JPH11502061A - マイクロ機械加工構造物の製法およびかかる方法を使用して製造されたマイクロ機械加工構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、基板表面から少なくとも部分的に剥離すべきマイクロ機械加工構造物の製法に関する。表面接触面エリア（その上で構造物および前記基板表面が製造工程時に互いに表面接触している）を少なくとも第一接触帯および第二接触帯に分割し、構造物と基板との間の接着力は第二接触帯におけるより第一接触帯において大きい。製造工程として、または製造後の工程として、構造物は、少なくとも前記第二接触帯上で基板表面から剥離できる。また、完成構造物は、基板から完全にゆるくてもよい。また、本発明は、方法に従って製造されたマイクロ機械加工構造物に係わる。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロ機械加工構造物の製法およびかかる方法を 使用して製造されたマイクロ機械加工構造物 技術分野 本発明は、マイクロ機械加工構造物（マイクロ機械加工物）の製法およびかか る方法を使用して製造されたマイクロ機械加工構造物に関する。本発明は、少な くとも部分的に剥離自在であるマイクロ機械加工構造物の製造に関連して特定的 に使用できる。より詳細には、本発明は、（ｉ）部分的に自由にされた曲げ部品 乃至部分(parts)を有するマイクロ機械加工構造物、（ii）完全に自由にされた 可動部品を有するマイクロ機械加工構造物、および（ii）製造基板を完全に除く ことができるマイクロ機械加工構造物（またはそれらの部品）の製造に関する。 背景技術 下記においては、従来技術の文献 文献１〜１２のリストが言及されるであろ う。これらの文献は、ここに参考文献として編入する。 マイクロ機械加工は、例えば、ナノメートル〜センチメートルの寸法を有する センサーおよびアクチュエーターの製造を可能にする。マイクロ機械加工物の特 定の例としては、モーター、ポンプ、加速度計、圧力センサー、化学センサー、 弁、マイクロ運動システムおよびグリッパーが挙げられている。マイクロ機械加 工の総合的な概観は、例えば、文献１、２および３で見出される。 マイクロ機械加工構造物は、下記の３つの一般的種類Ｃ１〜Ｃ３に分けること ができる： Ｃ１： 可動部品なしのマイクロ機械加工構造物（全部結合）、例えば、燃料 注入ノズル用シリコン基板でエッチングされたホール、または電気泳動、他の種 類の化学分析などの応用のためのガラスまたはシリコンでエッチングされたチャ ネル。 Ｃ２： 曲げ部品（部分的に自由）を有するマイクロ機械加工構造物、例えば 、原子力顕微鏡検査および関連顕微鏡検査用プローブチップス、圧力センサー、 加速度計、片持ビーム、および蠕動性ポンプ。類似として、かかる構造物は、水 泳用プールのそばの地面に堅く結合された一方のサイドおよび曲げるために水上 に延出する他方のサイドを有する潜水ボードのようであってもよい。 Ｃ３： 可動部品（完全に自由）を有するマイクロ機械加工構造物、例えば、 マイクロモーターおよびくし形駆動装置。類似として、かかる構造物は、ターン テーブル、紡糸大皿（その上にレコードが完全に自由にされた部品に対応して置 かれる一方、大皿をターンテーブルに取り付ける部品は自由にされた部品を基板 に取り付ける構造物の別の部品に対応する）のようであってもよい。 下記の３つの一般的な種類のマイクロ機械加工が技術上既知である：（１）表 面マイクロ機械加工、（２）バルクマイクロ機械加工、および（３）ＬＩＧＡお よびその変形。マイクロ機械加工物の製造のための製作順序は、これらの技術の 組み合わせを包含してもよい。 マイクロ機械加工の前記技術の第一のもの（表面マイクロ機械加工）によれば 、層は、文献４に開示のようにウェーハの１つのサイド上にデポジットし且つエ ッチングする。文献５は、この技術に従って製造された有機マイクロアクチュエ ーターの例を開示している。従来技術の表面マイクロ機械加工は、上に横たわる 構造層からパターン化されたデバイスまたは構造物を剥離するために一時的な犠 牲層(sacrificial layer)の選択エッチングを必要とする。犠牲／構造層の多く の組み合わせは、下に横たわる犠牲層が優先的に除去できる限り、可能である。 犠牲層は、各種の材料、典型的にはＳｉＯ₂またはホスホシリケートガラスから 製造できるが、アルミニウム、フォトレジスト、ポリイミド、多孔性シリコンお よ び他のものも使用してもよい。 それと対照的に、マイクロ機械加工の前記技術の第二のもの（バルクマイクロ 機械加工）によれば、デバイスまたは構造物は、エッチング法によってウェーハ の前面および／または裏面から望ましくない部品を選択的に除去することによっ て、シリコンウェーハまたは別の基板物質、例えば、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ） から直接製造する（文献６）。バルクマイクロ機械加工は、膜、ポンプ、加速度 計などのマイクロ機械加工物の製造に使用されてきた。また、２個以上の基板は 、一緒に結合し、エッチングしてもよい。 表面マイクロ機械加工法およびバルクマイクロ機械加工法は、文献１および文 献７で比較している。 マイクロ機械加工の前記技術の第三のもの（ＬＩＧＡおよびその変形）は、Ｘ 線または紫外線を使用してフォトレジストまたは若干の他の好適な重合体をパタ ーン化し、材料を電気メッキによってレジスト内の得られるホールにデポジット する工程を含む。