JP3540513B2 - 複数の超小型構造層から製作された機械 - Google Patents
複数の超小型構造層から製作された機械 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3540513B2 JP3540513B2 JP19877796A JP19877796A JP3540513B2 JP 3540513 B2 JP3540513 B2 JP 3540513B2 JP 19877796 A JP19877796 A JP 19877796A JP 19877796 A JP19877796 A JP 19877796A JP 3540513 B2 JP3540513 B2 JP 3540513B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layers
- micromachine
- layer
- stack
- rotor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 74
- 239000000463 material Substances 0.000 description 30
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
- H02N1/002—Electrostatic motors
- H02N1/004—Electrostatic motors in which a body is moved along a path due to interaction with an electric field travelling along the path
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Weting (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には機械構造の製作に関し、具体的には別々に形成され、その後で、機械を形成するように選択されたスタック配列で積層された複数層の超小型構造を含む機械の製作に係わる。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロマシン技術は急速に発展し続けているが、そのような機械は実際には一般にマイクロセンサとしてのみ使用されてきた。たとえば、機械的振動を検知して加速度を設定するシリコン・マイクロセンサ・チップがあり、圧力を測定するシリコン・ダイアフラム圧力センサと呼ばれるマイクロセンサもある。材料のイオン濃度、誘電特性、有機体蒸気濃度、気体濃度などを検知する化学センサもシリコン基板上に製作されている。
【0003】
ダイアフラム及びマイクロブリッジなどの大部分の超小型構造は、比較的動かせない要素または部材を有する構造であった。しかし、最近、可動部材を有するマイクロアクチュエータの製作までマイクロマシン技術が広がっている。たとえば、両者とも「Electrostatic Micromotor」という名称である米国特許第4943750号及び第4997521号を参照されたい。
【0004】
基本シリコン技術を使用して、機械として形成された多くの可動マイクロ物体をシリコン基板上に製作することができる。これらのマイクロマシンは、従来の大規模集積(LSI)処理または超大規模集積(VLSI)処理を用いて、単一の基板上に画定された超小型構造で構成される。残念ながら、既存のマイクロマシンの重大な欠点は、それらの素子がそれほど小型ではなく、実用的用途がほとんどないことである。たとえば、1マイクロメータ×0.1マイクロメータの静電モータは、恐らく他のマイクロマシン・ギヤ以外は何も駆動することができない。
【0005】
したがって、本発明は、マイクロマシン技術の実用化を追求する既存のマイクロマシン技術の新規の拡大である。本発明の目的は、マイクロマシン技術を用いて製作されるが、マイクロマシン技術で実施されるよりもかなり大きい、有用な仕事が可能な機械を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
要約すると、本発明は主要な態様では、積層された複数の層で形成されたスタック構造を含む機械を開示する。このスタック構造は、スタック内の複数の層を含む層のうちの少なくとも1つの層の超小型構造から画定された可動部材を含む。具体的な例として、この機械は、固定子構造と、固定子を基準にして固定子に接触せずに動くように配置された回転子構造とを含むスタックを備えた静電モータを含むことができる。回転子構造は、スタックを含む複数の層内の少なくとも1つのマイクロマシン層の超小型構造から画定される。
【0007】
他の態様では、本発明は、複数の基板を設けるステップと、少なくとも1つの穴が少なくとも1つの基板内に構造を画定する、少なくとも1枚の基板内に少なくとも1つの穴を形成するステップと、少なくとも1つの穴の少なくとも一部に犠牲材料を充填して、少なくとも1つの穴によって分離されている選択された構造を一時的に互いに固定するステップと、複数の基板を選択された配列で積み重ねてスタック構造を形成するステップと、前記穴によって基板内に画定された構造が前記スタック構造内に可動部材を含むようにして少なくとも1つの穴から犠牲材料を除去し、それによって機械を形成するステップとを含む機械製作方法を含む。
【0008】
他の態様では、穴が、選択された配列で基板を積み重ねたときに機械を製作する基板内の超小型構造を画定し、少なくとも2枚の基板のそれぞれの基板内に少なくとも1つの穴を形成するステップと、基板内の穴のうちの少なくともいくつかに犠牲材料を充填して穴によって分離されている選択された超小型構造を一時的に互いに固定するステップと、基板を選択された配列で積み重ねてスタックを形成するステップと、基板内の穴から犠牲材料を除去するステップとを含み、スタックを形成する少なくとも2枚の基板の積み重ねられた超小型構造によってスタック内に可動部材が画定され、それによって機械を形成する、機械製作方法を開示する。
【0009】
本明細書では、静電機械、特に静電モータを参照しながら説明するが、当業者なら、提示されている概念が1つまたは複数の可動部材を有する多種多様な機械の製作にも等しく適用可能であるものと理解されよう。概念的には、本発明は、一連のマスクを使用して、後で選択された配列で組み立てられる基板またはウエハ上に層またはスライスを画定して、機械を含むスタックを形成する。スタックが形成されるまで、犠牲層によって可動部材を層内で一時的に保持する。機械をスタックとして製作することによって、マイクロメータからミリメータ、センチメータまでの寸法を持つ機械を実現することができる。本質的には、提示されている概念によって、マクロ(センチメータ)の大きさの機械とミクロの大きさの機械の間の既存の間隙を満たす大きさの機械を製作することが可能である。
【0010】
さらに、本明細書で提示されている技法を使用して、多様な機械を構築することができる。たとえば、スタックの個々の層がそれぞれ異なるマイクロマシン構造を含むことができる。または、同じ構造を含む場合には、それらの構造を異なる大きさまたは形状あるいはその両方とすることができる。たとえば、本明細書で提示されている層化手法を使用して、西洋梨形の回転子を放射状に構想し、構築することができる。本明細書の基本概念を用いて行えることにはほとんど制限がない。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1及び図2に、基板12内に部分的に画定されたマイクロマシン層(一般的に10で示す)の1つの実施例を示す。層10は、第1のマスク13(点線で図示されている)を使用してパターン形成された、基板12内の穴または溝14によって画定されている。マイクロマシン層は、固定子構造16と回転子構造18を含む。この実施例では、マスク13は基板内に、ハブ22を画定する第2の穴20も形成する。最終的に固定子構造16に当技術分野で周知の方式で適切な電位を加えると、このハブを中心にして回転子構造18が回転する。したがって、マイクロマシン層10は静電マイクロモータを含む。静電マイクロモータは超大規模集積(VLSI)技法を使用して画定されることが好ましい。穴14及び20によって画定された基板構造(16、18、20)を、本明細書ではマイクロマシン層10内の「超小型構造」と呼ぶ。また、この実施例ではマイクロマシン内で回転子18のみが可動部材を構成することになることにも留意されたい。
【0012】
一例として、基板12は、方向性ウェット・エッチングを用いて穴を形成することができるように結晶学的に配向されたシリコン基板またはシリコン・ウエハを含むことができる。穴14及び20は、基板12の少なくとも半分まで通るように時間エッチングされることが好ましい。したがって、所望の深さを実現するようにウェット・エッチングすることが必要である。シリコンのウェット・エッチングは当技術分野で周知である。たとえば、「Accelerated Etching of Silicon in Anisotropic Ethylene Diamine−Water-Pyrazine-Pyrocathecol Bath」、IBMテクニカル・ディスクロージャ・ブルテン(Vol.31, No. 7, 1988年12月)に記載されているその一形態を参照されたい。
【0013】
本発明によると、次に犠牲層24(図3)を基板12の上面15の上に共形に付着させ、穴14及び20が上面15と交わるようにする。穴を充填した後、犠牲材料が穴14及び20の中にのみ残るように任意の適切な方法で犠牲層24を元通りに同一平面化する。適切な犠牲材料には、ポリイミド、パラリエン(paralyene)、窒化物、または酸化物などの材料だけでなく、ある種の金属及び多結晶材料も含まれる。材料の必要条件は、選定された犠牲材料がウェット槽内できれいに除去されなければならないと同時に、シリコン基板またはその中に形成された超小型構造(たとえば固定子、回転子、ハブ)がエッチングされてはならないということである。図1には図示されていないが、当業者なら、回転子18の方に向いていない各固定子構造16の3つの面を、固い取り外し不能絶縁層を介して基板12から離隔することができることがわかるであろう。この絶縁層は、穴の残り部分を充填する犠牲材料とは異なる材料を含むことになることは明らかである。
