JPH0818069A

JPH0818069A - 微小装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0818069A
Application number: JP14584594A
Authority: JP
Inventors: Makiko Katou; 真希子加藤; Yasukazu Iwasaki; 靖和岩崎; Makoto Uchiyama; 誠内山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】キャビティ部の汚染あるいは可動部の損傷を生
じることなく微小装置を得ることのできる、安価で信頼
性の高い微小装置の製造方法を提供すること。【構成】上記目的は、キャビティ部あるいは可動部を有
する微小装置の製造において、(1) 上記のキャビティ部
あるいは可動部を有する微小装置の構成材料と濡れ性の
良い溶剤を用いて常温・常圧で固体の昇華性物質を溶解
し、該昇華性物質溶液を上記キャビティ部あるいは可動
部に塗布する工程と、(2)加熱ないしは冷却の熱処理に
よって、上記可動部あるいは可動部に上記昇華性物質を
充填する工程と、(3) 昇華により、上記昇華性物質を除
去する工程とを含む微小装置の製造方法とすることによ
って達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】キャビティ部あるいは可動部を有
する微小装置の製造方法に係り、特に、キャビティ部の
汚染あるいは可動部の損傷を生じることなく微小装置を
得ることのできる、安価で信頼性の高い微小装置の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のキャビティ部あるいは可動部を有
する微小装置及びその製造方法について、Transducers
'87(The 4th International Conference on Solid‐St
ate Sensor and Actuators) pp.336‐339に記載の半導
体容量式加速度センサを例として、基本構成図１によっ
て説明する。ここで、101はセンサチップのシリコン基
板であり、異方性エッチングによって、リード取り出し
部102、重り部103及びダイアフラム104が形成されてい
る。また、PYREX7740を用いたガラス基板105には、固定
電極106及びボンディングパッド107が形成されている。
以上のように加工したシリコン基板101とガラス基板と
を陽極接合によって接合した後、ダイシングソーを用い
てセンサチップに分割する。このようにして得られたセ
ンサチップは、シリコン基板101とガラス基板105との接
合面に空隙部108が設けられ、該空隙部108を介して固定
電極106のリードを取り出す構造になっている。

【０００３】しかしながら、上記のような従来の微小装
置の製造方法においては、リードの取り出し方法につい
て十分な配慮がなされておらず、ダイシング工程時に、
上記リード取り出しのための空隙部108を介して固定電
極106周囲の空隙部に水や切り粉などが侵入するため、
加速度センサとしての性能が得られなくなるという問題
があった。このため、信頼性を確保したセンサを提供す
るための種々の方法が提案されている。

【０００４】例えば、特開平2‐134570号公報に開示さ
れているように、ガラス基板に溝の加工を施し、該溝の
底部にリード取り出し部を形成し、上記溝の一部を絶縁
材料、例えばガラス質で封止した密閉状態の構造体を得
ることにより、ダイシング時の汚染を防止する方法があ
る。しかし、この方法によると、上記絶縁材料とガラス
基板との密接な接着を必要とし、高度な平坦化技術が求
められ、また製造工程も複雑になる。さらに、絶縁材料
として低融点ガラス等を使用した場合でも、封止温度が
約400〜485℃と高温のため、配線材料としてアルミニウ
ムなどを用いたものなど耐熱性に欠ける素子に対しては
使用できないという問題がある。また、上記公報に開示
されているように、シリコンビームと可動電極とを有す
るシリコン基板の上面と下面に、固定電極を形成したガ
ラス基板をそれぞれ陽極接合した加速度センサにおい
て、ガラス基板に形成した貫通孔に密閉するように導電
材料を封入してリードを外部に引き出す方法がある。し
かしながら、この方法では、ガラス基板の貫通孔の加工
に多くの時間を要し、また、貫通孔内部にリード部を形
成する工程が複雑であり、量産性及び信頼性の点で問題
があった。上記従来例は、何れも、気密封止された構造
を提供する手法であり、外部と通じる貫通孔あるいは可
動部を有する構造には適用できない。

【０００５】次に、一時的な保持あるいは保護の手法に
ついて述べる。例えば、特開昭63‐41855号公報に開示
されているように、マスク基板に直接ゴミが付着するこ
とを防止するために、該マスク基板上に昇華性物質の溶
液をスピンコートし、一時的に保護膜を形成するという
方法がある。しかしながら、この方法は、スピンコート
を用いているため、キャビティ部あるいは可動部を有す
る構造には適用できないという問題がある。

