JP2007139760A - マイクロフラックスゲートセンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的な接続状態が良好ながらも製造が容易なマイクロフラックスゲートセンサ製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のマイクロフラックスゲートセンサの製造方法は、ウエハに励磁コイルおよび磁界検出用コイルの下部コイル部を形成するステップと、下部コイル部の両端に所定高さの接続部を形成するステップと、下部コイル部と接続部を覆うように第１絶縁層を形成するステップと、第１絶縁層に磁性コアを形成するステップと、磁性コアを覆うように第２絶縁層を形成した後、接続部と電気的に接続される上部コイル部を形成して励磁コイルと磁界検出用コイルを形成するステップと、上部コイル部を覆うように第３絶縁層を形成するステップと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロフラックスゲートセンサ（ｆｌｕｘ ｇａｔｅ sｅｎｓｏｒ）の製造方法に関する。

フラックスゲートセンサとは、人の感覚機関で直接に感じられない磁気エネルギーなどを検知するために具現された装置である。周りに形成された磁気エネルギーの検知が求められる数多い分野、例えば、航空機や船舶、および車の位置認識システム、仮想現実空間での動き検知、ＨＤＴＶ（High Definition TeleVision）の地磁気補償および色染み補償、医療用機構での患者の脳磁気、心磁気測定など、数多い分野で磁気検出センサが用いられている。

最近、その応用分野が拡大されるにつれて前記センサを用いる機器が小型化、軽量化、低コスト化されている一方、フラックスゲートセンサに対しても小型化、軽量化、低コスト化を図っている。
マイクロフラックスゲートセンサは大きく柔磁性体からなるコア、前記コアに巻かれ、電流が印加されれば磁気を誘導する励磁コイル（ｅｘｃｉｔｅ ｃｏｉｌ）、そして前記励磁コイルで誘導される磁気が外部磁界からの影響を検出する磁界検出用コイルからなる。基本的な検出原理は、柔磁性コアの非線形特性、即ち飽和特性を利用する。励磁コイルに十分大きい交流電流を供給して磁界を発生させると、コア部分の磁束密度が周期的に飽和される。なお、測定したい外部磁界が与えられるとコア部分の磁束密度が変化し、磁界検出用コイルはその磁束の変化量を測定することによって外部磁界の大きさを測定する。

かかるマイクロフラックスゲートセンサを製造するために、従来には棒形状のコア、あるいはリング状のコアにコイルを巻いて使用したが、これはコアが大きいことから製造コストがかかり、体積が増大する問題を抱えている。さらに、励磁コイルにより生じる磁束変化および検出磁界はコアによる磁束漏れを避けることができないので、高感度の磁界検出に困難が伴なう。

このような理由により、最近にはＭＥＭＳ技術を用いてフラックスゲートセンサを製造する方法が様々に研究開発されている。
一例に、ウエハに第１シード層を形成してから、第１シード層に金属物質を所定パターンでメッキし下部コイルを形成する。この下部コイルに第１絶縁層を形成し、その第１絶縁層上に前記下部コイルに対応する位置に磁性物質からなるコア層を形成する。それから、コア層を覆うように第２絶縁層を形成し、前記第１および第２絶縁層のエッチングを行なって下部コイルが露出されるべくビアホールを形成する。

その後、前記ビアホールと前記第２絶縁層上に第２シード層を形成し、第２シード層上に金属物質を所定パターンでメッキし上部コイルを形成する。すると、ビアホールに金属物質が充填されると上部コイルと下部コイルが電気的に接続される。このように形成された上部コイルを覆うよう第３絶縁層を形成しフラックスゲートセンサを製造する。
ところで、前述した従来のフラックスゲートセンサの製造方法によると、ビアホールの大きさが極めて小さいので下部コイルがオープンされるようビアホールが形成されているのかその測定ができない。従って、ビアホールにシード層を形成し金属物質で充填するとしても下部コイルと上部コイルが電気的に接続されない恐れがある。

