(57)【要約】【課題】  テラヘルツ発振器用ＭＥＭＳ素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  ビア・エッチングホール・パターンと第１非ビア・エッチングホール・パターンとが形成された第１基板と、第１基板のビア・エッチングホール・パターンに対応する位置に同じ第２非ビア・エッチングホール・パターンが形成された第２基板とを接合して設けられたＭＥＭＳ素子であり、また、第１基板と第２基板とが接合されたものを第１構造体とし、該第１構造体と、該第１構造体と同じ構造の第２構造体とを互いに接合するＭＥＭＳ素子である。【選択図】      図１
2011139433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１構造体を含むＭＥＭＳ（microelectromechanical  system）であり、
該第１構造体は、
対向する第１面及び第２面を有し、該第１面及び第２面を貫通するビア・エッチングホール・パターンと、該第１面に形成された第１非ビア・エッチングホール・パターンとを有する第１基板と、
該第１基板に接合されており、対向する第３面及び第４面を有し、該第１基板のビア・エッチングホール・パターンに対応する位置で、前記第３面に形成された第２非ビア・エッチングホール・パターンを有する第２基板とを含む、ＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
前記第１基板のビア・エッチングホール・パターンと、前記第２基板の第２非ビア・エッチングホール・パターンとが結合し、１つの第３非ビア・エッチングホール・パターンが形成される、請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
第２構造体をさらに含み、
該第２構造体は、
対向する第１面及び第２面を有し、該第１面及び第２面を貫通するビア・エッチングホール・パターンと、該第１面に形成された第１非ビア・エッチングホール・パターンとを有する第１基板と、
該第１基板に接合されており、対向する第３面及び第４面を有し、該第１基板のビア・エッチングホール・パターンに対応する位置で、前記第３面に形成された第２非ビア・エッチングホール・パターンを有する第２基板とを含む、請求項２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記第２構造体の第１基板のビア・エッチングホール・パターンと、前記第２構造体の第２基板の第２非ビア・エッチングホール・パターンとが結合し、前記第２構造体の１つの第３非ビア・エッチングホール・パターンが形成され、前記第１構造体の第３非ビア・エッチングホール・パターンと、前記第２構造体の第３非ビア・エッチングホール・パターンとが結合し、１つの結合共振器が形成される、請求項３に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
前記第１構造体の第１非ビア・エッチングホール・パターンと、前記第２構造体の第１非ビア・エッチングホール・パターンとが結合し、１つの導波管が形成される、請求項３に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
前記ＭＥＭＳ素子は、相互作用回路とテラヘルツ発振器とのうち一つである、請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
前記第２基板の第２非ビア・エッチングホール・パターンの深さは、前記第３非ビア・エッチングホール・パターン深さの１／２以下である、請求項２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項８】
対向する第１面及び第２面を有した第１基板を準備する段階と、
前記第１面及び第２面を貫通してビア・エッチングホール・パターンを形成し、前記第１面に第１非ビア・エッチングホール・パターンを形成する段階と、
対向する第３面及び第４面を有する第２基板を準備する段階と、
前記第３面で、前記ビア・エッチングホール・パターンに対応する位置に、第２非ビア・エッチングホール・パターンを形成する段階と、
前記第１基板の第２面と、前記第２基板の第３面とを接合する段階とを含む、構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第１面及び第２面を貫通してビア・エッチングホール・パターンを形成し、前記第１面に第１非ビア・エッチングホール・パターンを形成する段階は、
前記第１基板の第２面に第１マスクパターンを形成する段階と、
前記第１マスクパターンをエッチングマスクとして使用し、前記第１基板の第２面の一部を第１深さまでエッチングし、ビア・エッチングホールの一部を形成する段階と、
前記第１基板のエッチングされた部分をエッチング用緩衝剤で充填する段階と、
前記第１基板の第１面に第２マスクパターンを形成する段階と、
前記第２マスクパターンをエッチングマスクとして使用し、前記第１基板の第１面を第２深さまでエッチングしてビア・エッチングホール・パターンと第１非ビア・エッチングホール・パターンとを形成する段階と、
前記ビア・エッチングホール・パターンに充填されたエッチング用緩衝剤を除去する段階と、
前記第１基板の第１面、第２面及びエッチングされた表面に、金属薄膜を形成する段階とを含む、請求項８に記載の構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記第３面で、ビア・エッチングホール・パターンに対応する位置に、第２非ビア・エッチングホール・パターンを形成する段階は、
前記第２基板の第３面に第３マスクパターンを形成する段階と、
該第３マスクパターンをエッチングマスクとして、前記第２基板の第３面を既設定の深さまでエッチングすることによって、前記第１基板のビア・エッチングホール・パターンと対応する位置に、前記第２非ビア・エッチングホール・パターンを形成する段階と、
