JPH05134402A

JPH05134402A - ドライエツチング用レジストマスク並びにそのレジストマスク樹脂組成物とそのレジストマスクを用いたドライエツチングによる微細加工方法

Info

Publication number: JPH05134402A
Application number: JP3030837A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Azuma; 東　　和文; Kazuo Nate; 和男名手; Hideki Sonobe; 秀樹薗部; Akiko Mizushima; 明子水島; Saburo Suzuki; 三郎鈴木; Hiroshi Ishizaki; 浩石崎; Hiroshi Ikeda; 宏池田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-02-26
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 1993-05-28
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JP2863018B2

Abstract

(57)【要約】【目的】難加工性材料をドライエッチング加工する際、
マスク材のエッチング耐性を高めることにより、被エッ
チング材に対する選択比を向上させ、高精度微細加工を
可能とするレジストマスクと、このマスクを形成する樹
脂組成物と、このマスクを使用したドライエッチングに
よる微細加工方法を得ることにある。【構成】ドライエッチング用レジストマスク樹脂組成物
２は、分子内（主鎖又は側鎖）に芳香族基を有するマト
リックスポリマーに、炭素系充填材を混合したものを主
成分とする樹脂組成物とし、これをドライエッチング耐
性の高いレジストマスク材とする。炭素系充填材を含有
したレジストマスクは、アルゴン、キセノン等の希ガス
イオンのドライエッチングに対する耐性が格段に向上
し、高精度のドライエッチング微細加工を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、難加工性材料の高精度
ドライエッチング加工に用いるドライエッチング用レジ
ストマスクにかかわり、特に、磁気記憶装置に用いられ
る磁気ヘッドの精密微細加工、例えばトラック幅加工、
ヘッドスライダーレール加工に好適なドライエッチング
用レジストマスクと、それを形成するための樹脂組成物
およびそれを用いたドライエッチングによる微細加工方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ドライエッチングによる
微細加工は、高精度の加工を必要とする各種の分野で利
用されている。以下、磁気記憶装置の中で磁気デスク装
置の例を代表例として説明する。近年、磁気ディスク装
置に於いては、情報量の増大と共に、高記録密度化が要
求され、これに伴い記録媒体（磁気ディスク）への記録
ならびに記録媒体からの再生を行なう磁気ヘッドでは、
薄膜磁気ヘッドが使用されつつあり、この磁気ヘッドの
スライダーでは浮上量の低減化が要求され、浮上するス
ライダーと回転する磁気ディスク面との間隔が極めて狭
くなり、スライダー加工の微細化、高精度化が急務とな
っている。

【０００３】従来から薄膜磁気ヘッドスライダーの加工
は、機械加工によって行なわれてきたが、微細化や曲面
を含む形状等の観点から最早、加工精度に限界があり新
たな加工方法の開発が望まれていた。そこで、これらの
課題に対処するため、ドライエッチングによりヘッドス
ライダーの精密パターンを形成する方法が提案されてい
る。この方法は、機械加工に較べて精度よく無歪に加工
できる点で優れているが、ドライエッチングのマスクと
して、金属薄膜パターンを用いているため、通常、磁性
材料等の難加工性材料の加工の際に一般的に用いられる
アルゴンのイオンエッチングに対し耐性が低く、０．１
μｍ以下の浮上量を達成出来るほどの加工精度を得るの
は困難であった。なお、この種のドライエッチングに関
するものとしては、例えば、特開昭６２−１２４６８４
号公報を挙げることができる。

【０００４】また、最近では、例えば、バキューム、１
９８８年、第３８巻、第１１号、第１００７ページ〔Ｖ
ａｃｕｕｍＶｏｌ．３８，Ｎｕｍｂｅｒ１１，Ｐａｇ
ｅｓ１００７〜１００９（１９８８）〕や、米国特許第
４，８７８，２９０号明細書に述べられているように、
アルゴンイオンエッチングに耐性のある有機高分子材料
をマスク材に用いる検討が進められている。しかしなが
ら、この場合もアルゴンイオンのスパッタリング収率に
対する入射角依存性が大きく、このためにレジストマス
クが必然的に厚くなり加工精度がでない。これらのレジ
ストマスクとして、最近ではポリスチレン系、フェノー
ルノボラック系など分子内に芳香族基（ベンゼン核）を
有する炭化水素系マスク材等が一般的に用いられるよう
になってきた。しかし、これらのレジストマスクのアル
ゴンイオンエッチング耐性はまだ不十分でありスライダ
ー等を加工する際の加工深さが大きい場合、加工深さに
応じてマスクレジストをかなり厚く付ける必要があり、
上述のように加工精度がでない。

【０００５】一方、アルゴンイオン耐性の優れたマスク
材として、カーボン膜をマスクとして用いる例がある。
緻密なカーボン膜は他のマスク材に較べてアルゴンイオ
ンに対するスパッタ収率が小さく、優れたエッチングマ
スク材となり得る。ところが、通常、緻密なカーボン膜
を形成する場合のカーボン膜の成膜速度は、静止対向型
スパッタリング装置で高速に成膜しても１時間当り１μ
ｍ以下と非常に遅く、例えば薄膜磁気ヘッドスライダー
加工のように加工深さが２０μｍもある場合にはカ−ボ
ン膜の成膜に数十時間もかかってしまうという問題があ
る。また、成膜方法も真空中で行なうことからスループ
ットが問題となり、製造コスト低減のネックとなる。さ
らに、カ−ボン膜では感光性の付与が不可能なためリソ
グラフィによるパターン化が困難で、将来的なプロセス
合理化の可能性がない等の問題がある。なお、この種の
カーボンマスクに関連するものとしては、例えば特開昭
６３−１６８８１０号公報が挙げられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は上記従来技術の欠点を解消することにあり、その
第１の目的は、優れたドライエッチング耐性を有するド
ライエッチング用レジストマスクを、第２の目的はこの
マスクを得るための樹脂組成物を、そして第３の目的は
このマスクを用いたドライエッチングによる微細加工方
法を、それぞれ提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、ドライエ
ッチングする際に、アルゴンイオンのスパッタ収率の最
も小さい元素として炭素に注目し、これを利用した高精
度低コストドライエッチング加工プロセスの実験、検討
を進めてきた。その結果、分子内（主鎖および／または
側鎖）に、例えばベンゼン、ナフタリン、アントラセン
等のベンゼン核を有する、即ち芳香族基を有するマトリ
ックスポリマーを主成分とするドライエッチングレジス
トマスク材中に、炭素系充填材を分散、混入させたとこ
ろ、アルゴンイオン耐性を大幅に向上できることを見出
した。即ち、マトリックスポリマー中に所定量の炭素系
充填材を分散、混入させることによりドライエッチング
時の被エッチング材に対するマスクの選択比を大幅に向
上できることがわかった。

