KR20040084834A - 자기 센서 - Google Patents

Abstract

자기 센서(10)는 대칭적으로 배치되는 각각의 자기저항소자 브릿지(11,12)를 구성하는 복수의 자기저항소자(R1~R8)를 포함한다. 패터닝된 자기저항소자(R1~R8)의 저항값이 그 각에 대응하여 변화될 때, 복수의 자기저항소자에 의해 구성되는 브릿지 회로의 오프셋 전압의 중심값 이탈이 없어질 수 있다.

Description

자기 센서{MAGNETIC SENSOR}

본 발명은 자기저항소자(magneto-resistive element)를 이용하는 반도체 자기 센서에 관한 것이다.

외부 응력에 의해 초래되는 자기 왜곡 효과(magnetic distortion effect)를 없애기 위해 좌우의 자기저항소자 브릿지가 서로 대칭적으로 배치되는 자기 센서가, 예를 들어, 일본 공개특허공보 제2001-153683호에 개시되어 있다.

또한, 자기저항소자가 배치되어 제조과정 등에서 자기저항 브릿지의 잘못된 정렬로 인해 발생되는 오프셋(offset) 전압이 조정될 수 있는 자기 센서가, 예를 들어, 일본 공개특허공보 제2000-337921호에 개시되어 있다.

도3의 블록도를 참조하면, 종래기술의 자기 센서(20)는 자기저항소자 브릿지(21,22)를 포함한다. 각 자기저항소자 브릿지는 바이어스 자계(bias magnetic)의 방향에 대해θ각 만큼 기울여지도록 배치된다. 자기저항소자 브릿지(21)는 4개의 자기저항소자(R9~R12)를 포함하고, 마찬가지로 자기저항소자(22)는 4개의 자기저항소자(R13~R16)를 포함한다.

도4는 도3에 도시된 자기 센서(20)의 등가회로이다. 도4에 도시된 바와 같이, 자기저항소자(R9~R16)는 브릿지 회로를 구성한다.

전술한 자기 센서(20)에서, 피검출대상으로서 역할하는 자성체의 회전에 의해 초래되는 바이어스 자계 방향의 변화는, 자기저항소자(R9~R16)의 저항값의 변화로서 검출된다. 특히, 피검출대상으로서 자성체의 회전은 브릿지 회로의 중점 전압(V_a,V_b)의 값을 이용하여 검출된다. 따라서, 바이어스 자계의 방향으로 변화가 없으면, 중점 전위차(V_a-V_b)에 의해 표시되는 브릿지 회로의 오프셋 전압의 중심값이 고정되는 것이 바람직하다. 각각의 2개의 자기저항소자 브릿지(21,22)는θ각 만큼 기울어져서 자계 방향의 변화를 더욱 현저하게 증가시킨다.

각각의 자기저항소자(R9~R16)는 바람직하게 니켈을 주성분으로 하는 강자성체 자기저항소자(예: Ni-Co 합금 또는 Ni-Fe 합금)이다. 이것은 증착 등을 통해 유리 기판 상으로 박막을 부착하고 그 다음에 그 결과물을 유리 마스크 묘화장치(glass mask drawing device) 등을 이용하여 소정 패턴으로 패터닝하여 형성된다. 유리 마스크 묘화장치는 앞서 형성된 자기저항소자에 대한 오리지널 게이지 패턴(original gage pattern)을 판독하고, 그 다음에 판독된 데이터에 기초하여 패터닝을 수행한다.

그러나, 자기 센서(20)에서, 패터닝되는 자기저항소자의 선 폭(line width)은 유리 마스크 묘화장치에 의한 자기저항소자의 오리지널 게이지 패턴 판독동작에서의 데이터 변환 오차로 인해 잘못 변화할 수 있다. 자기저항소자의 저항값은 선 폭에 반비례한다. 그러므로, 선 폭이 변화하면 저항값이 변화되고, 브릿지 회로의 중점 전위차에 대응하는 오프셋 전압의 중심값이 이탈되는 단점이 있다.

오리지널 게이트 패턴의 판독동작에서의 데이터 변환 오차 발생을 도5a 내지 5c를 참조하여 설명할 것이다. 도5a 내지 5c는 선 폭(P)의 오리지널 게이지 패턴의 부분들을 도시한다. 도5a는 오리지널 게이지 패턴이 유리 마스크 묘화장치의 판독동작에서의 주사 방향(scan direction)(S)에 수직인 경우를 도시하고, 도5b는 주사 방향(S)에 대해θ ₁만큼 기울어진 경우를 도시하며, 도5c는 주사 방향(S)에 대해θ ₂만큼 기울어진 경우를 도시한다. 도5a의 경우에서, 선 폭(P)의 오리지널 게이지 패턴이 선 폭(P)를 갖는 영역(50)으로서 인식된다. 그러나, 주사 방향(S)에 대해 기울기를 갖는 오리지널 패턴의 음영 사선은 계단식으로 인식된다. 즉, 이것은 도5b의 영역(51) 및 도5c의 영역(52)으로서 인식된다. 인식된 패턴(50,51,52)은 자기저항소자로서 직접 패터닝되게 되고, 따라서, 패터닝되는 자기저항소자의 저항값은 오리지널 게이지 패턴과 주사 방향(S) 사이의 교차각에 대응하여 변화된다.

