(57)【要約】【課題】微細パターン形成方法、磁気記録装置の製造方法、及び、微細パターン形成装置に関し、露光限界を超えたアスペクト比の大きな微細パターンを再現性良く形成する。【解決手段】チャンバー内に収容した基板１に形成した第１の開口部４を有するパターンの表面に、固体ソースにより発生させたフラグメントを付着させてパターン寸法を太らせる。【選択図】          図１
2004325653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に収容した基板に形成した第１の開口部を有するパターンの表面に、固体ソースにより発生させたフラグメントを付着させてパターン寸法を太らせる工程を有することを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項２】
上記固体ソースがケイ素及び芳香族の少なくとも一方を含み、且つ、上記パターンがケイ素及び脂環族の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１記載の微細パターンの形成方法。
【請求項３】
上記固体ソース及びパターンの少なくとも一方が、ケイ素を含むことを特徴とする請求項２記載の微細パターン形成方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の微細パターンの形成方法により形成した太らせたパターンをマスクとして下層に第２の開口部を形成し、前記第２の開口部の内部に上部磁極コア層を電解メッキ法により形成する工程を有することを特徴とする磁気記録装置の製造方法。
【請求項５】
チャンバー内にパターンを形成した基板を載置する基板電極、前記基板に対向するように固体ソースを配置する固体ソースホルダを備えるとともに、プラズマ発生手段を少なくとも備えたことを特徴とする微細パターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細パターン形成方法、磁気記録装置の製造方法、及び、微細パターン形成装置に関するものであり、例えば、電子デバイス、マイクロマシン、磁気記録装置等の製造工程、特に、磁気記録装置を構成する誘導型ライトヘッドの磁極コアを形成する際に、略垂直な側面を有する露光限界を超える微細レジストパターンを形成するための構成に特徴のある微細パターン形成方法、磁気記録装置の製造方法、及び、微細パターン形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報技術関連のデバイス技術は、日進月歩の革新が進んでおり、例えば、薄膜磁気ヘッドの高密度記録化は、リード素子及びライト素子の微細化技術によって実現されることになる。
【０００３】
このリード素子及びライト素子の形成方法は、アルチック（Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ）からなる基板上に磁性膜、絶縁膜等の薄膜を成膜する成膜技術とともに、成膜した薄膜をパターニングするフォトリソグラフィ技術が利用されている。
【０００４】
具体的には、書き込み用のライト素子の形成方法は、単層レジストを露光、現像後、レジストパターンのスペース部に磁性メッキ処理を施して形成されている。
【０００５】
しかし、このような通常の単層レジスト技術によるライト素子パターン形成では、微細化と高アスペクト比化の進捗により素子微細化は困難となりつつある。
即ち、レジスト現像によるレジストパターンの形成がＷｅｔ処理であるため、現在の一般的なレジスト厚が５．０μｍ前後の時、そのパターン幅は０．６〜１．０μｍ程度であるが、レジスト現像後のパターンは微細化とともにテーパー形状となってくる。
【０００６】
そのため、メッキ後のライト素子パターンを幅広く形成し、イオンミリングやＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）によるパターン幅縮小が不可欠となっているので、ここで、図７及び図８を参照して、従来のＷｅｔ方式による上部磁極コア層の製造工程を説明する。
【０００７】
図７（ａ）参照
まず、Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板上に、リードセンサ部を形成したのち、上部磁気シールド層を兼ねるＮｉＦｅからなる下部磁極層５１、ＳｉＯ２  からなるライトギャップ層５２、及び、ＮｉＦｅからなるメッキベース層５３を形成し、次いで、レジスト膜５４を、例えば、５μｍの厚さに形成する。
【０００８】
図７（ｂ）参照
次いで、露光光５５を用いて、パターン幅が０．６〜１．０μｍになるように露光して露光部５６を形成する。
【０００９】
図７（ｃ）参照
次いで、現像液を用いて露光部５６を現像して除去することによって開口部５７を形成する。
この時、開口部５７の断面形状はテーパ状となる。
【００１０】
図７（ｄ）参照
次いで、電解メッキ法を用いて、開口部５７内にＮｉＦｅを選択的にメッキして上部磁極コア層５８を堆積させる。
