JP2004013944A

JP2004013944A - 薄膜磁気ヘッドとその製造方法および磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP2004013944A
Application number: JP2002162281A
Authority: JP
Inventors: Kimitoshi Eto; 江藤　公俊; Toshihiro Okada; 岡田　智弘; Tetsuya Okai; 岡井　哲也
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】０．４μｍ以下の記録トラック幅をもつ磁気ヘッドを作製し、面記録密度４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２以上の磁気ディスク装置を得る。
【解決手段】磁気ヘッドの記録トラック幅を形成するためのレチクルに、トラック部の両側に位相シフタを配置し、上記トラック幅と位相シフタの間隔が０であるエッジ強調型位相シフトマスクを用い、０．４μｍ以下のトラック幅を形成する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク装置等の記録・再生に用いて好適な薄膜磁気ヘッドおよびその製造方法ならびに上記ヘッドを搭載した磁気ディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置では、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。磁気ディスクの単位面積当たりの記録容量を多くするためには、面記録密度を高密度化する必要があり、そのためにはトラック密度と線記録密度を向上させる必要がある。上記のうち、トラック密度を向上させるためには磁気ヘッドのトラック幅を微細化、高精度化する必要がある。
【０００３】
従来、磁気ヘッドの上部コア層の形成には、ホトレジストを用いてフレームを形成し、上記フレームが形成された基板上にパーマロイ等の磁性膜をめっきし、次にホトリソグラフィーにより上記フレームで囲まれた領域をレジストでマスクし、ウエットエッチングにより不要な磁性膜を除去する方法がとられてきた。
【０００４】
前述したように、磁気ディスク装置の高記録密度化を達成するには、磁気ヘッドの狭トラック化および高精度化を図る必要がある。その一方、磁気コア先端部であるトラック部での磁気的飽和を避けるためには、磁気コアの膜厚をある程度厚くする必要があり、その膜厚は２〜数μｍである。
【０００５】
ステッパなどの露光装置では、パターンの解像度（Ｒ）はレンズの開口数（ＮＡ）、露光波長（λ）および定数（ｋ_１）を用いて、数１で表される。
【０００６】
【数１】
Ｒ＝ｋ_１・λ／ＮＡ　　　　　……（１）
さらに焦点深度（ＤＯＦ）は、定数（ｋ_２）を用いて、数２で表される。
【０００７】
【数２】
ＤＯＦ＝ｋ_２・λ／ＮＡ^２……（２）
数１からわかるように、解像度Ｒをあげるためには露光波長λを短くし、レンズの開口数ＮＡを高め、プロセス定数であるｋ_１パラメータを小さくする必要がある。これに反して、レンズ開口数ＮＡを高めると、数２のように焦点深度ＤＯＦが小さくなる。
【０００８】
プロセス上、レジストを十分薄膜化できないため、高い解像度を保ちながら深い焦点深度を得ることが要求されるが、それは上記のように非常に困難である。そこで高い焦点深度を得るための方法として超解像技術を用いる方法がある。超解像技術として位相シフト法があり、その例はオーム社、応用物理学会編／徳山巍著編「超微細加工技術」４０頁に示されている。
【０００９】
位相シフト法の中にエッジ強調型位相シフト法を用いる方法がある。このマスクは、シフタのエッジがマスクの透明部の上にあり、そこで位相が反転し、振幅がゼロになるようにしている。この部分では光強度分布が急激に変化するため、Ｃｒ膜などの遮光体を置くより微細な遮光部分の形成が可能となる。
【００１０】
上記文献によれば、位相シフト法における特殊なパターン設計を不要とするために、通常は論理ＬＳＩのような規則性のないＬＳＩへの適用が検討されていることが示されている。しかし、エッジ強調型位相シフト法を磁気ヘッドプロセスに応用した例は示されていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
通常、Ｃｒマスクでは、ＫｒＦエキシマレーザを適用しても０．４μｍまで解像せず、十分微細なパターン形成はできない。また、半導体のＬ＆Ｓ（ラインアンドスペース）パターンに使われているエッジ強調型位相シフトは、磁気ヘッドのような孤立のスペースパターンには使うことができない。そのため、０．４μｍ以下の狭トラック幅をもつ記録再生分離型薄膜磁気ヘッドとそれを搭載した面記録密度４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２以上の磁気ディスク装置を作製することは非常に困難であった。
