JP2005271200A - 電子デバイス内にチャンバを形成するための方法およびそれにより形成されるデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 組立工程において、漏れ、気泡、空隙などを少なくするように流体または流動可能な材料を導入することができる工程、およびその結果として形成される電子デバイスを提供する。
【解決手段】 固化したコア材料（３３４）上に外側表面（３３６）を準備するステップであって、該固化したコア材料（３３４）は基板（３１２）内に形成される凹所（３１６）内にあるステップと、前記固化したコア材料（３３４）の前記準備された外側表面（３３６）、および前記凹所（３１６）を包囲する前記基板（３１２）の一部の上に層（３３８）を配設することであって、該配設された層（３３８）および前記基板（３１２）はチャンバ（３５０）を画定するステップとにより、電子デバイス内にチャンバを形成することとした。
【選択図】 図３Ａ

Description

本発明は、電子デバイス内にチャンバを形成するための方法およびそれにより形成されるデバイスに関する。

多くの半導体デバイスが、種々の理由のために、その中に形成されたチャンバを利用する。たとえば、インクジェットデバイスは、気泡などを発生させることなどによって押し出されるインクを収容するために作り出されたチャンバを備える。流体光エンジンデバイスでは、流体または気体材料と、種々の光制御デバイスとを収容するチャンバが用いられる。そのようなデバイスの需要を考えると、そのようなデバイスを大規模に、しかも高い信頼性で製造する方法が必要とされている。それらの製造方法は、従来の工程において特有の問題に対処することが望ましい。そのような問題の例には、限定はしないが、材料の位置決めの制御、材料の破損、境界での漏れ、ならびに積重および界面結合安定性などの、組立工程において生じる機械的な応力によって引き起こされる破損が含まれる。

さらに、いくつかの微小電気機械（ＭＥＭＳ）デバイスは、ＭＥＭＳデバイスが機能するのを容易にするために、ある画定された空洞内に収容される流体材料を利用する。デバイス組立工程は、流体充填ステップまたは工程を含む。流体充填工程は、漏れ、気泡などを生じることなく空洞を最適に封止しなければならない点で、複雑になる可能性が高い。したがって、組立工程において、漏れ、気泡、空隙などを少なくするように流体または流動可能な材料を導入することができる工程、およびその結果として形成される電子デバイスを提供することが望ましいであろう。

したがって、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、組立工程において、漏れ、気泡、空隙などを少なくするように流体または流動可能な材料を導入することができる工程、およびその結果として形成される電子デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電子デバイス内にチャンバを形成するための方法は、固化したコア材料上に外側表面を準備するステップであって、該固化したコア材料は基板内に形成される凹所内にあるようにしたステップと、前記固化したコア材料の前記準備された外側表面、および前記凹所を包囲する前記基板の一部の上に層を配設するステップであって、該配設された層および前記基板はチャンバを画定するステップを含む。
また、本発明は、別の側面で、集積回路デバイスであって、基板と、封止された状態で重なるように前記基板に固着する層であって、前記基板および該層のうちの少なくとも一方はその中に凹所を画定され、前記基板および該層はチャンバを画定する層と、前記チャンバ内に配置される微小構造または微小電気機械デバイスと、前記チャンバ内に存在する二機能性コア材料であって、該二機能性コア材料は第１の条件において固化した状態を示し、第２の条件において流体化した状態を示す、二機能性コア材料とを含む。
またさらに、本発明は、別の側面で、ディスプレイ装置であって、１つの光路に沿って光のビームを与えるための光源と、画像データ信号に応答して、前記光のビームの一部を第２の光路に沿って選択的に反射させるために前記光路上にあるデバイスと、前記光路デバイス上にある前記デバイスに前記画像データ信号を与えるためのコントローラと、前記選択的に反射された光を１つの画像として解像するために、前記第２の光路上にある少なくとも１つの素子とを備え、光を選択的に反射させるための前記デバイスは、基板と、前記基板からある間隔の距離に配置される上側基板層であって、前記基板および該上側基板層はチャンバを画定し、該上側基板層および前記基板のうちの少なくとも一方は光学的に透過性である、上側基板層と、前記チャンバ内に支持される少なくとも１つの微小電気機械デバイスとを備える。

これ以降、種々の実施形態が図示される添付の図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態がさらに十分に説明されるであろう。しかしながら、本発明は、種々の形態において具現されることができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が詳細かつ完全に述べ、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。図面においては、明瞭にするために、層および領域の厚みが誇張されている。なお、図面全体を通して、類似の番号は類似の構成要素を指している。

本明細書では、集積回路デバイスのような電子デバイス内に少なくとも１つのチャンバを形成するための方法が開示される。本明細書において検討される集積回路デバイスのタイプは、限定はしないが、微小電気機械デバイス、詳細には光微小電気機械デバイスを含む。そのようなデバイスは、種々のシステムおよびデバイスにおいて利用されることができる。そのようなデバイスの例には、限定はしないが、空間光変調器などのディスプレイ装置が含まれる。

