JP2002216319A - 薄膜磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 狭いトラック幅を有する薄膜磁気ヘッドを比
較的少ない製造コストで製造することができる薄膜磁気
ヘッドの製造方法を提供する。 【解決手段】 薄膜２０を形成する工程と、薄膜２０上
に端部に切れ込み形状２１Ａを有する第１のマスク２１
を形成する工程と、この第１のマスク２１を用いて薄膜
２０のパターンの一部を形成する工程と、第１のマスク
２１を用いて第１のマスク２１とは材料の異なる第２の
マスク１４を薄膜２０上に形成する工程と、第１のマス
ク２１を選択的に除去して第２のマスク１４を残す工程
と、第２のマスク１４を用いて薄膜２０のパターンの他
の一部を形成する工程とを有して薄膜磁気ヘッドを製造
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば磁気抵抗効
果型ヘッド等の薄膜磁気ヘッドの製造に用いて好適な薄
膜磁気ヘッドの製造方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気記録媒体の高記録密度化に対
応して、薄膜磁気ヘッドの微細化、特に記録トラック幅
と再生トラック幅を狭くすることに対する要求が高まっ
ている。

【０００３】従来の技術において、記録トラック幅と再
生トラック幅を狭く形成するためには、パターニングマ
スクとなるフォトレジストの解像度やフレームメッキ法
に用いられるレジストフレームの解像度を上げていく手
法をとるしかなかった。

【０００４】従来は、このためにＧ線ステッパー、Ｉ線
ステッパー、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレ
ーザ、電子線描画といったように、高分解能の露光・描
画装置を順次導入することにより、フォトレジストやレ
ジストフレームの解像度を向上させて、より狭い記録ト
ラック及び再生トラックを達成してきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の装置は高分解能なものになるほど、装置の価格が高額
になり、ばく大な設備投資が必要になるという問題があ
る。また、高分解能なものになるほど、露光・描画の可
能な範囲が狭くなったり、露光・描画に要する時間が長
くかかったりする。

【０００６】このため、記録トラック及び再生トラック
が狭くなるに従って、製造コストの増大を招いてしまっ
ていた。

【０００７】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、狭いトラック幅を有する薄膜磁気ヘッドを比較
的少ない製造コストで製造することができる薄膜磁気ヘ
ッドの製造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜磁気ヘッド
の製造方法は、薄膜を形成する工程と、この薄膜上に端
部に切れ込み形状を有する第１のマスクを形成する工程
と、この第１のマスクを用いて薄膜のパターンの一部を
形成する工程と、第１のマスクを用いて第１のマスクと
は材料の異なる第２のマスクを薄膜上に形成する工程
と、第１のマスクを選択的に除去して第２のマスクを残
す工程と、第２のマスクを用いて薄膜のパターンの他の
一部を形成する工程とを有するものである。

【０００９】上述の本発明製法によれば、端部に切れ込
み形状を有する第１のマスクを用いて薄膜のパターンの
一部を形成し、さらに同じ切れ込み形状を有する第１の
マスクを用いることにより、パターンの一部（例えば一
側面）が形成された薄膜の上を覆うように第２のマスク
を形成することが可能になる。また、第２のマスクは第
１のマスクとは材料が異なるため、後に選択的に第１の
マスクを除去して第２のマスクを残すことが可能にな
る。そして、パターンの一部（例えば一側面）が形成さ
れた薄膜を覆った第２のマスクを用いて薄膜のパターン
の他の一部（例えば他の側面）を形成するため、この薄
膜のパターンの他の一部（例えば他の側面）を先に形成
したパターンの一部（例えば一側面）に近い位置とする
ことが可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、薄膜を形成する工程
と、薄膜上に端部に切れ込み形状を有する第１のマスク
を形成する工程と、第１のマスクを用いて薄膜のパター
ンの一部を形成する工程と、第１のマスクを用いて第１
のマスクとは材料の異なる第２のマスクを薄膜上に形成
する工程と、第１のマスクを選択的に除去して第２のマ
スクを残す工程と、第２のマスクを用いて薄膜のパター
ンの他の一部を形成する工程とを有する薄膜磁気ヘッド
の製造方法である。

