(57)【要約】【課題】ラミネーションやＳＴＰ法などの転写法を用いた封止膜の形成で、中空微細構造の封止が均一に行えるようにする。【解決手段】まず、隣り合う微細構造体１１０の間、及び基板周辺部１００ａを埋めるように、基板１００の上に充填構造体１０３が形成された状態とする。微細構造体１１０の上面と充填構造体１０３の上面とにより、ほぼ同一の平面が形成された状態となる。また、充填構造体１０３に凹部１０３ａを備えるようにしたので、形成された面の表面状態が、ほぼ均一な状態となる。この後、微細構造体１１０及び充填構造体１０３の上に、例えば、ＳＴＰ法により、一体構造の封止膜１０５が形成された状態とする。【選択図】  図１
2006196655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の面に対向配置されて貫通孔を備えた天井壁とこの天井壁を前記基板の上に支持する側壁枠とを備えた複数の微細構造体が、前記基板の上に配列された状態とする工程と、
前記基板の面に対向する平坦な上面を備えて前記微細構造体と同一の高さに形成された複数の充填構造体が、前記微細構造体の間の前記基板の上に配列された状態とする工程と、
前記充填構造体が配列された後、圧着により、全ての前記天井壁の上面に、封止膜が形成された状態とする工程と
を少なくとも備え、
前記側壁枠と前記天井壁とに囲まれた領域に封止された空間を備える
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の微細構造体の製造方法において、
前記充填構造体は、上面に凹部を備えることを特徴とする微細構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の微細構造体の製造方法において、
前記凹部は、前記貫通孔と平面視で同一の形状に形成され、前記貫通孔と同一に配列されている
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項２記載の微細構造体の製造方法において、
前記充填構造体は、前記微細構造体の外形と等しい直方体に形成され、
平面視で、前記凹部の合計面積は、前記貫通孔の合計面積より小さい
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細構造体の製造方法において、
前記基板の上に前記側壁枠が形成された状態とする工程と、
前記側壁枠の内側を充填する犠牲膜が形成された状態とする工程と、
前記犠牲膜及び前記側壁枠の上に前記天井壁が形成された状態とする工程と、
前記天井壁の貫通孔を介して前記犠牲膜を除去する工程と
を少なくとも備え、
前記犠牲膜が除去された後、前記天井壁の上面に、前記封止膜が形成された状態とする
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の微細構造体の製造方法において、
前記微細構造体の内部に可動部を備えた素子が配置されている
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
ＭＥＭＳなどを構成する複数の微細構造体が封止された状態で基板の上に形成された微細構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（MicroElectro Mechanical System）などに用いられる微細な構造体では、外部から遮断されて封止された空間内に可動する微細な構造体を収容して用いている。また、より低い誘電率を得るために、半導体集積回路では、配線間に封止された空間を設けるようにしている。これらの封止された空間を形成する技術の１つに、ＳＴＰ（Spin-coating film Transfer and hot-Pressing technique）法やラミネーションなどの転写を用いた薄膜形成方法がある。ＳＴＰ法は、フィルムを用いた薄膜形成方法であり、フィルムに塗布形成した膜を減圧された環境の中で熱圧着することにより、膜と基板とを接着させ、この後、膜よりフィルムを剥離することで、膜をフィルムから基板に転写するようにしたものである。
【０００３】
また、ラミネーションでは、粘着層をもったフィルムを圧力を加えて基板に貼り付ける技術である。従来の微細な中空構造作製及び封止方法では、まず、犠牲膜の上に天井壁を積層して形成した後、天井壁にエッチング用の微細な貫通孔を形成し、形成した貫通孔を通して犠牲膜をエッチング除去し、天井壁と基板との間に中空構造が形成された状態とする。この後、上述した転写の技術により、天井壁の上に封止膜が形成された状態とすることで、形成された中空構造が封止された状態としていた。前述した薄膜形成の方法を用いれば、空間内部に膜の材料を流入させることなく、比較的大きな貫通孔を封止することが可能となる。
