JPH03277786A - パターン形成方法およびこれを用いて形成した薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はりソグラフイ技術における微細加工法に係り、
特に、大きな段差をもつ基板上の薄膜を物理スパッタ法
によって精度良く加工する方法、および、この方法を用
いて形成した薄膜磁気ヘッドに関する。

〔従来の技術〕

被加工薄膜にレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンのうちレジストのない部分の被加工材料をイオ
ンミリングで除去して所望のパターンを得る方法は周知
であり、湿式エツチングや反応性乾式エツチングで加工
できない材料を微細加工するために必須の方法である。

このレジストとして、例えば、フェノールノホラック系
レジスト（東京応化製０ＦＰＲ−８００）等が用いられ
る。これらのレジストは、薄膜を形成するためには、レ
ジスト材料を溶剤に溶かし、適当な粘度として被加工薄
膜上に滴下し、基板を回転させて行う、いわゆる、回転
塗布法が用いられる。

しかし、集積回路の高集積化により素子や配線が多層化
してきたり、薄膜技術の応用分野が広くなるにつれて凹
凸のはげしい基板上の薄膜をパターン化する必要が増大
してきた。

前述の回転塗布法でレジストを形成する場合には基板上
の凹部と凸部でレジストの厚みが異なるため、レジスト
の厚い部分の寸法精度が著しく悪くなるという問題があ
った。

この問題を解決するために、レジストの下に基板上の凹
凸を平坦化する有機樹脂層を形成した積層膜によるパタ
ーン形成法が提案されているが、この方法では、基板上
の凹部で、特に、平坦化層の膜厚が厚く、かつ壁面が垂
直に近く切り立っているので、物理スパッタを主とする
方法で加工した場合、この壁面にスパッタされた粒子が
付着する再付着現象が生じる。この再付着現象は寸法精
度を悪くするとともに、壁面から角状に堆積し、好まし
くない突起を生じる。

この問題を解決するために、特開昭６２−１３１４１２
号公報において、炭素膜とプラズマ重合によって形成し
たレジスト薄膜の二層膜によるパターン形成方法が提案
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、炭素膜とレジスト膜か段差にならって
均一な膜厚に形成されることと、感光してパターンを与
える層と物理的スパッタに耐えるマスク層とを別の材料
で構成するため膜厚を薄くできることの二点から、高精
度パターン形成には非常に優れた方法である。

しかし、プラズマ重合で形成したレジストは感光基をも
つモノマに高周波等を用いてプラズマ状態にして成膜す
るため、プラズマの高エネルギで感光基も一部分解する
ことが避けられない。従って、生成したレジストは感度
が低いという問題点があった。

本発明の目的はレジストの感度を向上し、かつ、このレ
ジストを用いた高精度パターンの形成方法を提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は高精度パターンの形成方法を用いて
、トラック部の磁性体をパターン化した薄膜磁気ヘッド
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、被加工面内に大きな高低差をもつ基板にレ
ジストパターンを形成し、物理スパッタ法を主とする乾
式エツチング方法によってレジストのない部分の被加工
材料を除去してパターンを形成する方法において、レジ
ストを蒸着重合法によって形成し、被加工面内のレジス
ト膜厚を均一化することによって達成される。

また、上記目的は酸素プラズマにより除去可能な第一層
の上に酸素プラズマにより除去され難い第二層を形成し
、さらに、この上に電磁波または粒子線照射および現像
によりパターン形成可能な第三層を形成して成る三層構
造の積層膜で、被加工面内に大きな高低差をもつ基板の
被加工材料をパターン化する方法において、前記第三層
を蒸着重合法で形成することにより達成される。

さらにまた、上記目的は前記パターン形成方法を用いて
薄膜磁気ヘッドのトラック部のパターン化を行うことに
よって達成される。

〔作用〕

蒸着重合法は、有機化合物の薄膜を基板上の段差部の高
い部分、あるいは、低い部分もしくは斜面の部分でも等
しい膜厚に形成することかできるため、この薄膜が感光
性をもつようにすることによって、段差のある被加工薄
膜をどの部分でも高精度に加工することかできる。ここ
で、感光性とは紫外光、遠紫外光、電子線、ｘＨ，に感
応する性質を示す。

また、感光性の蒸着重合膜の下層に酸素プラズマによる
乾式エツチングされ難い薄膜を形成し、さらに、この下
層に酸素プラズマでエツチングされ易く、かつ、物理ス
パッタされ難い薄膜を形成した構成をもつ場合、感光層
に焼き付けられたパターンを、順次、下層に転写するこ
とで、難加工性の材料から成る被加工薄膜を高精度で加
工することができる。ここで、物理スパッタとはイオン
ミリングや反応性イオンエツチングを言う。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図、第２図を用いて説明す
る。これらの図は本発明のパターン形成方法の一実施例
を示す工程図であり、第１図は蒸着重合膜のみを用いる
パターン形成方法を示し、第２図は三層構造膜を用いた
パターン形成方法を示す。

