(57)【要約】マイクロ電気機械システムは、変形可能な部分に固定して取り付けられる変形可能な部分（１）および少なくとも１つの応力センサ（１０）を備える。センサ自体はベース部（２）を備え、変形可能な部分（１）上に分路部分（３）を並置し、接続体（４ａ―４ｄ）は、ベースおよび分路部分の電流の分布の変化を検出するために配置した。このようなシステムは、多くの応用例に適していて、特に原子間力顕微鏡の一部のアームを形成するため、またはバイオセンサの構成に入れるためにある。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能部分（１）と、前記変形可能部分に強固に結合された少なくとも１つの応力検出器（１０、２０）とを有するマイクロ電気機械システムであって、
各検出器は、
電気導電性を有するベース部分（２）および分路部分（３）であって、それぞれの部分の隣接する側面に沿って、互いに電気接触するように前記変形可能部分（１）上に並置され、前記分路部分が前記ベース部分の電気電導率よりも高い電気電導率を有する、ベース部分および分路部分と、
前記ベース部分が前記分路部分と接触している接触区域から離れて、前記ベース部分（２）に接続された一組の電気接続体（４ａ〜４ｈ、５ａ〜５ｈ）であって、前記ベース部分および前記分路部分の電流分布の変化を、前記電気接続体を使用して電気的に検出することができるように構成された一組の電気接続体と、を有するシステムにおいて、
前記ベース部分（２）および前記分路部分（３）のそれぞれの材料が、前記それぞれの部分の間の接触抵抗が前記システムの変形に応じて変わるように選択された、ことを特徴とするマイクロ電気機械システム。
【請求項２】
前記ベース部分（２）および分路部分（３）は、前記変形可能部分の表面から突出することのない前記変形可能部分（１）に一体化される、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項３】
前記ベース部分（２）は半導体材料から作られ、前記分路部分（３）は金属類からなる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項４】
前記ベース部分（２）の材料は、可変の導電率を有し、
前記ベース部分の材料が応力を受ける場合に、導電率の異方性が変化する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項５】
前記ベース部分（２）は、立方構造の実質的に単一の結晶のシリコンを主成分とし、
前記ベース部分（２）および分路部分（３）の前記それぞれの隣接するほぼ垂直な［１１０］軸を有する、ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６】
前記変形可能部分（１）に取り付けられる２つ応力検出器（１０、２０）を備え、
前記変形可能部分（１）の変形に関する差動測定を提供するために配置され、例えば、前記変形可能部分（１）の両面上に配置される、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７】
少なくとも１つの電気差動測定回路を更に備え、
前記電気差動測定回路は電気接続体（４ａ―４ｈ、５ａ―５ｈ）に対して接続され、
それぞれ前記２つの検出器（１０、２０）に接続し、
前記マイクロ電気機械システムに一体化される、ことを特徴とする請求項６に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８】
前記電気差動測定回路は、ホイートストンブリッジまたはケルビンブリッジのようなブリッジを備える、ことを特徴とする請求項７に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項９】
前記変形可能部分（１）は、梁を備える、ことを特徴とする請求項１乃至８に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項１０】
固定された部分（１１０）を更に備え、
前記梁（１）は、システムにおいて自由端（１１）を有し、
端部が一体化して固定部（１２）に接続する、ことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項１１】
少なくとも１つの応力検出器（１０）は、前記固定部に接続している前記梁の前記端部の近くに配置される、ことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項１２】
前記電気接続体（４ａ―４ｈ、５ａ―５ｈ）は、各検出器（２）の前記ベース部分に配置され、前記梁（１）の曲げ変形が前記接続によって電気的に検出可能である、ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項１３】
前記電気接続体（４ａ―４ｈ、５ａ―５ｈ）は、各検出器（２）の前記ベース部分に配置され、
２つの異なるモードの前記梁（１）の変形が別に検出可能な接続手段である、ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項１４】
請求項１０乃至１３のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムを備える原子間力顕微鏡であって、
観測表面における高さの変化または表面摩擦の変化のような物理特性および／または化学特性の少なくとも１つの構造における変化を検出することを目的とする前記原子間力顕微鏡の１つアームの梁（１）形成部を備える、ことを特徴とする原子間力顕微鏡。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムを備え、
流体の前記構成を分析する分析器。
【請求項１６】
請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムを備え、
最初に分析流体に含まれる分子が前記変形可能部分の規定されたゾーンにおいて吸着される場合、前記変形可能部分（１）は変形させるために設計されている、ことを特徴とする生物探知器。
【請求項１７】
前記変形可能部分（１）は、前記規定された区域に金層（１３）を備え、
前記分析流体に含まれる前記分子（Ｍ）が、前記分子のチオール末端基を介して金膜上に吸着される、ことを特徴とする請求項１６に記載の生物探知器。
【請求項１８】
前記変形可能部分（１）は、化学官能基によって前記規定された区域において表面改質であり、変形可能部分（１）上へ移植され、
選択的に前記分析流体に含まれる分子（Ｍ）を取り付けるように選択される、ことを特徴とする請求項１６に記載の生物探知器。
【請求項１９】
前記変形可能部分（１）は、前記規定された区域に金膜（１３）を備え、
前記化学官能基が、前記化学官能基のチオール末端基を介して前記金膜に移植される、ことを特徴とする請求項１８に記載の生物検出器。
【請求項２０】
請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムを備える生物剤分析器。
【請求項２１】
医学分析を実施することに適する、請求項２０に記載の生物剤分析器。
【請求項２２】
請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムを備える加速計。
【請求項２３】
エアバッグの膨張を誘発するために設計された、請求項２２に記載の加速計を備えるエアバッグ。
【請求項２４】
飛行機の部品、建造物の部品、橋の部品、レール、掘削ヘッドの部品、またはその他に関して１つを変化させやすいそれぞれの内部圧力を有する２つコンパートメントの間の分離膜のように、前記システムが取付けられている支持体の変形を検出する、請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムの使用。
【請求項２５】
請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムを備え、流体のパラメータを取得するためのセンサであって、
密度から選択される前記パラメータ、温度または前記流体の流速、または可動部（１）上の前記流体によって堆積される質量、前記流体の前記パラメータにおける変化によって生じる可動部の振動数、または振幅の変化を検出するために設計された前記センサ。
【請求項２６】
主要部分（１００）と上側層（１０２）を有し、前記上側層が中間層（１０１）によって前記主要部分と分離された基板からマイクロ電気機械システムを製造する方法であって、
（ａ）第１電気導電性材料からなり、少なくとも１つのベース部分（２）を有する伝導部分を前記上側層（１０２）の表面に形成するステップと、
（ｂ）前記第１電気導電性材料よりも導電性が高い第２材料からなる分路部分（３）を前記上側層（１０２）の表面に、前記ベース部分（２）と接触させて形成するステップと、
