JP7709036B2 - 金属部材固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属部材固定方法に関する。

例えば、ＭＩセンサを製造する際に、磁性ワイヤを基板上に固定する工程がある。かかる場合に、基板上における磁性ワイヤの位置決めのために、基板上の所定位置にガイドポストを形成する技術が、特許文献１に開示されている。このガイドポストの形成にあたってはフォトリソグラフィを用いること、形成されたガイドポストに沿って基板上に磁性ワイヤが配置されることが、同文献に記載されている。

特開２０１９－３５７４３号公報

しかしながら、基板上に磁性ワイヤを配置した後に、磁性ワイヤを覆うように樹脂を形成して磁性ワイヤを固定する場合に、以下に示す課題が生じることを、発明者らは見出した。
すなわち、基板上に磁性ワイヤを配置した後、フォトリソグラフィを用いて形成した固定樹脂によって磁性ワイヤを基板に固定しようとすると、樹脂の残渣が残ってしまうことがある。つまり、ネガ型の感光性レジストを露光、加熱、現像して、所定の位置に固定樹脂を形成しようとしたとき、所定の位置以外（すなわち、露光していない箇所）にもレジストの残渣が残ってしまうという事象が生じることがあった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、樹脂残渣の発生を抑制することができる金属部材固定方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、基板上に、金属部材における互いに離れた複数個所を固定樹脂にて固定する、金属部材固定方法であって、
上記基板上における所定位置に、上記金属部材を載置し、
希釈溶媒にて希釈したネガ型の感光性レジストを、上記金属部材の少なくとも一部を覆うように、上記基板上に塗布し、
上記感光性レジストの一部を、露光、加熱、現像することで、上記金属部材における互いに離れた複数個所を覆うように所定の位置に上記固定樹脂を形成するとともに、上記金属部材における当該複数個所以外を上記固定樹脂から露出させ、
上記感光性レジストは、ＳＵ－８からなり、
上記希釈溶媒は、ＰＧＭＥＡからなる、
金属部材固定方法にある。

上記金属部材固定方法においては、上記感光性レジストとして、ＳＵ－８を用い、上記希釈溶媒として、ＰＧＭＥＡを用いる。これにより、上記固定樹脂を形成したときの樹脂残渣の発生を抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、樹脂残渣の発生を抑制することができる金属部材固定方法を提供することができる。

実施形態１における、（ａ）ガイドパターンを設けた基板の平面図、（ｂ）（ａ）のＩｂ－Ｉｂ線矢視断面図。 実施形態１における、（ａ）基板上に感磁体を載置した状態の平面図、（ｂ）（ａ）のIIｂ－IIｂ線矢視断面図。 実施形態１における、（ａ）感光性レジストを塗布した状態の平面図、（ｂ）（ａ）のIIIｂ－IIIｂ線矢視断面図。 実施形態１における、露光工程を示す断面説明図。 実施形態１における、（ａ）基板上に固定樹脂にて感磁体を固定した状態の平面図、（ｂ）（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線矢視断面図。 実施形態１における、ＭＩ素子の平面図。 実験例１における、（ａ）試料１の平面写真、（ｂ）他の試料１の平面写真。 実験例１における、試料２の平面写真。 実験例２における、実験結果を示す図表。

上記金属部材は、アモルファスワイヤであるものとすることができる。この場合には、基板上にアモルファスワイヤを固定する際、樹脂残渣の発生を抑制することができる。

また、上記金属部材は、マグネトインピーダンスセンサ素子（以下において、適宜ＭＩ素子ともいう。）の感磁体であるものとすることができる。この場合には、高品質のマグネトインピーダンスセンサ素子を、容易に製造することができる。

（実施形態１）
金属部材固定方法に係る実施形態につき、図１～図６を参照して説明する。
本形態の金属部材固定方法は、図１～図５に示すごとく、フォトリソグラフィを用いて、基板２上に、金属部材３を固定樹脂４にて固定する、金属部材固定方法である。

すなわち、本形態の金属部材固定方法においては、基板２上における所定位置に、金属部材３を載置する（図１、図２参照）。その後、希釈溶媒にて希釈したネガ型の感光性レジスト４０を、金属部材３の少なくとも一部を覆うように、基板２上に塗布する（図３参照）。その後、感光性レジスト４０の一部を、露光、加熱、現像することで、所定の位置に固定樹脂４を形成する（図４、図５参照）。

感光性レジスト４０は、ＳＵ－８からなる。希釈溶媒は、ＰＧＭＥＡからなる。
ＳＵ－８は、エポキシ樹脂を主成分とし、シクロペンタノンを溶媒として含む、ネガ型フォトレジストである。
ＰＧＭＥＡは、propyleneglycol monomethyl ether acetate（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）の略である。また、ＰＧＭＥＡは、一般に、ＳＵ－８の現像液として用いられている。

