JPH07235016A

JPH07235016A - 薄膜磁気ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH07235016A
Application number: JP2505694A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Takemoto; 一成竹元; Tomoko Hiraiwa; 知子平岩; Atsushi Amatatsu; 篤志天辰; Harunobu Saito; 治信斉藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1994-02-23
Publication date: 1995-09-05

Abstract

(57)【要約】【目的】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
用いて、磁性膜を高精度にパターン化したコアとする薄
膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。【構成】カーボンの上層にＳｉ膜を設け、特定の蒸着重
合ポリイミドにより、順次、Ｓｉ膜、カーボンをエッチ
ングし、このカーボンをマスクとして磁性膜をエッチン
グする。【効果】レジストの厚さを段差凹部で薄くできるため、
上部コアの高精度パターン化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜磁気ヘッドの製造方
法に係り、特にスパッタ法により磁性膜を形成し、これ
に乾式エッチング（以下、ドライエッチングと称する）
方法で所定のパターンを形成する工程を有する薄膜磁気
ヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の代表的な薄膜磁気ヘッドの製造方
法の例を図３及び図４に示した断面図及び平面図により
説明する。先ず、基板１上に第１の磁性膜（下部コア層
２）、ギャップ規制の絶縁層３、第１の有機絶縁膜４、
導体コイル５、第２の有機絶縁膜６、第２の磁性膜（上
部コア７）、炭素膜９、フォトレジスト膜１０を順次形
成しておき、このフォトレジスト膜１０を所定のフォト
マスクを介して露光、現像してパターン化し、レジスト
マスクを形成する。次いで、このレジストマスクを介し
て炭素膜９を所定形状にドライエッチングして炭素膜パ
ターンを形成する。次いで、この炭素膜マスクパターン
を用いてドライエッチングにより第２の磁性膜をパター
ン化し上部コア７とする。

【０００３】ここで用いるフォトレジスト膜１０は、レ
ジスト材料を溶剤に溶かし適当な粘度として、基板１上
に滴下し、基板１を回転させて行う、いわゆる回転塗布
法によって形成される。回転塗布法を上記第２の磁性膜
のパターン化に用いた場合、上部コア７のトラック幅を
規制するパターンの領域で高低差が大きくため、この段
差でレジストの厚みが異なる。したがって、レジストの
厚い部分の寸法精度、すなわち、トラック幅の寸法精度
が著しく悪くなるという問題があった。

【０００４】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、有機樹脂層の膜厚が厚く、か
つ、パターン化後の有機樹脂層の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。

【０００５】この問題を解決するために、例えば、特開
昭６３−２９７４３５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。

【０００６】

【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。

【０００７】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ーで感光基
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。

【０００８】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
を用いて、磁性膜を高精度にパターン化したコアとする
薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、所定の非磁
性基板上に第１の磁性膜を形成し、所定の形状にパター
ン化して下部コアを形成する工程と、その上にギャップ
形成用の非磁性絶縁膜を形成する工程と、前記基板のコ
イル形成領域に第一の絶縁膜を被覆して導体膜を形成し
て、コイルパターンを形成する工程と、このコイルパタ
ーンを第２の絶縁膜で被覆した後、その上部を含み少な
くとも前記下部コア上部に第２の磁性膜を形成する工程
と、この磁性膜上の少なくとも前部ギャップ形成領域上
に炭素マスクパターンを形成し、この炭素マスクパター
ンを用いて前記第２の磁性膜を選択的にエッチングし
て、少なくともトラック幅が規制された上部コアを形成
する工程とを有して成る薄膜磁気ヘッドの製造方法にお
いて、前記炭素マスクパターンを形成する工程を、化学
式１に示されるジアミンと酸二無水物から形成されるポ
リイミドあるいはポリアミド酸を用いて、少なくとも以
下の（ａ）〜（ｉ）工程を有する工程で構成することに
より達成される。

