JP2008107336A - Production method of sensor and production method of resonator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、質量を有した物質の有無の検出、物質の質量の検出等を行うために用いるのに適したセンサの製造方法等に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a sensor suitable for use in detecting the presence or absence of a substance having mass, detecting the mass of a substance, and the like.
マイクロマシン/MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術などの微細加工技術の進展により、機械的な振動子を極めて小さく作ることが可能となっている。これにより振動子そのものの質量を小さく作ることが可能になったことから、分子レベルの極微小な物質(例えば分子やウイルス等)の付着による質量変化によっても、周波数やインピーダンス特性の変動が生ずるほどに高感度な振動子が実現しつつある。このような高感度な振動子を用いれば、極微小な物質の存在や量を検出できるセンサ等を構成することが可能となる。
機械的振動子の周波数変化等によって物質の量を検出する装置は、QCM(Quarts Crystal Micro balance: 水晶天秤)センサとして良く知られている。これは、水晶振動子に物質が付着すると、付着したその質量に応じて振動周波数が変動する(下がる)性質を利用したもので、微小な質量を計測する質量センサとして優れた性能を有しており、さらに膜厚計(蒸着モニタ)としてもよく用いられている。
このような振動子は、その大きさが大幅に小さくなったことにより、振動子の周波数がGHzレベルにまで高くなり、しかもSiを材料とすることができるため、半導体回路との一体化を目指した研究に発展しつつある。
Advances in micromachining technology such as micromachine / MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology have made it possible to make mechanical vibrators extremely small. As a result, the mass of the vibrator itself can be made small, so even if the mass changes due to the adhesion of extremely small substances (such as molecules or viruses) at the molecular level, the frequency and impedance characteristics fluctuate. Highly sensitive vibrators are being realized. By using such a highly sensitive vibrator, it is possible to configure a sensor or the like that can detect the presence or amount of a very small substance.
An apparatus that detects the amount of a substance by changing the frequency of a mechanical vibrator is well known as a QCM (Quarts Crystal Micro balance) sensor. This utilizes the property that when a substance adheres to the crystal unit, the vibration frequency varies (decreases) depending on the mass of the substance, and has excellent performance as a mass sensor that measures minute masses. In addition, it is often used as a film thickness meter (evaporation monitor).
Such a vibrator is greatly reduced in size, so that the frequency of the vibrator is increased to the GHz level, and Si can be used as a material. The research is developing.
また携帯電話などのパーソナル無線通信機等に盛んに用いられる高周波濾波器は、主に電気的共振器の小型化高性能化を図った誘電体共振器、音波の特性を利用した表面波濾波器(SAW Filter)、および水晶振動子の機械振動特性を用いた水晶濾波器(Quarts Crystal Filter)等があり、それぞれの特性を生かして携帯電話の高周波部などに広く用いられている。しかし、無線装置の更なる小型化や高周波数化などの高性能化と共に低価格化への要求も強いことから、これら従来の濾波器に変わり、半導体集積回路と一体化、すなわちOne-chip化による小型・低価格化が可能な新方式の高周波濾波器が求められている。MEMS加工技術で作成する機械振動子は、材料が半導体と同じSiを用いているため、その有力な候補である。そこで、MEMS振動子の高周波数化、高Q値(High Quality Factor)化等を目的とする基礎的な研究、このMEMS振動子を用いた高周波濾波器や発信器等への応用研究も盛んになってきた(例えば、非特許文献1参照。)。
In addition, high-frequency filters that are actively used in personal wireless communication devices such as mobile phones are mainly dielectric resonators designed to reduce the size and performance of electrical resonators, and surface-wave filters that use the characteristics of sound waves. (SAW Filter) and a quartz filter (Quarts Crystal Filter) that uses the mechanical vibration characteristics of a crystal resonator, and are widely used in high-frequency parts of mobile phones, etc., taking advantage of each characteristic. However, because there is a strong demand for lower prices as well as higher performance such as further miniaturization and higher frequency of wireless devices, it is replaced with these conventional filters and integrated with semiconductor integrated circuits, that is, one-chip There is a need for a new high-frequency filter that can be made smaller and less expensive. A mechanical vibrator created by the MEMS processing technique is a promising candidate because the material is Si, which is the same as that of a semiconductor. Therefore, basic research aimed at increasing the frequency and high quality factor (Q) of MEMS vibrators and applying research to high-frequency filters and transmitters using this MEMS vibrator are also active. (For example, refer
このような振動子の一種として、ディスク状の振動子がある。ディスク状の振動子の機械的振動に関する基礎的研究は、古くから行われてきており、ディスク状の振動子の振動状態を規定する振動姿態(振動モード)等の基礎的研究は既に終了したと言っても良い。 One type of such a vibrator is a disk-shaped vibrator. Basic research on the mechanical vibration of disk-shaped vibrators has been conducted for a long time, and basic research on vibration modes (vibration modes) that define the vibration state of disk-shaped vibrators has already been completed. You can say that.
しかし、上記したような、微小質量の付着によって振動特性が変化する振動子を用いたセンサや濾波器においては、さらなる高感度化、小型化、低価格化が常に求められている。そこで、ディスク状の振動子のMEMS化に伴う研究課題として、高感度化のためのQ値の向上、振動子の駆動・検出法、濾波器への応用を目的として振動子の組み合わせによる特性制御等があり、これらについては継続的に鋭意研究が行われている。 However, in the sensor and the filter using the vibrator whose vibration characteristics are changed by adhesion of a minute mass as described above, further higher sensitivity, smaller size, and lower price are always required. Therefore, as a research subject associated with MEMS of disk-shaped vibrators, characteristics control by combining vibrators for the purpose of improving Q value for high sensitivity, driving and detecting methods of vibrators, and applying to filters Etc., and intensive research has been conducted on these.
MEMS加工で形成したような超小型の振動子においては、超小型化が可能で、高精度の検出が可能な電極間の容量を介して駆動や検出を行うことが多い。この場合、振動子と駆動電極の静電力によって駆動を行い、振動子と検出電極との間の容量変化によって検出を行う場合が多い。ここで、この振動子と駆動電極、および検出電極間のギャップが大きいと、駆動や検出の能力が小さくなる。前記のギャップを小さくすれば、振動子の振動の変化を高感度に検出することが可能となる。さらに、ギャップが小さいほど、より少ない電力で振動子を駆動することができるため、省エネルギー化を図ることもでき、携帯型のデバイスにこの振動子を用いる場合等においては、電源の小型化・小容量化を図ることができるので、デバイスの小型化をも可能とする。このように、振動子と、電極とのギャップは小さいほうが好ましい。 An ultra-small vibrator formed by MEMS processing can be miniaturized and is often driven and detected via a capacitance between electrodes that can be detected with high accuracy. In this case, driving is often performed by the electrostatic force of the vibrator and the drive electrode, and detection is often performed by changing the capacitance between the vibrator and the detection electrode. Here, if the gap between the vibrator, the drive electrode, and the detection electrode is large, the capability of driving and detection becomes small. If the gap is made small, it is possible to detect a change in vibration of the vibrator with high sensitivity. Furthermore, the smaller the gap, the more the power can be driven by the vibrator, so energy saving can be achieved. When this vibrator is used in a portable device, the power source can be made smaller and smaller. Since the capacity can be increased, the size of the device can be reduced. Thus, it is preferable that the gap between the vibrator and the electrode is small.
