JP2009507656A - マイクロシステムの製造方法、当該マイクロシステム、当該マクロシステムを有するホイルの積層体、当該マイクロシステムを有するエレクトロニクス素子、及び該エレクトロニクス素子の使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、マイクロシステムの製造方法に関し、さらには当該マイクロシステムにも関する。この方法によって、マイクロシステムは、少なくとも1面上に導電性層(11a,11b)を有する前処理がされた処理ホイル(10)を積層することによって製造されて良い。積層後、ホイル(10)は、圧力及び熱を用いることによって密閉される。最終的には、マイクロシステムは積層体(S)から分離される。ホイルの前処理（レーザービームの手段によって行われることが好ましい）は、次の、(A)ホイルをそのままにしておく工程、(B)導電性層を除去する工程、(C) 導電性層を除去し、かつホイル(10)を部分的に蒸発させる工程、及び(D)ホイル(10)だけではなく導電性層をも除去することでホイル(10)内に穴を作る工程、を選択する。前記の積層と併用することによって、空洞、自由に浮くカンチレバー、及び膜を作製することが可能となる。これによって、MEMS素子及びマイクロ流体システムのような様々なマイクロシステムを製造する可能性が開かれる。

Description

本発明は、空間が供されたマイクロシステムの製造方法に関する。本発明はさらに、係るマイクロシステムにも関する。本発明はまた、本発明によるマイクロシステムを有するホイルの積層体にも関する。本発明はまた、本発明によるマイクロシステムを有するエレクトロニクス素子にも関する。本発明はまた、係るエレクトロニクス素子の使用にも関する。

係る方法及びマイクロシステムは、非特許文献1から既知である。既知の方法によって、銅でクラッドされた基板層が供される。銅のクラッド層は研磨されて平坦になる。それに続き、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を用いることによって、コプレーナ導波路が銅のクラッド層中に画定される。続いてポリマー層が基板に塗布されてパターニングされる。そのポリマーは底部電極用の誘電体を形成する。さらにポリイミド膜が既知の方法で供される。そのポリイミド膜上には銅の膜が形成される。銅の膜は、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を用いることによってパターニングされる。それにより上部電極が形成される。ポリイミド膜は、その膜中に開口部が形成されるように、レーザーによってパターニングされる。その方法は、底部電極と上部電極との間の空間を画定する接合層が供される工程をさらに有する。既知の方法では、たとえポリイミド膜と基板とが接合層によって隔てられているとはいえ、基板上にポリイミド膜を積層させることによって、MEMSスイッチが得られる。様々な層の位置合わせは、参照用ピンを有する固定素子によって行われる。最終的には、様々な層は、高温において、それらの層に圧力がかかることによって相互接続する。

既知の方法に係る問題は、その既知の方法が比較的複雑な方法であることである。
ラマドス(Ramadoss)他、IEEE Transactions on Advanced Packaging誌、第26巻、2003年、pp.248-254 ウド・クライン(Udo Klein)、MSTニュース、第2巻、2001年、pp.40-41

本発明の目的は、「背景技術」述べた型の方法でありながら複雑ではない方法を供することである。

本発明によると、上記目的は、空間が供されたマイクロシステムの製造方法によって実現される。当該方法は：
少なくとも2層の絶縁性の柔らかいホイルの組を供する工程であって、それぞれのホイルは実質的に同一のホイル材料を有し、導体層は少なくとも1層のホイルの少なくとも1面上に存在し、かつ前記導体層は電極又は導線としての使用に適している、工程；
電極又は導線を形成するように導体層をパターニングする工程；
マイクロシステムの空間が形成されるように少なくとも1層のホイルをパターニングする工程；
複数のホイルの組を積層することによってマイクロシステムを形成する工程；及び
複数のホイルを接合工程であって、2つの隣接するホイルが互いに接するときに、2つの隣接するホイルのホイル材料間に存在する少なくとも1層の導体層が除去される位置で、その複数のホイルは結合して1つになる、工程；
を有する。

本発明による方法を用いることによって、当業者は、如何なるマイクロシステムを作製する際にも1種類のホイル材料しか必要としない。さらに1つの同一ロールのみからホイルを得ることも可能となる。他方で既知の方法では、各層でそれぞれ異なる材料が選ばれなければならない。従って本発明による方法は複雑ではないので安価である。

本発明による方法の他の利点は、当該方法が普遍的な方法であるということである。このことは、当該方法がモジュール式の方法であり、かつ既知の方法よりもより多くの用途に適していることを意味する。

本発明による改良された実施例は、それぞれが同一の厚さを有する複数のホイルの組が供されることを特徴とする。この態様の利点は、既知の方法よりも高い規則性が得られることである。たとえば素子中で、複数の層又は空間の各層の厚さがそれぞれ異ならなければならない場合でも、単純に多数のホイルが積層されれば良い。つまり異なる厚さを有するホイルは必要ない。よってホイルに垂直な方向での全長は、常に複数の層のホイルがそれぞれ有する1層分の厚さを合計した厚さになる。これにより、その方法は、さらに複雑でなくなることでさらに安価となる。

均一な厚さを有するホイルを用いることの他の利点は、複数のホイルを有する積層体中に存在する複数のホイルからなるサブセット中に素子を実装することが可能になることである。たとえばAが5層のホイルを有するように設計されたポンプで、かつBが5層のホイルを有するように設計されたチャネル内のセンサである場合、設計者にとっては、30層のホイルからなる積層体中に設計A及び設計B設ける多数の異なる方法を考えることができる。

当該方法は、少なくとも3層の絶縁性の柔らかいホイルが供されていることを特徴とすることが好ましい。このことは特に、より複雑な構造が形成されなければならず、2層の柔らかいホイルでは不十分である場合に有利である。本発明による方法に係る他の実施例は、少なくとも4層の絶縁性の柔らかいホイルが供されていることを特徴とする。少なくとも4層のホイルが用いられるときには、設計者にとって利用可能な設計の可能性が広がる。よって設計者は、空間のシャットオフバルブとして機能する自由に浮いた状態のふたを形成することができる。外側のホイルの間には2層が存在するので、ホイルが結合して接合するときにふたが空間と隣接する位置では、接合が生じない。よってふたは自由に浮いた状態のままである。ふたは液体流の手段、おそらくは静電作用、によって開閉して良い。

本発明による方法に係る一の実施例は、可動素子がマイクロシステム内の少なくとも1つのホイルから形成され、その可動素子は少なくとも1面でマイクロシステムに取り付けられ、その可動素子は、可動質量、可動バルブ及び可動膜を含む群から選ばれ、かつ可動素子は空間の一の側に存在する、ことを特徴とする。係る態様により、能動マイクロ流体素子及びMEMS素子の作製が可能となる。能動マイクロ流体素子の場合では、特定方向での気体又は液体流を阻止すること、及び/又は他の方向での流れを維持することが重要である。MEMS素子の場合では、1つの素子の運動を電極上の電子信号に変換すること、又はその逆に電極上の電気信号を素子の運動に変換することが大抵の場合における関心事である。

本発明による方法に係る他の実施例は、マイクロシステムにはセンサが供され、そのセンサは空間付近のホイル上の導体層内で形成されることで前記空間内のある量を測定する、ことを特徴とする。センサもまたMEMS素子及びマイクロ流体素子内の重要な構成要素である。

本発明の上記実施例に係る第1の主要な変化型は、製造されるマイクロシステムがMEMS素子を有することを特徴とする。当該方法のこの主要な変化型の詳細は、製造されるマイクロシステムは、MEMSキャパシタマイクロホン、MEMS圧力センサ、及びMEMS加速度計を含む群から選ばれるマイクロシステムである、ことを特徴とする。これらの素子は、大きなエレクトロニクス素子において重要な構成要素である。これらの素子は、当該方法によって、相対的に安価に製造することが可能である。当然のこととして、他の素子も製造可能である。

当該方法の上記実施例に係る第2の主要な変化型は、製造されるマイクロシステムはマイクロ流体素子を有する、ことを特徴とする。当該方法のこの主要な変化型の詳細は、製造されるマイクロシステムは、マイクロバルブ、マイクロポンプ、及びμTAS素子を含む群から選ばれるマイクロシステムである、ことを特徴とする。これらの素子は、マイクロ流体素子において重要な構成要素である。これらの素子は、当該方法によって、相対的に安価に製造することが可能である。当然のこととして、他の素子も製造可能である。

本発明による方法に係る他の改良された実施例は、前記パターニングが、マスクを用いなくてもレーザーの手段によって実行される、ことを特徴とする。この態様により、導体層及び/又はホイル材料を高度に制御して除去することが可能となる。それに加えて、空間を画定するにあたり、従来技術において必要であった犠牲材料の選択エッチングによって空間用いる必要がない、という点で有利である。

本発明による方法に係る他の改良された実施例は、前記パターニングが、以下の工程から選択された工程を用いて実行される、ことを特徴とする。それらの工程は：
導体層及びホイルをそのままにする工程；
ホイルが曝露されるように導体層を除去する工程；
導体層及びホイルの一部を除去することで、ホイルを薄い状態で残す工程；及び
空間が形成されるように導体層及びホイルを完全に除去する工程；
である。

