(57)【要約】【課題】  微小な寸法を有する薄膜パターンをより高精度に形成するのに好適なマスクパターンの形成方法を提供する。【解決手段】  下部レジスト層２および上部レジスト層３を順次積層し、選択的に露光したのち現像することにより第１および第２の領域５Ａ，５Ｂとこれら第１および第２の領域５Ａ，Ｂ間を繋ぐ第３の領域５Ｃとを含む２層レジストパターン５Ｚを形成する工程と、第３の領域５Ｃにおける上部レジスト層３Ｃの少なくとも一部を覆うように補強層８を形成する工程と、第３の領域５Ｃにおける下部レジスト層２Ｃを除去することによりブリッジ構造９を有するマスクパターン５を形成する工程とを含むようにしたので、ブリッジ部分３Ｃの剛性が向上し、たわみなどの変形が生じにくいマスクパターン５を得ることができる。このマスクパターン５は、微小な寸法の薄膜パターンを高精度に形成するのに好適となる。【選択図】      図８
2005183626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象の薄膜上に、下部レジスト層および上部レジスト層を順次積層する工程と、
前記下部レジスト層および上部レジスト層を選択的に露光したのち現像することにより、第１および第２の領域と、前記第１および第２の領域間を繋ぐ第３の領域とを含む２層レジストパターンを形成する工程と、
前記第３の領域における上部レジスト層の少なくとも一部を覆うように補強層を形成する工程と、
前記第３の領域における下部レジスト層を除去することにより、ブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する工程と
を含むことを特徴とするマスクパターンの形成方法。
【請求項２】
タンタル（Ｔａ）を用いて前記補強層を形成することを特徴とする請求項１に記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項３】
５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚みをなすように前記補強層を形成することを特徴とする請求項２に記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項４】
前記第３の領域において、前記第１の領域と第２の領域とを結ぶ方向と直交する方向に沿った幅が、上部レジスト層よりも下部レジスト層のほうが小さくなるように前記２層レジストパターンを形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項５】
前記上部レジスト層とは異なる材料を用いて前記下部レジスト層を形成し、
前記上部レジスト層に対する溶解速度よりも前記下部レジスト層に対する溶解速度が速い現像液を用いることにより前記２層レジストパターンを形成する
ことを特徴とする請求項４に記載のマスクパターンの形成方法。
【請求項６】
加工対象の薄膜上に、下部レジスト層および上部レジスト層を順次積層する工程と、
前記下部レジスト層および上部レジスト層を選択的に露光したのち現像することにより、第１および第２の領域と、前記第１および第２の領域間を繋ぐ第３の領域とを含む２層レジストパターンを形成する工程と、
前記第３の領域における上部レジスト層の少なくとも一部を覆うように補強層を形成する工程と、
前記第３の領域における下部レジスト層を除去することにより、ブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンを用いて前記薄膜をパターニングする工程と
を含むことを特徴とする薄膜パターンの形成方法。
【請求項７】
磁気抵抗効果膜を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果膜上に、下部レジスト層および上部レジスト層を順次積層する工程と、
前記下部レジスト層および上部レジスト層を選択的に露光したのち現像することにより、第１および第２の領域と、前記第１および第２の領域間を繋ぐ第３の領域とを含む２層レジストパターンを形成する工程と、
前記第３の領域における上部レジスト層の少なくとも一部を覆うように補強層を形成する工程と、
前記第３の領域における下部レジスト層を除去することにより、ブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンを用いて前記磁気抵抗効果膜を選択的に除去することにより、磁気抵抗効果膜パターンを形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子の形成方法。
【請求項８】
さらに、
前記マスクパターンと、磁気抵抗効果膜が除去された領域とを覆うように、少なくとも強磁性膜を含む薄膜を形成する工程と、
前記薄膜に覆われたマスクパターンをリフトオフすることにより、前記磁気抵抗効果膜パターンの両側に磁区制御層を含む一対の薄膜パターンを形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項７に記載の磁気抵抗効果素子の形成方法。
【請求項９】
前記薄膜を形成する工程は、前記強磁性膜上に導電膜を形成する工程を含み、前記一対の薄膜パターンがそれぞれ導電リード層を含むようにする
