(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束粒子ビームで記録ヘッドのポールチップアセンブリを成形する装置であって、
前記ポールチップアセンブリを有する前記記録ヘッドを受け取ると共に、前記集束粒子ビームと接触するよう前記記録ヘッドを配置するプラットホームと、
前記記録ヘッドのポールチップアセンブリの影像信号を生成すると共に、前記影像信号に応答して、前記集束粒子ビームに対する前記ポールチップアセンブリの相対位置を表す座標信号を生成するパターン認識手段と、
前記座標信号に応答して、前記記録ヘッドの所定部分に前記集束粒子ビームを印加する旨の命令を表す切削信号を生成することで、前記記録ヘッドの前記所定部分を切削して前記ポールチップアセンブリを成形するプロセッサ手段と、を備え、
前記パターン認識手段が、前記切削済み記録ヘッドの影像を生成すると共に、前記影像の関数として切削成功信号を生成する制御手段を含む、装置。
【請求項２】
影像信号を生成する前記パターン認識手段が集束粒子ビームの源を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
影像信号を生成する前記パターン認識手段がカメラ素子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記記録ヘッド上の静的電荷を中和する電荷中和手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記電荷中和手段が、前記記録ヘッドに向けて電子ビームを提供する電子銃素子を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
影像信号を生成する前記パターン認識手段が、前記ポールチップアセンブリの端部の位置を表す端部信号を生成する端部検出手段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
影像信号を生成する前記パターン認識手段が、前記ポールチップアセンブリの一部分の輪郭を表すジオメトリパターン信号を判定するフィーチャ抽出手段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
影像信号を生成する前記パターン認識手段が、前記ジオメトリパターン信号の関数として前記座標信号を生成する手段を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記プロセッサ手段が、切削しようとする前記記録ヘッドの前記所定部分を表すジオメトリパターンを前記座標信号の関数として生成するトリム輪郭手段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記プラットホームが、集束粒子ビームの前記源の下方に複数の記録ヘッドを配置する搬送トレイ手段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記プロセッサ手段が、前記記録ヘッドの表面に輪郭形成するための切削信号を生成する多次元切削素子をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記多次元切削素子が、前記粒子ビームにより前記記録ヘッドの一部分に搬送されるエネルギを制御する線量制御手段を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記線量制御手段が、前記集束粒子ビームが前記記録ヘッドに向けられる時間の尺度を表す停止時間信号を生成する停止制御素子を有する走査発生素子を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記線量制御手段が、前記記録ヘッドの離散位置に前記集束粒子ビームを向ける時間の尺度を表すピクセル信号を前記座標信号の関数として生成するピクセル線量制御手段を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記集束粒子ビームの源が、集束イオンビームを生成するイオンビーム源を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記イオンビーム源が第一レンズを含み、前記第一レンズが、前記第一レンズを負バイアスする電源に接続されている、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記イオンビーム源が液体金属イオン源を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記イオンビーム源が気体フィールドイオン源を含む、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、磁気媒体からデータを読み取り、またこれにデータを書き込むための薄膜磁気ヘッドに関し、より詳細には、輪郭付表面を有する薄膜磁気ヘッドと、これを製造するためのシステム及びプロセスに関する。
発明の技術的背景
薄膜磁気記録ヘッドは、データ記憶の業界において広く受け入れられている。薄膜磁気ヘッドは、サイズが小さいため、コンピュータのハードディスクやデジタルデータテープ駆動装置のような磁気記憶装置の磁気媒体に、幅の狭いデータトラックを形成する。データトラックの幅が狭いことから、装置が媒体の領域当たりより多くのデータトラックを記憶し、ひいては装置当たりより多くのデータを記憶することが可能となる。従って、記録ヘッドのサイズを小さくすることは、磁気記憶装置の総データ記憶容量を増加させる結果となる。
一般的には、薄膜磁気ヘッドは、一端では絶縁性の層により分離され、他端では導電的に接続されていることにより磁界を形成し検出することが可能な一個の磁気装置を形成する、ポールと呼ばれる２つの導電性の層からなるポールチップアセンブリを含む基体により形成されている。約２分の１ミクロンのフィーチャを含むポールチップアセンブリの大きさは、ポールチップアセンブリが作り出す磁界パターンを一部決定する。この磁界パターンは、記録ヘッドがどれだけ狭くデータトラックを形成できるかに影響する。従って、製造業者は、ポールチップアセンブリのジオメトリを可能な限り精密に成形することにより、記録されたデータの狭いトラックの読み取り及び書き込みに適した磁界パターンを提供することの可能なポールチップアセンブリを得ようとしてきた。
現在、製造業者は、読み取り／書き込みヘッドの加工にリソグラフの手法を取り入れることにより、ポールチップアセンブリの精確なフットプリントを形成しようと試みている。一般に、リソグラフ法では、蒸着厚さを精確に調節可能な蒸着、スパッタリング、めっき又はその他の蒸着技術を用いて、導電性材料の層と絶縁性材料の層とを交互に基体に蒸着させる。次のステップで、化学的腐食、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）又は他の方法を用いて、蒸着した層を所望のジオメトリを有するポールチップアセンブリに形成加工する。
既存のリソグラフ法は、今日のデータ記憶容量に適した大きさのフィーチャのポールチップアセンブリは十分に提供しうるものの、製造可能なフィーチャの大きさという点で間もなく限界に達しようとしている。例えば、現在のフォトリソグラフ法では、ポールアセンブリの表面にフォトレジスト層を精確に付着させることが要求される。通常、フォトレジスト層は、１０：１のアスペクト比を有する間隙を含むトポロジに形成される。このようなフォトレジスト・トポロジは精確に形成することは困難であり、結果として、製造上の欠陥が生じるのが普通である。
