(57)【要約】  シリコン単結晶中における格子間シリコン原子の拡散流速が格子間酸素原子の拡散流速よりも大きい第１の温度で第１シリコン層２１０を有するＳＯＩ基板２００を熱処理する熱処理工程と、熱処理工程の後にＳＯＩ基板２００を加工して変位拡大機構１０を得る加工工程と、を少なくとも備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶中における格子間シリコン原子の拡散流速が格子間酸素原子の拡散流速よりも大きい第１の温度でシリコン層を有する基板を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後に前記基板を加工してＭＥＭＳデバイスを得る加工工程と、を少なくとも備えたＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２】
前記熱処理工程の後に行われる工程において、前記シリコン層に加えられる温度は、シリコン単結晶中における格子間酸素原子の拡散流速が格子間シリコン原子の拡散流速よりも大きく、かつ前記シリコン層に含まれる析出酸化物が実質的に成長しない第２の温度以下である、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項３】
前記基板は、ハンドル層と絶縁層とデバイス層とがこの順に積層された積層基板であり、
前記デバイス層は前記シリコン層であり、チョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されたシリコン基板を用いて形成されている、請求項１または２に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項４】
前記シリコン層は、所定の濃度の酸素を含有しており、前記所定の濃度は、５×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項５】
積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上であるシリコン層を有する基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程で準備された前記基板を加工してＭＥＭＳデバイスを得る加工工程と、を少なくとも備えたＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項６】
析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下であるシリコン層を有する基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程で準備された前記基板を加工してＭＥＭＳデバイスを得る加工工程と、を少なくとも備えたＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項７】
析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下で、かつ積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上であるシリコン層を有する基板を準備する基板準備工程と、
前記基板準備工程で準備された前記基板を加工してＭＥＭＳデバイスを得る加工工程と、を少なくとも備えたＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項８】
前記基板準備工程の後に行われる工程において、前記シリコン層に加えられる温度は、シリコン単結晶中における格子間酸素原子の拡散流速が格子間シリコン原子の拡散流速よりも大きく、かつ前記シリコン層に含まれる析出酸化物が実質的に成長しない第２の温度以下である、請求項５ないし７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項９】
前記基板は、ハンドル層と絶縁層とデバイス層とがこの順に積層された積層基板であり、
前記デバイス層は前記シリコン層であり、チョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されたシリコン基板を用いて形成されている、請求項５ないし８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記加工工程は、
前記シリコン層を加工するためのマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、
前記マスクパターンを用いて前記シリコン層をパターニングするシリコン層加工工程と、を少なくとも含む、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記ＭＥＭＳデバイスは、電流が流れることで発熱し、所定の方向に発熱温度に応じて変位する熱式アクチュエータと、該熱式アクチュエータに連結された被駆動部材と、を少なくとも備える、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１２】
シリコン層を有する基板と、
前記基板に形成された固定部と、
前記固定部に連結される一方、電流が流れることで発熱し、所定の方向に発熱温度に応じて変位する熱式アクチュエータと、
前記熱式アクチュエータに連結された被駆動部材と、を少なくとも備え、
前記シリコン層の析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下であり、
前記熱式アクチュエータを構成する部材が前記シリコン層である、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項１３】
シリコン層を有する基板と、
前記基板に形成された固定部と、
前記固定部に連結される一方、電流が流れることで発熱し、所定の方向に発熱温度に応じて変位する熱式アクチュエータと、
前記熱式アクチュエータに連結された被駆動部材と、を少なくとも備え、
前記シリコン層の積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上であり、
前記熱式アクチュエータを構成する部材が前記シリコン層である、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項１４】
シリコン層を有する基板と、
前記基板に形成された固定部と、
前記固定部に連結される一方、電流が流れることで発熱し、所定の方向に発熱温度に応じて変位する熱式アクチュエータと、
前記熱式アクチュエータに連結された被駆動部材と、を少なくとも備え、
前記シリコン層の析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下で、かつ積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上であり、
前記熱式アクチュエータを構成する部材が前記シリコン層である、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項１５】
前記基板は、ハンドル層と絶縁層とデバイス層とがこの順に積層された積層基板であり、
前記デバイス層は前記シリコン層であり、チョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されたシリコン基板を用いて形成されている、請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１６】
前記シリコン層は、所定の濃度の酸素を含有しており、前記所定の濃度は、５×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲である、請求項１２ないし１５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１７】
前記被駆動部材を構成する部材は前記シリコン層を含む、請求項１２ないし１６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１８】
請求項１２ないし１７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスと、
前記固定部上に配設され、前記熱式アクチュエータの両端部にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２電極と、を備え、
前記被駆動部材で光路を遮断及び開通させるシャッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスの製造方法、ＭＥＭＳデバイス及びそれを用いたシャッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳデバイス（Micro Electro Mechanical Systems）を用いて光路を変更する光学装置が知られている。特許文献１には、基板表面において、離間して固定された光導波路の間に、熱式アクチュエータに連結され基板表面と平行な方向に移動可能な別の光導波路を配置し、熱式アクチュエータの駆動により、固定して配置された光導波路間の光路を切り替える技術が開示されている。なお、上記のＭＥＭＳデバイスは、２つのシリコン単結晶層の間にシリコン酸化膜層を有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて製造されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，２９８，９５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般に、ＭＥＭＳデバイスの製造に用いられるＳＯＩ基板として、製造コスト等の観点から、シリコン基板の表面に形成された酸化層に別のシリコン基板を貼り合わせて形成される、いわゆる貼り合わせＳＯＩ基板が多用されている。また、同様に、製造コスト等の観点から、これらのシリコン基板はチョクラルスキー（ＣＺ）法を用いて製造される。【０００５】
