(57)【要約】【課題】  高さあるいは形状の揃った微細な凸部を、任意の位置に、簡便に形成できるようにして、汎用性のある良好な吸着防止構造を得る。【解決手段】  相対向している可動部１０と固定部１４（あるいは可動部同士）が、可動部の変位によって接触・離隔自在となる機構を備えたマイクロ部品において、圧力印加・エッチングプロセスを利用して吸着防止構造１６を作製する。具体的には、接触する部材の少なくとも一方の少なくとも表面部分をガラス系材料とし、その表面部分に圧力を印加することにより応力残留部を形成し、その後ウエットエッチングを施すことにより、前記応力残留部とそれ以外の部分とのエッチングレートの差を利用して微細な凸部を形成し、それが吸着防止構造として機能する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向している可動部と固定部あるいは可動部同士が、該可動部の変位によって接触・離隔自在となる機構を備えたマイクロ部品における吸着防止構造の作製方法であって、
前記接触する部材の少なくとも一方の少なくとも表面部分をガラス系材料とし、その表面部分に圧力を印加することにより応力残留部を形成し、その後ウエットエッチングを施すことにより、前記応力残留部とそれ以外の部分とのエッチングレートの差を利用して微細な凸部を形成し吸着防止構造としたことを特徴とする吸着防止構造の作製方法。
【請求項２】
前記表面部分を加熱しながら、あるいは加熱されている状態で、前記圧力を印加する請求項１に記載の吸着防止構造の作製方法。
【請求項３】
前記固定部の表面に形成したガラス系薄膜に、前記圧力を印加する請求項１又は２に記載の吸着防止構造の作製方法。
【請求項４】
前記圧力の印加を、微細な凸部が設けられている金型の押圧によって行う請求項１乃至３のいずれかに記載の吸着防止構造の作製方法。
【請求項５】
前記圧力の印加を、圧子の押圧もしくは走査によって行う請求項１乃至３のいずれかに記載の吸着防止構造の作製方法。
【請求項６】
前記圧力の印加を、ブラスト法によって行う請求項１乃至３のいずれかに記載の吸着防止構造の作製方法。
【請求項７】
前記圧力の印加を、微粒子を用いた研磨によって行う請求項１乃至３のいずれかに記載の吸着防止構造の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種のマイクロ部品における吸着防止構造の作製方法に関し、更に詳しく述べると、圧力印加・エッチングプロセスを利用して接触面に微細な凸部を形成することにより吸着防止構造を作製する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子デバイスや光デバイスなどにおける高密度化、高精度化、あるいは高速度化など様々な要望に対応するため、各種マイクロ部品の研究・開発が進められている。それらの中には、可動部と固定部あるいは可動部同士が、可動部の変位により接触・離隔自在となっている機構を備えたものがある。このような接触・離隔機構は、微小な構造であるが故に、スティクション（貼り付き）による不具合の発生が問題となっている。そこで、何らかの吸着防止対策を施している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、光スイッチング素子に使用する吸着防止構造に関して、直径１０μｍ程度、高さ１〜５０ｎｍ程度の凸部がアレイ状に並ぶ構造が開示されている。このような微細な凸部による吸着防止構造は、最も一般的であり汎用性がある。ここでは、微細な凸部をレーザ加工で形成している。
【０００４】
また特許文献２には、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロメカニカル・システム）素子のバネ部分の途中にストッパを付け、バネの変形量が大きくなったときにストッパが支点となってバネ定数が大きくなる吸着防止構造が提案されている。しかし、この構造は、ストッパの位置に他の構造が作れないなど、素子の構造に制約があり、汎用性に乏しい。
【０００５】
更に特許文献３には、貫通孔から気流を流し込み、この力でマイクロミラーの振動部の貼り付きを防止する構造が開示されている。しかし、この構造は、貫通孔を形成し、その貫通孔にエアを取り入れる必要があるため、構造が複雑であり、また汎用性に欠ける。
