JP2008004161A - 金属パターンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属層と絶縁層といったように研磨レートが異なる材料が混在している場合でも、基板の表面を平坦面に研磨することができ、金属層を所定の膜厚にばらつきなく仕上げることを可能にする。
【解決手段】所定パターンの金属層１０の表面を覆って基板表面に絶縁膜１１を被着形成した後、絶縁膜の表面にストッパー膜２０を成膜する工程と、前記金属層１０を被覆する前記絶縁膜１１の膨出部分１１ａのみを露出させるレジストパターン２２を形成し、前記膨出部分１１ａの表面から前記ストッパー膜２０を除去し、前記レジストパターンにより被覆された前記絶縁膜の表面にストッパー層２０ａを形成する工程と、前記基板５の表面を研磨加工し、前記ストッパー層２０ａにより規制された位置まで前記膨出部分１１ａを研磨する研磨工程と、前記絶縁膜１１の表面から前記ストッパー層２０ａを除去した後、前記基板５の表面を仕上げ研磨する工程とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は磁気ヘッドに形成される磁性層等の金属パターンの製造方法に関し、より詳細には金属パターンの製造工程においてなされる基板表面を平坦化する研磨工程を特徴とする金属パターンの製造方法に関する。

図４は、磁気ディスク装置に用いられる磁気ヘッドの構成を磁気ヘッドの浮上面側から見た状態を示す。この磁気ヘッドは、基材上に磁性材からなる下部シールド層１０と上部シールド層１４とにより再生用のＭＲ素子１２を挟む配置に設けられたリードヘッド８と、ライトギャップ１６を挟んで配置された下部磁極１５ａと上部磁極１７とを備えたライトヘッド１８とを備える。なお、図示例の磁気ヘッドは、上部シールド層１４がライトヘッド１８の下部磁極と兼用されている。

磁気ヘッドの製造工程では、セラミックからなるウエハの表面に、シールド層となる磁性層、再生素子を構成する各種成膜層、絶縁層、磁極となる磁性層、記録用のコイルとなる導体層等をドライプロセスあるいはめっきによって形成する処理が行われる。また、これらの工程では磁性層あるいは導体層をエッチングしたりパターニングする工程が含まれるから、ワークの表面を平坦化して、フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成したりする際に高精度でパターニングできるようにすることが必須の工程となっている。

図３は、ウエハの表面を平坦化処理する例として、ウエハの表面に下部シールド層１０を形成した後（図３（ａ））、絶縁膜１１としてアルミナをスパッタリングし（図３（ｂ））、粗研磨した後（図３（ｃ））、CMP(Chemical Mechanical Polishing)によって狙いの厚さまで研磨する（図３（ｄ））工程を示す。ウエハには個々の磁気ヘッドの形成位置ごとに下部シールド層１０を形成するから、ウエハの表面には所定のパターンに下部シールド層１０となる磁性層が形成され、アルミナをスパッタリングすることにより下部シールド層１０が形成された部位では、下部シールド層１０の厚さ分だけ絶縁膜１１が突出した形状に膨出部分１１ａが形成される。この状態でワークを研磨すると、膨出部分が先に研磨されて平坦化され、下部シールド層１０の表面が露出されるように研磨される。
特開平８−３０６８０４号公報

図３に示すように、磁気ヘッドの製造工程では、基板の表面に磁性層等の金属層を形成し、基板の表面の全面にアルミナ等の絶縁材をスパッタリングし、絶縁膜を研磨して金属層の表面を露出させるとともに基板の表面全体を平坦化処理する研磨加工がしばしば行われる。とくに、リードヘッド８を構成する下部シールド層１０ではその上層にＭＲ素子１２を形成するから、下部シールド層１０と絶縁膜１１との表面平坦度には高精度が求められ、また、近年は媒体の記録密度がきわめて増大していることから、磁気ヘッドを構成する各層の厚さについても、より厳密に制御する必要が生じてきた。

従来は、図３に示すように、アルミナと磁性材のように研磨レートが異なる材料が混在しているワークを研磨する場合には、研磨工程を複数段階に分け、たとえば絶縁膜１１を研磨する際には粗研磨とし、下部シールド層１０の表面を露出させて狙いの膜厚までは高精度に仕上げ研磨を行う方法を採用している。図３のように、絶縁膜１１に金属層（下部シールド層１０）による膨出部分があるワークを研磨する際には、研磨によって絶縁膜１１の膨出部分が平坦化されると同時に、下層に金属層がない裾部分の絶縁膜１１も少しずつ研磨されていく。また、研磨している際には、ワーク内で膨出部分が平坦化された個所と平坦化しきれていない個所が生じ、平坦化された個所についてはより研磨が進むことになって研磨後の膜厚のばらつきが大きくなる。

