JP2004109095A

JP2004109095A - Thin film sensor manufacturing method and thin film sensor manufactured by using the same

Info

Publication number: JP2004109095A
Application number: JP2002276197A
Authority: JP
Inventors: Masaya Kouno; 河野　将弥
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film sensor manufacturing method for smoothing an object of manufacturing a thin film sensor efficiently as compared with a conventional method even if a substrate as the object of manufacturing the sensor has a complicated shape or the substrate is made of a hard material so that there is some difficulty in smoothing by use of a surface member. <P>SOLUTION: The thin film sensor manufacturing method (10a or 20a) comprises the step (S1a or S2a) of (a) forming a first film (12 or 13) on a specified part 10B on the substrate 11, (b) the step (S1b or S2b) of executing a treatment for uniformizing the thickness of the specified part 10B on which the first film (12 or 13) is formed and (c) the step (S1c to S1e or S2c and S2d) of manufacturing the thin film sensor by forming a plurality of second films (13 to 15, or 14 and 15) on the specified part 10B treated to uniformize the thickness as stated above. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の薄膜センサに関する技術は、特許文献１に例示される。
【０００３】
特許文献１における薄膜センサは、（１）銅、マンガン、ニッケルの各々を含む合金、（２）クロム、金の合金のいずれかにより構成される。（１）のとき、銅の組成は８７．４〜８７．８ｗｔ％、マンガンの組成は８．７５〜９．６ｗｔ％、ニッケルの組成は３．０〜３．４５ｗｔ％である。（２）のとき、銅の組成は３．０〜４．４ｗｔ％であり、縦方向のゲージ率、横方向のゲージ率は各々、±０．３である。（１）、（２）において、任意の直交軸に対して一方向の長さと幅の比は、他方向の長さと幅の比と等しく、また、被測定対象物とセンサとの間に形成される絶縁膜は窒化物である。特許文献１に例示される薄膜センサの特性として、温度に対する抵抗率変化を、特許文献１の図１、図２、図６の各々に示す。
【０００４】
従来の薄膜センサの製造方法に関する技術は、特許文献２に例示される。
【０００５】
特許文献２における薄膜センサの製造方法は、被測定物に複数の絶縁薄膜層を積層して絶縁薄膜を形成し、該絶縁薄膜にセンサ膜を取り付けることによって、前記被測定物へ作用する応力や温度等の物理変化量を製造する方法（図１に示される）である。この製造方法は、形成された絶縁薄膜層（以下、「形成絶縁薄膜層」と記す）に対して更に絶縁薄膜層を積層する（以下、積層される絶縁薄膜層を「積層絶縁薄膜層」と記す）前に、形成絶縁薄膜層の表面を研磨する研磨工程を備えている。また、この製造方法は、研磨工程の後に、形成絶縁薄膜層を洗浄する洗浄工程を備えている。研磨工程においては、ダイヤモンド研磨剤を用いた研磨が行われる。この製造方法を用いて製造された薄膜センサは、特許文献２の図２に示される。
【０００６】
薄膜センサは、図８に示されるような基板１１（軸受等）上の特定部分１０Ｂに備えられ、絶縁膜、センサ膜、保護膜から構成され、基板１１上の温度、歪み（凹凸等）、圧力等を測定するために用いられる。実際の測定においては、薄膜センサのセンサ膜の形成される、特定部位１０Ｂａと特定部位１０Ｂｂとの間の電位差（抵抗変化）を検出することで、温度、圧力、歪み（凹凸）等の物理量の変化が検出される。この薄膜センサの製造工程（各々の膜の生成、及び積層）には、基板表面の粗さ（局所的なピンホールの形成、及び異物の付着等が原因となる）を極力少なくするための仕上げ工程、及び基板表面に付着した不純物を除去するための洗浄工程が含まれる。仕上げ工程は、基板が軸受鋼等の硬い材料であるとき、基板が軟らかい材料であるときのいずれにおいても必要である。また、基板表面に焼き入れ等の表面処理が施されているとき（薄い表面処理層が形成されていることがある）においても、仕上げ工程は必要となる。
【０００７】
パターニング工程は、基板が平面であるときには化学物質等を用いたエッチング処理によって行われることが多い。しかし、基板が凹凸面、曲面、歯車の歯面、転がり軸受等、平面形状以外の複雑な形状（以下、これらを総称するときには、「複雑形状」と記す）を含むときにおいては、このエッチング処理が困難であることが多い。従って、所定の厚さを有するＳＵＳ等を用いて基板１１の表面をマスキングし、そのマスキングされた基板１１の上部から各々の膜の材料（以下、「膜材料」と記す）をスパッタリングによって被覆する処理（以下、「スパッタリング処理」と記す）が行われる。
【０００８】
スパッタリング処理は、例えば、図９に示すようにして行われ、これによって各々の膜が被覆される。図９において、（ａ）は基板１１表面に絶縁膜１３が被覆された状態、（ａａ）は（ａ）における断面１９を示している。（ｂ）は（ａ）の状態で表面がマスキング材１８（絶縁膜１３の形成される部分が刳り抜かれて構成されている）によりマスキングされた状態、（ｂｂ）は（ｂ）における断面２０を示しており、センサ膜１４の材料がスパッタリング処理によって被覆されることを示している。（ｃ）はセンサ膜１４の材料がスパッタリング処理によって被覆され、絶縁膜１３上にセンサ膜１４が形成された状態、（ｃｃ）は（ｃ）における断面２２を示している。
【０００９】
基板が硬い材料であっても、基板表面の平滑化（粗さの除去）を効率よく行うことを可能とする薄膜センサの製造方法が望まれる。
【００１０】
基板表面に薄い表面処理層が形成されていても、基板表面の平滑化を効率よく行うことを可能とする薄膜センサの製造方法が望まれる。
【００１１】
基板表面に局所的なピンホール等の凹凸形状が存在していても、基板表面の平滑化を効率よく行うことを可能とする薄膜センサの製造方法が望まれる。
【００１２】
基板表面が複雑な形状を有するときであっても、薄膜センサの製造（各々の膜の成膜）を効率よく行うことを可能とする薄膜センサの製造方法が望まれる。
【特許文献１】
特開２００１−２８１０７６号公報（第２頁、第１図、第２図、第６図）
【特許文献２】
特開２０００−３１０５４８号公報（第２頁、第１図、第２図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、基板が硬い材料であっても、基板表面の平滑化（粗さの除去）を効率よく行うことを可能とする、薄膜センサの製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、基板表面に薄い表面処理層が形成されていても、基板表面の平滑化を効率よく行うことを可能とする、薄膜センサの製造方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、基板表面に局所的なピンホール等の凹凸形状が存在していても、基板表面の平滑化を効率よく行うことを可能とする、薄膜センサの製造方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の更に他の目的は、基板表面が複雑な形状を有するときであっても、薄膜センサの製造（各々の膜の成膜）を効率よく行うことを可能とする、薄膜センサの製造方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の更に他の目的は、上記の方法により製造された薄膜センサを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を括弧付で用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１９】
図５又は図６に示す本発明の薄膜センサ製造方法（１０ａ、又は２０ａ）は、（ａ）基板（１１）上の特定部分（１０Ｂ）に第１膜（１２、又は１３）を形成するステップ（Ｓ１ａ、又はＳ２ａ）と、（ｂ）前記第１膜（１２、又は１３）の形成された特定部分（１０Ｂ）が均一の厚さとなるように処理するステップ（Ｓ１ｂ、又はＳ２ｂ）と、（ｃ）前記均一の厚さとなるように処理される特定部分（１０Ｂ）上に複数の第２膜（１３〜１５、又は１４、１５）を形成することにより、薄膜センサ（１０−１、１０−２、及び２０のいずれか）を製造するステップ（Ｓ１ｃ〜Ｓ１ｅ、又はＳ２ｃ、Ｓ２ｄ）とを具備する。
【００２０】
図６に示す本発明の薄膜センサ製造方法（２０ａ）において、前記特定部分（１０Ｂ）は、凹凸形状部に含まれる凹部のうち、他の前記凹部と比較して大きな前記凹部を有している。前記第１膜（１３）は、絶縁膜（１３）であり、前記複数の第２膜（１４、１５）は、センサ膜（１４）、保護膜（１５）の各々を含んでいる。前記（ａ）ステップ（Ｓ２ａ）は、前記特定部分（１０Ｂ）に設定値（ＢＢ）以上の厚さで前記絶縁膜（１３）を形成する。前記設定値（ＢＢ）は、前記凹部が被覆される厚さである。前記（ｂ）ステップ（Ｓ２ｂ）は、前記形成される絶縁膜（１３）をエッチングすることにより、前記特定部分（１０Ｂ）が均一に前記設定値（ＢＢ）の厚さとなるように処理する。前記（ｃ）ステップ（Ｓ２ｃ、Ｓ２ｄ）は、（ｄ）前記絶縁膜（１３）の形成された基板（１１）上に前記センサ膜（１４）を形成するステップ（Ｓ２ｃ）と、（ｅ）前記センサ膜（１４）の形成された基板（１１）上に前記保護膜（１５）を形成することで、前記薄膜センサ（２０）を製造するステップ（Ｓ２ｄ）とを含んでいる。
【００２１】
本発明の薄膜センサ製造方法（２０ａ）において、前記絶縁膜（１３）は、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれかの混合物を含んでおり、前記混合物は、フッ化水素酸と反応する。前記（ｂ）ステップ（Ｓ２ｂ）は、前記絶縁膜（１３）を、前記フッ化水素酸を用いてエッチングすることで、前記絶縁膜（１３）の厚さが前記設定値（ＢＢ）となるように処理する。尚、前記混合物は、必ずしもＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３には限定されず、セラミックス等の絶縁材料が使用されてもよい。
【００２２】
本発明の薄膜センサ製造方法（１０ａ）において、前記特定部分（１０Ｂ）は、複雑形状の複雑形状部を有しており、前記複数の第２膜（１３〜１５）は、絶縁膜（１３）、センサ膜（１４）、保護膜（１５）の各々を含んでいる。前記（ａ）ステップ（Ｓ１ａ）は、前記特定部分に設定値（ＡＡ）以上の厚さで前記第１膜（１２）を形成する。前記設定値（ＡＡ）は、前記複雑形状部が被覆される厚さである。前記（ｂ）ステップ（Ｓ１ｂ）は、前記形成される第１膜（１２）を研磨することにより、前記特定部分（１０Ｂ）が均一の厚さとなるように処理する。前記（ｃ）ステップ（Ｓ１ｃ〜Ｓ１ｅ）は、（ｆ）前記第１膜（１２）の形成された特定部分（１０Ｂ）上に絶縁膜（１３）を形成するステップ（Ｓ１ｃ）と、（ｇ）前記絶縁膜（１３）の形成された特定部分（１０Ｂ）上に前記センサ膜（１４）を形成するステップ（Ｓ１ｄ）と、（ｈ）前記センサ膜（１４）の形成された特定部分（１０Ｂ）上に前記保護膜（１５）を形成することで、前記薄膜センサ（１０−１、１０−２）を製造するステップ（Ｓ１ｅ）とを具備する。
【００２３】
図７に示す本発明の薄膜センサ製造方法（３０ａ）は、（ｉ）基板（１１）上の特定部分（１０Ｂ）に絶縁膜（１３）を形成するステップ（Ｓ３ａ）を具備している。前記特定部分（１０Ｂ）は、第１特定部分（１０Ｂｃ）と、前記第１特定部分（１０Ｂｃ）以外の第２特定部分（１０Ｂａ、１０Ｂｂ）とを含んでいる。本発明の薄膜センサ製造方法（３０ａ）は、（ｊ）前記第１特定部分（１０Ｂｃ）を、第１金属材料（１８）を用いてマスキングするステップ（Ｓ３ｂ）と、（ｋ）前記第２特定部分（１０Ｂａ、１０Ｂｂ）上にセンサ膜（１４）を形成するステップ（Ｓ３ｃ）と、（ｌ）前記センサ膜（１４）の形成された基板（１１）上に保護膜（１５）を形成することで、薄膜センサ（３０）を製造するステップ（Ｓ３ｄ）とを具備している。
【００２４】
