JP2024059043A - Gsr素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、FGセンサ、MIセンサ、GSRセンサは高い感度を有するが、素子とASICが別々に配置されてワイヤボンディングで接合されており、センサの薄型化・小型化が課題となっている。
特許文献1にて、ASIC面上に絶縁性レジストを塗布し、そこに磁性ワイヤを配置する溝を形成し、磁性ワイヤと磁性ワイヤを周回する検出コイルおよび電極からなるGSR素子をASIC面上に一体形成した薄型高感度磁気センサが開示されている。
しかし、その製造方法についてその技術の詳細な公開されていない。さらにその製造技術に関しては現在に至るまで改良が続けられている。
GSR素子では、逆台形型の溝に磁性ワイヤを挿置し、溝に沿って下コイルを形成し、ワイヤ上面に上コイルを形成して、両者を連結してコイルを形成する。逆台形型の溝を活用してコイルを形成することによって、コイルをワイヤの極近傍に形成することができている。
そこで、ASIC基板21上にSiO2などの絶縁膜23を成膜し、RIE(Reactive Ion Etching)で溝24を作製したが、その形状は図2に示すように直方体形状となってしまい、逆台形状の溝を形成できないことが分かった(特許文献7)。
したがって、ネガレジストを用いて逆台形状の溝形状を作製するのは困難である。
ポジレジスト系の感光性樹脂をASIC基板全体に塗布後、マスク材を通して露光、現像後に得られる直方体形状の溝414を、多数個基板全面に形成し、キュア熱処理することで、図4に示すように逆台形状の溝424に変化できることを見出した。
さらに、溝とアライメントマーク部を感光性樹脂の被膜上に同時に形成することにした。このキュア処理したポジレジスト系の感光性樹脂は、形状がやや変化するが、耐薬品性も良好であり、構造物として利用できることを確認した。
次に、キュア熱処理を行う。キュア熱処理をすると、熱処理時に発生する応力で、溝は直方体形状から逆台形状へと変化する。これがSiO2被膜やネガレジスト系の樹脂被膜に代えて、ポジレジスト系樹脂被膜を採用した効果である。欠点は、アライメントマーク凹部の形状も逆台形状となってしまい、マークの視認性が低下する。この問題はアライメントマーク部以外をレジストで保護し前記逆台形状となったアライメントマーク部自体をマスクとして、RIE加工し、ASIC表面のSiO2を掘りこむことで、掘りこんだアライメントマークのエッジを急峻化させることで、解決できることを見いだした。
そして、逆台形状の溝とアライメントマーク凹部を形成したASIC基板全面に金属膜を成膜する。これにより、アライメントマーク用凹部が金属膜で覆われ、この膜が反射膜として機能するため、さらにアライメントマークの視認性を向上させることができることが分かった。そして、この金属膜は逆台形状の溝に沿って成膜されており、ここにレジスト塗布し、アライメントマークを使用して露光、現像することで、逆台形状の溝に沿って下部コイルのパターンを形成することができる。メッキ後、レジスト除去し、コイル部及び電極部以外の金属膜をウェットすることで溝部には、厚さ0.2~1.0μmの下部コイルが形成される。溝部の底部にはR部が形成されており、線幅0.5~2μmの微細配線でも下部コイルは断線することなく形成できる。
メッキ後、レジスト除去し、コイル部及び電極部以外の金属膜をウェットすることで溝部には、厚さ0.2~1.0μmの上部コイルが形成される。
そこで、開示技術や周知技術に関しては本発明では記載を簡素化している。
磁性ワイヤ、前記磁性ワイヤを周回する下部コイルと上部コイルよりなる10μm以下のコイルピッチを有する検出コイル、および電極からなるGSR素子を特定用途向け集積回路(以下、ASICという。)の基板上に直接製造する方法において、
