NL8200532A - Reactief ionen etsen van een voorwerp van ferriet. - Google Patents

Description

r EHN 10.248 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven . Reactief ionen etsen van een voorwerp van ferriet.

j *

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het aanbrengen van groeven in een voorwerp van een zacht-magnetisch, ijzer-bevattend materiaal.

Bij de vervaardiging van magnetische transductorkoppen van een 5 zacht-magnetisch, ijzer-bevattend/ materiaal zoals ferriet dient het ferriet voor de kern van de kop soms van groeven voorzien te worden. Eén van de bekende werkwijzen bestaat uit het slijpen van groeven in een stel ferrietblokken, die dan aan elkaar worden gekleefd. Zulk een mechanische bewerking verschaft echter geen voldoende dimensionele nauwkeurigheid.

10 Zulks is vooral het geval bij het vervaardigen van een videokop, die een hoge mate van nauwkeurigheid vereist. Het is dan ook moeilijk magnetische koppen met gelijke karakteristieken economisch te vervaardigen. Bovendien veroorzaken mechanische bewerkingen fouten en gaan door de geïntroduceerde spanningen de magnetische eigenschappen van het ferriet achteruit. In dit 15 verband dient te worden opgemerkt dat zelfs het bewerken van een magneet-kqp net behulp van een laser ongewenste spanningen introduceert.

Werkwijzen die géén spanningen introduceren zijn nat chemisch (en electrolytisch etsen). Daarbij wordt een geconcentreerd zuur, zoals geconcentreerd fosforzuur, gebruikt.

20 Er wordt een masker-laag op het (ferriet) voorwerp aangebracht, welke laag dan fotografisch van een gewenst patroon wordt voorzien en door ontwikkelen selectief verwijderd. Bij electrolytisch etsen volgt onderdcmpeling in een electrolysecel waarbij het (ferriet) voorwerp en een electrode tegenover en op een afstand van elkaar in een ets-electrolyt-25 bad worden gedompeld en het (ferriet) voorwerp als kathode fungeert en waarbij de etsing onder de verwijderde zones plaatsvindt. Van de ferrieten kan Mn-Zn ferriet wél op deze wijze geëtst worden, doch Ni-Zn ferriet, dat een lager geleidingsvermogen heeft, niet. (Een extra probleem van Ni-Zn ferriet is dat het bij een nat chemisch etsproces inhomogeen etst.) 30 Een nadeel van electrolytisch etsen is, dat de electrolyt onder de maskerlaag voorbij de grenzen van de patroonlijnen kan kruipen, waardoor een zekere mate van ondersnijding of zij-etsing kan optreden. Bovendien leent electrolytisch etsen zich niet voor het etsen van diepere groeven, 8200532 EHN 10.248 2 ordat het een zogenaamd diffusie-beperkt proces is.

De uitvinding verschaft een betere werkwijze voor het aanbrengen van groeven in een voorwerp van zacht-magnetisch, ij zer-bevattend, materiaal, in het bijzonder ferriet, en wordt gekenmerkt, doordat het 5 - plaatsvindt door middel van een reactief ionen etsproces in een chloor-of brocmhoudend plasma, waarbij de niet te etsen gebieden door een masker van anorganisch materiaal zijn afgedekt.

Op de bovenstaande wijze aangebrachte groeven blijken geen of nauwelijks ondersnijding te vertonen en kunnen tot een aanzienlijke diepte 10 worden aangebracht. Daarnaast is, hoewel ijzer in verbinding met chloor of broan niet vluchtig is, de etssnelheid toch zodanig hoog dat het proces ook industrieel toepasbaar is.

Een belangrijk aspect daarbij is dat het proces plaatsvindt in een sputteretssysteem dat het leveren van voldoend hoge ion-energieën mogelijk 2 15 maakt. Met ion-energieen van 0,5 - 2,5 W/ati blijken in de praktijk goede resultaten te worden geboekt. In het bijzonder als het proces plaatsvindt in een asymmetrisch sputteretssysteem kunnen dergelijke hoge ion-energieen gerealiseerd worden.

Een verder belangrijk aspect is een maskermateriaal te gebruiken 20 dat niet sneller weggeëtst wordt dan het materiaal van het te etsen voorwerp. Materialen van organische aard (lakken) blijken niet aan deze eisen te voldoen. Al, Ni en legeringen van Ni en Fe blijken ongeveer even snel weggeëtst te worden als ferriet en kunnen dus als maskermateriaal bij het reactief ionen etsen van ferriet dienst doen.

25 In een uitvoeringsvorm wordt bij het etsen van ferriet Al^O^ als maskermateriaal gebruikt. Dit wordt vijf tot tien keer langzamer dan ferriet weggeëtst.