（ｃ）前記ベース部分と前記分路部分の間の接触区域から離れて、前記ベース部分につながる一組の電気接続体（４ａ〜４ｈ）を形成するステップと、
（ｄ）前記上側層の残留部分（１）の少なくとも両側で前記上側層（１０２）をエッチングすることにより、前記残留部分は、前記ベース部分（２）および前記分路部分（３）を支持する前記上側層の区域から突出するステップと、
（ｅ）前記上側層（１）の前記残留部分を含む前記基板の区域で、前記基板（１００）の前記主要部分と前記中間層（１０１）とを除去するステップとを有する方法。
【請求項２７】
第１導電材料でできている導電部分（１０４）は、上側層（１０２）の部分の第１ドーピングによって、ステップ（ａ）において形成される、ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ステップ（ｂ）は、サブステップとして、
（ｂ１）前記上側層（１０２）の第２ドーピングは、第１ドーピングの濃度より高い集中を有し、前記分路部分（３）に相当する前記上側層の中で、選択的に１つを実施するステップと、
（ｂ２）一部の金属（３０）は、選択的に前記分路部分（３）の上で前記上側層（１０２）に堆積するステップと、
（ｂ３）前記基板を加熱して前記金属が前記上側層（１０２）に拡散して前記分路部分（３）に侵入させるステップと、を有することを特徴とする請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】
第２ドーピングは、前記ベース部分（２）に隣接してステップ（ａ）の前記第１ドーピングによって発生される導電部分（１０４）の一部分がステップ（ｂ１）において実施される、ことを特徴とする請求項２７または２８に記載の方法。
【請求項３０】
ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）は、同時に実行され、
前記上側層（１０２）におけるステップ（ａ）の前記第１ドーピングによって発生される前記導電部分（１０４）は、前記ベース部分（２）、前記分路部分（３）および前記電気接続体（４ａ、４ｂ）の接合に対応し、
ステップ（ｂ１）の前記第２ドーピングは、前記分路部分（２）および前記電気接続体（４ａ、４ｂ）に対応する前記導電部分（１０４）において、同時に選択的に実施され、
一部の金属（３０）は、同時かつ選択的に前記分路部分（３）上および前記電気接続体（４ａ、４ｂ）の中で、ステップ（ｂ２）において堆積し、
ステップ（ｂ３）の加熱を実行し、前記金属（３０）を前記分路部分（２）および前記電気接続体（４ａ、４ｂ）に同時に拡散させる、ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ベース部分（２）および分路部分（３）の少なくとも１つは、リソグラフィ方法を使用して形成される、ことを特徴とする請求項２６乃至３０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３２】
前記第１電気導電性材料が選択され、前記ベース部分が応力を受ける場合に、前記第１電気導電性材料が可変の導電率を有して異方性が変化する、ことを特徴とする請求項２６乃至３１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３３】
前記第１電気導電性材料は、立方構造の実質的にシリコンの単一結晶を主成分とし、
前記部分が前記第１電気導電性材料の前記シリコンの前記軸［１１０］にほぼ垂直にそれぞれの隣接する側面をそれぞれ有するように、前記ベース部分（２）および分路部分（３）が形成される、ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部分と応力検出器を有するマイクロ電気機械システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電気機械システムまたはＭＥＭＳは、可動部分を含む一体化された電子装置である。
マイクロ電気機械システムは、可動部分を製造するための製造技術を含む、集積電子回路用の標準製造技術を使用して製造される。
そのようなシステムは、特に、共振器やマイクロスイッチを形成することができる。
システムの中には、可動部分の位置を検出する検出器を含むものがある。
この検出器により、システムの状態を観測したり、あるいは、例えば、システムが周波数フィルタである場合に、可動部分の変位に対応する電気出力信号を送出したりすることが可能になる。
公知の位置検出器は、その静電容量が可動部分の位置に応じて変わるコンデンサからなるか、または可動部分に担持されたＭＯＳトランジスタのゲート部からなる。
これらの位置検出器の動作は、可動部分を囲んで存在する周囲媒体の誘電性の導電率に依存する。
ここで、幾つかの用途については、特に、液体またはガス状媒体内で、この導電率が変動することがあり、これは、検出結果を不正確にする。
ＭＥＭＳに組み込まれる他の検出器には、圧電材料の一部からなるものがある。
しかし、この場合、ＭＥＭＳの可動部品の位置については、交互応力が作用する場合にのみ分かる。
【０００３】
さらに、上記の欠点の一部がなくなった、可動部分の位置を検出する高分解能の検出器が開発された。
そのような検出器のうち、可動部分上での光ビーム、通常では、レーザビームの反射に基づく光検出器について言及する。
この場合、一組の光検出器上のビームの衝突点は、移動部品の位置に応じて変わる。
しかし、そのような光検出器は、別の欠点を有する、すなわち、その検出器はかさばり、可動部分が反射性であることを必要とし、前記部品を囲む周囲材料が透過性であることを必要とする。
さらに、正確な光学的配列および校正が必須である。
最後に、ビームは、測定に関する解釈を誤らせがちな寄生光化学反応を引き起こすことがあるので、光ビームの使用は、特定の用途、特に、化学用途に適合しない。
【０００４】
互いにきわめて接近した導電性材料の２つの部分間にあるトンネル効果に基づく検出器もある。
これらの検出器では、トンネル効果電流の強度を使用して、２つの部分の間の距離を測定する。
しかし、そのような検出器の特性は、非線形性が高く、ＭＥＭＳ内に現在作られている可動部分の弾性定数に適合しない。
さらに、トンネル電流が典型的な検出信号となるのに十分なだけ安定するように、そのようなトンネルタイプの検出器を高い真空状態で使用することが必要である。
これは、環境に影響を与えるかなりの制約をもたらし、この制約によって、このタイプの検出器の使用が限定される。
【０００５】
最後に、特定のＭＥＭＳでは、可動部分の位置を検出する検出器の代わりに応力検出器を使用する。
そのような検出器は通常、ＭＥＭＳの可動部分の圧電的挙動に基づいていて、位置検出器よりも外部摂動の影響を受けにくい。
しかし、検出の感度は、可動部分の構成材料固有のピエゾ抵抗によって制限されるために通常低い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の１つの目的は、システムの状態を検出する検出器を内蔵するが、上記の欠点がないマイクロ電気機械システムを提案することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、多くの用途に使用することができ、特に、様々な周囲媒体内で使用できるマイクロ電気機械システムを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このために、本発明は、変形可能部分と、変形可能部分に強固に結合された少なくとも１つの応力検出器とを有するマイクロ電気機械システムを提示する。
各応力検出器それ自体は、導電性を有するベース部分および分路部分であって、前記部分のそれぞれの隣接する側面に沿って、互いに電気的に接触するように変形可能部分上に並置され、分路部分がベース部分の電気導電性よりも高い電気導電性を有する、ベース部分および分路部分と、前記ベース部分が分路部分と接触している接触区域から離れて、ベース部分に接続された一組の電気接続体であって、ベース部分および分路部分内の電流分布の変化を、前記接続体を使用して電気的に検出できるように構成された一組の電気接続体とを有する。
【０００９】
さらに、ベース部分および分路部分のそれぞれの材料は、前記部分の間の接触抵抗がシステムの変形に応じて変わるように選択される。
【００１０】
このため、本発明によれば、変形可能部分と検出器は、同一のマイクロ電気機械システム内で一体とされる。
そのような一体化により、コンパクトなアセンブリを得ることができる。
その結果、異なる用途に対応した多くの装置にシステムを容易に導入することができる。
【００１１】
さらに、同一システム内での変形可能部分と検出器のこの一体化により、変形可能部分と検出器の両方を製造するのに、一貫した製造プロセスを使用することが可能になる。
