(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１１）によって支持された動作部分（１０）を囲んでいるキャップ（１２）によって仕切られているキャビティ（１３）を備えている超小型構成体において、
前記キャップ（１３）は、少なくとも１つの突出した補剛部材（１２ｂ）を有する補剛手段が設けられた頂部壁（１２ａ）を備えており、
前記突出した補剛部材（１２ｂ）は、前記頂部壁（１２ａ）の２つの凹状領域（１２ｃ）の間に配置され、前記基板（１１）と接触することなく、前記凹状領域（１２ｃ）から所定距離離隔した端部（１４）を有しており、
前記突出した補剛部材の突出部は、前記頂部壁（１２ａ）の湾曲部によって形成されており、
前記補剛部材を備えた前記頂部壁（１２ａ）の厚さは略一定とされることを特徴とする超小型構成体。
【請求項２】
前記突出した補剛部材（１２ｂ）は、モールディング又はブロックであることを特徴とする請求項１に記載の超小型構成体。
【請求項３】
前記モールディング又は前記ブロックは、矩形状の断面、台形状の断面、又は丸められた断面であることを特徴とする請求項２に記載の超小型構成体。
【請求項４】
前記頂部壁（１２ａ）は、前記頂部壁（１２ａ）の縁部に沿って略平行な、幾つかのモールディングを備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の超小型構成体。
【請求項５】
前記頂部壁（１２ａ）は、十字状に配置された２つのモールディングを備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の超小型構成体。
【請求項６】
前記頂部壁（１２ａ）は、幾つかのハニカム状のモールディングを備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の超小型構成体。
【請求項７】
前記頂部壁（１２ａ）は、マトリックス状に配置された複数のブロックを備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の超小型構成体。
【請求項８】
前記突出した補剛部材（１２ｂ）は、前記キャビティ（１３）の内側又は外側に面していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の超小型構成体。
【請求項９】
前記突出した補剛部材（１２ｂ）の前記端部（１４）が自由であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の超小型構成体。
【請求項１０】
前記キャップ（１２）は、前記頂部壁（１２ａ）を裏打ちする裏打ち壁（１６）を備えており、
前記突出した補剛部材（１２ｂ）の前記端部（１４）が、前記裏打ち壁（１６）に接触していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の超小型構成体。
【請求項１１】
前記頂部壁（１２ａ）と、設けられている場合には裏打ち壁（１６）とが、少なくとも１つのオリフィス（２６．１，１６．２）を備えており、
前記頂部壁（１２ａ）のオリフィス（２６．２）と前記裏打ち壁（１６）の前記オリフィス（２６．１）とが互いに連通していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の超小型構成体。
【請求項１２】
前記キャップ（１３）の最外壁の前記オリフィス（２６．２）は、前記頂部壁（１２ａ）と前記裏打ち壁（１６）との間でプラグの側面に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の超小型構成体。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のキャップ（１２）によって仕切られた、超小型構成体の前記キャビティを製造するための方法において、
前記超小型構成体の前記基板（１１）及び前記動作部分（１０）の上に犠牲材料（２０．１，２０．２，２０．３）を蒸着するステップと、
前記犠牲材料を仕切り、前記補剛手段の前記突出した補剛部材の表面に形成された少なくとも１つの反転された凹状のパターン（２４）の表面に製造するステップと、
前記キャップ及び前記頂部壁ならびに前記突出した補剛部材を形成する少なくとも１つのキャップ層（２５）を前記犠牲材料（２０）上に蒸着し、前記突出した補剛部材を備えた前記頂部壁が略一定の厚さとなるように形成するステップと、
前記キャップ層（２５）内に少なくとも１つのオリフィス（２６）を形成するステップと、
前記オリフィス（２６）を介して前記犠牲材料（２０）を排出するステップと、
前記オリフィス（２６）を密閉するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記凹状のパターン（２４）は、前記犠牲材料（２０）にエンボス加工することによって製造されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記犠牲材料（２０）は、幾つかの層（２０．１，２０．２）に蒸着されており、
第１の層、いわゆるチャンネル層（２０．１）は、前記キャビティの周囲に配置された犠牲材料排出チャンネルを形成するために利用されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記犠牲材料（２０）は、前記キャップ層（２５）のためのモールドとして部分的に利用される主犠牲層（２０．２）を含む、幾つかの層（２０．２，２０．３）に蒸着されており、