【００１２】
本発明は０．４μｍ以下の狭トラック幅をもち、かつトラック部での磁気的飽和を避けるのに十分な磁気コア膜圧を確保した記録ヘッドおよびそれを用いた面記録密度４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２以上の磁気ディスク装置を提供することを目的としてなされたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
磁気ディスク装置の高記録密度化のためには、磁気ヘッドの狭トラック化が必須であり、上記狭トラック化のためには、微細レジストパターンを形成する必要がある。
【００１４】
本発明の磁気ヘッドは、磁性材料からなる下部コア層および上部コア層と、上記上下コア層を磁気的に絶縁するギャップ層と、上記上下コア層の間に絶縁された状態で配置された薄膜コイルを有する薄膜磁気ヘッドにおいて、浮上面方向からみた上記上部磁気コア層の形状が、記録するトラック幅（記録トラック幅）とその膜厚の比において１：５以上の形状を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２以上の記録密度を可能とする狭トラック幅に対して十分な磁気コア膜厚を有する磁気ヘッドを製造する方法として、上記上部コア層の形成にフレームめっき法を採用する。
【００１６】
本発明においては、レジスト露光時に解像度を保ったまま焦点深度をあげる超解像技術として位相シフト法を用いる。すなわち、上記フレームめっき法に用いるフレームを露光するレチクルの、トラック幅を決定する部分の両側に、位相シフタ（位相を１８０°反転する層）を配置することを特徴とする。
【００１７】
前述のように、エッジ強調型位相シフト法は、エッジ強調型位相シフトマスクを用いるもので、孤立パターンでは効果がなく、ラインアンドスペースで効果が大きい。したがって、通常の磁気ヘッドのトラック部分は孤立パターンのため、効果がないと考えられる。
【００１８】
本発明では、上記問題を解決するために、記録ヘッドマスクにおいてトラック部の両脇に上記トラック部の位相を反転するように位相シフトマスクを配置する。また、位相シフタのパターンの間隔をゼロにすることにより、ウェハ上の光強度は強まり、高解像度化が期待できる。磁気ヘッドの場合は、孤立線が点在するパターンになるため、マスク内での位相差が干渉したり、組み合わせが破綻することはない。
【００１９】
レジストを露光する光は、微細レジストパターンを形成するために、水銀ランプのｇ線（波長：４３６ｎｍ）、より波長の短いｉ線（波長：３６５ｎｍ）、さらに波長の短いＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）が用いられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の磁気ディスク装置の概念図である。磁気ディスク装置は、磁気ディスク１上に、支持体２の先端に固定された磁気ヘッド３によって磁化信号４を記録し、再生を行う。
【００２１】
図２に本発明の一実施例の記録再生分離型磁気ヘッドの概略を示す。図において、５は巨大磁気抵抗効果膜、６は電極、７は上部磁気コア、８は絶縁膜、９は導体コイル、１０は下部シールド、１１は上部シールドである。本実施例のヘッドは、巨大磁気抵抗効果膜５を用いた再生ヘッドの上に記録ヘッドが積層された構造となっている。
【００２２】
図３に上部磁気コア層形成のプロセスフローを示す。上部磁気コア層の形成は、下部コア層、上部コアと下部コアを絶縁するギャップを形成後、ホトリソグラフィーを用いてフレームを形成し、そこにめっきして形成する、いわゆるフレームめっき法を用いる。
【００２３】
図４に、上記磁気ヘッド上部コア層の製造工程において、従来用いられていた記録ヘッド用パターンのレチクルの概略図を示す。
【００２４】
図５に本発明の一実施例における位相シフトレチクルの概略図を示す。また、図６に上記本実施例のエッジ強調型位相シフトマスクの原理を示す。
【００２５】
本実施例のレチクルでは、トラック部の両脇に配置してある位相シフタによって、シフタエッジ部の光振幅が１８０度反転している。すなわち、位相シフト法の場合、図６（ａ）のように、光の振幅がゼロをよぎる。一方、通常の照明法では同図（ｂ）のように、ゼロにならない。レジストが感じる光の強度は、光の振幅の２乗となるため、位相シフト法が通常の照明法よりもコントラストが強くなる。
【００２６】
露光する光としては、水銀ランプのｉ線であっても本実施例のマスクを用いることで０．５μｍ以下が解像できる。ＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）を用いることで０．１５〜０．４μｍのパターンが解像できる。さらにＡｒＦエキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）を用いれば、０．１〜０．１３μｍのパターンも解像可能となる。
