(57)【要約】本発明に係るマイクロスイッチング素子（Ｘ１）は、フレーム（１１）と、櫛歯電極部（１２）と、相互に離隔する一対の固定コンタクト電極（１３）と、可動部（２０）と、可動部（２０）およびフレーム（１１）を連結するための一組の支持梁（３０Ａ）および一組の支持梁（３０Ｂ）と、を備える。可動部（２０）は、櫛歯電極部（１２）と協働して静電気力を発生させるための櫛歯電極部（２３）、および、固定コンタクト電極（１３）に対向する可動コンタクト電極（２１）を有し、固定コンタクト電極（１３）および可動コンタクト電極（２１）が当接する位置と離隔する位置との間で変位することが可能である。一組の支持梁（３０Ａ）および一組の支持梁（３０Ｂ）は、可動部（２０）の変位の方向に離隔している。
2005015595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
第１櫛歯電極部と、
相互に離隔する一対の固定コンタクト電極と、
前記第１櫛歯電極部と協働して静電気力を発生させるための第２櫛歯電極部、および、前記固定コンタクト電極に対向する可動コンタクト電極を有し、当該固定コンタクト電極および可動コンタクト電極が当接する位置と離隔する位置との間で変位することが可能な、可動部と、
前記可動部および前記フレームを連結するための一組の第１支持梁および一組の第２支持梁と、を備え、
前記一組の第１支持梁および前記一組の第２支持梁は、前記可動部の前記変位の方向に離隔している、マイクロスイッチング素子。
【請求項２】
前記第１櫛歯電極部および前記第２櫛歯電極部は、前記一組の第１支持梁および前記一組の第２支持梁の間に位置する、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項３】
前記フレーム、前記第１櫛歯電極部、および前記一対の固定コンタクト電極を支持するベース部を更に備える、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項４】
前記第１櫛歯電極部は複数の第１櫛歯電極を含み、前記第２櫛歯電極部は、各々が１つの前記第１櫛歯電極に対応する複数の第２櫛歯電極を含む、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項５】
前記第１櫛歯電極部において前記第２櫛歯電極部に対向する表面、および、前記第２櫛歯電極部において前記第１櫛歯電極部に対向する表面は、導体膜により構成されている、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項６】
前記導体膜は、金、銀、ロジウム、白金、パラジウム、およびルテニウムからなる群より選択される金属、または、当該群より選択される金属を含む合金よりなる、請求項５に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項７】
前記固定コンタクト電極の各々において前記可動コンタクト電極に対向する表面、および、前記可動コンタクト電極において前記固定コンタクト電極に対向する表面は、導体膜により構成されている、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項８】
前記導体膜は、金、銀、ロジウム、白金、パラジウム、およびルテニウムからなる群より選択される金属、または、当該群より選択される金属を含む合金よりなる、請求項７に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項９】
前記第２櫛歯電極部において前記第１櫛歯電極部に対向する表面は第１導体膜により構成されており、前記可動コンタクト電極において前記固定コンタクト電極に対向する表面は第２導体膜により構成されており、前記第１導体膜および前記第２導体膜は、分離している、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項１０】
前記一組の第１支持梁は２本の第１支持梁からなり、前記一組の第２支持梁は２本の第２支持梁からなる、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項１１】
前記２本の第１支持梁は、対称に前記可動部から延びており、前記２本の第２支持梁は、対称に前記可動部から延びている、請求項１０に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項１２】
前記２本の第１支持梁および前記２本の第２支持梁は、前記変位方向に直交する方向に延びている、請求項１１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項１３】
前記一対の固定コンタクト電極および／または前記可動コンタクト電極は、可撓構造を有する、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項１４】
前記フレームに沿う導通防止壁を更に備える、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項１５】
前記第１櫛歯電極部に沿う導通防止壁を更に備える、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項１６】
前記固定コンタクト電極に沿う導通防止壁を更に備える、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項１７】
フレームと、第１櫛歯電極部と、相互に離隔する一対の固定コンタクト電極と、前記第１櫛歯電極部と協働して静電気力を発生させるための第２櫛歯電極部、および、前記固定コンタクト電極に対向する可動コンタクト電極、を有する可動部と、前記可動部および前記フレームを連結する複数の支持梁と、を備えるマイクロスイッチング素子を、第１層、第２層、およびこれらの間の中間層よりなる積層構造を有する材料基板に加工を施すことにより、製造するための方法であって、
前記第１層において前記フレームへと加工される第１箇所、前記第１櫛歯電極部へと加工される第２箇所、前記一対の固定コンタクト電極へと加工される２つの第３箇所、前記可動部へと加工される第４箇所、および前記複数の支持梁へと加工される複数の第５箇所をマスクするためのマスクパターンを介し、前記第１層に対して前記中間層に至るまで異方性エッチング処理を行うための、第１エッチング工程と、
前記第４箇所と前記第２層との間に介在する中間層、および、前記複数の第５箇所と前記第２層との間に介在する中間層を、エッチング除去するための、第２エッチング工程と、を含む、マイクロスイッチング素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第２エッチング工程の後に、前記材料基板における前記第１導体層の側に導体材料を成膜するための成膜工程と、
前記成膜工程にて前記第４箇所に形成された導体膜の一部をエッチング除去することにより、第２櫛歯電極部およびこれとは電気的に分離している可動コンタクト電極、を有する可動部を形成するための、第３エッチング工程と、を更に含む、請求項１７に記載のマイクロスイッチング素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１エッチング工程における前記マスクパターンは、前記フレームに沿う第１導通防止壁へと前記第１層において加工される箇所、前記第１櫛歯電極部に沿う第２導通防止壁へと前記第１層において加工される箇所、および前記固定コンタクト電極に沿う第３導通防止壁へと前記第１層において加工される箇所、から選択される少なくとも１つの箇所、を更にマスクし、
