JP4526473B2

JP4526473B2 - 嵌入式マイクロタッチユニット及びその製造法

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Description

本発明はマイクロタッチユニット、詳しく言えば嵌入式マイクロタッチユニット及びその製造法に関するものである。

高密度或いは高速電気装置（例えばＬＳＩまたはＶＬＳＩ回路）をテストするには、大量のマイクロタッチユニット（プローブ）を有するプローブカード（Probe Card）を使用し、かつねじれ性と電気的に接続可能な導電性とを有するマイクロタッチユニットを、テスト対象物の間の電気伝導のユニット例えばＬＳＩとＶＬＳＩチップ、半導体ウェハ、チップ予備焼結、パッケジングの半導体装置、及びプリント回路板などのタッチテストユニットにする必要がある。かつマイクロタッチユニットをＩＣパッケジングのＩＣ引線にすることも可能である。後続の説明の便を図るためにマイクロタッチユニットについてプローブカードのプローブとして説明する。

一般的なマイクロタッチユニットは需要によって態様が異なる。そのうちの一つは懸垂式マイクロタッチユニットであり、懸垂式マイクロタッチユニットは弾力性が比較的高いため、外物との接触を許容可能であるだけでなく、偏移が生じても接続状態を保持可能である。
プローブについて、例えば、特許文献１では、図1に示すように、マイクロ機電技術により金属蒸着の方法でプローブの構造を堆積するか、別々に金属蒸着の方法でそれぞれのユニットを製作し、そののち接合方法により組み立てる。しかし、接合及び組立工程による精度はフォトマスキング工程による精度より低い。何回か接合するのに伴い位置を狙う誤差が累積するため、プローブ尖端１の位置偏差が大きくなるか或いはアーム２と支柱３の接合点に誤差が生じるだけでなく、プローブ尖端の探知位置がはずれ、プローブの機能の一貫性を低下させるという欠点が生じる。

また、特許文献２では、同様にマイクロ機電技術により金属蒸着の方法でプローブの構造を造成し、そのプローブ尖端が熔接方法で接合され、その支柱（プローブの底部）の構造がワイヤボンディング方法により外部で金属をメッキされ、強化されるものである。ワイヤボンディング方法による支柱の生産は量産スピードが非常に遅く、製造過程が複雑で、正確な精度で制御することが必要であるため、製造が困難になる。

また、特許文献３では、マイクロ機電技術により金属蒸着の方法でプローブの構造を造成し、そのプローブ尖端が熔接方法でプローブの一端と接合され、プローブの他端が基板の表面に貼り付けられるが、安定性があまりよくなく、繰り返して使用するのに伴い材料が疲労現象を生じ、基板と分離する事態が発生し、かつプローブ尖端を非常に正確な方法で熔接する必要がある。このため熔接位置の偏移が発生する場合、プローブの接触力は均質でなくなる。

また、特許文献４では、マイクロ機電技術によりシリコン基材をエッチングする方法でプローブを製造し、プローブの外部に導電薄膜をコーディングし、その後それと基板とを接合するが、プローブの大部分はシリコン基材から構成され、導電薄膜は厚さが非常に薄く、かつシリコン基材から構成されるプローブ構造の表面のみに塗布されるため、電流の耐受性があまり高くない。したがって、高流量の需要を満足させることはできない。またプローブのうちのねじれる構造は主に単結晶シリコンを材料にするため、割れ易く、修復できないという欠点がある。

また、特許文献５、特許文献６、及び特許文献７などでは、直接シリコン基板をエッチングする方法により単結晶シリコン材質でプローブを製作し、そののちシリコン基板から製作されたプローブの外に導電薄膜をコーティングすることで電気的な接続を提供する。しかし、導電薄膜は高電流の需要に応えられず、プローブの材料は主に単結晶シリコンであるため、割れ易く、修復できないという欠点がある。

また、特許文献８は、平面式調整機構であって、組み立てる際に平面において若干の微調整をすることで水平調整を進め、かつ調整する際にすべての回路を良好な接続状態に維持するためにプローブと電子基板の間に複数層の弾性的なプローブを増設する必要がある。しかし、このような構造はあまりにも複雑で、回路の伝送経路が比較的長いため、高周波数の伝送に適用しない。

アメリカ合衆国特許ＵＳ６２６８９１５号アメリカ合衆国公開特許ＵＳ２００１００１２７３９号アメリカ合衆国特許ＵＳ６３９９９００号アメリカ合衆国特許ＵＳ６４１４５０１号アメリカ合衆国特許ＵＳ４９６１０５２号アメリカ合衆国特許ＵＳ５１７２０５０号アメリカ合衆国特許ＵＳ５７２３８９４号アメリカ合衆国特許ＵＳ５９７４６６２号

