JP2008238317A - 構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の両面を加工する際の汚染や損傷を防ぐことを可能とする方法を提供するこ
と。
【解決手段】貫通孔(24a,24b)を有する構造体の製造方法であって、（ａ）基板(10)の一
方面側に第１の凹部(16a,16b)を形成すること、（ｂ）上記基板の上記第１の凹部内に、
当該第１の凹部の底部およびその近傍を覆い、かつ端部が上記第１の凹部の内壁と接する
樹脂膜(18a,18b)を形成すること、（ｃ）上記基板の他方面側であって上記第１の凹部と
重畳する領域に、上記樹脂膜によって上記第１の凹部と隔てられた第２の凹部(22a,22b)
を形成すること、（ｄ）上記樹脂膜を除去すること、を含む製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロマシン等と称される微細な構造を有するデバイスの製造技術に関す
る。

マイクロマシン技術の分野においては、半導体基板等の基板を加工することにより、所
望の形状（凹凸形状等）を有する微細な構造体が製造される。このとき、基板の表面およ
び裏面をそれぞれ加工する場合があり、一方の面（例えば表面）を加工する際には、他方
の面（例えば裏面）の汚染や損傷を防ぐ必要が生じる。これに対する従来技術は、例えば
特開平０９−３３０８９２号公報（特許文献１）に開示されている。

上述の公報には、シリコン基板の一方面側に形成された凹部内に隙間なくシリコーン樹
脂を埋設し、その後シリコン基板の他方面側からエッチングを行うことにより、上記の凹
部と繋がった貫通孔を形成する技術が開示されている（図８〜図９及びこれに関する説明
参照）。この製造方法においては、凹部に埋設されたシリコーン樹脂の存在により伝熱面
積を確保し、シリコン基板の温度上昇を抑制することを１つの目的としている。それ故に
、凹部の内部全てにシリコーン樹脂で埋設することが必要となる。しかし、この製造方法
では、特に加工対象となる凹部が多い場合には、シリコーン樹脂の消費量が多くなると考
えられる。また、最終的にはこのシリコーン樹脂を除去する必要があるが、凹部の内部全
てに埋設されたシリコーン樹脂をきれいに取り除くためには、処理時間が長くなると考え
られる。

また、上記公報には、シリコン基板の一方面と当該一方面側に形成された凹部内壁とを
覆うクロム薄膜を成膜し、その後シリコン基板の他方面側からエッチングを行うことによ
り、上記の凹部と繋がった貫通孔を形成する技術が開示されている（図１６〜図１７及び
これに関する説明参照）。この製造方法においては、クロム薄膜の存在により、シリコン
基板の他方面側からのエッチング時における気体の非透過性が保たれ、かつ凹部内に冷却
ガスが供給されることにより、シリコン基板の温度上昇が抑制される。しかし、この製造
方法では、クロム薄膜の成膜に比較的高価な装置が必要となると考えられる。また、この
クロム膜が最終的には除去を要するものである場合には、シリコン基板の加工済みの部位
に損傷を与えることなく金属膜であるクロム薄膜を除去することはそう容易ではないと考
えられる。

特開平０９−３３０８９２号公報

そこで、本発明は、上記の従来技術の課題を解決し、基板の両面を加工する際の汚染や
損傷を防ぐことを可能とする方法を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の態様の構造体の製造方法は、
貫通孔を有する構造体の製造方法であって、
（ａ）基板の一方面側に第１の凹部を形成すること、
（ｂ）上記基板の上記第１の凹部内に、当該第１の凹部の底部およびその近傍を覆い、か
つ端部が上記第１の凹部の内壁と接する樹脂膜を形成すること、
（ｃ）上記基板の他方面側であって上記第１の凹部と重畳する領域に、上記樹脂膜によっ
て上記第１の凹部と隔てられた第２の凹部を形成すること、
（ｄ）上記樹脂膜を除去すること、
を含む。