しかし、このようなＳＯＩ基板を出発基材として特許文献１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを作製すると、シリコン層に含有される酸素濃度及びＳＯＩ基板作製時あるいはＭＥＭＳデバイスの製造時の熱処理条件によっては、シリコン層内に高密度で析出酸化物が形成され、この析出酸化物に起因した転位が発生することがある。この転位がシリコン層内に高密度で発生することにより、熱式アクチュエータを長期間使用した場合に塑性変形を生じるおそれがあった。また、このような塑性変形に起因して、ＭＥＭＳデバイス、ひいてはシャッタ装置の動作信頼性が低下するおそれがあった。【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリコン層内での析出酸化物に起因した転位の形成が抑制された高信頼性のＭＥＭＳデバイス及びそのようなＭＥＭＳデバイスを備えたシャッタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、シリコン単結晶中における格子間シリコン原子の拡散流速が格子間酸素原子の拡散流速よりも大きい第１の温度でシリコン層を有する基板を熱処理する熱処理工程と、前記熱処理工程の後に前記基板を加工してＭＥＭＳデバイスを得る加工工程と、を少なくとも備えている。【０００８】
この方法によれば、シリコン層での析出酸化物の生成を抑制して、その密度を低下することができる。このことにより、析出酸化物に起因した転位の発生を抑制して、ＭＥＭＳデバイスの動作信頼性を高めることができる。【０００９】
また、本発明に係るＭＥＭＳデバイスは、シリコン層を有する基板と、前記基板に形成された固定部と、前記固定部に連結される一方、電流が流れることで発熱し、所定の方向に発熱温度に応じて変位する熱式アクチュエータと、前記熱式アクチュエータに連結された被駆動部材と、を少なくとも備え、前記シリコン層の析出酸化物密度が５×１０5個／ｃｍ２以下であり、前記熱式アクチュエータを構成する部材が前記シリコン層である。【００１０】
この構成によれば、シリコン層を構成部材とする熱式アクチュエータの長期間使用時の塑性変形を抑制して、ＭＥＭＳデバイスの動作信頼性を高めることができる。【００１１】
本発明に係るシャッタ装置は、上記のＭＥＭＳデバイスと、前記固定部上に配設され、前記熱式アクチュエータの両端部にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２電極と、を備え、前記被駆動部材で光路を遮断及び開通させる。【００１２】
この構成によれば、ＭＥＭＳデバイスの動作信頼性を高められるため、それを有するシャッタ装置自体の動作信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、シリコン層における転位の発生を抑制して、ＭＥＭＳデバイスの動作信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るシャッタ装置の平面図である。
【図２】シャッタ装置の、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図３】駆動状態のシャッタ装置の平面図である。
【図４Ａ】ＳＯＩ基板の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図４Ｂ】ＳＯＩ基板の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図４Ｃ】ＳＯＩ基板の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図５Ａ】シャッタ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図５Ｂ】シャッタ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図５Ｃ】シャッタ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図５Ｄ】シャッタ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図６】熱酸化工程での熱処理温度を変えた場合の析出酸化物密度、積層欠陥密度及びＨＴＯＬ試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００１６】
（実施形態）
［シャッタ装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るシャッタ装置１の平面図を、図２は、シャッタ装置１の、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図を示す。なお、図面に描かれた各部材の寸法、厚さ、細部の詳細形状などは実際のものとは異なることがある。
【００１７】
シャッタ装置１は、固定部２と、固定部２に連結された第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４と、第１端部５ａ及び第２端部５ｂを有し、第１端部５ａが第１アクチュエータ３に連結された第１ビーム５と、第３端部６ｂ及び第４端部６ｃを有し、第３端部６ｂが第２アクチュエータ４に連結された第２ビーム６と、第１ビーム５の第２端部５ｂと第２ビーム６の第４端部６ｃとに連結された被駆動部材７と、第１電極１０１と、第２電極１０２とを備えている。
【００１８】
以下、説明の便宜上、第１ビーム５の長手方向をＸ方向、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４の長手方向をＹ方向、シャッタ装置１の厚さ方向をＺ方向と称する。なお、Ｘ方向において、図１における左側を単に左側、図１における右側を単に右側と称することもある。Ｙ方向において、図１における上側を単に上側、図１における下側を単に下側と称することもある。Ｚ方向において、図２における上側を上面、図２における下側を下面と称することもある。また、第１ビーム５の第１端部５ａや第２ビーム６の第３端部６ｂを基端、第１ビーム５の第２端部５ｂや第２ビーム６の第４端部６ｃを先端と称することもある。
【００１９】
シャッタ装置１は、いわゆるＭＥＭＳシャッタであって、半導体微細加工技術を応用したマイクロマシニング技術で製造されている。シャッタ装置１は、ＳＯＩ基板２００を用いて製造されている。ＳＯＩ基板２００は、単結晶シリコンで形成された第１シリコン層２１０と、ＳｉＯ２で形成された酸化膜層２２０と、単結晶シリコンで形成された第２シリコン層２３０とがこの順で積層されて構成されている。
【００２０】
このように、シャッタ装置１において、固定部２、第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、第１ビーム５、第２ビーム６、及び被駆動部材７は、シリコン素材で一体成形され、変位拡大機構１０（ＭＥＭＳデバイス）を構成している。なお、酸化膜層２２０及び第２シリコン層２３０は固定部２を構成する第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２の下面にのみ残され、可動部材である第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、第１ビーム５、第２ビーム６、及び被駆動部材７の下面の酸化膜層２２０及び第２シリコン層２３０は後述する製造過程において除去される。
【００２１】
図１に示すように、例えば、シャッタ装置１は平面視で矩形の全体形状を有している。固定部２は、そのような平面視矩形のシャッタ装置１の全体形状を形成するフレームである。固定部２は、Ｙ方向に対向して配置された第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２を備えている。
【００２２】
なお、固定部２は、第１シリコン層２１０において第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２の２つのパーツに分かれているが、酸化膜層２２０及び第２シリコン層２３０では１つに繋がっている。このため、第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２の相対位置は固定されており、第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２で可動部材を支持することができる。
【００２３】
さらに、第１ベース部材２１の第１凹部２１ａと第２ベース部材２２の第３凹部２２ａとは開口が互いに対向する位置に配置され、第１アクチュエータ３を配置するためのＹ方向に長い概略矩形の開口部２０Ｌを形成している。同様に、第１ベース部材２１の第２凹部２１ｂと第２ベース部材２２の第４凹部２２ｂとは開口が互いに対向する位置に配置され、第２アクチュエータ４を配置するためのＹ方向に長い概略矩形の開口部２０Ｒを形成している。
【００２４】
このように、固定部２は、可動部材の可動域を確保しつつできるだけ広い面積を占めるような形状にされていることで、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４を支持するフレームとして必要な高い剛性を確保している。
【００２５】
第１アクチュエータ３は、並列配置された２つのアクチュエータ３１，３１を備えている。２つのアクチュエータ３１，３１は、Ｙ方向に伸びた棒状の熱式アクチュエータである。後述するように、アクチュエータ３１，３１は、第１シリコン層２１０をパターニングするとともに、その下方に位置する酸化膜層２２０と第２シリコン層２３０を除去することで得られている。また、アクチュエータ３１，３１自体に電流を流すことで発生するジュール熱により自身の温度が上昇し、この温度上昇に応じて所定の方向にアクチュエータ３１，３１が湾曲する。また、第１アクチュエータ３の第１端部３ｂから第２端部３ｃへの長手方向の略中央の中間部３ａにおいて互いに連結されている。このように、２つのアクチュエータ３１，３１が中間部３ａにおいて連結されていることで、２つのアクチュエータ３１，３１の各駆動力が結合されて第１アクチュエータ３は大きな駆動力を発揮することができる。後述するように、第１アクチュエータ３は通電による加熱で熱膨張して駆動力を発生させる。
