JP4705742B2 - ガラス様材料からなる微小機械部品及び微小光学部品を製造する方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス様材料からなる微小機械部品及び微小光学部品、及び／又は機能的要素を製造する方法であって、ガラスの流動性を利用し、半導体技術における標準的手法を応用することにより、ガラスの構造化された基板表面を複製モデリングすることが可能である方法に関する。「機能的要素」とは、本発明によれば、ガラス様材料からなり、本方法のさらなるステップにおいて使用される、構造化された表面を有する基板を意味する用語である。
【０００２】
半導体技術において、特に単結晶性シリコンの成形方法は標準的方法として広く知られている。しかしながら、レンズ、光学格子又は光線成形器などの伝達性の微小光学部品については、条件が合う場合にのみ、半導体材料の適用が可能である。例えば、ケイ素は光波長の可視領域で強い吸光作用を示す。したがって、波長380〜760nmで使用する光学部品はガラス様材料から作成される。ガラスの多数の好適な材料特性―低い熱膨張係数や高い機械的及び化学的安定性―はまた、微小機械部品にも好適に利用されている。しかしながら、そのような部品の製造については、ガラス様材料の微小構造に関しての条件が合う場合にのみ、好適な方法で製造することができる。特に、ガラス様材料については、半導体技術に匹敵するほどの構造レベルが得られる好適なエッチング工程が知られていないため、半導体技術から知られる標準的方法は除外される。
【０００３】
【従来の技術】
従来技術において、微小光学部品及び微小機械部品、特にエシェレット格子、の製造には、グラインディング、ソーイング、ポリッシング及びスクライビングなどの機械的操作が行われる。しかしながら、その結果として、精度と形状のバリエーションは大きく制限されてしまう。微小物の量産に用いられるガラスのホット・レリーフ・プリンティングは、1mm未満のオーダーの微小光学部品又は及び微小機械部品の製造には適していない。これは、レリーフ・プリンティングの鋳型の製造に適した材料がなく、またレリーフ・プリンティングの鋳型からガラスが剥がれると表面のクオリティーが損なわれるためである。微小光学システムを製造する一つの方法は、灰色調のリソグラフィーを用いてレジスト層に三次元構造を構築し、続いて、RIEプラズマ工程によりこの構造を下層のガラス基板に転移させることに基づくものである（米国特許第5310623号）。
微小光学レンズ及び微小光学レンズのアレイを製造する他の方法では、溶着されてレンズ形のトポグラフィーを形成するレジストアレイを用い、該トポグラフィーはエッチング工程により下層の基板に転移されるようになっている。部品の高さについては、上記何れの方法でも数十μmに制限されるので、横幅の寸法もまた制限される。これ以外にも、エッチング工程では表面のざらつきが増加する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガラス又はガラス様材料からなる微小機械部品及び微小光学部品、及び／又は機能的要素の表面を構造化する方法であって、精確に且つ低コストで要素をサブ・マイクロメートル（1μm以下）の範囲に成形することが可能であり、また要素の高さを数百μmとすることができる方法を提供し、並びにこの方法によって製造される要素を提供するという問題に基づいている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この問題は、特許請求の範囲の請求項１〜３によって定義される特徴により解決される。この方法により製造される部品又は機能的要素は、請求項２２に定義されている。
従属クレームの主題は好ましい実施形態である。
【０００６】
本発明の方法は、基板、好ましくはシリコンなどの半導体基板から陰性鋳型（マスター構造）を製造するための標準的リソグラフィー及びエッチング工程における操作である。
以下において、「半導体基板」という語を用いるが、いかなる意味においても一般適用性を制限するものではない。標準的接合技術、好ましくは高温でのフロー工程を伴う陽極結合を組み合わせることにより、マスター構造がガラス又はガラス様材料に転移される。陰性鋳型は、ガラス材料の好ましい表面構造に対して水平方向に反転した表面構造を示すものであり、すなわち半導体基板表面の凹部が存在する部分では、半導体基板に面したガラス材料表面に凸部が形成される。陰性鋳型は単結晶シリコンから製造されるのが好ましい。この目的のためには、湿式の等方性及び異方性エッチング法によるリソグラフィー工程と様々な乾式エッチング工程とを組み合わせることにより、いかなる表面構造をも処理することが可能である。
【０００７】
同様にして、表面のざらつきが少ないサイズ1mm未満の光学レンズを作成することができる。低温又は短時間の焼鈍では、ガラス様材料は緩やかに基板の孔に流下し、定められたレンズ型表面を形成する。全ての位置で同一の処理圧力を保つため、チャンネルシステムにより孔を互いに連結させてもよい。この流下深さにより、製造されるレンズの焦点距離が決定されるが、流下深さは、温度、圧力及び焼鈍時間の設定により精確に調整することができる。これに続くポリッシング工程により、基板から切り離される面に形成する窪みを均すことにより、エッチングによる基板除去後に、ガラス上に様々な形状の微小レンズ及び微小レンズのアレイを現すことができる。一般的に、この工程には、シリコンの熱膨張に相応して熱膨張特性の小さいタイプのガラスである、パイレックス（登録商標）などのホウケイ酸ガラスを用いる。このガラスと半導体基板の間の結合は焼鈍工程中に特に安定である。しかしながら、「ガラス様」材料の語は、ガラスの好適な材料特性を少なくとも部分的に示し、また高温下及び／又は圧力差の作用下において粘流性を示す、あらゆる材料、例えばガラスセラミックスなど、を指すものである。
【０００８】
本発明の方法は以下の工程からなる。
従来のリソグラフィー工程を用いて、ディジタル式又は連続的構造を半導体基板、好ましくは単結晶シリコンウエハー上の感光性レジストに転写する。ディジタル式構造の転写には、半導体産業において通常用いられるコモン・コンタクト又は投影露光工程などの標準的方法を利用することができる。灰色調リソグラフィーを使用すると、ほぼあらゆる形状の表面を構造化することができる。露光工程の後に、現像液槽において露光されなかったレジスト容積を除去する。
エッチング工程の実行に伴い、レジスト層のトポグラフィーを半導体基板に転写する。これは、湿式エッチング工程（例えばフッ化水素化合物を含む浴槽中でのエッチング）により行ってもよく、また乾式エッチング工程（例えばプラズマエッチング、反応性イオンエッチング）により行ってもよい。
【０００９】