前記第１エッチング工程では、前記異方性エッチング処理により、前記第１箇所に沿う第１導通防止壁、前記第２箇所に沿う第２導通防止壁、および前記第３箇所に沿う第３導通防止壁のうちの少なくとも１つが、前記第１層にて更に形成される、請求項１８に記載のマイクロスイッチング素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１エッチング工程における前記マスクパターンは、前記第１層において、前記第４箇所と接続する追加支持梁を有するストッパ部へと加工される箇所、を更にマスクし、
前記第１エッチング工程では、前記異方性エッチング処理により、前記第４箇所と接続する追加支持梁を有するストッパ部が前記第１層にて形成され、
前記第２エッチング工程では、前記追加支持梁と前記第２層との間に介在する中間層が更にエッチング除去され、
前記第３エッチング工程の後に、前記追加支持梁を切断または除去するための工程を更に含む、請求項１８に記載のマイクロスイッチング素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第１エッチング工程における前記マスクパターンは、前記フレームに沿う第１導通防止壁へと前記第１層において加工される箇所、前記第１櫛歯電極部に沿う第２導通防止壁へと前記第１層において加工される箇所、および前記固定コンタクト電極に沿う第３導通防止壁へと前記第１層において加工される箇所、から選択される少なくとも１つの箇所、を更にマスクし、
前記第１エッチング工程では、前記異方性エッチング処理により、前記第１箇所に沿う第１導通防止壁、前記第２箇所に沿う第２導通防止壁、および前記第３箇所に沿う第３導通防止壁のうちの少なくとも１つが、前記第１層にて更に形成される、請求項２０に記載のマイクロスイッチング素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、半導体加工技術を利用して製造される微小なスイッチング素子、および、その製造方法に関する。
【背景技術】  携帯電話など無線通信機器の技術分野では、高機能を実現するために搭載される部品の増加に伴い、高周波回路ないしＲＦ回路の小型化に対する要求が高まっている。このような要求に応ずるべく、回路を構成する様々な部品について、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）技術の利用による微小化が進められている。
そのような部品の一つとして、ＭＥＭＳスイッチが知られている。一般に、ＭＥＭＳスイッチは、機械的に開閉する一対のコンタクト電極と、当該電極対の機械的開閉動作を達成すべく静電気力を発生させるための一対の駆動電極とを具備する。これら各部位は、所定の材料基板においてＭＥＭＳ技術により微小に成形される。ＭＥＭＳスイッチは、特にＧＨｚオーダーの高周波信号のスイッチングにおいて、従来使用されているＰＩＮダイオードやＭＥＳＦＥＴなどよりなるスイッチング素子よりも、開状態にて高い絶縁性を示し且つ低い挿入損失を示す傾向にある。これは、コンタクト電極対間の機械的開離により開状態が達成されること、および、機械的スイッチであるために寄生容量が少ないことに、起因する。
ＭＥＭＳスイッチとしては、いわゆる縦型ＭＥＭＳスイッチと、いわゆる横型ＭＥＭＳスイッチとが知られている。縦型ＭＥＭＳスイッチは、一般に、基板主面に対して平行に支持されたメンブレン構造体である可動コンタクト電極、および、これの下方に設けられた固定コンタクト電極を有する。基板主面に直交する方向に可動コンタクト電極を変位させることにより、コンタクト電極対の開閉動作が行われる。コンタクト電極対は、閉状態において互いに面的に接触するように構成されている。このような縦型ＭＥＭＳスイッチについては、例えば、特開平９−１７３００や特開２０００−１８８０５０に開示されている。
しかしながら、縦型ＭＥＭＳスイッチは、その製造過程において、基板上に積層形成すべき材料膜が比較的多いために工程数が多くなる、という不具合を有する。加えて、縦型ＭＥＭＳスイッチは、開状態にあるコンタクト電極対について、基板主面に直交する方向に充分な離隔距離を確保するのが困難である、という不具合を有する。
一方、横型ＭＥＭＳスイッチは、一般に、固定コンタクト電極が設けられた固定部、および、可動コンタクト電極が設けられ且つ基板主面に平行な方向に変位可能な可動部を有する。固定コンタクト電極および可動コンタクト電極は、可動部の変位方向に離隔して対向している。基板主面に対して平行な方向に可動コンタクト電極を変位させることにより、コンタクト電極対の開閉動作が行われる。このような横型ＭＥＭＳスイッチについては、例えば、特開平９−２５１８３４号公報に開示されている。
従来の横型ＭＥＭＳスイッチでは、コンタクト電極対が互に線的または点的に接触することにより、スイッチの閉状態が達成される。そのため、閉状態を達成するための可動コンタクト電極の動作については、コンタクト電極対が例えば基板厚み方向に位置ズレせずに適切な配向で当接するように、高い精度が求められる。
しかしながら、例えば特開平９−２５１８３４号公報に開示されている従来の横型ＭＥＭＳスイッチでは、先端に可動コンタクト電極を有する可動部が、一対の連結バーのみを介して固定部に連結されていることに起因して不安定であるので、可動部ないし可動コンタクト電極の変位動作には、不要な成分が含まれやすい。そのため、閉動作においては、固定コンタクト電極に対して可動コンタクト電極が適切な配向で当接しにくく、良好な閉状態が達成されない場合が生じやすい。このように、従来の横型ＭＥＭＳスイッチは、可動部ないし可動コンタクト電極の安定な変位動作を実現するうえで困難性を有し、従って、良好な閉状態を達成するうえで困難性を有するのである。
【発明の開示】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであり、可動部ないし可動コンタクト電極の安定な変位動作を実現することのできるマイクロスイッチング素子、および、その製造方法を提供することを、目的とする。
本発明の第１の側面によるとマイクロスイッチング素子が提供される。この素子は、フレームと、第１櫛歯電極部と、相互に離隔する一対の固定コンタクト電極と、可動部と、可動部およびフレームを連結するための一組の第１支持梁および一組の第２支持梁と、を備える。可動部は、第１櫛歯電極部と協働して静電気力を発生させるための第２櫛歯電極部、および、固定コンタクト電極に対向する可動コンタクト電極を有し、当該固定コンタクト電極および可動コンタクト電極が当接する位置と離隔する位置との間で変位することが可能である。一組の第１支持梁および一組の第２支持梁は、可動部の変位の方向に離隔している。このような構成において、可動コンタクト電極および各固定コンタクト電極が当接状態にある位置と離隔状態にある位置との間で可動部を変位させることにより、本素子の閉状態と開状態とが達成される。閉状態では、可動コンタクト電極により固定コンタクト電極が電気的に橋渡しされ、当該固定コンタクト電極対を電流が通過することが許容される。開状態では、固定コンタクト電極対が電気的に分離され、当該固定コンタクト電極対を電流が通過することは阻まれる。可動部のための駆動力は、第１および第２櫛歯電極部間に発生する静電気力である。
