JPH05230679A - マイクロ工学的要素の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】高精密度のマイクロ工学的要素を作製する製造
方法の提供。 【構成】アンダカット縁部を形成する凹状表面は、平坦
な表面から延在する静止的な構造の壁部の中において、
凸状の緩衝材を壁部の中へ成長させることによって作製
される。当該緩衝材は、壁部との凸凹関係を形成する。
続いて、緩衝材は、壁部の凹状のアンダカット表面を保
つようにして壁部から取り除かれる。続いて、静止的構
造及び平坦表面は、犠牲層及び構造層で被覆することに
よって更に処理される。当該構造層は、スライダ３０内
におけるスロットのような湾曲したアンダカット縁部に
よって静止的構造の表面において保持される可動的構造
となるようにしてパターン形成される。最終的な処理に
は、可動的構造を静止的構造から解放するようにして犠
牲層を除去することが包含される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、概略的には、可動継手、歯車及
びスライダのようなマイクロ工学的要素に関し、より詳
細には、高精密のマイクロ工学的要素を作製する製造方
法に関するものである。

【０００２】摺動したり回動したりする継手を備えたマ
イクロ工学的要素は、微細なピン継手、歯車、クラン
ク、スライダその他の機構において多くの用途を有して
いる。これらの要素は、様々な様式で作製されることが
可能である。マラー（Muller）らによる米国特許明細書
第4,740,410 号において、マイクロ工学的な摺動要素又
は回動要素は、以下の工程段階に従って作製されてい
る。 １） 基板にガラス製の犠牲層を被着し、 ２） スライダ又は歯車のためのポリシリコン製の構造
層を被着して形成し、 ３） ガラス製の第２の犠牲層を被着し、 ４） レール又はピンのためのポリシリコン製の第２の
構造層を被着して形成し、 ５） 犠牲層を除去して、基板とピン及びレールの両者
から歯車及びスライダを解放するという工程段階であ
る。

【０００３】この工程は、結果として固定軸ピン継手又
は固定レール・スライダを生じる。一旦緩められると、
固定式の歯車及びスライダは基板に載置される。運転に
おいて、歯車及びスライダと基板の間には好ましくない
量の摩擦が生起されることになる。

【０００４】自己拘束式の継手を作製する工程もマラー
らにおいて開示されている。自己拘束式継手は、摺動し
ながら同時に回動することも可能である。これらの継手
は、既に述べた基本的工程の僅かな変更を使用して製造
される。自己拘束式継手は、歯車及びスライダの下にお
けるピン及びレール上にフランジを製造してそれらを適
所に保つことによって固定式継手と識別されるものであ
る。ピン及びレールは、基板に対して固定されるか又は
基板を横断して自由に摺動するように為されることも可
能である。ピン及びレールは、ピン又はレールを形成す
る通常の第１の犠牲的ガラス層の一部と、フランジを形
成する第１の構造的ポリシリコン層とを使用して製造さ
れる。当該フランジは、エッチング・アンダカット工程
によって形成される。エッチング・アンダカット工程
は、一般的には容易に制御され得るものではない。更
に、ガラス／ポリシリコン製の継手は、構造の中で最も
弱い部分であり、応力によって壊れ易いものでもある。

【０００５】この工程についての更なる情報は、１９８
８年６月刊行の３５巻６号の電子デバイスに関する電気
電子学会会報（IEEE Transactions on Electron Device
s ）の「センサ及びアクチュエータのための集積型の可
動的なマイクロ工学的構造（Integrated Movable Micro
mechanical Structures for Sensors and Actuators
）」というマラーらによる文書において見出されるこ
とも可能である。

【０００６】簡略的に言って本発明に拠れば、アンダカ
ット縁部を作製するプロセス、及びマイクロ工学的要素
の作製に対する当該プロセスの適用が準備されるのであ
る。

【０００７】アンダカット縁部は、２段階のパターン形
成工程を使用して作製される。第１の段階は、従来通り
のフォトレジスト及びエッチングの技術を使用して、ア
ンダカットされるべき縁部即ち壁部を規定することであ
る。第２の段階は、アンダカットされるべき縁部即ち壁
部の中に緩衝材を成長させ、当該緩衝材が縁部即ち壁部
との凸凹関係を形成することである。即ち、緩衝材は、
縁部即ち壁部の中へ外側に突き出し、縁部即ち壁部が緩
衝材を収容するようにして内側へ突き出すことになるの
である。本文において使用される凸凹という用語は、例
えば、円形、楕円等でもあり得る湾曲形式の関係を意味
するものとする。この段階の終結は、縁部即ち壁部がそ
の凹形状を保っている間における緩衝材の除去である。
これで、アンダカット縁部が産み出されたのである。

