(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロマシニング技術で製造され、固定基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して固定基板に取り付け結合される可動板とを有する微小可動デバイスの製造方法において、
最終的に固定基板とされるべきシリコン基板を準備し、
エッチング液の侵入経路であるエッチチャネル層を形成すべきポリシリコン膜をシリコン基板の表面に成膜形成し、
ポリシリコン膜の表面に２酸化シリコン保護膜を成膜し、
アンカー部を形成する領域の２酸化シリコン保護膜を除去し、
２酸化シリコン保護膜除去領域を含み成膜形成されている２酸化シリコン保護膜の表面に第２のポリシリコン膜を成膜形成し、
第２のポリシリコン膜をエッチング加工して、可動板と、アンカー部と、フレクチュアとを形成すると共に可動板には更にエッチングホールを複数個エッチング加工により貫通形成し、
第２の２酸化シリコン保護膜を表裏全面に成膜形成し、
表面の第２の２酸化シリコン保護膜および２酸化シリコン保護膜をポリシリコン膜の表面に到る深さまでパターニングし、
エッチング液に浸漬して、ポリシリコン膜より成るエッチチャネル層およびシリコン基板をエッチングしてシリコン基板上面に微小突起を一体に残存形成し、
２酸化シリコン保護膜を除去することを特徴とする微小可動デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載される微小可動デバイスの製造方法において、
可動板に形成される複数個のエッチングホールはエッチングホール間中間距離Ｗを有して形成され、
シリコン基板のエッチング時間ｔが、エッチチャネル層のエッチングレートＲ1 、シリコン基板面のエッチングレートＲ2 、シリコン基板に形成された微小突起のエッチングレートＲ3 について、
ｔ1 ＜ｔ＜ｔ2 の時間範囲において、
ｔ1 ＝Ｗ／Ｒ1 
ｔ2 ＝Ｒ3 Ｗ／Ｒ1 （Ｒ3 −Ｒ2 ）
なる時間ｔに設定され、シリコン基板の面における隣接する複数のエッチングホール同志の中間に対応する位置にシリコン基板のエッチングの残留物として微小突起を形成することを特徴とする微小可動デバイスの製造方法。
【請求項３】
マイクロマシニング技術で製造され、固定基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して支持フレームに取り付け結合される可動板とを有する微小可動デバイスの製造方法において、
最終的に支持フレームとされるべきシリコン基板を準備し、
シリコン基板の表面に２酸化シリコン保護膜を成膜し、
アンカー部を形成する領域の２酸化シリコン保護膜を除去し、
２酸化シリコン保護膜除去領域を含み２酸化シリコン保護膜の表面にポリシリコン膜を成膜形成し、
ポリシリコン膜をエッチング加工し、可動板と、アンカー部と、フレクチュアとを形成し、
第２の２酸化シリコン保護膜を表裏全面に成膜形成し、
可動板およびフレクチュアに対応する第２の２酸化シリコン保護膜における裏面領域を除去し、
エッチング液によりシリコン基板をエッチングして座ぐり孔を形成し、
２酸化シリコン保護膜を除去し、
別に準備した微小突起が形成された固定基板を座ぐり孔に嵌合固定することを特徴とする微小可動デバイスの製造方法。
【請求項４】
マイクロマシニング技術で製造され、固定基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して支持フレームに取り付け結合される可動板とを有する微小可動デバイスの製造方法において、
最終的に支持フレームとされるべきシリコン基板を準備し、
シリコン基板の表面に２酸化シリコン保護膜を成膜し、
アンカー部を形成する領域の２酸化シリコン保護膜を除去し、
２酸化シリコン保護膜における可動板の位置する領域の一部を除去して微小凹部を形成し、
２酸化シリコン保護膜の表面にポリシリコン膜を成膜し、
ポリシリコン膜をエッチング加工し、可動板と、アンカー部と、フレクチュアとを形成し、
第２の２酸化シリコン保護膜を表裏全面に成膜形成し、
可動板およびフレクチュアに対応する第２の２酸化シリコン保護膜の裏面領域を除去し、
エッチング液によりシリコン基板をエッチングして座ぐり孔を形成し、
残存する２酸化シリコン保護膜を除去し、
別に準備した固定基板を座ぐり孔に嵌合固定することを特徴とする微小可動デバイスの製造方法。
【請求項５】
マイクロマシニング技術で製造され、固定基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して固定基板に取り付け結合される可動板とを有する微小可動デバイスの製造方法において、
最終的に固定基板とされるべきシリコン基板を準備し、
エッチング液の侵入経路であるエッチチャネル層を形成するポリシリコン膜をシリコン基板の表面に成膜形成し、
ポリシリコン膜の表面に２酸化シリコン保護膜を成膜し、
アンカー部を形成する領域の２酸化シリコン保護膜を除去し、
２酸化シリコン保護膜における後で形成される可動板の位置する領域の一部を除去して微小凹部を形成し、
２酸化シリコン保護膜の表面に、アンカー部、フレクチュア、可動板を形成する第２のポリシリコン膜成膜し、
第２のポリシリコン膜をエッチング加工して、アンカー部、フレクチュアおよび可動板を形成すると共に可動板にはエッチングホールを貫通形成し、
第２の２酸化シリコン保護膜を表裏全面に成膜形成し、
表面の第２の２酸化シリコン保護膜および２酸化シリコン保護膜をポリシリコン膜の表面に到る深さまでパターニングし、
