(57)【要約】    【課題】ウエハにおける被研磨体の高さの面内分布を均一化でき、しかも被研磨体の腐食を防止しえる研磨方法を提供する。    【解決手段】多数の素子を配列したウエハの一面を、ＣＭＰの適用によって研磨する。素子のそれぞれは、金属又は合金の被研磨体Ｐ１を有している。被研磨体Ｐ１は共通の支持基板１２の一面上に立設され、第１の無機絶縁膜１３１によって被覆されている。第１の無機絶縁膜１３１の平坦化面に、被研磨体Ｐ１を囲むストッパ膜８１、８２が、間隔ｄ１を置いて形成されている。第１の無機絶縁膜１３１及びストッパ膜８１、８２は、第２の無機絶縁膜１３２によって覆われている。第２の無機絶縁膜１３２を、酸化剤を含む研磨剤を用いたＣＭＰによって研磨し、その後、被研磨体Ｐ１の端面に達するまで、酸化剤を含まない研磨剤を用いたＣＭＰによって研磨する。【選択図】      図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の素子を配列したウエハの一面を、ケミカル・メカニカル・ポリシングの適用によって研磨する方法であって、
前記素子のそれぞれは、金属又は合金の被研磨体を有しており、前記被研磨体は共通の支持基板の一面上に立設され、第１の無機絶縁膜によって被覆されており、
前記第１の無機絶縁膜の平坦化面にストッパ膜が形成され、前記ストッパ膜は、前記平坦化面における前記被研磨体の投影を内在させ得る間隔を有しており、
前記第１の無機絶縁膜及び前記ストッパ膜は、第２の無機絶縁膜によって覆われており、
少なくとも、前記第２の無機絶縁膜を、酸化剤を含む研磨剤を用いたケミカル・メカニカル・ポリシングによって研磨し、
その後、研磨が前記被研磨体の端面に達するまで、酸化剤を含まない研磨剤を用いたケミカル・メカニカル・ポリシングによって研磨する
研磨方法。
【請求項２】
請求項１に記載された研磨方法であって、研磨が前記ストッパ膜の表面に達した後、研磨が前記被研磨体に達するまで、酸化剤を含まない研磨スラリーを用いたケミカル・メカニカル・ポリシング法によって研磨する研磨方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された研磨方法であって、前記被研磨体は、垂直磁気記録ヘッドの主磁極である研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ上において、無機絶縁膜の内部に存在する被研磨体の端面を、ケミカル・メカニカル・ポリシング（Chemical Mechanical Polishing  以下ＣＭＰと称する）によって研磨する方法に関する。より詳しくは、垂直磁気記録ヘッドにおける主磁極のように、高さを高精度で設定する必要のある技術分野において適用される研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰは、基板上に堆積した層の表面を平坦化する場合や、堆積された層の内部に埋設されている金属層を、堆積層の表面に露出させる場合など、様々なプロセスにおいて適用される。
【０００３】
ＣＭＰプロセスは、例えば、特許文献１に記載されているように、キャリヤ又はポリシングヘッド上に、例えばウエハ基板を取り付け、研磨すべき表面を、回転するポリシングパッドに向かって押し付ける。ＣＭＰプロセスはスラリー化された研磨剤を供給しながら実行される。研磨剤は、機械的研磨作用を担うアルミナ(Al2O3)又はシリカ(SiO2)の微細な粒子と、化学的研磨作用を担う酸化剤とを含んでおり、化学的、機械的な研磨作用が行なわれる。
【０００４】
ＣＭＰは、極めて微細で高精度な研磨が可能であることから、半導体ウエハの研磨などにも用いられているが、半導体製造プロセスと類似したプロセスによって製造される薄膜磁気ヘッド用ウエハの研磨にも、様々なステップにおいて用いられている。
【０００５】
その典型例としては、ＣＭＰの適用によって、垂直磁気記録ヘッドにおける主磁極の高さを調整するプロセスを挙げることができる。
【０００６】
ところが、垂直磁気記録ヘッドの主磁極は、例えば、２００ｎｍ〜３００ｎｍという微小高さであり、しかも、このような微小な高さで許容される誤差が１０％程度という極めて厳しい条件が付される。
【０００７】