【0014】
次に、基板12の下面が最上部になるように基板12を裏返し、図1〜図3の処理を繰り返す。具体的には、基板12の上面17に第2のマスク26を形成し、第1の穴28と第2の穴30によってパターン形成する。これらの穴は、基板12上にすでに形成されている上面15と交わる穴または溝と位置合わせされるように配置する。赤外線を使用して、第2のマスクの穴を、基板12内にすでに形成済みの穴と位置合わせすることができる。この第2のエッチング操作の場合は充填された穴がエッチ・ストップの役割を果たすため、面17から基板12内への穴のエッチングは非時限式に進めることができる。次に、面17と交わる穴に、面15と交わる穴の充填に使用したもののような犠牲材料を充填する。その結果、充填されたスルーホールまたは穴14'及び20'が、基板またはウエハの主平面15と17の間に延びることになる。これらの穴内に付着させた犠牲材料は、回転子、ハブ、及び固定子構造を固定した位置関係に保持することに留意されたい。この材料をこの時点で除去したとすれば、ハブと回転子が基板から分離されることになる。構築する機械に合わせて、穴14'及び20'内で取り外し不能絶縁材料を選択的に使用することができることにも留意されたい。
【0015】
図6を参照すると、同じマイクロマシン層10'を製作し、次に、選択された配列で積層してスタック構造40を形成する。本明細書では、「スタック」とは、各層の少なくとも1つの主平面が隣接する層の主平面に積層されているモノリシック構造を含む。この実施例では、スタック内の各マイクロマシン層を通る穴14'及び20'が整列するようになっている配列である。基板またはチップのスタッキングは現在当技術分野で周知である。たとえば、共通譲渡された米国特許第5202754号、第5270261号、及び第5426566号を参照されたい。
【0016】
積み重ね時に、様々な手法を使用して層10'を積層することができる。たとえば、各層の外縁部上のみで接着材を使用することもできる。接着加工によって、超小型構造(たとえばハブ、回転子、固定子構造)が接触するのを妨げる厚みが生じる場合は、加工時に追加のマスクを使用して各層の外縁部を接着材を受け入れるのに十分な量だけへこませることもできる。あるいは、各基板内に穴を形成する前に各基板の主平面上にチタニウムまたはタングステンなどの層を形成し、穴が形成されたらチタニウム層またはタングステン層が穴に自己整列するようにし、後でスタック構造内にマイクロマシン層を配置するときに使用できるようにすることも可能である。チタニウム層またはタングステン層をスタック内に配置した状態で、熱処理を行うとスタック内の様々な層の整列した超小型構造間の電気ボンディングまたは機械ボンディングが強化される。
【0017】
図7及び図8に、本発明によって完成した機械70を図示する。機械70は図6のスタック構造40を使用し、図のように、機械の端部層としてエンドキャップ・マイクロマシン層50を使用する。エンドキャップ層50は、スタックの各端部に配置され、機械内の可動部材を所定位置に保持する機能を果たす。このようなキャップ構造がないと、層10'内の穴から犠牲材料を除去すると同時に、回転子構造とハブ構造がスタックの残りの部分から簡単に離れることになる。当業者なら、キャップ50は上記でマイクロマシン層10'に関して述べたのと同一または同様の工程によって製作することができるが、使用するマスクは明らかに異なることに気づくであろう。
【0018】
エンドキャップ層50は、マイクロマシン層10'の積み重ねられた固定子超小型構造に電気的に接続する構造54を、電気的に絶縁するための窒化物などの硬質絶縁材56を含む。回転子の領域内の隣接するマイクロマシン層10'とエンドキャップ・マイクロマシン層50との間にギャップ60を設けて、回転子がエンドキャップ層と接触することなく自由に回転することができるようにする。この実施例では、固定されたハブ構造58を、ハブ構造が隣接するマイクロマシン層10'に接触するように配置する。しかし、ハブ構造はマイクロマシン層内の回転子構造に接続することも接続しないことも可能であることに留意されたい。ハブ構造を回転子に接続した場合、エンドキャップ層50の構成は明らかに異なることになる。たとえば、ハブが機械の外部の機構を駆動する必要がある場合は、ハブを回転子構造に接続しなければならず、エンドキャップ層は外部シャフトを駆動するように設計することになる。
【0019】
図8は、様々な層から犠牲材料を除去するために腐食液に浸漬した後の図7の構造である。犠牲材料との連絡及び犠牲材料のエッチングは、エンドキャップ層50内のアクセス穴(図示せず)を通して行われることになる。最終パッケージ化の前に、固定子構造に電気信号線を接続する。既存のVLSI技法を使用して、本明細書で提示している基本静電モータに強化機構(図示せず)を設けることもできる。たとえば、ブッシング、軸受、マイクロ潤滑剤、タイミング素子などを付加することができる。
【0020】
本明細書では静電機械、特に静電モータを参照しながら説明したが、当業者なら、提示されている概念が1つまたは複数の可動部材を有する多種多様な機械の製作に等しく適用可能であることがわかるであろう。たとえば、静電機械において、回転部材を含む層を接続せず、異なる速度で回転するように異なる薄さにすることができ、所望であれば異なる方向に回転するように制御することさえもできる。これは2つの回転子セグメントが、固定子構造に積層スタックの各端部で別々に接触し、中央付近で分離するようにすれば、実現することができる。さらに、少なくとも1つの固定子構造を速度センサとして使用すれば、フィードバックを使用して回転子構造の速度を制御することができる。たとえば、回転速度を回転子内にエッチングされた溝と関連させることができる。
【0021】
概念的には、本発明は、一連のマスクを使用して基板上またはウエハ上に層またはスライスを画定し、後で選択された配列で組み立ててスタックを形成し、それによって機械を形成する。スタックが形成されるまで、犠牲層によって層内に可動部材を一時的に保持する。機械をスタックとして製作することによって、マイクロメータからミリメータ、センチメータまでの寸法の機械を実現することができる。本質的には、提示されている概念によってマクロ(センチメータ)の大きさの機械とミクロの大きさの機械の間の既存の間隙を埋める大きさの機械を製作することができる。
【0022】
さらに、本明細書で提示されている技法を使用して、多様な機械を構築することができる。たとえば、スタックの個々の層がそれぞれ異なるマイクロマシン構造を含むことができる。または、同じ構造を含む場合には、それらの構造を異なる大きさまたは形状あるいはその両方とすることができる。たとえば、本明細書で提示されている層化手法を使用して、西洋なし形の回転子を放射状に構想し、構築することができる。本明細書の基本概念を用いて行えることにはほとんど制限がない。
【0023】
以上、本明細書では本発明について本発明の特定の好ましい実施例に従って詳細に説明したが、当業者なら本発明に多くの修正及び変更を加えることができる。したがって、特許請求の範囲によってそのような修正及び変更はすべて本発明の真の精神及び範囲に含まれるものと意図される。
【0024】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【0025】
(1)互いに積層された複数の層のスタック構造を含む機械であって、前記スタック構造が前記複数の層のうちの少なくとも1つの層の超小型構造から画定された可動部材を含む機械。
(2)前記可動部材を画定する前記超小型構造を含む前記少なくとも1つの層が、前記複数の層の多重層を含み、前記多重層の各層がマイクロマシン層を含み、前記マイクロマシン層が前記可動部材を画定するようにして前記スタック構造内に隣接して配置されていることを特徴とする、上記(1)に記載の機械。
(3)前記複数の層のうちの少なくともいくつかの層が同じであることを特徴とする、上記(1)に記載の機械。
(4)前記複数の層のうちの少なくともいくつかの層が異なることを特徴とする、上記(1)に記載の機械。
(5)前記複数の層の各層が少なくとも部分的に、固定構造を含むことを特徴とする、上記(1)に記載の機械。
(6)前記複数の層の各層がシリコン基板を含むことを特徴とする、上記(1)に記載の機械。
(7)スタックの形に相互に積層された複数の層を含むモノリシック構造を含む静電機械であって、前記モノリシック構造が、
固定子構造と、
可動部材が前記複数の層のうちの1つの層を含む少なくとも1つのマイクロマシン層の超小型構造から画定され、固定子構造を基準にして動くように配置された前記可動部材とを有する静電機械。
(8)前記固定子構造と前記可動部材がそれぞれ多重マイクロマシン層の超小型構造から画定され、各マイクロマシン層が前記複数の層のうちの1つの層を含むことを特徴とする、上記(7)に記載の静電機械。
(9)前記複数の層が2つのエンドキャップ層を含み、各エンドキャップ層が前記モノリシック構造の異なる端部に配置され、前記エンドキャップ層が前記可動部材を前記モノリシック構造内に保持するように構成されていることを特徴とする、上記(7)に記載の静電機械。
(10)前記静電機械が静電モータを含み、前記可動部材が回転子を含むことを特徴とする、上記(9)に記載の静電機械。
(11)前記2つのエンドキャップ層のうちの少なくとも1つのエンドキャップ層が前記固定子構造との電気接点を含むことを特徴とする、上記(10)に記載の静電機械。
