(57)【要約】  １種類以上の貴金属と１種類以上の合金元素から構成された合金から形成された少なくとも１つの可撓性部材を備えた微小機械デバイスにおいて、各合金元素が貴金属中で平衡固体溶解度を有し、１種類以上の合金元素が沈殿物とならない量で存在しているデバイスが提供される。微小機械デバイスを作成する方法は、１種類以上の貴金属と１種類以上の合金元素とを含む合金を、少なくとも１つの可撓性部材を形成するように基板に成膜する工程と、成膜された合金層の下の部分の基板または犠牲層を除去して可撓性部材を得る工程とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金から形成される少なくとも１つの可撓性部材を有する微小電気機械デバイスであって、
前記合金が、
金、白金、およびパラジウムから成る群より選択される１種類以上の貴金属と、
イリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、金、タングステン、オスミウム、およびニッケルか成る群より選択される１種類以上の合金元素と、
を有してなり、
前記１種類以上の合金元素が前記１種類以上の貴金属とともに固溶体を形成し、前記１種類以上の合金元素が、降伏強度、引張り強さ、および硬度からなる群より選択される少なくとも１つの性能特性を貴金属単独の場合よりも少なくとも５０％高くするのに十分な量で存在していることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記１種類以上の合金元素が、前記貴金属単独の場合より少なくとも５０％大きい引張強度を提供するのに十分な量で存在していることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記１種類以上の合金元素が、前記貴金属単独の場合より少なくとも５０％大きい降伏強度を提供するのに十分な量で存在していることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記１種類以上の合金元素が、前記貴金属単独の場合より少なくとも５０％大きい硬度を提供するのに十分な量で存在していることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記合金が、前記貴金属単独の場合の導電性の少なくとも１０％の導電性を示すことを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記合金元素が、沈殿物の生成なく前記貴金属中において少なくとも６％の平衡および／または準安定固体溶解度を有することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記合金が白金約６５〜９９．９重量％およびイリジウム約０.１〜３５重量％を含むことを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記可撓性部材がねじり柔軟性のある部材を含むことを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記デバイスがアクチュエータを含むことを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスが光学的スイッチング素子を構成することを特徴とする、請求項９に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電気機械デバイスに関し、特に、可撓性部材またはばねによって支持される可動部品を備えている、マイクロマシンで加工されたデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
リレイ、アクチュエータ、バルブ、およびセンサなどの従来の電気機械デバイスに代わるものとして、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）が開発されている。ＭＥＭＳデバイスは、微細加工技術使用の結果、低コスト化が可能なデバイスである。ＭＥＭＳは従来の電気機械デバイスよりもはるかに小型化できるので、新たな機能がもたらされるであろう。
【０００３】
ＭＥＭＳデバイスについて考えられる用途の多くは可動部品を含んでいる。例えば、センサ、スイッチ、バルブ、およびポジショナは、作動させるためのアクチュエータとしてＭＥＭＳデバイスを使用する。適切に設計されれば、ＭＥＭＳアクチュエータは、適正量のエネルギーを消費しながら有用な力と変位移動を生じることが可能である。これらのデバイスの可動部品は、屈曲部またはばねなどの可撓性部材に支持され、これらのばねの特性がシステム全体の性能を左右する。
