(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球体を覆うように犠牲膜を形成することと、
上記犠牲膜の上に少なくとも１個の導電体パターン又は絶縁体を含む機能膜を形成することと、
上記機能膜が形成された球体を覆うように絶縁体の構造膜を形成することと、
上記構造膜の外面から上記犠牲膜に達するエッチング孔を形成することと、
上記エッチング孔より気体エッチング剤を導入することによって上記犠牲膜を除去することと、
を含む球体とそれを囲む球殻部からなるマイクロマシンの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記機能膜の形成工程は、
上記犠牲膜の上に導電体パターンを形成することと、
上記導電体パターンを覆うように絶縁体膜を形成することと、
上記絶縁体膜に孔を形成して上記導電体パターンを露出させることと、
上記絶縁体膜より露出した上記導電体パターンに接続するように上記絶縁体膜上に配線パターンを形成することと、
を含むことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項３】
請求項２記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記構造膜に孔を形成して上記配線パターンを露出させることと、
上記構造膜より露出した上記配線パターンに接続するようにバンプを形成することと、
を含むマイクロマシンの製造方法。
【請求項４】
請求項１記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記エッチング孔は上記機能膜を形成する工程と上記構造膜を形成する工程の各々にて同一位置に孔を形成することによって形成されることを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項５】
請求項１記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記エッチング孔は上記構造膜を形成する工程の後に形成されることを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項６】
請求項１記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記犠牲膜はケイ素よりなり、上記エッチング剤は二フッ化キセノンであることを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項７】
請求項１記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記構造膜は熱硬化性樹脂を熱硬化させて形成されることを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項８】
請求項２記載のマイクロマシンの製造方法において、
上記絶縁体膜はＴＥＯＳを原料とする二酸化ケイ素を使用して形成されることを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項９】
球体を覆うように犠牲膜を形成することと、
上記犠牲膜の上に導電体からなる電極パターンを形成することと、
上記電極パターンを覆うように絶縁体膜を形成することと、
上記絶縁体膜に孔を形成して上記電極パターンを露出させることと、
上記絶縁体膜より露出した上記電極パターンに接続するように上記絶縁体膜上に配線パターンを形成することと、
上記配線パターンが形成された球体を覆うように絶縁体の構造膜を形成することと、
上記構造膜の外面から上記犠牲膜に達する複数のエッチング孔を形成することと、
上記エッチング孔より気体エッチング剤を導入することによって上記犠牲膜を除去することと、
を含む球体とそれを囲む球殻部からなる球体型センサ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小球形型センサ部とそれを囲む周囲部又は周囲電極からなるマイクロマシン又は球形センサ型計測装置の製造方法に関し、特に、直径が数ミリメートル以下の微小な球体及び微小電極体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微小な球体を、周囲と接触しないように静電気的に又は磁気的に浮上させ、この球体の変位を検出することによって、外力、加速度等を検出する方法及び装置が知られている。このような装置は、典型的には微小球体と微小球体を浮上させるための電界又は磁界発生装置と球体の変位を検出するためのピックアップとを有する。尚、浮上した球体を高速で回転させる場合もある。
