(57)【要約】【課題】構造層の剪断応力を高めた微小構造体及びその作製方法並びに微小電気機械式装置を提供することを課題とする。【解決手段】基板上に犠牲層を形成し、犠牲層上に金属膜を形成し、金属膜にレーザ照射を行い、金属膜の針状結晶を低減又は除去し、前記金属膜をエッチングして所定の形状に加工した金属層を形成し、その後、犠牲層を除去する。以上により、微小構造体の可動部の破断に対する耐性が向上した信頼性に優れる微小電気機械式装置を提供することができる。【選択図】図１
2007175862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に犠牲層を形成し、
前記犠牲層上にスパッタリング法により金属膜を形成し、
前記金属膜にレーザ照射を行い、
前記金属膜を所定の形状に加工して金属層を形成し、
前記犠牲層を除去することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項２】
基板上に犠牲層を形成し、
前記犠牲層上に針状結晶でなる金属膜を形成し、
前記金属膜の針状結晶を成長させ板状結晶とし、
前記金属膜を所定の形状に加工して金属層を形成し、
前記犠牲層を除去することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記金属膜に、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇから選択された金属材料又は前記金属材料を主成分とする合金を用いることを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項４】
基板上に下部電極を形成し、
前記下部電極を覆う犠牲層を形成し、
前記犠牲層を覆う第１の導電膜をスパッタリング法により形成し、
前記第１の導電膜にレーザ照射を行い、
前記第１の導電膜上に第２の導電膜を形成し、
前記第１の導電膜及び第２の導電膜を所定の形状に加工して、上部電極となる第１の導電層及び第２の導電層を形成し、
前記犠牲層を除去することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項５】
基板上に下部電極を形成し、
前記下部電極を覆う犠牲層を形成し、
前記犠牲層を覆う針状結晶でなる第１の導電膜を形成し、
前記第１の導電膜の針状結晶を成長させ板状結晶とし、
前記第１の導電膜上に第２の導電膜を形成し、
前記第１の導電膜及び第２の導電膜を所定の形状に加工して、上部電極となる第１の導電層及び第２の導電層を形成し、
前記犠牲層を除去することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項６】
基板上に下部電極を形成し、
前記下部電極を覆う犠牲層を形成し、
前記犠牲層を覆う第１の導電膜をスパッタリング法により形成し、
前記第１の導電膜にレーザ照射を行い、
前記第１の導電膜上に第２の導電膜を形成し、
前記第２の導電膜にレーザ照射を行い、
前記第１の導電膜及び前記第２の導電膜を所定の形状に加工して、上部電極となる第１の導電層及び第２の導電層を形成し、
前記犠牲層を除去することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項７】
基板上に下部電極を形成し、
前記下部電極を覆う犠牲層を形成し、
前記犠牲層を覆う針状結晶でなる第１の導電膜を形成し、
前記第１の導電膜の針状結晶を成長させ板状結晶とし、
前記第１の導電膜上に針状結晶でなる第２の導電膜を形成し、
前記第２の導電膜の針状結晶を成長させ板状結晶とし、
前記第１の導電膜及び前記第２の導電膜を所定の形状に加工して、上部電極となる第１の導電層及び第２の導電層を形成し、
前記犠牲層を除去することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項８】
基板上に犠牲層を形成し、
前記犠牲層を覆う第１の導電膜をスパッタリング法により形成し、
前記第１の導電膜にレーザ照射を行い、
前記第１の導電膜上に圧電薄膜を形成し、
前記圧電薄膜上に第２の導電膜を形成し、
前記圧電薄膜及び第２の導電膜を所定の形状に加工し、
前記犠牲層を除去することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項９】
基板上に犠牲層を形成し、
前記犠牲層を覆う針状結晶でなる第１の導電膜を形成し、
前記第１の導電膜の針状結晶を成長させ板状結晶とし、
前記第１の導電膜上に圧電薄膜を形成し、
前記圧電薄膜上に第２の導電膜を形成し、
前記圧電薄膜及び第２の導電膜を所定の形状に加工し、
前記犠牲層を除去することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項１０】
基板上に犠牲層を形成し、
前記犠牲層を覆う第１の導電膜をスパッタリング法により形成し、
前記第１の導電膜にレーザ照射を行い、
前記第１の導電膜上に圧電薄膜を形成し、
前記圧電薄膜上に第２の導電膜を形成し、
前記第２の導電膜にレーザ照射を行い、
前記圧電薄膜及び第２の導電膜を所定の形状に加工し、
前記犠牲層を除去することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項１１】
基板上に犠牲層を形成し、
前記犠牲層を覆う針状結晶でなる第１の導電膜を形成し、
前記第１の導電膜の針状結晶を成長させ板状結晶とし、
前記第１の導電膜上に圧電薄膜を形成し、
前記圧電薄膜上に針状結晶でなる第２の導電膜を形成し、
前記第２の導電膜の針状結晶を成長させ板状結晶とし、
前記圧電薄膜及び第２の導電膜を所定の形状に加工し、
前記犠牲層を除去することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項１２】
請求項８乃至請求項１１のいずれか一において、前記圧電薄膜に、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム又は酸化タンタルを用いることを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項１３】
基板上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜を所定の形状に加工して、第１の半導体層及び第２の半導体層を形成し、
前記第１の半導体層を覆うゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜及び前記第２の半導体層上にスパッタリング法により第１の導電膜を形成し、
前記第１の導電膜にレーザ照射を行い、
前記第１の導電膜を所定の形状に加工して、前記ゲート絶縁膜を介して前記第１の半導層上に重なるゲート電極、及び前記第２の半導体層上に第１の導電層を形成し、
前記第１の半導体層、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成し、
前記第１の導電層上に圧電薄膜を形成し、
前記層間絶縁膜に前記第１の半導体層に通ずるコンタクトホールを形成し、
前記層間絶縁膜及び前記圧電薄膜上に第２の導電膜を形成し、
前記第２の導電膜及び前記圧電薄膜を所定の形状に加工して、前記層間絶縁膜上に前記第１の半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極を形成し、前記第１の導電層上に第２の導電層及び圧電薄膜パターンを形成し、
前記第２の半導体層を除去することにより、半導体素子及び微小構造体を形成することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項１４】
請求項４乃至請求項１３のいずれか一において、前記第１の導電膜に、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇから選択された金属材料又は前記金属材料を主成分とする合金を用いることを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項１５】
請求項４乃至請求項１４のいずれか一において、前記第２の導電膜に、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇから選択された金属材料又は前記金属材料を主成分とする合金を用いることを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項１６】
請求項４乃至請求項１５のいずれか一において、前記第２の導電膜をスパッタリング法により形成することを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれか一において、前記基板として、ガラス基板、プラスチック基板、石英基板、シリコン基板から選択されたいずれか一を用いることを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項１８】
