JP4201968B2 - レジストパターンの作製方法、薄膜のパターニング方法、及びマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents
レジストパターンの作製方法、薄膜のパターニング方法、及びマイクロデバイスの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジストパターンの作製方法、薄膜のパターニング方法、及びマイクロデバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜のパターニング方法には、ミリング法を用いる方法、リフトオフ法を用いる方法、さらにはミリング法とリフトオフ法とを併用する方法がある。そして、薄膜をパターニングするために用いるレジストパターンは、例えば、ポリメチルグルタルイミド層（ＰＭＧＩ層）とフォトレジスト層との２層構造を呈する、いわゆるＢｉ−ｌａｙｅｒ型のレジストパターンを用いて行う。
【０００３】
図１〜５は、このようなＢｉ−ｌａｙｅｒ型のレジストパターンの作製方法を示す工程図である。
最初に、図１に示すように、所定の基材１上にＰＭＧＩ層３を塗布して形成し、必要に応じて加熱処理を施す。次いで、図２に示すように、ＰＭＧＩ層３上にフォトレジスト層５を塗布して形成し、必要に応じて加熱処理を施す。その後、図３に示すように、所定のマスク７を介して、例えばＵＶを照射することによってフォトレジスト層５に対して露光処理を施す。
【０００４】
その後、フォトレジスト層５に対して現像処理を施すとともに、ＰＭＧＩ層３をアルカリ水溶液で部分的に除去することによって、図４に示すようなレジストパターン９、又は図５に示すようなレジストパターン１０を得る。
【０００５】
レジストパターン９の本体部分９−１は、フォトレジスト層５から構成されるものであり、本体部分に対して狭小化されこの本体部分を支持している付属部分９−２は、ＰＭＧＩ層３から構成されるものである。同じく、レジストパターン１０の本体部分１０−１は、フォトレジスト層５から構成されるものであり、付属部分１０−２は、ＰＭＧＩ層３から構成されるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すようなレジストパターン９を用いて例えばミリング法により薄膜のパターニングを実施した場合、付属部分９−２の側壁に被ミリング材が比較的多量に付着してしまう場合があった。したがって、レジストパターン９を最終的に溶解除去する際に、付属部分９−２の側壁に付着した被ミリング材によって溶剤の回り込みが不十分となり、レジストパターン９を完全に溶解除去できない場合があった。
また、付属部分９−２の底部の広がりが大きくなってしまうと、薄膜のパターニングに際して、この付属部分の影響を受けてしまうという問題も生じる。
【０００７】
さらに、図５に示すようなレジストパターン１０においては、付属部分１０−２による本体部分１０−１の支持が不十分となるため、薄膜のパターニング時において本体部分１０−１が取れてしまうという問題を生じていた。
【０００８】
本発明は、上述した問題を生じることのない、新規な構成のレジストパターンを提供することのできるレジストパターンの作製方法を提供するとともに、このような方法によって作製したレジストパターンを用いた薄膜のパターニング方法、並びにマイクロデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明のレジストパターンの作製方法は、
所定の基材上にポリメチルグルタルイミド層を形成する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層の表面に、ＵＶ照射またはイオン照射によって半硬化層を形成する工程と、
前記半硬化層を含む前記ポリメチルグルタルイミド層上に、フォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を、所定のマスクを介して露光する工程と、
前記フォトレジスト層を現像する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層をアルカリ水溶液を用いて部分的に除去する工程と
を含み、ＵＶ照射によって前記半硬化層を形成する場合は、ＵＶ照射における照強度が、０．７５〜５．６５ｍＷ／ｃｍ ２ であることを特徴とする。
【００１０】
本発明者らは、上述したような付属部分に対する被ミリング材の付着に起因する、レジストパターンの溶解除去における困難性などを除去すべく、新規なレジストパターンの構成を探るべく鋭意検討を実施した。その結果、これらの現象は、図４及び５に示すように、レジストパターンを構成する付属部分が正のテーパーを有していることが原因であることが判明した。
そこで、本発明者らは、図１〜３に示すような工程を経てレジストパターンを作製することにより、図４又は５に示すようなレジストパターンの付属部分の側壁がテーパー状となる原因について鋭意検討を行った。
【００１１】
その結果、ＰＭＧＩ層の上層部分には熱重合の不十分な部分が比較的高濃度に存在し、この部分の現像液に対する溶解速度が熱重合が十分に行われている部分と比較して極めて高いことを見出した。したがって、図３に示す現像処理において、ＰＭＧＩ層の上層部分が下層部分と比較して高い割合で溶解除去されるため、最終的に得られるレジストパターンのＰＭＧＩ層から構成される付属部分が、図４又は５に示すようなテーパー状を呈することを見出した。
【００１２】
したがって、ＰＭＧＩ層の熱重合が十分な部分及び不十分な部分を、ＰＭＧＩ層の表面に半硬化層を形成して覆うことを想到した。これによって、現像液に対するＰＭＧＩ層の溶解速度は前記半硬化層によって決定されるため、前記熱重合の不十分な部分の存在如何によらずに、前記ＰＭＧＩ層は前記現像液に対して均一な速度で溶解するようになる。
この結果、レジストパターンの付属部分の側壁はほぼ垂直となり、正のテーパーを有することによって生じていた上記問題を解決することができるものである。
【００１３】
そして、本発明の薄膜のパターニング方法は、上記本発明のレジストパターンを用いてパターニングすることを特徴とする。
さらに、本発明のマイクロデバイスの製造方法は、上記本発明の薄膜のパターニング方法を用いて製造することを特徴とする。
【００１４】
