(57)【要約】庇部とこの庇部をほぼ中央部で支持する支持部とから構成され、支持部の上部電極（１１０ｂ）の平面方向の面積が庇部の面積より小さく形成された構造体（１１３ｂ）が、下部電極１０５ａの上部領域における上部電極（１１０ａ）の上に各々の下部電極（１０５ａ）に対応して配置する。表面の形状を検出する対象となる例えば指（１６０２）の先端は、構造体（１１３ｂ）の庇の表面に接触し、検出対象に庇が接触した構造体（１１３ｂ）の支持部により、上部電極（１１０ａ）の一部が下部電極（１０５ａ）の方向に押し下げられて上部電極（１１０ａ）が変形する。
2004072576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上の同一平面に各々が絶縁分離されて配列された複数の下部電極、及びこの下部電極の上に所定の間隔をあけて配置され金属からなる変形可能な板状の上部電極から構成された複数の容量検出素子と、
前記下部電極の周囲に前記下部電極とは絶縁分離されて配置された前記上部電極を支持する支持部材と、
前記下部電極の上部領域における前記上部電極の上に各々の前記下部電極に対応して配置された構造体と
を備え、
前記構造体は、
庇部とこの庇部をほぼ中央部で支持する支持部とから構成され、
前記支持部は、前記上部電極平面方向の面積が前記庇部の面積より小さく形成され
たことを特徴とする表面形状認識用センサ。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の表面形状認識用センサにおいて、
前記構造体の庇部の上部に配置されて複数の前記構造体に渡って延在して可撓性を有する薄膜を備えたことを特徴とする表面形状認識用センサ。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載の表面形状認識用センサにおいて、
前記庇部の周辺下部に配置された弾性体から成る周辺支持部を備えたことを特徴とする表面形状認識用センサ。
【請求項４】
請求の範囲第１項に記載の表面形状認識用センサにおいて、
前記基板は、集積回路が形成された半導体基板であり、
前記下部電極は、前記半導体基板の上に形成された層間絶縁膜の上に配置され、
前記下部電極の上に形成される容量を検出する検出回路が、前記集積回路に含まれている
ことを特徴とする表面形状認識用センサ。
【請求項５】
半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上に第１金属膜を形成する工程と、
前記第１金属膜の上に第１開口部を備えた第１マスクパターンを形成する工程と、
前記第１マスクパターンの第１開口部の底部に露出した前記第１金属膜の表面にメッキ法により第１金属パターンを形成する工程と、
前記第１マスクパターンを除去した後、前記第１金属パターンの周囲に配置された第２開口部を備えた第２マスクパターンを前記第１金属膜及び前記第１金属パターンの上に形成する工程と、
前記第２マスクパターンの前記第２開口部の底部に露出した前記第１金属膜の表面にメッキ法により前記第１金属パターンより厚い第２金属パターンを形成する工程と、
前記第２マスクパターンを除去した後、前記第１金属パターン及び第２金属パターンをマスクとして前記第１金属膜をエッチング除去し、前記第１金属膜及び前記第１金属パターンからなる下部電極と前記第１金属膜及び前記第２金属パターンからなる支持部材とを形成する工程と、
前記下部電極を覆いかつ前記支持部材上部が露出するように前記層間絶縁膜の上に第１犠牲膜を形成する工程と、
前記第１犠牲膜及び前記支持部材の上に複数の第３開口部を備えた上部電極を形成する工程と、
前記上部電極を形成した後で、前記第３開口部を介して前記第１犠牲膜を選択的に除去する工程と、
前記第１犠牲膜を除去した後で、前記上部電極の上に封止膜を形成する工程と、
前記下部電極の上方にあたる領域に前記支持部材で囲まれた領域の面積より小さい第４開口部を備えた第２犠牲膜を前記封止膜の上に形成する工程と、
前記第４開口部の深さより厚い層を前記第２犠牲膜の上に前記第４開口部を充填した状態で形成する工程と、
前記厚い層の前記支持部材の上の領域に溝を形成し、前記下部電極の上部領域における前記封止膜の上に各々の前記下部電極に対応して配置された構造体を形成する工程と、
隣り合う前記構造体の間の溝を介して前記第２犠牲膜を除去する工程と
を備え、
前記下部電極と前記上部電極から構成された複数の容量検出素子を形成する
ことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。
【請求項６】
請求の範囲第５項に記載の表面形状認識用センサの製造方法において、
前記第１犠牲膜の形成は、
予め基材に塗布形成した絶縁膜材料を前記半導体基板に熱圧着して前記支持部材と前記下部電極に埋め込み、前記基材を前記絶縁膜材料から剥離して、前記半導体基板上の表面が平坦な薄膜を形成し、
前記薄膜をエッチバックして前記支持部材を露出させる
ことにより行うことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。
【請求項７】
請求の範囲第５項に記載の表面形状認識用センサの製造方法において、
前記構造体は、
前記第４開口部底部と前記第２犠牲膜の上に、感光性樹脂を塗布して薄膜を形成し、露光・現像することにより溝状のパターンで前記薄膜の一部を除去することで前記溝を形成し、前記薄膜を加熱して硬化させることにより形成する
ことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。
【請求項８】
請求の範囲第５項に記載の表面形状認識用センサの製造方法において、
前記構造体の形成工程は、
前記第４開口部の底部と前記第２犠牲膜との上に第２金属膜を形成する工程と、
前記第２金属膜の上に開口部を備えた第３マスクパターンを形成する工程と、
前記第３マスクパターンの底部に露出した前記第２金属膜表面に、メッキ法により第３金属パターンを形成する工程と、
前記第３マスクパターンを除去して前記溝の一部とする工程と、
前記第３金属パターンをマスクとして前記溝の一部の底部に露出した前記第２金属膜をエッチング除去して前記溝を形成する工程と、
前記溝を介して前記第２犠牲膜をエッチング除去する工程と
から構成されたことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。
【請求項９】
請求の範囲第８項に記載の表面形状認識用センサの製造方法において、
前記封止膜の上部に金属からなるエッチングストップ膜を形成する工程と、
前記エッチングストップ膜の上に前記第２犠牲膜を感光性材料によって形成する工程と
を備えたことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。
【請求項１０】
半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上に第１金属膜を形成する工程と、
前記第１マスクパターンの第１開口部の底部に露出した第１金属膜の表面にメッキ法により第１金属パターンを形成する工程と、
前記第１マスクパターンを除去した後、前記第１金属パターンの周囲に配置された第２開口部を備えた第２マスクパターンを前記第１金属膜及び前記第１金属パターンの上に形成する工程と、