上記4つの基本工程は、基本的に4つの主要領域を供する。上記4つの主要領域を組み合わせることで、ホイルに所望のパターンを供することができる。上記4つの主要領域とは、
ホイルと導体層の両方が除去されない領域、
（たとえば隣接ホイルと接続するように）導体層のみが除去される領域、
（たとえばホイルの柔軟性を制御するように）導体層だけではなくホイルの一部も除去される領域、及び
（たとえば空間が形成されるように）ホイルと導体層の両方が除去される領域、
である。

本発明の方法に係る有利な実施例は、前記のホイルの積層が、第1リール上で少なくとも1層のホイルを巻き取ることによって行われる場合に得られる。この実施例の主要な利点は、ホイルを積層するときのホイルの位置合わせが容易になることである。

後者の方法に係る改良された実施例は、当該方法が、第2リール又はロール上でホイルを巻き取らない一方で第1リール上では巻き取る処理によって実行される、ことを特徴とする。この態様の主要な利点は、当該方法は連続的な処理で実行されることで、自動化が容易になることである。

他の改良型は、導体層及びホイルの前記パターニングが、以下から選択される少なくとも1つの場所で行われる場合に得られる。そのような場所とは、第1リール上又はその付近、第1リールと第2リールの間、及び第2リール上又はその付近、である。導体層がホイルの両面に存在するか否かに依存して、当業者は、パターニングを行いたい場所を選択することができる。

本発明による方法は、前記のホイル接合が、高温において積層されたホイル上へホイルに垂直な方向に圧力をかけることによって実行される、ことを特徴とする。その結果、ホイルは接合し、素子は明確な形状をとる。

後者の方法に係る他の詳細な実施例は、構造中の空間に隣接するホイル上への必要な圧力は、前記空間内を高圧にすることで得られる、ことを特徴とする。この態様の利点は、ホイルが、それと隣接するホイルが空間と隣接する場所で、その隣接するホイルと良好な状態で隣接するように押圧されることで、ホイルは良好に接合する、ことである。

本発明による方法に係る好適実施例は、開口部が形成されることで、マイクロシステムの一面からそのマイクロシステムの電極と接続する導体層へのアクセスが供される、ことを特徴とする。このようにして、言うなれば電極と電気的に接続するコンタクト領域が供される。

本発明による方法に係る他の詳細な実施例は、マイクロシステムは、ホイルが接合した後に積層体から分離される、ことを特徴とする。よって得られた分離素子は、製品中での交換又は内蔵が可能になるという利点を有する。

本発明による方法に係る他の実施例は、導体層に用いられる材料が、アルミニウム、プラチナ、銀、金、銅、インジウムスズ酸化物、及び磁性材料を有する群から選択される、ことを特徴とする。これらの材料は、電極及び/又は導線として使用されるのに非常に適している。しかもインジウムスズ酸化物は、光学的に透明であるという利点を有する。光学的に透明であることは、マイクロ流体素子で用いられるときに有利である。

本発明による方法は、ホイル材料が、ポリフェニルサルファイド(PPS)及びポリエチレンテレフタラート(PET)を有する群から選択される、ことを特徴とすることが好ましい。これらの材料は、絶縁性ホイル材料としての使用にかなり適している。

当該方法の好適実施例は、用いられるホイルが1μmから5μmの厚さを有する、ことを特徴とする。そのような範囲の厚さのホイルを用いることの利点は、妥当な程度の柔らかさを有するホイルが得られること、さらにはホイルに垂直な方向での素子の長さを十分妥当な精度で修正できる、ことである。

本発明は、2層の絶縁性の柔らかいホイルからなり、かつ一の層が他の層上に積層された組で構築されるマイクロシステムにさらに関する。個々のホイルは実質的に同一のホイル材料を有する。少なくとも1層のホイルには、電極として備えられるパターニングされた導体層が供される。少なくとも1層のホイルには空間が供される。本発明によるマイクロシステムの利点は、各層が同一の特性を有するため、1組のホイルを積層する際に、（たとえば温度効果に起因する）ねじれ力が生じないことである。

本発明によるマイクロシステムに係る改良された実施例は、個々のホイルが同一のホイル厚さを有することを特徴とする。この態様の主要な利点は、複数の層が同一の特性を有するため、複数のホイルの組を積層しても、（たとえば温度効果に起因する）ねじれ力が生じないことである。

本発明によるマイクロシステムの上記実施例に係る他の改良型は、当該マイクロシステムが少なくとも3層の絶縁性の柔らかいホイルを有することを特徴とする。このことは特に、より複雑な構造が形成されなければならず、2層の柔らかいホイルでは不十分である場合に有利である。本発明による方法に係る他の実施例は、少なくとも4層の絶縁性の柔らかいホイルが供されていることを特徴とする。少なくとも4層のホイルが用いられるときには、多数の異なるマイクロシステムを得ることができる。よって設計者は、空間のシャットオフバルブとして機能する自由に浮いた状態のふたを形成することができる。外側のホイルの間には2層が存在するので、ホイルが結合して接合するときにふたが空間と隣接する位置では、接合が生じない。よってふたは自由に浮いた状態のままである。ふたは液体流の手段、おそらくは静電作用、によって開閉して良い。

本発明によるマイクロシステムの一の実施例は、当該マイクロシステムが可動素子を有し、その可動素子は少なくとも1層のホイルを有し、かつその可動素子は少なくとも1面上で当該マイクロシステムに取り付けられ、その可動素子は可動質量、可動バルブ、及び可動膜を含む群から選択され、かつその可動素子は空間の一の側に存在する、ことを特徴とする。係る可動素子は、能動マイクロ流体素子及びMEMS素子で必要とされる。能動マイクロ流体素子の場合では、特定方向での気体又は液体流を阻止すること、及び/又は他の方向での流れを維持することが重要である。MEMS素子の場合では、1つの素子の運動を電極上の電子信号に変換すること、又はその逆に電極上の電気信号を素子の運動に変換することが大抵の場合における関心事である。

本発明によるマイクロシステムの一実施例は、当該マイクロシステムには、空間内のある量を測定するための、空間付近のホイル上の導体層に実装されたセンサが供されることを特徴とする。センサは、MEMS素子及びマイクロ流体素子においても同様に重要な構成要素である。

本発明による方法の一実施例は、マイクロシステムがMEMSキャパシタマイクロホンを有することを特徴とする。係るMEMSキャパシタマイクロホンは、シリコン技術における従来のMEMSキャパシタマイクロホンよりも安価である。追加の利点は、係るMEMSキャパシタマイクロホンが、従来のMEMSキャパシタマイクロホンと比較して、改善された電気的操作を示すことである。結局ホイル材料は、（従来のMEMSキャパシタマイクロホンで用いられるシリコン基板とは異なり）電気的に絶縁性であるので、浮遊容量は小さくなる。

このマイクロシステムに係る他の具体的実施例は、複数のホイルの組が少なくとも3層のホイルを有する。当該マイクロシステム内には空間が存在する。前記空間の第1側には音波を受ける膜として備えられた第1ホイルが供され、前記空間の第2側には背面板として備えられた第2ホイルが供される。前記第2ホイルは、自由空間への圧力波の通路となる開口部を有する。前記空間は、ホイルに対して垂直な方向に少なくとも1層分のホイルの厚さを有する。当該マイクロシステムは、膜及び背面板にも導体層が供されることを特徴とする。前記層は、当該マイクロシステムと電気的に接続するための領域となる。
当該マイクロシステムの設計は、その単純さゆえに魅力的である。この設計の主要な利点は、膜の表面積が背面板の表面積と同じでさえあれば良いことである。このことは、傾斜を形成する異方性エッチングが必要とされるシリコン技術のマイクロシステムとは対照的である（たとえば前記エッチングがKOH水溶液によって<100>シリコンウエハについて行われる場合、前記傾斜は54.7°である）。シリコン技術における係る水溶液は、たとえば非特許文献2のような他の刊行物から既知である。

マイクロシステムの後者の実施例に係る非常に魅力的な変化型は、膜又は背面板のホイルの両面に導体層が供されることである。この利点は、膜又は背面板のホイルの両面に存在する導体層によって、ホイル曲がりが防止されることである。

当該マイクロシステムの他の改良型は、端部領域での膜のホイルの厚さが、他の領域での厚さよりも薄い場合に得られる。この態様の利点は、膜の偏向プロファイルが改善されることである。係る態様はシリコン技術では実現が非常に困難である。その一方で、ホイルの部分的除去（たとえばレーザーによる）を介したホイル技術では実現がかなり簡単である。

本発明によるマイクロシステムの他の実施例は、当該マイクロシステムがMEMS圧力センサを有することを特徴とする。係るMEMS圧力センサは、シリコン技術における従来のMEMS圧力センサよりも安価である。追加の利点は、係るMEMS圧力センサが、従来のMEMS圧力センサと比較して、改善された電気的操作を示すことである。結局ホイル材料は、（従来のMEMS圧力センサで用いられるシリコン基板とは異なり）電気的に絶縁性であるので、浮遊容量は小さくなる。

