CN1200835A - 磁头滑块的制备方法 - Google Patents

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Abstract

用干法刻蚀给硬盘驱动器等形成浮动型磁头滑块时,制备磁头滑块的方法提供了粘结要处理的滑块与合适的固定物的方法,并且当同一次处理多个磁头滑块时,将预先制备的滑块排(条)阵列粘结到金属或陶瓷底座上,然后用干法刻蚀方法形成空气支撑,干膜光致抗蚀剂用来粘结排与底座。可以用离子研磨或反应性离子刻蚀(RIE)作为干法刻蚀方法。

Description

磁头滑块的制备方法
发明领域
本发明涉及用于磁盘装置、磁带装置等的磁头，特别涉及适用高密度记录的有小的浮动高度的薄膜磁头、及其制备方法。
背景技术
随着记录密度的提高，磁盘和磁头之间的间隔即浮动高度逐渐减小，以减小用于磁盘装置的浮动型磁头的空间损耗，同时也需要使磁盘外缘到磁盘内缘之间的距离保持不变。
能满足这些需要的磁头滑块已经提出并付诸实用，这是一种根据空气动力学设计的有特别形状的滑块。
这种有特别形状的滑块的特点是它有称作腔体的凹下部分，产生小于大气压的压力，该滑块也称为负压滑块。
用过去所用的机械切割和研磨很难制备这种腔体，通常用光刻和干法刻蚀来制备。
下面参照图2说明以前形成特别形状滑块的方法。
首先将磁头处理成图2(A)所示称为排(row)1的条形。
然后将排1从薄膜磁头晶片上切下，将其空气支撑表面(airbearing surface)研磨并处理到合适的极点深度。
由于一次处理一个导致生产率很低，通常十个以上或二十个以上排列成一排，然后粘到称作底座2的支撑片上以进行处理，底座2不仅可以是这里所图示的片状，也可以是块状，并且可以用铝、不锈钢、或陶瓷等制备。
考虑随后的切割操作，通常使用块状。用蜡基粘结剂3临时固定粘结排1和底座2。
可以通过将固体蜡刮到底座2上，该底座2已经加热到粘结剂软化点以上，或通过旋涂已经溶解于合适溶剂中的蜡然后加热到软化点以上来涂敷粘结剂，然后对排1加压，并逐步冷却以进行粘结。粘结情况如图2(B)所示。
接着，将合适的抗蚀剂材料涂到排1，曝光并显影，由此得到有图2(C)所示腔体图形的抗蚀剂掩模5。然后使用如离子研磨(ionmilling)等干法刻蚀工艺，腐蚀掉排1的掩蔽部分以外的部分，以得到所需的腔体形状。
最后，切下各分立磁头，完成了有特别形状的滑块的磁头。重新加热到软化点以上，或浸入有机溶剂，将完成滑块从底座的剥离。
但是，当用蜡将排以如上述方法临时固定时，由于刻蚀过程产生热，蜡常常会融化，导致要加工的空气支撑表面受到沾污，这将妨碍所需腔体形状的实现，严重时导致排的剥离和剥落。
另外，由于蜡蒸发导致气体，降低了刻蚀的速度，由此会引起偏差。
当薄膜磁头附着在底座上时，考虑薄膜磁头上的热效应，不可能简单地升高到蜡的软化点，通常需要限制薄膜磁头的承受温度在100℃到120℃或更低。由此，需要选择软化点在100℃左右的蜡。
为了在干法刻蚀方法中得到实用的刻蚀速度，衬底温度通常升高到接近100℃，所以上述蜡的“变松”不可避免。
尽管可以降低刻蚀系统的输出使衬底温度保持在80℃左右，来提高成品率，但是导致刻蚀速度的降低不可避免地降低了产量。
本发明解决了上述问题，提供能稳定生产有特别形状的高精度滑块的方法，所以有助于高记录密度磁盘驱动器的实现。本发明的描述
