(57)【要約】本発明は、側方ギャップを有するマイクロシステム構造を生産する方法と、これに対応するマイクロシステム構造とに関する。本発明の方法は、（ａ）基板（Ｓ）上に第１の犠牲層（ＣＳ1）を付着させることと、（ｂ）２つの自由度（ＹＹ，ＸＸ）を有する可動アドオン構造を形成するようになっている構造要素（ＳＥ）すなわちアドオン構造を前記犠牲層上に形成することと、（ｃ）側方ギャップの直線寸法に等しい厚さｅ＝ｄgの第２の犠牲層で構造要素（ＳＥ）の自由表面を被覆することと、（ｄ）別のアドオン構造を形成するようになっている材料（ＳＭ）の層で、第１の犠牲層（ＣＳ1）と第２の犠牲層（ＣＳ2）の自由表面とを被覆することと、（ｅ）犠牲層（ＣＳ2）の厚さに基本的に等しい幅を有する側方ギャップを形成するために第１および第２の自由度の方向における構造要素（ＳＥ）と、他のあらゆるアドオン構造および基板（Ｓ）との間のあらゆる接触を少なくとも部分的に防止するように、第２の犠牲層（ＣＳ2）をエッチングし、その次に第１の犠牲層（ＣＳ1）をエッチングすることとにある。本発明は、マイクロシステム構造とこのマイクロシステム構造を含む素子との生産に適している。
2005534505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面上のアドオン構造の相互間に側方ギャップを形成する方法であって、前記アドオン構造は、前記基板に対する２つの自由度、すなわち、前記基板に対して実質的に垂直な方向における第１の自由度と、前記基板に対して実質的に平行でありかつ前記ギャップの方向に対して実質的に平行である方向における第２の自由度とを有する少なくとも１つの可動アドオン構造を備えた側方ギャップを形成する方法であって、
ａ）予め決められた厚さの第１の犠牲層を前記基板の表面上に付着させ、
ｂ）２つの自由度を有する少なくとも１つの可動アドオン構造を構成する構造要素であって、その面の１つが前記第１の犠牲層と接触している構成要素を前記第１の犠牲層の上に形成し、
ｃ）前記構造要素の自由表面を、前記側方ギャップの直線寸法に実質的に等しい予め決められた厚さを有する第２の犠牲層で被覆し、
ｄ）前記第１の犠牲層の前記自由部分と、前記ギャップの方向に対して直角の前記第２の犠牲層の自由表面とを、少なくとも１つの他のアドオン構造を構成する特定の材料の層で被覆し、
ｅ）前記少なくとも１つの他のアドオン構造と前記基板とに対して、前記構造要素を前記第１および第２の自由度の方向それぞれと前記ギャップの方向とにおいてあらゆる接触から少なくとも部分的に自由にするように、前記構造要素の下方の位置かつ前記特定の材料の層の下方の位置において、前記第２および第１の自由度の方向に延びる前記第２の犠牲層をエッチングによって腐食し、次に、前記第１および第２の自由度の方向に延びる前記第１の犠牲層をエッチングによって腐食し、このことが、前記第２の犠牲層の厚さに実質的に等しい幅を有する側方ギャップが形成されることを可能にする、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、該方法はマイクロシステム構造の半加工状態に対して前記ステップｃ）、ｄ）、ｅ）を連続して行い、前記半加工状態は、前記第１の犠牲層で被覆されている基板を含み、および、その第１の犠牲層上に形成されておりかつ前記少なくとも１つの可動アドオン構造を構成するようになっている前記構造要素は２つの自由度を有し、前記構造要素の面の１つは、前記犠牲層と接触していることを特徴とする方法。
【請求項３】
前記第２の犠牲層は０．１μｍ未満の厚さを有することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２の犠牲層は同一の材料で構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
ケイ素で構成されている基板の場合に、前記基板上に前記第１の犠牲層を付着させる操作が、予め決められた厚さの酸化ケイ素の層を酸化によって成長させることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
ケイ素、ポリシリコン、または、ケイ素化合物によって形成されているグループに属する材料で構成されている前記可動アドオン構造を構成する構造要素の場合に、予め決められた厚さの第２の犠牲層で前記構造要素の自由表面を被覆する操作が、前記側方ギャップの幅に実質的に等しい厚さを有する酸化ケイ素の層を酸化によって成長させることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記酸化ケイ素の層の厚さは、前記酸化ケイ素の層の成長時間によって調節されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの他のアドオン構造を構成する前記特定の材料は、ポリシリコン、金属、ケイ素化合物、エポキシ樹脂によって形成されているグループに属する材料によって構成されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
