JP3641018B2 - 磁気マイクロ接触器の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気マイクロ接触器、すなわち、寸法が数１０ミクロンのオーダであり、接点スタッドを設けた基板の上側に配置されたフレキシブル・ビームを有する。そのビームが磁石によって吸引されて電気接点を開閉することができるよう少なくとも部分的に強磁性体から形成されている接触器に関するものである。
【０００２】
また本発明は、上記マイクロ接触器をこれを構成する種々の導電材の蒸着によって得ることが可能な上記マイクロ接触器の製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
磁石の接近により形成される磁場の影響によって電気回路の開閉を可能にする装置はずっと前から周知であり、自然な発展に続いて、この種の装置の構成のみならず、小形化に関しても、基礎的な原理に対する様々な改良がなされて来た。
【０００４】
構造に関しては、例えば米国特許第３，９７４，４６８号に開示された装置の１つを引用することができ、この装置においては、非強磁性の可撓性導電ストリップを曲げてから、接点スタッドを支える支持体に固定する一方、この支持体に面する上記ストリップの部分は、磁石によって吸引されて接点を閉じることが可能な強磁性体によって部分的に被覆されている。これによれば、導電ストリップの寸法は小さくすることはできるが、寸法が数１０ミクロンのオーダのパーツからなる機械的アセンブリを得るといったことを構想することは不可能である。
【０００５】
小形化に関しては、マイクロ機械加工（微細加工）技術、及び特にシリコンウェーハ・エッチング技術によって非常に小さい寸法の構造を得ることが可能となった。例えば、特許第ＤＤ ２４８ ４５４号には、ベース及び弾性ストリップをシリコンプレートのエッチングによって形成し、次に導体または強磁性にする必要のある部分を蒸着することにより得られる磁気接触器が開示されている。容易に理解できるように、この構造の接触器を得るための方法は、種類の異なる技術を含む一連のステップを必要とするという欠点がある。
【０００６】
また、主に電子回路のために相互接続プレートを形成するためのものとして、マスクを介して連続蒸着ステップを行うことにより、非常に小さい寸法の導電ストリップを重ねた構造を得ることも可能である。例えば、特許ＥＰ ０ ４５９６６５号には、上記のような形の装置で、最終製品にマスクが残る装置が開示されている。また、米国特許第４，８９９，４３９号では、３次元の中空剛質構造を得るためにマスクを除去することが提案されている。しかしながら、上記２つの従来例においては、接着層を除いて、全蒸着プロセスを１つの材料だけで行うようになっており、その材料からは導電性しか期待できず、他の物性として、新しい応用、用途を思い付くことを可能ならしめる強磁性を期待することはできない。また、このような方法で得られる構造のストリップまたはビームは、利用可能な機械的性質、特に可撓性がないということも分かる。
【０００７】
しかしながら、上記のような従来技術と異なり、本願出願人は、可撓姓材料と強磁性を有する材料を組み合わせて使用することにより、寸法が数１０ミクロンのオーダの「リード」型マイクロ接触器を既に製造している。この形の１つの「リード」型マイクロ接触器は、特許出願第ＥＰ ０ ６０２ ５３８号の発明の目的としたものであり、参照によって本願に組み込まれる。上記特許出願に開示された装置は、互いに対向し、間隙によって互いに分離された２本の強磁性体のビームが形成されるようマスクを介して導電材及び強磁性体を蒸着することによって得られ、上記ビームの少なくとも一方は可撓性を有し、フット部によって支持体に結合されている。このマイクロ接触器は十分満足できるものではあるが、この形の装置には、リード接触器の通常の欠点、すなわちその使用には磁束の発生器の非常に正確な位置決めが必要であり、また他の強磁性部分との近接によって誘起され得る外乱に対する感度が大き過ぎるという欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上記のような欠点を解消することができ、これによって起動のための磁石の位置決めに上記のような高精度が不要で、かつその動作が他の強磁性部分のとの近接によって影響されることがない磁気マイクロ接触器を提供することにある。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、通常の機械加工技術、あるいはマイクロ機械加工技術によってさえ不可能な効果的なやり方で、寸法が数１０ミクロンのオーダの磁気マイクロ接触器を得ることが可能な磁気マイクロ接触器の製造方法を提供することにある。
