JP5172400B2 - Manufacturing method of fine structure - Google Patents
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Description
本発明は、MEMSなどを構成する可動部を備えた微細な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 relates to a method of manufacturing a fine structure formed on a substrate in a state where a fine structure including a movable part that constitutes a MEMS or the like is sealed.
近年、半導体基板などのウエハ上で薄膜を形成して加工する半導体集積回路の製造技術を基本としたMEMS(Micro Electro Mechanical System)と呼ばれるマイクロマシンの開発が盛んに行われている。例えば、可動構造を持つRF−MEMSスイッチおよびMEMSマイクロフォンなどの研究開発が進められている。これらのMEMSでは、可動構造を備えた微細構造体が、ウエハレベルで一括に製造されている。 2. Description of the Related Art In recent years, development of a micromachine called MEMS (Micro Electro Mechanical System) based on a manufacturing technology of a semiconductor integrated circuit that forms and processes a thin film on a wafer such as a semiconductor substrate has been actively performed. For example, research and development of an RF-MEMS switch and a MEMS microphone having a movable structure are underway. In these MEMS, fine structures having a movable structure are collectively manufactured at a wafer level.
このようなMEMSに、所望の特性を維持させるためには、可動構造の周囲に外部からの異物の侵入を防ぐ保護構造と、可動構造が保護構造に接触しない中空構造が必要である。この中空構造の作製では、まず、中空構造とする領域に犠牲膜を形成し、犠牲膜の一部が外部に露出する開口部を備えた保護構造を犠牲膜の上に形成する。次に、保護構造の開口部を通して犠牲膜を除去すれば、犠牲膜が形成されていた領域に空間を備える中空構造が得られる(特許文献1参照)。 In order for such a MEMS to maintain desired characteristics, a protective structure that prevents the entry of foreign matter from the outside around the movable structure and a hollow structure in which the movable structure does not contact the protective structure are required. In the production of this hollow structure, first, a sacrificial film is formed in a region to be a hollow structure, and a protective structure having an opening through which a part of the sacrificial film is exposed to the outside is formed on the sacrificial film. Next, by removing the sacrificial film through the opening of the protective structure, a hollow structure having a space in the region where the sacrificial film was formed can be obtained (see Patent Document 1).
上述した中空構造の作製方法例について、図10(a)〜図10(d)の工程図を用いて簡単に説明する。図10(a)〜図10(d)では、模式的に断面を示している。まず、図10(a)に示すように、半導体基板501の上に凹部領域を形成し、プラズマCVD法などにより酸化シリコンを堆積することで絶縁膜503を形成する。次いで、有機樹脂を塗布して所定のアニールを行うなどにより、凹部領域を充填する犠牲層504が形成された状態とする。
An example of a method for manufacturing the hollow structure described above will be briefly described with reference to the process diagrams of FIGS. 10 (a) to 10 (d). 10A to 10D schematically show cross sections. First, as shown in FIG. 10A, a recess region is formed on a
次に、図10(b)に示すように、犠牲層504の上に、可動構造となる複数の金属構造体506が形成され、また、これらの金属構造体506の周囲を囲う支持部となる金属構造体507が形成された状態とする。金属構造体506は、数μm単位の間隔で密に配置され、金属構造体507は、数百μmの単位の間隔で粗に配置されている。
Next, as shown in FIG. 10B, a plurality of
次に、金属構造体506および金属構造体507を埋め込むように有機樹脂を塗布し、所定の条件で加熱処理を行い、また、フォトリソグラフィー技術により加工することで、図10(c)に示すように、金属構造体507は埋め込まれ、金属構造体507の上部は開放した状態に犠牲層511が形成された状態とする。
Next, an organic resin is applied so as to embed the
次に、金属構造体507および犠牲層511の上に、開口部516aを備えた天井516が形成された状態とし、開口部516aを通して酸素プラズマやオゾンを作用させることで、犠牲層511および犠牲層504を灰化処理して除去する。これらのことにより、図10(d)に示すように、天井516が金属構造体507により支持され、金属構造体507と天井516とで囲われた領域(中空構造)に、可動可能な状態の金属構造体506から構成された可動部が配置された状態が得られる。
Next, a
ところで、上述したように、中空構造を形成するために除去する犠牲層は、除去が容易に行えるために有機樹脂などから構成しているが、このような有機樹脂よりなる犠牲層は、一般には、回転塗布などの塗布により形成することになる。また、犠牲層とするためには数μmから十数μmの膜厚に形成することになるが、このような厚膜とするためには、高い粘度で用いることが一般的である。このために、微細な隙間の間には、有機樹脂が入り込みにくい状態となっている。 By the way, as described above, the sacrificial layer that is removed to form the hollow structure is made of an organic resin or the like because it can be easily removed. It is formed by coating such as spin coating. In order to obtain a sacrificial layer, the film is formed to a thickness of several μm to several tens of μm. In order to obtain such a thick film, it is generally used with a high viscosity. For this reason, the organic resin is difficult to enter between the minute gaps.
