JPH06306647A - Pattern forming method and thin film magnetic element - Google Patents
Pattern forming method and thin film magnetic elementInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はリソグラフィ技術による
微細加工法に係り、とくに薄膜磁気ヘッドのように大き
な段差を有する基板上に薄膜パタ−ンを精度良く形成す
る方法と薄膜磁性素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fine processing method by a lithographic technique, and more particularly to a method for accurately forming a thin film pattern on a substrate having a large step like a thin film magnetic head and a thin film magnetic element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】フォトリソグラフィーによる薄膜デバイ
スの微細加工において湿式エッチングや反応性乾式エッ
チングで加工困難な場合にはイオンミリング等の物理ス
パッタ法（イオンミリング法）が用いられている。な
お、この物理スパッタ法とはガスプラズマ中の成分粒子
の衝撃によって被加工材料を弾き飛ばす方法である。上
記イオンミリングにおいては基板の被加工薄膜上に形成
したレジストパタ−ン面に上記プラズマイオンを照射し
てレジストの無い部分を加工する。なお、上記レジスト
膜は回転する基板の被加工薄膜上に例えばフェノールノ
ボラック系等のレジスト溶液を滴下して塗布、乾燥して
形成する。2. Description of the Related Art When fine processing of a thin film device by photolithography is difficult by wet etching or reactive dry etching, a physical sputtering method such as ion milling (ion milling method) is used. The physical sputtering method is a method in which the material to be processed is repelled by the impact of the component particles in the gas plasma. In the ion milling, the resist pattern surface formed on the thin film to be processed of the substrate is irradiated with the plasma ions to process the portion without the resist. The resist film is formed by dropping a resist solution of, for example, phenol novolac based on a thin film to be processed on a rotating substrate, and applying and drying the resist solution.
【０００３】しかし図５（Ａ）に示すように、上記レジ
ストの回転塗布法では基板上に凹凸のあると、凹部にレ
ジストが厚く付着してレジストの厚みが寸法精度を著し
く劣化させるので、凹部に予め有機樹脂層を充填して基
板表面を平坦化してからレジストを一様に塗布すること
が行なわれている。上記イオンミリングによりこのレジ
ストパタ−ンのレジストの無い部分の上記有機樹脂層を
垂直に掘り下げて除去してから基板を加工する。However, as shown in FIG. 5 (A), in the above-mentioned resist spin coating method, if there is unevenness on the substrate, the resist adheres thickly to the recesses and the thickness of the resist significantly deteriorates the dimensional accuracy. It has been practiced to fill an organic resin layer in advance to flatten the surface of the substrate and then apply the resist uniformly. The substrate is processed after the organic resin layer in the resist-free portion of the resist pattern is vertically dug down and removed by the ion milling.
【０００４】しかし、上記加工では、基板上の凹部で有
機樹脂層の膜厚が厚く、パタ−ン化後の有機樹脂層の壁
面が垂直に近くなるので有機樹脂層の壁面にスパッタ粒
子が付着して寸法精度が悪くなり、また壁面からスパッ
タ粒子が角状に堆積して突起を生じる等の問題があっ
た。これを再付着現象と呼んでいる。この再付着現象は
上記凹部の有機樹脂層を省略して図５（Ｂ）に示すよう
に凹凸面に沿ってレジスト膜を均一な厚みに形成できれ
ば解決される。特開昭６３―２９７４３５号公報には、
パターン形成用のレジスト膜と物理スパッタ粒子のマス
ク用の炭素膜の二層膜を基板の段差にならって均一に形
成することが開示されている。However, in the above processing, the thickness of the organic resin layer is large in the concave portion on the substrate, and the wall surface of the organic resin layer after patterning becomes nearly vertical, so that sputtered particles adhere to the wall surface of the organic resin layer. As a result, the dimensional accuracy is deteriorated, and sputtered particles are accumulated angularly from the wall surface to form protrusions. This is called the reattachment phenomenon. This redeposition phenomenon can be solved by omitting the organic resin layer in the concave portion and forming a resist film having a uniform thickness along the uneven surface as shown in FIG. 5B. Japanese Patent Laid-Open No. 63-297435 discloses that
It is disclosed that a two-layer film of a resist film for pattern formation and a carbon film for a mask of physical sputtered particles is formed uniformly along the steps of the substrate.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開昭６
３―２９７４３５号公報に開示の方法には、感光基を有
するモノマを高周波等によりプラズマ化してレジスト膜
を成膜するため、感光基の一部がプラズマエネルギによ
り分解されレジスト感度が極端に低くなるという問題が
あった。本発明の目的は、上記レジスト感光基の分解が
なく、基板の段差部、とくに大きな段差を有する薄膜磁
気ヘッドの段差部にもレジスト膜を膜厚均一に形成する
ことのできるパターン形成方法とこの方法により形成し
た磁極を有する薄膜素子を提供することにある。However, the above-mentioned Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-297435, a monomer having a photosensitive group is converted into plasma by high frequency or the like to form a resist film, so that a part of the photosensitive group is decomposed by plasma energy, resulting in extremely low resist sensitivity. There was a problem. An object of the present invention is to provide a pattern forming method capable of forming a resist film in a uniform film thickness even on a step portion of a substrate, particularly a step portion of a thin film magnetic head having a large step, without the decomposition of the resist photosensitive group. Another object is to provide a thin film element having a magnetic pole formed by the method.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、乾式エッチング法によりレジストのない部分の被加
工材料を除去してパターンを形成する段差を有する基板
のパタ−ン形成方法において、上記レジスト材をメタク
リロイル基またはアクリロイル基を側鎖に持つ感光性ポ
リアミド酸の気相重合膜とするようにする。また、上記
レジストを紫外光露光が可能であり、アルカリ現像溶液
で現像可能なレジスト材とする。さらに、上記レジスト
膜を増感剤の添加により感光性の向上が可能な気相重合
膜とする。In order to solve the above-mentioned problems, in a method for forming a pattern of a substrate having a step in which a material having no resist is processed to be removed by a dry etching method to form a pattern, The resist material is a gas phase polymerized film of a photosensitive polyamic acid having a methacryloyl group or an acryloyl group as a side chain. The resist is a resist material that can be exposed to ultraviolet light and can be developed with an alkali developing solution. Further, the resist film is made into a gas phase polymerized film capable of improving photosensitivity by adding a sensitizer.
