(57)【要約】【課題】  改良された位相シフトリソグラフィと、狭いトラック幅Ｄの書き込み極を画定するためのハーフトーン位相シフトマスクを提供する。【解決手段】  磁気書き込みヘッドの書き込み磁極等の重要な対称２次元構造を生産できる、位相シフト光リソグラフィを使用するウェハのパターニング方法。本発明の１つの態様において、光リソグラフィマスクは、不透明部分を有し、この不透明部分の両側に狭い、透明の位相シフト領域がある。非位相シフト領域は、構造の両側の狭い位相シフト部分を越えて延びる。位相シフト領域は、不透明領域に関して対称であり、ウェハ上に生成される像は、完全に対称となる。本発明の他の態様において、透明媒体に位相シフト領域が形成され、位相シフト領域の両側に非位相シフト領域がある。位相シフト領域と非位相シフト領域の間の遷移だけで、ウェハ上のパターンを画定するため、マスク上の不透明構造は不要となる。【選択図】図１
2011180588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光リソグラフィパターニング用のマスクであって、
不透明な不透明部分と、
前記不透明部分の幅方向の両側に隣接し、透過する光の位相をシフトする、透明な第一及び第二の位相シフト部分と、
前記第一及び第二の位相シフト部分の前記幅方向の外側に隣接し、透過する光の位相をシフトしない、透明な非位相シフト部分と、
を備えるマスク。
【請求項２】
前記第一及び第二の位相シフト部分はそれぞれ、前記第一及び第二の位相シフト部分を透過する光が、前記非位相シフト部分を透過する光の位相と１８０度ずれるような厚さを有する、
請求項１に記載のマスク。
【請求項３】
前記第一及び第二の位相シフト部分は、前記非位相シフト部分の厚さより小さい厚さを有する、
請求項１に記載のマスク。
【請求項４】
ガラス媒体をさらに備え、
前記不透明部分は、前記ガラス媒体の表面の一部の上に形成された不透明材料の層を有し、
前記第一及び第二の位相シフト部分は、前記ガラス媒体の前記第一及び第二の位相シフト部分における厚さが、前記ガラス媒体の前記非位相シフト部分における厚さより小さくなるように、前記ガラス媒体に設けられた陥凹部を有する、
請求項１に記載のマスク。
【請求項５】
石英媒体をさらに備え、
前記不透明部分は、前記石英媒体の表面の一部の上に形成された不透明材料の層を有し、
前記第一及び第二の位相シフト部分は、前記石英媒体の前記第一及び第二の位相シフト部分における厚さが、前記石英媒体の前記非位相シフト部分における厚さより小さくなるように、前記石英媒体に設けられた陥凹部を有する、
請求項１に記載のマスク。
【請求項６】
前記不透明部分は、磁気書き込みヘッドの書き込み磁極の形状である、請求項１に記載のマスク。
【請求項７】
前記第一及び第二の位相シフト部分はそれぞれ、幅が０．０５λ−０．６０λであり、λは露光波長である、
請求項１に記載のマスク。
【請求項８】
前記第一及び第二の位相シフト部分はそれぞれ、幅が約０．２０λであり、λは露光波長である、
請求項１に記載のマスク。
【請求項９】
フォトリソグラフィによってウェハ表面をパターニングするためのマスクであって、
透明媒体と、
前記透明媒体に形成された、透過する光の位相をシフトする帯状の位相シフト部分と、
前記透明媒体に形成された、前記位相シフト部分の幅方向の両側に隣接する、透過する光の位相をシフトしない非位相シフト部分と、
を含むマスク。
【請求項１０】
前記位相シフト部分が、前記透明媒体にエッチングにより形成された陥凹部を有する、
請求項９に記載のマスク。
【請求項１１】
前記位相シフト部分の幅が０．２λから０．７λであり、λは露光波長である、
請求項９に記載のマスク。
【請求項１２】
前記位相シフト部分の幅が０．４０λであり、λは露光波長である、
請求項９に記載のマスク。
【請求項１３】
前記透明媒体はガラスを含む、請求項９に記載のマスク。
【請求項１４】
前記透明媒体は石英を含む、請求項９に記載のマスク。
【請求項１５】
前記位相シフト部分は、書き込み磁極の極先端領域を画定する、
請求項９に記載のマスク。
【請求項１６】
光リソグラフィパターニング用のマスクであって、
第一の領域と、第二の領域と、を含み、
前記第一の領域は、
不透明な不透明部分と、
前記不透明部分の幅方向の両側に隣接し、透過する光の位相をシフトする、透明な第一及び第二の位相シフト部分と、
前記第一及び第二の位相シフト部分の前記幅方向の外側に隣接し、透過する光の位相をシフトしない、透明な非位相シフト部分と、
を備え、
前記第二の領域は、
透過する光の位相をシフトする帯状の位相シフト部分と、
前記位相シフト部分の幅方向の両側に隣接する、透過する光の位相をシフトしない非位相シフト部分と、
を備え、
前記第一の領域の前記不透明部分の幅が、前記第二の領域の前記位相シフト部分の幅より大きい、
ことを特徴とするマスク。
【請求項１７】
ウェハの表面をパターニングする方法であって、
前記ウェハを提供するステップと、
前記ウェハ上にフォトレジストの層を堆積させるステップと、
マスクを使って前記フォトレジストを光リソグラフィによりパターニングするステップと、
を含み、
前記マスクは、
