(57)【要約】【課題】特性に優れたＣＰＰリード・ヘッドを得る。【解決手段】本発明の一実施形態において、ＣＰＰリード・ヘッド１１は、磁気抵抗センサ１１２の両側にハードバイアス膜１１５を有する。ハードバイアス膜１１５は、積層された下層硬磁性層１５１と上層硬磁性層１５２とを有する。上層硬磁性層１５２の飽和磁束密度及び残留磁束密度は、下層硬磁性層１５１よりも大きい。下層硬磁性層１５１の保磁力は上層硬磁性層１５２の保磁力よりも大きい。上部シールド１１３、自由層２１５と重なる平坦部を有し、その平坦部の幅は自由層２１５よりも大きい。磁気特性の異なる硬磁性層でハードバイアス膜を形成することで、シールド間隔を小さくすると共に、シールドを平坦化することができる。【選択図】図２
2009087474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由層と、固定層と、前記自由層と前記固定層との間にある非磁性中間層と、を有する磁気抵抗センサ膜と、前記磁気抵抗センサ膜の両側に形成されており、前記自由層の磁化状態を安定化させるための硬質磁性材料からなるハードバイアス膜と、前記磁気抵抗センサ膜の積層方向に検知電流を流すために、前記磁気抵抗センサ膜の両側端に配置された絶縁膜と、前記磁気抵抗センサ膜を上下方向において挟むように形成された上部シールド及び下部シールドと、を有する磁気リード・ヘッドにおいて、
前記ハードバイアス膜のそれぞれは、積層された第１硬磁性層と第２硬磁性層とを有し、
前記第１硬磁性層の飽和磁束密度及び残留磁束密度は、前記第２硬磁性層よりも大きい材料により構成されており、
かつ、
前記第２硬磁性層の保磁力は前記第１硬磁性層の保磁力よりも大きい材料により構成されており、
前記上部シールドは、前記自由層と重なる平坦部を有し、その平坦部の幅は前記自由層の幅以上である、事を特徴とした、
ＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項２】
前記第１の硬磁性層の少なくとも一部と前記自由層の少なくとも一部とは、高さ位置が一致している、事を特徴とした、
請求項１に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項３】
前記第１硬磁性層の下面の高さ位置と前記自由層の下面の高さ位置とが一致している、事を特徴とした、
請求項２に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項４】
前記固定層、前記非磁性中間層、前記自由層は、下方から上方に順次積層されて配置されており、
前記第１硬磁性層が前記第２硬磁性層よりも上に形成されている、事を特徴とした、
請求項２に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項５】
前記第１硬磁性層端と前記磁気抵抗センサ膜端、自由層端の距離は、
前記第２硬磁性層端と前記磁気抵抗センサ膜端、自由層端との距離よりも小さい事を特徴とする、
請求項１に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項６】
前記第１硬磁性層及び第２硬磁性層のそれぞれの膜の厚みは、前記自由層の側端から、前記下部シールドと上部シールドとの間の間隔離れた位置において、内側の膜厚の略２倍であり、
前記上部シールドの平坦部の幅は、前記下部シールドと上部シールドとの間の間隔の２倍の値と前記自由層の幅とを加算した値と略一致する、事を特徴とした、
請求項１に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項７】
前記第１硬磁性層及び第２硬磁性層は、Ｃｏを主成分とする合金で形成された単層構造もしくは多層構造を有しており、
前記第１硬磁性層の残留磁束密度は１．０Ｔ以上である、事を特徴とした、
請求項１に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド。
【請求項８】
自由層と、固定層と、前記自由層と前記固定層との間にある非磁性中間層と、を有する磁気抵抗センサ膜を形成し、
前記磁気抵抗センサ膜の積層方向に検知電流を流すために、前記磁気抵抗センサ膜の両側端に絶縁膜を形成し、
真空チャンバ内において、前記絶縁膜について前記磁気抵抗センサ膜上に、ハードバイアス膜の一部を構成する下層硬磁性層をイオン・ビーム・デポジションにより付着し、
前記真空チャンバ内において、前記下層硬磁性層の前記磁気抵抗センサ膜側端側の一部を、イオン・ビーム・エッチングにより除去し、
前記真空チャンバ内において、前記下層硬磁性層の上に、前記ハードバイアス膜の一部を構成する上層硬磁性層をイオン・ビーム・デポジションにより付着し、
前記上層硬磁性層と前記下層硬磁性層の一方は、他方よりも大きな飽和磁束密度及び残留磁束密度と小さい保磁力を有し、
前記真空チャンバ内において、前記上層硬磁性層の前記前記磁気抵抗センサ膜側端側の一部を、イオン・ビーム・エッチングにより除去し、
前記真空チャンバ内において、前記上層硬磁性層の上にハードバイアス・キャップ膜を形成する、事を特徴とした、
ＣＰＰ磁気リード・ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記磁気抵抗センサ膜の形成は、イオン・ビーム・デポジションとイオン・ビーム・エッチングとを使用し、前記磁気抵抗センサ膜、前記下層硬磁性層、前記上層硬磁性層の形成における前記イオン・ビーム・デポジションと前記イオン・ビーム・エッチングにおいて、イオン・ビーム及びスパッタ粒子ビームは入射角を変化させながら斜面に入射し、前記入射角は予め設定された角度範囲に限定さている、事を特徴とした、
請求項８に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記磁気抵抗センサ素子近傍に配置された前期ハードバイアス膜は、イオン・ビーム・デポジション装置とイオン・ビーム・エッチング装置とが一個の真空装置を介して結合した装置によって形成される事を特徴とした、
請求項８に記載のＣＰＰ磁気リード・ヘッド及び製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＰＰ（Current Perpendicular Plane）型磁気リード・ヘッドの構造及びその製造方法に関し、特に、ＣＰＰ磁気リード・ヘッドにおけるハードバイアス膜構造及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、磁気記録媒体と磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体上のデータは磁気ヘッドによって読み書きされる。ＨＤＤ中にある磁気ヘッドは、磁気記録媒体（磁気ディスク）に磁化信号として情報を記録するライト・ヘッドと、磁気記録媒体に磁化信号として記録された信号を読み取るリード・ヘッドとから構成されている。リード・ヘッドは複数の磁性薄膜及び非磁性薄膜からなる磁気抵抗効果積層体から構成されており、磁気抵抗効果を利用して信号を読み取るため、磁気抵抗効果ヘッドと呼ばれる。
【０００３】
磁気抵抗効果ヘッドの積層構造にはいくつかの種類があり、その用いる磁気抵抗の原理からＡＭＲヘッド、ＧＭＲヘッド、ＣＰＰ−ＧＭＲヘッド、ＴＭＲヘッドなどに分類される。それぞれ、ＡＭＲ（磁気抵抗効果）、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）、ＣＰＰ−ＧＭＲ効果（Current Perpendicular Plane GMR効果）、ＴＭＲ効果（トンネル磁気抵抗効果）を用いて、磁気記録媒体からリード・ヘッドに入ってくる入力磁界信号を電圧変化として取り出している。
【０００４】
現在、記録情報の高密度化の進展により、より高感度な情報信号の再生方式が必要とされている。記録密度７０〜１５０（Ｇｂ／ｉｎ２）では、ＭＲ比が非常に高いＴＭＲリード・ヘッドが感度向上の面から有利である。そして、１５０（Ｇｂ／ｉｎ２）を超える超高記録密度に対してはＣＰＰ−ＧＭＲリード・ヘッド等が主流になると考えられる。例えば、ＣＰＰ−ＧＭＲについて特許文献１に開示されている。ＴＭＲ及びＣＰＰ−ＧＭＲは、磁気抵抗効果積層体の膜面に対して平行にセンス電流が流れるＣＩＰ−ＧＭＲ（Current In Plane GMR）と異なり、素子センサ膜面に垂直な方向、つまり素子センサ膜面の積層方向にセンス電流を流す方式である。このような方式をＣＰＰ方式と呼ぶ。また、そのようなリード・ヘッドをＣＰＰリード・ヘッドと呼ぶ。