第１図において、　（ａ）工程は蒸着重合膜１を大きな
段差をもつ被加工薄膜２の上に形成する工程を示す。蒸
着重合とは有機化合物のモノマを単独、あるいは、複数
種類用いて、通常真空槽へ気相状態にして導入し、真空
槽に設置した基板上にモノマが反応して生成した高分子
化合物を堆積させることを言う。蒸着重合膜は紫外光、
遠紫外光、電子線、Ｘ線などを照射すると化学反応を起
し、特定の溶剤に対する溶解度の変化が生じ、これを利
用してパターンの形成が回加な性質をもつ薄膜である、 （ｂ）工程において、蒸着重合膜１に所望のパターンを
焼き付け（露光）、現像してレジストパターンを形成す
る。

ついで、　（Ｃ）工程で、例えば、Ａｒイオンによるイ
オンミリングなどでエツチングしてレジストパターンを
被加工薄Ｍ２に転写する。

次に、本発明のさらに好ましい形態である三層構造膜に
よるパターン形成方法について説明する。

第２図（ｄ）工程は大きな段差をもつ被加工薄膜２に酸
素プラズマによってエツチングされ易く、かつ、物理ス
パッタされ難い材料、例えば、炭素膜３を形成する工程
を示す。炭素膜は以下に示すような手段によって形成さ
れる。

ｊ）炭化水素を含むガスをプラズマ中で分解し、炭素膜
を堆積させるプラズマＣＶＤ法 ｉｊ）グラファイトカーボンをターゲットとしてプラズ
マ中のイオンにより炭素膜を堆積させるスパッタ法 ｎｉ）炭化水素ガスをイオン化し、加速して基板に衝突
させ、炭素膜を堆積させるイオンビームデポジション法 ｉｖ）グラファイトの蒸着法 次いで、　（ｅ）工程では、酸素プラズマによってエツ
チングされ難い材料から成る薄膜、例えば、Ｓｉ４を形
成する。酸素プラズマによってエツチングされ難い材料
として、金属や金属酸化物が挙げられる。炭素Ｍ３に対
する接着性が良好な点と乾式エツチングが可能な点から
ＳｉやＴｉなどか好ましく用いられる。

（ｆ）工程で蒸着重合膜ｌを形成する。

次いで、（ｇ）工程で蒸着重合膜１に所望のパターンを
露光、現像によって形成する。

次に、（ｈ）工程において、蒸着重合膜１に形成された
パターンをマスクにしてＳｉ４をエツチングする。この
ときのエツチングは乾式エツチングなかでも異方性に優
れたりアクティブイオンエツチング（ＲＩＥ）が好まし
い。

（ｉ）工程では、Ｓｉ４に形成されたパターンをマスク
にして炭素膜３をエツチングする。炭素膜のエツチング
は酸素プラズマによる乾式エツチングが望ましい。さら
に望ましくは酸素プラズマによるＲＩＥである。このよ
うに、　（ｈ）工程および（１）工程で異方性の優れた
ＲＩＥを用いることで、レジストパターンが精度良く下
層材料（Ｓ　ｉ　４および炭素膜３）に転写することが
できる。なお、この工程で最上層のレジスト（蒸着重合
膜１）は炭素膜と同時にエツチングされて除去される。

最後に、　（ｊ）工程で、Ｓｉ４および炭素膜３に形成
されたパターンをマスクにして、被加工薄膜２をパター
ン化する。このパターン化には、通常、Ａｒイオンのイ
オンミリングが用いられる。

このとき、エツチングマスクとなるのは主として炭素膜
３である。なお、本工程の終了した後に、残存する炭素
膜４はそのまま残して次の工程に移ることもできるし、
また、酸素プラズマによりエツチングして除去すること
もできる（図示せず）。

次に、具体的な実施例を挙げて詳述する。

〔実施例１〕 深さ１０μｍ１幅５０ＡＬｍのラインアンドスペースの
ポリイミド樹脂の直線パターンをもつシリコンウェハに
パーマロイをスパッタ法で１μｍの厚さに形成し、さら
に、繰り返し単位の構造式で示されるポリイミド樹脂を
蒸着重合法によって１μｍの厚さに成膜した。