前記第２マスクパターンの前記第２開口部の底部に露出した前記第１金属膜の表面にメッキ法により第２金属パターンを前記第１金属パターンより厚く形成する工程と、
前記第２マスクパターンを除去した後、前記第１金属パターン及び第２金属パターンをマスクとして前記第１金属膜をエッチング除去し、前記第１金属膜及び前記第１金属パターンからなる下部電極と前記第１金属膜及び前記第２金属パターンからなる支持部材とを形成する工程と、
前記下部電極を覆いかつ前記支持部材の上部が露出するように前記層間絶縁膜の上に第１犠牲膜を形成する工程と、
前記第１犠牲膜及び前記支持部材の上に複数の第３開口部を備えた上部電極を形成する工程と、
前記上部電極を形成した後で、前記第３開口部を介して前記第１犠牲膜のみを選択的に除去する工程と、
前記第１犠牲膜を除去した後で、前記上部電極の上に封止膜を形成する工程と、
前記上部電極の上の所定の領域に柱状パターンを形成する工程と、
前記柱状パターンの上部に前記封止膜と離間して感光性樹脂膜からなる薄膜を貼り付ける工程と、
前記薄膜の一部を格子状に除去することにより前記柱状パターンと前記薄膜からなる構造体を形成する工程と
を備え、
前記下部電極と前記上部電極から構成された複数の容量検出素子を形成することを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。
【請求項１１】
請求の範囲第５項に記載の表面形状認識用センサの製造方法において、
前記構造体の上に、ゴム状の薄膜を接着させる工程を備えたことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。
【請求項１２】
請求の範囲第５項に記載の表面形状認識用センサの製造方法において、
前記構造体の上に薄膜フィルムを載置し、前記複数の容量検出素子が形成されている領域の端で前記薄膜フィルムを固定する工程を備えたことを特徴とする表面形状認識用センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、人間の指紋や動物の鼻紋など微細な凹凸を有する表面形状を感知するために用いられる表面形状認識用センサ及びこの製造方法に関する。
【背景技術】  情報化社会の進展と現代社会の環境において、セキュリティ技術に対する関心が高まっている。例えば、情報化社会では、電子現金化などのシステム構築のための本人認証技術が、重要な鍵となっている。また、盗難やクレジットカードなどが不正に利用されることを防ぐための認証技術についても、研究開発が活発になっている。（文献１：清水良真他、「個人認証機能付きＩＣカードに関する一検討」信学技報、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｒｅｐｏｒｔ  ｏｆ  ＩＥＩＣＥ  ＯＦＳ９２−３２，ｐ２５−３０（１９９２））
認証方式は、指紋や音声など種々あるが、中でも指紋認証技術については、これまで多くの技術開発がなされている。指紋を読み取る方式としては、レンズや照明などの光学系を備えた光学式、感圧シートなどを用いた圧力式、半導体基板の上にセンサを作製した半導体式などがある。これらの方式の中で、小型化、汎用化が容易なのは、半導体式である。半導体式のセンサとしては、ＬＳＩ製造技術を用いた静電容量型指紋センサがある。（文献２：Ｍａｒｃｏ  Ｔａｒｔａｇｎｉ  ａｎｄ  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｇｕｅｒｒｉｅｒｉ，″Ａ  ３９０  ｄｐｉ  Ｌｉｖｅ  Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ  Ｉｍａｇｅｒ  Ｂａｓｅｄ  ｏｆ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｓｃｈｅｍｅ″，１９９７  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００−２０１（１９９７）．）この指紋センサは、小さな静電容量検出センサをＬＳＩの上に２次元配列したセンサチップにより、帰還静電容量方式を利用して皮膚の凹凸パターンを検出する方式である。
この静電容量検出センサについて、図１４の断面図を用いて説明する。本センサは、半導体基板１４０１の上に、層間絶縁膜１４０２を介して形成されたセンサ電極１４０３と、この上を覆うパッシベーション膜１４０４から構成されている。図１４には示していないが、層間絶縁膜１４０２下の半導体基板１４０１の上には、例えば複数のＭＯＳトランジスタなどや配線構造を備えた集積回路である検出回路が形成されている。このように構成されたセンサチップにおいて、指紋検出対象の指がパッシベーション膜１４０４（検出面）に接触すると、センサ電極１４０３と指の皮膚が電極として働くことで静電容量を形成する。
この静電容量を、センサ電極１４０３に接続する図示していない配線を介し、前述した検出回路により検出する。しかし、静電容量型の指紋センサは、皮膚が電極となっているため、指先に発生した静電気によりセンサチップに内蔵されている集積回路が静電破壊される、という問題があった。
上述した静電容量型指紋センサの静電破壊を防止するために、図１５のような断面構造の静電容量検出センサを備えた表面形状認識用センサが提案されている。図１５のセンサの構成について、つぎに説明する。このセンサは、まず、半導体基板１５０１の上に、層間絶縁膜１５０２を介して形成されたセンサ電極１５０３と、このセンサ電極１５０３と所定の間隔をあけて配置された変形可能な板状の可動電極１５０４と、センサ電極１５０３の周囲にセンサ電極１５０３とは絶縁分離されて配置され可動電極１５０４を支持する支持部材１５０５とを備えている。
指紋検出対象の指が可動電極１５０４に接触すると、指からの圧力が可動電極１５０４をセンサ電極１５０３側に撓ませ、センサ電極１５０３と可動電極１５０４間に形成されていた静電容量を増加させる。この静電容量を、センサ電極１５０３に接続する図示していない配線を介し、半導体基板１５０１上の検出回路によって検出する。この表面形状認識用センサにおいて、支持部材１５０５を介して可動電極１５０４を接地しておけば、指先に発生した静電気は、可動電極１５０４へ放電したとしても支持部材１５０５を介してアースに流れる。このため、センサ電極１５０３の下に内蔵されている検出回路が、静電破壊から保護されるようになる。
また、図１５に示した表面形状認識用センサに加えて、図１６のように直方体の突起１６０１を付加した構造も提案されている。（文献３：特開２００２−３２８００３号公報）このような構造では、指１６０２からの力を図１５の構造に比べより良く可動電極１５０４に伝えることができる。
しかしながら、上述した従来の指紋センサでは、所望とする高い感度が得られていないという問題があった。例えば、図１４に示した構成の指紋センサでは、指の表面の状態によって感度が大きく変化するため安定して高い感度を得ることが容易ではない。また、図１５に示した構成の指紋センサでは、上部電極の大きな変化が得られず、やはり高い感度が得ることができない、という問題があった。