不透明な不透明部分と、
前記不透明部分の幅方向の両側に隣接し、透過する光の位相をシフトする、透明な第一及び第二の位相シフト部分と、
前記第一及び第二の位相シフト部分の前記幅方向の外側に隣接し、透過する光の位相をシフトしない、透明な非位相シフト部分と、
を備える、
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
前記フォトレジストを堆積させるステップの前に、書き込み磁極の材料を堆積させるステップをさらに含み、
前記書き込み磁極の材料の層上に形成された前記フォトレジストを光リソグラフィによってパターニングするステップの後に、イオンミリングを実行して、前記書き込み磁極の材料のうち、前記マスクにより保護されていない部分を除去するステップをさらに含む方法。
【請求項１９】
ウェハの表面をパターニングする方法であって、
前記ウェハを提供するステップと、
前記ウェハ上にフォトレジストの層を堆積させるステップと、
マスクを使って前記フォトレジストを光リソグラフィによってパターニングするステップと、
を含み、
前記マスクは、
透明媒体と、
前記透明媒体に形成された、透過する光の位相をシフトする帯状の位相シフト部分と、
前記透明媒体に形成された、前記位相シフト部分の幅方向の両側に隣接する、透過する光の位相をシフトしない非位相シフト部分と、
を備える、
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記フォトレジストを堆積させるステップの前に、書き込み磁極の材料を堆積させるステップをさらに含み、
前記書き込み磁極の材料の層上に形成された前記フォトレジストを光リソグラフィによってパターニングするステップの後に、イオンミリングを実行して、前記書き込み磁極の材料のうち、前記マスクによって保護されていない部分を除去するステップをさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気書き込みヘッドに関し、より詳細には、非常に狭いトラック幅を有する書き込み磁極の製造への位相シフトマスク技術の応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの長期記憶の心臓部は、磁気ディスクドライブと呼ばれる組立品である。磁気ディスクドライブは、回転磁気ディスクと、回転磁気ディスクの表面の近傍にあるサスペンションアームによって浮かされた読み取りヘッドおよび書き込みヘッドと、書き込みヘッドおよび読み取りヘッドを回転ディスク上の被選択円形トラックの上方に配置するためにサスペンションアームを揺動させるアクチュエータとを含む。読み取りヘッドおよび書き込みヘッドは、エアベアリング面（ＡＢＳ）を有するスライダに直接設けられる。サスペンションアームは、ディスクの表面に向けてスライダを付勢し、ディスクの近傍にある空気は、ディスクの回転時にディスクの表面と一緒に移動する。スライダは、この移動空気をクッションとし、ディスクの表面の上方を飛行する。スライダがエアベアリングに乗ると、回転ディスクに磁気転移を書き込むためおよび回転ディスクから磁気転移を読み取るために、書き込みヘッドおよび読み取りヘッドが用いられる。読み取りヘッドおよび書き込みヘッドは、書き込み機能および読み取り機能を実行するためにコンピュータプログラムにしたがって動作する処理回路に接続される。
【０００３】
書き込みヘッドは、書き込み磁極と戻り磁極を備えることができ、書き込み極はＡＢＳでの断面が戻り極よりはるかに小さい。書き込み磁極と戻り磁極は、ＡＢＳから離れた領域で相互に磁気的に連結される。導電書き込みコイルが書き込みコイルを通じて磁束を誘起する。その結果、書き込み磁界が隣接する磁気媒体に向かって放出され、この書き込み磁界は媒体の表面に対してほぼ垂直である（書き込み極付近のトレーリングシールド等によって、傾く場合もある）。書き込み磁界は媒体を局所的に磁化し、その後媒体内を通って、書き込みヘッドの戻り極の位置に戻る。ここでは磁束は、十分に散開されていて弱いゆえに、それ以前に記録されたデータビットを消去することはない。
【０００４】
ＧＭＲまたはＴＭＲセンサ等の磁気抵抗センサは、回転する磁気ディスクからの磁界を検知するために使用できる。センサは、ピンニング層および自由層と呼ばれる第１および第２の強磁性層の間に挟まれた非磁性伝導層または障壁層を含む。センサには、センス電流を流すために第１および第２のリードが接続される。ピンニング層の磁化は、エアベアリング面（ＡＢＳ）に垂直にピンニングされる。自由層の磁気モーメントは、ＡＢＳに平行に配置されるが、外部磁界に反応して自由に回転可能である。ピンニング層の磁化は、通常、反強磁性層との交換結合によってピニングされる。
【０００５】
スペーサ層の厚さは、センサの中の伝導電子の平均自由路未満となるように選択される。この配置の場合、伝導電子の一部は、スペーサ層とピンニングおよび自由層の各々とのインターフェイスによって散失される。ピンニングおよび自由層の磁化が互いに平行である場合に散失は最小となり、ピンニングおよび自由層の磁化が反平行である場合に散失は最大となる。散失の変化は、ｃｏｓθに比例してスピンバルブセンサの抵抗を変更させる。ここで、θはピンニング層と自由層の磁化の間の角度である。読み取りモードでは、スピンバルブセンサの抵抗は回転ディスクからの磁界の大きさに応じて変化する。センス電流がスピンバルブセンサを介して流れると、抵抗の変化によって電位の変化が引き起こされ、再生信号として検出され処理される。
