JP2001196819A

JP2001196819A - アンテナの作製方法

Info

Publication number: JP2001196819A
Application number: JP2000003378A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; 弘伊藤; Tadao Ishibashi; 忠夫石橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波用の立体アンテナをより簡易に作製す
る。【解決手段】半導体基板１上に、所定の形状の有機膜２
を形成する工程と、基板１と有機膜２にまたがって、台
座部４とアンテナ部５を有する所定の形状の金属膜３を
形成する工程と、有機膜２を除去して基板１とアンテナ
部５との間に間隙７を形成する工程と、アンテナ部５を
基板１に対し垂直に変形させる工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波用の立体ア
ンテナを簡易に作製するアンテナの作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】信号を電磁波として空間に放射するため
のアンテナは、通信や放送などの様々な分野で多く用い
られている。近年のエレクトロニクス技術の進歩によ
り、より高い周波数の信号を扱うことができるようにな
ってきたため、より短波長用の、すなわち、より小さい
寸法のアンテナが用いられるようになってきている。

【０００３】アンテナの寸法がある程度以下の場合に
は、素子作製のコスト、歩留まり、生産性、再現性など
についてさらなる改善を図るため、確立された優れた製
造技術である半導体プロセス技術を適用してアンテナを
作製する手法が好適である。

【０００４】例えば、実効屈折率を３とした場合、周波
数１０ＧＨｚの信号の半波長は５ｍｍとなり、この程度
の電磁波を送受信できる寸法のアンテナを作製すること
は、既存の半導体プロセスにとって何ら支障はない。

【０００５】また、アンテナ寸法は波長に比例して縮小
するため、特に周波数が高い領域において、人手による
アンテナの作製、取り扱いが困難になることも、半導体
プロセスの適用が好適である理由となる。

【０００６】さらに、高周波になればなるほど、素子と
アンテナとの結合部などの伝送線路構造の不完全性が信
号の伝搬特性に与える影響が大きいため、種々の素子と
アンテナを半導体プロセスによりモノリシック集積化す
ることがより重要となる。

【０００７】用いられるアンテナの種類に関しては、基
板面に概ね平行に各種形状の金属膜を形成した、いわゆ
る「平面アンテナ」が従来の半導体プロセス技術を適用
して比較的容易に作製できるため、多く用いられてい
る。

【０００８】しかしながら、平面アンテナでは、基板上
に形成したアンテナとして機能する金属膜の直上は空間
（通常は空気）であるため、原理的に電波は屈折率の高
い基板裏面方向により強く放射される。したがって、基
板裏面にグラウンドを設けて電波を反射させるなどの構
造上の工夫の必要が生じたり、電波を基板裏面から取り
出す場合は実装等の面での工夫が必要であるという課題
があった。

【０００９】また、基板裏面にグラウンドを設ける場合
には、アンテナとしての特性の低下を防ぐため、基板厚
さを薄く留める必要があるといった制約が生じるなどの
課題もあった。これに対し、基板面に概ね垂直に各種形
状の金属を形成した、いわゆる「立体アンテナ」も構成
可能である。

【００１０】モノポールアンテナなどの立体アンテナ
は、導波管との結合が容易であるため、超高周波応用の
分野では多く用いられている。従来の立体アンテナの作
製においては、基板上に針状金属のウィスカーを立てる
手法が一般的であった。この方法で、数百ＧＨｚまでの
電磁波を送受信するアンテナが実現されている。しか
し、この方法では、個々の金属ウィスカーを人手により
基板に接触させて設けるため、生産性、再現性に乏し
く、大量生産には適していない。また、コスト面でも課
題があった。

