JPH04215739A - 薄膜電気装置 - Google Patents

薄膜電気装置

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JPH04215739A
JPH04215739A JP3042474A JP4247491A JPH04215739A JP H04215739 A JPH04215739 A JP H04215739A JP 3042474 A JP3042474 A JP 3042474A JP 4247491 A JP4247491 A JP 4247491A JP H04215739 A JPH04215739 A JP H04215739A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜電気装置に関し、特
に、コネクタ、センサ、またはその他の電気的構成要素
として機能するようにパターン形成可能な可撓性の超小
形耐水性バイオコンパチブル（生体適合性）薄膜回路パ
ッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】薄膜とは、典型的には、例えば、コンデ
ンサ、レジスタ、コイルその他の回路要素を形成するた
めに、ガラス、セラミックまたは半導体の基板上に形成
された厚さ０．０１μｍないし０．５μｍの膜のことを
意味する。薄膜集積回路はもっぱら基板上にパターン化
され連結して形成された複数の薄膜によってのみ構成さ
れる。
【０００３】本発明の目的の一つは、人体における使用
に好適なように改良されたバイオコンパチブルな（以下
生体適合性という）薄膜センサ回路を開発することであ
る。満足できる生体適合性薄膜センサ回路は、従来の薄
膜構造を構成していた材料および技術だけに頼っていて
は一般に製作不可能であるということが認識されている
。
【０００４】人体または他のイオン化液体環境における
多くの生体状態の試験および監視能力は、小形で可撓性
のある耐水性薄膜バイオセンサの開発によって向上され
るであろう。ところが、従来の薄膜構造は、一般的には
、人体における使用に関して生体適合性の薄膜構造を設
計することは不可能であり、また生体材料とともに使用
することに適さないプロセッサを用いて製作されている
。また従来の薄膜構造は可撓性を有さない。
【０００５】シリコンウェーファは、典型的には、基底
部、載置台または搬送プレートを有しており、その上に
従来の薄膜組織が形成されている。シリコンウェーファ
上に薄膜組織が層をなして発展形成されるように、シリ
コンウェーファを製造ステーション間で移動させるため
に自動操作機器が使用される。本発明においては、シリ
コンウェーファ搬送プレートに接着された第１薄膜層が
薄膜組織の基板として使用される。いったん薄膜組織が
形成されると、シリコンウエーファ搬送プレートは薄膜
組織の基板への装着から取り外され廃棄される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】もし薄膜組織が、薄膜
組織の基板をそれのシリコンウエーファ搬送プレートに
結合する接着剤を分解するために使用される酸性腐食溶
液または他の遊離剤に対して不適合な材料で形成されて
いる場合は、薄膜組織はそれのシリコンウエーファ搬送
プレートから遊離されるときに損傷を受けることがある
。生体的に適合性の薄膜組織の構成において使用可能な
上記型の多くの生体材料は、従来のシリコンウエーファ
遊離剤が与えられるときに損傷を受けるかまたはその機
能が損なわれるということが観察されている。シリコン
ウエーファ搬送プレートを溶解するために通常使用され
る腐食液は、生体適合性薄膜組織に含まれる生体材料と
適合しない。
【０００７】搬送プレートに結合されたポリマー基板上
に形成された薄膜金属導電層は、ポリマー基板をそれの
搬送プレート基底部から遊離させるときにしばしば破砕
され裂けることがあるということも観察されている。そ
の理由として、ポリマー基板の熱膨張係数は搬送プレー
トのそれと異なっているので、ポリマー基板とそれの搬
送プレート基底部との熱膨張係数の違いにより、ポリマ
ー基板が熱硬化したときにその内部応力が増大するため
であると考えられている。もし薄膜組織の形成のために
使用される搬送プレート基底部および基板の材料の熱膨
張係数に細心の注意が払われなければ、薄膜組織は破砕
し裂傷を受けることになる可能性がある。
【０００８】従来の薄膜組織は、貴金属膜とそれの下に
