DE3842246C2 - Verfahren zur exakten Ausfüllung einer wannenartigen Vertiefung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur exakten Ausfüllung einer wannenartigen Vertiefung in einem Sub­ strat mit einer dünnen Schicht bis zu einer Ebene, die durch die Oberkante der Vertiefung festgelegt ist. Ein solches Verfahren ist in der EP-B-0 185 289 angedeutet.

In Dünnfilm-Technik herzustellende Magnetköpfe für Magnet­ speicherplatteneinrichtungen hoher Speicherdichte werden im allgemeinen auf sie tragenden Substraten ausgebildet. Diese Substrate können als Flugkörper gestaltet sein, so daß sie aerodynamisch über plattenförmigen Aufzeichnungs­ medien der Speichereinrichtungen hinwegzuführen sind. Bei der Herstellung derartiger Magnetköpfe besteht vielfach die Forderung, daß man einzelne oder mehrere Schichten des Magnetkopfes in einer wannenartigen Vertiefung anordnen will (vgl. z. B. die eingangs genannte EP-B). Entsprechende Vertiefungen haben dabei im allgemeinen eine Tiefe zwi­ schen 0,5 und 20 µm und sind wesentlich weiter ausgedehnt, wobei die maximale Ausdehnung bis zu einigen 100 µm betra­ gen kann. Will man jedoch eine derartige Vertiefung mit aus der Dünnfilm-Technik bekannten Verfahren exakt bis zur Oberkante der Vertiefung des Substrates mit einer entspre­ chend dünnen Schicht ausfüllen, so tritt bei bekannten Einebnungsverfahren das Problem auf, daß es wegen der gro­ ßen Ausdehnung der Vertiefung zu einer unerwünschten Ab­ senkung der Oberfläche im Bereich der Vertiefung kommen kann.

Die JP 62-119716 A gemäß Patents Abstracts of Japan P-633, Vol. 11, Nr. 337, 5.11.1987, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetkopfes auf einem ebenen Substrat. Bei diesem Verfahren wird zur Erzielung eines gleichmäßigen Ätzverhaltens ein Spalt zwischen einer Fotolackschicht und einer Isolierschicht mit einer Hilfs­ schicht ausgefüllt. Dieser Hilfsschicht kommt in erster Linie die Aufgabe zu, eine gleichmäßige Bedeckung einer Böschung zu gewährleisten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die erwähnten Absenkungen zumindest weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

• - daß auf dem mit der Vertiefung versehenen Substrat zunächst ein schichtförmiges Vorprodukt der herzustellenden Schicht mit einer Dicke abgeschieden wird, die zumindest gleich der Tiefe der Substratvertiefung ist, wobei in dem schichtförmi­ gen Vorprodukt eine der Substratvertiefung entsprechende Ab­ senkung entsteht,
• - daß dann in der Absenkung des Vorproduktes eine diese Absen­ kung weitgehend ausfüllende Hilfsschicht mit einer Dicke aus­ gebildet wird, die zumindest annähernd gleich der Tiefe der Absenkung des Vorproduktes ist, wobei zwischen dem Vorprodukt und der Hilfsschicht an der Vertiefungsoberkante nur schmale rinnenartige Gräben verbleiben,
• - daß anschließend dieser Aufbau mit einer hinreichend dicken Einebnungsschicht versehen wird, wobei die rinnenartigen Grä­ ben mit ausgefüllt werden, und
• - daß schließlich die Einebnungsschicht und die Hilfsschicht vollständig sowie der aus der Substratvertiefung herausragen­ de Teil des Vorproduktes bis zu der Ebene der Oberkante der Substratvertiefung abgeätzt werden.