【００１１】まず、図１に本発明を適用する薄膜磁気ヘ
ッドの概略構成図（要部の断面図）を示す。この図１
は、薄膜磁気ヘッド１０が磁気記録媒体に対向するヘッ
ド摺動面に平行な面における断面図である。

【００１２】この薄膜磁気ヘッド１０は、例えば基板上
に下部磁性コアや下部ギャップ膜が形成された基体から
成る下地１１上に、巨大磁気抵抗効果を有する薄膜を含
む例えば積層構造により構成された巨大磁気抵抗効果素
子（ＧＭＲ素子）１２が所定のトラック幅Ｔｗを有する
ように形成されている。

【００１３】このＧＭＲ素子１２の左側には、高抵抗も
しくは絶縁性のハード膜（硬磁性膜）１３が形成されて
いる。高抵抗のハード膜としては、例えばＣｏ−γＦｅ
₂ Ｏ ₃ 膜を用いることができる。またＧＭＲ素子１２の
上には、ＧＭＲ素子１２に電気的に接続されて電極膜１
４が形成されている。ＧＭＲ素子１２の右側及び電極膜
１４の上には、ＧＭＲ素子１２の左側のハード膜１３と
同じ材料の高抵抗もしくは絶縁性のハード膜（硬磁性
膜）１５が形成されている。

【００１４】さらに、図示しないがハード膜１５上には
上部ギャップ膜や上部磁性コアが形成されて、ＧＭＲ素
子１２を備えた薄膜磁気ヘッド（ＧＭＲヘッド）１０が
構成される。

【００１５】このように構成されていることにより、電
極膜１４を通じてＧＭＲ素子１２に対して膜面に垂直な
方向のセンス電流Ｉを流すことができる。即ちいわゆる
ＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane）構造の
ＧＭＲヘッド１０を構成している。

【００１６】また、ＧＭＲ素子１２は、図示しないが、
非磁性導電膜を介して上下に配置された２層の磁性膜の
一方が磁化が固定された磁化固定層として、他方が外部
からの磁界に対応して磁化が自由に変化する磁化自由層
として構成される。外部からの磁界に対応して磁化自由
層の磁化が変化することにより、ＧＭＲ素子１２の抵抗
値が変化する。

【００１７】そして、ＧＭＲ素子１２の左側に配置され
たハード膜１３と右側に配置されたハード膜１５とによ
って、ＧＭＲ素子１２に対して膜面に平行な方向にハー
ドバイアス磁界をかけることができ、磁化固定層の磁化
の向きを所望の巨大磁気抵抗効果が得られるような向き
に固定することが可能になる。

【００１８】続いて、本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方
法の一実施の形態として、図１に示した薄膜磁気ヘッド
１０の製造工程を説明する。

【００１９】図２Ａに示すように、下地（例えば下部ギ
ャップ膜）１１上に、ＧＭＲ素子１２を構成する積層構
造の各層を順次成膜してＧＭＲ膜２０を形成する。その
後、ＧＭＲ膜２０上に、第１のマスクとして端部に切れ
込み形状（オーバーハング構造）を有するフォトレジス
ト２１を形成する。このフォトレジスト２１の上部の側
面は、膜面に垂直な方向から傾斜した斜面とする。ま
た、フォトレジスト２１の切れ込み形状の部分２１Ａ
は、フォトレジスト２１の内側（図中右側）に後退した
曲面として形成され、ＧＭＲ膜２０に接する下端に向か
うに従いフォトレジスト２１の幅が狭くなるようになっ
ている。この切れ込み形状を有するフォトレジスト２１
は、従来公知の方法により形成することができる。