また、図１６に示す構造では、突起１６０１があるため、可動電極１５０４に対して横向きにかかるような力、例えば引っ掻くことによる力に対して傷つきやすく機械的強度が低いという問題があった。さらに、図１６に示した構造では、柔らかい指の場合、突起１６０１が指１６０２にめり込んでしまい、力が可動電極１５０４の支持部材１５０５の上の領域に分散してしまい感度が低下してしまうという問題があった。
【発明の開示】
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、高い感度で指紋などの形状を検出し、かつ、機械的強度の高い表面形状認識用センサを提供することを目的とする。
本発明に係る表面形状認識用センサは、基板の上の同一平面に各々が絶縁分離されて配列された複数の下部電極、及びこの下部電極の上に所定の間隔をあけて配置され金属からなる変形可能な板状の上部電極から構成された複数の容量検出素子と、下部電極の周囲に下部電極とは絶縁分離されて配置された上部電極を支持する支持部材と、下部電極の上部領域における上部電極の上に各々の下部電極に対応して配置された構造体とを備え、構造体は、庇部とこの庇部をほぼ中央部で支持する支持部とから構成され、支持部は、上部電極平面方向の面積が庇部の面積より小さく形成されたものである。
このように構成した表面形状認識用センサでは、表面の形状を検出する対象となる例えば指の先端は、構造体の庇部の表面に接触し、検出対象に庇部が接触した構造体の支持部により、上部電極の一部が下部電極の方向に押し下げられて上部電極が変形する。
上記表面形状認識用センサにおいて、構造体の庇部の上部に配置されて複数の構造体に渡って延在して可撓性を有する薄膜を備えることで、隣り合う構造体の隙間からの物体の侵入を阻止するようにしても良い。また、庇部の周辺下部に配置された弾性体から成る周辺支持部を備えることで、構造体の倒れを抑制するようにしても良い。
また、上記表面形状認識用センサにおいて、基板を集積回路が形成された半導体基板から構成し、下部電極を、半導体基板の上に形成された層間絶縁膜の上に配置し、下部電極の上に形成される容量を検出する検出回路が、集積回路に含まれているようにしてもよい。
また、本発明に係る表面形状認識用センサの製造方法において、半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の上に第１金属膜を形成する工程と、第１金属膜の上に第１開口部を備えた第１マスクパターンを形成する工程と、第１マスクパターンの第１開口部の底部に露出した第１金属膜の表面にメッキ法により第１金属パターンを形成する工程と、第１マスクパターンを除去した後、第１金属パターンの周囲に配置された第２開口部を備えた第２マスクパターンを第１金属膜及び第１金属パターンの上に形成する工程と、第２マスクパターンの第２開口部の底部に露出した第１金属膜の表面にメッキ法により第１金属パターンより厚い第２金属パターンを形成する工程と、第２マスクパターンを除去した後、第１金属パターン及び第２金属パターンをマスクとして第１金属膜をエッチング除去し、第１金属膜及び第１金属パターンからなる下部電極と第１金属膜及び第２金属パターンからなる支持部材とを形成する工程と、下部電極を覆いかつ支持部材上部が露出するように層間絶縁膜の上に第１犠牲膜を形成する工程と、第１犠牲膜及び支持部材の上に複数の第３開口部を備えた上部電極を形成する工程と、上部電極を形成した後で、第３開口部を介して第１犠牲膜を選択的に除去する工程と、第１犠牲膜を除去した後で、上部電極の上に封止膜を形成する工程と、下部電極の上方にあたる領域に支持部材で囲まれた領域の面積より小さい第４開口部を備えた第２犠牲膜を封止膜の上に形成する工程と、第４開口部の深さより厚い層を第２犠牲膜の上に第４開口部を充填した状態で形成する工程と、厚い層の支持部材の上の領域に溝を形成し、下部電極の上部領域における封止膜の上に各々の下部電極に対応して配置された構造体を形成する工程と、隣り合う構造体の間の溝を介して第２犠牲膜を除去する工程とを備え、下部電極と上部電極から構成された複数の容量検出素子を形成するようにしたものである。
この製造方法によれば、庇部とこの庇部をほぼ中央部で支持する支持部とから構成され、支持部の上部電極平面方向の面積が庇部の面積より小さく形成された構造体が、下部電極の上部領域における上部電極の上に各々の下部電極に対応して配置された状態となる。
上記表面形状認識用センサの製造方法において、第１犠牲膜の形成は、予め基材に塗布形成した絶縁膜材料を半導体基板に熱圧着して支持部材と下部電極に埋め込み、基材を絶縁膜材料から剥離して、半導体基板上の表面が平坦な薄膜を形成し、薄膜をエッチバックして支持部材を露出させることにより行うようにしてもよい。
また、上記表面形状認識用センサの製造方法において、構造体は、第４開口部底部と第２犠牲膜の上に、感光性樹脂を塗布して薄膜を形成し、露光・現像することにより溝状のパターンで薄膜の一部を除去することで溝を形成し、薄膜を加熱して硬化させることにより形成するようにしてもよい。
上記表面形状認識用センサの製造方法において、構造体の形成工程は、第４開口部の底部と第２犠牲膜との上に第２金属膜を形成する工程と、第２金属膜の上に開口部を備えた第３マスクパターンを形成する工程と、第３マスクパターンの底部に露出した第２金属膜表面に、メッキ法により第３金属パターンを形成する工程と、第３マスクパターンを除去して溝の一部とする工程と、第３金属パターンをマスクとして溝の一部の底部に露出した第２金属膜をエッチング除去して溝を形成する工程と、溝を介して第２犠牲膜をエッチング除去する工程とから構成しても良い。
また、上記表面形状認識用センサの製造方法において、封止膜の上部に金属からなるエッチングストップ膜を形成する工程と、エッチングストップ膜の上に第２犠牲膜を感光性材料によって形成する工程とを備えるようにしてもよい。
また、本発明に係る他の表面形状認識用センサの製造方法は、半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の上に第１金属膜を形成する工程と、第１マスクパターンの第１開口部の底部に露出した第１金属膜の表面にメッキ法により第１金属パターンを形成する工程と、第１マスクパターンを除去した後、第１金属パターンの周囲に配置された第２開口部を備えた第２マスクパターンを第１金属膜及び第１金属パターンの上に形成する工程と、第２マスクパターンの第２開口部の底部に露出した第１金属膜の表面にメッキ法により第２金属パターンを第１金属パターンより厚く形成する工程と、第２マスクパターンを除去した後、第１金属パターン及び第２金属パターンをマスクとして第１金属膜をエッチング除去し、第１金属膜及び第１金属パターンからなる下部電極と第１金属膜及び第２金属パターンからなる支持部材とを形成する工程と、下部電極を覆いかつ支持部材の上部が露出するように層間絶縁膜の上に第１犠牲膜を形成する工程と、第１犠牲膜及び支持部材の上に複数の第３開口部を備えた上部電極を形成する工程と、上部電極を形成した後で、第３開口部を介して第１犠牲膜のみを選択的に除去する工程と、第１犠牲膜を除去した後で、上部電極の上に封止膜を形成する工程と、上部電極の上の所定の領域に柱状パターンを形成する工程と、柱状パターンの上部に封止膜と離間して感光性樹脂膜からなる薄膜を貼り付ける工程と、薄膜の一部を格子状に除去することにより柱状パターンと薄膜からなる構造体を形成する工程とを備え、下部電極と上部電極から構成された複数の容量検出素子を形成するようにしたものである。
