JP2000343463A - マイクロマシンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
ロマシンの製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明の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、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相エッチングによっ
て上記犠牲膜を除去することと、を含む。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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1
1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。
106及び107(図1では電極101、102、10
5、106、107のみ図示)とその外側の絶縁膜13
0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1
01〜106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。
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。
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。
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。
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。
32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。
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。
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101〜1
06、107に接続された端子パターン111〜11
6、117とこれらの端子パターン111〜116、1
17より延在する配線パターン121〜126、127
(図2B)とを有する。
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121〜12
6、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121〜12
6、127の先端部は、図1に示したようにバンプに接
続される。
01〜106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。
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1
0A、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
除去して間隙11を形成する。本例によると、犠牲膜1
2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。
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。
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XeF
2 が使用される。
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。
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。
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。
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1
6、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。
6、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。
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1
00μm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。
2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。
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。
を同時に製造することができる利点を有する。
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。
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。
ある。
外観を示す図である。
ための説明図である。
ための説明図である。
ための説明図である。
小孔を示す図である。
…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、 10
1,102,103,104,105,106…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、 121,122,123,124,125,12
6,127…配線パターン、 129…バンプ、 13
0…絶縁体膜、 132…構造膜
Claims (9)
- 【請求項1】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2】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3】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4】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5】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6】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7】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8】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。 - 【請求項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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JP15186599A JP4316050B2 (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | マイクロマシンの製造方法 |
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JP15186599A Expired - Fee Related JP4316050B2 (ja) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | マイクロマシンの製造方法 |
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JP (1) | JP4316050B2 (ja) |
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