これにより、全体的な製造コストが下がる。
特に、集積電子回路の製造技術を使用して、システムを完全に組み立てることができ、その技術は、現時点で完全に解明されており、システムを小型化し、高い製造歩留まりで大量生産することを可能にする。
これらの製造技術はまた、電子測定回路をマイクロ電気機械システムに組み込むのを可能にして、高い感度と高い測定精度を得ることができるようにする。
【００１２】
マイクロ電気機械システムに組み込まれた検出器は、応力検出器タイプとされる。
そのような検出器は、特に、信頼できる検出結果を提供する。
特に、このタイプの検出器が、変形を受けることを意図された部分に直接取り付けられたならば、システムと接触している流体媒体の誘電導電率の変動によって検出結果が乱されることはない。
従って、多数の用途、特に、システムを、液体でも気体でも、流体に浸す用途に本発明によるシステムを使用することができる。
【００１３】
さらに、本発明によるシステムで使用される応力検出器の感度は、ベース部分と分路部分の間の接触抵抗の変化だけでなく、２つの部分のそれぞれの材料の電気伝導特性の違いによる効果にも基づいている。
得られた感度は高く、マイクロ電気機械システムのきわめて小さい変形を検出することを可能にする。
【００１４】
ベース部分は半導体材料から作られ、分路部分は金属類からなるのが好ましい。
従って、ベース部分と分路部分は電気導電率に大きな差があり、その結果、検出器の感度がいっそう高くなる。
これらの条件下で、可動部分の１オングストローム程度の変位に相当する変形を検出することができる。
例として、ベース部分は、インジウム（Ｉｎ）合金、ならびにアンチモン（Ｓｂ）またはガリウム（Ｇａ）と砒素との合金を含むシリコン（Ｓｉ）で作ることができ、分路部分は、特に、アルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）で作ることができる。
【００１５】
ベース部分の材料は、可変の電気導電率を有することができ、この材料に応力がかかったときに、電気導電率の異方性が変化するのが好ましい。
そのような異方性は、ベース部分に応力が加えられたときに出現し、応力の方向に応じて配向され得る。
さらに、ベース部分の材料の、異なる方向に対応する２つの導電率値には、応力の大きさで決まる導電率値間の差があり、この差の符号は、圧縮応力か、または引張り応力かといった応力の種類に依存することがあり、また、ベース部分の材料の電気ドーピングのタイプに依存することもある。
【００１６】
ベース部分の材料の電気導電率に関するそのような可変異方性は、この材料が、非晶質材料、多結晶材料、または単結晶材料である場合に出現することができる。
例えば、ベース部分は、実質的に、立方構造の単結晶のシリコンを主成分（ベース）とすることができる。
この場合に、この立方構造の［１１０］軸が、互いに隣接するベース部分と分路部分のそれぞれの側面に対してほぼ垂直な場合に、特に高い検出感度が得られる。
【００１７】
検出器の感度をさらに上げるために、一組の電気接続体は、少なくとも３つの接続体を有し、その接続体のうちの２つは、検出器に電流を供給するように設計され、２つの接続体は、この電流によって生じる電圧を検出するように設計される。
そのような構成により、接続体の接触抵抗により生じる、検出接続体の間の測定される電圧への関与を軽減するかまたはなくすことが可能になる。
オプションとして、接続体の１つは、電流供給用と電圧検出用の両方に使用することができる。
【００１８】
あるいは、検出器の一組の電気接続体は、２つの接続体のみを有してもよく、その接続体はそれぞれ、電流供給用と電圧検出用の両方に使用される。
この場合に、検出ノイズに対する検出電圧の比が改良される。
【００１９】
応力検出器は、変形可能な部分上で、変形および／または応力が大きいかまたは最大となる区域に置かれるのが好ましい。
より正確には、ベース部分と分路部分の間の境界面またはベース部分の中央部は、変形部分の中の、変形および／または応力が最大となるその区域に配置される。
検出器のそのような位置決めは、検出器に伝わる応力に応じて大きく変わる物理パラメータ、すなわち、ベース部分の材料の導電率異方性またはベース部分と分路部分の間の電気接触抵抗に基づいて行う。
【００２０】
マイクロ電気機械システムの好ましい構成によれば、ベース部分および分路部分は、変形可能部分の表面から突出することなく、この部分に組み込むことができる。
この場合に、変形可能部分の表面に応力検出器があることで、その機械特性が変わることはない。
特に、変形可能部分の弾性および質量と、変形可能部分の機械振動の固有振動数とは、検出器があることで変わることはないか、きわめてわずかにしか変わらない。
【００２１】
オプションとして、マイクロ電気機械システムは、変形可能部分に堅固に結合された２つの応力検出器を有することができる。
システムの１つの特定の構成によれば、２つの検出器は、変形可能部分の両面に置かれる。
この場合に、変形に関する差動測定を可能にするように２つの検出器を配置することができる。
「変形に関する差動測定」という表現は、本発明の中では、変形可能部分に置かれた２つのそれぞれの応力検出器から送られた検出信号間の減算から得られる測定値を意味すると解釈される。
そのような差動測定用に、本発明はさらに、２つのそれぞれの検出器につながる接続体に接続された少なくとも１つの電気差動測定回路を含むことができる。
この回路はまた、マイクロ電気機械システムに組み込むことができる。
例えば、そのような差動測定回路は、当業者には公知である、二重構造からなる単一のホイートストンブリッジまたはケルビンブリッジタイプ、または他の任意の差動測定ブリッジなどのブリッジを有することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態によれば、システムの変形可能部分は梁で構成することができる。
そのような梁は、さまざまな方法で、特に、梁の長手方向に対して垂直な曲げによってか、ねじりによってか、または伸長−圧縮によって変形させることができる。
【００２３】
少なくとも１つの応力検出器は、梁上で、梁の表面の変形が特に大きい地点に置かれるのが好ましい。
そのような地点は、特に、梁の全長の中央に位置することができる。
有利にも、梁は自由端と、システムの固定部分に強固に連結された端部とを有することができる。
この場合、梁の変形とは、梁の自由端の変位である。
変形可能部分をそのように構成した場合、マイクロ電気機械システムの用途にもよるが、固定部分に連結された梁の端部に近接して、少なくとも１つの応力検出器を配置できるのが好ましい。
【００２４】
特に、各検出器のベース部分上に電気接続体を設けることができるので、曲げによるか、ねじりによるか、または伸長−圧縮による梁の変形をこれらの接続体を用いて電気的に検出することができる。
オプションとして、２つの異なるモードの梁の変形を独立して検出できるように、検出器を構成することができる。
特に、１つの方向の曲げとねじりとによる梁の変形か、あるいは２つの特定の方向の曲げ変形を、電気接続体を用いて、独立してかつ同時に検出することができる。
【００２５】
そのようなマイクロ電気機械システムは、多くの用途に適している。
本発明はまた、原子間力顕微鏡、流体の組成を分析する分析器、生物探知機、生物剤分析器、加速度計、および流体の特性を検出するセンサを提示することができ、上記のそれぞれは、本発明による少なくとも１つのマイクロ電気機械システムを含む。
【００２６】
本発明はまた、そのようなマイクロ電気機械システムを使用して、システムが取り付けられた支持体の変形を検出することを提案する。
そのような支持体は、例えば、変形しやすい機械構造の一部や、相互に変化しやすいそれぞれの内部圧力を有する２つのコンパートメントの間の分離膜とすることができる。
【００２７】
最後に、本発明は、上記に説明したようなマイクロ電気機械システムを製造するプロセスを提示する。
システムは、上側層を備えた主要部分を有する基板から製造され、上側層は中間層によって基板の主要部分から分離される。
プロセスは次のステップを有する。
（ａ）第１の電気伝導材料からなる伝導部分を上側層の表面に形成し、前記伝導部分は少なくともベース部分を有する。
（ｂ）前記第１の材料よりも導電性が高い第２の材料からなる分路部分を、上側層の表面に、ベース部分に接触するように形成する。
（ｃ）ベース部分と分路部分間の接触区域から離れてベース部分につながる一組の電気接続体を形成する。
（ｄ）前記上側層の残留部分の少なくとも両側で上側層をエッチングし、前記残留部分は、ベース部分および分路部分を支持する上側層の区域から突出する。
（ｅ）上側層の残留部分を含む基板の区域において、基板の主要部分および中間層を除去する。
【００２８】
