专利名称：制造磁极和护罩的过程的制作方法
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图I示出用于数据存储的传统磁盘驱动器10。附图不是按比例绘制的，且为了清晰起见其仅绘出某些结构。磁盘介质50附着于主轴电机和轮毂20。主轴电机和轮毂20以箭头55示出的方向使介质50旋转。磁头堆叠组件(HSA) 60包括驱动臂70上的磁记录头30，并且通过在期望的数据磁道上方定位音圈马达(VCM) 25来定位驱动臂70 (本例中显示为记录磁道40)从而向介质50写入数据。图Ia示出图I中磁记录磁头30的放大图。可在滑块80上制造磁记录换能器90。
滑块80可附着于悬架75，并且悬架75可附着于驱动臂70，如图2所示。再次參考图la，滑块80示为在记录磁道40上方。介质50和磁道40在滑块80下方以箭头42显示的沿磁道方向(in track direction)移动。跨磁道(cross track)方向以箭头41示出。磁记录换能器90具有前缘91和后缘92。在这个实施例中，记录换能器90的后缘92是在介质以方向42在滑块80下方移动时在记录磁道40上执行写入的磁换能器90的最后部分。图2示出图I所示磁盘驱动器10的侧视图。至少ー个磁盘介质50安装在主轴电机和轮毂20上。HSA 60包括至少ー个致动臂70，其承载悬架75和滑块80。滑块80具有面向介质50的空气轴承表面(ABS)。当介质正在旋转且致动臂70定位在介质50上方吋，滑块80通过滑块ABS和面向滑块80的ABS的介质50的表面之间产生的气动压力浮在介质50上方。
发明内容
图I示出传统磁盘驱动器的俯视图。图Ia示出图I所示区域的更详细视图。图2示出图I所示磁盘驱动器的侧视图。图3示出扫描抛光过程。图4示出扫描抛光前的衬底。图5不出扫描抛光后的衬底。图6示出扫描抛光前衬底上方的中间层。图7不出使用表面參考扫描抛光的中间层。图8示出使用厚度參考扫描抛光的中间层。图9示出已接受厚度參考扫描抛光的中间层中的沟槽。图10-26不出在本发明的一个实施例中利用扫描抛光提供磁极和多个护罩的过程。
具体实施例方式图3图示扫描抛光过程。扫描离子源300可操作用于在衬底310上方移动窄离子束301。扫描离子源300可以在轴305显示的X方向或Y方向上移动以在衬底310上方移动窄离子束301。在一个实施例中，窄离子束301可以以第一方向320移动穿过衬底310，接着以第二方向330向衬底310下方移动；然后改变方向直到整个衬底310已被研磨。衬底310可能具有由于不完善制造导致的表面不规则340 ;不完善制造例如化学机械抛光(CMP)凹面或凸面错误。扫描抛光设备通过扫描目标或从另一装置接收与目标有关的地形信息；以及决定将去除多少材料以提供改进的平面化来进行操作。在一个实施例中，扫描操作可以与抛光同时执行。当扫描离子源300在X方向或Y方向上移动时，从衬底310去除的材料量可以通过改变在衬底310上方停留的时间来控制。更长的停留时间或更慢的移动速度将导致更多材料被窄离子束301去除。图4图示扫描抛光前的衬底400。上述说明中的衬底可以包括多个层和材料。衬 底400具有表面不规则/不平整(irregularity) 410。为了说明目的，示出的表面不规则410被高度夸大和简化。实际的表面不规则，例如由CMP引起的表面不规则可能是复杂且不一致的，或者可能具有规则图案例如环形或涡状形。在一个实施例中，衬底400可能具有大约15-200纳米(nm)的表面不规则。图5图不扫描抛光后的衬底500。扫描抛光后,衬底500具有表面不规则510。通过扫描抛光，表面不规则510已经减少为大约0. l_5nm。在一个实施例中，可以通过扫描顶面520相对理想平面的变化来测量表面不规则510 ;下文中这种方法称为表面参考扫描。在另一个实施例中，可以通过扫描从衬底500的顶面520到底面530的厚度来测量表面不规则510 ;下文中将这种方法称为厚度参考扫描。厚度参考扫描可以通过光扫描或通过物理标记的测量来执行，物理标记例如研磨终止标志。