(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に凹部構造を形成する第１の工程と、
前記凹部内に犠牲膜を充填する第２の工程と、
開口部を備えた板状の蓋を、前記凹部構造の側壁より前記開口部が離間した状態で、前記凹部構造を覆うように配置して固定する第３の工程と、
前記開口部より前記犠牲膜をエッチング除去して前記蓋の下に前記凹部による空間を形成する第４の工程と、
前記蓋の上に液状の材料を塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を形成した直後に前記塗布膜が前記基板より力の作用する側に配置された状態とし、この後、前記塗布膜の流動性を低下させて前記塗布膜を固化することで前記蓋の上に封止膜を形成して前記開口部を塞ぐ第５の工程と
を備えたことを特徴とする微細構造の製造方法。
【請求項２】
基板上に凹部構造を形成する第１の工程と、
前記凹部内に犠牲膜を充填する第２の工程と、
開口部を備えた板状の蓋を、前記凹部構造の側壁より前記開口部が離間した状態で、前記凹部構造を覆うように配置して固定する第３の工程と、
前記開口部より前記犠牲膜をエッチング除去して前記蓋の下に前記凹部による空間を形成する第４の工程と、
前記蓋の上に液状の材料を塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を形成した直後に前記塗布膜が前記基板より下方に配置された状態として前記基板より力の作用する側に配置された状態とし、この後、前記塗布膜の流動性を低下させて前記塗布膜を固化することで前記蓋の上に封止膜を形成して前記開口部を塞ぐ第５の工程と
を備えたことを特徴とする微細構造の製造方法。
【請求項３】
基板上に凹部構造を形成する第１の工程と、
前記凹部内に犠牲膜を充填する第２の工程と、
開口部を備えた板状の蓋を、前記凹部構造の側壁より前記開口部が離間した状態で、前記凹部構造を覆うように配置して固定する第３の工程と、
前記開口部より前記犠牲膜をエッチング除去して前記蓋の下に前記凹部による空間を形成する第４の工程と、
前記蓋の上に液状の材料を塗布して塗布膜を形成し、これを固化することで前記蓋の上に封止膜を形成して前記開口部を塞ぐ第５の工程と
を備え、
前記塗布膜を形成したときの前記開口部以外の領域における前記塗布膜の膜厚をｔとし、
前記空間外部と前記開口部との境界における前記開口部の断面積をａとし、
前記空間と前記開口部との境界における開口部の断面の周囲の長さをｂとし、
前記開口部内の体積をｃとし、
前記空間と前記開口部との境界における、前記塗布膜の前記開口部に進入した部分と前記開口部側壁との間の表面張力の大きさをｄとし、
前記塗布膜の密度をｅとし、
重力加速度をｇとすると、
（ｃ＋ａ×ｔ）×ｅ×ｇ≦ｂ×ｄ
の関係が満たされていることを特徴とする微細構造の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の微細構造の製造方法において、
前記第５の工程では、前記塗布膜を形成した直後に前記塗布膜が前記基板より力の作用する側に配置された状態とし、この後、前記塗布膜の流動性を低下させて前記塗布膜を固化することを特徴とする微細構造の製造方法
【請求項５】
請求項４記載の微細構造の製造方法において、
前記第５の工程では、前記塗布膜を形成した直後に前記塗布膜が前記基板より下方に配置された状態として前記塗布膜が前記基板より力の作用する側に配置された状態とし、この後、前記塗布膜の流動性を低下させて前記塗布膜を固化することを特徴とする微細構造の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載の微細構造の製造方法において、
前記第３の工程では、前記犠牲膜上およびこの前記犠牲膜周囲にかけて金をメッキすることで前記蓋を形成し、
前記第５の工程では、ポリイミドから構成され液状の材料を塗布して前記塗布膜を形成する
ことを特徴とする微細構造の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の微細構造の製造方法において、
感光性を有するポリイミドから構成された液状の材料を塗布して前記塗布膜を形成し、
フォトリソグラフィによって前記塗布膜の前記開口部周辺以外の領域を除去して残った部分を固化することで、前記蓋の前記開口部領域上に封止膜を形成して前記開口部を塞ぐ