基板上のアドオン構造を備えるマイクロシステム構造であって、前記アドオン構造の１つ、すなわち、可動構造が、前記基板に対する２つの自由度、すなわち、前記基板に対して実質的に垂直な方向における第１の自由度と、前記基板に対して実質的に平行な方向における第２の自由度とを有し、その他のアドオン構造の少なくとも１つが、前記基板に固定されかつ機械的に取り付けられているマイクロシステム構造であって、
前記基板と前記アドオン構造との間の機械的連結を行う中間層であって、前記可動構造を構成する前記アドオン構造の少なくとも１つと前記基板との間において少なくとも部分的にエッチングされて取り除かれている中間層と、
前記第２の自由度の方向において前記他のアドオン構造から前記可動構造を隔離する少なくとも１つの側方ギャップであって、０．１μｍよりも小さい直線寸法を、前記第２の自由度の方向において有する側方ギャップと、
を備えることを特徴とするマイクロシステム構造。
【請求項１０】
前記中間層は、１μｍから１０μｍまでの予め決められた厚さを有する犠牲層であることを特徴とする、請求項９に記載の構造。
【請求項１１】
振動ビームを有するマイクロ共振器であって、請求項９または１０に記載のマイクロシステム構造を有し、前記マイクロシステム構造は、前記振動ビームの縦方向の対称平面に関する対称性と、前記振動ビームの側方端縁と第１および第２の電極の側方端縁のそれぞれとの間に各々が形成されている第１および第２の側方ギャップとを有することを特徴とするマイクロ共振器。
【請求項１２】
ラメモードマイクロ共振器であって、請求項９または１０に記載のマイクロシステム構造を有し、前記マイクロシステム構造は対称中心に関して対称であり、
前記対称中心を中心として位置しておりかつ前記中間層によってその頂点において前記基板に固定されている実質的に四角形の振動プレートと、
前記振動プレートの前記側方端縁の１つと、前記振動プレートの前記側方端縁の１つに関連している側方電極の隣接する端縁との間に各々が形成されている４つの側方ギャップ
とを備えることを特徴とするラメモードマイクロ共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、側方ギャップを有するマイクロシステム構造を生産する方法と、これに対応するマイクロシステム構造とに関する。
【背景技術】
【０００２】
側方ギャップを有するケイ素マイクロシステム構造を使用するための現在の技術の目標は、マイクロシステム構造を構成する基板上のアドオン構造の機械的特徴がこうした構造を組み込んでいる素子の電気機械的な機能特徴の定義において決定的に重要であるので、この機械的特徴が最も重要であるケイ素マイクロシステム構造の構築である。
【０００３】
このことは、こうしたマイクロシステム構造を組み入れている電気機械的な共振器またはフィルタの生産に関して特に当てはまる。
【０００４】
高周波共振構造を生産することを目標にする現在において公知の上述の技術に関しては、２つの特定のプロセスを検討することができる。
【０００５】
Ｗ．Ｔ．Ｈｓｕ他によって標題「A sub-micron capacitive gap process for multiple metal electrode lateral micromechanical resonators」(Technical Digest,14th International IEEE Electro Mechanical Systems Conference,Interlaken, Switzerland,Jan.22-25,2002,pp.340-352）の論文に説明されている第１のプロセスが、薄膜をマイクロ機械加工するためのプロセスに基づいている。ギャップの形成はポリシリコン素子を酸化させることによって行われる。しかし、電極の形成は金の電着の使用を必要とする。このプロセスによって得られる最小のギャップは現時点では１００ｎｍである。
【０００６】
そのプロセスは、一方では、多数のマスクの重ね合わせと複雑な技術的ステップとを必要とするという欠点を有し、他方では、最終的に得られる構造が、成型プロセスによって限定される最小の寸法を有し、このことが生産可能な構造の形状を制限する。
【０００７】
Ｄ．Ｇａｌａｙｋｏ他によって標題「High frequency hign-Q micromechanical resonator in thick epipolytechnology with post-process gap adjustment」(Technical Digest,15th International IEEE Micro Electro Mechanical Systems Conference,Las Vegas,U.S.A.,Jan.21-24,2002,pp.665-668）の論文に説明されている第２のプロセスが、可動構造要素の解放後の、共振ビームに突き当たらせられる可動電極の動作の使用に基づいている。