In een uitvoeringsvorm wordt het proces uitgevoerd in een sputteretssysteem waarin een chloor- of brocmhoudend plasma aanwezig is met een -2 30 partiële druk in het gebied van 10 Torr. Dit is een voor dit soort processen relatief lage druk, wat verband houdt met het feit dat bij de werkwijze volgens de uitvinding niet van polymerisatie-effecten gébruik wordt gemaakt.

De uitvinding zal worden beschreven aan de hand van de in het 35 volgende te noemen tekeningen.

Figuur 1 is een vooraanzicht van^y^ian elkaar gekitte ferriet kemblokken;

Figuur 2 is een dwarsdoorsnede aanzicht door de lijn II-II van 8200532 PHN 10.248 3 figuur 1;

Figuur 3 is een perspectivisch aanzicht van een magnetische kop verkregen door op geschikte wijze snijden van het ferrietblok van de figuren 1-2; 5' Figuren 4 en 5 zijn schematisch en sterk vergrote weergaven van het reactief ionen etsen;

Figuur 6 toont schematisch een inrichting voor het reactief ionen etsprocêdê volgens de uitvinding.

Figuur 7 is een schematische weergave van een met behulp van de 10 uitvinding bewerkt blok ferriet.

Een bekende werkwijze voor het verschaffen van groeven in ferriet transductorkqppen zal beschreven warden aan de hand van de figuren 1-5. Eerst worden twee ferrietkernblokken 1 en 2 verschaft/ die met hun zijvlakken respectievelijk 1a en 2a aan elkaar worden gekit. Het vlak.1a van 15 blok 1 bevat een aantal de spoorbreedte bepalende groeven 3/ die op een voorafbepaalde afstand evenwijdig aan elkaar lopen. Zoals nog nader zal worden uiteengezet zijn deze groeven door middel van een reactief ionen etsproces aangebracht. Het oppervlak 2a van blok 2 wordt voorzien van een wikkelopening 4, die op een geringe afstand is verwijderd van het vlak 2b, 20 dat in het verlengde ligt van het vlak 1b van blok 1 en die de diepte van een niet-magnetische spleet bepaalt, die de groeven 3 kruist. Blok 2 wordt ook voorzien van een inkeping 5, waarvan het vlak wordt begrensd door enerzijds het vlak 2a en anderzijds door het vlak 2c, dat in het verlengde ligt van het vlak 1c van de blok 1.

25 Bij het samenvoegen van de blokken 1 en 2 worden de oppervlakken 1a en 2a tegenoverelkaar geplaatst met de vlakken 1c en 2c naar boven en de vlakken 1b en 2b naar beneden gericht. Dan worden glasstaven (niet getekend) in de inkeping 5 en de groef 4 geschoven, waarna de blokken worden verwarmd tot de glasstaven in de groeven 3 tussen de groeven 1a en 30 2a smelten teneinde na afkoeling de blokken 1 en 2 aan elkaar te kitten.

De aan elkaar gekitte blokken 1 en 2 worden dan zodanig gesneden, dat elk snijvlak door elke groef 3 in de lengterichting ervan loopt, als in de figuur 1 met onderbroken lijnen aangegeven. Cm blok 2 wordt dan via de groef 4 een winding 6 aangelegd ter verschaffing van een magnetische 35 kop zoals getoond in figuur 3. De kop van figuur 3 bevat in de groeven 3 een glasafzetting 8, een halve kern 9, gevormd door blok 1 en een halve kern 10, gevormd door blok 2. Tussen de halve kernen 9 en 10 bevindt zich een niet-magnetische werkruimte 9, waarvan de lengte in de richting van 8200532 EHN 10.248 4 f de spoorbreedte wordt begrensd door de groeven 3 en de diepte door de-groef 4.

Ter ondervanging van de nadelen van de bekende werkwijzen verschaft de uitvinding een reactieve sputteretsmethode, die schematisch 5 ' door de figuren 4 en 5 wordt weergegeven. Daarbij wordt eerst op een (ferriet) voorwerp 15 een etsmasker 11 aangebracht met bijvoorbeeld een venster 11b, waarvan de plaats samenvalt met een te vormen groef op het voorwerp 13, als in figuur 5 te zien. Het etsmasker 11 is gevormd door eerst een maskerlaag op het ferriet aan te brengen en daarop bijvoorbeeld 10 een lichtgevoelige lak aan te brengen, de laklaag beeldgewijs te belichten en dan te ontwikkelen, gewoonlijk met oplosmiddel, ter verschaffing van een voorafbepaald patroon met een venster 11a. De maskerlaag 11 wordt dan door het venster 11a van de laklaag heen met een geconcentreerd zuur geëtst ter vorming van een venster 11b.

