DE69215717T2

DE69215717T2 - Herstellung eines magnetischen Mediums

Info

Publication number: DE69215717T2
Application number: DE69215717T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Togawa; Kiyoshi Toyama
Original assignee: Teijin Seiki Co Ltd
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2012-02-29
Also published as: US5580639A; US5429911A; US5527663A; EP0501815A3; US5350618A; EP0501815B1; EP0634758A1; DE69215385D1; EP0501815A2; EP0634758B1; DE69215385T2; US5336586A; DE69215717D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Mediums, das als magnetische Muster einer magnetischen Skala und eines Gleichstrommotors benutzt wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Generell wird ein Magnetkopf, der aus einem Elektromagneten und einer magnetischen Substanz aus winzig kleinen Magneten besteht, in einem Magnetaufnahme- und Regenerier- bzw. Rückkoppelungsgerät verwendet. In dem Fall der magnetischen Aufnahme erzeugt der Magnetkopf ein Magnetfeld, das sich in Übereinstimmung mit der Aufnahmeinformation verändert, und der remanente Magnetismus der magnetischen Substanz, der sich durch das Magnetfeld hindurch bewegt, welches durch die Aufnahmeinformation verändert wurde, wird zu einem Wechsel seiner Position gebracht. Die Aufnahmeinformation wird dann auf der magnetischen Substanz auf der Basis des Positionswechsels des remanenten Magnetismus aufgenommen. Anderer seits erfaßt der Magnetkopf die positionsmäßige Veränderung des remanenten Magnetismus der magnetischen Substanz als eine Spannungsänderung.
Die Prinzipien der magnetischen Aufnahme und Regenerierung bzw. Rückkoppelung, wie vorerwähnt, sind auch in einem magnetischen Sensor angewandt worden. In dem magnetischen Sensor werden nämlich vorbestimmte magnetische Muster genau durch den Magnetkopf für eine Aufnahme erzeugt, und die magnetischen Muster werden durch den Magnetkopf für eine Erfassung erfaßt, um eine Information über eine Position zu erhalten.
Als ein Beispiel eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung magnetischer Muster wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung magnetischer Muster des linearen Typs beschrieben. Zuerst wird eine Vorrichtung 1 zur Herstellung eines magnetischen Musters, wie gezeigt in Fig. 63, vorbereitet. Die Vorrichtung 1 zur Herstellung eines magnetischen Musters besteht aus einem Positionsdetektor 2, Verbindungsgliedern 3 und 4, einem Stellglied 5, einem Magnetkopf 6 und einem I/V (Strom/Spannung) Wandlerkreis 7. Ein magnetisches Medium 8 ist mit dem Positionsdetektor 2 und dem Stellglied 5 über die Verbindungsglieder 3 und 4 verbunden. Das Stellglied 5 veranlaßt das magnetische Medium 8 zu einer präzisen Bewegung in den entgegengesetzten Richtungen, die durch die Pfeile A und B in Fig. 63 angegeben sind, und die Position des magnetischen Mediums 8 wird durch den Positionsdetektor 2 erfaßt.
Wenn das Medium 8 durch das Stellglied 5 bewegt und in eine vorbestimmte Position fixiert wird, dann erhält es eine Berührung mit den Kopfenden 6a des Magnetkopfes 6. Es wird dann durch den I/V Wandlerkreis 7 ein elektrischer Strom an die Spule des Magnetkopfes 6 angelegt, sodaß ein magnetisches Feld erzeugt wird. Als Folge davon wird das magnetische Medium 8 in der Nähe der Magnetkopfenden 6a und 6a teilweise magnetisiert.
Das magnetische Medium 8 wird danach durch das Stellglied 5 in eine andere vorbestimmte Position bewegt. Spezielle wird die Position des magnetischen Mediums 8 während der Bewegung immer durch den Positionsdetektor 2 erfaßt, sodaß das magnetische Medium 8 durch das Stellglied 5 auf der Basis des Ergebnisses der Erfassung des Positionsdetektors 2 bewegt und auf eine gewünschte Position fixiert wird. Das magnetische Medium 8 wird dann durch den Magnetkopf 6 in der vorbeschriebenen Art und Weise teilweise magnetisiert. Wenn alle vorbestimmten Bereiche des magnetischen Mediums 8 in derselben Art und Weise magnetisiert sind, dann wird das magnetische Medium 8, das vorbestimmte magnetische Muster aufweist, nämlich eine magnetische Skala bzw. Skalierung, hergestellt.
Bei dem herkommlichen Verfahren zur Herstellung der magnetischen Skala ergeben sich jedoch die Nachteile, daß es schwierig ist, die Auflösung (das Auflösungsvermögen) der magnetischen Skala zu verbessern, daß die Herstellungszeit lang wird und daß das S/N Verhältnis zwischen dem Signal und einem Geräusch bzw. Rauschen bei einem Erfassungssignal zum Zeitpunkt der Positionserfassung aus den folgenden Gründen reduziert ist.
Die Auflösung der magnetischen Skala hängt nämlich ab von der Genauigkeit der Magnetisierung, sodaß eine Vorrichtung zur Herstellung eine große Investition der Ausrüstung erfordert. Es ist daher schwierig, die Auflösung der magnetischen Skala zu verbessern.
Zusätzlich ist der Magnetisierungsbetrieb viele Male erforderlich, um magnetische Muster auf dem magnetischen Medium 8 auszubilden, sodaß es eine lange Zeitdauer benötigt, um die magnetische Skala herzustellen.
Da weiterhin der magnetische Streufluß des Magnetkopfes 6 benutzt wird, wenn das magnetische Medium 8 magnetisiert wird, kann ein energiereiches Magnetfeld nicht an das magnetische Medium 8 angelegt werden. Wenn das magnetische Medium 8 zur Erfassung einer Position benutzt wird, dann wird folglich das S/N Verhältnis des Positionssignals kleiner.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetische Substanz und ein Verfahren zur Herstellung der magnetischen Substanz bereitzustellen, bei welcher das S/N Verhältnis eines Erfassungssignals zum Zeitpunkt der Erfassung eines Magnetismus groß ist, die Auflösung bei der Erfassung des Magnetismus verbessert wird und die für die Herstellung benötigte Zeit verkürzt wird.
Ein früheres Verfahren zur Erzielung einer Verteilung von magnetischem Material auf einer Basis mit einer hohen dimensionsmäßigen Genauigkeit besteht aus dem Vermischen eines pulverförmigen magnetischen Materials mit einem Bindemittel und einem Aufdrucken oder Lackieren des Gemisches auf die Basis, wie beschrieben in Patent Abstracts of Japan Vol 10 No. 279 (E-439) (2335), 20. September 1986 (entsprechend der JP 61 100 910). Aus einer der Darstellungen in diesem Dokument ist ersichtlich, daß das Gemisch auf dem Niveau oder unterhalb desselben der Oberfläche der Basis angeordnet werden kann, auf welche es aufgebracht wird. Die Beschreibung einer Verteilung des magnetischen Materials in Nuten bildet die Grundlage des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1.
Die Ausbildung von Strukturen in bestimmten Substrattypen durch eine Kombination eines Ätzens und einer Materialabscheidung ist allgemein bekannt und aus EXTENDED ABSTRACTS Vol. 82, No. 2, Oktober 1982, Princeton, New Jersey, Seiten 291 - 292 ist ersichtlich, daß es bekannt ist, solche Techniken zur Ausbildung von Inseln aus einem weichen magnetischen Material auf einem SiO&sub2; Substrat anzuwenden, um ein Magneto-Widerstandselement zur Verwendung in einem Magneto- Widerstandssensor bereitzustellen.