更に、これらのリソグラフ法は、大量生産には適さない。特に、ポールチップアセンブリのリソグラフエッチングは時間がかかり、また多量の材料を消費する。また、ポールチップアセンブリのリソグラフエッチングの目的は、ポールチップアセンブリの製造過程で生じる製造上の欠陥を修正することである。がしかし、製造過程で生じるジオメトリ欠陥は、予測困難であり、かつ多種多様である。このように、ポールチップアセンブリの表面への一律なフォトレジストパターン形成は、一般的な方法ではあるが、実際には読み取り／書き込みヘッドの製造欠陥を生じ、不適当であることが多い。従って、現行の磁気記録ヘッド製造法には、記録ヘッドの物理的ジオメトリを制御する能力という点から見て、いくつかの重大な限界がある。このため、現行の方法は、今日のコンピュータユーザが希望するより高密度のデータ記憶装置に使用される記録ヘッドを精確に形成する目的には適さないのである。
従って、本発明の目的は、薄膜磁気読み取り／書き込みヘッドのより優れた製造プロセスを提供し、さらに詳細には、磁気読み取り／書き込みヘッドのポールチップアセンブリを精確に形成するプロセスを提供することにある。
また、本発明の更なる目的は、製造プロセスにおいて、より少量の化学物質を使用して製造される磁気読み取り／書き込みヘッドの製造プロセスを提供することにある。
また、本発明の更に別の目的は、ポールチップアセンブリのジオメトリをより容易に調整可能な製造プロセスを提供することにある。
また、本発明の更に別の目的は、ポールチップアセンブリの表面に輪郭線を付された磁気薄膜ヘッドを提供することにある。
また、本発明の更に別の目的は、より優れた品質管理が可能な読み取り／書き込みヘッドの製造プロセスを提供することにある。
次に、本発明を実施例と共に説明する；なお、以下に述べる実施例に、発明の精神または範囲から逸脱することなく種々の変更、追加及び省略を行うことが可能であることは、半導体装置製造技術の当業者には明白であろう。
発明の概要
本発明の目的は、ポールチップアセンブリの座標を精確に判定するため、そして所望のポールチップのジオメトリを得るために取り除くべきポールチップアセンブリ部分を判定するために、パターン認識を利用することで集束粒子ビームを記録ヘッドのポールチップアセンブリの切削に用いることを可能にすることである。集束粒子ビームにはイオンビーム、電子ビーム、ｘ線ビーム、光学ビーム又はその他の指向可能な放射エネルギの源を含めることができる。
本発明は、薄膜磁気記録ヘッド及び同ヘッドを製造するためのシステム並びにプロセスを提供するものである。ある一実施例では、本発明はパターン認識素子を含む集束粒子ビームシステムとして理解されるが、このシステムは、パターン認識素子を利用して記録ヘッドのポールチップアセンブリのフットプリントを影像化して分析し、さらにプロセッサを利用して記録ヘッドの所定部分を取り除くよう集束イオンビームに指示する命令信号を生成することで、記録ヘッドのポールチップアセンブリを成形するものである。本発明の目的は、パターン認識システムに、ポールチップアセンブリの影像を分析させてポールチップアセンブリのフットプリントの精確なジオメトリを表した座標情報を生成させることを可能とすることである。集束イオンビームにより、座標情報を用いて記録ヘッドを選択的に切削し、それによりポールチップアセンブリのフットプリントジオメトリを成形することのできる精密切削装置が提供される。本発明のさらなる目的は、パターン認識システムがポールチップアセンブリのフットプリントジオメトリの分析によく適合しており、またこのシステムが、プロセッサに対し、ポールチップアセンブリを成形するのに最も効率的又は経済的な切削パターンをこのジオメトリから判定するのに適した座標情報を提供できるようにすることである。
さらに本発明の目的は、例えば集束イオンビームなどの集束粒子ビームが、除去プロセスにおいて達成される切削深さを精確かつ可変に制御できることで、輪郭付表面を有する薄膜磁気読み取り／書き込み用ヘッドの提供を可能とすることである。ここで用いられるときの輪郭付表面という用語は、湾曲部分又は線形傾斜部分などの連続傾斜部分を含む、ポールチップアセンブリを含む読み取り／書き込み用ヘッドのいかなる表面フィーチャをも包含するものである。加えて、本発明は階段状表面を含む記録ヘッドの形成を容易とし、さらにこのような階段状表面を形成するためのシステム及びプロセスを提供するものである。ここで用いられるときの階段状表面という用語は、複数の高くなった表面を含む、いかなる表面又は表面部分を包含するとして理解されている。これらの輪郭付表面及び階段状表面はポールチップアセンブリが生じる磁界をもたらすとして理解されている。従って、本発明は、磁界パターン、磁界強度、又はその他の特性など、所定の特性を有する磁界パターンを生じるのに適合した輪郭付表面を有する薄膜磁気ヘッド及びシステム、並びに同ヘッド及びシステムを製造するプロセスを提供するものであることが理解されよう。
ある実施例では、本発明には、集束粒子ビームを用いて記録ヘッドのポールチップアセンブリを成形する装置であって、ポールチップアセンブリを有する記録ヘッドを受容すると共に集束粒子ビームに接触するように記録ヘッドを配置するプラットホームと、記録ヘッドのポールチップアセンブリの影像信号を生成すると共に、該影像信号に応答して集束粒子ビームに対する記録ヘッドポールチップアセンブリの相対位置を表す座標信号を生成する素子と、該座標信号に応答して記録ヘッドの所定部分に集束粒子ビームを印加するための命令を表す切削信号を生成して、記録ヘッドの所定部分を切削することでポールチップアセンブリを成形するプロセッサ素子とを含む装置が含まれる。
影像信号を生成する素子には、集束イオンビームなどの集束粒子ビームの源を含めることができ、またこの源を記録ヘッドの表面全体に渡って走査させて影像信号を生成してもよい。あるいは選択に応じ、この影像生成素子に、記録ヘッドの光学的影像を生成するＣＣＤカメラ等のカメラ素子を含めることができる。好ましくは、本発明のシステムに、イオンビームへ曝されているときに記録ヘッド表面上に典型的に生じる、記録ヘッド上の静電気を中和する電荷中和素子を含めるとよい。このような電荷中和素子の一つには、記録ヘッドに向けて電子ビームを提供する電子銃素子を含めることができる。
電子ビームは記録ヘッドの表面上に生じた静電気を中和するために数々の利点が提供されるが、その利点の中には、集束イオンビーム、又はその他の帯電粒子ビームを用いた影像素子による影像の収集がより精確になるといった利点があり、影像信号を生成する上で、そして、切削プロセス中に集束イオンビームをデフォーカスしたり、不安定にしたり、又はぼやけさせかねない記録ヘッド上の静電気発生を防ぐ上で有利であると理解される。従って、該電荷中和素子により記録ヘッドの影像がより精確になるためにポールチップアセンブリのジオメトリの影像がより精確に提供され、ひいてはポールチップアセンブリのジオメトリに関する座標情報がより精確に生成されることとなる。さらに、この電荷中和素子により記録ヘッド表面上に蓄積する電荷が減少するため、切削プロセス中のイオンビームのデフォーカスが減少し、より精確な粒子ビーム切削作業、及び、より精確なポールチップアセンブリの成形が可能となる。
本発明のさらなる実施例では、影像信号を生成する素子には、ポールチップアセンブリの端部の位置を表す端部信号を生成する端部検出素子が含まれる。さらに、この影像信号を生成する素子には、ポールチップアセンブリの一部分の輪郭を表すジオメトリパターン信号を判定するフィーチャ抽出素子を含めることができる。さらに、この影像信号を生成する素子には、座標信号をこのジオメトリパターン信号の関数として生成する素子を含めることができる。
プロセッサ素子には、該座標信号の関数として、切削しようとする記録ヘッドの所定部分を表すジオメトリパターンを生成するトリム輪郭素子を含めることができる。さらにこのトリム輪郭素子には、記録ヘッドを切削するプロセス時間の関数として、又は切削しようとする記録ヘッドの所定部分の領域の関数としてトリム輪郭信号を生成するアダプタ素子を含めることができる。