【０００８】本発明は、かかる知見に基づいて為された
ものであり、上記課題を解決するための手段につき以
下、順次具体的に説明する。アルゴンイオンを用いたド
ライエッチング法は、例えば、磁気ヘッドスライダーの
レール加工や、磁気ヘッドトラック幅加工など、難加工
性材料の高精度ドライエッチ加工の際に用いられる。こ
の場合、難加工性材料とは、例えばアルミナチタンカー
バイドや酸化チタン、酸化ジルコニウム、パーマロイ等
をさす。これらの材料を加工する場合は、通常はこれら
の基板上にマスク材をリソグラフィ技術によりパターニ
ングしておき、アルゴンイオンに代表される希ガスイオ
ンや、これに四フッ化炭素など化学的にエッチングを助
長するガスを加えて、基板をドライエッチング加工す
る。この時、マスク材のエッチング耐性が小さい場合、
上記難加工性材料に対するエッチングマスク材の選択比
が小さい為、マスク表面がエッチングされる度合いを考
慮して予めマスク材の膜厚を厚くしておく必要が有る。
ところが、マスク材の膜厚が厚いと、加工時の寸法精度
が低下してしまうという問題が有る。通常はエッチング
耐性を高める為、マスク材として、分子中に芳香族基を
多く有するポリマーを用いる。

【０００９】しかしながら、これらの材料では、アルゴ
ンイオンの被エッチング材への入射角が垂直からずれて
くるとドライエッチング耐性の入射角依存性が大きくな
り、被エッチング材に対する選択比が大きく低下する。
アルゴンイオンビームの入射角は、被エッチング材とマ
スク材との選択比やエッチングレート、エッチング時の
再付着現象に大きく影響する。たとえば、垂直入射では
エッチング時の再付着などの問題があり、入射角を最適
化する必要がある。通常は基板に立てた垂線から１５度
から６０度の範囲で用いることが好ましいが、入射角依
存性の大きいレジストではエッチング耐性が低下し、こ
の最適化の際のマ−ジンがとれない。エッチング時のマ
ージンを上げる為には、入射角依存性の小さい材料をマ
スクにする必要が有る。さらにマスク材のパタ−ン断面
は垂直でなく必ずテ−パ−角がついているため、たとえ
アルゴンイオンビ−ムを垂直入射させてもエッチング中
にテ−パ−角が変化し入射角依存性が大きくでるように
なる。

【００１０】そこで、本発明では、安価に、しかも入射
角依存性の少ない高選択比の条件で高精度に難加工性材
料を加工する為、レジストマスク材中に、アルゴンイオ
ンに対するスパッタ収率の小さい炭素粉を分散、含有さ
せるものである。

【００１１】すなわち、上記本発明の第１の目的は、所
定の被エッチング材となる基板上にマスクとして形成さ
れた分子内（主鎖または側鎖）に芳香族基を有するマト
リックスポリマーを主成分とするレジストマスクであっ
て、前記マトリックスポリマー中に炭素系充填剤を分
散、含有せしめて成るドライエッチング用レジストマス
クにより、達成される。耐ドライエッチング性の向上効
果としては、材料の組合せにより異なるが、最低でもド
ライエッチング用レジストマスクに対し、被エッチング
材のエッチング速度比を０．８以上にすることが可能で
ある。

【００１２】そして、この炭素充填剤を含むレジストマ
スクを被エッチング基板上に形成するための樹脂組成物
を得る第２の目的は、分子内に芳香族基を有するマトリ
ックスポリマーおよびこれを溶解する溶媒を主成分とす
る樹脂組成物であって、前記樹脂組成物中に炭素系充填
剤を分散、含有せしめて成るドライエッチング用レジス
トマスク樹脂組成物により、達成される。すなわち、上
記第１の目的は、第２の目的を達成する樹脂組成物を作
成し、これを基板上に塗布するか、あるいはこの樹脂組
成物で形成しフィルムを基板にラミネートすればよい。

【００１３】なお、樹脂組成物を調製する際に用いる溶
媒としては、マトリックスポリマーの種類によって異な
るが、基本的には樹脂成分を溶解し得るものであればよ
く、上記樹脂成分の溶解性、炭素系充填剤の分散性、塗
布時の成膜性等を考慮して最適化する必要が有る。一般
には、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブ
アセテート、プロピレングリコールアセテート、シクロ
ヘキサノン乳酸エチル等のエステル系溶媒が好ましい。
また、上記炭素系充填剤を凝集させずに均一に樹脂組成
物中に分散させる為には、ポリエチレングリコール系界
面活性剤等の分散剤を加えることが望ましい。

【００１４】上記炭素系充填剤としては、マトリックス
ポリマーを溶解した樹脂溶液に対し分散性が良好な炭素
微粉であれば、無定形でも、結晶形でもよい。添加する
炭素微粉の粒子径は、分散性を考慮してなるべく小さい
ほうが好ましい。実用上好ましいものとしては、例えば
平均粒子径０．１μｍ以下のカーボンブラック、平均粒
子径０．１５μｍ以下のダイヤモンド微粉等を挙げるこ
とができる。