【０００６】
データ密度を向上させるためには、読み取り／書き込みヘッドを着実に小型化していかなければならない。より詳しくは、データ密度に直接影響を与えるパラメータの１つは、読み取り／書き込みヘッドのトラック幅である。書き込み極の幅により、データ記録のトラック幅が決まる。したがって、データの高密度化のためには、書き込み極の幅を小さくする必要がある。残念ながら、書き込み磁極の幅を削減できる量は、現在の光リソグラフィおよびその他の製造工程によって制限されている。そこで、光リソグラフィおよびその他の製造工程の限界にかかわらず、ごく狭いトラック幅で書き込み磁極を形成できるようにする方法または工程が依然として求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光リソグラフィによるパターニングのためのマスクを提供する。マスクは、第一と第二の側を有する不透明部分と、不透明部分の第一と第二の側に形成された第一と第二の透明な位相シフトのための領域と、第一と第二の位相シフトのための部分を越えて延在する透明な、非位相シフト領域とを含む。
【０００８】
本発明の別の態様において、マスクは、透明媒体と、透明媒体に形成された、位相シフト領域と、位相シフト領域に直接隣接する、非位相シフト領域と、を含み、位相シフト領域と非位相シフト領域の間の推移によって、マスクに不透明特徴部を設けることなく、ウェハ上に特徴部をパターニングできる。
【０００９】
本発明に係るマスクを用いれば、ウェハ上に対称パターンが生成され、また、位相シフト技術を利用して、ウェハ上に非常に小さい特徴部をパターニングすることができる。新規な位相シフト技術を利用することにより、位相シフト技術で、ウェハ上に複数の方向に変化する特徴部、たとえばフレア領域を有する書き込み極等を形成することも可能となる。
【００１０】
一貫して類似の参照符号によって類似の構成要素を示されている図面とあわせた好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を読むことによって、本発明のこれらのおよびその他の特徴および利点が明らかになる。
【００１１】
本発明の性質および利点ならびに好ましい使用形態を更に完全に理解するために、添付の図面とあわせた以下の詳細な説明を参照することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を具現化できるディスクドライブシステムの概略図である。
【図２】スライダのＡＢＳを図１の線２−２の視点で見た図であり、磁気ヘッドの位置を示している。
【図３】本発明の実施形態に係る磁気ヘッドの、図２の線３−３の視点で見て、反時計回り方向に９０度回転させた状態の断面図である。
【図４】図３の磁気書き込みヘッドの書き込み極を上から見た図である。
【図５】書き込み極を画定するための光リソグラフィ工程の概略図である。
【図６】書き込み極を画定するための光リソグラフィ工程の概略図である。
【図７】書き込み極を画定するための光リソグラフィ工程の概略図である。
【図８】書き込み極を画定するための光リソグラフィ工程の概略図である。
【図９】図５−図８の先行技術の工程から得られるマスクの異なる部分からの光強度への寄与を示すグラフである。
【図１０】図５−図８の先行技術の工程を使用した時の、ウェハ表面の全体としての光強度を示すグラフである。
【図１１】位相シフト光リソグラフィ工程の概略図である。
【図１２】図１１の位相シフト光リソグラフィ工程を使用した時の、ウェハの異なる部分の光強度への寄与を示すグラフである。
【図１３】図１１の位相シフト光リソグラフィ工程を使用した時の、ウェハ表面の複合された、全体としての光強度を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施形態に係る光リソグラフィマスクの概略断面図である。
【図１５】図１４の線１５−１５の視点で見た、図１４のマスクの図である。
【図１６】図１５、図１６のマスクを使用した、ウェハ表面の光強度を示すグラフである。
【図１７】本発明の代替実施形態に係る光リソグラフィマスクの側方断面図である。
【図１８】図１７の線１８−１８の視点で見た、図１７のマスクの図である。
【図１９】図１７、図１８のマスクを使用したウェハ全体の光強度を示す図である。
