JP2008112493A - 薄膜磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】「コイルパターン飛び」や「しみこみ」を防止しつつ、コイルを垂直な形状に形成する。
【解決手段】薄膜磁気ヘッドの製造方法は、コイルが形成されるべき面上にレジスト層を形成するステップＳ４と、レジスト層に、コイルの形状に対応して巻回しながら延びる渦巻状の開口と、開口の最外周部のさらに外側を最外周部に沿って延び、コイルが形成されるべき面が露出しない深さを有する凹部と、を形成するレジスト層加工ステップＳ５と、開口および凹部の形成されたレジスト層に熱処理または紫外線照射をおこなうステップＳ６と、熱処理または紫外線照射がおこなわれたレジスト層の開口内にコイルを形成するステップＳ７と、コイルが形成された後、レジスト層を除去するステップＳ８と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は薄膜磁気ヘッドの製造方法に関し、特に書込素子のコイルの形成方法に関する。

ハードディスク装置に用いられる薄膜磁気ヘッドの書込素子は、大別すると、記録メディアに磁気情報を書き込むための磁極層と、磁極層の周囲に巻回して設けられたコイルと、磁極層とコイルとの絶縁を確保するための層間絶縁層と、により形成されている。コイルに電流が印加されると、電磁変換作用によって磁極層に磁束が発生し、記録メディアに磁気情報が書き込まれる。

図１３〜１６は従来技術におけるコイルの作成方法の一例を示す概念図である。図１３，１５，１６において、コイル中心に関して両側の開口およびコイルは均等な幅およびピッチで描かれているが、実際には磁極先端側のほうが幅、ピッチとも狭い。まず、図１３に示すように、基板（図示せず）上に下部磁気シールド層１を形成し、アルミナ膜２によって周囲から絶縁されたセンサー素子（読込素子）４を形成し、その上を上部磁気シールド層３で覆う。次に、非磁性層５およびシード層９を形成し、シード層９の上にレジスト層１１０を設ける。シード層９はコイルを電気めっきで作成する際の電極層である。次に、フォトリソグラフィー技術を用いて、レジスト層１１０にコイルの形状に対応した開口１２５ａ〜１２５ｃを設ける。図１４はこのときに用いられるマスク１２１の平面図である。なお、以下の説明では、開口１２５ａ〜１２５ｃは別々の開口として扱っているが、実際には図１４から明らかなとおり連続した渦巻状の開口である。また、コイルは三回巻き構成であるが、これは一例に過ぎない。

次に、後工程で形成されるコイル１１２とシード層９との密着性を高めるため、レジスト層１１０に熱処理あるいはＵＶ（紫外線）照射をおこなう。これは以下の理由に基づく。記録メディアの高記録密度化に伴い薄膜磁気ヘッドのコンパクト化が進んでいくと、これに合せてコイル１１２およびコイルピッチも微細化する必要がある。コイルピッチが微細化すると、開口１２５ａ，１２５ｂ間のレジスト壁１１０ａ、および開口１２５ｂ，１２５ｃ間のレジスト壁１１０ｂも微細化していくため、レジスト層１１０のシード層９との密着性が低下する。レジスト層１１０の密着性が低下してレジスト壁１１０ａ，１１０ｂの剥離や移動が生じると、コイル１１２が部分的に形成されない「コイルパターン飛び」が生じるおそれが高まる。また、密着性が低下すると、めっきによりシード層９上に形成された金属膜がレジスト層１１０とシード層９との間にもぐりこみ、レジスト層１１０の下にめっきがされる「しみこみ」が発生するおそれもある。これらの不具合を避けるために、フォトリソグラフィーによって開口１２５ａ〜１２５ｃを形成した後、クリーンオーブン、ホットプレートなどを用いた熱処理（ポストベーク）や、ＵＶ（紫外線）照射をおこなうことで、レジストの密着性の向上を図っている。

次に、図１５に示すように、開口１２５ａ〜１２５ｃに電気めっきによってコイル１１２を形成する。コイル１１２はめっき時の電極として作用するシード層９が露出している部分のみに形成されるため、レジスト層１１０の開口１２５ａ〜１２５ｃ内だけに形成される。次に、図１６に示すように、層間絶縁層１３を形成し、その上に書込素子の磁極層１５を形成する。
特開平１１−１２６３１０号公報 特開平５−１５９２２９号公報

