JP5900873B2 - Additive-added photoresist structure - Google Patents

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本発明は、フォトレジストとそれを用いた基板から熱分離しやすい薄膜の構造体に関し、フォトレジストに微細なファイバや発泡剤添加物として混入させて、フォトリソグラフィを用いて、所望の平面的もしくは立体的構造体を形成するためのフォトレジストを用いた強度が大きい微細な平面的もしくは立体的構造体を提供するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photoresist and a thin film structure that is easily thermally separated from a substrate using the photoresist. A fine fiber or a foaming agent is added to the photoresist as an additive, and a desired planar structure is obtained using photolithography. Alternatively, the present invention provides a fine planar or three-dimensional structure having high strength using a photoresist for forming a three-dimensional structure.

従来、マイクロマシーニング技術による微細な立体的構造体は、例えば、フォトリソグラフィ技術を利用して、単結晶シリコン(Si)の異方性エッチング技術や犠牲層エッチングにより所定の形状の空洞を形成して、その上部にシリコン酸化膜、窒化シリコン膜やSOI層膜などの無機薄膜を用いた架橋構造、カンチレバやダイアフラム構造の宙に浮いた薄膜を形成していた(特許文献1)。この基板から熱分離した宙に浮いた薄膜を赤外線の受光部として用いる熱型赤外線センサ、薄膜ヒータや薄膜温度センサを形成するフローセンサなどに利用していた。しかしながら、これらの無機薄膜は、機械的なショックや熱的歪に弱く、クラックが発生したりするという問題があった。また、シリコン酸化膜や窒化シリコン膜の形成には、歪みを小さくするために、化学的気相成長法(CVD法)などで形成することが多かった。しかし、製作には高温(例えば、800℃)を要するために、犠牲層を形成するにもそれ以上の温度の融点を有する物質を選択する必要があった。さらに、その設備も高価であり、安価な宙に浮いた薄膜形成が困難であった。また、SOI層膜を利用して基板から熱分離する薄膜にするには、SOI基板を用いれば、容易であるが、普通のシリコン基板に対して、SOI基板は、10倍以上の高価であるという問題もあった。 Conventionally, a fine three-dimensional structure formed by a micromachining technique, for example, uses a photolithography technique to form a cavity of a predetermined shape by an anisotropic etching technique or sacrificial layer etching of single crystal silicon (Si). In addition, a bridged structure using an inorganic thin film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or an SOI layer film, or a thin film floating in the air such as a cantilever or a diaphragm structure has been formed (Patent Document 1). It was used for a thermal infrared sensor using a thin film floating in the air thermally separated from the substrate as an infrared light receiving unit, a flow sensor for forming a thin film heater or a thin film temperature sensor, and the like. However, these inorganic thin films are vulnerable to mechanical shocks and thermal strains, and have the problem of causing cracks. In addition, in order to reduce distortion, the silicon oxide film and the silicon nitride film are often formed by a chemical vapor deposition method (CVD method) or the like. However, since a high temperature (for example, 800 ° C.) is required for fabrication, it is necessary to select a material having a melting point higher than that in order to form the sacrificial layer. Furthermore, the equipment is expensive, and it is difficult to form a thin film floating in the air at a low price. In addition, it is easy to use an SOI substrate to make a thin film that is thermally separated from the substrate using an SOI layer film. However, an SOI substrate is 10 times more expensive than a normal silicon substrate. There was also a problem.

本発明者は、先に、空洞により基板から熱分離した宙に浮いた構造の薄膜をフォトレジスト膜で形成し、多重層化したサーモパイルを温度センサとして形成して、これを赤外線センサの受光部として利用し、薄膜ヒータも形成してフローセンサにすることを提案した(特願2011−44604)。しかしながら、一般に有機薄膜であるフォトレジスト膜は、機械的ショックによる破損などに対する耐性が大きいが、その曲げ強度が不足し、自立的な薄膜構造体には、不向きであった。 The inventor first formed a thin film having a structure floating in the air, thermally separated from the substrate by a cavity, from a photoresist film, and formed a multi-layered thermopile as a temperature sensor. It was proposed that a flow sensor be formed by forming a thin film heater (Japanese Patent Application No. 2011-44604). However, a photoresist film, which is generally an organic thin film, has high resistance to damage due to mechanical shock, but its bending strength is insufficient, and is not suitable for a self-supporting thin film structure.

基板から熱分離するためには、基板への熱の逃げを小さくする構造が必要であり、このために空洞の上に薄膜を形成して、熱コンダクタンスを小さくさせていた。しかし、空洞の形成には、犠牲層の材料、基板の材料、エッチャント、処理温度、薄膜の材料など多くの制限要素があり、これらをすべて満足する材料や条件の設定が困難になっていた。また、それらの薄膜の形状には、フォトリソフラフィを用いるので、工程数の少なく単純な工程で所望の微細な形状で、しかも、画一的な構造体となる基板から熱分離させる方法や構造体が求められていた。 In order to perform thermal separation from the substrate, a structure that reduces heat escape to the substrate is required. For this purpose, a thin film is formed on the cavity to reduce the thermal conductance. However, the formation of the cavity has many limiting factors such as the material for the sacrificial layer, the material for the substrate, the etchant, the processing temperature, the material for the thin film, and it has been difficult to set materials and conditions that satisfy all of these. Also, since photolithography is used for the shape of these thin films, there is a method and structure in which the number of steps is small and the desired fine shape is achieved in a simple process, and the substrate is a uniform structure. The body was sought.

さらに、薄膜でありながら、薄膜の曲げ強度を大きくすると共に、その薄膜に形成した薄膜ヒータや赤外線受光部などからの熱伝導を小さくするような立体的構造体が求められていた。 Further, there has been a demand for a three-dimensional structure that increases the bending strength of the thin film and reduces the heat conduction from the thin film heater, the infrared light receiving portion, and the like formed on the thin film while being a thin film.

特開2006−184151JP 2006-184151 A

本発明は、上述の問題を解決するためになされたもので、基板に形成する熱分離しやすい薄膜の構造体で、画一的な所望の形状、厚み、寸法が容易に形成でき、かつ強度の大きい構造体を形成するための材料を用いた構造体を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a thin-film structure that is easily formed on a substrate and that can be easily separated into a desired shape, thickness, and dimensions. An object of the present invention is to provide a structure using a material for forming a large structure.

上記の目的を達成するために、本発明の請求項1に係わる添加物入りフォトレジスト構造体は、添加物入りフォトレジストのパターンの熱硬化物からなる、宙に浮いた薄膜を有する立体的構造体であって、該フォトレジストには溶解しない固体の添加物を混入してあり、該添加物をファイバとしたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, an additive-containing photoresist structure according to claim 1 of the present invention is a three-dimensional structure having a thin film suspended in the air, which is made of a thermosetting product of an additive-containing photoresist pattern. The photoresist is mixed with an insoluble solid additive, and the additive is a fiber.

一般に、感光性樹脂であるフォトレジストには、液状になっているものとシート状になっているものがある。液状になっているものは、基板にスピンコートやスプレーコートなどで塗布して、乾燥後、所望のパターン形状に光を照射し(露光)、パターン形状のうち、未反応の領域のフォトレジストを溶出させてパターンを形成する(現像)の工程を経た後、一般には、加熱して硬化させる。また、露光時における光を照射した箇所が現像時に溶出されないで残るタイプをネガタイプのフォトレジストといい、露光時における光を照射した箇所が現像時に溶出して残存しなくなるタイプをポジタイプと呼んでいる。 Generally, there are a photoresist that is a photosensitive resin and a photoresist that is in a liquid state. For those in liquid form, they are applied to the substrate by spin coating or spray coating, and after drying, light is irradiated onto the desired pattern shape (exposure). After passing through a step of elution to form a pattern (development), it is generally heated and cured. Also, the type that remains where the light irradiated during exposure is not eluted during development is called a negative type photoresist, and the type where the light irradiated during exposure does not elute during development is called a positive type. .

