DE4020206C2 - Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Magnetwandlers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Magnetwandlers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Technik der magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe ist eine Tendenz zur Erhöhung der Freguenz von auf einem Medium aufgezeichneten Informationssignalen bei gleichzeitiger Erhöhung der Flächendichte des aufgezeichneten Signals zu erkennen. Dies führt zu fortlaufenden Anstrengungen hinsichtlich der Reduzierung der Spurbreite und der Wandlerspaltlänge von Magnetwandlern sowie deren Gesamtgröße. In an sich bekannter Weise führt die Reduzierung der Spurbreite zu einer Vergrößerung der Spurdichte pro Flächeneinheit der Mediumfläche, während eine Reduzierung der Spaltlänge zu einer Erhöhung der oberen Frequenzgrenze und damit der Bit- Dichte des aufzuzeichnenden Signales führt. Die Reduzierung der Gesamtgröße führt zu einer Abnahme der Kopfinduktivität. Da das Ferritmaterial konventioneller Magnetköpfe spröde ist und daher bei der Herstellung, Handhabung, im Betrieb und beim Versand leicht bricht, sind keine sehr kleinen Spurbreiten und dünne Magnetkernschichten möglich.

Konventionelle Dünnschicht-Induktionsköpfe, welche durch Materialabscheidung und photolithographische Techniken hergestellt werden, besitzen generell eine Schicht aus nichtmagnetischem Wandlerspaltmaterial zwischen zwei nacheinander abgeschiedenen Schichten aus magnetischem Polmaterial. Die Dicke der nichtmagnetischen Schicht definiert die Spaltlänge. Gemäß dem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtwandlers wird gewöhnlich eine erste einen magnetischen Pol bildende Schicht auf einem Substrat abgeschieden. Sodann wird auf der ersten magnetischen Schicht nichtmagnetisches Wandlerspaltmaterial abgeschieden, worauf eine zweite magnetische Schicht folgt, welche den zweiten Magnetpol bildet. Eine gewünschte Spurbreite wird dadurch erreicht, daß bei der Materialabscheidung bekannte Maskierungstechniken ausgenutzt werden, wobei die resultierende Spurbreite durch die Breite der Maske oder durch das Ätzen nach der Abscheidung festgelegt ist. Diese konventionellen Dünnschichtwandler zeigen bei sehr kleinen Spurbreiten aufgrund von Fehlausrichtungen an den Polspitzen Beeinträchtigungen im Wirkungsgrad. Die resultierenden fehlausgerichteten Domänenorientierungen führen insbesondere dann zu ungleichförmigen magnetischen Eigenschaften an den Polspitzen, wenn die die Polspitzen bildenden Schichten in unterschiedlichen Materialabscheidungsschritten abgeschieden werden, woraus sich geringfügig unterschiedliche Bedingungen ergeben. Darüber hinaus hängt die Genauigkeit der Spurbreite wesentlich von durch die Auflösung der Maske selbst und die speziell verwendete Maskierungstechnik bedingten Beschränkungen ab. Schließlich ergibt auch die Ausnutzung von photolithographischen Techniken bei Wandlern mit sehr kleinen Abmessungen und kleinen Toleranzen geringe Ausbeuten.

Aus der JP 62-2 43 109 A in "PATENTS ABSTRACTS OF JAPAN", P-688, Vol. 12, Nr. 114 vom 12. April 1988 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Magnetwandlers bekannt, bei dem eine Schicht aus magnetischem Material mit einer eine Wandlerspurbreite definierenden Dicke auf einem Substrat abgeschieden wird, zwecks Realisierung zweier planparalleler, sich gegenüberstehender, einen Wandlerspalt mit vorgegebener Länge und Tiefe zwischen sich bildender Magnetpole eine Ätzung erfolgt und zur Auffüllung des Wandlerspalts eine Schicht aus nichtmagnetischem Material auf der Schicht aus magnetischem Material abgeschieden wird. Wie jedoch das Ätzen der Magnetpole zu erfolgen hat, wenn ein Wandlerspalt mit genau definierten Abmessungen, insbesondere einer ultrakleinen Spurbreite, beispielsweise im Submikronbereich, realisiert werden soll, ist dieser Druckschrift nicht entnehmbar. Bei dem Verfahren nach dieser Druckschrift sind daher ebenfalls die vorstehend bereits erläuterten Nachteile zu erwarten.

Aus "IBM Technical Disclosure Bulletin", Vol. 15, Nr. 10, März 1973, Seiten 3252 bis 3254 ist das Schneiden von Wandlerspalten mittels eines Elektronenstrahls bekannt. Damit sind sehr kleine Spaltabmessungen im Submikronbereich ebenfalls nicht herstellbar. Selbst bei der Herstellung von vergleichsweise großen Spalten muß beim Schneiden mittels eines Elektronenstrahls noch eine den Aufwand erhöhende zusätzliche Maskierungstechnik verwendet werden.