その結果、上側層の残留部分がマイクロ電気機械システムの変形可能部分を形成する。
【００２９】
基板の主要部分および上側層はそれぞれ、シリコン（Ｓｉ）をベースとした材料などの半導体材料で作ることができる。
中間層は、シリカ（ＳｉＯ２）などの電気絶縁材料とすることができる。
この場合に、特に、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）タイプの市販の基板から始めてプロセスを実施できるので、プロセスはとりわけ費用がかからない。
さらに、集積電子回路を製造するのに一般的に使用される製造ツールの幾つかを使用してプロセスを実施できる。
特に、リソグラフィプロセスを使用して、ベースおよび分路という２つの部分の少なくとも一方を形成することができる。
オプションとして、上側層は、実質的に、単結晶、多結晶、または非晶質の層とすることができる。
【００３０】
第１の伝導材料からなる伝導部分は、上側層の部分を最初にドープすることによって、ステップ（ａ）で形成することができる。
【００３１】
そのようなプロセスを実施する１つの特定の方法により、ベース部分および分路部分を、変形可能部分の表面から突出することなく、システムの変形可能部分に組み込んだマイクロ電気機械システムを得ることが可能になる。
この場合に、ステップ（ｂ）は、次のサブステップを有する。
（ｂ１）前記上側層の中の分路部分に対応する部分を選択して、上側層に対する第２のドーピングを実施し、前記第２のドーピングは、第１のドーピングの濃度よりも高い濃度を有する。
（ｂ２）上側層上で分路部分の上面を選択して、金属材料の部分を堆積させる。
（ｂ３）基板を加熱して、金属材料を上側層内に拡散させ、分路層に浸透させる。
【００３２】
オプションとして、ステップ（ｂ１）で、伝導部分のうちの、ステップ（ａ）の第１のドーピングによってベース部分に隣接して生成された部分に、第２のドーピングを実施する。
その結果、ベース部分と分路部分の間に、応力検出器の寿命と感度に関して非常に好ましい電気および機械特性をもつ境界面を得ることができる。
【００３３】
オプションとして、変形可能部分から突出することなく、分路部分と同時に電気接続体を形成することもできる。
このため、ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）を同時に以下のように行う。
ステップ（ａ）の第１のドーピングによって上側層に生成された伝導部分が、ベース部分、分路部分、および電気接続体を連結したものに相当する。
伝導部分のうちの、分路部分および電気接続体に相当する部分にステップ（ｂ１）の第２のドーピングを同時にかつ選択的に行う。
ステップ（ｂ２）で、分路部分および電気接続体の上面に金属材料の部分を同時にかつ選択的に堆積させる。
金属材料が分路部分内と電気接続体内に同時に拡散するように、ステップ（ｂ３）の加熱を行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
これらの図では、同じ参照符号は、同じ要素か、または同じ機能を有する要素を示す。
さらに、示したマイクロ電気機械システムの各部分の寸法は、実際の寸法または寸法比に合致したものではない。
特に、図を分かりやすくするために、異なる方向に沿った寸法は、必ずしも同じ倍率で再現されていない。
各図では、ＮおよびＬはそれぞれ、示した各マイクロ電気機械システムの上方を向いた方向と長手方向とを表す。
【００３５】
図１ａ〜図１ｃによれば、マイクロ電気機械システムは、梁１、固定部分１１０、および少なくとも１つの応力検出器１０を有する。
梁１は、固定部分１１０の片側から始まり、長さＤにわたって方向Ｌに対して平行に延びている。
梁１は、例えば、方向Ｎに沿った厚さが１μｍ（ミクロン）、長さＤが約１００ミクロンにほぼ等しく、幅が約１０ミクロンにほぼ等しいプレートとすることができる。
梁は、方向Ｎ、Ｌに対して平行な平面内で曲げることによって、オプションとして、方向Ｌに対して平行な軸のまわりにねじることによって、変形させることができる。
梁１は、不可逆の塑性変形を受けることのない高い弾性を有するように、実質的に単結晶または非晶質の材料からなるのが好ましい。
このようにして、マイクロ電気機械システムは最大限の寿命を得る。
これを達成するために、ビーム１は、特に、単結晶シリコンまたは非晶質シリコンで作ることができる。
【００３６】
固定部分１１０は、主要部１００、シリカ（ＳｉＯ２）からなる中間層１０１、およびシリコンからなる上側層１０２を有する。
説明した特定の実施形態では、梁１は、層１０２の、固定部分１１０の側面を超えた延長部からなる。
【００３７】
検出器１０は、ベース部分２および分路部分３を有する。
ベース部分２は、電荷キャリア密度が１０１４ｃｍ−３から１０２０ｃｍ−３のｎ型ドープしたまたはｐ型ドープした半導体から作ることができる。
分路部分３は金属であり、例えば、金で作ることができる。
部分２、３は、例えば、方形であり、隣接するそれぞれの面に沿って互いに接触している。
検出器１０は、それに沿って部分２、３が互いに接触しているこれらの部分の面が、そこから梁１が延びる固定部分１１０のその側面に対して平行になるようにシステムに配置されている。
【００３８】
図１ａで示した第１の例示的な実施形態では、応力検出器１０は、梁１が固定部分１１０と合流する地点とほぼ同じところで、ビーム１と固定部分１１０にまたがって配置されている。
さらに、部分２、３の接触面を、そこから梁１が延びる部分１１０のその側面とともに垂直に整列させて配置することができる。
このように、応力検出器は、例えば、梁１の自由端１１に加えられる力が応力によってもたらされる場合に、これらの応力が特に高くなるシステム上の地点に配置される。
あるいは、部分２がそれ自体で梁１と固定部分１１０にまたがるように配置することもできる。
これらの環境ではともに、梁１の運動に対する検出器１０の高い感度が得られる。
【００３９】
一連の電気接続体がシステム上に配置されている。
これらの接続体は、ベース部分２と電気的に接触していて、それぞれ参照符号４ａ、４ｂ、４ｃ、および４ｄがついている。
接続体は、４電極の電圧検出器を形成するように構成することができる。
この場合、検出器に供給するための２つの接続体、例えば、４ａおよび４ｄを介して、直流または交流の電流を検出器１０に供給することができる。
この電流によって生じた電圧が、２つの別の接続体、例えば、４ｂおよび４ｃの間で検出される。
【００４０】
あるいは、２つのみの電気接続体を使用して、２電極電圧検出器を形成することもできる。
これら２つの接続体は、ベース部分２と電気的に接触している。
この場合、接続体はそれぞれ、直流または交流の電流を検出器１０に供給するためと、この電流によって生じた電圧を検出するための両方に使用される。
【００４１】
図１ｂは、検出器１０が梁１に沿って中間点に配置された、本発明によるマイクロ電気機械システムの第２の実施形態を示している。
さらに、システムは、ベース部分につながった８つの電気接続体を有する。
接続体４ａ〜４ｄは、図１ａで示した第１の実施形態と同様に、ベース部分２に配置することができる。
一方で接続体４ｅ、４ｆが、他方で接続体４ｇ、４ｈが、ベース部分２の両横の側面に配置されている。
この場合、直流または交流の電気供給電流を接続体４ｂ、４ｈを介して供給することができ、例えば、接続体４ａ、４ｅの間で電圧を検出することができる。
同一の接続体を使用して、電流を供給し、電圧を検出することも可能である。
このように、接続体４ｇ、４ｈを介して電流を供給することができ、例えば、接続体４ｇ、４ｃを使用して電圧を検出することができる。
従って、接続体４ｇは、２つの機能、すなわち、供給および検出機能を有する。
当業者ならば、接続体をこのように対で選択して、供給電流を供給し、電圧を検出して、曲げ、ねじり、および／または伸長−圧縮によってもたらされた、部分２、３内の電流分布の変化を高い感度で検出できると分かるであろう。
【００４２】
図１ｃは、２つの応力検出器１０、２０がそれぞれ梁１の上と下に配置された、本発明によるマイクロ電気機械システムの第３の実施形態を示している。
さらに高い感度をもたらす差動検出を行うために、２つの検出器は、梁１の長さ方向に沿って同じレベルで配置されて、振幅相関のある検出信号を出力する。
異なる接続体セットが２つの検出器のそれぞれのベース部分２につながっている、すなわち、接続体４ａ〜ｈが検出器１０につながり、接続体５ａ〜５ｈが検出器２０につながっている。
接続体５ａ〜５ｈは、層１０２を通って、固定部分１１０の上面に容易に電気接続できるようにする適切なバイア穴を抜けることができる。
【００４３】
例として取り上げた図１ａによるマイクロ電気機械システムを製造する第１のプロセスを以下に説明する。
