【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a fine pattern, a method for manufacturing a magnetic recording device, and a method for forming a fine pattern. For example, manufacturing processes of an electronic device, a micromachine, a magnetic recording device, and the like, and in particular, guidance for forming a magnetic recording device Pattern forming method, a method of manufacturing a magnetic recording apparatus, and a method of forming a fine resist pattern having a substantially vertical side face and exceeding an exposure limit when forming a magnetic pole core of a write head. The present invention relates to a pattern forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
The device technology related to information technology has been rapidly evolving, and, for example, high-density recording of a thin-film magnetic head will be realized by miniaturization technology of a read element and a write element.
[0003]
The method for forming the read element and the write element includes a film forming technique for forming a thin film such as a magnetic film and an insulating film on a substrate made of Altic (Al 2 O 3 —TiC), and a photo for patterning the formed thin film. Lithography technology is used.
[0004]
Specifically, a method of forming a write write element is such that a single-layer resist is exposed and developed, and then a magnetic plating process is performed on a space portion of the resist pattern.
[0005]
However, in the formation of a write element pattern by such a normal single-layer resist technique, it is becoming difficult to miniaturize the element due to the progress of miniaturization and high aspect ratio.
That is, since the formation of a resist pattern by resist development is a wet process, when the current general resist thickness is about 5.0 μm, the pattern width is about 0.6 to 1.0 μm. The pattern becomes tapered with miniaturization.
[0006]
Therefore, it is indispensable to form a wide write element pattern after plating and reduce the pattern width by ion milling or FIB (Focused Ion Beam). Here, referring to FIGS. The manufacturing process of the upper magnetic pole core layer by the method will be described.
[0007]
Referring to FIG. 7A, first, after forming a read sensor portion on an Al 2 O 3 —TiC substrate, a lower magnetic pole layer 51 made of NiFe also serving as an upper magnetic shield layer, a write gap layer 52 made of SiO 2 , and Then, a plating base layer 53 made of NiFe is formed, and then a resist film 54 is formed to a thickness of, for example, 5 μm.
[0008]
Next, referring to FIG. 7B, exposure is performed using the exposure light 55 so that the pattern width becomes 0.6 to 1.0 μm to form an exposed portion 56.
[0009]
Next, referring to FIG. 7C, the opening 57 is formed by developing and removing the exposed portion 56 using a developing solution.
At this time, the cross-sectional shape of the opening 57 is tapered.
[0010]
7D, the upper pole core layer 58 is deposited by selectively plating NiFe in the openings 57 using an electrolytic plating method.
[0011]
8E, after removing the resist film 54, the upper magnetic pole core layer 58 is subjected to ion milling using Ar ions 59 to reduce the width.
[0012]
Next, after an Al 2 O 3 protective film 60 is deposited on the entire surface, the surface is flattened by polishing by a CMP (chemical mechanical polishing) method.
[0013]
However, such pattern reduction by the ion milling method involves a problem of an increase in dimensional variation. On the other hand, if the original pattern size is reduced by using a conventional resist, the above-described problem of the taper shape appears.
[0014]
Further, as the recording density further increases, a write core element having a pattern width of 0.2 μm or less is required within several years, but there is a problem that the above-described Wet processing cannot cope with this.
[0015]
Therefore, a method of manufacturing an upper magnetic pole core layer by a dry method using a two-layer resist film has been attempted in order to improve the pattern accuracy. The method will be described with reference to FIGS. Reference 1).
Referring to FIG. 9A, first, after forming a read sensor portion on an Al 2 O 3 —TiC substrate, a lower magnetic pole layer 61 made of NiFe also serving as an upper magnetic shield layer, a write gap layer 62 made of SiO 2 , and And a plating base layer 63 made of NiFe.
Next, a first resist film 64 made of a novolak resin resist and a second resist film 65 made of a silicon-containing resist are sequentially formed.
[0016]
Next, referring to FIG. 9B, the second resist film 65 is exposed to light using the exposure light 66 so that the pattern width becomes 0.6 to 1.0 μm, thereby forming an exposed portion 67.
[0017]
Next, referring to FIG. 9C, an opening 68 is formed in the second resist film 65 by developing and removing the exposed portion 67 using a developing solution.
At this time, the cross-sectional shape of the opening 68 is tapered because it is a Wet process.
[0018]
Referring to FIG. 9D, the first resist film 64 has vertical side walls by performing anisotropic dry etching using O 2 plasma using the second resist film 65 having the opening 68 as a mask. Then, an opening 69 having a pattern width of 0.4 to 0.6 μm is formed.
In this O 2 plasma etching step, Si contained in the second resist film 65 is oxidized to Si oxide, and since this Si oxide has a mask function in the O 2 plasma etching step, good dry etching is possible. become.
