JP3312146B2 - 磁気ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスク上の浮上量の
小さい、いわゆる低浮上の磁気ヘッドおよびその加工・
製造方法に係り、特に、磁気ヘッド浮上面におけるレー
ルの幅、溝深さおよび断面傾斜角を所望の形状に高精度
かつ高能率に加工し、安定した低浮上量を得るととも
に、ヘッドクラッシュを防止するのに好適な磁気ヘッド
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【０００３】

【従来の技術】薄膜磁気ヘッド（以下、単に磁気ヘッド
という）の記録密度を向上するためには、磁気ヘッドの
浮上量の低減とその安定化が必須である。このためには
特に、ディスクの内周と外周との周速度の差による磁気
ヘッド浮上面の浮上量の変化を小さくすることの出来る
レールの形成が、高密度記録の磁気ヘッドを開発する上
で重要な課題となる。

【０００４】上記レールの形成に関して図２９ないし図
３０を参照して説明する。図２９は磁気ヘッドの形状お
よびその加工方法の例を示す図、図３０は磁気ヘッドの
浮上状態説明用の模式図、図３１はレール幅と浮上量と
の関係を示す図、図３２はレール溝深さと浮上量との関
係を示す図である。

【０００５】磁気ヘッド１の浮上には、図３０に示すよ
うなバネ押圧式の空気ベアリングスライダ機構が応用さ
れる。空気ベアリングスライダ機構とは、磁気ヘッド１
の磁気ディスク９と相対する面、すなわち、レール基板
８上に形成された浮上面レール２（以下、単にレール２
という）と磁気ディスク９との間の空気層によるベアリ
ング機構で、図３０（ｂ）に示すように、空気流入端２
１から流入する空気の空気流によって形成される。そし
て、流入した空気が素子形成部２０の空気流出端２２よ
り流出する際、磁気ヘッド１と磁気ディスク９との界面
空気の粘性により引き起こされる空気流によってレール
２に浮上力を発生させ、該浮上力と磁気ヘッド９に外部
から加えられるバネ３の押圧力とにより、図３０（ｃ）
に示す磁気ヘッド１の浮上量４が調節される。ここで、
磁気ヘッド１は、磁気ディスク９の回転停止時には該磁
気ディスク９に物理的に接触状態にあるが、これに対し
て磁気ディスク９が一定の回転数に達すると、上記空気
ベアリングが形成されて浮上力が発生し、磁気ヘッド１
が磁気ディスク９より離れ、所定の間隔の浮上量４にて
浮上維持される。磁気ディスク９の浮上状態は、図３０
（ｂ）に示すように空気流出端２２の方が、空気流入端
２１に比べて浮上量４が小さく、それだけ磁気ディスク
９の回転時および停止時を問わず磁気ディスク９と接触
しやすい場所となる。

【０００６】磁気ヘッド１の空気流出端２２の形状は、
上述の理由により磁気ディスク９の損傷防止、あるいは
磁気ヘッド１自身の素子形成部２０の損傷防止の観点等
から、出来るだけ滑らかな形状であることが望まれる
が、これを多数の磁気ヘッド１に対して効率良く実現す
るのは困難な状況にある。１つの試みとして、機械的な
加工、具体的には研磨技術により空気流出端２２の面取
りを行う技術が知られている。

【０００７】また、レール浮上面２ａ（以下、単に浮上
面２ａともいう）のエッジの面取り加工は、磁気ディス
ク９に対するレール２の粘着防止、磁気ヘッド１の浮上
開始時に空気流の動圧発生部であるレール２への空気流
の回り込み促進、浮上面２ａのエッジが磁気ディスク９
を損傷することによる記録情報の破壊防止等の目的のた
めに従来から行われているが、その面取り加工は、レー
ル２をラッピングシートを張り付けた回転円盤上で、磁
気ディスク装置上と同じ状態で浮上と接触とを繰り返し
ながら研磨する方法（例えば、特開昭６０−９６５６号
公報）のように、機械的な加工方法によりエッジを除去
するものが提案されている。

【０００８】ところで前記浮上量４は、磁気ディスク９
の回転数、磁気ヘッド１のレール２の寸法および形状、
バネ３の押圧力等に依存するが、磁気ディスク装置の記
録密度を高めるためには、浮上量４を出来るだけ低く抑
え、しかも安定して維持する必要があり、その量は１０
０ｎｍあるいはそれ以下にすることが望ましい。従っ
て、磁気ヘッド１の浮上面に形成するレール２の寸法
は、厳しい精度が要求されることになる。

【０００９】上記浮上量４とレール２の幅および溝深さ
との関係は、レール２の形状により多少異なるが、一般
的には図３１および図３２に示す傾向にある。すなわ
ち、図３１はレール溝深さ（μｍ）が一定の場合のレー
ル幅（μｍ）と浮上量４（ｎｍ）との関係を示すもので
あるが、レール幅が広いほど浮上量４は大きくなってい
る。図３２は、レール幅が一定の場合のレール溝深さと
浮上量４との関係を示したものであるが、レール溝深さ
が或特定値のとき浮上量４が極小となり、その前後で浮
上量４は大きくなっている。例えば、図２９（ｂ）に示
す非線形レール（非直線状のレール）５の形状の場合に
は、レール溝深さのある特定値が５〜６μｍで浮上量４
が極小となる。この様な場合、レール溝深さの設計値は
通常５〜６μｍに設定される。一方、レール２表面の幾
何学的形状は、空気ベアリングにおける所定の浮上量４
の高さを得るため、或いはレール２の作成誤差やレール
溝深さ加工誤差に対する影響を出来るだけ小さくするた
め、さらには、磁気ディスク９の内周と外周の周速度の
違いによる浮上量４の変化を小さくするために、非線形
レール５のような曲線形状が実用化されている。その他
の形状例としては、特公平５−８４８８号公報や、特開
平４−２７６３６７号公報に開示されているような形状
が提案されている。

【００１０】上記の如く形状が複雑で、しかも高精度の
寸法を要求されるレール２の形成方法としては、図２９
（ａ）に示す従来の砥石を使用する機械加工に代わっ
て、ドライ加工技術、特に、イオンミリング技術が用い
られている。前記ドライ加工技術とは、ホトリソグラフ
ィーによりレール２の形状に見合ったレジストパターン
を形成し、図２９（ｂ）に示すように、このレジストパ
ターンをマスクにしてイオンビーム６を照射し、該照射
によりレール基板８をエッチングし、最後に余分のマス
クを除去してレール２を形成する方法である。

【００１１】上記ドライ加工技術におけるエッチング装
置としてはイオンミリング装置が用いられる。イオンミ
リング装置は、（１）熱電子発生用フィラメントを有
し、このフィラメントより発生した熱電子に外部磁場に
よりトロイダル運動を与え、活性ガスの効率的なイオン
化によりプラズマを生成し、このプラズマから活性イオ
ン（イオンビーム）を電極より引き出し加工を行う方式
のイオンミリング装置や、（２）マイクロ波発生装置を
有し、マイクロ波と外部磁場による電子サイクロトロン
共鳴（Electron Cyclotron Resonance）を起こさせて、
活性ガスの効率的なイオン化によりプラズマを生成し、
このプラズマから活性イオンを電極より引き出し、加工
を行う方式のＥＣＲイオン源を有する後述する図５に示
すようなイオンミリング装置等がある。

【００１２】つぎに、従来、各種被加工材に微細なパタ
ーンをエッチングにより加工する場合は、Ａｒ（アルゴ
ン）もしくはＣＦ₄、ＣＨＦ₃等のフッソ系のガスをエッ
チングガスとして使用し、反応性イオンエッチング（Re
active Ion Etching 以下、ＲＩＥという）やイオンミ
リングにより加工を行ってきた。

【００１３】しかし、このような方法では、マスク材に
対する被加工材の加工速度の比、すなわち選択比が１.
３程度と低く、このため厚さの厚いマスクが必要にな
り、例えば、カーボン膜をマスクとして用いる磁気ヘッ
ドのレール溝加工のように加工量の大きい場合には、カ
ーボンの成膜に１０数時間以上を要し、プロセス全体が
長時間になるという問題点を有していた。

【００１４】また、厚さの厚いマスクを使用すると、加
工中にマスクの幅が変化し、加工後の被加工材の寸法シ
フトが大きくなり、さらに、そのばらつきも大きくなっ
て加工精度が低下する問題点を有していた。一方、半導
体や光学素子の加工においては、加工量は少ないものの
パターン幅が非常に狭いため、マスクの寸法シフトが加
工精度に大きく影響してくる。このような問題点を解決
するためには、選択比のできるだけ大きいマスク材とガ
スとを選定することが重要であった。

【００１５】このようなことから、従来は、各種マスク
材や使用するガスの検討が行われ、ＣＨ₄（メタン）ま
たはＣＨ₂Ｆ₂（２フッ化メタン）ガスが使用されてき
た。これらのガスは、エッチング中にカーボン膜、シリ
コン膜、レジスト、金属膜等の上に堆積物を生じ、選択
比が無限大になることが知られている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】前記磁気ヘッド１の空
気流出端２２の形状形成に、研磨技術を実際に実施した
場合には、研磨の際に発生する研磨くずの処理や、研磨
液による素子劣化の心配があり、所定の面取りを効率よ
く行うことは困難な状況にある。特に、浮上面に信頼性
向上のために厚さ５〜３０ｎｍの極薄膜の図示していな
い保護被膜を形成した磁気ヘッド１の場合は、該保護被
膜があまりにも薄いことから該保護被膜を損傷させずに
面取りを実施することはきわめてむずかしい。

【００１７】また、浮上面２ａのエッジの面取り加工
を、前記機械的な加工方法により行う場合は、多数の磁
気ヘッド１に対してエッジを均一に加工することが難し
く、このため、磁気ヘッド１の安定した低浮上量を得る
上での問題点となっていた。

【００１８】つぎに、図３３ないし図３７を参照して前
記従来のドライ加工のメカニズム及び問題点を説明す
る。図３３は、レールのイオンミリング加工モデルで、
ホトレジスト等のパターニングされたマスク７を用いた
場合のイオンミリング加工によるレール加工過程の説明
図、図３４はイオンミリング速度の入射角依存性を示す
図、図３５はレール加工時におけるレール断面形状の経
時変化を示す図、図３６はレール溝深さとレール幅との
関係を示す図、図３７はレール側面に残留した再付着層
を示す図である。

【００１９】図３３において、イオンビーム６によりマ
スク７がエッチングされると、同時にレール基板８もエ
ッチングされてレール２が形成される。ここで、マスク
７及びレール基板８のエッチングされる速度は、おおむ
ね図３４に示すイオンミリング速度（μｍ／ｈ）の入射
角依存性により決まる。すなわち、図３４に示すよう
に、イオンビーム入射角（ｄｅｇ）が０度より４０度ま
では、マスク７、レール基板８ともイオンミリング速度
が次第に上昇し、４０度ないし６０度でピークに達し、
それ以降は急激に下降する傾向を示している。例えば、
マスク７の上面は、イオンビーム入射角が０度のイオン
ミリング速度で加工され、また、マスク７の側面は、概
ね図３３に示すマスク断面傾斜角βに見合った入射角の
イオンミリング速度で加工される。同様にレール２の底
面となるレール基板８は、イオンビーム入射角０度のイ
オンミリング速度で加工され、また、レール２の側面
は、レール断面傾斜角αに見合った入射角のイオンミリ
ング速度で加工される。しかし、実際にイオンミリング
加工を実施してみると、加工速度が上述のイオンミリン
グ速度の入射角依存性のみで決まるものではないことが
理解できる。

【００２０】イオンミリング現象を複雑にしている要因
として、上述のミリング作用の他に、イオンビーム６で
スパッタされた粒子１２が、被加工物外に飛散せず、再
び被加工物の側面或いは底面に付着する現象、すなわち
再付着現象がある。スパッタ粒子１２の再付着は、四方
八方に飛散したスパッタ粒子１２のうちの或確率の粒子
が再付着に寄与することは知られているが、その確率を
定量的に知ることはきわめて難しく、このことがイオン
ミリング現象を複雑にしている。

