CN1272770C

CN1272770C - 用于制造薄膜磁头的方法

Info

Publication number: CN1272770C
Application number: CN200410064089.4A
Authority: CN
Inventors: 竹尾建治; 宫本宏之
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2004348846A; JP3925719B2; US20040234896A1; CN1573938A; US7175972B2

Abstract

在绝缘薄膜上形成一电镀底基层。在电镀底基层上形成抗反射膜。在抗反射膜上形成光刻胶。曝光和显影光刻胶和抗反射膜，以便形成由其制造的抗蚀性组织。在由抗蚀性组织包围的内部图案中形成第二磁性层。抗反射膜由经过曝光对于显影剂可溶解的物质组成。

Description

用于制造薄膜磁头的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造薄膜磁头的方法。

背景技术

在薄膜磁头的制造中，一般在第一磁性薄膜(底层磁性薄膜)、间隔薄膜、支撑线圈薄膜的绝缘薄膜形成在晶片上之后形成作为顶部磁性薄膜的第二磁性薄膜。此外，在第二磁性薄膜的形成中，通过溅射等方法，在包括绝缘薄膜的晶片的表面上形成平板底基薄膜。然后，把光刻胶涂覆在平板底基薄膜的表面上，并且通过光刻方法进行处理，以便形成用于形成第二磁性薄膜的抗蚀性组织。然后，通过电镀等在由抗蚀性组织(resistframe)包围的区域中形成第二磁性薄膜。在利用电镀形成第二磁性薄膜同时，另一薄膜被沉积在抗蚀性组织之上，但是它被移除。

然而在第二磁性薄膜形成过程中，由于抗蚀性组织存在一个问题，因为在用于形成抗蚀性组织的光刻工艺中的曝光光线在平板底基薄膜的表面上被反射，并且被引入到光刻掩模限定区域之外，以便曝光环绕光刻掩模限定区域的光刻胶，结果导致抗蚀性组织图案精确度的变差，因此第二磁性薄膜也变差。

抗蚀性组织图案精确度的变差在磁极部分变得明显，在此磁极部分中，第二磁性薄膜经过间隔薄膜与第一磁性薄膜相对。在磁极部分的向后区域上放置绝缘薄膜，此绝缘薄膜以一个给定倾斜角从间隔薄膜的表面上升。上升的出发点相当于入口高度零点(Throat Height zero point)，并且上升角相当于顶角。

第二磁性薄膜构成平行于间隔薄膜和第一磁性薄膜的磁极部分，直到入口高度零点，然后以一顶角倾斜从入口高度零点朝向绝缘薄膜的顶面上升。

因此，在用于通过光刻工艺制造用于形成第二磁性薄膜的抗蚀性组织中，朝向绝缘薄膜顶面具有顶角的保持在倾斜部分上面的光刻胶必须被曝光。

在该情况下，曝光光线在保持在倾斜部分上面的平板底基薄膜处被反射，并且部分地被引入到磁极部分，这导致磁极部分的曝光图案不同于光刻掩模的图案，因此在相当于磁极部分的抗蚀性组织部分中的图案破坏。

抗蚀性组织的图案破坏在通过缩小记录轨道宽度直到不超过1.0μm的记录密度发展中具有很大的困难。

为了解决以上问题，在专利出版物1中提出，在形成作为顶部磁性薄膜的抗蚀剂组织之前，形成抗反射膜，并且在抗反射膜上形成光刻胶，抗蚀性组织由经过曝光和显影的光刻胶组成。

然而抗反射膜不能溶于碱性显影剂来移除抗蚀性组织，所以要求在使用碱性显影剂形成抗蚀性组织之后依靠抛光等来移除。然后，在移除抗反射膜之后，依靠电镀等来形成第二磁性薄膜。所以，在依靠光刻胶技术使用抗反射膜形成第二磁性薄膜中，需要大量的处理。

同时，在由抗蚀性组织包围的内部图案上面形成抗反射膜。内部图案包括相当于顶部磁性薄膜的磁级部分的磁极部分区域，和相当于轭部分的第二轭区域。所以，在磁极部分区域和第二轭区域中必频移除抗反射膜。