Keines der vorerwähnten Dokumente stellt ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Mediums zur Verfügung, welches die vorerwähnten Ziele der vorliegenden Erfindung erfolgreich erfüllt.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Mediums mit magnetisierten magnetischen Substanzen bereitgestellt, die gemäß vorbestimmten Mustern angeordnet sind, wobei die magnetischen Substanzen in Nuten lokalisiert sind, welche in Übereinstimmung mit den vorbestimmten Mustern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren besteht aus den Stufen: Beschichtung eines Substrats mit einem Dünnfilm durch ein Verfahren der Ausbildung eines Dünnfilms, wie bspw. eine chemische Dampfabscheidung oder eine Sputter- bzw. Bedampfungsabscheidung; Beschichtung eines Photoresist auf dem beschichteten Film; Belichtung des Photoresist durch eine Photomaske hindurch, welche die vorbestimmten Muster aufweist; Entfernung der belichteten oder unbelichteten Teile des Photoresist von dem Substrat durch sein Losen in einem Entwickler in einer solchen Art und Weise, daß der Film teilweise freigelegt wird; Ätzen der freigelegten Bereiche des Films von dem Substrat in einer solchen Art und Weise, daß Fenster ausgebildet werden; Ätzen des Substrats für eine Ausbildung von Nuten in dem Substrat; Ausfüllen der Nuten mit den magnetischen Substanzen; und Magnetisierung der magnetischen Substanzen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer verständlich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, bei welchen
Fig. 1 eine vertikale Querschnittsansicht eines Siliziumsubstrats ist;
Fig. 2 eine vertikale Querschnittansicht eines oxidierten Siliziumsubstrats ist, das durch eine Oxidierung des in Fig. 1 gezeigten Siliziumsubstrats gebildet wurde;
Fig. 3 ist eine vertikale Querschnittansicht des mit einem Photoresist beschichteten oxidierten Siliziumsubstrats;
Fig. 4 ist eine vertikale Querschnittansicht des mit dem Photoresist beschichteten oxidierten Siliziumsubstrats während eines Belichtungsprozesses;
Fig. 5 ist eine vertikale Querschnittansicht des mit dem Photoresist teilweise beschichteten oxidierten Siliziumsubstrats nach einem Entwicklungsprozeß;
Fig. 6 ist eine vertikale Querschnittansicht des mit dem Photoresist beschichteten oxidierten Siliziumsubstrats nach einem reaktiven Ionenätzprozeß;
Fig. 7 ist eine vertikale Querschnittansicht des oxidierten Siliziumsubstrats nach einer Entfernung des Photores ist;
Fig. 8 ist eine vertikale Querschnittansicht des oxidierten Siliziumsubstrats während eines anisotropischen nassen Ätzprozesses;
Fig. 9(a) ist eine vertikale Querschnittansicht des oxidierten Siliziumsubstrats nach dem anisotropischen Ätzprozess;
Fig. 9(b) ist eine horizonale Querschnittansicht entlang einer horizontalen Ebene, die mit der Linie X-X in Fig. 9(a) angegeben ist;
Fig. 10(a) ist eine vertikale Querschnittansicht des oxidierten Siliziumsubstrats mit magnetischen Substanzen, die in seine Nuten eingegraben sind;
Fig. 10(b) ist eine horizontale Querschnittansicht entlang einer horizontalen Ebene, die mit der Linie Y-Y in Fig. 10(a) angegeben ist;
Fig. 11 ist eine vertikale Querschnittansicht des oxidierten Siliziumsubstrats nach einem Polierprozeß;
Fig. 12 ist eine vertikale Querschnittansicht des oxidierten Siliziumsubstrats, das mit einem Schutzfilm beschichtet ist;
Fig. 13 ist eine vertikale Querschnittansicht des oxidierten Siliziumsubstrats während eines Magnetisierungsprozesses;
Fig. 14 ist eine horizontale Querschnittansicht des oxidierten Siliziumsubstrats mit magnetisierten Substanzen in einer Anordnung in Übereinstimmung mit vorbestimmten Mustern;
Fig. 15 ist eine bruchstückhafte Schnittansicht, die eine Ausführungsform des magnetischen Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 16 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 15 und zeigt eine Modifizierung des magnetischen Mediums der Fig. 15;
Fig. 17 ist ein Schaubild, das die magnetische Feldstärke einer magnetischen Substanz mit einer einheitlichen Dicke zeigt;
Fig. 18 ist ein Schaubild, das die magnetische Feldstärke einer magnetischen Substanz mit einer uneinheitlichen Dicke zeigt;
Fig. 19 ist eine bruchstückhafte Schnittansicht, die eine zweite Ausführungsform des magnetischen Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 20 ist eine horizontale Schnittansicht, die eine dritte Ausführungsform des magnetischen Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 21 ist eine bruchstückhafte Schnittansicht entlang der Linie K-K der Fig. 20;
Fig. 22 ist eine bruchstückhafte Schnittansicht, die eine Modifizierung des magnetischen Mediums der Fig. 21 zeigt;
Fig. 23 ist eine bruchstückhafte Schnittansicht, die eine vierte Ausführungsform des magnetischen Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 24 bis 31 sind Schaubilder, die ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 32 bis 43 sind Schaubilder, die eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines magnetischen Mediums zeigen;
Fig. 44 bis 52 sind Schaubilder, die eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetischen Musters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 53 bis 62 sind Schaubilder, die eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines magnetischen Musters zeigen; und
Fig. 63 ist eine Schemaansicht einer bekannten Vorrichtung zur Herstellung eines magnetischen Musters.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 14 ist in diesen eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetischen Mediums (bspw. einer magnetischen Skala) gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein Si Siliziumsubstrat 11 besteht aus einem Einkristall (Monokristall) Si oder aus einem Einkristall Si mit Verunreinigungen, wie bspw. Stickstoff oder Bor, die darin vermengt sind. Die an dem Si Substrat 11 anhaftenden Schmutzteilchen werden davon entfernt in gleicher Art und Weise wie bei einem Säuberungsverfahren eines Halbleitergerätes, sodaß das Si Substrat 11 gesäubert ist. Das Si Substrat 11 reagiert auf Säuren oder Alkalien und kann in Abhängigkeit von diesen Arten durch eine sog. anisotropische Ätzung geätzt werden, bei welcher die Ausrichtung der Reaktion durch die Kristallausrichtungen des Si Substrats selektiv ist.
Als nächstes wird der gesäuberte Oberflächenbereich des Si Substrats 11 durch einen Oxidierungsprozeß oxidiert und wird ein oxidiertes Si Substrat 14 gebildet, das gemäß der Darstellung in Fig. 2 aus einer Si Basis 12 und einer SiO&sub2; Siliziumdioxidschicht 13 besteht. Genauer ausgedrückt wird der Oberflächenbereich des Si Substrats 11 für 5 Stunden innerhalb eines Ofens (nicht gezeigt) oxidiert, der auf 1000ºC erwärmt ist. Die SiO&sub2; Schicht funktioniert als eine Schutzschicht, die verhindert, daß die unbelichteten Bereiche des oxidierten Si Substrats 14 durch einen aniostropischen Ätzprozeß geätzt werden, der später beschrieben wird. Während des Oxidierungsprozesses wird Sauerstoffgas, das durch heißes Wasser von 80ºC hindurchgeleitet wurde, in den Ofen angeliefert, da es allgemein bekannt ist, daß Sauerstoffgas, welches Wasserdampf (H&sub2;O) enthält, die Geschwindigkeit der Oxidation beschleunigt. Tatsache ist, daß der Oberflächenbereich des Si Substrats 11 durch den Sauerstoff in dem Wasserdampf oxidiert wird.
Anstelle des Oxidierungsprozesses wie vorerwähnt kann ein Prozeß zur Ausbildung eines Dünnfilmes angewendet werden, wie bspw. ein chemischer Dampfablagerungsprozeß (CVD), ein Sputter-Ablagerungsprozeß od.dgl. Anstelle der SiO&sub2; Schicht 13 kann weiterhin eine Schicht verwendet werden, die aus einem Metall besteht, wie bspw. Titan (Ti), Chrom (Cr) od. dgl., ein Nitrid, wie bspw. Trisiliziumtetranitrid (Si&sub3;N&sub4;) u.dgl., ein Carbid, bspw. Titancarbid (TiC) u.dgl., ein Oxid, wie bspw. Aluminiumhydroxid (Al(OH)&sub3;), oder eine organische Substanz.
