JPH11233794A - マイクロセンサデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン基板エッチング工程を改良して量産
性向上を可能としたマイクロセンサデバイスの製造方法
を提供する。 【解決手段】 第１のシリコン基板１１に感光性ＳＯＧ
膜１２のマスクをパターン形成し、このＳＯＧ膜１２を
用いて第１のシリコン基板１１をＫＯＨ液によりエッチ
ングしてカンチレバー型プローブ１３を第１のシリコン
基板１１上に凸型パターンとして加工する。第１のシリ
コン基板１１の凸型パターンが形成された面を覆うよう
に堆積絶縁膜を形成し、この上に第２のシリコン基板を
貼り合わせて第１及び第２のシリコン基板を堆積絶縁膜
を介して一体化した後、第１のシリコン基板１１を堆積
絶縁膜が露出するまで研磨して、プローブ１３をその周
囲が堆積絶縁膜で囲まれた状態に加工した後、第２のシ
リコン基板の不要部分をエッチング除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シリコン基板を
加工してカンチレバー型プローブ等のマイクロセンサデ
バイスを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、精密機械部品等の微細穴を加工す
るマイクロマシニング技術が注目されている。マイクロ
マシニングにより微細穴を加工したとき、その微細穴の
径等を精密測定する技術が必要となる。この様な微細穴
の径を測定する技術として、カンチレバー型プローブを
用いたものが種々提案されている（例えば、特開平９−
２４３３１３号公報、特開平８−７５４４５号公報等参
照）。

【０００３】カンチレバー型プローブをシリコン基板を
用いて加工する方法として例えば、基板貼り合わせ技術
を利用したＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用い
る方法がある。そのプローブ製造方法を簡単に説明すれ
ば、まずプローブ材料である第１のシリコン基板と裏打
ち用の第２のシリコン基板を酸化膜等の絶縁膜を介して
貼り合わせる。次に第１のシリコン基板をプローブとし
て必要な厚みまで研磨した後、マスクをパターン形成し
てシリコン基板をエッチングし、プローブを形成する。
シリコン基板のエッチングには例えばＫＯＨ等の強アル
カリ液が用いられ、この場合マスクとしては減圧ＣＶＤ
法によるシリコン窒化膜（ＳｉＮx膜）が用いられる。

【０００４】その後、裏打ち用の第２のシリコン基板の
不要部分をエッチング除去することにより、残されたシ
リコン基板の基台に一体化された状態で、一対の細い針
状のプローブが得られる。この第２のシリコン基板のエ
ッチングにも、ＳｉＮx膜を用いたＫＯＨ液によるエッ
チングが利用される。プローブの表面には金属膜が形成
される。この様にして作られるカンチレバー型プローブ
は例えば、１ｍｍ程度の微細内径を測定する用途の場合
であれば、一本のプローブの径がおよそ２０μｍ、一対
のプローブの間隔が８０μｍ、長さが１ｍｍといった小
型のものとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、貼り合
わせ基板を用いる従来のプローブ製造工程では、シリコ
ン基板のエッチング時、減圧ＣＶＤ法によるＳｉＮx膜
マスクを用いるが、この減圧ＣＶＤ工程は、処理温度が
８００℃程度で且つ処理時間が数時間かかるアニール工
程であり、しかも処理装置が高価であるという難点があ
る。また、プローブのエッチング工程での裏打ち用シリ
コン基板のエッチングはある程度許されるとしても、裏
打ち用シリコン基板のエッチング時には、既に加工され
ているプローブのエッチングを防止することが必要であ
る。このためには例えば、ＳｉＮx膜を両面に形成する
ことが必要になるが、既に加工されているプローブの面
をＳｉＮx膜で覆い、最後にまたこれを除去しなければ
ならないため、工程は複雑になる。しかも、裏打ち用シ
リコン基板のエッチングには長時間かかるから、ＳｉＮ
x膜により加工されたプローブ側を覆ったとしても、側
面にプローブの一部でも露出していると、サイドエッチ
ングが進行して、プローブ形状が大きく損なわれるとい
う問題がある。

【０００６】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、シリコン基板のエッチング工程を改良して量産
性向上を可能としたマイクロセンサデバイスの製造方法
を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、シリコン基
板にマスクをパターン形成し、このマスクを用いて前記
シリコン基板の不要部分を強アルカリ液によりエッチン
グしてマイクロセンサデバイスを製造する方法におい
て、前記マスクを回転塗布による塗布型絶縁膜によりパ
ターン形成することを特徴とする。より具体的にこの発
明に係るマイクロセンサデバイスの製造方法は、第１の
シリコン基板に回転塗布による塗布型絶縁膜のマスクを
パターン形成し、このマスクを用いて前記第１のシリコ
ン基板を強アルカリ液によりエッチングしてマイクロセ
ンサ本体を前記第１のシリコン基板上に凸型パターンと
して加工する工程と、前記第１のシリコン基板の凸型パ
ターンが形成された面を覆うように堆積絶縁膜を形成
し、この上に第２のシリコン基板を貼り合わせて第１及
び第２のシリコン基板を堆積絶縁膜を介して一体化する
工程と、前記第１のシリコン基板を前記堆積絶縁膜が露
出するまで研磨して、前記マイクロセンサ本体をその周
囲が前記堆積絶縁膜で囲まれた状態に加工する工程と、
前記第２のシリコン基板の不要部分をエッチング除去す
る工程とを有することを特徴とする。