上述の問題点に鑑みて、本発明の主な目的は、プローブ尖端の位置と接合部位の定位基準を一致させ、単次接合方法により全体の組立精度を高め、全体機能の一貫性を向上させることが可能である嵌入式マイクロタッチユニット及びその製造法を提供することである。
本発明のもう一つの目的はマイクロタッチユニットが一体成型された精度が高い嵌入式マイクロタッチユニット及びその製造法を提供することである。

本発明のさらにもう一つの目的はマイクロタッチユニットが基板の中に嵌め込まれることで良好な支持力と定位補助効果を提供可能である嵌入式マイクロタッチユニット及びその製造法を提供することである。
本発明のさらにもう一つの目的はマイクロタッチユニットの電流の耐受性が比較的大きい嵌入式マイクロタッチユニット及びその製造法を提供することである。

本発明のさらにもう一つの目的はプローブが高導電性と抗疲労性を有するマイクロタッチユニット及びその製造法を提供することである。
本発明のさらにもう一つの目的はマイクロタッチユニットの信号伝送が比較的短いと限定されることで高周波の伝送に便利な嵌入式マイクロタッチユニット及びその製造法を提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明による嵌入式マイクロタッチユニットは、マイクロ機電工程により製作され、かつアームとプローブ尖端部と嵌入部とを備える。そのうちアームは第一長辺と、第一長辺に背中合わせに位置する第二長辺とを区分し、プローブ尖端部は第一長辺の一端に連接され、かつアームに垂直である方向に沿い延伸されて形成され、嵌入部は第二長辺に垂直であるように上向きに延伸されて形成される。

以下、本発明の特徴と目的を実施例と図面に基づいて説明する。まず図面の説明は次の通りである。
図２ａから図２ｆｆは本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。
図３ａから図３ｋは本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。

図４は本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の斜視図である。
図５は本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座のもう一つの実施様態の斜視図である。
図６と図７は本発明の第三実施例による嵌入式マイクロタッチユニットと嵌入式マイクロタッチユニット基座の組立過程を示す模式図である。

図８は本発明の第四実施例による嵌入式マイクロタッチユニットと嵌入式マイクロタッチユニット基座を示す模式図である。
図９は本発明の第五実施例による嵌入式マイクロタッチユニットと嵌入式マイクロタッチユニット基座を示す模式図である。
図１０は本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットを示す模式図である。

図１１から図１３は本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの異なる実施様態を示す模式図である。
図１４は本発明の第三実施例による嵌入式マイクロタッチユニットと嵌入式マイクロタッチユニット基座を示す模式図である。
図１５から図１７は本発明の第三実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの異なる実施様態を示す模式図である。

