製造垂直磁記錄寫頭的方法
2023-05-03 19:55:16
專利名稱：製造垂直磁記錄寫頭的方法
技術領域：
本發明總地涉及垂直磁記錄寫頭，尤其涉及製造磁記錄硬碟驅動器中使用的寫頭的寫極的方法。
背景技術：
垂直磁記錄，其中記錄位以垂直或離面(out-of-plane)取向存儲在記錄層中，是磁記錄硬碟驅動器中通向超高記錄密度的希望之路。如圖1A所示，「雙層」介質包括在形成於盤襯底上的「軟磁」或較低矯頑力導磁襯層(SUL)上的垂直磁數據記錄層(RL)。此類介質示出為具有單寫極(WP)型記錄頭。薄膜線圈(C)示出為在記錄頭的WP和返回極(RP)之間的部分中。通過線圈C的寫電流從WP感應磁場(通過虛線10示出)，該磁場經過RL(從而磁化WP下面的RL區域)、經過SUL提供的磁通返迴路徑並回到RP。記錄頭通常形成在氣墊滑塊上，滑塊的氣墊面(ABS)支承於介質的RL之上。在圖1A中，介質沿箭頭20所示的方向移動經過記錄頭。RL示出為具有垂直記錄或磁化的區域，相鄰區具有相反的磁化方向，如箭頭所示。相鄰的相反方向的磁化區之間的磁轉變可通過讀頭(未示出)檢測作為記錄位。
圖1A還示出具有尾屏蔽件突出部(trailing shield notch，TSN)的尾屏蔽件(TS)的截面，其靠近WP但通過非磁材料間隙與WP間隔開。通過非磁間隙與WP分隔開的TS的使用稍微改變了寫場的角度並使寫入更有效。TSN導致WP下方更強的磁場及磁頭所寫入的更銳利的磁轉變，這是所期望的。圖1B是圖1A的沿1B-1B方向的視圖並示出了基本定義RL中記錄的數據的道寬(TW)的WP的寬度。在跨道方向上TS顯著寬於WP，但TSN部分與WP寬度基本相同。圖2是透視圖，示出了WP、具有TSN的TS、以及具有RL和SUL的記錄介質之間的關係。圖3是從盤觀察的滑塊ABS的視圖，並且示出了部分寫頭，具有WP、TSN、以及WP與TSN之間的間隙的細節。WP具有基本平行於ABS的端部40和基本垂直於沿道方向並基本定義TW的尾邊緣42。
圖3示出了用於僅單個寫頭的WP、間隙層和TS。然而，多個寫頭利用半導體製造工藝從單個晶片同時製造。由於常規製造工藝，間隙通常包括氧化物掩模層(例如Al2O3或SiO2)，常規製造工藝中氧化物掩模層形成在用於形成WP的磁材料層之上。抗蝕劑形成在氧化物掩模之上並且該結構然後被離子研磨從而形成WP。去除抗蝕劑之後，氧化物掩模保留在WP之上。另外的導電間隙材料例如Ta或Rh的薄膜50可以可選地沉積在氧化物掩模之上，然後電鍍通常為NiFe的磁材料，從而形成TS的TSN和其餘部分。
用於構圖WP至所需形狀和TW的方法需要使用含矽硬掩模層，例如二氧化矽(SiO2)，其用於以所需形狀構圖抗蝕劑層以用於後續的WP構圖。硬掩模需要使用抗蝕劑層上的粘合層及含氟氣體中的反應離子蝕刻(RIE)。RIE工藝難以控制，使得難以在單個晶片上一致地構圖大量寫頭。另外，RIE的使用要求中斷製造工藝，因為晶片必須從RIE設備中移出以用於後續離子研磨從而形成WP。
所需要的是用於製造垂直磁記錄寫頭的寫極方法，所述方法不需要RIE或多處理站，並得到具有更精確定義的TW的寫極。
發明內容