この方法は、そのままで、ゆるい部品を生じ、且つかかるゆる い部品から作られた可動機械は、それゆえ、手で組み立てなければならない。Ｌ ＩＧＡも、犠牲層法と組み合わせることができる（文献８）。 マイクロ機械加工構造物の可動部品を剥離するのに使用する唯一の従来技術の 技術は、前記犠牲層技術である。この従来技術の方法は、伝統的には、コンポー ネントの自由回転、平行移動、または曲げを可能にするために、下に横たわる別 の薄い犠牲層をアンダーエッチングすることによって機械構造物を解放する工程 を含む。この方法の欠点は、文献９および１０に述べられており且つ以下に詳細 に論ずるであろう。添付第１図〜第５図（それらの各々は断面図（ａ）および対 応平面図（ｂ）からなる）は、従来技術の犠牲層技術の典型例に係るプロセス工 程を図示する。第１図〜第５図は、概略であり且つ一定の比例には応じておらず 、垂直方向の寸法は非常に誇張されている。 第一工程（第１図）において、シリコンウェーハなどの基板１０（場合によっ て予備デポジット化層および／またはデバイスを提示）は、犠牲層１２で覆う。 第二工程において（第２図）、犠牲層１２は、その残りの部分が基板１０の表面 を部分的にだけ覆って、基板１０の露出表面部分１１を残すようにパターン化す る。第三工程において（第３図）、構造層１４は、基板１０の露出表面部分１１ 上およびパターン化犠牲層１２上にデポジットする。第四工程において（第４図 ）、構造層１４は、その残りの部分が基板１０の露出表面部分１１を部分的に覆 い且つパターン化犠牲層１２を部分的に覆うようにパターン化する。第五工程に おいて（第５図）、パターン化犠牲層１２は、アンダーエッチング法によって除 去し、それによって構造層１４の残りの部分は１つの結合または固定部品１４ａ および１つの自立部品１４ｂを提示する。自立部品１４ｂは、マイクロ機械加工 構造物の可動部品を構成してもよい。 場合によって、多重レベルのパターン化犠牲層および構造層は、設けてもよい 。かかる多重構造層の適用後に、犠牲層は、アンダーエッチングによって除去し 、それによってマイクロ機械加工構造物の上設部品を自由にする。 第１図〜第５図に図示の犠牲層法は、マイクロ機械加工構造物の自立部品また は可動部品を製造するために多くの応用に満足に作動するが、少なくとも下記の ４つの主要な欠点を有する。 犠牲層法の第一の欠点は、１個以上の犠牲層を除去するために使用するエッチ ング剤が上に横たわる構造物も損傷することがあることである。この損傷は、エ ッチング剤が上に置かれる構造層と化学的に反応することがあり、例えば、それ らを溶解するか酸化することがあるので、生ずることがある。エッチング法は、 熱およびバブルを発生することによって構造物も損傷することがある。熱は、材 料を損傷することがあり、または構造物をひずませることがあり且つ気泡は、過 度の機械応力を構造物に付与することがある。 犠牲層法の第二の欠点は、大きい構造物をアンダーエッチングすることが時間 がかかり且つ完成することが困難であることがあることである。例としてエッチ ング速度０．１μｍ／分で除去すべき１μｍ厚の犠牲層上に横たわる１０００× １０００μｍ²のプレートを考える。エッチング剤は、プレートのエッジから出 発して材料を除去し且つプレートエッジから５００μｍの距離その中心まで進む 。かくして、エッチングは、一定のエッチング速度を仮定して完了するために少 なくとも５０００分、即ち、３日より長い日数かかるであろう。しかしながら、 新鮮なエッチング剤（液体またはガス）が閉込幾何学的形状に自由に循環しない ので、かかる比較的大きいプレートの下の深いところからの材料の除去は、困難 である。それゆえ、エッチング速度は、実際には、経時的に減速する。前記のこ との結果、大きい固体プレートは、この従来技術の方法を使用することによって 剥離することが困難であるか不可能であり且つアンダーエッチングが実用的であ るように通し孔が今日設けられる。 犠牲層法の第三の欠点は、犠牲層の使用が構造層用の幾何学的工程を生ずる。 犠牲層は、余りに薄いことはできず、またはアンダーエッチングは一層困難にな る。構造層の前記工程で生ずる機械応力は、問題であることがある。加えて、マ イクロ機械加工を使用して「垂直」壁を被覆することが困難である。それゆえ、 構造層が余りに薄いならば、前記工程上で連結しないことがあり、製造を不可能 にさせる。 第四の欠点は、ギャップが犠牲層の除去後に自由にされた構造部品と基板との 間に存在するので、構造層が自己支持でなければならないことである。また、こ の理由で、構造層は、余りに薄いことができず、且つこのことは製造できるもの を限定する。 米国特許第５ ４４７ ６００号明細書（１９９４年３月２１日出願、１９９ ５年９月５日発行）は、マイクロ機械加工デバイス中の接触エレメント間 の粘着の減少法を開示している。保護層は、別の接触エレメントに粘着する第一 接触エレメントの可能性を減少するために第一接触エレメント上に形成する。し かしながら、保護層は、構造物の可動部品の実際の製造または製造後の基板から の剥離には使用されない。 発明の開示 従って、本発明の第一の目的は、従来技術の方法の前記欠点を提示しないマイ クロ機械加工構造物の新規の製法を提供することにある。 本発明の特定の目的は、犠牲層をアンダーエッチングする前記欠点を提示せず 且つ任意の大きさの固体プレートなどを基板表面から剥離するか自由にすること を可能にし且つデリケートな材料が製造プロセス時に損傷のリスクなしに最終構 造物で使用できるように有害な化学薬品、熱およびバブルの使用を回避する製法 を提供することにある。 