上記、繰り返し単位の薄膜は、ピロメリット酸二無水物
と２−二トローＰ−キシリレンジアミンを真空装置内に
別々に設置し、ｌＸｌ０’Ｔｏｒｒ以上の真空度に排気
後、両者を加熱蒸発させ離れた場所に設置した基板上に
２．０μｍの厚さ堆積させた。そして、真空槽から取り
出した後、１５０℃で１時間加熱処理した。このように
して形成したポリイミドに５μｍ幅のラインアンドスペ
ースのパターンをもつ石英製フォトマスクを用いて、ポ
リイミドパターンと直交するようにｌＯＯｍＪ／ａｎｔ
　（２５４ｎｍ）の遠紫外光を照射し、Ｎ−メチル−２
−ピロリドン中に浸して現像した。

二の結果、ポジ形のレジストパターンが形成され、パー
マロイが露出した。

次に、露出したパーマロイをＡｒイオンのイオンミリン
グによってエツチングした。イオンミリング条件は以下
に示す通りであった。

加速電圧　　　７００ｖ 減速電圧　　　２００Ｖ アーク電圧　　８０Ｖ Ａｒ流量　　　１５８Ｃ，ＣＭ イオン入射角　０゜ このようにして形成したパーマロイのラインアンドスペ
ースパターンの線幅を測定したところ、４．９±０．２
μｍであり優れた精度をもっていた。

また、パターン形状も良好で再付着は認められなかった
。

〔比較例〕

実施例１と全く同様にしてシリコンウェハ上に深さ１０
μｍ、幅５０１ｔｍのラインアンドスペースのポリイミ
ドパターンを形成し、さらに、この上にパーマロイを１
μｍの厚さに形成した。

この基板上にメチルイソプロペニルケトンのプラズマ重
合膜を２．０μｍの厚さ形成した。成膜条件を以下に示
す。

モノマ流量　　４０ＳＣＣＭ モノマ圧力　　０．１Ｔｏｒｒ ＲＦ電力　　　８０Ｗ 基板温度　　　７０℃ このようにして得たレジストに実施例１と同じフォトマ
スクを用いて、１００ｍＪ／ａ＋ｆ　（２５４ｎｍ）の
露光量で遠紫外光を照射し、メチエチルケトンで現像し
たところ、パターンは全く現われなかった。そこで、さ
らに５０００ｍＪ／ｃｎｆ　（２５４ｎｍ）追加露光し
て始めて明確なポジ形パターンのレジストとなり、実施
例１と比べて二相以上感度が悪かった。

次に、実施例１と同様にしてパーマロイをエツチングし
たところ、パーマロイのパターン精度は５．０±０．２
μｍと良好であり、再付着も認められなかった。

〔実施例２〕 実施例１と同様にして、シリコンウェハ上に深さ１０μ
ｍ、幅５０μｍのラインアンドスペースのポリイミドパ
ターンを形成し、さらに、この上に厚さ１μｍのパーマ
ロイを形成した。

この基板上に厚さ１μｍの炭素膜を次の手順で形成した
。すなわち、ステンレス製真空槽内部に半径Ｌｏａｎの
一対の円板状平行平板電極をもち、その一方は高周波電
源とマツチングボックスを介して電気的に接続され、他
方は真空槽とともに接地された電極構造をもつプラズマ
ＣＶＤ装置の高周波印加側電極上に基板を設置し、基板
を２００℃に加熱した。真空槽を１ＸＩＯ’Ｐａの真空
度まで排気した後、ｎ−ヘキサンを毎分１０ｍΩ供給し
、排気速度を調節して圧力を２．６Ｐａに保った。次に
、周波数１３．５６Ｍ比、電力２００Ｗの高周波電力を
印加してプラズマを発生させ、この状態で２０分間プラ
ズマを保持した後、高周波電力の印加を止めた。

次に、この基板上にＳｉをＲＦスパッタ法で０．２μｍ
の厚さに形成した。

さらに、この上に下記の構造の繰り返し単位から成る有
機蒸着重合膜のパターン（実施例１と同じ）を以下の通
りに形成した。すなわち、等モルのＰ−ベンゼンジチオ
ールとＰ− ８−〇　−５−ＣＨ＝ＣＨ−○−ＣＨ＝ＣＨジェチニル
ベンゼンを混合して真空槽内に設置し、槽内を真空排気
して、ｌＸｌ０″Ｔｏｒｒにする。

次に、モノマを加熱して蒸発させると、基板に薄膜が堆
積した。このときの薄膜の厚さは１μｍであった。

次に、この薄膜に実施例１と同じフォトマスクを用いて
下層のポリイミドパターンと直交するようにｌ　ＯＯｍ
Ｊ／ａｄ　（３６５ｎｍ）の紫外光を照射現像して、ネ
ガパターンを得た。