Die mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens verbundenen Vortei­ le sind insbesondere darin zu sehen, daß auch bei einer ver­ hältnismäßig großen Ausdehnung der Vertiefung in dem Substrat eine einwandfreie Einebnung und Ausfüllung dieser Vertiefung mit dem Material der herzustellenden Schicht ermöglicht wird. Wegen der Verwendung der Hilfsschicht sind nämlich die an den Rändern zur Vertiefungsoberkante verbleibenden Gräben so schmal, daß bei einer an sich bekannten Einebnung mit einer Einebnungsschicht im Bereich dieser Gräben praktisch keine Ab­ senkungen der Oberfläche der Einebnungsschicht auftreten. Mit bekannten Abätzverfahren können deshalb die Einebnungsschicht sowie die Hilfsschicht bis zur Ebene der Oberkante der Vertie­ fung sehr gleichmäßig abgetragen werden. Auf der so erhaltenen sehr glatten Ebene kann dann in bekannter Weise ein weiterer Aufbau in Dünnfilm-Technik, beispielsweise von Teilen eines Dünnfilm-Magnetkopfes, aufgebracht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 als Ausführungsbei­ spiel ein Magnetkopf mit einer erfindungsgemäß herzustellenden Schicht schematisch veranschaulicht ist. In den Fig. 2 bis 8 sind einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung dieser Schicht angedeutet. Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Bei dem in Fig. 1 als Längsschnitt nur teilweise veranschau­ lichten Dünnfilm-Magnetkopf zum Schreiben und Lesen wird von an sich bekannten ringkopfähnlichen Ausführungsformen mit schicht­ weisem Aufbau für das Prinzip einer longitudinalen (horizon­ talen) oder insbesondere einer senkrechten (vertikalen) Magne­ tisierung ausgegangen. Der in der Figur allgemein mit 2 be­ zeichnete Kopf ist in Dünnfilm-Technik auf einem Substrat 3 ausgebildet, das in bekannter weise als Flugkörper gestaltet sein kann und in der Figur nicht weiter ausgeführt ist. Das Substrat 3 und damit der Magnetkopf 2 sind relativ zu einem an sich bekannten, dem vorgesehenen Magnetisierungsprinzip ent­ sprechenden Aufzeichnungsmedium in geringer Flughöhe längs einer Spur aerodynamisch zu führen. Diese bezüglich des Kopfes relative Bewegungsrichtung des sich beispielsweise unter diesem hinwegdrehenden Aufzeichnungsmediums ist durch eine mit v be­ zeichnete gepfeilte Linie angedeutet.

Der Magnetkopf 2 weist einen den magnetischen Fluß führenden, ringkopfähnlichen magnetischen Leitkörper 5 mit zwei Magnet­ schenkel 6 und 7 auf. Diese Magnetschenkel enthalten jeweils mindestens eine Magnetschicht 6a bzw. 7a, die an ihren dem Auf­ zeichnungsmedium zugewandten Polspitzen 8 und 9 jeweils einen Magnetpol P1 bzw. P2 ausbilden. Zwischen den beiden Polen P1 und P2 ist ein Luftspalt 10 von einer vorteilhaft geringen longitudinalen, d. h. in Bewegungsrichtung v weisenden Weite g von unter 1 µm ausgebildet. Jeder der Magnetschenkel 6 und 7 ist außerhalb der durch die Polspitzen 8 und 9 eingenommenen Bereiche mit einer zusätzlichen, verhältnismäßig dicken Magnet­ schicht 6b bzw. 7b verstärkt. Die beiden Verstärkungsschichten 6b und 7b sind dabei so angeordnet, daß sie an den Außenseiten des magnetischen Leitkörpers 5 liegen.

Wie ferner aus der Figur ersichtlich, soll sich die Verstär­ kungsschicht 6b, welche dem hinsichtlich der Bewegungsrichtung v vorlaufenden Magnetschenkel 6 zugeordnet ist, in einer wan­ nenartigen Vertiefung 12 befinden. Diese Vertiefung ist dabei in das Substrat 3 so eingearbeitet und erfindungsgemäß mit der Verstärkungsschicht 6b exakt bis zu ihrer Oberkante K so aus­ gefüllt, daß die der Magnetschicht 6a zugewandte Oberfläche 13 der Verstärkungsschicht 6b zusammen mit der nicht-vertieften Oberfläche 14 des Substrates 3 in einer gemeinsamen Ebene E liegt.