[0019]
Next, referring to FIG. 10E, the upper magnetic pole core layer 70 is deposited by selectively plating NiFe in the opening 69 using an electrolytic plating method.
[0020]
Referring to FIG. 10F, after the second resist film 65 and the first resist film 64 are removed, the upper pole core layer 70 is subjected to ion milling using Ar ions 71 to reduce the width. I do.
[0021]
Next, after an Al 2 O 3 protective film 72 is deposited on the entire surface, the surface is flattened by polishing by a CMP method.
[0022]
In the process of forming the upper magnetic pole core layer of the Dry method, a pattern width of 0.4 to 0.6 μm and a nearly vertical resist pattern shape can be obtained, so that the etching shape correction time by ion milling is reduced to about half of the wet process. Can be shortened.
The FIB method may be used instead of the ion milling.
[0023]
[Patent Document 1]
JP 2000-163713 A
[Problems to be solved by the invention]
However, even if this two-layer resist is used, for example, when an i-line (= 365 nm) stepper is used, the minimum resist pattern width dimension of the stepper is limited to about 0.30 μm, and the resist pattern width after etching is lower than the lower resist film. When the thickness is about 5.0 μm, the resist pattern width is about 0.4 to 0.6 μm in consideration of the etching shift, and there is a problem that it is difficult to form a fine pattern smaller than that.
[0025]
Accordingly, an object of the present invention is to form a fine pattern having a high aspect ratio and exceeding the exposure limit with good reproducibility.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 1, in order to solve the above-mentioned problem, the present invention relates to a method for forming a fine pattern, the method comprising: using a solid source on a surface of a pattern having a first opening 4 formed in a substrate 1 housed in a chamber. A step of attaching the fragment to increase the pattern size.
[0027]
In this way, solid source particles fragmented in the plasma generated in the chamber are deposited on the surface of the pattern to form a wide pattern. By using this pattern as an etching mask, a normal photomask is used. , A pattern having an opening narrower than that of the resist pattern exposed and developed can be formed.
[0028]
With this configuration, it is possible to increase the reliability of a dual damascene process and increase the integration of devices in semiconductor manufacturing, and to solve the problem of forming a high aspect fine pattern, which is an essential element for microfabrication of micromachines. .
The “fragment” means solid source particles released from the solid source by plasma and / or heat generated by the plasma.
[0029]
At this time, the substrate 1 and the solid source are desirably opposed to each other with a gap of 10 μm to 100 mm, so that the solid source particles can be transferred to the substrate 1 satisfactorily.
[0030]
It is desirable that the solid source contains at least one of silicon and an aromatic, and the pattern contains at least one of silicon and an alicyclic group.
[0031]
As described above, by using a material containing silicon or a material containing aromatic materials, dry etching resistance can be increased.
For example, when the fragment attachment film 5 is grown using a novolak resin source containing an aromatic as a solid source on an alicyclic ArF resist pattern, the etching resistance of the resist pattern can be improved by 10% to 30%. it can.
[0032]
In addition, it is preferable that at least one of the solid source and the pattern contains silicon, whereby the masking property in a dry etching process using O 2 plasma can be improved.
[0033]
Further, by forming the second opening 6 by etching the lower layer using the thickened pattern as a mask, a high aspect fine pattern can be formed.
[0034]
In the above configuration, a photolithography process of a two-layer resist in which the pattern is formed of the second resist film 3 and the lower layer is formed of the first resist film 2 is the most typical.
[0035]
By using the above configuration in the electroplating step of the upper magnetic pole core layer 7 constituting the write element, a narrow upper magnetic pole core layer 7 can be formed in a short time without dimensional variation, with almost no need for an ion milling step or a FIB step. be able to.
[0036]
That is, since a vertical fine high aspect ratio pattern can be formed by this configuration, it is possible to miniaturize the write element, increase the recording density, and reduce the cost.
[0037]
Further, the present invention provides a fine pattern forming apparatus, comprising: a substrate electrode on which a substrate 1 having a pattern formed in a chamber is mounted; and a solid source holder for disposing a solid source so as to face the substrate 1; At least.
[0038]
In this case, it is desirable to provide a retreat mechanism for retreating the solid source holder from the plasma generation space in the chamber, whereby the step of forming the fragment adhesion film 5 and the step of forming the second opening 6 can be performed by the substrate 1. It can be performed as a series of steps without exposing to the atmosphere.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Here, a method for forming a fine pattern according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a conceptual configuration diagram of a resist transfer formation etching apparatus used in the embodiment of the present invention, and generates a chamber 11 connected to an exhaust system 17 and a plasma 18 provided inside the chamber 11. A sample in which, for example, a read element is formed, and a patterned resist film 23 is formed on an Al 2 O 3 —TiC substrate 22 on which a lower magnetic pole layer and a write gap layer are formed is placed. A substrate electrode 13, an up-down mechanism 14 for vertically moving the substrate electrode 13, a solid source holder 15 for holding a solid source 24 obtained by applying a transfer resist film 26 on an Al 2 O 3 —TiC substrate 25, An up-down mechanism 16 for moving the source holder 15 up and down freely.