【００２６】
２つのアクチュエータ３１，３１の第１端部３ｂ，３ｂは、第１ベース部材２１の第１凹部２１ａの底面部分において第１ベース部材２１に連結されている。２つのアクチュエータ３１，３１の第２端部３ｃ，３ｃは、第２ベース部材２２の第３凹部２２ａの底面部分において第２ベース部材２２に連結されている。
【００２７】
厳密に言うと、第１アクチュエータ３は、Ｙ方向に一直線に伸びているわけではなく、中間部３ａがその駆動方向であるＸ方向左側に突出するようにわずかに屈曲、あるいは全体的にＸ方向左側に膨らむようにわずかに湾曲している。
【００２８】
第２アクチュエータ４は、並列配置された２つのアクチュエータ４１，４１を備えている。２つのアクチュエータ４１，４１は、Ｙ方向に伸びた棒状の部材であり、第１アクチュエータ３１，３１と同様の熱式アクチュエータである。第２アクチュエータ４の第１端部４ｂから第２端部４ｃへの長手方向の略中央の中間部４ａにおいて互いに連結されている。このように、２つのアクチュエータ４１，４１が中間部４ａにおいて連結されていることで、２つのアクチュエータ４１，４１の各駆動力が結合されて第２アクチュエータ４は大きな駆動力を発揮することができる。後述するように、第２アクチュエータ４は通電による加熱で熱膨張して駆動力を発生させる。
【００２９】
２つのアクチュエータ４１，４１の第１端部４ｂ，４ｂは、第１ベース部材２１の第２凹部２１ｂの底面部分において第１ベース部材２１に連結されている。２つのアクチュエータ４１，４１の第２端部４ｃ，４ｃは、第２ベース部材２２の第４凹部２２ｂの底面部分において第２ベース部材２２に連結されている。
【００３０】
厳密に言うと、第２アクチュエータ４は、Ｙ方向に一直線に伸びているわけではなく、中間部４ａがその駆動方向であるＸ方向右側に突出するようにわずかに屈曲、あるいは全体的にＸ方向右側に膨らむようにわずかに湾曲している。また、上記のように、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４がその駆動方向に対して屈曲あるいは湾曲していることにより、加熱による熱膨張時に、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４が駆動方向と反対側に屈曲あるいは湾曲することがない。従って、駆動方向に向かって第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４を確実に屈曲あるいは湾曲させることができる。
【００３１】
このように、第１アクチュエータ３はシャッタ装置１においてＸ方向左側に配置され、第２アクチュエータ４はシャッタ装置１においてＸ方向右側に配置され、第１アクチュエータ３と第２アクチュエータ４とは平面視で対向している。
【００３２】
対向し合う第１アクチュエータ３と第２アクチュエータ４との間に被駆動部材７が配置されている。また、被駆動部材７には第１ビーム５及び第２ビーム６が連結されている。被駆動部材７は、ＭＥＭＳデバイス１０を構成する他の部材よりも薄く形成されている。これにより、被駆動部材７の質量を小さくして共振周波数を高くしている。また、被駆動部材７の表面全体に金属膜７１、例えば、Ａｕ／Ｔｉ膜が形成されている。当該シャッタ装置１において、被駆動部材７は、図略の光路を遮断及び開通させるシャッタとして機能する。したがって、被駆動部材７は、当該光路の断面よりも一回り大きい平面形状、具体的は円形に形成されている。また、第１ビーム５及び第２ビーム６と被駆動部材７との連結部分には図示しない放熱部が形成されており、第１アクチュエータ３の駆動時に第１アクチュエータ３で発生して第１アクチュエータ３から第１ビーム５を経由して伝わってくる熱、及び／又は、第２アクチュエータ４の駆動時に第２アクチュエータ４で発生して第２アクチュエータ４から第２ビーム６を経由して伝わってくる熱を放熱する役割をする。
【００３３】
第１ビーム５は、Ｘ方向に伸びた棒状の部材である。第１ビーム５の第１端部５ａは、第１アクチュエータ３の中間部３ａに連結されている。第１ビーム５の第２端部５ｂは、被駆動部材７に連結されている。
【００３４】
第２ビーム６は、折り返し構造を有する部材であり、第２アクチュエータ４の中間部４ａから第１アクチュエータ３の中間部３ａの近傍まで伸びる第１部材６１と、該第１部材６１の端部６ａから第２アクチュエータ４の方へ折り返された第２部材６２とを備えている。第２ビーム６の第３端部６ｂ（すなわち、第１部材６１側の基端）は、第２アクチュエータ４の中間部４ａに連結されている。第２ビーム６の第４端部６ｃ（すなわち、第２部材６２側の先端）は、被駆動部材７に連結されている。
【００３５】
第２部材６２は、第１部材６１の端部６ａからＸ方向に伸びた、第１ビーム５とほぼ同じ細さの棒状の部材である。第２部材６２は、第１ビーム５に対してＹ方向のわずかに下側において第１ビーム５と並列に配置されている。なお、以降の説明も含めて「第１ビーム５と第２ビームの第２部材６２とが並列（に）配置されている」とは、第１ビーム５と第２ビームの第２部材６２とが略平行関係を保って配置されているということである。また、第１ビーム５と第２ビーム６の第２部材６２とが互いに並列に配置された部分５６を並列配置部５６と称することがある。すなわち、第１ビーム５と第２ビーム６の第２部材６２とは並列して同じ方向から被駆動部材７に連結されている。言いかえると、第１ビーム５の先端側が図示しない放熱部で折り返されることにより、第１ビーム５及び第２ビーム６と被駆動部材７との連結部分において、第１ビーム５と第２ビーム６の第２部材６２とが並列に配置される。
【００３６】
第１部材６１は、被駆動部材７を迂回するような例えば鈎状の形状を有する部材である。また、第１部材６１は、第２部材６２よりも弾性率が高くなるように高弾性領域を少なくとも一部に有し、例えば幅広に形成されている。後述するように、第２ビーム６が第２アクチュエータ４により駆動されても、第１部材６１はほとんど弾性変形せずに鈎状の形状を留めて第２アクチュエータ４の駆動力を第２部材６２へと伝達する。その他、当該高弾性領域は、第１部材６１の一部を第２部材６２よりも厚くしたり、第１部材６１の一部に金属膜を成膜するなどしてもよい。なお、本実施形態の第２アクチュエータ４をなくし、第２ビーム６が固定部２に直接連結されていてもよく、具体的には、第２ビーム６を第２部材６２のみで構成し、当該第２部材６２の第４端部６ｃとは反対側の端部が固定部２（第１ベース部材２１又は第２ベース部材２２）に直接連結されていてもよい。その場合、当該第２部材６２が略直線の状態又は若干の曲率を有した状態で固定部２に直接連結されていてもよいし、当該第２部材６２の第４端部６ｃとは反対側の端部付近が折り曲げられたのち固定部２と連結されていてもよい。
【００３７】
第１電極１０１は、第１ベース部材２１の上面に形成された金属膜、例えば、Ａｕ／Ｔｉ膜である。
【００３８】
第２電極１０２は、第２ベース部材２２の上面に形成された金属膜、例えば、Ａｕ／Ｔｉ膜である。
【００３９】
［シャッタ装置の動作］
続いて、このように構成されたシャッタ装置１の動作について説明する。図３は、駆動状態のシャッタ装置１の平面図を示す。
【００４０】
シャッタ装置１は、第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧を印加することで駆動される。第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧が印加されると、第１ベース部材２１及び第２ベース部材２２を通じて第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４に電流が流れる。このとき、シリコン素材でできた第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４にジュール熱が発生し、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４は一瞬のうちに４００〜５００℃に加熱される。
【００４１】
第１アクチュエータ３は、加熱されることにより全長が伸びるように熱膨張する。第１アクチュエータ３の第１端部３ｂ及び第２端部３ｃは固定部２により位置が固定されているため、中間部３ａはあらかじめ突出している方向であるＸ方向左側へ押し出される。
【００４２】
第２アクチュエータ４もまた、加熱されることにより全長が伸びるように熱膨張する。第２アクチュエータ４の第１端部４ｂ及び第２端部４ｃは固定部２により位置が固定されているため、中間部４ａはあらかじめ突出している方向であるＸ方向右側へ押し出される。
【００４３】
第１アクチュエータ３の中間部３ａがＸ方向左側へ押し出されると、それに連結されている第１ビーム５が全体的にＸ方向左側へ引っ張られる。また、第２アクチュエータ４の中間部４ａがＸ方向右側へ押し出されると、それに連結されている第２ビーム６が全体的にＸ方向右側へ引っ張られる。
【００４４】
すなわち、第１ビーム５の第１端部５ａ及び第２ビーム６の第２端部６ｂは、互いに遠ざかる方向に相対位置が変化する。
【００４５】
第２ビーム６が全体的にＸ方向右側へ引っ張られても、第２ビーム６の第１部材６１はほとんど弾性変形しないため、第２ビーム６による引っ張り力のほとんどは端部６ａに集中して第２部材６２をＸ方向右側へ押し出す力に変化する。この結果、並列配置された第１ビーム５及び第２ビーム６の第２部材６２において、第１ビーム５がＸ方向左側へ引っ張られ、第２ビーム６の第２部材６２がＸ方向右側へ押し出されることで、第１ビーム５の第２端部５ｂ及び第２ビーム６の第４端部６ｃがＸＹ平面上で左斜め上へ駆動され、第１ビーム５及び第２ビーム６の第２部材６２はそれぞれ異なる曲率で大きく湾曲又は屈曲し、第２ビーム６の第４端部６ｃが被駆動部材７を押す一方、第１ビーム５の第２端部５ｂが被駆動部材７を引くことで、第２ビーム６の第１部材６１は第３端部６ｂを軸としてＸＹ平面上で反時計回りに若干回転して、被駆動部材７は、図５に示したようなＸＹ平面上の位置へ押し出される。また、本実施形態のように、第２アクチュエータ４を複数のアクチュエータを連結して構成することで、第２アクチュエータ４を１つのアクチュエータで構成する場合と比較して、第２ビーム６の第１部材６１が第３端部６ｂを軸としたＸＹ平面上での反時計回りの回転剛性を高めることができる。
