JP2004141995A - マイクロマシンおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】マイクロマシンにおけるビームの支持部が立設された下地層の影響を抑制し、ビームの支持部の高さを均一にすることで、この支持部の強度を均一にするマイクロマシンおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、下部電極１４との間に空隙部１５を有して配設されたビーム１３と、ビーム１３の表面に形成された上部電極１２とを備えたマイクロマシンにおいて、下部電極１４は絶縁膜２１に達する第１の開口パターン１４ａを有し、第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上にビーム１３の支持部１７が立設されていることを特徴とするマイクロマシンおよびその製造方法である。
【選択図】 図１
【解決手段】絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、下部電極１４との間に空隙部１５を有して配設されたビーム１３と、ビーム１３の表面に形成された上部電極１２とを備えたマイクロマシンにおいて、下部電極１４は絶縁膜２１に達する第１の開口パターン１４ａを有し、第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上にビーム１３の支持部１７が立設されていることを特徴とするマイクロマシンおよびその製造方法である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロマシンおよびその製造方法であって、特にＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）デバイス等に適用される光を干渉、回折し、変調する光変調素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、超小型電気的・機械的複合体）素子（以下、ＭＥＭＳ素子と言う）が注目されている。
ＭＥＭＳ素子はシリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体の駆動を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更には機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動出力は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われることが一般的である。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子の一例として、光変調器として開発されたＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）デバイスを例に挙げ、その構造を説明する。
【０００４】
図７（ａ）は、ＭＥＭＳ素子３０によって構成されるＧＬＶデバイスの構造を説明する斜視図であり、図７（ｂ）はＭＥＭＳ素子の構造を示すＡ−Ａ´断面の要部拡大図である。
図７（ａ）に示すように、ＧＬＶデバイスは複数個のＭＥＭＳ素子３０が並列して密に配置されたデバイスであり、このＭＥＭＳ素子３０は、上面に光反射面を有する静電駆動型のビーム１３を備えた、ＭＯＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）と称されているものである。
このようなＭＥＭＳ素子３０からなるＧＬＶデバイスは、共通基板である基板１０と、共通電極である下部電極１４とを備え、下部電極１４上に並列されブリッジ状に配置された複数のビーム１３とビーム１３の表面に形成された上部電極１２とを備えている。
【０００５】
ここで、図７（ｂ）の断面図に示すように、このＭＥＭＳ素子３０におけるビーム１３は、その端部が下部電極１４上に保護膜２２を介して配置されたブリッジ形状に形成されており、その表面には光反射膜としての機能も有する上部電極１２が形成されている。
ビーム１３は下部電極１４に対向して所定間隔の空隙部１５を有した状態で、下部電極１４に対して平行に上部電極１２を支持するものである。
ビーム１３表面の上部電極１２と下部電極１４とは、この間に設けられた空隙部１５、保護膜２２およびビーム１３により電気的に絶縁されている。
【０００６】
このビーム１３の端部の内側にはビーム１３と一体で形成された支持部１７が下部電極１４上に保護膜２２を介して立設されており、この支持部１７はブリッジ状のビーム１３を下部電極１４側から支持している。