本明細書に開示される方法では、基板内に形成された幾何学的な凹所に合致するように存在する固化したコア材料上に、適当な外側表面が準備される。一旦、コア材料の外側表面が適当に準備されたなら、コア材料の外側表面上、および少なくとも、幾何学的な凹所を包囲する領域内にある基板上に重なるように材料層が堆積され、堆積された材料層および基板によってチャンバが画定されるようにする。

固化したコア材料の外側表面の準備は、平面性などの相応しい特性を与える任意の適当な方法によることができる。そのような工程の例には、限定はしないが、研磨、平削りなどが含まれる。研磨は、固化したコア材料に適切に作用する適当な工程によって達成されることができる。これらの工程は、限定はしないが、所望の平面性を有する固化したコア材料の外側表面を設けるのに適したウエットまたはドライエッチング工程、ならびに機械的および／または化学的な工程を含むことができる。

固化したコア材料の準備された外側表面と、固化したコア材料が配置される幾何学的な凹所を包囲する基板との上に重なるように、少なくとも１つの材料層が堆積される。材料層の堆積は、基板に重なるように適当に均一な層を形成することができ、その層の内面が、その堆積された層によって画定されるチャンバに隣接し、また基板の平坦性および表面特性が、固化したコア材料の外側表面によって規定されるようにすることができる任意の堆積方法によって達成されることができる。

本明細書において定義されるような用語「固化した」は、少なくとも１つの表面上で作業できるようにし、かつその上に適当な材料を堆積することができるだけの十分な固体特性を有することを意味するものと解釈される。

本明細書に開示される方法の実施形態では、図１の工程図に示されるように、参照番号１１０において、電子デバイス内にチャンバを形成するために、基板内の幾何学的な凹所内に適当なコア材料が導入されることができる。本明細書において用いられるような用語「基板」は、ある一定の幅広く定義された意味であり、集積回路デバイスのような電子デバイスにおいて典型的に見られる任意のベース支持材料および積層構造を含む。基板は、適当な半導体材料からなり、適当な態様で構成されることができる。

幾何学的な凹所または空洞は、関連する電子デバイスの最終的な用途に相応しい任意の適当な構成を有することができる。基板内に画定される凹所は、任意の適当な製造工程によって形成されることができる。これらの工程は通常、種々のウエットまたはドライエッチング技術を考えている。しかしながら、相応しい場合には、限定はしないが、化学気相成長および物理気相成長を含む、任意の付加的な技術によって幾何学的な凹所を形成することができるものと考えられる。凹所は、適当な側壁、底壁などを含むように構成されることができる。したがって、限定しない例として、その幾何学的な凹所または空洞は、インクジェットデバイスチャンバ、ディスプレイ装置ピクセルチャンバ、あるいは流体または気体材料を収容するために典型的には気密封止を必要とする他のチャンバなどの種々の構成を製造する際に形成されるようなものにすることができる。幾何学的な凹所または空洞は、システム要件に応じて、種々の微小構造または微小電気機械（ＭＥＭＳ）システム構造を収容する場合も、収容しない場合もある。本明細書において用いられるような用語「微小電気機械システム」は、限定はしないが、シリコンを基にする機械デバイス、化学的および生物的なアクチュエータ、小型の非シリコン構造、たとえばプラスチックまたはセラミックから形成されるデバイスを含む、小型および超小型のシステムとして幅広く解釈されるべきである。そのようなシステムは、検出する機能、処理する機能、および／または作動させる機能を含むことができるものと考えられる。本明細書において用いられるような「微小構造」は、関連するデバイス上に作り出される構成および構造を意味するように解釈される。これらの構造は、限定はしないが、可撓性部材、支柱、ヒンジなどを含むことができる。

用いられるコア材料は、初めに流体の状態で存在し、基板とは異なるが、基板に適合し、固化過程によって固化を達成する双安定性の材料である。固化過程は可逆的、部分的に可逆的、または可逆的にすることができ、物理的または化学的な過程の結果であり得る。そのような過程の例には、限定はしないが、温度変化、重合、単量体架橋、単量体／重合体ゲル架橋などを含む。コア材料は、幾何学的な凹所の構成に合致することができ、初期の流体状態およびその固化した状態の両方において、その中に任意のデバイスを収容することができる材料である。「適合性」は、凹所を画定する材料、すなわち基板、およびその中に収容される任意の微小構造、ＭＥＭＳ構造などの材料と熱的および化学的な適合性を含むように解釈される。

基板内の幾何学的な凹所内に用いられ、導入される双安定コア材料には、第１の条件または環境において固化した状態で存在し、第２の条件または環境において概ね流体化した状態で存在する材料を用いることができる。本明細書において用いられるような用語「環境」は、コア材料の状態に影響を及ぼす少なくとも１つの特性または要因を意味するものと解釈される。限定はしないが、それらの特性の例には、温度および磁界のうちの少なくとも１つが含まれる。その特性または要因には、コア材料が収容されるチャンバの外部において生じるものを用いることができる。望ましい場合、または必要とされる場合には、その要因または特性は、チャンバおよび関連するデバイス素子内で引き起こされる事象によって変更されるか、または影響を及ぼされることができる。