【０００８】摺動したり回動したりする第１の形態のマ
イクロ工学的要素は、突出するピン又はレールを備え、
更に上述の凸凹アンダカット工程を使用して構築された
凹状側面を備えて基板の表面において構築される。当該
側面が凹状であるので、ピン又はレールは挾持される。
歯車又はスライダは、ピン又はレールから外れて持ち上
がることを制限されるようにしてピン又はレールの廻り
において形成される。歯車又はスライダは、第１に比較
的均一な犠牲層でピン又はレールを被覆することによっ
てピン又はレールの廻りに形成される。続いて、構造層
が犠牲層に被着される。歯車又はスライダが構造層から
形成された後、犠牲層は、エッチングによって取り除か
れ、歯車をピンから或いはスライダをレールから解放さ
せることになる。構造層の形状を規定する犠牲層を使用
することにより、歯車又はスライダは、そのピン又はレ
ールの廻りにおいて構築されることが可能になって、ピ
ン又はレールの凹形状に対して整合することになる。歯
車又はスライダは、ピン又はレールが狭隘である個所で
は狭隘なものとなって、幅広の部分をピン又はレールか
ら外して持ち上げることが不可能となるのである。

【０００９】第２の形態の歯車又はスライダもまたこの
工程によって構築されることが可能である。基板から外
側へ突出するピンを構築する代わりに、基板に向かって
内側へ突出する孔が構築されるのである。当該孔の側面
は、これもまた上述の凸凹アンダカット工程を使用して
作製された凹面であり、従って、孔の幅は、孔の頂部で
は孔の中間における幅よりも狭隘である。雄の歯車又は
スライダの場合と同様に、比較的均一な犠牲層が孔の内
部と囲繞領域において準備される。構造層が、続いて、
犠牲層に被着され、歯車又はスライダへと組立られるの
である。犠牲層が取り除かれると、歯車又はスライダ
は、孔の範囲内において自由に運動することになる。再
び、構造層の形状を規定する犠牲層を使用することによ
り、歯車又はスライダは、その孔の廻りにおいて構築さ
れることが可能になって、孔の凹形状に対して整合する
ことになる。歯車又はスライダは、孔が幅広である個所
では幅広なものとなって、狭隘な部分を孔から出して持
ち上げることが不可能となるのである。

