(57)【要約】【課題】封止体を剛性の高い構造とすることで、大気との圧力差、または有機膜の熱膨張による変形を抑制できる中空封止構造体を提供する。【解決手段】マイクロマシン装置１は、基板１１と、前記基板１１に設けられ、電界の作用により変形する機構を備え該変形に伴って電気特性を変化させるＭＥＭＳ素子１６と、前記基板１１の主面上に設けられ、中空部１７を介して前記ＭＥＭＳ素子１６を覆う封止体２０と、前記中空部１７において前記基板１１と連結して前記封止体２０を支える支持部１９と、を有することを特徴とする。【選択図】      図２
2010123679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた被封止部と、
前記基板の主面上に設けられ、中空部を介して前記被封止部を覆う封止体と、
前記中空部内で前記基板及び前記封止体と連結して前記封止体を支える支持部と、を有し、
前記開口形状部は、前記支持部と該支持部に最も近い前記開口形状部との距離をa、前記最も近い開口形状部以外の複数の前記開口形状部間の最長距離をbとすると、a>b/2を満たすように配置されたことを特徴とする中空封止構造体。
【請求項２】
前記被封止部として、電界の作用により変形する機構を備え該変形に伴って電気特性を変化させるマイクロマシンが複数設けられるとともに、前記支持部は、前記中空部における前記複数のマイクロマシン同士の間に設けられたことを特徴とする請求項１記載の機能素子の中空封止構造体。
【請求項３】
前記支持部が、前記中空部を形成する過程で形成された犠牲層で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の中空封止構造体。
【請求項４】
前記支持部は、前記基板と前記封止体との間に形成されそのうち所定の部分が除去されて前記中空部を構成する被腐食材の、他の部分が残されて前記基板と前記封止体とに連結されて構成された、ことを特徴とする請求項１又は２記載の中空封止構造体。
【請求項５】
前記封止体は、前記基板の主面上に設けられ中空部を介して前記被封止部を覆うとともに前記中空部と外部とを連通する第１開口形状部を有する第１封止体と、前記第１封止体上に成膜され前記開口形状部を塞ぐ第２封止体と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の中空封止構造体。
【請求項６】
前記封止体は、
無機材料を含み、前記基板の主面上に設けられ、中空部を介して前記被封止部を覆うとともに、前記中空部と外部とを連通する開口形状部を有する、内側無機封止膜と、
有機材料を含み、前記内側無機封止膜上に成膜され、前記開口形状部を塞ぐ有機封止膜と、
前記有機材料よりも低い透湿性を有する無機材料を含み、前記有機封止膜上に成膜されて前記有機封止膜を覆う外側無機封止膜と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の中空封止構造体。
【請求項７】
電界の作用により変形する機構を備えるとともに該変形に伴って電気特性を変化させるマイクロマシンを、基板に配する工程と、
前記基板及び前記マイクロマシン上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層及び前記基板の主面上に、前記犠牲層を介して前記マイクロマシンを覆うとともに前記犠牲層に連通する開口形状部を有する第１封止体を形成する工程と、
前記開口形状部から犠牲層除去用の流体を導入して前記犠牲層を除去するとともに、所定の部分における犠牲層を前記基板と前記第１封止体とを連結させて残し、前記中空部内で前記犠牲層によって前記第１封止体を支持する支持部を形成する工程と、
前記第１封止体上に、第２封止体を成膜する工程と、
を備えた特徴とする中空封止構造体の製造方法。
【請求項８】
電界の作用により変形する機構を備えるとともに該変形に伴って電気特性を変化させるマイクロマシンを、基板に配する工程と、
前記マイクロマシン上に犠牲層を形成する工程と、
減圧下において、前記犠牲層及び前記基板の主面上に、無機材料を含み、前記犠牲層を介して前記マイクロマシンを覆うとともに、前記中空部に連通する開口形状部を有する、内側無機封止膜を形成する工程と、