ことを特徴とする微細構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置やマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）などに利用される中空構造を有する微細構造の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
封止技術は、半導体チップをパッケージに封止する際、あるいは、ＭＥＭＳなど微小デバイスの分野における微小開口領域を封止する際に必要な技術である。封止することによって、封止された中空構造領域を外部からの異物流入や汚染から守り、また、内部の圧力・温度・湿度等の動作環境を一定に保つという効果が得られる。
【０００３】
このような効果が得られる封止された中空構造を作るには、つぎに示すようにすればよい。まず、中空構造とする領域に犠牲膜を形成し、犠牲膜の一部が外部に露出する開口部を備えた膜で犠牲膜を覆う。次いで、開口部を通して犠牲膜をエッチング除去することで、膜の内部に空間が形成された状態とする。最後に、膜に形成されている開口部を封止すれば、封止された中空構造が得られる。
【０００４】
このような中空構造を利用したものとして、「Ｐ．Ｒｅｙ」らは、静電容量の変化によって圧力変化をとらえる容量型圧力センサの作製方法を開発した（P.Rey,P.Charvet,M.T.Delaye, and S.Abouhassan,"A High Density Capacitive Pressure Sensor Array For Fingerprint Sensor Application",proceedings of Transducers'97,p1453-1456(1997)）。
【０００５】
このセンサの製造方法について、図７および図８を用いて説明する。まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板５０１上に１μｍのシリコン酸化膜５０２を熱酸化法により形成し、この上に公知のフォトリソグラフィ技術と堆積・エッチング技術を用いて下部電極５０３と犠牲層５０４と上部電極５０５とを順次形成する。犠牲層５０４の膜厚は、０．４μｍである。
【０００６】
つぎに図７（ｂ）に示すように、上部電極５０５と接する可動膜５０６としてＰＥＣＶＤ法(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)によって、膜厚０．５μｍのシリコン窒化膜を堆積形成し、フォトリソグラフィを用いて開口部５０７を作製する。このときの上から見た透視図を図７（ｃ）に示す。さらに、図７（ｄ）に示すように開口部５０７を通して犠牲層５０４をエッチング除去する。最後に、図７（ｅ）に示すように、ＰＥＣＶＤ法によって窒化膜を堆積することで封止膜５０８を形成して、微細な中空構造５０９を形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のＣＶＤによる封止法を用いた場合、封止材料が開口部５０７を通して内部に侵入して堆積し、封止された中空構造内部において柱状構造５０８ｂが大きな領域を占めるという問題があった。
また、中空構造５０９の上部を可動させて圧力を検出する構造の場合、封止材料で堆積形成された中空構造５０９内部の柱状構造５０８ｂが、可動膜５０６の一部を固定してしまい、可動領域を狭めるという問題があった。
【０００８】
この問題は、特に図９（ａ）に示すように２次元アレイ状に中空構造５０９を配列させたアレイ型のセンサ６００において顕著である。このセンサ６００を上から見た透視図を図９（ｂ）に、図９（ｂ）のＣＣ断面図を図９（ｃ）に示す。センサ６００を構成する各々の中空構造５０９からなる素子は、下部電極５０３、上部電極５０５、可動膜５０６、封止膜５０８を備える。封止膜５０８の中空構造内部に侵入した部分である柱状構造５０８ｂは、図９（ｂ）に示すように、可動膜５０６内で柱状構造５０８ｂの周囲の領域６０１を固定し、可動膜５０６の可動を大きく阻害する。この領域６０１は、センサとしては無駄な領域である。それゆえ、単一の中空構造素子の可動膜感度が低下するばかりでなく、中空構造素子を２次元アレイ状に配列させる集積度の向上を阻害し、また、センサ精度・分解能を低下させる要因となる。
【０００９】
