專利名稱：制造磁極和護罩的過程的制作方法
技術領域：
背景技術：
圖I示出用于數據存儲的傳統磁盤驅動器10。附圖不是按比例繪制的，且為了清晰起見其僅繪出某些結構。磁盤介質50附著于主軸電機和輪轂20。主軸電機和輪轂20以箭頭55示出的方向使介質50旋轉。磁頭堆疊組件(HSA) 60包括驅動臂70上的磁記錄頭30，并且通過在期望的數據磁道上方定位音圈馬達(VCM) 25來定位驅動臂70 (本例中顯示為記錄磁道40)從而向介質50寫入數據。圖Ia示出圖I中磁記錄磁頭30的放大圖。可在滑塊80上制造磁記錄換能器90。
滑塊80可附著于懸架75，并且懸架75可附著于驅動臂70，如圖2所示。再次參考圖la，滑塊80示為在記錄磁道40上方。介質50和磁道40在滑塊80下方以箭頭42顯示的沿磁道方向(in track direction)移動。跨磁道(cross track)方向以箭頭41示出。磁記錄換能器90具有前緣91和后緣92。在這個實施例中，記錄換能器90的后緣92是在介質以方向42在滑塊80下方移動時在記錄磁道40上執行寫入的磁換能器90的最后部分。圖2示出圖I所示磁盤驅動器10的側視圖。至少ー個磁盤介質50安裝在主軸電機和輪轂20上。HSA 60包括至少ー個致動臂70，其承載懸架75和滑塊80。滑塊80具有面向介質50的空氣軸承表面(ABS)。當介質正在旋轉且致動臂70定位在介質50上方吋，滑塊80通過滑塊ABS和面向滑塊80的ABS的介質50的表面之間產生的氣動壓力浮在介質50上方。
發明內容
圖I示出傳統磁盤驅動器的俯視圖。圖Ia示出圖I所示區域的更詳細視圖。圖2示出圖I所示磁盤驅動器的側視圖。圖3示出掃描拋光過程。圖4示出掃描拋光前的襯底。圖5不出掃描拋光后的襯底。圖6示出掃描拋光前襯底上方的中間層。圖7不出使用表面參考掃描拋光的中間層。圖8示出使用厚度參考掃描拋光的中間層。圖9示出已接受厚度參考掃描拋光的中間層中的溝槽。圖10-26不出在本發明的一個實施例中利用掃描拋光提供磁極和多個護罩的過程。
具體實施例方式圖3圖示掃描拋光過程。掃描離子源300可操作用于在襯底310上方移動窄離子束301。掃描離子源300可以在軸305顯示的X方向或Y方向上移動以在襯底310上方移動窄離子束301。在一個實施例中，窄離子束301可以以第一方向320移動穿過襯底310，接著以第二方向330向襯底310下方移動；然后改變方向直到整個襯底310已被研磨。襯底310可能具有由于不完善制造導致的表面不規則340 ;不完善制造例如化學機械拋光(CMP)凹面或凸面錯誤。掃描拋光設備通過掃描目標或從另一裝置接收與目標有關的地形信息；以及決定將去除多少材料以提供改進的平面化來進行操作。在一個實施例中，掃描操作可以與拋光同時執行。當掃描離子源300在X方向或Y方向上移動時，從襯底310去除的材料量可以通過改變在襯底310上方停留的時間來控制。更長的停留時間或更慢的移動速度將導致更多材料被窄離子束301去除。圖4圖示掃描拋光前的襯底400。上述說明中的襯底可以包括多個層和材料。襯 底400具有表面不規則/不平整(irregularity) 410。為了說明目的，示出的表面不規則410被高度夸大和簡化。實際的表面不規則，例如由CMP引起的表面不規則可能是復雜且不一致的，或者可能具有規則圖案例如環形或渦狀形。在一個實施例中，襯底400可能具有大約15-200納米(nm)的表面不規則。圖5圖不掃描拋光后的襯底500。掃描拋光后,襯底500具有表面不規則510。通過掃描拋光，表面不規則510已經減少為大約0. l_5nm。在一個實施例中，可以通過掃描頂面520相對理想平面的變化來測量表面不規則510 ;下文中這種方法稱為表面參考掃描。在另一個實施例中，可以通過掃描從襯底500的頂面520到底面530的厚度來測量表面不規則510 ;下文中將這種方法稱為厚度參考掃描。厚度參考掃描可以通過光掃描或通過物理標記的測量來執行，物理標記例如研磨終止標志。在一些應用中，可能期望使用表面參考掃描拋光用于后續的操作；而在其他應用中，可能期望使用厚度參考掃描來提供統一厚度的襯底或提供襯底上統一厚度的另一層。