【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制造xmr磁场传感器的方法和系统。
技术介绍
1、借助于磁场传感器识别磁场是可以在众多工业应用中使用的传感器技术，例如当在汽车中对方向盘的准确位置进行角度检测时，当在无刷直流电机中检测和控制旋转时，在针对物联网(lot)应用测量对象的位置和交互时，在无接触地检测电流以及针对包括虚拟现实(vr)系统在内的许多不同移动设备借助于电子罗盘进行位置检测时。
2、许多磁场传感器使用磁阻效应，即描述通过施加外部磁场引起的材料的电阻变化的效应。磁阻效应特别是包括各向异性磁阻效应(amr效应)、巨磁阻(也称为gmr效应)、隧道磁阻(英语：tunnel magnetoresistance,tmr)或tmr效应以及平面霍尔效应。
3、通过使用gmr或tmr传感器元件可以构建非常灵敏的磁场传感器。在本申请中用缩写“xmr”概括缩写gmr和tmr。xmr传感器元件利用gmr效应或tmr效应。这些效应在由交替的磁性和非磁性薄层组成的结构中予以观察。该效应引起层结构的电阻取决于磁性层的磁化的相互取向。
4、一般来说，xmr传感器元件具有xmr多层系统，所述xmr多层系统包括具有可通过外部磁场相对容易地改变的磁化方向的软磁(铁磁)探测层、具有可预先给定的参考磁化方向的与软磁相比的硬磁参考层以及非磁性中间层，所述非磁性中间层布置在探测层和参考层之间。在gmr传感器元件的情况下，中间层是导电的；在tmr传感器元件的情况下，中间层是非常薄的绝缘体层。
5、当层的两个磁化方向彼此平行时，xmr传感器元
6、制造xmr传感器元件包括在期望的灵敏度方向上设定参考磁性层的磁性定向。所选择的磁化方向定义灵敏度轴。
7、为此在本申请中考虑的类型的方法的情况下设置编程操作，利用所述编程操作根据预定值来设定参考磁化方向的空间取向。为此，借助于传感器区域中的激光辐射将参考层以局部限定的方式加热到阈值温度以上，使参考层的所加热的传感器区域暴露于具有可预先给定的场方向的外部磁场以用于设定参考磁化方向，并且随后再次冷却到阈值温度以下。阈值温度也称为“阻挡温度(blocking temperature)”。磁化方向的这种类型的规定也称为“锁定(pinning)”。
8、如果将多个xmr传感器元件例如与惠斯通电桥传感器电路电关联，则可以制造具有高灵敏度和稳定输出信号的xmr磁场传感器。在传感器系统的小型化的过程中，这样的传感器在此期间可以以包括读出电子设备在内的单片结构方式来制成。为了构建惠斯通电桥传感器电路，需要具有参考层的局部不同的磁化方向的xmr传感器元件。
9、例如在wo 02/082111a1或us2019/0227129 a1中公开了用于构建和用于制造xmr磁场传感器的示例。
技术实现思路
1、在此背景下，本专利技术的任务在于提供用于制造xmr磁场传感器的方法和系统，所述方法和系统允许经济地制成这样的具有高质量的组件。
2、为了解决该任务，本专利技术提供一种具有权利要求1的特征的方法。此外，提供一种具有权利要求10的特征的系统。在从属权利要求中说明有利的改进方案。所有权利要求的措辞通过引用成为说明书的内容。
3、该方法和该系统被设置为或适合于制造xmr磁场传感器。xmr磁场传感器具有至少一个xmr传感器元件。如开头提及的，xmr传感器元件利用gmr效应或tmr效应来探测磁场。xmr传感器元件由工件制造，所述工件具有xmr多层系统的一个或多个层。该工件包括至少一个具有参考磁化方向的硬磁参考层。参考层可以是具有多个参考层的参考层系统。xmr多层系统的其他层同样可以已经存在于工件处，或者必要时稍后才被施加，例如因为所述其他层不应被升温。
4、在许多实施方式的情况下，在开始加工之前，工件除了xmr传感器元件的硬磁参考层之外还已经包括具有可通过外部磁场改变的磁化方向的软磁或铁磁探测层，以及布置在探测层与参考层之间的非磁性中间层。除了这些层之外，还可以设置另外的层。
5、在根据前序部分的方法的情况下一个重要的方法步骤是所谓的编程操作，所述编程操作被设计用于在传感器区域中设定和/或改变参考磁化方向的空间取向。在这里，术语“传感器区域”表示工件的其中应该产生xmr传感器元件的空间受限的区域。为了实现这一点，在激光加工操作中在传感器区域中将参考层借助于激光辐射以局部限制的方式加热到阈值温度以上。将参考层的所加热的区域暴露于具有可预先给定的场方向的外部磁场以用于设定参考磁化方向，并且随后将所加热的区域再次冷却到阈值温度以下。当在外部磁场中冷却时，将理想地磁饱和的参考层固定在所编程的方向上，这也称为“锁定”。
6、如果将参考层加热到该阈值温度以上，则所谓的“交换偏置效应”消失，使得丢失磁化的方向。外部磁场应该强到足以使参考层在新选择的方向上饱和。当在外部场中冷却时，将饱和的参考层固定在所编程的方向上。磁化方向的这种规定也称为“锁定”。
7、在非常准确地可预先给定的条件下允许借助于激光射到区域中的激光辐射对传感器区域以局部限制的方式进行加热的子过程也称为“选择性激光退火”。
8、根据本专利技术的表述，在根据本专利技术的方法的情况下规定，激光加工操作包括掩模投影操作。为此，将具有至少一个掩模孔或掩模开口的掩模布置在掩模平面中，所述掩模平面被布置为与激光加工操作的加工平面有距离。加工平面是激光辐射射到工件上并且应该与所述工件相互作用的那个平面。该距离涉及沿着激光辐射的光路的光学距离。所述距离可以是直线的，但是所述距离也可以借助于至少一个偏转装置折叠地伸展。
