(57)【要約】【課題】レジストの残存溶剤の濃度分布に起因する金属薄膜の寸法精度の悪化を防止する。【解決手段】基層の上にシード層を形成し（Ｓ４）、シード層の上に、上部の残存溶媒濃度が低く下部の残存溶媒濃度が高い第１のフォトレジスト層を形成し（Ｓ６）、第１のフォトレジスト層の上に、第１のフォトレジスト層まで到達する第１の開口を有するマスクパターン層を形成し（Ｓ７〜１０）、マスクパターン層をマスクとして第１のフォトレジスト層をエッチングし、第１のフォトレジスト層に、第１の開口と連通し、かつシード層まで達する第２の開口を形成し（Ｓ１１）、第１のフォトレジスト層をフォトレジストフレームとして、かつシード層を電極として、電気めっき法により、第２の開口内に金属層を形成し（Ｓ１２）、第２の開口内に金属層を形成した後に第１のフォトレジスト層およびマスクパターン層を除去する（Ｓ１3）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基層の上にシード層を形成する工程と、
前記シード層の上に、上部の残存溶媒濃度が低く下部の残存溶媒濃度が高い第１のフォトレジスト層を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト層の上に、該第１のフォトレジスト層まで到達する第１の開口を有するマスクパターン層を形成する工程と、
前記マスクパターン層をマスクとして前記第１のフォトレジスト層をエッチングし、該第１のフォトレジスト層に、前記第１の開口と連通し、かつ前記シード層まで達する第２の開口を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト層をフォトレジストフレームとして、かつ前記シード層を電極として、電気めっき法により、前記第２の開口内に金属層を形成する工程と、
前記第２の開口内に前記金属層を形成した後に前記第１のフォトレジスト層および前記マスクパターン層を除去する工程と、
を有する、金属層の形成方法。
【請求項２】
前記第１のフォトレジスト層を形成する工程は、
前記シード層の上に第１のフォトレジスト層を形成するステップと、
前記第１のフォトレジスト層の上部から紫外線または電子線を照射するステップと、
を含んでいる、請求項１に記載の金属層の形成方法。
【請求項３】
前記第１のフォトレジスト層を形成する工程は、
前記シード層の上に下部レジストを塗布し、プリベークするステップと、
前記下部レジストと樹脂組成が同一で、該下部レジストより粘度の高い上部レジストを、プリベークされた該下部レジストの上に塗布し、プリベークするステップと、
を含んでいる、請求項１に記載の金属層の形成方法。
【請求項４】
前記マスクパターンを形成する工程は、
前記第１のフォトレジスト層の上に中間層を形成するステップと、
前記中間層の上に第２のフォトレジスト層を形成するステップと、
前記第２のフォトレジスト層をパターニングするステップと、
パターニングされた前記第２のフォトレジスト層をマスクとして、前記中間層に前記第１の開口を形成するステップと、
前記第２のフォトレジスト層を除去し、前記第１の開口が形成された前記中間層を露出させるステップと、
を含んでいる、請求項１から３のいずれか１項に記載の金属層の形成方法。
【請求項５】
前記中間層は酸化膜である、請求項４に記載の金属層の形成方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の金属層の形成方法を書き込み磁極層の形成に用いる薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属層の形成方法および薄膜磁気ヘッドの製造方法に関し、特に薄膜磁気ヘッドの書き込み磁極層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、第１のフォトレジスト層の上に中間層を介して第２のフォトレジスト層を形成したいわゆる３層レジスト構造を、薄膜磁気ヘッドの書き込み磁極層の形成に用いる技術が知られている（特許文献１，２参照）。第１のフォトレジスト層は書き込み磁極層のめっきフレームとなる層であり、比較的膜厚が大きい。第２のフォトレジスト層は、高解像度での露光を可能とするため、第１のフォトレジスト層よりも薄く形成されている。そこで、所定のマスクを用いて第２のフォトレジスト層を露光・現像し、フォトレジストパターンを作成し、これをマスクとして中間層をエッチングすると、中間層に所望の開口を高精度で形成することができる。その後第２のフォトレジスト層を除去し、この中間層をマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等を用いて第１のフォトレジストをエッチングすると、膜厚の大きなフォトレジストに高精度で垂直開口を形成することができる。あらかじめ第１のフォトレジスト層の下方にシード層を設けておけば、電気めっき法を用いて第１のフォトレジスト層の開口に金属材料を充填し、金属層を作製することができる。その後、イオンミリング等を用いて金属層をトリミングすることによって所望の形状の書き込み磁極層が形成される。３層レジスト構造を用いた書き込み磁極層の形成方法は、高密度記録化に対応するために狭小化が進められている書き込み磁極層を精度よく形成する方法として注目されている。