環境の少なくとも１つの特性が温度である場合、コア材料には、第１の温度において固化した状態で存在し、第１の温度よりも高い第２の温度において概ね流体化した状態で存在する材料を用いることができる。典型的には、流体化温度は、基板材料を損傷したり、または劣化させたりすることなく、基板内に画定される幾何学的な凹所内に、流体化したコア材料を導入できるようにする温度である。別法では、双安定コア材料には、初期の流体状態において導入され、その後、熟練者に知られているような任意の適当な化学的または物理的な工程によって引き起こされる架橋のような適当な工程によって固化することができる材料を考えることができる。

本明細書に開示される工程において用いることができる材料および化合物は、半導体材料とともに用いるのに適した溶融または流体化温度および固化温度を有する種々の蝋およびポリマーを含む。限定はしないが、これらの材料の例には、種々の蝋、ナフタレン、ナフタレン誘導体、アクリル酸モノマー、アクリル酸モノマーの誘導体、アクリル酸ポリマー、樟脳、樟脳誘導体、カンフィン酸ポリマー（ｃａｍｐｈｉｎｉｃ ａｃｉｄ ｐｏｌｙｍｅｒｓ）およびポリエステルが含まれる。有用な調合物は、ポリメチル グルタルイミド（ＰＭＧＩ）、ポリジメチル グルタルイミドなどのポリグルタルイミド、ベンゾシクロブテンのような置換シクロアルケン、ポリメチルメタクリレートがその一例であるアルキルアクリレートのようなアクリル酸誘導体のうちの少なくとも１つを含む調合物である。

本明細書に開示される製造工程および方法では、導入されるコア材料は幾何学的な凹所に合致する。一旦、固化したなら、コア材料は、形成されることになるチャンバの壁部の少なくとも１つの形成を支持するために用いることができる少なくとも１つの外側表面を提供する。導入されるコア材料の外側表面は、所望のチャンバの壁部を支持および形成し、そのように形成されたチャンバ壁表面に適当な特性を付与するように準備されることができる。参照番号１２０において、その準備は、平面性および一致性のような所望の特性を与える層収容公差にすることができる。

本明細書において用いられるような「平面性」は、その上に層を設けるのに相応しい所定の公差内の表面特性および表面形状の偏差（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）と定義される。したがって、特定の表面滑らかさまたは層厚が要求される場合、固化したコア材料の外側表面は、許容可能な偏差内で内側に面した層表面を設けるように準備されるものと考えられる。

本明細書において用いられるような用語「一致性」は、不連続性および凹凸がなく概ね一様で連続しているように、固化したコア材料と周囲の基板とが、特に基板とコア材料との間の接合部において一体化または接触することを意味するものと解釈される。

層収容公差に準備することは、限定はしないが、平削り、研磨などを含む任意の適当な工程によって達成されることができる。先に示されたように、平削りおよび／または研磨は、任意の適当な物理的、化学的または物理／化学的な方法によって達成されることができる。平削り／研磨工程として、コア材料の外側表面だけに作用することができ、その外側表面に適当な表面特性を与える工程を用いることができるものと考えられる。また、平削り／研磨工程には、コア材料の外側表面を、周囲の基板表面の寸法と合致させ、後続の層を配設するための平坦で連続した表面を設ける工程を用いることができるものと考えられる。

本明細書において用語「層収容公差（ｌａｙｅｒ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）」が用いられるとき、導入されるコア材料の外側表面は、上に重なる層の堆積、および所望のチャンバの内壁の形成のために適した望ましい平面性を有するものと考えられる。平面性は、所望の電子デバイスの最終的な用途に応じて、確認され、規定されることができる。しかしながら、幅広く解釈されるとき、コア材料の外側表面は、幾何学的な凹所を包囲する基板構造および境界に正確に合致するものと考えられる。また、平面性のような特性は、電子デバイスが配置されることになる最終的な用途に適合するものと考えられる。したがって、電子デバイスが光学的な伝達および／または受光の機能において用いられることになる場合、平面公差は、光学的な透過性、伝達性などのために適した公差であると考えられる。

本明細書に開示される工程では、その後、参照番号１３０のように、準備されたコア材料の外側表面および周囲の基板の上に重なるように層（たとえば、材料層）が配設される。その材料層は適当な堆積工程によって配設されることができる。限定はしないが、適当な堆積工程の例には、スパッタリング、イオンプレーティングおよび種々の他の物理気相成長技術などの、まっすぐ照準をあてて行われる衝突堆積のような付加的な工程が含まれる。また、限定はしないが、適当な付加的な工程の例には、一般的に化学気相成長と呼ばれる、拡散的−対流的な物質移動技術も含まれる。他の適当な堆積技術は、スプレーコーティング、ローラコーティング、スピンコーティングなどを含む。

