KR20170027280A - Micro mechanical device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention aims to acquire an effective sticking preventing method in terms of a micro-mechanical apparatus using a base of high insulation. The present invention forms a second block portion (105-2) adjacent to a first block portion (105-1) having a flat upper surface (105b) lower than an upper surface (105a) of the first block portion (105-1). The present invention forms a concave portion (106) on the upper surface (105a) of the first block portion (105-1) and on the upper surface (105b) of the second block portion (105-2) by generating an area (SB), reinforced by interference of diffracted light, inside a positive resist (30) in a case of light exposure when the second block portion (105-2) is formed.

Description

미세 기계 장치 및 그 제조 방법{MICRO MECHANICAL DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a micro-

본 발명은 미세한 가동부를 구비하는 미세 기계 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a micromechanical device having a minute moving part and a manufacturing method thereof.

최근, 스위치나 센서에 있어서 기계적인 동작으로 기능을 발휘하는 미세 기계 장치를 이용하는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)가 중요시되고 있다. MEMS는, 이미 압력 센서나 가속도 센서로서 사용되며, LSI와 함께 중요한 부품이 되고 있다. MEMS는, 박막 형성 기술, 포토리소그래피 기술, 및 각종의 에칭 기술을 이용한 미세 가공에 의해, 미세한 가동 구조체를 구비하는 입체적인 구조를 갖고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, MEMS (Micro Electro Mechanical System), which utilizes a micromechanical device that functions as a mechanical operation in a switch or a sensor, has become important. MEMS has already been used as a pressure sensor and an acceleration sensor, and has become an important component together with an LSI. MEMS has a three-dimensional structure including a minute movable structure by microfabrication using a thin film forming technique, a photolithography technique, and various etching techniques.

예컨대, 정전 용량식의 압력 센서에서는, 도 8a에 도시된 바와 같이, 압력에 의해 변위하는 미세한 다이어프램(가동부)(401)을, 기판(402) 위에 이격시켜 지지부(403)에 의해 지지하여 배치하고 있다. 기판(402)과 다이어프램(401) 사이에는 공극(404)이 존재하고, 공극(404)에 면한 부위의 각각에 전극(도시하지 않음)을 대향해서 배치하여, 용량을 형성한다. 8A, a minute diaphragm (movable portion) 401 displaced by pressure is disposed on the substrate 402 so as to be supported and supported by the support portion 403 have. An air gap 404 is present between the substrate 402 and the diaphragm 401 and an electrode (not shown) is disposed facing each of the portions facing the cavity 404 to form a capacitance.

피측정 매체의 압력은, 도 8b에 도시된 바와 같이, 다이어프램(401)의 용량을 형성하는 면과는 반대측의 면에 인가되고, 이 압력 인가로 다이어프램(401)이 변형한다. 이 변화에 대응하여 상기 전극 사이의 거리가 변화하고, 이 변화에 대응하여 전극 사이의 용량이 변화하여 센서 출력이 된다. 공극(404)이 진공이면, 이 압력 센서는 절대압을 계측할 수 있다. The pressure of the measurement target medium is applied to the surface opposite to the surface on which the capacity of the diaphragm 401 is formed as shown in Fig. 8B, and the diaphragm 401 is deformed by this pressure application. In response to this change, the distance between the electrodes changes, and the capacitance between the electrodes changes corresponding to this change, thereby becoming the sensor output. If the cavity 404 is vacuum, this pressure sensor can measure absolute pressure.

이러한 미세 기계 장치에서는, 변형한 가동부의 일부가 기판에 접합하여, 탄성력에 의한 반발로는 가동부가 원래대로 되돌아가지 않게 되는 경우가 있다(특허문헌 1, 2, 3, 4, 5, 6 참조). 이 현상은 스티킹이나 고착 등으로 불리며, 미세 기계 장치에 있어서 문제가 되고 있다. In such a micromechanical device, a part of the deformed movable part is bonded to the substrate, and the movable part is not returned to the original state by repulsion due to the elastic force (see Patent Documents 1, 2, 3, 4, 5 and 6) . This phenomenon is called sticking or sticking, which is a problem in the micro-mechanical device.

예컨대, 정전 용량식의 격막 진공계와 같이 대기압보다 작은 압력을 계측하는 압력 센서는, 반송·부착 시나 메인터넌스 시에 대기에 노출되기 때문에, 계측 범위 이상의 과대한 압력이 인가되는 상황이 빈번히 발생한다. 이와 같이 과대한 압력이 인가되면, 수압(受壓)한 다이어프램(401)은, 도 8c에 도시된 바와 같이, 실사용 범위를 넘어 크게 휘어져, 다이어프램(401)의 일부가, 기판(402)에 접촉[착저(着底)]해 버린다.For example, a pressure sensor for measuring a pressure lower than the atmospheric pressure, such as a capacitive type diaphragm vacuum system, is exposed to the atmosphere during transportation / attachment or maintenance, so that excessive pressure is often applied beyond the measurement range. 8C, the diaphragm 401, which has received pressure, is greatly deformed beyond the practical use range, and a part of the diaphragm 401 is pressed against the substrate 402 Contact [landing].

다이어프램(401)의 두께 및 변형 영역의 크기, 또한, 다이어프램(401)의 재료 등의 설계 파라미터에 따라, 전술한 착저의 상태는 다르지만, 대부분의 경우, 착저에 의해 스티킹이 발생한다. 스티킹이 발생하면, 압력을 제거해도 다이어프램(401)이 복귀하지 않고, 마치 압력이 인가되고 있는 것과 같은 출력을 내어 버려, 측정 에러를 초래하게 된다. 특히, 격막 진공계의 경우, 기판과 가동부 사이가 진공 상태로 유지되기 때문에, 보다 스티킹이 발생하기 쉬운 경향이 있다.Depending on the thickness of the diaphragm 401, the size of the deformation area, and the design parameters such as the material of the diaphragm 401, sticking is caused by the roughness in most cases, although the state of fixation is different. When sticking occurs, even if the pressure is removed, the diaphragm 401 does not return, and outputs the same output as when the pressure is applied, resulting in a measurement error. Particularly, in the case of a diaphragm vacuum system, since sticking between the substrate and the movable part is maintained in a vacuum state, sticking tends to occur more easily.

또한, 다이어프램의 착저 시에는 전술한 스티킹 현상 이외에도 하기와 같은 계측 전압에 기인하는 풀인 현상도 발생하는 것이 알려져 있다. 일반적으로 정전 용량식의 압력 센서와 같이 어느 거리를 두고 평행하게 대향하는 2장의 전극 사이에 전압이 가해지면 거리의 제곱에 반비례하는 인력(전압 기인의 인력)이 발생한다. 이 때문에, 압력이 인가되었을 때에 보다 변형한 다이어프램이 기판에 매우 가까운 거리까지 근접하면, 다이어프램과 기판 사이의 거리가 극단적으로 좁아지기 때문에, 전압 기인의 인력이 커지고, 강하게 끌어 당겨져 착저한다(풀인).It is also known that when the diaphragm is adjusted, a pull-in phenomenon due to the measurement voltage as described below occurs in addition to the above-described sticking phenomenon. Generally, when a voltage is applied between two electrodes facing each other in parallel at a certain distance, such as a capacitance type pressure sensor, an attractive force (attractive force due to a voltage) inversely proportional to the square of the distance is generated. Therefore, when the deformed diaphragm approaches a distance very close to the substrate when the pressure is applied, the distance between the diaphragm and the substrate is extremely narrowed. Therefore, the attracting force due to the voltage becomes large, .

여기서, 착저한 순간 전극 사이는 단락되기 때문에 전압 기인의 인력은 작용하지 않게 되어, 다이어프램이 기판으로부터 이탈한다. 그러나, 이탈한 직후에는 다시 전압 기인의 인력이 가해지기 때문에 강하게 끌어 당겨져, 다시 착저한다. 전극 사이의 거리가 매우 작은 경우에는, 이러한 착저와 이탈이 반복되는 것이 된다.Here, since the momentary instantaneous electrodes are short-circuited, the attractive force as a voltage source does not work, and the diaphragm is detached from the substrate. Immediately after the separation, however, the attracting force of the voltage is applied again, so that the attracting force is strongly pulled back. In the case where the distance between the electrodes is very small, such an approaching and leaving is repeated.

