JP2012109490A - 希土類永久磁石薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｔａなどの高融点金属層とＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石が積層された高性能永久磁石薄膜を用いた、高加工精度の小型・高性能なマイクロデバイスを、低コストで大量に生産することができる、希土類永久磁石薄膜の製造方法の提供。
【解決手段】基板上に、厚さ５００ｎｍ以下の希土類合金磁性層と、厚さ５０ｎｍ以下の高融点金属層を含む多層構造を有する希土類永久磁石薄膜を形成し、前記希土類永久磁石薄膜上にフォトレジスト層を形成し、前記フォトレジスト層を露光、現像することによりパターニングし、前記パターニングされた前記フォトレジスト層をマスクとして、露出した前記希土類永久磁石薄膜をイオンミリングにより除去し、残存する前記希土類永久磁石薄膜上の前記フォトレジスト層を酸素プラズマアッシングにより除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は希土類永久磁石薄膜の製造方法に関する。

近年、電子機器の小型・高性能化に伴い、モータやアクチュエータなどに使用される永久磁石の小型化、薄型化が要求されている。これらの用途には、最大エネルギー積の高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結永久磁石が主として用いられている。しかし、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結永久磁石は、粉末冶金法により製造されるため、薄型化には限界があった。

そこで、ここ数年、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の薄膜化に関する研究が活発化している。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石は酸素に対して活性な希土類元素を含有するため、これまで、主に物理的蒸着手法で薄膜化の検討がなされていた。中でもスパッタリング法は、他の物理的蒸着手法に比べてスパッタリング粒子の運動エネルギーが高いために基板との密着性や磁気的性質の優れた薄膜が得られる点や、マグネトロンスパッタリング法の進歩により量産性が著しく向上したことなどから、最も有望な薄膜形成方法の一つと考えられている。

例えば、山下らは、１９９１年に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、Ｎｄ１３〜１７ａｔ％、Ｆｅ６５．５〜７７ａｔ％、Ｂ１０〜１７．５ａｔ％の組成で、最高値で保磁力７ｋＯｅ、残留磁化９．６ｋＧの永久磁石薄膜を得たことを報告している（非特許文献１）。

さらに、Ｔａからなる高融点金属層と主たる構成相がＲ_２Ｆｅ_１４Ｂである希土類合金磁性層とが交互に積層された永久磁石薄膜が提案されている（特許文献１）。特許文献１の技術によって、高い保磁力Ｈ_ｃＪと膜面に対して垂直方向に高い残留磁束密度Ｂ_ｒを有する高性能永久磁石薄膜を得ることが可能になっている。

一方、微小な立体的構造物の作製技術として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術と呼ばれる分野が近年急速に発展し、各種センサ、アクチュエータ、ポンプ、バルブなどの種々のマイクロデバイスに応用されている。ＭＥＭＳ技術は、主として半導体集積回路の作製に用いられてきたフォトリソグラフィ、エッチング及び蒸着等に代表される半導体加工技術を基本としているため、微細な構造物の形成が容易であり、かつ非常に高い加工精度で微細構造物を形成することができるという利点を有する。また、ウエハ単位の一括プロセスで行なわれるため、デバイス個々の組み立て及び調整等の工数が省略され、個体間のばらつきの小さいマイクロデバイスを低コストで大量に生産することができるという利点を有する。

上記の特許文献１による永久磁石薄膜をスパッタリング法で形成し、これにＭＥＭＳ技術を適用することができれば、これまで存在しない小型・高性能なマイクロデバイスを生産性よく製造することが可能である。

しかし、特許文献１によるＴａなどの高融点金属層とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石が積層された永久磁石薄膜では、エッチング手段としてウェットエッチングを用いると、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の主たる構成相となるＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物が、塩酸や硝酸といった酸に容易に溶解するのに対し、Ｔａなどの高融点金属層は酸に触れると表面が不動態化するため、永久磁石薄膜を均一に加工することが困難である。

また、半導体集積回路の精密加工技術として知られ、近年ＭＥＭＳ技術として特に普及が進んでいる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、強磁性金属材料であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等が加工対象である場合、融点、沸点の低い化合物を生成する適当な反応ガスが見出されておらず、明らかな有効性が未だ検証されていない（非特許文献２）。すなわち、Ｆｅを主成分とするＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石もＲＩＥでエッチングすることは困難である。