(1)前記ASIC基板上にポジレジスト系の樹脂被膜を塗布し、露光、現像して前記樹脂被膜に前記磁性ワイヤを設置するための溝と複数のアライメントマーク用凹部を同時に形成し、キュア熱処理して硬化し、逆台形状の溝とアライメントマーク用凹部を形成した後に、ネガレジスト系の樹脂被膜を塗布し、露光、現像して前記逆台形の溝部のみに樹脂被膜を残してキュア熱処理によって溝の底部にR形状を形成し、
(2)次に金属皮膜を成膜し、前記金属皮膜を前記アライメントマーク凹部の反射膜として使うことにより視認性の高いアライメントマークを形成し、
(3)前記アライメントマークと前記逆台形状の溝に被覆した前記金属皮膜を使って、前記逆台形状の溝面に沿って前記下部コイルを形成し、
(4)前記下部コイルを形成した逆台形状の溝に張力を付加したまま前記磁性ワイヤを配置して樹脂で仮固定し、その後キュア熱処理して固定し、
(5)前記ワイヤと電極配線を接合するためのワイヤ電極部にある前記ワイヤを被覆している絶縁性ガラスをCF4-RIEにより除去し、
(6)基板全面にポジレジスト系樹脂被膜を塗布し、露光、現像して前記溝と磁性ワイヤ部のみにポジレジスト系樹脂被膜を残し、キュア熱処理して段差部を滑らかにし、
(7)前記上部コイルと電極を形成し、
(8)前記磁性ワイヤと前記検出コイルと前記電極からなる素子の集合体を個片化する
ことを特徴とする。
前記下部コイルの上に前記磁性ワイヤに張力30~100kg/mm2を負荷して配置し、前記磁性ワイヤを樹脂により前記溝内に埋設し、250~350℃の温度にて張力熱処理して前記磁性ワイヤを固定すると同時にGSR特性を改善することを特徴とする。
本発明のGSR素子5は、ASIC基板51、ASIC基板51の上のSiO2保護被膜52、SiO2保護被膜52の上に被覆されたポジレジスト53、ポジレジスト53に形成された逆台形状の溝54、溝底部に配置され、底部のR形状を形成する樹脂被膜50,逆台形状の溝54の面およびポジレジスト53の上面の一部に形成された下部コイル55、下部コイルの上に配置された磁性ワイヤ56、磁性ワイヤを固定する樹脂被膜58,磁性ワイヤ56と溝54の段差を解消するためのポジレジスト系の樹脂被膜59,樹脂被膜59の上に形成され、下部コイル55と接続する上部コイル57とから構成されている。
なお、磁性ワイヤ56は下部コイル55と上部コイル57とからなる検出コイルによって周回されており、検出コイルと磁性ワイヤの間隙は絶縁性樹脂58,59により埋められている。
はじめに、図6により、本発明のプロセスの中間工程生成体であるGSR素子形成用基板60について説明する。(a)は平面図を示し、(b)は(a)のA1-A2線における断面図である。
なお、GSR素子の製造においては、1枚のASIC基板上に複数個のGSR素子を形成する。また、フォトリソ工程は複数回あるので、アライメントマークは複数個からなる。この図6は、1個のGSR素子のみを示して説明する。
溝形成部6Gは、ポジレジスト63Gと逆台形状の溝64Gよりなる。アライメントマーク部6Aは、複数個の+マークのアライメント6aにて、その断面がポジレジスト63Aとアライメントマーク凹部64Aよりなる。
ア)図7(a)に示すように、ASIC基板上にポジレジスト系の樹脂被膜(以下、ポジレジストという。)を厚さ3~10μmで塗布し、マスク材を通して露光、現像して樹脂被膜上に直径5~20μmの磁性ワイヤを配置するための深さ3~10μmの溝74Gaと深さ3~10μmのアライメントマーク凹部74Aaを同時に形成し、直方体形状の溝74Gaとアライメントマーク凹部74Aaを形成する。
溝形成部7Gaは、ポジレジスト73Gaと直方体形状の溝73Gaよりなる。アライメントマーク部7Aaは、ポジレジスト73Aaと細長い直方体形状の凹部74Aaよりなる。
