JP4316050B2 - マイクロマシンの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小球形型センサ部とそれを囲む周囲部又は周囲電極からなるマイクロマシン又は球形センサ型計測装置の製造方法に関し、特に、直径が数ミリメートル以下の微小な球体及び微小電極体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、微小な球体を、周囲と接触しないように静電気的に又は磁気的に浮上させ、この球体の変位を検出することによって、外力、加速度等を検出する方法及び装置が知られている。このような装置は、典型的には微小球体と微小球体を浮上させるための電界又は磁界発生装置と球体の変位を検出するためのピックアップとを有する。尚、浮上した球体を高速で回転させる場合もある。
【0003】
電界又は磁界発生装置及び変位検出用ピックアップは、典型的には複数の電極を有し、これらの電極は微小球体に近接して配置される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来、微小球体と周囲の電極は別個に製造され組み立てられていた。従って、微小球体と周囲の電極を同時に精密に製造し且つ両者を近接して正確に配置するための適当な方法は知られていなかった。
【0005】
半導体装置の製造分野では、微小なチップを製造したり、微細な回路パターンを重層的に形成するための様々な方法及び技術が知られている。これらの方法には、例えば、リソグラフィ、エッチング、化学蒸着法(CVD)、電子線露光描画法等がある。しかしながら、これらの方法は平板状の基板又はチップを製造することはできるが、微小球体とその周囲に近接して配置される微小電極を形成することはできなかった。
【0006】
従って、本発明は、微小球体及びそれに近接して配置される微小電極を正確に且つ容易に製造するための方法を提供することを目的とする。
【0007】
本発明は、微小球体及びそれを囲む微小球面を製造し、微小球面の内面に電極を形成するための方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の球体とそれを囲む球殻部からなるマイクロマシンの製造方法は、球体を覆うように犠牲膜を形成することと、上記犠牲膜の上に少なくとも1個の導電体パターン又は絶縁体を含む機能膜を形成することと、上記機能膜が形成された球体を覆うように絶縁体の構造膜を形成することと、上記構造膜の外面から上記犠牲膜に達するエッチング孔を形成することと、上記エッチング孔より気体エッチング剤によって上記犠牲膜を除去することと、を含む。
【0009】
従って、球体とそれを囲む球殻部を同時に且つ正確に製造することができる。特に、微小球体及び微小球殻部を同時に且つ精密に製造することができる。
【0010】
本発明のマイクロマシンの製造方法において、更に、上記機能膜の形成工程は、上記犠牲膜の上に導電体パターンを形成することと、上記導電体パターンを覆うように絶縁体膜を形成することと、上記絶縁体膜に孔を形成して上記導電体パターンを露出させることと、上記絶縁体膜より露出した上記導電体パターンに接続するように上記絶縁体膜上に配線パターンを形成することと、を含む。本発明のマイクロマシンの製造方法は、上記構造膜に孔を形成して上記配線パターンを露出させることと、上記構造膜より露出した上記配線パターンに接続するようにバンプを形成することと、を含む。
【0011】
従って、球体とそれに近接して配置される電極を同時に且つ正確に製造することができる。特に、微小球体及び微小電極を同時に且つ精密に製造することができる。
【0012】
本発明によると、上記エッチング孔は上記導電体パターン、上記絶縁膜、上記配線パターン、及び上記構造膜を形成する工程の各々にて同一位置に孔を形成することによって形成される。又は、上記エッチング孔は上記導電体パターン、上記絶縁膜、上記配線パターン、及び上記構造膜を形成する工程の後に同一位置に孔を形成することによって形成される。
【0013】
本発明によると、マイクロマシンの製造方法において、上記犠牲膜はケイ素よりなり、上記気相エッチングは二フッ化キセノンによってなされる。上記構造膜は熱硬化性樹脂を熱硬化させて形成される。上記絶縁体膜はTEOSを原料とする二酸化ケイ素を使用して形成される。
【0014】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の製造方法を説明する前に、図1及び図2を参照して本発明の製造方法によって製造されたマイクロマシン又は球体センサ型計測装置の構造を説明する。本例のマイクロマシンは球体型センサとして様々な用途及び分野にて使用されることができる。例えば、球体を浮上させる浮上球体型計測装置の例として、加速度計、ジャイロ等がある。球体を浮上させない非浮上球体型計測装置の例として傾斜計がある。図1に示すように、本例の装置は球体10とそれを囲む球殻部100とを有する。
【0015】
球体10の外径は球殻部100の球面状内面の内径より僅かに小さい。球体10が適当な方法、例えば、静電気的又は磁気的方法によって浮上されると、球体10の周囲には間隙11が形成される。この間隙11は密閉空間又は開放空間であり、真空であってよいが、適当な不活性ガス又は液体によって充填されてよい。球体10の直径は数ミリメートル以下であり、例えば、1mmであってよい。この間隙11の厚さは数μmであってよい。
