DE3147401C2 - - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von Polstücken für Magnetaufnahmeköpfe in Dünnfilmtechnik oder anderen Elementen, die hohen Tole­ ranzanforderungen 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 38 53 715 hervorgeht, sind die herkömmlichen Ver­ fahren 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 Folien­ form vorliegende Legierung plattiert und dann die Folie zu den gewünschten Mustern geätzt wurde. Wenn aber Filme im Wege des Galvanisierens niedergeschlagen werden, muß zwischen der Legierung und dem das Legierungsmuster tragen­ den 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 Plattierbasis­ schichten, die mit der magnetischen Legierung im Substrat verträglich sind, beim Ätzen gegenüber der Legierung katho­ disch, was zu krassen Hinterschneidungen oder Unterschnei­ dungen 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 38 53 715 zeigt, daß beim Ätzen eines solchen vielschichti­ gen Aufbaus im geätzten Material eine starke Hinterschneidung auftritt, die durch verschiedene getrennte, beim Ätzen auf­ tretende Wirkungen hervorgerufen wird und weder reproduzier­ 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 zur Dicke des Materials mit gleicher Ge­ schwindigkeit vor sich gehen. Das führt zu einer gleich­ mäßigen 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 wegge­ ätzt, was zu rauhen Kanten führt.

Wenn während der Endstufen des Ätzvorganges die Haftschicht und/oder die Plattierbasisschicht aus Metall freigelegt wird, bilden die ungleichen Metalle eine galvanische Zelle, die ein außerordentlich rasches Ätzen des anodischen Metalls ver­ ursacht. Die beiden Metalle Titan und Chrom werden außer­ ordentlich rasch passiviert und gegenüber Nickel, Nickel- Eisen und den Metallen der Eisengruppe kathodisch. Wenn die Metalle, wie Platin, Palladium, Gold oder Kupfer in dem Schichtaufbau zusammen mit Metallen der Eisengruppe vorhan­ den sind, wirken sie kathodisch, und das Ätzen des Nickels, der Nickel-Eisen-Legierung usw. kann nicht gesteuert werden.

Die genannten Hinterschnitte sind schädlich für die Reihen­ herstellung von Anordnungen, wie den Polstücken von Magnet­ köpfen in Dünnfilmtechnik.

Die obenerwähnten Schwierigkeiten sind in der US-PS 38 53 715 erkannt, die eine Lösung hierfür vorschlägt. Um ein gleich­ mäßiges Ätzen vielschichtiger galvanisierter Metalle ohne Hinterschnitte zu erzielen, lehrt das genannte Patent die Anordnung einer sehr schmalen Grenze oder Sperre aus 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 Ätzen erhalten bleiben soll. Die zweite Schicht aus Photolack überlappt die erste so, daß die anodische Schicht vollkom­ men umhüllt ist. Es wird gelehrt, daß beim anschließenden Wegätzen des für das endgültige Muster nicht benötigten, überschüssigen anodischen Materials die gewünschten Be­ reiche des Musters vor Angriff geschützt sind, so daß das Hinterschneiden vermieden wird, welches auftritt, wenn zwei oder mehr ungleiche Metalle dem gleichen Ätzmittel ausge­ setzt werden.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die bekannte Lösung des Hinterschneidungsproblems nicht ganz angemessen ist. Im einzelnen ist festgestellt worden, daß das Ätzmittel, nach­ dem das galvanisierte anodische Material, z. B. die Nickel- Eisen-Legierung weggeätzt wurde, dann Zugang zu den katho­ dischen Metall-/Haftschichten hat, und daß es zu seitlichem Ätzen unterhalb der Photolackgrenze kommt. Sobald das be­ ginnt, 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Hinter­ schneidungen zu vermeiden. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 gelöst.

Um das Problem der Hinterschneidungen im wesentlichen zu be­ seitigen, 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 be­ reits aus US-PS 38 53 715 bekannt ist, eine Grenze bzw. einen Rand aus Photolack vorzusehen, unterscheidet sich die Erfindung vom Stand der Technik durch das vollkommene Um­ hüllen 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-/Haftschicht 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 entfernt, um die genannte kathodische Metall-/Haftunterschicht nur in denjenigen Bereichen freizu­ legen, die zuvor von dem schmalen, in sich selbst gestützten Rand aus Photolack bedeckt 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 in­ folgedessen umhüllt.