シート状のフォトレジストも初期には、液状であり、この液状のときに粉末や微細なファイバなどを混入させて、均一になるように混ぜ合わせることができる。白い粉末は、本来可視光線では、透明な物質であり、空気との屈折率の差で白く見えるものである。したがって、粉末や微細なファイバなどの間に液体が入りこめば、屈折率の差が少なくなりほぼ透明な状態になるものである。 The sheet-like photoresist is also in a liquid state in the initial stage, and when it is in the liquid state, powder or fine fibers can be mixed and mixed so as to be uniform. White powder is originally a transparent substance in visible light, and appears white due to a difference in refractive index from air. Therefore, if a liquid enters between powder or fine fibers, the difference in refractive index is reduced and the film becomes almost transparent.

本発明の請求項2に係わる添加物入りフォトレジスト構造体は、前記添加物入りフォトレジストのパターンが、基板上の添加物入りフォトレジストの残存部である場合である。 The additive-containing photoresist structure according to claim 2 of the present invention is a case where the additive-containing photoresist pattern is a remaining portion of the additive-containing photoresist on the substrate .

添加物入りフォトレジストが、ネガタイプでも、ポジタイプでも、液状の時には、基板にスピンコータなどで塗布し、シート状の時には、貼り付けて形成すると良い。 When the additive-containing photoresist is a negative type or a positive type and is in a liquid state, it is preferably applied to the substrate with a spin coater or the like, and when it is in a sheet form, it is preferably attached to the substrate.

添加物は、必ずしも一種類とは限らないが、少なくともその一つにファイバを添加した場合である。ファイバには、ガラスファイバ、アルミナなどのセラミックスファイバ、ナイロンファイバやカーボンナノチューブなどを短くして混入することができる。基板から熱分離した薄膜は、一般に空洞上に形成することが多い。この薄膜としてフォトレジスト膜を使用すると、その薄膜の所望の箇所に所定の形状の高精度の穴を形成することが容易にできる。 The additive is not necessarily one type, but is a case where a fiber is added to at least one of them. Glass fibers, ceramic fibers such as alumina, nylon fibers, carbon nanotubes, and the like can be shortened and mixed. In general, a thin film thermally separated from a substrate is generally formed on a cavity. When a photoresist film is used as the thin film, a highly precise hole having a predetermined shape can be easily formed at a desired position of the thin film.

しかし、一般にフォトレジスト膜は、PMMA膜やポリイミドフイルムなどの有機薄膜なので、柔らかく空洞を架橋する架橋構造の場合やダイアフラム構造の場合は、幾分形状を保持することができるが、それでも無機材の薄膜と異なり、空洞の中央部付近での弛みが無視できないことが多い。また、カンチレバ構造による基板からの熱分離構造では、膜厚を十分大きくしないと、カンチレバ構造体の形状維持が困難になる。 However, in general, a photoresist film is an organic thin film such as a PMMA film or a polyimide film. Therefore, in the case of a crosslinked structure that softly crosslinks a cavity or a diaphragm structure, the shape of the photoresist film can be maintained somewhat. Unlike thin films, loosening near the center of the cavity is often not negligible. In addition, in the thermal separation structure from the substrate with the cantilever structure, it is difficult to maintain the shape of the cantilever structure unless the film thickness is sufficiently large.

本発明では、添加物としてガラスファイバなどの細くて短いファイバを液状のフォトレジストに混入しておいた添加物入りフォトレジストを、例えば、犠牲層を有する基板に塗布して、必要なフォトリソグラフィ工程で、所望の形状にパターン化して、熱硬化などさせた後、犠牲層をエッチング除去すれば、この箇所が空洞となり、基板の上に形成された空洞の上に宙に浮いた薄膜(基板から熱分離した薄膜)を、添加物としてのファイバを含む添加物入りフォトレジスト膜で構成することができる。例えば、直径1マイクロメートル(μm)で、長さ10μm程度の細くて短いガラスファイバを液状のフォトレジストに混入してアルミニウムなどの犠牲層(例えば、幅300μm、高さ20μm)を有する基板の
上に2μm厚程度にスピンコート法により塗布すれば、添加物入りフォトレジストの粘度にもよるが、ガラスファイバの長さ方向は、基板や犠牲層の面に沿って配向され(スピンコートのために、その回転の遠心力方向にガラスファイバの長さ方向が向くことが多い)、添加物入りフォトレジストの厚み方向には飛び出さないで済み、ほぼ平坦な添加物入りフォトレジスト膜が形成される。各ガラスファイバは、互いに接触しながらフォトレジスト膜塗布層内で配列し、フォトレジスト膜の熱硬化によりガラスファイバ同士が結び付けられ強固な添加物入りフォトレジスト薄膜となる。その後、アルミニウムなどの犠牲層をそのエッチャントである希塩酸などでエッチング除去すれば、宙に浮いた弛みの少ない基板から熱分離した添加物入りフォトレジスト薄膜の立体的な構造体が形成される。もちろん、この宙に浮いた基板から熱分離した添加物入りフォトレジスト薄膜の上に、サーモパイルなどの温度センサ及び赤外線吸収膜などを形成しておけば、熱型赤外線センサが提供できるし、薄膜ヒータと温度センサとを組み合わせて形成すれば、フローセンサなどが提供できる。このようにして、温度センサや薄膜ヒータの材料を除けば、大部分が添加物入りフォトレジストからなる立体的構造体が提供できる。
In the present invention, an additive-added photoresist in which a thin and short fiber such as a glass fiber is mixed in a liquid photoresist as an additive is applied to a substrate having a sacrificial layer, for example, in a necessary photolithography process. If the sacrificial layer is etched away after patterning into a desired shape, thermosetting, etc., this location becomes a cavity, and a thin film (heated from the substrate) floats above the cavity formed on the substrate. The separated thin film) can be composed of an additive-containing photoresist film containing fibers as additives. For example, on a substrate having a sacrificial layer such as aluminum (for example, 300 μm wide and 20 μm high) by mixing a thin and short glass fiber having a diameter of 1 μm (μm) and a length of about 10 μm into a liquid photoresist. If the coating is applied to a thickness of about 2 μm by spin coating, the length direction of the glass fiber is oriented along the surface of the substrate and the sacrificial layer, depending on the viscosity of the photoresist containing the additive (for spin coating, In many cases, the length direction of the glass fiber is directed in the direction of the centrifugal force of the rotation), and it is not necessary to jump out in the thickness direction of the photoresist with additive, and a substantially flat photoresist film with additive is formed. The glass fibers are arranged in the photoresist film coating layer while being in contact with each other, and the glass fibers are bonded to each other by thermosetting the photoresist film to form a strong additive-added photoresist thin film. After that, if the sacrificial layer such as aluminum is etched away with dilute hydrochloric acid or the like as an etchant, a three-dimensional structure of a photoresist thin film containing an additive thermally separated from a substrate with little slack floating in the air is formed. Of course, if a temperature sensor such as a thermopile and an infrared absorbing film are formed on the photoresist thin film containing additives thermally separated from the substrate floating in the air, a thermal infrared sensor can be provided, and a thin film heater and If formed in combination with a temperature sensor, a flow sensor or the like can be provided. In this way, a three-dimensional structure consisting mostly of an additive-added photoresist can be provided, except for temperature sensor and thin film heater materials.

添加物入りフォトレジストは、感光性材料であるからフォトリソグラフィにより、任意の形状のパターン化が形成できる。添加物入りフォトレジストを塗布してパターン化して、その上に薄膜温度センサ、薄膜ヒータや電極などを形成したのち、さらにこれらの工程を繰り返して添加物入りフォトレジスト膜の立体的な多層化薄膜を形成することもできる。各多重層間の電極同士を添加物入りフォトレジスト膜に形成した貫通孔を利用して金属パターンで導通させることもできる。このようにして高感度のセンサやセンサの組み合わせで高機能のセンサを実現させることができる。貫通孔を形成するときには、その直径を添加物としてのガラスファイバの長さよりも大きくする方がよい。 Since the photoresist with an additive is a photosensitive material, it can be patterned into an arbitrary shape by photolithography. Apply additive-patterned photoresist, pattern it, and form a thin film temperature sensor, thin-film heater, electrode, etc. on it, then repeat these steps to form a three-dimensional multilayered thin film of additive-added photoresist film You can also It is also possible to conduct with a metal pattern using a through hole in which electrodes between the multiple layers are formed in the photoresist film containing an additive. In this way, a highly functional sensor can be realized by a highly sensitive sensor or a combination of sensors. When forming a through-hole, it is better to make the diameter larger than the length of the glass fiber as an additive.