前記第２基板の第３面及びエッチングされた表面に、金属薄膜を形成する段階とを含む、請求項９に記載の構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記エッチング用緩衝剤は、前記第１基板のエッチング速度に比べて、遅いかあるいは等しいエッチング速度を有する、請求項９に記載の構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記第１基板の第２面と、前記第２基板の第３面とを接合する段階は、
前記第１基板の第２面に形成された金属薄膜と、前記第２基板の第３面に形成された金属薄膜とを熱圧縮によって互いに接合する段階を含む、請求項１０に記載の構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記第１基板の第２面と、前記第２基板の第３面とを接合する段階は、
前記第１基板の第２面にソルダライン・パターンを形成する段階と、
前記第１基板の第２面に形成されたソルダライン・パターンを、前記第２基板の第３面に形成された金属薄膜と共晶接合する段階とを含む、請求項１０に記載の構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記第１基板上の第１アラインキー・パターンと、前記第２基板上の第２アラインキー・パターンとを利用し、前記第１基板と前記第２基板とを互いに整列させる段階と、シリコンダイレクト接合、酸化膜接合、共晶接合または熱圧縮接合のうち一つを利用し、前記第１基板の第２面と、前記第２基板の第３面とを接合させる段階とをさらに含む、請求項８に記載の構造体の製造方法。
【請求項１５】
請求項８ないし請求項１４のうち、いずれか１項に記載の方法で第１構造体を形成する段階と、
請求項８ないし請求項１４のうち、いずれか１項に記載の方法で第２構造体を形成する段階と、
前記第１構造体の第１基板の第１面と、前記第２構造体の第１基板の第１面とを接合する段階を含むＭＥＭＳ素子の製作方法。
【請求項１６】
第１非ビア・エッチングホール・パターンを有する第１基板と、
第２非ビア・エッチングホール・パターンと、第１ビア・エッチングホール・パターンとを有し、前記第１基板上にある第２基板と、
第２ビア・エッチングホール・パターンと、第３非ビア・エッチングホール・パターンとを有し、前記第２基板上にある第３基板と、
第４非ビア・エッチングホール・パターンを有し、前記第３基板上にある第４基板と、を含み、
前記第１非ビア・エッチングホール・パターン、前記第１ビア・エッチングホール・パターン、前記第２ビア・エッチングホール・パターン及び前記第４非ビア・エッチングホール・パターンは、第１共振器を形成するように配されており、前記第２非ビア・エッチングホール・パターンと、前記第３非ビア・エッチングホール・パターンは、第２共振器を形成するように配置されている、ＭＥＭＳ素子。
【請求項１７】
前記第１基板と前記第２基板との間、前記第２基板と前記第３基板との間、及び前記第３基板と前記第４基板との間に金属薄膜をさらに含み、該金属薄膜は、前記第１基板及び前記第２基板、前記第２基板及び前記第３基板、並びに前記第３基板及び前記第４基板をそれぞれ接合させるように構成される、請求項１６に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１８】
前記第１共振器と前記第２共振器との内壁が金属薄膜で塗布されている、請求項１６に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１９】
前記第１基板、前記第２基板、前記第３基板及び前記第４基板上のアラインキー・パターンをさらに含む、請求項１６に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項２０】
前記アラインキー・パターンが互いに対して重なっているように配置されている、請求項１９に記載のＭＥＭＳ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板エッチング及び接合法を利用して製造されたＭＥＭＳ（microelectromechanical  system）素子に係り、詳細には、複数のエッチングされた基板を接合して製造されたテラヘルツ発振器用素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ帯域は、分子光学、生物学的物理学、医学、分光学、映像及びセキュリティー電化製品の応用において非常に重要である。既存のマイクロ波帯と可視光帯域との間に置かれているテラヘルツ（１０１２Ｈｚ）帯域は、重要であるにもかかわらず、これまでのところ開発されている発振器や増幅器が皆無に近い状態である。さまざまな物理的、工学的限界によって開発が微小であったが、最近になって、さまざまな新概念と微細加工技術の発達とによって、その開発が非常に進んでいる。
【０００３】
既存のマイクロ波帯域のさまざまな発振器の周波数を高めたり、半導体レーザやフェムト（femto）秒レーザのような光学装置を利用して、作動周波数をテラヘルツ帯域に低くしようとするさまざまなアプローチが試みられている。最近では、縮小化されたテラヘルツ発振器を作ろうとするさまざまな試みが見られる。
【０００４】
このように、テラヘルツ発振器を製作するさまざまな試みにおいて、ＭＥＭＳ技術を利用して、基板に三次元微細構造物を生成する方法が開発されている。
【０００５】
特に、１００〜１，０００μｍの段差を有する構造では、ＤＲＩＥ（deep  reactive-ion  etching）のようなエッチングの特性上、エッチング・プラズマが深い段差内に均一に浸透できないために、所望する精度と均一度が得られない。特に、エッチングした底面は、エッジ側に行くほどに、エッチング速度（etch rate）が変わり、曲率半径が生じる。
【０００６】
また、深さが深くなるほど、エッチング速度が変わり、所望の深さほど正確にエッチングすることが非常に困難になる。さらには、曲率半径を有するエッジが生じるために、エッチングされた底面の深さ偏差が激しくなる。この現象は、エッチング深さが深くなるほどはなはだしく現れる。
【０００７】
なお、テラヘルツ用ＭＥＭＳ素子関連の先行技術文献としては、特許文献１及び特許文献２があり、エッチング関連の先行技術文献としては、特許文献３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】韓国公開特許第２００９−００１１２２２号公報