図２ａを参照すると、集積電子回路基板は、上面を電気絶縁層１０１で覆われ、さらに単結晶または非晶質のシリコン層１０２で覆われた主シリコン部分１００を有する。
そのような基板は市販され、ＳＯＩ技術で電子回路を形成することを意図されている。
例えば、層１０１、１０２は、それぞれ厚さが２００ｎｍおよび１０００ｎｍである。
層１０２は、未ドープのシリコンで作られる。
【００４４】
層１０２の全ウェハ面のドーピングは、規定された濃度のドープ剤を、層１０２の上面から開始して、決められた深さに埋め込むことで行われる。
方向Ｎの深さ方向に制限を受けるそのような埋め込みは、調整した電圧で加速されたドープ剤粒子からなるビームで層１０２の表面を走査することによって達成される。
こうして、厚さが、例えば、５００ｎｍのドープしたシリコンの層１０３が、層１０２のドープされていない残留部分の上に得られる（図２ｂ）。
従って、これ以降、参照符号１０２は、上側シリコン層の未ドープ残留部分を表す。
【００４５】
層１０３上でベース部分２を設ける位置に、第１のリソグラフィレジストマスクＭ１を形成する（図２ｃ）。
マスクＭ１を形成するのに使用するリソグラフィプロセスは公知と考えられ、ここで取り上げることはしない。
次に、例えば、加速されたプラズマ粒子のビームＦを、方向Ｎに対して平行であるが反対の方向で、システムの上面に向けることにより、マスクＭ１のある部分を除いて層１０３を除去する。
そのような除去方法は、ドライエッチングという用語で表される。
ドライエッチングは、層１０３をその全厚さにわたってエッチングするのに十分な時間だけ続けられる。
次いで、適切な溶液内でマスクＭ１を溶解させる。
こうして、検出器１０のベース部分２となる第１のメサ構造を得ることができる（図２ｄ）。
【００４６】
次いで、分路部分３用の場所を除いた層１０２全体に第２のリソグラフィレジストマスクＭ２を形成する（図２ｅ）。
特に、マスクＭ２はベース部分２を覆い、ベース部分の一方の側面と隣接する開口Ｏを有する。
次いで、例えば、熱蒸着によって、システム全体に金属層、例えば、金層を堆積させる。
次いで、マスクＭ２を除去する（図２ｆ）。
マスクＭ２の開口Ｏにある金属層からなる残留部分は、分路部分３である第２のメサ構造を形成する。
分路部分はベース部分２に接して配置されている。
オプションとして、金層を形成する前にシステム上にチタン層（図示せず）を形成して、分路部分３のベース部分２に対する付着性を高めることができる。
【００４７】
次いで、図２ｆに全体として参照符号４で示すオームタイプの電気接続体を形成する。
これらの接続体のオーム接触を形成する方法は公知と考えられ、ここで取り上げることはしない。
【００４８】
次いで、層１０２上にリソグラフィレジストマスクＭ３（図２ｇ）を形成する。
マスクＭ３の形状は、方向Ｎに対して垂直な平面内にある梁１の周縁部に対応する。
このマスクは、特に、部分２、３および接続体４を覆う。
次いで、シリカ層１０１が露出するまで、マスクＭ３によって保護されていない区域にある層１０２をエッチングする。
層１０１のシリコン材料に対して選別性のよいシリコンエッチングプロセスを使用するのが有利である。
こうして、梁１の横縁部および端部を形成する。
次いで、マスクＭ３を溶解させる（図２ｈ）。
【００４９】
最後に、システムの下面から、まず、部分１００のシリコンをエッチングするプロセスを使用し、次いで、層１０１のシリカをエッチングするプロセスを使用して、梁１の下から基板の部分を除去する。
シリコン材料（シリカ）に対して選別性のよいシリカエッチングプロセスを使用することで、このステップ中に、梁１が確実に損傷しないようになる。
結局、システムは図１および図２ｉに示す構成になり、その構成では、梁１は、システムの部分１１０に強固に連結された固定端１２と、自由端１１を有する。
【００５０】
端部１１は、梁１の様々な変形モードによって変位することができる。
方向Ｎ、Ｌに対して平行な平面内での梁の曲げは、第１の変形モードになる。
梁１を同じ向きで方向Ｎに継続して曲げ、次いで反対の向きに継続して曲げている間、ベース部分２と分路部分３の間の境界面は圧縮を応力を受け、次いで引張り応力を受ける。
これらの応力はそれぞれ、部分２、３の間の境界面の電気抵抗に変化をもたらす。
この抵抗値が増えると、検出器１０に供給される電流はベース部分２により多く配分され、接続体４ａ〜４ｈのうちの２つの間で検出される電圧は非常に高くなる。
反対に、ベース部分２と分路部分３の間の境界面の電気抵抗値が減ると、供給電流のより多くの部分が分路部分３を経由して進み、２つの接続体の間で検出される電圧は低くなる。
２つの接続体４ｃ、４ｂを使用して、例えば、方向Ｎ、Ｌに対して平行な平面内での曲げに対する梁１の変形を検出することができる。
この場合に、測定した電圧はＵｃｂである。
【００５１】
方向Ｌに対して平行な軸のまわりの梁１のねじりと、層１０２に対して平行な平面内の梁の曲げは、梁１の２つの異なる変形モードになる。
これらの２つの異なるモードは逆対称である、すなわち、方向Ｎ、Ｌに対して平行な梁１の対称平面の両側にある、部分２と部分３の間の境界面の２つの半体は逆の応力を受ける。
これらの２つの異なるモードのそれぞれにおいて、梁１の変形を幾つかの方法で検出することができる。
特に、差分Ｕｂａ−Ｕｄｃを算出することが可能であり、ここで、Ｕｂａは、接続体４ｂ、４ａの間の電圧であり、Ｕｄｃは、接続体４ｄ、４ｃの間の電圧である。
あるいは、ベース部分２が８つの電気接続体によって接続されている場合、差分Ｕｈｇ−Ｕｆｅを算出することが可能であり、ここで、Ｕｈｇは、接続体４ｈ、４ｇの間の電圧であり、Ｕｆｅは、接続体４ｆ、４ｅの間の電圧である。
従って、電圧Ｕｂａ、Ｕｃｂ、Ｕｄｃあるいは電圧Ｕｈｇ、Ｕｃｂ、Ｕｆｅを同時に測定することによって、梁１のねじりまたは層１０２の平面内の曲げを、方向Ｎの曲げから独立してかつ同時に検出することができる。
【００５２】
応力を受けたときに異方性が変わる可変電気導電率を有する材料を、ベース部分２に対して選択することにより、曲げまたはねじりで梁１を変形中に、測定電圧を変化させることができるのがより好ましい。
そのような異方性は、応力がベース部分２に作用したときに出現する。
【００５３】
マイクロ電気機械システムが、梁１の下に置かれた第２の応力検出器を含む場合（図１ｃ）、システムを裏返し、図２ａ〜図２ｆに関連させて上記に説明した応力検出器を形成するステップを繰り返すことで、梁１の下面に第２の検出器を作る。
オプションとして、層１０２の最初の厚さ以内に２つの検出器のベース部分２を作ることができるように層１０２、１０３の厚さを変更する。
第２の検出器用のリソグラフィレジストマスクＭ１、Ｍ２の作成時に、例えば、２つの検出器が方向Ｎに沿って互いに垂直に並んで配置されるように、位置合わせステップを行う。
【００５４】
そのような２検出器システムにより、感度が潜在的に２倍である、可動部分の移動に関する差動測定が可能になる。
特に、自由端１１が方向Ｎに対して平行に、それと同じ向きに移動する梁１の曲げにより、以下の応力が発生する。
上側検出器１０（図１ｃ）に圧縮応力σが生じ、それにより、接続体４ａ〜４ｈのうちの２つの間で検出される電圧変化ΔＵが発生する。
下側検出器２０に引張り応力−σが生じ、それにより、セット４ａ〜４ｈのうちの上記２つの接続体と梁１に関して対称に配置されたセット５ａ〜５ｈのうちの２つの接続体の間で検出される逆の電圧変化−σＵが発生する。
【００５５】
層１０２に組み込むことができる、例えば、ホイートストンブリッジやケルビンブリッジタイプなどの公知の電子差動検出回路を使用して、２ｘΔＵに等しい電圧変化を測定することができる。
【００５６】
差動測定の実施を可能にする２検出器システム構成の第２の利点は、例えば、温度変化によって引き起こされる梁の伸長−圧縮に測定が感応しないという事実にある。
これは、温度変化によって２つの検出器内に生じる電圧変化が対の形で等しく、差動検出回路で実行される電圧減算で相殺されるからである。
【００５７】
上記のマイクロ電気機械システムは、多くの用途、特に、方向Ｎに沿った曲げによる梁１の変形モードに使用するのに適している。
【００５８】
第１の応用例によれば、梁１は、観測面の高さの変化を検出することを意図した原子間力顕微鏡の１つのアームの一部を形成する。
公知のように、そのような顕微鏡は、アームの自由端に配置され、観測面上を移動する先端部を有する。
高さや摩擦の変化などの、面に関する少なくとも１つの構造的特性、物理的特性、および／または化学的特性の変化が、検出される、曲げによるアームの変形を引き起こす。
そのような顕微鏡を操作する標準的な方法によれば、梁の対向する端部を観測面に対して垂直方向に移動させて面を観測し、異なる高さに対応する観測面上の地点間を先端部が移動するときに、梁が一定の変形を受ける。
図３ａは、このような原始間力顕微鏡内にある本発明によるマイクロ電気機械システムの実装形態を概略的に示している。