本発明における可動部は、各々が複数本の支持梁からなる二組の支持梁（一組の第１支持梁および一組の第２支持梁）を介して、フレームに連結されている。当該一組の第１支持梁と一組の第２支持梁とが可動部の変位方向に離隔しているため、可動部ないし可動コンタクト電極の変位動作は安定する傾向にある。具体的には、可動部ないし可動コンタクト電極の変位動作には、所望の変位方向に直交する不要な変位成分が含まれにくい。
このように、本発明の第１の側面に係るマイクロスイッチング素子においては、可動部ないし可動コンタクト電極の安定な変位動作を実現することができるのである。このようなマイクロスイッチング素子は、良好な閉状態を達成するうえで好適である。
加えて、本発明の第１の側面に係るマイクロスイッチング素子は、駆動手段として、一対の櫛歯電極部（第１および第２櫛歯電極部）を有する。櫛歯電極対間には静電気力を効率よく発生させることができるので、当該マイクロスイッチング素子によると、低駆動電力を実現することが可能である。
本発明の第１の側面において、好ましくは、第１櫛歯電極部および第２櫛歯電極部は、一組の第１支持梁および一組の第２支持梁の間に位置する。このような構成においては、可動部に対する駆動力の作用点は、当該可動部の変位方向に離隔した２つの支点の間に位置する。作用点は、一対の櫛歯電極に由来する箇所に位置する。２つの支点の一方は、可動部において一組の第１支持梁のうちの少なくとも１つが接続する箇所に位置し、当該２つの支点の他方は、可動部において一組の第２支持梁のうちの少なくとも１つが接続する箇所に位置する。支点間に作用点が位置するこのような構成は、可動部ないし可動コンタクト電極の安定な開閉動作を実現するうえで好適である。
好ましくは、フレーム、第１櫛歯電極部、および一対の固定コンタクト電極を支持するベース部を更に備える。このような構成によると、フレーム、第１櫛歯電極部、および一対の固定コンタクト電極を、ベース部を介して一体化することができる。
好ましくは、第１櫛歯電極部は複数の第１櫛歯電極を含み、第２櫛歯電極部は、各々が１つの第１櫛歯電極に対応する複数の第２櫛歯電極を含む。このような構成は、可動部の駆動手段として、実質的に複数の櫛歯電極対を採用することに相当する。櫛歯電極対の数および各櫛歯電極対の配置箇所は、可動部の駆動態様に応じて決定される。
好ましくは、第１櫛歯電極部において第２櫛歯電極部に対向する表面、および、第２櫛歯電極部において第１櫛歯電極部に対向する表面は、導体膜により構成されている。この場合、好ましくは、導体膜は、金、銀、ロジウム、白金、パラジウム、およびルテニウムからなる群より選択される金属、または、当該群より選択される金属を含む合金よりなる。このような構成は、第１櫛歯電極部および第２櫛歯電極部の間において、静電気力を効率よく発生させるうえで好適である。
好ましくは、固定コンタクト電極の各々において可動コンタクト電極に対向する表面、および、可動コンタクト電極において固定コンタクト電極に対向する表面は、導体膜により構成されている。この場合、好ましくは、導体膜は、金、銀、ロジウム、白金、パラジウム、およびルテニウムからなる群より選択される金属、または、当該群より選択される金属を含む合金よりなる。このような構成は、本素子の閉状態において、可動コンタクト電極と各固定コンタクト電極との間の電気的接続性を確保するうえで好適であり、従って、良好な閉状態を達成するうえで好適である。
好ましくは、第２櫛歯電極部において第１櫛歯電極部に対向する表面は第１導体膜により構成されており、可動コンタクト電極において固定コンタクト電極に対向する表面は第２導体膜により構成されており、第１導体膜および第２導体膜は、分離している。このような構成は、可動部における可動コンタクト電極と第２櫛歯電極部との電気的分離を図るうえで好適である。
好ましくは、一組の第１支持梁は２本の第１支持梁からなり、一組の第２支持梁は２本の第２支持梁からなる。この場合、２本の第１支持梁は、対称に可動部から延びているのが好ましく、２本の第２支持梁も、対称に可動部から延びているのが好ましい。この場合、２本の第１支持梁および２本の第２支持梁は、変位方向に直交する方向に延びているのが好ましい。これらの構成は、可動部ないし可動コンタクト電極の安定な変位動作を実現するうえで好適である。
好ましくは、一対の固定コンタクト電極および／または可動コンタクト電極は、当接電極間の接触抗力を低減するための可撓構造を有する。このような構成によると、開状態における可動コンタクト電極と各固定コンタクト電極との２つの離隔距離が異なる場合であっても、可動コンタクト電極は、当該差異を吸収しつつ両固定コンタクト電極に対して当接することが可能である。したがって、本構成は、本素子の閉状態において、可動コンタクト電極と各固定コンタクト電極との間の電気的接続性を確保するうえで好適であり、従って、良好な閉状態を達成するうえで好適である。
好ましくは、フレームに沿う導通防止壁を更に備える。好ましくは、第１櫛歯電極部に沿う導通防止壁を更に備える。好ましくは、固定コンタクト電極に沿う導通防止壁を更に備える。本素子の製造方法によっては、本素子の各部位（フレーム、第１櫛歯電極部、固定コンタクト電極など）が電気的に不当に接続してしまう場合があるところ、上述のような導通防止壁を伴う構成は、本素子の各部位の間が電気的に不当に連絡してしまうことを回避するうえで好適である。
本発明の第２の側面によると、フレームと、第１櫛歯電極部と、相互に離隔する一対の固定コンタクト電極と、第１櫛歯電極部と協働して静電気力を発生させるための第２櫛歯電極部、および、固定コンタクト電極に対向する可動コンタクト電極を有する、可動部と、可動部およびフレームを連結する複数の支持梁と、を備えるマイクロスイッチング素子を、第１層、第２層、およびこれらの間の中間層よりなる積層構造を有する材料基板に加工を施すことにより、製造するための方法が提供される。この製造方法は、第１層においてフレームへと加工される第１箇所、第１櫛歯電極部へと加工される第２箇所、一対の固定コンタクト電極へと加工される２つの第３箇所、可動部へと加工される第４箇所、および複数の支持梁へと加工される複数の第５箇所をマスクするためのマスクパターンを介し、第１層に対して中間層に至るまで異方性エッチング処理を行うための、第１エッチング工程と、第４箇所と第２層との間に介在する中間層、および、複数の第５箇所と第２層との間に介在する中間層を、エッチング除去するための、第２エッチング工程と、を含む。第２エッチング工程におけるエッチング除去手法としては、例えば、等方性ウエットエッチングまたは等方性ドライエッチングが採用される。
このような方法によると、本発明の第１の側面に係るマイクロスイッチング素子を適切に製造することができる。加えて、本方法によると、フレーム、第１櫛歯電極部、一対の固定コンタクト電極、可動部、および複数の支持梁を、単一の材料基板から成形することができるので、比較的少ない工程数でマイクロスイッチング素子を製造することができる。このような製造方法は、マイクロスイッチング素子製造の歩留り向上を図るうえで好適である。