上記表面形状認識用センサの製造方法において、構造体の上に、ゴム状の薄膜を接着させる工程を備えるようにしてもよい。また、構造体の上に薄膜フィルムを載置し、複数の容量検出素子が形成されている領域の端で薄膜フィルムを固定する工程を備えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】  図１Ａは、本発明の実施例における表面形状認識用センサの構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
図１Ｂは、本発明の実施例における表面形状認識用センサの構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
図１Ｃは、表面形状認識用センサの全体像を示す斜視図である。
図２Ａ〜図２Ｐは、本発明の実施例における表面形状認識用センサの製造方法例を説明する工程図である。
図３Ａ〜図３Ｅは、本発明の実施例における表面形状認識用センサの他の製造方法例を説明する工程図である。
図４Ａ〜図４Ｆは、本発明の実施例における表面形状認識用センサの他の製造方法例を説明する工程図である。
図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の実施例における表面形状認識用センサの他の製造方法例を説明する工程図である。
図６は、本発明の実施例における表面形状認識用センサの他の製造方法例を説明する工程図である。
図７は、本発明の実施例における表面形状認識用センサの他の製造方法例を説明する工程図である。
図８は、本発明の実施例における表面形状認識用センサの他の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
図９Ａは、本発明の実施例における表面形状認識用センサの他の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
図９Ｂは、本発明の実施例における表面形状認識用センサの部分構成例を概略的に示す平面図である。
図１０Ａ〜図１０Ｉは、本発明の実施例における表面形状認識用センサの他の製造方法例を説明する工程図である。
図１１Ａ〜図１１Ｆは、本発明の実施例における表面形状認識用センサの他の製造方法例を説明する工程図である。
図１２は、従来よりある表面形状認識用センサによる検出状態を示す説明図である。
図１３は、本発明の実施例における表面形状認識用センサによる検出状態を説明するための説明図である。
図１４は、従来よりある表面形状認識用センサの構成例を示す模式的な断面図である。
図１５は、従来よりある表面形状認識用センサの構成例を示す模式的な断面図である。
図１６は、従来よりある表面形状認識用センサの構成例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。
【実施例１】  はじめに、本発明の第１の実施例における表面形状認識用センサについて、図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃを用いて説明する。図１Ａ，図１Ｂは、本センサの構成例を概略的に示す模式的な断面図であり、図１Ａは、主に表面形状認識用センサの１構成単位である１つのセンサ素子（センサセル）１００を部分的に示している。例えば、複数のセンサ素子１００が、マトリクス状に配列されて、本センサの検出面を構成している。また、図１Ｂは、表面形状の検出対象となる指の先端が、本センサの検出面に接触している状態を示している。また、図１Ｃは、表面形状認識用センサの全体像を示す斜視図である。
センサ素子１００の構成について詳述すると、まず、単結晶シリコンなどから構成された基板１０１の上に、層間絶縁膜１０２を介して下部電極１０５ａが形成されている。下部電極１０５ａは、センサ素子１００の領域のほぼ中央に配置されている。下部電極１０５ａの周囲には、支持部材１０７ａが設けられ、支持部材１０７ａの上に上部電極１１０ｂが支持されている。
支持部材１０７ａは、例えば、格子状に形成され、格子のマスの中央部に、下部電極１０５ａが配置された状態となっている。従って、格子状に形成された支持部材１０７ａの１つのマスが、１つのセンサ素子１００の領域となる。上部電極１１０ｂは、支持部材１０７ａの上に一体に形成されており、複数の下部電極１０５ａに対して１つの上部電極１１０ｂが設けられた状態となっている。また、上部電極１１０ｂは、可撓性を有し、下部電極１０５ａに対向する部分が、下部電極１０５ａの方向に撓むように弾性変形可能な状態となっている。
また、上部電極１１０ｂは、この上部に封止膜１１１を介して構造体１１３ｂを備える。構造体１１３ｂは、封止膜１１１の上に直接接触する支持部と、この支持部より周囲に広がる庇の部分とから構成されている。隣り合う構造体１１３ｂは、各々離間しており、例えば、構造体１１３ｂは、下部電極１０５ａと対に設けられている。構造体１１３ｂは、図１Ｂにも示すように、各センサ素子１００毎に設けられている。
構造体１１３ｂの庇の部分は、上部電極１１０ｂの延在方向に、センサ素子１００の領域を超えない範囲の大きさに形成されている。これに対し、構造体１１３ｂの支持部は、庇の部分を支持可能な状態に、可能な限り小さく形成されている。
構造体１１３ｂの庇の部分は、平面視略正方形であればよい。例えば、センサ素子１００が、５０μｍ間隔で配置されている場合、構造体１１３ｂの庇の部分は、一辺が４５μｍの正方形に形成し、封止膜１１１と接触する支持部は一辺が５μｍの正方に形成すればよい。
本表面形状認識用センサによれば、図１Ｂに示すように、指１６０２に接触して押し下げられた構造体１１３ｂの下の上部電極１１０ｂが下方に撓み、上部電極１１０ｂと下部電極１０５ａで形成されている容量が変化する。このとき、構造体１１３ｂは、大きな面積とされた庇の部分に押し下げる力が加わり、この力が、小さな面積とされた構造体１１３ｂの支持部を介して上部電極１１０ｂに伝わる。従って、上部電極１１０ｂにおいては、単位面積当たりに加わる力が、大きくなる。
このように、本実施例によれば、指１６０２が接触したときにセンサ素子１００のほぼ全域に加わる力が、構造体１１３ｂの支持部に集中して上部電極１１０ｂに伝わるようになる。従って、本実施例によれば、表面形状認識用センサの感度を向上させることが可能となる。また、本実施例によれば、隣り合う構造体１１３ｂの間隔が狭いので、構造体１１３ｂが指１６０２にめり込んで、力が分散してしまうようなことが抑制される。
ここで、本表面形状認識用センサの動作について簡単に説明する。複数の構造体１１３ｂが配列されている検出面に指が接触し、いずれかの構造体１１３ｂが押し下げられると、この押し下げられた構造体１１３ｂの下のセンサ素子１００の上部電極１１０ｂが、下方に撓む。この撓みによって、上部電極１１０ｂと下部電極との間に形成される容量が変化する。この指紋形状に応じた各々の下部電極１０５ａの上に形成される容量の変化に対応して濃淡データを付ければ、指紋の形状が再現できる。