15 De toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding bij bijvoor beeld de vervaardiging van magneetkoppen stelt hoge eisen aan de nauwkeurigheid van het masker. Na het etsen dienen bijvoorbeeld zones over te blijven met een breedte van 20^um bij een lengte van 50^um en met wanden die zich nagenoeg loodrecht op het oppervlak uitstrekken. Het is dus van 20 belang dat ook de wanden van de openingen in het masker recht op het oppervlak verlopen. On een dergelijk masker te realiseren kan men verschillende wegen bewandelen.

Een eerste weg is cm het masker gedefinieerd in een lakpatroon (galvanisch) aan te groeien. Een nat chemisch etsproces is dan niet nodig. 25 Zo'n proces etst in de regel isotrocp, d.w.z. dat het aanleiding geeft tot het ontstaan van wanden die een hoek ongelijk aan 90° maken met het oppervlak. Materialen die zich gedefinieerd laten aangroeien zijn Ni en alle legeringen van Ni en Fe. Deze materialen zijn dus geschikt om bij de werkwijze volgens de uitvinding als maskermateriaal te dienen. Al 30 wordt ongeveer even snel weggeëtst als Ni, maar daar het zich niet gedefinieerd in een laklaag laat aangroeien dient het nadat het in laagvorm is opgesputterd aan een etsproces te worden onderworpen cm het gewenste patroon qp te leveren.

Is het te etsen voorwerp van ferriet, dan is het van belang dat 35 het maskermateriaal tijdens het reactieve ionen etsproces niet sneller weggeëtst wordt dan het ferriet. Ni en legeringen van Ni en Fe worden, evenals Al, ongeveer even snel weggeëtst als ferriet. Ag, Cr en SiC^ worden sneller weggeëtst dan ferriet en organische materialen als lakken 8200532 ♦ , er **+ PHN 10.248 5 zelfs vele maler sneller? het· zijn minder geschikte/ respectievelijk ongeschikte ,maskermaterialen als het cm het etsen van voorwerpen van ferriet gaat, zeker als tot dieptes groter dan 1 of 2 ^um geëtst moet worden. Weliswaar zou men iedere keer als het masker weggeëtst is en de gewenste 5 · diepte nog niet bereikt een nieuw masker kunnen aanbrengen, maar dit is een zeer oneconomische werkwijze.

Het in dit opzicht meest geschikte materiaal dat tot nu toe gevonden is, is ΔΙ2Ο3 dat vijf tot tien keer langzamer wordt weggeëtst dan ferriet. Om een masker met openingen met rechte wanden te ver-10 krijgen dient men het aan een anisotroop etsproces bloot te stellen. Hiervoor kan met voordeel een reactief ionen etsproces gebruikt worden, waarbij als reactief gas behalve chloor of brocsn-houdende plasma's in het bijzonder CHF^ in aanmerking komt daar gebleken is dat dit het op het etsmasker aangebrachte lakpatroon minimaal aantast waardoor goed gedefi-15 nieerd etsen van het masker mogelijk is. Een extra voordeel van het reactief ionen etsen van het masker is, dat het daarop volgende reactieve ionen etsproces van het te etsen voorwerp in dezelfde sputter ets"klok" kan plaatsvinden, eventueel na aanpassing van de etsparameters (soort gas, gasdruk, R.F. vermogen) aan het materiaal waaruit het te etsen voor-20 werp bestaat. Met CHF^ kan ferriet bijvoorbeeld niet geëtst worden. Chloor-houdende plasma's als HC1, BCl^, en CCl^ zijn voor dit doel wel geschikt. De eerste drie zijn daarbij het meest aantrekkelijk omdat ze het sputteretssysteem het minst verontreinigen.

Een voor de werkwijze van de uitvinding geschikt sputterets-25 systeem is dat van fig. 6. Deze toont een asyirmetrisch sputteretssysteem 14 met een anode 16 en een electrode 17 die met een R.F. bron 18 verbonden is. Door de asymmetrische opbouw van het systeem 14 is het mogelijk cm het etsen van de voorwerpen bij de benodigde hoge ion-energieën van 2 0,5 - 2,5 W/cm te doen plaatsvinden. Hierbij dient te worden opgemerkt, 30 dat er een lineair verband is tussen de ion-energie en de etssnelheid.

Hoe groter de etssnelheid is die vereist wordt (bijvoorbeeld als de groeven heel diep worden), des te groter het vermogen van, bron 18 moet zijn. Het R.F. vermogen en de druk en de flow van het reactieve gas dat door een inlaat 15 wordt ingelaten worden zodanig ingesteld dat net geen 35 bij de reactie vrijgekomen reactieproducten op het te etsen voorwerp condenseren. Het etsen vindt daartoe plaats bij relatief lage drukken in -2 het 10 Torr gebied.

