DE3147401A1 - Verfahren zur schaffung eines metallmusters auf einem substrat - Google Patents

Verfahren zur schaffung eines metallmusters auf einem substrat

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Description

Patentanwälte · European Patent Attorneys
~9' München
MEMOREX CORPORATION
Santa Clara, CA., USA
M8 P27 D
Verfahren zur Schaffung eines Metallmusters auf einem Substrat
■ PH ort tat: 3. Dezember 1980 - USA - Serial No. 212 359
3U74Q1
Bei der Herstellung von Polstücken für Magnetaufnahmeköpfe in Dünnfilmtechnik oder anderen Elementen, die hohen ToIeranzanforderungen genügen müssen, sind beim Galvanisieren und Ätzen von Folienmaterial, dessen Zusammensetzung und Struktur exakt gesteuert werden muß, um eine gleichmäßige Leistung zu erzielen, neue Techniken entwickelt worden. Wie aus US-PS 3 853 715 hervorgeht, sind die herkömmlichen Verfahren der Maskentechnik oder Rasterätzung zur Herstellung derartiger Elemente ziemlich unwirksam.
Beim Plattieren einer Legierung, beispielsweise Permalloy, d.h. einer Nickel-Eisen-Legierung ist man gemäß dem Stand der Technik so vorgegangen, daß die in Blech- oder Folienform vorliegende Legierung plattiert und dann die Folie zu den!gewünschten Mustern geätzt wurde. Wenn aber Filme im Wege des Galvanisieren niedergeschlagen werden, muß zwischen der Legierung und dem das Legierungsmuster tragenden Substrat eine Haftschicht vorgesehen werden. Da eine Galvanisierung auf gewissen Haftschichten nicht möglich ist, muß manchmal noch eine dünne Schicht aus ziemlich edlem Metall, wie Au, Pt, Pd, Cu, Ni usw. auf der Haftschicht niedergeschlagen werden.
Leider werden viele der Haftschichten und der Plattierbasisschichten, die mit der magnetischen Legierung im Substrat verträglich sind, beim Ätzen gegenüber der Legierung kathodisch, was zu krassen Hinterschneidungen oder Unterschneidungen führt. Die Nickel-Eisen-Legierung wird z.B. durch Zwischenschalten einer dünnen Schicht aus Chrom oder Titan zwischen die Nickel-Eisen-Legierung und das zugehörige Substrat für Glas oder Silizium haftfähig gemacht. US-PS 3 853 715 zeigt, daß beim Ätzen eines solchen vielschichtigen Aufbaus im geätzten Material eine starke Hinterschneidung auftritt, die durch verschiedene getrennte, beim Ätzen auftretende Wirkungen hervorgerufen wird und weder reproduzier-
ti ο σ
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bar noch steuerbar ist. Hinterschneidungen treten auf, weil der chemische Ätzvorgang eine beschleunigte Form der Korrosion ist. Die Korrosion ist im Prinzip isotrop, sie sollte sowohl senkrecht zur Dicke des geätzten Metalls als auch parallel sur Dicke d©s Materials mit gleicher Geschwindigkeit vor sich gehen. Das führt zu einer gleichmäßigen Hinterschneidung des Metalls. Aber angesichts der außerordentlich geringen Filmdicken und Musterdimensionen können die Dimensionen der Metallkristalliten und -körner nicht außer acht gelassen werden» Die Korngrenzen und die Körner werden mit unterschiedlicher Geschwindigkeit weggeätzt, was zu rauhen Kanten führt.
Wenn während der Endstufen ü®s Ätzvorganges'die Haftschicht und/oder die Plattierbasissehicht aus Metall freigelegt wird, bilden die ungleichen Metall® eine galvanische Zelle, die ein außerordentlich rasches 'Atzen des anodischen Metalls verursacht. Die beiden Metalle Titan und Chrom werden außerordentlich rasch passivi©rt und gegenüber Nickel, Nickel-Eisen und den Metallen &®r Eiüsngruppa kathodisch. Wenn die Metalle, wie Platin, Palladiua8 Gold oder Kupfer in dem Schichtaufbau zusammen rait Meteilen der Eisengruppe vorhanden sind, wirken sie kath©disob8 und das Ätzen des Nickels, der Nickel-Elsen-Legierung uswo kann nicht gesteuert werden.
