DE3741706A1 - Verfahren zur herstellung von spiralfoermigen duennfilm-flachspulen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von spiralfoermigen duennfilm-flachspulenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her
stellung von spiralförmigen Dünnfilm-Flachspulen nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Spulenanord
nungen finden als Magnetfeld-Sensoren besonders als Ma
gnetköpfe oder Tonköpfe Anwendung.
Ein Herstellverfahren, von dem die Erfindung ausgeht,
ist aus dem Aufsatz von K. Shiiki, I. Yuitoo and
Y. Shiroishi "Fabrication of coils with high aspect ra
tios for thin-film magnetic heads" J. Vac. Scl. Technol.
A 3 ( 5), Sep/Oct 1985, Seite 1996 bis 1999 bekannt. In dem
Aufsatz ist ein Verfahren angegeben, mit dem auf einem
Substrat aus nichtmagnetischem Material durch mehrere
Verfahrensschritte eine dünne spiralförmige Spule aus
Aluminium hergestellt wird. Eine dem Aufsatz entnommene
Darstellung zur Veranschaulichung der erforderlichen
Verfahrensschritte ist in Fig. 1 der Zeichnung widerge
geben. In den Fig. 1a bis 1f sind dabei weiter unten
im einzelnen beschriebene Verfahrensschritte 1 bis 7
dargestellt. Daraus ist zu erkennen, daß eine Reihe von
aufwendigen Verfahrensschritten erforderlich sind.
In dem genannten Aufsatz wird auch ausgeführt, daß es
für die Qualität der herzustellenden Magnetköpfe von
großer Bedeutung ist, spiralförmige Spulen mit dünnen
eng nebeneinanderliegenden Leiterbahnen herstellen zu
können, wobei nach dem bekannten Verfahren eine Leiter
bahn mit etwa 4 µm Breite bei einem Leiterbahnabstand
von etwa 2 µm herstellbar ist.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun
de, ein verbessertes Verfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung
von Dünnfilm-Spulen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Verfahrens
varianten und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Un
teransprüchen angegeben.
Die mit der Erfindung vorgeschlagene Laser-Anwendung
ermöglicht eine Herstellung von sehr dünnen, z. B. 1 µm
dicken und breiten Leiterbahnen mit geringen, z. B. 1 µm
breiten Abständen zwischen den Leiterbahnen. Außerdem
ergeben sich weniger Verfahrensschritte, insbesondere
nach einer bevorzugten Ausgestaltung, bei der nach einem
als Laser-Direct-Writing-Verfahren bekannten Verfahren
eine selektive laserinduzierte Metallabscheidung erfolgt
und damit eine direkte Herstellung der gewünschten
Struktur in einem einzigen Verfahrensschritt möglich
ist. Mit Ausnahme einer Verfahrensvariante arbeiten die
vorgeschlagenen Herstellverfahren allein nach CVD-Ver
fahren, also ohne naßchemische Verfahrensschritte, so
daß sich eine geringere Umweltbelastung ergibt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung von
Verfahrensvarianten, die in der Zeichnung dargetellt
sind.
Es zeigen:
Fig. 1 Schnittbild zur Darstellung von Verfahrens
schritten nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 Verfahrensschritte nach einer ersten erfin
dungsgemäßen Verfahrensvariante,
Fig. 3 Verfahrensschritte nach einer zweiten Verfah
rensvariante,
Fig. 4 Verfahrensschritte nach einer dritten Verfah
rensvariante.
Fig. 1 zeigt in mehreren Herstellstufen einen Schnitt
durch ein Substrat und darauf aufgebrachten Schichten,
wobei ein Verfahren nach dem Stand der Technik darge
stellt ist. In Fig. 1a ist ein nichtmagnetisches Sub
strat 1 dargestellt, auf das in einem ersten Schritt
durch Aufspinnen eine Schicht aus Polyimid Resin 2 auf
gebracht ist und in einem zweiten Schritt eine Molybdän
schicht 3. Fig. 1b zeigt einen dritten Verfahrens
schritt, nämlich Strukturieren der Molybdänschicht 3, so
daß eine Molybdän-Maske 4 entsteht. Fig. 1c zeigt das
Substrat 1 nach einem vierten Verfahrensschritt, in dem
das nicht von der Maske 4 bedeckte Resin 2 durch reak
tives Sputterätzen in CF4/4% O2 entfernt wird. Fig. 1d
zeigt das Substrat 1, nach dem in einem fünften Verfah
rensschritt durch physikalisches Aufdampfen eine leiten
de Schicht, nämlich eine Aluminiumschicht 5 aufgebracht
wurde. Fig. 1e zeigt einen sechsten Verfahrensschritt,
wobei ein selektives elektrochemisches Abätzen der Mo
lybdän-Maske 4 und des darauf befindlichen Aluminiums
erfolgt. Fig. 1f zeigt schließlich einen siebten Verfah
rensschritt, wobei die Oberfläche zum Schutz vor mecha
nischer Beschädigung ganzflächig mit Resin 2 abgedeckt
wird.