本発明の第２の側面において、本方法は、好ましくは、第２エッチング工程の後に、材料基板における第１導体層の側に導体材料を成膜するための成膜工程と、成膜工程にて第４箇所に形成された導体膜の一部をエッチング除去することにより、第２櫛歯電極部およびこれとは電気的に分離している可動コンタクト電極、を有する可動部を形成するための、第３エッチング工程と、を更に含む。このような構成は、可動部における可動コンタクト電極と第２櫛歯電極部との電気的分離を図るうえで好適である。
好ましくは、第１エッチング工程におけるマスクパターンは、フレームに沿う第１導通防止壁へと第１層において加工される箇所、第１櫛歯電極部に沿う第２導通防止壁へと第１層において加工される箇所、および固定コンタクト電極に沿う第３導通防止壁へと第１層において加工される箇所、から選択される少なくとも１つの箇所、を更にマスクし、第１エッチング工程では、異方性エッチング処理により、第１箇所に沿う第１導通防止壁、第２箇所に沿う第２導通防止壁、および第３箇所に沿う第３導通防止壁のうちの少なくとも１つが、第１層にて更に形成される。
このような構成は、成膜工程において各部位が電気的に不当に接続してしまうのを回避するうえで好適である。材料基板における第１導体層の側に導体材料を成膜するための、例えばスパッタリング法による成膜工程では、上述のような導通防止壁が存在しない場合、第１層において既に成形されている第１〜第５箇所表面に導体膜が形成されるとともに、第２導体層上におけるこれらの間の箇所にも導体膜が形成されやすい。その結果、第２導体層上に形成されてしまった当該導体膜を介して、例えば、フレームと第１櫛歯電極部が、および／または、フレームと固定コンタクト電極が、電気的に不当に接続してしまう場合がある。
好ましくは、第１エッチング工程におけるマスクパターンは、第１層において、第４箇所と接続する追加支持梁を有するストッパ部へと加工される箇所、を更にマスクし、第１エッチング工程では、異方性エッチング処理により、第４箇所と接続する追加支持梁を有するストッパ部が第１層にて形成され、第２エッチング工程では、追加支持梁と第２層との間に介在する中間層が更にエッチング除去され、本方法は、第３エッチング工程の後に、追加支持梁を切断または除去するための工程を更に含む。
このような構成によると、素子の製造過程において、可動コンタクト電極と固定コンタクト電極が張り付いてしまう現象、即ちスティッキングを、回避することができる。
マイクロスイッチング素子の製造過程ではウエットエッチングを行う場合があり、当該ウエットエッチング工程において可動部が変位可能状態にあると、可動コンタクト電極と固定コンタクト電極の間や櫛歯電極部間に介在するエッチング溶液の表面張力の作用により、可動コンタクト電極と固定コンタクト電極が接近する傾向にある。そのため、乾燥後においても、当該電極どうしが張り付いたままとなってしまう場合がある。
これに対して、ストッパ部を伴う上述の構成によると、追加支持梁が切断または除去されるまでは、可動部は変位可能状態にないため、マイクロスイッチング素子の製造過程においてウエットエッチングが行われる際に上述のようなスティッキングを回避することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロスイッチング素子の平面図である。
図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った部分断面図である。
図３は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った部分断面図である。
図４は、図１の線ＩＶ−ＩＶに沿った部分断面図である。
図５は、図１の線Ｖ−Ｖに沿った部分断面図である。
図６は、閉状態にある図１のマイクロスイッチング素子を表す。
図７は、一組の可動コンタクト電極および固定コンタクト電極の変形例の拡大平面図である。
図８は、一組の可動コンタクト電極および固定コンタクト電極の他の変形例の拡大平面図である。
図９Ａ〜図９Ｉは、図１に示すマイクロスイッチング素子の製造方法における一連の工程を表す。
図１０は、図９Ｅに示す工程にてストッパ部が形成される場合の、当該工程を経た時点での材料基板の平面図である。
図１１Ａ〜図１１Ｆは、ストッパ部の形成を伴うマイクロスイッチング素子製造方法の一部の工程を表す。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロスイッチング素子の平面図である。
図１３は、図１２の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った部分断面図である。
図１４は、図１２の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った部分断面図である。
図１５Ａ〜図１５Ｉは、図１２に示すマイクロスイッチング素子の製造方法における一連の工程を表す。
【発明を実施するための最良の形態】  図１〜図５は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロスイッチング素子Ｘ１を表す。マイクロスイッチング素子Ｘ１は、固定部１０と、可動部２０と、一組の支持梁３０Ａと、一組の支持梁３０Ｂとを備える。
固定部１０は、フレーム１１と、櫛歯電極部１２と、一対の固定コンタクト電極１３と、これらを支持するベース部１４とを有する。図１においては、図の明確化の観点より、ベース部１４を除く固定部１０と、可動部２０と、支持梁３０Ａ，３０Ｂとについては、ドットハッチングを付して表す。
フレーム１１は、ベース部１４上にて所定のパターンで設けられており、図２に示すように、絶縁層１５を介してベース部１４に固定されている。ベース部１４に対向する表面を除くフレーム１１の表面は、導体膜１６Ａにより構成されている。導体膜１６Ａは、金、銀、ロジウム、白金、パラジウム、およびルテニウムからなる群より選択される金属、または、当該群より選択される金属を含む合金よりなる。後出の導体膜の構成材料としても、このような単体金属や合金を採用することができる。また、フレーム１１は、本実施形態では一様な幅Ｗ１を有し、当該幅Ｗ１は例えば３０〜１００μｍである。
櫛歯電極部１２は、所定パターンの一対の基部１２ａ、および、当該基部１２ａから延出する複数の電極歯１２ｂを有する。本実施形態では、櫛歯電極部１２は、図１に表れているように線対称の形態を有し、且つ、実質的に合計６個の櫛歯電極を含む。図２〜図４に示すように、基部１２ａは絶縁層１５を介してベース部１４に固定されており、図３に示すように、電極歯１２ｂは、ベース部１４から離隔している。ベース部１４に対向する表面を除く櫛歯電極部１２の表面は、図２〜図４に示すように、導体膜１６Ｂにより構成されている。また、基部１２ａについて、幅Ｗ２は例えば２０〜１５０μｍであり、幅Ｗ３は例えば２０〜３０μｍである。
一対の固定コンタクト電極１３は、各々、基部１３ａ、および、当該基部１３ａから延出するアーム部１３ｂを有する。本実施形態では、一対の固定コンタクト電極１３は、各アーム部１３ｂの自由端が互いに近接するような、線対称の形態を有する。基部１３ａ、および、アーム部１３ｂにおいて基部１３ａに近接する幅太な箇所は、フレーム１１と同様に絶縁層１５を介してベース部１４に固定されており、アーム部１３ｂにおいて所定以下に幅細な箇所は、図５に示すようにベース部１４から離隔している。ベース部１４に対向する表面を除く各固定コンタクト電極１３の表面は、導体膜１６Ｃにより構成されている。また、アーム部１３ｂについて、その先端の幅Ｗ４は例えば１０〜１５μｍである。