Wie dargestellt in Fig. 3 wird dann die Oberfläche des oxidierten Si Substrats 14 mit einem Photoresist 15 durch einen Schleuderbeschichtung-Prozeß u. dgl. beschichtet. Genauer ausgedrückt, es werden wenige Tropfen einer Photoresistverbindung aus einem organischen Harz auf den zentralen Bereich des oxidierten Si Substrats 14 aufgetropft. Das oxidierte Si Substrat 14 wird dann um seine Mittelachse senkrecht zu seiner Oberfläche gedreht, wodurch die Resist-Verbindung gleichmäßig und dünn verteilt wird, um das Photoresist 15 auf dem oxidierten Si Substrat 14 zu formen. Das mit dem Photoresist 15 beschichtete oxidierte Si Substrat wird dann weiterhin in einen Ofen (nicht gezeigt) mit konstanter Temperatur eingebracht, der auf etwa 100ºC erwärmt wurde, sodaß das Photoresist 15 stabilisiert wird. Es wird angemerkt, daß AZ-1350J (positiver Typ) oder ONNR-20 (negativer Typ), welches gegen ein Plasma-Trockenätzen dauerhaft ist, ebenfalls als eine Resist-Verbindung verwendet werden können.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird eine Photomaske 16, die aus einer Glasplatte mit vorbestimmten Maskenmustern besteht, auf das Photoresist 15 aufgebracht, und das Photoresist 15 wird dann Ultraviolett-Strahlen (UV) durch die Muster der Photomaske 16 hindurch ausgesetzt. Die Muster der Photomaske 16 werden durch ein Material 16a ausgebildet, das gegenüber den UV Strahlen undurchlässig ist. Als eine Lichtquelle werden sichtbare Strahlen, ein elektrischer Richtstrahl und Röntgenstrahlen verwendet. Generell kann das Photoresist als positiv und negativ klassifiziert werden, abhängig davon, wie es auf die Bestrahlung anspricht. Für positive Resiste werden die belichteten Bereiche mehr löslich. Für negative Resiste werden die belichteten Bereiche weniger löslich. Bei dieser Ausführungsform besteht das Photoresist 15 aus einem positiven Resist.
Das oxidierte Si Substrat 14 und das Photoresist 15 werden dann in einen Entwickler eingetaucht, sodaß die mit UV Strahlen belichteten Bereiche des Photoresist 15 gelöst und von dem oxidierten Si Substrat 14 entfernt werden, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die in dem Photoresist 15 gebildeten Muster sind dieselben wie diejenigen an der Photomaske 16.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, werden die belichteten Bereiche der SiO&sub2; Schicht 13 durch eine Vorrichtung (nicht gezeigt) für ein reaktives Ionenätzen (RIE) geätzt, sodaß Fenster 17 in der SiO&sub2; Schicht 13 ausgebildet werden. Anstelle der RIE Vorrichtung kann auch eine Vorrichtung zum Ätzen mit einer elektronischen Zyklotron-Resonanz (ECR) oder eine Vorrichtung für ein Ätzen mit einem reaktiven Ionenrichtstrahl verwendet werden. Genauer ausgedrückt, wird ein CF&sub4; Kohlenstofftetrafluorid-Gas an eine Vakuumkammer angeliefert, in welcher das oxidierte Si Substrat 14 angeordnet ist, und es wird in den Zustand eines Plasma gebracht, das aus dem CF&sub3; Kohlenstofftrifluorid und Fluorid (F) besteht. Die belichteten Bereiche der SiO&sub2; Schicht 13 werden zu diesem Zeitpunkt verdampft. Das F Element von CF ist sehr reaktiv und vereinigt sich mit SiO&sub2;. Es wird angemerkt, daß anstelle des CF&sub4; Gas auch Schwefelhexafluorid (SF&sub6;)-Gas oder ein Gas als Ätzgas verwendet werden kann, das aus CF&sub4; und H&sub2; besteht.
Es wird dann O&sub2; Gas an die Vakuumkammer geliefert, um das Plasma zu erzeugen, und das Photoresist 15 wird dann von dem oxidierten Si Substrat 14 entfernt, wie es in Fig. 7 gezeigt ist.
Wie in Fig. 8 dargestellt ist, wird das oxidierte Si Substrat 14 dann in eine wässrige KOH Kahumhydroxidlösung 18 eingetaucht und solange reagiert, bis die Si Basis 12 in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des oxidierten Si Substrats 14 geätzt ist, sodaß Nuten 19 mit vertikalen Seitenwänden ausgebildet sind, wie gezeigt in den Figuren 9 (a) und 9 (b). Der vorerwähnte Ätzprozeß wird als ein anisotropischer Ätzprozeß definiert. Genauer ausgedrückt, wird KOH gewogen und in ein Becherglas eingebracht sowie mit reinem Wasser gemischt, das mit einem Meßzylinder gewogen wurde. Die wässrige KOH Lösung 18 wird dann in ein Becherglas 20 eingebracht, das auf einer heißen Platte (nicht gezeigt) eines Rührgerätes (nicht gezeigt) angeordnet ist, und es wird dann ein Rührelement in das Becherglas 20 eingebracht. Sobald die Temperatur der wässrigen KOH Lösung 18 80ºC erreicht hat und die Umdrehungen des Rührelements auf 600 U/min eingestellt wurden, wird das oxidierte Substrat 14 in die wässrige KOH Lösung 18 eingetaucht. Sobald die belichteten Bereiche der Si Basis 12 auf eine vorbestimmte Tiefe geätzt worden sind, wird das oxidierte Si Substrat 14 aus dem Becherglas 20 herausgenommen und mit reinem Wasser abgewaschen, sodaß die wässrige KOH Lösung 18 dann von dem oxidierten Si Substrat 14 vollständig entfernt ist. Das oxidierte Si Substrat 14 wird erwärmt und getrocknet, bis von dem oxidierten Si Substrat 14 die Feuchtigkeit entfernt ist. Es werden dann die Zustände der SiO&sub2; Schicht 13, der geätzten Oberfläche u.dgl. mit einem optischen Mikroskop überprüft. Die Ätzrate für das monokristalline Si wird in Abhängigkeit von der Kristallausrichtung bestimmt, wobei die Ätzrate für die "110"-Orientierung bspw. 500 mal großer ist als diejenige für die "111"-Orientierung. Wenn angenommen wird, daß die Oberfläche des Si Substrats die "110"-Ebene ist, dann ist die Ätzrate in der Richtung der Dicke des Si Substrats grob etwa 500 mal größer als in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Dicke. Wenn die Ätzrate in der Tiefenrichtung des Si Substrats 1 bis 5 µm/Minute beträgt, wird es bspw. 100 bis 500 Minuten in Anspruch nehmen, um 500 um in der Richtung der Substratdicke zu ätzen. Es wird angemerkt, daß anstelle eines Alkalimetallhydroxids, wie bspw. KOH, auch eine wässrige Lösung eines Amin, wie bspw. Ethylendiamin, Hydrazin od.dgl., verwendet werden kann. In Fig. 9 (a) ist auch gezeigt, daß die Bodenbereiche der Nuten 19 ausgebildet werden, sie können jedoch auch vollständig durch ein Ätzen entfernt sein, falls es für erforderlich angesehen wird.
Die vorstehenden Prozesse ergeben eine erste Stufe der Ausbildung der Nuten 19, welche vorbestimmten Mustern in dem Substrat 11 entsprechen, welches für ein anisotropisches Ätzen durch einen Photoätzprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Es werden dann magnetische Substanzen 21 in die Nuten 19 des oxidierten Si Substrats 14 eingegraben, wie gezeigt in den Fig. 10 (a) und 10 (b). Als ein Verfahren des Eingrabens der magnetischen Substanzen 21 ergeben sich die vier folgenden verschiedenen Verfahren.
Bei dem ersten Verfahren wird ferritisches Magnetpulver mit einem Durchmesser von 1 bis 5 um in die Nuten 19 eingebracht. Ein unterschiedliches Si Substrat wird dann auf die Oberseite des oxidierten Si Substrats 15 aufgelegt und gegen das oxidierte Si Substrat 14 gepreßt, wodurch die Dichte des ferritischen Magnetpulvers erhöht wird.
Bei dem zweiten Verfahren wird das Si Substrat 14 in eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Vakuumfilms eingebracht, und es wird dann ein Sputter-Ablagerungsprozeß unter Verwendung einer harten Ferritplatte als ein Ziel durchgeführt. Dieser Prozeß ist ähnlich einem herkömmlichen Sputterprozeß.
Bei dem dritten Verfahren wird eine Verbindung angewendet, die ein für ein Magnetband oder eine Magnetdiskette usw. verwendetes Magnetpulver enthält und in die Nuten 19 des Si Substrats 14 eingegossen wird. Das flüchtige Material der verwendeten Verbindung wird dann verdampft, wodurch der Volumenanteil des Magnetpulvers erhöht wird. Genauer ausgedrückt wird das ferritische Magnetpulver mit einem organischen flüssigen Bindemittel genügend vermischt, damit das Magnetpulver in dem flüssigen Bindemittel gleichmäßig zerstreut ist. Es ist jedoch erforderlich, daß während des Mischens Luftblasen verhindert werden, die durch mitgerissene Luft verursacht werden. Die Intensität eines Magnetfeldes wird durch den Volumenanteil des Magnetpulvers beeinflußt, d.h. die Intensität des Magnetfeldes verändert sich im Verhältnis zu dem Volumenanteil des Magnetpulvers. Das mit dem Magnetpulver vermischte flüssige Bindemittel wird in die Nuten 19 in einem solchen Ausmaß eingetropft, daß es über die Nuten 19 etwas überfließt. Das Si Substrat 14 wird auf eine heiße Platte aufgebracht und auf etwa 50ºC erwärmt, sodaß das flüchtige Material des flüssigen Bindemittels verdampft wird. Dies resultiert in einer relativen Erhöhung des Volumenanteils des Magnetpulvers.