支持部１７はビーム１３の高さやビーム１３を駆動させた場合の可動部分の長さおよび位置を規定するために形成され、支持部１７を形成せずにビーム１３の端部で支持するよりも共振周波数等の機械特性を安定させることができる。
【０００７】
このようなＭＥＭＳ素子３０は、下部電極１４とビーム１３表面側の上部電極１２との間に電圧を印加すると、図７（ａ）に示すように、静電現象によって支持部１７よりも内側のビーム１３が下部電極１４に向かって接近し、また、電圧の印加を停止すると、離間して元の状態に戻る。
ＧＬＶデバイスはこのようなＭＥＭＳ素子３０が並列して複数配置されており、下部電極１４に対するビーム１３の接近、離間の動作により、上部電極１２の高さを変えて、回折格子を形成し、反射する光の強度を変調して光変調素子として機能する。
【０００８】
次に、上述したようなＧＬＶデバイスに用いられるＭＥＭＳ素子の製造方法を図８、図９の製造工程断面図を用いて説明する。
まず始めに、図８（ａ）に示すように、例えばシリコン基板（Ｓｉ基板）からなる基板２０上に例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜２１を形成する。その後、絶縁膜２１上に下部電極１４を形成する。下部電極１４にはタングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）等の高融点金属や多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）が用いられる。
【０００９】
次に、図８（ｂ）に示すように、下部電極１４の表面に酸化膜からなる保護膜２２を形成する。この保護膜２２は後述する工程で犠牲層を除去する際の保護膜として機能する。
そして、図８（ｃ）に示すように、保護膜２２上に例えばａ−Ｓｉ膜またはＰｏｌｙ−Ｓｉ膜からなる犠牲層２３を形成し、レジストパターン（図示せず）をマスクに用いて、下部電極１４の形成領域よりも内側に犠牲層２３が形成されるようにパターニングするとともに、後述する工程でビームの支持部を形成する領域の犠牲層２３に、保護膜２２に達する開口パターン２３ｂを形成する。
【００１０】
次に、図８（ｄ）に示すように、この犠牲層２３を覆うように保護膜２２上に例えばＳｉＮ膜からなるビーム材料層を成膜し、開口パターン２３ｂを含んだ帯状にパターニングする。これにより、保護膜２２との間に犠牲層２３を有したブリッジ形状のビーム１３を形成するとともに、開口部２３ｂの内壁に沿って保護膜２２上にビーム１３と一体に形成された支持部１７を形成する。
続いて、図９（ｅ）に示すように、ビーム１３の表面に例えばＡｌからなる上部電極１２を形成する。
【００１１】
次に、図９（ｆ）に示すように、犠牲層２３（前記図９（ｅ）参照）をビーム１３および保護膜２２に対して選択的に除去することにより、ビーム１３と保護膜２２との間に空隙部１５を形成する。
これにより、下部電極１４上に保護膜２２を介して支持部１７が立設され、ブリッジ形状のビーム１３はこの支持部１７によって支持される。
【００１２】
このようにして、絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、下部電極１４上に保護膜２２を介してブリッジ状に形成され、並列して配置された複数のビーム１３と複数のビーム１３の表面に形成された上部電極１２とを備えたＭＥＭＳ素子３０からなるＧＬＶデバイスを製造する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０の要部拡大図に示すように、上述した製造方法では、下部電極１４の表面に凹凸が存在していると、レンズ効果によって凸部４１の幅が拡大されていき、結果として上部電極１２の表面に大きな凸部４１ａが形成される。このような凹凸の制御には下部電極の形成方法や形成後の温度履歴のコントロールが必要であった。
【００１４】
ビーム１３における支持部１７の下部に凸部４１が発生した場合、この上にビーム１３および上部電極１２を順次形成すると、凸部４１の拡大により、凸部４１上に形成された支持部１７の高さが部分的に短くなり、この部分の支持部１７の強度が強くなるという現象が生じていた。特に、下部電極１４と上部電極１２間に電圧を印加して、ビーム１３を下部電極１４側に接近させた場合は、支持部１７間に引っ張り応力が生じることから、支持部１７の強度が部分的に変化することにより、ビーム１３の変形具合が変化したり、ビーム１３にねじれが発生したりするという問題があった。
【００１５】
ＧＬＶデバイスにおける一部のＭＥＭＳ素子３０のビーム１３で上記のように支持部１７の強度が部分的に変化すると、ビーム１３表面の光反射膜も兼ねた上部電極１２によって形成される回折格子による回折光の強度が変化することとなるため、コントラストが悪化し、光学デバイスとしての特性を十分に満たせなくなるという課題があった。