このことを勘案してビアホールを無理に大きく形成する場合は、互いに隣接したビアホールに充填された金属物質が相互接触されることにより不良が発生する問題がある。

本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、電気的な接続状態が良好ながらも製造が容易なマイクロフラックスゲートセンサの製造方法を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明１に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造方法は、（ａ）ウエハに励磁コイルおよび磁界検出用コイルの下部コイル部を形成するステップと、（ｂ）前記下部コイル部の両端に所定高さの接続部を形成するステップと、（ｃ）前記下部コイル部と前記接続部を覆うように第１絶縁層を形成するステップと、（ｄ）前記第１絶縁層に磁性コアを形成するステップと、（ｅ）前記磁性コアを覆うように前記第２絶縁層を形成した後、前記接続部と電気的に接続される上部コイル部を形成して励磁コイルと磁界検出用コイルを形成するステップと、（ｆ）前記上部コイル部を覆うように第３絶縁層を形成するステップと、を含むことを特徴とする。

発明２は、発明１において、前記（ａ）ステップが、前記ウエハをクリーニングし第１シード層を形成するステップと、前記第１シード層の上部に第１フォトレジスト膜パターンを形成するステップと、前記第１フォトレジスト膜パターンとの間に金属物質を電気メッキし下部コイル部を形成するステップと、を含むことができる。
第１シード層上にフォトレジスト膜パターンを用いてビアホール部分を形成し、ビアホール下部の第１シード層に電気信号を印加して金属物質をメッキする。よって、ビアホール下部にも完全に金属物質が充填され、ビアホール内を効果的に金属物質で充填することができる。

発明３は、発明２において、前記（ｂ）ステップが、前記第１フォトレジスト膜パターン上に第２フォトレジスト膜パターンを形成するステップと、前記第２フォトレジスト膜パターンとの間に金属物質を電気メッキして前記下部コイル部に接続される接続部を形成するステップと、前記第１および第２フォトレジスト膜パターンを取除き、それによって前記下部コイル部パターンとの間に露出された第１シード層を取除くステップと、を含むことが好ましい。

下部コイル部と上部コイル部とを接続する接続部は、フォトレジスト膜パターンを接続部の形状にパターンニングし、下部コイルをシード層として用いて電気メッキすることで形成される。よって、接続部の形状にパターンニングされたフォトレジスト膜パターン内を効果的に金属物質で充填することができる。よって、接続部と下部コイルとの接続を完全に行うことができるので、電気的な特性が向上され、不良率を低くすることができる。

さらに、２層でフォトレジスト膜パターンを形成して製造するので、従来のよう絶縁層に別のビアホールをエッチングして形成するなどの工程が不要になる。従って、製造工程が簡単になり、接続部と下部コイル部間の接続状態も良好になる利点がある。
発明４は、発明１乃至３において、前記（ｄ）ステップが、前記第１絶縁層を平坦化するステップと、前記平坦化された第１絶縁層上に磁性物質を蒸着するステップと、前記蒸着された磁性物質をパターニングして磁性コアを形成するステップと、を含むことが好ましい。

発明５は、発明４において、前記（ｅ）ステップが、前記磁性コアを覆うように第２絶縁層を形成するステップと、前記接続部上に蒸着されている第１絶縁層と前記第２絶縁層をエッチングして前記接続部を露出させるステップと、前記露出された接続部と前記第２絶縁層上に第２シード層を蒸着するステップと、前記第２シード層上に第３フォトレジスト膜パターンを形成するステップと、前記第３フォトレジスト膜パターンとの間に金属物質を電気メッキするステップと、前記第３フォトレジスト幕パターンを取り除き、それによって露出された第２シード層を取除いて前記接続部と接続される上部コイル部を形成するステップと、を含むことが好ましい。

発明６は、発明５において、前記（ｆ）ステップが、露出された上部コイル部を覆うように第３絶縁層を形成するステップを含むことが好ましい。
発明７は、発明１において前記下部コイル部と接続部および上部コイル部は銅で形成されたことが好ましい。

本発明によれば、電気的な接続状態が良好ながらも製造が容易なマイクロフラックスゲートセンサの製造方法を提供することができる。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。

