JP2011244425A - 電気機械変換装置及びその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】気密性の高い封止構造で密閉空隙を封止して信頼性を向上させた電気機械変換装置及びその作製方法を提供する。
【解決手段】電気機械変換装置は、犠牲層を除去後に封止を行って形成された密閉空隙13を挟んで対向して設けられた電極などの第1の電磁要素12と第2の電磁要素15を有する。封止部は、常温で流動性を持たない第1の封止材16の上に、硬化された常温で流動性を持つ第2の封止材17を重ねることで形成される。
【選択図】図1
【解決手段】電気機械変換装置は、犠牲層を除去後に封止を行って形成された密閉空隙13を挟んで対向して設けられた電極などの第1の電磁要素12と第2の電磁要素15を有する。封止部は、常温で流動性を持たない第1の封止材16の上に、硬化された常温で流動性を持つ第2の封止材17を重ねることで形成される。
【選択図】図1
Description
本発明は、静電容量型超音波変換装置などの電気機械変換装置及びその作製方法に関する。
近年、マイクロマシンニング工程を用いて作製される容量型電気機械変換装置が研究されている。通常の容量型電気機械変換装置は、下部電極と間隔を保って支持された振動膜と、振動膜の表面に配設された上部電極を有する。これは、例えば、容量型超音波変換装置(CMUT:Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)などとして用いられる。CMUTは、軽量の振動膜を用いて超音波を送信または受信し、液中及び空気中でも優れた広帯域特性を持つものが容易に得られる。このCMUTを利用すると、従来の医療診断より高精度な診断が可能となるため、有望な技術として注目されつつある。CMUTの動作原理について説明する。超音波を送信する際には、下部電極と上部電極間に、DC電圧にAC電圧を重畳して印加する。これにより、振動膜が振動し超音波が発生する。超音波を受信する際には、振動膜が超音波により変形するので、変形に伴う下部電極と上部電極間の容量変化により、振動膜の変位を電気信号として検出できる。
一方、CMUTのギャップの作製方法としては、電極間隔と同等の厚さの犠牲層を設けて該犠牲層の上部に振動膜を形成し、エッチングにより犠牲層を除去してからエッチング孔を封止する、いわゆるサーフェイス型と呼ばれる方法が用いられている。この方法における封止技術では、犠牲層のエッチング孔サイズを考慮して、プラズマ(PE)CVDによるSiN膜や低圧(LP)CVDによるSiO2膜などを選定することが提案されている(非特許文献1参照)。また、メタルによる封止技術も提案されている(特許文献1参照)。
IEEE Transactions On Ultrasonic, Ferroelectrics,And Frequency Control, Vol.52, No.12, December 2005 P224-225
上述したサーフェイス型CMUTは基板表面に多数の封止部を有するので、一括かつ気密性の高い封止技術が要求される。この為に、真空成膜により薄膜材料を形成する方法があるが、振動膜表面に開いたエッチング孔の縦孔構造をCVDやPVD等の真空雰囲気中で気相反応により堆積させる堆積膜で完全封止することは困難である。振動膜に設けられた孔がCVD等による堆積膜で封止されるには、エッチング孔を構成する側壁又は孔の周囲の振動膜上に堆積膜が堆積し、この膜が孔の中心に向かって成長する(横方向に堆積が進む)ことによって孔が封止される。しかし、一般に気相反応では堆積膜を形成する活性種(イオン、ラジカル等)は直進性が高く、横方向には堆積速度が遅い為、長時間の成膜で膜厚を厚くする必要がある。それでも、封止工程後のウエット工程において、微細な封止欠陥部があった場合は、ホトレジストの現像・剥離などに用いる薬液等がキャビティ(空隙)へ浸入して不良を発生させる可能性がある。一方、流動性を持つ樹脂系材料を封止に用いた場合は縦孔構造であっても流動性から気密性良く封止が可能である。しかし、硬化する過程において、流動性を持つ材料に含まれている溶剤が加熱で空隙を汚染する、或いは高温により一時的に低粘性となって封止部の必要な部分以外に流れ込むことによってデバイスの機能を阻害する場合がある。こうした技術の現状において、医療診断等では、信号である超音波の減衰を防ぐ為にCMUTはひまし油などの液体と常時接触させて使用するので、封止部の信頼性が悪いと長期間の使用においてキャビティ内部へ油などの浸入が起こり、性能低下を招く可能性がある。