【００２０】続いて、図２Ｂに示すように、第１のマス
クであるフォトレジスト２１をマスクとして用いて、例
えばイオンミリングによってＧＭＲ膜２０に対してエッ
チングを行う。これにより、ＧＭＲ膜２０のフォトレジ
スト２１に覆われていない部分が除去されて、ＧＭＲ膜
２０がパターニングされ、ＧＭＲ素子１２のパターンの
一部（左側面）を形成することができる。尚、フォトレ
ジスト２１の上部の側面が斜面となっているため、これ
に対応してＧＭＲ膜２０の左側面も斜面状となる。

【００２１】次に、図２Ｃに示すように、切れ込み形状
を有するフォトレジスト２１をマスクとして用いて、矢
印で示す膜面に垂直な方向のイオンビームスパッタ２２
によりハード膜（硬磁性膜）１３例えば高抵抗のＣｏ−
γＦｅ₂ Ｏ₃ 膜を成膜する。このとき、フォトレジスト
２１上にもハード膜１３が成膜される。

【００２２】続いて、図３Ｄに示すように、第１のマス
クである切れ込み形状を有するフォトレジスト２１をマ
スクとして用いて、矢印で示す膜面に対して斜め方向の
イオンビームスパッタ２３により、第２のマスクとなる
電極膜１４例えばＴａ，Ｃｒ，Ａｕ等の金属膜を成膜す
る。ここで、膜面に対して斜め方向のイオンビームスパ
ッタ２３を行っているため、フォトレジスト２１の切れ
込み形状の部分２１Ａに入り込むように電極膜１４が形
成され、ハード膜１３上だけでなくＧＭＲ膜２０上にも
わたって電極膜１４が形成される。このとき、フォトレ
ジスト２１上にも電極膜１４が成膜される。

【００２３】次に、切れ込み形状を有するフォトレジス
ト２１をリフトオフする。これにより、フォトレジスト
２１と共にフォトレジスト２１上のハード膜１３及び電
極膜１４も除去される。その結果、図３Ｅに示すよう
に、ＧＭＲ膜２０とハード膜１３、並びにこれらＧＭＲ
膜２０及びハード膜１３上の電極膜１４が残る。

【００２４】続いて、図４Ｆに示すように、第２のマス
クである電極膜１４をマスクとして用いて、イオンミリ
ング等により全面的にエッチングを行うことにより、Ｇ
ＭＲ膜２０に対してパターニングを行って、ＧＭＲ素子
１２のパターンの他の一部、この場合は右側面を形成す
る。このとき、エッチングの深さはＧＭＲ膜２０が除去
される深さに設定する。これにより、ＧＭＲ素子１２が
トラック幅Ｔｗに対応する狭い幅に形成される。即ち第
２のマスクである電極膜１４がＧＭＲ膜２０の上にオー
バーラップしていた部分によって、その下のＧＭＲ膜２
０が除去されずに残り、この残った部分をＧＭＲ素子１
２として利用することが可能になる。

【００２５】尚、電極膜１４はこのエッチングにより先
端部が左側に後退する。そこで、図３Ｅに示した電極膜
１４の成膜工程において、このエッチングにより後退す
る分を見越して厚く形成しておく。

【００２６】さらに、図４Ｇに示すように、全体を覆っ
てハード膜１５例えば高抵抗のＣｏ−γＦｅ₂ Ｏ₃ 膜を
成膜する。これにより、ＧＭＲ素子１２の右側にもハー
ド膜１５が配置され、ＧＭＲ素子１２の両側からハード
バイアス磁界をかけることが可能になる。

【００２７】その後は、図示しないが、ハード膜１５上
に上部ギャップ膜や上部磁性コアを形成する。このよう
にして、図１に示した薄膜磁気ヘッド１０を製造するこ
とができる。

