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特許5692146マスクの作成方法、このマスクを用いたパターニング方法およびマイクロデバイスの製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5692146
(24)【登録日】2015年2月13日
(45)【発行日】2015年4月1日
(54)【発明の名称】マスクの作成方法、このマスクを用いたパターニング方法およびマイクロデバイスの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20150312BHJP
H01L 21/027 20060101ALI20150312BHJP
G11B 5/39 20060101ALI20150312BHJP
G11B 5/31 20060101ALI20150312BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
H01L21/30 570
G11B5/39
G11B5/31 M
【請求項の数】17
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2012-94576(P2012-94576)
(22)【出願日】2012年4月18日
(65)【公開番号】特開2013-62481(P2013-62481A)
(43)【公開日】2013年4月4日
【審査請求日】2013年5月23日
(31)【優先権主張番号】13/230261
(32)【優先日】2011年9月12日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100123788
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 昭夫
(74)【代理人】
【識別番号】100127454
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 雅昭
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 久義
(72)【発明者】
【氏名】谷津 秀幸
(72)【発明者】
【氏名】西澤 孝行
(72)【発明者】
【氏名】佐野 正志
(72)【発明者】
【氏名】梅原 弘道
(72)【発明者】
【氏名】金谷 貴保
(72)【発明者】
【氏名】堀 哲二
【審査官】
杢 哲次
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００７−０４９０２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０４−２５８０１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−１０８９８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−０８１２７１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｇ１１Ｂ ５／３１
Ｇ１１Ｂ ５／３９
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
薄膜が形成された基板の上にアルカリ溶液に可溶な無機材料を成膜するステップと、
前記無機材料を所定パターンに形成するステップと、
所定パターンに形成された前記無機材料を前記アルカリ溶液によって狭小化してマスクを形成するステップと、を含む、前記薄膜をパターニングするためのマスクの作成方法。
前記無機材料を所定パターンに形成するステップと、
所定パターンに形成された前記無機材料を前記アルカリ溶液によって狭小化してマスクを形成するステップと、を含む、前記薄膜をパターニングするためのマスクの作成方法。
【請求項2】
前記無機材料を所定パターンに形成するステップでは、
フォトリソグラフィ法により前記無機材料を所定パターンに形成する、請求項１に記載のマスクの作成方法。
フォトリソグラフィ法により前記無機材料を所定パターンに形成する、請求項１に記載のマスクの作成方法。
【請求項3】
前記無機材料を所定パターンに形成するステップでは、
前記無機材料の上に、エッチングに対して耐性を有するエッチングストッパ層を成膜することと、
フォトリソグラフィ法によって前記エッチングストッパ層の上に所定パターンのフォトレジストを形成することと、
前記エッチングストッパ層の、前記フォトレジストで覆われていない部分を除去して、所定パターンのエッチングストッパ層を形成することと、
前記無機材料の、前記所定パターンのエッチングストッパ層で覆われていない部分をエッチングにより除去することと、を含む、請求項１または２に記載のマスクの作成方法。
前記無機材料の上に、エッチングに対して耐性を有するエッチングストッパ層を成膜することと、
フォトリソグラフィ法によって前記エッチングストッパ層の上に所定パターンのフォトレジストを形成することと、
前記エッチングストッパ層の、前記フォトレジストで覆われていない部分を除去して、所定パターンのエッチングストッパ層を形成することと、
前記無機材料の、前記所定パターンのエッチングストッパ層で覆われていない部分をエッチングにより除去することと、を含む、請求項１または２に記載のマスクの作成方法。
【請求項4】
前記無機材料の、前記所定パターンのエッチングストッパ層で覆われていない部分は、反応性イオンエッチングにより除去される、請求項３に記載のマスクの作成方法。
【請求項5】
前記エッチングストッパ層は、前記反応性イオンエッチングに対して耐性を有する材料から成る、請求項４に記載のマスクの作成方法。
【請求項6】
前記エッチングストッパ層はＮｉおよび／またはＮｉＦｅから成る、請求項３から５のいずれか１項に記載のマスクの作成方法。
【請求項7】
前記無機材料の、前記所定パターンのエッチングストッパ層で覆われていない部分をエッチングにより除去した後、前記無機材料を前記アルカリ溶液によって狭小化する前に、前記エッチングストッパ層を除去する、請求項３から６のいずれか１項に記載のマスクの作成方法。
