JP2005123561A - 微小電気機械式装置の封止構造および封止方法ならびに微小電気機械式装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 微小電気機械式装置（ＭＥＭＳ）の可動部を個別に良好に封止して保護することができる微小電気機械式装置の封止構造を提供すること。
【解決手段】 基板１上に形成された微小電気機械式構造体２を、基板１上に微小電気機械式構造体２を覆うように形成された封止部材３との間の空間内に封止する微小電気機械式装置の封止構造において、封止部材３は、空間側に位置するとともに貫通孔４ａを有する第１封止部材４と、その外側に位置して貫通孔４ａを塞いでいる第２封止部材５とから成る。微小電気機械式構造体２とその封止構造とは一連の工程で形成可能であり、封止構造は微小電気機械式構造体２およびその周囲の極めて局所的な部分に形成することができるので、量産効果に優れた封止構造により、極めて小さな微小電気機械式装置を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、静電気式マイクロスイッチや静電マイクロリレー，マイクロメカニカルリレー，加速度計，圧力センサ，アクチュエータを始めとする、いわゆるマイクロエレクトロメカニカルシステム（Micro ElectroMechanical System：ＭＥＭＳ）と呼ばれる微小電気機械式装置の封止構造および封止方法、ならびにそれらを用いた微小電気機械式装置に関するものである。

近年の通信技術の進展に伴い、携帯電話に代表される通信機器はますます高機能化および高性能化が要求されている。このような状況において、通信機器の内部回路でＲＦ電気信号を切り替えるＲＦスイッチの役割はますます重要視されている。このようなＲＦスイッチとしては、例えばＰＩＮダイオードやＦＥＴ等を用いた半導体スイッチ等があり、これまでに既に実用化されている。

しかしながら、これら半導体スイッチは、例えばＰＩＮダイオードを用いたＲＦスイッチでは消費電力が大きかったり、半導体材料に特有の電気的な非線形性が大きかったり、オン／オフのアイソレーションが低い等の問題点があった。

これに対し、ＲＦスイッチとしてＭＥＭＳを用いたスイッチ（以下、ＭＥＭＳスイッチと記す。）が提案されている。このＭＥＭＳスイッチは、基本的に機械接点式であるため、オン／オフのアイソレーションが極めて良く、また同様の理由で原理的に電気的な非線形性を持たないという利点がある。また、ＭＥＭＳスイッチの作製工程は基本的に従来のウエハプロセスで行なうことができるため、極めて微小化が可能であり、また極めて高い量産効果を有する等の可能性を持つものである。

以上の理由から、ＭＥＭＳスイッチは極めて魅力的なデバイスであり、多方面の研究機関で活発に研究開発が行なわれている。そこでは、ＭＥＭＳを安定して動作させるために気密に封止する封止構造をどのようなものとするかは極めて重要な課題である。ＭＥＭＳは極めて微細な構造体であり、また、その動作は極めてデリケートな状態で行なわれるため、ＭＥＭＳを周囲の微粒子や空気流、あるいは湿気等から保護することは極めて重要である。

また、このことは、ＭＥＭＳの作製プロセスにおいても極めて重要な意味を持つ。例えば、基板であるウエハ上に一括して作製した多数のＭＥＭＳを個々に切断するいわゆるダイシング工程においては、それぞれのＭＥＭＳを保護する対策無くしては、ダイシング時に使用する切削水や発生する切屑からＭＥＭＳの可動部を保護することができない。そのため、従来は例えばＭＥＭＳを覆うようにして、後工程でエッチング等により除去される犠牲層を形成し、そのエッチング前に各ＭＥＭＳを個別に切り出し、切り出されたＭＥＭＳの各々に対して個々に犠牲層をエッチングして除去する等の方策を採らざるを得ず、作製が煩雑なものになってしまうといった問題点があった。

このような問題点に対しては、例えば、ウエハレベルで多数のＭＥＭＳの可動部を形成し、そのウエハ上に適当に加工されたガラス基板を配して各ＭＥＭＳを封止した後に個別に切断する方法（例えば、特許文献１を参照。）や、同じく多数のＭＥＭＳの可動部を形成した基板上に予めエッチング加工されたシリコン基板を配置して各ＭＥＭＳを封止した後に個別に切断する方法（例えば、特許文献２を参照。）等が提案されてきた。