また、図７（ｅ）に示すように、柱状構造５０８ｂと同じ厚さの膜が可動膜５０６上に形成されるが、封止によって可動膜５０６を厚くしすぎると可動しなくなる。一方、可動膜５０６が可動するように封止膜５０８を薄くしようとすると、開口部５０７の領域における柱状構造５０８の高さが低くなる。柱状構造５０８の高さが低く、この頭部が開口部５０７に到達しないと、封止した状態とならない。従って、封止膜５０８を薄くする場合、柱状構造５０８の頭部を開口部５０７底部に到達させて封止状態とするために、可動膜５０６とシリコン酸化膜５０２との距離を近づける必要がある。
【００１０】
つまり、上述した従来の封止法では、下部電極５０３と上部電極５０５の距離に制限があり、大きくすることができない。これを避けるために、図８(ａ）に示すように、封止膜５０８の一部を覆うレジストマスク５１０を用い、公知のエッチング技術により封止膜５０８を加工し、図８（ｂ）に示すように、開口部５０７の周囲だけに封止膜５０８ｃを残すようにしてもよい。
しかしながら、この場合は、封止膜を加工する新たなプロセスが必要となり、製造工程数が多くなり、コストの上昇を招く。
【００１１】
以上の問題点は、犠牲層を取り囲む可動膜の一部を開口し、ウエットエッチングによって横方向から犠牲層を除去する場合でも同じである。これについて図１０を用いて説明する。図７（ａ）と同じ工程を経て図１０（ａ）まで作製したのち、図１０（ｂ）に示すように、犠牲層５０４を取り囲む可動膜５０６ａを形成する。この際、可動膜５０６ａの側面は、犠牲膜５０４の側面を「コ」の字状に囲った状態とし、犠牲層５０４の側面の一部が露出した状態とする。このときの上から見た透視図を図１０（ｃ）に示す。
【００１２】
この後、ウエットエッチングにより可動膜５０６ａが開放している横方向から犠牲層５０４を除去し図１０（ｄ）の状態とする。この後、図１０（ｅ）のように、封止膜５０８をＣＶＤ法によって形成する。この場合も、封止膜５０８が厚くなり可動性が失われるという問題が生じる。また、図１０（ｆ）のように、封止膜５０８の不要な部分をエッチング除去し、部分５０８ｃだけ残す場合は、工程数が多くなるという問題が生じる。
【００１３】
以上説明したように、従来では、中空構造の封止部分以外の構造や特性や感度に悪影響を与えたり制限を設けたりせずに封止することが困難であった。
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、封止された微細な中空構造をより容易に形成できるようにすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細構造の製造方法は、基板上に凹部構造を形成する第１の工程と、凹部内に犠牲膜を充填する第２の工程と、開口部を備えた板状の蓋を、凹部構造の側壁より開口部が離間した状態で、凹部構造を覆うように配置して固定する第３の工程と、開口部より犠牲膜をエッチング除去して蓋の下に凹部による空間を形成する第４の工程と、蓋の上に液状の材料を塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を形成した直後に、例えば塗布膜が基板より下方に配置された状態とするなど、塗布膜が基板より力の作用する側に配置された状態とし、この後、塗布膜の流動性を低下させて塗布膜を固化することで蓋の上に封止膜を形成して開口部を塞ぐ第５の工程とを備えたものである。
この発明によれば、塗布することで形成した封止膜により、蓋の下の空間が封止される。
【００１５】
また、本発明に係る微細構造の製造方法は、基板上に凹部構造を形成する第１の工程と、凹部内に犠牲膜を充填する第２の工程と、開口部を備えた板状の蓋を、凹部構造の側壁より開口部が離間した状態で、凹部構造を覆うように配置して固定する第３の工程と、開口部より犠牲膜をエッチング除去して蓋の下に凹部による空間を形成する第４の工程と、蓋の上に液状の材料を塗布して塗布膜を形成し、これを固化することで蓋の上に封止膜を形成して開口部を塞ぐ第５の工程とを備え、塗布膜を形成したときの開口部以外の領域における塗布膜の膜厚をｔとし、空間外部と開口部との境界における開口部の断面積をａとし、空間と開口部との境界における開口部の断面の周囲の長さをｂとし、開口部内の体積をｃとし、異空間と開口部との境界における、塗布膜の開口部に進入した部分と開口部側壁との間の表面張力の大きさをｄとし、塗布膜の密度をｅとし、重力加速度をｇとすると、（ｃ＋ａ×ｔ）×ｅ×ｇ≦ｂ×ｄの関係が満たされているようにしたものである。