ことを特徴とする請求項８に記載の磁気抵抗効果素子の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に微小な薄膜パターンを形成するのに好適なブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する方法、ならびに、そのマスクパターンを用いた薄膜パターンの形成方法および磁気抵抗効果素子の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、薄膜形成プロセスを利用して形成される薄膜磁気ヘッドや半導体デバイス等の電子・磁気デバイスにおいては、各種の薄膜パターンが多用されている。例えば、薄膜磁気ヘッドでは磁性薄膜等を積層した磁気抵抗効果（ＭＲ；Magnetoresistive）素子が用いられ、半導体デバイスにおいては、導電性薄膜からなる配線パターンが用いられる。
【０００３】
これらの薄膜パターンを形成する方法としては、レジストパターンをマスクとして利用したリフトオフ法がある。この方法は、まず、基板上にフォトリソグラフィ等により所望のパターン形状を有するレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンにアンダーカットを形成したのち全体を覆うように薄膜を形成し、さらにレジストパターンをリフトオフすることにより薄膜パターンを形成するというものである。このリフトオフ法については、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
ところが、上記のようなリフトオフ法を用いた薄膜パターンの形成方法では、薄膜パターンの微小化に伴い、アンダーカット部分の幅および高さを十分に確保することができず、バリの発生などにより十分な精度を得ることが困難となっていた。このため、長手方向の両端部が支持部によって支持されて中央部分が宙吊りになった形状をなすブリッジ型のマスクパターンを形成し、微小な幅の薄膜パターンを形成する方法が考案されている（例えば、特許文献２〜４参照。）。
【０００５】
図１２〜図１８は、従来の、ブリッジ型マスクパターンを用いた薄膜パターンの形成方法を応用したＭＲ素子の形成方法の一例を示したものである。最初に、図１２に示したように、例えばアルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等からなる基体上に所定の下部シールド層や下部ギャップ層等が形成された基板１０１を用意する。次に、この基板１０１の上に全面に亘って、ＭＲ膜１１４Ｚと下部レジスト層１０２Ｚと上部レジスト層１０３Ｚとを順に形成する。さらに、図１３に示したように、フォトマスク１０６を介して下部および上部レジスト層１０２Ｚ，１０３Ｚを選択的に露光して潜像を形成する。こののち、アルカリ水溶液等を用いて露光部分を溶解除去することにより現像し、図１４に示したように、所定の幅Ｗをなす下部レジストパターン１０２および上部レジストパターン１０３からなる２層レジストパターン１０５Ｚを形成する。さらに、２層レジストパターン１０５Ｚのうち下部レジストパターン１０２のみを溶解除去して水洗および乾燥をおこなうことにより、図１５に示したように、上部レジストパターン１０３とＭＲ膜１１４Ｚとの間に間隙部１０７を形成する。これにより、ブリッジ構造が形成され、ブリッジ型のマスクパターン１０５が完成する。次いで、図１６に示したように、このブリッジ型のマスクパターン１０５（上部レジストパターン１０３）をマスクとして用いてＭＲ膜１１４Ｚをエッチングすることにより、所定形状のＭＲ膜パターン１１４を形成する。さらに、図１７に示したように、全体に亘って磁性膜１１５Ｚと導電膜１１６Ｚとを順に形成し、最後に磁性膜１１５Ｚと導電膜１１６Ｚとによって覆われた上部レジストパターン１０３を除去することにより、図１８に示したように磁気制御膜１１５Ａ，１１５Ｂおよび導電リード層１１６Ａ，１１６Ｂが形成され、ＭＲ素子１１０が完成する。このような方法によれば、上記リフトオフ法によるアンダーカット部分としての機能を果たす間隙部１０７の高さおよび幅を高精度に調整することができ、バリ等の発生を伴わず、より微小な幅をなす薄膜パターンの形成が可能となる。
【特許文献１】特公平７−６０５８号公報
【特許文献２】特開２００３−１７７８５号公報
【特許文献３】特開２００２−２１４７９９号公報
【特許文献４】特開２００１−２８１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記に示したブリッジ型マスクパターンを利用した場合であっても、電子・磁気デバイスの微細化に伴う薄膜パターンの狭小化が進むにつれて、次のような問題が生じるようになった。すなわち、本来、直線上に延在するべき上部レジストパターン１０３のブリッジ部分１０３Ｂが、例えば図１９に示したように、たわみ（湾曲）を生じて垂れ下がり、ＭＲ膜パターン１１４の上面と接触してしまうという問題である。なお、図１９は、図１５と直交する方向から眺めた断面構成の一例である。図１９のようなブリッジ部分１０３Ｂのたわみが生じると、場合によっては現像時にブリッジ部分１０３Ｂが破断し、流失してしまうこともあった。これは、ブリッジ部分１０３Ｂが極端に狭い幅となることで剛性が低下し、自重に耐えられなくなったためと考えられる。たとえ破断や流失に至らなかったとしても、このようなブリッジ部分１０３Ｂの変形が生じることにより高精度な薄膜パターンの形成が困難となるので、改善が望まれている。