然而在抗蚀性组织中，在开口面积方面，磁极部分区域与第二轭部分完全不同。此外，对于高密度记录，磁极部分区域的开口面积趋向于缩小到1μm或更低。所以，在保持在由抗蚀性组织包围的内部图案上面的抗反射膜的移除中，在刻蚀速度方面，第二轭区域与磁极部分区域完全不同。具体地，蚀刻磁极部分区域比第二轭部分要花费更长的时间。结果，在抗反射膜的移除中，在磁极部分区域中，执蚀性组织被大量的蚀刻，以便增大抗蚀性组织的间距。换句话说，通过移除抗反射膜来增大抗蚀性组织的间距。结果，固有地形成用于缩小磁极部分宽度的抗反射膜增大了抗蚀性组织间距，其中此间距在缩小磁极部分宽度中成为阻碍。

在专利出版物2中提出可溶于光刻胶显影剂的抗反射膜，它适合于解决专利出版物1的技术问题。由于抗反射膜的显影程度依靠对于磁极部分开口的组织宽度，其中此磁极部分由形成在抗反射膜上面的光组织构成，所以如果每一组织宽度在相同的晶片上波动，那么它也波动。例如，在一个开口处，抗反射膜可以被过度的显影，以致在光刻胶的作用下可以被渗透，并且在另一个开口处，抗反射膜可能没有被充分的显影，以致部分地保留在在开口的内底部表面上。

专利出版物1为日本专利申请公开号No.9-180127

专利出版物2为日本专利申请公开号No.2000-314963

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，用于制造具有精确变窄的磁极部分的薄膜磁头。

为了解决上述问题，本发明涉及一种方法，用于制造具有记录元件的薄膜磁头，其中此记录元件具有第一磁性层、绝缘薄膜、线圈薄膜和第二磁性层。第一磁性层和第二磁性层组成薄膜磁路，并且绝缘薄膜被放置在第一磁性层和第二磁性层之间，并且支撑着线圈薄膜。第二磁性层被放置在绝缘薄膜上。

在本发明的制造方法中，首先，在第一磁性层、线圈薄膜和绝缘薄膜形成之后并且在第二磁性层形成之前，形成电镀底基层。然后，在电镀底基层上形成抗反射膜，并且在抗反射膜之上涂覆光刻胶。

然后，曝光和显影光刻胶和抗反射膜，以便形成由其制造的抗蚀性组织。然后，在由抗蚀性组织包围的内部图案中形成第二磁性层。

抗反射膜由经过曝光对于显影剂可溶解的物质组成。

如上所述，在本发明中，连续地形成绝缘薄膜、电镀底基薄膜和抗反射膜，然后在抗反射膜上涂覆光刻胶。然后，曝光和显影光刻胶和抗反射膜，以便形成由其制造的抗蚀性组织。所以，在通过光刻法制造用于于第二磁性薄膜的抗蚀性组织中，在绝缘薄膜的凸凹部分和倾斜部分处，曝光光线不能够被大量地反射。所以，光刻胶的曝光图案可以几乎由光刻掩模的曝光图案来限定，从而能够精确地形成抗蚀性组织的图案。结果，第二磁性薄膜，特别是其中的磁极部分能够精确地形成图案。由于甚至在相当于磁极部分的区域中可以形成抗蚀性组织的图案，所以可以变窄预定薄膜磁头的磁迹宽度。特别地，当绝缘薄膜包括位于空气支承表面一侧的上升倾斜部分，并且第二磁性薄膜的磁极部分形成在绝缘薄膜的倾斜部分上的时候，本发明极其适合作为磁极部分精确图案化技术。

本发明的特征在于抗反射膜由经过曝光对于显影剂可溶解的感光性物质组成。同时，以由Clariant Corp制造的″D-BARC″作为感光性物质的实例。所以，在对于光刻胶和抗反射膜的曝光中，抗反射膜可溶于相当于光刻胶的显影剂中。结果，通过曝光和显影，可以几乎垂直地形成抗蚀性组织的内壁。例如，即使抗蚀性组织的内部组织宽度变窄到300nm或更小，也可以几乎垂直地形成抗蚀性组织的内壁。