【００１１】
図８（ｅ）参照
次いで、レジスト膜５４を除去したのち、上部磁極コア層５８に対してＡｒイオン５９を用いたイオンミリングを施すことによって、幅を狭くする。
【００１２】
図８（ｆ）参照
次いで、全面にＡｌ２  Ｏ３  保護膜６０を堆積させたのち、ＣＭＰ（化学機械研磨）法によって研磨することによって表面を平坦化する。
【００１３】
しかし、この様なイオンミリング法によるパターン縮小は寸法ばらつきの増大を伴う問題があり、一方で従来レジストにより元のパターン寸法を小さくしようとすると前述のテーパ形状の問題が出てくる。
【００１４】
また、さらなる記録密度の増加に伴い、数年のうちに素子のパターン幅は、０．２μｍ以下のライトコア素子が必要に迫られるが、上述のＷｅｔ処理では対応できないという問題がある。
【００１５】
そこで、パターン精度を高めるために２層レジスト膜を用いたＤｒｙ方式による上部磁極コア層の製造方法も試みられているので、ここで、図９及び図１０を参照して説明する（例えば、特許文献１参照）。
図９（ａ）参照
まず、Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板上に、リードセンサ部を形成したのち、上部磁気シールド層を兼ねるＮｉＦｅからなる下部磁極層６１、ＳｉＯ２  からなるライトギャップ層６２、及び、ＮｉＦｅからなるメッキベース層６３を形成する。
次いで、ノボラック樹脂レジストからなる第１のレジスト膜６４及びシリコン含有レジストからなる第２のレジスト膜６５を順次形成する。
【００１６】
図９（ｂ）参照
次いで、露光光６６を用いて、パターン幅が０．６〜１．０μｍになるように第２のレジスト膜６５を露光して露光部６７を形成する。
【００１７】
図９（ｃ）参照
次いで、現像液を用いて露光部６７を現像して除去することによって第２のレジスト膜６５に開口部６８を形成する。
この時、開口部６８の断面形状はＷｅｔ工程であるのでテーパ状となる。
【００１８】
図９（ｄ）参照
次いで、開口部６８を設けた第２のレジスト膜６５をマスクとしてＯ２  プラズマを用いた異方性ドライエッチングを施すことによって第１のレジスト膜６４により垂直な側壁を有し、パターン幅が０．４〜０．６μｍの開口部６９を形成する。
なお、このＯ２  プラズマエッチング工程において、第２のレジスト膜６５に含まれるＳｉが酸化されて酸化Ｓｉとなり、この酸化ＳｉがＯ２  プラズマエッチング工程におけるマスク作用があるので、良好なドライエッチングが可能になる。
【００１９】
図１０（ｅ）参照
次いで、電解メッキ法を用いて、開口部６９内にＮｉＦｅを選択的にメッキして上部磁極コア層７０を堆積させる。
【００２０】
図１０（ｆ）参照
次いで、第２のレジスト膜６５及び第１のレジスト膜６４を除去したのち、上部磁極コア層７０に対してＡｒイオン７１を用いたイオンミリングを施すことによって、幅を狭くする。
【００２１】
図１０（ｇ）参照
次いで、全面にＡｌ２  Ｏ３  保護膜７２を堆積させたのち、ＣＭＰ法によって研磨することによって表面を平坦化する。
【００２２】
このＤｒｙ方式の上部磁極コア層の形成工程においては、パターン幅を０．４〜０．６μｍで垂直に近いレジストパターン形状が得られるため、イオンミリングによるエッチング形状修正時間をＷｅｔ処理の半分程度に短縮することができる。
なお、イオンミリングの代わりにＦＩＢ法を用いても良いものである。
【００２３】
【特許文献１】
特開２０００−１６３７１３号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この２層レジストを用いても、例えば、ｉ線（＝３６５ｎｍ）ステッパを用いると、ステッパの最小レジストパターン幅寸法は０．３０μｍ程度が限界で、エッチング後のレジストパターン幅は下層レジスト膜厚が５．０μｍ程度の時、レジストパターン幅はエッチングシフトを考慮すると０．４〜０．６μｍ程度で、それ以下の微細パターンの形成は困難であるという問題がある。
【００２５】
したがって、本発明は、高アスペクト比で且つ露光限界を超える微細パターンを再現性良く形成することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記の課題を解決するために、本発明は、微細パターン形成方法において、チャンバー内に収容した基板１に形成した第１の開口部４を有するパターンの表面に、固体ソースにより発生させたフラグメントを付着させてパターン寸法を太らせる工程を有することを特徴とする。
【００２７】
この様に、チャンバー内で発生させたプラズマ中でフラグメント化された固体ソース粒子がパターンの表面に堆積して幅太のパターンとなるので、このパターンをエッチングマスクとすることにより、通常のフォトマスクを通して露光、現像したレジストパターンよりも更に狭い開口部を有するパターン形成が可能になる。
【００２８】