一方で、光ファイバを正確に位置決め配置させるためのシリコンＶ溝ベンチについて、Ｖ溝の形成後に正確なフォトプロセスを行なうために、シリコン基板の表面のＶ溝が形成される部位にメッシュ状の窒化珪素膜を形成し、このメッシュを介して水酸化カリウム溶液でシリコン基板の所定の部位を異方性エッチングしてＶ溝を形成し、最後に、メッシュを覆うように二酸化珪素膜を形成することによってメッシュをシールするという技術も報告されている（例えば、非特許文献１を参照。）。
国際公開第99／21204号パンフレット 特開2001−144117号公報 ヘンリク・アールフェルト（Henrik Åhlfeldt）他著，「パッシブ・アライメント・オブ・レーザ・アレイズ・トゥー・シングルモード・ファイバーズ・ユージング・マイクロストラクチャード・シリコン・キャリアズ（PASSIVE ALIGNMENT OF LASER ARRAYS TO SINGLE-MODE FIBERS USING MICROSTRUCTURED SILICON CARRIERS）」，（米国），インターナショナル・コンファレンス・オン・オプティカル・メムス・アンド・ゼア・アプリケーション・エムオーイーエムエス97（International Conference on Optical MEMS and Their Application MOMES97），1997年，p.155−159

しかしながら、これら従来の技術には、以下に述べる理由による問題点がある。すなわち、特許文献１あるいは特許文献２に提案された方法は、いずれも、ＭＥＭＳの可動部を作製した後に、個々の可動部を封止するガラス基板あるいはシリコン基板を配することによって、ＭＥＭＳの可動部を保護しようとする試みである。しかしながら、このようにガラス基板あるいはシリコン基板等をいわゆるカバーとして配する構造では、ＭＥＭＳの可動部が形成されているウエハとカバーとを何らかの方法で封止する必要がある。このとき、生産性を確保することも考慮するのであれば、両者を広い面積にわたって均一に封止する必要があるが、例えば、熱プロセスを経て封止が完了するような方法を採用する場合にはウエハ面内にわたる残留応力等の影響を考慮しなければならないといった問題点が生ずることとなる。また、多数のＭＥＭＳの可動部が形成されたウエハ上に個々の可動部をそれぞれ封止するようにカバーを配するプロセスは、半導体素子の作製工程における通常のウエハプロセスと異なるため、作業が極めて煩雑になり、コスト高の要因ともなるという問題点もある。

また、ウエハ上に既に形成されたＭＥＭＳの可動部は、微小な構造体であるために極めてデリケートなものであるので、これにカバーを配する際には細心の注意が必要であるという問題点があった。例えば、カバーを配する工程中に微細な異物が可動部に付着すること等があると、これによって可動部の動作不良の原因となることから、歩留まり低下の原因となるという問題点があった。

本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、ウエハ等の基板上に形成された微小電気機械式装置（ＭＥＭＳ）の可動部を個別に良好に封止して保護することができる微小電気機械式装置の封止構造およびその封止構造を作製する封止方法ならびにそれらを用いた微小電気機械式装置を提供することにある。

本発明の微小電気機械式装置の封止構造は、基板上に形成された微小電気機械式構造体を、前記基板上に前記微小電気機械式構造体を覆うように形成された封止部材との間の空間内に封止する微小電気機械式装置の封止構造において、前記封止部材は、前記空間側に位置するとともに貫通孔を有する第１封止部材と、その外側に位置して前記貫通孔を塞いでいる第２封止部材とから成ることを特徴とするものである。

また、本発明の微小電気機械式構造体の封止構造は、上記構成において、前記第１および第２封止部材が酸化珪素から成り、前記第２封止部材は、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法で形成された酸化珪素から成ることを特徴とするものである。

本発明の微小電気機械式装置の封止方法は、基板上に形成された微小電気機械式構造体を犠牲材料で覆う工程と、前記基板上から前記犠牲材料を覆って第１封止部材を形成するとともにこの第１封止部材に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を通して前記犠牲材料を除去して、前記微小電気機械式構造体と前記第１封止部材との間に空間を形成する工程と、しかる後、前記貫通孔を第２封止部材を形成して塞ぐ工程とを具備することを特徴とするものである。

また、本発明の微小電気機械式装置の封止方法は、上記構成において、前記第１封止部材を酸化珪素で形成し、前記第２封止部材をＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法で形成することを特徴とするものである。

