JP2006196655A - Manufacturing method of microstructure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、
MEMSなどを構成する複数の微細構造体が封止された状態で基板の上に形成された微細構造体の製造方法に関するものである。
The present invention
The present invention relates to a method for manufacturing a fine structure formed on a substrate in a state where a plurality of fine structures constituting a MEMS or the like are sealed.
MEMS(MicroElectro Mechanical System)などに用いられる微細な構造体では、外部から遮断されて封止された空間内に可動する微細な構造体を収容して用いている。また、より低い誘電率を得るために、半導体集積回路では、配線間に封止された空間を設けるようにしている。これらの封止された空間を形成する技術の1つに、STP(Spin-coating film Transfer and hot-Pressing technique)法やラミネーションなどの転写を用いた薄膜形成方法がある。STP法は、フィルムを用いた薄膜形成方法であり、フィルムに塗布形成した膜を減圧された環境の中で熱圧着することにより、膜と基板とを接着させ、この後、膜よりフィルムを剥離することで、膜をフィルムから基板に転写するようにしたものである。 A fine structure used in MEMS (MicroElectro Mechanical System) or the like accommodates and uses a fine structure that moves in a sealed space that is blocked from the outside. In order to obtain a lower dielectric constant, a sealed space is provided between wirings in a semiconductor integrated circuit. One of the techniques for forming these sealed spaces includes a STP (Spin-Coating Film Transfer and Hot-Pressing Technique) method and a thin film forming method using transfer such as lamination. The STP method is a method for forming a thin film using a film. The film applied to the film is thermocompression bonded in a reduced pressure environment to bond the film and the substrate, and then the film is peeled off from the film. By doing so, the film is transferred from the film to the substrate.
また、ラミネーションでは、粘着層をもったフィルムを圧力を加えて基板に貼り付ける技術である。従来の微細な中空構造作製及び封止方法では、まず、犠牲膜の上に天井壁を積層して形成した後、天井壁にエッチング用の微細な貫通孔を形成し、形成した貫通孔を通して犠牲膜をエッチング除去し、天井壁と基板との間に中空構造が形成された状態とする。この後、上述した転写の技術により、天井壁の上に封止膜が形成された状態とすることで、形成された中空構造が封止された状態としていた。前述した薄膜形成の方法を用いれば、空間内部に膜の材料を流入させることなく、比較的大きな貫通孔を封止することが可能となる。 Lamination is a technique in which a film having an adhesive layer is applied to a substrate by applying pressure. In a conventional method for producing and sealing a fine hollow structure, first, a ceiling wall is laminated on a sacrificial film, and then a fine through hole for etching is formed on the ceiling wall, and sacrifice is made through the formed through hole. The film is removed by etching so that a hollow structure is formed between the ceiling wall and the substrate. After that, the formed hollow structure was sealed by setting the sealing film on the ceiling wall by the transfer technique described above. If the above-described thin film forming method is used, it is possible to seal a relatively large through-hole without flowing a film material into the space.
