JP4159083B2 - パターン化薄膜形成方法およびパターン化レジスト層形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレームめっき法を用いたパターン化薄膜形成方法、およびこのパターン化薄膜形成方法においてフレームとして使用するのに適したパターン化レジスト層を形成するパターン化レジスト層形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パターン化された薄膜（本出願においてパターン化薄膜と言う。）を形成する方法の一つとして、例えば特公昭５６−３６７０６号公報に示されるようなフレームめっき法がある。このフレームめっき法では、例えば基板の上に電極膜を形成し、その上にレジスト層を形成し、このレジスト層をフォトリソグラフィによりパターニングして、パターン化されたレジスト層（本出願においてパターン化レジスト層と言う。）によって、めっきのためのフレーム（外枠）を形成する。そして、このフレームを用い、先に形成した電極膜を電極およびシード層として用いて電気めっきを行って、導電材料よりなるパターン化薄膜を形成する。
【０００３】
フレームめっき法によって形成されるパターン化薄膜は、例えばマイクロデバイスに使用される。このようなマイクロデバイスとしては、薄膜インダクタ、薄膜磁気ヘッド、半導体デバイス、薄膜を用いたセンサ、薄膜を用いたアクチュエータ等がある。
【０００４】
ところで、近年、ハードディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドと読み出し用の磁気抵抗（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）とも記す。）素子を有する再生ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【０００５】
記録ヘッドの性能のうち、記録密度を高めるには、磁気記録媒体におけるトラック密度を上げる必要がある。このためには、記録ギャップ層を挟んでその上下に形成された下部磁極および上部磁極のエアベアリング面（媒体対向面）での幅、すなわちトラック幅を数ミクロンからサブミクロン寸法まで狭くした狭トラック構造の記録ヘッドを実現する必要があり、これを達成するために半導体加工技術が利用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
トラック幅を規定する磁極を形成する方法としては、例えば上述のようなフレームめっき法が用いられる。しかしながら、従来のフレームめっき法では、光学的な手法を用いてレジスト層をパターニングし、得られたフレームを用いてパターン化薄膜を形成するため、理論的に、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細なパターン化薄膜を形成することは不可能であった。従って、フレームめっき法を用いて、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細な磁極を形成することも不可能であった。
【０００７】
ところで、例えば特開平７−４５５１０号公報には、微細な穴を有するパターン化レジスト層の形成方法として、以下のような方法が示されている。すなわち、この方法では、まず、基板の上に、穴を有するパターン化レジスト層を形成する。次に、パターン化レジスト層の上に、パターン化レジスト層に混じらない水溶性樹脂を塗布する。次に、パターン化レジスト層に対して熱処理を施し、パターン化レジスト層を流動化させることによって、穴を微細化する。最後に、水溶性樹脂を除去する。ただし、この方法は、一般の半導体製造技術におけるドライエッチング等のドライ工程向けに開発されたものである。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細なパターン化薄膜をフレームめっき法を用いて形成することができるようにしたパターン化薄膜形成方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の第２の目的は、上記第１の目的を達成するパターン化薄膜形成方法においてフレームとして使用するのに適したパターン化レジスト層を形成するパターン化レジスト層形成方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン化薄膜形成方法は、フレームめっき法によってパターン化薄膜を形成する方法であって、
下地の上に、溝部を有する初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程と、
溝部内に、流動性を有する材料を充填する工程と、
溝部内に流動性を有する材料が充填された状態でパターン化レジスト層に対して熱処理を施すことによって、溝部の幅を狭めて、パターン化レジスト層の形状を最終形状に変化させる工程と、
溝部より流動性を有する材料を除去する工程と、
最終形状のパターン化レジスト層をフレームとして用いてめっきを行って、溝部内にパターン化薄膜を形成する工程と
を備えたものである。
【００１１】
本発明のパターン化薄膜形成方法によれば、光学的な限界によって決まる寸法よりも小さい幅の溝部を有するパターン化レジスト層を形成でき、このパターン化レジスト層をフレームとして用いることによって、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細なパターン化薄膜をフレームめっき法を用いて形成することができる。
【００１２】
本発明のパターン化薄膜形成方法において、初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、下地とパターン化レジスト層との境界位置における溝部の幅が、他の位置における溝部の幅よりも小さくなるように、パターン化レジスト層を形成してもよい。この場合、初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、溝部に面するパターン化レジスト層の内壁部において、下地の上面からパターン化レジスト層の厚さの２分の１だけ離れた位置を第１の位置とし、下地の上面からパターン化レジスト層の厚さの１０分の１だけ離れた位置を第２の位置としたときに、下地とパターン化レジスト層との境界位置から第２の位置までの間における内壁部の少なくとも一部が、第１の位置と第２の位置とを通過する架空の線よりも溝部側に突出するように、パターン化レジスト層を形成してもよい。
【００１３】
また、本発明のパターン化薄膜形成方法において、流動性を有する材料は水溶性樹脂であってもよい。
【００１４】
本発明のパターン化レジスト層形成方法は、
下地の上に、溝部を有する初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程と、
溝部内に、流動性を有する材料を充填する工程と、
溝部内に流動性を有する材料が充填された状態でパターン化レジスト層に対して熱処理を施すことによって、溝部の幅を狭めて、パターン化レジスト層の形状を最終形状に変化させる工程と、
溝部より流動性を有する材料を除去する工程とを備え、
初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、下地とパターン化レジスト層との境界位置における溝部の幅が、他の位置における溝部の幅よりも小さくなるように、パターン化レジスト層を形成するものである。
【００１５】
本発明のパターン化レジスト層形成方法によれば、光学的な限界によって決まる寸法よりも小さい幅の溝部を有するパターン化レジスト層を形成することができる。
【００１６】
本発明のパターン化レジスト層形成方法において、初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、溝部に面するパターン化レジスト層の内壁部において、下地の上面からパターン化レジスト層の厚さの２分の１だけ離れた位置を第１の位置とし、下地の上面からパターン化レジスト層の厚さの１０分の１だけ離れた位置を第２の位置としたときに、下地とパターン化レジスト層との境界位置から第２の位置までの間における内壁部の少なくとも一部が、第１の位置と第２の位置とを通過する架空の線よりも溝部側に突出するように、パターン化レジスト層を形成してもよい。
【００１７】
また、本発明のパターン化レジスト層形成方法において、流動性を有する材料は水溶性樹脂であってもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
始めに、図１ないし図１０を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法について説明する。
【００１９】
本実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法では、まず、図１に示したように、基板１０１の上に、例えばスパッタ法によって電極膜１０２を形成する。基板１０１の材料は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体でもよいし、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等のセラミックでもよいし、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂でもよい。電極膜１０２は、金属等の導電材料によって形成される。また、電極膜１０２の材料は、電極膜１０２の上に形成されるパターン化薄膜の材料と同じ組成のものを用いるのが好ましい。また、電極膜１０２は、一層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。
【００２０】
次に、図２に示したように、パターン化薄膜の下地となる電極膜１０２の上に、スピンコート法等により、レジストを塗布して、レジスト層１０３Ａを形成する。なお、レジストは、ポジ型でもよいしネガ型でもよい。次に、必要に応じて、レジスト層１０３Ａに対して熱処理を施す。
【００２１】
次に、図３に示したように、マスク１０４を介してレジスト層１０３Ａの露光を行い、レジスト層１０３Ａに、マスク１０４のパターンに対応した潜像を形成する。次に、必要に応じて、レジスト層１０３Ａに対して熱処理を施す。
【００２２】
次に、図４に示したように、レジスト層１０３Ａを現像液によって現像し、水洗し、乾燥させて、残ったレジスト層１０３Ａによって、初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成する。このパターン化レジスト層１０３Ｂは、溝部１０３Ｃを有している。なお、図４には、レジスト層１０３Ａの形成に用いられるレジストがポジ型で、そのため、レジスト層１０３Ａのうち、露光された部分が現像後に除去される例を示している。
【００２３】
次に、図５に示したように、パターン化レジスト層１０３Ｂの上に、スピンコート法等により、流動性を有する材料を塗布して、パターン化レジスト層１０３Ｂの溝部１０３Ｃ内に、流動性を有する材料を充填する。流動性を有する材料には、パターン化レジスト層１０３Ｂに混じらない材料を用いる。ここでは、流動性を有する材料として水溶性樹脂を用い、溝部１０３Ｃ内およびパターン化レジスト層１０３Ｂの上に、水溶性樹脂層１０５を形成するものとする。
【００２４】
次に、図６に示したように、溝部１０３Ｃ内に水溶性樹脂が充填された状態で、パターン化レジスト層１０３Ｂに対して熱処理を施し、パターン化レジスト層１０３Ｂを流動化させる。これにより、パターン化レジスト層１０３Ｂは、溝部１０３Ｃの幅が狭まるように変形する。このとき、溝部１０３Ｃ内に充填されている水溶性樹脂によって、パターン化レジスト層１０３Ｂの形状が崩れることが防止される。このようにして、パターン化レジスト層１０３Ｂの形状は、初期形状のときに比べて溝部１０３Ｃの幅が小さくなった最終形状に変化する。その後、パターン化レジスト層１０３Ｂを、その形状が維持される所定の温度にまで冷却する。
【００２５】
次に、例えば、図６に示した積層体を水洗することによって、水溶性樹脂層１０５を溶解させて剥離する。これにより、図７に示したように、溝部１０３Ｃより水溶性樹脂が除去される。
【００２６】
次に、必要に応じてめっき前処理を行った後、図８に示したように、最終形状のパターン化レジスト層１０３Ｂをフレームとして用い、電極膜１０２に電流を流して電気めっきを行って、溝部１０３Ｃ内にパターン化薄膜１０６を形成する。パターン化薄膜１０６は、金属等の導電材料によって形成される。
【００２７】
次に、例えば、図８に示した積層体を有機溶剤に浸漬し、揺動することによって、図９に示したように、パターン化レジスト層１０３Ｂを溶解させて除去する。
