(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロエレクトロメカニカルシステムデバイスを形成する方法であって、
基板上に、ヒンジ付きマスクおよび該マイクロエレクトロメカニカルシステムデバイスを構成する複数の層の双方のパターンをフォトリソグラフィーを用いて同時に形成するステップと、
該ヒンジ付きマスクと、該複数の層とを、エッチング処理を用いて作製するステップと、
該ヒンジ付きマスクを該基板から離して、該複数の層の側に回動させるステップと、
該複数の層の最上層上に、ドライパターニング処理を用いて材料層を堆積するステップとを含むことを特徴とするマイクロエレクトロメカニカルシステムデバイスを形成する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、さらに
該ドライパターニング処理を用いた堆積ステップの後で、該ヒンジ付きマスクを該複数の層から離れる側に回動させるステップを含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
該回動させるステップが、さらに該ヒンジ付きマスクを約１８０度回動させるプロセスをさらに含む方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
該エッチング処理を用いて作製するステップが、腐食液の使用を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロメカニカルデバイスまたはマイクロエレクトロメカニカルデバイスを作製する方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）デバイスは、一般的に、複数の材料層を堆積することによって作製され、それらの材料層の幾つかは、その後のリリース処理の間に選択的エッチングによって除去される。複雑な構造を持つＭＥＭＳデバイスを製造する際には、初期の堆積層がリリースされた後にＭＥＭＳデバイスの一部に付加的なパターン化フィルムまたはパターン層を堆積することがしばしば要求される。そのような後続処理は、リリースに使用される腐食液（一般的には酸）により、フィルム材料の選択に与えられた限界によって引き起こされる。
【０００３】
そのような後続処理の間に一般的なフォトリソグラフィック技術を用いた場合、しばしば不都合な結果を生じることがある。部分的に形成されたＭＥＭＳデバイスをフォトレジストでカバーした場合、ＭＥＭＳデバイスに損傷を与えることがある。結果として、後続処理の間にＭＥＭＳデバイスに構成を追加する可能性は限定されることになる。あるいはまた、パターン層を堆積するために一般的なシャドーマスクを使用することもできるが、そのようなマスクを位置合わせすることは難しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、フィルムの組成やマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）デバイスの構成を制限することなく、位置合わせの問題もないような、優れたＭＥＭＳデバイスの形成方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法によれば、リリースされたＭＥＭＳデバイス上に任意の組成のパターン化フィルムを堆積するために、ヒンジの周りを１８０度回動可能なヒンジ付きマスクが、マイクロサイズのシャドーマスクとして使用される。このヒンジ付きマスクは、そのリリースされたＭＥＭＳデバイスと同時に形成される。このマスクには、適当な開口すなわち穴が形成される。この開口は、パターンを規定し、このパターンは、そのリリースされたＭＥＭＳデバイス上にパターン層の形で転写される。このヒンジ付きマスクは、最初のリソグラフィによって、そのリリースされたデバイスを形成するフィルムと同時に形成されるため、ＭＥＭＳデバイスに対して高精度で位置合わせすることができる。
【０００６】
リリース後に、ヒンジ付きマスクは、ヒンジを軸に回動させられ、ＭＥＭＳデバイス上に配置される。マスクは、次にＭＥＭＳデバイスから離れる側に回動させられ、それによって、別のマスクをＭＥＭＳデバイス上の位置に連続的に回動させ、別のパターン層を形成することが可能となる。
以上のようにして、リリースされたＭＥＭＳデバイス上に任意の複雑な構造を形成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明において使用するのに適したマイクロヒンジ２の典型的な一例を示す斜視図である。このマイクロヒンジ２は、プレート４、ヒンジピン６、ステープル８を含む。マイクロヒンジ２は、基板１４にヒンジ付けされる。ステープル８は、接触点１０、１２において基板１４に接合される。このステープル８とヒンジピン６は、プレート４が基板１４に対してほぽ１８０度回動できるように作製される。マイクロヒンジ２は、低圧化学気相堆法（ＬＰＣＶＤ）を用いた酸化物防食層による３マスク２層ポリシリコンプロセスで形成することができる（参考文献：Pister et al.,“Microfabricated Hinges"v.33,Sensors and Actuators A,pp.249-256,1992）。
【０００８】
図２は、本発明によるヒンジ付きマスク２０の典型的な一例を示している。この図２に示すように、典型的なヒンジ付きマスク２０は、２つの複合ヒンジ２２、２６、マスク３２、開口３４を含む。アーム２８、３０は、個々の複合ヒンジ２２、２６をマスク３２に接続する。
【０００９】
複合ヒンジ２２、２６は、個別の複数のマイクロヒンジ２４ａ〜２４ｅ、２６ａ〜２６ｅからなる。マイクロヒンジ２４ａ〜２４ｅ、２６ａ〜２６ｅを構成するために、図１に示すようなマイクロヒンジ２が適用される。強度を確保するために、単体のマイクロヒンジよりもむしろ複数のマイクロヒンジが使用される。そのような「特別な強度」を確保するために、図２に示すような単体の典型的なマイクロヒンジ２をベースとした、別の構成の複合ヒンジを使用することも可能である。さらに、他の形態において、アーム２８、３０が不要となるように、複合ヒンジ２２、２６をマスク３２に直接接合してもよい。
【００１０】
複合ヒンジ２２、２６、アーム２８、３０、マスク３２は、ＭＥＭＳデバイスの製造に一般的に使用されるポリシリコン、シリコン窒化物、シリコン酸化物、およびその他の材料、から形成することができる。
【００１１】
図２の典型的なヒンジ付きマスク２０は、ＭＥＭＳデバイスを作製するための本発明による方法において使用可能である。図３のフローチャートは、そのような方法の一例を示している。
【００１２】
動作ブロック４０に示すように、ヒンジ付きマスク２０等の、ヒンジ付きマスクが、ＭＥＭＳデバイスのフォトリソグラフィックパターニングの間に形成される。このようにＭＥＭＳパターニングの間にヒンジ付きマスクを形成することにより、ＭＥＭＳデバイスに対するヒンジ付きマスクの正確な位置合わせが可能となる。
【００１３】
ＭＥＭＳデバイスとヒンジ付きマスクがリリースされた後に、ヒンジ付きマスクは、動作ブロック４４に示すように、基板またはウェハから離して約１８０度（ほぼ平面に戻る程度に）回動させられ、リリースされたＭＥＭＳデバイス上に配置される。ヒンジ付きマスクを定位置にロックするために、任意のロック部材を使用することもできる。一つの形態において、そのようなロック部材は、可撓性ビームとして構成され、基板の一端に取り付けられる。このロック部材は、このロック部材の自由端の一部を定位置に回動したヒンジ付きマスク上に配置できるようにして、基板上に配置される。ヒンジ付きマスク上に配置された時点で、そのビームの屈曲は、ヒンジ付きマスクの移動を実質的に防止する付勢力を与える。
【００１４】
ブロック４８に示すように、マスクによって規定されるパターンのドライパターン転写が行われる。そのヒンジ付きマスクがシャドーマスクとして機能することは、当業者であれば容易に理解できることである。シャドーマスクによるドライパターン転写は、周知の技術である。ウェットエッチングを回避することにより、ＭＥＭＳデバイス上に幅広い種類の材料を堆積することができる。
【００１５】
ブロック５２に示すように、パターン転写後、ヒンジ付きマスクは、ＭＥＭＳデバイスから離して、好ましくは、その基板平面上における初期位置に戻るように回動させられる。パターン転写用の別のヒンジ付きマスクが存在する場合には、それらのマスクは、パターニング用の位置に順次回動させられる。
【００１６】
本発明によれば、リリースされたＭＥＭＳデバイス上に、幅広い機能を持つ実質的に制限のない構造を配置することができる。そのような構造は、例えば、誘電性ミラー、誘電性フィルタ、偏光子、および、周波数二倍器などの非直線光学応答性を持つデバイス等を含む。