本発明の別の目的は、構造物中の応力および構造物の異なるレベル間の悪い連 結のリスクを減少するために構造物中で有意の幾何学的工程を必要としない製法 を提供することにある。 本発明のなお別の目的は、非常に薄い構造層が使用できるように機械的に自己 支持であるべき自由にされた構造物を必要としない製法を提供することにある。 また、本発明の目的は、前記目的を満たす製法を使用して製造されたマイクロ 機械加工構造物を提供することにある。 本発明の前記目的および更に他の目的は、以下で明らかになるであろう。 本発明によれば、基板表面から少なくとも部分的に剥離すべきマイクロ機械加 工構造物の製法が提供される。方法は、基板表面を有する基板を用意する工程、 および前記構造物を前記基板表面上に製造する工程を含む。方法は、表面接触エ リア（その上で構造物の構造物表面および前記基板表面が製造工程時に互いに表 面接触している）を少なくとも第一接触帯および第二接触帯に分割する工程を具 備し、構造物と基板との間の接着力は第二接触帯におけるより第一接触帯におい て大きく、それによって構造物は、製造工程として、または製造後の工程として 、完成され、少なくとも前記第二接触帯上で基板表面から剥離できる。 本発明の第一アスペクトによれば、マイクロ機械加工物の部品乃至部分の剥離 のための本法は、基板表面の異なる部品の接着力の差に頼る。 本発明の第二のアスペクトによれば、マイクロ機械加工物の部品の剥離のため の本法は、マイクロ機械加工物の異なる部品の基板表面への接着力の差に頼る。 これらの２つのアスペクトは、組み合わせることができる。 接着力の差は、化学的または機械的に達成できるが、接着力の差を達成するた めの他の方法も、もくろまれる。 「マイクロ機械加工構造物(micromachined structure)」なる用語は、少なく とも部分的にデポジションおよび基板上にデポジットされた材料のパターン化に よって作られた１種以上のエレメントからなる物理的構造物と定義される。 「基板」なる用語は、デポジットされた材料の下に通常に配置される支持材料 として役立つ物理的構造物と定義される。詳細には、基板そのままも、マイクロ 機械加工構造物を包含してもよい。 本発明に関連して使用してもよいデポジション法としては、非限定例のみとし て、蒸発、スパッタリング、化学蒸着、レーザーアブレーション、スピンコーテ ィング、スピンキャスティング、ローラーでの被覆、浸漬、分子線エピタキシー 、電気メッキ、および印刷が挙げられる。 本発明に関連して使用してもよいパターン転写法としては、非限定例のみとし て、Ｘ線リソグラフィー、印刷、シャドーマスキング、および単層を使用する接 触印刷が挙げられる。使用してもよいパターン形成法としては、非限定例のみと して、湿式化学エッチング、反応性イオンエッチングおよび他の乾式化学エッチ ング法、レーザーアブレーション、原子力および走査トンネルデポジションまた はエッチング法およびリフトオフが挙げられる。 本発明の前記特徴および他の特徴、および好ましい実施法は、添付請求の範囲 に規定する。 図面の簡単な説明 本発明およびその利点のより完全な理解のために、添付図面と共に好ましい態 様の下記の説明に今や言及する。すべての図は、概略であり且つ一定の比例には 応じておらず且つ垂直寸法は非常に誇張されている。断面図（ａ）および平面図 （ｂ）からなる図は、時々それらの図の番号のみによって言及する。このことは 、第１図〜第５図、第６図〜第１３図、および第１８図〜第２３図にあてはまる 。 第１図〜第５図は、マイクロ機械加工構造物の製造のための従来技術の犠牲層 技術に係るプロセス工程を図示する。 第６図〜第１２図は、マイクロ機械加工構造物の製造のために接着層としてＣ ｒ層を使用した本発明の第一態様（例１）に係るプロセス工程を図示する。 第１３図は、二層アクチュエーターを曲げ且つ基板表面から剥離させるために 第１２図に係るマイクロ機械加工構造物のＰＰｙ層の電気化学酸化／還元を図示 する。 第１４ａ図は、少なくとも部分的に剥離自在であるマイクロ機械加工物の製造 のための本発明の第二態様（例２）を図示する断面図である。 第１４ｂ図および第１４ｃ図は、基板表面上で単層を使用した第１４ａ図の修 正である。 第１５図は、少なくとも部分的に剥離自在であるマイクロ機械加工物の製造の ための本発明の第三態様（例３）を図示する断面図である。 第１６図は、少なくとも部分的に剥離自在であるマイクロ機械加工物の製造の ための本発明の第四態様（例４）を図示する断面図である。 第１７図は、少なくとも部分的に剥離自在であるマイクロ機械加工物の製造の ための本発明の第五態様（例５）を図示する断面図である。 第１８図〜第２３図は、完全にゆるいマイクロ機械加工物の製造のための本発 明の第六態様（例６）に係るプロセス工程を図示する。 発明を実施するための最良の形態 マイクロ機械加工構造物の製造のための本法は、第６図〜第２３図を参照して 例１〜６で以下に簡単に記載する。例は、説明しようとするが、本発明の範囲を 限定しようとはしない。下記において、「マイクロ機械加工物(micromachine)」 は、マイクロ機械加工構造物を意味する。 前記のように、基板からマイクロ機械加工物の部品の剥離のための本法は、マ イクロ機械加工物の下の表面の異なる部品のマイクロ機械加工物への接着力の差 、またはマイクロ機械加工物の異なる部品の基板表面への接着力の差に頼る。