従来、振動子と、振動子の近傍に配置される電極は、半導体素子製造用のステッパで基板上にパターン形成するのが一般的であった。
MEMS用のステッパやコンタクトアライナー等の露光装置を用いたパターン形成技術においては、1μm程度、あるいはそれ以下の微細なパターン形成が可能となっているが、このような露光装置は装置コストが非常に高く、振動子の製造コストにも大きな影響を及ぼす。
一方、近年、微細パターンの形成にはEB(Electron Beam:電子線)照射技術が用いられつつある。EB照射技術の場合、EB発生源で発生したEBを照射することでパターン形成を行うため、振動子と電極の間のギャップは、ビーム線径程度までには小さくすることが望める。しかしながら、EB照射によるパターン形成は、パターン形成対象物とEBを相対異動させることでパターン形成対象物の表面にEBをスキャンさせて線状に描画を行っていくため、一定の面積を有したエリアのパターン形成を行うには膨大な時間がかかり、生産性の面で非現実的である。
本発明は、上記のような技術的課題を解決すべくなされたもので、振動子と電極のギャップを小さくして、振動子における検出感度を高めるとともに、駆動電力の省エネルギー化、振動子のデバイスの小型化等を図ることができ、しかも高い生産性を低コストで実現することのできるセンサの製造方法等を提供することを目的とする。
Conventionally, a vibrator and an electrode disposed in the vicinity of the vibrator are generally formed on a substrate by a stepper for manufacturing a semiconductor element.
In the pattern formation technique using an exposure apparatus such as a MEMS stepper or contact aligner, it is possible to form a fine pattern of about 1 μm or less, but such an exposure apparatus is very expensive. High, and greatly affects the manufacturing cost of the vibrator.
On the other hand, in recent years, EB (Electron Beam) irradiation technology is being used to form fine patterns. In the case of the EB irradiation technique, pattern formation is performed by irradiating EB generated from an EB generation source. Therefore, the gap between the vibrator and the electrode can be expected to be reduced to about the beam diameter. However, in pattern formation by EB irradiation, the pattern formation object and the EB are moved relative to each other so that the surface of the pattern formation object is scanned and EB is drawn in a linear shape. It takes an enormous amount of time to form the pattern, which is unrealistic in terms of productivity.
The present invention has been made to solve the technical problems as described above. The gap between the vibrator and the electrode is reduced, the detection sensitivity of the vibrator is increased, the drive power is saved, and the vibrator device. It is an object of the present invention to provide a sensor manufacturing method and the like that can reduce the size of the sensor and achieve high productivity at low cost.
本発明者らは、上記したような課題を解決すべく鋭意検討を行う過程で、EBによるパターン形成と、ステッパによるパターン形成を組み合わせて用いることを考えた。EBにより、振動子と電極の間のギャップの微小化を図りつつ、他の部分をステッパを用いてパターン形成することで、生産性を高めることができるのではないかと考えたのである。
すなわち、本発明は、振動子と、振動子の外周部にギャップを隔てて配置され、振動子の振動または振動子における振動の変化の検出を行う電極と、を備えたセンサの製造方法であって、センサを構成する基板材において、振動子と電極とのギャップ部分を、電子線照射によりパターン形成する第一のパターン形成工程と、振動子と電極とのギャップ部分以外の部分を、電子線よりも波長の長い光を露光することでパターン形成する第二のパターン形成工程と、を含むことを特徴とする。ここで、電子線よりも波長の長い光を露光することによるパターン形成とは、マスクを用い、所定波長領域の光を一括露光するステッパ、或いは、縮小露光装置、1:1露光装置によるパターン形成である。このようなステッパ等は、MEMS用ステッパやコンタクトアライナーのような高い解像度レベルは不要であり、装置コストを抑えることが可能となる。
The inventors of the present invention have considered using a combination of pattern formation by EB and pattern formation by a stepper in the course of intensive studies to solve the above-described problems. We thought that productivity could be improved by patterning other portions using a stepper while minimizing the gap between the vibrator and the electrode by EB.
That is, the present invention is a method for manufacturing a sensor including a vibrator and an electrode that is disposed on the outer periphery of the vibrator with a gap therebetween and detects vibration of the vibrator or a change in vibration of the vibrator. Then, in the substrate material constituting the sensor, the first pattern forming step of patterning the gap portion between the vibrator and the electrode by electron beam irradiation, and the portion other than the gap portion between the vibrator and the electrode And a second pattern forming step of forming a pattern by exposing light having a longer wavelength than that. Here, pattern formation by exposing light having a wavelength longer than that of an electron beam is a pattern formation by a stepper that performs batch exposure of light in a predetermined wavelength region using a mask, or a reduced exposure apparatus and a 1: 1 exposure apparatus. It is. Such a stepper or the like does not require a high resolution level like a MEMS stepper or a contact aligner, and can reduce the cost of the apparatus.
このようにEBにおける、いわゆる線描画によるパターン形成と、ステッパ等における一括露光によるパターン形成を組み合わせようとする場合、様々な問題が存在することが判明した。
まず、EB、ステッパいずれの場合も、パターン形成するにあたっては、基板材上にアライメントマークを形成し、このアライメントマークを基準として位置合わせを行った後にパターン形成を行う。
ステッパの場合、基板材上にパターン形成するにあたっては、基板材表面上にアライメントマークを形成した後、パターン形成を行うために基板材表面上にレジスト膜を形成する。しかし、EBにおいてパターン形成するにあたって、基板材表面に形成されたアライメントマークによって位置合わせを行おうとしたとき、レジスト材や、基板材を構成するSi酸化物からなるボックス層等の、誘電体からなる層が露出していると、EBパターン形成装置において発する電荷が誘電体層にチャージされてしまう。すると、EBパターン形成装置のアライメント系の視界が妨げられ、アライメントマークが認識しにくくなり、位置合わせが困難になる。
すなわち、単純にEBによるパターン形成とステッパによるパターン形成を組み合わせたのでは、EBによって形成するパターンと、ステッパによって形成するパターンとの重ね合わせ精度が保証できないのである。
Thus, it has been found that there are various problems when trying to combine pattern formation by so-called line drawing in EB and pattern formation by batch exposure in a stepper or the like.
First, in both cases of EB and stepper, when forming a pattern, an alignment mark is formed on the substrate material, and after performing alignment with the alignment mark as a reference, the pattern is formed.
In the case of a stepper, when forming a pattern on a substrate material, an alignment mark is formed on the surface of the substrate material, and then a resist film is formed on the surface of the substrate material for pattern formation. However, when pattern formation is performed in EB, when alignment is performed using an alignment mark formed on the surface of the substrate material, it is made of a dielectric material such as a resist material or a box layer made of Si oxide constituting the substrate material. If the layer is exposed, the charge generated in the EB pattern forming apparatus is charged to the dielectric layer. Then, the field of view of the alignment system of the EB pattern forming apparatus is hindered, the alignment mark is difficult to recognize, and alignment is difficult.
That is, if the pattern formation by EB and the pattern formation by the stepper are simply combined, the overlay accuracy of the pattern formed by the EB and the pattern formed by the stepper cannot be guaranteed.
そこで、本発明においては、ベースとなる支持基板と、支持基板上に形成されたSi酸化物からなるボックス層と、ボックス層上に形成され、振動子を形成するSi層とから構成される基板材に、第一のパターン形成工程および第二のパターン形成工程で基板材の位置合わせを行うためのアライメントマークを形成する工程をさらに備える。そして、アライメントマークを形成する工程では、少なくとも第一のパターン形成工程で用いるアライメントマークを、ボックス層まで到達しないようにSi層に形成するのが好ましい。
このようにすれば、アライメントマークは、ボックス層まで到達せず、Si層にとどまっているため、EBパターン形成装置において電荷が誘電体からなるレジスト材やボックス層にチャージされるのを防ぎ、位置合わせを確実に行うことが可能となる。なお、アライメントマークは、EBパターン形成用と、ステッパでのパターン形成用とで、別々に設けることができる。その場合、アライメントマークを形成する工程で、双方を同時に形成することで、EBによるパターン形成時とステッパによるパターン形成時における位置合わせの基準の精度は確保できる。
Therefore, in the present invention, a substrate composed of a base support substrate, a box layer made of Si oxide formed on the support substrate, and an Si layer formed on the box layer and forming a vibrator. The method further includes the step of forming an alignment mark for aligning the substrate material on the plate material in the first pattern forming step and the second pattern forming step. In the step of forming the alignment mark, it is preferable that at least the alignment mark used in the first pattern forming step is formed on the Si layer so as not to reach the box layer.