このマイクロシステムに係る他の具体的実施例は、複数のホイルの組が少なくとも3層のホイルを有する。当該マイクロシステム内には第1空間が存在する。前記空間の第1側には第1電極として機能する導体層を有する可動膜が供され、前記空間の第2側には、測定したい圧力が拡がる他の空間と隣接するように膜が設けられる。前記第1空間の第2側には、ホイル上の導体層中に実装される第2電極が供される。前記第1及び第2電極は、ホイルに平行な面上に与えられるときに重なる。それにより前記第1及び第2電極は接合して、前記第1空間と前記他の空間との間の圧力差に依存するキャパシタンスを形成することで膜を偏向させる。当該マイクロシステムは、前記第1空間が、ホイルに対して垂直な方向に少なくとも1層分のホイルの厚さを有することを特徴とする。当該マイクロシステムはさらに、前記電極の導体層が当該マイクロシステムと電気的に接続するための領域となることを特徴とする。当該マイクロシステムの設計は、その単純さゆえに魅力的である。

本発明によるマイクロシステムの他の実施例は、当該マイクロシステムがMEMS加速度計を有することを特徴とする。係るMEMS加速度計は、シリコン技術における従来のMEMS加速度計よりも安価である。追加の利点は、係るMEMS加速度計が、従来のMEMS加速度計と比較して、改善された電気的操作を示すことである。結局ホイル材料は、（従来のMEMS加速度計で用いられるシリコン基板とは異なり）電気的に絶縁性であるので、浮遊容量は小さくなる。

このマイクロシステムに係る他の具体的実施例は、複数のホイルの組が少なくとも3層のホイルを有する。当該マイクロシステム内には少なくとも1層分の厚さを有する空間が存在する。前記空間の第1側には可動質量上に存在する第1電極が供され、前記質量は少なくとも1層のホイルを有する積層体で構成され、かつ前記質量は弾性接続によって当該マイクロシステムと接続する。前記空間の反対側には第2電極が存在する。前記第1電極及び第2電極はホイルの導体層中に実装される。前記第1及び第2電極は、ホイルに平行な面上に与えられるときに重なる。それにより前記第1及び第2電極は接合して、可動質量に作用する加速力に依存するキャパシタンスを形成する。前記加速力は当該マイクロシステムに対する前記質量の相対運動、ひいては2つの電極間の空間の厚さ変化に影響を及ぼす。当該マイクロシステムはさらに、前記電極の導体層が当該マイクロシステムと電気的に接続するための領域となることを特徴とする。当該マイクロシステムの設計は、その単純さゆえに魅力的である。弾性接続は、たとえばホイルを薄くする（よって導体層が完全に除去され、かつホイル材料が部分的に除去される）ような単純な方法で実現されて良い。局所的にホイル全部を除去し、かつ弾性接続として機能するホイルの細片のみを残すことも可能である。さらに容量性平行板配置がこの実施例では用いられている。

本発明によるマイクロシステムの他の実施例は、当該マイクロシステムがマイクロバルブを有することを特徴とする。係るマイクロバルブは、シリコン技術における従来のマイクロバルブよりも安価である。追加の利点は、係るマイクロバルブが、従来のマイクロバルブよりも良好に機能することである。当該バルブはシリコン技術で作製された従来のマイクロバルブよりもより柔らかい。このマイクロバルブの追加の利点は、（導体層が除去された場合に）光学的に透明であることである。これにより、光学的検出方法の利用及び光学検査の実行が可能になる。これはシリコン技術におけるマイクロバルブでは不可能である。

このマイクロシステムに係る他の具体的実施例は、複数のホイルの組が少なくとも4層のホイルを有する。当該マイクロシステム内には注入口及び排出口を有する空間が存在する。少なくとも前記排出口は当該マイクロバルブに取り付けられた可動バルブによって閉じられて良い。前記バルブは第1電極を画定する導体層が供されているホイルを有する。前記空間の第1側には第2電極が供され、前記空間の反対側には第3電極が供される。前記第2電極と第3電極の両方は、ホイル上の導体層中に実装される。全電極は、ホイルに平行な面上に与えられるときに重なる。それにより前記第2及び第3電極は、可動バルブを容量的に駆動するのに用いられて良い。当該マイクロシステムはさらに、前記空間が、ホイルに対して垂直な方向に少なくとも1層分のホイルの厚さを有することを特徴とする。当該マイクロシステムはさらに、前記電極の導体層が当該マイクロシステムと電気的に接続するための領域となることを特徴とする。当該マイクロシステムの設計は、その単純さゆえに魅力的である。この実施例では、可動バルブはカンチレバーバルブであって良い。なぜなら前記可動バルブは前記空間に隣接しているので、高温かつホイル積層体への圧力ホイルを高圧にしてホイルを接合する製造工程中にも、圧力が十分に上がらないことで、ホイルがその下に存在するホイルと結合しないためである。

本発明によるマイクロシステムの他の実施例は、当該マイクロシステムがマイクロポンプを有することを特徴とする。係るマイクロポンプは、マイクロ流体システムに用いられて翼、かつシリコン技術における従来のマイクロバルブよりも安価である。追加の利点は、係るマイクロバルブが、従来のマイクロバルブと比較して、改善された電気的操作を示すことである。当該バルブはシリコン技術で作製された従来のマイクロバルブよりもより柔らかい。このマイクロバルブの追加の利点は、（導体層が除去された場合に）光学的に透明であることである。これにより、光学的検出方法の利用及び光学検査の実行が可能になる。これはシリコン技術におけるマイクロバルブでは不可能である。

このマイクロシステムに係る他の具体的実施例は、複数のホイルの組が少なくとも6層のホイルを有する。当該マイクロシステム内には注入口及び排出口を有する第1空間が存在する。前記注入口及び排出口は、当該マイクロバルブに取り付けられたホイルを有する可動バルブによって閉じられて良い。前記第1空間の第1側には第1電極を画定する導電層を有する可動膜が供される。前記可動膜は第2空間と第1側に対向する側で隣接するように設けられる。第1側に対向する側に対向する第2空間の側には、第2電極として機能する導電層を有するホイルが供される。前記第1及び第2電極は、ホイルに平行な面上に与えられるときに重なる。それにより前記第2電極は、可動膜を容量的に駆動するのに用いられて良い。当該マイクロシステムはさらに、前記2つの空間が、ホイルに対して垂直な方向に少なくとも1層分のホイルの厚さを有することを特徴とする。当該マイクロシステムはさらに、前記電極の導体層が当該マイクロシステムと電気的に接続するための領域となることを特徴とする。当該マイクロシステムの設計は、その単純さゆえに魅力的である。前記膜は様々な方向に動くように設定されて良い。第1例では、これは静電的手段によって実行されて良い。その場合、膜中の第1電極に対して第2電極へ電圧が印加されることで、第1電極を有する膜は第2電極の方向に変動する。その結果、第2空間の体積は減少し、第1空間の体積は増大する。それにより第2空間が負圧となることで、吸入口を介して液体又は気体を吸い込むことができる。その場合、吸入口での可動バルブは圧力差の影響で開く。第2例では、抵抗加熱が用いられて良い。その場合、電極は、電的抵抗器が形成されるように配備される。前記抵抗器に電流が流れることで、前記抵抗器が加熱される。それによって周囲が加熱される。前記抵抗器が、柔らかい膜によって遮蔽されている空間内に設けられているとき、前記体積の加熱によって前記膜は膨らむ。その結果、第2空間の体積は減少し、第1空間の体積は増大する。それにより第2空間が負圧となることで、吸入口を介して液体又は気体を吸い込むことができる。その場合、吸入口での可動バルブは圧力差の影響で開く。

後者の具体的実施例は、当該マイクロシステムにはさらに、前記第1空間の第2側のホイル上に、第3電極を画定する他の導電層が供されることが好ましい。前記第1及び第3電極は、ホイルに平行な面上に与えられるときに重なる。それにより前記第3電極は、可動ホイルを容量的に駆動するのにも用いられて良い。前記第3電極の利点は、前記膜を電気的に駆動させるのに用いることもできることである。たとえば前記第1電極に対する電圧が前記第3電極に印加される場合、前記第3電極の極性は、前記第1電極の電圧とは反対になるので、前記膜は前記第3電極から遠ざかるように押しやられる。これにより膜の変動がより容易になる。なぜなら電気による力は強いからである。

本発明によるマイクロシステムの可能な実施例は、当該マイクロシステムがμTAS素子を有することを特徴とする。係るμTAS素子は、マイクロ流体システムに用いられて良く、かつシリコン技術における従来のμTAS素子よりも安価である。μTAS素子の追加の利点は、（導体層が除去された場合に）光学的に透明であることである。これにより、光学的検出方法の利用及び光学検査の実行が可能になる。これはシリコン技術におけるマイクロバルブでは不可能である。μTAS素子の他の追加の利点は、
-漏れが起こりにくいようにホイルが十分に結合すること、
-μTAS素子の裏側に液体が残らないようにホイルを疎水性にすることで、シリコン技術における従来のμTAS素子には必要であった疎水性コーティングが不要となること、及び
-素子が生体親和性を有すること、
である。