【００４６】
一方、第１電極１０１と第２電極１０２との間で電圧が印加されなくなると、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４に電流が流れなくなり、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４は急速に自然冷却され、それまで伸びていた全長が元に戻る。このとき、Ｘ方向左側へ押し出されていた第１アクチュエータ３の中間部３ａはＸ方向右側へ引き戻され、また、Ｘ方向右側へ押し出されていた第２アクチュエータ４の中間部４ａはＸ方向左側へ引き戻される。
【００４７】
第１アクチュエータ３の中間部３ａがＸ方向右側へ引き戻されると、それに連結されている第１ビーム５が全体的にＸ方向右側へ引き戻される。また、第２アクチュエータ４の中間部４ａがＸ方向左側へ引き戻されると、それに連結されている第２ビーム６が全体的にＸ方向左側へ引き戻される。
【００４８】
すなわち、第１ビーム５の第１端部５ａ及び第２ビーム６の第２端部６ｂは、互いに近づく方向に相対位置が変化する。
【００４９】
第２ビーム６が全体的にＸ方向左側へ引き戻されても、第２ビーム６の第１部材６１はほとんど弾性変形しないため、第２ビーム６による引き込み力のほとんどは端部６ａに集中して第２部材６２をＸ方向左側へ引っ張る力に変化する。この結果、並列配置された第１ビーム５及び第２ビーム６の第２部材６２において、第１ビーム５がＸ方向右側へ押し込まれ、第２ビーム６の第２部材６２がＸ方向左側へ引っ張られることで、第１ビーム５の第２端部５ｂ及び第２ビーム６の第４端部６ｃがＸＹ平面上で右斜め下へ押し戻され、湾曲又は屈曲していた第１ビーム５及び第２ビーム６の第２部材６２は元の略直線状に戻り、第２ビーム６の第１部材６１は第３端部６ｂを軸としてＸＹ平面上で時計回りに若干回転して元の位置に戻り、被駆動部材７は、図１に示したようなＸＹ平面上の位置に戻る。
【００５０】
なお、第１ビーム５が被駆動部材７を押す一方、第２ビーム６が被駆動部材７を引くようにしてもよい。
【００５１】
上記のように、電極１０１及び電極１０２への電圧印加（シャッタ装置１の駆動状態）及び解除（シャッタ装置１の被駆動状態）を切り替えることで、ＸＹ平面上における被駆動部材７の位置が図５及び図１に示したように切り替わる。図１に示した被駆動部材７又は図５に示した被駆動部材７に重なるように図略の光路が配置されており、被駆動部材７の位置が図５及び図１に示したように切り替わることで、被駆動部材７は、図略の光路を遮断及び開通させるシャッタとして機能する。被駆動部材７が第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４によって駆動されていない位置で図略の光路を遮断し、駆動された位置で当該光路を開通させてもよいし、逆に、被駆動部材７が第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４によって駆動されていない状態で図略の光路を開通し、駆動された位置で当該光路を遮断させてもよい。また、シャッタは、光路を遮断及び開通させる以外にも光路の一部を遮断及び開通させる光減衰器を含む概念である。
【００５２】
［本願発明に到った知見］
図１，２に示すシャッタ装置１に関して高温動作寿命試験（High Temperature Operating Life Test；以下、ＨＴＯＬ試験という）を行った場合に、不良となる頻度が製品ロットによって大きくばらつき、その場合の主たる不良モードが第１及び／または第２アクチュエータ３，４の動作不良であることを本願発明者等は突き止めた。
【００５３】
さらに解析を進めていくと、不良と判定されたシャッタ装置１において、第１及び／または第２アクチュエータ３，４が塑性変形していることが分かった。また、この場合、第１シリコン層２１０にシリコン酸化物が高密度で析出していることがわかった。このことから、ＳＯＩ基板２００の製造工程またはシャッタ装置１の製造工程において、ＳＯＩ基板２００の熱処理時に、第１及び／または第２アクチュエータ３，４を構成する第１シリコン層２１０中にシリコン酸化物の析出物（以下、析出酸化物という）が生成されていると推定された。また、同数のシリコン原子を含む場合、シリコン酸化物の体積はシリコン単結晶の体積よりも大きくなる。析出酸化物生成時の体積膨張に起因して第１シリコン層２１０中に転位が発生し、転位密度が一定値以上に高くなることで、第１及び／または第２アクチュエータ３，４の塑性変形が引き起されていると推定された。
【００５４】
一般に、固体結晶での塑性変形は、結晶内に存在する転位、特にその密度やサイズに大きく依存することが分かっている。熱膨張によって第１及び／または第２アクチュエータ３，４が変形した状態が長時間保持される状態では、第１及び／または第２アクチュエータ３，４を構成する第１シリコン層２１０に応力が加わった状態が維持される。また、第１及び／または第２アクチュエータ３，４の加熱と冷却とが頻繁に繰り返される状態であると、第１及び／または第２アクチュエータ３，４を構成する第１シリコン層２１０に加わる応力の変化が大きくなる。いずれの場合にも、第１シリコン層２１０に高密度で転位が形成されていると、応力による結晶内での転位の移動が促進され、第１及び／または第２アクチュエータ３，４の塑性変形が引き起こされると考えられた。
【００５５】
そこで、本願発明者等は、まず第１に、第１シリコン層２１０中の酸素濃度を低減することで不良発生を低減できないかを検討した。酸素濃度を低くできれば、当然に析出酸化物密度を低減できる。しかし、製造コストの観点から、第１シリコン層は、ＣＺ法により作製されたシリコン基板（以下、ＣＺ−シリコン基板という）を用いて形成されるのが一般的であり、ＣＺ法では、石英製のるつぼ等から酸素がシリコン融液中に取り込まれてシリコン単結晶中に格子間酸素元素として残存してしまうことが知られている。一般的なＣＺ−シリコン基板中の酸素濃度は、５×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３程度である。シリコン基板中の酸素濃度を、この値以下、例えば、１×１０１７／ｃｍ３以下に低減するためには、フローティングゾーン法によりシリコン基板を作製するか、あるいは、ＣＺ−シリコン基板上にエピタキシャル成長法によってシリコン単結晶層を成長させ、このシリコン単結晶層を第１シリコン層２１０として用いる等の方法が考えられる。
【００５６】
しかし、いずれの方法もＣＺ法に比べてシリコン基板の製造コストが高価であり、安価に作製することが求められるＭＥＭＳデバイスに適用するのは難しい。
【００５７】
そこで、析出酸化物に起因した転位の発生密度が低減できないかを検討した。析出酸化物は、シリコン単結晶中に含まれる格子間酸素原子とシリコン原子とが化学結合して発生し、シリコン単結晶に加えられる温度によって、析出酸化物の密度や形状やサイズが変化することがわかっている。例えば、末岡氏第１論文（Journal of Applied Physics, 1993, vol.74, p.5437−5444）にその挙動が詳述されている。
【００５８】
不良と判定されたシャッタ装置１においては、ＳＯＩ基板２００の製造工程またはシャッタ装置１の製造工程において、ＳＯＩ基板２００の熱処理時に、析出酸化物の密度が高くなるとともに、そのサイズが大きくなり、析出酸化物の周囲での体積が大きく変化していると考えられる。これに起因して、高密度の転位発生を引き起こしていると考えられる。
【００５９】
一方、上記の末岡氏第１論文には、シリコン単結晶中の格子間酸素原子の挙動に関する知見も記述されており、この点に本願発明者等は着目した。当該知見によれば、１０００℃を境にシリコン単結晶中の格子間酸素原子と格子間シリコン原子の拡散係数が逆転することがわかっている。このことに鑑みると、１０００℃以下では、格子間酸素原子の拡散流速が格子間シリコン原子の拡散流速よりも大きくなる一方、１０００℃を超えると、格子間シリコン原子の拡散流速が格子間酸素原子の拡散流速よりも大きくなると推定される。ここで、拡散流速とは、単位時間に単位面積を通過する原子の量を示し、単位は、例えば、ｍｏｌ／ｃｍ２・ｓで表わされる。
【００６０】
この知見をもとに、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０を含むシャッタ装置１の製造工程における熱処理温度を適切に制御することにより、析出酸化物及びそれに起因する転位の発生を抑制し、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０及びシャッタ装置１の信頼性不良が低減できることを本願発明者等は見いだした。以下に詳述する。
【００６１】
［ＳＯＩ基板の製造方法及びシャッタ装置の製造方法］
図４Ａ〜４Ｃは、本実施形態に係るＳＯＩ基板の製造方法の各工程での断面図を示し図５Ａ〜５Ｄは、シャッタ装置の製造方法の一工程の各工程での断面図を示す。
【００６２】
まず、シャッタ装置１の基材となるＳＯＩ基板２００の製造方法について述べる。前述したように、ＭＥＭＳデバイス１０を作製するにあたって、コスト抑制の観点から貼り合わせＳＯＩ基板が一般に用いられる。
【００６３】
図４Ａに示すように、デバイス基板１１０とベース基板１３０とを準備する。デバイス基板１１０、ベース基板１３０ともにＣＺ法で作製されており、所定の濃度、例えば、前述した５×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３程度の濃度の酸素を含有している。デバイス基板１１０は表面に酸化膜層１２０が形成されている。酸化膜層１２０は、水蒸気を含む雰囲気中でデバイス基板１１０を熱酸化（以下、ウェット酸化という）して形成されている。酸化膜層１２０の膜厚は１μｍ以上であり、ウェット酸化時の熱処理温度は１０５０℃程度である。さらに、デバイス基板１１０とベース基板１３０とを洗浄して各々の表面を清浄にする。