Schließlich ist es aus der JP 58-14 314 A im "PATENTS ABSTRACTS OF JAPAN", P-190, Vol. 7, Nr. 87 vom 12. April 1983 bekannt, bei der Herstellung von Magnetpolscheiben einer rotierenden Magnetkopfanordnung eine Bearbeitung mittels Ionenstrahl durchzuführen. Auch dieser Druckschrift ist kein Hinweis darauf entnehmbar, wie die Bearbeitung mittels Ionenstrahl bei der Herstellung von Wandlerspalten mit genau definierten Abmessungen zur Realisierung ultrakleiner Spurbreiten durchzuführen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach ausführbares und dabei zuverlässiges Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Magnetwandlers mit extrem kleiner Spurbreite, Spaltlänge und Gesamtgröße anzugeben, der sich für die Aufzeichnung und Wiedergabe mit sehr hohen Frequenzen und hoher Flächendichte eignet.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein erfindungsgemäß hergestellter Dünnschichtwandler besitzt eine Schicht aus magnetischem Kernmaterial, vorzugsweise aus hochpermeab­ lem weichmagnetischem Material, das durch einen Wandlerspalt mit vorgegebener Länge und Tiefe zur Realisierung zweier planparalleler sich gegenüberstehender Magnetpole aufge­ trennt ist. Die Dicke der Schicht aus magnetischem Material legt die Spurbreite des Wandlers fest. Auf der aufgetrennten magnetischen Schicht besitzt der Wandler eine Schicht aus nichtmagnetischem Material, welche den Wandlerspalt auf­ füllt.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Schicht aus magnetischem Material, vorzugsweise aus hochpermeablem weichmagnetischen Material, auf einem nichtmagnetischem Substrat abgeschieden. Die Dicke der Schicht legt die Spurbreite des Wandlers fest. Auf die magnetische Schicht wird zur Entfernung eines Teils dieser Schicht durch Ionenstrahlätzen ein fokussierter Ionenstrahl gerichtet, um einen Wandlerspalt zu bilden. Der so erhaltene Spalt besitzt eine vorgegebene Tiefe und Länge und teilt die Schicht in zwei planparallele sich gegenüberstehende Magnetpole auf jeweils einer Seite des Wandlerspaltes. Danach wird auf der aufgetrennten Schicht aus magnetischem Material zur Auffül­ lung des Wandlerspaltes eine Schicht aus nichtmagnetischem Material abgeschieden. Wie die folgende detaillierte Beschreibung noch zeigt, vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren den Herstellungsprozeß von Dünnschichtwandlern wesentlich.

Ein erfindungsgemäß hergestellter Magnetwandler kann eine extrem kleine Spurbreite in der Größenordnung von 0,25 µm oder weniger mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 0,01 µm besitzen. Durch Ausnutzung eines fokussierten Ionenstrahls zum Ätzen können extrem genaue Wandlerspaltabmessungen realisiert werden, wobei die minimal realisierbare Spaltlänge lediglich durch den kleinsten realisierbaren Durchmesser des fokus­ sierten IonenstrahIs begrenzt ist. Darüber hinaus kann die Gesamtgröße des Wandlerkerns sehr klein gemacht werden, wodurch die Induktivität minimal gehalten wird. Die vorge­ nannten Eigenschaften machen den Wandler für sehr hohe Frequenzen, hohe Dichten, beispielsweise bei hoch auflösender Fernsehsignal-Aufzeichnung/Wiedergabe oder andere breitbandige Signal-Aufzeichnungs/Wiedergabevorgänge der Größenordnung von 100 MHz und mehr geeignet.

Bei der Ätztechnologie mit fokussiertem Ionenstrahl kann der Strahl genau fokussiert werden, ohne daß die Magnetkern­ schicht beim Ätzprozeß für den Wandlerspalt maskiert werden muß. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein oder mehrere Spalte an jeder gewünschten Stelle oder unter jedem gewünschten Winkel in der magnetischen Schicht durch einfaches Ausrichten des Ionenstrahls geätzt werden können. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können die Wandlerspalte unter rechten Winkeln oder unter einem gewünschten spitzen Winkel in bezug auf die Ebene der Magnetkernschicht vorgese­ hen werden. Soll bei einem bekannten Wandler die Lage oder der Winkel eines Spaltes geändert werden, so muß die gesamte Wandlerstruktur neu entwickelt werden.

In an sich bekannter Weise können mit kommerziell erhältli­ chen Ionenkanonen mittels der Ätztechnik durch fokussierten Ionenstrahl extrem dünne Filme geätzt werden, wobei sehr scharfe genau definierte vertikale Wände und eine präzise Geometrie des sich ergebenden Schnitts bei Abmessungen im Mikrometer- und Submikrometerbereich mit sehr großen Seitenverhältnissen realisierbar sind. Der fokussierte Ionenstrahl wird in an sich bekannter Weise vorzugsweise dadurch realisiert, daß Gallium-Ionen aus einer Ionenquelle aus flüssigem Metall entnommen werden. Wegen der relativ geringen Größe von Gallium-Ionen in bezug auf Ionen anderer Strahlmaterialien können sie in einen Strahl sehr kleinen Durchmessers fokussiert werden. Der Ionenstrahl wird durch Linsenelemente auf die Größe eines kleinen Flecks mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,2 µm fokussiert. Die Ein­ stellgenauigkeit auf einen Bruchteil des Strahldurchmes­ sers erfolgt durch Computersteuerung einer elektrostatischen optischen Ablenkeinrichtung.

Eine Vielzahl von Wandlern kann in Serienfertigung gleichzeitig auf einem einzigen Substrat hergestellt werden, wobei die Einzelwandler durch Schneiden getrennt werden. Bei Serienfertigung ist der Vorteil gegeben, daß das magnetische Kernmaterial für alle Wandler im gleichen Prozeß abgeschieden wird und alle Wandlerspalte durch den gleichen Strahl hergestellt werden, während die Wandler am gemeinsamen Substrat befestigt sind. Dies führt zur Gleichförmigkeit bei allen Wandlern speziell hinsicht­ lich einer gleichförmigen Spaltgeometrie.