【０００５】
図１７は、ＣＰＰリード・ヘッド７１の構造・構成を模式的に示す断面図である。磁気抵抗センサ７１２は、下部シールド７１１と上部シールド７１３との間にある。下部シールド７１１と上部シールド７１３とは、磁気シールドとして機能すると共に、磁気抵抗センサ７１２にセンス電流を供給する下部電極と上部電極として兼用される。なお、上部シールド７１３の下には、導体からなる上部磁気隔離膜７１４が形成されている。
【０００６】
磁気抵抗センサ７１２は、下層側から順次積層された、センサ下地層２７１、反強磁性膜２７２、固定層２７３、非磁性中間層２７４、自由層２７５及びセンサ・キャップ膜２７６を有している。固定層２７３には、反強磁性膜２７２との交換相互作用が働き、その磁化方向が固定される。リード・ヘッド７１がＴＭＲヘッドである場合、非磁性中間層２７４はアルミナ（ＡＬ２Ｏ３）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの絶縁体で形成され、ＣＰＰ−ＧＭＲを使用する場合、非磁性中間層２７４はＣｕ合金などの非磁性導体を使用して形成される。自由層２７５のトラック幅はＴｗｆで示されている。
【０００７】
磁気抵抗効果ヘッドは、固定層２７３の磁化方向に対する自由層２７５の相対的な磁化方向の変化によって抵抗が変化する事を利用し動作する。すなわち、固定層２７３の磁化方向に対し自由層２７５の磁化方向が、磁気ディスクからの情報磁界によって変化すると、磁気抵抗センサ７１２の抵抗値（電流値）が変化する。リード・ヘッド７１は、磁気抵抗センサ７１２の抵抗値（電流値）を検知する事により、狭小化した外部情報磁界を検出することができる。磁気抵抗センサ素子７１２の左右両側には、ハードバイアス膜７１５が存在する。ハードバイアス膜７１５からのバイアス磁界が、自由層２７５に印加され、自由層２７５を単磁区化するように働き、自由層の磁化動作を安定化させる。ハードバイアス膜７１５は、ハードバイアス下地膜７１６の上に形成されている。ハードバイアス下地膜７１６の下層として、ジャンクション絶縁膜７１７が形成されている。絶縁膜７１７は、ハードバイアス下地膜７１６と下部シールド膜７１１及び磁気抵抗センサ７１２の間に存在し、センス検知電流が磁気抵抗センサ７１２の外側を流れないようにする。
【０００８】
次に、図１８を参照して、ＣＰＰリード・ヘッド７１のセンサ素子部の、製造工程を説明する。まず、磁気抵抗センサ７１２を構成する多層膜を、下部シールド膜が形成された基板上に、スパッタリング成膜方法により付着形成する（Ｓ３１）。
その後、磁気抵抗センサ素子形状を形成するため、フォトレジスト塗布-エッチング手法を使用して、トラック幅方向に対して奥行き方向の端部形成とトラック幅方向の形状形成を行う。トラック幅形状形成時に、自由層端部にハードバイアス膜を配置形成する。その工程は以下である。磁気抵抗センサ７１２の多層膜上にレジスト塗布を行い、パターニングによってレジストが形成（Ｓ３２）する。さらに、イオン・ミリングを使用したエッチングによって磁気抵抗センサ７１２のトラック幅を形成する（Ｓ３３）。その後、必要に応じて磁気抵抗センサ７１２の側端部を酸化処理した後（Ｓ３４）、絶縁膜７１７を形成する（Ｓ３５）。さらに、ハードバイアス下地膜７１６及びハードバイアス膜７１５を形成する（Ｓ３６）。その後、レジストをリフトオフし（Ｓ３７）、上部磁気隔離膜７１４、上部シールド膜７１３を形成する（Ｓ３８）。
【特許文献１】特開平３−１５４２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ハードバイアス膜７１５は、強い磁界強度と安定性とを得るために、大きな保磁力と高い磁束密度を示す必要がある。しかし、一般に、大きな保磁力を示す磁性材料は磁束密度が低く、また高い磁束密度を示す磁性材料は高い保磁力を示さない。そのため、従来のハードバイアス膜７１５設計は、磁化安定性を満足する所定の保磁力値以上の磁性材料の中から高い磁束密度を示す材料を選択し、必要な安定性と磁束量とを満たすように膜厚を設定する事となる。従って、ヘッド特性の安定性を向上させ、確保するためにはハードバイアス膜の膜厚を厚く設定する必要がある。
【００１０】
高記録密度化が進展した世代のＣＰＰ−ＴＭＲ／ＧＭＲヘッドにおいては、自由層トラック幅Ｔｗｆを狭小化すると共に、シールド間隔Ｇｓを狭小化することが必要である。しかし、現状のハードバイアス膜７１５では、ヘッド特性の安定性を確保するためには、その膜厚を薄膜化することができない。このため、磁気抵抗センサ７１２の上において上部シールド膜７１３が凹形状となり、シールド間隔を平坦化することができない、あるいは平坦化されている幅が小さくなる。
【００１１】
このように、自由層トラック幅Ｔｗｆに対する上部シールド７１３（シールド間隔）の平坦化が十分ではないと、磁気抵抗センサ７１２端部で上部シールド７１３の効果が減少し、読み込み滲み幅が増大する問題がある。特に、シールド間隔Ｇｓが小さいリード・ヘッドにおいてこの問題は顕著となる。この観点から、シールド間隔Ｇｓの狭小化には限界のあるものであった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様に係るＣＰＰ磁気リード・ヘッドは、自由層と、固定層と、前記自由層と前記固定層との間にある非磁性中間層と、を有する磁気抵抗センサ膜と、前記磁気抵抗センサ膜の両側に形成されており、前記自由層の磁化状態を安定化させるための硬質磁性材料からなるハードバイアス膜と、前記磁気抵抗センサ膜の積層方向に検知電流を流すために、前記磁気抵抗センサ膜の両側端に配置された絶縁膜と、前記磁気抵抗センサ膜を上下方向において挟むように形成された上部シールド及び下部シールドとを有する。前記ハードバイアス膜のそれぞれは、積層された第１硬磁性層と第２硬磁性層とを有する。前記第１硬磁性層の飽和磁束密度及び残留磁束密度は、前記第２硬磁性層よりも大きい。前記第２硬磁性層の保磁力は前記第１硬磁性層の保磁力よりも大きい。前記上部シールドは、前記自由層と重なる平坦部を有し、その平坦部の幅は前記自由層の幅以上である。上記ハードバイアス膜によりハードバイアス膜の薄膜化が可能となり、さらに、上部シールド平坦部の幅は前記自由層の幅以上であることで、リード・ヘッドの特性を向上することができる。
【００１３】
好ましくは、前記第１の硬磁性層の少なくとも一部と前記自由層の少なくとも一部とは、高さ位置が一致している。これにより、第１の硬磁性層の磁化フラックスを効果的に自由層に与えることができる。さらに、好ましくは、前記第１硬磁性層の下面の高さ位置と前記自由層の下面の高さ位置とが一致している。これにより、第１の硬磁性層のフラックスをより効果的に自由層に与えることができる。あるいは、前記固定層、前記非磁性中間層、前記自由層は、下方から上方に順次積層されて配置されており、前記第１硬磁性層が前記第２硬磁性層よりも上に形成されていることが好ましい。これにより、第２硬磁性層の膜厚の選択の幅が広くなる。
【００１４】
好ましくは、前記第１硬磁性層と前記磁気抵抗センサ膜端との距離は、前記第２硬磁性層と前記磁気抵抗センサ膜端との距離よりも小さい。これにより、
絶縁信頼性を維持した状態で第１の硬磁性層のフラックスをより効果的に自由層に与えることができる。
【００１５】
前記第１硬磁性層及び第２硬磁性層のそれぞれの膜厚は、前記自由層の側端から、前記下部シールドと上部シールドとの間の間隔以上、離れた位置において、内側の膜厚の略２倍であり、前記上部シールドの平坦部の幅は、前記下部シールドと上部シールドとの間の間隔の２倍の値と前記自由層の幅とを加算した値と略一致することが好ましい。これによって、優れたＣＰＰリード・ヘッドの特性を実現し、ハードバイアス膜の安定性を高めることができる。
【００１６】
前記第１硬磁性層及び第２硬磁性層は、Ｃｏを主成分とする合金で形成された単層構造もしくは多層構造を有しており、前記第１硬磁性層の残留磁束密度は１．０Ｔ以上であり、前記第２硬磁性層の残留磁束密度は１．０Ｔ以下であることが好ましい。これにより、優れたハードバイアス膜を実現することができる。
