KR20060037669A - 막대형 박막 플럭스게이트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 막대형 플럭스게이트(fluxgate)로서, 실리콘 기판과, 상기 기판위에 형성되는 제1 절연층과, 상기 제1 절연층에 그 폭 방향으로 정렬되도록 배치되는 복수 개의 하부 도체와, 상기 제1 절연층 및 상기 하부 도체 위에 형성되는 것으로서, 상기 각 하부 도체의 양 단부 각각의 적어도 일부는 노출되도록 형성되는 제2 절연층과, 상기 제2 절연층에 증착되는 자성층과, 상기 자성층의 상부 및 측부를 둘러싸되, 상기 각 하부 도체의 양 단부 각각의 적어도 일부는 노출되도록 형성되는 제3 절연층과, 상기 제3 절연층 외곽에 형성되며 상기 각 하부 도체의 양 단부에 전기적으로 접촉하되, 상기 자성층과 절연된 적어도 2개로 분리된 도전 코일을 형성하도록 배치되는 복수 개의 상부 도체를 포함한다. 본 발명의 플럭스게이트는 그 자성층의 두께가 2000Å 내지 5000 Å인 것으로서, 휴대용 기기 등에 장착될 수 있는 초소형으로 제작되어도 지자계와 같은 미세 자계를 효과적으로 감지할 수 있다.

플럭스게이트, 자계, 박막, 휴대용 전자기기

Description

막대형 박막 플럭스게이트 및 그 제조방법{Bar type thin film fluxgate and the implementation method thereof}

도 1a 및 도 1b는 종래의 플럭스게이트의 기본 구조를 도시한 도면.

도 2는 플럭스게이트의 픽업 코일에서 검출되는 전압 파형의 일례를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 막대형 박막 플럭스게이트의 기본 구조를 도시한 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 박막 플럭스게이트의 코일의 일부분이 되는 하부 도체의 형성 과정에 대한 일 실시예를 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 박막 플럭스게이트의 코일의 일부분이 되는 하부 도체의 형성 과정에 대한 다른 일 실시예를 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 플럭스게이트의 제조 공정의 각 단계를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 실리콘 기판 2 : 기판상 절연 박막

3 : 하부 도체 4 : 절연 박막

5 : 자성 박막 6 : 상부 도체

7 : 전극 10 : 감광성 물질층

본 발명은 플럭스게이트(fluxgate)에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 각 플럭스게이트를 구성하는 각각의 박막의 두께가 1㎛를 넘지 않는 박막형 플럭스게이트에 관한 것이다.

플럭스게이트는 자계 센서의 일종으로서, 지뢰 등과 같은 매설물 탐색, 자기 나침반 등의 용도로 이용되어왔다.

플럭스게이트의 기본 구조는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 자성체와 그 주변의 드라이브 코일, 및 이와 별도의 픽업 코일로 이루어지며, 드라이브 코일에 교류 전류를 인가하기 위한 교류 전원과 픽업 코일에 유도되는 전압을 감지하기 위한 전압계를 포함한다.

플럭스게이트의 작동 원리는 다음과 같다. 자성체 주위에 드라이브 코일을 감고 이 코일에 교류 전류를 인가하게 되면, 이 전류에 의하여 코일 주변에 시변 유도자계가 발생하게 되고, 이 유도자계에 의하여 자성체가 자화되어 이 자성체는 N극과 S극을 가지는 전자석이 된다. 이 때, 유도 자계는 시간에 따라 극성이 반전되므로 시변성을 가지므로 자성체의 자극(磁極) 역시 시간에 따라 반전되며, 자성체에 의하여 플럭스게이트 주변에 형성되는 자계 역시 시간에 따라 변환하게 된다. 이러한 시변 자계에 의하여 유도전류가 형성되며, 이로 인하여 픽업 코일에 도 2에 도시된 (a)와 같은 전압 피크(peak)가 검출된다. 도 2의 (a) 경우는 외부 자계가 없을 때인데 이것은 플럭스게이트를 나침반으로 이용할 경우에는 플럭스게이트가 동서방향으로 배치되어 있을 때와 같다. 이러한 상황에서 플럭스게이트 주변에 외부자계가 인가되면(예컨대, 플럭스게이트가 회전하여 남북 방향으로 형성된 지자계의 영향을 받게 되는 경우) 자성체로부터 발생하는 시변 자계와 외부 자계의 벡터합에 의하여 플럭스게이트 주변에 새로운 유도 전계가 형성되며, 이에 따라 도 2의 (b) 또는 (c)의 경우와 같이 전압 피크가 좌우로 이동하는 피크 편이(peak shift) 현상이 발생한다. 따라서, 도 2에서 잘 나타나 있는 바와 같이 픽업 코일에서 검출되는 전압의 피크 편이 정도를 해석하여 외부 자계의 존재 여부 및 자계의 방향을 정확하게 파악할 수 있다.