配設される外側層は、所望により、または必要に応じて、所望の完成した外側層を形成するようにさらに処理されることができる。たとえば、堆積された外側層は、外側層と基板との間の架橋、結合などを達成するために、種々の硬化工程にさらされることができる。そのような工程の例は、コーティングおよびレンズ作製のために一般的に用いられる工程を含む。限定はしないが、堆積後の適当な硬化工程の例は、ビスフェノール−Ａ ノボラックの多機能性エポキシ誘導体のような材料を用いて、約１０μｍより厚いポリマーフィルムをスピンコーティングする場合に用いるのに適した工程を含む。そのような材料は、Angelo等に対する米国特許第５，１０２，７７２号に説明されており、その明細書は参照して本明細書に援用される。

硬化工程は、限定はしないが、高いレベルの架橋密度を含み、上記の熱いエポキシのような材料を適当な高分子材料に変換するだけの十分な紫外光（詳細には３６５〜４３６ｎｍの範囲内にある光）、電子衝撃およびｘ線照射を含む、種々の仕組みによって開始されるカチオン重合を含むことができる。

適当な壁部材料として用いられることができる材料は、薄膜形成を実施する際に用いられる種々の材料を含む。光微小電気機械デバイスでは、その壁部材料として、薄膜層として用いられるときに適当な光透過率、反射率特性などを有する材料を用いることができるものと考えられる。壁部材料の例は、限定はしないが、アクリレート、エポキシ、ポリカーボネートおよびポリイミドを含む。最適な材料として、エポキシおよびビニル化合物のようなカチオン重合可能なモノマーから構成される材料を用いることができる。別の態様では、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、シリケート、ポリカーボネート、フッ化マグネシウムおよび石英のような材料を用いることができるものと考えられる。

外側層堆積工程の完了時に、材料層と基板とが封止された状態で係合し、コア材料が封止されたチャンバ内に収容されるものと考えられる。材料層の堆積に続いて、チャンバ内に収容された固化したコア材料が適当な流体化した材料に変換されることができる。適当な流体化した材料への変換は、任意の適当な化学的または物理的な工程によって行うことができる。したがって、低融点の蝋が用いられる場合、固化したコア材料は、温度の上昇によって流体状態に戻されるであろう。

電子デバイスが配置されることになる最終的な用途に応じて、コア材料は、そのように形成されたチャンバ内に保持されることができるか、または後続のステップにおいて除去されることができる。コア材料の除去は、基板内に準備される適当なバイアまたは充填材口を通して達成されることができるものと考えられる。外側層堆積ステップの後に、流体化したコア材料の少なくとも一部がチャンバ内に保持される場合、コア材料は、微小電気機械デバイスを動作させるために用いることができ、最低でも、デバイスが機能するのを妨げない材料であると考えられる。したがって、最終的な用途に応じて、最適なコア材料は、適当な誘電性、光透過性などを有するであろう。たとえば、チャンバが少なくとも１つのマイクロミラーを含む構成では、その流体状態にあるコア材料は、動作条件下で、低融点および低粘度を示すものと考えられる。

本明細書に開示されるような方法を示すさらに詳細な工程の概要が図２に示されており、参照番号２１０に述べられるように、適当なＭＥＭＳデバイスが基板内に準備された空洞内に配置される。位置決めは、任意の適当な微細加工方法によって行うことができる。これらの方法の例は、限定はしないが、ダイ接着およびワイヤボンディング、ならびに当業者に知られている他の微細加工技術を含む。先に開示されたように、基板内に画定される幾何学的な凹所または空洞は、結果として形成されるチャンバのために望ましい、あるいは要求されるような任意の適当な幾何学的形状および／または構成を有することができる。

基板には、空洞、関連するチャンバ、および最終的には電子デバイスを形成するのに適した任意の材料を用いることができるものと考えられる。したがって、基板には、適当なＣＭＯＳ構造を支持することができる材料を用いることができる。本発明の範囲内で、チャンバおよび任意の関連するＭＥＭＳデバイスを収容するのに適した基板上に相応しい構造を形成することも考えられる

一旦、ＭＥＭＳデバイスが適所に配置されたなら、参照番号２２０のように、ＭＥＭＳデバイスおよび関連する空洞と接触してコア材料が導入されることができる。先に示されたように、双安定コア材料は、その材料が、たとえば、その場の応力に応じて流体状態または固体状態で存在できるようにする適当な特性を有することができる。コア材料には「二機能性材料」を用いることができるものを考えられる。本明細書において用語「二機能性材料」が用いられるとき、その材料は第１の条件において流体状態を示し、第２の条件において固化した状態を示す。固体状態では、その材料は概ねコア材料として機能し、流体状態では、そのコア材料は、いくつかの事例において、組み込まれたＭＥＭＳデバイスが最適に動作するのを助ける、光変調および修正屈折率のような付加的な特性を有することができることは理解されたい。その条件は、少なくとも１つの外界からの応力によって少なくともある程度支配される。外界からの応力の例は、限定はしないが、温度、磁界動作などの条件を含む。したがって、二機能性流体は、第１の温度において流体状態にあり、第１の温度よりも低い第２の温度において固化した状態にあることができるものと考えられる。同様に、二機能性材料は、第１の磁界条件に応答して流体状態を示し、第２の磁界条件に応答して固化した状態を示すことができる。