本發明是用於製造垂直磁記錄寫頭中的寫極的方法。磁寫極材料層和非磁間隙材料層位於晶片上，從該晶片將製造多個寫頭。主抗蝕劑層(primaryresist layer)沉積在間隙層之上並且金屬掩模層沉積在主抗蝕劑層上而沒有中間粘合層。主抗蝕劑層是有機掩模材料，比如聚醯亞胺混合物，並且金屬掩模層可以是諸如鉭(Ta)、釕(Ru)或NiFe合金的金屬。成像抗蝕劑層(imaging resist layer)形成在金屬掩模層上並基本以寫極的所需形狀光刻構圖。然後在成像抗蝕劑圖案之上進行沒有反應氣體的離子研磨以構圖下面的金屬掩模層，該金屬掩模層後來用作掩模從而定義主抗蝕劑圖案的形狀。然後在金屬掩模圖案之上進行利用氧的離子研磨從而構圖下面的主抗蝕劑。晶片在該離子研磨步驟期間可以旋轉。然後在該主抗蝕劑圖案之上進行沒有反應氣體的離子研磨，通常是在晶片旋轉時進行，從而使下面的寫極和間隙層形成至所需形狀和道寬。所有的離子研磨步驟可以在單個室中進行，因此沒有工藝中斷。
為更充分理解本發明的本質和優點，應參考下面結合附圖的詳細說明。
圖1A是現有技術垂直磁記錄系統的示意圖；圖1B是沿圖1A的方向1B-1B的視圖並示出了基本定義RL中記錄的數據的道寬(TW)的WP寬度；圖2是透視圖，示出了對於圖1A的系統，WP、具有TSN的TS、以及具有RL的記錄介質之間的關係；圖3是對於圖1A的系統，從盤觀察的滑塊ABS的視圖，並且示出了WP、TSN、以及WP與TSN之間的間隙的部分細節；圖4A-4F示出了形成WP的現有技術方法中的步驟；圖5A-5F示出了利用本發明的方法形成WP的步驟。
具體實施例方式
圖4A-4F示出了用於形成WP的現有技術方法中的步驟。示於圖4A的結構包括「襯底」100，其通常是氧化鋁(Al2O3)層，沉積在從其製造多個讀/寫頭的晶片上。用於形成讀頭的層未示出且通常首先沉積在晶片上並將位於圖4A中的襯底100之下。磁材料的WP層110沉積在襯底上至與WP的所需厚度相應的厚度，通常在約150-250nm的範圍。WP層110通常是高磁矩磁材料例如CoFe或NiFe的疊層，並通過濺射或電鍍形成。氧化物掩模層(例如氧化鋁)全膜通常通過濺射沉積在WP層110之上，並在完成的寫頭中用作WP和TSN之間的間隙層120。氧化物掩模層可沉積20-80nm厚或約50nm厚。可用作間隙層120的其它非磁材料包括鉭氧化物、矽氧化物、矽氮化物和類金剛石碳。這裡稱為「抗蝕劑」的有機掩模材料層130，沉積並構圖在氧化物掩模層120和下面的WP層之上。抗蝕劑層130可以是光敏有機材料，只要它對在用於形成寫頭的其它光刻步驟中所使用的波長的輻射不敏感，或者可以是光不敏感有機材料如Durimide，可從Arch Chmicals Inc.得到的聚醯亞胺材料。抗蝕劑層130可以較厚，例如1000-1400nm厚或約1200nm厚。用於抗蝕劑層130的有機掩模材料應能夠通過使用O2或CO2的反應離子蝕刻或研磨去除。抗蝕劑層130是將被構圖的主抗蝕劑層並因而用作用於後續的WP構圖的掩模。含矽硬掩模層140(例如SiO2)形成在抗蝕劑層130之上。含矽硬掩模層140用來形成用於下面的抗蝕劑層130的圖案，抗蝕劑層130然後用作用於離子研磨所述結構以在WP層110中定義WP的掩模。含矽硬掩模層140可具有50-150nm或約100nm的厚度。薄的成像系統(TIS)抗蝕劑層160形成在薄的有機抗反射塗層(ARC)層150上，ARC層150可以是形成在硬掩模層140上的可溶溶液。ARC層150可以為50-130nm厚或約90nm厚。這裡提到的各種層的厚度僅是一般的並且根據所使用的具體材料可以在較寬的厚度範圍內。