The gap between the solid source 24 and the sample 21 is set to 10 μm to 100 mm, for example, 0.6 mm.
[0040]
Although not shown, the solid source holder 15 includes a translation mechanism or a rotation mechanism. After the resist transfer step is completed, the solid source holder 15 is withdrawn from the plasma generation space and continuously performs O 2 plasma etching. It is configured as follows.
[0041]
Referring to FIG. 3A, first, a lower magnetic shield layer is provided on an Al 2 O 3 —TiC substrate serving as a sample via an Al 2 O 3 film, and a lower read gap layer is provided on the lower magnetic shield layer. After forming a spin valve type GMR element, an upper read gap layer, a lower magnetic pole layer 31 also serving as an upper magnetic shield layer, a write gap layer 32, and a plating base layer 33 are sequentially formed.
[0042]
Next, a first resist film 34 made of a novolak resin resist, for example, is applied to a thickness of 5 μm on the plating base layer 33, and then a second resist film 35 made of a silicon-containing resist is applied to a thickness of 1 μm. Apply.
[0043]
Next, as shown in FIG. 3B, exposure is performed using i-line (λ = 365 nm) as the exposure light 36 to form an exposed portion 37 having a width of, for example, 0.3 μm.
[0044]
Next, referring to FIG. 3C, an opening 38 is formed by removing the exposed portion 37 by performing development using a developing solution.
[0045]
Referring to FIG. 3D, the sample is introduced into the chamber shown in FIG. 2 and placed on the substrate electrode, and a solid source obtained by applying a novolak resin resist on an Al 2 O 3 —TiC substrate is replaced with a solid source. The solid source fragment is deposited on the surface of the sample by holding it with a holder and facing the sample at room temperature, and treating in an O 2 plasma atmosphere of 3 mTorr to 40 mTorr, for example, 7.5 mTorr, thereby forming a transfer resist film 39. I do.
[0046]
In this resist transfer step, it is considered that the molecules of the novolak resin resist constituting the solid source are released and adhere to the surface of the sample due to the action of plasma and / or heat generated by the plasma.
[0047]
Referring to FIG. 4E, after the solid source is retracted from the plasma generation space, the first resist film 34 is again etched in the O 2 plasma atmosphere of 3 mTorr to 40 mTorr, for example, 10 mTorr using the transfer resist film 39 as a mask. By doing so, the minute openings 40 are formed.
In this dry etching step, the transfer resist film 39 is also etched, but the portion adhering to the side wall of the opening 38 is hardly etched, so that it functions as an etching mask.
[0048]
Referring to FIG. 4F, the upper magnetic pole core layer 41 made of NiFe is selectively deposited on the exposed plating base layer 33 by electrolytic plating.
[0049]
Next, referring to FIG. 4G, the second resist film 35 and the first resist film 34 are removed.
Referring to FIG. 4H, an Al 2 O 3 protective film 42 is deposited on the entire surface by sputtering, and the surface is flattened by CMP to provide a fine upper magnetic pole core layer. The formation process of the light core element is completed.
[0050]
FIG. 5 is a faithful copy of the vicinity of the opening 38 in the SEM (scanning electron microscope) cross-sectional image after the transfer of the resist in FIG. 3D, and at least the surface of the second resist film 35. It was confirmed that the side walls were covered with the transfer resist film 39.
[0051]
FIG. 6 is a simulated SEM cross-sectional image of FIG. 4 (e) after the formation of the fine opening, in which the width of the top of the fine opening 40 is 0.223 μm and the width of the bottom is 0.198 μm. It was confirmed that a resist pattern was formed.
[0052]
As described above, in the embodiment of the present invention, after the opening 38 close to the exposure limit is formed in the upper second resist film 35, the resist pattern is thickened by resist transfer using a solid source. An opening having a width smaller than the exposure limit and having a high aspect ratio can be formed with good reproducibility.
[0053]
Also, in the process equipment, existing equipment such as an i-line stepper can be sufficiently used without resorting to a new short-wavelength stepper capable of miniaturization, so that there is no need to insert new equipment, thereby reducing capital investment. Can be.
[0054]
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the configurations described in the embodiments, and various modifications are possible.
For example, in the description of the above embodiment, although not particularly mentioned, it is desirable to use a resist containing at least one of silicon and aromatic for the solid source, thereby improving the etching resistance after transfer. Can be.
[0055]
For example, when a fragment-adhered film is grown on an alicyclic ArF resist pattern using a novolak resin source containing an aromatic as a solid source, the etching resistance of the resist pattern can be improved by 10% to 30%. .