コア材料は、個々の空洞表面およびＭＥＭＳデバイスと全面的に接触して導入されることができるものと考えられる。本明細書において用いられるような用語「全面的な接触（ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｎｔａｃｔ）」は、空隙、気泡などを生じることなく、個々のチャンバ表面およびＭＥＭＳデバイスと概ね連続して接触することを意味するものと解釈される。

コア材料は、低融点の蝋、ナフタレン、ナフタレン誘導体、アクリルモノマー、アクリルポリマー、樟脳、樟脳誘導体、カンフィン酸誘導体およびポリエステルのうちの少なくとも１つを含むことができる。典型的には、最適な材料は、第１の温度において流体状態で存在し、それよりも低い温度において固体状態に変化することができる材料であろう。二機能性コア材料は、温度上昇時または他の誘因となる事象で変換されて流体状態に戻ることができるものと考えられる。最適なコア材料は、ＭＥＭＳデバイスおよび空洞と合致するように接触することができる材料であろう。一旦、空洞内の適所に配置されたなら、コア材料は、後続の処理および形成のために適した外側表面領域を提供するであろう。

一旦、コア材料が適所に配置されたなら、参照番号２３０のように、導入されたコア材料の外側表面が、上に重なる材料層を受け取るように準備される。また、他の作業および製造ステップが用いられることができることも考えられる。限定はしないが、そのような製造ステップの例は、関連する基板ウェーハのパッケージング、実装およびダイシングのような作業を含む。コア材料は、微小電気機械デバイスおよび他の微小構造を保護するための役割を果たすことができる。

参照番号２４０のように、準備されたコア材料の上に重なるように材料層を配設することができる。適当な堆積工程によって、他の材料層を配設することができるものと考えられる。堆積は、適当な厚みおよび寸法の層を配設する任意の適当な工程によることができる。最適な堆積工程は、堆積された層と周囲の基板とを封止するように取り付け、材料層と基板とを封止された状態で結合できるようにする工程であると考えられる。

一旦、材料層がコア材料および関連する基板の上に封止された状態で重ねられたなら、コア材料は、参照番号２５０のように、そのように形成されたチャンバから除去されることができるか、または参照番号２６０のように、所望により、または必要に応じて変換され、利用されることができる。

コア材料の除去は種々の方法によって達成されることができる。コア材料を流体化した状態まで加熱し、チャンバを適度な真空または窒素のような加圧不活性ガスに晒すことによりパージングすることができる。他の適当な除去工程は、関連するガスパージングおよび／または加熱手順とともに、あるいはそれらを用いることなく、溶媒に晒すことを含む。限定はしないが、適当な溶媒の例は、キシレン、ガンマブチルアセトン、シクロペンタノン、アニソール、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）などを含む。一旦、コア材料が除去されたなら、所望により、または必要に応じて、チャンバは充填され、封止されることができる。

コア材料の除去が望ましい場合、除去工程は製造工程の任意の適当な時点で行うことができるものと考えられる。したがって、少なくともいくつかの後続の製造工程において、画定されたチャンバ内に合致する材料が保持され、その中に収容される壊れやすい微小電気機械デバイスのための保護媒体としての役割を果たすことができるものと考えられる。そのような工程は、限定はしないが、ウェーハパッケージング、実装、ダイシングなどを含む。

別法では、コア材料は電子デバイスが後に動作する際に有用な形態に変換されることができると考えられる。そのような変換は、温度変化、および／または化学処理の結果として行われることができる。そのような事例では、コア材料は、固体から、ＭＥＭＳデバイスの機能を支援することができる流体材料に変換されることができるものと考えられる。そのような変換は、一例にすぎないが、温度上昇のような任意の適当な機械的または化学的な工程によって行われることができる。

温度上昇は、電子デバイスの動作、周囲温度への曝露またはデバイスそのものを包囲する他の環境的な要因の結果として達成されることができると考えられる。変換は、一方向または双方向のいずれかにすることができる。したがって、コア材料がチャンバ内に保持されるとき、そのコア材料は、温度上昇または他の誘因となる事象において機能的な流体状態に変換され、この状態に保持されることができるものと考えられる。また、温度条件に応じて、コア材料は、その固体状態に戻されることができるものと考えられる。

種々の状況において、マイクロミラー、ファブリー・ペローデバイスおよび回折を基にするデバイスのような微小電気機械システムデバイスの製造は、ＭＥＭＳ構成要素が脆弱であることに起因して難しい可能性がある。製造作業は、限定はしないが、鋸引きおよびパッケージングのような作業を含むことができる。これは、透明パッケージを要件とする光ＭＥＭＳデバイスの製造時に複雑になる可能性がある。