在一些应用中，可能期望使用表面参考扫描抛光用于后续的操作；而在其他应用中，可能期望使用厚度参考扫描来提供统一厚度的衬底或提供衬底上统一厚度的另一层。图6图示扫描抛光前衬底600上方的中间层610。衬底材料600可以是例如AlTiC ；并且中间材料可以是氧化铝(Al2Ox),但是也可以使用其他材料。顶面不规则620可能与衬底表面不规则630 —致，或者两者不一致。中间层610厚度中的不一致厚度可能因中间层610在衬底600上方的不均匀沉积而产生；例如，由于旋涂或不同于高层区域的填充在凹处的流体层的施加。图7图示表面参考扫描抛光后的中间层710。中间层710可以在衬底700上提供。衬底700和/或中间层710具有可能影响后续操作的不希望的表面不规则。中间层710的部分被图示为通过表面参考扫描抛光使之变平的多个范围(field)。中间层710中的范围720可能比图6中所示的原始中间层610或下面的衬底700更为基本平坦。范围720可能是多个这种范围之一，并且衬底可包括多个范围。一些实施例中，范围可以彼此直接毗邻，如图所示的范围740紙邻范围750,或者可以被分隔开,如图所示被范围720和范围730之间的未研磨部分724分隔开。通过扫描抛光第一高度722和第二高度723以及其间需要产生平坦表面721的区域，已经使范围720变平。在范围721下面的中间层710的厚度725发生变化；但是，表面721可能是基本平坦的表面。跨越范围730的在表面731下面的厚度735也可以有不同的厚度，而且与范围720的厚度725不同。用于表面參考扫描抛光或厚度參考扫描抛光的扫描抛光范围可以是任意合适的尺寸。在一个实施例中，范围尺寸可以被选择为对应于光刻的闪光范围。在分步重复光刻法中，掩模尺寸上可能不是完整的晶片，并且在图案化整个晶片过程中，单个掩模可能被使用很多次。使整个衬底变平成为单一平面是没有必要的，并且仅使闪光范围所需的局部区域变平是有利的。这还可减少扫描抛光时间。在一个实施例中，可以根据区域中存在多少变化来选择范围尺寸。在一个实施例中，可以使ー个扫描抛光范围变平来适应多个闪光范围。图8图示厚度參考扫描抛光的中间层810。中间层810可以被提供在衬底800上。衬底800和中间层具有会影响后续操作的不期望的表面不规则。在一些应用中，可能期望具有高度统ー厚度的层。中间层810的部分被示为通过厚度參考扫描抛光使之变平。通过
从中间层810的表面去除量822，中间层810中的范围820已经变薄为厚度825。表面821可能是不平坦的但是可以遵循衬底800的轮廓，从而厚度825是统ー的。范围820可以是多个这种范围之一，并且衬底可以包括大量的范围。范围830被示为具有遵循下面的中间层800的轮廓的厚度832和表面831，表面831与表面821处于略不同的平面中。表面840被研磨的量842小于量822。这种情况可能于范围820中的中间层810较厚时发生，例如由于不均匀的旋涂。在一个实施例中，厚度參考扫描抛光和表面參考扫描抛光可以被结合以提供在层厚度和表面平坦方面的改善。在一个实施例中，可以首先执行表面參考扫描抛光，其次执行厚度參考扫描抛光。这种实施例在中间层厚度变化相比衬底不规则大(large)时是有利的。在另ー实施例中，可以首先执行厚度參考扫描抛光，其次执行表面參考扫描抛光。这种实施例在衬底不规则相比中间层不规则大时是有利的。图9图示在已经接受厚度參考扫描抛光的中间层中的沟槽。中间层910在衬底900上并具有大范围930和小范围940。大范围930可包括单个光刻闪光范围或多个闪光范围。沟槽931-934在中间层910中形成并可延伸到衬底900。在一个实施例中，停止层可在衬底900和中间层910之间。范围930已经接受厚度參考扫描抛光，因此沟槽931-934具有统ー的高度，即使衬底900和中间层910是不均匀的。图10-26不出本发明的一个实施例中利用扫描抛光提供磁极和护罩(shield)的过程100。这些视图不是按比例绘制，且为清晰起见放大了某些特征。本领域技术人员所熟知的步骤可能自图中高度简化或省略。图10图示出衬底101、下层102以及在下层102上并与其接触的中间层103。衬底101可以包括磁性材料或非磁性材料。