レジストに熱処理あるいはＵＶ照射を行うとレジストが収縮することが知られている。図１５を参照すると、開口１２５ａ，１２５ｂ間に挟まれたレジスト壁１１０ａ、開口１２５ｂ，１２５ｃ間に挟まれたレジスト壁１１０ｂ、およびコイル中心部に対応したレジスト壁１１０ｃはレジストの容積が小さいため、収縮によるレジストの変形量も限定的である。しかし、コイルの最外周部に対応した開口１２５ａよりも外側に存在する外側レジスト部１１０ｄはレジストの容積が大きいため、収縮量も大きい。外側レジスト部１１０ｄの基部はシード層９に固定されているため、外側レジスト部１１０ｄは上部を中心に変形し、開口１２５ａはコイルの径方向外側に向かって斜めに開くように変形する。この結果、開口１２５ａに形成されるコイル１１２も同様に上部が斜めにせり出した形状となり、垂直なパターンが形成できない。コイルの最外周部がこのような形状で形成されると、後工程で形成される磁極層１５とコイル１１２との間隔が著しく狭くなり、極端な場合は、図１６に示すように磁極層１５とコイル１１２とが接触してしまう。接触が生じなくても、磁極層１５とコイル１１２間の層間絶縁層１３の絶縁厚さが十分に確保できず、絶縁抵抗不良の原因になる。

レジストの現像後にポストベ−クやＵＶ照射をおこなわなければレジストの収縮は生じず、コイルの最外周部も垂直な形状に形成できるため、薄膜化された層間絶縁層でも十分な絶縁性を得ることができる。しかし、高密度化にともなうコイルピッチの微細化のために、レジスト層とシード層との接着面積はますます小さくなる傾向にあり、上述した「コイルパターン飛び」や「しみこみ」を防止するためには、レジスト現像後のレジストの熱処理またはＵＶ照射は不可欠である。

本発明は、「コイルパターン飛び」や「しみこみ」を防止しつつ、コイルを垂直な形状に形成することのできる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。

本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法は、書込素子を有する薄膜磁気ヘッドであって、書込素子の一部を構成する磁極層に磁束を発生させるコイルが薄膜磁気ヘッドの積層方向と直交する面内で磁極層の周りを巻回して設けられる薄膜磁気ヘッドの製造方法である。本製造方法は、コイルが形成されるべき面上にレジスト層を形成するステップと、レジスト層に、コイルの形状に対応して巻回しながら延びる渦巻状の開口と、開口の最外周部のさらに外側を最外周部に沿って延び、コイルが形成されるべき面が露出しない深さを有する凹部と、を形成するレジスト層加工ステップと、開口および凹部の形成されたレジスト層に熱処理または紫外線照射をおこなうステップと、熱処理または紫外線照射がおこなわれたレジスト層の開口内にコイルを形成するステップと、コイルが形成された後、レジスト層を除去するステップと、を有している。

上述のように、レジストの開口の最外周部は、その外側を広がるレジスト層の収縮の影響を受けて垂直に形成されにくい。しかし、本発明では、開口の最外周部のさらに外側に最外周部に沿って延びる凹部を設けているため、レジスト層の収縮の影響が凹部で緩和される。この結果、レジストの開口の最外周部にはレジスト層の収縮応力が伝わりにくくなり、垂直な形状が維持しやすくなる。このため、開口に形成されるコイルも垂直に形成されやすくなる。しかも、レジスト層への熱処理または紫外線照射をおこなうことでレジスト層の密着性も確保されるので、「コイルパターン飛び」や「しみこみ」を防止することも容易である。

レジスト層加工ステップは、凹部を、開口の最外周部のうち、磁極先端側の部分に形成することを含んでいることが望ましい。

レジスト層加工ステップは、開口に対応する主開口と凹部に対応する補助開口とを有するマスクを介して、ポジ型レジストを露光することを含み、補助開口の幅は、主開口の幅よりも小さく、かつ露光装置の解像度よりも大きく形成されていることが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、「コイルパターン飛び」や「しみこみ」を防止しつつ、コイルを垂直な形状に形成することのできる薄膜磁気ヘッドの製造方法を提供することができる。

本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法を図１のフロー図および図２〜１２を参照して説明する。図２〜５，８〜１２の各図において（ａ）は上方から見た平面図を、（ｂ）は（ａ）中の線ｘｂ−ｘｂ（ｘは図番）に沿った断面図を示している。図６は、本実施形態で用いるマスクの平面図を、図７は本実施形態の製造工程中の断面図を示している。図２〜５，８〜１２の（ｂ）および図７において、コイル中心に関して両側の開口およびコイルは均等な幅およびピッチで描かれているが、実際には磁極先端側のほうが幅、ピッチとも狭い。以下の説明では三回巻きのコイルを例として示すが、本発明が任意の巻き数のコイルに適用できることはいうまでもない。また、以下の説明ではコイルは一段構成としているが、本発明は二段以上のコイルを設ける多層コイル構造についても同様に適用することができる。