このマイクロシステムに係る他の具体的実施例は、複数のホイルの組が少なくとも3層のホイルを有する。当該マイクロシステム内には、気体又は液体の流路である注入口及び排出口を有するチャネルが存在する。そのチャネルは、ホイルに対して垂直な方向に少なくとも1層分のホイルの厚さを有する。そのチャネルの一方には、センサ又はアクチュエータが供される。そのチャネルの設計は、その単純さゆえに魅力的である。

後者の実施例は、前記センサ又はアクチュエータがチャネルに隣接するホイルの導体層中に形成されることを特徴とすることが好ましい。

これらの実施例の第1変化型は、フローセンサを有することを特徴とする。これらの実施例の第2変化型は、伝導性センサを有することを特徴とする。係るセンサを実装することにより、たとえば空間内の流速、温度、伝導率等の量を測定することが可能となる。

後2者の実施例に係る他の改良型は、他のセンサ又はアクチュエータを有することを特徴とする。その他のセンサ又はアクチュエータは、そのチャネルの対向する面に隣接するホイルの導体層中に存在する。よってこの実施例はチャネル底部及び上部の両方にセンサ構造を有する。実際、ホイルの両面には導体層が供されて良い。このことは、シリコン技術においては事実上不可能である。この実施例では、たとえば設計者は伝導性センサの反対側に加熱素子を設けて良い。加熱及び測定は、液体についての有用な情報を供することのできるセンサ-アクチュエータの併用である。

本発明によるマイクロシステムは、導体層の材料が、アルミニウム、プラチナ、銀、金、銅、インジウムスズ酸化物、及び磁性材料を有する群から選ばれる金属を有することを特徴とすることが好ましい。この群からの材料選択の決定には、マイクロシステムに課される要求も部分的に影響する。

本発明によるマイクロシステムは、ホイル用材料が、ポリフェニルサルファイド(PPS)及びポリエチレンテレフタラート(PET)を有する群から選ばれる物質を有することを特徴とすることが好ましい。

本発明によるマイクロシステムは、ホイルが1μmから5μmの厚さを有することを特徴とすることが好ましい。

本発明はまた、本発明による素子を有するホイルの積層体にも関する。その積層体はまた、リール上で巻き取られるホイルであっても良い。

本発明はまた、本発明によるMEMS素子を有するエレクトロニクス素子にも関する。そのエレクトロニクス素子の一実施例は、マイクロシステムからの信号を読み取り又は起動力とする集積回路をさらに有することを特徴とする。

本発明によるエレクトロニクス素子の非常に有利な実施例は、マイクロシステムには、集積回路が設けられる凹部が供されることを特徴とする。それによりマイクロシステムは集積回路パッケージの一部を形成し、その集積回路はマイクロシステムと接続する。この態様のため、集積回路は従来のパッケージを必要としない。その結果マイクロシステムは複雑ではなくなり、かつ安価にもなる。しかもこのようにして集積回路を供することで、マイクロシステムの電気的操作に有利な影響が得られる。マイクロシステムと集積回路との間の空間は比較的小さいままであるので、マイクロシステムと集積回路との接続の間での容量性及び誘導性干渉の発生が減少する。

本発明はまた、係るエレクトロニクス素子の使用にも関する。本発明は、マイクロシステムが音を記録するMEMSキャパシタマイクロホンを有することを特徴とする。MEMSキャパシタマイクロホンは電極に電圧Xを供給する。電圧Xは集積回路によって読み取られる。使用者は、係るエレクトロニクス素子を用いることで少ないノイズで使用できる。

ここで本発明による方法及び素子に係る上記及び他の態様について、図を参照しながら説明する。

以降では本発明の詳細な説明が与えられる。上述したように、本発明はマイクロシステムの製造方法に関し、かつ当該マイクロシステムそれ自体にも関する。本発明によるマイクロシステムに係る多数の実施例が可能である。これら多数の実施例はそれぞれ異なる性質を有する。それにも関わらず、これら全ての実施例は共通の因子を有する。具体的には、これら全ての実施例は、少なくとも1面に導体層が供された複数の前処理された絶縁性ホイルが接合して形成された積層体で構成されることである。

当該マイクロシステムの製造方法は複数の工程を有する。複数の工程とは：
導体層をホイルの少なくとも1面（両面でも可能であり、場合によっては両面の方が好ましい）に付与する工程；
ホイルを前処理する前処理工程；
ホイルを積層することでマイクロシステムを形成する形成工程；
複数のホイルを結合する結合工程；及び
複数のホイルからなる積層体からマイクロシステムを分離する分離工程；
である。

前記前処理工程は、以下の工程から選ばれる。以下の工程とは：
導体層及びホイルをそのままにする工程；
ホイルが曝露されるように導体層を除去する工程；
導体層及びホイルの一部を除去することでホイルを薄い状態で残す工程；及び
空間が形成されるように導体層及びホイルを完全に除去する工程；
である。

上記工程を組み合わせることで、導体層及びホイル内において多数の各異なるパターンを実現することが可能となる。それにより設計者は、多くの各異なる構造を作製することができる。上記工程における材料の除去は、レーザー（たとえばエキシマレーザー）によって行われるのが好ましい。レーザーを用いる主要な利点は、前記除去は、たとえばエッチングによる除去とは対照的に、クリーンルーム外で行われても良いことである。これに関しては、複数の可能性が当業者には考えられる。当業者は広範囲にわたる平行レーザービームをマスクと併用することができる。あるいは当業者は、単一レーザービームでホイル表面を走査し、それと同時にビーム強度を変調させることも可能である。その場合でも、当業者は、一連の短い光の強度又はデューティサイクルのいずれかの変調を選択できる。

図1は、コリメートされたレーザービーム及びマスクによる前記前処理が実行される方法を図示している。その図は、それぞれ強度の異なる3種類のレーザービーム50,52,54（この例では左から右へ強度が上昇している）を図示している。マスク20はレーザービーム50,52,54を部分的に中断する。この例では、両面に導体層11a,11bが供されたホイル10がマスク20の背後に存在する。当然のこととして、1層の導体層11aのみを用いることも可能である。導体層11a,11bは、アルミニウム、プラチナ、銀、金、銅、インジウムスズ酸化物、及び磁性材料を有することが好ましい。

領域Aでは、マスク20がホイル10を遮蔽する。それにより低エネルギービーム50はホイル10に到達できない。ホイル10は影響を受けない。領域Bでは、レーザービーム50はホイルに到達しない。しかしレーザービーム50のエネルギーは、導体層11a（及びホイル材料の薄膜も除去されるかもしれないが、如何なる場合であっても無視できる程度でしかない）のみが除去される大きさである。エネルギーレベルがさらに増大するとき、ホイル材料10のかなりの部分もが除去されることで、薄いホイルを有する領域Cが生成される。最終的には、高エネルギーレーザービーム54によって、ホイル10には穴が精製されて良い。係る穴は図では領域Dで示されている。これまでは、レーザービームのエネルギーレベルの増大について言及してきた。しかしこのことは、レーザーパルスの強度又は照射時間が増大することを意味しているとも解することができる。結局、唯一問題となることは、材料がどの程度除去されるのかは付与されたエネルギー量にのみ依存するということである。その点については、パルスレーザービームのデューティサイクルを操作することは、レーザービームの光強度を操作するよりも容易である。

ホイル10の前処理後に積層が行われて良い。これは、リール上にホイルを巻き取ることによって行われることが好ましい。そのような装置が図2に図示されている。その場合では、実際前処理されたホイル10は、1つの同一テープ内に含まれる。ホイル材料がマイラー（商標）で構成されるとき、とりわけ厚さ1μmでかつ幅2cmのロールアップテープとして入手可能である。厚さ20nmのアルミニウム層を上（一面又は両面）に有する前記ホイルもまた入手可能である。前記層は、マイクロシステムの導体層として用いるのに適している。しかし本記載では、別離したホイル10についてのみ論じる。この装置では、ホイル10の前面と背面の両方の前処理が可能である。またこの場合では、これは、たとえば位置L1,L2においてレーザーの手段によって行われて良い。ホイル10は、前記巻き取り中に方向Xに動く。ホイル10は、回転方向Rでリール70上に巻き取られる。この例では、リール70は2つの平坦面を有する。位置L1での第1レーザービームは、ホイル10の背面14でホイル10を前処理するように、リール70上に存在するホイルに導光される。位置L2での第2レーザービームは、ホイル10の前面12でホイル10を前処理するように、リール70上に存在しないホイルに導光される。ホイル10の両面12,14に導体層が供されることは重要なことではない。よってホイル10が両面12,14で前処理されることも重要なことではない。以降のマイクロシステムに係る実施例についての議論から明らかなように、用途によっては、ホイル10の両面12,14に導体層が供されること、つまりはホイル10が両面12,14で前処理されることは有効であり得る。

リール70上でホイル10を巻き取ることの主要な利点は、このことにより、ホイル10の位置合わせがかなり容易になることである。前処理されたホイル10の積層（リール70上にホイルを巻き取ることによって行われても良いし、行われなくても良い）により、空間、カンチレバー、及び膜の生成が可能となる。この種類の素子は大抵の場合、たとえばMEMS素子及びマイクロ流体素子で必要となる。