中间层103可以包括氧化铝，并且下层103可以包括蚀刻停止层、绝缘层、金属层或非磁性层。还可以使用底部抗反射层(BARC)代替下层102或者在下层102顶部，并在随后的过程中去除。中间层103具有表面不规则105。表面不规则105可以是CMP错误、中间层103的不均匀沉积、不均匀下层102或不均匀衬底101的结果。在一个实施例中，不规则105可大于15nm。图11示出扫描抛光后的中间层103。在一个实施例中，利用厚度參考扫描抛光将中间层103厚度研磨到公差大约为O. Inm到I. 5nm的厚度104。在一个实施例中，利用表面参考扫描抛光，将中间层103的表面106研磨成在0. Inm到I. 5nm变化内是平面/平坦的。图12示出下层102、中间层103以及沉积在中间层103的衬里(liner) 110内的磁极120。在一个实施例中，衬里110可以包括钌(Ru)，并且磁极120可以包括钴、镍以及铁的合金，例如CoNiFe或CoFe。在沟槽中形成磁极的方法是已知的，而且可以使用任何适当的方法而不偏离本发明的范围。由于中间层103的厚度如图11所示被严格控制，因此磁极120高度也被很严格地控制。
可通过在中间层103上形成硬掩模来制造中间层103中的磁极120。硬掩模可以包括钽或钌。磁极沟槽被蚀刻到中间层103内，且蚀刻磁极沟槽可以利用反应离子蚀刻。磁性材料可以被电镀到主磁极沟槽内，可执行CMP以去除硬掩模以上的磁性材料，以及可以通过反应离子蚀刻去除硬掩模。图13示出光掩模130和光掩模131，其在中间层103上提供并与中间层103接触以图案化(pattern)孔隙用于蚀刻沟槽。在蚀刻期间，光掩模131覆盖磁极120和衬里110以防止对磁极120的损害，光掩模130限定沟槽外延的位置。光掩模材料可以包括任何合适的光阻材料。图14示出湿蚀刻后的沟槽145。中间层103已经自衬里110的侧面146去除。湿蚀刻还在中间材料140上形成侧壁141并暴露下层102。光掩模130和光掩模131可以在沟槽145被蚀刻后去除。图15示出沉积在包括中间层140、下层102、衬里110以及磁极120的整个范围上方的种子层150。在一个实施例中，种子层150可以包括NiFe。图16示出施加于种子层150上方的光掩模160以提供磁极120和中间层140之间的侧面护罩沟槽165。光掩模160限定侧面护罩沟槽165的外部尺寸。虽然在光掩模160中图示为垂直外壁，但是沟槽壁可以是有斜面的、弯曲的、扭曲的、倾斜的或具有其他几何形状。图17不出在种子层150上方未被光掩模160覆盖的电镀的侧面护罩170。侧面护罩170也可以覆盖磁极120的顶部，并在稍后的操作中去除。在一个实施例中，侧面护罩170可以包括NiFe。在其他实施例中，侧面护罩170可以包括材料层，并且可以包含磁耦合层。在一个实施例中，侧面护罩170可以被物理耦合或磁耦合到下层，例如底层护罩。图18示出侧面护罩170、中间层140以及沟槽180。种子层150已经从沟槽底部185去除，从而暴露出下层102。在一个实施例中，种子层150可以通过离子研磨去除。图19示出侧面护罩170、夹层102、中间材料140和沟槽180。沟槽180使用中间材料190填充。中间材料190可以过度填充中间材料140，并且中间材料190和中间材料140可以是相同材料。图20示出第一 CMP以暴露侧面护罩材料170并在侧面护罩170顶部提供粗糙平面化。CMP可能在磁极120的顶部以上第一距离202停止。由于不同材料的不均匀CMP速率，中间材料195可能被过抛光超出第一距离202的距离201。在一个实施例中，第一距离202可以大约是0. Ium到0. 2um。图21示出在侧面护罩170上方和中间材料195上方再填充中间材料210以纠正图20所示的CMP过抛光201。中间材料210和中间材料195可以是相同材料。在一个实施例中，中间材料的厚度210可以是大约0. Ium到0. 5um。