本発明の実施形態を説明するにあたって、関連された公知機能あるいはその構成に対する詳細な説明が本発明の要旨を妨げると判断される場合はその詳説は省略する。
図１は本発明のマイクロフラックスゲートセンサの製造方法により製造された基本的な構造を示す図面である。同図において、２つのバー状の磁性コア１，２を中心に励磁コイル３がそれぞれのコア１，２を巻いている。また、磁界検出用コイル４がコア１，２を全体的に取り巻いている。

それぞれのコイル３，４はウエハに形成された下部コイル部と上部コイル部をそれぞれ備え、それぞれの上部および下部コイルが接続部５によって接合されることによってコイルをなしている構造を有する。前記コイル部、即ち、励磁コイル３および磁界検出用コイル４は製造者の意図によって励磁コイルと磁界検出用コイルとに分けられる。
以下、磁界検出用コイルの製造ステップを行なわず一括的にコイル部を製造しコイル間の接続を相違にすることにより励磁コイルおよび磁界検出用コイルとに分けることができる。即ち、偶数番目コイルは励磁コイルに、奇数番目コイルは磁界検出用コイルに使用するかその逆の順番で使用する。係る使用はコイル部を接続する過程において、励磁コイルで使用されるコイル部同士に、磁界検出用コイルで使用されるコイル部同士に接続し、それぞれのパッドを介して外部端子と接続することによって可能となる。

一方、２つのバー状のコア１，２のいずれか１つを第１コア１、他の１つを第２コア２とすると、本発明の一実施の形態として、第１コア１の下部コイルと第２コア２の上部コイルとを接続し、第２コア２の下部コイルと第１コア１の上部コイルとを接続するという過程を繰り返して、励磁コイルを２つのバー状態のコアに対して「８」状で捲線された構造として具現することもできる。

以下、本発明のマイクロフラックスゲートセンサの製造方法を段階別工程に基づいて説明すると次のとおりである。図２ＡないしＫは本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、図３ＡないしＭは本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

先ず、図２Ａおよび図３Ａに示すように、通常のウエハ１００をクリーニングしてから、その表面を酸化させて所定厚さの酸化層１０１を形成する。その酸化層１０１上に第１シード層１１０を蒸着して形成する。第１シード層１１０は後述する段階で下部コイル１３１を電気メッキするためのものである。
次に、図２Ｂおよび図３Ｂに示すように、第１シード層１１０上に第１フォトレジスト膜パターン１２１を形成する。第１フォトレジスト膜パターン１２１は後述するステップで下部コイル部１３１を製造するためのモールド（ｍｏｌｄ）の役割を行なう部分である。

次に、図２Ｃおよび図３Ｃに示すように、第１フォトレジスト膜パターン１２１間に金属物質を電気メッキして下部コイル部１３１を形成する。前記金属物質として銅（Ｃｕ）で使用することが好ましい。
それから、図２Ｄおよび図３Ｄに示すように、第１フォトレジスト膜パターン１２１をおいたまま、そのパターン１２１上に第２フォトレジスト膜パターン１２２を形成する。第２フォトレジスト膜パターン１２２は後述する接続部１３３を製造するためのモールド役割をする部分である。

次に、図３Ｅに示すように、第２フォトレジスト膜パターン１２２との間に金属物質を電気メッキして接続部１３３を形成する。即ち、第１フォトレジスト膜パターン１２１を取除かず、その第１フォトレジスト膜パターン１２１のある状態で第２フォトレジスト膜パターン１２２を形成すると、以前に形成された下部コイル部１３１の上部に接続部１３３を電気メッキして形成することが容易になり、追加的な工程が不要になる利点がある。

次に、図２Ｅおよび図３Ｆに示すように、第１および第２フォトレジスト膜パターン１２１，１２２を同時に取り除き、それにより露出された第１シード層１１０を取り除けば、下部コイル部１３１と接続部１３３が形成される。
図２Ｆおよび図３Ｇに示すように、下部コイル部１３１と接続部１３３を覆うように第１絶縁層１４０を蒸着し、平坦化の作業を行なう。ここで、第１絶縁層１４０は下部コイル部１３１と以降に形成されるべき磁性コア１５０を隔離する役割をする。