【００１０】
以下の説明から明らかなように、本発明による磁気マイクロ接触器は、前記欧州特許出願第ＥＰ ０ ６０２ ５３８号に開示した装置より厚さがさらに薄く、かつ製造に必要なステップ数がより少ないためより低コストで製造することができるという長所を有する。
説明の便宜上、本発明による磁気マイクロ接触器を以下「ＭＭＣ接触器」と称する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一端部がフット部を介して基板に取り付けられ、遠端部が上記基板上に形成された接点スタッドの上側に配置されている１つまたは２つ以上の導電材で形成されたフレキシブル・ビームを具備したＭＭＣ接触器である。上記フット部及びスタッドが導電材で形成されていると共に、上記ビームの少なくとも一部が、磁石によって起動されて上記遠端部を接点スタッドに対して接近、離反させることによって接点開閉を行うことができるように強磁性体で形成されているＭＭＣ接触器である。
【００１２】
本発明は、上記の形態の磁気マイクロ接触器を蒸着により製造する方法であって、
ａ）絶縁基板上に互いに分離された２つの導電領域を形成するステップと、
ｂ）フォトレジスト層を被着することによって第１のマスクを形成し、このフォトレジスト層をパターニングすることによって各々導電領域の対向縁部の近傍の上部に配置された少なくともの２つの窓を形成するステップと、
ｃ）上記窓中において導電材をフォトレジスト表面と面一になるまで蒸着により成長させることによってスタッドを形成するステップと、
ｄ）フォトレジスト層を被着することによって第２のマスクを形成し、その全厚に及んでパターンニングすることにより１つのスタッドの上部に低アスペクト比を有する窓、すなわちテーパ壁を有する窓を形成するステップと、
ｅ）上記ステップｄ）で形成されたフォトレジスト層、窓の壁及び底の全表面に中間メタライゼーション層を形成するステップと、
ｆ）厚いフォトレジスト層を被着することによって第３のマスクを形成し、その全厚に及んでパターニングすることによって、基板上の導電領域の対向縁部の近傍に配置されたスタッドの互いに最遠の縁部間にわたる溝を形成するステップと、
ｇ）蒸着によって強磁性体を成長させることによりビームを形成するステップで、なるべくはその前に電気的接触を改善するための薄い厚さの非磁性材料の蒸着を行うステップと、
ｈ）蒸着によって湾曲を起こさせる湾曲性材料を成長させるステップと、
ｉ）上記フォトレジスト層及び中間メタライゼーション層を１操作または２操作以上で化学作用と機械的作用の併用によりあるいはもっぱら化学作用だけで除去するステップと、を具備した方法にある。
【００１３】
蒸着を行うためのマスクは、一般名「フォトレジスト」で呼ばれるフォトレジストの層を形成し、パターニングすることによって所望の位置にフォトレジスト層の厚さの窓を配置することからなる周知の方法によって得られる。
【００１４】
使用するフォトレジストの種類、及び使用条件によって、形成される窓のアスペクト比を変えることが可能である。一般に、フォトレジストメーカーが推奨する最適条件に従うことによって、高いアスペクト比を有する窓、すなわちほぼ垂直な壁面を持つ窓が得られる。一方、最適推奨条件からずらすことによって、低いアスペクト比、すなわちテーパ壁を有する窓が得られる。
【００１５】
ビームの蒸着のためのステップｇ）で使用する強磁性体は、例えば、２０／８０の割合の鉄−ニッケル合金である。
【００１６】
ステップｈ）で使用する湾曲性材料は、例えばクロムである。一方、ステップｈ）を省略し、これに替えてステップｇ）の前に引張性金属の蒸着を行うステップｈ′）を入れることも可能である。電気的接触を良くするために使用する材料は、例えば金である。同様に、フット部及びスタッドは任意の金属で形成することができるが、この蒸着ステップでは好ましくは金を使用する。
【００１７】