なお、本発明における「所定の基材」とは、基板単体のみならず、基板上において以下に示す被ミリング薄膜やマイクロデバイスを構成する所定の下地層が形成されている場合をも含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面と関連させながら発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明のレジストパターンの作製方法においては、レジストパターンを構成するＰＭＧＩ層の表面に半硬化層を形成することが必要である。この半硬化層は、ＰＭＧＩ層の表面に新たに形成した被覆膜や、イオン打ち込みなどによる表面硬化層などの、ＰＭＧＩ層及びフォトレジスト層と異なる第３の膜又は層から構成することができる。
【００１６】
しかしながら、レジストパターンとしての特性を損なうことなく容易に半硬化層を形成できることから、前記ＰＭＧＩ層に対してＵＶ照射又はイオン照射を施すことによって前記半硬化層を形成することが好ましい。
【００１７】
ＵＶ照射によって半硬化層を形成する場合、その照射強度が０．７５〜５．６５ｍＷ／ｃｍ２であることが好ましく、さらには１．５〜３．８ｍＷ／ｃｍ２であることが好ましい。これによって、レジストパターンの付属部分を構成するＰＭＧＩ層内部を劣化させることなく、その表面のみに本発明の目的とする半硬化層を効率よく形成することができる。
なお、上記のような照射強度のＵＶ照射によって半硬化層を形成する場合、その照射時間は、通常２〜５分間である。
【００１８】
イオン照射によって半硬化層を形成する場合、一般的には表面との反応性が少なく、照射効率の高い不活性ガスを用いることが好ましい。そして、このような不活性ガスを用いた場合、その加速電圧は２５０〜１５００Ｖであることが好ましく、さらには５００〜１０００Ｖであることが好ましい。また、電流密度は０．２５〜１．０ｍＡ／ｃｍ２であることが好ましく、さらには０．４〜０．６ｍＡ／ｃｍ２であることが好ましい。
これによって、前述したように、ＰＭＧＩ層内部を劣化させることなく、その表面のみに本発明の目的とする半硬化層を効率よく形成することができる。
なお、このような条件でイオン照射を行う場合、その照射時間は、通常５〜１０秒間である。
【００１９】
また、上記のようにして半硬化層を形成する場合、必要に応じて、ＰＭＧＩ層を含む基材全体を半硬化層が形成し易い温度に適宜加熱する。
半硬化層の形成は、図１に示す工程において、ＰＭＧＩ層を形成し必要に応じて加熱処理を施した後に、上記ＵＶ照射又はイオン照射により実施する。
【００２０】
ＵＶ照射によって半硬化層を形成する場合、例えば、ＰＭＧＩ層を含む基材の温度を１００℃とし、水銀ランプを用いて照射強度１．５ｍＷ／ｃｍ２で２分間のＵＶ照射を行うことにより、付属部分の側壁が垂直のレジストパターンを得ることができる。
【００２１】
また、イオン照射によって半硬化層を形成する場合、例えば、ＰＭＧＩ層を含む基材の温度を８０℃とし、アルゴンガスを用いて加速電圧５００Ｖ、電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ２の条件で５秒間のイオン照射を行うことにより、付属部分の側壁が垂直のレジストパターンを得ることができる。
【００２２】
図６は、本発明のレジストパターンの作製方法によって得たレジストパターンの一例を示す構成図である。図６から明らかなように、レジストパターン２０は、略長方形状の縦方向断面を有する本体部分２０―１と、この本体部分２０―１に対して狭小化され、垂直な側壁を有する付属部分２０−２とを具えていることが分かる。
【００２３】
したがって、付属部分２０−２への被ミリング材の付着を抑制することができ、レジストパターン２０の除去を簡易に行うことができる。また、付属部分２０−２の底部の広がりを防止することができるため、この部分の薄膜パターニングへの影響が減少する。
さらに、本体部分２０−１の支持を十分に行うことができるため、薄膜のパターニング時における離脱を防止することができる。
【００２４】
次に、上記レジストパターンを用いて薄膜をパターニングする場合について説明する。図７〜１３は、本発明のレジストパターンの作製方法にしたがってレジストパターンを作製し、ミリング法を用いて薄膜のパターニングを行う場合について示している。
【００２５】
最初に、図７に示すように、基板３１上にスパッタリング法などで被ミリング薄膜３２を形成する。次いで、図８に示すように、被ミリング薄膜３２上にＰＭＧＩ層３３を塗布して形成し、必要に応じて熱処理を施す。次いで、図９に示すように、ＰＭＧＩ層３３の表面に、例えば、ＵＶ照射又イオン照射を施して半硬化層３３Ａを形成する。次いで、図１０に示すように、半硬化層３３Ａを含むＰＭＧＩ層３３上に、例えばポジ型のフォトレジスト層３５を塗布して形成する。
【００２６】
その後、図１１に示すように、所定のマスク３７を介して、例えば、ＵＶ照射を実施することによってフォトレジスト層３５を露光し、現像処理を施す。次いで、ＰＭＧＩ層３３の残部を所定のアルカリ水溶液などで除去することによって、垂直な側壁の付属部分を具えるレジストパターン４０を得る。
【００２７】
次いで、レジストパターン４０を介して被ミリング薄膜３２に対してミリング処理を施すことにより、図１３に示すように被ミリング薄膜３２を微細にパターニングすることができ、微細なパターニング薄膜３９を得ることができる。レジストパターン４０は最終的には所定の溶剤によって溶解除去する。
【００２８】
次に、本発明のレジストパターンの作製方法にしたがってレジストパターンを作製し、リフトオフ法によって薄膜のパターニングを行う場合について説明する。図１４〜２０は、この場合における薄膜のパターニング方法を示す工程図である。
【００２９】
最初に、図１４に示すように、基板４１上にＰＭＧＩ層４３を塗布し、必要に応じて熱処理を施す。次いで、図１５に示すように、ＰＭＧＩ層４３の表面に、例えば、ＵＶ照射又はイオン照射を施すことにより半硬化層４３Ａを形成する。次いで、図１６に示すように、半硬化層４３Ａを含むＰＭＧＩ層４３上に、例えばポジ型のフォトレジスト層４５を塗布して形成する。
【００３０】
次いで、図１７に示すように、所定のマスク４７を介して、例えば、ＵＶを照射し、フォトレジスト層４５を露光し、現像する。次いで、ＰＭＧＩ層４３の残部を所定のアルカリ水溶液などで除去することによって、図１８に示すようなレジストパターン５０を得る。
【００３１】
次いで、図１９に示すように、基板４１上にレジストパターン５０を覆うようにして被パターニング薄膜４８を形成する。その後、図２０に示すように、レジストパターン５０を所定の有機溶媒を用いて溶解除去することにより、パターニング薄膜４９を得る。
【００３２】
次に、本発明のレジストパターンの作製方法にしたがってレジストパターンを作製し、ミリング法とリフトオフ法とを併用して薄膜のパターニングを実施する場合について示す。図２１〜２３は、この場合の薄膜パターニング方法を示す工程図である。
【００３３】