前記主犠牲層（２０．２）は、凹状のパターン（２４）が形成される構造化犠牲層（２０．３）によって覆われていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの裏打ち層（２５．１）が、前記構造化犠牲層（２０．３）を蒸着する前に前記主犠牲層（２０．２）上に蒸着され、
前記裏打ち層（２５．１）は、裏打ち壁を形成するように機能することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの前記オリフィスが、前記犠牲材料（２０）を排出するために前記裏打ち層（２５．１）内に形成され、
前記オリフィス（２６．１）が、前記キャップ層（２５）の前記オリフィス（２６．２）と連通していることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記キャップ層の前記オリフィス（２６）は、少なくとも１つのシール層（２７）を前記キャップ層（２５）に蒸着することによって密閉されていることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記シール層（２７）は、前記オリフィス（２６）上方の所定領域を除いてエッチングされており、前記オリフィスの頂部にプラグ（２７．１）が形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高められた機械抵抗を有するキャップによって区切られた空洞を備えた超小型構成体に関する。
【０００２】
微小電子機械システムのパッケージングは、ＭＥＭＳとして知られており、現在、該システムの生命線となっている。他の電子式超小型構成体、光学式超小型構成体、又は光電式超小型構成体にも、このパッケージングによって関心が集まっている。本明細書の以下においては、超小型構成体（microcomponent）という用語は、マイクロシステム（microsystem）、電子部品、光学部品、及び光電部品を包含するものとして利用される。
【０００３】
キャビティは、一般に超小型構成体の劣化を抑制するように気体及び水分に対して密閉状態を保っている。特に携帯式部品の場合には、塵が超小型構成体の動作を乱すことも防止する。例えば中性ガスをキャビティ内に導入し、これにより超小型構成体との任意の化学反応を防止することによって、又は真空状態にすることによって、キャビティ内部の環気（atomosphere）を制御する必要がある。実際に、環境空気中の酸素は、環境空気との接触を低下させる。キャップは、例えばカッティング、モールディングのようなキャップが完成する前に超小型構成体に適用されるその後のステップの間、又はキャップを利用する間、超小型構成体を機械的に保護することができる。
【０００４】
キャップは、簿層技術を利用することによって取り付け、密閉し、又は製造することができる。
【背景技術】
【０００５】
このような超小型構成体のキャップについての簿層製造技術が、超小型構成体の動作部分の頂部に制御雰囲気キャビティ（controlled atmosphere cavity）の境界を形成することはよく知られている。当該課題に関する説明は、特に特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００６】
基板４上に配置された超小型構成体の動作部分１を保護するようになっている既知のキャップの簿層製造方法について簡単に説明する。図１Ａ〜図１Ｄを参照する。犠牲材料２から成る層が動作部分１上に蒸着され、キャビティ６の形状に順応する形状を前記層に付与するために形状及び境界を形成するので、超小型構造体の動作部分１を囲むことができる。キャビティ６は、付加すべきキャップ７によって境界が形成されている。この形状は、キャップ７の内側の形状に対応している。説明の例示では、超小型構成体は、ＭＥＭＳ超小型構成体であり、その動作部分は、動作中に屈曲するように構成されているビーム１である。この段階では、ビーム１は、完成されていないので、開放されておらず、基板４上に配置されている犠牲層１ａ上に載置されている。図１Ａは、犠牲層２を蒸着する前の動作部分１を表わし、図１Ｂは、犠牲層２を蒸着した後の動作部分１を表わす。
【０００７】
キャップ７の内部形状を決定するように構成された犠牲層２は、ビーム１の運動を制御するワイヤ３上に配置されている。当該犠牲層は、基板４上のビーム１からオフセットされた位置に薄肉部分５を備えている。この薄肉部分５は、解放チャンネル８の内側に対応している。この解放チャンネルは、ビーム１の周囲に位置決めされ且つキャップ７によって仕切られた、キャビティ６の容積を占有する犠牲材料を排出するために利用される。
【０００８】
その後に、キャップ層９が犠牲層２上に蒸着され、これによりキャップ７の壁が形成される。このステップは図１Ｂに表わされる。キャップ層９は、薄肉部分５上に解放チャンネル８を形成する。少なくとも１つの排出オリフィス１０をキャップ層９内にエッチングすることは言うまでもないことである。犠牲材料は、排出オリフィス１０を介して排出することによって除去される。このことは図１Ｃに表わされる。シール層９．１は、図１Ｃに表わす組立体に蒸着されており、これによりキャップ７が覆われ、排出口１０が密閉される。図１Ｄを参照する。
【０００９】