可動部２０は、胴部２１と、可動コンタクト電極２２と、櫛歯電極部２３とを有し、その全体がベース部１４から離隔している。
胴部２１は、可動部２１の変位方向Ｙ（図１および図５に示す）に延びる。ベース部１４に対向する表面、と、可動コンタクト電極２２に近接する箇所の全周面とを除く、胴部２１の表面は、図４に示すように導体膜１６Ｄにより構成されている。また、胴部２１について、幅Ｗ５は例えば１０〜１５μｍである。
可動コンタクト電極２２は、両固定コンタクト電極１３に対向するように、胴部２１の一端部に設けられている。可動コンタクト電極２２と各固定コンタクト電極１３との離隔距離Ｄ１は、理想的には同一であり、例えば１〜５μｍである。ベース部１４に対向する表面を除く可動コンタクト電極２２の表面は、図５に示すように導体膜１６Ｅにより構成されている。可動コンタクト電極２２について、幅Ｗ６は例えば１０〜１５μｍである。また、胴部２１において可動コンタクト電極２２に近接する箇所の全周面には導体膜が設けられておらず、従って、可動コンタクト電極２２の導体膜１６Ｅと、胴部２１の導体膜１６Ｄとは、分離している。図１においては、当該分離領域Ｒについて斜線ハッチングを付して表す。
櫛歯電極部２３は、基部２３ａおよび複数の電極歯２３ｂから各々が構成されている合計６つの櫛歯電極からなる。櫛歯電極部２３の各櫛歯電極は、胴部２１から延出し、櫛歯電極部１２の一の櫛歯電極に対向している。ベース部１４に対向する表面を除く櫛歯電極部２３の表面は、図２および３に示すように導体膜１６Ｆにより構成されている。また、図３に示すように、基部２３ａについて幅Ｗ７は例えば５〜１０μｍであり、図２に示すように、電極歯２３ｂについて幅Ｗ８は例えば１〜３μｍである。上述の電極歯１２ｂは、このような電極歯２３ｂと同一の幅を有しているのが好ましい。このような電極歯２３ｂと、櫛歯電極部１２の電極歯１２ｂとの間の離隔距離は例えば１〜３μｍである。
一組の支持梁３０Ａおよび一組の支持梁３０Ｂは、可動部２０をフレーム１１に連結するためのものであり、ベース部１４から離隔している。
一組の支持梁３０Ａの本数は本実施形態では２であり、各支持梁３０Ａは、図１に示すように、可動部２０の胴部２１における可動コンタクト電極２２に近い一端部に接続し、且つ、フレーム１１の所定箇所に接続する。２本の支持梁３０Ａは、可動部２０の胴部２１から対称に延び、且つ、可動部２０の変位方向Ｙに直交する方向に延びている。ベース部１４に対向する表面を除く各支持梁３０Ａの表面は、図５に示すように導体膜１６Ｇにより構成されている。支持梁３０Ａの幅は例えば２〜１０μｍである。
一組の支持梁３０Ｂの本数は本実施形態では２であり、各支持梁３０Ｂは、図１に示すように、可動部２０の胴部２１における可動コンタクト電極２２から遠い他端部に接続し、且つ、フレーム１１の所定箇所に接続する。２本の支持梁３０Ｂは、可動部２０の胴部２１から対称に延び、且つ、可動部２０の変位方向Ｙに直交する方向に延びている。支持梁３０Ａの表面が導体膜１６Ｇにより構成されているのと同様に、ベース部１４に対向する表面を除く各支持梁３０Ｂの表面は、導体膜１６Ｇにより構成されている。支持梁３０Ｂの幅は例えば２〜１０μｍである。
このように、本実施形態では、一組の支持梁３０Ａと一組の支持梁３０Ｂは、可動部２０の変位方向Ｙに離隔しており、且つ、一対の櫛歯電極部１２，２３は、これらの間に配設されている。
また、マイクロスイッチング素子Ｘ１において、フレーム１１の導体膜１６Ａと、支持梁３０Ａ，３０Ｂの導体膜１６Ｇと、胴部２１の導体膜１６Ｄと、櫛歯電極部２３の導体膜１６Ｆとは、連続し、従って電気的に接続している。
このような構成のマイクロスイッチング素子Ｘ１において、フレーム１１（導体膜１６Ａ）に所定の電位を付与すると、当該電位は、支持梁３０Ａ，３０Ｂ（導体膜１６Ｇ）、胴部２１（導体膜１６Ｄ）を介して櫛歯電極部２３の電極歯２３ｂ（導体膜１６Ｆ）に伝達される。また、櫛歯電極１２の基部１２ａ（導体膜１６Ｂ）に所定の電位を付与すると、当該電位は、導体膜１６Ｂ中を介して電極歯１２ｂ（導体膜１６Ｂ）に伝達される。櫛歯電極部１２，２３の間には、各々に付与された電位に応じて静電引力が発生する。その結果、可動部２０は、２組の支持梁３０Ａ，３０Ｂによる支持抗力に逆らいながら、図６に示すように、可動コンタクト電極２２が各固定コンタクト電極１３に当接する位置まで変位する。このようにして、マイクロスイッチング素子Ｘ１の閉状態が達成される。マイクロスイッチング素子Ｘ１の閉状態においては、可動コンタクト電極２２により２つの固定コンタクト電極１３が電気的に橋渡しされ、当該固定コンタクト電極対１３を電流が通過することが許容される。
閉状態にあるマイクロスイッチング素子Ｘ１において、櫛歯電極部１２，２３間に作用する静電引力を低減または消滅させると、可動部２０は、２組の支持梁３０Ａ，３０Ｂによる支持抗力に従って、可動コンタクト電極２２が各固定コンタクト電極１３から離隔する所定位置まで変位する。このようにして、図１に示すような、マイクロスイッチング素子Ｘ１の開状態が達成される。開状態では、固定コンタクト電極対１３が電気的に分離され、当該固定コンタクト電極対１３を電流が通過することは阻まれる。
マイクロスイッチング素子Ｘ１では、可動部２０は、当該可動部２０の変位方向に離隔する二組の支持梁３０Ａ，３０Ｂを介して、フレーム１１に連結されているため、可動部２０ないし可動コンタクト電極２２の変位動作は安定的に達成される。具体的には、可動部２０ないし可動コンタクト電極２２の変位動作には、所望の変位方向Ｙに直交する不要な変位成分が含まれにくい。
このように、マイクロスイッチング素子Ｘ１によると、固定コンタクト電極対１３と可動コンタクト電極２２との機械的開閉を良好に行うことができるのである。
加えて、マイクロスイッチング素子Ｘ１は、駆動手段として、一対の櫛歯電極部１２，２３を有する。櫛歯電極対間１２、２３には静電引力を効率よく発生させることができるので、当該マイクロスイッチング素子Ｘ１によると、低駆動電力を達成することが可能である。
本発明においては、上述のような一対の固定コンタクト電極１３および可動コンタクト電極２２に代えて、図７に示す一対の固定コンタクト電極１７および可動コンタクト電極２４を採用してもよい。
一対の固定コンタクト電極１７は、各々、基部１７ａ、および、当該基部１７ａから延出するアーム部１７ｂを有する。基部１７ａは、絶縁層１５を介してベース部１４に固定され、アーム部１７ｂはベース部１４から離隔している。また、アーム部１７ｂは、可撓性を示すような所定の細さおよび屈曲形状し、可動コンタクト電極２４に向かって突出する突部１７ｂ’を自由端に有する。ベース部１４に対向する表面を除く各固定コンタクト電極１７の表面は、導体膜により構成されている。
可動コンタクト電極２４は、両固定コンタクト電極１７に対向するように、胴部２１の一端部に設けられており、固定コンタクト電極１７に向かって突出する一対の突出部２４ａを有する。可動コンタクト電極２４の各突出部２４ａと、これに対向する固定コンタクト電極１７の突出部１７ｂ’との離隔距離Ｄ２は、理想的には同一であり、例えば１〜５μｍである。ベース部１４に対向する表面を除く可動コンタクト電極２４の表面は、導体膜により構成されている。また、可動コンタクト電極２４は、可撓性を示すように所定の幅Ｗ９を有する。