【０００３】
電界又は磁界発生装置及び変位検出用ピックアップは、典型的には複数の電極を有し、これらの電極は微小球体に近接して配置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、微小球体と周囲の電極は別個に製造され組み立てられていた。従って、微小球体と周囲の電極を同時に精密に製造し且つ両者を近接して正確に配置するための適当な方法は知られていなかった。
【０００５】
半導体装置の製造分野では、微小なチップを製造したり、微細な回路パターンを重層的に形成するための様々な方法及び技術が知られている。これらの方法には、例えば、リソグラフィ、エッチング、化学蒸着法（ＣＶＤ）、電子線露光描画法等がある。しかしながら、これらの方法は平板状の基板又はチップを製造することはできるが、微小球体とその周囲に近接して配置される微小電極を形成することはできなかった。
【０００６】
従って、本発明は、微小球体及びそれに近接して配置される微小電極を正確に且つ容易に製造するための方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は、微小球体及びそれを囲む微小球面を製造し、微小球面の内面に電極を形成するための方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の球体とそれを囲む球殻部からなるマイクロマシンの製造方法は、球体を覆うように犠牲膜を形成することと、上記犠牲膜の上に少なくとも１個の導電体パターン又は絶縁体を含む機能膜を形成することと、上記機能膜が形成された球体を覆うように絶縁体の構造膜を形成することと、上記構造膜の外面から上記犠牲膜に達するエッチング孔を形成することと、上記エッチング孔より気体エッチング剤によって上記犠牲膜を除去することと、を含む。
【０００９】
従って、球体とそれを囲む球殻部を同時に且つ正確に製造することができる。特に、微小球体及び微小球殻部を同時に且つ精密に製造することができる。
【００１０】
本発明のマイクロマシンの製造方法において、更に、上記機能膜の形成工程は、上記犠牲膜の上に導電体パターンを形成することと、上記導電体パターンを覆うように絶縁体膜を形成することと、上記絶縁体膜に孔を形成して上記導電体パターンを露出させることと、上記絶縁体膜より露出した上記導電体パターンに接続するように上記絶縁体膜上に配線パターンを形成することと、を含む。本発明のマイクロマシンの製造方法は、上記構造膜に孔を形成して上記配線パターンを露出させることと、上記構造膜より露出した上記配線パターンに接続するようにバンプを形成することと、を含む。
【００１１】
従って、球体とそれに近接して配置される電極を同時に且つ正確に製造することができる。特に、微小球体及び微小電極を同時に且つ精密に製造することができる。
【００１２】
本発明によると、上記エッチング孔は上記導電体パターン、上記絶縁膜、上記配線パターン、及び上記構造膜を形成する工程の各々にて同一位置に孔を形成することによって形成される。又は、上記エッチング孔は上記導電体パターン、上記絶縁膜、上記配線パターン、及び上記構造膜を形成する工程の後に同一位置に孔を形成することによって形成される。
【００１３】
本発明によると、マイクロマシンの製造方法において、上記犠牲膜はケイ素よりなり、上記気相エッチングは二フッ化キセノンによってなされる。上記構造膜は熱硬化性樹脂を熱硬化させて形成される。上記絶縁体膜はＴＥＯＳを原料とする二酸化ケイ素を使用して形成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の製造方法を説明する前に、図１及び図２を参照して本発明の製造方法によって製造されたマイクロマシン又は球体センサ型計測装置の構造を説明する。本例のマイクロマシンは球体型センサとして様々な用途及び分野にて使用されることができる。例えば、球体を浮上させる浮上球体型計測装置の例として、加速度計、ジャイロ等がある。球体を浮上させない非浮上球体型計測装置の例として傾斜計がある。図１に示すように、本例の装置は球体１０とそれを囲む球殻部１００とを有する。