【０００７】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、微小な寸法を有する薄膜パターンをより高精度に形成するのに好適なマスクパターンの形成方法を提供することにある。本発明の第２の目的は、上記のようなマスクパターンを利用した薄膜パターンの形成方法を提供することにある。さらに、本発明の第３の目的は、上記のようなマスクパターンによる薄膜パターンの形成方法を利用した磁気抵抗効果素子の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるマスクパターンの形成方法は、加工対象の薄膜上に、下部レジスト層および上部レジスト層を順次積層する工程と、これら下部レジスト層および上部レジスト層を選択的に露光したのち現像することにより、第１および第２の領域とこれら第１および第２の領域間を繋ぐ第３の領域とを含む２層レジストパターンを形成する工程と、第３の領域における上部レジスト層の少なくとも一部を覆うように補強層を形成する工程と、第３の領域における下部レジスト層を除去することによりブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する工程とを含むようにしたものである。
【０００９】
本発明によるマスクパターンの形成方法では、第１および第２の領域とこれら第１および第２の領域間を繋ぐ第３の領域とを含む２層レジストパターンを形成する工程と、第３の領域における上部レジスト層の少なくとも一部を覆うように補強層を形成する工程と、第３の領域における下部レジスト層を除去することによりブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する工程とを含むようにしたことにより、ブリッジ構造をなす部分の剛性が向上する。
【００１０】
本発明によるマスクパターンの形成方法では、タンタル（Ｔａ）を用いて補強層を形成するようにしてもよい。その場合には、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚みをなすように補強層を形成することが望ましい。
【００１１】
本発明によるマスクパターンの形成方法では、第３の領域において、第１の領域と第２の領域とを結ぶ方向と直交する方向に沿った幅が、上部レジスト層よりも下部レジスト層のほうが小さくなるように２層レジストパターンを形成することが望ましい。この場合、例えば、上部レジスト層とは異なる材料を用いて下部レジスト層を形成し、上部レジスト層に対する溶解速度よりも下部レジスト層に対する溶解速度が速い現像液を用いることにより形成する。
【００１２】
本発明による薄膜パターンの形成方法は、加工対象の薄膜上に、下部レジスト層および上部レジスト層を順次積層する工程と、これら下部レジスト層および上部レジスト層を選択的に露光したのち現像することにより第１および第２の領域とこれら第１および第２の領域間を繋ぐ第３の領域とを含む２層レジストパターンを形成する工程と、第３の領域における上部レジスト層の少なくとも一部を覆うように補強層を形成する工程と、第３の領域における下部レジスト層を除去することにより、ブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する工程と、このマスクパターンを用いて薄膜をパターニングする工程とを含むようにしたものである。
【００１３】
本発明による薄膜パターンの形成方法では、上記の各工程を含むようにしたので、マスクパターンにおけるブリッジ構造をなす部分の剛性が向上し、ブリッジ構造をなす部分のたわみが発生せず、薄膜が高精度にエッチングされる。
【００１４】
本発明による磁気抵抗効果素子の形成方法は、磁気抵抗効果膜を形成する工程と、この磁気抵抗効果膜上に下部レジスト層および上部レジスト層を順次積層する工程と、これら下部レジスト層および上部レジスト層を選択的に露光したのち現像することにより第１および第２の領域とこれら第１および第２の領域間を繋ぐ第３の領域とを含む２層レジストパターンを形成する工程と、第３の領域における上部レジスト層の少なくとも一部を覆うように補強層を形成する工程と、第３の領域における下部レジスト層を除去することによりブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する工程と、このマスクパターンを用いて磁気抵抗効果膜を選択的に除去することにより、磁気抵抗効果膜パターンを形成する工程とを含むようにしたものである。
【００１５】
本発明による磁気抵抗効果素子の形成方法では、上記の各工程を含むようにしたので、マスクパターンにおけるブリッジ構造をなす部分の剛性が向上し、ブリッジ構造をなす部分のたわみが発生せず、磁気抵抗効果膜が高精度にエッチングされる。
【００１６】
