中空構造を有する装置およびその製造方法
【課題】中空構造の空隙内に液状樹脂が深く入り込んでしまうことなしに、確実に開口部を閉塞することができる、中空構造を有する装置、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】中空構造を有する装置は、主表面を有する基板２０１と、金属膜２０４と、樹脂膜２０８と、撥液膜２０７ａとを有している。金属膜２０４は、開口部を有する空隙が主表面の一部との間に形成されるように基板２０１上に設けられている。樹脂膜２０８は、硬化された樹脂からなり、開口部２０６ａおよび２０６ｂを閉塞している。撥液膜２０７ａは、空隙の内面上に設けられており、液状状態の樹脂の接触角を基板２０１および金属膜２０４よりも大きくする物性を有している。
【解決手段】中空構造を有する装置は、主表面を有する基板２０１と、金属膜２０４と、樹脂膜２０８と、撥液膜２０７ａとを有している。金属膜２０４は、開口部を有する空隙が主表面の一部との間に形成されるように基板２０１上に設けられている。樹脂膜２０８は、硬化された樹脂からなり、開口部２０６ａおよび２０６ｂを閉塞している。撥液膜２０７ａは、空隙の内面上に設けられており、液状状態の樹脂の接触角を基板２０１および金属膜２０４よりも大きくする物性を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空構造を有する装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスおよび半導体デバイスの中には中空構造を有するものがある。ＭＥＭＳデバイスにおいては、可動部が中空構造の空隙内で動作するように設けられることにより、この可動部が円滑に動作可能となる（たとえば特開２００４−１７４７７９号公報および特許第３７４５６４８号公報参照）。
【０００３】
特開２００４−１７４７７９号公報によれば、ＭＥＭＳデバイスである静電型アクチュエータの技術が開示されている。この公報に記載された一実施形態によれば、静電型アクチュエータは振動板と電極との間に空隙を有している。この空隙は犠牲層が犠牲層除去孔からエッチングにより除去されることにより形成される。この犠牲層除去孔は、空隙形成後、樹脂膜の成膜により封止される。この樹脂膜は空隙内に入り込まないように形成される。樹脂膜が成膜される面には、あらかじめプラズマ処理が施される。
【０００４】
この公報によれば、上記のプラズマ処理により樹脂膜が成膜される面の樹脂との濡れ性が低下するので樹脂が空隙内に染み込むことを防止することができる、とされている。
【０００５】
特許第３７４５６４８号公報によれば、中空構造を有する微細構造の製造方法が開示されている。この公報に記載された一実施形態によれば、まず基板上に凹部が形成される。次に凹部内に犠牲膜が充填される。次に、開口部を備えた板状の蓋が、凹部の側壁より開口部が離間した状態で、凹部を覆うように配置されて固定される。次に開口部より犠牲膜がエッチング除去されて蓋の下に凹部による空間が形成される。次に、蓋の上に液状の材料が塗布されて塗布膜が形成される。この直後に、たとえば塗布膜が基板より下方に配置される。この後、塗布膜が固化されることで蓋の上に封止膜が形成されて開口部が塞がれる。
【０００６】
この公報によれば、塗布された封止膜が下側、すなわち重力の作用する側に配置されることで、封止膜が上記空間に侵入することが抑制される、とされている。また蓋の開口部が凹部側壁に接触しない状態に配置されることで、塗布される液の空間内への流入を防ぐことができるとされている。
【特許文献１】特開２００４−１７４７７９号公報
【特許文献２】特許第３７４５６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００４−１７４７７９号公報によれば樹脂膜が成膜される面に対する液状樹脂の塗れ性が低いので、樹脂膜の成膜時に液状樹脂が弾かれてしまうために犠牲層除去孔（開口部）が封止されないことがあるという問題があった。また空隙の内面に対しては液状樹脂の濡れ性を低くするような処理がなされていないので、開口部から染み込んだ液状樹脂が空隙と開口部との境界まで到達した場合は、液状樹脂膜が表面張力により空隙内面に引き込まれてしまうことによって空隙内に液状樹脂膜が深く入り込んでしまうことがあるという問題があった。
【０００８】
また特許第３７４５６４８号公報によれば塗布された封止膜（液状樹脂）が重力の作用する側に配置されるので、液状樹脂が塗布直後に重力により流れ落ちてしまうために開口部が封止されないことがあるという問題があった。また開口部を凹部（空隙）側壁に接触しない状態に配置しなければならないという構造上の制限があり、この制限が満たされない場合は封止膜が上記空間内に流入しやすくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、空隙内に液状樹脂が深く入り込んでしまうことなしに、確実に開口部を閉塞することができる、中空構造を有する装置、およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の中空構造を有する装置は、主表面を有する基板と、空隙形成膜と、開口部を閉塞する閉塞膜と、撥液膜とを有している。空隙形成膜は、開口部を有する空隙が主表面の一部との間に形成されるように設けられている。閉塞膜は、硬化された樹脂からなり、開口部を閉塞する。撥液膜は、空隙の内面上に設けられ、液状状態の樹脂の接触角を基板および空隙形成膜よりも大きくする物性を有している。
【００１１】
本発明の中空構造を有する装置の製造方法は、以下の工程を有している。
基板の主表面の一部を覆う第１の膜が形成される。第１の膜から露出した主表面の少なくとも一部を覆い、第１の膜の表面の一部を露出する開口部が形成されるように第１の膜を覆う第２の膜が形成される。開口部から第１の膜を除去することにより、主表面と第２の膜とに挟まれた空隙が形成される。空隙の内面上に第３の膜が形成される。第３の膜の材質からなる膜上における接触角が基板および第２の膜の材質からなる膜上における接触角よりも大きくなる物性を有する液状樹脂を、空隙の外側から開口部上に塗布することにより、開口部が閉塞される。液状樹脂が硬化される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撥液膜（第３の膜）が、基板および空隙形成膜（第２の膜）よりも液状状態の樹脂の接触角を大きくする物性、すなわち液状樹脂を弾く性質を有するので、空隙内に液状樹脂が入ることを抑制することができる。
【００１３】
また液状樹脂が塗布される面に液状樹脂を弾く性質を付与する必要、またはこの面を液状樹脂が流れ落ちる方位にする必要がないので、液状樹脂が硬化前に開口部から流出してしまうことを抑制できる。よって開口部を樹脂で確実に閉塞することができる。
【００１４】
また開口部が基板面に接触する配置の場合であっても、空隙の内面上に設けられた膜が液状樹脂を弾くことができるので、空隙内に液状樹脂が入ることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った概略断面図（Ａ）およびＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った概略断面図（Ｂ）である。なお図１においては図を見やすくするために樹脂膜が図示されていない。
【００１６】
図１および図２を参照して、本実施の形態の中空構造を有する装置は、主表面を有する基板２０１と、金属膜２０４（空隙形成膜）と、樹脂膜２０８（閉塞膜）と、撥液膜２０７ａとを有している。
【００１７】
主表面を有する基板２０１は、主表面側にデバイス２０２を有している。デバイス２０２は、たとえば半導体装置におけるトランジスタ素子またはＭＥＭＳ装置における可動部である。金属膜２０４は、開口部２０６ａおよび２０６ｂを有する空隙２０５が基板２０１の主表面の一部との間に形成されるように設けられている。開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれは基板２０１に接している。開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれを閉塞する樹脂膜２０８は、硬化された樹脂からなる。撥液膜２０７ａは、液状状態の上記樹脂（液状樹脂）の接触角を基板２０１および金属膜２０４よりも大きくする物性を有している。すなわち撥液膜２０７ａは液状状態の上記樹脂を弾く性質（撥液性）を有している。撥液膜２０７ａは空隙２０５の外には形成されていないため、空隙２０５の外においては、基板２０１および金属膜２０４のそれぞれと樹脂膜２０８とは撥液膜２０７ａを介することなく接している。
【００１８】