形成されたポリマー基板との接着を強固にするために、
接着金属膜を含むことが知られている。薄膜組織に電気
回路を形成するために利用される貴金属はポリマー基板
には直接にはあまりよく接着しないので、このような接
着金属膜層は便利な接着器具である。このため、接着金
属層がポリマー基板と貴金属膜層との間に介在される。
【０００９】薄膜組織の高温処理のとき、例えば、金属
膜層上にポリマー絶縁層を形成するためのポリマー先行
溶液の熱硬化処理のときに、薄膜組織は隣接接着剤と貴
金属膜層による相互拡散のためにその性能が低下するこ
とが観測されている。性能低下の問題点としては、例え
ば、薄膜組織自体の可撓性の喪失および金属膜層接着の
展開の問題などがふくまれる。これら機構上の問題のほ
かに、金属相互拡散のために貴金属層の電気的特性にお
いて変化が発生する可能性がある。
【００１０】半導体工業における金属相互拡散の問題の
一般的な解決法は、接着剤と貴金属膜層との間に耐火性
金属層（例えば、タングステンまたはタンタルなど）を
追加介在させることである。この特別な金属層は相互拡
散のバリア（防御壁）として動作する。ところが、薄膜
組織の処理作業は、このような添加の耐火性金属膜層の
蒸着形成およびパターニング処理によって非常に複雑な
ものとなる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの目的は、
人体または他のイオン化液体環境のもとでの使用に適し
ている生体的適合性の薄膜電気素子を提供することであ
る。
【００１２】本発明の他の目的は、人体に埋設される医
療装置内に備えられるバイオセンサとして機能するよう
に構成されパターン処理された薄膜電気素子と、それの
バイオセンサ動作能力を保護するように該薄膜電気素子
を製造する方法を提供することである。
【００１３】本発明のさらに他の目的は、薄膜構造の基
板をその搬送プレート基底部から遊離するときに応力損
傷の発生しないように構成可能な薄膜組織を提供するこ
とである。
【００１４】本発明のさらにまた別の目的は、薄膜組織
に含まれている金属膜層の相互拡散が起こることなく絶
縁可能な薄膜組織を提供することである。
【００１５】本発明によれば、薄膜電気素子は、剛性ガ
ラス搬送プレートと、剛性ガラス搬送プレートに接着さ
れた基板と、電気回路を供給する手段とを有している。 基板は、剛性ガラス搬送プレートとの接着動作を行うポ
リマーを有しており、該ポリマーは、基板と剛性ガラス
搬送プレートとの装着状態から基板を分離するために沸
騰水槽または常温生理食塩水槽に基板と剛性ガラス搬送
プレートを浸すことによりポリマーは遊離される。電気
回路供給手段は基板に接着されており、基板が剛性ガラ
ス搬送プレートとの装着状態から分離されるときに、該
供給手段は解体されない。
【００１６】本発明の一態様によれば、薄膜電気素子に
おいて、基板に含まれている生体材料に損傷を与える可
能性のある遊離剤または技術、または基板上に形成され
る電気回路供給手段を使用しないで、ポリマー基板をそ
れの搬送プレートから分離することが可能である薄膜電
気素子が供給される。搬送プレート用の適当なガラスを
選択することおよび基板用の適当なポリマーを選択する
ことは重大なことである。特に、回路構成処理に対して
のみ充分な強さの耐加工性を有しているが、生体適合性
沸騰水または生体適合性の温暖食塩水の供給により解体
されるかもしれないガラス材との接着を行うポリマーは
、本発明の重要な特徴である。好都合なことに、非生体
適合性シリコンエッチング遊離剤は使用されていない。
【００１７】当業者にとっては、変形されないＰＭＤＥ
−ＯＤＡ型ポリイミドは、ほとんどの搬送プレート基底
部に接着されるときに、上記ポリイミドの限界接着力が
強さのために、他の可能な基板材料と比較して劣ってい
ると一般に考えられている。従って、たいていの薄膜応
用技術に対して、接着促進剤がポリイミドに添加され、
上記ポリイミドはその接着能力が向上するように変化さ
れている。しかるに、本発明においては、限界接着力の
強さは、望ましくは生体適合性遊離剤および技術を利用
して、ガラス搬送プレートをポリイミド基板から遊離す
ることが可能なように調整されている。従って、好まし
い実施例においては、ポリマー基板は非変形ＰＭＤＡ−
ＯＤＡ型ポリイミドを有している。
【００１８】好ましい実施例では、剛性ガラス搬送プレ
ートは特徴的な熱膨張係数を有する低膨張型のガラス材
を有しており、また基板を形成するポリマー材は、上記
低膨張型ガラスの熱膨張係数とほぼ等しい熱膨張係数を
