JPH04187786A - 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、フェノールノボラック系
レジスト（東京応化製ＯＦ　Ｐ　Ｒ−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、ｓ膜技術の応用分野が広くなるにつれて、
凹凸の高低差が大きい基板上の薄膜をパターン化する必
要が増大してきた。

ところが、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、レジストの下層に基板上の
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６３−２９７４３５
号公報では、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が段差にならって
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、段差に
ならって均一な膜厚に形成される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。

本発明でいう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を反応させ
ながら高分子化合物を堆積させることを言う。

また、上記目的を達成するため、本発明は酸素プラズマ
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
は粒子線を照射し、次いで現象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。

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なうこと
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ができるため、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ができる。ここ
で、感光性とは紫外線、遠紫外線、電子線、Ｘ線に感応
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
パターン形式方法を示し、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ＩＩＩ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
着重合膜は紫外線、遠紫外線、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可能な性質
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作成す
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
加工薄膜２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積層膜に
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。

１）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 ｉｔ　）カーボンをターゲットとしてプラズマ中で炭素
膜を堆積させるスパッタ法 １ｉｉ）炭化水素ガスをイオン化し、加速して基板と衝
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。炭素膜３に対す
る接着性が良好な点と乾式エツチングが容易な点からＳ
ｉやＴｉなどが好ましく用いられる。

（ｆ）工程で蒸着重合膜１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、現象によって形成する。

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
優れたりアテイブイオンエッチング（ＲＩ　Ｅ）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（ｉ）工程で異方性の優れたＲ
ＩＥ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、この工程で最上階のレジスト（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５０μｍのラインアンドスペースのポ
リイミド樹脂の縞模様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［Ａｒ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−ニトロ−ｐ−キシリレンジアミンを真空装置内に
別々に設置し、ｌＸｌ０−’Ｐａ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、１００℃で一時間加
熱処理した。このようにして形成した薄膜に５μｍ幅の
ラインアンドスペースの縞模様パターンをもつフォトマ
スクをポリイミドパターンと直交するように配置して４
．００　ｍ　Ｊ　／　ｃｕｔ　（２５４ｎｍ　）の遠紫
外光を照射し、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド中に浸し
て現象した。この結果、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　　　７００■ 減速電圧　　　２００Ｖ アーク電圧　　８０Ｖ Ａｒ流量　　　１５　ｒｒｌ／ｍｉｎ 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、基板面内３０箇
所の寸法ばらつきは５．３０±０．２４μｍ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
μｍ１幅５０μｍのラインアンドスペースのボリミイド
パターンを形成し、さらに、この上にパーマロイを１μ
ｍの厚さに形成した。

この基板上にメチルイソプロベニ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　　４０　ｍＱ／　ｍ　ｉ　ｎモノマ圧力　
　１３．３Ｐａ 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、パターン形成を試みたところ、４００ｍ
Ｊ／　ａｄ　（２５４ｎｍ）の露光量の遠紫外光では、
エチルアルコールで現象したところ、パターンは全く現
われなかった。そこで、さらに８０００ｍＪ／　ａｄ　
（２５４ｎｍ）追加露光してはじめて明確なポジ形パタ
ーンのレジストとなり、実施例１と比べて一桁以上感度
が悪かった。

〔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
ｍ１幅５０μｍ１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１０ｃｍ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Ｉ　Ｘｌ０−’　Ｐａ
の真空度まで排気した後、ｎ−ヘキサンを毎分１０ｍＱ
供給し、排気速度を調節して圧力を２．６　Ｐ　ａに保
った。次に、周波数１３．５６ＭＨｚ、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分間放電状態を保持した後、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、この上に実施例１と同じ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を実施例１と同様に形
成した。ただし、このときの重合膜の厚さは０．５μｍ
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４００ｍＪ
／　ａｄ　（２５４ｎｍ）の遠紫外光を照射、次いで現
像して、ポジパターンを得た。

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、ＣＦ、（０
□５％入り）を毎分２０ｎ＋Ｑの流量で導入して内圧を
１ＯＰａとし、高周波電力１００Ｗ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、−旦、真空排
気して１．３ＸＩＦ”Ｐａにし、酸素ガスを毎分５ｍＱ
導入して１．３Ｐａ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、レジスト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７００　Ｖ、減速電圧が２００■、アーク電
圧が８０Ｖ、Ａｒ流量が毎分１５　ｍ　Ｑ％イオン入射
角が　Ｏｏ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。

このようにして形成したパターンの基板面内三十箇所の
寸法ばらつきは５．３５±０．３０μｍであり優れた加
工精度であった。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（日立化製Ｐ　Ｉ　Ｑ）を回
転塗布し、次いで加熱硬化し、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膜とピロメリット酸と２−二トロ＝ｐ−−−キシリレ
ンジアミ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
トラック幅となるが、このトラック幅１２の基板内三十
箇所の寸法ばらつきは１１．０±０．５０μｍ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、現像後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説明図、第２図は
本発明の他の実施例を示す工程説明図、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　・・・・・・　５ｉ １１・・・・・・上部コア層 １２・・・・・・　トラック幅 代理人弁理士　−」；　ｍ−′勝男 〒１反　　　　　　　　弊２図 ｉ５図 ｔ 〒４図 ５　６　　“ｆ　　じ

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象により
   パターン形成可能な第三層を形成した三層構造の積層膜
   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。