圖4B示出了TIS抗蝕劑160的構圖和光學顯影之後的結構。構圖的成像抗蝕劑160基本定義WP的所需形狀。然後，圖4B的結構例如通過氧(O2)中的反應離子蝕刻(RIE)被蝕刻。這通過去除ARC層150在未被抗蝕劑層160覆蓋的區域中的部分而將抗蝕劑層160中的圖案轉移到ARC層150。該RIE還去除了構圖的抗蝕劑層160的部分，暴露了含矽硬掩模140，得到圖4C所示的結構。然後，圖案通過氟基氣體例如CHF3或CF4中的RIE轉移到含矽硬掩模140。需要利用氟基氣體的RIE來去除未被先前構圖的層150、160覆蓋的區域中的含矽硬掩模，並得到圖4D所示的結構。含矽硬掩模層140現在構圖為抗蝕劑層130之上的掩模。然後，該結構以含矽硬掩模層140作為用於下面的抗蝕劑層130的硬掩模通過O2中的RIE被蝕刻，得到圖4E所示的結構。如圖4D所示，含矽硬掩模140的精確構圖是關鍵的，因為它將定義用於下面的抗蝕劑層130的圖案，其又將定義WP至所需的TW。圖4E的結構然後從RIE設備移出並置於離子研磨設備中。構圖的抗蝕劑層130之上利用Ar+離子的離子研磨去除間隙層120和WP層110從而在襯底100上形成具有所需TW的WP，如圖4F的結構所示。該離子研磨產生WP的傾斜邊緣，得到具有基本梯形的WP。晶片在該離子研磨步驟中通常旋轉。
圖5A-5F示出利用本發明的方法形成WP的步驟。圖5A中結構與圖4A相同，除了含矽硬掩模層已用金屬掩模層240替換。金屬掩模層240優選是鉭(Ta)、釕(Ru)或NiFe合金，並具有約20至70nm範圍的厚度。金屬掩模層240與抗蝕劑層130之間不需要粘合層。與硬掩模SiO2材料不同，層240的金屬不需要RIE用於其去除，因而不需要RIE腔。然後，圖5B的結構例如通過氧(O2)中的反應離子研磨(RIM)被離子研磨。這通過去除ARC層150在未被抗蝕劑層160覆蓋的區域中的部分而將抗蝕劑層160中的圖案轉移到ARC層150。該RIM還去除了構圖的抗蝕劑層160的部分，並暴露金屬掩模層240，得到圖5C所示的結構。然後，圖案通過利用Ar+離子而沒有反應氣體的離子研磨轉移到金屬掩模層240，並得到圖5D所示的結構。金屬掩模層240現在構圖為抗蝕劑層130之上的掩模。如圖5D所示，與如果通過RIE構圖相比，金屬硬掩模240更精確地形成並且在整個晶片上更一致地被構圖，因為離子研磨工藝更容易控制。另外，與RIE中不同，離子研磨期間晶片可以旋轉從而進一步改進一致性。然後，該結構被離子研磨，例如以金屬掩模層240作為用於下面的抗蝕劑層130的硬掩模通過氧(O2)中的反應離子研磨(RIM)進行，得到圖5E所示的結構。圖5E的結構然後在Ar+離子中被離子研磨。構圖的抗蝕劑層130之上的離子研磨去除間隙層120和WP層110從而在襯底100上形成具有所需TW的WP，如圖5F的結構所示。圖5A-5F所示的所有離子研磨步驟可在單個腔中進行，因而不必中斷工藝流程，而如果使用RIE則需要中斷工藝流程。
儘管本發明參照其優選實施例進行了特定示出和描述，本領域技術人員能夠理解，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以進行形式和細節上的各種改變。因此，所公開的發明僅認為是示例性的並限於權利要求所定義的範圍內。
權利要求