ホイル10は積層後、高圧及び高温を利用することによって、1つに結合されて良い。ホイル10がリール70上に巻き取られることによって積層されるとき、前記結合は、ホイル10をリール上に巻き取りながら簡単に行うことができる。実際には、複数のホイルを積層するときには、3つの可能性が存在する。それは：
一のホイルのホイル材料が他のホイルのホイル材料と直接接触することで強い結合が形成される場合；
一のホイルのホイル材料が他のホイルの導体層と直接接触することで弱い結合が形成される場合；
一のホイルの導体層が他のホイルの導体層と直接接触することで結合が形成されない場合；
である。

圧力が加えられなければ、ホイル10は結合して接合しない。この効果は、バルブを作製するのに利用されて良い。特にホイル10が空間と隣接するときには、ホイル10は柔らかいため、圧力を受けない。実際ホイル10は、自由に浮いた状態であり続ける。この態様は、以降での本発明によるマイクロシステムの実施例についての議論で再度取り上げる。

それでもなお空間に隣接するホイルが結合されることが望ましいときには、たとえば前記空間を高圧にすることによってこの結合が実現されて良い。前記圧力は気体圧力であって良いし、液体圧力であっても良い。

図3は、本発明による方法を実行する装置の一部に係る実施例の概略図である。図4は、本発明による方法を実行する実際の装置の写真を表す。図示された装置では、ホイル10は、リール80からは巻き取られないが、同時に補助ローラ90を介して上述のリール70上で巻き取られる。それらの図はさらに、レーザービームL1,L2の可能な位置を図示している。

図5及び図6は、本発明によるマイクロシステムの第1実施例を図示している。両図とも、MEMSキャパシタマイクロホンMIを図示している。MEMSキャパシタマイクロホンMIは、前処理されたホイルからなる積層体Sから構成される。図5では、ホイル結合前のMEMSマイクロホンの拡大図が示されている。図6では、ホイルは1つに結合している。ホイル積層体Sは、全体がより制御しやすくなるように、基板上に設けられて良い。MEMSマイクロホンMIは、空間110に隣接する可動膜100を有する。可動膜100は複数の領域105で固定されている。図の断面像では、前記領域は分離しているように見えるが、前記領域105は空間110を完全に取り囲むことが好ましい。

膜の両面101,102には導体層が供される。実際、膜100中に電極を形成するには、一の面（この例では底面102）上に1層の導体層のみしか必要としない。しかし他の面101上の第2導体層を用いることの利点は、膜100が曲がりにくいことである。膜100からある程度の間隔が設けられた状態で背面120が存在する。背面120の両面121,122にも同様に導体層が供される。実際、背面120中に電極を形成するには、一の面（この例では上面121）上に1層の導体層のみしか必要としない。しかし他の面122上の第2導体層を用いることの利点は、背面120が曲がりにくいことである。膜100の電極及び背面120は結合してキャパシタを形成する。キャパシタ板間の間隔は、この例では5層のホイルに相当する。厚さ1μmのホイルが用いられるときには、間隔は5μmになる。MEMSマイクロホンMIが2×2mm²の表面積AMを有する場合、膜100の表面積ABは前記値（その大きさは正しい縮尺で描かれていない）に近づく。換言すれば、本発明によるMEMSマイクロホンMIの表面積は、たとえば非特許文献2から既知であるMEMSマイクロホンのような既知のMEMSマイクロホンの表面積よりも、より効率的に利用することが可能である。幅が2cmであるマイラーテープが用いられるとき、ほとんど無限数の列からなる（リール上のテープの長さによってのみ決定される）10個のMEMSマイクロホンを互いに平行して作製することが可能である。

背面120には、音波によって誘起される膜100の振動中、空間110内に生じる空圧差を解放する開口部125が供される。MEMSマイクロホンの動作は次の通りである。音波が膜100を運動状態にする（膜は振動を開始する）。その結果、膜100と背面板120との間の間隔も振動を開始する。それによって、（膜100及び背面板120上の導体層によって形成される）キャパシタのキャパシタンスが振動する。これらのキャパシタンス変化は電気的測定が可能である。それと同時にこれらのキャパシタンス変化は、膜100上の音波の指標である。

MEMSマイクロホンMIには、コンタクト用の穴130,135が供される。コンタクト用の穴130,135は、膜100及び背面板120のキャパシタ板（電極）へのアクセスを供するように機能する。膜100上の上部電極の一部はホイル1上及びホイル2上に設けられる。このようにして、電極は、コンタクト用の穴135を介して上面とのアクセスが可能となる。

図5及び図6の例では、MEMSマイクロホンMIは、8層のホイル1,2,3,4,5,6,7,8からなる積層体Sを有する。しかし様々なホイル層数も可能である。これは特に、マイクロホンの所望の垂直長及び間隔の値に依存する。同じことは、本明細書で論じられた本発明によるマイクロシステムの全実施例に当てはまる。

膜100の引っ張り応力が十分でない結果その膜の偏向プロファイルが最適とならない場合、設計者は、膜100の端部を薄くなるように選択することが可能である。これは図7に図示されている。2つの膜100は領域105で固定されている。図の上側の膜100は、薄い領域を有しておらず、かつ音圧のため中心部が最も強く偏向する。他方図の下側の膜200は、端部で薄くなった領域208を有する。その結果、膜200は比較的広い領域ADにわたって同程度に偏向する。この態様が実施されることで、同一の音圧で測定可能な、MEMSマイクロホンMIの（膜100及び背面板120で構成される）キャパシタ上の電気信号を、より大きくすることができる。それについて（たとえばレーザーによるホイルの部分的除去）言えば、本発明による方法を用いたそのような薄い膜の作製は、かなり単純である。その一方で、これは、シリコン技術では非常に難しい。

図8は、本発明によるマイクロシステムの第2実施例を図示している。この図は、前処理されたホイルからなる積層体Sで構成されたMEMS圧力センサを図示している。実際には、係る圧力センサPSは特殊なマイクロホンである。従って圧力センサPSは、かなりの部分でMEMSマイクロホンと似た性質を示す。MEMS圧力センサPSは、可動膜300を有する。その可動膜300は、MEMS圧力センサ内の空間310を閉じる。上側の面301では、膜には、電極を形成する導体層が供される。空間310の他の面には、閉じた背面板320上の導体層である第2電極321が存在する。これは同時に、マイクロホンの固有の差異である。MEMS圧力センサPSの空間は閉じられている。MEMSマイクロホンMIの空間は周辺大気と通じている。

この例では、背面板320は複数のホイルを有する。この利点は、背面板320が、可動膜300と比較して剛性であることである。しかしホイル層数は変化して良い。設計者は、この数を選択する自由度を有する。たとえば設計者が基板上にホイル積層体Sを設けることを選択する場合には、背面320用のホイル数を減らしても良い。

MEMS圧力センサの動作は次の通りである。力Fが膜300に加えられることで、膜が偏向する（これは空間310と膜300の上に位置する自由空間との間の圧力差の指標である）。これにより、膜300と背面板320との間の間隔が変化する。その結果、（膜300及び背面板320上の導体層によって形成される）キャパシタのキャパシタンスも変化する。これらのキャパシタンス変化は電気的測定が可能である。それと同時にこれらのキャパシタンス変化は、膜300上の力F（つまりは圧力）の指標である。

MEMS圧力センサPSには、コンタクト用の穴330,335が供される。コンタクト用の穴330,335は、膜300及び背面板320のキャパシタ板（電極）へのアクセスを供するように機能する。

図9は、本発明によるマイクロシステムの第3実施例を図示している。この図は、前処理されたホイルの積層体Sから構成されるMEMS加速度計を図示している。加速度計は、弾性素子505上のサイズミックマス500で作られて良い。マス500の変動は、間に空間510が存在する平行板505,521のキャパシタンス変化として計測されて良い。可能な実施例が図9に図示されている。MEMS加速度計ACの製造中（特にホイルが依然としてテープ内に含まれた状態のままでのホイルの前処理中）、ホイルの一片を残りのホイルから完全に分離することは不可能である。解決方法は、薄い固定部分をサイズミックマス500の全ての層に用いることである。薄い固定部分は、ホイルを局所的に薄くすることで形成される。この例では、マス500はホイル1-13で構成される。空間510が存在するため、製造中でのホイルの結合は弱い（圧力が加えられなければ結合は得られない）。解決方法は、空間510の両面に導体層を実装することである。その際導体層は、互いに対向するように設けられる。その結果、空間510に隣接するホイルはどうやっても結合しない。しかしメカニカルソフトヒーターを用いることが可能である。メカニカルソフトヒーターは全ての層を圧縮する。それにより、複数の導体層が互いに直接接触し、かつ他の層も圧力を受けることで、これらの層は結合する。ホイルの前記結合後、弾性素子505は、マス500を弾性力によって本来の位置に戻す。MEMS加速度計ACには、電極502,521へのアクセスを供する機能を果たすコンタクト用の穴530,535が供される。上部電極502の一部は、ホイル13及びホイル14上に設けられる。このようにして電極502は、上側面からアクセスして接続できる。

