JP3770871B2 - Mems構造物及びその作製方法 - Google Patents
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Description
【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。
Claims (8)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
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