有するポリイミドを有している。このように熱膨張係数
を一致させることによって、剛性ガラス搬送プレートと
ポリマー基板は、薄膜組織が上昇された温度状態に置か
れるときに、ほぼ同じ割合で膨張するように電気回路供
給手段を駆動させるであろう。好都合に、ポリマー基板
が剛性ガラス搬送プレートとの装着状態から遊離されて
いる間、電気回路供給手段の基板からの分離は行なわれ
ない構成となっている。
【００１９】従って、本発明のもう一つの態様は、搬送
プレートガラス材と基板用ポリマー材はそれらの熱膨張
係数がほぼ等しくなるように注意深く選択されているこ
とを特徴とする。好都合に、このように熱膨張係数を等
価にすることにより、ポリマー基板をガラス搬送プレー
トから遊離するときに重大な破砕および裂傷の問題が起
こる可能性が低減される。
【００２０】本発明のさらに他の特徴は、比較的低い硬
化温度のポリマー絶縁層を設けたことである。金属層の
相互拡散を考慮しなければ、この絶縁層としては、付加
的フォトレジスト工程を使用しないでパターン処理が可
能であるので、光画像処理可能（フォトイメージャブル
）なポリイミド材が選択されたかもしれない。しかし残
念なことに、現在利用可能なフォトイメージャブルなポ
リイミド材では光増感剤（フォトセンシタイザ）を除去
するために高温の熱硬化温度（４５０℃）が必要となる
。好ましい実施例では、ポジチブなフォトレジストを有
するＢＴＤＡ−ＯＤＡポリイミドが、パターン処理され
た絶縁被膜を形成するために使用されている。このポリ
イモド材は２５０℃の低い温度で硬化処理が可能であり
、従って金属層の相互拡散とそれに伴う問題点を大幅に
解消している。
【００２１】好ましい実施例では、一形態のポリイミド
がポリマー基板を形成するために使用されており、また
別の形態のポリイミドがポリマー絶縁層を形成するため
に使用されている。基板用ポリイミド材の選択は該基板
の遊離しやすさとガラス搬送プレートとの熱膨張適合性
により決定される。例えば、ＰＭＤＡ−ＯＤＡ型または
ＢＰＤＡ−ＰＰＤ型のポリイミドが適している。一方、
絶縁層用ポリイミド材の選択は、薄膜電気素子に含まれ
る金属が相互拡散しはじめる最も低い温度と比較したと
きの該ポリイミド材の硬化温度の値および、その下地層
を形成するポリマーおよび金属層との接着力の強さとに
よって決定される。例えば、上記のＢＴＤＡ−ＯＤＡ型
ポリイミド材が適している。
【００２２】また本発明によれば、薄膜電気素子の製造
方法が提供されている。上記製造方法は、平たんな表面
を有する剛性ガラス搬送プレートを形成する段階と、第
１ポリアミド酸先行溶液で平たん表面を被膜する段階と
、第１の温度で加熱することにより上記第１ポリアミド
酸先行溶液を硬化処理して上記平たん表面に接着した状
態のポリイミド膜層を形成する段階を有している。本発
明の好ましい実施例では、上記ポリイミド膜は剛性ガラ
ス搬送プレートの熱膨張係数とほぼ等しい値の熱膨張係
数を有しているので、硬化処理のときにポリイミド膜に
内部応力が発生することが防止される。その他いくらか
の実施例では、実質的に異なった熱膨張係数を有するガ
ラス搬送プレートとポリイミド膜とが使用可能である。
【００２３】好ましくは、上記被膜形成工程はさらに、
第１ポリアミド酸先行溶液を剛性ガラス搬送プレート上
に分配する段階と、剛性ガラス搬送プレートを上記平た
ん表面に直交する軸の回りに回転させて平たん表面の断
面方向にほぼ均一な厚さの滑らかなポリアミド酸先行溶
液の被膜を形成する段階を有している。これは従来、半
導体工業において一般に利用された回転被膜（スピンコ
ーティング）形成工程である。剛性ガラス搬送プレート
は回転処理段階において１，０００ないし６，０００ｒ
ｐｍ．の速度で回転される。
【００２４】上記方法はさらに、ポリイミド膜上に電気
回路供給手段を形成する段階と、剛性ガラス搬送プレー
トとポリイミド膜と電気回路供給手段とを温水かまたは
体温生理食塩水に、ポリイミド膜を剛性ガラス搬送プレ
ートに接着させる接着剤を解体するのに充分な時間だけ
露出する段階とを含んでいる。上記温暖食塩水には生体
適合性遊離剤が含まれており、該遊離剤は、電気回路供
給手段をポリイミド膜から分離させることなく、ポリイ
ミド膜を剛性ガラス搬送プレートから遊離させるように
作用する。
【００２５】ポリイミド膜上に第１接着金属層を形成し
、該第１接着金属層上に貴金属層を形成し、該貴金属層
上に第２接着金属層を形成して貴金属層が第１と第２接