9、对于该激光加工使用脉动激光辐射，使得用脉动激光辐射的一个或多个激光脉冲照射掩模的包含掩模孔的区域。
10、借助于布置在掩模平面和加工平面之间的光路中的成像物镜将掩模孔的用激光辐射照亮的区域成像到加工平面中。激光辐射在该激光射到区域(也称为激光斑点)中射到工件上。
11、通过掩模投影操作可以实现的是，通过掩模的设计或掩模孔以及通过成像物镜的成像特性可以以高精度相对边缘清晰地预先给定激光斑点的形状、位置和尺寸以及从而还有要加热的传感器区域的形状、位置和尺寸。如果通过掩模投影照射为了构成传感器元件而设置的表面元件(传感器区域)，则在许多情况下可能的是用激光脉冲照射整个或完整传感器区域并且由此对该传感器区域进行编程。
12、适用于执行该方法的系统对应地具有掩模投影系统，所述掩模投影系统具有掩模保持单元，用于在有距离地位于加工平面之前的掩模平面中布置掩模，并且所述系统具有成像物镜，用于将掩模平面成像到激光加工单元的加工平面中。掩模具有至少一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于从工件(150)制造具有至少一个xMR传感器元件(SE)的xMR磁场传感器(SENS)的方法，所述工件具有xMR多层系统的一个或多个层，所述xMR多层系统包括具有参考磁化方向的至少一个硬磁参考层(REF)，
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述激光辐射的均质化，使得穿过掩模孔(133)并且射到传感器区域(SB)上的激光辐射的强度分布在整个横截面上基本上是恒定的，优选地变化最大20％，特别是变化最大10％，其中优选地在所述激光辐射源(112)和所述掩模平面(132)之间的区域中产生所述均质化，使得能够通过所述均质化来预先给定射到所述掩模孔(133)上的激光辐射的强度分布。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，可变地设定所述激光脉冲(PSM)的时间脉冲形状，特别是使得激光脉冲内的最大强度与常规的激光脉冲相比减小并且在超过最大强度之后激光强度的衰减梯度比在常规激光脉冲的情况下更小。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在激光照射开始之前和/或在激光照射期间将所述工件(150)加热到工作温度，所述工作温度高
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在激光照射时和/或在激光照射之后将所述工件(150)主动冷却到处于所述阈值温度(TB)以下的温度，优选地借助于在局部受限的区域中施加冷却流体。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在激光照射期间，使所述工件(150)在移动方向(205)上以连续速度移动，使得在所述工件的移动中进行脉冲触发而不停止所述工件，其中所述速度优选地处于50mm/s至500mm/s的范围内，特别是处于150mm/s至300mm/s的范围内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于移动模糊补偿，其中在激光脉冲的持续时间期间借助于至少一个可控组件(115)一起引导所述工件处的激光束射到区域(109)以用于在所述工件的移动方向(205)上补偿射到区域模糊化，其中优选地作为可控组件操控光路中的偏转镜(115)、扫描仪或掩模保持装置的移动轴。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在照射表面元件之后操控可控偏转镜或扫描仪或掩模保持单元的移动轴，使得激光束跳跃到具有传感器区域的相邻列中的表面元件，并且触发另一激光脉冲，并且随后跳回到具有传感器区域的当前列的位置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述照射的并行化，其中除了用于照射所述掩模的第一区域的第一激光束之外，还产生至少一个第二激光束用于同时照射所述掩模的第二区域，所述第二区域在所述掩模平面中偏移地布置在所述第一区域旁，其中优选地使用第一激光束源和至少一个第二激光束源来产生第一和第二激光束和/或其中通过光束整形将一个激光束划分成两个或更多个激光束。
10.一种用于在制造xMR磁场传感器(SENS)时使用的系统，其中xMR磁场传感器(SENS)具有带有xMR多层系统的xMR传感器元件(SE)，所述xMR多层系统包括具有可预先给定的参考磁化方向的至少一个硬磁参考磁性层(REF)，所述系统包括：
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于布置在所述激光辐射源(112)和所述掩模平面(132)之间的光学均质化系统(125)，用于均质化在所述激光束(105)内的强度分布，其中所述均质化系统(125)优选地具有以下组中的至少一个元件：衍射光学元件(DOE)；空间光调制器(spatiallight modulator,SLM)；光束整形光纤。