MEMS加速度計ACの動作は以下の通りである。加速度計がホイルに垂直な加速力を感じるとき、サイズミックマス500は上方又は下方に変動する。それにより電極502と電極521との間の空間が変化する。前記変化の結果、前記電極502と電極521との間のキャパシタンスが変化する。キャパシタンス変化は電気的な検出が可能である。

図10及び図11は、本発明によるマイクロシステムの第4実施例を図示している。これらの図は、前処理されたホイルからなる積層体Sで構成されるマイクロバルブMVの可能な実施例を図示している。図10ではホイル積層体Sはすでに結合している。図11は、マイクロバルブMVの分解図を示している。マイクロバルブMVには、吸入口750及び排出口760を有する空間が供される。この例では、排出口760には、一端が固定されたホイルである可動バルブ770が供される。可動バルブ770上には導体層771が電極として存在する。空間710の上側には、第1電極701が、前記空間710に隣接するホイル700内に存在する。第1電極は、バルブ770を開けるのに用いられる。空間710の下側では、第2電極722が、前記空間710に隣接するホイル720内に存在する。

バルブはカンチレバーバルブである。そのバルブは空間710に隣接するため、そのバルブはホイルを接合する際に圧力を感じない。マイクロバルブMVは液体だけではなく気体に用いられても良い。図10に関しては、最初の3層のホイル1,2,3がなぜ結合するのか不思議に思われるかもしれない。しかし図11から、空間710に隣接する領域はほんのわずかなものであることが明らかである。従って空間710を取り囲む領域は十分に結合する。マイクロバルブMVには、電極701,771,722へのアクセスを供する機能を果たすコンタクト用の穴730,735,740が供される。

マイクロバルブMVは以下のように動作する。コンタクト730（第1電極701）とコンタクト740（電極771）との間に電圧が印加されるとき、バルブは、上側電極701へ向かって静電的に引っ張られることで開く。コンタクト735（第2電極722）とコンタクト740（電極771）との間に電圧が印加されるとき、バルブは、下側電極722へ向かって静電的に引っ張られることで閉じる。

図12及び図13は、本発明によるマイクロシステムの第5実施例を図示している。これらの図は、前処理されたホイルの積層体Sから構成されるマイクロポンプMPの可能な実施例を図示している。図12では、ホイル積層体Sはすでに結合している。図13は、マイクロポンプMPの分解図を示している。マイクロポンプMPには、吸入口950及び排出口960を有する第1空間910が供される。第1空間910には、吸入口950に受動バルブ955、及び排出口960に受動バルブ965が供される。受動バルブ955,965は、一方でのみ気体又は液体を通過させるように開く。上側では、第1空間910には可動膜900が供される。可動膜900は、上に第1電極901が存在するホイルである。下側では、第1空間910に第2電極922が供される。第2電極922は第1空間910に隣接するホイル920の下側に存在する。第2空間915は膜900の上に存在する。第2空間915は完全に閉じられていることが好ましい。前記第2空間の上側では、前記第2空間915に隣接するホイル925上に第3電極927が存在する。図13では、簡明を期すために電極927はホイル925の上側に描かれているが、実際には電極927はホイル925の下側に位置している。マイクロポンプMPには、電極901,922,927へのアクセスを供する機能を果たすコンタクト用の穴930,935,940が供される。

マイクロポンプMPは以下のように動作する。（コンタクト940を介して）第3電極927と（コンタクト930を介して）第1電極901との間に電圧が印加されるとき、膜は、第3電極927へ向かって静電的に引っ張られることで、第2空間915の体積が減少する。その結果、第1空間910の体積が増大する結果、第1空間910で負圧となる。これにより空間の吸入口950でのバルブ955が開き、気体又は液体が空間910に吸い込まれる。（コンタクト935を介して）第2電極922と（コンタクト930を介して）第1電極901との間に電圧が印加されるとき、膜は、第2電極922へ向かって静電的に引っ張られることで、第2空間915の体積が減少する。その結果、第2空間915の体積が増大し第1空間910の体積は減少する。その結果、第1空間910で正圧となる。これにより空間の排出口962でのバルブ965が開き、気体又は液体が空間910から排出される。第2電極922は任意である。第3電極927に電圧がかからなければ、膜900は自動的に元の位置に戻る。第2空間915を取り囲む電極もまた抵抗器として備えられ、かつ用いられて良い。それにより抵抗加熱を利用して第2空間915を拡張することが可能である。

マイクロポンプ及びマイクロバルブに加えて、本発明によるマイクロシステム内には、センサも形成されて良い。これにより、所謂μTAS素子（微小化学分析システム）の作製が可能となる。図14及び図15は、本発明によるマイクロシステムの第6実施例を図示している。図14及び図15は、前処理されたホイルからなる積層体Sで構成されるμTAS素子MTの可能な実施例を図示している。図14では、ホイル積層体Sはすでに結合している。図15は、μTAS素子MTの分解図を示している。μTAS素子MTには、吸入口950及び排出口960を有する第1空間1110が供される。この例では、2つの異なるセンサ、つまりフローセンサ1170及び伝導率センサ1180が、空間1110に隣接して設けられている。センサは、空間に隣接するホイル上の導体層中に存在する。この例では、フローセンサ1170は、3つの連結した抵抗性蛇行構造を有する。一の蛇行構造1176は加熱に用いられる。他2つの蛇行構造1172,1174は、前記蛇行構造の抵抗を測定することで、温度センサとして用いられる。

この実施例では、伝導率センサ1180はさらに、空間1110に隣接して設けられる。前記伝導率センサ1180は、2つの櫛形構造1182,1184を有する。一の実施例では、2つの櫛形構造1182と1184との間で測定されたインピーダンスは、空間1110に存在する荷電粒子の量の指標である。液体中では、そのインピーダンスはイオン強度を表す。μTAS素子MTにはさらに、センサ1170,1180の電極へのアクセスを供する機能を果たすコンタクト用の穴1130が供される。

原理的には、係るフローセンサ（加熱素子1174と2つの温度センサ1172,1174との組み合わせ）及び伝導率センサは一般的に知られているが、これらのセンサは、本発明による方法を用いることによって非常に簡単に製造することができる。μTAS素子が高いpH値を有する液体に用いられる場合には、ホイル上に純粋なアルミニウムを用いるのは最善の選択ではない。なぜならアルミニウムは侵襲されやすいからである。センサをより不活性にするため、センサは、たとえば銅(Cu)、銀(Ag)、又は金(Au)でメッキされて良い。最初に金メッキされたテープを用いることも可能である。

図16及び図17は、本発明によるマイクロシステムに係る他の重要な利点を図示している。実際、当該マイクロシステムが集積回路ICのパッケージPAの一部をも形成するようにして（集積回路と当該マイクロシステムが接続しているか否かに関わらず）、本発明によるマイクロシステムを製造することも可能である。図16及び図17は例として、ホイル積層体S中に開口部1205を有する容量性圧力センサPSを図示している。当然のこととしてたとえばMEMSマイクロホンのような、様々なマイクロシステムを用いることも可能である。開口部1205内には集積回路ICが存在する。この例では、集積回路ICは圧力センサPSの電極と接続する。接続は、図16の金属ワイヤ1200（たとえば金又は銅）及び図17のはんだボールによって形成される。第2の可能性は、フリップ-チップ技術とも呼ばれている。しかし図16及び図17では、マイクロシステムPSは基板1300上に供される。しかし基板1300を用いずに、たとえばかなり厚いホイル積層体Sを用いることも可能である。

本開示の例から、本発明は、たとえばMEMS素子及びマイクロ流体素子のようなマイクロシステムを安価な方法で製造するのに用いることができる、と結論づけることができる。実施例を列挙しても本発明を網羅できない。本発明を用いることによって得られる製品は、コンシューマーエレクトロニクスと医療用途の両方に用いられて良い。これらの用途では、エレクトロニクス素子と周辺環境との協調が必要である。これらの製品のコストはかなり低いので、使い捨て製品として用いられても良い。本発明に係る具体的用途は多数存在する。それらを列挙すると：
携帯電話及びPDA用のMEMSマイクロホン；
化学分析システムで用いられるマイクロポンプ及び流体処理；並びに
タイヤ内の圧力センサ；
である。

ホイル材料の選択に関しては、多くの材料が用いられて良い。多くの材料とはたとえば、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレン2,6-ナフタレート(PEN)、ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリプロピレン、ポリエテン、ポリウレタン(PU)、セロファン、ポリエステル、パリレンである。実際には、多くの基準を満たす如何なる材料が用いられても良いということである。以下のことに留意すべきである。それは：
ホイル厚さが垂直方向の分解能を決定すること；
基本材料としてのホイルは制御可能でなければならず、ロール上に供給されることが好ましいこと；
ホイルをメタライズすることが可能であること；
好適にはレーザーによって、メタライズされたホイルを前処理することが可能であること；
好適には熱及び圧力を用いることによって、ホイルは積層後に結合可能であること；
材料は“低温”（<300℃）で融解可能であること；並びに
ホイル積層体は、積層及び結合後、当該マイクロシステムに求められる特性を有すること；
である。

この接続についての重要事項は、ホイルの結合は、ホイル材料の融点未満の温度で行われることが好ましいことである。たとえばポリエチレンテレフタレート(PET)（融点255℃）がホイル材料として用いられる場合、たとえば220℃の温度が用いられる。