このように、特許文献１によるＴａなどの高融点金属層とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石が積層された永久磁石薄膜を用いて、ＭＥＭＳ技術によりマイクロデバイスを製造する技術は未だ提案されていない。

日本応用磁気学会誌 Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．２，１９９１，２４１−２４４ ＵＬＶＡＣ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ Ｎｏ．６７，２００７，１８−２２ 特許第４３３７２０９号

本発明は、Ｔａなどの高融点金属層とＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石が積層された高性能永久磁石薄膜を用いた、高加工精度の小型・高性能なマイクロデバイスを、低コストで大量に生産することができる、希土類永久磁石薄膜の製造方法の提供を目的とする。

第１発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法は、
基板上に、Ｒ元素（Ｒ元素はＮｄ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｄｙの少なくとも一種でありＮｄ及び／又はＰｒを必ず含む）とＴ元素（ＴはＦｅまたはＦｅ及びＣｏ）とＢを必須元素として含有する厚さ５００ｎｍ以下の希土類合金磁性層と、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＭｏのうち少なくとも一種からなる厚さ５０ｎｍ以下の高融点金属層を含む多層構造を有する希土類永久磁石薄膜を形成する工程、
前記希土類永久磁石薄膜上にフォトレジスト層を形成する工程、
前記フォトレジスト層を露光、現像することによりパターニングする工程、
前記パターニングされた前記フォトレジスト層をマスクとして、露出した前記希土類永久磁石薄膜をイオンミリングにより除去する工程、
残存する前記希土類永久磁石薄膜上の前記フォトレジスト層を酸素プラズマアッシングにより除去する工程、
を包含する。

第２発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法は、前記第１発明において、基板は、５００℃以上の融点を有する材料から形成されていることを特徴とする。
第３発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法は、前記第１発明において、希土類合金磁性層は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物を主相として含有することを特徴とする。
第４発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法は、前記第１発明において、希土類合金磁性層は、５０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さであることを特徴とする。
第５発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法は、前記第１発明において、高融点金属層は、Ｔａから形成されていることを特徴とする。
第６発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法は、前記第１発明において、高融点金属層は、５ｎｍ〜５０ｎｍの厚さであることを特徴とする。
第７発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法は、前記第１発明において、希土類合金磁性層と高融点金属層は、４層以上積層されることを特徴とする。
第８発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法は、前記第１発明において、基板上に、最初に希土類合金磁性層を形成する場合、基板と希土類合金磁性層の間に、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＭｏのうち少なくとも一種からなる保護膜を形成することを特徴とする。
第９発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法は、前記第１発明において、希土類永久磁石薄膜の最表層に、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＭｏのうち少なくとも一種からなる酸化防止膜を形成することを特徴とする。
第１０発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法は、前記第１発明において、イオンミリングは、アルゴンイオンビームエッチング（ＩＢＥ）であることを特徴とする。

第１発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法によれば、Ｔａなどの高融点金属層とＲ−Ｔ−Ｂ系永久磁石が積層された高性能永久磁石薄膜を用いた、高加工精度の小型・高性能なマイクロデバイスを、低コストで大量に生産することができる。

第３発明から第７発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法によれば、高い最大エネルギー積（ＢＨ）_ｍａｘを有する高性能な永久磁石薄膜を提供することができる。

第８発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法によれば、基板と希土類合金磁性層との反応を防止することができる。

第９発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法によれば、希土類永久磁石薄膜の酸化を防止することができる。

第１０発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法によれば、パターニングされたフォトレジスト層をマスクとして、露出した希土類永久磁石薄膜を効率よく、かつ高加工精度で除去することができる。

本発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法の例を模式的に示す説明図である。 酸素プラズマアッシング後の希土類永久磁石薄膜の状態を示す図である。 酸素プラズマアッシング後の希土類永久磁石薄膜の磁化曲線を示す図である。 反応性イオンエッチング後のレジスト開口部の希土類永久磁石薄膜の状態を示す図である。 反応性イオンエッチング後のレジスト開口部の希土類永久磁石薄膜の状態を示す図である。