【００２１】つぎに、図３５はイオンミリング加工にお
けるレール断面形状の経時変化を示した図であるが、マ
スク７の断面形状、特にマスク断面傾斜角βとレール断
面傾斜角αが、時間とともに変化する現象、また、スパ
ッタ粒子１２の再付着現象、さらにはマスク７の最終形
状までの形成過程のばらつき、イオンミリング加工条件
のばらつき等がおこるため、たとえ図３４に示すような
イオンミリング速度の入射角依存性が判っていても、最
終レール断面形状１６を予測すること、即ち、所望の形
状を再現性良く得ることは、極めて難しいのが実状であ
る。

【００２２】図３６は従来のイオンミリング加工技術を
駆使してレール２を形成したときのレール溝深さとレー
ル幅との関係を示したものである。図に示すように、レ
ール溝深さが深いほどレール２の側面加工が進行するた
めレール幅は小さくなる。しかし、現状ではレール溝深
さが所定の値になったとき加工終了を検知する十分な検
出技術がないため、その精度を所定の要求値に納めるこ
とが難しい状況にある。さらに、図３６のデータから理
解できるように、レール溝深さが所定値から１μｍずれ
ると、レール幅は６μｍ程度ずれてしまう。このため、
レール溝深さ加工が所定範囲内に納まったとしても、レ
ール幅精度が設計値の範囲外になるケースが頻発し、こ
のことが磁気ヘッド１のレール加工精度とその生産性、
磁気ヘッド浮上特性の安定性等を低下させる原因の一つ
になっている。

【００２３】さらに、イオンミリング加工でレール２を
形成する場合、上記レール幅等の寸法精度以外に、前記
図３３の加工モデルに示したように、再付着層１０が加
工終了時まで残留することがある。この再付着層１０
は、レール基板材料がスパッタされて付着したものであ
るから、有機溶剤や酸素プラズマアッシング等で除去す
ることが出来ず、一例として図３７に示すような状態に
最後まで残留し、レール浮上面に突起状の再付着層１０
の先端部が突出する。このため、磁気ディスク装置を稼
動した際、該再付着層１０の先端部により磁気ディスク
９を損傷させることになり、最悪の場合には保存情報を
破壊することになる。

【００２４】他方、前記従来の各種被加工材の微細パタ
ーン形成に使用されていたＣＨ₄、またはＣＨ₂Ｆ₂ガス
は、可燃性ガスのため危険であり、配管設備をはじめ安
全対策に高額の費用が必要で、量産設備への適用は困難
であるという問題点を有していた。

【００２５】また、エッチング中にマスク上に生じる堆
積物の膜厚が大きく、そのばらつきも大きいことから、
加工後の寸法シフトのばらつきも大きいという問題点を
有していた。特に、半導体や光学素子のように微細溝を
加工する場合は、マスク厚が増すことにより高アスペク
ト比の加工になり、加工された材料がマスクや溝の側壁
に再付着し、加工形状の断面が三角形や台形になって所
定の形状が得られない問題点も有していた。

【００２６】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
磁気ヘッド浮上面におけるレールの幅、溝深さおよび断
面傾斜角を、所望の形状に高精度かつ高能率に加工し、
安定した低浮上量を得るとともに、ヘッドクラッシュを
防止することができる磁気ヘッドおよびその製造方法を
提供することを目的とする。

【００２７】上記目的をさらに説明すれば、第１に、マ
スク膜厚、マスク断面傾斜角、イオンミリング選択比等
の各種の加工ばらつきがあっても浮上量のばらつきが小
さく、また、再付着層の発生に影響されることなく、レ
ール溝深さのばらつきに対してレール幅のばらつきの小
さい磁気ヘッドのレール形状及びその形成方法を提供す
る。具体的には、レール幅精度、すなわち、レール溝深
さの加工が１μｍばらついたときのレール幅のばらつき
の範囲が、３μｍ／μｍ以下となるようなレール形状と
その製造方法を提供する。

【００２８】第２に、上記レールの形成過程において、
磁気ヘッドの空気流出端の面取り加工を行うことができ
る製造方法を提供する。

【００２９】第３に、磁気ヘッドのレール浮上面外縁部
のエッジを、均一に精度よく量産加工することができる
製造方法を提供する。

【００３０】

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は浮上面レー
ルを形成する際のプロセス条件、例えばイオンミリング
ガスの種類、濃度、マスク膜厚ｍ、マスク断面傾斜角
β、基板傾斜角（図５に示すθ）、基板回転の有無等を
検討した。この結果、従来技術の欠点を解決する手段と
しは、レール断面傾斜角αを５５度ないし８５度になる
よう、更に好ましくはレール断面傾斜角αを６０度〜８
０度になるように、プロセス条件、特にイオンミリング
ガスの種類、イオンミリングにおける基板傾斜角θを設
定すればよいことを見いだした。具体的には、イオンミ
リングガスとしてフッ化炭化水素ガス、特にテトラフル
オロエタン（Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄）を所定の濃度で用いること、
或いはＡｒ等これ以外のイオンミリングガスを使用する
場合には、基板傾斜角θを１５度〜６０度にして、基板
を回転させながらイオンミリングを実施することにより
高精度の加工が達成できること、及び加工のばらつきに
対して磁気ヘッド浮上量のばらつきが小さいことを見い
だし本発明を得た。

【００３２】また、上記イオンミリング技術を用い、マ
スク形成方法としてロールを用いたコーティングを行う
ことにより、浮上面レールの空気流出端の面取り加工が
同時に行えることを見いだした。

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【作用】本発明が明らかにした、加工後のレール断面傾
斜角が５５゜〜８５゜になるようにレール形状およびそ
の製造プロセス条件を設定することにより、再付着層が
残らず、仮にレールの溝深さが多少深すぎたり、浅すぎ
たりしても、レール幅寸法は許容される設計値の範囲内
に納まる浮上面レールが形成でき、浮上量が安定した、
かつ磁気ディスク回転、停止時のヘッドディスクの損傷
の少ない磁気ヘッドを製造することができる。

【００５０】さらに上記技術において、マスク形成方法
として、ロールを用いたコーティング法を用いることに
より、浮上面レールのイオンミリング加工時に磁気ヘッ
ド空気流出端の面取り加工も同時に行われ、即ちヘッド
浮上時及び浮上停止時の磁気ディスクと磁気ヘッドの接
触による破壊防止加工を容易に行うことが可能になる。

【００５１】

【００５２】

【００５３】

【００５４】

【００５５】

【００５６】

【００５７】

【００５８】

【００５９】さらに、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄は不燃性であり、毒
性、腐食性等の問題となるような性状が全くないため、
取扱いが容易で、従来の装置や生産設備に即導入可能な
簡便性を有する。

【００６０】

【００６１】

【００６２】

【００６３】

【００６４】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図２ないし図
１１を参照して説明する。図２はレール形成プロセスを
示す図、図３は固定治具にセットされたイオンミリング
後のヘッドブロックの一部外観図、図４は図３に示すヘ
ッドブロックのうちの磁気ヘッド単体の外観図、図５は
公知のイオンミリング装置構成図、図６はＣ₂Ｈ₂Ｆ₄ガ
ス濃度とレール幅との関係を示す図、図７はＣ₂Ｈ₂Ｆ₄
ガス濃度とレール断面傾斜角との関係を示す図、図８は
レール断面傾斜角とレール幅精度との関係を示す図、図
９はＣ₂Ｈ₂Ｆ₄ガス濃度と選択比との関係を示す図、図
１０はイオンミリングガスとしてＡｒを用いた場合のマ
スクおよびレール基板のイオンミリング速度の入射角依
存性を示す図、図１１はイオンミリングガスとしてＡｒ
とＣ₂Ｈ₂Ｆ₄との混合ガスを用いた場合のマスクおよび
レール基板のイオンミリング速度の入射角依存性を示す
図である。

【００６５】第１の実施例は、図５に示すイオンミリン
グ装置にセットする被加工物基板の傾斜角度θ（以下、
基板傾斜角θという）を０度、すなわち、レール基板に
たいしてイオンビームが垂直に入射されるように配置し
てイオンミリングする方法である。

【００６６】図２に示すように、レール基板８上に複数
の素子２４を形成した後、所定の寸法に切断して、複数
のヘッドブロック２６を形成する。これらをヘッドブロ
ック固定治具２７に整列配置してホトリソグラフィーに
よりマスクを形成した後、図５に示すイオンミリング装
置にセットし、イオンミリングにより各磁気ヘッドにレ
ールを形成する。図３にイオンミリング後のヘッドブロ
ックの外観を、そして、図４に磁気ヘッドの単体を示
す。

【００６７】次に、本発明のイオンミリング技術につい
て詳述する。この場合の１つの条件は、イオンミリング
ガスとして、フッ化炭化水素ガス、とりわけＣ₂Ｈ₂Ｆ₄
（テトラフルオロエタン）を用いることである。Ｃ₂Ｈ₂
Ｆ₄は、沸点−２６.２℃の不燃性ガスであり、オゾン層
破壊性のない冷媒用ガスとして知られている。

【００６８】本発明においては、単に上記ガスを用いれ
ばよいのではなく、適正な範囲のガス濃度で使用する。
ガス濃度の適正範囲は、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄の場合、０.２〜１.
２×１０~⁸（ｍｏｌ/ｌ）の範囲である。これはガス濃
度をこの範囲以下にすると、レール断面傾斜角αが５５
度以下になってレール幅精度が悪くなるからであり、反
対にこの範囲以上になると、レール幅精度の点では良好
な値を示すが、再付着層１０が残留するという問題が生
じるからである。以下、具体的データの一例を示しなが
らこの点について説明する。

【００６９】図５に示すイオンミリング装置を用い、プ
ラズマイオン源よりイオン引き出し電極を介して陽イオ
ンを引き出し、これを被加工物に照射してイオンミリン
グを行う。ここで、加速電圧８００Ｖ、イオン電流密度
０.５ｍＡ／ｃｍ²で、レール幅１００μｍ、レール溝深
さ６μｍのレールを形成したときの、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄の濃度
と加工後のレール断面傾斜角α、レール幅精度等を検討
した。この場合、所定のレール溝深さまで加工した後
も、マスクがまだ残っているようにマスク膜厚を設定し
た。

【００７０】上記イオンミリングを行ったレール基板材
の材質は、Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣで、マスクの材質はポジ型
のホトレジストである。Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄の濃度については、
０から２.５×１０~⁸（ｍｏｌ／ｌ）までの範囲につい
て検討した。Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄の濃度が、１.５×１０~⁸（ｍｏ
ｌ／ｌ）以下の場合には、イオンミリング装置のプラズ
マが不安定となるため、これにＡｒガスを添加し、全ガ
スの濃度が１.５×１０~⁸となるように真空槽内の真空
度を調整した。全ガスの濃度が１.５×１０~⁸（ｍｏｌ/
ｌ）のときの真空度は、おおよそ２.５×１０~⁴Ｔｏｒ
ｒである。また、レール幅は、場所により異なっている
が、幅１００μｍの或特定の場所に限定してその寸法を
検討した。

【００７１】図６は、マスク膜厚７μｍ、初期のマスク
断面傾斜角βを７０〜８８度とした場合の、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄
ガス濃度（ｍｏｌ／ｌ）とマスク膜厚を６μｍ加工した
後のレール幅との関係を示す図である。ここで加工前の
レール幅、すなわちマスクパターンの幅は１００μｍ
で、加工後にはこのレール幅は減少するが、同図に示す
ようにＣ₂Ｈ₂Ｆ₄ガス濃度が大であるほど、レール幅の
減少は小さいことが分かる。

【００７２】つぎに、図７はＣ₂Ｈ₂Ｆ₄ガス濃度とレー
ル断面傾斜角α、図８はレール断面傾斜角αとレール幅
精度の関係を示すものであるが、図７に示すように、ガ
ス濃度を増大させることによりレール断面傾斜角αが大
きくなり、その結果、図８に示すように、レール幅精度
が向上しているのが分かる。