本発明の薄膜センサ製造方法（３０ａ）において、前記第１特定部分（１０Ｂａ）は、平面形状以外の複雑形状を有している。前記（ｉ）ステップ（Ｓ３ｂ）は、前記複雑形状の第１特定部分（１０Ｂｃ）を、前記第１金属材料（１８）と、前記第１金属材料（１８）を前記第１特定部分（１０Ｂｃ）に密着することの可能な第２金属材料（１８Ａ）とを用いてマスキングする。
【００２５】
本発明の薄膜センサ製造方法（３０ａ）において、前記第１金属材料（１８）は、磁化された金属である。前記（ｊ）ステップ（Ｓ３ｂ）は、前記複雑形状の第１特定部分（１０Ｂａ）を、前記第１金属材料（１８）を用いてマスキングする。
【００２６】
図７に示す本発明の薄膜センサ製造方法（３０ａ）は、（ｉ）基板（１１）上の特定部分（１０Ｂ）に絶縁膜（１３）を形成するステップ（Ｓ３ａ）を具備している。前記特定部分（１０Ｂ）は、第１特定部分（１０Ｂｃ）と、前記第１特定部分（１０Ｂｃ）以外の第２特定部分（１０Ｂａ、１０Ｂｂ）とを含んでいる。本発明の薄膜センサ製造方法（３０ａ）は、（ｊ）前記第１特定部分（１０Ｂｃ）を、非金属材料（１８）を用いてマスキングするステップ（Ｓ３ｂ）と、（ｋ）前記第２特定部分（１０Ｂａ、１０Ｂｂ）上にセンサ膜（１４）を形成するステップ（Ｓ３ｃ）と、（ｌ）前記センサ膜（１４）の形成された基板（１１）上に保護膜（１５）を形成することで、薄膜センサ（３０）を製造するステップ（Ｓ３ｄ）とを具備している。
【００２７】
本発明の薄膜センサ製造方法（３０ａ）において、前記第１特定部分（１０Ｂａ）は、平面形状以外の複雑形状を有している。前記（ｉ）ステップ（Ｓ３ｂ）は、前記複雑形状の第１特定部分（１０Ｂｃ）を、前記非金属材料（１８）と、前記非金属材料（１８）を前記第１特定部分（１０Ｂｃ）に密着することの可能な磁性材料（１８Ａ）とを用いてマスキングする。ここで磁性材料（１８Ａ）の例として、マグネットが挙げられる。
【００２８】
本発明の薄膜センサ（１０−１、１０−２、２０、３０のいずれか）は、上記のいずれかの薄膜センサ製造方法（１０ａ、２０ａ、及び３０ａのいずれか）を用いて製造される。
【００２９】
本発明の薄膜センサ（１０、２０、３０）は、前記特定部分（１０Ｂ）の圧力、温度、歪みの少なくともいずれかを検出する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して、本発明の薄膜センサ製造方法に係る実施の形態について説明する。本発明の薄膜センサ製造方法を用いて製造される薄膜センサには、図１〜図４に示されるように、薄膜センサ１０−１、１０−２、２０、３０が含まれる。
【００３１】
図１に薄膜センサ１０−１、図２に薄膜センサ１０−２を示す（いずれも基板１１上に形成されている）。薄膜センサ１０−１、１０−２は、絶縁膜１３、センサ膜１４、保護膜１５の各々を含んでおり、基板１１表面の粗さの原因である複雑形状（平面形状以外の形状であり、凹凸形状、又は歯型面等）を有する基板１１上に金属膜１２を介して形成される。図１に示される基板１１は、軸受鋼等の硬い材料で構成される。図２に示される基板１１は、焼き入れ等の表面処理が施されて薄い表面処理層１１Ａが形成されている材料で構成される。図３に、薄膜センサ２０（基板１１上に形成されている）を示す。薄膜センサ２０は、薄膜センサ１０−１、１０−２と同様に絶縁膜１３、センサ膜１４、保護膜１５の各々を含んでおり、不純物や突起等によって形成されたピンホール１０ＢＢ（基板１１上の凹凸形状に含まれる凹部のうち、他の凹部と比較して大きい部分）を有する基板１１上に形成される。図４に、表面１１Ｃが複雑形状の基板１１上に形成されている薄膜センサ３０を示す。薄膜センサ３０は、表面１１ｃが複雑形状部を有する基板１１（図４の例では上に凸の曲面）上に形成されている。薄膜センサ３０は、薄膜センサ１０−１、１０−２、２０と同様に絶縁膜１３、センサ膜１４、保護膜１５の各々を含んでいる。図１〜図４において、絶縁膜１３、保護膜１５の各々はＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれかを含む化合物等で構成され、センサ膜１４は、マンガニン（Ｃｕ：８０％以上、Ｍｎ：１２〜１８％、Ｎｉ：１．５〜４％）等で構成される。
【００３２】
薄膜センサ１０−１、１０−２における金属膜１２は、軟らかい金属等で構成され、また、その厚さは、基板１１の表面上に存在する複雑形状を形成する部分（以下、「複雑形状部」と記す）が十分に被覆される程度に設定される（以下、基板１１上に存在する複雑形状部分を被覆するのに必要な金属膜１２の最小の厚さを、「最小厚さＡＡ（図１、図２に示される）」と記す）。薄膜センサ１０−１、１０−２、２０のいずれにおいても、絶縁膜１３の厚さは、適正な設定値ＢＢ（ＢＢ＝１〜２μｍ程度。以下、「設定値ＢＢ」と記す）に収められている。これは、絶縁膜１３の厚さが設定値ＢＢ未満のときには、センサ膜１４において流れる電流の基板１１（又は、金属膜１２）への透過が限度を超えてしまい、逆に絶縁膜１３の厚さが設定値ＢＢを超えるときには、設定値ＢＢ以下のときと比較して絶縁膜１３が割れやすくなるためである。
【００３３】
金属膜１２が基板１１と絶縁膜１３との間にコーティングされることで、硬い基板１１上に形成される薄膜センサ１０−１、基板１１が表面処理層１１Ａを有する薄膜センサ１０−２のいずれにおいても、部材（切削部材等）による粗さの除去を行うことなく、基板１１表面が平滑化されている。一方、絶縁膜１３の厚さが適正な値に収められていることから、薄膜センサ１０−１、１０−２、２０のいずれにおいても、上記のような絶縁膜１３の破損、及び電流の透過（絶縁不良）の問題は殆ど発生しない。従って、薄膜センサ１０−１、１０−２、２０は、従来の薄膜センサと比較して、圧力、温度、歪み（凹凸）等（薄膜センサ１０−１、１０−２、２０の材質により、いずれを検出するかが予め設定される）の検出能力の高いことが期待される。
【００３４】
図５を用いて、薄膜センサ１０−１、１０−２の製造方法１０ａを説明する。（Ａ）〜（Ｅ）の各々は、基板１１上の薄膜センサ形成部分１０Ｂを示しており、（Ａ´）は断面１９Ａ、（Ｂ´）は断面１９Ｂ、（Ｃ´）は断面１９Ｃ、（Ｄ´）は断面１９Ｄ、（Ｅ´）は断面１９Ｅの各々を示している。
【００３５】
スパッタリングによって、金属膜１２の材料を、金属膜１２の厚さが最小厚さＡＡ以上になるように基板１１上へ被覆することで、薄膜センサ１０−１、１０−２の中間生成物Ａ´´を生成する（ステップＳ１ａ）。ラッピングやポリシング等で使用する遊離砥粒を、水や油等の研磨液に分散させて研磨剤を生成する。また、生成された研磨剤を用いて中間生成物Ａ´´に含まれる金属膜１２が最小厚さＡＡとなるように研磨することで、中間生成物Ｂ´´を生成する（ステップＳ１ｂ）。
【００３６】
ステップＳ１ａ、ステップＳ２ａの処理により、従来に必要とされた基板１１表面の平滑化の工程（仕上げ工程）を、切削部材等を用いて行う必要が無くなる。その結果、基板１１が硬い材料であるとき、複雑形状を有するとき、及び表面処理層１１Ａを有するときにおいても、基板１１表面の平滑化を確実に行うことが可能となる。
【００３７】
スパッタリングによって、絶縁膜１３の材料を、絶縁膜１３の厚さが設定値ＢＢの範囲内になるように中間生成物Ｂ´´へ被覆することで、基板１１上に金属膜１２と絶縁膜１３の各々が形成された、薄膜センサ１０−１、１０−２の中間生成物Ｃ´´を生成する（ステップＳ１ｃ）。中間生成物Ｃ´´の表面を、マスキング材１８を用いてマスキングし、マスキングされた中間生成物Ｃ´´に対してスパッタリングによってセンサ膜１４の材料を被覆することで、基板１１上に金属膜１２、絶縁膜１３、及びセンサ膜１４の各々が形成された、薄膜センサ１０−１、１０−２の中間生成物Ｄ´´を生成する（ステップＳ１ｄ）。中間生成物Ｄ´´の生成後、マスキング材１８を取り外す。スパッタリングによって、保護膜１５の材料を被覆することで、基板１１上に金属膜１２、絶縁膜１３、センサ膜１４、保護膜１５の各々が形成された、薄膜センサ１０−１、１０−２を生成する（ステップＳ１ｅ）。
【００３８】
ステップＳ１ｅの処理は、形成される保護膜１５の厚さが１〜２μｍになるように行われる。即ち、薄膜センサ１０−１、１０−２の厚さは、絶縁膜１３の厚さ（１〜２μｍ）と、保護膜１５の各々の厚さとを合計して、約３μｍ程度になるように調節される。薄膜センサ１０−１、１０−２の厚さを約３μｍ程度の薄い厚さに調節することで、例えば基板１１が転がり軸受であり、その上に転動体が接触して運動を行うときであっても、その運動に対する抵抗の考慮は不要となる。
【００３９】
図６を用いて、薄膜センサ２０の製造方法２０ａを説明する。（Ｆ）〜（Ｉ）の各々は、基板１１上の薄膜センサ形成部分１０Ｂを示しており、（Ｆ´）は断面１９Ｆ、（Ｇ´）は断面１９Ｇ、（Ｈ´）は断面１９Ｈ、（Ｉ´）は断面１９Ｉの各々を示している。
【００４０】
スパッタリングによって、絶縁膜１３の材料を、ピンホール１０ＢＢが塞がるように、また、絶縁膜１３の厚さが設定値ＢＢ以上（図５の例では３μｍ）になるように基板１１上へ被覆することで、基板１１上に絶縁膜１３の形成された、薄膜センサ２０の中間生成物Ｆ´´を生成する（ステップＳ２ａ）。絶縁膜１３（ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３を含む）のエッチング剤としてフッ酸（ＨＦ水溶液）を用いて中間生成物Ｆ´´の表面をエッチングし、絶縁膜１３の厚さが設定値ＢＢ（＝１〜２μｍ）となるように処理する。この処理の結果、中間生成物Ｇ´´が生成する（ステップＳ２ｂ）。
【００４１】
ステップＳ２ａ、ステップＳ２ｂの処理により、従来に必要とされた基板１１表面の平滑化の工程（仕上げ工程）を、切削部材等を用いて行う必要が無くなる。その結果、基板１１がピンホール１０Ｂを有するときにおいても、基板１１表面の平滑化を確実に行うことが可能となる。また、絶縁膜１３の破損、及びセンサ膜１４から基板１１への電流の透過を最小限に抑制した薄膜センサ２０の生成が可能となる。
【００４２】
中間生成物Ｇ´´の表面を、マスキング材１８を用いてマスキングし、マスキングされた中間生成物Ｇ´´に対し、スパッタリングによってセンサ膜１４の材料を被覆することで、基板１１上に金属膜１２、絶縁膜１３、及びセンサ膜１４の各々が形成された、薄膜センサ２０の中間生成物Ｈ´´を生成する。中間生成物Ｈ´´の生成後、マスキング材１８を取り外す（ステップＳ２ｃ）。スパッタリングによって、保護膜１５の材料を被覆することで、基板１１上に金属膜１２、絶縁膜１３、センサ膜１４、保護膜１５の各々が形成された、薄膜センサ２０を生成する（ステップＳ２ｄ）。
【００４３】
図７を用いて、薄膜センサ３０の製造方法３０ａを説明する。（Ｊ）〜（Ｍ）の各々は、基板１１上の薄膜センサ形成部分１０Ｂを示しており、（Ｊ´）は断面１９Ｊ、（Ｋ´）は断面１９Ｋ、（Ｌ´）は断面１９Ｌ、（Ｍ´）は断面１９Ｍの各々を示している。
【００４４】
スパッタリングによって、絶縁膜１３の材料を、絶縁膜１３の厚さが設定値ＢＢ以上になるように基板１１上へ被覆することで、基板１１上に絶縁膜１３の形成された、薄膜センサ２０の中間生成物Ｊ´´を生成する（ステップＳ３ａ）。薄膜センサ３０の製造方法３０ａにおいて例に挙げられている基板１１は、その表面１１ｃが上に凸の曲面形状（この形状には限らず、図５に示される以外の凹凸形状、歯型形状等の複雑形状であっても構わない）を有し、また、マグネット１８Ａと密着可能な程度の磁力を有する磁性体材料である。
【００４５】
中間生成物Ｊ´´の表面を、マスキング材１８（フィルム等の非金属材料、又は金属材料）を用いてマスキングし、マスキング材１８の上部に伸縮可能なマグネット１８Ａ（マスキング材１８を基板１１に密着させるための手段として使用され、この密着が可能であれば、他の金属材料等であっても構わない）を設置することで、中間生成物Ｋ´´を形成する（ステップＳ３ｂ）。次に、マスキングされてマグネット１８Ａの設置された中間生成物Ｋ´´に対し、スパッタリングによってセンサ膜１４の材料を被覆することで、基板１１上に金属膜１２、絶縁膜１３、及びセンサ膜１４の各々が形成された、薄膜センサ３０の中間生成物Ｌ´´を生成する。中間生成物Ｌ´´の生成後、マスキング材１８とマグネット１８Ａとを取り外す（ステップＳ３ｃ）。
【００４６】
ステップＳ３ｂの処理により、ステップＳ３ｃにおいて、基板１１表面のとマスキング剤１８との間に隙間が生じない状態で、センサ膜１４の材料を被覆することが可能となる。これにより、基板１１上へのセンサ膜１４の確実な形成が可能となる。
【００４７】
スパッタリングによって、保護膜１５の材料を被覆することで、基板１１上に絶縁膜１３、センサ膜１４、保護膜１５の各々が形成された、薄膜センサ３０を生成する（ステップＳ３ｄ）。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の薄膜センサ製造方法により、基板が硬い材料であっても、基板表面の平滑化（粗さの除去）を効率よく行うことを可能とする、薄膜センサの製造方法が提供される。
【００４９】
本発明の薄膜センサ製造方法により、基板表面に薄い表面処理層が形成されていても、基板表面の平滑化を効率よく行うことを可能とする、薄膜センサの製造方法が提供される。
【００５０】
本発明の薄膜センサ製造方法により、基板表面に局所的なピンホール等の凹凸形状が存在していても、基板表面の平滑化を効率よく行うことを可能とする、薄膜センサの製造方法が提供される。
【００５１】
本発明の薄膜センサ製造方法により、基板表面が複雑な形状を有するときであっても、薄膜センサの製造（各々の膜の成膜）を効率よく行うことを可能とする、薄膜センサの製造方法が提供される。
【００５２】