着金属層の間に介在するように構成し、そして上記形成
された貴金属層と第１および第２接着金属層をパターン
処理してポリイミド膜上に電気回路供給手段を規定する
ことにより、電気回路が薄膜電気素子内に設けられる。 次に、第２ポリアミド酸先行溶液が電気回路供給手段上
に分配供給され、そして上記剛性ガラス搬送プレートと
ポリイミド膜と電気回路供給手段とを有する組み立て装
置が、剛性ガラス搬送プレートの平たん表面に直交する
軸の回りに回転される。上記組み立て装置を回転するこ
とによって、ポリイミド膜と電気回路供給手段との所定
の露出領域に第２ポリアミド酸先行溶液の被膜を形成す
る。
【００２６】次に、第２ポリアミド酸先行溶液は第２温
度に加熱することにより硬化処理され、電気回路供給手
段上にポリイミド絶縁被膜を形成する。貴金属層と接着
金属層との間における相互拡散が問題となる場合は、上
記第２温度は貴金属層と第１及び第２接着金属層との相
互拡散が発生する特定の最低温度より低く設定すること
により、貴金属層と第１及び第２接着金属層との間にお
ける実質的な相互拡散は、第２ポリアミド酸先行溶液の
熱硬化処理の間、防止される。
【００２７】さらに、本発明のその他の目的、特徴およ
び利点は、当業者にとっては以下に述べる本発明を実現
する最良の方法を例示している好ましい実施例の詳細な
説明を参照することにより明らかになるであろう。
【００２８】
【実施例】本発明にかかる薄膜電気装置の製造工程を図
１ないし図７に示す。完成された薄膜電気装置を図７に
示す。図１に示すように、洗浄されたガラスプレート１
０が製造工程の最初の段階で使用され、剛性ガラス搬送
プレート即ち薄膜電気装置の基底部を形成する。”フォ
トマスク”などが、その正確な平たん性、滑らかさと熱
安定性のために好ましい。上記好ましい実施例において
は、搬送プレート１０は、主として酸化ケイ素（ＳｉＯ
２）６０％、酸化Ｒ（ＲＯ）１８％、酸化アルミニウム
（Ａｌ２Ｏ３）１５％、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）５％、
酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）１％および酸化カリウム（
Ｋ２Ｏ）１％より成る低膨張率のガラスで構成されてい
る。ＲＯは未知の酸化金属不純物を表していることが理
解されるであろう。
【００２９】外観の大きさが３インチ（７．６２ｃｍ）
ないし６インチ（１５．２４ｃｍ）の範囲で厚さがほぼ
０．０３０インチ（０．０７６ｃｍ）ないし０．０９０
インチ（０．２２８ｃｍ）のプレート１０を形成するた
めに、方形または円形のガラスプレートが使用可能であ
る。標準のシリコンウエーファまたはフォトマスクの大
きさは、プレート１０が自動操作処理装置を収納する大
きさに選択可能である。ガラスプレート１０は、それの
使用前に従来の洗浄液で洗浄可能であり、半永久的に再
使用可能である。
【００３０】図１および図２に関して説明すると、ポリ
マー基板１１は、プレート１０が平たん面１４に直交す
る軸１６の回りに回転されるときに、剛性石英ガラスプ
レート１０の上部平たん面１４上に、液体ポリアミド酸
１２をスピン被膜（回転塗布）することにより形成され
る。実際例としては、ガラス搬送プレート１０は１，０
００ｒｐｍ．ないし６，０００ｒｐｍ．の速度で回転さ
れる。この回転塗布は滑らかで均一な被膜を形成するの
で望ましい技法である。
【００３１】ガラスプレート１０上のポリアミド酸先行
溶液１２が二段階熱硬化処理によってイミド化され、平
たんで均一なポリイミド層を有するポリマー基板１１を
形成する。基板１１はポリマー材より成るが、ポリマー
材は望ましい電気特性、金属層が形成可能な表面、およ
び望ましい遊離特性を有している。接着促進添加剤を使
用しないＰＭＤＡ−ＯＤＡ（ピロメリトジアン水素化オ
キシジアンアライン）型のポリイミドが好ましいポリマ
ーである。このポリマー材はガラスに対して非常に弱い
接着作用を有しており、このような接着剤は沸騰水また
は温暖食塩水に浸すことによって解体することが可能で
ある。ところが、ポリイミドとガラスとの間の接着作用
は、薄膜回路を構成する処理工程に十分に耐えるもので
ある。例えば、この型のポリイミドをガラス材に接着さ
せる場合は、その接着力は、焼き入れ、酸性腐食、フォ
トレジスト成長法、およびスパッタリングなどの典型的
なフォトリソグラフ処理に耐えるのに十分な強さである
。さらに、ポリイミドの熱膨張係数は上記好ましいガラ