機械的観点から、このようなキャップ７は、可能な限り変形しないように、自身の内側と外側との圧力差に耐え得る必要がある。キャップ７の撓みが過度である場合には、当該キャップが動作部分１に接触し、影響が増大し、当該キャップには損傷さえ生じる恐れがある。キャップ７の内側と外側との圧力差は、当該キャップを囲む媒体と関連する場合がある。この圧力差には、真空状態や周囲空気に対する圧力差が含まれている。この周囲空気は、予想される用途に依存する大気圧に対する差である。超小型構成体を完成させるために、キャップ７を製造した後に、キャップ７をプラスチックコーティング又はモールドする必要がある場合があることに留意すべきである。これらのステップは、最大１０７パスカルの高圧で実行される。
【００１０】
製造される簿層のキャップの厚さは、一般に数マイクロメートル〜数十マイクロメートルである。圧力が作用することによって生じるキャップの変形は著しい。キャップの機械抵抗を高めるために、良好な合成を示すキャップ用材料を選定し、且つ、キャップの厚さを慎重に調整することが提案されている。特許文献３では、アルミナを含む複層のキャップを製造することが推奨されている。しかしながら、適切な機械特性を有する高剛性材料は、マイクロエレクトロニクスやマイクロシステムにおいて必ずしも一般的に利用されるものではなく、当該高剛性材料を導入することは困難である。高剛性材料は、汚染問題を引き起こし、又は特別な開発を必要とする場合がある。
【００１１】
非特許文献１を参照すると、キャップの壁を支持するために、キャップによって仕切られたキャビティ内にピラーを配置することが提案されている。この構成では、キャップは、キャップの撓みを制限する多数の小さなピラーの上に配置されている。ピラーによって占有される付加的な空間は無視できない欠点である。さらに、ピラーの配置を考慮する必要があるので、マイクロシステムの設計が制限される。さらには、幾つかの場合には、キャビティの基部を形成する基板上にピラーを係止することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０５２５７６４号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１１０１７３０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０１７３８８６号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】"Polisilicon vibrating gyroscope vacuum-encapsulated in an on-chip micro-chamber" Toshiyuki Tsuchiya et al., Sensors and Actuators A90, ２００１年, 第４９〜５５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、機械抵抗が高められたキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体であって、上述の欠点を有さず、特にキャビティの内側に設けられたピラーによって生じる負荷を有さず、従来の簿層蒸着技術を利用することによって容易に製造可能な超小型構成体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、これら目的を達成するために、基板によって支持された動作部分を囲んでいるキャップによって仕切られているキャビティを備えている超小型構成体に関する。キャップは、少なくとも１つの突出した補剛部材を有する補剛手段が設けられた頂部壁（１２ａ）を備えており、突出した補剛部材は、頂部壁の２つの凹状領域の間に配置され、基板と接触することなく、凹状領域から所定距離離隔した端部を有している。
【００１６】
突出した補剛部材は、モールディング又はブロックである。
【００１７】
モールディング又はブロックは、矩形状の断面、台形状の断面、又は丸められた断面である。
【００１８】
頂部壁は、頂部壁の縁部に沿って略平行な、幾つかのモールディングを備えている。
【００１９】
代替的な実施例では、頂部壁は、十字状に配置された２つのモールディングを備えている。
【００２０】
他の実施例では、頂部壁は、幾つかのハニカム状のモールディングを備えている。
【００２１】
他の実施例では、頂部壁は、マトリックス状に配置された複数のブロックを備えている。
【００２２】
補剛部材の突出部は、頂部壁の薄肉部である。
【００２３】
他の実施例では、補剛部材の突出部は、頂部壁の湾曲部によって形成されている。
【００２４】
突出した補剛部材は、キャビティの内側又は外側に面している。
【００２５】
突出した補剛部材の端部は自由である。
【００２６】
特に機械的な優位性を有する実施例では、キャップは、頂部壁を裏打ちする裏打ち壁を備えており、突出した補剛部材の端部が、裏打ち壁に接触している。
【００２７】
頂部壁と、設けられている場合には裏打ち壁とが、少なくとも１つのオリフィスを備えており、頂部壁のオリフィスと裏打ち壁のオリフィスとが互いに連通している。
【００２８】
キャップの最外壁のオリフィスは、頂部壁と裏打ち壁との間でプラグの側面に配置されている。
【００２９】
本発明は、上述のように規定されたキャップによって仕切られた、超小型構成体のキャビティを製造するための方法に関する。本発明は、超小型構成体の基板及び動作部分の上に犠牲材料を蒸着するステップと、犠牲材料を仕切り、補剛手段の突出した補剛部材の表面に形成された少なくとも１つの反転された凹状のパターンの表面に製造するステップと、キャップ及び頂部壁を形成する少なくとも１つのキャップ層を犠牲材料上に蒸着するステップと、キャップ層内に少なくとも１つのオリフィスを形成するステップと、オリフィスを介して犠牲材料を排出するステップと、オリフィスを密閉するステップとを備えている。