【図２０】図１４、図１５に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【図２１】図１４、図１５に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【図２２】図１４、図１５に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【図２３】図１４、図１５に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【図２４】図１４、図１５に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【図２５】図１４、図１５に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【図２６】図１４、図１５に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【図２７】図１７、図１８に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【図２８】図１７、図１８に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【図２９】図１７、図１８に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【図３０】図１７、図１８に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【図３１】図１７、図１８に関して説明したマスクのようなマスクを製造する方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明は、現時点で考えられる発明実施の最適な実施形態についての説明である。この説明は、本発明の原則を例示する目的でなされており、本明細書に記載の発明概念を限定することは意図していない。
【００１４】
図１を参照すると、本発明を具現化したディスクドライブ１００が示されている。図１に示されるように、少なくとも１つの回転可能磁気ディスク１１２が、スピンドル１１４に支えられ、ディスク駆動モータ１１８によって回転される。各ディスク上における磁気記録は、磁気ディスク１１２上における同心円状のデータトラック（不図示）の環状パターンの形態をとる。
【００１５】
少なくとも１つのスライダ１１３が、磁気ディスク１１２の近くに位置決めされ、各スライダ１１３は、１つまたは２つ以上の磁気ヘッドアセンブリ１２１を支える。磁気ディスクの回転とともに、スライダ１１３は、所望のデータを書き込まれた磁気ディスク上の異なるトラックに磁気ヘッドアセンブリ１２１がアクセスできるように、ディスク表面１２２の上方を径方向に行き来する。各スライダ１１３は、サスペンション１１５によってアクチュエータアーム１１９に取り付けられる。サスペンション１１５は、スライダ１１３をディスク表面１２２に対して付勢する僅かなスプリング力を提供する。各アクチュエータアーム１１９は、アクチュエータ手段１２７に取り付けられる。図１に示されるようなアクチュエータ手段１２７は、ヴォイスコイルモータ（ＶＣＭ）であってよい。ＶＣＭは、固定磁界内を移動可能なコイルを含み、コイルの移動の方向および速度は、コントローラ１２９によって供給されるモータ電流信号によって制御される。
【００１６】
ディスクストレージシステムの動作時において、磁気ディスク１１２の回転は、スライダに押し上げ力または持ち上げ力を及ぼすエアベアリングを、スライダ１１３とディスク表面１２２との間に生成する。エアベアリングは、したがって、通常動作時において、サスペンション１１５の僅かなスプリング力と打ち消しあい、実質一定の小間隔だけディスク表面から離れた僅か上方においてスライダ１１３を支える。
【００１７】
ディスクストレージシステムの各種の構成要素は、動作時に、制御ユニット１２９によって生成されるアクセス制御信号および内部クロック信号などの制御信号によって制御される。通常、制御ユニット１２９は、論理制御回路、ストレージ手段、およびマイクロプロセッサを含む。制御ユニット１２９は、ライン１２３に載せる駆動モータ制御信号およびライン１２８に載せるヘッド位置決め及び探索制御信号などの、各種のシステム動作を制御するための制御信号を生成する。ライン１２８に載せる制御信号は、スライダ１１３をディスク１１２上の所望のデータトラックに最適に移動させて位置決めするための所望の電流プロフィールを提供する。書き込みヘッドおよび読み取りヘッド１２１との間では、記録チャネル１２５を通じて書き込み信号および読み取り信号がやり取りされる。
【００１８】
図２を参照すると、スライダ１１３内の磁気ヘッド１２１の向きを詳細に確認することができる。図２はスライダ１１３のＡＢＳを示しており、誘導書き込みヘッドと読み取りヘッドを含む磁気ヘッドがスライダのトレーリングエッジに配置されているのが分かる。典型的な磁気ディスクストレージシステムに関する上記説明と添付した図１は、例示にすぎない。ディスクストレージシステムがディスクとアクチュエータを多数含むことができること、そして各アクチュエータが複数のスライダをサポートできることは明らかである。
【００１９】
ここで、図３を参照すると、本発明を磁気ヘッド３０２に具現化することができる。磁気ヘッド３０２は、読み取りヘッド３０４と書き込みヘッド３０６とを含む。読み取りヘッド３０４は磁気抵抗センサ３０８を含み、これはＧＭＲ、ＴＭＲまたはその他のタイプのセンサであってもよい。磁気抵抗センサ３０８は、第一と第二の磁気シールド３１０、３１２の間に位置づけられる。
