JPH04329612A - 磁気パターンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気パターンの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、磁気記録・再生装置においては
、電磁石等からなる磁気ヘッドおよび微小磁石等からな
る磁性体が用いられる。磁気記録の場合、磁気ヘッドは
記録情報に対応して変化する磁界を発生し、磁界中を移
動する磁性体に残留磁気の位置的変化を生じさせて、磁
性体に情報を記録する。一方、磁気再生の場合、磁気ヘ
ッドは、磁性体の残留磁気の位置的変化を電圧変化とし
て検出して、磁性体から記録情報を再生する。

【０００３】上述の磁気記録・再生の原理は、磁気セン
サにも利用されている。すなわち、記録用磁気ヘッドに
より所定の磁気パターンを高い位置精度で製造し、検出
用磁気ヘッドにより磁気パターンを検出して位置情報を
得るようにしている。ここで、従来の磁気媒体の製造方
法の一例として、直線型の磁気パターンを製造する場合
の例を説明する。

【０００４】まず、図１０に示される磁気パターン製造
装置１を準備する。磁気パターン製造装置１は位置検出
器２、連動部材３、４、アクチュエータ５、磁気ヘッド
６およびＩ／Ｖ回路（電流電圧変換回路）７から構成さ
れる。磁気記録媒体８は、位置検出器２とアクチュエー
タ５とに連動部材３および４で連結されている。アクチ
ュエータ５は磁気記録媒体８を図１０の矢印Ａ、Ｂ方向
に高い位置精度で移動させ、位置検出器２で磁気記録媒
体８の位置を検出する。

【０００５】次いで、アクチュエータ５により磁気記録
媒体８を所定位置に移動させて固定し、磁気ヘッド６の
先端を磁気記録媒体８に接触させる。次いで、磁気ヘッ
ド６のコイルにＩ／Ｖ回路７から電流を流して磁界を発
生させ、磁気ヘッド６の先端の空隙部近傍の磁気記録媒
体８を着磁する。次いで、アクチュエータ５により磁気
記録媒体８を他の位置に移動させる。詳しくは、移動中
の磁気記録媒体８の位置は位置検出器２により検出され
ており、アクチュエータ５は位置検出器２の検出結果に
基づいて磁気記録媒体８を所望の位置に移動させ固定す
る。次いで、上述同様に磁気ヘッド６により磁気記録媒
体８を着磁する。以下、同様に磁気記録媒体８の所定部
分を全て着磁すると、所定の磁気パターンを有する磁気
記録媒体８が製造される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の磁気媒体およびその製造方法にあっては、磁
気媒体が例えば磁気スケールである場合、下述のような
理由のため、磁気検出時の検出信号のＳ／Ｎ比が小さく
なり、また磁気検出の分解能の向上が困難になるといっ
た問題点があった。

【０００７】すなわち、磁気記録媒体８を着磁するとき
磁気ヘッド６の漏れ磁束を利用しているため、磁気記録
媒体８に強い磁界を与えることができなく、スケールと
して使用して位置を検出するときの信号のＳ／Ｎ比が小
さくなる。また、磁気スケールの分解能が磁気ヘッド６
の着磁精度により決るため、分解能を向上するには製造
装置に多額の設備投資が必要になり、分解能の向上が困
難になる。

【０００８】そこで、本発明は、磁気パターンの分解能
を向上し、さらに位置検出の出力信号のＳ／Ｎ比を大き
くするが可能な磁気パターンの製造方法を提供すること
を課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、フォトエッチングプロセスを用いて基板材
料の表面を金属膜により選択的に被覆する第１の工程と
、第１の工程の後、ドライエッチングにより基板材料上
に所定のパターンを蝕刻形成する第２の工程と、第２の
工程で形成されたパターンの蝕刻された溝の中に磁性体
を埋め込む第３の工程と、前記磁性体を着磁する第４の
工程と、を有することを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明では、第１の工程において金属膜をフォ
トエッチングプロセスにより形成し、第２の工程におい
てドライエッチングを用いることにより、所定パターン
が高い位置精度で蝕刻形成されるとともに、フォトリソ
グラフィーのマスクパターンを交換するだけで分解能を
向上することが可能になる。