図２ａから図２ｆｆに示すように、本発明による嵌入式マイクロタッチユニットの製造法は次のステップを含む。
（Ａ）：図２ａに示すように、基板１１を取る。基板１１は単シリコン結晶板である。
（Ｂ）：図２ｂに示すように、基板１１に誘電薄膜１２を蒸着する。誘電薄膜１２は窒化シリコン材質から形成され、かつ低圧化学気相蒸着（ＬＰＣＶＤ）法によりコーティングされる薄膜である。
（Ｃ）：図２ｃに示すように、誘電薄膜１２に第一遮蔽層１３をコーティングし、第一遮蔽層１３に開口を形成する、即ちマイクロエッチング工程（半導体製造のうちのフォトマスキング工程）を行う。
（Ｄ）：図２ｄに示すように、開口の中の誘電薄膜１２を除去する。その除去方法は活性イオンエッチング（ＲＩＥ）を利用することが可能である。
（Ｅ）：図２ｅに示すように、第一遮蔽層１３を除去し、非等方性エッチングを行い、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）により基板１１のうち誘導薄膜１２が被覆していない部位をエッチング加工することで、基板１１に逆ピラミッド型の欠け口１１１を形成する。
（Ｆ）：図２ｆに示すように、誘電薄膜１２を除去する。熱リン酸エッチング工程または活性イオンエッチング（ＲＩＥ）により誘電薄膜１２を除去することが可能である。エッチング材料と条件はあらかじめ適切に選択され、基板に何も影響を与えることはない。
（Ｇ）：図２ｇに示すように、基板１１の表面層に導電薄膜１４をコーティングする。導電薄膜の材料はチタン金属にすることが可能である。導電薄膜１４をコーティングする方法はスパッタリング、蒸着、めっきなどの沈積方法により完成することが可能である。
（Ｈ）：図２ｈに示すように、導電薄膜１４の表面層に第二遮蔽層１５をコーティングし、第二遮蔽層１５に基板１１の欠け口１１１に対応する開口を形成する。
（Ｉ）：図２ｉに示すように、第二遮蔽層１５と欠け口１１１中に位置する導電薄膜１４に単層またはそれ以上の強化薄膜１６をコーティングする。強化薄膜１６は抗磨耗性、低付着性、良好な導電性などを有するロジウムなど金属である。
（Ｊ）：図２ｊに示すように、第二遮蔽層１５を除去する。第二遮蔽層１５はエッチング法により除去することが可能である。第二遮蔽層１５にコーティングされた強化薄膜１６は一緒に除去される。
（Ｋ）：図２ｋに示すように、導電薄膜１４の局部位置に第三遮蔽層１７を形成する。第三遮蔽層１７は欠け口１１１の上と同じ側の二つの局部位置に形成される。
（Ｌ）：図２ｌに示すように、導電薄膜１４の上に第一支持材料１８を沈積する。第一支持材料１８は銅金属または高分子材料である。沈積方法はスパッタリング法、蒸着法、電鋳法、コーティング法などのいずれか一つである。
（Ｍ）：図２ｍに示すように、第三遮蔽層１７を除去し、第三遮蔽層１７が除去された後の第一支持材料１８に窪み口１９を形成する。
（Ｎ）：図２ｎに示すように、第一支持材料１８の窪み口１９に第一電鋳材料２１を沈積する。第一電鋳材料２１はニッケル金属にすることが可能である。
（Ｏ）：図２ｏに示すように、第一電鋳材料２１と第一支持材料１８の表面層を同時に平坦化する。
（Ｐ）：図２ｐに示すように、欠け口１１１上方の第一電鋳材料２１に第四遮蔽層２２をコーティングし、かつ周知のマイクロエッチング工程によりパターン化した第四遮蔽層２２を形成する。
（Ｑ）：図２ｑに示すように、沈積方法により最上層に犠牲層２３を設ける。犠牲層２３はチタン金属にすることが可能であり、沈積方法はスパッタリング法、蒸着法、めっき法などのいずれか一つである。
（Ｒ）：図２ｒに示すように、第四遮蔽層２２を除去することで欠け口１１１中の第一電鋳材料２１上方のみ犠牲層２３が形成されない。
（Ｓ）：図２ｓに示すように、第一電鋳材料２１上方に連続しかつ開口部を有する第五遮蔽層２４をコーティングする。
（Ｔ）：図２ｔに示すように、最上層において電鋳法により第五遮蔽層２４の開口部の中に第二支持材料２５を形成する。
（Ｕ）：図２ｕに示すように、第五遮蔽層２４を除去する。
（Ｖ）：図２ｖに示すように、第五遮蔽層２４が除去された後形成された凹槽に第二電鋳材料２６を沈積し、第二電鋳材料２６と第二支持材料２５を平坦に研磨する。
（Ｗ）：図２ｗに示すように、最上層に第六遮蔽層２７を形成し、かつ第六遮蔽層２７の第二位置と第三位置とに対応するところに開口部を形成する。
（Ｘ）：図２ｘに示すように、第六遮蔽槽２７の開口部に金属接合層２８を沈積する。金属接合層２８は一種または数種の良好な付着性を有する金属材質から構成される。また金属接合層２８は単層または多層の材質から構成される。金属接合層２８の沈積方法は蒸着、スパッタリング法、めっき法などのいずれか一つである。
（Ｙ）：図２ｙに示すように、第六遮蔽層２７を除去する。
（Ｚ）：図２ｚに示すように、第二位置の金属接合層２８と第三位置の金属接合層２８との間に第七遮蔽層２９を形成し、かつそれぞれの金属接合層２８の端縁部に第七遮蔽層２９がやや被さるようにする。
（ＡＡ）：図２ａａに示すように、第三支持材料３１を沈積する。
（ＢＢ）：図２ｂｂに示すように、第七遮蔽層２９を除去する。
（ＣＣ）：図２ｃｃに示すように、第七遮蔽層２９が除去された後、第三支持材料３１中に形成された凹孔に第三電鋳材料３２を沈積し、第三支持材料３１と第三電鋳材料３２の表面を平坦に研磨する。
（ＤＤ）：図２ｄｄに示すように、電鋳材料の高さが所定の高さに累積するようになるまでステップ（Ｚ）からステップ（ＣＣ）の工程を数回繰り返す。
（ＥＥ）：図２ｅｅに示すように、それぞれの支持材料を除去すると嵌入式マイクとタッチユニットが完成する。図２ｆｆに示すのは形成された後の嵌入式マイクロタッチユニットの立体図である。導電薄膜１４をエッチングすることで形成された後の嵌入式マイクロタッチユニットは基板と分離させることが可能である。
ここで特に説明するのは上述の第一遮蔽層から第七遮蔽層をフォトレジスト材料から形成可能なことである。