【００２８】本実施の形態の薄膜磁気ヘッド１０の製造
方法は、リフトオフ用のフォトレジスト２１の切れ込み
形状の部分２１Ａと指向性の高いイオンビームスパッタ
２３による電極膜１４の成膜とに特徴を有している。こ
れらにより、薄膜磁気ヘッド１０のトラック幅Ｔｗに対
応するＧＭＲ素子１２の幅を狭く形成し、例えば０．１
μｍ以下に形成することが可能になる。

【００２９】また、例えば現像時間や現像液の濃度を変
更することにより、フォトレジスト２１の切れ込み形状
２１Ａの幅Ｄを変更することが可能である。そして、フ
ォトレジスト２１として通常のフォトレジストを用いて
も、フォトレジスト２１の切れ込み形状２１Ａの幅Ｄを
０．１〜０．３μｍとすることが可能である。この切れ
込み形状２１Ａの幅Ｄが０．１〜０．３μｍであるフォ
トレジスト２１を利用して、ＧＭＲ素子１２の幅を０．
１μｍ以下にすることが可能である。

【００３０】切れ込み形状を有するフォトレジスト２１
は、切れ込み形状の部分２１Ａとその上の（幅の広い）
部分とについて、これらを同一材料のレジストにより一
体形成する方法と、これらをそれぞれ異なるレジストに
より形成して積層構造とする方法とが考えられる。

【００３１】まず、切れ込み形状を有するフォトレジス
ト２１を同一材料のレジストにより一体形成する場合に
は、例えばフォトレジスト２１に溶解促進剤を含有させ
る。そして、露光装置によりフォトレジスト２１を露光
した後に、フォトレジスト２１に対してＰＥＢ（ポスト
エクスポージャーベーク）を行う。このＰＥＢの条件
は、例えば温度１２０℃・時間は９０秒とする。このＰ
ＥＢにより、溶解促進剤がフォトレジスト２１の下側に
偏析するため、フォトレジスト２１の下側の現像速度が
速くなる。

【００３２】そして、フォトレジスト２１の厚さ、溶解
促進剤の添加量、ＰＥＢの温度・時間等の条件を一定に
制御すれば、後に形成される切れ込み形状２１Ａの幅Ｄ
を一定に制御することが可能である。

【００３３】一方、切れ込み形状を有するフォトレジス
ト２１を、異なるレジストにより切れ込み形状の部分２
１Ａとその上の（幅の広い）部分とをそれぞれ形成して
積層構造とする場合には、下層のレジストを上層のレジ
ストより現像液により溶解しやすいレジストとする。こ
れにより、現像の際に下層のレジストが速く溶解して、
下層のレジストに切れ込み形状２１Ａが形成される。

【００３４】尚、第２のマスクである電極膜１４の成膜
方法は、上述のイオンビームスパッタ２３に限らず指向
性の高い成膜方法であればよい。そして、指向性の高い
成膜方法により、膜面に対して小さい角度で電極膜１４
を成膜して、フォトレジスト２１の切れ込み形状の部分
２１Ａに入り込むようにすることができる。これによ
り、電極膜１４がＧＭＲ膜２０上にオーバーラップして
成膜される。

【００３５】上述の本実施の形態によれば、第１のマス
クとして端部に切れ込み形状２１Ａを有するフォトレジ
スト２１を用いてＧＭＲ膜２０をパターニングしてＧＭ
Ｒ素子１２の一部即ち左側面を形成し、さらに同じ端部
に切れ込み形状２１Ａを有するフォトレジスト２１を用
いることにより、ＧＭＲ膜２０の上を覆うように第２の
マスクとなる電極膜１４を成膜することが可能になる。
また、第２のマスクとなる電極膜１４は金属等導電性膜
により形成され、第１のマスクのフォトレジスト２１と
は材料が異なるため、後に選択的に第１のマスクのフォ
トレジスト２１を除去して第２のマスクの電極膜１４を
残すことが可能になる。

