(57)【要約】【課題】高い信頼性を有するマイクロマシン装置を、簡素な製造工程で、低コストで製造する。【解決手段】本発明の一形態にかかるマイクロマシン装置１の製造方法は、絶縁基板１０上に信号線１５と駆動電極１４および下部電極１３を形成する工程と、前記信号線１５と前記駆動電極１４上に絶縁膜２０を形成する工程と、前記絶縁基板１０上に無機材料で構成された犠牲層１８ａを形成する工程と、前記犠牲層１８ａ上にブリッジ支持部１６ａとコンタクト部１６ｃを形成する工程と、前記ブリッジ支持部１６ａと前記コンタクト部１６ｃを接続する有機材料を用いた絶縁体接続継手１９を形成する工程と、前記犠牲層１８ａを除去する工程と、を備える。【選択図】図１
2010207987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に信号線と駆動電極および下部電極を形成する工程と、
前記信号線と前記駆動電極上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁基板上に無機材料で構成された犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上にブリッジ支持部とコンタクト部を形成する工程と、
前記ブリッジ支持部と前記コンタクト部を接続する有機材料を用いた絶縁体接続継手を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を備えてなるマイクロマシン装置の製造方法。
【請求項２】
絶縁基板上に信号線と駆動電極および下部電極を形成する工程と、
前記信号線と前記駆動電極上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁基板上に無機材料で構成された第一犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上にブリッジ支持部とコンタクト部を形成する工程と、
前記ブリッジ支持部と前記コンタクト部を接続する有機材料を用いた絶縁体接続継手を形成する工程と、
前記ブリッジ支持部と前記コンタクト部と前記絶縁体継手上に無機材料で構成された第二犠牲層を形成する工程と、
前記第二犠牲層上に前記第二犠牲層に連通する開口形状部を設け、有機材料を用いた第一封止膜を形成する工程と、
前記第一犠牲層と前記第二犠牲層を除去する工程と、
前記第一封止膜上に前記開口形状部を塞ぐ第二封止膜を形成する工程と、
を備えてなるマイクロマシン装置の製造方法
【請求項３】
前記有機材料はポリイミドまたはエポキシまたはベンゾシクロブテンのうち少なくとも１つを、
前記無機材料はアモルファスシリコンまたはポリシリコンまたはＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４のうち少なくとも１つを選択して使用されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のマイクロマシン装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば微小電気機械部品のパッケージング等のマイクロマシン装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシン装置として、図６に示すように、動作を伴うマイクロマシンとしての中空構造のＭＥＭＳ素子１０６が基板１０２上に搭載されたマイクロマシン装置（微小電気機械部品）１０１が知られている（例えば、特許文献１または２参照）マイクロマシン装置（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍｓ）１０１は、基板１０２、ＭＥＭＳ素子１０６、信号線１０５、駆動電極１０３で構成される。ＭＥＭＳ素子１０６の直下に、信号線１０５がＡｕなどで形成されている。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子１０６はブリッジ支持部１０６ａ及びコンタクト部１０６ｂが、雑音伝播防止のため絶縁体継手１０６ｃにより接続され、両持ちの梁構造に構成されている。コンタクト部１０６ｂは信号線１０５と数μｍ程度のギャップを持っている。ブリッジ支持部１０６ａ及びコンタクト部１０６ｂは、アルミや金などの導電性材料で構成されている。
【０００４】
このＭＥＭＳ素子１０６は静電力等の駆動力を与えることで信号線１０５の方へ接近する。また、この駆動力を除荷すると、ＭＥＭＳ素子１０６は自身のばね特性により、再び信号線１０５とギャップを持った位置に戻る。このようにＭＥＭＳ素子１０６と信号線１０５との間のギャップを変化させることで、可変電気容量、スイッチングなどの機能を果たす。
【０００５】