構造化した半導体基板を、ガラス様材料（ガラス基板）、例えばパイレックス（登録商標）からなる基板に、好ましくは陽極結合技術を用いて接合し、半導体基板とガラス基板との間に気密性の結合を生じさせる。例えば陰圧など、真空に近い条件下でこれを行う。接合後、接合作業中にわたって処理チャンバ内に存在していた圧力は、半導体基板の表面構造の凹部に保持される。陽極結合技術を用いて、導電性基板（例えば半導体基板）と非導電性基板（例えばガラス基板）の２つの完全に平らな基板をいわゆるホットプレート上で加熱する。さらに、最大1000Vの電圧をこれらの基板に加える。ガラス基板に陰極があるとき、ガラス鋳型（マトリックス）に存在する正電荷の移動イオン（例えばナトリウム、カリウム、ホウ素、硫黄）は陰極の方向に移動する。移動しない酸素イオンは、半導体基板との境界において負電荷容積荷電ゾーンを形成する。この結果生じる静電力により、隣接する２つの基板間に密接なコンタクトが生じる。その結果、高温による効果も加わって、導電体の原子と非導電体の基板との間に化学結合が形成される。さらに基板に外部圧力を加えると、結合が強化される。
【００１０】
続いて焼鈍により、好ましくは常圧での焼鈍により、ガラス材料をガラス化温度より高くまで加熱する。この時点ではプラスチック性質なので、ガラス材料は半導体基板の構造化された表面に満たされる。焼鈍炉中の大気圧と、接合工程中に半導体基板表面の凹部に保持された圧力とから与えられる相対的圧力条件下で、半導体表面構造のレリーフモデルが完成されるまでガラス材料が凹部に流入するように、焼鈍時間及び温度を十分大きく設定する必要がある。プラスチックガラス材料塊の粘性抵抗に対する推進力は、焼鈍炉内の大気圧に対する孔内の陰圧である。同一の温度及び処理時間では、ガラス基板の材料特性がレリーフ形成及びモールディング作業に圧倒的に影響するだろう。特に、ドーピング剤（例えばホウ素及びリン）の量や種類などのガラスの精確な組成は、ガラスの粘性に影響を及ぼす。さらに、モールディング特性は、陽極結合工程中の真空度に依存する。
【００１１】
材料の流動により、半導体基板から切り離されるガラス基板表面にざらつきが生じる。特に、成形されるべき半導体基板の構造に比してガラス基板の厚さが小さいとき、このざらつきが生じる。ガラス基板が厚いほど、半導体基板から切り離されるガラス基板表面に生じるざらつきは小さい。このざらつきが望ましくない場合には、グラインディング及び／又はポリッシング工程により除去することができる。処理後のガラス基板を半導体基板から分離することが望ましいのであれば、標準的エッチング工程を用いて処理後のガラス基板を半導体基板から分離することができる。このとき、ガラス鋳型を保持しながら、シリコンはエッチングにより完全に除去される。この目的のためには、四メチル水酸化アンモニウム又は二フッ化キセノン（XeF2）など、様々な化学物質を適用することができる。
【００１２】
この方法の変形例では、シリコン構造への部分的流入により屈折レンズ及びレンズアレイを製造することができる。この目的のためには、湿式又は乾式エッチング工程により、焼鈍後にレンズを形成するガラスの膨らみ部分が凹部の壁面に接触しないような寸法の凹部を、半導体ウエハー内にエッチングする。焼鈍工程は常圧で行うのが好ましいが、真空下又は減圧下での、半導体基板に接合されたガラス基板の焼鈍工程においては、ガラス基板を600〜800℃まで加熱する。上記の工程と異なり、準備された半導体基板の凹部へのガラス基板の流下は、流下が望ましい程度、例えば所望のレンズ形状、に達したとき、冷却により停止する。冷却後、ガラス基板の半導体基板から切り離された側面をつや出しし、半導体基板をエッチング除去してレンズを露出させることができる。
【００１３】
本方法の他の修正例は、特に微小機械部品の構築に関するものである。本発明の方法の変形例を、例えば、微小リレー又は微小バルブの設計に必要とされるような、低電圧作業のための効果的な静電アクチュエータを実現するための曲面の製造に用いることができる。ガラス基板の半導体基板から切り離される側面上の半導体基板の凹部にガラス材料が流入することにより、非常に滑らかな曲面形状を常に形成するので、この効果を好適に利用すれば上記目的は達成される。
【００１４】
上記方法の変形実施例においては、半導体基板から切り離されるガラス基板表面は、冷却後につや出ししないで、微小機械部品の製造に用いる。半導体基板に接合されていたガラス基板表面は、半導体基板をエッチング除去した後につや出しすることができる。これらの応用例において、半導体基板のエッチング除去は必ずしも必要ではない。微小機械部品のさらなる製造工程を、半導体基板から切り離されたガラス基板表面上に施す。静電アクチュエータの場合、最初に駆動電極をガラス材料の曲面ピッチで製造する。続いて、これらの電極を伴ったピッチに薄層を敷延する。これを、例えば、ガラス表面上において、シリコンウエハー（例えばSOI（silicon-on-isolator）ウエハー）を陽極結合し、ウエハーを薄層にグラインド及び／又はエッチングすることにより行うことができる。
【００１５】
上記方法によりガラス又はガラス様材料内に形成される鋳型は、機能的要素の役割を果たし、プリンティング及び／又は射出形成型、例えば射出形成工程に用いるニッケル金型、を製造するためのマスター構造となり得るものである。この目的のためには、ガラス材料の半導体基板の表面構造への部分的流入により製造されるガラス型を、金属内、好ましくはニッケル合金内で電気めっき工程により成形するのが好ましい。ここで、レリーフ成形されるべき表面には、溶融状態の金属が堆積する。ガラス型の分離及び／又はエッチング除去の後、製造された金属レリーフ型は、表面構造を有し使途に適した材料からなる製品のためのマスター金型となる。例えば、合成樹脂などであり、これをプリンティング及び／又は射出形成処理により加工する。
【００１６】
上記の方法の変形例は、好ましくはSiウエハーなどの半導体材料からなる第１基板の各凹部への軟化したガラス様材料の選択的な局所的流入に基づくものである。これに対して、ガラス様材料からなる微小機械部品、及び／又は微小光学部品、及び／又は機能的要素の表面を構造化するための方法の第３の変形例では、第１基板と第２基板とを、少なくとも重なるようにして接合することにより、媒体、好ましくは気体媒体が凹部の密閉容積に導入され、該媒体は後の焼鈍処理などにおいて加熱されて膨張する。この結果、密閉容積内の過加圧により、軟化したガラス様材料が凹部内の領域に局地的に配置されて、第２基板表面に該凹部と反対の凹型の窪みが形成される。これは１応用形態である拡散レンズとして有用である。
【００１７】
上記の全ての変形例において、成形焼鈍工程及びガラス様第２基板の冷却が終了した後、必要に応じて、第１基板を第２基板から分離しなければならないことは重要である。通常半導体材料として設計される第１基板に、選択的に、一方で第２基板から第１基板を分離し、他方で第１基板を回復不能に破壊するエッチング工程を施すのは、基本的に可能である。しかしながら、これはとりわけコストの問題で望ましいものではない。
【００１８】
これに対して、第１基板及び第２基板の間に第１基板の構造を保持するための部分層を提供すると、構造化された半導体基板は損傷されることなく、次の形成工程おいてまた使用することが可能となる。適切な部分層の適用により、好ましくはシリコンウエハーとして設計された第１基板を最終除去ステップにおいて破壊する必要がなくなる。