最初に、図７〜１３に示すミリング法による薄膜のパターニング方法の工程にしたがって、図２１に示すような基板５１上にプレパターニング薄膜５６及びレジストパターン６０を形成する。次いで、上記リフトオフ法の場合と同様にして、図２２に示すように、基板５１上にレジストパターン６０を覆うようにして被パターニング薄膜５８を形成する。その後、レジストパターン６０を溶解除去することにより、図２３に示すようにパターニング薄膜５９を形成する。
【００３４】
本発明のレジストパターンの作製方法、及びこれを用いた薄膜のパターニング方法は、半導体レーザ、光アイソレータ、マイクロアクチュエータ、及び薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバイスの製造において好適に用いることができる。そして、特に、高密度記録再生などの観点から素子の微細化が要求される薄膜磁気ヘッドにおいて好適に用いることができる。
【００３５】
本発明のレジストパターンの作製方法及び薄膜パターニング方法を用いて薄膜磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果素子（以下、略して「ＧＭＲ素子」という場合がある）を形成する場合について説明する。図２４〜２７は、前記ＧＭＲ素子を形成する場合の工程図である。なお、図２４〜２７においては、磁極部分のエアベアリング面（媒体対向面）に平行な断面の様子を示している。
【００３６】
最初に、図２４に示すように、例えばアルティツク（Ａ１２O３・ＴｉＣ）よりなる基板１０１の上に、例えばアルミナ（Ａ１２O３）よりなる絶縁層１０２を形成する。次いで、絶縁層１０２の上に、磁性材料よりなる再生ヘッド用の下部シールド層１０３を形成する。次いで、下部シールド層１０３の上に、アルミナ等の絶縁材料よりなる第１のシールドギャップ薄膜１０４ａを形成する。
【００３７】
次いで、第１のシールドギャップ薄膜１０４ａの上に、後述するＧＭＲ素子を形成すべき領域を除いて、アルミナ等の絶縁材料よりなる第２のシールドギャップ薄膜１０４ｂを形成する。次に、第２のシールドギャップ薄膜１０４ｂの上に、ＧＭＲ素子を構成すべき磁性層１０５ａを形成する。次いで、磁性層１０５ａを下地層とし含む基板１０１上において、上記図７〜１３に示すような工程を実施して、ＧＭＲ素子を形成すべき位置にレジストパターン６０を形成する。
【００３８】
次いで、図２５に示すように、レジストパターン６０をマスクとして、イオンミリングなどによって、磁性層１０５ａを選択的にエッチングして、ＧＭＲ素子１０５を形成する。次いで、図２６に示したように、図２２に示す工程にしたがって第１のシールドギャップ薄膜１０４ａ、第２のシールドギャップ薄膜１０４ｂ及びレジストパターン１０の上の全面に、ＧＭＲ素子１０５に電気的に接続される一対のリード層１０６を、所定のパターンに形成する。その後、レジストパターン６０を溶解除去する。
【００３９】
すなわち、図２４〜２６の工程においては、ミリング法とリフトオフ法とを併用することによって、ＧＭＲ素子１０５及び一対のリード層１０６からなるパターニング薄膜を得る。
【００４０】
次いで、図２７に示すように、シールドギャップ薄膜１０４ａ，１０４ｂ、ＧＭＲ素子１０５およびリード層１０６の上に、アルミナ等の絶縁材料よりなる第３のシールドギャップ薄膜１０７ａを形成し、ＧＭＲ素子１０５をシールドギャップ薄膜１０４ａ，１０７ａ間に埋設する。次いで、ＧＭＲ素子１０５の近傍を除く、第３のシールドギャップ薄膜１０７ａの上に、アルミナ等の絶縁材料よりなる第４のシールドギャップ薄膜１０７ｂを形成する。
【００４１】
その後は、上部シールド層兼下部磁極層１０８（以下、「上部シールド層」と略す）、記録ギャップ層１１２、上部磁極層１１４、図示しない薄膜コイル、及び保護層１１５などを順次形成し、エアベアリング面の研磨を実施して薄膜磁気ヘッドを得る。なお、図２７においては、上部シールド層の側壁が垂直に自己整合的に形成されたトリム構造を呈している。
【００４２】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に即して本発明を説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレジストパターンの作製方法によれば、垂直な側壁を有する付属部分を具えるレジストパターンを作製することができる。したがって、前記付属部分における被ミリング材の付着を防止することができる。 このため、有機溶剤の回り込みを良好にすることができ、前記レジストパターンの溶解除去を容易に行うことができる。
さらには、前記付属部分における底部の広がりを有効に防止することができる。したがって、パターニング時における前記付属部分の影響を効果的に防止することができ、薄膜パターニングを正確に実行することができる。
【００４４】
また、レジストパターンの付属部分における本体部分の支持を強固に行うことができ、この結果、薄膜パターニング時における本体部分の離脱を防止して薄膜のパターニングを正確に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のレジストパターンの作製方法における最初の工程を示す図である。
【図２】 図１に示す工程の次の工程を示す図である。
【図３】 図２に示す工程の次の工程を示す図である。
【図４】 従来のレジストパターンの形態の一例を示す図である。
【図５】 従来のレジストパターンの形態の他の例を示す図である。
【図６】 本発明のレジストパターンの形態の一例を示す図である。
【図７】 本発明の薄膜パターニング方法における最初の工程を示す図である。
【図８】 図７に示す工程の次の工程を示す図である。
【図９】 図８に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１０】 図９に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１１】 図１０に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１２】 図１１に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１３】 図１２に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１４】 本発明の薄膜パターニング方法の他の例における最初の工程を示す図である。