【０００４】
例えば、図７（ａ）の断面図に示すように、配列された複数の中空構造を備えた微細構造１１０１が、基板１１００の上に形成された構造が提案されている(特許文献１参照)。微細構造１１０１は、一体に形成された上部電極１１０３，下部電極１１０４，及び支持電極１１０５から構成されている。また、上部電極１１０３には、中空構造形成のための貫通孔１１０６が形成され、封止膜１１０７により塞がれている。図７（ｂ）の平面図に示すように、正方配列された複数の微細構造セル１１０１ａに渡って、上部電極１１０３は共通に形成され、微細構造セル１１０１ａの中で、４つの角の領域に、４つの貫通孔１１０６が形成されている。図７に示す微細構造では、可撓性を有する上部電極１１０３と下部電極１１０４とにより形成される容量の変化を検出する圧力センサが構成されている。
【０００５】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特許第３５１６９４５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した転写法により封止膜を形成する場合、微細構造が配置されている領域の境界部分において、封止膜に異常が発生するという問題があった。例えば、上述した複数の微細構造を備えた圧力センサのチップは、複数のチップが配列されたウエハより切り出すことで形成されている。このような場合、１つのチップ領域においては、チップの周辺領域には微細構造を配置しないようにしている。チップの周辺領域は、ウエハより切り出すときの断裁領域に隣接しているため、この領域に微細な構造体が配置されると、断裁時に破損しやすく異物発生の原因となる。このため、一般には、チップ周辺領域には、必要のない構造体（パターン）は、配置しないようにしている。
【０００７】
このような場合、図８に示すように、チップの周辺領域１１００ａとこれより内側の領域とは、微細構造１１０１の有無により段差のある状態となっている。このような状態の周辺領域１１００ａにおいては、図８（ａ）に示すように、微細構造が形成されていない基板１１００と貼り合わされた封止膜１１０７との間に、間隙が発生する。また、ＳＴＰ法などの転写による封止膜１１０７の形成では、段差の部分では均一な加重が得られないため、例えば図８（ｂ）に示すように、周辺領域１１００ａにおいて、封止膜１１０７が形成されない破断部分が発生する。また、図８（ｃ）に示すように、封止膜１１０７の端部剥がれが発生する。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ラミネーションやＳＴＰ法などの転写法を用いた封止膜の形成で、中空微細構造の封止が均一に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る微細構造体の製造方法は、基板の面に対向配置されて貫通孔を備えた天井壁とこの天井壁を基板の上に支持する側壁枠とを備えた複数の微細構造体が、基板の上に配列された状態とする工程と、基板の面に対向する平坦な上面を備えて微細構造体と同一の高さに形成された複数の充填構造体が、微細構造体の間の基板の上に配列された状態とする工程と、充填構造体が配列された後、圧着により、全ての天井壁の上面に、封止膜が形成された状態とする工程とを少なくとも備え、側壁枠と天井壁とに囲まれた領域に封止された空間を備えた状態に微細構造体が形成されるようにしたものである。従って、封止膜が圧着されるときは、貫通孔の部分より大きな段差のない状態となっている。
【００１０】
上記微細構造体の製造方法において、充填構造体の上面に凹部を備えるようにしてもよい。このとき、凹部は、貫通孔と平面視で同一の形状に形成され、貫通孔と同一に配列されているとよい。また、充填構造体は、微細構造体の外形と等しい直方体に形成され、平面視で、凹部の合計面積は、貫通孔の合計面積より小さい状態としておくとよい。
【００１１】