エッチング液に浸漬し、ポリシリコン膜より成るエッチチャネル層およびシリコン基板をエッチングし、
２酸化シリコン保護膜の残存するものを除去することを特徴とする微小可動デバイスの製造方法。
【請求項６】
マイクロマシニング技術で製作され、固定電極基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して固定電極基板に取り付け結合される可動電極板と、可動電極板の上面に形成されるマイクロミラーとを有し、可動電極板を固定電極基板の面に垂直な方向に駆動して水平方向から入射される光ビームをスイッチングする光スイッチの製造方法において、
最終的に固定電極基板とされるべきシリコン基板を準備し、
エッチング液の侵入経路を形成するエッチチャネル層を形成すべきポリシリコン膜をシリコン基板の表面に成膜形成し、
ポリシリコン膜の表面に２酸化シリコン保護膜を成膜し、
アンカー部を形成する領域の２酸化シリコン保護膜を除去し、
２酸化シリコン保護膜除去領域を含み成膜形成されている２酸化シリコン保護膜の表面に第２のポリシリコン膜を成膜形成し、
第２のポリシリコン膜をエッチング加工して、可動電極板と、アンカー部と、フレクチュアとを形成すると共に可動電極板には更にエッチングホールを複数個エッチング加工により貫通形成し、
第２の２酸化シリコン保護膜を表裏全面に成膜形成し、
表面の第２の２酸化シリコン保護膜および２酸化シリコン保護膜をポリシリコン膜の表面に到る深さまでパターニングし、
可動電極板の上面にミラーを形成し、
エッチング液に浸漬して、ポリシリコン膜より成るエッチチャネル層およびシリコン基板をエッチングしてシリコン基板上面に微小突起を一体に残存形成し、
残存する２酸化シリコン保護膜を除去することを特徴とする光スイッチの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載される光スイッチの製造方法において、
可動電極板に形成される複数個のエッチングホールはエッチングホール間中間距離Ｗを有して形成され、
シリコン基板のエッチング時間ｔが、エッチチャネル層のエッチングレートＲ1 、シリコン基板面のエッチングレートＲ2 、シリコン基板に形成された微小突起のエッチングレートＲ3 について、
ｔ1 ＜ｔ＜ｔ2 の時間範囲において、
ｔ1 ＝Ｗ／Ｒ1 
ｔ2 ＝Ｒ3 Ｗ／Ｒ1 （Ｒ3 −Ｒ2 ）
なる時間ｔに設定され、シリコン基板の面における隣接する複数のエッチングホール同志の中間に対応する位置にシリコン基板のエッチングの残留物として微小突起を形成することを特徴とする光スイッチの製造方法。
【請求項８】
マイクロマシニング技術で製作され、固定電極基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して支持フレームに取り付け結合される可動電極板と、可動電極板の上面に形成されるマイクロミラーとを有し、可動電極板を固定電極基板の面に垂直な方向に駆動して水平方向から入射される光ビームをスイッチングする光スイッチの製造方法において、
最終的に支持フレームとされるべきシリコン基板を準備し、
シリコン基板の表面に２酸化シリコン保護膜を成膜し、
アンカー部を形成する領域の２酸化シリコン保護膜を除去し、
２酸化シリコン保護膜除去領域を含み２酸化シリコン保護膜の表面にポリシリコン膜を成膜形成し、
ポリシリコン膜をエッチング加工し、可動電極板と、アンカー部と、フレクチュアとを形成し、
第２の２酸化シリコン保護膜を表裏全面に成膜形成し、
可動電極板およびフレクチュアに対応する第２の２酸化シリコン保護膜における裏面領域を除去し、
可動電極板の上面にミラーを形成し、
エッチング液によりシリコン基板をエッチングして座ぐり孔を形成し、
残存する２酸化シリコン保護膜を除去し、
別に準備した表面に微小突起を形成した固定基板を座ぐり孔に嵌合固定することを特徴とする光スイッチの製造方法。
【請求項９】
マイクロマシニング技術で製作され、固定電極基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して支持フレームに取り付け結合される可動電極板と、可動電極板の上面に形成されるマイクロミラーとを有し、可動電極板を固定電極基板の面に垂直な方向に駆動して水平方向から入射される光ビームをスイッチングする光スイッチの製造方法において、
最終的に支持フレームとされるべきシリコン基板を準備し、
シリコン基板の表面に２酸化シリコン保護膜を成膜し、
アンカー部を形成する領域の２酸化シリコン保護膜を除去し、
２酸化シリコン保護膜における可動電極板の位置する領域の一部を除去して微小凹部を形成し、
２酸化シリコン保護膜の表面にポリシリコン膜を成膜し、
ポリシリコン膜をエッチング加工し、可動電極板と、アンカー部と、フレクチュアとを形成し、
第２の２酸化シリコン保護膜を表裏全面に成膜形成し、
可動電極板およびフレクチュアに対応する第２の２酸化シリコン保護膜における裏面領域を除去し、
可動電極板の上面にミラーを形成し、
エッチング液によりシリコン基板をエッチングして座グリ孔を形成し、
残存する２酸化シリコン保護膜を除去し、
別に準備した固定電極基板を座グリ孔に嵌合固定することを特徴とする光スイッチの製造方法。
【請求項１０】
マイクロマシニング技術で製作され、固定電極基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して支持フレームに取り付け結合される可動電極板と、可動電極板の上面に形成されるマイクロミラーとを有し、可動電極板を固定電極基板の面に垂直な方向に駆動して水平方向から入射される光ビームをスイッチングする光スイッチの製造方法において、