【０００６】
このような理由により、微細な凸部による吸着防止構造は、汎用性があり好ましいのであるが、適切な作製方法は未だ開発されていない。微細な凸部を形成する方法としては、従来、前記特許文献１に記載されているようなレーザ加工法の他、サンドブラスト法、ドライ加工法、ウエット加工法などがある。
【０００７】
しかし、レーザ加工法は、レーザ出力の不安定さが凸部の形状に影響を与えるため、凸部の大きさを揃えることが難しい。サンドブラスト法は、使用する粒子の粒径の違いなどにより個々の粒子の持つエネルギーが異なるため、凸部の高さや大きさが揃わず、クラックが入ることもある。ドライ加工法は、加工プロセスが複雑なためコスト高となる。ウエット加工法は、ＨＦエッチングで発生したＳｉＦ6 2-が液中のＫ+ やＮＨ4 + と結合して表面に粒状に沈殿し、これがマスクとして働くというプロセスであり、沈殿物の大きさや位置が制御できないので、凸部の大きさも場所も制御できない。
【特許文献１】特開２００１−３１８３２５号公報
【特許文献２】特開２００２−３２６１９７号公報
【特許文献３】特開２０００−３１４８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、高さあるいは形状の揃った微細な凸部を、任意の位置に、簡便に形成できるようにして、汎用性のある良好な吸着防止構造を作製可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、相対向している可動部と固定部あるいは可動部同士が、該可動部の変位によって接触・離隔自在となる機構を備えたマイクロ部品における吸着防止構造の作製方法であって、前記接触する部材の少なくとも一方の少なくとも表面部分をガラス系材料とし、その表面部分に圧力を印加することにより応力残留部を形成し、その後ウエットエッチングを施すことにより、前記応力残留部とそれ以外の部分とのエッチングレートの差を利用して微細な凸部を形成し吸着防止構造としたことを特徴とする吸着防止構造の作製方法である。
【００１０】
ここで、前記圧力の印加は室温で行ってもよいが、微細な凸部を形成すべき部材を加熱しながら、あるいは加熱されている状態で圧力を印加すると、圧力印加中にクラックが生じず、また結果として高い凸部が得られるため好ましい。接触面の微細な凸部を形成すべき部分は、ガラス系基体自体でもよいし、任意の材料からなる基体上もしくは薄膜上にガラス系薄膜を形成した部材でもよく、そのガラス系材料上に圧力を印加する。
【００１１】
また、前記圧力の印加は、微細な凸部が設けられている金型の押圧、圧子の押圧もしくは走査、ブラスト法、あるいは微粒子を用いた研磨など、任意の方法で行ってよい。なお本明細書において、金型とは、ガラス系材料に圧力を印加するに十分な硬度を有し、さらに所望の凸部を得るために、予めその表面に所定パターンが形成されているものをいう。また、圧子とは、同じくガラス系材料に圧力を印加するに十分な硬度を有し、その先端部に圧力を印加可能な形状となっているものをいう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る吸着防止構造の作製方法は、エッチングしたときに圧力印加の状態に対応して凸部が形成されるため、凸部及びその位置の設定の自由度が高く、マイクロ部品に適した良好な吸着防止構造を実現できる。また、マスクレスで、しかも簡単なプロセスで数十μｍ程度の微細構造が作製できるため、安価に吸着防止構造を形成できる。更に、微細な凸部を形成すべき部分をガラス系薄膜としておけば、接触する部材はガラス系に限られず、そのため様々な材料からなる基体及び薄膜などに適用できる。
【００１３】
圧子の走査やブラスト法、微粒子を用いた研磨法などで圧力を加える方法の場合には、金型が不要であり、少量多品種の低コスト製造に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る吸着防止構造の作製方法では、まず、ガラス系材料からなる基体の表面、あるいは基体上に設けたガラス系材料からなる薄膜の表面の必要箇所に、圧力を印加して応力残留部を形成する。ここで圧力の印加は、基体を加熱しながら、あるいは加熱されている状態で行う方が好ましい。加熱された状態で圧力を印加すれば、圧力印加中にクラックが生じず、形成できる凸部も加熱しないときに比べて高くできるからである。凸部の大きさや高さは、使用条件などによって異なるが、加熱圧力印加法を用いれば、所定の位置に、例えば大きさが数μｍ〜数百μｍ程度、高さ数十ｎｍ〜数十μｍ程度までの範囲で自由に凸部を作製することができる。
