JP5512926B2 - Ｚオフセットｍｅｍｓ装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＺオフセットＭＥＭＳ装置および方法に関する。

標準的な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加工技術は、ｚ軸に（ウェハ表面から外に）対称であるがｘ軸およびｙ軸内で（ウェハ表面の面内で）変化しうる構造を作り出す。現在、ｚ軸に非対称性を作り出すことは、スティクションプレート（ｓｔｉｃｔｉｏｎ ｐｌａｔｅ）を用いたたわみによって、あるいは選択的薄層化によって行われうる。スティクションプレートを用いたたわみは、ｚ動作に感応性のある装置につながるが、ｚ軸正負両方向の複数のｚオフセットに対して容易には実施されず、追加ステップおよび追加の処理層も必要になり、それによってより費用がかかる。選択的薄層化は、櫛歯駆動（ｃｏｍｂ ｄｒｉｖｅ）の１組の歯をＺ方向に薄くすることによって行われるが、これには、余分のマスクおよび追加のエッチングが必要となり、むしろ不正確でもある。非対称性をより容易に作り出す１つの方法は、ｚ軸正負方向に非対称性をもたらすために、ＭＥＭＳ装置の機構層を密封する上下カバーを必要とする。ＭＥＭＳ装置のいくつかの用途は、露出した機構層を必要とし、上カバーは、これらの用途には不適合である。
米国特許出願第１１／３６０，８７０号

したがって、ＭＥＭＳ装置内に、ＭＥＭＳ装置を完全に密封することなくｚオフセットを容易に形成する方法が必要である。

第１の部分および第２の部分を有する機構層と機構層を取り付けるためのベースとを備える微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置である。機構層はベースに接合され、次いで、導電性または半導電性の材料が、それがベースに接触するまで、第１および第２の部分の一方をｚ軸負方向にたわませるために使用される。次いで、その部分をベースに接合するために、電圧が導電性材料を通じて印加され、導電性材料は除去され、それによって、上カバーの必要なしにｚ軸非対称性を作る。

図１Ａは、本発明に従って形成された実施例の機構層１２の上面図である。機構層１２は、壁５、６、７、８と、第１の可動部分１４と、第２の可動部分１６と、固定部分１８とを含む。第１の可動部分１４は、フレクシャ（ｆｌｅｘｕｒｅ）１５（ねじれフレクシャまたはヒンジ）によって壁７、８に取り付けられ、第２の可動部分１６は、フレクシャ１７によって壁７、８に取り付けられ、固定部分１８は、フレクシャ１９によって壁７、８に取り付けられる。

図１Ｂは、機構層４８の代替実施形態の上面図である。機構層４８は、壁５０、５２、５４、５６と、フレクシャ６０によって壁５４、５６に取り付けられた可動部分６４と、フレクシャ５８によって壁５４、５６に取り付けられた固定部分６２とを含む。

図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、本発明の一実施形態に従って形成された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置１０の様々な中間構造の側面図を示す。図２Ａは、図１Ａの機構層１２を示す。機構層１２は、シリコンで製作される。上面２１、ギャップ２２、およびギャップ面２３を有するベース２０も示されている。ベース２０は、ガラスで製作される。ギャップ２２の深さは、固定部分１８の所望のｚオフセット距離に等しい。ギャップ２２は、ウェットエッチングまたは当業者に知られている他のプロセスによって形成される。

図２Ｂは、機構層１２を上面２１に接合した後の機構層１２およびベース２０を示す。シリコン機構層１２およびガラスベース２０の場合、陽極接合が、機構層１２を上面２１に接合するために使用されうる。ベース２０および機構層１２が異なる材料で製作されるとき、当業者に知られている適切な接合技術が使用されうる。接合後、フレクシャ１５および１７により、可動部分１４、１６は動くことができる。

図２Ｃは、機構層１２の固定部分１８が、導電性または半導電性材料２４、好ましくは高濃度ドープシリコンによって下方に変位してギャップ面２３に接触した状態のベース２０を示す。導電性材料２４は、それが、固定部分１８を変位させるが第１および第２の可動部分１４、１６を変位させないように使用できるような大きさおよび形状にされる。導電性材料２４が固定部分１８に接触し、かつ固定部分１８がギャップ面２３に接触している間、固定部分１８のギャップ面２３への接合を達成するために、電圧Ｖおよび圧力Ｐがベース２０と固定部分１８との間に印加される。接合後、導電性材料２４は、図３の完成構造２６を残して除去される（明瞭にするために壁７、８が示されていないことに留意されたい）。

