(57)【要約】【課題】有機物質ヒンジを用いたＡＶＣにおけるドリフトの原因が、リフロー後における有機物質の機械的、化学的または電気的不安定性にあると考え、リフロー後に更に有機物質を高温加熱（アニール処理）することによりＡＶＣの安定動作を実現できる安定化処理方法を提供する。有機物質を構成物質の少なくとも１つとして含むＭＥＭＳ素子を改良する。【解決手段】有機物質を加熱による架橋の後にフッ化水素処理し、所定温度以上で所定時間以上アニール処理すること（とくに２００℃以上２５０℃以下で３時間以上アニール処理すること）により安定化させる。有機物質は、テトラメチルシロキサンジビニルベンゾシクロブテンを主成分とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱による架橋の後に、フッ化水素処理を施し、所定温度以上で所定時間以上アニール処理することにより、有機物質を安定化させることを特徴とする有機物質の安定化処理方法。
【請求項２】
有機物質は、テトラメチルシロキサンジビニルベンゾシクロブテンを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の有機物質の安定化処理方法。
【請求項３】
２００℃以上２５０℃以下で３時間以上アニール処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機物質の安定化処理方法。
【請求項４】
加熱による架橋の後に、有機物質をアニール処理することにより、ＭＥＭＳ素子を製造することを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項５】
加熱による架橋の後に、フッ化水素処理を施し、所定温度以上で所定時間以上アニール処理することによりＭＥＭＳ素子を製造することを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項６】
２００℃以上２５０℃以下で３時間以上アニール処理することを特徴とする請求項４〜５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項８】
加熱による架橋の後、フッ化水素処理を施し、所定温度以上で所定時間以上アニール処理することにより安定化させたことを特徴とする有機物質。
【請求項９】
有機物質は、テトラメチルシロキサンジビニルベンゾシクロブテンを主成分とすることを特徴とする請求項８に記載の有機物質。
【請求項１０】
２００℃以上２５０℃以下で３時間以上アニール処理することを特徴とする請求項８又は９に記載の有機物質。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の有機物質を機械的接続部に含むことを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項１２】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の有機物質を櫛歯接続部に含むことを特徴とするＭＥＭＳマイクロスキャナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物質の安定化処理方法、その方法を用いた有機物質、ＭＥＭＳ素子の製造方法、ＭＥＭＳ素子、ＭＥＭＳマイクロスキャナーに関する。例えば、本発明は、マイクロ電気機械機構（ＭＥＭＳ）、とりわけ、画像の取得・表示、光の擾乱によるセンシング量誤差の低減及び走査光によるセンシングなどに利用される光偏向器に用いられるＭＥＭＳマイクロスキャナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ技術を用いたセンサーおよびアクチュエータは、すでに様々な分野で実用化されている。前者については、例えば加速度センサーや磁性素子を用いた方位センサー等、また後者については、例えば光ミラーアレイや光マイクロスキャナー等の実用例が挙げられる。  ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法の１つに、静電駆動方式が挙げられる。その１つとして、２つの櫛歯状電極を組み合せ、それらの相対的な位置や角度の変化による静電エネルギー量の変化を利用した、静電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータがある。更にその代表的なものとして、非特許文献１の第４０７頁第１図に示されている、角度付き縦型櫛歯駆動素子（ＡＶＣ）がある。これは２つの櫛歯状電極が予め一定の角度をつけて形成されて製造された櫛歯駆動素子である。ＡＶＣは櫛歯構造の回転角度を大きく出来るため、例えば特許文献１に開示されているような、容量可変キャパシタ等への応用が検討されている。
【０００３】
非特許文献１に示すＡＶＣ構造において、有機物質を櫛歯ヒンジ部に用いることが、大きな特徴の１つとなる。即ち、加熱に伴う有機物質の再流動（リフロー）により、一方の櫛歯がある角度分だけヒンジ周りに立ち上り、その結果、初期状態として他方の櫛歯との間に一定量の初期角を形成する。その初期角の形成は、１組の櫛歯間に電圧を印加した際に、一方の櫛歯の回転を生じるための必要条件である。
【０００４】
更に非特許文献１には、有機物質がリフローを生じるためには、リフローを生ぜしめる加熱に先立ち、フッ化水素に曝されること（フッ化水素処理）が必要であることが記載されている。
【０００５】
ＡＶＣを含む静電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータの問題点の１つは、駆動電圧印加に対応したアクチュエータの動きにドリフトを生じる場合があることである。ここでドリフトとは、静電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータにおいて、駆動電圧印加終了後の一定時間の間、変位や回転角等のアクチュエータの反応が緩慢に変化し続ける現象である。一例として、非特許文献２の第８２頁第５（ｂ）図では、駆動電圧印加後約３秒にわたり、静電駆動型ＭＥＭＳ素子の傾きが０．５度変化している。
【０００６】
このようなドリフトは、駆動信号に対応したＭＥＭＳアクチュエータ動作の遅れを生じ、ＭＥＭＳマイクロスキャナーを用いた光偏向器等の機能上の問題となる。
【特許文献１】米国特許７０８５１２２Ｂ２
【非特許文献１】“Angular Vertical Comb-Driven Tunable Capacitor with High-Tuning Capabilities”, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol.13, No.3, June 2004, p.406-p.413.
