(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜するパターン形状と略同一形状の貫通穴を有するマスク板を基体の上方に略密着状態で設置し、しかる後、真空成膜法を用いて基体の上に、パターン形状の貫通穴を通過した膜組成物を磁性薄膜パターンとして成膜させる磁性薄膜パターンの形成方法であって、
前記マスク板は、当該マスク板に形成されたパターン形状の貫通穴の幅をＷ、マスク板の厚さをＤとしたとき、これらの関係が２Ｗ≦Ｄの条件に設定されてなることを特徴とする磁性薄膜パターンの形成方法。
【請求項２】
前記パターン形状の貫通穴の幅Ｗと、マスク板の厚さＤとの関係が４Ｗ≦Ｄの条件に設定されてなる請求項１記載の磁性薄膜パターンの形成方法。
【請求項３】
前記パターン形状の貫通穴の幅Ｗが、Ｗ＜１００μｍである請求項１または請求項２記載の磁性薄膜パターンの形成方法。
【請求項４】
前記成膜対象となる磁性薄膜パターンは、その幅をＷ0 、その最大直線部の長さをＬ0 とした場合、Ｌ0 ＜５Ｗ0 の関係を満たしてなる請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁性薄膜パターンの形成方法。
【請求項５】
前記成膜対象となる磁性薄膜が、巨大磁気抵抗効果を示す磁性薄膜である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の磁性薄膜パターンの形成方法。
【請求項６】
前記真空成膜法がスパッタ法である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の磁性薄膜パターンの形成方法。
【請求項７】
前記成膜するパターン形状と略同一形状の貫通穴を有するマスク板は、めっき法により形成されたものである請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の磁性薄膜パターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜磁気デバイスを作製するための磁性薄膜パターンの形成方法に関し、特に、巨大磁気抵抗効果を有する磁界検出デバイスを作製するための磁性薄膜パターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基体上に成膜された膜厚１０μｍ程度より薄い磁性薄膜は、バルク材料にはない優れた特性を有し、各種の薄膜磁気デバイスの主要な機能を果たす膜として使用されている。このような磁性薄膜は湿式成膜法、すなわち電気めっき法に代表される電気化学的手法でも成膜可能であるが、近年の真空技術の進歩に伴い、いわゆる真空成膜法により成膜されることが多い。
【０００３】
真空成膜法では、通常、まず最初に被成膜体である基体全面に磁性薄膜が成膜される。成膜された磁性薄膜を薄膜磁気デバイスの主要部として機能させるためには、通常、それぞれのデバイスに応じて要求される所望のパターニングを行う必要がある。パターニングの一手法として、半導体製造における手法と同様のフォトリソグラフィ技術を用いる方法がある。
【０００４】
図３にそのプロセスの概要が模式的な断面図でかつ、経時的に示されており、当該図に沿って、従来のプロセスの一手法を説明する。まず、最初に図３（ａ）に示されるように成膜のベースとなる基体１０を準備する。次いで、この基体１０の片側全面に磁性薄膜３０が成膜される。この際に、最終的に薄膜磁気デバイスとして使用され、磁性薄膜のパターンとして残る磁性薄膜部分Ｐに注目すると、図３（ｂ）に示されるようにこの部分は各方向からの入射粒子により形成されている（もちろん、磁性薄膜３０の全体がそうである）。
【０００５】
次いで、成膜された磁性薄膜３０の上にフォトレジストを塗布し、マスクを通じて紫外線露光、現像することで所定のフォトレジストパターン４０が形成される（図３（ｃ））。次いで、イオンミリング法を用いフォトレジストでカバーされていない部分の磁性薄膜を除去し所望の磁性薄膜のパターン３０ａのみが残される（（図３（ｄ））。しかる後、フォトレジストパターン４０を除去し所望の磁性薄膜のパターン３０ａが形成される（（図３（ｅ））。
【０００６】