【００１５】また、これら炭素系充填剤の分散、混入量
としては、上記マトリックスポリマーに対し重量比で少
なくとも５％以上が好ましく、その上限は樹脂の種類に
もよるがマトリックスポリマー樹脂溶液に分散させ得る
限度とマスクとして成膜可能な範囲まで有効であるが、
実用的には２００％程度迄である。下限については、わ
ずかでも添加すればそれなりの効果は認められるが、５
％より少ないとドライエッチングに対するマスクの耐性
改善が十分でない。

【００１６】したがって、好ましい分散混入量は５〜２
００％であり、より好ましくは５０〜１００％である。
混入濃度を増加するとドライエッチングに対するマスク
の耐性は向上するが、限度を超えると樹脂組成物中での
分散性が悪くなり、被エッチング材上に均一に塗布しに
くくなる。それ故、好ましい炭素系充填剤の分散、混入
量は、マスクのエッチング耐性改善効果と、樹脂組成物
中での分散性およびマスクとしての成膜性とを考慮して
決定することが重要である。

【００１７】上記樹脂組成物中のマトリックスポリマー
について詳述すると、芳香族ポリアミド酸、芳香族ポリ
イミド、フェノールノボラック、クレゾールノボラッ
ク、ピロガロール系樹脂、ポリヒドロキシスチレンなど
のスチレンポリマ−など分子内に芳香族基を有するポリ
マーが可能である。

【００１８】また、上記樹脂組成物は、必要に応じて感
光性を付与することが可能である。例えば、アルカリ可
溶型ポジ型レジストとして用いる場合は、上記マトリッ
クスポリマーとして、アルカリ可溶性のフェノール性水
酸基をもつフェノールノボラック樹脂等を用い、これに
感光性溶解阻害剤を加えることで上記樹脂組成物はアル
カリ現像タイプのポジ型レジストとなる。ただし、この
場合、分散させる炭素系充填剤の光透過率を考慮する必
要がある。すなわち、ｇ線、ｉ線に感度を有する感光性
溶解阻害剤を含む樹脂組成物の場合、カーボンブラック
のような紫外線透過率の低い材料を用いることは好まし
くない。このような場合は、炭素系充填剤として、紫外
領域で透過率の高いダイヤモンド構造の微粉を用いれば
よい。

【００１９】この時の感光性溶解阻害剤としては、例え
ば、１，２−ナフトキノンジアジド類が有効である。
１，２−ナフトキノンジアジド類としては例えばトリヒ
ドロキシベンゾフェノン、テトラヒドロキシベンゾフェ
ノンのナフトキノンジアジドエステル等が挙げられる。

【００２０】また、上記樹脂組成物の被エッチング材へ
の塗布方法としては、スピンナー塗布、スプレー法、デ
ィップ法、ロールコーター印刷法、スクリーン印刷法等
が可能である。また、塗布に限らずこの樹脂組成物でフ
ィルムを形成し、これを被エッチング材表面にラミネー
トしてもよい。さらにまた、上記レジストマスクの形成
に際し、上記樹脂組成物に感光性が付与されている場合
には、通常のリソグラフィにより直接マスクフィルムを
選択露光、現像してマスクパターンを形成することがで
きる。感光性が付与されていない場合には、工程数は増
すが炭素系充填剤を含有するレジストマスク材のパター
ン化のために、周知のホトレジストをその上に形成して
それをマスクとして選択エッチすれば容易に目的とする
ドライエッチング用レジストマスクパターンを形成する
ことができる。つまりこの場合には２層レジストマスク
の構成となる。

【００２１】また、上記本発明の第３の目的は、所定の
被エッチング基板上に、所定形状のレジストマスクパタ
ーンを形成せしめ、前記基板をドライエッチングにより
微細加工するに際し、前記レジストマスクパターンを上
述のレジストマスクで構成し希ガスイオンによる物理的
エッチングで前記被エッチング基板をドライエッチング
する工程を有して成るドライエッチングによる微細加工
方法により、達成される。そして、エッチングに際して
は、上記被エッチング基板とレジストマスクの材質の選
択に配慮し、この被エッチング基板のレジストマスクに
対するエッチング速度比が０．８以上となる条件下でド
ライエッチングすることが望ましい。

【００２２】微細加工方法の具体例としては、例えば上
記被エッチング基板を磁気ヘッドスライダーとし、スラ
イダー摺動面に相当する位置に上記レジストマスクパタ
ーンを形成して、ドライエッチングにより前記基板を選
択的にエッチングしてスライダーレール部を形成すれ
ば、優れた精度で磁気ヘッドスライダーを微細加工する
ことができる。また、上記被エッチング基板をその表面
に磁性金属膜の形成された磁気ヘッド基板とし、磁気ヘ
ッドのトラック幅に相当する位置に上記レジストマスク
パターンを形成して、ドライエッチングにより前記磁性
金属膜を選択的にエッチングすれば、磁気ヘッドのトラ
ック幅を優れた精度で微細加工することができる。そし
てまた、上記ドライエッチングにおいては、アルゴンイ
オンに限らずキセノン、クリプトン等の希ガスイオン一
般による物理的エッチングで微細加工することができ
る。しかし、このレジストマスクの場合には希ガスイオ
ンの中でも特にアルゴンイオン、キセノンイオンが好適
である。

【００２３】また、本発明のドライエッチングによる微
細加工は、希ガスイオンによる物理的エッチングを主体
とするが、被エッチング材の種類によっては前述のよう
に、例えば四フッ化炭素のごとき化学的にエッチングを
助長する反応性ガスをも副次的に導入して、加工速度を
促進させることもできる。

【００２４】

【作用】本発明のドライエッチング用レジストマスク
は、分子内に芳香族基を有するマトリックスポリマー中
に炭素系充填剤を含んでいるため、これらの組成がドラ
イエッチングに際し、希ガスイオンによる物理的エッチ
ングに対してマスクの耐性を著しく向上させる作用を有
する。それ故、被エッチング材に対してエッチング選択
比の大きなマスクとなり得る。

