KR100256073B1 - 박막 자기헤드의 자성층 식각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막 자기헤드의 자성층 식각방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 a) 기판(11)위에 형성된 NiFe 자성층(12)위에 Ta층(13) 및 Al₂O₃층(14)을 순차적으로 형성시키고 그 위에 원하는 형상의 감광막(15)을 형성시키는 공정; b) 반응성 이온 식각법을 이용하여 Al₂O₃층(14)을 식각시키고 감광막(15)을 제거한 다음 Ta층(13)을 식각시키는 공정; c) 이온빔 식각법을 이용하여 NiFe 자성층(12)을 식각시키는 공정; 및 d) 반응성 이온 식각법을 이용하여 Ta층(13)을 식각시키는 공정으로 이루어지므로써 3㎛두께 이상의 매우 두꺼운 막이 매우 작은 트렉폭을 가질때 해상도를 효과적으로 향상시킬 수 있으며 최후 마스크층 제거를 용이하게 할 수 있는 박막 자기헤드의 자성층 식각방법에 관한 것이다.

Description

박막 자기헤드의 자성층 식각방법

제1(a)~(c)도는 종래의 방법에 따른 박막 자기헤드의 자성층 제조 공정도이고,

제2(a) 및 (b)도는 종래 방법의 문제점을 나타낸 도면이며,

제3(a)~(g)도는 본 발명의 방법에 따른 박막 자기헤드 자성층의 제조 공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 11 : 기판(Al₂O₃또는 AlTiC) 2, 12 : NiFe 자성층

13 : Ta층 14 : Al₂O₃층

5, 15 : 감광막(photoresist)

본 발명은 박막 자기헤드의 자성층 식각방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 박막 자기헤드의 자성층을 물리적 식각시 마스크층의 형상을 하지막에 최대한 동일한 형상으로 재현할 수 있고 최후에 이 마스크층을 제거하는 데에도 용이하여 최대의 해상도를 얻을 수 있는 박막 자기헤드의 자성층 식각방법에 관한 것이다.

박막을 식각하는데 있어서 마스크층의 형상이 원하는 모양대로 원하는 막에 재현되는 것은 중요하다. 실제로 형상을 재현함에 있어서 마스크층의 두께에 따라서 아래 하지막의 크기가 더 커질 수도 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 감광막 마스크를 이용하여 두꺼운 막을 물리적 방법으로 식각할 경우에는 이 감광막의 손상으로 인해 최후에 이것을 제거하는 공정에서 제거가 잘 되지 않기도 한다. 이는 물론 식각조건에도 크게 영향을 받는다.

제1(a)~(c)도는 종래의 방법에 따른 박막 자기헤드의 자성층 제조 공정도이고, 제2(a) 및 (b)도는 종래 방법의 문제점을 나타낸 도면이다.

제1(a)~(c)도에 도시된 바와 같이 감광막(5)을 마스크로 이용해 두꺼운 자성층(2)을 식각할 경우에는 감광막의 두께가 식각하고자하는 자성층(2)의 두께에 비례해 두꺼워지게 된다. 실제 이온빔 식각시 감광막 마스크를 사용하게 되면 하지막과의 선택도를 1:1로 보았을 경우 3㎛의 막을 식각하기 위해서는 3.5㎛ 또는 그 이상 두께의 감광막 마스크를 사용해야만 한다.

그런데, 이온빔 식각시 90°의 각도로 식각하게 되면 재증착(redeposition)현상이 심해져 패턴의 폭이 좁은 경우, 특히 제2(a)도 및 제2(b)도와 같이 a:b:c의 비가 거의 1:1:1이 되는 경우에는 정확한 형상의 재현을 위해서 마스크층의 두께가 최대한 얇아야 하지만, 전술한 바와 같이 감광막 마스크를 이용하게 되면 그 두께가 너무 두꺼워지기 때문에 마스크의 형상을 그대로 이식하는 데에는 많은 문제점들이 있었다.

또한, 이온빔을 이용한 식각을 할 경우에는 감광막과 같은 유기물질에 의해 매우 큰 손상을 입게 된다. 특히 높은 이온빔 에너지로 인하여 감광막이 타버리게 되면 이것은 최후 마스크층의 제거공정에서 제거될 수 없게 되어 버린다. 일반적으로, 습식 마스크 제거공정을 통해 마스크층을 제거할 경우에 이 문제는 더욱 크게 대두된다. 실제로, 위에서 언급한 바와 같이 감광막이 이온빔에 의해서 타버린 경우에는 습식 제거방법이나 건식 제거방법중 어떤 것으로도 완벽한 제거를 할 수 없는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 금속마스크를 이용하는 방법이 제안되었다.