本形態において、金属部材３は、アモルファスワイヤである。また、金属部材３は、ＭＩ素子の感磁体である。本形態においては、金属部材３を、感磁体３として説明する。
本形態の金属部材固定方法は、ＭＩ素子の製造方法の一部の工程において実施される。

ＭＩ素子１は、例えば、図６に示すごとく、感磁体３とその周りに巻回された検出コイル１１と、を有する。この感磁体３と検出コイル１１とは、基板２の表面に配置されている。検出コイル１１の一部１１１は、基板２の表面に形成された導体パターンによって形成されている。また、検出コイル１１に接続された引出配線１２１や、感磁体３に接続された引出配線１２２も、基板２の表面にパターン形成されている。なお、検出コイル１１の他の一部１１２は、感磁体３を配置した後、絶縁層（図示略）を介して感磁体３の外周側に形成される。

かかるＭＩ素子１を製造する方法の一例につき、以下に説明する。
例えばアルミナ、半導体シリコン等の非磁性体からなる基板２の表面に、適宜、導体パターンを形成しておく。そして、基板２の表面の所定位置に、感磁体３を載置する。この感磁体３の位置決めのために、図１に示すごとく、基板２には、予め、ガイドパターン５を形成しておく。このガイドパターン５は、例えば、基板２の上に樹脂等の絶縁体を突出形成することによって形成することができる。

本形態においては、図２に示すごとく、互いに近接配置されたガイドパターン５同士の間に、線状の感磁体３が挟持されるような状態で、感磁体３が配置される。
次いで、図３に示すごとく、感光性レジスト４０を、基板２上に塗布する。このとき、感光性レジスト４０は、感磁体３を覆うように、基板２の略全体にわたって塗布する。また、感光性レジスト４０は、ネガ型フォトレジストであるＳＵ－８からなる。そして、この感光性レジスト４０は、希釈溶媒にて希釈された状態にて、基板２に塗布される。この希釈溶媒として、ＰＧＭＥＡを用いる。

なお、感光性レジスト４０であるＳＵ－８は、シクロペンタノンからなる溶媒に、エポキシ樹脂が溶解した状態の液状レジストである。そして、この感光性レジスト４０を、ＰＧＭＥＡからなる希釈溶媒にて希釈することで、適切な粘度に調整する。例えば、ＳＵ－８とＰＧＭＥＡとの混合比を１：１～１：５程度とすることができる。そして、粘度調整された感光性レジスト４０を、基板２に塗布する。

感光性レジスト４０が塗布された基板２をプリベークする。このとき、希釈溶媒は揮発する。その後、図４に示すごとく、基板２の上にフォトマスク６１を置き、所定の位置における感光性レジスト４０を、紫外線にて露光する。次いで、感光性レジスト４０を加熱する。すなわち、ポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）を行う。これにより、露光された感光性レジスト４０のＳＵ－８の鎖状高分子が架橋する。

次いで、現像液によって、感光性レジスト４０を現像する。これにより、感光性レジスト４０における未露光部分が溶解して、除去される。その結果、図５に示すごとく、所望の位置に、固定樹脂４が形成される。そして、この固定樹脂４によって、感磁体３が基板２上に固定される。この現像工程にて用いられる現像液は、ＰＧＭＥＡからなる。

なお、基板２に感磁体３が固定された後、感磁体３の一部のエッチング、絶縁層の形成、感磁体３と引出配線（図６における符号１２２参照）との電気的接合、検出コイル１１の一部（図６における符号１１２参照）の導体パターンの形成等を行うことで、ＭＩ素子１を得る。

次に、本形態の作用効果につき説明する。
本形態の金属部材固定方法においては、感光性レジスト４０として、ＳＵ－８を用い、希釈溶媒として、ＰＧＭＥＡを用いる。これにより、フォトリソグラフィを用いて固定樹脂４を形成したときの、樹脂残渣の発生を、抑制することができる。

本願発明者らは、感光性レジスト４０であるＳＵ－８を基板２に塗布する際、感光性レジスト４０の希釈溶媒としてシクロペンタノンを用いた場合に、樹脂の残渣が生じることがあるという課題を見出した（後述する実験例１、図７参照）。シクロペンタノンは、ＳＵ－８にその溶媒として含まれているものである。それゆえ、ＳＵ－８の粘度調整にあたり、シクロペンタノンを希釈溶媒として用いるという手段を採用していた。