【００７３】レールの加工精度のうち、レール幅精度
は、レール幅１００μｍを基準にした場合に３μｍ／μ
ｍ以下であることが要求されるが、これを満たすために
は図７および図８より、ガス濃度を０.２×１０~⁸（ｍ
ｏｌ/ｌ）以上とし、レール断面傾斜角αを５５度以上
とすることが有効であることが分かる。即ち、レール断
面傾斜角αを５５度ないし６０度より大きくすることに
より、レール幅精度の良好なレールの形成が可能にな
る。

【００７４】上記の如く、ガス濃度を増していくとレー
ル断面傾斜角αも大きくなっていき、それに伴いレール
幅精度も向上していくことが分かる。このように加工精
度を確保するためには、ガス濃度を増大させたほうが有
利となる。しかし、ガス濃度を１.３×１０~⁸（ｍｏｌ/
ｌ）以上にすると、図７に示すようにレール断面傾斜角
αが８５度より大きくなることから、前記図３３に示す
再付着層１０がレール側面に堆積する確率が高くなり、
必ずしも実用上諸特性に優れた磁気ヘッドが得られると
は限らない場合もある。また、ガス濃度を１.３×１０~
⁸（ｍｏｌ／ｌ）以上にすると、マスク表面にイオンミ
リングガスが重合して生成されたフィルムの堆積現象が
みられ、イオンミリング後にそのフィルムを除去する手
間が生じることから、大量生産に適さない場合も発生す
る。

【００７５】以上のことから、レール幅精度、非再付着
性、非フィルム堆積性等の諸特性に優れたレールを形成
するためには、レール断面傾斜角αを５５度〜８５度の
範囲にするのが最も好ましい。

【００７６】本実施例において、レール形成時の初期マ
スク膜厚には、適正範囲が存在する。適正範囲の下限
は、イオンミリング後にマスク材がまだ存在し得るよう
な初期膜厚が必要で、具体的には３μｍが一般的であ
る。一方、その上限は、３５μｍを越えないことが必要
である。その理由としては、初期膜厚が３５μｍを越え
ると、イオンミリング中のスパッタ物が、マスク側面及
びレール側面に再付着する確率が著しく増加するためで
ある。

【００７７】以上述べたように、初期マスク膜厚を適正
範囲内とし、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄ガス濃度を０.２×１０~⁸〜１.
３×１０~⁸（ｍｏｌ/ｌ）とすると、得られるレール断
面傾斜角αは５５度〜８５度となり、併せてレール幅精
度は３μｍ／μｍ以下となって、要求仕様を満たす所望
のレールを形成することができ、同時に、再付着物の残
存しない良好な特性のレールを形成することが可能にな
る。

【００７８】つぎに、前述したＣ₂Ｈ₂Ｆ₄ガスの濃度が
高くなると、レール断面傾斜角αが大きくなり、併せて
レール幅精度が良くなる理由について、図９ないし図１
１を参照して説明する。図９はＣ₂Ｈ₂Ｆ₄ガス濃度と選
択比との関係を示す図で、種々のＣ₂Ｈ₂Ｆ₄ガス濃度で
イオンミリングしたときのイオンビーム入射角が０度の
場合の選択比、すなわち、レール基板、マスクともイオ
ンビーム入射角が０度の場合の （レール基板のイオンミリング速度）÷（マスクのイオ
ンミリング速度） の値を示す図、図１０はイオンミリングガスとしてＡｒ
を用いた場合のマスクおよびレール基板のイオンミリン
グ速度の入射角依存性を示す図、図１１はイオンミリン
グガスとしてＡｒとＣ₂Ｈ₂Ｆ₄との混合ガスを用いた場
合のマスクおよびレール基板のイオンミリング速度の入
射角依存性を示す図である。なお、図１０におけるＡｒ
ガス濃度は、１.５×１０~⁸（ｍｏｌ／ｌ）、図１１に
おけるＡｒおよびＣ₂Ｈ₂Ｆ₄の各ガス濃度は、いずれも
０.７５×１０~⁸（ｍｏｌ／ｌ）である。

【００７９】一般にレール基板のイオンミリング速度
は、イオンビーム入射角が０度の場合は、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄ガ
ス濃度を変えてもほぼ一定値の１μｍ／ｈであることが
分かっているが、図９に示すデータからＣ₂Ｈ₂Ｆ₄ガス
濃度が高いほど選択比が高くなることが分かる。このこ
とはＣ₂Ｈ₂Ｆ₄ガスの濃度を高くした場合には、マスク
のイオンミリング速度が小さくなることを示している。

【００８０】ここで、図１０（ａ）と図１１（ａ）の基
板傾斜角θ＝０度のときの各マスクのイオンミリング速
度の入射角依存性を比較すると、両者は全体的にほぼ類
似の傾向を示しているが、マスクのイオンミリング速度
の数値は、Ａｒガス単独の場合に比べてＡｒとＣ₂Ｈ₂Ｆ
₄との混合ガスを用いた場合の方が格段に小さく、約１
／３程度に低減していることが分かる。そして、両者の
イオンミリング速度の絶対値の差は、イオンビーム入射
角が４０度ないし６０度の範囲が特に大きい。

【００８１】上記図９ないし図１０の各データに示すよ
うに、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄ガス濃度が高いほどマスク材のイオン
ミリング速度、特に、マスク側面のイオンミリング速度
が低下するから、前記図３５に示すイオンミリング加工
におけるレール断面形状の経時変化において、レール幅
の後退量が減少してレール幅精度が向上することにな
る。

【００８２】この場合、特に重要な点は、単独、混合に
拘らずＣ₂Ｈ₂Ｆ₄ガスを使用すると、マスク材のイオン
ミリング速度がガス濃度に依存して減少するにもかかわ
らず、レール基板のイオンミリング速度はガス濃度に依
存することなくほとんど変化しないという点である。こ
のＣ₂Ｈ₂Ｆ₄ガスを使用したときのイオンミリング速度
に関する特異性が、結果的にレール幅精度の向上を可能
にする。

【００８３】なお、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄ガスは前記の如く単独で
用いることができるが、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ等の希
ガスと混合して用いることもできる。混合する希ガスの
量は、イオンミリングを行う上で適正な真空度（１〜５
×１０~⁴Ｔｏｒｒ）となるように混合すればよい。これ
ら希ガスの混合によりイオンミリング速度あるいはレー
ル幅精度は僅かに変動するものの、ほとんどＣ₂Ｈ₂Ｆ₄
ガスの濃度にこれらの特性が依存するため、希ガスの混
合により加工性が損なわれることはない。

【００８４】上述したＣ₂Ｈ₂Ｆ₄を用いたレール幅精度
の向上策以外に、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄に類似したフッ化炭化水素
ガスを用いた場合にもこれに相当する効果が得られる。
同等の効果を示すイオンミリングガスとしては、Ｃ₂Ｈ₂
Ｆ₄よりは劣るものの、例えば、水素を含有したフロン
ガス、すなわち、フッ化炭化水素系フロンガスであるＣ
Ｈ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、Ｃ₂Ｈ₃Ｆ₃、Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂ガスがある。

【００８５】これらのフッ化炭化水素系フロンガスに関
しては、いずれも単独で使用した場合には十分な効果は
得られない。そればかりか、これらのガスを単独で使用
した場合には再付着の発生確率が高く、さらに、イオン
ミリング装置のチャンバー内汚染性が高く、大量生産し
たときの再現性が乏しいという問題を発生する場合があ
る。その理由に関しては明らかになっていない部分もあ
るが、これらのガスがイオンミリング装置内で重合して
高分子フィルムを形成する性質が高く、形成された高分
子フィルムが真空容器を汚染するためであると推定され
る。

【００８６】しかし、上記したガス単独使用時における
諸問題は、前記ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、Ｃ₂Ｈ₃Ｆ₃、Ｃ₂Ｈ₄
Ｆ₂のいずれかのガスと、ＡｒまたはＸｅを適当な割合
で混合する事により解決することが可能である。表１
に、これらのガスとＡｒとの濃度別混合割合とレール幅
精度との関係例を示す。表中、フロンガスとあるのは、
ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、Ｃ₂Ｈ₃Ｆ₃、Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂のいずれか
のガスである。

【００８７】

【表１】

【００８８】表１より、上記フロンガスの適正濃度は、
おおむね３〜１３×１０~⁹（ｍｏｌ／ｌ）であり、これ
にＡｒ等の希ガス、あるいはＳＦ₆等を３〜１４×１０~
⁹（ｍｏｌ／ｌ）混合するのが好ましいことが分かる。
なお、上記ガス単独使用の場合は、レール形状のばらつ
きが大きくて実験データの特定ができず、また、塩素を
含有したガスは良好な結果を得ることができないことが
分かった。

【００８９】つぎに、本実施例のレール形成過程におけ
る磁気ヘッドの空気流出端の面取り加工に関して、図１
２および図１３を参照して説明する。図１２はロールコ
ーティング方式のレジスト塗布装置の概要説明図、図１
３は図１２により塗布されたレジスト形状および面取り
加工説明図である。

【００９０】図１２は、前記図３０に示す浮上面２ａの
加工及び空気流出端２２の面取り加工を、イオンミリン
グにより同時に行うために必要な、マスク形成装置の一
例を示したものである。ヘッドブロック固定治具２７に
配置した複数のヘッドブロック２６を、図示矢印方向に
移動させつつ、レジストを回転中のロール２８と塗布ロ
ール２９の間に滴下し、塗布ロール２９にヘッドブロッ
ク２６を接触させることによりレジストを塗布する。ヘ
ッドブロック２６上には、図１３（ｂ）に示すようにレ
ジストマスク７が形成されるが、その塗布されたレジス
トの厚みは、レジストの基板或いは保護膜に対する濡れ
性と表面張力のために、同図（ｃ）に示すようにヘッド
ブロック２６の素子形成部２０の端面Ａ部において極薄
となる。そして、Ａ部に近い内方側の位置Ｂ部において
盛り上がりをみせる。このＡ部の形成は、レジストの粘
度を６０〜５００ｃｐｓ、ロール２８の押し込み量を
０.５ｍｍ〜５ｍｍ、そして塗布ロール２９のヘッドブ
ロック２６に対する押し込み量を０.０１ｍｍ〜０.８ｍ
ｍにそれぞれ設定することにより可能である。また、必
要に応じて、ロールコーティングによるレジスト塗布を
複数回行い、塗布厚さおよび長さを調整することも可能
である。

【００９１】上記塗布されたレジストは、公知の方法に
より露光、現像されマスクパターンが形成されるが、こ
の様に形成したマスクを用いて前述のイオンミリングに
よりレールを形成すると、該レール形成中に、素子形成
部２０の端面、すなわち磁気ヘッド１の空気流出端２２
は、前記の如くレジストマスク７が極薄であることから
イオンミリングされ、同図（ｄ），（ｅ）に示すような
面取り部２５が形成される。この場合、面取り部２５の
面取り量は、素子形成部２０の素子部分をミリングしな
いように、そして、ヘッド浮上特性を損なわないよう
に、深さＤ＝１〜５０μｍ、長さＬ＝３〜４０μｍとす
るのが望ましい。なお、同図（ｃ）に示す断面図は、図
４におけるＡーＡ´断面を示すものである。

【００９２】上記面取り部２５の形成方法は、磁気ヘッ
ド浮上の際にその信頼性を向上させるのに有効な面取り
を、レールの形成過程で同時進行で行えるため、量産が
容易になり工業的に優れた加工方法といえる。

【００９３】前記マスク材として、例えば、フィルムを
用いた場合には、該フィルムは膜厚が均一なため、マス
ク膜厚は素子形成部２０の端面も基板中央部も同一とな
り、イオンミリングの際に、面取り加工を同時に行うこ
とは出来ない。言うまでもなく、仮に面取り加工が行わ
れない場合には、磁気ヘッド１と磁気ディスク９とが接
触した場合、空気流出端２２のエッヂが破壊されやすく
なり、その破壊された部分が磁気ヘッド１と磁気ディス
ク９との間に入り込んでヘッドクラッシュの原因となる
が、面取り部２５の形成によりその問題は解決される。