【０００６】また、例えば、表面に形成されている可動
部の保持方法として、フリーズ・ドライ法がある。詳し
くはELECTROSTATIC PARALLELOGRAM ACTUATORS Transduc
ers'91(1991 International Conference on Solid‐Sta
te Sensors and ActuatorsDigest of Technical Paper
s) pp.63‐66 に述べられているが、フリーズ・ドライ法
とは、水あるいは有機溶媒を可動部に塗布し、塗布した
液滴を冷却して凍結させ、凍結した液滴を減圧下で昇華
させる方法である。このフリーズ・ドライ法は、例えば
表面型マイクロマシーンの乾燥工程において、表面に形
成されている可動部が、該可動部と基板との間に存在す
る液体の表面張力により両者が物理的に接触し、変形あ
るいは破壊するのを防止するために用いられている。こ
のフリーズ・ドライ法において、融点が室温近傍の物
質、例えばｔ‐ブチルアルコール(融点 25.6℃)、を用
いた場合、簡単な加熱により融液が得られ、該融液を塗
布すると20℃前後以下の気温で上記可動部の保持が可能
となる。

【０００７】しかしながら、このフリーズ・ドライ方法
は、実施の際、温度及び圧力を制御する特殊装置を必要
とし、また、保持期間中の融解や高速度の昇華を防止す
るためには、雰囲気温度をかなり低く保つ必要がある。
さらに、水及びｔ‐ブチルアルコールに関しては、水に
対して溶解性を有するため、ダイシング工程、ウェット
エッチング工程あるいは洗浄工程等で代表される水ある
いは水溶液と接する工程に適用することはできない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたよう
に、従来技術は種々の問題点を有していた。本発明の目
的は、上記従来技術の有していた課題を解決して、キャ
ビティ部の汚染あるいは可動部の損傷を生じることなく
微小装置を得ることのできる、安価で信頼性の高い微小
装置の製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、キャビティ
部あるいは可動部を有する微小装置の製造において、
(1) 上記のキャビティ部あるいは可動部を有する微小装
置の構成材料と濡れ性の良い溶剤を用いて常温・常圧で
固体の昇華性物質を溶解し、該昇華性物質溶液を上記キ
ャビティ部あるいは可動部に塗布する工程と、(2)加熱
ないしは冷却の熱処理によって、上記キャビティ部ある
いは可動部に上記昇華性物質を充填する工程と、(3) 昇
華により、上記昇華性物質を除去する工程とを含む微小
装置の製造方法とすることによって達成することができ
る。

【００１０】

【作用】上記内容の製造工程とすることによって、キャ
ビティ部あるいは可動部の一時封止及び保護を、簡易に
しかも確実に行うことができる。これによって、生産性
に優れた、高性能でかつ安価な微小装置、例えば半導体
容量式加速度センサを容易に提供することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の微小装置の製造方法につい
て、実施例によって具体的に説明する。

【００１２】

【実施例１】まず、図２によって、本発明方法を適用し
た加速度センサ及びその製造方法の概略を説明する。図
において、101はセンサチップのシリコン基板であり、
裏面からの異方性エッチングによりリード取り出し部10
2及び重り部103が形成されている。一方、PYREX7740を
用いたガラス台座105には、エッチングによって凹部を
形成し、該凹部内部固定電極106を形成する。上記のシ
リコン基板とガラス台座とを陽極接合によって接着する
と、外部と通じるリード取り出し部102及び空隙部108を
有する構造となる。