【００１５】
圧力印加の方法は任意であってよく、最終的に形成すべき微細な凸部の状態に応じて、金型押圧方式、圧子押圧／走査方式、ブラスト方式、微粒子を用いた研磨方式などから選択する。圧力印加の程度も、最終的に形成すべき凸部の大きさなどに応じて制御する。圧力を印加した面は、殆ど変形しておらず平坦なままであるが、僅かな凹みが形成されている場合は、軽く研磨するなど前処理をして平坦化することも有効である。
【００１６】
その後、ウエットエッチングを施す。この時、応力残留部は、それ以外の部分よりもエッチングレートが小さいためエッチングされ難く、その結果、凸部として残る。このようにして、圧力を印加した部分に対応して微細な凸部が現れる。マイクロ部品の相対向している可動部と固定部あるいは可動部同士が、該可動部の変位によって接触・離隔自在となる機構の、前記可動部と固定部との接触面の少なくとも一方の面、あるいは可動部同士の接触面の少なくとも一方の面に微細な凸部が形成されることで、可動部と固定部あるいは可動部同士の吸着を防止することができる。
【００１７】
また、薄膜を基体上に形成する方法では、薄膜自体に微細な凸部を形成することもできるし、圧力印加された薄膜をマスクとして使用することで、基体に微細な凸部を形成することもできる。
【実施例】
【００１８】
図１は、吸着防止構造を備えたマイクロ部品の主要部分の一例を示す説明図である。これは、可動部１０が、その基端で支柱部１２に支持され、固定部（基板）１４に対して間隔をおいて対向するように配置されているカンチレバー片持ち構造の例である。駆動機構の動作によって、Ａに示す離隔状態から、可動部１０の先端は固定部１４に接触してＢに示す接触状態になる。また駆動機構の動作が停止すると、可動部１０の復元力によって、Ａに示す離隔状態に戻る。Ｂに示す接触状態からＡに示す離隔状態にスムーズに戻るように、ここでは固定部側の接触面のみに、多数の微細な凸部からなる吸着防止構造１６を形成している。
【００１９】
図２は、吸着防止構造を備えたマイクロ部品の主要部分の他の例を示す説明図である。これは、可動部２０が、その両端で支柱部２２に支持され、固定部（基板）２４に対して間隔をおいて対向するように配置されている両持ち構造の例である。なお、可動部が周辺で支持されているダイヤフラムも同様である。駆動機構の動作によって、Ａに示す離隔状態から、可動部２０の中央部が固定部２４に接触してＢに示す接触状態となる。また駆動機構の動作が停止すると、可動部２０の復元力によって、Ａに示す離隔状態に戻る。Ｂに示す接触状態からＡに示す離隔状態にスムーズに戻るように、ここでも固定部側の接触面に、多数の微細な凸部からなる吸着防止構造２６を形成している。
【００２０】
可動部の駆動機構は任意であってよく、例えば、磁気力による駆動、静電気力による駆動、抵抗加熱による駆動、ピエゾ効果による駆動などが使用できる。上記の例では、吸着防止構造として微細な凸部を固定部側のみに形成しているが、可動部側のみに形成してもよく、あるいは固定部側と可動部側の双方に形成してもよい。
【００２１】
ここで形成する微細な凸部は、典型的には図３に示す如きドーム形状である。例えば、凸部３０は、Ａに示すように縦断面が半円形あるいは半楕円形などであり、上面から見て円形の多数の凸部３０を二次元アレイ状に配列して吸着防止構造を構成する。形成する凸部の大きさ、高さ、個数、配列ピッチ、配列の仕方などは、マイクロ部品の使用状態や吸着防止構造の要求性能などに応じて適宜変更してよい。
【００２２】
次に、微細な凸部の作製手順の例について述べる。図４は、その典型例を示す工程図である。
（ａ）微細な凸部を形成すべきガラス系基体４０の表面部分を、微細な凸部４２が多数配列されている金型４４によって押圧する。基体としては、例えばアルミノシリケートガラスを使用し、金型材料は、ＷＣ、ＳｉＣなどの超硬合金、あるいは石英などである。ここでは、先端が丸みを帯びた凸部を有する金型を使用している。押圧時に、ガラス系基体を加熱しておくことが好ましい。