このため、有機樹脂である犠牲層511を形成する場合、例えば、図11(a)に示すように、間隔が狭い密に配置されている金属構造体506の間に気泡509aが形成される場合が発生する。このように気泡509aが形成されると、図11(b)に示すように、加熱処理により膨張して気泡509bとなり金属構造体506が変形し、また破壊される場合がある。
For this reason, when forming the
また、図11(c)に示すように、犠牲層511としての樹脂が入り込まない隙間509cが、形成される場合も発生する。このように隙間509cが形成されると、天井516を形成するときに、天井516を構成する材料が隙間509cに入り込み、図11(b)に示すように、天井516が形成されるとともに、金属構造体506の間に異常構造体509dが形成されてしまう。このように異常構造体509dが形成されると、金属構造体506の可動を阻害することになる。
Further, as shown in FIG. 11C, a
また、複数の金属構造体506の間隔が狭いため、例えば、間隔に対する金属構造体506の高さの比を大きくすると、これらの間の犠牲層511が除去しきれずに残り、図11(e)に示すように、有機樹脂残渣509eが形成される場合も発生する。このように有機樹脂残渣509eが形成されれば、前述同様に、金属構造体506の可動を阻害することになる。
Further, since the interval between the plurality of
以上に説明したように、有機樹脂の犠牲層を用いて中空構造を形成する場合、微細な間隔で配置されている複数の構造体が中空構造の内部に配置されていると、構造体を動作可能な状態に形成することが容易ではないという問題がある。 As described above, when a hollow structure is formed using a sacrificial layer of an organic resin, if a plurality of structures arranged at fine intervals are arranged inside the hollow structure, the structure operates. There is a problem that it is not easy to form in a possible state.
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、微細な間隔を有する構造体を、中空構造の部分に容易に形成でき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, and an object of the present invention is to make it possible to easily form a structure having a fine interval in a hollow structure portion.
本発明に係る微細構造体の製造方法は、基板の上に微細な間隙を備えた構造体が形成された状態とする第1工程と、基板の上に構造体を埋め込むように第1樹脂層が形成された状態とする第2工程と、間隙の部分の領域の第1樹脂層が除去された状態とする第3工程と、第1樹脂層の上に転写により第2樹脂層が形成された状態とする第4工程と、第2樹脂層の上に天井構造体が形成された状態とする第5工程と、第1樹脂層および第2樹脂層が除去されて天井構造体が基板上に離間して支持され、天井構造体と基板との間に構造体が配置された状態とする第6工程とを少なくとも備えるようにしたものである。第6工程で、第1樹脂層および第2樹脂層を除去するときに、構造体の間隙の部分には既に空間が形成された状態となっている。 The method for manufacturing a fine structure according to the present invention includes a first step in which a structure having a fine gap is formed on a substrate, and a first resin layer so as to embed the structure on the substrate. The second step in which the first resin layer is formed, the third step in which the first resin layer in the gap region is removed, and the second resin layer is formed on the first resin layer by transfer. A fourth step in which the ceiling structure is formed on the second resin layer, a fifth step in which the ceiling structure is formed on the second resin layer, and the ceiling structure is on the substrate by removing the first resin layer and the second resin layer. And at least a sixth step in which the structure is placed between the ceiling structure and the substrate. In the sixth step, when the first resin layer and the second resin layer are removed, a space is already formed in the gap portion of the structure.
上記微細構造体の製造方法において、第1工程では、基板の上に構造体とともに支持構造体が形成された状態とし、第2工程では、支持構造体の上面が露出する開口部を備えて第1樹脂層が形成された状態とし、第3工程では、支持構造体の上面が露出する開口部を備えて第2樹脂層が形成された状態とし、第4工程では、支持構造体の上に接続した状態に天井構造体が形成された状態とし、第5工程では、天井構造体が、支持構造体で支持された状態に形成された状態とする。 In the fine structure manufacturing method, in the first step, the support structure is formed together with the structure on the substrate, and in the second step, an opening is provided to expose the upper surface of the support structure. In the third step, the first resin layer is formed, and in the third step, the second resin layer is formed with an opening through which the upper surface of the support structure is exposed. In the fourth step, on the support structure. It is assumed that the ceiling structure is formed in a connected state, and in the fifth step, the ceiling structure is in a state of being supported by the support structure.
また、第1工程では、構造体を囲う枠状の支持構造体が形成された状態とし、第4工程では、天井構造体は、複数の貫通孔を備えて形成された状態とし、第5工程では、貫通孔を介して第1樹脂層および第2樹脂層を除去する。また、構造体および支持構造体は、めっきにより形成された金属より形成するとよい。また、第1樹脂層は、感光性を備えた樹脂から構成され、第3工程では、フォトリソグラフィー技術により間隙の部分の領域の第1樹脂層が除去された状態とすればよい。また、第2樹脂層は、STP法により形成することができる。 In the first step, a frame-like support structure surrounding the structure is formed, and in the fourth step, the ceiling structure is formed with a plurality of through holes. Then, the first resin layer and the second resin layer are removed through the through hole. Further, the structure body and the support structure body may be formed from a metal formed by plating. In addition, the first resin layer is made of a resin having photosensitivity, and in the third step, the first resin layer in the gap region may be removed by photolithography. The second resin layer can be formed by the STP method.
