JP2011157596A - Memsデバイスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】MEMSデバイスを製造する際に、最終的に犠牲層を除去した時に、整然と整列した状態を保つことができる、MEMSデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のMEMSデバイスの製造方法は、本発明のMEMSデバイスの製造方法は、ベース基板上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層にデバイスの形状に対応する開口と、前記デバイスを取り囲むフレームの形状に対応する開口を形成する工程と、前記レジスト層に設けた前記デバイスの形状に対応する開口および前記フレームの形状に対応する開口に導電性金属材料を充填し、前記デバイスと前記フレームを形成する工程と、前記犠牲層の上に形成されたレジスト層を除去し、前記犠牲層を除去する工程を含み、前記犠牲層が除去されて前記デバイスが前記ベース基板上へと移動された時に、前記フレーム内に前記デバイスが位置し、前記デバイスは前記フレームによって水平方向の移動が制限されている。
【選択図】 図3

Description

本発明は、プローブ等のMEMSデバイスの製造方法に関するものである。
プローブ等の製造方法の一つとして、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術が用いられている(特許文献1参照)。その方法は、ベース基板上に銅等の犠牲層を形成し、犠牲層上にデバイスの形状の開口を有するレジスト層を設け、前記開口に導電材料を充填しデバイスを形成する方法であり、デバイスに応じて前記導電材料を複数積層してデバイスを形成する。
導電材料の積層が完了したら、エッチング液に浸す等の方法を用いて前記レジスト層と前記犠牲層を除去すると、前記ベース基板上にデバイスだけが残った状態となり、デバイスの製造が終了する。
特開2007−171138号広報
上述のように、レジスト層や犠牲層を除去すると、ベース基板上にデバイスが残されるが、この時、製造段階では基板上に整列した状態で形成されていたデバイスの向きは、ばらばらになり整列が乱れる。
そのために、そのままの状態では、出荷検査時の仕分けが困難であり、さらにハンドリングが困難であるという問題が生じしていた。このような問題を解決する方法として、ベース基板の底面にマグネットシートを装着する方法が用いられているが、これでは、ある程度はデバイスの整列状態を保つことはできても、位置ずれの防止は不十分であった。特に微小化が進んだプローブの場合、プローブのピッチやマグネットシートの磁石のピッチの調節によって対応することが難しくなり、マグネットシートによって整列状態を保つのは困難になっている。
そこで本発明では、MEMSデバイスを製造する際に、最終的に犠牲層を除去した時に、整然と整列した状態を保つことができるMEMSデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明のMEMSデバイスの製造方法は、ベース基板上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層にデバイスの形状に対応する開口と、前記デバイスを取り囲むフレームの形状に対応する開口を形成する工程と、前記レジスト層に設けた前記デバイスの形状に対応する開口および前記フレームの形状に対応する開口に導電性金属材料を充填し、前記デバイスと前記フレームを形成する工程と、前記犠牲層の上に形成されたレジスト層を除去し、前記犠牲層を除去する工程を含み、前記犠牲層が除去されて前記デバイスが前記ベース基板上へと移動された時に、前記フレーム内に前記デバイスが位置し、前記デバイスは前記フレームによって水平方向の移動が制限されていることを特徴とする。
さらに、前記ベース基板の裏面にマグネットシートを装着してもよい。
本発明のMEMSデバイスの製造方法は、ベース基板上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層にデバイスの形状に対応する開口と、前記デバイスを取り囲むフレームの形状に対応する開口を形成する工程と、前記レジスト層に設けた前記デバイスの形状に対応する開口および前記フレームの形状に対応する開口に導電性金属材料を充填し、前記デバイスと前記フレームを形成する工程と、前記犠牲層の上に形成されたレジスト層を除去し、前記犠牲層を除去する工程を含み、前記犠牲層が除去されて前記デバイスが前記ベース基板上へと移動された時に、前記フレーム内に前記デバイスが位置し、前記デバイスは前記フレームによって水平方向の移動が制限されていることにより、デバイスが形成された時に、ベース基板上に整列した状態を保つことができ、出荷検査時の仕分けが容易で、また、ハンドリングも容易となる。
