JP4117775B2 - Patterned thin film forming method and microdevice manufacturing method - Google Patents

Description

【００２４】
ここで、Ｒは水素原子またはメチル基、ｎは１以上の整数
アッシングのみでアンダーカットの入った２層レジストを得る場合は、アッシング反応速度が、上層レジスト層（後述）を構成するレジスト材料よりも速いこと等の条件を満たす材料を用いる。
【００２５】
現像剤とアッシングとを併用してアンダーカットを入れる場合は、アルカリ性水溶液に溶解し、かつ、アッシング反応速度が上層レジスト層（後述）を構成するレジスト材料よりも速いこと等の条件を満たす材料を用いる。
【００２６】
以下の説明では、上述した３つのアンダーカット形成方法のうち、現像剤のみによってアンダーカットを入れる場合を例にとって説明する。
【００２７】
図１に示した工程の後、図２に示すように、下層レジスト層１０３の上に、上層レジスト層１０４を、スピンコート法等の手段によって形成する。上層レジスト層１０４は、フェノール性水酸基を含むレジストを主成分とするものが好ましい。上層レジスト層１０４のためのレジストの例としては、少なくとも次の化学式、

ここで、ｍは０〜３の整数、ｎは１以上の整数
で表される構造を有する成分を含むものを挙げることができる。
【００２８】
上層レジスト層１０４のレジストの別の例としては、少なくとも下記の化学式
、

ここで、Ｒ¹は水素原子またはメチル基、ｎは１以上の整数
で表される構造を有する成分を含むものを用いることができる。
【００２９】
更に、上層レジスト層１０４に適したフェノール性水酸基を含むレジストの他の例としては、特公昭３７−１８０１５号公報に開示されたＮＱＤ−ノボラックレジスト（ナフトキノンジアジド−ノボラックレジスト）、特開平６−２４２６０２号公報に開示された一体型ＮＱＤ−ノボラックレジスト、特開２０００−６３４６６号公報に開示された疎水性一体型ＮＱＤ−ノボラックレジスト、及び、特開平６−２７３９３４号公報に開示されたポリヒドロキシスチレン系樹脂を主成分とした化学増幅型レジスト等も挙げることができる。
【００３０】
次に、図３に示すように、マスク１０５を介して、上層レジスト層１０４を所定のパターンの潜像形成用の光で露光して、上層レジスト層１０４に所定のパターンの潜像を形成する。露光用の光は、紫外線、エキシマレーザー光、電子ビーム等、どのような光でもよい。露光用の光が電子線である場合には、マスク１０５を介することなく、直接、上層レジスト層１０４に電子線を照射することにより、所定のパターンの潜像を形成してもよい。また、必要に応じて、露光後に上層レジスト層１０４を加熱する。
【００３１】
次に、図４に示すように、現像液によって、露光後の上層レジスト層１０４を現像すると共に、下層レジスト層１０３の一部を溶解させる。現像後、下層レジスト層１０３および上層レジスト層１０４の水洗と乾燥を行う。これにより、アンダーカットの入ったレジストマスク１１０が得られる。アンダーカットの入ったレジストマスク１１０では、上層の上層レジスト層１０４は、下層の下層レジスト層１０３の平面積よりも大きい平面積を有する。このようなレジストマスク１１０は、パターン化薄膜の微細化に有効である。現像液としては、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）の水溶液等のアルカリ性水溶液を用いることが好ましい。
【００３２】
次に、図５に示すように、基層１０１の上にレジストマスク１１０を残したままで、例えば、スッパタまたはＣＶＤ等の薄膜形成プロセスを実行することにより、パターン化薄膜１０７を形成する。
【００３３】
従来は、図５に示した工程の後に、リフトオフ法を実行することにより、基層１０１から、レジストマスク１１０を剥離していた。リフトオフの実行に当たっては、レジストマスク１１０を溶解する溶剤を用いていた。ところが、マイクロデバイスの微小化及び高機能化等に対応して、パターン化薄膜１０７の微細化が進展してくると、それに応じて、レジストマスク１１０の幅及び厚みが縮小されることになるため、図５にも示すように、レジストマスク１１０の上のパターン化薄膜１０７が、その周囲のパターン化薄膜１０７と密着するようになり、レジストマスク１１０を除去する溶剤等を、レジストマスク１１０の周りに十分に浸透させることが困難になる。このため、レジストマスク１１０の除去工程（リフトオフ工程）において、レジストマスク１１０の上のパターン化薄膜１０７が、その周囲のパターン化薄膜１０７と密着する部分で、無理やりに剥離される結果となり、いわゆる「バリ」が発生しまい、最終製品の品質、信頼性及び歩留を低下させてしまうという問題点があったのである。
【００３４】
この問題を解決するため、本発明では、図５の工程の後に、図６に示すように、レジストマスク１１０及びパターン化薄膜１０７を覆う有機樹脂層１０８、１０９を形成し、次に、加熱処理を行う。この加熱処理工程において、図７に示すように、レジストマスク１１０及びパターン化薄膜１０７を覆う有機樹脂層１０８、１０９が収縮して引っ張り力Ｆ１１、Ｆ１２を生じ、レジストマスク１１０に引っ張り力Ｆ１３が加わる。このため、図８に示すように、レジストマスク１１０とパターン化薄膜１０７との界面に亀裂Ｇ１１が入る。図７及び図８は、図示表示の簡明化のため、ハッチングを施さずに示してある。
【００３５】
この後、基板の全体を有機溶剤中に浸漬し、揺動させる等のプロセスを経て、図９に示すように、有機樹脂層１０８、１０９を溶解除去し、更に、レジストマスク１１０を溶解除去する。図９は、有機樹脂層１０８、１０９のみが除去されている状態を図示してあるが、これは、レジストマスク１１０とパターン化薄膜１０７との界面に生じる亀裂Ｇ１１を通して、有機溶剤が確実に入ることを明示するための単なる説明の都合にすぎない。実際には、有機樹脂層１０８、１０９及びレジストマスク１１０は、同一プロセスにおいて、有機溶剤により溶解除去される。
【００３６】
これにより、図１０に示すように、所望の形状にパターンニングされたパターン化薄膜１０７が得られる。有機樹脂層１０８、１０９及びレジストマスク１１０の剥離に当たってはアセトン等の有機溶剤を用いることができる。
【００３７】
ここで、図８及び図９に示したように、レジストマスク１１０とパターン化薄膜１０７との界面に亀裂Ｇ１１が入っているから、有機溶剤が、この亀裂Ｇ１１を通して、レジストマスク１１０の周りに十分に行き渡るようになる。このため、レジストマスク１１０を、いわゆる「バリ」を生じることなく、除去することができる。
【００３８】
有機樹脂層１０８、１０９を構成する材料の具体例としては、例えば、ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン等を挙げることができる。
【００３９】
有機樹脂層１０８、１０９は、熱収縮率の異なる複数の樹脂層１０８、１０９を含んでいてもよい。この構成によれば、樹脂層１０８、１０９の材料、特性の違いや、熱収縮率の違い等を利用して、パターン化薄膜１０７にダメージを与えることなく、亀裂を生じさせ、レジストマスク１１０を、確実に除去することができる。図示実施例では、熱収縮率の異なる２層の樹脂層１０８、１０９を積層してある。
【００４０】
２層の樹脂層１０８、１０９のうちの１層は、水溶性樹脂層で構成することができる。図示実施例では、上層の樹脂層１０９を水溶性樹脂層で構成してある。水溶性樹脂材料は、一般に、熱収縮率が高いので、レジストマスク１１０に対する引っ張り力が大きくなり、レジストマスク１１０とパターン化薄膜１０７との間に生じる亀裂Ｇ１１を拡大し、溶剤の浸透を促進し得る。水溶性樹脂層を構成する材料の具体例としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート等を挙げることができる。
【００４１】
水溶性樹脂層は、レジストマスク１１０及びパターン化薄膜１０７に接するように形成してもよいし、図示実施例に示すように、レジストマスク１１０及びパターン化薄膜１０７を覆う樹脂層１０８の上に形成してもよい。水溶性樹脂層を、レジストマスク１１０及びパターン化薄膜１０７に接するように形成する手法によれば、水溶性樹脂層の有する高い熱収縮率を有効に利用できる。水溶性樹脂層を、レジストマスク１１０及びパターン化薄膜１０７を覆う他の樹脂層１０８の上に形成する手法は、水溶性樹脂層１０９によるパターン化薄膜１０７の酸化防止に有効である。水溶性樹脂層１０９と組み合わせて用いるのに適した樹脂層１０８は、例えば、ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン等である。次に、実施例及び比較例を挙げて、更に具体的に説明する。
【００４２】
（１）実施例１
まず、図１に示すプロセスにおいて、基層１０１を構成する基板として、直径３インチ、厚み２ｍｍのＡｌＴｉＣ（アルティック）を用い、その上に、ＰＭＧＩを、スピンコートによって塗布し、下層レジスト層１０３を形成した。ＰＭＧＩとしては、シプレイファーイースト社製のＬＯＬ−５００を用い、５０ｎｍの厚さに塗布した。次に、塗布された第１のレジスト層（ＰＭＧＩ）１０３をプリベークした。プリベーク条件は１８０℃、３００秒とした。
【００４３】
次に、図２に示すプロセスでは、ＰＭＧＩでなる下層レジスト層１０３の上に、レジストをスピンコート法によって０．５μｍの厚さに塗布し、上層レジスト層１０４を形成した。上層レジスト層１０４を構成するレジストとして、クラリアントジャパン社製のＡＺ５１０５Ｐを用いた。次に、塗布された第２のレジ外層１０４をプリベークした。プリベーク条件は１２０℃、６０秒とした。
【００４４】
次に、図３に示す露光プロセスでは、露光装置として、ニコン社製ＮＳＲ−ＴＦＨＥＸ１４Ｃを用いた。露光条件は次のとおりである。
【００４５】
ＮＡ；０．６
σ；０．７５
Ｄｏｓｅ；２２ｍＪ／ｃｍ²
焦点；０μｍ
マスク１０５のサイズ；０．２μｍ
次に、図４に示す現像プロセスでは、現像前に、１２０℃の温度で６０秒間加熱した。次に、現像液として、２．３８％テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）の水溶液を用い、３０秒、１パドルで、現像処理を行った。
【００４６】
上述した図１〜図４のプロセスを経ることにより、幅０．２μｍ、長さ３μｍの第１のレジスト層１１１と、第１のレジスト層１１１の両側に３μｍだけ飛び出る第２のレジスト層１１２とを有するアンダーカット入りのレジストマスク１１０を得た（図４参照）。レジストマスク１１０は、基層を構成する基板をウエハーとしてその面上に多数整列して形成される。
【００４７】
次に、図５のスパッタプロセスでは、スパッタ装置として、Ｖｅｅｃｏ 社製ＩＢＥ−ＩＢＤを用いて、スパッタ成膜を行った。スパッタ条件は、次のとおりである。
【００４８】
ガス；Ａｒ
ガス流量；５ｓｃｃｍ
なお、流量単位ｓｃｃｍとは、standard cubic cmの略語であり、圧力を１気圧（1.01325×10⁵Pa）に変換した時の１分間当たりのｃｍ³単位の流量を表す。
圧力：２×１０^-4Ｔｏｏｒ
スパッタ角度：３０°（基層面に対して垂直な方向に対する角度）
ビーム電流：３００ｍＡ
ビーム電圧：ＤＣ１５００Ｖ
加速電圧：−２００Ｖ
ターゲット：Ａｕ
成膜厚：５０ｎｍ
【００４９】
次に、図６の樹脂塗布プロセスでは、下層の樹脂層１０８は、クラリアントジャパン社製 ＡＺ５１０５Ｐを用い、スピンコート法の適用により、０．５μｍの厚さに塗布して形成した。塗布後、１２０℃の温度条件で、６０秒間のプリベーク処理を行った。
【００５０】
上層の樹脂層１０９は、積水化学社製 ＫＷ３の水溶液を用いて形成した。ＫＷ３は、ポリビニルアセタールを主成分とする水溶性樹脂である。その４重量％水溶液を、スピンコート法により塗布し、塗布厚み０．５μｍの樹脂層１０９を形成した。塗布後、１３０℃の温度条件で、６０秒間のプリベーク処理を行った。
