KR100667296B1 - 마이크로 플럭스 케이트 센서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
전기적인 연결상태가 양호하면서도 제조가 용이한 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명은 웨이퍼에 여자코일 및 자계 검출용 코일의 하부 코일부를 형성하는 단계; 하부 코일부의 양단에 소정 높이의 접속부를 형성하는 단계; 하부 코일부와 접속부를 덮도록 제1절연층을 형성하는 단계; 제1절연층에 자성코어를 형성하는 단계; 자성코어를 덮도록 제2절연층을 형성한 뒤, 접속부와 전기적으로 연결되는 상부 코일부를 형성하여 여자코일과 자계 검출용 코일을 형성하는 단계; 및 상부 코일부를 덮도록 제3절연층을 형성하는 단계;를 포함한다.
여자코일, 자계검출용 코일, 플럭스게이트, 센서, 코일, 도금, 포토레지스트
Description
도 1은 본 발명에 의해 제조된 마이크로 플럭스 게이트 센서의 모식도,
도 2a 내지 2k는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조과정을 보인 도 1의 Y-Y´선을 따라 취한 단면도, 그리고,
도 3a 내지 3m은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조과정을 보인 도 1의 X-X´선을 따라 취한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100..웨이퍼 110,161..시드층
121,122,123..제1, 제2 및 제3포토레지스트막 패턴
130..코일 131.하부 코일부
133..접속부 135..상부 코일부
140..제1절연층 150..자성코어
160..제2절연층 170..제3절연층
본 발명은 마이크로 플럭스 게이트 센서((Flux gate sensor) 제조방법에 관한 것이다.
플럭스 게이트 센서란 사람의 감각기관으로 직접 느낄 수 없는 자기 에너지(magnetic energy) 등을 감지하기 위해 구현된 장치이다. 주변에 형성된 자기 에너지를 감지할 필요가 있는 여러 분야, 예를 들어, 항공기나 선박 및 차량의 위치 인식 시스템, 가상현실 공간에서의 움직임 감지, HDTV의 지자기 보상 및 색번짐 보상, 의료용 기구에서 환자의 뇌자기, 심자기 측정 등에서 이러한 자기 검출센서가 사용될 수 있다. 최근에 점차 그 응용분야가 확대되면서 상기 센서를 이용하는 기기가 소형화, 경량화, 저가격화되는 추세인 바, 플럭스 게이트 센서에 대해서도 소형화, 경량화, 저가격화시키려는 시도가 이루어지고 있다.
마이크로 플럭스 게이트 센서는 크게 연자성체로 이루어진 코어(core), 상기 코어에 감겨 전류가 인가되면 자기를 유도하는 여자코일(Excite coil), 그리고 상기 여자코일에서 유도되는 자기가 외부자계로부터 받는 영향을 검출하는 자계 검출용 코일로 이루어진다. 기본 검출원리는 연자성코어의 비선형 특성, 즉, 포화특성을 이용한다. 여자코일에 충분히 큰 교류전류를 공급하여 자계를 발생시키면, 코어 부분의 자속 밀도는 주기적으로 포화한다. 이 때 측정하고자 하는 외부자계가 주어지면 코어부분의 자속 밀도가 변화되고, 자계 검출용 코일은 이 자속의 변화량을 측정함으로써 외부 자계의 크기를 측정한다.
이러한 마이크로 플럭스 게이트 센서를 제조하기 위하여, 종래에는 막대 형상의 코어 또는 링 형상의 코어에 코일을 감아 사용하였는데, 이는 코어가 커 제작 비가 많이 들고, 부피가 커지는 문제점이 있다. 또한, 여자 코일에 의해 발생하는 자속 변화 및 검출 자계는 코어에 의한 자속 누설을 피할 수 없기 때문에 고감도의 자계 검출에 어려움이 있다.
이러한 이유로, 최근에는 MEMS 기술을 이용하여 플럭스 게이트 센서를 제조하는 방법이 다양하게 연구 개발되고 있다.
일 예를 설명하면, 먼저 웨이퍼에 제1시드층을 형성한 뒤, 제1시드층에 금속물질을 소정 패턴으로 도금하여 하부코일을 형성한다. 이 하부코일에 제1절연층을 형성하고, 그 제1절연층 위의 상기 하부코일에 대응되는 위치에 자성물질로 된 코어층을 형성한다. 그런 다음, 코어층을 덮도록 제2절연층을 형성하고, 상기 제1 및 제2절연층을 식각하여 하부코일이 노출되도록 비아홀을 형성한다.
