JP6393434B1 - 微小電気機械システム製造プロセスを用いるガス検知器の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数種ガス検知用の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）において、機械的強度の低下を防止できるガス検知器の製造方法を提供する。【解決手段】互いに隣接する複数のユニットを備える微小電気機械システムウェハーの用意と、微小電気機械システムウェハーにおけるガス検知材料層の形成と、微小電気機械システムウェハーへの構造補強層２０の陽極接合と、接着テープの設置と切断によるガス検知ユニット１１の形成と、接着テープを用いる基板へのガス検知ユニット粘着によるガス検知器形成とを含む微小電気機械システム製造プロセスを用いる。構造補強層を設置することで、部品の強度を高め、エッジ部が切れる問題を回避し、歩留まりを高めコストを削減することができる。【選択図】図４Ｇ

Description

本発明は、ガス検知器に関し、特に、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）製造プロセスを用いたガス検知器の製造方法に関する。
微小電気機械システムは機械構造と電子回路を融合させた技術であり、センサーや各種機能を実行するための重要な部品として、加速度計、検出器、アクチュエータなど日常において利用されるデバイスに幅広く用いられている。近年、その微細化が進んでおり、例えば、米発明特許公報第ＵＳ９２４９００８号の「複数の電極を備える微小電気機械システムデバイス及びその製造方法」に開示された第１の電極と、第２の電極と、第３の電極とからなる特殊な構成により、差圧センサ、差動気圧計、バイパスコンデンサなどの微小電気機械システムデバイスを小型化するものが挙げられる。
熱源を効率的に集中させるために、微小電気機械システム製造プロセスでは、一般的に、空気を収容するための凹溝が設けられるが、これに伴って部品全体の強度が低下し、後続の加工を行う際に、切断時に頻繁にエッジ部が切れてしまうため、凹溝に切り屑や洗浄液などが残留し、歩留まりが下がりコストが増えてしまうという問題点があった。
また、複数種のガスを検知する場合、複数の微小電気機械システム検知器を取り付けるには、同一の工程を何度も繰り返さなければならないため、製造コストが増えてしまい、製造期間も長期化するという問題点もある。上記の実情に鑑みて、関連研究を行って問題点を解決する必要がある。
米発明特許公報第ＵＳ９２４９００８号
本発明は、複数種ガス検知用の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）において、機械的強度の低下を防止できるガス検知器の製造方法を提供することを目的とする。具体的には、凹溝が部品全体の機械的強度を低下させ、切断時に頻繁にエッジ部が切れてしまうために歩留まりが下がり、コスト増となるという問題点を解決することを目的とする。
また、複数種ガス検知用の微小電気機械システム検知器を製造する際には、同一の工程を繰り返す必要があるため、製造コストが増えてしまい、製造期間も長期化するという問題点を解決することも目的とする。
上記の目的を達成すべく、本発明は、微小電気機械システム製造プロセスを用いるガス検知器の製造方法を提供する。以下の工程を含む。
工程Ｓ１：上部と、前記上部の周囲から延在する止め壁部と、前記上部と前記止め壁部で取り囲まれて画成した底溝とを含むユニットを複数具備し、前記ユニット同士が互いに隣接し、且つ複数の前記ユニットの前記複数の止め壁部が互いに連結する構成とする微小電気機械システムウェハーを用意する。
工程Ｓ２：前記微小電気機械システムウェハーの前記底溝から離間した側に、ガス検知材料層を形成させる。
工程Ｓ３：陽極接合技術を利用して、構造補強層を、前記複数の底溝を覆うように前記微小電気機械システムウェハーに接合させる。
工程Ｓ４：前記構造補強層の前記微小電気機械システムウェハーから離間した側に、接着テープを設置する。
工程Ｓ５：前記複数のユニットの前記複数の止め壁部の連結部位に沿って切断し、前記構造補強層と前記接着テープを同時に切断して、前記底溝を含むガス検知ユニットを複数形成させる。
工程Ｓ６：前記接着テープで、前記ガス検知ユニットを基板に粘着させることで、ガス検知器を形成させる。
上記の目的を達成すべく、本発明は、微小電気機械システム製造プロセスを用いる複数種ガス検知器の製造方法をさらに提供する。以下の工程を含む。