最終的に固定基板とされるべきシリコン基板を準備し、
エッチング液の侵入経路であるエッチチャネル層を形成するポリシリコン膜をシリコン基板の表面に成膜形成し、
ポリシリコン膜の表面に２酸化シリコン保護膜を成膜し、
アンカー部を形成する領域の２酸化シリコン保護膜を除去し、
２酸化シリコン保護膜における後で形成される可動板の位置する領域の一部を除去して微小凹部を形成し、
２酸化シリコン保護膜の表面に、アンカー部、フレクチュア、可動板を形成する第２のポリシリコン膜成膜し、
第２のポリシリコン膜をエッチング加工して、アンカー部、フレクチュアおよび可動板を形成すると共に可動板にはエッチングホールを貫通形成し、
第２の２酸化シリコン保護膜を表裏全面に成膜形成し、
表面の第２の２酸化シリコン保護膜および２酸化シリコン保護膜をポリシリコン膜の表面に到る深さまでパターニングし、
エッチング液に浸漬し、ポリシリコン膜より成るエッチチャネル層およびシリコン基板をエッチングし、
可動電極板の上面にミラーを形成し、
２酸化シリコン保護膜の残存するものを除去することを特徴とする光スイッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微小可動デバイスおよびその製造方法に関し、特に、固定基板と可動板の互いに対向する面に微小突起を一体に形成した微小可動デバイスおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例を図１０を参照して説明する。図１０は微小可動デバイスが光スイッチであるものとして例示している。図１０（ａ）は従来例を上から視た図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）における線ｂ−ｂ’に沿った断面を矢印の向きに視た図である。
図１０において、１は原材料基板であるシリコン基板を示す。２は可動板である可動電極板を示す。可動電極板２は、結合部２１１、フレクチュア部２１３、結合部２１２より成るフレクチュア２１を介してシリコン基板１に形成されるアンカー部１１に一体的に結合している。シリコン基板１、アンカー部１１、結合部２１１、フレクチュア部２１３、結合部２１２は、シリコン基板１にマイクロマシニング技術を適用することにより形成する。フレクチュア部２１３は図示される通りの枠形に構成されている。１２は座ぐり孔であり、シリコン基板１を貫通して形成される。シリコン基板１は結果として図１０に示される通りの支持フレームに加工され、この支持フレームの形状構造のシリコン基板１に一体的に、左方のアンカー部１１およびフレクチュア２１、可動電極板２、右方のフレクチュア２１およびアンカー部１１が形成される。そして、可動電極板２の上面にミラー３を形成する。以下、光スイッチの製造工程を具体的に説明する。
【０００３】
原材料基板として特にシリコン基板を使用し、これに対して薄膜成膜技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を含むマイクロマシニング技術を適用して光スイッチを製造する。
（工程１）  原材料基板であるシリコン基板１を準備し、この上面全面に数μｍ厚の２酸化シリコン被膜を形成する。
（工程２）  可動電極板２がシリコン基板１に固定されるところであるアンカー部１１が形成されるべき領域に対応する２酸化シリコン被膜のみを数１０μｍ角にエッチング除去する。ここで、原材料のシリコン基板１上面の内の左右両辺の中間に１箇所づつ２酸化シリコン被膜が除去された露出領域が形成された。
【０００４】
（工程３）  シリコン基板１上面の２酸化シリコン被膜の上面に露出領域を含めて数μｍ厚のポリシリコン膜を成膜する。ここで、ポリシリコン膜はシリコン基板１上面の露出領域に一体化された状態でシリコン基板１上面の２酸化シリコン被膜の上面に成膜される。
（工程４）  工程３において成膜形成したポリシリコン膜にフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を適用して、これを図１０において陰を施した領域の形状に形成し、アンカー部１１と、結合部２１２、フレクチュア部２１３、結合部２１１より成るフレクチュア２１と、可動電極板２を形成する。
【０００５】
（工程５）  シリコン基板１全体を２酸化シリコン膜で被覆する。
（工程６）  シリコン基板１の下面について、座ぐり孔１２を形成するに必要な形状の２酸化シリコン膜を除去する。
（工程７）  シリコン基板１上面全面に数１０μｍ厚のレジストを塗布し、可動電極板２の上面にミラー形状３をパターンニングする。
（工程８）  金メッキ液に浸し、数１０μｍの高さのミラー３を形成し、残存するレジストを除去する。
【０００６】
（工程９）  水酸化カリウム水溶液に浸し、工程６において２酸化シリコン膜を除去されて露出したシリコン基板１の領域をエッチングして可動電極板２が上下移動する座ぐり孔１２を貫通形成する。
（工程１０）  残存した２酸化シリコン膜を除去する。
ここで、この光スイッチを駆動するには、可動板である可動電極板２に対向する半導体シリコン基板より成る固定電極基板を準備して座ぐり孔１２に接合固定する。両電極間に電圧を印加して発生する静電力により可動電極板２を静電駆動する。
【０００７】