【００９４】なお、上述した本発明の面取り加工法は、
次に述べる実施例２の場合にも同様の効果が期待でき
る。

【００９５】つぎに、本発明の第２の実施例を図１およ
び前記図１０，図１１を参照して説明する。図１は各種
条件下におけるレール形成加工後のレール断面傾斜角と
レール幅精度との関係を示す図である。

【００９６】本実施例は、前記図５に示すイオンミリン
グ装置にセットする被加工物の基板傾斜角θを３０度〜
６０度に設定し、かつ被加工物基板を１分間に１回転以
上回転させた状態でイオンミリングする方法で、レール
断面傾斜角αを５５度〜９０度、好ましくは５５度〜８
５度の範囲に形成してレール幅精度を向上させる方法で
ある。

【００９７】ここで、基板傾斜角θとは、前記図５に示
すように、イオン引き出し電極を介して入射されるイオ
ンビームに対する基板の傾斜角度をいい、その傾斜角度
範囲は１５度〜７５度である。また、基板回転の速度
は、１ｒｐｍから１００ｒｐｍまでが好ましいが、特に
この範囲に限定するものではない。重要なのは、基板傾
斜と基板回転とを各単独ではなく共に行うことにより、
イオンビームの入射方向が限定された方向からだけでは
なく、レール２を形成するのに適した方向に変化させる
ことができるという点に有る。ここで言う基板回転と
は、１枚の基板または前記図２に示すようなヘッドブロ
ック固定治具２７上に、多数の磁気ヘッド素子を並べた
基板の回転をいい、例えば、一度に多数の基板を処理す
るような場合には、個々の基板の回転とともに、該基板
を複数搭載した基板ホルダも同時に回転することを含ん
でいる。

【００９８】以下、下記表２に示す条件にてレール形成
したときの結果を、図１を参照して説明する。

【００９９】

【表２】

【０１００】図１に示すレジストテーパ角とは、前記図
３３に示すマスク断面傾斜角βのことであり、図中に示
す数値（単位：μｍ）は初期マスク膜厚ｍを示す。

【０１０１】まず、図中の（イ）群は本実施例の比較例
で、イオンミリングガスとしてＡｒを用い、初期マスク
断面傾斜角β（イオンミリング前の角度）を５０度、同
じくイオンミリング前の膜厚である初期マスク膜厚ｍを
１０〜２０μｍ、基板傾斜角θを０度で加工した結果で
ある。レール断面傾斜角αは、おおよそ２５度と小さ
く、レール幅精度は、おおよそ６μｍ／μｍと大きな値
しか示さず、良好なレール２を形成することができない
例である。

【０１０２】次に、図中の（ロ）群は、上記（イ）群と
同様に比較例で、イオンミリングガスとしてＡｒを用
い、初期マスク断面傾斜角βを７０度、初期マスク膜厚
ｍを１２〜２４μｍ、基板傾斜角θを０度で加工した結
果である。この場合、初期マスク膜厚ｍが厚いほどレー
ル断面傾斜角αが大きくなり、レール幅精度もこの値に
ほぼ比例して良好な値となる。しかし、大量生産時の各
種プロセスのばらつきに耐えるほどのレール幅精度を確
保するには至っていない。

【０１０３】ついで、図中の（ハ）群は実施例で、イオ
ンミリングガスとしてＡｒを用い、初期マスク断面傾斜
角βを７０度、初期マスク膜厚ｍを１２〜２４μｍ、基
板傾斜角θを１５度で加工したときの結果である。初期
マスク膜厚ｍの依存性に関して、上記（ロ）群の基板傾
斜角θ＝０度の場合と同一の傾向がみられるが、同一マ
スク膜厚ｍどうしを比較した場合、基板回転および基板
傾斜を行った時の方が、レール断面傾斜角αが大きく、
良好なレール幅精度の値を示すことが分かる。この場
合、初期マスク膜厚ｍを１８μｍ以上にすることにより
良好なレール２を形成することができる。

【０１０４】また、図中の（ニ）、（ホ）、（ヘ）の各
群も実施例で、イオンミリングガスとしてＡｒを用い、
それぞれ基板傾斜角θを３０度、４５度、６０度にした
場合の結果である。基板傾斜角θを３０度〜６０度にす
ると、レール断面傾斜角αはほぼ５５度以上となり、レ
ール幅精度も良好な値を示すことが分かる。いずれの基
板傾斜角θの場合も、初期マスク膜厚ｍが厚いほどレー
ル幅精度は良好な値を示しているが、この場合の基板傾
斜角θの最適値は４５度である。

【０１０５】つぎに、図中の（ト）群は上記（イ）、
（ロ）群と同様に比較例で、イオンミリングガスとして
Ａｒを用い、基板傾斜角θを７５度に設定した場合の結
果である。しかし、この場合にはレール断面傾斜角α
が、上記（ニ）、（ホ）、（ヘ）の各群における３０度
〜６０度に比較してむしろ逆に低い値となり、レール幅
精度も低下している。

【０１０６】さらに、図中の（チ）群は実施例で、イオ
ンミリングガスとしてＡｒを用い、基板傾斜角θを４５
度、マスク断面傾斜角βを８８度、初期マスク膜厚ｍを
１５〜３０μｍのときの結果である。この場合は、レー
ル断面傾斜角αが約７０度と大きく、レール幅精度も１
μｍ／μｍ以下ときわめて良好な値を示している。

【０１０７】ところで、一般的に初期マスク膜厚ｍを厚
くし、そして、マスク断面傾斜角βを大きくすることが
レール幅精度向上に効果的と考えられているが、初期マ
スク膜厚ｍを厚くすることは、つぎのような不具合点を
発生する。すなわち、（１） スピンコート法で形成し
ようとしたときに多数回の塗布を必要としたり、高粘度
ホトレジストを用いる必要があり、更にマスク塗布法が
難しく、レジスト乾燥に長時間を要し、クラックが発生
しやすい。（２） 露光現像に時間がかかり、露光時に
光の回折現象が起こるために、マスク断面傾斜角βの大
きいマスクを形成することが難しく、初期マスク膜厚ｍ
を３５μｍ以上にすることが出来ないのが実状である。

【０１０８】前記の如く、イオンミリングガスとしてＡ
ｒを用いた場合には、基板傾斜角θを１５度〜６０度に
設定し、同時に基板回転を行うことにより、レール幅精
度を実用的範囲である３μｍ／μｍ以下に向上すること
が可能である。基板傾斜と基板回転とを同時に実施した
場合、使用できるイオンミリングガスとしては、Ａｒ以
外にＸｅ等のイオンミリング或いはドライエッチングガ
スとして使用されているガスが使用可能である。

【０１０９】つぎに、イオンミリングガスとして、前記
Ａｒに変えてフッ化炭化水素ガスのうち、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄ガ
スを用いたときの結果を、前記図１を参照して説明す
る。図１中の（リ）群は実施例で、マスク断面傾斜角β
を７０度とし、基板傾斜角θを０度〜６０度まで変化さ
せた場合の結果である。同図に示すように、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄
ガスを用いた場合にも基板傾斜の効果は大きく、特に、
基板傾斜角θが３０度〜６０度においてレール断面傾斜
角αは大きくなり、それに伴ってレール幅精度が良好に
なることが分かる。

【０１１０】図１中の（ヌ）群は比較例で、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄
ガスを用いてマスク断面傾斜角βを８８度とし、基板傾
斜角θを変化させた場合の結果である。この場合、レー
ル断面傾斜角αが８５度より大となり、レール幅精度が
上記（リ）群よりさらに良好な値を示したが、この条件
の例は、レール断面傾斜角αが８５度を越えることによ
り、作業環境のばらつきによっては、前述の如く再付着
層１０がレール２の側面に堆積付着する確率が高くなり
易く、レール幅精度は向上するものの、大量生産に適さ
ない場合もある。このため、再付着層１０の無いものを
選んで製品とするか、或いは、再付着層１０を効率的に
除去することが量産の条件となる。

【０１１１】つぎに、イオンミリングガスとしてＡｒと
Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄との混合ガスを用い、レールを下記条件にて
形成加工した実施例の場合の結果を説明する。加工条件
は、Ａｒガス濃度０.４×１０~⁸（ｍｏｌ／ｌ）、Ｃ₂Ｈ
₂Ｆ₄ガス濃度１.０×１０~⁸（ｍｏｌ／ｌ）、基板回転
数５ｒｐｍ、イオン電流密度１.０ｍＡ／ｃｍ²、加速電
圧８００Ｖ、基板傾斜角θ＝４５度、初期マスク膜厚ｍ
＝１５μｍ、レジストマスクの初期断面傾斜角β＝８０
度で、レール基板材Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣのレール溝深さＨ
を６μｍとした。この結果、レール断面傾斜角αが７５
度、レール幅精度が０.８μｍ／μｍの良好な値を示
し、再付着層１０についても電子顕微鏡による観察の結
果付着のないことが確認された。

【０１１２】さらに、イオンミリングガスとしてＳＦ₆
ガスを用い、レールを下記条件にて形成加工した実施例
の場合の結果を説明する。条件は、ＳＦ₆ガス濃度１.３
×１０~⁸（ｍｏｌ／ｌ）、基板回転数１０ｒｐｍ、イオ
ン電流密度０.８ｍＡ／ｃｍ²、加速電圧８００Ｖ、基板
傾斜角θ＝４５度、初期マスク膜厚ｍ＝２０μｍ、レジ
ストマスクの初期断面傾斜角β＝７５度で、レール基板
材Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣのレール溝深さＨを６μｍとした。
この結果、上記と同様に、レール断面傾斜角αが７０
度、レール幅精度が１.２μｍ／μｍの良好な値を示
し、再付着層１０についても電子顕微鏡による観察の結
果付着のないことが確認された。また、ＳＦ₆ガスを使
用した場合のレール基板材Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣに対する加
工速度は、Ａｒ或いはＣ₂Ｈ₂Ｆ₄等のフッ化炭化水素ガ
スを使用した場合に比べて約３倍（具体的には約３.５
μｍ／ｈ）になる特徴を有しており、加工時間を約１／
３に短縮して効率的な加工が可能になる。ただし、マス
ク材料としてホトレジスト等の高分子フィルムに対する
選択比が小さいため、基板傾斜および基板回転が不可欠
であり、更に、マスク膜厚は加工溝深さの１．５倍以
上、望ましくは２倍以上にすることが好ましい。

【０１１３】前述の如く被加工体の基板に、傾斜および
回転を実施することにより、レール断面傾斜が大きくな
り、レール幅精度が向上することを説明したが、次にそ
の理由に関して述べる。

【０１１４】前記図１０および図１１は、前記表２に示
す条件で行ったイオンミリング速度特性、すなわち、基
板傾斜および基板回転したときのイオンミリング速度の
入射角依存性を示したもので、図１０はイオンミリング
ガスとしてＡｒを用いた場合、図１１はイオンミリング
ガスとしてＣ₂Ｈ₂Ｆ₄を用いた場合のデータである。こ
のデータから分かるように基板傾斜と基板回転とを行う
ことにより、基板傾斜角θが大きくなるにつれてイオン
ビーム入射角４０度〜８０度のイオンミリング速度が遅
く、かつ図１０（ｂ）および図１１（ｂ）の基板傾斜角
θが７５度の場合を除き、いずれもイオンビーム入射角
０度のときのイオンミリング速度が基板傾斜角０度の場
合に比べて速くなることが分かる。

【０１１５】上記の傾向および前記図３５に示すイオン
ミリングにおけるレール断面形状の経時変化より、レー
ル２の形成過程においてマスク７のイオンミリング速
度、特に、レール幅精度に影響を及ぼすイオンビーム入
射角が４０度〜８０度のマスク側面のイオンミリング速
度が、基板傾斜角０度の場合に比較して遅くなる。この
ため、マスク７の後退速度が小さくなり、これに伴って
レール幅の後退量も小さくなり、同時に、レール溝深さ
Ｈ方向の速度が増大することになり、これによってレー
ル溝深さＨの変化に対するレール幅の変化、即ちレール
幅精度が向上することになる。このレール幅精度の向上
は、図から分かるように基板傾斜角θが３０度〜７５度
の場合に顕著であるが、このうち、基板傾斜角θが７５
度の場合には、レール基板に対する入射角０度における
イオンミリング速度も同時に低下するため、それだけ加
工時間が長くなり好ましくない。