【００２５】

【実施例】以下、実施例１〜５では、本発明を薄膜磁気
ヘッドスライダーの摺動部を構成するレール加工に適用
した場合の例を、実施例６では磁気ヘッドのトラック幅
加工に適用した場合の例を、それぞれ示し具体的に説明
する。〈実施例１〉図１は加工工程図を示したもので、これに
したがって説明する。同図（ａ）において、１は被エッ
チング材となるスライダー基板であり、アルミナチタン
カーバイドを用いた。この基板上に同図（ｂ）に示すよ
うにドライエッチング用レジストマスク樹脂組成物２と
して以下の組成から成る感光性のない樹脂組成物を作成
し、これを塗布した。

【００２６】〔樹脂組成物２の作成〕：炭素系充填剤と
してカーボンブラック３０重量％、マトリックスポリマ
ーとしてポリヒドロキシスチレン（丸善石油製の商品名
マルカレジン−Ｍを使用）３０重量％、分散剤としてポ
リエチレングリコール系分散剤９重量％、溶媒としてプ
ロピレングリコールメチルアセテート３１重量％を、そ
れぞれ秤量して混合、撹拌し、樹脂組成物とした。

【００２７】なお、塗布はスピンコーティング法で行な
い、回転数１５００rpm、６０秒で約３５μｍの膜が形
成できた。これを１５０℃で３０分ベークし、ドライエ
ッチング用マスク材とした。この上に同図（ｃ）に示す
ようにフォトレジスト３としてポジ型シリコン系レジス
ト（日立化成工業製の商品名ＲＵ１６００Ｐを使用）を
スピンコーティング法により２μｍ形成し、９０℃で、
３０分プリベークした後、同図（ｄ）に示すように所定
のレール加工パターンの描かれたマスクを介し露光、現
像した。露光は、波長３６５ｎｍの紫外線で照射量８０
ｍＪ／ｃｍ²の条件で行ない、現像は有機アミン系の専
用現像液ＡＨ１１２（日立化成工業製、商品名）を使用
した。

【００２８】こうしてパターニングされたフォトレジス
ト４を形成した後、同図（ｅ）に示すように酸素のリア
クティブイオンエッチング法によりドライエッチング用
レジストマスク材５をパターニングした。このドライエ
ッチング用レジストマスク５をマスクとして、同図
（ｆ）に示すようにヘッドスライダー基板１をアルゴン
イオンエッチングによるドライエッチング法を用いて加
工し、スライダーレール部６を形成した。なお、この時
のドライエッチング条件は、加速電圧７００Ｖ、減速電
圧２００Ｖ、アーク電圧８０Ｖ、Ａｒ流量毎分１５ｍ
ｌ、イオン入射角６０度の条件で行なった。加工深さは
約２０μｍであり、この時のレール幅の加工精度は転写
精度で±３μｍと良好な結果を得た。マスク５は５´で
示すように膜厚が減少したもののマスクとしての機能を
十分に果たすことができた。

【００２９】また、この時用いたドライエッチング用レ
ジストマスク５のアルゴンイオンエッチング時における
エッチング速度とアルゴンイオンビーム入射角依存性と
の関係を測定したところ、図３に示すような結果を得
た。なお、同図には比較例としてカーボンブラックを分
散させないレジストマスクの例、及びアルミナチタンカ
ーバイドとスパッタカーボンの例をもそれぞれ示した。
この図からも明らかのように、アルゴンイオンの入射角
が０度から８０度まで変化しても本実施例で用いたレジ
ストマスク５のエッチング速度はアルミナチタンカーバ
イドと同等以上の特性を有し、ドライエッチング用レジ
ストマスクとして大きな入射角マージンを持ち優れた特
性を示していることがわかる。

【００３０】〈実施例２〉図２は他の実施例の加工工程
図を示したもので、以下これにしたがって説明する。同
図（ａ）において、１はスライダー基板となる被エッチ
ング材で、酸化ジルコニウム基板を用いた。この基板上
に、同図（ｂ）に示すようにドライエッチングマスク用
樹脂組成物２としてオルソジアゾナフトキノン系のポジ
型感光性樹脂組成物からなる塗膜を形成した。塗膜形成
の塗布液としては、以下の樹脂組成物を調製して使用し
た。

【００３１】〔樹脂組成物２の作成〕：マトリックスポ
リマーとしてアルカリ可溶性のピロガロール樹脂（群栄
化学製の商品名ＸＰＳ−４００５Ｂ”を使用）２５重量
％、溶解阻害型感光剤としてトリヒドロキシベンゾフェ
ノンのナフトキノンジアジドエステル６重量％、炭素系
充填剤として平均粒子径０．０８μｍのダイヤモンド微
粉３０重量％、分散剤としてポリエチレングリコール系
分散剤９重量％、溶媒としてエチルセロソルブアセテー
ト３０重量％を、それぞれ秤量して混合、撹拌し、感光
性樹脂組成物として作成した。

【００３２】この感光性樹脂組成物を、上記基板上に塗
布した。塗布はスピンコーティング法で行ない、回転数
１５００rpm ６０秒で約３０μｍの膜が形成できた。こ
れを９０℃３０分プリベークし、ドライエッチング用レ
ジストマスク材２とした。これを同図（ｃ）に示すよう
にコンタクトアライナを用いて所定のレール加工パター
ンの描かれたマスクを介し、波長３６５ｎｍの紫外線を
用いて照射量６０００ｍＪ／ｃｍ² の露光を行い、現像
液として２．３８％水酸化テトラメチルアンモニウム水
溶液（東京応化工業製の商品名ＮＭＤ−３を使用）を用
いて現像した。