【００６４】
次に、図４Ｂに示すように、デバイス基板１１０の主面とベース基板１３０の主面とを室温で貼り合わせて両者を接合させる。さらに、この状態で、所定の温度での熱処理を行う。この熱処理によりデバイス基板１１０とベース基板１３０との接合が強固なものとなる。熱処理は非酸化性雰囲気中で行われ、熱処理温度は、例えば、９９０℃程度である。
【００６５】
図４Ｃに示すように、ベース基板１３０に貼り合わされたデバイス基板１１０を厚さ方向で分割し、ベース基板１３０上にデバイス基板１１０の一部１４０が残るようにする。デバイス基板１１０の一部１４０を研磨し、そのうちのシリコン単結晶層が所望の厚さになるように調整する。デバイス基板１１０を厚さ方向で分割せずに研磨してシリコン単結晶層が所望の厚さになるように調整してもよい。
【００６６】
このようにして、ＳＯＩ基板２００が得られる。デバイス基板１１０の一部１４０のうちのシリコン単結晶層がデバイス層である第１シリコン層２１０に、酸化膜層１２０がＢｏｘ層である酸化膜層２２０に、ベース基板１３０がハンドル層である第２シリコン層２３０にそれぞれ相当する。
【００６７】
続いて、シャッタ装置１の製造方法について説明する。なお、図５Ａ〜５Ｅに示す各製造工程の断面図は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図に対応する。
【００６８】
図４Ａ〜４Ｃに示す方法により作製したＳＯＩ基板２００を用意する。例えば、デバイス層２１０の厚さは３０μｍ、Ｂｏｘ層２２０の厚さは１μｍ、ハンドル層２３０の厚さは２５０μｍである。図５Ａに示すように、ＳＯＩ基板２００をウェット酸化して、第１シリコン層２１０の表面に酸化膜層２４０を形成する。熱酸化時の処理温度は１０００℃よりも高くなるようにし、例えば、１０５０℃で熱酸化処理を行う。また、酸化膜層２４０の厚さが数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度になるように熱酸化が行われる。なお、酸化膜層２４０は、後述する第１シリコン層２１０のエッチング時にエッチングマスクとして必要な厚さがあればよい。なお、以降の説明において、図５Ａに示す工程、すなわち、ＳＯＩ基板２００を用意し、ウェット酸化するまでの工程を基板準備工程と呼ぶことがある。
【００６９】
図５Ｂに示すように、フォトリソグラフィー法により、図示しないレジストパターンを酸化膜層２４０の表面に形成し、レジストパターンをマスクとして酸化膜層２４０をエッチングし、マスクパターン２４１を得る。
【００７０】
次に、図５Ｃに示すように、マスクパターン２４１をエッチングマスクとして、デバイス層である第１シリコン層２１０をエッチングして、第１シリコン層２１０に、固定部２、第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、第１ビーム５、第２ビーム６、及び被駆動部材７からなる変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０の原型を一体形成する。なお、図５Ｃでは、便宜上、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０の一部のみ描かれている。また、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０を一体形成した後に、マスクパターン２４１は除去される。
【００７１】
特に、被駆動部材７は、他の部材よりもエッチング回数を１回多くして、厚さが７μｍ程度になるように薄く形成される。つまり、図示しないが、被駆動部材７の厚さは第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、第１ビーム５及び第２ビーム６の厚さよりも薄い。さらに、第１ベース部材２１の表面に第１電極１０１が形成され、第２ベース部材２２の表面に第２電極１０２が形成され、被駆動部材７の表面に金属膜７１が形成される。電極１０１，１０２及び金属膜７１は、例えば、厚さ２０ｎｍのＴｉ及び厚さ３００ｎｍのＡｕからなるＡｕ／Ｔｉ膜である。
【００７２】
図５Ｄに示すように  デバイス層である第１シリコン層２１０にシャッタ装置１の原形が形成されると、次に、デバイス層２１０にワックス（図示せず）でダミーウエハー（図示せず）を貼り合わせてシャッタ装置１の裏面の層、すなわち、Ｂｏｘ層２２０及びハンドル層２３０をエッチング処理する。このエッチング処理により、固定部２にはＳＯＩ基板２００、この場合、デバイス層２１０とＢｏｘ層２２０とハンドル層２３０との積層構造が残され、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０における可動部材である第１アクチュエータ３、第２アクチュエータ４、第１ビーム５、第２ビーム６、及び被駆動部材７にはデバイス層である第１シリコン層２１０のみが残される。
【００７３】
最後に、ワックス（図示せず）及びダミーウエハー（図示せず）を除去してシャッタ装置１が完成する。
【００７４】
［熱処理温度と析出酸化物等の密度及び不良発生頻度との関係］
本願発明者等は、前述の末岡氏第１論文に開示された知見から、下記の仮説を導き出した。
【００７５】
まず、ＣＺ−シリコン基板を１０００℃以下の温度で熱処理すると、シリコン中の格子間酸素原子が、近傍のシリコン原子と化学結合して微小なシリコン酸化物の核が生成される。また、この温度域では、格子間酸素原子のほうが格子間シリコン原子よりも動きやすくなるため、格子間酸素原子が熱拡散して上記の核と結合、成長して析出酸化物となり、さらにそのサイズが大きくなる。また、析出酸化物の成長により、その周囲での格子歪みも大きくなる。この格子歪みに起因してシリコン単結晶中に転位が生成される。また、析出酸化物の発生密度に応じて転位密度も高くなり、前述したように、シリコン単結晶層である第１シリコン層２１０からなる第１及び／または第２アクチュエータ３，４の塑性変形、ひいてはシャッタ装置１の信頼性不良を引き起こす。
【００７６】
一方、ＣＺ−シリコン基板を１０００℃よりも高温で熱処理すると、析出酸化物が生成されるのは上記の場合と同じであるが、この温度域では、格子間シリコン原子のほうが格子間酸素原子よりも動きやすくなるため、析出酸化物は上記に比べてあまり成長せず、また発生密度も低くなる。このため、析出酸化物に起因した転位の発生密度も低く抑えられ、第１及び／または第２アクチュエータ３，４の塑性変形を防止し、シャッタ装置１の信頼性不良を低減できると考えた。
【００７７】
そこで、本願発明者等は、図５Ａ〜図５Ｄに示すシャッタ装置１の製造工程において、図５Ａに示す熱酸化工程に注目し、この処理温度を変えて、析出酸化物密度やシャッタ装置１の不良発生頻度を確認することとした。その結果、積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上の場合、シャッタ装置１の不良の発生頻度が低く、積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上、５×１０４個／ｃｍ２以下の場合、より不良の発生頻度が低い傾向にあった。また、析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下の場合、不良の発生頻度が低く、析出酸化物密度が１×１０５個／ｃｍ２以下の場合、より不良の発生頻度が低い傾向にあった。さらに、積層欠陥密度および析出酸化物密度に関して上記の条件の両方を満たす場合には、いずれか一方の条件を満たす場合よりも不良の発生頻度が低い傾向にあり、これらの条件は任意に組合せが可能である。
【００７８】
図６は、図５Ａに示す熱酸化工程での熱処理温度を変えた場合の析出酸化物密度及び積層欠陥密度、さらにシャッタ装置１のＨＴＯＬ試験結果の一例を示す。なお、図６において、析出酸化物及び積層欠陥の観察及び密度の導出は、ＳＯＩ基板２００を熱酸化した後の状態で行っており、シャッタ装置１を直接解析したものではない。また、図６において、Ｗｒｉｇｈｔエッチング液に含浸して形成した第１シリコン層２１０中のエッチピットの形状を観察し、析出酸化物起因の欠陥に対応するエッチピットの個数を光学顕微鏡の所定の面積の視野内で求めて析出酸化物密度を導出した。また、実際の欠陥の種類や形状、サイズは光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて確認した。同様に、積層欠陥の有無や密度及びサイズは光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて確認した。また、ＨＴＯＬ試験で不良と判定された製品個数の割合が所定値以下であれば合格（Ｏ．Ｋ．）と判定し、その割合が所定値を越えていれば不合格（Ｎ．Ｇ．）と判定している。
【００７９】
図６に示すように、一方、熱処理温度が１０００℃と低い場合（条件Ａ）には、析出酸化物密度が１×１０６個／ｃｍ２を超えており、ＨＴＯＬ試験での評価結果はＮ．Ｇ．であった。また、熱処理温度が１１００℃と１０００℃を超える場合（条件Ｂ）では、析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下であり、ＨＴＯＬ試験での評価結果はＯ．Ｋ．であった。熱処理温度が１２００℃と１０００℃を超える場合（条件Ｃ〜Ｅ）には、析出酸化物密度が５×１０４個／ｃｍ２よりも小さく、ＨＴＯＬ試験での評価結果はＯ．Ｋ．であった。
【００８０】