【００１７】
本発明の他の態様はＣＰＰ磁気リード・ヘッドの製造方法である。この製造方法は、自由層と、固定層と、前記自由層と前記固定層との間にある非磁性中間層と、を有する磁気抵抗センサ膜を形成する。前記磁気抵抗センサ膜の積層方向に検知電流を流すために、前記磁気抵抗センサ膜の両側端に絶縁膜を形成する。真空チャンバ内において、前記絶縁膜について前記磁気抵抗センサ膜の反対側に、ハードバイアス膜の一部を構成する下層硬磁性層をイオン・ビーム・デポジションにより付着する。前記真空チャンバ内において、前記下層硬磁性層の前記磁気抵抗センサ膜側端の一部を、イオン・ビーム・エッチングにより除去する。前記真空チャンバ内において、前記下層硬磁性層の上に、前記ハードバイアス膜の一部を構成する上層硬磁性層をイオン・ビーム・デポジションにより付着し、前記上層硬磁性層と前記下層硬磁性層の一方は、他方よりも大きな飽和磁束密度及び残留磁束密度と小さい保磁力を有する。前記真空チャンバ内において、前記上層硬磁性層の前記前記磁気抵抗センサ膜側端の一部を、イオン・ビーム・エッチングにより除去する。前記真空チャンバ内において、前記上層硬磁性層の上にハードバイアス・キャップ膜を形成する。これにより、優れた特性を示すハードバイアス膜を有するＣＰＰリード・ヘッドを効率的に製造することができる。
【００１８】
好ましくは、前記磁気抵抗センサ素子の形成は、イオン・ビーム・デポジションとイオン・ビーム・エッチングとを使用し行う。前記磁気抵抗センサ素子形状、前記下層硬磁性層、前記上層硬磁性層の形成における前記イオン・ビーム・デポジションと前記イオン・ビーム・エッチングにおいて、イオン・ビーム及びスパッタ粒子ビームはレジストパターンを形成した基板上への入射角を変化させながら斜面に入射する。前記入射角は予め選定された角度範囲に限定し処理される。これにより、ハードバイアス膜の形状及び厚みを正確に制御することができる。また、望ましくは、これらの工程は、イオン・ビーム・デポジション装置とイオン・ビーム・エッチング装置の結合装置を使用し、同一真空層の中で真空を破らず連続して処理される。これにより、特性の良好なＣＰＰリード・ヘッドが効率よく製造可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＣＰＰ磁気リード・ヘッドの特性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。なお、以下に説明する実施の形態は、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）のリード・ヘッドに対して本発明を適用したものである。本形態のリード・ヘッドは、磁気抵抗センサ膜の積層方向（膜面に垂直な方向）にセンス電流が流れるＣＰＰ（Current Perpendicular Plane）型のリード・ヘッドである。
【００２１】
本形態の特徴点について説明する前に、まず、磁気ヘッドの全体構成について説明する。図１は、磁気ヘッド１の構造を模式的に示す断面図である。磁気ヘッド１は、磁気ディスク３との間で磁気データを読み書きする。磁気ヘッド１は、その走行方向側（リーディング側）から、リード・ヘッド１１とライト・ヘッド１２とを有している。磁気ヘッド１は、スライダ２のトレーイング側（リーディング側の反対側）に形成されている。リード・ヘッド１１は、リーディング側から、下部シールド１１１、磁気抵抗センサ１１２、上部シールド１１３を有している。
【００２２】
ライト・ヘッド１２は、薄膜コイル１２１と記録磁極１２２とを有している。薄膜コイル１２１は、絶縁体１２３に囲まれている。ライト・ヘッド１２は、薄膜コイル１２１を流れる電流で記録磁極１２２間に磁界を発生し、磁気データを磁気ディスク１１に記録するインダクティブ素子である。リード・ヘッド１１は磁気抵抗型の素子であって、磁気異方性を有する磁気抵抗センサ１１２を備え、磁気ディスク２からの磁界によって変化するその抵抗値によって磁気ディスク２に記録されている磁気データを読み出す。本形態のリード・ヘッドはＣＰＰリード・ヘッドであり、下部シールド１１１及び上部シールド１１３がセンス電流を磁気抵抗センサ１１２に供給する電極として使用される。
【００２３】
磁気ヘッド１はスライダ３を構成するアルチック（ＡｌＴｉＣ）基板に、薄膜形成プロセスを用いて形成される。磁気ヘッド１とスライダ３とが、ヘッド・スライダを構成する。ヘッド・スライダは磁気ディスク３上を浮上しており、その磁気ディスク対抗面２１をＡＢＳ（Air Bearing Surface）と呼ぶ。磁気ヘッド１はライト・ヘッド１２とリード・ヘッド１１の周囲にアルミナなどの保護膜１３を備え、磁気ヘッド１全体はその保護膜１３で保護されている。
【００２４】
図２は、本実施形態のリード・ヘッド１１の構成を模式的に示す断面図である。図２は、ヘッド・スライダのＡＢＳ面２１側から見た断面構造を模式的に示している。図２における下側がリーディング側であり、上側がトレーリング側となる。本明細書においては、リード・ヘッド１１が形成されるアルチック基板側、つまりスライダ２側を下側とし、その反対側であるトレーリング側を上側とする。また、ＡＢＳ面２１からみて積層方向を中心とした両側を左及び右側とする。リード・ヘッド１１の各層は、下側から順次形成されていることになる。本形態のリード・ヘッド１１は、ＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance）ヘッドやＣＰＰ−ＭＲ（Magneto Resistance）ヘッドなどのＣＰＰリード・ヘッドであり、センス電流は、図２における上下方向に流れる。
【００２５】
磁気抵抗センサ１１２は、下部シールド１１１と上部シールド１１３との間にある。下部シールド１１１の上面と上部シールド１１３の下面との間の距離がシールド間隔Ｇｓとして示されている。Ｇｓは、磁気抵抗センサ１１２と重なる位置におけるシールド間隔である。下部シールド１１１と上部シールド１１３とは、導電性磁性材料によって形成されており、磁気シールドとして機能すると共に、磁気抵抗センサ１１２にセンス電流を供給する下部電極と上部電極として機能する。下部シールド１１１と上部シールド１１３とは、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどを含む合金で形成される。なお、上部シールド１１３の下には、導体からなる上部シールド下地膜１１４が形成されている。
【００２６】
磁気抵抗センサ１１２は、複数の層からなる多層膜である。磁気抵抗センサ１１２は、代表的には、下層側から順次積層された、センサ下地層２１１、反強磁性膜２１２、固定層２１３、非磁性中間層２１４、自由層２１５及びセンサ・キャップ膜２１６などを有した積層多層膜である。各層は、隣接する層と物理的に接触している。センサ下地層２１１はＴａや、ＮｉＦｅＣｏ合金などの非磁性材料で形成され、単層で形成する、あるいは積層構造としてもよい。反強磁性膜２１２はＰｔＭｎなどの反強磁性材料で形成される。図２の固定層２１３は積層固定層であり、ＣｏＦｅ合金などからなる二層の強磁性膜と、それらの間のＲｕなどからなる非磁性層とから構成されている。二層の強磁性膜は交換相互作用によって結合し、磁化の固定が安定化される。下層側の強磁性膜には、反強磁性膜２１２との交換相互作用が働き、その磁化方向が固定される。なお、固定層２１３を単層構造としてもよい。
【００２７】
リード・ヘッド１１がＴＭＲヘッドである場合、非磁性中間層２１４は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの絶縁体で形成され、トンネル・バリアとして機能する。一方、リード・ヘッド１１がＣＰＰ−ＧＭＲヘッドである場合、非磁性中間層２１４はＣｕなどの非磁性導体を使用して形成される。自由層２１５は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などの金属磁性体で形成される。自由層２１５も単層もしくは積層構造とすることができる。自由層２１５のトラック幅は、Ｔｗｆで示されている。なお、センサ・キャップ膜２１６はＴａなどの非磁性導電材料で形成される。
【００２８】