In this way, since the alignment mark does not reach the box layer but remains in the Si layer, the EB pattern forming apparatus prevents the charge from being charged to the resist material or the box layer made of a dielectric material. It becomes possible to perform alignment reliably. The alignment marks can be provided separately for EB pattern formation and for pattern formation with a stepper. In that case, by forming both at the same time in the process of forming the alignment mark, it is possible to ensure the accuracy of the alignment reference when forming the pattern by EB and when forming the pattern by the stepper.
第一のパターン形成工程では、電子線照射によるパターン形成を行うに先立ち、基板材の表面に形成された酸化膜を除去するのが好ましい。これにより、電子線照射によって形成されるパターンの周囲にクラック等が生じるのを防ぐことができる。 In the first pattern formation step, it is preferable to remove the oxide film formed on the surface of the substrate material prior to pattern formation by electron beam irradiation. Thereby, it can prevent that a crack etc. arise around the pattern formed by electron beam irradiation.
ところで、このように電子線照射により形成するパターンと、フォトリソグラフィ法により形成するパターンとを重ね合わせる場合、第一のパターン形成工程では、電子線照射により形成するパターンの幅を、第二のパターン形成工程において形成するパターンとの重ね合わせを行う部分において、他の部分よりも広く形成するのが好ましい。これにより、電子線照射により形成するパターンと、ステッパにより形成するパターンとを重ね合わせの誤差を吸収できる。 By the way, when the pattern formed by electron beam irradiation and the pattern formed by photolithography are overlapped in this way, in the first pattern forming step, the width of the pattern formed by electron beam irradiation is set to the second pattern. It is preferable to form a portion wider than other portions in the portion where the pattern to be formed in the formation step is overlapped. Thereby, it is possible to absorb an error in overlaying the pattern formed by electron beam irradiation and the pattern formed by the stepper.
また、振動子の近傍に配置される電極に、電源からの配線や検出回路への配線を接続するため、基板上には電極から配線の接続部分まで配線パターンが形成されるが、これには導電性金属をスパッタリング等によって基板上に付着させる。このとき、EBによる微細なギャップが先に形成されていると、スパッタリング等の後に導電性金属を除去しようとしても、微細なギャップ内に入り込んだ導電性金属を、その後のパターン形成やエッチング工程において完全に除去するのが困難となることもある。
そこで、第二のパターン形成工程において、電極と導通し、外部の電源または検出回路が接続される接続電極、および接地電極を支持基板に形成するに際し、基板材に、第一のパターン形成工程で形成したパターンの部分を含む範囲にレジスト材を塗布した後に、接続電極および接地電極の部分のレジスト材を除去して、接続電極および接地電極を構成する金属を蒸着あるいはスパッタリングし、しかる後にレジスト材を除去するのが好ましい。このようにして、電子線で形成したパターンの部分をレジスト材で覆っておくことで、微細なギャップの部分においては、導電性金属はレジスト材上にスパッタリングされるため、スパッタリング後、レジスト材を除去すれば、導電性金属を確実に除去でき、上記のような問題は回避することが可能となる。
In addition, in order to connect the wiring from the power source and the wiring to the detection circuit to the electrode arranged in the vicinity of the vibrator, a wiring pattern is formed on the substrate from the electrode to the wiring connection portion. A conductive metal is deposited on the substrate by sputtering or the like. At this time, if a fine gap is formed by EB first, even if it is attempted to remove the conductive metal after sputtering or the like, the conductive metal that has entered the fine gap is removed in the subsequent pattern formation or etching process. It may be difficult to remove completely.
Therefore, in the second pattern formation step, when the connection electrode that is electrically connected to the electrode and connected to the external power supply or detection circuit and the ground electrode are formed on the support substrate, the substrate material is subjected to the first pattern formation step. After applying the resist material to the range including the formed pattern portion, the resist material at the connection electrode and ground electrode portions is removed, and the metal constituting the connection electrode and the ground electrode is deposited or sputtered, and then the resist material Is preferably removed. In this way, by covering the portion of the pattern formed by the electron beam with the resist material, the conductive metal is sputtered onto the resist material in the portion of the minute gap. If removed, the conductive metal can be reliably removed, and the above-described problems can be avoided.
ところで、本発明のセンサは、振動子に付着した物質の量を検出する質量センサ等として用いることができる。このようなセンサにおいては、検出対象となる物質を特定の分子、あるいは特定の特性または特徴を有する複数種の分子とすることができる。これにより、例えば、ガス検出センサ、匂いセンサ等に本センサを用いることができる。これには、特定の分子としてガスや生体由来の分子、生活空間の浮遊分子、揮発性分子等を対象とする場合、特定種の分子のみを高い選択性を持って検出するのが望ましい。また、このように選択性の高いセンサを複数用い、複数種の分子を認識したり、用途の応用範囲を広げることができる。また、グローバル認識と称される、特定の特徴を持った分子群や、同じ側鎖を持つ分子群等を検出することもできる。この場合、センサを複数用い、これら複数のセンサ間における検出能の差から、信号処理やソフトフェアを用いた処理等によって分子群の認識を行うようにしても良い。また、液中で動作するように構成を変更して、特定のたんぱく質や酵素、糖鎖等を検出しても良い。 By the way, the sensor of the present invention can be used as a mass sensor or the like for detecting the amount of a substance attached to the vibrator. In such a sensor, the substance to be detected can be a specific molecule or a plurality of types of molecules having specific characteristics or characteristics. Thereby, this sensor can be used for a gas detection sensor, an odor sensor, etc., for example. For this purpose, when a gas, a biological molecule, a living space floating molecule, a volatile molecule, or the like is targeted as a specific molecule, it is desirable to detect only a specific type of molecule with high selectivity. In addition, by using a plurality of such highly selective sensors, a plurality of types of molecules can be recognized, and the application range of applications can be expanded. It is also possible to detect a group of molecules having specific characteristics or a group of molecules having the same side chain, which is called global recognition. In this case, a plurality of sensors may be used, and molecular groups may be recognized by signal processing, processing using software, or the like based on the difference in detection ability between the plurality of sensors. In addition, a specific protein, enzyme, sugar chain, or the like may be detected by changing the configuration to operate in a liquid.
微小質量の検出は、薄膜形成の際の膜厚モニタ、抗体抗原反応や蛋白質吸着作用などの生体分子の検出やバイオ研究にも用いることができる。本発明のセンサは、このような用途に好適である。
また、小型で安定な高感度な家庭用や個人用のガスセンサや、携帯性に優れる使い捨て型で空気中などに浮遊する有害物質の検出等の用途にも、本発明のセンサや振動子を用いることも考えられる。更に高感度化が進めばその応用範囲はさらに広がり、「におい」の検出識別が可能となるまで発展することが可能であり、さらにこれ以外の用途に対しても、本発明のセンサの利用を妨げるものではない。
The detection of minute mass can be used for film thickness monitoring during thin film formation, detection of biomolecules such as antibody-antigen reaction and protein adsorption, and bioresearch. The sensor of the present invention is suitable for such applications.