【００２８】
最後に、図１０に示したように、パターン化薄膜１０６をマスクとして、ウェットエッチングによって、あるいはイオンミリング、反応性イオンエッチング等のドライエッチングによって、電極膜１０２のうち、パターン化薄膜１０６の下に存在する部分以外の部分を除去する。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態では、光学的な限界によって決まる寸法よりも小さい幅の溝部１０３Ｃを有するパターン化レジスト層１０３Ｂを形成することができる。そして、本実施の形態では、このパターン化レジスト層１０３Ｂをフレームとして用いることによって、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細なパターン化薄膜１０６をフレームめっき法を用いて形成することができる。
【００３０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法およびパターン化レジスト層形成方法について説明する。
【００３１】
第１の実施の形態において、例えば反射防止膜の上に初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成したり、１μｍ以上の厚さの初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成したりする場合には、以下のような不具合が発生することが分かった。すなわち、これらの場合には、初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂに熱処理を施すと、パターン化レジスト層１０３Ｂの最終形状は、図７に示したように、底部近傍においてアンダーカットの入った形状となる。これは、初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂのうちの底部近傍の部分は、それよりも上側の部分に比べて、熱処理時における移動量が小さくなるからである。図７に示したような最終形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを用いて、パターン化薄膜１０６を形成すると、図１０に示したように、パターン化薄膜１０６のうちの底部近傍の部分では、底部に近づくに従って徐々に幅が大きくなってしまう。
【００３２】
ここで、図１０に示したパターン化薄膜１０６が、薄膜磁気ヘッドの上部磁極であるとすると、パターン化薄膜１０６の底部は、電極膜１０２を介して記録ギャップ層に隣接する。そのため、パターン化薄膜１０６の形状が図１０に示したような形状であると、光学的なトラック幅を小さくしても、実効的な記録トラック幅は光学的なトラック幅よりも大きくなってしまう。第２の実施の形態では、このような不具合を解消している。
【００３３】
以下、図１ないし図３および図１１ないし図１８を参照して、本実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法およびパターン化レジスト層形成方法について説明する。
【００３４】
本実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法では、図１および図２に示したように、基板１０１の上に電極膜１０２とレジスト層１０３Ａとを形成する工程までは第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
本実施の形態では、次に、第１の実施の形態と同様に、図３に示したように、マスク１０４を介してレジスト層１０３Ａの露光を行い、レジスト層１０３Ａに、マスク１０４のパターンに対応した潜像を形成する。ただし、本実施の形態では、この後に形成される初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂが、後で説明する所望の形状となるように潜像の形成を行う。次に、必要に応じて、レジスト層１０３Ａに対して熱処理を施す。
【００３６】
次に、図１１に示したように、レジスト層１０３Ａを現像液によって現像し、水洗し、乾燥させて、残ったレジスト層１０３Ａによって、初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成する。このパターン化レジスト層１０３Ｂは、溝部１０３Ｃを有している。なお、図１１には、レジスト層１０３Ａの形成に用いられるレジストがポジ型で、そのため、レジスト層１０３Ａのうち、露光された部分が現像後に除去される例を示している。
【００３７】
本実施の形態では、図１１に示したように、パターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状は第１の実施の形態とは異なっている。すなわち、本実施の形態におけるパターン化レジスト層１０３Ｂでは、下地である電極膜１０２とパターン化レジスト層１０３Ｂとの境界位置における溝部１０３Ｃの幅が、他の位置における溝部１０３Ｃの幅よりも小さくなっている。
【００３８】
ここで、図１８を参照して、本実施の形態におけるパターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状について詳しく説明する。図１８に示したように、パターン化レジスト層１０３Ｂの厚さをＴとする。また、溝部１０３Ｃに面するパターン化レジスト層１０３Ｂの内壁部１０３Ｄにおいて、パターン化レジスト層１０３Ｂの下地である電極膜１０２の上面からパターン化レジスト層１０３Ｂの厚さＴの２分の１だけ離れた位置を第１の位置Ｐ１とする。また、内壁部１０３Ｄにおいて、電極膜１０２の上面からパターン化レジスト層１０３Ｂの厚さＴの１０分の１だけ離れた位置を第２の位置Ｐ２とする。また、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とを通過する架空の線Ｌを想定する。本実施の形態では、電極膜１０２とパターン化レジスト層１０３Ｂとの境界位置から第２の位置Ｐ２までの間における内壁部１０３Ｄの少なくとも一部は、上記の架空の線Ｌよりも溝部１０３Ｃ側に突出している。この部分では、底部に近づくに従って徐々に、架空の線Ｌからの突出量が大きくなるのが好ましい。
【００３９】
パターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状を、図１８に示したような形状とするための方法には、例えば、以下のようないくつかの方法がある。なお、以下の説明中における適正条件とは、図４に示したように、電極膜１０２の上面からの距離にかかわらず溝部１０３Ｃの幅がほぼ一定になるように初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成するための条件のことである。
【００４０】
（１）レジスト層１０３Ａの厚さを、適正条件に比べて大きくする。
（２）レジスト層１０３Ａに対する熱処理すなわちプリベークの温度を、適正条件に比べて高くする。
（３）露光装置の光源の出力を適正条件に比べて小さくすることによって、レジスト層１０３Ａの露光時の露光量（Ｄｏｓｅ）を適正条件に比べて小さくする。
（４）マスク１０４の面積を適正条件に比べて大きくすることによって、レジスト層１０３Ａの露光時の露光量（Ｄｏｓｅ）を適正条件に比べて小さくする。
（５）レジスト層１０３Ａの露光時における焦点位置を、適正条件に比べて、基板１０１から離れる方向に移動させる。
（６）レジスト層１０３Ａの現像時間を、適正条件に比べて短くする。
【００４１】
本実施の形態では、次に、図１２に示したように、第１の実施の形態と同様に、パターン化レジスト層１０３Ｂの上に、スピンコート法等により、流動性を有する材料を塗布して、パターン化レジスト層１０３Ｂの溝部１０３Ｃ内に、流動性を有する材料を充填する。流動性を有する材料には、パターン化レジスト層１０３Ｂに混じらない材料を用いる。ここでは、流動性を有する材料として水溶性樹脂を用い、溝部１０３Ｃ内およびパターン化レジスト層１０３Ｂの上に、水溶性樹脂層１０５を形成するものとする。
【００４２】
次に、図１３に示したように、溝部１０３Ｃ内に水溶性樹脂が充填された状態で、パターン化レジスト層１０３Ｂに対して熱処理を施し、パターン化レジスト層１０３Ｂを流動化させる。これにより、パターン化レジスト層１０３Ｂは、溝部１０３Ｃの幅が狭まるように変形する。このとき、溝部１０３Ｃ内に充填されている水溶性樹脂によって、パターン化レジスト層１０３Ｂの形状が崩れることが防止される。このようにして、パターン化レジスト層１０３Ｂの形状は、初期形状のときに比べて溝部１０３Ｃの幅が小さくなった最終形状に変化する。その後、パターン化レジスト層１０３Ｂを、その形状が維持される所定の温度にまで冷却する。
【００４３】
前述のように、本実施の形態では、パターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状を、図１８に示したような形状としている。上記の熱処理時には、パターン化レジスト層１０３Ｂのうちの底部近傍の部分は、それよりも上側の部分に比べて移動量が小さい。その結果、パターン化レジスト層１０３Ｂの最終形状は、図１３に示したように、電極膜１０２の上面からの距離にかかわらず溝部１０３Ｃの幅がほぼ一定になる形状となる。
【００４４】
次に、例えば、図１３に示した積層体を水洗することによって、水溶性樹脂層１０５を溶解させて剥離する。これにより、図１４に示したように、溝部１０３Ｃより水溶性樹脂が除去される。本実施の形態に係るパターン化レジスト層形成方法は、ここまでの工程を含んでいる。
【００４５】
次に、必要に応じてめっき前処理を行った後、図１５に示したように、最終形状のパターン化レジスト層１０３Ｂをフレームとして用い、電極膜１０２に電流を流して電気めっきを行って、溝部１０３Ｃ内にパターン化薄膜１０６を形成する。パターン化薄膜１０６は、金属等の導電材料によって形成される。
【００４６】
次に、例えば、図１５に示した積層体を有機溶剤に浸漬し、揺動することによって、図１６に示したように、パターン化レジスト層１０３Ｂを溶解させて除去する。
【００４７】
最後に、図１７に示したように、パターン化薄膜１０６をマスクとして、ウェットエッチングによって、あるいはイオンミリング、反応性イオンエッチング等のドライエッチングによって、電極膜１０２のうち、パターン化薄膜１０６の下に存在する部分以外の部分を除去する。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、電極膜１０２の上面からの距離にかかわらずパターン化薄膜１０６の幅がほぼ一定となるようにパターン化薄膜１０６を形成することができる。従って、パターン化薄膜１０６が薄膜磁気ヘッドの上部磁極である場合には、実効的な記録トラック幅が光学的な記録トラック幅よりも大きくなることを防止することができる。
【００４９】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
次に、第１の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法の実施例（以下、第１の実施例と言う。）と、第２の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法の実施例（以下、第２の実施例と言う。）について説明する。
【００５１】
各実施例では、基板１０１として、直径３インチ（７６．２ｍｍ）、厚さ０．４ｍｍのシリコン基板を用いた。各実施例では、まず、スパッタ装置を用いて、基板１０１の上に、以下の条件でＮｉＦｅをスパッタリングして、ＮｉＦｅよりなる厚さ１００ｎｍの電極膜１０２を形成した。スパッタ装置としては、日電アネルバ社製の直流スパッタ装置ＳＰＦ−７４０Ｈ（製品名）を用いた。スパッタ装置におけるターゲットはＮｉＦｅとした。スパッタ装置の出力は１０００Ｗとした。スパッタ装置におけるスパッタ室内には、Ａｒガスを５０ｓｃｃｍの流量で供給した。スパッタ室内におけるＡｒガスの圧力は、２．０ｍＴｏｒｒ（約０．２６６Ｐａ）とした。
【００５２】
各実施例では、次に、電極膜１０２の上に、スピンコート法によりレジストを塗布して、レジスト層１０３Ａを形成した。レジストとしては、信越化学工業社製ＳＥＰＲ−ＩＸ０２０（製品名）を使用した。レジスト層１０３Ａの厚みは５μｍとした。次に、レジスト層１０３Ａに対して、ホットプレートを用いて１２０℃の温度で、１８０秒間の熱処理を施した。
【００５３】