さらに、前記ベース基板の裏面にマグネットシートを装着することにより、デバイスがより形成された状態を保つことができる。
MEMSデバイスの製造工程を示す断面図である。 MEMSデバイスの製造工程を示す断面図であり、図1の続きである。 MEMSデバイスの製造工程を示す断面図であり、図2の続きである。 MEMSデバイスの製造工程を示す平面図である。 マグネットシートを用いた場合のMEMSデバイスの製造が完了した時の状態を示す断面図である。 フレーム下の犠牲層を残す場合のMEMSデバイスの製造工程を示す断面図である。
図を用いて本発明を以下に詳細に説明する。図1〜3が本発明のMEMSデバイスの製造方法の各工程を示す概略断面図であり、図4がデバイスとフレームの配置を示す平面図である。
本発明のMEMSデバイスの製造方法を説明するにあたり、ここではMEMSデバイスとして3層構造のプローブ10を用いて説明する。層数やデバイスの形状・種類については、ここで説明するものに限らず様々なものを用いることができる。まずは、初めにシリコンまたはアルミナウエハからなるベース基板1を準備する。そして、前記ベース基板1上にシード層2を作成する。前記シード層2としては、スパッタリングにより成膜された犠牲層を用いる。
次に、図1(a)に示すように、前記シード層2の上に、めっき法を用いて導電性金属材料層3を形成する。前記導電性金属材料層3は前記シード層2と同様に犠牲層とする。さらに、図1(b)に示すように、前記導電性金属材料層3の上に、感光性有機物質からなるフォトレジストを塗布してレジスト層4を形成する。
そして、図1(c)に示すように、前記レジスト層4にプローブ10を形成するための開口8および前記プローブ10を取り囲むフレーム5を形成するための開口6を露光および現像処理を施して形成する。そして、図1(d)に示すように、前記開口8および前記開口6にめっき法を用いて導電性金属材料を充填し、前記プローブ10の1層目11および前記フレーム5の1層目21を形成する。
その後、図1(e)に示すように、前記レジスト層4を除去し、次に図2(a)に示すように、前記レジスト層4を除去して露出した前記導電性金属材料層3、前記プローブ10の1層目11および前記フレーム5の1層目21を覆うようにフォトレジストを塗布して再びレジスト層7を形成し、前記プローブ10の2層目12の形状に合わせた開口9および前記フレーム5の2層目22の形状に合わせた開口14を所定の箇所に設ける。
そして、図2(b)に示すように、電気めっきによりニッケル合金を前記開口9に充填し、プローブ10の2層目12を形成し、同じく電気めっきによりニッケル合金を前記開口14に充填し、フレーム5の2層目22を形成する。研磨調整が必要であればレジスト層7、前記プローブ10の2層目12および前記フレーム5の2層目22を研磨して表面を平坦にする。
その後、図2(c)に示すように、前記レジスト層7を除去し、続いて図2(d)に示すようにプローブ10の2層目12、フレーム5の2層目22及び導電性金属材料層3の上に再びフォトレジストを塗布してレジスト層15を形成し、プローブ10の3層目13の形状に合わせて所定の箇所に開口17を設け、前記フレーム5の3層目23の形状に合わせた開口18を所定の箇所に設ける。そして、図2(e)に示すように、電気めっきによりニッケル合金を前記開口17に充填し、プローブ10の3層目13を形成し、同じく電気めっきによりニッケル合金を前記開口18に充填し、フレーム5の3層目23を形成する。
このようにして、3層構造のプローブ10の形状およびフレーム5の形成が完了した後に前記レジスト層15を除去すると、図3(a)の状態となる。この後、エッチング液を用いて、犠牲層であるシード層2と導電性金属材料層3の除去を行う。図3(b)に示すのが、犠牲層であるシード層2と導電性金属材料層3がエッチング液により除去されている途中の状態である。
図3(b)において矢印で示すようにエッチング液は前記フレーム5および前記プローブ10の下方へと浸入しながら犠牲層であるシード層2と導電性金属材料層3を等方的にエッチングしていく。エッチングにより、図3(c)に示すように、前記プローブ10および前記フレーム5の下方のシード層2と導電性金属材料層3は全て除去する。
このようにして、エッチングが完了すると、図3(c)に示すように、プローブ10およびフレーム5は矢印で示すように下方へと移動し、共にベース基板1上に載せられた状態となる。この時、図4に示すように、前記プローブ10は固定されたフレーム5に囲まれた状態となる。