本発明の微小電気機械式装置は、基板上に形成された微小電気機械式構造体を、前記基板上に前記微小電気機械式構造体を覆って形成された封止部材の内部の空間に前記微小電気機械式構造体を封止して成る微小電気機械式装置において、前記封止部材は、前記空間側に位置するとともに貫通孔を有する第１封止部材と、その外側に位置して前記貫通孔を塞いでいる第２封止部材とから成ることを特徴とするものである。

また、本発明の微小電気機械式装置は、上記構成において、前記第１および第２封止部材が酸化珪素から成り、前記第２封止部材は、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法で形成された酸化珪素から成ることを特徴とするものである。

本発明の微小電気機械式装置の封止構造によれば、基板上に形成された微小電気機械式構造体を、基板上に微小電気機械式構造体を覆うように形成された封止部材との間の空間内に封止する微小電気機械式装置の封止構造において、封止部材が、空間側に位置するとともに貫通孔を有する第１封止部材と、その外側に位置して貫通孔を塞いでいる第２封止部材とから成ることから、第１封止部材は微小電気機械式構造体を封止するために最小限必要な局所領域を封止するものとして第２封止部材とともに基板上に封止空間を構成するようにできるので、封止を考慮した微小電気機械式装置のサイズを低減することができる。

また、本発明の微小電気機械式装置の封止構造によれば、第１および第２封止部材が酸化珪素から成り、第２封止部材がＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法で形成された酸化珪素から成るときには、第１および第２封止部材間での封止に伴う応力の発生等の発生を抑えることができるとともに、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法では良質な酸化珪素膜が得られるので、第２封止部材として良好な封止を実現することができる。

本発明の微小電気機械式装置の封止方法によれば、基板上に形成された微小電気機械式構造体を犠牲材料で覆う工程と、基板上から犠牲材料を覆って第１封止部材を形成するとともにこの第１封止部材に貫通孔を形成する工程と、貫通孔を通して犠牲材料を除去して、微小電気機械式構造体と第１封止部材との間に空間を形成する工程と、しかる後、貫通孔を第２封止部材を形成して塞ぐ工程とを具備することから、基板上に形成された微小電気機械式構造体の可動部とこれを基板上に封止する封止部材のうちの第１封止部材とを、両者の間に後工程で除去される犠牲材料を介在させて形成した後に、予め設けられた第１封止部材の開口部である貫通孔を通して犠牲材料を除去して微小電気機械式構造体と第１封止部材との間に所定の空間を形成し、その後に、第２封止部材を形成して第１封止部材の貫通孔を塞いでこれら第１封止部材および第２封止部材から成る封止部材によって微小電気機械式構造体を内部に封止することにより、微小電気機械式装置と封止構造とを同時に一括して作製することができるので、生産性に優れた製造工程により信頼性に優れた微小電気機械式装置を得ることができる。

また、本発明の微小電気機械式装置の封止方法によれば、第１封止部材を酸化珪素で形成し、第２封止部材をＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法で形成するときには、第１および第２封止部材間での封止に伴う応力の発生等の発生を抑えることができるとともに、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法では良質な酸化珪素膜が得られるので、第２封止部材として良好な封止を実現することができ、より簡便に、生産性に優れた製造工程により信頼性に優れた微小電気機械式装置を得ることができる。

そして、本発明の微小電気機械式装置によれば、基板上に形成された微小電気機械式構造体を、基板上に微小電気機械式構造体を覆って形成された封止部材の内部の空間に微小電気機械式構造体を封止して成る微小電気機械式装置において、封止部材が、空間側に位置するとともに貫通孔を有する第１封止部材と、その外側に位置して貫通孔を塞いでいる第２封止部材とから成ることから、第１封止部材は微小電気機械式構造体を封止するために最小限必要な局所的な領域を封止するものとして第２封止部材とともに基板上に封止空間を構成するようにできるので、封止を考慮した微小電気機械式装置のサイズを低減することができる。

また、本発明の微小電気機械式装置によれば、第１および第２封止部材が酸化珪素から成り、第２封止部材が、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法で形成された酸化珪素から成るときには、第１および第２封止部材間での封止に伴う応力の発生等の発生を抑えることができるとともに、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法では良質な酸化珪素膜が得られるので、第２封止部材として良好な封止を実現することができる。

