DE3236879A1

DE3236879A1 - Verfahren zur schaffung unterschiedlich geneigter und gerader kanten an duennfilmmagnetkoepfen

Info

Publication number: DE3236879A1
Application number: DE19823236879
Authority: DE
Inventors: John Randolph 95070 Saratoga Calif. Osborne
Original assignee: Memorex Corp 95052 Santa Clara Calif; Memorex Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1981-10-16
Filing date: 1982-10-05
Publication date: 1983-04-28
Also published as: IE821756L; GB2107256A; US4351698A; IE53267B1; JPS5873012A; FR2514926A1; GB2107256B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf induktive, in Dünnfilmtechnik hergestellte Wandler, die allgemein als Dünnfilmmagnetköpfe bezeichnet werden und sich zum Aufzeichnen und Ablesen magnetischer Übergänge auf einem bewegten magnetischen Aufzeichnungsträger eignen.

Ein Dünnfilmmagnetkopf hat im allgemeinen einen Grundaufbau, bei dem eine Schicht aus magnetischem Material auf einem Substrat aus magnetischem Material unter Zwischenschaltung einer ' leitfähigen Schicht angeordnet ist. Das Substrat und die Schicht aus magnetischem Material bilden einen Magnetr % kreis, wobei das hintere Ende der Schicht mit dem Substrat magnetisch verbunden ist, während das vordere Ende vom Substrat magnetisch getrennt ist, um einen Aufzeichnungsspalt zu bilden. Zum Aufzeichnen läßt man elektrischen Strom durch den Leiter fließen.

Der Magnetkopf zur Aufnahme und/oder Wiedergabe muß die folgenden wesentlichen Teile aufweisen; einen Magnetkreis mit einer magnetischen Unterbrechung bzw. einem Spalt, wobei die Begrenzungen des Magnetkreises zu beiden Seiten des Spaltes als magnetische Pol schuhe bezeichnet werden, sowie eine oder mehrere elektrische Windungen, die den Magnetkreis umgeben und dazu dienen, die Aufnahme und/oder Wiedergabe zu ermöglichen. Um größere Datendichten auf Magnetschichten vorteilhaft nutzen zu können, ist es wesentlich, daß der Spalt und die Polschuhe innerhalb enger Toleranzen hergestellt sind. Dies Ziel wird eher erreicht, wenn die sich in unmittelbarer Nähe der magnetischen Aufzeichnungsfläche erstreckenden Pol schuhe vorzugsweise gerade senkrechte Seitenwände haben.

In denjenigen Bereichen der Magnetkopfanordnung, die vom Spaltbereich entfernt sind, ist es nicht von Vorteil, eine Konstruktion mit geraden senkrechten Seitenwänden zu haben. Die oben erwähnten elektrischen Windungen umgeben z.B. den Körper des Kopfes, und ihre körperliche Einheitlichkeit würde sehr leiden,

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wenn sie gerade, senkrechte Wände umschreiben müßten.

In einer Veröffentlichung von Kelly & Koel mit dem Titel "Electrochemical Aspects of the Beveling of Sputtered Permalloy-Films" (elektrochemische Gesichtspunkte des Abfasens von durch Zerstäubung aufgebrachten Permalloy-Filmen) J. Electrochem. Soc.:Electrochem. Science & Tech., Bd. 125t Nr. 6, ss. 860-65 (Juni 1978) wird die Herstellung von Dünnfilmmagnetköpfen mit abgefasten Stufen in zerstäubten Permall oy-Filmen beschrieben. Hier wird offenbart, daß eine Doppelschicht, die Permalloy bedeckt mit Titan aufweist, mit einem Ätzmittel aus HpSO₁VE₂ CU/HF geätzt werden kann, um eine abgeschrägte oder abgefaste Oberfläche zu erzeugen, deren Neigungswinkel variierbar zwischen 6° und 4o° beträgt, je nach der Konzentration an Fluorwasserstoff in dem Atzmittel.

Obwohl aus der vorstehend genannten Veröffentlichung hervorgeht, daß es nützlich ist, wenn man die Kanten einer Permalloy-Schicht bei der Herstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes abschrägen oder neigen kann, ist klar, daß ein wirtschaftlich viel wichtigeres Verfahren darin bestünde, bei der Herstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes sowohl einstellbar geneigte Kanten als auch gerade Kanten zu schaffen. So ist es z.B. wichtig, daß der Bereich der Polspitze des 'Dünnfilmmagnetkopfes kritisch reproduzierbare Proportionen mit geraden Kanten hat, denn gerade dieser Bereich der Polspitze bewegt sich in unmittelbarer Nähe der Magnetaufzeichnungsträger, so daß es zu Aufnahme/Wiedergabefe^hlern kommen kann, wenn die Polspitzen nicht genau kontrolliert gerade Kanten haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erzeugen einstellbar geneigter und auch gerader Kanten an einem Permalloy-Dünnfilmmagnetkopf zu schaffen.

