(57)【要約】      （修正有）【課題】基板上に弾力的に取り付けられた慣性質量（おもり）が、慣性力の作用で撓んで基板と接触したとき、静止摩擦で基板に貼り付く現象を防止するために突起を形成する方法を提供する。【解決手段】基板１２の上に弾力的に取り付けられた慣性質量（おもり）１０を有するＭＥＭＳ装置であって、ＭＥＭＳ装置は慣性質量と基板との対向する表面上に形成された突起部を有する。慣性質量となる層に複数の穴を作成し、慣性質量及び基板を実質的に取り除かずに、基板と慣性質量の中間層は取り除くのに適当な物質をその穴を通じて注入し、中間層に完全に貫通していない空洞部分を形成する。その後、慣性質量、基板又はその両方を取り除く物質をさらに注入し空洞部分を拡幅する。さらにその後、貫通にないで残っていた中間層の部分を取り除く。この工程により製造された慣性質量と基板との対向する表面上の突起部は、慣性質量と基板との貼り付きを防止する。【選択図】図２Ａ
2007307704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械（ＭＥＭ）装置を製造する方法であって、
第１の層（１２）の上に中間層（３２）を配置する工程と、
前記中間層（３２）の上に第２の層（３０）を配置する工程と、
前記第２の層（３０）に複数の穴（３４）を成形する工程と、
前記中間層（３２）の第１の部分を、前記複数の穴（３４）を通じて取り除き、前記中間層の第２の部分を離散領域として残存させる工程と、
前記離散領域に当接しない、前記第１の層（１２）又は前記第２の層（３０）の内の少なくとも一方の一部を取り除き、前記離散領域に当接する突出部（１８）を成形する工程と、
前記複数の穴（３４）を通じて、前記中間層（３２）の前記第２の部分を取り除く工程と、を有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、前記中間層（３２）は第１の材料を含み、前記第２の層（３０）は前記第１の材料と異なる第２の材料を含み、前記第１の部分を取り除く行程は、前記第１の材料を取り除く作用を有し且つ前記第２の材料を実質的に取り除く作用を有さない第１の物質を導入する工程を有し、前記第１の層（１２）又は前記第２の層（３０）の内の少なくとも一方の一部を取り除く工程は、前記第２の材料及び前記第１の層（１２）を形成している材料のうちの一方を取り除く作用を有し且つ前記第１の材料を取り除く作用を有さない、第２の物質を導入する工程を有することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記方法は更に、前記第１の層に対して、弾力的に取り付けられるおもりを形成する工程を有し、前記第１の層は、前記おもりと前記基板との間に間隙を備え、前記方法は更に、前記おもりの近傍の前記第２の層において、前記第１の層に堅固に取り付けられる構造体を形成する工程を有することを特徴とする方法。
【請求項４】
微小電気機械（ＭＥＭ）装置を製造する方法であって、
シリコン基板（１２）上にシリコン酸化物層（３２）を形成する工程と、
前記シリコン酸化物層（３２）上に上部シリコン層（３０）を形成する工程と、
前記第２の層（３０）に複数の穴（３４）を形成する工程と、
シリコン酸化物を取り除き且つシリコンを実質的に取り除かない酸化物腐食剤を、前記複数の穴（３４）から導入する工程と、
前記シリコン酸化物層（３２）の分離領域を残して全てのシリコン酸化物層を取り除くのに十分な第１の時間が経過した後に、前記酸化物腐食剤を取り除く工程と、
曝されるシリコンを取り除き且つシリコン酸化物を実質的に取り除かないシリコン腐食剤を、前記複数の穴（３４）から導入する工程と、
前記上部シリコン層（３０）及び前記基板（１２）の薄い外側層を取り除くのに十分な第２の時間が経過した後に、前記シリコン腐食剤を取り除く工程と、
