JP2024059045A - Manufacturing method of GSR element - Google Patents

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Abstract

【課題】磁界検出素子と特定用途向け集積回路ASICとしいうとの一体化プロセスにおいて、視認性の高いアライメントマークを用いたGSR素子の製造方法を提供する。【解決手段】方法は、ASIC基板20上に機能の異なる樹脂被膜を2回に分けて形成する2層樹脂被膜法を採用し、磁性ワイヤ223を配置・固定する溝221を形成する溝形成部22とアライメントマーク形成部23を、樹脂被膜上に同時に形成することと、第一層樹脂被膜に残るASIC基板に由来する凹凸を研磨除去した平坦面に第二層樹脂被膜225を形成することと、を含む。【選択図】図2[Problem] To provide a manufacturing method of a GSR element using a highly visible alignment mark in the integration process of a magnetic field detection element and an application specific integrated circuit (ASIC). [Solution] The method employs a two-layer resin coating method in which resin coatings with different functions are formed in two separate steps on an ASIC substrate (20), and includes simultaneously forming a groove forming portion (22) that forms a groove (221) for arranging and fixing a magnetic wire (223) and an alignment mark forming portion (23) on the resin coating, and forming a second layer resin coating (225) on the flat surface obtained by polishing away unevenness originating from the ASIC substrate that remains on the first layer resin coating. [Selected Figure] Figure 2

Description

本発明は、磁界検出素子と特定用途向け集積回路(以下、ASICとしいう。)との一体化プロセスにおいて、視認性の高いアライメントマークを用いたGSR素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a GSR element using highly visible alignment marks in the process of integrating a magnetic field detection element with an application specific integrated circuit (hereinafter referred to as ASIC).

高感度磁気センサには、ホールセンサ、GMRセンサ、TMRセンサ、高周波キャリアセンサ、FGセンサ、MIセンサ、GSRセンサなどがある。これらのセンサのうち、ホールセンサ、GMRセンサ、TMRセンサ、キャリアセンサは素子とASICが一体化されて小型化、薄型化は実現されているが、検出感度の改善が課題である。
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、センサの薄型化が課題である。
High-sensitivity magnetic sensors include Hall sensors, GMR sensors, TMR sensors, high-frequency carrier sensors, FG sensors, MI sensors, GSR sensors, etc. Of these sensors, Hall sensors, GMR sensors, TMR sensors, and carrier sensors have been made smaller and thinner by integrating the element with an ASIC, but improving detection sensitivity remains an issue.
On the other hand, FG sensors, MI sensors, and GSR sensors have high sensitivity, but the element and ASIC are arranged separately and joined by wire bonding, making it difficult to reduce the thickness of the sensors.

この課題を解決するために、本発明者らは、GSR素子をASIC表面の上に形成する技術開発に取り組んだ結果、センサの小型化、薄型化を実現した(特許文献1)。
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はその技術は公開されていない。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が、公開されていない。
In order to solve this problem, the present inventors have worked on developing technology for forming a GSR element on the surface of an ASIC, and as a result have achieved a smaller, thinner sensor (Patent Document 1).
Patent Document 1 discloses a thin, highly sensitive magnetic sensor in which an insulating resist is applied to the ASIC surface, a groove is formed therein in which a magnetic wire is disposed, and a GSR element consisting of a magnetic wire, a detection coil surrounding the magnetic wire, and electrodes is integrally formed on the ASIC surface. However, the technology for its manufacturing method has not been disclosed. Furthermore, although the manufacturing technology has been improved up to the present, it has not been disclosed.

一方、センサの高感度化のためには、微細ピッチコイルを形成してコイルの巻き数を増やす必要がある。しかし、コイルピッチを微細化するほど、ASIC基板の位置とマスクの位置をさらに精度よく合わせることが求められる。その精度を実現するためには、溝形成時に同時に視認性の高いアライメントマークを形成することで、合わせ精度の向上が期待できる。 On the other hand, to increase the sensitivity of the sensor, it is necessary to form a fine pitch coil and increase the number of turns in the coil. However, the finer the coil pitch, the more precisely it is required to align the position of the ASIC board and the position of the mask. To achieve this precision, highly visible alignment marks can be formed at the same time as the grooves are formed, which is expected to improve alignment precision.

一般的には、アライメントマークは平坦な部分に作られたSiO膜に形成するために、高い視認性は容易に得ることができていた。またアライメントマークの形成方法は、特許文献2、特許文献3および特許文献4などに開示されているが、いずれも感光性樹脂の上にアライメントマークを形成するものではない。 Generally, alignment marks are formed on a SiO2 film formed on a flat portion, so that high visibility can be easily obtained. Methods for forming alignment marks are disclosed in Patent Documents 2, 3, and 4, but none of them form alignment marks on a photosensitive resin.

特開2019-191016号公報JP 2019-191016 A 特開2006-229132号公報JP 2006-229132 A 特開2009-004793号公報JP 2009-004793 A 特許第2016776号公報Patent No. 2016776 特許第5747294号公報Patent No. 5747294 特許第6438616号公報Patent No. 6438616 特許第3693119号公報Patent No. 3693119 特許第4529783号公報Patent No. 4529783 特許第4835805号公報Patent No. 4835805

2018 IEICE The Development of a High Sensitive Micro Size Magnetic Sensor Named as GSR Sensor Exited by GHz Pulse Current p.3252018 IEICE The Development of a High Sensitive Micro Size Magnetic Sensor Named as GSR Sensor Exited by GHz Pulse Current p.325 2020 JMMN The development of micro-coil-on-ASIC type GSR sensor driven by GHz Pulse current p.52020 JMMN The development of micro-coil-on-ASIC type GSR sensor driven by GHz Pulse current p.5

ASIC基板上にGSR素子を一体化形成する際、磁性ワイヤを周回するコイルをワイヤ近傍に形成する必要があり、磁性ワイヤを配置するための溝形状は、逆台形状が必須となる。SiO2などの絶縁膜にRIE(Reactive Ion Etching) などで溝を作製すると直方体形状となってしまい溝に沿って下部コイルを形成することは困難である。 When integrating a GSR element onto an ASIC substrate, it is necessary to form a coil that wraps around the magnetic wire near the wire, and the groove shape for arranging the magnetic wire must be an inverted trapezoid. If a groove is created in an insulating film such as SiO2 using RIE (Reactive Ion Etching), the shape becomes rectangular, making it difficult to form the lower coil along the groove.

この逆台形状の溝を形成するためにはポジレジスト系の樹脂被膜に溝をマスク露光、現像をした後にキュア熱処理を加えることで達成できる。すなわち、逆台形状の溝を形成するにはポジレジスト系の樹脂被膜が必須となる。また、本プロセスでは合わせ精度向上のため、アライメントマークは溝と同時に形成する。したがって、アライメントマークは従来のSiO2上ではなく樹脂被膜上に形成することになる。 The formation of this inverted trapezoidal groove can be achieved by masking and exposing the groove to a positive resist resin film, developing it, and then applying a curing heat treatment. In other words, a positive resist resin film is essential to forming an inverted trapezoidal groove. Also, in this process, alignment marks are formed at the same time as the grooves to improve alignment accuracy. Therefore, the alignment marks are formed on the resin film, not on SiO2 as in the past.

しかし、ASIC基板面には通常は集積回路配線起因の2~3μmの凹凸(図1)があり、樹脂被膜を溝形成のために必要な膜厚(5~15μm程度)塗布しても、その表面には凹凸が転写され残ってしまい、アライメントマーク形成に必要な、平坦な樹脂被膜を得ることが困難である。 However, the surface of an ASIC board usually has 2-3 μm irregularities (Figure 1) caused by the integrated circuit wiring, and even if a resin film is applied to the thickness required for groove formation (approximately 5-15 μm), the irregularities are transferred and remain on the surface, making it difficult to obtain the flat resin film required for alignment mark formation.

一方、センサの高感度化には、コイルピッチを5μm以下へと微細化しコイルの巻き数を増やす必要がある。しかし、コイルピッチを微細化するほど、ASIC基板の位置と複数個のマスクの位置をさらに精度よく合わせることが求められる。その精度を実現するためには、オートアライメント機構が必要である。オートアライメント機構はアライメントマーク画像のコントラストの度合いに左右される。前述のようにASIC基板表面の凹凸があると、シグナルが乱れてマークの画像のコントラストが歪んでしまう。そのため、マークを誤認識し、コイルピッチ5μm以下の微細なコイルを形成しようとすると、下部コイル形成の後に上部コイルを形成する際に、両者の接続位置がずれて、コイルの接続不良という問題が発生する。 On the other hand, to increase the sensitivity of the sensor, it is necessary to reduce the coil pitch to 5 μm or less and increase the number of coil turns. However, the finer the coil pitch, the more precisely it is required to align the position of the ASIC board and the position of the multiple masks. To achieve this precision, an auto-alignment mechanism is necessary. The auto-alignment mechanism depends on the degree of contrast of the alignment mark image. As mentioned above, if there are irregularities on the surface of the ASIC board, the signal is disturbed and the contrast of the mark image is distorted. Therefore, if the mark is misrecognized and an attempt is made to form a fine coil with a coil pitch of 5 μm or less, the connection positions of the two will be misaligned when forming the upper coil after forming the lower coil, resulting in a problem of poor connection between the coils.

本発明は、これらの問題を解決して、磁界検出素子と特定用途向け集積回路(以下、ASICという。)を直接連結するプロセスにおいて、数ミクロンの凹凸があるASIC基板上の樹脂被膜上に磁性ワイヤを配置する溝とコントラスト性に優れたアライメントマークを同時に形成し、5μm以下の微細コイルピッチで形成された検出コイルを有する多数のGSR素子をASIC基板上に一体化形成する製造方法を提供するものである。 The present invention solves these problems by providing a manufacturing method for directly connecting a magnetic field detection element to an application specific integrated circuit (hereinafter referred to as ASIC), in which grooves for arranging magnetic wires and alignment marks with excellent contrast are simultaneously formed on a resin coating on an ASIC substrate with unevenness of several microns, and multiple GSR elements with detection coils formed with a fine coil pitch of 5 μm or less are integrally formed on the ASIC substrate.

本発明者らは、従来の1回の樹脂被膜を使った方法に代えて、機能の異なる樹脂被膜を2回に分けて形成する2層樹脂被膜法を考案して、溝とアライメントマークを樹脂被膜上に同時に形成できることを見出した。 Instead of the conventional method of applying a resin coating once, the inventors devised a two-layer resin coating method in which resin coatings with different functions are applied in two separate steps, and discovered that grooves and alignment marks can be formed simultaneously on the resin coating.

ここで、本発明によるASIC基板上に作製したGSR素子と製造に用いられたアライメントマークについて、その断面図を図3により説明する。両者の関係が分かるようにそれぞれ1個ずつに図示し、以下発明の詳細な説明を行なう。
また、製造工程のある工程における溝形成部とアライメントマーク形成部の平面図と断面図を図4により説明する。
なお、素子のみの製造については、本発明者らは特許第5747294号公報(特許文献5、6)、国際学会での発表(非特許文献1、2)を開示しており、また愛知製鋼(株)により特許文献7、特許文献8および特許文献9などが開示され、周知技術である。
Here, the cross-sectional view of the GSR element fabricated on the ASIC substrate according to the present invention and the alignment mark used in the fabrication will be explained with reference to Figure 3. Each is illustrated one by one so that the relationship between the two can be understood, and the invention will be explained in detail below.
4A and 4B are plan and cross-sectional views of a groove forming portion and an alignment mark forming portion in a certain step of the manufacturing process.
As for the manufacture of the element alone, the present inventors have disclosed it in Japanese Patent No. 5747294 (Patent Documents 5 and 6) and presented it at an international academic conference (Non-Patent Documents 1 and 2), and Aichi Steel Corporation has disclosed Patent Documents 7, 8, and 9, etc., and it is a well-known technique.

まず、図2を用いて、ASIC基板上に作製したGSR素子と製造に用いられたアライメントについて説明する。
ASIC基板20は、その表面には集積回路配線に起因する2~3μm程度の凹凸201が存在する。そのため、通常の溝形成部22に加えてアライメントマーク形成部23が必要となる。
First, the GSR element fabricated on the ASIC substrate and the alignment used in the fabrication will be described with reference to FIG.
The ASIC substrate 20 has an unevenness 201 of about 2 to 3 μm on its surface due to the integrated circuit wiring. Therefore, an alignment mark forming section 23 is required in addition to a normal groove forming section 22.

溝形成部(素子形成部)22は、ASIC20の上に第一台座211が形成されている。その平坦な表面の上には素子を構成する第二台座212に、逆台形状の溝221が形成されている。溝221面には下部コイル222が形成され、その上部に絶縁性ガラス被覆付きの磁性ワイヤ223が配置され、樹脂でもって磁性ワイヤを固定するとともに溝221内に埋設されている。
樹脂を介して磁性ワイヤ223の上に上部コイル224が形成され、両端にて下部コイル222と接続され、磁性ワイヤ223を周回する構造である。
磁性ワイヤ223の両端と周回コイルの両端にはそれぞれワイヤ電極が形成される。
In the groove forming section (element forming section) 22, a first seat 211 is formed on the ASIC 20. An inverted trapezoidal groove 221 is formed in a second seat 212 constituting an element on its flat surface. A lower coil 222 is formed on the surface of the groove 221, and a magnetic wire 223 with an insulating glass coating is arranged on the upper part of the lower coil 222. The magnetic wire is fixed with resin and embedded in the groove 221.
An upper coil 224 is formed on the magnetic wire 223 via resin, and is connected to the lower coil 222 at both ends and wound around the magnetic wire 223 .
Wire electrodes are formed on both ends of the magnetic wire 223 and both ends of the surrounding coil.

アライメントマーク形成部23は、ASIC20の上に第一台座211が形成されている。その平坦な表面の上にはアライメントマークを構成する第二台座212には、細長く急峻な擬逆台形状の溝231であるアライメントマーク凹部が形成され、その凹部表面は金属膜が形成されている。併せて平坦な面も金属膜からなる反射膜が形成されている。 In the alignment mark forming section 23, a first base 211 is formed on the ASIC 20. On the flat surface of the first base 211, a second base 212 constituting the alignment mark is formed, which has an alignment mark recess, which is a long, steep, pseudo-inverted trapezoid groove 231, and a metal film is formed on the surface of the recess. In addition, a reflective film made of a metal film is formed on the flat surface.

このアライメントマークを用いることにより正確かつ精密な位置合わせが可能となり、オートアライメント機構により下部コイルの形成、上部コイルの形成において5μm以下のコイルピッチでコイルの形成が可能となる。
コイルピッチとは、例えば3μmのコイルピッチの場合、コイル幅を2.0μmとするとコイル間隔は1.0となる。精度は隣のコイルを考慮すると0.5μm以下が求められる。
Use of these alignment marks enables accurate and precise alignment, and an auto-alignment mechanism enables formation of the lower coil and the upper coil with a coil pitch of 5 μm or less.
For example, when the coil pitch is 3 μm, if the coil width is 2.0 μm, the coil spacing is 1.0. Taking into account adjacent coils, accuracy of 0.5 μm or less is required.

次に、図3を用いて、製造工程のある工程における溝形成部とアライメントマーク形成部の平面図と断面図により説明する。
(a)は平面図で、(b)は(a)平面図のA1-A2線の断面図である。
ASIC基板30の上に溝形成部32とアライメントマーク形成部33が形成されている。溝形成部32には、上面が平坦な第一台座311の上に逆台形状の溝と平坦面からなる第二台座が形成されている。
Next, a groove forming portion and an alignment mark forming portion in a certain step of the manufacturing process will be described with reference to FIG.
1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of the plan view of FIG.
A groove forming portion 32 and an alignment mark forming portion 33 are formed on an ASIC substrate 30. In the groove forming portion 32, a second pedestal consisting of an inverted trapezoid groove and a flat surface is formed on a first pedestal 311 having a flat upper surface.

アライメントマーク部には、上面が平坦な第一台座311の上に細長い逆台形状の溝331であるアライメントマーク凹部と平坦面からなる第二台座312が形成されている。 The alignment mark section has an alignment mark recess, which is a long, inverted trapezoidal groove 331, formed on a first base 311 with a flat upper surface, and a second base 312 consisting of a flat surface.

以下、本発明の2層樹脂被膜法について説明する。
第1ステップは、凹凸の存在するASIC基板上において第一樹脂被膜(ネガレジスト)を塗布して第1層を形成し、逆台形状の溝とアライメントマークを配置する下に平坦化した硬い樹脂製の第一台座を配置し、第一樹脂被膜に生じる凹凸を除去することである。それ以外のASIC表面である第一台座非配置部の凹凸は電極配線として使用するため、この凹凸は残した。
The two-layer resin coating method of the present invention will now be described.
The first step is to form a first layer by applying a first resin film (negative resist) on the ASIC substrate having irregularities, place a flattened hard resin first pedestal under the inverted trapezoid groove and alignment mark, and remove the irregularities that occur in the first resin film. The irregularities on the other parts of the ASIC surface, where the first pedestal is not placed, are left as they are used as electrode wiring.

第2ステップは、第一台座の上に溝の深さより厚い第二樹脂被膜(ポジレジスト)を塗布して第2層を形成し第二台座とし、この第二台座に(第2層の第二樹脂被膜)に逆台形状の溝とアライメントマーク用凹部を同時に形成し、その上に金属膜を成膜することである。 The second step is to apply a second resin film (positive resist) thicker than the depth of the groove onto the first pedestal to form a second layer, which becomes the second pedestal, and then simultaneously form an inverted trapezoid groove and a recess for an alignment mark in this second pedestal (the second resin film of the second layer), and then deposit a metal film on top of that.

次に、各ステップについて
第1ステップにおける1層目の第一樹脂被膜は、台座上部が平坦で、かつそのエッジ部は急峻な台座形状を確保することが好ましいので、ポリイミド系のネガレジストが好ましい。ただし、ポジレジストの使用も可能である。
なお、第2ステップにおける2層目の第二樹脂被膜は平坦化された第一台座の上に塗布され、キュア熱処理後に逆台形状の溝を形成するためにポジレジストを使用することが必要である。
Next, in each step, the first resin coating layer in the first step is preferably a polyimide-based negative resist because it is preferable to ensure that the top of the base is flat and that the edges of the base have a steep shape. However, a positive resist can also be used.
In addition, the second resin coating film, which is the second layer in the second step, is applied onto the planarized first pedestal, and it is necessary to use a positive resist in order to form an inverted trapezoidal groove after a curing heat treatment.