为了实现上述目的，本发明有下面描述的基本技术构成。
具体地，本发明是一种制造磁头滑块的方法，其中用干法刻蚀加工与介质相对的磁头滑块的表面，以得到预定的空气支撑形状，完成刻蚀后，用插在滑块和底座之间的干膜光致抗蚀剂将处理中的滑块粘结到准备好的底座上。
更具体地，本发明是一种制造磁头滑块的方法，其中用干法刻蚀加工与介质相对的磁头的表面，以得到预定的空气支撑形状，该方法包括下面步骤：将干膜光致抗蚀剂粘结到能固定至少一个滑块或能变成多个滑块的材料的底座上；将滑块或能变成多个滑块的材料粘结到这种干膜光致抗蚀剂上；在滑块或能变成多个滑块的材料上形成所要的掩模；以及，用干法刻蚀方法刻蚀没被上述掩模保护的部分，以得到空气支撑形状。
因此，在本发明中，在粘结包括至少一个滑块或要变成多个滑块的部分的延长了的底座材料(此后称为排)和底座时，使用将用作构图掩模的干膜光致抗蚀剂作为粘结剂，来代替以前通常使用的蜡。
干膜光致抗蚀剂本身有一定的粘度，出厂时它的两边都有保护片。如果从一面剥下保护片并加热到约100℃进行层叠，它可以和任何基片粘结在一起。
虽然通常在此后进行曝光，在本发明中，由于它用作粘结层，不进行曝光，所以，剥去仍留在干膜光致抗蚀剂上表面的保护膜，在其上排列这些排并粘结。
按此方法粘结到底座的排不仅有强而紧密的接触，而且也起粘结层的作用，不论在包括使用抗蚀剂、曝光和显影的光刻过程中，还是在干法刻蚀过程中，都不会出现任何问题，它还容许温度升高到非常接近薄膜磁头的承受温度，由此能用高功率输出进行高速度刻蚀，提高成品率。
完成刻蚀工艺后，浸入丙酮或NMP中，可以快速地将排从底座剥离下来。
由此，本发明是使用如双面胶带的干膜抗蚀剂制备磁头滑块的方法，该干膜抗蚀剂可用来将排容易地粘结到底座，此后刻蚀有特别形状的滑块的腔，在刻蚀时不仅保持有足够的强度，而且能用丙酮等容易地剥离，该方法使用的干膜光致抗蚀剂的特性不同于那些干膜抗蚀剂型光致抗剂。
附图简述
图1是本发明的磁头滑块制备方法实例的简图。
图2是已有技术磁头滑块实例的简图。
图3是本发明的磁头滑块制备方法的另一实例的简图。
图4是本发明的磁头滑块另一实例的简图。
图5是本发明的磁头滑块再一实例的简图。
图6是展示已有方法中出现的元件表面损伤的简图。
本发明的优选实施方案
下面参照附图详细说明本发明的磁头滑块的制备方法的具体实例。
具体地，图1(A)到1(C)表示根据本发明的磁头滑块的制备方法实例的制备方法。
该图表示制备磁头滑块的方法，其中用干法刻蚀方法处理与介质相对的磁头滑块表面，以得到空气支撑形状，用中间的干膜光致抗蚀剂4将处理中的滑块或包括一个滑块或后面要说明的多个滑块形成部分的材料(例如称作排)粘结到底座2上，然后进行刻蚀。
具体地，这是一种磁头滑块的制备方法，其中，用干法刻蚀方法来处理与介质相对的磁头滑块的表面，以得到预定的空气支撑形状，该方法包括下面的步骤：将干膜光致抗蚀剂4涂敷到底座2至少某些部分上，用来固定至少一个滑块或能变成一个或多个滑块的材料1；用中间的干膜光致抗蚀剂4将至少一个滑块或能变成一个或多个滑块的材料粘结到底座2上；在滑块或能变成一个或多个滑块的材料上形成预定的掩模5；用例如干法刻蚀方法刻蚀没被上述掩模5保护的部分，以得到空气支撑形状。
为了更详细说明本发明的上述磁头滑块制备方法，如图1(A)所示，首先将干膜光致抗蚀剂4粘结到底座2上。