【0016】
球殻部100は、最も内側の電極101〜106及び107(図1では電極101、102、105、106、107のみ図示)とその外側の絶縁膜130とその外側の電路パターン111〜117及び121〜127とその外側の構造膜132とを有する。電極101〜106及び107は、絶縁膜130の一部である細い絶縁部131によって互いに分離されており、各電極には対応する電路パターン111〜117及び121〜127が電気的に接続されている。
【0017】
尚、球殻部100の下端にはバンプ129が形成されている。バンプ129は構造膜132に形成された孔に装着され、電路パターン111〜117及び121〜127に接続されている。
【0018】
電極101〜106、107及び電路パターン111〜117及び121〜127は導電体、例えば、金属膜によって形成され、絶縁膜130及び絶縁部131は絶縁体、例えば、二酸化ケイ素SiO2 によって形成されている。構造膜132は絶縁体、例えば、熱硬化性樹脂より形成される。
【0019】
本例では、構造膜132の厚さは、電極、電路パターン及び絶縁膜に比べて、大きい。従って、構造膜132は、内側の構成部を保護する保護膜として機能すると同時に球殻部100に構造的強度を提供する。
【0020】
図2を参照して説明する。図示のように、球体10の中心に原点Oをとり、水平面上にX1 −X2 軸及びY1 −Y2 軸をとる。垂直にZ1 −Z2 軸をとる。図2Aは、本例の装置をY1 軸方向に沿って見た図であり、図2BはZ2 軸方向に沿って見た図である。尚、図1は垂直面X−Z平面に沿って切断された断面を示す。
【0021】
図2は図1のマイクロマシンより構造膜132を除去した球殻部100の外観を示す図である。破線にて示すように、電極は、互いに直交する3軸に沿って配置された6個の電極101〜106とその間に配置されたシールド電極107とを含む。6個の電極101〜106は、円形であり、それらの残りの部分がシールド電極107である。
【0022】
6個の電極101〜106は、例えば、電源及び制御用に使用され、シールド電極107は接地用に使用されてよい。
【0023】
絶縁膜130の外面には上述のように電路パターン111〜117及び121〜127が形成されている。電路パターンは図示のように、電極101〜106、107に接続された端子パターン111〜116、117とこれらの端子パターン111〜116、117より延在する配線パターン121〜126、127(図2B)とを有する。
【0024】
図2Bに示すように、これらの配線パターン121〜126、127の先端部は、球殻部100の下側に集中化されている。配線パターン121〜126、127の先端部は、例えば、図示のように、同一円に沿って配置されている。配線パターン121〜126、127の先端部は、図1に示したようにバンプに接続される。
【0025】
尚、図示されていないが、本例では電極101〜106の各々は1対の電極部からなり、従って、電極101〜106に接続された電路パターン111〜116及び121〜126は各々一対の電路パターンからなる。シールド電極107は1個の電極からなり、それに接続された電路パターン117及び127は1個である。
【0026】
図3、図4及び図5を参照して、本発明による製造方法を説明する。先ず図3Aに示すように、多結晶又は単結晶のケイ素Si、好ましくは単結晶ケイ素Siからなる球体10を用意し、その表面に導電体膜10A、例えば、金属膜を形成する。尚、球体10として単体ケイ素以外の導電体からなる球体を使用する場合には、導電体膜10Aは不要である。これが図1に示した球体となる。
【0027】
次に、図3Bに示すように、球体10の表面にケイ素Siの膜12を形成する。導電体膜10A及びケイ素膜12の形成は、化学蒸着法(CVD)によってなされてよい。このケイ素膜12は、後に除去されるため、ダミー膜又は犠牲膜と称される。
【0028】
図3Cに示すように、次の工程では、導電体膜14、例えば、金属膜からなる電極パターンを形成する。先ず、ケイ素膜12を覆うように、全面的に金属膜14を形成する。次に、エッチングによって、この金属膜14に電極パターン溝15を形成する。電極パターン溝15は、6個の電極101〜106の形状に対応して、6個の細い環状に形成される。こうして、6個の環状の溝の内側に電極パターンが形成され、その外側にシールド電極パターンが形成される。
【0029】
尚、電極パターンとして、本例の円形以外に様々の形状が考えられる。また、シールド電極パターンとして本例以外の形状であってよい。
【0030】
次に図4Aに示すように、絶縁体膜16、例えば、二酸化ケイ素SiO2 の膜16を形成する。これは、TEOS(テトラエトキシオキシシラン)を使用し、化学蒸着法(CVD)によってなされてよい。このとき二酸化ケイ素SiO2 は、図3Cの工程にて形成された電極パターン溝15内に充填される。
【0031】