【００１６】
本発明は上述したようにビームの支持部の高さを均一にすることで、支持部の強度を均一にし、ディスプレイ表示装置としての特性を向上させるマイクロマシンおよびその製造方法を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明のマイクロマシンは、基板上に形成された下部電極と、下部電極との間に空隙を有して配設されたビームと、ビームの表面に形成された上部電極とを備えたマイクロマシンにおいて、下部電極は基板に達する開口パターンを有し、この開口パターン内の基板上にビームの支持部が立設されていることを特徴としている。
【００１８】
このようなマイクロマシンによれば、ビームの支持部が下部電極に形成された開口パターン内の基板上に立設されていることから、下部電極の表面に凹凸があったとしても、この凹凸の影響を受けることなく、ビームの支持部の高さを均一にすることができる。このため、支持部の強度を均一にすることができる。
したがって、このようなマイクロマシンに電圧を印加して、上部電極が形成されたビームを下部電極側に接近させた場合でも、ビームの変形具合が変化したり、ビームにねじれが生じたりすることなく、変形時のビームの高さを制御することができる。
【００１９】
また、本発明におけるマイクロマシンの第１の製造方法は、基板上に第１の開口パターンを有する下部電極を形成する工程と、下部電極を覆うように前記基板上に犠牲層を形成する工程と、犠牲層を下部電極と重なるようにパターニングするとともに、第１の開口パターン上の犠牲層に基板に達する第２の開口パターンを形成する工程と、犠牲層を覆うように基板上にビーム材料層を成膜した後、第２の開口パターンを含んだ帯状にビーム材料層をパターニングすることによって、下部電極上に犠牲層を介してビームを形成するとともに、第２の開口パターン内の基板上にビームと一体に形成された支持部を形成する工程と、ビームの表面に上部電極を形成する工程と、犠牲層を除去することによって、下部電極とビームとの間に空隙を設けるとともに支持部を第１の開口パターン内の基板上に立設することを特徴としている。
【００２０】
このようなマイクロマシンの製造方法によれば、下部電極における第１の開口パターン上の犠牲層に形成した第２の開口パターン内の基板上にビームの支持部が形成される。そして、犠牲層を除去することにより、ビームの支持部が第１の開口パターン内の基板上に立設される。これにより、下部電極の表面に凹凸が形成されたとしても、ビームの支持部は基板上に立設されるため、凹凸の影響を受けることなくビームの支持部を形成することができる。よって、ビームの支持部の高さを均一にすることができ、支持部の強度を均一にすることができる。
【００２１】
また、本発明におけるマイクロマシンの第２の製造方法によれば、基板上に下部電極を形成する工程と、下部電極上に犠牲層を形成した後、マスクパターンをマスクに用いて、犠牲層および下部電極をパターニングするとともに、この犠牲層および下部電極に基板に達する開口パターンを形成する工程と、パターニングされた犠牲層および下部電極を覆うように、基板上にビーム材料層を成膜した後、開口パターンを含んだ帯状にパターニングすることによって、下部電極上に犠牲層を介してビームを形成するとともに、開口パターン内の基板上にビームと一体に形成された支持部を形成する工程と、ビームの表面に上部電極を形成する工程と、犠牲層を除去して下部電極とビームとの間に空隙を設けるともに支持部を開口パターン内の基板上に立設する工程とを有することを特徴としている。
【００２２】
このようなマイクロマシンの製造方法によれば、犠牲層および下部電極に基板に達する開口パターンを形成し、開口パターン内の基板上にビームの支持部を形成して犠牲層を除去することにより、ビームの支持部が開口パターン内の基板上に立設されることから、上述した第１の製造方法と同様の効果を奏する。
また、この方法によれば、支持部の基板側は開口パターンの内壁の一部である下部電極で支持された状態となる。これにより、支持部をより安定的に形成することができる。
さらに、犠牲層および下部電極を同一工程で除去して開口パターンを形成することから、第１の開口パターンおよび第２の開口パターンを形成する第１の製造方法よりも工程負荷の大きいリソグラフィ工程が少なく、生産性により優れている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明における第１実施形態のマイクロマシン（以下、ＭＥＭＳ素子３１とする）の断面図を図１に示す。本実施形態では例えばＧＬＶデバイスに用いられるＭＥＭＳ素子３１について説明する。