【０００７】また、上記被加工材料の上に、酸素等の反
応性プラズマにより除去可能な第一層の上に、第一層に
比べて前記プラズマにより除去され難い第二層を形成
し、さらにこの上に電磁波または粒子線の照射と現象に
よりパターン形成可能な第三層を形成し、第三層をメタ
クリロイル基またはアクリロイル基を側鎖に持つポリア
ミド酸の気相重合膜として被加工材料面にパタ−ン形成
する。このため、第一層を炭素膜とする。また、上記パ
ターン形成方法のいずれかを用いて磁性膜をパターン化
した磁極を備えた薄膜磁性素子を加工する。On the material to be processed, a second layer which is harder to be removed by the plasma than the first layer is formed on a first layer which can be removed by a reactive plasma such as oxygen. A third layer that can be patterned by irradiation of electromagnetic waves or particle beams and a phenomenon is formed on this, and the third layer is formed on the surface of the material to be processed as a vapor-phase polymerized film of polyamic acid having a methacryloyl group or an acryloyl group as a side chain. Form a pattern. Therefore, the first layer is a carbon film. Further, a thin film magnetic element having a magnetic pole in which a magnetic film is patterned is processed by using any of the above pattern forming methods.
【０００８】[0008]
【作用】上記メタクリロイル基またはアクリロイル基を
側鎖に持つレジスト材は、紫外線、遠紫外線、電子線、
Ｘ線などの照射によりポリアミド酸の側鎖のメタクリロ
イル基またはアクリロイル基の部分が反応して露光部と
未露光部の溶剤に対する溶解度に差を生じ、上記現像に
より露光部または未露光部のいずれかが溶解してパタ−
ンを与える。また、増感剤の添加により上記レジスト材
の感光性が向上する。The resist material having the above methacryloyl group or acryloyl group as a side chain is prepared from ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams,
Upon irradiation with X-rays or the like, a portion of the methacryloyl group or acryloyl group of the side chain of the polyamic acid reacts with each other to cause a difference in solubility between the exposed portion and the unexposed portion in a solvent. Is melted and the pattern
Give Further, the photosensitivity of the resist material is improved by adding the sensitizer.
【０００９】また、上記３層構造において、前記プラズ
マにより除去され難い第二層を形成し、さらにこの上に
電磁波または粒子線の照射と現象によりパターン形成可
能な第三層を形成し、メタクリロイル基またはアクリロ
イル基を側鎖に持つポリアミド酸の気相重合膜として被
加工材料面にパタ−ン形成する。上記ポリアミド酸の気
相重合膜（第三層）のパタ−ンは第二層、第一層に順次
転写され、難加工性の材料からなる被加工薄膜を高精度
で加工することができる。In the above three-layer structure, a second layer which is difficult to be removed by the plasma is formed, and a third layer which can be patterned by irradiation of electromagnetic waves or particle beams and a phenomenon is formed on the second layer. Alternatively, a pattern is formed on the surface of the material to be processed as a vapor-phase polymerized film of polyamic acid having an acryloyl group as a side chain. The pattern of the vapor-phase polymerized film of polyamic acid (third layer) is sequentially transferred to the second layer and the first layer, and a thin film to be processed made of a difficult-to-process material can be processed with high accuracy.
【００１０】また、上記ポリアミド酸の気相重合膜や第
二層膜、第一層膜等は基板上の段差部分の高部、低部、
斜面部等にほぼ等しい膜厚で形成することができ、上記
段差部のいずれの部分でも高精度パタ−ン化が可能であ
る。また、薄膜磁性素子の磁性膜は上記パターン形成方
法のいずれかによりパターン化される。Further, the vapor-phase polymerized film of polyamic acid, the second layer film, the first layer film, etc. are high, low,
The film can be formed to have a film thickness almost equal to that of the slope portion and the like, and highly accurate patterning is possible at any portion of the stepped portion. The magnetic film of the thin film magnetic element is patterned by any of the above pattern forming methods.
【００１１】[0011]
【実施例】まず、本発明によるレジスト膜とそのパター
ン形成方法について説明する。本発明では上記レジスト
膜として気相重合膜を用いる点が大きな特徴である。図
１は上記気相重合膜により段差を有する基板１００上の
被加工薄膜２にパターンを形成する場合の工程図であ
る。図１（ａ）では、段差を有する基板１００上に被加
工薄膜２と気相重合膜１を積層する。気相重合膜１は紫
外線、遠紫外線、電子線、Ｘ線などの照射により化学反
応を生じて特定の溶剤に対する溶解度が変化する。次い
で同図（ｂ）のように、気相重合膜１に所望のパターン
を焼き付け（露光）、現像してレジストパターンを作成
する。次いで同図（ｃ）のように、例えばＡｒイオンの
イオンミリングにより被加工薄膜２をエッチングして気
相重合膜１のパターンを被加工薄膜２に転写する。本発
明では上記の工程により大きな段差を有する基板１００
面に気相重合膜１を均一な厚みに形成することができる
ので、気相重合膜１のパタ−ンを精度よく形成してその
パタ−ンを被加工薄膜２に精度よく転写することができ
るのである。EXAMPLES First, the resist film and its pattern forming method according to the present invention will be explained. A major feature of the present invention is that a vapor-phase polymerized film is used as the resist film. FIG. 1 is a process diagram for forming a pattern on a thin film 2 to be processed on a substrate 100 having a step due to the vapor-phase polymer film. In FIG. 1A, a thin film 2 to be processed and a vapor-phase polymerized film 1 are laminated on a substrate 100 having a step. The gas-phase polymerized film 1 undergoes a chemical reaction upon irradiation with ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams, X-rays, etc., and its solubility in a specific solvent changes. Next, as shown in FIG. 3B, a desired pattern is baked (exposed) on the vapor-phase polymer film 1 and developed to form a resist pattern. Next, as shown in FIG. 3C, the thin film 2 to be processed is etched by, for example, ion milling of Ar ions to transfer the pattern of the vapor-phase polymerized film 1 to the thin film 2 to be processed. In the present invention, the substrate 100 having a large step due to the above steps
Since the vapor-phase polymerized film 1 can be formed to have a uniform thickness on the surface, the pattern of the vapor-phase polymerized film 1 can be accurately formed and the pattern can be accurately transferred to the thin film 2 to be processed. You can do it.