本発明による磁気抵抗効果素子の形成方法では、さらに、マスクパターンと磁気抵抗効果膜が除去された領域とを覆うように少なくとも強磁性膜を含む薄膜を形成する工程と、薄膜に覆われたマスクパターンをリフトオフすることにより磁気抵抗効果膜パターンの両側に磁区制御層を含む一対の薄膜パターンを形成する工程とを含むようにしてもよい。その場合、薄膜を形成する工程が強磁性膜上に導電膜を形成する工程を含み、一対の薄膜パターンがそれぞれ導電リード層を含むようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のマスクパターンの形成方法によれば、加工対象の薄膜上に下部レジスト層および上部レジスト層を順次積層する工程と、下部レジスト層および上部レジスト層を選択的に露光したのち現像することにより第１および第２の領域と第１および第２の領域間を繋ぐ第３の領域とを含む２層レジストパターンを形成する工程と、第３の領域における上部レジスト層の少なくとも一部を覆うように補強層を形成する工程と、第３の領域における下部レジスト層を除去することにより、ブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する工程とを含むようにしたので、ブリッジ構造をなす部分が高い剛性を有すると共に自重等による変形の生じにくいマスクパターンを得ることができる。このため、微細な寸法の薄膜パターンを形成するのに好適なマスクパターンとすることができる。
【００１８】
本発明による薄膜パターンの形成方法によれば、加工対象の薄膜上に下部レジスト層および上部レジスト層を順次積層する工程と、下部レジスト層および上部レジスト層を選択的に露光したのち現像することにより第１および第２の領域と第１および第２の領域間を繋ぐ第３の領域とを含む２層レジストパターンを形成する工程と、第３の領域における上部レジスト層の少なくとも一部を覆うように補強層を形成する工程と、第３の領域における下部レジスト層を除去することによりブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する工程と、このマスクパターンを用いて薄膜をパターニングする工程とを含むようにしたので、ブリッジ構造をなす部分が高い剛性を有すると共に自重等による変形の生じにくいマスクパターンが得られ、これを用いることにより高精度に形成された微小寸法を有する磁気抵抗効果膜パターンを得ることができる。
【００１９】
本発明による磁気抵抗効果素子の形成方法によれば、磁気抵抗効果膜を形成する工程と、この磁気抵抗効果膜上に下部レジスト層および上部レジスト層を順次積層する工程と、これら下部レジスト層および上部レジスト層を選択的に露光したのち現像することにより第１および第２の領域と第１および第２の領域間を繋ぐ第３の領域とを含む２層レジストパターンを形成する工程と、第３の領域における上部レジスト層の少なくとも一部を覆うように補強層を形成する工程と、第３の領域における下部レジスト層を除去することによりブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する工程と、このマスクパターンを用いて磁気抵抗効果膜を選択的に除去することにより磁気抵抗効果膜パターンを形成する工程とを含むようにしたので、ブリッジ構造をなす部分が高い剛性を有すると共に自重等による変形の生じにくいマスクパターンが得られ、これを用いることにより高精度に形成された微小寸法を有する磁気抵抗効果膜パターンを含む磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施の形態に係る磁気抵抗効果（ＭＲ）素子の形成方法により形成されるＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドの構成について説明する。
【００２２】
図１は、磁気ヘッド装置におけるスライダの一側面に形成された薄膜磁気ヘッド１０の構造を表す分解斜視図である。図２は、図１に示したII−II線に沿った矢視方向の構造を表す断面図を表し、図３は、図２に示したIII矢視方向から眺めた断面図である。
【００２３】
図１および図２に示したように、薄膜磁気ヘッド１０は、スライダの基体１００に近い側から順に、再生ヘッド部１０Ａと記録ヘッド部１０Ｂとが積層されて一体に構成されたものである。再生ヘッド部１０Ａは、磁気記録媒体（図示せず）に記録された磁気情報を再生するためのものであり、一方の記録ヘッド部１０Ｂは、磁気記録媒体の記録トラックに磁気情報を記録するためのものである。
【００２４】
再生ヘッド部１０Ａは、図１および図２に示したように、磁気記録媒体の記録面と対向するエアベアリング面（ＡＢＳ；Air Bearing Surface）１００Ｆに露出する側において、例えば、基体１００の上に、下部シールド層１１、下部ギャップ層１２、ＭＲ素子１０Ｃ、上部ギャップ層２０および上部シールド層２１が順に積層された構造を有している。
【００２５】