【００１０】図１は、ピン上における歯車の上面図を示
している。

【００１１】図２は、レール上におけるスライダの上面
図を示している。

【００１２】図３は、第１及び第２の窒化物の被着と第
１構造層を形成することになるドーピングされたポリシ
リコンの被着の後における基板の断面図を示している。

【００１３】図４は、第１構造層のマスキング及びエッ
チングの後における図３の基板の断面図を示している。

【００１４】図５は、酸化物緩衝材が成長された後にお
ける図４の基板の断面図を示している。

【００１５】図６は、酸化物緩衝材がエッチングによっ
て除去された後における図５の基板の断面図を示してい
る。

【００１６】図７は、犠牲層の被着の後における図６の
基板の断面図を示している。

【００１７】図８は、第２構造層の被着の後における図
７の基板の断面図を示している。

【００１８】図９は、当該構造層のパターン形成の後に
おける図８の基板の断面図を示している。

【００１９】図１０は、切断線１０−１０に沿って得ら
れた、図１において示された完成歯車或いは図２におい
て示された完成スライダの断面図を示している。

【００２０】図１１は、図９に関する代替的な工程段階
の断面図を示している。

【００２１】図１２は、図１１において示された代替的
な工程段階を使用して構築された代替的な歯車又はスラ
イダの断面図を示している。

【００２２】図１３は、第１及び第２の窒化物の被着と
第１構造層を形成することになるドーピングされたポリ
シリコンの被着の後における基板の断面図を示してい
る。

【００２３】図１４は、第１構造層のマスキング及びエ
ッチングの後における図１３の基板の断面図を示してい
る。

【００２４】図１５は、酸化物緩衝材が成長された後に
おける図１４の基板の断面図を示している。

【００２５】図１６は、酸化物緩衝材がエッチングによ
って除去された後における図１５の基板の断面図を示し
ている。

【００２６】図１７は、犠牲層の被着の後における図１
６の基板の断面図を示している。

【００２７】図１８は、第２構造層の被着後における図
１７の基板の断面図を示している。

【００２８】図１９は、当該構造層のパターン形成の後
における図１８の基板の断面図を示している。

【００２９】図２０は、図１３から図１９の図面におい
て示された工程段階の順序に従って完成した歯車の断面
図を示している。

【００３０】図２１は、窒化物の被着と第１構造層を形
成することになるドーピングされたポリシリコンの被着
の後における基板の断面図を示している。

【００３１】図２２は、第１構造層のマスキング及びエ
ッチングの後における図２１の基板の断面図を示してい
る。

【００３２】図２３は、酸化物緩衝材が成長された後に
おける図２２の基板の断面図を示している。

【００３３】図２４は、酸化物緩衝材がエッチングによ
って除去された後における図２３の基板の断面図を示し
ている。

【００３４】図２５は、窒化物の被着の後における基板
の断面図を示している。

【００３５】図２６は、突出構造を形成することになる
マスキング及びエッチングの後における図２５の基板の
断面図を示している。

【００３６】図２７は、第１及び第２の窒化物の被着と
ドーピングされたポリシリコンの被着の後における基板
の断面図を示している。

【００３７】図２８は、第２窒化物層とドーピングされ
たポリシリコン層のマスキング及びエッチングの後にお
ける図２７の基板の断面図を示している。

【００３８】図２９は、酸化物緩衝材が成長された後に
おける図２８の基板の断面図を示している。

【００３９】図３０は、第１及び第２の窒化物層とドー
ピングされたポリシリコン層がエッチングされた後にお
ける図２９の基板の断面図を示している。

【００４０】図３１は、犠牲層の被着の後における図３
０の基板の断面図を示している。

【００４１】図３２は、犠牲層がパターン形成された後
における図３１の基板の断面図を示している。

【００４２】図３３は、構造層の被着の後における図３
２の基板の断面図を示している。

【００４３】図３４は、構造層のパターン形成の後にお
ける図３３の基板の断面図を示している。

【００４４】図３５は、図２７から図３４の図面におい
て示された工程段階の結果としてケーシング内において
摺動するシリンダの俯瞰図を示している。

【００４５】ここで、図１に注目すると、ピン２８の廻
りを回動する歯車２６の上面図が示されている。図２
は、レール３２上において摺動するスライダ３０の上面
図を示している。これらの両者の構造は、同一の工程順
序を使用して構築され、図１０において示され併せて説
明されることになる線１０−１０に沿って得られた同一
の断面を有する。材料の被着、エッチング及びパターン
形成に関する工程段階の総ては、当該分野において周知
である。従って、本件記述は、各々の段階を実施するた
めに必要とされる特定の細部にではなく、各々の段階の
順序及び結果に焦点を結ぶものとなる。

【００４６】当該マイクロ工学的要素は、基板の表面に
おいて構築される。この実施例において、基板にはシリ
コンが使用されている。シリコンは、高温の工程段階に
おいても損傷を受けないので理想的である。セラミック
又は或る種の金属のようなその他の材料に置き換えられ
ることも可能である。

【００４７】図３は、構造層１２の被着後における基板
１０を示している。構造層１２は、実際には、第１の窒
化物層１４、ドーピングされたポリシリコン層１６、及
び第２の窒化物層１８という３層から構成される。

【００４８】構造層１２は、２段階のパターン形成を受
ける。第１の段階は、従来通りのフォトレジスト及びエ
ッチングの工程を使用して実施される。フォトレジスト
は、ピン及び／又はレールになる当該領域を規定するた
めに使用される。ピン及び／又はレールになることはな
い構造層１２の当該領域は、エッチングによって完全に
除去される。この段階が完了すると、残りの構造層１２
は、図４において示されるように基板１０の表面から突
出し突起することになる。突出し突起する構造層１２の
残りは、後には図１において示されたピン２８或いは図
２において示されたレール３２となることになる。