上記発明において、第５の工程では、塗布膜を形成した直後に、塗布膜が基板より力の作用する側に配置された状態とし、この後、塗布膜の流動性を低下させて塗布膜を固化する。また、第５の工程では、塗布膜を形成した直後に、塗布膜が基板より下方に配置された状態として塗布膜が基板より力の作用する側に配置された状態とし、この後、塗布膜の流動性を低下させて塗布膜を固化する。
【００１６】
上記発明において、犠牲膜上およびこの犠牲膜周囲にかけて金をメッキすることで蓋を形成し、ポリイミドから構成され液状の材料を塗布して塗布膜を形成する。また、感光性を有するポリイミドから構成された液状の材料を塗布して塗布膜を形成し、フォトリソグラフィによって塗布膜の開口部周辺以外の領域を除去して残った部分を固化することで、蓋の開口部領域上に封止膜を形成して開口部を塞ぐ。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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、本発明の実施形態における微細構造の製造方法を説明する工程図である。本実施の形態では、中空構造の上部が可動可能であり、容量が検出できる構造を例にとって説明する。
まず、図１（ａ）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上に、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。
【００１８】
層間絶縁膜１０２を形成した後、まず、蒸着法により膜厚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１０３を形成する。
つぎに、公知のフォトリソグラフィ技術により、所定の領域に開口部を備えた膜厚５μｍのレジストパターンを形成する。レジストパターンを形成したら、開口部に露出している下層のシード層１０３上に、電解メッキにより金メッキ膜からなる金属パターンを膜厚１μｍの厚さで形成し、この後レジストパターンを除去し、図１（ｂ）に示すように、電極パターン１０４ａを形成する。
【００１９】
つぎに、レジストによって電極パターン１０４ａを覆い、かつ、開口部によってシード層１０３の所定領域を露出させたレジストパターンを５μｍの厚さで形成する。このレジストパターンを形成したら、開口部に露出した下層のシード層１０３上に、電解メッキにより金メッキ膜からなる膜厚３μｍの枠状の構造体１０５ａを形成する。なお、この後レジストパターンは除去する。
【００２０】
つぎに、電極パターン１０４ａと枠状の構造体１０５ａ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、シード層下層のチタンを選択的に除去する。
この結果、図１（ｄ）に示すように、基板１０１上に下部電極１０４と、下部電極１０４と絶縁分離された支持部材１０５とが形成される。この支持部材１０５は、後述する可動電極を支持するものであり、各下部電極１０４の周囲を囲むように枠状に形成されている。なお、支持部材を格子状に形成して複数の升を構成し、この升中央部に下部電極を配置することで、後述する容量検出素子を２次元アレイ状に配列させた構造が得られる。
【００２１】
つぎに、下部電極１０４と支持部材１０５を覆うように基板１０１上に感光性を有する樹脂膜をスピン塗布により形成する。この後、加熱処理（プリベーク）を施し、公知のフォトリソグラフィ技術により樹脂膜を加工し、支持部材１０５の上部のみを露出させる。さらに、加熱処理をして樹脂膜を熱硬化させ、化学的機械的研磨により表面を平坦化し、図１（ｅ）に示すように、犠牲層１０６を形成する。
【００２２】
つぎに、支持部材１０５と犠牲層１０６の上面に、まず、チタンと金からなるシード層１０７を蒸着法によって形成し、次いで、公知のフォトリソグラフィ技術によって、下層のシード層１０７が部分的に露出する平面視矩形状の開口部を有するレジストパターンを形成する。この開口部内には、レジストが島状に残って、部分的に下層のシード層を隠した状態とする。
【００２３】
次いで、形成したレジストパターンの開口部に露出しているシード層１０７上に、電解メッキにより金メッキ膜を形成することで、図１（ｆ）に示すように、膜厚１.３μｍ程度の金属パターン１０８ａを形成する。なお、この後、レジストパターンは除去する。上述したように、島状のレジストの存在により、形成した金属パターン１０８ａには、開口部１０９が形成され、下層のシード層１０７が露出した領域が形成される。