1層目の第一台座のキュア熱処理した第一樹脂と2層目の第二樹脂被膜との密着性については、懸念課題であったが、樹脂の種類が異なっても強固に一体化することを確認して解決した。また、アライメントマーク部は、溝部と同時に形成するため、溝部と同様に逆台形状となる。そこで、この逆台形状の第2の台座そのものをマスクとして、第1台座をRIEで掘りこむことで、アライメントマーク凹部の急峻度を高める。そして、さらに金属膜を反射膜とすることによりアライメントマークの視認性の向上が可能となる。このように2層構造の樹脂被膜を採用することで、1層構造では実現できない凹凸の除去が可能となる。 There was a concern about the adhesion between the heat-cured first resin of the first layer of the first base and the second resin coating of the second layer, but this was resolved by confirming that they were firmly integrated even though the resin types were different. In addition, the alignment mark portion is formed at the same time as the groove portion, so it has an inverted trapezoid shape like the groove portion. Therefore, by using this inverted trapezoid second base itself as a mask and digging into the first base by RIE, the steepness of the alignment mark recess is increased. Furthermore, by using a metal film as a reflective film, it is possible to improve the visibility of the alignment mark. By adopting a two-layer resin coating in this way, it is possible to remove unevenness that cannot be achieved with a one-layer structure.

第1ステップでは、凹凸のあるASIC基板面上に第一樹脂被膜を塗布して、溝形成部とアライメントマーク形成部にそれぞれ第一台座を形成するが、凹凸が生じる。キュア熱処理後にも第一台座の表面上には凹凸が残存するので、硬化させた第一台座の上面をCMP(Chemical-Mechanical Polishing)で平坦化する必要がある。
このCMPによりASICの電極部の破損が生じてしまう場合がある。その場合には、CMP前にASIC全面にレジストを塗布し、台座部以外のASIC面を保護し、CMP後にレジスト剥離液で除去することにより平坦化することが好ましい。
In the first step, a first resin film is applied onto the uneven surface of the ASIC substrate to form first pedestals in the groove formation area and the alignment mark formation area, but unevenness occurs. Since the unevenness remains on the surface of the first pedestal even after the curing heat treatment, it is necessary to flatten the upper surface of the hardened first pedestal by CMP (Chemical-Mechanical Polishing).
This CMP may damage the electrodes of the ASIC, so it is preferable to apply a resist to the entire surface of the ASIC before CMP to protect the ASIC surface other than the pedestal, and then remove the resist with a resist remover after CMP to achieve flattening.

樹脂被膜を塗布し、溝とアライメントマーク凹部をマスク露光、現像して、キュア熱処理をすると、溝は直方形から逆台形状へ、アライメントマーク凹部も直方形から逆台形状へと変化する。これがSiO2被膜に代えて、ポジレジスト系の樹脂被膜を採用した効果である。すでに、第一台座を平坦化しているので、溝面とアライメントマーク部自体は凹凸の無いものとなる。 When a resin film is applied, the groove and alignment mark recess are exposed to light using a mask, developed, and then cured with heat, the groove changes from a rectangular shape to an inverted trapezoid, and the alignment mark recess also changes from a rectangular shape to an inverted trapezoid. This is the effect of using a positive resist resin film instead of a SiO2 film. Because the first base has already been flattened, the groove surface and alignment mark portion itself are smooth.

ここで、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うので、アライメントマーク部のエッジを急峻化するため、さらにアライメントマーク部以外をレジストで保護し、アライメントマーク部はこの逆台形状の第2台座そのものをマスクにしてRIEを行い、第1台座を掘りこむ。この時、第2台座も樹脂被膜であることから、RIEのエッチングの選択比はほぼ同じである。したがって、その掘り込み量は0.5~1.5μmが好ましい。0.5μm以下では、急峻化の効果が小さく、視認性の向上が認められない。1.5μm以上では、第2台座の膜べりが大きくなり、視認性に影響がでる。 Here, the shape of the alignment mark recess also becomes an inverted trapezoid, so in order to make the edges of the alignment mark steeper, the area other than the alignment mark is protected with resist, and the alignment mark is etched by RIE using the inverted trapezoid second pedestal itself as a mask to engrave the first pedestal. At this time, since the second pedestal is also a resin coating, the etching selectivity of the RIE is roughly the same. Therefore, the amount of engraving is preferably 0.5 to 1.5 μm. Below 0.5 μm, the effect of steepening is small and no improvement in visibility is observed. Above 1.5 μm, the film loss of the second pedestal is large, affecting visibility.

しかしながら、この状態では、ASIC基板上の凹凸が第一樹脂、第二樹脂を通して見えるため、アライメントに必要な視認性の高いコントラストが確保できない。
そこで、アライメントマーク上に反射機能を強化する金属膜を成膜することにより、アライメントマークの視認性を高めることができる。なお、第一台座を平坦化しない場合は、金属膜を成膜してもASIC基板の凹凸が解消できないため、アライメントマークの十分な視認性を確保することができない。つまり、台座の平坦化と反射機能を強める金属膜成膜が必須である。他方、逆台形状の溝に下部コイルを形成するために、金属膜生成が必要であるので、反射機能を高めるアライメントマーク部の金属膜と下部コイルのそれとは同じ金属膜とすることが望ましい。また、金属膜を成膜する前に、前記溝部に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形状を形成することで、金属膜の断線を防止できる。
In this state, however, the unevenness on the ASIC board is visible through the first resin and the second resin, making it impossible to ensure the high visibility contrast required for alignment.
Therefore, by forming a metal film on the alignment mark to enhance the reflection function, the visibility of the alignment mark can be improved. If the first pedestal is not flattened, the unevenness of the ASIC substrate cannot be eliminated even if the metal film is formed, and sufficient visibility of the alignment mark cannot be ensured. In other words, flattening the pedestal and forming a metal film to enhance the reflection function are essential. On the other hand, since the metal film needs to be formed to form the lower coil in the inverted trapezoid groove, it is desirable that the metal film of the alignment mark portion that enhances the reflection function and that of the lower coil are the same metal film. In addition, before forming the metal film, a negative resist-based resin film is applied to the groove portion, exposed to light, and developed to leave the resin film only in the groove portion, and an R-shape is formed at the bottom of the groove by a curing heat treatment, thereby preventing disconnection of the metal film.

2層樹脂被膜法によって、溝とアライメントマークを同時に形成し、かつ視認性の高いアライメントマークを樹脂被膜上に形成することが可能になる。
なお、第1層目の第一台座を形成する第一樹脂被膜の膜厚は、CMPを行うために、ASIC表面の凹凸(通常2μm~3μm程度)の3倍以上が好ましい。
第2層目の第二樹脂の膜厚は、溝形成(溝の深さ5μm~10μm程度)を可能にするため、最低溝の深さ以上の厚さを確保する必要がある。
The two-layer resin coating method makes it possible to simultaneously form grooves and alignment marks, and to form highly visible alignment marks on the resin coating.
The thickness of the first resin film forming the first pedestal of the first layer is preferably three times or more the irregularities (usually about 2 μm to 3 μm) of the ASIC surface in order to perform CMP.
The film thickness of the second resin in the second layer must be thicker than the minimum groove depth in order to enable groove formation (groove depth of about 5 μm to 10 μm).

本発明により、ASIC基板に損傷を与えることなく、磁性ワイヤを配置するための逆台形状の溝と視認性の高いアライメントマークを樹脂被膜上に同時に形成することが可能となり、このアライメントマークを使って、ASIC基板上に5μm以下、さらに3μm程度の微細なコイルピッチを有するGSR素子を一体化形成することが可能となる。 The present invention makes it possible to simultaneously form an inverted trapezoidal groove for placing magnetic wires and a highly visible alignment mark on a resin coating without damaging the ASIC substrate, and by using this alignment mark, it becomes possible to integrally form a GSR element with a fine coil pitch of 5 μm or less, or even around 3 μm, on the ASIC substrate.

ASIC基板の表面の凹凸状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the uneven state of the surface of an ASIC substrate; ASIC基板上に2層樹脂被膜法により作製したGSR素子およびアライメントマークの概念図である。1 is a conceptual diagram of a GSR element and alignment marks fabricated on an ASIC substrate by a two-layer resin coating method. ASIC基板上の逆台形状の溝とアライメントマークを示す(a)平面図と(b)断面図である。1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing an inverted trapezoidal groove and an alignment mark on an ASIC substrate. GSR素子作製用の溝形成部およびアライメントマークの作製の断面図を示すフロー図の1番目と2番目である。1A and 1B are first and second flow diagrams showing cross-sectional views of a groove forming portion and an alignment mark for fabricating a GSR element. GSR素子作製用の溝形成部およびアライメントマークの作製の断面図を示すフロー図の3番目と4番目である。11A and 11B are third and fourth flow charts showing cross-sectional views of a groove forming portion and an alignment mark for fabricating a GSR element. GSR素子作製用の溝形成部およびアライメントマークの作製の断面図を示すフロー図の5番目と6番目である。5 and 6 are flow charts showing cross-sectional views of a groove forming portion and an alignment mark for fabricating a GSR element. GSR素子作製用の溝形成部およびアライメントマークの作製の断面図を示すフロー図の7番目と8番目である。7A and 7B are flow charts showing cross-sectional views of a groove forming portion and an alignment mark for fabricating a GSR element. ASIC基板の金属膜の成膜前の表面のアライメントマークとA1-A2線におけるマークおよび凹凸のシグナルを示す図(a)である。FIG. 1A shows alignment marks on the surface of an ASIC substrate before a metal film is formed, and marks and uneven signals on the A1-A2 line. ASIC基板の金属膜の成膜後の表面のC1-C2線におけるアライメントマークのシグナルを示す図(b)である。FIG. 1B is a diagram showing the signal of the alignment mark on the C1-C2 line on the surface of the ASIC substrate after the metal film has been formed. 本発明により作製された3.0μmコイルピッチを示すSEM観察写真と比較例の5.5μmコイルピッチを示すSEM観察写真である。1 is a SEM photograph showing a 3.0 μm coil pitch produced according to the present invention and a SEM photograph showing a 5.5 μm coil pitch of a comparative example. 第1台座をCMPした後の台座表面の凹凸状態を示す図である。13 is a diagram showing the uneven state of the surface of the first pedestal after the CMP is performed. FIG.

本発明のGSR素子の製造方法は、
磁性ワイヤと前記磁性ワイヤを周回する下部コイルと上部コイルとからなる5μm以下のコイルピッチを有する検出コイルと電極配線からなるGSR素子を特定用途向け集積回路(以下、ASICという。)の基板上に直接作製するGSR素子の製造方法において、
(1)前記ASIC基板上にネガレジスト系の第一樹脂被膜を塗布して、平坦で硬い樹脂製の溝形成部とアライメントマーク形成部第一台座を形成し、
(2)前記第一台座の上に溝深さよりも厚いポジレジスト系の第二樹脂被膜を塗布して第二台座とし、前記第二台座の前記溝形成部には前記磁性ワイヤを配置するための逆台形状の溝(以下、溝という。)を形成するための長方形の凹部と前記アライメントマーク形成部にはアライメントマーク用凹部を形成するための凹部を同時に形成し、キュア熱処理して硬化させるとともに逆台形状の前記溝と前記アライメントマーク用凹部を形成し、
(3)前記溝部に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、前記溝よりなる前記溝形成部と、アライメントマーク凹部よりなるアライメントマーク形成部に金属膜を成膜し、
(4)前記アライメントマーク形成部の前記金属膜の成膜された前記アライメントマーク凹部と、前記アライメントマーク形成部の平坦面に成膜された反射膜とからなる視認性の高いアライメントマークを用いて、前記金属膜の成膜された前記溝形成部の金属皮膜を前記溝の面に沿って前記下部コイルと、前記溝形成部の平坦面の上部コイル接続部(以下、下部コイルと上部コイル接続部とを下部コイルという。)を形成し、
(5)前記溝の前記下部コイルの上に前記磁性ワイヤを配置し、前記ワイヤを樹脂により前記溝内に埋設するとともに前記磁性ワイヤを固定し、
(6)前記樹脂の上部に、オートアライメント機構により前記アライメントマークを用いて前記上部コイルと前記電極を形成し、
(7)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。
The method for producing a GSR element of the present invention comprises the steps of:
A method for manufacturing a GSR element, which comprises a detection coil having a coil pitch of 5 μm or less, which is made up of a magnetic wire, a lower coil and an upper coil surrounding the magnetic wire, and electrode wiring, and is directly fabricated on a substrate of an application specific integrated circuit (hereinafter referred to as ASIC), comprising:
(1) applying a negative resist-based first resin coating onto the ASIC substrate to form a groove forming portion and an alignment mark forming portion first base made of a flat and hard resin;
(2) A second resin coating of a positive resist system having a thickness greater than the depth of the groove is applied onto the first pedestal to form a second pedestal, and a rectangular recess for forming an inverted trapezoid groove (hereinafter referred to as a groove) for arranging the magnetic wire is simultaneously formed in the groove forming portion of the second pedestal, and a recess for forming an alignment mark recess is simultaneously formed in the alignment mark forming portion, and the second pedestal is cured by a curing heat treatment to harden the second pedestal and form the inverted trapezoid groove and the alignment mark recess;
(3) applying a negative resist resin film to the groove portion, exposing and developing the resin film so that the resin film remains only in the groove portion, and forming an R-shape in the bottom of the groove by a curing heat treatment; and forming a metal film on the groove forming portion formed by the groove and on an alignment mark forming portion formed by an alignment mark recess;
(4) Using an alignment mark having high visibility, which is composed of the alignment mark recess on which the metal film of the alignment mark forming portion is formed and a reflective film formed on the flat surface of the alignment mark forming portion, a metal coating of the groove forming portion on which the metal film is formed is formed along the surface of the groove, forming the lower coil and an upper coil connection portion on the flat surface of the groove forming portion (hereinafter, the lower coil and the upper coil connection portion are referred to as the lower coil);
(5) disposing the magnetic wire on the lower coil in the groove, embedding the wire in the groove with resin and fixing the magnetic wire;
(6) forming the upper coil and the electrodes on the upper part of the resin using the alignment marks by an auto-alignment mechanism;
(7) The assembly of elements each consisting of the magnetic wire, the detection coil, and the electrodes is separated into individual pieces.

また、請求項1に記載載された工程(2)において、
(2’)前記第一台座の上に溝深さよりも厚いポジレジスト系の第二樹脂被膜を塗布して第二台座とし、前記第二台座の前記溝形成部には前記磁性ワイヤを配置するための逆台形状の溝(以下、溝という。)を形成するための長方形の凹部と前記アライメントマーク形成部にはアライメントマーク用凹部を形成するための細長い凹部を同時に形成し、キュア熱処理して硬化させるとともに前記溝と前記アライメントマーク用凹部を形成し、さらに前記アライメントマーク用凹部はRIE加工で第一台座まで掘り下げたアライメントマーク用凹部を形成
することを特徴とする。
In addition, in the step (2) described in claim 1,
(2') A second resin coating of a positive resist system having a thickness greater than the depth of the groove is applied onto the first pedestal to form a second pedestal, and a rectangular recess for forming an inverted trapezoidal groove (hereinafter referred to as the groove) for positioning the magnetic wire is simultaneously formed in the groove forming portion of the second pedestal, and a long and narrow recess for forming a recess for an alignment mark is simultaneously formed in the alignment mark forming portion, and the groove and the recess for the alignment mark are formed while being hardened by a curing heat treatment, and further the recess for the alignment mark is formed by digging down to the first pedestal by RIE processing.

また、(5’) 前記溝の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特性の向上を図ることを特徴とする。 (5') The magnetic wire is placed on top of the lower coil in the groove with a tension of 30 to 100 kg/mm2, the magnetic wire is embedded in the groove with resin, and tension heat treatment is performed at a temperature of 250 to 350°C to fix the magnetic wire and improve the GSR characteristics.

前記ネガレジスト系の第一樹脂被膜の膜厚は、前記ASIC基板上の凹凸の3倍以上であることを特徴とする。 The thickness of the negative resist-based first resin coating is at least three times the irregularities on the ASIC substrate.

以下、発明を実施する最良の実施形態について、図4(a)~(h)を用いて工程ごとに詳細に説明する。
前段において本発明は、磁性ワイヤと検出コイルと電極とからなるGSR素子をASIC基板上に直接作製するものである。なお、磁性ワイヤと検出コイルと電極とからなり、コイルピッチを5μm以下の磁気検出素子は本発明の技術思想に包含されるものである。
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention will be described in detail for each step with reference to FIGS.
In the first paragraph, the present invention relates to a method for directly fabricating a GSR element consisting of a magnetic wire, a detection coil, and electrodes on an ASIC board. Note that a magnetic detection element consisting of a magnetic wire, a detection coil, and electrodes and having a coil pitch of 5 μm or less is included in the technical concept of the present invention.

<工程(1)>
図4(a)~(h)を用いて説明する。
4aは、ASIC基板40aの表面には凹凸401aが存在していることを示す。凹凸1は図1に示している。
以下、ASIC基板は40x(x:b~h)、凹凸は401x(x:a~h)で表示する。溝形成部は4Gx(x:b~h)、アライメントマーク形成部は4Ax(x:b~h)で表示する。
<Step (1)>
This will be explained with reference to Figures 4(a) to 4(h).
Reference numeral 4a indicates that unevenness 401a exists on the surface of the ASIC board 40a.
Hereinafter, the ASIC substrate will be denoted as 40x (x: b to h), the concaves and convexes as 401x (x: a to h), the groove formation portion as 4Gx (x: b to h), and the alignment mark formation portion as 4Ax (x: b to h).

4bは、ASIC基板40b上にネガレジスト系の第一樹脂被膜41bを塗布し、フォトリソによるマスク材を用いて露光、現像を行なってGSR素子形成のための溝を形成する溝形成部4Gbとアライメントマークを形成するアライメントマーク形成部4Abからなる第一台座を形成する。これにより第一台座となる部分にのみ第一樹脂被膜が配置される。
ASIC基板40b上の凹凸401bは、第一樹脂被膜41bを塗布した溝形成部4Gbおよびアライメントマーク形成部4Abからなる第一台座にも転写により残存している。
In the step 4b, a negative resist-based first resin coating 41b is applied onto an ASIC substrate 40b, and then exposed and developed using a mask material by photolithography to form a first pedestal consisting of a groove forming section 4Gb for forming a groove for forming a GSR element and an alignment mark forming section 4Ab for forming an alignment mark. As a result, the first resin coating is disposed only on the portion that will become the first pedestal.
The irregularities 401b on the ASIC substrate 40b remain, by being transferred, on the first base made up of the groove forming portion 4Gb and the alignment mark forming portion 4Ab to which the first resin coating 41b is applied.

4cは、第一樹脂被膜にキュア熱処理を行ない、第一樹脂被膜を硬化させる。この時点においても、第一台座となる第一樹脂被膜51cの表面にはASIC40c上の凹凸401cが転写されて残存している。
なお、キュア熱処理の温度は250~350℃で行なう。250℃未満では硬化が不十分で後工程で形状が変化する懸念が残り、350℃を超えるとASIC回路に不具合が生じる懸念がある。
At this stage, the first resin film is subjected to a heat treatment for curing, and the first resin film is hardened. Even at this stage, the irregularities 401c on the ASIC 40c are transferred and remain on the surface of the first resin film 51c that will become the first pedestal.
The temperature for the curing heat treatment is 250 to 350° C. If the temperature is less than 250° C., the curing is insufficient, and there is a concern that the shape may change in a later process, whereas if the temperature exceeds 350° C., there is a concern that problems may occur in the ASIC circuit.