例えば、図7(a)の断面図に示すように、配列された複数の中空構造を備えた微細構造1101が、基板1100の上に形成された構造が提案されている(特許文献1参照)。微細構造1101は、一体に形成された上部電極1103,下部電極1104,及び支持電極1105から構成されている。また、上部電極1103には、中空構造形成のための貫通孔1106が形成され、封止膜1107により塞がれている。図7(b)の平面図に示すように、正方配列された複数の微細構造セル1101aに渡って、上部電極1103は共通に形成され、微細構造セル1101aの中で、4つの角の領域に、4つの貫通孔1106が形成されている。図7に示す微細構造では、可撓性を有する上部電極1103と下部電極1104とにより形成される容量の変化を検出する圧力センサが構成されている。
For example, as shown in the cross-sectional view of FIG. 7A, a structure in which a
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
しかしながら、上述した転写法により封止膜を形成する場合、微細構造が配置されている領域の境界部分において、封止膜に異常が発生するという問題があった。例えば、上述した複数の微細構造を備えた圧力センサのチップは、複数のチップが配列されたウエハより切り出すことで形成されている。このような場合、1つのチップ領域においては、チップの周辺領域には微細構造を配置しないようにしている。チップの周辺領域は、ウエハより切り出すときの断裁領域に隣接しているため、この領域に微細な構造体が配置されると、断裁時に破損しやすく異物発生の原因となる。このため、一般には、チップ周辺領域には、必要のない構造体(パターン)は、配置しないようにしている。 However, when the sealing film is formed by the transfer method described above, there is a problem that an abnormality occurs in the sealing film at the boundary portion of the region where the fine structure is arranged. For example, a chip of a pressure sensor having a plurality of fine structures described above is formed by cutting out from a wafer on which a plurality of chips are arranged. In such a case, in one chip region, a fine structure is not arranged in the peripheral region of the chip. Since the peripheral area of the chip is adjacent to the cutting area when cutting out from the wafer, if a fine structure is disposed in this area, the chip is easily damaged during cutting and causes foreign matter. For this reason, in general, unnecessary structures (patterns) are not arranged in the chip peripheral region.
このような場合、図8に示すように、チップの周辺領域1100aとこれより内側の領域とは、微細構造1101の有無により段差のある状態となっている。このような状態の周辺領域1100aにおいては、図8(a)に示すように、微細構造が形成されていない基板1100と貼り合わされた封止膜1107との間に、間隙が発生する。また、STP法などの転写による封止膜1107の形成では、段差の部分では均一な加重が得られないため、例えば図8(b)に示すように、周辺領域1100aにおいて、封止膜1107が形成されない破断部分が発生する。また、図8(c)に示すように、封止膜1107の端部剥がれが発生する。
In such a case, as shown in FIG. 8, the
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ラミネーションやSTP法などの転写法を用いた封止膜の形成で、中空微細構造の封止が均一に行えるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. By forming a sealing film using a transfer method such as lamination or STP, the hollow fine structure can be uniformly sealed. The purpose is to.
本発明に係る微細構造体の製造方法は、基板の面に対向配置されて貫通孔を備えた天井壁とこの天井壁を基板の上に支持する側壁枠とを備えた複数の微細構造体が、基板の上に配列された状態とする工程と、基板の面に対向する平坦な上面を備えて微細構造体と同一の高さに形成された複数の充填構造体が、微細構造体の間の基板の上に配列された状態とする工程と、充填構造体が配列された後、圧着により、全ての天井壁の上面に、封止膜が形成された状態とする工程とを少なくとも備え、側壁枠と天井壁とに囲まれた領域に封止された空間を備えた状態に微細構造体が形成されるようにしたものである。従って、封止膜が圧着されるときは、貫通孔の部分より大きな段差のない状態となっている。 A method for manufacturing a microstructure according to the present invention includes: a plurality of microstructures including a ceiling wall that is disposed opposite to a surface of a substrate and includes a through hole; and a side wall frame that supports the ceiling wall on the substrate. A plurality of filling structures formed at the same height as the fine structure and having a flat upper surface opposite to the surface of the substrate are arranged between the fine structures. And a step of forming a sealing film on the upper surface of all ceiling walls by pressure bonding after the filling structure is arranged, and The fine structure is formed so as to have a sealed space in a region surrounded by the side wall frame and the ceiling wall. Therefore, when the sealing film is pressure-bonded, there is no level difference larger than the portion of the through hole.
上記微細構造体の製造方法において、充填構造体の上面に凹部を備えるようにしてもよい。このとき、凹部は、貫通孔と平面視で同一の形状に形成され、貫通孔と同一に配列されているとよい。また、充填構造体は、微細構造体の外形と等しい直方体に形成され、平面視で、凹部の合計面積は、貫通孔の合計面積より小さい状態としておくとよい。 In the fine structure manufacturing method, a recess may be provided on the upper surface of the filling structure. At this time, the recesses are preferably formed in the same shape as the through holes in plan view and arranged in the same manner as the through holes. Further, the filling structure is formed in a rectangular parallelepiped that is equal to the outer shape of the fine structure, and the total area of the recesses is preferably smaller than the total area of the through holes in plan view.