【００１２】図２は本発明による三層構造の積層膜を用
いたパターン形成方法の工程図である。図２（ｄ）にお
いて、段差を有する基板１００上に被加工薄膜２と炭素
膜３を積層する。炭素膜３は反応性プラズマによってエ
ッチングされ易く、かつ、物理スパッタされ難い性質を
有している。なお、同様な性質を有する材料であれば炭
素膜３の代わりに用いることができる。FIG. 2 is a process diagram of a pattern forming method using a laminated film having a three-layer structure according to the present invention. In FIG. 2D, the thin film 2 to be processed and the carbon film 3 are laminated on the substrate 100 having a step. The carbon film 3 has a property that it is easily etched by the reactive plasma and is hard to be physically sputtered. Note that a material having similar properties can be used instead of the carbon film 3.
【００１３】この炭素膜３は下記の方法により形成する
ことができる。 １）炭化水素を含むガスをプラズマ中で分解して炭素膜
を堆積させるプラズマＣＶＤ法、 ２）プラズマイオンによりカーボンのターゲットから炭
素粒子をたたき出して基板上に堆積させるスパッタ法、 ３）炭化水素ガスをイオン化し、炭素イオンを加速して
基板と衝突させて堆積させるイオンビームデポジション
法、 ４）グラファイトの蒸着法、The carbon film 3 can be formed by the following method. 1) Plasma CVD method in which a gas containing hydrocarbon is decomposed in plasma to deposit a carbon film, 2) Sputtering method in which carbon particles are knocked out from a carbon target by plasma ions and deposited on a substrate, 3) Hydrocarbon gas Beam deposition method in which carbon is ionized and carbon ions are accelerated to collide with the substrate to deposit, 4) graphite vapor deposition method,
【００１４】次いで工程（ｅ）において、反応性プラズ
マによってエッチングされ難いＳｉ膜４を形成する。こ
の他、酸素の反応性プラズマによってエッチングされ難
いものとして金属膜や金属酸化膜等がある。Ｓｉ膜やＴ
ｉ膜等は上記乾式エッチングが容易である上炭素膜３に
対する接着性が良好なので好ましい。次いで工程（ｆ）
にてメタクリロイル基またはアクリロイル基を側鎖に持
つポリアミド酸の気相重合膜１を形成する。Next, in step (e), a Si film 4 which is difficult to be etched by the reactive plasma is formed. In addition, there are metal films, metal oxide films, and the like that are difficult to be etched by reactive plasma of oxygen. Si film or T
The i film and the like are preferable because the dry etching is easy and the adhesion to the upper carbon film 3 is good. Then step (f)
A vapor-phase polymerized film 1 of polyamic acid having a methacryloyl group or an acryloyl group in its side chain is formed.
【００１５】このポリアミド酸はジアミンと酸二無水物
の気相重合により形成され、ジアミンと酸二無水物の双
方またはいずれかが側鎖にメタクリロイル基またはアク
リロイル基を有する。例えば、ジアミンとしてメタクリ
ロイルオキシエチル３，５−ジアミノベンゾエートを用
い、酸二無水物としてエチレングリコールジ無水トリメ
ット酸エステル、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェ
ノンテトラカルボン酸、あるいは側鎖にメタクリロイル
基またはアクリロイル基を有するものを用いる。The polyamic acid is formed by gas phase polymerization of a diamine and an acid dianhydride, and either or both of the diamine and the acid dianhydride have a methacryloyl group or an acryloyl group in the side chain. For example, methacryloyloxyethyl 3,5-diaminobenzoate is used as a diamine, and ethylene glycol dianhydride trimetate anhydride, pyromellitic anhydride, benzophenone tetracarboxylic acid anhydride is used as an acid dianhydride, or a methacryloyl group or an acryloyl group is attached to a side chain. Use what you have.
【００１６】また、上記気相重合法には蒸着重合を用い
る。この蒸着重合では両モノマーをそれぞれの容器にい
れて真空中で加熱して蒸発させ、加熱温度を制御して各
モノマーの蒸発速度を調整する。この結果、ポリアミド
酸の気相重合膜１が薄膜状に形成される。次いで同図
（ｇ）の工程において、露光、現象により気相重合膜１
に所望のパターンを形成する。通常、上記露光には紫外
線を用いる。Further, vapor deposition polymerization is used for the vapor phase polymerization method. In this vapor deposition polymerization, both monomers are put in their respective containers and heated in a vacuum to be evaporated, and the heating temperature is controlled to adjust the evaporation rate of each monomer. As a result, the polyamic acid vapor-phase polymerized film 1 is formed into a thin film. Next, in the step shown in FIG. 6G, the vapor-phase polymerized film 1 is exposed to light and phenomenon.
To form a desired pattern. Usually, ultraviolet rays are used for the exposure.
【００１７】また、現像にはポリアミド酸の良溶媒であ
るジメチルホルミアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−
メチルピロリドン等を単独で用いるか、あるいはこれら
とポリアミド酸の貧溶媒である水、メタノール、エタノ
ール等との混合溶液、またはアルカリ水溶液を用いる。
次いで同図（ｈ）の工程においては、気相重合膜１のパ
ターンをマスクにしてＳｉ膜４をエッチングする。これ
には異方性に優れたフッ素系ガスを用いる反応性イオン
エッチング（以下ＲＩＥと略す）や、Ａｒガスを用いる
イオンミリング等の乾式エッチングが好ましい。For development, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-, which are good solvents for polyamic acid, are used.