（ステップＳ１）まず、図２に示すように、基板（図示せず）上にＮｉＦｅ等からなる下部磁気シールド層１を形成し、その上にアルミナ等からなる絶縁膜２に囲まれたセンサー素子４を形成する。センサー素子４としては、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）素子、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子、またはＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子等の磁気抵抗効果を示す感磁膜を用いた素子を用いることができる。次に、ＮｉＦｅ等からなる上部磁気シールド層３を形成する。次に、書込ヘッド部の磁気ギャップとなる、アルミナ等からなる非磁性層５を形成する。次に、アルミナ等からなる非磁性層５を形成する。さらに、非磁性層５上にレジスト層６を設け、レジスト層６に、非磁性層５にコンタクトパターン８（ステップＳ２で形成）を形成するための開口７を、フォトリソグラフィー技術を用いて形成する。

（ステップＳ２）次に、図３に示すように、イオンミリング、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)、ウェットエッチング等を用いて、非磁性層５にコンタクトパターン８を形成する。コンタクトパターン８は、上部磁気シールド層３と磁極層１５（後述）とを磁気的にコンタクトさせるために設けられる。上部磁気シールド層３は、書込ヘッド部の書込磁極の一部として機能する。その後、レジスト層６をＮＭＰ(N-methyl-2-pyrrolidinone)や一般的な有機溶剤によって剥離し除去する。レジスト層６の除去は酸素アッシングを用いておこなうこともできる。

（ステップＳ３）次に、図４に示すように、非磁性層５の上にスパッタ、蒸着などの方法を用いて、例えばＣｕからなるシード層９を成膜する。Ｃｕの密着性を向上させるため、Ｃｕ層の下にＴｉ，Ｃｒ，Ｔａなどを接着層として用いてもよい。シード層９は、コイルを電気めっきで形成する際の電極膜として用いられ、コイルが形成されるべき面となる。

（ステップＳ４）次に、図５に示すように、シード層９の上にレジスト層１０を形成する。具体的には、レジスト材を、スピンコート法など一般的に用いられる手法でシード層９の上に塗布する。レジスト材としては一般的なポジ型フォトレジストを用いることができる。

（ステップＳ５：レジスト加工ステップ）次に、後述するマスク２１を用いてレジスト層１０を露光し、その後現像し、開口２５ａ〜２５ｃを形成する。コイル１２は磁極層１５に磁束を発生させるため、磁極層１５の周りを薄膜磁気ヘッドの積層面と平行な面上に巻回して設けられる。このため、開口２５ａ〜２５ｃは、実際には、コイル１２の形状に対応して巻回しながら延びる一つの渦巻状の開口である。現像後は、開口２５ａ〜２５ｃは垂直な形状を維持している。

本実施形態では、レジスト層１０に、最外周部の開口２５ａのさらに外側を開口２５ａに沿って延びる凹部２６が形成されている。凹部２６は開口２５ａのうち、磁極先端側の部分に形成することが望ましい。凹部２６はコイルが形成されるべき面（シード層９）まで達しない深さを有している。換言すれば、凹部２６の位置では、シード層９はレジスト材に覆われ露出していない。

このような凹部２６および開口２５ａ〜２５ｃを備えたレジスト層１０は、図６に示すマスク２１を用いて作成することができる。マスク２１の主開口２２は、開口２５ａ〜２５ｃに対応する、巻回しながら延びる渦巻状の開口である。主開口２２は、露光装置（図示せず）の光源からの光を通過させるよう露光装置の解像度以上の幅を有している。レジスト層１０はポジ型レジストを用いているので、レジスト層１０を露光、現像することによって、主開口２２と同じ形状の開口２５ａ〜２５ｃがレジスト層１０に形成される。マスク２１はまた凹部２６に対応する補助開口２３を有している。補助開口２３の幅は、主開口２２の幅よりも小さく、かつ露光装置の解像度よりも大きく形成されている。これは以下の理由による。もし補助開口２３が主開口２２と同じ、またはそれ以上の幅を有していると、光源からの光が補助開口２３を通過し、レジスト層１０が十分に露光されてしまい、現像後に、レジスト層１０にシード層９が露出する開口が形成されてしまう。シード層９が露出していると、その部分にめっきによって不要な金属膜が形成され好ましくない。そこで、シード層９が露出しないように、補助開口２３への光の入射を制限する必要がある。しかし、補助開口２３の幅が露光装置の解像限界より小さいと露光がおこなわれず、凹部２６が形成されない。補助開口２３の幅を主開口２２の幅よりも小さく、かつ露光装置の解像度よりも大きく設定することによって、補助開口２３への光の入射が適切な量に制限され、上述の凹部２６が形成される。