【０００８】
上述のプロセスは、０．２μｍ程度のギャップ値が実現されることを可能にする。
【０００９】
しかし、最小ギャップ値が、構造層のリソグラフィーおよびエッチングの横方向の精度に依存したままである。したがって、０．２μｍ未満のギャップ値を実現することは困難である。
【００１０】
さらに、上述のプロセスは、電極の配置のための特定のアーキテクチャを必要とし、および、特に、追加の接続ピンと追加の電圧源とを必要とする。
【００１１】
最後に、垂直ギャップを減少させるための第３のプロセスが、Ｋ．Ｗａｎｇ他によって標題「ＶＨＦ  ｆｒｅｅ−ｆｒｅｅ  ｂｅａｍ  ｈｉｇｈ−Ｑ  ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ」（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，１２ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｏｒｌａｎｄｏ，Ｕ．Ｓ．Ａ．，Ｊａｎ．１７−２１，１９９９，ｐｐ．４５３−４５８）の論文で説明されている。上述のプロセスでは、可とう性ビームから吊り下げられた共振器が、埋め込み電極によって基板の面に対して直角に基板に向かって垂直方向に引きつけられており、および、この電極は変換電極としても作用する。これに対応するギャップを１．５μｍから０．３μｍないし０．５μｍに縮小することが可能である。このプロセスの使用は、垂直ギャップと励起とを伴う共振器に限定されており、および、埋め込み電極の使用のため、薄膜技術への適用に限定されており、そうでない場合には過剰に高い電圧レベルが必要である。
【００１２】
従来のマイクロエレクトロニクス技術に比較すると、上述の技術は、アセンブリに関して可動構造の十分な安定性を得るためには、著しくより厚い層を有する構造の使用を必要とする。
【００１３】
比較的大きいこうした厚さは、マイクロシステム構造の製造のための上述の方法に関連して使用される、厚さ寸法に対して直角である最小の横寸法の増大を系統的に生じさせる。
【００１４】
特に、これらの技術に関連して使用されるプロセスのすべてが、実質的に一定不変のフォームファクタを有し、および、このフォームファクタは、最小の横寸法と、そのマイクロシステム構造を形成するために使用されるアドオン構造の厚さとの間の比率として定義される。
【００１５】
こうしたマイクロシステム構造の現在の応用例の大半において、および、中期的に合理的に想定されることが可能な現在の応用例においては、可動アドオン構造は、フィルタ、共振器等を生じさせるために静電変換によって操作される。
【００１６】
変換効率の最適化と、したがって、使用されるマイクロシステム構造の性能の改善とが、１つまたは複数の固定アドオン構造または可動アドオン構造から基板に対して実質的に平行な方向に可動アドオン構造を隔離するための、可能な限り狭い側方ギャップを必要とする。
【００１７】
したがって、厚いアドオン機械構造の必要性と静電変換の効率との間に明確な相反が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、上述の相反の存在によって生じる問題点を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
したがって、本発明の主題は、アドオン構造を構成する層の厚さには実質的に無関係であるギャップ幅を有する側方ギャップを有するマイクロシステム構造を生産する方法の使用と、アドオン構造の生産のために使用される、そのアドオン構造を構成する層をエッチングするためのプロセスの精度の使用である。
【００２０】
特に、本発明の別の主題は、上述の無関係性の故に極度に小さい幅の側方ギャップを有するマイクロシステム構造を生産する方法の使用である。
【００２１】
本発明の別の主題は、さらに、少なくとも１つの可動アドオン構造を含む、アドオン構造を基板上に備えるマイクロシステム構造の使用であり、その側方ギャップが、０．１μｍ未満の直線寸法を有する他のあらゆるアドオン構造からその可動アドオン構造を隔離する。
【００２２】
マイクロシステム構造の支持基板の表面上のアドオン構造の相互間に側方ギャップを形成する、本発明が関係する方法は、基板に対する２つの自由度、すなわち、この基板に対して実質的に垂直な方向における第１の自由度と、基板に対して実質的に平行でありかつギャップの方向に対して実質的に平行である方向における第２の自由度とを有する少なくとも１つの可動アドオン構造を備えるアドオン構造の形成のために使用されることが可能である。
【００２３】
