(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対し固定された固定部、及び該固定部と連結され前記基板上に浮き上がった浮上部を備えたＭＥＭＳ構造物を作製する方法であって、
前記基板上に犠牲層を積層させる段階と、
前記犠牲層をパターニングし、前記固定部が形成される領域に対応する領域の少なくとも一部分を取り囲む空間を形成する段階と、
前記犠牲層上にＭＥＭＳ構造物層を積層して、前記空間内に側壁を形成し前記犠牲層上に前記固定部と前記浮上部を形成する段階と、
前記犠牲層をエッチング液を用いて除去する段階と、
を含み、
前記除去段階では、前記固定部に対応する前記犠牲層の一部分に、前記側壁によって前記エッチング液の供給が遮断され、前記犠牲層のうち前記側壁によって取り囲まれた部分を除いた残り部分が除去されることを特徴とするＭＥＭＳ構造物の作製方法。
【請求項２】
前記空間形成段階において、前記空間は、前記固定部と前記浮上部とを連結する連結部に対応する部位を除いた残り部位の実質的な全区間にわたって形成されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造物の作製方法。
【請求項３】
前記連結部は、前記固定部より狭幅であることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ構造物の作製方法。
【請求項４】
前記除去段階を遂行する前に、前記固定部に対応する部分を除く前記ＭＥＭＳ構造物層にエッチング孔を形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造物の作製方法。
【請求項５】
前記エッチング孔は、前記浮上部に形成されることを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳ構造物の作製方法。
【請求項６】
基板と、
該基板に対し固定された固定部と、
該固定部と連結され、前記基板上から浮き上がった浮上部と、
前記固定部と前記基板との間に介在され、前記固定部を前記基板上に固定させるアンカーと、
前記アンカーの側面の少なくとも一部分を取り囲む側壁と、
を備え、
前記側壁は、前記固定部と前記浮上部とを連結する連結部に対応する部位を除いた残り部位の実質的に全区間にわたって形成され、
前記連結部は、前記固定部より狭幅であることを特徴とするＭＥＭＳ構造物。
【請求項７】
前記側壁、前記固定部、及び前記浮上部は一体に形成されることを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳ構造物。
【請求項８】
前記側壁は、前記基板と接触することを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳ構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＥＭＳ構造物及びその作製方法に関し、より詳しくは、基板上に浮き上がった部位を有するＭＥＭＳ構造物及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＥＭＳ(Micro electro mechanical system)は、機械的、電気的部品を半導体工程を用いて具現する技術である。ＭＥＭＳ技術を用いて作製された素子が機械的な動作を行なうために、ＭＥＭＳ素子は、通常基板上で揺動自在になるように浮き上がった部分を有する。
図１は、このようなＭＥＭＳ構造物の一例を示した図である。
ＭＥＭＳ構造物は、基板１１０、基板１１０上に固定された固定部１３１、及び固定部１３１から延ばされた浮上部１３３とを有している。固定部１３１は通常アンカーまたはサポートと呼ばれ、浮上部１３３を基板１１０上に固定させる機能をする。浮上部１３３は基板１１０上に浮き上がるように離隔されており、点線で示されたように、外部の駆動力により上下方向に揺動自在である。浮上部１３３は必要に応じてビーム（梁構造）またはメンブレイン（膜構造）などのような形状で製造される。
【０００３】
図２Ａないし図２Ｄは前述したようなＭＥＭＳ構造物の作製工程の一例を順に示した図である。
基板２１０上には犠牲層２２０が積層され、犠牲層２２０は図２Ａに示したように基板２１０上に固定されるアンカーの形状に対応する形状を有するようにパターニングされる。パターニングされた犠牲層２２０上に図２Ｂに示したようにＭＥＭＳ構造物層２３０が積層される。ＭＥＭＳ構造物層２３０が積層されるにつれ犠牲層２２０が残されている部分には浮上部２３３が形成され、犠牲層２２０が除去された部分には固定部２３１、及び固定部２３１と浮上部２３３とを連結する連結部２３２とが形成される。
【０００４】
次いで、図２Ｃに示したように、ＭＥＭＳ構造物層２３０の浮上部２３３にエッチング孔２４０が形成される。エッチング孔２４０を通じて犠牲層２２０にエッチング液を供給すると犠牲層２２０が除去され、図２Ｄに示したように、浮上部２３３が基板２１０から離隔した状態となる。
このようにパターニングされた犠牲層２２０にＭＥＭＳ構造物層２３０を積層させ犠牲層２２０を除去して基板１１０上に浮き上がったＭＥＭＳ構造物を作製する方法は、ＭＥＭＳ構造物の作製に最も一般的に使用される方法である。
【０００５】
しかし、このような方法によって作製されたＭＥＭＳ構造物は、基板２１０上に固定された固定部２３１と基板２１０上から浮き上がった浮上部２３３とを連結する連結部２３２の厚さが他の部分に比べて相対的に薄く形成されるため、その強度が極めて脆弱であるという問題がある。従って、浮上部２３３の駆動が繰り返されるにつれ連結部２３２が破損するおそれがあり、更に連結部２３２の連結状態が可変となるにつれて浮上部２３３の動作範囲の精密な制御が難しくなる。
【０００６】
図３Ａないし図３Ｄは、ＭＥＭＳ構造物の作製工程の他の例を順に示した図であって、ＳＯＩ(Silicon on Insulator)ウェーハなどを用いてＭＥＭＳ構造物を作製する工程を示した図である。
図３Ａに示したように、基板３１０上には犠牲層３２０が積層され、犠牲層３２０の上部にはＭＥＭＳ構造物を形成するためのＭＥＭＳ構造物層３３０が積層される。ＭＥＭＳ構造物層３３０は作製されるＭＥＭＳ構造物の形状に対応するようパターニングされる。図３ｂに示したように、ＭＥＭＳ構造物層３３０がパターニングされる時にエッチング孔３４０も共に形成され、この際、ＭＥＭＳ構造物層３３０のうち浮上部３３３に該当する部分にはエッチング孔３４０が形成され、固定部３３１に該当する部分にはエッチング孔３４０が形成されない。
【０００７】
また、エッチング孔３４０を通して犠牲層３２０にエッチング液を供給すれば犠牲層３２０が除去され基板３１０上にＭＥＭＳ構造物だけが残る。この際、エッチング孔３４０が浮上部３３３に該当する部分にのみ形成されているため、図３Ｃに示したように、浮上部３３３の下部に存在する犠牲層３２０は全て除去され、固定部３３１の下部に存在する犠牲層３２０はその縁部の一部だけ除去される。
このように犠牲層３２０にＭＥＭＳ構造物層３３０を積層させ犠牲層３２０の一部を除去して基板３１０上に浮き上がったＭＥＭＳ構造物を作製することにより、犠牲層３２０のうち除去されていない部分は基板３１０上にＭＥＭＳ構造物を固定させるアンカーとして働く。
【０００８】
ところが、このような方法では、エッチング液に犠牲層３２０が露出される時間に応じてアンカーの機能をする犠牲層３２０の幅が変わるため、浮上部３３３の長さを精度良く制御し難いという問題がある。すなわち、犠牲層３２０をエッチング液に露出させるリリース時間が長い場合は、図３Ｄに示したようにアンカーの幅が狭くなり、リリース時間が短い場合は、図３Ｃに示したようにアンカーの幅が広くなり、これに応じて浮上部３３３の長さが変わる。従って、以上のような方法では、浮上部３３３のサイズや長さが精度良く設定する必要のあるＭＥＭＳ構造物の作製には適合ではない。
【０００９】
また、前述したような方法によって作製されたＭＥＭＳ構造物では、固定部３３１と基板３１０との間に犠牲層３２０が介在されているため、犠牲層３２０が絶縁材質で形成される場合は基板３１０上の他の回路との電気的連結が難しいという問題がある。従って、このような場合は、ＭＥＭＳ構造物を他の回路と電気的に連結するための追加工程が必要とされる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、基板上に固定された固定部と基板上から浮き上がった浮上部とが互いに固く連結されており、浮上部の長さの調節が精度良く制御でき、また他の回路との電気的連結が容易なＭＥＭＳ構造物及びその作製方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した問題を解決するために、本発明は、基板に対し固定された固定部、及び前記固定部と連結され前記基板上に浮き上がった浮上部を備えたＭＥＭＳ構造物を作製する方法であって、前記基板上に犠牲層を積層させる段階と、前記犠牲層をパターニングし、前記固定部が形成される領域に対応する領域の少なくとも一部分を取り囲む空間を形成する段階と、前記犠牲層上にＭＥＭＳ構造物層を積層して、前記空間内に側壁を形成し前記犠牲層上に前記固定部と前記浮上部を形成する段階と、前記犠牲層をエッチング液を用いて除去する段階とを備える。前記除去段階では、前記固定部に対応する前記犠牲層の一部分に、前記側壁によって前記エッチング液の供給が遮断され、前記犠牲層のうち前記側壁によって取り囲まれた部分を除いた残り部分が除去される。
【００１２】
本発明では、連結部が固定部及び浮上部と同一厚さで製造されるため堅固な構造を有するＭＥＭＳ構造物が提供される。また、側壁によって固定部と基板とが連結されるため、ＭＥＭＳ構造物と他の回路との電気的連結が容易になる。
望ましくは、前記空間形成段階において、前記空間は、前記固定部と前記浮上部とを連結する連結部に対応する部位を除いた残り部位の実質的に全区間にわたって形成され、また前記連結部は前記固定部より狭幅で形成される。これにより、固定部と浮上部の境界を明確に設定でき、浮上部の長さの調節が精度良く制御できる。また、エッチング液を用いて犠牲層を除去するリリース工程時におけるリリース時間の精密な設定が不要になる。
【００１３】
一方、本発明では、基板と、該基板に対し固定された固定部と、該固定部と連結され、前記基板上から浮き上がった浮上部と、前記固定部と前記基板との間に介在され前記固定部を前記基板上に固定させるアンカーと、該アンカーの側面の少なくとも一部分を取り囲む側壁とを備えることを特徴とするＭＥＭＳ構造物が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を詳述する。
図４Ａないし図４Ｆは、本発明に係るＭＥＭＳ構造物作製工程を順に示した図であり、図５Ａないし図５Ｅは、図４Ａないし図４Ｆに示した作製工程によってＭＥＭＳ構造物に作製される過程を示した斜視図である。
図４Ａ及び図５Ａに示すように、シリコンなどの半導体材質で製造された基板４１０上に犠牲層４２０が積層される。犠牲層４２０は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、オキシド(Oxide)、またはニッケル(Ni)などのような材質で製造されうる。図４Ｂ及び図５Ｂに示したように、犠牲層４２０は、所定形状にパターニングされる。この際、犠牲層４２０のうちパターニングされて除去される部分により犠牲層４２０にはグルーブ状の空間４２３が形成され、このグルーブ状の空間４２３は後述するようにアンカーの枠状に対応する。
【００１５】
パターニングされた犠牲層４２０上には、図４Ｃ及び図５Ｃに示すようにＭＥＭＳ構造物層４３０が積層される。ＭＥＭＳ構造物層４３０は、金(Au)のような材質を蒸着させることによって形成される。この際、ＭＥＭＳ構造物層４３０は犠牲層４２０に形成された空間４２３内にも積層され、これによりＭＥＭＳ構造物層４３０は、犠牲層４２０の上部に固定された固定部４３１と、その後犠牲層４２０が除去されることによって基板４１０の上部に浮き上がる浮上部４３３、及び空間４２３内に形成された側壁４３５とを構成する。ＭＥＭＳ構造物層４３０は犠牲層４２０の全範囲にわたって均一の厚さで形成され、但し側壁４３５の水平方向の幅は、ＭＥＭＳ構造物層４３０が基板４１０上に垂直方向に積層されることによって、ＭＥＭＳ構造物層４３０内の他部位に比べて細くなる。
【００１６】
次いで、図４Ｄ及び図５Ｄに示したように、ＭＥＭＳ構造物層４３０にエッチング孔４４０が形成される。この際、エッチング孔４４０は 、ＭＥＭＳ構造物層４３０のうちビームやメンブレインなどのような浮上部４３３になる部分にだけ形成され、 固定部４３１となる部分には形成されない。
エッチング孔４４０を通して犠牲層４２０のみを選択的にエッチングできるエッチング液が供給されると、犠牲層４２０の一部がエッチングされ除去される。図４Ｅ及び図４Ｆは、犠牲層４２０がエッチング液に接触される状態が持続されるにつれ浮上部４３１の下部に存在する犠牲層４２０が次第に除去されていく状態を示している。
【００１７】
この際、浮上部４３３の下部に存在する犠牲層４２０にはエッチング液が供給されるが、固定部４３１の下部に存在する犠牲層４２０にはエッチング液が供給されない。これは、固定部４３１にはエッチング孔４４０が形成されておらず、また固定部４３１の下部に存在する犠牲層４２０は側壁４３５によって取り囲まれているからである。従って、固定部４３１下部の犠牲層４２０は側壁４３５によって保護されエッチングされずに原状態に残され、よって固定部４３１下部の犠牲層４２０が固定部４３１を基板４１０上に堅固にするアンカーとして働く。
【００１８】
このようにＭＥＭＳ構造物層４３０の形成時に側壁４３５が形成されるよう犠牲層４２０を予めパターニングすることによって、犠牲層４２０のリリース工程時に固定部４３１下部の犠牲層は除去されることがなくなる。アンカーのサイズが側壁４３５の位置によって決まるので、浮上部４３３の長さ調節が精度良く制御される。たとえ側壁４３５の厚さがＭＥＭＳ構造物４３０内の他部位に比べて細く形成されていても、エッチング液が犠牲層４２０だけを除去し側壁４３５は除去しないので、薄厚の側壁４３５によっても固定部４３１下部の犠牲層４２０をエッチング液から十分保護できる。
【００１９】
また図４Ｆ及び図５Ｅに示すように、前述したような方式によって形成されたＭＥＭＳ構造物は、固定部４３１と浮上部４３３及びこれらを互いに連結する連結部４３２がＭＥＭＳ構造物層４３０の積層工程を遂行する時に同一平面上で一体に形成される。従って、連結部４３２の厚さが固定部４３１及び浮上部４３３の厚さと同一になって連結部４３２の剛性の弱化が防止される。
また前述したようなＭＥＭＳ構造物では、ＭＥＭＳ構造物層４３０の積層工程時に形成された側壁４３５が基板４１０に接触しており、基板４１０と固定部４３１とが側壁４３５によって連結されている。従って、基板４１０上に形成された他の回路とＭＥＭＳ構造物との電気的連結が容易になる。
【００２０】
一方、図４Ｂ及び図５Ｂに示したような犠牲層４２０のパターニング工程において、パターニングによって形成される空間４２３は、固定部４３１が形成される領域に対応する領域の少なくとも一部分を取り囲むように形成される。すなわち、連結部４３２が形成される区間を除いた固定部４３１の残りの周囲区間の実質的に全範囲にわたって空間４２３が形成される。これにより側壁４３５も、固定部４３１の周囲区間のうち連結部４３２が形成された区間を除いた全区間にわたって形成される。従って、犠牲層４２０のうちアンカーになる領域の殆んどの全部分がエッチング液に接触しないように側壁４３５によって効果的に遮蔽される。
【００２１】
図６は、図５Ｅに示したＭＥＭＳ構造物内の犠牲層の形状を示した図である。連結部４３２の下部には側壁４３５が形成されていないため、犠牲層４２０の除去工程遂行中に、連結部４３２の下部を通して流れ込むエッチング液によって、図４Ｆ及び図６に示したように犠牲層４２０の一部が除去されうる。
しかし、このように犠牲層４２０の一部が除去される場合も連結部４３２の幅が固定部４３１の幅より狭く形成されているので、図６に示すように除去される犠牲層４２０の一部分、すなわち連結部４３２付近の領域だけ除去される。従って、たとえ固定部４３１下部の犠牲層４２０の一部が除去されるとしても、固定部４３１がアンカーによって固定される状態が実質的に変わらないため、浮上部４３３の長さも実質的に変わらない。従って、浮上部４３３の長さを所望の長さに精度良く調節できる。
【００２２】
【発明の効果】