上記製造方法によれば、第１の凹部と第２の凹部とが連通してなる貫通孔を有する基板
（すなわち構造体）が得られる。この本発明の製造方法では、第１の凹部の底部近くに樹
脂膜が形成され、この樹脂膜の存在により、第２の凹部を形成する際にエッチャントが回
り込むこと等による基板の一方面側の損傷が回避される。また、必要に応じて基板の一方
面側から冷却ガスを供給すれば、この冷却ガスが第１の凹部内に侵入することにより、基
板の温度上昇が効果的に抑制される。上記の樹脂膜は、第１の凹部の全体に埋設されるこ
となく、第１の凹部の底部及びその近傍を覆うのみであるため、樹脂膜の形成に要する材
料の消費量が少なく済む。また、最終的にはこの樹脂膜を取り除きたい場合であっても、
第２の凹部が形成された後の樹脂膜は第１の凹部の内壁のみと接した状態となるので、除
去が容易であり、かつ処理時間が少なく済む。したがって、本発明によれば、従来技術の
課題を克服しつつ、基板の両面を加工する際の汚染や損傷を防ぐことが可能な製造技術を
提供することができる。

好ましくは、上記（ｂ）は、液滴吐出装置を用いて液体材料を上記第１の凹部内に滴下
することによって上記樹脂膜を形成する。

これにより、適量の液体材料を短時間で第１の凹部内に滴下することができる。

本発明に係る第２の態様の構造体の製造方法は、
貫通孔を有する構造体の製造方法であって、
（ａ）基板の一方面側に第１の凹部を形成すること、
（ｂ）上記基板の上記第１の凹部内に、当該第１の凹部の底部およびその近傍を覆い、か
つ端部が上記第１の凹部の内壁と接する樹脂膜を形成すること、
（ｃ）上記（ｂ）と並行し、上記基板の一方面上に接着材膜を形成すること、
（ｄ）上記接着材を介して、サポート用基板を上記基板の一方面に貼り合わせること、
（ｅ）上記基板の他方面側であって上記第１の凹部と重畳する領域に、上記樹脂膜によっ
て上記第１の凹部と隔てられた第２の凹部を形成すること、
（ｆ）上記樹脂膜及び上記接着材膜を除去すること、
（ｇ）上記サポート用基板を上記基板から取り外すこと、
を含む。

上記製造方法によっても、上記第１の態様の本発明の場合と同様に、従来技術の課題を
克服しつつ、基板の両面を加工する際の汚染や損傷を防ぐことが可能な製造技術を提供す
ることができる。また、サポート用基板を用いるための接着材膜を樹脂膜の形成と並行し
てことにより、処理時間を短縮することができる。

好ましくは、上記樹脂膜と上記接着材膜とが同一の液体材料を用いて形成される。

これにより、用いる液体材料が統一されるので、樹脂膜の形成工程と接着材膜の形成工
程とを並行して行うのにより都合がよい。また、後に樹脂膜及び接着材膜を除去する場合
にあっては、例えば共通の除去溶剤等を用いて両者を除去できるため都合がよい。

好ましくは、上記製造方法において、
上記（ｂ）は、液滴吐出装置を用いて液体材料を上記第１の凹部内に滴下することによ
って上記樹脂膜を形成し、
上記（ｃ）は、上記液滴吐出装置を用いて上記液体材料を上記基板の一方面上に滴下す
ることによって上記接着材膜を形成する。

これにより、適量の液体材料を短時間で第１の凹部内や基板の一方面上に滴下すること
ができる。

好ましくは、上記樹脂膜の膜厚よりも上記接着材膜の膜厚が小さく設定される。特に、
液滴吐出装置を用いた場合にはこのような膜厚の調整を容易に実現できる。

これにより、基板とサポート用基板との接合強度を確保しつつ後の除去が容易な程度ま
で薄くし、樹脂膜についてはエッチャントの回り込みを防ぐのに必要十分な厚さを確保で
きる。なお、エッチャントとは、ウェットエッチングにおいてはエッチング溶液であり、
ドライエッチングではエッチングガスである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、第１の実施形態の微細構造体の製造方法を示す模式断面図である。まず、基板
１０の一方面上に、開口１４ａ、１４ｂを有するエッチングマスク１２を形成する（図１
（Ａ））。基板１０は、例えばシリコン基板などの半導体基板である。エッチングマスク
１２は、例えば基板１０上に液状の感光性樹脂膜を塗布し、その後この感光性樹脂膜を露
光し、現像することによって得られる。