接 着力のこの差は、化学的に（例２、３および６）または機械的に（例４および５ ）達成できるが、接着力の差を達成するための他の方法も、もくろまれる。例１ 第６図〜第１２図は、二層アクチュエーターの形のマイクロ機械加工構造物の 製造のための本法の第一態様のプロセス工程を図示する。 標準の直径３インチのシリコン（Ｓｉ）ＣＺウェーハ〔フィンランドのエスポ のオクメティックから購入、厚さ３８０μｍ、配向（１００）、ｐ型、ホウ素ド ープ、伝導率１〜１０オーム−cm）を基板２０として使用した。基板２０の研磨 サイド２１上には、クロム（Ｃｒ）の３０Å厚の接着層の形の第一層２２を第６ 図に図示のように真空蒸発によってデポジットした。 次いで、第７図に示すように、Ｃｒ層２２をパターン化した。パターン化は、 Ｃｒ層２２をテキサス州ガーランドのヘッドウェイ・リサーチ・インコーポレー テッド製のスピナー上で８０００ｒｐｍでフォトレジスト〔英国のコベントリー のシップリー・ヨーローッパ・リミテッドのマイクロポジット（Microposit） １８１８Ｓフォトレジスト〕で３０秒間スピン被覆した後、ホットプレート上で １００℃において９０秒間軟焼付けすることによって行った。その後、マスク整 列装置（独国ミュンヘンのカール・ジュスＫＧ、タイプ４０１０００）を使用し てレジストをＣｒ／ガラスマスク（日本の東京のウルコートからのマスクブラン ク）を通してＵＶ線に強度約５ｍＷ／cm²および波長３６５nmで６秒間露光した 。レジストを、水に５：１で希釈されたマイクロポジット３５１現像液中で６０ 秒間現像した。次いで、Ｃｒ層２２をＣｅ（ＳＯ₄）₂・４Ｈ₂Ｏ ３．５ｇ、Ｈ ＮＯ₃（６５％）１７．５ml、およびＨ₂Ｏ ３２．５mlの標準Ｃｒエッチング液 中でエッチングした。すべての化学薬品を独国ダームスタットのＥ．メルクから 購入した。Ｃｒ層２２のエッチング後、レジストを等量の水で希釈されたリムー バー（マイクロポジット・リムーバー１１１２Ａ）で取り除いた。現像、エッチ ングおよびストリッピングを室温で行った。 第７ｂ図に最善に示すように、かくしてパターン化されたＣｒ層２２は、裸ま たは自由Ｓｉ表面エリア２４を露出する長方形の開口部２３を規定する枠の形で あった。以下に記載すべき二層アクチュエーターのベースは、その後にＣｒ枠２ ２のエッジに固定するであろう一方、アクチュエータの残りは動作時に露出Ｓｉ 表面エリア２４をリフトオフするであろう。 第８図に示すように、２００Å厚の金（Ａｕ）層の形の第二層２５を真空蒸発 によってパターン化Ｃｒ層２２上および露出Ｓｉ表面エリア２４上にデポジット した。前記蒸発直前に、パターン化Ｃｒ層２２をＣｒエッチング剤（前記）中で 短時間エッチングし、希硝酸溶液中ですすぎ、水中ですすぎ、窒素流で吹込乾燥 して天然酸化物を除去した。爾後の工程において導電性重合体膜を使用したので 、この第二層２５用の金属の選択は、制限された。この特定の構造物の場合には 、Ａｕまたは別の貴金属膜を使用することが必須であった。さもなければ、金属 は、反応して導電性重合体の成長および／または接着を防止するであろう表面種 を生 成するであろう。 第９図に示すように、ポリピロール（ＰＰｙ）層２６の形の第三層（導電性重 合体）を一定の０．６Ｖで脱イオン水中の０．１Ｍピロール単量体（Ｅ．メルク から購入され且つ使用前に蒸留）および独国スタインハイムのアルドリッチから のドデシルベンゼンスルホン酸のナトリウム塩（Ｎａ×ＤＢＳ）０．１Ｍの溶液 中で金層２５の表面上に厚さ３０００〜５０００Åに電気化学的に重合した。Ｐ Ｐｙ層２６は、極限二層アクチュエーターの第二層を形成した。重合体層２６は 、電気化学的に合成でき、または化学的に重合し、スピンコーティングによって デポジットできる。 フォトレジスト２７を前記のようにＰＰｙ層２６上にスピン被覆し、軟焼付け し、露光し、現像した。次いで、ＰＰｙ層２６を酸素プラズマ中で反応性イオン エッチング（ＲＩＥ）を使用する乾式化学エッチングによってエッチングして、 第１０図に示すような各種の大きさのストリップ、例えば、３０mm×１０００mm のエリアを有するストリップを残した。 第１１図に示すように、Ｉ₂１ｇ、ＫＩ ２ｇおよびＨ₂Ｏ ５０mlの標準の金 エッチング液（Ｅ．メルクから購入の化学薬品）を使用してＡｕ層２５の露出部 分をエッチングし去る。この工程時に、上に横たわるレジスト層２７および上に 置かれるＰＰｙ層２６は、Ａｕ層２５を化学薬品攻撃から保護した。このＡｕエ ッチング後に、金をＰＰｙ２６の下のみ残して、Ｓｉ基板２０の露出表面エリア ２９を残した。 次いで、第１２図に図示のように、ＰＰｙ２６上に残るフォトレジスト２７を 酸素プラズマ中でＲＩＥによって除去した。ＰＰｙが露出された時に、プラズマ を止めた。第１２ｂ図は、２つの完成ＰＰｙ／Ａｕ二層アクチュエーター２８を 示す。 完成二層アクチュエーター２８の各々は、Ａｕ層２５およびＰＰｙ層２６から なっていた。各アクチュエーター２８のベース部分（例えば、第１２図でその左 の末端）をＣｒ枠２２に結合した一方、アクチュエーターの残りはＳｉ基板２０ の表面と直接接触していた。基板２０そのままがアクチュエーターの一体部品と みなすべきであるか否かの問題は、本コンセプトに主要な重要性を有しておらず 且つ例えばアクチュエーターの所期の用途および採用すべき任意の更に他のプロ セス工程に依存する。 第１３図に示すように、二層アクチュエーター２８の非結合部品（第１３図で 右）を曲げさせて基板２０から離す。