Bei dem vierten Verfahren werden magnetische Substanzen eines Metalls durch eine Elektroplattierung in einer solchen Art und Weise extrahiert, daß die extrahierten magnetischen Substanzen in den Nuten 19 eingegraben werden.
Bei allen vier Verfahren sind die Oberflächen der magnetischen Substanzen 4 nicht glatt, wie es in Fig. 10 (a) gezeigt ist. Die Oberflächen der magnetischen Substanzen 4 werden daher poliert, bis sie glatt sind, wie es in Fig. 11 gezeigt ist.
Es wird dann ein SiO&sub2; Film mit einer Dicke von 1.0 µm auf dem oxidierten Si Substrat 14 durch einen CVD chemischen Dampfabscheidungsprozeß ausgebildet, um einen Schutzfilm 22 zu ergeben. Der Schutzfilm 22 kann auch durch das Ankleben eines Dünnfilms auf Si Substrat 14 ausgebildet werden, oder durch eine Beschichtung des Si Substrats 14 mit einem Harz, Lack od.dgl.
Die vorstehenden Prozesse ergeben eine zweite Stufe des Eingrabens der magnetischen Substanzen 21 in den Nuten 19, die in der vorerwähnten ersten Stufe ausgebildet wurden.
Wie in Fig. 13 gezeigt ist, werden dann die magnetischen Substanzen 21 durch eine Magnetisiervorrichtung magnetisiert, die aus einer Nordpolplatte 23 und einer Südpolplatte 24 besteht. Die Nord- und Südpolplatten 23 und 24 sind so angeordnet, daß das oxidierte Si Substrat 14 sich zwischen diesen befindet. Die magnetischen Substanzen 21 werden durch das Magnetfeld magnetisiert, das eine Ausrichtung senkrecht zu der Oberfläche des oxidierten Si Substrats 14 besitzt.
Dieser Prozeß bildet eine dritte Stufe der Magnetisierung der magnetischen Substanzen 21, die in den Nuten 19 der vorerwähnten zweiten Stufe eingetragen wurden.
Mit den vorbeschriebenen ersten, zweiten und dritten Stufen wird das oxidierte Si Substrat 14 hergestellt, welches magnetisierte magnetische Substanzen aufweist, die gemäß den vorbestimmten magnetischen Mustern angeordnet sind. Es wird also eine magnetische Skale bzw. Skalierung 25 wie bspw. diejenige hergestellt, die in Fig. 14 gezeigt ist.
Wie vorstehend beschrieben wurde, umfaßt die Ausführungsform der Fig. 1 bis 14 die Stufen einer Ausbildung von Nuten, welche den vorbestimmten Mustern in einem Substrat entsprechen, das für ein anisotropisches Ätzen verwendet wird, das Eingraben der magnetischen Substanzen in den Nuten und das Magnetisieren der magnetischen Substanzen. Es können somit extrem prazise magnetische Muster einfach hergestellt werden, und es können weiterhin verschiedene Arten von extrem prazisen magnetischen Mustern durch einen Austausch von Maskenmustern vorgesehen werden. Die magnetischen Substanzen können weiterhin alle zu einer Zeit magnetisiert werden, wodurch die Zeit stark gekürzt wird, die für die Magnetisierung benötigt wird. Bei jedem Prozeß können weiterhin eine große Anzahl von Substratmaterialien behandelt werden, wodurch die Zeit verkürzt wird, die für die Herstellung magnetischer Muster benötigt wird. Es können weiterhin magnetische Muster mit einem starken Magnetismus erhalten werden, sodaß zu dem Zeitpunkt der Erfassung eines elektrischen Signals eine starke Intensität eines magnetischen Feldes erzeugt werden kann und dadurch das S/N Verhältnis des Signals vergrößert wird. Während beschrieben wurde, daß der Artikel die magnetische Skala bzw. Skalierung 25 ist, wird angemerkt, daß eine Anwendung auch auf einen Rotor bzw. Läufer eines Motors des Läufertyps mit einem Dauermagneten möglich ist und auf einen Anker oder einen Stator eines Motors des Lineartyps mit Dauermagneten. Diese Motoren werden als ein Gleichstrommotor und ein Wechselstrommotor klassifiziert und können als Schrittschaltmotoren, bürstenlose Gleichstrommotoren od.dgl. verwendet werden. Der Artikel der vorliegenden Erfindung ist weiterhin für einen Generator anwendbar. Obwohl beschrieben wurde, daß die Nuten 19 durch einen nassen Ätzprozeß geätzt werden, wird angemerkt, daß sie auch durch einen trockenen Ätzprozeß, wie bspw. einen RIE reaktiven Ionenätzprozeß, geätzt werden können. In dem Fall des trockenen Ätzprozesses ist das Substrat nicht auf ein Einkristall-Silizium beschränkt.
Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform eines magnetischen Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Bezugsziffer 30 bezeichnet ein magnetisches Medium, das aus einem Substrat 31 und einer magnetischen Substanz 32 besteht. Das Substrat 31 besteht aus einem (monokristallinen) Einkristall Si oder einem Einkristall Si mit Verunreinigungen, wie bspw. Stickstoff oder Bor, die darin vermengt sind. Das Substrat 31 ist mit einer abgestuften Vertiefung 33 ausgebildet, in welcher die magnetische Substanz 32 eingegraben ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die abgestufte Vertiefung 33 eine Vielzahl von Bereichen mit verschiedenen Stufen aufweisen kann, die unterschiedliche Tiefen haben. Die abgestufte Vertiefung 33 kann sich auch durch den rückwärtigen Bereich des Substrats 31 hindurch erstrecken, wie es in Fig. 16 gezeigt ist. Da die abgestufte Vertiefung 33 den Stufenbereich 33a aufweist, kann die magnetische Substanz 32 in der Dicke Stufe um Stufe verändert werden. Wenn die magnetische Substanz 32, die mit einer abgestuften Vertiefung mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Stufenbereichen ausgebildet ist, durch eine Veränderung der Anzahl und der Position der Stufenbereiche magnetisiert wird, dann kann eine willkürliche Verteilung der magnetischen Feldstärke erhalten werden. Wenn eine magnetisierte magnetische Substanz 34 eine gleichmäßige Dicke aufweist und drei magnetische Bereiche 34a, 34b und 34c umfaßt, wie es in Fig. 17 gezeigt ist, dann ist der mittlere Magnetbereich 34b einer Magnetisierung in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung seiner Magnetisierung von den Magnetbereichen 34a und 34c unterworfen. Als Folge davon erhält der mittlere Magnetbereich 34b eine schwache magnetische Kraft, und die Verteilung der magnetischen Feldstärke der magnetischen Substanz 34 ergibt sich gemäß der Darstellung in Fig. 17. Wenn andererseits die Dicke einer magnetischen Substanz 35 veränderlich ist und drei Magnetbereiche 35a, 35b und 35c aufweist, wie gezeigt in Fig. 18, dann wird der mittlere Magnetbereich 35b wie in dem vorstehenden Fall gleichartig geschwächt, da jedoch der mittlere Magnetbereich 35b eine größere Dicke aufweist als die Magnetbereiche 35a und 35c, ergibt sich für die magnetische Feldstärke der magnetischen Substanz 35 die Verteilung wie gezeigt in Fig. 18. Die Verteilung der magnetischen Feldstärke der Fig. 18 ist gleichmäßig im Vergleich mit derjenigen der Fig. 17. Die Magnetbereiche der magnetischen Substanz 35 sind also so gewählt, daß die Verteilung der magnetischen Feldstärke gleichmäßig wird. Es kann daher eine willkürliche Verteilung der Magnetfeldstärke erhalten werden.