請求項１、４、６、８、１０又は１３において、前記レーザ照射にＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることを特徴とする微小構造体の作製方法。
【請求項１９】
請求項１乃至請求項１８のいずれか一に記載の作製方法で形成されることを特徴とする微小構造体。
【請求項２０】
請求項１９に記載の微小構造体を有することを特徴とする微小電気機械式装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照射された微小構造体及びその作製方法並びに微小電気機械式装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロスイッチ、アクチュエータ、圧力センサ、加速度センサをはじめとするいわゆるマイクロエレクトロメカニカルシステム（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：ＭＥＭＳ）と呼ばれる微小電気機械システムを用いたデバイスが様々な分野で応用されている。
【０００３】
ＭＥＭＳは、犠牲層上に構造層を形成した後、エッチングにより犠牲層を除去してできた空間に立体的に構造層を形成することで駆動する。
【０００４】
このようなＭＥＭＳの動作部分に用いられる構造層として、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの金属が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。タングステンとモリブデンは、同じ６族元素であり、共に高融点（Ｗ：融点３４３０℃、Ｍｏ：２６２０℃）で機械的強度が高いという性質を有する。
【０００５】
特許文献１では、圧電膜の上下に接する電極にタングステンやモリブデンなどの金属を、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法などの気相合成法により形成している。ＭＥＭＳの製品化においてコスト、簡便さ、歩留まりなどを考慮すると、スパッタリング法を用いてこれらタングステン膜やモリブデン膜を形成するのが好ましい。
【特許文献１】特開２００５−２１０６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、タングステン膜やモリブデン膜などの金属層をスパッタリング法により形成すると、このような金属は基板に対して垂直な方向に針状に結晶成長しやすい。
【０００７】
図１２（Ａ）、（Ｂ）に、基板上にスパッタリング法によりモリブデン膜及びタングステン膜を４００ｎｍ成膜した層の破断面を観察した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を示す。図１２（Ａ）は、モリブデン膜であり、図１２（Ｂ）は、タングステン膜である。図１２（Ａ）では、小さいものでおよそ３０ｎｍ程度の幅の結晶が、図１２（Ｂ）では、およそ５０ｎｍ程度の幅の結晶が針状に成長している様子が観察される。
【０００８】
モリブデン膜やタングステン膜は結晶粒界が脆弱であり、このような針状結晶は、その結晶の配向した方向の剪断応力に弱い。そのため、ＭＥＭＳスイッチなどの可動部にスパッタリング法により形成されたタングステン膜やモリブデン膜からなる構造体をそのまま用いると、構造体が直ちに破断してしまうため、構造体としては不向きである。
【０００９】
特にガラス基板やプラスチック基板が溶融しないような比較的低温でモリブデン膜やタングステン膜などの金属層を上記基板上にスパッタリング法により形成すると、金属層は針状に成長しやすい。したがって、ガラス基板やプラスチック基板上にスパッタリング法により金属層を形成する場合、比較的低い温度で金属層を形成する必要があるため、構造体にこのような金属層を用いると、構造体の破断の問題はより顕在化する。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、微小電気機械式装置の微小構造体に用いられるモリブデン膜やタングステン膜などの金属層の破断に対する強度を改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、微小構造体に用いられる構造層としてタングステン膜やモリブデン膜などの金属層を用い、前記金属層にレーザ照射を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明は、基板上に犠牲層を形成し、前記犠牲層上に金属膜を形成し、前記金属膜にレーザ照射を行い、前記金属膜を所定の形状に加工して金属層を形成し、前記犠牲層を除去することを特徴とする。
【００１３】
こうすることで、板状結晶を有する金属層を得ることができる。言い換えると針状結晶を低減或いは除去させた金属層を得ることができる。したがって、この金属層を微小構造体の構造層に用いることにより破断に強い微小電気機械式装置を得ることができる。
【００１４】
本発明は、金属膜として、Ｗ、Ｍｏの他にもＴｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇから選択された金属材料又は前記金属材料を主成分とする合金を用いることができる。
【００１５】
本発明は、金属膜をスパッタリング法により形成することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、基板上に犠牲層を形成し、前記犠牲層上に第１の層を形成し、前記第１の層にレーザ照射を行い、第２の層とし、前記第２の層を所定の形状に加工し、前記犠牲層を除去することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、基板上に下部電極を形成し、前記下部電極を覆う犠牲層を形成し、前記犠牲層を覆う第１の導電膜を形成し、前記第１の導電膜にレーザ照射を行い、前記第１の導電膜上に第２の導電膜を形成し、前記第１の導電膜及び前記第２の導電膜を所定の形状に加工して、上部電極となる第１の導電層及び第２の導電層を形成し、前記犠牲層を除去することを特徴とする。
【００１８】
本発明は、基板上に下部電極を形成し、前記下部電極を覆う犠牲層を形成し、前記犠牲層を覆う第１の導電膜を形成し、前記第１の導電膜にレーザ照射を行い、前記第１の導電膜上に第２の導電膜を形成し、前記第２の導電膜にレーザ照射を行い、前記第１の導電膜及び前記第２の導電膜を所定の形状に加工して、上部電極となる第１の導電層及び第２の導電層を形成し、前記犠牲層を除去することを特徴とする。
【００１９】
こうすることで、板状に結晶成長した第１の導電膜、つまり、針状結晶を低減或いは除去させた第１の導電膜でなる上部電極を得ることができる。したがって、この上部電極を微小構造体の構造層に用いることにより破断し難い微小電気機械式装置を得ることができる。
【００２０】
本発明は、基板上に犠牲層を形成し、前記犠牲層を覆う第１の導電膜を形成し、前記第１の導電膜にレーザ照射を行い、前記第１の導電膜上に圧電薄膜を形成し、前記圧電薄膜上に第２の導電膜を形成し、前記圧電薄膜及び第２の導電膜を所定の形状に加工し、前記犠牲層を除去することを特徴とする。
【００２１】
本発明は、基板上に犠牲層を形成し、前記犠牲層を覆う第１の導電膜を形成し、前記第１の導電膜にレーザ照射を行い、前記第１の導電膜上に圧電薄膜を形成し、前記圧電薄膜上に第２の導電膜を形成し、前記第２の導電膜にレーザ照射を行い、前記圧電薄膜及び第２の導電膜を所定の形状に加工し、前記犠牲層を除去することを特徴とする。
【００２２】
こうすることで、板状結晶を有する第１の導電膜を得ることができる。つまり、第１の導電膜の針状結晶を低減或いは除去させることができる。したがって、第１の導電膜を微小構造体の構造層に用いることにより破断に強いＦＢＡＲフィルタを得ることができる。
【００２３】
本発明は、第１の導電膜に、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇから選択された金属材料又は前記金属材料を主成分とする合金を用いることを特徴とする。
【００２４】
本発明は、第１の導電膜をスパッタリング法により形成することを特徴とする。
【００２５】
本発明は、第２の導電膜に、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇから選択された金属材料又は前記金属材料を主成分とする合金を用いることを特徴とする。
【００２６】
本発明は、第２の導電膜をスパッタリング法により形成することを特徴とする。
【００２７】
本発明は、圧電薄膜に、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、酸化タンタルから選択されたいずれか一を用いることを特徴とする。
【００２８】