(12)前記モノリシック構造が前記回転子がそれを中心に回転するハブをさらに含むことを特徴とする、上記(10)に記載の静電機械。
(13)前記モノリシック構造が前記回転子と共に回転するように前記回転子に接続されたハブをさらに含み、前記2つのエンドキャップ層のうちの少なくとも1つのエンドキャップ層が、前記ハブと共に回転し、静電機械の外部の構造を駆動するように前記ハブに接続された、可動構造を含むことを特徴とする、上記(10)に記載の静電機械。
(14)前記可動部材が、前記複数の層のうちの層を含む少なくとも2つのマイクロマシン層の超小型構造から画定され、前記少なくとも2つのマイクロマシン層の前記超小型構造が接続されていないことを特徴とする、上記(7)に記載の静電機械。
(15)前記複数の層のうちの少なくともいくつかの層がそれぞれシリコン基板を含むことを特徴とする、上記(7)に記載の静電機械。
(16)(a)複数の基板を設けるステップと、
(b)少なくとも1つの基板内に、前記少なくとも1つの基板内で構造を画定する、少なくとも1つの穴を形成するステップと、
(c)前記少なくとも1つの穴によって画定され分離されている選択された構造を互いに一時的に固定するように、前記少なくとも1つの基板内の前記少なくとも1つの穴の少なくとも一部に犠牲材料を充填するステップと、
(d)前記複数の基板を選択された配列で積み重ねてスタック構造を形成するステップと、
(e)前記少なくとも1つの穴から前記犠牲材料を除去して、前記少なくとも1つの穴によって前記少なくとも1つの基板内に画定されている前記構造が前記スタック構造内に可動部材を形成し、それによって前記機械を形成するようにするステップとを含む、機械の製作方法。
(17)前記形成ステップ(b)が、前記複数の基板を前記選択された配列で積み重ねたとき、前記多重基板内に画定された構造が共に前記スタック構造内に前記可動部材を画定するように、前記ステップ(a)で設けられた前記複数の基板のうちの多重基板内に前記少なくとも1つの穴を形成するステップを含むことを特徴とする、上記(16)に記載の方法。
(18)前記ステップ(b)でその中に形成された前記少なくとも1つの穴を有する前記多重基板の各基板が、可動超小型構造を有するマイクロマシン層を有し、前記ステップ(e)で前記犠牲材料を除去した後で前記多重マイクロマシン層の前記可動超小型構造が前記可動部材を形成することを特徴とする、上記(17)に記載の方法。
(19)前記複数の基板がシリコン基板を含み、前記積み重ねステップ(d)が前記複数の基板を前記選択された配列で互いに積層して前記スタック構造を形成するステップを含み、前記積層形成ステップが、前記複数の基板の隣接し合う基板間にタングステンまたはチタニウムの層を形成するステップと、前記スタック構造を熱処理して前記隣接し合う基板を前記タングステンまたはチタニウムの層を介して互いにボンディングするステップとを含むことを特徴とする、上記(18)に記載の方法。
(20)前記ステップ(b)でその中に形成された前記少なくとも1つの穴を有する前記多重基板がそれぞれシリコン基板を含み、前記ステップ(c)の前記犠牲材料がポリイミド、パラリエン、窒化物、及び酸化物のうちの1つを含むことを特徴とする、上記(17)に記載の方法。
(21)(a)少なくとも2つの基板のそれぞれに、前記少なくとも2つの基板を選択された配列で積み重ねたときに前記少なくとも2つの基板内に機械を形成する超小型構造を画定する、少なくとも1つの穴を形成するステップと、
(b)前記少なくとも2つの基板内の前記少なくとも1つの穴の少なくとも一部に犠牲材料を充填して、前記穴によって分離されている選択された超小型構造を互いに一時的に固定するようにするステップと、
(c)前記少なくとも2つの基板を前記選択された配列で互いに積み重ね、それによってスタックを形成するステップと、
(d)前記少なくとも2つの基板の各基板内の前記少なくとも1つの穴から前記犠牲材料を除去するステップとを含み、前記少なくとも2つの基板の積み重ねられた超小型構造によって前記スタック内に可動部材が画定され、それによって前記機械が形成される、機械の製作方法。
(22)前記機械が静電機械を含み、前記形成ステップ(a)及び前記積み重ねステップ(c)の結果、前記少なくとも2つの基板の積み重ねられた超小型構造が固定子構造を画定することを特徴とする、上記(21)に記載の方法。
(23)前記静電機械が静電モータを含み、前記可動部材が回転子を含み、前記方法が、前記回転子を前記スタック内に保持するために、前記ステップ(c)で形成された前記スタックの各端部にエンドキャップ基板を積層するステップをさらに含むことを特徴とする、上記(22)に記載の方法。
(24)前記少なくとも2つの基板がシリコン基板を含み、前記形成ステップ(a)が前記少なくとも2つの基板内に前記穴をウェット・エッチングするステップを含むことを特徴とする、上記(21)に記載の方法。
(25)前記充填ステップ(b)が前記少なくとも2つのシリコン基板内の少なくともいくつかの穴に、ポリイミド、パラリエン、窒化物、及び酸化物のうちの1つを含む犠牲材料を充填するステップを含むことを特徴とする、上記(24)に記載の方法。
(26)前記積み重ねステップ(c)が、前記少なくとも2つの基板を前記選択された配列で積層するステップを含み、前記積層ステップが前記少なくとも2つの基板間にタングステンまたはチタニウムの層を形成するステップと前記スタックを熱処理して前記タングステンまたはチタニウムの層を介して前記少なくとも2つの基板を互いにボンディングするステップとを含むことを特徴とする、上記(25)に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により製作した静電マイクロマシン層の平面図である。
【図2】線A−Aに沿って切り取った図1のマイクロマシン層の断面図である。
【図3】画定された穴に犠牲材料を付着させ、同一平面化した後の図2のマイクロマシン層の断面図である。
【図4】反転し、マイクロマシン層にすでに形成されている穴に穴を位置合わせしてパターン・マスクを配置した、図3のマイクロマシン層の断面図である。
【図5】パターン形成面内に穴を形成し、それらの穴に犠牲材料を充填した後の図4のマイクロマシン層の断面図である。
【図6】各層が図5の構造を含む、複数のマイクロマシン層の積層から形成されたスタックの部分断面図である。
【図7】犠牲材料が入った状態のままの、本発明により図6から製作された機械の部分断面図である。
【図8】機械が複数のマイクロマシン層によって画定された可動部材を含むようにして、犠牲材料を除去した後の、図7の機械の部分断面図である。
【符号の説明】
10 マイクロマシン層
12 基板
13 マスク
14 穴
15 主平面(上面)
16 固定子構造
17 主平面(上面)
18 回転子構造
20 穴
22 ハブ
24 犠牲層
28 穴
30 穴
40 スタック構造
50 エンドキャップ層
56 絶縁材
58 ハブ構造
60 ギャップ
70 機械
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には機械構造の製作に関し、具体的には別々に形成され、その後で、機械を形成するように選択されたスタック配列で積層された複数層の超小型構造を含む機械の製作に係わる。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロマシン技術は急速に発展し続けているが、そのような機械は実際には一般にマイクロセンサとしてのみ使用されてきた。たとえば、機械的振動を検知して加速度を設定するシリコン・マイクロセンサ・チップがあり、圧力を測定するシリコン・ダイアフラム圧力センサと呼ばれるマイクロセンサもある。材料のイオン濃度、誘電特性、有機体蒸気濃度、気体濃度などを検知する化学センサもシリコン基板上に製作されている。
【0003】
ダイアフラム及びマイクロブリッジなどの大部分の超小型構造は、比較的動かせない要素または部材を有する構造であった。しかし、最近、可動部材を有するマイクロアクチュエータの製作までマイクロマシン技術が広がっている。たとえば、両者とも「Electrostatic Micromotor」という名称である米国特許第4943750号及び第4997521号を参照されたい。
【0004】
基本シリコン技術を使用して、機械として形成された多くの可動マイクロ物体をシリコン基板上に製作することができる。これらのマイクロマシンは、従来の大規模集積(LSI)処理または超大規模集積(VLSI)処理を用いて、単一の基板上に画定された超小型構造で構成される。残念ながら、既存のマイクロマシンの重大な欠点は、それらの素子がそれほど小型ではなく、実用的用途がほとんどないことである。たとえば、1マイクロメータ×0.1マイクロメータの静電モータは、恐らく他のマイクロマシン・ギヤ以外は何も駆動することができない。
【0005】
したがって、本発明は、マイクロマシン技術の実用化を追求する既存のマイクロマシン技術の新規の拡大である。本発明の目的は、マイクロマシン技術を用いて製作されるが、マイクロマシン技術で実施されるよりもかなり大きい、有用な仕事が可能な機械を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
要約すると、本発明は主要な態様では、積層された複数の層で形成されたスタック構造を含む機械を開示する。このスタック構造は、スタック内の複数の層を含む層のうちの少なくとも1つの層の超小型構造から画定された可動部材を含む。具体的な例として、この機械は、固定子構造と、固定子を基準にして固定子に接触せずに動くように配置された回転子構造とを含むスタックを備えた静電モータを含むことができる。回転子構造は、スタックを含む複数の層内の少なくとも1つのマイクロマシン層の超小型構造から画定される。
【0007】