【００２４】
図２（ａ）は、形成した金属パターン１０８ａの構成を示す平面図である。本実施の形態では、上記島状のレジスト部分を、レジストパターンの開口部内の４隅に近い４箇所に設けることで、金属パターン１０８ａに４つの開口部１０９を設けるようにした。金属パターン１０８ａに設ける開口部１０９は、支持部材１０５に接することが無く、また、下部電極１０４上の領域にかからないように配置する。言い換えると、開口部１０９は、金属パターン１０８ａの、支持部材１０５と下部電極１０４との間の領域上に、支持部材１０５上の領域および下部電極１０４上の領域より離間して配置する。
【００２５】
本実施の形態においては、開口部１０９は直径４μｍの平面視円形とし、支持部材１０５の内側端から８μｍ離間させ配置した。
以上説明したように、金属パターン１０８ａを形成したら、金属パターン１０８ａをマスクとしてシード層１０７をウエットエッチングして加工し、図２（ｂ）に示すように、加工したシード層とマスクとした金属パターンとからなる可動電極（蓋）１０８を形成する。形成された可動電極１０８には、下層の犠牲膜１０６が露出する開口部１０９が４箇所設けられた状態となっている。
【００２６】
つぎに、可動電極１０８まで形成した基板１０１を、酸素ガスを主体としたプラズマ中に曝し、開口部１０９を介してプラズマにより生成されたエッチング種を犠牲層１０６に接触させ、犠牲層１０６をエッチング除去する。この結果、図２（ｃ）に示すように、支持部材１０５に支えられた可動電極１０８と、層間絶縁膜１０２との間に、空間が形成される。この空間は、側方が枠状の支持部材１０５により囲われ、上方は、可動電極１０８に覆われているが、可動電極の開口部１０９を介し、外部と連通した状態となっている。すなわち、空間は封止されていない。
【００２７】
つぎに、図２（ｄ）に示すように、可動電極１０８上に、有機ポリマー樹脂をスピン塗布することで、封止膜（塗布膜）１１０を形成する。有機ポリマー樹脂としては、金メッキ膜に対する濡れ性の悪いものが好ましく、例えば、ポリベンゾオキサゾール(もしくはこの前駆体)などを用いる。ポリベンゾオキサゾールをベースとする樹脂としては、例えば、住友ベークライト株式会社製の「ＣＲＣ８３００」がある。
【００２８】
基板１０１を７０００ｒｐｍの回転数で１２秒間回転させた状態で、上記ポリベンゾオキサゾール樹脂をスピン塗布することで、膜厚１μｍの封止膜１１０が形成できる。このようにして、封止膜１１０を形成した後、図３（ａ）に示すように、直ちに封止膜１１０形成面を下側にし、基板１０１を１２０℃（１０分間）加熱する。この加熱により、封止膜１１０の溶媒成分を蒸発させ、封止膜１１０の流動性を低下させる。
【００２９】
このように、塗布した封止膜１１０が下側、すなわち、重力の作用する側に配置することで、封止膜１１０が、可動電極１０８の開口部１０９より可動電極１０８下の空間に進入することを抑制する。すなわち、封止膜１１０が、基板１０１や可動電極１０８より、力（重力）の作用する側に配置された状態とする。言い換えると、塗布された封止膜１１０に作用する力の方向には、可動電極１０８が存在していない状態とする。
【００３０】
なお、以降に説明するように、塗布する封止膜１１０の材料の可動電極１０８に対する濡れ性が良くない状態とし、開口部１０９内壁に到達した塗布する材料の表面張力が、内壁に到達した材料に加わる重力より大きい場合は、基板１０１を反転させて封止膜１１０形成面が下方に配置した状態とする必要はない。
【００３１】
さらに連続し、封止膜１１０を３１０℃で３０分アニールすることで、有機ポリマー樹脂（封止膜１１０）の溶質部分に脱水・閉環反応を起こさせ、封止膜１１０を熱硬化させる。この硬化により、封止膜１１０の流動性はなくなり、図３（ｂ）に示すように、開口部１０９が、封止膜１１０により閉じられ、可動電極１０８の下の空間が完全に封止された微細中空構造体１１２が得られる。
【００３２】
この後、図３（ｃ）に示すように、封止膜１１０の下部電極１０４上の領域に、突起状構造体１１３を形成し、より感度良く圧力などを検出できる検出素子１１４を得る。突起状構造体１１３は、感光性ポリイミドを膜厚５〜１０μｍ程度に形成し、フォトリソグラフィ技術により構造体形成領域以外を露光し、現像処理してから、３１０℃で３０分アニールして熱硬化させることで形成できる。