撥液膜２０７ａは、たとえばＳＡＭ膜(Self Assembled Monolayer)である。ここでＳＡＭ膜とは、たとえば有機分子が自発的に集合して構造形成された単分子膜である。好ましくは、撥液膜２０７ａは、撥水性および耐熱性の高い膜であり、たとえばＦＤＴＳ(Perfluorodecyltrichlorosilane)、ＤＤＭＳ(Dichlorodimethylsilane)またはＯＴＳ(Octadecyltrichlorosilane)である。
【００１９】
あるいは撥液膜２０７ａは、Ｃ（炭素）およびＦ（フッ素）を含有する分子の重合膜（ＣＦ系ポリマー）からなる。
【００２０】
樹脂膜２０８の材質は、上記のように、液状樹脂が撥液膜２０７ａによって弾かれるような材質が選択される。好ましくは樹脂膜２０８の材質は、高い耐熱性を有する熱硬化性の樹脂であり、たとえばポリイミドである。
【００２１】
次に本実施の形態の中空構造を有する装置の製造方法について説明する。図３〜図８は、本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。なお図３〜図８の（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【００２２】
図３を参照して、基板２０１上にデバイス２０２が形成される。
図４を参照して、基板２０１の主表面の一部を覆うように犠牲層２０３（第１の膜）が形成される。犠牲層２０３はデバイス２０２を覆うように形成される。犠牲層２０３の形状は通常のパターニング技術により形成することができる。
【００２３】
図５を参照して、犠牲層２０３から露出した基板２０１の主表面の少なくとも一部を覆い、犠牲層２０３の表面の一部を露出する開口部２０６ａおよび２０６ｂが形成されるように、犠牲層２０３を覆う金属膜２０４（第２の膜）が形成される。金属膜２０４の形状は、通常のパターニング技術により形成することができる。次に、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれから犠牲層２０３が除去される。犠牲層２０３の除去は、たとえばウェットエッチングにより行なわれる。
【００２４】
図６を参照して、上記の犠牲層２０３の除去により、基板２０１の主表面と金属膜２０４とに挟まれた空隙２０５が形成される。
【００２５】
図７を参照して、空隙２０５の内面上に撥液膜２０７（第３の膜）が形成される。撥液膜２０７は、等方的な成膜により形成される。ここで等方的な成膜とは、成膜される面の方位や位置によらず、おおよそ等しい厚みで被成膜物が堆積される成膜方法である。等方的な成膜が用いられることで、空隙２０５の内面にも撥液膜２０７を十分な厚みに形成することができる。
【００２６】
等方的な成膜は、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置にＣ4Ｆ8ガスを導入してＣＦ系ポリマーを形成することにより行なうことができる。またＣＶＤ装置の代わりに、たとえばＩＣＰ−ＲＩＥ(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching)装置を用いて成膜を行なうこともできる。
【００２７】
あるいは、等方的な成膜は、有機分子の自己集積化によりＳＡＭ膜を形成することで行なうことができる。ここで自己集積化とは、原子や分子が、それらが持つ集合性や相互作用により自発的にある規則性を持って配列していく現象である。
【００２８】
図８を参照して、撥液膜２０７のうち空隙２０５の外に位置する部分が除去されることにより、撥液膜２０７から撥液膜２０７ａが形成される。この撥液膜２０７の一部の除去は異方性エッチングにより行なうことができる。異方性エッチングは、たとえばＲＩＥ装置により行なうことができる。
【００２９】
再び図２を参照して、空隙２０５の外側から開口部２０６ａおよび２０６ｂ上に液状樹脂が塗布されることで、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれを閉塞する樹脂膜２０８が形成される。この液状樹脂は、撥液膜２０７ａの材質からなる膜上における接触角が基板２０１および金属膜２０４の材質からなる膜上における接触角よりも大きくなる物性を有している。液状樹脂の塗布は、たとえばスプレーコータまたはスピンコータを用いて行なうことができる。
【００３０】
次に樹脂膜２０８がホットプレートでベークされることで、液状樹脂の溶媒が少なくとも一部は揮発される。その後、樹脂の材質に適した温度および雰囲気でキュアが行なわれることにより樹脂膜２０８が硬化される。なお液状樹脂の溶媒の揮発は液状樹脂の塗布の際に行なわれてもよい。
【００３１】
以上により本実施の形態の中空構造を有する装置が得られる。
次に上記の製造工程において開口部２０６ａおよび２０６ｂに塗布された液状樹脂の状態について詳しく説明する。図１０および図１１は、本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。なお、図９は、比較例における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【００３２】
図９を参照して、液状樹脂の塗布の際に液状樹脂には開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれから空隙２０５内に向かう方向の圧力（図中破線矢印）が加わることがある。撥液膜が設けられない場合は、空隙２０５内面に対する液状樹脂の濡れ性が高いため、空隙２０５内面において、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれから空隙２０５内に向かう方向の成分Ｈａを有する表面張力Ｔａ（図中実線矢印）が働く。水平方向にはＨａが働くため、液状樹脂の液面が空隙２０５内に向かって進みやすい。すなわち液状樹脂が空隙２０５内に入り込みやすい。
【００３３】
図１０を参照して、空隙２０５に入り込もうとする液状樹脂には、撥液膜２０７ａに被覆された空隙２０５内面において、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれから空隙２０５内に向かう方向の成分Ｈｂを有する表面張力Ｔｂ（図中実線矢印）が働く。撥液膜２０７ａが設けられていない場合と比較して、液状樹脂の接触角は十分大きくなるため、表面張力の水平成分Ｈｂ＜＜Ｈａと考えられる。そのため液状樹脂塗布後に熱処理を行って樹脂中に含まれる溶媒の少なくとも一部を蒸発させることで、空隙２０５内への入り込みを抑制可能と考えられる。
【００３４】
図１１を参照して、空隙２０５に入り込もうとする液状樹脂には、撥液膜２０７ａに被覆された空隙２０５内面において、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれから空隙２０５の外側に向かう方向の成分Ｈｃを有する表面張力Ｔｃ（図中実線矢印）が働く。そのため液状樹脂の液面が空隙２０５内に向かって進んでいくことが抑制される。
【００３５】
図９および図１０に関して説明を補足する。実験結果の一例より、図１２に示すグラフを参照して、接触角（図９および図１０のそれぞれの場合、角度θａおよびθｂ）に対する水平方向の液状樹脂の浸入量を示している。実験において、接触角の異なる表面に対して、液状樹脂塗布後、溶媒を蒸発させる処理および、各樹脂に応じたキュアを行い、液状樹脂を硬化させた結果、樹脂が開口部から中空構造の空隙内へ、どれだけ浸入したかを示している。
【００３６】
接触角が８０度以上の場合は、浸入量は数μm程度でおさまった。接触角が６０度未満の場合、液状樹脂の濡れが良いため、浸入量は激増した。この結果においては、接触角が鋭角の領域において、６０度付近を境目として、それより接触角が小さい領域は図９に、接触角が大きい領域は図１０に該当すると考えられる。
【００３７】
本実施の形態によれば、撥液膜２０７ａが、液状樹脂の接触角を基板２０１および金属膜２０４よりも大きくする物性、すなわち液状樹脂を弾く性質を有するので、空隙２０５内に液状樹脂が入ることを抑制することができる。
【００３８】
また空隙２０５の外側において液状樹脂が塗布される面に撥液性を付与する必要がないので、液状樹脂が弾かれてしまうことにより開口部２０６ａ、２０６ｂの閉塞が不完全となることを抑制することができる。
【００３９】
また、特許第３７４５６４８号公報の技術と異なり、液状樹脂が塗布された際に、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれにおいて空隙２０５内から空隙２０５外に向かう方向に重力を作用させる必要がない。よって重力により開口部２０６ａおよび２０６ｂに位置する液状樹脂が流れ落ちてしまうことで開口部２０６ａ、２０６ｂの閉塞が不完全となることを抑制することができる。