정전 용량식의 압력 센서의 경우, 용량을 계측하기 위해서 전압을 인가할 필요가 있고, 이에 따르는 전압 기인의 인력의 영향을 받아 풀인 현상이 발생하며, 결과로서 전술한 착저와 이탈이 반복되어, 센서의 출력은 다이어프램이 받은 압력과는 무관하게 불안정해져 버린다. 이 풀인 현상은, 소형이며 전극 사이의 거리가 작고, 또한 기재(基材)나 전극 상의 접촉부 표면이 매끄러운 MEMS 센서에서 현저히 발생한다.In the case of the capacitance type pressure sensor, it is necessary to apply a voltage in order to measure the capacitance, and the pull-in phenomenon occurs due to the influences of the attracting force as a result of the voltage. As a result, The output of the diaphragm becomes unstable irrespective of the pressure received by the diaphragm. This pull-in phenomenon is small, the distance between the electrodes is small, and the surface of the contact portion on the base material and the electrode is remarkably generated in the smooth MEMS sensor.

[특허문헌 1] 일본 특허 공표 평성 제10-512675호 공보[Patent Document 1] Japanese Patent Publication No. Hei 10-512675 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제11-340477호 공보[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 11-340477 [특허문헌 3] 일본 특허 공개 제2000-040830호 공보[Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-040830 [특허문헌 4] 일본 특허 공개 제2000-196106호 공보[Patent Document 4] JP-A-2000-196106 [특허문헌 5] 일본 특허 공개 제2002-299640호 공보[Patent Document 5] Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-299640 [특허문헌 6] 일본 특허 공개 제2007-078439호 공보[Patent Document 6] Japanese Patent Laid-Open No. 2007-078439

종래의 미세 기계 장치에서는, 전술한 바와 같은 전압에 기인하는 풀인 현상과 스티킹 현상을 방지하기 위해서, 가동부 또는 기판 중 적어도 한쪽의 마주보는 면에, 돌기 등의 미세한 구조를 형성하여 접촉 면적을 줄여 접촉력을 억제하도록 하고 있다. 구체적으로는, 잘 알려진 반도체 장치의 제조 기술을 이용하여, 미세 기계 장치를 구성하고 있는 실리콘 등의 반도체나 석영 등의 기재에, 미소한 돌기를 형성하고 있다. 예컨대, 공지의 리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의한 패터닝으로, 반도체나 석영 등의 기재에 수 ㎛ 정도의 크기의 돌기를 형성하도록 하고 있다. 한편, 본 명세서에서 말하는 기재란, 기판 및 가동부를 총칭하는 부재를 말한다.In the conventional micromechanical device, in order to prevent the pull-in phenomenon and the sticking phenomenon caused by the above-described voltage, a fine structure such as a projection is formed on the facing surface of at least one of the movable portion and the substrate to reduce the contact area Thereby suppressing the contact force. Concretely, minute projections are formed on a substrate such as a semiconductor such as silicon or quartz constituting the micromechanical device by using a well-known manufacturing technique of a semiconductor device. For example, protrusions having a size of about several micrometers are formed on a substrate such as a semiconductor or quartz by patterning by a known lithography technique and an etching technique. On the other hand, in the present specification, reference characters refer to members generally referred to as a substrate and a movable portion.

그러나, 격막 진공계에서는, 사용하는 환경에 대응시켜 내산성이나 내열성을 갖게 하기 위해서, 사파이어 등의 결정 재료나 알루미나 세라믹스 등의 재료가 이용된다. 이러한 높은 절연성을 갖는 재료에서는, 실리콘이나 유리 등의 경우와 비교하여 스티킹이 보다 발생하기 쉽다.However, in a diaphragm vacuum system, a crystal material such as sapphire or a material such as alumina ceramics is used in order to have acid resistance and heat resistance in accordance with the environment to be used. In such a material having high insulating properties, sticking is more likely to occur than in the case of silicon or glass.

즉, 초기에는 대전하고 있지 않은 절연 저항이 큰 기판 및 가동부가 반복해서 접촉함으로써, 접촉 대전이 일어나 표면에 정전기가 발생한다. 이들 정전기는 기재의 절연 저항이 크고, 또한 접촉하는 분위기도 진공 중이어서 도망갈 곳이 없기 때문에 접촉을 반복할 때마다 축적되며, 기판과 가동부 사이에 정전 인력을 발생시켜 스티킹을 일으킨다고 생각된다.That is, initially, the substrate and the movable part which are not charged are repeatedly brought into contact with each other with a large insulation resistance, so that contact charging occurs and static electricity is generated on the surface. These static electricity are considered to accumulate every time the contact is repeated because the insulation resistance of the substrate is large and the contact atmosphere is also in a vacuum and there is no place to run away, and electrostatic attraction is generated between the substrate and the movable part to cause sticking .

특히, 다이어프램이 얇은 구조가 되면, 수 ㎛ 정도의 크기의 돌기로는 유효한 대책이 되지 않는다. 이러한 접촉 대전의 발생을 억제하기 위해서는, 접촉하는 면적 자체를 더욱 줄이는 것이 유효한 대책이다. 이 때문에, 예컨대 서브 ㎛ 이하의 사이즈의 미소 요철을 형성하는 것이 고려되지만, 사파이어나 알루미나 세라믹스 등의 재료는, 높은 기계적 강도나 높은 내식성, 내약품성을 갖고 있는 반면, 실리콘이나 유리 등의 재료보다 가공하기 어려워, 서브 ㎛ 이하의 사이즈의 미세 가공은 매우 곤란하다. Particularly, when the diaphragm has a thin structure, it is not an effective measure for a projection having a size of about several micrometers. In order to suppress the occurrence of such contact charging, it is effective to further reduce the contact area itself. For this reason, for example, it is considered to form micro concaves and convexes having a size of sub-탆 or smaller. However, materials such as sapphire and alumina ceramics have high mechanical strength, high corrosion resistance and chemical resistance, It is very difficult to perform micro-machining of sub-탆 or smaller size.

한편, 표면을 안정화시키는 표면 피막에 의해 스티킹을 방지하는 기술도 있으나, 이 경우, 표면 피복에 유기 재료가 사용되는 경우가 많아, 고온 환경에서 이용되는 경우나, 다이어프램과 기판 사이의 공간을 진공으로 하는 구성에서는 사용할 수 없다. On the other hand, there is also a technique of preventing sticking by a surface coating that stabilizes the surface. In this case, however, organic materials are often used for coating the surface, so that when used in a high temperature environment, Can not be used.

또한, 서브 ㎛ 이하의 요철 구조를 형성하는 종래 기술은, 일반적으로 2가지 생각된다. There are generally two conventional techniques for forming a concavo-convex structure of sub-탆 or less.

1개는 샌드 블라스트 등의 표면을 기계적으로 거칠게 하는 수법인데, 거칠기를 컨트롤하는 것이 어려운 데다가 기재의 파괴 기점을 형성하게 되어, 가동부를 구비하는 압력 센서에 채용하기에는 리스크가 크다.One is a method of mechanically roughening the surface of a sandblast or the like, which makes it difficult to control the roughness and forms a breaking point of the base material, which is a great risk to be adopted in a pressure sensor having a movable portion.

다른 1개는 반도체 제조 프로세스에서 이용되고 있는 스테퍼나 전자선 묘화 노광 장치를 이용하는 방법이다. 그러나, 진공계의 사용 용도나 조건에 따라서는, 예컨대 가동부의 두께가 두꺼워 계측하는 압력의 레인지가 높은 센서 등과 같이 수 ㎚∼수 100 ㎚의 요철은 불필요한 것도 있는 것을 고려하면, 공정이나 장치에 대해 요철이 불필요한 것과 공통화할 수 있는 비율이 저하되어, 제조 비용이나 생산 관리라고 하는 점에서 불리해진다.And the other is a method using a stepper or an electron beam drawing exposure apparatus used in a semiconductor manufacturing process. However, depending on applications and conditions of use of the vacuum system, for example, it is not necessary to provide concavity and convexity of several nm to several hundreds of nm, such as a sensor having a high pressure range measured by thickening the movable portion, The ratio that can be shared with the unnecessary ones is lowered, which is disadvantageous in terms of manufacturing cost and production control.

또한, 스테퍼나 전자선 묘화 노광 장치를 이용하여, 국소적으로 수 ㎚∼수 100 ㎚의 요철을 사파이어나 알루미나 세라믹스 등의 기재에 형성했다고 해도, 전압에 기인하는 인력을 억제하는 것은 곤란하다. 즉, 수 ㎚∼수 100 ㎚의 표면 거칠기에서는, 높이도 기껏 수 ㎚∼수 100 ㎚ 정도밖에 되지 않아, 풀인 현상을 방지할 수 없다.Even if a stepper or electron beam imaging exposure apparatus is used to locally form irregularities of several nm to several hundreds of nm on a base material such as sapphire or alumina ceramics, it is difficult to suppress the attractive force attributable to the voltage. In other words, at a surface roughness of several nanometers to several hundreds of nanometers, the height is only about several nanometers to several hundred nanometers at most, and the pull-in phenomenon can not be prevented.