図２ｆｆに示すように、嵌入式マイクロタッチユニット１００は、アーム４１、プローブ基座４２、プローブ尖端部４３、二つの接合補助部４４、嵌入部４５、及び二つの接合部４６を備える。そのうちアーム４１は電鋳材料から形成され、第一長辺４１１と、第一長辺４１１に背中あわせに位置する第二長辺４１２とを区分する。プローブ基座４２はアーム４１の第一長辺４１１の一端に連接され、かつアーム４１に垂直な方向に沿い延伸される。プローブ尖端部４３はプローブ基座４１の自由端に形成され、かつ錘状を呈する。二つの接合補助部４４はプローブ４３と同じ方向に沿い延伸され、第一長辺４１１の他端に位置付けられる。嵌入部４５は第二長辺４１２から上向きに延伸され、二つの接合補助部４４の間の延伸線に位置付けられる。二つの接合部４６は嵌入部４５の両側辺に形成される。

またアーム４１は多層の金属層から構成することが可能である。これにより、金属アームは良好な導電性と抗機械疲労性を同時に有することが可能になる。
またアームを製作する過程では、プラズマを加え化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）を増強する方法により沈積される多結晶シリコン材質を使用するか、あるいは添加することが可能である。多結晶シリコン材質は良好な抗機械疲労性を有するため、一般の良好な導電性がある金属の欠点を補うことが可能である。
またアームの外層に金属と誘電材料を重ねることで信号を伝送する外層に単層以上の絶縁遮蔽層とアースの導電層を形成することが可能である。またアームは高分子材料から構成することも可能である。

図３ａから図３ｋに示すように、本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座２００の製造法は次のステップを含む。
（Ａ）：図３ａに示すように、シリコン基板５１を取る。シリコン基板５１は内部に沈積法により形成された二酸化シリコン層（ＳｉＯ２）５６を有する。続いてシリコン基板５１の頂面と底面に第一サブ遮蔽層５２を設ける。第一サブ遮蔽層５２は、二酸化シリコン、フォトレジスト材料、窒化シリコン、アルミリウム金属などの材料から構成することが可能である。また第一サブ遮蔽層５２は、半導体製造のうちのフォトマスキング工程により配置することが可能である。また二酸化シリコン層５６を有するシリコン基板５１は二酸化シリコン層を介して二つの単結晶のシリコンウェハを相互接合して形成される。
（Ｂ）：図３ｂに示すように、シリコン基板５１頂面の第一サブ遮蔽層５２にパターン化した開口部を有する第二サブ遮蔽層５３を配置する。第二サブ遮蔽層５３はフォトレジスト材料にすることが可能である。
（Ｃ）：図３ｃに示すように、頂面の第一サブ遮蔽層５２を活性イオンエッチング（ＲＩＥ）する。このとき第二サブ遮蔽層５３の開口部に位置する第一サブ遮蔽層５２はエッチングされてしまう。続いてエッチング後、第二サブ遮蔽層５３を除去する。
（Ｄ）：図３ｄに示すように、シリコン基板５１にパターン化した第三サブ遮蔽層５４を配置する。パターン化した第三サブ遮蔽層を配置するステップは、シリコン基板５１頂面に二酸化シリコン、フォトレジスト材料、窒化シリコン、アルミニウム金属材料などから構成される原始連続層をコーティングし、続いて原始連続層内の残したい部位に対応する所定の位置にマスク層を配置し、活性エッチングを行い、マスク層から被覆されていない原始連続層を除去し、そののちマスク層を除去するとシリコン基板の所定の位置に配置された原始連続層のみが残り、それがパターン化した開口部を有する第三サブ遮蔽層となる。（パターン化した第三サブ遮蔽層の製造は周知の技術であるため、説明を簡略した）
（Ｅ）：図３ｅに示すように、パターン化したシリコン基板５１底面の第一サブ遮蔽層５２、即ちシリコン基板５１底面の第一サブ遮蔽層５２に欠け口を形成する。
（Ｆ）：図３ｆに示すように、シリコン基板５１頂面に第四サブ遮蔽層５５を配置する。第四サブ遮蔽層５５は第三サブ遮蔽層５４の間の開口部に対応する開口部を有する。つまり第四サブ遮蔽層５５の開口部は直接シリコン基板５１に繋がる。また第四サブ遮蔽層は半導体製造のうちのフォトマスキング工程により配置することが可能である。
（Ｇ）：図３ｇに示すように、二酸化シリコン層５６を露出させるようになるまで反応接続プラズマイオンにより第四サブ遮蔽層５５から被覆されていないシリコン基板５１をエッチングすることでシリコン基板５１頂面に嵌入槽５１１を形成する。
（Ｈ）：図３ｈに示すように、活性イオンにより嵌入槽５１１中の二酸化シリコン層５６をエッチングし、第四サブ遮蔽層５５を除去する。
（Ｉ）：図３ｉに示すように、シリコン基板５１の嵌入槽５１１の深さが所定の深さになるまで反応式プラズマイオンにより基板５１をエッチングし、かつ二酸化シリコン層５６を露出させるようになるまでシリコン基板５１頂面の第一サブ遮蔽層５２と第三サブ遮蔽層５４が被覆していない部位をエッチングすることでシリコン基板５１頂面に設置槽５１２を形成する。
（Ｊ）：図３ｊに示すように、活性イオンにより第三サブ遮蔽層５４と先ほど露出した二酸化シリコン層５６を除去する。
（Ｋ）：図３ｋに示すように、反応式プラズマイオンによりシリコン基板５１をエッチングすることで嵌入槽５１１の最上縁辺に接合槽５１３を形成すると同時に、嵌入槽５１１と設置槽５１２の深さを深くする。このとき嵌入槽５１１はエッチングによりシリコン基板５１の頂面から底面を貫通する。