Die genannten Hinterschnitte ©ind schädlich für die Reihenherstellung von Änordnuag©np wie den Polstücken von Magnetköpfen in Dünnfilmtechnik»
Die obenerwähnten Schwierigkeiten sind in der US-PS 3 853 erkannt, die eine Lösung hierfür vorschlägt. Um ein gleichmäßiges Ätzen vielschichtigem galvanisierter Metalle ohne Hinterschnitte zu ®rzi©len„ lehrt das genannte Patent die Anordnung einer sehr schmalen Grenze oder Sperr© aus Photo-
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resistmaterial "bzw. Photolack oben auf der kathodischen Haftmetallschicht, ehe das anodische Metall galvanisiert wird. Die schmale Grenze ist in sich geschlossen und dient als Rahmen, während eine zweite Schicht aus Photolack so niedergeschlagen und entwickelt wird, daß sie nur über dem anodischen Material vorhanden ist,welches nach dem Atzen erhalten bleiben soll. Die zweite Schicht aus Photolack überlappt die erste so, daß die anodische Schicht vollkommen umhüllt ist. Es wird gelehrt, daß beim anschließenden Wegätzen des für das endgültige Muster nicht benotigten, überschüssigen anodischen Materials die gewünschten Bereiche des Mustere vor Angriff geschützt sind, so daß das Hinterschneiden vermieden wird, welches auftritt, wenn zwei oder mehr ungleiche Metalle dem gleichen Ätzmittel ausgesetzt werden.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die bekannte Lösung des Hintersehneidungsprobleras nicht ganz angemessen ist. Im einzelnen ist festgestellt worden, daß das Ätzmittel, nachdem das galvanisierte anodische Material, z.B. die Nickel-Eisen-Legierung weggeätzt wurde, dann Zugang zu den kathodischen Metall-/Haftschichten hat, und daß es zu seitlichem Ätzen unterhalb der Photolaokgrenze kommt. Sobald das beginnt, verliert das Haftmittel, welches den Photolack an Ort und Stelle hält, seine strukturelle Unversehrtheit, und der Photolack beginnt vom Substrat entfernt zu werden, was das Hinterschneidungsproblem noch verschärft.
Um das Problem der Hinterschneidungen im wesentlichen zu beseitigen, wird erfindungsgemäß eine sehr schmale Grenze bzw. ein sehr schmaler Rand aus Photolack so angeordnet, daß das später geschaffene, galvanisch niedergeschlagene anodische Material, beispielsweise Permalloy umgrenzt ist. Obwohl bereits aus US-PS 3 853 715 bekannt ist, eine Grenze bzw. einen Rand aus Photolack vorzusehen, unterscheidet sich die
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Erfindung vom Stand der Technik durch das vollkommene Umhüllen des anodischen Materials mit Photolack, der ganz "bis zu dem inerten Substrat reicht. Wie beim Stand der Technik wird erfindungsgemäß' der schmale Saum aus Photolack auf der kathodischen Metall-/Haftschlcht in einem an Breite und Abmessung sehr schmalen Grenzbereich angebracht, der das herzustellende endgültige Metallprodukt begrenzen soll. Nach der Anordnung des Photolacks wird das anodische Material auf der kathodischen Metall-/Haftunterschicht niedergeschlagen, dann wird der Photolack entfernt9 um die genannte kathodische Metall-/Haftunterschicht nur in denjenigen Bereichen freizulegen, die zuvor von dem schmalen, in sich selbst gestützten Band aus Photolack bedeokt waren. Danach wird die kathodische Metall-/Haftunterschicht in diesen freiliegenden Bereichen entfernt und erneut Photolack aufgebracht,, der sich ganz bis zur inerten Trägerschicht erstreckt und das anodische Material, welches das endgültige Produkt abgeben soll, bedeckt und infolgedessen umhüllt»
Bei der Verwirklichung der Erfindung wirkt der Photolack als eine im wesentlichen undurchdringliche Sperre gegenüber seitlichem Ätzen, so daß das Problem der Hinterschneidungen im wesentlichen ausgeschaltet wird« Das korrodierende Ätzen erhält nur die Möglichkeit,, sich längs der kathodischen Metall-/ Haf'tunterschicht fortzusetzen! aber wenn das Ätzmittel dem Photolack gegenübertritt s trifft es auf eine Barriere, die den Ätigvorgang beendet«
