DE3741706A1

DE3741706A1 - Verfahren zur herstellung von spiralfoermigen duennfilm-flachspulen

Info

Publication number: DE3741706A1
Application number: DE19873741706
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Schmaderer; Georg Dipl Phys Dr Wahl; Josef Dipl Ing Roedig
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1987-12-09
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1989-06-22

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

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.