Methylpyrrolidone or the like is used alone, or a mixed solution thereof with water, a poor solvent for polyamic acid, methanol, ethanol, or the like, or an alkaline aqueous solution is used.
Next, in the step of FIG. 3H, the Si film 4 is etched using the pattern of the vapor-phase polymerized film 1 as a mask. For this, reactive ion etching (hereinafter abbreviated as RIE) using a fluorine-based gas having excellent anisotropy and dry etching such as ion milling using Ar gas are preferable.
【００１８】次いで同図（ｉ）の工程において、Ｓｉ膜
４に形成されたパターンをマスクにして炭素膜３をエッ
チングする。このエッチングには酸素プラズマによる乾
式エッチングが望ましく、さらに酸素プラズマによるＲ
ＩＥが望ましい。なお、気相重合膜１はこの工程で除去
される。本発明では上記の工程により大きな段差を有す
る基板１００面に気相重合膜１を均一な厚みに形成する
ことができるので、気相重合膜１のパタ−ン精度を高め
ることができるのである。また、本発明では上記
（ｈ）、（ｉ）の工程にて異方性に優れたエッチングガ
スを用いるので、レジストパターンを精度良くＳｉ膜４
や炭素膜３等の下層部に転写することができるのであ
る。Next, in the step shown in FIG. 1I, the carbon film 3 is etched by using the pattern formed on the Si film 4 as a mask. Dry etching with oxygen plasma is desirable for this etching, and R with oxygen plasma
IE is preferred. The vapor phase polymerized film 1 is removed in this step. According to the present invention, since the vapor-phase polymerized film 1 can be formed to have a uniform thickness on the surface of the substrate 100 having a large step by the above steps, the pattern accuracy of the vapor-phase polymerized film 1 can be improved. In addition, in the present invention, since the etching gas having excellent anisotropy is used in the above steps (h) and (i), the resist pattern can be accurately formed into the Si film 4.
It is possible to transfer to the lower layer portion such as the carbon film 3 and the like.
【００１９】工程（ｊ）ではＳｉ膜４及び炭素膜３に形
成されたパターンをマスクにして、Ａｒイオンのイオン
ミリングあるいはイオンビ−ムエッチングにより被加工
薄膜２をパターン化する。このとき炭素膜３が主たるエ
ッチングマスクとなり、Ｓｉ膜４は炭素膜３の上層部分
とともにエッチングにより除去される。なお、その後は
残存する炭素膜３を残して次工程へ移り、あるいは酸素
プラズマエッチング等により炭素膜３を除去して次工程
へ移る。In step (j), the thin film 2 to be processed is patterned by ion milling of Ar ions or ion beam etching using the pattern formed on the Si film 4 and the carbon film 3 as a mask. At this time, the carbon film 3 serves as a main etching mask, and the Si film 4 is removed by etching together with the upper layer portion of the carbon film 3. After that, the remaining carbon film 3 is left and the process proceeds to the next process, or the carbon film 3 is removed by oxygen plasma etching or the like and the process proceeds to the next process.
【００２０】〔実施例 １〕本実施例ではシリコンウェ
ハ（基板１００）の面に設けた縞模様の段差パターン上
に気相重合膜１を形成する。なお、シリコンウェハの直
径は３インチ、ポリイミド系樹脂のパタ−ンは深さ１０
μｍ、幅５０μｍのラインアンドスペースであり、気相
重合膜１はメタクリロイル基を側鎖に持つポリアミド酸
により形成する。[Embodiment 1] In this embodiment, the vapor-phase polymerized film 1 is formed on a striped step pattern provided on the surface of a silicon wafer (substrate 100). The diameter of the silicon wafer is 3 inches, and the pattern of the polyimide resin is 10 deep.
It is a line-and-space having a width of 50 μm and a width of 50 μm, and the vapor-phase polymerized film 1 is formed of a polyamic acid having a methacryloyl group as a side chain.
【００２１】まず、メタクリロイルオキシエチル３，５
−ジアミノベンゾエートとエチレングリコールジ無水ト
リメット酸エステルを等モル量づつ別個に真空装置内に
置き、真空度を１×１０~4Ｐａ以上にして、メタクリロ
イルオキシエチル３，５−ジアミノベンゾエートを９０
℃に、またエチレングリコールジ無水トリメット酸エス
テルを１３０℃に加熱して１００分間蒸発させ、４０℃
に加熱した基板上に膜厚０.６５μｍのポリアミド酸の
気相重合膜１を成膜する。First, methacryloyloxyethyl 3,5
-Diaminobenzoate and ethylene glycol dianhydride trimetic acid ester were separately placed in a vacuum device in equimolar amounts, the degree of vacuum was adjusted to 1 x 10 to 4 Pa or more, and methacryloyloxyethyl 3,5-diaminobenzoate was added to 90%.
And ethylene glycol dianhydride trimetate ester to 130 ° C and evaporated for 100 minutes to 40 ° C.
A vapor phase polymerized film 1 of polyamic acid having a film thickness of 0.65 μm is formed on the substrate which has been heated above.
【００２２】次いで、上記気相重合膜１を紫外線露光、
現像して得られたパタ−ンの寸法精度を調べた。すなわ
ち、上記気相重合膜１上に基板の溝と直交するように１
０μｍ幅のラインアンドスペースパタ−ンを有するフォ
トマスクを配置して波長４０５ｎｍの紫外光を５０００
ｍＪ／ｃｍ2照射し、次いでアルカリ水溶液に浸して現
象して気相重合膜１にネガ形のレジストパターンを形成
する。このレジストパターンのラインアンドスペースの
線幅を面内の２５箇所について測定したところ、寸法ば
らつきは９.５９±０.７１μｍであった。この値は加工
精度としては高い水準にあり、また、パターン形状も良
好で側面への再付着は認められなかった。Next, the gas phase polymer film 1 is exposed to ultraviolet rays,
The dimensional accuracy of the pattern obtained by development was examined. That is, 1 is formed on the vapor-phase polymerized film 1 so as to be orthogonal to the groove of the substrate.