【００１１】これに対し、上記の平面アンテナと同様
に、立体アンテナについても半導体プロセスを適用する
ことが好適である。

【００１２】図８（ａ）〜（ｅ）は、半導体プロセスを
用いた従来の立体アンテナの作製方法の一例の工程断面
図である。

【００１３】まず、図８（ａ）に示すように、基板８１
上に、開口部８２を有する所定の形状に平坦化のための
ポリイミドなどからなる有機膜８３を形成する。

【００１４】その開口部８２内に金属の柱をリフトオフ
で形成する。

【００１５】すなわち、図８（ｂ）に示すように、有機
膜８３上に、開口部８４を有する所定の形状にレジスト
膜８５を形成した後、金属膜８６を形成すると、金属膜
８６はレジスト膜８５上と有機膜８３の開口部８２内に
形成される。次いで、レジスト膜８５をその上の金属膜
８６といっしょに除去すると、図８（ｃ）に示すよう
に、有機膜８３の開口部８２内に金属柱８７が形成され
る。

【００１６】１度に形成できる金属柱８７の高さは、メ
ッキ等の技術を駆使した場合でも、概ね２０〜３０μｍ
程度が上限であるため、図８（ｄ）、（ｅ）に示すよう
に、この工程を適宜繰り返す必要がある。金属柱８７部
分がしだいに高くなるに従い、レジスト膜８５の下地の
平坦性が無くなり、レジスト膜８５のパタン形成が困難
になる。これを防ぐ意味で、金属柱８７周辺を、図８
（ｂ）に示したように、ポリイミドなどの有機膜８３で
平坦化しておくことが好適である。このような工程を繰
り返すことで、金属柱８７の合計の高さを数百μｍ程度
まで形成することが可能である。なお、金属柱８７の周
辺の屈折率を下げるために、平坦化に用いた有機膜８３
は最終的に除去する。図８（ｅ）において、８８は金属
柱８７で構成されたアンテナである。

【００１７】このようにして、半導体プロセスを用い、
微小な立体アンテナを同時に大量に再現性良く製造する
ことができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図８で示した方法では、有機膜８３の形成、レジスト膜
８５の形成、金属柱８７の形成からなる工程を数十回繰
り返さなければならず、結果として、工程数が多く、コ
ストと時間がかかることが大きな課題であった。

【００１９】本発明の課題は、この従来技術における課
題を解消するものであって、高周波用の立体アンテナを
より簡易に作製する方法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明のアンテナの作製方法は、基板上に、台座部
とアンテナ部を有する所定の形状の導電膜を形成する工
程と、前記基板と前記導電膜のアンテナ部との間に間隙
を形成する工程と、前記アンテナ部を前記基板に対し概
ね垂直に変形させる工程とを有することを特徴とする。

【００２１】また、前記間隙を形成する工程が、前記基
板に対し選択的に除去できる薄膜を、前記導電膜を形成
する前に前記基板と前記アンテナ部との間に形成する工
程と、前記導電膜の形成後に前記薄膜を除去する工程と
を含んでなることを特徴とする。

【００２２】また、前記間隙を形成する工程が、前記ア
ンテナ部の直下の前記基板の領域をエッチングにより除
去する工程であることを特徴とする。

【００２３】また、前記導電膜の前記台座部と前記アン
テナ部との境界部が、前記台座部、前記アンテナ部の少
なくとも一方に比べて、少なくとも、膜厚が薄いか、幅
が狭くなっていることを特徴とする。

【００２４】さらに、前記垂直に変形させる工程が、前
記アンテナ部に、液体を霧状に噴霧する工程、もしくは
気体を吹き付ける工程を含んでなることを特徴とする。

【００２５】このような構成により、簡易な方法で高周
波用の立体アンテナを再現性、制御性良く、短時間、低
コストで作製することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面
で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００２７】実施の形態１図１（ａ）〜（ｄ）は、本発
明の実施の形態１のアンテナの作製方法の工程断面図で
ある。本実施の形態では、モノポールアンテナと呼ばれ
る立体アンテナの例を示す。