Fig. 1 und 2 zeigen bekannte Verfahrenssehritte gemäß US-PS 3 853 715» Pig· 3-7 zeigen" die· aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte, mit denen beim chsraischen Atzen gemäß der Erfindung das Hinterschneiden vermieden wird»
Pig. 1 veranschaulicht die Bearbeitung eines galvanisierten Folienmaterials, bei dem ein Substrat 1 aus Siliziumdioxid,
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Glas oder einem anderen ähnlichen, sich selbst stützenden Isoliermaterial eine dünne Haftmetallschicht 2, z.B. aus Chrom, Titan, Tantal, Wolfram, Niobium, Vanadium oder Zircon trägt. Diese Haftmetallschicht 2 wird in erster Linie vorgesehen, um das hier interessierende Hauptmetall, beispielsweise eine Nickel-Eisen-Legierung, die als das anodische Metall bezeichnet wird, am Substrat haften zu lassen. Da>ein Galvanisieren oder Plattieren ohne Elektrolyse auf einer solchen Haftschicht nicht ohne weiteres möglich ist, ist es wünschenswert, die Haftmetallschicht 2 der Reihe nach mit ohne weiteres plattierbarem Metall, beispielsweise Au, Pt, Pd, Cu, Ni, Ni-Pe oder einer Metallegierung als Plattiermetallschicht 3 zu metallisieren. Die Haftmetallschicht 2 und die leitfähige Plattiermetallschicht 3 kann durch Aufsprühen, Aufdampfen oder in beliebiger anderer Art aufgebracht werden.
Gemäß dem Stand der Technik wird an dieser Stufe des Verfahrensablaufs Photoresistmaterial oder Photolack 7 und 17 im Wege bekannter lithographischer Techniken aufgebracht und das anodische Material 6, z.B. Permalloy niedergeschlagen.
Nach dem Plattieren der Schicht 6 aus Permalloy wird gemäß bekannter photolithographischer Techniken eine weitere Photolackschicht 8 oben auf die anodische Metallschicht 6 aufgebracht. Das in Fig. 1 als Bereich 4 und 5 gezeigte überschüssige anodische Material wird dann weggeätzt, wobei PeCIo ein geeignetes Ätzmittel für die Ni-Fe-Legierung ist; und die Ränder aus Photolack 7, 17 und 8 das anodische Material umhüllen.
Der Stand der Technik lehrt, daß der Photolaok verhindert, daß das aktive Metall, wie Ni-Pe in Gegenwart des kathodischen Metalls, wie Chrom, Titan, Gold usw. geätzt wird. Nachdem das aktivere Metall 6 mit PeCl- geätzt wurde, soll das
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Plattlerbasismetall 3 und die Haftschicht 2 mit geeigneten chemischen Ätzmitteln geätzt werden. Wie schon erwähnt, ist jedoch entdeckt worden, daß die zum Entfernen der ungewünschten anodischen Bereiche k und 5 gemeinsam mit dem Plattierbasismetall 3 und der Haftschicht 2 verwendeten Ätzmittel die Schichten 2 und 3 unterhalb der Grenzbereiche 7 und 17 aus Photolack wegätzen/ was zu starkem Hinterschneiden und unscharfen Kanten beim Ätzen führt, wie in Fig. 2 bei 9 und 10 erkennbar ist. Sobald das seitliche Ätzen beginnt, geht die Haftung zwlsohen den Photolackbereichen 7 und 17 und den stützenden Schichten 2 und 3 verloren, was das Problem noch verschärft. Außerdem'wird durch das unterschiedliche elektrochemische Potential der Haftmetallschicht 2, z.B. Titan ,und dem anodischen Metall, z.B. Ni-Pe eine Batterie geschaffen, sobald die Haftmetallschicht dem Ätzmittel ausgesetzt ist, und die Ätzgeschwindigkeit des Ni-Fe wird so stark erhöht, daß eine Steuerung des Ätzvorganges sehr schwierig, wenn nicht ganz unmöglich wird.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wird auf die Schritte gemäß Fig. 3-7 hingewiesen. Fig. 3 zeigt ein Vorgehen, welches an gleichwertiger Stelle im Verfahrenszyklus dem Stand der Technik im wesentlichen gleichwertig ist. Im einzelnen ist auf einer Haftmetallschicht 2 und einer Plattiermetallschicht 3 eine sehr dünne Grenze bzw. ein schmaler Rand aus Photolack angebracht worden, der in Form der Elemente 15» gezeigt ist. Dann wird die anodische Schicht auf der Plattiermetallschicht 3 als gleichmäßiger Überzug niedergeschlagen, wie in den Bereichen 4,5 und 6 zu sehen ist. Es ist der Bereich 6, der das als Endprodukt interessierende Muster abgeben soll, und dessen Gestalt 1st durch den sehr schmalen, sich selbst stützenden Hand aus Photolack 15, 16 begrenzt.