また、仕上げ研磨は絶縁膜１１の膨出部分がワーク全体として平坦化されてから行うから、絶縁膜１１の膜厚が薄いと絶縁膜１１の膨出部分を平坦化した段階で、研磨のばらつきによって金属層が研磨されてしまう個所が生じ、仕上げ研磨する際に金属層の厚さが狙いの厚さよりも薄くなるおそれがある。このため、従来は絶縁膜１１を厚めに成膜するようにしている。この結果、絶縁膜を成膜した際の膜厚のばらつきが大きくなり、また、絶縁膜の研磨量が大きくなるために研磨時の厚さばらつきが大きくなるという問題があった。

本発明は、基板の表面に金属層と絶縁層といったように研磨レートが異なる材料が混在している場合でも、高精度に基板表面を研磨することができ、基板の表面を所定の平坦度に仕上げることができ、下部シールド層等の金属層についても膜厚のばらつきなく仕上げることができる金属パターンの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、所定パターンの金属層の表面を覆って基板表面に絶縁膜を被着形成した後、絶縁膜の表面にストッパー膜を成膜する工程と、前記金属層を被覆する前記絶縁膜の膨出部分のみを露出させるレジストパターンを形成し、前記膨出部分の表面から前記ストッパー膜を除去し、前記レジストパターンにより被覆された前記絶縁膜の表面にストッパー層を形成する工程と、前記基板の表面を研磨加工し、前記ストッパー層により規制された位置まで前記膨出部分を研磨する研磨工程と、前記絶縁膜の表面から前記ストッパー層を除去した後、前記基板の表面を仕上げ研磨する工程とを備えることを特徴とする。

また、前記絶縁膜としてアルミナをスパッタリングして形成し、前記ストッパー膜としてタンタルをスパッタリングして形成することを特徴とする。
また、前記金属層がリードヘッドの下部シールド層であり、前記絶縁膜としてアルミナをスパッタリングして形成することを特徴とする。

本発明に係る金属パターンの製造方法によれば、絶縁膜の膨出部分を除いて絶縁膜の表面にストッパー膜を設けたことにより、絶縁膜の膨出部分を確実にかつ容易に平坦化することができ、また、ストッパー層を除去した後の仕上げ研磨により、基板の表面を高精度に平坦化して、金属層を所定の膜厚に高精度に仕上げることができる。これによって、磁気ヘッドを構成する磁性層等の膜厚およびパターニングの精度を向上させることができ、高精度に金属パターンを形成することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面と共に詳細に説明する。
図１および図２は、本発明に係る金属パターンの製造方法の適用例として、磁気ヘッドの下部シールド層１０を形成する工程を示す。
図１（ａ）は、基板５の表面に磁性層を成膜し、所定パターンにパターニングして下部シールド層１０を形成した状態を示す。下部シールド層１０はNiFe系の磁性材を電解めっきによって形成する。下部シールド層１０の厚さは２〜３μｍ程度である。

次に、下部シールド層１０を形成した基板５の表面を平坦化するために、基板５の表面を絶縁膜１１によって被覆する。図１（ｂ）は、基板の表面を絶縁膜１１によって被覆した状態を示す。下部シールド層１０では絶縁膜１１としてアルミナが使用される。基板の表面の全面に、下部シールド層１０と同厚か、下部シールド層１０よりも僅かに厚くなるようにアルミナをスパッタリングして絶縁膜１１を形成する。
基板の表面にアルミナをスパッタリングすると、下部シールド層１０が設けられた部位では、図１（ｂ）に示すように、下部シールド層１０の厚さ分だけ絶縁膜１１が膨らむ形態となる。

絶縁膜１１により基板の表面を被覆した後、ストッパー膜により基板の表面全面を被覆する。ストッパー膜は所用のバリア作用が得られる厚さ３０nm程度に成膜する。図１（ｃ）はストッパー膜２０によって絶縁膜１１の表面が被覆された状態を示す。
次に、ストッパー膜２０を研磨加工の際のストッパー層２０ａとするため、基板５の表面をレジストにより被覆し、露光および現像操作により、下層に下部シールド層１０が形成されている絶縁膜１１の膨出部分１１ａを露出するようにレジストをパターニングしてレジストパターン２２を形成する（図１（ｄ））。

次に、レジストパターン２２をマスクとしてストッパー膜２０の露出している部分をエッチングして除去し（図１（ｅ））、次いで、レジストパターン２２を除去する（図１（ｆ））。こうして、絶縁膜１１の膨出部分１１ａ以外の下部シールド層１０と略同厚に形成された絶縁膜１１の表面にストッパー層２０ａが形成された状態になる。

