JP2703760B2 - 導電体パターンの形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、基板上に形成される配線パターン，コイル
パターン等の導電体パターンの形成方法に係り、特に、
磁気ディスク装置，磁気テープ装置等の磁気記録に使用
される高密度記録に優れた薄膜磁気ヘッドのコイルパタ
ーンを形成する方法に用いて有利な技術に関するもので
ある。 従来技術 近年、情報の多様化及び高密度化の要望に対応して素
子の小型化，配線のコンパクト化等が著しく進んでい
る。このような配線のコンパクト化の一例として高密度
記録用磁気ヘッドのコイルを薄膜の上部磁気コア及び下
部磁気コア間に絶縁体層を介して配線してなる薄膜磁気
ヘッドが重視されている。かかる薄膜磁気ヘッドは、難
磁性体バルク材料を加工して製作する磁気ヘッドと比較
して狭トラック化，狭ギャップ化，多素子化が容易であ
るが、このような薄膜磁気ヘッドを更に高密度化する場
合、導電体コイルのマルチターン化による高効率化に加
えて更に狭トラック化，狭ギャップ化を図る必要があ
り、非常に高度な加工精度が要求される。 かかる微細構造のコイルを形成するためには、通常の
エッチング液による湿式エッチング法や電着法では充分
でないため、イオン・ミリング法，スパッタ・エッチン
グ法あるいは、反応性イオンエッチング法といったドラ
イエッチング法が適している。特にこれらのドライエッ
チング法のなかでもイオン・ミリング法は、多種の物質
に対してエッチングが可能であり、またスパッタ・エッ
チング法に比べて制御し得るパラメータが多いため、最
適条件を得やすいという利点があり、薄膜磁気ヘッドの
導電体パターンの形成方法に最適と考えられる。 従来技術の問題点 ところが上記のようなイオン・ミリング法を用いて導
電体コイルを形成する場合、従来、次のような問題点が
存在した。 一般に、第２図（ａ）に示すように絶縁体層１に重ね
て導電体層２を積層し、その上部に形成したフォト・レ
ジスト膜３で所定のパターンを形成し、第２図（ｂ）に
示すようにフォト・レジスト膜３をマスクとしてアルゴ
ンイオンにより上記導電体層２をエッチングし、所定の
誘電体コイルパターンを形成するが、通常、導電体コイ
ルのような微細なパターンが要求されるような場合に
は、パターン精度を向上させる点からフォト・レジスト
膜３は、その側壁形状が絶縁体層１の表面に対して垂直
に近いものが望ましい。しかし、第２図に示した方法で
は、アルゴンイオンによるエッチング中に、エッチング
された導電体物質がフォト・レジスト膜３の垂直側壁に
再付着し、導電体層２が第２図（ｃ）に示す如く、完全
にエッチングされた状態では再付着物による壁４がフォ
ト・レジスト膜１の側部に形成され、フォト・レジスト
膜１を除去した後にも残ってしまうという問題がある。 このような導電体層の再付着の問題はフォト・レジス
ト膜３の側壁が垂直に近いことにより生じるものである
から、このような問題を避けるため、第３図（ａ）に示
す如く、フォト・レジスト膜３′をその側壁形状がゆる
やかな傾斜を持つ断面形状にすることが考えられるが、
このようなゆるやかな傾斜を持つ側壁形状のフォト・レ
ジスト膜３′をアルゴンイオンによりエッチングする
と、第３図（ｂ）に示す如くエッチングされる導体２の
側壁形状も上記フォト・レジスト膜３′と同じゆるやか
な傾斜をもつ台形断面に形成されるため、パターン精度
の低下を招くことになる。このようなパターン精度の低
下は導電体コイル形成の場合、その断面積の縮小を招来
し、これにより電気抵抗が増大する。また、薄膜磁気ヘ
ッド特性の観点からすると、発熱量の増大及びインピー
ダンスノイズの増加という問題を引き起こし、不都合で
ある。 発明の目的 従って、本発明が目的とするところは、上述したよう
な従来の導電体パターンの形成方法における欠点を解消
することで、導電体のパターン精度の劣化を抑え、且
つ、エッチングされた物質のマスク部材への再付着の問
題が生じない有用な導電体パターンの形成方法を提供す
ることである。 発明の構成 上記目的を達成するために、本発明が採用する主たる
手段は、その要旨とするところが、絶縁体層上に導電体
材料よりなる配線パターンを凸状に形成する方法におい
て、A.上記絶縁体層上に導電体層，ストッパ層，フォト
・レジスト膜をこの順に積層する工程、B.上記フォト・
レジスト膜を絶縁体配線パターンに対応する凹部パター
ンにエッチングする工程、C.上記積層体をアルゴンガス
雰囲気下で上記凹部パターン部のストッパ層の全層と、
導電体層の一部をイオンビームエッチングする工程、D.