リード・ヘッド１１は、所望のセンス電流が磁気抵抗センサ１１２内を流れるように、磁気抵抗センサ１１２の左右両側端にジャンクション絶縁膜１１８を有している。ジャンクション絶縁膜１１８は、磁気抵抗センサ１１２側端からさらに外側に延びている。ジャンクション絶縁膜１１８は、例えば、Ａｌ２Ｏ３で形成することができる。ジャンクション絶縁膜１１８は、磁気抵抗センサ１１２の外側において、上部シールド膜１１３と下部シール膜１１１との間を絶縁し、磁気抵抗センサ１１２の外側におけるセンス電流を遮断する。
【００２９】
固定層２１３の磁化方向に対する自由層２１５の相対的な磁化方向が磁気ディスク３からの磁界によって変化すると、磁気抵抗センサ１１２の抵抗値（電流値）が変化する。リード・ヘッド１１は、これによって狭小化された外部信号磁界を検出することができる。自由層２１５の磁区不均一性に起因するバルクハウゼン・ノイズなどを抑制するため、磁気抵抗センサ１１２の左右両側には、磁区制御膜であるハードバイアス膜１１５が存在する。典型的には、ハードバイアス膜１１５はＣｏ合金で形成されており、ＣｏＣｒＰｔ合金やＣｏＰｔ合金などで形成されている。
【００３０】
ハードバイアス膜１１５からのバイアス磁界が自由層２１５の磁区を制御し、自由層２１５を単磁区化するように働く。左右両側のハードバイアス膜１１５は、膜面に垂直な方向について、互いに線対称である。磁気抵抗センサ１１２とハードバイアス膜１１５との間にジャンクション絶縁膜１１８が存在する。ハードバイアス膜１１５は、ハードバイアス下地膜１１６の上に接触して形成されている。また、ハードバイアス膜１１５の上にはハードバイアス・キャップ膜１１７が形成されている。
【００３１】
好ましくは、ハードバイアス下地膜１１６は２層構造を有する。上層の下地膜はハードバイアス膜１１５の結晶状態を制御する。下層の下地膜はアモルファス層であって、上層の下地膜の結晶状態を制御する。上層の下地膜は、高い保磁力と、高い磁束密度が要求されることから、ＣｏＣｒＰｔなどのＣｏを主成分とするＣｏ合金で形成することが好ましい。このとき、Ｃｏ合金の組成を調整することで、飽和磁束密度などを調整することができる。また、バラツキの少なく均一で強いバイアス磁界を生成するためには、Ｃｏ合金磁性膜の多結晶配向状態を制御調整することが重要である。ここで、ＣｒもしくはＣｒ合金により上層の下地膜を形成し、その配向状態を調整制御することによって、ハードバイアス膜１１５であるＣｏ合金磁性膜の多結晶配向性を制御することができる。
【００３２】
ＣｒもしくはＣｒ合金からなる上層の下地膜の配向性は、その下地膜であるアモルファス下地膜で調整制御することができる。磁気抵抗センサ膜１１２のほとんど面心立方構造系の多結晶膜である層上では、ＣｒとＣｏの特定の配向状態しか実現することができない。アモルファス下地膜の材料を選択することで、Ｃｏ合金ハードバイアス膜１１５の配向状態を所望の状態に調整制御することができる。
【００３３】
アモルファス下地膜の材料としては、例えば、ＮｉもしくはＣｏを母層として添加元素を含有させる。添加する元素としては、Ｐ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆなどを挙げることができる。ＮｉもしくはＣｏに１もしくは２種以上の元素を添加してアモルファス構造として組成する。また、アモルファス下地膜表面は酸化処理によって酸化状態を調整し、その表面エネルギを調整することが重要である。
【００３４】
本形態のハードバイアス膜１１５は、磁気特性の異なる複数の硬磁性層で構成されている。図２に示した好ましい例において、ハードバイアス膜１１５は、下層の硬磁性層１５１と上層の硬磁性層１５２とで構成されている。二つの硬磁性層の一方は高磁束密度層であり、もう一方は高保磁力層である。
【００３５】
具体的には、一方の硬磁性層は、他方の硬磁性層よりも大きな磁束密度を有し、さらに、他方の硬磁性層よりも小さな保磁力を有する。一方の硬磁性層の残留磁束密度Ｂｒ及び飽和磁束密度Ｂｓの双方が、他方よりも大きい。一般に、大きな保磁力を示す磁性材料は高い磁束密度を示すことはない。高保磁力層は、高磁束密度層の磁化を安定化させる。このように、磁気特性の異なる二つの硬磁性層を積層することによって、ハードバイアス膜１１５全体として、高磁束密度かつ高保磁力を示すことができる。
【００３６】
好ましくは、高磁束密度層を、ＣｏＰｔＸ合金材料で形成する。Ｘは、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｈから選択した元素である。高磁束密度硬磁性層は、これらの内に複数の元素を有してもよい。好ましくは、Ｐｔ組成は１８ａｔ％以下であり、かつ、Ｘ組成は５ａｔ％以下である。また、好ましくは、高保磁力硬磁性層を、ＣｏＰｔＸ合金材料で形成する。Ｘは、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｈから選択した元素である。高保磁力硬磁性層は、これらの内に複数の元素を有してもよい。好ましくは、Ｐｔ組成は１０ａｔ％以上である。
【００３７】
高磁束密層は、好ましくは、１Ｔ以上の残留磁束密度Ｂｒを有し、さらに好ましくは、１．３Ｔ以上の残留磁束密度Ｂｒを有する。また、高磁束密度硬磁性層は、好ましくは、１．２Ｔ以上の飽和磁束密度Ｂｓを有し、さらに好ましくは、１．５Ｔ以上の飽和磁束密度Ｂｓを有する。高保磁力層は、好ましくは、１２００Ｏｅ以上の保磁力Ｈｃを有し、さらに好ましくは、１５００Ｏｅ以上の保磁力Ｈｃを有する。
【００３８】
ハードバイアス膜１１５の高磁束密度化及び高保磁力は、ハードバイアス膜１１５の薄膜化を可能とする。磁気抵抗センサ１１２近傍においてハードバイアス膜１１５を薄膜化することで、シールド間隔Ｇｓを小さくすると共に、磁気抵抗センサ１１２と重なる位置及び磁気抵抗センサ１１２近傍において上部シールド１１３及び下部シールド１１１を平坦化することができる。
【００３９】
磁気抵抗センサ１１２と重なる位置において、上部シールド１１３や下部シールド１１１が凹形状となると（図１７の従来技術を参照）、磁気抵抗センサ１１２端部でシールド効果が減少し、読み込み滲み幅が増大してしまう。そのため、自由層トラック幅Ｔｗｆに渡って、上部シールド１１３の下面及び下部シールド１１１上面が平坦であることが好ましい。図２のリード・ヘッド１１においては、上部シールド１１３の下面及び下部シールド１１１上面の磁気抵抗センサ１１２と重なる部分は、実質的に平坦となっている。
【００４０】
上部シールド１１３の平坦幅Ｕｓｗ及び下部シールド１１１の平坦幅Ｌｓｗは、自由層トラック幅Ｔｗｆ以上であることが好ましい。さらに、平坦幅Ｕｓｗ及びＬｓｗは、Ｔｗｆよりも左右両側に広がっていることが好ましい。図２において、ハードバイアス膜１１５の磁気抵抗センサ１１２端及びその近傍において、その上面は磁気抵抗センサ１１２と重なる上部シールド１１３の下面（センサ・キャップ膜２１６の上面）よりも下にあり、さらに、その下面は磁気抵抗センサ１１２と重なる下部シールド１１１の上面よりも上にある。
【００４１】
これにより、上部シールド１１３及び下部シールド１１１の平坦部は、自由層２１５よりも左右両側に広がっている。好ましくは、上部シールド平坦幅Ｕｓｗ及び下部シールド平坦幅Ｌｓｗは、自由層トラック幅Ｔｗｆよりも大きく十分な寸法を有しており、具体的には、自由層トラック幅Ｔｗｆ＋２Ｇｓの寸法と略同等もしくはそれ以上であることが好ましい。その結果、自由層２１５端部での読み込み滲みを抑制しながら出力特性を最大化することができる。
【００４２】
本形態のハードバイアス膜１１５の厚みは、磁気抵抗センサ１１２近傍で薄く、磁気抵抗センサ１１２近傍から離れた部分で厚くなっている。また、磁気抵抗センサ１１２側に、ハードバイアス膜１１５は厚み略一定の薄膜部を有している。ハードバイアス膜１１５が磁気抵抗センサ１１２から離れた厚膜部を有することによって、磁気抵抗センサ１１２近傍における薄膜化によるハードバイアス膜１１５の磁気不安定性を解消することができる。
【００４３】
つまり、ハードバイアス膜１１５の一部を厚膜化することで磁気安定性を高め、その部分からの磁界によって磁気抵抗センサ１１２近傍における薄膜化ハードバイアス膜１１５層の磁気安定性を改善することができる。好ましくは、自由層２１５の側端からＧｓあるいはそれ以上はなれた位置において、ハードバイアス膜１１５の厚みＴｈ２は、内側の平坦部の厚みＴｈ１の略２倍である。下層の硬磁性層１５１と上層の硬磁性層１５２のそれぞれが、上記厚み条件を満たしていることが好ましい。