In einem mittleren Bereich des ringkopfähnlichen magnetischen Leitkörpers 5 ist der Abstand zwischen den beiden Magnetschen­ keln 6 und 7 gegenüber der Spaltweite g erweitert, indem der hinsichtlich der Bewegungsrichtung v rückwärtige (nachlaufende) Magnetschenkel 7 in diesem Bereich auf einen größeren Abstand W bezüglich des vorderen, eben ausgebildeten und dem Substrat 3 zugewandten Magnetschenkels 6 führt. Außerhalb dieses erweiter­ ten Leitkörperbereiches ist auf der dem Aufzeichnungsmedium ab­ gewandten Seite des Leitkörpers der Magnetschenkel 7 in be­ kannter Weise an den Magnetschenkel 6 angefügt, so daß sich dann die ringkopfähnliche Gestalt des Leitkörpers 5 ergibt.

Durch den zwischen den beiden Magnetschenkeln 6 und 7 in dem erweiterten Leitkörperbereich somit vorhandenen Zwischenraum 16 erstreckt sich mindestens eine ein- oder mehrlagige Spulen­ wicklung 17, mit der sowohl die Schreib- als auch die Lese­ funktion ausgeübt werden kann. Der gesamte magnetische Leit­ körper 5 ist auf seiner Außenseite mit einer harten Schutz­ schicht 18 abgedeckt.

Anhand der schematischen Längsschnitte der Fig. 2 bis 8 wer­ den nachfolgend einzelne Schritte zu einer erfindungsgemäßen Herstellung der magnetischen Verstärkungsschicht 6b des in Fig. 1 veranschaulichten Magnetkopfes näher erläutert:
Um in dem Substrat 3 die wannenartige Vertiefung 12 auszubil­ den, wird gemäß Fig. 2 auf der in der Ebene E liegenden Ober­ fläche 14 des Substrates nach bekannten photolithographischen Verfahren außerhalb des Bereichs der Vertiefung eine Schicht 20 aus einem Photolack abgeschieden. Nach Belichten und Ent­ wicklung der Photolackschicht 20 wird die gesamte Oberfläche des so beschichteten Substrates einem Ionenstrahlätzen unter­ zogen. Der Ätzprozeß wird dabei solange durchgeführt, bis die Lackschicht 20 vollständig abgetragen ist. Dabei wird auch das Substrat 3 in dem nicht-beschichteten Bereich bis zu einer Tiefe t von beispielsweise 2 µm unter Ausbildung der gewünsch­ ten Vertiefung 12 abgeätzt (Fig. 3).

Danach wird die so strukturierte Oberfläche des Substrates zu­ mindest im Bereich der Vertiefung 12 und in den angrenzenden Randbereichen der nicht-vertieften Oberfläche 14 beispielsweise mittels eines Sputterprozesses mit einem schichtförmigen Vor­ produkt 22 aus dem Material der herzustellenden Verstärkungs­ schicht 6b überzogen (Fig. 4). Dieses schichtförmige Vorpro­ dukt 22 erstreckt sich somit auch durch den Bereich der wannen­ artigen Vertiefung 12 und weist in etwa eine der Strukturierung des Substrates entsprechende Strukturierung auf. Die Dicke d des schichtförmigen Vorproduktes 22 entspricht dabei im Bereich der Vertiefung 12 zumindest annähernd der Tiefe t der Vertie­ fung. Die Dicke d kann gegebenenfalls aber auch größer als die Tiefe t sein.