本発明は、基板上に半導体膜を形成し、前記半導体膜を所定の形状に加工して、第１の半導体層及び第２の半導体層を形成し、前記第１の半導体層を覆うゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜及び前記第２の半導体層上に第１の導電膜を形成し、前記第１の導電膜にレーザ照射を行い、前記第１の導電膜を所定の形状に加工して、前記ゲート絶縁膜を介して前記第１の半導層上に重なるゲート電極、及び前記第２の半導体層上に第１の導電層を形成し、前記第１の半導体層、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成し、前記第１の導電層上に圧電薄膜を形成し、前記層間絶縁膜に前記第１の半導体層に通ずるコンタクトホールを形成し、前記層間絶縁膜及び前記圧電薄膜上に第２の導電膜を形成し、前記第２の導電膜及び前記圧電薄膜を所定の形状に加工して、前記層間絶縁膜上に前記第１の半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極を形成し、前記第１の導電層上に第２の導電層及び圧電薄膜パターンを形成し、前記第２の半導体層を除去することにより、半導体素子及び微小構造体を形成することを特徴とする。
【００２９】
本発明は、基板として、ガラス基板、プラスチック基板、石英基板、シリコン基板から選択されたいずれか一を用いることを特徴とする。
【００３０】
本発明は、レーザ照射にＹＡＧレーザを用いることを特徴とする。
【００３１】
本発明は、上記作製方法で形成された微小構造体であることを特徴とする。
【００３２】
本発明は、上記作製方法で形成された微小構造体を有する微小電気機械式装置であることを特徴とする。
【００３３】
なお、本明細書において、微小電気機械式装置とは、ＭＥＭＳを利用した装置全般のことを指す。また、微小構造体とは、微小電気機械式装置において、空間領域を利用して可動する立体的な構造体のことを指す。また、構造層とは、微小構造体の可動部に用いられる部材のことを指す。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、レーザ照射により、構造層における針状結晶を低減或いは除去させることで、破断に強い微小構造体を得ることができる。例えば、上下に振動するような構造層にレーザ照射を行うと、応力がかかる方向に対して同方向に存在する結晶粒界が低減あるいは除去され、板状結晶となっているため、構造層の破壊が起きにくい。この構造層を有する微小構造体を用いることで、耐久性に優れた信頼性の高い微小電気機械式装置を提供することができる。なお、本発明に係る微小構造体は、ＭＥＭＳに関するあらゆる分野で用いることができ、例えば、センサとして音波センサ、位置センサ、磁気センサ、化学センサ、ガスセンサ、湿度センサなどに用いることができ、他にもレゾネータ、微小歯車、発電機などに適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３６】
（実施の形態１）
本実施形態では、レーザ照射により構造層の結晶の状態を変化させた微小構造体の作製方法について説明する。
【００３７】
図１（Ａ）に示すように基板１００を用意する。なお、図１（Ａ）〜（Ｄ）の左側に示す断面図は、それぞれ右側に示す上面図の点線Ａ−Ａ’に対応する。
【００３８】
基板１００には、石英基板、ガラス基板、プラスチック基板、シリコン基板等を適用することができる。例えば、プラスチック基板上に微小構造体を形成することにより、軽量且つ柔軟性に富んだ薄型の微小構造体を有する装置を形成することができる。また、石英基板、ガラス基板及びシリコン基板を研磨して薄くすることにより、薄型の微小構造体を形成することもできる。
【００３９】
次いで、基板１００上に犠牲層１０１を形成する。なお、犠牲層とは、後の工程で選択的に除去される層を指す。犠牲層は除去されればよく、そのため、導電層や絶縁層であってもよい。このような犠牲層を除去することにより、基板１００と後の工程で犠牲層上に形成される構造層との間に空間が生じる。すなわち、立体的な形状である構造層を形成することができる。
【００４０】
犠牲層１０１は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法により形成することができる。犠牲層１０１として、アモルファスシリコン、ポリシリコン等のシリコンを有する半導体層、アルミニウム（Ａｌ）等の金属を有する材料、ポリイミド、レジスト等の有機層、又は酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁層などによって形成することができる。なお、犠牲層１０１は、単層構造であっても積層構造であってもよい。積層構造の場合、上記材料を適宜組合せて積層すればよい。
【００４１】
犠牲層１０１の加工には、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストマスクを形成し、ドライエッチング法により行うことができる。また、インクジェット法を代表とする液滴吐出法により形成することもできる。液滴吐出法を用いる場合、犠牲層１０１を選択的に形成することができる。そのため、犠牲層１０１のフォトリソグラフィ工程やエッチング工程を不要とすることができる。その結果、レジスト材料の無駄や工程時間を省くことができる。いずれにしても、犠牲層は構造体に対して選択的にエッチング除去が可能な材料を用いる。
【００４２】
本実施形態では、犠牲層１０１は、酸化シリコンを用いてＣＶＤ法により堆積させ、その後、フォトリソグラフィ法により直方体状に加工することで形成する。
【００４３】
次いで、犠牲層１０１上に第１の金属膜１０２ａをスパッタリング法により形成する。第１の金属膜１０２ａは、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）から選択された金属材料又は上記金属材料を主成分とする合金を用いることができる。なお、合金は、２種類以上の元素が互いに溶け合い、全体が均一の固相となっている状態が好ましい。この場合、第１の金属膜１０２ａのエッチングが行いやすくなる。なお、第１の金属膜１０２ａは単層構造であっても積層構造であってもよい。積層構造の場合、上記材料から適宜選択した材料を積層すればよい。
【００４４】
次いで、第１の金属膜１０２ａにレーザ照射を行う（図１（Ａ））。第１の金属膜１０２ａは、針状に成長した結晶を多く含む構造である。そのため、レーザ照射を行い、一旦、溶融して再結晶化させることにより針状の結晶を板状の結晶に変化させる。なお、矢印１３０はレーザ走査方向を表す。
【００４５】
レーザ照射を行う場合、連続発振型のレーザビーム（以下、ＣＷレーザビームと記す）やパルス発振型のレーザビーム（以下、パルスレーザビームと記す）を用いることができる。レーザビームとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及び当該基本波の第２高調波から第４高調波のレーザビームを照射することで、基板に対して垂直な方向に形成された結晶粒界を低減あるいは消滅させることができる。そして、レーザ光を照射しながら走査した方向に延びた板状の結晶からなる金属膜を得ることができる。
【００４６】
なお、基本波のＣＷレーザビームと高調波のＣＷレーザビームとを照射するようにしてもよいし、基本波のＣＷレーザビームと高調波のパルスレーザビームとを照射するようにしてもよい。このように複数のレーザビームを照射することにより、エネルギーを補うことができる。
【００４７】
また、金属膜がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザ光を照射できるような発振周波数でレーザを発振させるパルスレーザを用いることもできる。このような周波数でレーザビームを照射することで、基板に対して垂直な方向に構造体中に形成された結晶粒界を低減あるいは消滅させ、レーザの走査方向に向かって成長した結晶粒を得ることができる。具体的なレーザビームの発振周波数は１０ＭＨｚ以上であって、通常用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を使用する。
【００４８】
本実施形態では、例えば、石英基板上に第１の金属膜１０２ａとしてタングステン膜をおよそ４００ｎｍ成膜し、ＹＡＧレーザ（λ＝１０６４ｎｍ）を出力１５０Ｗ、スキャン速度１００ｍｍ／ｓｅｃの条件で照射する。
【００４９】
レーザ照射を行うことにより、第１の金属膜１０２ａを再結晶化させ、針状結晶を低減あるいは消滅させた板状或いはバルク状の第２の金属膜１０２ｂを得ることができる（図１（Ｂ））。
【００５０】
図２に、上記条件でレーザ照射した後のタングステン膜の破断面を観察した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。レーザ照射前（図１２（Ｂ））と比べて、およそ５０ｎｍ程度の幅の針状結晶が消滅し、およそ１５０ｎｍから３５０ｎｍの幅の板状結晶が得られている。
【００５１】
なお、レーザ照射の代わりに、ランプから発する光の照射（ランプアニール、ランプ加熱ともいう。）を行ってもよい。例えば、ハロゲンランプ光の波長は、およそ１０００ｎｍに放射スペクトルのピークを有するため、ガラス基板には吸収されにくい。したがって、金属層に選択的にエネルギーを与え加熱することができる。なお、ランプ加熱に用いられるランプ光としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、カーボンランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプから選ばれた一種または複数種を用いることができ、これらの輻射光により加熱を行うことができる。