上記Ｃ工程でエッチングされた積層体をアルゴンガスと
酸素ガスの雰囲気下で上記配線パターンに対応する凸部
のフォト・レジスト膜の全部と上記凹部に対応する導電
体層の全部が除去されるまでイオンビームエッチングす
る工程とを具備してなる点にかかる導電体パターンの形
成方法である。 ここにストッパ層とは、フォト・レジスト膜がエッチ
・オフされた後に導電体層のエッチングを防止するマス
ク層をいう。 実施例 以下、第１図及び第４図を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し、本発明方法の理解に供する。こ
こに第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例にかかる
導体パターンの形成方法の手順を説明する説明図、第４
図はアルゴンイオンビームによる各材質に対するエッチ
ング速度を、酸素ガスの流量に応じてプロットしたグラ
フである。 尚、以下の実施例は、本発明の一具体例にすぎず、本
発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。 「第１実施例」 この実施例では、まず第１図（ａ）に示す如く、SiO₂
等よりなる絶縁体層１にCuよりなる導電体層２及びスト
ッパー層５を蒸着法又はスパッタ蒸着法により積層し、
その後、例えばフォトリソグラフィー法を用いてフォト
・レジスト膜３により所定の導電体コイルパターンに対
応する凹部パターンにエッチングする。このエッチング
工程が本発明におけるＢの工程である。この実施例に用
いられるストッパ層５は、1000ÅのNb膜上に2000ÅのTi
膜を電子ビーム蒸着法により前記導電体層２と同時に蒸
着して形成したものである。このようなストッパ層とし
てのNb膜は、イオンビームによりエッチング速度が比較
的遅いために、マスク材としての機能を有すると共に、
Cuの拡散を防止し、最終的にコイル膜に被せられる絶縁
体層（不図示）との密着部にCuが析出して密着性が低下
する不都合を防止する役割を果たすものである。 尚、ここに前記フォト・レジスト膜３の厚みは1.5μ
ｍ、導電体コイルパターンの幅は５μｍ及び導電体コイ
ルの線間隔は２μｍである。 次にイオン・ミリング装置を用いて、例えばアルゴン
イオンにより前記フォト・レジスト膜３をマスクとして
前記ストッパ層５をエッチングする。この時、エッチン
グ雰囲気として、酸素ガスを流すとその酸化作用によ
り、各材質に対するエッチング速度が変化する。第４図
はイオン・ミリングにおける加速電圧を600V,引き出し
イオン電流0.4AのもとでのCu膜,Ti膜,Nb膜及びフォト・
レジスト膜のエッチング速度を酸素ガス流量に対して示
したものである。尚、Arガス流量は7.0SCCMで、エッチ
ングステージはイオンビーム入射方向に対して80度の傾
斜角度となっている。 ここで特筆すべきは、第４図からわかるように、酸素
ガスを流さないArイオンのみによるエッチングの場合、
フォト・レジストに対するエッチング速度は350Å/min
程度で、Nb膜に対するエッチング速度と大差ないが、酸
素ガスの流量を例えば5SCCMに増加させると、ストッパ
層であるTi膜やNb膜のエッチング速度が低下するのに対
して、フォト・レジスト膜に対するエッチング速度は80
0Å/minまで増加し、また酸素ガス流量を10SCCMに設定
するとフォト・レジスト膜のエッチング速度は約1000Å
/minまで増加する点である。 この実施例ではこのようなエッチング速度の変化を巧
妙に用いてエッチング材のマスク部材への再付着の問題
を解決している。 即ち、この実施例では上記第１図（ａ）に示した状態
から第１図（ｂ）に示す如く、アルゴンイオンのみによ
るイオンビームエッチングを行う。この時前記ストッパ
層５のTi膜及びNb膜をエッチングするのに第４図からわ
かるように、10〜11分必要であり、２〜３分のオーバー
エッチングを行うことにより導電体層２は図に示す如
く、若干エッチングされ、且つ、この時点でフォト・レ
ジスト膜３は、4500Å前後エッチングされることにな
る。 続いて酸素ガスを導入して酸素ガス雰囲気中でアルゴ
ンイオンによるイオンビームエッチングを行う。この時
酸素ガスを10SCCM導入すれば、第４図に示す如くCu膜の
エッチング速度は、640Å/minであり、1.5μｍのCu膜の
エッチングを行うのにオーバーエッチングを含めて23〜
25分程度必要となる。一方、この条件下でのフォト・レ
ジストのエッチング速度は、前記したように約1000Å/m
inであるので、10分前後のエッチングを行うことにより
フォト・レジスト膜３は完全に除去されることになる。
但し、この条件下でのTi膜及びNb膜のエッチング速度は