各実施例では、次に、露光装置を用いて、以下の条件で、マスク１０４を介してレジスト層１０３Ａの露光を行い、レジスト層１０３Ａに、マスク１０４のパターンに対応した潜像を形成した。露光装置としては、ニコン社製ＮＳＲ−ＴＦＨＥＸ１４Ｃ（製品名）を用いた。第１の実施例では、幅が０．３μｍの孤立した直線状の透光部を有するマスク１０４を用い、露光量（Ｄｏｓｅ）を７０ｍＪ／ｃｍ２とした。第２の実施例では、幅が０．４μｍの孤立した直線状の透光部を有するマスク１０４を用い、露光量（Ｄｏｓｅ）を５０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【００５４】
各実施例では、次に、レジスト層１０３Ａに対して、ホットプレートを用いて８０℃の温度で、９０秒間の熱処理、すなわち現像前ベークを施した。次に、現像液として２．３８％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液を用いて、パドル法によって、レジスト層１０３Ａに対して、５０秒間の現像を３回行った。その後、レジスト層１０３Ａを水洗し、乾燥させて、初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成した。
【００５５】
第１の実施例における初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂは、厚さが５μｍで、底部における溝部１０３Ｃの幅は０．４μｍ、底部から２．５μｍだけ離れた位置における溝部１０３Ｃの幅は０．４μｍであった。第２の実施例における初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂは、厚さが５μｍで、底部における溝部１０３Ｃの幅は０．３μｍ、底部から２．５μｍだけ離れた位置における溝部１０３Ｃの幅は０．４μｍであった。
【００５６】
このように、第２の実施例では、パターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状を図１８に示したような形状としている。第２の実施例では、パターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状を図１８に示したような形状とするために、前述の方法（１）〜（６）のうちの方法（４）を用いている。
【００５７】
なお、上記の各寸法は、以下のようにして作成した測定用パターン化薄膜の断面における各寸法を測定することによって得た。測定用パターン化薄膜は、第１または第２の実施例と同じ条件で形成された２つの初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂをフレームとして用いて、めっきを行うことによって作成した。測定用パターン化薄膜の断面は、集束イオンビームエッチングによって形成した。また、この断面における各寸法の測定は、測長走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）を用いて行った。
【００５８】
各実施例では、次に、スピンコート法により水溶性樹脂を塗布して、溝部１０３Ｃ内およびパターン化レジスト層１０３Ｂの上に水溶性樹脂層１０５を形成した。水溶性樹脂としては、２０重量％のポリビニルアセタール（積水化学工業社製エスレックＫＷ（製品名））水溶液を用いた。水溶性樹脂層１０５の厚さは、パターン化レジスト層１０３Ｂの上において２μｍになるようにした。
【００５９】
なお、各実施例で用いる水溶性樹脂には、特に制約はなく、特開平１０−７３９２７号公報に記載されている水溶性樹脂等の公知の種々の水溶性樹脂の中から、適宜選択して用いることができる。各実施例で用いる水溶性樹脂としては、具体的には、上記ポリビニルアセタール水溶液の他に、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸等を用いることができる。また、各実施例で用いる水溶性樹脂は、１種類の水溶性樹脂であってもよいし、複数種類の水溶性樹脂が混合されたものであってもよい。
【００６０】
各実施例では、次に、パターン化レジスト層１０３Ｂに対して熱処理を施し、パターン化レジスト層１０３Ｂを流動化させて、溝部１０３Ｃの幅を狭めた。熱処理は、ホットプレートを用いて、１２０℃の温度で、１２０秒間行った。次に、クーリングプレートを用いて、パターン化レジスト層１０３Ｂを室温まで冷却した。
【００６１】
各実施例では、次に、水洗によって水溶性樹脂層１０５を剥離し、更に、パターン化レジスト層１０３Ｂから純水を振り切り、パターン化レジスト層１０３Ｂを乾燥させた。
【００６２】
なお、各実施例では、上述の水溶性樹脂層１０５の形成からパターン化レジスト層１０３Ｂの乾燥までの工程を３回繰り返した。
【００６３】
各実施例では、次に、最終形状のパターン化レジスト層１０３Ｂをフレームととして用いて電気めっきを行って、溝部１０３Ｃ内に、ＮｉＦｅよりなるパターン化薄膜１０６を形成した。めっき浴としては、一般的なワット浴にＦｅイオン源を添加しためっき浴を用いた。パターン化薄膜１０６の厚さは４．５μｍとした。
【００６４】
各実施例では、次に、パターン化薄膜１０６を含む積層体を、アセトン中に浸漬し、揺動することによって、パターン化レジスト層１０３Ｂを溶解させて除去した。
【００６５】
各実施例では、次に、イオンミリング装置を用いて、下記の条件で、電極膜１０２を選択的にエッチングして、電極膜１０２のうち、パターン化薄膜１０６の下に存在する部分以外の部分を除去した。イオンミリング装置としては、コモンウェルス社製８Ｃ（製品名）を用いた。イオンミリング装置における出力は、５００Ｗ、５００ｍＡとした。エッチング室内のガスの圧力は３ｍＴｏｒｒ（約０．４Ｐａ）とした。イオン照射角度は０°（イオン照射方向が基板に垂直）とした。
【００６６】
次に、このようにして得られた各実施例におけるパターン化薄膜１０６の断面を、集束イオンビームエッチングによって形成し、この断面における各寸法を測長走査型電子顕微鏡を用いて測定することによって、各実施例におけるパターン化薄膜１０６の各寸法を測定した。
【００６７】
第１の実施例におけるパターン化薄膜１０６は、高さ（厚さ）が４．５μｍで、底部における幅は０．３５μｍで、底部から２．５μｍだけ離れた位置における幅は０．２５μｍであった。
【００６８】
第２の実施例におけるパターン化薄膜１０６は、高さ（厚さ）が４．５μｍで、底部における幅は０．２５μｍで、底部から２．５μｍだけ離れた位置における幅は０．２５μｍであった。
【００６９】
以下、図１９ないし図２４を参照して、第１または第２の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法を、マイクロデバイスの一例としての薄膜磁気ヘッドの製造方法に適用した例について説明する。図１９ないし図２４において、（ａ）はエアベアリング面に垂直な断面を示し、（ｂ）は磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示している。
【００７０】
本例における薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、図１９に示したように、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、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を、例えば１〜５μｍの厚みに形成する。次に、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、パーマロイ（ＮｉＦｅ）等の磁性材料よりなる再生ヘッド用の下部シールド層３を、例えば約３μｍの厚みに形成する。
【００７１】
次に、下部シールド層３の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる下部シールドギャップ膜４を、例えば１０〜２００ｎｍの厚みに形成する。次に、下部シールドギャップ膜４の上に、再生用のＧＭＲ素子５と、図示しないバイアス磁界印加層と、リード層６を、それぞれ、例えば数十ｎｍの厚みに形成する。
【００７２】
次に、下部シールドギャップ膜４およびＧＭＲ素子５の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる上部シールドギャップ膜７を、例えば１０〜２００ｎｍの厚みに形成する。
【００７３】
次に、上部シールドギャップ膜７の上に、磁性材料からなり、再生ヘッドと記録ヘッドの双方に用いられる上部シールド層兼下部磁極層（以下、下部磁極層と記す。）８を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。なお、下部磁極層８に用いる磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料である。下部磁極層８は、スパッタリング法またはめっき法等によって形成される。
【００７４】
なお、下部磁極層８の代わりに、上部シールド層と、この上部シールド層の上にスパッタリング法等によって形成されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層と、この分離層の上に形成された下部磁性層とを設けてもよい。
【００７５】
次に、図２０に示したように、下部磁極層８の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる記録ギャップ層９を、例えば５０〜３００ｎｍの厚みに形成する。次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部分において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。
【００７６】
次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図２０（ａ）において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を表している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。
【００７７】
次に、図２１に示したように、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【００７８】
次に、絶縁層１１のうちの後述するエアベアリング面２０側（図２１（ａ）における左側）の斜面部分からエアベアリング面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。トラック幅規定層１２ａは、第１または第２の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法によって形成される。
【００７９】
トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部１２ａ1と、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の斜面部分の上に形成され、ヨーク部分層１２ｃに接続される接続部１２ａ2とを有している。先端部１２ａ1の幅は記録トラック幅と等しくなっている。すなわち、先端部１２ａ1は記録トラック幅を規定している。接続部１２ａ2の幅は、先端部１２ａ1の幅よりも大きくなっている。
【００８０】
トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時に、コンタクトホール９ａの上に磁性材料よりなる連結部分層１２ｂを形成すると共に、接続部１０ａの上に磁性材料よりなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、下部磁極層８に磁気的に連結される部分を構成する。
【００８１】
次に、トラック幅規定層１２ａの周辺において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および下部磁極層８の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。記録ギャップ層９のエッチングには例えば反応性イオンエッチングが用いられ、下部磁極層８のエッチングには例えばイオンミリングが用いられる。図２１（ｂ）に示したように、上部磁極層１２の磁極部分（トラック幅規定層１２ａの先端部１２ａ1）、記録ギャップ層９および下部磁極層８の磁極部分の少なくとも一部の各側壁が垂直に自己整合的に形成された構造は、トリム（Trim）構造と呼ばれる。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。
【００８２】