上述のステップにより嵌入式マイクロタッチユニット基座２００の製造工程が完成する。図４に示すのは基座２００の斜視図である。
また図５に示すように、基座２００は周知のセラミックス基板技術と有機材料基板を採用し、機械加工技術により回路配線が完成した基板の上に組立のための溝槽を形成することが可能であるため、基座２００は表面に組立に応じる溝槽を有する回路板になる。また半導体技術を採用し、セラミックス基板または有機材料基板の上方に表面が誘電特性である定位構造６１を堆積し、更にセラミックス基板または有機材料基板の中に回路配線６２を配置することも可能である。

図６と図７に示すのは本発明の第三実施例による嵌入式マイクロタッチユニット１００と嵌入式マイクロタッチユニット基座２００との結合方法である。図６に示すように、まず嵌入式マイクロタッチユニット１００の嵌入部４５を嵌入式マイクロタッチユニット基座２００の接合槽５１３から嵌入槽５１１に挿入すると同時に、金属接合層２８と嵌入式マイクロタッチユニット基座２００を溶接法で接合し、そして金属接合層２８を介して嵌入式マイクロタッチユニット１００と嵌入式マイクロタッチユニット基座２００とを電気的に接続させる。続いて図７に示すように、エッチングにより嵌入式マイクロタッチユニット１００の犠牲層２３を除去することで基板１１と接合補助部４４をアーム４１とプローブ尖端部４３とから分離させることが可能である。
これにより嵌入式マイクロタッチユニット１００を嵌入式マイクロタッチユニット基座２００に部分的に嵌め込めば、嵌入式マイクロタッチユニット基座２００と確かに結合させることが可能となる。

したがって、本発明の実施例による嵌入式マイクロタッチユニットはプローブ尖端部と嵌入式マイクロタッチユニット基座との間の接合部位を定位する精度が比較的高いという長所を有するだけでなく、主な接点が最上層に近く、プローブのボディーが表面層に隠れているため、プローブの維持及び修理の作業をする際にプローブのボディーを壊してしまうことなく維持及び修理の作業を容易にするという長所を有する。同時に本発明の実施例による嵌入式マイクロタッチユニットのアームとプローブ尖端部は導電体から構成されるため、電流の耐受性が良好である。

図８に示すように、嵌入式マイクロタッチユニットの嵌入部４５の長さが足りず嵌入式マイクロタッチユニット基座２００の凹槽５１１を貫通することができない場合、嵌入式マイクロタッチユニット１００と外部回路７０とを接続させる媒介として嵌入式マイクロタッチユニット基座２００の嵌入槽５１１に導電材料６３を充填することが可能である。
図９に示すように、嵌入式マイクロタッチユニット基座２００の内部に既に回路配線６４が配置されている場合、嵌入式マイクロタッチユニット１００の金属接合層２８と回路配線６４とを接続させることで、外部回路７０と伝導することが可能である。このとき嵌入槽５１１の深さで嵌入部４５を十分に収納しさえすれば、シリコン基板５１の底面を貫通しない構造を選択することも可能である。

図１０から図１３に示すように、本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニット１００の嵌入部４５（図１０参照）は弾性を有する弾性構造４５’、４５’’、４５’’’（図１１から図１３参照）を採用することが可能である。この場合、その弾性変形方向は基板の平面に垂直である。弾性構造を製造する際、図２に示すような第一実施例に似ている製造工程を採用し、かつ多層の電鋳と平坦化などのステップにより堆積して構造を形成することが可能である。また弾性構造４５’、４５’’、４５’’’は接触または接合方法により外部の回路と電気的に接続することも可能である。