【請求項8】
前記無機材料は、Al2O3、ZnO、SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb3O4、MgO、Nb2O5、Ta2O5、TiO2、WO3から選択された無機酸化物、またはこれらの２以上の組み合わせからなる、請求項１から７のいずれか１項に記載のマスクの作成方法。
【請求項9】
前記基板の上にアルカリ溶液に可溶な無機材料を成膜するステップでは、前記アルカリ溶液に対するエッチングレートが相対的に早い第１の無機材料と、前記アルカリ溶液に対するエッチングレートが相対的に遅い第２の無機材料と、をこの順に形成する、請求項１から８のいずれか１項に記載のマスクの作成方法。
【請求項10】
前記第１の無機材料は低温原子層蒸着法により形成され、
前記第２の無機材料は高温原子層蒸着法により形成される、請求項９に記載のマスクの作成方法。
前記第２の無機材料は高温原子層蒸着法により形成される、請求項９に記載のマスクの作成方法。
【請求項11】
請求項１から１０のいずれか１項に記載のマスクの作成方法により、第１の薄膜が形成された基板の上に、アルカリ溶液に可溶な無機材料を有するマスクを作成するステップと、
前記第１の薄膜の該マスクで覆われていない部分を除去して、前記第１の薄膜をパターニングするステップと、を含む、薄膜のパターニング方法。
前記第１の薄膜の該マスクで覆われていない部分を除去して、前記第１の薄膜をパターニングするステップと、を含む、薄膜のパターニング方法。
【請求項12】
前記第１の薄膜をパターニングした後、前記マスクをアルカリ溶液によって除去することを含む、請求項１１に記載の薄膜のパターニング方法。
【請求項13】
前記第１の薄膜をパターニングするステップの後に、前記第１の薄膜が除去された部分および前記マスク上に前記第２の薄膜を形成することを含む、請求項１１または１２に記載の薄膜のパターニング方法。
【請求項14】
前記第２の薄膜を形成した後に、前記マスク上に形成された前記第２の薄膜の少なくとも一部が露出するように、前記基板の上に形成された前記第２の薄膜をレジストで覆うステップと、
前記マスク上で前記レジストから露出している前記第２の薄膜の一部を除去して前記マスクの一部を露出させるステップと、
アルカリ溶液によって前記マスクを除去して、前記第１の薄膜と前記レジストとの間に空間を形成するステップと、
前記レジストとともに、前記マスク上に形成されていた、前記レジストに付着した前記第２の薄膜を除去するステップと、を含む、請求項１３に記載の薄膜のパターニング方法。
前記マスク上で前記レジストから露出している前記第２の薄膜の一部を除去して前記マスクの一部を露出させるステップと、
アルカリ溶液によって前記マスクを除去して、前記第１の薄膜と前記レジストとの間に空間を形成するステップと、
前記レジストとともに、前記マスク上に形成されていた、前記レジストに付着した前記第２の薄膜を除去するステップと、を含む、請求項１３に記載の薄膜のパターニング方法。
【請求項15】
前記レジストに付着した前記第２の薄膜を除去するステップは、前記第１の薄膜をパターニングするステップにおいて前記マスク上に付着した付着物を除去することを含む、請求項１４に記載の薄膜のパターニング方法。
【請求項16】
請求項１１から１５のいずれか１項に記載の方法を用いて薄膜をパターニングするステップを含むマイクロデバイスの製造方法。
【請求項17】
基板の上に、外部磁場に応じて電気抵抗が変化する積層膜を成膜するステップと、
前記積層膜の上にアルカリ溶液に可溶な無機材料を成膜するステップと、
前記無機材料を所定パターンに形成するステップと、
前記無機材料を前記アルカリ溶液によって狭小化してマスクを形成するステップと、
前記積層膜の前記マスクで覆われていない部分を除去するステップと、を含む、薄膜磁気ヘッドの製造方法。
前記積層膜の上にアルカリ溶液に可溶な無機材料を成膜するステップと、
前記無機材料を所定パターンに形成するステップと、
前記無機材料を前記アルカリ溶液によって狭小化してマスクを形成するステップと、
前記積層膜の前記マスクで覆われていない部分を除去するステップと、を含む、薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板の上に薄膜をパターニングするためのマスクの作成方法、このマスクを用いた薄膜のパターニング方法、当該方法を利用したマイクロデバイス、例えば薄膜磁気ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、磁気記録装置に用いられる薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバイスは、基板の上に形成された薄膜を所定の形状にパターニングすることによって製造される。具体的には、各膜は、めっき法やスパッタ法などの成膜技術、フォトリソグラフィ法のようなパターニング技術、エッチングならびに化学機械研磨（ＣＭＰ）法などの除去技術を使用して形成される。
【0003】
基板上に形成された薄膜のパターニングには、例えば、フォトリソグラフィ法が利用される。具体的には、まず、基板の上に薄膜を塗布し、この薄膜上にフォトレジストを塗布する。そして、所定の開口パターンを有するフォトマスクを用いて、フォトレジストを所定のパターンに露光する。その後、フォトレジストを現像することにより、所定パターンのフォトレジストを薄膜上に形成する。それから、フォトレジストで覆われていない薄膜の部分を、エッチングなどにより除去することで、薄膜を所定の形状にパターニングすることができる。
【0004】
上記薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバイスでは、基板の上に形成される薄膜を微小にパターニングしたいという要望がある。
【0005】
しかしながら、フォトリソグラフィ法を用いたパターンニングでは、パターンニングされる薄膜の狭小化のサイズに下限が生じる。すなわち、光学的理論限界、つまり回折限界によって、フォトレジストへの露光パターンの狭小化に限界がある。このため、比較的幅広なフォトレジストパターンしか形成することができず、その結果、パターンニングされる薄膜の狭小化について限界があった。