이러한 점에서, 특히, 사파이어나 알루미나 세라믹스 등과 같은 높은 절연성의 기재를 이용한 미세 기계 장치에서는, 유효한 스티킹 방지책을 취하기 어려운 상황에 있었다. In view of this, particularly in a micromechanical device using a highly insulating substrate such as sapphire or alumina ceramics, it is difficult to take effective anti-sticking measures.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 높은 절연성의 기재를 이용한 미세 기계 장치에 있어서 유효한 스티킹 방지책을 얻는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve these problems, and an object thereof is to obtain a sticking prevention measure which is effective in a fine mechanical device using a high insulating base material.

본 발명에 따른 미세 기계 장치의 제조 방법은, 기판 위에 지지부에 의해 지지되어 가동 영역에서 기판과 이격되어 배치되고, 가동 영역에서 기판의 방향으로 변위 가능하게 된 가동부를 구비하는 미세 기계 장치의 제조 방법으로서, 가동 영역에서 마주보는 기판 및 가동부 중 적어도 한쪽의 면에, 기판 또는 가동부 중 다른쪽의 면과 마주보는 평탄한 상면을 구비하는 제1 볼록부를 형성하는 제1 공정과, 제1 볼록부 주위에 인접하여 이 제1 볼록부의 상면보다 낮은 평탄한 상면을 구비하는 제2 볼록부를 형성하는 제2 공정을 구비하고, 제2 공정은, 포지티브형의 레지스트를 사용한 근접 노광 마스크에 의한 포토리소그래피 및 에칭을 실시하여 제2 볼록부를 형성하고, 이 제2 볼록부를 형성할 때의 노광 시에 회절광이 간섭하여 보강되는 영역을 포지티브형의 레지스트 내에 발생시킴으로써 제1 볼록부의 상면 및 제2 볼록부의 상면에 오목부를 형성하는 것을 특징으로 한다. A manufacturing method of a micromechanical device according to the present invention is a manufacturing method of a micromechanical device including a movable portion supported on a substrate by a supporting portion and spaced apart from a substrate in a movable region and displaceable in the direction of the substrate in the movable region A first step of forming a first convex portion having a flat upper surface facing the other of the substrate or the movable portion on at least one surface of the substrate and the movable portion facing each other in the movable region; And a second step of forming a second convex portion adjacent to the first convex portion, the second convex portion having a flat upper surface lower than the upper surface of the first convex portion, and in the second step, photolithography and etching using a proximity exposure mask using a positive resist are performed And a region where the diffracted light is interfered with at the time of exposure at the time of forming the second convex portion is referred to as a positive By the occurrence in the resist it is characterized in that for forming the first convex portion of the upper surface and the second convex portion to the concave top surface portions.

또한, 본 발명에 따른 미세 기계 장치는, 기판 위에 지지부에 의해 지지되어 가동 영역에서 기판과 이격되어 배치되고, 가동 영역에서 기판의 방향으로 변위 가능하게 된 가동부와, 가동 영역에서 마주보는 기판 및 가동부 중 적어도 한쪽의 면에 형성되고, 기판 또는 가동부 중 다른쪽의 면과 마주보는 평탄한 상면을 구비하는 제1 볼록부와, 제1 볼록부 주위에 인접하여 형성되고, 이 제1 볼록부의 상면보다 낮은 평탄한 상면을 구비하는 제2 볼록부를 구비하며, 제2 볼록부는, 포지티브형의 레지스트를 사용한 근접 노광 마스크에 의한 포토리소그래피 및 에칭을 실시하여 형성되고, 제1 볼록부의 상면 및 제2 볼록부의 상면은, 제2 볼록부를 형성할 때의 노광 시에 회절광이 간섭하여 보강되는 영역을 포지티브형의 레지스트 내에 발생시킴으로써 형성된 오목부를 구비하는 것을 특징으로 한다. A micromechanical device according to the present invention includes a movable part supported on a substrate by a supporting part and spaced apart from a substrate in a movable area and displaceable in the direction of the substrate in the movable area, A first convex portion formed on at least one surface of the first convex portion and having a flat upper surface facing the other of the substrate or the movable portion; and a second convex portion formed adjacent to the first convex portion, And the second convex portion is formed by performing photolithography and etching using a proximity exposure mask using a positive resist and the upper surface of the first convex portion and the upper surface of the second convex portion , And a region in which the diffracted light is interfered with and reinforced during exposure when the second convex portion is formed is generated in the positive type resist It characterized in that it comprises a neck portion.

본 발명에서는, 가동 영역에서 마주보는 기판 및 가동부 중 적어도 한쪽의 면에, 기판 또는 가동부 중 다른쪽의 면과 마주보는 평탄한 상면을 구비하는 제1 볼록부를 형성한다. 예컨대, 기판측의 면을 한쪽 면, 가동부측의 면을 다른쪽 면으로 하여, 한쪽 면(기판측의 면)에 다른쪽 면(가동부측의 면)과 마주보는 평탄한 면을 구비하는 제1 볼록부를 형성한다. 그리고, 이 제1 볼록부 주위에 인접하여, 제1 볼록부의 상면보다 낮은 평탄한 상면을 구비하는 제2 볼록부를 형성한다. 이 제2 볼록부는, 포지티브형의 레지스트를 사용한 근접 노광 마스크에 의한 포토리소그래피 및 에칭을 실시하여 형성한다. 본 발명에서는, 이 제2 볼록부를 형성할 때의 노광 시에, 회절광이 간섭하여 보강되는 영역을 포지티브형의 레지스트 내에 의도적으로 발생시켜, 제1 볼록부의 상면 및 제2 볼록부의 상면에 오목부를 형성한다. 예컨대, 제1 볼록부의 상면에 오목부를 1개, 제2 볼록부의 상면에 오목부를 복수개 형성한다. In the present invention, a first convex portion having a flat upper surface facing the other of the substrate or the movable portion is formed on at least one of the substrate and the movable portion facing each other in the movable region. For example, the first convex surface (first convex surface) having a flat surface facing the other surface (the movable surface side) on one side (surface on the substrate side) with one side of the substrate side and the other side of the side of the movable side, . A second convex portion is formed adjacent to the first convex portion and having a flat upper surface lower than the upper surface of the first convex portion. This second convex portion is formed by performing photolithography and etching using a proximity exposure mask using a positive resist. In the present invention, at the time of exposure at the time of forming the second convex portion, a region in which the diffracted light is interfered and reinforced is intentionally generated in the positive type resist so that the concave portion is formed on the upper surface of the first convex portion and the upper surface of the second convex portion . For example, a concave portion is formed on the upper surface of the first convex portion, and a plurality of concave portions are formed on the upper surface of the second convex portion.

본 발명에서는, 제2 볼록부를 형성할 때의 노광 시에 회절광이 간섭하여 보강되는 영역을 포지티브형의 레지스트 내에 발생시킴으로써, 돌기(제1 볼록부 및 제2 볼록부)의 상면에 국소적으로 미소한 오목부를 형성하는 것이 가능하다. 예컨대, 수 ㎛ 정도의 크기의 돌기의 상면에 서브 ㎛ 이하의 사이즈의 오목부를 형성하는 것이 가능하다. 이 결과, 접촉 면적이 저감하여, 정전 인력뿐만이 아니라, 분자간력 등의 다른 인력에 대해서도, 스티킹의 확률이나 정도를 줄이는 것이 가능해진다. 또한, 돌기의 상면에 형성되는 오목부의 모서리부는 둥그스름한 형태가 되어, 파괴 기점을 없애는 것이 가능해진다. 또한, 수 ㎛ 정도의 크기의 돌기의 상면에 수 ㎚∼수 100 ㎚의 미세한 요철을 파괴 기점 없이 형성하는 것도 가능하고, 스티킹 현상과 아울러, 풀인 현상을 방지하는 것도 가능해진다. 또한, 스테퍼나 전자선 묘화 노광 장치를 이용하는 경우에 비하면, 공정이나 장치에 대해 요철이 불필요한 것과 공통화할 수 있는 비율이 높아지기 때문에, 제조 비용이나 생산 관리라고 하는 점에서 우위가 된다.In the present invention, a region in which the diffracted light is interfered with and reinforced during exposure when forming the second convex portion is generated in the positive type resist so that the region on the upper side of the projections (the first convex portion and the second convex portion) It is possible to form a minute concave portion. For example, it is possible to form a concave portion having a size of sub-탆 or smaller on the upper surface of a projection having a size of about several 탆. As a result, the contact area is reduced, and the probability and degree of sticking can be reduced not only for electrostatic attraction but also for other attractive forces such as intermolecular force. Further, the corner portion of the concave portion formed on the upper surface of the projection becomes a rounded shape, and it is possible to eliminate the destruction starting point. In addition, fine irregularities of several nm to several hundreds of nm can be formed on the upper surface of the protrusion having a size of about several micrometers without a starting point of fracture, and sticking phenomenon as well as pull-in phenomenon can be prevented. In addition, compared to the case of using a stepper or an electron beam drawing exposure apparatus, since a process and an apparatus can be unified and unified with unevenness, the ratio becomes high, which is advantageous in terms of manufacturing cost and production control.