この方法は、予め決められた厚さの第１の犠牲層を基板の表面上に付着させ、２つの自由度を有する可動アドオン構造を構成する構造要素を第１の犠牲層の上に形成し、この構造要素の面の１つが第１の犠牲層と接触しており、構造要素の自由表面を、側方ギャップの直線寸法に実質的に等しい厚さを有する第２の犠牲層で被覆し、第１の犠牲層の自由部分と、ギャップの方向に対して直角な第２の犠牲層の自由表面とを、少なくとも１つの他のアドオン構造を構成する特定の材料の層で被覆し、他のアドオン構造と基板とに対して、構造要素を第１および第２の自由度の方向それぞれとギャップの方向とにおいてあらゆる接触から少なくとも部分的に自由にするように、構造要素の下方の位置かつ特定の材料の層の下方の位置において、第２および第１の自由度の方向に延びる第２の犠牲層をエッチングによって腐食し、次に、第１および第２の自由度の方向に延びる第１の犠牲層をエッチングによって腐食することとにあるという点で注目に値する。このことが、第２の犠牲層の厚さに実質的に等しい有する側方ギャップの形成を可能にする。
【００２４】
本発明が関係するマイクロシステム構造は、基板上のアドオン構造を含み、可動構造であるこのアドオン構造の１つは、基板に対する２つの自由度、すなわち、この基板に対して実質的に垂直な方向における第１の自由度と、基板に対して実質的に平行な方向における第２の自由度とを有する。その他のアドオン構造の少なくとも１つは固定されており、かつ、基板に機械的に取り付けられている。
【００２５】
このマイクロシステム構造は、基板とアドオン構造との間の機械的連結を実現する中間層を備えるという点で注目に値し、この中間層は、可動構造を構成するアドオン構造の１つと基板との間において少なくとも部分的にエッチングされて取り除かれており、および、少なくとも１つの側方ギャップが第２の自由度の方向においてその他のアドオン構造の１つから可動構造を隔離する。この側方ギャップは、第２の自由度の方向において、０．１μｍよりも小さい直線寸法を有する。
【００２６】
本発明が関係する方法とマイクロシステム構造は、特に、電気機械フィルタ、共振器、または、より一般的には、これらを組み入れている電気機械素子の製造のための、マイクロシステム産業およびマイクロシステム技術に適用可能である。
【００２７】
本発明の方法とマイクロシステム構造は、以下の説明を参照することと、添付図面を検討することとによってより適切に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下では、本発明の主題による、マイクロシステム構造の基板表面上のアドオン構造の相互間に側方ギャップを形成する方法と、これに対応するマイクロシステム構造とに関するさらに詳細な説明を、図１ａとそれに続く図とに関連付けて行う。
【００２９】
一般的に、本発明が関係する方法は支持基板の表面上のアドオン構造の相互間に側方ギャップを形成することを目的としているということを思い出すであろう。「アドオン構造」とは、上述のマイクロエレクトロニクス構造を構成するように基板上に形成されている、振動質量、電極、および／または、基板に対して固定されている壁のようなあらゆる機械的および／または電気機械的構造を意味する。
【００３０】
これらのアドオン構造は、例えば共振器またはフィルタの共振部分を形成する少なくとも１つの可動アドオン構造を備え、この可動アドオン構造は基板に対する２つの自由度を有する。図１ａを参照すると、上述の可動構造が、基板に対して実施的に垂直な方向における、または、さらに特に、その構造が付加される基板の表面に対して直角な方向における第１の自由度と、基板に対してすなわちその基板の自由表面に対して実質的に平行な方向における、したがって、側方ギャップの方向に対して実質的に平行な方向における第２の自由度とを有すると考えられるということが理解できる。図１ａは、ポイントａ）において、第２の自由度の方向を構成する方向ＸＸと、第１の自由度の方向を構成する、方向ＸＸに対して垂直である方向ＹＹとを示し、構造Ｓが前方から見られており、したがって、その自由表面が、図面を示す紙面に対して直角である。
【００３１】
上述の図１ａを参照すると、そのポイントａ）において、本発明が関係する方法は、予め決められた厚さのＣＳ1で示されている第１の犠牲層を基板Ｓの表面上に付着させる又は形成することにある。一般的に、この基板はケイ素基板であるが、本発明が関係する方法はケイ素基板上での使用に限定されないということが指摘されなければならない。
【００３２】
こうした条件の下では、第１の犠牲層は、酸化物の成長によって形成される酸化ケイ素の層によって構成することが可能であり、この成長のプロセスは、上述の第２の方向ＹＹに方向付けられている垂直の矢印によって表されている。
【００３３】
その次に、ステップａ）の後にステップｂ）が続くことが可能であり、このステップｂ）は、第１の犠牲層ＣＳ1上に、例えば２つの自由度を有する可動アドオン構造を構成するＳＥで示されている構造要素を形成することにある。この構造要素ＳＥの面の１つが第１の犠牲層ＣＳ1と接触している。構造要素ＳＥは、図１ａのポイントｂ）に点線で示されているポリシリコン等のような予め決められた材料の特定の層を付着させることと、その次に、上述の構造要素ＳＥを出現させるようにマスキングによってエッチングすることとによって、図１ａに例示的に示されているように従来の仕方で形成されてもよい。