Es kann dabei eine Vielzahl von identischen Dünnschichtwandlern mit extrem kleiner Spur zur Bildung einer Mehrspur-Magnetwandleranordnung gestapelt. Benachbarte Wandler sind durch nichtmagnetische Abstandshal­ ter voneinander getrennt, wobei magnetische Abschirmungen das Nebensprechen reduzieren.

Weiterhin kann eine Vielzahl von Einzelwandlern mit extrem kleiner Spurbreite und Spaltlänge gleichzeitig durch direkte Materialabschei­ dung am Umfang eines scheibenförmigen Substrates herge­ stellt werden, welche in einer Rotationsabtast-Aufzeichnungs/Wie­ dergabeeinrichtung verwendbar sind. Die Wandler sind zur Realisierung eines gewünschten Aufzeichnungsformates in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet. Die Wandler werden vorzugsweise in Serienfertigung gleichzeitig in erfindungsgemäßer Weise auf einem gemeinsamen Substrat unter Ausnutzung des gleichen fokussierten Ionenstrahls zur Realisierung aller Wandlerspalte hergestellt.

In einer derartig hergestellten Anordnung bleiben ein gleichförmiger Winkelabstand zwischen den Wandlern, gleich­ förmige magnetische und elektrische Eigenschaften sowie sehr genaue mechanische Toleranzen aller Wandler erhalten. Dabei ist gleichzeitig auch eine sehr kleine Kopfgeometrie mit extrem kleiner genauer Spurbreite und kleiner Spaltlänge erforderlich, wie dies beispielsweise bei hochfrequenter hochdichter Schmalspur-Magnetaufzeichnung und -Wiedergabe erforderlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert. Es zeigt:

Fig. 1A bis 1C jeweils eine perspektivische Darstellung von aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten bei der Herstellung eines Wandlers mit extrem kleiner Spur gemäß dem bevorzugten Verfahren nach der Erfindung;

Fig. 2 einen gegenüber dem Verfahrensschritt nach Fig. 1B abgewandelten Verfahrensschritt;

Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstel­ lung einer abgewandelten Ausführungsform einer Mehrspur-Wandleranordnung mit einer Vielzahl von gestapelten Wandlern mit extrem kleiner Spur entsprechend dem Wandler nach Fig. 1C, wobei magnetische Abschirmungen und nicht magnetische Abstandshalter zwischen den Wandlern vorgesehen sind;

Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausfüh­ rungsform einer Vielzahl von Wandlern mit extrem kleiner Spur zur Verwendung in einer Rotationsabtast-Magnetaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung; und

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht aufeinanderfolgender Verfahrensschritte für eine weitere Ausführungsform zur Verwendung in einer Rotationsabtast-Magnetaufzeich­ nungs- und Wiedergabeeinrichtung.

In der folgenden Beschreibung und in den zugehörigen Figuren der Zeichnung sind sich entsprechende Elemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Dünn­ schicht-Magnetwandlers gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1A bis 1C beschrieben. Gemäß Fig. 1A wird von einem ebenen dünnen Substrat 10 aus einem geeigneten nichtmagnetischen nichtleitenden Material, beispielsweise Aluminiumoxid, mit einer Dicke von 125 bis 250 µm ausgegan­ gen. Es können auch andere geeignete Materialien für das Substrat, wie beispielsweise Glas oder Silizium, verwendet werden. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß eine Vielzahl von (nicht darge­ stellten) magnetischen Wandlern in einem einzigen Serienfertigungsprozeß gleichzeitig auf dem gleichen Substrat hergestellt. Da Serienfertigungstechniken an sich bekannt sind, wird zur Vereinfachung ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines einzigen Wandlers beschrie­ ben.

Das Substrat 10 wird auf beiden Seiten, beispielsweise durch mechanisches Läppen, eben poliert und sorgfältig gereinigt. Zur Verbesserung der elektrischen Isolation des Substrats 10 wird mittels bekannter Techniken, beispielsweise durch Sputtern oder Oxidation eine Isolationsschicht 11, bei­ spielsweise aus Siliziumdioxid, mit einer Dicke von etwa 0,15 µm abgeschieden.

Danach werden untere Leiter 13 gewünschter Gestalt mittels an sich bekannter Photolithographie- und Maskierungstechni­ ken wie folgt hergestellt: Eine Schicht aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise Kupfer (nicht dargestellt), mit einer Dicke von etwa 2 µm wird durch Sputtern in einem Vakuum auf der Schicht 11 abgeschieden, wobei das Sputtern in an sich bekannter Weise wie folgt durchgeführt wird. Die Kupfer-Schicht wird mit einen geeigneten Photolack, bei­ spielsweise dem von der Firma Hunt Chemicals Corp. herge­ stellten Material WAYCOAT HPR-206 beschichtet. Eine (nicht dargestellte) geeignete Maske in der Form der gewünschten Leiter 13 mit Löchern 19 als Außenanschlüssen wird auf den Photolack durch Belichtung übertragen. Nach Entwicklung des sich daraus ergebenden Bildes werden die nicht mit der Maske bedeckten Bereiche zur Entfernung der Leiterschicht geätzt. Während dieses Schrittes wird die Isolationsschicht 11 zwischen benachbarten Leitern 13 freigelegt, wodurch die einzelnen Leitern 13 voneinander getrennt werden. Um eine Abdeckung der Löcher 19 durch nachfolgend abgeschiedene Schichten zu verhindern, wird eine Maske verwendet, so daß eine Verbindung mit nachfolgend abgeschiedenen oberen Leitern hergestellt werden kann, wie dies im folgenden noch beschrieben wird.