薄膜で宙に浮いた立体的構造体を形成するときには、薄膜構造体の強度が重要であるからガラスファイバなどの添加物入りフォトレジスト膜が好適であるが、基板に形成されている領域は、単に絶縁膜として用いる場合など、必ずしも曲げ強度などの必要がないので、添加物入りでない普通のフォトレジスト膜が好適である場合がある。このような場合は、普通のフォトレジスト膜の領域と、添加物入りフォトレジスト膜の領域とで組み合わせた構造にすることもできる。 When forming a three-dimensional structure floating in the air with a thin film, since the strength of the thin film structure is important, a photoresist film containing an additive such as glass fiber is suitable, but the region formed on the substrate is simply Since it is not always necessary to have bending strength when used as an insulating film, an ordinary photoresist film containing no additive may be suitable. In such a case, a structure in which an ordinary photoresist film region and an additive-added photoresist film region are combined can be used.

本発明の請求項3に係わる添加物入りフォトレジスト構造体は、前記ファイバが、フォトレジストのパターン化に使用する紫外線の波長に対して透明である場合である。 The additive-containing photoresist structure according to claim 3 of the present invention is a case where the fiber is transparent to the wavelength of ultraviolet rays used for patterning the photoresist .

一般に、フォトレジストの露光には、紫外線が用いられる。フォトレジストの中にこの紫外線に対して不透明な固体や散乱体が存在すると、それらにより、それらの下部にあるフォトレジスト領域が未露光状態となり、ネガタイプのフォトレジストの場合は、この未露光状態の領域は、現像によりフォトレジスト成分が溶け出し、添加物入りフォトレジストが無くなってしまうことになる。したがって、露光用の紫外線に対して、透明な添加物の材料選択が重要である。また、厚みを大きくして添加物の陰の部分の露光に散乱光を利用することもできるが、透明な添加物でも表面からの反射や散乱もあるので、添加物が無いときのフォトレジストに対して露光時間を長めにする必要がある。 In general, ultraviolet light is used for exposure of the photoresist. If there are solids or scatterers that are opaque to this UV light in the photoresist, they will leave the photoresist area underneath them unexposed, and in the case of negative photoresists this unexposed state. In the region, the photoresist component is dissolved by development, and the photoresist containing the additive is lost. Therefore, it is important to select a transparent additive material for the ultraviolet rays for exposure. In addition, it is possible to use scattered light for exposure of the shadowed portion of the additive by increasing the thickness, but even a transparent additive has reflection and scattering from the surface, so it can be used as a photoresist when there is no additive. On the other hand, it is necessary to lengthen the exposure time.

本発明の請求項に係わる添加物入りフォトレジスト構造体は、添加物入りフォトレジストに混入するファイバの寸法を、添加物入りフォトレジストにより形成される構造体の最小厚みよりも細く、該構造体の最小パターンの長さよりも短くさせた場合である。 The additive-containing photoresist structure according to claim 4 of the present invention is such that the size of the fiber mixed in the additive-containing photoresist is smaller than the minimum thickness of the structure formed by the additive-containing photoresist. This is a case where the length is shorter than the pattern length.

添加物入りフォトレジストの添加物としてファイバとした場合であり、所定のパターンを形成したときに、フォトレジスト膜の厚みよりもファイバの直径が小さくないと(細くないと)、フォトレジスト膜がファイバのために凸凹してしまう。また、例えば、フォトレジスト膜に形成する孔を露光、現像でパターン化したときに、その孔の直径よりもファイバの長さが大きいと、孔をファイバで塞いでしまうという問題が生じる。また、細長いフォトレジスト膜のパターンを基板上に残したい場合でも、そのパターンの幅よりもファイバの長さが大きいと、そのパターンからファイバが大きくはみ出し、精度のよいパターンが形成できない。しかし、ファイバの長さがパターンの幅以下であれば、パターンの幅程度の精度でパターン形成が可能である。また、基板上に犠牲層を形成して、その上に添加物入りフォトレジストを塗布し、パターン化して硬化後、犠牲層をエッチング除去して空洞を形成して、添加物入りフォトレジスト膜を構造体とした橋を形成する場合、犠牲層の厚みよりもファイバの長さが大きいと、橋の脚部において、ファイバが橋の上に飛び出す状況になる。橋の脚部の大きさは犠牲層の厚みにより決定されるので、ファイバの長さを犠牲層の厚みよりも短くなるような添加物としてのファイバの長さの調整が重要である。 This is a case where a fiber is used as an additive of a photoresist containing an additive. When a predetermined pattern is formed, if the diameter of the fiber is not smaller than the thickness of the photoresist film (if it is not thin), the photoresist film is made of the fiber. Therefore, it will be uneven. Further, for example, when the hole formed in the photoresist film is patterned by exposure and development, if the length of the fiber is larger than the diameter of the hole, there is a problem that the hole is blocked with the fiber. Further, even when it is desired to leave a pattern of an elongated photoresist film on the substrate, if the length of the fiber is larger than the width of the pattern, the fiber protrudes greatly from the pattern, and an accurate pattern cannot be formed. However, if the length of the fiber is equal to or smaller than the width of the pattern, the pattern can be formed with an accuracy about the width of the pattern. Also, a sacrificial layer is formed on the substrate, and an additive-added photoresist is coated thereon, patterned and cured, and then the sacrificial layer is etched away to form a cavity, whereby the additive-containing photoresist film is structured. When the length of the fiber is larger than the thickness of the sacrificial layer, the fiber jumps out of the bridge at the leg portion of the bridge. Since the size of the leg of the bridge is determined by the thickness of the sacrificial layer, it is important to adjust the length of the fiber as an additive so that the length of the fiber is shorter than the thickness of the sacrificial layer.

本発明の請求項5に係わる添加物入りフォトレジスト構造体は、添加物入りフォトレジストのパターンの熱硬化物からなる、フォトレジスト構造体であって、該フォトレジストには溶解しない固体の添加物を混入してあり、該添加物をファイバとし、該添加物として、前記ファイバの他に、発泡剤を混入したことを特徴とするものである。 The photoresist structure containing an additive according to claim 5 of the present invention is a photoresist structure made of a thermosetting product of a photoresist pattern containing an additive, and includes a solid additive that does not dissolve in the photoresist. Yes and, the additive and the fiber, as the additive, in addition to the fibers, is characterized in that the mixed blowing agent.

ゴム系フォトレジストを用いると、例えば、200℃程度で軟化するので、この温度で発泡する発泡剤を添加物として用いることができる。炭酸水素ナトリウムは、固体の白い粉末であり、加熱すると炭酸ガスを発生して発泡剤となる。白い粉末は、270℃で熱分解するが、水分を含むと分解温度が低下する。また、紫外線に対しても透明であり、液状のフォトレジストに充分混ぜるとほぼ透明になる。また、有機系発泡剤であるアゾジカルボンアミドは、橙色微粉末であり、助剤を併用して発泡させる。分解温度は200℃であり、亜鉛化合物との併用等により分解温度を調節も可能である。このように、発泡剤と助剤とを組み合わせて添加物とすることができる。これらの発泡剤により炭酸ガスや窒素ガスを発生させて、添加物入りフォトレジストのフォトレジスト部分を微細な泡を生じ占めて軟化したフォトレジスト膜の体積を膨張させて、例えば、疎な材料になるために断熱材料として利用することができる。 When a rubber-based photoresist is used, for example, it softens at about 200 ° C., so a foaming agent that foams at this temperature can be used as an additive. Sodium hydrogen carbonate is a solid white powder, which generates carbon dioxide when heated and becomes a foaming agent. The white powder is thermally decomposed at 270 ° C., but when it contains moisture, the decomposition temperature decreases. It is also transparent to ultraviolet rays, and becomes almost transparent when sufficiently mixed with a liquid photoresist. Also, azodicarbonamide, which is an organic foaming agent, is an orange fine powder and is foamed together with an auxiliary agent. The decomposition temperature is 200 ° C., and the decomposition temperature can be adjusted by the combined use with a zinc compound. Thus, a foaming agent and an auxiliary agent can be combined to make an additive. Carbon dioxide gas or nitrogen gas is generated by these foaming agents, and the volume of the softened photoresist film is expanded by generating fine bubbles in the photoresist portion of the photoresist containing the additive, for example, to become a sparse material. Therefore, it can be used as a heat insulating material.