ＭＲ素子１０Ｃは、磁気抵抗効果膜（以下、ＭＲ膜という。）パターン１４と、その両隣に延在する一対の磁区制御層１５Ａ，１５Ｂと、その磁区制御層１５Ａ，１５Ｂの上に形成される一対の導電リード層１６Ａ，１６Ｂとを含んでいる。ＭＲ膜パターン１４は、図３に示したように、例えば下部ギャップ層１２の上に、下地層３１、固定作用層（ピンニング層）３２、被固定層（ピンド層）３３、非磁性層３４、磁気感受層（磁気フリー層）３５および保護層３６とが順に積層されたスピンバルブ構造を有している。ＭＲ膜パターン１４は、磁気記録媒体に記録された情報を読み出すセンサ部分として機能する。一対の磁区制御層１５Ａ，１５Ｂおよび一対の導電リード層１６Ａ，１６Ｂは、磁気記録媒体の記録トラック幅方向に対応する方向（Ｘ方向）に沿ってＭＲ膜パターン１４を挟んで対向するように配置されている。磁区制御層１５Ａ，１５Ｂは、例えばコバルト白金合金（ＣｏＰｔ）等を含む硬磁性材料により構成され、ＭＲ膜パターン１４に含まれる磁気感受層３５の磁区の向きを揃えて単磁区化することでバルクハウゼンノイズの発生を抑制するように機能する。導電リード層１６Ａ，１６Ｂは、ＭＲ膜パターン１４にセンス電流を流すための電流経路として機能するものであり、図１に示したように電極ＥＡ，ＥＢにそれぞれ接続されている。
【００２６】
このような構成を有する再生ヘッド部１０Ａでは、ＭＲ膜パターン１４の磁気感受層３５の磁化方向が、磁気記録媒体からの信号磁界に応じて変化する。このため、ＭＲ膜パターン１４に含まれる被固定層３３の磁化方向との相対的変化を生じる。この際、ＭＲ膜パターン１４の内部にセンス電流を流すと、磁化方向の変化が磁気抵抗の変化として現れる。これを利用することにより信号磁界を検出し、磁気情報を再生するようになっている。
【００２７】
記録ヘッド部１０Ｂは、図１および図２に示したように、下部磁極としても機能する上部シールド層２１、記録ギャップ層４１、ポールチップ４２、コイル４３、フォトレジスト層４４、連結部４５および上部磁極４６を有している。このような構成を有する記録ヘッド部１０Ｂは、コイル４３に流れる電流によって上部シールド層２１と上部磁極４６とを含んで構成される磁路内部に磁束を生じ、これにより記録ギャップ層４１の近傍に生ずる信号磁界によって磁気記録媒体を磁化し、情報を記録するようになっている。
【００２８】
続いて、図４〜図１１を参照して、本実施の形態に係るＭＲ素子１０Ｃの形成方法について説明する。本発明のブリッジ型マスクパターンの形成方法および薄膜パターンの形成方法は、以下に説明するＭＲ素子の形成方法によって具現化されるので、以下、併せて説明する。
【００２９】
本実施の形態のＭＲ素子１０Ｃの形成方法は、基板上に、ＭＲ膜パターン１４を形成する前段工程と、このＭＲ膜パターン１４の両端縁部と隣接接合するように一対の磁区制御層１５Ａ，１５Ｂと一対の導電リード層１６Ａ，１６Ｂとからなる一対の薄膜パターンを形成する後段工程とを含むものである。前段工程は、のちにＭＲ膜パターン１４となるＭＲ膜を基板上に形成する工程と、このＭＲ膜の上に、下部レジスト層および上部レジスト層を順次形成する工程と、下部および上部レジスト層を選択的に露光したのち現像を行うことにより、第１および第２の領域と、これら第１および第２の領域間を繋ぐ第３の領域とを含む２層レジストパターンを形成する工程と、第３の領域における上部レジスト層の少なくとも一部を覆うように補強層を形成する工程と、第３の領域における下部レジスト層を除去することによりブリッジ構造を有するマスクパターンを形成する工程と、このマスクパターンを用いてＭＲ膜を選択的に除去することによりＭＲ膜パターン１４を形成する工程とを含んでいる。一方、後段工程は、マスクパターンとＭＲ膜が除去された領域とを覆うように、少なくとも強磁性膜を含む薄膜を形成する工程と、薄膜に覆われたマスクパターンをリフトオフすることによりＭＲ膜パターン１４の両側に磁区制御層１５Ａ，１５Ｂを含む一対の薄膜パターンを形成する工程とを含んでいる。上記薄膜を形成する工程は、強磁性膜上に導電膜を形成する工程を含んでおり、一対の薄膜パターンがそれぞれ導電リード層を有するようにするものである。以下、詳細を説明する。
【００３０】
まず、図４に示したように、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等の基体上に下部シールド層１１と下部ギャップ層１２とが順に形成された基板１の上に、ＭＲ膜１４Ｚを全面に亘って形成する。具体的には、スパッタリング等を用いて、下地層３１、固定作用層３２、被固定層３３、非磁性層３４、磁気感受層３５および保護層３６とを順に積層することによって、例えば５０ｎｍの厚みのＭＲ膜１４Ｚを形成する。続いて、ＭＲ膜１４Ｚを覆うように、例えばスピンコート法を用いて、下部レジスト層２と上部レジスト層３とを順次積層する。ここでは、例えば、ポリメチルグルタルイミド（ＰＭＧＩ）を主成分とするレジスト材料を用いて２０ｎｍから５０ｎｍ程度の厚みをなすように下部レジスト層２を形成する。そののち、下部レジスト層２とは異なる材料であるポジ型レジスト材料を用いて、例えば、１００ｎｍ〜３５０ｎｍの厚みをなすように上部レジスト層３を形成する。
【００３１】