【０１１６】上記図１０，図１１に示す現象は、イオン
ミリングガスとしてＡｒあるいはＣ₂Ｈ₂Ｆ₄を使用した
ときのみにおこる現象ではなく、イオンミリングガスと
して先に述べたＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、Ｃ₂Ｈ₃Ｆ₃、Ｃ₂Ｈ₄
Ｆ₂等のフッ化炭化水素ガスを用いた場合、または、そ
のガス濃度を変化させた場合にも同様の効果が得られ
る。勿論、ガスの種類としては、Ａｒのような希ガスを
用いるよりも、フッ化炭化水素ガスを用いた場合のほう
が、より良好な加工精度が得られることは言うまでもな
い。

【０１１７】基板回転数に関しては、実験の結果、１〜
１００ｒｐｍの範囲が適正であり、これより低いとその
効果が薄れる。反対に１００ｒｐｍ以上でも加工は可能
であるが、機械的な摩耗が大きくなり大量生産には適さ
ない。なお、レールの形成に要する時間は１時間以上で
あり、このため、基板回転数を必要以上に大きくする必
要はなく、基板回転を行うか否かが重要な点である。

【０１１８】これまでは、レール幅精度、すなわち、加
工溝深さのばらつき１μｍに対するレール幅の変動に関
して本発明の効果を論じてきたが、以下には加工溝深さ
以外の製造上のばらつきに対するレール幅のばらつき等
について説明し、本発明の更なる有効性を示す。

【０１１９】磁気ヘッド１の浮上面２ａの加工を大量生
産処理に当たって、レール幅精度に影響を及ぼすものと
しては、（ｉ）マスク膜厚ｍ、（ii）マスク断面傾斜角
β、（iii）イオンミリング速度等のばらつきがある。
これらのばらつき原因をより具体的に述べると次のよう
になる。すなわち、 （ｉ）マスク膜厚ｍ……ホトレジストの粘度ばらつき、
スピンコート条件のばらつき。フィルムを用いる場合に
は、フィルムの厚さばらつき、露光、現像条件のばらつ
き等。 （ii）マスク断面傾斜角β……ホトリソグラフィーのば
らつき、具体的には紫外線ランプの光強度、露光時間、
現像時間、現像液、温度のばらつき等。 （iii）イオンミリング速度……イオンミリング装置の
真空槽内汚染度、ガス濃度とその分布、イオン電流密
度、真空度等のばらつき或いはゆらぎ等。である。

【０１２０】上記大量生産処理時のばらつき原因は、結
果的に、イオンミリング速度のばらつきとマスク形状の
ばらつきに置き換えることが出来る。本実施例は、下記
従来技術との比較表に示すように、上記ばらつきに対し
て従来よりも、変動の少ない、即ち品質の安定したレー
ルを形成する事が出来るという効果を有する。表３に加
工条件の比較表を、また表４に製造条件のばらつきに対
するレール幅精度の比較を示す。

【０１２１】

【表３】

【０１２２】

【表４】

【０１２３】上記表３、表４に示すように、イオンミリ
ングガスとしてＡｒまたはＳＦ₆またはＣ₂Ｈ₂Ｆ₄を各単
独で、或いはＡｒまたはＳＦ₆とＣ₂Ｈ₂Ｆ₄との混合ガス
を使用して、基板傾斜角θ＝１５〜６０度、基板回転数
１〜２０ｒｐｍでイオンミリングを行い、レール断面傾
斜角αを５５度〜８５度にすることにより、マスク膜厚
ｍおよびマスク断面傾斜角βにて表されるマスク形状の
ばらつき、イオンミリング速度のばらつき（選択比のば
らつき）の各数値を、従来技術に比較して小さく抑える
ことが可能である。

【０１２４】上記実施例における基板傾斜と基板回転と
は、それぞれ単独で実施した場合には所望の顕著な効果
は得られない。仮に、基板回転のみ実施して基板傾斜を
行わない場合は、基板傾斜角θが０度の場合の前記第１
の実施例において述べたように、初期マスク膜厚ｍおよ
びＣ₂Ｈ₂Ｆ₄等のガス濃度を適正値範囲内としなけれ
ば、所定の良好なレールを形成することができない。ま
た、前記第２の実施例において基板回転を行わない場合
には、レール断面傾斜角αに左右のアンバランスが生
じ、レール幅精度の向上が見られないばかりか、ディス
ク内外周の周速度の違いによる浮上特性の不均一性を生
じることになり、優れた特性の磁気ヘッドを得ることが
できない。

【０１２５】ところで、本実施例においても前記第１の
実施例と同様に初期マスク膜厚ｍとして適正範囲が存在
する。具体的な数値としては、下限は一般的には５μｍ
が必要で、これはイオンミリング後にマスク材料がまだ
存在しうる膜厚であり、一方、その上限は３５μｍを越
えることがあってはならない。その理由は、初期マスク
膜厚ｍが３５μｍを越えると、イオンミリング中のスパ
ッタ物がマスク側面及びレール側面に再付着する確率が
著しく増加するためである。

【０１２６】なお、イオンミリグガスのＡｒをＸｅ、Ｈ
ｅ、ＳＦ₆に置き換えても、また、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄を先に述べ
たＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、Ｃ₂Ｈ₃Ｆ₃、Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂等のフッ
化炭化水素ガスに置き換えても、そのガス濃度および初
期マスク膜厚ｍを適正化することにより、前記実施例と
同様の加工精度を得ることが可能になる。

【０１２７】つぎに、前述の第１の実施例および第２の
実施例において、イオンミリングガスとしてＣ₂Ｈ₂Ｆ₄
等のフッ化炭化水素ガスを用いて加工した場合の特異的
な現象のその１について、図１４を参照して説明する。
図１４は、イオンミリングガスとしてＣ₂Ｈ₂Ｆ₄を用い
たときのレール形成時の加工モデルを示す図である。

【０１２８】図１４において、１１はマスク（ホトレジ
ストマスク）７の端面に形成されているレジスト再付着
層のテラス１１である。テラス１１の形成は、イオンミ
リングガスとしてＣ₂Ｈ₂Ｆ₄を用いた場合に、マスク７
の側面でスパッタされた高分子材料が、レール基板８の
セラミックス表面部に再付着して形成されたもので、こ
のテラス１１の形成によりイオンミリング中のレール２
の端面の後退、すなわち、マスク７の寸法の減少が抑制
されることにより、寸法精度の高い浮上面の形成が可能
になる。かかるテラス１１が形成される現象は、Ｃ₂Ｈ₂
Ｆ₄のほか、Ｃ₂Ｈ₃Ｆ₃、Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂等のフッ化炭化水素
ガスを用いたときにも発生するが、Ａｒ、ＣＦ₄等の一
般的に使用されているガスを用いたときには発生しな
い。そして、かかる現象の発生は、初期マスク膜厚ｍ
が、おおよそ３μｍ以上と厚いとき、および選択比の大
きいことが必須な条件と推定できる。

【０１２９】つぎに、イオンミリングガスとしてフッ化
炭化水素ガスを用いた場合の特異的な現象のその２は、
磁気ヘッド１の側面１ａの汚染に関する問題である。こ
こで、磁気ヘッド１の側面１ａとは、前記図４に示す浮
上面２ａと垂直な素子形成部２０の側面２０ａを含む面
のことである。側面１ａは、イオンミリング中にスパッ
タ物が付着するため各種の物質により汚染される。従っ
て、イオンミリング終了後これら汚染物は水や有機溶剤
等を用いて洗浄して除去されるが、Ａｒ、ＣＦ₄等の従
来一般的に使用されているイオンミリングガスを用いた
場合は、上記汚染物を除去するのに相当の手間がかか
る。汚染物の実態が、真空チャンバの材料であるステン
レスや、イオンミリング電極の材料であるＭｏや、磁気
ヘッド基板材料であるアルミナチタンカーバイド等の金
属やセラミックスであり、これらが大きな運動エネルギ
ーで側面１ａに付着することがその原因と考えられてい
る。これに対して、イオンミリングガスとしてフッ化炭
化水素を用いた場合には、上記汚染物が水、または有機
溶剤で容易に除去できる効果を有するのである。その理
由は、イオンミリング中にフッ化炭化水素の薄膜が磁気
ヘッド１の側面１ａに形成され、この薄膜ごと汚染物が
リフトオフのような原理で除去されるためと考えられる
が、この汚染物の簡単な除去効果は、磁気ヘッド１の浮
上特性には直接関係はないが、仮に上記汚染物が付着し
たままの状態で長時間磁気ディスク装置を稼動させる
と、やがて汚染物が脱離してクラッシュの原因となるこ
とが考えられ、磁気ディスク装置を大量生産する場合に
おける重要な問題の１つを解決するものとなる。

【０１３０】なお、前記第１の実施例及び第２の実施例
により当業者等が、本発明に係るレール２を形成する
際、作業性を高める目的でイオンミリング装置のプラズ
マ密度を向上させ、あるいは、イオン引きだし電極の電
圧を上昇させてイオン電流を増加し、イオンミリング速
度を向上させる試みがなされることが想定される。この
ような場合、レール基板の受けるエネルギーが高められ
て該基板の温度が上昇し、結果的にマスク材料の温度が
上昇して該マスク材料のイオンミリング速度が極端に上
昇する場合が推定されるが、かかる場合には、前記第１
および第２の各実施例にて説明した結果とは異なり、選
択比が低下し、本発明の意図する精度の高いレールを形
成できないケースがでてくることも想定される。しか
し、かかる場合の有効な対策手段として、レール基板を
Ｈｅ等のガスを用いて冷却する、いわゆるガス冷却によ
り前記基板の温度上昇を抑制する方法があり、また、任
意にＣ₂Ｈ₂Ｆ₄等のフッ化炭化水素ガスの濃度を高めて
選択比の低下を補うことも可能であり、前記各実施例の
効果を確実に保全することが可能である。

【０１３１】図１５に、前記第１および第２の各実施例
により形成されたレール２のレール断面傾斜角αの拡大
図を示す。実際に形成されたレール２のレール側面２ｂ
及びレール底面２ｃには、大小の凹凸がみられ、特に、
第２の実施例の場合に図１５（ｂ）に示すような大きな
凹凸が見られる。この様なレール２のレール断面傾斜角
αの測定法は、図１５（ａ）のようにレール２の表面に
凹凸が無い場合には、レール断面傾斜角αは、レール側
面２ｂとレール底面２ｃとのなす図示の角度がそのまま
レール断面傾斜角αとなる。一方、図１５（ｂ）に示す
ように大きな凹凸が見られる場合には、図１５（ｂ）に
示すように、側面２ｂの中間部の凹凸の中心を繋いでで
きる近似直線を設定し、図１５（ａ）と同様、レール側
面２ｂとレール底面２ｃとのなす角度を求めてレール断
面傾斜角αとする。

【０１３２】また、レール形成条件によっては、レール
側面の下端に裾ひきがあって、下端の側面に占める割合
が大きい場合がある。この場合にも、上記同様図１５
（ｂ）に示すように、下端の形状、大きさを考慮せず、
レール側面２ｂの中間部の凹凸の中心を繋いでできる近
似直線を設定し、図１５（ｂ）に示すように、レール側
面２ｂとレール底面２ｃとのなす角度を求めてレール断
面傾斜角αとする。