【００１０】（ａ）前記第２の磁性膜が形成された基板
上に、Ｓｉ膜を形成する工程、（ｂ）前記Ｓｉ膜上に酸
素プラズマによって除去可能な第１のエッチングマスク
を形成する工程、（ｃ）前記酸素プラズマによって除去
可能な第１のエッチングマスク上に酸素プラズマによっ
て除去されにくい第２のエッチングマスクを形成する工
程、（ｄ）化学式１に示されるジアミンと酸二無水物の
蒸着重合により薄膜を形成し、上部コアパターンの形成
されたフォトマスクを通して露光、現像することにより
フォトレジストパターンを形成する工程、（ｅ）前記フ
ォトレジストパターンをマスクにして前記第２のエッチ
ングマスクを選択的にエッチングして前記第２のエッチ
ングマスクのパターンを形成する工程、（ｆ）前記フォ
トレジストパターンを除去する工程、（ｇ）前記第２の
エッチングマスクのパターンを用いて前記第１のエッチ
ングマスクを選択的にエッチングして前記第１のエッチ
ングマスクのパターンを形成する工程、（ｈ）前記第１
のエッチングマスクのパターンを用いて前記Ｓｉ膜を選
択的にエッチングする工程、（ｉ）前記第１のエッチン
グマスクのパターンを用いて前記第２の磁性膜を選択的
にエッチングすることにより、少なくともトラック幅が
所定寸法に規定された上部コアパターンを形成する工
程。

【００１１】

【作用】蒸着重合法とは、真空排気下、２種のモノマー
を加熱蒸発させ、基板上で重合させて成膜させる手法で
ある。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。また、本発明に用いるレジ
ストは、分子の主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する化合物で
あることから、加熱蒸発時にはＳｉ−Ｓｉ結合が解裂せ
ずに、紫外線照射時にＳｉ−Ｓｉ結合の開裂が起こるよ
うにすることができる。したがって、露光部分の溶剤に
対する溶解度が変化することによりパターン化が可能に
なるのである。従来のプラズマ重合の場合のように、感
光基が分解するようなことはない。

【００１２】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。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の代表的な実施例を図１，図２
を用いて説明する。図１は本発明による薄膜磁気ヘッド
の製造方法の一実施例を部分断面図で示した工程図であ
るり、図２は本発明によって形成された上部コアを中心
とした薄膜磁気ヘッド素子の平面図を示す。

【００１４】図１（ａ）に示すように本実施例の薄膜磁
気ヘッドの製造方法においても、上部コアを形成するた
めの第２の磁性膜を基板全面に渡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。

【００１５】すなわち、非磁性基板１上に第１の磁性膜
をスパッタし、フォトエッチング技術を用いてパターン
化し下部コア層２とする。次に、非磁性絶縁膜をスパッ
タ法により形成し、フォトエッチング技術を用いてパタ
ーン化しギャップ層３とする。続いて、有機絶縁樹脂を
塗布、加熱硬化し、フォトエッチング技術によりパター
ン化して第１の絶縁層４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
ン化して、コイル５とする。このコイル５上に再度、有
機絶縁樹脂を前記と同様にして形成、パターン化して第
２の絶縁層６とする。

【００１６】次いで、第２の磁性膜を、基板全面にスパ
ッタして、一様な厚さの上部コア形成層７とする。この
様にして形成した上部コア形成層７を上部コアとしてパ
ターン化するために、以下に示す（ａ）〜（ｄ）のパタ
ーン形成工程にしたがって順次行った。

【００１７】（ａ）工程：上部コア形成層７が形成され
た基板上にＳｉ膜８をスパッタ法により形成する。この
Ｓｉ膜８は、スパッタ法などの物理的気相堆積法の他に
もモノシランなどを原料とするプラズマＣＶＤなどの化
学的気相堆積法によっても形成することができる。この
Ｓｉ膜８は接着層として用いるため、膜厚は薄くて良
い。通常、０．０１〜０．５μｍの厚さが好適に用いら
れる。

