(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された少なくとも一つの電極と、
前記基板から所定距離だけ離れて、一部が前記電極に対して接触する少なくとも一つの可動構造物とを有する超小型機械構造体において、
前記電極の一部の上面及び前記可動構造物の上面を除いた領域にプラズマ化学気相蒸着法により形成されるパッシベーション層を含み、
前記パッシベーション層は、前記基板に前記可動構造物が形成された後に、前記プラズマ化学気相蒸着による蒸着及びプラズマを用いたエッチングまたは蒸着後のプラズマを用いたエッチング及び蒸着の反復的な工程により形成される、
超小型機械構造体。
【請求項２】
前記パッシベーション層は、フルオロカーボンポリマー、ヒドロカーボンポリマー及びヒドロフルオロカーボンポリマーよりなる群から選ばれた少なくとも何れか一種よりなる粘着防止膜である請求項１に記載の超小型機械構造体。
【請求項３】
前記可動構造物の前記上面は、反射膜として用いられる、
請求項１または２に記載の超小型機械構造体。
【請求項４】
超小型機械構造体の製造方法において、
表面に所定の回路を含んだ絶縁部を有する基板を用意する段階と、
前記基板上に所定の形状にパターニングされた少なくとも一つの電極を形成する段階と、
前記電極及び基板上にホールを有する犠牲層を形成する段階と、
前記犠牲層のホールを中心として可動構造物を形成する段階と、
前記犠牲層を除去し、前記電極に対して接触する少なくとも一つ以上の可動構造物を形成する段階と、
前記可動構造物の形成された超小型機械構造体にプラズマ化学気相蒸着法によりパッシベーション層を形成する段階と、
前記電極の一部の上面及び前記可動構造物の上面に形成された前記パッシベーション層を除去する段階と、
を含み、
前記パッシベーション層は、蒸着及びプラズマを用いたエッチングまたは蒸着後のプラズマを用いたエッチング及び蒸着の反復的な工程により前記電極の一部の上面及び前記可動構造物の上面を除いた領域に形成される、
超小型機械構造体の製造方法。
【請求項５】
前記超小型機械構造体を実装するパッケージを形成する段階をさらに含む請求項４に記載の超小型機械構造体の製造方法。
【請求項６】
前記パッシベーション層は、フルオロカーボンポリマー、ヒドロカーボンポリマー及びヒドロフルオロカーボンポリマーよりなる群から選ばれた少なくとも何れか一種よりなる粘着防止膜である請求項４に記載の超小型機械構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超小型機械構造体に係り、特に、粘着防止膜を有する超小型機械構造体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロモーター、マイクロギア及びマイクロミラーデバイスなどの各種の超小型機械構造体が開発されつつある。マイクロミラーデバイスは、各解像度に応じて、例えば５０万個から１２０万個に至る１３〜１６ミクロンの可動の極微細アルミニウム鏡が１ミクロン間隔で構成されている。個々のミラーはヒンジ上に置かれ、デジタルボードから発せられる信号に基づきミラーが左右に±１０゜の角度をもって回動しつつイメージを形成する。
【０００３】
図１は、米国のテキサスインツルメンツ社により出願された“ＬＯＷ ＲＥＳＥＴ ＶＯＬＴＡＧＥ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＤＭＤ”というタイトルの特許文献１に開示されている超小型機械構造体のマイクロミラーデバイスを示している。
図１において、アドレス電極１０及びミラー１２に駆動電圧が印加されれば、アドレス電極１０及びミラー１２間に静電引力が形成される。この両者間の静電引力は、支持層１６により支持されているヒンジ１４上のミラー１２を傾かせる。この時、ヒンジ１４上のミラー１２の縁部はランディング電極１８にランディングされるか、粘着されてしまう。一般に、粘着は、この両表面間に普通ファンデルワールスと呼ばれる、互いに引き寄せる相互分子力に起因する。ファンデルワールス力は、物質の表面エネルギーが高まるか、接触面積が広がるか、あるいは接触時間が長引くほど強まる。
【０００４】
このような接着問題を解決するために、ランディング電極１８に対して電圧パルストレインを印加する方法が提案されているものの、ファンデルワールス力が強まることを抑えるために印加電圧の量は増やさざるを得ず、結局としては、ミラー１２及びランディング電極１８間に極めて強い静電引力が発生してしまう。また、このような静電引力により素子が損傷するか、それともミラー１２がヒンジ１４から取り外されてしまう恐れもある。