【００５２】
次いで、第２の金属膜１０２ｂ上に形成したマスク（図示せず）を用いて第２の金属膜１０２ｂを所定の形状に加工して微小構造体の構造層として機能する金属層１０２ｃを形成する（図１（Ｃ））。加工には、ウェットエッチング法やドライエッチング法を適用することができる。加工の際のエッチングにより、犠牲層の一部が露出されるため、後の工程により、犠牲層１０１を除去することができる。なお、マスクには、例えば有機材料、無機材料を用いることができる。
【００５３】
その後、マスクを除去し、犠牲層１０１を除去することにより微小構造体を得ることができる（図１（Ｄ））。
【００５４】
なお、犠牲層１０１の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を適用することができる。
【００５５】
犠牲層１０１に酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いる場合は、フッ酸４９％水溶液１に対してフッ化アンモニウムを７の割合で混合したバッファードフッ酸（ＢＨＦ：Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）を用いたウェットエッチングにより除去することができる。また、ポリイミドや永久レジストを犠牲層１０１に用いる場合は、アッシングすることにより除去することができる。
【００５６】
ウェットエッチング後の乾燥に際しては、微小構造体の撓みなどの変形を防ぐため、粘性の低い有機溶媒（例えばシクロヘキサン）を用いてリンスを行う、若しくは低温低圧の条件で乾燥させる、またはこの両者を組み合わせた処理を行うとよい。
【００５７】
また、犠牲層１０１は、大気圧など高圧の条件において、Ｏ２、Ｆ２、ＸｅＦ２の少なくともいずれか一つを用いてドライエッチング法により除去することができる。上記した微小構造体の撓みなどの変形を防ぐため、微小構造体表面に撥水性を持たせるプラズマ処理を行うとよい。
【００５８】
このように犠牲層１０１を除去すると、空間１０３が生じる。空間１０３によって、構造層となる金属層１０２ｃを上下や左右に動作させることができる。金属層１０２ｃが可動する先端と他の電極との接触により、スイッチとして機能させることができる。このような形状を有する微小構造体をカンチレバー型微小構造体と呼び、この微小構造体をスイッチに適用することにより、低損失、低電力動作を行うことができる。
【００５９】
なお、犠牲層１０１は、その膜厚が大きすぎると基板１００と金属層１０２ｃの間にできる空間１０３の間隔が広くなり、微小構造体を駆動させにくくなる。一方で、その膜厚が小さすぎると、エッチング剤が拡散しにくく、犠牲層１０１が所望の形状にエッチングされない。また、構造層が多少撓んだり変形するだけで下方に設けられた対象物に接触してしまう。したがって、犠牲層１０１の膜厚は０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００６０】
また、本実施形態で示した微小構造体は、スイッチとして用いることができるが、スイッチ以外にも、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）又は走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のプローブ（探針）、加速度センサ、角速度センサとして用いることもできる。
【００６１】
以上のとおり、本実施形態で示した作製方法により作製された微小構造体は、針状結晶が低減あるいは消滅し、板状に成長した結晶を有する構造層を用いるため、破断に強く耐久性に優れる。そのため、この微小構造体を有する微小電気機械式装置は信頼性に優れる。
【００６２】
（実施の形態２）
本実施形態では、本発明に係る作製方法を適用したブリッジ型の微小構造体スイッチについて図３を用いて説明する。なお、本実施形態では、微小構造体を静電引力により可動させる。なお、図３の左側の断面図は、右側の上面図の点線Ａ−Ａ’に対応する。
【００６３】
まず、基板２００上に下部電極として機能する第１の導電層２０１を形成する。第１の導電層２０１は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇから選択された金属材料又は上記金属材料を主成分とする合金や導電性を有する材質のものを、例えばスパッタリング法により形成し、所定の形状にエッチングして得られる。第１の導電層２０１は共通電極や制御電極などとして使用することができる。
【００６４】
第１の導電層２０１上に犠牲層２０２を、フォトリソグラフィ法により所定の形状に加工して形成する（図３（Ｂ））。
【００６５】
犠牲層２０２上に上部電極の一部となる第１の導電膜２０３ａをスパッタリング法により形成する。第１の導電膜２０３ａとして、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇから選択された金属材料又は上記金属材料を主成分とする合金からなる金属膜を用いることができる。第１の導電膜２０３ａの膜厚は、２００ｎｍ以上３μｍ以下、好ましくは４００ｎｍ以上１μｍ以下とする。形成した第１の導電膜２０３ａは、図１２に示したように、基板に垂直な方向に成長した針状結晶となる。
【００６６】
次いで、第１の導電膜２０３ａにレーザ照射を行う（図３（Ｃ））。ここで、矢印２３０はレーザ走査方向を表す。レーザの種類及び照射条件などについては実施の形態１に挙げたものを適用することができる。
【００６７】
レーザ照射を行うことにより、第１の導電膜２０３ａは一旦溶融し、針状結晶が低減あるいは消滅し、結晶粒径が粗大化した板状あるいはバルク状の結晶の第２の導電膜２０３ｂとなる。
【００６８】
次いで、第２の導電膜２０３ｂ上に第３の導電膜２０４ａを積層して形成する（図３（Ｄ））。そして、第３の導電膜２０４ａ上に形成したマスク（図示せず）を用いて第２の導電膜２０３ｂ及び第３の導電膜２０４ａを所定の形状に加工して上部電極となる第２の導電層２０３ｃ及び第３の導電層２０４ｂを形成する（図３（Ｅ））。第３の導電層２０４ｂとして、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇなどから選択される金属材料又は上記金属材料を主成分とする合金によって形成される金属層を用いることができる。勿論、第３の導電膜２０４ａにおいてもレーザ照射を行ってもよい。なお、第３の導電膜２０４ａの代わりに、又は第３の導電膜２０４ａ上に絶縁膜を形成してもよい。
【００６９】
次いで、図３（Ｆ）に示すように、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を適用して犠牲層２０２を除去することにより微小構造体を形成する。犠牲層２０２に酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いる場合は、フッ酸４９％水溶液１に対してフッ化アンモニウムを７の割合で混合したバッファードフッ酸（ＢＨＦ：Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）を用いたウェットエッチングにより除去することができる。また、ポリイミドや永久レジストを犠牲層に用いる場合は、アッシングすることにより除去することもできる。
【００７０】
ウェットエッチング後の乾燥に際しては、微小構造体の座屈、撓みなどの変形を防ぐため、粘性の低い有機溶媒（例えばシクロヘキサン）を用いてリンスを行う、若しくは低温低圧の条件で乾燥させる、またはこの両者を組み合わせた処理を行うとよい。
【００７１】
また、犠牲層２０２は、大気圧など高圧の条件において、Ｏ２、Ｆ２、ＸｅＦ２の少なくともいずれか一つを用いてドライエッチング法を用いて除去することができる。上記した微小構造体の座屈、撓みなどの変形を防ぐため、微小構造体表面に撥水性を持たせるプラズマ処理を行うとよい。
【００７２】
このように犠牲層２０２を除去すると、空間２０５が生じる。空間２０５によって、上部電極として用いられる第２の導電層２０３ｃ及び第３の導電層２０４ｂが上下に可動するブリッジ型のスイッチとして機能する微小構造体を形成することができる。本実施形態では、上部電極が構造層としての役割を担っている。
【００７３】
なお、本発明のスイッチにおいて、犠牲層２０２上に第２の導電層２０３ｃに用いる材料より導電率の高い材料を用いた膜を形成し、その上に第２の導電層２０３ｃ及び第３の導電層２０４ｂを形成してもよい。同様に下部電極となる第１の導電層２０１上にも第１の導電層２０１に用いる材料よりも導電率の高い膜をさらに設けてもよい。このような導電膜は、上部電極と下部電極との接触抵抗を低くするだけでなく、微小構造体の電極の摩耗を低減することができる。第１の導電層２０１上に設ける膜として、Ａｕ若しくはＲｕ又はこれらを主成分とする合金を用いることができる。また、第２の導電層２０３ｃを形成する前に犠牲層２０２上に設ける膜としてもＡｕ若しくはＲｕ又はこれらを主成分とする合金を用いることができる。なお、第１の導電層２０１と第２の導電層２０３ｃが接する部分のみにＡｕ若しくはＲｕ又はこれらを主成分とする合金を設けても良い。Ａｕ若しくはＲｕ又はこれらを主成分とする合金は、電気伝導度が高く、また、柔らかい金属であるため、接触不良を抑制するのに有効である。