【０００３】
図３を参照して、従来技術の書き込み磁極層の形成方法を説明する。ウエハ上にＭＲ(Magneto Resistance)素子等の読み込み素子（図示せず）を形成した後、まず図３（ａ）に示すように、書き込み磁極層の一部となる下部書き込み磁極層９およびライトギャップ１０、ならびに書き込み磁極層を形成するための電気めっき用のシード層１１を成膜する。次に、３層レジストとして、めっきフレームとなる第１のレジスト層１１２と、中間層１１４と、第２のレジスト層１１５と、を形成する。次に、シード層１１との密着性を高めるため、プリベークをおこなう。プリベークは通常ホットプレート内で行われる。その後、第２のレジスト層１１５を遠紫外線（ＤＵＶ）等で露光し、マスクパターンを作製する。
【０００４】
次に、図３（ｂ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、中間層１１４に開口部１２２を形成する。その後、第２のレジスト層１１５を除去する。次に、図３（ｃ）に示すように、ＲＩＥによって、第１のレジスト層１１２に開口部１２３を形成する。次に、図３（ｄ）に示すように、書き込み素子となる金属層１７を電気めっきで開口部１２３に形成する。その後、図３（ｅ）に示すように、ＲＩＥによって、中間層１１４と第１のレジスト層１１２とを除去し、図３（ｆ）に示すように、イオンミリングミリングによって、金属層１７を所望の線幅になるようにトリミングする。
【特許文献１】特開２０００−１３２８１２号公報
【特許文献２】特開２０００−２８７３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１のレジスト層をＲＩＥでエッチングする際、第１のレジスト層は上部ほど長時間エッチングを受ける。ＲＩＥの異方性を高めても横方向への反応を抑えることはできないため、エッチングによる開口１２３は、図３（ｃ）に示すように、第１のレジスト層の上部ほど線幅が広い形状になっていた。そのため、めっきによって得られる金属層も、上部が太い逆テーパー形状になる。金属層はさらにイオンミリングによってトリミングされるが、金属層がこのような形状で形成されると所望の形状にミリングすることが難しく、書き込み磁極層の線幅制御性が悪化する。この結果、書き込み磁極層の寸法不良や書き込み特性の悪化を招き、高記録密度化への対応が困難となる。
【０００６】
エッチングによるレジストの開口が上部ほど広がる原因はもう一つある。それは、レジスト中の残存溶剤の濃度分布が第１のレジスト層の膜厚方向で異なるためである。磁気ヘッドの書き込み磁極層を製造するような微細加工が必要なプロセスでは、ポジ型レジストが一般的に用いられる。ポジ型レジストでは、樹脂と感光基とが有機溶剤中に溶解しているが、レジストの密着性を高めるため、レジストの塗布後、溶剤はプリベークによって蒸発させられる。しかし、溶剤を完全に蒸発させることは困難であり、一部の溶剤は残存し偏析する。プリベークは通常ホットプレート内で行われるため、第１のレジスト層への熱は基板側から伝わりやすく、基板に近い第１のレジスト層の下部がより大きな熱を受ける。この結果、溶剤の蒸発も第１のレジスト層の下部で促進され、残存溶剤は第１のレジスト層下部で相対的に少なく、第１のレジスト層上部で相対的に多くなる。厚膜レジストの場合、このような理由でレジスト材料の偏在が起こり易い。レジストに対するＲＩＥのエッチング速度はレジスト材料が均一に分布していれば基本的に同じであるが、残存溶剤が多く偏析しているほどエッチング速度が大きくなる。したがって、第１のレジスト層の上部ではエッチング速度が増加し、より長時間ＲＩＥで処理されることと相俟って、上部の開口幅が一層大きくなる。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、特に、レジストの残存溶剤の濃度分布に起因する金属薄膜の寸法精度の悪化を防止することを可能とする金属層の形成方法を提供することを目的とする。また、本発明は、このような金属層の形成方法を用いた薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の金属層の形成方法は、基層の上にシード層を形成する工程と、シード層の上に、上部の残存溶媒濃度が低く下部の残存溶媒濃度が高い第１のフォトレジスト層を形成する工程と、第１のフォトレジスト層の上に、第１のフォトレジスト層まで到達する第１の開口を有するマスクパターン層を形成する工程と、マスクパターン層をマスクとして第１のフォトレジスト層をエッチングし、第１のフォトレジスト層に、第１の開口と連通し、かつシード層まで達する第２の開口を形成する工程と、第１のフォトレジスト層をフォトレジストフレームとして、かつシード層を電極として、電気めっき法により、第２の開口内に金属層を形成する工程と、第２の開口内に金属層を形成した後に第１のフォトレジスト層およびマスクパターン層を除去する工程と、を有している。