【００３３】こうしてパターニングされたドライエッチ
ング用レジストマスク５を形成した後、同図（ｄ）に示
すようにアルゴンイオンエッチング法を用いて加工し、
スライダーレール部６を形成した。なお、この時のドラ
イエッチング条件は、加速電圧７００Ｖ、減速電圧２０
０Ｖ、アーク電圧８０Ｖ、Ａｒ流量毎分１５ｍｌ、イオ
ン入射角０度の条件で行なった。加工深さは約１５μｍ
で、この時のスライダーレール幅の加工精度は転写精度
で±３．６μｍと良好な結果を得た。マスク５は５´で
示すように膜厚が減少したもののマスクとしての機能を
十分に果たすことができた。また、この時のレジストマ
スク５のエッチングレートは、アルゴンイオンビーム入
射角１０度から１７０度の範囲で被エッチング材である
酸化ジルコニウム基板１に対し１．１倍から０．８倍の
値であり、ドライエッチング用レジストマスクとして優
れた特性を有することがわかった。

【００３４】〈実施例３〉実施例２の図２に示した加工
工程と略同様な手順で、被エッチング材をドライエッチ
ング加工した例を以下に述べる。図２（ａ）に示す実施
例２の酸化ジルコニウム基板１の代わりに酸化チタン基
板を用い、この上に図２（ｂ）と同様の手順でドライエ
ッチングマスク用樹脂組成物として感光性を有するビス
アジド系ネガ型樹脂組成物を用い、塗膜２を形成した。
この塗膜の形成は、組成としてポリ（４−ヒドロキシス
チレン）２２重量％、ビスアジド系感光剤として４−メ
チル−２，６−ジ（４’−アジドベンジリデン）−シク
ロヘキサン−１−オン４重量％、平均粒子径０．０８μ
ｍのダイヤモンド微粉４０重量％、ポリエチレングリコ
ール系分散剤８重量％、溶媒としてエチルセロソルブア
セテート２６重量％から成る感光性樹脂組成物を作成
し、これの所定量を基板１上に移し回転塗布することに
より行った。

【００３５】塗布条件は、スピンコーティング法で行な
い、回転数１５００rpm、６０秒で厚さ約３５μｍの膜
が形成できた。これを９０℃で３０分プリベークし、ド
ライエッチング用マスク材２とした。これを同図（ｃ）
と同様の手順でコンタクトアライナを用いて所定のレー
ル加工パターンの描かれたマスクを介し、波長３６５ｎ
ｍの紫外線を用いて照射量３５００ｍＪ／ｃｍ² の露光
を行い、現像液として２．３８％水酸化テトラメチルア
ンモニウム水溶液（東京応化工業製の商品名ＮＭＤ−３
を使用）を用いて現像した。こうしてパターニングされ
たドライエッチング用レジストマスク５を形成した後、
同図（ｄ）と同様の手順によりアルゴンイオンエッチン
グ法を用いて加工しスライダーレール部６を形成した。

【００３６】なお、この時のドライエッチング条件は、
加速電圧７００Ｖ、減速電圧２００Ｖ、アーク電圧８０
Ｖ、Ａｒ流量毎分１５ｍｌ、イオン入射角４０度の条件
で行なった。加工深さは約１５μｍで、この時のスライ
ダーレール幅の加工精度は転写精度で±３．８μｍと良
好な結果を得た。また、この時のレジストマスク５のエ
ッチングレートはアルゴンイオンビーム入射角１０度か
ら１７０度の範囲で被エッチング材である酸化チタン基
板１に対し０．９倍から０．７倍の値であり、ドライエ
ッチング用マスク材として優れた特性を有することがわ
かった。

【００３７】〈実施例４〉実施例１の図１に示した加工
工程と略同様な手順で、被エッチング材をドライエッチ
ング加工した例を以下に述べる。図１（ａ）に示す被エ
ッチング材１としては実施例１と同様にアルミナチタン
カーバイド基板を用いた。この基板上に図１（ｂ）と同
様の手順でドライエッチング用レジストマスク材２とし
て、平均粒子径０．１μｍのカーボンブラックを３５重
量％分散させた膜厚３０μｍの芳香族ポリイミドフィル
ムを用い、これを基板上にラミネートし、これをドライ
エッチング用レジストマスク材とした。このレジストマ
スク材２上に同図（ｃ）と同様の手順でフォトレジスト
３としてポジ型シリコン系レジスト（日立化成工業製の
商品名ＲＵ１６００Ｐを使用）をスピンコーティング法
により２μｍ塗布形成し、９０℃で３０分間プリベーク
した後、同図（ｄ）と同様の手順により所定のレール加
工パターンの描かれたマスクを介し露光、現像した。

【００３８】露光は、波長３６５ｎｍの紫外線で照射量
８０ｍＪ／ｃｍ² の条件で行ない、現像は有機アミン系
の専用現像液ＡＨ１１２（日立化成工業製、商品名）を
使用した。こうしてパターニングされたフォトレジスト
４を形成した後、同図（ｅ）と同様の手順より酸素のリ
アクティブイオンエッチング法によりドライエッチング
用レジストマスク材５をパターニングした。このドライ
エッチング用レジストマスク５をマスクとして、同図
（ｆ）に示すようにヘッドスライダー基板１をアルゴン
イオンエッチングによるドライエッチング法を用いて加
工し、スライダーレール部６を形成した。

【００３９】なお、この時のドライエッチング条件は、
加速電圧７００Ｖ、減速電圧２００Ｖ、アーク電圧８０
Ｖ、Ａｒ流量毎分１５ｍｌ、イオン入射角６０度の条件
で行なった。加工深さは約２０μｍで、この時のスライ
ダーレール幅の加工精度は転写精度で±３．４μｍと良
好な結果を得た。また、この時用いたドライエッチング
用レジストマスク５のアルゴンイオンエッチング時にお
けるエッチング速度とアルゴンイオンビーム入射角依存
性との関係を測定した結果、入射角が０度から８０度ま
で変化しても本実施例で用いたレジストマスクのエッチ
ング速度は、アルミナチタンカーバイド基板と同等以上
であり、レジストマスクとして大きな入射角マージンを
持ち優れたな特性を示していることがわかる。