【００４４】
図３（ａ）〜（ｃ）は、磁気抵抗センサ１１２近傍における、好ましいハードバイアス膜１１５の構造例を示している。図３（ａ）〜（ｃ）は、磁気抵抗センサ１１２の右側近傍におけるハードバイアス膜１１５の構造を示すが、左側においても構造は同様である。図３（ａ）〜（ｃ）において、下層硬磁性層１５１は高保磁力硬磁性層であり、上層硬磁性層１５２は高磁束密度硬磁性層である。
【００４５】
磁気抵抗センサ１１２近傍においてハードバイアス膜１１５を薄膜化することで、自由層２１５へのバイアス磁界をより効果的に制御することができる。薄膜化した高磁束密度層１５２の高さ位置を自由層２１５に合わせることによって、自由層２１５に印加するバイアス磁界を局所化し最適化することができる。
【００４６】
高磁束密度層１５２は、自由層２１５と対向していることが好ましい。つまり、高磁束密度層１５２の少なくとも一部は、自由層２１５の少なくとも一部と高さ位置が一致する。これにより、高磁束密度層１５２の強い磁界を自由層２１５に効果的に与えることができる。高磁束密度層１５２の下面は、自由層２１５の下面と一致していることが好ましい。これによって、高磁束密度層１５２の磁界を自由層２１５により効果的に与えることができる。
【００４７】
磁気抵抗センサ１１２の特性の観点からは、磁気抵抗センサ１１２の側端部の傾斜が急峻であることが好ましい。具体的には、自由層２１５の側端部の傾斜角（図３（ａ）のψ）は４５°以上であることが好ましく、６５°以上であることがさらに好ましい。
【００４８】
図３（ａ）において、高保磁力層１５１及び高磁束密度層１５２のそれぞれは、単層である。図３（ｂ）において、高磁束密度層１５２は上下方向に積層された複数層で構成されており、高保磁力層１５１は単層である。図３（ｃ）において、高保磁力層１５１及び高磁束密度層１５２のそれぞれは、上下方向に積層された複数層で構成されている。高保磁力層１５１を上下方向に積層された複数層で構成し、高磁束密度層１５２を単層とすることもできる。多層膜を構成する各層は、２ｎｍ以下であることが好ましい。高保磁力層１５１あるいは高磁束密度層１５２を多層構造とすることによって、それぞれの磁気特性に適した高保磁力層１５１あるいは高磁束密度層１５２を形成することができる。
【００４９】
図３（ａ）〜（ｃ）のように下層側から固定層２１３、非磁性中間層２１４、自由層２１５と順次積層されているリード・ヘッド１１においては、下層硬磁性層１５１が高保磁力層であることが好ましい。高磁束密度層の高さ位置を自由層２１５と合わせた場合、上層側よりも下層側に積層のためのより多くのスペースが存在するからである。この積層順序の磁気抵抗センサ１１２において、自由層２１５の上にはセンセ・キャップ層２１６が存在するのみであるが、自由層２１５の下には、固定層２１３、非磁性中間層２１４などの複数層が存在する。従って、高磁束密度層を上層とし、高保磁力層を下層とすることで、高磁束密度層を自由層２１５に位置合わせすると共に、高磁束密度層と高磁束密度層の厚みを所望の値に調整することができる。なお、磁気抵抗センサ１１２の積層順序が逆の場合、高磁束密度層と高保磁力層の位置関係も逆となる。
【００５０】
図４（ａ）〜（ｃ）は、磁気抵抗センサ１１２近傍における、好ましいハードバイアス膜１１５の構造例を示している。図４（ｄ）は、これら好ましい構造に対する比較例を示している。上層硬磁性層１５２は高磁束密度層であり、下層硬磁性層１５１は高保磁力層である。図４（ｄ）のサイドエッチされていない例においては、膜面内において、磁気抵抗センサ１１２側端面と、高磁束密度層１５２との間に、高保磁力層１５１が存在する。また、高保磁力層１５１及び高磁束密度層１５２の磁気抵抗センサ１１２側先端は上方へ突出しており、それぞれの上面は平坦ではない。これに対して、サイドエッチされた図４（ａ）〜（ｃ）の各構造において、高磁束密度層１５２の磁気抵抗センサ１１２先端面と磁気抵抗センサ１１２側端面との間には高保磁力層１５１は存在しない。磁気抵抗センサ１１２近傍において、高保磁力層１５１及び高磁束密度層１５２の上面は平坦である。
【００５１】
この構造の違いは、自由層２１５への印加磁界強度に相違をもたらす。図５（ａ）〜（ｃ）は、異なる構造を有するハードバイアス膜１１５からのフラックスを模式的に示している。図５（ａ）は好ましいハードバイアス膜形状示しており、図５（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ比較例としてのハードバイアス膜形状を示している。図５（ｃ）は、図４（ｄ）に相当する。
【００５２】
図５（ｂ）に示すように、自由層２１５近傍にてハードバイアス膜１１５の膜厚が厚い場合、多くのフラックスが自由層２１５ではなく上部シールド１１３へと流れる。また、図５（ｃ）に示すように、ハードバイアス膜１１５が自由層２１５側先端において上部シールド１１３にむかって突出している場合、その突出部からのフラックスが自由層２１５ではなく上部シールド１１３へと流れる。これに対して、図５（ａ）に示した好ましいハードバイアス膜形状において、これらフラックスの逃げを抑制することができ、自由層２１５への印加磁界を強めることができる。
【００５３】
図４（ａ）〜（ｃ）に戻って、高磁束密度層１５２から自由層２１５への磁界強度を強くするためには、高磁束密度層１５２が自由層２１５に近いことが好ましい。図４（ａ）〜（ｃ）のように、面内方向において、高磁束密度層１５２端と自由層２１５端との間に高保磁力層１５１が存在しない場合、高磁束密度層１５２端と自由層２１５端との間の間隔はより小さくなる。このため、自由層２１５への印加磁界が強まる。高保磁力層１５１とジャンクション絶縁膜１１８との間にはハードバイアス下地膜１１６が存在しており、高磁束密度層１５２と磁気抵抗センサ１１２側端面との間の間隔は、高保磁力層１５１と磁気抵抗センサ１１２側端面との間の間隔よりも小さい。
【００５４】
さらに、図４（ｂ）の近接サイドエッチ構造において、ジャンクション絶縁膜１１８の一部を薄くすることによって、高磁束密度層１５２と自由層２１５との間の間隔を、より小さくすることができる。あるいは、図４（ｃ）の接触型サイドエッチ構造において、自由層２１５と高磁束密度層１５２との間のジャンクション絶縁膜１１８を除去し、それらを直接に接触させる。自由層２１５と高磁束密度層１５２との間の間隔が０となり、印加磁界強度を最も強くすることができる。
【００５５】
次に、図２に示したリード・ヘッドの製造工程について図６のフローチャート及び図７Ａ〜図７Ｃのプロセス図を参照して説明する。図７Ａ〜図７Ｃのプロセス図は、磁気抵抗センサ１１２の右側近傍の構造を示すが、左側においても構造は同様である。まず、磁気抵抗センサ１１２を構成する多層膜をスパッタリングにより付着形成する（Ｓ１１）。その後、図７Ａ（Ｉ）に示すように、レジスト塗布及びパターニングによってレジスト層５２が形成される（Ｓ１２）。図７Ａ（ＩＩ）に示すように、イオン・ビーム・エッチング（ＩＢＥ：イオン・ミリングとも言う）を使用したエッチングによって磁気抵抗センサ１１２トラック幅を形成する（Ｓ１３）。このエッチングによって、センサ・キャップ膜２１６からセンサ下地層２１１までがエッチングされる。
【００５６】
その後、必要に応じてジャンクション端部酸化処理（Ｓ１４）を行った後、図７Ａ（ＩＩＩ）に示すように、ジャンクション絶縁膜１１８を付着する（Ｓ１５）。さらに、図７Ｂ（ＩＶ）に示すように、ハードバイアス下地膜１１６とハードバイアス膜１１５の一部を構成する下層硬磁性層１５１とを付着する（Ｓ１６）。本形態においては、イオン・ビーム・デポジション（ＩＢＤ）によって、ジャンクション絶縁膜１１８と下層硬磁性層１５１とを付着する。
【００５７】
その後、図７Ｂ（Ｖ）に示すように、ハードバイアス下地膜１１６と下層硬磁性層１５１の一部を、ＩＢＥにより除去する（Ｓ１７）。具体的には、下層硬磁性層１５１の磁気抵抗センサ１１２の膜面に平行な上面より上に突出している部分が除去される。これにより、磁気抵抗センサ１１２の横において、ジャンクション絶縁膜１１８の上側の一部が露出する。また、下層硬磁性層１５１の上面とハードバイアス下地膜１１６の露出面（先端面）とが、磁気抵抗センサ１１２近傍において平坦となる。