【0006】
特許文献１は、より狭小なパターンを有するレジストパターンを作製する方法、および薄膜パターンを狭小化する方法を開示している。具体的には、基板上に被ミリング薄膜を形成する。次いで、被ミリング薄膜上にポリメチルグルタルイミド（ＰＭＧＩ）層を塗布する。次いで、ＰＭＧＩ層上にフォトレジスト層を塗布する。その後、所定パターンのマスクを介して、フォトレジスト層を例えば紫外線（ＵＶ）によって露光する。次いで、フォトレジスト層に対して現像処理を行うとともに、フォトレジスト層から露出したＰＭＧＩ層をアルカリ水溶液などで除去することによって、プレレジストパターンを得る。その後、プレレジストパターンに対してアッシング処理を施して、プレレジストパターンを狭小化する。
【0007】
上記のように、フォトリソグラフィ法によって形成されたプレレジストパターンにアッシング処理を施すことによって、光学的理論限界よりも狭小なレジストパターンを得ることが出来る。このレジストパターンを用いて、被ミリング薄膜をパターニングすることで、より微細なパターニングが可能である。また、プレレジストパターンの下部、つまりＰＭＧＩ層がアッシングにより比較的小さくなり、Ｔ字形状のプレレジストパターンが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２００２−１１６５５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献１では、アッシング処理でプレレジストパターンを狭小化しマスクを形成するため、プレレジストパターンはＰＭＧＩのような有機材料からなる。しかしながら、有機材料は比較的強度が低く、狭小化されたマスクが不安定になり易い。その結果、マスクが傾いたり倒れたりすることもある。特に、Ｔ字型のプレレジストパターンを作成する場合には、狭小化されたマスクはより不安定になる。
【0010】
一般的に、ウエハ上で多数のマイクロデバイスが一括して作成されることが多い。アッシング処理では、ウエハの中央部と外周部でアッシングによるプレレジストパターンの有機材料の狭小化の程度に差が生じ易い。その結果、狭小化されたマスクの幅にばらつきが生じ、このマスクを用いてパターニングされた薄膜の幅や形状にばらつきが生じることがある。
【0011】
したがって、より安定的に薄膜をパターニングするためのマスクの作成方法、およびこのマスクを用いたパターニング法が望まれる。このような方法は、薄膜磁気ヘッドなどのマイクロデバイスの製造に好適に利用できる。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、薄膜をパターニングするためのマスクの作成方法に関する。この方法は、基板の上にアルカリ溶液に可溶な無機材料を成膜するステップと、前記無機材料を所定のパターンに形成するステップと、前記無機材料を前記アルカリ溶液によって狭小化してマスクを形成するステップと、を含む。前記無機材料を所定のパターンに形成する方法は、一例としてフォトリソグラフィ法であってよい。
【0013】
本発明の薄膜のパターニング方法は、上記のマスクの作成方法により、第１の薄膜が形成された基板の上にアルカリ溶液に可溶な無機材料を有するマスクを作成するステップと、前記第１の薄膜の該マスクで覆われていない部分を除去して前記第１の薄膜をパターニングするステップと、を含む。
【0014】
また、本発明は、上記の方法を用いて薄膜を所定の形状にパターニングするステップを含むマイクロデバイスの製造方法も含んでいる。マイクロデバイスは、一例として薄膜磁気ヘッドであって良い。
【0015】
上記方法では、例えばフォトリソグラフィ法を含む方法により形成された所定のパターンの無機材料を、アルカリ溶液によって狭小化し、第１の薄膜をパターニングする際のマスクとして利用することができる。無機材料は、一般に、有機材料よりも強度が高いため、狭小化されてマスクとして用いられたときの安定性が高いという利点がある。その結果、マスクが傾いたり倒れたりすることを防止できる。
【0016】
また、ガスによるアッシングではなく、アルカリ溶液によって無機材料を狭小化するため、ウエハで一括して第１の薄膜をパターニングする際にも、ウエハの中央部と外周部とでパターニングされた薄膜の幅や形状にばらつきが生じることが抑制される。
【0017】
本発明の上記及び他の目的、特徴、利点は、本発明を例示した添付の図面を参照する以下の説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】ＭＲ素子を含む磁気ヘッドの概略断面図である。
【図2】エアベアリング面から見たＭＲ素子の概略平面図である。
【図3】第１の実施形態に係るマスクの作成方法のフローチャートである。
【図5】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るマスクの作成方法の一ステップを示す図である。
【図17】（ａ）〜（ｃ）は、マスクの除去方法の一ステップを示す図である。
【図21】（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施形態に係るマスクの作成方法の一ステップを示す図である。
【図25】（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施形態における方法で作成されたマスクの除去方法の一ステップを示す図である。
【図27】（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施形態における方法で作成されたマスクを用いた読出素子の製造方法の一ステップを示す図である。
【図28】本発明の磁気抵抗効果素子の製造に係るウエハの平面図である。
【図29】本発明のスライダの斜視図である。
【図30】本発明のスライダが組込まれたヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリの斜視図である。
【図31】本発明のスライダが組込まれたヘッドアームアセンブリの側方図である。