本発明の請求項6に係わる添加物入りフォトレジスト構造体は、請求項5記載の添加物入りフォトレジスト構造体であって、発泡処理により、基板上でフォトレジストを膨らませてある場合である。
The photoresist structure with an additive according to claim 6 of the present invention is the photoresist structure with an additive according to claim 5, wherein the photoresist is expanded on the substrate by foaming treatment .

添加物入りフォトレジストとして、ネガタイプでもポジタイプでも良いが、液状のフォトレジストに添加物として、前記ファイバの他に、発泡剤や助剤を混入しておき、これを基板に塗布しても良いし、前記ファイバの他に、発泡剤や助剤を混入してある添加物入りフォトレジストがシート状であり、これを基板に貼り付け形成しても良い。これらを、露光、現像処理後に、発砲処理を施し、フォトレジストを膨らませるようにした場合である。 As an additive-added photoresist, it may be a negative type or a positive type, but in addition to the fiber, a foaming agent or an auxiliary agent may be mixed in the liquid photoresist, and this may be applied to the substrate, In addition to the fiber, an additive-added photoresist mixed with a foaming agent and an auxiliary agent is in the form of a sheet, which may be formed by pasting it on a substrate. This is the case where after the exposure and development processing, a firing process is performed to expand the photoresist.

発泡剤として、必ずしも加熱による分解ばかりでなく、例えば、発泡剤の吸収波長を照射して、光化学反応により発泡させるようにすることもできるし、液体薬品に浸し、混入した発泡剤と化学反応させるようにして発泡させることもできる。 The foaming agent is not necessarily decomposed by heating. For example, the foaming agent may be irradiated with the absorption wavelength of the foaming agent to be foamed by a photochemical reaction, or immersed in a liquid chemical and chemically reacted with the mixed foaming agent. It can also be made to foam in this way.

添加物入りフォトレジスト構造体は、構造体の少なくとも一部に上述のファイバや更に発泡剤を添加してある添加物入りフォトレジストを用いて形成すると良い。 The photoresist structure with an additive may be formed using an additive-added photoresist in which the above-described fiber or a foaming agent is added to at least a part of the structure .

有機系、無機系の発泡材や助剤の適当な選択により、発泡させる熱分解温度を調整することができる。もちろん、金属やセラミックスなどの構造体の一部として添加物入りフォトレジストを用いて組み合わせた平面的もしくは立体的な構造体を形成することもできる。 The thermal decomposition temperature for foaming can be adjusted by appropriate selection of organic and inorganic foaming materials and auxiliaries. Needless to say, a planar or three-dimensional structure can be formed by using a photoresist containing an additive as a part of a structure such as metal or ceramic.

また、添加物入りフォトレジストの添加物としてファイバと助剤を含む発泡剤を混入することもできる。添加物入りフォトレジストのフォトレジスト成分は、容易に露光によりパターン化できるので、所望の形状で発泡して膨らんだ添加物入りフォトレジスト構造体を形成することもできる。ファイバを入れてあることから、さらに強度が大きい平面的もしくは立体的構造体が提供できる。 Moreover, a foaming agent containing a fiber and an auxiliary agent can be mixed as an additive of the photoresist containing the additive. The photoresist composition of the additive-containing photoresist, because it patterned by easily exposed, it is also possible to form the desired additive-filled bulging foamed shape photo registry structure body. Since the fiber is contained, a planar or three-dimensional structure having higher strength can be provided.

一般に板の曲げ強度は、その板の厚みの3乗に比例するので、例えば、厚みが2倍になると8倍の曲げ強度が得られる。このように、実効的に厚い膜になるので、断熱構造としながら、基板から熱分離する宙に浮いた薄膜の材料として用いることにより、曲げ強度の大きい宙に浮いた薄膜からなる構造体を形成することができる。 Since the bending strength of a plate is generally proportional to the cube of the thickness of the plate, for example, when the thickness is doubled, a bending strength of 8 times is obtained. In this way, it becomes a thick film effectively, so it forms a structure consisting of a thin film floating in the air with high bending strength by using it as a material of a thin film floating in the air that is thermally isolated from the substrate while having a heat insulating structure. can do.

本発明の添加物入りフォトレジスト構造体では、塗布と露光により所望の形状のパターン形状を、高精度に容易に形成できるフォトレジストとこれに種々の機能を有する固体の添加物を入れることができるので、所望の形状で必要な機能を具備した平面的もしくは立体的な構造体を形成できるという利点がある。 In the photoresist structure containing an additive of the present invention, a photoresist that can easily form a pattern shape of a desired shape by coating and exposure, and a solid additive having various functions can be added thereto. There is an advantage that a planar or three-dimensional structure having a desired shape and a necessary function can be formed.

本発明の添加物入りフォトレジスト構造体では、フォトレジストの添加物として、細くて短いファイバを混入し、露光用光源の波長に対して透明な材料にすると、所望のパターンの露光が達成できるので、所定の形状で、例えば、空洞の上に形成される宙に浮いた橋やカンチレバやダイアルラム型の薄膜で、曲がりや弛みの少ない薄膜を形成できるという利点がある。 In the photoresist structure containing an additive of the present invention, when a thin and short fiber is mixed as an additive of the photoresist and a material transparent to the wavelength of the light source for exposure is used, exposure of a desired pattern can be achieved. There is an advantage that a thin film with little bending or slack can be formed with a predetermined shape, for example, a bridge, a cantilever or a dial-lam thin film formed in the air above the cavity.

本発明の添加物入りフォトレジスト構造体では、発泡剤を混入し、発泡剤の分解温度の選択により、露光、現像してパターン化させた後、当初、薄膜であるフォトレジスト膜を加熱して軟化状態にして、発泡剤の熱分解温度での微細な発泡により体積膨張させて厚膜状態の平面的もしくは立体的構造体を形成することもできる。 In the photoresist structure containing an additive of the present invention, a foaming agent is mixed, and after patterning by exposure, development and selection by selecting a decomposition temperature of the foaming agent, the photoresist film which is a thin film is initially heated and softened. In this state, a planar or three-dimensional structure in a thick film state can be formed by volume expansion by fine foaming at the thermal decomposition temperature of the foaming agent.

本発明の添加物入りフォトレジスト構造体では、発砲による疎な材料にすることができるので、熱伝導率が小さくなり断熱性のあるフォトレジストの平面的もしくは立体的構造体を形成できる。さらに、空洞と組み合わせて一層断熱性の宙に浮いた薄膜を形成できる。例えば、フォトレジスト膜だけでは、曲げ強度が小さいために、カンチレバ構造を形成することが困難であったが、発泡による膨張で実効的に厚みが大きくできるので、長いカンチレバ構造が形成できるという利点がある。 Since the additive-containing photoresist structure of the present invention can be made into a sparse material by firing, the thermal conductivity is reduced and a planar or three-dimensional structure of a heat-insulating photoresist can be formed. Furthermore, it is possible to form a thin film suspended in the air in combination with a cavity. For example, it is difficult to form a cantilever structure with only a photoresist film because the bending strength is small. However, since the thickness can be effectively increased by expansion due to foaming, there is an advantage that a long cantilever structure can be formed. is there.