このようなマイクロマシン装置の製造工程は、まず、図７Ａに示すように、基板１０２上に、駆動電極１０３、信号線１０５を形成する。ついで、図７Ｂに示すように、駆動電極１０３上に絶縁膜１０４を形成する。次に、図７Ｃに示すように、マイクロマシンと基板間にギャップを持たせるために、後の工程で完全に除去する例えばポリイミドの有機膜を用いて犠牲層１０８を基板１０２上に形成する。次に、図７Ｄに示すように、犠牲層１０８上の信号線１０５の周囲に、例えばＳｉＯ２などからなる絶縁膜１０９を形成する。続いて、図７Ｅに示すように、犠牲層１０８及び絶縁膜１０９の上に、アルミや金などの電導性材料を用いてブリッジ支持部１０６ａを形成する。この後、図７Ｆに示すように、ブリッジ支持部１０６ａのほぼ中央部における信号線１０５の真上に位置する部分に、アルミや金などの導電性材料でコンタクト部１０６ｂを形成する。次に、図７Ｇに示すように、ブリッジ支持部１０６ａとコンタクト部１０６ｂのつなぎの部分に、例えばポリイミドの有機膜からなる絶縁部１０６ｃを形成する。次に、図７Ｈに示すように、絶縁部１０６ｃの上に、ＳｉＯ２等からなる絶縁膜１１０を形成する。この後、図７Ｉに示すように、犠牲層１０８をドライエッチングして除去する。そして、図７Ｊに示すように、コンタクト部１０６ｂの下部の無機系の絶縁膜１０９と上部の無機系の絶縁膜１１０をドライエッチングして除去し、マイクロマシン装置が完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−９７８５
【特許文献２】米国特許第７００８８１２Ｂ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の技術では、以下のような問題があった。すなわち、有機材料で構成された絶縁性の継手により接続してマイクロマシンを構成する構造の製造方法では、マイクロマシンの中空構造を成形する際に用いる犠牲層に同じ有機材料を用いると、犠牲層除去の工程において、絶縁接続継手をエッチングされないように保護する工程と犠牲層除去後に保護層を除去する工程などを加える必要があり、製造方法が複雑になる。
【０００８】
本発明は上述する問題を鑑みてなされたもので、製造工程を簡素化し、低コストなマイクロマシン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態にかかるマイクロマシン装置の製造方法は、絶縁基板上に信号線と駆動電極および下部電極を形成する工程と、前記信号線と前記駆動電極上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁基板上に無機材料で構成された犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上にブリッジ支持部とコンタクト部を形成する工程と、前記ブリッジ支持部と前記コンタクト部を接続する有機材料を用いた絶縁体接続継手を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るマイクロマシン装置の製造方法によれば、高い信頼性を有するマイクロマシン装置を、簡素な製造工程で、低コストで製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかるマイクロマシン装置を模式的に示す断面図。
【図２】同マイクロマシン装置を模式的に示す平面図。
【図３Ａ】同マイクロマシン装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図３Ｂ】同マイクロマシン装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図３Ｃ】同マイクロマシン装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図３Ｄ】同マイクロマシン装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図３Ｅ】同マイクロマシン装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本発明の第二の実施形態にかかるマイクロマシン装置を模式的に示す断面図。
【図５Ａ】同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。
【図５Ｂ】同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。
【図５Ｃ】同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。
【図５Ｄ】同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。
【図５Ｅ】同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。
【図５Ｆ】同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。
【図５Ｇ】同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。
【図５Ｈ】同マイクロマシン装置製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】マイクマシン装置の一例を模式的に示す断面図。