12.根据权利要求10或11所述的系统，其特征在于脉冲特性设定装置(197)，用于可变地设定所述激光脉冲的脉冲特性，其中所述脉冲特性设定装置在一种模式中被配置用于设定所述激光脉冲(PS、PSM)的时间脉冲形状。
13.根据权利要求10、11或12所述的系统，其特征在于能通过所述控制单元(190)控制的加热装置(225)，用于主动地将由所述工件保持设备(220)保持的工件(150)加热到工作温度，和/或能通过所述控制单元(190)控制的冷却装置(180)，用于主动地冷却由所述工件保持设备(220)保持的工件(150)。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的系统，其特征在于移动系统(200)，能够通过控制单元(190)控制所述移动系统，使得工件(150)在激光照射期间在移动方向(205)上以连续的速度移动，使得在所述工件的移动中进行脉冲触发而不停止所述工件，...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于从工件(150)制造具有至少一个xmr传感器元件(se)的xmr磁场传感器(sens)的方法，所述工件具有xmr多层系统的一个或多个层，所述xmr多层系统包括具有参考磁化方向的至少一个硬磁参考层(ref)，
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述激光辐射的均质化，使得穿过掩模孔(133)并且射到传感器区域(sb)上的激光辐射的强度分布在整个横截面上基本上是恒定的，优选地变化最大20％，特别是变化最大10％，其中优选地在所述激光辐射源(112)和所述掩模平面(132)之间的区域中产生所述均质化，使得能够通过所述均质化来预先给定射到所述掩模孔(133)上的激光辐射的强度分布。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，可变地设定所述激光脉冲(psm)的时间脉冲形状，特别是使得激光脉冲内的最大强度与常规的激光脉冲相比减小并且在超过最大强度之后激光强度的衰减梯度比在常规激光脉冲的情况下更小。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在激光照射开始之前和/或在激光照射期间将所述工件(150)加热到工作温度，所述工作温度高于环境温度并且低于所述阈值温度(tb)，其中优选地所述工作温度处于30℃至250℃的范围内，特别是处于50℃至100℃的范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在激光照射时和/或在激光照射之后将所述工件(150)主动冷却到处于所述阈值温度(tb)以下的温度，优选地借助于在局部受限的区域中施加冷却流体。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在激光照射期间，使所述工件(150)在移动方向(205)上以连续速度移动，使得在所述工件的移动中进行脉冲触发而不停止所述工件，其中所述速度优选地处于50mm/s至500mm/s的范围内，特别是处于150mm/s至300mm/s的范围内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于移动模糊补偿，其中在激光脉冲的持续时间期间借助于至少一个可控组件(115)一起引导所述工件处的激光束射到区域(109)以用于在所述工件的移动方向(205)上补偿射到区域模糊化，其中优选地作为可控组件操控光路中的偏转镜(115)、扫描仪或掩模保持装置的移动轴。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在照射表面元件之后操控可控偏转镜或扫描仪或掩模保持单元的移动轴，使得激光束跳跃到具有传感器区域的相邻列中的表面元件，并且触发另一激光脉冲，并且随后跳回到具有传感器区域的当前列的位置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述照射的并行化，其中除了用于照射所述掩模的第一区域的第一激光束之外，还产生至少一个第二激光束用于同时照射所述掩模的第二区域，所述第二区域在所述掩模平面中偏移地布置在所述第一区域旁，其中优选地使用第一激光束源和至少一个第二激光束源来产生第一和第二激光束和/或其中通过光束整形将一个激光束划分成两个或更多个激光束。
10.一种用于在制造xmr磁场传感器(sens)时使用的系统，其中xmr磁场传感器(sens)具有带有xmr多层系统的xmr传感器元件(se)，所述xmr多层系统包括具有可预先给定的参考磁化方向的至少一个硬磁参考磁性层(ref)，所述系统包括：
11.根据权利要求10所述的系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·伯姆，B·凯珀，C·贝尔加特，M·格林，M·维尔纳，S·阿尔伯特，U·科伯，
申请(专利权)人：三D微马克股份公司，
类型：发明
国别省市：
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