表面マイクロマシニングによる製造 MEMS 薄膜を基板上に堆積・パターニングすることでデバイスを作製する。このプロセスは、犠牲層（二酸化ケイ素など）を堆積し、パターニングを行い、構造層（ポリシリコンなど）を堆積し、最後に犠牲層を除去して機械的構造を解放するという一連の工程からなる。このプロセスにより、複雑な自立型微細構造をウェハ表面に直接作製することが可能となる。
MEMS向け表面マイクロマシニング
1980
- Richard S. Muller
- Roger T. Howe
（画像はイメージです）
表面マイクロマシニングはMEMS製造の基盤技術であり、基板（通常はシリコンウェハ）上に複雑な機械システムを構築することを可能にする。このプロセスは積層造形であり、構造を層ごとに構築していく。これは、バルクマイクロマシニングの切削加工とは対照的である。典型的なプロセスフローは、窒化ケイ素などの絶縁層を基板上に堆積することから始まる。次に、低圧化学気相成長法（LPCVD）を用いて、リンケイ酸ガラス（PSG）と呼ばれる二酸化ケイ素の一種である犠牲層を堆積する。この層は、フォトリソグラフィとエッチングによってパターン形成され、最終的な構造が基板に固定される領域と、可動部品の下の隙間が定義される。
Next, the structural layer, most commonly polycrystalline silicon (polysilicon), is deposited over the patterned sacrificial layer. This polysilicon layer is then itself patterned to define the geometry of the desired mechanical components, such as beams, gears, or membranes. This sequence of depositing and patterning sacrificial and structural layers can be repeated multiple times to create highly complex, multi-level structures. The final, critical step is the ‘release’ process. The wafer is immersed in a chemical etchant, typically hydrofluoric acid (HF), which selectively removes the sacrificial PSG layers without attacking the polysilicon structural layers or the silicon nitride isolation layer. This leaves the polysilicon structures free to move, suspended above the substrate by their designated anchors.
A major advantage of this technique is its inherent compatibility with standard CMOS integrated circuit manufacturing processes. This allows for the monolithic integration of MEMS devices with their control and signal processing electronics on the same chip, leading to smaller, cheaper, and higher-performance systems. However, surface micromachining is not without its challenges. The primary failure mode during release is ‘stiction,’ where the released structures, once wet, are pulled down to the substrate by capillary forces during drying and become permanently stuck due to intermolecular forces like van der Waals attraction. Various anti-stiction strategies, such as supercritical CO2 drying or special surface coatings, have been developed to mitigate this critical issue.
UNESCO Nomenclature: 3313
工業工学
タイプ
化学プロセス
混乱
実質的な
使用法
広く普及している
前駆物質
- 半導体産業におけるフォトリソグラフィー技術
- chemical vapor deposition (CVD) for thin film growth
- 湿式および乾式エッチングプロセス
- 集積回路（IC）製造技術
アプリケーション
- プロジェクターにおけるデジタルマイクロミラーデバイス（DMD）
- スマートフォンに搭載されている慣性センサー（加速度計とジャイロスコープ）
- 圧力センサー
- インクジェットプリンターヘッド
- RF MEMSスイッチ
特許:
- US4673455A
- US5024723A
潜在的なイノベーションのアイデア
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歴史的背景
MEMS向け表面マイクロマシニング
（日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。）