【００５１】
次に、図７〜図９に示した剥離工程（リフトオフ工程）では、５０℃のＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）中に、１時間、揺動を与えながら浸漬し、樹脂層１０８、１０９及びレジストマスク１１０を溶解除去した。これにより、図１０に示す所望パターンを有するパターン化薄膜１０７が得られた。
【００５２】
図１０のパターン化薄膜１０７を、日立製作所製 ＣＤ−ＳＥＭ Ｓ７８００により観察したところ、０．１８μｍ幅のＡｕ孤立トレンチパターンが得られていることが確認された。基板上の何れの領域のパターン化薄膜にも、バリの発生は確認されず、歩留は１００％であった。
【００５３】
（２）比較例１
図１〜図５のプロセスを、実施例１と全く同じ条件で実行した。次に、図５のプロセスを終了した後、図６〜図９に示したプロセスを省略して、剥離工程（リフトオフ工程）を実行した。剥離工程は実施例１と同じ条件で実行した。基板上で得られたパターン化薄膜の約４０％にバリの発生が見られ、歩留は約６０％であった。
【００５４】
２．ドライエッチング法
図１１〜図２１は本発明に係るマスク形成方法、パターン化薄膜形成方法、及び、マイクロデバイスの製造方法について、ドライエッチング法を適用した例を示す図である。
【００５５】
まず、図１１に示すように、スパッタ法、ＣＶＤ法、またはめっき法等の周知の成膜技術を適用して基板等の下地１０１の上に、基層となる被パターニング膜１０２を形成する。被パターニング膜１０２は、各種金属薄膜、無機膜等で構成される。選択すべき金属材料及び無機材料等には、特に限定はない。また、被パターンニング膜１０２は、単層膜であってもよいし、複数層を積層した積層膜であってもよい。
【００５６】
次に、図１２に示すように、被パターンニング膜１０２の上に、下層レジスト層１０３を形成した後、図１３〜図１５に示す工程が実行される。図１３〜図１５に図示するレジストマスク１１０を形成するまでの工程は、リフトオフ法の図２〜図４と異なることがないので、重複説明は省略する。
【００５７】
次に、図１５に示すように、レジストマスク１１０を形成した後、レジストマスク１１０を用いて、ドライエッチング、例えばイオンミリング、リアクティブ．イオン．エッチング（ＲＩＥ）等によって、被パターニング膜１０２をエッチングして、所望の形状のパターン化薄膜１２１を形成する。パターン化薄膜形成工程前に、基板１０１の表面全体をアッシング処理してもよい。これにより、図１６に示すように、パターン化薄膜１２１が得られる。
【００５８】
エッチングプロセスにおいて、被パターニング膜１０２がドライエッチングされた場合、被パターニング膜１０２から生じた微粒子が、レジストマスク１１０の側面等に再付着し、図１６に示すように、再付着膜１１３が形成される。再付着膜１１３は、レジストマスク１１０の底部に存在するパターン化薄膜１２１に連なっており、結合されている。
【００５９】
従来は、図１６に示した工程の後に、有機溶剤を用いて、レジストマスク１１０を剥離していた。ところが、レジストマスク１１０の側面等に付着した再付着膜１１３が、レジストマスク１１０の底部に存在するパターン化薄膜１２１にも連なっているため、図１６の状態で、レジストマスク１１０を有機溶剤によって溶解しても、再付着膜１１３が、パターン化膜１２１に付着したまま、除去されずに残ってしまい、いわゆる「バリ」が発生することがあった。このため、最終製品の品質、信頼性及び歩留を低下させてしまうという問題点があったのである。
【００６０】
この問題を解決するため、本発明では、図１６の工程の後に、図１７に示すように、レジストマスク１１０及びパターン化膜１２１を覆う有機樹脂層１０８、１０９を形成し、次に、加熱処理を行う。この加熱処理工程において、図１８に示すように、レジストマスク１１０及びパターン化膜１２１を覆う有機樹脂層１０８、１０９が収縮して引っ張り力Ｆ１１、Ｆ１２が発生し、レジストマスク１１０に引っ張り力Ｆ１３が加わる。このため、図１９に示すように、レジストマスク１１０が膨張するように変形し、レジストマスク１１０の底面及び再付着膜１１３と、パターン化膜１２１の表面との接触部分に剥離が生じる。図１８及び図１９は、図示表示の簡明化のため、ハッチングを施さずに示してある。
【００６１】
この後、基板の全体を有機溶剤中に浸漬し、揺動させる等のプロセスを経て、図２０に示すように、有機樹脂層１０８、１０９を溶解除去し、更に、レジストマスク１１０を溶解除去する。
【００６２】
これにより、図２１に示すように、所望の形状にパターンニングされたパターン化膜１２１が得られる。有機樹脂層１０８、１０９及びレジストマスク１１０の剥離に当たってはアセトン等の有機溶剤を用いることができる。
【００６３】
ここで、図１８及び図１９を参照して説明したように、レジストマスク１１０の底面及び再付着膜１１３と、パターン化膜１２１の表面との接触部分に剥離が生じているから、レジストマスク１１０は、図２０の状態から、いわゆる「バリ」を生じることなく、除去することができる。図２０には、有機樹脂層１０８、１０９のみが除去された状態が図示されているが、実際には、有機樹脂層１０８、１０９及びレジストマスク１１０は、同一プロセスにおいて、有機溶剤により溶解除去される。
【００６４】
有機樹脂層１０８、１０９を構成する材料、その積層構造については、図１〜図１０に示したリフトオフ法の場合と同様であるので、重複説明は省略する。次に、実施例及び比較例を挙げて、更に具体的に説明する。
【００６５】
（１）実施例２
まず、図１１に示すプロセスにおいて、下地１０１を構成する基板として、直径３インチ、厚み２ｍｍのＡｌＴｉＣ（アルティック）を用いた。
【００６６】
図１１のスパッタプロセスでは、下地１０１を構成する基板の上に、ＮｉＦｅ（８０ー２０ｗｔ％）を３０ｎｍの膜厚となるように、スパッタ成膜した。スパッタ装置として、アルネバ（株）社製 ＳＰＦ−７４０Ｈを用いた。スパッタ条件は、次のとおりである。
【００６７】
ガス：Ａｒ
電力；１５００Ｗ、ＤＣ
ターゲット径：８インチ
ガス流量；１５ｓｃｃｍ
圧力：０．２５Ｐａ
次に、図１２のプロセスでは、ＰＭＧＩを、スピンコートによって塗布し、下層レジスト層１０３を形成した。ＰＭＧＩとしては、シプレイファーイースト社製のＬＯＬ−５００を用い、５０ｎｍの厚さに塗布した。次に、塗布された第１のレジスト層（ＰＭＧＩ）１０３をプリベークした。プリベーク条件は１８０℃、３００秒とした。
【００６８】
次に、図１３に示すプロセスでは、ＰＭＧＩでなる下層レジスト層１０３の上に、レジストをスピンコート法によって０．５μｍの厚さに塗布し、上層レジスト層１０４を形成した。上層レジスト層１０４を構成するレジストとして、クラリアントジャパン社のＡＺ５１０５Ｐを用いた。次に、塗布された第２のレジ外層１０４をプリベークした。プリベーク条件は１２０℃、６０秒とした。
【００６９】
次に、図１４に示す露光プロセスでは、露光装置として、ニコン社製ＮＳＲ−ＴＦＨＥＸ１４Ｃを用いた。露光条件は次のとおりである。
【００７０】
ＮＡ；０．６
σ；０．７５
Ｄｏｓｅ；２２ｍＪ／ｃｍ²
Ｆｏｃｕｓ；０μｍ
マスク１０５のサイズ；０．２μｍ
次に、図１５に示す現像プロセスでは、現像前に、１２０℃の温度で６０秒間加熱した。次に、現像液として、２．３８％テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）の水溶液を用い、３０秒、１パドルで、現像処理を行った。
【００７１】
上述した図１１〜図１５のプロセスを経ることにより、幅０．２μｍ、長さ３μｍの第１のレジスト層１１１と、第１のレジスト層１１１の両側に３μｍだけ飛び出る第２のレジスト層１１２とを有するアンダーカット入りのレジストマスク１１０を得た。レジストマスク１１０は、基層を構成する基板をウエハーとしてその面上に多数整列して形成される。
【００７２】
図１５に示すように、レジストマスク１１０を形成した後、ミリングを行った。用いられたミリング装置は、Ｖｅｅｃｏ 社製 ＩＢＥ−ＩＢＤである。ミリング条件は次のとおりである。
【００７３】
ガス；Ａｒ
ガス流量；１０ｓｃｃｍ
圧力：２×１０^-4Ｔｏｏｒ
ミリング角度：５°（基板表面の垂線に対する角度）
ビーム電流：３００ｍＡ
ビーム電圧：ＤＣ３００Ｖ
加速電圧：−５００Ｖ
これにより、図１６に示すように、パターン化薄膜１２１が得られる。
【００７４】
次に、図１７の樹脂塗布プロセスでは、下層の樹脂層１０８は、クラリアントジャパン社製 ＡＺ５１０５Ｐを用い、スピンコート法の適用により、０．５μｍの厚さに塗布して形成した。塗布後、１２０℃の温度条件で、６０秒間のプリベーク処理を行った。
【００７５】
上層の樹脂層１０９は、積水化学社製 ＫＷ３の水溶液を用いて形成した。ＫＷ３は、ポリビニルアセタールを主成分とする水溶性樹脂である。その４重量％水溶液を、スピンコート法により塗布し、塗布厚み０．５μｍの樹脂層１０９を形成した。塗布後、１３０℃の温度条件で、６０秒間のプリベーク処理を行った。
【００７６】
次に、図１８〜図２０に示した剥離工程では、５０℃のＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）中に、１時間、揺動を与えながら浸漬し、樹脂層１０８、１０９及びレジストマスク１１０を溶解除去した。これにより、図２１に示す所望パターンを有するパターン化膜１２１が得られた。
【００７７】
図２１のパターン化膜１２１を、日立製作所製 ＣＤ−ＳＥＭ Ｓ７８００により観察したところ、０．１８μｍ幅のＮｉ孤立ラインパターンが得られていることが確認された。基板上の何れの領域のパターン化薄膜にも、バリの発生は確認されず、歩留は１００％であった。
【００７８】
（２）比較例２
図１１〜図１６のプロセスを、実施例２と全く同じ条件で実行した。次に、図１６のプロセスを終了した後、図１７〜図２０に示したプロセスを省略して、剥離工程を実行した。剥離工程は実施例２と同じ条件である。基板上で得られたパターン化薄膜の約２５％にバリの発生が見られ、歩留は約７５％であった。
【００７９】
３．併用法
図２２〜図３３はリフトオフ法及びドライエッチング法を併用した本発明に係るパターン化薄膜形成方法、及び、マイクロデバイスの製造方法について説明する図である。
【００８０】
併用法では、まず、図２２〜図２７に示す工程が実行される。図２２〜図２７に示す工程は、ドライエッチング法の図１１〜図１６に示す工程と異なるところはないので、重複説明は省略する。
【００８１】
図２２〜図２７に示した工程を通した後、図２８に示すように、パターン化薄膜１２１の上にレジストマスク１１０を残したままで、スッパタまたはＣＶＤ等の薄膜形成プロセスを実行することにより、薄膜１０７を形成する。この後、図２９〜図３２に示すリフトオフ法を実行することにより、パターン化薄膜１２１から、有機樹脂層１０８、１０９及びレジストマスク１１０を剥離する。これにより、図３３に示すように、マイクロデバイスの一部となるパターン化薄膜１２１、１０７が得られる。図２８〜図３３に図示する工程は、図５〜図１０に示したリフトオフ工程と同じであるので、重複説明は省略する。次に、実施例及び比較例を挙げて具体的に説明する。
【００８２】
（１）実施例３
図２２〜図２７に示す工程は、図１１〜図１６に示すドライエッチング法の工程と異なるところはない。図２２〜図２７に示す工程は、実施例２で説明した図１１〜図１６の具体的プロセス条件をそのまま採用した。
【００８３】
図２８〜図３３に示す工程は、図５〜図１０に示したリフトオフ工程と異なるところはない。図２２〜図２７に示す工程の具体的プロセス条件は、実施例１で説明した図５〜図１０の具体的プロセス条件をそのまま採用した。
【００８４】
