(57)【要約】      （修正有）【課題】薄膜層（例えば、膣化珪素、酸化珪素、金属、ダイアモンド）上に形成したホトレジスト層がエッチング液によって剥離することを防止する。【解決手段】シリコン基板３上に薄膜層である固定層１を形成し、固定層にエッチングによりスルーホール４を形成する。さらにエッチングで残存した固定層の下部にまで回り込む様にキャビティーを掘る。次に固定層下部のキャビティーをも充満する様にホトレジスト層５を形成する。固定層１の張り出した部分であるリム１２はホトレジスト層を剥離しない様に固定する。【選択図】図４
2005014203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スルーホール（４）を有する固定層（１）に結合している少なくとも１つのネガ型エポキシ系近紫外線感光ホトレジスト層（５）を含んで構成し、前記スルーホール（４）下側のキャビティは固定層（１）のスルーホール（４）よりも大きな径を有し、スルーホール（４）及び前記キャビティにも上記ホトレジストを充填していることを特徴とするマイクロ電気機械システム用マイクロデバイス。
【請求項２】
シリコン基板（３）上に固定層（１）を形成し、固定層（１）にエッチングによりスルーホール（４）の網目状構造を形成し、残存している固定層（１）の下側をエッチングし、エッチングした下側も含んだ固定層（１）及びスルーホール（４）をネガ型エポキシ系近紫外線感光ホトレジストで覆うことを特徴とする請求項１記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項３】
粘度が低く下側のエッチングした領域へも流れる第１のレジスト組成物及び構造物を形成できる第２のレジスト組成物を被覆する工程を含んで構成することを特徴とする請求請２記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項４】
スルーホール（４）を形成する固定層（１）のエッチング工程、固定層（１）の構造を移行するためのシリコン基板（３）のエッチング工程及びそれに続く固定層（１）の下側のエッチング工程を含んで構成することを特徴とする請求項２記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項５】
固定層（１）に接して中間層（２）を生成する工程を含み、前記２つの層は珪素化合物、金属、金属化合物あるいはそれらの組合せから選択した互いに異なった材質であることを特徴とする請求請２記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項６】
固定層（１）のエッチング及びそれに続く中間層（２）をエッチングする工程を含むことを特徴とする請求請４記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項７】
固定層（１）の下側がエッチングされるようにシリコン基板（３）をエッチングする工程を含むことを特徴とする請求請６記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項８】
シリコン基板の不必要な部分および残存する中間層を除去する工程を含むことを特徴とする請求項２ないし請求項７のいずれか１項記載のマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロデバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロデバイスはマイクロエレクトロニクス（コイル、コンデンサ、誘電材）、マイクロメカニクス（センサ、迅速な試作、バイオチップ）マイクロフルイディクス（マイクロ全分析システム（μＴＡＳ）−小型の化学、生化学及び生物学システムの応用及び分析、化学合成、診断、遺伝子、薬物検査及びそれらを組合わせた化学に関するマイクロ及びナノ規模の技術）などを含むマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）の分野に属する装置と解釈されている。
【０００３】
マイクロ電気機械システム業界においては、その有用性に着目しチップ上に構造物を生成する際にＳＵ−８ホトレジストを頻繁に用いている。ＳＵ−８はネガ型エポキシ系近紫外線感光ホトレジストでこの商標名で入手可能である。このホトレジストは２ｍｍの厚みに塗布することが可能で接触型リソグラフィー装置を用いて２０以上のアスペクト比が実現可能である。これにより、他の材料では実現できない多様な構造を形成することが可能となる。更にこのホトレジストは３６０ｎｍ以上の波長において光学的透明度が高く熱的にも安定している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳＵ−８ホトレジストは下の層との接着性が最大の問題である。接着は下の層の材質に依存するが、実際には化学的環境に影響される。