A photomask having a line-and-space pattern with a width of 0 μm is arranged and ultraviolet light having a wavelength of 405 nm is 5000
Irradiation with mJ / cm 2 and then immersion in an alkaline aqueous solution to cause a phenomenon to form a negative resist pattern on the vapor-phase polymer film 1. When the line width of the line and space of this resist pattern was measured at 25 points within the surface, the dimensional variation was 9.59 ± 0.71 μm. This value was at a high level as the processing accuracy, and the pattern shape was good, and reattachment to the side surface was not recognized.
【００２３】〔実施例 ２〕本実施例では、直径３イン
チのシリコンウェハ（基板１００）の表面に深さ１０μ
ｍ、幅５０μｍのライン状の溝を形成し、その上に被加
工膜２として厚さ１μｍのパーマロイ膜を形成する。次
いで炭素膜３およびＳｉ膜４及び気相重合膜１を形成し
て図２の手順によりパーマロイ膜２をパタ−ン化する。
炭素膜３の形成方法を説明する。ステンレス製真空槽内
に設けたプラズマＣＶＤ装置の高周波電極上にシリコン
ウェハ（基板１００）を設置して２００℃に加熱する。
上記高周波電極は半径１０ｃｍの円板状であり、マッチ
ングボックスを介して外部の高周波電源に接続される。
また、これに対向して同様の円板状電極が設けられ真空
槽とともに接地される。[Embodiment 2] In this embodiment, a depth of 10 μ is formed on the surface of a silicon wafer (substrate 100) having a diameter of 3 inches.
A linear groove having a width of m and a width of 50 μm is formed, and a permalloy film having a thickness of 1 μm is formed thereon as a film 2 to be processed. Next, the carbon film 3, the Si film 4, and the vapor-phase polymerized film 1 are formed, and the permalloy film 2 is patterned by the procedure shown in FIG.
A method of forming the carbon film 3 will be described. A silicon wafer (substrate 100) is placed on a high frequency electrode of a plasma CVD apparatus provided in a stainless steel vacuum chamber and heated to 200 ° C.
The high frequency electrode has a disk shape with a radius of 10 cm and is connected to an external high frequency power source via a matching box.
A similar disk-shaped electrode is provided opposite to this and is grounded together with the vacuum chamber.
【００２４】真空槽を１×１０~3Ｐａまで排気後、ｎ−
ヘキサンを毎分１０ｍｌの割合で供給し、排気速度によ
りガス圧力を２．６Ｐａに調節する。次いで、１３．５
６ＭＨｚ、２００Ｗの高周波電力を印加してプラズマを
２０分間発生させて厚さ１μｍの炭素膜３を形成する。
次いでこの炭素膜３上に厚み０.２μｍのＳｉ膜４をＲ
Ｆスパッタ法により成膜し、次いでその上にメタクリロ
イル基を側鎖に持つポリアミド酸の気相重合膜１を形成
する。After evacuating the vacuum chamber to 1 × 10 to 3 Pa, n-
Hexane is supplied at a rate of 10 ml per minute, and the gas pressure is adjusted to 2.6 Pa by the exhaust speed. Then 13.5
A high-frequency power of 6 MHz and 200 W is applied to generate plasma for 20 minutes to form a carbon film 3 having a thickness of 1 μm.
Then, a Si film 4 having a thickness of 0.2 μm is formed on the carbon film 3 by R
A film is formed by the F sputtering method, and then a vapor-phase polymerized film 1 of a polyamic acid having a methacryloyl group as a side chain is formed thereon.
【００２５】このため、真空槽内にエチレングリコール
ジ無水トリメット酸エステルを入れた容器と、これと等
モル量のメタクリロイルオキシエチル３，５−ジアミノ
ベンゾエートとその１０％モル量の２，６−ジ-tert-ブ
チルクレゾールの混合物を入れた容器を置き、実施例１
と同様にして真空度１×１０~4Ｐａ以上に排気後、上記
メタクリロイルオキシエチル３，５−ジアミノベンゾエ
ートを９０℃に、また、エチレングリコールジ無水トリ
メット酸エステルを１３０℃に加熱して１００分間蒸発
させ、４０℃に加熱した基板上に蒸着させて、厚さ０.
８１μｍのポリアミド酸の気相重合膜１を得る。For this reason, a container containing ethylene glycol ditrimethyl ester anhydride in a vacuum vessel, an equimolar amount of methacryloyloxyethyl 3,5-diaminobenzoate and a 10% molar amount of 2,6-diaminobenzoate are used. Place a container containing the mixture of -tert-butylcresol, Example 1
After evacuation to a degree of vacuum of 1 × 10 4 Pa or more in the same manner as above, the methacryloyloxyethyl 3,5-diaminobenzoate is heated to 90 ° C. and the ethylene glycol di-trimet acid anhydride ester is heated to 130 ° C. for 100 minutes. Evaporate and deposit on a substrate heated to 40 ° C to a thickness of 0.
An 81 μm polyamic acid vapor-phase polymerized film 1 is obtained.
【００２６】次いで、この気相重合膜１に実施例１と同
じフォトマスクを下層の溝のラインと直交するように配
置して波長４０５ｎｍの紫外光を５０００ｍＪ／ｃｍ2
照射し、次いでＮＭＤ−３の０.０５％水溶液を用いて
現像してネガ型のパターンを得た。次いで、この基板を
上記炭素膜３の形成に用いた装置の同じ電極側に取付
け、真空排気後、Ｏ2を５％含むＣＦ4を毎分２０ｍｌの
流量で導入して１０Ｐａとなるよう設定し、１００Ｗの
高周波電力を４分間印加して気相重合膜１のパターンを
Ｓｉ膜４に転写する。この結果、気相重合膜１（レジス
ト）のない部分の炭素膜３が露出する。Next, the same photomask as in Example 1 was placed on the vapor-phase polymerized film 1 so as to be orthogonal to the line of the groove in the lower layer, and ultraviolet light having a wavelength of 405 nm was 5000 mJ / cm 2.