In addition, the sensor and vibrator of the present invention are used for small and stable high-sensitivity home and personal gas sensors, and for use in the detection of harmful substances floating in the air, etc. with a disposable portable type excellent in portability. It is also possible. If the sensitivity is further increased, the range of application will be further expanded and it can be developed until “smell” can be detected and identified. Furthermore, the sensor of the present invention can be used for other purposes. It does not prevent it.
また、本発明は、センサに限らず、高周波回路、フィルター等で利用されるレゾネータを製造する場合にも適用することもできる。
この場合、レゾネータの製造方法は、振動子と、振動子の外周部にギャップを隔てて配置された電極と、を備えたレゾネータの製造方法であって、ベースとなる支持基板、支持基板上に形成されたSi酸化物からなるボックス層、ボックス層上に形成されて振動子を形成するSi層とから構成される基板材において、振動子と電極とのギャップ部分を、電子線照射によりパターン形成する第一のパターン形成工程と、振動子と電極とのギャップ部分以外の部分を、電子線よりも波長の長い光を露光することでパターン形成する第二のパターン形成工程と、を含み、第一のパターン形成工程に先立ち、アライメントマークを、ボックス層まで到達しないようにSi層に形成し、第一のパターン形成工程および第二のパターン形成工程では、アライメントマークを用いて基板材の位置合わせを行い、パターン形成を行うことを特徴とする。
The present invention is not limited to the sensor, and can also be applied to the case of manufacturing a resonator used in a high-frequency circuit, a filter, or the like.
In this case, a method for manufacturing a resonator is a method for manufacturing a resonator including a vibrator and an electrode disposed on the outer periphery of the vibrator with a gap therebetween. In the substrate material composed of the formed Si oxide box layer and the Si layer that is formed on the box layer and forms the vibrator, the gap portion between the vibrator and the electrode is patterned by electron beam irradiation. And a second pattern forming step of patterning a portion other than the gap portion between the vibrator and the electrode by exposing light having a wavelength longer than that of the electron beam, Prior to the first pattern formation process, the alignment mark is formed on the Si layer so as not to reach the box layer. In the first pattern formation process and the second pattern formation process, an alignment mark is formed. It aligns the substrate material using a placement marks, and performs pattern formation.
本発明によれば、EBによるパターン形成により、振動子と電極のギャップを小さくして、振動子における検出感度を高めるとともに、駆動電力の省エネルギー化、振動子のデバイスの小型化等を図ることができる。しかも、微細パターンを形成する必要がある部位以外は、ステッパ等によるパターン形成を行うことで、高い生産性を低コストで実現することができる。 According to the present invention, the pattern formation by EB can reduce the gap between the vibrator and the electrode to increase the detection sensitivity of the vibrator, reduce the drive power energy, and reduce the size of the vibrator device. it can. Moreover, high productivity can be realized at low cost by performing pattern formation with a stepper or the like except for a portion where a fine pattern needs to be formed.
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図1は、本実施の形態におけるセンサ10の基本的な構成を説明するための図である。
この図1に示すセンサ10は、質量を有した分子等の検出対象物が付着すると振動周波数が変化する振動子20と、振動子20を振動させるための駆動源30と、振動子20における振動特性の変化を検出する検出部40と、を備えている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining a basic configuration of a
The
振動子20は、例えばディスク状で、全体として円形、矩形、あるいは適宜他の形状(図1の例では円形)を有し、外周部の所定の位置に接続された支持部材22のみによって支持され、残る他の部分は全てフリー状態とされている。
振動子20の外周部には、振動子20を駆動(振動)させるための駆動部30、振動子20の振動の変化を検出する検出部40が配置されている。すなわち、振動子20に対して所定のギャップを有した状態で対向するように、駆動電極(電極)30a、検出電極(電極)40aが配置されている。この駆動電極30a、検出電極40aは、その先端部が振動子20の外周部に沿って一定長連続するように形成されている。
The
A driving
駆動電極30aには、接続電極30bから、外部の図示しないコントローラで発生する電流が供給され、これによって駆動電極30aは静電効果やピエゾ効果(圧電効果)を用い、振動子20を振動させる。
検出電極40aも同様に、接続電極40bから、検出電極40aと振動子20との間に生じる静電効果やピエゾ効果により、振動子20における振動を検出し、電気信号として出力するようになっている。このとき、振動子20に質量を有した物質が付着すると、その質量の影響を受けて振動子20の振動数が変化する。外部の検出装置(検出回路)においては、接続電極40bから出力される電気的な振動をモニタリングすることで、振動子20への物質の付着の有無、あるいは振動子20への物質の付着量を検出することが可能となっている。
なお、駆動電極30aおよび接続電極30bとからなる駆動部30と、検出電極40aおよび接続電極40bとからなる検出部40は構造的に同一であり、検出装置の接続電極30b、40bへの接続を入れ替えることで、その役割を入れ替えることができる。
A current generated by an external controller (not shown) is supplied from the
Similarly, the
The
このようなセンサ10は、図2(a)に示すように、Si製の支持基板51上に、SiO2(Si酸化物)からなるボックス層52、活性Si層(Si層)53を積層することで構成された基板材50に、所定のパターンを形成することで実現される。ここで、本実施の形態において、支持基板51の厚さは400μm、ボックス層52の厚さは1μm、活性Si層53の厚さは2μmである。
以下、基板材50にパターン形成してセンサ10を実現する手法について説明する。
In such a
Hereinafter, a method for realizing the
まず、図2(b)に示すように、基板材50の活性Si層53側の面(以下、これを「表面」と称し、支持基板51側の面を「裏面」と称する)にレジスト材R1を塗布する。
次いで、EBによるパターンニング用とステッパによるパターンニング用のアライメントマークを形成するためのマスクを用い、ステッパ装置にて露光を行った後、現像を行う。これにより、アライメントマークを形成する部分P1のみ、レジスト材R1が除去される。
First, as shown in FIG. 2B, a resist material is applied to the surface of the
Next, using a mask for forming alignment marks for patterning by EB and patterning by a stepper, exposure is performed by a stepper apparatus, followed by development. Thereby, the resist material R1 is removed only in the portion P1 where the alignment mark is to be formed.