図１０を参照してこの光スイッチのスイッチング動作を説明する。４は出射側光ファイバ或は光導波路であり、５’は入射側光ファイバ或いは光導波路である。図示される状態は、出射側光ファイバ４を介して伝送されてきた光がその端面から出射して空間を伝播し、ミラー３において反射し、入射側光ファイバ５に入射して伝送される状態を示す。この状態を定常状態とし、ここで、先の両電極間に電圧を印加して両電極間に吸引する向きの静電力が発生すると、可動電極板２は下向きに駆動され、フレクチュア２１が変形することにより下方に変位することとなる。可動電極板２が下方に変位することによりこの上面に形成されているミラー３も可動電極板２と共に下方に変位し、ミラー３は出射側光ファイバ４端面から出射する光の光路から下方に変位して外れる。出射側光ファイバ４端面から出射する光の光路からミラー３が外れたことにより、遮断されていた空間伝播光は、今度は、直進して直接光ＬＳ  して入射側光ファイバ５’に入射し、これを介して伝送される。入射側光ファイバ５に対する反射光ＬＲ  は消失する。以上の通りにして、入射側光ファイバ５と入射側光ファイバ５’に対して光路の切り替えを透明合成樹脂その他の固体の光導波路を介することなしに空間的に実施することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上の光スイッチにおいて、可動電極板２はその板厚が極く薄く、この可動電極板２をアンカー部１１に連結するフレクチュア２１の厚さも極く薄くて弾性復元力が小さい。そして、可動電極板２の下面は平滑であり、これに対向する他方の電極を構成する固定電極基板の上面も平滑である。これらの条件の元で、可動電極板２の下面が下方に変位して固定電極基板の上面に接触すると、両者は相互に吸着して瞬時には復元せず動作を円滑に行なわない場合が生ずる。ところで、この種の相互吸着は、対向する面の何れか一方に微小突起を形成してこれを阻止することができる（詳細は、特開平１０−２５６５６３号公報参照）。
【０００９】
しかし、この公報に記載される微小突起形成工程を上述した形状構造の光スイッチに適用して可動電極板およびこれに対向する固定電極基板の内の何れか一方に微小突起を形成しようとする場合、慣用されている光スイッチ製造工程に大きな変更を施すことなくして極力そのまま使用したい。これは光スイッチを製造する場合に限らず、比較的大面積の可動板およびこれに対向する固定基板を有して両基板の間の静電容量の変化、可動板の変位その他の変動を検出する各種の微小可動デバイスにおいても同様である。
【００１０】
この発明は、固定基板と可動板の互いに対向する面に微小突起を一体に形成することにより上述の問題を解消した微小可動デバイスおよびその製造方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１：マイクロマシニング技術で製造され、固定基板と、アンカー部１１およびフレクチュア２１を介して固定基板８に取り付け結合される可動板２とを有する微小可動デバイスの製造方法において、最終的に固定基板とされるべきシリコン基板１を準備し、エッチング液の侵入経路を形成するエッチチャネル層を形成すべきポリシリコン膜６をシリコン基板１の表面に成膜形成し、ポリシリコン膜６の表面に２酸化シリコン保護膜７を成膜し、アンカー部１１を形成する領域の２酸化シリコン保護膜を除去し、２酸化シリコン保護膜除去領域を含み成膜形成されている２酸化シリコン保護膜７の表面に第２のポリシリコン膜６’を成膜形成し、第２のポリシリコン膜６’をエッチング加工して、可動板２と、アンカー部１１と、フレクチュア２１とを形成すると共に可動板２には更にエッチングホール２２を複数個エッチング加工により貫通形成し、第２の２酸化シリコン保護膜７’を表裏全面に成膜形成し、表面の第２の２酸化シリコン保護膜７’および２酸化シリコン保護膜７をポリシリコン膜６の表面に到る深さまでパターニングし、エッチング液に浸漬して、ポリシリコン膜６より成るエッチチャネル層およびシリコン基板１をエッチングしてシリコン基板１上面に微小突起１３を一体に残存形成し、残存する２酸化シリコン保護膜を除去する微小可動デバイスの製造方法を構成した。
【００１２】
請求項２：請求項１に記載される微小可動デバイスの製造方法において、
可動板２に形成される複数個のエッチングホール２２はエッチングホール間中間距離Ｗを有して形成され、シリコン基板のエッチング時間ｔが、エッチチャネル層のエッチングレートＲ１  、シリコン基板面のエッチングレートＲ２  、シリコン基板１に形成された微小突起１３のエッチングレートＲ３  について、
ｔ１  ＜ｔ＜ｔ２  の時間範囲において、
ｔ１  ＝Ｗ／Ｒ１  
ｔ２  ＝Ｒ３  Ｗ／Ｒ１  （Ｒ３  −Ｒ２  ）
なる時間ｔに設定され、シリコン基板１の面における隣接する複数のエッチングホール２２同志の中間に対応する位置にシリコン基板１のエッチングの残留物として微小突起１３を形成する微小可動デバイスの製造方法を構成した。
【００１３】
請求項３：マイクロマシニング技術で製造され、固定基板と、アンカー部１１およびフレクチュア２１を介して支持フレームに取り付け結合される可動板２とを有する微小可動デバイスの製造方法において、最終的に支持フレームとされるべきシリコン基板１を準備し、シリコン基板１の表面に２酸化シリコン保護膜７を成膜し、アンカー部１１を形成する領域の２酸化シリコン保護膜を除去し、２酸化シリコン保護膜除去領域を含み２酸化シリコン保護膜７の表面にポリシリコン膜６を成膜形成し、ポリシリコン膜６をエッチング加工し、可動板２と、アンカー部１１と、フレクチュア２１とを形成し、第２の２酸化シリコン保護膜７’を表裏全面に成膜形成し、可動板２およびフレクチュア２１に対応する第２の２酸化シリコン保護膜７’の裏面領域を除去し、エッチング液によりシリコン基板１をエッチングして座ぐり孔１２を形成し、２酸化シリコン保護膜７、７’を除去し、別に準備した微小突起が形成される固定基板８を座ぐり孔１２に嵌合固定する微小可動デバイスの製造方法を構成した。