이후, 상기 비아홀과 상기 제2절연층 위에 제2시드층을 형성하고, 제2시드층 위에 금속물질을 소정 패턴으로 도금하여 상부코일을 형성한다. 그러면, 비아홀에 금속물질이 채워지면서 상부코일과 하부코일이 전기적으로 연결된다. 상기와 같이 형성된 상부코일을 덮도록 제3절연층을 형성하여 플럭스 케이트 센서를 제조한다.
그런데, 상기와 같은 종래의 플럭스 게이트 센서 제조방법에 의하면, 비아홀의 크기가 매우 작기 때문에, 하부코일이 오픈되도록 비아홀이 형성되었는지, 측정이 불가능하다. 따라서, 비아홀에 시드층을 형성하여 금속물질로 채우더라도 하부코일과 상부코일이 전기적으로 연결되지 못할 수도 있다.
이러한 점을 감안하여 비아홀을 무리하게 크게 형성할 경우, 서로 이웃한 비아홀에 채워진 금속물질이 서로 접촉되어 불량이 발생하는 등의 문제점이 생기게 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 전기적인 연결상태가 양호하면서도 제조가 용이한 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법은, (a) 웨이퍼에 여자코일 및 자계 검출용 코일의 하부 코일부를 형성하는 단계; (b) 상기 하부 코일부의 양단에 소정 높이의 접속부를 형성하는 단계; (c) 상기 하부 코일부와 상기 접속부를 덮도록 제1절연층을 형성하는 단계; (d) 상기 제1절연층에 자성코어를 형성하는 단계; (e) 상기 자성코어를 덮도록 제2절연층을 형성한 뒤, 상기 접속부와 전기적으로 연결되는 상부 코일부를 형성하여 여자코일과 자계 검출용 코일을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 상부 코일부를 덮도록 제3절연층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (a) 단계는, 상기 웨이퍼를 클리닝하고 제1시드층을 형성하는 단계; 상기 제1시드층 상부에 제1포토레지스토막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제1포토레지스트막 패턴 사이에 금속물질을 전기 도금하여 하부 코일부를 형성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 제1포토레지스트막 패턴 상에 제2포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2포토레지스트막 패턴 사이에 금속물질을 전기 도금하여 상기 하부 코일부에 접속되는 접속부를 형성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2포토레지스트막 패턴과 상기 하부 코일부 패턴 사이의 제1시드층을 제거하는 단계;를 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 (c) 단계는 상기 하부 코일부와 상기 접속부를 덮도록 제1절연층을 도포하여 평탄화하는 단계를 포함하는 것이 좋다.
상기 (d) 단계는, 상기 평탄화된 제1절연층 위에 자성물질을 증착하는 단계; 및 상기 증착된 자성물질을 패터닝하여 자성코어를 형성하는 단계;를 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 (e) 단계는, 상기 자성코어를 덮도록 제2절연층을 형성하는 단계; 상기 접속부 위에 증착되어 있는 제1절연층과 상기 제2절연층을 에칭하여 상기 접속부를 노출시키는 단계; 상기 노출된 접속부와 상기 제2절연층 위에 제2시드층을 증착하는 단계; 상기 제2시드층 위에 제3포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제3포토레지스트막 패턴 사이에 금속물질을 전기 도금하는 단계; 및 상기 제3포토레지스트막 패턴을 제거하고 이에 따라 노출된 제2시드층을 제거하여 상기 접속부와 연결되는 상부 코일부를 형성하는 단계;를 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 (f) 단계는, 노출된 상부 코일부를 덮도록 제3절연층을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 하부 코일부와 접속부 및 상부 코일부는 구리로 형성되는 것이 좋다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법을 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법에 의해 제조되는 기본적인 구조를 나타낸 도면이다. 상기 도면에서 두 개의 바 형태의 자성코어(1,2)를 중심으로 여자코일(3)이 각각의 코어(1,2)를 감고 있고, 자계 검출용 코일(4)이 코어(1,2)를 전체적으로 감고 있다.
상기 각각의 코일(3,4)은 웨이퍼에 형성된 하부 코일부와 상부 코일부를 각각 구비하며, 각각의 상부 및 하부 코일부들이 접속부(5)에 의해 접합됨으로써 코일을 이루는 구조를 갖는다. 상기 코일부, 즉 여자코일(3) 및 자계 검출용 코일(4)은 제작자의 의도에 따라 여자코일과 자계 검출용 코일로 나누어 사용될 수 있다. 이하의 설명에서는 자계 검출용 코일 제작단계를 거치지 않고 일괄적으로 코일부를 제작하여 코일간의 접속을 달리함으로써 여자 코일 및 자계 검출용 코일을 나누게 된다. 즉, 짝수 번째 코일은 여자코일로 사용하고, 홀수 번째 코일은 자계 검출용 코일로 사용한다던지 아니면, 그 반대의 순서로 사용할 수 있다. 이러한 사용은 코일부를 접속하는 과정에서, 여자코일로 사용될 코일부끼리, 자계 검출용 코일로 사용될 코일부끼리 접속하고 각각의 패드를 통해 외부단자와 접속함으로써 가능해진다.