Dies Verfahren zum Herstellen einstellbar geneigter ebenso wie gerader Kanten am Permalloy-Körper des Dünnfilmmagnetkopfes soll

in einer einzigen Reihe chemischer Verfahrensschritte durchgeführt werden.

Im Folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigts

Fig. 1 eine Seitenansicht der Schaffung einer einstellbar geneigten Seitenwand gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2A und 2B die Anwendung von Photoresist-Material und Titan in Draufsicht und eine Schrägansicht der Wirkung eines solchen Musters auf die Permalloy-Oberflächen nach dem Ätzen;

Fig. 3A und 3B eine Draufsicht auf Photoresist- und Titan-Beschichtungsmuster auf einer Permalloy-Oberfläche und eine Schrägansicht der Auswirkung dieser Muster auf das Ätzen der Permalloy-Schicht bei der Schaffung einer

einstellbar geneigten Seitenwand und einer Polspitze mit gerader Kante;

Fig. 4 eine Darstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes mit erfindungsgemäß gestalteter Polspitze und Halsbereich;

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Schrägungswinkels eines Permalloy-Films als Funktion der Fluorwasserstoffkonzentration in einem Ätzmittel aus in Äthylenglykol gelöstem FeCl^.

Die Erfindung sieht die Schaffung einstellbar geneigter ebenso wie gerader Kanten am Permalloy-Körper (Nickeleisenkörper) eines Dünnfilmmagnetkopfes vor. Gemäß diesem Verfahren wird zunächst eine Titanschicht auf dem Permalloy-Körρer gebildet, die mindestens diejenigen Bereiche des Körpers bedeckt, die die einstellbare Neigung bekommen sollen. Als nächstes wird auf der Titanschicht und dem Permalloy-Körper eine Photoresist-Schicht gebildet. Das Photoresist-Material wird in denjenigen Bereichen entfernt, in denen die Titanschicht und der Permalloy-Körper nach dem Ätzen nicht als

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Teil des Öünnfilmmagnetkopfes erhalten bleiben sollen. Danach wird der Dünnfilmmagnetkopf mit einem Ätzmittel geätzt, welches Fluorwasserstoff (HF) und Eisen-III-chlorid (FeCIo) enthält, um in denjenigen Bereichen des Permalloy-Körpers, die mit Titan und Photoresist-Material bedeckt sind, einstellbar geneigte Kanten und in denjenigen Bereichen des Permalloy-Körpers, die nur mit dem Photoresist-Material beschichtet sind, gerade Kanten zu_schaffen.

Die vorstehend genannte Veröffentlichung "Electrochemical Aspects of the Beveling of Sputtered Permalloy Films" lehrt , wie in Fig. 1 gezeigt, ein theoretisches Hinterschneidungsprofil, welches die Basis für die Schaffung einer einstellbar

geneigten Kante ist. Im einzelnen stützt eine Basis k eine Permalloy-Schicht 3t die mit einer Titanschicht 2 und einer Photoresist-Schicht 1 beschichtet wurde. Die Benutzung eines fluorwasserstoffhaltigen Ätzmittels bewirkt ein Hinterschneiden unterhalb der Photoresist-Schicht 1 allein deshalb, weil die Titanschicht 2 schneller weggeätzt wird als das Permalloy. Die Neigung 5 wird bestimmt von der Konzentration des fluorwasserstoffhaltigen Ätzmittels, wobei

ei = Ätzgeschwindigkeit des Permalloy 'Atzgeschwindigkeit des Titan

Der gemäß dieser Lehre entstehende Dünnfilmmagnetkopf hätte eine gleichbleibend einstellbar geneigte Wand um das ganze Kopfelement herum. Wie sdhon erwähnt, wäre jedoch eine solche Formgebung nicht ideal für die Herstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes, denn dann hätte der Polschuh keine geraden Kanten.

Figo 2A zeigt in Draufsicht eine Permalloy-Schicht 10, _y die in vier Quadranten unterteilt ist, während Fig. 2B eine Schrägansieht dieser Schicht nach erfolgtem Ätzen zeigt. Wie gezeigt, bedeckt eine Photoresist-Schicht 7 die Quadranten a und b vollkommen, während eine Titanschicht 8 die Quadranten b und d vollkommen bedeckt.