在本发明中，在如上所述所形成的抗蚀性组织内部形成第二磁性薄膜，产生的磁极部分可以被精确的变窄。

在形成第二磁性薄膜之后，抗反射膜和光刻胶可以被移除。依靠显影、抛光或RF抛光，可以移除抗反射膜。

在抗反射膜形成之后并且在光刻胶的涂覆之前，抗反射膜可以被曝光。在该情况下，抗反射膜对于显影剂的可溶性可以被增强。

在本发明的最佳实施方式中，在光刻胶的涂覆之前，抗反射膜可以被加热到80-150℃以内。此外，在曝光之后并且在显影之前，抗反射膜可以被加热到80-150℃以内。

在曝光中，可以采用具有波长为160-400nm的激光光束。光刻胶可以由化学敏感光刻胶组成。本发明的制造方法可以包括形式磁阻有效元件的步骤。

参考在具体实施方式的附图，将详细地描述其它的目的、结果和优点。

附图说明

为了更透彻地理解本发明，引用了以下附图，其中：

图1是表示根据本发明所制造的薄膜磁头的平面图；

图2是在图1中所述薄膜磁头的横剖面视图；

图3是表示包括在图1和2中所示薄膜磁头的磁性转换元件的部分放大横剖面视图；

图4是示包含于本发明制造方法中的一个步骤的横剖面视图；

图5是表示在图4中步骤之后的步骤的横剖面视图；

图6是示在图5中步骤之后的步骤的横剖面视图；

图7是表示在图6中步聚之后的步骤的横剖面视图；

图8是表示在图7中步骤之后的步骤的横剖面视图；

图9是表示在图8中步骤之后的步骤的横剖面视图；

图10是表示在图9中步骤之后的步骤的横剖面视图；

图11是表示在图10中步骤之后的步骤的横剖面视图；

图12是表示在图11中步骤之后的步骤的横剖面视图；

图13是从其左手侧观看，表示与图12相同步骤的横剖面视图；

图14是表示在图12和13的步骤之后的步骤的横剖面视图；

图15是从其左手侧观看，表示与图14相同步骤的横剖面视图；

图16是表示在图14和15的步骤之后的步骤的横剖面视图；

图17是从其左手侧观看，表示与图16相同步骤的横剖面视图；

图18是表示在图16和17的步骤之后的步骤的横剖面视图；

图19是从其左手侧观看，表示与图18相同步骤的横剖面视图；

图20是表示关于在晶片上被测量的顶部磁极宽度P2W的测量数据的图形；和

图21是表示根据本发明所制造的另一薄膜磁头的横剖面视图。

具体实施方式

参考附图，将在以下详细描述本发明。

图1是从其介质相对表面观看，表示根据本发明所制造的薄膜磁头的平面图，以及图2是在图1中所示的薄膜磁头的横剖面视图，并且图3是表示包括在图1和2中所示薄膜磁头的磁性转换元件的部分的放大横剖面视图。所表示的薄膜磁头包括滑动件基底5和电磁转换元件3、4。

滑动件基底5由陶瓷材料例如AlTiC(Al₂O₃-TiC)制成，并且具有用于改善在介质相对表面上移动性能的各种几何形状。在此具体实施方式中，作为典型的几何形状，滑动件基底5具有在基底表面50上的第一阶梯51、第二阶梯52、第三阶梯53、第四阶梯54和第五阶梯55。基底表面50用作由箭头″X″表示的气流的负压产生区域。第二阶梯52和第三阶梯53用作从第一阶梯51上升的多级空气支承。第二阶梯52和第三阶梯53组成空气支承表面(以下被称作″ABS″)100。