【００１３】次に、上記ウェハ基板を例として、昇華性
物質の充填工程を含む加速度センサの製造方法について
説明する。ここで、昇華性物質としてはナフタレン(融
点80.3℃)を、溶剤としてはイソプロピルアルコール(IP
A)を用いて、ナフタレンと IPA とを室温で容易に混合
可能な重量比、ナフタレン/IPA ＝ 1/15で調合した。図
３に本発明製造方法の手順を示す概略工程図を、図４に
該工程中のウェハ基板及びナフタレン/IPA溶液の温度変
化図を示す。図３(a)及び図４(a)に示すように、まず、
表面温度を約85℃に設定したヒータ301上にウェハ基板3
02をセットし、該ウェハ基板の昇温を開始する。次に、
図３(b)に示すように、ピペット304を用いて上記昇華性
物質溶液303をウェハ基板の中心部にウェハ単位平方cm
当たり約0.08ml滴下すると、基板温度は、図４(b)に示
すように、一瞬低下するが、直ちに再び上昇する。ここ
で、図３(c)に示すように、ウェハ基板表面にナフタレ
ン/IPA溶液層が形成されるが、該溶液層の IPAが優先的
に蒸発し、ナフタレン/IPA溶液は濃縮される。この加熱
濃縮時、図４(c)から明らかなように、ナフタレン/IPA
溶液の温度は若干の下降を示す。上記のナフタレン/IPA
溶液の加熱濃縮が進行すると、該溶液は飽和状態とな
り、ナフタレン/IPA溶液層表面近傍にナフタレンの固相
が析出する。図４(d)に示すように、温度は再び上昇
し、固相の融解が始まる。固相の融解が完全に終了して
から１〜２分後に、ウェハ基板をヒータから取り出し、
室温で放冷する。図５に、上記手順によって空隙部108
がナフタレン結晶401で完全に充填された状態のセンサ
チップを示す。

【００１４】図６に本実施例における昇華性物質溶液の
濃度と歩留まりとの関係を、図７に加熱温度と歩留まり
との関係をそれぞれ示す。ここで、歩留まりとは、PYRE
X7740が透明なことを利用して上記処理後のウェハ基板
の空隙部をPYREX側から拡大鏡で観察し、空隙部に昇華
性物質が充填されていないチップを NG 、充填されてい
るチップを OK とした場合の、OK チップの出現確率の
ことである。図の結果から、昇華性物質の最適溶液濃度
はナフタレン/IPA ＝ 1/15(重量比)以上、最適加熱温度
は85〜95℃近傍であることがわかる。上記最適条件で製
造することによって、ほぼ100％の歩留まりが得られ
る。

【００１５】上記の手順で充填したナフタレン結晶は、
常温・常圧の開放系でも８時間以上保持可能であるが、
さらに長期の保存も可能である。例えば、密閉容器での
保存、あるいは、保存温度におけるナフタレンの平衡蒸
気圧存在下での保存、具体的には予め適量のナフタレン
を入れた容器内での保存などである。これらの保存方法
で任意の期間の保存が可能となり、ナフタレン充填工程
とダイシング工程との連続作業の必要性はなくなる。つ
まり、ナフタレンの洩れない気密容器を用いることによ
って半永久的な保存が可能である。また、長時間にわた
るダイシング工程の場合、上記の保存の場合と同じく、
ナフタレンの平衡蒸気圧の存在下で行ってもよい。

【００１６】なお、ナフタレンは疎水性であるため、ダ
イシング工程における冷却水の侵入を完全に防止するこ
とができ、また、センサの可動部すなわち梁の損傷も完
全に防止することが可能となる。

【００１７】充填されたナフタレン結晶は、ダイシング
工程終了後、室温放置によって完全に昇華除去すること
ができる。また、加熱除去してもよい。例えば、150℃
で加熱した場合、15分以内で容易に除去することができ
る。その他、通風あるいは減圧等でも、同様に、除去促
進の効果が得られる。

【００１８】特級ナフタレン(和光純薬製)について原子
吸光分析法による不純物( Na 、K、Fe )の分析を行った
結果、何れも定量限界(それぞれ、0.0002Wt％、0.0003W
t％、0.0005Wt％)以下で、デバイスの信頼性で懸念され
るアルカリイオンは極めて少なく、安価で純度の高いナ
フタレン試薬の入手が可能であることがわかった。ま
た、本発明の方法は複雑な装置を必要とせず、従って、
極めて安価な方法であるということができる。

【００１９】以上、ナフタレン/IPA 溶液の加熱濃縮を
例として説明してきたが、本発明はこの例に限定される
ものではない。加熱濃縮のほか、温度変化を利用する再
結晶法によっても同様に充填可能である。また、昇華性
物質としては、ナフタレン以外に、常温・常圧で固体で
あり、かつ水との反応性及び溶解性を有しない、樟脳、
ｐ‐ジクロロベンゼン、テトラクロロジフルオロエタ
ン、テレフタル酸、イソフタル酸、トリメシン酸あるい
はアントラセン等を用いることもできる。一方、溶剤と
しては、IPA 以外に、上記昇華性物質に対して溶解性を
持ち、かつ微小装置の構成材料と濡れ性の良好な、メタ
ノール、エタノール、ブタノール、アセトン、ベンゼ
ン、二硫化炭素、四塩化炭素、クロロホルム、ヘキサ
ン、デカリン、テトラリン、酢酸、シクロヘキサノー
ル、トルエンあるいはエーテル等を用いることもでき
る。また、本発明の方法は、ダイシング工程のほか、洗
浄工程ないしはウェットエッチング工程等で代表される
水あるいは水溶液と接する湿式薬品処理工程において
も、キャビティ部の保護あるいは可動部の損傷防止とい
う同様の効果が得られる。なお、本発明の方法は、湿式
薬品処理工程のみに限らず、クリーンルーム外での処理
工程等防塵を必要とする工程においても、また、輸送工
程における損傷防止等種々の工程に利用できることはこ
こに言うまでもない。