【００２８】まず、図１（ａ）に示すように、半絶縁性
のＩｎＰ基板１上に、基板１に対し選択的に除去できる
薄膜、ここではＰＭＧＩ（poly-dimethyl-glutarimid
e）膜からなる所定の形状に形成（パターニング）した
有機膜２を形成する。ＰＭＧＩは感光性があるので、通
常の露光プロセスでパタンを形成できる。

【００２９】次に、図１（ｂ）に示すように、ＩｎＰ基
板１と有機膜２のパタンとにまたがって、所定の形状に
形成した導電膜、例えば金属膜３を形成する。金属膜３
は、通常のフォトレジストを用いたリフトオフ法で形成
した。金属膜３としては、ここでは、低抵抗のＡｕ（上
層）と、ＩｎＰ基板１との密着性を向上させるための薄
いＴｉ膜（下層）からなる２層構造を用いた。金属膜３
の構成は、アンテナの特性に影響がない範囲で、低抵抗
な他の金属種を用いたものであってもよい。

【００３０】図２は、図１（ｂ）の金属膜３の平面形状
を示す上面図である。

【００３１】本実施の形態では、図２に示すような平面
形状に金属膜３を形成した。図１（ｂ）、図２に示すよ
うに、台座部４がＩｎＰ基板１に接しており、アンテナ
部５および境界部６が有機膜２上に形成されている。ま
た、台座部４とアンテナ部５との境界部６は、台座部４
とアンテナ部５よりも金属膜３の幅を狭くしている。し
たがって、境界部６は、台座部４とアンテナ部５に比べ
て機械的に曲がりやすくなっており、後ほど述べる「変
形（曲げ）」工程において、アンテナ部５を容易に垂直
に変形させるために有効である。

【００３２】次に、図１（ｃ）に示すように、有機膜２
をリムーバー（すなわち、除去液、ストリッパ）で除去
する。この工程により、アンテナ部５と境界部６は基板
１から剥離し、間隙７が形成され、一方、台座部４は基
板１に密着したままとなる。

【００３３】最後に、図１（ｄ）に示すように、アンテ
ナ部５を基板１に対して垂直になるように変形させる。
なお、アンテナ部５は基板１に対して厳密に垂直でなく
ても概ね垂直に形成することも可能である。

【００３４】変形の方法については、実体顕微鏡で観察
しながらピンセットで行うことができる。また、適宜の
治具、例えばアンテナと同一間隔に多数の突起部を設け
た板等を用いてアクチュエータにより自動的に多数個の
アンテナを同時に変形させる手法も工業的に有効であ
る。また、基板１の斜め側方、例えば水平より少し上方
向から、アルコールやアセトン等の液体を霧状に噴霧し
たり、空気、窒素などの気体を吹き付けたりすることに
より、多数の金属アンテナを同時に変形させることも可
能である。また、これらの手法を適宜組み合わせて用い
ることもできる。いずれの場合においても、アンテナ長
は、形成された金属膜３のパタンで決定されており、そ
の特性の再現性は良好となる。アンテナ部５を起こすア
ンテナ変形工程は、基板１を切断して各アンテナ素子を
切り分けた後に行うこともできる。用いる切断の手法に
よっては、基板１上に予め突起物（アンテナ部）がない
方が良い場合もあるので、切断のタイミングは適宜選択
して構わない。

【００３５】図３（ａ）は、図２とは別の金属膜３の平
面形状を示す上面図、（ｂ）はその側面図である。

【００３６】図３に示すように、台座部４、アンテナ部
５の両方、もしくは一方の金属膜３の厚さを厚くしてお
くことも好適である。これは、厚くする部分にのみ、再
度金属膜を形成することで達成できる。これにより、図
２と同様に、境界部６は台座部４とアンテナ部５に比べ
て機械的に曲がりやすくなっており、前記「曲げ」工程
において、アンテナ部５を容易に垂直に変形させるため
に有効である。なお、図２（境界部６の幅を狭くする）
および図３（境界部６の膜厚を薄くする）に示した形状
は、同時に採用することが可能であり、その方がより効
果的である。ここでは、図３（ａ）に示すように、境界
部６の幅を、台座部４とアンテナ部５に比べて狭くして
いる。