以上説明したように、本発明では、基板の上に構造体を埋め込むように第1樹脂層が形成された後、まず、間隙の部分の領域の第1樹脂層が除去された状態とし、また、第1樹脂層の上に転写により第2樹脂層が形成された状態としてから第2樹脂層の上に天井構造体が形成された状態とし、この後、第1樹脂層および第2樹脂層を除去するようにした。従って、本発明によれば、第1樹脂層および第2樹脂層を除去するときに、構造体の間隙の部分には既に空間が形成された状態となっているので、微細な間隔を有する構造体が、中空構造の部分に容易に形成できるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, in the present invention, after the first resin layer is formed so as to embed the structure on the substrate, first, the first resin layer in the region of the gap is removed, and The second resin layer is formed on the first resin layer by transfer, and then the ceiling structure is formed on the second resin layer. Thereafter, the first resin layer and the second resin layer are formed. Was to be removed. Therefore, according to the present invention, when the first resin layer and the second resin layer are removed, since a space is already formed in the gap portion of the structure, the structure having a fine interval An excellent effect that the body can be easily formed in the hollow structure portion is 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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[実施の形態1]
始めに、本発明の実施の形態1における微細構造体の製造方法について、図1(a)〜図4(q)を用いて説明する。なお、図1(a)〜図4(q)は、製造方法を説明するための工程図であり、一部の図を除き、各工程における微細構造体の状態(断面)を模式的に示している。また、図1(a)〜図4(q)では、微細構造体の最小単位の部分(素子部)となる一部領域を示しており、図示していない領域にも、同様の構成の複数の微細構造体が形成される。
[Embodiment 1]
First, the manufacturing method of the fine structure according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 4 (q). FIG. 1A to FIG. 4Q are process diagrams for explaining the manufacturing method, and schematically show the state (cross section) of the microstructure in each process except for some drawings. ing. In addition, FIGS. 1A to 4Q show a partial region that is a minimum unit portion (element portion) of the fine structure, and a plurality of components having the same configuration are also shown in a region that is not illustrated. The microstructure is formed.
まず、図1(a)に示すように、例えば所定の導電形とされた単結晶シリコンからなる基板101の上に、凹部102が形成された状態とする。公知のフォトリソグラフィー技術により凹部102となる領域に開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとしたよく知られたウエットエッチングにより基板101の表面をエッチングすることで、深さ3μm程度の凹部102が形成された状態とすることができる。
First, as shown in FIG. 1A, for example, a
また、凹部102が形成された基板101の表面に、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁層103が形成された状態とする。例えば、公知のプラズマCVD法により、酸化シリコンを厚さ1μm程度堆積することで、絶縁層103が形成できる。なお、基板101は、複数のトランジスタ,抵抗,容量,配線などから構成された半導体集積回路を備えていてもよく、例えば、集積回路の配線と電気的に接続するためのコンタクトホールなどが、絶縁層103の所定の箇所に形成されていてもよい。
Further, an insulating
次に、絶縁層103上の凹部102が充填された状態となるように、図1(b)に示すように、有機樹脂層104が形成された状態とする。例えば、ポジ型の感光性を有するポリイミドから構成された有機樹脂を塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜の凹部102以外の領域に紫外線を照射(露光)して現像し、凹部102以外の領域の塗布膜を除去することで、凹部102に充填する樹脂の層を形成することができる。この後、310℃/30分の加熱条件で加熱して硬化することで、有機樹脂層104が形成された状態とする。
Next, as shown in FIG. 1B, the
次に、図1(c)に示すように、有機樹脂層104および絶縁層103の上に、第1シード層105が形成された状態とする。第1シード層105は、例えば、スパッタ法や蒸着法などにより、まずチタンを堆積し、この上に金を堆積することで形成すればよい。チタンの膜厚は0.1μm程度とし、金の膜厚は0.1μm程度とすればよい。
Next, as illustrated in FIG. 1C, the