本発明の薄膜センサは、上記の薄膜センサ製造方法により、製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜センサ製造方法１０ａを用いて製造される薄膜センサ１０−１を示す図である。
【図２】本発明の薄膜センサ製造方法１０ａを用いて製造される薄膜センサ１０−２を示す図である。
【図３】本発明の薄膜センサ製造方法２０ａを用いて製造される薄膜センサ２０を示す図である。
【図４】本発明の薄膜センサ製造方法３０ａを用いて製造される薄膜センサ３０を示す図である。
【図５】本発明の薄膜センサ製造方法１０ａの処理の過程を示す図である。
【図６】本発明の薄膜センサ製造方法２０ａの処理の過程を示す図である。
【図７】本発明の薄膜センサ製造方法３０ａの処理の過程を示す図である。
【図８】本発明の薄膜センサ製造方法１０ａ、２０ａ、３０ａに係る、表面に薄膜センサの形成された基板を示す図である。
【図９】本発明の薄膜センサ製造方法１０ａ、２０ａ、３０ａの従来の技術に係る、複雑形状を有する基板へのスパッタリング処理の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０：薄膜センサ
１０Ｂ：特定部分
１０Ｂａ、１０Ｂｂ、１０Ｂｃ：特定部位
１０ＢＢ：ピンホール
１１：基板
１１Ａ：表面処理層
１１ｃ：表面
１２：金属膜
１３：絶縁膜
１４：センサ膜
１５：保護膜
１８：マスキング材
１８Ａ：マグネット
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ、１９Ｅ、１９Ｆ、１９Ｇ、１９Ｈ、１９Ｉ、１９Ｊ、１９Ｋ、１９Ｌ、１９Ｍ：断面
２０：薄膜センサ
２０ａ：薄膜センサ製造方法
３０：薄膜センサ
３０ａ：薄膜センサ製造方法
Ａ´´、Ｂ´´、Ｃ´´、Ｄ´´、Ｆ´´、Ｇ´´、Ｈ´´、Ｊ´´、Ｋ´´、Ｌ´´：中間生成物
ＡＡ：最小厚さ
ＢＢ：設定値[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a thin film sensor.
[0002]
[Prior art]
A technique relating to a conventional thin film sensor is exemplified in Patent Document 1.
[0003]
The thin film sensor disclosed in Patent Document 1 is composed of (1) an alloy containing each of copper, manganese, and nickel, and (2) an alloy of chromium and gold. In the case of (1), the composition of copper is 87.4 to 87.8 wt%, the composition of manganese is 8.75 to 9.6 wt%, and the composition of nickel is 3.0 to 3.45 wt%. In the case of (2), the composition of copper is 3.0 to 4.4 wt%, and the gauge factor in the vertical direction and the gauge factor in the horizontal direction are each ± 0.3. In (1) and (2), the ratio of the length to the width in one direction with respect to an arbitrary orthogonal axis is equal to the ratio of the length to the width in the other direction, and is formed between the object to be measured and the sensor. The insulating film to be formed is a nitride. As a characteristic of the thin film sensor exemplified in Patent Document 1, a change in resistivity with respect to temperature is shown in FIGS. 1, 2, and 6 of Patent Document 1, respectively.
[0004]
A technique relating to a conventional method of manufacturing a thin film sensor is exemplified in Patent Document 2.
[0005]
The method for manufacturing a thin film sensor disclosed in Patent Document 2 discloses a method in which a plurality of insulating thin film layers are stacked on an object to be measured to form an insulating thin film, and the sensor film is attached to the insulating thin film to reduce stress acting on the object to be measured. This is a method (shown in FIG. 1) for producing a physical change such as temperature. In this manufacturing method, an insulating thin film layer is further laminated on the formed insulating thin film layer (hereinafter, referred to as “formed insulating thin film layer”). Before the description, a polishing step for polishing the surface of the formed insulating thin film layer is provided. In addition, this manufacturing method includes a cleaning step of cleaning the formed insulating thin film layer after the polishing step. In the polishing step, polishing using a diamond abrasive is performed. A thin film sensor manufactured using this manufacturing method is shown in FIG.
[0006]
The thin film sensor is provided in a specific portion 10B on a substrate 11 (bearing or the like) as shown in FIG. 8 and is configured by an insulating film, a sensor film, and a protective film. Used to measure pressure and the like. In the actual measurement, by detecting a potential difference (resistance change) between the specific portion 10Ba and the specific portion 10Bb on which the sensor film of the thin film sensor is formed, physical quantities such as temperature, pressure, and strain (irregularities) are detected. A change is detected. In the manufacturing process of this thin film sensor (generation of each film and lamination), finishing to minimize the roughness of the substrate surface (caused by local pinhole formation and adhesion of foreign matter, etc.) as much as possible. And a cleaning step for removing impurities attached to the substrate surface. The finishing step is necessary both when the substrate is a hard material such as bearing steel and when the substrate is a soft material. Further, even when the surface of the substrate is subjected to a surface treatment such as quenching (a thin surface treatment layer may be formed), a finishing step is required.
[0007]
The patterning step is often performed by an etching process using a chemical substance or the like when the substrate is flat. However, when the substrate includes a complicated shape other than a planar shape such as an uneven surface, a curved surface, a gear tooth surface, a rolling bearing, and the like (hereinafter, these are collectively referred to as a “complex shape”), the etching process is performed. Is often difficult. Therefore, the surface of the substrate 11 is masked using SUS or the like having a predetermined thickness, and the material of each film (hereinafter, referred to as “film material”) is coated from above the masked substrate 11 by sputtering. Processing (hereinafter, referred to as “sputtering processing”) is performed.
[0008]
The sputtering process is performed, for example, as shown in FIG. 9, whereby each film is covered. 9A shows a state in which the surface of the substrate 11 is covered with the insulating film 13, and FIG. 9A shows a cross section 19 in FIG. (B) is a state in which the surface is masked by the masking material 18 (a portion where the insulating film 13 is formed is hollowed out) in the state of (a), and (bb) is a cross section 20 in (b). 4 shows that the material of the sensor film 14 is coated by a sputtering process. (C) shows a state in which the material of the sensor film 14 is coated by a sputtering process and the sensor film 14 is formed on the insulating film 13, and (cc) shows a cross section 22 in (c).
[0009]
Even if the substrate is a hard material, there is a demand for a method of manufacturing a thin-film sensor that enables efficient smoothing (removal of roughness) on the substrate surface.