（ｂ）この金型押圧による圧力印加によって、ガラス系基体４０の表面近傍に応力残留部４６が形成される。
（ｃ）その後ウエットエッチングを施すと、応力残留部は、それ以外の部分よりもエッチングレートが小さいので、その差を利用することで応力残留部の位置及び大きさに応じた微細な凸部４８が形成される。エッチングは、例えばＨＦ濃度１０ｐｐｍ〜１０％程度で行い、エッチング液の温度は室温から８０℃程度で行う。
【００２３】
この方法は、ガラス系基材の表面に微細な凸部からなる吸着防止構造を直接作製できるので、光の透過・遮断や光路の切り換えなどを行う光マイクロ部品などに有効である。因みに、一般的なつや消しエッチングなどの手法では白濁するなど光学特性に悪影響を及ぼすが、本発明方法では、そのような心配はない。
【００２４】
形成される微細な凸部は、押圧力を印加する金型の先端形状や押圧力、エッチングの程度などによって、制御できる。例えば、図５のＡに示すようなドーム形状、Ｂに示すような台形状、Ｃに示すような三角形状などにでき、マイクロ部品の吸着防止構造として適した形状を選択し実現することができる。また、凸部の平面形状は、図３のＢに示すような円形の他、矩形や三角形、その他の多角形、楕円形など、様々な形状にできる。
【００２５】
微細な凸部の他の作製手順について述べる。図６は、その工程図である。
（ａ）基体５０の表面に予めガラス系薄膜５１を形成しておく。そして、微細な凸部を形成すべきガラス系薄膜５１の表面部分を、微細な凸部５２が多数設けられている金型５４で押圧する。薄膜としては、例えばアルミノシリケートガラスを使用し、金型は、ＷＣ、ＳｉＣなどの超硬合金、あるいは石英などからなる。基体は、半導体や金属など任意の材料であってよい。金型押圧時に、ガラス系薄膜を加熱しておくことが好ましい。
（ｂ）この金型押圧による圧力印加によって、ガラス系薄膜５１の表面近傍に応力残留部５６が形成される。
（ｃ）その後ウエットエッチングを施すと、応力残留部は、それ以外の部分よりもエッチングレートが小さいので、その差を利用することで応力残留部の位置及び大きさに応じた微細な凸部５８が、ガラス系薄膜５１に形成される。
【００２６】
最終的にガラス系薄膜に微細な凸部からなる吸着防止構造を形成すればよい場合には、（ｃ）の工程で終了である。引き続きエッチングを行うと、（ｄ）に示すように、ガラス系薄膜がマスクとして機能し、基体に達するまでエッチングできる。これによって、凸部５８の頂部のみにガラス系薄膜材料５１ａが残った状態にすることができる。更にエッチングを行うと、（ｅ）に示すように、ガラス系薄膜材料が完全に除去されるまでエッチングできる。これによって、ガラス系薄膜を完全に除去して、基体５０に凸部５８を形成した状態にすることもできる。なお、この場合のエッチング溶液は、ガラス系薄膜５１及び基体５０の両方に対して、エッチング能を有しているものとする。
【００２７】
基体が半導体や金属の場合には、圧力印加してもエッチングレートに差は生じず微細な凸部は得られないが、上記のようにガラス系薄膜を付加する方法を使用すると、それが可能となる。つまり、ガラス系薄膜を使用する上記方法は、基体の材料を問わないため、様々なマイクロ部品に適用可能である。
【００２８】
微細な凸部の更に他の作製手順について述べる。図７は、その工程図である。図７に示す方法を応用すると、電気的接点機構が必要なマイクロ部品にも適用可能となる。
（ａ）基体６０の表面に電極材料（例えばＩＴＯやＳｎＯ2 など）からなる電極層７０を成膜し、更にガラス系薄膜６１を形成しておく。そして、微細な凸部を形成すべきガラス系薄膜６１の表面部分を、微細な凸部６２が多数配列されている金型６４で押圧する。ガラス系薄膜としては、例えばアルミノシリケートガラスを使用し、金型は、ＷＣ、ＳｉＣなどの超硬合金、あるいは石英などからなる。基体６０は、半導体や金属など任意であってよい。押圧時に、ガラス系薄膜を加熱しておくことが好ましい。
（ｂ）この金型押圧による圧力印加によって、ガラス系薄膜６１の表面近傍に応力残留部６６が形成される。
（ｃ）その後、ウエットエッチングを施すと、応力残留部は、それ以外の部分よりもエッチングレートが小さいので、その差を利用することで、ガラス系薄膜６１に、応力残留部の位置及び大きさに応じた微細な凸部７２が形成される。