このような厳しい条件下にある垂直磁気記録ヘッド用ウエハを、通常のＣＭＰプロセスに付した場合、ウエハの面内におけるＣＭＰ後の主磁極の高さ分布、即ち、面内高さ分布を、許容値内に収めることは極めて困難であった。なぜなら、ＣＭＰによる研磨量を、ウエハの全面において均等化することは不可能だからである。
【０００８】
もう一つの問題点は、研磨剤が、酸化剤を含むため、主磁極のような被研磨体を研磨する場合、酸化剤による酸化を受けてしまい、特性の劣化などを招くからである。この問題を解決するには、研磨剤から酸化剤を除去すればよいようにも思えるが、ＣＭＰは、もともと、酸化剤によって被研磨面に化学的に侵食しながら、アルミナ(Al2O3)又はシリカ(SiO2)の微細な粒子によって、機械的に研磨するものであるから、酸化剤を省いてしまうと、ＣＭＰの本来の研磨作用が失われてしまい、研磨効率が低下する。
【特許文献１】特開２００１−１９６３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、ウエハにおける被研磨体の高さについて、面内分布を均一化でき、しかも被研磨体の腐食を防止しえる研磨方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明に係る研磨方法は、多数の素子を配列したウエハの一面を、ＣＭＰによって研磨する。前記素子のそれぞれは、金属又は合金の被研磨体を有する。前記被研磨体は共通の支持基板の一面上に立設され、第１の無機絶縁膜によって被覆されている。
【００１１】
前記第１の無機絶縁膜の平坦化面には、ストッパ膜が形成されている。前記ストッパ膜は、前記平坦化面における前記被研磨体の投影を内在させ得る間隔を有する。前記第１の無機絶縁膜及び前記ストッパ膜は、第２の無機絶縁膜によって覆われている。
【００１２】
上記構成のウエハをＣＭＰによって研磨するに当たり、少なくとも、前記第２の無機絶縁膜を、酸化剤を含む研磨剤を用いたＣＭＰによって研磨し、その後、研磨が前記被研磨体の端面に達するまで、酸化剤を含まない研磨剤を用いたＣＭＰによって研磨する。
【００１３】
つまり、本発明は、酸化剤含有研磨剤によるＣＭＰと、その後の酸化剤非含有研磨剤によるＣＭＰの２段階研磨を行なう点に特徴がある。
【００１４】
まず、第１の段階では、第２の無機絶縁膜を、酸化剤を含む研磨剤を用いたＣＭＰによって研磨するので、酸化剤によって被研磨面を化学的に侵食しながら、アルミナ(Al2O3)又はシリカ(SiO2)等の微細な粒子によって、機械的に研磨するという、本来のＣＭＰの利点をそのまま活かし、効率よく研磨することができる。この段階では、被研磨体は、第１の無機絶縁膜によって覆われたままであり、従って、研磨剤に含まれる酸化剤による侵食を受けることがない。この第１の段階の研磨は、好ましくは、ストッパ膜の表面が現れるまで行なう。
【００１５】
次に、第２の段階では、研磨が被研磨体の端面に達するまで、酸化剤を含まない研磨剤を用いたＣＭＰによって研磨する。この第２の段階で、被研磨体は、所定の高さとなるように、その端面が、研磨されることになるが、研磨剤には酸化剤は含まれていないから、酸化剤による被研磨体の劣化は起こらない。このため、信頼性の高い被研磨体を得ることができる。
【００１６】
また、本発明において、被研磨体である被研磨体が第１の無機絶縁膜によって被覆され、第１の無機絶縁膜の同一面に、ストッパ膜が形成されており、このストッパ膜は、平坦化面における被研磨体の投影を内在させ得る間隔を有しているから、ストッパ膜よって画定された間隔、及び、ストッパ膜の表面を基準にした被研磨体の端面までの研磨深さ（追込み量）を適切に制御することにより、ウエハの面内における追込み量を均一化し、ウエハにおける被研磨体の高さの面内分布を均一化することができる。
【００１７】
更に、被研磨体は共通の支持基板の一面上に立設され、第１の無機絶縁膜によって被覆されており、この第１の無機絶縁膜の平坦化面にストッパ膜が設けられているから、被研磨体の高さ、及び、第１の無機絶縁膜の平坦化面が、支持基板の一面を基準にして定まることになる。従って、ストッパ膜の表面を基準にした被研磨体の端面までの研磨深さ（追込み量）が、間接的に、被研磨体の高さに対応することになるので、追込み量を管理することにより、被研磨体の高さを管理することができる。
【００１８】