以上により、本発明によれば、ウエハ等の基板上に形成された微小電気機械式装置の可動部である微小電気機械式構造体を個別に良好に封止して保護することができる微小電気機械式装置の封止構造およびその封止構造を作製する封止方法、ならびにそれらを用いた生産性に優れ、かつ信頼性に優れた微小電気機械式装置を提供することができる。

以下、本発明について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明の微小電気機械式装置の封止構造およびそれを用いた本発明の微小電気機械式装置の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は基板、２は基板１上に形成された微小電気機械式構造体である。この例の微小電気機械式構造体２は、カンチレバー式のリレーを示している。３は基板１上に微小電気機械式構造体２を覆うように形成され、内部の基板１との間の空間に微小電気機械式構造体２を封止する封止部材であり、本発明において封止部材３は、微小電気機械式構造体２を封止する空間側に位置するとともに貫通孔４ａを有する第１封止部材４と、その外側に位置して貫通孔４ａを塞いでいる第２封止部材５とから成るものである。６は、微小電気機械式構造体２に電気的に接続され、封止部材３の外部との間で電気信号等のやりとりを行なうための電気信号線である。

図１に示す例のように、本発明の微小電気機械式装置の封止構造およびそれを用いた本発明の微小電気機械式装置においては、基板１上に形成された微小電気機械式構造体２を基板１とこの基板１上に微小電気機械式構造体２を覆うように形成された封止部材３との間の内部の空間内に封止しており、その封止部材３が、空間側（微小電気機械式構造体２側）に位置するとともに貫通孔４ａを有する第１封止部材４と、その外側に位置して貫通孔４ａを塞いでいる第２封止部材５とから成ることを特徴とするものである。このように、封止部材３が貫通孔４ａを有する第１封止部材４とその貫通孔４ａを塞いでいる第２封止部材５とから成ることにより、第１封止部材４は微小電気機械式構造体２を封止するために最小限必要な局所領域を封止するものとして第２封止部材５とともに基板１上に封止空間を構成するようにできるので、封止を考慮した微小電気機械式装置のサイズを低減することができるものとなる。

なお、図１に示す例においては、第２封止部材５は第１封止部材４の外側の全面を覆うように形成されているが、第２封止部材５は、第１封止部材４の貫通孔４ａを塞ぐように形成されていれば、その貫通孔４ａに対応させてその部位のみに形成されたものであってもよい。

次に、図２（ａ）〜（ｊ）は、それぞれ本発明の微小電気機械式装置の封止方法を説明するための実施の形態の一例を示す工程毎の断面図であり、ここでは図１に示す例を作製する際に用いる作製プロセスの一例を示すものである。この図２において、図１に示したものと同じ構成要素を示すものには同じ参照符号を付してある。

本発明の微小電気機械式装置の封止方法においては、まず図２（ａ）に示すように、基板１上に電気信号線６を金属薄膜等により形成する。次に図２（ｂ）に示すように、電気信号線６が形成された基板１上に、電気信号線６の一部を覆うように犠牲材料７を形成する。また、この犠牲材料７の電気信号線６上に位置する部分に孔部を形成しておく。次に図２（ｃ）に示すように、その犠牲材料７の孔部に微小電気機械式構造体２の部材であるカンチレバー支持部２ｂを形成し、次いで図２（ｄ）に示すように、先に形成されている犠牲材料７の上にさらに所定パターンで犠牲材料７を積層し、そして図２（ｅ）に示すように、その犠牲材料７のパターン中にカンチレバー支持部２ｂに接続されるようにして、微小電気機械式構造体２の部材であるカンチレバー２ａを形成する。

次に、図２（ｆ）に示すように、カンチレバー２ａを形成した後に、これを覆うようにして先に形成されている犠牲材料７の上にさらに犠牲材料７を形成し、そして図２（ｇ）に示すように、内部にカンチレバー支持部２ｂおよびカンチレバー２ａが形成された犠牲材料７を覆って、基板１上から第１封止部材４を形成する。次に、図２（ｈ）に示すように、第１封止部材４の一部、ここでは上面の一部を除去して貫通孔４ａを形成する。そして、図２（ｉ）に示すように、第１封止部材４の貫通孔４ａを通して第１封止部材４の内側の犠牲材料７を除去して、微小電気機械式構造体２（カンチレバー支持部２ｂおよびカンチレバー２ａ）と第１封止部材４との間に所定の空間を形成した後、最後に図２（ｊ）に示すように、第１封止部材４の外側に貫通孔４ａを塞ぐようにして第２封止部材５を形成して封止部材３を形成することによって、基板１上に形成された微小電気機械式構造体２を基板１と封止部材３との間の空間内に封止した本発明の微小電気機械式装置の封止構造を有する微小電気機械式装置が完成する。