[0010]
Even if a thin surface treatment layer is formed on the substrate surface, there is a demand for a method of manufacturing a thin film sensor that can efficiently smooth the substrate surface.
[0011]
There is a demand for a method of manufacturing a thin-film sensor that can efficiently smooth the surface of a substrate even if local irregularities such as pinholes exist on the substrate surface.
[0012]
Even when the substrate surface has a complicated shape, a method of manufacturing a thin film sensor that enables efficient manufacture of a thin film sensor (deposition of each film) is desired.
[Patent Document 1]
JP 2001-281076 A (Page 2, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 6)
[Patent Document 2]
JP-A-2000-310548 (page 2, FIG. 1, FIG. 2)
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film sensor that enables efficient smoothing (removing roughness) of a substrate surface even when the substrate is a hard material.
[0014]
It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a thin film sensor that enables efficient smoothing of a substrate surface even when a thin surface treatment layer is formed on the substrate surface.
[0015]
Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film sensor, which can efficiently perform smoothing of a substrate surface even when local unevenness such as a pinhole is present on the substrate surface. Is to do.
[0016]
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film sensor which enables efficient manufacture of a thin film sensor (deposition of each film) even when the substrate surface has a complicated shape. Is to provide.
[0017]
Still another object of the present invention is to provide a thin film sensor manufactured by the above method.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in [Embodiments of the invention] in parentheses. These reference numerals are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and the description of [Embodiment of the Invention], and are described in [Claims]. It should not be used to interpret the technical scope of the invention.
[0019]
The method (10a or 20a) for manufacturing a thin film sensor according to the present invention shown in FIG. 5 or FIG. 6 includes the steps of (a) forming a first film (12 or 13) on a specific portion (10B) on a substrate (11). (S1a or S2a); and (b) a step (S1b or S2b) of processing the specific portion (10B) on which the first film (12 or 13) is formed to have a uniform thickness. c) By forming a plurality of second films (13 to 15, or 14, 15) on the specific portion (10B) to be processed to have the uniform thickness, the thin film sensors (10-1, 10-). (S1c to S1e, or S2c, S2d).
[0020]
In the method (20a) for manufacturing a thin film sensor according to the present invention shown in FIG. 6, the specific portion (10B) has, among the concave portions included in the concave-convex portion, the concave portion larger than the other concave portions. . The first film (13) is an insulating film (13), and the plurality of second films (14, 15) include a sensor film (14) and a protective film (15), respectively. In the step (a) (S2a), the insulating film (13) is formed on the specific portion (10B) with a thickness not less than a set value (BB). The set value (BB) is a thickness at which the concave portion is covered. In the step (b) (S2b), the insulating film (13) to be formed is etched so that the specific portion (10B) has a uniform thickness of the set value (BB). The (c) step (S2c, S2d) includes: (d) forming the sensor film (14) on the substrate (11) on which the insulating film (13) is formed; Manufacturing the thin film sensor (20) by forming the protective film (15) on the substrate (11) on which the sensor film (14) is formed (S2d).
[0021]
In the method (20a) for manufacturing a thin film sensor according to the present invention, the insulating film (13) may be made of SiO. ₂ And Al ₂ O ₃ Wherein the mixture reacts with hydrofluoric acid. In the step (b) (S2b), the insulating film (13) is etched using the hydrofluoric acid so that the thickness of the insulating film (13) becomes the set value (BB). To process. The mixture is not necessarily SiO 2 ₂ And Al ₂ O ₃ However, an insulating material such as ceramics may be used.
[0022]
In the method (10a) for manufacturing a thin film sensor according to the present invention, the specific portion (10B) has a complicated shape having a complicated shape, and the plurality of second films (13 to 15) are formed of an insulating film (13). , A sensor film (14), and a protective film (15). In the step (a) (a), the first film (12) is formed on the specific portion with a thickness equal to or more than a set value (AA). The set value (AA) is a thickness at which the complicated shape portion is covered. In the step (b) (S1b), the specific portion (10B) is processed by polishing the first film (12) to be formed to have a uniform thickness. The (c) steps (S1c to S1e) include (f) a step (S1c) of forming an insulating film (13) on the specific portion (10B) on which the first film (12) is formed, and (g). (S1d) forming the sensor film (14) on the specific portion (10B) on which the insulating film (13) is formed, and (h) specific portion (10B) on which the sensor film (14) is formed. A step (S1e) of manufacturing the thin-film sensor (10-1, 10-2) by forming the protective film (15) thereon.
[0023]
The method (30a) for manufacturing a thin film sensor of the present invention shown in FIG. 7 includes (i) a step (S3a) of forming an insulating film (13) on a specific portion (10B) on a substrate (11). The specific portion (10B) includes a first specific portion (10Bc) and a second specific portion (10Ba, 10Bb) other than the first specific portion (10Bc). The thin film sensor manufacturing method (30a) of the present invention includes: (j) masking the first specific portion (10Bc) using a first metal material (18) (S3b); and (k) the second specific portion. (S3c) forming a sensor film (14) on the portions (10Ba, 10Bb); and (l) forming a protective film (15) on the substrate (11) on which the sensor film (14) is formed. (S3d) for manufacturing the thin film sensor (30).