Gemäß Fig. 1B wird eine weitere Isolationsschicht 14 beispielsweise aus Aluminiumoxid, abgeschieden, was bei­ spielsweise durch Sputtern auf die Leiter 13 und die freiliegenden Bereiche der Isolationsschicht 11 mittels bekannter Sputter-Techniken erfolgen kann. Danach wird eine Dünnschicht 15 aus magnetischem Kernmaterial, beispielsweise durch Sputtern, auf der Isolationsschicht 14 abgeschieden. Vorzugsweise wird ein hochpermeables magnetisches Material mit geringer Koerzitivkraft (weichmagnetisches Material), wie beispielsweise Sendust, Permalloy oder amorphes Material verwendet. Dabei legt die Dicke der Schicht 15 die Spurbreite TW des Wandlers fest. Vorzugsweise ist TW = 0,25 µm; im Bedarfsfall können jedoch auch größere oder kleinere Werte in Betracht kommen. Danach wird ein Wicklungsfenster 20 wie folgt hergestellt. Unter Ausnützung bekannter Photolithographie- und Maskie­ rungstechniken wird das Wicklungsfenster aus den beiden übereinanderliegenden Schichten 14, 15 derart herausgeätzt, daß eine Maske in der gewünschten Form verwendet, Photolack abgeschieden und eine Maskierung und Ätzung in an sich bekannter Weise durchgeführt wird. Gemäß Fig. 1B legt das fertige Wicklungsfenster die Innenanschlüsse der Leiter 13 frei, so daß sie mit noch abzuscheidenden oberen Leitern verbunden werden können, wie im folgenden noch beschrieben wird.

Während des nun folgenden Verfahrensschrittes wird ein Wandler­ spalt 21 wie folgt hergestellt: Gemäß einem wesentlichen Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wandler­ spalt durch eine Ätztechnologie mittels eines fokussierten Ionenstrahls hergestellt. Der fokussierte Ionenstrahl, beispielsweise ein Strahl 26 gemäß Fig. 1B, wird vorzugswei­ se durch ein an sich bekanntes Erwärmungs- und Verdampfungs­ verfahren von flüssigem Gallium erzeugt. Elektrooptische Reflektoren können zur Fokussierung zwecks Realisierung eines sehr scharfen Strahls verwendet werden. Einzelheiten der Ätztechnologie mit fokussiertem Ionenstrahl sind beispielsweise "Solid State Technology", Dezember 1985, in einem Artikel mit dem Titel Semiconductor Applications of Focused Ion Beam Micromachining von D. C. Shaver und B.W. Ward beschrieben. Ein Beispiel für eine Kanone zur Erzeugung eines fokussierten Ionenstrahls, wie sie zur Herstellung eines Wandlerspalts gemäß der Erfindung verwendbar ist, ist eine von der Firma FEI Corporation, Hillsboro, Oregon hergestellte elektrostatische Ionenkanone des Typs FEI 25 keV. Es wird beispielsweise ein fokussierter Ionenstrahl mit einem Durchmesser von 0,2 µm und einem Strahlstrom von 0,3 nA verwendet. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Strahl 26 senkrecht auf die Ebene der Schicht 15 gerichtet und genau in einer Ebene senkrecht zur Schicht 15 in Richtung des Wandlerspaltes mit einer Tiefe d zwischen einer Fläche 22 des Wandlers und dem Wicklungsfenster 20 bewegt. Auf diese Weise wird der Wandlerspalt 21 genau in die magnetische Schicht 15 geätzt. Der Spalt 21 trennt die Schicht in zwei planparallele sich gegenüberstehende Magnetpole 16, 17 auf. In der bevorzugten Ausführungsform entspricht die Spaltlänge l dem Durchmesser des Strahls 26 und beträgt etwa 0,374 µm mit einer Genauigkeit von 10^-5 µm, während die Spalttiefe d gleich 12,7 µm beträgt.

Der so hergestellte Wandlerspalt ist durch scharfe Vertikal­ wände definiert, was zu einer genauen Spaltgeometrie im Mikrometer- und Submikrometerbereich führt. Mit den gegen­ wärtigen Möglichkeiten der Ätztechnologie durch fokussierten Ionenstrahl liegt die Dicke der zu ätzenden magnetischen Dünnschicht 15 nicht über 2 µm. Ist die Dicke der Schicht größer, so tendieren die sich ergebenden Atzwände aufgrund der Wiederabscheidung von abgeätztem Material längs der Wände zu einer schwachen Neigung. Wegen der extremen Schärfe des Strahls und der Genauigkeit seiner Führungsmöglichkeiten im Bereich des herzustellenden Wandlerspaltes ist zur Spaltherstellung keine Maskierung erforderlich.