【特許文献２】韓国公開特許第２００９−００４８１８６号公報
【特許文献３】米国特許第６，５４４，８６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ＭＥＭＳ素子製作時に、エッチング深さが深くなるほど発生するエッチング底面の深さ偏差、エッジの曲率半径問題などを解決するために、エッチング深さを異ならせた基板を利用して製作したＭＥＭＳ素子、及びこれを利用したテラヘルツ発振器を提供するものである。
【００１０】
本発明はまた、前記ＭＥＭＳ素子の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一類型によれば、第１構造体を含むＭＥＭＳ素子が提供される。ここで、前記第１構造体は、対向する第１面及び第２面を有し、前記第１面及び第２面を貫通するビア・エッチングホール・パターンと、前記第１面に形成された第１非ビア・エッチングホール・パターンとを有する第１基板；前記第１基板に接合されており、対向する第３面及び第４面を有し、前記第１基板のビア・エッチングホール・パターンに対応する位置で、前記第３面に形成された第２非ビア・エッチングホール・パターンを有する第２基板；を含むことができる。
【００１２】
第１基板のビア・エッチングホール・パターンと、第２基板の第２非ビア・エッチングホール・パターンとが結合し、１つの第３非ビア・エッチングホール・パターンが形成されてもよい。
【００１３】
前記ＭＥＭＳ素子は、第２構造体をさらに含むことができる。ここで、前記第２構造体は、対向する第１面及び第２面を有し、前記第１面及び第２面を貫通するビア・エッチングホール・パターンと、前記第１面に形成された第１非ビア・エッチングホール・パターンとを有する第１基板；前記第１基板に接合されており、対向する第３面及び第４面を有し、前記第１基板のビア・エッチングホール・パターンに対応する位置で、前記第３面に形成された第２非ビア・エッチングホール・パターンを有する第２基板を；含むことができる。
【００１４】
前記第２構造体の第１基板のビア・エッチングホール・パターンと、前記第２構造体の第２基板の第２非ビア・エッチングホール・パターンとが結合し、１つの第３非ビア・エッチングホール・パターンが形成され、前記第１構造体の第３非ビア・エッチングホール・パターンと、前記第２構造体の第３非ビア・エッチングホール・パターンとが結合し、１つの結合共振器（coupled  cavity）が形成されうる。
【００１５】
前記第１構造体の第１非ビア・エッチングホール・パターンと、前記第２構造体の第１非ビア・エッチングホール・パターンとが結合し、１つの導波管が形成されうる。
【００１６】
前記ＭＥＭＳ素子は、例えば、相互作用回路（interaction  circuit）とテラヘルツ発振器（terahertz  oscillator）とのうち一つであってよい。
【００１７】
前記第２基板の第２非ビア・エッチングホール・パターンの深さは、例えば、前記第３非ビア・エッチングホール・パターン深さの１／２以下であってもよい。
【００１８】
本発明の他の類型によれば、対向する第１面及び第２面を有した第１基板を準備する段階と、前記第１面及び第２面を貫通してビア・エッチングホール・パターンを形成し、前記第１面に第１非ビア・エッチングホール・パターンを形成する段階と、対向する第３面及び第４面を有する第２基板を準備する段階と、前記第３面で、前記ビア・エッチングホール・パターンに対応する位置に、第２非ビア・エッチングホール・パターンを形成する段階と、前記第１基板の第２面と、前記第２基板の第３面とを接合する段階と、を含む構造体の製造方法が提供される。
【００１９】
ここで、前記第１面及び第２面を貫通してビア・エッチングホール・パターンを形成し、第１面に第１非ビア・エッチングホール・パターンを形成する段階は、前記第１基板の第２面に第１マスクパターンを形成する段階と、前記第１マスクパターンをエッチングマスクとして使用し、前記第１基板の第２面の一部を第１深さまでエッチングし、ビア・エッチングホールの一部を形成する段階と、前記第１基板のエッチングされた部分をエッチング用緩衝材で充填する段階と、前記第１基板の第１面に第２マスクパターンを形成する段階と、前記第２マスクパターンをエッチングマスクとして使用し、前記第１基板の第１面を第２深さまでエッチングし、ビア・エッチングホール・パターンと第１非ビア・エッチングホール・パターンとを形成する段階と、前記ビア・エッチングホール・パターンに充填されたエッチング用緩衝材を除去する段階と、前記第１基板の第１面、第２面及びエッチングされた表面に、金属薄膜を形成する段階とを含んでよい。
【００２０】
また、前記第３面で、ビア・エッチングホール・パターンに対応する位置に、第２非ビア・エッチングホール・パターンを形成する段階は、前記第２基板の第３面に第３マスクパターンを形成する段階と、前記第３マスクパターンをエッチングマスクとして、前記第２基板の第３面を既設定の深さまでエッチングすることによって、前記第１基板のビア・エッチングホール・パターンと対応する位置に、第２非ビア・エッチングホール・パターンを形成する段階と、第３面及び前記第２基板のエッチングされた表面に、金属薄膜を形成する段階とを含んでもよい。
【００２１】
前記エッチング用緩衝剤は、例えば、前記第１基板のエッチング速度に比べて、遅いかあるいは同じエッチング速度でエッチング液によるエッチングが可能な材料であってもよい。
【００２２】
また、前記第１基板の第２面と、前記第２基板の第３面とを接合する段階は、前記第１基板の第２面に形成された金属薄膜と、前記第２基板の第３面に形成された金属薄膜とを熱圧縮によって互いに接合する段階を含んでもよい。
【００２３】
また、前記第１基板の第２面と、前記第２基板の第３面とを接合する段階は、前記第１基板の第２面にソルダライン（solder  line）・パターンを形成する段階と、前記第１基板の第２面に形成されたソルダライン・パターンを、前記第２基板の第３面に形成された金属薄膜と共晶接合する段階と、を含んでもよい。
【００２４】