[0024]
In the method (30a) for manufacturing a thin film sensor according to the present invention, the first specific portion (10Ba) has a complicated shape other than a planar shape. In the step (i) (S3b), the first specific portion (10Bc) of the complicated shape is formed by the first metal material (18) and the first metal material (18) is converted to the first specific portion (10Bc). Is masked using a second metal material (18A) that can be in close contact with the second metal material.
[0025]
In the thin film sensor manufacturing method (30a) according to the present invention, the first metal material (18) is a magnetized metal. In the step (j) (S3b), the first specific portion (10Ba) of the complicated shape is masked using the first metal material (18).
[0026]
The method (30a) for manufacturing a thin film sensor of the present invention shown in FIG. 7 includes (i) a step (S3a) of forming an insulating film (13) on a specific portion (10B) on a substrate (11). The specific portion (10B) includes a first specific portion (10Bc) and a second specific portion (10Ba, 10Bb) other than the first specific portion (10Bc). (J) masking the first specific portion (10Bc) with a non-metallic material (18); and (k) masking the second specific portion. (S3c) forming a sensor film (14) on (10Ba, 10Bb), and (l) forming a protective film (15) on the substrate (11) on which the sensor film (14) is formed. Manufacturing a thin film sensor (30) (S3d).
[0027]
In the method (30a) for manufacturing a thin film sensor according to the present invention, the first specific portion (10Ba) has a complicated shape other than a planar shape. In the step (i) (S3b), the first specific portion (10Bc) of the complicated shape is brought into close contact with the non-metallic material (18) and the non-metallic material (18) with the first specific portion (10Bc). Masking is performed using a magnetic material (18A) that can be used. Here, a magnet is mentioned as an example of the magnetic material (18A).
[0028]
The thin film sensor (any of 10-1, 10-2, 20, 30) of the present invention is manufactured by using any of the above thin film sensor manufacturing methods (any of 10a, 20a, and 30a).
[0029]
The thin film sensor (10, 20, 30) of the present invention detects at least one of pressure, temperature, and strain of the specific portion (10B).
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
With reference to the accompanying drawings, an embodiment according to a method for manufacturing a thin film sensor of the present invention will be described. The thin film sensor manufactured by using the thin film sensor manufacturing method of the present invention includes thin film sensors 10-1, 10-2, 20, and 30 as shown in FIGS.
[0031]
FIG. 1 shows a thin film sensor 10-1 and FIG. 2 shows a thin film sensor 10-2 (both are formed on a substrate 11). The thin film sensors 10-1 and 10-2 each include the insulating film 13, the sensor film 14, and the protective film 15, and have a complicated shape (a shape other than a planar shape, A metal film 12 is formed on a substrate 11 having an uneven shape or a tooth-shaped surface. The substrate 11 shown in FIG. 1 is made of a hard material such as bearing steel. The substrate 11 shown in FIG. 2 is made of a material on which a thin surface treatment layer 11A is formed by performing a surface treatment such as quenching. FIG. 3 shows the thin film sensor 20 (formed on the substrate 11). The thin film sensor 20 includes the insulating film 13, the sensor film 14, and the protective film 15 similarly to the thin film sensors 10-1 and 10-2, and includes a pinhole 10BB (impregnated on the substrate 11) formed by impurities, protrusions, and the like. Of the concave portions included in the concave and convex shape of FIG. FIG. 4 shows the thin film sensor 30 in which the surface 11C is formed on the substrate 11 having a complicated shape. The thin film sensor 30 is formed on a substrate 11 (curved surface which is convex upward in the example of FIG. 4) having a surface 11c having a complicated shape portion. The thin film sensor 30 includes each of the insulating film 13, the sensor film 14, and the protective film 15, similarly to the thin film sensors 10-1, 10-2, and 20. 1 to 4, each of the insulating film 13 and the protective film 15 is made of SiO. ₂ , Al ₂ O ₃ And the sensor film 14 is composed of manganin (Cu: 80% or more, Mn: 12 to 18%, Ni: 1.5 to 4%) or the like.
[0032]
The metal film 12 in the thin film sensors 10-1 and 10-2 is made of a soft metal or the like, and the thickness thereof is a portion forming a complex shape existing on the surface of the substrate 11 (hereinafter, “complex shape portion”). ) Is set to such an extent that the metal film 12 is sufficiently covered (hereinafter, the minimum thickness of the metal film 12 required to cover the complicated shape portion existing on the substrate 11 is referred to as a “minimum thickness AA ( 1 and 2) ”). In any of the thin film sensors 10-1, 10-2, and 20, the thickness of the insulating film 13 is contained in an appropriate set value BB (BB = 1 to 2 μm, hereinafter referred to as “set value BB”). ing. This is because when the thickness of the insulating film 13 is less than the set value BB, the current flowing through the sensor film 14 to the substrate 11 (or the metal film 12) exceeds the limit, and conversely, the thickness of the insulating film 13 This is because when the value exceeds the set value BB, the insulating film 13 is more likely to be cracked than when the value is equal to or less than the set value BB.
[0033]