【００４０】
また開口部２０６ａおよび２０６ｂが基板２０１に接触する配置であっても、空隙２０５内面に形成された撥液膜２０７ａが液状樹脂を弾くことができるので、空隙２０５内に液状樹脂が入ることを抑制することができる。
【００４１】
また撥液膜２０７（図７）のうち空隙２０５の外に位置する部分の除去が、図８に示すように行なわれる。この除去が行なわれた領域において、液状樹脂が基板２０１および金属膜２０４のそれぞれと撥液膜２０７ａを介することなく接するため、この領域において液状樹脂が弾かれることに起因して開口部２０６ａ、２０６ｂの閉塞が不完全になることを防ぐことができる。
【００４２】
また撥液膜２０７がＣＦ系ポリマーからなる場合、撥液膜２０７の成膜と、撥液膜２０７の一部の除去とを、同一のＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて行なうことができる。すなわち２つの工程で設備を共用化することができる。
【００４３】
また撥液膜２０７ａがＳＡＭ膜の場合、膜厚が薄いので、撥液膜２０７ａを形成したことによるデバイス２０２の特性の変化を小さくすることができる。
【００４４】
なお本実施の形態においては空隙形成膜（第２の膜）として金属膜２０４が用いられたが、金属膜２０４の代わりに金属以外の材質からなる膜を用いることもできる。
【００４５】
（実施の形態２）
図１３は、本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の構成を概略的に示す斜視図である。図１４は、図１３のＸＩＶＡ−ＸＩＶＡ線に沿った概略断面図（Ａ）およびＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った概略断面図（Ｂ）である。なお図１３においては図を見やすくするために樹脂膜が図示されていない。
【００４６】
図１３および図１４を参照して、本実施の形態の中空構造を有する装置は、主表面を有する基板２０１と、金属膜６０４（空隙形成膜）と、樹脂膜６０８（閉塞膜）と、撥液膜６０７ａとを有している。
【００４７】
金属膜６０４は、開口部２０６ａ、２０６ｂおよび６０９を有する空隙２０５が基板２０１の主表面の一部との間に形成されるように設けられている。開口部６０９は金属膜６０４を貫通するように設けられている。開口部２０６ａ、２０６ｂおよび６０９のそれぞれを閉塞する樹脂膜６０８は、硬化された樹脂からなる。撥液膜６０７ａは、実施の形態１で説明した撥液膜２０７ａと同様の材質からなる。撥液膜６０７ａは空隙２０５の外には形成されていないため、空隙２０５の外においては、基板２０１および金属膜６０４のそれぞれと樹脂膜６０８とは撥液膜６０７ａを介することなく接している。
【００４８】
次に本実施の形態の中空構造を有する装置の製造方法について説明する。図１５〜図１７は、本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。なお図１５〜図１７の（Ａ）の断面位置は図１３のＸＩＶＡ−ＸＩＶＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１３のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線に沿った位置に対応している。
【００４９】
主に図１５を参照して、実施の形態１とほぼ同じ工程（図３〜図６に示す工程）により、基板２０１の主表面と金属膜６０４とに挟まれた空隙２０５が形成される。
【００５０】
図１６を参照して、上記空隙２０５の内面上に撥液膜６０７（第３の膜）が形成される。撥液膜６０７の形成方法は、実施の形態１で説明した撥液膜２０７の形成方法と同様である。
【００５１】
図１７を参照して、撥液膜６０７のうち空隙２０５の外に位置する部分が除去されることにより、撥液膜６０７から撥液膜６０７ａが形成される。この撥液膜６０７の一部の除去は、実施の形態１で説明した撥液膜２０７の一部の除去と同様の方法により行なうことができる。
【００５２】
再び図１４を参照して、空隙２０５の外側から開口部２０６ａ、２０６ｂおよび６０９上に液状樹脂が塗布されることで、開口部２０６ａ、２０６ｂおよび６０９のそれぞれを閉塞する樹脂膜６０８が形成される。この液状樹脂は、撥液膜６０７ａの材質からなる膜上における接触角が基板２０１および金属膜６０４の材質からなる膜上における接触角よりも大きくなる物性を有している。次に樹脂膜６０８が硬化される。
【００５３】
以上により本実施の形態の中空構造を有する装置が得られる。
次に上記の製造工程において開口部６０９に塗布された液状樹脂の状態について詳しく説明する。図１９および図２０の各々は、本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。なお、図１８は、比較例における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。また、図１８〜図２０の各々に図示された領域の位置は、図１４（Ａ）の破線部Ｃの領域の位置に対応している。また図１８〜図２０においては、液状樹脂はその液面のみが図示されている。
【００５４】
図１８を参照して、撥液膜が設けられない場合、圧力Ｐに伴い液面Ｆ１は液面Ｆ２Ｃに変化する。撥液膜６０７ａが空隙２０５内に形成されていないため、液面Ｆ２Ｃには矢印Ｄ１向きの成分Ｈ２Ｃを有する表面張力Ｔ２Ｃが作用し続ける。この結果、液面Ｆ２Ｃは空隙２０５内面にさらに引き込まれて空隙２０５内に向かって進みやすい。すなわち液状樹脂が空隙２０５内に入り込みやすい。
【００５５】
図１９を参照して、空隙２０５に入り込もうとする液状樹脂の液面Ｆ１には、まず開口部６０９から空隙２０５内面に広がっていく方向（図中破線矢印Ｄ１）に向かう成分を有する表面張力（図中破線矢印Ｔ１）が作用する。開口部６０９において空隙２０５側に向かう方向の圧力Ｐ（図中実線矢印）が加わることで、液面Ｆ１が液面Ｆ２に変化する。液状樹脂と撥液膜６０７ａの接触角が鋭角であっても、撥液膜６０７ａがない場合と比べて十分大きい場合、液面Ｆ２にも矢印Ｄ１と同じ向きの成分Ｈ２を有する表面張力（図中破線矢印Ｔ２）が作用するが、撥液膜６０７ａの撥液性によりＨ２＜＜Ｈ１であるため、液状樹脂塗布後に熱処理を行い、樹脂の溶媒の少なくとも一部を蒸発させることで、液状樹脂が空隙２０５内面に入り込んでいくことが抑制される。
【００５６】
図２０を参照して、空隙２０５に入り込もうとする液状樹脂の液面Ｆ１には、まず開口部６０９から空隙２０５内面に広がっていく方向（図中破線矢印Ｄ１）に向かう成分を有する表面張力（図中破線矢印Ｔ１）が作用する。開口部６０９において空隙２０５側に向かう方向の圧力Ｐ（図中実線矢印）が加わることで、液面Ｆ１が液面Ｆ３に変化する。液状樹脂と撥液膜６０７ａの接触角が鈍角の場合、液面Ｆ３には、撥液膜６０７ａの撥液性により、矢印Ｄ１と逆向きの成分Ｈ３を有する表面張力（図中破線矢印Ｔ３）が作用する。よって液状樹脂が空隙２０５内面に広がっていくことが抑制される。
【００５７】
図１８および図１９に関しても、説明を補足する。この場合も図９および図１０の場合と同様に、図１２に示すグラフを参照すると、接触角が鋭角の領域において、６０度付近を境目として、それより接触角が小さい領域は図１８に、接触角が大きい領域は図１９に該当すると考えられる。
【００５８】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５９】
本実施の形態によれば、金属膜６０４を貫通するような開口部６０９が形成されている場合において実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
（実施の形態３）
図２１は、本発明の実施の形態３における中空構造を有する装置としての半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。図２１を参照して、本実施の形態の半導体装置は、主に、主表面を有する半導体基板８０１（基板）と、エアブリッジ配線８０４（空隙形成膜
）と、樹脂膜８０８（閉塞膜）と、撥液膜８０７ａとを有している。半導体基板８０１は、主表面側にゲート電極８０２と、ソース電極８１１と、ドレイン電極８１２とを有している。
【００６１】
エアブリッジ配線８０４は、導体からなり、半導体基板８０１の主表面の一部との間に空隙８０５が形成されるように設けられている。この空隙８０５は、実施の形態１または２と同様の開口部（本実施の形態において図示せず）を有している。またエアブリッジ配線８０４は、ゲート電極８０２の上方を空隙８０５を介して交差している。このためエアブリッジ配線８０４とゲート電極８０２との間の領域の誘電率が小さいので、両者の間の配線間容量が小さくなっている。