【００５８】
次に、図７Ｂ（ＶＩ）に示すように、ハードバイアス膜１１５の一部を構成する上層硬磁性層１５２と付着する（Ｓ１８）。本形態においては、ＩＢＤによって上層硬磁性層１５２を付着する。さらに、図７Ｃ（ＶＩＩ）に示すように、上層硬磁性層１５２の一部を、ＩＢＥにより除去する（Ｓ１９）。具体的には、上層硬磁性層１５２の磁気抵抗センサ１１２の膜面に平行な上面より上に突出している部分が除去される。これにより、上層硬磁性層１５２の上面が、磁気抵抗センサ１１２近傍において平坦となる。
【００５９】
その後、図７Ｃ（ＶＩＩＩ）に示すように、ＩＢＤによりハードバイアス・キャップ膜１１７を付着する（Ｓ２０）。さらに、さらに、図７Ｃ（ＩＸ）に示すように、ハードバイアス・キャップ膜１１７の一部を、イオン・ミリングにより除去する（Ｓ２１）。具体的には、ハードバイアス・キャップ膜１１７の磁気抵抗センサ１１２の膜面に平行な上面より上に突出している部分が除去される。これにより、ハードバイアス・キャップ膜１１７の上面が平坦となる。最後に、レジスト層５２をリフトオフにより剥離する（Ｓ２２）。
【００６０】
上記リード・ヘッド１１の製造工程において、ハードバイアス膜１１５及びハードバイアス・キャップ膜１１７の形成は、同一真空チャンバ内において連続的に行うことが好ましい。チャンバにＩＢＤとＩＢＥの結合装置を実装することで、下層硬磁性層１５１、上層硬磁性層１５２及びハードバイアス・キャップ膜１１７の形成を真空中で連続的に行うことができる。
【００６１】
本形態において、上述のように、磁気抵抗センサ１１２トラック幅構造及びハードバイアス膜１１５を、ＩＢＥ、ＩＢＤで形成する。特に、本形態のリード・ヘッド１１の製造は、これらの斜面形状の形成に対してパルスＩＢＥ、パルスＩＢＤを適用する。以下において、このパルスＩＢＥ及びパルスＩＢＤを詳細に説明する。
【００６２】
図８（ａ）は、パルスＩＢＥの概観図である。基板５１上の矩形は、それぞれリード・ヘッドに対応してパターニングされたレジスト５２を示している。このＩＢＥは、基板を傾けた状態においてＡｒイオン・ビームを基板に入射し、さらに、基板５１をその法線方向を回転軸として回転する。従来のトラック幅形成工程においては、ＩＢＥは基板５１を回転させながら常にＡｒイオン・ビームを基板５１に照射するが、本方式のＩＢＥでは、予め設定されている特定の基板回転角度範囲においてのみ、Ａｒイオン・ビームを基板５１に照射する。
【００６３】
図８（ａ）の例において、Ａｒイオン・ビームの入射角度は、基板５１の法線方向に対して傾いており、その傾斜角はαとなっている。また、基板５１はその法線方向を中心として、ほぼ一定の角速度で一様回転している。このＩＢＥの特徴的な点として、基板５１が回転している間に常にＡｒイオン・ビームが基板５１に入射するのではなく、間欠的に入射する。図８（ｂ）は、この様子を模式的に示している。具体的には、基板は傾斜角αで回転している。レジストは上下対照方向に形成されている。基板回転方向の角度が角度位置γを中心にβの角度範囲にある時にのみ、Ａｒイオン・ビームが発生し基板に入射するようにする。
【００６４】
基板法線方向に対してＡｒイオン・ビームの入射角度は一定である。しかしながら、基板面に射影されたＡｒイオン・ビームの入射方向について、その入射方向は、レジスト５２（磁気抵抗センサ１２１）に対してある特定の選択された角度範囲に限定されている。従ってＡｒイオン・ビームの磁気抵抗センサ１１２の側端部の斜面に対し、入射角度を制御することができるようになり、磁気抵抗センサ１１２の側端部における斜面のエッチング形状及びハードバイアス膜１１５の磁気抵抗センサ１１２上の側端部の除去を高精度に制御することができる。あるいは、Ａｒイオン・ビームの一部の入射角度を適切に選択することにより、斜面に対する再付着を最小化しながらエッチング・ダメージを低減することが可能となる。
【００６５】
図９（ａ）は、基板５１に対するＡｒイオン・ビームの入射方向の相対的は変化を模式的に示している。また、図９（ｂ）は、磁気抵抗センサ１１２の側端面（ハードバイアス膜１１５側端部）に対するＡｒイオン・ビームの入射方向を模式的に示している。基板５１が回転している間、基板５１の法線方向に対するＡｒイオン・ビームの入射角度αは一定である。従って、図９（ａ）に示すように、実際に入射していない状態も含むＡｒイオン・ビームの入射方向は、基板５１から見て相対的に、基板５１の法線方向を中心とした歳差運動を行う。入射方向を基板面に射影した場合、面内方向における入射角度範囲が、特定の範囲に限定されることになる。
【００６６】
このＩＢＥにおいては、図９（ａ）に示すように、射影した基板面内で回転する入射方向のある選択された角度範囲において、エッチング粒子であるＡｒイオン粒子が入射する。図８（ｂ）における上下左右方向について対称的な角度範囲を選択し、フォトレジスト５２近傍でのエッチングを対称的に行うことが重要である。
【００６７】
図８（ｂ）及び図９（ａ）は、２回対称の例を示している。各入射の角度範囲は、図８（ｂ）における上下左右方向において対称である。つまり、フォトレジスト５２（磁気抵抗センサ１１２）の周囲に対して、間欠的に４回のＡｒイオン・ビームの入射を行う。各入射におけるスイープ角度範囲β（連続して入射する入射角度範囲）は同一であり、また、それぞれの入射中心角度（スイープ中の中心における入射方向）とトラック幅方向との間の角度γは同一である。つまり、トラック幅方向を中心として特定の角度範囲及びトラック幅方向に垂直な方向を中心として特定の角度範囲においては、Ａｒイオン・ビームの入射をスキップする。
【００６８】
Ａｒイオン・ビームの入射角範囲を限定する方法はいくつか考えられる。例えば、１）基板の回転方向を制御し往復回転振動させながらエッチングを行う、あるいは、２）必要な入射角度に基板回転角がきたときシャッタを開閉する、あるいは、３）必要な入射角度に基板回転角がきたときに回転速度を遅らせ実効的にある入射角度のみにエッチングされるようにする、等によりＡｒイオン・ビームの入射タイミングを制御することができる。
【００６９】
しかし、上述のように、Ａｒイオン・ビームの基板回転方向入射角度制御を、機械的に制御するよりも電気的に制御する方が合理的であるし好ましい。また機械的に制御しようとすると、再付着の問題が残る可能性がある。すなわち、基板を傾けて回転させながら、基板が必要な粒子入射方向の角度範囲に来たときにのみイオン・ガンよりイオン・ビームを生成し、基板の回転に同期したパルス・イオン・ビームによってエッチングする方法が好ましい。イオン・ビームの入射タイミングは、イオン・ガンの加速電圧を電気的に制御することで容易に制御することができる。
【００７０】
図１０（ａ）は、図８（ｂ）及び図９（ａ）の例に対応した加速電圧の変化を例示している。本例は４回の間欠的なＡｒイオン・ビームの入射を行うため、横軸の角度に対して、加速電圧が４つのパルスを示している。角度は基板５１の角度、つまり、基板５１へ射影したＡｒイオン・ビームの入射方向の角度を示しており、０°が磁気抵抗センサ１１２の側端面に沿った方向、つまり図８（ｂ）における上下方向であり、ＡＢＳ面に垂直な方向である。各パルス波形は、１８０°を中心として対称となっている。また、０°〜１８０°の間における二つのパルス波形は、９０°を中心として対称となっており、１８０°〜３６０°（０°）の間における二つのパルス波形は、２７０°を中心として対称となっている。９０°及び２７０°が、Ａｒイオン・ビームの入射方向を基板５１に射影した場合のトラック幅方向に対応する。図１０（ｂ）は、一回のＡｒイオン・ビーム入射に対応した加速電圧波形の例を示しており、立ち上がりと立下りの傾きを、Ａｒイオン・ビームが安定して発生出来る条件範囲で、設計により最適な値を設定する。
【００７１】