このことは、脱イオン水中の０．１Ｍ Ｎ ａ×ＤＢＳ（Ｅ．メルクから購入）などの電解質中でのＰＰｙ層２６の電気化学 酸化／還元を使用することによって行い、このことはＰＰｙ層２６の容積変化を 生じた。それによって、各二層アクチュエーター２８は、それ自体Ｓｉ基板から 剥離して、螺旋にカールした。 使用できる他の基板２０としては、ガラススライドおよびＳｉＯ２被覆ウェー ハが挙げられる。爾後の層２５も接着する他の材料、例えば、チタン（Ｔｉ）は 、Ｃｒの代わりに使用できる。更に、ＰＰｙを本例で使用したが、他の導電性重 合体または容積変化重合体、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ ール、これらの重合体の誘導体、およびこれらのもののいずれかの共重合体は、 使用できる。導電性重合体の容積の電気化学駆動変化は、本例でデバイスを駆動 するために使用したが、他の可能性は、動作のために存在し且つ代わりに使用で き、例えば、圧電性、溶媒膨潤、熱膨張、化学相互作用、放射線露光に対する反 応、相変化、または他の刺激のために使用できる。例２ マイクロ機械加工物は、第一層として薄膜を単純な平らな基板上で使用して第 １４ａ図を参照して下記の工程に従って製造してもよい： ａ）外面３１を有する基板３０を、外面３１に強く接着性であり且つ少なくと もその外面３３（基板３０から離れて面する第一層３２の表面である）が基板外 面３１とは別の接着力を有する第一層３２で少なくとも部分的に覆い； ｂ）第一層３２を少なくとも部分的にパターン化し； ｃ）マイクロ機械加工物を構成する被デポジション層の最底層である第二層３ ４を基板３０およびパターン化第一層３２上にデポジットし（第二層３４は少な くとも内面３５がパターン化第一層３２によって覆われていない基板表面３１の エリアとは異なるようにパターン化第一層３２の外面３３に接着するような接着 性を有する）； ｄ）場合によって、第二層３４をパターン化し； ｅ）場合によってマイクロ機械加工物を構成する層３６などの残りの更に他の 層を第二層３４上に、場合によってパターン化第一層３２および／または基板３ ０上にもデポジットし、マイクロ機械加工物のデザインに従ってパターン化し； ｆ）第二層３４がパターン化第一層３２に接着するが、基板３０には接着せず 、または基板３０に弱くだけ接着するならば、完成マイクロ機械加工物は、第一 層３２の外面３３と接触する点で基板３０に貼着するであろうが、外面３１と接 触する点では基板３０を自由に離れるであろうし、または ｇ）一方、第二層３４が基板３０に接着するが、第一層３２には接着せず、ま たは第一層３２に弱くだけ接着するならば、完成マイクロ機械加工物は、外面３ １と接触する点で基板３０に貼着するであろうが、第一層３２の外面３３と接触 する点では基板３０を自由に離れるであろう。 第一層３２、第二層３４および更に他の１以上の層３６の各々の１つは、金属 膜、成長またはデポジット化酸化物、重合体、または化学薬品単層であってもよ い。他の材料は、排除されない。 第１４ｂ図および第１４ｂ図に概略的に図示のように、例２における基板３２ の表面３１は、単層で部分的または全部覆ってもよい。第１４ｂ図中、第一層は 、 結合化学薬品単層３７である。第１４ｃ図に示す修正においては、第一層も結合 化学薬品単層３７であるが、第二の予め結合されパターン化された単層３８も、 基板表面３１に適用する。第１４ａ図〜第１４ｃ図に示すすべての態様において は、基板３０は、異なる接着力を有する異なる表面エリアを提示する。例３ マイクロ機械加工物は、異なる粗さを有する表面エリアＳおよびＲを有する基 板４０を使用して、第１５図を参照して下記の工程に従って製造してもよい： ａ）基板４０を用意し（その外面４１は少なくとも１個の比較的平滑なエリア Ｓおよび増大された粗さを有する少なくとも１個のエリアＲを有する）； ｂ）マイクロ機械加工物を構成する被デポジション層の最底層である底構造層 ４２を基板４０上にデポジットし（底層４２は少なくとも内面４３が増大された 粗さを有する１個以上のエリアＲとは異なるように比較的平滑な１個以上のエリ アＳに接着するような接着性を有する）； ｃ）場合によって、底層４２をパターン化し； ｄ）場合によってマイクロ機械加工物を構成する第１７図の層４４などの残り の更に他の層を底層４２上に、場合によって比較的平滑な１個以上のエリアＳお よび／または増大された粗さを有する１個以上のエリアＲ上にもデポジットし、 マイクロ機械加工物のデザインに従ってパターン化し； ｅ）底層４２が増大された粗さを有する１個以上のエリアＲに接着するが、比 較的平滑な１個以上のエリアＳには接着せず、または比較的平滑な１個以上のエ リアＳに弱くだけ接着するならば、完成マイクロ機械加工物は、増大された粗さ を有する１個以上のエリアＲと接触する点で基板４０に貼着するであろうが比較 的平滑な１個以上のエリアＳと接触する点では基板４０を自由に離れるであろう し、または ｆ）一方、底層４２が比較的平滑な１個以上のエリアＳに接着するが、増大さ れた粗さを有する１個以上のエリアＲに接着せず、または増大された粗さを有す る１個以上のエリアＲに弱くだけ接着するならば、完成マイクロ機械加工物は、 比較的平滑な１個以上のエリアＳと接触する点で基板４０に貼着するであろうが 、増大された粗さを有する１個以上のエリアＲと接触する点では基板４０を自由 に離れるであろう。 ２つの構造層４２および４４の各々の１つは、金属膜、成長またはデポジット 化酸化物、または重合体であってもよい。