前記開口形状部から犠牲層除去用の流体を導入して前記犠牲層を除去するとともに、所定の部分における犠牲層を前記基板と前記第１封止体とを連結させて残し、前記中空部内で前記犠牲層によって前記第１封止体を支持する支持部を形成する工程と、
前記内側無機封止膜の前記開口形状部を覆うように、有機材料からなる有機封止膜を形成する工程と、
減圧下において、前記有機材料よりも低い透湿性を有する無機材料からなる外側無機封止膜を形成し、前記有機封止膜の外側を覆う工程と、を備えたことを特徴とする中空封止構造体の製造方法。
【請求項９】
前記支持部と該支持部に最も近い前記開口形状部との距離をa、前記支持部を形成しない領域に配列された複数の前記開口形状部間の最長距離をb、エッチング距離をcとすると、b/2＜c＜aを満たすように設定されたことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の中空封止構造体の製造方法。
【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中空封止体及び中空封止体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空封止体の一例として、図１１及び図１２に示されるように、基板１０２上に動作を伴うマイクロマシンとしてのＭＥＭＳ素子１０４が搭載され、中空に封止された、微小電気機械部品（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍｓ）１０１が知られている（例えば、特許文献１または２参照）。微小電気機械部品１０１は、基板１０２、絶縁層１０３、ＭＥＭＳ素子１０４、信号用配線１０５、駆動電極１０６、下部電極１０７、第１封止体１０８および第２封止体１０９で構成され、内部に中空部１１０を構成する。ＭＥＭＳ素子１０４は両持ちの梁構造であり、梁の中央部分が信号用配線１０５と数μｍ程度のギャップを持って成形されている。ＭＥＭＳ素子１０４の直下の絶縁層１０３には、信号用配線１０５がＡｕなどで形成されている。ＭＥＭＳ素子１０４は、ばね特性の高いＰｏｌｙ−Ｓｉ（ポリシリコン）もしくはＡｌ（アルミニウム）などで構成されており、静電力等の駆動力を与えることで信号用配線１０５の方へ近接する。また、この駆動力を除荷すると、ＭＥＭＳ素子１０４は自身のばね特性により、再び信号用配線１０５とギャップを持った位置に戻る。このようにＭＥＭＳ素子１０４と信号用配線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。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子１０４の動作と保護のため、これを中空に封止する必要がある。製造コストの低減や小型化を目的として成膜プロセスによるマイクロマシン装置の製造方法が提供されている。図１３に示すように、まずＭＥＭＳ素子１０４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犠牲層１１１を基板１０２上に形成する。ついで、ＭＥＭＳ素子１０４を、犠牲層１１１上に形成する。この犠牲層１１１上に形成されたＭＥＭＳ素子１０４に、第２の犠牲層１１２を形成する。第２の犠牲層１１２上に、第１封止体１０８を形成する。第１封止体１０８に、成膜中もしくは成膜後に、ＭＥＭＳ素子１０４の周囲の犠牲層１１１，１１２を除去する際にエッチング材を導入するための開口形状部１０８ａを形成する。犠牲層除去用エッチング材を開口形状部１０８ａより導入し、全ての犠牲層１１１，１１２を完全に除去する。最後に第２封止体１０９を、開口形状部１０８ａが完全に閉口するまで第１封止体１０８上に形成する。以上により、図１０に示すように、第１および第２封止体１０８，１０９で構成された封止体によって、ＭＥＭＳ素子１０４を中空に封止することが可能となる。このようなマイクロマシン装置１０１では、封止体は封止される対象となるマイクロマシン装置１０１の外周部分において基板に支持され、中央部分が基板と離間して浮いている構造となっている。また、小型化のために複数のマイクロマシンを一つの中空部内に封止する場合もある。