【図７Ａ】マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。
【図７Ｂ】マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。
【図７Ｃ】マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。
【図７Ｄ】マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。
【図７Ｅ】マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。
【図７Ｆ】マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。
【図７Ｇ】マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。
【図７Ｈ】マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。
【図７Ｉ】マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。
【図７Ｊ】マイクマシン装置の製造工程の一例を模式的に示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第一の実施形態］
以下に本発明の第一の実施形態にかかるマイクロマシン装置１について、図１及び図２を参照して説明する。なお、各図において適宜構成を拡大・縮小・省略して概略的に示している。図中Ｘ、Ｙ、Ｚは、互いに直交する三方向を示している。
【００１３】
図１に示すマイクロマシン装置１は、例えば微小電気機械部品（ＭＥＭＳ）であり、基板１０を構成するベース基板１１及び絶縁層１２と、基板１０上に設けられた下部電極１３、駆動電極１４、及び信号線１５と、基板１０上において信号線１５を跨いで形成されたマイクロマシンとしてのＭＥＭＳ素子１６を備えている。
【００１４】
ベース基板１１は、シリコン（Ｓｉ）基板、ガラス基板、またはサファイア基板であり、所定の板形状に形成されている。
【００１５】
絶縁層１２は、ベース基板１１上に形成され、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる。これらベース基板１１及び絶縁層１２により基板１０が構成される。
【００１６】
図２に示すように、基板１０上には、ＭＥＭＳ素子１６に接続される下部電極１３と、信号線１５と、駆動電極１４とが、形成されている。
【００１７】
下部電極１３はＭＥＭＳ素子１６の下端に接続されている。信号線１５はＡｕ（金）などで形成され、ＭＥＭＳ素子１６の直下にＹ方向にて延びている。駆動電極１４は例えばＡｕ又はＡｌにより形成され、ＭＥＭＳ素子１６の直下における信号線１５のＸ方向両側に至って設けられ、ＭＥＭＳ素子１６を駆動する機能を有する。
【００１８】
ＭＥＭＳ素子１６はマイクロマシンの可動機構部であり、図１に示すように、信号線１５を跨ぐ両持ち梁状に構成されている。ＭＥＭＳ素子１６は中央に位置するコンタクト部１６ｃと、コンタクト部１６ｃの両側を支持するブリッジ支持部１６ａとが、絶縁接続継手１９を介して接続されて梁状に構成されてなる。複数の部材としての支持部１６ａ及びコンタクト部１６ｃはばね特性の高いＴｉＮ、Ａｌなどで構成される。
【００１９】
コンタクト部１６ｃは、絶縁接続継手１９を介してブリッジ支持部１６ａに接続されることにより、基板１０上にギャップを介して支持される。コンタクト部１６ｃは信号線１５と数μｍ程度のギャップを持って離間して配されている。すなわち、コンタクト部１６ｃの直下の絶縁層１２の表面に信号線１５が配されている。コンタクト部１６ｃは、電界の作用により、信号線１５に対して接離するように変位する。
【００２０】
コンタクト部１６ｃの両側に配されるブリッジ支持部１６ａは、それぞれ片持ち梁状に構成されている。ブリッジ支持部１６ａの下端は下部電極１３に接続されている。ブリッジ支持部１６ａにより、コンタクト部１６ｃが基板１０上にギャップを持った状態で支持される。例えば、後述するように数μｍ程度の厚さを持つ犠牲層１８ａ上にＭＥＭＳ素子１６を形成するように製造プロセスを経ることで中空構造を確保することが可能である。
【００２１】
絶縁接続継手１９はポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテンなどの有機材料により構成され、雑音伝播防止の機能を果たす。
【００２２】
ＭＥＭＳ素子１６は、例えば、電界の作用として駆動電極１４から静電力等の駆動力が与えられると、信号線１５の方へ弾性変形して近接する。また、駆動力が除去されると、自身のばね特性により、再び元の位置に戻る。すなわち、ＭＥＭＳ素子１６は、静電力等の駆動力が印加、除荷されることにより、ＭＥＭＳ素子１６が駆動力に応じて信号線１５との間隔を変化させるように変形することで、マイクロマシン装置１の電気特性を変える。この変え方に応じて、可変電気容量、スイッチングなどの機能を果たす。