本発明の添加物入りフォトレジスト構造体では、フォトレジスト膜の多重層薄膜構造にすることにより、一層強度が大きく、さらに所望の厚膜を形成しやすいという利点がある。 In the photoresist structure containing an additive according to the present invention, the multilayer film structure of the photoresist film is advantageous in that it has higher strength and can easily form a desired thick film.

本発明の添加物入りフォトレジスト構造体では、ファイバや発泡剤などの種々の透明な添加物の混入により、一層強度の大きい構造体を形成することができると共に、金属やセラミックスなどの他の材料による構造体と組み合わせて、さらに大きな構造体も提供できるという利点がある。 In the photoresist structure containing an additive according to the present invention, a structure having higher strength can be formed by mixing various transparent additives such as fibers and foaming agents, and other materials such as metals and ceramics can be used. There is an advantage that a larger structure can be provided in combination with the structure.

本発明の添加物入りフォトレジスト構造体の材料となるファイバの添加物入りフォトレジストの概念を説明するための一実施例を示す横断面概略図で、添加物としてファイバを用いて実施した場合である。(実施例1)It is the cross-sectional schematic which shows one Example for demonstrating the concept of the additive photoresist of the fiber used as the material of the photoresist structure containing an additive of this invention, and is the case where it implements using a fiber as an additive. (Example 1) 本発明の添加物入りフォトレジスト構造体の材料となる添加物入りフォトレジストの概念を説明するための他の一実施例を示す横断面概略図で、添加物としてファイバと発泡剤を用いて実施した場合である。(実施例2)FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the concept of an additive-added photoresist that is a material of an additive-added photoresist structure of the present invention, when the fiber and foaming agent are used as additives. It is. (Example 2) 本発明の添加物入りフォトレジスト構造体の材料となる添加物入りフォトレジストの薄膜で、図2における添加物としてファイバと発泡剤を用いて実施した場合で、パターン化したのち発泡処理を施した場合の平面的構造体の横断面概略図である。(実施例2)The additive-containing photoresist thin film used as the material of the additive-containing photoresist structure of the present invention, when the fiber and the foaming agent are used as the additive in FIG. It is a cross-sectional schematic diagram of a planar structure. (Example 2) 本発明の添加物入りフォトレジスト構造体としての立体的構造体であるカンチレバ構造を形成した場合の一実施例を示す横断面概略図である。(実施例3) It is the cross-sectional schematic which shows one Example at the time of forming the cantilever structure which is a three-dimensional structure as a photoresist structure containing an additive of this invention. (Example 3) 図4に示す本発明の添加物入りフォトレジスト構造体としてのカンチレバ構造を形成した場合において、添加物としてファイバを用いた場合の拡大図を示す横断面概略図である。(実施例3)FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged view when a fiber is used as an additive in the case where the cantilever structure as the additive-containing photoresist structure of the present invention shown in FIG. 4 is formed. (Example 3) 本発明の添加物入りフォトレジスト構造体であり、温度センサとして、サーモパイルを用いて、熱型赤外線センサとして実施した場合の一実施例を示す横断面概略図である。(実施例4)It is a photoresist structure containing an additive of the present invention, and is a schematic cross-sectional view showing an embodiment when the thermosensor is used as a temperature sensor and a thermal infrared sensor is used. Example 4 本発明の添加物入りフォトレジスト構造体であり、温度センサとして、サーモパイルを用いて、熱型赤外線センサとして実施した場合の他の一実施例を示す横断面概略図である。(実施例5) It is a photoresist structure containing an additive according to the present invention, and is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of a thermo-type infrared sensor using a thermopile as a temperature sensor. (Example 5) 本発明の添加物入りフォトレジスト構造体であり、温度センサとして、サーモパイルを用いて、フローセンサとして実施した場合の一実施例を示す横断面概略図である。(実施例6) It is a photoresist structure containing an additive of the present invention, and is a schematic cross-sectional view showing an example when the thermosensor is used as a temperature sensor and the flow sensor is used. (Example 6)

以下、本発明の添加物入りフォトレジスト等の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, examples of the photoresist containing an additive of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の添加物入りフォトレジスト構造体11の材料となるファイバの添加物入りフォトレジスト6の概念を説明するための一実施例を示す構成概略図の横断面図で、添加物3としてファイバ4を用いて実施した場合である。基板1上にフォトレジスト2にガラスファイバであるファイバ4を混入させた場合で、スピンコート前の液状の添加物入りフォトレジスト6の様子を示している。ガラスファイバとしては、例えば、2マイクロメートル(μm)程度の厚みにスピンコートする場合には、直径1μm以下のファイバにした方がよい。また、塗布した添加物入りフォトレジスト膜に露光、現像でコンタクトホールなどを形成するときには、そのコンタクトホールの直径よりもファイバ直径が、小さい方が好適である。例えば、コンタクトホールの直径が20μmの場合は、20μm以下である、例えば10μm程度の方がよい。また、基板1の上に空洞を有する橋を添加物入りフォトレジスト膜で形成する場合は、ガラスファイバの長さが橋脚の高さとなる空洞の高さと同程度か、もしくは小さくさせるとよい。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a schematic configuration diagram showing an embodiment for explaining the concept of a fiber-added photoresist 6 as a material of an additive-containing photoresist structure 11 of the present invention. This is a case where the fiber 4 is used. When the fiber 4 which is a glass fiber is mixed in the photoresist 2 on the board | substrate 1, the mode of the photoresist 6 with the liquid additive before spin coating is shown. As the glass fiber, for example, when spin-coating to a thickness of about 2 micrometers (μm), it is better to use a fiber having a diameter of 1 μm or less. Further, when a contact hole or the like is formed in the coated photoresist film containing an additive by exposure and development, it is preferable that the fiber diameter is smaller than the diameter of the contact hole. For example, when the diameter of the contact hole is 20 μm, it is preferably 20 μm or less, for example, about 10 μm. When a bridge having a cavity is formed on the substrate 1 with a photoresist film containing an additive, the length of the glass fiber is preferably the same as or smaller than the height of the cavity that is the height of the pier.

図2は、本発明の添加物入りフォトレジスト構造体11の材料となる添加物入りフォトレジスト6の概念を説明するための他の一実施例を示す横断面概略図で、添加物3としてファイバ4と発泡剤5を用いて実施した場合である。フォトレジスト2に発泡剤5を混入させた場合で、スピンコート前の液状の添加物入りフォトレジストを基板1上に載せた様子を示している。発泡剤5としては、例えば、炭酸水素ナトリウムや炭酸アンモニウムなどを用いることができる。炭酸水素ナトリウムは、白い粉末であり、熱分解温度は270℃程度であるが、水分を多少含むことにより200℃程度またはそれ以下に調整することもできる。炭酸水素ナトリウムの粉末をフォトレジスト2と充分均一に混ぜるとフォトレジスト2の色であるほぼ淡黄色の透明な液状の添加物入りフォトレジストになる。 Figure 2 is a cross-sectional schematic view showing another embodiment for explaining an additive containing concepts of the photoresist 6 as a material for the additive-containing photoresist structure 11 of the present invention, the fiber 4 as an additive 3 This is a case where the foaming agent 5 is used. A state in which a foaming agent 5 is mixed in the photoresist 2 and a photoresist containing a liquid additive before spin coating is placed on the substrate 1 is shown. As the foaming agent 5, for example, sodium hydrogen carbonate, ammonium carbonate, or the like can be used. Sodium hydrogen carbonate is a white powder and has a thermal decomposition temperature of about 270 ° C., but can be adjusted to about 200 ° C. or lower by containing some water. When the sodium hydrogen carbonate powder is sufficiently mixed with the photoresist 2, the photoresist 2 becomes a photoresist with a transparent liquid additive that is almost pale yellow, which is the color of the photoresist 2.