【図32】本発明のスライダが組込まれたハードディスク装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下では、薄膜をパターニングするためのマスクの作成方法、薄膜のパターニング方法およびマイクロデバイスの製造方法を、薄膜磁気ヘッドに用いられる磁気抵抗効果（ＭＲ）素子等の製造を例に挙げて説明する。本発明は、薄膜磁気ヘッドのみならず、任意のマイクロデバイスの製造に適用できる。
【0020】
まず、本発明の方法を用いて製造されるＭＲ素子を含んだ薄膜磁気ヘッドの構成の一例について説明する。図１は、エアベアリング面２００に直交する面における、薄膜磁気ヘッド２９１の概略断面図である。ここで、エアベアリング面２００とは、記録媒体２６２の信号を読み取る際に、記録媒体２６２と対向する薄膜磁気ヘッド２９１の一面のことである。
【0021】
薄膜磁気ヘッド２９１は、記録媒体２６２に磁気情報を書き込む書込素子２９３と、記録媒体２６２に書き込まれた磁気情報を読み出す読出素子１０と、を有している。この代わりに、薄膜磁気ヘッド２９１は、読出素子１０のみを有するものであっても良い。
【0022】
図２は、エアベアリング面２００から見た読出素子１０の一面を示している。読出素子１０は、磁気抵抗効果素子２０と、ＭＲ素子２０の膜面直交方向ＰにＭＲ素子２０を挟んで設けられた、下部及び上部シールド層４０，５０と、を有している。
【0023】
ＭＲ素子２０のトラック幅方向Ｔの両側には、ＭＲ素子２０にバイアス磁界を印加する磁性層８２が設けられている。ここで、トラック幅方向Ｔとは、ＭＲ素子２０が記録媒体２６２に面しているときに、記録媒体２６２の記録トラックが延在している方向に直交する方向である（図２参照）。磁性層８２と下部シールド層４０との間、および磁性層８２とＭＲ素子２０との間には、絶縁層８０が設けられている。
【0024】
ＭＲ素子２０としては、センス電流を素子の膜面と平行方向に流すＣＩＰ(Current In Plane)素子や、センス電流を素子の膜面と直交する方向Ｐに流すＣＰＰ(Current Perpendicular to the Plane)素子がある。一例として、ＣＰＰ素子は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁性層（フリー層）と、磁化方向が固定された磁性層（ピンド層）と、ピンド層とフリー層との間に挟まれた非磁性中間層と、を含む積層体からなる。また、ピンド層の磁化方向を固定するため、積層体は反強磁性層（ピンニング層）を備えている。フリー層の磁化方向は外部磁界に応じて変化し、ピンド層の磁化方向とのなす相対角度が変化する。これによりＭＲ素子２０の電気抵抗が変化する。この性質を利用して、ＭＲ素子２０は外部磁界を検出できる。この例に限定されず、ＭＲ素子２０は、磁気抵抗効果を示す素子であれば、どのような構成であっても良い。
【0025】
次に、図１を参照して、書込素子２９３の構成について詳細に説明する。書込素子２９３は、読出素子１０の上に、スパッタ法等によって形成された素子間シールド１２６を介して設けられている。書込素子２９３はいわゆる垂直磁気記録用の構成を有している。書込のための磁極層は主磁極層１２１と補助磁極層１２２とからなる。これらの磁極層１２１，１２２は、フレームめっき法等によって形成される。主磁極層１２１は、例えばＦｅＣｏから形成され、エアベアリング面２００において、エアベアリング面２００とほぼ直交する向きで露出している。主磁極層１２１の周囲には、絶縁材料からなるギャップ層１２４の上を延びるコイル層１２３が巻回しており、コイル層１２３によって主磁極層１２１に磁束が誘導される。コイル層１２３は、フレームめっき法等によって形成される。この磁束は、主磁極層１２１の内部に導かれ、エアベアリング面２００から記録媒体２６２に向けて延びている。主磁極層１２１は、エアベアリング面２００付近で、膜面直交方向Ｐだけでなく、トラック幅方向Ｔ（図１における紙面直交方向。）にも絞られており、高記録密度化に対応した微細で強い書込磁界を発生する。
【0026】
補助磁極層１２２は主磁極層１２１と磁気的に結合した磁性層である。補助磁極層１２２は主磁極層１２１から分岐して設けられ、エアベアリング面２００側ではギャップ層１２４及びコイル絶縁層１２５を介して主磁極層１２１と対向している。補助磁極層１２２のエアベアリング面２００側の端部は、補助磁極層１２２の他の部分より層断面が広いトレーリングシールド部を形成している。このような補助磁極層１２２を設けることによって、エアベアリング面２００近傍において、補助磁極層１２２と主磁極層１２１との間の磁界勾配がより急峻になる。
【0027】
以下、本発明のマスクの作成方法、薄膜のパターニング方法およびマイクロデバイスの製造方法の好適な第１の実施形態を、上記の薄膜磁気ヘッドに用いられるＭＲ素子等の製造方法を例に挙げて説明する。本実施形態では、多数個取りのウエハ（図２８も参照）上で、ＭＲ素子２０を形成することが好ましい。
【0028】
図５（ａ），図５（ｂ），図５（ｃ）〜図１５（ａ），図１５（ｂ），図１５（ｃ）および図１７（ａ），図１７（ｂ），図１７（ｃ）〜図２０（ａ），図２０（ｂ），図２０（ｃ）は、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスにおけるＭＲ素子等を形成するための薄膜のパターニングの一連のステップを示している。これらの図のうち、図５（ａ），図５（ｂ），図５（ｃ）〜図１３（ａ），図１３（ｂ），図１３（ｃ）は、第１の実施形態に係るマスクの作成方法を示しており、図３はそのマスクの作成方法のフローチャートを示している。また、図１４（ａ），図１４（ｂ），図１４（ｃ）および図１５（ａ），図１５（ｂ），図１５（ｃ）は、当該マスクを用いた薄膜のパターニング方法を示している。図１７（ａ），図１７（ｂ），図１７（ｃ）〜図２０（ａ），図２０（ｂ），図２０（ｃ）は、マスクの除去方法を示しており、図１６に当該マスクの除去方法のフローチャートが示されている。
【0029】