次に、図２２に示したように、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料よりなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。次に、この絶縁層１４を、例えば化学機械研磨によって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂおよび接続層１３の表面に至るまで研磨して平坦化する。
【００８３】
次に、図２３に示したように、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図２３（ａ）において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を表している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。
【００８４】
次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【００８５】
次に、図２４に示したように、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４，１６および連結部分層１２ｂの上に、パーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃのエアベアリング面２０側の端部は、エアベアリング面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して下部磁極層８に接続されている。
【００８６】
次に、全体を覆うように、例えばアルミナよりなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行って、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。
【００８７】
このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面（エアベアリング面２０）と再生ヘッドと記録ヘッド（誘導型電磁変換素子）とを備えている。再生ヘッドは、ＧＭＲ素子５と、エアベアリング面２０側の一部がＧＭＲ素子５を挟んで対向するように配置された、ＧＭＲ素子５をシールドするための下部シールド層３および上部シールド層（下部磁極層８）とを有している。
【００８８】
記録ヘッドは、エアベアリング面２０側において互いに対向する磁極部分を含むと共に、互いに磁気的に連結された下部磁極層８および上部磁極層１２と、この下部磁極層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た記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層８および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配設された薄膜コイル１０，１５とを有している。この薄膜磁気ヘッドでは、図２４（ａ）に示したように、エアベアリング面２０から、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の端部までの長さが、スロートハイトＴＨとなる。なお、スロートハイトとは、２つの磁極層が記録ギャップ層を介して対向する部分の、エアベアリング面側の端部から反対側の端部までの長さ（高さ）をいう。
【００８９】
次に、上記薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図２５を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図２４における基板１およびオーバーコート層１７からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、表面が媒体対向面となるレール部２１２が形成されている。レール部２１２の空気流入側の端部（図２５における右上の端部）の近傍にはテーパ部またはステップ部が形成されている。ハードディスクが図２５におけるｚ方向に回転すると、テーパ部またはステップ部より流入し、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図２５におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図２５におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図２５における左下の端部）の近傍には、薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。
【００９０】
次に、図２６を参照して、ヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【００９１】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【００９２】
図２６は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【００９３】
次に、図２７および図２８を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例とハードディスク装置について説明する。図２７はハードディスク装置の要部を示す説明図、図２８はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。各ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。
【００９４】
スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、本発明における位置決め装置に対応し、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。
【００９５】
ハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。
【００９６】
なお、本発明は上記各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の、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。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のパターン化薄膜形成方法によれば、光学的な限界によって決まる寸法よりも小さい幅の溝部を有するパターン化レジスト層を形成することができる。従って、本発明によれば、このパターン化レジスト層をフレームとして用いることによって、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細なパターン化薄膜をフレームめっき法を用いて形成することができるという効果を奏する。
【００９８】
また、本発明のパターン化薄膜形成方法によれば、下地の上面からの距離にかかわらずパターン化薄膜の幅がほぼ一定となるようにパターン化薄膜を形成することができるという効果を奏する。
【００９９】
また、本発明のパターン化レジスト層形成方法によれば、光学的な限界によって決まる寸法よりも小さい幅の溝部を有すると共に、下地の上面からの距離にかかわらず溝部の幅がほぼ一定となるようにパターン化レジスト層を形成することができるという効果を奏する。従って、このパターン化レジスト層をフレームとして用いることによって、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細で、且つ下地の上面からの距離にかかわらず幅がほぼ一定となるパターン化薄膜を、フレームめっき法を用いて形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法における一工程を説明するための断面図である。
【図２】図１に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】図７に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図９】図８に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１０】図９に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法における一工程を説明するための断面図である。
【図１２】図１１に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１３】図１２に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１４】図１３に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１５】図１４に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１６】図１５に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１７】図１６に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態におけるパターン化レジスト層の初期形状を説明するための断面図である。
【図１９】本発明の各実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法が適用される薄膜磁気ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。
【図２０】図１９に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２１】図２０に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２２】図２１に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２３】図２２に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２４】図２３に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２５】ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。
【図２６】ヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図２７】ハードディスク装置の要部を示す説明図である。
【図２８】ハードディスク装置の平面図である。
【符号の説明】
１０１…基板、１０２…電極膜、１０３Ａ…レジスト層、１０３Ｂ…パターン化レジスト層、１０３Ｃ…溝部、１０４…マスク、１０５…水溶性樹脂層、１０６…パターン化薄膜。
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレームめっき法を用いたパターン化薄膜形成方法、およびこのパターン化薄膜形成方法においてフレームとして使用するのに適したパターン化レジスト層を形成するパターン化レジスト層形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パターン化された薄膜（本出願においてパターン化薄膜と言う。）を形成する方法の一つとして、例えば特公昭５６−３６７０６号公報に示されるようなフレームめっき法がある。このフレームめっき法では、例えば基板の上に電極膜を形成し、その上にレジスト層を形成し、このレジスト層をフォトリソグラフィによりパターニングして、パターン化されたレジスト層（本出願においてパターン化レジスト層と言う。）によって、めっきのためのフレーム（外枠）を形成する。そして、このフレームを用い、先に形成した電極膜を電極およびシード層として用いて電気めっきを行って、導電材料よりなるパターン化薄膜を形成する。
【０００３】
フレームめっき法によって形成されるパターン化薄膜は、例えばマイクロデバイスに使用される。このようなマイクロデバイスとしては、薄膜インダクタ、薄膜磁気ヘッド、半導体デバイス、薄膜を用いたセンサ、薄膜を用いたアクチュエータ等がある。
【０００４】
ところで、近年、ハードディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドと読み出し用の磁気抵抗（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）とも記す。）素子を有する再生ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【０００５】