【００２３】
次に本発明にかかるマイクロマシン装置１の製造方法について図３Ａ〜図３Ｅを参照して説明する。
【００２４】
まず、図３Ａに示すように、ベース基板１１上に絶縁層１２を形成し、絶縁層１２上に下部電極１３、駆動電極１４及び信号線１５を形成する。後に、駆動電極１４および信号線１５上に絶縁膜２０を形成する。
【００２５】
次に、図３Ｂに示すように、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、アモルファスシリコン、ポリシリコンなどの無機膜を用いて犠牲層１８ａを、厚さ数μｍ程度の薄膜で例えばＰＥ−ＣＶＤにより形成する。そして図３Ｃに示すように犠牲層１８ａ上に、アルミやＴｉＮなどのばね性の高い金属材料を用いて可動する梁であるＭＥＭＳ素子１６を厚さ数μｍ程度の薄膜で形成する。
【００２６】
この後、図３Ｄに示すように、スピンコート等によりポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテンなどの有機材料を塗布し、露光、現像を実施し、ブリッジ支持部１６ａとコンタクト部１６ｃとの間に絶縁性接続継手１９を形成する。
【００２７】
この後、図３Ｅに示すように、犠牲層１８ａをドライエッチングして除去する。エッチング材として、ＨＦ混合ガス、ＸｅＦ２ガス、ＣＦ４系ガスなどを使用する。
【００２８】
ドライエッチングの際には、無機材料である犠牲層１８ａが選択にエッチングされ、金属材料を用いているＭＥＭＳ素子１６や、有機材料を用いている絶縁性接続継手１９がエッチングされることを防止できる。
【００２９】
ブリッジ支持部１６ａには、複数の貫通孔１６ｂが形成されている。この貫通孔１６ｂによりドライエッチングの際、短時間でブリッジ支持部下側の犠牲層１８ａを完全に除去することが可能となる。
【００３０】
以上により、ＭＥＭＳ素子１６が、信号線１５から離間する梁部分を有する所定の両持ち梁形状に形成される。
【００３１】
このような構成の本実施形態によれば、ＭＥＭＳ素子１６と絶縁接続継手１９と犠牲層１８ａの材料を変えることにより、製造工程を簡素化することができ、低コストなマイクロマシン装置を提供することができる。
【００３２】
［第二の実施形態］
図４及び図５は、本発明の第二の実施形態を示すものである。尚、第一の実施形態と同一構成には同一符号を付している。この第二の実施形態では、犠牲層を用いて中空構造を形成する工程を拡張し、ＭＥＭＳ素子を気密封止する構成にした。
【００３３】
図４に示すように、このマイクロマシン装置１では第１封止膜２１及び第２封止膜２２によって構成される封止体によってＭＥＭＳ素子１６が気密に封止されている。
【００３４】
以下、図５に従って、第二の実施形態のマイクロマシン装置の製造方法について説明する。尚、各薄膜材料、その厚み、形成方法等は、第一の実施形態と同じであるから、説明を省略する。
【００３５】
まず、図５Ａに示すように、絶縁基板１１上に、下部電極１３、駆動電極１４、信号線１５などを形成する。次に、駆動電極１４および信号線１５上に絶縁膜２０を形成する。そして、図５Ｂに示すように犠牲層１８ａを形成する。続いて、図５Ｃに示すように、犠牲層１８ａの上に、ブリッジ支持部１６ａとコンタクト部１６ｃを形成する。次に、図５Ｄに示すように、ブリッジ支持部１６ａとコンタクト部１６ｃの間に例えばポリイミドの有機膜からなる絶縁接続継ぎ手１９を形成する。
【００３６】
次に、図５Ｅに示すように、ＭＥＭＳ素子１６の上にＭＥＭＳ素子を覆うように例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、アモルファスシリコン、ポリシリコンなどの無機膜を用いて犠牲層１８ｂを、厚さ数μｍ程度の薄膜で例えばＰＥ−ＣＶＤにより形成する。このとき犠牲層１８ａと犠牲層１８ｂは同一の材料で構成されることが好ましいが、特に限定するものではない。
【００３７】
次に図５Ｆに示すように、犠牲層１８ｂの上に第一封止膜２１を形成する。第一封止膜２１は、常圧状態において、例えば圧力０．１ＭＰａ（大気圧）の条件下で、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテンなどの有機材料でスピンコートなどにより塗布され、露光、現像を経て、所定の厚さに成膜される。第一封止膜２１の厚さは例えば１μｍ程度である。
【００３８】
その際、第一封止膜２１に、ＭＥＭＳ素子１６の周囲の犠牲層１８ａ、１８ｂを除去する際に犠牲層除去用の流体を導入するための開口であり、犠牲層除去の後で閉塞される開口形状部２１ａを複数形成する。
【００３９】
第一封止膜２１は、その辺縁部分がＭＥＭＳ素子１６と離間した位置で周囲の絶縁層１２の上面に結合しているとともに、その中央部分が中空部１７を介してＭＥＭＳ素子１６を上方から覆う、すなわち第一封止膜２１はＭＥＭＳ素子１６から離間している。開口形状部２１ａはＭＥＭＳ素子１６の上方を含む周囲全域に２次元的に配列され、例えば５０μｍの間隔で形成される。