In Fig. 2 ist eine erste Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt, wobei Fig. 2a ein Substrat 1
nach einem ersten Verfahrensschritt zeigt, bei dem die
Substratoberfläche durchgehend mit einer Aluminium
schicht 5 nach einem bekannten LPCVD-(Low Pressure Chemi
cal Vapour Deposition)-Verfahren versehen wird. Geeigne
te Substrate sind z. B. Keramiken, Teflon oder Kapton,
aber auch nichtmagnetische Metalle. In einem zweiten
Schritt erfolgt eine Mikro-Materialbearbeitung, wobei
mit Hilfe eines Excimer-Lasers (Wellenlänge Lambda
= 193 nm bzw. 248 nm) selektiv Aluminium aus der Schicht
5 entfernt wird. Eine spiralförmige Struktur kann dabei
durch Bewegen des Laserstrahls in x-Richtung, also in
einer gewählten Richtung und gleichzeitiges Drehen des
Substrates um eine Rotationsachse senkrecht zur Sub
stratoberfläche hergestellt werden. Damit entsteht die
in Fig. 2b als Schnittbild dargestellte Struktur von
Leiterbahnen 6 auf dem Substrat 1.
Fig. 2c zeigt ein Schnittbild nach einem dritten Verfah
rensschritt, mit dem ebenfalls mit Hilfe eines CVD-Ver
fahrens auf die hergestellte Flachspule eine Schutz
schicht 7 aufgebracht wird. Dabei kann auch ein Auffül
len der Zwischenräume zwischen den Leiterbahnen 6 er
zielt werden, so daß eine glatte Oberfläche entsteht.
Dieser letzte Verfahrensschritt zum Aufbringen einer
Schutzschicht kann auch im Anschluß an den jeweils letz
ten Schritt der nachstehend beschriebenen Verfahrensva
rianten vorgesehen werden.
Wenn eine Bewegung des Laserstrahls und des Substrats
vermieden werden soll, kann anstelle der beschriebenen
Art der Strukturierung nach einer nicht in der Zeichnung
dargestellten Abwandlung des Verfahrens auch eine Maske
auf der Aluminiumschicht 5 vorgesehen werden, und mit
Hilfe eines gepulsten Lasers Aluminium entfernt werden.
Fig. 3 zeigt die Verfahrensschritte nach einer zweiten
Verfahrensvariante, wobei Fig. 3a einen ersten Schritt
zeigt, bei dem übereinstimmend mit dem ersten Schritt
des ersten Verfahrens nach Fig. 2a eine Aluminiumschicht
5 auf ein Substrat 1 aufgebracht wird. Danach erfolgt
als zweiter Schritt eine Imprägnierung der Oberfläche
mit einer organischen Schlichte 8 (Fig. 3b). Ähnlich wie
bei der ersten Verfahrensvariante wird nun in einem
dritten Schritt eine Mikro-Materialbehandlung durchge
führt mit Hilfe eines Ar⁺-Lasers (Lambda = 515 nm), je
doch mit verminderter Laser-Leistung. Mit dieser Behand
lung wird die Schlichte 8 an denjenigen Stellen ent
fernt, an denen Zwischenräume zwischen Leiterbahnen 6
entstehen sollen (Fig. 3c). Als vierter Schritt erfolgt
anschließend eine konventionelle naßchemische Ätzung des
Aluminiums (z. B. mit NaOH), so daß die in Fig. 3d darge
stellte Struktur entsteht. In einem fünften Schritt wird
schließlich die noch auf den Leiterbahnen 6 befindliche
Schlichte 8 naßchemisch oder thermisch (z. B. mit Laser)
entfernt, wodurch die gewünschte Struktur gemäß Fig. 3e
fertiggestellt ist.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante wird nachstehend als
dritte Variante beschrieben und ist in Fig. 4 darge
stellt. Dabei wird eine Flachspule aus Aluminium in ei
nem einzigen Verfahrensschritt durch sogenanntes Laser-
Direct-Writing hergestellt. Eine dazu erforderliche se
lektive laser-induzierte Aluminiumabscheidung kann pyro
lytisch erfolgen mit Hilfe eines Infrarot-Lasers oder
photolytisch mit Hilfe eines UV-Lasers. Um die gewünsch
te spiralförmige Leiterbahn herzustellen, muß eine ent
sprechende Führung des Laserstrahls auf dem Substrat
erfolgen, beispielsweise durch Drehung des Substrats bei
gleichzeitigem Verschieben des Laserstrahls in einer
x-Richtung. Die Verfahrensbedingungen sind ohne Schwie
rigkeiten einzuhalten, da z. B. ein Gasgemisch aus Tri
isobutyl-Aluminium verwendet werden kann, das bei etwa
20°C verdampft und wobei der Gasdruck auf etwa 10-1 mbar
einzustellen ist. Die laser-induzierte Aluminiumbe
schichtung erfolgt dabei nach der Brutto-Reaktionsglei