次に、エッチングマスク１２を介して基板１０にエッチングを施すことにより、基板１
０の各開口１４ａ、１４ｂに対応する部位を除去する（図１（Ｂ））。それにより、基板
１０の一方面側に凹部（第１の凹部）１６ａ、１６ｂがそれぞれ形成される。各凹部１６
ａ、１６ｂの深さは、例えば数十μｍ〜１００μｍ程度である。エッチングの手法は、ド
ライエッチングでもよくウェットエッチングでもよい。

次に、液滴吐出装置５０を用いて、基板１０の各凹部１６ａ、１６ｂのそれぞれの底部
を覆う樹脂膜１８ａ、１８ｂを各凹部１６ａ、１６ｂに形成する（図１（Ｃ））。各樹脂
膜１８ａ、１８ｂは、各凹部１６ａ、１６ｂの底部（底面）及びその近傍を覆うに足り、
かつ各凹部１６ａ、１６ｂの内壁と十分に接する膜厚であればよく、例えば数μｍ程度で
ある。換言すると、各樹脂膜１８ａ、１８ｂは、各凹部１６ａ、１６ｂのそれぞれの内側
全体に埋設される必要はない。液滴吐出装置５０は、例えば図２（Ｃ）に示すようにヘッ
ド部が一方向にスライドし、任意の位置で液体材料を微少量に制御して吐出可能に構成さ
れたものを用いることができる。あるいは、図２に模式的に示すように、ヘッド部が長尺
に形成された液滴吐出装置５０ａを用いることもできる。この液滴吐出装置５０ａにおい
ては、ヘッド部をスライドさせることなく任意の位置に一挙に液滴を吐出することが可能
であるため、工程の時間短縮の点でより好ましい。

ここで、各樹脂膜１８ａ、１８ｂの形成条件の一例について詳細に説明する。各樹脂膜
１８ａ、１８ｂの材料としては、例えばポリイミド系樹脂を用いることができる。このポ
リイミド系樹脂の溶液を、例えば数ｃＰ（センチポアズ）〜５０ｃＰ程度の粘度に調製す
る。液滴吐出送致５０としては、例えば吐出ヘッド（インクジェットヘッド）のノズルピ
ッチが７０．５μｍ（３６０dpi相当）の一般的なものを用いることができる。吐出ヘッ
ドの構造としては、例えば静電駆動式を採用することができる。樹脂膜１８ａ、１８ｂの
成膜時には、例えば基板１０をヒータによって数十℃（例えば７０℃程度）に加熱してお
く。それにより、ポリイミド系樹脂の液体材料を滴下した際に溶媒を蒸発させることがで
きる。この溶媒の蒸発により、滴下された液体材料の体積が減少し、平坦化する。体積の
減少が激しい場合には、樹脂膜として必要十分な膜厚が得られるまで、液体材料の滴下（
供給）を繰り返し行う。以上により、各樹脂膜１８ａ、１８ｂが得られる。その後、これ
らの樹脂膜１８ａ、１８ｂを完全に乾燥させるために、更に加熱処理を行うことも好まし
い。

次に、基板１０の他方面上に、開口２０ａ、２０ｂを有するエッチングマスク２０を形
成する（図１（Ｄ））。エッチングマスク２０は、上記のエッチングマスク１２と同様に
形成することができる。各開口２０ａ、２０ｂは、図示のように各凹部１６ａ、１６ｂと
重畳する位置に設けられる。開口２０ａは、凹部１６ａよりも小さい面積に形成される。
また、開口２０ｂは、凹部１６ｂとほぼ同じ面積に形成される。