このように、上記の本発明の方法におけるステップａ）及至ｇ）及びｉ）を実行することによって、ビームの遠端部と接点スタッドが自由空間により分離されたＭＭＣ接触器を得ることができる。これは、磁場がない時常開となるＭＭＣ接触器が得られる本発明の第１の実施態様に相当する。
【００１８】
一方、上記方法のステップａ）及至ｉ）を実行することによって、磁場がない時ビームの内部応力による強制曲げによってその遠端部と接点スタッドとが接触状態に保たれるＭＭＣ接触器を得ることができる。これは、常閉のＭＭＣ接触器が得られる第２の実施態様に相当する。
【００１９】
本発明の特徴並びに長所は、以下図面を参照して行う本発明の実施例の詳細な説明において明らかにする。
【００２０】
【実施例】
図１及び２は、本発明の第１の実施例によるＭＭＣ接触器（磁気マイクロ接触器）を示す。図示のＭＭＣ接触器は、接点スタッド２及びフット部３を支持する絶縁基板１を有し、フット部３の上部には、ビーム５の端部４が支持されるとともに、ビーム５の遠端部６は接点スタッド２の上側にこれとの間に小さな自由空間を隔てて配置されている。基板には、ＭＭＣ接触器と電子回路との接続を容易にすることができるよう、上記の他に２つのスタッド７及び８を設けてもよい。これらのスタッド７及び８は、メタライゼーションにより得られる導電領域９及び１０によってそれぞれスタッド２及びフット部３に接続されている。後述するように、これらの各導電領域９及び１０は、それぞれ基板１に対する付着のための第１の層９ａ及び１０ａと、蒸着形成助長するための第２の層９ｂ及びｌ０ｂよりなる。フット部及びビームは、導電材１１の蒸着によって形成され、その導電材としては、高品質の電気的接触が確保されるような材料を選択することが望ましい。例えば、金を使用し、スタッド２の高さは、通常５及至１０μｍの間とし、フット部３の基底面からビーム５の上面までの高さは、ビームの遠端部６とスタッド２とを隔てる隙間がほぼ２及至５μｍの間となるよう１０及至２５μｍの間とする。ビームは、２０／８０の割合の鉄−ニッケル合金のような低ヒステリシスの強磁性体１４の蒸着によって形成され、上記蒸着は、その前に接触を改善するための金の層のような薄い層１３を蒸着してから行うようにしてもよい。図２により分かり易く示すように、このビームは、磁石１６によって吸引されたとき、スタッド２に接触するのに十分な可撓性を具備するような寸法、すなわち厚さ３及至１０μｍ、幅５及至２０μｍ、長さ３００及至６００μｍで、ほぼ矩形の断面を有する。
【００２１】
それ自体は周知のある技術によれば、ＭＭＣ接触器は、個別に製造されるのではなく、同じ基板上にロットまたはバッチ単位で作り込まれ、その後各接触器を切断することができるようになっている。さらに、切断作業の前には、例えば接着によって保護用のフードを各接触器の上に取り付けることが可能であり、それが望ましくさえある。
【００２２】
図３及び４は、本発明によるＭＭＣ接触器の第２の実施例を示す。図１と３を比較すると、図３の実施例では、ビーム５にもう１つの蒸着層１５が形成されているということが分かる。この蒸着は導電材を用いて行われる。この導電材は強磁性かどうかは問わない。湾曲性を持つように蒸着されている。この実施例の場合は、１及至５μｍの厚さでクロムの蒸着を行った。図３に示すように、後で詳細に説明する製造プロセスが終わった段階では、クロムの蒸着によって拘束力が生じ、この力が、磁場がないとき、ビームを曲げて、スタッド２とビームの遠端部６とを接触状態に保つ。図４は、図３のＭＭＣ接触器が、磁石１６の接近に伴って開位置にある状態を斜視図で示す。
【００２３】
次に、図５及至１３を参照して、絶縁基板１から本発明によるＭＭＣ接触器を得る方法の一実施例についてさらに詳細に説明する。この基板は、ガラスまたはセラミックのような天然の絶縁体でも、あかじめ処理加工によって絶縁体としたものでもよい。
【００２４】
例えば、バッチ生産上有利であることからシリコンウェーハを用いる場合は、疑似単分子二酸化ケイ素絶縁膜を形成するよう、前もってウェーハを酸素雰囲気の炉中で酸化処理する。
【００２５】
図５に示す第１ステップにおいては、グリッピング・メタル（定着金属）の蒸着、次いで蒸着効果を改善するための金属の蒸着によって基板１上に形成されたメタライゼーション層を従来技術によりエッチングすることによって互いに絶縁された導電領域９、１０を形成する。第１の層９ａ、１０ａは、例えば５０ｎｍのチタンによって形成され、第２の層９ｂ、１０ｂは２００ｎｍの金によって形成される。