一対の固定コンタクト電極１７および可動コンタクト電極２４は、可動部２０の変位方向Ｙに撓み易い可撓性を示す。したがって、一方の突出部１７ｂ’および突出部２４ａの組における離隔距離と、他方の突出部１７ｂ’および突出部２４ａの組における離隔距離とが、異なる場合であっても、当該差異を吸収しつつ可動コンタクト電極２４は一対の固定コンタクト電極１７に当接することができる。
本発明においては、上述のような一対の固定コンタクト電極１３に代えて、図８に示す一対の固定コンタクト電極１８を採用してもよい。
一対の固定コンタクト電極１８は、各々、基部１８ａおよび先端部１８ｂを有する。基部１８ａ、および、先端部１８ｂにおいて基部１８ｂに近接する幅太な箇所は、絶縁層１５を介してベース部１４に固定されており、先端部１８ｂにおいて所定以下に幅細な箇所は、ベース部１４から離隔している。ベース部１４に対向する表面を除く各固定コンタクト電極１８の表面は、導体膜により構成されている。
図９Ａ〜図９Ｉは、マイクロスイッチング素子Ｘ１の製造方法における一連の工程を表す。この方法は、ＭＥＭＳ技術により上述のマイクロスイッチング素子Ｘ１を製造するための一手法である。
図９Ａ〜図９Ｉにおいては、図９Ｉに示すフレーム１１、櫛歯電極部１２の基部１２ａおよび電極歯１２ｂ、固定コンタクト電極１３のアーム部１３ｂ、可動部２０の胴部２１、可動コンタクト電極２２、および櫛歯電極部２３（基部２３ａ、電極歯２３ｂ）、並びに支持梁３０Ａの形成過程を、一の断面により表す。当該一の断面は、加工が施される材料基板（ウエハ）における単一のマイクロスイッチング素子形成区画に含まれる図２に示す断面、図３に示す断面の一部、および図１の線ＩＸ−ＩＸの実線部に沿った断面を、モデル化して連続断面として表したものである。
マイクロスイッチング素子Ｘ１の製造においては、まず、図９Ａに示すような材料基板Ｓを用意する。材料基板Ｓは、いわゆるＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であり、シリコン層６１、シリコン層６２、およびこれらの間の絶縁層６３よりなる積層構造を有する。シリコン層６１，６２は、例えば単結晶シリコンよりなり、絶縁層６２は例えば酸化シリコンよりなる。シリコン層６１の厚さは例えば１０〜６０μｍであり、シリコン層６２の厚さは例えば３００〜７００μｍであり、絶縁層６３の厚さは例えば２〜４μｍである。
次に、図９Ｂに示すように、シリコン層６１上にレジストパターン７１を形成する。レジストパターン７１の形成においては、まず、シリコン層６１上に液状のフォトレジストをスピンコーティングにより成膜する。次に、露光処理およびその後の現像処理を経て、当該フォトレジスト膜をパターニングする。後出のレジストパターンについても、このようなフォトレジストの成膜、並びに、その後の露光処理および現象処理、を経て形成することができる。レジストパターン７１は、フレーム１１、櫛歯電極部１２、固定コンタクト電極１３、可動部２０、および支持梁３０Ａ，３０Ｂへと加工される箇所をマスクするためパターン形状を有する。
次に、図９Ｃに示すように、レジストパターン７１をマスクとして、シリコン層６１に対して絶縁層６３に至るまで異方性エッチング処理を行う。異方性エッチングとしては、ＤＲＩＥ（ｄｅｅｐ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）を採用することができる。ＤＲＩＥでは、エッチングと側壁保護とを交互に行うＢｏｓｃｈプロセスにおいて、良好なエッチング処理を行うことができる。後出のＤＲＩＥについても、このようなＢｏｓｃｈプロセスを採用することができる。
本エッチング工程を経ることにより、シリコン層６１において、フレーム１１へと加工される構造部１１’、櫛歯電極部１２へと加工される構造部１２’、固定コンタクト電極１３へと加工される構造部１３’、可動部２０へと加工される構造部２０’、および支持梁３０Ａ，３０Ｂへと加工される構造部３０’が成形される。
次に、図９Ｄに示すように、所定の剥離液を作用させることにより、材料基板Ｓからレジストパターン７１を除去する。次に、図９Ｅに示すように、絶縁層６３における所定箇所を、ウエットエッチングにより除去する。絶縁層６３が酸化シリコンよりなる場合、エッチング液としては、例えば、フッ酸とフッ化アンモニウムからなるバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を使用することができる。本エッチング工程では、レジストパターン７１で覆われたシリコン層６１の所定の一部の下方にアンダーカットが入るようにエッチング処理を行う。櫛歯電極部１２へと加工される構造部１２’において電極歯１２ｂに相当する箇所、固定コンタクト電極１３へと加工される構造部１３’においてアーム部１３ｂに相当する箇所、可動部２０へと加工される構造部２０’、および支持梁３０Ａ，３０Ｂへと加工される構造部３０は、他の部位よりも有意に幅狭であり、具体的には、これらとシリコン層６２との間に介在する絶縁層６３が除去されるように、エッチング処理を行う。これにより、フレーム１１へと加工される構造部１１’、櫛歯電極部１２へと加工される構造部１２’において基部１２ａに相当する箇所、および固定コンタクト電極１３へと加工される構造部１３’において基部１３ａに相当する箇所の直下に、絶縁層１５が形成されることとなる。
次に、図９Ｆに示すように、例えばスパッタリング法により、材料基板Ｓに対してシリコン層６１の側から導体膜６４を形成する。導体膜６４の厚さは例えば３００〜１０００ｎｍである。このとき、シリコン層６１において比較的広く除去された箇所の直下にて、シリコン層６２上にも例えば導体膜６５，６６，６７が形成される。本工程を経ることにより、フレーム１１、櫛歯電極部１２、固定コンタクト電極１３、および支持梁３０Ａ，３０Ｂが形成されることとなる。
次に、図９Ｇに示すように、材料基板Ｓにおけるシリコン層６１の側にレジストパターン７２を形成する。レジストパターン７２は、可動部２０へと加工される構造部２０’の所定箇所を露出させるための開口部７２ａを有する。開口部７２ａを介して、可動部２０の胴部２１へと加工される箇所における、可動コンタクト電極２２へと加工される箇所の側の先端、を被覆している導体膜６４が露出する。
次に、図９Ｈに示すように、レジストパターン７２をマスクとして、導体膜６４に対してウエットエッチングを施す。これにより、相互に電気的に分離している胴部２１および可動コンタクト電極２２を有する可動部２０が形成される。
次に、図９Ｉに示すように、所定の剥離液を作用させることにより、材料基板Ｓからレジストパターン７２を除去する。その後、必要に応じて材料基板Ｓ（ウエハ）を各素子片に分離する。
以上の一連の工程を経ることにより、マイクロスイッチング素子Ｘ１を製造することができる。本方法によると、マイクロスイッチング素子Ｘ１を単一の材料基板において形成することができるので、比較的少ない工程数でマイクロスイッチング素子を製造することができる。このような製造方法は、マイクロスイッチング素子製造の歩留り向上を図るうえで好適である。
マイクロスイッチング素子Ｘ１の製造においては、図９Ｅを参照して上述した工程にて図１２に示すようなストッパ部４０が形成される過程を経てもよい。ストッパ部４０は、基部４１および支持梁４２を有する。基部４１は、絶縁層１５を介してベース部１４に固定されており、支持梁４２は、ベース部１４から離隔している。また、支持梁４２は、基部４１に接続するとともに、可動部２０ないし胴部２１の端部に接続している。支持梁４２の幅は、胴部２１の幅Ｗ５よりも相当程度に小さく設計されている。