【非特許文献２】“Drift-Free Single Crystalline Silicon Micromirror with Floating Field Limiting Shield”, Proceedings of International Conference on Optical ＭＥＭＳ and Nanophotonics 2007, p.81-p.82.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、有機物質ヒンジを用いたＡＶＣにおけるドリフトの原因が、リフロー後における有機物質の機械的、化学的または電気的不安定性にあると考え、リフロー後に更に有機物質を高温加熱（アニール処理）することによりＡＶＣの安定動作を実現できる安定化処理方法を提供することを1つの目的とする。
【０００８】
本発明のいま一つの目的は、構成物質の少なくとも１つとして有機物質を含むＭＥＭＳ素子を改良して、有機物質の安定化処理方法、その方法を用いた有機物質、ＭＥＭＳ素子、ＭＥＭＳ素子の製造方法、及びＭＥＭＳマイクロスキャナーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明は、加熱による架橋の後にフッ化水素処理を施し、所定温度以上で所定時間以上アニール処理することにより、有機物質を安定化させることを特徴とする有機物質の安定化処理方法である。
【００１０】
請求項２に係る本発明は、有機物質は、テトラメチルシロキサンジビニルベンゾシクロブテンを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の有機物質の安定化処理方法である。
【００１１】
請求項３に係る本発明は、２００℃以上２５０℃以下で３時間以上アニール処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機物質の安定化処理方法である。
【００１２】
請求項４に係る本発明は、加熱による架橋の後に、有機物質をアニール処理することによりＭＥＭ素子を製造することを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法である。
【００１３】
請求項５に係る本発明は、加熱による架橋の後にフッ化水素処理を施し、所定温度以上で所定時間以上アニール処理することによりＭＥＭＳ素子を製造することを特徴とする前述のＭＥＭＳ素子の製造方法である。
【００１４】
請求項６に係る本発明は、２００℃以上２５０℃以下で３時間以上アニール処理することを特徴とする前述のＭＥＭＳ素子の製造方法である。
【００１５】
請求項７に係る本発明は、前述の製造方法により製造されたことを特徴とするＭＥＭＳ素子である。
【００１６】
請求項８に係る本発明は、加熱による架橋の後、フッ化水素処理を施し、所定温度以上で所定時間以上アニール処理することにより安定化させたことを特徴とする有機物質である。
【００１７】
請求項９に係る本発明は、有機物質は、テトラメチルシロキサンジビニルベンゾシクロブテンを主成分とすることを特徴とする前述の有機物質である。
【００１８】
請求項１０に係る本発明は、２００℃以上２５０℃以下で３時間以上アニール処理することを特徴とする前述の有機物質である。
【００１９】
請求項１１に係る本発明は、前述の有機物質を機械的接続部に含むことを特徴とするＭＥＭＳ素子である。
【００２０】
請求項１２に係る本発明は、前述の有機物質を櫛歯接続部に含むことを特徴とするＭＥＭＳマイクロスキャナーである。
【発明の効果】
【００２１】
以上により、本発明では、ＭＥＭＳ素子に含まれる有機物質を、加熱による架橋の後に、フッ化水素処理し、所定温度以上で所定時間以上アニール処理するので、ドリフトの発生を抑制でき、駆動信号に対する応答遅れが実質的に発生することのない静電駆動型ＭＥＭＳ素子の安定動作を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の１つの実施形態においては、非特許文献１に開示された微細加工プロセスに基づき、ＡＶＣを作製することができる。その際、ヒンジに用いる有機物質は、テトラメチルシロキサンジビニルベンゾシクロブテンを主成分とするCyclotene 4024-40（ザ・ダウ・ケミカルカンパニー製）とする。
【００２３】
微細加工プロセスにおいて、有機物質の架橋は窒素雰囲気中で２９５℃に加熱することにより行うのが好ましい。
【００２４】
また、フッ化水素処理は、好ましくは、濃度４６％のフッ化水素溶液に８分間ＭＥＭＳ素子を浸漬することにより実施する。更に、有機物質のリフロー処理として、４００℃で５分間の加熱処理を行う。
【００２５】
図示例
図１はＡＶＣにおけるヒンジ周辺部の平面模式図である。
【００２６】
図２は図１に示したＡＶＣのヒンジ１の周辺部分の断面模式図である。
【００２７】
図１〜２において、ヒンジ１は、複数の回転櫛歯３を含む構造体２と基板５を、図中に示す約１ミクロンの間隔Δを挟んで接続している。
【００２８】
ヒンジ１は有機物質からなる。
【００２９】
