８…Ａｒクラスターイオンビーム、２９…Ｏ２クラスターイオンビーム、３０、３０１…Ｏ２ガスボンベ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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