キュア熱処理の温度は、250~350℃で行う。250℃以下では、硬化が不十分で、後工程で形状が変化する懸念があり、350℃を超えるとASIC回路に不具合が生じる懸念がある。
なお、キュア熱処理による収縮・変形を考慮すると上述のポジレジストの厚さは溝深さと同じか少し厚めの3μm~15μm程度が好ましい。
溝形成部7Gbは、キュア処理により硬化したポジレジスト73Gbと、キュア処理時に発生する応力により直方体形状から変化した逆台形状74Gbよりなる。
アライメントマーク部7Abは、キュア熱処理により硬化したポジレジスト73Abと、逆台形状の凹部74Abよりなる。
溝形成部7Gcは、中間工程生成体2の溝形成部7Gbと同一である。
アライメントマーク部7Acは、低くなったポジレジスト73Acと、SiO2膜72の一部に急峻なエッジを形成した、逆台形状の凹部74Acよりなる。
溝形成部に成膜された金属膜は、下部コイル用に形成される。金属膜の厚みは0.2~1μm程度で、下部コイルの所定の厚みに対応して決められる。この時アライメントマーク部にも金属膜が形成されるので、アライメント用凹部の反射膜として活用し、視認性の高い複数個のアライメントマークを形成する。
アライメントマーク8Aと反射膜8Bを用いて、樹脂の塗布、露光、現像、メッキ、エッチング工程を経て、コイルを形成する樹脂を除去すると、逆台形状の溝84の溝面に沿って下部コイル85を形成する。
アライメントマークと複数個のマスクの位置合わせ精度は1μm以下好ましくは0.5μm以下とする。
本発明によりASIC基板上に直接製造したGSR素子の概略図を図5に示している。
なお、本発明は、ASIC基板上に磁性ワイヤ、磁性ワイヤを周回するコイル、および電極配線からなる素子を直接製造するという汎用的な方法であることから、GSR素子の製造方法に限定されるものではない。
工程(a):
まず、ASIC基板上に溝とアライメントマークを形成するため、ポジレジスト系樹脂被膜を膜厚10μm塗布する。その後、溝と複数のアライメントマークのパターンが配置されたマスク材を用いて露光、現像を行って、図4(a)の中間工程生成体1を形成する。また、マスクには、ASIC基板の電極部も開口するようなパターンも配置されている。
この時、溝の形状は直方体形状である。
次に 280℃、1時間のキュア熱処理を行い、樹脂被膜を硬化させて図4(b)の中間工程生成体2を形成する。キュア処理後、溝は、キュア処理時に発生する応力で、図4(b)に示すように直方体形状から逆台形状となる。
この時、溝深さは7μmである。
ここで、アライメントマークの形状を急峻化するために、樹脂を全面塗布した後、マスク露光・現像して、アライメント部以外をレジストで保護する。
工程(a)で形成したアライメント凹部自身をマスクしてO2-RIEを行い、次いでレジストを剥離して図4(c)の中間工程生成体3に示すようにアライメントマークの形状を急峻にする。
ネガレジスト系の樹脂被膜を塗布し、露光、現像して溝部のみに樹脂被膜を残してキュア熱処理によって溝の底部にR形状を形成した後、中間工程生成体3の全面に金属膜を0.2μm成膜する。
金属膜を成膜したASIC基板の全体に樹脂を塗布し、溝部には下部コイルを形成するためのパターンを配置し、アライメントパターンを使って、露光現像を行う。この時、マスクにはアライメント部には保護するためのパターンが配置されている。
メッキ、樹脂被膜除去、下部コイル部以外の金属膜のエッチング工程を経て、溝形成部の金属膜は下部コイル55を形成する。アライメントマーク部の金属膜8Bは反射膜として機能する。この状態を図8に示す。