【０００８】この発明に係るマイクロセンサデバイスの
製造方法はまた、第１のシリコン基板と第２のシリコン
基板を間に絶縁膜を挟んで貼り合わせて一体化する工程
と、前記第１のシリコン基板に回転塗布による塗布型絶
縁膜のマスクをパターン形成し、このマスクを用いて前
記第１のシリコン基板を強アルカリ液によりエッチング
してマイクロセンサ本体をパターン加工する工程と、前
記第２のシリコン基板の不要部分をエッチング除去する
工程とを有することを特徴とする。この発明において好
ましくは、塗布型絶縁膜が感光性を有し、直接露光によ
りパターン形成することを特徴とする。更に第２のシリ
コン基板の不要部分をエッチング除去する工程について
も、好ましくは、第２のシリコン基板に回転塗布による
塗布型絶縁膜のマスクを形成し、このマスクを用いて強
アルカリ液によりエッチングするものとする。

【０００９】この発明によると、シリコン基板のエッチ
ングに塗布型絶縁膜をマスクとして用いることにより、
減圧ＣＶＤによるＳｉＮx膜を用いる場合に比べて、大
掛かりな装置を要せず、成膜時間も大幅に短縮されれ
る。従って、貼り合わせ基板を用いたマイクロセンサデ
バイスの製造工程は簡略化され、マイクロセンサデバイ
スの量産性が向上する。特に、塗布型絶縁膜として感光
性のものを用いれば、レジスト工程を用いることなく直
接露光によりマスクをパターン形成することができ、一
層の工程簡略化が図られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
をカンチレバー型プローブの製造に適用した実施例を説
明する。実際の製造工程では、一つの基板から複数対の
カンチレバー型プローブが作られるが、以下の図では便
宜上、一対のカンチレバー型プローブに着目して説明す
る。図１に示すように、マイクロセンサ用基板である第
１のシリコン基板１１に、耐エッチングマスク材として
この実施例では、回転塗布により形成される塗布型絶縁
膜、即ちＳＯＧ（Spin On Glass）膜１２を形成する。
ＳＯＧ膜１２は好ましくは感光性を有するものとする。

【００１１】次に、図２に示すように、ＳＯＧ膜１２を
露光、現像してマスクをパターン形成する。ＳＯＧ膜１
２が感光性を有する場合には、レジスト工程を用いるこ
となく、直接露光して現像することができる。そして、
パターニングされたＳＯＧ膜１２をマスクとして、図３
に示すように、強アルカリ液、例えばＫＯＨを用いてシ
リコン基板１１をエッチングして、プローブ１３を凸型
パターンとして、シリコン基板１１に一体化された状態
に形成する。その後、マスクとして用いたＳＯＧ膜１２
を除去する。以上により得られる形状を、図４に斜視図
で示す。この段階でプローブ１３はシリコン基板１１か
らは分離されていない。

【００１２】次に、図５に示すように、凸型パターンと
して形成されたプローブ１３を覆うように、堆積絶縁膜
１４を形成する。そして図６に示すように、堆積絶縁膜
１４上に裏打ち用基板として第２のシリコン基板１５を
貼り合わせる。堆積絶縁膜１４は好ましくは、火炎加水
分解法により得られるＳｉ−Ｂ−Ｏ微粒子（スート）の
層である。この微粒子層は、図６に示すように基板を貼
り合わせて、１１５０〜１２５０℃でアニールすること
により、硬い堆積絶縁膜１４となり、二つの基板１１，
１５を強固に接着することになる。この方法は、貼り合
わせ面に凹凸があっても良好な基板貼り合わせを行うこ
とができる方法として知られている。

【００１３】この様に、凹凸加工がなされたシリコン基
板１１に裏打ち用のシリコン基板１５を貼り合わせた
後、図７に示すように、第１のシリコン基板１１を堆積
絶縁膜１４が露出するまで研磨する。これにより、一対
のプローブ１３は堆積絶縁膜１４により周囲を囲まれた
状態で互いに分離される。