図３３のパターン化膜１０７、１２１を、日立製作所製 ＣＤ−ＳＥＭ Ｓ７８００により観察したところ、０．１８μｍ幅のＮｉ孤立ラインパターン１２１の外側に、Ａｕパターン１０７が連続するＮｉＦｅ−Ａｕ連続パターンが得られていることが確認された。Ｎｉ孤立ラインパターン１２１と、Ａｕパターン１０７との境界には、基板上の何れの領域においても、バリの発生は確認されず、歩留は１００％であった。
【００８５】
（２）比較例３
図２２〜図２８のプロセスを、実施例３と全く同じ条件で実行した。次に、図２８のプロセスを終了した後、図２９〜図３２に示したプロセスを省略して、剥離工程を実行した。剥離工程は実施例３と同じ条件である。基板上で得られたＮｉＦｅ−Ａｕ連続パターンの約５０％に、Ｎｉ孤立ラインパターン１２１と、Ａｕパターン１０７との境界で、バリの発生が見られ、歩留は約５０％であった。
【００８６】
４．具体的適用例
次に、上述したパターン化薄膜形成方法を適用したマイクロデバイスの製造方法の具体例として、薄膜磁気ヘッドの製造方法、特に、巨大磁気抵抗効果素子（以下ＧＭＲ素子と称する）を用いた再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドを製造する場合を例にとって説明する。ＧＭＲ素子としては、スピンバルブ膜（以下ＳＶ膜と称する）や強磁性トンネル接合素子（以下ＴＭＲ素子と称する）を挙げることができる。
【００８７】
図３４はウエハー上で見た薄膜磁気ヘッド要素の１つを拡大して示す断面図、図３５は図３４の３５ー３５線に沿った拡大側面断面図である。
【００８８】
図示された薄膜磁気ヘッド要素は、再生ヘッドと記録ヘッド（誘導型電磁変換素子）とを備えており、これらは、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に搭載されている。基板１はスライダ基体を構成する。基板１の上には、スパッタリング法等によって、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の絶縁材料よりなる絶縁層２が、例えば１〜５μｍの厚みに形成されている。下部シールド層３は、パーマロイ（ＮｉＦｅ）等の磁性材料よりなり、絶縁層２の上に、スパッタリング法またはめっき法等によって、例えば約３μｍの厚みとなるように形成されている。
【００８９】
再生ヘッドは、ＧＭＲ素子１２１と、下部シールド層３と、上部シールド層（下部磁極層８）と、下部シールドギャップ層１０１と、上部シールドギャップ層７とを有している。下部シールド層３および上部シールド層８は、ＧＭＲ素子１２１を挟んで対向するように配置されている。
【００９０】
下部シールド層３の上には、下部シールドギャップ層１０１が備えられている。下部シールドギャップ層１０１は、アルミナ等の絶縁材料よりなり、スパッタ等によって、例えば１０〜２００ｎｍの厚み（最小厚み）に形成されている。下部シールドギャップ層１０１には、ＧＭＲ素子１２１及び電極層１０７が、それぞれ、例えば数十ｎｍの厚みに形成されている。
【００９１】
ＧＭＲ素子１２１及び電極層１０７は上部シールドギャップ層７によって覆われている。上部シールドギャップ層７は、アルミナ等の絶縁材料よりなり、スパッタ等によって、例えば１０〜２００ｎｍの厚み（最小厚み）に形成されている。
【００９２】
記録ヘッドは、下部磁極層８、上部磁極層１２、記録ギャップ層９及び薄膜コイル１０、１５等を有している。下部磁極層８及び上部磁極層１２は、互いに磁気的に連結されている。
【００９３】
下部磁極層８は、上部シールドギャップ層７の上に形成されている。記録ギャップ層９は下部磁極層８の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられている。薄膜コイル１０、１５は下部磁極層８および上部磁極層１２の間のインナーギャップ間に、絶縁された状態で配設されている。記録ヘッドは、アルミナ等の保護膜１７によって覆われている。
【００９４】
次に、上述した薄膜磁気ヘッドついて、本発明に係るパターン化薄膜形成方法を用いて、ＧＭＲ素子１２１を形成するプロセスを、図３３〜図４１を参照して説明する。実施例のＧＭＲ素子１２１は、ＳＶ膜である。
【００９５】
まず、図３６に示すように、基板１の上に、絶縁層２、下部シールド層３及びシールドギャップ膜（基層）１０１等を、周知の技術の適用によって形成する。
【００９６】
次に、図３７に示すように、シールドギャップ膜１０１の上に、再生用のＧＭＲ素子となる被パターンニング層１０２を形成する。図では、被パターンニング層１０２は単層表示であるが、実際のＳＶ膜では多層膜構造である。
【００９７】
次に、図３８に示すように、被パターンニング層１０２の上に、下層レジスト層１０３を形成する。下層レジスト層１０３は、既に述べたような基本的特性を有するレジスト材料、具体的にはＰＭＧＩ等で構成される。
【００９８】
次に、図３９に示すように、下層レジスト層１０３の上に上層レジスト層１０４を形成する。上層レジスト層１０４の具体例は、既に示したとおりである。
【００９９】
次に、図４０に示すように、マスク１０５を介して、上層レジスト層１０４を所定のパターンの潜像形成用の光で露光して、上層レジスト層１０４に所定のパターンの潜像を形成する。マスク１０５は、潜像がＧＭＲ素子の位置に形成されるように位置合わせされる。
【０１００】
次に、現像液によって、露光後の上層レジスト層１０４を現像すると共に下層レジスト層１０３の一部を溶解させ、現像後、下層レジスト層１０３および上層レジスト層１０４の水洗と乾燥を行う。
【０１０１】
これにより、図４１に示すように、アンダーカットの入った積層レジストパターン１１１、１１２でなるレジストマスク１１０が形成される。レジストマスク１１０は、アッシング処理をして、スリム化してもよい。
【０１０２】
次に、図４１、図４２に示すように、例えばイオンミリング等のドライエッチングによって、被パターンニング層１０２を選択的にエッチングし、ＧＭＲ素子１２１を形成する。エッチングプロセスにおいて、被パターニング膜１２がドライエッチングされた場合、被パターニング膜１２から生じた微粒子が、レジストマスク１１０の側面等に再付着し、図４２に示すように、再付着膜１１３が形成される。再付着膜１１３は、レジストマスク１１０の底部に存在するパターン化薄膜１２１に連なっており、結合されている。
【０１０３】
次に、図４３に示すように、基層１０１の上にレジストマスク１１０を残したままで、例えば、スッパタまたはＣＶＤ等の薄膜形成プロセスを実行することにより、パターン化薄膜１０７を形成する。パターン化薄膜１０７は、ＧＭＲ素子１２１に電気的に接続される一対の電極層、及び、磁区制御膜を含む。
【０１０４】
従来は、図４５に示した工程の後に、リフトオフ法を実行することにより、基層１０１から、レジストマスク１１０を剥離していた。このため、レジストマスク１１０の除去工程において、レジストマスク１１０の上のパターン化薄膜１０７が、その周囲の薄膜１０７を密着する部分で、無理やりに剥離される結果となって、いわゆる「バリ」が発生しまい、最終製品の品質、信頼性及び歩留を低下させてしまうという問題点があった。即ち、レジストマスク１１０の側面等に付着した再付着膜１１３が、レジストマスク１１０の底部に存在するパターン化薄膜１２１にも連なっている。このため、レジストマスク１１０除去工程において、再付着膜１１３が、パターン化膜１２１に付着したまま、除去されずに残ってしまい、いわゆる「バリ」が発生し、最終製品の品質、信頼性及び歩留を低下させてしまうという問題点があったのである。
【０１０５】
この問題を解決するため、本発明では、図４３の工程の後に、図４４に示すように、レジストマスク１１０及びパターン化薄膜１０７を覆う有機樹脂層１０８、１０９を形成し、次に、加熱処理を行う。この加熱処理工程において、図４５に示すように、レジストマスク１１０及びパターン化薄膜１０７を覆う有機樹脂層１０８、１０９が収縮して引っ張り力Ｆ１１、Ｆ１２が発生し、その結果、レジストマスク１１０に引っ張り力Ｆ１３が加わる。このため、図４６に示すように、レジストマスク１１０とパターン化薄膜１０７との界面に亀裂Ｇ１１が入る。更に、レジストマスク１１０の底面及び再付着膜１１３と、パターン化薄膜１２１との接触部分に剥離が生じる。図４５及び図４６は、図示表示の簡明化のため、ハッチングを施さずに示してある。
【０１０６】
この後、基板の全体を有機溶剤中に浸漬し、揺動させる等のプロセスを経て、図４７に示すように、有機樹脂層１０８、１０９を溶解除去し、更に、レジストマスク１１０を溶解除去する。図４７は、有機樹脂層１０８、１０９のみが除去されている状態を図示してあるが、実際には、有機樹脂層１０８、１０９及びレジストマスク１１０は、同一プロセスにおいて、有機溶剤により溶解除去される。
【０１０７】
これにより、図４８に示すように、所望の形状にパターンニングされたパターン化薄膜１０７が得られる。パターン化薄膜１０７はＳＶ膜である。有機樹脂層１０８、１０９及びレジストマスク１１０の剥離に当たってはアセトン等の有機溶剤を用いることができる。
【０１０８】
ここで、図４６及び図４７に示したように、レジストマスク１１０とパターン化薄膜１０７との界面に亀裂Ｇ１１が入っているから、有機溶剤が、この亀裂Ｇ１１を通して、レジストマスク１１０の周りに十分に行き渡るようになる。更に、レジストマスク１１０の底面及び再付着膜１１３と、パターン化薄膜１２１との接触部分に剥離が生じている。このため、レジストマスク１１０を、いわゆる「バリ」を生じることなく、除去することができる。
【０１０９】
この後、更に、記録ヘッドのための製造プロセスを実行する。記録ヘッドの製造プロセスは周知である。
【０１１０】
具体的なプロセスは、実施例１〜３に示したプロセス条件が適用される。また、図示及び説明は省略するが、本発明は、ＳＶ膜に対して、膜面に垂直に電流を流すＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to a Plane of a Giant Magnetoresistance）素子またはＴＭＲ素子を有する薄膜磁気ヘッドの製造にも、若干のプロセス修正を加えることにより、適用できることは明らかである。
【０１１１】
本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の変更が可能である。例えば、本発明は、半導体デバイスや、薄膜を用いたセンサやアクチュエータ等、薄膜磁気ヘッド以外のマイクロデバイスの製造方法にも適用することができる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、レジストマスク等の除去工程において、いわゆる「バリ」等を生じることなく、レジストマスクを確実に除去し得るパターン化薄膜形成方法およびマイクロデバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リフトオフ法による本発明に係るパターン化薄膜形成方法及びマイクロデバイスの製造法に含まれる一工程を示す断面図である。
【図２】図１の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図３】図２の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図４】図３の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図５】図４の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図６】図５の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図７】図６の工程の後の工程である加熱工程における作用を説明する図である。
【図８】加熱工程における作用を説明する図である。
【図９】図８の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図１０】図９の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図１１】ドライエッチング法による本発明に係るパターン化薄膜形成方法及びマイクロデバイスの製造法に含まれる一工程を示す断面図である。