【００２０】
書き込みヘッド３０６は、書き込み磁極３１４と戻り磁極３１６とを有する。書き込み極３１４は、磁気シェイピング層３２０の上に形成することができ、磁気バックギャップ層３１８は、エアベアリング面（ＡＢＳ）から離れた領域で、書き込み極３１４とシェイピング層３２０を戻り極３１６に磁気的に接続する。書き込みコイル３２２（図３Ａでは断面が示されている）は、書き込み極とシェイピング層３１４、３２０および戻り極３１６の間を通り、書き込み極３１４とシェイピング層３２０の上も通ってよい。書き込みコイル３２２は螺旋コイルであってもよく、あるいは、１つまたは複数のパンケーキコイルであってもよい。書き込みコイル３２２は、絶縁層３２４の上に形成することができ、アルミナおよび／またはハードベークされたフォトレジスト等のコイル絶縁層３２６に埋め込んでもよい。
【００２１】
動作中、電流が書き込みコイル３２２の中を流れると、結果として得られる磁界によって、磁束が戻り極３１６、バックギャップ３１８、シェイピング層３２０、書き込み極３１４へと流れる。これによって、書き込み磁界が書き込み極３１４の先端から磁気媒体３３２に向かって放出される。書き込み極３１４は、ＡＢＳでの断面が戻り極３１６のＡＢＳでの断面よりはるかに小さい。したがって、書き込み極３１４から放出される磁界は十分に高密度で強力であり、磁気媒体３３２の硬磁性上層３３０にデータビットを書き込むことができる。磁束は次に、軟磁性下地層３３４を通って流れ、戻り極３１６に戻り、ここでは、磁束が十分に散開されて弱いゆえに、書き込み極３１４によって記録されたデータビットを消去することがない。磁気台座(ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐｅｄｅｓｔａｌ)３３６を、エアベアリング面ＡＢＳに設置し、戻り極３１６に取り付けて、書き込みコイル３２２の下側ヘッドからの漂遊磁界が、媒体３３２に記録された磁気信号に影響を与えるのを防止する。
【００２２】
書き込み磁界の勾配を増大させるため、したがって、書き込みヘッド３０６のデータ書き込み速度を増大させるために、トレーリングラップアラウンド磁気シールド３３８を設けることができる。トレーリングラップアラウンド磁気シールド３３８は、非磁性トレーリングギャップ層３３９によって書き込み極から分離される。
【００２３】
トレーリングシールド３３８は書き込み極３１４からの磁界を引き付け、それによって書き込み極３１４から放出される磁界の角度を若干傾斜させる。このように書き込み磁界が傾斜することで、磁界勾配の増大によって書き込み磁界の極性を切り替えることのできる速度が増大する。トレーリング戻り磁極３４０を設置して、トレーリングシールド３３８と磁気的に連結することができる。したがって、トレーリング戻り極３４０は、トレーリング磁気シールド３３８を書き込みヘッド３０６の裏部分、たとえばシェイピング層３２０の後端およびバックギャップ層３１８に磁気的に連結できる。磁気トレーリングシールドはまた、第二の戻り極であり、磁束が媒体３３２を取って、戻り極３１６へと伝導されることに加え、磁束はまた、媒体３３２を通ってトレーリング戻り極３４０にも流れる。
【００２４】
トレーリング磁気シールド３３８は、非磁性トレーリングギャップ層３４２によって書き込み極３１４から分離され、このトレーリングギャップ層はコイル３２２の上側部分を書き込み極３１４から分離するのにも使用することができる。トレーリンクギャップ層３４２は、アルミナ、Ｒｕまたはその他の非磁性材料等の材料で構成することができ、厚さは、書き込み磁界勾配を十分に増大させ、同時にトレーリングシールド３３８への書き込み電界の損失を最小限にするように選択される。
【００２５】
図４は、書き込み極３１４を上から見た図である。図からわかるように、書き込み極は、これがエアベアリング面（ＡＢＳ）まで延び、そこで終わる狭い極先端部４０２と、フレア部４０６と、狭い極先端部４０２とフレア部４０６の間でフレア地点４０４を画定する接合部を有する。極先端部４０２は、相互に略平行で、ＡＢＳに垂直な辺４１０を有する。したがって、極先端部４０２は、ＡＢＳからフレア部４０４まで、ほぼ一定の幅を有する。しかしながら、フレア部４０６は、相互に平行でなく、ＡＢＳに関して、たとえば３０〜６０度の角度を形成するように広がる辺４０８を有する。したがって、フレア部４０６の幅は一定でなく、ＡＢＳからの距離が大きくなるにつれて増大する。
【００２６】
書き込み極３１４の極先端部４０２の幅（たとえば、辺４１０の間の距離等）は、磁気書き込みヘッドのトラック幅を規定する主要なパラメータの１つである。前述のように、磁気記録システムのデータ密度を高めるためには、このトラック幅を小さくしなければならない。書き込み極３１４の製造には、特定の光リソグラフィによるパターニングとイオンミリング作業または反応イオンエッチング工程がかかわる。一般に、書き込み極の材料の層（たとえば、磁気モーメントの高い磁性材料と薄い非磁性層の積層体）をフルフィルムとして堆積させる。次に、書き込み極材料の上にマスクを形成し、このマスクは通常、所望の書き込み極の形状を有する。その後、イオンミリング等の材料除去工程を行い、書き込み極材料のうちのマスクによって保護されていない部分を除去して、書き込み極を画定する。