【００６２】
なお開口部を閉塞する樹脂膜８０８は、実施の形態１と同様の硬化された樹脂からなる。撥液膜８０７ａは、液状樹脂の接触角を基板８０１およびエアブリッジ配線８０４よりも大きくする物性を有している。撥液膜８０７ａは空隙８０５の外には形成されていないため、空隙８０５の外においては、半導体基板８０１およびエアブリッジ配線８０４のそれぞれと樹脂膜８０８とは撥液膜８０７ａを介することなく接している。撥液膜８０７ａの材質は撥液膜２０７ａの材質と同様である。
【００６３】
次に本実施の形態の中空構造を有する装置の製造方法について説明する。図２２および図２３は、本発明の実施の形態３における中空構造を有する装置としての半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００６４】
図２２を参照して、半導体基板８０１の主表面上に、ゲート電極８０２と、ソース電極８１１と、ドレイン電極８１２とが形成される。次に、ゲート電極８０２を覆い、かつソース電極８１１の一部が露出されるように、犠牲層（本実施の形態において図示せず）が形成される。次に、犠牲層の表面の一部を露出する開口部が形成されるように、犠牲層から露出したソース電極８１１の一部を覆うエアブリッジ配線８０４が形成される。次に開口部から犠牲層が除去されることにより、半導体基板８０１の主表面とエアブリッジ配線８０４とに挟まれた空隙８０５が形成される。
【００６５】
図２３を参照して、空隙８０５の内面上に撥液膜が形成される。この撥液膜のうち空隙８０５の外に位置する部分が除去されることにより、撥液膜８０７ａが形成される。
【００６６】
再び図２１を参照して、空隙８０５の外側から開口部上に液状樹脂が塗布されることで、開口部を閉塞する樹脂膜８０８が形成される。次に樹脂膜８０８が硬化される。
【００６７】
以上により本実施の形態の半導体装置が得られる。
本実施の形態によれば、エアブリッジ配線８０４とゲート電極８０２との間に、液状樹脂が入り込むことを抑制することができる。すなわちエアブリッジ配線８０４とゲート電極８０２との間に樹脂膜８０８が形成されてしまうことを抑制することができる。よってエアブリッジ配線８０４とゲート電極８０２との間の配線間容量の増加を抑制することができる。このような配線間容量の抑制は、特に高周波デバイスにおいて求められる。よって本実施の形態は、半導体装置が高周波デバイスである場合に有効である。
【００６８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、中空構造を有する装置およびその製造方法に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った概略断面図（Ａ）およびＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った概略断面図（Ｂ）である。
【図３】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図４】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図５】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図６】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図７】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図８】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第６工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図９】本発明実施の形態1に対する比較例における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図１２】接触角に対する水平方向の液状樹脂の浸入量の実験結果の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１４】図１１のＸＩＩＡ−ＸＩＩＡ線に沿った概略断面図（Ａ）およびＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った概略断面図（Ｂ）である。
【図１５】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１１のＸＩＩＡ−ＸＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図１６】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１１のＸＩＩＡ−ＸＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図１７】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１１のＸＩＩＡ−ＸＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図１８】本発明実施の形態２に対する比較例における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態３における中空構造を有する装置としての半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態３における中空構造を有する装置としての半導体装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態３における中空構造を有する装置としての半導体装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
２０１ 基板、２０２ デバイス、２０３ 犠牲層、２０４，６０４ 金属膜、２０５，８０５ 空隙、２０６ａ，２０６ｂ，６０９ 開口部、２０７，２０７ａ，６０７，６０７ａ，８０７ａ 撥液膜、２０８，６０８，８０８ 樹脂膜、８０１ 半導体基板、８０２ ゲート電極、８０４ エアブリッジ配線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空構造を有する装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスおよび半導体デバイスの中には中空構造を有するものがある。ＭＥＭＳデバイスにおいては、可動部が中空構造の空隙内で動作するように設けられることにより、この可動部が円滑に動作可能となる（たとえば特開２００４−１７４７７９号公報および特許第３７４５６４８号公報参照）。
【０００３】
特開２００４−１７４７７９号公報によれば、ＭＥＭＳデバイスである静電型アクチュエータの技術が開示されている。この公報に記載された一実施形態によれば、静電型アクチュエータは振動板と電極との間に空隙を有している。この空隙は犠牲層が犠牲層除去孔からエッチングにより除去されることにより形成される。この犠牲層除去孔は、空隙形成後、樹脂膜の成膜により封止される。この樹脂膜は空隙内に入り込まないように形成される。樹脂膜が成膜される面には、あらかじめプラズマ処理が施される。
【０００４】
この公報によれば、上記のプラズマ処理により樹脂膜が成膜される面の樹脂との濡れ性が低下するので樹脂が空隙内に染み込むことを防止することができる、とされている。
【０００５】
特許第３７４５６４８号公報によれば、中空構造を有する微細構造の製造方法が開示されている。この公報に記載された一実施形態によれば、まず基板上に凹部が形成される。次に凹部内に犠牲膜が充填される。次に、開口部を備えた板状の蓋が、凹部の側壁より開口部が離間した状態で、凹部を覆うように配置されて固定される。次に開口部より犠牲膜がエッチング除去されて蓋の下に凹部による空間が形成される。次に、蓋の上に液状の材料が塗布されて塗布膜が形成される。この直後に、たとえば塗布膜が基板より下方に配置される。この後、塗布膜が固化されることで蓋の上に封止膜が形成されて開口部が塞がれる。
【０００６】
この公報によれば、塗布された封止膜が下側、すなわち重力の作用する側に配置されることで、封止膜が上記空間に侵入することが抑制される、とされている。また蓋の開口部が凹部側壁に接触しない状態に配置されることで、塗布される液の空間内への流入を防ぐことができるとされている。
【特許文献１】特開２００４−１７４７７９号公報