그러나, 금속 마스크를 사용할 경우에도 이의 최후공정과 마스크층의 두께를 고려해 보면, 단층 마스크를 사용할 경우 마스크 제거시 하지막과의 선택성, 마스크의 두게 등 매우 많은 문제점을 가지는 것으로 나타났다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하여 물리적 식각시 마스크층의 형상을 하지막에 최대한 같은 형상으로 재현하고 이와 함께 최후에 이 마스크층을 제거하는 데에도 용이한 박막 자기헤드의 자성층 식각방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 자기헤드의 자성층 식각방법은, a) 기판(11)위에 형성된 NiFe 자성층위에 Ta층 및 Al₂O₃층을 순차적으로 형성시키고 그 위에 원하는 형상의 감광막을 형성시키는 공정; b) 반응성 이온 식각법을 이용하여 Al₂O₃층을 식각시키고 감광막을 제거한 다음 Ta층을 식각시키는 공정; c) 이온빔 식각법을 이용하여 NiFe 자성층을 식각시키는 공정; 및 d) 반응성 이온 식각법을 이용하여 Ta층을 식각시키는 공정으로 이루어진다.

이하 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 마스크층이 두께를 최소로 하면서도 최후에 이 층의 제거시 하지층과의 선택비를 최대화하기 위한 방법이다.

이를 위해 본 발명에서는 두 층의 마스크층을 이용하고 있으며, 또한 각 물질층들의 식각속도를 계사하여 마스크층의 제거를 용이하게 하고 있는데, 각 물질들의 식각속도를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

한편, 상기 표에서 ○는“효율적이다”, △는“보통”, ×는“비효율적이다”라는 것을 의미한다.

제3(a)~(g)도는 본 발명의 방법에 따른 박막 자기헤드 자성층의 제조 공정도로서, 도면중 부호 11은 Al₂O₃또는 AlTiC 기판, 12는 NiFe 자성층, 13은 Ta층, 14는 Al₂O₃층, 15는 감광막이다.

제3(a)~(g)도를 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

우선 기판(11)위에 약 4㎛ 두께의 NiFe를 형성시켜 NiFe 자성층(12)을 형성시키고 그 위에 약 0.5~0.8㎛ 두께의 Ta층(13)가 약 1.0~1.5㎛ 두께의 Al₂O₃층(14)을 스퍼터링 방법으로 형성시킨다. 여기에 감광막(15)을 입혀 원하는 모양의 형상을 얻으며, 이것을 BCl₃를 이용한 반응성 이온 식각방법으로 식각시킨다.

그 다음, 감광막(15)을 유기용제를 이용하여 제거하고 이것을 다시 반응성 이온 식각법으로 CF₄+O₂가스를 이용하여 Ta층(13)을 식각시킨다. 이때 Al₂O₃층(14)은 Ta층(13)의 마스크 역할을 하게 되다. 여기에 이온빔 식각법을 이용하여 NiFe 자성층(12)을 식각시킨다. 이때 표 1에서 알 수 있는 바와같이 NiFe 자성층(12)의 식각속도가 330Å/min.이므로 총 식각시간은 약 121분 정도이다. 이와 동시에 마스크층으로 사용된 Al₂O₃층(14)은 109분 정도후에 모두 식각되어 Ta층(13)이 드러나게 되며 연속해서 이 층이 식각되게 된다. 즉 나머지 11분동안은 Ta층(13)이 식각되는 것이다(약 0.3㎛).

그후 NiFe 자성층(12) 식각이 모두 끝난후에 반응성 이온 식각법을 이용하여 Ta층(13)의 남은 부분을 식각해낸다.

한편, 본 발명에서 Ta를 사용한 이유는 실제 고밀도 박막 자기 저항헤드의 제조에서는 이 NiFe 이래에 Al₂O₃층이 있으므로 취후 마스크 제거공정시 Al₂O₃층와의 선택비가 좋기 때문이다.

본 발명은 NiFe와 Ta, Al₂O₃의 이온빔 식각속도의 차이를 이용하고 또한 반응성 이온식각시 각 층간의 높은 선택비를 이용한 것이 특징이다.

상기 표 1에서 알 수 있듯이 이온빔 식각장치내에서는 Al₂O₃의 식각속도가 110Å/min 정도로 매우 느리다. 물론, 해상도만을 생각해 얇은 마스크판을 원한다면 Al₂O₃만의 마스크를 이용하는 것이 가장 합당하나 최후 이 마스크층의 제거시 하지막에 영향을 주지 않기 위해서는 부적당하다. 그 이유는 첫째로, Al₂O₃를 없애기 위해서 BCl₃가스를 이용하게 되면 하지층인 NiFe에 손상을 입히게 되며, 두번째로 박막 자기저항 헤드의 제조시에는 하지층으로 존재할 수 있는 Al₂O₃층이 동시에 손상을 입게 된다. 이런 이유로 Al₂O₃와 NiFe의 중간에 Ta층을 넣어 최후에 마스크 제거를 용이하게 하고 있다.