4dは、凹凸401cが転写されて硬化している溝形成部4Gcとアライメントマーク形成部4Acからなる第一台座の第一樹脂被膜41d上に残存している凹凸401dをCMPにより平坦化して、溝形成部4Gdとアライメントマーク形成部4Adからなる平坦な第一台座1Aを形成する。 4d flattens the unevenness 401d remaining on the first resin coating 41d of the first base consisting of the groove forming portion 4Gc and the alignment mark forming portion 4Ac to which the unevenness 401c has been transferred and hardened, by CMP, to form a flat first base 1A consisting of the groove forming portion 4Gd and the alignment mark forming portion 4Ad.

また、第一台座1Aの形成において、ASIC基板40cの全面にレジストを塗布した後、第一台座の上のレジストを除去し、第一台座以外のASIC基板の表面を保護した後、第一台座を平坦化するためCMPを行ない、第一台座以外のASIC基板の表面を保護していたレジストを剥離する方法でもよい。 In addition, in forming the first pedestal 1A, a resist may be applied to the entire surface of the ASIC substrate 40c, the resist on the first pedestal may be removed, the surface of the ASIC substrate other than the first pedestal may be protected, CMP may be performed to flatten the first pedestal, and the resist that was protecting the surface of the ASIC substrate other than the first pedestal may be peeled off.

第一台座1Aを形成する第一樹脂被膜41bの膜厚は、第一台座を配置するASIC基板40bの表面の凹凸401bの3倍以上が好ましい。3倍未満では、本工程のCMPで第一台座の凹凸401cを平坦化する前に、第一台座自身が薄くなってしまうためである。 The thickness of the first resin coating 41b that forms the first pedestal 1A is preferably at least three times the irregularities 401b on the surface of the ASIC substrate 40b on which the first pedestal is placed. If it is less than three times, the first pedestal itself will become thin before the irregularities 401c of the first pedestal are flattened by the CMP in this process.

図8には、CMPにより平坦化した第一台座1Aの表面の凹凸を示す。
図1に示すASIC基板の表面の2μmの凹凸は第一樹脂被膜を塗布し、キュア熱処理しても転写されて残存していたが、図8に示すように第一台座のCMPにより0.02μm以下に平坦化できていることがわかる。
この0.02μm以下に平坦化した第一台座A1を用いて次工程(2)に入る。
FIG. 8 shows the irregularities on the surface of the first base 1A that has been planarized by CMP.
The 2 μm irregularities on the surface of the ASIC substrate shown in FIG. 1 were transferred and remained even after the first resin coating was applied and subjected to a curing heat treatment, but as shown in FIG. 8, it can be seen that the irregularities have been flattened to less than 0.02 μm by CMP of the first base.
The next step (2) is carried out using the first base A1 flattened to 0.02 μm or less.

<工程(2)>
4eは、溝とアライメントマークを形成するため、溝深さより厚い第二樹脂被膜42eを塗布する。第一台座1Aは平坦化しているので、溝とアライメントマークを形成する第二台座1Bは、ASIC基板40eの凹凸401eの影響は受けない。すなわち、第二台座1Bは平坦な面からなっている。
<Step (2)>
In order to form the grooves and alignment marks, a second resin coating 42e thicker than the groove depth is applied to the first pedestal 1A. Since the first pedestal 1A is flattened, the second pedestal 1B, which forms the grooves and alignment marks, is not affected by the unevenness 401e of the ASIC substrate 40e. In other words, the second pedestal 1B has a flat surface.

ここで、第二樹脂被膜42eの膜厚は、溝に配置する磁性ワイヤの径によるが、7μm~17μmである。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、現像を行なう。この時、溝の形状は直方形の凹部(直方体形状)である。アライメントマークは凹部である。 The thickness of the second resin coating 42e is 7 μm to 17 μm, depending on the diameter of the magnetic wire to be placed in the groove. After that, exposure and development are performed using a mask material in which a pattern of grooves and multiple alignment marks is arranged. At this time, the shape of the groove is a rectangular recess (rectangular parallelepiped shape). The alignment marks are recesses.

4fは、キュア熱処理を行ない、第二樹脂被膜42eを硬化させる。キュア熱処理温度は、250℃~350℃で行なう。250℃未満では、硬化が不十分となり、後工程で形状が変化する懸念がある。350℃を超えるとASIC回路に不具合が生じる懸念がある。 4f is a curing heat treatment to harden the second resin coating 42e. The curing heat treatment temperature is 250°C to 350°C. If it is less than 250°C, the hardening will be insufficient, and there is a concern that the shape will change in subsequent processes. If it exceeds 350°C, there is a concern that malfunctions will occur in the ASIC circuit.

熱処理後、溝の形状はキュア熱処理時に発生する応力により直方体形状から逆台形状4Gfとなる。第二台座1Bの上面は平坦を維持しており、この時、溝深さは5μm~15μmである。
また、アライメントマーク凹部の形状も同様に逆台形状44Afとなる。
After the heat treatment, the shape of the groove changes from a rectangular parallelepiped to an inverted trapezoid 4Gf due to stress generated during the curing heat treatment. The upper surface of the second pedestal 1B remains flat, and the groove depth is 5 μm to 15 μm.
Similarly, the alignment mark recess also has an inverted trapezoid shape 44Af.

4gは、アライメントマーク形成部4Ag以外をレジストで保護した後、アライメントマーク部の第二台座1Bをマスクにして酸素RIEを行なって第一台座1Aにアライメントマーク凹部を掘り込み、アライメントマーク凹部44Agの形状を急峻化することが好ましい。 4g is preferably performed by first protecting the area other than the alignment mark forming area 4Ag with resist, and then performing oxygen RIE using the second base 1B of the alignment mark area as a mask to excavate an alignment mark recess in the first base 1A, thereby making the shape of the alignment mark recess 44Ag steeper.

<工程(3)>
4hは、前記溝部に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43hを形成後、ASIC基板40hの全面に金属膜を成膜する。この金属膜(45G、45A)はアライメントマーク部では反射膜(44Ah、45A)として用い、視認性の高い複数個のアライメントマークを形成する。金属膜の膜厚は、0.2μm~1μmである。
<Step (3)>
4h is formed by applying a negative resist resin coating to the grooves, exposing and developing the resin coating to leave it only in the grooves, and then forming an R-shape 43h at the bottom of the grooves by a curing heat treatment, and then forming a metal film over the entire surface of the ASIC substrate 40h. This metal film (45G, 45A) is used as a reflective film (44Ah, 45A) in the alignment mark area, forming multiple alignment marks with high visibility. The thickness of the metal film is 0.2 μm to 1 μm.

図5に金属膜成膜前のアライメントマーク形成部44Agとマスクのアライメントマークの平面およびB1-B2線における波形(シグナル)を示す。
(a)は、ASIC基板40aの表面に塗布した第一樹脂被膜41bをキュア熱処理41bした後にCMPで平坦化し、その平坦面1Aの上に第二樹脂被膜42eを塗布し、キュア熱処理したアライメントマーク凹部44Agよりなるアライメントマーク形成部44Agの平面、およびマスクのアライメントマークを示す。
(b)は、(a)のB1-B2線における波形(シグナル)を示す。
FIG. 5 shows the alignment mark forming portion 44Ag before the metal film is formed, a plane of the alignment mark of the mask, and a waveform (signal) along the line B1-B2.
1A shows a plan view of an alignment mark forming portion 44Ag consisting of an alignment mark recess 44Ag which is formed by applying a first resin coating 41b applied to the surface of an ASIC substrate 40a and then subjecting it to a curing heat treatment 41b, planarizing it by CMP, applying a second resin coating 42e onto the flat surface 1A, and subjecting it to a curing heat treatment, as well as the alignment mark of the mask.
(b) shows the waveform (signal) on line B1-B2 of (a).

図6に金属膜成膜後のアライメントマーク形成部44Ahとマスクのアライメントマークマークの平面およびC1-C2線における波形(シグナル)を示す。
(a)は、アライメントマーク凹部44Agよりなるアライメントマーク形成部44Agに金属膜を成膜したアライメントマーク44Ahと反射膜45Aの平面、およびマスクのアライメントマークを示す。
(b)は、(a)のC1-C2線における波形(シグナル)を示す。
FIG. 6 shows the alignment mark forming portion 44Ah after the metal film is formed, a plane of the alignment mark of the mask, and a waveform (signal) along the line C1-C2.
1A shows an alignment mark 44Ah formed by depositing a metal film in an alignment mark forming portion 44Ag consisting of an alignment mark recess 44Ag, a plane of a reflective film 45A, and the alignment mark of the mask.
(b) shows the waveform (signal) at line C1-C2 of (a).

金属膜を成膜する前は、溝とアライメントマークを配置する部分には第一樹脂被膜で平坦なかつ硬い第一台座1Aが形成されているが、図5(a)に示すようにアライメントに必要なコントラストが確保されていない。
これは、ASIC基板40g上の配線が樹脂被膜(第一樹脂被膜および第二樹脂被膜)を通して見えるためと推測し、さらに、ASIC基板40hの全面に金属膜を成膜した。
Before the metal film is formed, a flat and hard first base 1A is formed with a first resin coating in the area where the groove and alignment mark are to be located, but as shown in Figure 5(a), the contrast required for alignment is not secured.
It was presumed that this was because the wiring on the ASIC board 40g was visible through the resin coatings (first resin coating and second resin coating), and further, a metal film was formed over the entire surface of the ASIC board 40h.

この金属膜は、アライメントマークの反射膜45Aとしても機能する。このアライメントマークは、図6(b)に示すように、アライメントマーク、ウエハマークともにマークのシグナル強度が高く、段差起因のシグナルもないことからオートアライメント機構により問題なく認識できていることがわかる。 This metal film also functions as a reflective film 45A for the alignment mark. As shown in FIG. 6(b), this alignment mark has high signal strength for both the alignment mark and the wafer mark, and there is no signal caused by steps, so it can be seen that it can be recognized without problems by the auto-alignment mechanism.

<工程(4)>
上記の工程で形成された視認性の高いアライメントマークと金属膜を使ってレジスト塗布、露光、現像、エッチング工程を経て、逆台形状の溝に沿って下部コイルを形成する。
ここで、下部コイルには、逆台形状の溝の底面、側面に形成されたコイルに加えて溝形成部の平坦面に形成され、上部コイルとの接続部を同時に形成することから含むものとする。
<Step (4)>
Using the highly visible alignment marks and metal film formed in the above process, the lower coil is formed along the inverted trapezoidal groove through resist coating, exposure, development, and etching processes.
Here, the lower coil includes the coil formed on the bottom and side surfaces of the inverted trapezoidal groove, as well as the coil formed on the flat surface of the groove forming portion, which simultaneously forms a connection with the upper coil.

<工程(5)>
溝内に形成した下部コイルの上に絶縁性ガラス被覆されている磁性ワイヤを配置し、樹脂で埋設・固定する。
磁性ワイヤを固定する際に磁性ワイヤに張力30~100kg/mm2を負荷するとともに埋設用の樹脂を250~350℃の温度にてキュア処理して固定することが好ましい。これにより、磁気特性が改善される。
また、絶縁性ガラスで被覆されていない磁性ワイヤを配置する場合には、その配置の前に下部コイルの表面に絶縁性レジストを予め塗布することが好ましい。これにより下部コイルと金属製の磁性ワイヤとの短絡を防止することが可能となる。
<Step (5)>
A magnetic wire covered with insulating glass is placed on the lower coil formed in the groove, and is then embedded and fixed in place with resin.
When fixing the magnetic wire, it is preferable to apply a tension of 30 to 100 kg/mm2 to the magnetic wire and fix the embedding resin by curing at a temperature of 250 to 350° C. This improves the magnetic properties.
In addition, when using a magnetic wire that is not covered with insulating glass, it is preferable to apply an insulating resist to the surface of the lower coil before placing the magnetic wire, which makes it possible to prevent a short circuit between the lower coil and the metallic magnetic wire.

<工程(6)>
磁性ワイヤを固定している樹脂の上部に、オートアライメント機構により視認性の高いアライメントマークを使って、厚み1~2μmの金属膜の蒸着(メッキでもよい。)、レジスト塗布、露光、現像、エッチング工程を経て上部コイルを形成してGSR素子を作製する。
また、電極、電極とコイル・磁性ワイヤとの配線は同時に形成することが好ましい。配線の形成に先立って磁性ワイヤの両端の絶縁性ガラス被覆をCF4-RIEで除去する。
<Step (6)>
Using a highly visible alignment mark created by an auto-alignment mechanism on top of the resin that secures the magnetic wire, a 1-2 μm thick metal film is evaporated (or plated), resist is applied, exposed, developed, and etched to form an upper coil, producing the GSR element.
It is also preferable to form the electrodes and the wiring between the electrodes and the coil/magnetic wire at the same time. Prior to forming the wiring, the insulating glass coating on both ends of the magnetic wire is removed by CF4-RIE.

上部コイルの形成において、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以下とした。この時、アライメントマークは第一台座1Aおよび反射膜(金属膜)を有することによりシグナル強度も十分であるため、なんの問題もなくオートアライメントにより、下部コイルと上部コイルを接合させることができる。 When forming the upper coil, the alignment accuracy between the alignment mark and the multiple masks is set to 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less. At this time, the alignment mark has a first base 1A and a reflective film (metal film), so the signal strength is sufficient, and the lower coil and upper coil can be joined by auto-alignment without any problems.

図7に、本発明により作製した3.0μmの狭ピッチコイルのSEM写真を比較例の5.5μmピッチコイルとともに示す。
3.0μmピッチのコイルが上部コイル-下部コイルのずれなく形成できることがわかる。
FIG. 7 shows an SEM photograph of a 3.0 μm narrow pitch coil produced according to the present invention, together with a 5.5 μm pitch coil as a comparative example.
It is seen that a coil with a pitch of 3.0 μm can be formed without any misalignment between the upper coil and the lower coil.

2層樹脂被膜法によって、ASIC基板上の樹脂被膜に溝とアライメントマークを同時に形成し、かつ視認性の高いアライメントマークを用いて狭ピッチコイルからなるGSR素子の製造フローを、図4(a)~(h)を用いて以下に説明する。 The two-layer resin coating method is used to simultaneously form grooves and alignment marks in the resin coating on the ASIC substrate, and the manufacturing flow for a GSR element consisting of a narrow-pitch coil using highly visible alignment marks is described below with reference to Figures 4(a) to (h).

工程ア)ASIC基板40aの表面には、集積回路起因の数μmの凹凸401aが存在している(図4(a))。
工程イ)ASIC基板40bに第一樹脂被膜41bを塗布した後、マスク材を用いて露光、現像を行なって図4(b)を形成する。
すなわち、溝を形成する溝形成部4Gbとアライメントマーク凹部を形成するアライメントマーク形成部4Abからなる第一台座を形成する。
これにより、第一台座となる部分のみに第一樹脂被膜41bが配置される。このとき、第一台座の厚みは10μmである。
Step A) On the surface of the ASIC substrate 40a, there are irregularities 401a of several μm caused by the integrated circuit (FIG. 4A).
Step a) After a first resin film 41b is applied to an ASIC substrate 40b, exposure and development are carried out using a mask material to form the structure shown in FIG.
That is, a first pedestal is formed, which is composed of a groove forming portion 4Gb for forming a groove and an alignment mark forming portion 4Ab for forming an alignment mark recess.
As a result, the first resin coating 41b is disposed only on the portion that will become the first pedestal. At this time, the thickness of the first pedestal is 10 μm.

工程ウ)280℃、1時間のキュア熱処理を行なって第一樹脂被膜41cを硬化させる(図4(c))。この時点においても、第一台座となる第一樹脂被膜41cの表面にはASIC基板40cの凹凸401cが転写されて残っている。
工程エ)ASIC基板の全体にレジストを塗布した後、マスク材を用いて露光、現像を行なって第一台座上のレジストを除去する。
Step c) A curing heat treatment is performed at 280° C. for 1 hour to harden the first resin film 41c (FIG. 4(c)). Even at this point, the projections and recesses 401c of the ASIC substrate 40c remain transferred to the surface of the first resin film 41c that will become the first pedestal.
Step d) After applying resist to the entire ASIC board, exposure and development are carried out using a mask material to remove the resist on the first pedestal.

工程オ)第一台座を平坦化するためにCMPを行ない、第一台座1Aを形成する(図4(d))。第一台座の厚みは、工程イ)により10μmで、キュア熱処理後でも8μm程度はあることからCMPには問題はない。
工程カ)溝とアライメントマークを形成するために、第一台座1Aの上に厚み10μmの第二樹脂被膜42eを塗布する。第一台座1Aは平坦化しているので、溝を形成する溝形成部4Gfとアライメントマークを形成するアライメントマーク形成部4Afからなる第二台座1BはASIC基板40eの凹凸401e影響は受けない(図4(e))。
Step E) CMP is performed to flatten the first pedestal, forming the first pedestal 1A (FIG. 4(d)). The thickness of the first pedestal is 10 μm in step B), and even after the curing heat treatment, it is still about 8 μm thick, so there is no problem with CMP.
Step F) In order to form grooves and alignment marks, a second resin coating 42e having a thickness of 10 μm is applied onto the first pedestal 1A. Since the first pedestal 1A is flattened, the second pedestal 1B consisting of a groove forming portion 4Gf for forming the grooves and an alignment mark forming portion 4Af for forming the alignment marks is not affected by the unevenness 401e of the ASIC substrate 40e (FIG. 4(e)).

工程キ)280℃、1時間のキュア熱処理を行なって第二樹脂被膜41fを硬化させる(図4(g))。熱処理によって溝はキュア熱処理時に発生する応力で直方体形状(44Gf、44Af)から逆台形状(44Gg、44Ag)へ変形する。第二台座1Bの上面は平坦を維持する。溝の深さは8μmである。 Step g) A curing heat treatment is performed at 280°C for 1 hour to harden the second resin coating 41f (Figure 4(g)). The heat treatment causes the grooves to deform from a rectangular parallelepiped shape (44Gf, 44Af) to an inverted trapezoid shape (44Gg, 44Ag) due to the stress generated during the curing heat treatment. The top surface of the second pedestal 1B remains flat. The depth of the groove is 8 μm.

工程ク)アライメントマーク凹部の形状を急峻化するために樹脂を全面に塗布した後、マスク露光・現像してアライメントマーク形成部以外をレジストで保護する。
アライメントマーク形成部4Agの第二台座1Bをマスクにして酸素RIEを行ない、第一台座1Aにアライメントマーク凹部44Agを掘り込み、レジストを剥離する(図4(g))。この時、アライメントマークは18個形成した。
工程ケ)ASIC基板の全面に金属膜を成膜した(図4(h))。金属蒸着により厚み0.2μmである。
Step H) In order to make the shape of the alignment mark recesses steeper, a resin is applied to the entire surface, and then exposure and development are performed using a mask to protect areas other than the areas where the alignment marks are to be formed with resist.
Using the second seat 1B of the alignment mark forming portion 4Ag as a mask, oxygen RIE is performed to excavate an alignment mark recess 44Ag in the first seat 1A, and the resist is peeled off (FIG. 4(g)). At this time, 18 alignment marks are formed.
Step I) A metal film was formed over the entire surface of the ASIC substrate (FIG. 4(h)). The thickness was 0.2 μm by metal deposition.

工程コ)ASIC基板全体にレジストを塗布し、溝部に下部コイルを形成するためのパターン、アライメントマークには保護するためのパターンを配置したマスク材を用いて露光、現像を行なった。
工程サ)コイル部にめっき後、レジスト膜を除去し、コイル部以外の金属膜をエッチングで除去する。これにより、溝部の金属膜は下部コイルとして、アライメントマークの金属膜は反射膜としてそれぞれ機能する。下部コイルの幅は2.0μm、厚みは1.0μmである。
Step J) A resist was applied to the entire ASIC substrate, and exposure and development were carried out using a mask material in which a pattern for forming a lower coil in the groove and a pattern for protecting the alignment marks were arranged.
Step K) After plating the coil portion, the resist film is removed, and the metal film other than the coil portion is removed by etching. As a result, the metal film in the groove portion functions as the lower coil, and the metal film of the alignment mark functions as a reflective film. The width of the lower coil is 2.0 μm, and the thickness is 1.0 μm.

工程シ)溝の下部コイルの上部に、厚さ1μmの絶縁性ガラスで被覆されているCoFeB系の磁性ワイヤに50kg/mm2の張力を負荷して配置し、接着剤、テープなどで仮止めした後、磁性ワイヤを樹脂により溝内に埋設する。さらに、この樹脂を280℃の温度にてキュア熱処理により硬化させ、磁性ワイヤを固定する。この時、磁性ワイヤには張力が付加されたまま熱処理されるため、GSR特性を改善できる。
工程ス)磁性ワイヤ用電極との配線と接続するために磁性ワイヤの両端部の絶縁性ガラスをCF4-RIEで除去して導通部を形成する。
Process C) A CoFeB magnetic wire covered with 1 μm thick insulating glass is placed on the upper part of the lower coil of the groove with a tension of 50 kg/mm2, and after temporarily fixing it with adhesive, tape, etc., the magnetic wire is embedded in the groove with resin. Furthermore, this resin is hardened by a curing heat treatment at a temperature of 280° C., and the magnetic wire is fixed. At this time, the magnetic wire is heat-treated while tension is applied, so that the GSR characteristics can be improved.
Step S) To connect to the wiring of the magnetic wire electrodes, the insulating glass on both ends of the magnetic wire is removed by CF4-RIE to form conductive parts.

工程セ)溝とワイヤの段差を解消するため、ポジレジスト系の樹脂被膜を塗布、露光、ベーク、現像、280℃、1時間のキュア熱処理をして溝上部の形状をなだらかにした後、ASIC基板の全体に金属膜を成膜し、レジストを塗布する。
工程ソ)溝部の上部コイルと磁性ワイヤの導通部の引き出し線(配線)を形成するためのパターンとアライメント部保護するためのパターンを配置したマスク材を用いて露光、現像を行なう。
なお、この時、アライメントマークは第一台座1Aおよび反射膜を有することによりシグナル強度も十分にあり、何の問題もなくオートアライメントにより、下部コイルの接続部と上部コイルの接続部との合わせを行なうことができる。
Process C) In order to eliminate the step between the groove and the wire, a positive resist resin film is applied, exposed, baked, developed, and then subjected to a curing heat treatment at 280°C for 1 hour to smooth out the shape of the upper part of the groove, after which a metal film is formed over the entire ASIC board and a resist is applied.
Process So) Exposure and development are carried out using a mask material on which a pattern for forming the upper coil of the groove and the lead wire (wiring) of the conductive part of the magnetic wire and a pattern for protecting the alignment part are arranged.
At this time, since the alignment mark has first base 1A and a reflective film, the signal strength is sufficient, and the connection part of the lower coil and the connection part of the upper coil can be aligned by automatic alignment without any problem.

工程タ)コイル部にめっき後、レジスト膜を除去し、コイル部以外の金属膜をエッチングで除去する。ここで上部コイル、電極および磁性ワイヤの導通部の引き出し線(配線)が形成されてそれぞれ機能する。
上部コイルの幅は2.0μm、厚みは1.0μmである。そして、下部コイルの接続部と上部コイルの接続部からなるコイル接続部は線幅2.0μm、コイルピッチは3.0μmで形成されている。
Step T) After plating the coil portion, the resist film is removed and the metal film other than the coil portion is removed by etching. At this stage, the upper coil, electrodes, and lead wires (wiring) of the conductive portions of the magnetic wire are formed and function.
The upper coil has a width of 2.0 μm and a thickness of 1.0 μm. The coil connection portion consisting of the connection portion of the lower coil and the connection portion of the upper coil is formed with a line width of 2.0 μm and a coil pitch of 3.0 μm.

以上のプロセスにより、溝とアライメントマークを樹脂被膜で同時に形成し、かつ樹脂被膜上に視認性の高いアライメントマークを形成できるため、ASIC基板上に微細なピッチコイルからなるGSR素子を一体化形成することが可能となる。
図7に本発明による3.0μmコイルピッチのSEM写真(a)を、従来例5.5μmコイルピッチのSEM写真(b)と比較して示す。
By using the above process, grooves and alignment marks can be simultaneously formed in the resin coating, and highly visible alignment marks can be formed on the resin coating, making it possible to integrally form a GSR element consisting of a fine pitch coil on an ASIC substrate.
FIG. 7 shows a SEM photograph (a) of a 3.0 μm coil pitch according to the present invention in comparison with a SEM photograph (b) of a conventional 5.5 μm coil pitch.

ASIC基板上に微細なコイルピッチからなるGSR素子を一体化形成することが可能となり、GSR素子の薄型化・小型化に加えて一層の高感度化が達成される。
このGSRセンサは生体磁気への応用が期待される。
It becomes possible to integrally form a GSR element with a fine coil pitch on an ASIC substrate, which not only enables the GSR element to be made thinner and more compact, but also achieves even higher sensitivity.
This GSR sensor is expected to be applied to biomagnetism.

1:ASIC基板の表面の凹凸
2:ASIC基板上のGSR素子およびアライメントマーク
20:ASIC基板、201:ASIC基板の凹凸、211:第一樹脂被膜(第一台座1A)、212:第二樹脂被膜(第二台座1B)、22:溝形成部、221:樹脂、222:下部コイル、223:磁性ワイヤ、224:上部コイル、225:溝底部にR形状を形成する樹脂被膜、 23:アライメントマーク形成部、231:アライメントマーク、232:反射膜
3:逆台形状の溝とアライメントマーク
30:ASIC基板、311:第一樹脂被膜(第一台座1A)、312:第二樹脂被膜(第二台座1B)、32:溝形成部、321:逆台形状の溝、33:アライメントマーク形成部、331:細長い逆台形状の溝(アライメントマーク凹部)
1: unevenness on the surface of the ASIC substrate 2: GSR element and alignment mark on the ASIC substrate 20: ASIC substrate, 201: unevenness on the ASIC substrate, 211: first resin coating (first pedestal 1A), 212: second resin coating (second pedestal 1B), 22: groove forming portion, 221: resin, 222: lower coil, 223: magnetic wire, 224: upper coil, 225: resin coating forming an R-shape at the bottom of the groove, 23: alignment mark forming portion, 231: alignment mark, 232: reflective film
3: Inverted trapezoid groove and alignment mark
30: ASIC substrate, 311: first resin coating (first base 1A), 312: second resin coating (second base 1B), 32: groove forming portion, 321: inverted trapezoid groove, 33: alignment mark forming portion, 331: elongated inverted trapezoid groove (alignment mark recess)

4a:ASIC基板の表面の凹凸状態
40a:ASIC基板、401a:ASIC基板の凹凸
4b:第一樹脂被膜を塗布したASIC基板
4Gb:溝形成部、4Ab:アライメントマーク形成部
40b:ASIC基板、401b:ASIC基板の凹凸
4c:第一樹脂被膜キュア熱処理したASIC基板
4Gc:溝形成部、4Ac:アライメントマーク形成部
40c:ASIC基板、401c:ASIC基板の凹凸、41c:キュア処理した第一樹枝被膜
4d:CMPしたASIC基板
4Gd:溝形成部、4Ad:アライメントマーク形成部
40d:ASIC基板、401d:ASIC基板の凹凸、41d:CMP後の平坦化した第一樹脂被膜(第一台座1A)
4e:第二樹脂被膜を塗布したASIC基板
4Ge:溝形成部、4Ae:アライメントマーク形成部
40e:ASIC基板、41e:第一樹脂被膜(第一台座1A)、42e:第二樹脂被膜、1B:平坦面からなる第二台座
4f:第二樹脂被膜に溝を形成したASIC基板
4Gf:溝形成部、4Af:アライメントマーク形成部
40f:ASIC基板、401f:ASIC基板の凹凸、41f:第一樹脂被膜(第一台座1A)、42f:キュア処理した第二樹枝被膜、44Gf:長方形の溝、44Af:細長い長方形の溝
4g:溝を形成した第二樹脂被膜をキュア処理したASIC基板
4Gg:溝形成部、4Ag:アライメントマーク形成部
40g:ASIC基板、401g:ASIC基板の凹凸、41g:第一樹脂被膜(第一台座1A)、42g:キュア処理した第二樹枝被膜、44Gg:逆台形状の溝、44Ag:細長い逆台形状の溝
4h:金属膜を成膜したASIC基板
4Gh:溝形成部、4Ah:アライメントマーク形成部
40h:ASIC基板、401h:ASIC基板の凹凸、41h:第一樹脂被膜(第一台座1A)、42h:キュア処理した第二樹枝被膜、43h:溝底部のR形状を作る樹脂被膜、44Gh:逆台形状の溝、44Ah:細長い逆台形状の溝からなるアライメントマーク
45G:金属膜、45A:金属膜からなる反射膜
4a: uneven state of the surface of the ASIC substrate 40a: ASIC substrate, 401a: unevenness of the ASIC substrate 4b: ASIC substrate coated with a first resin coating 4Gb: groove formation portion, 4Ab: alignment mark formation portion 40b: ASIC substrate, 401b: unevenness of the ASIC substrate
4c: ASIC substrate subjected to first resin coating curing heat treatment 4Gc: groove forming portion, 4Ac: alignment mark forming portion 40c: ASIC substrate, 401c: unevenness of ASIC substrate, 41c: first resin coating subjected to curing treatment 4d: ASIC substrate subjected to CMP 4Gd: groove forming portion, 4Ad: alignment mark forming portion 40d: ASIC substrate, 401d: unevenness of ASIC substrate, 41d: first resin coating flattened after CMP (first pedestal 1A)
4e: ASIC substrate coated with second resin coating 4Ge: groove forming portion, 4Ae: alignment mark forming portion 40e: ASIC substrate, 41e: first resin coating (first pedestal 1A), 42e: second resin coating, 1B: second pedestal consisting of a flat surface 4f: ASIC substrate with a groove formed in the second resin coating 4Gf: groove forming portion, 4Af: alignment mark forming portion 40f: ASIC substrate, 401f: unevenness of the ASIC substrate, 41f: first resin coating (first pedestal 1A), 42f: cured second resin coating, 44Gf: rectangular groove, 44Af: elongated rectangular groove 4g: ASIC substrate with the second resin coating with the groove formed therein cured 4Gg: groove forming portion, 4Ag: alignment Alignment mark forming portion 40g: ASIC substrate, 401g: unevenness of ASIC substrate, 41g: first resin coating (first pedestal 1A), 42g: cured second dendritic coating, 44Gg: inverted trapezoid groove, 44Ag: elongated inverted trapezoid groove 4h: ASIC substrate on which metal film is formed 4Gh: groove forming portion, 4Ah: alignment mark forming portion 40h: ASIC substrate, 401h: unevenness of ASIC substrate, 41h: first resin coating (first pedestal 1A), 42h: cured second dendritic coating, 43h: resin coating forming R-shape of groove bottom, 44Gh: inverted trapezoid groove, 44Ah: alignment mark consisting of elongated inverted trapezoid groove 45G: metal film, 45A: reflective film consisting of metal film

5:金属膜成膜前のアライメントマーク
50:基板、51:アライメントマーク凹部、52:マスクのアライメントマーク
501:基板凹凸起因のシグナル、511:アライメントマーク凹部のシグナル、512:マスクのアライメントマークのシグナル
6:金属膜成膜後のアライメントマーク
60:基板、61:アライメントマーク凹部、62:マスクのアライメントマーク
611:アライメントマーク凹部のシグナル、612:マスクのアライメントマークのシグナル
5: Alignment mark before metal film formation 50: Substrate, 51: Alignment mark recess, 52: Mask alignment mark 501: Signal due to substrate unevenness, 511: Alignment mark recess signal, 512: Mask alignment mark signal 6: Alignment mark after metal film formation 60: Substrate, 61: Alignment mark recess, 62: Mask alignment mark 611: Alignment mark recess signal, 612: Mask alignment mark signal

本発明のGSR素子の製造方法は、
磁性ワイヤと前記磁性ワイヤを周回する下部コイルと上部コイルとからなる5μm以下のコイルピッチを有する検出コイルと電極配線からなるGSR素子を特定用途向け集積回路(以下、ASICという。)の基板上に直接作製するGSR素子の製造方法において、
(1)前記ASIC基板上にネガレジスト系の第一樹脂被膜を塗布して、平坦で硬い樹脂製の溝形成部とアライメントマーク形成部第一台座を形成し、
(2)前記第一台座の上に溝深さよりも厚いポジレジスト系の第二樹脂被膜を塗布して第二台座とし、前記第二台座の前記溝形成部には前記磁性ワイヤを配置するための逆台形状の溝(以下、溝という。)を形成するための長方形の凹部と前記アライメントマーク形成部にはアライメントマーク用凹部を形成するための凹部を同時に形成し、キュア熱処理して硬化させるとともに逆台形状の前記溝と前記アライメントマーク用凹部を形成し、
(3)前記溝部に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、前記溝よりなる前記溝形成部と、アライメントマーク凹部よりなるアライメントマーク形成部に金属膜を成膜し、
(4)前記アライメントマーク形成部の前記金属膜の成膜された前記アライメントマーク凹部と、前記アライメントマーク形成部の平坦面に成膜された反射膜とからなる視認性の高いアライメントマークを用いて、前記金属膜の成膜された前記溝形成部の金属皮膜を前記溝の面に沿って前記下部コイルと、前記溝形成部の平坦面の上部コイル接続部(以下、下部コイルと上部コイル接続部とを下部コイルという。)を形成し、
(5)前記溝の前記下部コイルの上に前記磁性ワイヤを配置し、前記ワイヤを樹脂により前記溝内に埋設するとともに前記磁性ワイヤを固定し、
(6)前記樹脂の上部に、オートアライメント機構により前記アライメントマークを用いて前記上部コイルと前記電極を形成し、
(7)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。
The method for producing a GSR element of the present invention comprises the steps of:
A method for manufacturing a GSR element, which comprises a detection coil having a coil pitch of 5 μm or less, which is made up of a magnetic wire, a lower coil and an upper coil surrounding the magnetic wire, and electrode wiring, and is directly fabricated on a substrate of an application specific integrated circuit (hereinafter referred to as ASIC), comprising:
(1) applying a negative resist-based first resin coating onto the ASIC substrate to form a groove forming portion and an alignment mark forming portion first base made of a flat and hard resin;
(2) A second resin coating of a positive resist system having a thickness greater than the depth of the groove is applied onto the first pedestal to form a second pedestal, and a rectangular recess for forming an inverted trapezoid groove (hereinafter referred to as a groove) for arranging the magnetic wire is simultaneously formed in the groove forming portion of the second pedestal, and a recess for forming an alignment mark recess is simultaneously formed in the alignment mark forming portion, and the second pedestal is cured by a curing heat treatment to harden the second pedestal and form the inverted trapezoid groove and the alignment mark recess;
(3) applying a negative resist resin film to the groove portion, exposing and developing the resin film so that the resin film remains only in the groove portion, and forming an R-shape in the bottom of the groove by a curing heat treatment; and forming a metal film on the groove forming portion formed by the groove and on an alignment mark forming portion formed by an alignment mark recess;
(4) Using an alignment mark having high visibility, which is composed of the alignment mark recess on which the metal film of the alignment mark forming portion is formed and a reflective film formed on the flat surface of the alignment mark forming portion, a metal coating of the groove forming portion on which the metal film is formed is formed along the surface of the groove, forming the lower coil and an upper coil connection portion on the flat surface of the groove forming portion (hereinafter, the lower coil and the upper coil connection portion are referred to as the lower coil);
(5) disposing the magnetic wire on the lower coil in the groove, embedding the wire in the groove with resin and fixing the magnetic wire;
(6) forming the upper coil and the electrodes on the upper part of the resin using the alignment marks by an auto-alignment mechanism;
(7) The assembly of the GSR element, which is composed of the magnetic wire, the detection coil, and the electrodes, is separated into individual pieces.

本発明は、磁界検出素子と特定用途向け集積回路(以下、ASICとしいう。)との一体化プロセスにおいて、視認性の高いアライメントマークを用いたGSR素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a GSR element using highly visible alignment marks in the process of integrating a magnetic field detection element with an application specific integrated circuit (hereinafter referred to as ASIC).

高感度磁気センサには、ホールセンサ、GMRセンサ、TMRセンサ、高周波キャリアセンサ、FGセンサ、MIセンサ、GSRセンサなどがある。これらのセンサのうち、ホールセンサ、GMRセンサ、TMRセンサ、キャリアセンサは素子とASICが一体化されて小型化、薄型化は実現されているが、検出感度の改善が課題である。
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、センサの薄型化が課題である。
High-sensitivity magnetic sensors include Hall sensors, GMR sensors, TMR sensors, high-frequency carrier sensors, FG sensors, MI sensors, GSR sensors, etc. Of these sensors, Hall sensors, GMR sensors, TMR sensors, and carrier sensors have been made smaller and thinner by integrating the element with an ASIC, but improving detection sensitivity remains an issue.
On the other hand, FG sensors, MI sensors, and GSR sensors have high sensitivity, but the element and ASIC are arranged separately and joined by wire bonding, making it difficult to reduce the thickness of the sensors.

この課題を解決するために、本発明者らは、GSR素子をASIC表面の上に形成する技術開発に取り組んだ結果、センサの小型化、薄型化を実現した(特許文献1)。
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はその技術は公開されていない。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が、公開されていない。
In order to solve this problem, the present inventors have worked on developing technology for forming a GSR element on the surface of an ASIC, and as a result have achieved a smaller, thinner sensor (Patent Document 1).
Patent Document 1 discloses a thin, highly sensitive magnetic sensor in which an insulating resist is applied to the ASIC surface, a groove is formed therein in which a magnetic wire is disposed, and a GSR element consisting of a magnetic wire, a detection coil surrounding the magnetic wire, and electrodes is integrally formed on the ASIC surface. However, the technology for its manufacturing method has not been disclosed. Furthermore, although the manufacturing technology has been improved up to the present, it has not been disclosed.

一方、センサの高感度化のためには、微細ピッチコイルを形成してコイルの巻き数を増やす必要がある。しかし、コイルピッチを微細化するほど、ASIC基板の位置とマスクの位置をさらに精度よく合わせることが求められる。その精度を実現するためには、溝形成時に同時に視認性の高いアライメントマークを形成することで、合わせ精度の向上が期待できる。 On the other hand, to increase the sensitivity of the sensor, it is necessary to form a fine pitch coil and increase the number of turns in the coil. However, the finer the coil pitch, the more precisely it is required to align the position of the ASIC board and the position of the mask. To achieve this precision, highly visible alignment marks can be formed at the same time as the grooves are formed, which is expected to improve alignment precision.

一般的には、アライメントマークは平坦な部分に作られたSiO膜に形成するために、高い視認性は容易に得ることができていた。またアライメントマークの形成方法は、特許文献2、特許文献3および特許文献4などに開示されているが、いずれも感光性樹脂の上にアライメントマークを形成するものではない。 Generally, alignment marks are formed on a SiO2 film formed on a flat portion, so that high visibility can be easily obtained. Methods for forming alignment marks are disclosed in Patent Documents 2, 3, and 4, but none of them form alignment marks on a photosensitive resin.

特開2019-191016号公報JP 2019-191016 A 特開2006-229132号公報JP 2006-229132 A 特開2009-004793号公報JP 2009-004793 A 特許第2016776号公報Patent No. 2016776 特許第5747294号公報Patent No. 5747294 特許第6438616号公報Patent No. 6438616 特許第3693119号公報Patent No. 3693119 特許第4529783号公報Patent No. 4529783 特許第4835805号公報Patent No. 4835805

2018 IEICE The Development of a High Sensitive Micro Size Magnetic Sensor Named as GSR Sensor Exited by GHz Pulse Current p.3252018 IEICE The Development of a High Sensitive Micro Size Magnetic Sensor Named as GSR Sensor Exited by GHz Pulse Current p.325 2020 JMMN The development of micro-coil-on-ASIC type GSR sensor driven by GHz Pulse current p.52020 JMMN The development of micro-coil-on-ASIC type GSR sensor driven by GHz Pulse current p.5

ASIC基板上にGSR素子を一体化形成する際、磁性ワイヤを周回するコイルをワイヤ近傍に形成する必要があり、磁性ワイヤを配置するための溝形状は、逆台形状が必須となる。SiO2などの絶縁膜にRIE(Reactive Ion Etching) などで溝を作製すると直方体形状となってしまい溝に沿って下部コイルを形成することは困難である。 When integrating a GSR element onto an ASIC substrate, it is necessary to form a coil that wraps around the magnetic wire near the wire, and the groove shape for arranging the magnetic wire must be an inverted trapezoid. If a groove is created in an insulating film such as SiO2 using RIE (Reactive Ion Etching), the shape becomes rectangular, making it difficult to form the lower coil along the groove.

この逆台形状の溝を形成するためにはポジレジスト系の樹脂被膜に溝をマスク露光、現像をした後にキュア熱処理を加えることで達成できる。すなわち、逆台形状の溝を形成するにはポジレジスト系の樹脂被膜が必須となる。また、本プロセスでは合わせ精度向上のため、アライメントマークは溝と同時に形成する。したがって、アライメントマークは従来のSiO2上ではなく樹脂被膜上に形成することになる。 The formation of this inverted trapezoidal groove can be achieved by masking and exposing the groove to a positive resist resin film, developing it, and then applying a curing heat treatment. In other words, a positive resist resin film is essential to forming an inverted trapezoidal groove. Also, in this process, alignment marks are formed at the same time as the grooves to improve alignment accuracy. Therefore, the alignment marks are formed on the resin film, not on SiO2 as in the past.

しかし、ASIC基板面には通常は集積回路配線起因の2~3μmの凹凸(図1)があり、樹脂被膜を溝形成のために必要な膜厚(5~15μm程度)塗布しても、その表面には凹凸が転写され残ってしまい、アライメントマーク形成に必要な、平坦な樹脂被膜を得ることが困難である。 However, the surface of an ASIC board usually has 2-3 μm irregularities (Figure 1) caused by the integrated circuit wiring, and even if a resin film is applied to the thickness required for groove formation (approximately 5-15 μm), the irregularities are transferred and remain on the surface, making it difficult to obtain the flat resin film required for alignment mark formation.

一方、センサの高感度化には、コイルピッチを5μm以下へと微細化しコイルの巻き数を増やす必要がある。しかし、コイルピッチを微細化するほど、ASIC基板の位置と複数個のマスクの位置をさらに精度よく合わせることが求められる。その精度を実現するためには、オートアライメント機構が必要である。オートアライメント機構はアライメントマーク画像のコントラストの度合いに左右される。前述のようにASIC基板表面の凹凸があると、シグナルが乱れてマークの画像のコントラストが歪んでしまう。そのため、マークを誤認識し、コイルピッチ5μm以下の微細なコイルを形成しようとすると、下部コイル形成の後に上部コイルを形成する際に、両者の接続位置がずれて、コイルの接続不良という問題が発生する。 On the other hand, to increase the sensitivity of the sensor, it is necessary to reduce the coil pitch to 5 μm or less and increase the number of coil turns. However, the finer the coil pitch, the more precisely it is required to align the position of the ASIC board and the position of the multiple masks. To achieve this precision, an auto-alignment mechanism is necessary. The auto-alignment mechanism depends on the degree of contrast of the alignment mark image. As mentioned above, if there are irregularities on the surface of the ASIC board, the signal is disturbed and the contrast of the mark image is distorted. Therefore, if the mark is misrecognized and an attempt is made to form a fine coil with a coil pitch of 5 μm or less, the connection positions of the two will be misaligned when forming the upper coil after forming the lower coil, resulting in a problem of poor connection between the coils.

本発明は、これらの問題を解決して、磁界検出素子と特定用途向け集積回路(以下、ASICという。)を直接連結するプロセスにおいて、数ミクロンの凹凸があるASIC基板上の樹脂被膜上に磁性ワイヤを配置する溝とコントラスト性に優れたアライメントマークを同時に形成し、5μm以下の微細コイルピッチで形成された検出コイルを有する多数のGSR素子をASIC基板上に一体化形成する製造方法を提供するものである。 The present invention solves these problems by providing a manufacturing method for directly connecting a magnetic field detection element to an application specific integrated circuit (hereinafter referred to as ASIC), in which grooves for arranging magnetic wires and alignment marks with excellent contrast are simultaneously formed on a resin coating on an ASIC substrate with unevenness of several microns, and multiple GSR elements with detection coils formed with a fine coil pitch of 5 μm or less are integrally formed on the ASIC substrate.

本発明者らは、従来の1回の樹脂被膜を使った方法に代えて、機能の異なる樹脂被膜を2回に分けて形成する2層樹脂被膜法を考案して、溝とアライメントマークを樹脂被膜上に同時に形成できることを見出した。 Instead of the conventional method of applying a resin coating once, the inventors devised a two-layer resin coating method in which resin coatings with different functions are applied in two separate steps, and discovered that grooves and alignment marks can be formed simultaneously on the resin coating.

ここで、本発明によるASIC基板上に作製したGSR素子と製造に用いられたアライメントマークについて、その断面図を図2により説明する。両者の関係が分かるようにそれぞれ1個ずつに図示し、以下発明の詳細な説明を行なう。
また、製造工程のある工程における溝形成部とアライメントマーク形成部の平面図と断面図を図3により説明する。
なお、素子のみの製造については、本発明者らは特許第5747294号公報(特許文献5、6)、国際学会での発表(非特許文献1、2)を開示しており、また愛知製鋼(株)により特許文献7、特許文献8および特許文献9などが開示され、周知技術である。
Here, the cross-sectional view of the GSR element fabricated on the ASIC substrate according to the present invention and the alignment mark used in the fabrication will be explained with reference to Figure 2. Each is illustrated one by one so that the relationship between the two can be understood, and the invention will be explained in detail below.
Further, a plan view and a cross-sectional view of a groove forming portion and an alignment mark forming portion in a certain step of the manufacturing process will be described with reference to FIG .
As for the manufacture of the element alone, the present inventors have disclosed it in Japanese Patent No. 5747294 (Patent Documents 5 and 6) and presented it at an international academic conference (Non-Patent Documents 1 and 2), and Aichi Steel Corporation has disclosed Patent Documents 7, 8, and 9, etc., and it is a well-known technique.

まず、図2を用いて、ASIC基板上に作製したGSR素子と製造に用いられたアライメントについて説明する。
ASIC基板20は、その表面には集積回路配線に起因する2~3μm程度の凹凸201が存在する。そのため、通常の溝形成部22に加えてアライメントマーク形成部23が必要となる。
First, the GSR element fabricated on the ASIC substrate and the alignment used in the fabrication will be described with reference to FIG.
The ASIC substrate 20 has an unevenness 201 of about 2 to 3 μm on its surface due to the integrated circuit wiring. Therefore, an alignment mark forming section 23 is required in addition to a normal groove forming section 22.

溝形成部(素子形成部)22は、ASIC20の上に第一台座211が形成されている。その平坦な表面の上には素子を構成する第二台座212に、逆台形状の溝221が形成されている。溝221面には下部コイル222が形成され、その上部に絶縁性ガラス被覆付きの磁性ワイヤ223が配置され、樹脂でもって磁性ワイヤを固定するとともに溝221内に埋設されている。
樹脂を介して磁性ワイヤ223の上に上部コイル224が形成され、両端にて下部コイル222と接続され、磁性ワイヤ223を周回する構造である。
磁性ワイヤ223の両端と周回コイルの両端にはそれぞれ電極が形成される。
In the groove forming section (element forming section) 22, a first seat 211 is formed on the ASIC 20. An inverted trapezoidal groove 221 is formed in a second seat 212 constituting an element on its flat surface. A lower coil 222 is formed on the surface of the groove 221, and a magnetic wire 223 with an insulating glass coating is arranged on the upper part of the lower coil 222. The magnetic wire is fixed with resin and embedded in the groove 221.
An upper coil 224 is formed on the magnetic wire 223 via resin, and is connected to the lower coil 222 at both ends and wound around the magnetic wire 223 .
Electrodes are formed on both ends of the magnetic wire 223 and both ends of the surrounding coil.

アライメントマーク形成部23は、ASIC20の上に第一台座211が形成されている。その平坦な表面の上にはアライメントマークを構成する第二台座212には、細長く急峻な擬逆台形状の溝231であるアライメントマーク凹部が形成され、その凹部表面は金属膜が形成されている。併せて平坦な面も金属膜からなる反射膜が形成されている。 In the alignment mark forming section 23, a first base 211 is formed on the ASIC 20. On the flat surface of the first base 211, a second base 212 constituting the alignment mark is formed, which has an alignment mark recess, which is a long, steep, pseudo-inverted trapezoid groove 231, and a metal film is formed on the surface of the recess. In addition, a reflective film made of a metal film is formed on the flat surface.

このアライメントマークを用いることにより正確かつ精密な位置合わせが可能となり、オートアライメント機構により下部コイルの形成、上部コイルの形成において5μm以下のコイルピッチでコイルの形成が可能となる。
コイルピッチとは、例えば3μmのコイルピッチの場合、コイル幅を2.0μmとするとコイル間隔は1.0となる。精度は隣のコイルを考慮すると0.5μm以下が求められる。
Use of these alignment marks enables accurate and precise alignment, and an auto-alignment mechanism enables formation of the lower coil and the upper coil with a coil pitch of 5 μm or less.
For example, when the coil pitch is 3 μm, if the coil width is 2.0 μm, the coil spacing is 1.0. Taking into account adjacent coils, accuracy of 0.5 μm or less is required.

次に、図3を用いて、製造工程のある工程における溝形成部とアライメントマーク形成部の平面図と断面図により説明する。
(a)は平面図で、(b)は(a)平面図のA1-A2線の断面図である。
ASIC基板30の上に溝形成部32とアライメントマーク形成部33が形成されている。溝形成部32には、上面が平坦な第一台座311の上に逆台形状の溝と平坦面からなる第二台座が形成されている。
Next, a groove forming portion and an alignment mark forming portion in a certain step of the manufacturing process will be described with reference to FIG.
1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of the plan view of FIG.
A groove forming portion 32 and an alignment mark forming portion 33 are formed on an ASIC substrate 30. In the groove forming portion 32, a second pedestal consisting of an inverted trapezoid groove and a flat surface is formed on a first pedestal 311 having a flat upper surface.

アライメントマーク部には、上面が平坦な第一台座311の上に細長い逆台形状の溝331であるアライメントマーク凹部と平坦面からなる第二台座312が形成されている。 The alignment mark section has an alignment mark recess, which is a long, inverted trapezoidal groove 331, formed on a first base 311 with a flat upper surface, and a second base 312 consisting of a flat surface.

以下、本発明の2層樹脂被膜法について説明する。
第1ステップは、凹凸の存在するASIC基板上において第一樹脂被膜(ネガレジスト)を塗布して第1層を形成し、逆台形状の溝とアライメントマークを配置する下に平坦化した硬い樹脂製の第一台座を配置し、第一樹脂被膜に生じる凹凸を除去することである。それ以外のASIC表面である第一台座非配置部の凹凸は電極配線として使用するため、この凹凸は残した。
The two-layer resin coating method of the present invention will now be described.
The first step is to form a first layer by applying a first resin film (negative resist) on the ASIC substrate having irregularities, place a flattened hard resin first pedestal under the inverted trapezoid groove and alignment mark, and remove the irregularities that occur in the first resin film. The irregularities on the other parts of the ASIC surface, where the first pedestal is not placed, are left as they are used as electrode wiring.

第2ステップは、第一台座の上に溝の深さより厚い第二樹脂被膜(ポジレジスト)を塗布して第2層を形成し第二台座とし、この第二台座に(第2層の第二樹脂被膜)に逆台形状の溝とアライメントマーク用凹部を同時に形成し、その上に金属膜を成膜することである。 The second step is to apply a second resin film (positive resist) thicker than the depth of the groove onto the first pedestal to form a second layer, which becomes the second pedestal, and then simultaneously form an inverted trapezoid groove and a recess for an alignment mark in this second pedestal (the second resin film of the second layer), and then deposit a metal film on top of that.

次に、各ステップについて
第1ステップにおける1層目の第一樹脂被膜は、台座上部が平坦で、かつそのエッジ部は急峻な台座形状を確保することが好ましいので、ポリイミド系のネガレジストが好ましい。ただし、ポジレジストの使用も可能である。
なお、第2ステップにおける2層目の第二樹脂被膜は平坦化された第一台座の上に塗布され、キュア熱処理後に逆台形状の溝を形成するためにポジレジストを使用することが必要である。
Next, in each step, the first resin coating layer in the first step is preferably a polyimide-based negative resist because it is preferable to ensure that the top of the base is flat and that the edges of the base have a steep shape. However, a positive resist can also be used.
In addition, the second resin coating film, which is the second layer in the second step, is applied onto the planarized first pedestal, and it is necessary to use a positive resist in order to form an inverted trapezoidal groove after a curing heat treatment.

1層目の第一台座のキュア熱処理した第一樹脂と2層目の第二樹脂被膜との密着性については、懸念課題であったが、樹脂の種類が異なっても強固に一体化することを確認して解決した。また、アライメントマーク部は、溝部と同時に形成するため、溝部と同様に逆台形状となる。そこで、この逆台形状の第2の台座そのものをマスクとして、第一台座をRIEで掘りこむことで、アライメントマーク凹部の急峻度を高める。そして、さらに金属膜を反射膜とすることによりアライメントマークの視認性の向上が可能となる。このように2層構造の樹脂被膜を採用することで、1層構造では実現できない凹凸の除去が可能となる。 There was a concern about the adhesion between the first resin of the first layer, which was cured by heat treatment, and the second resin coating of the second layer, but this was resolved by confirming that the resins were firmly integrated even if they were different types. In addition, the alignment mark portion is formed at the same time as the groove portion, so it has an inverted trapezoid shape like the groove portion. Therefore, the inverted trapezoid second pedestal itself is used as a mask to dig into the first pedestal by RIE, thereby increasing the steepness of the alignment mark recess. Furthermore, the visibility of the alignment mark can be improved by using the metal film as a reflective film. By adopting a resin coating with a two-layer structure in this way, it is possible to remove unevenness that cannot be achieved with a one-layer structure.

第1ステップでは、凹凸のあるASIC基板面上に第一樹脂被膜を塗布して、溝形成部とアライメントマーク形成部にそれぞれ第一台座を形成するが、凹凸が生じる。キュア熱処理後にも第一台座の表面上には凹凸が残存するので、硬化させた第一台座の上面をCMP(Chemical-Mechanical Polishing)で平坦化する必要がある。
このCMPによりASICの電極部の破損が生じてしまう場合がある。その場合には、CMP前にASIC全面にレジストを塗布し、台座部以外のASIC面を保護し、CMP後にレジスト剥離液で除去することにより平坦化することが好ましい。
In the first step, a first resin film is applied onto the uneven surface of the ASIC substrate to form first pedestals in the groove formation area and the alignment mark formation area, but unevenness occurs. Since the unevenness remains on the surface of the first pedestal even after the curing heat treatment, it is necessary to flatten the upper surface of the hardened first pedestal by CMP (Chemical-Mechanical Polishing).
This CMP may damage the electrodes of the ASIC, so it is preferable to apply a resist to the entire surface of the ASIC before CMP to protect the ASIC surface other than the pedestal, and then remove the resist with a resist remover after CMP to achieve flattening.

第二樹脂被膜を塗布し、溝とアライメントマーク凹部をマスク露光、現像して、キュア熱処理をすると、溝は直方形から逆台形状へ、アライメントマーク凹部も直方形から逆台形状へと変化する。これがSiO2被膜に代えて、ポジレジスト系の樹脂被膜を採用した効果である。すでに、第一台座を平坦化しているので、溝面とアライメントマーク部自体は凹凸の無いものとなる。 When the second resin coating is applied, the groove and the alignment mark recess are exposed to light using a mask, developed, and then cured with a heat treatment, the groove changes from a rectangular parallelepiped to an inverted trapezoid, and the alignment mark recess also changes from a rectangular parallelepiped to an inverted trapezoid. This is the effect of using a positive resist resin coating instead of a SiO2 coating. Since the first base has already been flattened, the groove surface and the alignment mark portion itself are free of irregularities.