他の態様では、本発明は、複数の基板を設けるステップと、少なくとも1つの穴が少なくとも1つの基板内に構造を画定する、少なくとも1枚の基板内に少なくとも1つの穴を形成するステップと、少なくとも1つの穴の少なくとも一部に犠牲材料を充填して、少なくとも1つの穴によって分離されている選択された構造を一時的に互いに固定するステップと、複数の基板を選択された配列で積み重ねてスタック構造を形成するステップと、前記穴によって基板内に画定された構造が前記スタック構造内に可動部材を含むようにして少なくとも1つの穴から犠牲材料を除去し、それによって機械を形成するステップとを含む機械製作方法を含む。
【0008】
他の態様では、穴が、選択された配列で基板を積み重ねたときに機械を製作する基板内の超小型構造を画定し、少なくとも2枚の基板のそれぞれの基板内に少なくとも1つの穴を形成するステップと、基板内の穴のうちの少なくともいくつかに犠牲材料を充填して穴によって分離されている選択された超小型構造を一時的に互いに固定するステップと、基板を選択された配列で積み重ねてスタックを形成するステップと、基板内の穴から犠牲材料を除去するステップとを含み、スタックを形成する少なくとも2枚の基板の積み重ねられた超小型構造によってスタック内に可動部材が画定され、それによって機械を形成する、機械製作方法を開示する。
【0009】
本明細書では、静電機械、特に静電モータを参照しながら説明するが、当業者なら、提示されている概念が1つまたは複数の可動部材を有する多種多様な機械の製作にも等しく適用可能であるものと理解されよう。概念的には、本発明は、一連のマスクを使用して、後で選択された配列で組み立てられる基板またはウエハ上に層またはスライスを画定して、機械を含むスタックを形成する。スタックが形成されるまで、犠牲層によって可動部材を層内で一時的に保持する。機械をスタックとして製作することによって、マイクロメータからミリメータ、センチメータまでの寸法を持つ機械を実現することができる。本質的には、提示されている概念によって、マクロ(センチメータ)の大きさの機械とミクロの大きさの機械の間の既存の間隙を満たす大きさの機械を製作することが可能である。
【0010】
さらに、本明細書で提示されている技法を使用して、多様な機械を構築することができる。たとえば、スタックの個々の層がそれぞれ異なるマイクロマシン構造を含むことができる。または、同じ構造を含む場合には、それらの構造を異なる大きさまたは形状あるいはその両方とすることができる。たとえば、本明細書で提示されている層化手法を使用して、西洋梨形の回転子を放射状に構想し、構築することができる。本明細書の基本概念を用いて行えることにはほとんど制限がない。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1及び図2に、基板12内に部分的に画定されたマイクロマシン層(一般的に10で示す)の1つの実施例を示す。層10は、第1のマスク13(点線で図示されている)を使用してパターン形成された、基板12内の穴または溝14によって画定されている。マイクロマシン層は、固定子構造16と回転子構造18を含む。この実施例では、マスク13は基板内に、ハブ22を画定する第2の穴20も形成する。最終的に固定子構造16に当技術分野で周知の方式で適切な電位を加えると、このハブを中心にして回転子構造18が回転する。したがって、マイクロマシン層10は静電マイクロモータを含む。静電マイクロモータは超大規模集積(VLSI)技法を使用して画定されることが好ましい。穴14及び20によって画定された基板構造(16、18、20)を、本明細書ではマイクロマシン層10内の「超小型構造」と呼ぶ。また、この実施例ではマイクロマシン内で回転子18のみが可動部材を構成することになることにも留意されたい。
【0012】
一例として、基板12は、方向性ウェット・エッチングを用いて穴を形成することができるように結晶学的に配向されたシリコン基板またはシリコン・ウエハを含むことができる。穴14及び20は、基板12の少なくとも半分まで通るように時間エッチングされることが好ましい。したがって、所望の深さを実現するようにウェット・エッチングすることが必要である。シリコンのウェット・エッチングは当技術分野で周知である。たとえば、「Accelerated Etching of Silicon in Anisotropic Ethylene Diamine−Water-Pyrazine-Pyrocathecol Bath」、IBMテクニカル・ディスクロージャ・ブルテン(Vol.31, No. 7, 1988年12月)に記載されているその一形態を参照されたい。
【0013】
本発明によると、次に犠牲層24(図3)を基板12の上面15の上に共形に付着させ、穴14及び20が上面15と交わるようにする。穴を充填した後、犠牲材料が穴14及び20の中にのみ残るように任意の適切な方法で犠牲層24を元通りに同一平面化する。適切な犠牲材料には、ポリイミド、パラリエン(paralyene)、窒化物、または酸化物などの材料だけでなく、ある種の金属及び多結晶材料も含まれる。材料の必要条件は、選定された犠牲材料がウェット槽内できれいに除去されなければならないと同時に、シリコン基板またはその中に形成された超小型構造(たとえば固定子、回転子、ハブ)がエッチングされてはならないということである。図1には図示されていないが、当業者なら、回転子18の方に向いていない各固定子構造16の3つの面を、固い取り外し不能絶縁層を介して基板12から離隔することができることがわかるであろう。この絶縁層は、穴の残り部分を充填する犠牲材料とは異なる材料を含むことになることは明らかである。
【0014】
次に、基板12の下面が最上部になるように基板12を裏返し、図1〜図3の処理を繰り返す。具体的には、基板12の上面17に第2のマスク26を形成し、第1の穴28と第2の穴30によってパターン形成する。これらの穴は、基板12上にすでに形成されている上面15と交わる穴または溝と位置合わせされるように配置する。赤外線を使用して、第2のマスクの穴を、基板12内にすでに形成済みの穴と位置合わせすることができる。この第2のエッチング操作の場合は充填された穴がエッチ・ストップの役割を果たすため、面17から基板12内への穴のエッチングは非時限式に進めることができる。次に、面17と交わる穴に、面15と交わる穴の充填に使用したもののような犠牲材料を充填する。その結果、充填されたスルーホールまたは穴14'及び20'が、基板またはウエハの主平面15と17の間に延びることになる。これらの穴内に付着させた犠牲材料は、回転子、ハブ、及び固定子構造を固定した位置関係に保持することに留意されたい。この材料をこの時点で除去したとすれば、ハブと回転子が基板から分離されることになる。構築する機械に合わせて、穴14'及び20'内で取り外し不能絶縁材料を選択的に使用することができることにも留意されたい。
【0015】
図6を参照すると、同じマイクロマシン層10'を製作し、次に、選択された配列で積層してスタック構造40を形成する。本明細書では、「スタック」とは、各層の少なくとも1つの主平面が隣接する層の主平面に積層されているモノリシック構造を含む。この実施例では、スタック内の各マイクロマシン層を通る穴14'及び20'が整列するようになっている配列である。基板またはチップのスタッキングは現在当技術分野で周知である。たとえば、共通譲渡された米国特許第5202754号、第5270261号、及び第5426566号を参照されたい。
【0016】
積み重ね時に、様々な手法を使用して層10'を積層することができる。たとえば、各層の外縁部上のみで接着材を使用することもできる。接着加工によって、超小型構造(たとえばハブ、回転子、固定子構造)が接触するのを妨げる厚みが生じる場合は、加工時に追加のマスクを使用して各層の外縁部を接着材を受け入れるのに十分な量だけへこませることもできる。あるいは、各基板内に穴を形成する前に各基板の主平面上にチタニウムまたはタングステンなどの層を形成し、穴が形成されたらチタニウム層またはタングステン層が穴に自己整列するようにし、後でスタック構造内にマイクロマシン層を配置するときに使用できるようにすることも可能である。チタニウム層またはタングステン層をスタック内に配置した状態で、熱処理を行うとスタック内の様々な層の整列した超小型構造間の電気ボンディングまたは機械ボンディングが強化される。
【0017】
図7及び図8に、本発明によって完成した機械70を図示する。機械70は図6のスタック構造40を使用し、図のように、機械の端部層としてエンドキャップ・マイクロマシン層50を使用する。エンドキャップ層50は、スタックの各端部に配置され、機械内の可動部材を所定位置に保持する機能を果たす。このようなキャップ構造がないと、層10'内の穴から犠牲材料を除去すると同時に、回転子構造とハブ構造がスタックの残りの部分から簡単に離れることになる。当業者なら、キャップ50は上記でマイクロマシン層10'に関して述べたのと同一または同様の工程によって製作することができるが、使用するマスクは明らかに異なることに気づくであろう。
【0018】
エンドキャップ層50は、マイクロマシン層10'の積み重ねられた固定子超小型構造に電気的に接続する構造54を、電気的に絶縁するための窒化物などの硬質絶縁材56を含む。回転子の領域内の隣接するマイクロマシン層10'とエンドキャップ・マイクロマシン層50との間にギャップ60を設けて、回転子がエンドキャップ層と接触することなく自由に回転することができるようにする。この実施例では、固定されたハブ構造58を、ハブ構造が隣接するマイクロマシン層10'に接触するように配置する。しかし、ハブ構造はマイクロマシン層内の回転子構造に接続することも接続しないことも可能であることに留意されたい。ハブ構造を回転子に接続した場合、エンドキャップ層50の構成は明らかに異なることになる。たとえば、ハブが機械の外部の機構を駆動する必要がある場合は、ハブを回転子構造に接続しなければならず、エンドキャップ層は外部シャフトを駆動するように設計することになる。