【００７４】
以上のとおり、本実施形態に係る微小構造体は、上部電極として針状結晶が低減あるいは消滅した板状の結晶を有する第２の導電層２０３ｃと第３の導電層２０４ｂを積層した構造層が形成されているため、破断に強く耐久性に優れる。そのため、この微小構造体を有する微小電気機械式装置は信頼性に優れる。
【００７５】
また、図４（Ａ）、（Ｂ）に、ブリッジ型のスイッチとして機能する微小構造体に、さらに制御用として機能する電極を形成した例を示す。なお、図４（Ａ）、（Ｂ）の左側に示す断面図は、それぞれ右側に示す上面図の点線Ａ−Ａ’に対応する。
【００７６】
図４（Ａ）は、微小構造体を支持する層４００上に形成された下部電極となる第１の導電層４０１の周囲を囲むように制御用電極４０２が形成されている。この場合、下部電極と接続される端子電極は、層４００に形成されたコンタクトホールを介して下部電極の下方に設けられている。図４（Ｂ）には、下部電極となる第１の導電層４０３の少なくとも２辺以上（ここでは、周囲３辺を覆う例を示す）に隣接して制御用電極４０４が形成されている。この場合、下部電極となる第１の導電層４０３と接続される端子電極は、制御用電極４０４によって第１の導電層４０３が囲まれていない領域に設けることができる。なお、図４（Ａ）のように、層４００に形成されたコンタクトホールを介して下部電極の下方に設けることもできる。
【００７７】
制御用電極４０２、４０４には、それぞれ上部電極である第２の導電層２０３ｃ及び第３の導電層２０４ｂを選択するか否かの選択信号が入力される。選択信号が入力されると、上部電極と制御用電極４０２、４０４の間に静電引力が働き、上部電極が下降して、下部電極と接触してスイッチとして機能させることができる。制御用電極４０２、４０４は、下部電極の少なくとも２辺以上に隣接して設けられているため、制御用電極４０２、４０４の面積を大きく取ることができる。そのため、上部電極と制御用電極４０２、４０４の間に、比較的低い電圧により静電引力を働かせることができる。また、スイッチ機能の信頼性も向上させることができる。
【００７８】
本実施の形態において、電極及び導電層の構造、材料、作製条件などは可能であれば上記実施の形態と適宜自由に組み合わせることができる。
【００７９】
（実施の形態３）
本実施形態では、本発明に係る作製方法を適用した圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ：Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）フィルタについて図５を用いて説明する。
【００８０】
ＦＢＡＲは、半導体プロセス技術を利用して作製されるＲＦ−ＭＥＭＳデバイスの一種であり、フィルタ本体は圧電薄膜と圧電薄膜の上下に設けられた電極で構成されている。この部分の機械的な振動によって周波数が決定される。本実施形態に係るＦＢＡＲフィルタは、１０ＧＨｚを超える高い周波数帯での動作が可能であり、携帯電話にも適用することができる。
【００８１】
図５（Ａ）に示すように基板３００上に犠牲層３０１を形成する。基板３００には、石英基板、ガラス基板、プラスチック基板、シリコン基板等を適用することができる。例えば、プラスチック基板上に微小構造体を形成することにより、軽量且つ柔軟性に富んだ薄型のＦＢＡＲフィルタを形成することができる。また、石英基板、ガラス基板及びシリコン基板を研磨して薄くすることにより、ＦＢＡＲフィルタを形成することもできる。
【００８２】
犠牲層３０１は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法により形成することができる。犠牲層３０１として、アモルファスシリコン、ポリシリコン等のシリコンを有する半導体層、アルミニウム（Ａｌ）等の金属を有する材料、ポリイミド、レジスト等の有機層、又は酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁層などによって形成することができる。なお、犠牲層３０１は、単層構造であっても積層構造であってもよい。積層構造の場合、上記材料を適宜組合せて積層すればよい。
【００８３】
次いで、犠牲層３０１上にスパッタリング法により第１の導電膜３０２ａを形成する。第１の導電膜３０２ａには、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）などから選択された一種又は複数種若しくは上記金属を主成分とする合金などの金属膜を用いることができる。
【００８４】
次いで、第１の導電膜３０２ａにレーザ照射を行う（図５（Ａ））。ここで、矢印３３０はレーザ走査方向を表す。第１の導電膜３０２ａは、針状に成長した結晶を多く含む構造である。そのため、レーザ照射を行い、一旦、溶融して再結晶化させることにより針状の結晶を板状の結晶に変化させる。なお、基板３００としてプラスチック基板のように融点の比較的低いものを用いるときは、第１の導電膜３０２ａの表面近傍のみレーザ照射により溶融して再結晶化させるようにしてもよい。また、基板３００上に絶縁膜を形成することにより、基板３００に熱が伝わらないようにしてもよい。
【００８５】
レーザ照射を行う場合、連続発振型のレーザビーム（以下、ＣＷレーザビームと記す）やパルス発振型のレーザビーム（以下、パルスレーザビームと記す）を用いることができる。レーザビームとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及び当該基本波の第２高調波から第４高調波のレーザビームを照射することで、基板に対して垂直な方向に形成された結晶粒界を低減あるいは消滅させることができる。そして、レーザ光を照射しながら走査した方向に延びた板状の結晶からなる金属膜を得ることができる。
【００８６】
なお、基本波のＣＷレーザビームと高調波のＣＷレーザビームとを照射するようにしてもよいし、基本波のＣＷレーザビームと高調波のパルスレーザビームとを照射するようにしてもよい。このように複数のレーザビームを照射することにより、エネルギーを補うことができる。
【００８７】
また、第１の導電膜３０２ａがレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザ光を照射できるような発振周波数でレーザを発振させるパルスレーザを用いることもできる。このような周波数でレーザビームを照射することで、基板に対して垂直な方向に構造体中に形成された結晶粒界を低減あるいは消滅させ、レーザの走査方向に向かって成長した板状又はバルク状の結晶粒を得ることができる。具体的なレーザビームの発振周波数は１０ＭＨｚ以上であって、通常用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を使用する。
【００８８】
本実施形態では、第１の導電膜３０２ａとしてモリブデン膜を４００ｎｍ形成し、ＹＡＧレーザ（λ＝１０６４ｎｍ）を出力１５０Ｗ、スキャン速度５００ｍｍ／ｓｅｃの条件で照射する。
【００８９】
レーザ照射を行うことにより、基板を基板の融点付近まで加熱させることなく第１の導電膜３０２ａを再結晶化させ、針状結晶を低減あるいは消滅させ、板状の結晶を有する第１の電極３０２ｂを得ることができる。
【００９０】
次いで、第１の電極３０２ｂ上に、圧電薄膜３０３ａを形成する。圧電薄膜３０３ａは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）などの圧電性を有する膜で構成され、例えば、０．１μｍ以上１μｍ以下の膜厚で形成する。なお、ＺｎＯ、ＡｌＮなどは、例えばスパッタリング法により形成することができ、ＰＺＴは例えばゾル−ゲル法により成膜し、焼結したのち、分極処理を行うことにより形成することができる。分極処理は、例えば２００℃〜３００℃において直流電界をかけることで行う。
【００９１】
次いで、圧電薄膜３０３ａ上にスパッタリング法により第２の導電膜３０４ａを形成する（図５（Ｂ））。第２の導電膜３０４ａには、第１の導電膜３０２ａと同じ材料を用いることができる。
【００９２】
次いで、圧電薄膜３０３ａ及び第２の導電膜３０４ａを所定の形状に加工して、圧電薄膜３０３ｂ及び第２の電極３０４ｂを形成する（図５（Ｃ））。なお、図５（Ｃ）では、第２の電極３０４ｂと圧電薄膜３０３ｂは、同様の形状としているが、それぞれ異なる形状としてもよい。
【００９３】
その後、犠牲層３０１をエッチングにより除去する（図５（Ｄ））。犠牲層３０１の除去には、実施形態１に示す方法を適用することができる。
【００９４】
このように犠牲層３０１を除去すると、空間３０５が生じる。空間３０５を設けることで、第１の電極３０２ｂ、圧電薄膜３０３ｂ及び第２の電極３０４ｂからなるＦＢＡＲフィルタを自由に振動させることができる。なお、第１の電極３０２ｂ、第２の電極３０４ｂに接続される配線は省略している。