【００４０】〈比較例１〉実施例２の図２に示したと同
様の加工手順でドライエッチングによるスライダー基板
のレール加工の比較例について説明する。図２（ａ）の
被エッチング材１となるスライダー基板としては、酸化
ジルコニウムの代わりにアルミナチタンカーバイドを用
いた。この上に図２（ｂ）と同様の手順でドライエッチ
ングマスク用樹脂組成物２として従来から一般的に有機
マスク材として用いられているＡ社製のポジ型フォトレ
ジスト（炭素系充填材を含まず）を用い、９０℃で、３
０分プリベークした後、図２（ｃ）と同様の手順で露
光、現像した。

【００４１】これを同図（ｃ）と同様の手順でコンタク
トアライナを用いて所定のレール加工パターンの描かれ
たマスクを介し、波長３６５ｎｍの紫外線を用いて、照
射量６０００ｍＪ／ｃｍ²の露光を行い、現像液として
市販の２．３８％水酸化テトラメチルアンモニウム水溶
液を用いて現像した。こうしてパターニングされたドラ
イエッチング用レジストマスク５を形成した後、同図
（ｄ）と同様の手順でアルゴンイオンエッチング法を用
いて加工し、スライダーレール部６を形成した。

【００４２】なお、この時のドライエッチング条件は、
加速電圧７００Ｖ、減速電圧２００Ｖ、アーク電圧８０
Ｖ、Ａｒ流量毎分１５ｍｌ、イオン入射角６０度の条件
で行なった。加工深さは約２０μｍで、この時のスライ
ダーレール幅の加工精度は転写精度で±５．５μｍであ
り、上記何れの実施例に示した結果よりも加工精度が劣
ることがわかった。

【００４３】また、この時用いたドライエッチング用レ
ジストマスク５のアルゴンイオンエッチング時における
エッチング速度とアルゴンイオンビーム入射角依存性と
の関係を測定した結果を図３中に比較例としてに示し
た。このようにアルゴンイオンの入射角が０度から８０
度まで変化すると入射角６０度の時に最大エッチング速
度が被エッチング材１の２．７倍まで大きくなり、エッ
チング時の選択比が小さくなる。この場合レジストマス
ク５を厚くする必要があると共に、エッチング時のマス
クの形状変化が大きいため、加工精度が低下するものと
思われる。このように炭素系充填材のない場合、アルゴ
ンイオンエッチングの際のレジストマスク材として適さ
ないことがわかる。

【００４４】〈比較例２〉エッチング速度のアルゴンイ
オン入射角依存性をカ−ボン膜の場合についても測定し
た。その結果を図３中に示した。カ−ボン膜はスパッタ
リング法により形成したものを用いた。０度から４０度
まではスパッタカ−ボン膜のエッチングレ−トはアルミ
ナチタンカ−バイドや実施例１で用いたレジストマスク
材よりも小さく良好な結果を示すが、実施例１の場合と
カ−ボン膜の場合の差は、比較例１の場合との差に比べ
れば変化は小さく、実施例１のレジストマスク材がスパ
ッタカ−ボンに近いエッチング耐性を有することがわか
る。ただし、このスパッタカ−ボンは、成膜速度が１時
間当り０．２μｍ以下と極めて遅く、マスクとして必要
とされる実用的な膜厚（１０μｍ程度）に形成するには
あまりにも時間がかかりすぎ、また、マスクとしてパタ
ーン化することが難しいことを考慮すると実用に供し得
ない。

【００４５】〈実施例５〉薄膜ヘッド素子を形成したウ
ェハを切断して、ヘッドブロックとした後、各ヘッドブ
ロックを上記実施例１〜４の方法で加工し、回転浮上形
の薄膜磁気ヘッドを製造した。薄膜ヘッド素子の形成
は、周知の成膜技術によった。このようにして得られた
回転浮上形の薄膜磁気ヘッドを、複数枚の磁気ディスク
と、それに対応して複数個配設された磁気ヘッドとを備
えた周知の磁気ディスク装置に設置して性能特性を測定
したところ、ヘッドの浮上量が少ない高密度磁気ディス
ク装置において優れた特性を得ることができた。

【００４６】上記実施例では、磁気ヘッドスライダーの
加工を主体に説明したが、本発明はその他、例えばパー
マロイの微細加工等ドライエッチングを必要とする一般
の微細加工に利用し得ることは云うまでもない。次ぎの
実施例６では磁気ヘッドのトラック幅加工による薄膜磁
気ヘッドの製造例について説明する。

【００４７】〈実施例６〉以下、図４乃至図７を用いて
本発明のドライエッチング微細加工を薄膜磁気ヘッドの
トラック幅加工に適用した製造例について説明する。図
４は薄膜磁気ヘッドの素子の製造工程図を示した断面図
であり、図５は図４の製造工程中に非磁性基板４１上に
現れる第１のフォトレジストパターン３を、図６は同じ
く第２のフォトレジストパターン４８を、それぞれ模式
的に図示した平面図であり、図７は本発明によって形成
された上部コア層４９を中心と下薄膜磁気ヘッド素子４
０の平面図を示す。

【００４８】図４に示すように、上部コア層４９を基板
４１全面にわたって形成する工程までは従来の薄膜磁気
ヘッドの製造工程と同様である。すなわち、縦断側面図
となる図４（ａ）に示すように非磁性基板４１上に磁性
膜をスパッタしフォトエッチング技術によって下部コア
層４２とする。次ぎに絶縁膜をスパッタ法により形成
し、フォトエッチング技術を用いてギャップ層４３とす
る。続いて有機樹脂を回転塗布し、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絶縁膜４４
とする。さらに導体膜をスパッタし、フォトエッチング
技術を用いて螺旋上にパターン化し、コイル４５とす
る。このコイル４５上に有機樹脂を上記と同様に形成
し、パターン化して絶縁膜４６とする。そして磁性膜を
基板全面にスパッタして一様な上部磁性体層４７を形成
する。