【0019】
図8は、様々な層から犠牲材料を除去するために腐食液に浸漬した後の図7の構造である。犠牲材料との連絡及び犠牲材料のエッチングは、エンドキャップ層50内のアクセス穴(図示せず)を通して行われることになる。最終パッケージ化の前に、固定子構造に電気信号線を接続する。既存のVLSI技法を使用して、本明細書で提示している基本静電モータに強化機構(図示せず)を設けることもできる。たとえば、ブッシング、軸受、マイクロ潤滑剤、タイミング素子などを付加することができる。
【0020】
本明細書では静電機械、特に静電モータを参照しながら説明したが、当業者なら、提示されている概念が1つまたは複数の可動部材を有する多種多様な機械の製作に等しく適用可能であることがわかるであろう。たとえば、静電機械において、回転部材を含む層を接続せず、異なる速度で回転するように異なる薄さにすることができ、所望であれば異なる方向に回転するように制御することさえもできる。これは2つの回転子セグメントが、固定子構造に積層スタックの各端部で別々に接触し、中央付近で分離するようにすれば、実現することができる。さらに、少なくとも1つの固定子構造を速度センサとして使用すれば、フィードバックを使用して回転子構造の速度を制御することができる。たとえば、回転速度を回転子内にエッチングされた溝と関連させることができる。
【0021】
概念的には、本発明は、一連のマスクを使用して基板上またはウエハ上に層またはスライスを画定し、後で選択された配列で組み立ててスタックを形成し、それによって機械を形成する。スタックが形成されるまで、犠牲層によって層内に可動部材を一時的に保持する。機械をスタックとして製作することによって、マイクロメータからミリメータ、センチメータまでの寸法の機械を実現することができる。本質的には、提示されている概念によってマクロ(センチメータ)の大きさの機械とミクロの大きさの機械の間の既存の間隙を埋める大きさの機械を製作することができる。
【0022】
さらに、本明細書で提示されている技法を使用して、多様な機械を構築することができる。たとえば、スタックの個々の層がそれぞれ異なるマイクロマシン構造を含むことができる。または、同じ構造を含む場合には、それらの構造を異なる大きさまたは形状あるいはその両方とすることができる。たとえば、本明細書で提示されている層化手法を使用して、西洋なし形の回転子を放射状に構想し、構築することができる。本明細書の基本概念を用いて行えることにはほとんど制限がない。
【0023】
以上、本明細書では本発明について本発明の特定の好ましい実施例に従って詳細に説明したが、当業者なら本発明に多くの修正及び変更を加えることができる。したがって、特許請求の範囲によってそのような修正及び変更はすべて本発明の真の精神及び範囲に含まれるものと意図される。
【0024】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【0025】
(1)互いに積層された複数の層のスタック構造を含む機械であって、前記スタック構造が前記複数の層のうちの少なくとも1つの層の超小型構造から画定された可動部材を含む機械。
(2)前記可動部材を画定する前記超小型構造を含む前記少なくとも1つの層が、前記複数の層の多重層を含み、前記多重層の各層がマイクロマシン層を含み、前記マイクロマシン層が前記可動部材を画定するようにして前記スタック構造内に隣接して配置されていることを特徴とする、上記(1)に記載の機械。
(3)前記複数の層のうちの少なくともいくつかの層が同じであることを特徴とする、上記(1)に記載の機械。
(4)前記複数の層のうちの少なくともいくつかの層が異なることを特徴とする、上記(1)に記載の機械。
(5)前記複数の層の各層が少なくとも部分的に、固定構造を含むことを特徴とする、上記(1)に記載の機械。
(6)前記複数の層の各層がシリコン基板を含むことを特徴とする、上記(1)に記載の機械。
(7)スタックの形に相互に積層された複数の層を含むモノリシック構造を含む静電機械であって、前記モノリシック構造が、
固定子構造と、
可動部材が前記複数の層のうちの1つの層を含む少なくとも1つのマイクロマシン層の超小型構造から画定され、固定子構造を基準にして動くように配置された前記可動部材とを有する静電機械。
(8)前記固定子構造と前記可動部材がそれぞれ多重マイクロマシン層の超小型構造から画定され、各マイクロマシン層が前記複数の層のうちの1つの層を含むことを特徴とする、上記(7)に記載の静電機械。
(9)前記複数の層が2つのエンドキャップ層を含み、各エンドキャップ層が前記モノリシック構造の異なる端部に配置され、前記エンドキャップ層が前記可動部材を前記モノリシック構造内に保持するように構成されていることを特徴とする、上記(7)に記載の静電機械。
(10)前記静電機械が静電モータを含み、前記可動部材が回転子を含むことを特徴とする、上記(9)に記載の静電機械。
(11)前記2つのエンドキャップ層のうちの少なくとも1つのエンドキャップ層が前記固定子構造との電気接点を含むことを特徴とする、上記(10)に記載の静電機械。
(12)前記モノリシック構造が前記回転子がそれを中心に回転するハブをさらに含むことを特徴とする、上記(10)に記載の静電機械。
(13)前記モノリシック構造が前記回転子と共に回転するように前記回転子に接続されたハブをさらに含み、前記2つのエンドキャップ層のうちの少なくとも1つのエンドキャップ層が、前記ハブと共に回転し、静電機械の外部の構造を駆動するように前記ハブに接続された、可動構造を含むことを特徴とする、上記(10)に記載の静電機械。
(14)前記可動部材が、前記複数の層のうちの層を含む少なくとも2つのマイクロマシン層の超小型構造から画定され、前記少なくとも2つのマイクロマシン層の前記超小型構造が接続されていないことを特徴とする、上記(7)に記載の静電機械。
(15)前記複数の層のうちの少なくともいくつかの層がそれぞれシリコン基板を含むことを特徴とする、上記(7)に記載の静電機械。
(16)(a)複数の基板を設けるステップと、
(b)少なくとも1つの基板内に、前記少なくとも1つの基板内で構造を画定する、少なくとも1つの穴を形成するステップと、
(c)前記少なくとも1つの穴によって画定され分離されている選択された構造を互いに一時的に固定するように、前記少なくとも1つの基板内の前記少なくとも1つの穴の少なくとも一部に犠牲材料を充填するステップと、
(d)前記複数の基板を選択された配列で積み重ねてスタック構造を形成するステップと、
(e)前記少なくとも1つの穴から前記犠牲材料を除去して、前記少なくとも1つの穴によって前記少なくとも1つの基板内に画定されている前記構造が前記スタック構造内に可動部材を形成し、それによって前記機械を形成するようにするステップとを含む、機械の製作方法。
(17)前記形成ステップ(b)が、前記複数の基板を前記選択された配列で積み重ねたとき、前記多重基板内に画定された構造が共に前記スタック構造内に前記可動部材を画定するように、前記ステップ(a)で設けられた前記複数の基板のうちの多重基板内に前記少なくとも1つの穴を形成するステップを含むことを特徴とする、上記(16)に記載の方法。
(18)前記ステップ(b)でその中に形成された前記少なくとも1つの穴を有する前記多重基板の各基板が、可動超小型構造を有するマイクロマシン層を有し、前記ステップ(e)で前記犠牲材料を除去した後で前記多重マイクロマシン層の前記可動超小型構造が前記可動部材を形成することを特徴とする、上記(17)に記載の方法。
(19)前記複数の基板がシリコン基板を含み、前記積み重ねステップ(d)が前記複数の基板を前記選択された配列で互いに積層して前記スタック構造を形成するステップを含み、前記積層形成ステップが、前記複数の基板の隣接し合う基板間にタングステンまたはチタニウムの層を形成するステップと、前記スタック構造を熱処理して前記隣接し合う基板を前記タングステンまたはチタニウムの層を介して互いにボンディングするステップとを含むことを特徴とする、上記(18)に記載の方法。
(20)前記ステップ(b)でその中に形成された前記少なくとも1つの穴を有する前記多重基板がそれぞれシリコン基板を含み、前記ステップ(c)の前記犠牲材料がポリイミド、パラリエン、窒化物、及び酸化物のうちの1つを含むことを特徴とする、上記(17)に記載の方法。
(21)(a)少なくとも2つの基板のそれぞれに、前記少なくとも2つの基板を選択された配列で積み重ねたときに前記少なくとも2つの基板内に機械を形成する超小型構造を画定する、少なくとも1つの穴を形成するステップと、
(b)前記少なくとも2つの基板内の前記少なくとも1つの穴の少なくとも一部に犠牲材料を充填して、前記穴によって分離されている選択された超小型構造を互いに一時的に固定するようにするステップと、
(c)前記少なくとも2つの基板を前記選択された配列で互いに積み重ね、それによってスタックを形成するステップと、
(d)前記少なくとも2つの基板の各基板内の前記少なくとも1つの穴から前記犠牲材料を除去するステップとを含み、前記少なくとも2つの基板の積み重ねられた超小型構造によって前記スタック内に可動部材が画定され、それによって前記機械が形成される、機械の製作方法。
(22)前記機械が静電機械を含み、前記形成ステップ(a)及び前記積み重ねステップ(c)の結果、前記少なくとも2つの基板の積み重ねられた超小型構造が固定子構造を画定することを特徴とする、上記(21)に記載の方法。
(23)前記静電機械が静電モータを含み、前記可動部材が回転子を含み、前記方法が、前記回転子を前記スタック内に保持するために、前記ステップ(c)で形成された前記スタックの各端部にエンドキャップ基板を積層するステップをさらに含むことを特徴とする、上記(22)に記載の方法。