（ステップＳ６）次に、図７に示すように、レジスト層１０とシード層９との密着性を向上させるため、レジスト層１０を熱処理する。熱処理は、クリーンオーブンや、ホットプレートなどを用いておこなうことができる。熱処理の代わりにＵＶ照射をおこなってもよい。前述のように、レジスト層１０はこれらの処理によって収縮する。しかし、体積収縮の度合い（変形量）はレジストの体積と相関しており、レジストの体積が大きいほど変形量も大きく、レジストの体積が小さいほど変形量は小さい。開口２５ａ，２５ｂに挟まれたレジスト壁１０ａ、および開口２５ｂ，２５ｃに挟まれたレジスト壁１０ｂは、体積が小さく変形量が小さいため、熱処理あるいはＵＶ照射の後も垂直な形状を保つ。コイル中心部に対応するレジスト壁１０ｃも同様である。この結果、これらのレジスト壁に挟まれた開口２５ｂ，２５ｃもほぼ垂直な形状に維持される。一方、凹部２６よりも外周側にある外側レジスト部１０ｄはレジストが広範囲に広がっているため体積が大きく、変形量が大きい。しかし、凹部２６と開口２５ａに挟まれた部分１０ｅは、凹部２６によって外側レジスト部１０ｄと分離されているため、外側レジスト部１０ｄの収縮の影響を受けにくく、ほぼ垂直な形状を維持する。換言すれば、凹部２６はレジストの収縮に対する緩衝材として機能し、収縮応力を開口２５ａに伝えにくくするため、開口２５ａの変形が抑制される。このため、コイルの最外周部を形成する開口２５ａはほぼ垂直な形状に維持される。

（ステップＳ７）次に、図８に示すように、レジスト層１０の開口２５ａ〜２５ｃ内に、電気めっきによりコイル１２を形成する。コイル１２の材料としては、銅などの導電性材料を用いることができる。上述のように、開口２５ａ〜２５ｃは最外周部の開口２５ａも含めて垂直に形成されているので、開口２５ａ〜２５ｃに形成されるコイル１２も垂直に形成される。凹部２６はシード層９が露出していないので金属材料が形成されることはない。万一凹部２６に金属材料が充填されても、次のステップでレジスト層１０とともに除去することができる。このようにして、本実施形態では、垂直な形状のコイル１２を得ることができる。

（ステップＳ８）次に、図９に示すように、ＮＭＰや一般的な有機溶剤を用いたウェット法によって、開口２５ａ〜２５ｃ内にコイル１２が形成されたレジスト層１０を除去する。

（ステップＳ９）次に、図１０に示すように、イオンミリング、ＲＩＥ、ウェットエッチング法などを用いて、コイル１２直下部を除くシード層９を除去する。

（ステップＳ１０）次に、図１１に示すように、コイル１２と書込素子を構成する磁極層１５（次ステップで形成）とを電気的に絶縁するために、フォトレジストからなる層間絶縁層１３を形成する。

（ステップＳ１１）次に、図１２に示すように、電気めっき、スパッタ法などを用いて、層間絶縁層１３上に高磁束密度、高透磁率の材料を堆積させ、書込素子の磁極層１５を形成する。その後、公知の手法によってアルミナ等からなる保護膜（図示せず）を形成する。

このように、本発明はレジストが熱処理またはＵＶ照射によって収縮する際に、レジストの収縮による影響がコイルの最外周部で最も大きいという事実に鑑みてなされたものである。すなわち、実際のコイルは通常数ターンを有しているが、最外周のコイルは、その半径方向外側に存在するレジストの体積が大きく、熱処理やＵＶ照射後にレジストの開口が大きく変形してしまうため、垂直に形成されない。しかし、内側のコイルは、周囲のレジストの体積が小さいので、レジストの収縮による影響がほとんど生じず、垂直に形成される。この傾向は、近年のコイルの狭ピッチ化によるレジストパターン幅の微細化によって益々強まっている。本発明では、コイルを形成する開口の最外周部のさらに外側にダミーの凹部を形成し、これをレジスト収縮の影響を緩和する応力緩和パターンとして利用している。これによって、熱処理やＵＶ照射後も、最外周部の開口が垂直に維持され、コイルも垂直に形成される。このため、層間絶縁層を薄く形成しても磁極層との接触あるいは層間絶縁層の絶縁不良が生じにくくなる。また、コイルが傾斜して形成されると、コイルのシャドウ効果のため、後工程でシード層を除去できない部分が生じることがあるが、そのような問題も解消しやすくなる。