It was irradiated and then developed with a 0.05% aqueous solution of NMD-3 to obtain a negative pattern. Next, this substrate was attached to the same electrode side of the apparatus used for forming the carbon film 3 described above, and after evacuation, CF 4 containing 5% of O 2 was introduced at a flow rate of 20 ml / min and set to 10 Pa. , 100 W of high frequency power is applied for 4 minutes to transfer the pattern of the vapor-phase polymerized film 1 to the Si film 4. As a result, the carbon film 3 in the portion where the vapor-phase polymerized film 1 (resist) is not present is exposed.
【００２７】次いで、再度真空排気して１×１０~3Ｐａ
にし、酸素ガスを毎分１０ｍｌ導入して２０Ｐａに設定
して１５０Ｗの高周波電力を３０分間印加し、レジスト
パターンを炭素膜３に転写する。この結果、レジストの
ない部分のパーマロイ膜２が露出する。この炭素膜３の
ラインアンドスペースパターンの線幅を基板面内２５箇
所について測定したところ、ライン寸法ばらつきは９.
４８μｍ±０.８６μｍであった。この値は加工精度と
しては高い水準にあり、また、パターン形状も良好であ
った。Then, the chamber is evacuated again to 1 × 10 to 3 Pa.
Then, 10 ml of oxygen gas is introduced every minute, the pressure is set to 20 Pa, and high-frequency power of 150 W is applied for 30 minutes to transfer the resist pattern to the carbon film 3. As a result, the permalloy film 2 in the part without the resist is exposed. The line width of the line-and-space pattern of the carbon film 3 was measured at 25 points on the substrate surface, and the line dimension variation was 9.
It was 48 μm ± 0.86 μm. This value was at a high level as the processing accuracy, and the pattern shape was also good.
【００２８】上記Ｓｉ膜４上に形成したメタクリロイル
基を側鎖に持つポリアミド酸の気相重合膜１は以下のよ
うに蒸着により形成することもできる。真空装置内に気
相成膜材である酸二無水物として例えばエチレングリコ
ールジ無水トリメット酸エステルと、露光感度増強剤と
してその１０％のモル量のミヒラーズケトンの混合物を
入れた容器と、前記エチレングリコールジ無水トリメッ
ト酸エステルと等モル量のメタクリロイルオキシエチル
３，５−ジアミノベンゾエートと、その１０％のモル量
の２，６−ジターシャルブチルクレゾールの混合物を入
れた容器を置き、真空度１×１０~4Ｐａ以上に排気後、
メタクリロイルオキシエチル３，５−ジアミノベンゾエ
ートの方をを９０℃に、また、エチレングリコールジ無
水トリメット酸エステルの方をを１３０℃に加熱して１
００分間蒸発させ、４０℃に加熱した基板100上に厚さ
０.７８μｍのポリアミド酸の蒸着重合膜１を形成す
る。The vapor-phase polymerized film 1 of polyamic acid having a methacryloyl group as a side chain formed on the Si film 4 can also be formed by vapor deposition as follows. A container in which a mixture of, for example, ethylene glycol dianhydride trimetate ester as an acid dianhydride which is a vapor phase film forming material, and a Michler's ketone in a molar amount of 10% as an exposure sensitivity enhancer is placed in a vacuum apparatus, and the ethylene glycol A container containing a mixture of methacryloyloxyethyl 3,5-diaminobenzoate in an equimolar amount with dimethyric trimetic acid ester and 2,6-ditert-butylcresol in a molar amount of 10% was placed, and the degree of vacuum was 1 × 10. After exhausting to 4 Pa or more,
The methacryloyloxyethyl 3,5-diaminobenzoate was heated to 90 ° C, and the ethylene glycol ditrimethyric anhydride ester was heated to 130 ° C.
A vapor-deposited polymerized film 1 of polyamic acid having a thickness of 0.78 μm is formed on the substrate 100 which is evaporated for 00 minutes and heated to 40 ° C.
【００２９】従来のスピンコ−ティング方式に用いる液
相のレジスト材においては上記露光感度増強剤が常識的
に添加されていた。しかし、上記蒸着重合においては露
光感度増強剤粒子を重合膜内に均一に分散させることは
難しいと考えられていたので露光感度増強剤は添加され
ることがなかった。本発明では、上記工程により形成し
た蒸着重合膜内に露光感度増強剤粒子が均一に分散する
ことを見出したのである。この結果、露光量を５０００
ｍＪ／ｃｍ 2から例えば３５００ｍＪ／ｃｍ2に低減する
ことができた。次いで、上記蒸着重合膜１にネガ型のパ
ターンを形成してＳｉ膜４に転写し、さらにＳｉ膜４の
パターンを炭素膜３に転写する。この炭素膜３のライン
アンドスペースパターンの線幅を基板面内の２５箇所に
ついて測定したところ、ライン寸法ばらつきは９.６７
μｍ±０.４８μｍであった。この値は加工精度として
は高い水準にあり、また、パターン形状も良好であっ
た。Liquid used in conventional spin coating method
The above-mentioned exposure sensitivity enhancer is common sense in the two-phase resist material.
Had been added to. However, in the above vapor deposition polymerization
It is difficult to disperse the photosensitizer particles uniformly in the polymer film.
It was thought to be difficult, so an exposure sensitivity enhancer was added.
It never happened. In the present invention, it is formed by the above process.
Exposure Sensitivity Enhancer Particles Dispersed Evenly in the Evaporated Polymerized Film
I found that. As a result, the exposure amount is set to 5000
mJ / cm 2To, for example, 3500 mJ / cm2Reduce to
I was able to. Then, a negative type film is formed on the vapor-deposited polymer film 1.
A turn is formed and transferred to the Si film 4, and the Si film 4
The pattern is transferred to the carbon film 3. This carbon film 3 line
The line width of the and space pattern is set to 25 points on the board surface.
As a result of measurement, the line dimension variation is 9.67.