【図１５】 図１４に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１６】 図１５に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１７】 図１６に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１８】 図１７に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１９】 図１８に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２０】 図１９に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２１】 本発明の薄膜パターニング方法のその他の例における工程を示す図である。
【図２２】 図２１に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２３】 図２２に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２４】 本発明のレジストパターンの作製方法及び薄膜のパターニング方法を用いて、薄膜磁気ヘッドを製造する場合についての工程を示す図である。
【図２５】 図２４に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２６】 図２５に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２７】 図２６に示す工程の次の工程を示す図である。
【符号の説明】
１、３１、４１、５１ 基板
３、３３、４３ ポリメチルグルタルイミド層（ＰＭＧＩ層）
５、３５、４５ フォトレジスト層
７、３７、４７ マスク
９、１０、２０、４０、５０、６０ レジストパターン
９−１、１０−１、２０−１ レジストパターンの本体部分
９−２、１０−２、２０−２ レジストパターンの付属部分
３２ 被ミリング膜
３９、４９、５９ パターニング薄膜
４８、５８ 被パターニング薄膜
５６ プレパターニング薄膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジストパターンの作製方法、薄膜のパターニング方法、及びマイクロデバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜のパターニング方法には、ミリング法を用いる方法、リフトオフ法を用いる方法、さらにはミリング法とリフトオフ法とを併用する方法がある。そして、薄膜をパターニングするために用いるレジストパターンは、例えば、ポリメチルグルタルイミド層（ＰＭＧＩ層）とフォトレジスト層との２層構造を呈する、いわゆるＢｉ−ｌａｙｅｒ型のレジストパターンを用いて行う。
【０００３】
図１〜５は、このようなＢｉ−ｌａｙｅｒ型のレジストパターンの作製方法を示す工程図である。
最初に、図１に示すように、所定の基材１上にＰＭＧＩ層３を塗布して形成し、必要に応じて加熱処理を施す。次いで、図２に示すように、ＰＭＧＩ層３上にフォトレジスト層５を塗布して形成し、必要に応じて加熱処理を施す。その後、図３に示すように、所定のマスク７を介して、例えばＵＶを照射することによってフォトレジスト層５に対して露光処理を施す。
【０００４】
その後、フォトレジスト層５に対して現像処理を施すとともに、ＰＭＧＩ層３をアルカリ水溶液で部分的に除去することによって、図４に示すようなレジストパターン９、又は図５に示すようなレジストパターン１０を得る。
【０００５】
レジストパターン９の本体部分９−１は、フォトレジスト層５から構成されるものであり、本体部分に対して狭小化されこの本体部分を支持している付属部分９−２は、ＰＭＧＩ層３から構成されるものである。同じく、レジストパターン１０の本体部分１０−１は、フォトレジスト層５から構成されるものであり、付属部分１０−２は、ＰＭＧＩ層３から構成されるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すようなレジストパターン９を用いて例えばミリング法により薄膜のパターニングを実施した場合、付属部分９−２の側壁に被ミリング材が比較的多量に付着してしまう場合があった。したがって、レジストパターン９を最終的に溶解除去する際に、付属部分９−２の側壁に付着した被ミリング材によって溶剤の回り込みが不十分となり、レジストパターン９を完全に溶解除去できない場合があった。
また、付属部分９−２の底部の広がりが大きくなってしまうと、薄膜のパターニングに際して、この付属部分の影響を受けてしまうという問題も生じる。
【０００７】
さらに、図５に示すようなレジストパターン１０においては、付属部分１０−２による本体部分１０−１の支持が不十分となるため、薄膜のパターニング時において本体部分１０−１が取れてしまうという問題を生じていた。
【０００８】
本発明は、上述した問題を生じることのない、新規な構成のレジストパターンを提供することのできるレジストパターンの作製方法を提供するとともに、このような方法によって作製したレジストパターンを用いた薄膜のパターニング方法、並びにマイクロデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明のレジストパターンの作製方法は、
所定の基材上にポリメチルグルタルイミド層を形成する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層の表面に、ＵＶ照射またはイオン照射によって半硬化層を形成する工程と、
前記半硬化層を含む前記ポリメチルグルタルイミド層上に、フォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を、所定のマスクを介して露光する工程と、
前記フォトレジスト層を現像する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層をアルカリ水溶液を用いて部分的に除去する工程と
を含み、ＵＶ照射によって前記半硬化層を形成する場合は、ＵＶ照射における照強度が、０．７５〜５．６５ｍＷ／ｃｍ ２ であることを特徴とする。
【００１０】
本発明者らは、上述したような付属部分に対する被ミリング材の付着に起因する、レジストパターンの溶解除去における困難性などを除去すべく、新規なレジストパターンの構成を探るべく鋭意検討を実施した。その結果、これらの現象は、図４及び５に示すように、レジストパターンを構成する付属部分が正のテーパーを有していることが原因であることが判明した。
そこで、本発明者らは、図１〜３に示すような工程を経てレジストパターンを作製することにより、図４又は５に示すようなレジストパターンの付属部分の側壁がテーパー状となる原因について鋭意検討を行った。