【００３４】
一般的に、上述のステップａ）とステップｂ）とが、薄膜技術または厚膜技術のプロセスの分野では常套的である諸ステップの実施に相当するということと、したがってこれらのステップについては詳細には説明しない。
【００３５】
本発明が関係する方法は、上述のステップａ）とステップｂ）との後に、ステップｃ）において、ＣＳ2で示されている予め決められた厚さの第２の犠牲層によって構造要素ＳＥの自由表面を被覆することにあり、この厚さは、形成されるべき側方ギャップの直線寸法に実質的に等しいように選択される。
【００３６】
非限定的な例として、例えばポリシリコンから構造要素ＳＥが形成されている時に、ステップｃ）は、構造要素ＳＥの自由な上面と、当然のことながら構造要素ＳＥの自由な横面との両方の上に酸化ケイ素の層を成長させることによって行うことが可能であるということが指摘されなければならない。
【００３７】
ギャップの値に適合するように犠牲層ＣＳ2の厚さを選択することが、式ｅ＝ｄgによって示されており、前式中でｅは酸化物層の厚さを表し、および、ｄgは、基板Ｓに対して実質的に平行である第２の自由度の方向ＸＸにおけるそのギャップの直線寸法の値を表す。
【００３８】
ステップｃ）の後にステップｄ）が続き、このステップｄ）は、第１の犠牲層ＣＳ1の自由部分とギャップの方向に対して直角な第２の犠牲層ＣＳ2の自由表面とを、後述される条件の下で少なくとも１つの他のアドオン構造を構成する特定の材料（ＳＭで示されている）の層で被覆することにある。
【００３９】
図１ａのポイントｄ）を参照して、上述の操作が実際にはそのアセンブリを平坦化することにあるということが指摘されなければならない。第２の犠牲層ＣＳ2だけが、その上部の位置において、上述の特定の材料ＳＭで被覆されずに自由なまま残すことが可能であることが好ましい。
【００４０】
ステップｄ）の後にステップｅ）が続き、このステップｅ）は、自由にされたギャップによって第１の犠牲層ＣＳ1に達するために、第２および第１の自由度の方向に、および、当然のことながら図面を示す紙面に対して直角の方向に延びる第２の犠牲層ＣＳ2をエッチングによって腐食することと、その次に、構造要素ＳＥの下方の位置でおよび特定の材料ＳＭの層の下方の位置において、第１および第２の自由度の方向に延びる第１の犠牲層ＣＳ1をエッチングによって腐食することとにある。この操作は、図１ａのポイントｅ）に示されているように、第１および第２の自由度の方向ＸＸ、ＹＹのそれぞれにおいて、したがって、一方では、特定の材料ＳＭで構成されている他のあらゆる隣接したアドオン構造に関する、および、当然のことながら基板Ｓに関するギャップの方向において、構造要素ＳＥをあらゆる接触から少なくとも部分的に解放することを可能にする。
【００４１】
第１の犠牲層ＣＳ1上でのエッチングによる腐食が、一方では、構造要素ＳＥの下方の、および、特に特定の材料ＳＭの層の下方のその犠牲層の厚さに相当する空間を自由にするということが理解されるであろうし、この自由にされた空間は図１ａのポイントｅ）においてφで示されている。
【００４２】
こうして、本発明が関係する方法が、その幅ｄgが第２の犠牲層の厚さｅに実質的に等しい側方ギャップ（「ｇａｐ」で示されている）の形成を可能にするということが理解されるだろう。
【００４３】
本発明が関係する方法は、その注目に値する側面において、第２の犠牲層ＣＳ2の厚さｅが第２の犠牲層を形成するための方法のパラメータの選択によって、および、特に、その犠牲層を酸化ケイ素によって形成される時の酸化プロセスのパラメータの選択によって直接的に調整することが可能なので、特に有効であると思われる。上述のパラメータは、上述の構造要素ＳＥを構成するポリシリコンの酸化の物理的パラメータに関係するだけでなく、第２の犠牲層ＣＳ2を形成する結果的に生じる酸化ケイ素を形成するのに要する時間にも関係する。
【００４４】
こうした条件の下では、第２の犠牲層を、０．１μｍ未満の予め決められた厚さを有するように形成することが可能であるということが指摘されなければならない。
【００４５】
当然のことながら、本発明が関係する方法は、最も一般的な場合の形で図１ａに示されている。
【００４６】
しかし、この方法の工業上での使用の視点からは、図１ａに示されているステップａ）とステップｂ）とを省略することが可能であり、この場合にはステップｃ）、ｄ）、ｅ）がマイクロシステム構造の半加工状態（ｂｌａｎｋ）に対して行われる。図１ｂに示されている通りの半加工状態は、第１の犠牲層ＣＳ1で被覆されている基板Ｓと、第１の犠牲層の上に形成されておりかつ２つの自由度を有する可動アドオン構造を構成する構造要素ＳＥとを備える。この構造要素ＳＥの面の１つは、第１の犠牲層ＣＳ1と接触している。
【００４７】
特に、上述の半加工状態が大規模に生産されることが可能であるということと、したがって、図１ａのステップｃ），ｄ）、ｅ）に相当する図１ｂに示されているステップｃ）、ｄ），ｅ）を行うことによって、マイクロシステム構造を大量生産することが可能であるということが理解されるであろう。