Either the thin film sensor 10-1 formed on the hard substrate 11 by coating the metal film 12 between the substrate 11 and the insulating film 13, or the thin film sensor 10-2 having the surface treatment layer 11A. Also, the surface of the substrate 11 is smoothed without removing the roughness by a member (a cutting member or the like). On the other hand, since the thickness of the insulating film 13 is set to an appropriate value, the above-described damage to the insulating film 13 and the transmission of current in any of the thin film sensors 10-1, 10-2, and 20 are performed. The problem of (insulation failure) hardly occurs. Therefore, the thin-film sensors 10-1, 10-2, and 20 are different from the conventional thin-film sensors in pressure, temperature, strain (irregularity), etc. (depending on the material of the thin-film sensors 10-1, 10-2, and 20). Is detected in advance) is expected to be high.
[0034]
The manufacturing method 10a of the thin film sensors 10-1 and 10-2 will be described with reference to FIG. (A) to (E) show the thin film sensor formation portion 10B on the substrate 11, (A ') is a cross section 19A, (B') is a cross section 19B, (C ') is a cross section 19C, ( D ') shows the section 19D, and (E') shows the section 19E.
[0035]
By coating the material of the metal film 12 on the substrate 11 by sputtering so that the thickness of the metal film 12 is equal to or more than the minimum thickness AA, an intermediate product A ′ of the thin film sensors 10-1 and 10-2 is formed. 'Is generated (step S1a). Free abrasive grains used in lapping, polishing, and the like are dispersed in a polishing liquid such as water or oil to generate an abrasive. Also, the intermediate product B '' is generated by polishing the metal film 12 included in the intermediate product A '' using the generated abrasive so that the metal film 12 has the minimum thickness AA (step S1b).
[0036]
By the processes of step S1a and step S2a, it is not necessary to perform the step of smoothing the surface of the substrate 11 (finishing step) conventionally required using a cutting member or the like. As a result, even when the substrate 11 is a hard material, has a complicated shape, and has the surface treatment layer 11A, the surface of the substrate 11 can be surely smoothed.
[0037]
By coating the material of the insulating film 13 on the intermediate product B ″ by sputtering so that the thickness of the insulating film 13 falls within the range of the set value BB, the metal film 12 and the insulating film 13 are formed on the substrate 11. Are formed, an intermediate product C ″ of the thin film sensors 10-1 and 10-2 is generated (Step S1c). The surface of the intermediate product C ″ is masked using a masking material 18 and the masked intermediate product C ″ is coated with the material of the sensor film 14 by sputtering, so that the metal film is formed on the substrate 11. 12, an intermediate product D ″ of the thin film sensors 10-1 and 10-2 on which each of the insulating film 13 and the sensor film 14 is formed (Step S1d). After the formation of the intermediate product D ″, the masking material 18 is removed. By coating the material of the protective film 15 by sputtering, the thin film sensors 10-1 and 10-2 in which the metal film 12, the insulating film 13, the sensor film 14, and the protective film 15 are formed on the substrate 11, respectively. Generate (Step S1e).
[0038]
The process of step S1e is performed such that the thickness of the formed protective film 15 is 1 to 2 μm. That is, the thicknesses of the thin film sensors 10-1 and 10-2 are adjusted so that the total thickness of the insulating film 13 (1 to 2 μm) and each thickness of the protective film 15 is about 3 μm. Is done. By adjusting the thickness of the thin film sensors 10-1 and 10-2 to a small thickness of about 3 μm, for example, when the substrate 11 is a rolling bearing and a rolling element contacts thereon to perform movement. However, it is not necessary to consider the resistance to the movement.
[0039]
The manufacturing method 20a of the thin film sensor 20 will be described with reference to FIG. (F) to (I) show the thin film sensor forming portion 10B on the substrate 11, (F ') is a cross section 19F, (G') is a cross section 19G, (H ') is a cross section 19H, ( I ′) shows each of the cross sections 19I.
[0040]
The material of the insulating film 13 is coated on the substrate 11 by sputtering so that the pinholes 10BB are closed and the thickness of the insulating film 13 is equal to or larger than the set value BB (3 μm in the example of FIG. 5). Then, an intermediate product F ″ of the thin film sensor 20 having the insulating film 13 formed on the substrate 11 is generated (Step S2a). Insulating film 13 (SiO ₂ , Al ₂ O ₃ The surface of the intermediate product F ″ is etched using hydrofluoric acid (aqueous HF solution) as an etching agent to treat the thickness of the insulating film 13 to a set value BB (= 1 to 2 μm). . As a result of this processing, an intermediate product G ″ is generated (Step S2b).
[0041]
By the processing of Steps S2a and S2b, it is not necessary to perform the step of smoothing the surface of the substrate 11 (finishing step) conventionally required using a cutting member or the like. As a result, even when the substrate 11 has the pinhole 10B, the surface of the substrate 11 can be surely smoothed. Further, it is possible to generate the thin film sensor 20 in which the damage of the insulating film 13 and the transmission of current from the sensor film 14 to the substrate 11 are minimized.
[0042]
The surface of the intermediate product G ″ is masked using a masking material 18, and the masked intermediate product G ″ is coated with the material of the sensor film 14 by sputtering, thereby forming a metal film on the substrate 11. An intermediate product H ″ of the thin film sensor 20 is formed on which each of the insulating film 13, the insulating film 13, and the sensor film 14 is formed. After the generation of the intermediate product H ″, the masking material 18 is removed (Step S2c). By coating the material of the protective film 15 by sputtering, the thin film sensor 20 in which the metal film 12, the insulating film 13, the sensor film 14, and the protective film 15 are formed on the substrate 11 is generated (Step S2d). .