従来の技術と同一の構成要素には同一の番号を付して説明する。
本実施形態におけるＭＥＭＳ素子３１は絶縁膜２１が形成された基板２０と、絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、絶縁膜２１上にブリッジ状に形成されたビーム１３と、ビーム１３の表面に形成された上部電極１２とから構成される。
【００２４】
図１に示すように、基板２０は例えばシリコン基板からなり、その上には例えばＳｉＯ２からなる絶縁膜２１が形成されている。
ここで、基板２０から絶縁膜２１までが請求項１記載の基板に相当する。
また、下部電極１４は例えばＷ、Ｃｒ等の高融点金属またはＰｏｌｙ−Ｓｉからなり絶縁膜２１上に形成されている。下部電極１４はその端部側に絶縁膜２１に達する第１の開口パターン１４ａを有し、下部電極１４の表面は酸化膜からなる保護膜２２で覆われている。
【００２５】
ビーム１３は例えばＳｉＮからなり、その端部は下部電極１４の外側の絶縁膜２１上に配置され、ブリッジ形状に形成されている。また、ビーム１３の表面には光反射膜としての機能も有する例えばＡｌからなる上部電極１２が形成されている。
ビーム１３表面の上部電極１２と下部電極１４とは、この間に設けられた空隙部１５、保護膜２２およびビーム１３によって電気的に絶縁されており、ビーム１３は下部電極１４に対向して所定間隔の空隙部１５を有して配置され、下部電極１４に対して平行に上部電極１２を支持している。
【００２６】
このビーム１３の支持部１７はビーム１３と一体に形成され、下部電極１４における第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に第１の開口パターン１４ａの内壁から離間した状態で立設されている。
なお、ここでは支持部１７が下部電極１４を覆う保護膜２２から離間した状態で立設されていることとしたが、第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に立設されていれば、保護膜２２と接していてもよい。
また、ここではビーム１３の端部が絶縁膜２１上に配置されることとしたが、本発明はこれに限定されず、支持部１７が絶縁膜２１上に配置されていればよく、その端部は保護膜２２を介した下部電極１４上に配置されていてもよい。
【００２７】
このようなマイクロマシンによれば、ビーム１３の支持部１７が第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に立設されている。これにより、下部電極１４の表面に凹凸のある場合でも、ビーム１３の支持部１７は絶縁膜２１上に配置されており、ＳｉＯ２からなる絶縁膜２１の表面は高融点金属またはＰｏｌｙ−Ｓｉからなる下部電極１４の表面と比較して凹凸が少ないことから、支持部１７が下部電極１４上に保護膜２２を介して立設される場合と比較して、支持部１７の高さを均一にすることができ、これにより支持部１７の強度を均一にすることができる。
【００２８】
したがって、このようなＭＥＭＳ素子３１に電圧を印加して、ビーム１３を下部電極１４側に接近させた場合に、支持部１７の強度を均一にできるので、ビーム１３の変形具合が変化したり、ビーム１３にねじれが生じたりすることなく、ビーム１３の変形時の高さを制御することができる。
また、このようなＭＥＭＳ素子３１が用いられたＧＬＶデバイスでは複数のビーム１３の支持部１７の強度を均一にすることができるため、ビーム１３表面の上部電極１２により形成される回折格子による回折光の強度をより確実に制御することが可能である。
【００２９】
上述したようなＭＥＭＳ素子は例えば次のような方法により製造することができる。本実施形態においてはＧＬＶデバイスに用いられるＭＥＭＳ素子の製造方法を例にとって説明する。
図２〜図３に本実施形態におけるＭＥＭＳ素子の製造工程断面図を示す。
【００３０】
まず始めに、図２（ａ）に示すように、例えばシリコン基板からなる半導体基板２０上に絶縁膜２１を成膜する。