双安定コア材料は、その固体状態において、組立および製造中に、壊れやすい微小電気機械システムデバイスの構成要素を保護するための役割を果たすことができるものと考えられる。一旦、製造が完了したなら、コア材料は、所望により、あるいは必要に応じて、変換および／または除去されることができる。

少なくとも１つの閉鎖されたチャンバを形成するための方法がさらに、一連の形成過程を示す図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄを参照しながら図示および例示されることができる。図３Ａに示されるように、未完成の集積回路デバイス３１０が、その上に適当な組織化された構造３１４を形成された適当な基板３１２を含む。組織化された構造３１４の形成は、任意の適当な形成または製造順序によることができる。結果として形成された組織化された構造３１４は、組織化された構造３１４の本体内の組織化された構造３１４の上側領域３１８から、基板３１２に近接した場所まで延在する少なくとも１つの幾何学的な凹所３１６を有する。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄに示されるような実施形態では、電子デバイス３１０は、簡単に図示するためにデバイスの大部分を包囲する少なくとも１つの幾何学的な凹所３１６を有するように示される。幾何学的な凹所３１６は、完成した電子デバイスのために望ましい、あるいは必要とされる任意の適当なサイズおよび／または構成を有することができることは理解されたい。必要に応じて、または電子デバイスの最終的な用途によって決定されるように、多数の凹所３１６が構成される場合もある。典型的には、幾何学的な凹所３１６は、少なくとも１つの側壁構造３２０と、それと連続して配置される床構造３２２とを有するであろう。

図３Ａに示されるように、製造中の電子デバイス３１０は、床３２２のような幾何学的な凹所３１６の適当な構造に実装される適当な微小電気機械デバイス３２４も含む。微小電気機械デバイス３２４は、その微小電気機械デバイス３２４と、デバイス３１０上に存在するか、またはデバイスから遠隔して存在する他の素子と結合し、電気的に接続する適当なワイヤボンディング３２６を有することができる。

本明細書に開示されるように、少なくとも１つの閉鎖されたチャンバを形成するための方法は、その上に微小電気機械デバイス３２４を既に配置されている、予め構成された未完成の集積回路デバイス３１０を利用することを考えている。またその方法は、形成工程の一部として、微小電気機械デバイス３２４が集積回路デバイス構造上に配置されることができるような工程も考えている。微小電気機械デバイス３２４の集積回路デバイス構造への実装または配置は、任意の適当な方法によることができる。

図３Ｂに示されるように、基板３１２内に適当なバイア、オリフィスまたはアクセスポート３２８、３３０が準備されることができる。図に示されるように、バイア３２８、３３０は、基板３１２の下面３３２から延在し、幾何学的な凹所３１６の床３２２において終端する。バイア３２８、３３０は、適当な充填材料で一時的に、または永久に満たされることができる。

そのようなバイア３２８、３３０はオプションと考えられることができることは理解されたい。バイア３２８、３３０は、コア材料を後に除去するために、および／または最終的に形成されることになるチャンバ内の材料を置き換えるために、幾何学的な凹所３１６の内部に適当にアクセスできるようにする。しかしながら、形成されることになるチャンバ内にコア材料が残されることになる状況では、そのようなアクセスポート３２８、３３０は省かれる場合もある。

コア材料３３４の導入は、凹所３１６内の全てのエリア内に効率的に材料を導入できるようにする任意の適当な方法によって行うことができる。その材料は、幾何学的な開口部３１６の上面を含む任意の適当な開口部を通して、または反対側から導入する手順の場合にはオリフィス３２８、３３０を通して導入されることができる。最適な材料は異なる場合があり、組織化された構造３１４内の材料、ならびにその中に存在する任意の微小電気機械デバイス３２４およびワイヤボンディング３２６に適合する材料を用いることができる。コア材料３３４は、幾何学的な凹所３１６の幾何学的形状に合致し、少なくとも一時的な支持構造を提供する。適当なコア材料３３４は、限定はしないが、低融点の蝋、ナフタレン、ナフタレン誘導体、アクリルモノマー、アクリルポリマー、樟脳、樟脳誘導体、カンフィン酸ポリマー、ポリエステルおよび／またはその混合物を含む。適当な材料が液体状態で幾何学的な凹所３１６内に導入されることができ、温度変化、架橋などによって固化させることができる。

コア材料３３４を追加する結果として、幾何学的な凹所３１６が充填される。コア材料３３４は、固化するとき、外側表面３３６を提供する。図３Ｂに示されるように、コア材料３３４は、幾何学的な凹所３１６を包囲する組織化された構造３１４の上側表面３１８から溢れるか、またはその上に重なるように追加されることができるものと考えられる。このようにして、十分な材料を導入し、一面を覆う付加的な表面を準備することができる。

図３Ｃに示されるように、コア材料３３４の外側表面３３６の準備は、上に重なる層を後に堆積するのに相応しい公差を有する表面を設けるために、矯正加工、平削りなどの作業を含むことができると考えられる。こうして、光伝達または透過が要求される状況では、コア材料３３４の外側表面３３６は、上に重なる層の内側表面のために相応しい品質を得るように平削りまたは矯正加工されるものと考えられる。図３Ｃでは、外側表面３３６は、周囲の組織化された構造３１４の上側表面３１８に合致するように矯正加工される。