(24)前記少なくとも2つの基板がシリコン基板を含み、前記形成ステップ(a)が前記少なくとも2つの基板内に前記穴をウェット・エッチングするステップを含むことを特徴とする、上記(21)に記載の方法。
(25)前記充填ステップ(b)が前記少なくとも2つのシリコン基板内の少なくともいくつかの穴に、ポリイミド、パラリエン、窒化物、及び酸化物のうちの1つを含む犠牲材料を充填するステップを含むことを特徴とする、上記(24)に記載の方法。
(26)前記積み重ねステップ(c)が、前記少なくとも2つの基板を前記選択された配列で積層するステップを含み、前記積層ステップが前記少なくとも2つの基板間にタングステンまたはチタニウムの層を形成するステップと前記スタックを熱処理して前記タングステンまたはチタニウムの層を介して前記少なくとも2つの基板を互いにボンディングするステップとを含むことを特徴とする、上記(25)に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により製作した静電マイクロマシン層の平面図である。
【図2】線A−Aに沿って切り取った図1のマイクロマシン層の断面図である。
【図3】画定された穴に犠牲材料を付着させ、同一平面化した後の図2のマイクロマシン層の断面図である。
【図4】反転し、マイクロマシン層にすでに形成されている穴に穴を位置合わせしてパターン・マスクを配置した、図3のマイクロマシン層の断面図である。
【図5】パターン形成面内に穴を形成し、それらの穴に犠牲材料を充填した後の図4のマイクロマシン層の断面図である。
【図6】各層が図5の構造を含む、複数のマイクロマシン層の積層から形成されたスタックの部分断面図である。
【図7】犠牲材料が入った状態のままの、本発明により図6から製作された機械の部分断面図である。
【図8】機械が複数のマイクロマシン層によって画定された可動部材を含むようにして、犠牲材料を除去した後の、図7の機械の部分断面図である。
【符号の説明】
10 マイクロマシン層
12 基板
13 マスク
14 穴
15 主平面(上面)
16 固定子構造
17 主平面(上面)
18 回転子構造
20 穴
22 ハブ
24 犠牲層
28 穴
30 穴
40 スタック構造
50 エンドキャップ層
56 絶縁材
58 ハブ構造
60 ギャップ
70 機械
Claims (3)
- 独自に形成されて相互にスタック状に積層された複数の層を含むスタック構造を有し、該スタック構造は、前記複数の層のうちの少なくとも2つのマイクロマシン層の同一の超小型構造から画定された回転子およびこれの周囲に隣接して配置された固定子構造を含み、
前記2つのマイクロマシン層のそれぞれの前記回転子同士がボンディングされ、そして、前記2つのマイクロマシン層のそれぞれの前記固定子構造同士がボンディングされている機械。 - モノリシック構造を含む静電機械であって、前記モノリシック構造は
少なくとも2つのマイクロマシン層が同一になるように独自に形成され相互にスタック状に積層された複数の層と、
固定子構造と、
前記固定子構造に対して非接触で回転するように位置付けられた回転子とを含み、
前記回転子の周囲に隣接して前記固定子構造が配置され、前記回転子及び前記固定子構造は、前記少なくとも2つのマイクロマシン層のそれぞれの超小型構造から画定され、前記2つのマイクロマシン層のそれぞれの前記回転子同士がボンディングされ、そして、前記2つのマイクロマシン層のそれぞれの前記固定子構造同士がボンディングされている静電機械。 - 前記複数の層が2つのエンドキャップ層を含み、各エンドキャップ層が前記モノリシック構造の各端部に配置され、前記エンドキャップ層が前記回転子を前記モノリシック構造内に保持するように構成されていることを特徴とする、請求項2に記載の静電機械。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US51092495A | 1995-08-03 | 1995-08-03 | |
US08/510924 | 1995-08-03 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004037233A Division JP4056482B2 (ja) | 1995-08-03 | 2004-02-13 | 静電機械及びこれの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09117164A JPH09117164A (ja) | 1997-05-02 |
JP3540513B2 true JP3540513B2 (ja) | 2004-07-07 |
Family
ID=24032749
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19877796A Expired - Fee Related JP3540513B2 (ja) | 1995-08-03 | 1996-07-29 | 複数の超小型構造層から製作された機械 |
JP2004037233A Expired - Fee Related JP4056482B2 (ja) | 1995-08-03 | 2004-02-13 | 静電機械及びこれの製造方法 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004037233A Expired - Fee Related JP4056482B2 (ja) | 1995-08-03 | 2004-02-13 | 静電機械及びこれの製造方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5763318A (ja) |
EP (1) | EP0757431A3 (ja) |
JP (2) | JP3540513B2 (ja) |
KR (1) | KR100294741B1 (ja) |
TW (1) | TW374211B (ja) |
Families Citing this family (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6498074B2 (en) | 1996-10-29 | 2002-12-24 | Tru-Si Technologies, Inc. | Thinning and dicing of semiconductor wafers using dry etch, and obtaining semiconductor chips with rounded bottom edges and corners |
EP0948808A4 (en) | 1996-10-29 | 2000-05-10 | Trusi Technologies Llc | INTEGRATED CIRCUITS AND MANUFACTURING METHODS THEREOF |
US6882030B2 (en) | 1996-10-29 | 2005-04-19 | Tru-Si Technologies, Inc. | Integrated circuit structures with a conductor formed in a through hole in a semiconductor substrate and protruding from a surface of the substrate |
US6410360B1 (en) | 1999-01-26 | 2002-06-25 | Teledyne Industries, Inc. | Laminate-based apparatus and method of fabrication |
US6500694B1 (en) | 2000-03-22 | 2002-12-31 | Ziptronix, Inc. | Three dimensional device integration method and integrated device |
US6984571B1 (en) | 1999-10-01 | 2006-01-10 | Ziptronix, Inc. | Three dimensional device integration method and integrated device |
US6322903B1 (en) | 1999-12-06 | 2001-11-27 | Tru-Si Technologies, Inc. | Package of integrated circuits and vertical integration |
US6902987B1 (en) | 2000-02-16 | 2005-06-07 | Ziptronix, Inc. | Method for low temperature bonding and bonded structure |
US6563133B1 (en) * | 2000-08-09 | 2003-05-13 | Ziptronix, Inc. | Method of epitaxial-like wafer bonding at low temperature and bonded structure |
US6597048B1 (en) * | 2000-12-26 | 2003-07-22 | Cornell Research Foundation | Electrostatically charged microstructures |
US6717254B2 (en) | 2001-02-22 | 2004-04-06 | Tru-Si Technologies, Inc. | Devices having substrates with opening passing through the substrates and conductors in the openings, and methods of manufacture |