なお、図５（ａ）、図６（ａ）・・・図１５（ａ），図１７（ａ），図１８（ａ）・・・図２０（ａ）は、マイクロデバイスの断面図、例えば、薄膜磁気ヘッド２９１のエアベアリング面２００となるべき面に沿ったウエハの断面図である。図５（ｂ）、図６（ｂ）・・・図１５（ｂ），図１７（ｂ），図１８（ｂ）・・・図２０（ｂ）は、上記マイクロデバイスの断面と直交する方向に切ったウエハの断面図、例えば、上記薄膜磁気ヘッド２９１のエアベアリング面２００となるべき面と直交する方向３００に切ったウエハの断面図である。図５（ｃ）、図６（ｃ）・・・図１５（ｃ），図１７（ｃ），図１８（ｃ）・・・図２０（ｃ）は、マイクロデバイスの上面図、例えば、薄膜磁気ヘッド２９１のウエハの上面図である。
【0030】
まず、図５（ａ），図５（ｂ），図５（ｃ）に示すように、基板４０の上に、第１の薄膜２０を成膜する。第１の薄膜２０は、例えばスパッタリングにより堆積される。なお、基板とは、基板単体のみならず、基板上において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も含む。マイクロデバイスとして薄膜磁気ヘッドを製造する目的では、基板４０を下部シールド層４０に、第１の薄膜２０を外部磁場に応じて電気抵抗が変化する積層膜２０に置き換えれば良い。一例として、積層膜２０は、外部磁界に対して磁化方向が固定された下部磁性層と、非磁性中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する上部磁性層とを含んでおり、外部磁場に応じて電気抵抗が変化する。以下の説明では、“基板”の代わりに“下部シールド層”と称し、“第１の薄膜”の代わりに“積層膜”と称することがある。
【0031】
次に、上記の第１の薄膜２０をパターニングするためのマスクを作成する（図３も参照）。まず、図６（ａ），図６（ｂ），図６（ｃ）に示すように、第１の薄膜２０が形成された基板４０の上に、アルカリ溶液に可溶な無機材料６２を成膜する（ステップＳ１）。無機材料６２は例えば低温原子層蒸着法または高温原子層蒸着法により形成できる。無機材料６２は、Al2O3、ZnO、SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb3O4、MgO、Nb2O5、Ta2O5、TiO2、WO3から選択された無機酸化物、またはこれらの２以上の組み合わせを用いることができる。
【0032】
次に、無機材料６２を所定パターンに形成する（ステップＳ２）。無機材料６２を所定パターンに形成する方法の好ましい一例が、図４のフローチャートに示されている。
【0033】
具体的には、まず、図７（ａ），図７（ｂ），図７（ｃ）に示すように、無機材料６２の上にエッチングストッパ層６４を成膜する（ステップＳ２１）。エッチングストッパ層６４は、後に無機材料６２をエッチングする際に、エッチング耐性を有する材料を用いる。
【0034】
次に、図８（ａ），図８（ｂ），図８（ｃ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法によってエッチングストッパ層６４の上に所定パターンのフォトレジスト６６を形成する（ステップＳ２２）。フォトレジスト６６は、ポジ型レジストであっても良く、ネガ型レジストであっても良い。また、フォトレジスト６６は、モノレイヤー型のものであってもバイレイヤー型のものであってもよい。
【0035】
次に、図９（ａ），図９（ｂ），図９（ｃ）に示すように、エッチングストッパ層６４の、フォトレジスト６６で覆われていない部分を除去して、所定パターンのエッチングストッパ層６４を形成する（ステップＳ２３）。エッチングストッパ層６４は、フォトレジスト６６のパターンに対応するパターンに形成される。エッチングストッパ層６４は例えばミリングによって除去することができる。
【0036】
次に、図１０（ａ），図１０（ｂ），図１０（ｃ）に示すように、必要であれば、エッチングストッパ層６４上のフォトレジスト６６を除去する。フォトレジスト６６は、リフトオフ法によって除去することができる。この段階に限らず、フォトレジスト６６の除去は、適当な段階で行うことができる。特に、フォトレジスト６６の除去は、好ましくは後に説明する第１の薄膜２０のパターニングの前、より好ましくは無機材料６２の狭少化の前までに行うことができる。
【0037】
次に、図１１（ａ），図１１（ｂ），図１１（ｃ）に示すように、無機材料６２の、エッチングストッパ層６４で覆われていない部分をエッチングにより除去する（ステップＳ２４）。無機材料６２は例えば反応性イオンエッチングにより除去することができる。この場合、エッチングストッパ層６４としては、反応性イオンエッチングに対して耐性を有する材料を用いることが好ましい。一例として、エッチングストッパ層６４は、Ｎｉおよび／またはＮｉＦｅを用いることができる。
【0038】
無機材料６２の、所定パターンのエッチングストッパ層６４で覆われていない部分をエッチングにより除去した後であって、無機材料６２をアルカリ溶液によって狭小化する後述のステップＳ３の前に、エッチングストッパ層６４を除去することが好ましい（図１２（ａ），図１２（ｂ），図１２（ｃ）参照）。エッチングストッパ層６４は例えばＦｅＣｌ2によるエッチングで除去できる。エッチングストッパ層６４は、第１の薄膜２０のパターニングが終わった後に、無機材料６２からなるマスクとともに除去しても良い。マスクの除去については後述する。
【0039】
この後、図１３（ａ），図１３（ｂ），図１３（ｃ）に示すように、所定パターンの無機材料６２をアルカリ溶液によって狭小化してマスク６３を形成する（ステップＳ３）。アルカリ溶液は、無機材料６２を狭小化できるものであれば、無機現像液や有機現像液などのどのような材料でも使用できる。例えばアルカリ溶液として水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）水溶液を用いることができる。
【0040】
アルカリ溶液は、無機材料６２の大きさを調節する目的のため、エッチングレートが小さいもの、例えば比較的濃度が薄いものであることが好ましい。上記のように狭小化されたマスク６３は、第１の薄膜２０をパターニングする際のマスクとして利用することができる。マスク６３を構成する無機材料は、一般に、有機材料よりも強度が高いため、狭小化されマスクとして用いられたときの安定性が高いという利点がある。その結果、マスク６３が傾いたり倒れたりすることを防止できる。