【０００４】
ＭＥＭＳデバイスの可動素子または可撓性素子は、第１の位置、一般的には停止位置、から、力が印加された第２の位置まで、繰り返し動くことが要求される。可撓性素子は、この力が解除されたときか（材料の記憶または低ヒステリシスにより）、または反対の力が印加されたときに、その初期位置に戻ることができなくてはならない。このように、材料破壊を生じることなく多くのサイクルに耐えられるように、可撓性部材は、高破壊靱性、高降伏強度、および低可塑性を示すことが望ましい。また、多くの用途で、ＭＥＭＳ可撓性素子が機械的部材すなわち構造上の部材であると同時に導電性部材であることが要求される。最後に、可撓性素子の材料は、特にデバイスの処理加工に使用されるエッチング液に対して優れた耐蝕性を示し、低毒性であることが望ましい。
【０００５】
ＭＥＭＳまたは微小機械デバイスは、シリコン、ポリシリコン、金属、または有機ポリマーを使用して作られてきた。しかしながら、現在利用できる材料で、ＭＥＭＳデバイスのすべての性能要件を満たすものは無い。これらの材料の多くは、脆性、疲労、または塑性変形など、デバイス性能にとって望ましくない、または容認し得ない性質を示す。
【０００６】
ＭＥＭＳデバイスでは、可撓性素子としてシリコンが使用されてきたが、その脆性および比較的悪い導電性のため、多くの用途で実用不可能である。数ｍＡの電流を低い電圧降下で可撓性素子に通す必要がある場合は、高ドープトシリコンでさえも不適当である。また、シリコンは一般に高温で成膜されるが、これによりシリコンが他の多くの微細加工工程に不適合となる。
【０００７】
金、ニッケル、銅などの純金属が使用されてきたが、これらは降伏強度が低く、塑性変形を示す。沈殿硬化金属の研究がなされてきているが、微量沈殿物の分散によって疲労強度が制限され、所望の微細構造を達成するために熱処理と機械的加工を要する。
【０００８】
ベリリウムをドープした銅（Ｂｅ-Ｃｕ）は優れたばね材料であるが、毒性が高く腐食しやすい。銅表面に通常見られる腐食膜が、所望のＭＥＭＳばねまたは可撓性部材よりも厚いことも現実にあり得る。また、半導体プロセスで使用される化学エッチングの多くは銅合金を満足にエッチングできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、ＭＥＭＳデバイスに現在使用されている可撓性部材の性能限界を克服する可撓性部材が必要とされている。
【００１０】
また、ＭＥＭＳデバイスおよびＭＥＭＳデバイスの可撓性部材が導電性であることが多くの用途で必要とされている。
【００１１】
さらにまた、非強磁性の可撓性ＭＥＭＳ素子がいくつかの用途で必要とされている。
【００１２】
さらにまた、ＭＥＭＳデバイスの作成および処理加工で使用される他の微細加工工程に適合する、ＭＥＭＳデバイスの可撓性部材用の材料も必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従来技術の上記および他の制限は、貴金属合金から作られた可撓性素子を含んでいる本発明のＭＥＭＳデバイスによって対処される。
【００１４】
本発明の貴金属合金ＭＥＭＳデバイスは、高い降伏強度と低い可塑性を示し、導電性であり、現時点のＭＥＭＳデバイスと比較して優れた機械的性質、材料特性、および／または電気的性質を提供する。
【００１５】
本発明の一態様において、ＭＥＭＳデバイスは、１種類以上の貴金属と１種類以上の合金元素とから構成される可撓性素子を含み、１種類以上の合金元素が１種類以上の貴金属とともに固溶体を形成し、１種類以上の合金元素のそれぞれは、貴金属中での固体溶解度が少なくとも１重量％であり、１種類以上の合金元素は、少なくとも１つの性能特性をベースメタル単独の場合よりも少なくとも５０％高くするのに十分な量で存在している。少なくともいくつかの実施態様において、性能特性は、降伏強度、引張強度、および硬度からなる群より選択される。
【００１６】
本発明の一態様において、微小機械デバイスは合金から形成された少なくとも１つの可撓性部材を備え、この合金は１種類以上の貴金属と１種類以上の合金元素とを含んでいる。各合金元素は、貴金属中での平衡固体溶解度が少なくとも１重量％であり、１種類以上の合金元素は沈殿物とならない量で存在している。
【００１７】
本発明の別の態様において、ＭＥＭＳデバイスは、白金、金、およびパラジウムからなる群より選択されるベースメタルと、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、金、タングステン、オスミウム、およびニッケルからなる群より選択される１種類以上の合金元素とで構成される合金から形成された可撓性素子を備え、該１種類以上の合金元素は１種類以上の貴金属とともに固溶体を形成し、降伏強度、引張強度、および硬度からなる群より選択される少なくとも１つの性能特性を貴金属単独の場合より少なくとも５０％高くするのに十分な量で存在している。少なくともいくつかの実施態様において、合金は沈殿物の無い固溶体を形成する。