图22示出平面化中间材料210表面220至侧面护罩170以上第一厚度221的第ニ CMP过程。可以选定第一厚度221以提供用于后续操作的裕度且没有暴露侧面护罩170的风险。在一个实施例中，第一厚度221可以至少为O. 2um。图23示出减少图22所述的第二 CMP操作导致的变化的第二扫描抛光操作。为了防止由去除磁极120顶部的侧面护罩材料202的尝试中的过抛光导致的对磁极120的CMP损害，在暴露磁极120之前有意识地停止侧面护罩材料202CMP以确保磁极不被暴露或磁极上方具有非常薄的材料；可能由于抛光失误或晶圆的变化。可以执行第二扫描抛光操作以研磨侧面护罩材料202的表面203和中间材料220至磁极120以上厚度230。在一个实施例中，可以使用表面參考扫描抛光，并且在图7及其所附说明中描述的范围内可以使用表面參考扫描抛光。在一个实施例中，表面參考扫描抛光可以去除材料至磁极120以上厚度230，其小于O. 25um。在另ー个实施例中，表面參考扫描抛光去除磁极120以上材料厚度230到小于O. lum。在一个实施例中，可以使用厚度參考扫描抛光，且厚度參考扫描抛光可能在图8和所附说明描述的范围内。在一个实施例中，厚度參考扫描抛光可以去除材料至磁极120 以上厚度230至小于O. 25um。在另ー个实施例中，厚度參考扫描抛光去除材料至磁极120以上厚度230至小于O. lum。图24示出利用离子束研磨从磁极120顶部去除剩余侧面护罩材料202。离子束研磨可以通过利用研磨终止标志、光学检测或时基研磨来終止研磨。由于待去除材料可能非常薄，因此能够实现对研磨停止的很精确的控制。由于之前操作中描述的方法暴露磁极顶部而不使用硬掩模，因此它们是非常有利的；这是因为去除硬掩模是困难的且可能导致对磁极的损害。图25示出在磁极120和衬里110顶部写缺ロ 250的沉积；且还可以在种子150和侧面护罩202上方延伸。在一个实施例中，写缺ロ 250可以包括Ru ;并且在一个实施例中，写缺ロ 250可以包括非磁性材料的原子层沉积。图26示出在写缺ロ 250和中间材料260上方的护罩265的沉积。护罩材料265可以是与前图中的侧面护罩材料202相同的材料，或者可以包括不同护罩材料。用于沉积护罩265和再填充中间材料260的过程可以遵照之前描述的相同过程。虽然根据特定的某些实施例描述了之前的内容，但是根据本公开其他实施例对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。本发明的附图是说明性的且未按比例绘制。例如，显示为立体的护罩和磁极可以采用斜面/坡度(gradient)或具有铁磁或抗铁磁耦合层。种子层、BARC层、光刻掩模、残留物去除以及电镀等细节在本领域是熟知的，且对本领域技术人员来说是显而易见的。为了清晰起见，附图中省略或简化了对本领域普通技术人员来说显而易见的常用特征。描述的各实施例仅通过示例的方式呈现，而不是为了限制本公开的范围。事实上，本发明描述的新颖方法和系统还可以各种其他形式实现而不偏离本发明的精神。因此，本发明不受任何优选实施例限制，而是參照所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种制造用于数据存储系统的磁记录换能器的过程，所述磁记录换能器具有主磁极，其中所述主磁极包括磁极顶部、多个侧面以及毗邻所述多个侧面中的至少一个的护罩，该过程包括 提供衬底、下层和第一非磁性中间层，所述第一非磁性中间层在所述下层上沉积至第一厚度并与所述下层接触； 在所述第一中间层的第一部分上执行第一扫描抛光以平面化所述第一中间层的所述第一部分至第二厚度； 在平面化的所述第一中间层的所述第一部分中提供所述主磁极； 提供位于所述第一中间层的所述第一部分上并与其接触的光阻材料的第一图案，所述图案包括限定侧面护罩沟槽的孔隙； 执行湿蚀刻以去除所述第一中间层的至少部分，从而暴露所述多个主磁极侧面的至少一个，以及 在所述侧面护罩沟槽中沉积侧面护罩材料。
2.根据权利要求I所述的过程，其中所述第一中间层的所述第一部分包括多个主磁极。
3.根据权利要求I所述的过程，其中所述第一中间层的所述第一部分包括至少一个光刻闪光范围。
4.根据权利要求I所述的过程，其中利用离子束执行所述第一扫描抛光。
5.根据权利要求I所述的过程，其中所述第一中间层包括氧化铝。