図3は、本発明の添加物入りフォトレジスト構造体11の材料となる添加物入りフォトレジス6の薄膜で、図2における添加物としてファイバ4と発泡剤5を用いて実施した添加物入りフォトレジスト構造体11で、発砲7により膨張した添加物入りフォトレジスト12の様子を示した場合で、パターン化したのち発泡処理を施して膨張させて厚膜状態にした場合である。200℃程度に昇温させるとゴム系のフォトレジスト2は軟化させることができるので、この温度での熱分解による発泡7で膨張した厚膜は、疎なフォトレジスト2の薄膜9(実際には厚膜となっている)の構造体11となる.この疎なフォトレジスト2の薄膜9は、熱伝導度が低下し断熱性があり、基板1から熱分離した平面的な構造の薄膜として利用することもできる。なお、発泡剤5によるパターン化した薄膜9を膨張させて体積を増加させるので、その膨張による薄膜9の寸法をパターン設計の時点で考慮しておく必要がある。同図には、パターンの溶出部8がフォトレジスト膜の孔となっていることも示してある。 Figure 3 is a thin film of the additive-containing photoresist 6 as a material for the additive-containing photoresist structure 11 of the present invention, the additive-containing photoresist structure was performed using a foaming agent 5 and fiber 4 as an additive in FIG 11 shows the state of the photoresist 12 containing an additive expanded by the firing 7, and is a case where the film is patterned and then expanded by foaming to be a thick film state. Since the rubber-based photoresist 2 can be softened when the temperature is raised to about 200 ° C., the thick film expanded by the foam 7 due to thermal decomposition at this temperature is the thin film 9 of the sparse photoresist 2 (actually, The structure 11 is a thick film. The thin film 9 of the sparse photoresist 2 has a low thermal conductivity and is thermally insulating, and can be used as a thin film having a planar structure thermally separated from the substrate 1. Since the volume of the thin film 9 patterned with the foaming agent 5 is expanded to increase the volume, it is necessary to consider the dimensions of the thin film 9 due to the expansion at the time of pattern design. The figure also shows that the elution portion 8 of the pattern is a hole in the photoresist film.

上述では、炭酸水素ナトリウムの無機系の発泡剤5を利用した場合であるが、有機系発泡剤であるアゾジカルボンアミドは、橙色微粉末であり、助剤を併用して発泡させる。分解温度は200℃であり、助剤としての亜鉛化合物との併用等により分解温度を調節も可能である。このように、発泡剤と助剤とを組み合わせて添加物とすることができる。 In the above description, sodium hydrogen carbonate inorganic foaming agent 5 is used. However, azodicarbonamide, which is an organic foaming agent, is an orange fine powder and is foamed together with an auxiliary agent. The decomposition temperature is 200 ° C., and the decomposition temperature can be adjusted by the combined use with a zinc compound as an auxiliary agent. Thus, a foaming agent and an auxiliary agent can be combined to make an additive.

図4は、本発明の添加物入りフォトレジスト構造体11としての立体的構造体であるカンチレバ構造を形成した場合の一実施例を示す横断面概略図である。シリコン単結晶などの基板1上に、アルミニウムなどで犠牲層を形成して、その上に添加物入りフォトレジスト6をスピンコートなどで塗布し、カンチレバ構造となるパターンで露光、現像によりパターン化して加熱硬化させた後、犠牲層をエッチング除去して空洞10を形成する。このようにして、カンチレバ構造の添加物入りフォトレジスト構造体11が形成できる。添加物としてファイバ4や発泡剤5を入れて、強度を増したカンチレバ構造の添加物入りフォトレジスト構造体11とすることができる。一般に、膜の曲げ強度はその厚みの3乗に比例するので、厚みの増加とともに急激に曲げ強度を増加させることができる。このように発泡剤の発泡効果による薄膜の厚みを増加させると、膜の曲げ強度の増加につながる。また、添加物3としてファイバ4と発泡剤5との両方を入れて、さらに強度を増すようにすることもできる。このカンチレバ構造の立体的な構造体11に、薄膜ヒータ35や温度センサなどを形成しておき、フローセンサや熱型赤外線センサを形成することもできる。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment in which a cantilever structure which is a three-dimensional structure as the photoresist structure 11 with an additive of the present invention is formed. A sacrificial layer is formed of aluminum or the like on a substrate 1 such as a silicon single crystal, and an additive-added photoresist 6 is applied thereon by spin coating or the like, and patterned and heated by exposure and development to form a cantilever structure. After curing, the sacrificial layer is removed by etching to form the cavity 10. In this way, the cantilever structure- added photoresist structure 11 can be formed. By adding the fiber 4 or the foaming agent 5 as an additive, a cantilever structure-added photoresist structure 11 with increased strength can be obtained. Generally, since the bending strength of a film is proportional to the cube of its thickness, the bending strength can be rapidly increased as the thickness increases. Thus, increasing the thickness of the thin film due to the foaming effect of the foaming agent leads to an increase in the bending strength of the film. Further, both the fiber 4 and the foaming agent 5 can be added as the additive 3 to further increase the strength. A thin film heater 35, a temperature sensor, or the like may be formed on the three-dimensional structure 11 having the cantilever structure, and a flow sensor or a thermal infrared sensor may be formed.

また、図5には、上記図4に示す本発明の添加物入りフォトレジスト構造体11としてカンチレバ構造を形成した場合において、添加物3としてファイバ4を用いた場合の拡大図である。添加物入りフォトレジスト6の中に極めて細く短い(例えば、直径0.5μm、長さ10μm程度)ファイバ4を添加物3として用いており、互いにファイバ4同士がくっつき合い薄膜9の強度を高めている。 Further, in FIG. 5, in the case of forming a cantilever structure as an additive-containing photo registry structure Zotai 11 of the present invention shown in FIG. 4 is an enlarged view of a case where the additive 3 were used fiber 4. A very thin and short fiber (for example, a diameter of about 0.5 μm and a length of about 10 μm) is used as the additive 3 in the photoresist 6 containing the additive, and the fibers 4 stick to each other to increase the strength of the thin film 9. .

図6は、本発明の添加物入りフォトレジスト構造体11として、サーモパイル13を温度センサとした熱型赤外線センサとして実施した場合の一実施例を示す横断面概略図である。シリコン単結晶の(100)面に予め形成してある空洞10にエッチングしやすく、低融点の亜鉛などの犠牲物質を充填しておいた基板1に、添加物入りフォトレジスト6の膜を塗布して所望のパターンを露光、現像等により形成して、その上に更に公知の技術によりサーモパイル13や赤外線吸収膜25を形成した後、犠牲物質をエッチング除去して空洞10を形成する。このようにして、熱型赤外線センサの受光部15が基板1から熱分離した形で添加物入りフォトレジスト構造体11を形成した場合である。ここでは、サーモパイル13の接点B19(例えば、温接点)を宙に浮いた受光部15の中心部付近に形成してあり、この中心部付近に均一な温度領域を形成するためのフォトレジスト膜などによる絶縁層28を介して厚めの金属膜などの熱伝導薄膜26を形成した場合である。なお、添加物入りフォトレジスト6の添加物としてファイバ4や発泡剤5を入れて、強度を増したカンチレバ構造の添加物入りフォトレジスト構造体11とすることができる。また、添加物としてファイバ4と発泡剤5との両方を入れてさらに強度を増すようにすることもできる。発泡剤5による薄膜9の膜厚膨張で、疎な薄膜9となり熱伝導率を小さくさせることができると共に、厚みの増加により曲げ強度を大きくできる。したがって、弛みが小さい赤外線の受光部15が形成できる。 6, as an additive-containing photo registry structure Zotai 11 of the present invention, is a cross-sectional schematic view showing an embodiment in carrying out the thermopile 13 as thermal infrared sensor and the temperature sensor. A film of a photoresist 6 containing an additive is applied to a substrate 1 that is easy to etch into a cavity 10 formed in advance on the (100) surface of a silicon single crystal and is filled with a sacrificial material such as zinc having a low melting point. A desired pattern is formed by exposure, development, and the like, and a thermopile 13 and an infrared absorption film 25 are further formed thereon by a known technique, and then the sacrificial material is removed by etching to form the cavity 10. In this manner, the photoresist structure 11 containing the additive is formed in such a manner that the light receiving portion 15 of the thermal infrared sensor is thermally separated from the substrate 1. Here, the contact point B19 (for example, a warm contact point) of the thermopile 13 is formed near the center of the light receiving unit 15 floating in the air, and a photoresist film for forming a uniform temperature region near the center. This is a case where the heat conductive thin film 26 such as a thick metal film is formed through the insulating layer 28 by the above. It is possible to obtain a cantilever structure- added photoresist structure 11 with increased strength by adding the fiber 4 or the foaming agent 5 as an additive to the additive-containing photoresist 6. Further, both the fiber 4 and the foaming agent 5 can be added as additives to further increase the strength. The expansion of the thickness of the thin film 9 caused by the foaming agent 5 results in a sparse thin film 9 that can reduce the thermal conductivity and increase the bending strength by increasing the thickness. Therefore, the infrared light receiving part 15 with less slack can be formed.