【００３６】そして、ＧＭＲ素子１２の左側面が形成さ
れたＧＭＲ膜２０を覆った電極膜（第２のマスク）１４
を用いてＧＭＲ膜２０をパターニングしてＧＭＲ素子１
２の他の一部即ち右側面を形成するため、ＧＭＲ素子１
２の右側面を先に形成した左側面に近い位置とすること
ができ、その結果ＧＭＲ素子１２が非常に狭い幅に形成
される。これにより、ＧＭＲ素子１２の幅により規定さ
れるトラック幅を非常に狭くすることができ、高性能の
薄膜磁気ヘッド（ＧＭＲヘッド）１０を製造することが
できる。

【００３７】即ち本実施の形態の製法によれば、０．１
μｍ以下の狭いトラック幅を有し、高い記録密度を有す
る薄膜磁気ヘッド（ＧＭＲヘッド）１０を、高分解能の
露光装置（ステッパー等）を使用しなくても製造するこ
とが可能となる。

【００３８】ここで、通常のフォトレジストによるパタ
ーニングでは、フォトレジストの両側端部を利用してパ
ターン化したい膜の両側を規定している。このため、パ
ターン化した後の幅はフォトレジストの幅になり、微細
な幅のパターンとするためには、フォトレジストに対し
て高分解能の露光装置を使用して露光する必要がある。

【００３９】これに対して、本実施の形態では、切れ込
み形状のあるフォトレジスト２１の片側端部のみを利用
して、パターン化したいＧＭＲ膜２０の両側（左側面及
び右側面）を規定することができる。従って、フォトレ
ジスト２１の片側端部のみを利用するので、フォトレジ
スト２１の全体の幅は問われないことから、低分解能の
露光装置を使用してフォトレジスト２１を広い幅に形成
しても構わないことになる。

【００４０】即ち本実施の形態によれば、比較的低いコ
ストでＧＭＲ素子１２のパターンを狭い幅に形成して、
トラック幅Ｔｗを狭くすることが可能になる。

【００４１】また、第２のマスクとなる電極膜１４は、
ＧＭＲ膜２０のパターニング後も残り薄膜磁気ヘッド
（ＧＭＲヘッド）１０を構成する部品となるため、通常
の製造方法により同様の薄膜磁気ヘッド１０を製造する
場合と比較して工程数を増加させることがない。また、
複雑な工程を要しないので、容易に薄膜磁気ヘッド（Ｇ
ＭＲヘッド）１０の製造を行うことができる。

【００４２】尚、ＧＭＲ素子１２のパターンの左側面及
び右側面以外のさらに他の部分、即ち図２〜図４の紙面
に垂直な方向の端部のパターニングは、特に限定され
ず、第１のマスクであるフォトレジスト２１により行っ
てもよく、その他別工程で形成したマスクにより行って
もよい。また、このパターニングとは別に、ＧＭＲ素子
１２のヘッド摺動面側の端部に対してヘッド摺動面側か
ら研磨を行って、ＧＭＲ素子１２のハイト（ヘッド摺動
面からの膜面方向の高さ）を所定の高さにする工程が行
われる。

【００４３】また、本発明製法を適用する薄膜磁気ヘッ
ドの他の形態を図５に示す。図５に示すように、図１の
電極膜１４の代わりにＡｌ₂ Ｏ₃ やＳｉＯ₂ 等の絶縁膜
３２を設けて、さらにＧＭＲ素子１２の両側に設けられ
たハード膜３１，３３をそれぞれ硬磁性金属（ＣｏＣｒ
ＰｔやＣｏＰｔ等）としてＧＭＲヘッド３０を構成する
こともでき、本発明製法を適用することによりこのＧＭ
Ｒヘッド３０を比較的低い製造コストで製造することが
できる。

【００４４】このＧＭＲヘッド３０の場合には、硬磁性
金属膜により形成されたハード膜３１，３３を通じて、
ＧＭＲ素子１２に対して膜面方向にセンス電流Ｉを流す
ことができる。即ちＣＩＰ（Current In the Plane）構
造のＧＭＲヘッド３０として使用することができる。