【００１８】
別の態様において、鏡を備えた微小機械デバイスが提供される。このデバイスは、金、白金、およびパラジウムからなる群より選択される１種類以上の貴金属と、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、金、タングステン、オスミウム、およびニッケルからなる群より選択される１種類以上の合金元素とで構成される合金から形成された可撓性部材を備える。該１種類以上の合金元素は該１種類以上の貴金属とともに固溶体を形成し、少なくとも１つの性能特性を貴金属単独の場合より少なくとも５０％高くするのに十分な量で存在している。このデバイスは、可撓性部材を基板から離して配置する少なくとも１つの支持部材と、この可撓性部材上に配置され、可撓性部材が動かされるときに動くことができる鏡を含んでいる。少なくともいくつかの実施態様において、合金の構造が鏡としての機能を果たす。
【００１９】
本発明の別の態様において、少なくとも１つの可撓性部材を形成するように合金を基板に成膜する工程と、成膜された合金層の下の部分の基板を除去して可撓性部材を得る工程とを含む、微小機械デバイスの製造法が提供される。合金は、白金、金、およびパラジウムからなる群より選択される１種類以上のベースメタルと、イリルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、金、タングステン、オスミウム、およびニッケルからなる群より選択される１種類以上の合金元素とを含み、該１種類以上の合金元素は該１種類以上の貴金属とともに固溶体を形成する。
【００２０】
本明細書で使用される「可撓性素子」または「可撓性部材」は、ＭＥＭＳデバイスの作動中に曲がる、撓む、捩じれる、あるいは変形する、ＭＥＭＳデバイスの部品のことを言う。可撓性素子は、限定的ではないが、スイッチ、ばね、ビーム、部材、メンブレン、または屈曲部を形成することができ、アクチュエータ、センサ、バルブ、ポジショナ、またはスイッチとして機能することもできる。
【００２１】
「靱性」は、突然に印加された荷重によって引き起こされる応力および歪みの両方を、自己の内部に速やかに分散させる金属の機能のことを言う。これは、突発破損と密接に関係する「脆性」と比較されるべきである。瓶材料は、弾性限界に達すると耐破損性がほとんど無くなる。本発明の合金の多くは高い靱性を示す。
【００２２】
「降伏強度」は、特定の量の塑性歪を生じさせるのに必要な応力と定義され、一般に力の単位（Ｍｐａまたはｋｓｉ）で測定される。降伏強度よりも大きい応力が素子の塑性変形をもたらす。
【００２３】
「引張強度」は、応力−歪みのグラフにおいて最大となる引張応力と定義され、次のように測定される。引張強度は、材料が破損するまで引張応力を加え、試験片の元の断面積で割ることによって求められる。
【００２４】
一般に、硬度の増加にともなって応力および降伏強度は増加するが、伸び（延性）は減少する。
【００２５】
本明細書で使用される「約」という用語が、合金組成物の重量％のことを言うために使用される場合には、記載されている重量％の±１０％を意味する。本明細書で使用される「約」という用語が、合金組成物の特性の測定値のことを言うために使用される場合には、記載されている値の±２０％を意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明のさまざまな目的、特徴、および利点は、以下の図面に関して考察するときに下記の本発明の詳細な説明を参照すれば、さらに深く理解できる。図面は説明のために示されているに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００２７】
本発明によるＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳの使用目的と関連のある機能を実施できる、あらゆる種類のデバイスを含む。したがって、本発明のＭＥＭＳデバイスは、単なる一例として、スイッチ、バルブ、ポジショナ、アクチュエータ、およびセンサ等として働くように構成できる。少なくともいくつかの実施形態において、本発明の貴金属合金は、動作中に、例えば捩じれるまたは曲がるといった動きをする、ＭＥＭＳデバイスの、ばね、屈曲部、ビーム、スイッチ、アクチュエータ、および他の部品を形成するために使用でき、それに限定されない。少なくともいくつかの実施形態において、ＭＥＭＳデバイスは、鏡アレイおよび走査鏡をそれだけに限らずに含んでいる作動デバイス用の捩じれたり曲がったりする屈曲素子を備えることもできる。少なくともいくつかの実施形態において、ＭＥＭＳデバイス内の可動機械素子を形成するために合金を使用してもよい。代表的なデバイスは、限定的ではないが、可動部品を支持する、本発明の合金から作られる片持式すなわち架け渡し用のビームなどである。合金の薄膜は変形可能なメンブレンまたは鏡として使用することもできる。メンブレンの変形は光学的性質の変化を生じさせる。例えば、変形可能なメンブレンは、減衰器、光空間変調器、またはマイクロ波スイッチとして用いることができる。デバイスは、複数の可撓性部材または複数のメンブレンを備えることができる。