【００１５】
球体１０の外径は球殻部１００の球面状内面の内径より僅かに小さい。球体１０が適当な方法、例えば、静電気的又は磁気的方法によって浮上されると、球体１０の周囲には間隙１１が形成される。この間隙１１は密閉空間又は開放空間であり、真空であってよいが、適当な不活性ガス又は液体によって充填されてよい。球体１０の直径は数ミリメートル以下であり、例えば、１ｍｍであってよい。この間隙１１の厚さは数μｍであってよい。
【００１６】
球殻部１００は、最も内側の電極１０１〜１０６及び１０７（図１では電極１０１、１０２、１０５、１０６、１０７のみ図示）とその外側の絶縁膜１３０とその外側の電路パターン１１１〜１１７及び１２１〜１２７とその外側の構造膜１３２とを有する。電極１０１〜１０６及び１０７は、絶縁膜１３０の一部である細い絶縁部１３１によって互いに分離されており、各電極には対応する電路パターン１１１〜１１７及び１２１〜１２７が電気的に接続されている。
【００１７】
尚、球殻部１００の下端にはバンプ１２９が形成されている。バンプ１２９は構造膜１３２に形成された孔に装着され、電路パターン１１１〜１１７及び１２１〜１２７に接続されている。
【００１８】
電極１０１〜１０６、１０７及び電路パターン１１１〜１１７及び１２１〜１２７は導電体、例えば、金属膜によって形成され、絶縁膜１３０及び絶縁部１３１は絶縁体、例えば、二酸化ケイ素ＳｉＯ2 によって形成されている。構造膜１３２は絶縁体、例えば、熱硬化性樹脂より形成される。
【００１９】
本例では、構造膜１３２の厚さは、電極、電路パターン及び絶縁膜に比べて、大きい。従って、構造膜１３２は、内側の構成部を保護する保護膜として機能すると同時に球殻部１００に構造的強度を提供する。
【００２０】
図２を参照して説明する。図示のように、球体１０の中心に原点Ｏをとり、水平面上にＸ1 −Ｘ2 軸及びＹ1 −Ｙ2 軸をとる。垂直にＺ1 −Ｚ2 軸をとる。図２Ａは、本例の装置をＹ1 軸方向に沿って見た図であり、図２ＢはＺ2 軸方向に沿って見た図である。尚、図１は垂直面Ｘ−Ｚ平面に沿って切断された断面を示す。
【００２１】
図２は図１のマイクロマシンより構造膜１３２を除去した球殻部１００の外観を示す図である。破線にて示すように、電極は、互いに直交する３軸に沿って配置された６個の電極１０１〜１０６とその間に配置されたシールド電極１０７とを含む。６個の電極１０１〜１０６は、円形であり、それらの残りの部分がシールド電極１０７である。
【００２２】
６個の電極１０１〜１０６は、例えば、電源及び制御用に使用され、シールド電極１０７は接地用に使用されてよい。
【００２３】
絶縁膜１３０の外面には上述のように電路パターン１１１〜１１７及び１２１〜１２７が形成されている。電路パターンは図示のように、電極１０１〜１０６、１０７に接続された端子パターン１１１〜１１６、１１７とこれらの端子パターン１１１〜１１６、１１７より延在する配線パターン１２１〜１２６、１２７（図２Ｂ）とを有する。
【００２４】
図２Ｂに示すように、これらの配線パターン１２１〜１２６、１２７の先端部は、球殻部１００の下側に集中化されている。配線パターン１２１〜１２６、１２７の先端部は、例えば、図示のように、同一円に沿って配置されている。配線パターン１２１〜１２６、１２７の先端部は、図１に示したようにバンプに接続される。
【００２５】
尚、図示されていないが、本例では電極１０１〜１０６の各々は１対の電極部からなり、従って、電極１０１〜１０６に接続された電路パターン１１１〜１１６及び１２１〜１２６は各々一対の電路パターンからなる。シールド電極１０７は１個の電極からなり、それに接続された電路パターン１１７及び１２７は１個である。
【００２６】
図３、図４及び図５を参照して、本発明による製造方法を説明する。先ず図３Ａに示すように、多結晶又は単結晶のケイ素Ｓｉ、好ましくは単結晶ケイ素Ｓｉからなる球体１０を用意し、その表面に導電体膜１０Ａ、例えば、金属膜を形成する。尚、球体１０として単体ケイ素以外の導電体からなる球体を使用する場合には、導電体膜１０Ａは不要である。これが図１に示した球体となる。
【００２７】