플럭스게이트 주변의 외부 자계는 주위의 자성체(금속 포함)에 의하여 변형되므로 플럭스게이트를 이용하여 지뢰나 수도관 같은 지하 매설물 등을 탐사할 수 있으며, 지구의 남극(즉, 磁南)에서 북극(즉, 磁北)으로 형성되는 지자계의 방향을 감지할 수 있으므로 나침반의 용도로서 이용될 수 있다. 즉, 플럭스게이트는 단순한 구조로서 외부 자계의 크기와 방향을 상당한 정밀도로 감지할 수 있으므로 지뢰탐지기, 지하 매설물 탐지기, 항법용 전자 나침반 등의 용도로 널리 사용되어 왔다.

한편, 최근 들어 휴대폰, PDA 등과 같은 소형의 휴대용 전자기기 또는 통신기기가 널리 보급되고 이와 함께 무선 통신을 통하여 지리 정보 서비스(Geographic Information Services; GIS)를 제공하는 예가 증가하고 있다. 특히 미국, 유럽, 일 본의 경우 E911법, E112법 등을 제정 및 통과시켜 휴대폰 소유자의 위치를 이동통신사의 통신망을 통하여 정부기관(소방서, 또는 인명구조본부)에 전달시킬 수 있는 전체 시스템을 갖추게 의무화 하고 있다. 이 법은 휴대폰에 GPS를 넣는 것을 법제화시킨 것은 아니지만, 이동통신회사들로 하여금 인명구조가 필요한 소비자의 위치를 정부가 알 수 있도록 전체 시스템을 새로이 준비하라고 하는 것이며, 만일 이동통신사가 정부가 제시한 시점에 이를 때까지 인명구조가 필요한 소비자의 위치를 찾을 수 있는 시스템을 구축하지 못하는 경우, 과중한 벌금이나 그 이상의 제재를 가하겠다는 취지이다. 이동통신사가 이와 같은 위치 추적 서비스를 제공하는 방법은 2가지로서, 하나는 전국의 기지국을 촘촘하게 설립하여 인명구조 신호를 보낸 소비자의 위치를 찾아내도록 하거나, 다른 하나는 소비자의 휴대폰에 GPS를 탑재시켜 기지국보다 정밀한 위치 정보를 제공할 수 있는 시스템을 갖추는 방법이 있는데, 위치 추적 방식에 있어 대부분의 이동통신회사는 GPS 칩을 탑재하는 방식을 선호할 것으로 예상된다. 이 방식은 기지국 설치에 대한 비용 부담이 없고, 지리 정보 서비스와 같은 부가 서비스를 창출할 수 있기 때문이다.

우리나라 역시 고가 휴대폰에는 기본적으로 GPS 칩이 내장되어 시판되고 있으며, 이동통신사에 의하여 위치추적 서비스가 제공되는 등 자신의 위치를 정확히 파악할 수 있는 GPS 칩이 내장된 휴대폰(이하, GSP 폰이라 함)이 점차 보편화되고 있다.

우리나라의 예에서 알 수 있는 바와 같이, GPS 폰이 보편화되면 자연스럽게 위치 추적이나 GPS 폰 주변의 지리 정보를 알려주는 GIS 서비스가 뒤이어 확산될 것임은 미루어 짐작할 수 있다.