【００１８】（ｂ）工程：Ｓｉ膜８上に第１のエッチン
グマスクとして炭素膜９をグラファイトをターゲットと
して用いたスパッタ法で形成する。この炭素膜９も、ス
パッタ法などの物理的気相堆積法の他にもメタンなどを
原料とするプラズマＣＶＤなどの化学的気相堆積法によ
っても形成することができる。炭素膜９は上部コア形成
層７のエッチングマスクとなるため，その膜厚はエッチ
ングの選択比で決まる。例えば、上部コア形成層７がパ
ーマロイでエッチングをイオンミリングで行う場合は、
炭素膜９の製法によっても異なるが、上部コア形成層７
の０．２〜２倍の厚さの炭素膜９が用いられる。

【００１９】（ｃ）工程：この炭素膜９上に第２のエッ
チングマスクとしてＳｉ膜１０をスパッタ法により形成
する。このＳｉ膜１０は、スパッタ法などの物理的気相
堆積法の他にもモノシランなどを原料とするプラズマＣ
ＶＤなどの化学的気相堆積法によっても形成することが
できる。このＳｉ膜１０は炭素膜９のエッチングマスク
となるため、その膜厚はエッチングの選択比で決まる。
酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングでパターン化
を行う場合は、炭素膜９の０．０２〜０．５倍の厚さの
Ｓｉ膜１０が用いられる。

【００２０】（ｄ）工程：この工程でＳｉ膜１０上に蒸
着重合膜によるフォトレジストパターン１１を形成す
る。本発明に用いる蒸着重合膜は化学式１に示されるジ
アミンと酸二無水物から形成されるポリイミドあるいは
ポリアミド酸である。ジアミンとしては主鎖にＳｉ−Ｓ
ｉ結合を有する芳香族ジアミンであれば限定はない。ビ
ス（４−アミノフェニル）テトラメチルジシラン、ビス
（４−アミノフェニル）ジメチルジフェニルジシランな
どが挙げられる。酸二無水物としては、特に限定はない
が、ピロリット酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカル
ボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水
物、エチレングリコールビストリメリテート酸二無水物
などが挙げられる。蒸着重合は、通常、真空層内で等モ
ル量の両モノマーを別々の容器に設置し、加熱して蒸発
させる。このとき、両モノマーの蒸発速度が等しくなる
ように温度制御する。このようにして、基板上に得られ
た薄膜はポリアミド酸である。ポリアミド酸のままでレ
ジストとして用いても良いが、さらに、これを加熱処理
してポリイミドに化学変化させてレジストとすることも
できる。

【００２１】次いで、露光、現象によって蒸着重合膜に
所望のパターンを形成する。露光は通常遠紫外線を用
い、蒸着重合膜の形成条件によって露光エネルギーの適
正値を選ぶ。通常、最大、１０００ｍＪ／ｃｍ²（２５
４ｎｍ）である。現像はポリアミド酸の良溶媒であるジ
メチルホルミアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチ
ルピロリドン等を単独で用いるか、ポリアミド酸の貧溶
媒である水、メタノール、エタノール等との混合溶媒を
用いる。あるいは、アルカリ水溶液を用いることもでき
る。このようにして得られた薄膜磁気ヘッドの状態を図
１（ａ），（ｂ）に示す。図１（ａ）は縦断側面図、図
１（ｂ）は前部ギャップ側から見た正面図である。

【００２２】（ｅ）工程：フォトレジストパターン１１
をマスクにしてＳｉ１０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フ
ッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチングやＡｒガス
を用いたイオンミリングが通常用いられる。

【００２３】（ｆ）工程：上記フォトレジストパターン
１１を除去する。除去は通常芳香族炭化水素系の化合物
を主成分とする溶剤や非プロトン系極性溶剤を加熱して
用いる。この状態を図１（ｃ），（ｄ）に示す。図１
（ｃ）は縦断側面図、同図（ｄ）は前部ギャップ側から
見た正面図である。

【００２４】（ｇ）工程：前記第２のエッチングマスク
であるＳｉ膜１０をマスクにして前記第１のエッチング
マスクである炭素膜９をエッチングする。炭素膜９のエ
ッチングは酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングに
より行う。このように、（ｅ）工程および（ｇ）工程で
異方性の優れた反応性イオンエッチングを用いること
で、レジストパターンが精度良く下層材料（Ｓｉ１０お
よび炭素膜９）に転写することができる。この状態を図
１（ｅ），（ｆ）に示す。図１（ｅ）は縦断側面図、同
図（ｆ）は前部ギャップ側から見た正面図である。