【００２７】
現在、マスク形成に用いられる光リソグラフィ工程の分解能限界は、書き込み極のトラック幅の幅が従来のバイナリマスクではそれ以上削減できないところに到達している。この例は、図５を参照するとわかる。図５において、基板５０２は、書き込み極積層材料５０４によって覆われている。フォトレジスト層５０６を書き込み磁極層５０４の上に堆積させる。次に、マスク構造５０８を用いて、フォトレジスト層５０６をパターニングする。マスク構造５０８は、ガラス５１０等の透明基板と、不透明のマスク材料（Ｃｒ等）５１２を含み、マスク材料には光が通過できる開口部５１４が形成され、光は矢印５１６によって示される。このように、マスク５０８は、フォトレジスト５０６の選択された部分を露光させることにより、フォトレジスト層５０６をパターニングできる。ネガティブフォトレジストを使用する場合は、開口部５１４は、フォトレジスト５０６の除去するほうのパターンを画定するように構成することができる。次に、パターニングの後、フォトレジストの露光部分を除去し、図６、図７に示されるようなフォトレジストマスクが残る。図７は、図６の線７−７の視点から見たときの、図６の示される構造を上から見た図である。イオンミリングを実行し、図８に示されるように、磁性材料５０４の部分を除去することができる。残りのレジスト５０６は、その後、はがすことができる。
【００２８】
上記の工程は書き込み極を形成することができるが、ある分解能に関する固有の限界により、書き込み極のトラック幅を削減できる量が制限される。図９は、ウェハ全体を通じたマスク５０８の開口部５１４から放出される光の振幅を示すグラフである。線９０２は、左側開口部５１４（ａ）からの光の振幅を示し、左の開口部は右側開口部５１４（ｂ）（図５）からの光を表す。図からわかるように、光が当たる領域と光が当たらない領域の間の遷移は明確で急峻なものではなく、露光が減衰するような状態を含む。
【００２９】
図１０は、左側開口部５１４（ａ）と右側開口部５１４（ｂ）（図５）からの光の露光を複合した状態の振幅を示す。これは、図９の線９０２、９０４を重ねたものとして見ることができ、レジスト層５０６が受ける光の振幅である。図１０からわかるように、線１００２は、ウェハのある部分の複合された光全体の強度を示し、中央領域１００４は、本来は光があるべきでなく、ウェハのトラック幅を規定する部分であるが、実際には大量の光がある。これは、言うまでもなく容認できないことであり、トラック幅が非常に小さい場合はより顕著となる。
【００３０】
図１１は、上記のように光が重複されることによる効果を軽減するために使用できる位相シフトマスク１１０２を示す。図１１に示すマスク構造１１０２は、図５のマスク構造５０８に似ているが、開口部の１つ（たとえば、５１４（ｂ））がこれに連結された位相シフト層１１０４を有する点が異なる。この位相シフト層１１０４は、光がそこを通過する期間をシフトさせ、開口部５１４（ｂ）からの光がもう一方の開口部５１４（ａ）から放出される光と１８０度位相がずれるようにする、透明の耐火性材料である。この光の振幅が図１２のグラフによって表されており、線１２０２は、左側開口部５１４（ａ）からの光の振幅を示し、線１２０４は、右側開口部５１４（ｂ）から放出される光を示す。図のように、これらの異なる開口部５１４（ａ）と５１４（ｂ）からの光の振幅は、大きさは同じ（絶対値）であるが、相互に反対である。この光を重ねて絶対値で示すと図１３の線１３０２のようになり、ここで、光の磯を反対にすると、遷移がはるかに鮮明となり、書き込み極の領域において、所望のゼロ振幅が得られる。
【００３１】
しかしながら、上述のような位相シフト方式は、書き込み極等の構造を形成する上では有利でない。たとえば、前述のように、書き込み極にはフレア部がある。書き込み極の片側を、書き込み極の反対側をパターニングする光と１８０度位相のずれた光でパターニングすると、書き込み極のフレア部は非対称となる可能性がある。さらに、この位相シフトは、等断面の中心線を実際にシフトさせてしまい、狭い書き込み極先端部の焦点が合わなくなることがある。そこで、この位相シフト技術を、極先端部の幅が一定なだけでなく、図４に関して前述したフレア部も有する磁気書き込み手段を画定するために、どのように実装できるかが問題となる。本発明はこの問題を解決し、位相シフト技術を、フレア領域と一定幅の極先端領域の両方を有する書き込み極の構成に使用することを可能にする。
【００３２】
図１４、図１５は、本発明の一実施形態に係る新規な位相シフトマスクを示す。図１４は、マスク１４０２の一部の断面図（図１５の線１４−１４の視点で見た図）であり、図１５は、マスク１４０２を上から見た図（図１４の線１５−１５の視点で見た図）である。図１４に示されているように、マスクは、ガラス等の材料で構成される透明媒体１４０１を有する。１４０２は、その中心に示されている不透明部分１４０４を有する。この不透明部分は、Ｃｒ等の不透明材料１４０８の層を有し、これは図１５に示されているように、所望の書き込み極のパターンの形状で構成される。
【００３３】