【特許文献１】特開２００５−２０７９５９号公報
【特許文献２】米国特許第７００８８１２Ｂ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。封止体はマイクロマシンの周辺部分のみで支持される構成であるため、大気との圧力の差や熱膨張により変形する場合がある。例えば、第二封止膜を減圧したチャンバー内で行うプロセスで成膜した場合には、中空部が大気よりも低い気圧となる。このため大気と中空部の圧力差が封止膜に負荷として生じる。小型化のために複数の機能素子を一つの封止構造体で覆うと、封止膜の外形が大きくなり、この影響が著しくなって、場合によっては封止構造体が大きな変形を伴って機能素子と接触し、もしくは破断する場合がある。また、封止構造体形成後に、パッケージ組立てなどのプロセスで高温に加熱されると、有機膜が著しく膨張して第一封止膜と基板を引き剥がすような応力が生じる。封止構造体が大きな変形を伴って基板と封止体が剥がれる恐れがある。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、封止体を剛性の高い構造とすることで、大気との圧力差、または有機膜の熱膨張による変形を抑制できる中空封止構造体を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様にかかる中空封止構造体は、基板と、前記基板上に設けられた被封止部と、前記基板の主面上に設けられ、中空部を介して前記被封止部を覆う封止体と、前記中空部内で前記基板及び前記封止体と連結して前記封止体を支える支持部と、を有し、前記開口形状部は、前記支持部と該支持部に最も近い前記開口形状部との距離をa、前記最も近い開口形状部以外の複数の前記開口形状部間の最長距離をbとすると、a>b/2を満たすように配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、大気との圧力差、または有機膜の熱膨張による変形を抑制できる中空封止構造体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の第１実施形態にかかるマイクロマシン装置１について、図１乃至図３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。
【０００９】
マイクロマシン装置１（中空封止構造体）は例えば微小電気機械部品（ＭＥＭＳ）であり、基板を構成するベース基板１１及び絶縁層１２と、信号用配線１５と、被封止体としての２つのＭＥＭＳ素子１６（マイクロマシン）等を備えるとともに、封止体２０が基板と結合して、内部に常圧の気体が封入された雰囲気が形成される中空部１７を形成した状態で、気密に封止されている。封止体２０は、中空部１７を規定する第１封止体２１と第２封止体２２とが順次積層されて構成されている。ここでは、例えば２つのＭＥＭＳ素子１６を一つの中空部１７内に封止した場合を示す。
【００１０】
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。  
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により基板が構成される。
【００１１】
絶縁層１２の上面には、下部電極１３、駆動電極１４、信号用配線１５及びＭＥＭＳ素子１６が形成されている。信号用配線１５はＡｕ（金）などで形成され、図２中Ｙ方向に延びて形成されている。駆動電極１４は、絶縁層１２上であって、信号用配線１５を挟んで図１中Ｘ方向における両側に設けられている。
【００１２】
絶縁層１２の上面には、ＭＥＭＳ素子１６が形成されている。ＭＥＭＳ素子１６は封止体２０の外部に通じる下部電極１３に接続されている。ＭＥＭＳ素子１６の直下の絶縁層１２の表面には、信号用配線１５が配置されている。
【００１３】