本発明のさらなる実施例では、影像信号を生成する前記手段に、切削後の記録ヘッドの影像信号を生成すると共に、ポールチップアセンブリの成形のための切削プロセスが成功裡に完了したことを表すべく、この影像の関数として切削成功信号を生成する制御手段を含めてもよい。
本発明のさらなる実施例では、前記プラットホームには、集束粒子ビームに接触するよう複数の記録ヘッドを配置する搬送トレイ素子が含まれる。
本発明のさらなる実施例では、本システムには、記録ヘッドの表面に輪郭形成するための切削信号を生成する多次元切削素子を有するプロセッサ素子を含めることができる。この多次元切削素子には、粒子ビームにより記録ヘッドの一部分に搬送されるエネルギを制御する線量制御素子を含めることができる。ある実施例では、この線量制御素子は、集束粒子ビームが記録ヘッドに向けられる時間の尺度を表す停止時間信号を生成する停止制御素子を有する走査発生板を含む。ある実施例では、この線量制御素子は、記録ヘッドの離散位置に集束粒子ビームを向ける時間の尺度を表すピクセル信号を座標信号の関数として生成するピクセル線量制御素子を含む。
本発明のある好適な実施例では、本システムはビーム尾が減少する集束粒子ビームを生成する、集束素子を有する集束粒子ビームの源を含む。典型的には、この集束粒子ビームには集束イオンビームを生成するイオンビーム源が含まれ、このイオンビーム源には第一レンズが含まれるが、この第一レンズは、この第一レンズを負バイアスするための電源に接続されたものである。この実施例では、この集束粒子ビーム源は減少するビーム尾電流を有する集束粒子ビームを生成する。このイオンビーム源には液体金属イオン源又は気体フィールドイオン源素子を含めてもよい。
さらなる態様では、本発明は磁界を提供するための陽極及び陰極を含む薄膜磁気記録ヘッドを提供するものであり、前記極の一方は所定の磁界特性を持つ磁界を提供する連続傾斜表面を有する。ある一実施例では、この薄膜磁気記録ヘッドは、記録ヘッドの第一表面と記録ヘッドの第二表面との間で谷を形成する連続傾斜表面を有する。
従って、本発明は集束粒子ビームを利用して記録ヘッドのポールチップアセンブリを成形するプロセスを提供するものであり、前記粒子ビームに接触するようプラットホーム上に記録ヘッドを配置するステップと、記録ヘッドの影像信号を生成するステップと、前記影像信号に応答して、集束粒子ビームに対する記録ヘッドのポールチップアセンブリの相対位置を表す座標信号を生成するステップと、記録ヘッドの所定部分に集束粒子ビームを印加する旨の命令を表す切削信号を生成することで、記録ヘッドの所定部分を切削してポールチップアセンブリを成形するステップとを含む。好ましくは、このプロセスに、記録ヘッド上に発生する可能性のある静的電荷を中和する電荷中和素子を提供する第一ステップを含めるとよい。
ある一実施例では、座標信号を生成する前記ステップが、記録ヘッドの端部を検出すると共に、集束粒子ビームに対する前記記録ヘッド端部の相対位置を表す端部信号を生成するステップを含む。さらにこのプロセスには切削信号を生成するステップを含めてもよいが、この切削信号を生成するステップは、影像信号の関数として記録ヘッドのパターン外形を表す外形信号を生成するステップをさらに含むものである。さらに、切削信号を生成する前記ステップには、前記外形信号を、所定の記録ヘッドトポロジを表すパターン信号に比較するステップをさらに含めてもよい。外形信号をパターン信号に比較する前記ステップには、所定の記録ヘッドトポロジに記録ヘッドを概ね一致させるために、記録ヘッドに彫刻しようとする一つ又はそれ以上の領域を表す彫刻パターン信号を判定するステップを含めることができる。
さらなる実施例では、本プロセスは可能な限り効率的な切削プロセスを達成するよう適合させることができる。ある一実施例では、切削パターン信号を判定する前記ステップには、記録ヘッドを所定の記録ヘッドトポロジに概ね一致させるための最短時間を有する切削パターンを表す最小彫刻時間信号を判定するステップが含まれる。同様に、切削パターン信号を判定する前記ステップには、記録ヘッドを所定の記録ヘッドトポロジに概ね一致させるために取り除くべき最小領域を有する切削パターンを表す最小彫刻領域信号を判定するステップを含めることができる。この実施例では、このプロセスに、外形信号を複数のパターン信号に比較し、該パターン信号のうちの一つを該比較の目的として選択することで切削信号を生成する、さらなるステップを含めることが好ましい。
従って、本発明のプロセスはポールチップアセンブリの外形影像を生成すると共に、このポールチップアセンブリの外形を多数の既知のパターン信号に比較することでこの影像を分析して、ポールチップアセンブリを彫刻するのに概ね最適なパターン信号を選択することができる。さらに、このプロセスには、影像化されたポールチップアセンブリの外形を、保存されたモデル外形信号のうちの複数に比較するステップを含めてもよく、前記モデル外形信号はそれぞれ、ポールチップアセンブリの可能性のある外形を表すものであり、それにより、モデル外形信号のうちどれが、影像化された外形信号に最も似ているかが判定され、またこの比較によりポールチップアセンブリを切削するためのパターン信号が判定される。
ある一つの実施例では、本プロセスは粒子ビームを偏向させる位置を表す命令信号を生成する。あるいは選択に応じ、本プロセスにはプラットホームを移動させる位置を表す命令信号を生成するステップを含めてもよい。記録ヘッドに集束イオンビームを印加するための代替的方法は、本発明の範囲から逸脱することな本発明を用いて実施可能である。
本発明のある好適な実施例では、本プロセスには三次元で彫刻を行うよう集束粒子ビームを制御する切削信号を生成するステップが含まれる。好ましくは、集束粒子ビームを制御するこのステップには、集束粒子ビームが記録ヘッドの一部分に搬送するエネルギを制御するステップが含まれるとよく、また、記録ヘッド上のある位置に集束粒子ビームを向ける時間の尺度を表す停止時間を制御するステップを含めることができる。本プロセスには、切削しようとする各離散位置又はピクセルに対し、その特定の離散部分のための線量を生成する、さらなるステップを含めることができる。あるいは選択に応じ、本プロセスには、搬送される線量を制御するために記録ヘッドの所定部分に渡って走査する回数を判定し、それにより記録ヘッドの切削深さを制御するステップを含めてもよい。
さらなる態様では、本発明は、集束粒子ビームの源を提供するステップと、記録ヘッドをプラットホーム上に配して記録ヘッドを集束粒子ビームに接触するよう配置するステップと、記録ヘッドの影像信号を生成するステップと、前記影像信号に応答して、集束粒子ビームに対する記録ヘッドの相対位置を表す座標信号を生成するステップと、記録ヘッドに集束粒子ビームを印加する旨の命令を表す切削信号を生成して記録ヘッドを三次元で彫刻し、それにより前記記録ヘッド上に輪郭付表面を切削するステップとを含む切削プロセスにより形成される薄膜記録ヘッドとして理解される。本発明のこの態様に基づく薄膜記録ヘッドは、記録ヘッドの上面と記録ヘッドの下面との間に延在する輪郭付表面を有することができる。
上述の概要、並びに下記の本発明の代表的実施例の詳細な説明は、添付の図面を参照しつつ読まれたときにより良く理解されるであろう。本発明を描写する目的で述べておくと、提供した図面は現在好適である実施例を描いたものである。本発明は図示の通りの構成及び器具装備に限定されるものではないことを理解されねばならない。
図示の実施例の簡単な説明
図１は、薄膜磁気記録ヘッドを製造するための本発明の一システムを示す。
図２は、磁気媒体のデータトラック上に配された本発明の一薄膜磁気記録ヘッドを示す。
図３は、図２に図示された記録ヘッドのポールチップアセンブリをより詳細に示す。