【００９５】
本実施形態では、第１の導電膜３０２ａにレーザ照射を行ったが、もちろん第２の導電膜３０４ａにも同様にレーザ照射してもよい。その場合、第１の電極３０２ｂ及び第２の電極３０４ｂは破断に強く、ＦＢＡＲフィルタの耐久性を向上させることができる。
【００９６】
なお、本実施形態において、第２の導電膜３０４ａにのみレーザ照射してもよい。その場合、第１の導電膜３０２ａは基板に対して垂直な方向の針状結晶を有するため、第１の導電膜３０２ａ上に形成された圧電薄膜３０３ａは、第１の導電膜３０２ａの結晶性を引き継いで基板に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に配向する。この高配向性を有する圧電薄膜３０３ｂを使用することにより、低損失、且つ、帯域幅及び周波数温度特性に優れた高性能なＦＢＡＲフィルタを作製することができる。
【００９７】
以上のとおり、本実施形態で示した作製方法により作製された微小構造体（ＦＢＡＲフィルタ）は、レーザ照射により板状に結晶成長させ、針状結晶を低減あるいは消滅させた構造層（第１の電極３０２ｂ、第２の電極３０４ｂのいずれか又は両方）を用いるため、破断に強く耐久性に優れる。そのため、このＦＢＡＲフィルタを有する微小電気機械式装置は信頼性に優れる。
【００９８】
（実施の形態４）
本実施形態では、本発明に係る微小構造体を有し、無線通信を可能とする微小電気機械式装置について説明する。
【００９９】
図６に、微小電気機械式装置６０１が有する電気回路６０４の詳細な構成を示す。まず、電気回路６０４は、外部（ここではリーダライタに相当する）から放射される電磁波を受信して微小電気機械式装置６０１を駆動させる電力を生成し、さらに、外部と無線で通信を行う機能を有する。そのため電気回路６０４は、電源回路６１１、クロック発生回路６１２、復調回路６１３、変調回路６１４、復号化回路６１５、符号化回路６１６、および情報判定回路６１７等、無線通信に必要な回路を有する。また、無線通信に使用する電磁波の周波数や通信方法によって異なる回路構成を有する場合がある。
【０１００】
電気回路６０４は微小構造体６０３を制御する、リーダライタからの情報を処理する等の機能を有する。そのため電気回路６０４は、メモリ、メモリ制御回路、演算回路等を有する。図に示した例では、メモリ６２１、メモリ制御回路６２２、演算回路６２３、構造体制御回路６２４、Ａ／Ｄ変換回路６２５、信号増幅回路６２６を有する。
【０１０１】
電源回路６１１はダイオードおよび容量を有し、アンテナ６０２に発生した交流電圧を整流して定電圧を保持し、当該定電圧を各回路に供給することができる。クロック発生回路６１２はフィルター素子や分周回路を有し、アンテナ６０２に発生した交流電圧をもとに必要な周波数のクロックを発生させ、当該クロックを各回路に供給することができる。
【０１０２】
ここで、クロック発生回路６１２が生成するクロックの周波数は、基本的にリーダライタと微小電気機械式装置６０１とが通信に用いる電磁波の周波数以下である。また、クロック発生回路６１２はリングオシレータを有し、電源回路６１１から電圧を入力して任意の周波数のクロックを生成することも可能である。
【０１０３】
復調回路６１３はフィルター素子や増幅回路を有し、アンテナ６０２に発生した交流電圧に含まれる信号を復調することができる。復調回路６１３は、無線通信に用いる変調方式によって異なる構成の回路を有する。復号化回路６１５は、復調回路６１３によって復調された信号を復号化する。この復号化された信号が、リーダライタより送信された信号である。情報判定回路６１７は比較回路等を有し、復号化された信号がリーダライタより送信された正しい信号であるか否かを判定することができる。正しい情報であると判断された場合、情報判定回路６１７は各回路（例えば、メモリ制御回路６２２や演算回路６２３、構造体制御回路６２４等）に正しいことを示す信号を送信し、その信号を受けた回路は所定の動作を行うことができる。
【０１０４】
符号化回路６１６は、微小電気機械式装置６０１からリーダライタへ送信するデータを符号化する。変調回路６１４は、符号化されたデータを変調し、アンテナ６０２を介してリーダライタへ送信する。
【０１０５】
リーダライタへ送信するデータは、メモリ６２１が記憶している微小電気機械式装置固有のデータや、微小電気機械式装置が有する機能により得られたデータである。微小電気機械式装置固有のデータとは、例えば、微小電気機械式装置が不揮発性のメモリを有し、当該不揮発性のメモリに記憶される個体識別情報等のデータである。微小電気機械式装置が有する機能により得られたデータとは、例えば、微小構造体によって得られたデータや、それらをもとに何らかの演算を行ったデータ等である。
【０１０６】
メモリ６２１は、揮発性メモリ、および不揮発性メモリを有することができ、微小電気機械式装置６０１固有のデータや、微小構造体６０３から得られた情報等を記憶する。図にはメモリ６２１が一つのみ記載されているが、記憶する情報の種類や、微小電気機械式装置６０１の機能に応じて複数種類のメモリを有することも可能である。メモリ制御回路６２２は、メモリ６２１に記憶されている情報を読み出す、およびメモリ６２１に情報を書き込む場合にメモリ６２１を制御する。具体的には、書き込み信号、読み出し信号、メモリ選択信号等を生成する、アドレスを指定する、等の動作を行うことができる。
【０１０７】
構造体制御回路６２４は、微小構造体６０３を制御するための信号を生成することができる。例えば、リーダライタからの命令によって微小構造体６０３を制御する場合には、復号化回路６１５によって復号化された信号をもとに微小構造体６０３を制御する信号を生成する。また、メモリ６２１内に微小構造体６０３の動作を制御するプログラム等のデータが記憶されている場合、メモリ６２１から読み出したデータをもとに微小構造体６０３を制御する信号を生成する。そのほかにも、メモリ６２１内のデータ、リーダライタからのデータ、および微小構造体６０３から得られたデータをもとに微小構造体６０３を制御するための信号を生成するフィードバック機能を有することも可能である。
【０１０８】
演算回路６２３は、例えば、微小構造体６０３から得られたデータの処理を行うことができる。また、上記の構造体制御回路６２４がフィードバック機能を有する場合の、情報処理等を行うことも可能である。Ａ／Ｄ変換回路６２５は、アナログデータとデジタルデータとの変換を行う回路であり、微小構造体６０３へ制御信号を伝達する、または微小構造体６０３からのデータを変換して各回路に伝達することができる。信号増幅回路６２６は、微小構造体６０３から得られる微小な信号を増幅してＡ／Ｄ変換回路６２５へ伝達することができる。
【０１０９】
なお、実施形態３に係るＦＢＡＲフィルタは、本実施形態に係る微小構造体６０３として用いることができる。また、実施形態１、２に係る微小構造体を復調回路６１３内に含まれるスイッチとして用いることができる。復調回路６１３のスイッチに本発明に係る微小構造体を用いることにより、回路構成を縮小することができる。もちろん、他に示す回路のスイッチとして実施形態１、２に示す微小構造体を適宜用いることもできる。
【０１１０】
このような微小電気機械式装置により、無線通信を可能とすることができる。微小電気機械式装置が有する微小構造体は、その可動部分に用いる構造層にレーザ照射を行い板状に結晶成長させ、針状結晶を低減あるいは除去しているため、耐久性に優れる。そのため、この微小構造体を有する微小電気機械式装置は信頼性に優れている。
【０１１１】
（実施の形態５）
本実施形態では、本発明に係る微小構造体と、微小構造体を駆動させるための半導体素子を平面上に形成する微小電気機械式装置の作製方法について説明する。なお、ここでは、半導体素子としてトップゲート型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を作製する場合について図７、図８を用いて説明する。なお、図７、図８において、左側に半導体素子、右側に微小構造体を形成するため、図面の左側を第１の領域５００ａ、右側を第２の領域５００ｂとする。
【０１１２】
まず、基板５０１上に下地膜５０２を形成する。基板５０１としては、ガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板などを用いることができる。下地膜５０２としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸素を含む窒化シリコン（窒化酸化シリコン）、窒素を含む酸化シリコン（酸化窒化シリコン）などを用いることができる。なお、下地膜５０２は、上記に上げた材料を用いて積層構造としてもよい。本実施形態では、下地膜５０２は、膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下（好ましくは１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下）の窒素を含む酸化シリコンをプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【０１１３】