ヒンジ１の大きさは、例えば、縦４０〜６０ミクロン、横１８０〜２６０ミクロン、厚さ約５ミクロンである。
【００３０】
構造体２の回転櫛歯３は、複数の固定櫛歯４と相互に噛み合う形で相対している。回転櫛歯３と固定櫛歯４との間に電圧が印加されると、ヒンジ１、回転櫛歯３及び基板５は、基板５に設けられたねじりばね構造（図には示されていない）を中心として、一体として回転する。
【００３１】
ヒンジ１はリフロー処理により、基板５から一定角度、構造体２を回転させ、初期角を形成している。
【００３２】
なお、ヒンジ１、構造体２及び基板５の上面には金６が蒸着されている。
【００３３】
また、構造体２及び基板５はシリコン製である。一般にＭＥＭＳ素子は単結晶シリコンで形成されている。
【００３４】
図３は、ヒンジ１の周辺部分の走査電子顕微鏡による観察像の一例を示す。
【００３５】
基板５とＡＶＣは有機物質からなるヒンジ１により連結され、基板５の一部に反射ミラーが設けられている。駆動電圧の印加に伴うＡＶＣの動作挙動は、次のように評価した。すなわち、基板５と一体となって回転するミラー部（図示せず）をＡＶＣに設け、これにヘリウム−ネオンレーザを参照光として入射し、反射光の位置変化をポジションセンシティブディテクタにより検出することにより評価した。
【００３６】
ＡＶＣに含まれるリフロー処理後の有機物質からなるヒンジ１に、（本発明による）アニール処理を行う前後の、ＡＶＣの動作挙動及びドリフト発生の有無について、以下に詳しく述べる。
【００３７】
図４は、本発明によるアニール処理前のＡＶＣを駆動した際に観察されたドリフトの一例を示す。縦軸は、右側が駆動電圧（applied voltage）で、左側がミラー部の移動（mirror displacement）であり、横軸が時間（time）である。
【００３８】
また、図５はアニール処理後のＡＶＣにおける実質ドリフトを伴わない動作の一例を示す。ここで、駆動電圧は、図５に示すような３ステップ（図５では、０．５４Ｖ→２．０８Ｖ、２．０８Ｖ→０．５４Ｖ、０．５４Ｖ→２．０８Ｖの３ステップ）により行った。
【００３９】
図４から明らかなように、駆動電圧の印加終了後、約１１０ｍｓｅｃの間、ポジションセンシティブディテクタの出力が徐々に増加しており、ドリフトが発生していることが観察される。
【００４０】
これに対し、図５では、駆動電圧の印加開始後、約０．０５ｍｓｅｃで、ＡＶＣの動作が開始し、印加終了後、約０．０８ｍｓｅｃで、ＡＶＣの動作が完了している。即ち、図５の例では、ＡＶＣの挙動に実質ドリフトは発生していない。
【００４１】
表１は、ドリフトの抑制を目的とした種々の大気中アニール処理を行う前後の、ドリフト量の変化を示す。本結果から、アニール処理温度が２００℃と２５０℃の場合に、ドリフトの抑制効果が顕著となっていることが分かる。
【表１】
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【００４２】
また、本発明の効果がとくに顕著となるアニール時間は、アニール温度により異なり、アニール温度が高いほど短くなる。
【００４３】
安定化処理は、１８０℃〜２５０℃の範囲で所定時間アニールすることが望ましく、更に望ましくは、２００℃〜２５０℃の範囲で３時間以上アニールすることにより、本発明の効果は最良となる。アニール温度が２００℃未満の場合は、安定化をもたらすと考えられる有機物質の反応が遅く、安定化に長時間を要する。また２５０℃超の場合は、有機物質の劣化を生じ易くなる。
【００４４】
このようなアニール処理によりＡＶＣのドリフト挙動が抑制される理由は明らかでないが、アニール処理により生じる何らかの反応により、フッ化水素処理直後に比べ、有機物質の機械的、化学的または電気的な安定性が増すことが考えられる。
【００４５】
以上から、有機物質をヒンジに含むＡＶＣにおいて、有機物質を加熱による架橋後にフッ化水素処理し、更に所定温度以上で所定時間以上アニールすることにより、駆動電圧の印加時のドリフトを抑制し、駆動信号に対するレスポンスを改善することが出来る。
【００４６】
また、本発明によるアニール処理では、テトラメチルシロキサンジビニルベンゾシクロブテンを主成分とする有機物質を含むＡＶＣが好ましいが、本発明は、それに限定されず、有機物質を構成物質として含む静電駆動型ＭＥＭＳ素子の動作安定化に広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ＡＶＣにおけるヒンジ周辺部の平面模式図である。
【図２】ＡＶＣのヒンジ周辺部の断面模式図である。
【図３】ヒンジ部周辺の走査電子顕微鏡による観察像を示す。
【図４】本発明によるアニール処理前のＡＶＣを駆動した際に観察されたドリフトの例を示す。
【図５】アニール処理後のＡＶＣにおける実質ドリフトを伴わない動作例を示す。
【符号の説明】
【００４８】
１  ヒンジ
２  構造体
３  回転櫛歯
４  固定櫛歯
５  基板
【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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