次に、図1(d)に示すように、第1シード層105の上に、中空構造を形成するための支持枠(支持構造体)の一部となる第1金属パターン107a,微細構造体となる第2金属パターン106a,微細構造体を支持するための支持部となる第3金属パターン110aが形成された状態とする。これら金属パターンの形成について簡単に説明すると、まず、第1シード層105の上に感光性レジスト材料を塗布して感光性レジスト膜が形成された状態とし、所望のパターンを備えるマスクを用いて露光することにより、所望箇所に開口部を備えたレジストパターンが形成された状態とする。感光性レジスト(レジストパターン)の膜厚は、15μm程度とすればよい。
Next, as shown in FIG. 1D, on the
次に、このレジストパターンの開口部に露出する第1シード層105の上に、めっき法(電解めっき法)により金のパターンが形成された状態とし、この後、レジストパターンが除去された状態とする。めっき膜は、膜厚10μm程度に形成すればよい。これらのことにより、第1シード層105の上に、第1金属パターン107a,第2金属パターン106a,および第3金属パターン110aが形成された状態が得られる。
Next, a gold pattern is formed by plating (electrolytic plating) on the
次に、第1金属パターン103a,第2金属パターン103b,および第3金属パターン103cをマスクとして第1シード層105をエッチング除去し、第1シード層105が第1金属パターン103a,第2金属パターン103b,および第3金属パターン103cに対応して各々電気的に分離した状態とする。例えば、第1シード層105の上層にある金は、王水を用いてエッチングすればよい。また、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液によるウエットエッチングでもよい。このエッチングにより露出した第1シード層105の下層のチタンは、フッ化水素水溶液によりウエットエッチングすればよい。
Next, the
以上のことにより、図1(f)および図1(e)に示すように、中空構造を形成するための支持枠107,微細構造体106,微細構造体106を支持するための支持部110が形成された状態とする。図1(e)は平面図であり、このff線の断面が、図1(f)に示されている。微細構造体106は、平面視幅3μm程度に形成され、また、間隙108の寸法が3μm程度に形成されたいわゆるライン&スペースパターンである。また、微細構造体106は、高さ10μm程度に形成される。なお、微細構造体106は、高さ10〜20μm、幅および間隔が3〜5μm程度のライン&スペースパターンであればよい。なお、微細構造体106は、梁109により支持部110に接続されている。また、支持部110は、平面視矩形の枠状に形成され、内部が500μm×800μmの領域を備え、幅100μm程度とされている。支持部110の内側側面は、例えば、支持部110と50〜100μm程度離間している。
As described above, as shown in FIGS. 1 (f) and 1 (e), the
次に、分離して形成した微細構造体106,支持枠107,梁109,および支持部110などを覆うように、絶縁層103の上に感光性樹脂層が形成された状態とする。感光性樹脂層は、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)などのベース樹脂にポジ型感光剤を付加したものを用いればよい。また、感光性樹脂層は、これら材料を回転塗布することで形成することができる。ポリベンゾオキサゾールをベース樹脂とするポジ型の感光性を有する樹脂としては、例えば、住友ベークライト株式会社製の「CRC8300」がある。
Next, a photosensitive resin layer is formed on the insulating
次に、支持枠107の上部および微細構造体106の領域の感光性樹脂層を除去し、図1(g)に示すように、支持枠107の上面が露出し、かつ微細構造体106の領域が除去された犠牲層(第1樹脂層)111が、絶縁層103の上に形成された状態とする。微細構造体106の、少なくとも間隙108の部分の領域の感光性樹脂層を除去すればよい。感光性を有する感光性樹脂層を公知のリソグラフィー技術によりパターニングすることで、微細構造体106の領域を除去し、かつ支持枠107の上面を露出した状態とすることができる。感光性樹脂層をパターニングする際には、前処理として120℃のプリベークを1分程度行う。また、パターニングした後には、310℃程度の加熱処理を30分間程度行い、樹脂の膜が熱硬化された状態とする。
Next, the photosensitive resin layer in the upper part of the
ここで、犠牲層111は、例えば、図2(h)の平面図に示すグレーの部分に形成されるようにすればよい。このように、微細構造体106の領域はパターニングにより除去して犠牲層111を形成すれば、樹脂を塗布して樹脂層を形成するときに微細構造体106の間に気泡などの不良が形成されていても、犠牲層111が形成された段階では除去されることになる。このため、後続の工程での従来のような問題が、発生しない状態とすることができる。また、上述したパターニングでは、樹脂を熱硬化する前に現像処理により除去しているので、微細構造体106の間隔が狭くても、これらの間の樹脂をより容易に除去することができる。
Here, the
次に、公知のSTP法(非特許文献1参照)により、図2(i)に示すように、支持枠107および犠牲層111の上に、微細構造体106の領域が覆われた状態で、感光性樹脂層(第2樹脂層)112が形成された状態とする。このSTP法による感光性樹脂層112の形成について簡単に説明すると、まず、感光性有機樹脂材料からなる膜厚5μm程度の感光性樹脂膜が予め塗布形成されているシートフィルムを用意する。次に、シートフィルムの感光性樹脂膜形成面を、支持枠107および犠牲層111の上面に熱圧着する。熱圧着は、例えば、20Pa程度に減圧された処理室内で、温度条件120℃とし、直径6インチの円形範囲に10kgfの荷重を1分間程度加えることで行えばよい。次いで、シートフィルムを感光性樹脂膜から剥離し、感光性樹脂膜に100℃・1時間程度の熱処理を加える。このことにより、感光性樹脂層112が、支持枠107および犠牲層111の上に貼り付けられた状態が得られる。
Next, by a known STP method (see Non-Patent Document 1), as shown in FIG. 2I, the region of the
このように膜を形成するSTP法では、塗布法と異なり、犠牲層111が形成されていない微細構造体106の領域に樹脂が流れ込むことなく、微細構造体106の領域において空間が形成されている状態を維持して感光性樹脂層112が形成できる。また、上述したように、減圧環境で感光性樹脂層112を貼り合わせれば、微細構造体106における空間内では、形成された感光性樹脂層112により封止される気体分子が少なく、この後に続く他の工程における加熱によっても、封止された空間が膨張して問題を起こすことが抑制される。