しかも、ストッパ膜は、第１の無機絶縁膜の平坦化面上に設けられているから、ストッパ膜の高さ位置が高精度で設定されることになる。このため、ストッパ膜の位置を基準にして設定された追込み量、つまり、被研磨体の高さが高精度で設定できることになる。
【００１９】
好ましくは、研磨がストッパ膜の表面に達するまでは、酸化剤を含む研磨剤を用いて研磨し、研磨がストッパ膜の表面に到達した後、研磨が被研磨体に達するまで、酸化剤を含まない研磨剤を用いたＣＭＰによって研磨する。
【００２０】
本発明は、被研磨体の高さコントロールに広く適用できる。中でも、薄膜磁気ヘッドにおける磁極高さ、特に、垂直磁気記録ヘッドの主磁極の高さコントロールに有効である。先に述べたように、垂直磁気記録ヘッドの主磁極は、例えば、２００ｎｍ〜３００ｎｍという微小高さであり、このような微小な高さで許容される誤差が１０％程度という極めて厳しい条件が付されるところ、本発明によれば、このような厳しい条件をクリアできるからである。
【発明の効果】
【００２１】
上述したように、本発明によれば、ウエハにおける被研磨体の高さについて、面内分布を均一化でき、しかも被研磨体の腐食を防止しえる研磨方法を提供することができる。
【００２２】
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単なる例示に過ぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る研磨方法は、被研磨体の高さコントロールに広く適用できるものであるが、説明の具体化のために、垂直磁気記録ヘッドの主磁極に適用した例を説明する。
【００２４】
図１は垂直磁気記録ヘッドの一例を示す断面図、図２は図１に示した垂直磁気記録ヘッドを媒体対向面側から見た図である。図では省略してあるが、垂直磁気記録ヘッドは、実際には、再生素子と組み合わされ、浮上型複合型磁気ヘッドを構成する。再生素子は、スピンバルブ膜（ＳＶ膜）や強磁性トンネル接合膜（ＴＭＲ膜）などを含み、垂直磁気記録ヘッドの下側（又は上側）に配置される。
【００２５】
記録素子部は、記録磁極膜３と、補助磁極膜４と、リターンヨーク膜７と、コイル膜５と、連結部６とを含んでいる。記録磁極膜３は、先端が極めて細く絞り込まれた主磁極Ｐ１となっていて、その後方にヨーク部ＹＫが拡がっている。主磁極Ｐ１は、先端面が媒体対向面１０の面上にある。補助磁極膜４は、記録磁極膜３のヨーク部ＹＫに隣接して設けられ、ヨーク部ＹＫに磁気飽和を生じさせることなく、磁束を主磁極Ｐ１に集中させる。
【００２６】
記録素子部は、第１のシールド膜２１及び第２のシールド膜２２によって磁気シールドされている。記録素子部、第１のシールド膜２１及び第２のシールド膜２２の周りを埋める白色表示部分１１〜１５は、例えば、金属酸化物、又は、有機絶縁材料で構成された絶縁膜である。垂直磁気記録ヘッドは、磁気記録媒体と対向する媒体対向面１０を有している。媒体対向面１０は、薄膜磁気ヘッドでは、空気ベアリング面として用いられる。
【００２７】
リターンヨーク膜７は、記録磁極膜３及び補助磁極膜４から間隔を隔てて配置され、媒体対向面１０を基準として、その後方側で、連結部６により、補助磁極膜４に結合されている。記録磁極膜３の主磁極Ｐ１から出た磁束は、広く拡がるリターンヨーク膜７に集められる。
【００２８】
コイル膜５は、補助磁極膜４とリターンヨーク膜７との間において、連結部６の周りを渦巻き状に回るように配置されている。
【００２９】
図３は、図１及び図２に示した垂直磁気記録ヘッドの製造に用いられるウエハの斜視図である。図３を参照すると、ウエハの一面上には、多数の素子、具体的には垂直磁気記録要素Ｑ１１〜Ｑｎｍが、ｎ行ｍ列のマトリクス状（格子状）配置となるように備えられている。
【００３０】
図４は、垂直磁気記録要素Ｑ１１〜Ｑｎｍから抽出された１つの垂直磁気記録要素Ｑ１ｒを示す図で、既に、無機絶縁膜で構成された支持基体１２の平坦な平面上に、記録磁極膜３が形成されている。
【００３１】
図５は図４の拡大図であり、図４を右側面図とした場合の正面図を示している。記録磁極膜３は、細く絞り込まれた主磁極Ｐ１の後方にヨーク部ＹＫが拡がっている。この例では、主磁極Ｐ１を被研磨体とする場合を例にとって説明する。図５の状態において、記録磁極膜３の上に、第１の無機絶縁膜１３１を、スパッタなどの手段によって付着させる。これにより、図６に示すように、垂直磁気記録要素Ｑ１１〜Ｑｎｍのいずれにおいても、主磁極Ｐ１は、支持基板１２の一面上に立設され、第１の無機絶縁膜によって被覆されている。図示はされていないが、ヨーク部ＹＫも同様である。