工程Ｐ１：上部と、前記上部の周囲から延在する止め壁部と、前記上部と前記止め壁部で取り囲まれて画成した底溝とを含むユニットを複数具備し、複数の前記ユニットの前記複数の止め壁部が互いに連結する検知モジュールを複数含み、前記検知モジュール同士が互いに隣接する構成とする微小電気機械システムウェハーを用意する。
工程Ｐ２：前記微小電気機械システムウェハーの前記底溝から離間した側に、異なるユニットにそれぞれ形成された複数種のガス検知材料を備えるガス検知材料層を形成させる。
工程Ｐ３：陽極接合技術を利用して、構造補強層を、前記複数の底溝を覆うように前記微小電気機械システムウェハーに接合させる。
工程Ｐ４：前記構造補強層の前記微小電気機械システムウェハーから離間した側に、接着テープを設置する。
工程Ｐ５：前記複数の検知モジュールの間の連結部位に沿って切断し、前記構造補強層と前記接着テープを同時に切断して、複数種ガス検知ユニットを複数形成させる。
工程Ｐ６：前記接着テープで、前記複数種ガス検知ユニットを基板に粘着させることで、複数種ガス検知器を形成させる。
上記から分かるように、本発明は以下の利点を有する。
１．前記構造補強層を設置することで、部品全体の機械的強度を高め、前記微小電気機械システムウェハーを切断する時にエッジ部が切れる問題を回避し、歩留まりを高め、コストを削減することができる。
２．陽極接合技術を利用することで、加熱に起因する前記微小電気機械システムウェハーの損傷を緩和することができ、前記構造補強層と前記微小電気機械システムウェハーとの接合における平坦度を高めるために接着剤を使用する必要がないため、傾斜が生じる問題が回避される。
３．異なるユニットに複数種のガス検知材料を形成させることで、一回の切断だけで複数種のガス検知材料を備える複数種ガス検知ユニットを形成できるため、製造コストを削減し製造期間を短縮することができる。
本発明の実施例１のフローチャートである。 本発明の実施例１による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例１による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例１による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例１による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例１による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例１による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例２のフローチャートである。 本発明の実施例２による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例２による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例２による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例２による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例２による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例２による製造フローの部分断面概略図である。 本発明の実施例２による製造フローの部分断面概略図である。
図１は、本発明の実施例１のフローチャートを示し、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆは、本発明の実施例１による製造フローの部分断面概略図に示す。これらの図より理解されるように、本発明の実施例１は、以下の工程を含む。
工程Ｓ１：図２Ａに示すように、上部１１１と、前記上部１１１の周囲から延在する止め壁部１１２と、前記上部１１１と前記止め壁部１１２で取り囲まれて画成した底溝１１３とを含むユニットを複数具備し、前記ユニット同士が互いに隣接し、且つ複数の前記ユニット１１は前記複数の止め壁部１１２で互いに連結される構成とする微小電気機械システムウェハー１０を用意する。
本実施例では、前記微小電気機械システムウェハー１０はシリコンからなり、前記底溝１１３は、エッチング法により作製される。