圖6圖示掃描拋光前襯底600上方的中間層610。襯底材料600可以是例如AlTiC ；并且中間材料可以是氧化鋁(Al2Ox),但是也可以使用其他材料。頂面不規則620可能與襯底表面不規則630 —致，或者兩者不一致。中間層610厚度中的不一致厚度可能因中間層610在襯底600上方的不均勻沉積而產生；例如，由于旋涂或不同于高層區域的填充在凹處的流體層的施加。圖7圖示表面參考掃描拋光后的中間層710。中間層710可以在襯底700上提供。襯底700和/或中間層710具有可能影響后續操作的不希望的表面不規則。中間層710的部分被圖示為通過表面參考掃描拋光使之變平的多個范圍(field)。中間層710中的范圍720可能比圖6中所示的原始中間層610或下面的襯底700更為基本平坦。范圍720可能是多個這種范圍之一，并且襯底可包括多個范圍。一些實施例中，范圍可以彼此直接毗鄰，如圖所示的范圍740紙鄰范圍750,或者可以被分隔開,如圖所示被范圍720和范圍730之間的未研磨部分724分隔開。通過掃描拋光第一高度722和第二高度723以及其間需要產生平坦表面721的區域，已經使范圍720變平。在范圍721下面的中間層710的厚度725發生變化；但是，表面721可能是基本平坦的表面。跨越范圍730的在表面731下面的厚度735也可以有不同的厚度，而且與范圍720的厚度725不同。用于表面參考掃描拋光或厚度參考掃描拋光的掃描拋光范圍可以是任意合適的尺寸。在一個實施例中，范圍尺寸可以被選擇為對應于光刻的閃光范圍。在分步重復光刻法中，掩模尺寸上可能不是完整的晶片，并且在圖案化整個晶片過程中，單個掩模可能被使用很多次。使整個襯底變平成為單一平面是沒有必要的，并且僅使閃光范圍所需的局部區域變平是有利的。這還可減少掃描拋光時間。在一個實施例中，可以根據區域中存在多少變化來選擇范圍尺寸。在一個實施例中，可以使ー個掃描拋光范圍變平來適應多個閃光范圍。圖8圖示厚度參考掃描拋光的中間層810。中間層810可以被提供在襯底800上。襯底800和中間層具有會影響后續操作的不期望的表面不規則。在一些應用中，可能期望具有高度統ー厚度的層。中間層810的部分被示為通過厚度參考掃描拋光使之變平。通過
從中間層810的表面去除量822，中間層810中的范圍820已經變薄為厚度825。表面821可能是不平坦的但是可以遵循襯底800的輪廓，從而厚度825是統ー的。范圍820可以是多個這種范圍之一，并且襯底可以包括大量的范圍。范圍830被示為具有遵循下面的中間層800的輪廓的厚度832和表面831，表面831與表面821處于略不同的平面中。表面840被研磨的量842小于量822。這種情況可能于范圍820中的中間層810較厚時發生，例如由于不均勻的旋涂。在一個實施例中，厚度參考掃描拋光和表面參考掃描拋光可以被結合以提供在層厚度和表面平坦方面的改善。在一個實施例中，可以首先執行表面參考掃描拋光，其次執行厚度參考掃描拋光。這種實施例在中間層厚度變化相比襯底不規則大(large)時是有利的。在另ー實施例中，可以首先執行厚度參考掃描拋光，其次執行表面參考掃描拋光。這種實施例在襯底不規則相比中間層不規則大時是有利的。圖9圖示在已經接受厚度參考掃描拋光的中間層中的溝槽。中間層910在襯底900上并具有大范圍930和小范圍940。大范圍930可包括單個光刻閃光范圍或多個閃光范圍。溝槽931-934在中間層910中形成并可延伸到襯底900。在一個實施例中，停止層可在襯底900和中間層910之間。范圍930已經接受厚度參考掃描拋光，因此溝槽931-934具有統ー的高度，即使襯底900和中間層910是不均勻的。圖10-26不出本發明的一個實施例中利用掃描拋光提供磁極和護罩(shield)的過程100。這些視圖不是按比例繪制，且為清晰起見放大了某些特征。本領域技術人員所熟知的步驟可能自圖中高度簡化或省略。圖10圖示出襯底101、下層102以及在下層102上并與其接觸的中間層103。襯底101可以包括磁性材料或非磁性材料。