マスク１４０２はまた、不透明部分１４０４の各側に、第一と第二の透明な位相シフト部分１４１０を有し、位相シフト部分１４１０を越えて、非位相シフされない部分１４１２を有する。図からわかるように、図１４、図１５において、位相シフト部分１４１０と非位相シフト部分１４１２は、不透明層１４０８によって画定される、書き込み極画定不透明部分１４０８に関して対称である。これは、有利な点として、書き込み極のフレア部が非対称になるのを防止し、また有利な点として、極先端部のシフトを防止する。位相シフト部分１４１０の幅は、それぞれ２０〜８０ｎｍまたは約４０ｎｍと、比較的狭い（不透明部分１４０４から隣接する非位相シフト部分１４１２まで測定）。
【００３４】
図１４に関して、透明部分１４１０、１４１２を通過する光の位相シフトは、透明媒体（たとえば、ガラス１４０１）の厚さを変更することによって実現される。透明媒体１４０１を通過する光の屈折は、それが通過する媒体の厚さに応じて、媒体１４０１を通過する光の位相をシフトする。したがって、部分１４１０を部分１４１２よりはるかに薄くすることによって、薄い部分１４１０を通過する光の位相を、より厚い部分１４１２の位相と１８０度ずらすことができる。このように薄い部分１４１０と厚い部分１４１２を有するマスクを構成する方法について、以下に詳しく説明する。
【００３５】
図１６は、書き込み極が形成されることになるトラック幅領域におけるウェハでの光の強度プロファイルをグラフで示す。線１６０２は、ウェハに当たる光の強度を示す。図のように、位相シフト部分１４１０（図１４、図１５）により、光強度プロファイル１６０２は、所望の書き込み極トラック幅の位置縁辺において、急峻なプロファイル１６０４を示している。強度プロファイル１６０２はまた、強度が０に近い平坦な底部１６０６も含んでいる。
【００３６】
図１７、図１８は、本発明の別の実施形態に係るマスク構造１７０２を示す。この実施形態では、位相シフトだけで書き込み極の極先端部が画定されるため、この構造の画定には不透明材料が不要である。不透明材料部分で画定される唯一の部分は、書き込みヘッドの、より大きなフレア領域である。図１８は、マスク構造１７０２を上から見た図であり、図１７は、極先端領域の線１７−１７から見たマスク構造１７０２の断面図である。図１８からわかるように、マスク１７０２は透明媒体１７０１を含み、その中には外側の非位相シフト領域１７０６より厚さの薄い、中央に位置する位相シフト部１７０４がある。位相シフト領域の幅は、２０〜８０ｎｍまたは約６０ｎｍである。前述の実施形態と同様に、このように領域１７０４の厚さが薄いことにより、そこを通過する光を厚い領域１７０６を通過する光に関してシフトさせる。異なる位相間の遷移は、中央に位置する位相シフト部１７０４に対応する領域におけるウェハの光強度が急激に低下する。
【００３７】
このようなウェハの光強度の急激な減少は図１９に示されており、線１９０２はウェハの光強度を示す。図からわかるように、位相シフトの結果、非常に急峻な側壁１９０４と平坦でなく、丸みを帯びた底部１９０６ができる。再び図１８を参照すると、Ｃｒ等の不透明層１８０２は、光がマスク１７０２のフレア領域に対応するウェハの部分に当たらないようにするために、書き込み極画定マスク１７０２の、より大きなフレア部分に必要となる。これは、光強度の急峻な低下を単独で生じさせる１００％透過位相シフトの使用は、書き込み極の極先端領域を画定する場合など、狭い構造についてのみ可能である。
【００３８】
次に図２０〜図２６を参照し、図１４、図１５に関して説明したようなマスクを構成する方法を説明する。特に図２０を参照し、ガラス２００２のような透明基板を提供する。Ｃｒ２００４のような不透明材料の層をガラス２００２の上に堆積させる。次に、第一のフォトレジストマスク２００６を不透明層２００４の上に形成する。フォトレジストマスクを、以下に示すように、ガラス２００２の位相シフト領域の位置を決定するように構成された溝２００８を有するようにパターニングする。溝２００８のパターンは、図２１を参照するとよりわかりやすい。
【００３９】
次に、図２２を参照し、反応イオンエッチングを行って、不透明層２００４のうち、フォトレジストマスク２００６によって保護されていない部分を除去する。不透明層がＣｒである場合、反応イオンエッチングはＣｌ２／Ｏ２／Ｈｅプラズマ化学反応を使って実行できる。次に、石英エッチング等の化学除去工程を実行し、残っている不透明層２００４をハードマスクとして使用し、透明層２００２の一部を除去する。これにより、図２３に示されるような構造が残る。エッチングの程度は、エッチングされた領域の中の、ガラス２００２の残りの厚さによって、そこを通る光がエッチングされていない領域を通過する光と１８０度位相がずれるようになるところまでである。
【００４０】
次に、図２４、図２５を参照し、第二のフォトレジストマスク２４０２を残りの不透明層の一部に形成する。図のように、第二のフォトレジスト層は、不透明層のうち、完成マスクにおいても残っている部分をカバーし、不透明層のその他の部分はカバーされないままである。図２５において，不透明層２００４のうち、フォトレジスト層の下の内側部分の端縁は破線で示され、第二のフォトレジストマスクの下に隠れていることを示している。次に、反応イオンエッチングを実行して、不透明部分の不要な部分を除去し、図２６の断面図に示されるような構造となる。その後、残っている第二のフォトレジストマスク層２４０２をはがすことができ、その結果、図１４、図１５に関して前述したようなマスク構造が残る。