ＭＥＭＳ素子１６はマイクロマシンの可動機構部であり、段差を有する両持ち梁状を成し、その両端部分は下部電極１３に接続され、中央の梁部１６ａは、信号用配線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。例えば、後述するように数μｍ程度の厚さをもつ犠牲層１８ａ上にＭＥＭＳ素子１６を形成するような製造プロセスを経ることでギャップ構造を確保することが可能である。
【００１４】
ＭＥＭＳ素子１６は、例えばＰｏｌｙ−ＳｉやＡｌ等で構成されて両持ち梁状に構成されている。この梁状のＭＥＭＳ素子１６は、ばね特性を有し、その中央部分が上下方向に変位するように厚み方向に弾性的に曲げ変形可能であり、弾性復元力を有する。
【００１５】
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、弾性変形して中央部分が信号用配線１５の方へ近接し、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用配線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。その変え方に応じて、可変電気容量、スイッチングなどの機能を果たす。
【００１６】
ＭＥＭＳ素子１６の梁部１６ａには、厚み方向に貫通された複数の開口１６ｂが形成されている。このため、梁部１６ａは、プルイン時に下方へ変形しやすい上、犠牲層除去用のドライエッチングガスがこの開口１６ｂを通ることにより短時間で犠牲層１８をエッチングすることが可能となる。
【００１７】
第１封止体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を上方から覆うように形成されている。すなわち、第１封止体２１はＭＥＭＳ素子１６から離間している。
【００１８】
第１封止体２１は、例えばＳｉＯ２で構成される厚さ１〜２μｍ程度の膜であり、ＭＥＭＳ素子１６と数〜数十μｍ程度距離を保って設置される。例えば、後述するように、数十μｍ程度の厚さをもつ犠牲層（被腐食材）を形成した後に第１封止体２１を形成し、犠牲層１８を除去することにより、中空部１７の形成が可能となる
第１封止体２１は、製造工程において、犠牲層除去用のドライエッチングガス（Ｏ２プラズマガス等）の導入のために設けられた開口であった第１開口形状部２１ａが複数設けられている。第１開口形状部２１ａは、複数箇所に配置されている。この開口形状部２１ａを含む第１封止体２１の外側は、第２封止体２２に覆われている。
【００１９】
第２封止体２２は、１〜２μｍ程度の厚みを有する膜であり、ＳｉＮ（シリコンナイトライド）等の無機材料から構成されている。第２封止体２２は第１開口形状部２１ａを気密に閉塞して、中空部１７を密封するように成膜される。
【００２０】
支持部１９は、第１封止体２１と絶縁層１２とを連結する柱状に構成され、第１封止体２１と第２封止体２２とで構成される封止体２０を下側から支えている。
【００２１】
この支持部１９により、減圧された中空部１７と外気との圧力差からの負荷による、封止体２０の変形を抑制することができる。支持部１９は後述する犠牲層１８ａ，１８ｂを成すポリイミド等により構成されている。すなわち、後に詳述するように犠牲層除去の際に、二つのＭＥＭＳ素子１６同士の間の所定部分を除去しないで残すことにより支持部１９が形成される。
【００２２】
このような構成のマイクロマシン装置１において、駆動電流が印加されたプルイン時には、ＭＥＭＳ素子１６の中央部分が下方に向かって変位するように梁部１６ａが変形し、信号用配線１５に接触するとともに、中央部分の左右近傍が駆動電極１４にそれぞれ接触する。
【００２３】
駆動電流を除荷したプルアウトの際には、プルイン時の変形が元に戻るよう弾性復元力が生じ、これにより中央部分が信号用配線１５及び駆動電極１４から離れる方向すなわち上方に向かって変位するように梁部１６ａが変形する。
【００２４】
以下、本実施形態にかかるマイクロマシン装置１の製造方法について図４乃至図９を参照して説明する。
【００２５】
まず、図４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上に信号用配線１５を形成する。ついで、図５に示すようにＭＥＭＳ素子１６として、例えば、Ａｕを構成材料として用いたカンチレバー構造を有する静電駆動型高周波用スイッチを形成する。