スプレート１０の熱膨張係数とほぼ同じ値であるので、
破砕および裂傷の問題は、ポリイミド基板１１をガラス
搬送プレート１０から分離するときに、薄膜電気装置に
悪影響を及ぼすことはないであろう。
【００３２】ポリマー基板１１の厚さは１０ないし１０
０μｍの範囲で形成可能である。この厚さは、ポリアミ
ド酸先行溶液１２の粘着度およびガラス搬送プレート１
０の回転速度により調整される。ポリイミドの厚膜塗布
（ほぼ２５μｍより厚い被膜）は多数の被膜硬化循環工
程により実現される。また別の実施例では、ポリマー基
板１１を形成するために、回転塗布液体ポリアミド酸１
２の二段階熱硬化処理をしないで、予め作成されたキャ
プトン（ＫＡＰＴＯＮ）シートが使用されている。
【００３３】図３および図４に示すように、金属層が積
層されパターン処理される。可撓性の導電層１８がポリ
マー基板１１の上部表面２０上に形成され、また該導電
層１８は、上部表面２０に接着された第１接着金属層２
２と、第１接着金属層２２に接着された貴金属層２４と
、貴金属層２４に接着された第２接着金属層２６とを含
んでおり、貴金属層２４が第１接着金属層２２と第２接
着金属層２６との間に介在するように構成されている。
【００３４】三種の金属層２２、２４、２６が標準的な
薄膜真空蒸着法により連続して積層されている。直流マ
グネトロンスパッタリング法は、比較的高い積層率と粘
着度の高い膜を形成する能力を有しているので好ましい
方法である。貴金属層としては、プラチナまたはパラチ
ウムが適しているが、金が最も好ましい貴金属である。 接着金属層としては、チタン、タングステン、タンタル
が適しているが、クロムが最も好ましい金属である。接
着金属層の厚さはほぼ０．０１μｍないし０．０２μｍ
であり、貴金属層の厚さはほぼ０．１μｍないし０．２
μｍである。以下に述べるように、低い熱硬化温度を有
するポリマー絶縁被膜を選択しているために、各接着金
属層と貴金属層との境界面に難溶解性の金属層を介在さ
せる必要はないことが認められるであろう。
【００３５】基板１１上に電気素子を形成するために、
上記金属層２２、２４、２６を種々の標準フォトリソグ
ラフ（写真製版）処理（不図示）によりパターン処理す
ることが可能である。代表的な回路パターン２７（例え
ば抵抗器）を図４に示す。回路パターン２７は薄膜組織
の設計目的により任意の電気素子、集積回路、センサ、
または他の素子として形成することが可能であることが
理解されるであろう。
【００３６】好ましいフォトリソグラフ処理工程は一般
にフォトレジストまたはマスキング材の回転塗布による
技法を採用している。上記材料は乾燥するまで焼き固め
られる。次に上記材料は回路構成パターンを含むマスク
を介して紫外線照射される。フォトレジストは特定のマ
スク処理された部分を残して発展される。露出金属は湿
式化学または乾燥プラズマエッチング法により除去する
ことが可能である。次にフォトレジストは溶剤浸液また
はプラズマエッチングにより除去することが可能である
。好ましい実施例では、ポジチブなフォトレジスト、湿
式エッチングおよび溶剤除去法が利用される。線の幅お
よび大きさが５μｍの小ささで形成され、また１μｍの
小さな構成も可能である。
【００３７】導電体２０を電気的に絶縁し、腐食可能な
接着金属が液体に露出されるのを防止するために絶縁被
膜２８を形成することが必要となる。導電体２０の電気
回路２７を形成するために使用したのと同じパターン処
理工程が、絶縁されない導電体２０の領域における上部
接着金属層２６を除去するのに使用可能である。図５に
示すように、形成された第２接着金属層２６は、貴金属
層２４にリード取付け部３２を設けるために下地貴金属
層２４の一部分を露出する一組のアクセス開口部３０を
有している。上記金属層２６は絶縁開口端部３４の所定
位置を超えてほぼ５ないし１０μｍの大きさだけ除去さ
れる。この長さは接着金属端部３０を確実に被膜するの
に充分な大きさであるが、絶縁層２８の大部分が接着金
属層と接触状態となるための最小限の大きさである。ポ
リイミド基板１１と絶縁層２８は貴金属層２４に直接的
には接着していない。本発明において好ましい回転塗布
基板を利用することがこの正確な整列配置の段階である
。３インチ（７．６２ｃｍ）ないし６インチ（１５．２
４ｃｍ）のシートの断面方向において５ないし１０ミク
ロンの整列配置の正確さを得るように自由端部の被膜を
充分に平坦に保持することは困難である。図５に示すよ
うに、絶縁カバー層２８を形成しているポリイミド被膜