この一方で、他のパターニング手法として、作製するパターン形状の貫通穴を有する金属マスク板を成膜する基体上に置き、この貫通穴を通過した膜組成物により所定のパターンの成膜を行う、いわゆるメタルマスクパターニング法も知られている。この方法においては、通常、ステンレスや真鍮製からなる厚さ約１００〜５００μｍの薄板に所望のパターン形状の貫通孔を設けたマスク板が使用される。この方法では、マスク板を磁性薄膜パターンを形成する基体の上に置き、この上から真空成膜法により成膜を行い、成膜終了後にマスク板と基体を分離することにより、所定の磁性薄膜パターンを備える基体を得ることができる。
【０００７】
ところで、薄膜磁気デバイスの１つである磁気抵抗効果素子は強磁性体金属の電気抵抗が外部磁界により変化する現象（磁気抵抗効果、ＭＲ効果）を利用して磁界強度を測定する素子である。単層の磁性膜では古くから知られている強磁性体金属膜の磁気異方性磁気抵抗効果を利用していたが、最近では多層膜構造からなる巨大磁気抵抗効果素子の報告もある。例えば、ナショナルテクニカルレポート、４２巻、４号、４６５ページには、（ＮｉＦｅＣｏ／Ｃｕ）多層膜を巨大磁気抵抗効果素子として用いたＶＴＲキャプスタンモータ回転検出センサが紹介されている。
【０００８】
この報告では真空スパッタ法を用いて多層膜を成膜し、かつスパッタ分子の斜め成分を除去するために防着板を開発したことが報告されている。防着板の使用は、真空成膜法では一般に成膜する基体に対して粒子が角度をもっていること、さらに磁性薄膜では、この粒子の基体への入射角度により磁気特性が変化することに起因するものと考えられる。例えば部品デバイスのための薄膜技術入門（総合電子出版社、１９９２年）２７３ページには蒸着法による薄膜磁気テープの作製の際に、基板に対して斜め方向から入射する蒸着粒子が磁気記録媒体として好ましい特性を発現させるために必要であること、およびそのための装置上の工夫が紹介されている。
【０００９】
しかしながら、斜め方向からの入射粒子が好ましい磁気特性の発現に寄与することは磁気記録媒体における特異的な現象であり、前述の巨大磁気抵抗効果多層膜を用いたセンサに代表される薄膜磁気デバイス用の磁性薄膜としては斜め方向からの入射粒子は特性劣化の原因となると考えられる。そのため、斜め方向からの入射粒子は極力除去することが望ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
これに関連する技術として、すでに上述したように、斜め方向からの入射粒子を除去する方法として、ナショナルテクニカルレポート、４２巻、４号、４６５ページに防着板を用いる旨の記載がなされている。しかしながら防着板の構造およびその使用方法に関する記載は一切なされていない。
【００１１】
また、前記図３に示されるようなフォトリソグラフィ技術を用いたパターニングは、複雑なプロセスを含む多くの工程からなっている。
【００１２】
また、前記メタルマスクパターニング法は簡易な工程で安価に磁性薄膜をパターニングできる手法であるが、そのマスク板の仕様が磁性薄膜の膜質にどのように影響を及ぼすかはなんら検討されていない。また従来より使用されている前記メタルマスクのパターン貫通穴の作製は、酸エッチング法により作製されることが一般的であり、この場合には穴側面へのエッチングの回り込みが避けられず、マスク板厚Ｄに対してパターン幅Ｗを小さくすることは困難であった。
【００１３】
このような実状のもとに、本発明は創案されたものであって、その目的は、簡単なプロセスで、かつ磁気特性の優れた薄膜磁気デバイスを作製するための磁性薄膜パターンの形成方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明は、成膜するパターン形状と略同一形状の貫通穴を有するマスク板を基体の上方に略密着状態で設置し、しかる後、真空成膜法を用いて基体の上に、パターン形状の貫通穴を通過した膜組成物を磁性薄膜パターンとして成膜させる磁性薄膜パターンの形成方法であって、前記マスク板は、当該マスク板に形成されたパターン形状の貫通穴の幅をＷ、マスク板の厚さをＤとしたとき、これらの関係が２Ｗ≦Ｄの条件に設定されてなるように構成される。
【００１５】
また、本発明の好適な態様として、前記パターン形状の貫通穴の幅Ｗと、マスク板の厚さＤとの関係が４Ｗ≦Ｄの条件に設定されてなるように構成される。
【００１６】
また、本発明の好適な態様として、前記パターン形状の貫通穴の幅Ｗが、Ｗ＜１００μｍであるように構成される。