図４に、本発明による実施例の方法のブロック図２８が示されている。最初のブロック３０では、ベースがマスキングされエッチングされて、ギャップを形成する。二番目のブロック３２では、機構層がマスキングされエッチングされて、機構層の様々な構造を形成する。ブロック３４では、機構層がベースに接合される。ブロック３６では、機構層の一部分が、それがギャップ面に接触するまで、ベースのギャップの中へたわむ。ブロック３８では、たわみ部分がベースに接合される。

本発明の方法は、上カバーを含むことなくｚ軸正負方向のオフセットを可能にするために、参照により本明細書に組み込まれている、２００６年２月２３日に出願した「Ｚ ＯＦＦＳＥＴ ＭＥＭＳ ＤＥＶＩＣＥ」という名称の、同時係属の共有米国特許出願第１１／３６０，８７０号において開示されている方法と組み合わされうることに留意されたい。ｚ軸負方向のオフセットは、本発明の方法によってもたらされることができ、ｚ軸正方向のオフセットは、「Ｚ ＯＦＦＳＥＴ ＭＥＭＳ ＤＥＶＩＣＥ」出願の方法によってもたらされうる。

本発明の好ましい実施形態について、例示し説明してきたが、上述のように、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更を加えることができる。したがって、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によって限定されるものではない。それよりも、本発明は、特許請求の範囲を参照することによって完全に決定されるべきである。

本発明に従って形成された機構層の一実施形態の上面図である。 本発明に従って形成された機構層の代替実施形態の上面図である。 本発明による方法で形成された中間構造を示す図である。 本発明による方法で形成された中間構造を示す図である。 本発明による方法で形成された中間構造を示す図である。 本発明によるＭＥＭＳ装置の側面図である。 本発明による方法のブロック図である。

符号の説明

５ 壁
６ 壁
７ 壁
８ 壁
１０ 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置
１２ 機構層
１４ 第１の可動部分
１５ フレクシャ
１６ 第２の可動部分
１７ フレクシャ
１８ 固定部分
１９ フレクシャ
２０ ベース
２１ 上面
２２ ギャップ
２３ ギャップ面
２４ 導電性または半導電性材料
２６ 完成構造
２８ 方法
３０ ブロック
３２ ブロック
３４ ブロック
３６ ブロック
３８ ブロック
４８ 機構層
５０ 壁
５２ 壁
５４ 壁
５６ 壁
５８ フレクシャ
６０ フレクシャ
６２ 固定部分
６４ 可動部分

Claims (5)

1. 機構層（１２）を有する微細電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置（１０）であって、前記機構層（１２）は、
   第１の側方部分（１４）と、
   第２の側方部分（１６）と、
   第３の中央部分（１８）とを含み、
   前記装置（１０）はさらに、上面（２１）を有しかつギャップ面（２３）を有する前記上面（２１）内にギャップ（２２）を画定するベース（２０）を含み、
   前記第３の部分（１８）が、前記ギャップ（２２）の中へたわめられ、前記ギャップ面（２３）に接合され、
   前記第１の側方部分（１４）、前記第２の側方部分（１６）、および前記第３の中央部分（１８）が、櫛歯構造を形成し、前記第２の側方部分（１６）に関連する面に対して直交する方向の加速度を検知するようになされている、微細電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置（１０）。
2. 請求項１に記載の装置（１０）であって、前記ベース（２０）がガラスで製作され、前記第３の部分（１８）がシリコンで製作され、前記第３の部分（１８）が前記ベース（２０）に陽極接合される、装置（１０）。
3. 微細電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置を製造する方法（２８）であり、
   エッチング（３０）によってベース（２０）の２つの層（２１）内にギャップ面（２３）を有するギャップ（２２）を形成するステップ（３０）と、
   前記ベースの面に対して垂直なＺ軸方向に関して、該Ｚ軸の負方向にオフセットされた少なくとも１つの構造と、Ｚ軸の正方向にオフセットされた少なくとも１つの構造とからなる機構層（１２）であって、第１の側方部分（１４）と、第２の側方部分（１６）と、第３の中央部分（１８）とを含んでいる、機構層（１２）を形成するステップと、
   前記機構層の前記第３の中央部分を、該第３の中央部分が前記ベース（３６）に接触するまで、前記ベース内のギャップの中へたわませるステップ（３６）と、
   前記第３の中央部分を前記ベース（３８）に接合させて、前記第１の側方部分（１４）、前記第２の側方部分（１６）、および前記第３の中央部分（１８）が、前記第２の側方部分（１６）に関連する面に対して直交する方向の加速度を検知するようになされた櫛歯構造を形成するようにさせるステップ（３８）と、を含む方法（２８）。
4. 請求項３に記載の方法（２８）であって、前記エッチングがウェットエッチングである方法。
5. 前記ＭＥＭＳ装置が上カバーを含まない、請求項３に記載の方法。

Images