上記課題に鑑み、本発明の電気機械変換装置は次のように構成されている。すなわち、電気機械変換装置は、犠牲層を除去後に封止を行って形成された密閉空隙を挟んで対向して設けられた電極などの第1の電磁要素と第2の電磁要素を有する。そして、前記封止を行う封止部が、常温で流動性を持たない第1の封止材の上に、硬化された常温で流動性を持つ第2の封止材を重ねることで形成されている。
また、上記課題に鑑み、犠牲層を除去後に封止を行って形成された密閉空隙を挟んで対向して設けられた電極などの第1の電磁要素と第2の電磁要素を有する本発明の電気機械変換装置の作製方法は次の工程を含む。第1の電磁要素上に犠牲層を形成してパターニングする工程。前記犠牲層上に振動膜を形成する工程。前記振動膜にエッチング孔を形成する工程。前記エッチング孔を介して前記犠牲層をエッチングして空隙を形成する工程。前記エッチング孔を有する振動膜上に常温で流動性を持たない第1の封止材を形成する工程。前記第1の封止材上に、常温で流動性を持つ第2の封止材を形成する工程。前記第2の封止材の硬化とパターニングを行う工程。前記パターニングされた第2の封止材をマスクとして前記第1の封止材をエッチングして前記空隙を封止する封止部を形成する工程。前記振動膜が前記第2の電磁要素を兼ねない場合は、前記振動膜上に第2の電磁要素を形成する工程を更に含む。
また、上記課題に鑑み、犠牲層を除去した後に封止を行って形成された、密閉空隙を挟んで対向して設けられた第1の電磁要素と第2の電磁要素を有する電気機械変換装置の作製方法は次の工程を含む。第1の電磁要素上に犠牲層を形成してパターニングする工程。前記犠牲層上に振動膜を形成する工程。第2の電磁要素を振動膜上に形成してパターニングする工程。前記振動膜にエッチング孔を形成する工程。前記エッチング孔を介して前記犠牲層をエッチングして空隙を形成する工程。前記エッチング孔を有する振動膜上に常温で流動性を持たない第1の封止材を形成する工程。前記第1の封止材上に、常温で流動性を持つ第2の封止材を形成する工程。前記第2の封止材の硬化を行う工程。ここにおいて、第1の封止材を第2の振動膜として使用し、第2の封止材を電気機械変換装置の保護材として使用する。
本発明によれば、表面に存在するエッチング孔を常温で流動性を持たない封止材と流動性を持つ封止材とからなる複数種類の材料で連続封止する。よって、封止初期の流動性を有する封止材を用いる場合の問題が発生しない。また、封止後期では常温時に流動性を有する封止材を用いるため、短時間で封止することができる。さらに、最後の封止を常温時に流動性を有する材料で行って補強するので、電気機械変換装置の信頼性を向上させることができる。
本発明の電気機械変換装置及びその作製方法は、常温で流動性を持たない第1の封止材の上に常温で流動性を持つ第2の封止材を重ねて形成しそれを硬化させることで、犠牲層を除去後に形成された空隙を封止することを特徴とする。この考え方に基づき、本発明の電気機械変換装置及びその作製方法の基本的な構成は、上述した様な構成を有する。尚、本明細書において、常温とは、作製方法が実施される環境の温度である25℃±15℃程度の範囲の温度を指す。また、常温で流動性を持たない材料とは、CVDやPVD法などで成膜し、成膜された状態で既に自己的に流動することができない材料を指す。例えば、CVDやPVD法により堆積成膜されたSiN、SiO2、SiON、a-SiなどのSi系材料、Al、Tiなどの金属材料、Al2O3などの金属酸化物材料を含む無機系材料が挙げられる。さらに、常温で流動性を持つ材料とは、常温条件において自己的に流動して、スピンコート法などで成膜ができ、成膜後に熱や光などの外部エネルギと反応して硬化する性質をもつ材料のことである。例えば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ホトレジスト、SOG(Spin On Glass)などの熱で硬化することで流動性を持たなくなる材料、もしくはスリーボンド社3100シリーズなどのように、光で硬化することで流動性を持たなくなる材料を含む有機系材料等のことを指す。本発明においては、常温で流動性を持つ材料として、有機SOGだけでなく無機SOGを用いることもできる。ここで、自己的に流動するとは、重力、遠心力などの外力が材料に働いた場合に材料が流動することを言う。