第２の酸化腐食剤を再び導入し、前記シリコン酸化物層（３２）の前記分離領域を取り除く工程と、を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ装置の静止摩擦を防止するための窪み構造を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、図１Ａ及び図１Ｂに示すような、おもりが基板の上に弾力的に取り付けられる構造を有する。例えば、櫛歯駆動部が、基板１２に弾性的に取り付けられる慣性質量１０上に形成され、基板１２は、基板１２から延びる複数の歯１４を備えている。対応する歯１６が基板に堅固に取り付けられており、また、信号発生回路及び検出回路に電気的に接続される。慣性質量１０の歯１４と堅固に取り付けられた歯１６との間の静電容量は、おもり１０の運動を検出するのに及びおもり１０を駆動するのに用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなシステムにおいて、慣性質量１０は、典型的には基板１２から非常に小さい距離だけ離間している。結果として、慣性質量１０は基板に接触する可能性がある。これは、関連する力が典型的には非常に小さいために、ファンデルワールス相互作用のような分子間力による慣性質量１０と基板１２との間の付着力が支配的になるからである。従って、慣性質量及び基板の接触表面は、「静止摩擦」として知られている現象により、互いに接触したときに、互いに接着してしまう傾向がある。静止摩擦は、組立工程中に、おもり及び基板を分離できなくさせる。ＣＯ２乾燥法又は他の乾燥法が、組立工程中に静止摩擦を開放するために用いられる。しかし、静止摩擦は、装置の作動中にも生じ得る。しばしば、この静止摩擦は恒久的であり、装置を回復不能にし得る。ある場合においては、装置の作動中の静止摩擦は一時的であり、おもり１０に作用する慣性力により克服され得る。しかし、静止摩擦が克服された場合でも、装置による測定結果及び装置により実行される運動は影響を受け、慣性質量と基板との一時的な接着を原因とする誤差が生じるであろう。
【０００４】
以上のような観点から、本技術分野において、静止摩擦による誤差の影響を受けないＭＥＭＳ装置を提供することは利益があろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
微小電気機械（ＭＥＭ）装置は、上部表面、及び上部表面の上方に位置決めされ且つ上部表面から垂直に小さな間隙により分離される下部表面を備えるおもりを有する。このおもりは、おもりが基板に対して相対的に運動できるように、基板に弾力的に取り付けられる。おもりの下部表面、基板の上部表面、又はその両方は、それらの上に形成される複数の小さな局所的な突起部を備える。この突起部の高さは、典型的には、間隙の幅よりも実質的に小さい。
【０００６】
この装置は、上部層、中間層及び基板を有する被加工物中に形成することができる。中間層は上部層、基板又はその両方を形成する材料とは異なる材料で形成される。一実施形態において、上部層及び基板はシリコンから形成され、中間層はシリコン酸化物から形成される。
【０００７】
この装置は、上部層に複数の穴を作成することによって形成される。上部層及び基板を実質的に取り除くことなく、中間層を取り除くのに適当な物質が、この穴から導入され、中間層の全てではないがほとんどの部分が取り除かれ、中間層に材料の分離領域が形成される。その後、上部層、基板又はその両方を取り除くための物質を穴から導入し、中間層の分離領域で保護されていない基板及び上部層を少しだけ取り除き，分離領域に隣接する小さな突起部を作成する。突起部の間の中間層の部分を、その後取り除く。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態及び代替実施形態を、以下に、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、本発明の実施形態において、慣性質量１０は、下部表面２０上の突起部１８とともに提供される。いくつかの実施形態において、突起部２２は基板１２の上部表面２４上に形成される。突起部２２は突起部１８又は凹部と整合する。突起部１８、２２は規則的なパターン又は不規則なパターンで配置される。突起部は、典型的には、突起部が形成される局所的な領域のわずかな部分だけを占める。例えばある実施形態において、突起部は、局所的な領域の５％未満とすることができる。他の実施形態では、突起部１８、２２は、局所的な領域の２％未満の面積を占める。また、他の実施形態では、突起部１８、２２は局所的な領域の１％未満を占める。突起部１８は、突起部２２の高さ２６ｂに等しい高さ２６ａを有する。代替的に、高さ２６ａ、２６ｂは等しくなくてもよい。突起部１８、２２の高さは、典型的には、おもり１０と基板１２との間の間隙の高さ２８よりも十分低い。一実施形態として、高さ２６ａ、２６ｂは、高さ２８の５％の高さである。他の実施形態では、高さ２６ａ、２６ｂは、高さ２８の２％未満の高さである。他の実施形態では、高さ２６ａ、２６ｂは、高さ２８の１％未満の高さである。高さ２６ａ、２６ｂは、典型的には、おもり１０と基板１２とが実際に互いに接触する面積を減らすことにより、静止摩擦を実質的に低減するために選択される。また、突起部１８、２２の占有面積は、静止摩擦を制限するために選択される。