Gemäß Fig. 1C wird auf der magnetischen Dünnkernschicht 15 beispielsweise durch Sputtern eine Isolationsschicht 23, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, abgeschieden, welche den Wandlerspalt 21 auffüllt. Bei der Abscheidung der Schicht 23 werden die freiliegenden Anschlüsse der unteren Leiter 13 im Wicklungsfenster 20 durch eine (nicht dargestellte) geeigne­ te Maske mittels bekannter Maskierungstechniken markiert. Damit wird eine Abdeckung der Anschlüsse durch die Isola­ tionsschicht 23 vermieden.

Danach wird die Maske zur Freilegung der Anschlüsse entfernt und es werden obere Leiter 25 wie folgt hergestellt. Auf die Isolationsschicht 23 sowie die freiliegenden Anschlüsse der Leiter 13 im Wicklungsfenster wird eine Schicht aus leiten­ dem Material, vorzugsweise aus dem gleichen Kupfer wie das Kupfer für die unteren Leiter 13, aufgesputtert. Die oberen Leiter 25 sowie Verbindungen 30 zwischen den oberen und unteren Leitern werden wie folgt hergestellt. Die oberen Leiter 25 mit gewünschter Form werden aus der oberen Leiterschicht mittels der vorstehend beschriebenen Verfah­ rensschritte hinsichtlich der Herstellung der unteren Leiter 13, d. h., durch Abscheiden von Photolack, Maskierung und Ätzung hergestellt, wie dies bereits erläutert wurde. Während des Ätzschrittes wird ein Teil der Kupferschicht entfernt, so daß lediglich Leiter 25 gewünschter Form mit Löchern 28 als Außenanschlüsse verbleiben, wie dies durch den Maskierungsschritt festgelegt würde. Isolierte Drahtver­ bindungen 30 gemäß Fig. 1C können mit den Wicklungsanschlüs­ sen verbunden werden, um die unteren Leiter 13 mit den oberen Leitern 25 durch das Wicklungsfenster 20 zu verbin­ den. Die Wicklung wird durch Verbindung der oberen und unteren Leiter über die Löcher 19, 28 zur Realisierung einer spiralförmigen Wandlerwicklung fertiggestellt.

Die oben erläuterten Verfahrensschritte führen zur Realisie­ rung einer Grundkonfiguration des Magnet­ wandlers. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird jedoch noch eine obere Schutzschicht 31 aus nichtmagnetischem nichtleitendem Material abgeschieden, welche den Dünnfilm­ wandler gegen mechanische Beschädigung bei Handhabung und im Betrieb schützt. Die Schicht 31 wird vorzugsweise aus Aluminiumoxid oder einem anderen geeigneten Material hergestellt und besitzt eine Dicke in der Größenordnung von 20 µm zur Realisierung des richtigen Schutzes.

Weiterhin kann auf die obere Schutzschicht 31 eine Schicht 32 aus magnetischem Abschirmmaterial, beispielsweise Sendust, Permalloy oder amorphen Material aufgesputtert werden. Diese magnetische Abschirmschicht 32 reduziert Einflüsse äußerer Felder auf den Wandler. Speziell bei Verwendung in einer Mehrspur-Wandleranordnung reduziert die Abschirmung in an sich bekannter Weise Nebensprechen. Der resultierende Dünnschichtwandler 33 gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist in Fig. 1C dargestellt.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß im Falle der Herstellung eines Wandlers mit mehr als einer Aufzeich­ nungsspur, beispielsweise einem Zweispurwandler, die oben beschriebenen Verfahrensschritte hinsichtlich der Abschei­ dung der aufeinanderfolgenden Schichten wiederholt werden können, wobei von einer neuen Isolationsschicht entsprechend der Schicht 14 auf der magnetischen Abschirmschicht ausge­ gangen wird, worauf die anhand der Fig. 1A bis 1C erläuter­ ten Schritte folgen.

Weiterhin wird vorzugsweise das gleiche magnetische Material sowohl für den Magnetkern als auch die Abschirmungen verwendet, um Einflüsse unterschiedlicher thermischer Ausdehnung zu reduzieren. Aus den gleichen Gründen ist es zweckmäßig, das Substrat 10 und die Isolationsschichten 14, 23 und 31 aus dem gleichen nichtmagnetischen elektrisch isolierenden Material herzustellen.

Werden mehrere Magnetwandler in einem Serienfertigungsprozeß gleichzeitig auf dem gleichen Substrat hergestellt, so werden die einzelnen Wandler vorzugsweise durch Schneiden voneinander getrennt, nachdem alle zur Herstellung der Einzelwandler notwendigen Schritte durchgeführt worden sind. Die Einzelwandler können im Bedarfsfall in an sich bekannter Weise an der Fläche 21 noch auf eine bestimmte Form gebracht werden. Die Einzelwandler können jeweils in an sich bekann­ ter Weise in einem geeigneten als "Schuh" bezeichneten (nicht dargestellten) konventionellen Montageelement montiert werden.

Aus den vorstehenden Ausführungen folgt, daß bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Wandlerstruktur gemäß Fig. 1C mit sehr kleinen Abmessungen hergestellt werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die Länge l als auch die Tiefe d des Wandlers gleich 500 µm. Aufgrund der kleinen Gesamtgröße des Wandlers ist seine Induktivität wesentlich verringert, was wiederum zu einer Reduzierung der Hochfrequenzverluste führt. Bei der bevor­ zugten Ausführungsform ist die Frequenz eines aufgezeichne­ ten und wiedergegebenen Informationssignals gleich 100 MHz oder höher.