【００１４】
請求項４：マイクロマシニング技術で製造され、固定基板と、アンカー部１１およびフレクチュア２１を介して支持フレームに取り付け結合される可動板２とを有する微小可動デバイスの製造方法において、最終的に支持フレームとされるべきシリコン基板１を準備し、シリコン基板１の表面に２酸化シリコン保護膜７を成膜し、アンカー部１１を形成する領域の２酸化シリコン保護膜を除去し、２酸化シリコン保護膜７における可動板２の位置する領域の一部を除去して微小凹部７１を形成し、２酸化シリコン保護膜７の表面にポリシリコン膜６を成膜し、ポリシリコン膜６をエッチング加工し、可動板２と、アンカー部１１と、フレクチュア２１とを形成し、第２の２酸化シリコン保護膜７’を表裏の全面に成膜形成し、可動板２およびフレクチュア２１に対応する第２の２酸化シリコン保護膜７’の裏面領域を除去し、エッチング液によりシリコン基板１をエッチングして座ぐり孔１２を形成し、残存する２酸化シリコン保護膜を除去し、別に準備した固定基板８を座ぐり孔１２に嵌合固定する微小可動デバイスの製造方法を構成した。
【００１５】
請求項５：マイクロマシニング技術で製造され、固定基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して固定基板に取り付け結合される可動板とを有する微小可動デバイスの製造方法において、最終的に固定基板とされるべきシリコン基板１を準備し、エッチング液の侵入経路であるエッチチャネル層を形成するポリシリコン膜６をシリコン基板１の表面に成膜形成し、ポリシリコン膜６の表面に２酸化シリコン保護膜７を成膜し、アンカー部１１を形成する領域の２酸化シリコン保護膜７を除去し、２酸化シリコン保護膜７における後で形成される可動板２の位置する領域の一部を除去して微小凹部７１を形成し、２酸化シリコン保護膜７の表面に、アンカー部１１、フレクチュア２１、可動板２を形成する第２のポリシリコン膜６’を成膜し、第２のポリシリコン膜６’をエッチング加工して、アンカー部１１、フレクチュア２１および可動板２を形成すると共に可動板２にはエッチングホール２２を貫通形成し、第２の２酸化シリコン保護膜７’を表裏全面に成膜形成し、表面の第２の２酸化シリコン保護膜７’および２酸化シリコン保護膜７をポリシリコン膜６の表面に到る深さ迄パターニングし、エッチング液に浸漬し、ポリシリコン膜６より成るエッチチャネル層およびシリコン基板１をエッチングし、２酸化シリコン保護膜の残存するものを除去することを特徴とする微小可動デバイスの製造方法。
【００１６】
マイクロマシニング技術で製造され、固定基板と、アンカー部１１およびフレクチュア２１を介して固定基板に取り付け結合される可動板２とを有する微小可動デバイスにおいて、固定基板と可動板２の互いに対向する面に微小突起１３を一体に残存形成した微小可動デバイスを構成することが考えられる。
また、微小突起１３は固定基板の上面に形成した微小可動デバイスを構成することが考えられる。
【００１７】
また、固定基板と可動板２との間には固定基板をエッチング除去して形成した空隙を有し、可動板２と対向する固定基板の表面には、エッチチャネル層に対してエッチング液が可動板側から侵入する複数のエッチングホール２２同志の中間に対向する位置に空隙を形成する固定基板のエッチングの残留物として形成された微小突起１３が形成されている微小可動デバイスを構成することが考えられる。
【００１８】
また、固定基板は可動板２が一体に形成された支持フレームに貼り合わされた微小突起を表面に形成した固定基板８より成るものである微小可動デバイスを構成することが考えられる。
また、微小突起１３’は可動板２の下面に形成した微小可動デバイスを構成することが考えられる。
また、シリコン基板１の上面に保護膜を成膜し、保護膜を加工し可動板の微小突起が形成される部分に凹部７１を形成し、保護膜の上面に可動板形成層６を成膜し、可動板形成層６をエッチングして可動板２を形成し、保護膜を除去して構成した微小可動デバイスを構成することが考えられる。
【００１９】
また、シリコン基板１の上面に保護膜を成膜し、保護膜を加工して可動板の微小突起１３’が形成される部分に凹部７１を形成し、保護膜の上面に可動板形成層６を成膜し、可動板形成層６をエッチングして可動板２を形成し、シリコン基板１下面をエッチングして座ぐり孔１２を形成し、別に準備した固定基板８を座ぐり孔１２に嵌合固定した微小可動デバイスを構成することが考えられる。
【００２０】
ここで、上述した微小可動デバイスおよびその製造方法において、特に、可動板の上面にミラーを形成することにより、請求項１ないし請求項５のそれぞれに対応して、可動板を固定基板の面に垂直な方向に駆動して水平方向から入射される光ビームをスイッチングする光スイッチおよびその製造方法を構成することができる。これについては、実施の形態の項において説明される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１および図２の実施例１を参照して説明する。実施例１において、従来例と共通する部材には共通する参照符号を付与している。
（工程１）  最終的に固定基板とされるべきシリコン基板１を準備する。
（工程２）  エッチング液の侵入経路であるエッチチャネル層となるポリシリコン膜６をシリコン基板１の表面に成膜して形成する。
【００２２】
（工程３）  ポリシリコン膜６の表面に２酸化シリコン保護膜７を成膜する。
（工程４）  アンカー部１１を形成する領域の２酸化シリコン保護膜７を除去する。除去されるべきアンカー部形成領域は、実際は、図示される領域より遥かに大きく設計される。