この目的のためには、以下のアプローチが知られている。
【００１９】
（ａ）カーボン層（均一なダイアモンド又はタイヤモンド様の層、SiC）をSIウエハー上に適用して、第２基板のガラス様材料（好ましくはシリコンウエハーに対してガラスウエハーとして形成される）の接着を防止する。Siウエハーとガラスウエハーとの結合は、両ウエハーをウエハー端まで気密に結合するハンダ材からなるリングによるのが好ましい。ガラスの流動化が起こる焼鈍工程の処理温度に達してハンダ材が液化しても、コートされてないガラス又はカーボン層の低湿性により、ハンダ材はウエハー間の奥深くまで十分に浸透する。
２つのウエハーの分離は機械的に行ってもよく、又は、酸化工程（酸素供給を伴いおよそ400〜500℃）によりカーボン層を除去するとともにハンダリングをエッチング除去してもよい。
シリコンウエハーをさらに使用する前に、この部分層が再び必要となることもあるだろう。
【００２０】
（ｂ）タンタルなどの適切な金属からなる接着エッチング層をSiウエハー上に添加する。さらなる金属、例えば鈴、をこの層に添加する。鈴はガラスがシリコンに接着するのを均一に防止する。２つのウエハーの分離は、鈴の加熱又は金属層のエッチング除去による機械的手段により行うことができる。
【００２１】
（ｃ）陽極結合によりガラスウエハーが直接提供されるシリコンウエハー上に、第２の層を適用する。そのような層の例としては、シリコンやチタンが挙げられる。次に、工程完了後に犠牲層をエッチング除去する。シリコンウエハーへのあらゆる攻撃を防ぐため、後者には窒化シリコン又は炭化シリコンなどの適当な層を与える。
【００２２】
ガラスの構造化された基板表面、例えばシリコンウエハー表面のレリーフ成形は、例えば、微小光学部品を製造するための重要且つ期待できる方法である。好ましくはシリコンからなる、マスター構造の表面トポグラフィーを用い、半導体製造技術を利用して、高い精度でμmサイズの構造をガラス様材料に転写することができる。こうして、ガラスなどの好適な光学的、機械的及び化学的特性を、高精度成形工程や、半導体技術で一般的な多様ポテンシャル構造方法及び工程に応用することができる。他の利点は、ガラスの成形後、陰性鋳型が、ガラス材料に機械的負荷を与えないエッチングにより除去されるという点である。これにより、ガラスには、機械的負荷によるプリンティングでは絶対に得られないような深い構造が与えられる。
【００２３】
この方法は、半導体技術における大量生産において、平行製造（バッチプロセス）による一定の純度および精確さを伴う特に低コストで効率的な作業に適用される方法ステップである。結果として、これらの利点を本発明の方法に転用することができる。
【００２４】
【発明の好ましい実施形態】
以下、添付図面を参照しながら、実施形態により本発明を説明する。なお、これらの実施形態は本発明の思想を制限するものではない。
【００２５】
図１は、構造化されたシリコン表面を投影させるための本発明の方法を応用して微小構造化ガラス表面を加工するための様々な段階を示す。これらは、以下の作業ステップ完了まで加工段階である。
（ａ）感光性レジスト内での構造形成(1)、
（ｂ）感光性レジスト及びシリコンウエハー(2)表面のエッチングによる構造の転写、
（ｃ）パイレックス（登録商標）ガラスウエハー(3)を、凹部を備えたシリコン表面構造に陽極結合、好ましくは真空に近い条件下で行う、
（ｄ）焼鈍、及び過加圧の作用による、及び／又は炉圧と陽極結合工程により生じシリコン表面凹部に保持される圧力状態との圧力差による、ガラスのシリコン表面構造への流入、
（ｅ）冷却及びそれに続くシリコンのエッチング除去（例えば四メチル水酸化アンモニウム内で行う）の後の、シリコンから切り離されるガラス表面のグラインディング及びポリッシング。
【００２６】
流入過程のごく初期から、ガラスウエハーの後方側面にざらつきが生じることがあるので、これを防ぐため、ガラスウエハーを構造化されたシリコンウエハーに接合後、第２の陽極結合工程によりガラスウエハーの後方側面に第２の平面シリコンウエハーを適用する代替例も考えられる。
【００２７】
シリコンは熱安定性があり、またガラスウエハーの後方側面は、陽極結合工程中、後面シリコンウエハーに化学結合されているので、これにより続く流入工程において後方側面には均質化焼鈍効果が得られる。したがって後方側面は平らに保たれる。前面シリコンウエハーを除去するとき、同時に後面シリコンウエハーを取り除くこともできる。
【００２８】
図２は、ガラスに微小レンズアレイを形成するための本発明の方法の変形例を用いた、微小構造化ガラス表面の加工における２つの異なる段階を示す。これらは、以下のステップからなる加工段階である。
（ａ）シリコンウエハー(2)に凹部を形成して構造化する、
（ｂ）凹部(4)を有するシリコン表面構造上にパイレックス（登録商標）ガラスウエハー(3)を陽極結合、好ましくは真空に近い条件下で行う、
（ｃ）焼鈍し、並びにシリコン材料の凹部底に接触させないようにしてシリコン表面構造にガラスを部分的に流入させる、
（ｄ）シリコンウエハーの除去、好ましくはエッチング除去、
（ｅ）シリコン材料から切り離されるガラスウエハー表面のグラインディング及び／又はポリッシング
この工程のステップ（ｄ）及び（ｅ）は、逆の順序で行ってもよい。
【００２９】
図３は、本発明の方法のさらなる変形例を用いた微小構造ガラス表面の製造における様々な段階を示し、この変形例は微小機械部品の製造に好適に用いられる。これらは、以下の方法ステップをからなる加工段階である。
（ａ）シリコンウエハー(2)に凹部を形成して構造化する、
（ｂ）凹部(4)を有するシリコン表面構造上に、パイレックス（登録商標）ガラスウエハーなどの適切なガラス(3)を陽極結合、好ましくは真空に近い条件下で行う、
（ｃ）焼鈍し、並びにシリコン材料の凹部底に接触させないようにしてシリコン表面構造にガラスを部分的に流入させる、
（ｄ）シリコンウエハーの除去、好ましくはエッチング除去、
（ｅ）シリコンウエハーに接合されていたガラスウエハー表面のグラインディング及び／又はポリッシング
この工程のステップ（ｄ）及び（ｅ）は、逆の順序で行ってもよく、又はこれらの工程を完全に省いてもよい。
【００３０】
SIウエハー(2)から切り離されるガラスウエハー(3)の上面に形成する凹型の窪みは、以下に述べるように技術的応用価値の高いものであるが、焼鈍工程中この窪みを保つためには、Siウエハー(2)の構造化された表面の窪みの構造幅Bと、ガラスウエハー(3)の厚さDとが、以下の関係式を満たしている必要がある。
B > 0.1・D
【００３１】
このようにして、この窪みへの材料の流入が、ガラスウエハー(3)の反対側面において実際に所望の効果を生じ、その結果凹型窪みが得られることが分かる。
【００３２】