【００３７】なお、本実施の形態では、除去可能な有機
膜２としてＰＭＧＩを用いたが、これ以外の膜、例えば
ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレイト）、ポリイミ
ド、ＢＣＢ（ビスベンゾシクロブテン樹脂）などの有機
膜を用い、これをリムーバーや酸素プラズマで除去する
などの、公知の膜および除去手段を適宜用いることが可
能である。

【００３８】実施の形態２図４（ａ）〜（ｄ）は本発明
の実施の形態２のアンテナの作製方法の工程断面図であ
る。本実施の形態でも、モノポールアンテナと呼ばれる
立体アンテナの例を示す。図５は、図４（ａ）の金属膜
３の平面形状を示す上面図である。

【００３９】まず、図４（ａ）に示すように、半絶縁性
のＧａＡｓ基板１上に、所定の形状に金属膜３を形成す
る。この金属膜３は、通常のフォトレジストを用いたリ
フトオフ法で形成した。図５に金属膜３の平面形状を示
す。図５において、４は最終的に基板１に接する台座
部、５はアンテナ部である。また、図２、図３に金属膜
３の平面形状を示した実施の形態１とは異なり、台座部
４とアンテナ部５との境界部６で、金属膜３の幅を狭く
していない。しかし、図５に示すように、台座部４の幅
をアンテナ部５の幅に比べて広くしているので、境界部
６は、台座部４とアンテナ部５に比べて機械的に曲がり
やすくなっており、「曲げ」工程において、アンテナ部
５を容易に垂直に変形させるために有効である。もちろ
ん、図５の境界部６を、実施の形態１の図２に示したよ
うに幅を狭くしたり、図３に示したように膜厚を薄くし
たりすることは好適である。

【００４０】次に、図４（ｂ）に示すように、アンテナ
部５を囲うように、開口部８を有する所定の形状にレジ
スト膜９を形成する。

【００４１】図６は、図４（ｂ）の上面図であり、金属
膜３のアンテナ部５の直下の基板１をエッチングする際
のエッチングマスクであるレジスト膜９の開口部８の配
置を示す。

【００４２】次に、図４（ｂ）の開口部８を有するレジ
スト膜９をマスクとして用いて基板１をエッチングす
る。このとき、等方的なエッチング手法を用い、かつ、
エッチング深さをアンテナ部５の幅の１／２よりも深く
すれば、図４（ｃ）に示すように、アンテナ部５の直下
の基板１の一部の領域は除去され、金属膜３のアンテナ
部５は基板１から剥離される。１０は除去されてできた
基板１の凹部である。一方、台座部４は基板１に密着し
たままである。ＧａＡｓ基板１に対する等方的なエッチ
ング液としては、例えば硫酸：３０％過酸化水素水：水
＝１：１０：１（容積比）を用いることができるが、こ
れ以外にも様々な公知のエッチング液やドライエッチン
グ手法を用いることができる。

【００４３】最後に、図４（ｄ）に示すように、実施の
形態１と同様にして、アンテナ部５を基板１に対して垂
直になるように変形させることで、アンテナが完成す
る。

【００４４】図７（ａ）は、図４〜６とは別の金属膜３
の平面形状を示す上面図、（ｂ）はその側面図である。

【００４５】図７に示すように、境界部６は台座部４と
アンテナ部５に比べて膜厚が薄く形成され、機械的に曲
がりやすくなっており、前記「曲げ」工程において、ア
ンテナ部５を容易に垂直に変形させるために有効であ
る。なお、ここでは、台座部４とアンテナ部５に再度金
属膜を形成することにより、膜厚を厚くしている。ま
た、図７（ａ）に示すように、境界部６の幅を、台座部
４とアンテナ部５に比べて狭くしている。