【００２０】

【実施例２】本発明方法の他の実施例について、図８に
よって説明する。図８は、加速度センサとしての基本構
成は図１及び図２と同じであるが、メンブレン構造であ
る図１および図２に対して、センサの感度を向上させる
ため、シリコン基板101に開口部901及び肉薄な梁部902
を形成し、該梁部で重り部103を支持する構造となって
いる半導体容量式加速度センサの概略構成を示した図で
ある。上記構造を有する加速度センサに関しては、空隙
部108の封止のほか、さらにシリコン基板に形成されて
いる開口部の封止も要求される。

【００２１】本実施例においては、実施例１の場合と同
様の加熱処理を行った後、塗布工程で表面に付着した少
量のナフタレン/IPA 溶液の除去を行う工程を追加す
る。この除去工程として例えばウェハ基板表面のブロー
を行うと、該ウェハ基板表面は塗布工程前と等価の状態
に回復され、従って、空隙部にはナフタレンが充填され
た状態で、しかもウェハ基板表面に表面保護膜を形成す
る等の処理を施すことが可能になる。表面保護膜として
例えば UV 照射によって粘着力を失うウェハダイシング
表面保護用 UV テープ(例えば、リンテック製 D‐702
等)を用いると、ウェハ基板に殆どストレスを与えるこ
となく、剥離することができる。なお、上記の表面付着
物の除去の手段としては、ブローの他、バキューム、ス
ピンあるいは拭き取りでも同様の効果を得ることができ
る。

【００２２】上記の処理によって、ナフタレン結晶の空
隙部充填とウェハダイシング表面保護用 UV テープ貼付
との併用が可能となり、ダイシング時の水及びゴミの空
隙部及び開口部からの侵入を完全に防止することができ
る。なお、充填したナフタレン結晶及びウェハダイシン
グ表面保護用 UV テープは、前記のように、容易に除去
することが可能である。そのほか、表面保護膜として
は、保護シート、保護フィルムあるいはレジスト膜、樹
脂膜等を用いることができる。特に、例えば、レジスト
あるいは樹脂等液状の物質を用いる場合、該レジストあ
るいは樹脂が空隙部内部に侵入し、後の該レジストある
いは樹脂の剥離工程において空隙部内部に侵入したレジ
ストあるいは樹脂の完全除去を困難としているが、予め
空隙部にナフタレンを充填しておいたウェハ基板にレジ
ストあるいは樹脂等を塗布することによって、該レジス
トあるいは樹脂の空隙部への侵入が生ぜず、後の剥離工
程を容易にすることが可能である。

【００２３】以上、半導体加速度センサの例について説
明してきたが、本発明の方法はこれらに限定されるもの
ではなく、キャビティ部あるいは可動部を有する微小装
置、例えば特開平4‐242114号公報に開示されている振
動ジャイロ等、の製造において、キャビティ部あるいは
可動部の汚染防止あるいは損傷防止の手段として有効に
適用することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べてきたように、微小装置の製造
方法を本発明構成の方法とすることによって、従来技術
の有していた課題を解決して、キャビティ部の汚染ある
いは可動部の損傷を生じることなく微小装置を得ること
のできる、安価で信頼性の高い微小装置の製造方法を提
供することができた。すなわち、キャビティ部あるいは
可動部に昇華性物質を充填することによって、該キャビ
ティ部あるいは可動部の一時封止及び保護を簡易にしか
も確実に行うことができ、これによって、生産性に優れ
た、高性能でしかも安価な微小装置、例えば半導体容量
式加速度センサを容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の微小装置の製造方法を説明するため
の半導体容量式加速度センサの基本構成を示す図。