特許文献１は、図２の引用符号“３４”のように、ランディング電極３４上にパッシベーション物質としてＰＦＤＡ（ｐｏｗｄｅｒｅｄ ｐｅｒｆｌｕｏｒｄｅｃａｎｏｉｃ ａｃｉｄ）を蒸着する。ＰＦＤＡをランディング電極１８上に気相蒸着する方法は、特許文献２に詳細に開示されている。これを図３を参照して説明する。オーブン４０は８０℃に予熱される。ＰＦＤＡのソース物質４４は、ガラスコンテナ４８内にチップ４６と共に置かれる。これらは、弁５０により排気され、弁４２を通じてドライＮ2が流れ込むオーブン４０内に置かれる。ＰＦＤＡが溶融温度に達すれば、チップ４６の表面に蒸着される蒸気を生成する。約５分間の蒸着後にコンテナ４８の蓋体は除去され、オーブン４０は排気される。従って、チップ４６上には蒸着されたモノレイヤ（monolayer）状態であるＰＦＤＡのみ残留する。ＰＦＤＡモノレイヤは低い表面エネルギー、低い摩擦計数及び高い摩耗抵抗性を有する。
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１及びその製造方法が開示された特許文献２でのように、固体ソースを気化させて気相で蒸着する方法は、ソース加熱のための工程時間などが必要であり、汚染の問題が発生するのに加えて、表面の活性化工程が必ず必要となる。
さらに、ＰＦＤＡのようにクロスリンク（架橋）されていないモノレイヤの場合、揮発性を帯びるがゆえにデバイス内のシーリング雰囲気所謂、密閉性雰囲気を一定に維持するためのハールメチックシーリング（ｈｅｒｍｅｔｉｃ  ｓｅａｌｉｎｇ）が必要となる。これによりコスト高が招かれ、しかも工程が複雑になる。なお、モノレイヤの場合に高温では膜の信頼性が落ちるという問題がある。併せて、モノレイヤの蒸着の場合にその厚さは約数十ないし１００Åであるために、このモノレイヤの厚さをデバイスの大きさに合わせて、且つ、特性、信頼性及び寿命の向上のために任意に調節することが不可能であるといった問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５，３３１，４５４号公報
【０００７】
【特許文献２】
米国特許第５，６０２，６７１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、前記問題点を解決するために、本発明は、工程時間が短縮されて汚染が発生しない粘着防止膜を有する超小型機械構造体及びその製造方法を提供するところにある。
本発明の他の目的は、別途の洗浄工程や活性化工程が不要であり、基板の種類を問わずに適用可能な粘着防止膜を有する超小型機械構造体及びその製造方法を提供するところにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、ハールメチックシーリングが不要である粘着防止膜を有する超小型機械構造体及びその製造方法を提供するところにある。
本発明のさらに他の目的は、デバイスの大きさに合うように、そして特性、信頼性及び寿命の向上のためにその厚さが任意に調節可能な粘着防止膜を有する超小型機械構造体及びその製造方法を提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明によれば、基板と、前記基板上に形成され、他方の面に対して接触する少なくとも一つ以上の可動構造物を有する超小型機械構造体において、基板の全面にプラズマ化学気相蒸着法により形成されるパッシベーション層を含む超小型機械構造体が提供される。
さらに、本発明によれば、基板と、前記基板上に形成された少なくとも一つの電極と、前記基板から所定距離だけ離れて、一部が前記電極に対して接触する少なくとも一つの可動構造物とを有する超小型機械構造体において、前記電極の一部の上面及び前記可動構造物の上面を除いた領域にプラズマ化学気相蒸着法により形成されるパッシベーション層を含む超小型機械構造体が提供される。
【００１１】
さらに、本発明によれば、超小型機械構造体の製造方法において、表面に所定の回路を含んだ絶縁部を有する基板を用意する段階と、前記基板上に所定の形状にパターニングされた少なくとも一つの電極を形成する段階と、前記電極及び基板上にホールを有する犠牲層を形成する段階と、前記犠牲層のホールを中心として可動構造物を形成する段階と、前記犠牲層を除去し、前記電極に対して接触する少なくとも一つ以上の可動構造物を形成する段階と、前記可動構造物の形成された超小型機械構造体にプラズマ化学気相蒸着法によりパッシベーション層を形成する段階と、前記電極の一部の上面及び前記可動構造物の上面に形成された前記パッシベーション層を除去する段階と、を含む超小型機械構造体の製造方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は多くの他の形態として実施可能であり、ここに記載された実施形態にのみ限定されるとは限らない。これらの実施形態は本発明を明確にすると共に、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するために提供される。図面は単に本発明を説明するためのものであり、全体に亘って同じ要素には同じ番号を使用した。