他の材料は、排除されない。例４ 例３の修正として、マイクロ機械加工物は、異なる粗さを有する表面エリアを 有するベース層上にデポジットされた基板を使用して、第１６図に図示のように 製造してもよい。かくして、本例４は、ベース層４５を基板４０上にデポジット する以外は前記例３と本質上同一であり、ベース層４５の外面が例３と同様に少 なくとも１個の比較的平滑なエリアＳおよび増大された粗さを有する１個のエリ アＲを有する。例５ マイクロ機械加工物は、マイクロ機械加工物の第一層として接着薄膜を単純な 平らな基板上で使用して第１７図を参照して下記の工程に従って製造してもよい ： ａ）外面５１を有する基板５０を、基板５０の外面５１に強く接着性である内 面５３を有し且つマイクロ機械加工物を構成する被デポジション層の最底層であ る第一層５２で少なくとも部分的に覆い； ｂ）第一層５２を少なくとも部分的にパターン化し； ｃ）内面５５を有する第二層５４を基板５０および場合によって第一層５２上 にもデポジットし（第二層５４は内面５５が内面５３より強くはなく外面５１に 接着するが内面５５が第一層５４に強く接着するような接着性を有する）； ｄ）場合によって、第二層５４をパターン化し； ｅ）場合によってマイクロ機械加工物を構成する層５６などの残りの更に他の 層を第二層５４上に、場合によって第一層５２および／または外面５１上にもデ ポジットし、マイクロ機械加工物のデザインに従ってパターン化し； ｆ）第一層５２が基板外面５１に接着するが、第二層５４が基板表面５１には 接着せず、または弱くだけ接着するので、完成マイクロ機械加工物は、層５２が 基板外面５１と接触する点で基板５０に貼着するであろうが、第二層５４が基板 外面５１と接触する点では基板５０を自由に離れるであろう。 層５２、５４および５６は、金属膜、成長またはデポジット化酸化物、または 重合体であってもよい。 例５と例２との間の差は、例２においては、基板表面を修正してマイクロ機械 加工物またはマイクロ機械加工物の部品への異なる接着性を有するエリアを製造 する一方、例５においては、マイクロ機械加工物が基板表面５１への異なる接着 力を有する部品（５２および５４）からなることである。例えば、マイクロ機械 加工物をクロムおよび金部品から作り且つ基板がシリコンであるならば、クロム 製のマイクロ機械加工物の部品は、表面に粘着するであろうが、金部品は粘着し ないであろう。例６ マイクロ機械加工物は、第１８図〜第２３図を参照して下記の工程に従って製 造して、完全にゆるいマイクロ機械加工物を生じてもよい。 第一工程においては（第１８図）、例えば、クロムの第一層６２を基板６０の 表面にデポジットする。本例においては、第一層６２は基板６０に比較的強く接 着することが必須である。第二工程においては（第１９図）、第一層６２をパタ ーン化する。第１９ｂ図に最善に示すように、かくしてパターン化された第一層 ６２は、裸または自由Ｓｉ表面エリア６４を露出する長方形の開口部６３を規定 する枠の形であってもよい。第三工程においては（第２０図）、例えば、Ａｕ層 の形の第二層６５は、パターン化第一層６２上および露出基板表面エリア６４上 にデポジットする。本例においては、第二層６５と第一層６２との間の接着力は 、第二層６５と基板表面６４との間の接着力より大きいことが必須である。特に 、第二層６５と基板表面６４との間の接着力は、好ましくは、顕著であるべきで はない。完成マイクロ機械加工構造物６８（第２３図参照）は、底層として、第 二層６５の一部分を包含するであろう。前記の３工程は、例１に従って遂行して もよい。 第四工程として（第２１図）、ポリイミド層などの第三層６６ａを、第二層６ ５上にデポジットする。本例においては、第三層６６ａは、開口部６３内に配置 され、即ち、パターン化第一層６２上ではないことが必須である。本例において は、別のポリイミド層などの第四層６６ｂは、第三層６６ａ上にデポジットする 。完成マイクロ機械加工多層構造物６８（第２３図参照）は、第三層６６ａおよ び第四層６６ｂの部分も包含するであろう。図示のＴ形状は、前記犠牲層技術を 使用することによって製造してもよい。他の形状も、勿論、可能である。 第五工程においては（第２２図）、基板表面６４と第三層６６ａとの間に配置 された部分以外は、第二層６５を、例えば、エッチング法によって除去して、基 板６０の露出エリア６９を残す。それによって、完成多層構造物６８（６５、６ ６ａおよび６６ｂ）は、第２３図に図示のように基板６０を自由に離れる。更に他の特性および修正 下記の修正および変更は、前記例１〜６のすべて並びに本発明で包含される他 の態様にあてはまる。 （１）層のデポジションは、スピンコーティング、真空蒸着、スパッタリング 、電気化学的方法などの異なる方法で達成してもよい。層は、爾後の層のデポジ ション前に、望ましくない汚染物、酸化物または他の望ましくないデポジットか らクリーニングすることが好ましい。 （２）層のパターン化は、それぞれの層の材料および実現すべき寸法に応じて 異なる方法で達成してもよい。フォトリソグラフィーおよびエッチングは、好ま しい方法であるが、スクリーン印刷、リフトオフ、シャドーマスクを通してのデ ポジションなどの方法の使用も、可能である。 （３）基板は、単純であり、単一物質からなっていてもよく、または複合体、 予め作られた物品または調製物品であってもよい。