続いて、図2(c)に示すように、D−RIE(Deep Reactive Ion Etching:深堀り反応性イオンエッチング)法により、エッチングを行う。これにより、アライメントマークを形成する部分P1のエッチングが行われ、活性Si層53に、アライメントマークMが形成される。このとき、D−RIE法によるエッチングでは、2μmの厚さを有する活性Si層53に対し、活性Si層53を貫通してボックス層52に到達することのないよう、活性Si層53の厚さより少ない深さ、例えば1μmまでのエッチングを行う。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, etching is performed by a D-RIE (Deep Reactive Ion Etching) method. Thereby, the portion P <b> 1 that forms the alignment mark is etched, and the alignment mark M is formed in the
図3は、EBによるパターンニング用のアライメントマークMの例である。もし、活性Si層53を貫通してアライメントマークMを形成した場合、ボックス層52が露出することになる。ボックス層52は、誘電体であるため、EBパターン形成装置でパターンを形成するにあたり、アライメントマークMを確認しようとすると、レジスト材R1やボックス層52がチャージアップしてしまうことがあり、アライメントマークMが見にくくなることが予想される。図4(a)、(b)は、レジスト材R1がチャージアップした状態を示すものである。そこで、D−RIE法によるエッチングを、例えば1μmまでにとどめ、活性Si層53を貫通しないようにすることで、図4(c)の二点鎖線内に示すように、アライメントマークMの確認を容易とする。
なお、図4(a)は、活性Si層53を貫通してアライメントマークMを形成した場合に、アライメントマークMをEBパターン形成装置のアライメント系で視認した状態を示すものであり、図4(b)は、図4(a)の点線の範囲内を拡大した図、図4(c)は、活性Si層53を貫通しないようにアライメントマークMを形成した場合に、図4(b)と同じ範囲において、アライメントマークMをEBパターン形成装置のアライメント系で視認した状態を示すものである。
FIG. 3 is an example of an alignment mark M for patterning by EB. If the alignment mark M is formed through the
4A shows a state in which the alignment mark M is visually recognized by the alignment system of the EB pattern forming apparatus when the alignment mark M is formed through the
ついで、図5(a)に示すように、アセトンやIPA(イソプロピルアルコール)により、レジスト材R1を剥離した後、さらにO2アッシング(Ashing)を行い、基板材50の表面、裏面に残存したレジスト材R1を除去する。
レジスト材R1の除去後、BHF溶液(NH4F/HF/H2O)により、活性Si層53の表面に形成された自然酸化膜を除去する。
活性Si層53表面に自然酸化膜があると、後にEBによるパターン形成を行ったときに、パターンを起点としたクラック等が生じることがあり、自然酸化膜を除去することでこれを防止する。
Next, as shown in FIG. 5A, after removing the resist material R1 with acetone or IPA (isopropyl alcohol), O 2 ashing is further performed, and the resist remaining on the front and back surfaces of the
After removing the resist material R1, the natural oxide film formed on the surface of the
If there is a natural oxide film on the surface of the
続いて、図5(b)に示すように、EBによるパターン形成に用いるレジスト材R2を、活性Si層53の表面に塗布する。
そして、先に形成したアライメントマークMの周辺を露光し、現像を行う。これにより、アライメントマークMを覆うレジスト材R2を除去できる。
この状態で、アライメントマークMを用い、EBパターン形成装置における、基板材50のアライメント(位置合わせ)を行う。
Subsequently, as illustrated in FIG. 5B, a resist material R <b> 2 used for pattern formation by EB is applied to the surface of the
Then, the periphery of the previously formed alignment mark M is exposed and developed. Thereby, the resist material R2 covering the alignment mark M can be removed.
In this state, the alignment mark M is used to perform alignment (positioning) of the
しかる後、図5(c)に示すように、EBパターン形成装置において、EBを基板材50に照射し、所定の軌跡に沿ってスキャンさせる。このとき、EBは例えばドーズ量とスキャンスピードの調整が可能であるので、これにより、レジスト材R2に、線幅100nmのパターンP2を露光することができる。
このとき、図6に示すように、後に行うステッパによるパターン形成との重ね合わせ部分Xにおいては、EB照射により形成するスリット状のパターンP2を太く形成しておく。これは、ステッパにより形成するパターンPsと、EBにより形成するパターンP2との位置合わせ精度を補償するためである。すなわち、重ね合わせ部分XにおいてパターンP2が太くなっている範囲内であれば、ステッパにより形成するパターンPsは、図6中(イ)に示す設計どおりの位置に対し、(ロ)に示すようにずれていても、振動子20と電極とを確実に分割することができる。EB照射により形成するスリット状のパターンP2を太くする寸法は、位置合わせ誤差を許容する範囲で決まり、それは例えば、1〜2μm程度である。
そして、レジスト材R2を現像すると、レジスト材R2は、EBが照射された部分のみが除去され、レジスト材R2に線幅100nmのスリット状のパターンP2が形成されることになる。
After that, as shown in FIG. 5C, in the EB pattern forming apparatus, the
At this time, as shown in FIG. 6, the slit-shaped pattern P2 formed by EB irradiation is formed thick in the overlapping portion X with the pattern formation by the stepper to be performed later. This is for compensating the alignment accuracy between the pattern Ps formed by the stepper and the pattern P2 formed by the EB. That is, if the pattern P2 is within a thick range in the overlapped portion X, the pattern Ps formed by the stepper is as shown in (b) with respect to the designed position shown in (a) in FIG. Even if they are misaligned, the
When the resist material R2 is developed, only the portion irradiated with EB is removed from the resist material R2, and a slit-like pattern P2 having a line width of 100 nm is formed on the resist material R2.
続いて、図7(a)に示すように、D−RIE法により、レジスト材R2に形成された線幅100nmのスリット状のパターンP2の部分を、活性Si層53の厚さに相当する深さ(本実施の形態においては2μm)でエッチングする。これにより、活性Si層53を貫通する、線幅100nmのスリット200が形成されたことになる。なおここでは、スリット200の形成にD−RIE法を用いたが、スリット200の幅、深さ、アスペクト比(スリット200の幅/深さ)等によって、他の手法を用いることも可能である。
Subsequently, as shown in FIG. 7A, a portion of the slit-like pattern P2 having a line width of 100 nm formed on the resist material R2 is formed by a D-RIE method at a depth corresponding to the thickness of the
ここで、スリット200の形成に用いることのできる他の手法として、以下のようなものがある。
従来よりMEMS分野で多用されていたエッチング手法の一つとしてBoschプロセスがある。Boschプロセスにおいては、SF6ガスとC4F8ガスを交互に用い、エッチングを行っていく。
近年、微細パターンの形成に用いるエッチング手法として着目されているのがALCATEL社のSHARP(Super High Aspect Ratio Process)プロセスである。このプロセスにおいても、SF6ガスとC4F8ガスを交互に用い、エッチングを行っていく。そして、エッチング後、O2ガスを導入し、表面に酸化膜を形成させて表面保護を図る。しかし、この手法ではO2ガスを用いるため、プラズマを発生したときに有機物であるレジストがO2と反応してガスとして排出されるため、レジストマスクの選択比(レジスト厚さに対するエッチング深さの比)が低くなってしまう。例えば、2.5μm程度の活性Si層を有したSOIウエハを貫通エッチングするのが限界である。
そのため、レジストマスクを形成するレジスト材R2をAlまたはSiO2とすることが考えられる。しかし、Alを用いた場合には、エッチング時に生じるプラズマによってAlがパーティクルとなって雰囲気中に舞い、マスクしていない箇所にこれが付着してパターン再現性を損ねる原因となる可能性がある。また、SiO2を用いた場合には、微細なパターンの再現性が低いという問題がある。
さらに、微細なスリット200を形成する場合、SF6ガスとC4F8ガスを交互に切り替えるたびに、図14(a)に示すように、エッチングにより形成した溝の側面にスキャロップ(波状に表面が荒れること)が生じるという問題もある。微細なパターンの場合、スキャロップが形成されると、静電容量等の面で不利になる。
Here, other methods that can be used for forming the
One of the etching techniques that has been widely used in the MEMS field is the Bosch process. In the Bosch process, SF 6 gas and C 4 F 8 gas are alternately used for etching.
In recent years, the SHARP (Super High Aspect Ratio Process) process of ALCATEL has attracted attention as an etching technique used for forming a fine pattern. Also in this process, the etching is performed by alternately using SF 6 gas and C 4 F 8 gas. Then, after the etching, O 2 gas is introduced to form an oxide film on the surface to protect the surface. However, since O 2 gas is used in this method, the resist, which is an organic substance, reacts with O 2 and is discharged as gas when plasma is generated. Therefore, the resist mask selection ratio (the etching depth relative to the resist thickness) is reduced. Ratio) will be low. For example, the limit is to etch through an SOI wafer having an active Si layer of about 2.5 μm.
Therefore, it is considered that the resist material R2 for forming a resist mask and Al or SiO 2. However, in the case of using Al, there is a possibility that the plasma generated at the time of etching causes Al to become particles and move in the atmosphere, which adheres to the unmasked portion and impairs pattern reproducibility. In addition, when SiO 2 is used, there is a problem that the reproducibility of a fine pattern is low.