【０１３３】つぎに、前記第１および第２の各実施例の
方法により形成したレール２を有する磁気ヘッドの浮上
特性を、図１６を参照して説明する。図１６は、レール
断面傾斜角αと浮上量との関係を示す実験データであ
る。この場合、レール幅は最小１００μｍ、レール溝深
さＨ＝６μｍ一定で、レール断面傾斜角αのみ異なる磁
気ヘッドを用いた。この結果は図に示すように、レール
断面傾斜角αが約５５度以下になると浮上量のばらつき
が増大するが、これに対してレール断面傾斜角αが約５
５度以上になると浮上量のばらつきが小さくなり、ほぼ
一定値の安定した浮上量を示している。この理由は定か
ではないが、レール断面傾斜角αが約５５度以下になる
と、前記図１５に示すレール側面２ｂの傾斜面が浮上特
性に影響を及ぼすようになり、該傾斜面の面積が増える
ことにより浮上量がばらつくのではないかと推定され
る。即ち、該傾斜面は前記図２９（ｂ）に示す非線形形
状のレールの場合、空気圧を受ける方向が複雑で、この
ことが浮上量のばらつきに関係すると推定できる。

【０１３４】上記したレール断面傾斜角αと浮上量ばら
つきの関係は、レール２形成時の製造ばらつきによるも
のではなく、レール２の幾何学的形状と浮上特性に関す
るものと考えられる。

【０１３５】一方、図示の如くレール断面傾斜角αが８
５度を越えると、浮上量の安定性に関しては問題ない特
性を示す。しかし、塵、ほこりがレール２の各面に付着
しやすくなり、浮上安定性以外の面での問題が生じる場
合がある。また、図示していないが、レール断面傾斜角
αが８５度を越えると、磁気ヘッドと磁気ディスクとが
クラッシュした場合、磁気ヘッドのコーナー部から受け
る力が大きくなり、磁気ディスクの記録面が損傷しやす
くなるという問題点が生じる場合がある。

【０１３６】前記図１６に示す傾向は、レール幅を変化
させた場合にも、またレール溝深さＨを変化させた場合
にも、浮上量の絶対値は変わるものの浮上量のばらつき
の傾向は変わらない。

【０１３７】なお、前記各実施例では、レール基板材と
してアルミナチタンカーバイド系のセラミックスに関し
て述べたが、これらの効果はこれに限定されるものでは
なく、各種セラミックス（Ａｌ₂Ｏ₃・Ｆｅ₂Ｏ₃・Ｔｉ
Ｃ、Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＯ₂、ＳｉＣ−Ｓｉ等）、ガラス、
結晶（Ｚｎ−フェライト）等からなるレール基板にも適
用することが可能である。

【０１３８】つぎに、上記第１および第２の各実施例よ
り、さらに具体的な薄膜磁気ヘッドレールの製造プロセ
スである第３の実施例を、図１７および図１８を参照し
て説明する。図１７は磁気ヘッドレールの斜視外観図お
よび一部拡大断面図、図１８はレール形成のプロセス説
明図である。

【０１３９】まず、薄膜磁気素子を、例えば縦２０レー
ル分×横２４レール分の計４８０レール分を形成した直
径３インチ、厚さ２ｍｍのアルミナ系セラミック基板
を、縦２０列、横２列のブロック状に切断する。この場
合の１つのブロックの大きさは２×３０×０.４８ｍｍ
で、この１つのブロックには２×０.４８×１.５ｍｍの
レール２を１２個形成する事ができる。切断方法は切断
砥石によっておこなう方法があるが、放電加工を用いて
も良いし、レーザによる加工も可能である。

【０１４０】次に、前記ブロックの切断された面の浮上
面２ａ側（レール形成側）を研磨し、浮上面２ａの面粗
さをＲｍａｘ５ｎｍ以下にする。

【０１４１】このようにして製作されたブロックを、直
径３インチ、厚さ４ｍｍのレール形成用の治具に再び並
べる。このときブロックの向きは浮上面２ａ側を上に、
磁気素子側を手前側とし、縦２０列、横２列に配置す
る。ブロックは治具に対して導電製フィルム接着剤を介
して接着する。

【０１４２】このように配列されたブロック上に、浮上
面２ａの保護膜をスパッタする。該保護膜の厚さはシリ
コン５ｎｍ、カーボン５ｎｍ、シリコン５ｎｍとした。

【０１４３】ついで図１８（ａ）に示すように、前記ブ
ロック上に有機珪素系ポジ型レジストをロールコータを
用い塗布する。そして、プリベーク後、厚さ７±１.３
μｍのレジスト膜となるように塗布する。

【０１４４】次に露光・現像を行い、レール２に所定の
二次元パターンを形成する。露光装置は一括露光のでき
るプロジェクションタイプでも良いし、治具上に配列さ
れたブロックの高さがばらついていても高精度なパター
ニングが可能なステッパータイプでも良い。この後さら
にアフターベークを行い、レジストから有機溶剤を揮発
させ、焼き固める。このときのレジスト側面の傾斜角は
７８度であった。

【０１４５】次に図１８（ｂ）に示すイオンビームエッ
チング(Ion Beam Etching)を行う。イオン源ガスとして
フロン１３４ａ（ＣＨ₂ＦＣＦ₃、1,1,1,2-テトラフルオ
ロエタン、1,1,2,2-テトラフルオロエタン）を使用す
る。ただし、フロン１３４ａだけではレジスト膜上に堆
積物を生じてしまうため、レール２の幅がレジストパタ
ーンのレール幅よりも太ってしまい、レール幅の精度
（±４μｍ）も安定しないので、アルゴンガス(Ａｒ)と
混合して使用する。両ガスの流量を互いに変えることに
より、レジストマスクのアルミナチタンカーバイドに対
する選択比（レジストマスクのエッチング速度に対する
アルミナチタンカーバイドのエッチング速度の比）を変
化させることができる。また、Ａｒガスの代わりに希ガ
スであるキセノンガス、ヘリウムガスなどとの混合ガス
でもよい。ガスの流量は装置や加工条件、必要な選択比
などにより異なるが、本実施例において使用したイオン
ビームエッチング装置においては、Ａｒガスの流量を
７.５ｓｃｃｍ、フロン１３４ａの流量を７.５ｓｃｃｍ
とした。

【０１４６】そして、ロータリーポンプまたはドライポ
ンプとターボ分子ポンプを併用してイオンビームエッチ
ング装置の真空チャンバの真空度が４.０×１０~⁴以下
になるように排気する。なお、ここではフィラメントの
陰極から熱電子を放出させてイオン源ガスを電離させる
電子衝撃型イオン源を有するイオンビームエッチング装
置を使用した。

【０１４７】次に加速電極と被加工材との間を遮蔽して
いるステンレス製のシャッタに流れるシャッタビーム電
流が、ちょうど０Ａ（ゼロアンペア）となるようにニュ
ートラライザから熱電子をシャッタに向けて飛ばし、電
気的に中和する。これは被加工材が多数の陽イオンの衝
突によりチャージアップして、陽イオンが被加工材に衝
突する回数が減り、エッチング速度が減少することを防
止するためである。

【０１４８】上記にてエッチング条件が整ったので、シ
ャッタを開き、エッチングを開始する。この場合イオン
ビームの入射角度は０度とし、また、レジストの焼けを
防ぐため０℃の循環水冷却を行った。ここで、アルミナ
チタンカーバイドのエッチング速度は０.７μｍ／ｈ、
またレジストのエッチング速度は０.２μｍ／ｈである
ため、選択比は３.５である。アルミナチタンカーバイ
ドの加工深さＨ（レール溝深さＨ）としては６.０μｍ
必要なので、８.５７時間エッチングした。そして、図
１８（ｃ）の状態を得る。

【０１４９】次に、浮上面２ａのエッジを加工するた
め、酸素によるＲＩＥを行う。ＲＩＥの条件は、酸素流
量５０ｓｃｃｍ、真空度５０ｍＴｏｒｒ、バイアス直流
電圧３７０Ｖ、高周波電力１００Ｗ、周波数１３.５６
ＭＨｚ、対抗電極はカーボン電極、電極間距離１２５ｍ
ｍである。。

【０１５０】上記条件で２０分ＲＩＥすると、レジスト
が加工されて幅４μｍ後退し、後退したレジストの下の
レール材をさらに３００ｎｍエッチングする事ができ
た。ただし、図１７（ｂ）および図１８（ｄ）に示すよ
うに、レジスト側面の後退と同時にエッジ２ｄが加工さ
れるので、ＲＩＥによる加工断面の形状は、浮上面２ａ
のエッジ２ｄ側ほど深く、反対に内側ほど浅くなってい
る。この浮上面２ａのエッジ２ｄの加工量は、ＲＩＥの
条件によって制御可能である。条件を変えることにより
レジスト側面の後退量とレール材の加工速度のバランス
が変化するので、エッジ２ｄの加工断面形状を変化させ
ることが可能になる。

【０１５１】この後、有機溶剤（例えばＮＭＰ、アセト
ン）等のレジスト剥離液に浸漬してレジストを剥離す
る。本実施例では超音波発振器により超音波振動を付加
された容器の中に、ＮＭＰを８０℃に熱して２０分間浸
漬した。

【０１５２】上記プロセスを経てレール２を形成された
ブロックは、治具から剥離されて切断砥石により個々の
レール２に切断され、洗浄後、磁気ディスク装置に組み
込まれる。

【０１５３】つぎに、他の具体的な薄膜磁気ヘッドレー
ルの製造プロセスである第４の実施例および第５の実施
例を、図１９を参照して説明する。図１９は前記図１８
と同様にレール形成のプロセス説明図である。

【０１５４】前記図１８においては、レジスト側面の後
退量とレール材の加工速度とのバランスをＲＩＥの条件
によって制御したが、イオンビームエッチングの条件に
よって変化させることも可能である。上記第３の実施例
では選択比が３.５であったが、第４の実施例は選択比
を４.０以上にして、図１９（ｃ）に示すようにレジス
トの側面に二段の傾斜角を形成させる例である。この二
段の傾斜角の形成は、一般に再付着層と呼ばれる現象に
よるものである。すなわち、図１９（ｂ）に示すイオン
ビームエッチング時に、レジストの側面に衝突したイオ
ンによりスパッタされたレジスト粒子の一部が、レジス
トが後退して現れた浮上面２ａやレジスト側面に再び付
着する現象によるものである。また、イオンビームエッ
チング時には、レジスト側面の後退と共にレジスト側面
の傾斜角も小さくなる。そのためスパッタされたレジス
ト粒子がレジスト側面の後退により現れた浮上面２ａに
付着しやすくなる。

【０１５５】選択比を増大させるためには、イオンビー
ムエッチングにおいてフロン１３４ａの流量を増やす
か、あるいは混合されているＡｒガス等の希ガスの流量
を減らす。例えば、フロン１３４ａの流量を１０ｓｃｃ
ｍ、Ａｒガスの流量を５ｓｃｃｍとすると、選択比が
５.０になる。この場合、レール材の加工速度はほとん
ど変化しないので、レジストの上層が１.２μｍ程度加
工された。このときレール幅側面の後退量は０.５μｍ
であった。

【０１５６】そして、ＲＩＥにより前記第３の実施例と
同じ条件で浮上面２ａのエッジ２ｄを加工した。そし
て、図１９（ｄ）または図１７（ｂ）に示すエッジ２ｄ
が形成されるが、この場合、前記第３の実施例よりもレ
ジスト側面の後退量が大きくなり、浮上面２ａのエッジ
２ｄの加工断面も前記第３の実施例に比べて幅が４μｍ
と広く、またレール溝深さＨはレール２の外側で３００
ｎｍであった。

【０１５７】つぎに、第５の実施例について説明する。
イオンビームエッチング後のレジスト側面に前記再付着
層を付ける方法として、選択比を大きくするほかにレジ
ストの塗布膜厚を薄くする方法がある。レジストの塗布
膜厚を薄くすることにより、レジスト側面の後退速度が
速くなり、再付着層を形成することができる。また、レ
ジストの露光時にデフォーカスをかける方法がある。デ
フォーカスをかけることによりレジスト側面の傾斜角が
小さくなり、スパッタ粒子が浮上面２ａに再付着し易く
なるとともに、レジスト側面の後退速度が速くなる効果
がある。例えば、マスクの膜厚を４μｍとして前記第３
の実施例と同じ条件でイオンビームエッチング及びＲＩ
Ｅを行ったところ、前記第４の実施例と同様形状のエッ
ジ２ｄの加工断面形状が形成された。