末岡氏第２論文（末岡浩治「CZ-Si単結晶中の酸化物析出と酸化誘起積層欠陥に関する研究」、京都大学博士論文、１９９７年、ｐ．２）によれば、低温（６５０℃−１０５０℃）でシリコン単結晶中に析出する析出酸化物の形状は板状となり、高温（１０００℃−１２５０℃）でシリコン単結晶中に析出する析出酸化物の形状は孤立多面体となる。また、末岡氏第２論文に開示されたこれら析出酸化物のＴＥＭ明視野像を比較すると、板状の析出酸化物の周囲では、シリコン単結晶中に歪みが生じているのに対し、孤立多面体形状の析出酸化物の周囲ではこのような歪みは確認されていない。この知見から推測すると、条件Ａでの熱処理によって発生する析出酸化物は条件Ｂ〜Ｅに比べて高密度であるだけでなく、その形状も異なっており、板状であると考えられる。前述したとおり、板状の析出酸化物が発生すると、その周囲の格子歪みが大きくなるため転位が発生しやすくなる。一方、条件Ｂ〜Ｅでの熱処理では、孤立多面体形状の析出酸化物は発生するが、その周囲の格子歪みは小さく、条件Ａに比べて転位の密度が小さくなるものと推測された。
【００８１】
また、析出酸化物とは別に、第１シリコン層２１０中には積層欠陥が存在しており、熱処理温度が１０００℃である条件Ａでは、積層欠陥が所定の視野内での顕微鏡観察では見られていないのに対し、熱処理温度が１１００℃である条件Ｂでは、積層欠陥密度は５×１０４個／ｃｍ２よりも大きく、熱処理温度が１２００℃である条件Ｃ〜Ｅでは、積層欠陥密度は１×１０４個／ｃｍ２よりも大きい値となっていた。
【００８２】
一般に知られるように、積層欠陥は、単結晶中の結晶格子面において原子の周期的配列が一部乱れて生じる欠陥である。一方、転位は、結晶格子の原子配列のずれが線状になっている欠陥である。条件Ａにおいては、熱酸化中に、析出酸化物の周囲に存在するシリコン原子と、熱拡散により移動してきた格子間酸素原子とが結合し、析出酸化物の成長と第１シリコン層２１０中での転位の発生が進行するのに対し、格子間シリコン原子は主に析出酸化物の発生と成長に消費されるため、積層欠陥はほとんど増えないと考えられる。
【００８３】
一方、条件Ｂ〜Ｅにおいては、格子間シリコン原子が格子間酸素原子よりも移動しやすい温度であるため、格子間シリコン原子は格子間酸素原子と結合して析出酸化物に取り込まれることなく、その周囲を移動する。降温過程において、格子間シリコン原子が結晶格子面間の不規則な位置に配置されることで、熱処理温度が１０００℃の場合（条件Ａ）よりも積層欠陥の発生数が増加したものと考えられる。また、積層欠陥は転位と相互作用し、結晶中での転位の移動を抑制することが知られている。条件Ｂ〜Ｅにおいて、条件ＡよりもＨＴＯＬ試験での評価結果が良好であったのは、条件Ａよりも高密度で発生した積層欠陥も影響していると考えられる。以上の結果を総合すると、前述の仮説が正しいことが検証された。
【００８４】
［効果等］
以上説明したように、本実施形態において、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０を含むシャッタ装置１を製造するために、１０００℃よりも高温、すなわち、シリコン単結晶中における格子間シリコン原子の拡散流速が格子間酸素原子の拡散流速よりも大きい温度で第１シリコン層２１０を有するＳＯＩ基板２００を熱酸化する熱酸化工程と、熱酸化工程の後にＳＯＩ基板２００を加工する加工工程と、が少なくとも行われる。
【００８５】
また、析出酸化物密度に着目して言えば、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０を含むシャッタ装置１を製造するために、析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下である第１シリコン層２１０を有するＳＯＩ基板２００を準備する基板準備工程と、当該基板準備工程の後にＳＯＩ基板２００を加工する加工工程と、が少なくとも行われる。
【００８６】
別の見方をすると、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０を含むシャッタ装置１を製造するために、積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上である第１シリコン層２１０を有するＳＯＩ基板２００を準備する基板準備工程と、当該基板準備工程の後にＳＯＩ基板２００を加工する加工工程と、が少なくとも行われる。また、析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下で、かつ積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上である第１シリコン層２１０を有するＳＯＩ基板２００を準備する基板準備工程と、当該基板準備工程の後にＳＯＩ基板２００を加工する加工工程と、が少なくとも行われるとも言える。
【００８７】
１０００℃よりも高温でＳＯＩ基板２００を熱酸化することにより、デバイス層である第１シリコン層２１０内での析出酸化物の生成を抑制して、その密度を低下することができる。このことにより、析出酸化物に起因した転位の発生を抑制して、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０中の可動部である第１及び第２アクチュエータ３，４を長期間使用したときの塑性変形を抑制できる。その結果、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０、ひいてはシャッタ装置１の動作信頼性を高めることができる。なお、析出酸化物の生成抑制及び発生密度低下のみを鑑みれば、この熱処理温度は、１０００℃を越えていればシリコンの融点である１４１０℃近傍でもよいが、実際には、１３００℃を越えると基板の反りが増大したり、新たな結晶欠陥が発生したりするため、１２７０℃以下にするのが好ましい。
【００８８】
また別の言い方をすると、析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下か、積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上か、あるいはその両方の条件を満たす第１シリコン層２１０を有するＳＯＩ基板２００を準備し、これを加工して変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０を得ることで、析出酸化物に起因した転位の発生及び／または転位の移動を抑制して、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０における可動部である第１及び第２アクチュエータ３，４の塑性変形を抑制できる。その結果、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０、ひいてはシャッタ装置１の動作信頼性を高めることができる。
【００８９】
また、近年、貼り合わせ法によりＳＯＩ基板２００を作製するにあたって、貼り合わせ強度を確保しつつ、基板の反りや金属不純物の拡散を低減するため、貼り合わせ後の熱処理温度を低温化する傾向にある。この時に選択される温度域は、１０００℃近傍で、かつ１０００℃よりも低温であることが多くなってきている。
【００９０】
しかし、貼り合わせ温度を１０００℃よりも低くすると、第２シリコン層２１０内での析出酸化物密度が高くなり、析出酸化物に起因した転位の発生密度も高くなることは、前述した通りである。従って、本実施形態に示す熱酸化工程または基板準備工程を経ることで、１０００℃以下の温度で最終的な熱処理がなされて作製されたＳＯＩ基板２００を用いてシャッタ装置１を製造しても、第１及び第２アクチュエータ３，４の長期間使用時の塑性変形を抑制して、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０、ひいてはシャッタ装置１の動作信頼性を高めることができる。
【００９１】
また、図５Ａに示すウェット酸化工程後に、言いかえると、基板準備工程後に、析出酸化物が高密度で発生したり、それに起因した転位が高密度で発生したりすると、第１及び第２アクチュエータ３，４の塑性変形を抑制できず、シャッタ装置１の動作信頼性は低下してしまう。そのため、ウェット酸化工程の後で行われる工程において、析出酸化物が実質的に成長しないようにする必要がある。具体的には、ウェット酸化工程の後（基板準備工程の後）で行われる工程において、第１シリコン層２１０を含むＳＯＩ基板２００に加えられる温度は、１０００℃よりも低い温度、つまり、シリコン単結晶中における格子間酸素原子の拡散流速が格子間シリコン原子の拡散流速よりも大きい温度であり、かつ第１シリコン層２１０に含まれる析出酸化物が実質的に成長しない温度以下にする必要があり、前述の末岡氏第１及び第２論文を参照すると、６００℃以下にする必要がある。ただし、同論文に開示された知見によれば、ＳＯＩ基板２００に加えられる温度が７００℃であっても、析出酸化物が成長するには数十時間〜数百時間かかるため、７００℃以下の処理であれば、処理時間に留意しつつ、シャッタ装置１の製造工程に組み込むことができる。
【００９２】
デバイス層である第１シリコン層２１０が、ＣＺ−シリコン基板を用いて形成されていることにより、ＳＯＩ基板２１０のコストを低減でき、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０、ひいてはシャッタ装置１の製造コストを低減することができる。
【００９３】
また、第１シリコン層２１０をウェット酸化して酸化膜層２４０を形成する場合、前述の加工工程は、第１シリコン層２１０を加工するためのマスクパターン２４１を形成するマスクパターン形成工程と、マスクパターン２４１を用いて第１シリコン層２１０をパターニングするシリコン層加工工程と、を少なくとも含むことになる。
【００９４】
半導体微細加工技術において、シリコン酸化膜のパターニングは技術的に確立しており、また、低コストで行うことのできる工程でもある。このように、酸化膜層２４０を用いることで、後に続く第１シリコン層２１０のエッチングにおいて、十分なエッチング耐性を有するマスクパターン２４１を形成することができる。前述したように、第１シリコン層２１０の厚さは３０μｍ程度あり、レジストからなるマスクパターンでは、第１シリコン層２１０のエッチング時にマスクパターンの形状が変化するか、パターン自体が消失してしまい、所望の形状に第１シリコン層２１０を加工できなくなることがあるからである。なお、第１シリコン層２１０の厚さが上記の値よりも薄ければ、例えば、数μｍ程度であれば、レジストからなるマスクパターン用いて第１シリコン層２１０をパターニングしてもよい。