It was μm ± 0.48 μm. This value is the processing accuracy
Is at a high level and the pattern shape is good.
It was
【００３０】〔実施例 ３〕図３は薄膜磁気ヘッドのヘ
ッド先端部の上面図、図４は同側面の断面図である。図
示のように、薄膜磁気ヘッドにおいては下部コア層（磁
性膜）６上に大きな段差を有する上部コア層（磁性膜）
１１が形成され、上部コア層１１の先端部を高精度に加
工することが要求される。上記本発明による気相重合膜
１はこのような磁性膜の高精度加工に極めて適切であ
る。図４において、まず、直径３インチの非磁性基板５
上にスパッタ法により形成した厚さ１．５μｍのパーマ
ロイ膜をフォトエッチングにより所定の形状に成形して
下部コア層６とする。次に、アルミナをスパッタ法によ
り０．５μｍの厚さに形成し、フォトエッチング技術を
用いてギャップ層７とする。[Embodiment 3] FIG. 3 is a top view of a head tip portion of a thin film magnetic head, and FIG. 4 is a sectional view of the same side surface. As shown in the figure, in a thin film magnetic head, an upper core layer (magnetic film) having a large step on a lower core layer (magnetic film) 6
11 is formed, and it is required to process the tip portion of the upper core layer 11 with high accuracy. The vapor-phase polymerized film 1 according to the present invention is extremely suitable for high precision processing of such a magnetic film. In FIG. 4, first, a non-magnetic substrate 5 having a diameter of 3 inches
A 1.5 μm-thick permalloy film formed by a sputtering method is formed into a predetermined shape by photoetching to form the lower core layer 6. Next, alumina is formed to a thickness of 0.5 μm by a sputtering method, and the gap layer 7 is formed by using a photoetching technique.
【００３１】次いで、ポリイミド系樹脂を回転塗布して
加熱硬化し、フォトエッチングによりパターン化して厚
さ２μｍの第１絶縁膜８とする。次いで、１．５μｍの
厚さにスパッタしたＣｕをフォトエッチングによりらせ
ん状にパターン化してコイル９とする。コイル９上に厚
さ２．５μｍのポリミイド系樹脂層を形成して第２絶縁
層１０とする。次いで、パーマロイを１．５μｍの厚さ
にスパッタして上部コア層１１を一様に形成する。Next, a polyimide resin is spin-coated, heat-cured, and patterned by photoetching to form a first insulating film 8 having a thickness of 2 μm. Next, Cu sputtered to a thickness of 1.5 μm is patterned into a coil by photoetching to form the coil 9. A second resin layer 10 is formed by forming a polyimide resin layer having a thickness of 2.5 μm on the coil 9. Next, permalloy is sputtered to a thickness of 1.5 μm to uniformly form the upper core layer 11.
【００３２】次いで、上部コア層１１を実施例２と同様
にしてパターン化する。すなわち、炭素膜３とＳｉ膜４
とメタクリロイル基を側鎖に持つ感光性ポリアミド酸の
気相重合膜１とからなる三層膜を用いて、上部コア層１
１にパターンを形成する。図４は炭素膜３を上記気相重
合膜１によりパタ−ン化したところを示している。Next, the upper core layer 11 is patterned in the same manner as in Example 2. That is, the carbon film 3 and the Si film 4
And a photopolymerizable polyamic acid vapor-phase polymerized film 1 having a methacryloyl group as a side chain, a three-layer film is used to form an upper core layer 1
1 to form a pattern. FIG. 4 shows that the carbon film 3 is patterned by the vapor-phase polymerized film 1.
【００３３】図３は図４の上面図である。上部コア層１
１の先端部のトラック幅１２の寸法ばらつきを基板内の
２５箇所について測定したところ９.８７±０.３２μｍ
であった。この値は加工精度としては高い水準にあり、
また、パターン側面における飛沫粒子の再付着は認めら
れなかった。薄膜磁気ヘッドはこの基板上にアルミナ保
護膜を形成後、端子部形成、切り分け、ギャップ加工、
レ−ル加工等の工程を施して形成する。また、この薄膜
磁気ヘッドの書き込み、読み出し性能は実用上満足すべ
きものであり、長期使用における信頼性も問題はなかっ
た。FIG. 3 is a top view of FIG. Upper core layer 1
When the dimensional variation of the track width 12 at the tip of No. 1 was measured at 25 points in the substrate, it was 9.87 ± 0.32 μm.
Met. This value is at a high level for processing accuracy,
Further, reattachment of droplets on the side surface of the pattern was not recognized. The thin-film magnetic head, after forming an alumina protective film on this substrate, forms the terminal portion, divides, processes the gap,
It is formed by performing steps such as rail processing. Moreover, the writing and reading performances of this thin film magnetic head were practically satisfactory, and there was no problem in reliability in long-term use.
【００３４】[0034]
【発明の効果】本発明によるポリアミド酸の気相重合膜
をフォトレジストとして用いることにより、段差部をも
つ基板にレジスト膜を均一な厚さに形成できるので、パ
タ−ンの寸法精度を向上することができる。また、上記
レジストの厚さを段差部でも薄くできるので、イオンミ
リングにおける断面形状のだれを低減し、また、飛沫粒
子の再付着を防止して加工パターン精度を向上すること
ができる。さらに、上記気相重合膜のフォトプロセス
は、通常の紫外光露光と汎用アルカリ現像液による現像
で行うことができ、さらに増感剤の添加により感光性を
高めることができるので、フォトプロセスを効率化した
パタ−ン形成方法を提供することができる。EFFECT OF THE INVENTION By using the vapor phase polymerized film of polyamic acid according to the present invention as a photoresist, a resist film having a uniform thickness can be formed on a substrate having a step portion, thus improving the dimensional accuracy of the pattern. be able to. Further, since the thickness of the resist can be thinned even in the step portion, it is possible to reduce the sagging of the cross-sectional shape in the ion milling and prevent the reattachment of the droplet particles to improve the processing pattern accuracy. Further, the photo-process of the vapor-phase polymer film can be carried out by ordinary ultraviolet light exposure and development with a general-purpose alkali developer, and the photosensitivity can be increased by adding a sensitizer, so that the photo-process can be performed efficiently. It is possible to provide an improved pattern forming method.
