Brevet FR2781916A1 — publié le 20000204

PROCEDE DE REALISATION COLLECTIVE DE TETES MAGNETIQUES INTEGREES A SURFACE PORTANTE OBTENUE PAR PHOTOLITHOGRAPHIE DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet un procédé de réalisation collective de têtes magnétiques intégrées à surface portante obtenue par photolithographie. Elle trouve une application dans la réalisation de têtes d'enregistrement hélicoïdal sur bande magnétique, notamment pour l'enregistrement vidéo grand public ou professionnel (magnétoscopes de salon, camescopes) ou encore pour les enregistreurs de données informatiques sur bandes ou disques. Elle trouve également des applications dans d'autres têtes d'enregistrement pour bandes, disques, cartes, etc.. Les hautes fréquences autorisées par la petite taille des têtes intégrées en couches minces permettent un enregistrement numérique (par exemple selon la norme DVC pour la vidéo, ou DDS pour l'informatique). Les enregistreurs de données sur bande sont les mémoires de masse informatiques ayant les capacités de stockage les plus importantes et les coûts les plus bas. Les applications informatiques sont les systèmes d'archivage de données, de sauvegarde des disques durs d'un système ou d'un réseau de diffusion de gros logiciels ou de bases de données. Dans le domaine de enregistrement vidéo, on peut envisager l'élargissement des applications d'un magnétoscope à celles d'un serveur vidéo centralisant plusieurs films. Etat de la technique antérieure Les figures 1 à 3 annexées illustrent la structure d'un composant pour tête magnétique intégrée à couches minces selon le document FR-A-2 747 226. Telle qu'iltustrée la tête comprend (figure 1), deux pièces polaires 101, 102 séparées par un entrefer 14, deux brancbhes magnétiques 161, 162 venant recouvrir en partie les pièces polaires, et une pièce magnétique de fermeture du flux 18. L'ensemble de ces pièces constitue un circuit magnétique. Autour des branches 161, 162, on trouve des enroulements conducteurs 201, 202 pour assurer la lecture et/ou l'écriture de l'information écrite - et/ou lue sur un support d'enregistrement non représenté. La figure 2 montre la tête complète avec deux bandes conductrices 221, 222 permettant d'accéder aux enroulements conducteurs 201, 202 et deux plots de connexion électrique 24!, 242. La tête représentée sur les figures 1 et 2 peut être réalisée de manière collective par des techniques empruntées à la micro-électronique. Pour obtenir une tête magnétique individuelle à partir d'une plaquette comprenant une pluralité de composants, on peut séparer les composants les uns des autres, en les rangeant par exemple dans une structure matricielle, puis en les découpant selon des chemins rectilignes. Par usinage de la partie avant des composants on donne à chaque tête, au voisinage des pièces polaires 10:, 102, une surface portante de forme arrondie nécessaire au bon fonctionnement de la tête. Sur la figure 2, le profil arrondi est représenté schématiquement par la ligne 26. Cette opération est effectuée mécaniquement sur chaque tête. La figure 3 montre, de manière schématique, une tête vue en coupe le long d'une des bandes conductrices et d'.une des branches du circuit magnétique. On y voit un substrat 30, par exemple en silicium, avec l'une des pièces polaires 101 ou 102, une branche magnétique 16, ou 162, une pièce magnétique 18 de fermeture, une bande conductrice 22, ou 222 et les plots de connexion électrique 241, 242. L'ensemble est recouvert par un superstrat 40, par exemple en silicium. Vers l'avant de la tête, la surface 26, dite surface portante, possède une forme arrondie appropriée. Vers l'arrière, le superstrat 40 est dégagé pour laisser apparaître les plots de connexion électrique 241, 242. Bien que les procédés de réalisation de telles têtes magnétiques soient largement collectifs, il n'en demeure pas moins que la dernière étape de façonnage de la surface portante 26 est individuelle et grève considérablement le coût final de chaque tête. En outre, il est difficile de réaliser de manière précise et reproductible les opérations d'usinage, vu les petites dimensions des têtes d'enregistrement numérique actuelles. Or, le rayon de courbure de la tête près de l'entrefer est un paramètre essentiel dans l'obtention d'un bon contact tête/bande, donc d'une bonne qualité de l'enregistrement