(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に絶縁層が形成された状態とする第１工程と、
前記絶縁層の上に金からなる構造体が形成された状態とする第２工程と、
前記基板に酸素プラズマが照射された状態とする第３工程と、
前記基板が塩酸溶液に浸漬された状態とする第４工程と、
前記基板がフッ酸溶液に浸漬された状態とする第５工程と、
前記基板を電着溶液中に浸漬し、前記構造体に正電圧を印加することで、前記構造体の表面に電着により有機膜が形成された状態とする第６工程と
を少なくとも備えることを特徴とする電着方法。
【請求項２】
請求項１記載の電着方法において、
前記構造体の表面に形成された前記有機膜を加熱する第７工程
を備えることを特徴とする電着方法。
【請求項３】
請求項２記載の電着方法において、
前記第７工程では、前記有機膜のガラス転移温度から２０℃高い範囲の温度で加熱する
ことを特徴とする電着方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電着方法において、
前記構造体よりマイクロマシーンが構成される
ことを特徴とする電着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ後術で用いられている電極部分などに、選択的に有機膜が形成された状態とする電着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術におけるシリコンや金属の構造体からなる微細な可動部の駆動は、これに対向して配置した電極の発生する静電力によって行われている。このような可動部の駆動においては、以降に説明するように、スティッキングが問題となる。例えば、図３（ａ）に示すＭＥＭＳでは、絶縁膜３０２が形成されたシリコンからなる基板３０１上に、支持部３０３により支持されたシリコンからなる可動部３０４が、可動部３０４の先端部下の基板３０１上に設けられた電極３０５と、支持部３０３に接続する電極３０７との間に印加された電気信号により駆動されている。
【０００３】
このような構成においては、電極３０５から発生させた静電気により可動部３０４を電極３０５方向に引き寄せ、かつ、下地の電極３０５との間に任意の距離を保って静止させることは、容易ではない。電極３０５が引きつける引力と、可動部３０４が元に戻ろうとする弾性力とのバランスは、不安定で崩れやすいためである。これらのバランスが崩れ、例えば、引力の方が勝れば、可動部３０４の先端部が電極３０５の表面に接触することになる。
【０００４】
可動部３０４に導電性の材料が用いられ、接触した際に電極３０５と可動部３０４に導通があると、図３（ｂ）に示すように、接触箇所３１０が反応して接合してしまい、可動部３０４の弾性力による反発（復元力）では元に戻らなくなる場合がある。この現象がスティッキングや固着などと呼ばれ、ＭＥＭＳにおける可動部を駆動させるときの問題となっている。この現象の原因は、高い電圧が印加された状態で可動部と電極との接触が、いわゆるスポットウェルダーと全く同様の状況なので、一種の抵抗溶接が起こっているものと推測されている。
【０００５】
マイクロマシーン（可動部）の寸法が小さくなるほど、復元力は小さくなるため、微細なマイクロマシーンより構成されているＭＥＭＳでは、可動部の復元力を大きくすることが容易ではない。このため、マイクロマシーンでは、電極と可動部とが接触すると、ほとんどの場合、上述したスティッキングの状態となる。このように、可動部の寸法が小さなマイクロマシーンほど、スティッキングが発生しやすくなり、特に問題となっている。上述したスティッキングの状態を防ぐため、有機材料の被膜（スティッキング防止膜）を、電極の表面などに形成する技術が提案されている（非特許文献１参照）。この技術では、電着により、電極の表面に選択的に有機膜を形成し、前述したスティッキングを防ぐようにしている。
【０００６】
【非特許文献１】T.Sakata,H.Ishii,Y.Okabe,M.Nagase,M.Yano,K.Kudou,T.Kamei,K.Machida:"Selective Organic Dielectric Deposition for Encapsulation of MEMS Structure", Tech.Dig.JSAP Microprocesses and Nanotechnology 2004, pp.308-309, 0saka, Japan(2004).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図４（ａ）に示すように、電着により、電極４１８の露出している表面を有機材料で被覆して電着膜４１０を形成すると、電極４１８の露出部分だけではなく、これを支持している絶縁層４０２の側部及び基板４０１の部分にまで延在した部分４１０ａが形成される場合が発生していた。なお、図４（ａ）に部分断面を示すＭＥＭＳは、図４（ｂ）の斜視図に示すように、シリコンからなる基板４０１の上に、絶縁層４０２を介して配置された支持部４０３により支持されたシリコンからなる可動部４０４及び支持部４０２の上に形成された電極４０９を備えている。また、これらとは異なる基板４０１上の他の領域で、基板４０１の上に絶縁層４０２を介して配置された金よりなる電極４１８を備えている。このＭＥＭＳでは、電極４０９と電極４１８との間に印加された電気信号により、可動部４０４が駆動制御される。