本発明による前記構造体の製造方法は、前記第１基板上の第１アラインキー・パターンと、前記第２基板上の第２アラインキー・パターンとを利用し、前記第１基板と前記第２基板とを互いに整列させる段階と、シリコンダイレクト接合、酸化膜接合、共晶接合または熱圧縮接合のうち一つを利用し、前記第１基板の第２面と、前記第２基板の第３面とを接合させる段階と、をさらに含んでもよい。
【００２５】
一方、本発明のさらに他の類型によれば、前述の構造体の製造方法で第１構造体を形成する段階と、前述の構造体の製造方法で第２構造体を形成する段階と、前記第１構造体の第１基板の第１面と、前記第２構造体の第１基板の第１面とを接合する段階と、を含むＭＥＭＳ素子の製作方法が提供される。
【００２６】
また、本発明のさらに他の類型によれば、第１非ビア・エッチングホール・パターンを有する第１基板；第２非ビア・エッチングホール・パターンと、第１ビア・エッチングホール・パターンとを有し、前記第１基板上にある第２基板；第２ビア・エッチングホール・パターンと、第３非ビア・エッチングホール・パターンとを有し、前記第２基板上にある第３基板；第４非ビア・エッチングホール・パターンを有し、前記第３基板上にある第４基板；を含むＭＥＭＳ素子が提供される。ここで、前記第１非ビア・エッチングホール・パターン、第１ビア・エッチングホール・パターン、第２ビア・エッチングホール・パターン及び第４非ビア・エッチングホール・パターンは、第１共振器を形成するように配置され、前記第２非ビア・エッチングホール・パターンと、第３非ビア・エッチングホール・パターンは、第２共振器を形成するように配置される。
【００２７】
前記ＭＥＭＳ素子は、前記第１基板と第２基板との間、前記第２基板と第３基板との間、及び前記第３基板と第４基板との間にそれぞれ配置された金属薄膜をさらに含むことができて、前記金属薄膜は、前記第１基板及び第２基板、前記第２基板及び第３基板、並びに前記第３基板及び第４基板をそれぞれ接合させるように構成されてよい。
【００２８】
前記第１共振器及び第２共振器の内壁は、金属薄膜で塗布されてよい。
【００２９】
前記ＭＥＭＳ素子は、前記第１基板、第２基板、第３基板及び第４基板上のアラインキー・パターンをさらに含んでもよい。
【００３０】
本発明によれば、前記アラインキー・パターンは互いに関して重なっているように配置されてよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明による基板分離エッチング及び接合法は、テラヘルツ発振器、テラヘルツ増幅器の製造、または三次元ＭＥＭＳ素子製造などに応用されうる。該基板分離エッチング法を使用することによって、エッチング後に底面を均一に維持でき、底面に曲率半径が生じたり、段差面で、段差上面のエッジが不完全にエッチングされ、オーバーハング（overhang）構造が生成されることを防止する、又は減少させることができる。従って、エッチング品質を改善し、各基板に位置したアラインキーを使用して基板を精巧に接合することができ、多層（multi-layer）工程が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態による第１構造体の断面図を図示する図面である。
【図２】本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ素子の断面図を図示する図面である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図３Ｆ】本発明の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図３Ｇ】本発明の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による第１構造体の第２基板製造方法を図示した図面である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による第１構造体の第２基板製造方法を図示した図面である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による第１構造体の第２基板製造方法を図示した図面である。
【図５Ａ】本発明の他の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図５Ｂ】本発明の他の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図５Ｃ】本発明の他の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図５Ｄ】本発明の他の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図５Ｅ】本発明の他の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図５Ｆ】本発明の他の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図５Ｇ】本発明の他の一実施形態による第１構造体の第１基板製造方法を図示した図面である。
【図６】本発明の一実施形態による第１構造体の製造方法を図示した図面である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による第１構造体の製造方法を立体的に示す斜視図を図示した図面である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態による第１構造体の製造方法を立体的に示す斜視図を図示した図面である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態による第１構造体の製造方法を立体的に示す斜視図を図示した図面である。
【図８】本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ素子の製造方法を図示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施形態の構成と作用とについて詳細に説明する。以下の図面で同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で各構成要素のサイズは、説明の明瞭性及び便宜性のために拡張されていることがある。