【００１７】
また、本発明の好適な態様として、前記成膜対象となる磁性薄膜パターンは、その幅をＷ0 、その最大直線部の長さをＬ0 とした場合、Ｌ0 ＜５Ｗ0 の関係を満たしてなるように構成される。
【００１８】
また、本発明の好適な態様として、前記成膜対象となる磁性薄膜が、巨大磁気抵抗効果を示す磁性薄膜であるように構成される。
【００１９】
また、本発明の好適な態様として、前記真空成膜法がスパッタ法であるように構成される。
【００２０】
また、本発明の好適な態様として、前記成膜するパターン形状と略同一形状の貫通穴を有するマスク板は、めっき法により形成されたものを使用する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１には、本発明の磁性薄膜パターンの形成方法の好適な実施の形態を経時的に説明するための図面が示されている。
【００２２】
まず最初に図１（ａ）に示されるように、磁性薄膜パターンが被着・形成される板状の基体１０と、成膜するパターン形状と略同一形状の貫通穴４５を有するマスク板４０とを準備する。
【００２３】
次いで、図１（ｂ）に示されるように、マスク板４０を基体１０の上方に略密着状態で設置し、しかる後、この上に磁性薄膜を真空成膜法を用いて成膜させる。この際に、パターン形状の貫通穴４５を通過した膜組成物は磁性薄膜パターン３５として成膜され、残りの膜組成物はマスク板４０の上に薄膜３９として成膜される。なお、略密着状態とは、完全に密着している場合およびわずかな隙間が生じている場合の双方の状態を示す。
【００２４】
この後、マスク板４０を外すことによって所望の磁性薄膜パターン３５を備える基体１０が得られる図１（ｃ）。
【００２５】
本発明の磁性薄膜パターンの形成方法において、マスク板４０は、以下のように設定されたものが用いられる。すなわち、マスク板４０に形成されたパターン形状の貫通穴の幅をＷ、マスク板の厚さをＤとしたとき（図１（ａ））、これらの関係が２Ｗ≦Ｄ、より好ましくは４Ｗ≦Ｄの条件に設定される。このような設定にすることにより、極めて磁気特性の良好な磁性薄膜が得られる。逆に、上記の設定範囲を外れると、磁性薄膜の特性が劣化する。例えば、巨大磁気抵抗効果膜では、磁気抵抗効果による抵抗変化率が減少してしまう。
【００２６】
なお、パターン形状の貫通穴の幅Ｗは、パターン（磁性薄膜パターンに相当）の幅の中で最小の部分の長さを示す。もちろん、パターニングや他の工程の便宜上設けられる磁気特性が重視されない部分が存在する場合には、最終的な薄膜磁気デバイスの特性に影響を与える磁性薄膜パターンの中での最小幅部分を示す。例えば、磁界センサ用巨大磁気抵抗効果多層膜パターンにおいては、長方形の磁性薄膜パターンの短辺の長さとなる。
【００２７】
マスク板４０は、めっき法により製造されたものを用いるのが特に好ましい。すなわち、めっき可能なニッケル、銅、金あるいはこれらの金属を主成分とする合金からなり、めっき法により形成されたマスク板４０を用いるのがよい。めっき法は、例えば、基板上に最初にスパッタ法により膜厚１０００Å程度の電気めっきのための導電層を成膜する。この際に、最終工程での基板とマスク板（めっき膜）の剥離を考慮して基板と導電層間の密着強度は通常よりも弱くしておく。具体的には、基板と導電層間に通常、密着性向上のため成膜されるチタンやクロムの下地膜の成膜を行わない、あるいは下地膜を成膜したとしても５０Å程度に非常に薄くしておく。これにより最終工程での基板とマスク板（めっき膜）の剥離が容易となる。なお、基板とマスク板（めっき膜）を剥離した際に、密着性向上のための下地膜がマスク側に残った場合には、極めて薄いフッ酸溶液等で除去する。
【００２８】
なお、従来公知のメタルマスクと同様のステンレスや真鍮製の薄板に所望パターンの貫通穴４５を種々の手法で設けた板も使用され得るが、あくまで、貫通穴４５の側面が真っ直ぐに切り立っていることが好適に使用されるための必要条件とされる。
【００２９】