次に、図２Ｇおよび図３Ｈに示すように、第１絶縁層１４０の上部、即ち、下部コイル部１３１に対応する位置に磁性物質をパターニングして磁性コア１５０を形成する。磁性コア１５０は、第１絶縁層１４０上に磁性コア物質を蒸着した後、マスクパターニングして形成される。
次に、図２Ｈおよび図３Ｉに示すように、磁性コア１５０を覆うよう第２絶縁層１６０を形成する。第２絶縁層１６０は、磁性コア１５０と後に製造されるべき上部コイル部１３５を絶縁するためのものである。

図３Ｊに示すように、接続部１３３の上部に形成された第１絶縁層１４０と第２絶縁層１６０をエッチング工程により取除くことにより接続部１３３が露出される。
それから、図２Ｉおよび図３Ｋに示すように、第２シード層１６１を蒸着し、その上に第３フォトレジスト膜パターン１２３を形成する。第３フォトレジスト膜パターン１２３は接続部１３３に接続された上部コイル部１３５を製造するためのモールドの役割をする。

それから、図２Ｊおよび図３Ｌに示すように、第３フォトレジスト膜パターン１２３との間に金属物質、望ましくは銅（Ｃｕ）を電気メッキして上部コイル部１３５を形成する。
図２Ｋおよび図３Ｍに示すように、第３フォトレジスト膜パターン１２３を取除いたあと、露出された第２シード層１６１がエッチングにより取除かれると、上部コイル部１３５と接続部１３３とが接続され、磁性コア１５０を隔てて取り巻かれるコイル１３０が完成される。

それから、上部コイル部１３５を覆うよう第３絶縁層１７０が形成される。第３絶縁層１７０は上部コイル部１３５を外部から保護あるいは隔離させるために設けられる。
このようにコイル１３０の上部に第３絶縁層１７０を備えることによって、磁性コア１５０を取り巻くようコイル１３０の形成されたマイクロフラックスゲートセンサの製造が完了される。

従来であれば、絶縁層にビアホールを形成し、ビアホール内にシード層を形成して、シード層に電気信号を印加してメッキを行っていた。そのため、微細なビアホールの場合にはシード層が形成できないなどの理由により、ビアホール内を完全にメッキすることができない場合があった。しかし、本発明によれば、第１シード層上にフォトレジスト膜パターンを用いてビアホール部分を形成し、ビアホール下部の第１シード層に電気信号を印加して金属物質をメッキする。よって、ビアホール下部にも完全に金属物質が充填され、ビアホール内を効果的に金属物質で充填することができる。さらに、下部コイル部と上部コイル部とを接続する接続部もまた、フォトレジスト膜パターンを接続部の形状にパターンニングすることで形成される。具体的に、接続部は、前述の第１シード層を用いて電気メッキされた下部コイル上に、接続部の形状にパターンニングされたフォトレジスト膜パターンを形成し、さらに下部コイルをシード層にして電気メッキで形成される。よって、接続部の形状にパターンニングされたフォトレジスト膜パターン内を効果的に金属物質で充填することができる。よって、接続部と下部コイルとの接続を完全に行うことができるので、電気的な特性が向上され、不良率を低くすることができる。このように、本発明によれば、上部及び下部コイルの電気的な特性が良好になる。

また、ビアホール下部の第１シード層を用いて電気メッキを行うため、ビアホール内に電気メッキのための別のシード層を形成させる必要がなくなる。
さらに、本発明に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造方法によると、コイルを形成する下部コイル部と上部コイル部とを接続する接続部を形成する。よって、２層でフォトレジスト膜パターンを形成して製造するので、従来のよう絶縁層に別のビアホールをエッチングして形成するなどの工程が不要になる。従って、製造工程が簡単になり、接続部と下部コイル部間の接続状態も良好になる利点がある。