この基本的な構成を基に、次に述べる様な実施形態が可能である。例えば、電気機械変換装置は、複数のセルから構成される素子であるエレメントを複数有する。また、後述する実施例の様に電気機械変換装置が静電容量型である場合、第1の電磁要素と第2の電磁要素はそれぞれ電極である。しかし、本発明は、静電容量型のCMUTなどに限らず、同様な構造(密閉空隙を挟んで第1の電磁要素と第2の電磁要素が設けられた構造)を持つ電気機械変換装置であれば、適用できる。例えば、磁気トランスデューサ(MMUT)等にも適用でき、この場合は、第1の電磁要素と第2の電磁要素は、磁石などの磁性体や電磁コイル等で構成される。静電容量型の場合、セルは、例えば、基板に配設された第1の電極と、第1の電極と対向し空隙を隔てて配設された第2の電極と、第2の電極を支持する振動膜と、振動膜を支持する支持部とで構成できる。導電体や半導体などの導電性材料で振動膜を形成する場合は、振動膜が第2の電極を兼ねる構造とすることもできる。また、基板がシリコン等の半導体基板などである場合、基板が第1の電極を兼ねることもできる。以上の如き構成により、空隙の封止が実用上十分に行われた信頼性の高い電気機械変換装置の提供が可能となる。また、常温時に流動性を持たない第1の封止材での封止形成後、連続して常温時に流動性を持つ第2の封止材を塗布しこれを硬化することで封止部を形成するので、必要最小限の量の第1の封止材を用いても極めて信頼性の高い静電容量型電気機械変換装置が実現できる。更に、封止部の膜構成設計に自由度が増す為、広範囲な用途に適合させて電気機械変換装置を構成することが可能となる。また、CVD等による堆積膜のみで孔を封止場合に比べて短時間で封止することが可能となり、タクトタイムを短縮することができる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
(実施例1)
静電容量型電気機械変換装置及びその作製方法に関する本発明の実施例1を説明する。まず、本実施例の電気機械変換装置の基本構造を示す平面図の図1(a)とそのA-A’断面図の図1(b)を用いて説明する。本実施例の電気機械変換装置は、基板11に配設された第1の電極である下部電極12と、下部電極12と対向して密閉空隙13を隔てて配設され可動に支持された振動膜14、その上面に配置された第2の電極である上部電極15を有する。エッチング孔を塞いで密閉空隙13としている物質は、第1の封止材16と第2の封止材17とから成っている。一般的に、静電容量型電気機械変換装置は、密閉空隙13を囲む下部電極12と振動膜14と上部電極15からなるセルを複数個含むエレメントが複数配列されて構成される。ここでは、図1(a)に示す様な4個のセルからなるエレメントが2次元的に配列されている。また、上部電極15は配線により電気的に繋がっていて、下部電極12はエレメント単位で電気的に独立して設けられている。こうした構成により、エレメント単位で、下部電極と上部電極間に電圧を印加して振動膜14を振動させ超音波を発生することができる。また、超音波を受信する際には、エレメント単位で、超音波による振動膜14の変形に伴う下部電極と上部電極間の容量変化により信号を検出することができる。本実施例では、図1に示す様に空隙13の断面が円形であるが、これに限るものではなく、四角形などの多角形等であってもよい。また、空隙13に繋がった突出したエッチング流路にエッチング孔が形成されて封止材16、17で封止されているが、エッチング孔の形成箇所もこの形態に限るものではない。空隙13の周辺部などに形成することもできる。
(実施例1)
静電容量型電気機械変換装置及びその作製方法に関する本発明の実施例1を説明する。まず、本実施例の電気機械変換装置の基本構造を示す平面図の図1(a)とそのA-A’断面図の図1(b)を用いて説明する。本実施例の電気機械変換装置は、基板11に配設された第1の電極である下部電極12と、下部電極12と対向して密閉空隙13を隔てて配設され可動に支持された振動膜14、その上面に配置された第2の電極である上部電極15を有する。エッチング孔を塞いで密閉空隙13としている物質は、第1の封止材16と第2の封止材17とから成っている。一般的に、静電容量型電気機械変換装置は、密閉空隙13を囲む下部電極12と振動膜14と上部電極15からなるセルを複数個含むエレメントが複数配列されて構成される。ここでは、図1(a)に示す様な4個のセルからなるエレメントが2次元的に配列されている。