Plaatsen 12 op het te bewerken ferriet voorwerp 13, die bijvoor- 8200532 * *· > ^ EHN 10.248 6 beeld bestand zijn voor de groeven 3 "voor het beperken van de spoorbreedte, de groef 4 voor het ontvangen van de winding 6 of de inkeping 5 zijn door de vensters 11b met het etsproces bereikbaar, terwijl de rest bedekt blijft met een etsmaskerlaag 11 (zie figuur 5).

5 ' Het reactieve ionèn etsproces volgens de uitvinding verschaft een betrékkelijk diepe, doch scherpe etsing.

Bovendien is de etssnelheid aanzienlijk groter dan die van sputter-etsmethoden in een edelgas welke laatste bovendien, evenals nat chemische het nadeel hebben dat bij polykristallijne materialen de kristalgrenzen 10 worden aangeëtst, wat resulteert in maanlandachtige oppervlakken.

Met de werkwijze volgens de uitvinding kunnen dus voor het eerst met grote nauwkeurigheid fijne, relatief diepe, patronen in ferriet op industriële schaal verschaft worden.

Figuur 7 toont een schematische weergave van een geëtst Mn-Zn 15 ferriet voorwerp 20 na het verwijderen van het etsmasker. Een zone 21 is een gebied waar het ferriet is blijven staan. De diepte D van de groeven 22 die de zone 21 geheel cmgeven bedroeg 12^um, terwijl de afmetingen w en 1 van de zóne 21 respectievelijk 20 en 50^um bedroegen.

Behalve voor het maken van spleetbegrenzende groeven kan de werk-20 wijze volgens de uitvinding van het reactief ionen etsen van ferriet ook gebruikt worden voor het maken van groeven waarin geleiderwindingen (zogenaamde "buried coils") worden opgenonen; voor het maken van aërodynamische groeven in het zweefvlak van een kop assembly voor schij fgeheugens (zogenaamde "magnetic head glider"); of voor het maken van niet-magne-25 tische onderbrekingen in het ferriet die door een magnetisch element overbrugd wórden voor het vormen van een magnetisch circuit.

De werkwijze van de uitvinding kan niet alleen toegepast worden pp een monokristallijn ferriet doch ook op polykristallijne ferrieten.

Verder kan de etsmethode van de uitvinding behalve qp zacht-30 magnetische materialen zoals Mn-Zn of Ni-Zn ferrieten ook op andere Fe-bevattende zacht-magnetische materialen toegepast worden, zoals Ni-Fe legeringen en Al-Fe-Si legeringen.

Vooral goede resultaten worden verkregen bij toepassing van de werkwijze van de uitvinding op een Mn-Zn ferriet van een samenstelling, 35 die op het temaire diagram is cmgeven door de punten A: 15 mol %MhO,3Q mol % ZnO, 55 mol % Fe2°3; B? ^ nol % MnO, 20 mol % ZnO, 40 mol % C: 30 mol % MnO, 15 mol % ZnO, 55 mol % Zulke ferrieten hebben goede magnetische eigenschappen en zijn geschikt als materiaal voor goede 8200532 PHN 10.248 7 -----~~--- magnetische transductorkoppen bij gebruik van de etsmethode van de uitvinding.

Als in vorenstaande vermeld kan* met- _ de werkwijze van de uitvinding een ferriet geëtst warden ter verschaffing van zeer goed gede-5 ' finieerde groeven, zodat bij toepassing op een magnetische kop van ferriet, de gebreken, die de bekende electrolytische ets bewerking met zich mee brengt, uitblijven.

Er wordt nog op gewezen, dat de in vorenstaande beschreven uitvoeringsvormen vatbaar zijn voor modificaties en verbeteringen, die binnen 10 het kader van de uitvinding vallen.

15 20 25 30 35 8200532

Claims (6)

1. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het voorwerp van ferriet is en voorafgaande aan het etsproces bekleed wordt met een masker van een materiaal geselecteerd uit de groep van materialen bestaande uit Ni, legeringen van Ni en Fe»en Al.
2. 3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het Ni, respectievelijk de legeringen van Ni en Fe, in een lakpatroon galvanisch pp het voorwerp worden aangegroeid.
3. 4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het voorwerp van ferriet is en voorafgaande aan het etsproces bekleed wordt net 15 een masker van A^C^.
4. 5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het door middel van een reactief ionen etsproces van een patroon wordt voorzien.
5. 6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het reactief 2 20 ionen etsproces plaatsvindt met ion-onergieën van 0,5 - 2,5 W/cm .
6. 7. Werkwijze volgens conclusie 1 of 6, met het kenmerk, dat het reactief ionen etsproces plaatsvindt in een chloor- of broom-houdend -2 plasma met een partiële druk in het 10 Torr gebied. 25 30 1 8200532