US7785098B1 (en) | 2001-06-05 | 2010-08-31 | Mikro Systems, Inc. | Systems for large area micro mechanical systems |
US7141812B2 (en) * | 2002-06-05 | 2006-11-28 | Mikro Systems, Inc. | Devices, methods, and systems involving castings |
CA2448736C (en) | 2001-06-05 | 2010-08-10 | Mikro Systems, Inc. | Methods for manufacturing three-dimensional devices and devices created thereby |
US6787916B2 (en) | 2001-09-13 | 2004-09-07 | Tru-Si Technologies, Inc. | Structures having a substrate with a cavity and having an integrated circuit bonded to a contact pad located in the cavity |
US6990732B2 (en) | 2001-11-29 | 2006-01-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method of manufacturing a micrometer-scaled electronic-charge-transferring device |
US6848177B2 (en) | 2002-03-28 | 2005-02-01 | Intel Corporation | Integrated circuit die and an electronic assembly having a three-dimensional interconnection scheme |
US6908845B2 (en) | 2002-03-28 | 2005-06-21 | Intel Corporation | Integrated circuit die and an electronic assembly having a three-dimensional interconnection scheme |
US7109092B2 (en) | 2003-05-19 | 2006-09-19 | Ziptronix, Inc. | Method of room temperature covalent bonding |
SG140447A1 (en) * | 2003-08-12 | 2008-03-28 | Sony Corp | Method of forming a micro-rotating device, and a micro-rotating device produced by the method |
SG139521A1 (en) * | 2003-08-12 | 2008-02-29 | Sony Corp | Method of producing a thin electromagnetic motor |
KR100930178B1 (ko) * | 2004-01-15 | 2009-12-07 | 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 | 온 칩 시스템 |
FR2872501B1 (fr) * | 2004-07-01 | 2006-11-03 | Commissariat Energie Atomique | Microresonateur composite a forte deformation |
US7696102B2 (en) * | 2005-03-31 | 2010-04-13 | Gang Zhang | Methods for fabrication of three-dimensional structures |
US8216931B2 (en) * | 2005-03-31 | 2012-07-10 | Gang Zhang | Methods for forming multi-layer three-dimensional structures |
US7659802B2 (en) * | 2006-03-15 | 2010-02-09 | Honeywell International Inc. | Bi-stable magnetic latch assembly |
US8043931B1 (en) | 2006-09-18 | 2011-10-25 | Gang Zhang | Methods for forming multi-layer silicon structures |
JP5032949B2 (ja) * | 2007-11-14 | 2012-09-26 | エイチジーエスティーネザーランドビーブイ | マイクロアクチュエータ、ヘッド・ジンバル・アセンブリ及びディスク・ドライブ装置 |
US8337141B2 (en) * | 2008-02-14 | 2012-12-25 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Rotary nanotube bearing structure and methods for manufacturing and using the same |
EP2559534B1 (en) | 2008-09-26 | 2023-10-25 | Raytheon Technologies Corporation | Composition and method for casting manufacturing |
US8813824B2 (en) | 2011-12-06 | 2014-08-26 | Mikro Systems, Inc. | Systems, devices, and/or methods for producing holes |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4761210A (en) * | 1985-09-30 | 1988-08-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for generating structures in micro-mechanics |
US4928029A (en) * | 1987-02-27 | 1990-05-22 | Maxtor Corporation | In-spindle motor assembly for disk drive and method for fabricating |
KR910000087B1 (ko) * | 1987-03-12 | 1991-01-19 | 미츠비시 덴키 가부시키가이샤 | 직류기의 회전자 |
US4943750A (en) | 1987-05-20 | 1990-07-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Electrostatic micromotor |
US4997521A (en) | 1987-05-20 | 1991-03-05 | Massachusetts Institute Of Technology | Electrostatic micromotor |
US4740410A (en) * | 1987-05-28 | 1988-04-26 | The Regents Of The University Of California | Micromechanical elements and methods for their fabrication |
US5001381A (en) * | 1987-12-08 | 1991-03-19 | Akio Takahashi | Electro-static motor |
JPH078149B2 (ja) * | 1989-06-16 | 1995-01-30 | 松下電器産業株式会社 | 静電型マイクロモータの駆動力伝達装置 |
DE4003116A1 (de) * | 1990-02-02 | 1991-08-08 | Fraunhofer Ges Forschung | Dielektrischer motor mit gesteuerter laufrichtung und wahlweise kontinuierlichem oder diskontinuierlichem lauf |
DE4009116A1 (de) * | 1990-03-19 | 1991-09-26 | Festkoerper Laser Inst Berlin | Festkoerperlaseranordnung |
US5093596A (en) * | 1990-10-24 | 1992-03-03 | Ibm Corporation | Combined linear-rotary direct drive step motor |
JP3060639B2 (ja) * | 1991-09-05 | 2000-07-10 | 日本電気株式会社 | 微小可動機械の製造方法 |
US5270261A (en) | 1991-09-13 | 1993-12-14 | International Business Machines Corporation | Three dimensional multichip package methods of fabrication |