【特許文献２】特許第３７４５６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００４−１７４７７９号公報によれば樹脂膜が成膜される面に対する液状樹脂の塗れ性が低いので、樹脂膜の成膜時に液状樹脂が弾かれてしまうために犠牲層除去孔（開口部）が封止されないことがあるという問題があった。また空隙の内面に対しては液状樹脂の濡れ性を低くするような処理がなされていないので、開口部から染み込んだ液状樹脂が空隙と開口部との境界まで到達した場合は、液状樹脂膜が表面張力により空隙内面に引き込まれてしまうことによって空隙内に液状樹脂膜が深く入り込んでしまうことがあるという問題があった。
【０００８】
また特許第３７４５６４８号公報によれば塗布された封止膜（液状樹脂）が重力の作用する側に配置されるので、液状樹脂が塗布直後に重力により流れ落ちてしまうために開口部が封止されないことがあるという問題があった。また開口部を凹部（空隙）側壁に接触しない状態に配置しなければならないという構造上の制限があり、この制限が満たされない場合は封止膜が上記空間内に流入しやすくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、空隙内に液状樹脂が深く入り込んでしまうことなしに、確実に開口部を閉塞することができる、中空構造を有する装置、およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の中空構造を有する装置は、主表面を有する基板と、空隙形成膜と、開口部を閉塞する閉塞膜と、撥液膜とを有している。空隙形成膜は、開口部を有する空隙が主表面の一部との間に形成されるように設けられている。閉塞膜は、硬化された樹脂からなり、開口部を閉塞する。撥液膜は、空隙の内面上に設けられ、液状状態の樹脂の接触角を基板および空隙形成膜よりも大きくする物性を有している。
【００１１】
本発明の中空構造を有する装置の製造方法は、以下の工程を有している。
基板の主表面の一部を覆う第１の膜が形成される。第１の膜から露出した主表面の少なくとも一部を覆い、第１の膜の表面の一部を露出する開口部が形成されるように第１の膜を覆う第２の膜が形成される。開口部から第１の膜を除去することにより、主表面と第２の膜とに挟まれた空隙が形成される。空隙の内面上に第３の膜が形成される。第３の膜の材質からなる膜上における接触角が基板および第２の膜の材質からなる膜上における接触角よりも大きくなる物性を有する液状樹脂を、空隙の外側から開口部上に塗布することにより、開口部が閉塞される。液状樹脂が硬化される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撥液膜（第３の膜）が、基板および空隙形成膜（第２の膜）よりも液状状態の樹脂の接触角を大きくする物性、すなわち液状樹脂を弾く性質を有するので、空隙内に液状樹脂が入ることを抑制することができる。
【００１３】
また液状樹脂が塗布される面に液状樹脂を弾く性質を付与する必要、またはこの面を液状樹脂が流れ落ちる方位にする必要がないので、液状樹脂が硬化前に開口部から流出してしまうことを抑制できる。よって開口部を樹脂で確実に閉塞することができる。
【００１４】
また開口部が基板面に接触する配置の場合であっても、空隙の内面上に設けられた膜が液状樹脂を弾くことができるので、空隙内に液状樹脂が入ることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った概略断面図（Ａ）およびＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った概略断面図（Ｂ）である。なお図１においては図を見やすくするために樹脂膜が図示されていない。
【００１６】
図１および図２を参照して、本実施の形態の中空構造を有する装置は、主表面を有する基板２０１と、金属膜２０４（空隙形成膜）と、樹脂膜２０８（閉塞膜）と、撥液膜２０７ａとを有している。
【００１７】
主表面を有する基板２０１は、主表面側にデバイス２０２を有している。デバイス２０２は、たとえば半導体装置におけるトランジスタ素子またはＭＥＭＳ装置における可動部である。金属膜２０４は、開口部２０６ａおよび２０６ｂを有する空隙２０５が基板２０１の主表面の一部との間に形成されるように設けられている。開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれは基板２０１に接している。開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれを閉塞する樹脂膜２０８は、硬化された樹脂からなる。撥液膜２０７ａは、液状状態の上記樹脂（液状樹脂）の接触角を基板２０１および金属膜２０４よりも大きくする物性を有している。すなわち撥液膜２０７ａは液状状態の上記樹脂を弾く性質（撥液性）を有している。撥液膜２０７ａは空隙２０５の外には形成されていないため、空隙２０５の外においては、基板２０１および金属膜２０４のそれぞれと樹脂膜２０８とは撥液膜２０７ａを介することなく接している。
【００１８】
撥液膜２０７ａは、たとえばＳＡＭ膜(Self Assembled Monolayer)である。ここでＳＡＭ膜とは、たとえば有機分子が自発的に集合して構造形成された単分子膜である。好ましくは、撥液膜２０７ａは、撥水性および耐熱性の高い膜であり、たとえばＦＤＴＳ(Perfluorodecyltrichlorosilane)、ＤＤＭＳ(Dichlorodimethylsilane)またはＯＴＳ(Octadecyltrichlorosilane)である。
【００１９】
あるいは撥液膜２０７ａは、Ｃ（炭素）およびＦ（フッ素）を含有する分子の重合膜（ＣＦ系ポリマー）からなる。
【００２０】
樹脂膜２０８の材質は、上記のように、液状樹脂が撥液膜２０７ａによって弾かれるような材質が選択される。好ましくは樹脂膜２０８の材質は、高い耐熱性を有する熱硬化性の樹脂であり、たとえばポリイミドである。
【００２１】
次に本実施の形態の中空構造を有する装置の製造方法について説明する。図３〜図８は、本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。なお図３〜図８の（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【００２２】
図３を参照して、基板２０１上にデバイス２０２が形成される。
図４を参照して、基板２０１の主表面の一部を覆うように犠牲層２０３（第１の膜）が形成される。犠牲層２０３はデバイス２０２を覆うように形成される。犠牲層２０３の形状は通常のパターニング技術により形成することができる。
【００２３】
図５を参照して、犠牲層２０３から露出した基板２０１の主表面の少なくとも一部を覆い、犠牲層２０３の表面の一部を露出する開口部２０６ａおよび２０６ｂが形成されるように、犠牲層２０３を覆う金属膜２０４（第２の膜）が形成される。金属膜２０４の形状は、通常のパターニング技術により形成することができる。次に、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれから犠牲層２０３が除去される。犠牲層２０３の除去は、たとえばウェットエッチングにより行なわれる。
【００２４】
図６を参照して、上記の犠牲層２０３の除去により、基板２０１の主表面と金属膜２０４とに挟まれた空隙２０５が形成される。
【００２５】
図７を参照して、空隙２０５の内面上に撥液膜２０７（第３の膜）が形成される。撥液膜２０７は、等方的な成膜により形成される。ここで等方的な成膜とは、成膜される面の方位や位置によらず、おおよそ等しい厚みで被成膜物が堆積される成膜方法である。等方的な成膜が用いられることで、空隙２０５の内面にも撥液膜２０７を十分な厚みに形成することができる。
【００２６】
等方的な成膜は、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置にＣ4Ｆ8ガスを導入してＣＦ系ポリマーを形成することにより行なうことができる。またＣＶＤ装置の代わりに、たとえばＩＣＰ−ＲＩＥ(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching)装置を用いて成膜を行なうこともできる。
【００２７】
あるいは、等方的な成膜は、有機分子の自己集積化によりＳＡＭ膜を形成することで行なうことができる。ここで自己集積化とは、原子や分子が、それらが持つ集合性や相互作用により自発的にある規則性を持って配列していく現象である。
【００２８】
図８を参照して、撥液膜２０７のうち空隙２０５の外に位置する部分が除去されることにより、撥液膜２０７から撥液膜２０７ａが形成される。この撥液膜２０７の一部の除去は異方性エッチングにより行なうことができる。異方性エッチングは、たとえばＲＩＥ装置により行なうことができる。