図４は、図１に図示されたシステムのパターン認識素子及びプロセッサ素子の動作を示す。
図５は、図１に図示されたシステムを用いて実行するのに適したデジタルラスター切削プロセスを示す。
図６は、本発明により製造されたポールチップアセンブリを示す。
図７は、本発明により製造された、輪郭線を付された表面を有する変更例のポールチップアセンブリを示す。
図８は、図１に図示されたシステムに複数の読み取り／書き込みヘッドを搬送するための搬送トレイを示す。
図９は、図１に図示されたシステムと共に用いるのに適したイオン柱を示す。
図１０は、読み取り／書き込みヘッドを製造するための本発明の一プロセスのフローチャートである。
図示の実施例の詳細な説明
本発明は、優れた薄膜磁気ヘッドと、集束粒子ビームを用いてポールチップアセンブリの精確なジオメトリを形成することにより本発明の優れた薄膜磁気ヘッドを製造するためのシステム及び方法を提供する。本発明は、以下の実施例の詳細な説明から理解される。
図１は、薄膜磁気ヘッドを製造するためになされた本発明のある集束粒子ビームシステム１０を図示する。図１のシステム１０は、イオン柱１２、真空室２２、選択可能な反応体材料搬送システム３４及びユーザ制御ステーション５０を含む。システム１０は、表面に輪郭線を付された薄膜記録ヘッドを含む薄膜記録ヘッドを精確に切削可能な集束粒子ビームシステムを提供する。これらの記録ヘッドは、真空室２２内に配置され、柱１２から発せられる粒子ビームにより作動して記録ヘッドのポールチップアセンブリを切削する。明確化のために、図２には真空室２２内に配置することができ、かつシステム１０により加工される記録ヘッドの一例が図示されている。
図２は、システム１０により製造される薄膜記録ヘッドのある一種類の一例を図示している。図２には、ハードディスク７０、薄膜磁気読み取り／書き込みヘッド７２、ポールチップアセンブリ７４、データトラック７６及び延長アーム８０が図示されている。図２に図示されるように、読み取り・書き込み記録ヘッド７２は、アーム８０の遠位端に配置され、回転ディスク７０の真上に位置している。読み取り・書き込みヘッドは、データトラック７６を形成する磁気パルスを生成または描出することにより、デジタルデータの記録および読み取りを行う。
図３は、図２に図示された読み取り・書き込みヘッド７２のポールチップアセンブリをより詳細に図示している。図３にはポールチップアセンブリ７４、第１ポール８２、第２ポール８４、ポールギャップ８６、凹面９０、凹面９２及びディスク７０が図示されている。
図３の断面図は、読み取り・書き込みヘッド７２の基体内に、読み取り・書き込みヘッド７２のポール８２及び８４が延びていることを示している。図３は更に、ポールの間に間隙を形成するギャップ８６により、ポール８２と８４とが隔てられていることを示している。薄膜磁気ヘッドの分野において公知のように、２つのポール８２と８４とを隔てる分離８６が、２つのポールの間とギャップ８６の上とに磁界パターンを形成させる。このようにして、ポールチップアセンブリ７４は、ディスク７０の磁気媒体内で磁気的反応を誘発することの可能な磁界パターンを生成し、このことにより、ディスク７０上に磁気領域が形成される。このようにして、読み取り／書き込みヘッド７２は、デジタルデータをトラック７６に書き込むことができる。同様に、ディスク７０の磁気スポットは、ポールチップアセンブリ８２及び８４の近傍を通過する際に磁界を形成する。ディスク７０上のスポットにより生成した磁界は、ポールチップアセンブリに磁気反応を起こさせ、読み取り／書き込みヘッド７２により検出可能である。このようにして、記録ヘッド７２を用いて、ディスク７σに書き込まれた磁気データを読み取ることができる。
再び図１に図示された実施例を参照すると、イオン柱１２はイオン源１４、抽出電極１６、集束素子１８、偏向素子１９、及び集束イオンビーム２０を含む。イオン柱１２は真空室２２の上に位置し、真空室２２はステージ２４、プラットホーム２６、読み取り／書き込みヘッド３０、二次粒子検出器２８及び電荷中和素子３２を収容する。図１にさらに示されるように、選択可能な反応体材料搬送システム３４は、リザーバ３６、圧力計４０、電動バルブ素子４２及び搬送導管４４を含む。ユーザ制御ステーション５０は、プロセッサ素子５２、パターン認識素子５４、記憶素子５６、表示素子６０、走査発生素子６２及び停止レジスタ６４を含む。
図１に示されたシステム１０が、真空室２２の内部に反応体材料を供給するための選択可能な反応体材料搬送システム３４を含む真空室２２の上に配置されたイオン柱１２を有する従来の集束イオンビーム（ＦＩＢ）を含んでいることは当業者には明らかであろう。図示されたイオン柱１２が、本発明を実施するのに適した一イオン柱を概略的に表すことは、当業者に理解されるであろう。図示されたイオン柱１２は、例えばガリウムイオン源のような液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）またはヘリウムイオン源のような気体フィールドイオン源（ＧＦＩＳ）でありうるようなイオン源１４を含む。イオン源１４は抽出電極１６の上に配置される。抽出電極１６は、イオン源１４からイオン流を引き出すのに十分な電界を生成する。イオン流は集束素子１８を通過するが、集束素子１８は、精細に集束されたビーム２０にイオン流を集束する従来の電気工学レンズであってもよい。さらに図示されるように、イオン柱１２はイオンビーム２０を偏向して読み取り／書き込み記録ヘッド３０の表面を走査することが可能な偏向素子１９を含む。
同様に、真空室２２は、被加工物記録ヘッド３を保持する搬送トレイ２６のような被加工物を支持するためのステージ２４を含む従来の真空室であってもよい。プラットホーム２６は、好適にはシステム１０による被加工物の変位を三次元的に制御できる移動可能なワークステーションである。同様に、真空室２２は、例えば電子銃のような電荷中和素子３２を含むが、更に、被加工物の影像を生成するのに適した電子、イオン又はその他全ての粒子を検出するための二次粒子検出器２８を含む。ここで概略的に図示された全ての真空室２２は、マサチューセッツ州ピーボディのMicrion Corporationにより販売されるイオンビームワークステーションと共に販売されている真空室を含め、本発明により実施可能である。
同様に、選択可能な反応体材料搬送システム３４は、真空室２２の内部、更に詳細には真空室２２及び被加工物の表面近傍に先駆物質ガスのような反応体材料を搬送するのに適した、いかなる従来の反応体材料搬送システムであってもよい。反応体材料搬送システム３４は、材料を読み取り／書き込みヘッド７４の表面に搬送することにより、ヘッド表面の材料の彫刻を促進し、又は、ヘッド表面へ材料を付着させることが可能である。
図示された反応体材料３４は、反応体材料を被加工物の表面に搬送するためのノズルとして形成された末端部を有する流体搬送導管４４と流体連絡するリザーバ３６を含む。図示された反応体搬送システム３４は、導管４４と接続して被加工物３０の表面に搬送されつつある反応体物質の導管４４内の搬送圧を計測する圧力計４０を含む。圧力計４０は更に電動バルブ素子４２と接続している。電動バルブ素子４４は、流体搬送導管４４を通過するリザーバ３６の反応体材料の流れを増加又は減少させるために、選択的に制御可能である。図１に示された圧力計４０及び電動バルブ４２の構成は、圧力計４０が導管４４内の搬送圧を計測し、かつ電動バルブ４２を反応体材料の流れを増加又は減少させるように選択的に調節することにより、所定の搬送圧を維持するフィードバック制御システムを形成している。