6.根据权利要求I所述的过程，其中所述第二厚度在所述第一中间层的第一部分内在大约小于I. 5nm内是平面的。
7.根据权利要求I所述的过程，其中所述下层包括下面中的至少一个 反应离子蚀刻停止层， 湿蚀刻停止层， 磁耦合层，以及 非磁绝缘层。
8.根据权利要求I所述的过程，其中在所述第一中间层提供所述主磁极进一步包括 在所述第一中间层上形成硬掩模； 在所述第一中间层中蚀刻主磁极沟槽； 在所述主磁极沟槽中电镀磁性材料； 执行第二 CMP以去除硬掩模之上的磁性材料，以及 去除所述硬掩模。
9.根据权利要求8所述的过程，其中所述硬掩模包括钽或钌。
10.根据权利要求8所述的过程，其中蚀刻所述磁极沟槽包括使用反应离子蚀刻。
11.根据权利要求8所述的过程，其中电镀的磁性材料包括CoNiFe或CoFe。
12.根据权利要求8所述的过程，其中去除所述硬掩模包括反应离子蚀刻。
13.—种制造用于数据存储系统的磁记录换能器的过程，所述磁记录换能器具有主磁极，其中所述主磁极包括磁极顶部、多个侧面以及毗邻所述多个侧面中至少一个的护罩，该过程包括提供衬底、下层以及第一非磁性中间层，所述第一非磁性中间层在所述下层上沉积至第一厚度并与所述下层接触； 在所述第一中间层的第一部分上执行第一扫描抛光以平面化所述第一中间层的所述第一部分到第二厚度； 在平面化的所述第一中间层的所述第一部分中提供所述主磁极； 提供位于所述第一中间层的所述第一部分上并与其接触的光阻材料的第一图案，所述图案包括限定侧面护罩沟槽的孔隙； 在所述孔隙内蚀刻侧面护罩沟槽以及用护罩材料填充所述侧面护罩沟槽； 在所述第一中间层的所述第一部分的至少部分上方提供第二中间层； 执行化学机械抛光即CMP以将所述第二中间层的厚度减少为小于所述磁极顶部以上第一高度； 在所述第二中间层上执行第二扫描抛光至小于所述磁极顶部以上第二高度； 执行离子研磨以暴露所述磁极顶部； 在所述主磁极顶部上提供写缺口层，以及 提供顶部护罩，所述顶部护罩的至少部分在所述写缺口层上。
14.根据权利要求13所述的过程，其中在所述第一中间层中提供所述主磁极进一步包括 在所述第一中间层上形成硬掩模； 在所述第一中间层内蚀刻主磁极沟槽； 在所述主磁极沟槽内电镀磁性材料； 执行化学机械抛光以去除所述硬掩模之上的磁性材料，以及 去除硬掩模。
15.根据权利要求13所述的过程，其中所述护罩材料包括NiFe。
16.根据权利要求13所述的过程，其中所述第一中间层或所述第二中间层中的至少一个包括氧化铝。
17.根据权利要求13所述的过程，其中在所述孔隙中蚀刻侧面护罩沟槽以及用护罩材料填充所述侧面护罩沟槽进一步包括 执行湿蚀刻以去除所述第一中间层的至少部分从而暴露所述多个主磁极侧面的至少一个，以及 在所述侧面护罩沟槽中沉积护罩材料。
18.根据权利要求16所述的过程，其中沉积所述侧面护罩材料进一步包括 提供电镀种子层； 在所述主磁极远侧提供第二掩模图案以限定与至少一个侧面护罩对应的外缘； 电镀侧面护罩； 去除所述第二掩模图案从而在所述外缘形成护罩缺口，以及 使用第三中间层填充所述护罩缺口。
19.根据权利要求18所述的过程，其中所述第三中间层包括氧化铝。
全文摘要
本发明涉及一种制造用于数据存储系统的磁记录换能器的过程，该过程包括提供衬底、下层以及在下层上沉积至第一厚度并与所述下层接触的第一非磁性中间层，在第一中间层的第一部分上执行第一扫描抛光以平面化第一中间层的第一部分至第二厚度，在平面化的第一中间层的第一部分中提供主磁极，提供位于第一中间层的第一部分上并与其接触的光阻材料的第一图案，该图案包括限定侧面护罩沟槽的孔隙，执行湿蚀刻以去除第一中间层的至少部分从而暴露多个主磁极侧面中的至少一个，以及在侧面护罩沟槽中沉积侧面护罩材料。
文档编号G11B5/10GK102820038SQ20121018278
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月5日 优先权日2011年6月6日
发明者M·蒋, R·周, G·罗, M·大杉, D·杨 申请人:西部数据(弗里蒙特)公司