【００２６】
このとき、まず図５に示すように、信号用配線１５とＭＥＭＳ素子１６との間にギャップを持たせるために、信号用配線１５上に、後の工程で除去する所定形状の犠牲層１８ａを形成して段差を形成してから、この犠牲層１８ａ上にＭＥＭＳ素子１６を形成する。以上により、ＭＥＭＳ素子１６が、段差を有し、信号用配線１５から離間する梁部１６ａを有する所定の両持ち梁形状に形成される。
【００２７】
犠牲層１８ａ、１８ｂは、例えば、スピンコート法によりポリイミド膜が成膜され、パターニングにより所定形状に形成され、硬化されて構成されている。
【００２８】
図６に示すように、犠牲層１８ａ，１８ｂの形成後、第１封止体２１として、プラズマＣＶＤ装置により、ＳｉＯ２を、所定厚さで形成する。
【００２９】
さらに、図７に示すように、フォトリソグラフィ処理等により、第１封止体２１に、成膜中もしくは成膜後にＭＥＭＳ素子１６の周囲の犠牲層１８ａ，１８ｂを除去する際に除去材を導入するための犠牲層除去用の開口であり、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。
【００３０】
開口形状部２１ａは、犠牲層１８ａ，１８ｂで構成される支持部１９を形成するため、以下の条件を満たすように配置する。犠牲層１８ａ、１８ｂを残して支持部１９を形成する中心位置と、この位置に最も近い開口形状部２１ａとの距離をaとする。また、支持部１９を形成せず、犠牲層１８ａ、１８ｂを全て除去したい領域には開口形状部２１ａが等間隔で格子状に配列する。
【００３１】
このとき支持部１９以外にある開口形状部２１ａ間の最長距離をbとする。犠牲層を全て除去する領域は、開口部間の最長距離の半分b/2以上を最低限エッチングする。このため、支持部１９と開口形状部２１ａとの距離aは、a>b/2に設定されている。ドライエッチングで犠牲層が除去されてゆく領域は、開口形状部２１ａを中心にほぼ同心円状に広がってゆく。このとき、エッチング距離cは、支持部１９の位置に犠牲層を残し、かつそれ以外の領域の犠牲層を全て除去するために、b/2＜c＜aとなるように設定する。
【００３２】
ついで、犠牲層除去用のエッチング材を開口形状部２１ａより導入し、図８に示すよう支持部１９を残して他の部位の犠牲層１８ａ，１８ｂを除去する。例えば、多結晶シリコンを選択的に除去するＸｅＦ２ガスを、開口形状部２１ａから導入することにより、犠牲層が除去される。犠牲層のドライエッチングを十分な時間をかけて行うと、全ての犠牲層を除去することができるが、完全除去前にエッチングを停止することにより、犠牲層１８ｂを残し、支持部１９が形成される。この結果、第１封止体２１覆われる内部に外部側と連通する中空部１７が形成されるとともに、柱状の支持部１９が残り、この支持部１９により第１封止体２１が支持される状態となる。
【００３３】
ついで、図９に示すように、第１封止体２１上に、例えば、プラズマＣＶＤ装置もしくはスパッタ装置により、第１封止体２１を覆うように、低透湿のＳｉＮを、例えば数μｍ以上の厚さで成膜し、第２封止体２２を形成する。この第２封止体２２が薄膜プロセスによって形成されることで、第１封止体２１の開口形状部２１ａが密封されることにより、中空部１７の気密性が保たれ、内気の漏れが防止される。
【００３４】
以上により、図１及び図２に示すマイクロマシン装置１が完成する。このようにして構成されたマイクロマシン装置１としてのパッケージは、例えばドライバＩＣチップ等に用いることができる。
【００３５】
本実施形態にかかる及びマイクロマシン装置１及び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、中空部１７内に第一封止膜と基板を連結する支持部１９を配置することで、中空部が減圧のときに生じる大気との圧力差などで、中空封止構造体の変形を抑制することが可能となる。したがって、第１封止体２１がＭＥＭＳ素子１６に接触することを防ぐことが可能となる。ＭＥＭＳ素子１６に接触することを防ぐことが可能となる。また、この支持部を、中空部を形成するために用いられる犠牲層で形成することで、追加材料および追加プロセスを必要としないため、コストアップ無く実現できる。外力に対して変形を抑制できる剛性の高い封止体で、微小電気機械部品を保護することができる。