한편, 두 개의 바 형태의 코어(1,2) 중 하나를 제1코어(1), 다른 하나를 제2코어(2)로 명명하면, 본 발명의 일 실시예로서, 제1코어(1)의 하부코일을 제2코어(2)의 상부코일과 접속, 제2코어(2)의 하부코일과 제1코어(1)의 상부코일과 접속시키는 과정을 되풀이하여 여자코일을 두 개의 바 형태의 코어에 대하여 '8'자 형태 로 권선된 구조를 구현할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 마이크로 플럭스 게이트 센서의 제조방법을 단계별 공정에 따라 설명하기로 한다.
먼저, 도 2a 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 통상의 웨이퍼(100)를 클리닝 한 다음, 그 표면을 산화(Oxidation)시켜서 소정 두께의 산화층(101)을 형성한다. 그 산화층(101) 위에 제1시드층(seed layer ; 110)을 증착하여 형성한다. 상기 제1시드층(110)은 후술하는 단계에서 하부 코일부(131)를 전기 도금하기 위한 것이다.
다음으로, 도 2b 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 제1시드층(110) 위에 제1포토레지스트(photo-resist)막 패턴(121)을 형성한다. 상기 제1포토레지스트막 패턴(121)은 후술하는 단계에서 하부 코일부(131)를 제작하기 위한 몰드(mold) 역할을 하는 부분이다.
다음으로, 도 2c 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 제1포토레지스트막 패턴(121) 사이에 금속물질을 전기도금(electtroplating)하여 하부 코일부(131)를 형성한다. 상기 금속물질은 구리(Cu)를 사용하는 것이 좋다.
그 다음 단계에서, 도 2d 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 제1포토레지스트막 패턴(121)을 그대로 둔 채, 그 패턴(121) 위에 제2포토레지스트막 패턴(122)을 형성한다. 상기 제2포토레지스트막 패턴(122)은 후술할 접속부(133)를 제작하기 위한 몰드(mold) 역할을 하는 부분이다.
다음으로, 도 3e에 도시된 바와 같이, 제2포토레지스트막 패턴(122) 사이에 금속물질을 전기도금하여 접속부(133)를 형성한다. 즉, 제1포토레지스트막 패턴 (121)을 제거하지 않고, 그 제1포토레지스트막 패턴(121)이 있는 상태에서 제2포토레지스트막 패턴(122)을 형성하게 되면, 이전에 형성된 하부 코일부(131)의 상부에 접속부(133)를 전기도금하여 형성하기가 용이하며, 별도의 추가적인 공정이 불필요한 이점이 있다.
다음으로, 도 2e 및 도 3f에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2포토레지스트막 패턴(121,122)을 동시에 제거하고 이에 따라 노출된 제1시드층(110)을 게거하면, 하부 코일부(131)와 접속부(133)가 형성된다.
그런 다음, 도 2f 및 도 3g에 도시된 바와 같이, 하부 코일부(131)와 접속부(133)를 덮도록 제1절연층(140)을 증착하고, 평탄화(planarization) 작업을 한다. 여기서, 상기 제1절연층(140)은 하부 코일부(131)와 이후 단계에서 형성될 자성코어(150)를 격리시키는 역할을 한다.
다음으로, 도 2g 및 도 3h에 도시된 바와 같이, 상기 제1절연층(140)의 상부 즉, 하부 코일부(131)에 대응되는 위치에 자성물질을 패터닝하여 자성코어(150)를 형성한다. 상기 자성코어(150)는 제1절연층(140) 상에 자성코어 물질을 증착한 뒤, 마스크 패터닝하여 형성할 수 있다.
다음으로, 도 2h 및 도 3i에 도시된 바와 같이, 자성코어(150)를 덮도록 제2절연층(160)을 형성한다. 상기 제2절연층(160)은 상기 자성코어(150)와 후에 제작될 상부 코일부(135)를 절연하기 위한 것이다.
그런 다음, 도 3j에 도시된 바와 같이, 접속부(133)의 상부에 형성되었던 제1절연층(140)과 제2절연층(160)을 에칭 공정에 의해 제거하여 상기 접속부(133)를 노출시킨다.