【００１１】
その結果、ＰＭＧＩ層の上層部分には熱重合の不十分な部分が比較的高濃度に存在し、この部分の現像液に対する溶解速度が熱重合が十分に行われている部分と比較して極めて高いことを見出した。したがって、図３に示す現像処理において、ＰＭＧＩ層の上層部分が下層部分と比較して高い割合で溶解除去されるため、最終的に得られるレジストパターンのＰＭＧＩ層から構成される付属部分が、図４又は５に示すようなテーパー状を呈することを見出した。
【００１２】
したがって、ＰＭＧＩ層の熱重合が十分な部分及び不十分な部分を、ＰＭＧＩ層の表面に半硬化層を形成して覆うことを想到した。これによって、現像液に対するＰＭＧＩ層の溶解速度は前記半硬化層によって決定されるため、前記熱重合の不十分な部分の存在如何によらずに、前記ＰＭＧＩ層は前記現像液に対して均一な速度で溶解するようになる。
この結果、レジストパターンの付属部分の側壁はほぼ垂直となり、正のテーパーを有することによって生じていた上記問題を解決することができるものである。
【００１３】
そして、本発明の薄膜のパターニング方法は、上記本発明のレジストパターンを用いてパターニングすることを特徴とする。
さらに、本発明のマイクロデバイスの製造方法は、上記本発明の薄膜のパターニング方法を用いて製造することを特徴とする。
【００１４】
なお、本発明における「所定の基材」とは、基板単体のみならず、基板上において以下に示す被ミリング薄膜やマイクロデバイスを構成する所定の下地層が形成されている場合をも含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面と関連させながら発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明のレジストパターンの作製方法においては、レジストパターンを構成するＰＭＧＩ層の表面に半硬化層を形成することが必要である。この半硬化層は、ＰＭＧＩ層の表面に新たに形成した被覆膜や、イオン打ち込みなどによる表面硬化層などの、ＰＭＧＩ層及びフォトレジスト層と異なる第３の膜又は層から構成することができる。
【００１６】
しかしながら、レジストパターンとしての特性を損なうことなく容易に半硬化層を形成できることから、前記ＰＭＧＩ層に対してＵＶ照射又はイオン照射を施すことによって前記半硬化層を形成することが好ましい。
【００１７】
ＵＶ照射によって半硬化層を形成する場合、その照射強度が０．７５〜５．６５ｍＷ／ｃｍ２であることが好ましく、さらには１．５〜３．８ｍＷ／ｃｍ２であることが好ましい。これによって、レジストパターンの付属部分を構成するＰＭＧＩ層内部を劣化させることなく、その表面のみに本発明の目的とする半硬化層を効率よく形成することができる。
なお、上記のような照射強度のＵＶ照射によって半硬化層を形成する場合、その照射時間は、通常２〜５分間である。
【００１８】
イオン照射によって半硬化層を形成する場合、一般的には表面との反応性が少なく、照射効率の高い不活性ガスを用いることが好ましい。そして、このような不活性ガスを用いた場合、その加速電圧は２５０〜１５００Ｖであることが好ましく、さらには５００〜１０００Ｖであることが好ましい。また、電流密度は０．２５〜１．０ｍＡ／ｃｍ２であることが好ましく、さらには０．４〜０．６ｍＡ／ｃｍ２であることが好ましい。
これによって、前述したように、ＰＭＧＩ層内部を劣化させることなく、その表面のみに本発明の目的とする半硬化層を効率よく形成することができる。
なお、このような条件でイオン照射を行う場合、その照射時間は、通常５〜１０秒間である。
【００１９】
また、上記のようにして半硬化層を形成する場合、必要に応じて、ＰＭＧＩ層を含む基材全体を半硬化層が形成し易い温度に適宜加熱する。
半硬化層の形成は、図１に示す工程において、ＰＭＧＩ層を形成し必要に応じて加熱処理を施した後に、上記ＵＶ照射又はイオン照射により実施する。
【００２０】
ＵＶ照射によって半硬化層を形成する場合、例えば、ＰＭＧＩ層を含む基材の温度を１００℃とし、水銀ランプを用いて照射強度１．５ｍＷ／ｃｍ２で２分間のＵＶ照射を行うことにより、付属部分の側壁が垂直のレジストパターンを得ることができる。
【００２１】
また、イオン照射によって半硬化層を形成する場合、例えば、ＰＭＧＩ層を含む基材の温度を８０℃とし、アルゴンガスを用いて加速電圧５００Ｖ、電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ２の条件で５秒間のイオン照射を行うことにより、付属部分の側壁が垂直のレジストパターンを得ることができる。
【００２２】
図６は、本発明のレジストパターンの作製方法によって得たレジストパターンの一例を示す構成図である。図６から明らかなように、レジストパターン２０は、略長方形状の縦方向断面を有する本体部分２０―１と、この本体部分２０―１に対して狭小化され、垂直な側壁を有する付属部分２０−２とを具えていることが分かる。
【００２３】
したがって、付属部分２０−２への被ミリング材の付着を抑制することができ、レジストパターン２０の除去を簡易に行うことができる。また、付属部分２０−２の底部の広がりを防止することができるため、この部分の薄膜パターニングへの影響が減少する。
さらに、本体部分２０−１の支持を十分に行うことができるため、薄膜のパターニング時における離脱を防止することができる。
【００２４】
次に、上記レジストパターンを用いて薄膜をパターニングする場合について説明する。図７〜１３は、本発明のレジストパターンの作製方法にしたがってレジストパターンを作製し、ミリング法を用いて薄膜のパターニングを行う場合について示している。
【００２５】
最初に、図７に示すように、基板３１上にスパッタリング法などで被ミリング薄膜３２を形成する。次いで、図８に示すように、被ミリング薄膜３２上にＰＭＧＩ層３３を塗布して形成し、必要に応じて熱処理を施す。次いで、図９に示すように、ＰＭＧＩ層３３の表面に、例えば、ＵＶ照射又イオン照射を施して半硬化層３３Ａを形成する。次いで、図１０に示すように、半硬化層３３Ａを含むＰＭＧＩ層３３上に、例えばポジ型のフォトレジスト層３５を塗布して形成する。
【００２６】
その後、図１１に示すように、所定のマスク３７を介して、例えば、ＵＶ照射を実施することによってフォトレジスト層３５を露光し、現像処理を施す。次いで、ＰＭＧＩ層３３の残部を所定のアルカリ水溶液などで除去することによって、垂直な側壁の付属部分を具えるレジストパターン４０を得る。
【００２７】