ストッパ部４０の形成を伴うマイクロスイッチング素子Ｘ１の製造においては、図９Ｂを参照して上述したレジストパターン７１は、シリコン層６１においてストッパ部４０へと加工される箇所を更にマスクする。図９Ｃを参照して上述した異方性エッチングでは、図１１Ａに示すように、ストッパ部４０が更に成形される。図９Ｅを参照して上述したウエットエッチングでは、図１１Ｂに示すように、支持梁４２の下方にアンダーカットを入れて、支持梁４２をベース部１４から離隔させる。具体的には、幅狭な支持梁４２とシリコン層６２の間に介在する絶縁層６３をエッチング除去する。これにより、基部４１の直下に絶縁層１５が形成されることとなる。図９Ｆを参照して上述した導体膜形成工程では、図１１Ｃに示すように、導体膜６４は、ストッパ部４０の表面をも覆うように形成される。
図９Ｇを参照して上述したレジストパターン７２は、図１１Ａに示すように、支持梁４２を露出させるための開口部７２ｂを更に有する。図９Ｈを参照して上述したウエットエッチングでは、図１１Ｂに示すように、支持梁４２を覆う導体膜６４をも除去する。
ストッパ部４０の形成を伴うマイクロスイッチング素子Ｘ１の製造においては、図１１Ｃに示すように、支持梁４２を切断する。支持梁４２の切断においては、例えば、エッチングガスとしてＳＦ６を使用するＲＩＥを採用することができる。具体的には、例えば、支持梁４２の幅が２μｍであり且つ胴部２１の幅が１０μｍ以上である場合には、等方性エッチングに近い異方性エッチングの条件でＲＩＥを行うことにより、胴部２１を切断せずに支持梁４２を適切に切断することができる。
このような方法によると、図９Ｅを参照して上述したウエットエッチングを行う際に、可動コンタクト電極２２と固定コンタクト電極１３とが張り付いてしまう現象、即ちスティッキングを、回避することができる。当該ウエットエッチングにおいて可動部２０がベース部１４から離隔して変位可能状態にあると、可動コンタクト電極２２と固定コンタクト電極１３の間や、櫛歯電極部１２，２３間の溶液の表面張力に誘発されて、可動コンタクト電極２２と固定コンタクト電極１３が接近する。その結果、乾燥後においても、当該コンタクト電極１３，２２どうしが張り付いたままとなってしまう。これに対し、ストッパ部４０を伴う上述の方法によると、図１１Ｃを参照して上述したように支持梁４２が切断されるまでは、可動部２０は変位可能状態にないため、ウエットエッチングが行われる際にスティッキングは発生しないのである。
図１２〜図１４は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロスイッチング素子Ｘ２を表す。マイクロスイッチング素子Ｘ２は、固定部１０と、可動部２０と、一組の支持梁３０Ａと、一組の支持梁３０Ｂと、導通防止壁５１，５２，５３，５４とを備える。マイクロスイッチング素子Ｘ２は、導通防止壁５１，５２，５３，５４を追加的に備える点において、マイクロスイッチング素子Ｘ１と異なる。図の明確化の観点より、図１２においては導通防止壁５１，５２，５３，５４は、斜線ハッチングを付して表す。マイクロスイッチング素子Ｘ２の他の構成については、マイクロスイッチング素子Ｘ１に関して上述したのと同様である。
導通防止壁５１，５２，５３，５４は、マイクロスイッチング素子Ｘ２の後述の製造過程において、部位間の不当な導通を防止するためのものであり、ベース部１４に固定されている。導通防止壁５１は、図１２によく表れているように、一対の固定コンタクト電極１３を囲むように設けられている。このような導通防止壁５１は、固定コンタクト電極１３およびフレーム１１の不当な導通、並びに、固定コンタクト電極１３および支持梁３０Ａの間接的な不当な導通を防止する。導通防止壁５２，５３は、各々、図１２によく表れているように、櫛歯電極部１２に沿って設けられている。このような導通防止壁５２，５３は、櫛歯電極部１２およびフレーム１１の不当な導通、並びに、櫛歯電極部１２および支持梁３０Ａの間接的な不当な導通を防止する。導通防止壁５４は、図１２によく表れているように、マイクロスイッチング素子Ｘ２の周縁に設けられている。このような導通防止壁５４は、主に、フレーム１１および外部構造（例えば隣接マイクロスイッチング素子）の不当な導通を防止する。各導通防止壁５１〜５４と、近接する部位との離隔距離は、可動部２０の変位を阻害しない限りにおいて、例えば１〜５μｍである。
図１５Ａ〜図１５Ｉは、マイクロスイッチング素子Ｘ２の製造方法における一連の工程を表す。この方法は、ＭＥＭＳ技術により上述のマイクロスイッチング素子Ｘ２を製造するための一手法である。
図１５Ａ〜図１５Ｉにおいては、図１５Ｉに示すフレーム１１、櫛歯電極部１２の基部１２ａおよび電極歯１２ｂ、固定コンタクト電極１３のアーム部１３ｂ、可動部２０の胴部２１、可動コンタクト電極２２、および櫛歯電極部２３（基部２３ａ、電極歯２３ｂ）、支持梁３０Ａ、並びに導通防止壁５３の形成過程を、一の断面により表す。当該一の断面は、図９Ａ〜図９Ｉの表すモデル化連続断面と同一箇所に相当するモデル化連続断面である。
マイクロスイッチング素子Ｘ２の製造においては、まず、図１５Ａに示すように、図１８を参照して上述したのと同一の材料基板Ｓを用意する。次に、図１５Ｂに示すように、シリコン層６１上にレジストパターン７３を形成する。レジストパターン７３は、フレーム１１、櫛歯電極部１２、固定コンタクト電極１３、可動部２０、支持梁３０Ａ，３０Ｂ、および導通防止壁５１〜５４へと加工される箇所をマスクするためパターン形状を有する。
次に、図１５Ｃに示すように、レジストパターン７３をマスクとして、シリコン層６１に対して絶縁層６３に至るまで異方性エッチング処理を行う。本エッチング工程を経ることにより、シリコン層６１において、フレーム１１へと加工される構造部１１’、櫛歯電極部１２へと加工される構造部１２’、固定コンタクト電極１３へと加工される構造部１３’、可動部２０へと加工される構造部２０’、支持梁３０Ａ，３０Ｂへと加工される構造部３０’、および導通防止壁５１〜５４へと加工される構造部５０’が成形される。
次に、図１５Ｄに示すように、所定の剥離液を作用させることにより、材料基板Ｓからレジストパターン７３を除去する。次に、図１５Ｅに示すように、絶縁層６３における所定箇所を、ウエットエッチングにより除去する。本エッチング工程では、レジストパターン７３で覆われたシリコン層６１の下方にアンダーカットが入るようにエッチング処理を行う。櫛歯電極部１２へと加工される構造部１２’において電極歯１２ｂに相当する箇所、固定コンタクト電極１３へと加工される構造部１３’においてアーム部１３ｂに相当する箇所、可動部２０へと加工される構造部２０’、および支持梁３０Ａ，３０Ｂへと加工される構造部３０’は、他の部位よりも有意に幅狭であり、具体的には、これらとシリコン層６２との間に介在する絶縁層６３が除去されるように、エッチング処理を行う。これにより、フレーム１１へと加工される構造部１１’、櫛歯電極部１２へと加工される構造部１２’において基部１２ａに相当する箇所、および固定コンタクト電極１３へと加工される構造部１３’において基部１３ａに相当する箇所の直下に、絶縁層１５が形成されることとなる。また、本工程を経ることにより、導通防止壁５１〜５４が形成されることとなる。
次に、図１５Ｆに示すように、例えばスパッタリング法により、材料基板Ｓに対してシリコン層６１の側から導体膜６４を形成する。導体膜６４の厚さは例えば３００〜１０００ｎｍである。