【００３４】
図１は、例示的な第１構造体１００の概略的な断面図であり、図２は、図１に図示された第１構造体１００と、それと同じさらに１つの第１構造体（以下、「第２構造体」とする）２００とを接合して作ったＭＥＭＳ（microelectromechanical  system）素子（または、相互作用回路（interaction  circuit））４００の断面図である。
【００３５】
図１の第１構造体１００は、第１基板１１０と第２基板１２０とを有する。前記第１基板１１０は、対向する第１面１１２と第２面１１４とを有する。第１基板１１０はまた、第１面１１２及び第２面１１４を貫通するビア・エッチングホール・パターン１５０と、前記第１面１１２に形成された第１非ビア・エッチングホール・パターン１６０とを有する。図１に図示されているように、第１基板１１０の両側に、ビア・エッチングホール・パターン１５０がそれぞれ形成され、両側ビア・エッチングホール・パターン１５０間に、第１非ビア・エッチングホール・パターン１６０が形成されてよい。
【００３６】
前記第２基板１２０は、対向する第３面１２２と第４面１２４とを有する。前記第３面１２２には、第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０が形成されている。前記第２基板１２０の第３面１２２に形成された第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０は、前記第１基板１１０のビア・エッチングホール・パターン１５０と同じパターンで対応する位置に形成される。図１のように、第１構造体１００は、前記第１基板１１０の第２面１１４と、前記第２基板１２０の第３面１２２とが互いに接合されて形成される。前記第１基板１１０と第２基板１２０とが接合されれば、第１基板１１０のビア・エッチングホール・パターン１５０と、第２基板１２０の第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０とが結合された第３非ビア・エッチングホール・パターン１９０構造が形成される。
【００３７】
一方、前記第１構造体１００を含むＭＥＭＳ素子の製作も可能である。このようなＭＥＭＳ素子の一例が図２に示されている。図２のＭＥＭＳ素子４００は、前記第１構造体１００と同じ構造の第２構造体２００が、一つさらに備わったものであり、前記第１構造体１００の第１面１１２と、前記第２構造体２００の第１面２１２とが互いに接合されて形成されてもよい。
【００３８】
本発明の一実施形態で、前記第１構造体１００と、前記第２構造体２００とが接合されれば、各構造体の第３非ビア・エッチングホール・パターン１９０が結合され、第１導波管（または、結合共振器（coupled  cavity））２１０を形成する。また、各構造体の第２非ビア・エッチングホール・パターン１６０が結合し、１つのトンネル、すなわち、第２導波管２２０が形成されうる。前記第２導波管２２０は、相互作用回路であって、電子ビームトンネルの役割もする。
【００３９】
前述のＭＥＭＳ素子４００は、例えば、ミリメートルまたはミリメートル以下の電磁波に係わる相互作用回路、またはテラヘルツ発振器（terahertz  oscillator）や増幅器に使われてもよい。
【００４０】
前記第２基板１２０の第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０の深さは、例えば、前記第１基板１１０のビア・エッチングホール・パターン１５０深さの１／２以下に形成されうる。他の実施形態で、前記第２基板１２０の第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０の深さは、例えば、前記第１基板１１０のビア・エッチングホール・パターン１５０と、前記第２基板１２０の第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０とが結合／接合されて形成された第３非ビア・エッチングホール・パターン１９０深さの１／２であるか、それよりも小さくてもよい。
【００４１】
所望の深さの第３非ビア・エッチングホール・パターン１９０を得るために、第１基板１１０のビア・エッチングホール・パターン１５０を、基板厚の深さに形成し、第３非ビア・エッチングホール・パターン１９０の残りの深さは、第２基板１２０の第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０に形成する。ここで、第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０の深さは、応用しようとするＭＥＭＳ素子で許容されるエッチング底面の深さ偏差の限界までエッチングされてもよい。
【００４２】
前記の通りに、第３非ビア・エッチングホール・パターン１９０の製造時、エッチング深さが異なる少なくとも２枚の基板を利用することによって、エッチング深さが深くなるほど、発生するエッチング底面の深さ偏差、エッジの曲率半径問題などを解決できる。このような本発明によれば、前記第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０のエッチング深さが低いほど、エッチング底面の均一度が高く、その結果、動作周波数が正確なテラヘルツ発振器などを製作することができる。
【００４３】
図３Ａないし図３Ｇは、第１基板１１０の例示的な製造方法を図示したものである。
【００４４】