【００２８】
可撓性部材がカンチレバーである代表的なＭＥＭＳデバイス１００が図１に示されている。デバイス１００は基板１２０と可撓性部材１１０を備え、可撓性部材は片持ちビーム１２８を基板上方に支持するベース１２７を備えている。基板とビーム１２８の間の間隙１４５によって可撓性部材の可動域が定められる。
【００２９】
少なくともいくつかの実施形態において、可撓性部材はベースメタルと合金元素とを含む金属合金から作られる。ベースメタルは、１種類以上の貴金属（金、白金、およびパラジウム）とすることができる。貴金属は耐食性と導電性を与える。合金元素は、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、金、タングステン、オスミウム、およびニッケルの元素のうちの１種類以上とすることができる。合金元素は、沈殿を生成しない、ベースメタルにおける溶解度の高さで選択される。少なくともいくつかの実施形態において、ベースメタルにおける合金元素の平衡および／または準安定固体溶解度は、少なくとも１重量％である。少なくともいくつかの実施形態において、沈殿を生じないレベルで合金元素をベースメタルと混ぜて合金にする合金元素のベースメタル中の固体溶解度は、二元または三元合金状態図集など、従来の情報源からすぐに求めることができるであろう。「二元合金状態図集（Ｂｉｎａｒｙ Ａｌｌｏｙ Ｐｈａｓｅ Ｄｉａｇｒａｍｓ）」，第２版，エー・エス・エム（ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ） ，１９９０年を参照されたい。本発明のいくつかの実施形態において、成膜してアニーリングした薄膜（可撓性素子を形成する薄膜）は平衡相状態には達せず、準安定合金は組成物が平衡組成を超えている状態で生成される。それにもかかわらず、これらの準安定合金は有用であり、本発明のデバイスに使用できる。
【００３０】
合金元素は、ＭＥＭＳデバイスの少なくとも１つの性能特性を、ベースメタル単独の場合より少なくとも約５０％改善する量で存在する。代表的な性能基準は、引張強度、降伏強度、および硬度などである。例として、引張強度は少なくとも約１０００Ｍｐａ、または別の例では少なくとも約５０００ＭＰａであり、降伏強度は少なくとも約７５０ＭＰａ、または別の例では少なくとも約１５００ＭＰａであり、硬度は少なくとも約５ＧＰａ、または別の例では少なくとも約１０ＧＰａである。
【００３１】
少なくともいくつかの実施形態において、粒子降下を回避するために、合金金属はベースメタル中の溶解限度を下回る量で存在する。沈殿硬化としても知られている、均一に分散される極小粒子を固溶体中に生成することにより、金属合金を硬く強くすることができる。しかしながら、これらの粒子は点欠陥または破損個所を生じ、脆性を容認できないほど増加させ、材料の疲れ寿命を減少させる。このようにして、脆性を増大させ且つ疲れ寿命を減少させる沈殿の生成を回避しつつ、可撓性素子の靱性を改善し且つ塑性変形を減少させる、パラジウムまたは白金ベース中に合金元素を含む固溶体が提供される。
【００３２】
合金元素は、また、ベースメタル単独の場合と比較した場合に導電性を減少させすぎない量で存在する。少なくともいくつかの実施形態において、合金の導電性はベースメタル単独の場合の導電性の１０％程度にまで減少させられる。
【００３３】
少なくともいくつかの実施形態において、ベースメタルは白金を含み、合金元素はイリジウム（Ｉｒ）を含む。合金は、白金約６５〜９９．９重量％およびイリジウム約０.１〜３５重量％の組成とすることもできる。
【００３４】
少なくともいくつかの実施形態において、ベースメタルは白金を含み、合金元素はルテニウム（Ｒｕ）を含む。合金は、白金約８０〜９９．９重量％およびルテニウム約０.１〜２０重量％の組成とすることもできる。
【００３５】
少なくともいくつかの実施形態において、ベースメタルは白金を含み、合金元素はロジウム（Ｒｈ）を含む。合金は、白金約６０〜９９．９重量％およびロジウム約０.１〜４０重量％の組成とすることもできる。
【００３６】