ところが、上記のように、感磁体３を基板２上に固定する固定樹脂４を形成したところ、樹脂残渣が残ってしまうことがあった。この原因として、未露光部分においても、ＳＵ－８が一部、架橋反応を起こしている可能性があると考えられる。架橋反応の要因としては、紫外線、熱、酸、が考えられる。ここで、露光を行わずにＳＵ－８を現像してみたところ、上記と同様の樹脂残渣が見られたことから、紫外線が要因ではないと考えられる。また、架橋反応は何らかのトリガーを与えたうえで熱によって促進されるというメカニズムであるので、熱が主要因とは考えにくい。そこで、残る要因として、酸が有力な候補として考えられる。

すなわち、仮説として、基板２上に配置される前に、感磁体３の表面に酸が付着していることが考えられる。この仮説を裏付ける実験として、感磁体３を配置せずに、感光性レジスト４０を露光、加熱、現像したところ、残渣は残らなかった。したがって、この仮説は有力である。そして、例えば、感磁体３の加工工程等において、酸性薬品等が感磁体３の表面に付着する可能性が考えられる。この酸が、感光性レジスト４０に触れることで、架橋反応が僅かながらも進み、その結果、未露光部分であっても、現像後に残渣として残ってしまうということが考えられる。

対策としては、感磁体３を基板２に配置する前における感磁体３の洗浄を強化して、その表面に酸が残らないようにすることが考えられる。しかしながら、完全に酸を除去することは困難であり、生産性を考慮すると、現実的ではない。

そこで、本願発明者らは、感光性レジスト４０の架橋反応が露光前に生じている可能性を考慮して、塗布時に用いられる希釈溶媒をシクロペンタノンからＰＧＭＥＡに変更することを、検討した。ＰＧＭＥＡは、上述の通り、ＳＵ－８の現像液として用いられる。発明者らは、この現像液として用いられるＰＧＭＥＡは、僅かな酸による僅かなＳＵ－８の架橋反応であれば、これを阻害する効果があるのではないかと考えたためである。

そこで、実際に、上述のように、希釈溶媒としてＰＧＭＥＡを用いたところ、現像後の状態において樹脂の残渣が残らないことが確認できた（後述する実験例１、図８参照）。
このように、感光性レジスト４０の希釈溶媒をＰＧＭＥＡとすることにより、樹脂残渣の発生を抑制することができる。

一般的に、感光性レジストの希釈液としては、架橋反応に影響しない薬液を用いるところ、上述のように、本願発明者らは、ＳＵ－８の架橋反応を抑制する効果のあるＰＧＭＥＡを希釈溶媒として用いて、上記課題を解決した。

以上のように、本形態によれば、樹脂残渣の発生を抑制することができる金属部材固定方法を提供することができる。

（参考形態）
本形態は、ＳＵ－８の希釈溶媒としてＰＧＭＥＡに代えて、４－ヒドロキシ－４－メチル－２－ペンタノン、又は、乳酸エチルを用いる形態である。
４－ヒドロキシ－４－メチル－２－ペンタノン、及び、乳酸エチルは、一般に、ＳＵ－８の現像液として用いられている。そのため、これらをＳＵ－８の希釈溶媒として用いることで、実施形態１と同様に、樹脂残渣の発生を抑制する効果が期待できる。
その他は、実施形態１と同様である。

（実験例１）
本例は、図７、図８に示すごとく、上記実施形態１に示した金属部材固定方法による、樹脂残渣発生の抑制効果を確認した例である。
すなわち、感光性レジスト４０の希釈溶媒として、シクロペンタノンを用いた場合と、ＰＧＭＥＡを用いた場合とで、得られたＭＩ素子の外観を比較した。

希釈溶媒をシクロペンタノンとした場合に得られるＭＩ素子を、試料１とする。希釈溶媒をＰＧＭＥＡとした場合に得られるＭＩ素子を、試料２とする。試料２の作製方法は、実施形態１と同様である。試料１の作製も、感光性レジストであるＳＵ－８の希釈溶媒としてシクロペンタノンを用いる以外は、実施形態１と同様である。また、試料１及び試料２のいずれにおいても、ＳＵ－８と希釈溶媒との混合比を、１：５とした。なお、試料１及び試料２は、それぞれ複数個作製した。

得られた試料１のうち特に残渣が顕著に表れたものの外観を、図７（ａ）、（ｂ）に示す。また、得られた試料２の外観を図８に示す。
図７（ａ）、（ｂ）に示すごとく、試料１においては、樹脂の残渣が発生しているものがあった。試料１において、特に感磁体から残渣が広がっているように見える。
一方、図８に示すごとく、試料２においては、特に樹脂の残渣が見られなかった。