【００２６】
図６に示す第２ステップにおいては、導電領域９、１０及びこれらを互いに分離している基板１の全面に第１のフォトレジスト層２０を５及至１０μｍの厚さに蒸着させる。次に、このフォトレジスト層には、通常の技術によってパターニングすることにより、導電領域９、１０の向かい合う縁部の近傍の上に２つのウィンドウ２２、２３を形成させ、やはり導電領域９、１０の上部で上記２つのウィンドウと同じ直線上に位置を合わせて他の２つのウィンドウ２４、２５を形成する。フォトレジスト・メーカーにより公表された使用説明書の指示に従うことによって、大きいアスペクト比を有する窓、すなわちほぼ垂直な壁を持つ窓が得られる。
【００２７】
図７に示す次のステップにおいては、窓２２、２３、２４、２５にフォトレジストの表面と同一面になるまで金属を蒸着する。この蒸着を行うためには、腐食しにくく、良好な電気的接触が確保される金のような金属を用いることが好ましい。このようにして、４つのスタッド、すなわちフット部３の基部を形成するスタッド３ａ、ＭＭＣ接触器の接点スタッドであるスタッド２、外部電子回路への接続スタッドであるスタッド７、８が形成される。
【００２８】
図８に示す第４ステップにおいては、新たにフォトレジスト層３０を蒸着することによって第２のマスクを形成し、その全厚に及ぶパターニングを行うことにより、スタッド３ａの上部に窓３３を形成する。この場合は、前の第３ステップと異り、使用するフォトレジストに対しての推奨される最適条件からずらすことによって、低いアスペクト比、すなわちテーパ壁面を有する窓３３を形成する。このステップで被着したフォトレジスト層の厚みは、次のステップにおいて形成される接点スタッド２とビーム５の遠端部６との間に２及至５μｍの絶縁間隙を作るためにも使用される。
【００２９】
図９に示す第５のステップでは、蒸着によってフォトレジスト３０及び窓３３の壁並びに底の全表面に薄い金属層を蒸着させる。使用する金属は金が好ましく、この中間メタライゼーション層３１は、次の蒸着ステップのための導体として使用する。
【００３０】
図１０に示す第６のステップにおいては、第３の厚いフォトレジスト・マスク４０を形成し、その全厚に及ぶパターニングを行うことによって、向かい合っている導電領域９、１０の縁部の上に設けられたスタッド２、３ａの互いに最遠の縁部間にわたる溝４５を得る。従って、このパターニングでは、ビーム５の下側となる部分と、フット部３の第２の部分の形成に使用された窓３３中にあるメタライゼーション層３１の部分だけが露出された状態になる。
【００３１】
図１１及び１２は、ビーム５の成長ステップを示し、これらのステップはまず電気的接触を改善するために金１３を蒸着するステップと、その後ビーム５の能動材料を形成する強磁性体を３及至１０μｍの厚さに被着するステップとからなる。この実施例で使用する強磁性体は、２０／８０の割合の鉄−ニッケル合金である。
【００３２】
本発明の方法のこの段階では、蒸着及び中間メタライゼーション層３１の形成を案内するために用いたマスク２０、３０、４０を１操作またはいくつかのステップで除去して、図１に示す形のＭＭＣ接触器を得る。このマスク除去を１ステップで行う場合は、アセトン系製品のようなフォトレジストを溶解させる化学薬品を、非常に薄い被膜を破壊する超音波のような機械的な手段と併用する。マスク除去をいくつかのステップで行う場合は、フォトレジスト及び中間メタライゼーション層をそれぞれ溶解させることができる化学薬品を順次使用する。
【００３３】
図３に示す形のＭＭＣ接触器を得るためには、図１３に示すように、蒸着によって被着したとき湾曲性を持つクロムのような金属を用いて、もう１つの蒸着ステップ１５を行う。マスク及び中間メタライゼーション層の除去後においては、前に述べたように、ビーム５は、曲がって、スタッド２に接触した状態になっている。
【００３４】
以上説明した方法については、当業者は、材料の選択、さらには数１０ミクロンの範囲内における所望のＭＭＣの寸法等の面において様々な修正態様や変形態様が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例によるＭＭＣ接触器の断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施例によるＭＭＣ接触器が磁石によって起動された状態を示す概略斜視図である。