イオン柱１２、電荷中和素子３２及び二次粒子検出器２８の作動は、制御ステーション５０により制御される。図示された制御ステーション５０は、停止レジスタ６４を含んだ走査発生素子６２を有するプロセッサ素子５２を含む。プロセッサ素子５２は、イオンビーム柱１２と接続した制御素子５８と、伝導経路を介して接続している。図示されたプロセッサ素子５２は、ＣＰＵ素子、プログラムメモリ、データメモリ及び入力／出力装置を含んだ従来のコンピュータプロセッサ素子であってもよい。Unixオペレーティングシステムを搭載したSun Workstationは、好適なプロセッサ素子５２の一例である。
図１に更に示されるように、プロセッサ素子５２は、入力／出力装置を介して走査発生素子６２と接続可能である。一実施例においては、走査発生素子は、プロセッサ入力／出力装置を介してプロセッサ素子５２に接続する回路カードアセンブリである。図１に示された回路カードアセンブリ走査発生素子６２は、被加工物３０の表面をイオンビーム２０で走査することにより被加工物３０の表面を選択的に切削しあるいは彫刻するために、システム１０により実行可能な走査パターンを表すデータを記憶するための走査メモリを含む。
図１に示される走査発生素子６２は、粒子ビームシステム１０で加工しようとする記録ヘッドの位置を表すデジタルデータ情報を記憶するのに十分なメモリを有する従来のコンピュータメモリ回路カードであってもよい。一般的に、本発明を実行するのに適した走査発生素子は、一連のメモリ位置を備え、そのそれぞれが記録ヘッド表面の位置に対応している。各メモリ位置は、記録ヘッドの位置Ｘ及びＹに対応するデータを記録し、さらに好適には、粒子ビームを記録ヘッド表面上の一組のＸＹに対応する位置に維持する時間を表すデジタルデータを記憶するための停止レジスタを各位置ＸおよびＹごとに有する。従って、停止レジスタは集束粒子ビームを記録ヘッド表面に印加する停止時間を記憶するためのメモリ位置を提供することにより、記録ヘッドに搬送される線量の制御を可能としている。
被加工物表面のある位置に搬送される線量が、その被加工物位置から材料をどれくらいの深さまで除去するかを概ね決定すると理解してよいということは、集束粒子ビームのプロセス及びシステムの当業者には明らかであろう。従って、停止レジスタに記憶された停止時間信号もまた、粒子ビーム切削加工の深さ、即ちＺ次元を表すと理解してよい。結論的には、このような走査発生素子６２と接続したプロセッサ素子５２は、集束粒子ビームシステムの切削又は彫刻加工を三次元的に制御可能な切削信号を生成する多次元切削素子を提供する。
従って、プロセッサ素子５２は、走査発生素子６２により保持されたＸ、Ｙ及びＺデータを用いて、切削信号を発し、切削信号は伝導経路６６を介してイオン柱１２の制御素子５８に伝導される。図示された実施例においては、切削信号は、偏向素子１９を操作して、集束した粒子ビームで記録ヘッド３０表面を走査又はラスター化し、また粒子ビームを選択した位置に所定の停止時間だけ保持して選択した深さの切削を行うための情報を制御素子５８に提供する。一般に、記録ヘッド３０の表面は、互いに直交する一対のＸ軸とＹ軸とにより定義することの可能な二次元平面に相当する。Ｚ軸は、一般に集束イオンビーム２０の経路と平行に延びると理解されるが、また一般に記録ヘッド３０表面のＸ軸とＹ軸とにより定義される平面と直交する。粒子ビーム２０の位置とビーム２０が記録ヘッド３０の表面に当たる時間とを制御することにより、記録ヘッド３０の所定の位置の材料を除去することが可能である。このように、システム１０が切削プロセスを多次元的に制御するため、粒子ビーム２０が記録ヘッドの表面の所定の部分を除去し、記録ヘッドのポールチップアセンブリの精確なジオメトリフットプリントを形成することが可能である。
図１には、イオンビーム２０を偏向して記録ヘッド３０の表面を走査することにより、記録ヘッド３０表面の所定の位置に集束イオンビームを向けるための偏向素子１９を含むイオン柱１２が図示されているが、集束粒子ビーム加工の当業者には、記録ヘッド表面の所定の位置に集束粒子ビームを向けるのに適したシステムであれば本発明を実施可能であることは明らかであろう。例えば、変更例においては、プラットホーム２６が、切削加工のＸ、Ｙ及びＺ空間に相当するＸ、Ｙ及びＺ空間で移動可能であり、また、プロセッサ素子５２の生成する切削信号を記録ヘッド３０を運ぶステージを駆動するステージ制御システムに送ることができるため、記録ヘッドの所定の部分を、集束粒子ビームの経路内に直接配置して記録ヘッド３０を切削することが可能である。粒子ビームを方向指示する他のシステム及び方法を用いても、本発明の範囲を逸脱することなく本発明を実施することが可能である。
また更に、読み取り／書き込みコンピュータメモリの回路カードアセンブリとして図示されている走査発生素子６２が、位置Ｘ及びＹを表すデータと停止時間を表すデータとを記憶するための記憶位置を提供するプログラムコードにより構成される、アクセス可能なデータメモリを有するコンピュータプラットホーム上で作動するソフトウェアプログラムコードとして選択的に実行されてもよいことは、粒子ビームのプロセス及びシステムの当業者には明らかであろう。このような変更は当業者の技術の範囲内であり、本発明の範囲から逸脱するものではない。
本発明の実施例においては、パターン認識素子５４は、ポールチップアセンブリを含む部分の記録ヘッド３０の表面の影像を生成し、その影像を処理してポールチップアセンブリの精確な位置を判定する。ポールチップアセンブリの位置は、一実施例では、ポールチップアセンブリフットプリントの周囲の座標を、予め定められたレジストレーション点と相対的に定義できる座標信号により表すことが可能である。予め定められたレジストレーション点は、目印として働くが、これを用いることは、集束粒子ビーム加工の予備ステップで被加工物を手作業で配置する方法として、イオンビーム加工の分野では公知である。パターン認識素子５４で用いられる座標システムを初期化するための他のシステム及び方法によっても、本発明の範囲を逸脱することなく本発明を実施することが可能である。
図１に示されたシステム１０は、伝送経路４８を介して図示されたイオン柱１２に接続し、更に伝送経路６８を介して二次粒子検出器２８に接続するパターン認識素子５４を含むが、このとき伝送経路６８は影像データをパターン認識素子５４に伝送し、さらに伝送経路４６を介して電荷中和素子３２に接続し、また伝送経路４６は制御信号を電荷中和素子３２に伝送して電荷中和器３２を駆動又は停止させる。図示された実施例においては、パターン認識素子５４は、更に双方向バスを介して、既知のポールアセンブリフットプリントの外形を表すデータを記憶するためのコンピュータメモリ素子として働くメモリ素子５６に接続する。
図１に示された実施例においては、パターン認識素子５４は、集束イオンビーム柱１２と二次粒子検出器２８とを用いて、記録ヘッド３０表面の影像を生成する。具体的には、パターン認識素子５４は一連の走査された制御信号を発し、これらの信号は、伝送経路４８を介してイオン柱１２の制御素子５８に伝送される。走査された制御信号は、記録ヘッド３０の表面を定義する平面ＸＹを集束イオンビームで走査するように、詳細には、表面３０のポールチップアセンブリを含む部分をイオンビームで走査するように、制御素子に指示する。記録ヘッド表面３０をイオンビーム２０で走査すると、二次電子及び二次イオンを含む二次粒子が放射される。二次粒子検出器２８は、放射された二次粒子を検出し、パターン認識素子５４に影像信号６８を送出する。パターン認識素子５４は、影像信号と、偏向素子１９に適用される偏向信号を生成する走査信号とを同位化し、影像信号と偏向器信号とを相関させることにより、検出した信号を、記録ヘッド表面３０の特定の位置に対応する特定の偏向信号振幅と連関させる。検出器２８は、電子乗算器、マイクロチャネルプレート、二次イオン質量分析器または光子検出器など、多くの種類のうちのいずれでもよい。ここで述べた影像化技術は、集束イオンビーム加工の分野では公知であり、ここで述べた影像化技術に代用、変更、追加または省略を行うことは、本発明の範囲内であると考えられる。望ましくは、影像化プロセスの間、パターン認識素子５４が制御信号を生成し、この制御信号が伝送経路４６を介して電荷中和素子３２に伝送されるとよい。図１に示された電荷中和素子３２は、電子ビームを記録ヘッド表面３０に向ける電子銃である。電子ビームは、影像化動作の間に記録ヘッド表面３０上で生じる蓄積静電圧を中和する。蓄積静電圧を減少させることにより、電荷中和器は、記録ヘッド３０の表面の正電荷が、被加工物の表面３０を走査する正帯電したイオンビーム２０をデフォーカスし偏向させることから生じるイオンビームの焦点ずれ及び偏向を軽減する。このように、電荷中和素子３２により、システム１０は記録ヘッドのポールチップアセンブリのより精確な影像を生成することができる。