下地膜５０２上に半導体膜を形成し、所定の形状に加工し半導体層５０３ａ、５０３ｂ、５０４を形成する（図７（Ａ））。半導体膜には、非晶質又は多結晶のシリコン又はシリコンゲルマニウムを用いることができる。また、透光性を有するＺｎＯを用いてもよい。本実施形態では、非晶質シリコン膜を成膜し、Ｎｉに代表される触媒金属元素を用いて結晶化した多結晶シリコン膜を形成する。このような多結晶シリコン膜は、移動度が高く半導体素子として適している。なお、第２の領域５００ｂの半導体層５０４は、後に除去される犠牲層となる。
【０１１４】
半導体素子の半導体層と微小構造体の犠牲層を同工程で作製できるため、工程を簡略することができる。
【０１１５】
次いで、第１の領域５００ａの半導体層５０３ａ、５０３ｂ上にゲート絶縁膜５０５を形成する（図７（Ｂ））。ゲート絶縁膜５０５として、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸化窒化シリコンなどを用いることができる。さらに、ゲート絶縁膜５０５は、単層であっても積層であってもよい。積層構造の場合、上記から選択された材料を積層すればよい。なお、第１の領域５００ａのみにゲート絶縁膜５０５を形成するため、第２の領域５００ｂにはマスク５０６を形成しておく。
【０１１６】
マスク５０６を除去した後、第１の導電膜５０７を形成する。その後、第２の領域５００ｂにおいて第１の導電膜５０７にレーザ照射を行う（図７（Ｃ））。第１の導電膜５０７は針状に成長した結晶を多く含む構造である。そのため、第１の導電膜５０７にレーザ照射を行い、一旦、溶融して再結晶化させることにより針状の結晶を非晶質又は多結晶の板状又はバルク状の結晶に変化させる。図７（Ｃ）において、矢印５３０はレーザ走査方向を表す。
【０１１７】
レーザ照射後、第１の導電膜５０７をフォトリソグラフィ法により所望の形状に加工することにより、半導体素子のゲート電極５０８ａ、５０８ｂ、及び微小構造体の下部電極となる第１の導電層５０９を形成することができる（図７（Ｄ））。レーザ照射については、実施形態１の条件を適用することができる。
【０１１８】
なお、第１の導電膜５０７として、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）などから選択された一種又は複数種若しくは上記材料を主成分とする合金などの導電性材料を用いることができる。本実施形態では、モリブデン膜を用いて第１の導電膜５０７を形成する。
【０１１９】
なお、本実施形態では、半導体素子のゲート電極５０８ａ、５０８ｂにおいてもレーザ照射を行っている。レーザ照射を行わずにサブミクロン幅の微細なゲート電極を形成する場合、ゲート電極が有する多くの針状結晶同士の粒界において、金属結晶の周期が乱れたり、金属結晶の密度が低下することにより、エッチングが優先的に行われるため、ゲート電極側面方向にエッチングレートのばらつきが生じる。つまり、ゲート電極の幅が場所によって異なるため、ＴＦＴのチャネル幅方向においてチャネル長が異なってしまう。ＴＦＴの微細化が進むにつれ、この問題はさらに顕在化する。したがって、本発明に係るレーザ照射を行うことにより、ゲート電極の側面の荒さを低減することができ、ＴＦＴの電気特性、しきい値電圧、オン電流などのばらつきを低減することができる。
【０１２０】
次いで、第２の領域５００ｂにマスク５１０を設け、半導体素子の半導体層５０３ａ、５０３ｂにｎ型又はｐ型の導電性を付与する不純物元素をドープして不純物領域５１１ａ、５１１ｂを形成する（図７（Ｅ））。
【０１２１】
次いで、マスク５１０を除去した後、第１の領域５００ａ及び第２の領域５００ｂに絶縁膜を形成する。その後、第２の領域５００ｂにおいて絶縁膜をエッチング除去することにより、第１の領域５００ａに層間絶縁膜５１２を形成する（図７（Ｆ））。層間絶縁膜５１２は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮＯから選択された１つ又は複数を用いることができる。
【０１２２】
次いで、第１の領域５００ａ及び第２の領域５００ｂに圧電性を有する膜を形成し、第１の領域５００ａにおいて、エッチングに除去し、第２の領域５００ｂに、圧電薄膜５１３ａを形成する（図８（Ａ））。圧電薄膜５１３ａは、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＢａＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ５などの圧電性を有する膜を用いることができ、膜厚を０．３μｍ以上３μｍ以下、好ましくは１μｍ以上２μｍ以下とする。
【０１２３】
層間絶縁膜５１２に半導体層５０３ａ、５０３ｂのソース領域及びドレイン領域となる不純物領域５１１ａ、５１１ｂまで貫通するコンタクトホール５１４をそれぞれ形成する（図８（Ｂ））。その後、第２の導電膜をスパッタリング法により形成し、エッチングにより所定の形状に加工することにより、第１の領域５００ａでは、半導体素子のソース領域又はドレイン領域に接続されるソース電極又はドレイン電極５１５が形成され、第２の領域５００ｂでは、微小構造体の上部電極となる第２の導電層５１６が形成される。第２の導電膜として、第１の導電膜５０７に適用される導電性材料を用いることができる。なお、第２の導電膜の加工時に、圧電薄膜５１３ａも加工して所定の形状の圧電薄膜５１３ｂを形成する（図８（Ｃ））。
【０１２４】
次いで、犠牲層である半導体層５０４を除去する。犠牲層の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を適用することができる。
【０１２５】
以上の工程により、半導体素子５１７と微小構造体５１８（本実施形態では、ＦＢＡＲフィルタを指す。）を同じ工程で作り込むことができる（図８（Ｄ））。その結果、微小電気機械式装置の作製工程を簡略化することができる。微小構造体５１８の第１の導電層５０９となる第１の導電膜５０７は針状結晶を多く有する構造であるため、本発明に係るレーザ照射を行うことにより、針状結晶を低減あるいは消滅させ、板状に結晶成長させることができる。そのため、結晶の配向した方向の剪断応力が強められ、耐久性に優れる微小構造体を有する微小電気機械式装置が得られる。
【０１２６】
なお、本実施形態では、第１の導電膜５０７にレーザ照射を行っているが、もちろん第２の導電膜にもレーザ照射を行ってもよい。
【０１２７】
本実施形態は、他の実施形態と組合せ可能であるところについては、適宜自由に組み合わせることができる。
【０１２８】
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態４で説明した無線通信技術を有する微小電気機械式装置の具体的な構成及び使用の例を、図９（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
【０１２９】
図９（Ａ）に示す微小電気機械式装置７０４は、保護層によってコーティングされたカプセル７０５内に本発明に係る微小構造体を有する領域７００が設けられている。また、微小構造体を有する領域７００には、吐出口７０６が設けられている。カプセル７０５と微小構造体を有する領域７００との間には、充填材７０７が満たされていてもよい。
【０１３０】
カプセル７０５の表面に設けられた保護層は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、又は窒化炭素を含んでいることが好ましい。カプセル７０５や充填材７０７は公知のものを適宜用いる。カプセル７０５に保護層を設けることで、体内で微小電気機械式装置が溶解、変性することを防止することが可能である。
【０１３１】
さらにカプセル最外面を楕円球状のように丸みを帯びた形状にしておくことによって人体を傷つけることもなく、安全に利用することができる。
【０１３２】
本実施形態に係る微小電気機械式装置７０４は、人体の中に投入し、疾病の患部に薬剤を注入することができる。また、微小電気機械式装置７０４に物理量や化学量を測定して生体の機能データを検出するセンサや患部細胞をサンプリングする採取体等の付加機能を付けることにより、得られた情報を電気回路によって信号変換、情報処理を行い、無線通信によってリーダライタへ送信することが可能である。微小電気機械式装置が有する電気回路の構成によっては、微小構造体によって得られた情報をもとに、疾病患部を探索して移動する、患部を観察して薬剤の注入をするか否かの判断を行う等の高度な機能を持たせることも可能である。
【０１３３】
図９（Ｂ）に示すように、被験者７０８が微小電気機械式装置７０４を嚥下し、薬剤を投入すべき所定の位置まで体内腔７０９を移動させる。リーダライタ７１０により微小電気機械式装置７０４の制御、無線通信を行い、薬剤の吐出を行う。
【０１３４】