次に、エッチングマスク２０を介して基板１０にエッチングを施すことにより、基板１
０の各開口２０ａ、２０ｂに対応する部位を除去する（図１（Ｅ））。それにより、基板
１０の他方面側に各凹部（第２の凹部）２２ａ、２２ｂが形成される。詳細には、凹部１
６ａと重畳する領域に凹部２２ａが形成され、凹部１６ｂと重畳する領域に凹部２２ｂが
形成される。各凹部２２ａ、２２ｂの深さは、例えば数十μｍ〜１００μｍ程度である。
本例では、各凹部２２ａ、２２ｂを形成するためにエッチングを施した際、各樹脂膜１８
ａ、１８ｂがエッチングストッパーとして機能する。すなわち、基板１０の他方面側から
各凹部２２ａ、２２ｂとなるべき領域の除去が進んだときに、各樹脂膜１８ａ、１８ｂが
露出した時点でエッチングの進行を停止することができる。エッチングの手法は、ドライ
エッチングでもよくウェットエッチングでもよい。

ここで、各樹脂膜１８ａ、１８ｂについて更に詳述する。図示のように、凹部１６ａと
凹部２２ａとの相互間には樹脂膜１８ａが配置された状態となる。これにより、凹部１６
ａと凹部２２ａとの相互間が樹脂膜１８ａによって隔てられる。本例では、樹脂膜１８ａ
は、凹部１６ａの内壁と接して設けられた状態となる。また、凹部１６ｂと凹部２２ｂと
の相互間には樹脂膜１８ｂが配置された状態となる。これにより、凹部１６ｂと凹部２２
ｂとの相互間が樹脂膜１８ｂによって隔てられる。これらの樹脂膜１８ａ、１８ｂが存在
しない場合を考えると、基板１０の他方面側からのエッチングが進行し、凹部１６ａと凹
部２２ａ、凹部１６ｂと凹部２２ｂ、のそれぞれが連通することにより、基板１０を貫通
する孔が出来上がる。この貫通孔を通じて、エッチャントが回り込んでしまい、基板１０
の一方面側に既に形成された凹凸部等にダメージを与えてしまうおそれがある。また、凹
部１６ａ、凹部１６ｂの各々についても必要以上にエッチャントに曝されることにより、
本来意図した形状ではなくなるおそれがある。各樹脂膜１８ａ、１８ｂが存在することに
よりこれらの不都合が回避される。また、このエッチング工程において、基板１０の一方
面側から基板冷却用のガス（例えば低温のヘリウムガス）を供給する場合においては、各
凹部１６ａ、１６ｂを通って冷却ガスが樹脂膜１８ａ、１８ｂ付近まで到達する。すなわ
ち、基板１０においてエッチングの進行により発熱している部位に近い位置まで冷却ガス
を供給し、当該部位を冷却することができる。したがって、基板１０の温度上昇を効果的
に抑制することが可能となる。

なお、各凹部１６ａ、１６ｂの大きさや形状等に対応し、各樹脂膜１８ａ、１８ｂの厚
み、材質などを個別に設定してもよい。液滴吐出装置５０（又は５０ａ）を用いることに
より、このような調整も容易に実現できる。

その後、各樹脂膜１８ａ、１８ｂを基板１０から除去する（図１（Ｆ））。それにより
、貫通孔２４ａ、２４ｂを有する基板１０が得られる。貫通孔２４ａは、樹脂膜１８ａが
除去され、上記の凹部１６ａと凹部２２ａとが連通したことによって形成されたものであ
り、相対的に小径の部位と大径の部位とを有する。貫通孔２４ｂは、樹脂膜１８ｂが除去
され、上記の凹部１６ｂと凹部２２ｂとが連通したことによって形成されたものであり、
全体的に略同一の径を有する。

なお、各樹脂膜１８ａ、１８ｂをデバイスの一部を構成する要素として積極的に利用す
る場合など、各樹脂膜１８ａ、１８ｂを除去する必要がない場合には上記工程を省略でき
る。その場合には、各貫通孔２４ａ、２４ｂの途中に各樹脂膜１８ａ、１８ｂがそれぞれ
設けられてなる基板１０が得られる。

ところで、上記第１の実施形態において、先に加工された基板１０の一方面側の破損等
を防止するために当該一方面側にサポート用基板を貼り合わせることもできる。以下、こ
の場合の実施態様を第２の実施形態として説明する。なお、上記第１の実施形態と共通す
る事項については適宜説明を省略する。