また、上部電極15は配線により電気的に繋がっていて、下部電極12はエレメント単位で電気的に独立して設けられている。こうした構成により、エレメント単位で、下部電極と上部電極間に電圧を印加して振動膜14を振動させ超音波を発生することができる。また、超音波を受信する際には、エレメント単位で、超音波による振動膜14の変形に伴う下部電極と上部電極間の容量変化により信号を検出することができる。本実施例では、図1に示す様に空隙13の断面が円形であるが、これに限るものではなく、四角形などの多角形等であってもよい。また、空隙13に繋がった突出したエッチング流路にエッチング孔が形成されて封止材16、17で封止されているが、エッチング孔の形成箇所もこの形態に限るものではない。空隙13の周辺部などに形成することもできる。
本実施例において、密閉空隙13の高さは200nmとしたが、例えば、10nmから500nmの範囲が望ましい。円形状の密閉空隙13の直径は、例えば、10μmから200μmの範囲が好ましい。上部電極15及び下部電極12は、例えば、Al、Cr、Ti、Au、Pt、Cuの内の少なくとも一材料により形成される。また、振動膜14はSiNにより形成されるが、その他の絶縁材料でもよい。密閉空隙13は、後述する犠牲層18を除去して形成されたものであり、犠牲層材料としてはCr、Al、Si、SiO2の内の少なくとも一材料を使用することができるが、その他の有機系材料などの材料でも構わない。
次に、図2から図5を用いて、本実施例の作製方法を作製工程に従って説明する。図2(a)に示す下部電極形成工程では、ガラス基板11上にチタンからなる下部電極12をスパッタリング法により作製する。基板11は他の材料でもよく、例えば石英、サファイヤ、シリコンなどでもよい。この工程の条件は、好ましくは次の通りである。真空度3×10-5Paまで引いた後、Ar流量30sccmで圧力0.7Paとして、DCパワー400Wで200秒間成膜し、膜厚約100nmのチタンを形成する。続いて、下部電極である第1の電磁要素上に犠牲層を形成してパターニングする工程である図2(b)に示す犠牲層クロムの成膜工程では、クロムからなる犠牲層18をスパッタリング法により作製する。この工程の条件は、好ましくは次の通りである。真空度3×10-5Paまで引いた後、Ar流量50sccmで圧力0.9Paとして、DCパワー400Wで500秒間成膜し、膜厚約200nmのクロムを形成する。続いて、図2(c)に示すキャビティパターンのフォトリソ工程では、ホトレジスト19(AZ1500、シプレー社製)をスピナーにて約2μm厚に塗布し、110℃で90秒のプリベークを行う。その後に、所定のキャビティパターンを有するフォトマスク20を介して紫外線21をアライナーにて照射して、マスク露光処理を行う。
図2(d)に示すキャビティパターンのエッチング工程では、現像液により30μmΦキャビティとエッチング流路のパターンが形成されたレジスト膜に対して180℃で3分のポストベークを行う。ポストベークを経た後、クロムエッチャント(混酸クロムエッチャント、関東化学製)でエッチングを行い、レジスト剥離と水洗乾燥を行ってパターニングされた犠牲層18を得る。
前記犠牲層上に振動膜を形成する工程である図3(a)に示す振動膜SiNの成膜工程では、窒化珪素からなる振動膜14をプラズマCVD法により作成する。この工程の条件は、好ましくは次の通りである。基板加熱温度350℃、RFパワー360W、チャンバ圧力150Pa、24sccmのSiH4ガス流量、150sccmのNH3ガス流量、600sccmのN2ガス流量にて、20分間成膜し、膜厚約450nmの窒化珪素膜を形成する。続いて、図3(b)に示す犠牲層エッチング孔パターンのフォトリソ工程と図3(c)に示す犠牲層エッチング孔パターンのドライエッチング工程では、ホトレジスト19をスピナーを用いて約2μm厚に塗布し90℃で90秒のプリベークを行う。その後に、所定のエッチング孔を有するフォトマスク22を介して紫外線21をアライナーにて照射して、現像液によりレジスト19に8μmΦエッチング孔23のパターンを形成し、120℃で3分のポストベークを行う。続いて、図3(c)に示す工程では、窒化珪素14をドライエッチング法によりエッチングしてエッチング孔23を作成する。この工程の条件は、好ましくは次の通りである。真空度3×10-5Paまで引いた後、20sccmのCF4ガス流量で圧力5Paとして、DCパワー150Wで2分間エッチングする。その後、アセトン液中の超音波洗浄によりレジスト膜19を除去する。この様にして、振動膜にエッチング孔を形成する工程が完了する。