【図１２】図１１の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図１３】図１２の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図１４】図１３の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図１５】図１４の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図１６】図１５の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図１７】図１６の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図１８】図１７の工程の後の工程である加熱工程における作用を説明する図である。
【図１９】図１８の加熱工程における作用を説明する図である。
【図２０】図１９の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図２１】図２０の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図２２】リフトオフ法及びドライエッチング法を併用したによる本発明に係るパターン化薄膜形成方法及びマイクロデバイスの製造法に含まれる一工程を示す断面図である。
【図２３】図２２の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図２４】図２３の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図２５】図２４の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図２６】図２５の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図２７】図２６の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図２８】図２７の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図２９】図２８の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図３０】図２９の工程の後の工程である加熱工程における作用を説明する図である。
【図３１】図３０の加熱工程における作用を説明する図である。
【図３２】図３１の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図３３】図３２の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図３４】本発明に係るパターン化薄膜形成方法及びマイクロデバイス製造方法が適用される薄膜磁気ヘッド要素の断面図である。
【図３５】図３４の３５ー３５線に沿った拡大側面断面図である。
【図３６】図３４、図３５に示した薄膜磁気ヘッド要素に含まれるＧＭＲ素子の製造工程における一工程を示す断面図である。
【図３７】図３６の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図３８】図３７の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図３９】図３８の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図４０】図３９の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図４１】図４０の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図４２】図４１の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図４３】図４２の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図４４】図４３の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図４５】図４４の工程の後の工程である加熱工程における作用を説明する図である。
【図４６】図４５の加熱工程における作用を説明する図である。
【図４７】図４６の工程の後の工程を説明する断面図である。
【図４８】図４７の工程の後の工程を説明する断面図である。
【符号の説明】
１０１ 基層
１０２ 被パターンニング層
１０３ 第１のレジスト層
１０４ 第２のレジスト層
１１０ マスク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a patterned thin film forming method for forming a patterned thin film and a microdevice manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In a microdevice having a patterned thin film (hereinafter referred to as a patterned thin film), the patterned thin film is formed using a patterned resist mask. In the present invention, the micro device refers to a small device manufactured using a thin film forming technique. The microdevice referred to in the present invention includes a semiconductor device, a thin film magnetic head, a sensor and an actuator using a thin film, and the like.
[0003]
In order to form a patterned thin film using a patterned resist mask, for example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 9-96909, a dry etching method (in Japanese Patent Laid-Open No. 9-96909, it is expressed as a milling patterning method). The lift-off method, a method using these in combination (hereinafter referred to as a combined method), and the like are applied.
[0004]
By the way, in micro devices such as semiconductor devices, thin film magnetic heads, thin film sensors, or actuators, miniaturization of patterned thin films is required more and more along with miniaturization and higher functionality. It is coming. In order to meet such technical trends and requirements, the width and thickness of the resist mask must be reduced accordingly.
[0005]
However, as the width and thickness of the resist mask become smaller, it becomes difficult to sufficiently infiltrate the resist mask with a solvent or the like that removes the resist mask when the patterned thin film formation technology by the lift-off method is applied. Become. For this reason, in the resist mask removing step, the portion that should be removed originally remains as a “burr” without being removed.
[0006]
When the patterned thin film formation technology by the dry etching method is applied, the dry etching component reattached to the side surface of the resist mask by the dry etching binds to the dry etching film, and the resist mask is removed with a solvent. However, it is not removed and still remains as “burr”.
[0007]
A similar “burr” occurs when the lift-off method and the dry etching method are used in combination.
[0008]
If the “burrs” generated as described above cannot be finally removed, the quality of the final product cannot be guaranteed, and the reliability is impaired and the yield is significantly reduced.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a patterned thin film forming method and a microdevice manufacturing method capable of reliably removing a resist mask without causing so-called “burrs” or the like.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, in the present invention, when a patterned thin film is formed on a base layer, the patterned thin film is formed on the base layer using a resist mask. Next, an organic resin layer covering the resist mask and the patterned thin film is formed. Next, heat treatment is performed, and then the organic resin layer and the resist mask are removed.