【００４９】このようにして形成した上部磁性体層４７
を、ドライエッチングにより上部コア層４９にパターン
化するための加工工程は、以下の（１）〜（８）に示す
手順で行った。（１）上部コア用磁性膜４７が形成された基板上に、ド
ライエッチング用レジストマスク２を形成するために実
施例１で用いた組成のレジストマスク用樹脂組成物を用
い、スピン塗布法により成膜する。（２）上記レジストマスク２の上に珪素を含有するフォ
トレジスト（例えば日立化成工業製、商品名ＲＵ−１６
００Ｐ）を塗布、ベークして形成し、トラック幅Ｗを一
辺とするする矩形状のパターンを有するフォトマスク
（図示せず）を用いて図５に示した第１のフォトレジス
トパターン３を形成する。この状態を図４（ａ）の縦断
側面図および同図（ｂ）の正面図（ヘッドギャップ側）
に示す。

【００５０】（３）次ぎに上記第１のフォトレジスト３
をマスクとして酸素を用いたリアクティブイオンエッチ
ング法により、ドライエッチング用レジストマスク２を
パターニングする。

【００５１】（４）次ぎに上記第１のフォトレジスト３
を剥離する。（５）上記ドライエッチング用レジストマスク２のパタ
ーの一部と重なり合う第２のフォトレジスト４８（図６
に図示）を形成する。この状態を図４（ｃ）の縦断側面
図および同図（ｄ）の正面図（ヘッドギャップ側）に示
す。（６）上記ドライエッチング用レジストマスク２及び第
２のフォトレジスト４８とをマスクにして磁性膜４７を
ドライエッチング（アルゴンイオン）する。これが、本
発明のドライエッチングによる微細加工工程となる。

【００５２】（７）上記第２のフォトレジスト４８を剥
離する。この状態を図４（ｅ）の縦断側面図および同図
（ｆ）の正面図（ヘッドギャップ側）に示す。（８）上記ドライエッチング用レジストマスク２を剥離
する。この状態を図４（ｇ）の縦断側面図および同図
（ｈ）の正面図（ヘッドギャップ側）に示す。このよう
にして磁性膜４７が選択的にドライエッチングされ、図
７に示した上部コア４９が得られる。上部コア４９の先
端部がトラック幅Ｗとなり、薄膜磁気ヘッド４０が得ら
れる。かくして形成したトラック幅Ｗのバラツキは±１
０％以内に収めることができる。

【００５３】次ぎに具体的な実施例を挙げ、再度先の図
４にしたがって説明する。先ず直径３インチの非磁性基
板４１上に以下に述べる手順で基板面内で３００素子の
薄膜磁気ヘッドを作成した。パーマロイを１.５ミクロ
ンの厚さで基板４１全面にスパッタし、フォトエッチン
グ技術によってパターン化し、下部コア層４２とする。
次ぎにアルミナをスパッタ法により０.５ミクロンの厚
さに形成し、フォトエッチング技術を用いてギャップ層
４３とする。つづいてポリイミド系樹脂を回転塗布、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２ミクロンの絶縁層４４とする。さらにＣｕを
１.５ミクロンの厚さにスパッタしフォトエッチング技
術を用いて螺旋状にパターン化しコイル４５とする。こ
のコイル４５上にポリイミド系樹脂を再度２.５ミクロ
ンの厚さに形成、パターン化し絶縁層４６とする。そし
てパーマロイをスパッタし一様な上部磁性体膜４７を形
成する。このようにして得られたパターンを持つ基板状
に、実施例１で用いた組成のマスク用樹脂組成物を用
い、ドライエッチング用レジストマスク２を３ミクロン
の厚さにスピン塗布形成した。

【００５４】ドライエッチング用レジストマスク２のパ
ターン化は、以下のようにして行った。すなわち、有機
珪素系フォトレジスト（日立化成工業製、商品名ＲＵ−
１６００Ｐ）を４ミクロンの厚さに塗布、乾燥し８ミク
ロン×４０ミクロンの長方形のパターンのマスクを用い
て露光、現像し第１のフォトレジスト３を得た。次ぎ
に、露出部のドライエッチング用レジストマスク２を酸
素を用いた反応性イオンエッチングで除去し、残存して
いるフォトレジストを剥離液で剥離する。かくして目的
とするトラック幅加工用のレジストマスク２のパターン
を得た。

【００５５】次ぎに上記基板に、上記ドライエッチング
用レジストマスク２のパターンと一部が重なり合う第２
のフォトレジスト４８を形成した（図６に示した形状の
マスクパターン４８）。この第２のフォトレジスト４８
の形成は、東京応化工業製の商品名ＯＦＰＲ−８００を
用いて塗布、乾燥し、厚さ１０ミクロンの膜とし、図示
しないマスクを介し、露光、現像により行った。このフ
ォトレジスト４８と上記ドライエッチング用レジストマ
スク２とをマスクにしてパーマロイ膜（上部磁性体層）
４７の露出部分をアルゴンのイオンエッチングによって
除去する。そして第２のフォトレジスト４８を剥離液で
除去する。最後に矩形状に残ったドライエッチング用レ
ジストマスク２を剥離液で除去する。剥離液としては、
市販のアルカリ性剥離液を用いた。

【００５６】このようにして得られた磁気ヘッド素子の
トラック幅Ｗの基板面内のバラツキは７.８±０.７５ミ
クロンであり、優れた加工精度を示した。また、この素
子を用いて製造した薄膜磁気ヘッドの書き込み、読み出
し性能は実用上満足すべきものであった。なお、上記実
施例ではドライエッチング用希ガスイオンとして、アル
ゴンイオンを代表例として説明したが、キセノンイオン
でも程度の差こそあれ同様に微細加工が可能であり、そ
の他の希ガスも使用可能である。