第四阶梯54从基底表面50阶梯式地上升，并且第五阶梯55从第四阶梯54阶梯式地上升。电磁转换元件3和4被放置在第五阶梯55之上。

参考图3，在滑动件基底5的边缘上形成绝缘材料例如氧化铝(Al₂O₃)或SiO₂的绝缘薄膜501。

电磁转换元件3和4分别包括作为再现元件的MR元件3和记录元件4。MR元件3包括SV薄膜或TMR薄膜。用SV薄膜，MR元件3被构建为CIP类型MR元件或CPP类型MR元件。用TMR薄膜，MR元件3被构造成使得检测电流固有地垂直地流过MR元件。

记录元件4可以由感应式磁性转换元件构成，其中第一书写磁极部分暴露于ABS 100中。在MR元件3附近设置记录元件4来作为再现元件，并且用保护膜49覆盖。MR元件3包括MR薄膜30、第一屏蔽层28、间隔层46和用作第一磁性层的第二屏蔽层41。

记录元件4包括用作第二屏蔽层41的第一磁性层41、第二磁性层45、记录间隔层42和薄膜线圈43。第一磁性层41磁性地连接到第二磁性层45。记录间隔层42被设置在底部磁性层41的磁极部分和第二磁性层45的第二磁极部分451之间。薄膜线圈43被嵌入绝缘薄膜44中，其中此绝缘薄膜形成于第一磁性层41和第二磁性层45的第二轭部分452之间的内部间隙中。绝缘薄膜44形成弧形形状，以致绝缘薄膜44的周边部分地倾斜。

对于第二磁性层45，顶部磁极部分451经过记录间隔层42与第一磁性层41的第一磁极部分相对。从顶部磁极部分451观察，上轭部分452与顶部磁极部分451的顶面相连，直接地形成在绝缘薄膜44的上面，并且与第一磁性层41相连，从而完成薄膜磁路。

第二磁极部分451沿着在内部间隙中的倾斜部分440上升，其中此倾斜部分构成绝缘薄膜44的周边，并且入口高度(Throat Height)由在记录间隔层42上的绝缘薄膜44的上升出发点限定，并且顶角由绝缘薄膜44的上升角限定。本发明是针对精确地缩窄第二磁极部分451。

然后，参考图4-19，将描述在图1-3中所示的薄膜磁头的制造方法。在晶片上进行该制造方法。同时，假定已经执行了对于MR元件的制造过程。

首先，如图4中所示，第一磁性层41通过溅射、光刻法和电镀被形成在间隔层46上面。以正常的技术可以确定第一磁性层41的材料、厚度和制造过程。

然后，如图5中所示，在第一磁性层41上面形成由非磁性材料例如Al₂O₃或SiO₂构成的记录间隔层42。以正常的技术可以确定记录间隔层42的材料、厚度和制造过程。

然后，如图6中所示，线圈薄膜43通过溅射、光刻法和电镀被形成在记录间隔层42上，并且绝缘薄膜44通过旋涂和光刻法以弧形形状形成在记录间隔层42上，使得部分地上升绝缘薄膜44的周边而形成倾斜部分440。

然后，如图8中所示，通过溅射在记录间隔层42和绝缘薄膜44的上面形成电镀底基层61，以致其沉积在绝缘薄膜44的倾斜部分440的上面。

然后，如图9中所示，抗反射膜62通过旋涂被形成在电镀底基层61上，以覆盖电镀底基薄膜61的至少一部分，其中此电镀底基薄膜61形成在绝缘薄膜44的倾斜部分440上面。要求抗反射膜62由经过曝光对于显影剂可溶解的感光性物质组成。所以，感光性物质的种类依赖于显影剂的种类。

作为显影剂，比如TMAH(四甲铵氢氧化物)为基础的碱性显影剂特别地是2.38％TMAH碱性显影剂。在该情况下，作为对于抗反射膜62的感光性物质，以由Clarian Corp制造的″D-BARC″作为例子。在使用D-BARC作为感光性物质时，由于除了TMAH碱性显影剂之外，作为显影剂还可以用磷酸(Na_nH₃-nPO₄)、氢氧化钠(NaOH)和有机胺作为例子。