中間層103可以包括氧化鋁，并且下層103可以包括蝕刻停止層、絕緣層、金屬層或非磁性層。還可以使用底部抗反射層(BARC)代替下層102或者在下層102頂部，并在隨后的過程中去除。中間層103具有表面不規則105。表面不規則105可以是CMP錯誤、中間層103的不均勻沉積、不均勻下層102或不均勻襯底101的結果。在一個實施例中，不規則105可大于15nm。圖11示出掃描拋光后的中間層103。在一個實施例中，利用厚度參考掃描拋光將中間層103厚度研磨到公差大約為O. Inm到I. 5nm的厚度104。在一個實施例中，利用表面參考掃描拋光，將中間層103的表面106研磨成在0. Inm到I. 5nm變化內是平面/平坦的。圖12示出下層102、中間層103以及沉積在中間層103的襯里(liner) 110內的磁極120。在一個實施例中，襯里110可以包括釕(Ru)，并且磁極120可以包括鈷、鎳以及鐵的合金，例如CoNiFe或CoFe。在溝槽中形成磁極的方法是已知的，而且可以使用任何適當的方法而不偏離本發明的范圍。由于中間層103的厚度如圖11所示被嚴格控制，因此磁極120高度也被很嚴格地控制。
可通過在中間層103上形成硬掩模來制造中間層103中的磁極120。硬掩模可以包括鉭或釕。磁極溝槽被蝕刻到中間層103內，且蝕刻磁極溝槽可以利用反應離子蝕刻。磁性材料可以被電鍍到主磁極溝槽內，可執行CMP以去除硬掩模以上的磁性材料，以及可以通過反應離子蝕刻去除硬掩模。圖13示出光掩模130和光掩模131，其在中間層103上提供并與中間層103接觸以圖案化(pattern)孔隙用于蝕刻溝槽。在蝕刻期間，光掩模131覆蓋磁極120和襯里110以防止對磁極120的損害，光掩模130限定溝槽外延的位置。光掩模材料可以包括任何合適的光阻材料。圖14示出濕蝕刻后的溝槽145。中間層103已經自襯里110的側面146去除。濕蝕刻還在中間材料140上形成側壁141并暴露下層102。光掩模130和光掩模131可以在溝槽145被蝕刻后去除。圖15示出沉積在包括中間層140、下層102、襯里110以及磁極120的整個范圍上方的種子層150。在一個實施例中，種子層150可以包括NiFe。圖16示出施加于種子層150上方的光掩模160以提供磁極120和中間層140之間的側面護罩溝槽165。光掩模160限定側面護罩溝槽165的外部尺寸。雖然在光掩模160中圖示為垂直外壁，但是溝槽壁可以是有斜面的、彎曲的、扭曲的、傾斜的或具有其他幾何形狀。圖17不出在種子層150上方未被光掩模160覆蓋的電鍍的側面護罩170。側面護罩170也可以覆蓋磁極120的頂部，并在稍后的操作中去除。在一個實施例中，側面護罩170可以包括NiFe。在其他實施例中，側面護罩170可以包括材料層，并且可以包含磁耦合層。在一個實施例中，側面護罩170可以被物理耦合或磁耦合到下層，例如底層護罩。圖18示出側面護罩170、中間層140以及溝槽180。種子層150已經從溝槽底部185去除，從而暴露出下層102。在一個實施例中，種子層150可以通過離子研磨去除。圖19示出側面護罩170、夾層102、中間材料140和溝槽180。溝槽180使用中間材料190填充。中間材料190可以過度填充中間材料140，并且中間材料190和中間材料140可以是相同材料。圖20示出第一 CMP以暴露側面護罩材料170并在側面護罩170頂部提供粗糙平面化。CMP可能在磁極120的頂部以上第一距離202停止。由于不同材料的不均勻CMP速率，中間材料195可能被過拋光超出第一距離202的距離201。在一個實施例中，第一距離202可以大約是0. Ium到0. 2um。圖21示出在側面護罩170上方和中間材料195上方再填充中間材料210以糾正圖20所示的CMP過拋光201。中間材料210和中間材料195可以是相同材料。在一個實施例中，中間材料的厚度210可以是大約0. Ium到0. 5um。