【００１０】
好ましい実施形態において、突起部１８、２２は、おもりの面積、おもりの下方に位置する基板の部分、又はその両方の５乃至１０％の面積を占めており、一方、ＭＥＭＳ装置の他の領域においては、突起部は、典型的には面積の２％未満を占める。好ましい実施形態において、突起部１８、２２の高さ２６ａ、２６ｂは、約０．２μｍから１μｍまでの間である。
【００１１】
図３を参照すると、本発明によれば、突起部１８、２２は、基板１２の上方に位置決めされた上部層３０に形成される。中間層３２は、上部層３０と基板１２との間に位置決めされる。中間層３２は、典型的には、基板１２又は上部層３０を形成する材料の酸化物のような、上部層３０及び基板１２とは異なる材料で形成される。
【００１２】
図示された実施形態において、上部層３０及び基板１２はシリコンから形成されており、中間層３２は、シリコン酸化物である。一実施形態として、絶縁体上に形成されたシリコン（ＳＯＩ）ウェハが用いられる。中間層３２は、典型的には上部層よりもかなり薄い。中間層３２の厚さは、典型的には、完成装置における慣性質量１０及び基板１２の突起部１８、２２の間隙とほぼ等しい寸法であるか、それよりもやや小さめになるように選択される。
【００１３】
図４Ａ乃至４Ｃを参照すると、複数の穴３４が、上部層３０に形成される。穴３４は、ランダム、準ランダム又は規則的なパターンで配置される。穴３４が形成される局所的な領域内で、穴３４は面積のわずかな部分を占める。例えば、穴３４は、慣性質量１０及び歯１４が形成される領域に形成される。ある実施形態では、穴３４は、穴３４が形成される上部層３０の領域の面積の５％未満を占める。他の実施形態では、穴３４は、穴３４が形成される上部層３０の一部の領域の２％未満を占める。他の実施形態では、穴３４は、穴３４が形成される上部層３０の領域の面積の１％未満を占める。
【００１４】
穴３４は、典型的には、深堀り反応性イオンエッチング法（ＤＲＩＥ）又はその類似方法により成形される。図４Ｂに示すように、慣性質量１０及び歯１４、１６を形成する前に、穴３４及び突起部１８、２２が形成される。代替的に、図４Ｃに示すように、穴３４を形成するためのこの工程は、同時に慣性質量１０及び歯１４、１６を形成するようにしてもよい。また、慣性質量１０及び歯１４、１６の１つ又はそれ以上を形成した後に、穴３４を形成してもよい。
【００１５】
図５を参照すると、その後、上部層３０、基板１２又はその両方を実質的に取り除かずに中間層３２を取り除くのに適当な物質３６が、穴３４から導入される。物質３６は、緩衝酸化物腐食剤（ＢＯＥ）やフッ化水素（ＨＦ）のような酸化物腐食剤とすることができる。ＨＦは、典型的には約４９％の濃度で使用される。代替実施形態として、導入される物質３６は、中間層、及び基板１２及び上部層３０の一方又は両方に作用するが、物質３６が中間層３２を取り除く速度よりも遅い速度で、基板１２、上部層３０又はその両方を取り除く物質である。物質３６は、穴３４の間に位置する中間層のわずかな部分を残して中間層の全てを取り除くのに十分な時間、中間層３２に接触するように維持される。中間層３２のわずかな部分は、最終装置において突起部１８、２２が形成される寸法及び位置に対応する。
【００１６】
図６Ａ及び６Ｂを参照すると、上部層３０、基板１２又はその両方を取り除く作用をもつ物質３８が穴３８から導入される。いくつかの実施形態において、物質３８は、中間層３２を取り除く作用を有さないか、又は実質的にその作用を有さない。図示された実施形態においては、高濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）のようなシリコンを取り除く作用を有する物質３８が用いられる。低い温度において、ＫＯＨはとてもゆっくりシリコンを腐食し、一方、シリコン酸化物を実質的に腐食しないであろう。物質３８は、典型的には、基板１２及び上部層３０に接触した状態で、深さ４０になるように非常に少量の材料を取り除くのに十分な時間保持される。取り除かれる材料の深さ４０は、典型的には、最終装置の突出部１８、２２の高さ２６ａ、２６ｂにほぼ等しくなるように選択される。
【００１７】