図４は、例えば、本発明の方法により製造される微小弁や微小リレーに用いられるタイプの微小機械静電アクチュエータの断面図である。この目的のためには、図３に示すような流れにより方法ステップが実行される。静電アクチュエータは、本発明により製造される凹部(4)を備えたガラス基板(3)を含む。半導体技術の標準的方法により、曲がり金属電極(6)を凹部内に層として形成するのが好ましい。その後、電極を含む凹部上に導電性弾性膜（アクチュエータ）を敷延する。これを行うには、シリコンウエハー又はSOI（絶縁体上シリコンsilicon-on-isolator）ウエハーをガラス基板上に陽極結合し、その後ウエハーを数μmの薄さにする。ここで膜は、絶縁層(7)により電極から絶縁されたシリコン層(8)からなる。シリコン層と電極との間に電圧を加えると、膜は電極に向けて引っ張られ、微小バルブ／微小リレーは整流される。
【００３３】
図５は、両面構造化ガラス基板の製造の方法ステップを示す。ステップ（ｂ）では、構造化されたSiウエハー(2)上にガラスウエハー(3)を適用する。ステップ（ｂｂ）では、ガラスウエハー(3)上には、さらなる構造化されたSiウエハー(2)を適用する。前述した工程と同様に、好ましくは陽極結合により、Siウエハー(2)及びガラスウエハー(3)を密接に結合させる。焼鈍工程（ｃ）において、隙間に陰圧を生じさせると、ガラスウエハー(3)のガラス材料がSiウエハー両面の凹部内に流入する。Siウエハー層(2)を、エッチングなどにより、ガラスウエハー(3)から適切に除去すると、両面に微小構造を有する所望の部品が得られ、この部品をさらなる工程において使用することが可能となる。
【００３４】
図６は、窪みを有するガラス基板(3)の加工を示す。ステップ（ｂ）では、ガラスウエハー(3)を構造化されたSiウエハー(2w)上に適用する。上述の工程と同様に、好ましくは陽極結合により、Siウエハー(2)及びガラスウエハー(3)を密接に結合させる。図６の場合において特に重要なのは、ウエハーが密接に結合する前に、熱膨張する媒体−好ましくは気体媒体−を密閉された隙間に導入する点である。このようにして、２つのウエハーの陽極結合ステップ中、局所的に加圧された気体−例えば空気又は窒素−を密封する。この隙間に存在する局所的な圧力が、後の高温での流入工程において周囲の大気圧を越えると、ガラス表面はウエハー表面から押し上げられて、エッチングにより露出されるウエハー表面に沈下することはない。これによりガラスウエハーには痕跡が形成される。これらの痕跡の深さは、元の結合圧力、大気圧、工程温度、及びガラスウエハーのガラス温度TGによる。このようにして形成された構造は、例えば分散レンズに使用することが可能である。
したがって、図５及び６において説明した工程を組み合わせることも考えられる。すなわち、凹面及び凸面を有するレンズを製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス様材料上の半導体基板で処理される構造化された表面のレリーフ成形の概略的工程フロー図を示す。
【図２】例えば、半導体基板上の凹部へのガラス材料の部分的流入によりレンズシステムを製造する変形例の工程の概略図である。
【図３】微小機械部品を製造するための変形例の工程を示す図である。
【図４】本発明の方法により製造される微小機械静電アクチュエータの例を示す図である。
【図５】両面に微小構造を有するガラス基板を製造するための変形例の工程を示す図である。
【図６】微小分散レンズを加工するための変形例の工程を示す図である。
【符号の説明】
１ 感光性レジスト
２ シリコンウエハー、一般的には第１基板
３ ガラス基板
４ 凹部を有する第１基板の表面構造
５ 凹部
６ 曲り金属電極
７ 絶縁層
８ シリコン層
【０００１】
本発明は、ガラス様材料からなる微小機械部品及び微小光学部品、及び／又は機能的要素を製造する方法であって、ガラスの流動性を利用し、半導体技術における標準的手法を応用することにより、ガラスの構造化された基板表面を複製モデリングすることが可能である方法に関する。「機能的要素」とは、本発明によれば、ガラス様材料からなり、本方法のさらなるステップにおいて使用される、構造化された表面を有する基板を意味する用語である。
【０００２】
半導体技術において、特に単結晶性シリコンの成形方法は標準的方法として広く知られている。しかしながら、レンズ、光学格子又は光線成形器などの伝達性の微小光学部品については、条件が合う場合にのみ、半導体材料の適用が可能である。例えば、ケイ素は光波長の可視領域で強い吸光作用を示す。したがって、波長380〜760nmで使用する光学部品はガラス様材料から作成される。ガラスの多数の好適な材料特性―低い熱膨張係数や高い機械的及び化学的安定性―はまた、微小機械部品にも好適に利用されている。しかしながら、そのような部品の製造については、ガラス様材料の微小構造に関しての条件が合う場合にのみ、好適な方法で製造することができる。特に、ガラス様材料については、半導体技術に匹敵するほどの構造レベルが得られる好適なエッチング工程が知られていないため、半導体技術から知られる標準的方法は除外される。
【０００３】
【従来の技術】
従来技術において、微小光学部品及び微小機械部品、特にエシェレット格子、の製造には、グラインディング、ソーイング、ポリッシング及びスクライビングなどの機械的操作が行われる。しかしながら、その結果として、精度と形状のバリエーションは大きく制限されてしまう。微小物の量産に用いられるガラスのホット・レリーフ・プリンティングは、1mm未満のオーダーの微小光学部品又は及び微小機械部品の製造には適していない。これは、レリーフ・プリンティングの鋳型の製造に適した材料がなく、またレリーフ・プリンティングの鋳型からガラスが剥がれると表面のクオリティーが損なわれるためである。微小光学システムを製造する一つの方法は、灰色調のリソグラフィーを用いてレジスト層に三次元構造を構築し、続いて、RIEプラズマ工程によりこの構造を下層のガラス基板に転移させることに基づくものである（米国特許第5310623号）。
微小光学レンズ及び微小光学レンズのアレイを製造する他の方法では、溶着されてレンズ形のトポグラフィーを形成するレジストアレイを用い、該トポグラフィーはエッチング工程により下層の基板に転移されるようになっている。部品の高さについては、上記何れの方法でも数十μmに制限されるので、横幅の寸法もまた制限される。これ以外にも、エッチング工程では表面のざらつきが増加する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガラス又はガラス様材料からなる微小機械部品及び微小光学部品、及び／又は機能的要素の表面を構造化する方法であって、精確に且つ低コストで要素をサブ・マイクロメートル（1μm以下）の範囲に成形することが可能であり、また要素の高さを数百μmとすることができる方法を提供し、並びにこの方法によって製造される要素を提供するという問題に基づいている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この問題は、特許請求の範囲の請求項１〜３によって定義される特徴により解決される。この方法により製造される部品又は機能的要素は、請求項２２に定義されている。