본 발명에 의하면, 제1 볼록부 주위에 인접하여 이 제1 볼록부의 상면보다 낮은 평탄한 상면을 구비하는 제2 볼록부를 형성할 때의 노광 시에, 회절광이 간섭하여 보강되는 영역을 포지티브형의 레지스트 내에 발생시킴으로써, 제1 볼록부의 상면 및 제2 볼록부의 상면에 오목부를 형성하도록 했기 때문에, 높은 절연성의 기재를 이용한 미세 기계 장치에 있어서 유효한 스티킹 방지책을 얻는 것이 가능해진다. According to the present invention, when the second convex portion is formed adjacent to the first convex portion and has a lower flat upper surface than the upper surface of the first convex portion, the region where the diffracted light is reinforced by interference is defined as a positive Since recesses are formed in the upper surface of the first convex portion and the upper surface of the second convex portion by generating the resist in the resist, it is possible to obtain an effective sticking prevention measure in a micromechanical device using a highly insulating substrate.

도 1a는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 구성예를 도시한 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 일부 구성예를 도시한 단면도이다.
도 2는 이 미세 기계 장치에 있어서의 기판측의 면에 형성된 돌기의 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도중 공정(제1 공정)의 상태를 도시한 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도중 공정(제1 공정)의 상태를 도시한 단면도이다.
도 3c는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도중 공정(제1 공정)의 상태를 도시한 단면도이다.
도 3d는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도중 공정(제1 공정)의 상태를 도시한 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도중 공정(제2 공정)의 상태를 도시한 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도중 공정(제2 공정)의 상태를 도시한 단면도이다.
도 4c는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도중 공정(제2 공정)의 상태를 도시한 단면도이다.
도 4d는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도중 공정(제2 공정)의 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 제2 공정에서 형성한 돌기의 상면을 사광(斜光) 조명을 사용하여 전자 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 다른 구성예를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 다른 구성예를 도시한 단면도이다.
도 8a는 압력 센서의 일부 구성을 도시한 단면 사시도이다.
도 8b는 압력 센서의 일부 구성을 도시한 단면 사시도이다.
도 8c는 압력 센서의 일부 구성을 도시한 단면 사시도이다. BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1A is a cross-sectional view showing a configuration example of a micromechanical device according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 1B is a cross-sectional view showing an example of a partial structure of a micromechanical device according to an embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 2 is a plan view of a protrusion formed on the substrate-side surface in this micromechanical device.
3A is a cross-sectional view showing a state of a middle step (first step) for explaining a method of manufacturing a micromechanical device according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3B is a cross-sectional view showing a state of a middle step (first step) for explaining a method of manufacturing a micromechanical device according to an embodiment of the present invention. Fig.
3C is a cross-sectional view showing a state of a middle step (first step) for explaining a method of manufacturing a micromechanical device according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3D is a cross-sectional view showing a state of a middle step (first step) for explaining a method of manufacturing a micromechanical device according to an embodiment of the present invention.
4A is a cross-sectional view showing a state of a middle step (second step) for explaining a method of manufacturing a micromechanical device according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4B is a cross-sectional view showing a state of a middle step (second step) for explaining a method of manufacturing a micromechanical device in an embodiment of the present invention. Fig.
4C is a cross-sectional view showing a state of a middle step (second step) for explaining a method of manufacturing a micromechanical device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4D is a cross-sectional view showing a state of a middle step (second step) for explaining a method of manufacturing a micromechanical device according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 is a photograph showing the result of observing the upper surface of the projections formed in the second step by an electron microscope using oblique light illumination.
6 is a cross-sectional view showing another structural example of the micromechanical device according to the embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing another structural example of the micromechanical device according to the embodiment of the present invention.
8A is a sectional perspective view showing a part of the configuration of the pressure sensor.
8B is a sectional perspective view showing a part of the configuration of the pressure sensor.
8C is a cross-sectional perspective view showing a part of the configuration of the pressure sensor.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 도 1a는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 구성예를 도시한 단면도이다. 또한, 도 1b는 본 발명의 실시형태에서의 미세 기계 장치의 일부 구성예를 도시한 단면도이다. 도 1b는 도 1a의 일부를 확대하여 나타내고 있다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1A is a cross-sectional view showing a configuration example of a micromechanical device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view showing an example of a partial structure of a micromechanical device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is an enlarged view of a part of FIG. 1A.

이 미세 기계 장치[100(100A)]는, 기판(101) 위에 지지부(102)에 의해 지지되어 가동 영역(121)에서 기판(101)과 이격되어 배치되고, 가동 영역(121)에서 기판(101)의 방향으로 변위 가능하게 된 가동부(103)를 구비한다. 가동부(103)는, 지지부(102)에 고정되어 있다. The micromechanical device 100 (100A) is supported by the support portion 102 on the substrate 101 and is disposed apart from the substrate 101 in the movable region 121, And a movable part 103 which is displaceable in the direction of the movable part 103. The movable portion 103 is fixed to the support portion 102. [

이 미세 기계 장치(100A)는, 예컨대, 가동부(103)가 다이어프램인 압력 센서이다. 예컨대, 기판(101) 및 가동부(103)는, 사파이어로 구성되고, 도시하고 있지 않으나, 가동부(103) 및 기판(101) 사이의 공극(104)에 있어서의 마주보는 면의 각각에는, 전극이 형성되어 있다. In this micro-mechanical device 100A, for example, the movable portion 103 is a diaphragm pressure sensor. For example, the substrate 101 and the movable portion 103 are made of sapphire, and electrodes (not shown) are formed on opposed surfaces of the gap 104 between the movable portion 103 and the substrate 101, Respectively.

이 미세 기계 장치(100A)에서는, 수압한 가동부(103)가 기판(101)의 방향으로 변위함으로써, 각각의 전극의 간격이 변화하여, 용량이 변화한다. 이 용량 변화에 의해 가동부(103)가 수압한 압력을 측정한다. 전극 형성 영역이 진공으로 되어 있으면, 절대 압력을 측정할 수 있는 압력 센서로서 이용할 수 있다. In this micro-mechanical device 100A, the movable part 103, which has been hydraulically displaced, is displaced in the direction of the substrate 101, so that the distance between the electrodes changes and the capacitance changes. The pressure that the movable portion 103 presses is measured by this capacity change. When the electrode formation region is in a vacuum state, it can be used as a pressure sensor capable of measuring absolute pressure.

이 미세 기계 장치(100A)에 있어서, 가동 영역(121)에서 마주보는 기판(101)측의 면(101a)에는, 복수의 돌기(105)가 형성되어 있다. 이 돌기(105)는, 평면에서 보아 원형으로 된 소직경부(105-1)와 대직경부(105-2)로 이루어지는 단차 구조의 돌기이며, 소직경부(105-1) 주위에 인접하여 소직경부(105-1)의 상면(105a)보다 낮은 평탄한 상면(105b)을 구비하는 대직경부(105-2)가 형성되어 있다. In the micromechanical device 100A, a plurality of projections 105 are formed on a face 101a on the side of the substrate 101 facing the movable region 121. [ The protrusion 105 is a protrusion having a stepped structure composed of a small diameter portion 105-1 and a large diameter portion 105-2 which are circular in plan view and is adjacent to the circumference of the small diameter portion 105-1, Diameter portion 105-2 having a flat upper surface 105b that is lower than the upper surface 105a of the base portion 105-1.

이 예에 있어서, 소직경부(105-1)의 직경(φ1)은 3 ㎛ 정도, 대직경부(105-2)의 직경(φ2)은 9 ㎛ 정도, 인접하는 돌기(105)의 간격(L)은 0.5 ㎜ 정도로 되어 있다. 또한, 소직경부(105-1)와 대직경부(105-2)의 높이의 차(단차)(h)는 0.2 ㎛ 정도로 되어 있다.In this example, the diameter 1 of the small diameter portion 105-1 is about 3 占 퐉, the diameter? 2 of the large diameter portion 105-2 is about 9 占 퐉, the interval L of the adjacent protrusions 105 is? Is about 0.5 mm. The difference (height difference) h between the heights of the small diameter portion 105-1 and the large diameter portion 105-2 is about 0.2 μm.