物質３８は基板１２及び上部層３０の全露出領域から材料を取り除くので、基板１２及び上部層３０は、物質３８の適用後の最終的な寸法が意図する応用に適合するような寸法になる。おもり１０及び歯１４が、突起部１８、２２の成形前に成形される場合、歯１４及びおもり１０は、物質３８による材料の取り除きを補償するために、いくぶん大きめに形成されるであろう。好ましい実施形態として、取り除かれる材料の深さ４０は、約０．２μｍから約１μｍである。
【００１８】
図７を参照すると、突起部１８、２２の間に残存している中間層３２の全部又は実質的にその全部は、その後、上部層３０と基板１２との間の間隙を形成するために取り除かれる。これは、典型的には、中間層３２を取り除くのに適当な、物質３６のような物質４２を導入することで達成される。物質４２は、突起部１８、２２の間の中間層３２の部分を取り除くのに十分なほど長くなく、又は実質的に長くなく、中間層３２に接触した状態で保持され、中間層３２の大部分は基板１２に堅固に固定された上部層３０に形成された構造物を支持するように残る。物質４２は、典型的には、上部層３０、基板１２又はその両方を取り除く作用を有さない。代替的に、物質４２は、中間層３２を取り除く速度よりも実質的に小さい速度で、上部層３０及び／又は基盤１２を取り除く。図示された実施形態において、物質４２は、ＨＦ（例えば濃度４９％）、ＢＯＥ又はそれらの類似物のような、シリコン酸化物を取り除くのに適当な物質である。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態を上述のように図示及び説明してきたが、本発明の精神と範囲とから逸脱することなく、多くの変形が可能である。従って、本発明の範囲は、以上の好ましい実施形態の開示に限定されない。本発明は、添付の特許請求の範囲を参照することにより完全に決定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】従来技術による櫛歯駆動装置の斜視図である。
【図１Ｂ】従来技術による櫛歯駆動装置の断面側面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、複数の突起部を備える櫛歯部の断面側面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による、複数の突起部を備える櫛歯部の断面側面図である。
【図３】本発明の実施形態による、複数の突起部が形成されたＭＥＭＳ装置を形成するのに適当な上部層、中間層及び基板の断面側面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による、複数の穴が形成された図３に示す層の上部層の上面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す装置の断面側面図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による、複数の穴が形成された櫛歯駆動部に成形される上部層の断面側面図である。
【図５】図４Ａ乃至４Ｃの中間層の一部が取り除かれた中間層の断面側面図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による、突起部の成形方法を示す断面側面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による、突起部の成形方法を示す断面側面図である。
【図７】突起部に隣接して配置される中間層の一部が取り除かれた図３の層を示す断面側面図である。
【図１Ａ】
2007307704.tif 000003
【図１Ｂ】
2007307704.tif 000004
【図２Ａ】
2007307704.tif 000005
【図２Ｂ】
2007307704.tif 000006
【図３】
2007307704.tif 000007
【図４Ａ】
2007307704.tif 000008
【図４Ｂ】
2007307704.tif 000009
【図４Ｃ】
2007307704.tif 000010
【図５】
2007307704.tif 000011
【図６Ａ】
2007307704.tif 000012
【図６Ｂ】
2007307704.tif 000013
【図７】
2007307704.tif 000014
【外国語明細書】
2007307704000001.pdf