次に、以上のような本発明の微小電気機械式装置の封止方法における各工程について詳細を説明する。

基板１は、例えば、シリコン，サファイヤ等の単結晶基板、あるいはガラス，セラミックス等から成る無機絶縁性基板、あるいは樹脂等から成る有機絶縁性基板等を用いることができる。その他、微小電気機械式装置の仕様に応じて、絶縁性材料から成る基板や導電性材料から成る基板等の任意の基板材料から成るものが選択可能である。

基板１上に形成される電気信号線６は、適当な金属導体膜で形成される。例えば、Ａｕ，Ｃｒ，Ｒｔ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｕ等の金属薄膜から成る導体膜やそれらの合金薄膜から成る導体膜、あるいはそれらを多層積層した構造の導体膜等を用いることができる。なお、基板１が導電性を有する場合には、基板１と電気信号線６との間に適当な絶縁膜が必要である。例えば基板１にシリコンを用いる場合であれば、例えば熱酸化法等の方法によって、シリコンから成る基板１の表面に酸化シリコンから成る絶縁膜を形成しておく必要がある。

電気信号線６の線路形態等は、特に限定されるものではない。基板１の下面に接地導電層（不図示）が形成されていればマイクロストリップ線路やいわゆるグランド付きコプレーナ線路等の形態が可能である。あるいは、基板１の上面の電気信号線６の両側に接地導体が配置されたいわゆるコプレーナ線路の形態としてもよい。あるいは、単純な薄膜信号線路の形態としてもよく、要求される仕様により適宜選択が可能である。

電気信号線６の線路パターンの形成方法は、フォトリソグラフィーに加え、ドライエッチング法、あるいはウェットエッチング法、あるいはリフトオフ法等の適当で導体膜の材料に適した方法を用いればよい。なお、電気信号線６を形成するための金属薄膜は、スパッタリング法や金属蒸着法等を用いて形成可能である。

犠牲材料７は、微小電気機械式構造体２や第１封止部材４の形成に利用され、それらの工程の後工程においてエッチングあるいは溶解等の処理によって除去されるものである。その材料としては、例えば二酸化珪素等の酸化珪素，アモルファスシリコン，フォトレジスト，その他ポリマー材料等が適宜選択可能である。以下に、犠牲材料７の形成材料に二酸化珪素を用いた場合について説明する。

二酸化珪素から成る犠牲材料７は、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート），ＴＥＢ（テトラエチルボートレート），ＴＭＯＰ（テトラメチルオキシフォスレート）等の原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により形成する方法や、スパッタリング法等の真空プロセスを用いる等の方法で形成することができる。これらの方法で形成された二酸化珪素は、第１封止部材４が形成された後、第１封止部材４の開口からドライエッチング法あるいはウェットエッチング法の手法を用いることで、例えば微小電気機械式構造体２の部材が形成される部位に対応する特定の部位を選択的にエッチングする。二酸化珪素に対するエッチングには、ドライエッチング法ではＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）法等の手法やフッ酸蒸気によるエッチングが、ウェットエッチング法ではバッファフッ酸内に浸漬する等の手法が利用できる。

また、二酸化珪素の形成方法としては、ポリシランの感光性を利用した酸化珪素膜の形成も利用可能である。ポリシランの感光性について詳しく説明すると、ポリシランは珪素（Ｓｉ）原子が鎖状につながった珪素系高分子であり、これに光照射することにより−Ｓｉ−Ｓｉ−結合が光分解し、珪素結合間に酸素原子が配置されたシロキサン結合部位や、酸サイトとして作用するシラノール基が生成される。これをアルカリ性現像液に浸漬すると、シラノール基が生成された部位は現像液に溶解し、すなわち紫外線露光部を選択することにより紫外線照射部位のみを溶解除去することができ、任意の平面形状が加工可能である。現像後、再び十分な強度で全面を紫外線露光した後に、再び酸素雰囲気中で加熱することで、紫外線に反応して珪素間の結合が切れた部位に酸素原子が入り込むことによって酸化珪素膜が形成される。なお、ポリシランの側鎖に修飾される修飾基としては、プロピル基，ヘキシル基，フェニルメチル基，トリフルオロプロピル基，ノナフルオロヘキシル基，トリル基，ビフェニル基，フェニル基，シクロヘキシル基等の種々のものが適宜選択可能である。

