JPH0513323A - パターン形式方法および薄膜磁気ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高段差基板上の薄膜をイオンミリング等の物理
エッチングで高精度にパターン化する。 【構成】感光性の蒸着膜１とＳｉ膜４と炭素膜３の積層
膜によって、順次、パターンを転写し、下層の被加工薄
膜２を高精度エッチング可能とした。 【効果】蒸着膜は段差被服性が優れているため、レジス
トの厚さを段差凹部で薄くできるので、イオンミリング
時の再付着を防ぎ寸法精度を向上する効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はリソグラフィ技術におけ
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。

【０００２】

【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、湿式エッチングや反応性乾式
エッ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ＯＦＰＲ‐８０
０）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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】この問題を解決するために、特開昭６３―
２９７４３５号公報で、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。

【０００７】

【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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】本発明の他の目的は前記高精度パターンの
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。

【００１１】

【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、レジストを蒸着法によって
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。

【００１２】本発明でいう蒸着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
堆積させることを言う。

【００１３】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、前記第三層を蒸着法で形成することにより達成され
る。

【００１４】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。

【００１５】

【作用】蒸着法は、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
もほぼ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。

【００１６】また、感光性の蒸着膜の下層に酸素プラズ
マによる乾式エッ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ッチングされ易く、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
オンエッチングを言う。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１，図２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、図１は蒸着膜のみを用いる
パターン形式方法を示し、図２は三層構造膜を用いたパ
ターン形成方法を示す。

【００１８】図１において、（ａ）工程は蒸着膜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。

【００１９】（ｂ）工程において、蒸着膜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。

【００２０】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ッ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。

【００２１】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。
図２（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ッチングされ易く、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。

【００２２】ｉ）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 ii）カーボンをターゲットとしてプラズマのイオンで炭
素膜をたたき出し、相対する基板上に堆積させるスパッ
タ法 iii）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ッチ
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ッ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ッ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。

【００２３】（ｆ）工程で蒸着膜１を形成する。

【００２４】次いで、（ｇ）工程で蒸着膜１に所望のパ
ターンを露光、現象によって形成する。

【００２５】次に、（ｈ）工程において、蒸着膜１に形
成されたパターンをマスクにしてＳｉ４をエッチングす
る。このときのエッチングは乾式エッチングなかでも異
方性に優れたリアティブイオンエッチング（ＲＩＥ）が
好ましい。

【００２６】（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をエッチングする。炭素膜
のエッチングは酸素プラズマによる乾式エッチングが望
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（Ｓｉ４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
着膜１）は炭素膜と同時にエッチングされて除去され
る。

【００２７】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、エッ
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
ラズマによりエッ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。

【００２８】〈実施例１〉深さ１０μｍ、幅５０μｍの
ラインアンドスペースのポリイミド系樹脂（日立化成製
ＰＩＱ樹脂）の縞模様パターンをもつ直径３インチのシ
リコンウェハにパーマロイをスパッタ法で１μｍの厚さ
に形成した。この上に１，４−ジエチニルベンゼンと
１，４−ベンゼンジチオールの当量混合物を真空装置内
に設置し、１×１０~⁴Ｐａ以上の真空度に排気後、前記
混合物を６０℃に加熱、蒸発させ、水冷した基板上に
２．０μｍの厚さに推積させた。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系樹脂パターンと
直交するように配置して４５０ｍＪ／cm²（３６５ｎ
ｍ）の紫外光を照射し、メタノールに浸して現象した。
この結果、ネガ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。

【００２９】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ッチングした。イオンミリン
グ条件は以下に示す通りであった。

【００３０】加速電圧 ７００Ｖ 減速電圧 ２００Ｖ アーク電圧 ８０Ｖ Ａｒ流量 １５ ｍｌ／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５．４０±０．２７μｍ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。

【００３１】〈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１０μｍ、幅５０μｍのラインアン
ドスペースのポリミイド系樹脂パターンを形成し、さら
に、この上にパーマロイを１μｍの厚さに形成した。

【００３２】この基板上にメチルイソプロペニケトンの
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。

【００３３】モノマ流量 ４０ ｍｌ／ｍｉｎ 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／cm²（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／cm²（２５４
ｎｍ）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と比べて一桁以上感度が悪かっ
た。

【００３４】〈実施例２〉実施例１と同様にして、直径
３インチのシリコウェハ上に深さ１０μｍ、幅５０μ
ｍ、のラインアンドスペースのポリイミド系樹脂パター
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。

【００３５】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
は高周波電源とマッ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１×１０~⁴
Ｐａの真空度まで排気した後、ｎ−ヘキサンを毎分１０
ｍｌ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１３．５６ＭＨｚ、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。

【００３６】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。

【００３７】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系樹脂パターンと直交す
るように配置して、４５０ｍＪ／cm²（３６５ｎｍ）の
紫外光を照射、次いで現像して、ネガパターンを得た。

【００３８】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（Ｏ₂５％入り）を毎分２０ｍｌの流量で導入
して内圧を１０Ｐａとし、高周波電力１００Ｗを四分間
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、一
担、真空排気して１．３×１０~¹Ｐａにし、酸素ガスを
毎分５ｍｌ導入して１．３Ｐａにし、高周波電力１００
Ｗ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。

【００３９】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２００
Ｖ、アーク電圧が８０Ｖ、Ａｒ流量が毎分１５ｍｌ、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。

【００４０】以上のようにして形成したパターンの基板
面内３０箇所の寸法ばらつきは５．５５±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。

【００４１】〈実施例３〉次に、図３および図４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。

【００４２】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、フォトエッチング
技術によって下部コア層６とする。

【００４３】次に、アルミナをスパッタ法により０．５
μｍの厚さに形成し、フォトエッチング技術を用いてギ
ャップ層７とする。

【００４４】続いて、ポリイミド系樹脂（日立化製ＰＩ
Ｑ）を回転塗布し、次いで加熱硬化し、フォトエッチン
グ技術によりパターン化して厚さ２μｍの絶縁膜８とす
る。

【００４５】さらに、Ｃｕを１．５μｍの厚さにスパッ
タで形成し、フォトエッ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。

【００４６】コイル９上にポリミイド系樹脂の絶縁膜を
形成し、厚さ２．５μｍの絶縁層１１とした。

【００４７】続いて、パーマロイを１．５μｍの厚さに
スパッタして、一様な上部コア層１１を形成する。

【００４８】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Ｓｉ膜と１，４−ジエチニルベンゼンと
１，４−ベンゼンジチオールの混合物から成る蒸着膜を
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３０箇所の寸法ばらつきは１１．０±
０．５５μｍ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。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、段差部をもつ基板にほ
ぼ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、加工パターン精度の向
上および断面形状改善の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す工程図、

【図２】本発明の他の実施例を示す工程図、

【図３】本発明の薄膜磁気ヘッドの一部の平面図、

【図４】第３図のＩＶ−ＩＶ矢視断面図。

【符号の説明】

１…蒸着膜、２…被加工薄膜、３…炭素膜、４…Ｓｉ、
１１…上部コア層、１２…トラック幅。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｃ 7179−4Ｋ Ｇ１１Ｂ 5/31 Ａ 7326−5Ｄ Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｈ 7353−4Ｍ (72)発明者 池田 宏 神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社 日立製作所小田原工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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、 前記第三層を蒸着法で形成することを特徴とするパター
   ン形成方法。
3. 【請求項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。