パターン認識素子５４は、記録ヘッドの影像を表す影像信号と、パターン認識素子５４の一部を成すコンピュータメモリとを記憶する。パターン認識素子５４は、例えばマサチューセッツ州ニーダムのCognex Corporationにより製造販売されているようなパターン認識プロセッサを含む。更に、パターン認識素子５４は、記録ヘッド表面の影像信号を、ポールチップアセンブリをシステムユーザに対し表示するためのディスプレイ６０に送ることができる。
パターン認識素子５４は、認識素子コンピュータメモリに記憶された影像信号を分析する。本発明の一実施例においては、パターン認識素子５４は、影像信号中でポールチップアセンブリのフットプリントの端部を表す部分を識別するために、端部検出技術を用いている。端部信号は、システム１０の既知のレジストレーション点に対するポールチップアセンブリの相対位置に関する精密情報を提供する。従って、システム１０は、検出された端部を用いて、処理しようとするポールチップアセンブリの位置を精確に定義することができる。
更に別の実施例においては、パターン認識素子５４は、ポールチップアセンブリのフットプリントの各端部を識別する。認識素子は、これらの検出された端部を処理して、影像信号からフィーチャ情報を抽出する。フィーチャは、一般に、ポールチップアセンブリの一部分の輪郭を表す矩形、曲線などのジオメトリ形状など、ジオメトリパターンを表す。端部信号から生成されるジオメトリ信号は、ポールチップアセンブリのフィーチャの位置に関する精確な座標情報を提供する。パターン認識素子５４のフィーチャ抽出素子は、パターン認識素子５４のプログラムメモリに記憶され、パターン認識プロセッサにより実行される信号処理プログラムであってもよい。フィーチャ抽出コードは、各検出された端部の位置情報を分析して、異なる検出された端部間で一致する座標の組み合わせを識別する。一致する座標の組み合わせにより、二つの端部間の交差点が割り出される。フィーチャ抽出素子は、端部とこの交差点とを用いて、検出された端部により形成されるジオメトリパターンを割り出す。ジオメトリパターンは、ポールチップアセンブリのポールの輪郭を成すものである。
図１に示されるように、パターン認識素子５４は、伝送経路を介してプロセッサ素子５２に接続し、また、プロセッサ素子５２にジオメトリパターン情報を伝送するためのインターフェースを含む。情報信号が、電子伝送線による伝送に適した電子デジタルデータ信号として表されてもよいことは、電子工学技術の当業者には明らかであろう。
一実施例においては、プロセッサ素子５２は、ポールチップアセンブリのジオメトリパターン情報を用いて切削すべき記録ヘッドの所定の部分を表すジオメトリパターンを生成するトリム輪郭素子を含むプロセッサ素子５２は、このトリム輪郭から一連の切削命令を生成し、この切削命令は伝送経路６６を介してイオン柱１２の制御素子５８に伝送される。切削命令が、偏向素子１９に、プロセッサ素子５２により判定されたジオメトリパターンに従って記録ヘッド３０表面を走査させる偏向信号を含んでいてもよい。このようにして、プロセッサ素子５２は、切削命令を発し、記録ヘッド３０の所定の部分を削り取るようにイオンビーム２０に指示する。
一実施例においては、プロセッサ素子５２の処理するフィーチャの大きさや位置が様々に異なることがあろう。このような場合、プロセッサ素子５２は、予め定義された切削テンプレートを実際のフィーチャに当てはめることができる。相対的な位置と大きさとの補正は、テンプレートの端部を、パターン認識が探しているモデルの端部にピン留めすることにより行われる。モデルマッチングは、パターン認識の分野では公知である。
プロセッサ素子５２のピン留め動作は、（影像中の）切削部位ジオメトリ端部のモデル端部への論理的接着として理解してもよい。モデルは、プロセッサデータメモリ内にデータとして記憶される。この接着により、切削部位が影像エリア内の任意のフィーチャを追跡することが出来る。ピンもまた、切削サイトジオメトリが検出されたフィーチャを「シュリンク・ラップする」ことを可能にする。この効果は、ピンバイアスを印加する能力と組み合わせて、様々なフィーチャサイズから同じパターンを切削することを可能にする。拘束は、一つ又は二つのトリム部位が明示された寸法を有するように強制することとなる。多く該当するように、切削に特定の寸法が必要である場合は、ピン留めをしても所望の寸法は変わらないように拘束を加えてもよい。このように、正しく機械加工された読み取り／書き込みヘッドを製造するようにパターンを適合させることができる。
上記の説明から理解されるように、図１に示されたシステム１０は、ポールチップアセンブリの位置及びジオメトリを自動的に識別し、この位置及びジオメトリの情報から、記録ヘッドを切削するよう集束粒子ビームを向ける一連の切削信号を生成することにより、所定の磁界パターンを形成するのに適した精確なジオメトリを有するポールチップアセンブリを形成する、薄膜磁気読み取り／書き込みヘッドの製造システムを提供する。このような動作の一つが、図４ａ、４ｂ及び４ｃに図示されている。
図４ａ、４ｂ及び４ｃは、記録ヘッドのポールチップアセンブリを加工するための切削信号を生成する一連のプロセス・ステップを示している。図４ａは、パターン認識素子５４の生成した影像信号が、イオンビーム２０に記録ヘッド３０の表面を走査させることを図示している。図４ａに示されるように、図示されたポールチップアセンブリ１００は、第一のポール１０２、第二のポール１０４及び、第一のポールと第二のポールとの間に配置された間隙１０６を含む。図示されたポールチップアセンブリ１００は、一般的に正方形である第一のポール１０２と、一般的に矩形で、外側部分がポール１０２の外側部分よりも長く延びている第二のポール１０４とを有する。従って、ポールチップアセンブリ１００のパターン認識素子５４により収集された影像信号は、ポールチップアセンブリ１００の外形に関する情報を粒子ビーム処理システム１０に提供する。ポールチップアセンブリ１００の外形は、ポールチップアセンブリ１００のそれぞれのポール１０２及び１０４の位置と方向とに関する情報をシステム１０に提供するものである。更に、ポールチップアセンブリ外形の影像は、読み取り／書き込みヘッドの製造過程で生じる特定の製造欠陥に関する情報をシステムに提供する。図４ａに図示された実施例においては、ポールチップアセンブリ１００の外形は、二つのポール１０２及び１０４の異なる大きさに関する詳細な情報を提供する。
ポールチップアセンブリ１００の影像信号は、図４ａに示されるように、パターン認識素子により処理される。図４ｂは、ポールチップアセンブリ１００が、ポールチップアセンブリ１００の影像上では、その第一の矩形の輪郭１１０と第二の矩形の輪郭１１２とを重ならせていることを示す。図４ｂに更に示されるように、第一の矩形の輪郭１１０は、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ及び１１４ｄとして図示される４つの端部を含む。端部１１４ａと１１４ｂとは、交差して角１１６を形成する。明確化のために、矩形の輪郭１１０の端部と、一つの角１１６とについてしか説明がなされていないが、矩形の輪郭１１２の構成が、矩形の輪郭１１０に関して述べられたのと同様の技術によるものであることは、パターン認識の当業者には明らかであろう。以上に述べたように、パターン認識素子５４は、ポール１１０について、一般にポール１００の軌跡を成す一組の４つの端部１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ及び１１４ｄを認識する。