続いて、エッチング孔を介して前記犠牲層をエッチングして空隙を形成する工程である図4(a)に示す犠牲層の電解エッチング工程では、クロム膜18を犠牲層として除去し、空隙13を形成する。この工程の条件は、好ましくは次の通りである。エッチング槽24の中には、2molの塩化ナトリウム水溶液25が満たされ、白金の対向電極26と電位監視用の銀/塩化銀の参照電極27が配置される。ポテンショスタット28にて下部電極12にDC電圧2Vを印加することで、クロム膜の犠牲層18が500秒でエッチングされる。その後、水洗、イソプロピルアルコールによる水置換を行い、最後にフッ素系溶剤(HFE7100、住友3M製)にて乾燥させる。
次に、エッチング孔を有する振動膜上に常温で流動性を持たない第1の封止材を形成する工程である図4(b)に示す第1の封止材の成膜工程では、SiO2からなるエッチング孔用の第1の封止材16を形成する。この工程の条件は、好ましくは次の通りである。基板加熱温度350℃、RFパワー360W、チャンバ圧力150Paで、40sccmのSiH4ガス流量、80sccmのN2Oガス流量にて3分間成膜し、膜厚約600nmのSiO2膜16を形成する。続いて、前記第1の封止材上に、常温で流動性を持つ第2の封止材を形成する工程である図4(c)に示す第2の封止材の塗布工程、図5(a)に示す第2の封止材のフォトリソ工程、図5(b)に示す第2の封止材のパターニング工程を実行する。ここでは、感光性ポリイミド(PW−1210、東レ製)からなるエッチング孔用の第2の封止材17を作成する。本実施例においては、東レ株式会社製のポリイミドPW−1210を使用した条件を示すが、日立化成株式会社、旭化成株式会社など他社の市販品、もしくは他の常温で流動性のある材料を用いることもできる。この工程の条件は、好ましくは次の通りである。基板の中心付近に感光性ポリイミド溶液を滴下し、スピナーにより200rpmで5秒、1800rpmで30秒回転させて表面に均一に塗布し、その後、ホットプレート上にて120℃で3分間乾燥して、ポリイミド膜17を形成する。アライナーにより、封止部パターンを有するフォトマスク29を介して紫外線21を100mJ/cm2の強度で露光してから、TMAH(テトラメチルアンモニウムハロライド)2.38%の現像液にて現像し、水洗を行ってパターニングを完了させる。イミド化を促進させる為に窒素雰囲気中にて250℃で1時間の焼成を行い、膜厚3μmの安定な膜17を得る。この様にして、第2の封止材の硬化とパターニングを行う工程が完了する。
続いて、前記パターニングされた第2の封止材をマスクとして前記第1の封止材をエッチングして空隙を封止する封止部を形成する工程である図5(c)に示す第1の封止材のパターンのドライエッチング工程を実行する。ここでは、SiO2膜16をドライエッチング法によりエッチングし、エッチング孔部に第1の封止材16を残す。この工程の条件は、好ましくは次の通りである。真空度3×10-5Paまで引いた後、20sccmのCF4ガス流量で圧力5Paとして、DCパワー150Wで25分間エッチングする。こうして、図5(c)に示す様に、エッチング孔部が第1の封止材16上に第2の封止材17が重なった状態で封止される。第2の封止材17の厚さは第1の封止材17の厚さより大きくなっている。次に、図5(d)に示す上部電極の形成工程では、真空度3×10-5Paまで引いた後、30sccmのAr流量で圧力0.7 Paとして、DCパワー300Wで300秒間スパッタリングし、膜厚約300nmのアルミ膜を形成する。その後、フォトリソ工程によりアルミ膜のパターニングを行って、上部電極15を形成する。
こうして作製された本実施例の静電容量型電気機械変換装置をインクジェットプリンター用の赤インク液体に漬けても、高い信頼性で封止された密閉空隙13にインクが侵入することは無かった。また、第1の封止材のSiO2膜16と第2の封止材のポリイミド膜17は耐油性を有するので、1000時間ひまし油に漬けておいても、センサとしての劣化が無く、信頼性の高い静電容量型電気機械変換装置が得られた。
(実施例2)
実施例2の静電容量型電気機械変換装置とその作製方法を説明する。本実施例では、実施例1と同様に作製工程を進め、第1の封止材16としてアルミをスパッタリングで600nm成膜する。第2の封止材17としては感光性を有する有機系材料である感光性シリコーン(ナノハイブリッドシリコーンFX−V366、ADEKA製)を同様にスピナーで塗布形成する。この材料の硬化には、露光・現像後の硬化プロセスとして焼成温度が200℃で30分の低温プロセスを採用できる。感光性シリコーンは耐酸性もあり、第1の封止材16のアルミのエッチングレジストとして充分な性能を持っている。