【０００９】
残存溶媒の偏析は第１のフォトレジスト層の残存溶媒濃度が小さいほど抑制され、その分エッチング速度も減少する。逆に、残存溶媒の偏析は残存溶媒濃度が大きいほど増加し、エッチング速度も増加する。第１のフォトレジスト層は上部からエッチングを受けるため、上部ほど長時間エッチングを受け、その分エッチングが横方向（膜面面内方向）にも広がりやすい。しかし、本発明では、残存溶媒濃度を上記のように調整しているので、エッチング時間によるエッチング速度の増加（減少）要因と残存溶媒濃度によるエッチング速度の減少（増加）要因とが相殺し、第１のフォトレジスト層の膜厚方向に、より均一な断面の開口が形成されやすくなる。
【００１０】
第１のフォトレジスト層を形成する工程は、シード層の上に第１のフォトレジスト層を形成するステップと、第１のフォトレジスト層の上部から紫外線または電子線を照射するステップと、を含んでいることが好ましい。
【００１１】
第１のフォトレジスト層を形成する工程は、シード層の上に下部レジストを塗布し、プリベークするステップと、下部レジストと樹脂組成が同一で、下部レジストより粘度の高い上部レジストを、プリベークされた下部レジストの上に塗布し、プリベークするステップと、を含んでいてもよい。
【００１２】
本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法は、上述の金属層の形成方法を書き込み磁極層の形成に用いている。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、レジストの残存溶剤の濃度分布に起因する金属薄膜の寸法精度の悪化を防止することを可能とする金属層の形成方法を提供することができる。また、本発明によれば、このような金属層の形成方法を用いた薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１Ａ〜１Ｎのステップ図、および図２に示すフロー図を参照して、本発明の金属層の形成方法に係る一実施形態を説明する。以下の実施形態は、ハードディスク装置に用いられる薄膜磁気ヘッドの書き込み磁極層を対象としているが、本発明が、薄膜磁気ヘッドの書き込み磁極層以外の金属層の製造方法にも適用できることは言うまでもない。本発明は特に、平面寸法に対して膜厚の大きい金属層を製造するのに適している。
【００１５】
（ステップＳ１）まず、図１Ａに示すように、Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ（アルミチタンカーバイド）からなる基板１の上にＡｌ2Ｏ3からなる下地保護層２を形成する。次に、ＮｉＦｅからなる下部磁気シールド層３を電気めっき法によって形成する。下部磁気シールド層３は読み込み素子であるＭＲセンサー８の磁気シールド層である。下部磁気シールド層３の上にＭＲセンサー８を形成し、Ａｌ2Ｏ3からなる非導電性の電気的保護層である絶縁層４でその周囲を覆う。次に、ＭＲセンサー８の上にＮｉＦｅからなる第１の上部磁気シールド層５を形成する。さらに、第１の上部磁気シールド層５の上に、Ａｌ2Ｏ3やＲｕなどからなるシールド分離層６を介して、第２の上部磁気シールド層７を形成する。第２の上部磁気シールド層７は、磁気シールド効果を高めるため、磁気モーメントの大きいＣｏ系の材料から形成されている。第２の上部磁気シールド層７は書き込み磁極層の一部としても使用される。
【００１６】
（ステップＳ２）次に、図１Ｂに示すように、書き込み素子の一部として、ＮｉＦｅＣｏからなる下部書き込み磁極層９をスパッタ法で成膜する。
【００１７】
（ステップＳ３）次に、図１Ｃに示すように、ライトギャップ１０となる非磁性材料を０．１μｍ程度の膜厚で成膜する。ライトギャップ１０としては、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの酸化物、あるいはＲｕ、Ｗなどの金属が用いられる。
【００１８】
（ステップＳ４）次に、図１Ｄに示すように、ライトギャップ１０を基層として、スパッタ法によって、シード層１１を０．１〜０．５μｍ程度の膜厚で成膜する。シード層１１は書き込み磁極層を形成するための電気めっき用の電極層であるが、書き込み磁極の一部ともなるため、磁気モーメントの大きいＣｏ系の材料が用いられる。
【００１９】
（ステップＳ５）次に、図１Ｅに示すように、スピンコート法を用いて、書き込み磁極層のレジストフレームとなる第１のレジスト層１２を、シード層１１の上に数μｍ以上の膜厚で塗布する。レジスト塗布後に、ホットプレートにてプリベークを実施する。プリベークは１５０℃から１８０℃の温度範囲で、数分から十数分実施する。
【００２０】