【００４９】図５において示されるように、第２のパタ
ーン形成段階は、酸化物緩衝材を成長させることによっ
て開始される。酸化物緩衝材２０は、ドーピングされた
ポリシリコン層１６の表面において従来通りの酸化プロ
セスを使用して成長される。当該酸化物は、ドーピング
されたポリシリコン層１６の露出した縁部即ち壁部にお
いて成長する。酸化物緩衝材２０は、緩衝材の形状を制
御する第１及び第２の窒化物層１４及び１８から課せら
れた制約の故に、内側と外側の両方に向かって湾曲した
形状において成長する。酸化速度は、窒化物層１４及び
１８のそれぞれによって、ドーピングされたポリシリコ
ン層１６の境界面において最も遅いものとなる。酸化物
緩衝材２０は、酸化物の成長の輪郭が凸状になってドー
ピングされたポリシリコン層１６との凸凹関係を形成す
るまで成長される。酸化速度は、イオン注入によるか或
いはドーピングされたポリシリコン層１６内の自然な位
置におけるドーピング添加剤の制御によって、ドーピン
グされたポリシリコン層１６のドーピング添加剤の輪郭
を変更することによって制御されることが可能である。
ポリシリコンの酸化速度の制御は周知であるので、酸化
物緩衝材２０の深さ及び輪郭は、精密に制御されること
も可能である。従って、図１において示されたピン２８
の輪郭の凹形状もまた精密に制御され得る。酸化物緩衝
材の成長及び制御は、本文において引例として組み込ま
れることになる、両者とも、「高速の超高密度集積回路
のＳＡＳＭＥＦＥＴに対する成長される酸化物緩衝絶縁
体の適用（Application of Grown Oxide Bumper Insula
tors to a High Speed VLSI SASMEFET）」という標題が
付いたボル（Bol ）及びケミング（Keming）による第4,
4 00,866号及び第4,375,643 号の米国特許明細書におい
て議論されている。

【００５０】図６において示されるような酸化物の除去
が、図１及び図２において示されたピン２８或いはレー
ル３２のいずれかになる第１構造層１２のパターン形成
の最終的段階である。ドーピングされたポリシリコン層
１６に対する酸化物緩衝材２０の凸凹関係は、凹状側面
を備えたピン２８又はレール３２の製造を許容するもの
である。酸化物緩衝材が凸状の輪郭を有したので、エッ
チングによって除去されるとき、結果として生じる壁部
は凹面を有することになる。凸凹の輪郭は、酸化物緩衝
材２０が外側に突き出してドーピングされたポリシリコ
ン層１６が内側に突き出し、ピン２８又はレール３２の
頭部がピン２８又はレール３２のボディ３１よりも大き
い場合に機能することになる。頭部２９においてピン２
８又はレール３２が幅広であるので、歯車又はスライダ
は、ピン２８又はレール３２の廻りにおいて製造される
ことが可能となり、ピン２８又はレール３２の頭部２９
によって保持されることになる。

【００５１】次の段階は、図７において示されるような
犠牲層２２の形成である。この実施例において、基板１
０及びピン２８又はレール３２の表面を被覆して犠牲層
２２を形成するためには熱酸化物の成長が使用されてい
る。しかしながら、更なる段階の温度及び処理に耐える
ことが可能であって、被着されたときのピンの形状に対
して整合することになり、ポリシリコンに比較して十分
に高いエッチング速度を備えた材料が使用されることも
可能である。酸化物は、シリコン及びドーピングされた
ポリシリコンによってそれぞれに形成される基板１０の
表面及びピン２８又はレール３２の側面において成長さ
れる。ピン２８又はレール３２の頂部表面が窒化物であ
るので、いかなる酸化物もそこでは成長され得ない。全
体の構造が酸化物によって被覆されることを保証するた
め、酸化物が基板１０とピン２８又はレール３２の側面
表面とにおいて成長された後、ＴＥＯＳ酸化物被着が使
用される。その結果は、図７において示されたように、
ピン２８又はレール３２の頂部表面における酸化物層が
基板１０とピン２８又はレール３２の側面とにおける酸
化物層よりも薄いものであることになる。

【００５２】これで、当該構造は、図８において示され
るような構造層２４の形成のための準備が整ったことに
なる。この実施例ではポリシリコンが使用されたが、シ
リコン、金属又は金属シリサイドのようなその他の材料
に置き換えられることも可能である。構造層２４は、犠
牲層２２によってピン２８又はレール３２及び基板１０
から分離される。

【００５３】構造層２４は、一旦被着されると、最終的
に図１及び図２において示された歯車２６又はスライダ
３０のいずれかに形成されるようにしてパターン形成さ
れるための準備が整ったのである。スライダ３０は、レ
ール３２を受容するように溝を付けられることになる。
先行する段階において構造層１２をパターン形成するた
めに使用されたマスキング及びエッチングの従来通りの
手順は、ここでもまた構造層２４をパターン形成するた
めに使用される。