圖22示出平面化中間材料210表面220至側面護罩170以上第一厚度221的第ニ CMP過程。可以選定第一厚度221以提供用于后續操作的裕度且沒有暴露側面護罩170的風險。在一個實施例中，第一厚度221可以至少為O. 2um。圖23示出減少圖22所述的第二 CMP操作導致的變化的第二掃描拋光操作。為了防止由去除磁極120頂部的側面護罩材料202的嘗試中的過拋光導致的對磁極120的CMP損害，在暴露磁極120之前有意識地停止側面護罩材料202CMP以確保磁極不被暴露或磁極上方具有非常薄的材料；可能由于拋光失誤或晶圓的變化。可以執行第二掃描拋光操作以研磨側面護罩材料202的表面203和中間材料220至磁極120以上厚度230。在一個實施例中，可以使用表面參考掃描拋光，并且在圖7及其所附說明中描述的范圍內可以使用表面參考掃描拋光。在一個實施例中，表面參考掃描拋光可以去除材料至磁極120以上厚度230，其小于O. 25um。在另ー個實施例中，表面參考掃描拋光去除磁極120以上材料厚度230到小于O. lum。在一個實施例中，可以使用厚度參考掃描拋光，且厚度參考掃描拋光可能在圖8和所附說明描述的范圍內。在一個實施例中，厚度參考掃描拋光可以去除材料至磁極120 以上厚度230至小于O. 25um。在另ー個實施例中，厚度參考掃描拋光去除材料至磁極120以上厚度230至小于O. lum。圖24示出利用離子束研磨從磁極120頂部去除剩余側面護罩材料202。離子束研磨可以通過利用研磨終止標志、光學檢測或時基研磨來終止研磨。由于待去除材料可能非常薄，因此能夠實現對研磨停止的很精確的控制。由于之前操作中描述的方法暴露磁極頂部而不使用硬掩模，因此它們是非常有利的；這是因為去除硬掩模是困難的且可能導致對磁極的損害。圖25示出在磁極120和襯里110頂部寫缺ロ 250的沉積；且還可以在種子150和側面護罩202上方延伸。在一個實施例中，寫缺ロ 250可以包括Ru ;并且在一個實施例中，寫缺ロ 250可以包括非磁性材料的原子層沉積。圖26示出在寫缺ロ 250和中間材料260上方的護罩265的沉積。護罩材料265可以是與前圖中的側面護罩材料202相同的材料，或者可以包括不同護罩材料。用于沉積護罩265和再填充中間材料260的過程可以遵照之前描述的相同過程。雖然根據特定的某些實施例描述了之前的內容，但是根據本公開其他實施例對于本領域普通技術人員來說將是顯而易見的。本發明的附圖是說明性的且未按比例繪制。例如，顯示為立體的護罩和磁極可以采用斜面/坡度(gradient)或具有鐵磁或抗鐵磁耦合層。種子層、BARC層、光刻掩模、殘留物去除以及電鍍等細節在本領域是熟知的，且對本領域技術人員來說是顯而易見的。為了清晰起見，附圖中省略或簡化了對本領域普通技術人員來說顯而易見的常用特征。描述的各實施例僅通過示例的方式呈現，而不是為了限制本公開的范圍。事實上，本發明描述的新穎方法和系統還可以各種其他形式實現而不偏離本發明的精神。因此，本發明不受任何優選實施例限制，而是參照所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種制造用于數據存儲系統的磁記錄換能器的過程，所述磁記錄換能器具有主磁極，其中所述主磁極包括磁極頂部、多個側面以及毗鄰所述多個側面中的至少一個的護罩，該過程包括 提供襯底、下層和第一非磁性中間層，所述第一非磁性中間層在所述下層上沉積至第一厚度并與所述下層接觸； 在所述第一中間層的第一部分上執行第一掃描拋光以平面化所述第一中間層的所述第一部分至第二厚度； 在平面化的所述第一中間層的所述第一部分中提供所述主磁極； 提供位于所述第一中間層的所述第一部分上并與其接觸的光阻材料的第一圖案，所述圖案包括限定側面護罩溝槽的孔隙； 執行濕蝕刻以去除所述第一中間層的至少部分，從而暴露所述多個主磁極側面的至少一個，以及 在所述側面護罩溝槽中沉積側面護罩材料。
2.根據權利要求I所述的過程，其中所述第一中間層的所述第一部分包括多個主磁極。
3.根據權利要求I所述的過程，其中所述第一中間層的所述第一部分包括至少一個光刻閃光范圍。
4.根據權利要求I所述的過程，其中利用離子束執行所述第一掃描拋光。
5.根據權利要求I所述的過程，其中所述第一中間層包括氧化鋁。