また、犠牲材料７の形成材料にアモルファスシリコンを用いる場合であれば、アモルファスシリコンから成る犠牲材料７は、Ｈ_２やＳｉＨ_４等の原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により形成する方法や、スパッタリング法等の真空プロセスを用いる等の方法で形成することができる。これらの方法で形成されたアモルファスシリコンは、ドライエッチング法あるいはウェットエッチング法の手法を用いることで、例えば微小電気機械式構造体２の部材が形成される部位に対応する特定の部位を選択的にエッチングする。アモルファスシリコンに対するエッチングには、ＸｅＦ_２（フッ化キセノンガス）を用いたドライエッチングやフッ硝酸を用いたウェットエッチング手法等が利用できる。

微小電気機械式構造体２には、静電気式マイクロスイッチや静電マイクロリレー，マイクロメカニカルリレー，加速度計，圧力センサ，アクチュエータを始めとする、ＭＥＭＳと称される種々のものを用いることもできる。また、微小電気機械式構造体２としては、圧電振動子や弾性表面波素子等の電気機械的な動作原理で作動する電子部品等も用いることができる。

図１および図２に示した例では、カンチレバー式のリレーを用いている。この微小電気機械式構造体２を構成するカンチレバー支持部２ｂは、適当な絶縁材料で形成される。例えば、窒化珪素膜，酸化アルミニウム，酸化チタン、あるいは絶縁性樹脂により、フォトリソグラフィー法，ドライエッチング法等を用いて適当な形状に加工される。

また、カンチレバー２ａは、犠牲材料７に形成した所定のパターンを利用する等の方法によって、金属薄膜等を用いて形成される。

これらカンチレバー支持部２ｂおよびカンチレバー２ａから成る微小電気機械式構造体２を形成した後、これらを覆って微小電気機械式構造体２が封止され収容される空間を形成するように、犠牲材料７を再び同様の手法で形成する。そして、基板１の上面からこの犠牲材料７を覆うようにして、封止部材３を構成する第１封止部材４を形成する。このような第１封止部材４の内側に形成されることとなる空間の大きさ等については、微小電気機械式構造体２を構成する要素の大きさは、通常は数100μｍ角程度であるので、それと同等の面積とし、高さについては微小電気機械式構造体２の可動領域も考慮して数μｍ程度としておけばよい。

次に、第１封止部材４の一部、例えば上面や側面の適当な部分をフォトリソグラフィー法，ドライエッチング法等の手法を用いて除去することで、貫通孔４ａを形成する。この貫通孔４ａは、後でこの貫通孔４ａを通して第１封止部材４の内側の犠牲材料７をエッチング等により除去するためのものであり、また犠牲材料７を除去した後は第２封止部材５で塞ぐ必要があるものであるので、それに適したような配置，形状，大きさ，個数等を選択して形成する。なお、貫通孔４ａを形成する場所は、図１および図２に示す例では内部に封止するデバイスである微小電気機械式構造体２の直上に形成されているように図示さているが、好適には、貫通孔４ａの形成およびこれに続くエッチング等によって微小電気機械式構造体２の特性に悪影響が及ばないよう、例えば直上の部位を避けるようにして適当な場所に設定すればよい。

この貫通孔４ａを形成した後、犠牲材料７が例えば二酸化珪素から成るものであれば、この基板１をバッファフッ酸に浸漬し、貫通孔４ａを通して第１封止部材４の内側の犠牲材料７をエッチングし除去することで、基板１上に形成された可動部位を有する微小電気機械式構造体２と、基板１上にこの微小電気機械式構造体２を覆って所定の空間の内部に封止するように形成された第１封止部材４とを一括して形成することができる。バッファフッ酸により犠牲材料７を除去した後には、十分にこの基板１を水洗し、さらにメタノールに浸漬することで水とメタノールとを置換し、最後に二酸化炭素による超臨界乾燥を行なう工程を経て、水分が除去された微小電気機械式構造体２とこれを封止するための第１封止部材４とが完成する。