在涂覆光刻胶之前，抗反射膜62被加热到80-150℃以内。在该情况下，可以使抗反射膜62可充分溶于碱性显影剂，而没有在抗反射膜62和光刻胶之间混合。

然后，如图10中所示，光刻胶63通过旋涂被涂覆在抗反射膜62上面。光刻胶63最好是由化学敏感光刻胶制成。

对光刻胶63和抗反射膜62执行光刻法技术。在光刻法技术中，如图11中所示，首先进行曝光。在该情况下，光刻胶63和抗反射膜62经过光掩模7被曝光并且形成图案。如图12和13中所示，由于抗反射膜62由感光性物质组成，所以抗反射膜62被曝光并形成图案，光刻胶63与光刻掩膜7的掩模图案相对应。

在该情况下，由于抗反射膜62形成在绝缘薄膜44的倾斜部分440上面，所以在曝光中，在电镀底基层61处不可能大量反射曝光光线。所以，产生的曝光图案64与光刻掩模7的图案精确度一样被精确的形成。

鉴于瞬间曝光图案的形成，在曝光中，优选采用具有波长为160-400nm的激光光束。在曝光之后并且在显影之前，抗反射膜63被加热到80-150℃之内。

如图14和15中所示，具有预定内部图案65的抗蚀性组织FR由剩余光刻胶63和通过显影没有被曝光的抗反射膜62组成。由于抗反射膜62可溶解于显影剂，所以在显影中，抗反射膜62的曝光区域64从光刻胶63的曝光区域64中移除。

由于抗反射膜62由经过曝光对于显影可溶解的感光性物质组成，所以在曝光中，抗反射膜62对于光刻胶63的显影剂是可溶解的。所以，通过曝光和显影，可以几乎垂直地形成抗蚀性组织FR的内壁651。例如，即使由抗蚀性组织FR包围的内部图案65的内部组织宽度P2W(参考图5)被缩窄为300nm或更小，也可以几乎垂直地形成内壁651。

如前面所述，在使用由Clariant Corp制造的D-BARC作为增透膜62的感光性材料时，作为显影剂可以采用TMAH碱性显影剂、磷酸(Na_nH₃-nPO₄)、氢氧化钠(NaOH)和有机胺。

然后，如图16和17中所示，通过图案电镀形成第二磁极部分451。在本发明中，如同在此具体实施方式中所描述的，在由抗蚀性组织FR包围的图案65内部，第二磁极部分451可以被精确的缩窄。

在图案电镀之后，如图18和19中所示，光刻胶63和抗反射膜62被移除。通过显影、抛光成RF抛光，可以移除抗反射膜62。

然后，依靠干法刻蚀，移除源自电镀底基层61的第二磁极部分451周围的电镀碎片。所以，可以精确的形成第二磁极部分451的图案。

图20是表示关于在晶片上被测量的顶部磁极宽度P2W的测量数据的曲线。曲线L1涉及根据传统制造方法的薄膜磁头，并且图表L2涉根据本发明制造方法的薄膜磁头。在传统的制造方法中，抗反射膜由可溶解于显影剂而没有感光性的物质组成。横坐标轴标示41个测量点，并且纵坐标轴标示顶部磁极部分宽度P2W(nm)。依靠SEM测量顶部磁极部分宽度P2W。41个测量点分散在晶片上，以检测在顶部磁极部分宽度P2W的晶片中的波动。

从图20中可以知道，对图LI和L2进行比较，关于根据本发明制造方法的薄膜磁头的顶部磁极部分宽度P2W小于关于根据传统制造方法的薄膜磁头的顶部磁极部分宽度。如果在晶片中的顶部磁极部分宽度P2W的分布被定义为(3σ/平均)，那么关于传统制造方法的分布(3σ/平均)是19.7％，关于本发明制造方法的分布(3σ/平均)是12.2％。所以，与关于传统制造方法的分布(3σ/平均)进行比较，关于本发明制造方法的分布(3σ/平均)提高7.5％。