この構成により、半導体製造におけるデュアルダマシンプロセスの高信頼化、デバイスの高集積化が可能になり、また、マイクロマシンの微細化に不可欠な要素である高アスペクト微細パターンの形成問題も解決することができる。
なお、「フラグメント」とは、プラズマおよび／またはプラズマ発生に伴う熱により固体ソースから遊離した固体ソース粒子を意味する。
【００２９】
この時、基板１と固体ソースとを、１０μｍ〜１００ｍｍの間隙で対向させることが望ましく、それによって、固体ソース粒子の基板１への転写を良好に行うことができる。
【００３０】
また、固体ソースがケイ素及び芳香族の少なくとも一方を含み、且つ、パターンがケイ素及び脂環族の少なくとも一方を含むことが望ましい。
【００３１】
この様に、ケイ素を含むものや芳香族を含むものを用いることで、ドライエッチング耐性を高めることができる。
例えば、脂環族のＡｒＦレジストパターンに、固体ソースとして芳香族を含むノボラック樹脂ソースを用いてフラグメント付着膜５を成長させた場合は、レジストパターンのエッチング耐性が１０％〜３０％改善することができる。
【００３２】
また、固体ソース及びパターンの少なくとも一方が、ケイ素を含むことが望ましく、それによって、Ｏ２  プラズマを用いたドライエッチング工程におけるマスク性を高めることができる。
【００３３】
また、太らせたパターンをマスクとして下層をエッチングして第２の開口部６を形成することにより、高アスペクト微細パターンの形成が可能になる。
【００３４】
上記の構成において、パターンが第２のレジスト膜３からなり、且つ、下層が第１のレジスト膜２からなる２層レジストのフォトリソグラフィー工程が最も典型的なものである。
【００３５】
上記構成をライト素子を構成する上部磁極コア層７の電解メッキ工程に用いることにより、イオンミリング工程或いはＦＩＢ工程を殆ど要することなく幅細の上部磁極コア層７を短時間で寸法ばらつきなく形成することができる。
【００３６】
即ち、この構成により垂直で微細な高アスペクト比パターンを形成することができるため、ライト素子の微細化、高記録密度化、低コスト化が可能となる。
【００３７】
また、本発明は、微細パターン形成装置において、チャンバー内にパターンを形成した基板１を載置する基板電極、基板１に対向するように固体ソースを配置する固体ソースホルダを備えるとともに、プラズマ発生手段を少なくとも備えたことを特徴とする。
【００３８】
この場合、固体ソースホルダを、チャンバー内においてプラズマ発生空間から退避させる退避機構を設けることが望ましく、それによって、フラグメント付着膜５の形成工程及び第２の開口部６の形成工程を、基板１を大気中に晒すことなく、一連の工程として行うことができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図６を参照して、本発明の実施の形態の微細パターン形成方法を説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施の形態に用いるレジスト転写形成エッチング装置の概念的構成図であり、排気システム１７に接続するチャンバー１１と、チャンバー１１の内部に設けられたプラズマ１８を発生させる電極コイル１２と、例えば、リード素子を形成するとともに、下部磁極層及びライトギャップ層を形成したＡｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板２２上にパターンを形成したレジスト膜２３を設けた試料を載置する基板電極１３と、基板電極１３を上下自在に移動させる上下機構１４と、Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板２５上に転写用レジスト膜２６を塗布した固体ソース２４を保持する固体ソースホルダ１５と、固体ソースホルダ１５を上下自在に移動させる上下機構１６とからなる。
なお、固体ソース２４と試料２１との間隙は、１０μｍ〜１００ｍｍ、例えば、０．６ｍｍとする。
【００４０】
また、図示は省略しているものの、固体ソースホルダ１５は、並進機構或いは回転機構を備えており、レジスト転写工程が終了したのち、プラズマ発生空間から退避し、連続してＯ２  プラズマエッチングを行うように構成されている。
【００４１】
図３（ａ）参照
まず、試料となるＡｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板上に、Ａｌ２  Ｏ３  膜を介して下部磁気シールド層を設け、この下部磁気シールド層上に下部リードギャップ層を介してスピンバルブ型ＧＭＲ素子を形成し、次いで、上部リードギャップ層、上部磁気シールド層を兼ねる下部磁極層３１、ライトギャップ層３２、及び、メッキベース層３３を順次形成する。
【００４２】
次いで、メッキベース層３３上に、ノボラック樹脂レジストからなる第１のレジスト膜３４、例えば、５μｍの厚さに塗布し、次いで、シリコン含有レジストからなる第２のレジスト膜３５を１μｍの厚さに塗布する。
【００４３】
図３（ｂ）参照