図２は、ストッパー層２０ａが形成された基板５に研磨加工を施して、平坦化処理を施す加工工程を示す。
図２（ａ）は、図１（ｆ）に示す状態の基板５の表面に研磨加工を施し、絶縁膜１１の膨出部分１１ａを平坦化した状態を示す。基板５を研磨加工すると、基板の表面から突出する部分がはじめに研磨される。本実施形態では、絶縁膜１１の膨出部分１１ａを除いた部分がストッパー層２０ａによって被覆されているから、基板５に研磨加工を施した際に、ストッパー層２０ａによって被覆されている絶縁膜１１の部分は研磨されないように保護される。また、絶縁膜１１の膨出部分１１ａは研磨が進むにつれて徐々に平坦化されていく。

図２（ａ）は、絶縁膜１１の膨出部分１１ａが研磨されてストッパー層２０ａの表面と略同厚となるまで研磨が進んだ状態を示す。すなわち、基板５にストッパー層２０ａを設けて基板５の表面を研磨すると、膨出部分１１ａはストッパー層２０ａによって平坦化され、ストッパー層２０ａと略同一の高さまで研磨される。なお、絶縁膜１１の膨出部分１１ａはストッパー層２０ａによって被覆されていないため、研磨を進行させると下部シールド層１０が露出し、下部シールド層１０が研磨されて凹形状となる。
このように、ストッパー層２０ａを形成した場合でも、絶縁膜１１の厚さのばらつき等によって基板５の面内では下部シールド層１０が露出したり露出しなかったりし、段差状の厚さのばらつきが生じる。しかしながら、ストッパー層２０ａを設けて研磨した場合における基板５の全面における厚さのばらつきは、従来の、基板の全面に膨出部分１１ａが形成されている状態とくらべるとはるかに小さい。したがって、後工程での仕上げ研磨によって、下部シールド層１０と絶縁膜１１との段差を基板５の全面で高精度に均一にすることができる。

基板５には多数個の磁気ヘッドが作り込まれ、各々の磁気ヘッドの形成位置に下部シールド層１０が所定パターンで形成されるから、基板５を平坦化処理する際には、基板５の全体としてばらつきなく平坦化する必要がある。この点で、本実施形態においては、基板５の表面を研磨した際に、場所によって下部シールド層１０の露出の有無が生じたり、下部シールド層１０と絶縁膜１１との間に段差が生じたりしても仕上げ研磨によって下部シールド層１０と絶縁膜１１を均一の厚さにすることができる。下部シールド層１０が過度に研磨されてしまうといったことは、研磨条件によって防止することが可能であり、基板５の全体としての膜厚のばらつきを最小限に抑えることができる。

また、ストッパー層２０ａが下部シールド層１０や絶縁膜１１の厚さを規制する作用をなすから、絶縁膜１１の膨出部分１１ａを研磨する際に下部シールド層１０や所要の絶縁膜１１を研磨してしまうといった心配をせずに研磨加工することができる。また、従来の作業工程では絶縁膜１１の膨出部分１１ａを研磨する際に、膨出部分１１ａのみならず膨出部分１１ａの裾の部分まで研磨されるため、絶縁膜の膜厚を厚く設定しなければならかった。これに対して、本実施形態のようにストッパー層２０ａを設けた場合は、ストッパー層２０ａが研磨位置を規制する基準位置となるから、絶縁膜１１の膨出部分１１ａを優先的に平坦化することができ、絶縁膜１１の厚さを厚く形成する必要がない。これによって、絶縁膜１１の厚さのばらつきを抑えることができ、絶縁膜１１を研磨した後の膜厚のばらつきを低減させることができる。

なお、ストッパー層２０ａを設けた場合でも、実際にはストッパー層２０ａを研削しすぎないように制御して研磨加工する必要がある。ストッパー膜２０の材料としては、たとえばタンタルが使用できる。タンタルはアルミナにくらべて研削レートが小さいからストッパー膜として有効であり、また、タンタルは非磁性材であり、磁気ヘッドの磁気特性に悪影響を及ぼさない点からも有効である。ストッパー膜２０としては、このように絶縁膜１１を構成する材料にくらべて研磨レートが低い材料を選べばよい。