ここで、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うので、アライメントマーク部のエッジを急峻化するため、さらにアライメントマーク部以外をレジストで保護し、アライメントマーク部はこの逆台形状の第二台座そのものをマスクにしてRIEを行い、第一台座を掘りこむ。この時、第二台座も樹脂被膜であることから、RIEのエッチングの選択比はほぼ同じである。したがって、その掘り込み量は0.5~1.5μmが好ましい。0.5μm以下では、急峻化の効果が小さく、視認性の向上が認められない。1.5μm以上では、第2台座の膜べりが大きくなり、視認性に影響がでる。 Here, since the shape of the alignment mark recess also becomes an inverted trapezoid, in order to make the edge of the alignment mark portion steeper, the area other than the alignment mark portion is protected with resist, and the alignment mark portion is subjected to RIE using the inverted trapezoid second pedestal itself as a mask to engrave the first pedestal . At this time, since the second pedestal is also a resin coating, the etching selectivity of the RIE is almost the same. Therefore, the amount of engraving is preferably 0.5 to 1.5 μm. If it is 0.5 μm or less, the effect of making the edge steeper is small and no improvement in visibility is observed. If it is 1.5 μm or more, the film loss of the second pedestal becomes large, which affects visibility.

しかしながら、この状態では、ASIC基板上の凹凸が第一樹脂、第二樹脂を通して見えるため、アライメントに必要な視認性の高いコントラストが確保できない。
そこで、アライメントマーク上に反射機能を強化する金属膜を成膜することにより、アライメントマークの視認性を高めることができる。なお、第一台座を平坦化しない場合は、金属膜を成膜してもASIC基板の凹凸が解消できないため、アライメントマークの十分な視認性を確保することができない。つまり、台座の平坦化と反射機能を強める金属膜成膜が必須である。他方、逆台形状の溝に下部コイルを形成するために、金属膜生成が必要であるので、反射機能を高めるアライメントマーク部の金属膜と下部コイルのそれとは同じ金属膜とすることが望ましい。また、金属膜を成膜する前に、前記溝部に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形状を形成することで、金属膜の断線を防止できる。
In this state, however, the unevenness on the ASIC board is visible through the first resin and the second resin, making it impossible to ensure the high visibility contrast required for alignment.
Therefore, by forming a metal film on the alignment mark to enhance the reflection function, the visibility of the alignment mark can be improved. If the first pedestal is not flattened, the unevenness of the ASIC substrate cannot be eliminated even if the metal film is formed, and sufficient visibility of the alignment mark cannot be ensured. In other words, flattening the pedestal and forming a metal film to enhance the reflection function are essential. On the other hand, since the metal film needs to be formed to form the lower coil in the inverted trapezoid groove, it is desirable that the metal film of the alignment mark portion that enhances the reflection function and that of the lower coil are the same metal film. In addition, before forming the metal film, a negative resist-based resin film is applied to the groove portion, exposed to light, and developed to leave the resin film only in the groove portion, and an R-shape is formed at the bottom of the groove by a curing heat treatment, thereby preventing disconnection of the metal film.

2層樹脂被膜法によって、溝とアライメントマークを同時に形成し、かつ視認性の高いアライメントマークを樹脂被膜上に形成することが可能になる。
なお、第1層目の第一台座を形成する第一樹脂被膜の膜厚は、CMPを行うために、ASIC表面の凹凸(通常2μm~3μm程度)の3倍以上が好ましい。
第2層目の第二樹脂の膜厚は、溝形成(溝の深さ5μm~10μm程度)を可能にするため、最低溝の深さ以上の厚さを確保する必要がある。
The two-layer resin coating method makes it possible to simultaneously form grooves and alignment marks, and to form highly visible alignment marks on the resin coating.
The thickness of the first resin film forming the first pedestal of the first layer is preferably three times or more the irregularities (usually about 2 μm to 3 μm) of the ASIC surface in order to perform CMP.
The film thickness of the second resin in the second layer must be thicker than the minimum groove depth in order to enable groove formation (groove depth of about 5 μm to 10 μm).

本発明により、ASIC基板に損傷を与えることなく、磁性ワイヤを配置するための逆台形状の溝と視認性の高いアライメントマークを樹脂被膜上に同時に形成することが可能となり、このアライメントマークを使って、ASIC基板上に5μm以下、さらに3μm程度の微細なコイルピッチを有するGSR素子を一体化形成することが可能となる。 The present invention makes it possible to simultaneously form an inverted trapezoidal groove for placing magnetic wires and a highly visible alignment mark on a resin coating without damaging the ASIC substrate, and by using this alignment mark, it becomes possible to integrally form a GSR element with a fine coil pitch of 5 μm or less, or even around 3 μm, on the ASIC substrate.

ASIC基板の表面の凹凸状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the uneven state of the surface of an ASIC substrate; ASIC基板上に2層樹脂被膜法により作製したGSR素子およびアライメントマークの概念図である。1 is a conceptual diagram of a GSR element and alignment marks fabricated on an ASIC substrate by a two-layer resin coating method. ASIC基板上の逆台形状の溝とアライメントマークを示す(a)平面図と(b)断面図である。1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing an inverted trapezoidal groove and an alignment mark on an ASIC substrate. GSR素子作製用の溝形成部およびアライメントマークの作製の断面図を示すフロー図の1番目(a)と2番目(b)である。 1A and 1B are flow diagrams showing cross-sectional views of a groove forming portion and an alignment mark for fabricating a GSR element. GSR素子作製用の溝形成部およびアライメントマークの作製の断面図を示すフロー図の3番目(c)と4番目(d)である。 13C and 13D are cross-sectional views of a flow diagram showing the fabrication of a groove forming portion and an alignment mark for fabricating a GSR element. GSR素子作製用の溝形成部およびアライメントマークの作製の断面図を示すフロー図の5番目(e)と6番目(f)である。5 (e) and 6 (f) are flow diagrams showing cross-sectional views of a groove forming portion and an alignment mark for fabricating a GSR element. GSR素子作製用の溝形成部およびアライメントマークの作製の断面図を示すフロー図の7番目(g)と8番目(h)である。7 (g) and 8 (h) are flow diagrams showing cross-sectional views of a groove forming portion and an alignment mark for fabricating a GSR element. ASIC基板の金属膜の成膜前の表面のアライメントマークとA1-A2線におけるマークおよび凹凸のシグナルを示す図(a)である。FIG. 1A shows alignment marks on the surface of an ASIC substrate before a metal film is formed, and marks and uneven signals on the A1-A2 line. ASIC基板の金属膜の製膜後の表面のC1-C2線におけるアライメントマークのシグナルを示す図(b)である。FIG. 1B is a diagram showing the signal of the alignment mark on the C1-C2 line on the surface of the ASIC substrate after the metal film has been formed. 本発明により作製された3.0μmコイルピッチを示すSEM観察写真と比較例の5.5μmコイルピッチを示すSEM観察写真である。1 is a SEM photograph showing a 3.0 μm coil pitch produced according to the present invention and a SEM photograph showing a 5.5 μm coil pitch of a comparative example. 第一台座をCMPした後の台座表面の凹凸状態を示す図である。13 is a diagram showing the uneven state of the surface of the first pedestal after the CMP is performed. FIG.

本発明のGSR素子の製造方法は、
磁性ワイヤと前記磁性ワイヤを周回する下部コイルと上部コイルとからなる5μm以下のコイルピッチを有する検出コイルと電極配線からなるGSR素子を特定用途向け集積回路(以下、ASICという。)の基板上に直接作製するGSR素子の製造方法において、
(1)前記ASIC基板上にネガレジスト系の第一樹脂被膜を塗布して、平坦で硬い樹脂製の溝形成部とアライメントマーク形成部第一台座を形成し、
(2)前記第一台座の上に溝深さよりも厚いポジレジスト系の第二樹脂被膜を塗布して第二台座とし、前記第二台座の前記溝形成部には前記磁性ワイヤを配置するための逆台形状の溝(以下、溝という。)を形成するための長方形の凹部と前記アライメントマーク形成部にはアライメントマーク用凹部を形成するための凹部を同時に形成し、キュア熱処理して硬化させるとともに逆台形状の前記溝と前記アライメントマーク用凹部を形成し、
(3)前記溝部に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、前記溝よりなる前記溝形成部と、アライメントマーク凹部よりなるアライメントマーク形成部に金属膜を成膜し、
(4)前記アライメントマーク形成部の前記金属膜の成膜された前記アライメントマーク凹部と、前記アライメントマーク形成部の平坦面に成膜された反射膜とからなる視認性の高いアライメントマークを用いて、前記金属膜の成膜された前記溝形成部の金属皮膜を前記溝の面に沿って前記下部コイルと、前記溝形成部の平坦面の上部コイル接続部(以下、下部コイルと上部コイル接続部とを下部コイルという。)を形成し、
(5)前記溝の前記下部コイルの上に前記磁性ワイヤを配置し、前記ワイヤを樹脂により前記溝内に埋設するとともに前記磁性ワイヤを固定し、
(6)前記ワイヤと前記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CF -RIEにより除去する工程と、
(7)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する工程と、
(8)前記樹脂の上部に、オートアライメント機構により前記アライメントマークを用いて前記上部コイルと前記電極配線を形成し、
(9)前記磁性ワイヤと前記検出コイルと前記電極配線からなる素子の集合体からなる素子基板を個片化する
ことを特徴とする。
The method for producing a GSR element of the present invention comprises the steps of:
A method for manufacturing a GSR element, which comprises a detection coil having a coil pitch of 5 μm or less, which is made up of a magnetic wire, a lower coil and an upper coil surrounding the magnetic wire, and electrode wiring, and is directly fabricated on a substrate of an application specific integrated circuit (hereinafter referred to as ASIC), comprising:
(1) applying a negative resist-based first resin coating onto the ASIC substrate to form a first base in a groove forming portion and an alignment mark forming portion made of a flat and hard resin;
(2) A second resin coating of a positive resist system having a thickness greater than the depth of the groove is applied onto the first pedestal to form a second pedestal, and a rectangular recess for forming an inverted trapezoid groove (hereinafter referred to as a groove) for arranging the magnetic wire is simultaneously formed in the groove forming portion of the second pedestal, and a recess for forming an alignment mark recess is simultaneously formed in the alignment mark forming portion, and the second pedestal is cured by a curing heat treatment to harden the second pedestal and form the inverted trapezoid groove and the alignment mark recess;
(3) applying a negative resist resin film to the groove portion, exposing and developing the resin film so that the resin film remains only in the groove portion, and forming an R-shape in the bottom of the groove by a curing heat treatment; and forming a metal film on the groove forming portion formed by the groove and on an alignment mark forming portion formed by an alignment mark recess;
(4) Using an alignment mark having high visibility, which is composed of the alignment mark recess on which the metal film of the alignment mark forming portion is formed and a reflective film formed on the flat surface of the alignment mark forming portion, a metal coating of the groove forming portion on which the metal film is formed is formed along the surface of the groove, forming the lower coil and an upper coil connection portion on the flat surface of the groove forming portion (hereinafter, the lower coil and the upper coil connection portion are referred to as the lower coil);
(5) disposing the magnetic wire on the lower coil in the groove, embedding the wire in the groove with resin and fixing the magnetic wire;
(6) removing the insulating glass covering the wire in the wire electrode portion for joining the wire to the electrode wiring by CF 4 -RIE;
(7) a process of applying a positive resist resin coating to the entire surface of the substrate, exposing and developing the coating to leave the positive resist resin coating only on the grooves and magnetic wires, and smoothing the stepped portions by performing a curing heat treatment;
(8) forming the upper coil and the electrode wiring on the upper part of the resin using the alignment marks by an auto-alignment mechanism;
(9) Dividing an element substrate, which is an assembly of elements each including the magnetic wire, the detection coil, and the electrode wiring, into individual pieces.
It is characterized by:

また、請求項1に記載載された工程(2)において、
(2’)前記第一台座の上に溝深さよりも厚いポジレジスト系の第二樹脂被膜を塗布して第二台座とし、前記第二台座の前記溝形成部には前記磁性ワイヤを配置するための逆台形状の溝(以下、溝という。)を形成するための長方形の凹部と前記アライメントマーク形成部にはアライメントマーク用凹部を形成するための細長い凹部を同時に形成し、キュア熱処理して硬化させるとともに前記溝と前記アライメントマーク用凹部を形成し、さらに前記アライメントマーク用凹部は第二台座をマスクにRIE加工で第一台座まで掘り下げたアライメントマーク用凹部を形成
することを特徴とする。
In addition, in the step (2) described in claim 1,
(2') A second resin coating of a positive resist system having a thickness greater than the depth of the groove is applied onto the first pedestal to form a second pedestal, and a rectangular recess for forming an inverted trapezoidal groove (hereinafter referred to as the groove) for positioning the magnetic wire is simultaneously formed in the groove forming portion of the second pedestal, and a long and narrow recess for forming a recess for an alignment mark is simultaneously formed in the alignment mark forming portion, and the groove and the recess for the alignment mark are formed while being hardened by a curing heat treatment, and further the recess for the alignment mark is formed by digging down to the first pedestal by RIE processing using the second pedestal as a mask .

また、(5’) 前記溝の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特性の向上を図ることを特徴とする。 (5') The magnetic wire is placed on top of the lower coil in the groove with a tension of 30 to 100 kg/mm2, the magnetic wire is embedded in the groove with resin, and tension heat treatment is performed at a temperature of 250 to 350°C to fix the magnetic wire and improve the GSR characteristics.

前記ネガレジスト系の第一樹脂被膜の膜厚は、前記ASIC基板上の凹凸の3倍以上であることを特徴とする。 The thickness of the negative resist-based first resin coating is at least three times the irregularities on the ASIC substrate.

以下、発明を実施する最良の実施形態について、図4(a)~(h)を用いて工程ごとに詳細に説明する。
前段において本発明は、磁性ワイヤと検出コイルと電極とからなるGSR素子をASIC基板上に直接作製するものである。なお、磁性ワイヤと検出コイルと電極とからなり、コイルピッチを5μm以下の磁気検出素子は本発明の技術思想に包含されるものである。
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention will be described in detail for each step with reference to FIGS.
In the first paragraph, the present invention relates to a method for directly fabricating a GSR element consisting of a magnetic wire, a detection coil, and electrodes on an ASIC board. Note that a magnetic detection element consisting of a magnetic wire, a detection coil, and electrodes and having a coil pitch of 5 μm or less is included in the technical concept of the present invention.

<工程(1)>
図4(a)~(h)(図4~図7;フロー図の1番目(a)~8番目(h))を用いて説明する。
4aは、ASIC基板40aの表面には凹凸401aが存在していることを示す。凹凸1は図1に示している。
以下、ASIC基板は40x(x:b~h)、凹凸は401x(x:a~h)で表示する。溝形成部は4Gx(x:b~h)、アライメントマーク形成部は4Ax(x:b~h)で表示する。
<Step (1)>
The following description will be given with reference to Figs. 4(a) to 4(h) (Figs. 4 to 7; first (a) to eighth (h) of the flow chart) .
Reference numeral 4a indicates that unevenness 401a exists on the surface of the ASIC board 40a.
Hereinafter, the ASIC substrate will be denoted as 40x (x: b to h), the concaves and convexes as 401x (x: a to h), the groove formation portion as 4Gx (x: b to h), and the alignment mark formation portion as 4Ax (x: b to h).

4bは、ASIC基板40b上にネガレジスト系の第一樹脂被膜41bを塗布し、フォトリソによるマスク材を用いて露光、現像を行なってGSR素子形成のための溝を形成する溝形成部4Gbとアライメントマークを形成するアライメントマーク形成部4Abからなる第一台座を形成する。これにより第一台座となる部分にのみ第一樹脂被膜が配置される。
ASIC基板40b上の凹凸401bは、第一樹脂被膜41bを塗布した溝形成部4Gbおよびアライメントマーク形成部4Abからなる第一台座にも転写により残存している。
In the step 4b, a negative resist-based first resin coating 41b is applied onto an ASIC substrate 40b, and then exposed and developed using a mask material by photolithography to form a first pedestal consisting of a groove forming section 4Gb for forming a groove for forming a GSR element and an alignment mark forming section 4Ab for forming an alignment mark. As a result, the first resin coating is disposed only on the portion that will become the first pedestal.
The irregularities 401b on the ASIC substrate 40b remain, by being transferred, on the first base made up of the groove forming portion 4Gb and the alignment mark forming portion 4Ab to which the first resin coating 41b is applied.

4cは、第一樹脂被膜にキュア熱処理を行ない、第一樹脂被膜を硬化させる。この時点においても、第一台座となる第一樹脂被膜41cの表面にはASIC40c上の凹凸401cが転写されて残存している。
なお、キュア熱処理の温度は250~350℃で行なう。250℃未満では硬化が不十分で後工程で形状が変化する懸念が残り、350℃を超えるとASIC回路に不具合が生じる懸念がある。
At this stage, the first resin film 41c, which serves as the first pedestal, is subjected to a curing heat treatment to harden the first resin film 41c. Even at this stage, the irregularities 401c on the ASIC 40c are transferred and remain on the surface of the first resin film 41c , which serves as the first pedestal.
The temperature for the curing heat treatment is 250 to 350° C. If the temperature is less than 250° C., the curing is insufficient, and there is a concern that the shape may change in a later process, whereas if the temperature exceeds 350° C., there is a concern that problems may occur in the ASIC circuit.

4dは、凹凸401cが転写されて硬化している溝形成部4Gcとアライメントマーク形成部4Acからなる第一台座の第一樹脂被膜41d上に残存している凹凸401dをCMPにより平坦化して、溝形成部4Gdとアライメントマーク形成部4Adからなる平坦な第一台座1Aを形成する。 4d flattens the unevenness 401d remaining on the first resin coating 41d of the first base consisting of the groove forming portion 4Gc and the alignment mark forming portion 4Ac to which the unevenness 401c has been transferred and hardened, by CMP, to form a flat first base 1A consisting of the groove forming portion 4Gd and the alignment mark forming portion 4Ad.

また、第一台座1Aの形成において、ASIC基板40cの全面にレジストを塗布した後、第一台座の上のレジストを除去し、第一台座以外のASIC基板の表面を保護した後、第一台座を平坦化するためCMPを行ない、第一台座以外のASIC基板の表面を保護していたレジストを剥離する方法でもよい。 In addition, in forming the first pedestal 1A, a resist may be applied to the entire surface of the ASIC substrate 40c, the resist on the first pedestal may be removed, the surface of the ASIC substrate other than the first pedestal may be protected, CMP may be performed to flatten the first pedestal, and the resist that was protecting the surface of the ASIC substrate other than the first pedestal may be peeled off.