（工程５）  ２酸化シリコン保護膜７除去領域を含み成膜形成されている２酸化シリコン保護膜７の表面に、アンカー部１１と、結合部２１１と２１２およびフレクチュア部２１３を含むフレクチュア２１と、可動板２とを形成すべき第２のポリシリコン膜６’を成膜形成する。
【００２３】
（工程６）  第２のポリシリコン膜６’をエッチング加工して、アンカー部１１、フレクチュア２１および可動板２を形成する。この場合、可動板２にはエッチングホール２２もエッチング加工により貫通形成する。エッチングホール２２は、隣接するエッチングホールの間の最大距離であるエッチングホール間中間距離をＷとして設計位置決めする。なお、可動板２におけるエッチングホール２２の形成位置については後で更に説明する。
【００２４】
（工程７）  第２の２酸化シリコン保護膜７’を表裏全面に成膜形成する。
（工程８）  表面の第２の２酸化シリコン保護膜７’および２酸化シリコン保護膜７を工程２のポリシリコン膜６の表面に到る深さまでパターニングする。
（工程９）  水酸化カリウム水溶液に浸漬して、ポリシリコン膜６より成るエッチチャネル層およびシリコン基板１をエッチングする。なお、このエッチングについては後で詳細に説明する。
【００２５】
（工程１０）  ２酸化シリコン保護膜の残存するものを除去する。ここで、可動板２に対向するシリコン基板１の表面に微小突起１３が残存形成された。
以上の工程において、微小可動デバイスを光スイッチとするに必要とされるミラーを形成する工程は省略されているが、（工程８）と（工程９）の間に従来例の工程７および工程８を挿入してミラー３を形成する。
ここで、工程７：シリコン基板１の上面全面に数１０μｍ厚のレジストを塗布し、可動板２の上面にミラー形状にパターンニングする。工程８：金メッキ液に浸し、数１０μｍの高さのミラー３を形成し、残存するレジストを除去する。
【００２６】
微小可動デバイスを光スイッチに構成する場合、可動板２と固定基板１との間の接合部は電気的に絶縁する必要がある。この絶縁の仕方としては、両者間に酸化被膜を形成する。また、固定基板１をｎ型シリコン半導体により構成し、可動板２をｐ型ポリシリコン半導体により構成してｐｎ接合を形成する。このｐｎ接合に逆バイアスをかけて可動板２と固定基板１との間を絶縁する。
ここで、図３を参照して工程９におけるエッチングの進行および可動板におけるエッチングホールの形成位置について説明する。
【００２７】
図３（ａ）は可動板２におけるエッチングホール２２の形成位置を説明する図である。図３（ｂ）は露出しているポリシリコン膜６より成るエッチチャネル層は全てエッチング除去され、シリコン基板１のエッチング除去も表面から或る程度進行して微小突起１３の先端が形成されるまでの過程を示す図である。図３（ｃ）はエッチングが進行して微小突起１３先端部のエッチング量がシリコン基板１表面のエッチング量に追いつく過程を示す図である。図３（ｄ）はエッチングが時間ｔ２  を経過し、更に進行して微小突起１３を表面から消滅せしめたところを示す図である。図３（ｅ）はエッチング量と時間の関係を示す図である。
【００２８】
ここで、
Ｗ：隣接エッチングホール間中間距離
Ｒ１  ：エッチチャネル層のエッチングレート
Ｒ２  ：シリコン基板（１００）面のエッチングレート
Ｒ３  ：シリコン基板に形成された微小突起のエッチングレート
ｄ：可動板とシリコン基板との間のギャップ
ｈ：微小突起の高さ
ｔ：エッチング時間
ｔ１  ：エッチチャネル層の横方向のエッチングが距離Ｗに到達し、微小突起が形成されるまでの時間
ｔ２  ：微小突起先端部のエッチング量がシリコン基板表面のエッチング量に追いつくまでの時間
である。
【００２９】
図３（ｃ）を参照するに、エッチング時間ｔを
ｔ１  ＜ｔ＜ｔ２  
に亘って実施することにより、シリコン基板１の表面に微小突起１３を形成することができる。ｔ１  ＜ｔ＜ｔ２  の時間範囲において、
ｔ１  ＝Ｗ／Ｒ１  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・▲１▼
ｔ２  ＝Ｒ３  Ｗ／Ｒ１  （Ｒ３  −Ｒ２  ）・・・・・・▲２▼
ｈ＝Ｒ２  ｔ−Ｒ３  （ｔ−Ｗ／Ｒ１  ）・・・・・・▲３▼
ｄ＝Ｒ２  ｔ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・▲４▼
ここで、可動板とシリコン基板との間のギャップｄ、および微小突起の高さｈは設計値であり、エッチチャネル層のエッチングレートＲ１  、シリコン基板（１００）面のエッチングレートＲ２  およびシリコン基板に形成された微小突起のエッチングレートＲ３  は実験値である。これら設計値および実験値が決定したところで、▲１▼〜▲４▼を満足するＷおよびｔを決定する。
【００３０】
（実施例２）
図４および図５を参照して実施例２を説明する。実施例２において、従来例と共通する部材には共通する参照符号を付与している。
（工程１）  最終的に支持フレームとされるべきシリコン基板１を準備する。
（工程２）  シリコン基板１の表面に２酸化シリコン保護膜７を成膜する。
（工程３）  アンカー部１１を形成する領域の２酸化シリコン保護膜７を除去する。
【００３１】
（工程４）  工程３における２酸化シリコン保護膜７除去領域を含み２酸化シリコン保護膜７の表面にアンカー部１１、フレクチュア２１および可動板２を形成すべきポリシリコン膜６を成膜形成する。
（工程５）  ポリシリコン膜６をエッチング加工し、アンカー部１１、フレクチュア２１および可動板２を形成する。