【０００８】
以上に示したように、電着により選択的に有機膜（電着膜）を形成しようとしても、従来では、電圧が印加されていない絶縁材料の領域にまで、有機膜が形成される場合が発生していた。また、電着液に浸漬しただけで、電圧を印加していない状態であっても、有機膜が析出する場合もあった。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、電着による有機膜の形成において、電圧が印加されていない領域おける異常な析出が抑制された状態で、電極の部分など、電圧が印加される所望の領域に選択的に有機膜が形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る金の電着方法は、基板の上に絶縁層が形成された状態とする第１工程と、絶縁層の上に金からなる構造体が形成された状態とする第２工程と、基板に酸素プラズマが照射された状態とする第３工程と、基板が塩酸溶液に浸漬された状態とする第４工程と、基板がフッ酸溶液に浸漬された状態とする第５工程と、基板を電着溶液中に浸漬し、構造体に正電圧を印加することで、構造体の表面に電着により有機膜が形成された状態とする第６工程とを少なくとも備えるようにしたものである。フッ酸溶液による処理をした後では、電圧を印加していない状態では、構造体及び絶縁層を含むいずれの表面にも、析出も起こらない。
【００１１】
上記電着方法において、構造体の表面に形成された有機膜を加熱する第７工程を備えるようにしてもよい。この第７工程では、有機膜のガラス転移温度から２０℃高い範囲の温度で加熱すればよい。また、構造体は、マイクロマシーンを構成するものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、フッ酸溶液による処理をした後に電着を行うようにしたので、電圧が印加されていない領域おける異常な析出が抑制された状態で、電極の部分など、電圧が印加される所望とする領域に選択的に電着による有機膜が形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における電着方法例を説明する工程図である。なお、図１において、（ａ）と（ａ’），（ｂ）と（ｂ’），（ｃ）と（ｃ’），（ｄ）と（ｄ’），（ｅ）と（ｅ’），（ｆ）と（ｆ’），（ｇ）と（ｇ’）は、各々同一の工程における、異なる領域を示しているものである。
【００１４】
まず、図１（ａ）及び図１（ａ’）に示すように、単結晶シリコンからなる基板１０１の上に絶縁層１０２が形成され、図１（ａ’）に示すように、所定の領域に不純物が高濃度にドーピングされたｎ形のシリコンからなる支持部１０３及び図示しない可動部が形成された状態とする。可動部は、支持部１０３に連続（接続）して形成されている。これらは、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用い、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層上のＳＯＩ層を、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで形成すればよい。ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層が絶縁層１０２に対応し、ＳＯＩ層を加工することで、可動部及び支持部１０３が得られる。
【００１５】
次に、図１（ｂ）及び図１（ｂ’）に示すように、絶縁層１０２及び支持部１０３を覆うように、例えばチタンからなる膜厚０．１μｍ程度の下部シード層１０５が形成され、引き続いて下部シード層１０５上に、例えば金からなる膜厚０．３μｍ程度の上部シード層１０６が形成された状態とする。続いて、これらの上にフォトレジストを塗布し、形成したフォトレジスト膜を公知のフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることで、所定の領域に開口部１０７ａを備えたレジストパターン１０７が形成された状態とする。
【００１６】
次に、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン１０７の開口部１０７ａに露出した上部シード層１０６の上に、電解メッキ法により金を析出させて金属パターン１０８が形成された状態とする。形成された金属パターン１０８は、絶縁層１０２の表面からの高さが、支持部１０３と同程度となるようにする。なお、このとき、図１（ｃ’）に示すように、支持部１０３などのレジストパターン１０７で覆われている領域には、金の膜は形成されない。