フィーチャ抽出プログラムは、例えば矩形１１０の左上の角を形成する端部１１４ａと１１４ｂとの間の交差点１１６のような端部間の交差を判定する。フィーチャ抽出コードは、端部信号と交差とから、ポール１００のフットプリントを適切に表すジオメトリパターンを判定する。本発明の一実施例においては、ポールチップアセンブリの精確な配置は、記録ヘッドの近傍に配置されるレジストレーションポストの影像を含めるのに十分な大きさの記録ヘッドの影像を生成することにより判定される。当業においては公知であるように、レジストレーションポストは、精確に定義された位置を有してもよい。パターン認識素子５４は、レジストレーションポストの周知の位置を用いて、レジストレーションポストに対するポールチップアセンブリの位置を表す一連のオフセット座標を判定する。
図示された実施例においては、レジストレーションポストが、記録ヘッドのポールチップアセンブリから十分な距離を置いて配置されているため、第一の影像を十分に低い倍率で取得することができ、このため、レジストレーションポストと、読み取り／書き込みヘッドのポールチップアセンブリとの両方を含んだ影像を生成できる。次のステップで、パターン認識素子５４は、読み取り／書き込みヘッドのポールチップアセンブリ１００を表す第二の影像をより高い倍率で生成する。この高い倍率では、レジストレーションポストは影像の境界線内に現れない。
パターン認識素子５４は、図４ｂに示されたジオメトリパターン情報をプロセッサ素子５２に送る。プロセッサ素子５２は、それぞれがポールチップアセンブリ１００の影像上に重ねられたジオメトリパターンを表す第一のトリム輪郭１２０と第二のトリム輪郭１２２とを含む、図４ｃに示されたトリム輪郭信号を生成する。各トリム輪郭１２０と１２２とは、更に、イオン切削工程にて除去されるべき記録ヘッドの所定部分を表す。図示された実施例においては、図４ｃのトリム輪郭１２０と１２２とは、記録ヘッド部分及びポールチップアセンブリ部分を選択的に除去する二つの彫刻領域を識別し、両ポール１０２及び１０４について大きさの等しい表面を有するポールチップアセンブリ１００を提供する。
プロセッサ素子５２は、トリム輪郭信号１２０及び１２２から、記録ヘッド３０の表面を切削するよう粒子ビーム２０を指向する一連の切削命令を生成する。一実施例においては、プロセッサ素子５２は、イオン柱１２を作動させて図５に示されたようなデジタルラスターパターンを実行するための一連の切削命令を生成する。図５は、一連のピクセル位置１３２を備えたデジタルラスターパターン１３０を図示するが、これらピクセル位置は、それぞれがイオンビーム２０のスポットの大きさに対応し、図示されたデジタルラスターパターン１３０ではビームスポットとほぼ同じ大きさであり、好適には切削工程における重なりを十分に可能にする程度の小ささであるピッチ１３４により分離されている。このようなビームスポットの大きさは、約０．７ミクロンである。このため、図５に示されるように、プロセッサ素子５２は、トリム輪郭１２０から、記録ヘッド３０表面を切削してトリム輪郭信号１２０によりアウトラインされた記録ヘッドの部分を除去する粒子ビーム２０を向ける位置Ｘ及びＹを表す一連の切削命令を生成する。
以上に述べたように、本発明の好適な実施例においては、プロセッサ素子５２は、位置１３２に粒子ビーム２０を保持する時間を表す停止時間信号を各ピクセル位置１３２毎に設定可能な走査発生素子を有する。このような方法で、プロセッサ素子５２により生成された切削信号は、記録ヘッド３０から材料を除去するためのパラメータＸ、ＹおよびＺのいずれをも表す。あるいは、プロセッサ素子５２が、トリム輪郭信号１２０により定義された表面領域を集束粒子ビームが継続的に横断するアナログラスターパターンを表す一連の切削信号を生成してもよい。このような実施例においては、記録ヘッド表面３０の所定範囲を、粒子ビームが横断する回数を制御することにより、粒子ビームが表面を切削する深さを調節することが可能である。記録ヘッド３０への線量を制御する他の方法を材料を除去する深さを制御するためには、記録ヘッド３０への線量を制御するその他の方法も、本発明においてその範囲を逸脱することなく実施することが可能である
図６は、記録ヘッド表面の部分を選択的に除去する本発明のシステムを用いて切削された、ある一つの記録ヘッドポールチップアセンブリ１４０を図示している。図６に示されるように、集束粒子ビームは、二つのポールの表面が実質的に同じ大きさとなるようにポールチップアセンブリの両側から二つの矩形の部分を除去して、ポールチップアセンブリの元のジオメトリを変化させている。図６に示された各除去された部分は、図４に示されたトリム輪郭１２０及び１２２に対応している。図６に示された実施例においては、プロセッサ素子５２の生成した切削信号は、トリム輪郭の全部分と実質的に同じ深さ迄切削を行うよう粒子ビーム２０を向ける。従って、ポールチップアセンブリ１４０は、上部表面と、集束ビームが切削した深さ分、すなわち切削工程で除去されなかった残りの材料から形成された深さ分、上部表面から隔てられた凹形の下部表面とをそれぞれが有する二つのポールを含む。
図７は、ポールチップアセンブリ１４０の変更例を図示する。図７に示されるように、本発明によるシステムは、ポールチップアセンブリのそれぞれの側から一部分を切削して、実質的に同じ大きさの上部表面をそれぞれが有する二つのポールを提供している。図７に更に図示されるように、ポールチップアセンブリから除去されたそれぞれの部分は、図４に図示されたトリム輪郭１２０または１２２のどちらかに対応している。図７は更に、図１に示された走査発生素子６２を用いた切削プロセスを図示している。
具体的には、図７に示されるように、ポールチップアセンブリは２つのポールを含み、そのそれぞれが、第一の上部表面と第二の凹形表面と、更に上部表面と凹形表面との間に切削された通路とを有する。図７に図示されたポールチップアセンブリ１５０は、ポールチップアセンブリ１５０の対向する両側に配置され、それぞれが上部表面１６０と凹形表面１５２及び１５４との間に配置された通路１５６を有する。プロセッサ素子５２は、通路１５６が形成される記録ヘッド３０の位置により多くの線量を提供するように粒子ビーム２０を向けることにより、粒子ビーム２０を指向して通路１５６を形成させる。以上に述べたように、走査発生素子は、彫刻プロセスの切削深さを選択的に制御するために、停止レジスタを有する走査発生基板のような線量制御素子を含んでいてもよい。従って、本発明のシステムは、ポールチップアセンブリ１５０のような、表面に輪郭線を付されたポールチップアセンブリを有する記録ヘッドを提供することができる。これらの輪郭を付された表面は、上部表面と凹型表面との間に延びる傾斜した面を提供するための、連続斜面を有してもよい。凹型斜面の形成を制御することにより、本発明のシステムは、所定の方向特性あるいはパルス幅特性を含む所定の磁場パターン特性を有する記録ヘッドを提供する。
図８は、システム１０により加工されるべき複数の記録ヘッドを提供する本発明を実施するのに適した搬送トレイ１７０を図示している。更に、搬送トレイ１７０は、記録ヘッド１７２上のポールチップアセンブリの精確な座標を判定するためのパターン認識素子５４に利用可能なレジストレーションポスト１７４、１７６及び１７８を含む。このようにして、本発明のシステムは、複数の記録ヘッドのポールチップアセンブリの精密切削を行う。従って、本発明のシステムは、精密なフィーチャを有するポールチップアセンブリを有する薄膜磁気読み取り／書き込みヘッドの大量生産に適する。