その後、絶縁膜２１上に、例えば高融点金属膜またはＰｏｌｙ−Ｓｉ膜からなる下部電極１４を形成し、レジストパターン（図示せず）をマスクに用いて、絶縁膜２１よりも内側に下部電極１４が形成されるようにパターニングする。また、後述する工程でビームの支持部を形成する領域の下部電極１４に、絶縁膜２１に達するとともに支持部の径よりも大きい径の第１の開口パターン１４ａを形成する。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、下部電極１４の表面に例えばＳｉＯ２からなる保護膜２２を形成する。この保護膜２２は後述する工程で犠牲層を除去する際に下部電極１４を保護するために形成するものであり、犠牲層を除去する際に下部電極１４に影響を与えることなく犠牲層を選択的に除去することができれば、保護膜２２を形成しなくてもよい。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示すように、保護膜２２を覆うように絶縁膜２１上に例えばａ−Ｓｉ膜またはＰｏｌｙ−Ｓｉ膜からなる犠牲層２３を成膜する。そして、レジストパターンをマスクに用いて、例えば下部電極１４よりも内側に形成されるように犠牲層２３をパターニングするとともに、第１の開口パターン１４ａ上の犠牲層２３に、絶縁膜２１に達する第２の開口パターン２３ａを形成する。
この第２の開口パターン２３ａの径が後述する工程で形成するビームの支持部の径となることから、ビームを支持可能な強度を有する径に適宜設定する。
【００３３】
なお、ここでは犠牲層２３が下部電極１４よりも内側に形成されるように犠牲層２３をパターニングすることとしたが、本発明はこれに限定されず、犠牲層２３が下部電極１４と重なるように形成されていればよい。
また、後述する工程で犠牲層２３をこの上に形成するビームと保護膜２２および絶縁膜２１に対して選択的にエッチング除去することから、犠牲層２３はビームと保護膜２２および絶縁膜２１に対してエッチング選択比の高い材質で形成する。
なお、保護膜２２を形成しない場合には、犠牲層２３をビームと下部電極１４および絶縁膜２１に対して選択的にエッチング除去することから、これらに対してエッチング選択比の高い材料を適宜選択して形成する。
【００３４】
続いて、図２（ｄ）に示すように、例えば化学的気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ））法により犠牲層２３および保護膜２２を覆うように、絶縁膜２１上に、例えばＳｉＮ膜からなるビーム材料層（図示せず）を成膜する。このとき第２の開口パターン２３ａの内壁もビーム材料層で覆うように成膜する。
ここで、ビーム１３の力学的特性は成膜するビーム材料層の物性によって決定する。本実施形態で用いるＳｉＮ膜はその強度、弾性定数等の物性値がビーム１３の機械的駆動に対して適切であり、好ましい。
【００３５】
そして、レジストパターンをマスクに用いて、第２の開口パターン２３ａを含んだ帯状にビーム材料層をパターニングすることによって、保護膜２２との間に犠牲層２３を有したブリッジ形状の複数のビーム１３を並列させた状態で形成する。
また、第２の開口パターン２３ａの内壁に沿って、絶縁膜２１上にビーム１３と一体に形成されたビーム１３の支持部１７を形成する。
【００３６】
次いで、ここでの図示を省略したがビーム１３の端部に配線用Ａｌを成膜し、パターニングする。
ここではビーム１３の端部を絶縁膜２１上に形成したが、本発明はこれに限定されず、支持部１７が絶縁膜２１上に形成されていればよく、その端部は保護膜２２上に形成されていてもよい。
【００３７】
次に、図３（ｅ）に示すように、例えばＡｌからなる導電性膜を、ビーム１３を覆うように犠牲層２３上に成膜し、パターニングすることにより、ビーム１３の表面に上部電極１２を形成する。
ここで、Ａｌは比較的容易に成膜でき、可視光領域での光反射率の波長分散が小さく、また、Ａｌ表面に生成したアルミナ自然酸化膜が保護膜となって反射面を保護するため、光反射膜も兼ねた上部電極１２の材質として好ましい。
ここでは、ビーム材料層をパターニングしてビーム１３を形成した後、導電性膜を成膜し、パターニングすることで上部電極１２を形成したが、ビーム材料層を成膜した後導電性膜を成膜し、ビーム１３と上部電極１２とをパターニングしてもよい。
【００３８】
そして、図３（ｆ）に示すように、犠牲層２３（前記図３（ｅ）参照）をフッ化キセノン（ＸｅＦ２）ガスを用いたドライエッチング法により除去する。これにより、保護膜２２とビーム１３との間に空隙部１５を形成するとともに、支持部１７を第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に第１の開口パターン１４ａの内壁から離間した状態で立設する。
そして、ブリッジ形状のビーム１３はこの支持部１７によって支持される。
【００３９】
このようにして、絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、絶縁膜２１上にブリッジ状に形成され、下部電極１４における第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に立設された支持部１７を有する複数のビーム１３と複数のビーム１３の表面に形成された上部電極１２とを備えたＭＥＭＳ素子３１からなるＧＬＶデバイスを製造する。