【００９５】
また、ＳＯＩ基板２００に対して上記の熱酸化工程の代わりに、非酸化性雰囲気中あるいは微量の酸化性気体を含む雰囲気中で熱処理を行う場合もあり得る。例えば、第１シリコン層２１０中にｐ型あるいはｎ型不純物が高濃度に含まれており、熱処理によってこれら不純物を活性化し、第１シリコン層２１０の電気抵抗率を下げたい場合等がこれにあたる。この場合も、シリコン単結晶中における格子間シリコン原子の拡散流速が格子間酸素原子の拡散流速よりも大きい温度で熱処理を行うことで、第１及び第２アクチュエータ３，４の塑性変形を抑制して、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０、ひいてはシャッタ装置１の動作信頼性を高めることができる。
【００９６】
また、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１０は、第１シリコン層２１０を有するＳＯＩ基板２００と、ＳＯＩ基板２００に形成された固定部２と、固定部２に連結される一方、電流が流れることで発熱し、所定の方向に発熱温度に応じて変位する熱式アクチュエータである第１及び第２アクチュエータ３，４と、第１及び第２アクチュエータ３，４に連結された第１及び第２ビーム５，６と被駆動部材７と、を少なくとも備えている。また、第１シリコン層２１０の析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下であるか、第１シリコン層２１０の積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上であるか、あるいはその両方の条件を満たしている。
【００９７】
ＭＥＭＳデバイス１０を上記の構成とすることで、第１シリコン層２１０を構成部材とする熱式アクチュエータである第１及び第２アクチュエータ３，４の塑性変形を抑制して、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０の動作信頼性を高めることができる。
【００９８】
また、本実施形態に係るシャッタ装置１は、上記の特徴を有する変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０と、固定部２上に配設され、第１及び第２アクチュエータ３，４のそれぞれの両端部３ｂ，３ｃ，４ｂ，４ｃに電気的に接続された第１及び第２電極１０１，１０２と、を備え、被駆動部材７で光路を遮断及び開通させている。
【００９９】
シャッタ装置１を上記の構成とすることで、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０の動作信頼性を高め、ひいてはシャッタ装置１自体の動作信頼性を高めることができる。
【０１００】
なお、図３に示すように、シャッタ装置１の動作中に、第１及び第２アクチュエータ３，４だけでなく、第１及び第２ビーム５，６も大きく湾曲し、応力が加わっている。また、前述したように、第１及び第２アクチュエータ３，４の駆動時には、これらから第１及び第２ビーム５，６にそれぞれ熱が伝搬している。さらに、第１及び第２ビーム５，６も、第１及び第２アクチュエータ３，４と同様に第１シリコン層２１０で構成されている。
【０１０１】
つまり、前述した本実施形態の製造方法を行うことで、第１及び第２アクチュエータ３，４だけでなく、第１及び第２ビーム５，６の塑性変形も抑制でき、その結果、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０、ひいてはシャッタ装置１の動作信頼性を高めることができる。また、本実施形態に係る変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０及びシャッタ装置１において、第１及び第２ビーム５，６の塑性変形を抑制して、変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０、ひいてはシャッタ装置１の動作信頼性を高めることができる。
【０１０２】
また、本実施形態に係る変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）１０によれば、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４が固定部２に連結されており、第１ビーム５の第１端部５ａが第１アクチュエータ３に連結されており、第２ビーム６の第３端部６ｂが第２アクチュエータ４に連結されており、被駆動部材７が第１ビーム５の第２端部５ｂと第２ビーム６の第４端部６ｃとに連結されており、第１ビーム５が第２端部５ｂから第１ビーム５の延在方向に被駆動部材７を引く一方、第２ビーム６が第４端部６ｃから第２ビーム６の延在方向に被駆動部材７を押すことでこれら２つのビーム５，６に連結された被駆動部材７が駆動される。すなわち、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４にそれぞれ駆動される第１ビーム５及び第２ビーム６の駆動力が足し合わされて被駆動部材７が駆動される。したがって、駆動部材である第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４のわずかな変位で被駆動部材７を大きく変位させることができる。
【０１０３】
また、前記シャッタ装置１は、第１電極１０１と第２電極１０２との間に電圧が印加されると第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４に電流が流れ、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４が加熱されて熱変形することで第１ビーム５及び第２ビーム６が駆動されてこれら２つのビーム５，６に連結された被駆動部材７が駆動される。したがって、第１電極１０１と第２電極１０２との間に低い電圧の印加で被駆動部材７を大きく変位させることができる。
【０１０４】
（その他の実施形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記の実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。また、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるべきとの認定をするべきではない。
【０１０５】
なお、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４をそれぞれ１つのアクチュエータから構成してもよい。また、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４の大きさや構造は同じである必要はなく互いに違えてもよい。例えば、第１アクチュエータ３を１つのアクチュエータから構成し、第２アクチュエータ４を２つのアクチュエータから構成するなど、第１アクチュエータ３および第２アクチュエータ４を構成するアクチュエータの数が異なっていてもよい。また、第１アクチュエータ３を構成する部材の長さと第２アクチュエータ４を構成する部材の長さが異なっていてもよい。また、第１アクチュエータ３および第２アクチュエータ４のうちいずれか一方のみを駆動させることで被駆動部材７を駆動させてもよい。また、第１アクチュエータ３及び第２アクチュエータ４のいずれか一方を省略してもよい。その場合は、省略されていないアクチュエータに連結されたビームのみに放熱構造を有するようにしてもよい。
【０１０６】
また、上記実施形態において、シャッタ装置１に含まれる変位拡大機構１０をＭＥＭＳデバイスの一例として説明したが、本発明に係るＭＥＭＳデバイスはこれに特に限定されず、自身に電流が流れることでジュール熱により発熱し、発熱温度に応じて所定の方向に変位する熱式アクチュエータと、この熱式アクチュエータに連結された被駆動部材とを備えていればよい。また、上記の「熱式アクチュエータに連結された被駆動部材」には、図１〜３に示す被駆動部材７だけでなく、第１及び第２ビーム５，６が含まれていることは言うまでもない。
【０１０７】
また、本発明に係るＭＥＭＳデバイスは、上記実施形態に示したシャッタ装置１以外についても適用可能である。例えば、熱式アクチュエータによってミラーを傾動させ、ミラーに入射する光の向きを変更する光路変更装置や、ミラーの代わりに波長選択フィルタを設けて、熱式アクチュエータによってこれを傾動させることで、フィルタの上面に入射した光を変調して所定の波長の光をフィルタの下面から出射させる波長選択フィルタ装置に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法によれば、ＭＥＭＳデバイスを構成するシリコン層での転位の発生を抑制できるため、ＭＥＭＳデバイスの動作信頼性を高められ、可動部を有するＭＥＭＳデバイスに適用する上で特に有用である。
【符号の説明】
【０１０９】
１              シャッタ装置
２              固定部
１０            変位拡大機構（ＭＥＭＳデバイス）
２１            第１ベース部材
２２            第２ベース部材
２３            第３ベース部材
３              第１アクチュエータ
３ａ            中間部
３ｂ            第１端部
３ｃ            第２端部
４              第２アクチュエータ
４ａ            中間部
４ｂ            第１端部
４ｃ            第２端部
５              第１ビーム
５６            並列配置部
５ａ            第１端部
５ｂ            第２端部
６              第２ビーム