【００１３】
図４Ａないし図４Ｉは、本発明の望ましい実施形態による超小型機械構造体の製造工程別断面図である。
例えば、約５００〜８００μｍのシリコン基板１００が与えられる（図４Ａ）。基板１００上には、回路などを含んだ絶縁部１０２が形成される（図４Ｂ）。そして、回路と構造物との電気的接続のための電極１０４が形成される（図４Ｃ）。電極１０４及び露出された絶縁部１０２の全面には、ホール１０５を有する犠牲層１０６が約１〜２μｍの厚さに形成される（図４Ｄ）。可動構造物１０８は、犠牲層１０６上に形成される（図４Ｅ）。図４Ａから図４Ｅまでの工程を“ウェハプロセッシング”と呼ぶ。
【００１４】
前記ウェハプロセシング後に、犠牲層は１０６は除去されて構造物１０８は基板１００から離れた可動構造物となる（図４Ｆ）。
図４Ｆでのように、犠牲層（図４Ｅの１０６）が除去された後、構造物１０８、電極１０４及び露出された絶縁部１０２の全面に本発明の方法による粘着防止膜１１０、所謂パッシベーション層が約１００〜１０００Åの厚さに形成される（図４Ｇ）。このような粘着防止膜１１０の蒸着工程は、図５に示された如きＣＣＲＦ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅ Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）プラズマ反応器１２８により行われる。しかし、この方法のほかに、誘導結合プラズマ及びＥＣＲ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）などの高密度プラズマを利用する方法と、プラズマをパルスとして発生させてパルスのデューティ比を調節して所望の膜の性質を形成する方法などを利用することもできる。
【００１５】
示されたＣＣＲＦプラズマ反応器１２８は、ソース供給部１１５、真空ポンプ部１１４、チャンバ部１１６及びＲＦ発生部１１８を含む。また、チャンバ部１２１の両壁には加熱器１２０が備えられており、チャンバ部１２１の下には加熱器１２２及び冷却器１２４が交互に備えられると共に、ガス管にはライン加熱器１２６が備えられることにより、基板１２５の温度が独立的に調節可能に設計されている。
プラズマを発生させるための蒸着ガスとしては、代表的にフルオロカーボン（ＣxＦy）及びヒドロカーボン（ＣxＨy）などが使用できる。これらのほかにも、ヒドロフルオロカーボン（ＣxＨyＦz）を使用することもでき、これらガスを混合して使用することもできる。さらに、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ2などの不活性ガスを蒸着ガスに添加してプラズマを形成させることができる。
【００１６】
本発明の一実施の形態では、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ4Ｆ8）及びＡｒが使われた。Ａｒはプラズマ１２３の安定化と同時に、表面活性化のために選択された。また、炭素及びフッ素の割合が２であるＣ4Ｆ8は容易に分解され、多量の反応族を供給するほか、環境汚染が少ないために選択された。粘着防止膜（図４Ｇの１１０）の蒸着工程は実質的に洗浄、蒸着、熱処理の３段階により行われる。洗浄工程は、表面の状態に応じて蒸着された薄膜の厚さや特性が大いに変わるために、これによる変化を最小化させるために導入された。また、熱処理工程は、蒸着工程後にダイ取り付け工程が伴われるために、これを考慮して大気中で約１５０℃で１０分間行われる。蒸着される粘着防止膜１１０は、工程圧力、電力、Ｃ4Ｆ8分圧、基板温度などの蒸着条件に影響される。プラズマに影響を与える圧力、電力、そして分圧に変化を与えて各因子が及ぼす影響を実験的に分析した結果、粘着防止膜１１０の蒸着のための最適条件は、Ｃ4Ｆ8 は８ｓｃｃｍ、Ａｒは６ｓｃｃｍ、圧力は５００ｍＴｏｒｒ、電力は２５ワット、そして基板温度は５０℃であった。このような最適の条件下における蒸着率は、約２５ｎｍ／分であった。
【００１７】