次いで、露光光３６としてｉ線（λ＝３６５ｎｍ）を用いて露光を行って、幅が、例えば、０．３μｍの露光部３７を形成する。
【００４４】
図３（ｃ）参照
次いで、現像液を用いて現像することによって露光部３７を除去することによって、開口部３８を形成する。
【００４５】
図３（ｄ）参照
次いで、試料を図２に示したチャンバー内へ導入して基板電極上に載置するとともに、Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板上にノボラック樹脂レジストを塗布した固体ソースを固体ソースホルダで保持して試料と対向させ、常温において３ｍＴｏｒｒ〜４０ｍＴｏｒｒ、例えば、７．５ｍＴｏｒｒのＯ２  プラズマ雰囲気で処理することによって、固体ソースフラグメントを試料の表面に堆積させて、転写レジスト膜３９を形成する。
【００４６】
このレジスト転写工程において、プラズマおよび／またはプラズマ発生に伴う熱の作用によって固体ソースを構成するノボラック樹脂レジストの分子が遊離して試料の表面に付着するものと考えられる。
【００４７】
図４（ｅ）参照
次いで、固体ソースをプラズマ発生空間から退避させたのち、再び、３ｍＴｏｒｒ〜４０ｍＴｏｒｒ、例えば、１０ｍＴｏｒｒのＯ２  プラズマ雰囲気で転写レジスト膜３９をマスクとして第１のレジスト膜３４をエッチングすることによって、微小開口部４０を形成する。
このドライエッチング工程で、転写レジスト膜３９もエッチングされるが、開口部３８の側壁に付着した部分がエッチングされにくいので、エッチングマスクとして作用する。
【００４８】
図４（ｆ）参照
次いで、電解メッキを施すことによって、ＮｉＦｅからなる上部磁極コア層４１を露出するメッキベース層３３上に選択的に析出させる。
【００４９】
図４（ｇ）参照
次いで、第２のレジスト膜３５及び第１のレジスト膜３４を除去する。
図４（ｈ）参照
次いで、スパッタ法を用いて全面にＡｌ２  Ｏ３  保護膜４２を堆積させたのち、ＣＭＰ法を用いて表面を平坦化することにより、微細な上部磁極コア層を備えたライトコア素子の形成工程を終了する。
【００５０】
図５参照
図５は、図３（ｄ）のレジスト転写後のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）断面像における開口部３８の近傍を忠実に模写したものであり、少なくとも第２のレジスト膜３５の表面と側壁にが転写レジスト膜３９で覆われているのが確認された。
【００５１】
図６参照
図６は、図４（ｅ）の微小開口形成後のＳＥＭ断面像を模写したものであり、微小開口部４０の上部の幅が０．２２３μｍ、下底の幅が０．１９８μｍのレジストパターンが形成されていることが確認された。
【００５２】
このように、本発明の実施の形態においては、上層の第２のレジスト膜３５に露光限界に近い開口部３８を形成したのち、固体ソースを用いたレジスト転写によりレジストパターンを太らせているので、露光限界よりも微細な幅を有し、且つ、高アスペクト比の開口部を再現性良く形成することができる。
【００５３】
また、プロセス装置においては、新規な微細化対応の短波長ステッパなどに頼ることなく、ｉ  線ステッパ等の既存の設備を充分に使用できるので新しい設備を入れる必要がなく、設備投資を軽減することができる。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記実施の形態の説明においては、特に言及していないが、固体ソースにはシリコン及び芳香族の少なくとも一方を含むレジストを用いる事が望ましく、それにより、転写後のエッチング耐性を向上することができる。
【００５５】
例えば、脂環族のＡｒＦレジストパターンに、固体ソースとして芳香族を含むノボラック樹脂ソースを用いてフラグメント付着膜を成長させた場合は、レジストパターンのエッチング耐性が１０％〜３０％改善することができる。
なお、シリコンを含んだ場合には、転写速度は低下する。
【００５６】
また、上記の実施の形態においては、２層レジスト膜の除去後に、イオンミリング工程を行っていないが、軽くイオンミリングを行って上部磁極コア層をさらに幅細にしても良いものである。
また、この工程はイオンミリングに限られるものではなく、ＦＩＢ法を用いても良いものである。
【００５７】
また、上記の実施の形態においては、上部磁極コア層の形成工程として説明しているが、上部磁極コア層の形成工程に限られるものではなく、各種の高アスペクト比の微細開口部の形成工程に適用されるものである。
【００５８】
例えば、半導体製造工程におけるデュアルダマシンプロセスにも適用されるものであり、それによって、デバイスの高信頼化、高集積化が可能になる。
さらには、マイクロマシンの製造工程にも適用されるものであり、それによって、マイクロマシンの微細化が可能になる。
【００５９】
ここで、再び図１を参照して、本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）  チャンバー内に収容した基板１に形成した第１の開口部４を有するパターンの表面に、固体ソースにより発生させたフラグメントを付着させてパターン寸法を太らせる工程を有することを特徴とする微細パターン形成方法。