図１４から図１７に示すように、本発明の第三実施例による嵌入式マイクロタッチユニット１００のアーム４１は剛性を有する矩形体をアームの剛性を調整可能な中段を有する回転枢軸構造４１’、４１’’、４１’’’（図１５から図１７参照）に変更することが可能である。使用したい設計面積が小さすぎるか或いは厚さが限定され、かつプローブ尖端部の形を変更する量を大きくしたい場合、プローブ尖端部の接触力を小さくする情況を許容可能であれば回転枢軸構造を有するアームによりこの目的を達成することが可能である。また回転枢軸構造によりアーム構造全体の剛性を減少させることで、サイズが異なる嵌入式マイクロタッチユニットの剛性を一致させるように調整することが可能である。

周知のプローブの構造を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の製造過程を示す模式図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座の斜視図である。本発明の第二実施例による嵌入式マイクロタッチユニット基座のもう一つの実施様態の斜視図である。本発明の第三実施例による嵌入式マイクロタッチユニットと嵌入式マイクロタッチユニット基座の組立過程を示す模式図である。本発明の第三実施例による嵌入式マイクロタッチユニットと嵌入式マイクロタッチユニット基座の組立過程を示す模式図である。本発明の第四実施例による嵌入式マイクロタッチユニットと嵌入式マイクロタッチユニット基座を示す模式図である。本発明の第五実施例による嵌入式マイクロタッチユニットと嵌入式マイクロタッチユニット基座を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットを示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの異なる実施様態を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの異なる実施様態を示す模式図である。本発明の第一実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの異なる実施様態を示す模式図である。本発明の第三実施例による嵌入式マイクロタッチユニットと嵌入式マイクロタッチユニット基座を示す模式図である。本発明の第三実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの異なる実施様態を示す模式図である。本発明の第三実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの異なる実施様態を示す模式図である。本発明の第三実施例による嵌入式マイクロタッチユニットの異なる実施様態を示す模式図である。

符号の説明

１００嵌入式マイクロタッチユニット、１１基板、１１１欠け口、１２誘電薄膜、１３第一遮蔽層、１４導電薄膜、１５第二遮蔽層、１６強化薄膜、１７第三遮蔽層、１８第一支持材料、１９窪み口、２１第一電鋳材料、２２第四遮蔽層、２３犠牲層、２４第五遮蔽層、２５第二支持材料、２６第二電鋳材料、２７第六遮蔽層、２８金属接合層、２９第七遮蔽層、３１第三支持材料、３２第三電鋳材料、４１アーム、４１１第一長辺、４１２第二長辺、４２プローブ尖端の基座、４４接合補助部、４５嵌入部、４６接合部、２００嵌入式マイクロタッチユニット基座、５１シリコン基板、５１１嵌入槽、５１２設置槽、５１３接合槽、５２第一サブ遮蔽層、５３第二サブ遮蔽層、５４第三サブ遮蔽層、５５第四サブ遮蔽層、５６二酸化シリコン層、６１定位構造、６２回路配線、６３導電材料、７０外部回路、４５´、４５´´、４５´´´ 弾性構造、４１´、４１´´、４１´´´ 回転枢軸構造