記録ヘッドの性能のうち、記録密度を高めるには、磁気記録媒体におけるトラック密度を上げる必要がある。このためには、記録ギャップ層を挟んでその上下に形成された下部磁極および上部磁極のエアベアリング面（媒体対向面）での幅、すなわちトラック幅を数ミクロンからサブミクロン寸法まで狭くした狭トラック構造の記録ヘッドを実現する必要があり、これを達成するために半導体加工技術が利用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
トラック幅を規定する磁極を形成する方法としては、例えば上述のようなフレームめっき法が用いられる。しかしながら、従来のフレームめっき法では、光学的な手法を用いてレジスト層をパターニングし、得られたフレームを用いてパターン化薄膜を形成するため、理論的に、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細なパターン化薄膜を形成することは不可能であった。従って、フレームめっき法を用いて、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細な磁極を形成することも不可能であった。
【０００７】
ところで、例えば特開平７−４５５１０号公報には、微細な穴を有するパターン化レジスト層の形成方法として、以下のような方法が示されている。すなわち、この方法では、まず、基板の上に、穴を有するパターン化レジスト層を形成する。次に、パターン化レジスト層の上に、パターン化レジスト層に混じらない水溶性樹脂を塗布する。次に、パターン化レジスト層に対して熱処理を施し、パターン化レジスト層を流動化させることによって、穴を微細化する。最後に、水溶性樹脂を除去する。ただし、この方法は、一般の半導体製造技術におけるドライエッチング等のドライ工程向けに開発されたものである。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細なパターン化薄膜をフレームめっき法を用いて形成することができるようにしたパターン化薄膜形成方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の第２の目的は、上記第１の目的を達成するパターン化薄膜形成方法においてフレームとして使用するのに適したパターン化レジスト層を形成するパターン化レジスト層形成方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン化薄膜形成方法は、フレームめっき法によってパターン化薄膜を形成する方法であって、
下地の上に、溝部を有する初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程と、
溝部内に、流動性を有する材料を充填する工程と、
溝部内に流動性を有する材料が充填された状態でパターン化レジスト層に対して熱処理を施すことによって、溝部の幅を狭めて、パターン化レジスト層の形状を最終形状に変化させる工程と、
溝部より流動性を有する材料を除去する工程と、
最終形状のパターン化レジスト層をフレームとして用いてめっきを行って、溝部内にパターン化薄膜を形成する工程と
を備えたものである。
【００１１】
本発明のパターン化薄膜形成方法によれば、光学的な限界によって決まる寸法よりも小さい幅の溝部を有するパターン化レジスト層を形成でき、このパターン化レジスト層をフレームとして用いることによって、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細なパターン化薄膜をフレームめっき法を用いて形成することができる。
【００１２】
本発明のパターン化薄膜形成方法において、初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、下地とパターン化レジスト層との境界位置における溝部の幅が、他の位置における溝部の幅よりも小さくなるように、パターン化レジスト層を形成してもよい。この場合、初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、溝部に面するパターン化レジスト層の内壁部において、下地の上面からパターン化レジスト層の厚さの２分の１だけ離れた位置を第１の位置とし、下地の上面からパターン化レジスト層の厚さの１０分の１だけ離れた位置を第２の位置としたときに、下地とパターン化レジスト層との境界位置から第２の位置までの間における内壁部の少なくとも一部が、第１の位置と第２の位置とを通過する架空の線よりも溝部側に突出するように、パターン化レジスト層を形成してもよい。
【００１３】
また、本発明のパターン化薄膜形成方法において、流動性を有する材料は水溶性樹脂であってもよい。
【００１４】
本発明のパターン化レジスト層形成方法は、
下地の上に、溝部を有する初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程と、
溝部内に、流動性を有する材料を充填する工程と、
溝部内に流動性を有する材料が充填された状態でパターン化レジスト層に対して熱処理を施すことによって、溝部の幅を狭めて、パターン化レジスト層の形状を最終形状に変化させる工程と、
溝部より流動性を有する材料を除去する工程とを備え、
初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、下地とパターン化レジスト層との境界位置における溝部の幅が、他の位置における溝部の幅よりも小さくなるように、パターン化レジスト層を形成するものである。
【００１５】
本発明のパターン化レジスト層形成方法によれば、光学的な限界によって決まる寸法よりも小さい幅の溝部を有するパターン化レジスト層を形成することができる。
【００１６】
本発明のパターン化レジスト層形成方法において、初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、溝部に面するパターン化レジスト層の内壁部において、下地の上面からパターン化レジスト層の厚さの２分の１だけ離れた位置を第１の位置とし、下地の上面からパターン化レジスト層の厚さの１０分の１だけ離れた位置を第２の位置としたときに、下地とパターン化レジスト層との境界位置から第２の位置までの間における内壁部の少なくとも一部が、第１の位置と第２の位置とを通過する架空の線よりも溝部側に突出するように、パターン化レジスト層を形成してもよい。
【００１７】
また、本発明のパターン化レジスト層形成方法において、流動性を有する材料は水溶性樹脂であってもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
始めに、図１ないし図１０を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法について説明する。
【００１９】
本実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法では、まず、図１に示したように、基板１０１の上に、例えばスパッタ法によって電極膜１０２を形成する。基板１０１の材料は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体でもよいし、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等のセラミックでもよいし、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂でもよい。電極膜１０２は、金属等の導電材料によって形成される。また、電極膜１０２の材料は、電極膜１０２の上に形成されるパターン化薄膜の材料と同じ組成のものを用いるのが好ましい。また、電極膜１０２は、一層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。
【００２０】
次に、図２に示したように、パターン化薄膜の下地となる電極膜１０２の上に、スピンコート法等により、レジストを塗布して、レジスト層１０３Ａを形成する。なお、レジストは、ポジ型でもよいしネガ型でもよい。次に、必要に応じて、レジスト層１０３Ａに対して熱処理を施す。
【００２１】
次に、図３に示したように、マスク１０４を介してレジスト層１０３Ａの露光を行い、レジスト層１０３Ａに、マスク１０４のパターンに対応した潜像を形成する。次に、必要に応じて、レジスト層１０３Ａに対して熱処理を施す。
【００２２】
次に、図４に示したように、レジスト層１０３Ａを現像液によって現像し、水洗し、乾燥させて、残ったレジスト層１０３Ａによって、初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成する。このパターン化レジスト層１０３Ｂは、溝部１０３Ｃを有している。なお、図４には、レジスト層１０３Ａの形成に用いられるレジストがポジ型で、そのため、レジスト層１０３Ａのうち、露光された部分が現像後に除去される例を示している。
【００２３】
次に、図５に示したように、パターン化レジスト層１０３Ｂの上に、スピンコート法等により、流動性を有する材料を塗布して、パターン化レジスト層１０３Ｂの溝部１０３Ｃ内に、流動性を有する材料を充填する。流動性を有する材料には、パターン化レジスト層１０３Ｂに混じらない材料を用いる。ここでは、流動性を有する材料として水溶性樹脂を用い、溝部１０３Ｃ内およびパターン化レジスト層１０３Ｂの上に、水溶性樹脂層１０５を形成するものとする。
【００２４】
次に、図６に示したように、溝部１０３Ｃ内に水溶性樹脂が充填された状態で、パターン化レジスト層１０３Ｂに対して熱処理を施し、パターン化レジスト層１０３Ｂを流動化させる。これにより、パターン化レジスト層１０３Ｂは、溝部１０３Ｃの幅が狭まるように変形する。このとき、溝部１０３Ｃ内に充填されている水溶性樹脂によって、パターン化レジスト層１０３Ｂの形状が崩れることが防止される。このようにして、パターン化レジスト層１０３Ｂの形状は、初期形状のときに比べて溝部１０３Ｃの幅が小さくなった最終形状に変化する。その後、パターン化レジスト層１０３Ｂを、その形状が維持される所定の温度にまで冷却する。
【００２５】
次に、例えば、図６に示した積層体を水洗することによって、水溶性樹脂層１０５を溶解させて剥離する。これにより、図７に示したように、溝部１０３Ｃより水溶性樹脂が除去される。
【００２６】
次に、必要に応じてめっき前処理を行った後、図８に示したように、最終形状のパターン化レジスト層１０３Ｂをフレームとして用い、電極膜１０２に電流を流して電気めっきを行って、溝部１０３Ｃ内にパターン化薄膜１０６を形成する。パターン化薄膜１０６は、金属等の導電材料によって形成される。
【００２７】
次に、例えば、図８に示した積層体を有機溶剤に浸漬し、揺動することによって、図９に示したように、パターン化レジスト層１０３Ｂを溶解させて除去する。
【００２８】
最後に、図１０に示したように、パターン化薄膜１０６をマスクとして、ウェットエッチングによって、あるいはイオンミリング、反応性イオンエッチング等のドライエッチングによって、電極膜１０２のうち、パターン化薄膜１０６の下に存在する部分以外の部分を除去する。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態では、光学的な限界によって決まる寸法よりも小さい幅の溝部１０３Ｃを有するパターン化レジスト層１０３Ｂを形成することができる。そして、本実施の形態では、このパターン化レジスト層１０３Ｂをフレームとして用いることによって、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細なパターン化薄膜１０６をフレームめっき法を用いて形成することができる。
【００３０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法およびパターン化レジスト層形成方法について説明する。
【００３１】
第１の実施の形態において、例えば反射防止膜の上に初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成したり、１μｍ以上の厚さの初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成したりする場合には、以下のような不具合が発生することが分かった。すなわち、これらの場合には、初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂに熱処理を施すと、パターン化レジスト層１０３Ｂの最終形状は、図７に示したように、底部近傍においてアンダーカットの入った形状となる。これは、初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂのうちの底部近傍の部分は、それよりも上側の部分に比べて、熱処理時における移動量が小さくなるからである。図７に示したような最終形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを用いて、パターン化薄膜１０６を形成すると、図１０に示したように、パターン化薄膜１０６のうちの底部近傍の部分では、底部に近づくに従って徐々に幅が大きくなってしまう。