図２（ｂ）は、ストッパー層２０ａを基準位置として基板５を研磨加工した後、基板５の表面に残ったストッパー層２０ａを除去した状態を示す。ストッパー層２０ａはプラズマエッチングや化学的エッチングによって除去する。図２（ｂ）では、下部シールド層１０が絶縁膜１１によって被覆され露出していないが、この段階で下部シールド層１０の表面が露出していても以降の研磨作業は同様に行える。
ストッパー層２０ａを除去した後、基板５の表面に仕上げ研磨加工を施し、下部シールド層１０を所定の膜厚に仕上げるとともに下部シールド層１０と絶縁膜１１とが平坦面となるように仕上げる。下部シールド層１０は成膜工程であらかじめ所定の膜厚に形成されているから、この仕上げ加工では、ストッパー層２０ａを除去したことにより下部シールド層１０と絶縁膜１１との間に生じた膜厚差（段差）を基板５の全体に均一化し平坦化する。

ストッパー層２０ａを除去した状態での下部シールド層１０と絶縁膜１１の膜厚差は数十ｎｍ程度であり、仕上げ加工での研磨量はわずかで済ますことができるから仕上げ研磨による基板５全体での研磨量のばらつきを抑えることは容易である。
本実施形態の研磨加工方法を、絶縁膜１１に膨出部分１１ａが形成されている状態からそのまま研磨加工を続けて、下部シールド層１０を所定の膜厚にまで研磨加工する方法と比較すると、絶縁膜１１の膨出部分１１ａを研磨加工する際のように研磨量が多い研磨工程ではストッパー層２０ａの作用により基板５の全体としての研磨量のばらつきを抑えることができ、ストッパー層２０ａを除去した後の仕上げ研磨では、基板５の全体がほぼ平坦面に研磨加工された状態からわずかな研磨量によって仕上げ位置まで研磨することにより、基板５の平坦化処理を高精度に行うことが可能になる。
実際に従来の加工方法と本加工方法とを比較すると、研磨後の膜厚ばらつきが従来Range/Average が１０〜２０％であったものが、本加工方法では４〜８％程度に改善された。

以上説明したように、下部シールド層のような金属層とアルミナ等の絶縁層からなる研磨レートが異なる材料が混在した基板を研磨加工して平坦化処理する場合には、ストッパー膜によって研磨位置を規制して研磨加工を施す工程と、ストッパー膜を除去した後に金属層をねらいの膜厚まで仕上げ研磨する加工工程に分けて加工することが、高精度に平坦化するために有効である。上記実施形態は下部シールド層を形成する工程において基板の表面を平坦化する処理の例であるが、上部シールド層を形成したり、ライトヘッドの磁極等を形成したり、記録用のコイルを形成する場合に成膜面をあらかじめ平坦化処理する場合にも同様の手法を適用することができる。

基板表面を高精度に平坦化処理することができれば、基板の表面に磁性膜等を成膜する際に高精度に、ばらつきなく成膜することができ、磁性層や導体層をパターニングする場合でも基板表面の湾曲や厚さのばらつきを抑えることができることから高精度のパターニングが可能になる。記録媒体の記録密度の増大とともに、磁気ヘッドの膜厚や加工精度はますます高精度が求められる。本発明方法はこのような高精度の加工精度が求められる磁気ヘッドの製造工程として有効に利用することができる。

基板にストッパー層を形成するまでの工程を示す説明図である。 下部シールド層を所定の膜厚まで研磨加工する工程を示す説明図である。 従来の研磨加工工程を示す説明図である。 磁気ヘッドの構成を浮上面側から見た端面図である。

符号の説明

５ 基板
８ リードヘッド
１０ 下部シールド層
１１ 絶縁膜
１１ａ 膨出部分
１４ 上部シールド層
１８ ライトヘッド
２０ ストッパー膜
２０ａ ストッパー層

Claims (3)

1. 所定パターンの金属層の表面を覆って基板表面に絶縁膜を被着形成した後、絶縁膜の表面にストッパー膜を成膜する工程と、
   前記金属層を被覆する前記絶縁膜の膨出部分のみを露出させるレジストパターンを形成し、前記膨出部分の表面から前記ストッパー膜を除去し、前記レジストパターンにより被覆された前記絶縁膜の表面にストッパー層を形成する工程と、
   前記基板の表面を研磨加工し、前記ストッパー層により規制された位置まで前記膨出部分を研磨する研磨工程と、
   前記絶縁膜の表面から前記ストッパー層を除去した後、前記基板の表面を仕上げ研磨する工程とを備えることを特徴とする金属パターンの製造方法。
2. 前記絶縁膜としてアルミナをスパッタリングして形成し、
   前記ストッパー膜としてタンタルをスパッタリングして形成することを特徴とする請求項１記載の金属パターンの製造方法。
3. 前記金属層がリードヘッドの下部シールド層であり、前記絶縁膜としてアルミナをスパッタリングして形成することを特徴とする請求項１記載の金属パターンの製造方法。