上記微細構造体の製造方法において、基板の上に側壁枠が形成された状態とする工程と、側壁枠の内側を充填する犠牲膜が形成された状態とする工程と、犠牲膜及び側壁枠の上に天井壁が形成された状態とする工程と、天井壁の貫通孔を介して犠牲膜を除去する工程とを少なくとも備え、犠牲膜が除去された後、天井壁の上面に、封止膜が形成された状態とすれば、側壁枠と天井壁とに囲まれた領域に封止された空間が得られる。このように形成された微細構造体の内部には、可動部を備えた素子が配置されている。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、基板の面に対向する平坦な上面を備えて微細構造体と同一の高さに形成された複数の充填構造体が、微細構造体の間の基板の上に配列された状態とし、この後、圧着により、全ての天井壁の上面に封止膜を形成するようにしたので、ラミネーションやＳＴＰ法などの転写法を用いた封止膜の形成で、中空微細構造体の封止が均一に行えるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における微細構造体の製造方法例を説明するための工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、基板１００の上に、側壁枠１０１及び天井壁１０２から構成された複数の微細構造体１１０が形成された状態とする。例えば、基板１００の上に、側壁枠１０１が形成された状態とした後、側壁枠１０１により囲われた領域が充填されるように犠牲膜（図示せず）が形成された状態とする。ついで、犠牲膜及び側壁枠１０１の上に貫通孔１０２ａを備えた天井壁１０２が形成された状態とし、この後、貫通孔１０２ａを利用して犠牲膜が除去された状態とすることで、側壁枠１０１及び天井壁１０２に囲われた空間を備えた微細構造体１１０が形成できる。
【００１４】
なお、基板１００は、例えば、半導体集積回路が形成されたシリコンウエハ（チップ）であり、図示していない絶縁層が形成されている。また、図１（ａ）に示すように、基板周辺部１００ａには、微細構造体１１０は形成されていない。また、複数の微細構造体１１０は、所定の間隔を開けて配列されている。なお、図１には示していないが、微細構造体１１０の内部空間には、例えば、スイッチなどの可動部を備えたマイクロマシーン（素子）が配置されている。
【００１５】
次に、隣り合う微細構造体１１０の間、及び基板周辺部１００ａを埋めるように、基板１００の上に充填構造体１０３が形成された状態とする（図１（ｂ），（ｃ））。充填構造体１０３は、外形が微細構造体１１０と同一の直方体に形成され、上面に、凹部１０３ａを備える。また、凹部１０３ａは、貫通孔１０２ａと同様の平面形状で同様に配列されている。従って、図１（ｃ）に示すように、基板１００を下方とした場合、微細構造体１１０の上面と充填構造体１０３の上面とにより、ほぼ同一の平面が形成された状態となる。また、充填構造体１０３に凹部１０３ａを備えるようにしたので、形成された面の表面状態が、ほぼ均一な状態となっている。
【００１６】
次に、図１（ｄ）に示すように、微細構造体１１０及び充填構造体１０３の上に、例えば、ＳＴＰ法により、一体構造の封止膜１０５が形成された状態とする。ＳＴＰ法について簡単に説明すると、まず、シートフィルムに予め塗布形成した樹脂膜を、減圧環境の中で微細構造体１１０及び充填構造体１０３の上に熱圧着する。ついで、シートフィルムを樹脂膜から剥離し、付けられた樹脂膜を、３００℃の温度で１時間程度保持する熱処理により硬化する。このことにより、微細構造体１１０及び充填構造体１０３上に上記樹脂膜からなる封止膜１０５が形成される。樹脂膜は、例えば、ポリアミド、ポリアミド酸、ポリベンゾオキサゾール（もしくはこの前駆体）などのベース樹脂（ポリイミド）である。
【００１７】
上述したＳＴＰ法による封止膜１０５の形成において、樹脂膜を熱圧着するときに、周辺領域１００ａにかけて転写面がほぼ平坦な状態となっているため、封止膜１０５は、周辺領域１００ａにおいても、剥がれや破断部分などの発生がない状態に形成される。また、充填構造体１０３の上面に凹部１０３ａを備えるようにしたので、転写面における微細な凹凸の状態が、微細構造体１１０から充填構造体１０３にかけて同様となっている。この結果、封止膜１０５は、全域に渡って同様に加重がかけられた状態に形成され、ほぼ全域に渡って均一な状態に形成される。なお、ＳＴＰ法に限らず、圧着により、全ての天井壁１０２の上面に、封止膜１０５が形成された状態とすればよい。
【００１８】
また、基板１００が、これら複数が配列されたウエハより切り出して形成されるものである場合、基板周辺部１００ａは、ウエハより切り出すときの断裁領域に隣接した状態となる。しかしながら、上述した製造方法によれば、基板周辺部１００ａには、微細構造体１１０が配置されずに、内部空間を持たない充填構造体１０３が配置されているので、断裁においても破損しにくく、異物などが発生しにくい。