et d'une usure maîtrisée: un rayon de courbure trop grand ou trop faible peut conduire soit à une Mauvaise qualité de contact (et donc une atténuation excessive du signal de la tête), soit à une usure accélérée de la tête. Par ailleurs, le meulage permet difficilement d'usiner des rayons de courbure très précis ou des rayons de courbure différents sur la surface portante. La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients. Exposé de l'invention A cette fin, l'invention propose un procédé de réalisation collective de têtes magnétiques intégrées consistant à réaliser, sur une plaquette, une pluralité de composants comprenant chacun des moyens aptes à constituer au moins une tête magnétique et notamment des pièces polaires séparées par un entrefer, ce procédé étant caractérisé en ce que: - on dépose sur la plaquette au moins un masque comprenant autant de motifs que de composants sur la plaquette, chaque motif présentant, en regard des pièces polaires de chaque composant, un bord de forme appropriée; - on grave collectivement par photolithogravure, à travers ce(s) masque(s), la plaquette pour donner à tous les composants, au voisinage des pièces polaires, une surface avant ladite forme appropriée; - on sépare ensuite les composants, la surface ainsi gravée au voisinage des pièces polaires constituant la surface portante de chacune des têtes. Dans un mode de mise en oeuvre, chaque composant comprend, à l'avant, les pièces polaires et, à l'arrière, des plots de connexion électrique, et on effectue une gravure pour dégager ces plots de connexion. Cette gravure peut être réalisée par photolithographie à travers un masque supplémentaire ou à travers le masque qui définit la forme du bord ou par tout.autre moyen classique de gravure. Brève description des dessins - la figure 1, déjà décrite, montre une tête magnétique selon l'état de la technique; - la figure 2, déjà décrite, montre, en vue de dessus, une tête magnétique avec ses plots de connexion électrique; - la figure 3, déjà décrite, montre la même tête en coupe; - la figure 4 montre, en vue de dessus, une plaquette avec la partie à graver pour obtenir collectivement, par photolithographie, des têtes avec des surfaces portantes de forme appropriée; - la figure 5 montre en coupe la tête, avant dégagement des plots; - la figure 6 montre la position d'une partie à graver; - la figure 7 montre, en perspective, une plaquette après définition de la surface portante et dégagement de plots; - la figure 8 illustre une gravure profonde débouchante; - la figure 9 montre, en coupe, une gravure non débouchante; - les figures 10A à 10E illustrent des étapes d'un autre mode particulier de mise en oeuvre du procédé de l'invention selon une variante à deux gravures symétriques; - les figures 11A à 11D illustrent divers profils de surfaces portantes réalisables avec l'invention pour des composants à une ou - plusieurs têtes. Exposé de modes particuliers de mise en oeuvre Sur la figure 4, on voit une plaquette 50 avec des composants T. Ces composants comprennent chacun les éléments représentés sur la figure 2. Cette plaquette est obtenue par tout procédé collectif connu et notamment par le procédé décrit dans le document FR-A- 2 747 226 déjà cité. Conformément à l'invention, on recouvre cette plaquette d'un masque de forme appropriée pour graver les zones référencées 60. Dans la variante illustrée, ce masque est formé de bandes avec des motifs périodiques présentant chacun un bord avant 62 de forme arrondie appropriée à la réalisation d'une surface portante, et un bord arrière droit 64. Le bord avant 62 vient chevaucher les pièces polaires des diverses têtes et le bord arrière 64 vient en retrait des plots de connexion. La figure 5 montre, en coupe, la tête obtenue avec un procédé utilisant un masque selon la figure 4, les plots n'étant pas encore dégagés. La figure 6 montre la position des parties 60 à graver selon le second procédé, pour obtenir, en plus de la forme désirée Pour la surface portante obtenue partiellement avec le premier masque, une reprise de contact sur les plots de la tête. La figure 7 montre la plaquette une fois la gravure effectuée à travers le masque 60. On voit également sur cette figure le substrat 70 et le superstrat 80 venant recouvrir les têtes. Après gravure, le superstrat et au moins une partie