【００３０】
凹状のパターンは、犠牲材料にエンボス加工することによって製造される。
【００３１】
犠牲材料は、幾つかの層に蒸着されており、第１の層、いわゆるチャンネル層は、キャビティの周囲に配置された犠牲材料排出チャンネルを形成するために利用される。
【００３２】
犠牲材料は、キャップの場合にモールドとして部分的に利用される主犠牲層を含む幾つかの層に蒸着されており、主犠牲層は、凹状のパターンが形成される構造化犠牲層によって覆われている。
【００３３】
少なくとも１つの裏打ち層が、構造化犠牲層を蒸着する前に主犠牲層上に蒸着され、裏打ち層は、裏打ち壁を形成するように機能する。
【００３４】
少なくとも１つのオリフィスが、犠牲材料を排出するために裏打ち層内に形成され、オリフィスが、キャップ層のオリフィスと連通している。
【００３５】
キャップ層のオリフィスは、少なくとも１つのシール層をキャップ層に蒸着することによって密閉されている。
【００３６】
シール層は、オリフィス上方の所定領域を除いて、オリフィスの頂部にプラグを形成するためにエッチングされている。
【００３７】
本発明は、添付図面を参照すると共に、例示のみを目的とし限定することを意図しない例示的な実施例の説明を読むことによって明確に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】従来技術におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップを表わす。
【図１Ｂ】従来技術におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップを表わす。
【図１Ｃ】従来技術におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップを表わす。
【図１Ｄ】従来技術におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップを表わす。
【図２Ａ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の例示的な断面図を表わす。
【図２Ｂ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の例示的な断面図を表わす。
【図２Ｃ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の例示的な断面図を表わす。
【図２Ｄ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の例示的な断面図を表わす。
【図２Ｅ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の例示的な断面図を表わす。
【図２Ｆ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の例示的な断面図を表わす。
【図３Ａ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの例を表わす。
【図３Ｂ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの例を表わす。
【図３Ｃ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの例を表わす。
【図３Ｄ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの例を表わす。
【図３Ｅ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの例を表わす。
【図３Ｆ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの例を表わす。
【図３Ｇ】本発明におけるキャップによって仕切られたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの例を表わす。
【図４Ａ】本発明におけるキャップによってしきられたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの他の例を表わす。
【図４Ｂ】本発明におけるキャップによってしきられたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの他の例を表わす。
【図４Ｃ】本発明におけるキャップによってしきられたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの他の例を表わす。
【図４Ｄ】本発明におけるキャップによってしきられたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの他の例を表わす。
【図４Ｅ】本発明におけるキャップによってしきられたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの他の例を表わす。
【図４Ｆ】本発明におけるキャップによってしきられたキャビティを備えた超小型構成体の製造ステップの他の例を表わす。
【図５Ａ】本発明における超小型構成体のカバーの帆号手段を製造するために利用される凹状のパターンの例を表わす。
【図５Ｂ】本発明における超小型構成体のカバーの帆号手段を製造するために利用される凹状のパターンの例を表わす。