【図２】本発明の製造方法を説明するための半導体容量
式加速度センサの断面構成を示す図。

【図３】本発明の製造方法の手順を示す概略工程図。

【図４】本発明の製造方法の工程中のウェハ基板及びナ
フタレン/IPA 溶液の温度変化を示す図。

【図５】本発明の製造方法により作製した半導体容量式
加速度センサの構成を示す断面図。

【図６】本発明の製造方法を適用した場合のナフタレン
/IPA 溶液濃度と歩留まりとの関係を示す図。

【図７】本発明の製造方法を適用した場合の加熱温度と
歩留まりとの関係を示す図。

【図８】実施例２の製造方法により作製した半導体容量
式加速度センサの基本構成を示す図。

【符号の説明】

101…シリコン基板、102…リード取り出し部、103…重
り部、104…ダイアフラム、105…ガラス台座、106…固
定電極、107…ボンディングパッド、108…空隙部、301
…ヒータ、302…ウェハ基板、303…昇華性物質溶液、30
4…ピペット、401…ナフタレン結晶、901…開口部、902
…梁部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャビティ部あるいは可動部を有する微小
装置の製造において、下記工程を含むことを特徴とする
微小装置の製造方法。 (1) 上記のキャビティ部あるいは可動部を有する微小装
置の構成材料と濡れ性の良い溶剤を用いて常温・常圧で
固体の昇華性物質を溶解し、該昇華性物質溶液を上記キ
ャビティ部あるいは可動部に塗布する工程、 (2)加熱ないしは冷却の熱処理によって、上記キャビテ
ィ部あるいは可動部に上記昇華性物質を充填する工程、 (3) 昇華により、上記昇華性物質を除去する工程。
【請求項２】上記昇華性物質の溶液を上記昇華性物質の
融点近傍あるいはそれ以上の温度で加熱濃縮することを
特徴とする請求項１記載の微小装置の製造方法。
【請求項３】上記昇華性物質溶液の塗布の工程におい
て、表面に付着した昇華性物質溶液ないしは融液の除去
処理、例えばブロー、バキューム、スピンあるいは拭き
取り等の処理、を行うことによって、キャビティ部ある
いは可動部の内部のみに昇華性物質を充填させることを
特徴とする請求項１記載の微小装置の製造方法。
【請求項４】上記キャビティ部あるいは可動部の内部の
みに昇華性物質を充填させた微小装置の少なくとも一つ
の表面に表面保護膜を形成すること、例えば保護テー
プ、保護シートあるいは保護フィルムの貼付あるいは樹
脂膜、レジスト膜を形成形成することを含むことを特徴
とする請求項３記載の微小装置の製造方法。
【請求項５】上記昇華性物質充填後の保存を、開放系で
の保存、密閉容器での保存あるいは保存温度における上
記昇華性物質の平衡蒸気圧の存在下での保存で行うこと
を特徴とする請求項１記載の微小装置の製造方法。
【請求項６】上記昇華性物質の充填後でかつ該昇華性物
質の昇華除去前に行う処理工程を、該処理工程温度にお
ける昇華性物質の平衡蒸気圧の存在下で行うことを特徴
とする請求項１記載の微小装置の製造方法。
【請求項７】上記昇華性物質の充填後でかつ該昇華性物
質の昇華除去前に行う処理工程が、水ないし水溶液と接
する工程であって、かつ、上記昇華性物質が水に対して
反応性及び溶解性を有しないことを特徴とする請求項１
〜６の何れかに記載の微小装置の製造方法。
【請求項８】上記昇華性物質の少なくとも一つがナフタ
レン、ｐ‐ジクロロベンゼンあるいはテトラクロロジフ
ルオロエタン、樟脳であることを特徴とする請求項７記
載の微小装置の製造方法。
【請求項９】上記溶剤の少なくとも一つがイソプロピル
アルコール(IPA)、メタノール、エタノール、ブタノー
ル、アセトン、ベンゼン、二硫化炭素、四塩化炭素、ク
ロロホルム、ヘキサン、デカリン、テトラリン、酢酸、
シクロヘキサノール、トルエンあるいはエーテルである
ことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の微小装
置の製造方法。
【請求項１０】上記昇華性物質がナフタレンであり、上
記溶剤が IPA であり、かつ、ナフタレンと IPA との重
量比を1/15以上の濃度で調合した昇華性物質溶液を用い
ることを特徴とする請求項８あるいは９の何れかに記載
の微小装置の製造方法。