（工程６）  第２の２酸化シリコン保護膜７’を表裏全面に成膜形成する。
【００３２】
（工程７）  フレクチュア２１および可動板２に対応する第２の２酸化シリコン保護膜７’の裏面領域を除去する。
（工程８）  水酸化カリウム水溶液により、シリコン基板１をエッチングして座ぐり孔１２を形成する。
（工程９）  残存する２酸化シリコン保護膜を除去する。
（工程１０）  表面に微小突起１３を形成した固定基板８を座ぐり孔１２に嵌合貼り合わせる。
【００３３】
表面に微小突起１３を形成した固定基板８は以下の通りに構成する。
固定基板８を形成すべきシリコン基板を準備し、シリコン基板の上面に２酸化シリコンより成る保護膜を成膜形成し、この保護膜を微小突起に対応する部分のみ残存するパターニングを実施し、このパターニングを実施された保護膜を有するシリコン基板を水酸化カリウム水溶液でエッチングし、微小突起１３が形成されたところでエッチングを停止する。微小突起１３を形成した固定基板８は、周縁部をエッチング除去して鍔部８２を形成することにより中央隆起部８１を構成し、中央隆起部８１をシリコン基板１をエッチングして形成した座ぐり孔１２に嵌合固定する。固定基板８に中央隆起部８１を形成しておくと、嵌合貼り合せにおける位置合せが容易になる。また、この際に、中央隆起部８１の高さを適切に設定することにより、嵌合固定後の可動板２のストロークを所望の寸法に設定することができる。
【００３４】
この固定基板８を座ぐり孔１２に嵌合貼り合わせるには、接着剤を使用する他に、静電接合技術を使用することができる。この静電接合を実施するには、座ぐり孔１２に形成されている２酸化シリコン被膜を除去しないで、この被膜にシリコン基板より成る固定基板８を当接し、適切な温度および電圧条件の元で接合する。或いは、座ぐり孔１２側に酸化被膜を残さず、固定基板８側に酸化被膜を成膜して静電接合を実施する。
【００３５】
以上の工程において、微小可動デバイスを光スイッチとするに必要とされるミラーを形成する工程は省略されているが、（工程７）と（工程８）の間に従来例の工程７および工程８を挿入してミラー３を形成する。ここで、工程７：シリコン基板１上面全面に数１０μｍ厚のレジストを塗布し、可動板２の上面にミラー形状にパターンニングする。工程８：金メッキ液に浸し、数１０μｍの高さのミラー３を形成し、残存するレジストを除去する。
【００３６】
図６および図７を参照して実施例３を説明する。実施例３において、従来例と共通する部材には共通する参照符号を付与している。
（工程１）  最終的に支持フレームとされるべきシリコン基板１を準備する。
（工程２）  シリコン基板１の表面に２酸化シリコン保護膜７を成膜する。
（工程３）  アンカー部１１を形成する領域の２酸化シリコン保護膜７を除去する。
【００３７】
（工程４）  ２酸化シリコン保護膜７における後の工程において形成される可動板２の位置する領域の一部を除去して微小凹部７１を形成する。
（工程５）  ２酸化シリコン保護膜７の表面に、アンカー部１１、フレクチュア２１、可動板２の形成層をポリシリコン膜６を成膜して形成する。
（工程６）  ポリシリコン膜６をエッチング加工し、アンカー部１１、フレクチュア２１および可動板２を形成する。可動板２の下面には、２酸化シリコン保護膜７が除去された曉に、１３’により示される微小突起が形成される。
【００３８】
（工程７）  第２の２酸化シリコン保護膜７’を表裏全面に成膜形成する。
（工程８）  フレクチュア２１および可動板２に対応する第２の２酸化シリコン保護膜７’の裏面領域を除去する。
（工程９）  水酸化カリウム水溶液によりシリコン基板１をエッチングして座ぐり孔１２を形成する。
（工程１０）  残存する２酸化シリコン保護膜を除去する。ここで、微小突起１３が可動板２の下面に形成された。
【００３９】
（工程１１）  別に準備した固定基板８を座ぐり孔１２に嵌合固定する。
以上の工程において、微小可動デバイスを光スイッチとするに必要とされるミラーを形成する工程は省略されているが、（工程８）と（工程９）の間に従来例の工程７および工程８に対応する工程を挿入してミラー３を形成する。工程７：シリコン基板１上面全面に数１０μｍ厚のレジストを塗布し、可動板２の上面にミラー形状にパターンニングする。工程８：金メッキ液に浸し、数１０μｍの高さのミラー３を形成し、残存するレジストを除去する。
【００４０】
ここで、実施例３の変形例である実施例４を図８および図９を参照して説明する。
（工程１）  最終的に固定基板とされるべきシリコン基板１を準備する。
（工程２）  エッチング液の侵入経路であるエッチチャネル層を形成するポリシリコン膜６をシリコン基板１の表面に成膜形成する。
（工程３）  ポリシリコン膜６の表面に２酸化シリコン保護膜７を成膜する。
【００４１】
（工程４）  アンカー部１１を形成する領域の２酸化シリコン保護膜７を除去する。
（工程５）  ２酸化シリコン保護膜７における後の工程において形成される可動板２の位置する領域の一部を除去して微小凹部７１を形成する。
（工程６）  ２酸化シリコン保護膜７の表面に、アンカー部１１、フレクチュア２１、可動板２の形成層を第２のポリシリコン膜６’を成膜して形成する。
【００４２】
（工程７）  第２のポリシリコン膜６’をエッチング加工して、アンカー部１１、フレクチュア２１および可動板２を形成する。可動板２には、エッチングホール２２もエッチング加工により貫通形成する。
（工程８）  第２の２酸化シリコン保護膜７’を表裏全面に成膜形成する。
（工程９）  表面の第２の２酸化シリコン保護膜７’および２酸化シリコン保護膜７を工程２のポリシリコン膜６の表面に到る深さまでパターニングする。