従属クレームの主題は好ましい実施形態である。
【０００６】
本発明の方法は、基板、好ましくはシリコンなどの半導体基板から陰性鋳型（マスター構造）を製造するための標準的リソグラフィー及びエッチング工程における操作である。
以下において、「半導体基板」という語を用いるが、いかなる意味においても一般適用性を制限するものではない。標準的接合技術、好ましくは高温でのフロー工程を伴う陽極結合を組み合わせることにより、マスター構造がガラス又はガラス様材料に転移される。陰性鋳型は、ガラス材料の好ましい表面構造に対して水平方向に反転した表面構造を示すものであり、すなわち半導体基板表面の凹部が存在する部分では、半導体基板に面したガラス材料表面に凸部が形成される。陰性鋳型は単結晶シリコンから製造されるのが好ましい。この目的のためには、湿式の等方性及び異方性エッチング法によるリソグラフィー工程と様々な乾式エッチング工程とを組み合わせることにより、いかなる表面構造をも処理することが可能である。
【０００７】
同様にして、表面のざらつきが少ないサイズ1mm未満の光学レンズを作成することができる。低温又は短時間の焼鈍では、ガラス様材料は緩やかに基板の孔に流下し、定められたレンズ型表面を形成する。全ての位置で同一の処理圧力を保つため、チャンネルシステムにより孔を互いに連結させてもよい。この流下深さにより、製造されるレンズの焦点距離が決定されるが、流下深さは、温度、圧力及び焼鈍時間の設定により精確に調整することができる。これに続くポリッシング工程により、基板から切り離される面に形成する窪みを均すことにより、エッチングによる基板除去後に、ガラス上に様々な形状の微小レンズ及び微小レンズのアレイを現すことができる。一般的に、この工程には、シリコンの熱膨張に相応して熱膨張特性の小さいタイプのガラスである、パイレックス（登録商標）などのホウケイ酸ガラスを用いる。このガラスと半導体基板の間の結合は焼鈍工程中に特に安定である。しかしながら、「ガラス様」材料の語は、ガラスの好適な材料特性を少なくとも部分的に示し、また高温下及び／又は圧力差の作用下において粘流性を示す、あらゆる材料、例えばガラスセラミックスなど、を指すものである。
【０００８】
本発明の方法は以下の工程からなる。
従来のリソグラフィー工程を用いて、ディジタル式又は連続的構造を半導体基板、好ましくは単結晶シリコンウエハー上の感光性レジストに転写する。ディジタル式構造の転写には、半導体産業において通常用いられるコモン・コンタクト又は投影露光工程などの標準的方法を利用することができる。灰色調リソグラフィーを使用すると、ほぼあらゆる形状の表面を構造化することができる。露光工程の後に、現像液槽において露光されなかったレジスト容積を除去する。
エッチング工程の実行に伴い、レジスト層のトポグラフィーを半導体基板に転写する。これは、湿式エッチング工程（例えばフッ化水素化合物を含む浴槽中でのエッチング）により行ってもよく、また乾式エッチング工程（例えばプラズマエッチング、反応性イオンエッチング）により行ってもよい。
【０００９】
構造化した半導体基板を、ガラス様材料（ガラス基板）、例えばパイレックス（登録商標）からなる基板に、好ましくは陽極結合技術を用いて接合し、半導体基板とガラス基板との間に気密性の結合を生じさせる。例えば陰圧など、真空に近い条件下でこれを行う。接合後、接合作業中にわたって処理チャンバ内に存在していた圧力は、半導体基板の表面構造の凹部に保持される。陽極結合技術を用いて、導電性基板（例えば半導体基板）と非導電性基板（例えばガラス基板）の２つの完全に平らな基板をいわゆるホットプレート上で加熱する。さらに、最大1000Vの電圧をこれらの基板に加える。ガラス基板に陰極があるとき、ガラス鋳型（マトリックス）に存在する正電荷の移動イオン（例えばナトリウム、カリウム、ホウ素、硫黄）は陰極の方向に移動する。移動しない酸素イオンは、半導体基板との境界において負電荷容積荷電ゾーンを形成する。この結果生じる静電力により、隣接する２つの基板間に密接なコンタクトが生じる。その結果、高温による効果も加わって、導電体の原子と非導電体の基板との間に化学結合が形成される。さらに基板に外部圧力を加えると、結合が強化される。
【００１０】
続いて焼鈍により、好ましくは常圧での焼鈍により、ガラス材料をガラス化温度より高くまで加熱する。この時点ではプラスチック性質なので、ガラス材料は半導体基板の構造化された表面に満たされる。焼鈍炉中の大気圧と、接合工程中に半導体基板表面の凹部に保持された圧力とから与えられる相対的圧力条件下で、半導体表面構造のレリーフモデルが完成されるまでガラス材料が凹部に流入するように、焼鈍時間及び温度を十分大きく設定する必要がある。プラスチックガラス材料塊の粘性抵抗に対する推進力は、焼鈍炉内の大気圧に対する孔内の陰圧である。同一の温度及び処理時間では、ガラス基板の材料特性がレリーフ形成及びモールディング作業に圧倒的に影響するだろう。特に、ドーピング剤（例えばホウ素及びリン）の量や種類などのガラスの精確な組成は、ガラスの粘性に影響を及ぼす。さらに、モールディング特性は、陽極結合工程中の真空度に依存する。
【００１１】
材料の流動により、半導体基板から切り離されるガラス基板表面にざらつきが生じる。特に、成形されるべき半導体基板の構造に比してガラス基板の厚さが小さいとき、このざらつきが生じる。ガラス基板が厚いほど、半導体基板から切り離されるガラス基板表面に生じるざらつきは小さい。このざらつきが望ましくない場合には、グラインディング及び／又はポリッシング工程により除去することができる。処理後のガラス基板を半導体基板から分離することが望ましいのであれば、標準的エッチング工程を用いて処理後のガラス基板を半導体基板から分離することができる。このとき、ガラス鋳型を保持しながら、シリコンはエッチングにより完全に除去される。この目的のためには、四メチル水酸化アンモニウム又は二フッ化キセノン（XeF2）など、様々な化学物質を適用することができる。
【００１２】
この方法の変形例では、シリコン構造への部分的流入により屈折レンズ及びレンズアレイを製造することができる。この目的のためには、湿式又は乾式エッチング工程により、焼鈍後にレンズを形成するガラスの膨らみ部分が凹部の壁面に接触しないような寸法の凹部を、半導体ウエハー内にエッチングする。焼鈍工程は常圧で行うのが好ましいが、真空下又は減圧下での、半導体基板に接合されたガラス基板の焼鈍工程においては、ガラス基板を600〜800℃まで加熱する。上記の工程と異なり、準備された半導体基板の凹部へのガラス基板の流下は、流下が望ましい程度、例えば所望のレンズ形状、に達したとき、冷却により停止する。冷却後、ガラス基板の半導体基板から切り離された側面をつや出しし、半導体基板をエッチング除去してレンズを露出させることができる。
【００１３】