Ein abgewandelter Verfahrensschritt entsprechend dem oben anhand von Fig. 1B dargestellten Verfahrensschritt ist in Fig. 2 dargestellt und wird im folgenden erläutert. In Abwandlung von der Ausführungsform nach Fig. 1B wird ein fokussierter Ionenstrahl 62 gemäß Fig. 2 in bezug auf die Schicht 15 unter einem spitzen Winkel auf das magnetische Kernmaterial gerichtet. Eine sich daraus ergebende Spaltebe­ ne 65 verläuft daher unter einem spitzen Winkel α in bezug auf die Ebene der Schicht 15, wobei sie jedoch senkrecht zur Wandlerfläche 22 an der Kontaktfläche zwischen Wandler und Aufzeichnungsmedium verläuft. Die resultierende Wandler­ struktur besitzt einen Wandlerspalt 63, der unter einem gewünschten Höhenwinkel in bezug auf die Spurbreite ver­ läuft, so daß er sich für die an sich bekannte Azimuth-Auf­ zeichnung/Wiedergabe von Signalen auf einem magnetischen Medium eignet.

Eine weitere Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann durch Aufeinandersetzen von zwei oder mehr Dünn­ schicht-Magnetwandlern entsprechend dem Wandler 33 nach Fig. 1C zur Herstellung eines geschichteten Mehrspur-Kopfstapels 36 hergestellt werden. Bei dieser Ausführungsform entspre­ chen die einzelnen Magnetwandler dem oben anhand von Fig. 1C beschriebenen Wandler. Bei Herstellung von Mehrspur-Wandler­ anordnungen ist es zweckmäßig, in Serienfertigung hergestellte identische Wandler auf einer Vielzahl von Substraten zu verwenden. Sind die zur Herstel­ lung der Einzelwandler auf den gemeinsamen Substraten notwendigen Schritte durchgeführt, so werden die resultie­ renden Substratanordnungen vorzugsweise derart übereinander­ gesetzt, daß die Wandlerspalte der aufeinandergesetzten Wandler zueinander ausgerichtet sind. Die so hergestellten einzelnen Mehrspurwandler können durch Schneiden voneinander getrennt werden. Werden identische, im gleichen Serienferti­ gungsprozeß hergestellte Wandler verwendet, so wird die Gleichförmigkeit von Spur zu Spur wesentlich verbessert.

Um die Wandlerspalte 21 so zueinander auszurichten, daß sie in der gleichen Wandlerspaltebene verlaufen, wird in an sich bekannter Weise vorzugsweise eine geeignete Montagevorrich­ tung 67 verwendet. Die so ausgerichteten Einzelwandler werden einstückig miteinander verbunden, was vorzugsweise in an sich bekannter Weise mittels einer Epoxidharz- oder Glasverbindung erfolgt. Gemäß Fig. 3 bilden die Substrate 10 nichtmagnetische Abstandshalter zwischen benachbarten Spuren. Durch die magnetischen Abschirmschichten 32 ergibt sich eine Reduzierung des Nebensprechens zwischen benachbar­ ten Spuren. Nach dem Zusammensetzen wird die Vorrichtung 67 entfernt wobei der Mehrkanalkopf in an sich bekannter Weise in eine gewünschte Form gebracht werden kann.

Die so hergestellten Mehrkanal-Wandleranordnungen sind für die Aufzeichnung und Wiedergabe von digitalen oder frequenzmodulierten Signalen bei sehr hohen Frequenzen geeignet. Ubersteigt die Gesamtbandbreite des aufzuzeichnenden Signals die maximale Bandbreite eines Kanals, so kann die Signalbandbreite in an sich bekannter Weise für die Aufzeichnung und Wiedergabe, beispielsweise bei hochgenauer Fernsehsignal-, Aufzeichnung und Wiedergabe auf zwei oder mehrere parallele Kanäle aufgeteilt werden. Diese Mehrspuranordnungen können sowohl für rotierende Abtastung als auch für Längsaufzeichnung verwendet werden. Beispielsweise für die Aufzeichnung eines Digitalsignals mit 1,2 Gigabit und einer Gesamtbandbreite von 600 MHz kann die Gesamtbandbreite auf 10 Kanäle von jeweils 60 MHz aufgeteilt werden. Bei Aufzeichnung von frequenzmodulierten Signalen in mehreren parallelen Kanälen kann eine Kanalbandbreite von beispielsweise 50 MHz vorgesehen werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform in Form einer rotierenden Trommelwandleranordnung 60, welche sich speziell für Rotationsabtast-Aufzeichnungsgeräte eignet. Bei dieser Ausführungsform wird eine Vielzahl von Dünnfilm-Magnetwandlern 44 mit sehr kleiner Spurbreite und kleiner Spaltlänge gleichzeitig durch direkte Materialab­ scheidung auf einem scheibenförmigen Substrat 40 herge­ stellt. Die Wandler 44 entsprechen den oben beschriebenen Dünnschichtswandlern 33 gemäß Fig. 1C, wobei das Herstel­ lungsverfahren den oben anhand der Fig. 1A bis 1C oder 2 beschriebenen Verfahrensschritten entspricht. Das Verfahren wird daher für die Ausführungsform nach Fig. 4 nicht noch einmal beschrieben. Bei dieser speziellen Ausführungsform sind die Wandler 44 in gleichen Abständen, d. h. in einem Winkelabstand S angeordnet. Sie können jedoch auch an anderen Stellen auf dem Substrat angeordnet werden. Wie aus den vorstehenden Ausführungen folgt, wird die kleine Spurbreite der Wandler 24 in dieser Ausführungsform durch die Dicke der gemeinsamen Magnetkernschicht festgelegt, welche im gleichen Verfahrensschritt abgeschieden wurde, so daß die Dicke für alle Wandler auf dem gemeinsamen Substrat gleichförmig ist. Die Wandlerspalte aller Wandler 44 werden vorzugsweise mittels des gleichen fokussierten Ionenstrahls während des Spaltätzprozesses geätzt. Die Wandlerspalte sowie die Wandlerabmessungen besitzen daher die gewünschte Gleichförmigkeit.