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Die Gestalt gemäß Fig. 2A kann dadurch geschaffen werden, daß auf einem Substrat eine Schicht aus einer Nickeleisenlegierung, also Permalloy gebildet wird und das Permalloy mittels einer Schicht aus Titan bedeckt wird, die durch Zerstäuben oder ein anderes allgemein bekanntes Verfahren aufgetragen wird. Das Titan sollte zweckmäßigerweise eine Dicke zwischen ca. 0,08 bis 0,1 μπι haben, und kann gleichmäßig auf die Permalloy Schicht 10 aufgetragen und später entfernt werden, indem ein Photoresist-Material auf das Titan aufgetragen und gehärtet und das Photoresist-Material bildmäßig entfernt

wird, um auf diese Weise das Titan selektiv freizulegen, welches anschließend durch ein beliebiges bekanntes Verfahren in ungeschützten Bereichen entfernt wird. Wie Fig. 2A zeigt, wird das Titan in den Quadranten a und c selektiv entfernt.

Sobald das Titanmuster wie vorstehend beschrieben erzeugt ist, kann die ganze Perraalloy-Titan-Oberfläche erneut selektiv mit einer Photoresist-Schicht 7 bedeckt werden. Fig. 2A zeigt, wie die Photoresist-Schicht nur in den Quadranten a und b verbleibt. Die erhaltene Gestaltung wird mit einem Ätzmittel geätzt, welches aus Fluorwasserstoff und Eisen-III-chlorid in Äthylenglykol zusammengesetzt ist. Das FeCl„ ist zum Ätzen des Permalloys vorgesehen, während der Fluorwasserstoff nur das Titan ätzt. In den von Titant; überdeckten Bereichen dient sowohl der Fluorwasserstoff als jkuch das FeCl- zur Schaffung einer einstellbar

geneigten Wand an der Photoresist-Grenze. In den nicht von Titan bedeckten Bereichen dient nur das FeCl-, zum Ätzen des Permalloys unter Schaffung einer geraden Seitenwand an der Photoresist-Grenze.

Das Ergebnis des Ätzprozesses geht aus Fig. 2B hervor. Die geneigte Oberfläche 10 ist als derjenige Bereich innerhalb des Quadranten b in Fig. 2A gezeigt, der eine Grenzfläche 12 hat, die sich längs der Abgrenzungslinie zwischen den Quadranten a und b erstreckt. Eine gerade Seitenwandfläche 11 ist das Ergebnis des Einwirkens des im Ätzmittel enthaltenen FeCl₃ auf das ungeschützte Permalloy im Quadranten c.

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Fig. 4 zeigt einen fertigen Permalloy-Körper mit einer geraden Seitenwand 25» die zu den Polspitzen eines Dünnfilmraagnetkopfes weiterverarbeitet werden kann, und mit einem Hals-Bereich 26 sowie geneigten Seitenwänden 27. Die Windungen für den Dünnfilmmagnetkopf können also auf den Bereich in unmittelbarer Nähe der geneigten Wände 27 eingegrenzt werden, was ihr Anbringen und Festhalten nicht nur während des Herstellungsverfahrens sondern auch bei Benutzung des Dünnfilmmagnetkopfes erleichtert.

Die Ausführungsform gemäß Fig. k kann unter Anwendung der Prinzipien gemäß Fig. 2A und 2B hergestellt werden, wozu auf Fig. 3A und 3B verwiesen wird. Im einzelnen ist Fig. 3A eine Draufsicht auf einen Permalloy-Körper, der wahlweise mit Photoresist-Material und Titan beschichtet wurde. Der Quadrant e ist nur mit Photoresist-Material I3 beschichtet gezeigt, während der Quadrant h nur mit Titan 15 beschichtet ist. Der Quadrant f ist sowohl mit Titan als auch mit Photoresist-Material beschichtet, während der Quadrant g einen blanken ,.Permalloy-Bereich 14 ohne jegliche Beschichtung zeigt.

Fig. 3A unterscheidet sich von Fig. 2A in der Darstellung des Winkelverhältnisses am Schnittpunkt zwischen dem mit Titan/Photoresist beschichteten Bereich und dem nur mit Photoresist-Material beschichteten Bereich. Ein Vergleich zwischen Fig. 3A und 3B zeigt, daß, wie zu erwarten war, eine gerade Seitenwand 17 ebenso wie eine geneigte Seitenwand 18 geschaffen wurde. Statt zwischen diesen Seitenwänden 17 und 18 eine lotrechte Beziehung zu haben, wie bei der Grenzfläche 12 in Fig.. 2B gezeigt, sind jedoch hier die beiden Oberflächen durch eine Oberfläche l6 miteinander verbunden, die eine Winkelbeziehung

!zwischen den beiden Oberflächen entsprechend dem Winkel θ in Fig. 3A herstellt, wobei darauf hinzuweisen ist, daß der blanke Bereich 14 gemäß Fig. 3A nun einem hinterschnittenen Bereich 14 (a) in Fig. 3B entspricht. Mit dieser Technik ist die Formgebung gemäß Fig. 4 zu erzielen.