なお、上部電極１１０ｂが変形したことによるセンサセルにおける容量の検出や濃淡データへの変換は、例えば、基板１０１の上に形成されている図示していない集積回路により行われる。また、例えば上部電極１１０ｂが接地されているようにすれば、対象物に発生した静電気が上部電極１１０ｂに放電したとしても、この静電気は接地に流れる。このように、上部電極１１０ｂを接地に接続することにより、上記集積回路を静電破壊から保護できる。
つぎに、上述した本実施例における表面形状認識用センサの製造方法について説明する。まず、図２Ａに示すように、シリコンなどの半導体材料からなる基板１０１の上に、例えば窒化シリコンからなる層間絶縁膜１０２を形成する。層間絶縁膜１０２下の基板１０１には、図示していないが、検出回路などの他の集積回路が形成され、複数の配線からなる配線構造を備えている。層間絶縁膜１０２を形成した後、蒸着法などにより膜厚０．１μｍのチタン膜と０．１μｍの金膜との２層膜からなるシード層（第１金属膜）１０３を形成する。なお、層間絶縁膜１０２は、酸化シリコンから構成してもよいが、以降に示すＨＦ系のエッチング処理を考慮した場合、窒化シリコンから構成した方がよい。
つぎに、図２Ｂに示すように、シード層１０３の上に、開口部１０４ａを備えた膜厚５μｍ程度のレジストパターン（第１マスクパターン）１０４を形成する。レジストパターン１０４は、公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。レジストパターン１０４を形成したら、開口部１０４ａに露出しているシード層１０３の上に、金のメッキ膜からなる金属パターン（第１金属パターン）１０５を、電解メッキ法により膜厚１μｍ程度に形成する。電解メッキ法により膜を形成するため、金のメッキ膜はレジストパターン１０４の上には形成されず、金属パターン１０５は、開口部１０４ａの内部に露出しているシード層１０３の上に選択的に形成される。
つぎに、レジストパターン１０４を除去した後、図２Ｃに示すように、開口部１０６ａを備えた膜厚５μｍのレジストパターン（第２マスクパターン）１０６を新に形成する。レジストパターン１０６は、金属パターン１０５を覆い、図１に示した支持部材１０７ａが形成される領域に開口部１０６ａが配置されるように形成する。レジストパターン１０６を形成したら、開口部１０６ａに露出しているシード層１０３の上に、金のメッキ膜からなる金属パターン（第２金属パターン）１０７を、電解メッキ法により膜厚３μｍ程度に形成する。
つぎに、レジストパターン１０６を除去した後、金属パターン１０５及び金属パターン１０７をマスクとして、シード層１０３を選択的にエッチングする。このエッチングでは、まず、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液を用い、シード層１０３上層の金を選択的に除去する。次いで、ＨＦ系のエッチング液を用い、シード層１０３下層のチタンを選択的に除去する。なお、金のウエットエッチングでは、エッチング速度が毎分０．０５μｍである。
この結果、図２Ｅに示すように、基板１０１上に、上層が金からなる下部電極１０５ａと、この下部電極１０５ａと絶縁分離された支持部材１０７ａとが形成される。支持部材１０７ａは、図１に示すように、上部電極１１０ｂを支持するものである。また、支持部材１０７ａは、例えば、図２Ｄの平面図に示すように基板１０１の上に格子状に形成されたものである。また、格子状の支持部材１０７ａで囲まれた領域の中心部に、複数の下部電極１０５ａが配置されている。
以上のようにして、下部電極１０５ａ及び支持部材１０７ａを形成したら、図２Ｅに示すように、下部電極１０５ａを覆い支持部材１０７ａの上面を露出させるように犠牲膜１０８（第１犠牲膜）を形成する。犠牲膜１０８の形成について簡単に説明すると、まず基板１０１の上に感光性を有する樹脂膜を回転塗布により形成し、下部電極１０５ａと支持部材１０７ａを覆う。樹脂膜は、ポジ型感光性を有し、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）にポジ型感光剤を付加したものである。
次いで、加熱処理（プリベーク）を施した後、公知のフォトリソグラフィ技術により支持部材１０７ａ上部の領域に露光を行い、引き続いて現像処理を行うことで支持部材１０７ａ上部を露出させる。この後、加熱処理により樹脂膜を硬化させたのち、化学的機械的研磨によりエッチバックし、図２Ｅに示すように、支持部材１０７ａと犠牲膜１０８が実質的に同一の平面をなした状態とする。
以上のようにして犠牲膜１０８を形成した後、図２Ｆに示すように、平坦化して支持部材１０７ａの上面を露出させた犠牲膜１０８の上に、蒸着法などにより、膜厚０．１μｍのチタン膜と膜厚０．１μｍの金膜との２層膜からなるシード層１０９を形成する。
次いで、図２Ｇに示すように、シード層１０９の上に柱状のレジストパターン２０１を形成し、レジストパターン２０１のない領域の露出しているシード層１０９の上に、電解メッキ法により金のメッキ膜からなる金属膜１１０を膜厚１．０μｍ程度に形成する。
次いで、レジストパターン２０１を除去してから、形成された金属膜１１０をマスクとして、シード層１０９を選択的にエッチング除去する。このことにより、図２Ｈに示すように、複数の開口部１１０ａを備えた上部電極１１０ｂを形成する。本実施例においては、開口部１１０ａは、一辺が４μｍの平面視正方形とし、支持部材１０７ａの内側の４隅に配置した。
つぎに、上部電極１１０ｂの開口部１１０ａを介して犠牲膜１０８を除去することで、図２Ｉに示すように、上部電極１１０ｂの下部に空間を形成した。形成された空間をはさみ、下部電極１０５ａの上面は、上部電極１１０ｂの下面に、所定の距離を離して対面している。また、上部電極１１０ｂは、支持部材１０７ａにより支持された状態となっている。なお、犠牲膜１０８の除去は、酸素ガスを主体としたプラズマ中に基板１０１を曝し、プラズマにより生成されたエッチング種を、開口部１１０ａを介して犠牲膜１０８に接触させることにより行った。
つぎに、封止膜１１１を上部電極１１０ｂに貼り合わせ接着させることで、図２Ｊに示すように、上部電極１１０ｂと下部電極１０５ａ間の空間を保持したまま開口部１１０ａを塞ぐ。貼り合わせによる封止膜１１１の形成にはＳＴＰ法（Ｓｐｉｎ−ｃｏａｔｉｎｇ  ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ａｎｄ  ｈｏｔ−Ｐｒｅｓｓｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いた。この方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、真空中で上部電極１１０ｂに熱圧着する。次いで、シートフィルムを樹脂膜から剥離し、上部電極１１０ｂ上に貼り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、上部電極１１０ｂの上に上記樹脂膜からなる封止膜１１１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。
以上のようにして封止膜１１１を形成したら、図２Ｋに示すように、封止膜１１１上に１．５μｍ程度のシリコン酸化膜１１２をスパッタ法により堆積形成する。つぎに、上部電極１１０ｂのほぼ中央部に５μｍ角程度の開口部を備えた膜厚３μｍ程度のレジストパターンを公知のフォトリソグラフィ技術により形成する。次いで、ＨＦ系のエッチング液によりレジストパターンの開口部底部にあるシリコン酸化膜１１２をエッチング除去し、この後レジストパターンを除去する。これにより、図２Ｌに示すように、開口部１１２ａを備えシリコン酸化膜からなる犠牲膜１１２ｂ（第２犠牲膜）を形成する。