이 돌기(105)에 있어서, 소직경부(105-1)가 본 발명에서 말하는 제1 볼록부에 상당하고, 대직경부(105-2)가 제2 볼록부에 상당한다. 이하, 소직경부(105-1)를 제1 볼록부라고 부르고, 대직경부(105-2)를 제2 볼록부라고 부른다. 이 돌기(105)는, 근접 노광 마스크에 의한 포토리소그래피 및 에칭을 실시하여 형성되어 있다. 이 돌기(105)의 형성 과정에 대해서는 후술한다.In this projection 105, the small diameter portion 105-1 corresponds to the first convex portion in the present invention, and the large diameter portion 105-2 corresponds to the second convex portion. Hereinafter, the small diameter portion 105-1 will be referred to as a first convex portion, and the large diameter portion 105-2 will be referred to as a second convex portion. The projections 105 are formed by performing photolithography and etching with a near-exposure mask. The process of forming the protrusion 105 will be described later.

도 2에 돌기(105)의 평면도를 도시한다. 본 실시형태에 있어서, 제1 볼록부(105-1)의 상면(105a) 및 제2 볼록부(105-2)의 상면(105b)에는, 오목부(106)가 형성되어 있다. 이 예에서는, 제1 볼록부(105-1)의 상면(105a)의 중앙에 오목부(106)가 1개, 제2 볼록부(105-2)의 상면(105b)에 오목부(106)가 복수개 형성되어 있다. 또한, 이들 오목부(106)의 평면에서 본 직경 및 깊이는 서브 ㎛ 이하로 되어 있고, 제1 볼록부(105-1)의 상면(105a)에 형성되어 있는 오목부(106)의 직경은 제2 볼록부(105-2)의 상면(105b)에 형성되어 있는 오목부(106)의 직경보다 약간 크다.Fig. 2 shows a plan view of the projection 105. Fig. The concave portion 106 is formed on the upper surface 105a of the first convex portion 105-1 and the upper surface 105b of the second convex portion 105-2. In this example, the concave portion 106 is provided at the center of the upper surface 105a of the first convex portion 105-1 and the concave portion 106 is formed at the upper surface 105b of the second convex portion 105-2. Respectively. The diameter and depth of these concave portions 106 viewed from the plane are submicron or less and the diameter of the concave portion 106 formed on the top surface 105a of the first convex portion 105-1 is 2 is slightly larger than the diameter of the concave portion 106 formed on the upper surface 105b of the convex portion 105-2.

이하, 이 미세 기계 장치(100A)의 제조 방법에 대해, 도 3a 내지 도 3d 및 도 4a 내지 도 4d를 이용하여 설명한다. 도 3a 내지 도 3d 및 도 4a 내지 도 4d는, 이 미세 기계 장치(100A)의 제조 방법을 설명하기 위한 도중 공정의 상태를 도시한 단면도이다. Hereinafter, a manufacturing method of the micromechanical apparatus 100A will be described using FIGS. 3A to 3D and FIGS. 4A to 4D. Figs. 3A to 3D and Figs. 4A to 4D are cross-sectional views showing the state of the intermediate process for explaining the manufacturing method of the micromechanical apparatus 100A.

〔제1 공정: 제1 볼록부의 형성〕[Step 1: Formation of first convex portion]

먼저, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 기판(101)에 대해 1회째의 근접 노광 마스크에 의한 포토리소그래피 및 에칭을 실시하여, 기판(101)의 면(101a)에 평탄한 상면(105a)을 구비하는 제1 볼록부(105-1)를 형성한다. First, as shown in Figs. 3A to 3D, the substrate 101 is subjected to photolithography and etching with a first near-exposure mask to form a flat upper surface 105a on the surface 101a of the substrate 101, The first convex portion 105-1 is formed.

한편, 도 3a에 있어서, 도면 부호 1은 유리, 도면 부호 2는 유리(1)의 하면에 형성된 원형의 크롬 마스크(근접 노광 마스크), 도면 부호 3은 기판(101)의 면(101a)에 감광층으로서 형성된 포지티브형의 레지스트이다. 3A, reference numeral 1 denotes a glass, 2 denotes a circular chrome mask (near-exposure mask) formed on the lower surface of the glass 1, 3 denotes a photosensitive surface Is a positive type resist formed as a layer.

이 제1 볼록부(105-1)의 형성 과정에 대해 구체적으로 설명한다. 먼저, 기판(101)의 면(101a)에 감광층으로서 포지티브형의 레지스트(3)를 형성한다(도 3a). The process of forming the first convex portion 105-1 will be described in detail. First, a positive type resist 3 is formed as a photosensitive layer on the surface 101a of the substrate 101 (Fig. 3A).

다음으로, 포지티브형의 레지스트(3)의 상면에 크롬 마스크(2)의 하면을 근접시킨 상태로 하고, 유리(1)의 상방으로부터 광(자외선)을 조사하여, 포지티브형의 레지스트(3)에 대한 노광을 행한다(도 3b).Next, light (ultraviolet rays) is irradiated from above the glass 1 in a state in which the lower surface of the chromium mask 2 is brought close to the upper surface of the positive type resist 3, (FIG. 3B).

그러면, 포지티브형의 레지스트(3)에는, 광의 조사를 받은 노광 부분(3-1)과, 크롬 마스크(2)의 그림자가 되어 광의 조사를 받지 않은 비노광 부분(3-2)이 형성된다. 이 후, 현상하면, 비노광 부분(3-2)이 남는다(도 3c).Then, in the positive type resist 3, an exposed portion 3-1 which is irradiated with light and an unexposed portion 3-2 which is a shadow of the chrome mask 2 and is not irradiated with light are formed. Thereafter, when developed, the non-exposed portion 3-2 remains (Fig. 3C).

다음으로, 기상 또는 액상으로 에칭을 실시함으로써, 비노광 부분(3-2)으로 덮여져 있지 않은 기판(101)의 면(101a)을 깎아낸다. 그 후, 비노광 부분(3-2)을 제거함으로써, 기판(101)의 면(101a)에 평탄한 상면(105a)을 구비하는 제1 볼록부(105-1)를 얻는다(도 3d). Next, the surface 101a of the substrate 101, which is not covered with the non-exposed portion 3-2, is scraped off by performing etching in vapor or liquid phase. Thereafter, the non-exposed portion 3-2 is removed to obtain a first convex portion 105-1 having a flat upper surface 105a on the surface 101a of the substrate 101 (Fig. 3d).

〔제2 공정: 제2 볼록부의 형성〕[Second Step: Formation of Second Convex]

다음으로, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 기판(101)에 대해 2회째의 근접 노광 마스크에 의한 포토리소그래피 및 에칭을 실시하여, 기판(101)의 면(101a)에 형성되어 있는 제1 볼록부(105-1) 주위에 인접하여, 이 제1 볼록부(105-1)의 상면(105a)보다 낮은 평탄한 상면(105b)을 구비하는 제2 볼록부(105-2)를 형성한다.Next, as shown in Figs. 4A to 4D, the substrate 101 is subjected to photolithography and etching with a second near-exposure mask to form a pattern on the surface 101a of the substrate 101 A second convex portion 105-2 having a flat upper surface 105b lower than the upper surface 105a of the first convex portion 105-1 is formed adjacent to the first convex portion 105-1 .

한편, 도 4a에 있어서, 도면 부호 10은 유리, 도면 부호 20은 유리(10)의 하면에 형성된 크롬 마스크(근접 노광 마스크), 도면 부호 30은 제1 볼록부(105-1)를 포함하는 기판(101)의 면(101a)에 감광층으로서 형성된 포지티브형의 레지스트이다. 이 예에 있어서, 크롬 마스크(20)의 직경은, 제1 볼록부(105-1)의 직경(φ1)보다 크고, 제1 볼록부(105-1) 주위에 인접하여 형성하는 제2 볼록부(105-2)의 직경(φ2)에 맞춘 직경으로 되어 있다. 또한, 포지티브형의 레지스트(30)의 두께(d)는 1 ㎛ 정도로 되어 있다. 4A, reference numeral 10 denotes a glass, reference numeral 20 denotes a chrome mask (near-exposure mask) formed on the lower surface of the glass 10, reference numeral 30 denotes a substrate including a first convex portion 105-1 Is a positive type resist formed as a photosensitive layer on the surface 101a of the substrate 101. [ In this example, the diameter of the chrome mask 20 is larger than the diameter 1 of the first convex portion 105-1, and the second convex portion 105-1, which is formed adjacent to the first convex portion 105-1, The diameter of which corresponds to the diameter? The thickness d of the positive type resist 30 is about 1 mu m.