【００３６】
ＭＥＭＳ素子１６の梁部１６ａを貫通する開口を多数設けたことにより、駆動電流を印加したプルインの際に変形しやすい構造とするとともに、犠牲層１８除去の際のエッチングガスの流動を可能として除去時間を短縮することが可能となる。  
さらに、封止体２０は、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどの絶縁性を有する材料で構成されているため、導電性をもつＭＥＭＳ素子１６との間に電気容量を形成しない。したがって、ＭＥＭＳ素子１６と周囲の導体とでの容量形成を回避し可変電気容量を用途とした電気機械部品において、高い容量変化をもつ性能を実現できる。
【００３７】
[第２実施形態]
本発明の第2実施形態にかかるマイクロマシン装置２(中空封止構造体)について図１０を参照して説明する。なお、本実施形態のマイクロマシン装置２は、封止体３０の構成及び製造工程以外の点は上記第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００３８】
封止体３０は、中空部１７を規定する内側無機封止膜３１、有機封止膜３２、外側無機封止膜３３が順次積層されて構成されている。
【００３９】
内側無機封止膜３１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。
【００４０】
内側無機封止膜３１は、製造工程において、犠牲層除去用のドライエッチングガス（Ｏ２プラズマガス等）の導入のために設けられた開口であった開口形状部３１ａが複数設けられている。複数の開口形状部３１ａは、ＭＥＭＳ素子１６の上方を含む周囲全域に後述する所定の配置で形成されている。内側無機封止膜３１の外側は、有機封止膜３２に覆われている。
【００４１】
内側無機封止膜３１上には、有機封止膜３２が形成されている。有機封止膜３２は、樹脂材からなり、所定の厚みを有して内側無機封止膜３１を覆うように成膜されている。この有機封止膜３２により、開口形状部３１ａが閉塞されている。
【００４２】
なお、有機封止膜３２を成膜する際に温度が高くなると、内部圧力の上昇により有機膜に泡が発生してしまうため、有機封止膜３２を形成する工程は低温にすることが望ましい。したがって、有機封止膜３２を構成する樹脂としては、ＵＶ（光）硬化型の樹脂の方が適している。熱を伴わない硬化反応が期待できればＵＶ以外の波長の光によって硬化する樹脂を用いてもよい。有機封止膜３２の上に、外側無機封止膜３３が形成されている。
【００４３】
外側無機封止膜３３は、有機封止膜３２を構成する有機材料よりも透水性の低い無機材料、例えばＳｉＮ（シリコンナイトライド）等から構成され、有機封止膜３２の外側を覆うように成膜されている。この外側無機封止膜３３により、水分の吸収及び透過が抑止される。また、中空部１７が加圧雰囲気絵ある場合には中空部から外界への成分透過を抑制する障壁ともなる。
【００４４】
次に、本実施形態にかかるマイクロマシン装置２の製造方法について図１１乃至図１５を参照して説明する。  
まず、第１実施形態と同様に、図４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上に信号用配線１５、ＭＥＭＳ素子１６としての静電駆動型高周波用スイッチ、を形成する。さらに、図５に示すように、犠牲層１８ａ，１８ｂを形成する。
【００４５】
犠牲層１８ａ，１８ｂの形成後、図１１に示すように、内側無機封止膜３１として、プラズマＣＶＤ装置により、ＳｉＯ２を、所定厚さ形成する。内側無機封止膜３１の厚さは、例えば１ミクロン程度である。
【００４６】
さらに、フォトリソグラフィ処理等により、図１２に示すように、内側無機封止膜３１に、成膜中もしくは成膜後にＭＥＭＳ素子１６の周囲の犠牲層１８ａ，１８ｂを除去する際に除去材を導入するための犠牲層除去用の開口であり、犠牲層除去の後で閉塞される開口形状部３１ａを複数形成する。特に、開口形状部３１ａが、機能素子としてのマイクロマシンの直上を含む面内に２次元的に配置されていると、犠牲層１８ａ，１８ｂを除去する際、短時間でエッチングが可能である。