【図１】本発明によるパタ−ン形成方法実施例の工程図
である。FIG. 1 is a process drawing of an embodiment of a pattern forming method according to the present invention.
【図２】本発明による他のパタ−ン形成方法実施例の工
程図である。FIG. 2 is a process drawing of an embodiment of another pattern forming method according to the present invention.
【図３】本発明のパタ−ン形成方法を用いた薄膜磁気ヘ
ッドの部分平面図である。FIG. 3 is a partial plan view of a thin film magnetic head using the pattern forming method of the present invention.
【図４】図３のＸ−Ｘ’断面拡大図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view taken along line X-X ′ of FIG.
【図５】基板の段差部におけるレジストの付着状況の比
較図である。FIG. 5 is a comparison diagram of a resist adhesion state on a step portion of a substrate.
１…気相重合膜、２…被加工薄膜、３…炭素膜、４…Ｓ
ｉ膜、５…非磁性基板、６…下部コア、７…ギャップ
層、８…第１絶縁膜、９…コイル、１０…第２絶縁層、
１１…上部コア層、１２…トラック幅、１３…塗布形レ
ジスト。1 ... Gas phase polymerized film, 2 ... Thin film to be processed, 3 ... Carbon film, 4 ... S
i film, 5 ... Non-magnetic substrate, 6 ... Lower core, 7 ... Gap layer, 8 ... First insulating film, 9 ... Coil, 10 ... Second insulating layer,
11 ... Upper core layer, 12 ... Track width, 13 ... Coating resist.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｆ 41/20 (72)発明者 斉藤 治信 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレ−ジシステム事業部内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Reference number within the agency FI Technical display location H01F 41/20 (72) Inventor Harunobu Saito 2880 Kozu, Odawara-shi, Kanagawa Stock company Hitachi Storage -In the System Division
Claims (6)
成し、乾式エッチング方法によってレジストのない部分
の被加工材料を除去してパターンを形成する基板のパタ
−ン形成方法において、上記レジスト材をメタクリロイ
ル基またはアクリロイル基を側鎖に持つ感光性ポリアミ
ド酸としたことを特徴とする被加工面内に段差を有する
基板上でのパターン形成方法。1. A method for forming a pattern on a substrate, wherein a resist pattern is formed by vapor-phase polymerization, and the material to be processed is removed by a dry etching method to form a pattern, and the resist material is a methacryloyl group. Alternatively, a method of forming a pattern on a substrate having a step in the surface to be processed, characterized in that a photosensitive polyamic acid having an acryloyl group as a side chain is used.
光露光が可能であり、アルカリ現像溶液で現像可能なレ
ジスト材としたことを特徴とするパターン形成方法。2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the resist is a resist material that can be exposed to ultraviolet light and can be developed with an alkali developing solution.
ト膜を増感剤の添加により感光性の向上が可能な気相重
合膜としたことを特徴とするパタ−ン形成方法。3. The pattern forming method according to claim 1 or 2, wherein the resist film is a gas phase polymerized film capable of improving photosensitivity by adding a sensitizer.
成し、乾式エッチング方法によってレジストのない部分
の被加工材料を除去してパターンを形成する基板のパタ
−ン形成方法において、酸素等の反応性プラズマにより
除去可能な第一層の上に、第一層に比べて前記プラズマ
により除去され難い第二層を形成し、さらにこの上に電
磁波または粒子線の照射と現象によりパターン形成可能
な第三層を形成し、第三層をメタクリロイル基またはア
クリロイル基を側鎖に持つポリアミド酸の気相重合膜と
したことを特徴とする被加工面内に段差を有するパター
ン形成方法。4. A method for forming a pattern on a substrate, wherein a resist pattern is formed by vapor phase polymerization, and a material to be processed is removed from a resist-free portion by a dry etching method to form a pattern. The second layer which is harder to be removed by the plasma than the first layer is formed on the first layer which can be removed by the third layer, and the third layer which can be patterned by irradiation of electromagnetic waves or particle beams and a phenomenon on the second layer. And forming the third layer as a vapor-phase polymerized film of a polyamic acid having a methacryloyl group or an acryloyl group as a side chain, and forming a pattern having a step in the surface to be processed.
たことを特徴とするパターン形成方法。5. The pattern forming method according to claim 4, wherein the first layer is a carbon film.
ターン形成方法を用いて磁性膜をパターン化した磁極を
備えたことを特徴とする薄膜磁性素子。6. A thin film magnetic element comprising a magnetic pole formed by patterning a magnetic film by using the pattern forming method according to any one of claims 1 to 5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9344293A JPH06306647A (en) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Pattern forming method and thin film magnetic element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9344293A JPH06306647A (en) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Pattern forming method and thin film magnetic element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06306647A true JPH06306647A (en) | 1994-11-01 |
Family
ID=14082447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9344293A Pending JPH06306647A (en) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Pattern forming method and thin film magnetic element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06306647A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011504301A (en) * | 2007-11-20 | 2011-02-03 | クゥアルコム・インコーポレイテッド | Method for forming a magnetic tunnel junction structure |
| KR101464097B1 (en) * | 2011-04-07 | 2014-11-21 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | Cylinder jacket |
-
1993
- 1993-04-21 JP JP9344293A patent/JPH06306647A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011504301A (en) * | 2007-11-20 | 2011-02-03 | クゥアルコム・インコーポレイテッド | Method for forming a magnetic tunnel junction structure |
| JP2013243395A (en) * | 2007-11-20 | 2013-12-05 | Qualcomm Inc | Method of forming magnetic tunnel junction structure |
| US9136463B2 (en) | 2007-11-20 | 2015-09-15 | Qualcomm Incorporated | Method of forming a magnetic tunnel junction structure |
| KR101464097B1 (en) * | 2011-04-07 | 2014-11-21 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | Cylinder jacket |
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