６ｂ            第３端部
６ｃ            第４端部
７              被駆動部材
８              連結部材
１０１          第１電極
１０２          第２電極
２００          ＳＯＩ基板（基板）
２１０          第１シリコン層
２２０          酸化膜層
２３０          第２シリコン層
【図１】
2019187844.tif 000003
【図２】
2019187844.tif 000004
【図３】
2019187844.tif 000005
【図４Ａ】
2019187844.tif 000006
【図４Ｂ】
2019187844.tif 000007
【図４Ｃ】
2019187844.tif 000008
【図５Ａ】
2019187844.tif 000009
【図５Ｂ】
2019187844.tif 000010
【図５Ｃ】
2019187844.tif 000011
【図５Ｄ】
2019187844.tif 000012
【図６】
2019187844.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月8日(2019.7.8)
【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】
シリコン単結晶中における格子間シリコン原子の拡散流速が格子間酸素原子の拡散流速よりも大きい第１の温度でシリコン層を有する基板を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後に前記基板を加工してＭＥＭＳデバイスを得る加工工程と、を少なくとも備えたＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２】
前記熱処理工程の後に行われる工程において、前記シリコン層に加えられる温度は、シリコン単結晶中における格子間酸素原子の拡散流速が格子間シリコン原子の拡散流速よりも大きく、かつ前記シリコン層に含まれる析出酸化物が実質的に成長しない第２の温度以下である、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項３】
前記基板は、ハンドル層と絶縁層とデバイス層とがこの順に積層された貼り合わせ基板であり、
前記デバイス層は前記シリコン層であり、チョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されたシリコン基板を用いて形成されている、請求項１または２に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項４】
前記シリコン層は、所定の濃度の酸素を含有しており、前記所定の濃度は、５×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項５】
積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上であるシリコン層を有する基板を準備する基板準備工程をさらに備え、
前記加工工程において、前記基板準備工程で準備された前記基板を加工して前記ＭＥＭＳデバイスを得る、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項６】
析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下であるシリコン層を有する基板を準備する基板準備工程をさらに備え、
前記加工工程において、前記基板準備工程で準備された前記基板を加工して前記ＭＥＭＳデバイスを得る、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項７】
析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下で、かつ積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上であるシリコン層を有する基板を準備する基板準備工程をさらに備え、
前記加工工程において、前記基板準備工程で準備された前記基板を加工して前記ＭＥＭＳデバイスを得る、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項８】
前記基板準備工程の後に行われる工程において、前記シリコン層に加えられる温度は、シリコン単結晶中における格子間酸素原子の拡散流速が格子間シリコン原子の拡散流速よりも大きく、かつ前記シリコン層に含まれる析出酸化物が実質的に成長しない第２の温度以下である、請求項５ないし７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項９】
前記基板は、ハンドル層と絶縁層とデバイス層とがこの順に積層された貼り合わせ基板であり、
前記デバイス層は前記シリコン層であり、チョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されたシリコン基板を用いて形成されており、
前記基板準備工程の後に行われる工程において、前記シリコン層に加えられる温度は、シリコン単結晶中における格子間酸素原子の拡散流速が格子間シリコン原子の拡散流速よりも大きく、かつ前記シリコン層に含まれる析出酸化物が実質的に成長しない第２の温度以下である、請求項５ないし７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記シリコン層は、所定の濃度の酸素を含有しており、前記所定の濃度は、５×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲である、請求項５ないし９のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記加工工程は、
前記シリコン層を加工するためのマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、
前記マスクパターンを用いて前記シリコン層をパターニングするシリコン層加工工程と、を少なくとも含み、
前記マスクパターンには、前記熱処理工程で前記基板の表面に形成された熱酸化膜が含まれる、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記ＭＥＭＳデバイスは、電流が流れることで発熱し、所定の方向に発熱温度に応じて変位する熱式アクチュエータと、該熱式アクチュエータに連結された被駆動部材と、を少なくとも備える、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法
【請求項１３】
シリコン層を有する基板と、
前記基板に形成された固定部と、
前記固定部に連結される一方、電流が流れることで発熱し、所定の方向に発熱温度に応じて変位する熱式アクチュエータと、
前記熱式アクチュエータに連結された被駆動部材と、を少なくとも備え、
前記シリコン層の析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下であり、
前記熱式アクチュエータを構成する部材が前記シリコン層である、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項１４】
シリコン層を有する基板と、
前記基板に形成された固定部と、
前記固定部に連結される一方、電流が流れることで発熱し、所定の方向に発熱温度に応じて変位する熱式アクチュエータと、
前記熱式アクチュエータに連結された被駆動部材と、を少なくとも備え、
前記シリコン層の積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上であり、
前記熱式アクチュエータを構成する部材が前記シリコン層である、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項１５】
シリコン層を有する基板と、
前記基板に形成された固定部と、
前記固定部に連結される一方、電流が流れることで発熱し、所定の方向に発熱温度に応じて変位する熱式アクチュエータと、
前記熱式アクチュエータに連結された被駆動部材と、を少なくとも備え、
前記シリコン層の析出酸化物密度が５×１０５個／ｃｍ２以下で、かつ積層欠陥密度が１×１０４個／ｃｍ２以上であり、
前記熱式アクチュエータを構成する部材が前記シリコン層である、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項１６】
前記基板は、ハンドル層と絶縁層とデバイス層とがこの順に積層された貼り合わせ基板であり、
前記デバイス層は前記シリコン層であり、チョクラルスキー（ＣＺ）法により製造されたシリコン基板を用いて形成されている、請求項１３ないし１５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１７】
前記シリコン層は、所定の濃度の酸素を含有しており、前記所定の濃度は、５×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲である、請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１８】
前記被駆動部材を構成する部材は前記シリコン層を含む、請求項１３ないし１７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１９】
請求項１３ないし１８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスと、
前記固定部上に配設され、前記熱式アクチュエータの両端部にそれぞれ電気的に接続された第１及び第２電極と、を備え、
前記被駆動部材で光路を遮断及び開通させるシャッタ装置。
【国際調査報告】
2019187844.tif 000014
2019187844.tif 000015
2019187844.tif 000016
2019187844.tif 000017