du substrat sont gravés ce qui donne aux surfaces portantes une surface arrondie 72. Par ailleurs, comme décrit précédemment, une étape de gravure supplémentaire permet de dégager les plots de connexion P. Le pourtour de la plaquette n'est pas gravé, ce qui permet de préserver une certaine rigidité. La figure 8 montre une partie de la plaquette dans le cas o la gravure effectuée débouche sur l'autre face du substrat 70. Le dégagement des plots est obtenu de même, par une gravure supplémentaire qui s'arrête par exemple sur une couche d'arrêt, par exemple en silice, déposée sur le substrat lors de la réalisation des têtes. Dans la variante de la figure 8, la plaquette se trouve ainsi découpée en barrettes contenant chacune une pluralité de têtes dont la surface portante 72 est formée et dont les plots de connexion P sont dégagés. Il reste à séparer ces têtes, ce qui peut être obtenu par sciage. La figure 9 montre un mode de mise en oeuvre différent o la gravure ne débouche pas. Les références désignent les mêmes éléments aue sur la figure 8. A titre d'exemple nullement limitatif, la gravure peut avoir une largeur (dans le plan de la figure) de 50 pm et le plateau gravé au niveau des plots de connexion une largeur (toujours dans le plan de la figure) de 500 pm. Le superstrat 70 peut éventuellement être aminci avant le dépôt du masque, jusqu'à obtenir une épaisseur d'environ 150 pm, alors que le substrat 60 peut.Zrésenter une épaisseur d'environ 500 pm. Le fond de la gorge gravée peut être, par exemple, à 300 pmn du haut du superstrat. On peut poursuivre le procédé en séparant les barrettes par un amincissement (pleine tranche) du substrat 70 jusqu'à atteindre le niveau de la gorge gravée. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre autrement en procédant à deux gravures symétriques avec retournement de la plaquette comme illustré sur les figures 10A à 10E. Sur la figure 10A, on voit, en coupe, le substrat 70, les têtes T, le superstrat 80 et le masque 60. La forme de celui-ci apparait sur la figure 8B, avec ses motifs délimités par un bord avant 62 de forme arrondie et un bord arrière 64 de forme rectiligne. La figure 10C montre une première gravure permettant de former les surfaces portantes 62. Le dégagement des plots de connexion n'est pas représenté sur cette figure. Il peut être réalisé par une gravure (photolithographique ou mécanique) effectuée simultanément, avantou après la première gravure. On retourne ensuite l'ensemble, comme représenté sur la figure 10D, et l'on dépose sur le superstrat 70 un second masque 90 que l'on grave en s'alignant sur la gravure précédemment effectuée. On opère alors une seconde gravure symétrique de la première et affectant le superstrat 70 jusqu'au niveau des têtes, ce qui donne naissance à une surface 62' (Fig. 10E). Il reste ensuite à séparer les têtes par exemple par sciage ou par cassage suivi éventuellement d'un polissage de la surface portante. s À es avantages procurés par l'invention, quel que soit le mode particulier de mise en oeuvre (une ou deux gravures) sont nombreux par rapport aux techniques antérieures: consistant: - tout d'abord, le procédé de l'invention permet d'usiner plusieurs milliers de têtes à la fois; ensuite, il conduit à une bonne reproductibilité de la forme donnée à chaque surface portante; or le rayon de courbure de la tête, près de l'entrefer est déterminant dans la qualité du contact tête/support d'enregistrement; - le procédé de l'invention permet en outre d'obtenir des formes complexes avec une courbure changeant le long de la surface portante, ce qui était très difficile voire impossible avec une technique mécanique, surtout pour les petites tailles de têtes; - contrairement aux meules, qui ont souvent besoin d'être redressées, les masques utilisés dans le procédé ne s'usent pas, ce qui élimine les dérives de forme au cours du temps. L'avantage du mode ce mise en oeuvre à une seule gravure débouchante (Fig. 8) par rapport au mode de mise en oeuvre à deux gravures symétriques (Fig. 10. à E) est qu'il n'y a pas d'alignement de masque à prévoir, par ailleurs le profil de gravure est continu, ce qui facilite l'étape de finition. Mais la double gravure symétrique présente elle aussi des avantages. En effet, la technique de fabrication des têtes intégrées entraîne souvent la présenzce de matériaux