梁１の自由端１１には、試料１０００の面Ｓ上を移動するものとした先端部１００１を設けている。
システムの固定部分１１０は、部分１１０を面Ｓに対して平行に移動させるように設計された圧電アクチュエータ１００２に取り付けられている。
応力検出器１０は、図１ａと同様に、梁１が部分１１０と合流する地点に近接して配置されている。
面Ｓに対して平行に移動することにより、面Ｓを走査することができる。
同時に、検出器１０は接続体４ａ、４ｄの間に電流を供給され、例を用いて説明したこれら２つの接続体と、方向Ｎに沿った変位とは、ＣＴＲＬで表した制御ユニット１００３によって制御されて、２つの他の端子、例えば、４ｂおよび４ｃ間で検出される電圧は一定になる。
ユニット１００３によって制御される、面Ｓに対して平行な方向に沿った移動により、面Ｓの高さの変動が再現され、この移動は記録される。
そのような顕微鏡の操作は完全に電気的であり、これはとりわけ単純で、光学的な校正も位置合わせも必要としない。
さらに、この顕微鏡はコンパクトなので、例えば、真空チャンバや低温チャンバなどの制限された空間内で顕微鏡を使用することができる。
【００５９】
特に、原子間力顕微鏡の構築へのこの応用例の場合、梁の上下に配置された２つの検出器を差動検出モードで使用することは有益であろう。
【００６０】
第２の応用例によれば、流体の組成を分析する分析器は、マイクロチャネルや大型容器に置かれた、図１ｂによる少なくとも１つのマイクロ電気機械システムを有する。
決まった化学種の構成要素と選択的に反応できる固体化合物がシステムの梁に付着される。
固体化合物は、例えば、金層とすることができる。
流体をマイクロチャネルまたは容器に注入して、梁上の化合物と接触させる。
該当する種の構成要素を流体が含む場合、構成要素は化合物と反応し、化合物内に応力を発生させる。
これらの応力は、梁の変形を引き起こし、この変形は検出されて、既知の基準変形と比較される。
変形の度合いは、流体内にある化学種の構成要素の濃度によって決まる。
このタイプの幾つかの分析器を同じマイクロチャネル内に置いて、流体の流れに沿った任意の１つの種の構成要素の濃度変化を検出するか、または異なる種の構成要素の存在を同時に検出することができる。
後者の場合、システムの梁に付着させる化合物は、流体内に存在することが望まれる様々な種に応じて選択される。
【００６１】
分子マーカを必要としない生物探知機の構築が、本発明のよるマイクロ電気機械システムの第３の応用例になる。
そのような生物探知機は、分析される流体に最初に含まれる分子が、変形可能部分の定めた区域に吸着されたときに、変形可能部分が変形するように設計した本発明によるマイクロ電気機械システムを有することができる。
分子の吸着により、吸着区域にある変形部分の表面エネルギが変化して、応力が発生する。
これは、吸着区域に近接して配置された検出器によって検出される変形をもたらす。
【００６２】
そのような生物探知機の第１の動作モードによれば、分析する流体に含まれる分子は変形可能部分に直接吸着される。
例えば、この変形可能部分は、吸着区域内に金層を有し、分子は、分子自体が担持するチオール（−ＳＨ２）末端基を介して金層に吸着される。
図３ｂは、図１ｂまたは図１ｃによるマイクロ電気機械システムで構築された生物探知機の上記の動作を概略的に示している。
梁１は金層１３で覆われ、分析される流体内にあって最初は拘束されていない分子Ｍはそれぞれ、文字Ｓで記号として示したチオール末端基を有する。
公知のように、各チオール官能基は、分子が梁１上に吸着されたときに、対応する分子と層１３の間を連結する。
【００６３】
第２の動作モードによれば、分析する流体に最初に含まれる分子は、変形可能部分に結合した化学官能基によって変形可能部分に吸着される。
その結果、マイクロ電気機械システムの変形可能部分は、化学官能基によって吸着区域で表面改質される。
これらの化学官能基は、特定の分子を選択的に結合するように選択される。
従って、マイクロ電気機械システムの変形可能部分に結合された化学官能基のみを変えることによって、異なるタイプの分子を検出する検出器を作ることができる。
図３ｃは、この第２の動作モードにとっての図３ｂに相当する。
梁１によって形成された変形可能部分は、この場合にも金層１３を含む。
例えば、官能基の主要な原子に関連させて−ＣＯＯＮＨＳで表した、活性エステルに変換される酸性タイプの化学官能基１４は、文字Ｓで記号として示したチオール末端基を介して層１３に結合される。
官能基１４は自己組織化し得る、層１３上の永久分子層を形成する。
この場合に、分子１４（Ｍ）は互いに対して平行に配向される。
こうして、分子Ｍは梁１に高密度で結合され、それによって、流体内の分子の濃度をより広い濃度範囲で測定することが可能になる。
そのような生物探知機は、アミノ（−ＮＨ２）官能基を含むＤＮＡタイプの分子Ｍに適する。
そのような分子Ｍを梁１に結合すると、分子のアミノ官能基と層１３に結合された官能基１４の１つとの間でペプチド結合が確立される。
【００６４】
生物剤分析器の構築は、本発明によるマイクロ電気機械システムの第４の応用例になる。
そのような分析器の動作原理は、マイクロシステムの変形可能部分に置かれた細胞堆積物の表面張力の変化に基づいている。
表面張力のためにマイクロシステムが変形し、それを検出する。
特に、そのような生物剤分析器は、医学分析を行うのに適している。
分析器のサイズが小さければ、分析器を患者収容領域に設置することができる。
そのような体制にすることで、患者から採集した細胞標本を遠隔の試験所に送る必要をなくすことが可能になる。
これにより、必要な物流管理が整理され、各患者に結果を送り返すのに必要な時間が短縮される。
【００６５】
生物探知および生物剤分析のために流体の組成を分析する用途に、本発明によるマイクロ電気機械システムを使用することの第１の利点は、システムが受ける変形を検出するための光源がないことにある。
これは、そのような光源が、得られた結果を害する光化学反応を誘起することがあるからである。
【００６６】
第２の利点は、採用した応力検出器の高い感度からもたらされる。
これは、変形可能部分を有するマイクロ電気機械システムで、感度が限定された検出器を使用すると、変形が十分大きなものとなるように、変形部分が軟性であることが必要になるからである。
このため、システムは大きな時定数を有し、この大きな時定数は、素速い分析の実行を妨げる。
通常、そのようなシステムを使用して観測される現象は、検出を可能にするために１０分よりも長く持続しなければならず、それによって、遷移現象の観測が非常にゆっくりと変化するものに限定される。
本発明で使用する応力検出器の感応性により、システムの変形可能部分は、短い遷移現象の観測に適合する高速検出を可能にする高い剛性を有することができる。
さらに、本発明によるシステムを使用して行う検出の高速性は、多数の連続測定の実施に適合する。
この高速性は、多数の標本を、例えば、様々な患者に対応して、連続的に分析しなければならない医学分析用途に特に有益である。
【００６７】
第５の応用例によれば、マイクロ電気機械システムは加速度計の構成要素となることができる。
例えば、図１ａから図１ｃによる梁を有するシステムが方向Ｎに対して平行な加速度を受けると、梁１は、その慣性の作用による曲げによって変形する。
梁の曲率は、加速度の値によって決まる。
検出器が接続体４ａ、４ｄから長期的に電流を供給されると、接続体４ｂ、４ｃの間で検出された電圧は、加速度のリアルタイムの測定値になる。
そのような加速度計は、特に、信頼でき、単純で、かつ安価である。
その加速度計は、特に、エアバッグなどの多くの装置に容易に組み込むことができる。
この場合に、所定のしきい値を超えた検出電圧に相当する加速度になったときに、システムは、エアバッグが膨らむのを可能にする。
【００６８】
第６の応用例によれば、マイクロ電気機械システムは、支持体の変形を検出する検出器となる。
例えば、図３ｄによれば、両端部１２ａ、１２ｂが固定部分１１０の２つの側面に結合された梁１を有することができる。
梁１は、固定部分の２つの対向する部分１１０ａ、１１０ｂをそれぞれ結合し、部分１１０の中間部分１１０ｃの上面をまたぐブリッジを形成する。
部分１１０は、その変形を測定すべき支持体にその下面で取り付けられるようになっている。
部分１１０ｃは、部分１１０ａ、１１０ｂよりも方向Ｎに沿って薄くなっているので、部分１１０は、部分１１０ｃが曲がることによって、支持体とともに変形することができる。
この変形により、梁１の端部１２ａ、１２ｂに、さらに梁の全長に沿って応力が生じ、応力検出器１０を用いてこの応力を測定することができる。
検出器１０は、応力が最も大きくなる地点に合わせて、端部１２ａまたは端部１２ｂの一方か、あるいは端部１２ａ、１２ｂの間の他の場所に配置することができる。