より詳細にはホイル材料は、問題になっている用途に求められる特性、つまり温度安定性、形状安定性、圧力抵抗、光学及び化学特性に基づいて選択されなければならない。

結局、たとえばマイカのような無機の絶縁性ホイルが用いられて良い。

本開示中の全ての図は単なる概略図であって、正しい縮尺で描かれていない。図は、本発明の目的を例示し、かつ技術背景を供するものと解される。実際には、境界面の形状は、図中に示された境界面の形状と異なって良い。当業者は本発明の新たな実施例を考え出すことができると思われる。しかしそのような新たな実施例も、「特許請求の範囲」の請求項の技術的範囲内である。

本発明による方法の可能な変化型は、2つのホイルを同時に巻き取ることである。ホイルは、たとえばホイルは2つの異なるロールから得られても良いし又は得られなくても良い。さらにホイルはすでに結合して良い。それに加えて、ホイルはすでにパターニングされていて良い。他の変化型によると、ホイルは同一厚さを有していない。さらに3層以上のホイルが巻き取られても良い。

本明細書では、ホイルを巻き取る例が頻繁に例示されている。当然のことながら各別個のホイルを積層することも可能である。その状況では、それぞれの厚さが同一ではない複数のホイルを積層することも可能である。

それに加えて、本明細書に記載されたマイクロシステムの全ての実施例は、本明細書で述べられたホイル層数とは異なるホイル層数を有して良い。ホイル層数は、設計者の要求に部分的に依存する。

本発明による方法の一部の概略図である。この概略図は、上に導体層が存在するホイル上に4つの異なる領域を生成する方法を図示している。 ホイルの位置合わせ及びパターニングを自動的に行うことのできる方法を図示している。 本発明による方法を実行する装置の一部に係る実施例の概略図である。 本発明による方法を実行する実際の装置の写真を表す。 MEMSキャパシタマイクロホン構造を形成する8層のホイルの積層体を図示している。 図5のホイルの結合後における、本発明によるマイクロシステムの第1実施例、つまりMEMSキャパシタマイクロホン、を図示する。 本発明による方法の一態様に従って、特定の場所が薄くされているMEMSキャパシタマイクロホンの膜を図示している。 本発明によるマイクロシステムの第2実施例、つまりMEMS圧力センサ、を図示している。 本発明によるマイクロシステムの第3実施例、つまりMEMS加速度計、を図示している。 本発明によるマイクロシステムの第4実施例、つまり静電駆動するマイクロバルブ、を図示している。 図10の静電駆動するマイクロバルブを3次元に拡張したものである。 本発明によるマイクロシステムの第5実施例、つまり静電駆動するマイクロポンプ、を図示している。 図12の静電駆動するマイクロポンプを3次元に拡張したものである。 本発明によるマイクロシステムの第6実施例、つまりμTAS素子、を図示している。 図14のμTAS素子を3次元に拡張したものである。 集積回路パッケージの一部としても機能するMEMS圧力センサを図示している。そのMEMS圧力センサでは、MEMS圧力センサと集積回路との間の接続に、はんだワイヤが用いられている。 集積回路パッケージの一部としても機能するMEMS圧力センサを図示している。そのMEMS圧力センサでは、フリップチップ技術が用いられている。

Claims (53)