【００４０】
このようなＭＥＭＳ素子３１の製造方法によれば、ビーム１３の支持部１７は保護膜２２を介した下部電極１４上ではなく、第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に立設される。
これにより、下部電極１４の表面に凹凸が形成されたとしても、下部電極１４の表面と比較して凹凸の少ないＳｉＯ２からなる絶縁膜２１上に支持部１７を立設することから、支持部１７の高さを均一に形成することができ、その強度を均一にすることができる。
【００４１】
なお、本実施形態においては支持部１７を絶縁膜２１上に形成したが、第１の開口パターン１４ａの底部に露出した絶縁膜２１を除去して、基板２０に達する開口パターンを形成し、支持部１７をこの開口パターン内の基板２０上に形成してもよい。支持部１７を基板２０上に形成しても、上記と同様の効果を奏することができる。
この場合は下部電極１４の第１の開口パターン１４ａを形成する際に用いたレジストパターンをマスクに用いたエッチングにより絶縁膜２１を除去してもよく、下部電極１４をマスクに用いて絶縁膜２１を除去してもよい。
さらに、第１の開口パターン１４ａを形成した後、新たなレジストパターンを用いて第１の開口パターン１４ａ以外の下部電極１４および絶縁膜２１上を覆い、第１の開口パターン１４ａの底部に露出した絶縁膜２１のみを除去してもよい。
【００４２】
（第２実施形態）
本発明における第２実施形態のマイクロマシン（以下ＭＥＭＳ素子３２とする）の断面図を図４に示す。本実施形態では、例えばＧＬＶデバイスに用いられるＭＥＭＳ素子３２について説明する。
第１実施形態と同一の構成要素には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態におけるＭＥＭＳ素子３２は絶縁膜２１が形成された基板２０と、絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、絶縁膜２１上にブリッジ状に設けられたビーム１３と、ビーム１３の表面に設けられた上部電極１２とから構成される。
【００４３】
基板２０上には絶縁膜２１が形成されており、絶縁膜２１上には下部電極１４が配置されている。
下部電極１４はその端部側に絶縁膜２１に達する開口パターン２４ａを有し、下部電極１４の表面は酸化膜からなる保護膜２２で覆われている。
【００４４】
ビーム１３はその端部が下部電極１４の外側の絶縁膜２１上に配置され、保護膜２２との間に空隙部１５を有してブリッジ形状に設けられている。また、ビーム１３の表面には光反射膜も兼ねた上部電極１２が形成されている。
ビーム１３表面の上部電極１２と下部電極１４とは、この間に設けられた空隙部１５、保護膜２２およびビーム１３により電気的に絶縁されている。
【００４５】
このビーム１３の支持部１７はビーム１３と一体に形成され、下部電極１４における第１の開口パターン２４ａ内の絶縁膜２１上に立設されている。支持部１７は絶縁膜２１側が開口パターン２４ａの内壁で支持されている。
【００４６】
このようなＭＥＭＳ素子３２によれば、ビーム１３の支持部１７が絶縁膜２１上に配置されていることから、第１実施形態のＭＥＭＳ素子３１と同様の効果を奏することができる。
さらに、この支持部１７の絶縁膜２１側は開口パターン２４ａの内壁で支持されていることから、支持部１７をより安定させることができる。
【００４７】
本発明における第２実施形態のＭＥＭＳ素子３２の製造方法を図５〜図６の製造工程断面図に示す。
まず始めに、図５（ａ）に示すように、基板２０上に絶縁膜２１を形成し、絶縁膜２１上に下部電極１４を形成する。
次に、図５（ｂ）に示すように、下部電極１４の表面に保護膜２２として酸化膜を形成する。
【００４８】
続いて、図５（ｃ）に示すように、保護膜２２上に犠牲層２３を形成し、レジストパターン（図示せず）をマスクに用いて、犠牲層２３、保護膜２２および下部電極１４を絶縁膜２１よりも内側に形成されるようにパターニングするとともに、後述する工程でビームの支持部を形成する領域の犠牲層２３、保護膜２２および下部電極１４に、絶縁膜２１に達する開口パターン２４を形成する。
ここで、開口パターン２４の径が後述する工程で形成するビームの支持部の径となることから、ビームを支持可能な強度を有する径に適宜設定する。
【００４９】
続いて、図５（ｄ）に示すように、パターニングされた下部電極１４、保護膜２２および犠牲層２３を覆うように絶縁膜２１上にビーム材料層（図示せず）を成膜する。このとき開口パターン２４の内壁もビーム材料層で覆うように成膜する。