以下に、本発明をその実施形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る希土類永久磁石薄膜の製造方法の例を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）は、基板１上に希土類合金磁性層２と高融点金属層３が積層された多層構造を有する希土類永久磁石薄膜６が形成された状態を示す。図１（ｂ）は、前記希土類永久磁石薄膜６上にフォトレジスト層７が形成された状態を示す。図１（ｃ）は、前記フォトレジスト層７を露光、現像することによりパターニングされた後の状態を示す。図１（ｄ）は、前記パターニングされた前記フォトレジスト層７をマスクとして、露出した希土類永久磁石薄膜６をイオンミリングによって除去した後の状態を示す。図１（ｅ）は、残存する希土類永久磁石薄膜６上のフォトレジスト層７を酸素プラズマアッシングにより除去した後の状態を示す。

図１（ａ）〜（ｅ）の各図は、上記の通り、各製造工程と各構成層の形成状態を模式的に示したものであり、各構成層の厚さ、面積などの寸法は全く考慮されていない。また、図１（ａ）では希土類永久磁石薄膜の形成形態を明確にするため、希土類合金磁性層２、高融点金属層３などを個々に表示しているが、図１（ｂ）〜（ｅ）ではそれらをまとめて希土類永久磁石薄膜６として表示している。

本発明の希土類永久磁石薄膜の製造方法では、先ず、図１（ａ）に示すように、基板１上に、希土類合金磁性層２と高融点金属層３を形成し、多層構造を有する希土類永久磁石薄膜６を形成する。なお、図１（ａ）においては、基板１と希土類合金磁性層２の間に保護膜４を、基板１から最も遠い（最上層の）希土類合金磁性層２上に酸化防止膜５を形成しているが、保護膜４及び酸化防止膜５は必須ではなく、それらがなくても前記第１発明による効果を奏することができる。

基板は、希土類永久磁石薄膜の形成中または形成後に最低でも３００℃以上の熱処理を受けることになる。そのため、基板の材料は、上記熱処理によって軟化を起こさないために５００℃以上の融点を持つことが好ましい。さらに、基板は、薄膜形成中や熱処理中に雰囲気ガスや希土類合金磁性層及び高融点金属層と反応し難く、化学的に安定な材料から形成されていることが好ましい。このような基板として、Ｓｉウェハ、Ｍｏ板、ステンレス、各種鋼板、サファイヤ板、石英板、ガラス板、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ複合セラミックス板などを好適に用いることができる。

希土類合金磁性層及び高融点金属層の形成方法は、生産性に優れ、密着力の良好な膜を得やすいマグネトロンスパッタリング法を用いることが好ましい。

希土類合金磁性層は、Ｒ元素（Ｒ元素はＮｄ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｄｙの少なくとも一種でありＮｄ及び／又はＰｒを必ず含む）とＴ元素（ＴはＦｅまたはＦｅ及びＣｏ）とＢを必須元素として含有するものが好ましい。

希土類永久磁石薄膜は、マイクロデバイスの小型・高性能化を図る観点から、高い最大エネルギー積（ＢＨ）_ｍａｘ（以下、単に「（ＢＨ）_ｍａｘ」という」）を有していることが望ましい。そのため、希土類合金磁性層は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物を主相として含有するものが好ましい。

また、希土類合金磁性層は、５００ｎｍ以下の厚さであることが必要である。５００ｎｍを超えると、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物結晶が粗大化して保磁力Ｈ_ｃＪ（以下、単に「Ｈ_ｃＪ」という」）が低下するとともに結晶成長の配向性が乱れ残留磁束密度Ｂ_ｒ（以下、単に「Ｂ_ｒ」という」）が低下し、その結果（ＢＨ）_ｍａｘが低下するためである。一方、希土類合金磁性層の厚さが薄すぎると、希土類永久磁石薄膜全体に占める高融点金属層の存在比率が高くなり、（ＢＨ）_ｍａｘなどの磁気特性が低下するため、５０ｎｍ以上の厚さを有していることが好ましい。従って、好ましい厚さは５０ｎｍ〜５００ｎｍである。さらに、厚さを５０ｎｍ〜２００ｎｍにすることにより、希土類永久磁石薄膜のＨ_ｃＪが向上し、耐熱性を向上させることができる。