【図３】 本発明の第２の実施例によるＭＭＣ接触器の断面図である。
【図４】 本発明の第２の実施例によるＭＭＣ接触器が磁石によって起動された状態を示す概略斜視図である。
【図５】 図１または図３に示すＭＭＣ接触器の様々な製造ステップを示す断面図である。
【図６】 図１または図３に示すＭＭＣ接触器の様々な製造ステップを示す断面図である。
【図７】 図１または図３に示すＭＭＣ接触器の様々な製造ステップを示す断面図である。
【図８】 図１または図３に示すＭＭＣ接触器の様々な製造ステップを示す断面図である。
【図９】 図１または図３に示すＭＭＣ接触器の様々な製造ステップを示す断面図である。
【図１０】 図１または図３に示すＭＭＣ接触器の様々な製造ステップを示す断面図である。
【図１１】 図１または図３に示すＭＭＣ接触器の様々な製造ステップを示す断面図である。
【図１２】 図１または図３に示すＭＭＣ接触器の様々な製造ステップを示す断面図である。
【図１３】 図１または図３に示すＭＭＣ接触器の様々な製造ステップを示す断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…接点スタッド、３…フット部、５…ビーム、６…遠端点、７、８…スタッド、９、１０…導電領域。

Claims (4)

1. 絶縁基板（１）と、
   前記絶縁基板（１）上に設けられ、外部電気回路への接続手段を有した導電材からなる接点スタッド（２）と、
   前記絶縁基板上に設けられ、外部電気回路への接続手段を有した導電材からなるフット部（３）と、
   １つ以上の導電材を含み、一端（４）が前記フット部（３）を介して前記絶縁基板（１）に取り付けられ、自由端（６）が前記接点スタッド（２）の上方に配置されるとともに、部分的に強磁性材料からなる部分を備えており、前記自由端（６）が磁石（１６）により前記接点スタッド（２）に対して接近離反させて電気的接続を達成もしくは切断するフレキシブル・ビーム（５）と、
   を有した磁気マイクロ接触器の製造方法において、
   ａ） 絶縁基板（１）上に形成された定着メタライゼーション層（９ａ，１０ａ）及び非酸化性金属層（９ｂ，１０ｂ）よりなる互いに分離された２つの導電領域（９，１０）を形成するステップと、
   ｂ） 第１のフォトレジスト層（２０）を被着させることによって第１のマスクを形成した後、前記導電領域（９，１０）の互いに向かい合う縁部の近傍の該導電領域（９，１０）の上部にほぼ垂直な壁面を有する少なくとも２つの窓（２２，２３）を形成するステップと、
   ｃ） 上記窓中に導電材をフォトレジスト表面と面一になるまで蒸着により成長させることによって接点スタッド（２）とフット部（３ａ）とを形成するステップと、
   ｄ） 第２のフォトレジスト層（３０）を被着させるることによって第２のマスクを形成し、前記フット部（３ａ）の上部に前記第２のフォトレジスト層（３０）の全体の厚さに渡るテーパ壁を有する窓（３３）を形成するステップと、
   ｅ） 上記ステップｄ）で形成された第２のフォトレジスト層（３０）、前記テーパ壁を有する窓（３３）の壁及び底の全表面に中間メタライゼーション層（３１）を形成するステップと、
   ｆ） 厚い第３のフォトレジスト層（４０）を被着させることによって第３のマスクを形成し、ついで前記導電領域（９，１０）上に形成された前記接点スタッド（２）とフット部（３ａ）の互いに最遠の縁部間にわたるほぼ垂直な壁面を有する溝（４５）を形成するステップと、
   ｇ） 蒸着によって前記溝（４５）内に導電材（１３）と強磁性体（１４）を成長させることによりフレキシブル・ビーム（５）を形成するステップと、
   ｈ） 上記第１、第２、第３のフォトレジスト層（２０、３０、４０）及び中間メタライゼーション層（３１）を除去するステップと、を具備した方法。
2. ステップ（ｇ）と（ｈ）の間に、前記フレキシブル・ビームの自由端（６）を接点スタッド（２）に向けてたわませるための湾曲性材料（１５）を、蒸着によって前記強磁性体（１４）の上に成長させるステップ
   を有する請求項１記載の方法。
3. 湾曲性材料（１５）はクロムである請求項２の方法。
4. 前記強磁性体（１４）は２０／８０の割合の鉄−ニッケル合金である請求項１記載の方法。

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