Claims

基板を取り、基板に誘電薄膜を沈積するステップと
誘電薄膜に開口部を有する第一遮蔽層を形成するステップと、
開口部の中の誘電薄膜を除去するステップと、
第一遮蔽層を除去するステップと、
誘導薄膜が被覆していない基板の部位に対し、非等方性エッチングを行うことで基板に欠け口を形成するステップと、
誘電薄膜を除去するステップと、
基板の表面層に導電薄膜をコーティングするステップと、
導電薄膜の表面層に第二遮蔽層をコーティングし、第二遮蔽層に基板の欠け口に対応する開口部を形成するステップと、
欠け口に位置する導電薄膜に強化薄膜をコーティングするステップと、
第二遮蔽層を除去するステップと、
導電薄膜の局部位置にパターン化した第三遮蔽層を形成するステップと、
導電薄膜に第一支持材料をコーティングするステップと、
第三遮蔽層を除去することで第一支持材料に若干の窪み口を形成するステップと、
第一支持材料の窪み口に第一電鋳材料を沈積し、同時に第一電鋳材料と第一支持材料とを平坦に研磨するステップと、
基板の欠け口の上方に位置する第一電鋳材料に第四遮蔽層をコーティングするステップと、
犠牲層を沈積するステップと、
第四遮蔽層を除去することで欠け口に位置する第一電鋳材料の上方のみ犠牲層を形成しないステップと、
第一電鋳材料の上方に開口部を有する第五遮蔽層をコーティングするステップと、
電鋳法により第五遮蔽層の開口部の中に第二支持材料を形成するステップと、
第五遮蔽層を除去するステップと、
第五遮蔽層が除去された後、第二支持材料の中に形成された凹槽に第二電鋳材料を沈積し、同時に第二電鋳材料と第二支持材料とを平坦に研磨するステップと、
パターン化した開口部を有する第六遮蔽層を形成するステップと、
第六遮蔽槽の開口部に金属接合層を沈積するステップと、
第六遮蔽層を除去するステップと、
パターン化した第七遮蔽層を形成し、かつ金属接合層の端縁部に第七遮蔽層がやや被さるようにするステップと、
第三支持材料を沈積するステップと、
第七遮蔽層を除去するステップと、
第七遮蔽層が除去された後、第三支持材料の中に形成された凹孔に第三電鋳材料を沈積し、第三支持材料と第三電鋳材料の表面とを平坦に研磨するステップと、
同時に第一支持材料、第二支持材料、及び第三支持材料を除去するステップと、
導電薄膜を除去するステップと、
を含むことを特徴とする嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
誘電薄膜は窒化シリコンであることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一遮蔽層から第七遮蔽層はフォトレジスト材料であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一遮蔽層から第七遮蔽層にパターン化した開口部を形成する方法は、半導体製造のうちの周知のフォトマスキング工程にすることが可能であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
導電薄膜はチタン金属であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一支持材料から第三支持材料は銅金属であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一支持材料から第三支持材料は高分子材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一支持材料から第三支持材料はスパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一支持材料から第三支持材料は蒸着法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一支持材料から第三支持材料は電鋳法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一支持材料から第三支持材料はコーティング法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
犠牲層はチタン金属であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
犠牲層を沈積する方法はスパッタリング法であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
犠牲層を沈積する方法は蒸着法であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
犠牲層を沈積する方法はめっき法であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
金属接合層は一種または数種の良好な付着性を有する金属材質を含むことを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
金属接合層は単層または多層の材質から構成されることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
金属接合層を沈積する方法は、蒸着法であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
金属接合層を沈積する方法はスパッタリング法であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
金属接合層を沈積する方法はめっき法であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
基板は単結晶シリコンであることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
誘電薄膜は低圧化学気相蒸着（ＬＰＣＶＤ）法により基板の上に沈積されることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
誘電薄膜を除去する方法は活性イオンエッチング（ＲＩＥ）を採用することであることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
強化薄膜は、抗磨耗性、低付着性、良好な導電性を有することを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
強化薄膜はロジウム金属であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一電鋳材料から第三電鋳材料はニッケル金属であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一電鋳材料から第三電鋳材料はニッケル金属であることを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一長辺と、第一長辺に背中合わせに位置する第二長辺とを区分し、第二電鋳材料から形成されるアームと、
第一長辺の一端に連接され、かつアームに垂直である方向に沿い延伸され、第一電鋳材料から形成されるプローブ尖端部と、
第二長辺に垂直であるように上向きに延伸され、第三電鋳材料から形成される嵌入部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の製造方法によって形成された嵌入式マイクロタッチユニット。
アームは多結晶シリコン材質から構成されることを特徴とする請求項２８に記載の嵌入式マイクロタッチユニット。