[0043]
A method 30a for manufacturing the thin film sensor 30 will be described with reference to FIG. Each of (J) to (M) shows the thin film sensor forming portion 10B on the substrate 11, (J ') is a cross section 19J, (K') is a cross section 19K, (L ') is a cross section 19L, ( M ′) shows each of the cross sections 19M.
[0044]
By coating the material of the insulating film 13 on the substrate 11 by sputtering so that the thickness of the insulating film 13 is equal to or greater than the set value BB, the thin film sensor 20 having the insulating film 13 formed on the substrate 11 An intermediate product J ″ is generated (Step S3a). The substrate 11 exemplified in the method 30a of manufacturing the thin-film sensor 30 has a curved surface shape whose surface 11c is upwardly convex (not limited to this shape, an uneven shape other than that shown in FIG. 5, a tooth shape, and the like). And a magnetic material having a magnetic force enough to be in close contact with the magnet 18A.
[0045]
The surface of the intermediate product J ″ is masked by using a masking material 18 (a non-metallic material such as a film or a metal material), and an expandable magnet 18 </ b> A (the masking material 18 An intermediate product K ″ is formed by installing a metal material that can be used as a means for bringing the material into close contact with each other, if this contact is possible (this may be another metal material or the like) (step S3b). Next, the masked intermediate product K ″ on which the magnet 18A is provided is coated with the material of the sensor film 14 by sputtering, so that the metal film 12, the insulating film 13, and the sensor film 14 are formed on the substrate 11. Are formed, an intermediate product L ″ of the thin film sensor 30 is generated. After the generation of the intermediate product L ″, the masking material 18 and the magnet 18A are removed (Step S3c).
[0046]
By the process in step S3b, the material of the sensor film 14 can be coated in step S3c in a state where no gap is formed between the surface of the substrate 11 and the masking agent 18. Thereby, it is possible to reliably form the sensor film 14 on the substrate 11.
[0047]
By coating the material of the protective film 15 by sputtering, the thin film sensor 30 in which the insulating film 13, the sensor film 14, and the protective film 15 are formed on the substrate 11 is generated (Step S3d).
[0048]
【The invention's effect】
According to the method for manufacturing a thin film sensor of the present invention, a method for manufacturing a thin film sensor is provided which enables a substrate surface to be efficiently smoothed (removed of roughness) even when the substrate is a hard material.
[0049]
ADVANTAGE OF THE INVENTION By the manufacturing method of a thin film sensor of this invention, the manufacturing method of a thin film sensor which enables smoothing of a substrate surface efficiently even if a thin surface treatment layer is formed on the substrate surface is provided.
[0050]
The method for manufacturing a thin film sensor according to the present invention provides a method for manufacturing a thin film sensor capable of efficiently smoothing the surface of a substrate even when local irregularities such as pinholes are present on the substrate surface. Is done.
[0051]
ADVANTAGE OF THE INVENTION The manufacturing method of a thin film sensor which enables manufacturing of a thin film sensor (film formation of each film) efficiently even when a substrate surface has a complicated shape by the thin film sensor manufacturing method of this invention. Is provided.
[0052]
The thin film sensor of the present invention can be manufactured by the above thin film sensor manufacturing method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a thin film sensor 10-1 manufactured by using a thin film sensor manufacturing method 10a of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a thin film sensor 10-2 manufactured by using the thin film sensor manufacturing method 10a of the present invention.
FIG. 3 is a view showing a thin film sensor 20 manufactured using the thin film sensor manufacturing method 20a of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a thin-film sensor 30 manufactured using the thin-film sensor manufacturing method 30a of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a process of a thin film sensor manufacturing method 10a according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing a process of processing of a thin film sensor manufacturing method 20a of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a process of a thin film sensor manufacturing method 30a according to the present invention.
FIG. 8 is a view showing a substrate having a thin film sensor formed on a surface according to the thin film sensor manufacturing methods 10a, 20a, and 30a of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an example of a sputtering process on a substrate having a complicated shape according to the conventional technique of the thin film sensor manufacturing methods 10a, 20a, 30a of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: Thin film sensor
10B: Specific part
10Ba, 10Bb, 10Bc: specific site
10BB: Pinhole
11: Substrate
11A: Surface treatment layer
11c: Surface
12: Metal film
13: Insulating film
14: Sensor film
15: Protective film
18: Masking material
18A: Magnet
19A, 19B, 19C, 19D, 19E, 19F, 19G, 19H, 19I, 19J, 19K, 19L, 19M: cross section
20: Thin film sensor
20a: Thin-film sensor manufacturing method
30: Thin film sensor
30a: Thin-film sensor manufacturing method
A '', B '', C '', D '', F '', G '', H '', J '', K '', L '': Intermediate product
AA: Minimum thickness
BB: Set value