次いで、下部レジスト層２および上部レジスト層３に対するフォトリソグラフィ処理を施すことにより、２層レジストパターン５Ｚを形成する。具体的には、まず、図５（Ａ）のようなフォトマスク６を介して、図５（Ｂ）に示したように下部および上部レジスト層２，３を選択的に露光し潜像部分４を形成する。フォトマスク６には、後述する第３の領域５Ｃを形成するため、開口部６Ｋ１と開口部６Ｋ２とが幅６Ｗの間隔をなすように形成されている。幅６Ｗは、例えば、０．０５μｍ〜０．４０μｍ（より好ましくは０．１８〜０．２４μｍ）である。開口部６Ｋ１，６Ｋ２は矩形をなし、それぞれ、幅６Ｄおよび長さ６Ｌを有している。幅６Ｄは、例えば１．０μｍ〜２０．０μｍであり、長さ６Ｌは、例えば０．５μｍ〜５．０μｍである。但し、ステッパなどの縮小露光機を用いる場合には、上記の各値に（１／縮小率）を掛け合わせた値となる。なお、図５（Ａ）は、成膜面と平行な平面構成を表す平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ矢視方向の拡大断面図である。下部および上部レジスト層２，３に選択的に潜像を形成したのち、例えば１２０℃の雰囲気で９０秒間の加熱処理を行い、さらに、所定の現像液を用いて露光部分を溶解除去することにより現像し、水洗および乾燥をおこなう。こうすることにより、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したように、第１の領域５Ａと第２の領域５Ｂと、これら第１および第２の領域５Ａ，５Ｂ間を繋ぐ第３の領域５Ｃとを有する２層レジストパターン５Ｚが形成される。第３の領域５Ｃは、のちに形成されるブリッジ構造９（後出）となる部分に対応する。
【００３２】
この場合、上部レジスト層３の潜像部分４と下部レジスト層２とを溶解可能な所定の現像液を用いて、第３の領域５Ｃの下部レジスト層２が無くならない程度の適度な現像時間において現像処理を行うことで、図６（Ｂ）にしたようなアンダーカット部分１３を形成することができる。第１の領域５Ａと第２の領域５Ｂとを結ぶ方向と直交する方向において、第３の領域５Ｃの上層レジスト層３の幅Ｗ１は、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度（より好ましくは５０ｎｍ〜１００ｎｍ）である。これに対し、下層レジスト層２の幅Ｗ２は、幅Ｗ１よりも僅かに狭くなるように構成され、その差分がアンダーカット部分１３となる。なお、図６（Ａ）は、成膜面と平行な平面構成を表す平面図である。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のVIＢ−VIＢ矢視方向の拡大断面図であり、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）のVIＣ−VIＣ矢視方向の拡大断面図である。
【００３３】
次に、図７に示したように、第３の領域５Ｃの上部レジスト層３Ｃを少なくとも覆うように補強層８を形成する。具体的には、スパッタリング等により、タンタル（Ｔａ）を用いて５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚みをなすように補強層８を形成する。この場合、アンダーカット部分１３が形成されていることにより、第３の領域５Ｃの下部レジスト層２Ｃの側壁には補強層８は形成されない。補強層８を形成するのに適用可能な材料としては、タンタル等の金属のほか、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などの絶縁材料が挙げられる。また、補強層８は、第３の領域５Ｃの上部レジスト層３Ｃにおける上面のみを覆うようにしてもよい。
【００３４】
補強層８を形成したのち、図８に示したように、第３の領域５Ｃにおける下部レジスト層２Ｃを除去して間隙部７を形成する。ここでは、例えば、２層レジストパターン５Ｚを形成する工程において用いた現像液により下部レジスト層２Ｃを溶解させて除去する。これにより、間隙部７と、この間隙部７の上方に位置し宙吊りになった上部レジスト層（ブリッジ部分）３Ｃとからなるブリッジ構造９が形成され、マスクパターン５が完成する。さらに、図９に示したように、このマスクパターン５をマスクとして利用し、例えば、イオンミリングや反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）等のドライエッチング法を用いてＭＲ膜１４Ｚを選択的にエッチングし、ＭＲ膜パターン１４を形成する。この際、ブリッジ部分３Ｃを覆う補強層８は、エッチングされるので厚みが減少する。この減少分を見越し、ブリッジ部分３Ｃを覆う補強層８を、他の部分よりも予め厚めに形成しておくことが望ましい。以上により、前段工程の全ての操作が終了する。
【００３５】
こののち、図１０に示したように、エッチングにより露出した下部ギャップ層１２とブリッジ型マスクパターン５とを覆うように、強磁性膜１５Ｚと導電膜１６Ｚとを順に積層する。ここで、強磁性膜１５Ｚおよび導電膜１６Ｚが、本発明における「薄膜」に対応する一具体例である。続いて、強磁性膜１５Ｚと導電膜１６Ｚとに覆われたマスクパターン５をリフトオフ操作により除去する。以上により、後段工程の全ての操作が終了し、図１１に示したように、ＭＲ膜パターン１４と、このＭＲ膜パターン１４の両端縁部に隣接するように対向配置された一対の磁区制御層１５Ａ，１５Ｂおよび一対の導電リード層１６Ａ，１６ＢとからなるＭＲ素子１０Ｃが完成する。
【００３６】