chung (C4H9)3 Al → Al + 3/2H2 + 3(C4H8). Nach dem La
ser-Direct-Writing-Verfahren wurden erfolgreiche spiral
förmige Flachspulen mit etwa 100 Windungen hergestellt,
wobei die Aluminiumleiterbahnen etwa 1 µm dick und breit
waren und der Abstand der Leiterbahnen etwa 1 µm betrug.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von spiralförmigen
Dünnfilm-Flachspulen aus einem leitenden Material, ins
besondere Aluminium, auf einem nichtmagnetischen Sub
strat, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material
durch laser-induzierte chemische Abscheidung eines Me
talls, z. B. Aluminium, aus der Gasphase auf das Substrat
aufgebracht wird, wobei entweder eine großflächige Ab
scheidung des Metalls und anschließende Strukturierung
nach einem Laser-Verfahren erfolgt oder eine direkte
Abscheidung des Metalls in der gewünschten Struktur.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
nachstehende Verfahrensschritte:
- - großflächige Beschichtung des Substrats durch Ab scheidung eines Metalls, z. B. Aluminium, nach einem LPCVD-(Low Pressure Chemical Vapour Deposition)-Ver fahren,
- - selektive Entfernung des Metalls mit Hilfe eines Excimer-Lasers durch entsprechende Führung des La ser-Strahls und/oder Bewegung des Substrats, wobei zur Entfernung von Aluminium ein Laser-Strahl mit Lambda = 193 nm oder 248 nm geeignet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
nachstehende Verfahrensschritte:
- - großflächige Beschichtung des Substrats durch Ab scheidung eines Metalls, z. B. Aluminium, nach einem LPCVD-(Low Pressure Chemical Vapour Deposition)-Ver fahren,
- - Aufbringen einer Maske, durch die eine herzustel lende spiralförmige Metallstruktur abgedeckt wird, und
- - Entfernung des nicht durch die Maske bedeckten Teils der Beschichtung mit Hilfe eines gepulsten Lasers.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
nachstehende Verfahrensschritte:
- - großflächige Beschichtung des Substrats durch Ab scheidung eines Metalls, z. B. Aluminium, nach einem LPCVD-(Low Pressure Chemical Vapour Deposition)-Ver fahren,
- - Imprägnieren der metallischen Schicht mit einer organischen Schlichte,
- - selektive Entfernung der Schlichte an den Stellen, an denen keine Metallisierung gewünscht ist, mit einem Laser-Strahl, z. B. Ar⁺-Laser (Lambda = 515 nm) und
- - Entfernung der nicht abgedeckten Metallfläche durch naßchemische Ätzung, im Fall einer Aluminiumschicht z. B. mit NaOH.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß eine selektive laser-induzierte pyrolytische
Aluminiumabscheidung auf dem Substrat zur direkten Her
stellung der spiralförmigen Flachspule erfolgt, wobei
während des Abscheidevorgangs der Laserstrahl und/oder
das Substrat in geeigneter Weise bewegt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei anstelle einer
pyrolytischen eine photolytisch erzeugte Aluminiumab
scheidung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher und letzter
Verfahrensschritt eine Schutzschicht nach einem CVD-Ver
fahren auf die hergestellte Flachspule aufgebracht wird,
wobei auch Zwischenräume zwischen den Leiterbahnen der
Spule durch die Schutzschicht aufgefüllt werden können.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873741706 DE3741706A1 (de) | 1987-12-09 | 1987-12-09 | Verfahren zur herstellung von spiralfoermigen duennfilm-flachspulen |
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DE19873741706 DE3741706A1 (de) | 1987-12-09 | 1987-12-09 | Verfahren zur herstellung von spiralfoermigen duennfilm-flachspulen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3741706A1 true DE3741706A1 (de) | 1989-06-22 |
Family
ID=6342201
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873741706 Withdrawn DE3741706A1 (de) | 1987-12-09 | 1987-12-09 | Verfahren zur herstellung von spiralfoermigen duennfilm-flachspulen |
Country Status (1)
Country | Link |
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