Bei der Verwirklichung der Erfindung wirkt der Photolack als eine im wesentlichen undurchdringliche Sperre gegenüber seit­ lichem Ätzen, so daß das Problem der Hinterschneidungen im wesentlichen ausgeschaltet wird. Das korrodierende Ätzen er­ hält nur die Möglichkeit, sich längs der kathodischen Metall-/ Haftunterschicht fortzusetzen; aber wenn das Ätzmittel dem Photolack gegenübertritt, trifft es auf eine Barriere, die den Ätzvorgang beendet.

Fig. 1 und 2 zeigen bekannte Verfahrensschritte gemäß US-PS 38 53 715.

Fig. 3-7 zeigen die aufeinanderfolgenden Verfahrens­ schritte, mit denen beim chemischen Ätzen gemäß der Erfindung das Hinterschneiden vermieden wird.

Fig. 1 veranschaulicht die Bearbeitung eines galvanisierten Folienmaterials, bei dem ein Substrat 1 aus Siliziumdioxid, Glas oder einem anderen ähnlichen, sich selbst stützenden Isoliermaterial eine dünne Haftmetallschicht 2, z. B. aus Chrom, Titan, Tantal, Wolfram, Niobium, Vanadium oder Zirconium trägt. Diese Haftmetallschicht 2 wird in erster Linie vorgesehen, um das hier interessierende Hauptmetall, bei­ spielsweise eine Nickel-Eisen-Legierung, die als das anodi­ sche 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-Fe oder einer Metallegierung als Plattier­ metallschicht 3 zu metallisieren. Die Haftmetallschicht 2 und die leitfähige Plattiermetallbasisschicht 3 kann durch Auf­ sprühen, Aufdampfen oder in beliebiger anderer Art aufge­ bracht werden.

Gemäß dem Stand der Technik wird an dieser Stufe des Ver­ fahrensablaufs 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 Photo­ lackschicht 8 oben auf die anodische Metallschicht 6 aufge­ bracht. Das in Fig. 1 als Bereich 4 und 5 gezeigte über­ schüssige anodische Material wird dann weggeätzt, wobei FeCl₃ ein geeignetes Ätzmittel für die Ni-Fe-Legierung ist, und die Ränder aus Photolack 7, 17 und 8 das anodische Ma­ terial umhüllen.

Der Stand der Technik lehrt, daß der Photolack verhindert, daß das aktive Metall, wie Ni-Fe, in Gegenwart des kathodi­ schen Metalls, wie Chrom, Titan, Gold usw., geätzt wird. Nach­ dem das aktivere Metall 6 mit FeCl₃ geätzt wurde, soll das Plattierbasismetall 3 und die Haftschicht 2 mit geeigneten chemischen Ätzmitteln geätzt werden. Wie schon erwähnt, ist jedoch entdeckt worden, daß die zum Entfernen der unge­ wünschten anodischen Bereiche 4 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 Hinterschnei­ den und unscharfen Kanten beim Ätzen führt, wie in Fig. 2 bei 9 und 10 erkennbar ist. Sobald das seitliche Ätzen beginnt, geht die Haftung zwischen den Photolackbereichen 7 und 17 und den stützenden Schichten 2 und 3 verloren, was das Pro­ blem noch verschärft. Außerdem wird durch das unterschied­ liche elektrochemische Potential der Haftmetallschicht 2, z. B. Titan, und dem anodischen Metall, z. B. Ni-Fe, eine Batterie geschaffen, sobald die Haftmetallschicht dem Ätz­ mittel 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, wel­ ches an gleichwertiger Stelle im Verfahrenszyklus dem Stand der Technik im wesentlichen gleichwertig ist. Im einzelnen ist auf einer Haftmetallschicht 2 und einer Plattiermetall­ schicht 3 eine sehr dünne Grenze bzw. ein schmaler Rand aus Photolack angebracht worden, der in Form der Elemente 15, 16 gezeigt ist. Dann wird die anodische Schicht auf der Plattier­ metallschicht 3 als gleichmäßiger Überzug niedergeschlagen, wie in den Bereichen 4, 5 und 6 zu sehen ist. Es ist der Be­ reich 6, der das als Endprodukt interessierende Muster ab­ geben soll, und dessen Gestalt ist durch den sehr schmalen, sich selbst stützenden Rand aus Photolack 15, 16 begrenzt.

Anders als beim Stand der Technik wird der Rand aus Photolack 15, 16 nun gemäß einem beliebigen bekannten Verfahren ent­ fernt, so daß die Haftmetallschicht 2 und die Plattiermetall­ schicht 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 Haft­ metallschicht 2 und die Plattiermetallschicht 3 selektiv ge­ mäß 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 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 unhüllt wird.