フレーム１１と櫛歯電極部１２とが、或は、フレーム１１と固定コンタクト電極１３とが比較的離れていても、これらの間には、これらに近接して起立する導通防止壁５１〜５４が存在する。そのため、フレーム１１と櫛歯電極部１２の間や、フレーム１１と固定コンタクト電極の間にわたるシリコン層６２上においては導体膜は形成されにくい。したがって、本工程を経ても、各部位間にわたって導体膜が連続形成されることに起因する各部位の不当な導通は、防止されるのである。
本工程では、櫛歯電極部２３とフレーム１１は比較的広く離隔するために、櫛歯電極部２３に近接するシリコン層６２上には、例えば導電膜６６が形成される場合がある。しかしながら、櫛歯電極部２３は、シリコン層６２と離隔しているため、導電膜６６を介して何れかの部位と不当に導通してしまうことはない。したがって、櫛歯電極部２３の可動領域を確保するという観点より、当該櫛歯電極部２３とフレーム１１との間には、導通防止壁を設けない方がよい。
次に、図１５Ｇに示すように、材料基板Ｓにおけるシリコン層６１の側にレジストパターン７４を形成する。レジストパターン７４は、可動部２０へと加工される構造部２０’の所定箇所を露出させるための開口部７４ａを有する。開口部７４ａを介して、可動部２０の胴部２１へと加工される箇所の、可動コンタクト電極２２へと加工される箇所の側の先端、を被覆している導体膜６４が露出する。
次に、図１５Ｈに示すように、レジストパターン７４をマスクとして、導体膜６４に対してウエットエッチングを施す。これにより、相互に電気的に分離している胴部２１および可動コンタクト電極２２を有する可動部２０が形成される。
次に、図１５Ｉに示すように、所定の剥離液を作用させることにより、材料基板Ｓからレジストパターン７４を除去する。その後、必要に応じて材料基板Ｓ（ウエハ）を各素子片に分離する。
以上の一連の工程を経ることにより、マイクロスイッチング素子Ｘ２を製造することができる。本方法によると、マイクロスイッチング素子Ｘ２を単一の材料基板において形成することができるので、比較的少ない工程数でマイクロスイッチング素子を製造することができる。このような製造方法は、マイクロスイッチング素子製造の歩留り向上を図るうえで好適である。
マイクロスイッチング素子Ｘ２の製造においては、図１５Ｅを参照して上述した工程で、図１５にて破線で示すようなストッパ部４０が形成される過程を経てもよい。ストッパ部４０の構造および形成手法については、第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
ストッパ部４０の形成を伴うマイクロスイッチング素子Ｘ２の製造においては、図１５Ｅを参照して上述したウエットエッチングを行う際に、可動コンタクト電極２２と固定コンタクト電極１３とが張り付いてしまう現象、即ちスティッキングを、回避することができる。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年12月5日(2005.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
第１櫛歯電極部と、
相互に離隔する一対の固定コンタクト電極と、
前記第１櫛歯電極部と協働して静電気力を発生させるための第２櫛歯電極部、および、前記固定コンタクト電極に対向する可動コンタクト電極を有し、当該固定コンタクト電極および可動コンタクト電極が当接する位置と離隔する位置との間で変位することが可能な、可動部と、
前記可動部および前記フレームを連結するための一組の第１支持梁および一組の第２支持梁と、を備え、
前記一組の第１支持梁および前記一組の第２支持梁は、前記可動部の前記変位の方向に離隔している、マイクロスイッチング素子。
【請求項２】
前記第１櫛歯電極部および前記第２櫛歯電極部は、前記一組の第１支持梁および前記一組の第２支持梁の間に位置する、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項３】
前記第２櫛歯電極部において前記第１櫛歯電極部に対向する表面は第１導体膜により構成されており、前記可動コンタクト電極において前記固定コンタクト電極に対向する表面は第２導体膜により構成されており、前記第１導体膜および前記第２導体膜は、分離している、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項４】
前記一組の第１支持梁は２本の第１支持梁からなり、前記一組の第２支持梁は２本の第２支持梁からなる、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項５】
前記２本の第１支持梁は、対称に前記可動部から延びており、前記２本の第２支持梁は、対称に前記可動部から延びている、請求項４に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項６】
前記２本の第１支持梁および前記２本の第２支持梁は、前記変位方向に直交する方向に延びている、請求項５に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項７】
前記第１櫛歯電極部に沿う導通防止壁を更に備える、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項８】
前記固定コンタクト電極に沿う導通防止壁を更に備える、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
【請求項９】
フレームと、第１櫛歯電極部と、相互に離隔する一対の固定コンタクト電極と、前記第１櫛歯電極部と協働して静電気力を発生させるための第２櫛歯電極部、および、前記固定コンタクト電極に対向する可動コンタクト電極、を有する可動部と、前記可動部および前記フレームを連結する複数の支持梁と、を備えるマイクロスイッチング素子を、第１層、第２層、およびこれらの間の中間層よりなる積層構造を有する材料基板に加工を施すことにより、製造するための方法であって、
前記第１層において前記フレームへと加工される第１箇所、前記第１櫛歯電極部へと加工される第２箇所、前記一対の固定コンタクト電極へと加工される２つの第３箇所、前記可動部へと加工される第４箇所、および前記複数の支持梁へと加工される複数の第５箇所をマスクするためのマスクパターンを介し、前記第１層に対して前記中間層に至るまで異方性エッチング処理を行うための、第１エッチング工程と、
前記第４箇所と前記第２層との間に介在する中間層、および、前記複数の第５箇所と前記第２層との間に介在する中間層を、エッチング除去するための、第２エッチング工程と、を含む、マイクロスイッチング素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２エッチング工程の後に、前記材料基板における前記第１導体層の側に導体材料を成膜するための成膜工程と、
前記成膜工程にて前記第４箇所に形成された導体膜の一部をエッチング除去することにより、第２櫛歯電極部およびこれとは電気的に分離している可動コンタクト電極、を有する可動部を形成するための、第３エッチング工程と、を更に含む、請求項９に記載のマイクロスイッチング素子の製造方法。
【国際調査報告】
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