本方法の他の修正例は、特に微小機械部品の構築に関するものである。本発明の方法の変形例を、例えば、微小リレー又は微小バルブの設計に必要とされるような、低電圧作業のための効果的な静電アクチュエータを実現するための曲面の製造に用いることができる。ガラス基板の半導体基板から切り離される側面上の半導体基板の凹部にガラス材料が流入することにより、非常に滑らかな曲面形状を常に形成するので、この効果を好適に利用すれば上記目的は達成される。
【００１４】
上記方法の変形実施例においては、半導体基板から切り離されるガラス基板表面は、冷却後につや出ししないで、微小機械部品の製造に用いる。半導体基板に接合されていたガラス基板表面は、半導体基板をエッチング除去した後につや出しすることができる。これらの応用例において、半導体基板のエッチング除去は必ずしも必要ではない。微小機械部品のさらなる製造工程を、半導体基板から切り離されたガラス基板表面上に施す。静電アクチュエータの場合、最初に駆動電極をガラス材料の曲面ピッチで製造する。続いて、これらの電極を伴ったピッチに薄層を敷延する。これを、例えば、ガラス表面上において、シリコンウエハー（例えばSOI（silicon-on-isolator）ウエハー）を陽極結合し、ウエハーを薄層にグラインド及び／又はエッチングすることにより行うことができる。
【００１５】
上記方法によりガラス又はガラス様材料内に形成される鋳型は、機能的要素の役割を果たし、プリンティング及び／又は射出形成型、例えば射出形成工程に用いるニッケル金型、を製造するためのマスター構造となり得るものである。この目的のためには、ガラス材料の半導体基板の表面構造への部分的流入により製造されるガラス型を、金属内、好ましくはニッケル合金内で電気めっき工程により成形するのが好ましい。ここで、レリーフ成形されるべき表面には、溶融状態の金属が堆積する。ガラス型の分離及び／又はエッチング除去の後、製造された金属レリーフ型は、表面構造を有し使途に適した材料からなる製品のためのマスター金型となる。例えば、合成樹脂などであり、これをプリンティング及び／又は射出形成処理により加工する。
【００１６】
上記の方法の変形例は、好ましくはSiウエハーなどの半導体材料からなる第１基板の各凹部への軟化したガラス様材料の選択的な局所的流入に基づくものである。これに対して、ガラス様材料からなる微小機械部品、及び／又は微小光学部品、及び／又は機能的要素の表面を構造化するための方法の第３の変形例では、第１基板と第２基板とを、少なくとも重なるようにして接合することにより、媒体、好ましくは気体媒体が凹部の密閉容積に導入され、該媒体は後の焼鈍処理などにおいて加熱されて膨張する。この結果、密閉容積内の過加圧により、軟化したガラス様材料が凹部内の領域に局地的に配置されて、第２基板表面に該凹部と反対の凹型の窪みが形成される。これは１応用形態である拡散レンズとして有用である。
【００１７】
上記の全ての変形例において、成形焼鈍工程及びガラス様第２基板の冷却が終了した後、必要に応じて、第１基板を第２基板から分離しなければならないことは重要である。通常半導体材料として設計される第１基板に、選択的に、一方で第２基板から第１基板を分離し、他方で第１基板を回復不能に破壊するエッチング工程を施すのは、基本的に可能である。しかしながら、これはとりわけコストの問題で望ましいものではない。
【００１８】
これに対して、第１基板及び第２基板の間に第１基板の構造を保持するための部分層を提供すると、構造化された半導体基板は損傷されることなく、次の形成工程おいてまた使用することが可能となる。適切な部分層の適用により、好ましくはシリコンウエハーとして設計された第１基板を最終除去ステップにおいて破壊する必要がなくなる。
この目的のためには、以下のアプローチが知られている。
【００１９】
（ａ）カーボン層（均一なダイアモンド又はタイヤモンド様の層、SiC）をSIウエハー上に適用して、第２基板のガラス様材料（好ましくはシリコンウエハーに対してガラスウエハーとして形成される）の接着を防止する。Siウエハーとガラスウエハーとの結合は、両ウエハーをウエハー端まで気密に結合するハンダ材からなるリングによるのが好ましい。ガラスの流動化が起こる焼鈍工程の処理温度に達してハンダ材が液化しても、コートされてないガラス又はカーボン層の低湿性により、ハンダ材はウエハー間の奥深くまで十分に浸透する。
２つのウエハーの分離は機械的に行ってもよく、又は、酸化工程（酸素供給を伴いおよそ400〜500℃）によりカーボン層を除去するとともにハンダリングをエッチング除去してもよい。
シリコンウエハーをさらに使用する前に、この部分層が再び必要となることもあるだろう。
【００２０】
（ｂ）タンタルなどの適切な金属からなる接着エッチング層をSiウエハー上に添加する。さらなる金属、例えば鈴、をこの層に添加する。鈴はガラスがシリコンに接着するのを均一に防止する。２つのウエハーの分離は、鈴の加熱又は金属層のエッチング除去による機械的手段により行うことができる。
【００２１】
（ｃ）陽極結合によりガラスウエハーが直接提供されるシリコンウエハー上に、第２の層を適用する。そのような層の例としては、シリコンやチタンが挙げられる。次に、工程完了後に犠牲層をエッチング除去する。シリコンウエハーへのあらゆる攻撃を防ぐため、後者には窒化シリコン又は炭化シリコンなどの適当な層を与える。
【００２２】
ガラスの構造化された基板表面、例えばシリコンウエハー表面のレリーフ成形は、例えば、微小光学部品を製造するための重要且つ期待できる方法である。好ましくはシリコンからなる、マスター構造の表面トポグラフィーを用い、半導体製造技術を利用して、高い精度でμmサイズの構造をガラス様材料に転写することができる。こうして、ガラスなどの好適な光学的、機械的及び化学的特性を、高精度成形工程や、半導体技術で一般的な多様ポテンシャル構造方法及び工程に応用することができる。他の利点は、ガラスの成形後、陰性鋳型が、ガラス材料に機械的負荷を与えないエッチングにより除去されるという点である。これにより、ガラスには、機械的負荷によるプリンティングでは絶対に得られないような深い構造が与えられる。
【００２３】
この方法は、半導体技術における大量生産において、平行製造（バッチプロセス）による一定の純度および精確さを伴う特に低コストで効率的な作業に適用される方法ステップである。結果として、これらの利点を本発明の方法に転用することができる。
【００２４】
【発明の好ましい実施形態】
以下、添付図面を参照しながら、実施形態により本発明を説明する。なお、これらの実施形態は本発明の思想を制限するものではない。
【００２５】
図１は、構造化されたシリコン表面を投影させるための本発明の方法を応用して微小構造化ガラス表面を加工するための様々な段階を示す。これらは、以下の作業ステップ完了まで加工段階である。
（ａ）感光性レジスト内での構造形成(1)、
（ｂ）感光性レジスト及びシリコンウエハー(2)表面のエッチングによる構造の転写、
（ｃ）パイレックス（登録商標）ガラスウエハー(3)を、凹部を備えたシリコン表面構造に陽極結合、好ましくは真空に近い条件下で行う、