한편, 앞에서 언급한 바와 같이 이러한 이층 마스크층의 이온빔 식각속도가 NiFe에 비해 매우 느리므로 이층 마스크층의 두게가 그 만큼 감소될 수 있으며 이는 해상도를 향상시킬 수 있음을 의미한다.

실제로 감광막 마스크를 이용하였을 경우보다 마스크층의 두께가 1/2에서 1/3정도로 줄었기 때문에 그 만큼의 해상도 증가 효과를 볼 수 있는 것이다.

그러나, 본 발명을 수행하기 위해 주의해야 할 것은 마스크층중 Al₂O₃의 두께이다. 즉, Al₂O₃층은 하지층인 NiFe의 식각시 모두 식각되어 버릴 수 있는 두께를 가져야 한다. 또한, 이와 동시에 남은 시간 동안에 Ta가 충분히 마스크 역할을 할 수 있을 정도의 두께를 가지고 있어야 한다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하지만, 이것이 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

본 실시예는 고밀도 박막 자기저항헤드의 제조시 이용된 것으로, 이 자기저항 헤드에는 자성층과 코일층 등 매우 두꺼우면서도 그 트랙 폭이 매우 좁은 층들이 존재하며 그 한가지 예로 공유자성층의 식각시에 사용되는 공정을 통해 본 발명을 설명하기로 한다.

먼저 대륭진공의 스퍼터를 이용하여 Al₂O₃기판위에 NiFe를 4㎛두께로 증착하여 자성층을 형성시켰다. 여기에 상기와 동일한 스퍼터를 이용하여 Ta층을 0.6㎛ 두께로 증착하였다.

그 위에 미국 MRC사의 스퍼터를 이용하여 Al₂O₃층을 1.2㎛ 두께로 증착하였고, AZ1514 감광막을 스핀 코터(spin coater)를 이용하여 코팅하였다. 이것을 독일 KARL SUSS사의 노광기로 노광하고 현상액을 이용하여 패턴을 형성하였다. 이때 최후 감광막의 두게는 1.5㎛이었다.

이것을 영국 STS사의 반응성 이온 장비를 이용하여 BCl₃가스로 Al₂O₃층을 이방성 식각(anisotropic etching)하였고 아세톤 용액에 넣어 감광막을 제거하였다. 이것을 다시 CF₄+O₂의 혼합가스를 이용한 반응성 이온식각으로 Ta층을 식각하였다. 이때 Al₂층₃이 마스크 역할을 했으며 이것도 역시 이방성 식각을 하였다.

이것을 미국 CSC사의 이온빔 식각장치를 이용해 NiFe 자성층을 식각하였으며, 최후에 다시 반응성 이온 식각법으로 Ta층을 제거하였다.

이 최후 공정에서 사용된 CF₄+O₂가스는 Al₂O₃또는 NiFe에 모두 선택성이 좋으므로 하지층에 영향을 전혀 주지 않을 수 있었다.

한편, NiFe 식각시에 마스크로 사용되었던 Al₂O₃층은 모두 식각되었으므로 최후 마스크 제거공정에서는 Ta층만이 남게 되는 것이다.

따라서, 기존의 감광성 마스크를 이용할 시에는 그 두께가 너무 두꺼워 형상의 해상도가 크게 떨어졌던 것을 본 발명의 방법을 통해 크게 개선할 수 있었다.

그러므로, 본 발명에 의하면, 3㎛ 두께 이상의 매우 두꺼운 막이 매우 작은 트랙폭을 가질때 해상도를 효과적으로 향상시킬 수 있으며 최후 마스크층 제거를 용이하게 할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (4)

1. a) 기판(11)위에 형성된 NiFe 자성층(12)위에 Ta층(13) 및 Al₂O₃층(14)을 순차적으로 형성시키고 그 위에 원하는 형상의 감광막(15)을 형성시키는 공정; b) 반응성 이온 식각법을 이용하여 Al₂O₃층(14)을 식각시키고 감광막(15)을 제거한 다음 Ta층(13)을 식각시키는 공정; c) 이온빔 식각법을 이용하여 NiFe 자성층(12)을 식각시키는 공정; 및 d) 반응성 이온 식각법을 이용하여 Ta층(13)을 식각시키는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 자기헤드이 자성층 식각방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 Al₂O₃층(14)은 NiFe 자성층(12)이 식각되는 동안 모두 소모될 수 있는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 자기헤드이 자성층 식각방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 b)공정의 Al₂O₃층(14) 식각공정의 반응성 가스가 BCl₃인 것을 특징으로 하는 박막 자기헤드의 자성층 식각방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 b)공정 및 d)공정의 Ta층(13) 식각공정의 반응성 가스가 CF₄+O₂인 것을 특징으로 하는 박막 자기헤드의 자성층 식각방법.