高融点金属層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＭｏのうち少なくとも一種からなる元素から構成されることが好ましい。希土類合金磁性層中のＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物は、膜形成時あるいは熱処理時に、高融点金属層と接していると、その磁化容易軸を基板面に対して垂直な方向に配向する傾向がある。すなわち、高融点金属層は、希土類合金磁性層の磁気異方性を高め、面に垂直なＢ_ｒを向上させる機能を有している。また、高融点金属層は、希土類合金磁性層中のＲ_２Ｔ_１４Ｂ化合物の結晶成長を抑え、金属組織を微細化し、希土類永久磁石薄膜のＨ_ｃＪを向上させる働きを有する。従って、希土類永久磁石薄膜には、希土類合金磁性層と高融点金属層を含む多層構造を有していることが好ましく、特に、高融点金属層によって希土類合金磁性層が挟まれている構成が好ましい。Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＭｏのうち高融点金属層として特に好ましいのはＴａである。Ｔａを用いることにより、希土類永久磁石薄膜の磁気特性をより向上させることができる。

高融点金属層は、５０ｎｍ以下の厚さであることが必要である。５０ｎｍを超えると非磁性の高融点金属原子が希土類合金磁性層中に多く溶け込み、希土類合金磁性層の結晶磁気異方性エネルギーを減少させる恐れがあり、また、上下に位置する希土類合金磁性層の磁気的結合が弱くなるため好ましくない。一方、高融点金属層の厚さが薄すぎると、結晶配向効果が十分に発現されないため、５ｎｍ以上の厚さを有していることが好ましい。従って、好ましい厚さは５ｎｍ〜５０ｎｍである。さらに厚さを５ｎｍ〜２０ｎｍにすることにより、希土類永久磁石薄膜のＢ_ｒ及び（ＢＨ）_ｍａｘをより向上させることができる。

前記の希土類合金磁性層と高融点金属層は、４層以上の積層構造にすることが好ましい。４層以上とは、少なくとも２層の希土類合金磁性層と２層の高融点金属層が積層されている構成を意味する。４層以上積層することにより、各種マイクロデバイスに供することができる磁気特性を発現できる。積層数は、希土類永久磁石薄膜を適用する用途並びに必要とされる磁気特性に応じて適宜選定すればよい。なお、図１では、３層の希土類合金磁性層の各層間に２層の高融点金属層が積層される５層構造となっているが、この構成に限定されるものではない。また、積層構造は、高融点金属層によって希土類合金磁性層が挟まれている構成、つまり、希土類合金磁性層と高融点金属層とが交互に積層される構成が好ましい。

希土類永久磁石薄膜を構成する複数の高融点金属層の厚さの合計（ｔ_ｎ）の比率が大きくなりすぎると希土類永久磁石薄膜の磁気特性が低下するため好ましくない。そのため、高融点金属層の厚さの合計（ｔ_ｎ）と希土類合金磁性層の厚さの合計（ｔ_ｍ）の比率（ｔ_ｎ／ｔ_ｍ）は、０．０１≦（ｔ_ｎ／ｔ_ｍ）≦０．３を満足することが好ましい。

基板上に、希土類合金磁性層と高融点金属層を積層するに際して、最初に希土類合金磁性層を形成する場合は、基板と希土類合金磁性層との反応を防止するために、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＭｏのうち少なくとも一種からなる保護膜を形成することが好ましい。もちろん、保護膜がなくても上記第１発明による効果を奏することができる。保護膜の厚さは反応防止や希土類永久磁石薄膜の磁気特性などを考慮して適宜選定すればよい。なお、最初に高融点金属層を形成する場合も保護膜を形成してもよい。特に、高融点金属層の厚さが薄い場合は有効である。

希土類合金磁性層と高融点金属層を積層した後、積層の最後となる希土類合金磁性層上又は高融点金属層上（希土類永久磁石薄膜の最表層）に、得られる希土類永久磁石薄膜の酸化を防止するために、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＭｏのうち少なくとも一種からなる酸化防止膜を形成することが好ましい。もちろん、酸化防止膜がなくても上記第１発明による効果を奏することができる。酸化防止膜の厚さは、希土類永久磁石薄膜の使用環境、希土類永久磁石薄膜の磁気特性などを考慮して適宜選定すればよい。