Fig. 19 zeigt eine zweite Ausführungsform des magnetischen Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Bezugsziffer 40 bezeichnet ein magnetisches Medium, das ein Substrat 41 und eine Vielzahl magnetischer Substanzen 42 aufweist. Das Substrat 41 besteht aus einem (monokristallinen) Einkristall Si oder aus einem Einkristall Si mit Verunreinigungen, wie bspw. Stickstoff oder Bor, die darin vermengt sind. Das Substrat 41 ist mit einer Vertiefung 43 versehen, in welcher die magnetischen Substanzen 42 eingegraben sind. Die Vertiefung 43 besteht aus einer ersten Nut 43a und einer zweiten Nut 43b neben der ersten Nut 43a durch eine Grenzwand 41a hindurch. Die Tiefe der ersten Nut 43a ist größer als diejenige der zweiten Nut 43b. Es wird angemerkt, daß drei oder mehr Nuten vorhanden sein können und daß die Tiefe der zweiten Nut 43b größer sein kann als diejenige der ersten Nut 43a. Die Vertiefung 43 kann auch durch den hinteren Bereich des Substrats 41 hindurch verlaufen wie in dem Fall der Ausführungsform der Fig. 16. Da die Vertiefung 43 aus zwei benachbarten Nuten 43a und 43b mit unterschiedlicher Tiefe gebildet ist, können die magnetischen Substanzen 42 in der Dicke verschieden sein im Verhältnis zu den Tiefen der Nuten 43a und 43b. Wenn die magnetischen Substanzen 42 durch eine Veränderung der Anzahl der Nuten und der Tiefen der Nuten magnetisiert werden, dann kann eine willkürliche Verteilung der magnetischen Feldstärke erhalten werden.
Die Fig. 20 und 21 zeigen eine dritte Ausführungsform des magnetischen Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Bezugsziffer 50 bezeichnet ein magnetisches Medium, das als magnetische Muster benutzt wird. Das magnetische Medium 50 besteht aus einem Substrat 51 und einer Vielzahl magnetischer Substanzen 52. Das Substrat 51 besteht aus einem (monokristallinen) Einkristall Si, usw. Das Substrat 51 ist mit einer Vielzahl abgestufter Vertiefungen 53 ausgebildet, in welchen die magnetischen Substanzen 52 eingegraben sind. Die abgestufte Vertiefung 53 ist mit zwei Stufenbereichen 53a und 53b ausgebildet, sodaß die Tiefe der abgestuften Vertiefung 53 in Richtung des mittleren Bereichs der abgestuften Vertiefung 53 größer wird, wie es in Fig. 21 gezeigt ist. Es wird angemerkt, daß drei Stufenbereiche oder mehr vorhanden sein können. Zusätzlich kann die abgestufte Vertiefung 53 die Ausbildung des Querschnitts der Fig. 22 haben.
Fig. 23 zeigt eine vierte Ausführungsform des magnetischen Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Bezugsziffer 60 bezeichnet ein magnetisches Medium, das als die magnetischen Muster einer magnetischen Skala bzw. Skalierung benutzt wird. Das magnetische Medium 60 besteht aus einem Substrat 61 und einer Vielzahl magnetischer Substanzen 62. Das Substrat 61 besteht aus einem (monokristallinen) Einkristall Si, usw. Das Substrat 61 ist mit einer Vertiefung 63 ausgebildet, die gemäß vorbestimmter Muster angeordnet ist, und die magnetischen Substanzen 62 sind in der Vertiefung 63 eingegraben. Die Vertiefung 63 ist durch drei Nuten 63a, 63b und 63c gebildet, die nebeneinander angeordnet sind. Die mittlere Nut 63b weist eine größere Tiefe auf als die Nuten 63a und 63b. Es wird angemerkt, daß vier oder mehr Nuten vorhanden sein können. Diese Ausführungsform der Fig. 23 kann dieselbe Wirkung wie diejenige der Ausführungsform der Fig. 19 erhalten, weil die Ausführungsform der Fig. 23 die Ausführungsform der Fig. 19 einschließt. Zusätzlich kann deren Verteilung der magnetischen Feldstärke gleichformig ausgebildet werden, wenn die magnetischen Substanzen 62 magnetisiert werden, da die magnetischen Substanzen 62 einen mit der magnetischen Substanz 35 der Fig. 18 identischen Aufbau haben. Die magnetische Feldstärke wird außerdem in der Nähe des mittleren Bereichs der magnetischen Substanzen 62 groß, sodaß der Durchschnitt der magnetischen Feldstärke erhöht werden kann. Wenn die magnetische Substanz als magnetische Muster einer magnetischen Skala verwendet wird, kann daherdas S/N Verhältnis eines Erfassungssignals beim Erfassen eines Magnetismus vergrößert werden.
Die Fig. 24 bis 31 zeigen ein Verfahren der Herstellung des magnetischen Mediums 50 der Fig. 21 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Teile der Ausführungsform der Fig. 24 bis 31 sind im wesentlichen identisch mit korrespondierenden Teilen der Ausführungsform der Fig. 1 bis 14 und sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, sodaß deshalb eine detaillierte Beschreibung nicht angegeben wird.
Ein oxidiertes Si Substrat 14 mit ersten Nuten 19 (die durch den ersten Photoätzprozeß der Fig. 1 bis 9 (a) hergestellt sind) wird innerhalb eines Ofens (nicht gezeigt) oxidiert, der auf 1000ºC erwärmt ist, sodaß die gesamte Oberfläche des Si Substrats 14 mit einer SiO&sub2; Siliziumdioxidschicht 13 beschichtet wird, wie es in Fig. 24 gezeigt ist. Die obere Fläche des Si Substrats 14 wird mit einem Resist 26 durch einen Schleuderbeschichter (nicht gezeigt) beschichtet, wie es in Fig. 25 gezeigt ist. Nachdem das Resist 26 stabilisiert ist, wird eine Glasplatte (Photomaske) 27 mit einem vorbestimmten Maskenmuster auf dem Resist 26 angeordnet. Das Resist 26 wird dann UV ultravioletten Strahlen durch das Muster der Photomaske 27 hindurch ausgesetzt, wie es in Fig. 26 gezeigt ist. Das oxidierte Si Substrat 14 und das Resist 26 werden in einen Entwickler eingetaucht, sodaß die mit UV Strahlen belichteten Bereiche des Photoresist 15 gelöst und von dem oxidierten Si Substrat 14 entfernt werden, wie es in Fig. 27 gezeigt ist. Der belichtete Bereich der SiO&sub2; Schicht 13 wird durch eine RIE Vorrichtung der reaktiven Ionenätzung (nicht gezeigt) geätzt, wie es in Fig. 28 gezeigt ist. Es wird dann O&sub2; Gas an eine Vakuumkammer für die Erzeugung eines Plasmas angeliefert, und das Resist 26 wird dann von dem SiO&sub2;/Si Substrat 14 vollständig entfernt, wie es in Fig. 29 gezeigt ist. Wie dargestellt in Fig. 30 wird dann das SiO&sub2;/Si Substrat 14 in eine wässrige KOH Kaliumhydroxidlösung 18 eingetaucht und reagiert, bis der belichtete Bereich der Si Basis 12 in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des SiO&sub2;/Si Substrats 14 geätzt ist, sodaß eine zweite Nut 29 mit einer Tiefe größer als diejenige der ersten Nuten 19 ausgebildet wird, wie es in Fig. 31 gezeigt ist. Es wird angemerkt, daß Seitenwände 13a der Schicht 13 in Fig. 30 während des Ätzens entfernt werden.
Die vorerwähnten Ätzprozesse, die in den Fig. 24 bis 31 gezeigt sind, sind als ein zweiter Photoätzprozeß zur Ausbildung eines zweiten vorbestimmten Musters (zweite Nut 29) definiert, das in der Tiefe von den ersten Nuten 19 verschieden ist, die durch den ersten Photoätzprozeß der Fig. 1 bis 9 (a) ausgebildet werden. Es wird angemerkt, daß wenn die zweite Nut 29 ausgebildet wird, sie in dem Bereich (mittlerer Bereich) zwischen den Nuten 19 ausgebildet wird und keine Seitenwände aufweist wie die Seitenwände 13a der Fig. 30, wie es in Fig. 31 gezeigt ist.
Die Fig. 32 bis 43 zeigen ein Verfahren zur Herstellung des magnetischen Mediums 50 der Fig. 21 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Teile der Ausführungsform der Fig. 32 bis 43 sind im wesentlichen identisch mit entsprechenden Teilen der Ausführungsform der Fig. 1 bis 14 und sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, sodaß daher eine detaillierte Beschreibung nicht angegeben wird.
Bor (B) wird auf einem SiO&sub2;/Si Substrat 14 thermisch diffundiert, welches durch dieselben Prozesse wie diejenigen der Fig. 1 bis 7 ausgebildet wurde. Die thermische Diffusion kann in zwei Arten klassifiziert werden, nämlich die thermische Diffusion der Dampfphase und die thermische Diffusion der Feststoffphase. Bei dieser Ausführungsform wird die thermische Diffusion der Feststoffphase verwendet. Es wird angemerkt, daß als ein Verfahren der Ablagerung von Verunreinigungen auch die Ionenimplantation bekannt ist. Wie es in Fig. 31 gezeigt ist, wird eine Bortrioxid (B&sub2;O&sub3;) Schicht 81 auf dem Substrat 14 durch die thermische Diffusion der Feststoffphase abgelagert. Bspw. wird das SiO&sub2;/Si Substrat in einem thermischen Diffusionsofen 100 wie bspw. demjenigen angeordnet, der in Fig. 43 gezeigt ist, und ein Verunreinigungsgas B&sub2;H&sub6;, O&sub2; und ein Trägergas N&sub2; werden an den thermischen Diffusionsofen 100 angeliefert, der auf 900ºC erwärmt ist. Als eine Folge davon wird eine Bortrioxid (B&sub2;O&sub3;) Schicht 81 auf dem SiO&sub2;/Si Substrat 14 abgelagert. Die Gesamtreaktion ist wie folgt:
2B&sub2;H&sub6; + 6O&sub2; T 2B&sub2;O&sub3; + 6H&sub2;O.
In Fig. 43 sind ein Heizgerät mit 101, ein Fließrate-Steuerventil mit 1O&sub2; und ein Absperrventil mit 103 bezeichnet. Wegen der mit der vorstehenden Gleichung ausgedrückten Reaktion wird der Ablagerungsprozeß der Bortrioxid (B&sub2;O&sub3;) Schicht 81 als eine vorhergehende Ablagerungsdiffusion bezeichnet. Eine kleine Menge Bor wird während der vorhergehenden Ablagerungsdiffusion diffundiert, jedoch wird sie auf der Substratoberfläche mit einer hohen Konzentration verteilt. Die Lieferung des Verunreinigungsgases B&sub2;H&sub6; wird gestoppt, und es wird dann die Temperatur des Ofens 100 auf 1100ºC erhöht, um die Reaktion zu beschleunigen. Diese zweite Reaktion ist wie folgt:
2B&sub2;O&sub3; + 3Si T 4B + 3SiO&sub2;.
Bei dieser zweiten Reaktion wird das Bor aus B&sub2;O&sub3; auf dem SiO&sub2;/Si Substrat 14 in den Si Bereich 12 (Eintreibdiffusion) diffundiert. SiO&sub2; wird auf dem SiO&sub2;/Si Substrat 14 abgelagert, und der belichtete Bereich des Si Bereichs 12 wird mit der SiO&sub2; Schicht 13 bedeckt. Die Fig. 33 zeigt P Schichten 82 von Verunreinigungen des p-Typs nach der Eintreibdiffusion. Bei dieser Ausführungsform werden Verunreinigungen des p-Typs verwendet, jedoch können auch Verunreinigungen des n-Typs verwendet werden. Die in den Fig. 32 und 33 gezeigten Prozesse entsprechen einem ersten Prozeß zum Implantieren von wenigstens einer Verunreinigung des p- oder n-Typs von vorbestimmten Mustern in dem SiO&sub2;/Si Substrat 14.
Nach dem Implantierungsprozeß wird die obere Seite des SiO&sub2;/ Si Substrats 14 mit einem Resist 83 durch einen Schleuderbeschichter (nicht gezeigt) beschichtet, wie es in Fig. 34 gezeigt ist. Nachdem das Resist 83 bei etwa 100ºC stabilisiert ist, wird eine Glasplatte (Photomaske) 84 mit einem vorbestimmten Maskenmuster auf dem Resist 83 angeordnet. Das Resist 83 wird dann UV Ultraviolettstrahlen ausgesetzt durch das Muster der Photomaske 84 hindurch, wie es in Fig. 35 gezeigt ist. Das Muster der Photomaske 84 ist so ausgebildet, daß es sich über die beiden P Schichten 82 hinweg erstreckt. Das SiO&sub2;/Si Substrat 14 und das Resist 83 werden dann in einen Entwickler eingetaucht, sodaß der mit UV Strahlen belichtete Bereich des Resist 83 gelöst und von dem SiO&sub2;/Si Substrat 14 entfernt wird, wie es in Fig. 36 gezeigt ist. Der belichtete Bereich der SiO&sub2; Schicht 13 wird durch eine RIE Vorrichtung (nicht gezeigt) der reaktiven Ionenätzung geätzt, wie es in Fig. 36 gezeigt ist. Es wird dann O&sub2; Gas an eine Vakuumkammer zur Erzeugung eines Plasmas angeliefert, und das Resist 83 wird von dem SiO&sub2;/Si Substrat 14 vollständig entfernt, wie es in Fig. 38 gezeigt ist. Wie dargestellt in Fig. 39, wird das oxidierte Si Substrat 14 dann in die wässrige KOH Kahumhydroxidlösung 18 eingetaucht und solange reagiert, bis der belichtete Bereich der Si Basis 12 und die belichteten Bereiche der P Schichten 82 in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des SiO&sub2;/Si Substrats 14 geätzt sind, sodaß eine erste Nut 87 ausgebildet ist. Es wird angemerkt, daß dieses Ätzen nicht den Einfluß der Dotierungsverteilung der Verunreinigungen unterläuft. Nach der Ausbildung der ersten Nut 87 wird die SiO&sub2; Schicht 13 mit Fluorsäure entfernt, wie es in Fig. 40 gezeigt ist. Dann werden nur die dotierten P Schichten 82 mit einer Mischlösung 89 aus Fluorsäure, Salpetersäure und Essigsäure geätzt, wie es in Fig. 41 gezeigt ist. Als Ergebnis wird eine zweite Nut 90 ausgebildet, wie es in Fig. 42 gezeigt ist. dem Al/Si Substrat 213 entfernt wird. Als ein Ergebnis werden die Maskenmuster auf die Metallschicht 212 übertragen und wird die Oberfläche des Si Substrats 211 selektiv belichtet. Das Resist 214 wird dann entfernt, wie es in Fig. 48 gezeigt ist.
Nach der Entfernung des Resist 214 wird das Al/Si Substrat 213 durch eine RIE Vorrichtung (nicht gezeigt) der reaktiven Ionenätzung trocken geätzt. Als ein Ergebnis werden in dem Al/Si Substrat 213 Nuten 217 ausgebildet, wie es in den Fig. 49 und 50 gezeigt ist. Spezieller ausgedrückt wird in einer Vakuumkammer das Al/Si Substrat 213 zu einer Reaktion mit dem F Element von CF&sub4; oder SF&sub6; gebracht. Das F Element reagiert nicht mit Al, sodaß es als eine Maske funktioniert. Die Tiefe jeder Nut 217 beträgt etwa 100 um. Es wird angenommen, daß bei dem Prozeß des Entfernens des Resist 214 das Resist auch mit O&sub2; Gas entfernt werden kann. In dem Fall, daß die Metallschicht 212 nicht entfernt wird und daß eine magnetische Skala bzw. Skalierung an einem Gehäuse fixiert ist, können die Metallschicht und das Gehäuse einfach verlötet werden. In dem Fall, daß die Metallschicht 212 entfernt ist, kann andererseits das Problem der Trennung zwischen der Metallschicht und dem Si Substrat, welches als Folge des Unterschieds der thermischen Expansionskoeffizienten auftritt, eliminiert werden. Bei dem chemischen Naßätzen mit einer Säure oder einem Alkali hängt die Ätzrate von der Orientierung der Kristallachse des monokristallinen Si ab. Wenn bspw. ein Siliziumwafer mit einer flachen Oberfläche als eine (100) Ebene mit einer wässrigen KOH Lösung geätzt wird, dann beträgt die Ätzrate für die "110" Orientierung an der flachen Oberfläche einige Hundertstel der Ätzrate für die "111" Orientierung senkrecht zu dem Wafer. Die Ätzrate für die anderen Orientierungen an der flachen Oberfläche beträgt ein Mehrfaches der Ätzrate für die "111"- Orientierung. Wenn Vertiefungen in einem Si Wafer ausgebildet werden, wird bevorzugt, daß die Waferoberfläche eine (100) Ebene ist und daß die Ätzrate für die (100) Ebene höher ist als diejenige für die "110"-Orientierung senkrecht zu der Waferoberfläche. Obwohl wie vorbeschrieben die Ätzraten an der Waferoberfläche unterschiedlich sind in Abhängigkeit von den Richtungen an der Waferoberfläche, ergibt sich kein Problem, wenn keine Genauigkeit bei den Abmessungen einer Vertiefung gefordert wird oder wenn der Zwischenraum zwischen den Vertiefungen genügend groß ist. Wenn jedoch wie bei einem magnetischen Rotationsverschlüsseler Vertiefungen an dem Umfang eines Kreises angeordnet sind und der Abstand zwischen zwei benachbarten Vertiefungen klein ist, ist es unerwünscht, daß die Ätzraten an der Waferoberfläche verschieden sind in Abhängigkeit von den Richtungen an der Waferoberfläche. Es soll jetzt angenommen sein, daß, wie es in Fig. 51 gezeigt ist, die Oberfläche eines Si Wafers 230 eine (110) Ebene besitzt und die X Koordinate eine 111" Orientierung aufweist sowie eine Vielzahl von Vertiefungen 231 - 234 in der Umfangsrichtung des Wafers in dem Si Wafer 230 ausgebildet sind. Wenn das Si Wafer 230 durch ein Naßätzen durch eine Maske hindurch geätzt wird, die Muster entsprechend den Vertiefungen 231 bis 234 aufweist, dann werden die Seiten der Vertiefungen 231 und 234, die parallel zu der Y-Koordinate verlaufen, geätzt, und die Formgebung der geätzten Seiten werden gleich den Formgebungen, die zu Beginn des Ätzens ausgebildet wurden. Da die Ätzraten für Orientierungen verschieden zu der Y-Koordinate jedoch höher sind als diejenigen für die "111" Orientierung, werden die Seiten der Vertiefung, die nicht parallel zu der Y-Koordinate sind, und auch jede Seite der Vertiefungen 232 und 233 nicht gleich zu den Formgebungen, die zu Beginn des Ätzens ausgebildet wurden. Wenn bei einem Rotationsverschlüsseler die Vertiefungen nicht ausgebildet werden wie gezeigt in Fig. 51, dann wird die positionsmäßige Genauigkeit der Vertiefungen verringert, da der Abstand zwischen den Vertiefungen des Verschlüsselers klein ist.