は壁部３１を有しており、該壁部３１は第２接着金属層
２６に形成されたアクセス開口部３０内に延在して、貴
金属層２４に接触している。
【００３８】絶縁層２８は積層されパターン処理される
。一つの好ましい実施例では、絶縁層２８はＢＴＤＡ−
ＯＤＡ型ポリイミド材により形成されており、該ポリイ
ミド材は導体２０での金属相互拡散の問題が発生する機
会を最小限にする２５０℃の低い温度で硬化処理するこ
とが可能である。絶縁層２８は１ないし２５μｍの被膜
厚さに形成することが可能である。また一方、ＰＭＤＡ
−ＯＤＡ型ポリイミド材が絶縁層２８を形成するために
使用可能である。非フォトイメージャブルなポリイミド
材ではさらに他の処理段階が必要であるので、フォトイ
メージャブルなポリイミド材の方が好ましい。
【００３９】絶縁層２８の形成については、ポリマー基
板１１上に配置された導電体２０上にポリアミド酸先行
溶液を回転塗布し、貴金属層２４と接着金属層２２，２
６との相互拡散が発生する最も低い温度より低い温度で
先行溶液を硬化処理し選択されたポリイミドを形成し、
そしてフォトレジスト、エッチング、及び除去処理を施
すことにより形成される。好都合なことに、貴金属層２
４と接着金属層２２，２６との実質的な相互拡散は、絶
縁カバー２８形成用のポリアミド酸先行溶液を低い温度
で硬化処理することによって防止されている。ポリマー
基板１１を形成するために使用されたポリマー先行溶液
の硬化処理温度は、該溶液がいずれの金属層２２，２４
及び２６がポリマー基板１１上に形成されるよりも前に
熱硬化処理されるので、上記低い温度に限定されること
はない。
【００４０】もし貴金属および接着金属としてそれぞれ
金およびクロムが使用された場合は、貴金属と接着金属
層との間における相互拡散（センサ破壊の原因となる）
は、絶縁層２８を形成するために高い硬化温度を有する
ポリイミド材が使用された場合でも発生しないというこ
とが本発明の作業中に発見されている。もし金とクロム
の金属の組み合わせが使用された場合は、絶縁層２８を
形成するために高温及び低温の硬化温度のポリイミド材
を使用することが可能である。もし貴金属または接着金
属として金またはクロムの代用として上記他の金属、例
えば、金の代わりにプラチナまたはクロムの代わりにチ
タニウムのいずれかが使用された場合は、金属層の相互
拡散の問題が存在するということが発見されている。従
って金とクロムの組み合わせが現在最良の方法である。
【００４１】図８及び図９に示す本発明の別の実施例で
は、図１ないし図７における関連番号と同じ関連番号に
よって示される素子は同じまたは同様の機能を有してい
る。本実施例の先の実施例と異なる基本的な特徴は、絶
縁層を形成するのにポリマーを常温で硬化処理する方法
を採用していることと貴金属層と絶縁層との間に接着金
属層を介在させていないことである。
【００４２】図８及び図９に示すように、絶縁層１２８
を形成するために適合した被膜が使用されている。好ま
しい実施例では、この被膜は主としてジメチルシロキサ
ン（ｄｉｍｅｔｈｙｌ　　ｓｉｌｏｘａｎｅ）などのシ
リコン樹脂やメトキシシラン（ｍｅｔｈｏｘｙ　　ｓｉ
ｌａｎｅ）などの粘着促進剤より成る合成ポリマー樹脂
で形成されている。適当な被膜材としては、コネチカッ
ト州のダンバリーのマイラーステファンソンケミカル社
（Ｍｉｌｌｅｒ−Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ　　Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．ｏｆ　　Ｄａｎｂ
ｕｒｙ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）製のＭＳ−４６０樹
脂が利用可能である。この樹脂はスピンオン（回転塗布
）剤用の溶液またはスプレイオン（噴霧塗布）剤用のエ
ローゾル中において使用可能である。スプレイオン技法
を利用する方が大量生産に適しているので好ましい。
【００４３】絶縁層１２８を形成するために使用された
シリコン樹脂は適所に常温で硬化処理する一部装置とし
て機能する。他の手段としては、金属の相互拡散の問題
が発生する可能性のある高温でのみ硬化処理が可能な型
のポリマーを熱硬化処理することである。前述したよう
に、金属導電体がポリマー絶縁層被膜を硬化処理するの
に必要な高温処理を受けることがない薄膜製法技術がい
くらかある。
【００４４】コンフォーマルコーティング材料、特にシ
リコン樹脂の利点としては、ポリイミド材などの他の材