【００１７】
次に、レジストパターン１０７を除去した後、図１（ｄ）及び図１（ｄ’）に示すように、金属パターン１０８をマスクとし、ヨウ素/ヨウ化アンモニウム溶液を用いたウエットエッチング法により上部シード層１０６を選択的にエッチング除去され、続いて、フッ酸溶液によるウエットエッチングで下部シード層１０５が選択的に除去された状態とする。このことにより、金属パターン１０８及び残った下部シード層１０５，上部シード層１０６からなる制御電極１１８が、絶縁層１０２の上に形成された状態となる。
【００１８】
次に、図１（ｅ）及び図１（ｅ’）に示すように、支持部１０３の上に、可動部電極１０９が形成された状態とする。例えば、支持部１０３の一部正面が開放したレジストパターンが形成され、このレジストパターンの開放部に電解メッキ法により金のメッキ膜が形成された状態とし、この後、レジストパターンが除去された状態とすることで、可動部電極１０９が形成された状態とすることができる。
【００１９】
次に、制御電極１１８及び可動部電極１０９の表面に残渣するカーボン系汚染物（有機物）を除去するために、これらの酸素プラズマが照射された状態とする。例えば、ＲＦパワー１００Ｗで生成された酸素プラズマに、基板１０１の全域が６分間程度暴露された状態とすればよい。次に、この酸素プラズマによる処理がなされた基板１０１が、例えば、ｐＨ４．８程度とされた塩酸溶液に浸漬された状態とし、塩酸が、制御電極１１８及び可動部電極１０９の表面に作用する状態とする。この酸処理により、金からなる制御電極１１８及び可動部電極１０９の表面に、酸素を含むプラズマが照射されたことにより形成された酸化金が、除去されるようになる。
【００２０】
ついで、制御電極１１８及び可動部電極１０９が形成されている基板１０１が、フッ酸溶液に浸漬された状態とする。例えば、基板１０１が、０．５％濃度のフッ酸溶液に、約３０秒間浸漬された状態とする。この後、基板１０１を水洗し、直ちに、以下に示す電着処理を行い、図１（ｆ）及び図１（ｆ’）に示すように、制御電極１１８の露出している表面のみに、電着により有機薄膜１１０が形成された状態とする。以下、有機薄膜１１０の形成について、より詳細に説明すると、まず、エポキシ基を有するスルフォニウムカチオンが分散する電着液(例えば、日本ペイント(株)、ＩＮＳＵＬＥＥＤ３０２０)を３０℃に調整し、この電着液の中に、上述した制御電極１１８が形成された基板１０１及び白金からなる対向電極が浸漬された状態とする。この状態で、制御電極１１８に負電圧を印加するとともに、上記対向電極に正電圧を印加する。すなわち、制御電極１１８を負極とし、対向電極を正極として電着液中に浸漬し、定電圧源を用いて電圧を印加し、カチオン電着を行う。なお、他の電着を用いて有機薄膜が選択的に形成されるようにしてもよい。
【００２１】
この電着により、電着液に分散している有機薄膜形成材料が、負電圧が印加された制御電極１１８の表面に析出し、膜厚数十ｎｍ〜５μｍ程度の有機薄膜１１０が形成される。上記電着液に分散している材料は、負電圧が印加されていない絶縁層１０２，可動部電極１０９，支持部１０３、及び図示していない可動部の表面には付着せず、負電圧が印加されている制御電極１１８の部分に選択的に析出する。この結果、制御電極１１８の露出している表面に、選択的に有機薄膜１１０が形成されるようになる。前述したように、電着処理の前にフッ酸による処理を行うようにしたので、電圧が印加されていない領域における異常な析出がなくなり、高い選択性が保持された状態で、有機膜１１０が形成された状態が得られる。
【００２２】
以上に説明したように、電着により有機薄膜１１０が形成された後、基板１０１を水洗処理（１０分間）し、また、乾燥させた後、窒素雰囲気において１９０℃・２５分間の加熱処理を行い、有機薄膜１１０が熱硬化された状態とする。前述した条件の電着により形成される有機薄膜１１０は、ガラス転移温度が１７８℃であり、加熱温度がこれより２０℃までの範囲にある。このように、有機薄膜１１０のガラス転移温度をある程度超える温度で加熱することで、有機薄膜１１０に流動性を持たせ、有機薄膜１１０の膜厚に均一性を持たせることができる。また、上述した温度条件の範囲であれば、上述した熱硬化における有機薄膜１１０の過度の流動が抑制された状態で、高い均一性で有機薄膜１１０が形成されるようになることが確認されている。
【００２３】
なお、電着（析出）した有機膜１１０にあまり膜厚均一性が必要のない場合や、電着のみで均一性が得られる場合などは、ガラス転移温度以上に加熱する必要はなく、例えば、熱硬化がされる１５０℃程度に加熱すればよい。また、電着に用いる有機材料によっては、溶媒（水）を除去できる程度の低温の加熱のみでもよく、加熱による硬化は必ずしも必要なものではない。例えば、１００〜１１０℃程度に加熱し、有機膜１１０に含まれている水分を除去したのみの状態でもよい。
【００２４】