예를 들어, 도3의 자기 센서(20)에서, 자기저항소자(R11)의 저항값이 증가되면, 유리 마스크 묘화장치의 판독동작에서의 주사 방향이 바이어스 자계와의 방향과 동일하다고 하면, 자기저항소자(R11)과 동일한 기울기를 갖는 자기저항소자(R10, R13, R16)의 저항값이 증가된다. 따라서, 도4에 도시된 브릿지 회로에서, 전압(V_a)은 하강하고, 전압(V_b)은 상승한다. 그러므로, 브릿지 회로의 중점 전위차(V_a-V_b)에 대응하는 오프셋 전압의 중심값이 이탈된다.

따라서, 본 발명의 목적은 오리지널 게이지 패턴의 기울기 정도로 인해 발생하는 브릿지 회로의 오프셋 전압의 중심값 이탈을 방지할 수 있는 자기 센서를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 자기 센서는 서로 대칭적으로 배치되는 각 자기저항소자 브릿지를 구성하는 복수의 자기저항소자를 포함한다. 자기 센서는 전술한 바와 같이 단지 2개의 대칭적인 자기저항소자 브릿지를 포함하도록 한정되지 않는다. 그러므로, 패터닝된 자기저항소자의 저항값이 그 각에 대응하여 변화될 때, 복수의 자기저항소자에 의해 구성되는 브릿지 회로의 오프셋 전압의 중심값의 이탈이 없어질 수 있다.

자기 센서의 각각의 자기저항소자 브릿지를 구성하는 복수의 자기저항소자는 바람직하게 방사형으로 배치된다. 그러므로, 자계의 검출이 향상될 수 있다.

자기 센서의 각각의 자기저항소자 브릿지를 구성하는 모든 자기저항소자는 바람직하게 자계 방향에 대해 동일한 고정각을 갖도록 배치된다. 그러므로, 패터닝된 자기저항소자의 저항값이 그 각에 대응하여 변화될 때, 이들은 동일한 방식으로 변화되고, 따라서, 데이터 변화 오류에 의해 초래되는 브릿지 회로의 오프셋 전압의 중심값 이탈이 없어진다.

자기 센서의 각각의 자기저항소자 브릿지는 바람직하게 방사형으로 배치되는 4개의 자기저항소자에 의해 구성된다. 4개의 자기저항소자 중 각각의 대향하는 2개의 자기저항소자는 각기 자기저항소자 쌍으로 설정되어 직선적으로 배치된다. 자기저항소자의 각 쌍의 중점 전위는 각각의 자기저항소자 브릿지의 출력으로서 설정된다. 그러므로, 자계 검출이 더욱 향상될 수 있다. 또한 데이터 변환 오류에 의해 초래되는 브릿지 회로의 오프셋 전압의 중심값 이탈이 없어질 수 있다.

도1은 바람직한 실시예에 따른 자기 센서의 블록도.

도2는 도1의 자기 센서에 대한 등가회로를 도시한 도면.

도3은 종래기술의 자기 센서의 블록도.

도4는 도4의 자기 센서에 대한 등가회로를 도시한 도면.

도5a 내지 5c는 데이터 변환 오류에 의해 초래되는 선 폭의 분산을 도시한 도면.

도1 내지 2를 참조하여, 자기 센서(10)의 바람직한 실시예를 설명할 것이다.

도1은 자기 센서(10)의 자기저항소자 브릿지의 배열을 도시한 도면이다. 자기 센서(10)는 2개의 자기저항소자 브릿지(11,12)를 갖는다. 자기저항소자 브릿지(11,12)는 바이어스 자계 방향에 대해 서로 대칭적으로 배치된다. 또한, 각각의 자기저항소자 브릿지(11,12)를 구성하는 복수의 자기저항소자는 바이어스 자자계의 방향에 대해 서로 대칭적으로 배치된다. 자기저항소자 브릿지(11,12)는 방사형으로 배치되는 4개의 자기저항소자(R1~R4 및 R5~R8)를 갖는다. 모든 자기저항소자(R1~R8)는, 좌우 방향에 대해 뒤바뀔 수도 있지만, 바이어스 자계 방향에 대해 45도 만큼 기울어지도록 배치된다. 또한, 각각의 자기저항소자 브릿지(11,12)에서, 각각의 대향하는 2개의 자기저항소자는 직선적으로 배치된다.