（ステップＳ６）次に、図１Ｆに示すように、第１のレジスト層１２の上から第１のレジスト層１２の表面に紫外線（ＵＶ）を照射する。紫外線の波長は２２０〜３２０ｎｍ程度、出力は数ｍＷ／ｃｍ2以上が好ましく、照射時間は十数秒以上が望ましい。紫外線を照射することによって、レジスト上部１２ｂの残存溶媒濃度をレジスト下部１２ａよりも減らすことができる。紫外線の代わりに、電子線（ＥＢ）を用いてもよい。電子線の場合は、照射強度（加速電圧）が100ｋV以下、照射量は数μC／cm2以上が望ましい。これによって、第１のフォトレジスト層１２は、溶媒濃度の高い上部レジスト部１２ｂと溶媒濃度の低い下部レジスト部１２ａとに区画される。なお、実際には、残存溶媒濃度は第１のフォトレジスト層１２内で連続的に変化していると考えられ、さらに、下部レジスト部１２ａおよび上部レジスト部１２ｂの内部でも連続的に変化していると考えられる。
【００２１】
（ステップＳ７）次に、第１のフォトレジスト層１２の上に、第１のフォトレジスト層１２まで到達する第１の開口２２を有するマスクパターン層（中間層１４）を形成する。そのためにまず、図１Ｇに示すように、第１のレジスト層１２のマスク層となる中間層１４を成膜する。中間層１４の膜厚は５０ｎｍ以上が望ましい。中間層１４は、Ａｌ2Ｏ3の他ＳｉＯ2などの酸化膜で形成される。
【００２２】
（ステップＳ８）次に、図１Ｈに示すように、スピンコート法によって、中間層１４の上に第２のレジスト層１５を塗布し、プリベークする。第２のレジスト層１５には、高い解像度を得るために、深紫外線対応のフォトレジストを用いる。第２のレジスト層１５のレジスト密着性を改善するために、中間層１４の上に数ｎｍ程度の金属膜を形成し、その上に第２のレジスト層１５を塗布してもよい。
【００２３】
（ステップＳ９）次に、図１Ｉに示すように、深紫外線で第２のフォトレジスト層１５を露光、現像することにより、第２のフォトレジスト層１５をパターニングする。パターニングによって形成される開口２１は、後工程で形成される金属層１７の平面形状とほぼ一致している。
【００２４】
（ステップＳ１０）次に、図１Ｊに示すように、第２のフォトレジスト層１５をマスクとして、ＲＩＥによって、中間層１４に第１の開口２２を形成する。ＲＩＥの反応ガスとしては、ＢＣｌ3またはＣｌ2系のガスを使用する。中間層１４には、開口２１の直下に第１の開口２２が形成される。
【００２５】
（ステップＳ１１）次に、図１Ｋに示すように、第２のフォトレジスト層１５を除去し、第１の開口２２が形成された中間層１４を露出させる。次に、中間層１４をマスクとして、酸素系ガスを用いたＲＩＥによって、第１のフォトレジスト層１２をエッチングし、第１のフォトレジスト層１２に、第１の開口２２と連通し、かつシード層１１まで達する第２の開口２３を形成する。上部レジスト部１２ｂは紫外線を照射された結果溶存溶媒濃度が減少しており、下部レジスト部１２ａに比べてエッチング速度を低く抑えることができる。このため、レジスト横方向への開口の広がりを抑え、より垂直に近い壁形状を有する第２の開口２３を形成することができる。
【００２６】
（ステップＳ１２）次に、図１Ｌに示すように、第２の開口２３内に書き込み磁極層の一部となる金属層１７を電気めっき法によって作製する。エッチングされたフォトレジスト層１２は電気めっきのレジストフレームとして使用され、シード層１１は電気めっきの電極として使用される。めっき膜厚は数μｍ程度が必要である。金属層１７は、オーバーライト特性などの書き込み特性を向上させるため、ＮｉＦｅＣｏ系などの磁気モーメントの大きい材料で形成される。
【００２７】
（ステップＳ１３）次に、図１Ｍに示すように、ＲＩＥによって、中間層１４および第１のレジスト層１２を除去する。中間層１４を除去するときはＢＣｌ3もしくはＣｌ2系のガスを、第１のレジスト層１２を除去するときは酸素系ガスを用いることが好ましい。ポリマー除去のために、ＮＭＰ(N-Methyl-2-Pyrolidone)などの有機溶剤で除去してもよい。
【００２８】
（ステップＳ１４）次に、図１Ｎに示すように、イオンミリングによって、金属層１７を所望の書き込み幅になるようにトリミングし、書き込み磁極層１８を形成する。
【００２９】
以上説明したように、本発明では、レジスト下部でより多くの残存溶媒が偏析し、レジスト上部では偏析が少なくなるように、レジストの残存溶媒濃度を、レジスト下部で高くレジスト上部で低くなるように制御している。レジスト下部で残存溶媒を偏析させれば、レジストのエッチング速度が増加し、横方向へのエッチングを促進させることができる。レジスト上部で残存溶媒の偏析量が減少すれば、レジスト上部でのエッチングが抑えられ、横方向へのエッチングも制限される。本実施形態では、残存溶媒濃度をこのように制御するために、レジスト上部側から紫外線照射または電磁波照射をおこなっている。これによって、レジスト上部から効果的に残存溶媒を除去し、偏析を制限し、レジスト上部のエッチング速度を抑えることができる。この結果、レジスト膜厚方向に従来よりも均等な断面の開口を作ることが容易となり、膜厚方向の線幅差が少ない金属膜を作成することができる。このため、書き込み磁極層の線幅制御性が改善され、高記録密度化への対応が容易となる。