図３は、第２の実施形態の微細構造体の製造方法を示す模式断面図である。まず、上記
第１の実施形態と同様に基板１０の一方面上にエッチングを施すことにより、基板１０の
一方面側に凹部１６ａ、１６ｂを形成する（図示省略）。次に、液滴吐出装置５０（又は
液滴吐出装置５０ａ；図２参照）を用いて、基板１０の各凹部１６ａ、１６ｂのそれぞれ
の底部を覆う樹脂膜１８ａ、１８ｂを各凹部１６ａ、１６ｂに形成する（図３（Ａ））。

このとき、基板１０の一方面上に、後にサポート用基板を貼り合わせるための接着層と
しての樹脂膜（接着材膜）２６も併せて形成する（図３（Ａ））。樹脂膜１８ａ、１８ｂ
と樹脂膜２６とは、同一の液体材料を用いて形成することが好ましい。後に、各樹脂膜を
除去したい場合に、両者を同一の処理で同時に除去できるからである。なお、各々に別個
の液体材料を用いても各樹脂膜を形成しても良い。別個の液体材料を用いた場合には、樹
脂膜１８ａ、１８ｂとしてより望ましい液体材料と、接着層としての樹脂膜２６としてよ
り望ましい液体材料とを使い分けることができる。また、樹脂膜１８ａ、１８ｂの各々の
厚みと、樹脂膜２６の厚みとは、同じであっても相違していてもよい。例えば、後の除去
工程の容易さのために樹脂膜２６の厚みをより小さくすることができる。液滴吐出装置５
０（又は５０ａ）を用いることにより、各樹脂膜の膜厚や材質を相違させることも容易と
なる。

次に、接着層としての樹脂膜２６を介して、サポート用基板２８を基板１０の一方面側
に貼り合わせる（図３（Ｂ））。サポート用基板２８は、例えばガラス基板である。この
サポート用基板２８によって基板１０の一方面側が覆われることにより、後の工程におい
て基板１０の一方面側に損傷が生じることを回避できる。

なお、上記の樹脂膜２６を基板１０の一方面上ではなくサポート用基板２８の表面上（
基板１０の一方面と接するべき面上）に形成しておき、その後にこの樹脂膜２６が形成さ
れたサポート用基板２８と基板１０とを貼り合わせてもよい。

その後、上記第１の実施形態と同様の工程を行う。具体的には、基板１０の他方面上に
、開口２０ａ、２０ｂを有するエッチングマスク２０を形成する（図３（Ｃ））。次に、
このエッチングマスク２０を介して基板１０にエッチングを施すことにより、基板１０の
各開口２０ａ、２０ｂに対応する部位を除去する（図３（Ｄ））。それにより、基板１０
の他方面側に凹部２２ａ、２２ｂがそれぞれ形成される。これらの各工程を行う間、サポ
ート用基板２８により基板１０の一方面側が保護される。その後、各樹脂膜１８ａ、１８
ｂを基板１０から除去する（図３（Ｅ））。このとき、樹脂膜２６も除去される。それに
より、サポート用基板２８と基板１０とが分離する。サポート用基板２８を取り外すこと
により、図示のように、貫通孔２４ａ、２４ｂを有する基板１０が得られる。なお、上記
のように各樹脂膜１８ａ、１８ｂを除去する必要がない場合には、樹脂膜２６のみが除去
される。