実施例2の静電容量型電気機械変換装置とその作製方法を説明する。本実施例では、実施例1と同様に作製工程を進め、第1の封止材16としてアルミをスパッタリングで600nm成膜する。第2の封止材17としては感光性を有する有機系材料である感光性シリコーン(ナノハイブリッドシリコーンFX−V366、ADEKA製)を同様にスピナーで塗布形成する。この材料の硬化には、露光・現像後の硬化プロセスとして焼成温度が200℃で30分の低温プロセスを採用できる。感光性シリコーンは耐酸性もあり、第1の封止材16のアルミのエッチングレジストとして充分な性能を持っている。
(実施例3)
図6を用いて、実施例3の静電容量型電気機械変換装置とその作製方法を説明する。平面図の図6(a)とそのA-A’断面図の図6(b)は、本実施例の静電容量型電気機械変換装置の基本構造を示す。ここに示す様に、第2の封止材17(更には第1の封止材16)を上部電極15ないしキャビティ(空隙)13の上部以外の範囲に残すことが可能であり、こうすれば気密性を更に向上させることが出来る。その他の点は実施例1と同様である。
図6を用いて、実施例3の静電容量型電気機械変換装置とその作製方法を説明する。平面図の図6(a)とそのA-A’断面図の図6(b)は、本実施例の静電容量型電気機械変換装置の基本構造を示す。ここに示す様に、第2の封止材17(更には第1の封止材16)を上部電極15ないしキャビティ(空隙)13の上部以外の範囲に残すことが可能であり、こうすれば気密性を更に向上させることが出来る。その他の点は実施例1と同様である。
(実施例4)
図7を用いて、実施例4の静電容量型電気機械変換装置とその作製方法を説明する。本実施例では、実施例1と同様に作製工程を進め(図7(a))、第1の振動膜14の形成後に第2の電極15の形成を行う(図7(b))。具体的には、膜厚約100nmのチタン膜を形成し、その後、フォトリソ工程によりチタン膜のパターニングを行う。本実施例での第2の電極は、先の犠牲層除去工程において、犠牲層除去エッチング剤との選択性がある材料が望ましい。その後、実施例1と同様にして犠牲層エッチングを行うためのエッチング孔を形成する(図7(c))。更に、犠牲層除去エッチング剤に浸漬すれば、前記エッチング孔を介して犠牲層が除去され、乾燥することで空隙13が形成される(図7(d))。
図7を用いて、実施例4の静電容量型電気機械変換装置とその作製方法を説明する。本実施例では、実施例1と同様に作製工程を進め(図7(a))、第1の振動膜14の形成後に第2の電極15の形成を行う(図7(b))。具体的には、膜厚約100nmのチタン膜を形成し、その後、フォトリソ工程によりチタン膜のパターニングを行う。本実施例での第2の電極は、先の犠牲層除去工程において、犠牲層除去エッチング剤との選択性がある材料が望ましい。その後、実施例1と同様にして犠牲層エッチングを行うためのエッチング孔を形成する(図7(c))。更に、犠牲層除去エッチング剤に浸漬すれば、前記エッチング孔を介して犠牲層が除去され、乾燥することで空隙13が形成される(図7(d))。
次に、エッチング孔を有する振動膜14上に常温で流動性を持たない第1の封止材16を形成する(図7(e))。本実施例では、第1の封止材16が、第1の振動膜14並びに第2の電極15上にも形成され、第2の振動膜として形成される。この工程の条件は、好ましくは次の通りである。基板加熱温度350℃、RFパワー935W、チャンバ圧力213Paで、160sccmのSiH4ガス流量、2000sccmのN2ガス流量、127sccmのNH3ガス流量にて5分間成膜し、膜厚約700nmのSiN膜16を形成する。続いて、常温で流動性を持つ第2の封止材を塗布形成し、第2の封止材17の塗布工程、振動膜の保護膜の形成工程を実行する(図7(f))。例えば、PDMSからなる封止材を、第1の封止材16が形成された機械電気変換装置上に塗布する。その後、加熱炉内で加熱硬化させることで、第1の封止材16の上に第2の封止材17が形成され、第2の振動膜上に振動膜の保護膜が形成される。このような工程を踏むことで、第1の封止材16を振動膜の一部として利用し、第2の封止材17を振動膜の保護材として利用することができ、実施例1での封止性能を損なわず、高い信頼性を持つ機械電気変換装置を提供することができる。