工程Ｓ２：図２Ｂに示すように、前記微小電気機械システムウェハーの前記底溝から離間した側に、ガス検知材料層を形成させる。
工程Ｓ３：図２Ｂに示すように、陽極接合技術を利用して、構造補強層２０を、前記複数の底溝１１３を覆うように前記微小電気機械システムウェハー１０に接合させる。
本実施例では、熱の散逸を軽減するために負圧下で陽極接合を行い、これにより、前記底溝１１３内の空気を減らして、空気の対流による熱の伝導を効率的に回避して熱を集中させることができる。前記構造補強層２０は、ガラス、ホウケイ酸ガラス又は両者の組み合わせからなり、厚さは０．２〜１ｍｍである。陽極接合技術は、加熱に起因する前記微小電気機械システムウェハー１０の損傷を緩和することができ、前記構造補強層２０と前記微小電気機械システムウェハー１０との接合における平坦度を高めるために接着剤を使用する必要がない。好ましくは、前記構造補強層２０にＢＦ３３ガラスを適用し、前記微小電気機械システムウェハー１０はシリコンからなる。
工程Ｓ４：図２Ｃに示すように、前記構造補強層２０の前記微小電気機械システムウェハー１０から離間した側に、接着テープ３０を設置する。なお、前記接着テープ３０には、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）、又はダイシングテープ（Ｄｉｃｉｎｇ ｔａｐｅ）を適用することができ、また、前記接着テープ３０は、前記構造補強層２０に隣接する粘着層３１と、前記粘着層３１の黏性を保持させ、ほこりの付着を防止するために、前記構造補強層２０から離間して設置された保護層３２とをさらに含む。
工程Ｓ５：図２Ｄに示すように、前記複数のユニット１１の前記複数の止め壁部１１２の連結部位に沿って切断し、前記構造補強層２０と前記接着テープ３０を同時に切断して、前記底溝１１３を含むガス検知ユニット４１を複数形成させる。
本実施例では、前記微小電気機械システムウェハー１０の前記構造補強層２０から離間した側に設置される（不図示の）レーザーを利用して、前記微小電気機械システムウェハー１０、前記構造補強層２０と前記接着テープ３０を切断する。従来の加工方式とは異なり、レーザー加工では、静電気が生じず切削力による干渉もないため、前記微小電気機械システムウェハー１０と前記構造補強層２０の損傷と、残留応力の問題を回避することができる。また、レーザー加工は、瞬間に完了でき、熱からの影響を受ける領域も非常に限定的であるため、加工精度を確保することができ、冷却液を使用する必要がないため、後続の洗浄作業を減らし関連消費財が引き起こす汚染を緩和することができる。前記構造補強層２０を設置することで、部品全体の機械的強度を高め、切断時にエッジ部が切れる問題を回避し、歩留まりを高めコストを削減することができる。
また、前記接着テープ３０は、前記構造補強層２０を堅牢に粘着させて、切断後に散らかされる問題を回避することができ、なお、システムでは、前記レーザーが前記接着テープ３０の前記保護層３２を切断しないよう設定する。
工程Ｓ６：図２Ｅ及び図２Ｆに示すように、前記接着テープ３０で前記ガス検知ユニット４１を基板５０に粘着させることで、ガス検知器６１を形成させる。
この工程は、以下の工程をさらに含む。
工程Ｓ６Ａ：吸引装置７０を用いて、前記微小電気機械システムウェハー１０の一側から前記ガス検知ユニット４１を吸着する。なお、前記吸引装置７０が前記ガス検知ユニット４１を吸着した状態で前記基板５０まで移動できるように、プッシュ装置８０を用いて前記接着テープ３０の一側から前記ガス検知ユニット４１をプッシュしてもよい。
工程Ｓ６Ｂ：前記ガス検知ユニット４１を前記基板５０にセットして、前記接着テープ３０の前記粘着層３１で前記ガス検知ユニット４１を前記基板５０に粘着させることで、前記ガス検知器６１を形成させる。
図３は、本発明の実施例２のフローチャートを示し、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ、図４Ｇは、本発明の実施例２による製造フローの部分断面概略図に示す。これらの図より理解されるように、本発明の実施例２、以下の工程を含む。
工程Ｐ１：図４Ａに示すように、上部１１１と、前記上部１１１の周囲から延在する止め壁部１１２と、前記上部１１１と前記止め壁部１１２で取り囲まれて画成した底溝１１３とを含むユニット１１を複数具備し、複数の前記ユニット１１の前記複数の止め壁部１１２が互いに連結する検知モジュール１０ａを複数含み、前記検知モジュール１０ａ同士が互いに隣接する構成とする微小電気機械システムウェハーを用意する。