尽管此时用的干膜光致抗蚀剂膜4是Dupont MRC制备的FRA305-38(厚度为38μm)，但也可以按相同方式用不同的干膜光致抗蚀剂，只要它是负型(negative type)即可。
另外，干膜光致抗蚀剂的厚度也不限于此处所述的38μm。剥去反面保护膜后用加热到100℃的滚筒，用层合机进行粘结。
冷却后，剥去干膜光致抗蚀剂上表面的保护膜，使排1就位，同时将整个底座2加热到80℃，为了得到紧密接触还可以加压。
此时，也可以在冷却条件下将几个排1放置在底座2上后，加热底座2以得到紧密接触，通过设计固定物可以有各种不同的变化。
接着，如图1(B)所示，其上粘结着排1的整个底座2暴露于紫外光，使干膜光致抗蚀剂4的没与排1粘结的部分固化。
由于和固化前相比固化的干膜光致抗蚀剂的强度增加，所以在随后的离子研磨过程中更加有效地保护了底座。
由于固化破坏了干膜光致抗蚀剂4的曝光部分的粘度，所以更加容易处理。
再用层合机粘结干膜光致抗蚀剂，接着通过投影到预定空气支撑形状上的光栅掩模(reticule mask)进行曝光，然后显影，由此形成抗蚀剂掩模5。
此时的情况如图1(C)所示。这里所用干膜光致抗蚀剂5变成形成空气支撑表面(ABS)腔体的掩模材料，并可以与粘结排1与底座2所用的干膜光致抗蚀剂4相同。实际上，从精度的要求来选择干膜光致抗蚀剂作抗蚀剂掩模5，并用来进行粘结使合适的。
然后将该结构放入离子研磨设备，用氩离子束刻蚀，然后用丙酮去除抗蚀剂掩模5，由此在排1中显示出腔体。
在本发明的方法中，可以将加速电压从前面所用的600V增加到800V，由此提高刻蚀速度，从以前的25nm/分钟增加到35nm/分钟。
这是因为，如前面所说，以前用蜡粘结时要求抑制热，而本发明允许温度升高到120℃，而不会使干膜光致抗蚀剂4变形或剥落，所以生产中不会出现问题。
最后，切割排成为各分立的磁头，完成磁头滑块。将完成的滑块浸人丙酮或NMP，以便于剥落。
下面说明本发明制备磁头滑块的另一方法。
该方法与上述方法相似，只是用反应性离子刻蚀代替离子研磨方法。
在该方法中，三氯化硼气体、氯气和氩气的混合气体(流量比为1.2∶0.8∶8)用作反应性气体，用感应耦合等离子体刻蚀设备进行刻蚀。
与第一实施方案相似，与以前用蜡作粘结剂的情况相比，可以将射频输出提高1.5倍，这不仅能增加20％的刻蚀速度，而且有低的失效率。
下面说明本发明第三实施方案的构成。
具体地，尽管该例不作上述的两个实施方案那样的具体说明，但如图6所示该构成中有衬垫(pad)9，以连接磁头元件，它们构成条棒的空气支撑侧面，所以这些排彼此不再紧密接触地一个粘结另一个。
为此，从排之间流出的等离子体会损伤衬垫9，从对面的排溅射出的材料会聚集起来，形成溅射层10，这是一个问题。
这种情况如图6所示，另外还需要解决以下问题，即所导致的衬垫连接性和外观质量变差的问题。
由于这种情况，在该实施方案中，在进行按照前面实施方案所描述的相同的操作时，所用底座2有沟槽12，它比排的宽度稍宽，所以到达沟槽12侧面上的干膜光致抗蚀剂4起保护落在沟槽12中的排1的作用。
按此方法，粘结到底座2上的排保持极强而紧密地接触，所以作为粘结层，在后面的过程中，不仅在使用抗蚀剂、曝光和显影的顺序光刻方法中，而且在于法刻蚀方法中，都绝没有任何问题。
另外，可以使用高到非常接近薄膜磁头的承受温度的温度，高的功率输出得到高的刻蚀速度是可能的，产量可以增加。