【００５７】

【発明の効果】本発明のレジストマスクによれば、アル
ゴンに代表される希ガスイオンビームを用いたドライエ
ッチング加工の際に、被エッチング材に対する選択比が
大きくとれるので、レジストマスク材を従来よりも薄く
することができ、加工精度を大幅に向上することが可能
である。したがって、磁気ヘッドの精密加工は勿論のこ
と、その他ドライエッチングで微細加工を必要とする種
々の分野に利用可能であり、工業的に貢献できるところ
多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となる微細加工の工程図であ
り、感光性をもたないドライエッチング用レジストマス
クを用いたヘッドスライダーの精密加工工程図である。

【図２】本発明の他の実施例となる微細加工の工程図で
あり、感光性を付与されたドライエッチング用レジスト
マスクを用いたヘッドスライダーの精密加工工程図であ
る。

【図３】ドライエッチングにおける被エッチング材とレ
ジストマスクとの選択比及びアルゴンイオン入射角依存
性との関係を測定した特性曲線図である。

【図４】本発明の一実施例となる薄膜磁気ヘッドの製造
工程図である。

【図５】薄膜磁気ヘッドの製造工程における第１のフォ
トレジストパターンの平面図を模式的に図示したもので
ある。

【図６】同じく薄膜磁気ヘッドの製造工程における第２
のフォトレジストパターンの平面図を模式的に図示した
ものである。

【図７】薄膜磁気ヘッド素子の平面図を模式的に図示し
たものである。

【符号の説明】

１…被エッチング材（ヘッドスライダー基板）２…ドライエッチング用レジストマスク（樹脂組成物）３…フォトレジスト（第１のフォトレジスト）４…パターニングされたフォトレジスト５…パターニングされたドライエッチング用レジストマ
スク５´…ドライエッチングされたレジストマスク６…ドライエッチング加工されたヘッドスライダー材４０…薄膜磁気ヘッド素子４１…非磁性基板４２…下部磁性体層４３…絶縁膜（ギャップ層）４４、４６…有機絶縁層４５…コイルパターン４７…上部磁性体層（パーマロイ）４８…第２のフォトレジスト４９…上部コアＷ…トラック幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水島明子神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者鈴木三郎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 (72)発明者石崎浩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 (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

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の基板上にマスクとして形成された分
子内に芳香族基を有するマトリックスポリマーを主成分
とするレジストマスクであって、前記マトリックスポリ
マー中に炭素系充填剤を分散、含有せしめて成るドライ
エッチング用レジストマスク。
【請求項２】上記レジストマスク中に分散する炭素系充
填剤の含有量を、上記マトリックスポリマーに対し重量
比で少なくとも５％として成る請求項１記載のドライエ
ッチング用レジストマスク。
【請求項３】分子内に芳香族基を有するマトリックスポ
リマーおよびこれを溶解する溶媒を主成分とする樹脂組
成物であって、前記樹脂組成物中に炭素系充填剤を分
散、含有せしめて成るドライエッチング用レジストマス
ク樹脂組成物。
【請求項４】上記樹脂組成物中に分散する炭素系充填剤
の含有量を、上記マトリックスポリマーに対し重量比で
少なくとも５％とし、分散剤と共に含有せしめて成る請
求項３記載のドライエッチング用レジストマスク樹脂組
成物。
【請求項５】上記マトリックスポリマーが、ポリアミド
酸、ポリイミド樹脂、ノボラック樹脂およびポリスチレ
ン系ポリマーの群から選択される少なくとも１種の樹脂
から成る請求項３記載のドライエッチング用レジストマ
スク樹脂組成物。
【請求項６】上記炭素系充填剤が、平均粒子径０．１μ
ｍ以下のカーボンブラックから成る請求項３記載のドラ
イエッチング用レジストマスク樹脂組成物。
【請求項７】上記炭素系充填剤が、平均粒子径０．１５
μｍ以下のダイヤモンド微粉から成る請求項３記載のド
ライエッチング用レジストマスク樹脂組成物。
【請求項８】上記樹脂組成物が感光性を有して成る請求
項３記載のドライエッチング用レジストマスク樹脂組成
物。
【請求項９】所定の被エッチング基板上に、所定形状の
レジストマスクパターンを形成せしめ、前記基板をドラ
イエッチングにより微細加工するに際し、前記レジスト
マスクパターンを請求項１もしくは２何れか記載のレジ
ストマスクで構成し、希ガスイオンによる物理的エッチ
ングで前記被エッチング基板をドライエッチングする工
程を有して成るドライエッチングによる微細加工方法。
【請求項１０】上記被エッチング基板のレジストマスク
に対するエッチング速度比が０．８以上となる条件下で
ドライエッチングする工程を有して成る請求項９記載の
ドライエッチングによる微細加工方法。
【請求項１１】上記被エッチング基板を磁気ヘッドスラ
イダーとし、スライダー摺動面に相当する位置に上記レ
ジストマスクパターンを形成して、ドライエッチングに
より前記基板を選択的にエッチングしてスライダーレー
ル部を形成する磁気ヘッドスライダーの加工工程を有し
て成る請求項９記載のドライエッチングによる微細加工
方法。
【請求項１２】上記被エッチング基板をその表面に磁性
金属膜の形成された磁気ヘッド基板とし、磁気ヘッドの
トラック幅に相当する位置に上記レジストマスクパター
ンを形成して、ドライエッチングにより前記磁性金属膜
を選択的にエッチングして、磁気ヘッドのトラック幅を
加工する工程を有して成る請求項９記載のドライエッチ
ングによる微細加工方法。
【請求項１３】上記ドライエッチングは、アルゴンイオ
ンによる物理的エッチングで上記被エッチング基板をエ
ッチングする工程を有して成る請求項９乃至１１何れか
記載のドライエッチングによる微細加工方法。