（付記２）  上記基板１と上記固体ソースとを、１０μｍ〜１００ｍｍの間隙で対向させたことを特徴とする付記１記載の微細パターン形成方法。
（付記３）  上記固体ソースがケイ素及び芳香族の少なくとも一方を含み、且つ、上記パターンがケイ素及び脂環族の少なくとも一方を含むことを特徴とする付記１または２に記載の微細パターンの形成方法。
（付記４）  上記固体ソース及びパターンの少なくとも一方が、ケイ素を含むことを特徴とする付記３記載の微細パターン形成方法。
（付記５）  上記フラグメントを付着させてパターン寸法を太らせたパターンをマスクとして下層をエッチングして第２の開口部６を形成することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
（付記６）  上記パターンが第２のレジスト膜３からなり、且つ、上記下層が第１のレジスト膜２からなることを特徴とする付記５記載の微細パターン形成方法。
（付記７）  付記５または６に記載の微細パターンの形成方法により形成した第２の開口部６の内部に上部磁極コア層を電解メッキ法により形成する工程を有することを特徴とする磁気記録装置の製造方法。
（付記８）  チャンバー内にパターンを形成した基板１を載置する基板電極、前記基板１に対向するように固体ソースを配置する固体ソースホルダを備えるとともに、プラズマ発生手段を少なくとも備えたことを特徴とする微細パターン形成装置。
（付記９）  上記固体ソースホルダを、上記チャンバー内においてプラズマ発生空間から退避させる退避機構を設けたことを特徴とする付記８記載の微細パターン形成装置。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、レジスト転写工程を採用しているので、より微細で高アスペクト比のパターン形成が可能となり、これにより、垂直微細パターンを形成することで、上部磁極コア層のミリングおよびＦＩＢエッチングが不要或いは短縮可能となり、各種デバイスの超微細化、低コスト化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に用いるレジスト転写形成エッチング装置の概念的構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】レジスト転写後の開口部近傍の説明図である。
【図６】微小開口部の形成後の断面構造の説明図である。
【図７】従来のＷｅｔ方式による上部磁極コア層の途中までの製造工程の説明図である。
【図８】従来のＷｅｔ方式による上部磁極コア層の図７以降の製造工程の説明図である。
【図９】従来のＤｒｙ方式による上部磁極コア層の途中までの製造工程の説明図である。
【図１０】従来のＤｒｙ方式による上部磁極コア層の図９以降の製造工程の説明図である。
【符号の説明】
１  基板
２  第１のレジスト膜
３  第２のレジスト膜
４  第１の開口部
５  フラグメント付着膜
６  第２の開口部
７  上部磁極コア層
１１  チャンバー
１２  電極コイル
１３  基板電極
１４  上下機構
１５  固体ソースホルダ
１６  上下機構
１７  排気システム
１８  プラズマ
２１  試料
２２  Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板
２３  レジスト膜
２４  固体ソース
２５  Ａｌ２  Ｏ３  −ＴｉＣ基板
２６  転写用レジスト膜
３１  下部磁極層
３２  ライトギャップ層
３３  メッキベース層
３４  第１のレジスト膜
３５  第２のレジスト膜
３６  露光光
３７  露光部
３８  開口部
３９  転写レジスト膜
４０  微小開口部
４１  上部磁極コア層
４２  Ａｌ２  Ｏ３  保護膜
５１  下部磁極層
５２  ライトギャップ層
５３  メッキベース層
５４  レジスト膜
５５  露光光
５６  露光部
５７  開口部
５８  上部磁極コア層
５９  Ａｒイオン
６０  Ａｌ２  Ｏ３  保護膜
６１  下部磁極層
６２  ライトギャップ層
６３  メッキベース層
６４  第１のレジスト膜
６５  第２のレジスト膜
６６  露光光
６７  露光部
６８  開口部
６９  開口部
７０  上部磁極コア層
７１  Ａｒイオン
７２  Ａｌ２  Ｏ３  保護膜
【図１】
2004325653.tif 000003
【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】
2004325653.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004325653.tif 000011
【図１０】
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