1.一種用於製造垂直磁記錄寫頭的方法，該寫頭具有寫極、尾屏蔽件、以及所述寫極與所述尾屏蔽件之間的間隙層，該方法包括在襯底上沉積用於所述寫極的具有所需厚度的磁寫極材料層；在所述寫極層上沉積間隙材料層；在所述間隙層上沉積主抗蝕劑層；在所述抗蝕劑層上沉積金屬掩模層；在所述金屬掩模層上沉積抗反射塗層；在所述抗反射塗層上形成成像抗蝕劑圖案，所述成像抗蝕劑圖案基本定義所述寫極的所需形狀；在所述成像抗蝕劑圖案之上進行離子研磨從而去除未被所述成像抗蝕劑圖案覆蓋的區域中的所述抗反射塗層；在所述成像抗蝕劑圖案之上進行沒有反應氣體的離子研磨從而構圖所述金屬掩模層，去除未被所述成像抗蝕劑圖案覆蓋的區域中的所述金屬掩模層並暴露下面的主抗蝕劑層；在所述金屬掩模圖案之上進行離子研磨從而構圖所述主抗蝕劑層，去除未被所述金屬掩模圖案覆蓋的區域中的主抗蝕劑層；以及在所述主抗蝕劑圖案之上進行沒有反應氣體的離子研磨從而構圖下面的間隙層和寫極材料。
2.如權利要求1的方法，其中沉積金屬掩模層包括沉積選自Ta、Ru和NiFe合金構成的組中的材料的層。
3.如權利要求1的方法，其中離子研磨以去除所述抗反射塗層包括氧中的離子研磨。
4.如權利要求1的方法，其中離子研磨以構圖所述主抗蝕劑層包括氧中的離子研磨。
5.如權利要求4的方法，還包括在離子研磨以構圖所述主抗蝕劑層期間旋轉所述襯底。
6.如權利要求1的方法，其中沉積主抗蝕劑層包括沉積聚醯亞胺。
7.一種在垂直磁記錄寫頭中在磁寫極材料層之上形成構圖的主抗蝕劑層以用於隨後的寫極製造的方法，所述磁材料層其上已形成有非磁間隙材料層、待構圖的主抗蝕劑層、待構圖的金屬掩模層、以及成像抗蝕劑圖案，該成像抗蝕劑圖案基本為所述寫極的所需形狀的圖案，該方法包括在所述成像抗蝕劑圖案之上進行沒有反應氣體的離子研磨從而構圖所述金屬掩模層，由此去除未被所述成像抗蝕劑圖案覆蓋的區域中的所述金屬掩模層並暴露下面的主抗蝕劑層；及在所述金屬掩模圖案之上進行氧中的離子研磨從而構圖所述主抗蝕劑層，由此去除未被所述金屬掩模圖案覆蓋的區域中的主抗蝕劑層。
8.如權利要求7的方法，其中所述金屬掩模層包括選自Ta、Ru和NiFe合金構成的組中的材料的層。
9.如權利要求7的方法，還包括在離子研磨以構圖所述主抗蝕劑層期間旋轉所述襯底。
10.如權利要求7的方法，其中所述主抗蝕劑層包括聚醯亞胺。
全文摘要
本發明提供一種用於製造垂直磁記錄寫頭中的寫極的方法，其使用金屬掩模來構圖主抗蝕劑並在後續構圖步驟期間僅使用離子研磨。主抗蝕劑層沉積在磁寫極材料之上並且金屬掩模層沉積在主抗蝕劑層上。成像抗蝕劑層形成在金屬掩模層上並基本以寫極的所需形狀光刻構圖。然後在成像抗蝕劑圖案之上進行沒有反應氣體的離子研磨從而構圖下面的金屬掩模層，該金屬掩模層然後被用作掩模從而定義主抗蝕劑圖案的形狀。然後在金屬掩模圖案之上進行利用氧氣的離子研磨從而構圖下面的主抗蝕劑。然後在該主抗蝕劑圖案之上進行沒有反應氣體的離子研磨從而形成下面的寫極。
文檔編號G11B5/31GK101064111SQ20071010186
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月25日 優先權日2006年4月25日
發明者唐納德·G·艾倫, 阿曼達·貝爾, 麥可·費爾德鮑姆, 亨-欽·格思裡, 阿倫·彭特克 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司