GIS 서비스는 기본적으로 GPS 폰의 디스플레이 장치에 전자 지도를 표출하는 형태를 취하게 되는데, 이 때 GPS 폰에 표출되는 전자 지도는 종래에는 GPS 폰의 방향에 무관하게 일반 종이 지도의 경우와 마찬가지로 북쪽이 위, 남쪽이 아래에 배치되도록 표출되고 있다.

즉, 종래의 GPS 폰은 현재의 자신이 놓여진 방향을 알 수 없기 때문에 전자 지도를 항상 일정한 형식(즉, 북쪽이 위측에, 남쪽이 아래측에 배치되는 형식)으로만 표출할 수 없다. 이러한 점은 GPS 폰 이용자가 생소한 지역에 위치하면서 GIS 서비스를 제공받을 때 상당한 불편함을 초래하게 된다.

따라서 휴대폰과 같은 소형의 장치에 장착될 수 있는 초소형 나침반이 해당 분야에서 강하게 요구되고 있으나, 종래의 플럭스게이트를 포함하는 자계센서들은 휴대폰 내부에 탑재될 정도의 소형으로 제작될 경우 적정 성능을 발휘할 수 없는 문제점이 있다.

예컨대, 플럭스게이트를 소형화하기 위하여 PCB 기판상에 플럭스게이트를 형성하는 시도가 있어왔으나, 이 경우 제조 정밀도의 한계로 인하여 자성체 주위의 드라이브 코일의 턴수가 수십 턴 정도에 불과하게 되어 충분한 성능을 발휘할 수 없다. 더욱이, 크기의 한계로 인하여 3축(수평 2축, 수직 1축) 플럭스게이트를 형성하지 못하므로, 3축 방향의 지자계를 감지하지 못하고 통상의 나침반과 같이 수평 2축 방향의 지자계만을 검출할 수 있다.

지구의 진극(眞極)과 자극(磁極)이 소정 각도 편이되어 있기 때문에, 3축 방 향의 지자계 성분을 모두 감지하지 못할 경우 종래의 일반 나침반을 이용하는 것과 같이 수평을 정확히 맞추어서 방향을 측정하지 않으면 상당한 방향 측정 오차가 발생하지만, 휴대폰과 같은 휴대용 기기에서는 이러한 사용자의 주의를 기대하기 어렵다. 따라서 수직축 방향의 지자계를 포함하여 3축 방향의 지자계를 정확히 검출하여 수평 2축 방향의 지자계 측정 결과를 보정해주어야 할 필요가 있는데, PCB 형의 플럭스게이트는 그 크기의 한계로 인하여 이러한 점에 대한 해결책을 제시할 수 없다.

전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 휴대폰 등과 같은 소형의 전자기기 내에 장착될 수 있도록 소형으로 제작되어도 요구되는 성능을 충분히 발휘할 수 있는 막대형 박막 플럭스게이트의 기본 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따라, 실리콘 기판과, 상기 기판위에 형성되는 제1 절연층과, 상기 제1 절연층에 그 폭 방향으로 정렬되도록 배치되는 복수 개의 하부 도체와, 상기 제1 절연층 및 상기 하부 도체 위에 형성되는 것으로서, 상기 각 하부 도체의 양 단부 각각의 적어도 일부는 노출되도록 형성되는 제2 절연층과, 상기 제2 절연층에 증착되는 자성층과, 상기 자성층의 상부 및 측부를 둘러싸되, 상기 각 하부 도체의 양 단부 각각의 적어도 일부는 노출되도록 형성되는 제3 절연층과, 상기 제3 절연층 외곽에 형성되며 상기 각 하부 도체의 양 단부에 전기적으로 접촉하되, 상기 자성층과 절연된 적어도 2개로 분리된 도전 코일을 형성하도록 배치되는 복수 개의 상부 도체를 포함하는 막대형 박막 플럭스게이트를 제공한다.