【００１４】次に、第２のシリコン基板１５の不要部分
をエッチング除去する。具体的には例えば、図８に示す
ように、第２のシリコン基板１５上にＳＯＧ膜１６を形
成し、これを露光現像して、図９に示すように、基台と
して残す部分にＳＯＧ膜１６のマスクをパターン形成す
る。ＳＯＧ膜１６は好ましくは、先の第１のシリコン基
板１１の加工の際と同様に、感光性を有するものを用
い、直接露光によりパターニングする。

【００１５】そして、ＳＯＧ膜１６をマスクとして、強
アルカリ液、例えばＫＯＨにより第２のシリコン基板１
５をエッチングする。このとき、既に加工されているプ
ローブ１３は、図９に示されるように、その周囲が堆積
絶縁膜１４により覆われていて、サイドエッチングは防
止される。最後に堆積絶縁膜１４を除去すれば、図１０
に示すように、プローブ１３を露出させることができ
る。そして、ＳＯＧ膜１６を除去して、図１１に示すよ
うに一対のプローブ１３にＡｕ／Ｃｒ等の積層金属膜１
７を被覆することにより、導電性構造体としてのカンチ
レバー型プローブが完成する。

【００１６】以上のようにこの実施例では、基板貼り合
わせを行う前に、第１のシリコン基板にプローブとなる
凸型パターンを加工し、この加工面側を堆積絶縁膜で覆
って第２のシリコン基阪を貼り合わせ、その後第１のシ
リコン基板を研磨することにより、プローブを堆積絶縁
膜に埋め込まれた状態で分離している。従って、裏打ち
用の第２のシリコン基板をエッチングする工程では、既
に加工されたプローブは堆積絶縁膜で周囲が囲まれてい
るため、長時間のＫＯＨエッチングを行ってもサイドエ
ッチングが進行することはなく、設計通りの微小なプロ
ーブを得ることができる。

【００１７】またこの実施例では、シリコン基板のエッ
チングマスクとしてＳＯＧ膜を用いており、減圧ＣＶＤ
によるＳｉＮx膜を用いる場合に比べて大掛かりで高価
な装置を必要とせず、また成膜時間も１時間程度短縮さ
れる。従ってスループットの向上が図られる。特に、感
光性ＳＯＧ膜を用いれば、レジスト工程を行うことなく
露光現像することができるため、マスクのパターニング
工程は簡略化され、更に好ましい。

【００１８】図１３〜図１８は、この発明の別の実施例
によるカンチレバー製造工程を示す。この実施例では、
従来と同様に最初に基板貼り合わせを行う。即ち図１３
に示すように、カンチレバー用の第１のシリコン基板２
１と裏打ち用の第２のシリコン基板２３を絶縁膜２２を
挟んで貼り合わせて一体化する。具体的には、絶縁膜２
２は、シリコン基板２１，２３の一方の面に予め熱酸化
膜或いはＣＶＤシリコン酸化膜等により形成しておき、
その後直接接着することにより一体化する。この実施例
の場合、貼り合わせ面は未だ加工されておらず平坦であ
るから、先の実施例のような火炎加水分解法による堆積
絶縁膜を用いなくても、直接接着ができる。

【００１９】次に、図１４に示すように、第１のシリコ
ン基板２１を必要な厚みになるまで研磨する。そして、
図１５に示すように、ＳＯＧ膜２４によるマスクをパタ
ーニングし、これを用いてシリコン基板２１をＫＯＨに
よりエッチングして、図１６に示すようにプローブ２５
を加工する。ＳＯＧ膜２４には先の実施例と同様に、好
ましくは感光性のものを用い、直接露光によりパターニ
ングする。図１７はこの状態をわかりやすく斜視図で示
している。

【００２０】最後に、図１８に示すように、第２のシリ
コン基板２３の不要部分をエッチング除去し、更に絶縁
膜２２をエッチング除去して、カンチレバー型プローブ
を完成する。図では省略したが、この第２のシリコン基
板２２のエッチング工程にも、感光性ＳＯＧ膜をマスク
として用い、ＫＯＨエッチングを行う。この実施例によ
っても、先の実施例と同様に、ＳＯＧ膜をマスクとし
て、ＫＯＨエッチングを行うことにより、エッチング工
程の簡略化が図られる。

【００２１】この発明は、上記実施例に限られない。実
施例ではカンチレバー型プローブを製造する例を説明し
たが、例えば図１２に示すような加速度センサデバイス
や、その他の各種マイクロセンサデバイスの製造に同様
にこの発明を適用することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、シ
リコン基板のエッチングにＳＯＧ膜をマスクとして用い
ることにより、減圧ＣＶＤによるＳｉＮx膜を用いる場
合に比べて、大掛かりな成膜装置を要せず、成膜時間も
大幅に短縮される。従って、貼り合わせ基板を用いたマ
イクロセンサデバイスの製造工程は簡略化され、マイク
ロセンサデバイスの量産性が向上する。感光性ＳＯＧ膜
を用いれば、レジスト工程を用いることなく直接露光に
よりマスクをパターン形成することができ、一層の工程
簡略化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例によるカンチレバー型プ
ローブ製造工程において、第１のシリコン基板にＳＯＧ
膜を塗布した状態を示す断面図である。