図4Bに示すように、エッチングによって、二酸化ケイ素膜16に溝17を形成する。溝17の部分では、導電体膜14、即ち、金属膜14が露出される。この溝17は、電極パターンと端子パターンとを接続する導電体膜、即ち、金属膜を形成するために設けられる。従って、この溝17は電極パターンに対応する位置に、適当な数だけ設けられる。
【0032】
次に、図4Cに示すように、二酸化ケイ素膜16上に導電体膜18、例えば、金属膜からなる電路パターンを形成する。それによって、図2に示した、端子パターン及び配線パターンが形成される。このとき導電体膜18は、図4Bの工程にて形成された溝17内に充填される。
【0033】
図5Aに示すように、レジスト膜20が形成される。レジスト膜20は適当な熱硬化性樹脂によって形成されてよい。このような熱硬化性樹脂として、例えば、商品名EPON・SU−8として市販されている樹脂又はポリイミド系樹脂が使用されてよい。レジスト膜20は上述の化学蒸着法(CVD)によって形成される膜に比べてより厚く形成される。
【0034】
レジストの塗布後、リソグラフィによって、バンプ形成に使用する溝と気相エッチングに使用する微小孔を形成する。バンプ形成用の溝は、図2Bを参照して説明したように、配線パターン121〜126、127の先端部に相当する位置に形成される。次に、ハードベークと称する熱処理がなされ、それによってレジストは硬化する。こうして硬化したレジスト樹脂膜は、内側の構成部を保護すると同時に、本例の球殻部100に構造的強度を提供する。
【0035】
次に図5Bに示すように、バンプ22を形成する。レジスト膜20には上述のようにリソグラフィによって溝が形成され、内側の電路パターンの一部が露出されている。その溝にはんだ等からなるバンプ22を形成する。内部に球体10を含む球殻部100を、図示しないプリント配線基板上に配置し、バンプを回路に熱融着する。それによって球殻部100はプリント配線基板に固定される。
【0036】
最後に図5Cに示すように、犠牲膜12を除去して間隙11を形成する。本例によると、犠牲膜12の除去は気相エッチングによってなされる。以下に気相エッチングについて説明する。
【0037】
上述の工程にて形成された球殻部100には、レジスト膜20の外表面から犠牲膜12に到達する微小孔が形成される。この微小孔の形成については後に説明する。この微小孔よりエッチング気体を導入し、犠牲膜12を除去する。エッチング気体は犠牲膜12のみを除去し、それ以外の物質には反応しない。
【0038】
気相エッチングでは、除去する犠牲膜の材質とそれに最適なエッチング気体の選択が重要である。エッチング気体として、犠牲膜に対する選択的反応性が高い気体が選択される。本例では、犠牲膜にケイ素が使用され、エッチング気体として二フッ化キセノンXeF2 が使用される。
【0039】
二フッ化キセノンXeF2 は次の3つの特徴を有する。
(1)ケイ素に対する選択的反応性が極めて高い。即ち、二フッ化キセノンは単体ケイ素を溶解するがそれ以外の物質に対して不活性である。
(2)エッチングは液相を伴わない乾燥的化学変化である。即ち、気相二フッ化キセノンは固相ケイ素を溶解するが反応生成物は気相である。
(3)エッチングは等方的であり、エッチング反応が緩やかに進行する。
【0040】
二フッ化キセノンXeF2 は常温常圧下で固体であるが、真空雰囲気にて容易に昇華し気相に変化する。従って、本例の気相エッチングは真空雰囲気下にてなされる。
【0041】
本例では、上述のように、球体10はケイ素によって形成されているがその表面はケイ素以外の物質によって覆われている。従って、球体10のケイ素がエッチング気体に接触することはない。
【0042】
図6を参照して気相エッチング用の微小孔135について説明する。微小孔135は、上述の工程毎に形成してよい。例えば、導電体膜14、絶縁体膜16、導電体膜18及びレジスト膜20の形成工程の各々にて、各膜に微小孔を形成する。しかしながら、全ての工程が終了した後に、即ち、気相エッチングの直前に微小孔を形成してもよい。
【0043】
微小孔135は導電体膜14、絶縁体膜16、導電体膜18及びレジスト膜20に、順に形成する。微小孔が、レジスト膜20の外表面から犠牲膜12に達する貫通孔となるためには、微小孔を各膜にて同一位置に形成する必要がある。微小孔135の形成位置の位置決めは、電路パターンを形成するときに使用される位置決め装置を使用して行われてよい。
【0044】
図示のように微小孔135は球殻部100の表面に所定のピッチにて多数形成される。例えば、球殻部100の直径を1mm、微小孔135のピッチを100μmとすると、球殻部100の赤道に沿って約30個の微小孔を設けることができる。
【0045】
こうして気相エッチングによって犠牲膜12が除去されると、球体10と球殻部100の間に間隙11が形成される。この間隙11は微小孔135によって球殻の外部に通じている。この間隙11に適当な液体を収容してよい。微小孔135を適当な方法によって封鎖してよい。それによって間隙11は密閉空間となる。上述のようにこの密閉空間は真空排気されてよく又は適当な不活性ガス又は液体によって充填されてよい。
【0046】
以上本発明の実施例について詳細に説明してきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得ることは当業者にとって容易に理解されよう。
【0047】
【発明の効果】