US5202754A (en) | 1991-09-13 | 1993-04-13 | International Business Machines Corporation | Three-dimensional multichip packages and methods of fabrication |
JPH0715969B2 (ja) | 1991-09-30 | 1995-02-22 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | マルチチツプ集積回路パツケージ及びそのシステム |
US5266859A (en) * | 1991-10-09 | 1993-11-30 | General Electric Company | Skewing of pole laminations of a switched reluctance machine to reduce acoustic noise |
US5378583A (en) * | 1992-12-22 | 1995-01-03 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Formation of microstructures using a preformed photoresist sheet |
US5412265A (en) * | 1993-04-05 | 1995-05-02 | Ford Motor Company | Planar micro-motor and method of fabrication |
DE4400315C1 (de) * | 1994-01-07 | 1995-01-12 | Kernforschungsz Karlsruhe | Verfahren zum stufenweisen Aufbau von Mikrostrukturkörpern und damit hergestellter Mikrostrukturkörper |
US5631514A (en) * | 1994-06-09 | 1997-05-20 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Microfabricated microengine for use as a mechanical drive and power source in the microdomain and fabrication process |
US5649349A (en) * | 1995-05-05 | 1997-07-22 | Greenway; Glenn W. | Method for manufacturing of laminated components |
US5710466A (en) * | 1995-06-19 | 1998-01-20 | Georgia Tech Research Corporation | Fully integrated magnetic micromotors and methods for their fabrication |
-
1996
- 1996-04-05 TW TW085103963A patent/TW374211B/zh not_active IP Right Cessation
- 1996-07-15 KR KR1019960028479A patent/KR100294741B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1996-07-15 EP EP96305180A patent/EP0757431A3/en not_active Withdrawn
- 1996-07-29 JP JP19877796A patent/JP3540513B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1996-12-24 US US08/772,841 patent/US5763318A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-11-04 US US08/999,871 patent/US5955818A/en not_active Expired - Lifetime
-
2004
- 2004-02-13 JP JP2004037233A patent/JP4056482B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5763318A (en) | 1998-06-09 |
EP0757431A3 (en) | 1997-10-08 |
JP2004201499A (ja) | 2004-07-15 |
US5955818A (en) | 1999-09-21 |
TW374211B (en) | 1999-11-11 |
JPH09117164A (ja) | 1997-05-02 |
KR970013583A (ko) | 1997-03-29 |
KR100294741B1 (ko) | 2001-11-30 |
EP0757431A2 (en) | 1997-02-05 |
JP4056482B2 (ja) | 2008-03-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3540513B2 (ja) | 複数の超小型構造層から製作された機械 | |
JP5806254B2 (ja) | 単結晶シリコン電極を備えた容量性微小電気機械式センサー | |
US5043043A (en) | Method for fabricating side drive electrostatic micromotor | |
JP3884795B2 (ja) | アバットメントにより基板から離れて保持された有効層を備えた構造体の製造方法及びそのような層の分離方法 | |
TWI310365B (en) | Sensor device and production method therefor | |
US6428713B1 (en) | MEMS sensor structure and microfabrication process therefor | |
US7863072B2 (en) | Micromechanical diaphragm sensor having a double diaphragm | |
US8679887B2 (en) | Method for manufacturing a micro-electro-mechanical device, in particular an optical microswitch, and micro-electro-mechanical device thus obtained | |
JP5638598B2 (ja) | 垂直に集積されたmems加速度トランスデューサ | |
US6649947B2 (en) | Surface-micromachined rotatable member having a low-contact-area hub | |
US5093594A (en) | Microfabricated harmonic side-drive motors | |
US20050102721A1 (en) | Apparatus and method for making a low capacitance artificial nanopore | |
JPH10510136A (ja) | 静電モータおよびその製造方法 | |
US9783407B2 (en) | Method for making a suspended membrane structure with buried electrode | |
KR100889115B1 (ko) | Soi 기판상에 공동구조를 형성하는 방법 및 soi기판상에 형성된 공동구조 | |
Sarajlić et al. | Advanced plasma processing combined with trench isolation technology for fabrication and fast prototyping of high aspect ratio MEMS in standard silicon wafers | |
JPH0870130A (ja) | マイクロメカニズムデバイス、マイクロシステム及びその製造方法 | |
EP1787946B1 (en) | Thermally isolated membrane structure | |
Suzuki | Single crystal silicon micro-actuators | |
JPH0894666A (ja) | 容量型加速度センサの製造方法 | |
Esashi | Wafer-level packaging, equipment made in house, and heterogeneous integration | |
JP2626460B2 (ja) | 静電マイクロモータ | |
US6355578B1 (en) | Manufacturing method for a composite device | |
JPH0621532A (ja) | 微小回転機構 | |
JPH039504A (ja) | マイクロ・コイルの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040213 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040325 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080402 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |