(57)【要約】【課題】良好なスイッチング性能を有し、かつ信頼性の高いマイクロマシンを、高い歩留まりで製造する方法を提供する【解決手段】カンチレバー構造の可動電極を有するマイクロマシンの製造方法が、基板を準備する工程と、基板上に、少なくとも吸引電極を形成する工程と、吸引電極を覆うように、第１犠牲層を形成する第１犠牲層形成工程と、吸引電極の段差部を覆う第１犠牲層上に、第２犠牲層を選択的に形成する第２犠牲層形成工程と、第１犠牲層および第２犠牲層の上に可動電極を形成する工程と、第１犠牲層および第２犠牲層を除去する工程を含む。【選択図】図２
2008119756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバー構造の可動電極を有するマイクロマシンの製造方法であって、
基板を準備する工程と、
該基板上に、少なくとも吸引電極を形成する工程と、
該吸引電極を覆うように、第１犠牲層を形成する第１犠牲層形成工程と、
該吸引電極の段差部を覆う該第１犠牲層上に、第２犠牲層を選択的に形成する第２犠牲層形成工程と、
該第１犠牲層および該第２犠牲層の上に該可動電極を形成する工程と、
該第１犠牲層および該第２犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項２】
上記第１犠牲層形成工程が、上記基板の表面に平行な平坦部分と、上記段差部を覆う該基板の表面に対して傾斜した傾斜部分とを含む上記第１犠牲層を形成する工程であり、
上記第２犠牲層形成工程が、該傾斜部分上に、上記第２犠牲層を選択的に形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロマシンの製造方法
【請求項３】
上記第２犠牲層形成工程が、上記第２犠牲層を熱処理して該第２犠牲層の表面をなめらかにする工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項４】
上記第１犠牲層が、Ｃｕ、Ｎｉ、およびＡｌからなる群から選択される金属材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロマシンの製造方法。
【請求項５】
上記第２犠牲層が、フォトレジスト、およびＳＯＧからなる群から選択される材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロマシンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロマシンの製造方法に関し、特に、カンチレバー構造の電極を有するマイクロマシンスイッチの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロマシンスイッチの製造方法では、まず、基板の上に金属膜をスパッタ法や蒸着法で形成し、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、吸引電極、入力側信号線、出力側信号線、および接地電極のパターンを形成する。
次に、金属膜またはフォトレジスト膜を形成した後、パターニングを行い、吸引電極を覆う犠牲層を形成する。犠牲層には、出力側信号線と重なる位置にディンプルが形成される。
次に、犠牲層上にめっき法やスパッタ法で金属膜を形成した後、これをパターニングしてカンチレバー構造の可動電極を形成する。可動電極には、出力側信号線と重なる部分に、接点となる突起部が形成される。
最後に、犠牲層をエッチングで除去する。これにより、入力側信号線と接続され、吸引電極と対向するカンチレバー構造の可動電極を有するマイクロマシンスイッチが完成する。
【非特許文献１】出尾晋一他“高周波ＭＥＭＳスイッチの耐電力評価”、電気学会全国大会予稿集 Vol.3、 pp.188、2005．
【非特許文献２】Ronald A Coutu Jr et al “Selecting metal alloy electric contact materials for MEMS switches”, J. Micromech. Microeng. 14 (2004) 1157-1164
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のマイクロマシンスイッチでは、第１に、可動電極と出力側信号線との接点において接触抵抗が増加して、スイッチがオン状態においても、十分な電流が流れない等の問題があった。
また、第２に、可動電極と出力側信号線とが接点で接触した場合、吸引電極と可動電極が接触し、吸引電極と可動電極が溶着して可動電極が動作しなくなるという問題もあった。
【０００４】
これに対して発明者らは鋭意研究の結果、第１の問題点は、フォトレジスト膜を犠牲層に用いた場合に発生しており、犠牲層の形成工程において、接点となる突起部が有機汚染されることに起因することがわかった。即ち、フォトレジスト膜を犠牲層として用いた場合、フォトレジストはスピンコーティング法で成膜するので、段差部における被膜性は良好である一方、可動電極となる金属膜は、フォトレジスト上に形成されるため、接点となる突起部は有機材料からなるフォトレジスト膜と接している。従って、犠牲層除去工程で、フォトレジスト膜をアッシング除去しても、突起部の表面には微量の有機物が残存し、可動電極と出力側信号線との接触抵抗が高くなっていた。
また、第２の問題点は、金属膜を犠牲層に用いた場合に発生しており、可動電極と吸引電極との距離が設計値より狭いことに起因することがわかった。即ち、金属膜を犠牲層に用いる場合、一般にスパッタ法や蒸着法により金属膜が形成される。しかしながら、スパッタ法や蒸着法はステップカバレジが悪く、吸引電極の周辺の段差部において、犠牲層が平坦部分に比べて薄くなる。つまり、吸引電極の周辺（段差部近傍）において、吸引電極と可動電極との間隔が狭くなり、スイッチング中に吸引電極と可動電極とが接触し、溶着していた。
【０００５】
そこで、本発明は、良好なスイッチング性能を有し、かつ信頼性の高いマイクロマシンを、高い歩留まりで製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、カンチレバー構造の可動電極を有するマイクロマシンの製造方法であって、基板を準備する工程と、基板上に、少なくとも吸引電極を形成する工程と、吸引電極を覆うように、第１犠牲層を形成する第１犠牲層形成工程と、吸引電極の段差部を覆う第１犠牲層上に、第２犠牲層を選択的に形成する第２犠牲層形成工程と、第１犠牲層および第２犠牲層の上に可動電極を形成する工程と、第１犠牲層および第２犠牲層を除去する工程とを含むことを特徴とするマイクロマシンの製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように本発明にかかるマイクロマシンの製造方法では、電極の汚染を防止し、設計通りのサイズを有するマイクロマシンの作製が可能となり、信頼性の高いマイクロマシンを高い製造歩留りで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチの斜視図である。また、図２は、図１に示すマイクロマシンスイッチ１００をＩＩ−ＩＩ方向に見た断面図である。
図１、２に示すように、マイクロマシンスイッチ１００は、Ｓｉ等の半導体からなる基板を１０含む。基板１０の上には、吸引電極１０１、入力側信号線２０１、出力側信号線２０２、および電極パッド２０６が設けられている。これらの電極は、例えば、Ａｕから形成される。入力側信号線２０１の上には、吸引電極１０１と対向するカンチレバー構造の可動電極１０４が設けられている。出力側信号線２０２の上部の可動電極１０４には、突起部１０５が形成されている。可動電極１０４は、例えばＡｕからなる。
【０００９】
マイクロマシンスイッチ１００では、吸引電極１０１に電圧が印加されると、吸引電極１０１と可動電極１０４との間に静電力が発生する。この結果、カンチレバー構造の可動電極１０４は、吸引電極１０４方向に移動し、可動電極１０４の先端部に形成された突起部１０５が出力側信号線２０２と接触する。これにより、入力側信号線２０１と出力側信号線２０２とが電気的に接続された導通状態となり、マイクロマシンスイッチ１００はオン状態となる。
【００１０】
一方、吸引電極１０１に電圧を印加するのを中止すると、吸引電極１０１と可動電極１０４との間の静電力が消滅する。この結果、カンチレバー構造の可動電極１０４は、可動電極１０４の先端部に形成された突起部１０５は、出力側信号線２０２から離れる。これにより、入力側信号線２０１と出力側信号線２０２とは電気的に切断された非導通状態となり、マイクロマシンスイッチ１００はオフ状態となる。
【００１１】
次に、図３〜８を用いて、本発明の実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチ１００の製造方法について説明する。マイクロマシンスイッチ１００の製造方法は、以下の工程１〜７を含む。
【００１２】
工程１：図３に示すように、例えばノンドープのＳｉからなる基板１０を準備する。続いて、基板１０の上に、Ａｕからなる金属層をスパッタ法で成膜する。金属層の膜厚は、例えば５００ｎｍである。基板１０と金属層の密着性強化のために、基板１０上に、Ｃｒ層を３０ｎｍ程度形成した後に、金属層を形成しても良い。続いて、フォトリソグラフィとドライエッチングを用いたパターニングにより、金属層を加工し、吸引電極１０１、入力側信号線２０１、出力側信号線２０２の等を形成する。
【００１３】
ここで、基板１０の材料には、Ｓｉの他に、ガラスやサファイア、低温焼結基板などの導電性の低い基板材料を用いても構わない。また、吸引電極１０１等を形成する金属層の材料には、Ａｕの他に、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ等の低抵抗の金属材料、またはそれらの合金を用いても構わない。
【００１４】
工程２：図４に示すように、基板１０の表面を覆うように、例えばスパッタ法でＣｕからなる金属層を形成した後、これをパターニングして第１犠牲層１０２を形成する。入力側配線層２０１の上の、可動電極１０４が形成される領域には、第１犠牲層１０２が形成されない。第１犠牲層１０２の膜厚は、例えば２μｍであるが、段差部１０６の上方では膜厚が薄くなっている。
【００１５】
なお、第１犠牲層１０２の材料には、Ｃｕに代えて、例えばＮｉやＡｌのような、ウェットエッチングが可能な他の金属材料を用いても良い。
【００１６】
次に、出力側配線層２０２の上に第１犠牲層１０２をパターニングして、ディンプルを形成する。ディンプルの深さは、例えば１μｍである。
【００１７】
工程３：図５に示すように、基板１０の表面を覆うように、例えば膜厚が５００ｎｍ程度のフォトレジスト層２０３を、スピンコート法やスプレーコート法を用いて形成する。
【００１８】
工程４：図６に示すように、フォトレジスト層２０３をパターニングして、段差部１０６の上方の、第１犠牲層１０２の傾斜部分を覆うようにフォトレジスト層２０３を残す。
【００１９】
工程５：図７に示すように、フォトレジスト層２０３に対して、例えば１２０℃で１０分間の熱処理（ベーク処理）を行うことにより、第１犠牲層１０２の傾斜部分の上に、角部が丸みを帯びたフォトレジスト層２０３を残し、これを第２犠牲層１０３とする。即ち、工程４でパターニングしたフォトレジスト層２０は、図６で示したように、基板１０の表面に対して略垂直方向の側面を有するが、熱処理することにより、図７に示すような丸みを有する（なめらかな）形状となる。
【００２０】
工程６：図８に示すように、全面を覆うように、例えばＡｕからなる金属層を形成し、これをパターニングして、カンチレバー構造の可動電極１０４を形成する。金属膜の膜厚は、例えば５μｍ程度である。金属層の材料には、Ａｕに代えて、Ｃｕ、Ｒｈ、ＡｕＰｔ等の導電性の良好な材料を用いても構わない。また、金属層の形成には、スパッタ法に加えて、パターンめっき法を用いても良い。なお、パターンめっき法を用いる場合には、第１犠牲層１０２および第２犠牲層１０３の上に、Ａｕ等からなるシード層を、スパッタ法や蒸着法を用いて形成した後、その上にめっき法により可動電極１０４を形成する。
【００２１】
工程７：最後に、第１犠牲層１０２と第２犠牲層１０３を、ウェットエッチングを用いて除去することにより、図２に示す、カンチレバー構造の可動電極１０４を有するマイクロマシンスイッチ１００が完成する。
なお、第１犠牲層１０２と第２犠牲層１０３のウェットエッチング後の乾燥工程では、可動電極１０４が液体の表面張力により基板に付着（この現象は、スティッキングと呼ばれる。）するのを防止するために、例えば、超臨界点乾燥法などを用いて乾燥させる。
【００２２】
このように、本実施の形態１にかかる製造方法では、段差部１０６の上方の第１犠牲層１０２を覆うように第２犠牲層１０３を形成し、第１犠牲層１０２の膜厚と、第２犠牲層１０３の膜厚との和が、段差部１０６上と平坦部１０７上とで略等しくなる。
この結果、吸引電極１０１と可動電極１０４との電極間距離は、段差部１０３の近傍と平坦部１０７の近傍とで略等しくなる。
【００２３】
特に、第２犠牲層１０３には、フォトレジスト層等の被覆性の良い材料が用いられるため、段差部１０６の上方の、傾斜した第１絶縁層１０２の上にも、第２犠牲層１０３を形成することができる。また、フォトレジスト層は、複雑なドライエッチング工程等を用いることなくリソグラフィ法を用いて容易にかつ高精度でパターニングできるため、製造コストの低減も可能となる。
【００２４】
図１０、１１は、全体が２００で表される、従来構造のマイクロマシンスイッチの断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ方向と同一方向に見た断面図である。
従来のマイクロマシンスイッチ２００の製造工程では、犠牲層は、金属膜またはフォトレジスト膜から形成される１層構造である。このため、段差部１０６の近傍において、犠牲層の膜厚が薄くなる。このため、図９に示すように、吸引電極１０７の周囲（段差部１０６）において、吸引電極１０７と可動電極１０４との距離が、他の部分に比較して狭くなる。
【００２５】
この結果、図１１に示すように、吸引電極１０７で可動電極１０４を引き寄せた導通状態において、吸引電極１０７と可動電極１０４とが接触しやすく、吸引電極１０７と可動電極１０４が溶着して可動電極１０７が動作しなくなるという問題が発生する。
【００２６】
これに対して、本実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチ１００では、図２に示すように、吸引電極１０７と可動電極１０４との距離が、段差部１０６近傍においても他の部分と略同一となる。この結果、可動電極１０４が吸引された導電状態においても、吸引電極１０７と可動電極１０４とは接触せず、溶着による故障を防止でき、信頼性の高いマイクロマシンスイッチ１００の提供が可能となる。
【００２７】
また、本実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチ１００では、突起部１０５が接触する第１犠牲層１０２が金属からなるため、突起部１０５の先端が有機物で汚染されず、突起部１０５と出力側信号線２０２が接触する導通状態において、接触抵抗が小さくなり、良好なスイッチング特性を得ることができる。
【００２８】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかるマイクロマシンスイッチ１００の製造方法では、第２犠牲層１０３の材料について、フォトレジストに代えて、塗布成膜式のシリコン酸化膜（SOG : Spin On Glass）を用いる。他の工程は、上述の実施の形態１の場合と同様である。
【００２９】
このように、フォトレジストに代えて、ＳＯＧを用いて第２絶縁層１０３を形成することにより、突起部１０５が有機汚染される可能性を更に低減することができ、良好なスイッチング特性を有するマイクロマシンスイッチの提供が可能となる。
【００３０】
また、ＳＯＧは、フォトレジストと比較して耐熱性が高いため、スパッタ法を用いたシード層の形成時（図８に示す工程６）に、基板１０の温度を上げることが可能となる。この場合、突起部１０５を被覆するシード層がより安定で緻密な膜となり、更に、突起部１０５と出力側信号線２０２との接触抵抗が低減でき、良好なスイッチング特性を有するマイクロマシンスイッチの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチの斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチの製造工程の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチの製造工程の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチの製造工程の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチの製造工程の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチの製造工程の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチの製造工程の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１にかかるマイクロマシンスイッチの断面図である。
【図１０】従来のマイクロマシンスイッチの断面図である。
【図１１】従来のマイクロマシンスイッチの断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  基板、１００  マイクロマシンスイッチ、１０１  吸引電極、１０２  第１の犠牲層、１０３  第２の犠牲層、１０４、可動電極、１０５  ディンプル（可動電極形成後は接点）、１０６  吸引電極の段差部分、２０１  入力側信号線、２０２  出力側信号線、２０６  電極パッド。
【図１】
2008119756.tif 000003
【図２】
2008119756.tif 000004
【図３】
2008119756.tif 000005
【図４】
2008119756.tif 000006
【図５】
2008119756.tif 000007
【図６】
2008119756.tif 000008
【図７】
2008119756.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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