【００４８】
一般的に、第１の犠牲層ＣＳ1と第２の犠牲層ＣＳ2とが実質的に同一の性質の材料で構成されているということが指摘されなければならない。特に、基板Ｓがケイ素基板であり、かつ、構造要素ＳＥがポリシリコンで作られている時には、第１および第２の犠牲層が酸化ケイ素によって構成されていることが有利である。
【００４９】
こうした条件の下では、第２の犠牲層ＣＳ2をエッチングし、その次に第１の犠牲層ＣＳ1をエッチングすることによる腐食のステップが、例えば等方性エッチングによって、実質的に連続的に行われることが可能であり、この腐食の条件、すなわち、腐食の速度と、エッチングの条件だけを、例えば、この方法の特定の特異性に応じて調節することが可能である。
【００５０】
同様に、基板Ｓがケイ素で構成されている時には、基板上に第１の犠牲層ＣＳ1を付着させるか又は形成する操作が、予め決められた厚さの酸化ケイ素の層を酸化によって成長させることにあることが有利であり、この厚さは、図１ａまたは図１ｂのポイントｅ）における自由にされた区域（φで示されている）を構成するように、数マイクロメートル程度であることが可能である。
【００５１】
最後に、少なくとも１つの他のアドオン構造を構成する特定の材料ＳＭを、ポリシリコン、電極を構成するための金属、ケイ素化合物、エポキシ樹脂等のような様々な材料で形成してもよい。特に、可動構造を構成する構造要素ＳＥに隣接している１つまたは複数のアドオン構造は、上述の側方ギャップによって構造要素ＳＥから隔離されているので、それ自体では固定されていてもよく、または、場合によっては移動可能であってもよい。
【００５２】
次では、図１ｂに示されているような本発明が関係する方法の工業上の利用の詳細な説明を図２に関連付けて行う。
【００５３】
図２では、同一のステップの参照符号が図１ｂまたは図１ａに関連して上述したステップと同じステップを表し、および、これらのステップの参照符号に関連している個々の添え字が特定のサブステップを示す。
【００５４】
したがって、図１ｂに示されている半加工状態と同様の半加工状態から開始して、本発明が関係する上述の方法は、３つのステップｃ）、ｄ）、ｅ）のシーケンスを実施する。
【００５５】
しかし、例えば、図１ａまたは図１ｂのステップｄ）に示されている中間構造を実現するために、幾つかの方法が使用されてよい。特に、上述のステップが、例えば固定電極を構成する、構造要素ＳＥに隣接している構造を付着させて平坦化するプロセスに相当するということを思い出すであろう。
【００５６】
上述の方法の中では、機械化学的研磨、樹脂による単純な平坦化、または、樹脂による平坦化と選択的な腐食とを取り上げることができる。
【００５７】
上述の最後の方法は、可動構造要素ＳＥの厚さｅｐ1と、例えば電極のような固定構造であるその他の隣接するアドオン構造を形成する層（ＳＭ1で示されている）の厚さｅｐ2とに無関係に適用されることが可能なので、最も一般的である。
【００５８】
本発明が関係する方法を実施するためのステップのシーケンスが図２に関連して次に説明することが、樹脂による平坦化と選択的な腐食という上述の方法に関連している。
【００５９】
上述の図を参照して、この説明の中で上述されているような半加工状態が考察され、この半加工状態は、構造要素ＳＥを形成しかつ第１の犠牲層ＣＳ1の上方に位置している厚さｅ1の構造材料の第１の層を備える。その次に、ＳＥのような構造要素が、第１のフォトリソグラフィーとエッチング操作とによって画定される。この画定は、後で貯蔵されかつ図１ｂまたは図２に示されているような半加工状態が得られることを可能にする酸化ケイ素の厚いマスクから開始する形で行われるが、しかし、上述の半加工状態は、単一の構造要素ＳＥの画定に限定されている。酸化ケイ素の厚いマスクがＯＭで示されており、構造要素ＳＥ上に重ねられている。
【００６０】
上述の半加工状態から開始して、ステップｃ）が、例えば、図１ｂに示されているステップによって実施される。
【００６１】
このステップの途上で、構造要素ＳＥの側面が、側方の第２の犠牲層ＣＳ2を形成するために酸化され、この第２の犠牲層ＣＳ2の厚さｅ＝ｄgは、図２でポイントｃ）に示されているような所望のナノメートル単位のギャップの値を正確に画定する。
【００６２】
その次に、図２に示されているように、アセンブリのための、特に、構造要素ＳＥと第２の犠牲層ＣＳ2とのための適切な被覆を形成するように、サブステップｄ1）における厚さｅｐ2の第２の構造層の付着によって、ステップｄ）が行われる。この第２の構造層はＳＭ1として示されている。この操作は、図２のステップｄ1）で表されている。その次に、アセンブリが、サブステップｄ1）で得られた段の高さを実質的に覆うように、保護層を形成する十分に厚い樹脂の付着によって保護され、この操作はサブステップｄ2）に表されており、第２のレベルの構造材料を平坦化する操作に相当する。この樹脂は図２のポイントｄ2）にＳＭ2として表されている。特に、サブステップｄ2）が、その段の高さが初めて実質的に減少させられるという意味で第１の平坦化を可能にするということが理解されるだろう。