【００２９】
再び図２を参照して、空隙２０５の外側から開口部２０６ａおよび２０６ｂ上に液状樹脂が塗布されることで、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれを閉塞する樹脂膜２０８が形成される。この液状樹脂は、撥液膜２０７ａの材質からなる膜上における接触角が基板２０１および金属膜２０４の材質からなる膜上における接触角よりも大きくなる物性を有している。液状樹脂の塗布は、たとえばスプレーコータまたはスピンコータを用いて行なうことができる。
【００３０】
次に樹脂膜２０８がホットプレートでベークされることで、液状樹脂の溶媒が少なくとも一部は揮発される。その後、樹脂の材質に適した温度および雰囲気でキュアが行なわれることにより樹脂膜２０８が硬化される。なお液状樹脂の溶媒の揮発は液状樹脂の塗布の際に行なわれてもよい。
【００３１】
以上により本実施の形態の中空構造を有する装置が得られる。
次に上記の製造工程において開口部２０６ａおよび２０６ｂに塗布された液状樹脂の状態について詳しく説明する。図１０および図１１は、本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。なお、図９は、比較例における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【００３２】
図９を参照して、液状樹脂の塗布の際に液状樹脂には開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれから空隙２０５内に向かう方向の圧力（図中破線矢印）が加わることがある。撥液膜が設けられない場合は、空隙２０５内面に対する液状樹脂の濡れ性が高いため、空隙２０５内面において、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれから空隙２０５内に向かう方向の成分Ｈａを有する表面張力Ｔａ（図中実線矢印）が働く。水平方向にはＨａが働くため、液状樹脂の液面が空隙２０５内に向かって進みやすい。すなわち液状樹脂が空隙２０５内に入り込みやすい。
【００３３】
図１０を参照して、空隙２０５に入り込もうとする液状樹脂には、撥液膜２０７ａに被覆された空隙２０５内面において、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれから空隙２０５内に向かう方向の成分Ｈｂを有する表面張力Ｔｂ（図中実線矢印）が働く。撥液膜２０７ａが設けられていない場合と比較して、液状樹脂の接触角は十分大きくなるため、表面張力の水平成分Ｈｂ＜＜Ｈａと考えられる。そのため液状樹脂塗布後に熱処理を行って樹脂中に含まれる溶媒の少なくとも一部を蒸発させることで、空隙２０５内への入り込みを抑制可能と考えられる。
【００３４】
図１１を参照して、空隙２０５に入り込もうとする液状樹脂には、撥液膜２０７ａに被覆された空隙２０５内面において、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれから空隙２０５の外側に向かう方向の成分Ｈｃを有する表面張力Ｔｃ（図中実線矢印）が働く。そのため液状樹脂の液面が空隙２０５内に向かって進んでいくことが抑制される。
【００３５】
図９および図１０に関して説明を補足する。実験結果の一例より、図１２に示すグラフを参照して、接触角（図９および図１０のそれぞれの場合、角度θａおよびθｂ）に対する水平方向の液状樹脂の浸入量を示している。実験において、接触角の異なる表面に対して、液状樹脂塗布後、溶媒を蒸発させる処理および、各樹脂に応じたキュアを行い、液状樹脂を硬化させた結果、樹脂が開口部から中空構造の空隙内へ、どれだけ浸入したかを示している。
【００３６】
接触角が８０度以上の場合は、浸入量は数μm程度でおさまった。接触角が６０度未満の場合、液状樹脂の濡れが良いため、浸入量は激増した。この結果においては、接触角が鋭角の領域において、６０度付近を境目として、それより接触角が小さい領域は図９に、接触角が大きい領域は図１０に該当すると考えられる。
【００３７】
本実施の形態によれば、撥液膜２０７ａが、液状樹脂の接触角を基板２０１および金属膜２０４よりも大きくする物性、すなわち液状樹脂を弾く性質を有するので、空隙２０５内に液状樹脂が入ることを抑制することができる。
【００３８】
また空隙２０５の外側において液状樹脂が塗布される面に撥液性を付与する必要がないので、液状樹脂が弾かれてしまうことにより開口部２０６ａ、２０６ｂの閉塞が不完全となることを抑制することができる。
【００３９】
また、特許第３７４５６４８号公報の技術と異なり、液状樹脂が塗布された際に、開口部２０６ａおよび２０６ｂのそれぞれにおいて空隙２０５内から空隙２０５外に向かう方向に重力を作用させる必要がない。よって重力により開口部２０６ａおよび２０６ｂに位置する液状樹脂が流れ落ちてしまうことで開口部２０６ａ、２０６ｂの閉塞が不完全となることを抑制することができる。
【００４０】
また開口部２０６ａおよび２０６ｂが基板２０１に接触する配置であっても、空隙２０５内面に形成された撥液膜２０７ａが液状樹脂を弾くことができるので、空隙２０５内に液状樹脂が入ることを抑制することができる。
【００４１】
また撥液膜２０７（図７）のうち空隙２０５の外に位置する部分の除去が、図８に示すように行なわれる。この除去が行なわれた領域において、液状樹脂が基板２０１および金属膜２０４のそれぞれと撥液膜２０７ａを介することなく接するため、この領域において液状樹脂が弾かれることに起因して開口部２０６ａ、２０６ｂの閉塞が不完全になることを防ぐことができる。
【００４２】
また撥液膜２０７がＣＦ系ポリマーからなる場合、撥液膜２０７の成膜と、撥液膜２０７の一部の除去とを、同一のＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて行なうことができる。すなわち２つの工程で設備を共用化することができる。
【００４３】
また撥液膜２０７ａがＳＡＭ膜の場合、膜厚が薄いので、撥液膜２０７ａを形成したことによるデバイス２０２の特性の変化を小さくすることができる。
【００４４】
なお本実施の形態においては空隙形成膜（第２の膜）として金属膜２０４が用いられたが、金属膜２０４の代わりに金属以外の材質からなる膜を用いることもできる。
【００４５】
（実施の形態２）
図１３は、本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の構成を概略的に示す斜視図である。図１４は、図１３のＸＩＶＡ−ＸＩＶＡ線に沿った概略断面図（Ａ）およびＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った概略断面図（Ｂ）である。なお図１３においては図を見やすくするために樹脂膜が図示されていない。
【００４６】
図１３および図１４を参照して、本実施の形態の中空構造を有する装置は、主表面を有する基板２０１と、金属膜６０４（空隙形成膜）と、樹脂膜６０８（閉塞膜）と、撥液膜６０７ａとを有している。
【００４７】
金属膜６０４は、開口部２０６ａ、２０６ｂおよび６０９を有する空隙２０５が基板２０１の主表面の一部との間に形成されるように設けられている。開口部６０９は金属膜６０４を貫通するように設けられている。開口部２０６ａ、２０６ｂおよび６０９のそれぞれを閉塞する樹脂膜６０８は、硬化された樹脂からなる。撥液膜６０７ａは、実施の形態１で説明した撥液膜２０７ａと同様の材質からなる。撥液膜６０７ａは空隙２０５の外には形成されていないため、空隙２０５の外においては、基板２０１および金属膜６０４のそれぞれと樹脂膜６０８とは撥液膜６０７ａを介することなく接している。
【００４８】
次に本実施の形態の中空構造を有する装置の製造方法について説明する。図１５〜図１７は、本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。なお図１５〜図１７の（Ａ）の断面位置は図１３のＸＩＶＡ−ＸＩＶＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１３のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線に沿った位置に対応している。
【００４９】
主に図１５を参照して、実施の形態１とほぼ同じ工程（図３〜図６に示す工程）により、基板２０１の主表面と金属膜６０４とに挟まれた空隙２０５が形成される。
【００５０】
図１６を参照して、上記空隙２０５の内面上に撥液膜６０７（第３の膜）が形成される。撥液膜６０７の形成方法は、実施の形態１で説明した撥液膜２０７の形成方法と同様である。
【００５１】