de natures différentes dans l'épaisseur de la plaquette. Par exemple, si l'on réalisé les têtes dans des caissons d'oxyde de silicium sur un substrat de silicium et si l'on dépose un superstrat en silicium, on trouvera, au milieu d'un ensemble presque entièrement constitué de silicium, une fine couche d'oxyde de silicium contenant à certains endroits les parties actives des têtes. La gravure profonde utilisée dans le premier mode de mise en oeuvre pourrait être difficile à réaliser dans un tel matériau non homogène. Dans ce cas, la gravure double face peut être avantageuse. Les deux gravures s'arrêteront sur la couche de nature différente (par exemple en oxyde de silicium). La fine couche subsistant pourra ensuite être gravée ou sciée ou cassée. Une finition ultérieure enlèvera les débris et mettra le profil de cette fine couche en conformité avec le reste de la surface portante usinée par les gravures profondes. Les figures l1A à llD, enfin, illustrent quelques exemples de profils- de surface portante pouvant être obtenues grâce à l'invention. Sur la figure 11A le rayon de courbure R est unique. Sur la figure 113, le rayon de courbure change et prend une valeur Ri au centre puis une valeur R2 sur les côtés et une valeur R3 aux extrémités. Sur la figure 11C, la surface portante contient deux parties concaves 921 et 92,. La il figure llD montre un profil double 941, 942 utile pour une tête double appelée aussi composant à deux têtes. Naturellement, ces exemples ne sont pas limitatifs, des composants à plus de deux têtes sont également envisageables. Le procédé qui vient d'être décrit peut être combiné avec un procédé permettant d'amincir la partie des têtes en contact (ou en quasi-contact) avec le support d'enregistrement. Un tel procédé est décrit et revendiqué dans la demande de brevet intitulée "Procédé de réalisation collective de têtes magnétiques intégrées à surface portante de hauteur déterminée" déposée par le présent-Demandeur le jour même du dépôt de la présente demande: les opérations d'amincissement peuvent procéder ou suivre les opérations de formation de la surface portante ou même être concomitantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation collective de têtes magnétiques intégrées consistant à réaliser, sur une plaquette (50), une pluralité de composants (T) comprenant chacun des moyens (101, 102, 14, 161, 162, 18, 201, 202) aptes à constituer au moins une tête magnétique et notamment des pièces polaires (101, 102) séparées par un entrefer (14), ce procédé étant caractérisé en ce que: - on dépose sur la plaquette (50) au moins un masque (60) comprenant autant de motifs que de composants sur la plaquette, chaque motif présentant, en regard des pièces polaires (101, 102) de chaque composant, un bord de forme appropriée (62); - on grave collectivement par photolithogravure à travers ce(s) masque(s) (60) la plaquette (50) pour donner à tous les composants, au voisinage des pièces polaires (10, 102), une surface (72) ayant ladite forme appropriée; - on sépare ensuite les composants, la surface (72) ainsi gravée au voisinage des pièces polaires (101, 102) constituant la surface portante de chacune des têtes. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel chaque composant comprend, à l'avant, lesdites pièces polaires (101, 10,) et, à l'arrièere, des plots de connexion électrique (24:, 24,, ?), et on effectue une gravure pour dégager ces plots de connexion. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la gravure effectuée est traversante. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on dépose un premier masque (60) sur une première face de la, plaquette (50) et l'on effectue une première gravure non traversante, on dépose ensuite un second masque '(90) sur une deuxième face (70) de la plaquette et l'on effectue une seconde gravure de la plaquette (50). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la seconde gravure est non traversante et dans lequel on effectue une gravurd supplémentaire. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la plaquette (50) comprend un substrat (70) supportant la pluralité de composants (T) et un superstrat (80) recouvrant les composants. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on amincit le superstrat (80) et/ou le substrat (70) avant de déposer le (les) masque(s) (60, 90).