上記微細構造体の製造方法において、基板の上に側壁枠が形成された状態とする工程と、側壁枠の内側を充填する犠牲膜が形成された状態とする工程と、犠牲膜及び側壁枠の上に天井壁が形成された状態とする工程と、天井壁の貫通孔を介して犠牲膜を除去する工程とを少なくとも備え、犠牲膜が除去された後、天井壁の上面に、封止膜が形成された状態とすれば、側壁枠と天井壁とに囲まれた領域に封止された空間が得られる。このように形成された微細構造体の内部には、可動部を備えた素子が配置されている。 In the microstructure manufacturing method, a step of forming a side wall frame on the substrate, a step of forming a sacrificial film filling the inside of the side wall frame, a sacrificial film and a side wall frame And a step of removing the sacrificial film through the through-holes in the ceiling wall. After the sacrificial film is removed, a sealing film is formed on the upper surface of the ceiling wall. If the state is formed, a space sealed in a region surrounded by the side wall frame and the ceiling wall can be obtained. Inside the microstructure thus formed, an element having a movable part is arranged.
以上説明したように、本発明によれば、基板の面に対向する平坦な上面を備えて微細構造体と同一の高さに形成された複数の充填構造体が、微細構造体の間の基板の上に配列された状態とし、この後、圧着により、全ての天井壁の上面に封止膜を形成するようにしたので、ラミネーションやSTP法などの転写法を用いた封止膜の形成で、中空微細構造体の封止が均一に行えるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, a plurality of filling structures having a flat upper surface opposed to the surface of the substrate and formed at the same height as the microstructure are formed between the substrates between the microstructures. After that, the sealing film is formed on the upper surface of all the ceiling walls by pressure bonding, so that the sealing film can be formed by using a transfer method such as lamination or STP method. The excellent effect that the hollow fine structure can be uniformly sealed can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における微細構造体の製造方法例を説明するための工程図である。まず、図1(a)に示すように、基板100の上に、側壁枠101及び天井壁102から構成された複数の微細構造体110が形成された状態とする。例えば、基板100の上に、側壁枠101が形成された状態とした後、側壁枠101により囲われた領域が充填されるように犠牲膜(図示せず)が形成された状態とする。ついで、犠牲膜及び側壁枠101の上に貫通孔102aを備えた天井壁102が形成された状態とし、この後、貫通孔102aを利用して犠牲膜が除去された状態とすることで、側壁枠101及び天井壁102に囲われた空間を備えた微細構造体110が形成できる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram for explaining an example of a manufacturing method of a fine structure according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, a plurality of
なお、基板100は、例えば、半導体集積回路が形成されたシリコンウエハ(チップ)であり、図示していない絶縁層が形成されている。また、図1(a)に示すように、基板周辺部100aには、微細構造体110は形成されていない。また、複数の微細構造体110は、所定の間隔を開けて配列されている。なお、図1には示していないが、微細構造体110の内部空間には、例えば、スイッチなどの可動部を備えたマイクロマシーン(素子)が配置されている。
The
次に、隣り合う微細構造体110の間、及び基板周辺部100aを埋めるように、基板100の上に充填構造体103が形成された状態とする(図1(b),(c))。充填構造体103は、外形が微細構造体110と同一の直方体に形成され、上面に、凹部103aを備える。また、凹部103aは、貫通孔102aと同様の平面形状で同様に配列されている。従って、図1(c)に示すように、基板100を下方とした場合、微細構造体110の上面と充填構造体103の上面とにより、ほぼ同一の平面が形成された状態となる。また、充填構造体103に凹部103aを備えるようにしたので、形成された面の表面状態が、ほぼ均一な状態となっている。
Next, the filling