【００１９】
ところで、図１では、全ての隣り合う微細構造体１１０の間に、充填構造体１０３が配置されているが、これに限るものではない。例えば、図２の平面図に示すように、３行３列に隣接して配列された９個の微細構造体１１０の周囲に、充填構造体１０３が配置されているようにしてもよい。言い換えると、微細構造体１１０の配置されていない領域に、充填構造体１０３が配置されているようにすればよい。また、図２に示した構成例では、９個の微細構造体１１０の集団を１つの微細構造体とすると、微細構造体と充填構造体１０３とは、異なる大きさとなっている。ただし、図２に示す構成例においても、微細構造体と充填構造体とは、同一の高さに形成されている。
【００２０】
また、図３の平面図に示すように、微細構造体１１０が、２つの貫通孔３０２ａ，貫通孔３０２ｂを備えた天井壁３０２から構成されている場合、貫通孔３０２ａ，貫通孔３０２ｂと同様に配置された２つの凹部３０３ａ，凹部３０３ｂを備えた微細構造体３０３を配置すればよい。この場合、凹部３０３ａ，凹部３０３ｂは、貫通孔３０２ａ，貫通孔３０２ｂと同一形状にしなくてもよく、また、凹部３０３ａと凹部３０３ｂとは同一形状であってもよい。
【００２１】
また、図４の平面図に示すように、異なる形態の４つの微細構造体集団が配列されている場合、これらに対応させた４つの充填構造体集団が、隣り合う微細構造体集団の間に配置されていればよい。微細構造体集団は、４つの貫通孔４２１ａを備えた天井壁４２１と、中央部に比較的小さな貫通孔４２２ａを備えた天井壁４２２と、中央部に比較的大きな貫通孔４２３ａを備えた２つの天井壁４２３とから構成されている。また、充填構造体集団は、４つの凹部４３１ａを備えた充填構造体４３１と、中央部に比較的小さな凹部４３２ａを備えた充填構造体４３２と、中央部に比較的大きな凹部４３３ａを備えた２つの充填構造体４３３とから構成されている。なお、基板周辺部１００ａには、中央部に凹部４３４ａを備えた充填構造体４３４が配列されている。
【００２２】
また、図５の平面図に示すように、微細構造体１１０の貫通孔１０２ａとは異なる形態の凹部５０３ａを備えた充填構造体５０３が配置されていてもよい。図５に示す構成例は、図１に示す構成例の充填構造体１０３の代わりに、上面の中央部に凹部５０３ａを備えた充填構造体５０３を用いたものである。同様に、図６の平面図に示すように、４角の凹部６０３ａを備えた充填構造体６０３が、微細構造体１１０の無い箇所に配置されているようにしてもよい。これらの場合、平面視で、１つの天井壁１０２における貫通孔１０２ａの合計面積より、１つの充填構造体における凹部の合計面積の方が小さい状態であればよい。ただし、これらは、ほぼ同一である方が、よりよい。このようにすることで、封止膜１０５を形成するときに、全域に渡って同様に加重がかけられた状態が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態における微細構造体の製造方法例を説明するための工程図である。
【図２】本発明の実施の形態における微細構造体の製造方法例を説明するための途中工程を示す模式的な平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における微細構造体の製造方法例を説明するための途中工程を示す模式的な平面図である。
【図４】本発明の実施の形態における微細構造体の製造方法例を説明するための途中工程を示す模式的な平面図である。
【図５】本発明の実施の形態における微細構造体の製造方法例を説明するための途中工程を示す模式的な平面図である。
【図６】本発明の実施の形態における微細構造体の製造方法例を説明するための途中工程を示す模式的な平面図である。
【図７】ＭＥＭＳの構成例を示す断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図８】ＭＥＭＳの構成例を示す断面図ある。
【符号の説明】
【００２４】
１００…基板、１００ａ…基板周辺部、１０１…側壁枠、１０２…天井壁、１０２ａ…貫通孔、１０３…充填構造体、１０３ａ…凹部、１０５…封止膜、１１０…微細構造体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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