In the STP method for forming a film in this manner, unlike the coating method, the resin does not flow into the region of the
以上のようにSTP法により感光性樹脂層112が転写された後、よく知られたフォトリソグラフィー技術により感光性樹脂層112をパターニングし、図2(j)に示すように、支持枠107の上面が露出する開口部113が形成された状態とする。また、開口部113が形成された感光性樹脂層112は、310℃/30分の条件で加熱して硬化した状態とする。
After the
次に、図2(k)に示すように、開口部113内の支持部110の上を含む感光性樹脂層112の上に、第2シード層114が形成された状態とする。第2シード層114は、第1シード層105と同様であり、例えば、スパッタ法や蒸着法などにより、まずチタンを堆積し、この上に金を堆積することで形成すればよい。チタンの膜厚は0.1μm程度とし、金の膜厚は0.1μm程度とすればよい。
Next, as shown in FIG. 2 (k), the
次に、図2(l)に示すように、支持枠107の内側の領域の第2シード層114の上に、複数のレジストパターン115が形成され、レジストパターン115以外の領域は、第2シード層114の上面が露出している状態とする。レジストパターン115は、公知のフォトリソグラフィー技術により形成すればよい。
Next, as shown in FIG. 2 (l), a plurality of resist
次に、図3(m)に示すように、露出している第2シード層114の上に天井構造体116が形成された状態とする。例えば、電解めっき法により金の膜を形成することで、金のめっき膜からなる天井構造体116を形成すればよい。この後、例えば、酸素プラズマを用いた灰化処理によりレジストパターン115を除去することで、図3(n)に示すように、複数の開口部116aを備える天井構造体116が形成された状態となる。
Next, as illustrated in FIG. 3M, the
引き続いて、天井構造体116をマスクパターンとして第2シード層114をエッチング除去する。このエッチングは、前述した第1シード層105の場合と同様であり、例えば、上層にある金は、王水を用いてエッチングすればよい。また、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液によるウエットエッチングでもよい。このエッチングにより露出した下層のチタンは、フッ化水素水溶液によりウエットエッチングすればよい。このエッチングにより、開口部116aが貫通してこの底部に感光性樹脂層112が露出した状態となる。
Subsequently, the
次に、酸素プラズマやオゾンなどの活性な酸素を、開口部116aを通して感光性樹脂層112,犠牲層111,および有機樹脂層104に作用させてこれらを灰化処理することで除去し、図3(o)に示すように、支持枠107に囲われた領域の天井構造体116の下に、空間(中空構造)が形成された状態とする。言い換えると、絶縁層103とは離間して配置された天井構造体116が、支持枠107の上に支持され形成された状態となる。上述した感光性樹脂層112および犠牲層111の除去では、微細構造体106における微細な間隙108には、除去対象の樹脂が存在していないので、従来の技術で問題となったような、間隙108における樹脂残りは発生しない。
Next, active oxygen such as oxygen plasma or ozone is removed by applying an ashing treatment to the
また、樹脂残りなどがなく間隙108が正常に存在する状態で微細構造体106が形成されるので、微細構造体106の動作が、何ら妨げられることがない。例えば、微細構造体106は、図3(p)の平面図に示すように、凹部102の上で、図中に付した矢視線の方向に動作するが、間隙108に樹脂残りなどがないので、この動きが妨げられることがない。なお、このようにして中空構造を形成した後、図4(q)に示すように、開口部116aを塞ぐように封止膜118を天井構造体116の上に形成してもよい。例えば、STP法により有機樹脂の膜を転写することで、封止膜118が形成された状態とすればよい。また、CVD法などの堆積法で封止膜を形成してもよい。
Further, since the
なお、上述では、天井構造体116に開口部116aを形成し、開口部116aを介して犠牲層111を除去したが、これに限るものではない。例えば、天井構造体116が、支持枠107ではなく、部分的に形成された支持柱で支持されていれば、側方に開口部が存在していることになり、ここより犠牲層111の除去が可能となる。
In the above description, the
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2における微細構造体の製造方法について、図5(a)〜図5(c)を用いて説明する。なお、図5(a)〜図5(c)は、製造方法を説明するための工程図であり、各工程における微細構造体の状態(断面)を模式的に示している。また、図5(a)〜図5(c)では、微細構造体の最小単位の部分(素子部)となる一部領域を示しており、図示していない領域にも、同様の構成の複数の微細構造体が形成される。
[Embodiment 2]
Next, the manufacturing method of the microstructure in
まず、図5(a)に示すように、例えば所定の導電形とされた単結晶シリコンからなる基板201の上に、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁層202が形成された状態とする。例えば、公知のプラズマCVD法により、酸化シリコンを厚さ1μm程度堆積することで、絶縁層202が形成できる。なお、基板201は、複数のトランジスタ,抵抗,容量,配線などから構成された半導体集積回路を備えていてもよく、例えば、集積回路の配線と電気的に接続するためのコンタクトホールなどが、絶縁層202の所定の箇所に形成されていてもよい。
First, as shown in FIG. 5A, an insulating
次に、絶縁層202の上にシード層203を形成し、公知のフォトリソグラフィー技術により所定のレジストパターンを形成した後、レジストパターンの開口部に露出したシード層203の上に、電解めっき法により厚さ3μm程度の金をめっきすることで、金属構造体204および金属構造体209が形成された状態とする。この後、前述したように、形成した金属構造体204および金属構造体209をマスクとしてシード層203を除去する。ここで、金属構造体204の上には、支持枠が形成され、金属構造体209の上には、微細構造体を支持するための支持部が形成される。