アームは単結晶シリコン材質から構成されることを特徴とする請求項２８に記載の嵌入式マイクロタッチユニット。
アームは誘電材質から構成されることを特徴とする請求項２８に記載の嵌入式マイクロタッチユニット。
アームは高分子材料から構成されることを特徴とする請求項２８に記載の嵌入式マイクロタッチユニット。
アームは良好な導電性を有する材料と良好な抗疲労性を有する材料とから構成することが可能であることを特徴とする請求項２８に記載の嵌入式マイクロタッチユニット。
アームは数種の材質が異なる構造を堆積して形成することが可能であることを特徴とする請求項２８に記載の嵌入式マイクロタッチユニット。
アームは外部が絶縁遮蔽層とアースの導電層により被覆されることで良好な信号遮蔽効果を提供し、アーム内部の材質を介して伝送される信号の品質を高めることが可能であることを特徴とする請求項２８に記載の嵌入式マイクロタッチユニット。
プローブ尖端部は錐状を呈し、かつ一体成型されたプローブ基座によりアームに連接することを特徴とする請求項２８に記載の嵌入式マイクロタッチユニット。
嵌入部の両辺の上から延伸して形成される接合部を有することを特徴とする請求項２８に記載の嵌入式マイクロタッチユニット。
嵌入部は弾性を有する弾性体であることを特徴とする請求項２８に記載の嵌入式マイクロタッチユニット。
アームの中段はアームの剛性を調整可能な回転枢軸構造を備えることを特徴とする請求項２８に記載の嵌入式マイクロタッチユニット。
導電薄膜を除去するステップは、第三電鋳材料を基座内に嵌め込み、金属接合層と基座とを電気的に連接して犠牲層を取り除くことを特徴とする請求項１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造方法。
基座の製造方法は、
二酸化シリコン層を備えるシリコン基板の頂面と底面とに第一サブ遮蔽層を配置するステップと、
シリコン基板の頂面の第一サブ遮蔽層にパターン化した開口部を有する第二サブ遮蔽層を配置するステップと、
第二サブ遮蔽層の開口部に位置する第一サブ遮蔽層をエッチングするステップと、
第二サブ遮蔽層を除去するステップと、
シリコン基板の頂面にパターン化した第三サブ遮蔽層を配置するステップと、
シリコン基板の底面の第一サブ遮蔽層をパターン化するステップと、
シリコン基板の頂面に第四サブ遮蔽層を配置し、かつ第四サブ遮蔽層に第三サブ遮蔽層の開口部に対応する開口部を形成するステップと、
二酸化シリコン層を露出させるまで第四サブ遮蔽層から被覆されていないシリコン基板をエッチングすることでシリコン基板の頂面に嵌入槽を形成するステップと、
第四サブ遮蔽層を除去し、嵌入槽に位置する二酸化シリコン層をエッチングするステップと、
嵌入槽の深さが深くなるようにシリコン基板をエッチングし、かつ二酸化シリコン層を露出させるようになるまでシリコン基板の頂面の第一サブ遮蔽層と第三サブ遮蔽層とが被覆していない部位をエッチングすることでシリコン基板の頂面に設置槽を形成するステップと、
第三サブ遮蔽層および先ほど露出した二酸化シリコン層を除去するステップと、
シリコン基板の頂面をエッチングすることで凹槽の最上縁辺に接合槽を形成すると同時に、嵌入槽と設置槽の深さを深くするステップと、
を含むことを特徴とする請求項４０に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
二酸化シリコン層を備えるシリコン基板は、二酸化シリコン層を介して二つの単結晶のシリコンウェハを相互接合して形成されることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一サブ遮蔽層は二酸化シリコン材質であることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一サブ遮蔽層はフォトレジスト材料であることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一サブ遮蔽層は窒化シリコン材質であることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一サブ遮蔽層はアルミニウム金属材料であることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第二サブ遮蔽層はフォトレジスト材料であることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第三サブ遮蔽層は二酸化シリコン材質であることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第三サブ遮蔽層はフォトレジスト材料であることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第三サブ遮蔽層は窒化シリコン材質であることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第三サブ遮蔽層はアルミニウム金属材料であることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第三サブ遮蔽層は第一サブ遮蔽層と異なる材質であることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
第一サブ遮蔽層と第四サブ遮蔽層を配置する方法はフォトマスキング工程を採用することを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
嵌入槽はシリコン基板の頂面からシリコン基板の底面を貫通するようにエッチングされることを特徴とする請求項４１に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造法。
基座はシリコン基板、嵌入槽、設置槽、及び接合槽を備え、設置槽はシリコン基板の頂面のある部位から一定の幅と距離で下向きに延伸して形成され、接合槽はシリコン基板の頂面の他部位から下向きに延伸して形成され、嵌入槽は接合槽の底部から下向きに延伸して形成されることにより、嵌入式マイクロタッチユニットの第三電鋳材料を嵌入槽に嵌め込むことが可能であり、また嵌入式マイクロタッチユニットの第二電鋳材料は一部分が接合槽に収納されることで、接合槽に収納されていない第二電鋳材料の他の部分が設置槽から宙吊りになることを特徴とする請求項４０に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造方法。
嵌入式マイクロタッチユニットと外部回路とを接続させる媒介として基座の嵌入槽に導電材料を充填し、嵌入式マイクロタッチユニットの金属接合層と電気的に連接することが可能であることを特徴とする請求項５５に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造方法。
嵌入式マイクロタッチユニットと基座は、導電材料を介して外部回路を有するユニットに安定可能であることを特徴とする請求項５６に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造方法。
基座は、内部に若干の回路配線を有し、嵌入式マイクロタッチユニットの金属接合層と電気的に連接することで嵌入式マイクロタッチユニットを回路配線に接続させ、外部の回路に導通させることが可能であることを特徴とする請求項５５に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造方法。
基座は、表面に組立のための溝槽を有する回路板であることを特徴とする請求項５８に記載の嵌入式マイクロタッチユニットの製造方法。