図１１（ａ）は、フォトレジスト５２に覆われた磁気抵抗センサ１１２のエッチング（Ｓ１３）の例を示している。磁気抵抗センサ１１２は、パターニングされたフォトレジスト５２に覆われており、フォトレジスト５２から露出している部分がＡｒイオン・ビームによってエッチングされる。図１１（ａ）は、Ａｒイオン・ビームの変化する入射方向の範囲を示している。上述のように、Ａｒイオン・ビームは基板面に対して上下左右において対称的に入射される。図１１（ｂ）は、基板上面から見た場合のＡｒイオン・ビーム入射方向の変化及び対応する加速度電圧を示している。具体的には、図１１（ｂ）は上記２回対称のＡｒイオン・ビームの入射方向と、入射方向に対応する加速電圧波形を示している。
【００７２】
図１１（ｂ）において、入射方向を示す円の１２時の方向が、波形グラフにおける０°に対応する。入射方向は例えば時計回りに変化し、各方向に対する波形図の角度がそれに従い増加する。２回対称においては、磁気抵抗センサ１１２のトラック幅方向の左右両側のそれぞれにおいて、２回のＡｒイオン・ビーム照射が行われる。図１１（ａ）に示すように、Ａｒイオン・ビームが磁気抵抗センサ１１２の右側から入射する場合、磁気抵抗センサ１１２の右側の全領域がＡｒイオン・ビームに晒されるが、反対の左側の一部はフォトレジスト５２の影となり、そこにはＡｒイオン・ビームが入射しない。同様に、Ａｒイオン・ビームが磁気抵抗センサ１１２の左側から入射する場合、磁気抵抗センサ１１２の左側の全領域がＡｒイオン・ビームに晒されるが、右側の一部はフォトレジスト５２の影となりＡｒイオン・ビームが入射しない。Ａｒイオン・ビームの入射方向は左右対称であるから、Ａｒイオン・ビームがエッチングする領域も左右対称となる。
【００７３】
Ａｒイオン・ビーム入射方向が、図１１（ｂ）の上下方向、つまり０°と１８０°に近づくほど、フォトレジスト５２の反対側における影となる部分が小さくなる。従って、Ａｒイオン・ビームが実際に入射される角度範囲内において、その入射方向がトラック幅方向（９０°及び２７０°）に最も近い角度位置において、外側幅（OUTER WIDTH）が決まる。また、Ａｒイオン・ビーム入射方向がトラック幅方向から最も遠い（０°と１８０°に最も近い）角度位置において、内側幅（INNER WIDTH）が決まる。
【００７４】
ここで、基板５１の回転によるＡｒイオン・ビーム入射方向の変化に対する、エッチング状態の変化について説明する。図１２（ａ）は、磁気抵抗センサ１１２側端部におけるＡｒイオン・ビームの入射角を模式的に示している。Ａｒイオン・ビームは、各面の法線方向に対して傾斜して入射する。Ａｒイオン・ビームの基板５１に対する入射方向が変化すると、磁気抵抗センサ１１２側端部の表面に対する入射角度が変化する。Ａｒイオン・ビームの入射角度によって、各層に対するエッチング・ダメージが異なる。
【００７５】
図１２（ｂ）に示すように層表面に垂直（入射角０°）にＡｒイオン・ビームが入射する場合に比較して、図１２（ｃ）に示すように層表面に対して傾斜して（入射角の増加に相当）Ａｒイオン・ビームが入射する場合の方が、エッチング・ダメージの深さを小さくすることができる。磁気抵抗センサ１１２のエッチング工程において、側端部におけるエッチング・ダメージを低減することが重要である。エッチング・ダメージ層が深いと、その部分にシャント電流が流れ、磁気抵抗センサ１１２が正常に機能しなくなるからである。従って、特に、非磁性中間層２１４側端部のエッチング・ダメージを低減することが重要である。
【００７６】
上記ＩＢＥにおいては、磁気抵抗センサ１１２の端部形状の形成において、磁気抵抗センサ１１２の側端部へのＡｒイオン・ビームの入射角度は、トラック幅方向に対して傾いている。具体的には、Ａｒイオン・ビームの入射方向は、図８（ｂ）に示したように、トラック幅方向に対して傾き角γを中心として角度範囲βの入射角度に限定されている。トラック幅方向における入射が、側端部表面の法線方向に対する入射角度が最も小さく、その方向から離れるにつれて側端部面への入射角度が大きくなる。エッチング・ダメージの点からは、入射角を大きくする、つまり、上記γを大きくしてβを小さくすることが好ましい。
【００７７】
しかし、入射角を大きくしすぎるとエッチング・レートが大きく低下して側端部の角度が小さくなる、つまり側端部の傾斜が緩やかになる。エッチング・エネルギーが低いとエッチング・レートは低下し、また、入射角度によってエッチング・レートが異なる。従って、磁気抵抗センサ１１２の側端部の傾斜角度に対し、最適なエッチング角度及び条件を選定することにより、側端部傾斜角度に対するエッチング・レートと基板面法線方向のエッチング・レートの比を選定する事が可能となる。その結果、側端部の傾斜角度を、エッチング・ダメージを減らしながら向上させることができる。実際の製造工程においては、磁気抵抗センサ１１２側端部を急峻にすると共に、エッチング・ダメージを小さくするように、エッチング・エネルギー及びイオン・ビームの入射方向の角度範囲を決定する。
【００７８】
ここで、ＩＢＥを上記方法のみに拠る場合、エッチング時間が長くなりスループットが低下することが考えられる。そのため、エッチング処理の間に、Ａｒイオン・ビームの入射角度範囲を変化させることが好ましい。これによって、最終的なエッチング・ダメージを小さくすると共に、スループットを上げることができる。図１３は、磁気抵抗センサ１１２エッチング工程（Ｓ１３）における、Ａｒイオン・ビームの入射角度範囲の制御手法の好ましい一例を示している。エッチング工程は、初期形状形成工程、端部形状形成工程及びダメージ層除去工程の３つの工程から構成されている。
【００７９】
各工程における円は、基板面に対する入射方向の回転を示し、基板法線に対する傾き角度αが大きいほどその半径が大きくなる。初期形状形成工程においては、基板回転に従って全方位からＡｒイオン・ビームを入射する。また、基板法線に対する傾き角度αは、後の工程よりも小さく設定されている。続いて、基板法線に対する傾き角度αを大きくして端部形状形成工程を行う。この工程においては、基板面に対して回転する方向の内、特定の角度範囲においてのみＡｒイオン・ビームが基板に入射する。この後のダメージ層除去工程の２回対称のＡｒイオン・ビーム入射に対して、この工程は１回対称のＡｒイオン・ビーム入射となっている。
【００８０】
つまり、トラック幅方向（図１３における左右方向、図１１（ｂ）における９０°及び２７０°）の左右それぞれの方向から、トラック幅方向を中心として対称な特定角度範囲において、Ａｒイオン・ビームを入射する。そして、基板面においてトラック幅方向に垂直な方向（図１３における上下方向、図１１（ｂ）における０°及び１８０°）を中心として所定角度範囲において、Ａｒイオン・ビーム入射がスキップされている。
【００８１】
この工程において、磁気抵抗センサ１１２の端部形状が決定される。図１１（ａ）、（ｂ）を参照して説明したのと同様に、トラック幅方向における入射において外側幅（OUTER WIDTH）が規定され、トラック幅方向から最も離れた角度における入射において内側幅（INNER WIDTH）が規定される。この工程においては、トラック幅方向を中心とした角度範囲でＡｒイオン・ビームを入射するため、磁気抵抗センサ１１２の端部へのＡｒイオン・ビーム入射角度は小さくなり、エッチング・ダメージ深さは大きくなる。しかし、基板１回転当たりのエッチング時間が長く、また、特定の入射角を含むことでエッチング・レートを増加させ、処理時間を短縮することができる。なお、この工程において、エッチングによる再付着膜の除去を合わせて行う。
【００８２】
続いて、基板法線に対する傾き角度αをさらに大きくしてダメージ層除去工程を行う。この工程は、図１１（ａ）、（ｂ）を参照して説明方法と同様に、２回対称のＡｒイオン・ビーム入射である。端部形状形成工程におけるダメージ層は、一般に２ｎｍ程度である。従って、エッチング・ダメージの小さい大きな入射角のＡｒイオン・ビームによってこのダメージ層をエッチングすることにより、磁気抵抗センサ１１２端部の最終的なエッチング・ダメージを低減することができる。 
【００８３】
ここで、外側幅（INCIDENT OUTER WIDTH）と内側幅（INCIDENT INNER WIDTH）とが端部形状形成工程と同一となるように、基板法線に対する傾き角度αと基板面における入射角度（β及びγ）を設定する。これによって磁気抵抗センサ１１２端部のエッチング・ダメージ層を除去すると共に、センサ下地層２１１と反強磁性膜２１２の段差形状変化を抑制する。以上、磁気抵抗センサ１１２端部のエッチングについて主に説明したが、同様の処理をハードバイアス膜１１５の側端部のエッチングに適用することができる。