少なくともいくつかの実施形態において、ベースメタルは白金を含み、合金元素はニッケル（Ｎｉ）を含む。合金は、白金約８０〜９８重量％およびニッケル約２〜２０重量％の組成とすることもできる。
【００３７】
少なくともいくつかの実施形態において、合金は白金とパラジウム（Ｐｄ）との合金である。合金は、白金約１〜９９．９重量％およびパラジウム約０.１〜９９重量％の組成とすることもできる。
【００３８】
少なくともいくつかの実施形態において、合金は約７０重量パーセントの金（Ａｕ）と約３０重量％の白金を含む。少なくともいくつかの実施形態において、合金は約６６重量パーセントの金（Ａｕ）と約１７重量％のニッケル（Ｎｉ）と約１７重量％のクロム（Ｃｒ）を含む。
【００３９】
少なくともいくつかの実施形態において、本発明の可撓性のＭＥＭＳ素子は、金、白金、またはパラジウム合金と、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、および／またはニッケルとから作られる。少なくともいくつかの実施形態において、合金は２種類以上の合金元素を含有する。少なくともいくつかの実施形態において、ベースメタルは白金を含み、合金元素はロジウム（Ｒｈ）とルテニウム（Ｒｕ）を含む。いくつかの実施形態において、合金は、７８．９〜８０.１重量％の白金（Ｐｔ）と、１４.９〜１５.１重量％のロジウム（Ｒｈ）と、５.０〜６.１重量％のルテニウム（Ｒｕ）から作られる。この合金は、ロジウム１５％とルテニウム５％を含有する白金合金であるＡｌｌｏｙ ８５１という商標でシグムンド・コーン社（Ｓｉｇｍｕｎｄ Ｃｏｈｎ Ｃｏｒｐ）から販売されている。この合金は、導電性を著しく損なわずに高い硬度と引張強度を有している。
【００４０】
「ＡＳＭ金属ハンドブック（ＡＳＭ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｍｅｔａｌｓ）」第２巻、１９９０年に報告されている代表的な白金合金の材料特性を表１に示す。７００℃でアニーリングした合金の特性が報告されている。ＭＥＭＳデバイスは、もっと低い温度のアニーリングか、またはアニーリング無しで、これらの合金から製造できる。その場合、特性が変化する場合もある。
【表１】
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【００４１】
本発明の合金により、ＭＥＭＳデバイスに組み込まれる可撓性部材の特性が改善される。上記の表は、白金合金が、導電性（上記表では電気固有抵抗として報告されている）を著しく損失することなく白金単独の場合よも高められた引張強度を示すことを証明するものである。合金が、貴金属単独の場合の導電性の１０％未満の導電性を示す場合、導電性の損失は著しいと見なされる。少なくともいくつかの実施形態において、可撓性部材の引張強度は、ベースメタルの引張強度より少なくとも５０％大きい。少なくともいくつかの実施形態において、可撓性部材の降伏強度はベースメタルの降伏強度よりも改善され、ベースメタルの降伏強度より少なくとも約５０％大きい。少なくともいくつかの実施形態において、可撓性部材の硬度はベースメタルの硬度よりも改善され、ベースメタルの硬度より少なくとも５０％大きい。少なくともいくつかの実施形態において、引張強度、降伏強度、および硬度の性能特性を、ベースメタルの性能特性の何倍にもすることができる。表１では、これは白金の場合について示されており、Ｉｒ合金は降伏強度が６倍より大きく増加することが報告されている。
【００４２】
材料が外部負荷を受けると、材料は歪められるか、または引っ張られる。金属の場合、負荷があまり大きくなければ、負荷が取り除かれると金属は元の寸法に戻り、すなわち弾力性を備えている。弾性限度内で、線形歪みに対する線形応力の比率は弾性率と呼ばれ、さらに一般的にはヤング率として知られている。
【００４３】
同様に、降伏強度は特定量の塑性歪を生じさせるのに必要な応力を定める。降伏強度よりも大きい応力によって素子の塑性変形が生じる。降伏強度は、塑性変形せずに負荷応力に耐える材料機能を定量化したものである。この特性により、応力が取り除かれた後に可撓性素子がその元の形状（例えば、姿勢）に戻ることができるので、この特性は可撓性素子において魅力的である。
【００４４】
引張強度は、応力−歪みのグラフにおいて見出される最大の見掛け引張応力を定める。引張強度は、材料が破損するまで引張応力を加え、試験片の元の断面積で割ることによって求められる。この試験は、降伏点、引張強度、および伸びに関する情報を提供するものであるとともに、動作の多くが引張強度に関係するのでＭＥＭＳデバイスにとって重要である。一般に、硬度が増加すると、応力と降伏強度はいずれも増加するが、伸び（延性）は減少する。