In der Oberfläche 24 des schichtförmigen Vorproduktes 22 ist demnach eine der Substratvertiefung 12 entsprechende wannen­ artige Absenkung 25 vorhanden, die eine verhältnismäßig große maximale Längs- und/oder Querausdehnung a von beispielsweise etwa 200 µm aufweist und eine Tiefe t′ hat, die etwa gleich der Tiefe t der Vertiefung 12 ist. Eine Einebnung einer derart strukturierten Oberfläche nach bekannten Einebnungsverfahren ist jedoch nicht ohne weiteres möglich. Diese Verfahren würden nämlich wegen der Größe der Ausdehnung a zu unerwünschten Ein­ buchtungen der Oberfläche im Bereich der Absenkung 25 führen. Gemäß Fig. 5 ist deshalb vorgesehen, daß mittels Photolitho­ graphie die Absenkung 25 mit einer Hilfsschicht 26 aus einem Photolack möglichst weitgehend ausgefüllt wird. Die Dicke d′ dieser Hilfsschicht wird dabei so eingestellt, daß sie gleich der Tiefe t′ der Absenkung 25 ist. Die Oberfläche 27 der Hilfs­ schicht 26 liegt deshalb zusammen mit dem nicht-abgesenkten Teil der Oberfläche 24 des schichtförmigen Vorproduktes 22 in einer gemeinsamen Zwischenebene e. Beim Aufbringen der Hilfs­ schicht 26 läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß im Bereich der Ränder der Absenkung 25 schmale rinnenartige Gräben 29 zwischen der Hilfsschicht 26 und dem schichtförmigen Vorprodukt 22 ver­ bleiben.

Derartige Gräben 29 mit einer Breite b von höchstens einigen wenigen Mikrometern können in an sich bekannter Weise einge­ ebnet werden. Gemäß Fig. 6 wird hierzu die gesamte freie Ober­ fläche des schichtförmigen Vorproduktes 22 und der Hilfsschicht 26 mittels einer Polymer-Schicht 30, beispielsweise mit einem Fotolack, hinreichender Dicke eingeebnet. Hierbei werden auch die schmalen Gräben 29 mit dem Material der Einebnungsschicht 30 ausgefüllt, ohne daß merkliche Einbuchtungen der Oberfläche der Schicht 30 im Bereich dieser Gräben auftreten.

Anschließend wird das Kunststoffmaterial der Einebnungsschicht 30 bis zu der gemeinsamen Zwischenebene e der Oberfläche des schichtförmigen Vorproduktes 22 und der Hilfsschicht 26 wieder abgeätzt, wobei die Gräben 29 mit dem Material der Einebnungs­ schicht gefüllt verbleiben (Fig. 7). Als Ätzverfahren ist ins­ besondere reaktives Ionenstrahlätzen mit Sauerstoffionen in Argon oder reaktives Ionenätzen mit Sauerstoff geeignet.

Schließlich wird mittels eines weiteren Ätzprozesses sowohl das über die Vertiefung 12 in dem Substrat 3 herausragende Material des schichtförmigen Vorproduktes 22 als auch das Material der Hilfsschicht 26 sowie das in den Gräben 29 befindliche Material bis zur Oberfläche E des Substrates 3 abgetragen. Hierbei wird vorteilhaft eine etwa gleichgroße Ätzrate für das Material des Vorproduktes 22 sowie für das oder die Kunststoffmaterialien der Hilfsschicht 26 und der Gräben 29 vorgesehen. Geeignet hierfür ist insbesondere reaktives Ionenstrahlätzen mit Stick­ stoffionen in Argon.

Am Ende dieses Ätzprozesses liegt dann ein Substrat 3 vor, dessen Vertiefung 12 vollständig bis zu der gemeinsamen Ebene E mit einem Material ausgefüllt ist, das die Verstärkungsschicht 6b bildet (Fig. 8). Auf der Ebene E kann dann in an sich be­ kannter Weise der übrige Aufbau des in Fig. 1 dargestellten Magnetkopfes in Dünnfilm-Technik komplettiert werden.