【００５４】図９は、構造層２４のパターン形成の後に
おける当該装置を示している。歯車２６又はスライダ３
０は、これで完成したが、未だに犠牲層２２によって基
板１０及びピン２８又はレール３２に連結されている。

【００５５】最終的段階は、図１０において示されるよ
うに、犠牲層２２の除去である。この実施例において、
犠牲層２２に使用された酸化物を洗い流すためには酸化
物エッチングが使用されている。この段階は、歯車２６
又はスライダ３０をピン２８又はレール３２及び基板１
０から解放する。これで、歯車２６はピン２８の廻りに
おいて自由に回動し得ることになり、スライダ３０もま
たこれでレール３２上において自由に摺動し得ることに
なる。

【００５６】犠牲層２２がピン２８又はレール３２の側
面と基板１０とにおいて厚かったので、犠牲層２２がエ
ッチングによって除去されると、歯車２６又はスライダ
３０は、ピン２８又はレール３２に載置されることにな
るが、基板１０の上に懸架されることになり、それによ
って拘束を受けるが、ピン２８又はレール３２の頭部２
９及びボディ３１からは分離される。歯車２６又はスラ
イダ３０を基板１０の上に懸架せしめて保持すること
は、使用の際の歯車２６と基板１０の間における摩擦成
分を排除している。

【００５７】部品の摩擦を更に減少させる代替的な方法
が、図１１及び図１２において示されている。これらの
図面において示された段階は、図９及び図１０において
示された段階に取って代わるものである。構造層２４を
パターン形成して歯車２６又はスライダ３０を形成する
と、図１１において示されたようにして、歯車２６又は
スライダ３０の中央部分３４も更に除去されることが可
能となる。犠牲層２２を洗い流すための酸化物エッチン
グが行われた後、当該構造は図１２のようなものとして
現れる。中央部分３４の除去は、歯車２６又はスライダ
３０とピン２８又はレール３２の間における接触を最小
限にして、歯車２６又はスライダ３０が使用される際に
おける摩擦を更に減少させるのである。

【００５８】シリコンが酸化可能であるので、ピン２８
又はレール３２の頂部におけるよりも厚い犠牲層を基板
上に準備して、基板の上に懸架される歯車又はスライダ
を製造することが可能である。第２の実施例は、図１３
から図２０の各図において示されるように構築されるこ
とも可能である。図３から図１０における同等の部品に
は、「ａ」が付け足されているだけの同一の番号が付与
される。更に、この順序は、酸化物を形成しない基板が
使用されるときにおける工程の変更を説明するためにも
使用されることになる。

【００５９】図１３は、凹んだピン及び／又はレールを
形成するようにパターン形成されることになる構造層１
２ａの被着の後における基板を示しているので、図３と
全く同じものである。

【００６０】図１４は、第１のパターン形成段階を示し
ている。図４に対比して、凹みは、第１の構造層の中に
おいて規定された。しかし、窒化物層１４ａは、基板１
０ａの表面に残された。この実施例では基板１０ａの表
面が酸化物を形成することはないので、窒化物層１４ａ
を取り除く理由がないのである。この孔は、後に凹んだ
ピン又はレールとなるものである。

【００６１】酸化物緩衝材は、図５及び図６のものと同
様にして図１５及び図１６において成長され除去され
る。その結果は、第１の構造層１２ａの中における孔に
よって形成される凹んだピン２８ａ又はレール３２ａと
なる。

【００６２】次の段階は、図１７において示されるよう
に、凹んだピン２８ａ及び／又はレール３２ａを犠牲層
２２ａによって被覆することである。図７では、第１に
基板上に酸化物を成長させ、続いて補足的な材料を被着
するという２段階の工程が使用されていた。この実施例
においては、ＴＥＯＳ酸化物被着が整合的な被着プロセ
スであるので、凹んだピン２８ａ又は凹んだレール３２
ａの窒化物表面が被覆されることを保証するためにＴＥ
ＯＳ酸化物被着のみが使用されている。基板が酸化する
ことはないので、第１の実施例のように基板１０ａの表
面を酸化させる段階を実施する理由がないのである。