希土類永久磁石薄膜には、薄膜形成中または形成後に３００℃〜８００℃の結晶化のための熱処理を施すことが好ましい。薄膜形成中においては、基板の温度を３００℃〜６００℃に調整することによって結晶化させながら薄膜を形成することができる。薄膜形成後に熱処理を施す場合は、薄膜形成を例えば５００℃未満の比較的低温で行い、薄膜形成後に５００℃〜８００℃で熱処理を行なえばよい。

次に、図１（ｂ）に示すように、希土類永久磁石薄膜６上にフォトレジスト層７を塗布する。フォトレジスト層７は、公知の半導体加工技術やＭＥＭＳ技術で用いられているフォトレジスト層を公知の手段により塗布することができる。フォトレジスト層７の厚さｄ_ｒは、希土類永久磁石薄膜６の厚さをｄ_ｐｍとしたとき、ｄ_ｒ＞ｄ_ｐｍであることが好ましく、より好ましい実施形態はｄ_ｒ＞２ｄ_ｐｍである。

次に、図１（ｃ）に示すように、フォトレジスト層７を露光、現像することによりパターニングを行なう。パターニングは、公知の半導体加工技術やＭＥＭＳ技術で用いられている手段を適用することができる。図１（ｃ）においては、希土類永久磁石薄膜６上に矩形のフォトレジスト層７をアイランド状にパターニングしている。パターニングは、希土類永久磁石薄膜を用いる用途によって適宜選定すればよい。

次に、図１（ｄ）に示すように、パターニングされたフォトレジスト層７をマスクとして、露出した希土類永久磁石薄膜６をイオンミリングにより除去する。図１（ｄ）では、矩形のアイランド状の部分以外の、ロ字状に露出した希土類永久磁石薄膜６をイオンミリングで除去している。

イオンミリングは、公知の半導体加工技術やＭＥＭＳ技術で用いられている方法や装置を採用することができる。但し、後述する実施例に示す通り、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）では本発明に係る希土類永久磁石薄膜６を加工することは困難であり、また、公知のウェットエッチングも希土類永久磁石薄膜６を均一に加工することが困難である。

本発明に係る希土類永久磁石薄膜６を高加工精度で加工するには、アルゴンイオンビームエッチング（ＩＢＥ）が特に適している。ＩＢＥによれば、エッチングレートを上げても加工精度が低下することがないので、生産性を大幅に向上させることができる。エッチングレートを上げるには、アルゴンイオンの加速電圧は１５００Ｖ以上が好ましく、２０００Ｖ以上がより好ましい。また、アルゴンイオンの入射方向に対して、加工面の法線方向θが１５°＜θ＜６０°であることが好ましく、２０°＜θ＜５０°がより好ましい。

次に、図１（ｅ）に示すように、希土類永久磁石薄膜６上に残存するフォトレジスト層７を酸素プラズマアッシングによって除去する。フォトレジスト層７は、加速されたアルゴンイオンの衝撃によって、一部で炭化が進行しているため、一般的に用いられている無機系あるいは有機系のレジスト剥離液ではフォトレジスト層７を完全に除去することができない。本発明においては、酸素プラズマアッシングによって、炭化されたフォトレジスト層７を酸素プラズマとの化学反応を利用して除去する。

実施例１
基板として１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのガラス板（ＣＯＲＮＩＮＧ社製、ガラスコードＮｏ．７０５９）を用意し、真空チャンバー内で５００℃に加熱した後、マグネトロンスパッタリングによって、希土類合金磁性層としてＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂを、高融点金属層としてＴａを用いて交互に積層した。積層に際しては、基板とＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂが反応しないように、基板上に厚さ約２０ｎｍのＴａからなる保護膜を形成した。

具体的には、保護膜となるＴａ上に、積層の最初がＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ、最後がＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂとなるように、厚さ約２００ｎｍのＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂを１５層、厚さ約１０ｎｍのＴａを１４層交互に積層した。次いで、最表層となるＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ上に厚さ約４０ｎｍのＴａからなる酸化防止膜を形成した。得られた希土類永久磁石薄膜を触針式表面粗さ計を用いて全厚さを測定したところ、３．２μｍであった。

次に、希土類永久磁石薄膜を形成した基板にネガ型のレジスト（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製、ＳＵ８）をスピンコーターの条件を調節しながら厚さが約１０μｍになるように塗布し、プリベークを行った後、露光、現像を行い、一辺が２．５ｍｍの正方形を４つ含んだレジストパターンを形成した。