本実施形態に係る微小電気機械式装置７０４は、医療目的に限定されず、遠隔操作可能な吐出装置として幅広く利用することができる。例えば、薬品の調合時に、有害なガスが発生する、爆発の可能性があるなど、作業者に危険が伴う作業において、本実施形態に係る微小電気機械式装置７０４の微小構造体を有する領域７００内に含まれるタンクに前記薬品を充填し、遠隔操作をすることで、薬品の調合を行うことができる。これにより作業者への危険性はかなり低減される。
【０１３５】
本発明に係る微小構造体を用いることにより、体内腔７０９の移動中においても破壊されにくく耐久性に優れた信頼性の高い微小電気機械式装置を提供することができる。
【０１３６】
（実施の形態７）
本実施形態では、上記実施の形態で説明した無線通信技術を有する微小電気機械式装置の具体的な構成及び使用の別の例について、図１０（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
【０１３７】
ここでは、微小電気機械式装置を圧力センサとして用いる例について説明する。圧力センサとして用いる場合、微小構造体のダイアフラム（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）に応力検出器を設け、ダイアフラムの大きさ及び厚さを変えることで様々な感度の圧力センサが設計可能である。
【０１３８】
自動車のタイヤ８０６の空気圧が低下すると、タイヤ８０６の変形量が大きくなり、抵抗が増加し、結果として燃費が悪化し、又、事故に繋がる。本実施形態に係る微小電気機械式装置では、比較的簡便にかつ日常的に、タイヤ８０６の空気圧をモニターするシステムを提供することができる。
【０１３９】
図１０（Ａ）に示すように、本発明に係る微小構造体を保護層によってコーティングした微小電気機械式装置８０７をタイヤ８０６のホイール８０８部分に設置する。
【０１４０】
そして、微小電気機械式装置８０７にリーダライタ８０９を近づけ、無線通信を行うことで、タイヤ８０６の空気圧の情報を得ることができる。無線通信技術等は、上記実施形態４と同様である。
【０１４１】
図１０（Ｂ）に微小電気機械式装置８０７の構成について示す。本実施形態に係る微小電気機械式装置８０７は、リーダライタ８０９と非接触でデータの入出力を行うためアンテナとして機能する導電膜８１１と、アンテナとして機能する導電膜８１１と接続される電子回路部８１２を有する。なお、電子回路部８１２は薄膜トランジスタ等の半導体素子や本発明に係る微小構造体を備えている。
【０１４２】
アンテナとして機能する導電膜８１１は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、液滴吐出法、スクリーン印刷法等の印刷法等を用いて、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）から選択された元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。例えば、スクリーン印刷法により、銀を含むペーストを用いて形成し、その後、５０〜３５０度の加熱処理を行って形成する。または、スパッタリング法によりアルミニウム膜を形成し、当該アルミニウム膜をパターン加工することにより形成する。アルミニウム膜のパターン加工は、ウエットエッチング加工を用いるとよく、ウエットエッチング加工後は２００〜３００度の加熱処理を行うとよい。
【０１４３】
なお、非接触データの入出力が可能である微小電気機械式装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければよい。
【０１４４】
例えば、微小電気機械式装置における信号の伝送方式として、電磁結合方式または電磁誘導方式（例えば１３．５６ＭＨｚ帯）を適用する場合には、磁界密度の変化による電磁誘導を利用するため、アンテナとして機能する導電膜を輪状（例えば、ループアンテナ）、らせん状（例えば、スパイラルアンテナ）に形成する。
【０１４５】
また、微小電気機械式装置における信号の伝送方式として、マイクロ波方式（例えば、ＵＨＦ帯（８６０〜９６０ＭＨｚ帯）、２．４５ＧＨｚ帯等）を適用する場合には、信号の伝送に用いる電磁波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電膜の長さ等の形状を適宜設定すればよく、例えば、アンテナとして機能する導電膜を線状（例えば、ダイポールアンテナ）、平坦な形状（例えば、パッチアンテナ）またはリボン型の形状等に形成することができる。また、アンテナとして機能する導電膜の形状は線状に限られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や蛇行形状またはこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。
【０１４６】
本実施形態によると、微小電気機械式装置にアンテナを設けることによって、ガソリンスタンド等の自動車整備工場へ行くことなく、比較的簡便にかつ日常的にタイヤの空気圧をモニターすることができる。
【０１４７】
なお、本実施形態は、上記実施形態と組合せ可能なところについては適宜自由に組み合わせることができる。
【実施例１】
【０１４８】
本実施例では、本発明の微小構造体の構造体に用いるモリブデンの金属層にレーザ照射を行う前後について図１１（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
【０１４９】
図１１（Ａ）に、石英基板上にスパッタリング法によりおよそ４００ｎｍ成膜したモリブデン膜をＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）加工して得られた断面ＳＩＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像を示す。矢印で示すように、基板に対して垂直な方向に複数の針状結晶が形成されている。このような針状結晶は、結晶が成長した方向の振動に弱く、比較的小さな応力によって、粒界から破壊されやすい。
【０１５０】
図１１（Ｂ）に、スキャン速度５００ｍｍ／ｓｅｃ、出力２００Ｗの条件によりＹＡＧレーザを照射した後のモリブデン膜の断面ＳＩＭ像を示す。４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の幅のバルク状の結晶粒が見られる。レーザ照射により、一旦、モリブデン膜が溶融し、レーザの走査方向に沿って再結晶化がなされるため、走査方向に向かって成長した結晶粒を得ることができる。したがって、本発明に係る微小構造体を用いた微小電気機械式装置は、微小構造体の耐久性に優れるため、信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】本発明の微小構造体の作製工程を説明する図。
【図２】本発明に係る発光装置の一態様について説明する図。
【図３】本発明の微小構造体の作製工程を説明する図。
【図４】本発明の微小構造体を説明する図。
【図５】本発明の微小構造体の作製工程を説明する図。
【図６】本発明の微小構造体を有する半導体装置を説明する図。
【図７】本発明の微小構造体の作製工程を説明する図。
【図８】本発明の微小構造体の作製工程を説明する図。
【図９】本発明の微小電気機械式装置の一形態を説明する図。
【図１０】本発明の微小電気機械式装置の一形態を説明する図。
【図１１】スパッタリング法により形成された微小構造体に用いる構造層の断面ＳＩＭ像。
【図１２】スパッタリング法により形成された微小構造体に用いる構造層の断面ＳＥＭ写真。
【符号の説明】
【０１５２】
１００    基板
１０１    犠牲層
１０２ａ    第１の金属膜
１０２ｂ    第２の金属膜
１０２ｃ    金属層
１０３    空間
１３０    矢印
２００    基板
２０１    第１の導電層
２０２    犠牲層
２０３ａ    第１の導電膜
２０３ｂ    第２の導電膜
２０３ｃ    第２の導電層
２０４ａ    第３の導電膜
２０４ｂ    第３の導電層
２０５    空間
２３０    矢印
３００    基板
３０１    犠牲層
３０２ａ    第１の導電膜
３０２ｂ    第１の電極
３０３ａ    圧電薄膜
３０３ｂ    圧電薄膜
３０４ａ    第２の導電膜
３０４ｂ    第２の電極
３０５    空間
３３０    矢印
４００    層
４０１    第１の導電層
４０２    制御用電極
４０３    第１の導電層
４０４    制御用電極
【図１】
2007175862.tif 000003
【図３】
2007175862.tif 000004
【図４】
2007175862.tif 000005
【図５】
2007175862.tif 000006
【図６】
2007175862.tif 000007
【図７】
2007175862.tif 000008
【図８】
2007175862.tif 000009
【図９】
2007175862.tif 000010
【図１０】
2007175862.tif 000011
【図２】
2007175862.tif 000012
【図１１】
2007175862.tif 000013
【図１２】
2007175862.tif 000014