【００４７】
開口形状部３１ａは、犠牲層で構成される支持部１９を形成するため、以下の条件を満たすように配置する。犠牲層１８ａ、１８ｂを残して支持部１９を形成する位置と、この位置に最も近い開口形状部３１ａとの距離をaとする。また、支持部を形成せず、犠牲層を全て除去したい領域には開口形状部３１ａが等間隔で格子状に配列する。このとき支持部１９以外にある開口形状部３１ａ間の最長距離をbとする。犠牲層を全て除去する領域は、開口部間の最長距離の半分b/2以上を最低限エッチングする。このため、支持部１９と開口形状部３１ａとの距離aは、a>b/2に設定されている。ドライエッチングで犠牲層が除去されてゆく領域は、開口形状部３１ａを中心にほぼ同心円状に広がってゆく。このとき、エッチング距離cは、支持部１９の位置に犠牲層を残し、かつそれ以外の領域の犠牲層を全て除去するために、b/2＜c＜aとなるように設定する。
【００４８】
ついで、犠牲層除去用のエッチング材を開口形状部３１ａより導入し、図１３に示すよう支持部１９を残して他の部位の犠牲層１８ａ，１８ｂを除去する。
【００４９】
例えば、多結晶シリコンを選択的に除去するＸｅＦ２ガスを、開口形状部３１ａから導入することにより、犠牲層が除去される。この結果、第１封止体３１覆われる内部に外部側と連通する中空部１７が形成されるとともに、支持部が残る状態となる。
【００５０】
犠牲層１８ａ，１８ｂを除去した後、マイクロマシン装置２を、大気状態に放置する。これにより、開口形状部３１ａで外部に連通した中空部１７は０．１ＭＰａ程度の大気圧に近い内圧となる。したがって、真空雰囲気の場合と比べて中空部１７内の流体抵抗が大きい。この他、例えば、犠牲層除去後に窒素雰囲気に曝すことで、開口形状部３１ａで外部に連通した中空部１７を窒素雰囲気にすることも可能である。
【００５１】
次に、図１４に示すように、常圧状態において、例えば圧力０．１ＭＰａ（大気圧）、の条件化で、有機封止膜３２を成膜することにより樹脂封止を行う。開口形状部３１ａを埋めるのに十分な厚さに、ＵＶ硬化樹脂をスクリーン印刷法を用いてＵＶ硬化樹脂を塗布する。例えば、所定形状のマスクを形成し、ＵＶ硬化型樹脂をスキージングしたあと、マスクを除去して所定箇所にＵＶ硬化樹脂を塗布する。この後、ＵＶ硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化する。ＵＶ硬化型樹脂としては、粘度は、１００〜４００Ｐａ・ｓ程度がよく、例えばナガセケムテックス製光硬化樹脂（ＸＮＲ−５５１６）が用いられる。
【００５２】
以上により、開口形状部３１ａが閉塞され、中空部１７を介してＭＥＭＳ素子１６が密封封止される。スクリーン印刷、ＵＶ硬化を不活性ガスＮ２雰囲気中で行うと、封止構造内部にＮ２が充填された構造になる。
【００５３】
次に、図１５に示すように、マイクロマシン装置２を真空度の高い薄膜装置チャンバー内に投入し、外側無機封止膜３３を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ装置もしくはスパッタ装置により、有機封止膜３２を覆うように、低透湿のＳｉＮを、たとえば０．５〜１ミクロンの厚さに成膜し、外側無機封止膜３３を形成する
以上により、マイクロマシン装置２が完成する。このようにして構成されたマイクロマシン装置１としてのパッケージは、例えばドライバＩＣチップ等に用いることができる。
【００５４】
本実施形態にかかる及びマイクロマシン装置２及びマイクロマシン装置２の製造方法は以下に掲げる効果を奏する。すなわち、この支持部ｂ11により、加熱プロセス等で生じる有機膜３２の熱膨張からの基板１２と第一封止体３１を引き剥がすような負荷に対して、中空封止構造体の変形を抑制することが可能となる。
【００５５】