マスク板４０は、図１（ｂ）に示されるように基体１０の上方に略密着状態で設置されるため、わずかな隙間ｇが生じることがある。この場合にはマスク板の厚さＤに隙間ｇを加えた値（この値を新たなＤとする）が、上述したＤとＷとの関係式を満たせばよい。しかしながら、パターニング精度が悪くなるために、隙間ｇは可能な限り小さくなるように基体１０上に置くことが重要である。パターニング精度を十分に維持するためには、ｇ＜０．２Ｄとすることが好ましく、実際のプロセスではこの条件を満たすことが多い。このため、実際の磁性薄膜のパターニングにおいて、ｇの値はＤの値に対してほぼ無視できる程度とみなすことができる。
【００３０】
パターン形状の貫通穴４５の幅Ｗは、１００μｍ未満とすることが好ましい。この値が１００μｍ以上となると、必要とするマスク板の厚さＤが大きくなり、めっき法によるマスクの作製に時間がかかること、およびめっき膜の応力の影響で、めっき膜がマスク板の作製途中に基板から剥離する等の不都合が生じやすくなり作製が困難となるためである。
【００３１】
また本発明において成膜対象となる磁性薄膜パターン３５は、図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、所定の幅Ｗ0 および最大直線部（長さＬ0 ）を備えており、これらの関係が、Ｌ0 ＜５Ｗ0 を満たしてなるように構成されているものを対象とすることが好ましい。Ｌ0 の値が５Ｗ0 以上となってしまうと、上記ＤとＷとの関係式を満たしたとしても、成膜時に長手方向からの斜め成分粒子が混入して磁気特性が劣化する傾向にある。なお、基本的に、磁性薄膜パターンの幅Ｗ0 と貫通穴４５の幅Ｗは同一と考えて良く、Ｗ0 の基本的な定義も上記貫通穴４５の幅Ｗの定義に従う。
【００３２】
また、パターン形状の最大直線部の長さＬ0 は、パターンの直線部の中で最大の長さのものを示す。もちろん、パターニングや他の工程の便宜上設けられる磁気特性が重視されない部分が存在する場合には、最終的な薄膜磁気デバイスの特性に影響を与える磁性薄膜パターンの中での最大直線部の長さを示す。磁性薄膜パターンが図２（ａ）に示されるごとく折り曲げされた直線部のみから形成されている場合、最大直線部の長さＬ0 は容易に求めることができるが、図２（ｂ）に示されるごとく直線でなく曲線形状の場合には、パターン内部で最長の直線が引ける場所の長さを最大直線部の長さＬ0 とする。なお、図２において符号Ｓは感磁部を、符号９０は  電極としてのパッド部を示す。
【００３３】
本発明において成膜対象となる磁性薄膜（パターン）の好適な一例として、巨大磁気抵抗効果を示す磁性薄膜が挙げられる。
【００３４】
巨大磁気抵抗効果膜は、金属人工格子（藤森啓安、アグネ技術センター、１９９５年発行）３４７ページに紹介されているように、強磁性体膜と非磁性体膜との多層膜であり、その多層膜の界面散乱変化により抵抗が変化することが知られている。
【００３５】
巨大磁気抵抗効果膜としては、▲１▼（強磁性体／非磁性導電体）構造のアンチフェロ（結合）型、▲２▼（高保磁力強磁性体／非磁性導電体／低保磁力強磁性体）構造の誘導フェリ（非結合）型、▲３▼（半強磁性体／強磁性体／非磁性導電体／強磁性体）構造のスピンバルブ型、▲４▼Ｃｏ／Ａｇ系統の非固溶系グラニュラー型に大別される。
【００３６】
これらの各巨大磁気抵抗効果膜は、その構造や組成により、検出可能な磁界強度、すなわち、磁気抵抗効果の飽和磁界強度が大きく異なる。例えば、（Ｆｅ／Ｃｒ）系アンチフェロ型では１０ＫＯｅ以上、（ＣｏＮｉＦｅ／Ｃｕ）系アンチフェロ型では、０．１Ｏｅから１ＫＯｅ、（ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ）系誘導フェリ型では、５Ｏｅから２０Ｏｅ程度、（ＦｅＭｎ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ）系スピンバルブ型では、数Ｏｅ、そして、グラニュラー型では１００Ｏｅから５ＫＯｅ程度までの磁界検出が可能である。磁界感度は、最大磁気抵抗変化率を飽和磁界強度で割り算したものであり、最大磁気抵抗変化率が大きくても、飽和磁界が大きい場合には磁界感度は悪い。反対に、最大磁気抵抗変化率が小さくても、飽和磁界が非常に小さい場合には磁界感度は良い。このため、検出すべき磁界強度により最高の磁界感度が得られるように、上記の各種の巨大磁気抵抗効果膜から、基本系を選択し、さらに組成系の変更や細かな構造を最適化して用いる。
【００３７】
このような磁性薄膜は、真空成膜法、例えば、蒸着法、スパッタ法などにより成膜される。なかでも、スパッタ法が、生産性優れることや、適度の多層膜界面の粗さを形成しこのものが巨大磁気抵抗効果の発現に大きく寄与することから、特に好適に用いられる。