前者の例としては、シリコン 、二酸化ケイ素または炭化ケイ素を含むウェーハ、ヒ化ガリウムウェーハ、ガラ ススライド、金属シートおよびプラスチックシートが挙げられる。後者の例とし ては、酸化シリコンウェーハ、炭化ケイ素のデポジット化層を有するシリコンウ ェーハ、多分パターン化された化学薬品単層を含有するシリコンウェーハ、およ び回路、センサーまたは他のマイクロ機械加工構造物を含有するシリコンウェー ハが挙げられる。他の表示していない材料および材料組み合わせは、排除されな い。 （４）基板２０のＳ、Ｒなどの１個以上の表面エリアは、平らであってもよく 、曲線であってもよく、階段状であってもよく、不連続であってもよく、チャネ ル、ウェル、ピット、またはホールを含有してもよい。他のトポグラフィーは、 排除されない。平らなエリアの例としては、新しいシリコンウェーハおよびガラ ススライドが挙げられる。チャネルまたはホールを含有するエリアの例としては 、エッチングされたシリコンウェーハが挙げられる。増大された粗さを有する１ 個以上のエリア（Ｒ）は、湿式または乾式化学エッチングにより、または機械的 研磨により製造してもよいが、他の方法は、排除されない。 （５）金属膜の例としては、金、アルミニウム、および白金が挙げられる。酸 化物の例としては、ＳｉＯ₂およびホスホシリケートガラスが挙げられる。重合 体の例としては、ポリイミドおよびベンゾシクロブテンが挙げられる。単層の例 としては、ＳｉまたはＳｉＯ₂上のヘキサメチルジシラザン、および金上のアル カンチオールが挙げられる。 （６）層は、前記のもの以外の加工順序の時点でパターン化してもよい。例え ば、前記例で記載の層の若干に隣接して横たわるので、他の層は、製法の必須の 点を変更しない工程の前記順序でいかなる時点でもデポジットし且つパターン化 してもよい。また、層は、パターン化に加えて、更に他の加工に付してもよい。 パターン化に異なる順序の一例は、マイクロ機械加工物の第二層または底層が前 よりもむしろ追加の層のデポジション後にパターン化することである。 （７）デポジットしてもよい他の層の例としては、前記マイクロ機械加工構造 物、整列マーク、回路、センサーおよび他のマイクロ機械加工構造物への電気的 接続用金属が挙げられる。 （８）追加の加工の例としては、デポジット化ポリシリコン層のドーピング、 デポジット化層上の酸化物の成長、アニーリングが挙げられる。記載していない 追加の層および述べていない更に他の工程は、排除されない。 （９）示し且つ例１〜６に記載のプロセス工程および構造物は、組み合わせる ことができる。文献 文献１： Ｊ．ブリゼク、Ｋ．ペターセンおよびＷ．マッカリーの「発展中の マイクロ機械加工物」、ＩＥＥＥスペクトル、１９９４年５月、第２０頁〜第３ １頁。 文献２： Ｇ．デラピエールの「マイクロ機械加工：最も常用されている方法 の概観」、センサーおよびアクチュエーター、１７（１９８９）、第１２３頁〜 第１３８頁およびそこの文献。 文献３： Ｊ．Ａ．シュワイツの「マイクロメカニック」、マイクロ構造物ワ ークショップで提示、１９９４、スウェーデンのアップサラ、１９９４年３月２ ４日〜２５日、第１頁〜第９頁。 文献４： Ｔ．アキヤマおよびＫ．ショウノの「ポリシリコンマイクロ構造物 中での制御された階段運動」，J．Micromech．Syst.,２（３），１９９３，ｐｐ １０６−１１０。 文献５： Ｍ．アタカ、Ａ．オモダカ、Ｎ．タケシマおよびＨ．フジタの「繊 毛運動システム用ポリイミドバイモルフアクチュエーターの製造および操作」， J．Micromech．Syst.,２（４），１９９３，ｐｐ１４６−１５０。 文献６： Ｗ．S．チョイおよびＪ．Ｇ．スミッツの「ドーピングしていない シリコンカンチレバービームをエッチングするための方法」，J．Micromech．Sy st.,２（２），１９９３，ｐｐ８２−８６。 文献７： Ｐ．シラー、Ｄ．Ｌ．ポーラおよびＭ．ゲヘッゾの「表面マイクロ 機械加工圧電圧力センサー」、ＩＥＥＥ固体状態センサーおよびアクチュエータ ーワークショップ、米国サウス・カロライナ州ヒルトン・ヘッド・アイランド、 １９９０年６月４日〜７日、第１８８頁〜第１９０頁。 文献８： Ｔ．Ｒ．クリステンソン、Ｈ．グッケル、Ｋ．Ｊ．スクロビスおよ びＴ．Ｓ．ユングの「プレーナマイクロ動力計の場合の予備結果」、ＩＥＥＥ固 体状態センサーおよびアクチュエーターワークショップ、米国サウス・カロライ ナ州ヒルトン・ヘッド・アイランド、１９９２年６月２２日〜２５日、第６頁〜 第９頁。 文献９： Ｒ．Ｌ．アレー、Ｇ．Ｊ．クアン、Ｒ．Ｔ．ホウェおよびＫ．コム ボポウロスの「表面マイクロ構造物スティクションに対する剥離−エッチング加 工の効果」、ＩＥＥＥ固体状態センサーおよびアクチュエーターワークショップ 、米国サウス・カロライナ州ヒルトン・ヘッド・アイランド、１９９２年６月２ ２日〜２５日、第２０２頁〜第２０７頁。 文献１０： Ｈ．グッケル、Ｃ．リプスタット、Ｍ．ネスニダル、Ｊ．Ｄ．ズ ーク、Ｄ．Ｗ．バーンズおよびＤ，Ｋ．アーチの「高性能センサー応用のための ポリシリコン共鳴マイクロビームテクノロジー」、ＩＥＥＥ固体状態センサーお よびアクチュエーターワークショップ、米国サウス・カロライナ州ヒルトン・ヘ ッド・アイランド、１９９２年６月２２日〜２５日、第１５３頁〜第１５６頁。