Next, a
次に、金属構造体204および金属構造体209の間を充填するように、絶縁層202の上に樹脂層205が形成された状態とする。例えば、ポジ型の感光性を有する有機樹脂を塗布し、所定のパターン像の露光および現像により、金属構造体204および金属構造体209の上部に開口が形成された状態とし、この後、310℃/30分の条件で加熱して硬化することで、樹脂層205が形成可能である。
Next, the
以上のようにして、絶縁層202の上に、金属構造体204,金属構造体209,およびこれらを平坦化するように樹脂層205を形成した上に、前述した実施の形態1と同様に、まず、支持枠207,微細構造体206,微細構造体206を支持するための支持部210が、犠牲層とともに形成された状態とし、微細構造体206の部分の犠牲層は、除去した状態とする。
As described above, on the insulating
次に、これらの上に、STP法により樹脂の膜が形成された状態とし、この上に開口部216aを備えた天井構造体216が形成された状態とし、この後、犠牲層およびSTP法により形成した樹脂層などを除去する。これらの結果、天井構造体216が、支持枠207の上に支持されて形成され、支持枠207に囲われた領域の天井構造体216の下の空間に、微細構造体206が支持部110に可動可能に支持された状態に形成されるようになる。本実施の形態2では、金属構造体204および金属構造体209の上に、支持枠207および支持部210を形成することで、絶縁層202の上に離間して微細構造体206が形成された状態とし、前述した実施の形態1と同様に、微細構造体206が可動可能な状態としている。
Next, a resin film is formed on these by a STP method, and a
[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態3における微細構造体の製造方法について、図6(a)〜図7(f)を用いて説明する。なお、図6(b)〜図6(d)および図7(f)は、製造方法を説明するための工程図であり、各工程における微細構造体の状態(断面)を模式的に示している。また、図6(a)〜図7(f)では、微細構造体の最小単位の部分(素子部)となる一部領域を示しており、図示していない領域にも、同様の構成の複数の微細構造体が形成される。
[Embodiment 3]
Next, the manufacturing method of the fine structure in Embodiment 3 of this invention is demonstrated using Fig.6 (a)-FIG.7 (f). 6B to FIG. 6D and FIG. 7F are process diagrams for explaining the manufacturing method, and schematically show the state (cross section) of the microstructure in each process. Yes. Further, FIGS. 6A to 7F show a partial region which is a minimum unit portion (element portion) of the fine structure, and a plurality of components having the same configuration are provided in a region not shown. The microstructure is formed.
本実施の形態3では、図6(a)の平面図に示すように、複数に分離した微細構造体306および微細構造体316を備える場合について説明する。他の構成は、前述した実施の形態1と同様である。
In the third embodiment, as shown in the plan view of FIG. 6A, a case where a plurality of
まず、前述した実施の形態1において説明したように、例えば所定の導電形とされた単結晶シリコンからなる基板101の上に、凹部102が形成された状態とする。また、凹部102が形成された基板101の表面に、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁層103が形成された状態とする。次に、有機樹脂層104が形成された状態とする。
First, as described in the first embodiment, the
次に、有機樹脂層104および絶縁層103の上に、第1シード層105が形成された状態とし、また、第1シード層105を用いた電解めっき法などにより、支持枠107,微細構造体306,微細構造体316,支持部110が形成された状態とする。次に、微細構造体306,微細構造体316,支持枠107,および支持部110などを覆うように、絶縁層103の上に感光性樹脂層が形成された状態とする。次に、支持枠107の上部および微細構造体306,微細構造体316の領域の感光性樹脂層を除去し、支持枠107の上面が露出し、かつ微細構造体306,微細構造体316の領域が除去された犠牲層111が、絶縁層103の上に形成された状態とする。
Next, the
次に、本実施の形態3では、図6(b)に示すように、STP法により、支持枠107および犠牲層111の上に、微細構造体306,微細構造体316の領域が覆われた状態で、絶縁膜312が形成された状態とする。例えば、膜厚5μm程度のSOG(Spin-On-Glass)膜が予め塗布形成されているシートフィルムを用意する。次に、シートフィルムのSOG膜形成面を、支持枠107および犠牲層111の上面に熱圧着する。この熱圧着により、微細構造体306および微細構造体316の上面にも、SOG膜が接する。この後、シートフィルムを剥離し、支持枠107および犠牲層111の上に形成されたSOG膜を200℃・30分程度の条件で加熱して硬化させ、絶縁膜312が形成された状態とする。
Next, in the third embodiment, as shown in FIG. 6B, the regions of the
次に、図6(c)に示すように、微細構造体306および微細構造体316に渡る領域の絶縁膜312の上に、公知のフォトリソグラフィー技術により、レジストパターン309が形成された状態とする。次に、レジストパターン309をマスクとした選択的なドライエッチングにより絶縁膜312をエッチングすることでパターニングし、この後、レジストパターン309を除去する。このことにより、図6(d)および図6(e)に示すように、微細構造体306および微細構造体316を連結する連結部312aが形成された状態が得られる。
Next, as shown in FIG. 6C, a resist