이 제2 볼록부(105-2)의 형성 과정에 대해 구체적으로 설명한다. 먼저, 제1 볼록부(105-1)가 형성되어 있는 기판(101)의 면(101a)에 감광층으로서 포지티브형의 레지스트(30)를 형성한다(도 4a). The formation process of the second convex portion 105-2 will be described in detail. First, a positive type resist 30 is formed as a photosensitive layer on the surface 101a of the substrate 101 on which the first convex portion 105-1 is formed (FIG. 4A).

다음으로, 포지티브형의 레지스트(30)의 상면에 크롬 마스크(20)의 하면을 근접시킨 상태로 하고, 유리(10)의 상방으로부터 광(자외선)을 조사하여, 포지티브형의 레지스트(30)에 대한 노광을 행한다(도 4b). 이 예에서는, 크롬 마스크(20)의 하면을 포지티브형의 레지스트(30)의 상면으로부터 수 ㎛∼10 수 ㎛ 정도 떼어 놓아, 노광을 행한다.Next, light (ultraviolet rays) is irradiated from above the glass 10 in a state in which the lower surface of the chromium mask 20 is brought close to the upper surface of the positive type resist 30, (FIG. 4B). In this example, the lower surface of the chromium mask 20 is separated from the upper surface of the positive type resist 30 by several mu m to 10 mu m, and exposure is performed.

그러면, 포지티브형의 레지스트(30)에는, 광의 조사를 받은 노광 부분(30-1)과, 크롬 마스크(20)의 그림자가 되어 광의 조사를 받지 않은 비노광 부분(30-2)이 형성되지만, 이 노광 시에, 제1 볼록부(105-1)의 벽면[제1 볼록부(105-1)를 구성하는 면], 레지스트(30), 크롬 마스크(20), 기판(101)의 계면 등에서 광의 회절이 발생하고, 비노광 부분(30-2) 내에 회절광이 간섭하여 보강되는 영역이 발생한다. 도 4b에서는, 이 회절광이 간섭하여 보강되는 영역을 점선으로 둘러싸서 간섭 영역(SA)으로서 나타내고 있다.Then, in the positive type resist 30, the exposed portion 30-1 which is irradiated with light and the non-exposed portion 30-2 which is not irradiated with light as a shadow of the chromium mask 20 are formed, (The surface constituting the first convex portion 105-1) of the first convex portion 105-1, the interface between the resist 30, the chrome mask 20, and the substrate 101, Light diffraction occurs, and a region in which the diffracted light interferes with the non-exposed portion 30-2 is reinforced. In Fig. 4B, the region where the diffracted light is interfered and reinforced is shown as an interference region SA surrounded by a dotted line.

본 실시형태와 같이, 제1 볼록부(105-1) 및 크롬 마스크(20)의 윤곽이 원형인 경우, 이 크롬 마스크(20)의 윤곽으로 둘러싸인 영역에 반점 형상으로 간섭 영역(SA)이 발생한다. 이에 의해, 특히 얼라인먼트를 필요로 하지 않고 자동적으로, 서브 ㎛ 이하의 사이즈로 레지스트 두께가 얇은 또는 간섭에 의해 영향을 받은 영역이, 손상 영역으로서 비노광 부분(30-2)에 반점 형상으로 발생한다. 이 후, 현상하면, 비노광 부분(30-2)이 남는다(도 4c). 한편, 도 4c에서는, 비노광 부분(30-2)에 발생하는 손상 영역을 SB로서 나타내고 있다. When the outline of the first convex portion 105-1 and the chrome mask 20 is circular as in the present embodiment, an interference region SA is formed in a speck shape in an area surrounded by the contour of the chrome mask 20 do. As a result, a region having a thickness of the sub-탆 or smaller in resist thickness or affected by interference is automatically generated as a damaged region in a non-exposed portion 30-2 in a spot shape without requiring alignment . Thereafter, when developed, the non-exposed portion 30-2 remains (Fig. 4C). On the other hand, in FIG. 4C, the damage area generated in the non-exposed portion 30-2 is indicated as SB.

다음으로, 기상 또는 액상으로 에칭을 실시함으로써, 비노광 부분(30-2)으로 덮여져 있지 않은 기판(101)의 면(101a)을 깎아낸다. 이때, 비노광 부분(30-2)에 발생하고 있는 손상 영역(SB) 내에서는 중심으로부터 레지스트가 붕괴되어, 레지스트 제거 후에 미소한 구덩이가 형성된다. 이 구덩이가, 도 4d를 이용하여 이후에 설명하는 오목부(106)가 된다. Next, the surface 101a of the substrate 101 which is not covered with the non-exposed portion 30-2 is cut off by performing etching in a gas phase or a liquid phase. At this time, in the damaged region SB occurring in the non-exposed portion 30-2, the resist is collapsed from the center, and a minute pore is formed after the resist is removed. This pit becomes a concave portion 106 to be described later by using Fig. 4D.

그 후, 비노광 부분(30-2)을 제거함으로써, 제1 볼록부(105-1) 주위에 인접한 위치에, 제1 볼록부(105-1)의 상면(105a)보다 낮은 평탄한 상면(105b)을 구비하는 제2 볼록부(105-2)를 얻는다(도 4d). 즉, 제1 볼록부(105-1)와 제2 볼록부(105-2)로 이루어지는 단차 구조의 돌기(105)를 얻는다.Thereafter, by removing the non-exposed portion 30-2, a flat upper surface 105b lower than the upper surface 105a of the first convex portion 105-1 is formed at a position adjacent to the first convex portion 105-1. (Fig. 4D). That is, the protrusion 105 of the step structure composed of the first convex portion 105-1 and the second convex portion 105-2 is obtained.

이 돌기(105)에 있어서, 제1 볼록부(105-1)의 상면(105a) 및 제2 볼록부(105-2)의 상면(105b)에는, 앞선 에칭 시의 비노광 부분(30-2)에 있어서의 손상 영역(SB) 내의 레지스트의 붕괴에 의해, 미소한 오목부(106)가 형성되어 있다. 이 예에서는, 평면에서 본 직경 및 깊이가 서브 ㎛ 이하인 오목부(106)가, 제1 볼록부(105-1)의 상면(105a)의 중앙에 1개, 제2 볼록부(105-2)의 상면(105b)에 복수개 형성된다. 이 오목부(106)는, 모서리부가 샤프하지 않고, 둥그스름한 형태가 된다.In this projection 105, the upper surface 105a of the first convex portion 105-1 and the upper surface 105b of the second convex portion 105-2 are provided with a non-exposed portion 30-2 The concave portion 106 is formed by the collapse of the resist in the damaged region SB in FIG. In this example, the concave portion 106 having a diameter and a depth of sub-탆 or less as seen from the plane is one in the center of the upper surface 105a of the first convex portion 105-1 and the second convex portion 105-2, The upper surface 105a and the lower surface 105b. In this concave portion 106, the corner portion is not sharp, and the shape becomes rounded.

도 5에 이 돌기(105)에 있어서의 오목부(106)의 형성예를 나타낸다. 도 5는 돌기(105)의 상면을 사광(斜光) 조명을 사용하여 광학 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 사진이다. 이 사진으로부터도, 돌기(105)의 상면에, 그 중앙에 오목부가 1개, 이 중앙의 오목부를 둘러싸도록 복수의 오목부가 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이 오목부는 돌기(105)의 상면에 주기적으로 반점 형상으로 형성된다.Fig. 5 shows an example of the formation of the recess 106 in the projection 105. Fig. 5 is a photograph showing the result of observing the upper surface of the projection 105 with an optical microscope using oblique light illumination. It is also seen from this photograph that a plurality of concave portions are formed on the upper surface of the projection 105 so as to surround one concave portion and a concave portion at the center thereof. The concave portion is periodically formed in a spot shape on the upper surface of the projection 105.

한편, 도 5에 나타낸 오목부(106)의 형성예에 있어서, 레지스트 재료 및 노광 조건은 예컨대 하기와 같은 조건으로 하였다. On the other hand, in the example of forming the concave portion 106 shown in Fig. 5, the resist material and the exposure conditions are, for example, the following conditions.