本実施例では、前記微小電気機械システムウェハー１０はシリコンからなり、前記底溝１１３は、エッチング法により作製される。
工程Ｐ２：図４Ｂに示すように、異なるユニット１１にそれぞれ形成され、複数種のガスを検知できる複数種のガス検知材料９１を備えるガス検知材料層９０を、前記微小電気機械システムウェハー１０の前記底溝１１３から離間した側に形成させる。
本実施例では、４種のガス検知材料９１を備えるのを例に挙げる。
工程Ｐ３：図４Ｃに示すように、陽極接合技術を利用して、構造補強層２０を、前記複数の底溝１１３を覆うように前記微小電気機械システムウェハー１０に接合させる。
陽極接合技術は、加熱に起因する前記微小電気機械システムウェハー１０の損傷を緩和することができ、接着剤を使用する従来の方式よりも、接合における平坦度が高い。また、負圧下で陽極接合を行うことで、前記底溝１１３内の空気を減らして、空気の対流による熱の伝導を効率的に回避して熱を集中させることができる。前記構造補強層２０は、ガラス、ホウケイ酸ガラス又は両者の組み合わせからなり、厚さは０．２〜１ｍｍである。好ましくは、前記構造補強層２０にガラス（例えば、ＢＦ３３などのボロフロートガラス）を用いる。前記微小電気機械システムウェハー１０はシリコンからなる。
工程Ｐ４：図４Ｄに示すように、前記構造補強層２０の前記微小電気機械システムウェハー１０から離間した側に、接着テープ３０を設置する。なお、前記接着テープ３０には、ダイアタッチフィルム、又はダイシングテープを適用することができ、また、前記接着テープ３０は、前記構造補強層２０に隣接する粘着層３１と、前記粘着層３１の黏性を保持させるために、前記構造補強層２０から離間して設置された保護層３２とをさらに含む。
工程Ｐ５：図４Ｅに示すように、前記複数の検知モジュール１０ａ同士の間の連結部位に沿って前記構造補強層２０と前記接着テープ３０を同時に切断して、複数種ガス検知ユニット４２を複数形成させる。前記構造補強層２０を設置することで、部品全体の機械的強度を高め、切断時にエッジ部が切れる問題を防止し、歩留まりを高めコストを削減することができる。また、前記検知モジュール１０ａの前記複数のユニット１１は、複数種の前記ガス検知材料９１を備えるため、１回の切断だけで複数種のガス検知材料９１を有する複数種ガス検知ユニット４２を形成でき、単一の微小電気機械システムウェハー１０に単一ガス検知材料９１を形成させる場合、複数の微小電気機械システムウェハー１０を作製して組み合わせるという従来の方式と比べて、本発明は、製造コストを削減させ、製造期間を短縮するとともに、ウェハーの在庫を減らすことができる。
本実施例では、前記微小電気機械システムウェハー１０の前記構造補強層２０から離間した側に設置される（不図示の）レーザーを利用して、前記微小電気機械システムウェハー１０、前記構造補強層２０と前記接着テープ３０を切断する。レーザーでの切断の利点は、すでに記載されているため、ここでは省略する。
また、前記接着テープ３０は、前記構造補強層２０を堅牢に粘着させて、切断後に前記複数種ガス検知ユニット４２が散らかされる問題を回避することができ、なお、システムでは前記レーザーが前記接着テープ３０の前記保護層３２を切断しないよう設定する。
工程Ｐ６：図４Ｆ及び図４Ｇに示すように、最後に、前記接着テープ３０で前記複数種ガス検知ユニット４２を基板５０に粘着させることで、複数種ガス検知器６２を形成させる。前記検知モジュール１０ａの前記複数のユニット１１が互いに連結しているため、前記複数のユニット１１を個別に粘着するという従来の方式と比べて、粘着の精度を高めることができる。
この工程は、以下の工程をさらに含んでいてもよい。
工程Ｐ６Ａ：吸引装置７０を用いて、前記微小電気機械システムウェハー１０の一側から前記複数種ガス検知ユニット４２を吸着する。なお、前記吸引装置７０が前記ガス検知ユニット１１を吸着した状態で前記基板５０まで移動できるように、プッシュ（押圧）装置８０を用いて前記接着テープ３０の一側から前記ガス検知ユニット１１をプッシュしてもよい。
工程Ｐ６Ｂ：前記ガス検知ユニット１１を前記基板５０にセットして、前記接着テープ３０の前記粘着層３１で前記ガス検知ユニット１１を前記基板５０に粘着させることで、前記ガス検知器を形成させる。前記接着テープ３０を用いる場合、液体接着剤による染み出し現象や前記微小電気機械システムウェハー１０に傾斜が生じる問題は認められない。