料よりも疎水性があるということである。コンフォーマ
ルコーティングの疎水性のために水分のピックアップ量
が低くなる。また、好ましいコンフォーマルコーティン
グは金とよく接着し、そのため貴金属層２４と絶縁層１
２８との間に接着金属層を介在させる必要性がなくなる
。このため薄膜電気装置を形成するのに必要な処理段階
の数が減少され、従って装置の製造コストが低減される
。
【００４５】アクセス開口部１３４が、絶縁層１２８に
それの硬化処理後簡単に形成される。これらの開口部は
、例えば、貴金属層２４にコンフォーマル被膜を施す前
にこれら開口部領域をドライプラズマエッチングまたは
マスキング処理することにより形成することが可能であ
る。コンフォーマル被膜１２８は、使用の際に可撓性を
有していなければならない薄膜電気装置の使用に最適な
可撓性材料である。
【００４６】最終の処理段階は、図７に示すように、ポ
リマー基板１１を剛性ガラス搬送プレート１０から遊離
することである。二つの方法、即ち１００℃の沸騰水槽
に３時間浸すかまたは３７℃の生理食塩水に２４時間浸
す方法が適している。上記時間および温度は多少変えて
も、やはり同じ結果を得ることができる。沸騰水による
方法が製造工程において最も迅速な処理方法である。体
温の食塩水による処理方法は、酵素、抗体または他の生
体材料が回路装置に装着されている場合に便利である。
【００４７】付加的処理段階を、基板１１がガラス搬送
プレート１０から遊離される前に、追加することができ
る。薄膜電気装置の輪郭がエクサイマーレーザにより高
精度で切り取り可能である。上記レーザの紫外線波長に
よりポリイミドは迅速に切断されるが、搬送プレート１
０を形成するのに使用されたガラスには損傷を与えるこ
とはない。さらに、このレーザ切断機構は、生体材料に
損傷を与えることになる機械的または熱的破壊をもたら
さない。
【００４８】非常に薄い可撓性の基板がバイオセンサの
ために必要である。バイオセンサは皮下注射針または静
脈または動脈カテーテル内に装着するのに十分に小型化
されており、またある程度の曲げに耐えるものでなけれ
ばならない。この型の基板は、操作することまたは平た
んさを保つことが簡単ではなく、これら操作性および平
たんさは価格的に有効なフォトリソグラフによる製造の
ために必要である。バイオセンサ基板はまた汚染されて
おらず生体適合性のものでなければならない。これらの
必要条件はすべて本発明にかかる薄膜電気装置によって
満たされている。高純度の液体ポリマー先行溶液が利用
可能であり、硬化処理のときに生化学的に比較的不活性
である。平たん性の非常に良いガラスプレートが利用可
能であり、自動操作及び移送用の種々のカセット機構に
装着することが可能である。また、生体材料に損傷を与
えることなしに薄膜組織を基板から遊離するための手段
が設けられている。
【００４９】可撓性があることが、本発明の薄膜電気装
置を構成するのに使用される回路装置の主要な利点であ
る。導電体２０が可撓性を有している結果、湾曲した三
次元薄膜構造を形成することが可能となる。薄膜電気装
置の可撓性のおかげで、測定すべき表面に適合可能なセ
ンサまたはコネクタを設けることが簡単に適用可能とな
る。それとは対照的に、シリコン、アルミナおよび二酸
化シリコンなどの典型的な薄膜または半導体基板は、こ
のような薄膜部分において非常にもろい性質がある。
【００５０】導電体および絶縁体の大きさの小型化によ
って装置全体の大きさが非常に小型化される。このこと
は特に小型で埋め込み型装置にとって好都合である。そ
れはまた、集積回路と直接境界面を有する高密度コネク
タなどにとっても便利である。標準の湾曲回路装置と比
較して、大きさにおいて少なくとも１０倍小型化されて
いる。
【００５１】このような耐水性の回路装置によれば、従
来の回路装置には適していない多くの不利な環境下にお
いても動作可能であるという利点がえられる。動作可能
な環境には、新鮮な水、食塩水、生理食塩水（血液）、
沸騰水および水蒸気が含まれている。これによって多く
の医学、工学および海洋工学への応用分野が開かれる。
【００５２】ポリイミドはシリコンその他の典型的なマ
イクロ回路形成材料と比較して相対的に安価である。こ
のことは、アクチブ回路と同じ基板上に接続線を形成す
ることが可能であることを意味しており、これによって
線の接着素子およびコネクタを省略することができる。 ポリイミドは生化学的に不活性であることがしめされて
いる。液体ポリアミド酸はシート材のポリイミドより純