Eine weitere Ausführungsform einer rotierenden Trommelwand­ leranordnung ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei wird eine dünne Schicht 82 aus magnetischem Kernmaterial, beispiels­ weise Sendust, Permalloy oder amorphem Material, auf einem scheibenförmigen Substrat, beispielsweise durch an sich bekanntes Sputtern, abgeschieden. Dabei legt die Dicke der Schicht 82 die Spurbreite TW der Wandler fest. Vorzugsweise ist TW = 0,25 µm; in Abhängigkeit vom speziel­ len Anwendungsfall oder vom verwendeten Aufzeichnungsformat kann die Dicke jedoch auch von diesem Wert abweichen. Mittels der bekannten Photolithographie wird die Schicht 82 mit einem geeigneten Photolack beschichtet. Eine (nicht dargestellte) Maske wird in der gewünschten Form der einzelnen Magnetkerne, beispielsweise in der Form von vorderen Kernen 84 mit darin vorgesehen Wicklungsfenstern 85 gemäß Fig. 5 vorgesehen. Die Maske wird auf das Photolackma­ terial übertragen und ein ihr entsprechendes Bild entwic­ kelt. Die nicht durch die Maske bedeckten Bereiche werden geätzt, wodurch das gesamte magnetische Material 82 mit Ausnahme der Kerne 84 entfernt und das Substrat 80 zwischen benachbarten Kernen freigelegt wird.

Gemäß dem nächsten Verfahrensschritt wird ein fokussierter Ionenstrahl (nicht dargestellt) auf die einzelnen Kerne 84 gerichtet, wodurch ein Wandlerspalt 88 in der Weise geätzt wird, wie dies bereits oben anhand von Fig. 1B oder 2 beschrieben wurde. Die so geätzten Spalten besitzen eine gleichförmige Tiefe d und Länge l und können ebenso wie bei den oben beschriebenen Wandlern 33 nach Fig. 1C entsprechend kleiner Abmessungen besitzen. Die einzelnen Wandler mit so hergestellten vorderen Kernen 84 können in an sich bekannter Weise durch Einfügung in einen magnetischen Kreis für die einzelnen Wandler und Herstellung von Wandlerwicklungen vervollständigt werden. Im vorliegenden Beispiel wird die Wandleranordnung nach Fig. 5 wie folgt fertiggestellt. Einzelne hintere Magnetkerne 89 mit darauf vorgesehenen Wandlerwicklungen 90 werden mit den vorderen Kernen 84 so zusammengesetzt, daß sich die vorderen und hintern Kerne teilweise überlappen, wie dies in Fig. 5 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Danach wird eine Isolationsschicht, beispielsweise aus Siliziumdioxid oder Glas, auf die gesamte Oberfläche der rotierenden Trommelanordnung aufgesputtert, wodurch die Wandlerspalte 88 aufgefüllt und die zusammenge­ setzten Magnetkerne 84, 89, die Wicklungen 90 und die freiliegenden Bereiche des Substrates 80 abgedeckt werden. Dieser Verfahrensschritt entspricht dem oben anhand von Fig. 1C beschriebenen Verfahrensschritt zur Abscheidung der Isolationatsschicht 23. Zur besseren Darstellung der darunterliegenden Schichten ist die Isolationsschicht in Fig. 5 nicht dargestellt.

Die fertige Kopftrommelanordnung 92 nach Fig. 5 oder die Anordnung 60 nach Fig. 4 können in einer rotierenden Kopfabtast-Trommelanordnung (nicht dargestellt) verwendet und an dieser in an sich bekannter Weise beispielsweise durch eine Epoxidharz- oder Glasverbindung befestigt werden.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 5 ist speziell vorteilhaft, daß die Lage und der relative Abstand der einzelnen Wandlerkerne am Umfang der Kopftrommelanordnung geändert werden kann ohne daß die Trommelanordnung neu entwickelt werden muß. Die Größe, die Form und die Lage der Wandler kann durch einfache Änderung der Maske geändert werden. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß bei einer notwen­ digen Änderung der Lage, Größe oder Richtung (Winkel) des Wandlerspaltes der fokussierte Ionenstrahl in einfacher Weise anders gerichtet werden kann, ohne daß die gesamte Wandlerkernstruktur neu entwickelt werden muß, wie dies bei bekannten Wandlern der Fall ist. Wegen der extremen Schärfe des fokussierten Ionenstrahls ist eine Maskierung bei der Ionenstrahlätzung nicht erforderlich. Aus den vorstehenden Ausführungen folgt, daß der Wandlerspalt bei allen Ausführungsformen in bezug auf die Ebene der Magnetkern-Materialschicht unter einem Höhenwinkel reali­ siert werden kann. Dazu kann die Ebene der Magnetkernschicht bei der Ätzung des Wandlerspaltes im Sinne von Fig. 2 und einem ausgewählten spitzen Winkel relativ zur Ebene des fokussierten Ionenstrahls gehalten werden.