【００３２】
ここで、図１０に示したパターン化薄膜１０６が、薄膜磁気ヘッドの上部磁極であるとすると、パターン化薄膜１０６の底部は、電極膜１０２を介して記録ギャップ層に隣接する。そのため、パターン化薄膜１０６の形状が図１０に示したような形状であると、光学的なトラック幅を小さくしても、実効的な記録トラック幅は光学的なトラック幅よりも大きくなってしまう。第２の実施の形態では、このような不具合を解消している。
【００３３】
以下、図１ないし図３および図１１ないし図１８を参照して、本実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法およびパターン化レジスト層形成方法について説明する。
【００３４】
本実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法では、図１および図２に示したように、基板１０１の上に電極膜１０２とレジスト層１０３Ａとを形成する工程までは第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
本実施の形態では、次に、第１の実施の形態と同様に、図３に示したように、マスク１０４を介してレジスト層１０３Ａの露光を行い、レジスト層１０３Ａに、マスク１０４のパターンに対応した潜像を形成する。ただし、本実施の形態では、この後に形成される初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂが、後で説明する所望の形状となるように潜像の形成を行う。次に、必要に応じて、レジスト層１０３Ａに対して熱処理を施す。
【００３６】
次に、図１１に示したように、レジスト層１０３Ａを現像液によって現像し、水洗し、乾燥させて、残ったレジスト層１０３Ａによって、初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成する。このパターン化レジスト層１０３Ｂは、溝部１０３Ｃを有している。なお、図１１には、レジスト層１０３Ａの形成に用いられるレジストがポジ型で、そのため、レジスト層１０３Ａのうち、露光された部分が現像後に除去される例を示している。
【００３７】
本実施の形態では、図１１に示したように、パターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状は第１の実施の形態とは異なっている。すなわち、本実施の形態におけるパターン化レジスト層１０３Ｂでは、下地である電極膜１０２とパターン化レジスト層１０３Ｂとの境界位置における溝部１０３Ｃの幅が、他の位置における溝部１０３Ｃの幅よりも小さくなっている。
【００３８】
ここで、図１８を参照して、本実施の形態におけるパターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状について詳しく説明する。図１８に示したように、パターン化レジスト層１０３Ｂの厚さをＴとする。また、溝部１０３Ｃに面するパターン化レジスト層１０３Ｂの内壁部１０３Ｄにおいて、パターン化レジスト層１０３Ｂの下地である電極膜１０２の上面からパターン化レジスト層１０３Ｂの厚さＴの２分の１だけ離れた位置を第１の位置Ｐ１とする。また、内壁部１０３Ｄにおいて、電極膜１０２の上面からパターン化レジスト層１０３Ｂの厚さＴの１０分の１だけ離れた位置を第２の位置Ｐ２とする。また、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とを通過する架空の線Ｌを想定する。本実施の形態では、電極膜１０２とパターン化レジスト層１０３Ｂとの境界位置から第２の位置Ｐ２までの間における内壁部１０３Ｄの少なくとも一部は、上記の架空の線Ｌよりも溝部１０３Ｃ側に突出している。この部分では、底部に近づくに従って徐々に、架空の線Ｌからの突出量が大きくなるのが好ましい。
【００３９】
パターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状を、図１８に示したような形状とするための方法には、例えば、以下のようないくつかの方法がある。なお、以下の説明中における適正条件とは、図４に示したように、電極膜１０２の上面からの距離にかかわらず溝部１０３Ｃの幅がほぼ一定になるように初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成するための条件のことである。
【００４０】
（１）レジスト層１０３Ａの厚さを、適正条件に比べて大きくする。
（２）レジスト層１０３Ａに対する熱処理すなわちプリベークの温度を、適正条件に比べて高くする。
（３）露光装置の光源の出力を適正条件に比べて小さくすることによって、レジスト層１０３Ａの露光時の露光量（Ｄｏｓｅ）を適正条件に比べて小さくする。
（４）マスク１０４の面積を適正条件に比べて大きくすることによって、レジスト層１０３Ａの露光時の露光量（Ｄｏｓｅ）を適正条件に比べて小さくする。
（５）レジスト層１０３Ａの露光時における焦点位置を、適正条件に比べて、基板１０１から離れる方向に移動させる。
（６）レジスト層１０３Ａの現像時間を、適正条件に比べて短くする。
【００４１】
本実施の形態では、次に、図１２に示したように、第１の実施の形態と同様に、パターン化レジスト層１０３Ｂの上に、スピンコート法等により、流動性を有する材料を塗布して、パターン化レジスト層１０３Ｂの溝部１０３Ｃ内に、流動性を有する材料を充填する。流動性を有する材料には、パターン化レジスト層１０３Ｂに混じらない材料を用いる。ここでは、流動性を有する材料として水溶性樹脂を用い、溝部１０３Ｃ内およびパターン化レジスト層１０３Ｂの上に、水溶性樹脂層１０５を形成するものとする。
【００４２】
次に、図１３に示したように、溝部１０３Ｃ内に水溶性樹脂が充填された状態で、パターン化レジスト層１０３Ｂに対して熱処理を施し、パターン化レジスト層１０３Ｂを流動化させる。これにより、パターン化レジスト層１０３Ｂは、溝部１０３Ｃの幅が狭まるように変形する。このとき、溝部１０３Ｃ内に充填されている水溶性樹脂によって、パターン化レジスト層１０３Ｂの形状が崩れることが防止される。このようにして、パターン化レジスト層１０３Ｂの形状は、初期形状のときに比べて溝部１０３Ｃの幅が小さくなった最終形状に変化する。その後、パターン化レジスト層１０３Ｂを、その形状が維持される所定の温度にまで冷却する。
【００４３】
前述のように、本実施の形態では、パターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状を、図１８に示したような形状としている。上記の熱処理時には、パターン化レジスト層１０３Ｂのうちの底部近傍の部分は、それよりも上側の部分に比べて移動量が小さい。その結果、パターン化レジスト層１０３Ｂの最終形状は、図１３に示したように、電極膜１０２の上面からの距離にかかわらず溝部１０３Ｃの幅がほぼ一定になる形状となる。
【００４４】
次に、例えば、図１３に示した積層体を水洗することによって、水溶性樹脂層１０５を溶解させて剥離する。これにより、図１４に示したように、溝部１０３Ｃより水溶性樹脂が除去される。本実施の形態に係るパターン化レジスト層形成方法は、ここまでの工程を含んでいる。
【００４５】
次に、必要に応じてめっき前処理を行った後、図１５に示したように、最終形状のパターン化レジスト層１０３Ｂをフレームとして用い、電極膜１０２に電流を流して電気めっきを行って、溝部１０３Ｃ内にパターン化薄膜１０６を形成する。パターン化薄膜１０６は、金属等の導電材料によって形成される。
【００４６】
次に、例えば、図１５に示した積層体を有機溶剤に浸漬し、揺動することによって、図１６に示したように、パターン化レジスト層１０３Ｂを溶解させて除去する。
【００４７】
最後に、図１７に示したように、パターン化薄膜１０６をマスクとして、ウェットエッチングによって、あるいはイオンミリング、反応性イオンエッチング等のドライエッチングによって、電極膜１０２のうち、パターン化薄膜１０６の下に存在する部分以外の部分を除去する。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、電極膜１０２の上面からの距離にかかわらずパターン化薄膜１０６の幅がほぼ一定となるようにパターン化薄膜１０６を形成することができる。従って、パターン化薄膜１０６が薄膜磁気ヘッドの上部磁極である場合には、実効的な記録トラック幅が光学的な記録トラック幅よりも大きくなることを防止することができる。
【００４９】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
次に、第１の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法の実施例（以下、第１の実施例と言う。）と、第２の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法の実施例（以下、第２の実施例と言う。）について説明する。
【００５１】
各実施例では、基板１０１として、直径３インチ（７６．２ｍｍ）、厚さ０．４ｍｍのシリコン基板を用いた。各実施例では、まず、スパッタ装置を用いて、基板１０１の上に、以下の条件でＮｉＦｅをスパッタリングして、ＮｉＦｅよりなる厚さ１００ｎｍの電極膜１０２を形成した。スパッタ装置としては、日電アネルバ社製の直流スパッタ装置ＳＰＦ−７４０Ｈ（製品名）を用いた。スパッタ装置におけるターゲットはＮｉＦｅとした。スパッタ装置の出力は１０００Ｗとした。スパッタ装置におけるスパッタ室内には、Ａｒガスを５０ｓｃｃｍの流量で供給した。スパッタ室内におけるＡｒガスの圧力は、２．０ｍＴｏｒｒ（約０．２６６Ｐａ）とした。
【００５２】
各実施例では、次に、電極膜１０２の上に、スピンコート法によりレジストを塗布して、レジスト層１０３Ａを形成した。レジストとしては、信越化学工業社製ＳＥＰＲ−ＩＸ０２０（製品名）を使用した。レジスト層１０３Ａの厚みは５μｍとした。次に、レジスト層１０３Ａに対して、ホットプレートを用いて１２０℃の温度で、１８０秒間の熱処理を施した。
【００５３】
各実施例では、次に、露光装置を用いて、以下の条件で、マスク１０４を介してレジスト層１０３Ａの露光を行い、レジスト層１０３Ａに、マスク１０４のパターンに対応した潜像を形成した。露光装置としては、ニコン社製ＮＳＲ−ＴＦＨＥＸ１４Ｃ（製品名）を用いた。第１の実施例では、幅が０．３μｍの孤立した直線状の透光部を有するマスク１０４を用い、露光量（Ｄｏｓｅ）を７０ｍＪ／ｃｍ２とした。第２の実施例では、幅が０．４μｍの孤立した直線状の透光部を有するマスク１０４を用い、露光量（Ｄｏｓｅ）を５０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【００５４】
各実施例では、次に、レジスト層１０３Ａに対して、ホットプレートを用いて８０℃の温度で、９０秒間の熱処理、すなわち現像前ベークを施した。次に、現像液として２．３８％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液を用いて、パドル法によって、レジスト層１０３Ａに対して、５０秒間の現像を３回行った。その後、レジスト層１０３Ａを水洗し、乾燥させて、初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂを形成した。
【００５５】
第１の実施例における初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂは、厚さが５μｍで、底部における溝部１０３Ｃの幅は０．４μｍ、底部から２．５μｍだけ離れた位置における溝部１０３Ｃの幅は０．４μｍであった。第２の実施例における初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂは、厚さが５μｍで、底部における溝部１０３Ｃの幅は０．３μｍ、底部から２．５μｍだけ離れた位置における溝部１０３Ｃの幅は０．４μｍであった。
【００５６】