그리고 나서 도 2i 및 도 3k에 도시된 바와 같이, 제2시드층(161)을 증착하고, 그 위에 제3포토레지스트막 패턴(123)을 형성한다. 상기 제3포토레지스트막 패턴(123)은 접속부(133)에 연결되는 상부 코일부(135)를 제작하기 위한 몰드(mold) 역할을 하기 위한 것이다.
다음으로, 도 2j 및 도 3l에 도시된 바와 같이, 제3포토레지스트막 패턴(123) 사이에 금속물질, 바람직하게는 구리(Cu)를 전기도금하여 상부 코일부(135)를 형성한다.
다음으로, 도 2k 및 도 3m에 도시된 바와 같이, 상기 제3포토레지스트막 패턴(123)을 제거한 뒤, 노출된 상기 제2시드층(161)을 에칭하여 제거하면, 상부 코일부(135)가 접속부(133)에 연결되어 자성코어(150)를 사이에 두고 감기는 코일(130)이 완성된다.
다음으로, 상부 코일부(135)를 덮도록 제3절연층(170)을 형성한다. 상기 제3절연층(170)은 상부 코일부(135)를 외부로부터 보호하고 격리시키기 위해 마련된 것이다.
이와 같이 코일(130)의 상부에 제3절연층(170)을 마련함으로써, 자성코어(150)를 둘러싸도록 코일(130)이 형성된 마이크로 플럭스 게이트 센서의 제작이 완료된다.
본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명 의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구항의 범주 내에서 자유로이 실행될 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법에 의하면, 코일을 형성하는 하부 코일부와 상부 코일부를 연결하는 접속부를 형성하기 위해 2층으로 포토레지스트막 패턴을 형성하여 제작하게 되므로, 종래와 같이 절연층에 별도의 비아홀을 에칭하여 형성시키는 등의 공정이 불필요하게 된다. 따라서, 제조 공정이 간단해 지고, 접속부와 하부 코일부간의 접속상태도 양호해지는 이점이 있다.
또한, 포토레지스트막 패턴을 이용하여 접속부를 형성시킴으로써, 전기적인 특성이 향상되고, 불량률을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 센서의 소형화 제작이 가능하고, 도금공정의 완성도도 향상되어 전기적 특성이 향상됨으로써 코일 저항이 안정화되어 불량률을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 센서의 특성도 향상되는 이점이 있다.
Claims (7)
- (a) 웨이퍼에 여자코일 및 자계 검출용 코일의 하부 코일부를 형성하는 단계;(b) 상기 하부 코일부의 양단에 소정 높이의 접속부를 형성하는 단계;(c) 상기 하부 코일부와 상기 접속부를 덮도록 제1절연층을 형성하는 단계;(d) 상기 제1절연층에 자성코어를 형성하는 단계;(e) 상기 자성코어를 덮도록 제2절연층을 형성한 뒤, 상기 접속부와 전기적으로 연결되는 상부 코일부를 형성하여 여자코일과 자계 검출용 코일을 형성하는 단계; 및(f) 상기 상부 코일부를 덮도록 제3절연층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는,상기 웨이퍼를 클리닝하고 제1시드층을 형성하는 단계;상기 제1시드층 상부에 제1포토레지스토막 패턴을 형성하는 단계; 및상기 제1포토레지스트막 패턴 사이에 금속물질을 전기 도금하여 하부 코일부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 (b) 단계는,상기 제1포토레지스트막 패턴 상에 제2포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계;상기 제2포토레지스트막 패턴 사이에 금속물질을 전기도금하여 상기 하부 코일부에 접속되는 접속부를 형성하는 단계; 및상기 제1 및 제2포토레지스트막 패턴을 제거하고 이에 따라 상기 하부 코일부 패턴 사이에 노출된 제1시드층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (d) 단계는,상기 제1절연층을 평탄화하는 단계;상기 평탄화된 제1절연층 위에 자성물질을 증착하는 단계; 및상기 증착된 자성물질을 패터닝하여 자성코어를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 (e) 단계는,상기 자성코어를 덮도록 제2절연층을 형성하는 단계;상기 접속부 위에 증착되어 있는 제1절연층과 상기 제2절연층을 에칭하여 상기 접속부를 노출시키는 단계;상기 노출된 접속부와 상기 제2절연층 위에 제2시드층을 증착하는 단계;상기 제2시드층 위에 제3포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계;상기 제3포토레지스트막 패턴 사이에 금속물질을 전기 도금하는 단계; 및상기 제3포토레지스트막 패턴을 제거하고 이에 따라 노출된 제2시드층을 제거하여 상기 접속부와 연결되는 상부 코일부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 (f) 단계는,노출된 상부 코일부를 덮도록 제3절연층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 하부 코일부와 접속부 및 상부 코일부는 구리로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 플럭스 게이트 센서 제조방법.
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