[0011]
As described above, in the present invention, a patterned thin film is formed on a base layer using a resist mask, an organic resin layer covering the resist mask and the patterned thin film is formed, and then heat treatment is performed. In this heat treatment process, the organic resin layer covering the resist mask and the patterned thin film shrinks, and the organic resin layer shrinks, so that a tensile force is applied to the resist mask, and cracks or peeling occurs at the interface between the resist mask and the patterned thin film. Arise. When the lift-off method is applied, the solvent is sufficiently distributed through the cracks to the interface between the resist mask and the patterned thin film. In the case of the dry etching method, the resist mask, the dry etching component reattached to the side surface of the resist mask, and the dry etching component reattached to the side surface of the resist mask due to peeling at the interface with the patterned thin film Peeling from the patterned thin film becomes easy.
[0012]
Therefore, by removing the organic resin layer and the resist mask after the heat treatment, the resist mask can be removed without causing so-called “burrs”.
[0013]
Specific examples of the material constituting the organic resin layer include novolak resin and polyhydroxystyrene.
[0014]
The organic resin layer may include a plurality of resin layers having different heat shrinkage rates. According to this configuration, the resist mask is surely removed by causing a crack without damaging the patterned thin film by utilizing a difference in the material and characteristics of the resin layer, a difference in thermal shrinkage, and the like. be able to.
[0015]
When providing a some resin layer, the at least 1 layer can be comprised with a water-soluble resin layer. In general, since the water-soluble resin material has a high thermal shrinkage rate, the tensile force against the resist mask is increased, and cracks generated between the resist mask and the patterned thin film can be enlarged and the penetration of the solvent can be promoted. Specific examples of the material constituting the water-soluble resin layer include polyvinyl alcohol and polyvinyl acetate.
[0016]
The water-soluble resin layer may be formed in contact with the resist mask and the patterned thin film, or may be formed on another resin layer that covers the resist mask and the patterned thin film. According to the technique of forming the water-soluble resin layer so as to be in contact with the resist mask and the patterned thin film, the high thermal shrinkage rate of the water-soluble resin layer can be effectively used. The method of forming the water-soluble resin layer on the resist mask and another resin layer covering the patterned thin film is effective for preventing the patterned thin film from being oxidized by the water-soluble resin layer. Other resin layers used in this case are, for example, novolak resin, polyhydroxystyrene, or the like.
[0017]
The resist mask may be a single layer resist mask without an undercut or may have a structure with an undercut. The resist mask including the undercut includes a lower resist layer and an upper resist layer, and the upper resist layer has a plane area larger than the plane area of the lower resist layer. A resist mask with an undercut is effective for miniaturization of a patterned thin film.
[0018]
The patterned thin film forming method according to the present invention can be applied to any of the lift-off method, the dry etching method, or a combination of both.
[0019]
Furthermore, the patterned thin film forming method according to the present invention can also be applied to a microdevice manufacturing method. In the manufacturing method of a microdevice, the patterned thin film used as a microdevice is formed with the patterned thin film formation method which concerns on this invention mentioned above. The micro device may be a thin film magnetic head, a semiconductor device, a sensor or an actuator using a thin film, or the like. When the microdevice is a thin film magnetic head, a specific example of the patterned thin film is a magnetoresistive element.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1. Lift-off method
FIGS. 1-10 is a figure explaining the case where the lift-off method is applied about the manufacturing method of the patterned thin film formation method and microdevice concerning this invention.
[0021]
First, as shown in FIG. 1, a lower resist layer 103 is formed on a base layer 101 such as a substrate. The lower resist layer 103 is formed by applying the resist layer 103 on the base layer 101 by means such as a spin coat method and then heating it as necessary.
[0022]
The resist material that constitutes the lower resist layer 103 must be a material that does not cause intermixing with the resist material that constitutes the upper resist layer (described later) formed thereon. In the case of forming a (two-layer) resist pattern, a material suitable for the employed undercut forming method is selected. As an undercut forming method, there are a method using only a developer, a method using only ashing, and a method using both a developer and ashing.
[0023]
Among these, when forming a two-layer resist pattern with an undercut by development alone, the resist material constituting the lower resist layer 103 is dissolved in an alkaline aqueous solution usually used as a developer, and an upper resist layer ( It is made of a material having a faster dissolution rate with an alkaline aqueous solution than that described below. Specific examples in this case include polymethylglutarimide (hereinafter referred to as PMGI) represented by the following chemical formula.

[0024]
Here, R is a hydrogen atom or a methyl group, n is an integer of 1 or more
In the case of obtaining a two-layer resist with an undercut by only ashing, a material that satisfies the condition that the ashing reaction rate is faster than the resist material constituting the upper resist layer (described later) is used.
[0025]
When using under developer in combination with developer and ashing, a material that satisfies the conditions such as being dissolved in an alkaline aqueous solution and having an ashing reaction rate faster than the resist material constituting the upper resist layer (described later) is used. Use.
[0026]
In the following description, the case where an undercut is made only by a developer among the above-described three undercut forming methods will be described as an example.
[0027]
After the process shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2, an upper resist layer 104 is formed on the lower resist layer 103 by means such as spin coating. The upper resist layer 104 is preferably composed mainly of a resist containing a phenolic hydroxyl group. Examples of resists for the upper resist layer 104 include at least the following chemical formulas:

Here, m is an integer of 0 to 3, n is an integer of 1 or more
The thing containing the component which has a structure represented by these can be mentioned.
[0028]
As another example of the resist of the upper resist layer 104, at least the following chemical formula
,

Where R¹Is a hydrogen atom or a methyl group, n is an integer of 1 or more
What contains the component which has the structure represented by these can be used.
[0029]
Further, other examples of the resist containing a phenolic hydroxyl group suitable for the upper resist layer 104 include NQD-novolak resists (naphthoquinone diazide-novolac resists) disclosed in Japanese Patent Publication No. 37-18015, and JP-A-6-246022. Integrated NQD-novolak resist disclosed in Japanese Patent Publication No. 2000-63466, hydrophobic integrated NQD-novolak resist disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-63466, and polyhydroxystyrene system disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 6-273934 A chemically amplified resist containing a resin as a main component can also be used.
[0030]
Next, as shown in FIG. 3, the upper resist layer 104 is exposed with light for forming a latent image having a predetermined pattern through a mask 105 to form a latent image having a predetermined pattern on the upper resist layer 104. . The exposure light may be any light such as ultraviolet light, excimer laser light, and electron beam. When the exposure light is an electron beam, a latent image having a predetermined pattern may be formed by directly irradiating the upper resist layer 104 with an electron beam without passing through the mask 105. If necessary, the upper resist layer 104 is heated after exposure.
[0031]
Next, as shown in FIG. 4, the exposed upper resist layer 104 is developed with a developer, and a part of the lower resist layer 103 is dissolved. After the development, the lower resist layer 103 and the upper resist layer 104 are washed with water and dried. Thereby, a resist mask 110 with an undercut is obtained. In the resist mask 110 with an undercut, the upper resist layer 104 in the upper layer has a larger planar area than the planar area of the lower resist layer 103 in the lower layer. Such a resist mask 110 is effective for miniaturization of a patterned thin film. As the developer, an alkaline aqueous solution such as an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is preferably used.
[0032]
Next, as shown in FIG. 5, a patterned thin film 107 is formed by executing a thin film forming process such as sputtering or CVD while leaving the resist mask 110 on the base layer 101.
[0033]
Conventionally, the resist mask 110 is removed from the base layer 101 by performing a lift-off method after the process shown in FIG. In performing the lift-off, a solvent that dissolves the resist mask 110 is used. However, as the miniaturization of the patterned thin film 107 progresses in response to miniaturization and higher functionality of the microdevice, the width and thickness of the resist mask 110 are reduced accordingly. 5, the patterned thin film 107 on the resist mask 110 comes into close contact with the surrounding patterned thin film 107, and a solvent or the like for removing the resist mask 110 is removed around the resist mask 110. It is difficult to sufficiently penetrate the liquid. For this reason, in the removal process (lift-off process) of the resist mask 110, the patterned thin film 107 on the resist mask 110 is forcibly separated at a portion in close contact with the surrounding patterned thin film 107. There was a problem that “burrs” occurred and the quality, reliability and yield of the final product were lowered.
[0034]
In order to solve this problem, in the present invention, after the step of FIG. 5, organic resin layers 108 and 109 covering the resist mask 110 and the patterned thin film 107 are formed as shown in FIG. I do. In this heat treatment step, as shown in FIG. 7, the organic resin layers 108 and 109 covering the resist mask 110 and the patterned thin film 107 contract to generate tensile forces F11 and F12, and the tensile force F13 is applied to the resist mask 110. . For this reason, as shown in FIG. 8, a crack G11 enters the interface between the resist mask 110 and the patterned thin film 107. 7 and 8 are shown without hatching in order to simplify the illustration.
[0035]
Thereafter, through a process such as immersing the entire substrate in an organic solvent and swinging, the organic resin layers 108 and 109 are dissolved and removed as shown in FIG. 9, and the resist mask 110 is further dissolved and removed. . FIG. 9 shows a state in which only the organic resin layers 108 and 109 are removed. This is because the organic solvent surely enters through the crack G11 generated at the interface between the resist mask 110 and the patterned thin film 107. It is merely a matter of explanation to clarify that. Actually, the organic resin layers 108 and 109 and the resist mask 110 are dissolved and removed by an organic solvent in the same process.
[0036]
Thereby, as shown in FIG. 10, a patterned thin film 107 patterned into a desired shape is obtained. In peeling off the organic resin layers 108 and 109 and the resist mask 110, an organic solvent such as acetone can be used.
[0037]
Here, as shown in FIGS. 8 and 9, since the crack G11 is present at the interface between the resist mask 110 and the patterned thin film 107, the organic solvent is sufficiently passed around the resist mask 110 through the crack G11. To come across. Therefore, the resist mask 110 can be removed without causing so-called “burrs”.