【００４５】また、電極膜１４は図１と同じ構成のまま
で、特にハード膜（硬磁性膜）１３，１５の材料を高抵
抗の絶縁体とすることによって、ＣＰＰ構造のＧＭＲヘ
ッドやＣＰＰ構造のＴＭＲ（トンネルＭＲ）ヘッドを構
成することができる。

【００４６】上述の実施の形態では、第２のマスクであ
る電極膜１４を残しておいて、この電極膜１４上を覆っ
てハード膜１５を形成している。パターニングの対象の
膜をパターニングした後には、このように第２のマスク
を残しておいてもよく、或いは第２のマスクを除去する
ようにしてもよい。

【００４７】上述の実施の形態では、ＧＭＲ素子１２を
形成するパターニングの場合について説明したが、本発
明製法によるパターニングの対象は特にＧＭＲ素子に限
定されるものではない。例えば磁気抵抗効果素子（ＭＲ
素子）を有する磁気抵抗効果型ヘッドのＭＲ素子のパタ
ーニングにも、同様に本発明製法を適用することができ
る。

【００４８】また、磁気抵抗効果型ヘッド以外の薄膜磁
気ヘッドにも本発明製法を適用することができる。例え
ばインダクティブ型薄膜磁気ヘッドの磁性コアの先端部
分に副磁極を形成する場合において、この副磁極のパタ
ーニングに本発明製法を適用することが可能である。同
様に本発明製法を適用して、例えばインダクティブ型薄
膜磁気ヘッドの磁性コアの先端部分を細くパターニング
することも可能である。

【００４９】また、本発明製法を応用して、半導体装置
等のその他薄膜のパターニング工程を要する場合におい
て、微細な幅のパターンを少ない製造コストで形成する
ことが可能になる。

【００５０】本発明製法のパターニング方法は、例えば
ウエハ上の各チップとなる部分にそれぞれ磁気ヘッドを
形成して薄膜磁気ヘッドを製造する場合のように、特に
微細な幅のパターンをある程度間隔を開けて形成する場
合に適している。

【００５１】本発明は、上述の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他
様々な構成が取り得る。

【００５２】

【発明の効果】上述の本発明によれば、微細化が図られ
トラック幅が狭く形成された薄膜磁気ヘッドを比較的少
ない製造コストで製造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する薄膜磁気ヘッドの一形態を示
す概略構成図（要部の断面図）である。

【図２】Ａ〜Ｃ 本発明の一実施の形態における製造工
程を示す工程図（要部の断面図）である。

【図３】Ｄ、Ｅ 本発明の一実施の形態における製造工
程を示す工程図（要部の断面図）である。

【図４】Ｆ、Ｇ 本発明の一実施の形態における製造工
程を示す工程図（要部の断面図）である。

【図５】本発明を適用する薄膜磁気ヘッドの他の形態を
示す概略構成図（要部の断面図）である。

【符号の説明】

１０ 薄膜磁気ヘッド（ＧＭＲヘッド）、１２ ＧＭＲ
素子、１３，１５ ハード膜（硬磁性膜）、１４ 電極
膜、２０ ＧＭＲ膜、２１ フォトレジスト、２２，２
３ イオンビームスパッタ、３０ ＧＭＲヘッド、３
１，３３ ハード膜（硬磁性金属膜）、３２ 絶縁膜、
Ｉ センス電流

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜を形成する工程と、 上記薄膜上に、端部に切れ込み形状を有する第１のマス
   クを形成する工程と、 上記第１のマスクを用いて、上記薄膜のパターンの一部
   を形成する工程と、 上記第１のマスクを用いて、該第１のマスクとは材料の
   異なる第２のマスクを上記薄膜上に形成する工程と、 上記第１のマスクを選択的に除去して第２のマスクを残
   す工程と、 上記第２のマスクを用いて、上記薄膜のパターンの他の
   一部を形成する工程とを有することを特徴とする薄膜磁
   気ヘッドの製造方法。