Claims

(A) forming a first film on a specific portion on a substrate;
(B) treating the specific portion on which the first film is formed to have a uniform thickness;
(C) forming a plurality of second films on the specific portion to be processed to have a uniform thickness, thereby manufacturing a thin film sensor.

In claim 1,
The specific portion has the concave portion that is larger than the other concave portions among the concave portions included in the concave-convex shape portion, the first film is an insulating film, and the plurality of second films is a sensor. Including each of the film and the protective film,
In the step (a), the insulating film is formed on the specific portion with a thickness equal to or more than a set value, and the set value is a thickness that covers the recess.
In the step (b), the insulating film to be formed is etched so that the insulating film has a uniform thickness of the set value.
The step (c) includes:
(D) forming the sensor film on the substrate on which the insulating film is formed, and (e) forming the protective film on the substrate on which the insulating film is formed, thereby manufacturing the thin-film sensor. And a method for manufacturing a thin film sensor.

In claim 2,
The insulating film includes a mixture of at least one of SiO ₂ and Al ₂ O ₃ , and the mixture reacts with hydrofluoric acid,
The method (b) is a method of manufacturing a thin film sensor, wherein the insulating film is etched using the hydrofluoric acid so that the thickness of the insulating film becomes the set value.

In claim 1,
The specific portion has a complicated shape portion configured by a complex shape other than a planar shape, the plurality of second films include an insulating film, a sensor film, each of a protective film,
In the step (a), the insulating film is formed on the specific portion with a thickness equal to or greater than a set value, and the set value is a thickness covering the complex shape portion;
(B) polishing the insulating film to be formed, and processing the specific portion to have a uniform thickness;
The step (c) includes:
(F) forming an insulating film on the specific portion;
(G) forming the sensor film on a specific portion on which the insulating film is formed;
(H) manufacturing the thin film sensor by forming the protective film on the substrate on which the insulating film is formed.

(I) forming an insulating film on a specific portion on the substrate, wherein the specific portion includes a first specific portion and a second specific portion other than the first specific portion;
(J) masking the first specific portion with a first metal material;
(K) forming a sensor film on the second specific portion;
(L) manufacturing a thin film sensor by forming a protective film on the second specific portion on which the sensor film is formed.

In claim 5,
The first specific portion has a complex shape other than a planar shape,
In the step (i), the first specific portion of the complicated shape is formed by using the first metal material and a second metal material capable of adhering the first metal material to the first specific portion. A method for manufacturing a thin film sensor to be masked.

In claim 5 or 6,
The first metal material is a magnetized metal,
The step (j) is a method of manufacturing a thin film sensor, wherein the first specific portion of the complicated shape is masked using the magnetized metal.

(I) forming an insulating film on a specific portion on the substrate, wherein the specific portion includes a first specific portion and a second specific portion other than the first specific portion;
(J) masking the first specific portion with a non-metallic material;
(K) forming a sensor film on the second specific portion;
(L) manufacturing a thin film sensor by forming a protective film on the second specific portion on which the sensor film is formed.

In claim 8,
The first specific portion has a complex shape other than a planar shape,
The step (i) includes masking the first specific portion of the complex shape using the non-metallic material and a magnetic material capable of adhering the non-metallic material to the first specific portion. Production method.

A thin film sensor manufactured by using the thin film sensor manufacturing method according to claim 1.

In claim 10,
The thin film sensor is a thin film sensor that detects at least one of pressure, temperature, and strain of the specific portion.