【図５Ｃ】本発明における超小型構成体のカバーの帆号手段を製造するために利用される凹状のパターンの例を表わす。
【図５Ｄ】本発明における超小型構成体のカバーの帆号手段を製造するために利用される凹状のパターンの例を表わす。
【００３９】
本明細書の以下に説明する、様々な図面に表わす同一、類似、又は同等の部品には、理解を容易にするために同一の参照符号が付されている。
【００４０】
図面に表わす異なる部品は、図面の理解を容易にするために、必ずしも統一された縮尺に従って表わされている訳ではない。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図２Ａ〜図２Ｆを参照する。図２Ａ〜図２Ｆは、本発明における超小型構成体の例を表わす。
【００４２】
本発明における超小型構成体は、基板１１によって支持されている動作部分１０を備えている。動作部分としては、例えばアクチュエータ、共振器、又は任意の他の電子部品、光学部品、光電子部品、若しくは機構部品（electromechanical component）が挙げられる。キャップ１２は、動作部分１０を覆い、キャビティ１３の境界を定めている。キャップ１２は基板１１上に配置されている。前記キャップは、キャビティ１３の頂部に沿って延在し、且つ動作部分１０に概略面している頂部壁１２ａを備えている。頂部壁１２ａは、少なくとも１つの突出した補剛部材１２ｂによって形成された補剛手段を備えている。突出した補剛部材１２ｂは、２つの頂部壁１２ａの凹状領域１２ｃの間に配置されている。突出した補剛部材１２ｂは、凹状領域１２ｃから突出している一方の端部１４を有している。この端部１４は、基板１１に対して動作部分１０を越えた位置に配置されている。この端部１４は、凹状領域１２ｃから所定距離で離間している。動作部分１０が容易に移動する場合には、その移動の際に突出した補剛部材１２ｂも凹状領域１２ｃも動作部分１０の動作を阻害しない。さらに、補剛部材の端部１４も、基板１１に接触していない。突出した補剛部材１２ｂは、ピラーにたとえることはできない。突出した補剛部材１２ｂは、図２Ａ〜図２Ｅの場合には自由である。突出した補剛部材１２ｂは、図２Ｂ及び図２Ｆの場合にはキャビティ１３の内側に向かって突出しており、図２Ａ及び図２Ｃの場合にはキャビティ１３の外側に向かって突出している。頂部壁１２ａは、図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｆの場合には平坦であって、図２Ｃ、図２Ｄ、及び図２Ｅの場合には凸状とされる。
【００４３】
突出した補剛部材１２ｂは、モールディング（moulding）又はブロックの形態をしている。幾つかのブロックを有する場合には、これらブロックは、行と列とから成る配列に配置されている。幾つかのモールディングを有する場合には、これらモールディングは、略平行又は交差して配置されている。
【００４４】
これら突出した補剛部材１２ｂは、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｆの場合には頂部壁１２ａの厚さ、さもなければ頂部壁１２ａの湾曲によって表わされる。この場合には、頂部壁１２ａの厚さは、突出した補剛部材１２ｂ上において略一定である。後者の構成は、図２Ａ、図２Ｄ、及び図２Ｅに表わされる。この湾曲部によって、スロット又は倒置されたスロットの形態をした、突出した補剛部材が形成される。
【００４５】
幾つかの構成では、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｆに表わすように、キャップ１２は、頂部壁１２ａと、動作部分１０を囲み且つ基板１１上に配置されている側壁１２ｄとから構成されている。一方、頂部壁１２ａは、頂部壁の縁部が基板１１上に載置されるに至るまで延在している。
【００４６】
突出した補剛部材１２ｂの断面は、頂部壁１２ａが肉厚化するか又は単に湾曲するかに従って中実又は中空とされる。突出した補剛部材１２ｂの断面は、モールディング又はブロックのいずれかであるかに関わらず、矩形、台形、丸みを有する形状、Ｕ字状の形状、又は他の形状とされる。
【００４７】
図２Ｆに表わすように、１つ以上のオリフィス１５がキャップ１２に形成されている場合がある。このオリフィスの機能を以下に説明する。
【００４８】
図２Ｆに表わすように、裏打ち壁１６（lining wall）が補剛手段を備えた頂部壁１２ａを裏打ちすることは想到することができる。この構成では、突出した補剛部材１２ｂは、裏打ち壁１６に向かって突出している。この裏打ち壁は、キャビティ１３の内側に配置されているが、キャビティ１３の外側に配置されていることも容易に想到することができる。突出した補剛部材１２ｂの端部１４は、裏打ち壁１６と接触している。
【００４９】
図２の実施例は突出した補剛部材の幾つかの形状を表わすが、他の形状であっても良い。これらの実施例は、本発明を限定する訳ではない。さらに、他の実施可能な形状については以下に説明する。
【００５０】
上述の頂部壁１２ａ及び裏打ち壁１６は、単層又は複層のいずれであっても良い。
【００５１】
頂部壁１２ａ及び／又は裏打ち壁１６は、例えば二酸化珪素ＳｉＯ２、窒化珪素ＳｉＮ、又はニッケル、銅、金や多結晶シリコン若しくはこれら材料を組み合わせた物質から成る。
【００５２】