本発明の一実施形態による第１基板１１０の製造方法は、対向する第１面１１２と第２面１１４とを有した第１基板１１０を準備する段階を含むことができる。本発明の例示的な実施形態で、図３Ａに図示されているように、感光液塗布（ＰＲ（photo  resist）coating）によって、第１基板１１０の第２面１１４には、フォトレジスト層１１６が形成されうる。そして、図３Ｂのように、フォトレジスト層１１６を利用して、第２面１１４に第１アラインキー・パターン（align  key  pattern）１３０が形成された後、残ったフォトレジスト層１１６が除去され、図３Ｃのように、第１基板１１０の第２面１１４に、フォトレジスト層を再び塗布することによって、ビア・エッチングホール・パターン１５０のための第１マスクパターン１３２が形成されうる。その後、図３Ｃのように、エッチングマスクとして第１マスクパターン１３２を使用し、第１基板１１０の第２面１１４を第１深さまでエッチングすることによって、ビア・エッチングホール・パターン１５０の一部を形成できる。本発明の例で、第１深さは、既に設定されたものでもあってよい。そして、図３Ｄのように、エッチングされた部分にエッチング用緩衝剤１５２を充填する。その後、図３Ｅのように、前記第１基板１１０の第１面１１２に、ビア・エッチングホール・パターン１５０と第１非ビア・エッチングホール・パターン１６０とのための第２マスクパターン１３４を形成した後、エッチングマスクとして前記第２マスクパターン１３４を使用して、第１基板１１０の第１面１１２を既設定の第２深さまでエッチングし、ビア・エッチングホール・パターン１５０と、第１非ビア・エッチングホール・パターン１６０とを形成できる。そして、図３Ｆのように、第１面１１２にある第２マスクパターン１３４と、前記ビア・エッチングホール・パターン１５０に充填された緩衝剤１５２とを除去し、図３Ｇのように、第１基板１１０の第１面１１２、第２面１１４、及び第１基板１１０のエッチングされた表面に金属薄膜１８０を形成できる。
【００４５】
図３Ｂは、第１アラインキー・パターン１３０が生成された第１基板１１０を図示する。第１アラインキー・パターン１３０は、第１基板１１０を、その後他の基板と接合したり、他の構造物に接合するときに、精巧な接合のために使われる。また、第１アラインキー・パターン１３０は、他の基板または他の面に対するエッチング位置を調節するために使われることができる。例えば、図３Ｅの第２マスクパターン１３４は、第１基板１１０の第２面１１４に位置した第１アラインキー・パターン１３０と整列され、第２面１１４のエッチング位置を調節できる。
【００４６】
前記第１基板１１０で、第１マスクパターン１３２でエッチングされた部分に充填するエッチング用緩衝剤１５２は、エッチング剤でエッチングが可能であり、基板のエッチング速度に比べて、遅いかあるいは同じ速度でエッチングが可能な材料であってよい。例えば、前記エッチング用緩衝剤１５２は、フォトレジストのような物質を使用できる。これは、図３Ｃのように、第１マスクパターン１３２を利用して、第２面１１４にビア・エッチングホール・パターン１５０の一部をエッチングして第１基板１１０を裏返しにし、図３Ｅのように、第１面１１２に第１非ビア・エッチングホール１６０と、ビア・エッチングホール・パターン１５０とをエッチングするとき、ビア・エッチングホール・パターン１５０が貫通されつつ、緩衝剤１５２によるエッチング速度調節を可能にし、またエッチング面に現れうるノッチ（notch）を防止できる機能を行う。図３Ｇのように、金属薄膜１８０のコーティングは、例えば、スパッタリングまたはメッキ法などを利用して実施できる。
【００４７】
図４Ａないし図４Ｃは、第２基板１２０の例示的な製造方法を図示したものである。
【００４８】
本発明の一実施形態による第２基板１２０の製造方法は、対向する第３面１２２と第４面１２４とを有した第２基板１２０を準備する段階を含むことができる。本発明の一実施形態によれば、図３Ａと同様に、第２基板１２０の第４面１２４に感光液塗布によって、フォトレジスト層が形成され、図３Ｂのように、第２アラインキー・パターン１４０（図４Ａ）を生成した後、フォトレジスト層を除去できる。そして、図４Ａのように、第２基板１２０の第３面１２２にフォトレジスト層を塗布し、第１基板１１０のビア・エッチングホール・パターン１５０と対応する位置に、第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０のための第３マスクパターン１４２を形成できる。次に、図４Ｂのように、エッチングマスクとして前記第３マスクパターン１４２を使用して、第２基板１２０の第３面１２２を所望の深さまでエッチングすることによって、第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０を形成できる。ここで、所望の深さは、あらかじめ決まった所定の値でもあるが、それに限定されるものではない。そして、図４Ｃに図示されているように、第２基板１２０の第３面１２２及びエッチングされた表面に、金属薄膜１８０を形成できる。
【００４９】
本発明の一実施形態では、第２基板１２０で、第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０の形成のために、第３マスクパターン１４２と第１マスクパターン１３２とが互いに同一に構成されてもよい。
【００５０】
図４Ｂで、第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０の深さは、前記第１基板１１０のビア・エッチングホール・パターン１５０と、前記第２基板１２０の第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０とが同じ位置に結合／接合されて形成された第３非ビア・エッチングホール・パターン１９０の深さの１／２以下でありうる。または、前記第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０は、均一な底面を有することができる深さまでエッチングされてもよい。
【００５１】
基板にビア・エッチングホール・パターンまたは非ビア・エッチングホール・パターンを形成する場合、図３Ａないし図３Ｇと、図４Ａないし図４Ｃとで示されているように、フォトレジストマスクでエッチングすることもでき、図５Ａないし図５Ｇで示されているように、酸化膜層をマスクとして使用することもできる。図５Ａないし図５Ｇは、本発明の一実施形態による第１基板１１０の製造方法を図示したものであり、第１マスクまたは第２マスクとして、フォトレジスト層と酸化膜とを利用する一実施形態を示している。
【００５２】