次に、この基板を先の炭素膜を形成したときと同じ真空
装置、同じ電極側に設置し、真空排気の後、ＣＦ４（０
，５％入り）を毎分２０ｍΩの流量で導入して内圧を１
０Ｐａとし、高周波電力１０ｏＷを４分間印加した。こ
の工程でレジストのパターンはＳｉ膜に転写された。

続いて、基板を真空装置内に入れたまま、−担真空排気
してｌＸ１０”Ｔｏｒｒにし、酸素ガスを毎分５ｍΩ導
入して内圧を１．３　Ｐ　ａにし、高周波電力１００Ｗ
を３０分間印加した。これにより、Ｓｉのパターンが炭
素膜に転写され、パターンのない部分のパーマロイが露
出した。

次に、パーマロイのイオンミリングを以下の通りに行っ
た。基板をイオンミリング装置の基板ホルダに設置し、
加速電圧が７００Ｖ、減速電圧が２００Ｖ、アーク電圧
が８０Ｖ、Ａｒ流量が毎分１５ｍΩ、イオン入射角が０
°の条件で２０分間イオンミリングを行い、露出した部
分のパーマロイを除去した。

以上のようにして形成したパターンの精度は４．３±０
．３μｍであり優れた加工精度をもっていた。また、再
付着も認められなかった。

〔実施例３〕 次に、第３図および第４図により、薄膜磁気ヘッドのト
ラック部加工について以下に述べる。

直径３インチの非磁性基板５にパーマロイを１．５μｍ
の厚さにスパッタし、フォトエツチング技術によって下
部コア層６とする。

次に、アルミナをスパッタ法により０．５μｍの厚さに
形成し、フォトエツチング技術を用いてギャップ層７と
する。

続いて、ポリイミド系樹脂（日立化成製Ｐ　Ｉ　Ｑ）を
回転塗布し、ついで、加熱硬化し、フォトエツチング技
術によりパターン化して厚さ２μｍの絶縁膜８とする。

さらに、Ｃｕを１．５μｍの厚さにスパッタで形成し、
フォトエツチング技術を用いてらせん状にパターン化し
コイル９とする。

コイル９上にポリイミド系樹脂の絶縁膜を形成し、厚さ
２．５μｍの絶縁層１１とした。

続いて、パーマロイを１．５μｍの厚さにスパッタして
、−様な上部コア層１１を形成する。

このようにして形成した上部コア層１１のパターン化を
実施例２と同様にして行なった。すなわち、炭素膜とＳ
ｉとＰ−ベンゼンジチオールとＰ−ジェチニルベンゼン
の蒸着重合膜の三層膜を用いて上部コア１１のパターン
を形成した。上部コア層１１の先端部の幅がトラック幅
１２となるが、このトラック幅１２の基板内ばらつきは
１０±０．６μｍであり、高い加工精度を示した。また
、パターン側面に再付着は全く認められなかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、段差部をもつ基板に均一な厚さでレジ
ストを形成することができ、現像時の寸法精度を向上す
ることができる。また、レジストの厚さを段差の凹部で
も薄くできるので、イオンミリングの際の再付着を防ぐ
ことができ、加エバターン精度の向上および断面形状改
善の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す工程図、第２図は本発
明の他の実施例を示す工程図、第３図は本発明の薄膜磁
気ヘッドの一部の平面図、第４図は第３図のｘ−ｘ’　
切断拡大断面図である。 １・・・蒸着重合膜、２・・・被加工薄膜、３・・・炭
素膜、４・・・Ｓｉ。 １１・・・上部コア層、 １２・・・トラック幅、９

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．被加工面内に大きな高低差をもつ基板にレジストパ
   ターンを形成し、物理スパッタ法を主とする乾式エッチ
   ング方法によってレジストのない部分の被加工材料を除
   去してパターンを形成する方法において、 前記レジストを蒸着重合法によって形成し、前記被加工
   面内の前記レジストの膜厚を均一化したことを特徴とす
   るパターン形成方法。
2. ２．酸素プラズマにより除去可能な第一層の上に前記酸
   素プラズマにより除去され難い第二層を形成し、さらに
   この上に電磁波、または、粒子線照射および現像により
   パターン形成可能な第三層を形成して成る三層構造の積
   層膜で、被加工面内に大きな高低差をもつ基板の被加工
   材料をパターン化する方法において、 前記第三層を蒸着重合法で形成することを特徴とするパ
   ターン形成方法。
3. ３．請求項１または２に記載のパターン形成方法を用い
   て、薄膜磁気ヘッドのトラック部の磁性体をパターン化
   した薄膜磁気ヘッド。