以上、本発明について詳しく説明したが、好ましい実施例を記載したに過ぎず、本発明の実施範囲を限定するものではない。本発明の請求範囲に基づく同等の変更と変形などは、すべて本発明の範囲内に含まれるものとする。

Claims (6)

  1. 上部と、前記上部の周囲から延在する止め壁部と、前記上部と前記止め壁部で取り囲まれて画成した底溝とを含むユニットを複数具備し、前記ユニット同士が互いに隣接し、且つ複数の前記ユニットの複数の前記止め壁部が互いに連結する構成とする微小電気機械システムウェハーを用意する工程Ｓ１と、
    前記微小電気機械システムウェハーの前記底溝から離間した側に、ガス検知材料層を形成させる工程Ｓ２と、
    陽極接合技術を利用して、負圧環境下で、ガラス、ホウケイ酸ガラス又は両者の組み合わせから選ばれる材質からなる構造補強層を、複数の前記底溝を覆うように前記微小電気機械システムウェハーに接合させる工程Ｓ３と、
    前記構造補強層の前記微小電気機械システムウェハーから離間した側に、接着テープを設置する工程Ｓ４と、
    複数の前記ユニットの複数の前記止め壁部の連結部位に沿って切断し、前記構造補強層と前記接着テープを同時に切断して、前記底溝を含む複数のガス検知ユニットを形成させる工程Ｓ５と、
    前記接着テープで、前記ガス検知ユニットを基板に粘着させることで、ガス検知器を形成させる工程Ｓ６と
    を含むことを特徴とする微小電気機械システム製造プロセスを用いるガス検知器の製造方法。
  2. 前記構造補強層の厚さは０．２〜１ｍｍであることを特徴とする
    請求項１に記載の微小電気機械システム製造プロセスを用いるガス検知器の製造方法。
  3. 前記工程Ｓ６の後に、さらに、
    吸引装置を用いて前記微小電気機械システムウェハーの一側から前記ガス検知ユニットを吸着した状態で、前記基板まで移動する工程Ｓ６Ａと、
    前記接着テープで、前記ガス検知ユニットを前記基板に粘着させることで、前記ガス検知器を形成させる工程Ｓ６Ｂと
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の微小電気機械システム製造プロセスを用いるガス検知器の製造方法。
  4. 上部と、前記上部の周囲から延在する止め壁部と、前記上部と前記止め壁部で取り囲まれて画成した底溝とを含むユニットを複数具備し、複数の前記ユニットの複数の前記止め壁部が互いに連結する検知モジュールを複数含み、前記検知モジュール同士が互いに隣接する構成とする微小電気機械システムウェハーを用意する工程Ｐ１と、
    前記微小電気機械システムウェハーの前記底溝から離間した側に、異なるユニットにそれぞれ形成された複数種のガス検知材料を備えるガス検知材料層を形成させる工程Ｐ２と、
    陽極接合技術を利用して、負圧環境下で、ガラス、ホウケイ酸ガラス又は両者の組み合わせから選ばれる材質からなる構造補強層を、複数の前記底溝を覆うように前記微小電気機械システムウェハーに接合させる工程Ｐ３と、
    前記構造補強層の前記微小電気機械システムウェハーから離間した側に、接着テープを設置する工程Ｐ４と、
    前記複数の検知モジュールの間の連結部位に沿って切断し、前記構造補強層と前記接着テープを同時に切断して、複数種ガス検知ユニットを複数形成させる工程Ｐ５と、
    前記接着テープで、前記複数種ガス検知ユニットを基板に粘着させることで、複数種ガス検知器を形成させる工程Ｐ６とを含むことを特徴とする微小電気機械システム製造プロセスを用いる複数種ガス検知器の製造方法。
  5. 前記構造補強層の厚さは０．２〜１ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の微小電気機械システム製造プロセスを用いる複数種ガス検知器の製造方法。
  6. 前記工程Ｐ６の後に、さらに、
    吸引装置を用いて前記微小電気機械システムウェハーの一側から前記複数種ガス検知ユニットを吸着した状態で、前記基板まで移動する工程Ｐ６Ａと、
    前記接着テープで、前記複数種ガス検知ユニットを前記基板に粘着させることで、前記複数種ガス検知器を形成させる工程Ｐ６Ｂとを含むことを特徴とする請求項４に記載の微小電気機械システム製造プロセスを用いる複数種ガス検知器の製造方法。
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