そして、レジストパターンをマスクに用いて、開口パターン２４を含んだ帯状にビーム材料層をパターニングすることによって、保護膜２２との間に犠牲層２３を有したブリッジ形状の複数のビーム１３を形成する。
また、開口パターン２４の内壁に沿って絶縁膜２１上にビーム１３と一体に形成されたビーム１３の支持部１７を形成する。
【００５０】
次いで、ここでの図示を省略するが、ビーム１３の端部に配線用Ａｌを成膜してパターニングし、そして図６（ｅ）に示すように、ビーム１３を覆うように例えばＡｌからなる導電性膜を犠牲層２３上に成膜し、パターニングすることによりビーム１３の表面に光反射膜を兼ねた上部電極１２を形成する。
【００５１】
そして、図６（ｆ）に示すように、犠牲層２３（前記図６（ｅ）参照）をドライエッチングにより除去する。これにより保護膜２２とビーム１３との間に空隙部１５が形成され、開口パターン２４（前記図６（ｅ）参照）もその上部が除去された状態となり、内壁が保護膜２２と下部電極１４とで形成される開口パターン２４ａとなる。
また、ビーム１３の支持部１７は開口パターン２４ａ内の絶縁膜２１上に開口パターン２４ａの内壁に支持された状態で立設される。
【００５２】
このようにして、絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、絶縁膜２１上にブリッジ状に形成され、下部電極１４における開口パターン２４ａ内の絶縁膜２１上に立設された支持部１７を有する複数のビーム１３と複数のビーム１３の表面に形成された上部電極１２とを備えたＭＥＭＳ素子３２からなるＧＬＶデバイスを製造する。
【００５３】
このようなＭＥＭＳ素子３２の製造方法によれば、ビーム１３の支持部１７を保護膜２２を介した下部電極１４上ではなく、開口パターン２４ａ内の絶縁膜２１上に形成する。これにより、第１実施形態で説明した製造方法と同様の効果を奏する。
また、犠牲層２３、保護膜２２および下部電極１４に絶縁膜２１に達する開口パターン２４を形成し、開口部パターン２４の内壁に沿って絶縁膜２１上に支持部１７を形成した後、犠牲層２３を除去することから、支持部１７の絶縁膜２１側は、保護膜２２および下部電極１４からなる開口部パターン２４ａの内壁で支持された状態となる。これにより、支持部１７をより安定的に形成することができる。
さらに、犠牲層２３、保護膜２２および下部電極１４を同一工程で除去して開口パターン２４を形成することから、第１実施形態で説明した製造方法よりも工程負荷の大きいリソグラフィ工程が少なく、生産性により優れている。
【００５４】
なお、上述した実施形態においては、ブリッジ形状のビーム１３を備えたＭＥＭＳ素子に本発明を適用した場合を説明した。しかし、本発明はブリッジ形状のビーム１３に換えて、ビーム１３の一方の端部側のみに支持部１７が形成されたカンチレバー式の構成のビームを有するＭＥＭＳ素子にも同様に適用可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマイクロマシンによれば、ビームの支持部が基板上に配置されることから、下部電極の表面に凹凸があったとしても、この凹凸の影響を受けることなく、ビームの支持部の高さを均一にすることができるため、支持部の強度を均一にすることができる。
したがって、このようなマイクロマシンに電圧を印加して、ビームを下部電極側に接近させた場合でも、支持部の強度が均一であることから、ビームの変形具合が変化したり、ビームにねじれが生じたりすることなく、ビームの変形時の高さを制御することができる。
また、このようなマイクロマシンが複数並列して配置されたＧＬＶでは、各マイクロマシンにおけるビームの支持部の強度を均一にし、マイクロマシンに電圧を印加した場合の各ビームにおける変形時の高さを制御できるので、ビーム表面の上部電極により形成される回折格子による回折光の強度をより確実に制御することが可能となる。
【００５６】
また、本発明のマイクロマシンの第１の製造方法によれば、ビームの支持部を第１の開口パターン内の基板上に立設することから、下部電極の表面に凹凸が発生したとしても、ビームの支持部の高さを均一にすることができ、支持部の強度を均一にすることができる。
【００５７】
また、本発明のマイクロマシンの第２の製造方法によれば、開口パターン内の基板上にビームの支持部を立設することから、第１の製造方法と同様の効果を奏することが可能である。
さらに、この方法によれば、支持部の基板側は開口パターンの内壁の一部である下部電極で支持されることから、支持部をより安定的に形成することができる。
また、犠牲層および下部電極を同一工程で除去して開口パターンを形成することから、第１の製造方法よりも工程負荷の大きいリソグラフィ工程が少なく、生産性により優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態におけるマイクロマシンを説明するための断面図である。