레지스트 재료: 포지티브 레지스트, OFPR-800LB[도쿄 오카 고교(주)], 막 두께 1 ㎛∼3 ㎛. Resist material: Positive resist, OFPR-800LB (Tokyo Oka Kogyo Co., Ltd.), film thickness 1 mu m to 3 mu m.

노광 조건: 고압 수은 램프[주(主) 파장 약 365 ㎚∼436 ㎚] 사용.Exposure conditions: High pressure mercury lamp (main wavelength about 365 nm to 436 nm) is used.

노광 모드: 하드 컨택트 및 소프트 컨택트.Exposure mode: Hard contact and soft contact.

노광량: 30∼80 mJ/㎠Exposure dose: 30 to 80 mJ / cm 2

또한, 에칭 조건은, 드라이 에칭으로 하고, 예컨대 하기와 같은 조건으로 하였다. The etching conditions were dry etching, and the conditions were, for example, as follows.

에칭 가스: BCL3 또는 CL2.Etching gas: BCL3 or CL2.

가스 유량: 10 sccmGas flow rate: 10 sccm

전력: 안테나 75 W, 바이어스 5 W.Power: 75 W antenna, 5 W bias.

이와 같이 하여, 본 실시형태에 의하면, 제1 볼록부(105-1) 주위에 인접하여 이 제1 볼록부(105-1)의 상면보다 낮은 평탄한 상면(105b)을 구비하는 제2 볼록부(105-2)를 형성할 때의 노광 시에, 회절광이 간섭하여 보강되는 영역을 간섭 영역(SA)으로서 포지티브형의 레지스트(30) 내에 발생시킴으로써, 수 ㎛ 정도의 크기의 돌기(105)[제1 볼록부(105-1) 및 제2 볼록부(105-2)]의 상면에 국소적으로 서브 ㎛ 이하의 사이즈의 오목부(106)를 형성할 수 있다. As described above, according to the present embodiment, the second convex portion 105b having a flat top surface 105b which is adjacent to the periphery of the first convex portion 105-1 and lower than the top surface of the first convex portion 105-1 105-2 having a size of about several micrometers can be obtained by generating an area in which the diffracted light is interfered with and reinforced in the positive type resist 30 as the interference area SA at the time of exposure in forming the diffraction grating 105-2 The concave portion 106 having a size of sub-탆 or less can be locally formed on the upper surface of the first convex portion 105-1 and the second convex portion 105-2.

이 결과, 접촉 면적이 저감하여, 정전 인력뿐만이 아니라, 분자간력 등의 다른 인력에 대해서도, 스티킹의 확률이나 정도를 줄일 수 있게 된다. 또한, 돌기(105)의 상면에 형성되는 오목부(106)의 모서리부는 둥그스름한 형태가 되어, 파괴 기점을 없애는 것이 가능해진다. 또한, 수 ㎛ 정도의 크기의 돌기(105)의 상면에 수 ㎚∼수 100 ㎚의 미세한 요철을 파괴 기점 없이 형성하는 것도 가능하고, 스티킹 현상과 아울러, 풀인 현상도 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 스테퍼나 전자선 묘화 노광 장치를 이용하는 경우에 비하면, 공정이나 장치에 대해 요철이 불필요한 것과 공통화할 수 있는 비율이 높아지기 때문에, 제조 비용이나 생산 관리라고 하는 점에서 우위가 된다. As a result, the contact area is reduced, and the probability or degree of sticking can be reduced not only for electrostatic attraction but also for other attractive forces such as intermolecular force. Further, the corner portion of the recess 106 formed on the upper surface of the projection 105 becomes rounded, and it is possible to eliminate the destruction starting point. It is also possible to form fine irregularities of several nm to several hundreds of nm on the upper surface of the protrusion 105 having a size of the order of several micrometers without a starting point of destruction, and it is possible to prevent a sticking phenomenon as well as a pull-in phenomenon. In addition, compared to the case of using a stepper or an electron beam drawing exposure apparatus, since a process and an apparatus can be unified and unified with unevenness, the ratio becomes high, which is advantageous in terms of manufacturing cost and production control.

한편, 전술한 실시형태에서는, 가동 영역(121)에서 마주보는 기판(101)측의 면(101a)에 미소한 오목부(106)를 구비하는 제1 볼록부(105-1)와 제2 볼록부(105-2)로 이루어지는 단차 구조의 돌기(105)를 형성하도록 하였으나, 도 6에 도시된 미세 기계 장치[100(100B)]와 같이, 가동 영역(121)에서 마주보는 가동부(103)측의 면(103a)에 동일한 돌기(105)를 형성하도록 해도 좋다. 또한, 도 7에 도시된 미세 기계 장치[100(100C)]와 같이, 가동 영역(121)에서 마주보는 기판(101)측의 면(101a)과 가동부(103)측의 면(103a)의 양방에 동일한 돌기(105)를 형성하도록 해도 좋다. The first convex portion 105-1 and the second convex portion 105b each having a minute concave portion 106 on the surface 101a on the side of the substrate 101 facing the movable region 121 in the above- The protrusion 105 of the stepped structure composed of the portion 105-2 is formed on the side of the movable portion 103 facing the movable portion 121 as in the micromechanical device 100 (100B) The protrusion 105 may be formed on the surface 103a of the protrusion 105a. It is also possible to use the micro-mechanical device 100 (100C) shown in Fig. 7 in which both the face 101a on the side of the substrate 101 facing the movable region 121 and the face 103a on the side of the movable portion 103 The same projection 105 may be formed.

또한, 전술한 실시형태에서는, 돌기(105)를 수 ㎛ 정도의 크기로 하였으나, 수 10 ㎛ 정도(1 ㎛∼수 10 ㎛)로 해도 좋다. 또한, 오목부(106)의 사이즈도 서브 ㎛ 이하로 하였으나, 돌기(105)의 크기 이하이면 되고, 서브 ㎛보다 크게 해도 좋으며, 예컨대 수 ㎛ 이하의 사이즈로 해도 좋다. 한편, 실제의 오목부(106)의 평면에서 본 사이즈는, 서브∼3 ㎛ 정도가 된다.In the above-described embodiment, the projection 105 has a size of about several micrometers, but it may be about several 10 micrometers (1 micrometer to several tens micrometers). The size of the recess 106 is not larger than the sub-탆, but may be smaller than the size of the projection 105, may be larger than the sub-탆, and may be, for example, several 탆 or smaller. On the other hand, the size seen from the plane of the actual concave portion 106 is about sub-3 m.

또한, 전술한 실시형태에서는, 제1 볼록부(105-1) 주위에 인접하여, 이 제1 볼록부(105-1)의 상면보다 낮은 평탄한 상면(105b)을 구비하는 제2 볼록부(105-2)를 형성하도록 하였으나, 제2 볼록부(105-2)와 동일하게 하여, 제2 볼록부(105-2)와 동일한 볼록부를 제2 볼록부(105-2)의 하단에 더 형성하도록 해도 좋다.In the above-described embodiment, the second convex portion 105 (having a flat upper surface 105b which is adjacent to the first convex portion 105-1 and is lower than the upper surface of the first convex portion 105-1) The same convex portion as that of the second convex portion 105-2 is formed at the lower end of the second convex portion 105-2 in the same manner as the second convex portion 105-2 Maybe.

즉, 본 발명에 있어서, 볼록부는 제1 볼록부와 제2 볼록부에만 한정되는 것은 아니며, 3단 이상의 다단(예컨대, 제1 볼록부도 포함하여 합계 4단∼5단)으로 해도 좋다. 또한, 본 발명에 있어서, 볼록부를 3단 이상의 다단으로 하는 경우, 적어도 제1 볼록부와 제2 볼록부에는 오목부를 형성하도록 하지만, 다른 볼록부에는 반드시 오목부를 형성하도록 하지 않아도 좋다.That is, in the present invention, the convex portion is not limited to the first convex portion and the second convex portion, but may be three or more stages (for example, a total of four to five stages including the first convex portion). Further, in the present invention, in the case where the convex portion has three or more stages, concave portions are formed in at least the first convex portion and the second convex portion, but it is not always necessary to form the concave portion in the other convex portion.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 제1 볼록부(105-1) 주위에 인접하여 이 제1 볼록부(105-1)의 상면보다 낮은 평탄한 상면(105b)을 구비하는 제2 볼록부(105-2)를 형성할 때의 노광 시에, 회절광이 간섭하여 보강되는 영역을 간섭 영역(SA)으로서 포지티브형의 레지스트(30) 내에 발생시킴으로써, 제1 볼록부(105-1)의 상면(105a) 및 제2 볼록부(105-2)의 상면(105b)에 미소한 오목부(106)를 형성하도록 하고 있기 때문에, 사파이어나 알루미나 세라믹스 등과 같은 높은 절연성의 기재를 이용한 미세 기계 장치(100)에 있어서 유효한 스티킹 방지책을 얻는 것이 가능해진다. As described above, according to the present embodiment, the second convex portion 105b, which is adjacent to the first convex portion 105-1 and has a flat upper surface 105b lower than the top surface of the first convex portion 105-1, A region where the diffracted light is interfered and reinforced is generated in the positive type resist 30 as the interference region SA at the time of forming the first convex portion 105-1 The minute recesses 106 are formed in the upper surface 105b of the upper surface 105a and the upper surface 105b of the second convex portion 105-2 so that the surface of the upper surface 105b of the fine mechanical device using the high insulating substrate such as sapphire or alumina ceramics 100, it is possible to obtain an effective anti-sticking measure.