Andes« als beim Stand der Technik wird der Band aus Photolack 15» 16 nun gemäß einem beliebigen bekannten Verfahren ent-
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fernt, so daß die Haftmetallschicht 2 und die Plattiermetallschicht 3 selektiv in denjenigen Bereichen freigelegt werden, die von dem sehr schmalen, sich selbst stützenden Rand aus Photolack bestimmt waren. Wie Fig. 4- zeigt, wird die Haftmetallschicht 2 und die Plattiermetallschicht 3 selektiv, gemäß einem beliebigen bekannten Verfahren, beispielsweise durch Sprüh- oder Zerstäubungsätzen oder Ionenfräsen entfernt, was zu Leerräumen 11 und 12 führt, die sich ganz bis zur Basis 1 bei 13 und 14 erstrecken. Diese Leerräume, die vorzugsweise eine Breite von ca. 0,025 bis 0,051 mm (0,1 bis 0,2 Mil) haben, bestimmen das endgültige Muster bzw. die endgültigen Muster aus anodischem Material, die z.B. die Polstücke von Magnetköpfen in Dünnfilmtechnik werden.
Die Leerräume 11, 12 werden mit Photolack 8 gefüllt, der das anodische Material 6 an drei Seiten vollkommen umhüllt, während die vierte Seite in diesem Bereich von der inerten Basis 1 umhüllt wird.
Gemäß Fig. 5 kann sich der Photolack 8 geringfügig über die gefüllten Leerräume 11, 12 hinauserstrecken. Das überschüssige anodische Material kt 5» z.B. galvanisch niedergeschlagenes Permalloy wird dann weggeätzt, wobei für die Fe-Ni-Legierung FeCl« ein geeignetes Ätzmittel ist. Die Plattiermetallschicht 3 und die Haftmetallschicht 2 kann mit geeigneten chemischen Ätzmitteln geätzt werden. Da der Photolack 8 mit der Stützbasis 1 in körperlicher Berührung steht, hat das Ätzen der Bereiche 4 und 5 ebenso wie der Schichten 2 und 3 keinerlei, nachteilige Wirkung auf die Unversehrtheit der scharfen Kante des anodischen Metalls bzw. der stützenden Schichten 2 und 3, die innerhalb der vom Photolack 8 bestimmten Grenzen liegen (Fig. 6). Der Photolack 8 wird zuletzt gemäß einem beliebigen bekannten Verfahren entfernt, und es entsteht das endgültige scharfkantige Muster, welches mit dem Stand der Technik nicht zu erzielen war (Fig. 7).
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«r _
Die Lehre des US-PS 3 853 715 einschließlich bevorzugter Photolacke und Ätzmittel wird in die vorliegende Offenbarung eingeschlossen.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    j Verfahren zur Schaffung eines metallischen Musters auf einem Substrat,
    dadurch gekennzeichnet , daß (a) eine erste dünne metallische Schicht auf einem inerten Substrat niedergeschlagen wirdf Cb) daß ein sehr schmaler, eich selbst stützender Rand eines Photoreeistmateriale in gegebener Hohe auf der metallischen Schicht niedergeschlagen wird, daß dieser Band die Gestalt eines gewünschten Musters eines auf der dünnen metallischen Schicht niederzuschlagenden, anschlieSenden zweiten,Metalle umgrenzt, wobei das anschließende zweite Metall gegenüber der ersten metallIschen Schicht während des Ätzens anodisch wird, (©) daS Sas zweite Metall auf dem ersten Metall niedergeschlagen wird8 (d) daß der sich selbst stützende Rand aus Photoresistmaturial unter Freilegung der ersten dünnen metallischen Schicht entfernt wird9 (e) daß die erste dünne metallische Schicht in den im Verfahrensschritt (d) freigelegten Bereichen entfernt wird8 (f) daß Photoresistmaterial so niedergeschlagen wird5 daß es im wesentlichen das gewünschte Muster bedeckt und im wesentlichen die vorher von dem sich selbst stützenden Rand aus Photoresistmaterial eingenommenen Bsreiche füllte um das zweite Metall innerhalb des gewünschten Musters im wesentlichen zu umhüllen, und (g) daß das gans© -nicht eingehüllte anodische Material weggeätzt wird.