（ｄ）焼鈍、及び過加圧の作用による、及び／又は炉圧と陽極結合工程により生じシリコン表面凹部に保持される圧力状態との圧力差による、ガラスのシリコン表面構造への流入、
（ｅ）冷却及びそれに続くシリコンのエッチング除去（例えば四メチル水酸化アンモニウム内で行う）の後の、シリコンから切り離されるガラス表面のグラインディング及びポリッシング。
【００２６】
流入過程のごく初期から、ガラスウエハーの後方側面にざらつきが生じることがあるので、これを防ぐため、ガラスウエハーを構造化されたシリコンウエハーに接合後、第２の陽極結合工程によりガラスウエハーの後方側面に第２の平面シリコンウエハーを適用する代替例も考えられる。
【００２７】
シリコンは熱安定性があり、またガラスウエハーの後方側面は、陽極結合工程中、後面シリコンウエハーに化学結合されているので、これにより続く流入工程において後方側面には均質化焼鈍効果が得られる。したがって後方側面は平らに保たれる。前面シリコンウエハーを除去するとき、同時に後面シリコンウエハーを取り除くこともできる。
【００２８】
図２は、ガラスに微小レンズアレイを形成するための本発明の方法の変形例を用いた、微小構造化ガラス表面の加工における２つの異なる段階を示す。これらは、以下のステップからなる加工段階である。
（ａ）シリコンウエハー(2)に凹部を形成して構造化する、
（ｂ）凹部(4)を有するシリコン表面構造上にパイレックス（登録商標）ガラスウエハー(3)を陽極結合、好ましくは真空に近い条件下で行う、
（ｃ）焼鈍し、並びにシリコン材料の凹部底に接触させないようにしてシリコン表面構造にガラスを部分的に流入させる、
（ｄ）シリコンウエハーの除去、好ましくはエッチング除去、
（ｅ）シリコン材料から切り離されるガラスウエハー表面のグラインディング及び／又はポリッシング
この工程のステップ（ｄ）及び（ｅ）は、逆の順序で行ってもよい。
【００２９】
図３は、本発明の方法のさらなる変形例を用いた微小構造ガラス表面の製造における様々な段階を示し、この変形例は微小機械部品の製造に好適に用いられる。これらは、以下の方法ステップをからなる加工段階である。
（ａ）シリコンウエハー(2)に凹部を形成して構造化する、
（ｂ）凹部(4)を有するシリコン表面構造上に、パイレックス（登録商標）ガラスウエハーなどの適切なガラス(3)を陽極結合、好ましくは真空に近い条件下で行う、
（ｃ）焼鈍し、並びにシリコン材料の凹部底に接触させないようにしてシリコン表面構造にガラスを部分的に流入させる、
（ｄ）シリコンウエハーの除去、好ましくはエッチング除去、
（ｅ）シリコンウエハーに接合されていたガラスウエハー表面のグラインディング及び／又はポリッシング
この工程のステップ（ｄ）及び（ｅ）は、逆の順序で行ってもよく、又はこれらの工程を完全に省いてもよい。
【００３０】
SIウエハー(2)から切り離されるガラスウエハー(3)の上面に形成する凹型の窪みは、以下に述べるように技術的応用価値の高いものであるが、焼鈍工程中この窪みを保つためには、Siウエハー(2)の構造化された表面の窪みの構造幅Bと、ガラスウエハー(3)の厚さDとが、以下の関係式を満たしている必要がある。
B > 0.1・D
【００３１】
このようにして、この窪みへの材料の流入が、ガラスウエハー(3)の反対側面において実際に所望の効果を生じ、その結果凹型窪みが得られることが分かる。
【００３２】
図４は、例えば、本発明の方法により製造される微小弁や微小リレーに用いられるタイプの微小機械静電アクチュエータの断面図である。この目的のためには、図３に示すような流れにより方法ステップが実行される。静電アクチュエータは、本発明により製造される凹部(4)を備えたガラス基板(3)を含む。半導体技術の標準的方法により、曲がり金属電極(6)を凹部内に層として形成するのが好ましい。その後、電極を含む凹部上に導電性弾性膜（アクチュエータ）を敷延する。これを行うには、シリコンウエハー又はSOI（絶縁体上シリコンsilicon-on-isolator）ウエハーをガラス基板上に陽極結合し、その後ウエハーを数μmの薄さにする。ここで膜は、絶縁層(7)により電極から絶縁されたシリコン層(8)からなる。シリコン層と電極との間に電圧を加えると、膜は電極に向けて引っ張られ、微小バルブ／微小リレーは整流される。
【００３３】
図５は、両面構造化ガラス基板の製造の方法ステップを示す。ステップ（ｂ）では、構造化されたSiウエハー(2)上にガラスウエハー(3)を適用する。ステップ（ｂｂ）では、ガラスウエハー(3)上には、さらなる構造化されたSiウエハー(2)を適用する。前述した工程と同様に、好ましくは陽極結合により、Siウエハー(2)及びガラスウエハー(3)を密接に結合させる。焼鈍工程（ｃ）において、隙間に陰圧を生じさせると、ガラスウエハー(3)のガラス材料がSiウエハー両面の凹部内に流入する。Siウエハー層(2)を、エッチングなどにより、ガラスウエハー(3)から適切に除去すると、両面に微小構造を有する所望の部品が得られ、この部品をさらなる工程において使用することが可能となる。
【００３４】
図６は、窪みを有するガラス基板(3)の加工を示す。ステップ（ｂ）では、ガラスウエハー(3)を構造化されたSiウエハー(2w)上に適用する。上述の工程と同様に、好ましくは陽極結合により、Siウエハー(2)及びガラスウエハー(3)を密接に結合させる。図６の場合において特に重要なのは、ウエハーが密接に結合する前に、熱膨張する媒体−好ましくは気体媒体−を密閉された隙間に導入する点である。このようにして、２つのウエハーの陽極結合ステップ中、局所的に加圧された気体−例えば空気又は窒素−を密封する。この隙間に存在する局所的な圧力が、後の高温での流入工程において周囲の大気圧を越えると、ガラス表面はウエハー表面から押し上げられて、エッチングにより露出されるウエハー表面に沈下することはない。これによりガラスウエハーには痕跡が形成される。これらの痕跡の深さは、元の結合圧力、大気圧、工程温度、及びガラスウエハーのガラス温度TGによる。このようにして形成された構造は、例えば分散レンズに使用することが可能である。
したがって、図５及び６において説明した工程を組み合わせることも考えられる。すなわち、凹面及び凸面を有するレンズを製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス様材料上の半導体基板で処理される構造化された表面のレリーフ成形の概略的工程フロー図を示す。
【図２】例えば、半導体基板上の凹部へのガラス材料の部分的流入によりレンズシステムを製造する変形例の工程の概略図である。
【図３】微小機械部品を製造するための変形例の工程を示す図である。
【図４】本発明の方法により製造される微小機械静電アクチュエータの例を示す図である。
【図５】両面に微小構造を有するガラス基板を製造するための変形例の工程を示す図である。
【図６】微小分散レンズを加工するための変形例の工程を示す図である。
【符号の説明】
１ 感光性レジスト
２ シリコンウエハー、一般的には第１基板
３ ガラス基板
４ 凹部を有する第１基板の表面構造
５ 凹部
６ 曲り金属電極
７ 絶縁層
８ シリコン層