次に、図1(d)に示すように、微細構造体110及び充填構造体103の上に、例えば、STP法により、一体構造の封止膜105が形成された状態とする。STP法について簡単に説明すると、まず、シートフィルムに予め塗布形成した樹脂膜を、減圧環境の中で微細構造体110及び充填構造体103の上に熱圧着する。ついで、シートフィルムを樹脂膜から剥離し、付けられた樹脂膜を、300℃の温度で1時間程度保持する熱処理により硬化する。このことにより、微細構造体110及び充填構造体103上に上記樹脂膜からなる封止膜105が形成される。樹脂膜は、例えば、ポリアミド、ポリアミド酸、ポリベンゾオキサゾール(もしくはこの前駆体)などのベース樹脂(ポリイミド)である。
Next, as shown in FIG. 1D, a
上述したSTP法による封止膜105の形成において、樹脂膜を熱圧着するときに、周辺領域100aにかけて転写面がほぼ平坦な状態となっているため、封止膜105は、周辺領域100aにおいても、剥がれや破断部分などの発生がない状態に形成される。また、充填構造体103の上面に凹部103aを備えるようにしたので、転写面における微細な凹凸の状態が、微細構造体110から充填構造体103にかけて同様となっている。この結果、封止膜105は、全域に渡って同様に加重がかけられた状態に形成され、ほぼ全域に渡って均一な状態に形成される。なお、STP法に限らず、圧着により、全ての天井壁102の上面に、封止膜105が形成された状態とすればよい。
In the formation of the sealing
また、基板100が、これら複数が配列されたウエハより切り出して形成されるものである場合、基板周辺部100aは、ウエハより切り出すときの断裁領域に隣接した状態となる。しかしながら、上述した製造方法によれば、基板周辺部100aには、微細構造体110が配置されずに、内部空間を持たない充填構造体103が配置されているので、断裁においても破損しにくく、異物などが発生しにくい。
Further, when the
ところで、図1では、全ての隣り合う微細構造体110の間に、充填構造体103が配置されているが、これに限るものではない。例えば、図2の平面図に示すように、3行3列に隣接して配列された9個の微細構造体110の周囲に、充填構造体103が配置されているようにしてもよい。言い換えると、微細構造体110の配置されていない領域に、充填構造体103が配置されているようにすればよい。また、図2に示した構成例では、9個の微細構造体110の集団を1つの微細構造体とすると、微細構造体と充填構造体103とは、異なる大きさとなっている。ただし、図2に示す構成例においても、微細構造体と充填構造体とは、同一の高さに形成されている。
By the way, in FIG. 1, the filling
また、図3の平面図に示すように、微細構造体110が、2つの貫通孔302a,貫通孔302bを備えた天井壁302から構成されている場合、貫通孔302a,貫通孔302bと同様に配置された2つの凹部303a,凹部303bを備えた微細構造体303を配置すればよい。この場合、凹部303a,凹部303bは、貫通孔302a,貫通孔302bと同一形状にしなくてもよく、また、凹部303aと凹部303bとは同一形状であってもよい。
Further, as shown in the plan view of FIG. 3, when the
また、図4の平面図に示すように、異なる形態の4つの微細構造体集団が配列されている場合、これらに対応させた4つの充填構造体集団が、隣り合う微細構造体集団の間に配置されていればよい。微細構造体集団は、4つの貫通孔421aを備えた天井壁421と、中央部に比較的小さな貫通孔422aを備えた天井壁422と、中央部に比較的大きな貫通孔423aを備えた2つの天井壁423とから構成されている。また、充填構造体集団は、4つの凹部431aを備えた充填構造体431と、中央部に比較的小さな凹部432aを備えた充填構造体432と、中央部に比較的大きな凹部433aを備えた2つの充填構造体433とから構成されている。なお、基板周辺部100aには、中央部に凹部434aを備えた充填構造体434が配列されている。
Further, as shown in the plan view of FIG. 4, when four fine structure groups having different forms are arranged, four filling structure groups corresponding to these are arranged between adjacent fine structure groups. It only has to be arranged. The microstructure group includes two
また、図5の平面図に示すように、微細構造体110の貫通孔102aとは異なる形態の凹部503aを備えた充填構造体503が配置されていてもよい。図5に示す構成例は、図1に示す構成例の充填構造体103の代わりに、上面の中央部に凹部503aを備えた充填構造体503を用いたものである。同様に、図6の平面図に示すように、4角の凹部603aを備えた充填構造体603が、微細構造体110の無い箇所に配置されているようにしてもよい。これらの場合、平面視で、1つの天井壁102における貫通孔102aの合計面積より、1つの充填構造体における凹部の合計面積の方が小さい状態であればよい。ただし、これらは、ほぼ同一である方が、よりよい。このようにすることで、封止膜105を形成するときに、全域に渡って同様に加重がかけられた状態が得られるようになる。
Further, as shown in the plan view of FIG. 5, a filling
100…基板、100a…基板周辺部、101…側壁枠、102…天井壁、102a…貫通孔、103…充填構造体、103a…凹部、105…封止膜、110…微細構造体。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板の面に対向する平坦な上面を備えて前記微細構造体と同一の高さに形成された複数の充填構造体が、前記微細構造体の間の前記基板の上に配列された状態とする工程と、
前記充填構造体が配列された後、圧着により、全ての前記天井壁の上面に、封止膜が形成された状態とする工程と
を少なくとも備え、