【０１５８】以下、さらにエッチングガスによる加工プ
ロセスに係る各種実施例を、図２０ないし図２７を参照
して説明する。図２０は各種ガスのミリングレートと選
択比の棒グラフを表す図、図２１はカーボン膜上の堆積
の棒グラフを表す図、図２２はＣＨ₂ＦＣＦ₃とＡｒの混
合ガスを用いた場合のアルミナチタンカーバイドとカー
ボンのミリングレートの折線グラフを表す図、図２３は
ＣＨ₂ＦＣＦ₃とＳＦ₆の混合ガスを用いた場合のアルミ
ナチタンカーバイドとカーボンのミリングレートの折線
グラフを表す図、図２４はＣＨ₂ＦＣＦ₃とＣＨＦ₃の混
合ガスを用いた場合のＬｉＮｂＯ₃およびレジストのミ
リングレートの折線グラフを表す図、図２５はＣＨ₂Ｆ
ＣＦ₃とＣＦ₄の混合ガスを用いた場合の石英およびレジ
ストのミリングレートの折線グラフを表す図、図２６は
アルミナチタンカーバイド基板上にスライダを形成する
プロセスの概略図、図２７は図２６のプロセスにより加
工された薄膜磁気ヘッドのレール面を示す平面図であ
る。

【０１５９】第６の実施例を図２０および図２１を用い
て説明する。本実施例は、カーボンをマスクとして、被
加工材としてアルミナチタンカーバイド基板をイオンミ
リングにより加工する場合について、エッチングガスと
して本発明の加工方法で用いるＣＨ₂ＦＣＦ₃ガス（構造
として１，１，１，２−テトラフルオロエタン、１，
１，２，２−テトラフルオロエタンの両者とも用いるこ
とが可能である。）の特性について他の従来技術に係る
ガスと比較しつつ説明する。

【０１６０】先ず、最初に以下で用いる用語の説明を行
う。ミリングレートとは、イオンミリングによる被加工
材およびマスクに対する加工速度をいう。エッチレート
とは、より広くエッチングする場合の被加工材およびマ
スクに対する加工速度をいう。選択比とは、マスクのミ
リングレート（あるいはエッチレート）に対する被加工
材のミリングレート（あるいはエッチレート）の比をい
う。すなわち、以下に示す式で表せるものである。

【０１６１】

【数１】

【０１６２】また、エッチング中にマスク上に堆積物が
生じるが、その堆積物の生成される速度を、堆積レート
ということにする。

【０１６３】さて、図２０は、被加工材がアルミナチタ
ンカーバイド、マスクがカーボンの場合に、各種ガスを
使用した場合の選択比を比較して示したものである。

【０１６４】ＣＨ₄、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₂ＦＣＦ₃はカーボ
ンマスク上に堆積物を生じるため、選択比は無限大とな
る。すなわち、マスクはこれらのガスにより加工される
ことはない。

【０１６５】したがって、これらのガスを用いる場合
は、加工量にかかわらず、ごく薄くマスクが形成されて
おれば良い。そこで、カーボン膜のようにスパッタ膜等
を使用する際、マスク形成プロセスにかかる時間が短縮
できる。また、薄いマスクの場合の利点としては、その
パターニング精度が良いこともある。

【０１６６】ところが図２１に示すように、堆積レート
はガスによって異なっている。すなわち、ＣＨ₄やＣＨ₂
Ｆ₂の場合約１μｍ／ｈであるのに対し、ＣＨ₂ＦＣＦ₃
の場合は約０．２μｍ／ｈとＣＨ₂Ｆ₂の約５分の１程度
と非常に遅い。また、堆積レートは一般的に±１０〜２
０％程度ばらつくため、堆積レートが１μｍ／ｈと大き
い場合は、マスクの厚さのばらつきも大きくなる。

【０１６７】通常、イオンミリングの最中にマスクは徐
々に後退し、マスク形成直後のマスクの幅に比べ細くな
っていくが、その後退量（寸法シフト）はマスクの厚さ
とミリングレートに依存するため、マスクの厚さがばら
つくとミリング後のパターン幅にばらつきを生じる。そ
れ故、ＣＨ₂ＦＣＦ₃ガスを用いる場合は、ＣＨ₄やＣＨ₂
Ｆ₂に比べて、堆積レートが小さく、またそのばらつき
のも小さいため、加工精度が良くなるという利点があ
る。

【０１６８】また、従来のＣＨ₄やＣＨ₂Ｆ₂のような可
燃性のガスに対し、ＣＨ₂ＦＣＦ₃は不燃性ガスであり、
毒性、腐食性等の特殊な対策を必要とするような性状が
まったくないため、現状の量産設備に直ちに適用可能で
ある。

【０１６９】次に、第７の実施例を図２２を用いて説明
する。本実施例は、カーボン膜をマスクとし、被加工材
としてアルミナチタンカーバイド基板を、エッチングガ
スとしてＣＨ₂ＦＣＦ₃とＡｒの混合ガスを用いてイオン
ミリングする場合の例で、この場合にもエッチングガス
としてＣＨ₂ＦＣＦ₃のみを用いる前記第６の実施例と同
様の効果が期待できる。

【０１７０】さらに、図２２を用いてＡｒを混合させた
ときの特有の効果について説明する。同図において、カ
ーボンのミリングレートがマイナスになっている部分
は、マスク上に堆積物が生じていることを示している。
したがって、カーボンのミリングレートがマイナスから
プラスに移行する混合パーセンテージが２４％付近は、
カーボンのマスク上で、堆積物が生じる場合とマスクが
エッチングされる場合との境界点となっている。

【０１７１】そのため、上記混合比近傍では、堆積レー
ト、ミリングレートとも非常に遅く、マスクの寸法の変
化量が非常に小さくなり、被加工材のエッチングに好適
な条件となって、エッチング加工の寸法精度を飛躍的に
向上させることになる。

【０１７２】また、混合比２４％以上の条件で加工を行
えば、マスク上に堆積物が生じないため、それを除去す
るプロセスを省略することができるという利点もある。

【０１７３】さらにまた、Ａｒガスは物理的に不活性な
ガスであるため、Ｐｔのようなフッ素系のガスをエッチ
ングガスとして用いた場合にミリングレートが比較的遅
くなる材料においても、ＣＨ₂ＦＣＦ₃とＡｒの混合ガス
を用いた場合には、十分なミリングレートを得ることが
可能になる。

【０１７４】つぎに、第８の実施例を図２３を用いて説
明する。本実施例は、カーボン膜をマスクとし、被加工
材としてアルミナチタンカーバイド基板を、エッチング
ガスとしてＣＨ₂ＦＣＦ₃とＳＦ₆の混合ガスを用いてイ
オンミリングをする場合の例で、この場合においてもエ
ッチングガスとしてＣＨ₂ＦＣＦ₃のみを用いる前記第６
の実施例と同様にエッチング加工の精度向上が期待でき
る。

【０１７５】すなわち、図２３に示されるように、ＣＨ
₂ＦＣＦ₃にＳＦ₆を混合する場合は、例えば前記Ａｒを
混合する場合と比べても、混合比がかなり小さい時点で
カーボン膜のミリングレートがマイナスからプラスに移
行しており、したがってこの時点でカーボンのマスク上
で、堆積物が生じる状態とマスクがエッチングされる状
態が逆転していることがわかる。

【０１７６】また、エッチングガスとしてＣＨ₂ＦＣＦ₃
とＳＦ₆の混合ガスを用いた場合には、アルミナチタン
カーバイドのミリングレートは、ＣＨ₂ＦＣＦ₃単独の場
合に比べてかなり大きくなっているので、よりエッチン
グガスとして好適なものである。

【０１７７】つぎに、第９の実施例を図２４を用いて説
明する。本実施例は、被加工材としてＬｉＮｂＯ₃基板
を、レジストをマスクとし、エッチングガスとしてＣＨ
₂ＦＣＦ₃とＣＨＦ₃の混合ガスを用いてイオンミリング
する場合の例で、ＣＨ₂ＦＣＦ₃にＳＦ₆を混合したエッ
チングガスを用いた前記第８の実施例の場合と同様な効
果を有する。図２４に示されるようにＣＨ₂ＦＣＦ₃とＣ
ＨＦ₃混合比４５％近傍で最も高精度化が期待できる。

【０１７８】また、ＬｉＮｂＯ₃のミリングレートは、
図２４に示されようにＣＨ₂ＦＣＦ₃単独でエッチングガ
スとして用いた場合は、０.７μｍ／ｈであるが、ＣＨ₂
ＦＣＦ₃とＣＨＦ₃混合比４５％近傍では０.９μｍ／ｈ
であり、比較すると１．３倍程度大きくなっていること
が分かる。

【０１７９】つぎに、第１０の実施例を図２５を用いて
説明する。本実施例は、レジストをマスクとし、被加工
材として石英基板を、そしてエッチングガスとしてＣＨ
₂ＦＣＦ₃とＣＦ₄の混合ガスを用いて反応性イオンエッ
チングする場合の例で、この場合においても前記第８お
よび第９の実施例と同様の精度向上の効果を有する。図
２５に示すようにＣＨ₂ＦＣＦ₃に対するＣＦ₄の混合比
２５％付近が最適条件である。

【０１８０】つぎに、第１１の実施例を図２６および図
２７を用いて説明する。図を参照しながら本実施例の加
工プロセスを順に説明する。図２６（ａ）は、磁気素子
形成後、ブロック状に切断研磨されたアルミナチタンカ
ーバイド３１である。該アルミナチタンカーバイド３１
上に、図２６（ｂ）に示すようにＳｉ，Ｃ，ＳｉＣ等の
無機物薄膜からなる保護膜３３をスパッタリングにより
成膜した後、マスク材であるカーボン膜３２をスパッタ
リングにより形成する。

【０１８１】つぎに、図２６（ｃ）に示すようにカーボ
ン膜３２上に感光性材料すなわちレジスト３４を塗布
し、図２６（ｄ）に示す所定のレール形状を露光現像し
た後、図２６（ｅ）に示すように酸素エッチングにより
カーボン膜３２をエッチングし、レジスト３４を除去す
る。

【０１８２】ついで図２６（ｆ）に示すように、カーボ
ン膜３２をマスクとして保護膜３３及びアルミナチタン
カーバイド３１をイオンミリングにより加工し、レール
２を形成する。本実施例においては、この過程のエッチ
ングガスとしてＣＨ₂ＦＣＦ₃とＡｒの混合ガスを用い
る。

【０１８３】そして、図２６（ｇ）に示すように、イオ
ンミリング後、マスクとして残ったカーボン膜３２を酸
素エッチングにより除去する。

【０１８４】図２７に本実施例のプロセスを用いて形成
した磁気ヘッド１のレールを示す。この場合、レール溝
３５の深さＨは約１０μｍ、浮上面２ａの幅は最も細い
部分で約１００μｍに形成された。

【０１８５】ここで、上記プロセスについて、従来イオ
ンミリング時に、エッチングガスとしてＡｒとＣＦ₄と
の混合ガスを用いて行われていたプロセスと、前記実施
例のＣＨ₂ＦＣＦ₃とＡｒの混合ガスを用いる場合とを比
較する。

【０１８６】さて、レール２を加工する場合は、浮上面
２ａの幅が磁気ヘッド１の浮上量に密接に関係するた
め、該幅の変動量は±２μｍ以下であることが要求され
る。

【０１８７】しかし、従来のプロセスではＡｒとＣＦ₄
２７％の混合ガスを用いることから、アルミナチタンカ
ーバイド３１のミリングレートは１.０μｍ／ｈ、カー
ボン膜３２のミリングレートは０.６μｍ／ｈで、選択
比は１.６７であった。この条件で加工を行った場合、
浮上面２ａの幅の寸法精度は±５μｍで、浮上量ばらつ
きは±０．０２μｍと大きかった。また、カーボンマス
クの厚さは約９μｍ必要であり、その成膜に約１５時間
を要していた。