【００３３】
以上説明したことにより製造した容量などを検出する検出素子１１４において、突起状構造体１１３に対象とすべき表面形状が接触すると、突起状構造体１１３が押し込まれて可動電極１０８が下方にたわみ、下部電極１０４と可動電極１０８との間に形成されている静電容量が変化する。この静電容量の変化を、基板１０１上に形成されている(図示していない)集積回路によって増幅・変換して検出する。この検出素子１１４を２次元アレイ状に配列させれば、高分解能の容量型圧力センサとすることができる。
【００３４】
図３（ｂ）において、開口部近傍の封止膜以外の部分を除去したい場合における中空構造作製方法を図４に説明する。
図４（ａ）は図２（ｄ）と同じ状態を示す。つぎに、前述したように封止膜（塗布膜）１１０形成面を下側にし、基板１０１を１２０℃（１０分間）加熱する。この加熱により、封止膜１１０の溶媒成分を蒸発させ、封止膜１１０の流動性を低下させる。
この後、公知のフォトリソグラフィ法によって開口部近傍以外を感光させ、現像により感光部を除去し、図４（ｂ）に示すように、開口部近傍の封止膜１１０ｃのみ残す。
【００３５】
この後、図４（ｃ）のように、基板１０１を重力に対して鉛直下向きになるように逆さまにして、窒素ガス雰囲気中で、３０分の間３１０℃に加熱するアニールを施して、封止膜１１０ｃを熱硬化させる。なお、部分的に残された封止膜１１０ｃが、流動性がほぼない状態となっていれば、熱硬化の段階で基板１０１を逆さまにする必要はない。さらに、図３（ｃ）と同様に突起状構造体１１３を形成すれば、図４（ｄ）に示すように、封止され突起状構造体１１３を備えた微細中空構造１１２ａが形成される。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、開口部を備えた板状の蓋の下部に凹部を配置することで蓋の下部に空間を設けるようにした微細構造を、蓋の上に塗布により封止膜を形成することによって容易に封止できる。ここで、上記実施の形態においては、可動電極１０８が、蓋であり、層間絶縁膜１０２上に形成した枠状の支持部材１０５により、凹部が形成された状態となっている。
【００３７】
このように構成した本実施の形態によれば、空間を形成するために設けた可動電極（蓋）の開口部を微細構造の支持部材（凹部側壁）に接触しない状態に配置することで、塗布する液の空間内への流入を防ぐようにした。なお、塗布する液は、封止膜を形成するものである。
従って、封止した状態でも、蓋の下部に形成される空間が、封止前の状態を維持できる。この結果、本実施の形態によれば、蓋を可動可能に形成した場合であっても、封止後に蓋の可動が阻害されることがなくなる。
【００３８】
つぎに、図２（ｄ）、および図３（ａ）に示した、液状材料を塗布することで封止を可能にする原理について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、スピン塗布によって封止膜となる封止液３０１が、封止対象である微細構造３０３の開口部３０２の上部に到達した状態を示す模式的な断面図である。まず、開口部３０２は、微細構造３０３の内部空間側壁３０３ａから離間している。開口部３０２上部の封止液３０１は、図５（ｂ）に示すように重力によって内部空間３０４に流入してくる。
【００３９】
図５（ｂ）の拡大図を図５（ｃ）に示す。封止液３０１が流れ込んでくるとき、開口部３０２の上部領域にある封止液３０１ｂの体積をｖ、封止液３０１の密度をρ、円形の開口部３０２の半径をｒ、封止液３０１と開口部内壁３０５との接触角をφ、封止液３０１と開口部内壁３０５を形成している材料との表面張力の大きさをγ、重力加速度をｇとする。なおここでは、開口部内壁３０５を形成している材料は、微細構造３０３を形成している材料と同じとしてある。
【００４０】
接触角φが鋭角のとき「封止液が開口部内壁を濡らす」といい、表面張力は封止液３０１を流入させる方向に働く。一方、接触角φが鈍角のとき「封止液が開口部内壁を濡らさない」といい、表面張力は封止液３０１の流入を妨げる方向に働く。また、重力によって封止液３０１を流入させようとうする力は、矢印３０７によって示され、この向きは鉛直下向き、大きさはｖρｇである。一方、接触角φが鈍角の時の表面張力は矢印３０８によって示される。
接触角φが鈍角であり、封止液３０１が開口部内壁３０５を濡らさないとき、表面張力γによる封止液３０１の流入を妨げる鉛直上向き方向に働く力は、２πｒγｃｏｓ（π−φ）である。