【0041】
また、ガスによるアッシングではなく、アルカリ溶液によって無機材料６２を狭小化し、マスク６３を形成するため、ウエハ上で一括して第１の薄膜２０をパターニングする際にも、ウエハの中央部と外周部とでマスク６３の幅や形状にばらつきが生じることを抑制できる。その結果、このマスク６３を使用してパターニングされた薄膜やマイクロデバイスの形状のばらつきが抑制される。
【0042】
無機材料６２の上にエッチングストッパ層６４が残っていれば、無機材料６２の狭小化の処理の際に、無機材料６２の高さの低下を防止することができる。この場合、マスク６３を使用する際に十分な厚みを確保し易いという利点がある。
【0043】
次に、上記のように狭小化されたマスク６３を用いて、第１の薄膜２０をパターニングする方法について説明する。図１４（ａ），図１４（ｂ），図１４（ｃ）に示すように、第１の薄膜２０のマスク６３で覆われていない部分を除去する。これにより、基板４０上の第１の薄膜２０を所定の形状にパターニングすることができる。ここでは、第１の薄膜２０のトラック幅方向Ｔの両側が除去されている。これにより、第１の薄膜２０、例えばＭＲ素子のトラック幅方向Ｔの幅を部分的に狭小化することができる。この際に、マスク６３の周囲に第１の薄膜２０（以下「第１の薄膜２０ａ」と称する）が付着する。
【0044】
第１の薄膜２０の除去は、例えばイオンビームミリングによって行うことができる。この場合、マスク６３は、イオンビームミリングで削られ難い材料、例えばアルミナ（Al2O3）からなることが好ましい。
【0045】
次に、図１５（ａ），図１５（ｂ），図１５（ｃ）に示すように、絶縁層８０および磁性層８２（まとめて「第２の薄膜８０,８２」と称することがある）を第１の薄膜２０が除去された部分に形成する。なお、このとき、マスク６３に付着した第１の薄膜２０ａの周囲にも、第２の薄膜８０，８２（以下「第２の薄膜８０ａ，８２ａ」と称する）が付着する（以下、マスク６３に付着した「第１の薄膜２０ａ」および「第２の薄膜８０ａ，８２ａ」をまとめて「マスクへの付着物２０ａ，８０ａ，８２ａ」と称する）。図２に示すＭＲ素子２０以外のマイクロデバイスの製造においては、その構成に応じて、第１の薄膜２０および第２の薄膜８０，８２の材料を適宜選択すれば良い。
【0046】
次に、第１の薄膜２０を所定のパターンに形成するためのマスク６３を除去する。マスク６３はアルカリ溶液によって除去することが好ましい。マスク６３の除去の好ましい工程を、図１６のフローチャートおよび図１７（ａ），図１７（ｂ），図１７（ｃ）〜図２０（ａ），図２０（ｂ），図２０（ｃ）を参照して説明する。
【0047】
まず、図１７（ａ），図１７（ｂ），図１７（ｃ）に示すように、第２の薄膜８０，８２を形成した後に、マスク６３上に形成された第２の薄膜８０ａ，８２ａの少なくとも一部が露出するように、第２の薄膜８０，８２をレジスト６８で覆う（ステップＳ４）。レジスト６８は、ステップＳ５におけるミリング及びアルカリ溶液に耐性を有する材料からなることが好ましい。
【0048】
次に、図１８（ａ），図１８（ｂ），図１８（ｃ）に示すように、マスク６３上でレジスト６８から露出している第２の薄膜８０ａ，８２ａの一部を除去してマスク６３の一部を露出させる（ステップＳ５）。第２の薄膜８０ａ，８２ａの除去は、ミリングによって行うことができる。
【0049】
次に、図１９（ａ），図１９（ｂ），図１９（ｃ）に示すように、アルカリ溶液によってマスク６３を除去して、第１の薄膜２０とレジスト６８との間に空間９８を形成する（ステップＳ６）。アルカリ溶液によって、マスク６３を除去するため、図１９（ａ）および図１９（ｂ）に示す狭い空間９８に存在していたマスク６３を除去することができる。本ステップでは、マスク６３を全て除去するために、エッチングレートが早いアルカリ溶液を使用することが好ましい。
【0050】
次に、図２０（ａ），図２０（ｂ），図２０（ｃ）に示すように、レジスト６８とともに、レジスト６８に付着した、マスクへの付着物２０ａ，８０ａ，８２ａを除去する（ステップＳ７）。レジスト６８の除去は、例えばリフトオフ法によって行うことができる。上記のように、第１の薄膜２０とレジスト６８との間に空間９８を形成しておくことで、容易にレジスト６８およびレジスト６８に付着したマスクへの付着物２０ａ，８０ａ，８２ａを除去することができる。
【0051】
この後、薄膜磁気ヘッド２９１を製造する場合には、第１の薄膜（ＭＲ素子）２０および第２の薄膜８０,８２の上に例えばめっき法により上部シールド層５０を形成する。これにより、図２に示す読出素子１０が形成される。
【0052】
図１に示す薄膜磁気ヘッド２９１を製造するには、上記の読出素子１０の上に書込素子２９３を形成する。そして、読出素子１０および書込素子２９３が形成されたウエハをバーに切断し、研磨によってエアベアリング面２００を露出させる。さらに、バーをスライダに分離し、洗浄、検査等の工程を経て、スライダが完成する（図２９も参照）。
【0053】
次に、本発明のマスクの作成方法、薄膜のパターニング方法およびマイクロデバイスの製造方法の好適な第２の実施形態を、薄膜磁気ヘッドに用いられるＭＲ素子等の製造方法を例に挙げて説明する。図２１（ａ），図２１（ｂ），図２１（ｃ）〜図２７（ａ），図２７（ｂ），図２７（ｃ）は、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスにおけるＭＲ素子等を形成するための薄膜のパターニングの一連のステップを示している。これらの図のうち、図２１（ａ），図２１（ｂ），図２１（ｃ）〜図２４（ａ），図２４（ｂ），図２４（ｃ）は、第２の実施形態に係るマスクの作成方法を示している。また、図２５（ａ），図２５（ｂ），図２５（ｃ）〜図２７（ａ），図２７（ｂ），図２７（ｃ）は、当該マスクを用いた薄膜のパターニング方法を示している。
【0054】