【００４５】
可撓性部材は、ベースメタルとともに固溶体を形成する合金元素を使用する合金から作成され、合金になると、合金の強度特性を改善する。このようにして得られた可撓性素子は降伏強度と引張強度の増大を示すが、金属として望ましい特性、すなわち導電性および破壊抵抗、の多くを維持している。また、貴金属である金、白金、パラジウムは、ほとんどの環境に対して不活性であり、可撓性ＭＥＭＳ素子の形成に使用される非反応性で非腐食性の安定した母材となる。表２において、本発明の少なくともいくつかの実施形態で使用される貴金属合金の特性を、ＭＥＭＳデバイスを形成するのに使用される従来の材料と定性的に比較する。Ａｌｌｏｙ ８５１および従来の材料の降伏強度、ヤング率、および電気固有抵抗が表３に報告されている。
【表２】
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【表３】
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【００４６】
弾性変形可能な微小電気機械構造（ＭＥＭＳ）を製造するための代表的な方法が提供される。しかしながら、ＭＥＭＳデバイスの構造および構成はそれぞれ大きく異なり、当業者は多数の製造技術を利用できる。所望の構造を得るために適した方法であれば、どのような方法を使用してもよい認識されている。例えば、エム・ジェー・メイドウ（Ｍ. Ｊ. Ｍａｄｏｕ）著，「微細加工の基礎（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）」，１９９７年，ＩＳＢＮ ０-８４９３-９４５１-１参照。
【００４７】
ここで図２を参照すると、弾性変形可能な微細機械構造を作成するための工程系統図２００が示されている。また、この工程の各ステップが図３に示されている。微小機械構造３００の可撓性素子３１０が、本発明の少なくともいくつかの実施形態にしたがう貴金属合金から作られる。
【００４８】
ステップ２１０において、基板３２０上に犠牲層３３０を成膜してパターン形成する。この犠牲層は、フォトレジストなどの有機材料、ポリシリコンなどの他の材料、またはアルミニウム、クロム、銅、またはニッケルなどの金属とすることができる。この犠牲層の一般的な厚さは、具体的な用途に応じて約０.０１〜１０μｍの範囲であり、好ましくは１μｍである。
【００４９】
ステップ２２０において、犠牲層にバイア３４０を形成する。バイアは、フォトリソグラフィと現像液を使用して形成してもよいし、プラズマエッチング、スパッタエッチング、反応性イオンエッチングなどの他の技術によって形成してもよい。
【００５０】
ステップ２３０において、基板上に合金層３５０を成膜してパターン形成する。接着性を向上させるために、合金層を成膜する前に接着層を基板に成膜できる。接着層は５〜２０００Åの範囲であり、チタン、クロム、チタン−タングステン（ＴｉＷ）、ジルコニウム、またはタンタルのうちの１種類以上から作ることができる。合金層は本発明の貴金属合金から作られる。合金層は、スパッタリング、無電解めっき、電気めっき、もしくはリフトオフまたはフォトレジストモールドを介した化学エッチングまたは成膜によってパターン形成できる他の技術によって成膜され得る。少なくともいくつかの実施形態において、合金層は、合金元素を個々のターゲットまたは合金元素の混合物を含むターゲットから、共蒸着または共スパッタリングすることによって作成してもよい。代表的なスパッタリング技術として、ｒｆ（高周波）スパッタリングおよびｄｃ（直流）スパッタリングなどがある。本発明の少なくともいくつかの実施形態の材料および方法の利点は、合金を室温またはそれに近い温度でスパッタ蒸着できることである。したがって、可撓性素子の形成を標準的な微細製造プロセスに容易に組み込むことができる。
【００５１】
ステップ２４０において、犠牲層を除去し、可撓性素子３１０、例えば本明細書に示されているようなカンチレバーアーム、を外す。犠牲層の除去は、最終的な構造が得られるようにエッチングすなわち化学的に溶かすことによって行ってもよい。エッチング液は、弾性変形可能な構造を溶かさずに犠牲層を溶かすように選択されることが好ましい。犠牲層を除去すると、基板と可撓性素子３１０との間に間隙３４５が現れる。
【００５２】