Further, when the
このように、従来のエッチング手法は、線幅100nmといった微細なスリット200を形成するのに十分であるとは言えないのが現状であった。これに対し、本発明者が試行錯誤した結果、SF6ガスとC4F8ガスの混合ガスを用い、エッチングを行うのが有効であることを見出した。
SF6ガスとC4F8ガスの混合ガスを用いることで、従来のALCATEL社のSHARPプロセスにおいては1:4程度であった選択比が1:13以上に向上した。その結果、例えばSi基板に200nmの線幅のパターンであれば、従来は2.5μm程度の深さをエッチングするのが限界であったが、8μm程度の深さのエッチングが可能となった。さらに、図14(b)に示すように、エッチングにより形成した溝の側面にはスキャロップが生じないというメリットも得られた。
したがって、本工程においては、上記したような手法を用いるのが好ましい。
As described above, the conventional etching method is not sufficient to form a
By using a mixed gas of SF 6 gas and C 4 F 8 gas, the selection ratio, which was about 1: 4 in the conventional SHARP process of ALCATEL, was improved to 1:13 or more. As a result, for example, when a pattern having a line width of 200 nm is formed on a Si substrate, it has hitherto been limited to etching at a depth of about 2.5 μm, but can be etched at a depth of about 8 μm. Furthermore, as shown in FIG. 14B, there was also a merit that no scallop was generated on the side surface of the groove formed by etching.
Therefore, it is preferable to use the method as described above in this step.
次いで、図7(b)に示すように、活性Si層53の表面からレジスト材R2を除去する。
これにより、EBによるパターン形成工程は終了し、ステッパ等によるパターン形成工程に移行する。なお、ステッパ等においては、EB用に形成したアライメントマークMとは別に形成した、専用のアライメントマークを用いて基板材50の位置合わせを行う。
Next, as shown in FIG. 7B, the resist material R <b> 2 is removed from the surface of the
Thereby, the pattern formation process by EB is complete | finished and it transfers to the pattern formation process by a stepper etc. In the stepper or the like, the
図7(c)に示すように、ステッパにおけるパターン形成工程では、まず、活性Si層53の表面にレジスト材R3を塗布する。
次いで、図8(a)に示すように、接地電極を形成すべく、ステッパにおいて、マスクを用いてレジスト材R3の所定位置に露光を行った後、現像する。これにより、レジスト材R3に、接地電極パターンP3が形成される。
そして、図8(b)に示すように、D−RIE法により、レジスト材R3に形成された接地電極パターンP3の部分を、活性Si層53の厚さに相当する深さ(本実施の形態においては2μm)でエッチングする。これにより、活性Si層53を貫通してボックス層52が露出する。
さらに、図8(c)に示すように、BHF溶液により、接地電極パターンP3の部分において、ボックス層52を除去し、支持基板51を露出させる。
As shown in FIG. 7C, in the pattern forming process in the stepper, first, a resist material R3 is applied to the surface of the
Next, as shown in FIG. 8A, in order to form a ground electrode, the stepper is exposed to a predetermined position of the resist material R3 using a mask and then developed. Thereby, the ground electrode pattern P3 is formed on the resist material R3.
Then, as shown in FIG. 8B, the portion of the ground electrode pattern P3 formed on the resist material R3 by the D-RIE method has a depth corresponding to the thickness of the active Si layer 53 (this embodiment). In this case, etching is performed at 2 μm. As a result, the
Further, as shown in FIG. 8C, the
この後、図9(a)に示すように、アセトンやIPAにより、レジスト材R3を剥離した後、図9(b)に示すように、再度レジスト材R4を塗布する。
そして今度は、図9(c)に示すように、駆動電極30a、検出電極40aに導通する接続電極30b、40bを形成するため、ステッパにおいて、マスクを用いてレジスト材R4の所定位置に露光を行った後、現像する。これにより、露光されてレジスト材R4が除去された部分に、電極パターンP4が形成される。このとき、接地電極パターンP3の部分も同時に露光・現像を行い、レジスト材R3を除去して、接地電極パターンP3を露出させる。
Thereafter, as shown in FIG. 9A, the resist material R3 is peeled off by acetone or IPA, and then the resist material R4 is applied again as shown in FIG. 9B.
Next, as shown in FIG. 9C, in order to form the
続いて、図10(a)に示すように、スパッタリング法により、基板材50の表面にTi、Ptをそれぞれ所定の膜厚で製膜させる。このとき、望ましいTi/Pt膜60の膜厚は、Ti膜が10〜100nm、Pt膜が10nm〜1μmである。また、Tiに代え、Cr、Ta、TiW等、他の物質を用いることも可能である。また、Ptについても、これ以外に、Au、Al、AlSi、W、Poly−Si等の他の物質に代替することが可能である。
図10(b)に示すように、スパッタリング後、基板材50をアセトンやレジスト剥離剤に浸漬し、レジスト材R4およびレジスト材R4上のTi/Pt膜60をリフトオフする。すると、接地電極パターンP3、電極パターンP4の部分のみにTi/Pt膜60が残り、これが接続電極30b、40、接地電極61、62となる。
Subsequently, as shown in FIG. 10A, Ti and Pt are respectively formed on the surface of the
As shown in FIG. 10B, after sputtering, the
次に、図10(c)に示すように、基板材50の裏面(支持基板51側)に、レジスト材R5を塗布する。
そして、図11(a)に示すように、ステッパ等において、マスクを用い、振動子20に対応した領域P5に露光を行った後、これを現像する。これにより、支持基板51は、振動子20に対応した領域P5が露出した状態となっている。
Next, as illustrated in FIG. 10C, a resist material R <b> 5 is applied to the back surface (the
Then, as shown in FIG. 11A, a stepper or the like uses a mask to expose a region P5 corresponding to the
続いて、図11(b)に示すように、基板材50の表面にレジスト材R6を塗布する。
そして、図11(c)に示すように、ステッパにおいて、センサ10のデバイスとしての構造体を形成するためのパターンP6を露光した後、現像を行う。ここで、EBでパターニングした線幅100nmのスリット状のパターンP2と、デバイス構造体を形成するためのパターンP6の位置合わせを行うことになる。このとき、図6に示したように、デバイス構造体を形成するためのパターンP6との重ね合わせを行う部分において、EB照射により形成するスリット状のパターンP2が太く形成されているので、パターンP2が太く形成されている範囲内であればデバイス構造体を形成するパターンP6がずれても問題はなく、これによって位置合わせを確実に行うことができる。
Subsequently, as illustrated in FIG. 11B, a resist material R <b> 6 is applied to the surface of the
And as shown in FIG.11 (c), in the stepper, after developing the pattern P6 for forming the structure as a device of the
そして、図12(a)に示すように、D−RIE法により、レジスト材R6に覆われていない、デバイス構造体を形成するパターンP6の部分を、活性Si層53の厚さに相当する深さ(本実施の形態においては2μm)でエッチングする。これにより、デバイス構造体を形成するパターンP6の部分において、活性Si層53を貫通してボックス層52が露出する。
Then, as shown in FIG. 12 (a), a portion corresponding to the thickness of the
ついで、図12(b)に示すように、この基板材50の、レジスト材R6が塗布されている表面側に、バルクウエハ70を貼り合わせ、工程中における、基板材50に形成された構造体の破損を防ぐ。
Next, as shown in FIG. 12B, a
しかる後、図12(c)に示すように、基板材50の裏面側において、D−RIE法により、レジスト材R5に覆われていない部分、つまり振動子20に対応した部分をエッチングして、支持基板51を除去し、ボックス層52を露出させる。
Thereafter, as shown in FIG. 12 (c), on the back side of the
続いて、図13(a)に示すように、バルクウエハ70を基板材50から剥離除去し、さらに、アセトンやIPAにより、レジスト材R5、6を除去した後、さらに基板材50の両面のO2アッシングもしくはレジスト剥離剤による残存レジストの完全剥離を行う。
Subsequently, as shown in FIG. 13A, the
この後、図13(b)に示すように、BHF溶液により、振動子20に対応した部分のボックス層52を除去する。
さらに、水洗、IPA乾燥を行うことにより、図1に示したようなセンサ10を形成することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 13B, a portion of the
Furthermore, the
ここで、住友スリーエム株式会社製のNovec HFE(ハイドロフルオロエーテル)−7200(商品名)を用い、C4F8ガスを導入した際に生成されたデポ膜(CF2系のポリマーからなる膜)を剥離することができる。このレジスト除去剤は、IPAよりも表面張力が小さく、蒸発潜熱も小さい。したがって、前記の水洗後、このレジスト除去剤を用いて処理を行うことで、狭いギャップ部分にもレジスト除去剤が入り込み、デポ膜を確実に除去することができる。 Here, using a Novec HFE (hydrofluoroether) -7200 (trade name) manufactured by Sumitomo 3M Limited, a deposition film (a film made of a CF2 polymer) generated when C 4 F 8 gas is introduced is used. Can be peeled off. This resist remover has a lower surface tension and lower latent heat of vaporization than IPA. Therefore, by performing the treatment using the resist remover after the water washing, the resist remover enters the narrow gap portion, and the deposit film can be reliably removed.