【００３２】
第１の無機絶縁膜１３１は、アルミナ(Al2O3)又はシリカ(SiO2)などでなる。第１の無機絶縁膜１３１の表面のうち、主磁極Ｐ１の両側は、平坦化しておく。
【００３３】
次に、図７に示すように、第１の無機絶縁膜１３１の平坦化面に、ストッパ膜８１、８２を形成する。これらのストッパ膜８１、８２は、平坦化面における被研磨体の端面投影を内在させ得る間隔ｄ１を有している。ストッパ膜８１、８２は、図示では、互いに独立しているように見えるが、実際には、主磁極Ｐ１を３方向から囲むように設けられている。ストッパ膜８１、８２は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｐｔの少なくとも一種を用いることができる。その厚みは、ＣＭＰ研磨工程において、滅失しないような値に選定される。
【００３４】
間隔ｄ１が広くなると、研磨効率が高くなるが、反面、研磨量の面内分布が悪化する傾向となる。間隔ｄ１を狭くすると、この逆になる。従って、ストッパ膜８１、８２によって画定された間隔ｄ１は、ＣＭＰ研磨の作業効率と、ウエハ上における研磨量の分布の均一化を考慮して定める必要がある。
【００３５】
次に、図８に示すように、第１の無機絶縁膜１３１及びストッパ膜８１、８２の上に、第２の無機絶縁膜１３２を、スパッタなどの手段によって付着させる。第２の無機絶縁膜１３２も、アルミナ(Al2O3)又はシリカ(SiO2)などでなる。
【００３６】
以上の工程を経た後に、本発明の特徴部分であるＣＭＰ工程を実行する。まず、図９に示すように、少なくとも、第２の無機絶縁膜１３２を、酸化剤を含む研磨剤を用いたＣＭＰによって研磨する。このとき用いられる研磨剤（研磨スラリー）及び研磨装置などは、周知のものでよい。例えば、特許文献１に記載されているように、キャリヤ又はポリシングヘッド上に、ウエハを取り付け、研磨すべき表面を、回転するポリシングパッドに向かって押し付ける。そして、スラリー化された研磨剤を供給しながら、ＣＭＰプロセスを実行する。研磨剤は、機械的研磨作用を担うアルミナ(Al2O3)又はシリカ(SiO2)の微細な粒子と、化学的研磨作用を担う酸化剤とを含んでおり、化学的、機械的な研磨作用が行なわれる。
【００３７】
酸化剤を含む研磨剤を用いたＣＭＰ研磨は、図１０のように、ストッパ膜８１、８２の表面が露出する直前、又は、露出するまで行なうのが好ましい。
【００３８】
ストッパ膜８１、８２の表面が露出した後は、酸化剤を含まない研磨剤を用いたＣＭＰによって研磨する。このＣＭＰの工程は、研磨剤に酸化剤を含まない点を除けば、通常のＣＭＰと何ら異なるところはない。酸化剤を含まない研磨剤を用いたＣＭＰは、研磨が被研磨体である主磁極Ｐ１の端面に達するまで行なう。研磨が主磁極Ｐ１の端面に達した後も、引き続いて、主磁極Ｐ１の端面を、酸化剤を含まない研磨剤を用いたＣＭＰによって研磨し、所定の高さに調整する。
【００３９】
上記プロセスにおいては、第１の段階では、第２の無機絶縁膜１３２を、酸化剤を含む研磨剤を用いたＣＭＰによって研磨するので、酸化剤によって被研磨面を化学的に侵食しながら、アルミナ(Al2O3)又はシリカ(SiO2)等の研磨微細な粒子によって、機械的に研磨するという、本来のＣＭＰの利点をそのまま活かし、効率よく研磨することができる。この段階では、被研磨体たる主磁極Ｐ１は、第１の無機絶縁膜１３１によって覆われたままであり、従って、研磨剤に含まれる酸化剤による侵食を受けることがない。
【００４０】
次に、第２の段階では、主磁極Ｐ１は、所定の高さとなるように、その端面が、研磨されることになるが、研磨剤には酸化剤は含まれていないから、酸化剤による主磁極Ｐ１の劣化は起こらない。このため、信頼性の高い主磁極Ｐ１を得ることができる。
【００４１】
また、本発明において、被研磨体である主磁極Ｐ１が、第１の無機絶縁膜１３１によって被覆され、第１の無機絶縁膜１３１の同一面に、ストッパ膜８１、８２によって画定された間隔ｄ１があり、この間隔ｄ１は被研磨体Ｐ１の端面投影を内在させ得る大きさを有しているから、間隔ｄ１、ストッパ膜８１、８２の表面を基準にした主磁極Ｐ１の端面までの研磨深さ（以下追込み量と称する）Ｈ１、及び、研磨剤に含まれる研磨粒子の粒子径を適切に制御することにより、ウエハにおける主磁極Ｐ１の高さＨ２の面内分布を均一化することができる。