When silicon is included, the transfer speed decreases.
[0056]
In the above embodiment, the ion milling step is not performed after the removal of the two-layer resist film, but the upper magnetic pole core layer may be further narrowed by lightly performing ion milling.
Further, this step is not limited to ion milling, and FIB may be used.
[0057]
Further, in the above-described embodiment, the description has been given as the step of forming the upper pole core layer. However, the present invention is not limited to the step of forming the upper pole core layer. It is applied to
[0058]
For example, the present invention is also applied to a dual damascene process in a semiconductor manufacturing process, thereby enabling high reliability and high integration of a device.
Further, the present invention is also applied to a manufacturing process of a micromachine, whereby the micromachine can be miniaturized.
[0059]
Here, the detailed features of the present invention will be described with reference to FIG. 1 again.
Again referring to FIG. 1 (Supplementary Note 1), the step of attaching a fragment generated by a solid source to the surface of the pattern having the first opening 4 formed in the substrate 1 housed in the chamber to increase the pattern size is performed. A method for forming a fine pattern, comprising:
(Supplementary Note 2) The method for forming a fine pattern according to Supplementary Note 1, wherein the substrate 1 and the solid source are opposed to each other with a gap of 10 µm to 100 mm.
(Supplementary Note 3) The method for forming a fine pattern according to Supplementary Note 1 or 2, wherein the solid source includes at least one of silicon and an aromatic, and the pattern includes at least one of silicon and an alicyclic group. .
(Supplementary note 4) The method for forming a fine pattern according to supplementary note 3, wherein at least one of the solid source and the pattern contains silicon.
(Supplementary Note 5) The second opening 6 is formed by etching a lower layer using a pattern obtained by attaching the fragment to increase the pattern size as a mask, thereby forming the second opening 6. Fine pattern forming method.
(Supplementary Note 6) The method of forming a fine pattern according to Supplementary Note 5, wherein the pattern is formed of the second resist film 3, and the lower layer is formed of the first resist film 2.
(Supplementary Note 7) A magnetic recording apparatus comprising a step of forming an upper magnetic pole core layer by electrolytic plating inside a second opening 6 formed by the method for forming a fine pattern according to Supplementary Note 5 or 6. Manufacturing method.
(Supplementary Note 8) A substrate electrode on which the pattern-formed substrate 1 is placed in the chamber, a solid source holder for disposing a solid source so as to face the substrate 1, and at least plasma generating means are provided. And a fine pattern forming apparatus.
(Supplementary note 9) The micropattern forming apparatus according to supplementary note 8, further comprising a retracting mechanism for retracting the solid source holder from the plasma generation space in the chamber.
[0060]
【The invention's effect】
According to the present invention, since a resist transfer step is employed, a finer pattern having a higher aspect ratio can be formed, thereby forming a vertical fine pattern, thereby milling the upper pole core layer and performing FIB etching. Is unnecessary or can be shortened, which greatly contributes to ultra-miniaturization and cost reduction of various devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual configuration diagram of a resist transfer formation etching apparatus used in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the embodiment of the present invention after FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory diagram of the vicinity of an opening after resist transfer.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a cross-sectional structure after a minute opening is formed.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the upper magnetic pole core layer halfway by a conventional Wet method.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the upper magnetic pole core layer according to the conventional Wet method after FIG. 7;
FIG. 9 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the upper magnetic pole core layer halfway by a conventional Dry method.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the upper magnetic pole core layer according to the conventional Dry method after FIG. 9;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 1st resist film 3 2nd resist film 4 1st opening 5 Fragment adhesion film 6 2nd opening 7 Upper magnetic pole core layer 11 Chamber 12 Electrode coil 13 Substrate electrode 14 Vertical mechanism 15 Solid source holder 16 lift mechanism 17 exhaust system 18 plasma 21 sample 22 Al 2 O 3 -TiC substrate 23 resist film 24 a solid source 25 Al 2 O 3 -TiC substrate 26 transfer the resist film 31 lower magnetic pole layer 32 write gap layer 33 plating base layer 34 First resist film 35 Second resist film 36 Exposure light 37 Exposure portion 38 Opening 39 Transfer resist film 40 Micro opening 41 Upper magnetic pole core layer 42 Al 2 O 3 protective film 51 Lower magnetic pole layer 52 Write gap layer 53 Plating Base layer 54 Resist film 55 Exposure light 56 Exposure part 57 Opening 58 Upper magnetic pole core layer 59 Ar ion 60 Al 2 O 3 protective film 61 Lower magnetic pole layer 62 Write gap layer 63 Plating base layer 64 First resist film 65 Second resist film 66 Exposure light 67 Exposure part 68 Opening 69 Opening 70 Upper magnetic pole core Layer 71 Ar ion 72 Al 2 O 3 protective film