以降に説明するように、犠牲膜１１２ｂの開口部１１２ａが、構造体１１３ｂを支える支持部を形成するための型となる。従って、開口部１１２ａは、少なくとも支持部材１０７ａで囲われている素子領域よりは、小さい面積に形成し、好ましくは、下部電極１０５ａよりも小さい面積に形成する。また、開口部１１２ａは、下部電極１０５ａのほぼ中央にあたる上部領域に配置されるようにする。また、開口部１１２ａの深さが、構造体１１３ｂの支持部の高さとなる。従って、犠牲膜１１２ｂの厚さは、所望とする構造体１１３ｂの形状に従って適宜設定する。
つぎに、図２Ｍに示すように、犠牲膜１１２ｂと封止膜１１１の上部に、感光性を有する樹脂膜１１３を回転塗布により膜厚１０μｍ程度に形成する。樹脂膜１１３は、ポジ型感光性を有するものであり、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）にポジ型感光剤を付加したものである。
樹脂膜１１３を塗布により形成し、これに加熱処理（プリベーク）を施した後、公知のフォトリソグラフィ技術によりおよそ支持部材１０７ａの上部にあたる領域に露光を行う。引き続いて現像処理を行い、図２Ｎに示すように、溝１１３ａと構造体１１３ｂを形成する。溝１１３ａは、幅を５μｍ程度に形成する。この後、３００℃程度で１時間保持する加熱処理により構造体１１３ｂを硬化させる。
つぎに、溝１１３ａからＨＦ系のエッチング液を作用させることにより、犠牲膜１１２ｂエッチング除去する。以上のことにより、図２Ｏに示すように、封止膜１１１の上に直接接触する支持部と、この支持部より周囲に広がる庇の部分とから構成された構造体１１３ｂが、形成された状態とする。構造体１１３ｂは、断面がＴ字型をして最上部の面積が封止膜１１１との接着部より広く形成されている。また、構造体１１３ｂは、各々の下部電極１０５ａに対応して形成され、隣り合う構造体１１３ｂは、庇の部分が約５μｍ程度離間している。
ところで、本実施例では、構造体１１３ｂの下部（支持部）は上部（庇の部分）に比べて細くなり、上部電極１１０ｂのほぼ中央部に接着した構造とした。また、構造体１１３ｂと封止膜１１１の接着部の直下に位置する上部電極１１０ｂは、構造体１１３ｂの存在により見かけ上、上部電極の厚さが大きくなるので撓みにくくなる。しかしながら、上記接着部の周囲の上部電極１１０ｂは、上部電極１１０ｂと封止膜１１１との厚さとなり、撓みやすい状態となっている。
また、構造体１１３ｂと封止膜１１１との接着部は、上部電極１１０ｂの中央に位置し、この位置において上部電極１１０ｂの撓みは最大となる。従って、構造体１１３ｂは、指から受けた力をより効率良く上部電極１１０ｂへ伝え、上部電極１１０ｂの撓みを大きくすることができる。
なお、上述では、第２犠牲膜（犠牲膜１１２ｂ）としてシリコン酸化膜を用い、このエッチング液としてＨＦ系のエッチング液を用いたが、これに限るものではない。チタンから第２犠牲膜を構成し、これをＨＦ系のエッチング液で除去するようにしても良い。また、メッキによる銅膜から第２犠牲膜を構成し、これを硝酸などからなるエッチング液で除去するようにしても良い。
さらに、犠牲膜１０８の形成時には回転塗布により感光性樹脂膜を形成したのち化学的機械的研磨によりエッチバックして平坦な面を形成したが、化学的機械的研磨を用いずにＳＴＰ法により感光性樹脂膜で支持部材１０７ａと下部電極１０５ａを埋め込んで平坦な表面とした後、必要に応じてエッチバックを行い支持部材１０７ａを露出させてもよい。
さらに、上記の構造に加え、図２Ｐに示すように、薄膜１２０を構造体１１３ｂの上に形成してもよい。薄膜１２０としては、例えば、厚さが２μｍ程度の樹脂膜を構造体１１３ｂの上面にＳＴＰ法を用いて接着すればよい。あるいは、厚さが１０μｍ程度のゴムを構造体１１３ｂの上面に接着してもよい。これによって、構造体１１３ｂ周囲の溝１１３ａに対象物の一部が、入りこまなくなる。またゴムからなるので、隣接される構造体１１３ｂ同士が完全に連動してしまうことはなく、互いに独立して可動な状態となる。
あるいは、上記の薄膜１２０としては、厚さが１０μｍ程度の有機材料からなるフィルムを載せ、複数の構造体１１３ｂが配列された検出面の端部でフィルムを固定した構造としてもよい。この場合も、溝１１３ａが完全に外部から塞がれ、かつ構造体１１３ｂの上面と接着していないので、隣接する構造体１１３ｂ同士は独立して動くことが可能である。
【実施例２】  つぎに、本発明の他の実施例について説明する。
まず、図２Ａ〜図２Ｊと同様にし、下部電極１０５ａや上部電極１１０ｂなどを形成し、また、上部電極１１０ｂが封止膜１１１で覆われた状態とする。
次いで、封止膜１１１の上に、例えばスパッタ法などによりシリコン酸化膜を形成し、これを公知のフォトリソグラフィ技術などによりパターニングし、図３Ａに示すように、開口部３０１ａを備えた犠牲膜３０１（第２犠牲膜）を形成する。
以上のようにして犠牲膜３０１を形成したら、図３Ｂに示すように、蒸着法などにより膜厚０．１μｍのクロム膜と０．１μｍの金膜との２層膜からなるシード層（第２金属膜）３０２を、犠牲膜３０１の上に形成する。次いで、図３Ｃに示すように、レジストパターン３０３（第３マスクパターン）を形成する。レジストパターン３０３は、格子状のパターンであり、支持部材１０７ａが形成されている領域に対応して形成する。
さらに、レジストパターン３０３のマス内を途中まで埋めるように、シード層３０２の上に、膜厚１０μｍ程度に金属パターン（第３金属パターン）３０４を形成する。金属パターン３０４は、電解メッキ法により、露出しているシード層３０２の上に選択的に形成すればよい。
このようにして金属パターン３０４を形成してから、レジストパターン３０３を除去すれば、図３Ｄに示すように、開口部３０４ａを備えた金属パターン３０４が形成される。
この後、金属パターン３０４をマスクとして、開口部３０４ａ底部に露出されたシード層３０２を選択的にエッチングする。このエッチングでは、まずヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液を用い、シード層３０２上層の金を選択的に除去する。次いで、フェリシアン化カリウムと水酸化ナトリウムからなるエッチング液を用い、シード層３０２下層のクロムを選択的に除去する（図３Ｄ）。
つぎに、開口部３０４ａを介して犠牲膜３０１をエッチング除去する。このエッチングには、ＨＦ系のエッチング液を用いた。この結果、図３Ｅに示すように、金属パターン３０４からなり上部が下部より大きい構造体が形成される。
なお、本実施例では、第２犠牲膜としてシリコン酸化膜を用い、そのエッチング液としてＨＦ系のエッチング液を用いたが、これに限るものではない。例えば、第２犠牲膜をチタンから構成し、これをＨＦ系のエッチング液を用いて除去するようにしても良い。
また、つぎのようにしてもよい。封止膜１１１の上に蒸着法により膜厚０．２μｍのチタン膜４０１（エッチングストップ膜）を形成する（図４Ａ）。この後、樹脂膜からなる第２犠牲膜４０２を塗布法により形成し、公知のフォトリソグラフィ技術により開口部４０２ａを形成する。犠牲膜４０２は、ポジ型感光性を有し、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）にポジ型感光剤を付加したものである。