このようにして、特に、航空機の部品、建造物の部品、橋の部品、レール、または掘削ヘッドの部品が受ける変形を調査することが可能である。
このようにして、薄膜の両側に加えられた可変圧力を受ける薄膜の変形を検出し、それから圧力差の大きさを推定することも可能である。
【００６９】
本発明はまた、動的モードで機能することもできる。
梁１は、公知の励振方法を使用して、固有振動モードの周波数に近いかまたは等しい周波数で振動するようにセットされる。
この振動は、時間の関数として周期的に変化する測定可能な応力を発生させる。
１つまたは２つの応力検出器を用いた振動の振幅または位相の測定、あるいはそれらの周波数変動の測定は、多くのさらなる用途に有用である。
【００７０】
例えば、動的モードで使用するマイクロ電気機械システムは、流体密度解析器の構成要素なることができる。
これは、可動部分の振動の減衰が、可動部分が接触している流体の密度によって決まるからである。
流体が高密度になるほど、振動はより急激に減衰する。
従って、振動の振幅または位相を測定することによって、流体の密度を求めることが可能である。
【００７１】
動的モードで使用するマイクロ電気機械システムはまた、質量センサの構成要素となることができる。
ｆ０で表される梁の振動の固有周波数は、調和振動子に対する公知の式ｆ０２＝ｋ／ｍに従って、この梁の質量ｍによって決まり、ｋは、梁のスティフネス定数である。
分子または他の重量のある種が梁１に吸着すると、梁の見かけの質量が変わり、１つまたは２つの応力検出器で測定できる態様で、その固有周波数が変わる。
【００７２】
本発明によるマイクロ電気機械システムを製造する第２のプロセスを図４ａ〜図４ｄ、図５、および図６を参照して以下に説明する。
この第２のプロセスは、ベース部分および分路部分が変形可能部分から突出することなく、変形可能部分に組み込まれたマイクロ電気機械システムをもたらす（図６）。
【００７３】
図２ａに示したものと同一のＳＯＩ基板にリソグラフィレジストマスクＭ’１を堆積させ、このマスクは、層１０２の部分１０４に相当する開口を除いて上側層１０２を覆う（図４ａ）。
次いで、イオン注入ビームＩ１を使用して、部分１０４を選択的にドープする。
ビームＩ１は、方向Ｎに対して平行であるが、反対の向きで、マスクＭ’１内の開口を通って層１０２の上面に向けられる。
ビームＩ１のイオンの性質とそれらの加速電圧は、部分１０４に行いたいドーピングのタイプと、部分１０４の厚さに応じて、それ自体公知の態様で決まる。
このドーピングはｎ型で、ビームＩ１は、リン（Ｐ）イオンのビームであるのが好ましい。
こうして、第１の濃度のドーピングを部分１０４に実施し、部分１０４は導電性になる。
第１の濃度は、層１０２がシリコンからなる場合に、１０１４ｃｍ−３から１０２０ｃｍ−３とすることができる。
部分１０４は、例えば、厚さを５００ｎｍとすることができる。
【００７４】
マスクＭ’１を除去し、これをリソグラフィマスクＭ’２と置き換え、このリソグラフィマスクＭ’２は、部分１０４のうちの、作られる分路部分３に対応する部分上に配置された開口Ｏを有する（図４ｂ）。
マスクＭ’２は、分路部分３以外の層１０２の上面を覆う。
マスクＭ’２で覆われた部分１０４のその部分は、応力検出器のベース部分２に該当する。
【００７５】
次いで、第２のイオン注入ビームを用いて、部分１０４の露出部分に第２のドーピングを実施する。
第２のドーピングは、濃度を、例えば、１０２１ｃｍ−３程度としてより高くした、第１のドーピングと同じタイプのものである。
第２のドーピングは分路部分３を画定する。
前もって第１のドーピングを受け入れた導電性部分１０４内で、分路部分３に対する第２のドーピングを行うものとしたこの作業手順によって、部分２、３の間の適切な電気接触が確実になる。
さらに、層１０２の材料は、部分２、３の間で一続きであるので、その後に、部分２、３の間にクラックが出現することは決してあり得ない。
従って、得られた検出器は寿命が非常に長くなる。
【００７６】
次いで、例えば、金で作られた金属層３０をシステム上に堆積させる（図４ｃ）。
開口Ｏでは、この層の一部が分路部分２と接触している。
【００７７】
層３０の、分路部分２（３）上に配置されたその部分だけがシステム上に残るようにマスクＭ’２を除去する。
【００７８】
次いで、基板１１０を十分高い温度に加熱し、層３０の残留部分の金属を分路部分３内に拡散させる（図４ｄ）。
加熱温度は、例えば、４００°以上とすることができる。
加熱後、分路部分３は金属類の挙動を呈する。
従って、その電気導電性は、第１のドーピングによってのみ付与されたベース部分２の電気導電性よりもはるかに大きい。
【００７９】
次いで、応力検出器を作る。
この場合、梁の形態とすることができるマイクロ電気機械システムの変形可能部分および電気接続体については、図２ｇ〜図２ｉを参照してすでに説明した態様で形成することができる。
【００８０】
得られたシステムを図６に示す。
図１ａに示したシステムとは異なり、検出器１０は、ここでは、梁の上面から突出することなく、梁１に組み込まれている。
この方法では、梁１の機械特性が損なわれることがない。
【００８１】
さらに、図６の検出器１０は、参照符号４ａ、４ｂの２つの電気接続体によってのみ接続され、これらの接続体は、同時に、検出器に電流を供給し、かつ部分２の電圧を検出する。
【００８２】
オプションとして、接続体の数量に係わらず、これらの接続体は、特定のステップを追加する必要なく、分路部分３と同時に形成することができる。
このため、マスクＭ’２は、図５の平面図に示した開口を有する。
開口Ｏは別として、マスクＭ’２は、２つの接続体４ａ、４ｂにそれぞれ対応する２つのさらなる開口Ｏａ、Ｏｂを有する。
図４ｂ〜図４ｄを参照して上記に説明したステップは、層１０２の、部分３に対応するその部分と、電気接続体に対応するそれらの部分で同時に実施される。
第１のドーピングに使用するマスクＭ’１もまた、マスクＭ’２の開口Ｏａ、Ｏｂと同一の開口を有するのが好ましい。
従って、接続体４ａ、４ｂは、自動的に、ベース部分２と機能的電気接触をもつ。
【００８３】
最後に、ベース部分２を構成する第１の電気導電性材料は、可変電気導電率を有するように選択されるのが好ましく、可変電気導電率の異方性は、部分２が応力を受けたときに変わる。
検出器１０が受ける応力によって変わるそのような異方性は、他の物理的効果に加えて、ベース部分２内の電流の進路を様々に増やすのに寄与する。
このようにして、検出器１０の感度を高めることができる。
【００８４】
例えば、第１の伝導材料は、実質的に、立方構造の単結晶シリコンをベースとすることができる。
従って、ベース部分２および分路部分３は、第１の伝導材料であるシリコンの［１１０］軸に対してほぼ垂直な隣接する側面をそれぞれ有するように有利に形成される。
部分２の結晶軸に対して部分２、３の間の境界面をそのような向きにすることで、検出器の感度に関する異方性の効果を最大限にすることができる。
このため、基板１１０の層１０２を、最初から単結晶シリコンで作ることができる。
次いで、作られる梁１の長手方向Ｌが層１０２の［１１０］軸に対して平行になるか、またはこの結晶軸と小さい角度をなすように、マイクロ電気機械システムの製造を開始するまでに、基板１１０をその上面に対して平行なまま回転することができる。
【００８５】
当然のことながら、本発明は、図１ａ〜図１ｃを参照して詳細に説明したマイクロ電気機械システムに限定されるものではない。
想定される用途に応じて、これらのシステムを適合させることができる。
特に、変形可能部分の形状、材料、および寸法ならびに／または応力検出器の形状、材料、および寸法は、検出器のそれぞれのベース部分につながる電気接続体の数量とともに、各用途の特定の要求に応じて修正することができる。
【００８６】
そのような修正の例を示すと、応力検出器は、測定されるべき応力に対して、図で示したものとは異なる向きに合わせることができる。
ベース部分と分路部分の間の境界面は、応力の方向に対して垂直にすることができるが、代替案として、応力の方向に対して平行に向けることもできるし、または、オプションとして、前記方向に対して斜めに向けることもできる。
ベース部分と分路部分の間の境界面の向きについては、特に、測定する応力の方向が最初から分かっている場合に、最大限の検出感度を得るように選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
他の本発明の特徴および効果は、非限定的な例示的な実施例の以下の添付の図面に関して説明および実施の方法において明らかになる。
【図１ａ】本発明による１つ目のマイクロ電気機械システムの透視図である。
【図１ｂ】本発明による１つ目のマイクロ電気機械システムの透視図である。
【図１ｃ】本発明による１つ目のマイクロ電気機械システムの透視図である。