このように、第２の実施例では、パターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状を図１８に示したような形状としている。第２の実施例では、パターン化レジスト層１０３Ｂの初期形状を図１８に示したような形状とするために、前述の方法（１）〜（６）のうちの方法（４）を用いている。
【００５７】
なお、上記の各寸法は、以下のようにして作成した測定用パターン化薄膜の断面における各寸法を測定することによって得た。測定用パターン化薄膜は、第１または第２の実施例と同じ条件で形成された２つの初期形状のパターン化レジスト層１０３Ｂをフレームとして用いて、めっきを行うことによって作成した。測定用パターン化薄膜の断面は、集束イオンビームエッチングによって形成した。また、この断面における各寸法の測定は、測長走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）を用いて行った。
【００５８】
各実施例では、次に、スピンコート法により水溶性樹脂を塗布して、溝部１０３Ｃ内およびパターン化レジスト層１０３Ｂの上に水溶性樹脂層１０５を形成した。水溶性樹脂としては、２０重量％のポリビニルアセタール（積水化学工業社製エスレックＫＷ（製品名））水溶液を用いた。水溶性樹脂層１０５の厚さは、パターン化レジスト層１０３Ｂの上において２μｍになるようにした。
【００５９】
なお、各実施例で用いる水溶性樹脂には、特に制約はなく、特開平１０−７３９２７号公報に記載されている水溶性樹脂等の公知の種々の水溶性樹脂の中から、適宜選択して用いることができる。各実施例で用いる水溶性樹脂としては、具体的には、上記ポリビニルアセタール水溶液の他に、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸等を用いることができる。また、各実施例で用いる水溶性樹脂は、１種類の水溶性樹脂であってもよいし、複数種類の水溶性樹脂が混合されたものであってもよい。
【００６０】
各実施例では、次に、パターン化レジスト層１０３Ｂに対して熱処理を施し、パターン化レジスト層１０３Ｂを流動化させて、溝部１０３Ｃの幅を狭めた。熱処理は、ホットプレートを用いて、１２０℃の温度で、１２０秒間行った。次に、クーリングプレートを用いて、パターン化レジスト層１０３Ｂを室温まで冷却した。
【００６１】
各実施例では、次に、水洗によって水溶性樹脂層１０５を剥離し、更に、パターン化レジスト層１０３Ｂから純水を振り切り、パターン化レジスト層１０３Ｂを乾燥させた。
【００６２】
なお、各実施例では、上述の水溶性樹脂層１０５の形成からパターン化レジスト層１０３Ｂの乾燥までの工程を３回繰り返した。
【００６３】
各実施例では、次に、最終形状のパターン化レジスト層１０３Ｂをフレームととして用いて電気めっきを行って、溝部１０３Ｃ内に、ＮｉＦｅよりなるパターン化薄膜１０６を形成した。めっき浴としては、一般的なワット浴にＦｅイオン源を添加しためっき浴を用いた。パターン化薄膜１０６の厚さは４．５μｍとした。
【００６４】
各実施例では、次に、パターン化薄膜１０６を含む積層体を、アセトン中に浸漬し、揺動することによって、パターン化レジスト層１０３Ｂを溶解させて除去した。
【００６５】
各実施例では、次に、イオンミリング装置を用いて、下記の条件で、電極膜１０２を選択的にエッチングして、電極膜１０２のうち、パターン化薄膜１０６の下に存在する部分以外の部分を除去した。イオンミリング装置としては、コモンウェルス社製８Ｃ（製品名）を用いた。イオンミリング装置における出力は、５００Ｗ、５００ｍＡとした。エッチング室内のガスの圧力は３ｍＴｏｒｒ（約０．４Ｐａ）とした。イオン照射角度は０°（イオン照射方向が基板に垂直）とした。
【００６６】
次に、このようにして得られた各実施例におけるパターン化薄膜１０６の断面を、集束イオンビームエッチングによって形成し、この断面における各寸法を測長走査型電子顕微鏡を用いて測定することによって、各実施例におけるパターン化薄膜１０６の各寸法を測定した。
【００６７】
第１の実施例におけるパターン化薄膜１０６は、高さ（厚さ）が４．５μｍで、底部における幅は０．３５μｍで、底部から２．５μｍだけ離れた位置における幅は０．２５μｍであった。
【００６８】
第２の実施例におけるパターン化薄膜１０６は、高さ（厚さ）が４．５μｍで、底部における幅は０．２５μｍで、底部から２．５μｍだけ離れた位置における幅は０．２５μｍであった。
【００６９】
以下、図１９ないし図２４を参照して、第１または第２の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法を、マイクロデバイスの一例としての薄膜磁気ヘッドの製造方法に適用した例について説明する。図１９ないし図２４において、（ａ）はエアベアリング面に垂直な断面を示し、（ｂ）は磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示している。
【００７０】
本例における薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、図１９に示したように、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、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を、例えば１〜５μｍの厚みに形成する。次に、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、パーマロイ（ＮｉＦｅ）等の磁性材料よりなる再生ヘッド用の下部シールド層３を、例えば約３μｍの厚みに形成する。
【００７１】
次に、下部シールド層３の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる下部シールドギャップ膜４を、例えば１０〜２００ｎｍの厚みに形成する。次に、下部シールドギャップ膜４の上に、再生用のＧＭＲ素子５と、図示しないバイアス磁界印加層と、リード層６を、それぞれ、例えば数十ｎｍの厚みに形成する。
【００７２】
次に、下部シールドギャップ膜４およびＧＭＲ素子５の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる上部シールドギャップ膜７を、例えば１０〜２００ｎｍの厚みに形成する。
【００７３】
次に、上部シールドギャップ膜７の上に、磁性材料からなり、再生ヘッドと記録ヘッドの双方に用いられる上部シールド層兼下部磁極層（以下、下部磁極層と記す。）８を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。なお、下部磁極層８に用いる磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料である。下部磁極層８は、スパッタリング法またはめっき法等によって形成される。
【００７４】
なお、下部磁極層８の代わりに、上部シールド層と、この上部シールド層の上にスパッタリング法等によって形成されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層と、この分離層の上に形成された下部磁性層とを設けてもよい。
【００７５】
次に、図２０に示したように、下部磁極層８の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる記録ギャップ層９を、例えば５０〜３００ｎｍの厚みに形成する。次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部分において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。
【００７６】
次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図２０（ａ）において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を表している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。
【００７７】
次に、図２１に示したように、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【００７８】
次に、絶縁層１１のうちの後述するエアベアリング面２０側（図２１（ａ）における左側）の斜面部分からエアベアリング面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。トラック幅規定層１２ａは、第１または第２の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法によって形成される。
【００７９】
トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部１２ａ1と、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の斜面部分の上に形成され、ヨーク部分層１２ｃに接続される接続部１２ａ2とを有している。先端部１２ａ1の幅は記録トラック幅と等しくなっている。すなわち、先端部１２ａ1は記録トラック幅を規定している。接続部１２ａ2の幅は、先端部１２ａ1の幅よりも大きくなっている。
【００８０】
トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時に、コンタクトホール９ａの上に磁性材料よりなる連結部分層１２ｂを形成すると共に、接続部１０ａの上に磁性材料よりなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、下部磁極層８に磁気的に連結される部分を構成する。
【００８１】
次に、トラック幅規定層１２ａの周辺において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および下部磁極層８の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。記録ギャップ層９のエッチングには例えば反応性イオンエッチングが用いられ、下部磁極層８のエッチングには例えばイオンミリングが用いられる。図２１（ｂ）に示したように、上部磁極層１２の磁極部分（トラック幅規定層１２ａの先端部１２ａ1）、記録ギャップ層９および下部磁極層８の磁極部分の少なくとも一部の各側壁が垂直に自己整合的に形成された構造は、トリム（Trim）構造と呼ばれる。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。
【００８２】
次に、図２２に示したように、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料よりなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。次に、この絶縁層１４を、例えば化学機械研磨によって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂおよび接続層１３の表面に至るまで研磨して平坦化する。
【００８３】
次に、図２３に示したように、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）よりなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚みに形成する。なお、図２３（ａ）において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を表している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。
【００８４】
次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【００８５】
次に、図２４に示したように、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４，１６および連結部分層１２ｂの上に、パーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃのエアベアリング面２０側の端部は、エアベアリング面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して下部磁極層８に接続されている。
【００８６】
次に、全体を覆うように、例えばアルミナよりなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行って、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。