（ｄ）更に  エッチングを続けると、ガラス系薄膜がマスクとして機能し、電極層７０までエッチングできる。これによって、ガラス系薄膜を完全に除去して、電極層７０の表面に微細な凸部６８を形成した状態にすることができる。
【００２９】
上記のような吸着防止構造を備えたマイクロ部品の作製手順の一例について説明する。図８は、図２に示したようなマイクロ部品の作製手順を示す説明図であり、容量結合型の静電スイッチの製造に適用した例である。
【００３０】
まず、図８（ａ）に示すように、所定の電子回路を作製したシリコン基板８０の表面にガラス系薄膜８１を形成し、このガラス系薄膜８１の表面の多数箇所に圧力を印加する。このガラス系薄膜は、例えばアルミノシリケートガラスにて構成するとよい。その後、形成したガラス系薄膜以外の部分を適宜マスキングして、このシリコン基板を、フッ酸を含むエッチング溶液に浸漬して、圧力が印加されたガラス系薄膜をエッチングして、多数の微細な凸部を形成する。この微細な凸部が、吸着防止構造（図８（ｂ）の符号８２参照）となる。
【００３１】
なお、このフッ酸エッチングにおいて、ガラス系薄膜を残すようにエッチングすると、残ったガラス系薄膜が絶縁層としても機能する。また、必要に応じて別の絶縁層を形成した上に、このガラス系薄膜を形成して、圧力印加とエッチングを行ってもよい。
【００３２】
その後、上述したマスキングを除去し、図８（ｂ）に示すように、銅の犠牲層８３を蒸着法にて形成する。そして、可動部となるＮｉ−Ｐ層の足場を形成する。そのために、この足場となる部分の銅を、塩化アンモニウム第２銅とアンモニアの混合エッチング液を用いて、パターニング法により除去しておく。
【００３３】
続いて、図８（ｃ）に示すように、この銅の犠牲層８３を覆うように可動部となるＮｉ−Ｐ層８４を、無電解めっき法により形成する。最後に、上述した混合エッチング液を用いて、銅の犠牲層８３のみを除去する。このようにすると、図８（ｄ）に示したように、銅の犠牲層が存在していた部分が空間８５となり、Ｎｉ−Ｐ層８４を両持ち構造の可動部とすることができる。このようにして、Ｎｉ−Ｐ層８４の可動部を有し、それが対向するガラス系薄膜８１の表面に吸着防止構造８２が形成されているマイクロ部品が完成する。
【００３４】
上記の各実施例では金型押圧により圧力印加を行っている。この方法は、凸部の大きさや高さを揃えることができ、位置を規定できる利点がある。圧力印加は、圧子（超硬バイト、カッターやカミソリの刃など）を走査する方法でもよい。この圧子走査法では、線状の凸部を形成できるので、平行縞状の凸部や格子縞状の凸部などが形成できる。圧力印加は、ブラスト法でもよい。ブラスト法は、粒子を高速で吹き付ける技術であるが、圧力印加には表面を荒らすほどのエネルギーは必要ない。経験的には、ある一定以上の圧力印加があれば、エッチング後に形成される凸部の高さはほぼ一定であるため、ブラスト法を利用した場合は、形状的には不揃いであるが高さはほぼ一定の微細な凸部が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】吸着防止構造を備えたマイクロ部品の主要部分の一例を示す説明図。
【図２】吸着防止構造を備えたマイクロ部品の主要部分の他の例を示す説明図。
【図３】凸部形状の典型的な例を示す説明図。
【図４】本発明に係る吸着防止構造の作製手順の一例を示す工程図。
【図５】凸部形状の他の例を示す断面図。
【図６】本発明に係る吸着防止構造の作製手順の他の例を示す工程図。
【図７】本発明に係る吸着防止構造の作製手順の更に他の例を示す工程図。
【図８】図２に示したマイクロ部品の作製手順の一例を示す工程図。
【符号の説明】
【００３６】
１０，２０  可動部
１２，２２  支柱部
１４，２４  固定部
１６，２６  吸着防止構造
４０  基板
４４  金型
４６  応力残留部
４８  凸部
【図１】
2006075919.tif 000003
【図２】
2006075919.tif 000004
【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】
2006075919.tif 000009
【図８】
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