Claims (23)
- ガラス様材料からなる微小機械部品、及び／又は微小光学部品、及び／又は機能的要素の表面を構造化する方法であって、
第１基板(2)を提供するステップと、
前記第１基板の少なくとも１表面を構造化して、該表面上に凹部(4)を設けるステップと、
ガラス様材料からなる第２基板(3)を提供するステップと、
前記第１基板の構造化された表面と前記ガラス様材料からなる第２基板の表面の少なくとも一部が重なるようにして、前記第１基板と前記ガラス様材料からなる第２基板とを真空に近い条件下で、前記第1基板と前記第２基板との間に気密性の結合が生じるように接合するステップと、
前記第１基板の前記構造化された表面の凹部に前記ガラス様材料が流れ込むように、陽極接合した基板を焼鈍し、これにより前記第２基板の前記第１基板に面する側面を構造化するステップと、
前記第１基板から前記第２基板を分離するステップとを含む方法。 - ガラス様材料からなる微小機械部品、及び／又は微小光学部品、及び／又は機能的要素の表面を構造化する方法であって、
第１基板(2)を提供するステップと、
前記第１基板の少なくとも１表面を構造化して、該表面上に凹部(4)を設けるステップと、
ガラス様材料からなる第２基板(3)を提供するステップと、
前記第１基板の構造化された表面と前記ガラス様材料からなる第２基板の表面の少なくとも一部が重なるようにして、前記第１基板と前記ガラス様材料からなる第２基板とを真空に近い条件下で、前記第1基板と前記第２基板との間に気密性の結合が生じるように接合するステップと、
前記第１基板の前記構造化された表面の凹部に前記ガラス様材料が流れ込むように、陽極接合した基板を焼鈍し、これにより前記第２基板の前記第１基板から切り離される側面を構造化するステップとを含む方法。 - ガラス様材料からなる微小機械部品、及び／又は微小光学部品、及び／又は機能的要素の表面を構造化する方法であって、
第１基板(2)を提供するステップと、
前記第１基板の少なくとも１表面を構造化して、該表面上に凹部(4)を設けるステップと、
ガラス様材料からなる第２基板(3)を提供するステップと、
前記第１基板の構造化された表面と前記ガラス様材料からなる第２基板の表面の少なくとも一部が重なるようにし、前記凹部に熱膨張性の気体媒体を導入して、前記第１基板と前記ガラス様材料からなる第２基板とを接合するステップと、
前記第１基板の前記凹部内で前記気体媒体を膨張させることにより、前記ガラス様材料を局所的に変形させて基板が接着されるようにこれらの基板を焼鈍し、これにより前記第２基板の前記第１基板に面する側面を構造化するステップと、
前記第１基板から前記第２基板を分離するステップとを含む方法。 - 前記第２基板は前記第１基板から分離されていることを特徴とする請求項２記載の方法。
- 前記第１基板をエッチングにより除去することにより、前記第２基板の前記第１基板からの分離が行われることを特徴とする請求項１、３又は４の何れかに記載の方法。
- 前記構造化された表面に適用されて両基板の接合前の構造を保持するとともに、熱反応及び／又は化学反応により破壊されて両基板を互いから分離させる犠牲層の役割を果たす部分層を、前記第１基板及び第２基板の間に備えることにより、前記第２基板の前記第１基板からの分離が行われることを特徴とする請求項１又は３〜５の何れかに記載の方法。
- 前記基板の融点より低い融点を有する金属層を部分層として使用することを特徴とする請求項６記載の方法。
- 酸素及び／又は熱エネルギーが供給されると化学反応を生じる被酸化層を部分層として使用することを特徴とする請求項６記載の方法。
- カーボン層、ダイアモンド層、ダイアモンド型層又はSiCを部分層として使用することを特徴とする請求項６記載の方法。
- 前記第１基板の構造化された表面は構造幅Bの凹部を有し、前記第２基板は厚さDを有し、 B > 0.1・Dの近似関係式が成り立つことを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の方法。
- 前記第１基板は半導体基板であり、及び／又は前記ガラス様材料はホウケイ酸ガラスであることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の方法。
- 前記半導体基板はシリコン基板であり、及び／又は前記ホウケイ酸ガラスはパイレックス（登録商標）であることを特徴とする請求項１０記載の方法。
- 前記第１基板をガラス様材料からなる前記第２基板に接合するステップは、陽極結合により行われることを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の方法。
- 接合工程にわたって存在する陰圧は、接合後にも、前記第１基板表面の凹部内において、前記第１基板とガラス様材料からなる前記第２基板との間に保持されることを特徴とする請求項１、２又は４〜１３の何れかに記載の方法。
- ガラス様材料からなる前記第２基板の表面に過加圧が及ぼされ、焼鈍工程にわたって前記第２基板は前記第１基板から切り離されることを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の方法。
- 前記ガラス様材料の前記凹部への流入が所望の深さまで流入した所で停止し、該流入したガラス様材料が前記凹部の底部に接触しないように温度及び持続時間を調整することにより、焼鈍工程が行われることを特徴とする請求項１、２、又は４〜１５の何れかに記載の方法。
- ガラス様材料からなる前記第２基板の表面に、前記第１基板の構造化された表面のレリーフ型が製造されるように、焼鈍工程における圧力、及び／又は温度、及び／又は持続時間を選択することを特徴とする請求項１５又は１６の何れかに記載の方法。
- 前記ガラス基板の１表面は、焼鈍後に又はエッチングによる前記第１基板の除去後に、グラインディング及び／又はポリッシングによりつや出しされることを特徴とする請求項１〜１７の何れかに記載の方法。
- 焼鈍工程前に、前記第１基板から切り離された前記第２基板の１側面に、第３基板が均一に適用されることを特徴とする請求項１又は３〜１８の何れかに記載の方法。
- 前記第３基板は半導体基板であり、好ましくはシリコン基板で形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
- 前記第３基板は焼鈍工程後にエッチング操作により除去され、前記第２基板の前記第１基板から切り離された表面には平らな表面が形成されることを特徴とする請求項１９又は２０の何れかに記載の方法。
- ガラス様材料からなる前記第２基板の前記第１基板から切り離された側面に焼鈍工程中に形成された凹部には、電極が配置され、前記凹部は導電性弾性膜により橋かけされることを特徴とする、請求項２又は４〜１６の何れかにしたがって製造される微小機械部品。
- 請求項２２記載の前記微小機械部品の微小機械弁又は微小機械リレーとしての応用。
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