【００８７】
このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面（エアベアリング面２０）と再生ヘッドと記録ヘッド（誘導型電磁変換素子）とを備えている。再生ヘッドは、ＧＭＲ素子５と、エアベアリング面２０側の一部がＧＭＲ素子５を挟んで対向するように配置された、ＧＭＲ素子５をシールドするための下部シールド層３および上部シールド層（下部磁極層８）とを有している。
【００８８】
記録ヘッドは、エアベアリング面２０側において互いに対向する磁極部分を含むと共に、互いに磁気的に連結された下部磁極層８および上部磁極層１２と、この下部磁極層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た記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層８および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配設された薄膜コイル１０，１５とを有している。この薄膜磁気ヘッドでは、図２４（ａ）に示したように、エアベアリング面２０から、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の端部までの長さが、スロートハイトＴＨとなる。なお、スロートハイトとは、２つの磁極層が記録ギャップ層を介して対向する部分の、エアベアリング面側の端部から反対側の端部までの長さ（高さ）をいう。
【００８９】
次に、上記薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図２５を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図２４における基板１およびオーバーコート層１７からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、表面が媒体対向面となるレール部２１２が形成されている。レール部２１２の空気流入側の端部（図２５における右上の端部）の近傍にはテーパ部またはステップ部が形成されている。ハードディスクが図２５におけるｚ方向に回転すると、テーパ部またはステップ部より流入し、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図２５におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図２５におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図２５における左下の端部）の近傍には、薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。
【００９０】
次に、図２６を参照して、ヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【００９１】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【００９２】
図２６は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【００９３】
次に、図２７および図２８を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例とハードディスク装置について説明する。図２７はハードディスク装置の要部を示す説明図、図２８はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。各ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。
【００９４】
スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、本発明における位置決め装置に対応し、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。
【００９５】
ハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。
【００９６】
なお、本発明は上記各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の、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。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のパターン化薄膜形成方法によれば、光学的な限界によって決まる寸法よりも小さい幅の溝部を有するパターン化レジスト層を形成することができる。従って、本発明によれば、このパターン化レジスト層をフレームとして用いることによって、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細なパターン化薄膜をフレームめっき法を用いて形成することができるという効果を奏する。
【００９８】
また、本発明のパターン化薄膜形成方法によれば、下地の上面からの距離にかかわらずパターン化薄膜の幅がほぼ一定となるようにパターン化薄膜を形成することができるという効果を奏する。
【００９９】
また、本発明のパターン化レジスト層形成方法によれば、光学的な限界によって決まる寸法よりも小さい幅の溝部を有すると共に、下地の上面からの距離にかかわらず溝部の幅がほぼ一定となるようにパターン化レジスト層を形成することができるという効果を奏する。従って、このパターン化レジスト層をフレームとして用いることによって、光学的な限界によって決まる寸法よりも微細で、且つ下地の上面からの距離にかかわらず幅がほぼ一定となるパターン化薄膜を、フレームめっき法を用いて形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法における一工程を説明するための断面図である。
【図２】図１に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】図７に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図９】図８に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１０】図９に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法における一工程を説明するための断面図である。
【図１２】図１１に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１３】図１２に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１４】図１３に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１５】図１４に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１６】図１５に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１７】図１６に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態におけるパターン化レジスト層の初期形状を説明するための断面図である。
【図１９】本発明の各実施の形態に係るパターン化薄膜形成方法が適用される薄膜磁気ヘッドの製造方法を説明するための断面図である。
【図２０】図１９に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２１】図２０に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２２】図２１に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２３】図２２に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２４】図２３に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図２５】ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。
【図２６】ヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図２７】ハードディスク装置の要部を示す説明図である。
【図２８】ハードディスク装置の平面図である。
【符号の説明】
１０１…基板、１０２…電極膜、１０３Ａ…レジスト層、１０３Ｂ…パターン化レジスト層、１０３Ｃ…溝部、１０４…マスク、１０５…水溶性樹脂層、１０６…パターン化薄膜。
Claims (6)
- フレームめっき法によってパターン化薄膜を形成する方法であって、
下地の上に、溝部を有する初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程と、
前記溝部内に、流動性を有する材料を充填する工程と、
前記溝部内に流動性を有する材料が充填された状態で前記パターン化レジスト層に対して熱処理を施すことによって、前記溝部の幅を狭めて、前記パターン化レジスト層の形状を最終形状に変化させる工程と、
前記溝部より前記流動性を有する材料を除去する工程と、
前記最終形状の前記パターン化レジスト層をフレームとして用いてめっきを行って、前記溝部内に前記パターン化薄膜を形成する工程とを備え、
前記初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、前記下地と前記パターン化レジスト層との境界位置における前記溝部の幅が、他の位置における前記溝部の幅よりも小さくなるように、前記パターン化レジスト層を形成することを特徴とするパターン化薄膜形成方法。 - 前記初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、前記溝部に面する前記パターン化レジスト層の内壁部において、前記下地の上面から前記パターン化レジスト層の厚さの２分の１だけ離れた位置を第１の位置とし、前記下地の上面から前記パターン化レジスト層の厚さの１０分の１だけ離れた位置を第２の位置としたときに、前記下地と前記パターン化レジスト層との境界位置から前記第２の位置までの間における前記内壁部の少なくとも一部が、前記第１の位置と第２の位置とを通過する架空の線よりも前記溝部側に突出するように、前記パターン化レジスト層を形成することを特徴とする請求項１記載のパターン化薄膜形成方法。
- 前記流動性を有する材料は水溶性樹脂であることを特徴とする請求項１または２記載のパターン化薄膜形成方法。
- 下地の上に、溝部を有する初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程と、
前記溝部内に、流動性を有する材料を充填する工程と、
前記溝部内に流動性を有する材料が充填された状態で前記パターン化レジスト層に対して熱処理を施すことによって、前記溝部の幅を狭めて、前記パターン化レジスト層の形状を最終形状に変化させる工程と、
前記溝部より前記流動性を有する材料を除去する工程とを備え、
前記初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、前記下地と前記パターン化レジスト層との境界位置における前記溝部の幅が、他の位置における前記溝部の幅よりも小さくなるように、前記パターン化レジスト層を形成することを特徴とするパターン化レジスト層形成方法。 - 前記初期形状のパターン化レジスト層を形成する工程は、前記溝部に面する前記パターン化レジスト層の内壁部において、前記下地の上面から前記パターン化レジスト層の厚さの２分の１だけ離れた位置を第１の位置とし、前記下地の上面から前記パターン化レジスト層の厚さの１０分の１だけ離れた位置を第２の位置としたときに、前記下地と前記パターン化レジスト層との境界位置から前記第２の位置までの間における前記内壁部の少なくとも一部が、前記第１の位置と第２の位置とを通過する架空の線よりも前記溝部側に突出するように、前記パターン化レジスト層を形成することを特徴とする請求項４記載のパターン化レジスト層形成方法。
- 前記流動性を有する材料は水溶性樹脂であることを特徴とする請求項４または５記載のパターン化レジスト層形成方法。
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