一方、以上のような工程により形成された粘着防止膜１１０は、構造物１０８の部分にのみ必要である。構造物１０８の表面に蒸着された粘着防止膜１１０は、光の反射度を阻害する。例えば、光の吸収が全くない膜の場合にも約１５０Åだけ蒸着がされていれば、蒸着されていない場合より約０．８％ほど光の反射度が損失を受ける。さらに、電極１０４の表面に蒸着された粘着防止膜１１０は接触抵抗を高め、しかも表面エネルギーの低い粘着防止膜１１０上へのハンダ付けが困難であってワイヤボンディングが正常に行えないという問題がある。
【００１８】
従って、構造物１０８の下部を除いては、残りの部分の粘着防止膜１１０の形成が不要になる。
このために、本発明では、プラズマ状態で蒸着とエッチング、または蒸着後のエッチング及び蒸着の工程を交互に行うことを特徴とする。この明細書では、かかる工程を説明の便宜上“ＤＥＤ（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−Ｅｔｃｈｅｄ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程”と呼ぶ。通常のＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ）は、ＰＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｎ）とは異なって、化学的な反応によって蒸着を行う、つまりプラズマ化学気相蒸着法により蒸着を行うことであり、エネルギー化した粒子（電子またはイオン）が直接的に表面を活性化させつつ反応族が蒸着されるので、表面の状態にあまり影響されない。しかし、プラズマを発生させれば、プラズマ内でイオンと電子の移動度との間に違いが発生し、これにより、基板側に負のバイアスが発生する。結局、イオン衝突が、図４Ｆに示された可動構造物１０８の上や構造物１０８のない部分に大いに発生してその部分の化学反応が促される。このため、プラズマを使って薄膜を蒸着すれば、構造物１０８の下部より構造物１０８の上部あるいはその構造物１０８のない部分が一層厚く蒸着される。すなわち、このように一層厚く蒸着されている粘着防止膜をエッチング工程により薄く製造する工程を追加する工程を“ＤＥＤ”工程と言う。
【００１９】
従って、本発明の一実施の形態により“ＤＥＤ”工程を行えば、そのような短所が補完されるだけではなく、不要部分の粘着防止膜を除去することが可能になる。
以下、以上で原理的に説明した“ＤＥＤ”工程を図６及び図７の工程フローチャートに基づき説明する。これによる工程順序を図４Ｅないし図４Ｉを共に参照すれば、一層理解し易いであろう 。
まず、図６を参照すれば、段階Ｓ１で前述したウェーハプロセシングが完了する（図４Ｅ）。次に、段階Ｓ２で犠牲層１０６の除去工程が行われる（図４Ｆ）。一方、犠牲層の除去工程前にダイシングが行われても良い。段階Ｓ２で犠牲層が除去された後、段階Ｓ３では完成された構造物（これを詳細な説明では“基板（図５の１２５）”と呼んでいる）を図５のプラズマ反応器１２８に入れ、一定の温度、圧力、ガスなどを維持させつつプラズマを励起させて粘着防止膜１１０を蒸着する（図４Ｇ）。段階Ｓ４では、同じプラズマ反応器１２８でエッチング工程が行われる。そして、段階Ｓ５では再び以上のような蒸着工程が行われる。場合によっては、図７のように最後の蒸着工程である段階Ｓ５が省略できる。
【００２０】
さらに、必要な場合、図６または図７の段階Ｓ６と共に、蒸着後のエッチングと蒸着、または蒸着とエッチングとが繰り返される。粘着防止膜の蒸着済みの基板（図５の１２５）は前述した熱処理工程を経る。図４Ｈは、図６の段階Ｓ１〜Ｓ６または図７の段階Ｓ１〜Ｓ６を通じて形成された結果物を示している。
換言すれば、図４Ｈに示されたように、粘着防止膜１１０は、本発明の一実施の形態により粘着防止膜１１０が必要な部分にのみ集中的に蒸着される。これは、強調して言うが、エッチング工程中に可動構造物１０８の影響により構造物１０８の上部や構造物１０８のない部分の粘着防止膜１１０はエッチングされるものの、粘着防止膜１１０が必要な部分である接触が起こる部分や構造物の下部ではエッチングが起こらずに粘着防止膜１１０が残っているからである。
【００２１】
すなわち、図６及び図７の段階Ｓ７のようなパッケージング工程が完了した状態を示す図４Ｉのように、電気的接続のためにワイヤボンディング１１２が施される部分１１０ｂ，１１０ｃと、反射膜として用いられる可動構造物１０８の表面１１０ａとには部分的に粘着防止膜１１０が存在しなくなる。