第一台座1Aを形成する第一樹脂被膜41bの膜厚は、第一台座を配置するASIC基板40bの表面の凹凸401bの3倍以上が好ましい。3倍未満では、本工程のCMPで第一台座の凹凸401cを平坦化する前に、第一台座自身が薄くなってしまうためである。 The thickness of the first resin coating 41b that forms the first pedestal 1A is preferably at least three times the irregularities 401b on the surface of the ASIC substrate 40b on which the first pedestal is placed. If it is less than three times, the first pedestal itself will become thin before the irregularities 401c of the first pedestal are flattened by the CMP in this process.

図11には、CMPにより平坦化した第一台座1Aの表面の凹凸を示す。
図1に示すASIC基板の表面の2μmの凹凸は第一樹脂被膜を塗布し、キュア熱処理しても転写されて残存していたが、図11に示すように第一台座のCMPにより0.02μm以下に平坦化できていることがわかる。
この0.02μm以下に平坦化した第一台座A1を用いて次工程(2)に入る。
FIG. 11 shows the irregularities on the surface of the first base 1A that has been planarized by CMP.
The 2 μm irregularities on the surface of the ASIC substrate shown in FIG. 1 were transferred and remained even after the first resin coating was applied and subjected to a curing heat treatment, but as shown in FIG. 11 , it can be seen that the irregularities have been flattened to 0.02 μm or less by CMP of the first base.
The next step (2) is carried out using the first base A1 flattened to 0.02 μm or less.

<工程(2)>
4eは、溝とアライメントマークを形成するため、溝深さより厚い第二樹脂被膜42eを塗布する。第一台座1Aは平坦化しているので、溝とアライメントマークを形成する第二台座1Bは、ASIC基板40eの凹凸401eの影響は受けない。すなわち、第二台座1Bは平坦な面からなっている。
<Step (2)>
In order to form the grooves and alignment marks, a second resin coating 42e thicker than the groove depth is applied to the first pedestal 1A. Since the first pedestal 1A is flattened, the second pedestal 1B, which forms the grooves and alignment marks, is not affected by the unevenness 401e of the ASIC substrate 40e. In other words, the second pedestal 1B has a flat surface.

ここで、第二樹脂被膜42eの膜厚は、溝に配置する磁性ワイヤの径によるが、7μm~17μmである。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、現像を行なう。この時、溝の形状は直方形の凹部(直方体形状)である。アライメントマークは凹部である。 The thickness of the second resin coating 42e is 7 μm to 17 μm, depending on the diameter of the magnetic wire to be placed in the groove. After that, exposure and development are performed using a mask material in which a pattern of grooves and multiple alignment marks is arranged. At this time, the shape of the groove is a rectangular recess (rectangular parallelepiped shape). The alignment marks are recesses.

4fは、キュア熱処理を行ない、第二樹脂被膜42eを硬化させる。キュア熱処理温度は、250℃~350℃で行なう。250℃未満では、硬化が不十分となり、後工程で形状が変化する懸念がある。350℃を超えるとASIC回路に不具合が生じる懸念がある。 4f is a curing heat treatment to harden the second resin coating 42e. The curing heat treatment temperature is 250°C to 350°C. If it is less than 250°C, the hardening will be insufficient, and there is a concern that the shape will change in subsequent processes. If it exceeds 350°C, there is a concern that malfunctions will occur in the ASIC circuit.

熱処理後、溝の形状はキュア熱処理時に発生する応力により直方体形状から逆台形状4Gfとなる。第二台座1Bの上面は平坦を維持しており、この時、溝深さは5μm~15μmである。
また、アライメントマーク凹部の形状も同様に逆台形状44Afとなる。
After the heat treatment, the shape of the groove changes from a rectangular parallelepiped to an inverted trapezoid 4Gf due to stress generated during the curing heat treatment. The upper surface of the second pedestal 1B remains flat, and the groove depth is 5 μm to 15 μm.
Similarly, the alignment mark recess also has an inverted trapezoid shape 44Af.

4gは、アライメントマーク形成部4Ag以外をレジストで保護した後、アライメントマーク部の第二台座1Bをマスクにして酸素RIEを行なって第一台座1Aにアライメントマーク凹部を掘り込み、アライメントマーク凹部44Agの形状を急峻化することが好ましい。 4g is preferably performed by first protecting the area other than the alignment mark forming area 4Ag with resist, and then performing oxygen RIE using the second base 1B of the alignment mark area as a mask to excavate an alignment mark recess in the first base 1A, thereby making the shape of the alignment mark recess 44Ag steeper.

<工程(3)>
4hは、前記溝部に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43hを形成後、ASIC基板40hの全面に金属膜を成膜する。この金属膜(45G、45A)はアライメントマーク部では反射膜(44Ah、45A)として用い、視認性の高い複数個のアライメントマークを形成する。金属膜の膜厚は、0.2μm~1μmである。
<Step (3)>
4h is formed by applying a negative resist resin coating to the grooves, exposing and developing the resin coating to leave it only in the grooves, and then forming an R-shape 43h at the bottom of the grooves by a curing heat treatment, and then forming a metal film over the entire surface of the ASIC substrate 40h. This metal film (45G, 45A) is used as a reflective film (44Ah, 45A) in the alignment mark area, forming multiple alignment marks with high visibility. The thickness of the metal film is 0.2 μm to 1 μm.

図8に金属膜成膜前のアライメントマーク形成部44Agとマスクのアライメントマークの平面およびB1-B2線における波形(シグナル)を示す。
(a)は、ASIC基板40aの表面に塗布した第一樹脂被膜41bをキュア熱処理41bした後にCMPで平坦化し、その平坦面1Aの上に第二樹脂被膜42eを塗布し、キュア熱処理したアライメントマーク凹部44Agよりなるアライメントマーク形成部44Agの平面、およびマスクのアライメントマークを示す。
(b)は、(a)のB1-B2線における波形(シグナル)を示す。
FIG. 8 shows the alignment mark forming portion 44Ag before the metal film is formed, the plane of the alignment mark of the mask, and the waveform (signal) along the line B1-B2.
1A shows a plan view of an alignment mark forming portion 44Ag consisting of an alignment mark recess 44Ag which is formed by applying a first resin coating 41b applied to the surface of an ASIC substrate 40a and then subjecting it to a curing heat treatment 41b, planarizing it by CMP, applying a second resin coating 42e onto the flat surface 1A, and subjecting it to a curing heat treatment, as well as the alignment mark of the mask.
(b) shows the waveform (signal) on line B1-B2 of (a).

図9に金属膜成膜後のアライメントマーク形成部44Ahとマスクのアライメントマークマークの平面およびC1-C2線における波形(シグナル)を示す。
(a)は、アライメントマーク凹部44Agよりなるアライメントマーク形成部44Agに金属膜を成膜したアライメントマーク44Ahと反射膜45Aの平面、およびマスクのアライメントマークを示す。
(b)は、(a)のC1-C2線における波形(シグナル)を示す。
FIG. 9 shows the alignment mark forming portion 44Ah after the metal film is formed, a plane of the alignment mark of the mask, and a waveform (signal) along the line C1-C2.
1A shows an alignment mark 44Ah formed by depositing a metal film in an alignment mark forming portion 44Ag consisting of an alignment mark recess 44Ag, a plane of a reflective film 45A, and the alignment mark of the mask.
(b) shows the waveform (signal) at line C1-C2 of (a).

金属膜を成膜する前は、溝とアライメントマークを配置する部分には第一樹脂被膜で平坦なかつ硬い第一台座1Aが形成されているが、図8(a)に示すようにアライメントに必要なコントラストが確保されていない。
これは、ASIC基板40g上の配線が樹脂被膜(第一樹脂被膜および第二樹脂被膜)を通して見えるためと推測し、さらに、ASIC基板40hの全面に金属膜を成膜した。
Before the metal film is formed, a flat and hard first base 1A is formed with a first resin coating in the area where the groove and alignment mark are to be located, but the contrast required for alignment is not secured as shown in Figure 8 (a).
It was presumed that this was because the wiring on the ASIC board 40g was visible through the resin coatings (first resin coating and second resin coating), and further, a metal film was formed over the entire surface of the ASIC board 40h.

この金属膜は、アライメントマークの反射膜45Aとしても機能する。このアライメントマークは、図9(b)に示すように、アライメントマーク、ウエハマークともにマークのシグナル強度が高く、段差起因のシグナルもないことからオートアライメント機構により問題なく認識できていることがわかる。 This metal film also functions as a reflective film 45A for the alignment mark. As shown in Fig. 9B , this alignment mark has high signal strength for both the alignment mark and the wafer mark, and there is no signal due to a step, so it can be seen that it can be recognized without problem by the auto-alignment mechanism.

<工程(4)>
上記の工程で形成された視認性の高いアライメントマークと金属膜を使ってレジスト塗布、露光、現像、エッチング工程を経て、逆台形状の溝に沿って下部コイルを形成する。
ここで、下部コイルには、逆台形状の溝の底面、側面に形成されたコイルに加えて溝形成部の平坦面に形成され、上部コイルとの接続部を同時に形成することから含むものとする。
<Step (4)>
Using the highly visible alignment marks and metal film formed in the above process, the lower coil is formed along the inverted trapezoidal groove through resist coating, exposure, development, and etching processes.
Here, the lower coil includes the coil formed on the bottom and side surfaces of the inverted trapezoidal groove, as well as the coil formed on the flat surface of the groove forming portion, which simultaneously forms a connection with the upper coil.

<工程(5)>
溝内に形成した下部コイルの上に絶縁性ガラス被覆されている磁性ワイヤを配置し、樹脂で埋設・固定する。
磁性ワイヤを固定する際に磁性ワイヤに張力30~100kg/mm2を負荷するとともに埋設用の樹脂を250~350℃の温度にてキュア熱処理して固定することが好ましい。これにより、磁気特性が改善される。
また、絶縁性ガラスで被覆されていない磁性ワイヤを配置する場合には、その配置の前に下部コイルの表面に絶縁性レジストを予め塗布することが好ましい。これにより下部コイルと金属製の磁性ワイヤとの短絡を防止することが可能となる。
<Step (5)>
A magnetic wire covered with insulating glass is placed on the lower coil formed in the groove, and is then embedded and fixed in place with resin.
When fixing the magnetic wire, it is preferable to apply a tension of 30 to 100 kg/mm2 to the magnetic wire and fix the embedding resin by curing heat treatment at a temperature of 250 to 350° C. This improves the magnetic properties.
In addition, when using a magnetic wire that is not covered with insulating glass, it is preferable to apply an insulating resist to the surface of the lower coil before placing the magnetic wire, which makes it possible to prevent a short circuit between the lower coil and the metallic magnetic wire.

<工程(6)>
磁性ワイヤを固定している樹脂の上部に、オートアライメント機構により視認性の高いアライメントマークを使って、厚み1~2μmの金属膜の蒸着(メッキでもよい。)、レジスト塗布、露光、現像、エッチング工程を経て上部コイルを形成してGSR素子を作製する。
また、電極、電極とコイル・磁性ワイヤとの配線は同時に形成することが好ましい。配線の形成に先立って磁性ワイヤの両端の絶縁性ガラス被覆をCF4-RIEで除去する。
<Step (6)>
Using a highly visible alignment mark created by an auto-alignment mechanism on top of the resin that secures the magnetic wire, a 1-2 μm thick metal film is evaporated (or plated), resist is applied, exposed, developed, and etched to form an upper coil, producing the GSR element.
It is also preferable to form the electrodes and the wiring between the electrodes and the coil/magnetic wire at the same time. Prior to forming the wiring, the insulating glass coating on both ends of the magnetic wire is removed by CF4-RIE.

上部コイルの形成において、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以下とした。この時、アライメントマークは第一台座1Aおよび反射膜(金属膜)を有することによりシグナル強度も十分であるため、なんの問題もなくオートアライメントにより、下部コイルと上部コイルを接合させることができる。 When forming the upper coil, the alignment accuracy between the alignment mark and the multiple masks is set to 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less. At this time, the alignment mark has a first base 1A and a reflective film (metal film), so the signal strength is sufficient, and the lower coil and upper coil can be joined by auto-alignment without any problems.

図7に、本発明により作製した3.0μmの狭ピッチコイルのSEM写真を比較例の5.5μmピッチコイルとともに示す。
3.0μmピッチのコイルが上部コイル-下部コイルのずれなく形成できることがわかる。
FIG. 7 shows an SEM photograph of a 3.0 μm narrow pitch coil produced according to the present invention, together with a 5.5 μm pitch coil as a comparative example.
It is seen that a coil with a pitch of 3.0 μm can be formed without any misalignment between the upper coil and the lower coil.

2層樹脂被膜法によって、ASIC基板上の樹脂被膜に溝とアライメントマークを同時に形成し、かつ視認性の高いアライメントマークを用いて狭ピッチコイルからなるGSR素子の製造フローを、図4(a)~(h)を用いて以下に説明する。 The two-layer resin coating method is used to simultaneously form grooves and alignment marks in the resin coating on the ASIC substrate, and the manufacturing flow for a GSR element consisting of a narrow-pitch coil using highly visible alignment marks is described below with reference to Figures 4(a) to (h).

工程ア)ASIC基板40aの表面には、集積回路起因の数μmの凹凸401aが存在している(図4(a))。
工程イ)ASIC基板40bに第一樹脂被膜41bを塗布した後、マスク材を用いて露光、現像を行なって図4(b)を形成する。
すなわち、溝を形成する溝形成部4Gbとアライメントマーク凹部を形成するアライメントマーク形成部4Abからなる第一台座を形成する。
これにより、第一台座となる部分のみに第一樹脂被膜41bが配置される。このとき、第一台座の厚みは10μmである。
Step A) On the surface of the ASIC substrate 40a, there are irregularities 401a of several μm caused by the integrated circuit (FIG. 4A).
Step a) After a first resin film 41b is applied to an ASIC substrate 40b, exposure and development are carried out using a mask material to form the structure shown in FIG.
That is, a first pedestal is formed, which is composed of a groove forming portion 4Gb for forming a groove and an alignment mark forming portion 4Ab for forming an alignment mark recess.
As a result, the first resin coating 41b is disposed only on the portion that will become the first pedestal. At this time, the thickness of the first pedestal is 10 μm.

工程ウ)280℃、1時間のキュア熱処理を行なって第一樹脂被膜41cを硬化させる(図4(c))。この時点においても、第一台座となる第一樹脂被膜41cの表面にはASIC基板40cの凹凸401cが転写されて残っている。
工程エ)ASIC基板の全体にレジストを塗布した後、マスク材を用いて露光、現像を行なって第一台座上のレジストを除去する。
Step c) A curing heat treatment is performed at 280° C. for 1 hour to harden the first resin film 41c (FIG. 4(c)). Even at this point, the projections and recesses 401c of the ASIC substrate 40c remain transferred to the surface of the first resin film 41c that will become the first pedestal.
Step d) After applying resist to the entire ASIC board, exposure and development are carried out using a mask material to remove the resist on the first pedestal.

工程オ)第一台座を平坦化するためにCMPを行ない、第一台座1Aを形成する(図4(d))。第一台座の厚みは、工程イ)により10μmで、キュア熱処理後でも8μm程度はあることからCMPには問題はない。
工程カ)溝とアライメントマークを形成するために、第一台座1Aの上に厚み10μmの第二樹脂被膜42eを塗布する。第一台座1Aは平坦化しているので、溝を形成する溝形成部4Gfとアライメントマークを形成するアライメントマーク形成部4Afからなる第二台座1BはASIC基板40eの凹凸401e影響は受けない(図4(e))。
Step E) CMP is performed to flatten the first pedestal, forming the first pedestal 1A (FIG. 4(d)). The thickness of the first pedestal is 10 μm in step B), and even after the curing heat treatment, it is still about 8 μm thick, so there is no problem with CMP.
Step F) In order to form grooves and alignment marks, a second resin coating 42e having a thickness of 10 μm is applied onto the first pedestal 1A. Since the first pedestal 1A is flattened, the second pedestal 1B consisting of a groove forming portion 4Gf for forming the grooves and an alignment mark forming portion 4Af for forming the alignment marks is not affected by the unevenness 401e of the ASIC substrate 40e (FIG. 4(e)).

工程キ)280℃、1時間のキュア熱処理を行なって第二樹脂被膜41fを硬化させる(図4(g))。熱処理によって溝はキュア熱処理時に発生する応力で直方体形状(44Gf、44Af)から逆台形状(44Gg、44Ag)へ変形する。第二台座1Bの上面は平坦を維持する。溝の深さは8μmである。 Step g) A curing heat treatment is performed at 280°C for 1 hour to harden the second resin coating 41f (Figure 4(g)). The heat treatment causes the grooves to deform from a rectangular parallelepiped shape (44Gf, 44Af) to an inverted trapezoid shape (44Gg, 44Ag) due to the stress generated during the curing heat treatment. The top surface of the second pedestal 1B remains flat. The depth of the groove is 8 μm.

工程ク)アライメントマーク凹部の形状を急峻化するために樹脂を全面に塗布した後、マスク露光・現像してアライメントマーク形成部以外をレジストで保護する。
アライメントマーク形成部4Agの第二台座1Bをマスクにして酸素RIEを行ない、第一台座1Aにアライメントマーク凹部44Agを掘り込み、レジストを剥離する(図4(g))。この時、アライメントマークは18個形成した。
工程ケ)ASIC基板の全面に金属膜を成膜した(図4(h))。金属蒸着により厚み0.2μmである。
Step H) In order to make the shape of the alignment mark recesses steeper, a resin is applied to the entire surface, and then exposure and development are performed using a mask to protect areas other than the areas where the alignment marks are to be formed with resist.
Using the second seat 1B of the alignment mark forming portion 4Ag as a mask, oxygen RIE is performed to excavate an alignment mark recess 44Ag in the first seat 1A, and the resist is peeled off (FIG. 4(g)). At this time, 18 alignment marks are formed.
Step I) A metal film was formed over the entire surface of the ASIC substrate (FIG. 4(h)). The thickness was 0.2 μm by metal deposition.

工程コ)ASIC基板全体にレジストを塗布し、溝部に下部コイルを形成するためのパターン、アライメントマークには保護するためのパターンを配置したマスク材を用いて露光、現像を行なった。
工程サ)コイル部にめっき後、レジスト膜を除去し、コイル部以外の金属膜をエッチングで除去する。これにより、溝部の金属膜は下部コイルとして、アライメントマークの金属膜は反射膜としてそれぞれ機能する。下部コイルの幅は2.0μm、厚みは1.0μmである。
Step J) A resist was applied to the entire ASIC substrate, and exposure and development were carried out using a mask material in which a pattern for forming a lower coil in the groove and a pattern for protecting the alignment marks were arranged.
Step K) After plating the coil portion, the resist film is removed, and the metal film other than the coil portion is removed by etching. As a result, the metal film in the groove portion functions as the lower coil, and the metal film of the alignment mark functions as a reflective film. The width of the lower coil is 2.0 μm, and the thickness is 1.0 μm.