図7は、本発明の添加物入りフォトレジスト構造体11として、サーモパイル13を温度センサとした熱型赤外線センサとして実施した場合の他の一実施例を示す横断面概略図である。ここでは、基板1の上方に空洞10を形成した場合の例である。空洞10は、この部分に犠牲層を形成しておき、その上に添加物入りフォトレジスト6を形成して、フォトリソグラフィによりパターン化させて硬化させて、サーモパイル13や赤外線吸収膜25などを形成した後、犠牲層をエッチング除去により形成できる。基板1の上方に空洞10を形成してあるので、基板1に増幅器や演算回路、更には駆動回路などを含むシステムも含めた集積回路110を、受光部15の真下にも形成してある場合である。また、サーモパイル13は、温度差センサであるので、基板1にダイオードやトランジスタなどの絶対温度センサ34も形成してある場合である。また、サーモパイル13の接点A18(例えば、冷接点)を熱容量の大きな基板1に形成してある場合である。サーモパイル13の出力は基板1に形成した拡散領域32を通して取り出せるようになっている。 7, as an additive-containing photo registry structure Zotai 11 of the present invention, is a cross-sectional schematic view showing another embodiment in carrying out the thermopile 13 as thermal infrared sensor and the temperature sensor. In this example, the cavity 10 is formed above the substrate 1. In the cavity 10, a sacrificial layer is formed in this portion, a photoresist 6 containing an additive is formed thereon, patterned by photolithography, and cured to form a thermopile 13, an infrared absorption film 25, and the like. Later, the sacrificial layer can be formed by etching away. Since the cavity 10 is formed above the substrate 1, an integrated circuit 110 including a system including an amplifier, an arithmetic circuit, and further a drive circuit is formed directly below the light receiving unit 15 on the substrate 1. It is. Further, since the thermopile 13 is a temperature difference sensor, the absolute temperature sensor 34 such as a diode or a transistor is also formed on the substrate 1. Further, this is a case where the contact A18 (for example, a cold junction) of the thermopile 13 is formed on the substrate 1 having a large heat capacity. The output of the thermopile 13 can be taken out through a diffusion region 32 formed on the substrate 1.

図8は、本発明の添加物入りフォトレジスト構造体11として、サーモパイルと薄膜ヒータを形成して熱伝導型センサとして気体などの流体の流れを計測する気体などのフローセンサとして実施した場合の一実施例を示す横断面概略図である。 FIG. 8 shows an example of the case where the photoresist structure 11 with an additive of the present invention is implemented as a flow sensor such as a gas for forming a thermopile and a thin film heater and measuring the flow of a fluid such as a gas as a heat conduction type sensor. It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example.

熱伝導型センサとして、気体の流れ計測用のガスフローセンサとして実施した場合、薄膜ヒータ35にヒータ電極65を介して電流を流し、例えば、無風状態で室温よりも例えば10℃程度温度上昇させるように電流値を定めて駆動する。この添加物入りフォトレジスト6の薄膜9をガスの流れに晒すと、加熱された薄膜9から熱が奪われて冷却し、そのときの温度差や温度変化に基づくサーモパイル13の出力変化を計測して、予め用意した校正データを利用してガスの流れの量が計測できる。このような原理によりガスフローセンサが提供できる。 When implemented as a gas flow sensor for gas flow measurement as a heat conduction type sensor, a current is passed through the thin film heater 35 via the heater electrode 65 so that the temperature is raised, for example, by about 10 ° C. from room temperature in the absence of wind. The current value is set to and driven. When the thin film 9 of the photoresist 6 containing additives is exposed to a gas flow, the heated thin film 9 is deprived of heat and cooled, and the output change of the thermopile 13 based on the temperature difference and temperature change at that time is measured. The amount of gas flow can be measured using calibration data prepared in advance. A gas flow sensor can be provided by such a principle.

本実施例では、薄膜9にスリット36が形成されてあり、薄膜ヒータ35が形成されている架橋構造の中央付近の薄膜9に対して、気流方向の下流側の薄膜9と上流側の薄膜9が、架橋構造の中央付近で、同一の薄膜9で連結されている構造としている。この連結部分を通して、下流側の薄膜9が、薄膜ヒータ35の熱を受け取り温度上昇する。無風状態では、これらの下流側の薄膜9と上流側の薄膜9の中央付近の接点B19(温接点)の温度は、薄膜ヒータ35の中心の温度よりは数℃低いが、ほぼ同一となっている。気流が存在すると、薄膜ヒータ35の熱が下流側の薄膜9を一層熱するが、上流側の薄膜9は、周囲温度の気流により冷やされて、温度の低下を招く。この時、下流側の薄膜9と上流側の薄膜9とにそれぞれ形成しているサーモパイル13の出力差から、予め用意してある校正データを利用して、微小の気流および気流の変化を計測することができる。もちろん、それぞれのサーモパイル13の単独の出力データを利用しても、気流の大きさを計測することもできる。本実施例では、基準となる絶対温度を計測する絶対温度センサ34をシリコンの基板1に形成してある。 In this embodiment, slits 36 are formed in the thin film 9, and the thin film 9 on the downstream side and the thin film 9 on the upstream side in the airflow direction are compared to the thin film 9 near the center of the bridge structure where the thin film heater 35 is formed. However, it is set as the structure connected with the same thin film 9 near the center of a bridge | crosslinking structure. Through this connecting portion, the thin film 9 on the downstream side receives the heat of the thin film heater 35 and rises in temperature. In a windless state, the temperature of the contact point B19 (hot contact point) near the center of the downstream thin film 9 and the upstream thin film 9 is several degrees lower than the temperature at the center of the thin film heater 35, but is substantially the same. Yes. If there is an air flow, the heat of the thin film heater 35 further heats the thin film 9 on the downstream side, but the thin film 9 on the upstream side is cooled by the air flow at the ambient temperature, causing a temperature drop. At this time, a minute air flow and a change in the air flow are measured from the output difference of the thermopile 13 formed in the downstream thin film 9 and the upstream thin film 9 by using calibration data prepared in advance. be able to. Of course, the size of the airflow can also be measured using single output data of each thermopile 13. In this embodiment, an absolute temperature sensor 34 for measuring a reference absolute temperature is formed on a silicon substrate 1.

本発明の添加物入りフォトレジスト構造体11は、本実施例に限定されることはなく、本発明の主旨、作用および効果が同一でありながら、当然、種々の変形がありうることは言うまでもない。 Needless to say, the photoresist structure 11 with an additive of the present invention is not limited to this example, and various modifications can be naturally made while the gist, operation and effect of the present invention are the same.