本発明によると、球体とその周囲の電極を同時に製造することができる利点を有する。
【0048】
本発明によると、球体とその周囲の電極の間の間隙を正確に且つ容易に形成することができる利点を有する。
【0049】
本発明によると、微小球体とそれの周囲の電極の寸法が極めて小さくとも、正確に製造することができる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマイクロマシンの構造を示す断面図である。
【図2】本発明のマイクロマシンより構造膜を除去した外観を示す図である。
【図3】本発明のマイクロマシンの製造方法を説明するための説明図である。
【図4】本発明のマイクロマシンの製造方法を説明するための説明図である。
【図5】本発明のマイクロマシンの製造方法を説明するための説明図である。
【図6】本発明のマイクロマシンの球殻部に形成した微小孔を示す図である。
【符号の説明】
10…球体、 10A…金属膜、 11…間隙、 12…ケイ素膜(犠牲膜)、14…金属膜(導電体膜、電極パターン)、 15…電極パターン溝、 16…二酸化ケイ素膜(絶縁体膜)、 17…溝、 18…金属膜(導電体膜、電路パターン)、 20…レジスト膜(構造膜)、 22…バンプ、 100…球殻部、 101,102,103,104,105,106…電極パターン、 107…シールド電極、 111,112,113,114,115,116,117…端子パターン、 121,122,123,124,125,126,127…配線パターン、 129…バンプ、 130…絶縁体膜、 132…構造膜
Claims (9)
- 球体を覆うように犠牲膜を形成することと、
上記犠牲膜の上に少なくとも1個の導電体パターン又は絶縁体を含む機能膜を形成することと、
上記機能膜が形成された球体を覆うように絶縁体の構造膜を形成することと、
上記構造膜の外面から上記犠牲膜に達するエッチング孔を形成することと、
上記エッチング孔より気体エッチング剤を導入することによって上記犠牲膜を除去することと、
を含む球体とそれを囲む球殻部からなるマイクロマシンの製造方法。 - 請求項1記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記機能膜の形成工程は、
上記犠牲膜の上に導電体パターンを形成することと、
上記導電体パターンを覆うように絶縁体膜を形成することと、
上記絶縁体膜に孔を形成して上記導電体パターンを露出させることと、
上記絶縁体膜より露出した上記導電体パターンに接続するように上記絶縁体膜上に配線パターンを形成することと、
を含むことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。 - 請求項2記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記構造膜に孔を形成して上記配線パターンを露出させることと、
上記構造膜より露出した上記配線パターンに接続するようにバンプを形成することと、
を含むマイクロマシンの製造方法。 - 請求項1記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記エッチング孔は上記機能膜を形成する工程と上記構造膜を形成する工程の各々にて同一位置に孔を形成することによって形成されることを特徴とするマイクロマシンの製造方法。 - 請求項1記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記エッチング孔は上記構造膜を形成する工程の後に形成されることを特徴とするマイクロマシンの製造方法。 - 請求項1記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記犠牲膜はケイ素よりなり、上記エッチング剤は二フッ化キセノンであることを特徴とするマイクロマシンの製造方法。 - 請求項1記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記構造膜は熱硬化性樹脂を熱硬化させて形成されることを特徴とするマイクロマシンの製造方法。 - 請求項2記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記絶縁体膜はTEOSを原料とする二酸化ケイ素を使用して形成されることを特徴とするマイクロマシンの製造方法。 - 球体を覆うように犠牲膜を形成することと、
上記犠牲膜の上に導電体からなる電極パターンを形成することと、
上記電極パターンを覆うように絶縁体膜を形成することと、
上記絶縁体膜に孔を形成して上記電極パターンを露出させることと、
上記絶縁体膜より露出した上記電極パターンに接続するように上記絶縁体膜上に配線パターンを形成することと、
上記配線パターンが形成された球体を覆うように絶縁体の構造膜を形成することと、
上記構造膜の外面から上記犠牲膜に達する複数のエッチング孔を形成することと、
上記エッチング孔より気体エッチング剤を導入することによって上記犠牲膜を除去することと、
を含む球体とそれを囲む球殻部からなる球体型センサ装置の製造方法。
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