由于排的侧面也由干膜光致抗蚀剂保护，所以可以防止元件表面上的连接衬垫受到等离子体的损伤，还可以防止从对面的排溅射的材料在元件表面的聚集。
完成刻蚀方法后，浸入丙酮或NMP，快速从底座剥离这些排。
根据此实施方案，当刻蚀特别形状滑块的腔体时，通过利用干膜光致抗蚀剂并在底座上提供沟槽来粘结滑块，或更具体为排，与底座，防止排的元件表面由于刻蚀而受损伤。
由此，不仅保护磁头元件不受损伤，而且可以稳定加工特别形状的滑块。
为了更详细说明该实施方案，下面参照图3说明根据该实施方案的制备磁头滑块的方法的实施例。
首先如图3(A)所示，干膜光致抗蚀剂7粘结到底座2上。该底座有沟槽12，沟槽12的宽度比排1的宽度大干膜7厚度的两倍。
尽管此时用的干膜光致抗蚀剂膜7是Dupont MRC生产的FRA305-38(厚度为38μm)，也可以按相同方式用不同的干膜光致抗蚀剂，只要它是负型即可。
另外，干膜光致抗蚀剂的厚度也不限于此处所述的38μm。
剥去反面保护膜后用加热到100℃的滚筒，用层合机进行粘结。
如图3(B)所示，使排1就位，同时将整个底座2加热到80℃，为了得到紧密接触还可以加压，排1落在底座上的沟槽中。
此时，排侧面的元件表面11也被在底座2的沟槽中的那部分干膜光致抗蚀剂7覆盖。
也可以在冷却条件下将大量排1放置在底座2上，然后，加热底座2以得到紧密接触，通过采用所设计的固定物可以有各种不同的变化。
接着，如图3(C)所示，底座2的整个表面暴露于紫外光，使干膜光致抗蚀剂7的没与排1粘结的部分固化。
由于和固化前相比固化的干膜光致抗蚀剂的强度增加，所以在随后的离子研磨过程中更加有效地保护了底座。
由于固化破坏了干膜光致抗蚀剂7的曝光部分的粘度，所以更加容易处理。
接着，如图3(D)所示，再用层合机粘结干膜光致抗蚀剂8。
这里所用干膜光致抗蚀剂8变成形成空气支撑表面内的腔体的掩模材料，并可以与粘结排1与底座2所用的干膜光致抗蚀剂7相同。
实际上，可以从精度的要求来选择干膜光致抗蚀剂作抗蚀剂掩模8，并同时用于粘结是合适的。
接着用投影到预定空气支撑形状上的光栅掩模进行干膜抗蚀剂8的曝光，然后显影，由此形成图3(E)所示的图案。
然后，将该结构放入离子研磨设备，用氩离子束刻蚀，然后剥去干膜8，由此形成排1中的腔体，如图3(F)所示。
最后，切割成各分立的磁头，完成了有特别形状滑块的磁头，如图3(G)所示。
在按此方法制备的磁头滑块中，元件表面绝没有发现任何损伤。
下面说明本发明第四实施方案的另一磁头滑块制备方法，以下说明以使用有图4(A)所示剖面的底座2的情况为例。
在该实施例中，切割沟槽12的一个侧面13，使其垂直，以保护排1元件表面，同时另一侧面14形成为倾斜表面，以容易排列。
粘结排1后的情况如图4(B)所示。用这类底座和第三实施方案的方法制备磁头滑块，可以得到同样好的结果，和第三实施方案没有差别。
下面说明本发明第五实施方案的另一磁头滑块的制备方法，该实施例中使用有图5(A)所示剖面的底座。
在该实施方案中，由于要保护的元件表面通常正是排的一个表面，所以切割沟槽12的一个侧面15，使其与沟槽12底表面垂直，以保护排1元件表面，同时另一侧面即右侧形成为倾斜表面，以容易排列。
粘结排1后的情况如图5(B)所示。
用这类底座和第三实施方案的方法制备磁头滑块，可以得到同样好的结果，和第三实施方案没有差别。