【００６３】図１８及び図１９において示される第２の
構造層２４ａの被着及びパターン形成は、図８及び図９
のものと全く同じものである。

【００６４】最終的段階は、図２０において示されるよ
うに、犠牲層２２ａを洗い流すための酸化物エッチング
である。この段階は、歯車２６ａ又はスライダ３０ａを
凹んだピン２８ａ又は凹んだレール３２ａ及び基板１０
ａから解放する。これで、歯車２６ａは凹んだピン２８
ａの廻りにおいて自由に回動し得ることになり、スライ
ダ３０ａもまたこれで凹んだレール３２ａ上において自
由に摺動し得ることになる。しかし、犠牲層を被着する
単一段階の工程の故に、歯車２６ａ又はスライダ３０ａ
は、先行の順序におけるように基板の上に懸架されるも
のではない。

【００６５】工程のその他の変更もまた企図されてお
り、窒化物層１４を排除して、第１構造層１２、１２ａ
から形成される構造を形成するようにして基板１０それ
自体をパターン形成してエッチングすることも包含され
る。

【００６６】図２１から図２４の各図は、窒化物層１４
が排除された場合における図３から図６に説明された工
程の変更を示している。図３から図６における同等の部
品には、「ｂ」が付け足されているだけの同一の参照番
号が付与される。図７から図１０において示された段階
は、図２１から図２４において示される工程段階に従っ
て、マイクロ工学的要素の形成を完成することになる。

【００６７】図２１は、第１の構造層１２ｂの被着の後
における基板１０ｂを示している。第１の構造層１２ｂ
は、ドーピングされたポリシリコン層１６ｂ及び窒化物
層１８ｂという２層から構成される。

【００６８】図２２は、第１の構造層１２ｂの第１段階
のパターン形成を示している。それは、総ての点で、図
４において示されたパターン形成と同様のものである。

【００６９】図２３は、第１構造層１２ｂの湾曲側面を
達成することになる酸化物緩衝材２０ｂの成長を示して
いる。図５とは違って、酸化物緩衝材２０ｂは、ほぼ円
形の形状においては成長しないが、それでもなおドーピ
ングされたポリシリコン層１６ｂとの凸凹関係は形成し
ている。酸化物緩衝材２０ｂの成長は、ドーピングされ
たポリシリコン１６ｂと基板１０ｂの間において窒化物
層が全く被着されなかったので、基板１０ｂの表面にお
ける酸化物の成長と融合されることになり、従って第１
の実施例のように基板の表面における酸化物の成長から
酸化物緩衝材２０ｂを分離することはなくなる。結果と
して生じる酸化物緩衝材の成長は、ドーピングされたポ
リシリコン層１６ｂの中に成長された凸状の緩衝材に関
して比較的平坦なものとなる。

【００７０】図２４は、酸化物が除去された後における
ピン２８ｂ又はレール３２ｂを示している。例え酸化物
緩衝材が部分的にのみ円形であったとしても、ピン２８
ｂ又はレール３２ｂの頭部２９ｂがピン２８ｂ又はレー
ル３２ｂのボディ３１ｂよりも大きいものであることを
保証するに足る十分な円形形状は残ることになる。

【００７１】このポイント以降の処理段階は、図７から
図１０において示されたものと全く同じである。

【００７２】図２５及び図２６は、窒化物層１４及びポ
リシリコン層１６の両者が共に排除された場合における
図３及び図４に説明された工程の変更を示している。図
３及び図４における同等の部品には、「ｃ」が付いてい
るだけの同一の番号が付与される。図２３及び図２４と
図７から図１０の各図とにおいて示された同一の段階
は、図２５及び図２６において示される工程段階に従っ
て、マイクロ工学的要素の形成を完成することになる。
ピン２８ｃ又はレール３２ｃは、シリコン基板から構成
されるものであり、いかなる接合部を有するものでもな
い。ピン２８ｃ又はレール３２ｃのボディ３１ｃより大
きい頭部２９ｃを準備することになる全体の凹状輪郭
は、基板１０ｃのみの中において配置される。これは、
マラーらの特許において説明された先行技術とは異なっ
ている。マラーらは、本件構造とは違って応力を受けて
分離し易い２つの異なった層からピン及びフランジを製
造しているのである。

【００７３】図２５は、ピン及びレールを形成するよう
にしてパターン形成される前における基板の準備を示し
ている。基板には窒化物層１８ｃが被着される。

【００７４】図２６は、パターン形成の第１段階の後に
おける基板を示している。窒化物キャップ１８ｃを備え
て突出する構造は、図４における第１の構造層１２と同
様にして基板からエッチングされる。