본 발명의 다른 면에 따라, 막대형 박막 플럭스게이트를 제조하는 방법에 있어서, 실리콘 기판위에 제1 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제1 절연층위에 제1 감광층을 형성하는 단계와, 상기 제1 감광층의 일부를 제거하여 그 폭 방향으로 정렬되는 복수 개의 홈을 형성하는 단계와, 도전성 물질을 증착하는 단계와, 상기 제1 감광층의 잔여 부분과 그 위에 형성된 도전성 물질을 제거하여 그 폭 방향으로 정렬되는 복수 개의 하부 도체를 형성하는 단계와, 상기 각 하부 도체위에 상기 하부 도체의 양 단부 각각의 적어도 일부는 노출되도록 제2 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제2 절연층 위에 자성층을 형성하는 단계와, 상기 자성층의 상부와 측부를 둘러싸되, 상기 하부 도체의 양 단부 각각의 적어도 일부는 노출되도록 제3 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제3 절연층 및 상기 하부 도체 위에 제2 감광층을 형성하는 단계와, 상기 제2 감광층의 일부를 제거하고 도전성 물질을 증착하는 단계와, 상기 제2 감광층의 잔여 부분 전체와 그 위에 형성된 도전선 물질을 제거하여, 상기 복수 개의 하부 도체와 각각 접촉하여 상기 자성층과 절연된 적어도 2개로 분리된 도전 코일을 형성하도록 배치되는 복수 개의 상부 도체를 형성하는 단계를 포함하는 막대형 박막 플럭스게이트의 제조방법이 제공된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 막대형 박막 플럭스게이트의 개념도이다. 본 발명의 플럭스게이트는 기본적으로 실리콘 기판(1)위에 기판상 절연 박막(2), 하부 도체(3), 절연 박막(4), 자성 박막(5), 상부 도체(6) 및 전기 단자(7)을 포함한다.

기판상 절연 박막(2)는 실리콘 기판(1)과 하부 도체(3)사이의 누전을 방지하는 역할을 한다.

하부 도체(3)는 기판상 절연 박막(2)에 일정 깊이를 가지며 그 폭 방향(B-B' 방향)으로 복수 개의 홈을 형성한 후 그 홈에 배치될 수 있고, 대안으로서 기판상 절연 박막(2)에 홈을 형성하지 않고 절연 박막(2) 위에 그 폭 방향으로 복수 개의 하부 도체(3)가 형성될 수 있다.

절연 박막(4)은 자성 박막(5)의 주위를 완전히 둘러싸도록 형성되며, 상부 도체(6) 및 하부 도체(3)로부터 자성 박막(5)에 누전되는 것을 방지한다. 절연 박막(4)은 하부 도체(3) 형성 후 그 위에 적층되는 하부 절연막과, 자성 박막(5)의 적층후 그 위에 적층되는 상부 절연막으로 이루어진다. 본 명세서 및 첨부 도면에서 절연 박막 및 하부 절연막, 상부 절연막은 모두 참조 부호 "4"로 지칭한다.

자성 박막(5)은 전술한 하부 절연막의 형성 후에 스퍼터링(sputtering) 방식으로 증착되어 드라이브 코일의 교류 전류에 의해 유도되는 자계에 의하여 자화되며, 자화된 자성 박막(5)의로부터의 자계와 외부 자계가 다시 픽업 코일에 전류를 유도하게 된다. 자성 박막은 그 두께가 2000Å 내지 5000Å인 막대 형상을 가지며, 자성 재료로서 NiFe 합금(일명, permalloy)이 바람직하지만, 그 외의 연자성 물질을 이용할 수 있음은 물론이다. 한편, 대안으로서 자성 박막을 단일층으로 형성하지 않고, 두께가 500Å 인 다층 자성 박막을 형성하며, 각 자성층 사이에 절연층( SiO2, Ta2O5, TiO2, Al2O3)을 개제하여 자성층간의 자기적 커플링 (magnetic coupling)을 억제시킨 자성 박막을 사용할 수 있다.

상부 도체(6)는 하부 도체(3)와 전기적으로 접촉하여 적어도 두 개의 코일을 형성한다. 각 코일은 막대형 자성 박막(5)의 길이 방향을 따라 권선되어 있으며, 적어도 두 개의 코일 중 적어도 하나는 드라이브 코일로 작용하고, 다른 적어도 하나는 픽업 코일로 작용한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 드라이브 코일과 픽업 코일이 동일 층상에 형성되어 있으나, 드라이브 코일과 픽업 코일이 다른 층상에 형성되는 경우, 즉 드라이브 코일이 자성 박막(5)에 인접되어 있고, 픽업 코일이 드라이브 코일 외곽에 형성되는 경우 또는 그 반대로 픽업 코일이 드라이브 코일보다 자성 박막(5)에 인접되어 있는 경우를 배제하는 것은 아니다.