溝54にガラスで被覆された磁性ワイヤ56を張力30~100kg/mm2を負荷して配置し、ワイヤは張力を維持したまま接着剤やテープで治具に仮止めする。その後、ネガレジスト系樹脂を塗布し、90℃でワイヤを溝に仮固定し、露光、ベーク、現像後、280℃で1時間キュア熱処理をして、溝内に固定する。この時、磁性ワイヤは張力を維持したまま熱処理されており、GSR特性が改善できる。
複数の工程(略)を経て、磁性56を周回するコイルの上部側を形成するため、ASIC基板の全体に金属膜を0.2μm成膜する。
さらに、ASIC基板の全体に樹脂を塗布し、溝部にコイルとワイヤ導通部の引出し線を形成するためのパターンを配置したマスクを用いて露光、現像を行い、上部コイル57を作る。露光時に、アライメントマーク8Aを使うことで、下部コイル55との位置合わせは何の問題もなくできる。
メッキ、樹脂被膜除去、上部コイル部以外の金属膜のエッチング工程を経て、溝形成部の金属膜は上部コイル57として機能する。
また、自動車用あるいはウェアラブルコンピュータ用などの小型、高性能のGSRセンサに応用可能である。
11:Si<100>基板、12:熱酸化膜、13:逆台形状の溝
2:SiO2絶縁膜の溝形成体
21:ASIC基板、22:保護被膜(SiO2)、23:SiO2絶縁膜、24:直方体形状の溝
3:ネガレジストの溝形成体
31:ASIC基板、32:保護被膜(SiO2)、33:ネガレジスト
4:直方体形状の溝
41:ポジレジストの溝形成体(フォトリソ後)
411:ASIC基板、412:保護被膜(SiO2)、413:ポジレジスト、414直方体形状の溝
4:直方体形状の溝
42:ポジレジストの溝形成体(キュア処理後)
421:ASIC基板、422:保護被膜(SiO2)、423:ポジレジスト、424逆台形状の溝
5:GSR素子
50:逆台形状溝の底部のR形状、51:ASIC基板、52:保護被膜(SiO2)、53:ポジレジスト、54:逆台形状の溝、55:下部コイル、56:磁性ワイヤ、57:上部コイル、58:磁性ワイヤを溝内に固定するネガレジスト系樹脂被膜、59:溝とワイヤの段差を解消するためのポジレジスト系樹脂被膜
60:GSR素子形成用基板(中間工程生成体)
61:ASIC基板、62:保護被膜(SiO2)、63:ポジレジスト、
6G:溝形成部、63G:ポジレジスト、64G:逆台形状の溝、
6A:アライメント形成部、6a:アライメントマーク(+マーク)、63A:ポジレジスト、64A:逆台形状の凹部
7a:中間形成体1
71:ASIC基板、72:保護被膜(SiO2)、73a:ポジレジスト、
7Ga:溝形成部、73Ga:ポジレジスト、74Ga:直方体形状の溝、
7Aa:溝形成部、73Aa:ポジレジスト、74Aa:直方体形状の凹部
7b:中間形成体2
71:ASIC基板、72:保護被膜(SiO2)、73b:ポジレジスト、
7Gb:溝形成部、73Gb:ポジレジスト、74Gb:逆台形状の溝、
7Ab:溝形成部、73Ab:ポジレジスト、74Ab:直方体形状の凹部
7c:中間形成体3
71:ASIC基板、72:保護被膜(SiO2)、73c:ポジレジスト、
7Gc:溝形成部、73Gc:ポジレジスト、74Gc:逆台形状の溝、
7Ac:溝形成部、73Ac:ポジレジスト、74Ac:逆台形状の凹部
8:下部コイル形成体
81:ASIC基板、82:保護被膜(SiO2)、83:ポジレジスト、
84:逆台形状の溝、85:下部コイル、86:磁性ワイヤを溝内に固定するネガレジスト系樹脂被膜
8A:アライメントマーク、8B:反射膜
そこで、ASIC基板21上にSiO2などの絶縁膜23を成膜し、RIE(Reactive Ion Etching)で溝24を作製したが、その形状は図2に示すように直方体形状となってしまい、逆台形状の溝を形成できないことが分かった。