【００２５】（ｈ）工程：前記第１のエッチングマスク
である炭素膜９および前記第２のエッチングマスクであ
るＳｉ膜１０をマスクにしてＳｉ膜８を選択的にエッチ
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フッ素系ガスを用いた反応性イオン
エッチングやＡｒガスを用いたイオンミリングが通常用
いられる。

【００２６】（ｉ）工程：前記第１のエッチングマスク
である炭素膜９をマスクにして上部コア形成層７をパタ
ーン化する。この場合のエッチングはＡｒガスを用いた
イオンミリングで行われる。この状態を図１（ｇ），
（ｈ）に示す。図１（ｇ）は縦断側面図、同図（ｈ）は
前部ギャップ側から見た正面図である。

【００２７】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）。

【００２８】次に具体的な実施例を挙げて詳述する。

【００２９】直径３インチの非磁性基板１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
術によってパターン化して下部コア層２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、フォトエッチング技術によってパターン化してギャ
ップ層３とする。続いて、ポリイミド系樹脂（日立化成
製商品名ＰＩＱ）を回転塗布し、次いで、加熱硬化し、
フォトエッチング技術を用いてパターン化して厚さ２μ
ｍの絶縁膜４とする。さらに、Ｃｕを１．５μｍの厚さ
にスパッタし、フォトエッチング技術を用いてらせん上
にパターン化してコイル５とする。コイル５上にポリイ
ミド系樹脂（日立化成製商品名ＰＩＱ）を上記したのと
同様にして形成し、厚さ２．５μｍ第２の絶縁層６とす
る。続いて、パーマロイを１．５μｍの厚さにスパッタ
して、一様な上部磁性体層７を形成する。この上に順
次、Ｓｉ膜８、炭素膜９、Ｓｉ膜１０をそれぞれ、０．
１μｍ，１．５μｍ，０．５μｍの厚さにスパッタ法で
成膜した。

【００３０】このようにして形成した基板上にフォトレ
ジスト層１１を以下のようにして形成した。すなわち、
ピロメリット酸二無水物とビス（４−アミノフェニル）
テトラメチルジシランを等モル量別々に真空装置内に設
置し、１×１０~⁴Ｐａ以上の真空度に排気後、ピロメリ
ット酸二無水物を１５０℃に、ビス（４−アミノフェニ
ル）テトラメチルジシランを８０℃に加熱して、１００
分間蒸発させ、４０℃に加熱した基板上に推積させた。
この堆積物を２００℃に加熱処理して１．５μｍの厚さ
のポリイミド膜を得た。このようにして形成した薄膜に
上部コア層のパターンを有するフォトマスクを用いてキ
セノン水銀ランプを用いて露光した。露光量は２５４ｎ
ｍで測定して５００ｍＪ／ｃｍ²であった。

【００３１】露光後、Ｎ−メチル−２−ピロリドンとエ
チルアルコールの１：２（容量比）の溶液で現像したと
ころポジ型のレジストパターンが形成され、パターンの
ないところにはＳｉ膜１０が露出した。

【００３２】次に、露出したＳｉ膜１０をＯ₂ガスを５
％含んだＣＦ₄ガスで反応性イオンエッチングした。ガ
ス流量を２０ｍｌ／ｍｉｎ、圧力を１０Ｐａとして、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。次いで、Ｓｉ膜の
エッチングと全く同様にして、炭素膜９の反応性イオン
エッチングを行った。エッチング条件は以下の通りであ
る。酸素ガス流量を１０ｍｌ／ｍｉｎ、圧力を１．３Ｐ
ａとして、高周波電力１００Ｗを４０分間印加した。こ
れにより、Ｓｉ膜１０のパターンが炭素膜９に転写さ
れ、パターンのない部分にＳｉ膜８が露出した。

【００３３】次に、Ｓｉ膜８とその下の上部磁性体層で
あるパーマロイ７のパターン化をイオンミリングで以下
の通りに行った。基板を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８０
Ｖ、Ａｒ流量が毎分１５ｍｌ、イオン入射角が３０°の
条件で２５分間イオンミリングを行い、露出したＳｉ膜
８とその下の上部磁性体層であるパーマロイ７を除去し
た。