    2, Verfahren zur Schaffung eines metallischen Musters auf einem Substrat,
    dadurch gekennzeichnet s daß (a) ein Haftmittel und/oder ein Plattiertes!smaterial auf einem inerten Substrat niedergeschlagen wird, welches bei einem anschließenden Xtzvorgang kathodisch wird, (b) daß ein sehr schmaler, sich selbst stützender Rand aus PhotoresiBtmaterial in gegebener Höhe auf dsm kathodischen Material angeordnet wird,
    daß dieser Rand die Gestalt eines gewünschten Musters eines anschließend auf dem kathodischen Material niederzuschlagenden anodischen Materials umgrenzt, (c) daß anodisches Material auf dem kathodischen Material niedergeschlagen wird, (d) daß der sich selbst stützende Rand aus Photoresistmaterial unter Freilegung des kathodischen Materials entfernt wird, (e) daß das kathodische Material in den im Verfahrensschritt (d) freigelegten Bereichen entfernt wird, (f) daß Photoresistmaterial so niedergeschlagen wird, daß es im wesentlichen das gewünschte Muster bedeckt und die zuvor von dem sich selbst stützenden Rand aus Photoresistmaterial eingenommenen Bereiche im wesentlichen füllt, um so das anodische Material innerhalb des gewünschten Musters im wesentlichen zu umhüllen, und (g) daß das ganze nicht umhüllte anodische Material weggeätzt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das nicht umhüllte anodische Material durch chemisches Atzen entfernt wird.
    k. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß die erste dünne metallische Schicht durch Rücksprühätzen in denjenigen Bereichen, die durch die Entfernung des sich selbst stützenden Randes aus Photoresistmaterial freigelegt wurden, entfernt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß die erste dünne metallische Schicht durch Ionenfräsen in denjenigen Bereichen, die durch die Entfernung des sich selbst stützenden Randes aus Photoresistmaterial freigelegt wurden, entfernt wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet , daß im wesentlichen
    das ganze Haftmittel und Plattierbasismaterial durch Rücksprühätzen in denjenigen Bereichen, die durch das Entfernen des sich selbst stützenden Randes aus Photoresistmaterial freigelegt wurden, entfernt wird.
    ?. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet , daß im wesentlichen das ganze Haftmittel und Plattierbasismaterial in denjenigen Bereichen, die durch das Entfernen des sich selbst stützenden Randes aus Photoresistmaterial freigelegt wurden, durch Ionenfräsen entfernt wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet , daß das anodische Material eine Legierung aus Nickel und Eisen aufweist.
    9. Polstück für einen Dünnschichtkopf hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2.
    10. Verfahren nach Anspruch I8
    dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Metall auf das erste Metall galvanisiert wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet , daß das anodische Material auf das Haftmittel und/oder das Plattierbasismaterial galvanisiert wird.
    12. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Metall auf dem ersten Metall bis su einer Höhe niedergeschlagen wird, die die Hohe des sich selbst stützenden Randes aus Photoresistmaterial im wesentlichen nicht übersteigt.
    13. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet , daß das anodische Material auf dem kathodischen Material bis zu einer Hohe niedergeschlagen wird, die die Hohe des sich selbst stützenden Randes aus Photoresistmaterial im wesentlichen nicht übersteigt.
    14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet , daß der schmale Bereich etwa eine Breite von 0,025 bis 0,051 mm (0,1 bis 0,2 Mil) hat.
DE19813147401 1980-12-03 1981-11-30 Verfahren zur schaffung eines metallmusters auf einem substrat Granted DE3147401A1 (de)

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