6.根據權利要求I所述的過程，其中所述第二厚度在所述第一中間層的第一部分內在大約小于I. 5nm內是平面的。
7.根據權利要求I所述的過程，其中所述下層包括下面中的至少一個 反應離子蝕刻停止層， 濕蝕刻停止層， 磁耦合層，以及 非磁絕緣層。
8.根據權利要求I所述的過程，其中在所述第一中間層提供所述主磁極進一步包括 在所述第一中間層上形成硬掩模； 在所述第一中間層中蝕刻主磁極溝槽； 在所述主磁極溝槽中電鍍磁性材料； 執行第二 CMP以去除硬掩模之上的磁性材料，以及 去除所述硬掩模。
9.根據權利要求8所述的過程，其中所述硬掩模包括鉭或釕。
10.根據權利要求8所述的過程，其中蝕刻所述磁極溝槽包括使用反應離子蝕刻。
11.根據權利要求8所述的過程，其中電鍍的磁性材料包括CoNiFe或CoFe。
12.根據權利要求8所述的過程，其中去除所述硬掩模包括反應離子蝕刻。
13.—種制造用于數據存儲系統的磁記錄換能器的過程，所述磁記錄換能器具有主磁極，其中所述主磁極包括磁極頂部、多個側面以及毗鄰所述多個側面中至少一個的護罩，該過程包括提供襯底、下層以及第一非磁性中間層，所述第一非磁性中間層在所述下層上沉積至第一厚度并與所述下層接觸； 在所述第一中間層的第一部分上執行第一掃描拋光以平面化所述第一中間層的所述第一部分到第二厚度； 在平面化的所述第一中間層的所述第一部分中提供所述主磁極； 提供位于所述第一中間層的所述第一部分上并與其接觸的光阻材料的第一圖案，所述圖案包括限定側面護罩溝槽的孔隙； 在所述孔隙內蝕刻側面護罩溝槽以及用護罩材料填充所述側面護罩溝槽； 在所述第一中間層的所述第一部分的至少部分上方提供第二中間層； 執行化學機械拋光即CMP以將所述第二中間層的厚度減少為小于所述磁極頂部以上第一高度； 在所述第二中間層上執行第二掃描拋光至小于所述磁極頂部以上第二高度； 執行離子研磨以暴露所述磁極頂部； 在所述主磁極頂部上提供寫缺口層，以及 提供頂部護罩，所述頂部護罩的至少部分在所述寫缺口層上。
14.根據權利要求13所述的過程，其中在所述第一中間層中提供所述主磁極進一步包括 在所述第一中間層上形成硬掩模； 在所述第一中間層內蝕刻主磁極溝槽； 在所述主磁極溝槽內電鍍磁性材料； 執行化學機械拋光以去除所述硬掩模之上的磁性材料，以及 去除硬掩模。
15.根據權利要求13所述的過程，其中所述護罩材料包括NiFe。
16.根據權利要求13所述的過程，其中所述第一中間層或所述第二中間層中的至少一個包括氧化鋁。
17.根據權利要求13所述的過程，其中在所述孔隙中蝕刻側面護罩溝槽以及用護罩材料填充所述側面護罩溝槽進一步包括 執行濕蝕刻以去除所述第一中間層的至少部分從而暴露所述多個主磁極側面的至少一個，以及 在所述側面護罩溝槽中沉積護罩材料。
18.根據權利要求16所述的過程，其中沉積所述側面護罩材料進一步包括 提供電鍍種子層； 在所述主磁極遠側提供第二掩模圖案以限定與至少一個側面護罩對應的外緣； 電鍍側面護罩； 去除所述第二掩模圖案從而在所述外緣形成護罩缺口，以及 使用第三中間層填充所述護罩缺口。
19.根據權利要求18所述的過程，其中所述第三中間層包括氧化鋁。
全文摘要
本發明涉及一種制造用于數據存儲系統的磁記錄換能器的過程，該過程包括提供襯底、下層以及在下層上沉積至第一厚度并與所述下層接觸的第一非磁性中間層，在第一中間層的第一部分上執行第一掃描拋光以平面化第一中間層的第一部分至第二厚度，在平面化的第一中間層的第一部分中提供主磁極，提供位于第一中間層的第一部分上并與其接觸的光阻材料的第一圖案，該圖案包括限定側面護罩溝槽的孔隙，執行濕蝕刻以去除第一中間層的至少部分從而暴露多個主磁極側面中的至少一個，以及在側面護罩溝槽中沉積側面護罩材料。
文檔編號G11B5/10GK102820038SQ20121018278
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月5日 優先權日2011年6月6日
發明者M·蔣, R·周, G·羅, M·大杉, D·楊 申請人:西部數據(弗里蒙特)公司