また、犠牲材料７が例えばアモルファスシリコンから成るものであれば、この基板１をＸｅＦ_２雰囲気に暴露し、貫通孔４ａを通して第１封止部材４の内側の犠牲材料７をエッチングし除去することで、基板１上に形成された可動部位を有する微小電気機械式構造体２と、基板１上にこの微小電気機械式構造体２を覆って所定の空間の内部に封止するように形成された第１封止部材４とを一括して形成することができる。

そして、最終工程として第１封止部材４の貫通孔４ａを塞ぐように、例えば酸化珪素膜や窒化珪素膜から成る第２封止部材５を形成することにより、本発明における封止部材３が形成され、微小電気機械式構造体２の封止部材３による封止が完了する。

ここで、第２封止部材５を形成するための酸化珪素皮膜の形成方法について詳細を説明する。この酸化珪素皮膜には、犠牲材料７の形成と同様な方法を用いることができる。一つには、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート）ガスを用いてプラズマＣＶＤ法で形成する方法である。この成膜方法を用いることにより、第１封止部材４の内部には酸化珪素皮膜が形成されることなしに、酸化珪素皮膜は貫通孔４ａの側壁から堆積して貫通孔４ａの中心部および第１封止部材４の外側に向かって成長し、最終的に貫通孔４ａを塞ぐことができる。

また、前述のポリシランを用いた感光性樹脂を用いても、同様に第１封止部材４の貫通孔４ａを良好に塞ぐことができる。この方法では、貫通孔４ａを有する第１封止部材４が形成された後に、ポリシランが含有された有機溶剤を例えばスピンコート等の方法でその基板１の表面に塗布し、さらに全面に渡り紫外線照射する。紫外線照射後は、オーブン内等で有機溶剤成分を除去した後、酸素雰囲気中で加熱処理をする。これにより、酸化珪素膜で第１封止部材４の貫通孔４ａを、ポリシランを用いた感光性樹脂を用いて形成された酸化珪素から成る第２封止部材５によって塞いで、封止部材３の内側の空間内に微小電気機械式構造体２を封止することが可能となり封止が完了する。

これらにより酸化珪素から成る第２封止部材５を形成する場合は、酸化珪素皮膜は基板１とその上の第１封止部材４とを覆うように全体に一様に形成されることなるが、このときの第２封止部材５を貫通して電気信号線６等により特別に電気的な接続をとるためには、ほぼ全面を覆っている酸化珪素から成る第２封止部材５の適当な一部を例えばフォトプロセス法やエッチング法等を用いて除去することで、電気信号線６の一部を封止部材３の外部に露出させることによって達成することができる。

なお、本発明において、犠牲材料７と第１封止部材４と第２封止部材５との組合せとしては、最低限、犠牲部材４と第１封止部材４との間でエッチングの選択性がなければならない。また、犠牲材料７を形成した後に第１封止部材４を形成する必要があることから、第１封止部材４の形成プロセスで犠牲材料７がダメージを受けないことも必要である。さらにまた、第１封止部材４と犠牲材料７との間で、残留応力をできるだけ小さくするといった観点から、例えば、犠牲部材７を酸化珪素とし、犠牲部材７をバッファフッ酸等の溶液に浸漬して除去する場合、第１封止部材４はバッファフッ酸に対し耐性のある例えばＡｕ薄膜等とするのが好ましいと言える。なお、第１封止部材４と犠牲材料７との間での残留応力はできるだけ小さくする必要がある。この残留応力の発生は封止部材３の反りを発生させることがあり、微小電気機械式構造体２中のカンチレバー２ａ等の駆動箇所に封止部材３が反って接触すると、特性を劣化させる要因となるからである。

特に、第１封止部材４および第２封止部材５がともに酸化珪素から成り、第２封止部材５がＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法で形成された酸化珪素から成るものとすると、第１および第２封止部材４，５間での封止に伴う応力の発生等の発生を抑えることができるとともに、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法で形成された酸化珪素膜の膜質は一般に良好であるので、第２封止部材５として封止性に優れた封止膜とすることができるものとなる。

なお、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法における応力制御のパラメータとしては、成膜時の真空度や、成膜時のパワーや、ＴＥＯＳと分子構造の似たアルコキシド系のガスをドープすること等があげられる。特に、アルコキシド系のガスとしては、ＴＭＧｅ（テトラメチルゲルマニウム）やＴＭＰ（テトラメチルリン）の使用が好適であり、二酸化珪素中にゲルマニウムやリンがドープされることにより、引っ張り応力から圧縮応力までの応力制御が可能となる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、図１および図２に示した例においては、犠牲材料７を除去するための第１封止部材４の貫通孔４ａは第１封止部材４の上面に形成しているが、貫通孔４ａを形成する部位はこのように第１封止部材４の上面に限定されるものではない。