次いで、レジストパターン４０を介して被ミリング薄膜３２に対してミリング処理を施すことにより、図１３に示すように被ミリング薄膜３２を微細にパターニングすることができ、微細なパターニング薄膜３９を得ることができる。レジストパターン４０は最終的には所定の溶剤によって溶解除去する。
【００２８】
次に、本発明のレジストパターンの作製方法にしたがってレジストパターンを作製し、リフトオフ法によって薄膜のパターニングを行う場合について説明する。図１４〜２０は、この場合における薄膜のパターニング方法を示す工程図である。
【００２９】
最初に、図１４に示すように、基板４１上にＰＭＧＩ層４３を塗布し、必要に応じて熱処理を施す。次いで、図１５に示すように、ＰＭＧＩ層４３の表面に、例えば、ＵＶ照射又はイオン照射を施すことにより半硬化層４３Ａを形成する。次いで、図１６に示すように、半硬化層４３Ａを含むＰＭＧＩ層４３上に、例えばポジ型のフォトレジスト層４５を塗布して形成する。
【００３０】
次いで、図１７に示すように、所定のマスク４７を介して、例えば、ＵＶを照射し、フォトレジスト層４５を露光し、現像する。次いで、ＰＭＧＩ層４３の残部を所定のアルカリ水溶液などで除去することによって、図１８に示すようなレジストパターン５０を得る。
【００３１】
次いで、図１９に示すように、基板４１上にレジストパターン５０を覆うようにして被パターニング薄膜４８を形成する。その後、図２０に示すように、レジストパターン５０を所定の有機溶媒を用いて溶解除去することにより、パターニング薄膜４９を得る。
【００３２】
次に、本発明のレジストパターンの作製方法にしたがってレジストパターンを作製し、ミリング法とリフトオフ法とを併用して薄膜のパターニングを実施する場合について示す。図２１〜２３は、この場合の薄膜パターニング方法を示す工程図である。
【００３３】
最初に、図７〜１３に示すミリング法による薄膜のパターニング方法の工程にしたがって、図２１に示すような基板５１上にプレパターニング薄膜５６及びレジストパターン６０を形成する。次いで、上記リフトオフ法の場合と同様にして、図２２に示すように、基板５１上にレジストパターン６０を覆うようにして被パターニング薄膜５８を形成する。その後、レジストパターン６０を溶解除去することにより、図２３に示すようにパターニング薄膜５９を形成する。
【００３４】
本発明のレジストパターンの作製方法、及びこれを用いた薄膜のパターニング方法は、半導体レーザ、光アイソレータ、マイクロアクチュエータ、及び薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバイスの製造において好適に用いることができる。そして、特に、高密度記録再生などの観点から素子の微細化が要求される薄膜磁気ヘッドにおいて好適に用いることができる。
【００３５】
本発明のレジストパターンの作製方法及び薄膜パターニング方法を用いて薄膜磁気ヘッドの巨大磁気抵抗効果素子（以下、略して「ＧＭＲ素子」という場合がある）を形成する場合について説明する。図２４〜２７は、前記ＧＭＲ素子を形成する場合の工程図である。なお、図２４〜２７においては、磁極部分のエアベアリング面（媒体対向面）に平行な断面の様子を示している。
【００３６】
最初に、図２４に示すように、例えばアルティツク（Ａ１２O３・ＴｉＣ）よりなる基板１０１の上に、例えばアルミナ（Ａ１２O３）よりなる絶縁層１０２を形成する。次いで、絶縁層１０２の上に、磁性材料よりなる再生ヘッド用の下部シールド層１０３を形成する。次いで、下部シールド層１０３の上に、アルミナ等の絶縁材料よりなる第１のシールドギャップ薄膜１０４ａを形成する。
【００３７】
次いで、第１のシールドギャップ薄膜１０４ａの上に、後述するＧＭＲ素子を形成すべき領域を除いて、アルミナ等の絶縁材料よりなる第２のシールドギャップ薄膜１０４ｂを形成する。次に、第２のシールドギャップ薄膜１０４ｂの上に、ＧＭＲ素子を構成すべき磁性層１０５ａを形成する。次いで、磁性層１０５ａを下地層とし含む基板１０１上において、上記図７〜１３に示すような工程を実施して、ＧＭＲ素子を形成すべき位置にレジストパターン６０を形成する。
【００３８】
次いで、図２５に示すように、レジストパターン６０をマスクとして、イオンミリングなどによって、磁性層１０５ａを選択的にエッチングして、ＧＭＲ素子１０５を形成する。次いで、図２６に示したように、図２２に示す工程にしたがって第１のシールドギャップ薄膜１０４ａ、第２のシールドギャップ薄膜１０４ｂ及びレジストパターン１０の上の全面に、ＧＭＲ素子１０５に電気的に接続される一対のリード層１０６を、所定のパターンに形成する。その後、レジストパターン６０を溶解除去する。
【００３９】
すなわち、図２４〜２６の工程においては、ミリング法とリフトオフ法とを併用することによって、ＧＭＲ素子１０５及び一対のリード層１０６からなるパターニング薄膜を得る。
【００４０】
次いで、図２７に示すように、シールドギャップ薄膜１０４ａ，１０４ｂ、ＧＭＲ素子１０５およびリード層１０６の上に、アルミナ等の絶縁材料よりなる第３のシールドギャップ薄膜１０７ａを形成し、ＧＭＲ素子１０５をシールドギャップ薄膜１０４ａ，１０７ａ間に埋設する。次いで、ＧＭＲ素子１０５の近傍を除く、第３のシールドギャップ薄膜１０７ａの上に、アルミナ等の絶縁材料よりなる第４のシールドギャップ薄膜１０７ｂを形成する。
【００４１】
その後は、上部シールド層兼下部磁極層１０８（以下、「上部シールド層」と略す）、記録ギャップ層１１２、上部磁極層１１４、図示しない薄膜コイル、及び保護層１１５などを順次形成し、エアベアリング面の研磨を実施して薄膜磁気ヘッドを得る。なお、図２７においては、上部シールド層の側壁が垂直に自己整合的に形成されたトリム構造を呈している。
【００４２】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に即して本発明を説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレジストパターンの作製方法によれば、垂直な側壁を有する付属部分を具えるレジストパターンを作製することができる。したがって、前記付属部分における被ミリング材の付着を防止することができる。 このため、有機溶剤の回り込みを良好にすることができ、前記レジストパターンの溶解除去を容易に行うことができる。
さらには、前記付属部分における底部の広がりを有効に防止することができる。したがって、パターニング時における前記付属部分の影響を効果的に防止することができ、薄膜パターニングを正確に実行することができる。
【００４４】
また、レジストパターンの付属部分における本体部分の支持を強固に行うことができ、この結果、薄膜パターニング時における本体部分の離脱を防止して薄膜のパターニングを正確に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のレジストパターンの作製方法における最初の工程を示す図である。