工程シ)溝の下部コイルの上部に、厚さ1μmの絶縁性ガラスで被覆されているCoFeB系の磁性ワイヤに50kg/mm2の張力を負荷して配置し、接着剤、テープなどで仮止めした後、磁性ワイヤを樹脂により溝内に埋設する。さらに、この樹脂を280℃の温度にてキュア熱処理により硬化させ、磁性ワイヤを固定する。この時、磁性ワイヤには張力が付加されたまま熱処理されるため、GSR特性を改善できる。
工程ス)磁性ワイヤ用電極との配線と接続するために磁性ワイヤの両端部の絶縁性ガラスをCF4-RIEで除去して導通部を形成する。
Process C) A CoFeB magnetic wire covered with 1 μm thick insulating glass is placed on the upper part of the lower coil of the groove with a tension of 50 kg/mm2, and after temporarily fixing it with adhesive, tape, etc., the magnetic wire is embedded in the groove with resin. Furthermore, this resin is hardened by a curing heat treatment at a temperature of 280° C., and the magnetic wire is fixed. At this time, the magnetic wire is heat-treated while tension is applied, so that the GSR characteristics can be improved.
Step S) To connect to the wiring of the magnetic wire electrodes, the insulating glass on both ends of the magnetic wire is removed by CF4-RIE to form conductive parts.

工程セ)溝とワイヤの段差を解消するため、ポジレジスト系の樹脂被膜を塗布、露光、ベーク、現像、280℃、1時間のキュア熱処理をして溝上部の形状をなだらかにした後、ASIC基板の全体に金属膜を成膜し、レジストを塗布する。
工程ソ)溝部の上部コイルと磁性ワイヤの導通部の引き出し線(配線)を形成するためのパターンとアライメント部保護するためのパターンを配置したマスク材を用いて露光、現像を行なう。
なお、この時、アライメントマークは第一台座1Aおよび反射膜を有することによりシグナル強度も十分にあり、何の問題もなくオートアライメントにより、下部コイルの接続部と上部コイルの接続部との合わせを行なうことができる。
Process C) In order to eliminate the step between the groove and the wire, a positive resist resin film is applied, exposed, baked, developed, and then subjected to a curing heat treatment at 280°C for 1 hour to smooth out the shape of the upper part of the groove, after which a metal film is formed over the entire ASIC board and a resist is applied.
Process So) Exposure and development are carried out using a mask material on which a pattern for forming the upper coil of the groove and the lead wire (wiring) of the conductive part of the magnetic wire and a pattern for protecting the alignment part are arranged.
At this time, since the alignment mark has first base 1A and a reflective film, the signal strength is sufficient, and the connection part of the lower coil and the connection part of the upper coil can be aligned by automatic alignment without any problem.

工程タ)コイル部にめっき後、レジスト膜を除去し、コイル部以外の金属膜をエッチングで除去する。ここで上部コイル、電極および磁性ワイヤの導通部の引き出し線(配線)が形成されてそれぞれ機能する。
上部コイルの幅は2.0μm、厚みは1.0μmである。そして、下部コイルの接続部と上部コイルの接続部からなるコイル接続部は線幅2.0μm、コイルピッチは3.0μmで形成されている。
Step T) After plating the coil portion, the resist film is removed and the metal film other than the coil portion is removed by etching. At this stage, the upper coil, electrodes, and lead wires (wiring) of the conductive portions of the magnetic wire are formed and function.
The upper coil has a width of 2.0 μm and a thickness of 1.0 μm. The coil connection portion consisting of the connection portion of the lower coil and the connection portion of the upper coil is formed with a line width of 2.0 μm and a coil pitch of 3.0 μm.

以上のプロセスにより、溝とアライメントマークを樹脂被膜で同時に形成し、かつ樹脂被膜上に視認性の高いアライメントマークを形成できるため、ASIC基板上に微細なピッチコイルからなるGSR素子を一体化形成することが可能となる。
図7に本発明による3.0μmコイルピッチのSEM写真(a)を、従来例5.5μmコイルピッチのSEM写真(b)と比較して示す。
By using the above process, grooves and alignment marks can be simultaneously formed in the resin coating, and highly visible alignment marks can be formed on the resin coating, making it possible to integrally form a GSR element consisting of a fine pitch coil on an ASIC substrate.
FIG. 7 shows a SEM photograph (a) of a 3.0 μm coil pitch according to the present invention in comparison with a SEM photograph (b) of a conventional 5.5 μm coil pitch.

ASIC基板上に微細なコイルピッチからなるGSR素子を一体化形成することが可能となり、GSR素子の薄型化・小型化に加えて一層の高感度化が達成される。
このGSRセンサは生体磁気への応用が期待される。
It becomes possible to integrally form a GSR element with a fine coil pitch on an ASIC substrate, which not only enables the GSR element to be made thinner and more compact, but also achieves even higher sensitivity.
This GSR sensor is expected to be applied to biomagnetism.

1:ASIC基板の表面の凹凸
2:ASIC基板上のGSR素子およびアライメントマーク
20:ASIC基板、201:ASIC基板の凹凸、211:第一樹脂被膜(第一台座1A)、212:第二樹脂被膜(第二台座1B)、22:溝形成部、221:樹脂、222:下部コイル、223:磁性ワイヤ、224:上部コイル、225:溝底部にR形状を形成する樹脂被膜、 23:アライメントマーク形成部、231:アライメントマーク、232:反射膜
3:逆台形状の溝とアライメントマーク
30:ASIC基板、311:第一樹脂被膜(第一台座1A)、312:第二樹脂被膜(第二台座1B)、32:溝形成部、321:逆台形状の溝、33:アライメントマーク形成部、331:細長い逆台形状の溝(アライメントマーク凹部)
1: unevenness on the surface of the ASIC substrate 2: GSR element and alignment mark on the ASIC substrate 20: ASIC substrate, 201: unevenness on the ASIC substrate, 211: first resin coating (first pedestal 1A), 212: second resin coating (second pedestal 1B), 22: groove forming portion, 221: resin, 222: lower coil, 223: magnetic wire, 224: upper coil, 225: resin coating forming an R-shape at the bottom of the groove, 23: alignment mark forming portion, 231: alignment mark, 232: reflective film
3: Inverted trapezoid groove and alignment mark
30: ASIC substrate, 311: first resin coating (first base 1A), 312: second resin coating (second base 1B), 32: groove forming portion, 321: inverted trapezoid groove, 33: alignment mark forming portion, 331: elongated inverted trapezoid groove (alignment mark recess)

4a:ASIC基板の表面の凹凸状態
40a:ASIC基板、401a:ASIC基板の凹凸
4b:第一樹脂被膜を塗布したASIC基板
4Gb:溝形成部、4Ab:アライメントマーク形成部
40b:ASIC基板、401b:ASIC基板の凹凸
4c:第一樹脂被膜キュア熱処理したASIC基板
4Gc:溝形成部、4Ac:アライメントマーク形成部
40c:ASIC基板、401c:ASIC基板の凹凸、41c:キュア熱処理した第一樹脂被膜
4d:CMPしたASIC基板
4Gd:溝形成部、4Ad:アライメントマーク形成部
40d:ASIC基板、401d:ASIC基板の凹凸、41d:CMP後の平坦化した第一樹脂被膜(第一台座1A)
4e:第二樹脂被膜を塗布したASIC基板
4Ge:溝形成部、4Ae:アライメントマーク形成部
40e:ASIC基板、41e:第一樹脂被膜(第一台座1A)、42e:第二樹脂被膜、1B:平坦面からなる第二台座
4f:第二樹脂被膜に溝を形成したASIC基板
4Gf:溝形成部、4Af:アライメントマーク形成部
40f:ASIC基板、401f:ASIC基板の凹凸、41f:第一樹脂被膜(第一台座1A)、42f:キュア熱処理した第二樹脂被膜、44Gf:長方形の溝、44Af:細長い長方形の溝
4g:溝を形成した第二樹脂被膜をキュア熱処理したASIC基板
4Gg:溝形成部、4Ag:アライメントマーク形成部
40g:ASIC基板、401g:ASIC基板の凹凸、41g:第一樹脂被膜(第一台座1A)、42g:キュア熱処理した第二樹脂被膜、44Gg:逆台形状の溝、44Ag:細長い逆台形状の溝
4h:金属膜を成膜したASIC基板
4Gh:溝形成部、4Ah:アライメントマーク形成部
40h:ASIC基板、401h:ASIC基板の凹凸、41h:第一樹脂被膜(第一台座1A)、42h:キュア熱処理した第二樹脂被膜、43h:溝底部のR形状を作る樹脂被膜、44Gh:逆台形状の溝、44Ah:細長い逆台形状の溝からなるアライメントマーク
45G:金属膜、45A:金属膜からなる反射膜
4a: uneven state of the surface of the ASIC substrate 40a: ASIC substrate, 401a: unevenness of the ASIC substrate 4b: ASIC substrate coated with a first resin coating 4Gb: groove formation portion, 4Ab: alignment mark formation portion 40b: ASIC substrate, 401b: unevenness of the ASIC substrate
4c: ASIC substrate subjected to first resin coating curing heat treatment 4Gc: groove forming portion 4Ac: alignment mark forming portion 40c: ASIC substrate 401c: unevenness of ASIC substrate 41c: first resin coating cured heat treatment
4d: ASIC substrate subjected to CMP; 4Gd: groove forming portion; 4Ad: alignment mark forming portion; 40d: ASIC substrate; 401d: unevenness of ASIC substrate; 41d: first resin coating film planarized after CMP (first pedestal 1A)
4e: ASIC substrate coated with second resin coating 4Ge: groove forming portion, 4Ae: alignment mark forming portion 40e: ASIC substrate, 41e: first resin coating (first pedestal 1A), 42e: second resin coating, 1B: second pedestal consisting of a flat surface 4f: ASIC substrate with a groove formed in the second resin coating 4Gf: groove forming portion, 4Af: alignment mark forming portion 40f: ASIC substrate, 401f: unevenness of the ASIC substrate, 41f: first resin coating (first pedestal 1A), 42f: second resin coating cured with heat , 44Gf: rectangular groove, 44Af: elongated rectangular groove 4g: ASIC substrate with the second resin coating with a groove formed therein cured with heat 4Gg: groove forming portion, 4Ag: alignment Alignment mark forming portion 40g: ASIC substrate, 401g: unevenness of ASIC substrate, 41g: first resin coating (first pedestal 1A), 42g: second resin coating subjected to curing heat treatment , 44Gg: inverted trapezoid groove, 44Ag: elongated inverted trapezoid groove 4h: ASIC substrate on which metal film is formed 4Gh: groove forming portion, 4Ah: alignment mark forming portion 40h: ASIC substrate, 401h: unevenness of ASIC substrate, 41h: first resin coating (first pedestal 1A), 42h: second resin coating subjected to curing heat treatment , 43h: resin coating forming R-shape of groove bottom, 44Gh: inverted trapezoid groove, 44Ah: alignment mark consisting of elongated inverted trapezoid groove 45G: metal film, 45A: reflective film consisting of metal film

5:金属膜成膜前のアライメントマーク
50:基板、51:アライメントマーク凹部、52:マスクのアライメントマーク
501:基板凹凸起因のシグナル、511:アライメントマーク凹部のシグナル、512:マスクのアライメントマークのシグナル
6:金属膜成膜後のアライメントマーク
60:基板、61:アライメントマーク凹部、62:マスクのアライメントマーク
611:アライメントマーク凹部のシグナル、612:マスクのアライメントマークのシグナル

5: Alignment mark before metal film formation 50: Substrate, 51: Alignment mark recess, 52: Mask alignment mark 501: Signal due to substrate unevenness, 511: Alignment mark recess signal, 512: Mask alignment mark signal 6: Alignment mark after metal film formation 60: Substrate, 61: Alignment mark recess, 62: Mask alignment mark 611: Alignment mark recess signal, 612: Mask alignment mark signal

Claims (4)

磁性ワイヤと前記磁性ワイヤを周回する下部コイルと上部コイルとからなる5μm以下のコイルピッチを有する検出コイルと電極配線からなるGSR素子を特定用途向け集積回路(以下、ASICという。)の基板上に直接作製するGSR素子の製造方法において、
(1)前記ASIC基板上にネガレジスト系の第一樹脂被膜を塗布して、平坦で硬い樹脂製の溝形成部とアライメントマーク形成部に第一台座を形成し、
(2)前記第一台座の上に溝深さよりも厚いポジレジスト系の第二樹脂被膜を塗布して第二台座とし、前記第二台座の前記溝形成部には前記磁性ワイヤを配置するための逆台形状の溝(以下、溝という。)を形成するための長方形の凹部と前記アライメントマーク形成部にはアライメントマーク用凹部を形成するための凹部を同時に形成し、キュア熱処理して硬化させるとともに逆台形状の前記溝と前記アライメントマーク用凹部を形成し、
(3)前記溝部に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、前記溝よりなる前記溝形成部と、アライメントマーク凹部よりなるアライメントマーク形成部に金属膜を成膜し、
(4)前記アライメントマーク形成部の前記金属膜の成膜された前記アライメントマーク凹部と、前記アライメントマーク形成部の平坦面に成膜された反射膜とからなる視認性の高いアライメントマークを用いて、前記金属膜の成膜された前記溝形成部の金属皮膜を前記溝の面に沿って前記下部コイルと、前記溝形成部の平坦面の上部コイル接続部(以下、下部コイルと上部コイル接続部とを下部コイルという。)を形成し、
(5)前記溝の前記下部コイルの上に前記磁性ワイヤを張力付加して配置し、樹脂により前記溝内に仮固定し、さらに張力を付加したままキュア熱処理することで、前記磁性ワイヤを溝に固定し、
(6)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CF-RIEにより除去する工程と、
(7)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する工程と、
(8)前記樹脂の上部に、オートアライメント機構により前記アライメントマークを用いて前記上部コイルと前記電極を形成し、
(9)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からなる素子基板を個片化する
ことを特徴とするGSR素子の製造方法。
A method for manufacturing a GSR element, which comprises a detection coil having a coil pitch of 5 μm or less, which is made up of a magnetic wire, a lower coil and an upper coil surrounding the magnetic wire, and electrode wiring, and is directly fabricated on a substrate of an application specific integrated circuit (hereinafter referred to as ASIC), comprising:
(1) applying a negative resist-based first resin coating onto the ASIC substrate to form a first base in a groove forming portion and an alignment mark forming portion made of a flat and hard resin;
(2) A second resin coating of a positive resist system having a thickness greater than the depth of the groove is applied onto the first pedestal to form a second pedestal, and a rectangular recess for forming an inverted trapezoid groove (hereinafter referred to as a groove) for arranging the magnetic wire is simultaneously formed in the groove forming portion of the second pedestal, and a recess for forming an alignment mark recess is simultaneously formed in the alignment mark forming portion, and the second pedestal is cured by a curing heat treatment to harden the second pedestal and form the inverted trapezoid groove and the alignment mark recess;
(3) applying a negative resist resin film to the groove portion, exposing and developing the resin film so that the resin film remains only in the groove portion, and forming an R-shape in the bottom of the groove by a curing heat treatment; and forming a metal film on the groove forming portion formed by the groove and on an alignment mark forming portion formed by an alignment mark recess;
(4) Using an alignment mark having high visibility, which is composed of the alignment mark recess on which the metal film of the alignment mark forming portion is formed and a reflective film formed on the flat surface of the alignment mark forming portion, a metal coating of the groove forming portion on which the metal film is formed is formed along the surface of the groove, forming the lower coil and an upper coil connection portion on the flat surface of the groove forming portion (hereinafter, the lower coil and the upper coil connection portion are referred to as the lower coil);
(5) placing the magnetic wire on the lower coil in the groove under tension, temporarily fixing the magnetic wire in the groove with resin, and further fixing the magnetic wire in the groove by performing a curing heat treatment while still applying tension;
(6) removing the insulating glass covering the wire in the wire electrode portion for joining the wire to an electrode wiring by CF 4 -RIE;
(7) a process of applying a positive resist resin coating to the entire surface of the substrate, exposing and developing the coating to leave the positive resist resin coating only on the grooves and magnetic wires, and smoothing the stepped portions by performing a curing heat treatment;
(8) forming the upper coil and the electrodes on the upper part of the resin using the alignment marks by an auto-alignment mechanism;
(9) A method for manufacturing a GSR element, comprising the steps of: dividing an element substrate, which is an assembly of elements each including the magnetic wire, the detection coil, and the electrodes, into individual pieces.
請求項1に記載載された工程(2)において、
(2’)前記第一台座の上に溝深さよりも厚いポジレジスト系の第二樹脂被膜を塗布して第二台座とし、前記第二台座の前記溝形成部には前記磁性ワイヤを配置するための逆台形状の溝(以下、溝という。)を形成するための長方形の凹部と前記アライメントマーク形成部には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させるとともに前記溝と前記アライメントマーク用凹部を形成し、さらに前記アライメントマーク用凹部は第二台座をマスクにRIE加工をして第一台座を掘りこむ
ことを特徴とするGSR素子の製造方法。
In the step (2) according to claim 1,
(2') A method for manufacturing a GSR element, characterized in that a second resin coating of a positive resist system thicker than the groove depth is applied onto the first pedestal to form a second pedestal, a rectangular recess for forming an inverted trapezoidal groove (hereinafter referred to as the groove) for placing the magnetic wire is simultaneously formed in the groove forming portion of the second pedestal, and a recess for an alignment mark is simultaneously formed in the alignment mark forming portion, and the groove and the recess for the alignment mark are formed while being hardened by a curing heat treatment, and further the recess for the alignment mark is formed by performing RIE processing using the second pedestal as a mask to excavate the first pedestal.
請求項1に記載された工程(5)において、
(5’) 前記溝の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特性の向上を図ることを特徴とするGSR素子の製造方法。
In the step (5) according to claim 1,
(5') A method for manufacturing a GSR element, comprising: placing the magnetic wire on top of the lower coil in the groove with a tension of 30 to 100 kg/mm2; embedding the magnetic wire in the groove with resin; and performing tension heat treatment at a temperature of 250 to 350°C to fix the magnetic wire while improving the GSR characteristics.
請求項1~請求項3に記載されたいずれか一項において、
前記ネガレジスト系の第一樹脂被膜の膜厚は、前記ASIC基板上の凹凸の3倍以上であることを特徴とするGSR素子の製造方法。






























In any one of claims 1 to 3,
A method for manufacturing a GSR element, characterized in that the thickness of the negative resist type first resin coating is at least three times the irregularities on the ASIC substrate.






























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