【００７５】次の２段階は図２３及び図２４におけるも
のと全く同じであり、最終的な段階もまた図７から図１
０におけるものと全く同じである。

【００７６】歯車及びスライダの層を利用することは、
噛み合い歯車及びスライダを備えた複雑なマイクロ工学
的構造が構築されることを許容する。他の歯車又はスラ
イダと噛み合う摺動歯車に基づいて、自己拘束式の構造
が構築されることも可能である。

【００７７】自己拘束式継手の第２の形態は、このプロ
セスの僅かな変更を使用して構築されることが可能であ
る。この自己拘束式継手は、ケーシングの内部において
摺動し更に／又は回動し得る棒材又は円筒形構造であ
る。

【００７８】マイクロ工学的要素は、基板４０の表面に
おいて構築される。この実施例において、基板４０には
シリコンが使用されているが、その他の半導体材料もま
た等しく適切である。図２７は、第１の構造層４２の被
着の後における基板４０を示している。第１の構造層４
２は、第１の窒化物層４４、ドーピングされたポリシリ
コン層４６及び第２の窒化物層４８という３層から構成
される。

【００７９】第１の構造層４２は、２段階のパターン形
成を受ける。第１の段階は、従来通りのフォトレジスト
及びエッチングのプロセスを使用して為され、その結果
は図２８に示されている。この段階が完了すると、残り
の第１構造層４２は、自己拘束式構造が基板４０上に配
置される個所を規定することになる。

【００８０】第２のパターン形成の段階は、酸化であ
る。酸化物緩衝材５０は、従来通りの酸化プロセスを使
用してドーピングされたポリシリコン層４６の表面にお
いて成長される。ポリシリコンの酸化速度の制御は周知
であるので、酸化物緩衝材の寸法及び形状は、精密に制
御されることが可能である。

【００８１】酸化物緩衝材は、図２９において示される
ように成長される。第１窒化物層４４及び第２窒化物層
４８は、ドーピングされたポリシリコン層４６のいずれ
の部分が酸化のために開口するかを規定して、酸化物緩
衝材５０の形状に寄与することになった。この順序にお
いては、ほぼ円形の酸化物緩衝材の達成が重要なことで
ある。

【００８２】酸化物の除去がパターン形成のプロセスを
完了するという先行の順序とは違って、残りの第１構造
層４２が取り除かれて、酸化物緩衝材５０が残存する。
酸化物緩衝材５０は、ケーシングの内部において運動す
ることが可能である棒材となることになる。第１窒化物
層４４は、この段階では完全には除去されない。酸化物
緩衝材５０と基板４０の間の部分は、図３０において示
されるように残存するのである。

【００８３】次の段階は、図３１において示されるよう
に、窒化物の犠牲層５２によって酸化物緩衝材５０を被
覆することである。この実施例において、窒化物層は、
従来通りの手段によって被着される。続いて、窒化物
は、図２８において第１構造層４２をパターン形成する
ために使用されたものと同じフォトレジスト及びエッチ
ングの技術を使用してパターン形成される。余分な窒化
物が取り除かれ、その結果は、図３２において示されて
いる。

【００８４】これで、当該構造は、図３３において示さ
れるような第２の構造層５４の被着のための準備が整っ
たことになる。この実施例では、ポリシリコンが使用さ
れたが、その他の材料もまた同様に適切である。第２の
構造層５４は犠牲層５２によって酸化物緩衝材５０から
分離されているということが注目される。

【００８５】第２の構造層５４は、一旦被着されると、
パターン形成のための準備が整ったことになる。ポリシ
リコンは、第１構造層４２及び犠牲層５２をパターン形
成するために先行の段階において使用されたマスキング
及びエッチングの従来通りの手順によって容易にパター
ン形成される。図３４は、第２の構造層５４のパターン
形成の後における当該装置を示している。ケーシング５
８の中において摺動したり或いは回動することが可能で
ある棒材５６は、犠牲層５２のエッチングによる除去以
外は仕上げられたことになる。

【００８６】最終的な段階は、図３５において示される
ように、犠牲層５２を洗い流すための窒化物エッチング
である。この段階は、棒材５６をそのケーシング５８及
び基板４０から解放するのである。