【００２７】
本実施例では、信越化学工業（株）製ポジレジストＳＥＰＲ−ＩＸ２０を、図５のレチクルを用いてＫｒＦエキシマレーザステッパにより露光することで、０．４μｍ以下のフレームパターンが得られた。
【００２８】
ここで、本実施例におけるレジストのプリベークは１２０℃で行い、ポストエクスポージャベーク（ＰＥＢ）は１００℃で行った。また、現像液は信越化学工業（株）製ＳＳＦＤ２３８を用いた。
【００２９】
また、上記露光は、輪帯照明法または４開口照明法を用いて行い、ステッパの照明条件として、開口数（ＮＡ）は大きく（ＮＡ＝０．５５〜０．６）、絞り（σ）は小さく（σ＝０．３〜０．４）すると好結果が得られた。
【００３０】
上記において、上記トラック部の両側に位相シフタが配置されているレチクルがエッジ強調型位相シフトマスクであり、位相シフタの幅を０．０５μ〜０．４μｍの範囲とし、上記トラック部の両側に配置する位相シフタの間隔をゼロとすることで良好な結果を得ることができた。
【００３１】
これらの記録ヘッドを搭載することにより、面記録密度４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２の磁気ディスク装置を作製することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
レチクルのトラック幅を決定する部分を位相シフトマスクとすることにより、パターンの解像度を向上できるため、０．４μｍ以下のトラック幅をもつ薄膜磁気ヘッドが形成可能となる。その薄膜磁気ヘッドを用いることにより面記録密度４０Ｇｂｉｔ／ｉｎ２以上の磁気ディスク装置を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気ディスク装置の概念図。
【図２】本発明の一実施例の磁気ヘッドの要部斜視図。
【図３】フレームメッキ法による上部磁極の形成工程を示す断面図。
【図４】従来例のレチクルパターンの概略図。
【図５】本発明の一実施例におけるレチクルパターンの概略図。
【図６】位相シフト露光の原理説明図。
【符号の説明】
１…磁気ディスク、２…支持体、３…磁気ヘッド、４…磁化信号、５…巨大磁気抵抗効果膜、６…電極、７…磁気コア、８…絶縁膜、９…導体コイル、１０…下部シールド、１１…上部シールド。

Claims

磁性材料からなる下部コア層および上部コア層と、上記上下コア層を磁気的に絶縁するギャップ層と、上記上下コア層の間に絶縁された状態で配置された薄膜コイルを有する薄膜磁気ヘッドにおいて、浮上面方向からみた上記上部磁気コア層の形状が、記録するトラック幅（記録トラック幅）とその膜厚が１：５以上の形状を有することを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
上記上部コア層の形成に、フレームめっき法を採用したことを特徴とする請求項第１項に記載した薄膜磁気ヘッドの製造方法。
上記フレームめっき法に用いるフレームを露光するレチクルのトラック幅を決定する部分の両側に、位相シフタ（位相を１８０°反転する層）が配置されていることを特徴とする請求項２記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
上記トラック部の両側に配置する位相シフタの間隔がゼロであることを特徴とする請求項３記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
上記トラック部の両側に配置されている位相シフタの幅が０．０５μ〜０．４μｍの範囲であることを特徴とする特許請求３または４記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
上記トラック部の両側に位相シフタが配置されているレチクルが、位相シフトマスクであることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
上記トラック部の両側に位相シフタを配置したレチクルを用いて、輪帯照明法または４開口照明法を用いて露光することを特徴とする請求項３ないし６のいずれか記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
上記露光時に用いる光が、水銀ランプのｉ線、エキシマレーザであり、特にＫｒＦまたはＡｒＦエキシマレーザであることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
請求項１記載の磁気ヘッドまたは請求項２ないし８のいずれか記載の方法で製造される磁気ヘッドを少なくとも一つ搭載してなることを特徴とする磁気ディスク装置。