[0038]
Specific examples of the material constituting the organic resin layers 108 and 109 include novolac resin and polyhydroxystyrene.
[0039]
The organic resin layers 108 and 109 may include a plurality of resin layers 108 and 109 having different thermal shrinkage rates. According to this configuration, using the difference in the materials and characteristics of the resin layers 108 and 109, the difference in thermal shrinkage, and the like, the patterned thin film 107 is not damaged, and a crack is generated. Can be reliably removed. In the illustrated embodiment, two resin layers 108 and 109 having different thermal shrinkage rates are laminated.
[0040]
One of the two resin layers 108 and 109 can be composed of a water-soluble resin layer. In the illustrated embodiment, the upper resin layer 109 is composed of a water-soluble resin layer. Since water-soluble resin materials generally have a high thermal shrinkage rate, the tensile force with respect to the resist mask 110 is increased, the crack G11 generated between the resist mask 110 and the patterned thin film 107 is enlarged, and the penetration of the solvent is promoted. obtain. Specific examples of the material constituting the water-soluble resin layer include polyvinyl alcohol and polyvinyl acetate.
[0041]
The water-soluble resin layer may be formed so as to be in contact with the resist mask 110 and the patterned thin film 107, or may be formed on the resin layer 108 covering the resist mask 110 and the patterned thin film 107 as shown in the illustrated embodiment. May be. According to the method of forming the water-soluble resin layer so as to be in contact with the resist mask 110 and the patterned thin film 107, the high heat shrinkage rate of the water-soluble resin layer can be effectively used. The method of forming the water-soluble resin layer on the other resin layer 108 covering the resist mask 110 and the patterned thin film 107 is effective for preventing the patterned thin film 107 from being oxidized by the water-soluble resin layer 109. A resin layer 108 suitable for use in combination with the water-soluble resin layer 109 is, for example, a novolac resin, polyhydroxystyrene, or the like. Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
[0042]
(1) Example 1
First, in the process shown in FIG. 1, AlTiC (Altic) having a diameter of 3 inches and a thickness of 2 mm is used as a substrate constituting the base layer 101, and PMGI is applied thereon by spin coating to form a lower resist layer 103. Formed. As PMGI, LOL-500 manufactured by Shipley Far East Co., Ltd. was used and applied to a thickness of 50 nm. Next, the applied first resist layer (PMGI) 103 was pre-baked. The prebaking conditions were 180 ° C. and 300 seconds.
[0043]
Next, in the process shown in FIG. 2, an upper resist layer 104 was formed by applying a resist to a thickness of 0.5 μm on the lower resist layer 103 made of PMGI by spin coating. As a resist constituting the upper resist layer 104, AZ5105P manufactured by Clariant Japan was used. Next, the applied second resist outer layer 104 was pre-baked. The pre-baking conditions were 120 ° C. and 60 seconds.
[0044]
Next, in the exposure process shown in FIG. 3, NSR-TFHEX14C manufactured by Nikon Corporation was used as the exposure apparatus. The exposure conditions are as follows.
[0045]
NA; 0.6
σ; 0.75
Dose; 22mJ / cm²
Focus: 0 μm
Mask 105 size: 0.2 μm
Next, in the development process shown in FIG. 4, heating was performed at a temperature of 120 ° C. for 60 seconds before development. Next, an aqueous solution of 2.38% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was used as a developing solution, and development processing was performed for 30 seconds and 1 paddle.
[0046]
1 to 4, the first resist layer 111 having a width of 0.2 μm and a length of 3 μm, and the second resist layer 112 protruding by 3 μm on both sides of the first resist layer 111 An undercut resist mask 110 having a thickness of 10 was obtained (see FIG. 4). The resist mask 110 is formed by aligning a number of substrates constituting the base layer on the surface of the substrate as a wafer.
[0047]
Next, in the sputtering process of FIG. 5, sputtering film formation was performed using IBE-IBD manufactured by Veeco as a sputtering apparatus. The sputtering conditions are as follows.
[0048]
Gas; Ar
Gas flow rate: 5 sccm
The flow unit sccm is an abbreviation for standard cubic cm, and the pressure is 1 atm (1.01325 × 10^FiveCm per minute when converted to Pa)^ThreeRepresents the unit flow rate.
Pressure: 2 × 10^-FourToor
Sputtering angle: 30 ° (angle with respect to the direction perpendicular to the base layer surface)
Beam current: 300 mA
Beam voltage: DC1500V
Acceleration voltage: -200V
Target: Au
Deposition thickness: 50 nm
[0049]
Next, in the resin coating process of FIG. 6, the lower resin layer 108 was formed by applying AZ5105P manufactured by Clariant Japan Co., Ltd. to a thickness of 0.5 μm by applying a spin coating method. After the application, a pre-bake treatment for 60 seconds was performed under a temperature condition of 120 ° C.
[0050]
The upper resin layer 109 was formed using an aqueous solution of KW3 manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. KW3 is a water-soluble resin mainly composed of polyvinyl acetal. The 4% by weight aqueous solution was applied by spin coating to form a resin layer 109 having a coating thickness of 0.5 μm. After application, a pre-bake treatment was performed for 60 seconds under a temperature condition of 130 ° C.
[0051]
Next, in the peeling process (lift-off process) shown in FIG. 7 to FIG. 9, the resin layers 108 and 109 and the resist are immersed in NMP (N-methylpyrrolidone) at 50 ° C. with rocking for 1 hour. The mask 110 was dissolved and removed. As a result, a patterned thin film 107 having a desired pattern shown in FIG. 10 was obtained.
[0052]
When the patterned thin film 107 of FIG. 10 was observed by CD-SEM S7800 manufactured by Hitachi, it was confirmed that an Au isolated trench pattern having a width of 0.18 μm was obtained. No burr was observed on the patterned thin film in any region on the substrate, and the yield was 100%.
[0053]
(2) Comparative Example 1
The process of FIGS. 1-5 was performed on the completely same conditions as Example 1. FIG. Next, after finishing the process of FIG. 5, the process shown in FIGS. 6-9 was abbreviate | omitted and the peeling process (lift-off process) was performed. The peeling process was performed under the same conditions as in Example 1. Generation of burrs was observed in about 40% of the patterned thin film obtained on the substrate, and the yield was about 60%.
[0054]
2. Dry etching
FIGS. 11 to 21 are diagrams showing an example in which a dry etching method is applied to a mask forming method, a patterned thin film forming method, and a microdevice manufacturing method according to the present invention.
[0055]
First, as shown in FIG. 11, a film to be patterned 102 serving as a base layer is formed on a base 101 such as a substrate by applying a well-known film forming technique such as sputtering, CVD, or plating. The film to be patterned 102 is composed of various metal thin films, inorganic films, and the like. There are no particular limitations on the metal material and inorganic material to be selected. Further, the patterned film 102 may be a single layer film or a laminated film in which a plurality of layers are laminated.
[0056]
Next, as shown in FIG. 12, after forming the lower resist layer 103 on the patterned film 102, the steps shown in FIGS. 13 to 15 are performed. The steps until the resist mask 110 shown in FIGS. 13 to 15 is formed are not different from those in FIGS.
[0057]
Next, as shown in FIG. 15, after forming the resist mask 110, using the resist mask 110, dry etching, for example, ion milling, reactive. ion. The patterned film 102 is etched by etching (RIE) or the like to form a patterned thin film 121 having a desired shape. The entire surface of the substrate 101 may be ashed before the patterned thin film forming step. Thereby, as shown in FIG. 16, the patterned thin film 121 is obtained.
[0058]
In the etching process, when the film to be patterned 102 is dry-etched, the fine particles generated from the film to be patterned 102 are reattached to the side surface of the resist mask 110, and a reattachment film 113 is formed as shown in FIG. The The reattachment film 113 is connected to and bonded to the patterned thin film 121 existing at the bottom of the resist mask 110.
[0059]
Conventionally, the resist mask 110 is peeled off using an organic solvent after the step shown in FIG. However, since the redeposition film 113 attached to the side surface of the resist mask 110 is also connected to the patterned thin film 121 existing at the bottom of the resist mask 110, the resist mask 110 is dissolved in an organic solvent in the state shown in FIG. Even so, the redeposition film 113 remains attached to the patterned film 121 without being removed, and so-called “burrs” may occur. Therefore, there is a problem that the quality, reliability and yield of the final product are lowered.
[0060]
In order to solve this problem, in the present invention, as shown in FIG. 17, organic resin layers 108 and 109 covering the resist mask 110 and the patterned film 121 are formed after the step of FIG. I do. In this heat treatment step, as shown in FIG. 18, the organic resin layers 108 and 109 covering the resist mask 110 and the patterned film 121 are contracted to generate tensile forces F11 and F12, and the tensile force F13 is applied to the resist mask 110. Join. Therefore, as shown in FIG. 19, the resist mask 110 is deformed so as to expand, and peeling occurs at the bottom surface of the resist mask 110 and the contact portion between the reattached film 113 and the surface of the patterned film 121. 18 and 19 are shown without hatching for the sake of simplification of illustration display.
[0061]
Thereafter, through a process of immersing the whole substrate in an organic solvent and swinging, the organic resin layers 108 and 109 are dissolved and removed, and the resist mask 110 is further dissolved and removed as shown in FIG. .
[0062]
As a result, as shown in FIG. 21, a patterned film 121 patterned into a desired shape is obtained. In peeling off the organic resin layers 108 and 109 and the resist mask 110, an organic solvent such as acetone can be used.
[0063]
Here, as described with reference to FIGS. 18 and 19, the resist mask 110 is peeled off at the bottom surface of the resist mask 110 and the contact portion between the reattachment film 113 and the surface of the patterned film 121. Can be removed from the state of FIG. 20 without causing so-called “burrs”. FIG. 20 shows a state in which only the organic resin layers 108 and 109 are removed, but actually, the organic resin layers 108 and 109 and the resist mask 110 are dissolved and removed by an organic solvent in the same process. The
[0064]
The materials constituting the organic resin layers 108 and 109 and the laminated structure thereof are the same as those in the lift-off method shown in FIGS. Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
[0065]
(1) Example 2
First, in the process shown in FIG. 11, AlTiC (Altic) having a diameter of 3 inches and a thickness of 2 mm was used as the substrate constituting the base 101.