つぎに、蒸着法などにより、膜厚０．１μｍのチタン膜と０．１μｍの金膜との２層膜からなるシード層４０３（第２金属膜）を形成する（図４Ｂ）。次いで、図４Ｃに示すように、枠状のレジストパターン４０４を形成し、これをマスクパターンとしてシード層４０３の上に、金のメッキ膜を電解メッキ法により膜厚１０μｍ程度に形成する。この後、レジストパターン４０４を除去すれば、図４Ｄに示すように、レジストパターン４０４の箇所が開口した金属パターン４０５（第３金属パターン）が形成される。
この後、金属パターン４０５をマスクとしてシード層４０３を選択的にエッチング除去する。次いで、酸素ガスを主体としたプラズマ中に基板１０１を曝し、プラズマにより生成されたエッチング種を犠牲膜４０２に接触させることにより、犠牲膜４０２を除去した（図４Ｅ）。このようにして、上部が下部より大きい構造体である金属パターン４０５を形成した。
なお、必要ならば、ＨＦ系のエッチング液により封止膜１１１上にあるチタン膜４０１の一部やシード層４０３下層のチタン膜を除去し、図４Ｆに示すように、封止膜１１１の表面を露出されるようにしても良い。
【実施例３】  つぎに、本発明の他の実施例について説明する。
まず、図２Ａ〜図２Ｊと同様にし、下部電極１０５ａや上部電極１１０ｂなどを形成し、また、上部電極１１０ｂが封止膜１１１で覆われた状態とする（図５Ａ）。
次いで、図５Ｂに示すように、封止膜１１１の上に、樹脂膜により構造体下部５０１（柱状パターン）を形成する。構造体下部５０１は、一片が５μｍ程度の平面視略正方形状と成っている。上記樹脂膜はポジ型感光性を有し、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）にポジ型感光剤を付加したものである。
この樹脂膜を回転塗布により膜厚５μｍ程度に封止膜１１１の上に形成した後、公知のフォトリソグラフィ技術によって、図５Ｂに示すように、上部電極１１０ｂの中央部上を５μｍ角程度の領域で残すように、他の領域の樹脂膜を露光し現像して除去する。この後、３００℃程度の熱処理を１時間程度施すことで硬化させ、樹脂膜からなる構造体下部５０１を形成する。
つぎに、ＳＴＰ法によって樹脂膜５０２を熱圧着して貼り合わせる。樹脂膜５０２はポジ型感光性を有し、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）にポジ型感光剤を付加したものである。この貼り合わせのとき、シートフィルムの上に塗布形成された樹脂膜が、構造体下部５０１に接触し、かつ封止膜１１１には接触しないように、樹脂膜を熱圧着して構造体下部５０１と貼り合わせる。貼り合わせた後、シートフィルムだけを剥離して除去し、図５Ｃに示すように、樹脂膜５０２が形成された状態とする。
以上のようにして、樹脂膜５０２を形成した後、公知のフォトリソグラフィ技術によって、樹脂膜５０２をパターニングする。このパターニングでは、支持部材１０７ａの上部周辺にある樹脂膜５０２を、枠状のパターンで露光し、引き続いて現像する。このパターニングにより、図５Ｄに示すように、開口部５０２ａと構造体上部５０２ｂを形成する。その後、３００℃程度で１時間保持する加熱処理により開口部５０２ａを有した構造体上部５０２ｂを硬化させることで、構造体下部５０１と構造体上部５０２ｂから成る構造体５０３が形成される。
図５Ａ〜図５Ｄを用いて説明した本実施例では、上部が下部より大きい構造体を作製する際にＳＴＰ法を用いた。このことにより、本実施例では、犠牲膜を形成してエッチング除去するという工程がなくなり、表面形状認識用センサを製造するための工程数を減らすことができる。
なお、本実施例では、封止膜１１１として図５Ａに示すように、均一な膜厚のものを用いるようにしたが、これに限るものではない。例えば、図６に示すように構造体下部に相当する突起部６０１ａを一体形成した封止膜６０１を用いるようにしても良い。
封止膜６０１は、つぎのように形成すればよい。まず、膜厚６μｍの樹脂膜をＳＴＰ法により上部電極１１０ｂに貼り合わせて接着させて開口部１１０ａを塞ぐ。この後、構造体下部に相当する部分を除く領域を露光・現像により薄膜化することで、図６に示すように、突起部６０１ａを備えた封止膜６０１が形成できる。
また、図５Ｄでは、構造体下部５０１の上面に樹脂膜５０２が接触するように形成されているが、これに限るものではない。
例えば、図７に示すように、封止膜６０１の突起部６０１ａの上部が、上部構造体７０１の下部に嵌入するようにしても良い。上部構造体７０１の下面が、封止膜６０１の下部構造体以外の領域に接触していなければよい。
ところで、上述では、構造体の下部を構成している支持部を１つの部材から構成するようにしたが、これに限るものではない。例えば、図８に示すように、構造体８０１の支持部を、複数の柱部８０２から構成するようにしても良い。なお、図８の他の構成は、図１Ａ〜図１Ｃと同様であり、説明を省略する。
また、前述したように、構造体は、上部の庇の部分をこのほぼ中央に配置された支持体で支持するようにしているが、これに限るものではない。図９Ａ，図９Ｂに示すように、ほぼ中央に配置された支持部９０１ａにより支持された構造体９０１の平面視矩形の庇の４隅に、弾性体から成る周辺支持部９０２を備えるようにしても良い。周辺支持部９０２は、例えば、ゴムなどから構成しても良く、コイルバネから構成するようにしても良い。周辺支持部９０２を設けることで、構造体９０１の倒れを抑止できるようになる。
ここで、構造体９０１が下部電極１０５ａの方向に押下されると、弾性体から成る周辺支持部９０２は弾性変形して潰れ、中央部に配置された支持部９０１ａにより、封止膜１１１及び上部電極１１０ｂが押し下げられる。このように、周辺支持部９０２を設けるようにしても、周辺支持部９０２を弾性部材から構成することで、構造体９０１による上部電極１１０ｂへの力の伝達を阻害することがない。
次に、構造体下部の支持部と構造体上部の庇部分とを、異なる材料から構成する場合について説明する。
まず、図２Ａ〜図２Ｊと同様にし、下部電極１０５ａや上部電極１１０ｂなどを形成し、また、上部電極１１０ｂが封止膜１１１で覆われた状態とする。次いで、封止膜１１１の上に、蒸着法やスパッタ法などにより、膜厚０．１μｍのチタン膜と膜厚０．１μｍの銅膜との２層膜からなるシード層１００１を形成し、かつ、公知のフォトリソグラフィ技術により、各センサ素子毎に、レジストパターン１００２を形成する（図１０Ａ）。レジストパターン１００２は、以降に説明する構造体下部となる部分に形成する、平面視矩形のパターンである。
次に、図１０Ｂに示すように、レジストパターン１００２の周りに露出しているシード層１００１の上に、電解メッキ法により銅を析出させ、銅からなる犠牲膜１００３を形成する。
次に、レジストパターン１００２を除去し、犠牲膜１００３をマスクとしてレジストパターン１００２の下のシード層１００１を除去し、図１０Ｃに示すように、下部電極１０５ａの上部にあたる封止膜１１１の上が、開口部１００３ａの中に露出した状態とする。