복수 개의 전극(7)은 드라이브 코일에 교류를 인가하고 전극과 픽업 코일로부터 신호를 검출하는 전극을 포함한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 플럭스게이트는 자성 박막을 이루는 각 자성층의 두께가 500Å이하이며, 절연 박막(4)의 두께는 그 두께가 300Å 내지 500Å이며, 코일의 두께는 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

이하, 각 박막층의 형성 방법에 대하여 상세하게 설명할 것이며, 우선 기판상 절연 박막(2)과, 하부 도체(3)를 형성하는 방법을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

도 4는 실리콘웨이퍼의 기판상 절연 박막 위에 하부 도체(3)를 형성하는 방법에 관한 일 실시예를 도시한 도면으로서, 도 3의 B-B' 방향으로 자른 단면을 도 시하고 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 실리콘웨이퍼(1)를 준비하고, 그 위에 기판상 절연 박막(2)을 형성한다. 절연 박막은 감광성 물질을 이용할 수 있다(도 4의 1, 2 단계).

기판상 절연 박막위에 형성될 하부 도체(3)의 자리를 마련하기 위해 기판상 절연 박막(2)과는 다른 종류의 감광성 물질(10)을 도포하고(3 단계), 하부 도체의 패턴을 개재한 채 노광하고 현상하여 감광성 물질(10)의 일부를 제거한다(4, 5단계).

그 다음, 감광성 물질(10)이 제거된 부위에 하부 도체(3)를 형성시키기 위하여 전체적으로 도전성 물질을 성막한다(6 단계).

성막된 실리콘 기판 전체를 감광성 물질(10)만을 용해하고 기판상 절연 박막(2)에는 영향을 미치지 않는 유기용제에 넣어 초음파 세척하여 감광성 물질(10) 및 그 위에 성막된 도전성 물질을 제거한다(7 단계).

위 7 단계를 거치면 기판상 절연 박막(2) 위에 그 폭의 길이 방향으로 배치되는 복수 개의 하부 도체(3)가 형성되며, 그 다음에 형성될 자성 박막과의 전기적 절연을 위하여 절연 박막(하부 절연막)(4)을 도포한다(8 단계). 이 때 하부 도체(3)의 양 단부는 이 후에 형성될 상부 도체(6)과 전기적으로 접촉되어야 하므로, 절연 박막(4)은 하부 도체(5)의 양 단부 각각의 적어도 일부는 노출시키도록 형성되어야 한다. 이를 위해서는 사전에 하부 도체(3) 양 단부의 적어도 일부를 감광성 물질로 덮어 보호하고 나머지 부분에 절연 박막(4)을 도포한 후 위 감광성 물질을 제거하거나, 대안으로서 하부 도체(3) 위를 절연 박막(4)으로 도포한 후 각 하부 도체(3)의 양 단부가 노출되도록 비아(via)를 형성하는 방법을 취할 수 있을 것이다.

도 5는 실리콘웨이퍼의 기판상 절연 박막에 복수 개의 홈을 형성하고 그 홈에 하부 도체(3)를 배치하는 방법에 관한 일 실시예를 도시한 도면으로서, 도 3의 B-B' 방향으로 자른 단면을 도시하고 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 실리콘웨이퍼(1)와 그 위에 기판상 절연 박막(2)을 형성한다(1, 2 단계).

기판상 절연 박막(2) 위에 감광성 물질을 도포하고, 노광 및 현상을 거쳐 감광성 물질의 일정 부위를 제거한다(3, 4, 5 단계).

그 다음, 건식 에칭과 같은 식각 공정을 통하여 기판상 절연 박막(2)의 일부를 제거하여 하부 도체(3)를 형성시킬 부위에 홈을 마련한다(6 단계).