図１７を参照して、撥液膜６０７のうち空隙２０５の外に位置する部分が除去されることにより、撥液膜６０７から撥液膜６０７ａが形成される。この撥液膜６０７の一部の除去は、実施の形態１で説明した撥液膜２０７の一部の除去と同様の方法により行なうことができる。
【００５２】
再び図１４を参照して、空隙２０５の外側から開口部２０６ａ、２０６ｂおよび６０９上に液状樹脂が塗布されることで、開口部２０６ａ、２０６ｂおよび６０９のそれぞれを閉塞する樹脂膜６０８が形成される。この液状樹脂は、撥液膜６０７ａの材質からなる膜上における接触角が基板２０１および金属膜６０４の材質からなる膜上における接触角よりも大きくなる物性を有している。次に樹脂膜６０８が硬化される。
【００５３】
以上により本実施の形態の中空構造を有する装置が得られる。
次に上記の製造工程において開口部６０９に塗布された液状樹脂の状態について詳しく説明する。図１９および図２０の各々は、本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。なお、図１８は、比較例における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。また、図１８〜図２０の各々に図示された領域の位置は、図１４（Ａ）の破線部Ｃの領域の位置に対応している。また図１８〜図２０においては、液状樹脂はその液面のみが図示されている。
【００５４】
図１８を参照して、撥液膜が設けられない場合、圧力Ｐに伴い液面Ｆ１は液面Ｆ２Ｃに変化する。撥液膜６０７ａが空隙２０５内に形成されていないため、液面Ｆ２Ｃには矢印Ｄ１向きの成分Ｈ２Ｃを有する表面張力Ｔ２Ｃが作用し続ける。この結果、液面Ｆ２Ｃは空隙２０５内面にさらに引き込まれて空隙２０５内に向かって進みやすい。すなわち液状樹脂が空隙２０５内に入り込みやすい。
【００５５】
図１９を参照して、空隙２０５に入り込もうとする液状樹脂の液面Ｆ１には、まず開口部６０９から空隙２０５内面に広がっていく方向（図中破線矢印Ｄ１）に向かう成分を有する表面張力（図中破線矢印Ｔ１）が作用する。開口部６０９において空隙２０５側に向かう方向の圧力Ｐ（図中実線矢印）が加わることで、液面Ｆ１が液面Ｆ２に変化する。液状樹脂と撥液膜６０７ａの接触角が鋭角であっても、撥液膜６０７ａがない場合と比べて十分大きい場合、液面Ｆ２にも矢印Ｄ１と同じ向きの成分Ｈ２を有する表面張力（図中破線矢印Ｔ２）が作用するが、撥液膜６０７ａの撥液性によりＨ２＜＜Ｈ１であるため、液状樹脂塗布後に熱処理を行い、樹脂の溶媒の少なくとも一部を蒸発させることで、液状樹脂が空隙２０５内面に入り込んでいくことが抑制される。
【００５６】
図２０を参照して、空隙２０５に入り込もうとする液状樹脂の液面Ｆ１には、まず開口部６０９から空隙２０５内面に広がっていく方向（図中破線矢印Ｄ１）に向かう成分を有する表面張力（図中破線矢印Ｔ１）が作用する。開口部６０９において空隙２０５側に向かう方向の圧力Ｐ（図中実線矢印）が加わることで、液面Ｆ１が液面Ｆ３に変化する。液状樹脂と撥液膜６０７ａの接触角が鈍角の場合、液面Ｆ３には、撥液膜６０７ａの撥液性により、矢印Ｄ１と逆向きの成分Ｈ３を有する表面張力（図中破線矢印Ｔ３）が作用する。よって液状樹脂が空隙２０５内面に広がっていくことが抑制される。
【００５７】
図１８および図１９に関しても、説明を補足する。この場合も図９および図１０の場合と同様に、図１２に示すグラフを参照すると、接触角が鋭角の領域において、６０度付近を境目として、それより接触角が小さい領域は図１８に、接触角が大きい領域は図１９に該当すると考えられる。
【００５８】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５９】
本実施の形態によれば、金属膜６０４を貫通するような開口部６０９が形成されている場合において実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
（実施の形態３）
図２１は、本発明の実施の形態３における中空構造を有する装置としての半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。図２１を参照して、本実施の形態の半導体装置は、主に、主表面を有する半導体基板８０１（基板）と、エアブリッジ配線８０４（空隙形成膜
）と、樹脂膜８０８（閉塞膜）と、撥液膜８０７ａとを有している。半導体基板８０１は、主表面側にゲート電極８０２と、ソース電極８１１と、ドレイン電極８１２とを有している。
【００６１】
エアブリッジ配線８０４は、導体からなり、半導体基板８０１の主表面の一部との間に空隙８０５が形成されるように設けられている。この空隙８０５は、実施の形態１または２と同様の開口部（本実施の形態において図示せず）を有している。またエアブリッジ配線８０４は、ゲート電極８０２の上方を空隙８０５を介して交差している。このためエアブリッジ配線８０４とゲート電極８０２との間の領域の誘電率が小さいので、両者の間の配線間容量が小さくなっている。
【００６２】
なお開口部を閉塞する樹脂膜８０８は、実施の形態１と同様の硬化された樹脂からなる。撥液膜８０７ａは、液状樹脂の接触角を基板８０１およびエアブリッジ配線８０４よりも大きくする物性を有している。撥液膜８０７ａは空隙８０５の外には形成されていないため、空隙８０５の外においては、半導体基板８０１およびエアブリッジ配線８０４のそれぞれと樹脂膜８０８とは撥液膜８０７ａを介することなく接している。撥液膜８０７ａの材質は撥液膜２０７ａの材質と同様である。
【００６３】
次に本実施の形態の中空構造を有する装置の製造方法について説明する。図２２および図２３は、本発明の実施の形態３における中空構造を有する装置としての半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００６４】
図２２を参照して、半導体基板８０１の主表面上に、ゲート電極８０２と、ソース電極８１１と、ドレイン電極８１２とが形成される。次に、ゲート電極８０２を覆い、かつソース電極８１１の一部が露出されるように、犠牲層（本実施の形態において図示せず）が形成される。次に、犠牲層の表面の一部を露出する開口部が形成されるように、犠牲層から露出したソース電極８１１の一部を覆うエアブリッジ配線８０４が形成される。次に開口部から犠牲層が除去されることにより、半導体基板８０１の主表面とエアブリッジ配線８０４とに挟まれた空隙８０５が形成される。
【００６５】
図２３を参照して、空隙８０５の内面上に撥液膜が形成される。この撥液膜のうち空隙８０５の外に位置する部分が除去されることにより、撥液膜８０７ａが形成される。
【００６６】
再び図２１を参照して、空隙８０５の外側から開口部上に液状樹脂が塗布されることで、開口部を閉塞する樹脂膜８０８が形成される。次に樹脂膜８０８が硬化される。
【００６７】
以上により本実施の形態の半導体装置が得られる。
本実施の形態によれば、エアブリッジ配線８０４とゲート電極８０２との間に、液状樹脂が入り込むことを抑制することができる。すなわちエアブリッジ配線８０４とゲート電極８０２との間に樹脂膜８０８が形成されてしまうことを抑制することができる。よってエアブリッジ配線８０４とゲート電極８０２との間の配線間容量の増加を抑制することができる。このような配線間容量の抑制は、特に高周波デバイスにおいて求められる。よって本実施の形態は、半導体装置が高周波デバイスである場合に有効である。
【００６８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、中空構造を有する装置およびその製造方法に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った概略断面図（Ａ）およびＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った概略断面図（Ｂ）である。
【図３】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図４】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図５】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図６】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図７】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図８】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法の第６工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図９】本発明実施の形態1に対する比較例における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図１２】接触角に対する水平方向の液状樹脂の浸入量の実験結果の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１４】図１１のＸＩＩＡ−ＸＩＩＡ線に沿った概略断面図（Ａ）およびＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った概略断面図（Ｂ）である。