凹部を形成するにはマスクに上述した所定形状の補助開口を設けるだけでよく、フォトリソグラフィー工程やその後のめっき工程も従来と同様に実施することができる。このため、本発明によってプロセス数が増えることはない。コイルめっき時には凹部にはめっきがされないため、後工程でめっきを除去する必要もない。さらに、本発明では熱処理やＵＶ照射によってレジストの密着性が高められているので、「コイルパターン飛び」や「しみこみ」の発生も効果的に抑制できる。

なお、以上説明した実施形態においては、凹部を磁極先端側のみに作成した。これは書込素子としての特性（磁束立ち上がり特性、オーバーライト特性等）を改善するためにはコイルの巻き数をできるだけ多く確保することが必要であり、特に磁極先端側でコイルピッチを小さくすることが重要であるためである。本実施形態では最外周部のコイルが垂直に形成され、さらに層間絶縁層の厚みも低減できるので、より多くのコイル巻き数を確保することができる。しかし、コイルの磁極先端側と反対側の部分でも同様の傾斜は発生するので（図７のＡ部参照）、この部位に本実施形態を適用することも可能である。さらに、傾斜の度合いは小さいものの、コイル中心部（図７のレジスト壁１０ｃ参照）にも多少の傾斜は生じるので、この部位に本実施形態を適用することも可能である。

本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すフロー図である。 本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すステップ図である。 本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すステップ図である。 本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すステップ図である。 本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すステップ図である。 図１に示す薄膜磁気ヘッドの製造方法で用いるマスクの平面図である。 本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すステップ図である。 本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すステップ図である。 本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すステップ図である。 本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すステップ図である。 本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すステップ図である。 本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一実施形態を示すステップ図である。 従来技術の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一例を示すステップ図である。 従来技術で用いられるマスクの一例を示す平面図である。 従来技術の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一例を示すステップ図である。 従来技術の薄膜磁気ヘッドの製造方法の一例を示すステップ図である。

符号の説明

１ 下部磁気シールド層
２ 絶縁膜
３ 上部磁気シールド層
４ センサー素子
５ 非磁性層
６ レジスト層
７ 開口
８ コンタクトパターン
９ シード層
１０，１１０ レジスト層
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ レジスト壁
１０ｄ，１１０ｄ 外側レジスト部
１０ｅ 部分
１２，１１２ コイル
１３ 層間絶縁層
１５ 磁極層
２１，１２１ マスク
２２ 主開口
２３ 補助開口
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ 開口
２６ 凹部

Claims (3)

1. 書込素子を有する薄膜磁気ヘッドであって、該書込素子の一部を構成する磁極層に磁束を発生させるコイルが該薄膜磁気ヘッドの積層方向と直交する面内で該磁極層の周りを巻回して設けられる薄膜磁気ヘッドの製造方法であって、
   前記コイルが形成されるべき面上にレジスト層を形成するステップと、
   前記レジスト層に、前記コイルの形状に対応して巻回しながら延びる渦巻状の開口と、該開口の最外周部のさらに外側を該最外周部に沿って延び、前記コイルが形成されるべき面が露出しない深さを有する凹部と、を形成するレジスト層加工ステップと、
   前記開口および前記凹部の形成された前記レジスト層に熱処理または紫外線照射をおこなうステップと、
   前記熱処理または前記紫外線照射がおこなわれた前記レジスト層の前記開口内に前記コイルを形成するステップと、
   前記コイルが形成された後、前記レジスト層を除去するステップと、
   を有する、薄膜磁気ヘッドの製造方法。
2. 前記レジスト層加工ステップは、前記凹部を、前記開口の最外周部のうち、磁極先端側の部分に形成することを含む、請求項１に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
3. 前記レジスト層加工ステップは、前記開口に対応する主開口と前記凹部に対応する補助開口とを有するマスクを介して、ポジ型レジストを露光することを含み、
   前記補助開口の幅は、前記主開口の幅よりも小さく、かつ露光装置の解像度よりも大きく形成されている、
   請求項１または２に記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。

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