なお、上記実施の形態では、各工程、ついて説明したが、適宜他の手法に置き換えることができる。
例えば、図8(a)から図10(b)に示した接地電極61、62を形成する工程は、以下のような工程に置き換えることができる。
図15(a)に示すように、接地電極61、62を形成すべく、ステッパにおいて、マスクを用いてレジスト材R3の所定位置に露光を行った後、現像する。これにより、レジスト材R3に、接地電極パターンP3’が形成される。
そして、図15(b)に示すように、レジスト材R3に形成された接地電極パターンP3’の部分を、活性Si層53の厚さに相当する深さ(本実施の形態においては2μm)でエッチングする。これにより、活性Si層53を貫通してボックス層52が露出する。このとき、エッチングには、エッチング部80の断面形状が活性Si層53の表面から支持基板51側に向けて断面積が漸次小さくなるテーパ形状となるよう、テーパエッチング法を用いる。このようなテーパエッチング法としては、例えばICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)法がある。
In addition, although each process was demonstrated in the said embodiment, it can replace with another method suitably.
For example, the process of forming the
As shown in FIG. 15A, in order to form the
Then, as shown in FIG. 15B, the portion of the ground electrode pattern P3 ′ formed on the resist material R3 has a depth corresponding to the thickness of the active Si layer 53 (2 μm in the present embodiment). Etch. As a result, the
さらに、図15(c)に示すように、アセトンやIPAにより、レジスト材R3を剥離し、O2アッシングを行った後、図16(a)に示すように、再度レジスト材R8を塗布する。
そして今度は、図16(b)に示すように、接地電極61、62を形成するため、ステッパにおいて、マスクを用いてレジスト材R8の所定位置に露光を行った後、現像する。これにより、露光されてレジスト材R8が除去された部分に、電極パターンP4が形成される。
続いて、図16(c)に示すように、D−RIE法により、レジスト材R8に覆われていない、電極パターンP4の部分を、活性Si層53の厚さに相当する深さ(本実施の形態においては2μm)でエッチングする。これにより、電極パターンP4の部分において、活性Si層53を貫通してボックス層52が露出する。
Further, as shown in FIG. 15C, the resist material R3 is peeled off by acetone or IPA, and after O 2 ashing, the resist material R8 is applied again as shown in FIG. 16A.
Then, as shown in FIG. 16B, in order to form the
Subsequently, as shown in FIG. 16C, a portion corresponding to the thickness of the
次いで、図17(a)に示すように、BHF溶液により、電極パターンP4の部分のボックス層52を除去する。
さらに、図17(b)に示すように、アセトンやIPAにより、レジスト材R8を除去した後、基板材50の両面のO2アッシングを行い、表面、裏面に残存したレジスト材R8を除去する。
Next, as shown in FIG. 17A, the
Further, as shown in FIG. 17B, after removing the resist material R8 with acetone or IPA, O 2 ashing is performed on both surfaces of the
続いて、図17(c)に示すように、基板材50の表面に、レジスト材R9を塗布する。そして、図18(a)に示すように、ステッパにおいて、接地電極パターンP3’、電極パターンP4の部分を露光した後、現像を行う。
そして、図18(b)に示すように、スパッタリング法により、基板材50の表面にCr、Auをそれぞれ所定の膜厚で製膜させ、Cr/Au膜90を形成する。このとき、また、Crに代え、Ti、Ta、TiW等、他の物質を用いることも可能である。また、Auについても、これ以外に、Pt、Al、AlSi、W、Poly−Si等の他の物質に代替することが可能である。
図18(c)に示すように、スパッタリング後、基板材50をアセトンに浸漬し、レジスト材R9およびレジスト材R9上のCr/Au膜90をリフトオフする。すると、接地電極パターンP3’、電極パターンP4の部分のみにCr/Au膜90が残り、これが接続電極30b、40b、接地電極61、62、63となる。
Subsequently, as illustrated in FIG. 17C, a resist material R <b> 9 is applied to the surface of the
Then, as shown in FIG. 18 (b), Cr /
As shown in FIG. 18C, after sputtering, the
ここで、図17(c)に示した工程で塗布したレジスト材R9は、図18(b)に示したスパッタリング工程において形成したCr/Au膜90の不要部分をリフトオフ(除去)するためのものである。このとき、レジスト材R9には、クラリアント社のAZ5200NJ(商品名)を用いるのが好ましい。
レジスト材R9として、通常のレジスト材(例えばS1830(商品名)等のポジ型レジスト等)を用いると、レジスト材を塗布した状態でスパッタリングにより形成したCr/Au膜90の不要部分をリフトオフすると、図19(a)に示すように、溝や凹部の端部において、溝や凹部の壁面に付着したレジスト材R9を除去する際に、図19(b)、図20に示すようにCr/Au膜90が千切れてしまう。その際にCr/Au膜90からパーティクル(異物)が生じ、これが基板材50の表面に付着してしまうという問題がある。
そこで、レジスト材R9として前記のクラリアント社のAZ5200NJを用いると、図18(a)に示すように、レジスト材R9によって形成されるレジスト膜の端部が逆テーパ断面となり、溝や凹部の壁面へのレジスト材R9の付着も防止できる。その後に、スパッタリングを行えば、Cr/Au膜90は、レジスト材R9の表面と、パターン部分に形成され、溝や凹部の壁面に付着しない。その結果、リフトオフを行っても、パターン部分のCr/Au膜90の端部が千切れることもなく、パーティクルの発生等を防止できる。
Here, the resist material R9 applied in the step shown in FIG. 17C is for lifting off (removing) unnecessary portions of the Cr /
When a normal resist material (for example, a positive resist such as S1830 (trade name) or the like) is used as the resist material R9, when an unnecessary portion of the Cr /
Therefore, when the above-mentioned AZ5200NJ made by Clariant is used as the resist material R9, as shown in FIG. 18A, the end portion of the resist film formed by the resist material R9 has a reverse taper cross section, and the wall surface of the groove or the recess is formed. The adhesion of the resist material R9 can also be prevented. Thereafter, if sputtering is performed, the Cr /
また、図15(b)に示したように、接地電極パターンP3’の部分を、断面形状が活性Si層53の表面から支持基板51側に向けて断面積が漸次小さくなるテーパ形状となるようにエッチングした。この部分に対し、スパッタリングを行うと、図18(b)に示したように、エッチング部80のテーパ面(傾斜面)にもCr/Au膜90が形成されるため、支持基板51の表面と、活性Si層53の表面とを連続させる貫通電極(貫通ビア)を形成することができ、接地電極63が形成される。
ここで、貫通電極の形成には、電鋳プロセス等の他の手法を用いることも可能である。
このようにして、支持基板51の表面に接地電極61、62を形成することで、以下に示すようなメリットが生じる。
すなわち、接地電極61、62、63は、駆動電極30a、検出電極40aからの出力の基準電位を設定すべく、振動子20の電位を0(ゼロ)にするために設けられている。振動子20の電位を0にするには、従来、図21に示すように、ワイヤーボンダーで振動子20と接地電極61、62を接続する配線95を行っていた。しかしこれではワイヤーボンディングの手間が掛かるという問題があった。また、測定用プローブを用い、センサ10の評価等を行う場合、駆動電極30a、検出電極40a、接地電極61、62のレイアウトを、市販の測定用プローブの電極レイアウトに対応したものとする必要があるが、ワイヤーボンダーで配線95を行う場合においては、レイアウトが制限され、測定用プローブに対応した電極レイアウトにするのが困難であった。これに対し、貫通電極によって接地電極61、62、63を形成することで、レイアウトの自由度が高まり、図22に示すように、駆動電極30aの接続電極30b、検出電極40aの接続電極40b、接地電極61、62、63の電極レイアウトを、測定用プローブ300に対応したものとすることができる。これにより、より簡易にセンサ10の評価等を行うことが可能となる。
Further, as shown in FIG. 15B, the portion of the ground electrode pattern P3 ′ has a tapered shape in which the sectional shape gradually decreases from the surface of the
Here, other methods such as an electroforming process can be used to form the through electrode.