【００４１】
ｖρｇ＞２πｒγｃｏｓ（π−φ）ならば封止液３０１は流入し、ｖρｇ≦２πｒγｃｏｓ（π−φ）ならば封止液３０１の流入は止まる。従って、表面張力γが大きく、封止液３０１が開口部内壁３０５を濡らさない材料を選択すれば、封止液３０１は、図５（ｂ）に示すように、開口部内壁３０５を伝って内部空間３０４に到達する前に流入が停止する。
一方、表面張力γが小さく、封止液３０１の開口部内壁３０５に対する接触角φが小さい場合、封止液３０１の先端は内部空間上壁３０９に到達し、図５（ｅ）に示すように、内部空間上壁３０９を伝って広がっていこうとする。
【００４２】
接触角は材料の組み合わせにより決まる一定値であるので、封止液３０１が開口部内壁３０５から内部空間上壁３０９に到達する際に、表面張力の方向が最大９０度回転する。図５（ｄ）に示すように、内部空間上壁３０９を広がるまでの途中過程における回転角（接触角の変化）をαとすると、表面張力による鉛直上向きの力は、２πｒγｃｏｓ（π−（φ＋α））＝２πｒγｃｏｓ（（π−φ）−α）となる。
【００４３】
φが鈍角であるので、（π−φ）は鋭角であり、０≦α≦９０°であることを考えると、途中過程において、表面張力は完全に鉛直上向きになる状態があり、２πｒγをとる。従って、ｖρｇ≦２πｒγならば、図５（ｂ）に示すように、封止液３０１が開口部内壁３０５で停止しなくても、内部空間上壁３０９を広がる前に流入が停止する。これに対し、ｖρｇ＞２πｒγの場合は、図５（ｅ）に示すように、封止液３０１が内部空間上壁３０９を伝って広がっていく。
【００４４】
この際、表面張力は、封止液３０１と内部空間上壁３０９の接触している外周の長さに比例するので、広がっていくにつれ表面張力の総和は大きくなる。同時に、封止液３０１も液滴形状をして広がり体積も大きくなるので、重力により封止液滴３０１ｃを広げようとする力も大きくなる。図５（ｅ）に示すように、封止液滴３０１ｃを半球と近似し、この半径をｒ′とすると、表面張力はｒ′に比例して大きくなり、封止液滴３０１ｃへの重力は、ｒ′の３乗に比例して大きくなる。
【００４５】
従って、封止液３０１の流入は停止せず、封止液３０１が内部空間下壁３１０に達するか、内部空間３０４が封止液３０１で満たされてしまう。ただし、図５(ｆ）に示すように、開口部３０２上部の封止膜３０１が窪むことによって体積が減少するときは、この限りではない。
以上説明したように、開口部３０２が内部空間側壁３０３ａから離間しているときについて、封止液３０１の流入が停止する。
【００４６】
ところで、液状の材料の密度をρとし、塗布膜が形成された段階における開口部に進入した部分とこの上の領域の部分とを合わせた液状の材料の体積をｖとし、開口部の半径をｒとし、液状の材料の開口部内壁における表面張力をγとし、重力加速度をｇとすると、ｖρｇ≦２πｒγの関係が満たされていれば、封止液の流入を抑制できるものとしたが、これは、開口部がほぼ円柱の場合である。
【００４７】
開口部が他の柱形状などの場合は、以下に示すこととなる。
塗布膜を形成したときの開口部以外の領域における塗布膜の膜厚をｔとし、空間外部と開口部との境界における開口部の断面積をａとし、空間と開口部との境界における開口部の断面の周囲の長さをｂとし、開口部内の体積をｃとし、空間と開口部との境界における、塗布膜の開口部に進入した部分と開口部側壁との間の表面張力の大きさをｄとし、塗布膜の密度をｅとし、重力加速度をｇとすると、（ｃ＋ａ×ｔ）×ｅ×ｇ≦ｂ×ｄの関係が満たされていれば、封止液（塗布膜の開口部に進入した部分）の流入を抑制できるようになる。
【００４８】
つぎに、犠牲層をエッチングするために設ける開口部が、内部空間の側壁に接触している場合について説明する。これは、図６（ａ）に示すように、開口部３０２ａが内部空間側壁３０３ａに隣接し、開口部内壁３０５ａの一部が内部空間側壁３０３ａに連続している場合である。図６（ａ）では、封止液３０１が塗布されてこの一部が開口部３０２ａ内に進入した状態を示している。
【００４９】
前述したように、重力の大きさより表面張力の方が大きい場合、すなわち、ｖρｇ≦２πｒγｃｏｓ（π−φ）ならば、図５（ｃ）に示した場合と同様に、液の流入が停止する。これに対し、重力より表面張力の方が小さい場合、図６（ｂ）に示すように、開口部３０２ａに進入した封止液３０１の一部が、内部空間上壁３０９に到達する。しかしながら、この場合、図５（ｄ）に示した場合に比較して、表面張力の向きが回転する領域が少ない。