图21是表不根据本发明所制造的另一薄膜磁头的横剖面视图。所示薄膜磁头被称作平面薄膜磁头。记录元件4包括第一磁性层41、薄膜线圈43、绝缘薄膜44、记录间隔薄膜42和第二磁性层45。第二磁性层45以平面方式形成在绝缘薄膜44和记录间隔层42上面，其中此记录间隔层形成在绝缘薄膜44。对于第一磁性层41，在ABS 100中的磁极部分411经过记录间隔层层42与第二磁性层45相对。在远离ABS 100的后部连接部分412处，第一磁性层41还与第二磁性层45连接。作为再现元件的MR元件3被设置在记录元件4的下面，并且MR薄膜30被设置在绝缘薄膜46中，以隔开第一屏蔽层281和第二屏蔽层282。

对于本发明制造方法应用到图21中所述的薄膜磁头，在绝缘薄膜44和记录间隔层42上面形成电镀底基层，并且在电镀底基层上面形成抗反射膜。然后，在抗反射膜上面涂光刻胶。然后，曝光和显影光刻胶和抗反射膜，以便形成由其制造的抗蚀性组织。然后，在由抗蚀性组织包围的内部图案中形成第二磁性层45。在此具体实施方式中，虽然绝缘薄膜44不倾斜，但是在绝缘薄膜44和记录间隔层42上形成一些凸凹部分。所以，在此具体实施方式中，第二磁性层45可以被精确地缩窄，而不会出现由于凸凹部分而引起的图案形成波动。

虽然参考上述实例对本发明进行了详细的描写，但是本发明并不局限于上述所公开的内容，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变化和修改。

如上所述，根据本发明可以提供一种方法，用于制造具有被精确缩窄的磁极部分的薄膜磁头。

Claims

1.一种制造方法，用于制造具有记录元件的薄膜磁头，此记录元件具有第一磁性层、绝缘薄膜、线圈薄膜和第二磁性层，其中所述第一磁性层和所述第二磁性层构成薄膜磁路，并且所述绝缘薄膜被设置在所述第一磁性层和所述第二磁性层之间并且支撑所述线圈薄膜，所述第二磁性层被设置在所述绝缘薄膜上，包括步骤：

在所述第一磁性层、所述线圈薄膜和所述绝缘薄膜形成之后并且在所述第二磁性层形成之前，形成电镀底基层，

在所述电镀底基层上形成抗反射膜，

在所述抗反射膜之上涂覆光刻胶，

曝光和显影所述光刻胶和所述抗反射膜，以形成由其制造的抗蚀性组织，并且

在由所述抗蚀性组织包围的内部图案中形成所述第二磁性层，

其中所述抗反射膜由经过曝光对于显影剂可溶解的物质组成。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述绝缘薄膜包括在所述薄膜磁头的空气支承表面中的倾斜部分，并且所述第二磁性层形成在所述绝缘薄膜的所述倾斜部分上。

3.根据权利要求1所述的制造方法，进一步包括在形成所述第二磁性层之后移除所述抗反射膜和所述光刻胶的步骤。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其中所述抗反射膜通过显影被移除。

5.根据权利要求3所述的制造方法，其中所述抗反射膜通过抛光被移除。

6.根据权利要求3所述的制造方法，其中所述抗反射膜依靠RF抛光被移除。

7.根据权利要求1所述的制造方法，进一步包括在所述抗反射膜形成之后并且在涂覆所述光刻胶之前曝光所述抗反射膜的步骤。

8.根据权利要求1所述的制造方法，进一步包括在所述抗反射膜形成之后并且在涂覆所述光刻胶之前，加热所述抗反射膜到80-150℃之内的步骤。

9.根据权利要求1所述的制造方法，进一步包括在曝光所述抗反射膜之后并且在显影所述抗反射膜之前，加热所述抗反射膜到80-150℃之内的步骤。

10.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述光刻胶和所述抗反射膜通过具有波长为160-400nm的激光光束被曝光。

11.根据权利要求1所述的制造方法，其中所述光刻胶由化学敏感光刻胶制成。

12.根据权利要求1所述的制造方法，其中沿着轨道宽度方向的所述内部图案的最前部宽度被缩窄为300nm或更低。

13.根据权利要求1所述的制造方法，进一步包括形成磁阻有效元件的步骤。