【図２】 図１に示す工程の次の工程を示す図である。
【図３】 図２に示す工程の次の工程を示す図である。
【図４】 従来のレジストパターンの形態の一例を示す図である。
【図５】 従来のレジストパターンの形態の他の例を示す図である。
【図６】 本発明のレジストパターンの形態の一例を示す図である。
【図７】 本発明の薄膜パターニング方法における最初の工程を示す図である。
【図８】 図７に示す工程の次の工程を示す図である。
【図９】 図８に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１０】 図９に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１１】 図１０に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１２】 図１１に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１３】 図１２に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１４】 本発明の薄膜パターニング方法の他の例における最初の工程を示す図である。
【図１５】 図１４に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１６】 図１５に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１７】 図１６に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１８】 図１７に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１９】 図１８に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２０】 図１９に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２１】 本発明の薄膜パターニング方法のその他の例における工程を示す図である。
【図２２】 図２１に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２３】 図２２に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２４】 本発明のレジストパターンの作製方法及び薄膜のパターニング方法を用いて、薄膜磁気ヘッドを製造する場合についての工程を示す図である。
【図２５】 図２４に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２６】 図２５に示す工程の次の工程を示す図である。
【図２７】 図２６に示す工程の次の工程を示す図である。
【符号の説明】
１、３１、４１、５１ 基板
３、３３、４３ ポリメチルグルタルイミド層（ＰＭＧＩ層）
５、３５、４５ フォトレジスト層
７、３７、４７ マスク
９、１０、２０、４０、５０、６０ レジストパターン
９−１、１０−１、２０−１ レジストパターンの本体部分
９−２、１０−２、２０−２ レジストパターンの付属部分
３２ 被ミリング膜
３９、４９、５９ パターニング薄膜
４８、５８ 被パターニング薄膜
５６ プレパターニング薄膜
Claims (14)
- 所定の基材上にポリメチルグルタルイミド層を形成する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層の表面に、ＵＶ照射によって半硬化層を形成する工程と、
前記半硬化層を含む前記ポリメチルグルタルイミド層上に、フォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を、所定のマスクを介して露光する工程と、
前記フォトレジスト層を現像する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層をアルカリ水溶液を用いて部分的に除去する工程と
を含み、前記ＵＶ照射における照射強度が、０．７５〜５．６５ｍＷ／ｃｍ ２ であることを特徴とする、レジストパターンの作製方法。 - 所定の基材上にポリメチルグルタルイミド層を形成する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層の表面に、イオン照射によって半硬化層を形成する工程と、
前記半硬化層を含む前記ポリメチルグルタルイミド層上に、フォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を、所定のマスクを介して露光する工程と、
前記フォトレジスト層を現像する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層をアルカリ水溶液を用いて部分的に除去する工程とを含むことを特徴とする、レジストパターンの作製方法。 - 前記イオン照射は、不活性ガスを用い、加速電圧２５０〜１５００Ｖ、電流密度０．２５〜１．０ｍＡ／ｃｍ２の条件で行うことを特徴とする、請求項２に記載のレジストパターンの作製方法。
- 所定の基材上に被ミリング薄膜を形成する工程と、
前記被ミリング薄膜上にポリメチルグルタルイミド層を形成する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層の表面に半硬化層を形成する工程と、
前記半硬化層を含む前記ポリメチルグルタルイミド層上に、フォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を所定のマスクを介して露光する工程と、
前記フォトレジスト層を現像する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層をアルカリ水溶液を用いて部分的に除去し、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを介して前記被ミリング薄膜をミリングし、パターニングされた薄膜を形成する工程と
を含み、前記半硬化層は、前記ポリメチルグルタルイミド層の表面にＵＶ照射することによって形成することを特徴とする、薄膜のパターニング方法。 - 所定の基材上にポリメチルグルタルイミド層を形成する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層の表面に半硬化層を形成する工程と、