【００４２】
図１３は追込み量Ｈ１と研磨粒子径Ｒ１との比（Ｈ１／Ｒ１）と、追込み量Ｈ１の面内分布（ｎｍ）との関係を示す図である。面内分布（ｎｍ）は最大追込み量と最小追込み量との差である。間隔ｄ１は３０μｍ〜４０μｍとした。
【００４３】
図示するように、追込み量Ｈ１と研磨粒子径Ｒ１との比（Ｈ１／Ｒ１）が、０．２５を超えると、面内分布（ｎｍ）が著しく改善され、４０ｎｍ以下になる。データは示されていないが、間隔ｄ１が狭くなると、面内分布の更なる改善が期待できる。
【００４４】
また、追込み量Ｈ１を大きくした場合も、面内分布の改善が期待できる。追込み量Ｈ１が大きくなると、間隔ｄ１における研磨深さが大きくなり、底部に存在する主磁極Ｐ１に対する研磨作用が鈍くなる結果、面内で見た追込み量Ｈ１が平均化されるからである。
【００４５】
ただ、追込み量Ｈ１が大きくなることは、ストッパ膜８１、８２に対する研磨作用も増大することでもあるから、ストッパ膜８１、８２の膜厚ｔ１は、その追込み量を得る間、消失しないような値に選定しなければならない。
【００４６】
更に、主磁極Ｐ１は共通の支持基板１２の一面上に立設され、第１の無機絶縁膜１３１によって被覆されており、この第１の無機絶縁膜１３１の平坦化面にストッパ膜８１、８２が設けられているから、主磁極Ｐ１の高さＨ２、及び、第１の無機絶縁膜１３１の平坦化面が、支持基板１２の一面を基準にして定まることになる。従って、ストッパ膜８１、８２の表面を基準にした主磁極Ｐ１の端面までの追込み量Ｈ１が、間接的に、主磁極Ｐ１の高さＨ２に対応することになるので、追込み量Ｈ１を管理することにより、主磁極Ｐ１の高さＨ２を管理することができる。
【００４７】
しかも、ストッパ膜８１、８２は、第１の無機絶縁膜１３１の平坦化面上に設けられているから、ストッパ膜８１、８２の高さ位置が高精度で設定されることになる。このため、ストッパ膜８１、８２の位置を基準にして設定された追込み量Ｈ１、つまり、主磁極Ｐ１の高さＨ２が高精度で設定できることになる。
【００４８】
本発明によれば、上述した作用効果の総合として、例えば、２００ｎｍ〜３００ｎｍという微小高さの主磁極Ｐ１にあって、誤差が１０％程度という極めて厳しい条件をクリアできるようになる。
【００４９】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】垂直磁気記録ヘッドの一例を示す断面図である。
【図２】図１に示した垂直磁気記録ヘッドを媒体対向面側から見た図である。
【図３】図１及び図２に示した垂直磁気記録ヘッドの製造に用いられるウエハの斜視図である。
【図４】垂直磁気記録素子から抽出された１つの垂直磁気記録素子を示す図である。
【図５】図４の拡大図であり、図４を右側面図とした場合の正面図である。
【図６】本発明に係る研磨方法に含まれる１つの工程を示す図である。
【図７】図６に示した工程の後の工程を示す図である。
【図８】図７に示した工程の後の工程を示す図である。
【図９】図８に示した工程の後の工程を示す図である。
【図１０】図９に示した工程の後の工程を示す図である。
【図１１】図１０に示した工程の後の工程を示す図である。
【図１２】図１１に示した工程の後の工程を示す図である。
【図１３】追込み量と研磨粒子径との比（Ｈ１／Ｒ１）と、追込み量の面内分布（ｎｍ）との関係を示す図である。
【００５１】
１２                    支持基体
Ｐ１                    主磁極
１３１                    第１の無機絶縁膜
１３２                    第２の無機絶縁膜
【図１】
2006102921.tif 000003
【図２】
2006102921.tif 000004
【図３】
2006102921.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006102921.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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