【００３８】
【実施例】
以下に本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３９】
まず最初に、３インチ径の０．７ｍｍ厚ガラス基板（コーニング社製，製品番号７０５９）を基体１０として用いるために準備した。次いで、この基体１０の上に電気めっき法で作製したニッケル製のマスク板４０を置いて固定した後、ＲＦスパッタ装置を用いて表１に示されるような種々の巨大磁気抵抗効果膜を成膜した。
【００４０】
なお、メタル板４０には磁界センサ用のパターン形状の貫通穴が設けられている。メタル板４０の厚さＤは、２０μｍから３２０μｍ、パターン幅Ｗは２０μｍから８０μｍとした。感磁パターンの最大直線部の長さＬ0 はＷ（Ｗ0 に同じ）との関係で、Ｌ0 ＝３Ｗとなるようにした。
【００４１】
【表１】
0003817029.tif 000002
表１に示される多層膜構造の表記は、成膜の順に厚さ−組成を示している。例えば、５０Å−Ｔａ／（１０Å−ＮｉＦｅ／５Å−Ｃｕ）×１０とは最初に５０ÅのＴａを、次に１０ÅのＮｉＦｅ合金と５ÅのＣｕを順に各々１０層づつ積層した全厚２００Åの２１層からなる多層膜を示している。用いたターゲットはいずれも純度９９．９％以上とし、到達圧力として４×１０-7Ｔｏｒｒまで真空引きした後にアルゴンガスを導入し、成膜中の真空度は１．４×１０-4Ｔｏｒｒとした。いずれも成膜は基板水冷を行った。
【００４２】
このようにして表２に示されるような種々のサンプルを作製し、これらについて下記の要領でＭＲ比（％）の測定を行った。
【００４３】
ＭＲ比（％）の測定
表１に示される構成の試料から０．５×１０mmの形状のサンプルを作成し、−３００〜３００Oeの外部磁界を面内にかけながら、抵抗の変化を測定した。抵抗の最小値ρsat および最大値ρmax を測定し、これらの値よりＭＲ比ΔＲ／Ｒを求めた。すなわち、ＭＲ比ΔＲ／Ｒは、最大抵抗をρmax 、最小抵抗をρsat とし、次式により計算した：ΔＲ／Ｒ＝（ρmax −ρsat ）×１００／ρsat （％）。
【００４４】
測定結果を下記表２に示す。
【００４５】
【表２】
0003817029.tif 000003
表２に示される結果より、Ｄ／Ｗを２以上、特に４以上としたマスク板を用いて成膜した磁気抵抗効果膜は極めて優れた特性を示すことがわかる。
【００４６】
さらに感磁パターンの最大直線部の長さＬ0 とＷ（Ｗ0 に同じ）との関係を調べるために、Ｌ0 ＝１０Ｗとなる磁性薄膜パターンを作製し、上記と同様の評価を行ったところ、Ｌ0 ＝３Ｗのパターンに比べて、ＭＲ比が約２０％低い値となってしまった。
【００４７】
【発明の効果】
上記の結果より本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明は、成膜するパターン形状と略同一形状の貫通穴を有するマスク板を基体の上方に略密着状態で設置し、しかる後、真空成膜法を用いて基体の上に、パターン形状の貫通穴を通過した膜組成物を磁性薄膜パターンとして成膜させる磁性薄膜パターンの形成方法であって、前記マスク板は、当該マスク板に形成されたパターン形状の貫通穴の幅をＷ、マスク板の厚さをＤとしたとき、これらの関係が２Ｗ≦Ｄの条件に設定されてなるように構成されているので、簡単なプロセスで、かつ磁気特性の優れた薄膜磁気デバイスを作製するための磁性薄膜パターンが得られるという極めて優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁性薄膜パターンの形成方法を経時的に示す概略断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の磁性薄膜パターンの一例を示す平面図である。
【図３】従来の磁性薄膜パターンの形成方法の一例を経時的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…基体
３５…磁性薄膜パターン
４０…マスク板
４５…パターン形状の貫通穴
【図１】
0003817029.tif 000004
【図２】
0003817029.tif 000005
【図３】
0003817029.tif 000006