【図２ａ】図１ａに従ってシステムを提示する第１方法の連続したステップを示す図である。
【図２ｂ】図１ａに従ってシステムを提示する第１方法の連続したステップを示す図である。
【図２ｃ】図１ａに従ってシステムを提示する第１方法の連続したステップを示す図である。
【図２ｄ】図１ａに従ってシステムを提示する第１方法の連続したステップを示す図である。
【図２ｅ】図１ａに従ってシステムを提示する第１方法の連続したステップを示す図である。
【図２ｆ】図１ａに従ってシステムを提示する第１方法の連続したステップを示す図である。
【図２ｇ】図１ａに従ってシステムを提示する第１方法の連続したステップを示す図である。
【図２ｈ】図１ａに従ってシステムを提示する第１方法の連続したステップを示す図である。
【図２ｉ】図１ａに従ってシステムを提示する第１方法の連続したステップを示す図である。
【図３ａ】本発明によってマイクロ電気機械システムの個別の活用法を示す図である。
【図３ｂ】本発明によってマイクロ電気機械システムの個別の活用法を示す図である。
【図３ｃ】本発明によってマイクロ電気機械システムの個別の活用法を示す図である。
【図３ｄ】本発明によってマイクロ電気機械システムの個別の活用法を示す図である。
【図４ａ】本発明によってマイクロ電気機械システムを提示する第２の方法の連続したステップを示す図である。
【図４ｂ】本発明によってマイクロ電気機械システムを提示する第２の方法の連続したステップを示す図である。
【図４ｃ】本発明によってマイクロ電気機械システムを提示する第２の方法の連続したステップを示す図である。
【図４ｄ】本発明によってマイクロ電気機械システムを提示する第２の方法の連続したステップを示す図である。
【図５】図４ａ―４ｄに示す第２の方法の改善を示す図である。
【図６】図４ａ―４ｄおよび図５に示す第２の方法によって取得されるマイクロ電気機械システムの透視図である。
【図１ａ】
2009519454.tif 000003
【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図２ｆ】
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【図２ｇ】
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【図２ｈ】
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【図２ｉ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月9日(2008.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能部分（１）と、前記変形可能部分に強固に結合された少なくとも１つの応力検出器（１０、２０）とを有するマイクロ電気機械システムであって、
各検出器は、
電気導電性を有するベース部分（２）および分路部分（３）であって、それぞれの部分の隣接する側面に沿って、互いに電気接触するように前記変形可能部分（１）上に並置され、前記分路部分が前記ベース部分の電気電導率よりも高い電気電導率を有する、ベース部分および分路部分と、
前記ベース部分が前記分路部分と接触している接触区域から離れて、前記ベース部分（２）に接続された一組の電気接続体（４ａ〜４ｈ、５ａ〜５ｈ）であって、前記ベース部分および前記分路部分の電流分布の変化を、前記電気接続体を使用して電気的に検出することができるように構成された一組の電気接続体と、を有するシステムにおいて、
前記ベース部分（２）および前記分路部分（３）のそれぞれの材料が、前記それぞれの部分の間の接触抵抗が前記システムの変形に応じて変わるように選択された、ことを特徴とするマイクロ電気機械システム。
【請求項２】
前記ベース部分（２）および分路部分（３）は、前記変形可能部分の表面から突出することのない前記変形可能部分（１）に一体化される、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項３】
前記ベース部分（２）は半導体材料から作られ、前記分路部分（３）は金属類からなる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項４】
前記ベース部分（２）の材料は、可変の導電率を有し、
前記ベース部分の材料が応力を受ける場合に、導電率の異方性が変化する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項５】
前記ベース部分（２）は、立方構造の実質的に単一の結晶のシリコンを主成分とし、
前記ベース部分（２）および分路部分（３）の前記それぞれの隣接するほぼ垂直な［１１０］軸を有する、ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６】
前記変形可能部分（１）に取り付けられる２つ応力検出器（１０、２０）を備え、
前記変形可能部分（１）の変形に関する差動測定を提供するために配置され、例えば、前記変形可能部分（１）の両面上に配置される、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７】
少なくとも１つの電気差動測定回路を更に備え、
前記電気差動測定回路は電気接続体（４ａ―４ｈ、５ａ―５ｈ）に対して接続され、
それぞれ前記２つの検出器（１０、２０）に接続し、
前記マイクロ電気機械システムに一体化される、ことを特徴とする請求項６に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８】
前記変形可能部分（１）は、梁を備える、ことを特徴とする請求項１乃至７に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項９】
固定された部分（１１０）を更に備え、
前記梁（１）は、システムにおいて自由端（１１）を有し、
端部が一体化して固定部（１２）に接続する、ことを特徴とする請求項８に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項１０】
少なくとも１つの応力検出器（１０）は、前記固定部に接続している前記梁の前記端部の近くに配置される、ことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項１１】
前記電気接続体（４ａ―４ｈ、５ａ―５ｈ）は、各検出器（２）の前記ベース部分に配置され、前記梁（１）の曲げ変形が前記接続によって電気的に検出可能である、ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項１２】
前記電気接続体（４ａ―４ｈ、５ａ―５ｈ）は、各検出器（２）の前記ベース部分に配置され、
２つの異なるモードの前記梁（１）の変形が別に検出可能な接続手段である、ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムを備える原子間力顕微鏡であって、
観測表面における高さの変化または表面摩擦の変化のような物理特性および／または化学特性の少なくとも１つの構造における変化を検出することを目的とする前記原子間力顕微鏡の１つアームの梁（１）形成部を備える、ことを特徴とする原子間力顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムを備え、
流体の前記構成を分析する分析器。
【請求項１５】
請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムを備え、
最初に分析流体に含まれる分子が前記変形可能部分の規定されたゾーンにおいて吸着される場合、前記変形可能部分（１）は変形させるために設計されている、ことを特徴とする生物探知器。
【請求項１６】
請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムを備える生物剤分析器。
【請求項１７】
請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のマイクロ電気機械システムを備え、流体のパラメータを取得するためのセンサであって、
密度から選択される前記パラメータ、温度または前記流体の流速、または可動部（１）上の前記流体によって堆積される質量、前記流体の前記パラメータにおける変化によって生じる可動部の振動数、または振幅の変化を検出するために設計された前記センサ。
【国際調査報告】
2009519454.tif 000025
2009519454.tif 000026
2009519454.tif 000027
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