なお、図２１（ａ）、図２２（ａ）・・・図２７（ａ）は、マイクロデバイスの断面図、例えば、薄膜磁気ヘッド２９１のエアベアリング面２００となるべき面に沿ったウエハの断面図である。図２１（ｂ）、図２２（ｂ）・・・図２７（ｂ）は、上記マイクロデバイスの断面と直交する方向に切った断面図、例えば、上記薄膜磁気ヘッド２９１のエアベアリング面２００となるべき面と直交する方向３００に切ったウエハの断面図である。図２１（ｃ）、図２２（ｃ）・・・図２７（ｃ）は、マイクロデバイスの上面図、例えば、薄膜磁気ヘッド２９１のウエハの上面図である。
【0055】
まず、図２１（ａ），図２１（ｂ），図２１（ｃ）に示すように、第１の実施形態と同様に、基板４０の上に、第１の薄膜２０を成膜する。第１の薄膜２０は、例えばスパッタリングにより堆積される。なお、基板とは、基板単体のみならず、基板上において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も含む。マイクロデバイスとして薄膜磁気ヘッドを製造する目的では、基板４０を下部シールド層４０に、第１の薄膜２０を外部磁場に応じて電気抵抗が変化する積層膜２０に置き換えれば良い。一例として、積層膜２０は、外部磁界に対して磁化方向が固定された下部磁性層と、非磁性中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する上部磁性層とを含んでおり、外部磁場に応じて電気抵抗が変化する。以下の説明では、“基板”の代わりに“下部シールド層”と称し、“第１の薄膜”の代わりに“積層膜”と称することがある。
【0056】
次に、上記の第１の薄膜２０をパターニングするためのマスクを作成する。まず、図２２（ａ），図２２（ｂ），図２２（ｃ）に示すように、第１の薄膜２０が形成された基板４０の上に、アルカリ溶液に可溶な無機材料６２ａ，６２ｂを成膜する（ステップＳ１）。ここで、本実施形態では、無機材料は、アルカリ溶液に対するエッチングレートが相対的に早い第１の無機材料６２ａと、アルカリ溶液に対するエッチングレートが相対的に遅い第２の無機材料６２ｂと、をこの順に形成する。
【0057】
第１の無機材料６２ａおよび第２の無機材料６２ｂは、例えば、Al2O3、ZnO、SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb3O4、MgO、Nb2O5、Ta2O5、TiO2、WO3から選択された無機酸化物、またはこれらの２以上の組み合わせからなる。第１および第２の無機材料６２ａ，６２ｂのエッチングレートは、材料の選択や無機材料の形成方法によって調節できる。例えば、第１の無機材料６２ａおよび第２の無機材料６２ｂをAl2O3とし、第１の無機材料６２ａは低温原子層蒸着法により形成し、第２の無機材料６２ｂは高温原子層蒸着法により形成する。これにより、第１の無機材料６２ａと第２の無機材料６２ｂの密度が異なり、エッチングレートに差を付けることができる。
【0058】
次に、第１の無機材料６２ａおよび第２の無機材料６２ｂを所定パターンに形成する（ステップＳ２）。本ステップＳ２は、第１の実施形態と同様に行うことができる（図４および図７（ａ），図７（ｂ），図７（ｃ）〜図１２（ａ），図１２（ｂ），図１２（ｃ）も参照）。ここでは、本ステップＳ２の詳細な説明は省略する。本ステップの終了後、図２３（ａ），図２３（ｂ），図２３（ｃ）に示す所定パターンの第１の無機材料６２ａおよび第２の無機材料６２ｂが形成されている。
【0059】
この後、図２４（ａ），図２４（ｂ），図２４（ｃ）に示すように、第１の無機材料６２ａおよび第２の無機材料６２ｂをアルカリ溶液によって狭小化してマスク６３ａ，６３ｂを形成する（ステップＳ３）。アルカリ溶液は、第１の無機材料６２ａ，第２の無機材料６２ｂを狭小化できるものであれば、どのような材料でも使用できる。
【0060】
ここで、第１の無機材料６２ａは、第２の無機材料６２ｂよりもエッチングレートが早いため、第２の無機材料６２ｂよりも狭小となる。これにより、マスク６３ａ，６３ｂ全体が実質的にＴ字形状となる。このようにして、Ｔ字形状のマスク６３ａ，６３ｂは、第１の薄膜２０をパターニングするマスクとして利用することができる。この場合、マスク６３ａがマスク６３ｂよりも小さいため、マスク６３ａ，６３ｂが、第１の薄膜２０と結合し難くなり、除去が容易となるという利点がある。
【0061】
この後、第１の実施形態と同様に、図２５（ａ），図２５（ｂ），図２５（ｃ）に示すように、第１の薄膜２０のマスク６３ａ，６３ｂで覆われていない部分を除去する。この際に、マスク６３ａ，６３ｂの周囲に第１の薄膜２０（以下「第１の薄膜２０ａ」と称する）が付着する。それから、第２の薄膜としての絶縁層８０および磁性層８２を第１の薄膜２０の除去した部分に形成する。
【0062】
このとき、マスク６３ａ，６３ｂに付着した第１の薄膜２０ａの周りにも、第２の薄膜８０，８２が付着する（以下「第２の薄膜８０ａ，８２ａ」と称する）。ここで、本実施形態では、マスク６３ａがマスク６３ｂよりも小さいため、マスク６３ａ，６３ｂ上に形成された第１の薄膜２０ａ、第２の薄膜８０ａ，８２ａ（以下「第１の薄膜２０ａ」および「第２の薄膜８０ａ，８２ａ」をまとめて「マスクへの付着物２０ａ，８０ａ，８２ａ」と称する）が、第１の薄膜（ＭＲ素子）２０の両側に堆積された第２の薄膜８０，８２と結合し難くなるという利点がある。
【0063】
次に、図２６（ａ），図２６（ｂ），図２６（ｃ）に示すように、マスク６３ａ，６３ｂを、例えばリフトオフ法により除去し、その後、マスクへの付着物２０ａ，８０ａ，８２ａを除去する。マスク６３ａ，６３ｂおよびマスクへの付着物２０ａ，８０ａ，８２ａは、第１の実施形態と同様に、図１６に示すフローチャートに従って除去することができる。上述したように、マスクへの付着物２０ａ，８０ａ，８２ａと、基板４０の上の第２の薄膜８０，８２との間の結合力は小さくなっているため、マスクへの付着物２０ａ，８０ａ，８２ａを容易に除去することができる。
【0064】
この後、図２７（ａ），図２７（ｂ），図２７（ｃ）に示すように、磁性層８２および第１の薄膜（ＭＲ素子）２０の上に、例えばめっき法により上部シールド層５０を形成する。これにより、図２に示す読出素子１０が形成される。
【0065】
図１に示す薄膜磁気ヘッド２９１を製造するには、第１の実施形態で説明したように、上記の読出素子１０の上に書込素子２９３を形成すれば良い。