【００３０】
なお、残存溶媒濃度をレジスト下部で大きく、レジスト上部で小さくなるように制御できれば、他の方法を用いることも可能である。一例として、上述のステップＳ５，Ｓ６の代替ステップとして、シード層の上に下部レジストを塗布し、プリベークし、続いて下部レジストと樹脂組成が同一で、下部レジストより粘度の高い上部レジストを、プリベークされた下部レジストの上に塗布し、プリベークしてもよい。これによっても、第１のレジスト層の上部の溶存溶媒濃度を減らすことができる。一般にレジストは樹脂と感光剤と有機溶剤とによって形成されており、溶媒で希釈することで所望の粘度に調整されている。高粘度のレジスト中の溶媒量は低粘度のレジスト中の溶媒量よりも少ない（溶媒密度が低く、樹脂密度が高い状態）。したがって、溶媒密度の低い(樹脂密度の高い)高粘度のレジストを上部レジストとして用い、下部レジストを覆うことで、下部レジストにおいて溶媒の移動が樹脂によってブロックされ、下部レジストからの溶媒の揮発防止効果がいっそう増す。このようにして得られた複合レジスト層を第１のレジスト層として、上述のステップＳ７以降を行うことができる。この実施形態では、レジスト層の層数は任意であるので、３層以上のレジストを順次形成していけばより精度の高い金属薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｂ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｃ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｄ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｅ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｆ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｇ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｈ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｉ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｊ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｋ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｌ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｍ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図１Ｎ】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【図２】本発明の金属層の形成方法の一実施形態を説明するフロー図である。
【図３】従来技術の金属層の形成方法の一実施形態を説明するステップ図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  基板
２  下地保護層
３  下部磁気シールド層
４  絶縁層
５  第１の上部磁気シールド層
６  シールド分離層
７  第２の上部磁気シールド層
８  ＭＲセンサー
９  磁極層
１０  ライトギャップ
１１  シード層
１２  第１のレジスト層
１２ｂ  上部レジスト部
１２ａ  下部レジスト部
１４  中間層
１５  第２のレジスト層
１７  金属層
１８  書き込み磁極層
２１  開口
２２  第１の開口
２３  第２の開口
【図１Ａ】
2008198279.tif 000003
【図１Ｂ】
2008198279.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
2008198279.tif 000006
【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
2008198279.tif 000008
【図１Ｇ】
2008198279.tif 000009
【図１Ｈ】
2008198279.tif 000010
【図１Ｉ】
2008198279.tif 000011
【図１Ｊ】
2008198279.tif 000012
【図１Ｋ】
2008198279.tif 000013
【図１Ｌ】
2008198279.tif 000014
【図１Ｍ】
2008198279.tif 000015
【図１Ｎ】
2008198279.tif 000016
【図２】
2008198279.tif 000017
【図３】
2008198279.tif 000018