【００８４】
以下において、本形態におけるハードバイアス膜１１５の付着工程（Ｓ１５、Ｓ１７）について詳細に説明する。図１４（ａ）に、本形態のＩＢＤで使用するイオン・ビーム・スパッタ法の模式図を示す。イオン・ビーム・スパッタ法は、イオン・ビームのターゲット６１への入射方向（ターゲット法線と入射方向との角度）と、ターゲット６１からスパッタされた粒子の基板への入射方向αを制御することにより、形成膜の付き回りやフォトレジスト端部形状の制御を行う。また、成膜中、基板は一様回転を行っている。 
【００８５】
成膜方法としては、エッチングと同様に、基板面内の回転方向の角度のある決まった角度にスパッタされた粒子が入射するようにする。また、フォトレジスト方向に対し左右及び上下に対して対称的な角度を選択し、フォトレジスト近傍での膜の付き回りを対称的にする。このように基板の回転方向に対して入射粒子方向を規定して成膜する方法としていくつかの方法が考えられることは、エッチングと同様である。付着工程において、エッチング時と同様の手法を採用することが好ましい。つまり、基板が必要な粒子入射方向の角度範囲に来たときにのみ、イオン・ガンよりイオン・ビームを発生し、基板の回転に同期したパルス・イオン・ビームによって成膜する。
【００８６】
図１４（ｂ）は、基板５１から見たスパッタ粒子の入射方向を図示する。ターゲットから基板へ入射する粒子角度αと基板回転面内の角度βを制御することにより粒子入射位置を制御することが出来ると同時に、フォトレジスト近傍に於ける形成膜形状を制御することが出来る。図１４（ｂ）は、１回対称のスパッタ粒子入射の例を示している。
【００８７】
図１５（ａ）は、下層硬磁性層１５１の付着工程の様子を模式的に示している。また、図１５（ｂ）は、基板面内におけるスパッタ粒子の入射方向を示し、図１５（ｃ）は、対応するイオン・ビームの加速電圧を示している。スパッタ粒子の入射については、図１１を参照して説明したエッチング粒子の入射と同様の説明が当てはまるため、ここでの詳細な説明を省略する。重要点の一つは、下層側のエッチング形状に一致させて、下層硬磁性層１５１を付着することである。下層側の段差に一致させて下層硬磁性層１５１を付着することで、下層硬磁性層１５１の上面を平坦化することができる。
【００８８】
図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、外側幅（INCIDENT OUTER WIDTH）と内側幅（INCIDENT INNER WIDTH）とを、下層側の段差に合わせて、外側の厚みが大きな下層硬磁性層１５１を付着する。また、下層硬磁性層１５１の外側膜厚と内側膜厚との比が、所望の値（例えば２）となるように下層硬磁性層１５１を付着する。下層硬磁性層１５１の膜厚の薄い領域は内側幅（INCIDENT INNER WIDTH）の間に限定され、他の領域を磁気抵抗センサ１１２近傍の膜厚の２倍の膜厚に構成する。
【００８９】
図１６は、ハードバイアス下地膜１１６及び下層硬磁性層１５１の付着におけるスパッタ粒子の入射方向制御の様子を示している。各図の意味は図１３と同様である。ハードバイアス下地膜１１６の付着は、全ての方位からスパッタ粒子を入射する。ハードバイアス下地膜は、ハードバイアス膜の結晶状態を制御するものであり、薄く構成される。ハードバイアス下地膜１１６形成後、上述のように、１回対称のスパッタ粒子入射により下層硬磁性層１５１を付着する。
【００９０】
下層硬磁性層１５１の付着においては、その膜形状に応じて、基板法線方向へのスパッタ粒子入射角α及び基板面内における角度範囲が選択される。この付着方法によって、ハードバイアス膜１１５にトラック幅方向への磁気的異方性を付与することが出来る。すなわちトラック幅方向へ磁気異方性が添加されることによりトラック幅方向の静磁気特性の改善が図れ、ハードバイアス膜の特性向上が可能となる。なお、スパッタ粒子の付着において２回対称のスパッタ粒子入射を選択してもよい。以上のように、下層硬磁性層１５１の付着において、スパッタ粒子の入射方向を選択することによって、それらの形状を設計に従って制御することができる。
【００９１】
下層硬磁性層１５１を付着した後、下層硬磁性層１５１の磁気抵抗センサ１１２側の突出部をパルスＩＢＥにより除去する。また、下層硬磁性層１５１の付着及びエッチングと同様の手法のより、上層硬磁性層１５２を形成する。これにより、上層硬磁性層１５２の形状及び膜厚を高度に制御することができる。 
【００９２】
以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。例えば、磁気抵抗センサの各層の積層順序を逆とすることができる。ハードバイアス膜は、３層以上の磁気特性が異なる硬磁性層で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本実施形態に係る磁気ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本実施形態に係るリード・ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本実施形態に係るリード・ヘッドのハードバイアス膜構造の好ましい例を模式的に示す図である。
【図４】本実施形態に係るリード・ヘッドのハードバイアス膜構造の好ましい例と比較例とを模式的に示す図である。
【図５】本実施形態に係るハードバイアス膜構造と比較例のフラックスを模式的に示す図である。
【図６】本実施形態に係るリード・ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
【図７Ａ】本実施形態に係るリード・ヘッドの製造プロセスを模式的に示す図である。
【図７Ｂ】本実施形態に係るリード・ヘッドの製造プロセスを模式的に示す図である。
【図７Ｃ】本実施形態に係るリード・ヘッドの製造プロセスを模式的に示す図である。
【図８】本実施形態に係るリード・ヘッドの製造工程において、エッチングの方法を模式的に示す図である。
【図９】本実施形態に係るエッチング工程における、Ａｒイオン・ビームの入射方向及びそのエッチングの様子を模式的に示す図である。
【図１０】本実施形態に係るエッチング工程において、Ａｒイオン・ビームの加速電圧の波形の一例を示す図である。
【図１１】本実施形態に係るエッチング工程において、Ａｒイオン・ビームの入射方向及びそのエッチングの様子を模式的に示す図である。
【図１２】本実施形態に係るエッチング工程において、Ａｒイオン・ビームの入射角度によるエッチング状態の変化を示す図である。
【図１３】本実施形態に係るエッチング工程におけるＡｒイオン・ビームの入射方向変化の様子を模式的に示す図である。
【図１４】本実施形態に係るリード・ヘッドの製造工程において、スパッタ付着の方法を模式的に示す図である。
【図１５】本実施形態に係るスパッタ付着において、スパッタ粒子の入射方向および形成される下層硬磁性膜の状態を模式的に示す図である。
【図１６】本実施形態に係るハードバイアス下地膜及び下層硬磁性層付着工程におけるスパッタ粒子の入射方向変化の様子を模式的に示す図である。
【図１７】従来の技術に係るリード・ヘッドの構成を模式的に示す断面図である。
【図１８】従来の技術に係るリード・ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９４】
１  磁気ヘッド、２  スライダ、３  磁気ディスク、１１  リード・ヘッド
１２  ライト・ヘッド、１６  ジャンクション絶縁膜、５１  基板、５２  レジスト層
１１１  下部シールド、１１２  磁気抵抗センサ、１１３  上部シールド
１１５  ハードバイアス膜、１１６  ハードバイアス下地膜
１１７  ハードバイアス・キャップ膜、１２１  薄膜コイル、１２２  記録磁極
１２３絶縁体、１５１  下層硬磁性層、１５２  上層硬磁性層
２１１  センサ下地層、２１２  反強磁性膜、２１３  固定層
２１４  非磁性中間層、２１５自由層、２１６  センサ・キャップ膜
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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