本発明の一実施形態による第１基板１１０の製造方法は、対向する第１面１１２と第２面１１４とを有した第１基板１１０を準備する段階を含むことができる。本発明によれば、図５Ａに図示されているように、前記第１面１１２と第２面１１４とに酸化膜層１１７を形成し、第２面１１４の酸化膜層１１７上にフォトレジスト層１１６を形成する。そして、図５Ｂのように、フォトレジスト層１１６と酸化膜層１１７とを利用して、第２面１１４に第１アラインキー・パターン１３０を形成した後、フォトレジスト層１１６を除去できる。次に、本発明による前記製造方法は、図５Ｃのように、第１基板１１０の第２面１１４にフォトレジスト層１１６をさらに塗布し、ビア・エッチングホール・パターン１５０のための第１マスクパターン２４２を形成する段階、エッチングマスクとして、前記第１マスクパターン２４２を使用して第１基板１１０の第２面１１４の一部をエッチングし、ビア・エッチングホール・パターン１５０の一部を形成する段階、図５Ｄのように、前記第１基板１１０のエッチングされた部分に、エッチング用緩衝剤１５２を充填する段階を含む。そして、前記製造方法は、ビア・エッチングホール・パターン１５０と、第１非ビア・エッチングホール・パターン１６０とのための第２マスクパターン２４４を形成する段階をさらに含むことができる。第２マスクパターン２４４は、図５Ｅのように、前記第１基板１１０の第１面１１２にある酸化膜層１１７上に、フォトレジスト層１１６を形成することによって形成でき、前記第２マスクパターン２４４をエッチングマスクとして使用し、所望の深さまで第１基板１１０をエッチングすることによって、ビア・エッチングホール・パターン１５０と、第１非ビア・エッチングホール・パターン１６０とを形成できる。ここで、前記所望の深さは、あらかじめ決まった所定の値でもあるが、それに限定されるものではない。次に、前記製造方法は、図５Ｆのように、フォトレジスト層１１６、酸化膜層１１７、及び前記ビア・エッチングホール・パターン１５０に充填された緩衝剤１５２を除去する段階をさらに含むことができる。そして、前記製造方法は、図５Ｇのように、第１基板１１０の第１面１１２、第２面１１４、及び第１基板１１０のエッチングされた表面に金属薄膜１８０を形成する段階をさらに含んでもよい。本発明の一実施形態で、酸化膜層１１７は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）から構成されてもよい。前記第１基板１１０の第２面１１４に、ビア・エッチングホール・パターン１５０の一部を形成し、第１基板１１０を裏返し、第１面１１２に残りのビア・エッチングホール・パターン１５０を形成する場合、第２面１１４に形成されている第１アラインキー・パターン１３０で、第１面１１２と第２面１１４とのビア・エッチングホール・パターン１５０が一致するように調節できる。
【００５３】
図６は、第１構造体１００の例示的な製造方法を図示したものである。
【００５４】
本発明の一実施形態による第１構造体１００の製造方法は、図３Ａないし図３Ｇ、または図５Ａないし図５Ｇに図示された方法で、第１基板１１０を製造する段階、図４Ａないし図４Ｃに図示された方法で、第２基板１２０を製造する段階、図６のように、第１基板の第２面１１４と第２基板の第３面１２２とを接合する段階を含んでもよい。
【００５５】
第１基板１１０及び前記第２基板１２０を接合するための本発明による具体的な方法は、図６に図示されている。図６に図示されているように、前記接合法は、第１基板１１０の第１面１１２、ビア・エッチングホール・パターン１５０及び第１非ビア・エッチングホール・パターン１６０に、金属薄膜１８０を形成する段階を含むことができる。そして、前記接合法は、前記第２基板１２０の第３面１２２と、第２非ビア・エッチングホール・パターン１７０に、金属薄膜１８０を形成する段階を含んでもよい。次に、前記接合法は、前記第１基板１１０の第２面１１４に金属薄膜１８０を形成する段階、及び前記第１基板１１０の第２面１１４と前記第２基板１２０の第３面１２２とを、例えば、熱圧縮（thermo-compressive）によって互いに接合する段階を含んでもよい。ここで、第１基板１１０に金属薄膜１８０を形成する段階は、図３Ｇまたは図５Ｇに図示された段階ですでに行われたものであってよく、第２基板１２０に金属薄膜１８０を形成する段階は、図４Ｃですでに行われたものであってもよい。
【００５６】
本発明の一実施形態による前記第１基板１１０と前記第２基板１２０とを接合するさらに他の方法は、前記第１基板１１０の第２面１１４に、ソルダライン・パターン（solder  line  pattern）（図示せず）を形成する段階と、共晶接合（eutectic  bonding）方式で、前記ソルダライン・パターンを、前記第２基板１２０の第３面１２２の金属薄膜に接合させる段階とを含んでもよい。代わりに、第２基板１２０の第３面１２２に、ソルダライン・パターンを形成することもできる。
【００５７】
図７Ａないし図７Ｃは、本発明の他の実施形態による第１構造体３００の構造及び製造方法を図示する斜視図である。図７Ａは、第１基板３１０の第１面３１２方向近くから見た立体斜視図であり、ビア・エッチングホール・パターン３５０と、第１非ビア・エッチングホール・パターン３６０とを見ることができる。図７Ｂは、第２基板３２０の第３面３２２方向近くから見た立体斜視図であり、第２非ビア・エッチングホール・パターン３７０と、前記第２非ビア・エッチングホール・パターン３７０の底面３７１とが見られる。図７Ｃは第１基板３１０の第２面と、第２基板３２０の第３面とを接合した立体斜視図を示している。前記第１基板３１０と前記第２基板３２０は、各基板に形成されたアラインキー（図示せず）を利用して、互いに整列された後で接合できる。図７Ｃには、２枚の基板の接合で形成された接合境界面３８０と、第３非ビア・エッチングホール・パターン３９０とが示されている。２枚の基板の接合は、大きい制約なしに多様な方法で接合が可能である。例えば、シリコンダイレクト接合（Ｓｉ  direct  bonding）、酸化膜接合、共晶接合または熱圧縮による接合がいずれも可能である。
【００５８】