【００６３】
以下のステップが図１ｂまたは図１ａのステップｅ）である、エッチングおよび腐食ステップに実質的に一致する。
【００６４】
その目的のために、厚い樹脂の保護層が、構造要素すなわち構造要素ＳＥが被覆されている場所においてだけ構造材料ＳＭ1に穴を形成するようにエッチングされる。材料ＳＭ1と保護層ＳＭ2との間の選択的な異方性エッチングプロセスから開始して、第２の構造レベルＳＭ1が、酸化ケイ素、すなわち、構造要素ＳＥの上方に位置している酸化ケイ素の厚いマスクＯＭと面一になるまで平坦化される。酸化ケイ素によって形成される上述の厚いマスクは、図２のポイントｅ2）に表されている腐食の終了を表示する手段としての役割を果たす。
【００６５】
その次に、サブステップｅ2）の後にサブステップｅ3）が続き、このサブステップｅ3）では、ステップｅ3）において保護層すなわち材料ＳＭ2が取り除かれ、その次に、材料ＳＭ1が、マスキングとエッチングとによるフォトリソグラフィーの第２のステップによって、その他のアドオン要素を形成するアドオン要素として画定される。その他のアドオン要素は図２にステップｅ3）において示されている。
【００６６】
その次に、可動要素を形成する構造要素ＳＥは、図１ｂと図１ａとに関連して上述したように、厚い酸化ケイ素マスクＯＭと、犠牲層ＣＳ2と、その次の犠牲層ＣＳ1とを選択的にエッチングすることによって、および、例えば図２のサブステップｅ4）に示されているように、電極として作用する隣接の構造に対して幅ｄgのナノメートル単位の側方ギャップによって隔離されている可動構造すなわち構造ＳＥを自由にすることによって、その他のアドオン要素から隔離される。
【００６７】
したがって、本発明が関係する方法は、上述の２つのマスキングレベルと、適度な分解能を有する、すなわち、１μｍより高い分解能を有するリソグラフィー手段とを使用するだけである。さらに、自動位置合せ電極を有するナノメートル単位の側方ギャップを有する可動構造を形成するためには、非常に厳密な位置合せを使用する必要はなく、必要とされる位置合せは２μｍよりも大きい。このことは、特に、側方電極によって起動される共振ビームの形成の場合に当てはまる。
【００６８】
本発明が関係する方法は、当然のことながら、他の応用例に関しては任意の数の構造レベルに適用可能である。したがって、この方法は、選択されたギャップ値には無関係に、１００ｎｍから１５μｍまで変化する材料の厚さに関して、ギャップ距離が１０ｎｍから１μｍの範囲内である側方ギャップの形成を可能にする。
【００６９】
本発明が関係する方法は、図３に示されているようなマイクロシステム構造を構成する基板Ｓ上のアドオン構造の工業的規模での使用と生産を可能にする。
【００７０】
このマイクロシステム構造は、この説明において後述されるように、全てのタイプのマイクロシステム素子を生産するために使用することが可能である。
【００７１】
図３を参照すると、本発明の主題による任意のマイクロシステム構造のどれもが、基板Ｓ上のアドオン構造の中で、少なくとも１つの、可動構造を構成するアドオン構造、すなわち、構造要素ＳＥを含むということを思い出すであろう。
【００７２】
この構造要素は、基板Ｓに対して、この説明の中で上述した方向ＸＸと方向ＹＹにおける２つの自由度を有する。
【００７３】
その他のアドオン構造ＳＭの少なくとも１つが基板Ｓに対して固定され機械的に取り付けられている。本発明が関係するマイクロシステム構造の第１の注目に値する側面では、この構造は、基板Ｓとアドオン構造ＳＥ、ＳＭとの間の機械的連結を実現する中間層ＣＳ1を含み、この中間層ＣＳ1は、そのアドオン構造の少なくとも１つ（特に、可動構造を構成する構造要素ＳＥ）と基板Ｓとの間において少なくも部分的に、および、場合によっては、可動構造ＳＭの一方または他方と基板Ｓとの間において少なくとも部分的に、エッチングされて取り除かれる。
【００７４】
最後に、特に注目に値する形で、本発明が関係するマイクロシステム構造は、可動構造すなわち構造要素ＳＥをその他のアドオン構造から第２の自由度の方向すなわち上述の方向ＸＸに隔離する少なくとも１つの側方ギャップを有する。
【００７５】
図３は、非限定的な仕方で、２つの側方ギャップｅ1＝ｄgとｅ2＝ｄgを示し、この側方ギャップの各々は、第２の自由度の方向ＸＸに、０．１μｍよりも小さい直線寸法を有する。
【００７６】
中間層ＣＳ1は、例えば、１μｍから１０μｍの予め決められた厚さを有する犠牲層である。犠牲層が例えば化学的腐食によって腐食されエッチングされることが可能な層であることが思い出されるであろう。
【００７７】
次に、図３に示されているような、本発明の主題によるマイクロシステム構造から開始するマイクロシステムの具体的な２つの使用例を、図４と図５とに関連して説明する。
【００７８】
図４は、図３に示されているようなマイクロシステム構造の使用によって得られる振動ビームマイクロ共振器を示す。
【００７９】