次に、希土類永久磁石薄膜を形成した基板をイオンミリング装置に固定し、アルゴンイオンビームエッチング（ＩＢＥ）を３時間行った。ＩＢＥのプロセス条件は、圧力２×１０^−２Ｐａ、電流密度０．６ｍＡ／ｃｍ^２、加速電圧３０００Ｖとして、イオンビームは基板面に対して垂直入射させた。取り出した基板上の希土類永久磁石薄膜を観察したところ、レジストパターン開口部の希土類永久磁石薄膜は完全に取り除かれていた。

残存するレジストを確認したところ、炭化が進行していた。剥離液を用いてレジストの除去を試みたが、炭化の進行したレジストを除去することはできなかった。炭化したレジストを含む基板に対して、プラズマアッシング装置を使って酸素プラズマアッシングを試みた。酸素プラズマアッシングの効果を確認するため、剥離液で除去できなかったレジストの一部をカプトンテープで覆って処理を行った。その結果を図２に示す。図２において、上段が酸素プラズマアッシングしたもの、下段がカプトンテープで覆ったものである。図２に示す通り、酸素プラズマアッシングしたものは、残存するレジストは完全に除去されている。

実施例２
基板として２０×２０ｍｍ、厚さ０．３８ｍｍのガラス板（ＣＯＲＮＩＮＧ社製、ガラスコードＮｏ．７０５９）を用意し、真空チャンバー内で５００℃に加熱した後、マグネトロンスパッタリングによって、希土類合金磁性層としてＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂを、高融点金属層としてＴａを用いて交互に積層した。積層に際しては、基板とＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂが反応しないように、基板上に厚さ約２０ｎｍのＴａからなる保護膜を形成した。

具体的には、保護膜となるＴａ上に、積層の最初がＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ、最後がＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂとなるように、厚さ約２００ｎｍのＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂを３０層、厚さ約１０ｎｍのＴａを２９層交互に積層した。次いで、最表層となるＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ上に厚さ約１００ｎｍのＴａからなる酸化防止膜を形成した。得られた希土類永久磁石薄膜を触針式表面粗さ計を用いて全厚さを測定したところ、６．０μｍであった。

次に、希土類永久磁石薄膜を形成した基板にネガ型のレジスト（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製、製品名：ＳＵ８）をスピンコーターの条件を調節しながら厚さが約２０μｍになるように塗布し、プリベークを行った後、露光、現像を行い、ピッチ０．４ｍｍのライン・アンド・スペースのレジストパターンを形成した。

次に、希土類永久磁石薄膜を形成した基板をイオンミリング装置に固定し、ＩＢＥを６時間行った。ＩＢＥのプロセス条件は、圧力２×１０^−２Ｐａ、加速電圧１５００Ｖとして、イオンビームを基板面法線方向に対し３０°傾けて入射させた。取り出した基板表面を観察し、レジストパターン開口部の希土類永久磁石薄膜が取り除かれていることを確認し、その後、プラズマアッシング装置を使った酸素プラズマアッシングを行って残存していたレジストを完全に除去した。

ピッチ０．４ｍｍのライン・アンド・スペースに加工された希土類永久磁石薄膜の磁気特性を、薄膜の面内方向と膜垂直方向における磁化曲線をそれぞれ着磁後に試料振動型磁力計で計測した。その結果を図３に示す。その結果、加工後の希土類永久磁石薄膜は、ＩＢＥを行なう前（マグネトロンスパッタリング直後）の磁気特性と差異がなかった。また、この磁化曲線から、膜垂直方向の磁気特性値を読み取った値を表１に示す。表１より、得られた希土類永久磁石薄膜は、公知のＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石と遜色ない磁気特性を有していることが分かる。

比較例１
希土類永久磁石薄膜の全厚さが２．９μｍである以外は実施例１と同様な方法で基板上に希土類永久磁石薄膜を形成した。

次に、希土類永久磁石薄膜に対して、平行平板型反応性イオンエッチング装置を用いてドライエッチングを試みた。エッチング条件は、ガスとしてＳＦ_６を用い、プロセスガス圧力を５０ｍＴｏｒｒ、プロセスガス流量を４０ｓｃｃｍ、投入電力をＲＦ２５０Ｗとして、１時間の処理を行った。