図３Ｄに示されるように、コア材料３３４の適当な表面が準備された後に、上に重なる上層３３８が、組織化された構造３１４、基板３１２、およびコア材料３３４の外側表面３３６に重なるように堆積されることができる。上に重なる、外側の上層３３８の堆積は、組織化された構造３１４の上側表面３１８と外側層３３８の下側表面３４０とが封止された状態で係合できるようにする任意の工程によって達成されることができる。そのような工程の一例は、コーティングおよびレンズ作製において用いられるようなスピンボンディングおよび硬化を含む。

図３Ｄから理解できるように、外側層３３８の下側表面３４０は、結合される領域、およびコア材料３３４の上側表面３３６と接触する領域を通して、それらの領域と概ね合致し、連続することができる。

電子デバイス３１０の最終的な用途に応じて、図３Ｄに示されるように、コア材料３３４を除去して、チャンバ３５０を形成することができる。チャンバ３５０は気密封止されることができる。所望により、または必要に応じて、チャンバ３５０には異なる材料が導入されることができる。代わりの材料が用いることが望ましい場合、コア材料３３４は流体化し、開口されたオリフィス３２８、３３０を通して与えられる真空または不活性ガスを用いることによりパージングされることができるものと考えられる。流体化は、アセンブリまたはその限られた領域を加熱することを含む適当な手段によって達成されることができる。また、パージング工程に加えて、またはその代わりに、種々の溶媒を用いることができるものと考えられる。限定はしないが、そのような溶媒の例は、キシレン、ブチルアセトン、シクロペンタノン、アニソール、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）などを含む。また、所望により、または必要に応じて、種々の水性アルコール混合物を用いることができるものと考えられる。

また、図４Ｂに示されるように、コア材料３３４の代わりに、適当に機能する液体または気体３５２を用いることができるものと考えられる。図４Ａおよび図４Ｂを合わせて参照すると、上側層（一実施形態では、光学品質層）３３８を付加されたデバイス３１０は、チャンバ３５０を形成するためにコア材料３３４を吸い出されることができ、チャンバは光学品質層３３８および幾何学的な凹所３１６（図３Ｄに示される）によって画定される。一旦、コア材料３３４が除去されたなら、所望により、または必要に応じて、バイア３２８、３３０を通して、誘電性流体または適当な気体３５２のような適当な流体が、画定されたチャンバ３５０内に導入されることができる。所望により、または必要に応じて、開口部３２８、３３０が充填材口挿入物３４２、３４８で封止されることができ、デバイス３１０を使用する準備ができる。

本明細書に開示されるデバイスは、適当なディスプレイ装置とともに用いられることができる。１つの限定しない例は、図５に示されるようなデバイス内で利用される空間光変調器である。図５は、本明細書に示されるようなＭＥＭＳデバイス５０２を用いる画像投影システム５００の概略図である。ＭＥＭＳデバイス５０２の１つの限定しない例はマイクロミラーデバイスである。図５では、光源５０４からの光が、第１の光路上で誘導され、レンズ５０６によってＭＥＭＳデバイス５０２上に合焦する。単一のレンズとして示されるが、レンズ５０６は通常、光源５０４からの光をＭＥＭＳデバイス５０２上に協動して合焦し、誘導する一群のレンズ、積分器およびミラーである。コントローラ５１４からの画像データおよび制御信号が、各ＭＥＭＳデバイス５０２に関連付けられる適当なＳＲＡＭセル、ＤＲＡＭセルなどに書き込まれる。これらの関連するセル内のデータによって、ＭＥＭＳデバイス５０２のいくつかが作動して、「オン」位置になるであろう。「オン」位置では、光が第２の光路に誘導される。「オフ」または静止位置にあるＭＥＭＳデバイス５０２内のセルは光を、光トラップ５０８内に、第２の光路から離れるように誘導することができる。

投影システム５００は、選択的に誘導された光を分解するために、第２の光路上に少なくとも１つの素子５１０を備えることができる。そのような素子５１０の１つの限定しない例は投影レンズである。図５には単一の素子５１０が示されるが、多数の素子が用いられることができるものと考えられる。図に示されるように、投影レンズは、デバイス５０２によって第２の光路に誘導された光を、１つの画像面または画面５１２上に合焦する。

いくつかの実施形態が詳細に説明されてきたが、開示される実施形態が変更されることができることは当業者には明らかであろう。それゆえ、これまでの説明は限定するものではなく、例示であると見なされるべきである。