Ersichtlich ist bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Spurbreite durch die Dicke der Dünnschicht des magneti­ schen Kernmaterials festgelegt. Die Länge und die Tiefe des Wandlerspaltes werden durch Ätzen mittels eines Ionenstrahls realisiert, so daß die minimal realisierbare Spaltlänge und die Spalttoleranzen lediglich durch die Grenzen der speziell verwendeten Technologie zur Realisierung des fokussierten Ionenstrahls begrenzt sind. Es sind daher extrem kleine Spurbreiten und Spaltlängen mit hoher Genauigkeit realisier­ bar. Gleichzeitig ist eine gewünschte Konsistenz und Gleichförmigkeit aller gleichzeitig hergestellten Wandler gewährleistet.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Magnetwandlers (33; 44; 84, 89), bei dem auf einem nichtmagnetischen Substrat (10; 40; 80) eine Schicht (15; 82) aus magnetischem Material abgeschieden wird, in der Schicht (15; 82) aus magnetischem Material ein Wandlerspalt (21; 63; 88) hergestellt wird und auf der Schicht (15; 82) aus magnetischem Material zur Auffüllung des Wandlerspaltes (21; 63; 88) eine Schicht (23) aus nichtmagnetischem Material abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (15; 82) aus magnetischem Material mit einer eine Wandlerspurbreite (TW) definierenden Dicke abgeschieden und durch Ätzen mittels eines fokussierten Ionenstrahls (26; 62) in zwei planparallele, sich gegenüberstehende, den Wandlerspalt (21; 63; 88) mit vorgegebener Länge (l) und Tiefe (d) zwischen sich bildende Magnetpole (16, 17) aufgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (15; 82) aus magnetischen Material aus hochpermeablem weichmagnetischem Material hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Substrat (10; 40; 80) aus elektrisch isolierendem Material hergestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Schicht (15; 82) aus magnetischem Material abgeschiedene Schicht (31) aus nichtmagnetischem Material aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Schichttrennschritt der fokussierte Ionenstrahl (26) in Richtung senkrecht zur Ebene der Schicht (15) aus magnetischem Material gerichtet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Schichttrennschritt der fokussierte Ionenstrahl (62) in einer zur Ebene der Schicht (15) aus magnetischem Material schrägen Richtung gerichtet ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Wandlerwicklung (13, 25) vor Abscheidung der Schicht (15) aus magnetischem Material auf dem Substrat (10) erste Dünnschichtleiter (13) und auf diesen eine erste Dünnschicht (14) aus nichtmagnetischem elektrisch isolierendem Material hergestellt werden, auf der ersten Dünnschicht (14) die Schicht (15) aus magnetischem Material abgeschieden wird, nach dem Ätzen der Schicht (15) aus magnetischem Material mittels des fokussierten Ionenstrahls (62) und Abscheiden der Füllschicht (23) aus nichtmagnetischem Material zweite Dünnschichtleiter (25) hergestellt und mit den ersten Dünnschichtleitern (13) verbunden werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf den zweiten Dünnschichtleitern (25) eine Dünnschicht (31) aus nichtmagnetischem elektrisch isolierendem Material hergestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung einer Mehrspur-Dünnschicht- Magnetwandleranordnung (36) wenigstens zwei Dünnschicht-Magnetwandler (33) mit ihren Wandlerspalten (21) zueinander ausgerichtet übereinandergesetzt und einstückig miteinander verbunden werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung einer Dünnschicht-Rotationsabtast-Magnetwandleranordnung (60; 92) mit wenigstens zwei am Umfang eines scheibenförmigen Substrats (40; 80) im Abstand voneinander angeordneten Dünnschicht-Magnetwandlern (44; 84, 89), dadurch gekennzeichnet,
daß auf einem scheibenförmigen Substrat (40; 80) aus nichtmagnetischem Material eine Schicht (82) aus magnetischem Material in Form von beabstandeten Wandlerkernen (44; 84, 89) mit einer eine Wandlerspurbreite (TW) definierenden Dicke abgeschieden wird,
daß die Schicht (82) aus magnetischem Material für die Kerne (44; 84, 89) mittels eines fokussierten Ionenstrahls zur Realisierung von jeweils zwei planparallelen, sich gegenüberstehenden, einen Wandlerspalt (88) mit vorgegebener Länge (l) und Tiefe (d) zwischen sich bildenden Magnetpolen geätzt wird, und
daß eine Schicht aus nichtmagnetischem Material auf der Schicht (82) aus magnetischem Material zur Auffüllung der Wandlerspalte (88) abgeschieden wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abscheidung der Schicht (82) aus magnetischem Material eine Vielzahl von gleichbeabstandeten planparallelen magnetischen Wandlerkernen (44; 84, 89) am Umfang des Substrats (40; 80) hergestellt wird, und daß die zugehörigen Wandlerspalte (88) der Wandlerkerne (44; 84, 89) durch den gleichen fokussierten Ionenstrahl geätzt werden.