【００５０】
封止液３０１が内部空間上壁３０９と接している部分は、表面張力の向きが変化して鉛直上向き成分が大きくなるが、封止液３０１が内部空間側壁３０５ａと接している部分は、表面張力の向きが変化しない。従って、図６に示すように、開口部３０２ａが内部空間側壁３０３ａに隣接している場合、封止液３０１の流入を妨げる力が少なく、封止液３０１が流入しやすくなる。この結果、封止液３０１が内部空間側壁３０３を伝って内部空間下壁３１０に到達した後は、図６（ｃ）に示すように、封止液３０１の圧力によって内部空間３０４が封止液３０１によって満たされていく。
【００５１】
以上は、封止液流入時の力の関係について説明したが、実際の工程においては図３（ａ）に示すように、封止液を塗布して封止膜１１０を形成した後、基板１０１を逆さまにして加熱する。加熱することによって、塗布した封止膜１１０（封止液）の溶媒成分が揮発するなどのことにより粘性が上昇し、最終的に固化（硬化）する。図５（ａ）から図５（ｄ）に至るように、封止液３０１が開口部内壁３０５を伝わって内部空間３０４に進入するまでの時間は、粘性が大きいほど長い。
【００５２】
このことは、「液体が一定時間内に細管を流れるときの流量は粘性に反比例する」というポアズイユの式によっても明らかである。また、微細構造３０３の膜厚、すなわち、開口部３０２が長いほど流入に時間がかかる。
また、ベーク時に基板１０１を逆さまにすることによって、図４で説明した重力の向きが、封止液３０１を内部空間３０４に流入させようとはしない方向に働くようになる。
【００５３】
以上説明したように、開口部を内部空間側壁に隣接しないように配置することによって、表面張力の上向きの成分を大きくし、封止液の流入を妨げることができる。この際、封止液が開口部を形成している材料を濡らしにくく、この両者間の表面張力が大きいほど、あるいは、開口部の半径が小さいほど、あるいは、開口部が長いほど、あるいは、封止液として室温で粘性が高く加熱固化によって粘性がさらに高くなる性質の材料を使うほど、あるいは、封止液を塗布後逆さまにするまでの時間が短いほど、封止液が開口部を通して内部空間に流入せずに封止できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、塗布することで形成した封止膜で、蓋の下の空間を封止するようにしたので、封止された微細な中空構造をより容易に形成できるようになるというすぐれた効果が得れる。従って、特に圧力センサやＭＥＭＳなどにおいて、微細中空構造を備えた素子を２次元配列させた構造においては、各素子の可動部の感度を上昇させるだけでなく、高精度な容量検出が可能となる。また、封止膜を形成する液状の材料は、蓋下の空間底部に到達することがないので、中空構造素子の中空部分の高さを低く制限する必要がなく、任意の高さの中空構造が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態における微細構造の製造方法を説明する工程図である。
【図２】  図１に続く、微細構造の製造方法を説明する工程図である。
【図３】  図２に続く、微細構造の製造方法を説明する工程図である。
【図４】  本発明の他の形態における微細構造の製造方法を説明する工程図である。
【図５】  塗布した液状材料の開口部における状態を示す概略的な断面図である。
【図６】  塗布した液状材料の開口部における状態を示す概略的な断面図である。
【図７】  従来よりある微細構造であるセンサの製造過程を示す工程図である。
【図８】  従来よりある微細構造であるセンサの製造過程を示す工程図である。
【図９】  従来よりある微細構造であるセンサの構成を示す斜視図（ａ），平面図（ｂ），断面図（ｃ）である。
【図１０】  従来よりある微細構造であるセンサの製造過程を示す工程図である。
【符号の説明】
１０１…基板、１０２…層間絶縁膜、１０３…シード層、１０４…下部電極、１０４ａ…電極パターン、１０５ａ…構造体、１０５…支持部材、１０６…犠牲層、１０７…シード層、１０８…可動電極（蓋）、１０８ａ…金属パターン、１０９…開口部、１１０…封止膜。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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