例えばＳＵ−８はＫＯＨ（水酸化カリウム溶液）あるいはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム溶液）に浸漬すると剥がれることが多いが、ＨＦ（フッ酸）に対しては耐性がある。ＳＵ−８の接着性を改善する方法はあるが、ＫＯＨあるいはＴＭＡＨ中での長時間の湿式エッチングに起因する剥離を防ぐことはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記のＫＯＨあるいはＴＭＡＨ中におけるＳＵ−８の剥離を防ぐことを目的としたものである。請求項１に記載のマイクロデバイス及び独立請求項に記載の方法によりこの目的を達成することができる。従属請求項には本発明を更に展開した構成を記載している。
【０００６】
本発明はＳＵ−８ホトレジスト層をその下の薄膜層（例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素、金属、ダイアモンド）に固定することを基本思想としている。従って、マイクロ電気機械システム用のマイクロデバイスはスルーホールを有する固定層に結合する少なくとも一つのＳＵ−８ホトレジスト層を含んで構成している。固定層のスルーホールにＳＵ−８ホトレジストを充填し、少なくともスルーホール近傍の両側もＳＵ−８ホトレジストで覆うように構成している。第一の側（上側）のスルーホールをＳＵ−８ホトレジスト層で覆い、第二の側（裏側）固定層は固定効果を得るためスルーホールよりも大きな径の小領域のみをＳＵ−８で覆うことが好ましい。このように、幾つかのマイクロ電気機械素子を含んで構成するデバイスをＳＵ−８ホトレジストにより固定する。固定層には完成したデバイスにとって重要な別の機能がある。例えば、固定層は先端にチップを備え上側のＳＵ−８ホトレジストと共に走査探針顕微鏡（ＳＰＭ）を形成する片持梁としても用いる。この場合ＳＵ−８ホトレジストは保持部を形成する。裏側においてスルーホールを囲むＳＵ−８ホトレジストはＫＯＨあるいはＴＭＡＨによる湿式エッチング工程中に剥離しないように機能するリムを形成する。通常これらのマイクロデバイスはウェーハから作成し、完成品を搬送用の保持枠に固定しその保持枠から外して使用する。
【０００７】
本発明によるマイクロデバイスの作成方法は次の工程を含んで構成している。即ち、（マイクロ電気機械素子を含んで構成する）シリコン基板に固定層を形成し、スルーホールのエッチングにより固定層に少なくとも網目状の開口構造を形成し、残っている固定層の下側をエッチングし、固定層表面及び下側のエッチングした部分も含んでスルーホールをＳＵ−８ホトレジストにより覆う。固定層はマイク電気機械システムに必要な機能に応じた厚みを有する上記素材で構成している。一般的にはその厚みは１０ｎｍ〜１０μｍである。固定層を形成した後、固定層及びスルーホールを網目状の所定の構造とするため、周知のエッチング法により固定層に開口構造を形成する。開口構造の周期及びスルーホールの径は固定層の設計条件によるが、例えば周期は１００μｍ、径は５０〜８０μｍである。次いで、固定層の下の層をエッチングする。この工程は下の層を構成する素材に依存する。基板に直接かあるいはマイク電気機械システムの要求に応じて基板と固定層の間の中間層に固定層を形成することができる。下の層のエッチング終了後、通常のスピナ装置により固定層及びスルーホールの表面をＳＵ−８で被覆する。マイクロ電気機械システムへの要件によっては使用に先立ってマイクロデバイスを保持しているシリコン保持枠以外の不要な全てのシリコンを除去してもよい。
【０００８】
ＳＵ−８が固定層の下側まで行渡らない場合には、２つの異なった組成のＳＵ−８を用いてもよい。その場合、第１のＳＵ−８組成は粘性が低く下側のエッチング域まで行渡り、第２のＳＵ−８組成により所定の構造を形成することが可能である。通常２つのＳＵ−８層間の接着性は極めて良好である。
【０００９】
本発明による一実施例ではスルーホールを形成するのに固定層をドライエッチングし、固定層の下側がエッチングされるようにシリコン基板をエッチングする。
【００１０】
好ましい形態の実施例においては、好ましくはシリコン化合物、金属あるいは金属化合物あるいはそれらの組合わせから選んだそれぞれ異なった材料を用いて固定層及びその下に中間層を形成する。固定層のエッチングによりスルーホールの形状及び網目状構造を決める。それに続く中間層の上側の湿式エッチングは固定層の下側もエッチングすることになる。ＳＵ−８の粘度及び中間層の厚みにより固定層の下側を更に深くエッチングするか否かが決まる。ＳＵ−８が固定層の下側に行渡るほど粘度が低くない場合には、シリコン基板を湿式エッチングする。
【００１１】
もし、裏側のシリコン基板が必要でない場合には、本製造法はシリコン基板の除去工程及び可能ならば中間層の除去工程も含んで構成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１３】