図９は、本発明を実行するための好適なイオン柱２００を図示している。図９は、イオン源２０２、抽出電極２０４、レンズ２０６、第二のレンズ２１０、前レンズ偏向用に構成された偏向（八極子）素子２１２、電源２１４、集束イオンビーム２１６、柱シールド２１８及びハウジング２２０を有するイオン柱２００．を図示している。
図９に図示されたイオン柱２００は、具体的には、イオン切削工程において生じるビームテールを減少させるのに適合したものである。当該技術では周知のように、ビームテール効果は、基本的には、粒子のコアビームの周囲にイオン粒子の希薄な周縁部を生じさせる、集束イオンビームの望ましくない拡散状態である。この周縁部は、当該技術では一般にビームテールとして言及される。ビームテール効果は、電子ビーム工程において最初に観察され、当該技術においては、Rempfer他著のJournal of Applied Physics第６３（７）号２１８７ページ（１９８８年）に述べられている。ここに述べられるように、ビームテール効果は、イオン工学レンズ素子内の球状の収差により生じ、高電流ビームではより強まる。
図９に示されたイオン柱２００は、ビームテールの少ない、５万キロボルトの高エネルギーイオンビームを含む、高エネルギー及び低エネルギーのイオンビームを発生する多目的イオン柱である。この柱２００は、抽出電極２０４のごく近傍に配置されたイオン源２０２を提供し、イオン源２０２を第一のレンズ素子２０６に可能な限り近づける。本発明の一実施例においては、源２０２は第一のレンズ２０６から１５ミリメータ以内に近づけられる。第一のレンズ２０６に近づくほどビームテールが減少すると考えられるが、源２０２と第一のレンズ２０６との間に抽出電極又は他の機械的素子を配置すると、源２０２の第一のレンズ２０６に対する配置を妨げる可能性があることが実験により指摘されている。
図９に更に示されるように、柱２００は、第一のレンズ２０６と第二のレンズ２１０とを有する２レンズ柱である。また図９にさらに示されるように、第一のレンズ２０６は、抽出電極２０４に対して負のバイアスを印加されている。第二のレンズ２１０は、地面に対して正のバイアスを、抽出電極２０４に対しては負のバイアスを印加されている。図示された実施例においては、第一のレンズ素子２０６に印加された負のバイアスが、イオン工学レンズアセンブリの球状の収差を更に減少させる。上部又は下部のレンズ２０６又は２１０のうちどちらかが、抽出電極２０４に対して負のバイアスを印加されうることが、実験により指摘されている。しかし、本願の好適な実施例においては、第一のレンズ２０６が負のバイアスを印加されている。
図９に図示されたイオン柱２００は、従来のイオンビーム柱と比較すると、長さが約４インチ長い。図９では、柱ハウジング２２０の上部から柱シールド２１８の底部までの全長が約２０インチである。イオン柱２００が長くなったことにより、多目的イオン柱の動作範囲がより広くなる。
実験により、イオンビーム２１６は、実質的に同じエネルギーレベルの従来のイオンビームと比較すると、ビームテールが少ないことが分かっている。ある実験では、図９に図示されたイオン柱２００を非ブランクモードで約５秒間作動させ、シリコン材料の上に形成された試験物質の表面に向けた。５秒後に、イオンビーム２１６を試験物質から外し、試験物質を調べた。その結果、試験物質には、中心部が１から２ミクロンの一般に円形の切削部分ができており、中心切削箇所の周囲の材料の除去として表れるビームテール切削は事実上見られなかった。これらの試験結果は、イオン柱２１０が、ビームテールがほとんど消失したイオンビーム２１６を提供することを指摘している。
図１０は、集束粒子ビームを用いて記録ヘッドのポールチップアセンブリを形成するための本発明による一プロセス３００を図示しており、記録ヘッドの影像信号を生成し、望ましくは記録ヘッド上で生じる可能性のある静電荷を中和するための電荷中和素子を提供するステップ３１０と、影像信号のパターン認識を実行するステップ３２０と、ポールチップの端部を分析してトリム輪郭を判定するステップ３３０と、記録ヘッドの所定の部分に集束粒子ビームを印加するための命令を表すＸ、Ｙ切削信号を生成するステップ３４０と、記録ヘッドの所定の部分を所定の深さまで切削することによりポールチップアセンブリを成形するために、記録ヘッドの所定の部分に集束粒子ビームを印加するための命令を表すＺ切削信号を生成するステップ３５０と、各Ｘ、Ｙ点の停止時間を生成しＺ座標深さを得るためのステップ３６０と、イオンビームを走査して記録ヘッドを切削するステップ３７０と、切削されたヘッドを影像化して切削が成功裡に行われたか否かをチェックするステップ３８０とを含む。
ステップ３８０では、プロセッサ素子５２は、切削されたポールチップアセンブリ又は記録ヘッドに対し容認可能なパラメータを表すポールチップフィーチャパラメータデータを記憶するためのデータベースメモリを含む。このプロセッサ素子は、切削されたヘッドの影像を用い、またパターン認識素子を動作させて、切削されたヘッドのジオメトリ上のフィーチャを判定し、ヘッドが正しく切削されたか否かを確認することができる。切削が成功裡に行われた場合は、システムは切削成功信号を発し、次のヘッドを切削する。又は、プロセッサ素子５２は、ポールチップアセンブリの彫刻を終了するための新たな一組の信号を生成してもよいか否かを判定する。
更に別の実施例においては、彫刻プロセスを可能な限り効率的に行うために、このプロセスを適合させることもできる。一実施例においては、彫刻パターン信号を判定するステップは、記録ヘッドを所定の記録ヘッドトポロジに概ね一致させるための最短時間を有する切削パターンを表す最短彫刻時間信号を判定するステップを含む。同様に、彫刻パターン信号を判定するステップが、記録ヘッドを所定の記録ヘッドトポロジに概ね一致させるために取り除くべき最少領域を有する切削パターンを表す最少彫刻領域信号を判定するステップを含んでいてもよい。この実施例では、本発明のプロセスは、好適には、外形信号を複数のパターン信号と比較し、また比較の目的としてパターン信号のうちの一つを選択することで切削信号を生成する更なるステップを含む。
従って、本発明のプロセスは、ポールチップアセンブリの外形の影像を生成し、そのポールチップアセンブリの外形を多くの既知のパターン信号と比較してポールチップアセンブリを彫刻するのに概ね最適なパターン信号を選択することにより、前記の影像を分析することが可能である。更に、このプロセスは、影像化されたポールチップアセンブリの外形を、それぞれがポールチップアセンブリの持ち得る外形を表す複数の記憶されたモデル外形信号と比較し、モデル外形信号のうちのどれが影像化された外形信号に最も似ているかを判断し、この比較からポールチップアセンブリを切削するためのパターン信号を判定するステップを含んでいてもよい。
以上の説明から明らかなように、本発明のシステム及び方法は、薄膜記録ヘッドを形成する優れたシステム及び方法と、輪郭線を付された表面を有する記録ヘッドとを提供する。本発明の広義の発明の精神から逸脱することなく上記実施例及びプロセスに変更を加え得ることは、薄膜記録製造技術の当業者によって認められるであろう。またそれゆえに、本発明がここに述べられた特定の実施例のみに限定されるものではなく、添付のクレームに定義された本発明の精神及び範囲内にある改良を網羅するものとして意図されていることも理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図８】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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