このように、本実施の形態によれば、ＭＲ膜１４Ｚを形成する工程と、このＭＲ膜１４Ｚ上に下部レジスト層２および上部レジスト層３を順次積層する工程と、これら下部レジスト層２および上部レジスト層３を選択的に露光したのち現像することにより第１および第２の領域５Ａ，５Ｂとこれら第１および第２の領域５Ａ，Ｂ間を繋ぐ第３の領域５Ｃとを含む２層レジストパターン５Ｚを形成する工程と、第３の領域５Ｃにおける上部レジスト層３Ｃを覆うように補強層８を形成する工程と、第３の領域５Ｃにおける下部レジスト層２Ｃを除去することによりブリッジ構造９を有するマスクパターン５を形成する工程とを含むようにしたので、ブリッジ構造９をなすブリッジ部分３Ｃの剛性が向上し、たわみなどの変形が生じにくいマスクパターン５を得ることができる。さらに、このマスクパターン５を用いてＭＲ膜１４Ｚを選択的に除去することによりＭＲ膜パターン１４を形成するようにしたので、エッチングする際にブリッジ部分３Ｃのたわみが発生せずに微小な寸法のＭＲ膜パターン１４を高精度に形成することができる。特に、本実施の形態では、ＭＲ膜１４Ｚが除去された領域を覆うように強磁性膜１５Ｚと導電膜１６Ｚとを含む薄膜を形成する工程と、この薄膜に覆われたマスクパターン５をリフトオフすることによりＭＲ膜パターン１４の両側に一対の磁区制御層１５Ａ，１５Ｂおよび一対の導電リード層１６Ａ，１６Ｂとが積層された一対の薄膜パターンを形成する工程とを含むようにしたので、ＭＲ膜パターン１４と隣接接合するように一対の磁区制御層１５Ａ，１５Ｂおよび一対の導電リード層１６Ａ，１６Ｂを高精度に配置することができる。この結果、基板１の上に高精度に形成されたＭＲ素子１０Ｃを得ることができる。
【実施例】
【００３７】
続いて、上記実施の形態における具体的な実施例について説明する。
【００３８】
本実施例では、上記の形成方法に基づき、以下の要領でマスクパターン５を形成した。以下、図４〜図８を参照して詳細に説明する。
【００３９】
まず、図４に示したように、アルティック（Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣ）等の基体上に下部シールド層１１と下部ギャップ層１２とＭＲ膜１４Ｚとが順に形成された基板１を覆うように、スピンコート法により、５０ｎｍ程度の厚みをなすように所定のフォトレジスト材料を用いて下部レジスト層２を形成した。こののち、下部レジスト層２を覆うように、やはり、スピンコート法により、３５０ｎｍの厚みをなすように上部レジスト層３を形成した。上部レジスト層３は、下部レジスト層２とは異なるフォトレジスト材料を用いた。
【００４０】
次に、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、フォトマスク６を介して下部および上部レジスト層２，３を選択的に露光して潜像を形成した。ここでは、幅６Ｗが０．２μｍであるフォトマスク６を用いて、ＫｒＦエキシマステッパにより露光を行った。露光条件は、開口数ＮＡを０．６、絞り（照明系の開口数ＮＡとレンズのＮＡとの比）σを０．７５、露光量設定を３０〜６０ｍＪ／ｃｍ2とし、ベストフォーカスとなるようにした。露光したのち、１２０℃の雰囲気で９０秒間の加熱処理を行い、さらに、濃度１．７９％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）溶液を用いて、パドル法（３０秒間攪拌）により被露光部分を現像処理し、さらに、水洗および乾燥をおこなった。こののち、ＴＭＡＨ溶液に溶解せずに残留したスカムを除去することと第３の領域５Ｃがトラック幅に対応する所定幅をなすようにすることとを目的として、酸素ガスを用いたアッシング処理をおこなった。こうすることにより、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したように、第１〜第３の領域５Ａ〜５Ｃを有する２層レジストパターン５Ｚを得た。第３の領域における上層レジスト層３の幅Ｗ１は、８０ｎｍとなった。
【００４１】
次に、図７に示したように、第３の領域５Ｃにおける上部レジスト層３を覆うように補強層８を形成した。ここでは、スパッタリングにより、タンタルを用いて５ｎｍ〜５０ｎｍの厚みをなすように補強層８を形成した。最後に、図８に示したように、濃度１．７９％のＴＭＡＨ溶液を現像液として用い、第３の領域５Ｃにおける下部レジスト層２を溶解除去して間隙部７を形成した。この操作によりブリッジ部分３Ｃと間隙部７とからなるブリッジ構造９が形成され、マスクパターン５が完成した。
【００４２】
以上により、本実施例によれば、薄膜パターンの形成を行うにあたり障害となるような変形が生じることのない、十分な剛性を有するブリッジ構造９を含むマスクパターン５を形成可能であることがわかった。
【００４３】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態および実施例では、上部レジスト層の形成にポジ型のフォトレジスト材料を用いるようにしたが、ネガ型のフォトレジスト材料を用いるようにしてもよい。また、本実施の形態では、磁気抵抗効果素子として、ボトムスピンバルブ型のＭＲ素子を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。トップスピンバルブ型ＭＲ素子でもよいし、あるいは、トンネル接合型ＭＲ（ＴＭＲ；Tunneling Magnetoresistive）素子であってもよい。また、本実施例では、露光装置として、ＫｒＦエキシマステッパを用いた場合について説明したが、これに限定されず、ＡｒＦエキシマステッパ、ｉ線ステッパ、ＥＵＶ露光機、またはＥＢ露光機などを使用することも可能である。この場合、上記の各露光装置に適したフォトレジスト材料を用いることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のブリッジ型マスクパターンは、薄膜磁気ヘッドにおける磁気抵抗効果素子の形成に限らず、半導体デバイス等の他の電子・磁気デバイスに含まれる各種の薄膜パターンの形成にも好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の形成方法によって形成される磁気抵抗効果素子を含む薄膜磁気ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示した薄膜磁気ヘッドのII−II線に沿った矢視方向の構造を示す断面図である。