前記半硬化層を含む前記ポリメチルグルタルイミド層上に、フォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を所定のマスクを介して露光する工程と、
前記フォトレジスト層を現像する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層をアルカリ水溶液を用いて部分的に除去し、レジストパターンを形成する工程と、
前記基材上に前記レジストパターンを覆うようにして被パターニング薄膜を形成する工程と、
前記レジストパターンをリフトオフして、パターニングされた薄膜を形成する工程と
を含み、前記半硬化層は、前記ポリメチルグルタルイミド層の表面にＵＶ照射することによって形成することを特徴とする、薄膜のパターニング方法。 - 所定の基材上に被ミリング薄膜を形成する工程と、
前記被ミリング薄膜上にポリメチルグルタルイミド層を形成する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層の表面に半硬化層を形成する工程と、
前記半硬化層を含む前記ポリメチルグルタルイミド層上に、フォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を所定のマスクを介して露光する工程と、
前記フォトレジスト層を現像する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層をアルカリ水溶液を用いて部分的に除去し、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを介して前記被ミリング薄膜をミリングし、パターニングされたプレパターニング薄膜を形成する工程と、
前記基材上に前記レジストパターンを覆うようにして被パターニング薄膜を形成する工程と、
前記レジストパターンをリフトオフして、前記プレパターニング薄膜を含んでなるパターニング薄膜を形成する工程と
を含み、前記半硬化層は、前記ポリメチルグルタルイミド層の表面にＵＶ照射することによって形成することを特徴とする、薄膜のパターニング方法。 - 前記ＵＶ照射における照射強度が、０．７５〜５．６５ｍＷ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の薄膜のパターニング方法。
- 所定の基材上に被ミリング薄膜を形成する工程と、
前記被ミリング薄膜上にポリメチルグルタルイミド層を形成する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層の表面に半硬化層を形成する工程と、
前記半硬化層を含む前記ポリメチルグルタルイミド層上に、フォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を所定のマスクを介して露光する工程と、
前記フォトレジスト層を現像する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層をアルカリ水溶液を用いて部分的に除去し、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを介して前記被ミリング薄膜をミリングし、パターニングされた薄膜を形成する工程と
を含み、前記半硬化層は、前記ポリメチルグルタルイミド層の表面にイオン照射することによって形成することを特徴とする、薄膜のパターニング方法。 - 所定の基材上にポリメチルグルタルイミド層を形成する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層の表面に半硬化層を形成する工程と、
前記半硬化層を含む前記ポリメチルグルタルイミド層上に、フォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を所定のマスクを介して露光する工程と、
前記フォトレジスト層を現像する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層をアルカリ水溶液を用いて部分的に除去し、レジストパターンを形成する工程と、
前記基材上に前記レジストパターンを覆うようにして被パターニング薄膜を形成する工程と、
前記レジストパターンをリフトオフして、パターニングされた薄膜を形成する工程と
を含み、前記半硬化層は、前記ポリメチルグルタルイミド層の表面にイオン照射することによって形成することを特徴とする、薄膜のパターニング方法。 - 所定の基材上に被ミリング薄膜を形成する工程と、
前記被ミリング薄膜上にポリメチルグルタルイミド層を形成する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層の表面に半硬化層を形成する工程と、
前記半硬化層を含む前記ポリメチルグルタルイミド層上に、フォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を所定のマスクを介して露光する工程と、
前記フォトレジスト層を現像する工程と、
前記ポリメチルグルタルイミド層をアルカリ水溶液を用いて部分的に除去し、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを介して前記被ミリング薄膜をミリングし、パターニングされたプレパターニング薄膜を形成する工程と、
前記基材上に前記レジストパターンを覆うようにして被パターニング薄膜を形成する工程と、
前記レジストパターンをリフトオフして、前記プレパターニング薄膜を含んでなるパターニング薄膜を形成する工程と
を含み、前記半硬化層は、前記ポリメチルグルタルイミド層の表面にイオン照射することによって形成することを特徴とする、薄膜のパターニング方法。 - 前記イオン照射は、不活性ガスを用い、加速電圧２５０〜１５００Ｖ、電流密度０．２５〜１．０ｍＡ／ｃｍ２の条件で行うことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一に記載の薄膜のパターニング方法。
- 請求項４〜１１のいずれか一に記載の薄膜パターニング方法を用いてマイクロデバイスを作製することを特徴とする、マイクロデバイスの製造方法。
- 前記マイクロデバイスは、薄膜磁気ヘッドであることを特徴とする、請求項１２に記載のマイクロデバイスの製造方法。
- 請求項４〜１１のいずれか一に記載の薄膜パターニング方法を用いて磁気抵抗効果型薄膜素子を形成することを特徴とする、請求項１３に記載のマイクロデバイスの製造方法。
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