11…基板、12…下部電極(第1の電極、第1の電磁要素)、13…密閉空隙、14…振動膜、15…上部電極(第2の電極、第2の電磁要素)、16…第1の封止材、17…第2の封止材
Claims (13)
- 犠牲層を除去後に封止を行って形成された密閉空隙を挟んで対向して設けられた第1の電磁要素と第2の電磁要素を有する電気機械変換装置であって、
前記封止を行う封止部が、常温で流動性を持たない第1の封止材の上に、硬化された常温で流動性を持つ第2の封止材を重ねることで形成されていることを特徴とする電気機械変換装置。 - 前記第1の電磁要素と第2の電磁要素は、それぞれ、第1の電極と第2の電極であることを特徴とする請求項1に記載の電気機械変換装置。
- 前記第2の電磁要素が、前記第1の電磁要素に対向する前記密閉空隙の上部の振動膜の表面に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電気機械変換装置。
- 前記第2の封止材が、前記第2の電磁要素または前記密閉空隙の上部以外の範囲に形成されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の電気機械変換装置。
- 前記第2の封止材が、前記第1の封止材より厚く形成されていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の電気機械変換装置。
- 前記第1の封止材と前記第2の封止材が、前記第2の電磁要素と前記密閉空隙の上部に形成されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の電気機械変換装置。
- 前記硬化された第2の封止材が耐酸性と耐油性を有することを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の電気機械変換装置。
- 前記第2の封止材が、無機SOG、有機系材料、または感光性を有する有機系材料であることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の電気機械変換装置。
- 前記第1の封止材が、無機系材料であることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の電気機械変換装置。
- 密閉空隙を挟んで対向して設けられた第1の電磁要素と第2の電磁要素を有する電気機械変換装置の作製方法であって、
前記第1の電磁要素上に犠牲層を形成してパターニングする工程、
前記犠牲層上に振動膜を形成する工程、
前記振動膜にエッチング孔を形成する工程、
前記エッチング孔を介して前記犠牲層をエッチングして空隙を形成する工程、
前記エッチング孔を有する振動膜上に常温で流動性を持たない第1の封止材を形成する工程、
前記第1の封止材上に、常温で流動性を持つ第2の封止材を形成する工程、
前記第2の封止材の硬化とパターニングを行う工程、
前記パターニングされた第2の封止材をマスクとして前記第1の封止材をエッチングして前記空隙を封止する封止部を形成する工程、
を含むことを特徴とする電気機械変換装置の作製方法。 - 前記振動膜上に前記第2の電磁要素を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項10に記載の電気機械変換装置の作製方法。
- 前記振動膜を、前記第2の電磁要素を兼ねることができる導電性材料で形成することを特徴とする請求項10に記載の電気機械変換装置の作製方法。
- 密閉空隙を挟んで対向して設けられた第1の電磁要素と第2の電磁要素を有する電気機械変換装置の作製方法であって、
前記第1の電磁要素上に犠牲層を形成してパターニングする工程、
前記犠牲層上に振動膜を形成する工程、
前記振動膜上に第2の電磁要素を形成する工程、
前記振動膜にエッチング孔を形成する工程、
前記エッチング孔を介して前記犠牲層をエッチングして空隙を形成する工程、
前記エッチング孔を有する振動膜上に常温で流動性を持たない第1の封止材を形成する工程、
前記第1の封止材上に、常温で流動性を持つ第2の封止材を形成する工程、
前記第2の封止材の硬化を行う工程、
を含むことを特徴とする電気機械変換装置の作製方法。
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