図８は、本発明の一実施形態によるＭＥＭＳ素子４００の製造方法を図示している。図８に図示されたＭＥＭＳ素子４００は、図６の方法で製造した同じ構造の第１構造体１００と第２構造体２００とを接合することによって製作が可能である。また、図示されていないが、図７Ａないし図７Ｃに図示された構造の２つの構造体３００を接合し、ＭＥＭＳ素子を製作することも可能である。図８に図示されているように、第１構造体１００と第２構造体２００とを接合する場合、各構造体１００，２００の第３非ビア・エッチングホール１９０が接合され、従って第１導波管（または、結合共振器）２１０が形成される。また、各構造体１００，２００の第１非ビア・エッチングホール１６０が接合されると、他の第２導波管２２０が形成される。このように形成されたＭＥＭＳ素子４００は、テラヘルツ発振器または増幅器として使用されうる。例えば、テラヘルツ発振器として使用される場合、第２導波管２２０は、電子ビームトンネルとして使用されうる。
【００５９】
図８に図示されたＭＥＭＳ素子４００を製造する方法は、第１基板１１０と第２基板１２０とを接合し、第１構造体１００を形成する段階を含んでもよい。また、前記方法は、第１基板１１０と第２基板１２０とを接合し、第２構造体２００を形成する段階をさらに含んでもよい。次に、図８に図示されているように、前記第１構造体１００の第１面１０１（すなわち、第１基板１１０の第１面１１２）に金属薄膜１８０が形成され、前記第２構造体２００の第１面２０１（すなわち、第１基板１１０の第１面１１２）にも金属薄膜１８０が形成されうる。その後、本発明の例示的な一実施形態によれば、前記第１構造体１００の金属薄膜１８０と、第２構造体２００の金属薄膜１８０は、例えば、熱圧縮方式で互いに接合されうる。代わりに、第１構造体１００の第１面１０１と、第２構造体２００の第１面２０１とのうち、いずれか１面には、金属薄膜を形成し、他の１面には、ソルダライン・パターン（図示せず）を形成し、金属薄膜とソルダライン・パターンをと共晶接合させることもできる。
【００６０】
２枚の基板を接合したり、２つの構造体を接合するときに使用する金属薄膜１８０は、例えば、ＣｒまたはＴｉそしてＡｕから構成され、ソルダライン・パターン（図示せず）は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｓｎのうち一つ以上の金属から構成されてもよい。
【００６１】
本発明の一実施形態によれば、このような方式で、３つ以上の構造物を接合でき、段の数も、第３基板、第４基板など複数の基板を利用して増加させることができ、多様な三次元構造物を生成することができる。
【００６２】
以上、本発明の一実施形態による基板分離エッチング及び接合法は、テラヘルツ発振器、テラヘルツ増幅器の製造、または三次元ＭＥＭＳ素子製造などに応用されうる。本発明の一実施形態による基板分離エッチング法を使用すれば、エッチング後に底面を均一に維持でき、底面に曲率半径が生じたり、段差面で段差上面のエッジが不完全にエッチングされてオーバーハング（overhang）構造が生成されることを防止したり減少させることができる。従って、エッチング品質を改善でき、各基板に位置したアラインキーを使用して基板を精巧に接合でき、多層（multi-layer)工程が可能であるという利点がある。
【００６３】
以上、本発明の特定実施形態を図示して説明したが、本発明の技術思想は、添付された図面と前記の説明内容とに限定されず、本発明の思想を外れない範囲内で、多様な形態の変形が可能であるということは、この分野の当業者であれば自明の事実であり、このような形態の変形は、本発明の要旨に違背しない範囲内で、本発明の特許請求の範囲に属すると見なされる。
【符号の説明】
【００６４】
１００，３００    第１構造体
１０１，１１２，３１２    第１構造体の第１面
１１０，３１０    第１基板
１１４    第１構造体の第２面
１１６    フォトレジスト層
１１７    酸化膜層
１２０，３２０    第２基板
１２２，３２２    第１構造体の第３面
１２４    第１構造体の第４面
１３０    第１アラインキー・パターン
１３２，２４２    第１マスクパターン
１３４，２４４    第２マスクパターン
１４０    第２アラインキー・パターン
１４２    第３マスクパターン
１５０，３５０    ビア・エッチングホール
１５２    エッチング用緩衝材
１６０，３６０    第１非ビア・エッチングホール
１７０，３７０    第２非ビア・エッチングホール
１８０    金属薄膜
１９０，３９０    第３非ビア・エッチングホール
２００    第２構造体
２０１，２１２    第２構造体の第１面
２１０    第１導波管
２２０    第２導波管
３７１    第２非ビア・エッチングホールの底面
３８０    接合境界面
４００    ＭＥＭＳ素子
【図１】
2011139433.tif 000003
【図２】
2011139433.tif 000004
【図３Ａ】
2011139433.tif 000005
【図３Ｂ】
2011139433.tif 000006
【図３Ｃ】
2011139433.tif 000007
【図３Ｄ】
2011139433.tif 000008
【図３Ｅ】
2011139433.tif 000009
【図３Ｆ】
2011139433.tif 000010
【図３Ｇ】
2011139433.tif 000011
【図４Ａ】
2011139433.tif 000012
【図４Ｂ】
2011139433.tif 000013
【図４Ｃ】
2011139433.tif 000014
【図５Ａ】
2011139433.tif 000015
【図５Ｂ】
2011139433.tif 000016
【図５Ｃ】
2011139433.tif 000017
【図５Ｄ】
2011139433.tif 000018
【図５Ｅ】
2011139433.tif 000019
【図５Ｆ】
2011139433.tif 000020
【図５Ｇ】
2011139433.tif 000021
【図６】
2011139433.tif 000022
【図７Ａ】
2011139433.tif 000023
【図７Ｂ】
2011139433.tif 000024
【図７Ｃ】
2011139433.tif 000025
【図８】
2011139433.tif 000026