【００４３】
（工程１０）  水酸化カリウム水溶液に浸漬し、ポリシリコン膜６より成るエッチチャネル層およびシリコン基板１をエッチングする。
（工程１１）  ２酸化シリコン保護膜の残存するものを除去する。ここで、下面に微小突起１３’が形成された可動板２が形成された。
この工程においても、微小可動デバイスを光スイッチとするに必要とされるミラーを形成する工程は、（工程９）と（工程１０）の間に従来例の工程７および工程８を挿入してミラー３を形成する。
【００４４】
以上の通りにして構成されたこの発明の微小可動デバイスは、半導体加速度計の如きセンサデバイス、光スイッチの如きアクチュエータデバイスとして使用することができる。光スイッチ以外のアクチュエータデバイスとしては、表面がミラーとされた可動板が基板表面と平行な軸の周りに有限な角度範囲で回動可能であり、ミラーの方位を変化することにより反射光の向きを偏向する光スキャナがある。そして、この光スキャナを素子として多数個マトリクス状に配列して形成したミラーデバイスを構成することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の通りであって、加速度計或いはスキャナの如き本来の正常な動作においては可動板と固定基板の間の面接触が生起しない微小可動デバイスにおいても、衝撃入力時の如き異常事態の発生時においては変則的な面接触が生起し、その際に面相互間が一時的に吸着して正常な動作だ妨げられることがあるが、この発明によれば、微小可動デバイスを構成する固定基板と可動板の互いに対向する面に微小突起を一体に残存形成したことにより、可動板が固定基板に変則的に面接触する際の接触面積を極めて小さくすることができる。これにより、固定基板と可動板の相互吸着による微小可動デバイスの機能停止は防止され、その信頼性は格段に向上する。そして、吸着の原因の一つとなり得る水分の影響を受け難くなったことにより、微小可動デバイスのパッケージを簡略化することができる。
【００４６】
そして、図１ないし図３を参照して説明される微小可動デバイスの製造方法によれば、エッチングホールを可動板に適正に設計構成することにより、微小突起形成の新たな工程を格別に加重することなく、微小可動デバイスの慣用されている製造工程を殆どそのまま採用して微小可動デバイスを製造することができる。また、エッチングホールの設計についても、可動板とシリコン基板との間のギャップｄ、および微小突起の高さｈは設計値であり、そして、エッチチャネル層のエッチングレートＲ１  、シリコン基板面のエッチングレートＲ２  およびシリコン基板に形成された微小突起のエッチングレートＲ３  は実験値であるので、これら設計値および実験値を決定しさえすれば、適正なエッチング時間ｔおよびエッチングホール間中間距離Ｗを容易に求めることができる。
【００４７】
また、図４および図５を参照して説明される微小可動デバイスの製造方法によれば、可動板が一体に形成された支持フレームの製造工程は従来の製造工程そのものである。この場合、微小突起を表面に残存形成した固定基板を別に形成して支持フレームに貼り合わせて使用するが、この固定基板も、シリコン基板の上面に２酸化シリコンより成る保護膜を成膜形成し、この保護膜を微小突起に対応する部分のみ残存するパターニングを実施し、このパターニングを実施された保護膜を有するシリコン基板を水酸化カリウム水溶液でエッチングし、微小突起が形成されたところでエッチングを停止することにより、極く簡単に製造することができる。
【００４８】
更に、図６および図７を参照して説明される微小可動デバイスの製造方法によれば、微小突起は可動板の下面に形成する微小可動デバイスが製造される。この製造方法も、可動板が一体に形成された支持フレームの製造工程は従来の製造工程そのものである。そして、この支持フレームに嵌合される固定基板は、微小突起が可動板の下面に形成されているところから、微小突起が形成されない単なる基板で差し支えないので、簡単に製造することができる。
【００４９】
また、図８および図９を参照して説明される微小可動デバイスの製造方法によっても、微小突起は可動板の下面に形成する微小可動デバイスが製造され、一連の工程により固定基板まで連続的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を説明する図。
【図２】図１の続き。
【図３】エッチングホールを説明する図。
【図４】他の実施例を説明する図。
【図５】図４の続き。
【図６】更なる他の実施例を説明する図。
【図７】図６の続き。
【図８】他の実施例を説明する図。
【図９】図８の続き。
【図１０】従来例を説明する図。
【符号の説明】
１  シリコン基板
１１  アンカー部
１２  座ぐり孔
１３  微小突起
２  可動板
２１  フレクチュア
２１１  結合部
２１２  結合部
２２  エッチングホール
６  ポリシリコン膜
６’第２のポリシリコン膜
７  ２酸化シリコン保護膜
７’第２の２酸化シリコン保護膜
８  固定基板
８１  中央隆起部
８２  鍔部
【図１】
0003577693.tif 000002
【図２】
0003577693.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003577693.tif 000008
【図８】
0003577693.tif 000009
【図９】
0003577693.tif 000010
【図１０】
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