第４図に示す如く、40Å/min〜70Å/minであるから、フ
ォト・レジスト膜３が除去された後は、Ti膜及びNb膜の
ストッパ層５をマスク層として導電体層２のエッチング
が進められる。この際2000ÅあるTi層のエッチング量が
1000Å以下であるから、この時点でストッパ層５のマス
ク層の部分にCu膜が露出するという不都合はなく、良好
な加工が行われる。 こうして得られた凸状の導電体２によるコイルパター
ンの断面が第１図（ｄ）に示されている。このように本
実施例により得られる導電体コイルパターンの断面には
エッチングされた物質の再付着が見られない。これは酸
素雰囲気下で、フォト・レジスト膜３のエッチング速度
が速いため、側壁に再付着した導電体層材も、フォト・
レジスト膜と共にエッチングされてしまうことによる。
また、パターン加工精度についても第１図（ｄ）に示さ
れるように導電体コイルの断面は、多少台形の形状を呈
するようになるが、その側壁のテーパ角度θは70〜80゜
でほぼ垂直に近い形状のものが得られ、良好な加工精度
となっている。また、導電体コイルの線間幅ｄも1.5〜
2.0μｍに仕上げられ、良好なパターン転写がなされて
いる。ここで、もとのパターン幅２μｍより若干狭くな
るのは、遮蔽効果及びコイル層自身の側壁への再付着に
よるものであるが、この程度は殆ど問題とならない。 薄膜磁気ヘッドを作製するには、第１図（ｄ）に示し
た導電体コイルにSiO₂等の絶縁体層を被せ、更にその上
から軟磁性体コアの膜で覆う工程が必要であるが、これ
らは周知であるので、図示を省略する。 尚、この実施例による工程では導電体コイル形成後
に、フォト・レジスト膜を剥離するという工程が不要に
なり、工程数軽減という利点をも併わせ持つものであ
る。 次に、本発明が上記第１実施例に示した条件範囲のみ
でなく、広い範囲でエッチング条件及びフォト・レジス
ト膜及びストッパ層の厚みの設定が可能であることを第
２実施例以下を用いて説明する。 「第２実施例」 上記第１実施例では、導電体層２の膜厚を1.5μｍと
したが、これを2.5μｍとする場合、第１実施例で示し
たように導電体層２のエッチングの最初から（ストッパ
層のエッチング終了直後から）酸素ガスを例えば5SCCM
以上導入し、ストッパ層Ti層の厚みを2000Å及びフォト
・レジスト膜の厚みを3.0μｍに設定すればよい。また
例えば、Ti膜の厚みを3000Åまで厚くした場合、フォト
・レジスト膜の厚みを2.0μｍ程度に薄くしても充分に
余裕のある加工が可能である。 また、その他にも導電体層２の膜厚を約1.5μｍエッ
チングし終えた時点から、5SCCM以上の酸素ガスを導入
すれば、フォト・レジスト膜の厚みを1.5μm,ストッパ
層Tiの厚みを2000Åに設定でき、広いエッチング条件の
設定が可能である。 「第３実施例」 導電体層２がAl膜（1.5μｍ）で構成された場合のエ
ッチングでは、上記第１実施例及び第２実施例で示した
ように、酸素ガス雰囲気中でイオンビームエッチングを
行うとAl膜自身のエッチング速度が下がり、不都合とな
るが、このような場合にも条件を適当に選定すれば、本
発明の効果を得ることが可能である。 例えば、フォト・レジスト膜の厚みを8000Åとし、ス
トッパ層Tiの厚みを3000Åに設定することにより、厚さ
1.5μｍのAl導電体層加工が可能である。但し、ストッ
パ層の厚みが厚くなったり、エッチング時間等のエッチ
ングパラメータの制御が特に重要になってくる。従っ
て、導電体層としてCu膜,Au膜またはAg膜のような酸素
ガス雰囲気中でもエッチング速度のあまり下がらないよ
うな金属膜を用いる場合、前記第１実施例及び第２実施
例で示したように酸素ガスを導入する手法を用いるほう
がエッチング条件に余裕を生じ、好ましいエッチングが
可能となる。 以上述べた実施例においては、絶縁体層１の表面が凹
凸のない平坦な平面に形成されている場合について示し
てきたが、絶縁体層１の表面に凹凸の段差がある場合、
適当な条件を設定することにより、良好な形状の導電体
の形成が可能である。 周知のようにイオン・ミリング加工を行う場合、被エ
ッチング材のエッチング速度にイオンビーム入射角依存
性があり、一般に斜めにビームが入射することにより、
そのエッチング速度は増大する。またフォト・レジスト
膜及びストッパ層の厚みも段差の側壁等で薄くなるとい
う状況が生じてくるので、フォト・レジスト膜及びスト
ッパ層の厚みを少し厚くする必要がある。 「第４実施例」 絶縁体層表面に1.5μｍの高さの段差のある基板上に
1.5μｍの導電体層Cuの加工を行う場合である。 導電体層２のCu膜上にストッパ層５としてNb膜1500
Å、次いでTi膜2500Åを電子ビーム蒸着法で積層し、更