次に、図３Ｂに示すように、球体１０の表面にケイ素Ｓｉの膜１２を形成する。導電体膜１０Ａ及びケイ素膜１２の形成は、化学蒸着法（ＣＶＤ）によってなされてよい。このケイ素膜１２は、後に除去されるため、ダミー膜又は犠牲膜と称される。
【００２８】
図３Ｃに示すように、次の工程では、導電体膜１４、例えば、金属膜からなる電極パターンを形成する。先ず、ケイ素膜１２を覆うように、全面的に金属膜１４を形成する。次に、エッチングによって、この金属膜１４に電極パターン溝１５を形成する。電極パターン溝１５は、６個の電極１０１〜１０６の形状に対応して、６個の細い環状に形成される。こうして、６個の環状の溝の内側に電極パターンが形成され、その外側にシールド電極パターンが形成される。
【００２９】
尚、電極パターンとして、本例の円形以外に様々の形状が考えられる。また、シールド電極パターンとして本例以外の形状であってよい。
【００３０】
次に図４Ａに示すように、絶縁体膜１６、例えば、二酸化ケイ素ＳｉＯ2 の膜１６を形成する。これは、ＴＥＯＳ（テトラエトキシオキシシラン）を使用し、化学蒸着法（ＣＶＤ）によってなされてよい。このとき二酸化ケイ素ＳｉＯ2 は、図３Ｃの工程にて形成された電極パターン溝１５内に充填される。
【００３１】
図４Ｂに示すように、エッチングによって、二酸化ケイ素膜１６に溝１７を形成する。溝１７の部分では、導電体膜１４、即ち、金属膜１４が露出される。この溝１７は、電極パターンと端子パターンとを接続する導電体膜、即ち、金属膜を形成するために設けられる。従って、この溝１７は電極パターンに対応する位置に、適当な数だけ設けられる。
【００３２】
次に、図４Ｃに示すように、二酸化ケイ素膜１６上に導電体膜１８、例えば、金属膜からなる電路パターンを形成する。それによって、図２に示した、端子パターン及び配線パターンが形成される。このとき導電体膜１８は、図４Ｂの工程にて形成された溝１７内に充填される。
【００３３】
図５Ａに示すように、レジスト膜２０が形成される。レジスト膜２０は適当な熱硬化性樹脂によって形成されてよい。このような熱硬化性樹脂として、例えば、商品名ＥＰＯＮ・ＳＵ−８として市販されている樹脂又はポリイミド系樹脂が使用されてよい。レジスト膜２０は上述の化学蒸着法（ＣＶＤ）によって形成される膜に比べてより厚く形成される。
【００３４】
レジストの塗布後、リソグラフィによって、バンプ形成に使用する溝と気相エッチングに使用する微小孔を形成する。バンプ形成用の溝は、図２Ｂを参照して説明したように、配線パターン１２１〜１２６、１２７の先端部に相当する位置に形成される。次に、ハードベークと称する熱処理がなされ、それによってレジストは硬化する。こうして硬化したレジスト樹脂膜は、内側の構成部を保護すると同時に、本例の球殻部１００に構造的強度を提供する。
【００３５】
次に図５Ｂに示すように、バンプ２２を形成する。レジスト膜２０には上述のようにリソグラフィによって溝が形成され、内側の電路パターンの一部が露出されている。その溝にはんだ等からなるバンプ２２を形成する。内部に球体１０を含む球殻部１００を、図示しないプリント配線基板上に配置し、バンプを回路に熱融着する。それによって球殻部１００はプリント配線基板に固定される。
【００３６】
最後に図５Ｃに示すように、犠牲膜１２を除去して間隙１１を形成する。本例によると、犠牲膜１２の除去は気相エッチングによってなされる。以下に気相エッチングについて説明する。
【００３７】
上述の工程にて形成された球殻部１００には、レジスト膜２０の外表面から犠牲膜１２に到達する微小孔が形成される。この微小孔の形成については後に説明する。この微小孔よりエッチング気体を導入し、犠牲膜１２を除去する。エッチング気体は犠牲膜１２のみを除去し、それ以外の物質には反応しない。
【００３８】
気相エッチングでは、除去する犠牲膜の材質とそれに最適なエッチング気体の選択が重要である。エッチング気体として、犠牲膜に対する選択的反応性が高い気体が選択される。本例では、犠牲膜にケイ素が使用され、エッチング気体として二フッ化キセノンＸｅＦ2 が使用される。
【００３９】
二フッ化キセノンＸｅＦ2 は次の３つの特徴を有する。
（１）ケイ素に対する選択的反応性が極めて高い。即ち、二フッ化キセノンは単体ケイ素を溶解するがそれ以外の物質に対して不活性である。
（２）エッチングは液相を伴わない乾燥的化学変化である。即ち、気相二フッ化キセノンは固相ケイ素を溶解するが反応生成物は気相である。