【００４１】
図２７〜図３１を参照し、図１７、図１８に関して説明したマスクを構成するための方法を説明する。特に図２７を参照し、ガラスまたは石英のような透明基板２７０２を提供し、Ｃｒ２７０４のような不透明材料の層を透明基板２７０２の上に堆積させる。フォトレジストマスク２７０６を不透明層２７０４の上に形成し、溝２７０８が形成されるようにパターニングし、これは、図２８を参照するとよりわかりやすい。
【００４２】
次に、反応イオンエッチング等の材料除去工程を実行して、不透明層２７０４のうち、マスク２７０６により保護されるべき部分を除去し、すると図２９に示されているような構造が残る。不透明領域２７０４がＣｒの場合、反応イオンエッチングをＣｌ２／Ｏ２／Ｈｅプラズマ化学反応で実行できる。石英エッチング等、他の材料除去工程によって透明基板２７０２の溝内の部分を除去し、図３０に示されるように、透明基板の中に陥凹部を形成する。前述の実施形態と同様に、透明層２７０２は、そこを通過する光が透明層２７０２のくぼんでいない部分を通過する光と１８０度位相がずれるような量だけ陥没させる。
【００４３】
次に、第二のフォトレジストマスク３１０２を形成して、完成後のマスク構造の中に残る不透明層の部分をカバーする。このフォトレジストマスク３１０２は、図３１において、不透明層２７０４の上下部分をカバーすることができ、その一方で、不透明層２７０４の側面部分は保護されないままとする。不透明層２７０４のうち、フォトレジスト３１０２の下に隠れている縁辺部は破線で示され、これらがフォトレジスト３１０２の下に隠れていることを示す。たとえばＣｌ２／Ｏ２／Ｈｅプラズマ化学等、別の反応イオンエッチングを行って、不透明層２７０４の保護されていない部分を除去してもよい。その後、フォトレジスト３１０２をはがすことができ、図１７、図１８に示されるような構造が残る。
【００４４】
特記すべき点として、上記の説明は、磁気書き込みヘッドの磁極の構成に新規な位相シフトマスク技術を使用することに関するものであったが、これは例にすぎない。上記の位相シフト技術は、他のさまざまな光リソグラフィにより画定される２Ｄ構造、たとえば、これらに限定されないが、磁気読み取りセンサ／書き込み手段および超小型回路等の形成にも利用可能である。
【００４５】
各種の実施形態が上述されてきたが、これらは、限定のためではなく例として示されたものにすぎない。当業者にならば、発明の範囲内に入るその他の実施形態も明らかになるであろう。したがって、発明の広さおよび範囲は、上述されたいかなる例示的実施形態によっても限定されるべきでなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物にしたがって定められるべきである。
【符号の説明】
【００４６】
１００  ディスクドライブ
１１２  磁気ディスク
１１３  スライダ
１１４  スピンドル
１１５  サスペンション
１１８  ディスク駆動モータ
１１９  アクチュエータアーム
１２１  磁気ヘッドアセンブリ
１２２  ディスク表面
１２７  アクチュエータ手段
１２９  コントローラ
３０２  磁気ヘッド
３０４  読み取りヘッド
３０６  書き込みヘッド
３０８  磁気抵抗センサ
３１０，３１２  磁気シールド
３１４  書き込み磁極
３１６  戻り磁極
３２０  磁気シェイピング層
３２２  書き込みコイル
３２４  絶縁層
３２６  コイル絶縁層
３３０  硬磁性上層
３３２  磁気媒体
３３４  軟磁性下地層
３３６  磁気台座
３３８  トレーリングラップアラウンド磁気シールド
３３９，３４２  非磁性トレーリングギャップ層
３４０  トレーリング戻り磁極
４０２  狭い極先端部
４０４  フレア地点
４０６  フレア部
４０８，４１０  辺
５０２  基板
５０４  書き込み極積層材料
５０６  フォトレジスト層
５０８  マスク構造
５１０  ガラス
５１２  不透明マスク材料
５１４  開口部
５１６  矢印
１１０２  位相シフトマスク
１１０４  位相シフト層
１４０１  透明媒体
１４０２  マスク
１４０４  不透明部分
１４０８  不透明材料
１４１０  位相シフト部分
１４１２  非位相シフト部分
１７０２  マスク構造
１７０４  位相シフト部分
１７０６  非位相シフト領域
１８０２  不透明層
２００２  ガラス、透明層
２００４  Ｃｒ
２００６  第一のフォトレジストマスク
２００８  溝
２４０２  第二のフォトレジストマスク
２７０２  透明基板
２７０４  Ｃｒ、不透明層
２７０６  フォトレジストマスク
２７０８  溝
３１０２  フォトレジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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