1. 空間が供されたマイクロシステムの製造方法であって：
   少なくとも2層の絶縁性の柔らかいホイルからなる1組のホイルを供する工程であって、前記ホイルの各々は実質的に同一の厚さを有し、前記ホイルの少なくとも1層の少なくとも1面上には導体層が存在し、かつ前記導体層は電極又は導線としての使用に適している、提供工程；
   前記導体層をパターニングすることで電極又は導線を形成する導体層パターニング工程；
   前記ホイルの少なくとも1層をパターニングすることによって、当該マイクロシステムの空間となる開口部を形成するホイルパターニング工程；
   前記1組のホイルを積層することによって当該マイクロシステムを形成する積層工程；及び
   複数の前記ホイルを接合する工程であって、前記ホイルのうちの2つの隣接するホイルが互いに接する際に、前記2つの隣接するホイルのホイル材料間に存在する少なくとも1層の前記導体層が除去される位置で前記複数のホイルが結合することで接合する、接合工程；
   を有する方法。
2. 各々が同一の厚さを有する複数のホイルからなる1組のホイルが供される、ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
3. 少なくとも3層の絶縁性の柔らかいホイルが供される、ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
4. 当該マイクロシステム内の少なくとも1層のホイルから可動素子が形成され、
   前記可動素子は、少なくとも一面で当該マイクロシステムに取り付けられ、
   前記可動素子は、可動質量、可動バルブ、及び可動膜を含む群から選ばれ、かつ
   前記可動素子は、前記空間の1つの側に存在する、
   ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
5. 当該マイクロシステムにはセンサが供され、
   該センサは、前記空間内のある量を測定するため、前記空間付近に存在するホイル上の導体層中に形成される、
   ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
6. 製造される当該マイクロシステムがMEMS素子を有する、ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
7. 製造される当該マイクロシステムが、MEMSキャパシタマイクロホン、MEMS圧力センサ、MEMS加速度計を含む群から選ばれるマイクロシステムである、ことを特徴とする、請求項6に記載の方法。
8. 製造される当該マイクロシステムがマイクロ流体素子を有する、ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
9. 製造される当該マイクロシステムが、マイクロバルブ、マイクロポンプ、及びμTAS素子を含む群から選ばれるマイクロシステムである、ことを特徴とする、請求項7に記載の方法。
10. 前記導体層又はホイルパターニング工程が、マスクを併用するか否かに関わらず、レーザーの手段によって実行される、ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
11. 前記導体層又はホイルパターニング工程が：
    前記導体層及びホイルをそのままにする工程；
    前記ホイルが曝露されるように前記導体層を除去する工程；
    前記導体層及びホイルの一部を除去することで、前記ホイルを薄い状態で残す工程；及び
    前記空間が形成されるように前記導体層及びホイルを完全に除去する工程；
    から選ばれた工程を用いることによって実行される、
    ことを特徴とする、請求項10に記載の方法。
12. 前記積層工程が、第1リール上で少なくとも1つのホイルを巻き取ることによって行われる、ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
13. 当該方法は、前記ホイルが第2リール又はロールからは巻き取られずに、前記第1リール上で巻き取られる、ことを特徴とする、請求項12に記載の方法。
14. 前記導体層及びホイルパターニング工程が、前記第1リール上又は該第1リール付近、前記第1リールと前記第2リールの間、及び前記第2リール上又は該第2リール付近、のうちから選ばれる少なくとも1つの場所で行われる、ことを特徴とする、請求項13に記載の方法。
15. 前記接合工程が、高温にて前記の積層されたホイルに圧力を加えることによって実行され、
    前記圧力は前記ホイルに垂直な方向に加えられる、
    ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
16. 構造体中において前記空間と隣接する前記ホイルに必要とされる圧力が、前記空間を高圧にすることによって得られる、ことを特徴とする、請求項15に記載の方法。
17. 前記ホイルからなる積層体中に開口部が形成されることで、当該マイクロシステムの一の側から導体層へのアクセスが供され、
    前記導体層は当該マイクロシステムの電極と接続する、
    ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
18. 当該マイクロシステムが、前記ホイルが1つになった後に前記積層体から分離する、ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
19. 前記導体層の材料が、アルミニウム、プラチナ、銀、金、銅、インジウムスズ酸化物、及び磁性材料を含む群から選ばれる、ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
20. 前記ホイル材料が、ポリフェニルサルファイド(PPS)及びポリエチレンテレフタラート(PET)を含む群から選ばれる、ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
21. 用いられる前記ホイルの厚さが1μmから5μmである、ことを特徴とする、上記請求項のうちのいずれか1項に記載の方法。
22. 一の層が他の層上に積層される少なくとも2層の絶縁性の柔らかいホイルからなる1組のホイルで構築されるマイクロシステムであって、
    前記ホイルの各々は実質的に同一のホイル材料を有し、
    少なくとも1層の前記ホイルには、電極として備えられるパターニングされた導体層が供され、かつ
    少なくとも1層の前記ホイルには空間が供される、
    マイクロシステム。
23. 前記ホイルの各々が同一の厚さを有することを特徴とする、請求項22に記載のマイクロシステム。
24. 少なくとも3層の絶縁性の柔らかいホイルを有することを特徴とする、請求項22又は23に記載のマイクロシステム。
25. 可動素子を有するマイクロシステムであって、
    前記可動素子は少なくとも1層のホイルを有し、
    前記可動素子は少なくとも1面で当該マイクロシステムに取り付けられ、
    前記可動素子は、可動質量、可動バルブ及び可動膜を含む群から選ばれ、かつ
    前記可動素子は、前記空間の一の側に存在する、
    ことを特徴とする、請求項22から24のうちのいずれか1項に記載のマイクロシステム。
26. センサを有するマイクロシステムであって、
    前記センサは、前記空間内のある量を測定するため、前記空間付近に存在するホイル上の導体層中に実装される、
    ことを特徴とする、請求項22から25のうちのいずれか1項に記載のマイクロシステム。
27. MEMSキャパシタマイクロホンを有することを特徴とする、請求項25に記載のマイクロシステム。
28. 複数のホイルの組が少なくとも3層のホイルを有し、
    当該マイクロシステム内には空間が存在し、
    前記空間の第1側には音波を受ける膜として備えられた第1ホイルが供され、
    前記空間の第2側には背面板として備えられた第2ホイルが供され、
    前記第2ホイルは、自由空間への圧力波の通路となる開口部を有し、
    前記空間は、前記ホイルに対して垂直な方向で測定して、少なくとも1層分のホイルの厚さを有し、
    当該マイクロシステムは、前記膜及び背面板にも導体層が供されることを特徴とし、
    前記層は、当該マイクロシステムと電気的に接続するための領域となる、
    ことを特徴とする、請求項27に記載のマイクロシステム。
29. 前記膜又は背面板であるホイルには、2つの面上に導体層が供される、ことを特徴とする、請求項28に記載のマイクロシステム。
30. 前記膜であるホイルは、端部領域での厚さが他の領域での厚さよりも薄い、ことを特徴とする、請求項28又は29に記載のマイクロシステム。
31. MEMS圧力センサを有することを特徴とする、請求項25に記載のマイクロシステム。
32. 前記組が少なくとも3層のホイルを有し、
    当該マイクロシステム内には第1空間が存在し、
    前記第1空間の第1側には、第1電極として機能する導体層を有する可動膜が供され、
    前記可動膜は、前記第1側と接する面とは反対の面で、測定される圧力が拡がる他の空間と隣接するように設けられ、
    前記第1空間の第2側には、ホイル上の導体層中に実装される第2電極が供され、
    前記第1及び第2電極は、ホイルに平行な面上に与えられるときに重なることにより前記第1及び第2電極は1つになって、前記第1空間と前記他の空間との間の圧力差に依存するキャパシタンスを形成することで膜を偏向させ、
    当該マイクロシステムは、前記第1空間が、前記ホイルに対して垂直な方向で測定して、少なくとも1層分のホイルの厚さを有することを特徴とし、
    当該マイクロシステムはさらに、前記電極の導体層が当該マイクロシステムと電気的に接続するための領域となる、
    ことを特徴とする、請求項31に記載のマイクロシステム。
33. MEMS加速度計を有することを特徴とする、請求項25に記載のマイクロシステム。
34. 前記組が少なくとも3層のホイルを有し、
    当該マイクロシステム内には少なくとも1層分の厚さを有する空間が存在し、
    前記空間の第1側には可動質量上に存在する第1電極が供され、
    前記質量は少なくとも1層のホイルを有する積層体で構成され、
    かつ前記質量は弾性接続によって当該マイクロシステムと接続し、
    前記空間の反対側には第2電極が存在し、
    前記第1電極及び第2電極は前記ホイルの導体層中に実装され、
    前記第1及び第2電極は、前記ホイルに平行な面上に与えられるときに重なることにより前記第1及び第2電極は1つになって、前記可動質量に作用する加速力に依存するキャパシタンスを形成し、
    前記加速力は当該マイクロシステムに対する前記質量の相対運動、ひいては前記第1電極と第2電極との間の空間の厚さ変化に影響を及ぼし、
    当該マイクロシステムはさらに、前記電極の導体層が当該マイクロシステムと電気的に接続するための領域となる、
    ことを特徴とする、請求項23に記載のマイクロシステム。
35. マイクロバルブを有することを特徴とする、請求項25に記載のマイクロシステム。
36. 複数のホイルの組が少なくとも4層のホイルを有し、
    当該マイクロシステム内には注入口及び排出口を有する空間が存在し、
    少なくとも前記排出口は当該マイクロバルブに取り付けられた可動バルブによって閉じられ、
    前記バルブは第1電極を画定する導体層が供されているホイルを有し、
    前記空間の第1側には第2電極が供され、前記第1側の反対側には第3電極が供され、
    前記第2電極と第3電極の両方は、ホイル上の導体層中に実装され、
    前記電極の全ては、前記ホイルに平行な面上に与えられるときに重なることにより前記第2及び第3電極は、前記可動バルブを容量的に駆動するのに用いられ、
    当該マイクロシステムはさらに、前記空間が、ホイルに対して垂直な方向に測定して、少なくとも1層分のホイルの厚さを有することを特徴とし、
    当該マイクロシステムはさらに、前記電極の導体層が当該マイクロシステムと電気的に接続するための領域となる、
    ことを特徴とする、請求項35に記載のマイクロシステム。
37. マイクロポンプを有することを特徴とする、請求項25に記載のマイクロシステム。
38. 前記組が少なくとも6層のホイルを有し、
    当該マイクロシステム内には注入口及び排出口を有する第1空間が存在し、
    前記注入口及び排出口は、当該マイクロバルブに取り付けられたホイルを有する可動バルブによって閉じられ、
    前記第1空間の第1側には第1電極を画定する導体層を有する可動膜が供され、
    前記可動膜は前記第1側に対向する側で第2空間と隣接するように設けられ、
    第1側に対向する側に対向する前記第2空間の側には、第2電極として機能する導体層を有するホイルが供され、
    前記第1及び第2電極は、前記ホイルに平行な面上に与えられるときに重なることにより前記第2電極は、前記可動膜を容量的に駆動するのに用いられ、
    当該マイクロシステムはさらに、前記2つの空間が、ホイルに対して垂直な方向で測定して、少なくとも1層分のホイルの厚さを有することを特徴とし、
    当該マイクロシステムはさらに、前記電極の導体層が当該マイクロシステムと電気的に接続するための領域となる、
    ことを特徴とする、請求項37に記載のマイクロシステム。
39. 前記第1空間の第2側のホイル上に他の導体層がさらに供されるマイクロシステムであって、
    前記導体層は第3電極を画定し、
    前記第1及び第3電極は、前記ホイルに平行な面上に与えられるときに重なることにより前記第3電極は、前記可動ホイルを容量的に駆動するのにも用いられ、
    当該マイクロシステムはさらに、前記第3電極の導体層が当該マイクロシステムと電気的に接続するための領域となる、
    ことを特徴とする、請求項37に記載のマイクロシステム。
40. μTAS素子を有することを特徴とする、請求項26に記載のマイクロシステム。
41. 前記組が少なくとも3層のホイルを有し、
    当該マイクロシステム内には、気体又は液体の流路である注入口及び排出口を有するチャネルが存在し、
    前記チャネルは、前記ホイルに対して垂直な方向で測定して、少なくとも1層分のホイルの厚さを有し、
    前記チャネルの一方には、センサ又はアクチュエータが供される、
    ことを特徴とする、請求項40に記載のマイクロシステム。
42. 前記センサ又はアクチュエータが、前記チャネルに隣接する前記ホイルの導体層内に形成される、ことを特徴とする、請求項41に記載のマイクロシステム。
43. フローセンサを有することを特徴とする、請求項42に記載のマイクロシステム。
44. 伝導性センサを有することを特徴とする、請求項42に記載のマイクロシステム。
45. 他のセンサ又はアクチュエータを有するマイクロシステムであって、
    前記他のセンサ又はアクチュエータが前記チャネルの対向する面に隣接する前記ホイルの導体層中に存在する、
    ことを特徴とする、請求項42から44のうちのいずれか1項に記載のマイクロシステム。
46. 前記導体層の材料が、アルミニウム、プラチナ、銀、金、銅、インジウムスズ酸化物、及び磁性材料を有する群から選ばれる金属を有することを特徴とする、請求項22から45のうちのいずれか1項に記載のマイクロシステム。
47. 前記ホイルの材料が、ポリフェニルサルファイド(PPS)及びポリエチレンテレフタラート(PET)を有する群から選ばれる物質を有することを特徴とする、請求項22から46のうちのいずれか1項に記載のマイクロシステム。
48. 前記ホイルが1μmから5μmの厚さを有することを特徴とする、請求項22から47のうちのいずれか1項に記載のマイクロシステム。
49. 請求項27から34のうちのいずれか1項に記載のマイクロシステムを有する絶縁性の柔らかいホイルからなる積層体。
50. 請求項27から34のうちのいずれか1項に記載のマイクロシステムを有するエレクトロニクス素子。
51. 前記エレクトロニクス素子が、当該マイクロシステムからの信号を読み取り、又は駆動するための集積回路をさらに有する、ことを特徴とする、請求項50に記載のエレクトロニクス素子。
52. 凹部が供されるマイクロシステムであって、
    前記凹部内に前記集積回路が設けられることにより、当該マイクロシステムは前記集積回路パッケージの一部を形成し、
    前記集積回路は当該マイクロシステムと接続する、
    ことを特徴とする、請求項51に記載のエレクトロニクス素子。
53. 請求項50から52のうちのいずれか1項に記載のエレクトロニクス素子の使用であって、
    当該マイクロシステムは、マイクロシステムが音を記録するMEMSキャパシタマイクロホンを有し、
    前記MEMSキャパシタマイクロホンは電極に電圧Xを供給し、かつ
    前記電圧Xは集積回路によって読み取られる、
    ことを特徴とするエレクトロニクス素子の使用。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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