次に、犠牲膜１００３の上に感光性を有するポリイミド膜を形成し、形成したポリイミド膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングし、図１０Ｄに示すように、ポリイミド（樹脂）からなる構造体下部１００４が形成された状態とする。
次に、図１０Ｅに示すように、構造体下部１００４及び犠牲膜１００３の表面を覆うように、シード層１００５を形成し、引き続いて、レジストパターン１００６を形成する。シード層１００５は、膜厚０．１μｍのチタン膜からなる下層と、膜厚０．１μｍの金膜からなる上層とから構成された２層膜である。また、レジストパターン１００６は、格子状のパターンであり、支持部材１０７ａが形成されている領域に対応して形成する。
ついで、図１０Ｆに示すように、レジストパターン１００６のマス内を途中まで埋めるように、シード層１００５の上に、膜厚５μｍ程度に金膜１００７を形成する。金膜１００７は、電解メッキ法により金をメッキすることで、露出しているシード層１００５の上に形成する。
この後、レジストパターン１００６を除去することで、図１０Ｇに示すように、各センサ素子毎に、金からなる構造体上部１００８が形成された状態とする。
ついで、図１０Ｈに示すように、構造体上部１００８をマスクとしたウエットエッチングにより、シード層１００５を除去する。例えば、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液を用いることで、シード層１００５の上層の金をエッチングできる。また、ＨＦ系のエッチング液を用いることで、シード層１００５の下層のチタンをエッチングできる。このことにより、構造体上部１００８の周囲の部分において、犠牲膜１００３の上面が露出した状態となる。
最後に、構造体上部１００８の周囲に露出した領域より、銅からなる犠牲膜１００３を、硝酸からなるエッチング液によりエッチングし、さらにシード層１００１の下のチタンをＨＦ系のエッチング液によりエッチングすることで、図１０Ｉに示すように、ポイリミドからなる構造体下部１００４と金からなる構造体上部１００８とから構成された構造体が形成されたことになる。構造体は、構造体上部１００８の庇部と、構造体上部１００８をほぼ中央部で支持する構造体下部１００４とから構成されたものとなる。また、構造体は、各センサチップにおいて、下部電極１０５ａに対応して設けられている。
図１０Ｉに示した表面形状認識用センサによれば、上部電極１１０ｂの上に設けられた構造体は、庇の部分が金属から構成されている。このため、庇の部分がヤング率の高い剛性体となっており、変形しにくく、指紋形状の検出時に上部電極の変形を妨げることが抑制されるようになる。また、庇の部分を合成樹脂から構成する場合に比較し、より薄くしても剛性が確保できるので、図１０Ｉに示す表面形状認識用センサによれば、より短い工程時間で製造することが可能となる。
次に、構造体下部の支持部と構造体上部の庇部分とを、異なる材料から構成する他の構成例について説明する。
まず、図２Ａ〜図２Ｊと同様にし、下部電極１０５ａや上部電極１１０ｂなどを形成し、また、上部電極１１０ｂが封止膜１１１で覆われた状態とする。次いで、封止膜１１１の上に、蒸着法やスパッタ法などにより膜厚０．１μｍのチタンからなる密着層１１０１を形成し、密着層１１０１の上にポリイミド層１１０２を形成し、ポリイミド層１１０２の上にシード層１１０３を形成する（図１１Ａ）。ポリイミド層１１０２は、例えば、ポリイミド樹脂を回転塗布し、加熱して熱硬化させることで形成できる。また、シード層１１０３は、膜厚０．１μｍのチタン膜からなる下層と、膜厚０．１μｍの金膜からなる上層とから構成された２層膜である。シード層１１０３においては、チタンからなる下層が、ポリイミド層１１０２との密着性を向上させている。
次に、図１１Ｂに示すように、シード層１１０３の上に、公知のフォトリソグラフィ技術により、レジストパターン１１０４を形成する。レジストパターン１１０４は、格子状のパターンであり、支持部材１０７ａが形成されている領域に対応して形成する。
ついで、図１１Ｃに示すように、レジストパターン１１０４のマス内を途中まで埋めるように、シード層１１０３の上に、膜厚５μｍ程度に金膜１１０５を形成する。金膜１１０５は、電解メッキ法により金をメッキすることで、露出しているシード層１１０３の上に形成する。
この後、レジストパターン１１０４を除去することで、図１１Ｄに示すように、各センサ素子毎に、金からなる構造体上部１１０６が形成された状態とする。また、構造体上部１１０６をマスクとしたウエットエッチングにより、シード層１１０３を除去する。例えば、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液を用いることで、シード層１１０３の上層の金をエッチングできる。また、ＨＦ系のエッチング液を用いることで、シード層１１０３の下層のチタンをエッチングできる。このことにより、構造体上部１１０６の周囲の部分において、ポリイミド層１１０２の上面が露出した状態となる。
最後に、構造体上部１１０６の周囲に露出した領域より、ポリイミド層１１０２を、酸素プラズマを用いたドライエッチング技術により所定量エッチングすることで、図１１Ｅに示すように、ポイリミドからなる構造体下部１１０７が形成された状態とする。この場合、構造体下部１１０７は、下面が密着層１１０１を介して封止膜１１１の上に接続固定され、上面は、シード層１１０３を介して構造体上部１１０６に接続固定されている。
なお、図１１Ｆに示すように、構造体下部１１０７に接触している密着層１１０１，シード層１１０３以外を、ウエットエッチングで除去してもよい。
以上説明したように、本発明では、庇部とこの庇部をほぼ中央部で支持する支持部とから構成され、支持部が上部電極平面方向の面積が庇部の面積より小さく形成された構造体が、下部電極の上部領域における上部電極の上に各々の下部電極に対応して配置されているようにした。このように構成した表面形状認識用センサでは、表面の形状を検出する対象となる例えば指の先端は、構造体の庇の表面に接触し、検出対象に庇が接触した構造体の支持部により、上部電極の一部が下部電極の方向に押し下げられて上部電極が変形する。
この構造体は、指から受けた力をより効率良く上部電極へ伝え、上部電極の撓みを大きくすることができるので、本センサにおける検出の感度を向上させることができる。
例えば、図１２に示すように、庇の部分がない従来の構造では、指紋検出対象の指の表面が柔らかい場合、指先を押しつける力を大きくしても、センサからの出力があまり大きくならない。これに対し、庇部を設けた本願発明の構成によれば、図１３に示すように、指の表面が柔らかい場合であっても、指先を押しつける力を大きくすると、硬い指の場合と同程度のセンサ出力が得られている。
また、本発明の構成によれば、隣接した構造体の間隙が狭くなっており、構造体の上面はほぼ平坦な平面を形成しているので、指などの検出対象により横向きに力が加わっても壊れにくく機械的強度が高いというすぐれた効果が得られる。
以上のように、本発明にかかる表面形状認識用センサは、高い精度で指紋を検出する場合に適している。
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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