【0066】
次に、上述した薄膜磁気ヘッド２９１の製造に用いられるウエハについて説明する。図２８を参照すると、ウエハ１００には、少なくとも前述の薄膜磁気ヘッド２９１が成膜されている。ウエハ１００は、エアベアリング面を研磨加工する際の作業単位である、複数のバー１０１に分割される。バー１０１は、研磨加工後さらに切断されて、薄膜磁気ヘッド２９１を含むスライダ２１０に分離される。ウエハ１００には、ウエハ１００をバー１０１に、バー１０１をスライダ２１０に切断するための切り代（図示せず）が設けられている。
【0067】
図２９を参照すると、スライダ２１０は、ほぼ六面体形状をなしており、そのうちの一面は、例えばハードディスクのような記録媒体と対向するエアベアリング面２００となっている。図において、ｘ方向は上記のトラック幅方向Ｔに相当し、ｚ方向は上記の膜面直交方向Ｐに相当し、ｙ方向はｘ方向およびｚ方向に直交する方向に相当する。
【0068】
図３０を参照すると、ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、スライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１と、を備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された、板ばね状のロードビーム２２２と、ロードビーム２２２上に設けられたフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４と、を有している。フレクシャ２２３は、スライダ２１０に接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与える。フレクシャ２２３の、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【0069】
スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスク２６２に対向する。ハードディスク２６２が図３０におけるｚ方向に回転すると、ハードディスク２６２とスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、ｙ方向下向きに揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。スライダ２１０の空気流出側の端部（図２９における左下の端部）の近傍には、薄膜磁気ヘッド２９１が形成されている。
【0070】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０をアーム２３０に取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。アーム２３０は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック幅方向ｘに移動させる。アーム２３０の一端はベースプレート２２４に取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には軸受け部２３３が設けられている。アーム２３０は、軸受け部２３３に取り付けられた軸２３４によって回動自在に支持されている。アーム２３０及び、アーム２３０を駆動するボイスコイルモータは、アクチュエータを構成する。
【0071】
次に、図３１及び図３２を参照して、上述したスライダ２１０が組込まれたヘッドスタックアセンブリとハードディスク装置について説明する。ヘッドスタックアセンブリとは、複数のアーム２３０を有するキャリッジ２５１の各アーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられたものである。図３１はヘッドスタックアセンブリの側面図である。位置決め装置２５０としてのヘッドスタックアセンブリは、複数のアーム２３０を有するキャリッジ２５１を有している。各アーム２３０には、ヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１の、アーム２３０とは反対側に、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。ボイスコイルモータは、コイル２３１を介して互いに対向する永久磁石２６３を有している。
【0072】
図３２を参照すると、ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組込まれている。ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置されている。スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０及び上記アクチュエータは、位置決め装置に対応し、スライダ２１０を支持すると共に、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０は、アクチュエータによって、ハードディスク２６２のトラック幅方向に動かされ、ハードディスク２６２に対して位置決めされる。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッド２９１は、書込素子によってハードディスク２６２に情報を記録し、読出素子によってハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。
【0073】
本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲の趣旨または範囲から逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【0074】
２０ 第１の薄膜（ＭＲ素子）４０ 基板（下部シールド層）
５０ 上部シールド層
６２ 無機材料
６２ａ 第１の無機材料
６２ｂ 第２の無機材料
６３ マスク
６３ａ マスク
６３ｂ マスク
６４ エッチングストッパ層
６６ フォトレジスト
６８ レジスト
８０ 絶縁層
８２ 磁性層
９８ 空間
２００ エアベアリング面