また、中空部１７の雰囲気を薄膜装置チャンバー内よりも高い圧力を有する雰囲気にすることにより、流体抵抗を高め、ＭＥＭＳ素子１６の振動を抑えることができる。また、例えばＵＶ硬化型の樹脂からなる有機封止膜３２を塗布することとしたため、樹脂の粘度が高く、成膜の際に、開口形状部３１ａから下方に堆積することを防止できる。したがって、開口形状部３１ａの配置が限定されず、ＭＥＭＳ素子１６の直上など、内側無機封止膜３１の上面全域に開口形状部３１ａを設けることが可能である。したがって、犠牲層の完全除去までの時間を短縮させることができる。すなわち、第２封止体が開口形状部の下方に堆積するマイクロマシン装置では、マイクロマシンから離れた位置に開口形状部を設ける必要があるため、素子が位置する封止体の中心近傍には開口形状部が無く、犠牲層を完全に除去するまでに時間を要するが、本実施形態では、開口形状部３１ａをＭＥＭＳ素子１６の上方に設けることができ、したがって内部の犠牲層除去の時間短縮を図ることができる。
【００５６】
さらに、封止体３０は、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどの絶縁性を有する材料で構成されているため、導電性をもつＭＥＭＳ素子１６との間に電気容量を形成しない。したがって、ＭＥＭＳ素子１６と周囲の導体とでの容量形成を回避し可変電気容量を用途とした電気機械部品において、高い容量変化をもつ性能を実現できる。
【００５７】
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。
【００５８】
また、パターニング方法や犠牲層の除去方法の一例としては、エッチングガスによるドライエッチングや、薬液によるウェットエッチング等が挙げられる。また、複数の犠牲層１８ａ，１８ｂは同一材料でなくても良い。また、基板として、ベース基板１１上に絶縁層１２を備えた構造について説明したが絶縁層１２を省略してベース基板１１のみで基板を構成し、このベース基板１１上にＭＥＭＳ素子１６、信号用配線１５を形成してもよい。
【００５９】
第２実施形態においては、スクリーン印刷法で形成する場合を例示したが、スピンコートなど、他の方法であってもよい。さらに被封止体としてＭＥＭＳ素子１６を例示したが、この他、半導体素子等を封止する場合にも適用できる。また、複数の被封止体が並列する場合にその間に支持部１９を形成することが可能である。
【００６０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の１実施形態にかかるマイクロマシン装置を示す平面図。
【図２】同マイクロマシン装置の断面図。
【図３】同マイクロマシン装置の要部を拡大して示す平面図。
【図４】同マイクロマシン装置の製造工程を示す断面図。
【図５】同マイクロマシン装置の製造工程を示す断面図。
【図６】同マイクロマシン装置の製造工程を示す断面図。
【図７】同マイクロマシン装置の製造工程を示す断面図。
【図８】同マイクロマシン装置の製造工程を示す断面図。
【図９】同マイクロマシン装置の製造工程を示す断面図。
【図１０】本発明の２実施形態にかかるマイクロマシン装置の断面図。
【図１１】同マイクロマシン装置の製造工程を示す断面図。
【図１２】同マイクロマシン装置の製造工程を示す断面図。
【図１３】同マイクロマシン装置の製造工程を示す断面図。
【図１４】同マイクロマシン装置の製造工程を示す断面図。
【図１５】同マイクロマシン装置の製造工程を示す断面図。
【図１６】マイクロマシン装置の一例の断面図。
【図１７】同マイクロマシン装置の斜視図。
【符号の説明】
【００６２】
１、２…マイクロマシン装置、１…ベース基板、１１…基板、１２…絶縁層、
１３…下部電極、１４…駆動電極、１５…信号用配線、１６…ＭＥＭＳ素子、
１７…中空部、１８ａ．１８ｂ…犠牲層、１９…支持部、２０…封止体、
２１…第１封止体、２１ａ…開口形状部、２２…第２封止体、３０…封止体、
３１…内側無機封止膜、３１ａ…開口形状部、３２…有機封止膜、
３３…外側無機封止膜。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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