[0066]
In the sputtering process of FIG. 11, NiFe (80-20 wt%) was formed by sputtering on the substrate constituting the base 101 so as to have a film thickness of 30 nm. As a sputtering apparatus, SPF-740H manufactured by Arneba Co., Ltd. was used. The sputtering conditions are as follows.
[0067]
Gas: Ar
Power: 1500W, DC
Target diameter: 8 inches
Gas flow rate: 15 sccm
Pressure: 0.25Pa
Next, in the process of FIG. 12, PMGI was applied by spin coating to form the lower resist layer 103. As PMGI, LOL-500 manufactured by Shipley Far East Co., Ltd. was used and applied to a thickness of 50 nm. Next, the applied first resist layer (PMGI) 103 was pre-baked. The prebaking conditions were 180 ° C. and 300 seconds.
[0068]
Next, in the process shown in FIG. 13, an upper resist layer 104 was formed by applying a resist to a thickness of 0.5 μm on the lower resist layer 103 made of PMGI by spin coating. As the resist constituting the upper resist layer 104, AZ5105P manufactured by Clariant Japan Co., Ltd. was used. Next, the applied second resist outer layer 104 was pre-baked. The pre-baking conditions were 120 ° C. and 60 seconds.
[0069]
Next, in the exposure process shown in FIG. 14, NSR-TFHEX14C manufactured by Nikon Corporation was used as an exposure apparatus. The exposure conditions are as follows.
[0070]
NA; 0.6
σ; 0.75
Dose; 22mJ / cm²
Focus: 0 μm
Mask 105 size: 0.2 μm
Next, in the development process shown in FIG. 15, heating was performed at a temperature of 120 ° C. for 60 seconds before development. Next, an aqueous solution of 2.38% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was used as a developing solution, and development processing was performed for 30 seconds and 1 paddle.
[0071]
The first resist layer 111 having a width of 0.2 μm and a length of 3 μm, and the second resist layer 112 protruding by 3 μm on both sides of the first resist layer 111 through the processes of FIGS. An undercut resist mask 110 having the following characteristics was obtained. The resist mask 110 is formed by aligning a number of substrates constituting the base layer on the surface of the substrate as a wafer.
[0072]
As shown in FIG. 15, after forming the resist mask 110, milling was performed. The milling device used is IBE-IBD manufactured by Veeco. The milling conditions are as follows.
[0073]
Gas; Ar
Gas flow rate: 10sccm
Pressure: 2 × 10^-FourToor
Milling angle: 5 ° (angle relative to the normal of the substrate surface)
Beam current: 300 mA
Beam voltage: DC300V
Acceleration voltage: -500V
Thereby, as shown in FIG. 16, the patterned thin film 121 is obtained.
[0074]
Next, in the resin coating process of FIG. 17, the lower resin layer 108 was formed by applying AZ5105P manufactured by Clariant Japan Co., Ltd. to a thickness of 0.5 μm by applying a spin coating method. After the application, a pre-bake treatment for 60 seconds was performed under a temperature condition of 120 ° C.
[0075]
The upper resin layer 109 was formed using an aqueous solution of KW3 manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. KW3 is a water-soluble resin mainly composed of polyvinyl acetal. The 4% by weight aqueous solution was applied by spin coating to form a resin layer 109 having a coating thickness of 0.5 μm. After application, a pre-bake treatment was performed for 60 seconds under a temperature condition of 130 ° C.
[0076]
Next, in the peeling process shown in FIGS. 18 to 20, the resin layers 108 and 109 and the resist mask 110 are dissolved by immersing them in NMP (N-methylpyrrolidone) at 50 ° C. for 1 hour with rocking. Removed. As a result, a patterned film 121 having a desired pattern shown in FIG. 21 was obtained.
[0077]
When the patterned film 121 of FIG. 21 was observed by CD-SEM S7800 manufactured by Hitachi, it was confirmed that a Ni isolated line pattern having a width of 0.18 μm was obtained. No burr was observed on the patterned thin film in any region on the substrate, and the yield was 100%.
[0078]
(2) Comparative Example 2
The process of FIGS. 11-16 was performed on the completely same conditions as Example 2. FIG. Next, after finishing the process of FIG. 16, the process shown in FIGS. 17-20 was abbreviate | omitted and the peeling process was performed. The peeling process is the same as in Example 2. Generation of burrs was observed in about 25% of the patterned thin film obtained on the substrate, and the yield was about 75%.
[0079]
3. Combination method
22 to 33 are diagrams for explaining a patterned thin film forming method according to the present invention using a lift-off method and a dry etching method, and a microdevice manufacturing method.
[0080]
In the combined method, first, the steps shown in FIGS. 22 to 27 are performed. The steps shown in FIGS. 22 to 27 are not different from the steps shown in FIGS.
[0081]
After performing the steps shown in FIGS. 22 to 27, as shown in FIG. 28, by performing a thin film formation process such as sputtering or CVD while leaving the resist mask 110 on the patterned thin film 121, A thin film 107 is formed. Thereafter, the organic resin layers 108 and 109 and the resist mask 110 are peeled from the patterned thin film 121 by executing a lift-off method shown in FIGS. Thereby, as shown in FIG. 33, the patterned thin films 121 and 107 which become a part of a microdevice are obtained. The process illustrated in FIGS. 28 to 33 is the same as the lift-off process illustrated in FIGS. Next, an example and a comparative example are given and described in detail.
[0082]
(1) Example 3
The steps shown in FIGS. 22 to 27 are not different from the steps of the dry etching method shown in FIGS. In the steps shown in FIGS. 22 to 27, the specific process conditions of FIGS.
[0083]
The steps shown in FIGS. 28 to 33 are not different from the lift-off steps shown in FIGS. The specific process conditions of the steps shown in FIGS. 22 to 27 are the same as the specific process conditions of FIGS. 5 to 10 described in the first embodiment.
[0084]
When the patterned films 107 and 121 in FIG. 33 are observed with CD-SEM S7800 manufactured by Hitachi, a NiFe—Au continuous pattern in which the Au pattern 107 is continuous is obtained outside the 0.18 μm-wide Ni isolated line pattern 121. It was confirmed that At the boundary between the Ni isolated line pattern 121 and the Au pattern 107, no burrs were observed in any region on the substrate, and the yield was 100%.
[0085]
(2) Comparative Example 3
The processes of FIGS. 22 to 28 were performed under exactly the same conditions as in Example 3. Next, after finishing the process of FIG. 28, the process shown in FIGS. 29-32 was abbreviate | omitted and the peeling process was performed. The peeling process is the same conditions as in Example 3. About 50% of the NiFe—Au continuous pattern obtained on the substrate, burrs were observed at the boundary between the Ni isolated line pattern 121 and the Au pattern 107, and the yield was about 50%.
[0086]
4). Specific application examples
Next, as a specific example of a microdevice manufacturing method to which the above-described patterned thin film forming method is applied, a thin film magnetic head manufacturing method, particularly a reproducing head using a giant magnetoresistive element (hereinafter referred to as a GMR element) is used. A case of manufacturing a thin film magnetic head including the above will be described as an example. Examples of GMR elements include spin valve films (hereinafter referred to as SV films) and ferromagnetic tunnel junction elements (hereinafter referred to as TMR elements).
[0087]
34 is an enlarged sectional view showing one of the thin film magnetic head elements as seen on the wafer, and FIG. 35 is an enlarged side sectional view taken along the line 35-35 in FIG.
[0088]
The illustrated thin film magnetic head element includes a reproducing head and a recording head (inductive electromagnetic transducer), which are made of Altic (Al₂O_ThreeIt is mounted on a substrate 1 made of a ceramic material such as -TiC). The substrate 1 constitutes a slider base. On the substrate 1, alumina (Al₂O_ThreeThe insulating layer 2 made of an insulating material such as) is formed to a thickness of 1 to 5 μm, for example. The lower shield layer 3 is made of a magnetic material such as permalloy (NiFe), and is formed on the insulating layer 2 to have a thickness of, for example, about 3 μm by sputtering or plating.
[0089]
The read head includes a GMR element 121, a lower shield layer 3, an upper shield layer (lower magnetic pole layer 8), a lower shield gap layer 101, and an upper shield gap layer 7. The lower shield layer 3 and the upper shield layer 8 are disposed so as to face each other with the GMR element 121 interposed therebetween.
[0090]
A lower shield gap layer 101 is provided on the lower shield layer 3. The lower shield gap layer 101 is made of an insulating material such as alumina, and is formed to a thickness (minimum thickness) of, for example, 10 to 200 nm by sputtering or the like. In the lower shield gap layer 101, a GMR element 121 and an electrode layer 107 are formed to a thickness of, for example, several tens of nanometers.
[0091]
The GMR element 121 and the electrode layer 107 are covered with the upper shield gap layer 7. The upper shield gap layer 7 is made of an insulating material such as alumina, and is formed to a thickness (minimum thickness) of, for example, 10 to 200 nm by sputtering or the like.
[0092]
The recording head has a lower magnetic pole layer 8, an upper magnetic pole layer 12, a recording gap layer 9, thin film coils 10, 15 and the like. The lower magnetic pole layer 8 and the upper magnetic pole layer 12 are magnetically coupled to each other.
[0093]
The lower magnetic pole layer 8 is formed on the upper shield gap layer 7. The recording gap layer 9 is provided between the magnetic pole portion of the lower magnetic pole layer 8 and the magnetic pole portion of the upper magnetic pole layer 12. The thin film coils 10 and 15 are disposed in an insulated state between the inner gaps between the lower magnetic pole layer 8 and the upper magnetic pole layer 12. The recording head is covered with a protective film 17 such as alumina.