以上のように、本実施形態によれば、各凹部１６ａ、１６ｂの底部近くに樹脂膜１８ａ
、１８ｂが形成され、これらの樹脂膜１８ａ、１８ｂの存在により、各凹部２２ａ、２２
ｂを形成する際にエッチャントが回り込むこと等による基板１０の一方面側の損傷が回避
される。また、必要に応じて基板１０の一方面側から冷却ガスを供給すれば、この冷却ガ
スが各凹部１６ａ、１６ｂ内に侵入することにより、基板１０の温度上昇が効果的に抑制
される。上記の樹脂膜１８ａ、１８ｂは、各凹部１６ａ、１６ｂの全体に埋設されること
なく、各凹部１６ａ、１６ｂの底部及びその近傍を覆うのみであるため、樹脂膜１８ａ、
１８ｂの形成に要する材料の消費量が少なく済む。また、最終的にはこれらの樹脂膜１８
ａ、１８ｂを取り除きたい場合であっても、各凹部２２ａ、２２ｂが形成された後の各樹
脂膜１８ａ、１８ｂは各凹部１６ａ、１６ｂの内壁のみと接した状態となるので、除去が
容易であり、かつ処理時間が少なく済む。したがって、本実施形態によれば、従来技術の
課題を克服しつつ、基板の両面を加工する際の汚染や損傷を防ぐことが可能な製造技術を
提供することができる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範
囲内において種々に変形して実施することが可能である。例えば、上述した実施形態にお
いては、基板の一例としてシリコン基板等の半導体基板を例示したが、基板はこれに限定
されるものではない。また、樹脂膜や接着材膜を形成する具体的手段の一例として液滴吐
出装置を例示していたが、他の手段（例えばポッティング装置）が用いられてもよい。

第１の実施形態の微細構造体の製造方法を示す模式断面図である。 液滴吐出装置の他の例を示す模式斜視図である。 第２の実施形態の微細構造体の製造方法を示す模式断面図である。

符号の説明

１０…基板、１２…エッチングマスク、１４ａ、１４ｂ…開口、１６ａ、１６ｂ…凹部
（第１の凹部）、１８ａ、１８ｂ…樹脂膜、２０…エッチングマスク、２０ａ、２０ｂ…
開口、２２ａ、２２ｂ…凹部（第２の凹部）、２４ａ、２４ｂ…貫通孔、２６…樹脂膜（
接着材膜）、２８…サポート用基板、５０、５０ａ…液滴吐出装置

Claims (6)

1. 貫通孔を有する構造体の製造方法であって、
   （ａ）基板の一方面側に第１の凹部を形成すること、
   （ｂ）前記基板の前記第１の凹部内に、当該第１の凹部の底部およびその近傍を覆い、か
   つ端部が前記第１の凹部の内壁と接する樹脂膜を形成すること、
   （ｃ）前記基板の他方面側であって前記第１の凹部と重畳する領域に、前記樹脂膜によっ
   て前記第１の凹部と隔てられた第２の凹部を形成すること、
   （ｄ）前記樹脂膜を除去すること、
   を含む、構造体の製造方法。
2. 前記（ｂ）は、液滴吐出装置を用いて液体材料を前記第１の凹部内に滴下することによ
   って前記樹脂膜を形成する、
   請求項１に記載の構造体の製造方法。
3. 貫通孔を有する構造体の製造方法であって、
   （ａ）基板の一方面側に第１の凹部を形成すること、
   （ｂ）前記基板の前記第１の凹部内に、当該第１の凹部の底部およびその近傍を覆い、か
   つ端部が前記第１の凹部の内壁と接する樹脂膜を形成すること、
   （ｃ）前記（ｂ）と並行し、前記基板の一方面上に接着材膜を形成すること、
   （ｄ）前記接着材を介して、サポート用基板を前記基板の一方面に貼り合わせること、
   （ｅ）前記基板の他方面側であって前記第１の凹部と重畳する領域に、前記樹脂膜によっ
   て前記第１の凹部と隔てられた第２の凹部を形成すること、
   （ｆ）前記樹脂膜及び前記接着材膜を除去すること、
   （ｇ）前記サポート用基板を前記基板から取り外すこと、
   を含む、構造体の製造方法。
4. 前記樹脂膜と前記接着材膜とが同一の液体材料を用いて形成される、
   請求項３に記載の構造体の製造方法。
5. 前記（ｂ）は、液滴吐出装置を用いて液体材料を前記第１の凹部内に滴下することによ
   って前記樹脂膜を形成し、
   前記（ｃ）は、前記液滴吐出装置を用いて前記液体材料を前記基板の一方面上に滴下す
   ることによって前記接着材膜を形成する、
   請求項４に記載の構造体の製造方法。
6. 前記樹脂膜の膜厚よりも前記接着材膜の膜厚が小さい、
   請求項３乃至請求項５の何れか１項に記載の構造体の製造方法。

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