また、本発明によればセンサの小型化製造が可能になる。これは、例えばフォトレジスト膜パターンを用いて各種ビアホールを形成するため、ビアホール内部にシード層を形成する必要がある従来と比べて、比較的微細なビアホールを形成することができるためである。
以上より、本発明によれば、ビアホールへの金属メッキの工程が容易になり、該メッキ工程の完成度も向上して電気的な特性が向上する。それにより、コイル抵抗が安定化して不良率を下げることができるだけではなく、センサーの特性も向上で小型化を図ることができる利点がある。

以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

本発明によって製造されたマイクロフラックスゲートセンサの模式図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係るマイクロフラックスゲートセンサの製造過程を示す図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

符号の説明

１００ ウエハ
１１０，１６１ シード層
１２１，１２２，１２３ 第１、２、３フォトレジスト膜
１３０ コイル
１３１ 下部コイル
１３３ 接続部
１３５ 上部コイル部
１４０ 第１絶縁層
１５０ 磁性コア
１６０ 第２絶縁層
１７０ 第３絶縁層

Claims (7)

1. （ａ）ウエハに励磁コイルおよび磁界検出用コイルの下部コイル部を形成するステップと、
   （ｂ）前記下部コイル部の両端に所定高さの接続部を形成するステップと、
   （ｃ）前記下部コイル部と前記接続部を覆うように第１絶縁層を形成するステップと、
   （ｄ）前記第１絶縁層に磁性コアを形成するステップと、
   （ｅ）前記磁性コアを覆うように前記第２絶縁層を形成した後、前記接続部と電気的に接続される上部コイル部を形成して励磁コイルと磁界検出用コイルを形成するステップと、
   （ｆ）前記上部コイル部を覆うように第３絶縁層を形成するステップと、
   を含むことを特徴とするマイクロフラックスゲートセンサの製造方法。
2. 前記（ａ）ステップが、
   前記ウエハをクリーニングし第１シード層を形成するステップと、
   前記第１シード層の上部に第１フォトレジスト膜パターンを形成するステップと、
   前記第１フォトレジスト膜パターンとの間に金属物質を電気メッキし下部コイル部を形成するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロフラックスゲートセンサの製造方法。
3. 前記（ｂ）ステップが、
   前記第１フォトレジスト膜パターン上に第２フォトレジスト膜パターンを形成するステップと、
   前記第２フォトレジスト膜パターンとの間に金属物質を電気メッキして前記下部コイル部に接続される接続部を形成するステップと、
   前記第１および第２フォトレジスト膜パターンを取除き、それによって前記下部コイル部パターンとの間に露出された第１シード層を取除くステップと、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載のマイクロフラックスゲートセンサの製造方法。
4. 前記（ｄ）ステップが、
   前記第１絶縁層を平坦化するステップと、
   前記平坦化された第１絶縁層上に磁性物質を蒸着するステップと、
   前記蒸着された磁性物質をパターニングして磁性コアを形成するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のマイクロフラックスゲートセンサの製造方法。
5. 前記（ｅ）ステップが、
   前記磁性コアを覆うように第２絶縁層を形成するステップと、
   前記接続部上に蒸着されている第１絶縁層と前記第２絶縁層をエッチングして前記接続部を露出させるステップと、
   前記露出された接続部と前記第２絶縁層上に第２シード層を蒸着するステップと、
   前記第２シード層上に第３フォトレジスト膜パターンを形成するステップと、
   前記第３フォトレジスト膜パターンとの間に金属物質を電気メッキするステップと、
   前記第３フォトレジスト幕パターンを取り除き、それによって露出された第２シード層を取除いて前記接続部と接続される上部コイル部を形成するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載のマイクロフラックスゲートセンサの製造方法。
6. 前記（ｆ）ステップが、
   露出された上部コイル部を覆うように第３絶縁層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載のマイクロフラックスゲートセンサの製造方法。
7. 前記下部コイル部と接続部および上部コイル部は銅で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロフラックスゲートセンサの製造方法。

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