本明細書において開示される形成方法の一実施形態の工程流れ図である。 本明細書において開示されるチャンバ形成方法の一実施形態の詳細な工程流れ図である。 本明細書において開示される工程の一実施形態によって作製される集積回路デバイスの一実施形態の一連の断面図である。 本明細書において開示される工程の一実施形態によって作製される集積回路デバイスの一実施形態の一連の断面図である。 本明細書において開示される工程の一実施形態によって作製される集積回路デバイスの一実施形態の一連の断面図である。 本明細書において開示される工程の一実施形態によって作製される集積回路デバイスの一実施形態の一連の断面図である。 本明細書において開示される工程の一実施形態後に行うことができるオプションのステップを示す図である。 本明細書において開示される工程の一実施形態後に行うことができるオプションのステップを示す図である。 本明細書において記載されるようなチャンバを有する電子デバイスを利用するディスプレイ装置の概略図である。

符号の説明

３１０ 電子デバイス
３１６ 幾何学的な凹所
３２２ 床
３２４ 微小電気機械デバイス
３２６ ワイヤボンディング
３２８、３３０ バイア
５００ 画像投影システム
５０２ ＭＥＭＳデバイス
５０４ 光源
５０６ レンズ
５０８ 光トラップ
５１０ 素子

Claims (10)

1. 電子デバイス内にチャンバを形成するための方法であって、
   固化したコア材料上に外側表面を準備するステップであって、該固化したコア材料は基板内に形成される凹所内にあるようにしたステップと、
   前記固化したコア材料の前記準備された外側表面、および前記凹所を包囲する前記基板の一部の上に層を配設するステップであって、該配設された層および前記基板はチャンバを画定するステップを含む、電子デバイス内にチャンバを形成するための方法。
2. 前記コア材料は二機能性材料であり、該二機能性材料は、第１の温度において固化した状態を示し、該第１の温度よりも高い第２の温度において流体化した状態を示す、請求項１に記載の方法。
3. 前記外側表面を準備する前に、前記方法はさらに、温度変化、重合および架橋のうちの少なくとも１つによって前記コア材料を固化させることを含み、前記層を配設した後に、前記方法はさらに、前記チャンバ内に収容される前記固化したコア材料を流体化したコア材料に変換することを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記凹所内に少なくとも１つの微小電気機械デバイスを配置するステップであって、前記外側表面を準備する前に行われるステップと、
   前記凹所内に、前記コア材料と前記凹所とが互いに合致するように前記コア材料を導入するステップであって、前記固化させる前に行われるステップとをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 集積回路デバイスであって、
   基板と、
   封止された状態で重なるように前記基板に固着する層であって、前記基板および該層のうちの少なくとも一方はその中に凹所を画定され、前記基板および該層はチャンバを画定する、層と、
   前記チャンバ内に配置される微小構造または微小電気機械デバイスと、
   前記チャンバ内に存在する二機能性コア材料であって、該二機能性コア材料は第１の条件において固化した状態を示し、第２の条件において流体化した状態を示す、二機能性コア材料とを含む、集積回路デバイス。
6. 集積回路デバイスであって、
   前記流体化した状態の前記二機能性コア材料が前記チャンバから除去されるようになるように、前記二機能性コア材料は前記流体化した状態において十分な流動性を示す、請求項５に記載の集積回路デバイス。
7. 集積回路デバイスであって、
   前記二機能性コア材料が前記流体化した状態にあるとき、前記二機能性コア材料は前記微小電気機械デバイスが最適に動作するのを助けるように、光変調および修正屈折率のうちの少なくとも１つを含む特性を有する、請求項５または６に記載の集積回路デバイス。
8. 光微小電気機械デバイスを形成するための方法であって、
   二機能性コア材料を基板内に画定される空洞に導入するステップ、および
   前記二機能性コア材料および前記基板の上に層を配設するステップであって、該層および前記基板は、その間に封止されたチャンバを画定するステップを含む、光微小電気機械デバイスを形成するための方法。
9. 前記二機能性コア材料は少なくとも２つの物理的状態を有し、該２つの物理的状態は少なくとも、第１の条件において固化した状態と、第２の条件において流体化した状態とを含み、該第１および第２の条件は第１および第２の温度であり、該第２の温度は該第１の温度よりも高く、前記二機能性コア材料は少なくとも該第２の温度と同程度の温度で導入され、前記配設するステップは、前記二機能性コア材料が前記固化した状態にある間に行われる、請求項８に記載の方法。
10. ディスプレイ装置であって、
    １つの光路に沿って光のビームを与えるための光源と、
    画像データ信号に応答して、前記光のビームの一部を第２の光路に沿って選択的に反射させるために前記光路上にあるデバイスと、
    前記光路デバイス上にある前記デバイスに前記画像データ信号を与えるためのコントローラと、
    前記選択的に反射された光を１つの画像として解像するために、前記第２の光路上にある少なくとも１つの素子とを備え、
    光を選択的に反射させるための前記デバイスは、
    基板と、
    前記基板からある間隔の距離に配置される上側基板層であって、前記基板および該上側基板層はチャンバを画定し、該上側基板層および前記基板のうちの少なくとも一方は光学的に透過性である、上側基板層と、
    前記チャンバ内に支持される少なくとも１つの微小電気機械デバイスとを備える、ディスプレイ装置。

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