以上のようにして連結部312aを形成した後、前述した実施の形態1と同様に、まず、支持枠107,犠牲層111,および連結部312aの上に、STP法により感光性樹脂層が形成された状態とし、支持枠107の上が開口する開口部を形成し、この開口部内の支持部110の上を含む感光性樹脂層の上に、第2シード層114が形成された状態とし、第2シード層114の上に天井構造体116が形成された状態とし、天井構造体116をマスクパターンとして第2シード層114をエッチング除去して開口部116aが貫通した状態とする。
After the
次に、酸素プラズマやオゾンなどの活性な酸素を、開口部116aを通して犠牲層111,および凹部102を充填している有機樹脂層に作用させてこれらを灰化処理することで除去し、図7(f)に示すように、支持枠107に囲われた領域の天井構造体116の下に、空間(中空構造)が形成された状態とする。言い換えると、絶縁層103とは離間して配置された天井構造体116が、支持枠107の上に支持され形成された状態となる。上述した感光性樹脂層112および犠牲層111の除去では、微細構造体106における微細な間隙108には、除去対象の樹脂が存在していないので、従来の技術で問題となったような、間隙108における樹脂残りは発生しない。
Next, active oxygen such as oxygen plasma or ozone is removed by applying an ashing treatment to the
また、樹脂残りなどがなく間隙108が正常に存在する状態で微細構造体106が形成されるので、微細構造体106の動作が、何ら妨げられることがない。例えば、微細構造体106は、図3(p)の平面図に示すように、凹部102の上で、図中に付した矢視線の方向に動作するが、間隙108に樹脂残りなどがないので、この動きが妨げられることがない。
Further, since the
また、連結部312aは、灰化処理では除去されず、微細構造体306および微細構造体316は連結された状態が保持される。本実施の形態では、微細構造体306および微細構造体316が絶縁材料からなる連結部312aで連結されるので、同時に動作する微細構造体306および微細構造体316が、電気的には分離された状態が得られる。
Further, the connecting
上述したように、実施の形態1〜3によれば、微細な間隙を備えた微細構造体が、間隙に犠牲層が残ることを原因としてこの可動が制限されることなく、安定して中空構造の内部に収容された状態で、容易に形成できるようになる。 As described above, according to the first to third embodiments, a fine structure having a fine gap can be stably hollow without being limited in its movement due to a sacrificial layer remaining in the gap. It becomes possible to form easily in the state accommodated in the inside.
また、動作する微細構造体に限らず、例えばインダクタなどの微細な間隙を備えた固定された構造体であっても、上述同様に、本発明を適用可能である。例えば、インダクタの場合、この間隙に犠牲層が部分的に残存すれば、設計した容量の値などが得られないことになり問題となる。これに対し、上述したように本発明の製造方法を適用することで、間隙内に犠牲層が残ることなどの問題を発生することなく、安定して中空構造の内部に収容された状態で、容易に形成できるようになる。 Further, the present invention can be applied not only to a fine structure that operates but also to a fixed structure having a fine gap, such as an inductor, as described above. For example, in the case of an inductor, if a sacrificial layer partially remains in the gap, a designed capacitance value cannot be obtained, which is a problem. On the other hand, by applying the manufacturing method of the present invention as described above, without causing problems such as the sacrificial layer remaining in the gap, in a state of being stably housed in the hollow structure, It can be formed easily.
また、上述では、犠牲層とする樹脂層の、微細構造体の間隙の部分の領域を除去するために、感光性を有する感光性樹脂層を用いるようにしたが、これに限るものではない。例えば、微細構造体106を埋め込むように樹脂層を形成し、この樹脂層の上に、微細構造体の間隙の部分の領域が開口するレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして樹脂層を選択的にエッチングすることで、微細構造体の間隙の部分の領域の樹脂層を除去してもよい。この場合、微細構造体の間隙の部分の領域の樹脂層を除去した後、上記レジストパターンは除去しておく。
In the above description, the photosensitive resin layer having photosensitivity is used in order to remove the region of the gap of the fine structure of the resin layer serving as the sacrificial layer, but the present invention is not limited to this. For example, a resin layer is formed so as to embed the
なお、上述では、シリコンなどの半導体からなる基板を用いるようにしたが、これに限るものではなく、石英やガラスなどの基板を用いてもよい。 In the above description, a substrate made of a semiconductor such as silicon is used. However, the present invention is not limited to this, and a substrate such as quartz or glass may be used.