【００８７】本発明は実施例に関連して説明されるが、
本発明を当該実施例に限定するようには意図されていな
いことが理解されるであろう。反対に、添付の請求項に
よって規定された本発明の精神及び範囲の中に包含され
得る総ての代案、修正及び同等物をカバーすることが意
図されているのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ピン上における歯車の上面図を示している。

【図２】 レール上におけるスライダの上面図を示して
いる。

【図３】 第１及び第２の窒化物の被着と第１構造層を
形成することになるドーピングされたポリシリコンの被
着の後における基板の断面図を示している。

【図４】 第１構造層のマスキング及びエッチングの後
における図３の基板の断面図を示している。

【図５】 酸化物緩衝材が成長された後における図４の
基板の断面図を示している。

【図６】 酸化物緩衝材がエッチングによって除去され
た後における図５の基板の断面図を示している。

【図７】 犠牲層の被着の後における図６の基板の断面
図を示している。

【図８】 第２構造層の被着の後における図７の基板の
断面図を示している。

【図９】 当該構造層のパターン形成の後における図８
の基板の断面図を示している。

【図１０】 切断線１０−１０に沿って得られた、図１
において示された完成歯車或いは図２において示された
完成スライダの断面図を示している。

【図１１】 図９に関する代替的な工程段階の断面図を
示している。

【図１２】 図１１において示された代替的な工程段階
を使用して構築された代替的な歯車又はスライダの断面
図を示している。

【図１３】 第１及び第２の窒化物の被着と第１構造層
を形成することになるドーピングされたポリシリコンの
被着の後における基板の断面図を示している。

【図１４】 第１構造層のマスキング及びエッチングの
後における図１３の基板の断面図を示している。

【図１５】 酸化物緩衝材が成長された後における図１
４の基板の断面図を示している。

【図１６】 酸化物緩衝材がエッチングによって除去さ
れた後における図１５の基板の断面図を示している。

【図１７】 犠牲層の被着の後における図１６の基板の
断面図を示している。

【図１８】 第２構造層の被着の後における図１７の基
板の断面図を示している。

【図１９】 当該構造層のパターン形成の後における図
１８の基板の断面図を示している。

【図２０】 図１３から図１９の図面において示された
工程段階の順序に従って完成した歯車の断面図を示して
いる。

【図２１】 窒化物の被着と第１構造層を形成すること
になるドーピングされたポリシリコンの被着の後におけ
る基板の断面図を示している。

【図２２】 第１構造層のマスキング及びエッチングの
後における図２１の基板の断面図を示している。

【図２３】 酸化物緩衝材が成長された後における図２
２の基板の断面図を示している。

【図２４】 酸化物緩衝材がエッチングによって除去さ
れた後における図２３の基板の断面図を示している。

【図２５】 窒化物の被着の後における基板の断面図を
示している。

【図２６】 突出構造を形成することになるマスキング
及びエッチングの後における図２５の基板の断面図を示
している。

【図２７】 第１及び第２の窒化物の被着とドーピング
されたポリシリコンの被着の後における基板の断面図を
示している。

【図２８】 第２窒化物層とドーピングされたポリシリ
コン層のマスキング及びエッチングの後における図２７
の基板の断面図を示している。

【図２９】 酸化物緩衝材が成長された後における図２
８の基板の断面図を示している。

【図３０】 第１及び第２の窒化物層とドーピングされ
たポリシリコン層がエッチングされた後における図２９
の基板の断面図を示している。

【図３１】 犠牲層の被着の後における図３０の基板の
断面図を示している。

【図３２】 犠牲層がパターン形成された後における図
３１の基板の断面図を示している。

【図３３】 構造層の被着の後における図３２の基板の
断面図を示している。

【図３４】 構造層のパターン形成の後における図３３
の基板の断面図を示している。

【図３５】 図２７から図３４の図面において示された
工程段階の結果としてケーシング内において摺動するシ
リンダの俯瞰図を示している。

【符号の説明】

１０ 基板、１２ 構造層、１４ 第１の窒化物層、１
６ ポリシリコン層、１８ 第２の窒化物層、２２ 犠
牲層、２４ 構造層、２６ 歯車、２８ ピン、３０
スライダ、３２ レール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次のことを含む、アンダカット縁部を作
   製するプロセス；略平坦な表面を有して前記表面から延
   在する壁手段を備えた部材を準備し、 前記壁手段の中へ緩衝材を成長せしめて、前記壁手段と
   の凸凹関係を形成し、 前記壁手段が凹形状を保つようにして前記壁手段から前
   記緩衝材を除去する。