【００４０】
ついで、図５Ｇに示すように、犠牲層１８ａ、１８ｂをドライエッチングして除去する。エッチング材として、ＨＦ混合ガス、ＸｅＦ２ガス、ＣＦ４系ガスなどを使用する。
【００４１】
ドライエッチングの際には、無機材料である犠牲層１８ａ、１８ｂが選択にエッチングされ、金属材料を用いているＭＥＭＳ素子１６や、有機材料を用いている絶縁性接続継手１９や第一封止膜２１がエッチングされることを防止できる。
【００４２】
ブリッジ支持部１６ａには、複数の貫通孔１６ｂが形成されている。また、第一封止膜２１には開口形状部２１ａが複数、形成されている。よってエッチングの際、短時間で犠牲層１８ａ、１８ｂを完全に除去することが可能となる。この結果、第一封止膜２１の内部に中空部１７が形成される。
【００４３】
次に図５Ｈに示すように、開口形状部２１ａを閉塞する第二封止膜２２を第一封止膜２１上に形成する。例えば、常圧状態において、圧力０．１ＭＰａ（大気圧）の条件下で、ポリイミド等の有機材料をスピンコート法により塗布し、露光、現像によりパターニングし、硬化させ開口形状部２１ａを埋め、封止構造が完成する。
【００４４】
また、例えば、第二封止膜２２の防湿性を向上させるために、低透湿のＳｉＮを０．５〜１μｍの厚さでさらに覆うように第二封止膜２２を複数の膜で構成させることも可能である。また、第二封止膜２２の強度を向上させるために、例えば、エポキシ樹脂等で補強するように構成することも可能である。
【００４５】
また、例えば、大気圧プラズマＣＶＤにより第二封止膜２２を成膜することでも、中空部１７の圧力を大気圧雰囲気にすることが可能である。
【００４６】
また、中空部１７を真空雰囲気にする場合はプラズマＣＶＤ装置もしくはスパッタ装置の真空度の高いチャンバー内に投入し、第二封止膜２２を形成する。  
以上により、図４に示すマイクロマシン装置１が完成する。
【００４７】
本実施形態にかかるマイクロマシン装置１の製造方法は以下に掲げる効果を奏する。すなわち、絶縁接続継手１９を有機材料で、犠牲層１８ａ、１８ｂを無機材料で構成することにより、犠牲層１８ａ、１８ｂのドライエッチング工程において、絶縁接続継手１９にエッチングに対する保護層を設ける必要がなく、絶縁接続継手１９がエッチングされず、残留させることが可能となり、製造工程を簡素化することが可能で、マイクロマシン装置の低コスト化が可能となる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各構成要素の材質、形状、配置、サイズ、構造・動作等を適宜変更して実施することができる。例えばＭＥＭＥ素子１６は片持ち梁状であってもよく、犠牲層の除去方法として薬液によるウェットエッチング等が挙げられる。
【００４９】
また、複数の犠牲層１８ａ、１８ｂは同一材料に限らず適用可能である。
【００５０】
この他、本発明は、実施段階においてその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…マイクロマシン装置、１０…基板、１１…ベース基板、１２…絶縁層、
１３…下部電極、１４…駆動電極、１５…信号線、１６…ＭＥＭＳ素子、
１６ａ…ブリッジ支持部、１６ｂ…貫通孔、１６ｃ…コンタクト部、１７…中空部、
１８ａ、１８ｂ…犠牲層、１９…絶縁体接続継手、２０…絶縁膜、２１…第一封止膜、
２１ａ…開口形状部、２２…第二封止膜。
【図１】
2010207987.tif 000003
【図２】
2010207987.tif 000004
【図３Ａ】
2010207987.tif 000005
【図３Ｂ】
2010207987.tif 000006
【図３Ｃ】
2010207987.tif 000007
【図３Ｄ】
2010207987.tif 000008
【図３Ｅ】
2010207987.tif 000009
【図４】
2010207987.tif 000010
【図５Ａ】
2010207987.tif 000011
【図５Ｂ】
2010207987.tif 000012
【図５Ｃ】
2010207987.tif 000013
【図５Ｄ】
2010207987.tif 000014
【図５Ｅ】
2010207987.tif 000015
【図５Ｆ】
2010207987.tif 000016
【図５Ｇ】
2010207987.tif 000017
【図５Ｈ】
2010207987.tif 000018
【図６】
2010207987.tif 000019
【図７Ａ】
2010207987.tif 000020
【図７Ｂ】
2010207987.tif 000021
【図７Ｃ】
2010207987.tif 000022
【図７Ｄ】
2010207987.tif 000023
【図７Ｅ】
2010207987.tif 000024
【図７Ｆ】
2010207987.tif 000025
【図７Ｇ】
2010207987.tif 000026
【図７Ｈ】
2010207987.tif 000027
【図７Ｉ】
2010207987.tif 000028
【図７Ｊ】
2010207987.tif 000029