[実施の形態4]
次に、実施の形態4について説明する。まず、図8(a)の斜視図および図8(b)の断面図に示すように、基板401に開口部402を形成し、また、開口部402より等方的に基板401をエッチングすることなどにより、基板401の内部に、空間403が形成された状態とし、この空間403の上に、可動構造404が形成された状態とする。
[Embodiment 4]
Next, a fourth embodiment will be described. First, as shown in the perspective view of FIG. 8A and the cross-sectional view of FIG. 8B, an
次に、図8(c)に示すように、開口部402は塞いで所定の領域に開口部を備える犠牲層405が、基板401の上に形成された状態とする。例えば、STP法により感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層を公知のフォトリソグラフィー技術でパターニングすることで、犠牲層405が形成された状態とすればよい。STP法によれば、開口部402を有する基板401の上であっても、開口部402および空間403の内部に樹脂材料などを進入させることなく、感光性樹脂層を形成することができる。
Next, as illustrated in FIG. 8C, the
次に、図8(d)に示すように、犠牲層405の上に、複数の開口部408を備える保護構造体406が形成された状態とする。この後、保護構造体406の開口部408を介して犠牲層405を除去することで、図9(e)および図9(f)に示すように、基板401の上に可動構造404が形成され、また、可動構造404が、保護構造体406に覆われて保護された状態が得られる。
Next, as illustrated in FIG. 8D, a
101…基板、102…凹部、103…絶縁層、104…有機樹脂層、105…第1シード層、106…微細構造体、106a…第2金属パターン、107…支持枠、107a…第1金属パターン、108…間隙、109…梁、110…支持部、110a…第3金属パターン、111…犠牲層、112…感光性樹脂層、113…開口部、114…第2シード層、115…レジストパターン、116…天井構造体、116a…開口部、118…封止膜。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板の上に前記微細構造体を埋め込むように第1樹脂層が形成された状態とする第2工程と、
前記間隙の部分の領域の前記第1樹脂層が除去された状態とする第3工程と、
前記第1樹脂層の上に転写により、前記微細構造体の領域が覆われた状態で、第2樹脂層が形成された状態とする第4工程と、
前記第2樹脂層の上に天井構造体が形成された状態とする第5工程と、
前記第1樹脂層および前記第2樹脂層が除去されて前記天井構造体が前記基板上に離間して支持され、前記天井構造体と前記基板との間に前記微細構造体が配置された状態とする第6工程と
を少なくとも備えることを特徴とする微細構造体の製造方法。 A first step in which a fine structure having a fine gap is formed on a substrate;
A second step in which a first resin layer is formed so as to embed the microstructure on the substrate;
A third step in which the first resin layer in a region of the gap is removed;
A fourth step of forming a second resin layer in a state where the region of the fine structure is covered by transfer onto the first resin layer;
A fifth step in which a ceiling structure is formed on the second resin layer;
The state in which the first resin layer and the second resin layer are removed and the ceiling structure is supported on the substrate so as to be spaced apart, and the fine structure is disposed between the ceiling structure and the substrate. A method for producing a fine structure, comprising at least a sixth step.
前記第1工程では、前記基板の上に前記微細構造体とともに支持構造体が形成された状態とし、
前記第2工程では、前記支持構造体の上面が露出する開口部を備えて前記第1樹脂層が形成された状態とし、
前記第3工程では、前記支持構造体の上面が露出する開口部を備えて前記第2樹脂層が形成された状態とし、
前記第4工程では、前記支持構造体の上に接続した状態に前記天井構造体が形成された状態とし、
前記第5工程では、前記天井構造体が、前記支持構造体で支持された状態に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 fine structure according to claim 1,
In the first step, a support structure is formed on the substrate together with the microstructure.
In the second step, the first resin layer is formed with an opening through which the upper surface of the support structure is exposed,
In the third step, the second resin layer is formed with an opening through which the upper surface of the support structure is exposed,
In the fourth step, the ceiling structure is formed in a state of being connected on the support structure,
In the fifth step, the ceiling structure is in a state of being supported by the support structure.
前記第1工程では、前記微細構造体を囲う枠状の前記支持構造体が形成された状態とし、
前記第4工程では、前記天井構造体は、複数の貫通孔を備えて形成された状態とし、
前記第5工程では、前記貫通孔を介して前記前記第1樹脂層および前記第2樹脂層を除去する
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to claim 2,
In the first step, the frame-shaped support structure surrounding the fine structure is formed,
In the fourth step, the ceiling structure is formed with a plurality of through holes,
In the fifth step, the first resin layer and the second resin layer are removed through the through hole.
前記微細構造体および支持構造体は、めっきにより形成された金属より形成する
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the fine structure according to claim 2 or 3,
The fine structure and the support structure are formed from a metal formed by plating.
前記第1樹脂層は、感光性を備えた樹脂から構成され、
前記第3工程では、フォトリソグラフィー技術により前記間隙の部分の領域の前記第1樹脂層が除去された状態とする
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,
The first resin layer is made of a resin having photosensitivity,
In the third step, the first resin layer in a region of the gap is removed by a photolithography technique.
前記第2樹脂層は、STP法により形成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 fine structure according to any one of claims 1 to 5,
The method of manufacturing a microstructure, wherein the second resin layer is formed by an STP method.
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