도2는 도1에 도시된 자기 센서(10)의 등가회로를 도시한다. 도2에 도시된 바와 같이, 자기저항소자(R1~R8)는 브릿지 회로를 구성한다. 브릿지 회로에서, 자기저항소자 브릿지(11)의 자기저항소자(R1,R3)와 자기저항소자(R2,R3) 사이의 중점 전위는 V_a로서 설정되고, 자기저항소자 브릿지(12)의 자기저항소자(R5,R8)와 자기저항소자(R6,R7) 사이의 중점 전위는 V_b로서 설정된다.

전술한 자기 센서(10)에서, 피검출대상으로서 역할하는 자성체의 회전에 관련되는 바이어스 자계 방향의 변화는 중점 전압(V_a,V_b)의 값을 이용하여 자기저항소자(R1~R8)의 저항값 변화로서 검출된다.

각 자기저항소자(R1~R8)는 강자성 자기저항소자(예: Ni-Co 합금 또는 Ni-Fe 합금)로 형성된다. 이것은 증착 등을 통해 유리 기판 상으로 박막을 부착하고 그 다음에 그 결과물을 유리 마스크 묘화장치 등을 이용하여 소정 패턴으로 패터닝하여 형성된다. 유리 마스크 묘화장치는 앞서 형성된 자기저항소자에 대한 오리지널 게이지 패턴을 판독하고, 그 다음에 판독된 데이터에 기초하여 패터닝을 수행한다.

예를 들어, 도1의 자기 센서(10)에서, 만일 자기저항소자(R3)의 저항값이 유리 마스크 묘화장치의 판독동작에서의 데이터 변환 오류에 의해 증가되면, 모든 다른 자기저항소자의 저항값 또한 증가된다. 이것은, 유리 마스크 묘화장치의 판독동작에서의 주사 방향이 바이어스 자계 방향과 동일하다고 하면, 모든 다른 자기저항소자(R1,R2,R4~R8)가 자기저항소자(3)와 동일한 기울기를 갖기 때문에 일어난다. 따라서, 도2에 도시된 브릿지 회로에서, 전압(V_a,V_b)은 변화하지 않고, 브릿 회로의 중점 전위차(V_a-V_b)에 대응하는 오프셋 전압의 중심값 이탈이 발생하지 않는다.

전술한 바와 같이, 단지 2개의 자기저항소자 브릿지가 서로 대칭적으로 배치될 뿐만 아니라, 각각의 자기저항소자 브릿지 자체 또한 대칭적으로 설계된다. 그러므로, 전술한 유리 마스크 묘화장치의 판독동작에서의 데이터 변환 오류로 인해 발생하는 브릿지 회로의 오프셋 전압의 중심값 이탈을 없앨 수 있다.

본 발명의 설명은 단지 예시적인 것이고, 따라서, 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않는 변형은 본 발명의 범위 내에서 의도되는 것이다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어난 것으로 간주되어서는 안된다.

본 발명에 따르면, 브릿지 회로의 오프셋 전압의 중심값 이탈을 방지할 수 있는 자기 센서가 제공된다.

Claims (5)

1. 자계의 변화를 검출하기 위한 복수의 자기저항소자로 구성되는 제1 자기저항소자 브릿지;

   자계의 변화를 검출하기 위한 복수의 자기저항소자로 구성되는 제2 자기저항소자 브릿지

   를 포함하고,

   여기서, 상기 제1 자기저항소자 브릿지 및 상기 제2 자기저항소자 브릿지는 상기 자계 방향에 대해 서로 대칭되도록 배치되고, 상기 제1 자기저항소자 브릿지를 구성하는 상기 복수의 자기저항소자는 상기 자계 방향에 대해 서로 대칭되도록 배치되고, 상기 제2 자기저항소자 브릿지를 구성하는 상기 복수의 자기저항소자는 상기 자계 방향에 대해 서로 대칭되도록 배치되는

   자기 센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 또는 제2 자기저항소자 브릿지의 상기 복수의 자기저항소자는 방사형으로 배치되는

   자기 센서.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 자기저항소자 브릿지의 모든 상기 복수의 자기저항소자는 상기 자계의 방향에 대해 고정된 각도를 갖도록 배치되는

   자기 센서.
4. 제1항에 있어서,

   각각의 상기 제1 및 제2 자기저항소자 브릿지는 방사형으로 배치되는 4개의 자기저항소자를 포함하고,

   여기서, 상기 복수의 자기저항소자 중 대향하는 2개의 자기저항소자가 자기저항소자 쌍으로서 각각 설정되고, 자기저항소자의 각 쌍의 중점 전위가 각각의 자기저항소자 브릿지의 출력으로서 설정되는

   자기 센서.
5. 제4항에 있어서,

   상기 자기저항소자 쌍은 직선형으로 배치되는

   자기 센서.