前記側壁枠と前記天井壁とに囲まれた領域に封止された空間を備える
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。 A plurality of microstructures including a ceiling wall disposed opposite to the surface of the substrate and provided with a through-hole, and a side wall frame that supports the ceiling wall on the substrate; And a process of
A plurality of filling structures having a flat upper surface opposed to the surface of the substrate and formed at the same height as the microstructures are arranged on the substrate between the microstructures; And a process of
After the filling structure is arranged, it includes at least a step of forming a sealing film on the upper surface of all the ceiling walls by pressure bonding,
A sealed structure is provided in a region surrounded by the side wall frame and the ceiling wall.
前記充填構造体は、上面に凹部を備えることを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to claim 1,
The filling structure is provided with a concave portion on an upper surface, and the method for manufacturing a fine structure is characterized in that:
前記凹部は、前記貫通孔と平面視で同一の形状に形成され、前記貫通孔と同一に配列されている
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to claim 2,
The concave portion is formed in the same shape as the through hole in plan view, and is arranged in the same manner as the through hole.
前記充填構造体は、前記微細構造体の外形と等しい直方体に形成され、
平面視で、前記凹部の合計面積は、前記貫通孔の合計面積より小さい
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to claim 2,
The filling structure is formed in a rectangular parallelepiped having the same outer shape as the microstructure.
The method for manufacturing a fine structure, wherein the total area of the recesses is smaller than the total area of the through holes in a plan view.
前記基板の上に前記側壁枠が形成された状態とする工程と、
前記側壁枠の内側を充填する犠牲膜が形成された状態とする工程と、
前記犠牲膜及び前記側壁枠の上に前記天井壁が形成された状態とする工程と、
前記天井壁の貫通孔を介して前記犠牲膜を除去する工程と
を少なくとも備え、
前記犠牲膜が除去された後、前記天井壁の上面に、前記封止膜が形成された状態とする
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the microstructure according to any one of claims 1 to 4,
A step of forming the side wall frame on the substrate;
A step of forming a sacrificial film filling the inside of the side wall frame;
A step of forming the ceiling wall on the sacrificial film and the side wall frame;
And removing at least the sacrificial film through the through hole in the ceiling wall,
After the sacrificial film is removed, the sealing film is formed on the top surface of the ceiling wall.
前記微細構造体の内部に可動部を備えた素子が配置されている
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
In the manufacturing method of the fine structure according to any one of claims 1 to 5,
An element having a movable part is disposed inside the fine structure. A method for producing a fine structure, wherein:
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