度の高い水準で使用可能である。
【００５３】多くの電気装置は単に金属層２２、２４、
２６および絶縁層２８をパターン処理することによって
形成することが可能である。これらの装置には、抵抗器
、コンデンサ、コネクタ、アンテナ、接続パッド、電極
、ヒータ、インダクタ、ヒューズおよびサーミスタが含
まれている。
【００５４】さらに、圧電気、フォトレジスト性または
磁性膜が、力、光度および磁界用のセンサ素子を製造す
るのに適用可能である。貴金属層表面２４は電気めっき
して、便利な検出用電極（例えば、プラチナ、銀／塩化
銀など）を電気化学的に形成することが可能である。ア
クチブ（能動）装置（例えば、オプトエレクトロニクス
装置、トランジスタ、集積回路）を上記回路に装着して
増幅、調整またはその他の動作を行うようにすることが
可能である。
【００５５】
【発明の効果】広範な応用分野の領域が医療装置に適用
されている。これらの医療装置には、電気化学センサ、
電極、または過労、体温、液体の導電性の測定用身体セ
ンサなどが含まれる。内耳、心臓、脳、または脊柱を刺
激するための電極もまた製作可能である。装置の外形的
構造は小型のカテーテルおよび皮下注射針の内部に装置
を装着することが可能なように構成されている。本発明
はいくつかの好ましい実施例を参照して詳述したが、前
述のごとく規定された特許請求の範囲およびその主旨の
範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】　　ガラス搬送プレートの平たんな表面上にポ
リマー先行溶液を積層しているときのガラス搬送プレー
トの概略断面図。
【図２】　　図１のガラス搬送プレート上のポリマー基
板の概略正面図。
【図３】　　図２のポリマー基板上に形成された三種の
金属層より成る金属複合導電層の概略図。
【図４】　　回路素子を形成するための多層金属導電体
の構成を示す図３の装置の平面図。
【図５】　　上部金属層と該金属導電層を覆う絶縁被膜
に形成されたアクセス開口部を示す図４の装置の概略断
面図。
【図６】　　一組みの非絶縁リード装着部を示す図５の
装置の平面図。
【図７】　　ポリマー基板に接着されたガラス搬送プレ
ートを遊離するために液体槽内に浸された図５および図
６の装置の概略断面図。
【図８】　　本発明の他の実施例にかかる装置の概略断
面図。
【図９】　　一組みの非絶縁リード装着部を示す図８の
装置の平面図である。
【符号の説明】
１０　　ガラス搬送プレート １１　　ポリマー基板 ２２　　第１金属導電層 ２４　　貴金属層 ２６　　第２金属導電層 ２８　　絶縁層 ３２　　アクセス開口部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　剛性ガラス搬送プレートと、上記剛性
    ガラス搬送プレートに接着された基板において、該基板
    は上記剛性搬送プレートとの接着作用を行うポリマー材
    を有しており、該接着状態は、基板とガラスプレートと
    を熱湯槽か温暖生理食塩水槽のどちらか一方の水槽に浸
    すことにより解体され、上記ガラス搬送プレートとの装
    着状態から上記ポリマー材を遊離する基板と、上記基板
    に接着され、また剛性ガラス搬送プレートとの装着状態
    から基板を遊離するときにも分離されない電気回路供給
    手段、とを有していることを特徴とする薄膜電気装置。
  2. 【請求項２】　　ポリマー基板と、上記ポリマー基板に
    接着された第１接着金属層と、上記第１接着金属層に接
    着された貴金属層と、上記貴金属層に接着された第２接
    着金属層において、上記貴金属層が上記第１接着金属層
    と第２接着金属層との間に介在するように構成された第
    ２接着金属層と、上記ポリマー基板および貴金属層の一
    方に接着されていない上記第１および第２接着金属層の
    全露出表面を覆うために、少なくとも上記第１および第
    ２接着金属層に接着されたポリマー絶縁層、とを有して
    いることを特徴とする薄膜電気装置。
  3. 【請求項３】　　ポリマー基板と、該基板に接着された
    電気回路を供給するための回路手段と、該回路手段上に
    絶縁カバーを供給するために基板上に配置され、合成ポ
    リマーエラストマーを有している絶縁手段、とを有して
    いることを特徴とする薄膜電気装置。
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