【図３】図１に示した薄膜磁気ヘッドの図２におけるIII矢視方向から眺めた構造を示す断面図である。
【図４】図１に示した磁気抵抗効果素子を形成する方法における一工程を表す断面図である。
【図５】図４に続く一工程を表す断面図および平面図である。
【図６】図５に続く一工程を表す断面図である。
【図７】図６に続く一工程を表す断面図である。
【図８】図７に続く一工程を表す断面図である。
【図９】図８に続く一工程を表す断面図および平面図である。
【図１０】図９に続く一工程を表す断面図である。
【図１１】図１０に続く一工程を表す断面図である。
【図１２】比較例としての磁気抵抗効果素子の形成方法における一工程を表す断面図である。
【図１３】図１２に続く一工程を表す断面図である。
【図１４】図１３に続く一工程を表す断面図である。
【図１５】図１４に続く一工程を表す断面図である。
【図１６】図１５に続く一工程を表す断面図である。
【図１７】図１６に続く一工程を表す断面図である。
【図１８】図１７に続く一工程を表す断面図である。
【図１９】比較例としてのマスクパターンを用いた薄膜パターンの形成工程における一工程を表す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…基板、２…下部レジスト層、３…上部レジスト層、３Ｃ…ブリッジ部分、１４…ＭＲ膜パターン、１４Ｚ…ＭＲ膜、５…マスクパターン、５Ａ…第１の領域、５Ｂ…第２の領域、５Ｃ…第３の領域、５Ｚ…２層レジストパターン、６…フォトマスク、７…間隙部、８…補強層、９…ブリッジ構造、１０Ａ…再生ヘッド部、１０Ｂ…記録ヘッド部、１０Ｃ…磁気抵抗効果（ＭＲ）素子、１１…下部シールド層、１２…下部ギャップ層、１３…アンダーカット部分、１４…ＭＲ膜パターン、１５Ａ，１５Ｂ…磁区制御層、１６Ａ，１６Ｂ…導電リード層、１５Ｚ…強磁性膜、１６Ｚ…導電膜、２０…上部ギャップ層、２１…上部シールド層、１００…基体、１００Ｆ…エアベアリング面。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成17年1月28日(2005.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
ＭＲ素子１０Ｃは、磁気抵抗効果膜（以下、ＭＲ膜という。）パターン１４と、その両隣に延在する一対の磁区制御層１５Ａ，１５Ｂと、その磁区制御層１５Ａ，１５Ｂの上に形成される一対の導電リード層１６Ａ，１６Ｂとを含んでいる。ＭＲ膜パターン１４は、図３に示したように、例えば下部ギャップ層１２の上に、下地層３１、固定作用層（ピンニング層）３２、被固定層（ピンド層）３３、非磁性層３４、磁気感受層（磁気フリー層）３５および保護層３６が順に積層されたスピンバルブ構造を有している。ＭＲ膜パターン１４は、磁気記録媒体に記録された情報を読み出すセンサ部分として機能する。一対の磁区制御層１５Ａ，１５Ｂおよび一対の導電リード層１６Ａ，１６Ｂは、磁気記録媒体の記録トラック幅方向に対応する方向（Ｘ方向）に沿ってＭＲ膜パターン１４を挟んで対向するように配置されている。磁区制御層１５Ａ，１５Ｂは、例えばコバルト白金合金（ＣｏＰｔ）等を含む硬磁性材料により構成され、ＭＲ膜パターン１４に含まれる磁気感受層３５の磁区の向きを揃えて単磁区化することでバルクハウゼンノイズの発生を抑制するように機能する。導電リード層１６Ａ，１６Ｂは、ＭＲ膜パターン１４にセンス電流を流すための電流経路として機能するものであり、図１に示したように電極ＥＡ，ＥＢにそれぞ
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
まず、図４に示したように、アルティック（Ａｌ2 Ｏ3 ・ＴｉＣ）等の基体上に下部シールド層１１と下部ギャップ層１２とが順に形成された基板１の上に、ＭＲ膜１４Ｚを全面に亘って形成する。具体的には、スパッタリング等を用いて、下地層３１、固定作用層３２、被固定層３３、非磁性層３４、磁気感受層３５および保護層３６を順に積層することによって、例えば５０ｎｍの厚みのＭＲ膜１４Ｚを形成する。続いて、ＭＲ膜１４Ｚを覆うように、例えばスピンコート法を用いて、下部レジスト層２と上部レジスト層３とを順次積層する。ここでは、例えば、ポリメチルグルタルイミド（ＰＭＧＩ）を主成分とするレジスト材料を用いて２０ｎｍから５０ｎｍ程度の厚みをなすように下部レジスト層２を形成する。そののち、下部レジスト層２とは異なる材料であるポジ型レジスト材料を用いて、例えば、１００ｎｍ〜３５０ｎｍの厚みをなすように上部レジスト層３を形成する。