本例の結果から、感光性レジスト４０の希釈溶媒としてＰＧＭＥＡを用いることにより、樹脂残渣の発生を抑制することができることが確認された。

（実験例２）
本例は、図９に示すごとく、ＳＵ－８の希釈溶媒としてＰＧＭＥＡを用いたことによる背反がないことを確認した例である。

すなわち、実施形態１に示した方法によって形成された固定樹脂４の、耐薬品性を確認した。上述のように、ＰＧＭＥＡは、ＳＵ－８の現像液として一般に用いられ、ＳＵ－８の架橋を抑制する効果があると考えられる。それゆえ、ＳＵ－８の希釈溶媒としてＰＧＭＥＡを用いた場合の背反としては、現像後における固定樹脂の耐薬品性が、懸念される。そこで、本例においては、固定樹脂の耐薬品性に問題がないことを確認する試験を行った。

ここでは、ＭＩ素子の製造過程における、固定樹脂４に接触する可能性のある薬品に対する耐性を確認した。
固定樹脂４を形成した後の工程においては、例えば、感磁体３の一部をエッチングする工程、感磁体３の両端部を基板２上の導体パターンに接続する接続パターンを形成する工程等がある。いずれの工程においても、それぞれ、エッチング液、レジスト剥離液等が用いられる。前者の工程においては、これらの薬品が固定樹脂４に接触し、また後者の工程においては、これらの薬品が間接的に固定樹脂４に接触する可能性がある。

具体的には、前者の工程においては、エッチング液として過酸化水素が用いられ、レジスト剥離液としてクリーンストリップＨＰ－２（東京応化工業株式会社製の商品名）が用いられ、剥離後のリンスとしてエタノールが用いられる。また、後者の工程においては、エッチング液として硫酸が用いられ、レジスト現像液としてＰＧＭＥＡが用いられ、レジスト剥離液としてアセトンが用いられる。

そこで、これらの薬品、すなわち、ＰＧＭＥＡ、エタノール、硫酸、過酸化水素、アセトン、クリーンストリップＨＰ－２のそれぞれに対する固定樹脂の耐性を試験にて評価した。

具体的には、ＰＧＭＥＡにて希釈したＳＵ－８を基板上に塗布した後、露光、ＰＥＢ、現像を経て、実施形態１に示した固定樹脂４に相当する樹脂パターン（テストパターン）を形成した。ただし、このテストパターンは、薬品耐性の試験用であるため、感磁体等は配置せずに、基板上に形成した。

そして、形成したテストパターンを、それぞれ各薬品に所定時間浸漬した後、外観を観察した。その結果を、図９に示す。また、試験条件は、下記の表１に示す通りである。この試験条件は、実際のＭＩ素子の製造工程において想定される条件を基に、設定したものである。表１には、評価結果も併せて示す。評価は、試験後のテストパターンに、膨潤、剥離、溶解等が発生しているか否かによって行った。また、表１及び図９において、「ＯＫ」は、膨潤、剥離、溶解等の問題が発生していないことを示す。

図９及び表１に示すように、いずれの試料においても、膨潤、剥離、溶解等の発生はなく、いずれの薬品に対しても充分な耐性を有することが確認された。
なお、実際に、実施形態１に示す方法にてＭＩ素子を製造した後（すなわち、実験例１における試料２の作製後）においても、特に、固定樹脂４の膨潤、剥離、溶解等は発生せず、感磁体３が外れる等の不具合も生じなかった。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１ マグネトインピーダンスセンサ素子
２ 基板
３ 金属部材（感磁体）
４ 固定樹脂

Claims (4)

1. 基板上に、金属部材における互いに離れた複数個所を固定樹脂にて固定する、金属部材固定方法であって、
   上記基板上における所定位置に、上記金属部材を載置し、
   希釈溶媒にて希釈したネガ型の感光性レジストを、上記金属部材の少なくとも一部を覆うように、上記基板上に塗布し、
   上記感光性レジストの一部を、露光、加熱、現像することで、上記金属部材における互いに離れた複数個所を覆うように所定の位置に上記固定樹脂を形成するとともに、上記金属部材における当該複数個所以外を上記固定樹脂から露出させ、
   上記感光性レジストは、ＳＵ－８からなり、
   上記希釈溶媒は、ＰＧＭＥＡからなる、
   金属部材固定方法。
2. 上記金属部材は、アモルファスワイヤである、請求項１に記載の金属部材固定方法。
3. 上記金属部材は、マグネトインピーダンスセンサ素子の感磁体である、請求項２に記載の金属部材固定方法。
4. 上記感光性レジストを、上記金属部材の全体を覆うように、上記基板上に塗布する、請求項１又は２に記載の金属部材固定方法。