Thus, by forming the
That is, the
なお、上記実施の形態では、図1に示したような構成のセンサ10を例に挙げたが、本発明を適用して製造するセンサやレゾネータは、本発明の主旨を逸脱しない限り、その形状、構成、材質等について何ら限定する意図はなく、適宜他の形状、構成、材質等とすることが可能であり、その場合も、本発明により上記と同様の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態で説明したセンサ10の製造方法も、具体的に挙げた各種の手法等も、適宜変更することが可能である。
さらに、ここでは、振動子として、高い性能が得られるディスク型振動子を例に挙げたが、ディスク型に限定するわけではない。矩形型であっても良いし、正方形であってもよい。この場合は、駆動電極や検出電極は平行平板型となって、より加工が容易となる。
また、上記で示した工程中、酸化膜の除去にはBHF溶液を用いたが、もちろんこれ以外の酸化膜除去方法を用いても良い。同様に、エッチングにはD−RIE法を用いたが、他のシリコンエッチング法を用いても良い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
In the above embodiment, the
Further, the manufacturing method of the
Further, here, a disk-type vibrator capable of obtaining high performance is taken as an example of the vibrator. However, the vibrator is not limited to the disk-type. It may be rectangular or square. In this case, the drive electrode and the detection electrode are parallel plate types, and the processing becomes easier.
In the above-described steps, the BHF solution is used for removing the oxide film. Of course, other oxide film removing methods may be used. Similarly, the D-RIE method is used for etching, but other silicon etching methods may be used.
In addition to this, as long as it does not depart from the gist of the present invention, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.
10…センサ、20…振動子、30a…駆動電極(電極)、30b、40b…接続電極、40a…検出電極(電極)、50…基板材、51…支持基板、52…ボックス層、53…活性Si層(Si層)、61、62、63…接地電極、M…アライメントマーク、R1〜R9…レジスト材
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記検出センサを構成する基板材において、前記振動子と前記電極とのギャップ部分を、電子線照射によりパターン形成する第一のパターン形成工程と、
前記振動子と前記電極とのギャップ部分以外の部分を、前記電子線よりも波長の長い光を露光することでパターン形成する第二のパターン形成工程と、
を含むことを特徴とするセンサの製造方法。 A method of manufacturing a sensor comprising: a vibrator; and an electrode that is disposed on the outer periphery of the vibrator with a gap therebetween and detects vibration of the vibrator or a change in vibration of the vibrator.
In a substrate material constituting the detection sensor, a first pattern forming step of patterning a gap portion between the vibrator and the electrode by electron beam irradiation;
A second pattern forming step of patterning a portion other than the gap portion between the vibrator and the electrode by exposing light having a wavelength longer than that of the electron beam;
The manufacturing method of the sensor characterized by including.
前記アライメントマークを形成する工程では、少なくとも前記第一のパターン形成工程で用いる前記アライメントマークを、前記ボックス層まで到達しないように前記Si層に形成することを特徴とする請求項1に記載のセンサの製造方法。 In the substrate material composed of a base support substrate, a box layer made of Si oxide formed on the support substrate, and a Si layer formed on the box layer and forming the vibrator, Further comprising a step of forming an alignment mark for aligning the substrate material in the first pattern forming step and the second pattern forming step,
2. The sensor according to claim 1, wherein in the step of forming the alignment mark, at least the alignment mark used in the first pattern forming step is formed on the Si layer so as not to reach the box layer. Manufacturing method.
前記基板材に、前記第一のパターン形成工程で形成したパターンの部分を含む範囲にレジスト材を塗布した後に、前記接続電極および前記接地電極の部分の前記レジスト材を除去して、前記接続電極および前記接地電極を構成する金属を蒸着またはスパッタリングし、しかる後に前記レジスト材を除去することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のセンサの製造方法。 In the second pattern formation step, when forming a connection electrode that is electrically connected to the electrode and connected to an external power supply or detection circuit, and a ground electrode on the support substrate,
After the resist material is applied to the substrate material in a range including the pattern portion formed in the first pattern forming step, the resist material is removed from the connection electrode and the ground electrode portion, and the connection electrode 5. The method of manufacturing a sensor according to claim 1, wherein the metal constituting the ground electrode is vapor-deposited or sputtered, and then the resist material is removed.
ベースとなる支持基板、前記支持基板上に形成されたSi酸化物からなるボックス層、前記ボックス層上に形成されて前記振動子を形成するSi層とから構成される基板材において、前前記振動子と前記電極とのギャップ部分を、電子線照射によりパターン形成する第一のパターン形成工程と、
前記振動子と前記電極とのギャップ部分以外の部分を、前記電子線よりも波長の長い光を露光することでパターン形成する第二のパターン形成工程と、を含み、
前記第一のパターン形成工程に先立ち、アライメントマークを、前記ボックス層まで到達しないように前記Si層に形成し、
前記第一のパターン形成工程および前記第二のパターン形成工程では、前記アライメントマークを用いて前記基板材の位置合わせを行い、パターン形成を行うことを特徴とするレゾネータの製造方法。 A method of manufacturing a resonator comprising: a vibrator; and an electrode disposed on the outer periphery of the vibrator with a gap therebetween,
In the substrate material comprising a support substrate serving as a base, a box layer made of Si oxide formed on the support substrate, and an Si layer formed on the box layer and forming the vibrator, A first pattern forming step of patterning a gap portion between the child and the electrode by electron beam irradiation;
Including a second pattern formation step of patterning a portion other than the gap portion between the vibrator and the electrode by exposing light having a wavelength longer than that of the electron beam,
Prior to the first pattern formation step, an alignment mark is formed on the Si layer so as not to reach the box layer,
In the first pattern forming step and the second pattern forming step, the substrate material is aligned using the alignment mark, and pattern formation is performed.
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WO2016010248A1 (en) * | 2014-07-18 | 2016-01-21 | 중앙대학교 산학협력단 | Disc resonator |
JP2016039177A (en) * | 2014-08-05 | 2016-03-22 | 富士電機株式会社 | Lift-off mask, semiconductor device manufactured by using the same, and mems element |
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