図４は、その振動ビームが基準ＶＢを持つということと、その縦方向の対称の平面が図４にｐｐ′で示されているその線によって表されているということとを示す。
【００８０】
従来通りの仕方で、振動ビームＶＢは、ＡＮＣ1とＡＮＣ2で示されている第１および第２の固定具によって基板に締め付け固定されている。第１および第２の側方ギャップの各々が、振動ビームＶＢの側方端縁と、それぞれにＥ1、Ｅ2で示されている第１および第２の電極の側方端縁との間に形成されている。図３を参照すると、したがって、その側方ギャップがｅ1とｅ2で示されているということが思い出されるであろう。
【００８１】
図４に示されているような限定された振動ビームを有するマイクロ共振器を、次の寸法で使用した。
長さ＝３０μｍ
幅＝２μｍ
厚さ＝２μｍ
【００８２】
次に、ラメ（Ｌａｍｅ）モードマイクロ共振器と呼ばれるマイクロ共振器の使用の別の例を、図５に関連付けて説明する。
【００８３】
上述の図を参照すると、このラメモードマイクロ共振器が、本発明の主題による図３に示されているようなマイクロシステム構造を有することが理解できる。
【００８４】
このマイクロシステム構造は、基板Ｓの表面に対して直角の軸ＹＹ′の交差によって具体化されている、Ｃで示されている対称中心に関して対称である。このマイクロシステム構造は実質的に正方形の振動プレートＶＰを備え、対称中心Ｃはこのプレートの中心に位置しており、および、このプレートは、その各頂点において中間層によって基板Ｓに固定されており、この固定箇所がＡＮＣ1、ＡＮＣ2、ＡＮＣ3，ＡＮＣ4で示されている。
【００８５】
図５に示されているように、ラメモードマイクロ共振器は、振動プレートＶＰの側方端縁の１つと、Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3、Ｅ4で示されている側方電極の隣接端縁との間に各々が形成されており、かつ、振動プレートＶＰの側方端縁の１つに各々が関連付けられている、４つの側方ギャップを備える。これらの側方ギャップはｅ1、ｅ2、ｅ3、ｅ4で示されている。
【００８６】
図５に関して使用される実施形態では、振動プレートＶＰが、約３５μｍの長さを有する側方端縁すなわち辺を有することが理解できる。
【００８７】
全ての場合において、図４と図５に示されているような限定された振動ビームを有するマイクロ共振器またはラメモードマイクロ共振器が使用されるかどうかに関わりなく、上述の側方ギャップの値は実質的に８０ｎｍに等しかった。
【００８８】
本発明が関係する方法は、側方ギャップが１μｍよりも著しく小さい、および、特に０．１μｍよりも著しく小さい、特に高い性能を有するマイクロシステム構造の使用を可能にする。
【００８９】
一般的に、任意のタイプの素子が、上述のマイクロシステム構造から開始して使用できる。
【００９０】
本発明が関係する方法は、ＳＯＩタイプの基板から開始するマイクロシステム構造の生産に特によく適合していると考えられ、このＳＯＩはシリコンオンインシュレータ（Silicon On Insulator）の略語であり、このＳＯＩでは、基板は単結晶質ケイ素で構成されており、ＳＯＩの絶縁酸化物が第１の犠牲層ＣＳ1を構成する。
【００９１】
この出願は、数ナノメートルの範囲内の精度を有するポジショニングシステムと、ナノメートル範囲内の物体の把持と、ゼロバイアス共振器と、ナノ共振器と呼ばれる超高周波共振器とを目的とした。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１ａ】本発明が関係する方法の連続した各ステップを実施するための略図を示したものである。
【図１ｂ】基本的なステップが例えば工業的規模で使用するためにマイクロエレクトロニクス構造の半加工状態に適用される、本発明が関係する方法の変形例の連続したステップを実施するための略図を示したものである。
【図２】図１ｂに示されている変形例において本発明の主題を形成する方法の各ステップの実施の詳細な例を示したものである。
【図３】本発明の主題によるマイクロシステム構造の斜視図を示したものである。
【図４】側方の振動ビームを有しかつ図３に示されている通りの本発明の主題によるマイクロシステム構造を組み入れているマイクロ共振器の概要を示したものである。
【図５】図３に示されている本発明の主題によるマイクロシステム構造を組み入れているラメモードマイクロ共振器の概要を示したものである。
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【図２】
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【図３】
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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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