取り出した基板上の希土類永久磁石薄膜を観察したところ、レジストパターン開口部の希土類永久磁石薄膜は除去されていなかった。レジスト開口部の希土類永久磁石薄膜の状態を図４に示す。図４に示すように、除去されなかった希土類永久磁石薄膜は表面が変色しており、一部に最表層が剥がれた部分が見られた。表面をＸ線マイクロアナライザで分析した結果、最表層が剥がれた部分からはＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂが検出され、最表層が残った場所からは、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂと反応ガスとの反応生成物が検出された。

このように、ＳＦ_６ガスを用いた反応性イオンエッチングでは、Ｔａは除去できるものの、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４ＢはＳＦ_６ガスと反応して不揮発性の反応物を形成してしまい、除去することが不可能であることが判明した。

比較例２
希土類永久磁石薄膜の全厚さが３．０μｍである以外は実施例１と同様な方法で基板上に希土類永久磁石薄膜を形成した。

次に、希土類永久磁石薄膜に対して、平行平板型反応性イオンエッチング装置を用いてドライエッチングを試みた。エッチング条件は、ガスとしてＣＨＦ_３を用い、プロセスガス圧力を５０ｍＴｏｒｒ、プロセスガス流量を４０ｓｃｃｍ、投入電力をＲＦ２５０Ｗとして、０．５時間の処理を行った。

取り出した基板上の希土類永久磁石薄膜を観察したところ、レジストパターン開口部の希土類永久磁石薄膜は除去されていなかった。レジスト開口部の希土類永久磁石薄膜の状態を図５に示す。図５に示すように、除去されなかった希土類永久磁石薄膜の表面には無数の亀裂が入り、その部分が浮かび上がって剥離を誘発していた。

本発明の希土類永久磁石薄膜の製造方法により得られた希土類永久磁石薄膜は、各種センサ、アクチュエータ、ポンプ、バルブなどの種々のマイクロデバイスに利用することができる。

１ 基板
２ 希土類合金磁性層
３ 高融点金属層
４ 保護膜
５ 酸化防止膜
６ 希土類永久磁石薄膜
７ フォトレジスト層

Claims (10)

1. 基板上に、Ｒ元素（Ｒ元素はＮｄ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｄｙの少なくとも一種でありＮｄ及び／又はＰｒを必ず含む）とＴ元素（ＴはＦｅまたはＦｅ及びＣｏ）とＢを必須元素として含有する厚さ５００ｎｍ以下の希土類合金磁性層と、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＭｏのうち少なくとも一種からなる厚さ５０ｎｍ以下の高融点金属層を含む多層構造を有する希土類永久磁石薄膜を形成する工程、
   前記希土類永久磁石薄膜上にフォトレジスト層を形成する工程、
   前記フォトレジスト層を露光、現像することによりパターニングする工程、
   前記パターニングされた前記フォトレジスト層をマスクとして、露出した前記希土類永久磁石薄膜をイオンミリングにより除去する工程、
   残存する前記希土類永久磁石薄膜上の前記フォトレジスト層を酸素プラズマアッシングにより除去する工程、
   を包含する希土類永久磁石薄膜の製造方法。
2. 基板は、５００℃以上の融点を有する材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石薄膜の製造方法。
3. 希土類合金磁性層は、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂ化合物を主相として含有することを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石薄膜の製造方法。
4. 希土類合金磁性層は、５０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さであることを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石薄膜の製造方法。
5. 高融点金属層は、Ｔａから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石薄膜の製造方法。
6. 高融点金属層は、５ｎｍ〜５０ｎｍの厚さであることを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石薄膜の製造方法。
7. 希土類合金磁性層と高融点金属層は、４層以上積層されることを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石薄膜の製造方法。
8. 基板上に、最初に希土類合金磁性層を形成する場合、基板と希土類合金磁性層の間に、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＭｏのうち少なくとも一種からなる保護膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石薄膜の製造方法。
9. 希土類永久磁石薄膜の最表層に、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＭｏのうち少なくとも一種からなる酸化防止膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石薄膜の製造方法。
10. イオンミリングは、アルゴンイオンビームエッチング（ＩＢＥ）であることを特徴とする請求項１に記載の希土類永久磁石薄膜の製造方法。