코일용 하부 도체(3)를 형성하기 위하여 도전성 물질을 성막한 후, 감광성 물질이 용해되는 유기 용제에 넣고 초음파 세척을 통하여 감광성 물질 및 그 위에 형성된 도전성 물질을 제거한다(7, 8 단계).

한편, 잉여의 도전성 물질이 잔존하여 하부 도체(3)의 가장자리를 따라 얇은 돌출부가 형성될 수 있으므로 평탄화 공정을 추가로 수행할 수 있다(9 단계). 도 5의 실시예에서는 하부 도체(3)가 기판상 절연 박막(2)의 홈에 형성되므로 CMP(chemical mechanical polishing) 공정과 같은 연마 공정에 의하여 평탄화 작업을 수행할 수 있다.

도 5에 도시하지는 않았지만, 하부 도체(3)와 자성 박막(5)과의 전기적 절연을 위하여 하부 도체(3) 위에 절연 박막(4)의 하부 구조를 형성하며, 이에 대한 구체적인 설명은 도 4에 도시된 실시예에서 설명하였으므로 생략한다.

이상과 같이 하부 도체(2) 및 절연 박막(4)층을 형성한 후에 자성 박막(5) 및 상부 도체(6)를 형성하게 되는데, 이하 도 6을 참조하여 구체적으로 설명한다.

전술한 바와 같이 절연 박막(4)은 하부 절연막과 상부 절연막으로 이루어지며, 하부 절연막의 성막 과정은 도 4 및 도 5를 참조하여 일부 언급하였으나, 이하의 설명에서 다시 하부 절연막 및 상부 절연막의 형성 과정을 포함하여 절연 박막(4) 전체의 형성 과정을 구체적으로 설명한다.

또한, 도 6의 실시예는 도 5에 도시된 실시예에 따라 기판상 절연 박막(2)에 형성된 홈에 하부 도체(3)가 배치된 경우를 전제하고 이후의 과정을 도시하고 있으나, 도 4에 도시된 실시예에 따라 하부 도체(3)를 형성한 경우에도 적용할 수 있음은 물론이다.

기판상 절연 박막(2)이 형성되면, 하부 절연막(4)을 성막하기 위하여 감광성 물질(10)을 도포한 후 현상하여 그 일부를 제거한 후 절연막을 성막한다(1, 2 단계). 유기 용제 속에서 초음파 세척하여 감광성 물질(10)과 그 위의 절연 물질을 제거하면 하부 절연막(4)이 형성된다(3 단계).

본 실시예에서는 이후 과정에서 형성되는 상부 도체(6)와의 전기적 접촉을 위한 하부 도체(3)의 양 단부가 감광성 물질(10)로 도포되어 하부 절연막이 성막되지 않고 노출되고 있으나, 대안으로서 하부 절연막이 하부 도체(3)를 완전히 덮도 록 성막된 후 하부 도체(3)의 양 단부의 위치에 비아를 형성하여 노출시키는 방식을 취할 수 있을 것이다.

그 다음, 하부 절연막(4) 위에 자성 박막(5)을 형성하기 위하여 감광성 물질(10)을 도포하고 노광과 현상 과정을 거쳐 감광성 물질(10)의 일부를 제거한 후 자성 물질을 스퍼터링하여 증착시킨다(4, 5 단계).

이 때, 자성 박막(5)은 2000Å 내지 5000Å의 두께를 가지며 단일 박막으로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 자성 박막의 포화 자화 상태를 보다 용이하게 하기 위하여 자성막을 복수 개 적층하여 형성한다. 각 자성막의 사이에는 절연층(예컨대, SiO2, Ta2O5, TiO2, Al2O3)을 삽입하여 자성층간의 자기적 커플링 (magnetic coupling)을 억제시킨다. 소형 휴대용 기기의 전원인 5V 이하의 전원을 이용하여 드라이브 코일에 전류를 인가하는 경우라면, 각 자성막의 두께를 500Å 이하로 하는 것이 바람직하다. 두께가 500Å을 초과하면 자성 박막의 보자력이 커지고, 이에 따라 낮은 드라이브 전류로서는 포화자화를 이루기 어려워서 전자나침반용 자성 박막으로의 특성이 현저히 저하되는 문제점이 발생하기 때문이다.