【０１８８】ところが、本実施例のＣＨ₂ＦＣＦ₃とＡｒ
４０％の混合ガスを使用した場合は、Ａｒ混合比４０％
において、アルミナチタンカーバイド３１のミリングレ
ートは０.９μｍ／ｈ、カーボン膜３２のミリングレー
トは０.０３μｍ／ｈで選択比は３０であった。この条
件で厚さ３μｍのカーボン膜３２をマスクとして加工を
行ったときの浮上面２ａの幅の寸法精度は±１.５μｍ
が得られた。このように幅精度を２μｍ以下に抑えられ
ることにより、浮上量ばらつきを±０.００６μｍと小
さくすることができ、また、カーボン膜３２の成膜プロ
セスを約５時間に短縮することが可能になる。

【０１８９】また、上記プロセスにより浮上面２ａの幅
の寸法精度が±２μｍ以下に抑えられることにより、浮
上量が０.１５μｍ以下の磁気ヘッド１を安定して大量
に供給することが可能になる。

【０１９０】つぎに、第１２の実施例を説明する。本実
施例は、レジストをマスクとし、被加工材としてアルミ
ナ膜を、エッチングガスとしてＣＨ₂ＦＣＦ₃とＣＨＦ₃
５０％の混合ガスを用いて加工し、磁気素子を形成する
場合の例で、この場合も前記第１１の実施例と同様の精
度向上の効果を有する。例えば、約１μｍのレジストを
マスクとして、アルミナ膜を加工した場合、パターン幅
の寸法シフトは、ほぼゼロである。

【０１９１】つぎに、第１３の実施例を図２８を参照し
て説明する。図２８はエッチングガスによる加工プロセ
スにより加工した回折格子を示す斜視図である。

【０１９２】本実施例は、前記したエッチングガスによ
る加工プロセスが、ＬｉＮｂＯ₃基板を、レジストをマ
スクとして回折格子を加工する場合においても有効であ
ることを説明する。従来は、約２μｍのレジストをマス
クとしてＣＨＦ₃ガスを用いてイオンミリングにより加
工していた。ＬｉＮｂＯ₃のミリングレートは１.３μｍ
／ｈ、レジストのミリングレートは１.０μｍ／ｈで、
選択比は１.３であった。この場合、レジストのミリン
グレートが大きいために、あまり長時間イオンミリング
を行うと、加工中にレジストがだんだんと細くなってい
き最終的にはまったくなくなってしまう。このため、レ
ール溝３５の加工深さは最大でも４μｍ程度が限界であ
った。また、加工後のレール断面形状もテーパ角αが約
４５度の台形となり、回折格子として用いると高次回折
光が多く発生し、十分な効率が得られなかった。

【０１９３】ところが、ＣＨ₂ＦＣＦ₃とＣＨＦ₃５０％
の混合ガスを用いれば、レジストのミリングレートは０
近くに抑えられ選択比１０以上が得られるため、５μｍ
以上の深溝の加工が可能である。また、テーパ角も７０
度程度に抑えられ、光学素子として使用可能な特性の回
折格子が得られる。

【０１９４】つぎに、第１４の実施例を説明する。例え
ば、ジルコン酸チタン酸鉛のような高誘電体材料を、前
記したエッチングガスによる加工プロセスで加工する
と、０.４μｍ／ｈ以上のエッチングレートが得られ、
またピッチ１μｍ以下の微細な溝の加工が可能で、大容
量半導体メモリ、半導体フラッシュメモリ等の半導体素
子のプロセスに適用可能である。

【０１９５】つぎに、第１５の実施例を説明する。例え
ば、Ｃｕ、Ｐｔ等の金属は、従来プロセスでは加工レー
トが非常に遅く加工が困難な材料であったが、本発明の
ＣＨ₂ＦＣＦ₃、Ａｒ混合ガスで加工すると０.２μｍ／
ｈ以上のエッチングレートが得られ、微細溝の加工も可
能で、大容量半導体メモリの配線層に適用することが可
能である。

【０１９６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、薄膜磁気
ヘッド浮上面におけるレールの幅、溝深さおよび断面傾
斜角を、所望の形状に高精度かつ高能率に加工し、安定
した低浮上量を得るとともに、ヘッドクラッシュを防止
することができる効果を奏する。そして、レール断面傾
斜角を５５度〜９０度、好ましくは５５〜８５度にする
ことにより、製造上のばらつきを含めてヘッド浮上量の
安定性を高める効果がある。浮上量の絶対値そのもの
は、先に述べたようにレール幅、溝深さ、或いはレール
形状に依存する。しかし、その安定性に関してはレール
断面傾斜角の適正化効果は大きい。

【０１９７】本発明の効果をさらに述べれば、第１に、
マスク膜厚、マスク断面傾斜角、イオンミリング選択比
等の各種の加工ばらつきがあっても浮上量のばらつきが
小さく、また、再付着層の発生に影響されることなく、
レール溝深さのばらつきに対してレール幅のばらつきの
小さい磁気ヘッドのレール形状及びその形成方法を提供
することが可能である。具体的には、レール幅精度、す
なわち、レール溝深さの加工が１μｍばらついたときの
レール幅のばらつきの範囲が、３μｍ／μｍ以下となる
ようなレール形状とその製造方法を提供することが可能
である。

【０１９８】第２に、上記レールの形成過程において、
磁気ヘッドの空気流出端の面取り加工を行うことができ
る製造方法を提供することが可能になる。

【０１９９】第３に、磁気ヘッドのレール浮上面外縁部
のエッジを、均一に精度よく量産加工することができる
製造方法を提供することが可能になる。

【０２００】

【図面の簡単な説明】

【図１】各種条件下におけるレール形成加工後のレール
断面傾斜角とレール幅精度との関係を示す図である。

【図２】レール形成プロセスを示す図である。

【図３】固定治具にセットされたイオンミリング後のヘ
ッドブロックの一部外観図である。

【図４】図３に示すヘッドブロックのうちの磁気ヘッド
単体の外観図である。

【図５】公知のイオンミリング装置構成図である。

【図６】Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄ガス濃度とレール幅との関係を示す
図である。

【図７】Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄ガス濃度とレール断面傾斜角との関
係を示す図である。

【図８】レール断面傾斜角とレール幅精度との関係を示
す図である。

【図９】Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄ガス濃度と選択比との関係を示す図
である。

【図１０】イオンミリングガスとしてＡｒを用いた場合
のマスクおよびレール基板のイオンミリング速度の入射
角依存性を示す図である。

【図１１】イオンミリングガスとしてＡｒとＣ₂Ｈ₂Ｆ₄
との混合ガスを用いた場合のマスクおよびレール基板の
イオンミリング速度の入射角依存性を示す図である。

【図１２】ロールコーティング方式のレジスト塗布装置
の概要説明図である。

【図１３】図１２により塗布されたレジスト形状および
面取り加工説明図である。

【図１４】イオンミリングガスとしてＣ₂Ｈ₂Ｆ₄を用い
たときのレール形成時の加工モデルを示す図である。

【図１５】レール断面傾斜角αの拡大図である。

【図１６】レール断面傾斜角αと浮上量との関係を示す
実験データである。

【図１７】磁気ヘッドレールの斜視外観図および一部拡
大断面図である。

【図１８】レール形成のプロセス説明図である。

【図１９】レール形成のプロセス説明図である。

【図２０】各種ガスのミリングレートと選択比の棒グラ
フを表す図である。

【図２１】カーボン膜上の堆積の棒グラフを表す図であ
る。

【図２２】ＣＨ₂ＦＣＦ₃とＡｒの混合ガスを用いた場合
のアルミナチタンカーバイドとカーボンのミリングレー
トの折線グラフを表す図である。

【図２３】ＣＨ₂ＦＣＦ₃とＳＦ₆の混合ガスを用いた場
合のアルミナチタンカーバイドとカーボンのミリングレ
ートの折線グラフを表す図である。

【図２４】ＣＨ₂ＦＣＦ₃とＣＨＦ₃の混合ガスを用いた
場合のＬｉＮｂＯ₃およびレジストのミリングレートの
折線グラフを表す図である。

【図２５】ＣＨ₂ＦＣＦ₃とＣＦ₄の混合ガスを用いた場
合の石英およびレジストのミリングレートの折線グラフ
を表す図である。

【図２６】アルミナチタンカーバイド基板上にスライダ
を形成するプロセスの概略図である。

【図２７】図２６のプロセスにより加工された薄膜磁気
ヘッドのレール面を示す平面図である。

【図２８】エッチングガスによる加工プロセスにより加
工した回折格子を示す斜視図である。

【図２９】磁気ヘッドの形状およびその浮上面レールの
加工方法を示す図である。

【図３０】磁気ヘッドの浮上状態説明用の模式図であ
る。

【図３１】レール幅と浮上量との関係を示す図である。

【図３２】レール溝深さと浮上量との関係を示す図であ
る。

【図３３】レールのイオンミリング加工モデルで、レー
ル加工過程の説明図である。

【図３４】イオンミリング速度の入射角依存性を示す図
である。

【図３５】レール加工時におけるレール断面形状の経時
変化を示す図である。

【図３６】レール溝深さとレール幅との関係を示す図で
ある。

【図３７】レール側面に残留した再付着層を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…磁気ヘッド、２…浮上面レール（レール）、２ａ…
レール浮上面（浮上面）、２ｂ…レール側面、２ｃ…レ
ール底面、２ｄ…エッジ、３…バネ、４…浮上量、５…
非線形レール、６…イオンビーム、７…マスク、８…レ
ール基板、９…磁気ディスク、１０…再付着層、１１…
テラス、１２…スパッタ粒子、１６…最終レール断面形
状、２０…素子形成部、２２…空気流出端、２５…面取
り部、２６…ヘッドブロック、２７…ヘッドブロック固
定治具、２９…塗布ロール、３１…アルミナチタンカー
バイド、３２…カーボン膜、３３…保護膜、３４…レジ
スト、３５…レール溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今山 寛隆 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所 生産技術研究所 内 (72)発明者 大川 貴子 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所 生産技術研究所 内 (72)発明者 藤沢 政泰 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所 生産技術研究所 内 (72)発明者 名手 和男 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式 会社 日立製作所 ストレージシステム 事業部内 (72)発明者 薗部 秀樹 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式 会社 日立製作所 ストレージシステム 事業部内 (72)発明者 鈴木 三郎 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式 会社 日立製作所 ストレージシステム 事業部内 (72)発明者 戸川 衛星 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式 会社 日立製作所 ストレージシステム 事業部内 (72)発明者 石崎 浩 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式 会社 日立製作所 ストレージシステム 事業部内 (72)発明者 萩原 芳樹 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式 会社 日立製作所 ストレージシステム 事業部内 (56)参考文献 特開 昭61−104461（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−10208（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−128461（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−121376（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−116126（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−165724（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 G11B 5/60

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非直線形状の浮上面レールを有する磁気
   ヘッドにおいて、前記レールは、レール断面傾斜角が５
   ５〜８５度であるレール側面を有することを特徴とする
   磁気ヘッド。
2. 【請求項２】 非直線形状の浮上面レールを有する磁気
   ヘッドの製造方法において、イオンミリング用ガスとし
   てＳＦ_６、あるいはＳＦ_６とＡｒ、あるいはＳＦ_６とフ
   ッ化炭化水素ガスとの混合ガスを用い、被加工物である
   多数の磁気ヘッド素子を配設した基板を搭載ホルダーに
   搭載し、イオンミリングの際、前記基板を搭載した搭載
   ホルダーを、イオン引き出し電極に対して１５度〜６０
   度傾斜させるとともに、回転させながら加工することを
   特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記イオンミリングによる被加工物であ
   る多数の磁気ヘッド素子を有する磁気ヘッドブロック
   に、ロールを用いたコーティング法でマスクを形成し、
   該マスクを形成した磁気ヘッドブロックを前記搭載ホル
   ダーに複数搭載して前記イオンミリングを行うことを特
   徴とする請求項２記載の磁気ヘッドの製造方法。