Gemäß Fig. 5 kann sich der Photolack 8 geringfügig über die gefüllten Leerräume 11, 12 hinauserstrecken. Das überschüssige anodische Material 4, 5, z. B. galvanisch niedergeschlagenes Permalloy wird dann weggeätzt, wobei für die Fe-Ni-Legierung FeCl₃ ein geeignetes Ätzmittel ist. Die Plattiermetallschicht 3 und die Haftmetallschicht 2 kann mit geeigneten chemischen Ätzmitteln geätzt werden. Da der Photolack 8 mit der Stütz­ basis 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).

Claims (14)

1. Verfahren zur Schaffung eines metallischen Musters auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) eine erste dünne metallische Schicht auf einem inerten Substrat nieder­ geschlagen wird,
• (b) daß ein sehr schmaler, sich selbst stützender Rand eines Photolacks in gegebener Höhe auf der metallischen Schicht niedergeschlagen wird, daß die­ ser Rand die Gestalt eines gewünschten Musters eines auf der dünnen metallischen Schicht niederzuschlagenden, anschließen­ den zweiten Metalls umgrenzt, wobei das anschließende zweite Metall gegenüber der ersten metallischen Schicht während des Ätzens anodisch wird,
• (c) daß das zweite Metall auf dem ersten Metall niedergeschlagen wird,
• (d) daß der sich selbst stützen­ de Rand aus Photolack unter Freilegung der ersten dünnen metallischen Schicht entfernt wird,
• (e) daß die erste dünne metallische Schicht in den im Verfahrensschritt (d) freigelegten Bereichen entfernt wird,
• (f) daß Photolack so niedergeschlagen wird, daß es im wesentlichen das gewünschte Muster bedeckt und im wesentlichen die vor­ her von dem sich selbst stützenden Rand aus Photolack eingenommenen Bereiche füllt, um das zweite Metall innerhalb des gewünschten Musters im wesentlichen zu um­ hüllen, und
• (g) daß das ganze, nicht eingehüllte anodische Material weggeätzt wird.

2. Verfahren zur Schaffung eines metallischen Musters auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) ein Haftmetall- und/oder ein Plattierbasismaterial auf einem inerten Substrat niedergeschlagen wird, welches bei einem an­ schließenden Ätzvorgang kathodisch wird,
• (b) daß ein sehr schmaler, sich selbst stützender Rand aus Photolack in gegebener Höhe auf dem kathodischen Material angeordnet wird, daß dieser Rand die Gestalt eines gewünschten Musters eines anschließend auf dem kathodischen Material niederzuschlagen­ den anodischen Materials umgrenzt,
• (c) daß anodisches Material auf dem kathodischen Material niedergeschlagen wird,
• (d) daß der sich selbst stützende Rand aus Photolack unter Freilegung des kathodischen Materials entfernt wird,
• (e) daß das kathodische Material in den im Verfahrensschritt (d) frei­ gelegten Bereichen entfernt wird,
• (f) daß Photolack so niedergeschlagen wird, daß es im wesentlichen das gewünschte Muster bedeckt und die zuvor von dem sich selbst stützenden Rand aus Photolack eingenommenen Bereiche im wesent­ lichen füllt, um so das anodische Material innerhalb des ge­ wünschten 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 um­ hüllte anodische Material durch chemisches Ätzen entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste dünne metallische Schicht durch Rücksprühätzen in denjenigen Be­ reichen, die durch die Entfernung des sich selbst stützenden Randes aus Photolack 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 Photolack freigelegt wurden, entfernt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen das ganze Haftmetall und Plattierbasismaterial durch Rück­ sprühätzen in denjenigen Bereichen, die durch das Entfernen des sich selbst stützenden Randes aus Photolack freigelegt wurden, entfernt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen das ganze Haftmetall und Plattierbasismaterial in denjenigen Bereichen, die durch das Entfernen des sich selbst stützen­ den Randes aus Photolack 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. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Metall auf das erste Metall galvanisiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das anodische Material auf das Haftmetall und/oder das Plattierbasismaterial galvanisiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Metall auf dem ersten Metall bis zu einer Höhe niedergeschlagen wird, die die Höhe des sich selbst stützenden Randes aus Photolack im wesentlichen nicht übersteigt.

12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das anodische Material auf dem kathodischen Material bis zu einer Höhe niedergeschlagen wird, die die Höhe des sich selbst stützen­ den Randes aus Photolack im wesentlichen nicht übersteigt.

13. Polstück für einen Dünnschichtkopf hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2.

14. Polstück nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der schmale Be­ reich eine Breite von 0,025 bis 0,051 mm hat.