ここでは、1つのフレーム5の中に複数のプローブ10が配置されているが、1つのフレームに1つのデバイスを配置することも可能である。また、図4に示すように、前記フレーム5の内側に、プローブ10の平面形状に応じた複数の枝部16を設けることで、プローブ10の移動をより制限することができる。
このようにして、完成したプローブ10はフレーム5によって囲まれた状態となっており、前記プローブ10の水平方向の移動は前記フレーム5によって制限されているので、完成したプローブ10は前記フレーム5内に整列した状態が保たれる。前記フレーム5が前記ベース基板上でたとえ位置ずれを生じたとしても、全てのプローブ10がフレーム5と共に移動することとなり、プローブ10はフレーム5内に整列した状態が保たれ、プローブ10の整列が大きく乱れることはない。
その結果、本発明ではMEMSデバイスを製造する際にフレーム5を用いることで最終的にデバイスが形成された時にデバイスが整列した状態を保つことができるので、デバイスが完成した後の出荷検査時の仕分けが容易になり、またハンドリング性もよくなる。特に、プローブのように実装作業の効率を高めるために、デバイスの向きを揃えてトレーに入れる作業を行う場合には、より作業時間の短縮にはより効果的である。
また、図5に示すように、ベース基板1の裏面にマグネットシート20を装着すると、犠牲層を除去する際に、プローブ10はマグネットシート20によって絶えず下方に押しつけられた状態となるので、水平方向にずれることを防ぐことができ、最初に整列された時に近い状態を保つことができる。
特に、前記マグネットシート20として片面多極磁石を用いて、前記プローブ10の配列のピッチと、前記片面多極磁石のS極とN極とのピッチを合わせるように配列すると、犠牲層を除去した際のプローブ10の乱れをより少なくすることができる。
また、前記フレーム5および前記プローブ10の下方の犠牲層であるシード層2と導電性金属材料層3を等方的にエッチングしていく時に、図6に示すように、前記プローブ10および前記フレーム5の下方のシード層2と導電性金属材料層3は全て除去するが、フレーム5の下方のシード層2と導電性金属材料層3は一部を残しておくことも可能である。
上述のようにエッチング液は等方的に犠牲層をエッチングするので、エッチング時間を調節し、前記プローブ10の表面積よりも前記フレーム5の表面積を大きくしておき前記プローブ10の下方の犠牲層が全て除去された時にエッチングを終了すると、前記フレーム5の下方の犠牲層は全て除去される前にエッチングが終了することになり、上述のようにフレーム5の下方のシード層2と導電性金属材料層3の一部が残された状態となる。
このようにして、フレーム5の表面積とエッチング時間を調節を行うことで、フレーム5の下方の犠牲層を一部残すことができる。エッチングが完了すると、図6に示すように、プローブ10は矢印で示すように下方へと移動し、ベース基板1上に載せられた状態となる。この時、前記フレーム5は、一部残されたシード層2と導電性金属材料層3によって前記ベース基板1上に固定された状態であり、前記プローブ10は固定されたベース基板1に固定されたフレーム5に囲まれた状態となる。このようにして、フレーム5をベース基板1に固定した状態とすることで、プローブ10の整列状態をより正確に保つこともできる。
1 ベース基板
2 シード層
3 導電性金属材料層
4 レジスト層
5 フレーム
6 開口
7 レジスト層
8 開口
9 開口
10 プローブ
11 1層目
12 2層目
13 3層目
14 開口
15 レジスト層
16 枝部
17 開口
18 開口
20 マグネットシート
21 1層目
22 2層目
23 3層目

Claims (2)

  1. ベース基板上に犠牲層を形成する工程と、
    前記犠牲層上にレジスト層を形成する工程と、
    前記レジスト層にデバイスの形状に対応する開口と、前記デバイスを取り囲むフレームの形状に対応する開口を形成する工程と、
    前記レジスト層に設けた前記デバイスの形状に対応する開口および前記フレームの形状に対応する開口に導電性金属材料を充填し、前記デバイスと前記フレームを形成する工程と、
    前記犠牲層の上に形成されたレジスト層を除去し、前記犠牲層を除去する工程を含み、
    前記犠牲層が除去されて前記デバイスが前記ベース基板上へと移動された時に、前記フレーム内に前記デバイスが位置し、前記デバイスは前記フレームによって水平方向の移動が制限されていることを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。
  2. 前記ベース基板の裏面にマグネットシートを装着したことを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイスの製造方法。
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