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Beispiel

Auf einer Stütze aus durch Zerstäubung geschaffenem Al₂O-, wurde durch Zerstäuben ein Permalloy-Film in einer Dicke von 2,5 um aufgetragen. Nach dem Herstellen der Permalloy-Schicht wurde eine gleichmäßige Schicht aus Titan durch Zerstäuben in einer Gesamtdicke von 0,1 μπι aufgetragen. Als nächstes wurde auf diese Oberfläche ein Photoresist-Material aufgetragen, welches bildmäßig gehärtet und in nichtgehärteten Bereichen selektiv entfernt wurde. Danach wurde das Titan mittels 10 Vol.jS Fluorwasserstoff in demjenigen Bereich selektiv- entfernt, der nicht durch das Photoresist-Material geschützt war, und dann wurde das Photoresist-Material völlig entfernt, was zu einem teilweise mit einer Titanoberfläche bedeckten Permalloy-Körper führte.

Auf das Permalloy-Titan-Element wurde wiederum Photoresist-Material aufgetragen, dieses erneut bildmäßig gehärtet und selektiv entfernt, was in manchen Bereichen zu einem Permalloy-Titan-Photoresist-Körper und in anderen Bereichen zu einem Permalloy-Photoresist-Körper führte.

Die in der vorstehend beschriebenen Weise vorbereiteten Bauelemente wurden dann bei einer Temperatur zwischen ca. 53 bis 58⁰C einem Sprühätzverfahren mit Lösungen von ca. 200 g FeCIo in ca. 908 ml Äthylenglyköl unterworfen, die verschiedene Konzentrationen an Fluorwasserstoff enthielten. Im Permalloy-Photoresist-Bereich führte das FeCl- zur Entfernung des Permalloys in den nicht durch Photoresist-Material geschützten Bereichen, was an den Grenzen gerade Kanten hervorrief. In den Permalloy-Titan-Photoresist-Bereichen führte das FeCl-, wiederum zur Entfernung des Permalloys in den nicht durch Photoresist-Material geschützten Bereichen; aber der Fluorwasserstoff erzeugte abgeschrägte Kanten an den Grenzen. Das Ausmaß der Abschrägung hing ab von der Konzentration des im Ätzmittel enthaltenen Fluorwasserstoffs und führte zu

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einer Form gemäß Fig. 5· Wie gezeigt, ergab" sich eine Kurve 50, die eine deutlich inverse Beziehung zwischen dem Abschrägungswinkel und der Konzentration an Fluorwasserstoff zeigt.

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Claims

Verfahren zur Schaffung unterschiedlich geneigter und gerader Kanten an Dünnfilmmagnetköpfen Priorität: 16. Oktober 1981 - USA - Serial No. 311,968 Patentansprüche

1. Verfahren zur Schaffung unterschiedlich geneigter und gerader Kanten am Nickeleisenkörper eines Dünnfilmmagnetkopfes, dadurch gek ennz ei c h η e t, daß

- A. auf dem Nickeleisenkörper eine Titanschicht geschaffen wird, die mindestens diejenigen Bereiche des Körpers bedeckt, die die einstellbare Neigung zeigen sollen,

- B. eine Photoresist-Schicht auf der Titanschicht und dem Nickeleisenkörper geschaffen wird;

- C. die Photoresist-Schicht in denjenigen Bereichen der Titanschicht und des Nickeleisenkörpers entfernt wird, die nach dem Ätzen nicht als Teil des Dünnfilmmagne.tkopfes erhalten bleiben sollen;

- D. der Dünnfilmmagnetkopf mit einem Ätzmittel geätzt wird, welches Fluorwasserstoff und FeClo enthält, um in denjenigen Bereichen des Nickeleisenkörpers, die mit Titan und Photoresist bedeckt sind, einstellbar geneigte Kanten und gerade Kanten an der Grenze jener Bereiche des Nickeleisenkörpers zu schaffen» die nur mit Photoresist bedeckt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Photoresist-Material nach dem Verfahrensschritt D entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das FeClT-Ätzmittel auch Äthylenglyköl enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Kanten den Polspitzenbereich des Dunnfilmmagnetkopfes begrenzen.

5. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Titanschicht in einer Dicke von ca. 0,8 bis 0,1 pm geschaffen wird.