に厚さ1.8μｍ（平坦部の厚さ）のフォト・レジスト膜
を用いてエッチングを行い、前記ストッパ層のエッチン
グ終了後、酸素ガスを流量5SCCM以上導入し、前記導電
体層２のエッチングを行うことにより、本発明の目的は
達せられる。 このように本発明による導電体パターンの形成方法に
おいては、ストッパ層の厚みの半分以上で、導電体層の
厚みの５倍以内の厚みのフォト・レジスト膜を用い、ま
た、導電体層の厚みより薄いストッパ層を用いて酸素ガ
ス流量/Arガス流量の比が０〜３の範囲内で適当な条件
を選ぶことにより再付着のないパターン加工精度の優れ
た導電体パターンの形成が可能となる。 また、用いることのできる導電体材料も、Cu膜の他に
Au膜,Ag膜またはAl膜等、通常導電体材料として用いら
れるあらゆる材料が使用可能である。更にストッパ層と
しても上記各実施例で示したTi膜又はNb膜以外のもので
もよく特別な制限を設ける必要がない。但し、実際問題
としては、スパッタ率の低い材料であったり、または酸
素ガスの導入によりエッチング速度が大きく下がって導
電体材料の選択性が大きくとれるTi,Nb,No,Hf,Zr,Ta等
の高融点金属または、Cr,Al等の材料を用いるほうがそ
の厚みを薄くできる等の利点があり、より好ましいと考
えられる。 発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、絶縁体層上に導
電体材料よりなる配線パターンを凸状に形成する方法に
おいて、A.上記絶縁体層上に導電体層，ストッパ層，フ
ォト・レジスト膜をこの順に積層する工程、B.上記フォ
ト・レジスト膜を絶縁体配線パターンに対応する凹部パ
ターンにエッチングする工程、C.上記積層体をアルゴン
ガス雰囲気下で上記凹部パターン部のストッパ層の全層
と、導電体層の一部をイオンビームエッチングする工
程、D.上記Ｃ工程でエッチングされた積層体をアルゴン
ガスと酸素ガスの雰囲気下で上記配線パターンに対応す
る凸部のフォト・レジスト膜の全部と上記凹部に対応す
る導電体層の全部が除去されるまでイオンビームエッチ
ングする工程とを具備してなる導電体層パターンの形成
方法が提供され、導電体層のエッチングが終了する前
に、そのエッチング途中にフォト・レジスト膜の側壁に
再付着した導電体物質が速やかにエッチングされてしま
い、その結果としてパターン精度の優れた導電体パター
ンが形成され、従って、たとえば導電体コイルを形成す
る場合、導電体コイル抵抗が低く且つ、構造安定な薄膜
磁気ヘッドを得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例に係る導電体
パターンの形成方法の作業手順を示す説明図、第２図
（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ従来の薄膜磁気ヘッ
ドの導電体コイルの形成方法を示す説明図、第３図
（ａ），（ｂ）はそれぞれ他の従来方法を示す説明図、
第４図は一定条件下における種々の材質のイオンミリン
グ速度を酸素流量との関係において示したグラフであ
る。 （符号の説明） １……絶縁体層 ２……導電体層 ３……フォト・レジスト膜 ５……ストッパ層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉良 徹 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャー プ株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼川 光彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−32143（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．絶縁体層上に導電体材料よりなる配線パターンを凸
   状に形成する方法において、 A.上記絶縁体層上に導電体層，ストッパ層，フォト・レ
   ジスト膜をこの順に積層する工程、 B.上記フォト・レジスト膜を絶縁体配線パターンに対応
   する凹部パターンにエッチングする工程、 C.上記積層体をアルゴンガス雰囲気下で上記凹部パター
   ン部のストッパ層の全層と、導電体層の一部をイオンビ
   ームエッチングする工程、 D.上記Ｃ工程でエッチングされた積層体をアルゴンガス
   と酸素ガスの雰囲気下で上記配線パターンに対応する凸
   部のフォト・レジスト膜の全部と上記凹部に対応する導
   電体層の全部が除去されるまでイオンビームエッチング
   する工程とを具備してなることを特徴とする導電体パタ
   ーンの形成方法。