【図２】 同製造工程において、ＳＯＧ膜をパターン形
成した状態を示す断面図である。

【図３】 同製造工程において、第１のシリコン基板を
エッチングしてプローブをパターン形成した状態を示す
断面図である。

【図４】 同製造工程において、形成されたプローブパ
ターンを示す斜視図である。

【図５】 同製造工程において、堆積絶縁膜を形成した
状態を示す断面図である。

【図６】 同製造工程において、第２のシリコン基板を
貼り合わせた状態を示す断面図である。

【図７】 同製造工程において、第１のシリコン基板を
研磨してプローブを分離した状態を示す断面図である。

【図８】 同製造工程において、第２のシリコン基板に
ＳＯＧ膜を形成した状態を示す断面図である。

【図９】 同製造工程において、ＳＯＧ膜をマイクとし
てパターン形成した状態を示す斜視図である。

【図１０】 同製造工程において、第２のシリコン基板
をエッチングした状態を示す斜視図である。

【図１１】 同製造工程により得られたプローブを示す
斜視図である。

【図１２】 他の実施例による加速度センサデバイスを
示す図である。

【図１３】 この発明の他の実施例の製造工程における
基板貼り合わせの状態を示す断面図である。

【図１４】 同製造工程における基板研磨の状態を示す
断面図である。

【図１５】 同製造工程におけるマスクのパターン形成
工程を示す断面図である。

【図１６】 同製造工程によるプローブ加工工程を示す
断面図である。

【図１７】 図１６の状態を示す斜視図である。

【図１８】 裏打ちシリコン基板を除去した状態を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１１…第１のシリコン基板（マイクロセンサ用基板）、
１２…ＳＯＧ膜、１３…プローブ、１４…堆積絶縁膜、
１５…第２のシリコン基板（裏打ち用基板）、１６…Ｓ
ＯＧ膜、１７…金属膜、２１…第１のシリコン基板、２
２…絶縁膜、２３…第２のシリコン基板、２４…ＳＯＧ
膜、２５…プローブ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板にマスクをパターン形成
   し、このマスクを用いて前記シリコン基板の不要部分を
   強アルカリ液によりエッチングしてマイクロセンサデバ
   イスを製造する方法において、 前記マスクを回転塗布による塗布型絶縁膜によりパター
   ン形成することを特徴とするマイクロセンサデバイスの
   製造方法。
2. 【請求項２】 第１のシリコン基板に回転塗布による塗
   布型絶縁膜のマスクをパターン形成し、このマスクを用
   いて前記第１のシリコン基板を強アルカリ液によりエッ
   チングしてマイクロセンサ本体を前記第１のシリコン基
   板上に凸型パターンとして加工する工程と、 前記第１のシリコン基板の凸型パターンが形成された面
   を覆うように堆積絶縁膜を形成し、この上に第２のシリ
   コン基板を貼り合わせて第１及び第２のシリコン基板を
   堆積絶縁膜を介して一体化する工程と、 前記第１のシリコン基板を前記堆積絶縁膜が露出するま
   で研磨して、前記マイクロセンサ本体をその周囲が前記
   堆積絶縁膜で囲まれた状態に加工する工程と、 前記第２のシリコン基板の不要部分をエッチング除去す
   る工程とを有することを特徴とするマイクロセンサデバ
   イスの製造方法。
3. 【請求項３】 第１のシリコン基板と第２のシリコン基
   板を間に絶縁膜を挟んで貼り合わせて一体化する工程
   と、 前記第１のシリコン基板に回転塗布による塗布型絶縁膜
   のマスクをパターン形成し、このマスクを用いて前記第
   １のシリコン基板を強アルカリ液によりエッチングして
   マイクロセンサ本体をパターン加工する工程と、 前記第２のシリコン基板の不要部分をエッチング除去す
   る工程とを有することを特徴とするマイクロセンサデバ
   イスの製造方法。
4. 【請求項４】 前記塗布型絶縁膜は感光性を有し、直接
   露光によりパターン形成することを特徴とする請求項
   １，２，３のいずれかに記載のマイクロセンサデバイス
   の製造方法。
5. 【請求項５】 前記第２のシリコン基板の不要部分をエ
   ッチング除去する工程は、前記第２のシリコン基板に回
   転塗布による塗布型絶縁膜のマスクを形成し、このマス
   クを用いて前記第２のシリコン基板を強アルカリ液によ
   りエッチングするものであることを特徴とする請求項３
   又は４に記載のマイクロセンサデバイスの製造方法。