[0094]
Next, a process for forming the GMR element 121 using the patterned thin film forming method according to the present invention for the above-described thin film magnetic head will be described with reference to FIGS. The GMR element 121 of the embodiment is an SV film.
[0095]
First, as shown in FIG. 36, an insulating layer 2, a lower shield layer 3, a shield gap film (base layer) 101, and the like are formed on a substrate 1 by applying a known technique.
[0096]
Next, as shown in FIG. 37, a patterned layer 102 to be a reproduction GMR element is formed on the shield gap film 101. In the figure, the patterned layer 102 is a single layer display, but an actual SV film has a multilayer structure.
[0097]
Next, as shown in FIG. 38, a lower resist layer 103 is formed on the patterned layer 102. The lower resist layer 103 is made of a resist material having basic characteristics as described above, specifically, PMGI or the like.
[0098]
Next, as shown in FIG. 39, an upper resist layer 104 is formed on the lower resist layer 103. Specific examples of the upper resist layer 104 are as already shown.
[0099]
Next, as shown in FIG. 40, the upper resist layer 104 is exposed with light for forming a latent image having a predetermined pattern through a mask 105 to form a latent image having a predetermined pattern on the upper resist layer 104. . The mask 105 is aligned so that the latent image is formed at the position of the GMR element.
[0100]
Next, the exposed upper resist layer 104 is developed with a developing solution, and a part of the lower resist layer 103 is dissolved. After the development, the lower resist layer 103 and the upper resist layer 104 are washed with water and dried.
[0101]
As a result, as shown in FIG. 41, a resist mask 110 composed of laminated resist patterns 111 and 112 with undercuts is formed. The resist mask 110 may be slimmed by ashing.
[0102]
Next, as shown in FIGS. 41 and 42, the patterned layer 102 is selectively etched by dry etching such as ion milling to form the GMR element 121. In the etching process, when the film to be patterned 12 is dry-etched, fine particles generated from the film to be patterned 12 are reattached to the side surface of the resist mask 110 and the like, and a reattachment film 113 is formed as shown in FIG. The The reattachment film 113 is connected to and bonded to the patterned thin film 121 existing at the bottom of the resist mask 110.
[0103]
Next, as shown in FIG. 43, a patterned thin film 107 is formed by executing a thin film forming process such as sputtering or CVD while leaving the resist mask 110 on the base layer 101. The patterned thin film 107 includes a pair of electrode layers electrically connected to the GMR element 121 and a magnetic domain control film.
[0104]
Conventionally, the resist mask 110 is peeled from the base layer 101 by performing a lift-off method after the step shown in FIG. For this reason, in the step of removing the resist mask 110, the patterned thin film 107 on the resist mask 110 is forcibly peeled off at the portion where the surrounding thin film 107 is in close contact, and so-called “burrs” are generated. As a result, the quality, reliability and yield of the final product are lowered. That is, the redeposition film 113 attached to the side surface of the resist mask 110 is also connected to the patterned thin film 121 existing at the bottom of the resist mask 110. Therefore, in the step of removing the resist mask 110, the reattachment film 113 remains attached to the patterned film 121 without being removed, so-called “burrs” occur, and the quality, reliability and process of the final product are generated. There was a problem of lowering the yield.
[0105]
In order to solve this problem, in the present invention, as shown in FIG. 44, organic resin layers 108 and 109 covering the resist mask 110 and the patterned thin film 107 are formed after the step of FIG. I do. In this heat treatment step, as shown in FIG. 45, the organic resin layers 108 and 109 covering the resist mask 110 and the patterned thin film 107 contract to generate tensile forces F11 and F12. As a result, the resist mask 110 is pulled. Force F13 is applied. For this reason, as shown in FIG. 46, a crack G11 enters the interface between the resist mask 110 and the patterned thin film 107. Further, peeling occurs at the bottom surface of the resist mask 110 and the contact portion between the redeposition film 113 and the patterned thin film 121. 45 and 46 are shown without hatching for the sake of simplicity of illustration.
[0106]
Thereafter, through a process such as immersing the whole substrate in an organic solvent and swinging, the organic resin layers 108 and 109 are dissolved and removed, and the resist mask 110 is further dissolved and removed as shown in FIG. . FIG. 47 shows a state in which only the organic resin layers 108 and 109 are removed, but actually, the organic resin layers 108 and 109 and the resist mask 110 are dissolved and removed by an organic solvent in the same process. The
[0107]
As a result, as shown in FIG. 48, a patterned thin film 107 patterned into a desired shape is obtained. The patterned thin film 107 is an SV film. In peeling off the organic resin layers 108 and 109 and the resist mask 110, an organic solvent such as acetone can be used.
[0108]
Here, as shown in FIGS. 46 and 47, since the crack G11 is present at the interface between the resist mask 110 and the patterned thin film 107, the organic solvent is sufficiently passed around the resist mask 110 through the crack G11. To come across. Further, peeling occurs at the bottom surface of the resist mask 110 and the contact portion between the redeposition film 113 and the patterned thin film 121. Therefore, the resist mask 110 can be removed without causing so-called “burrs”.
[0109]
Thereafter, a manufacturing process for the recording head is further performed. The manufacturing process of the recording head is well known.
[0110]
The process conditions shown in Examples 1 to 3 are applied to a specific process. Although not shown and described, the present invention is a thin film magnetic element having a CPP-GMR (Current Perpendicular to a Plane of a Giant Magnetoresistance) element or a TMR element that allows a current to flow perpendicularly to the surface of the SV film. Obviously, it can also be applied to the manufacture of the head with some process modifications.
[0111]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the present invention can also be applied to a method of manufacturing a micro device other than a thin film magnetic head, such as a semiconductor device, a sensor or an actuator using a thin film.
[0112]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a patterned thin film forming method and a microdevice manufacturing method capable of reliably removing a resist mask without causing a so-called “burr” or the like in a step of removing the resist mask or the like. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one process included in a patterned thin film forming method and a microdevice manufacturing method according to the present invention by a lift-off method.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a step after the step of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a step after the step of FIG.
4 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a step after the step of FIG.
6 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 5. FIG.
7 is a diagram for explaining the operation in a heating step, which is a step after the step in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating an operation in a heating process.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a step after the step of FIG.
10 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing one process included in a patterned thin film forming method and a microdevice manufacturing method according to the present invention by a dry etching method.
12 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 11. FIG.
13 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 12. FIG.
14 is a cross-sectional view illustrating a step after the step of FIG.
15 is a cross-sectional view illustrating a step after the step of FIG.
16 is a cross-sectional view illustrating a step after the step of FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a step after the step of FIG.
FIG. 18 is a diagram illustrating an operation in a heating process that is a process subsequent to the process in FIG. 17;
FIG. 19 is a diagram for explaining the operation in the heating step of FIG. 18;
20 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 19. FIG.
FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a step after the step of FIG.
FIG. 22 is a cross-sectional view showing one step included in the method for forming a patterned thin film and the method for manufacturing a microdevice according to the present invention by using a lift-off method and a dry etching method in combination.
FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating a step after the step of FIG.
24 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 23. FIG.
25 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 24. FIG.
26 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 25. FIG.
27 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 26. FIG.
FIG. 28 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 27.
29 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 28. FIG.
30 is a diagram for explaining the action in the heating step, which is a step after the step in FIG. 29;
31 is a diagram for explaining the operation in the heating step of FIG. 30. FIG.
32 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 31. FIG.
33 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 32. FIG.
FIG. 34 is a cross-sectional view of a thin film magnetic head element to which a patterned thin film forming method and a microdevice manufacturing method according to the present invention are applied.
35 is an enlarged side cross-sectional view taken along line 35-35 in FIG. 34. FIG.
36 is a cross-sectional view showing a step in the process of manufacturing the GMR element included in the thin-film magnetic head element shown in FIGS. 34 and 35. FIG.
FIG. 37 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 36.
38 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 37. FIG.
39 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 38. FIG.
40 is a cross-sectional view illustrating a process after the process in FIG. 39. FIG.
41 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 40. FIG.
42 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 41. FIG.
43 is a cross-sectional view illustrating a process after the process in FIG. 42. FIG.
44 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 43. FIG.
45 is a diagram for explaining the action in the heating step, which is a step after the step in FIG. 44. FIG.
46 is a diagram for explaining the operation in the heating step of FIG. 45. FIG.
47 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 46. FIG.
48 is a cross-sectional view illustrating a process that follows the process of FIG. 47. FIG.
[Explanation of symbols]
101 base layer
102 Patterned layer
103 First resist layer
104 Second resist layer
110 mask

Claims (9)

A method of forming a patterned thin film on a base layer,
A patterned thin film is formed on the base layer using a resist mask,
Next, an organic resin layer covering the resist mask and the patterned thin film is formed,
Next, heat treatment is performed,
Thereafter, the step of removing the organic resin layer and the resist mask,
The organic resin layer shrinks by heating and includes a plurality of resin layers having different thermal shrinkage rates.
Patterned thin film forming method.   The method according to claim 1, wherein at least one of the plurality of resin layers is a water-soluble resin layer.   3. The method according to claim 2, wherein the water-soluble resin layer is formed so as to be in contact with the resist mask and the patterned thin film.   3. The method according to claim 2, wherein the water-soluble resin layer is formed on another resin layer that covers the resist mask and the patterned thin film. A method according to any one of claims 1 to 4, wherein
The resist mask includes a lower resist layer and an upper resist layer, and the upper resist layer has a planar area larger than a planar area of the lower resist layer.   6. The patterned thin film forming method according to claim 1, comprising a lift-off method, a dry etching method, or a combination of both steps.   A method of manufacturing a microdevice including a patterned thin film, comprising the step of forming the patterned thin film by the patterned thin film forming method according to any one of claims 1 to 6.   8. The method of manufacturing a micro device according to claim 7, wherein the micro device is a thin film magnetic head.   9. The method of manufacturing a micro device according to claim 7, wherein the patterned thin film is a magnetoresistive element.

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