最後に、フッ酸溶液によるウエットエッチングで絶縁層１０２が選択的に除去された状態とすることで、図１（ｇ）及び図１（ｇ’）及び図２の斜視図に示すように、基板１０１の上において、制御電極１１８が絶縁支持部１１３に支持され、支持部１０３が、膜厚２μｍ程度の絶縁支持部１１２に支持されたＭＥＭＳが得られる。図２に示すように、可動部１０４は、支持部１０３に連続して接続形成されている。また、可動部１０４は、制御電極１１８の側部に近設した状態で配置されている。
【００２５】
また、可動部１０４は、支持部１０３より細く形成されているため、前述したフッ酸溶液による絶縁層１０２の選択除去において、可動部１０４の下の絶縁層１０２が除去され、基板１０１の上に２μｍ程度離間して配置された状態となる。また、可動部は、断面形状が２×２μｍ程度、長さが１０μｍ〜１ｍｍ程度に形成され、制御電極１１８の側部に２μｍ程度離間して配置されている。可動部１０４は、一端が支持部１０３に支持されて基板１０１の上に所定距離（２μｍ）離間し、変位（変形）可能な状態に形成されている。また、支持部１０３は、基板１０１の上において、制御電極１１８と同じ高さに配置されている。このように、前述した製造方法により、微細な可動部１０４よりなるマイクロマシーンが形成され、このマイクロマシーンによるＭＥＭＳでは、制御電極１１８に電気信号を印加することで、電界の作用により、可動部１０４を所定の方向に作動すさせることができる。
【００２６】
なお、上述では、制御電極１１８のみに有機薄膜１１０を形成するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、可動部電極１０９を形成する前に、支持部１０３、及び、可動部１０４のみに負電圧を印加することで、支持部１０３及び可動部１０４のみに有機薄膜を形成するようにしてもよい。また、可動部電極１０９を形成する前に、可動部１０４(支持部１０３を含む)に負電圧が印加された状態とし、可動部電極１０９が形成された後、制御電極１１８に負電圧が印加された状態とすることで、可動部１０４(支持部１０３を含む)及び制御電極１１８の両方に有機薄膜が形成された状態としてもよい。
【００２７】
ところで、図１を用いて説明した方法では、処理対処の制御電極１１８が、下層との密着性向上のため、チタンからなる下部シード層１０５を用いている。この場合、チタンが金の中に拡散しないようにするためには、加熱の温度は３００℃以下とした方がよい。ただし、チタンの拡散を抑制する拡散バリアとしての機能を持つ材料からなる層を用いるようにすれば、より高温の条件で加熱処理を行うことが可能となる。例えば、酸化チタンなどの層を用いればよい。
【００２８】
なお、上述では、ｎ形不純物が高濃度にドーピングされたｎ形シリコンから可動部を構成し、制御電極を金/チタンから構成したが、これらは、電着により有機薄膜が形成できる導体から構成されていればよい。上述の導体として、例えば、金/クロム、銅/クロムもしくは銅/チタン、或いは、ＳＵＳ、鉄などの金属や、或いは、ｐ形不純物が高濃度にドーピングされたｐ形シリコンもしくはポリシリコン、或いは、ポリアセチレン、ポリアズレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレンなどの炭化水素系導電性ポリマーや、或いは、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレンなどのヘテロ原子含有系導電性ポリマーや、或いは、電荷移動錯体であってもよい。
【００２９】
また、図１，図２においては、３次元構造を有するマイクロマシーンよりなるＭＥＭＳを例に説明したが、これに限るものではなく、ＬＳＩなどで見られる絶縁分離した配線パターンのような２次元(平面)構造のマイクロマシーンの場合であっても、同様である。上述したように、フッ酸による処理をした後で電着を行うようにすることで、電圧が印加されていない領域への異常な析出が抑制され、高い選択性が保持された状態で、電着膜（有機膜）が形成できるようになる。なお、このフッ酸処理は、前述した塩酸の処理の前に行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態における電着方法例を説明する工程図である。
【図２】本発明の実施の形態における電着方法を適用して製造されたＭＥＭＳの構成例を示す斜視図である。
【図３】ＭＥＭＳの駆動におけるスティッキングの問題を説明するための説明図である。
【図４】電着における異常な析出の状態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０１…基板、１０２…絶縁層、１０３…支持部、１０４…可動部、１０５…下部シード層、１０６…上部シード層、１０７…レジストパターン、１０７ａ…開口部、１０８…金パターン、１０９…可動部電極、１１０…有機薄膜、１１２，１１３…絶縁支持部、１１８…制御電極。
【図１】
0004520383.tif 000002
【図２】
0004520383.tif 000003
【図３】
0004520383.tif 000004
【図４】
0004520383.tif 000005