但是，当曝光用作形成腔体的掩模的干膜光致抗蚀剂(相当于图2中的8)时，需要使空气支撑表面水平，并且进一步要每排单独调焦。另外可以使用非接触类曝光系统，如步进机(stepper)。
上述实施方案的构成是磁头滑块的制备方法，其中，底座有沟槽，其中可以放置要处理的滑块，其结构是使要处理的磁头滑块的空气支撑表面的至少一个侧面，即非空气支撑表面，可以被该沟槽侧壁上的干膜光致抗蚀剂覆盖。
而且在上述实施方案的技术构成中，最好将上述沟槽的部分侧壁形成为有一定角度，不与平面底座表面垂直，另外要求将上述沟槽的底表面形成为有一定角度，不和底座平面平行。
如上所述，根据本发明，在加工具有特别形状滑块的空气支撑表面的干法刻蚀中，与以往的粘结排与底座的方法相比，可以以低的失效率进行高速刻蚀。
另外，根据本发明，在加工具有特别形状滑块的空气支撑表面的干法刻蚀中，与以往的粘结排与底座的方法相比，可以以低的失效率进行高速刻蚀，由此可以得到低成本高可靠性的磁头。

Claims (11)

1.一种制备磁头滑块的方法，其中，用干法刻蚀处理与介质相对的磁头滑块表面，以得到预定的空气支撑形状，用插入其间的干膜光致抗蚀剂将要处理的所述滑块粘结到预定底座上，然后进行刻蚀。
2.根据权利要求1的制备磁头滑块的方法，其中，用干法刻蚀来处理与介质相对的磁头滑块的表面，以得到预定的空气支撑形状，所述方法包括下面步骤：将干膜光致抗蚀剂粘结到能固定至少一个滑块或能变成一个滑块的材料的底座上；将所述滑块或能变成一个滑块的所述材料粘结到干膜光致抗蚀剂上；形成预定的掩模；用干法刻蚀方法刻蚀没被所述掩模保护的部分以得到空气支撑形状。
3.根据权利要求1或2的制备磁头滑块的方法，其中，所述底座由金属或陶瓷制成，且有一个其上可以粘结至少一个滑块或将变成一个滑块的材料的表面。
4.根据权利要求1或2的制备磁头滑块的方法，其中，所述干膜光致抗蚀剂的厚度为100μm或以下。
5.根据权利要求2的制备磁头滑块的方法，其中，通过剥离所述干膜光致抗蚀剂一侧的保护膜，使该侧与所述底座紧密接触使之面对，从而将所述干膜光致抗蚀剂粘结到所述底座上。
6.根据权利要求2的制备磁头滑块的方法，其中，粘结所述干膜光致抗蚀剂与所述滑块或要变成滑块的所述材料的步骤包括：从所述干膜对着底座的一侧的另一侧剥离保护膜；在所述表面上部排列滑块或将变成滑块的材料，并加压；用足够量的紫外光使曝光的干膜光致抗蚀剂形成桥接(bridging)。
7.根据权利要求1或2的制备磁头滑块的方法，其中，所述干法刻蚀方法是离子束刻蚀，其中使用氩气。
8.根据权利要求1或2的制备磁头滑块的方法，其中，所述干法刻蚀方法为反应性离子刻蚀方法。
9.根据权利要求1到8的任一权利要求制备磁头滑块的方法，其中，所述底座有沟槽，其中可以固定要处理的滑块，所述沟槽具有这样的构型使得有可能使所述沟槽的所述侧壁上的干膜光致抗蚀剂可以覆盖空气支撑表面的至少一个侧面，而不是所述要处理的磁头滑块的空气支撑表面。
10.根据权利要求9的制备磁头滑块的方法，其中，所述沟槽的部分所述侧壁形成为有一定角度，不与所述底座的平面垂直。
11.根据权利要求9的制备磁头滑块的方法，其中：所述沟槽的底表面形成为有一定角度，不与所述底座的平面平行。
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