Wenn andererseits Vertiefungen durch ein Trockenätzen wie bspw. das RIE ausgebildet werden, dann verändert sich die Ätzrate nicht in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Kristallachse des monokristallinen Si. In diesem Fall wird unabhängig von der Achsausrichtung eine Ätzrate erhalten, die in der Kollisionsrichtung eines Ions höher wird. Eine Ätzrate in der Richtung senkrecht zu dieser Kollisionsrichtung ist langsamer als die Ätzrate in der Kollisionsrichtung und hat keine Beziehung mit der Richtung der Kristallachse. Wenn ein Trockenätzen angewendet wird, werden daher die Vertiefungen 231 bis 234 in Fig. 51 alle den gleichen rechteckigen Querschnitt wie die Maskenmuster erhalten. Selbst wenn in dem Fall, wo der Zwischenraum zwischen den Vertiefungen eng ist, kann daher verhindert werden, daß die positionsmäßige Genauigkeit der Vertiefung reduziert wird.
Wenn ein Trockenätzen bei der Herstellung eines magnetischen Musters des Lineartyps aus einem Si Wafer 240 angewendet wird, dann kann ein magnetisches Muster des Lineartyps mit derselben Form und denselben Abmessungen selbst in dem Fall eines magnetischen Musters 241 oder 242 darüberhinaus hergestellt werden, wie es in Fig. 52 gezeigt ist. Ein Trockenätzen ist bspw. besonders geeignet,wenn der Zwischenraum zwischen den Vertiefungen eines magnetischen Musters des Lineartyps verengt ist. Wenn andererseits ein Naßätzen angewendet wird, muß eine Seite eines Rechtecks eines magnetischen Musters des Lineartyps parallel zu der "111"-Orientierung sein ähnlich dem magnetischen Muster 241. In dem Fall eines Naßätzens werden die Herstellungskosten erhöht und es besteht die Tendenz zum Auftreten von minderwertigen Gütern, da die "111" Orientierung berücksichtigt werden muß. Während bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen ein Halbleiterwafer für die IC Herstellung von gedruckten Schaltungen als ein Substrat verwendet wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein Halbleiterwafer beschränkt. Bspw. können Materialien, wie Germanium, Galhum, Arsen, Glas und Arsenoxid, ebenfalls verwendet werden, die durch RIE trockengeätzt werden können und nicht magnetisiert sind. Weil das Trockenätzen in dem zweiten Prozeß angewendet wird, können weiterhin Nuten mit geraden Wänden erhalten werden, selbst in dem Fall, daß ein magnetisches Muster unabhängig von der Kristallrichtung eines Substratmaterials angeordnet ist. Zusätzlich kann der Bereich der Materialien, der als ein Substrat verwendet werden kann, erweitert werden.
Die Fig. 53 bis 62 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens der Herstellung eines magnetischen Musters gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie gezeigt in Fig. 53 wird ein Metallfilm 312 auf einem Si Substrat 311 durch einen Dünnfilm-Bildungsprozeß abgelagert, wie bspw. einen CVD Prozeß der chemischen Dampfabscheidung und ein Sputter-Abscheidungsprozeß. Bei dieser Ausführungsform besteht der Metallfilm 312 aus Chrom (Cr) und hat eine Filmdicke von etwa 1 µm.
Wie dargestellt in Fig. 54, wird die Oberfläche eines Cr-Si Substrats 313 mit einem Resist 314 durch eine Schleuderbeschichtung beschichtet. Da die Resistverbindung als eine Maske zum Ätzen von Chrom verwendet wird, ist es erforderlich, daß die Resistverbindung gegenüber der Chrom-Ätzlösung widerstandsfähig ist, die eine Mischlösung aus Kaliumferncyanid und Natronlauge ist.
Wie gezeigt in Fig. 55, wird eine Photomaske 315, die aus einer Glasplatte mit vorbestimmten Maskenmustern besteht, auf dem Resist 314 des Cr/Si Substrats 313 aufgelegt, und das Resist 314 wird dann UV Ultraviolettstrahlen durch die Muster der Photomaske 315 hindurch ausgesetzt. Die Muster der Photomaske 315 bestehen aus einem Material 315a, das gegenüber UV Strahlen undurchlässig ist. Bei dieser Auführungsform besteht das Resist 314 aus einem negativen Resist.
Das Cr/Si Substrat 313 und das Resist 314 werden dann in einen Entwickler eingetaucht, sodaß die unbelichteten Bereiche des Resist 314 gelöst und von dem Cr/Si Substrat 313 entfernt werden, wie es in Fig. 56 gezeigt ist. Die durch die belichteten Bereiche der Metallschicht 312 gebildeten Muster sind die gleichen wie diejenigen auf der Photomaske 315. Die Muster der Photomaske 315 werden auf das Cr/Si Substrat 313 übertragen.
Mit der vorbeschriebenen Ätzlösung 316 wird Cr, also die Metallschicht 312, geätzt, wie es in Fig. 57 gezeigt ist. Insbesondere wird die Atzlosung 316 (eine Mischlösung aus Kaliumferricyanid und Natronlauge in Wasser) in ein Becherglas 317 angeliefert, das auf einem Rührgerät (nicht gezeigt) angeordnet ist, und es wird dann ein Rührelement in das Becherglas 317 eingebracht. Sobald die belichteten Bereiche der Metallschicht 312 geätzt worden sind, wird das Cr/Si Substrat 313 aus dem Becherglas 317 herausgenommen und mit reinem Wasser gewaschen, wodurch dann die Ätzlösung 316 vollständig von dem Cr/Si Substrat 313 entfernt wird. Als ein Ergebnis werden die Maskenmuster auf die Metallschicht 312 übertragen, und die Oberfläche des Si Substrats 311 wird dann selektiv belichtet. Das Resist 314 wird dann entfernt, wie es in Fig. 58 gezeigt ist. Das Cr/Si Substrat 313 wird in einem Ofen (nicht gezeigt) oxidiert, der auf 1000ºC erwärmt ist. Als ein Ergebnis wird ein SiO&sub2; Film 318 auf den belichteten Bereichen des Si Substrats 311 ausgebildet, wie es in Fig. 59 gezeigt ist. Es wird jetzt angenommen, daß der Bereich des Si Substrats, der nicht oxidiert wurde, ein Si Bereich 319 ist, und daß ein Substrat, welches den Si Bereich 319 und den SiO Film 318 aufweist, ein SiO&sub2;/Si Substrat 320 ist. Bei dem Oxidationsprozeß wird kein SiO&sub2; Film auf den Bereich des Si Substrats gebildet, der mit dem Metallfilm 312 bedeckt ist.
Das SiO&sub2;/Si Substrat 320 wird in die vorbeschriebene Ätzlösung für Cr eingetaucht, und der verbleibende Metallfilm 312 wird dann entfernt, wie es in Fig. 60 gezeigt ist. Wie dargestellt in Fig. 61 wird dann das SiO&sub2;/Si Substrat 320 in eine wässrige KOH Kaliumhydroxidlösung eingetaucht und solange reagiert, bis der Si Bereich 319 in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des SiO&sub2;/Si Substrats 320 geätzt ist, sodaß Nuten 322 mit vertikalen Seitenwänden ausgebildet sind, wie es in Fig. 62 gezeigt ist. Als eine Voraussetzung eines Materials für den Metallfilm 312 gilt die Notwendigkeit, daß das Material bei einer Temperatur (900 bis 1100ºC) in dem Prozeß der Si Oxidation nicht verformt wird. Für den Metallfilm 312 können auch Ti, Ni, eine Au-Cr Legierung und eine Ni-Cr Legierung verwendet werden. In dem Fall von Ti, wird eine Lösung aus SHNO&sub3; + HF als eine Ätzlegierung verwendet. In dem Fall von Ni, wird eine Lösung aus HCl + HNO&sub3; verwendet, und in dem Fall von Au, wird eine Kaliumiodidlösung verwendet. Bei der Ausführungsform der Fig. 53 - 62 ist das bei den ersten und zweiten Prozessen angewendete Ätzen ein chemisches Naßätzen. Die Ausführungsform erfordert daher nicht die teure Vorrichtung für ein Trockenätzen wie bspw. RIE und die Kosten der Herstellung können reduziert werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Mediums (25) mit magnetisierten magnetischen Substanzen (21), die gemäß vorbestimmten Mustern angeordnet sind, wobei die magnetischen Substanzen in Nuten lokalisiert sind, die in Übereinstimmung mit den vorbestimmten Mustern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren besteht aus den Stufen:

Beschichtung eines Substrats (11) mit einem Dünnfilm (13) durch ein Verfahren der Ausbildung eines Dünnfilmes, wie bspw. eine chemische Dampfabscheidung oder Bedampfungsabscheidung;

Beschichtung eines Photoresist (15) auf dem beschichteten Film (13);

Belichtung des Photoresist (15) durch eine Photomaske (16) hindurch, welche die vorbestimmten Muster aufweist;

Entfernung der belichteten oder unbelichteten Teile des Photoresist (15) von dem Substrat (11) durch sein Lösen in einem Entwickler in einer solchen Art und Weise, daß der Film (13) teilweise freigelegt wird;

Ätzen der freigelegten Bereiche des Films (13) von dem Substrat (11) in einer solchen Art und Weise; daß in dem Film (13) Fenster (17) ausgebildet werden;

Ätzen des Substrats (11) für eine Ausbildung von Nuten (19) in dem Substrat (11);

Ausfüllen der Nuten (19) mit den magnetischen Substanzen (21); und

Magnetisierung der magnetischen Substanzen (21).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Ätzens des Substrats (11) für die Ausbildung von Nuten (19) aus einem nassen Ätzverfahren besteht.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe des Ätzens für ein Ätzen der freigelegten Bereiche des Films (13) von dem Substrat (11) aus einem trockenen Ätzverfahren besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilm (13) aus einem Metall besteht, wie bspw. Titan oder Chrom, einem Nitrid, wie bspw. Siliziumnitrid, einem Carbid, wie bspw. Titancarbid, einem Oxid, wie bspw. Chromhydroxid, oder einer organischen Substanz.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Auffüllung der Nuten mit magnetischen Substanzen besteht aus:

einem Eingraben der magnetischen Substanzen (21) in die Nuten; und

der Anordnung einer Platte auf den eingegrabenen magnetischen Substanzen (21) und einem Drücken der Platte gegen das Substrat (11), sodaß die Dichte der eingegrabenen magnetischen Substanzen (21) erhöht wird, wobei die Stufe des Eingrabens durch ein Verfahren der Bedampfungsabscheidung oder durch ein Galvanisierverfahren ausgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 51 dadurch gekennzeichnet, daß magnetischen Substanzen (21) in den Nuten (19) durch ein magnetisches Feld senkrecht zu einer Oberfläche des Substrats (11) magnetisiert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Beschichtung eines Substrats (213) selektiv mit einem Dünnfilm aus einer Beschichtung des Substrats selektiv mit einem Metallfilm (212) durch ein Photoätzverfahren besteht, und daß die Stufe des Ätzens des Substrats für die Ausbildung von Nuten (217) in dem Substrat (213) aus einem trockenen Ätzverfahren besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Stufe des Beschichtens eines Substrats mit einem Dünnfilm aus der Beschichtung des Substrats (319) selektiv mit einem Metallfilm (312) besteht;

daß die Stufe des Ätzens des Films für die Ausbildung von Fenstern aus der Anwendung eines nassen Ätzverfahrens besteht;

und daß das Verfahren zwischen dem Ätzen des Metallfilms für die Ausbildung von Fenstern und dem Ätzen des Substrats besteht aus den weiteren Stufen:

Ausbildung eines Schutzfilms (318) auf den belichteten Teilen des Substrats (319), die mit dem Metallfilm (312) selektiv beschichtet sind; und

Entfernung des Metallfilms (312) von dem Substrat (319) für eine Belichtung von Bereichen des Substrats; wobei die Stufe des Ätzens der Nuten (322), die den vorbestimmten Mustern in dem Substrat (319) entsprechen, aus der Anwendung eines nassen Ätzverfahrens besteht.