例えば、図３に図１と同様の断面図で本発明の微小電気機械式装置の封止構造およびそれを用いた微小電気機械式装置の実施の形態の他の例を示すように、例えば第１封止部材14の側壁の一部、この例では基板１側の端部に貫通孔14ａを設けてもよい。なお、図３において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１は基板、２は微小電気機械式構造体、５は第２封止部材、６は電気信号線である。また、13は封止部材であり、14は第２封止部材、14ａは貫通孔である。このような貫通孔14ａによっても、ここからエッチング液を浸入・排出させることにより犠牲材料７のエッチング除去が可能となる。また、この例のように貫通孔14ａを第１封止部材14の側面に形成する場合においては、この貫通孔14ａを酸化珪素等から成る第２封止部材５を形成して塞ぐときには、必ずしも貫通孔14ａの内壁から堆積させる必要はないことから、第２封止部材５の形成方法として、例えばスパッタリング法等の成膜方法を用いることも可能となる。

また、以上の実施の形態の例においては、二酸化珪素およびアモルファスシリコンを犠牲材料７として用いた場合について説明を行なったが、犠牲材料７は必ずしも二酸化珪素やアモルファスシリコンである必要はない。例えば、感光性レジストやその他の樹脂材料、等も使用可能である。

また、以上の実施の形態の例においては、微小電気機械式構造体２として可動部位としてカンチレバー２ａを有するリレーを示したが、微小電気機械式構造体２としては、前述のように種々のものを用いることができる。

本発明の微小電気機械式装置の封止構造およびそれを用いた本発明の微小電気機械式装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｊ）は、それぞれ本発明の微小電気機械式装置の封止方法の実施の形態の一例を説明するための工程毎の断面図である。 本発明の微小電気機械式装置の封止構造およびそれを用いた本発明の微小電気機械式装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・基板
２・・・微小電気機械式構造体
２ａ・・・カンチレバー
２ｂ・・・カンチレバー指示部
３、13・・・封止部材
４、14・・・第１封止部材
４ａ、14ａ・・・貫通孔
５・・・第２封止部材
６・・・電気信号線
７・・・犠牲材料

Claims (6)

1. 基板上に形成された微小電気機械式構造体を、前記基板上に前記微小電気機械式構造体を覆うように形成された封止部材との間の空間内に封止する微小電気機械式装置の封止構造において、前記封止部材は、前記空間側に位置するとともに貫通孔を有する第１封止部材と、その外側に位置して前記貫通孔を塞いでいる第２封止部材とから成ることを特徴とする微小電気機械式装置の封止構造。
2. 前記第１および第２封止部材が酸化珪素から成り、前記第２封止部材は、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法で形成された酸化珪素から成ることを特徴とする請求項１記載の微小電気機械式装置の封止構造。
3. 基板上に形成された微小電気機械式構造体を犠牲材料で覆う工程と、前記基板上から前記犠牲材料を覆って第１封止部材を形成するとともに該第１封止部材に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を通して前記犠牲材料を除去して、前記微小電気機械式構造体と前記第１封止部材との間に空間を形成する工程と、しかる後、前記貫通孔を第２封止部材を形成して塞ぐ工程とを具備することを特徴とする微小電気機械式装置の封止方法。
4. 前記第１封止部材を酸化珪素で形成し、前記第２封止部材をＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法で形成することを特徴とする請求項３記載の微小電気機械式装置の封止方法。
5. 基板上に形成された微小電気機械式構造体を、前記基板上に前記微小電気機械式構造体を覆って形成された封止部材の内部の空間に前記微小電気機械式構造体を封止して成る微小電気機械式装置において、前記封止部材は、前記空間側に位置するとともに貫通孔を有する第１封止部材と、その外側に位置して前記貫通孔を塞いでいる第２封止部材とから成ることを特徴とする微小電気機械式装置。
6. 前記第１および第２封止部材が酸化珪素から成り、前記第２封止部材は、ＴＥＯＳを用いたＣＶＤ法で形成された酸化珪素から成ることを特徴とする請求項５記載の微小電気機械式装置。

Images