磁性ワイヤ、前記磁性ワイヤを周回する下部コイルと上部コイルよりなる10μm以下のコイルピッチを有する検出コイル、および電極からなるGSR素子を特定用途向け集積回路(以下、ASICという。)の基板上に直接製造する方法において、
(1)前記ASIC基板上にポジレジスト系の樹脂被膜を塗布し、露光、現像して前記樹脂被膜に前記磁性ワイヤを設置するための溝と複数のアライメントマーク用凹部を同時に形成し、キュア熱処理して硬化し、逆台形状の溝とアライメントマーク用凹部を形成した後に、ネガレジスト系の樹脂被膜を塗布し、露光、現像して前記逆台形の溝部のみに樹脂被膜を残してキュア熱処理によって溝の底部にR形状を形成し、
(2)次に金属皮膜を成膜し、前記金属皮膜を前記アライメントマーク凹部の反射膜として使うことにより視認性の高いアライメントマークを形成し、
(3)前記アライメントマークと前記逆台形状の溝に被覆した前記金属皮膜を使って、前記逆台形状の溝面に沿って前記下部コイルを形成し、
(4)前記下部コイルを形成した逆台形状の溝に張力を付加したまま前記磁性ワイヤを配置して樹脂で仮固定し、その後キュア熱処理して固定し、
(5)前記ワイヤと電極配線を接合するためのワイヤ電極部にある前記ワイヤを被覆している絶縁性ガラスをCF4-RIEにより除去し、
(6)基板全面にポジレジスト系樹脂被膜を塗布し、露光、現像して前記溝と磁性ワイヤ部のみにポジレジスト系樹脂被膜を残し、キュア熱処理して段差部を滑らかにし、
(7)前記上部コイルと電極を形成し、
(8)前記磁性ワイヤと前記検出コイルと前記電極からなる前記GSR素子の集合体を個片化する
ことを特徴とする。
Claims (2)
- 磁性ワイヤ、前記磁性ワイヤを周回する下部コイルと上部コイルよりなる10μm以下のコイルピッチを有する検出コイル、および電極からなるGSR素子を特定用途向け集積回路(以下、ASICという。)の基板上に直接製造する方法において、
(1)前記ASIC基板上にポジレジスト系の樹脂被膜を塗布し、露光、現像して前記樹脂被膜に前記磁性ワイヤを設置するための溝と複数のアライメントマーク用凹部を同時に形成し、キュア熱処理して硬化し、逆台形状の溝とアライメントマーク用凹部を形成した後に、ネガレジスト系の樹脂被膜を塗布し、露光、現像して前記逆台形の溝部のみに樹脂被膜を残してキュア熱処理によって溝の底部にR形状を形成し、
(2)次に金属皮膜を成膜し、前記金属皮膜を前記アライメントマーク凹部の反射膜として使うことにより視認性の高いアライメントマークを形成し、
(3)前記アライメントマークと前記逆台形状の溝に被覆した前記金属皮膜を使って、前記逆台形状の溝面に沿って前記下部コイルを形成し、
(4)前記下部コイルを形成した逆台形状の溝に張力を付加したまま前記磁性ワイヤを配置して樹脂で仮固定し、その後キュア熱処理して固定し、
(5)前記ワイヤと電極配線を接合するためのワイヤ電極部にある前記ワイヤを被覆している絶縁性ガラスをCF4-RIEにより除去し、
(6)基板全面にポジレジスト系樹脂被膜を塗布し、露光、現像して前記溝と磁性ワイヤ部のみにポジレジスト系樹脂被膜を残し、キュア熱処理して段差部を滑らかにし、
(7)前記上部コイルと電極を形成し、
(8)前記磁性ワイヤと前記検出コイルと前記電極からなる素子の集合体を個片化する
ことを特徴とするGSR素子の製造方法。 - 請求項1に記載されている工程(4)において、
前記下部コイルの上に前記磁性ワイヤに張力30~100kg/mm2を負荷して配置し、前記磁性ワイヤを樹脂により前記溝内に埋設し、250~350℃の温度にて張力熱処理して前記磁性ワイヤを固定すると同時にGSR特性を改善することを特徴とするGSR素子の製造方法。
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