Gemäß dem in den Figuren angedeuteten Ausführungsbeispiel kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei der Herstellung einer in einem Substrat eines Dünnfilm-Magnetkopfes versenkt angeordneten Magnetschicht angewandt werden. Das er­ findungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf einen derartigen Anwendungsfall beschränkt. Es kann generell dort eingesetzt werden, wo eine wannenartige Vertiefung mit geringer Tiefe und vergleichsweise große Ausdehnung in einem beliebigen Körper mit einem beliebigen Material nach Verfahren der Dünnfilm-Tech­ nik ausgefüllt und eingeebnet werden soll. Besonders vorteil­ haft lassen sich Vertiefungen ausfüllen und einebnen, deren Tiefe zwischen 0,2 µm und 20 µm, insbesondere zwischen 1 µm und 10 µm, liegt und die in einer Richtung quer dazu mindestens 20 µm, insbesondere über 100 µm, ausgedehnt sind.

Claims (9)

1. Verfahren zur exakten Ausfüllung einer wannenartigen Vertie­ fung in einem Substrat mit einer dünnen Schicht bis zu einer durch die Oberkante der Vertiefung festgelegten Ebene, dadurch gekennzeichnet,

• - daß auf dem mit der Vertiefung (12) versehenen Substrat (3) zunächst ein schichtförmiges Vorprodukt (22) der herzustel­ lenden Schicht (6b) mit einer Dicke (d) abgeschieden wird, die mindestens gleich der Tiefe (t) der Substratvertiefung (12) ist, wobei in dem Vorprodukt (22) eine der Substratver­ tiefung (12) entsprechende Absenkung (25) entsteht,
• - daß dann in der Absenkung (25) des Vorproduktes (22) eine diese Absenkung (25) weitgehend ausfüllende Hilfsschicht (26) mit einer Dicke (d′) ausgebildet wird, die zumindest an­ nähernd gleich der Tiefe (t′) der Absenkung (25) des Vorpro­ duktes (22) ist, wobei zwischen dem Vorprodukt (22) und der Hilfsschicht (26) an der Vertiefungsoberkante (K) nur schmale rinnenartige Gräben (29) verbleiben,
• - daß anschließend dieser Aufbau mit einer hinreichend dicken Einebnungsschicht (30) versehen wird, wobei die Gräben (29) mit ausgefüllt werden, und
• - daß schließlich die Einebnungsschicht (30) und die Hilfs­ schicht (26) vollständig sowie der aus der Substratvertiefung (12) herausragende Teil des Vorproduktes (22) bis zu der Ebene (E) der Oberkante (K) der Substratvertiefung (12) abge­ ätzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vertiefung (12) in dem Substrat (3) mittels Photolithographie und Ionenstrahlätzens ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hilfsschicht (26) in der Absenkung (25) aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hilfsschicht (26) mittels Photo­ lithographie ausgebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einebnungsschicht (30) aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Einebnungs­ schicht (30) mittels eines ersten Ionenstrahlätzprozesses bis zu einer Zwischenebene (e) abgearbeitet wird, in der die Ober­ flächen (24, 27) des schichtförmigen Vorproduktes (22) und der Hilfsschicht (26) liegen, und daß anschließend mittels eines zweiten Ionenstrahlätzprozesses der aus der Substratvertiefung (12) herausragende Teil des Vorproduktes (22), die Hilfsschicht (26) sowie das die Gräben (29) ausfüllende Material der Ein­ ebnungsschicht (30) bis zu der Ebene (E) der Oberkante (K) der Substratvertiefung (12) abgearbeitet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für den ersten Ätzprozeß ein reaktives Ionenstrahlätzen mit Sauerstoffionen in Argon oder ein reakti­ ves Ionenätzen mit Sauerstoff und/oder für den zweiten Ätzpro­ zeß ein reaktives ionenstrahlätzen mit Stickstoffionen in Argon vorgesehen werden/wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Dünn­ film-Magnetkopfes (2) in der Vertiefung (12) des Substrates (3) eine versenkte Magnetschicht (6b) ausgebildet wird.

9. Verfahren nach eine der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (12) mit einer Tiefe (t) zwischen 0,2 µm und 20 µm, vorzugsweise zwi­ schen 1 µm und 10 µm, und mit einer quer dazu zu messenden Ausdehnung (a) von mindestens 20 µm, vorzugsweise mindestens 100 µm, mit einem Material der dünnen Schicht (6b) ausgefüllt wird.