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 基板表面を有する基板を用意する工程、および構造物を前記基板表面上 に製造する工程を含む基板表面から少なくとも部分的に剥離すべきマイクロ機械 加工構造物の製法であって、表面接触面エリア（その上で構造物の構造物表面お よび前記基板表面が製造工程時に互いに表面接触している）を少なくとも第一接 触帯および第二接触帯に分割する工程を具備し、構造物と基板との間の接着力は 第二接触帯におけるより第一接触帯において大きく、それによって構造物は、製 造工程として、または製造後の工程として、少なくとも前記第二接触帯上で基板 表面から剥離できることを特徴とするマイクロ機械加工構造物の製法。 ２． 分割工程が基板表面を少なくとも第一基板表面部分に分割し、前記第一 接触帯および第二基板表面部分を規定し、前記第二接触帯を規定するサブ工程か らなり、前記第一基板表面部分が構造物に前記第二基板表面部分より大きい接着 力を提示する、請求項１に記載の方法。 ３． 基板表面を分割するサブ工程が前記第一基板表面部分を規定するパター ン化接着促進層を用意する工程からなる、請求項２に記載の方法。 ４． 基板表面を分割するサブ工程が前記第二基板表面部分を規定するパター ン化接着防止層を用意する工程からなる、請求項２に記載の方法。 ５． 基板表面を分割するサブ工程が粗さの１個以上のパターン化領域および 平滑性の１個以上のパターン化領域を用意する工程からなる、請求項２に記載の 方法。 ６． 基板表面を分割するサブ工程が構造物の部品との合金生成を可能にする １個以上のパターン化領域を用意する工程からなる、請求項２に記載の方法。 ７． 基板表面を分割するサブ工程が構造物の部品との分子相互貫通を可能に する１個以上のパターン化領域を用意する工程からなる、請求項２に記載の方法 。 ８． 分割工程が前記構造物表面を少なくとも第一構造物表面部分に分割し、 前記第一接触帯および第二構造物表面部分を規定し、前記第二接触帯を規定する サブ工程からなり、前記第一構造物表面部分が基板表面に前記第二構造物表面部 分より大きい接着力を提示する、請求項１に記載の方法。 ９． 前記構造物表面を分割するサブ工程が前記第一構造物表面部分を規定す るパターン化接着促進層を用意する工程からなる、請求項８に記載の方法。 １０． 前記構造物表面を分割するサブ工程が前記第二構造物表面部分を規定 するパターン化接着防止層を用意する工程からなる、請求項８に記載の方法。 １１． 前記構造物表面を分割するサブ工程が粗さの１個以上のパターン化領 域および平滑性の１個以上のパターン化領域を用意する工程からなる、請求項８ に記載の方法。 １２． 前記構造物表面を分割するサブ工程が基板の部品との合金生成を可能 にする１個以上のパターン化領域を用意する工程からなる、請求項８に記載の方 法。 １３． 前記構造物表面を分割するサブ工程が基板の部品との分子相互貫通を 可能にする１個以上のパターン化領域を用意する工程からなる、請求項８に記載 の方法。 １４． 前記分割工程が請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の構造物表 面を分割するサブ工程との組み合わせで請求項２ないし７のいずれか１項に記載 の基板表面を分割するサブ工程からなる、請求項１に記載の方法。 １５． 方法が、本質上製造の終りで製造工程として、構造物を前記第二接触 帯において基板表面から剥離する工程を更に含み、それによって完成構造物が少 なくとも自立または可動第一部品および前記第一接触帯において基板表面と結合 された第二部品を提示する、前の請求項のいずれか１項に記載の製法。 １６． 構造物の前記第一部品が構造物の前記第二部品に物理的に結合しない が、基板から取り外されることを防止する、請求項１５に記載の製法。 １７． 方法が、本質上製造の終りに製造工程として、全構造物を基板表面か ら完全に剥離する工程を更に含む、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の 製法。 １８． 基板がシリコン、二酸化ケイ素、炭化ケイ素またはガラス；上に横た わる成長またはデポジット化層を有するシリコン、二酸化ケイ素、炭化ケイ素ま たはガラス；上に置かれた構造物、デバイスまたは回路を有するシリコン、二酸 化ケイ素、炭化ケイ素またはガラス；既に部分的にマイクロ機械加工または構造 化されているシリコン、二酸化ケイ素、炭化ケイ素またはガラスからなる群から 選ばれる少なくとも１種のエレメントを含む、前の請求項のいずれか１項に記載 の製法。 １９． 接着促進層がクロム、チタン、ニッケル、チタンとタングステンと窒 素とからなる混合物、およびチタン、タングステンおよび窒素を含む合金からな る群から選ばれる少なくとも１種のエレメントを含む、請求項３または８に記載 の製法。 ２０． 構造物の最底層が金、白金およびパラジウムからなる群から選ばれる 少なくとも１種のエレメントを含む、前の請求項のいずれか１項に記載の製法。 ２１． 前記第一接触帯が前記第二接触帯を囲む、前の請求項のいずれか１項 に記載の製法。 ２２． 表面接触面エリア（その上で構造物の構造物表面および基板表面が製 造工程時に互いに表面接触している）を少なくとも第一接触帯および第二接触帯 に分割し、構造物と基板との間の接着力は第二接触帯におけるより第一接触帯に おいて大きく、それによって構造物は、少なくとも前記第二接触帯上で基板表面 から剥離できることを特徴とする基板表面（その上にマイクロ機械加工構造物が 製造される）から少なくとも部分的に剥離すべきマイクロ機械加工構造物。 ２３． 請求項１ないし２１のいずれか１項に従って製造されたマイクロ機械 加工構造物。