예컨대, 미세한 다이어프램을 이용한 정전 용량식의 격막 진공계는, 제조 장치에 실장되고, 또한, 이 제조 장치가 생산 현장에 설치되어 가동 상태가 된다. 제조 장치에 실장되는 단계, 장치의 메인터넌스 중 등에는, 상기 진공계가 대기에 노출되게 되고, 진공계의 사용에서 보면, 비정상적인 고압하에 배치되게 되어, 스티킹이 발생하기 쉬운 상태가 된다. 예컨대, 메인터넌스 중에 스티킹이 발생하고, 이것이 복귀하지 않으면, 진공계에 의해 정상적인 측정을 실시할 수 없어, 제조 프로세스에 악영향이 발생한다. 이에 비해, 본 발명에 의하면, 스티킹이 발생하기 어려워지고, 또한, 스티킹으로부터 복귀하기 쉬운 상태가 되기 때문에, 전술한 바와 같은 문제 발생을 억제할 수 있게 된다. 또한, 계측 동작 중, 풀인 현상이 발생하는 것도 방지된다.For example, a capacitive type diaphragm vacuum meter using a minute diaphragm is mounted on a manufacturing apparatus, and the manufacturing apparatus is installed on a production site to be in an operating state. The vacuum system is exposed to the atmosphere during the step of mounting on the manufacturing apparatus and during the maintenance of the apparatus, and in the use of the vacuum system, the vacuum system is disposed under abnormal high pressure, and sticking is likely to occur. For example, sticking occurs during maintenance, and if this does not return, normal measurement can not be performed by a vacuum gauge, and the manufacturing process is adversely affected. On the other hand, according to the present invention, sticking is less likely to occur, and further, it is easy to return from sticking, so that it is possible to suppress the occurrence of the above-described problems. It is also possible to prevent the pull-in phenomenon from occurring during the measurement operation.

〔실시형태의 확장〕[Extension of Embodiment]

이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 구성이나 상세에는, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러 가지 변경을 할 수 있다. Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. Various changes and modifications can be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention.

10: 유리 20: 크롬 마스크
30: 포지티브형의 레지스트 30-1: 노광 부분
30-2: 비노광 부분
100(100A, 100B, 100C): 미세 기계 장치 101: 기판
101a: 면(기판측의 면) 102: 지지부
103: 가동부 103a: 면(가동부측의 면)
104: 공극 105: 돌기
105-1: 소직경부(제1 볼록부) 105-2: 대직경부(제2 볼록부)
105a: 상면(제1 볼록부의 상면)
105b: 상면(제2 볼록부의 상면) 106: 오목부
121: 가동 영역 SA: 간섭 영역
SB: 손상 영역10: glass 20: chrome mask
30: positive type resist 30-1: exposure part
30-2: Non-exposed portion
100 (100A, 100B, 100C): fine mechanical device 101: substrate
101a: plane (plane on the substrate side) 102:
103: movable part 103a: face (movable face side)
104: air gap 105: projection
105-1: small diameter portion (first convex portion) 105-2: large diameter portion (second convex portion)
105a: upper surface (upper surface of the first convex portion)
105b: upper surface (upper surface of the second convex portion) 106:
121: movable area SA: interference area
SB: Damage area

Claims (4)

기판 위에 지지부에 의해 지지되어 가동 영역에서 상기 기판과 이격되어 배치되고, 상기 가동 영역에서 상기 기판의 방향으로 변위 가능하게 된 가동부를 포함하는 미세 기계 장치의 제조 방법으로서,
상기 가동 영역에서 마주보는 상기 기판 및 상기 가동부 중 적어도 한쪽의 면에, 상기 기판 또는 상기 가동부 중 다른쪽의 면과 마주보는 평탄한 상면을 포함하는 제1 볼록부를 형성하는 제1 공정과,
상기 제1 볼록부 주위에 인접하여 이 제1 볼록부의 상면보다 낮은 평탄한 상면을 포함하는 제2 볼록부를 형성하는 제2 공정을 포함하고,
상기 제2 공정은,
포지티브형의 레지스트를 사용한 근접 노광 마스크에 의한 포토리소그래피 및 에칭을 실시하여 상기 제2 볼록부를 형성하고, 이 제2 볼록부를 형성할 때의 노광 시에 회절광이 간섭하여 보강되는 영역을 상기 포지티브형의 레지스트 내에 발생시킴으로써 상기 제1 볼록부의 상면 및 상기 제2 볼록부의 상면에 오목부를 형성하는 것을 특징으로 하는 미세 기계 장치의 제조 방법. And a movable portion supported by the support portion on the substrate and spaced apart from the substrate in the movable region and displaceable in the direction of the substrate from the movable region,
A first step of forming on a surface of at least one of the substrate and the movable portion facing the movable region a first convex portion including a flat upper surface facing the other surface of the substrate or the movable portion;
And a second step of forming a second convex portion adjacent to the first convex portion and including a flat upper surface lower than the upper surface of the first convex portion,
In the second step,
The second convex portion is formed by performing photolithography and etching using a proximity exposure mask using a positive type resist and a region in which the diffracted light is interfered with during the exposure when forming the second convex portion is referred to as the positive type Wherein the concave portion is formed on the upper surface of the first convex portion and the upper surface of the second convex portion by being generated in the resist of the second convex portion. 제1항에 있어서,
상기 제1 볼록부의 상면에 상기 오목부를 1개,
상기 제2 볼록부의 상면에 상기 오목부를 복수개 형성하는 것을 특징으로 하는 미세 기계 장치의 제조 방법. The method according to claim 1,
The concave portion is formed on the upper surface of the first convex portion,
And a plurality of the concave portions are formed on the upper surface of the second convex portion. 기판 위에 지지부에 의해 지지되어 가동 영역에서 상기 기판과 이격되어 배치되고, 상기 가동 영역에서 상기 기판의 방향으로 변위 가능하게 된 가동부와,
상기 가동 영역에서 마주보는 상기 기판 및 상기 가동부 중 적어도 한쪽의 면에 형성되고, 상기 기판 또는 상기 가동부 중 다른쪽의 면과 마주보는 평탄한 상면을 포함하는 제1 볼록부와,
상기 제1 볼록부 주위에 인접하여 형성되고, 이 제1 볼록부의 상면보다 낮은 평탄한 상면을 포함하는 제2 볼록부를 포함하며,
상기 제2 볼록부는,
포지티브형의 레지스트를 사용한 근접 노광 마스크에 의한 포토리소그래피 및 에칭을 실시하여 형성되고,
상기 제1 볼록부의 상면 및 상기 제2 볼록부의 상면은,
상기 제2 볼록부를 형성할 때의 노광 시에 회절광이 간섭하여 보강되는 영역을 상기 포지티브형의 레지스트 내에 발생시킴으로써 형성된 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 기계 장치. A moving part which is supported on the substrate by a supporting part and is disposed apart from the substrate in the moving area and which is displaceable in the direction of the substrate in the moving area,
A first convex portion formed on at least one of the substrate and the movable portion facing the movable region and including a flat upper surface facing the other of the substrate or the movable portion;
And a second convex portion formed adjacent to the first convex portion and including a flat upper surface lower than an upper surface of the first convex portion,
The second convex portion
Photolithography and etching by a proximity exposure mask using a positive type resist,
Wherein an upper surface of the first convex portion and an upper surface of the second convex portion,
And a concave portion formed by causing, in the positive type resist, a region where the diffracted light is interfered with and reinforced during exposure when forming the second convex portion. 제3항에 있어서,
상기 제1 볼록부의 상면에 상기 오목부가 1개,
상기 제2 볼록부의 상면에 상기 오목부가 복수개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세 기계 장치. The method of claim 3,
Wherein the concave portion is formed on the upper surface of the first convex portion,
And a plurality of the recesses are formed on the upper surface of the second convex portion.
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