前述したように、本発明では、連結部が固定部及び浮上部と同じ厚さで製造されるため堅固な構造を有するＭＥＭＳ構造物が提供される。また、側壁によってエッチングが防止された犠牲層によってアンカーが形成されるため、固定部と浮上部の境界を明らかに設定することができる。従って、浮上部の長さの調節が精度良く制御できる。また、側壁によって固定部と基板とが連結されるため、ＭＥＭＳ構造物と他の回路との電気的連結が容易になる。
【００２３】
また本発明では、アンカーになる部分が側壁によってエッチング液から保護されるため、エッチング液を用いて犠牲層を除去するリリース工程時のリリース時間の精密な設定が要らなくなる。従って、浮上部下部の犠牲層が全て除去されるのに必要な十分たる時間中にリリースを行なうことができ、この際に連結部の幅が固定部の幅より狭いので、アンカーになる犠牲層の部分のうち一部が除去されてもＭＥＭＳ構造物の性能には影響がない。
以上では本発明の望ましい実施形態について示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の実施形態に限らず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者ならば誰でも多様な変形実施が可能なことは勿論、そのような変更は請求の範囲の記載の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なＭＥＭＳ構造物の概略的な側断面図。
【図２Ａ】ＭＥＭＳ構造物の作製工程の一例を順に示した図。
【図２Ｂ】ＭＥＭＳ構造物の作製工程の一例を順に示した図。
【図２Ｃ】ＭＥＭＳ構造物の作製工程の一例を順に示した図。
【図２Ｄ】ＭＥＭＳ構造物の作製工程の一例を順に示した図。
【図３Ａ】ＭＥＭＳ構造物の作製工程の他の一例を順に示した図。
【図３Ｂ】ＭＥＭＳ構造物の作製工程の他の一例を順に示した図。
【図３Ｃ】ＭＥＭＳ構造物の作製工程の他の一例を順に示した図。
【図３Ｄ】ＭＥＭＳ構造物の作製工程の他の一例を順に示した図。
【図４Ａ】本発明に係るＭＥＭＳ構造物の作製工程を順に示した図。
【図４Ｂ】本発明に係るＭＥＭＳ構造物の作製工程を順に示した図。
【図４Ｃ】本発明に係るＭＥＭＳ構造物の作製工程を順に示した図。
【図４Ｄ】本発明に係るＭＥＭＳ構造物の作製工程を順に示した図。
【図４Ｅ】本発明に係るＭＥＭＳ構造物の作製工程を順に示した図。
【図４Ｆ】本発明に係るＭＥＭＳ構造物の作製工程を順に示した図。
【図５Ａ】図４Ａ〜図４Ｆに示した作製工程によってＭＥＭＳ構造物に作製される過程を示した斜視図。
【図５Ｂ】図４Ａ〜図４Ｆに示した作製工程によってＭＥＭＳ構造物に作製される過程を示した斜視図。
【図５Ｃ】図４Ａ〜図４Ｆに示した作製工程によってＭＥＭＳ構造物に作製される過程を示した斜視図。
【図５Ｄ】図４Ａ〜図４Ｆに示した作製工程によってＭＥＭＳ構造物に作製される過程を示した斜視図。
【図５Ｅ】図４Ａ〜図４Ｆに示した作製工程によってＭＥＭＳ構造物に作製される過程を示した斜視図。
【図６】図５ＥにおけるＭＥＭＳ構造物内の犠牲層の形状を示した図。
【図１】
0003770871.tif 000002
【図２Ａ】
0003770871.tif 000003
【図２Ｂ】
0003770871.tif 000004
【図２Ｃ】
0003770871.tif 000005
【図２Ｄ】
0003770871.tif 000006
【図３Ａ】
0003770871.tif 000007
【図３Ｂ】
0003770871.tif 000008
【図３Ｃ】
0003770871.tif 000009
【図３Ｄ】
0003770871.tif 000010
【図４Ａ】
0003770871.tif 000011
【図４Ｂ】
0003770871.tif 000012
【図４Ｃ】
0003770871.tif 000013
【図４Ｄ】
0003770871.tif 000014
【図４Ｅ】
0003770871.tif 000015
【図４Ｆ】
0003770871.tif 000016
【図５Ａ】
0003770871.tif 000017
【図５Ｂ】
0003770871.tif 000018
【図５Ｃ】
0003770871.tif 000019
【図５Ｄ】
0003770871.tif 000020
【図５Ｅ】
0003770871.tif 000021
【図６】
0003770871.tif 000022