자성 물질이 증착된 후, 감광성 물질(10) 및 그 위의 자성 물질을 전술한 방법으로 제거하면 하부 절연막(4)위에 자성 박막(5)이 형성된다(6 단계). 본 발명의 플럭스게이트에서 각 자성 박막(5)은 막대 형상을 가진다.

자성 박막(5)의 상부와 측부를 둘러싸는 상부 절연막(4)은 전술한 방식과 마찬가지로 감광성 물질을 도포하고 그 일부를 제거한 후 절연 물질을 도포한 후 불필요한 부분을 제거하여 형성할 수 있다(7, 8, 9 단계).

마지막으로 상부 절연막(4) 위에 상부 도체(6)를 전술한 방식과 동일 유사하게 성막과 식각 과정을 거쳐 형성한다. 이때 상부 도체(6)의 각 단부는 하부 도체(3)의 각 단부와 전기적으로 접촉하여 도 3에 도시된 바와 같이 자성 박막(4) 주위에 권선된 코일을 형성하게 된다. 물론, 코일은 적어도 2개의 상호 분리되고 절연된 코일로 이루어지며, 적어도 하나는 드라이브 코일로 작용하고 적어도 다른 하나는 픽업 코일로 작용한다.

본 발명에 따른 플럭스게이트는 스퍼터링 증착 방식을 이용함으로써 자성 박막을 이루는 복수 개의 자성막과 자성 박막을 둘러싸는 절연층이 500Å 이하의 균일한 두께를 가지게 되어 휴대용 소형 기기의 전원인 5V 이하, 구체적으로는 2V 이하의 전원에서도 충분한 자계 탐지 효과를 발휘할 수 있으며, 극히 소형으로 제작이 가능하다.

이상 본 발명의 구성에 대하여 바람직한 실시예와 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명하였으나 본 발명의 보호 범위가 이에 제한되지 않음은 물론이다. 즉 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가지는 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고 다양한 변형과 설계 변경이 가능할 것임은 자명하다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여져야 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 휴대폰이나 PDA 등과 같은 소형의 휴대용 기기에 장착될 수 있는 매우 적은 크기의 플럭스게이트를 제작할 수 있으며, 모든 박막의 두께가 1㎛ 이하의 초박형으로써 5V 이하, 구체적으로는 2V 이하 의 전원에서도 명확한 지자계 감지가 가능한 전자 나침반을 구성할 수 있다.

Claims (14)

1. 막대형 박막 플럭스게이트(fluxgate)에 있어서,

   실리콘 기판과,

   상기 기판위에 형성되는 제1 절연층과,

   상기 제1 절연층에 그 폭 방향으로 정렬되도록 배치되는 복수 개의 하부 도체와,

   상기 제1 절연층 및 상기 하부 도체 위에 형성되는 것으로서, 상기 각 하부 도체의 양 단부 각각의 적어도 일부는 노출되도록 형성되는 제2 절연층과,

   상기 제2 절연층에 증착되는 막대형 자성층과,

   상기 자성층의 상부 및 측부를 둘러싸되, 상기 각 하부 도체의 양 단부 각각의 적어도 일부는 노출되도록 형성되는 제3 절연층과,

   상기 제3 절연층 외곽에 형성되며 상기 각 하부 도체의 양 단부에 전기적으로 접촉하되, 상기 자성층과 절연된 적어도 2개로 분리된 도전 코일을 형성하도록 배치되는 복수 개의 상부 도체