【００４６】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々
変更可能であることは勿論である。

【００４７】例えば、上記各実施の形態１、２で述べた
金属膜３の形状、構成、変形手法などについては、適宜
好適なものを選択し、組み合わせて用いることができる
ことは言うまでもない。

【００４８】また、上記各実施の形態１、２では、モノ
ポールアンテナの作製例について記したが、他の形状の
アンテナであっても同様の手法で形成することができ
る。

【００４９】また、基板１については、ＩｎＰおよびＧ
ａＡｓの場合について述べたが、Ｓｉ、Ｇｅ、サファイ
ア、セラミックス、など他の材料であってもよい。

【００５０】また、上記各実施の形態１、２では、アン
テナを構成する膜として、金属膜３を用いたが、例えば
透明導電膜やグラファイト等の導電膜を用いてもよい。

【００５１】また、基板１上にアンテナ以外に他の半導
体素子が形成されている場合であっても、全く同様の手
法で、アンテナ集積素子を形成できることは明らかであ
る。例えば、特開平９−２７５２２４号公報に記載され
た高出力フォトダイオードと本発明のアンテナをモノリ
シック集積化し、これにマイクロ波信号により変調され
た光信号を入力させることにより、簡易な構成でマイク
ロ波発信源を構成することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアンテナ
の作製方法によれば、多数回の複雑な工程を用いること
なく、簡易なプロセスで、制御性、再現性良く、低コス
トで短時間に、高周波用の立体アンテナを作製すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のアンテナの作製方法の
工程断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１の金属膜の平面形状を示
す上面図である。

【図３】本発明の実施の形態１の別の金属膜の平面形状
を示す上面図と側面図である。

【図４】本発明の実施の形態２のアンテナの作製方法の
工程断面図である。

【図５】本発明の実施の形態２の金属膜の平面形状を示
す上面図である。

【図６】本発明の実施の形態２の基板のエッチングマス
クの配置を示す上面図である。

【図７】本発明の実施の形態２の別の金属膜の平面形状
を示す上面図と側面図である。

【図８】従来のアンテナの作製方法の一例の工程断面図
である。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…有機膜、３…金属膜、４…台座
部、５…アンテナ部、６…境界部、７…間隙、８…開口
部、９…レジスト膜、１０…凹部、８１…基板、８２…
開口部、８３…有機膜、８４…開口部、８５…レジスト
膜、８６…金属膜、８７…金属柱、８８…アンテナ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、台座部とアンテナ部を有する所
定の形状の導電膜を形成する工程と、前記基板と前記導
電膜のアンテナ部との間に間隙を形成する工程と、前記
アンテナ部を前記基板に対し概ね垂直に変形させる工程
とを有することを特徴とするアンテナの作製方法。
【請求項２】前記間隙を形成する工程が、前記基板に対
し選択的に除去できる薄膜を、前記導電膜を形成する前
に前記基板と前記アンテナ部との間に形成する工程と、
前記導電膜の形成後に前記薄膜を除去する工程とを含ん
でなることを特徴とする請求項１記載のアンテナの作製
方法。
【請求項３】前記間隙を形成する工程が、前記アンテナ
部の直下の前記基板の領域をエッチングにより除去する
工程であることを特徴とする請求項１記載のアンテナの
作製方法。
【請求項４】前記導電膜の前記台座部と前記アンテナ部
との境界部が、前記台座部、前記アンテナ部の少なくと
も一方に比べて、少なくとも、膜厚が薄いか、幅が狭く
なっていることを特徴とする請求項１、２、または３記
載のアンテナの作製方法。
【請求項５】前記垂直に変形させる工程が、前記アンテ
ナ部に、液体を霧状に噴霧する工程、もしくは気体を吹
き付ける工程を含んでなることを特徴とする請求項１、
２、３、または４記載のアンテナの作製方法。