図１には固定層１及び中間層２を有するシリコン基板３を示しており、中間層２をシリコン基板３と固定層１の間に形成している。本実施例では固定層１は窒化珪素で形成され、中間層２は酸化珪素で形成されている。固定層１には周知のドライエッチング法によりスルーホール４が形成されている。
【００１４】
図２には中間層２が湿式エッチングされ固定層１の下の部分までエッチングされた状態を示している。
【００１５】
次いで図３に示すようにシリコン基板３はＫＯＨで腐蝕される。この工程はＳＵ−８が固定層１の下側に流れるほど粘度が低くない場合にのみ必要である。
【００１６】
図４は図３に示す構造物がＳＵ−８層５で覆われた状態を示しており、ＳＵ−８は固定層の下側にも充填されリム１２を形成してＳＵ−８が垂直方向に動かないようにしている。
【００１７】
図５及び６に示す最終工程においてシリコン基板３はＫＯＨで湿式エッチングされ、次いで酸化珪素で形成されている中間層２はフッ酸緩衝液（ＢＨＦ）により除去される。
【００１８】
図４に示すようにＳＵ−８層５をウェファー（基板）全体に被覆した状態から保持部６を形成し、更に先端にチップ８を形成した片持梁７を有したＳＰＭセンサを図７に示す。片持梁７及びチップ８は固体層１と同じ材料（窒化珪素）で形成している。（酸化珪素製の）中間層２はチップ８の尖った先端を形成するのに用いる。保持部６を形成するためにホトリソグラフィによりＳＵ−８層５にパターンを形成する。図７Ａにはチップ８を有する２つの片持梁７を形成した固定層１上の保持部６の断面を示している。この図では固定層１と基板３の膜１３の間に中間層２が示されている。図７Ｂはスルーホール４及び膜１３を有する固定層１上のＳＵ−８層５の部分拡大図である。図７Ｃはシリコン保持枠９を保持部材１０及びそれぞれが４つの片持梁７を有する保持部６と共に示す平面図である。これらの片持梁は形状（三角及び四角）及び長さが異なっている。各片持梁はその先端にチップを有している。使用者は片持梁を選択できるようになっている。この実施例ではマイクロデバイス（ＳＰＭセンサ）をシリコン保持枠９に固定する保持部材１０は保持部６に含まれている。
【００１９】
ＳＵ−８製の保持部６、片持梁７及びチップ８を有するＳＰＭセンサ１１を得るために、シリコン基板３を裏側から膜１３が消失するまで（図５参照）（ＫＯＨ中で）エッチングする。酸化珪素製の犠牲層としての中間層をＢＨＦで除去してＳＰＭの完成品（図８Ａ）を得る。図８Ｂは図６に対応する図８Ａの部分拡大図である。図８Ｃはシリコン保持枠９が保持部材１０によりＳＰＭセンサを保持している状態を示し、保持部材１０を含んでいる保持部６も示している。
【００２０】
図９には保持部６、固定層１を有する片持梁７及びチップ８が示してあり、この固定層１は図４〜６に示すようにＳＵ−８で形成したリム１２を伴ったスルーホール４を有しており、ＳＵ−８は片持梁７も形成している固定層１である窒化珪素に結合している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】マイクロデバイス製造の一工程を示す断面図
【図２】マイクロデバイス製造の一工程を示す断面図
【図３】マイクロデバイス製造の一工程を示す断面図
【図４】マイクロデバイス製造の一工程を示す断面図
【図５】マイクロデバイス製造の一工程を示す断面図
【図６】マイクロデバイス製造の一工程を示す断面図
【図７Ａ】図１〜図６の工程により製造した走査探針顕微鏡用センサ装置を示す断面図
【図７Ｂ】図７Ａに示す走査探針顕微鏡用センサ装置の部分拡大断面図
【図７Ｃ】図１〜図６の工程により製造した走査探針顕微鏡用センサ装置を示す平面図
【図８Ａ】図１〜図６の工程により製造した走査探針顕微鏡用センサ装置を示す断面図
【図８Ｂ】図８Ａに示す走査探針顕微鏡用センサ装置の部分拡大断面図
【図８Ｃ】図１〜図６の工程により製造した走査探針顕微鏡用センサ装置を示す平面図
【図９】走査探針顕微鏡用センサ装置を示す平面図
【符号の説明】
【００２２】
１    固定層
２    中間層
３    シリコン基板
４    スルーホール
５    ＳＵ−８（レジスト）層
６    保持部
７    片持梁
８    チップ
９    保持枠
１０  保持部材
１１  ＳＰＭセンサ
１２  リム
１３  膜
【図１】
2005014203.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005014203.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2005014203.tif 000013
【図８Ｃ】
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【図９】
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