（３）エッチングは等方的であり、エッチング反応が緩やかに進行する。
【００４０】
二フッ化キセノンＸｅＦ2 は常温常圧下で固体であるが、真空雰囲気にて容易に昇華し気相に変化する。従って、本例の気相エッチングは真空雰囲気下にてなされる。
【００４１】
本例では、上述のように、球体１０はケイ素によって形成されているがその表面はケイ素以外の物質によって覆われている。従って、球体１０のケイ素がエッチング気体に接触することはない。
【００４２】
図６を参照して気相エッチング用の微小孔１３５について説明する。微小孔１３５は、上述の工程毎に形成してよい。例えば、導電体膜１４、絶縁体膜１６、導電体膜１８及びレジスト膜２０の形成工程の各々にて、各膜に微小孔を形成する。しかしながら、全ての工程が終了した後に、即ち、気相エッチングの直前に微小孔を形成してもよい。
【００４３】
微小孔１３５は導電体膜１４、絶縁体膜１６、導電体膜１８及びレジスト膜２０に、順に形成する。微小孔が、レジスト膜２０の外表面から犠牲膜１２に達する貫通孔となるためには、微小孔を各膜にて同一位置に形成する必要がある。微小孔１３５の形成位置の位置決めは、電路パターンを形成するときに使用される位置決め装置を使用して行われてよい。
【００４４】
図示のように微小孔１３５は球殻部１００の表面に所定のピッチにて多数形成される。例えば、球殻部１００の直径を１ｍｍ、微小孔１３５のピッチを１００μｍとすると、球殻部１００の赤道に沿って約３０個の微小孔を設けることができる。
【００４５】
こうして気相エッチングによって犠牲膜１２が除去されると、球体１０と球殻部１００の間に間隙１１が形成される。この間隙１１は微小孔１３５によって球殻の外部に通じている。この間隙１１に適当な液体を収容してよい。微小孔１３５を適当な方法によって封鎖してよい。それによって間隙１１は密閉空間となる。上述のようにこの密閉空間は真空排気されてよく又は適当な不活性ガス又は液体によって充填されてよい。
【００４６】
以上本発明の実施例について詳細に説明してきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得ることは当業者にとって容易に理解されよう。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によると、球体とその周囲の電極を同時に製造することができる利点を有する。
【００４８】
本発明によると、球体とその周囲の電極の間の間隙を正確に且つ容易に形成することができる利点を有する。
【００４９】
本発明によると、微小球体とそれの周囲の電極の寸法が極めて小さくとも、正確に製造することができる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロマシンの構造を示す断面図である。
【図２】本発明のマイクロマシンより構造膜を除去した外観を示す図である。
【図３】本発明のマイクロマシンの製造方法を説明するための説明図である。
【図４】本発明のマイクロマシンの製造方法を説明するための説明図である。
【図５】本発明のマイクロマシンの製造方法を説明するための説明図である。
【図６】本発明のマイクロマシンの球殻部に形成した微小孔を示す図である。
【符号の説明】
１０…球体、  １０Ａ…金属膜、  １１…間隙、  １２…ケイ素膜（犠牲膜）、１４…金属膜（導電体膜、電極パターン）、  １５…電極パターン溝、  １６…二酸化ケイ素膜（絶縁体膜）、  １７…溝、  １８…金属膜（導電体膜、電路パターン）、  ２０…レジスト膜（構造膜）、  ２２…バンプ、  １００…球殻部、  １０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６…電極パターン、  １０７…シールド電極、  １１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７…端子パターン、  １２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７…配線パターン、  １２９…バンプ、  １３０…絶縁体膜、  １３２…構造膜
【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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