これらの製造の際に、キャップ１２、より具体的にはキャップの頂部壁１２ａは、少なくとも１つのオリフィス１５を備えている。当該オリフィスは、キャビティ１３の形状を決定するために利用される犠牲材料（sacrificial material）を排出するために利用される。このオリフィス１５は、特にオリフィス１５が頂部壁１２ａを貫通している場合に密閉されている必要がある。このような密閉は、頂部壁１２ａに沿って延在しているシール層１７によって実施される場合がある。この構成を表わす図２Ｆは、図２のうち唯一のオリフィスを表示する図面である。
【００５３】
図２Ｆの当該構成では、裏打ち壁１６も、頂部壁１２ａのオリフィス１５と連通している少なくとも１つのオリフィス１５．１を備えている。図２の他の図面では、説明を明確にし且つ頂部壁を強調するためにオリフィスを表わしていない。これらオリフィスが形成されており、密閉されている必要があることは言うまでもない。
【００５４】
キャップの形状、キャップを構成する材料の選択、及びキャップの厚さを調節することによって、適切な機械抵抗を得ることができる。キャップの形状、特に突出した補剛部材の形状を適合させることによって、同一厚さを有する従来のキャップと比較して、キャップの外圧に対する機械抵抗を高めることができる。より薄い厚さで、同一の機械抵抗を有するキャップを得ることができる。
【００５５】
本発明では、キャップの厚さを従来技術よりも小さくすることができるので、製造コストが低減され、キャップの壁部を蒸着しエッチングするのに要する時間が小さくなる。さらに、厚い層を位置決めする際に、壁部を形成する厚い層の負荷作用部分を接触させることは困難であり、壁部が基板から離脱するか、又は変形する場合がある。薄い層を利用することによって、これら欠点が解消される。
【００５６】
当業者であれば、例えば理想的な圧力抵抗のような補剛手段に作用する負荷、キャップの最大許容たわみ、キャップの大きさやキャップを構成する材料の機械的特性及び厚さの関数として補剛手段の構造を計算することができる。例えばシミュレーションソフトウェアＡＮＳＹＳ（登録商標）のような有限要素法を用いた計算ソフトウェアを利用することができる。ソフトウェアは、所定のキャップの外形（寸法及び形状）と利用する材料の物理的特性とに基づいて、所定の圧力負荷を付与した場合におけるキャップのたわみを計算する。このようにして、キャップの構造、すなわち突出した補剛部材の数量、位置、及び寸法（高さ、長さ、幅）を選定することができる。
【００５７】
超小型構成体の動作部分１０を囲んでいるキャビティ１３を製造するための方法、及び当該キャビティの外形を形成するキャップを製造するための方法について説明する。最初は、図３Ａに表わすように動作部分１０が基板１１に載置されている。非常に様々な動作部分が適切とされるので、動作部分１０がどのように得られるかは詳細には説明しない。
【００５８】
犠牲材料２０が、当該犠牲材料が動作部分１０及び基板１１を覆うように、少なくとも一層の状態で基板１１上に蒸着されている。犠牲材料２０は、キャップのために所定の形状を利用することによって形成されたキャビティの容積の境界を成すように機能する。
【００５９】
キャビティの周辺領域にオリフィスを配置することを決定し、且つ、排出チャンネルを形成する必要がある場合には、この犠牲材料２０は、チャンネルと呼称される第１の層２０．１として蒸着されている。この第１の層は、基板１１上でキャビティの領域を僅かに越えて延在している。このチャンネル犠牲層２０．１は薄く、約十分の数マイクロメートルから約１マイクロメートルである。第１の層は、一般には０．２マイクロメートルから１マイクロメートルである。チャンネルを形成する層の犠牲材料は、例えば感光性樹脂のような高分子材料とされる。感光性樹脂としては、ＪＳＲ社のＪＳＲ  ＰＦＲ４２０が挙げられる。このチャンネル層２０．１は、フォトリソグラフィによってキャビティ及び除去チャンネルの領域周囲に形成されている。図３Ｂを参照する。このステップは、除去オリフィスがキャビティの基部に設けられていない場合には不要である。この場合には、主犠牲層が基板１１の表面に直接形成される。基板１１の表面上のキャビティの領域は、中心から離隔した地点において数十マイクロメートルから数百マイクロメートルである。犠牲材料として、酸化珪素ＳｉＯ２を利用することができる。この場合には、成形は、例えばＣＨＦ３Ｏ２を利用したドライエッチングによって行なわれるか、又は例えば埋め込み酸化物を含むエッチング液（a buried oxide etch solution via a mask）を利用し、マスクを介してウェットエッチングによって行なわれる。
【００６０】
その後に、主犠牲層２０．２は、蒸着され、少なくともキャビティを側方に形成する、すなわちキャビティを少なくとも部分的に形成するために利用される。この主犠牲層２０．２は、例えばキャビティ内側の側方の外形（lateral contour）にフォトリソグラフィによって形成される。図３Ｃを参照する。動作部分１０は、主犠牲層２０．２内に埋設されている。主犠牲層２０．２の厚さは、超小型構成体の動作部分１０を保護するために数マイクロメートル〜約１０マイクロメートルとされる。この厚さは、一般に４マイクロメートル〜１０マイクロメートルである。主犠牲層２０．２は、チャンネル犠牲層２０．１と同一の材料から作られている。しかしながら、以下に説明するように、同一の材料に限定される訳ではない。
【００６１】