【００３４】以上のようにして形成した上部コア層７の
先端部のトラック幅１３の寸法ばらつきは１０．５±
０．５２μｍであり（基板内上部コアパターン４００個
の寸法ばらつき）優れた加工精度を有していた。また、
パターン側面に再付着は全く認められなかった。

【００３５】

【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】本発明の一実施例となる薄膜磁気ヘッドの製造
工程図である。

【図２】本発明により形成された薄膜磁気ヘッド素子の
部分平面図である。

【図３】従来の薄膜磁気ヘッドの製造工程の一例を示し
た図である。

【図４】従来の薄膜磁気ヘッドのコイルと上部コアとを
示した平面図である。

【符号の説明】

１…非磁性基板、２…下部コア層、３…ギャップ形成用非磁性絶縁層、４…絶縁層、５…コイル、６…絶縁層、７…上部磁性体層、８…Ｓｉ膜、９…炭素膜、１０…Ｓｉ膜、１１…フォトレジスト、１２…上部コア、１３…トラック幅、１４…薄膜磁気ヘッド素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤治信神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の非磁性基板上に第１の磁性膜を形成
し、所定の形状にパターン化して下部コアを形成する工
程と、その上にギャップ形成用の非磁性絶縁膜を形成す
る工程と、前記基板のコイル形成領域に第一の絶縁膜を
被覆して導体膜を形成して、コイルパターンを形成する
工程と、このコイルパターンを第２の絶縁膜で被覆した
後、その上部を含み少なくとも前記下部コア上部に第２
の磁性膜を形成する工程と、この磁性膜上の少なくとも
前部ギャップ形成領域上に炭素マスクパターンを形成
し、この炭素マスクパターンを用いて前記第２の磁性膜
を選択的にエッチングして、少なくともトラック幅が規
制された上部コアを形成する工程とを有して成る薄膜磁
気ヘッドの製造方法において、前記炭素マスクパターン
を形成する工程を、化学式１に示されるジアミンと酸二
無水物から形成されるポリイミドあるいはポリアミド酸
を用いて、少なくとも以下の（ａ）〜（ｉ）工程を有す
る工程で構成して成る薄膜磁気ヘッドの製造方法。（ａ）前記第２の磁性膜が形成された基板上に、Ｓｉ膜
を形成する工程、（ｂ）前記Ｓｉ膜上に酸素プラズマに
よって除去可能な第１のエッチングマスクを形成する工
程、（ｃ）前記酸素プラズマによって除去可能な第１の
エッチングマスク上に酸素プラズマによって除去されに
くい第２のエッチングマスクを形成する工程、（ｄ）化
学式１に示されるジアミンと酸二無水物の蒸着重合によ
り薄膜を形成し、上部コアパターンの形成されたフォト
マスクを通して露光、現像することによりフォトレジス
トパターンを形成する工程、【化１】（ｅ）前記フォトレジストパターンをマスクにして前記
第２のエッチングマスクを選択的にエッチングして前記
第２のエッチングマスクのパターンを形成する工程、
（ｆ）前記フォトレジストパターンを除去する工程、
（ｇ）前記第２のエッチングマスクのパターンを用いて
前記第１のエッチングマスクを選択的にエッチングして
前記第１のエッチングマスクのパターンを形成する工
程、（ｈ）前記第１のエッチングマスクのパターンを用
いて前記Ｓｉ膜を選択的にエッチングする工程、（ｉ）
前記第１のエッチングマスクのパターンを用いて前記第
２の磁性膜を選択的にエッチングすることにより、少な
くともトラック幅が所定寸法に規定された上部コアパタ
ーンを形成する工程。
【請求項２】前記第１のエッチングマスクが炭素膜であ
ることを特徴とする請求項１記載の薄膜磁気ヘッドの製
造方法。
【請求項３】前記第２のエッチングマスクがＳｉ膜であ
ることを特徴とする請求項１記載の薄膜磁気ヘッドの製
造方法。