以上、本発明の説明では具体的な実施形態について説明されたが、様々な変形が本発明の範囲から逸脱せずに実施できる。よって、本発明の範囲は説明された実施形態によって定まることなく、特許請求の範囲及びこの特許請求範囲の均等なものによって定まるべきである。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ状態で電子またはイオンなどが直接的に基板の表面を活性化させつつ反応族が蒸着されるので、基板の表面の洗浄や活性化工程が不要になる。また、本発明は基板の種類を問わずに適用可能になる。例えば、本発明によれば、可動構造物がアルミニウムであり、接触する基板がシリコン酸化膜である場合、基板がシリコン及び金属膜よりなる場合等、全ての面に対して粘着防止膜の蒸着が可能になる。
【００２３】
また、全ての工程が真空装備で行われて蒸着中の副産物などが真空中から排出されるので別途の残留物がなく、従来のように固体ソースを使用する場合とは異なって、汚染源が存在しないきれいな工程が可能になる。このような工程は特に粒子に致命的な弱点がある超小型機械構造物に適用するに当たって最も大きい長所となる。 さらに、本発明の一実施の形態において、ＰＥＣＶＤに使用する前駆体としてＣxＦyを使用することにより、人体及び環境的に安定した工程が可能になる。
【００２４】
さらに、ＰＥＣＶＤの場合に別途のソース加熱時間及び移動時間がかかることなく全ての工程が真空装備で行われるので、工程時間が大いに短縮される。
さらに、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）などを通じてのソースガスの微細な調節が可能になるので、従来より行われてきたＰＶＤ及びソリューションインマルション等による蒸着方法に比べてソースの消耗量が少なく、その結果、既存の蒸着方法に比べて約１０％の工程コストで工程が可能になる。
さらに、本発明の一実施の形態でのように、エッチング及び蒸着または蒸着及びエッチングを交互に行いつつ粘着防止膜の厚さを位置に応じて調節することにより、粘着防止膜が蒸着されない所はできる限り浅く形成でき、且つ、素子の信頼性及び寿命向上のために粘着防止膜が必要な所、例えば接触が起きる部分には厚く形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術による超小型機械構造体を説明するための図面である。
【図２】従来の技術による超小型機械構造体を説明するための図面である。
【図３】従来の技術による超小型機械構造体を製造するためのＰＶＤ装備を概略的に示す図面である。
【図４Ａ】本発明の一実施の形態による超小型機械構造体の製造方法を段階別に示す図面（１）。
【図４Ｂ】本発明の一実施の形態による超小型機械構造体の製造方法を段階別に示す図面（２）。
【図４Ｃ】本発明の一実施の形態による超小型機械構造体の製造方法を段階別に示す図面（３）。
【図４Ｄ】本発明の一実施の形態による超小型機械構造体の製造方法を段階別に示す図面（４）。
【図４Ｅ】本発明の一実施の形態による超小型機械構造体の製造方法を段階別に示す図面（５）。
【図４Ｆ】本発明の一実施の形態による超小型機械構造体の製造方法を段階別に示す図面（６）。
【図４Ｇ】本発明の一実施の形態による超小型機械構造体の製造方法を段階別に示す図面（７）。
【図４Ｈ】本発明の一実施の形態による超小型機械構造体の製造方法を段階別に示す図面（８）。
【図４Ｉ】本発明の一実施の形態による超小型機械構造体の製造方法を段階別に示す図面（９）。
【図５】本発明の一実施の形態に適用されるＰＥＣＶＤ装備を概略的に示す図面である。
【図６】本発明の一実施の形態により製造される超小型機械構造体の製造工程手順図である。
【図７】本発明の他の実施の形態により製造される超小型機械構造体の製造工程手順図である。
（符号の説明）
１００      基板
１０２      絶縁部
１０４      電極
１０８      可動構造物
１１０      粘着防止膜
【図１】
0003939632.tif 000002
【図２】
0003939632.tif 000003
【図３】
0003939632.tif 000004
【図４Ａ】
0003939632.tif 000005
【図４Ｂ】
0003939632.tif 000006
【図４Ｃ】
0003939632.tif 000007
【図４Ｄ】
0003939632.tif 000008
【図４Ｅ】
0003939632.tif 000009
【図４Ｆ】
0003939632.tif 000010
【図４Ｇ】
0003939632.tif 000011
【図４Ｈ】
0003939632.tif 000012
【図４Ｉ】
0003939632.tif 000013
【図５】
0003939632.tif 000014
【図６】
0003939632.tif 000015
【図７】
0003939632.tif 000016