図３Ｄａに表わすステップでは、凹状部分を有するパターン２４が犠牲材料２０内に形成されており、補剛手段の突出した補剛部材のパターンの凸状部分に対応している。図３Ｄａに表わす実施例では、このパターン２４は、補剛手段のパターンに対応する隆起部分を有するパターンを備えているツール２２を用いて、エンボス加工することによって作られる。ツール２２が主犠牲層２０．２の表面に押圧され、犠牲材料２０はクリープして変形する。これにより補剛手段のパターン２４が、凹状部分を有した状態で主犠牲層２０．２の頂部に形成される。当該実施例においては、ツール２２が縁部によってキャビティが側方に形成されるモールドの形態とされる場合に、主犠牲層２０．２の犠牲材料が感光性であることを要せず、主犠牲層はポリイミドから成る。
【００６２】
補剛手段を形成するためだけに利用される付加的な、いわゆる構造化犠牲層２０．３を利用することができる。構造化犠牲層２０．３は、主犠牲層２０．２上に蒸着されている。構造化犠牲層は、例えばフォトリソグラフィによって形成及びエッチングされており、補剛手段のパターンを倒置した凹状部分を有するパターン２４を備えている。図３Ｄｂは、代替的な実施例を表わす。構造化犠牲層２０．３は、主犠牲層２０．２と同一又は相違する材料であるかに関わらず、高分子材料から成る。動作部分１０の質を低下させることなく、当該構造化犠牲層２０．３を形成及びエッチングすることができるが、付加すべきキャップの材料と適合していることを要する。この注意点は、すべての犠牲層に当て嵌まることである。構造化犠牲層２０．３の厚さは、例えば約１マイクロメートル〜約１０マイクロメートルとされる。突出した補剛部材、ひいては凹状部分を有するパターンの幅も、例えば約１マイクロメートル〜約１０マイクロメートルである。
【００６３】
その後に、少なくとも１つのキャップ層２５は、キャップ及び部分的にその頂部が形成されるように蒸着される。キャップ層２５は、構造化犠牲層２０．３を覆い、主犠牲層２０．２上に部分的に延在し、チャンネル犠牲層２０．１が存在する場合にはチャンネル犠牲層も覆う。このような蒸着は形状に対して順応性が高い蒸着である。当該キャップ層は、酸化珪素ＳｉＯ２、窒化珪素ＳｉＮ、多結晶シリコン（polycrystalline silicon）、又はニッケル、銅、金、若しくは存在する場合にはＳｉＮ／ＳｉＯ２から成る幾つかの層のスタックのような金属から成る。蒸着の種類は、蒸着すべき材料に依存する。蒸着の種類には、金属のために電着が含まれている。酸化珪素ＳｉＯ２、窒化珪素ＳｉＮ、多結晶シリコンについては、蒸着の種類には、プラズマ促進化学蒸着法（ＰＥＣＶＤの略称で知られている）や定圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤの略称で知られている）が含まれている。
【００６４】
キャップ層２５の厚さは、例えば約１マイクロメートル〜約３マイクロメートルとされるが、電界蒸着される金属によっては数十マイクロメートルにまで及ぶ。
【００６５】
このキャップ層２５では、犠牲材料から成る少なくとも１つのオリフィス２６がキャビティを空にするようにエッチングされる。図３Ｅに表わす実施例では、この除去オリフィス２６は、キャビティの周囲であってチャンネル層２０．１が主犠牲層２０．２によって覆われていない地点に配置されている。例えば図４Ｄに表わす実施例のような他の構成では、この排出オリフィスは頂部壁に配置されている。
【００６６】
その後に、犠牲材料２０は、キャビティが空になるように開口部２６を介して排出されることによって除去される。このような排出は、酸素プラズマに曝露させることによって行なわれる。これにより犠牲材料が高分子化合物である場合には、有機的な残留物を除去することができる。犠牲材料が二酸化珪素から成る場合には、この有機的な残留物は、フッ化水素ＨＦ溶液を利用することによって溶解可能である。解放されたキャビティ１３を表わす図３Ｆを参照する。
【００６７】
図３Ｇは、密閉されたオリフィスを表わす。この密閉によって、キャビティ１３は密閉されている。このような密閉は、少なくとも１つのシール層２７をキャップ層２５の頂部に蒸着することによって行なわれる。このシール層は、酸化珪素ＳｉＯ２、窒化珪素、例えばポリイミド若しくはベンゾシクロブテンＢＣＢのような高分子化合物、シリコーン、又は例えばニッケル、銅、若しくは金のような金属から成る。幾つかの層が存在する場合には、これら層は上記材料の中から選定される。シール層２７の厚さは、１マイクロメートル〜５０マイクロメートルである。例えば、当該シール層がＳｉＮ／ＳｉＯ２の多層又はＳｉＮの単層から成る場合には、高分子化合物の場合には、当該厚さは約１マイクロメートル〜約３マイクロメートルであり、シリコーンの場合には、約５マイクロメートル〜約５０マイクロメートルである。シール層２７は、所定領域の頂部を除いて、１つ以上のオリフィス２６の頂部に任意の位置にエッチング可能とされ、これにより各オリフィス２６の頂部に局所的なプラグ２７．１を形成することができる。図４Ｆは、当該実施例の代替的な実施例を表わす。
【００６８】
図４Ａ〜図４Ｅは、キャビティの実施例の他の例を表わす。当該実施例は、最終的には図２Ｆに表わす構造となり、補剛手段を支持する頂部壁が裏打ち壁によって裏打ちされる。
【００６９】
当該例では、少なくとも１つの排出オリフィスが頂部壁上に配置されているので、チャンネル犠牲層を設ける必要が無くなる。
【００７０】
その後に、主犠牲層２０．２は上述のように形成される。当該主犠牲層は、キャップ層の場合に上述された材料を利用することによって形成されている少なくとも１つの裏打ち壁によって覆われている。その後に、構造化犠牲層２０．３が裏打ち層２５．１上に蒸着され形成される。構造化犠牲層には、補剛手段のパターン２４がエッチングされる。このステップは、図４Ｃに表わされる。
【００７１】