【図１５】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１１のＸＩＩＡ−ＸＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図１６】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１１のＸＩＩＡ−ＸＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図１７】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。なお（Ａ）の断面位置は図１１のＸＩＩＡ−ＸＩＩＡ線に沿った位置に対応し、（Ｂ）の断面位置は図１のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った位置に対応している。
【図１８】本発明実施の形態２に対する比較例における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態２における中空構造を有する装置の製造方法において、液状樹脂が塗布された状態を示す概略断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態３における中空構造を有する装置としての半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態３における中空構造を有する装置としての半導体装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態３における中空構造を有する装置としての半導体装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
２０１ 基板、２０２ デバイス、２０３ 犠牲層、２０４，６０４ 金属膜、２０５，８０５ 空隙、２０６ａ，２０６ｂ，６０９ 開口部、２０７，２０７ａ，６０７，６０７ａ，８０７ａ 撥液膜、２０８，６０８，８０８ 樹脂膜、８０１ 半導体基板、８０２ ゲート電極、８０４ エアブリッジ配線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有する基板と、
開口部を有する空隙が前記主表面の一部との間に形成されるように前記基板上に設けられた空隙形成膜と、
硬化された樹脂からなり、前記開口部を閉塞する閉塞膜と、
前記空隙の内面上に設けられ、液状状態の前記樹脂の接触角を前記基板および前記空隙形成膜よりも大きくする物性を有する撥液膜とを備えた、中空構造を有する装置。
【請求項２】
前記撥液膜は、有機分子が規則的に配列された単分子膜である、請求項１に記載の中空構造を有する装置。
【請求項３】
前記撥液膜は、炭素およびフッ素を含有する分子の重合膜である、請求項１に記載の中空構造を有する装置。
【請求項４】
前記基板および前記空隙形成膜の少なくともいずれかと、前記閉塞膜とが接する部分を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の中空構造を有する装置。
【請求項５】
前記基板は、前記空隙に面するゲートを有するトランジスタを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の中空構造を有する装置。
【請求項６】
前記空隙形成膜は導体からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の中空構造を有する装置。
【請求項７】
前記開口部は前記基板に接している、請求項１〜６のいずれかに記載の中空構造を有する装置。
【請求項８】
基板の主表面の一部を覆う第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜から露出した前記主表面の少なくとも一部を覆い、前記第１の膜の表面の一部を露出する開口部が形成されるように前記第１の膜を覆う第２の膜を形成する工程と、
前記開口部から前記第１の膜を除去することにより、前記主表面と前記第２の膜とに挟まれた空隙を形成する工程と、
前記空隙の内面上に第３の膜を形成する工程と、
前記第３の膜の材質からなる膜上における接触角が前記基板および前記第２の膜の材質からなる膜上における接触角よりも大きくなる物性を有する液状樹脂を、前記空隙の外側から前記開口部上に塗布することにより、前記開口部を閉塞する工程と、
前記液状樹脂を硬化させる工程とを備えた、中空構造を有する装置の製造方法。
【請求項９】
前記第３の膜は等方的な成膜により形成される、請求項８に記載の中空構造を有する装置の製造方法。
【請求項１０】
前記開口部を閉塞する工程の前に、前記第３の膜のうち前記空隙の外に位置する部分の少なくとも一部を除去する工程をさらに備えた、請求項８または９に記載の中空構造を有する装置の製造方法。
【請求項１】
主表面を有する基板と、
開口部を有する空隙が前記主表面の一部との間に形成されるように前記基板上に設けられた空隙形成膜と、
硬化された樹脂からなり、前記開口部を閉塞する閉塞膜と、
前記空隙の内面上に設けられ、液状状態の前記樹脂の接触角を前記基板および前記空隙形成膜よりも大きくする物性を有する撥液膜とを備えた、中空構造を有する装置。
【請求項２】
前記撥液膜は、有機分子が規則的に配列された単分子膜である、請求項１に記載の中空構造を有する装置。
【請求項３】
前記撥液膜は、炭素およびフッ素を含有する分子の重合膜である、請求項１に記載の中空構造を有する装置。
【請求項４】
前記基板および前記空隙形成膜の少なくともいずれかと、前記閉塞膜とが接する部分を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の中空構造を有する装置。
【請求項５】
前記基板は、前記空隙に面するゲートを有するトランジスタを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の中空構造を有する装置。
【請求項６】
前記空隙形成膜は導体からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の中空構造を有する装置。
【請求項７】
前記開口部は前記基板に接している、請求項１〜６のいずれかに記載の中空構造を有する装置。
【請求項８】
基板の主表面の一部を覆う第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜から露出した前記主表面の少なくとも一部を覆い、前記第１の膜の表面の一部を露出する開口部が形成されるように前記第１の膜を覆う第２の膜を形成する工程と、
前記開口部から前記第１の膜を除去することにより、前記主表面と前記第２の膜とに挟まれた空隙を形成する工程と、
前記空隙の内面上に第３の膜を形成する工程と、
前記第３の膜の材質からなる膜上における接触角が前記基板および前記第２の膜の材質からなる膜上における接触角よりも大きくなる物性を有する液状樹脂を、前記空隙の外側から前記開口部上に塗布することにより、前記開口部を閉塞する工程と、
前記液状樹脂を硬化させる工程とを備えた、中空構造を有する装置の製造方法。
【請求項９】
前記第３の膜は等方的な成膜により形成される、請求項８に記載の中空構造を有する装置の製造方法。
【請求項１０】
前記開口部を閉塞する工程の前に、前記第３の膜のうち前記空隙の外に位置する部分の少なくとも一部を除去する工程をさらに備えた、請求項８または９に記載の中空構造を有する装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００９−１８４０６７（Ｐ２００９−１８４０６７Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６４２４（Ｐ２００８−２６４２４）
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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