本発明の少なくともいくつかの実施形態において、化学エッチングなしで基板表面にパターンを形成できるリフトオフ処理を用いて基板上に可撓性素子を作成することもできる。適切なリフトオフ処理の例は、フォトレジストの前にリフトオフ層を使用する工程を含む。下にあるリフトオフ層を溶かすことによって選択領域の金属が剥離される。リフトオフ層は、スピンコーティングなどの技法によって成膜する。次に、フォトレジストをスピンコーティングによって成膜し、その後、半導体製造分野において従来そうであった通りに露光および現像する。現像工程中、リフトオフ層はレジストよりも高速にエッチングされる。したがって、レジストの現像時間を変更することによって、レジスト張り出しの量を変化させることが可能である。次に、関心の金属を基板にスパッタリングするが、この金属は、レジスト張り出し領域にて不連続となる。レジスト張り出しは、レジスト除去時に、後から成膜された金属薄膜を途切れさせることによってリフトオフ処理を助ける。本発明の金属薄膜は数多くのエッチング液に耐性があるので、リフトオフ処理後、金属層を損傷することなくウエハ表面をクリーニングできる。
【実施例】
【００５３】
白金１５重量％ロジウム−６重量％ルテニウム合金を、ｄｃ（直流）スパッタリングデバイスを使用してシリコン上に厚さ２μｍにスパッタ蒸着させた。リフトオフ式フォトリソグラフィ手順を使用して合金膜にパターン形成し、屈曲部を形成した。反応性イオンエッチングに続いて２フッ化キセノン（ＸｅＦ２）等方性シリコンエッチングを使用して基板を食刻除去することによって、アンカー間に屈曲部の中間部分を空けた。これらの屈曲部は、幅１４μｍ、長さ３８０μｍ、厚さ２μｍであり、基板に接着するために、端部に幅広のアンカー領域を有していた。この白金（Ｐｔ）合金屈曲部をばねとして用いて、微細加工された鏡を作製した。屈曲部および完成した鏡の部分の写真が図４に示されている。この鏡の回転は、何らか測定可能なヒステリシスを伴わなかった（０.０１°未満の回転）。
【００５４】
同様に作製された（可動鏡に組み込まれていない）合金層をナノインデンテーション試験によって試験し、硬度、弾性率（Ｅ）および降伏強度を測定した。弾性率（ＧＰａ）または硬度（ＧＰａ）−押し込み深さ（ｎｍ）のグラフが図５に示されている。薄膜の硬度は１０．５Ｇｐａであり、ヤング率は２５０Ｇｐａであり、降伏強度は計算（測定された硬度の３分の１として計算）により３．５ＧＰａとなった。これらの結果から、貴金属合金の改善された特性およびＭＥＭＳデバイスに対するその有用性が確認される。
【００５５】
以上、本発明の教示内容を盛り込んださまざまな実施形態を本明細書に詳しく示し説明したが、当業者であれば、これらの教示内容を盛り込んだ他の多くの変更実施形態を容易に考案することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の少なくともいくつかの実施形態にしたがう微小機械デバイスの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の少なくともいくつかの実施形態にしたがうＭＥＭＳデバイスの製造法の流れ図である。
【図３Ａ】本発明の少なくともいくつかの実施形態にしたがう微小機械デバイスの形成過程を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の少なくともいくつかの実施形態にしたがう微小機械デバイスの形成過程を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の少なくともいくつかの実施形態にしたがう微小機械デバイスの形成過程を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の少なくともいくつかの実施形態にしたがう微小機械デバイスの形成過程を示す図である。
【図４】シリコンウエハ基板上に形成された、Ｐｔ−Ｒｕ−Ｒｈスパッタ合金の一対のＭＥＭＳばねの顕微鏡写真である。
【図５】本発明の少なくともいくつかの実施形態で使用される白金ロジウム−ルテニウム合金の硬度とヤング率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１００    ＭＥＭＳデバイス
１１０    可撓性部材
１２０    基板
１２７    ベース
１２８    ビーム
１４５    間隙
３００    微小機械構造
３１０    可撓性素子
３２０    基板
３３０    犠牲層
３４５    間隙
３５０    合金層
【図１】
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【図２】
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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４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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