【００１７】
図４〜８は、２つのヒンジ付きマスクとリリースされたＭＥＭＳデバイスを含む典型的な構成を示しており、特に、それらのマスクを使用して、そのＭＥＭＳデバイス上に付加的な構造を形成するための方法を説明するものである。
【００１８】
図４は、開口６２を持つ第１のヒンジ付きマスク６０、開口７２を持つ第２のヒンジ付きマスク７０、およびリリースされたＭＥＭＳデバイス８０を示している。これらの第１と第２のヒンジ付きマスク６０、７０は、個別の複合ヒンジ６４、６６と７４、７６で、基板５８に回動可能に取り付けられている。ＭＥＭＳデバイス８０上にパターン層８２を形成するための準備として、第１のヒンジ付きマスク６０は、基板５８の平面から離して、ＭＥＭＳデバイス８０に向かって回動させられる。図５は、第１のヒンジ付きマスク６０がＭＥＭＳデバイス上に直接配置された状態を示している。
【００１９】
続いて、第１のヒンジ付きマスク６０をシャドーマスクとして使用して、ＭＥＭＳデバイス８０上にパターン層８２が形成される。図６は、パターン層８２のドライパターン転写後で、かつ、第１のヒンジ付きマスク６０がＭＥＭＳデバイスから離れるように回動させられ、基板５８の平面上の初期位置に戻された後のＭＥＭＳデバイスを示している。
【００２０】
開口７２によって規定される形状を持つ第２のパターン層８４を形成するために、第２のヒンジ付きマスク７０は、ＭＥＭＳデバイス８０上の定位置に直接配置される。図７は、第２のヒンジ付きマスク７０がＭＥＭＳデバイス上に直接配置された状態を示している。
【００２１】
図８は、第２のドライパターン転写によってその上にパターン層８４が形成された後のＭＥＭＳデバイス８０を示している。図８に示すように、この第２のヒンジ付きマスク７０は、ＭＥＭＳから離れるように回動させられ、基板５８の平面上の初期位置に戻される。
【００２２】
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、当業者であれば、他の多種多様な形態を実施可能であり、それらは、いずれも特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に包含される。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、フィルムの組成やマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）デバイスの構成を制限することなく、位置合わせの問題もないような、優れたＭＥＭＳデバイスの形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヒンジ付きマスクを形成するのに適したマイクロヒンジの典型的な一例を示す斜視図である。
【図２】本発明によるヒンジ付きマスクの典型的な一例を示す図である。
【図３】図２のヒンジ付きマスクを用いてＭＥＭＳデバイスを形成するための方法を示すフローチャートである。
【図４】２つの典型的なヒンジ付きマスクとリリースされたＭＥＭＳデバイスを示す図である。
【図５】図４の第１のヒンジ付きマスクをＭＥＭＳデバイス上に回動させた状態を示す図である。
【図６】図５の回動させた第１のヒンジ付きマスクを用いてＭＥＭＳデバイス上にパターン層を形成した状態を示す図である。
【図７】図４の第２のヒンジ付きマスクをＭＥＭＳデバイス上に回動させた状態を示す図である。
【図８】図７の回動させた第２のヒンジ付きマスクを用いてＭＥＭＳデバイス上にパターン構造を形成した状態を示す図である。
【符号の説明】
２…マイクロヒンジ
４…プレート
６…ヒンジピン
８…ステープル
１０、１２…接触点
１４…基板
２０…ヒンジ付きマスク
２２、２６…複合ヒンジ
２４ａ〜２４ｅ、２６ａ〜２６ｅ…マイクロヒンジ
２８、３０…アーム
３２…マスク
４０、４４、４８、５２…動作ブロック
６０…第１のヒンジ付きマスク
６２、７２…開口
６４、６６、７４、７６…複合ヒンジ
７０…第２のヒンジ付きマスク
８０…ＭＥＭＳデバイス
８２、８４…パターン層
【図１】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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