本発明の添加物入りフォトレジスト構造体11に用いる添加物入りフォトレジスト6は、添加物3としてファイバ4や更に発泡剤5などを混入させたものであり、露光、現像してパターン化した後に、これらの添加物3も混入した状態で基板1に残存するようにしている。ガラスファイバなどのファイバ4を添加して添加物入りフォトレジスト構造体11が形成されるので、薄膜9の強度が増すので、立体的な添加物入りフォトレジスト構造体11も自立できる。また、発泡剤5の混入により膜厚が発泡により増加できるので、薄膜9の強度が増すことになり、添加物入りフォトレジスト6による平面的または立体的な添加物入りフォトレジスト構造体11も、感光性樹脂であるフォトレジスト2を用いているから、再現性があり、大量生産させても画一的な形状が得られ、所望の形状にフォトリソグラフィにより容易に形成することができる。この添加物入りフォトレジスト構造体11の中に温度センサであるサーモパイルを形成して、微小温度差を高精度で、しかも高感度に計測する必要がある赤外線放射温度計やイメージセンサ、特に耳式体温計の温度差センサとしても有望であり、また、薄膜ヒータ35や温度センサと組み合わせるなどして、水素などの可燃性ガスセンサにおける微小発熱量の計測による水素などのガス検出用センサ、熱伝導型センサとしての微流量の液体や気体のフローセンサ、薄膜ピラニ真空計、熱型湿度センサや気圧センサなどの圧力センサなど、温度差計測に最適な構造体も提供できる。もちろん、センサに限らず、微細な平面的または立体的構造体を提供することができる。 Additives containing photoresist 6 for use in the additive-containing photoresist structure 11 of the present invention has a fiber 4 and is further mixed and foaming agent 5 as an additive 3, exposure, after developing the patterned, these The additive 3 is also left on the substrate 1 in a mixed state. Since the photoresist structure 11 containing an additive is formed by adding a fiber 4 such as a glass fiber, the strength of the thin film 9 is increased, so that the three-dimensional additive-added photoresist structure 11 can also stand by itself. Further, since the film thickness can be increased by foaming due to the mixing of the foaming agent 5, the strength of the thin film 9 is increased, and the planar or three-dimensional additive-containing photoresist structure 11 by the additive-containing photoresist 6 is also photosensitive. Since the resin photoresist 2 is used, it is reproducible, and a uniform shape can be obtained even when mass-produced, and can be easily formed into a desired shape by photolithography. A thermopile as a temperature sensor is formed in the photoresist structure 11 with additives , and an infrared radiation thermometer or an image sensor, particularly an ear-type thermometer, which needs to measure a minute temperature difference with high accuracy and high sensitivity. As a sensor for detecting a gas such as hydrogen by measuring a minute heat generation in a combustible gas sensor such as hydrogen, or a heat conduction sensor, it is also promising as a temperature difference sensor. It is also possible to provide an optimum structure for temperature difference measurement, such as a flow sensor for liquids or gases with a very small flow rate, a thin film Pirani vacuum gauge, a pressure sensor such as a thermal humidity sensor or an atmospheric pressure sensor. Needless to say, not only a sensor but also a fine planar or three-dimensional structure can be provided.

1 基板
2 フォトレジスト
3 添加物
4 ファイバ
5 発泡剤
6 添加物入りフォトレジスト
7 発泡
8 パターンのレジスト溶出部
9 薄膜
10 空洞
11 添加物入りフォトレジスト構造体
12 膨張した添加物入りフォトレジスト
13 サーモパイル
15 受光部
16 熱電導体A
17 熱電導体B
18 接点A
19 接点B
20 配線
21A、21B 電極端子A
22A、22B 電極端子B
23 電極
25 赤外線吸収膜
26 熱伝導薄膜
28 絶縁層
30 コンタクトホール
31 オーミックコンタクト
32 拡散領域
34 絶対温度センサ
35 薄膜ヒータ
36 スリット
37 エッチング孔
51 シリコン酸化膜
65 ヒータ電極
110 集積回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Photoresist 3 Additive 4 Fiber 5 Foaming agent 6 Additive containing photoresist 7 Foam 8 Pattern resist elution part 9 Thin film 10 Cavity 11 Additive photoresist structure 12 Expanded additive containing photoresist 13 Thermopile 15 Light receiving part 16 Thermoelectric conductor A
17 Thermoelectric conductor B
18 Contact A
19 Contact B
20 Wiring 21A, 21B Electrode terminal A
22A, 22B Electrode terminal B
23 Electrode 25 Infrared absorbing film 26 Thermal conductive thin film 28 Insulating layer 30 Contact hole 31 Ohmic contact 32 Diffusion region 34 Absolute temperature sensor 35 Thin film heater 36 Slit 37 Etching hole 51 Silicon oxide film 65 Heater electrode 110 Integrated circuit

Claims (6)

添加物入りフォトレジストのパターンの熱硬化物からなる、宙に浮いた薄膜を有する立体的構造体であって、該フォトレジストには溶解しない固体の添加物を混入してあり、該添加物をファイバとしたことを特徴とする添加物入りフォトレジスト構造体。 A three-dimensional structure having a thin film suspended in the air, which is made of a thermosetting product of a photoresist pattern containing an additive, in which a solid additive that does not dissolve is mixed in the photoresist. A photoresist structure containing an additive. 前記添加物入りフォトレジストのパターンが、基板上の添加物入りフォトレジストの残存部である請求項1記載の添加物入りフォトレジスト構造体。 The additive-containing photoresist structure according to claim 1, wherein the additive-containing photoresist pattern is a remaining portion of the additive-containing photoresist on the substrate. 前記ファイバが、フォトレジストのパターン化に使用する紫外線の波長に対して透明である、請求項1もしくは2のいずれかに記載の添加物入りフォトレジスト構造体。 The additive-containing photoresist structure according to claim 1 , wherein the fiber is transparent to the wavelength of ultraviolet rays used for patterning the photoresist. 添加物入りフォトレジストに混入するファイバの寸法を、添加物入りフォトレジストにより形成される構造体の最小厚みよりも細く、該構造体の最小パターンの長さよりも短くさせた請求項1から3のいずれかに記載の添加物入りフォトレジスト構造体。 4. The fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the size of the fiber mixed into the additive-containing photoresist is smaller than the minimum thickness of the structure formed by the additive-containing photoresist and shorter than the minimum pattern length of the structure. A photoresist structure containing the additive according to 1. 添加物入りフォトレジストのパターンの熱硬化物からなる、フォトレジスト構造体であって、該フォトレジストには溶解しない固体の添加物を混入してあり、該添加物をファイバとし、該添加物として、前記ファイバの他に、発泡剤を混入したことを特徴とする添加物入りフォトレジスト構造体。 A photoresist structure composed of a thermoset of a photoresist pattern containing an additive, in which a solid additive that does not dissolve is mixed in the photoresist, the additive is a fiber , and the additive is Besides, additives containing photoresist features you characterized in that mixed with the foaming agent of said fiber. 請求項5記載の添加物入りフォトレジスト構造体であって、発泡処理により、基板上でフォトレジストを膨らませてある、添加物入りフォトレジスト構造体。 6. The photoresist structure with additives according to claim 5, wherein the photoresist is expanded on the substrate by foaming .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3422384B2 (en) * 1994-03-17 2003-06-30 大日本印刷株式会社 Foamable recording material film, foamable recording film and method for producing the same
JPH10219192A (en) * 1997-02-13 1998-08-18 Minolta Co Ltd Non-electroconductive photosensitive resin
JP2001106712A (en) * 1999-10-08 2001-04-17 Showa Denko Kk Photopolymerization initiator composition and photocurable composition
JP2002056972A (en) * 2000-08-08 2002-02-22 Sharp Corp Organic electroluminescent element and manufacturing method of the same
JP2002225284A (en) * 2001-02-07 2002-08-14 Sony Corp Manufacturing method for printer head and printer head
JP4088487B2 (en) * 2002-07-18 2008-05-21 株式会社神戸製鋼所 Photo-curing resin coating and cured coating film
JP2004101750A (en) * 2002-09-06 2004-04-02 Toyobo Co Ltd Photosensitive resin plate for foil pushing
JP2009289712A (en) * 2008-06-02 2009-12-10 Toray Ind Inc Paste for electron emitting source
JP2010020999A (en) * 2008-07-10 2010-01-28 Toray Ind Inc Paste for electron emission source

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