【００１１】また、磁性体を蝕刻された溝に埋め込んだ
後に着磁することにより、磁性体に強い磁化をかけるこ
とが可能になり、結果的に位置検出時に強い磁界強度が
得られ、位置検出の出力信号のＳ／Ｎ比が増大される。 さらに、第２の工程においてドライエッチングを用いる
ことにより、基板材料の結晶方向によらないで磁気パタ
ーンを任意に配列した場合でも、基板面にほぼ垂直な側
壁を有する溝が形成される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図５は本発明に係る磁気パターンの製造方法の第１
実施例を示す工程図であり、基板としてシリコン基板を
用いた場合の例である。まず、図１（ａ）に示すシリコ
ン（以下、Ｓｉとする）基板または半導体ＩＣ用の（１
１０）面が表れている基板１１を準備し、Ｓｉ基板１１
のゴミや汚れ等を半導体プロセスと同様の洗浄方法で除
去する。

【００１３】次いで、清浄なＳｉ基板１１の表面に蒸着
装置またはスパッタ装置等の真空成膜装置を用いて、図
１（ｂ）に示すように金属膜１２を成膜する。金属膜１
２の膜厚は１μｍ程度にする。以下、金属膜１２がＡｌ
からなる場合を例にとって説明し、Ｓｉ基板１１と金属
膜１２からなる基板をＡｌ／Ｓｉ基板１３とする。なお
、金属膜１２の材料として、Ａｌの他にＣｒ、Ｎｉ等を
用いてもよい。さらに、シリコン基板を酸化させ表面に
ＳｉＯ２層を形成した後、Ａｌ等を成膜してもよい。

【００１４】次いで、図１（ｃ）に示すように、Ａｌ／
Ｓｉ基板１３の金属膜側の基板表面上に後述のレジスト
剤からなるレジスト１４をスピンコーティングする。詳
しくは、Ａｌ／Ｓｉ基板１３の基板面中央部に有機系樹
脂からなるフォトレジスト剤を数滴たらし、この中心部
を通り基板面に垂直な軸線回りにＡｌ／Ｓｉ基板１３を
回転させて、レジスト剤を基板面に均一に薄く延し、約
１００℃に加熱した恒温漕の中にいれ、レジスト剤を安
定させる。 このレジスト剤は後述のＡｌのエッチング工程のマスキ
ングとして用いられるため、燐酸、硝酸、酢酸、水を１
６：１：２：１の比で混合したＡｌのエッチング液に耐
性があればよく、例えば、ＡＺ−１３５０（ポジ型）や
ＯＭＲ−８３（ネガ型）を用いることができる。

【００１５】次いで、図２（ｄ）に示すように、所定パ
ターンが書き込まれたガラス板１５をＡｌ／Ｓｉ基板１
３のレジスト１４上に置き、レジスト１４にガラス板１
５を通して紫外線を照射する。ガラス板１５上には紫外
線を通さない材料１５ａが選択的に塗られており、ガラ
ス板１５の側から紫外線を照射すると、紫外線を通さな
い材料１５ａが塗られている部分のレジスト１４には紫
外線が当らず、残りの部分のレジスト１４に紫外線が照
射される。紫外線が照射された部分のみのレジスト１４
が選択的に光化学反応を起こす。一般にフォトレジスト
には紫外線露光により光不溶化反応を起こすネガ型のも
のと、光可溶化反応を起こすポジ型のものがあるが、本
実施例では後者の光可溶化反応を起こすものを用いた例
について説明する。

【００１６】次いで、Ａｌ／Ｓｉ基板１３をレジスト１
４と共に現像液に浸し、図２（ｅ）に示すように、レジ
スト１４の露光された部分、すなわち光可溶化反応を起
こした部分のみを溶かし出して、Ａｌ／Ｓｉ基板１３か
ら除去し、Ａｌ／Ｓｉ基板１３の金属膜１２面を選択的
に露出させる。この現像処理により生じたＡｌ／Ｓｉ基
板１３の金属膜１２の露出面によって形成されるパター
ンは上述のガラス板１５の所定パターンと同じであり、
ガラス板１５の所定パターンが転写されたものである。

【００１７】次いで、図２（ｆ）に示すように、前述の
Ａｌのエッチング液１６でＡｌ、すなわち金属膜１２を
エッチングする。詳しくは、前述のＡｌのエッチング液
を大型平底ビーカ１７に入れ、図示しない攪拌装置の上
に大型平底ビーカ１７を載せてビーカ内に図示しない攪
拌子を入れ、攪拌子の回転数を６００ｒｐｍに設定しＡ
ｌ／Ｓｉ基板１３を入れる。露出した部分の金属膜１２
がエッチングされた時点でエッチング液１６からＡｌ／
Ｓｉ基板１３を取り出し純水に浸しエッチング液を除去
する。この結果、所定パターンが金属膜１２のパターン
に転写され、Ｓｉ基板１１の表面が選択的に露出される
。

【００１８】次いで、図２（ｇ）に示すように、レジス
ト１４を除去する。次いで、ＲＩＥ（リアクティブイオ
ンエッチング）装置を用いてＡｌ／Ｓｉ基板１３をドラ
イエッチングして、図３（ｈ）（ｉ）に示すように、金
属膜１２に被覆されていないＳｉ基板１１の露出部に溝
１７を形成し、所定パターンを蝕刻形成する。詳しくは
、真空容器内でＡｌ／Ｓｉ基板１３を入れ、Ｓｉ部をＣ
Ｆ４またはＳＦ６のＦ元素と反応させる。Ｆ元素は非常
に反応性に富みＳｉとも反応して結合し、反応後は全て
気化し、気化分子は真空ポンプで排気される。一方Ｆ元
素はＡｌとは反応しないため、金属膜１２はマスクとし
て機能する。溝１７の深さは１００μｍ程度にする。な
お、レジスト１４を除去する工程で、上述のＲＩＥ装置
を用い反応ガスを酸素にして、レジスト１４を除去する
こともできる。

【００１９】次いで、図４（ｊ）（ｋ）に示すように、
Ａｌ／Ｓｉ基板１３の溝１７に磁性体１８を埋め込む。 磁性体１８の埋め込み方法として、以下の４通りの方法
がある。 第１の方法は、直径１〜５μｍのフェライト磁性粉を溝
１７に入れて、別個に用意されたＳｉ基板で溝１７に蓋
をして圧力を加え、フェライトのハード磁性粉の密度を
増大させる方法である。また磁性粉の密度を増大させる
には、基板に垂直な磁界を印加した状態で磁性粉を挿入
する方法や、振動を加える方法や、１３００℃程度まで
加熱した電気炉中に１０時間程度放置し焼結する方法が
ある。最後の焼結する方法においては、焼結すると磁性
粉の隙間が埋まり見かけ上の体積は減少する。したがっ
て、１度焼結させた後、再度、磁性粉を挿入する必要が
ある。その後２回目に挿入した磁性粉を焼結させること
もできる。さらに２回目以降も同様の工程を繰り返す方
法もある。

【００２０】第２の方法は、真空薄膜形成装置にＡｌ／
Ｓｉ基板１３をセットし、スパッタ材料（ハードフェラ
イト）をターゲットにしてスパッタし、溝１７に磁性体
１８を埋め込んでいく方法であり、通常のスパッタ法と
同じである。第３の方法は、磁気テープ、磁気ディスケ
ット等に用いられる磁性粉を含む塗布剤をＡｌ／Ｓｉ基
板１３の溝１７に流し込み、揮発性物質を気化させて磁
性粉の体積比を高める方法である。詳しくは、フェライ
トの磁性粉を有機系のバインダ液に入れて磁性粉が均一
に分布するように十分に混ぜ合わせる。ただし、混合中
に空気の混入による気泡が発生しないように、十分注意
する必要がある。また、磁性粉の混合比が磁界強度の強
さに大きく影響する。混ぜ合わせる体積比にほぼ比例し
て磁界強度が変化し、磁界強度が最大の場合は、混ぜた
磁性粉だけを配向させた時の磁界強度に等しい。次に、
磁性粉を混ぜ合わせたバインダ液をＡｌ／Ｓｉ基板１３
の溝１７に垂らして溝１７からやや溢れるようになるま
で入れる。次いで、Ａｌ／Ｓｉ基板１３をホットプレー
トの上に載せ５０℃程度に加熱してバインダ液に含まれ
た揮発物質を気化させ、相対的に磁性粉の体積比を増大
させる。

【００２１】第４の方法は電気メッキ法でＡｌ／Ｓｉ基
板１３の溝１７の中に金属磁性体を折出させ、これを充
填する。次いで、上述の４つのうちの何れの方法におい
ても、図４（ｊ）に示すように磁性体１８の表面には凹
凸が発生するため、図５（ｌ）に示すようにＡｌ／Ｓｉ
基板１３の基板面を研磨し、平坦にする。

【００２２】次いで、図５（ｍ）に示すように、Ａｌ／
Ｓｉ基板１３上にＳｉＯ２等からなる保護膜１９を形成
する。詳しくは、ＣＶＤ法（化学的気相成膜法）により
約　１．０μｍのＳｉＯ２膜をＡｌ／Ｓｉ基板１３上に
形成したり、あるいは、薄いフィルムをＡｌ／Ｓｉ基板
１３に貼ったり樹脂や塗料等を塗布して保護膜１９を形
成する。次いで、磁性体１８を着磁機により着磁する。 詳しくは、図５（ｎ）に示すように、基板面に沿って延
在する磁極間にＡｌ／Ｓｉ基板１３を挟み、磁性体１８
を基板面に垂直な方向の磁界により着磁する。

【００２３】以上の工程により、着磁された磁性体の所
定パターンを有するＡｌ／Ｓｉ基板１３が製造、すなわ
ち、図５（ｏ）に示す磁気スケール２０が製造される。 図６、図７は本発明に係る磁気パターンの製造方法の第
２実施例を示す工程図である。まず、前述の図１〜図３
（ｉ）に示す工程と同一の工程により、溝１７を有する
Ａｌ／Ｓｉ基板１３を製造する。

【００２４】次いで、図６（ｊ）に示すように、燐酸、
硝酸、酢酸、水を１６：１：２：１の比で混合したＡｌ
のエッチング液２１に、Ａｌ／Ｓｉ基板１３を浸し、金
属膜１２を全て除去する。次いで、図６（ｋ）（ｌ）に
示すように、Ａｌ／Ｓｉ基板１３の溝１７に磁性体２２
を埋め込む。磁性体２２の埋め込み方法は前述の実施例
と同様の方法を用いる。

【００２５】次いで、磁性体２２の表面には凹凸が発生
するため、図７（ｍ）に示すようにＡｌ／Ｓｉ基板１３
の基板面を研磨し、平坦にする。次いで、図７（ｎ）に
示すように、Ａｌ／Ｓｉ基板１３上にＳｉＯ２等からな
る保護膜２３を形成する。詳しくは、ＣＶＤ法（化学的
気相成膜法）により約　１．０μｍのＳｉＯ２膜をＡｌ
／Ｓｉ基板１３上に形成したり、あるいは、薄いフィル
ムをＡｌ／Ｓｉ基板１３に貼ったり樹脂や塗料等を塗布
して保護膜２３を形成する。

【００２６】次いで、磁性体２２を着磁機により着磁す
る。詳しくは、図７（ｏ）に示すように、基板面に沿っ
て延在する磁極間にＡｌ／Ｓｉ基板１３を挟み、磁性体
２２を基板面に垂直な方向の磁界により着磁する。以上
の工程により、着磁された磁性体の所定パターンを有す
るＡｌ／Ｓｉ基板１３が製造、すなわち、金属膜を除去
した場合の磁気スケールが製造される。

【００２７】前述の第１実施例により製造された磁気ス
ケールと第２実施例により製造された磁気スケールの相
違は、金属膜１２を残すか否かである。第１実施例のよ
うに金属膜を残した場合、磁気スケールをケーシング等
に固定する場合、金属膜とケーシングをハンダ付け等に
より容易に固定することができる。一方、第２実施例の
ように金属膜を除去した場合、熱膨張率の相違による高
温時の金属膜とＳｉ基板との剥離の問題を解消すること
ができる。

【００２８】ここで、第１、２実施例において、前述し
たように溝１７をドライエッチングのみにより形成した
場合の利点について説明する。酸またはアルカリによる
ウエットエッチングにおいては、シリコン単結晶の結晶
軸の方向によって、エッチング速度が異なることが多い
。 例えば、（１１０）面を平面としたシリコンウェハを、
水酸化カリウム水溶液を用いてウエットエッチングする
場合には、ウェハに垂直な＜１１０＞方向のエッチング
速度に対し、平面内にある＜１１１＞方向のエッチング
速度は数百分の１である。また同平面内の他の方向では
、＜１１１＞方向の速度の数倍である。

【００２９】シリコンウェハにピットを形成するには、
上述のようにウェハの平面を（１１０）面とし、ウェハ
平面に垂直な＜１１０＞方向にエッチング速度を大きく
することは好都合である。また、ウェハ平面を（１１０
）面とすると、ウェハ平面内のエッチング速度が平面内
の方向によって上述の程度互いに異なることは、ピット
の縦横の寸法精度を余り必要としない場合、あるいは、
ピットの間隔を十分とれる場合には余り問題とならない
。しかし、例えば、ロータリー磁気エンコーダのように
、ピットが円周上に配列され、またピット間隔が狭い場
合には、平面内の方向によってエッチング速度が異なる
ことは不都合である。すなわち、図８に示すように、ウ
ェハ平面を（１１０）面、Ｘ軸方向を＜１１１＞方向と
するシリコンウェハ３０に、円周方向に配列されたピッ
ト３１〜３４を形成する場合を想定する。ピット３１〜
３４の配置に対応したパターンのマスクをしてウエット
エッチングすると、ピット３１、３４のＹ軸方向と平行
なピット側面はエッチング開始時の形通りエッチングさ
れるが、Ｙ軸方向と異なる方向では前述したように＜１
１１＞方向よりもエッチング速度が大きいため、Ｙ軸方
向と平行でない他のピット側面およびピット３２、３３
の各ピット側面はエッチング開始時の形状にはならない
。図８に示すような形状のままピットが形成されないと
、ロータリエンコーダでは、ピット間隔が狭いので、ピ
ットの位置精度が低下することになる。

【００３０】一方、ピットをＲＩＥのようなドライエッ
チングにより形成する場合、シリコン単結晶の結晶軸方
向によってエッチング速度が変化するといったことはな
い。この場合、軸方向とは無関係にイオンを衝突させる
方向のエッチング速度が大きくなり、この衝突方向と直
角方向のエッチング速度は、衝突方向のエッチング速度
より小さく、かつ、結晶軸方向とは無関係である。した
がって、ドライエッチングを利用した場合、図８に示さ
れるピット３１〜３４はマスクパターン通りの矩形断面
形状となり、各ピットの間隔が狭い場合でも、ピットの
位置精度の低下を防止することができる。

【００３１】また、図９に示すように、直線形磁気パタ
ーンをシリコンウェハ４０から作り出す場合、ドライエ
ッチングを利用すれば、直線形磁気パターンを磁気パタ
ーン４１のように取り出しても、磁気パターン４２のよ
うに取り出しても、同一形状寸法の磁気パターンを製造
することができる。例えば、直線形磁気パターンのピッ
ト間隔を狭くする場合には好都合である。これに対して
ウエットエッチングを利用した場合、磁気パターン４１
のように直線形磁気パターンの長方形の一辺を＜１１１
＞方向と平行に並べなければならない。このように＜１
１１＞方向を考慮して磁気パターンの取り出し形状を決
めるのは作業上面倒であり、コストの上昇や不良品の発
生を招き易い。

【００３２】なお、前述の実施例は、基板として、半導
体ＩＣ用シリコン基板を用いた場合について説明したが
、これに限定されるものではなく、ゲルマニウム、ガリ
ウム砒素、ガラス、酸化砒素等、ＲＩＥ装置でドライエ
ッチングが可能で、かつ、磁気を帯びていない材料であ
ればよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、第１の工程において金
属膜をフォトエッチングプロセスにより形成し、第２の
工程においてドライエッチングを用いているので、所定
パターンを高い位置精度で蝕刻形成するとともに、フォ
トリソグラフィーのマスクパターンを交換するだけで容
易に分解能を向上することができる。

【００３４】また、磁性体を蝕刻された溝に埋め込んだ
後に着磁しているので、磁性体に強い磁化をかけること
ができ、結果的に位置検出時に強い磁界強度を得ること
ができ、位置検出の出力信号のＳ／Ｎ比を増大すること
ができる。さらに、第２の工程においてドライエッチン
グを用いているので、基板材料の結晶方向によらないで
磁気パターンを任意に配列した場合でも、基板面にほぼ
垂直な側壁を有する溝を形成することができ、また基板
材料の選択範囲を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気パターンの製造方法の第１実
施例の最初の工程を示す図であり、（ａ）は基板準備工
程、（ｂ）は金属膜形成工程、（ｃ）はレジストコーテ
ィング工程を示す。

【図２】図１に示される工程の次の工程を示す図であり
、（ｄ）は露光工程、（ｅ）は現像工程、（ｆ）は金属
膜エッチング工程、（ｇ）はレジスト除去工程を示す。

【図３】図２に示される工程の次の工程を示す図であり
、（ｈ）はドライエッチング工程、（ｉ）は（ｈ）にお
けるＨ−Ｈ矢視断面を示す。

【図４】図３に示される工程の次の工程を示す図であり
、（ｊ）は磁性体埋設工程、（ｋ）は（ｊ）におけるＪ
ーＪ矢視断面を示す。

【図５】図４に示される工程の次の工程を示す図であり
、（ｌ）は基板表面研磨工程、（ｍ）は保護膜形成工程
、（ｎ）は着磁工程、（ｏ）は製造された磁気パターン
の基板表面に沿った断面を示す。

【図６】本発明に係る磁気パターンの製造方法の第２実
施例の途中からの工程を示す図であり、（ｊ）は金属膜
除去工程、（ｋ）は磁性体埋設工程、（ｌ）は（ｋ）に
おけるＫ−Ｋ矢視断面を示す。

【図７】図６に示される工程の次の工程を示す図であり
、（ｍ）は基板表面研磨工程、（ｎ）は保護膜形成工程
、（ｏ）は着磁工程を示す。

【図８】ドライエッチングの第１の利点を説明するため
の図である。

【図９】ドライエッチングの第２の利点を説明するため
の図である。

【図１０】従来の磁気パターンの製造装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１　　Ｓｉ基板（基板材料） １２　　金属膜 １７　　溝 １８、２２　　磁性体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フォトエッチングプロセスを用いて基板材
   料の表面を金属膜により選択的に被覆する第１の工程と
   、第１の工程の後、ドライエッチングにより基板材料上
   に所定のパターンを蝕刻形成する第２の工程と、第２の
   工程で形成されたパターンの蝕刻された溝の中に磁性体
   を埋め込む第３の工程と、前記磁性体を着磁する第４の
   工程と、を有することを特徴とする磁気パターンの製造
   方法。