   를 포함하는 막대형 박막 플럭스게이트.
2. 제1항에 있어서, 상기 자성층은 그 사이에 절연층이 개재된 복수 개의 자성막이 적층되어 형성된 것인 막대형 박막 플럭스게이트.
3. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 하부 도체는 상기 제1 절연층의 일부가 제거되어 그 폭 방향으로 정렬되도록 형성된 복수 개의 홈에 배치되는 것인 막대형 박막 플럭스게이트.
4. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 하부 도체는 상기 제1 절연층 상에 그 폭 방향으로 정렬되도록 배치되는 것인 막대형 박막 플럭스게이트.
5. 제1항에 있어서, 상기 자성층의 총 두께는 2000Å 내지 5000Å인 막대형 박막 플럭스게이트.
6. 제2항에 있어서, 상기 제2 절연층 및 제3 절연층의 두께는 300Å 내지 500Å인 것인 막대형 박막 플럭스게이트.
7. 제1항에 있어서, 상기 상부 도체 및 하부 도체의 두께는 모두 1 ㎛ 이하인 것인 막대형 박막 플럭스게이트.
8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개로 분리된 도전 코일 중 적어도 하나는 교류 전류를 인가하기 위한 드라이브 코일이고, 다른 적어도 하나는 외부 자계의 변화에 따른 유도 전류의 파형 변화를 검출하기 위한 픽업 코일인 것인 막대형 박막 플럭스게이트.
9. 막대형 박막 플럭스게이트를 제조하는 방법에 있어서,

   실리콘 기판위에 제1 절연층을 형성하는 단계와,

   상기 제1 절연층위에 제1 감광층을 형성하는 단계와,

   상기 제1 감광층의 일부를 제거하여 그 폭 방향으로 정렬되는 복수 개의 홈을 형성하는 단계와,

   도전성 물질을 증착하는 단계와,

   상기 제1 감광층의 잔여 부분과 그 위에 형성된 도전성 물질을 제거하여 그 폭 방향으로 정렬되는 복수 개의 하부 도체를 형성하는 단계와,

   상기 각 하부 도체위에 상기 하부 도체의 양 단부 각각의 적어도 일부는 노출되도록 제2 절연층을 형성하는 단계와,

   상기 제2 절연층 위에 막대 형상의 자성층을 형성하는 단계와,

   상기 자성층의 상부와 측부를 둘러싸되, 상기 하부 도체의 양 단부 각각의 적어도 일부는 노출되도록 제3 절연층을 형성하는 단계와,

   상기 제3 절연층 및 상기 하부 도체 위에 제2 감광층을 형성하는 단계와,

   상기 제2 감광층의 일부를 제거하고 도전성 물질을 증착하는 단계와,

   상기 제2 감광층의 잔여 부분 전체와 그 위에 형성된 도전선 물질을 제거하여, 상기 복수 개의 하부 도체와 각각 접촉하여 상기 자성층과 절연된 적어도 2개로 분리된 도전 코일을 형성하도록 배치되는 복수 개의 상부 도체를 형성하는 단계

   를 포함하는 막대형 박막 플럭스게이트의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 감광층의 일부를 제거하여 복수 개의 홈을 형성하는 단계는,

    제1 감광층의 일부를 제거한 후 식각 공정을 수행하여 상기 제1 절연층에 그 폭 방향으로 정렬되도록 형성된 복수 개의 홈을 형성하는 단계를 포함하는 것인 막대형 박막 플럭스게이트의 제조방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 제1 감광층의 일부를 제거하여 복수 개의 홈을 형성하는 단계는,

    제1 절연층의 일부를 제거하는 식각공정 없이 상기 제1 감광층의 일부만을 제거하여 상기 제1 감광층에 복수 개의 홈을 형성하는 단계인 것인 막대형 박막 플럭스게이트의 제조방법.
12. 제9항에 있어서, 상기 제2 절연층 및 제3 절연층을 형성하는 단계는,

    상기 제2 및 제3 절연층의 형성 전에 상기 하부 도체의 양 단부 각각의 일부를 덮는 감광층을 형성하는 단계와,

    절연물질을 증착하는 단계와,

    상기 감광층 및 상기 감광층 위의 절연물질을 제거하여 상기 하부 도체의 양 단부 각각의 일부를 노출시키는 단계

    를 포함하는 것인 막대형 박막 플럭스게이트의 제조방법.
13. 제9항에 있어서, 상기 제2 절연층 및 제3 절연층을 형성하는 단계는,

    절연재료를 증착한 후에,

    식각 공정을 통하여 하부 도체의 양 단부 각각의 적어도 일부분이 노출되도록 비아를 형성하는 것인 막대형 박막 플럭스게이트 제조방법.
14. 제9항에 있어서, 상기 증착 공정은 스퍼터링(sputtering) 공정인 것인 막대형 박막 플럭스게이트 제조방법.

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