その後に、少なくともキャップ層２５が構造化犠牲層２０．３上に蒸着される。このキャップ層２５は補剛手段を備えている。キャップ層はカバーの頂部に導く。主犠牲層２０．２の犠牲材料が裏打ち層２５．１のオリフィス２６．１及びキャップ層２５のオリフィス２６を介して排出されるように、１つ以上のオリフィス２６がキャップ層２５にエッチングされ、配置されている。犠牲材料２０は、上述の例で説明したように除去される。オリフィスは、図４Ｅに表わすように、キャップ層２５の頂部にシール層２７を蒸着することによって密閉されている。その後に、局所的なプラグ２７．１が、上述のようにシール層２７をエッチングすることによって形成される。このステップは、図４Ｆに表わされている。
【００７２】
図５は、補剛手段の突出した補剛部材の幾つかの形状を表わす。これら図面は、これら補剛手段を得るために構造化犠牲層にエッチングされたパターンの上面図である。これら図面では、灰色の部分は構造化犠牲層を表わす。さらに、白色の部分は、パターンが構造化犠牲層にエッチングされると現れる主犠牲層を表わす。
【００７３】
図５Ａでは、平行な溝３０が構造化犠牲層にエッチングされている。キャップの頂部壁は、溝の内部容積に対応する平行なモールディングを備えている。この構成は、頂部壁が矩形とされるキャップに適している。これらモールディングは、頂部壁の縁部に順応している。
【００７４】
図５Ｂでは、その断面が略正方形であるトラフ３１がエッチングされている。これらトラフ３１は、行と列とから成る配列で規則正しく配置されている。２つの一連のモールディングは、構造化犠牲層の材料内に保持されている。１つの一連のモールディングのうちのモールディングは略平行である。一方の一連のモールディングのうちのモールディングと他方の一連のモールディングのうちのモールディングとは、略直角に交差している。補剛部材は、行と列とから成る配列で配置されたブロックである。この構成は、頂部壁が略正方形であるキャップに特に順応している。
【００７５】
図５Ｃでは、構造化犠牲層内で交差し且つ十字を形成する２つの溝３０がエッチングされている。これら溝３０は、構造化犠牲層の断面の対角線の上面図である。補剛部材は、十字を形成する２つのモールディングである。この構成は、頂部壁が弓状の形態をした突起である場合に特に優位である。基板上のキャップの領域は略四角状とされる。
【００７６】
図５Ｄは図４の構成を表わしているが、これに限定される訳ではない。この場合には、白色の部分は、構造化犠牲層をエッチングすることによってストリップされた裏打ち層を表わす。ハニカム状の溝３０は、構造化犠牲層内にエッチングされている。補剛部材は、ハニカム状のモールディングである。当該図面には、裏打ち壁に配置された第１のオリフィス２６．１が表わされている。
【００７７】
上述の様々な代替的な実施例は相互に限定するものではないことに留意すべきである。
【００７８】
本明細書では本発明の幾つかの実施例が提示され、詳述されているが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく様々な変更及び改良を実施可能であることに留意すべきである。
【符号の説明】
【００７９】
１０  動作部分
１１  基板
１２  キャップ
１２ａ  頂部壁
１２ｂ  補剛部材
１２ｃ  凹状領域
１３  キャビティ
１４  端部
１６  裏打ち壁
１６．２  オリフィス
２０  犠牲材料
２０．１  犠牲材料（チャンネル層）
２０．２  犠牲材料（主犠牲層）
２０．３  犠牲材料（構造化犠牲層）
２４  凹状のパターン
２５  キャップ層
２５．１  裏打ち層
２６  オリフィス
２６．１  オリフィス
２６．２  オリフィス
２７  シール層
２７．１  プラグ
【図１Ａ】
0005588674.tif 000002
【図１Ｂ】
0005588674.tif 000003
【図１Ｃ】
0005588674.tif 000004
【図１Ｄ】
0005588674.tif 000005
【図２Ａ】
0005588674.tif 000006
【図２Ｂ】
0005588674.tif 000007
【図２Ｃ】
0005588674.tif 000008
【図２Ｄ】
0005588674.tif 000009
【図２Ｅ】
0005588674.tif 000010
【図２Ｆ】
0005588674.tif 000011
【図３Ａ】
0005588674.tif 000012
【図３Ｂ】
0005588674.tif 000013
【図３Ｃ】
0005588674.tif 000014
【図３Ｄａ】
0005588674.tif 000015
【図３Ｄｂ】
0005588674.tif 000016
【図３Ｅ】
0005588674.tif 000017
【図３Ｆ】
0005588674.tif 000018
【図３Ｇ】
0005588674.tif 000019
【図４Ａ】
0005588674.tif 000020
【図４Ｂ】
0005588674.tif 000021
【図４Ｃ】
0005588674.tif 000022
【図４Ｄ】
0005588674.tif 000023
【図４Ｅ】
0005588674.tif 000024
【図４Ｆ】
0005588674.tif 000025
【図５Ａ】
0005588674.tif 000026
【図５Ｂ】
0005588674.tif 000027
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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