【図２】第１実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その１）である。
【図３】第１実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その２）である。
【図４】第２実施形態におけるマイクロマシンを説明するための断面図である。
【図５】第２実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その１）である。
【図６】第２実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その２）である。
【図７】従来の技術におけるマイクロマシンを説明するための斜視図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図８】従来の技術におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その１）である。
【図９】従来の技術におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その２）である。
【図１０】従来の技術における課題を示す断面図である。
【符号の説明】
１２…上部電極、１３…ビーム、１４…下部電極、１４ａ…第１の開口パターン、２３ａ…第２の開口パターン、２４，２４ａ…開口パターン、１７…支持部、２０…基板、２１…絶縁膜、２２…保護膜、２３…犠牲層、３１，３２…ＭＥＭＳ素子
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロマシンおよびその製造方法であって、特にＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）デバイス等に適用される光を干渉、回折し、変調する光変調素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、超小型電気的・機械的複合体）素子（以下、ＭＥＭＳ素子と言う）が注目されている。
ＭＥＭＳ素子はシリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体の駆動を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更には機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動出力は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われることが一般的である。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子の一例として、光変調器として開発されたＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）デバイスを例に挙げ、その構造を説明する。
【０００４】
図７（ａ）は、ＭＥＭＳ素子３０によって構成されるＧＬＶデバイスの構造を説明する斜視図であり、図７（ｂ）はＭＥＭＳ素子の構造を示すＡ−Ａ´断面の要部拡大図である。
図７（ａ）に示すように、ＧＬＶデバイスは複数個のＭＥＭＳ素子３０が並列して密に配置されたデバイスであり、このＭＥＭＳ素子３０は、上面に光反射面を有する静電駆動型のビーム１３を備えた、ＭＯＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）と称されているものである。
このようなＭＥＭＳ素子３０からなるＧＬＶデバイスは、共通基板である基板１０と、共通電極である下部電極１４とを備え、下部電極１４上に並列されブリッジ状に配置された複数のビーム１３とビーム１３の表面に形成された上部電極１２とを備えている。
【０００５】
ここで、図７（ｂ）の断面図に示すように、このＭＥＭＳ素子３０におけるビーム１３は、その端部が下部電極１４上に保護膜２２を介して配置されたブリッジ形状に形成されており、その表面には光反射膜としての機能も有する上部電極１２が形成されている。
ビーム１３は下部電極１４に対向して所定間隔の空隙部１５を有した状態で、下部電極１４に対して平行に上部電極１２を支持するものである。
ビーム１３表面の上部電極１２と下部電極１４とは、この間に設けられた空隙部１５、保護膜２２およびビーム１３により電気的に絶縁されている。
【０００６】
このビーム１３の端部の内側にはビーム１３と一体で形成された支持部１７が下部電極１４上に保護膜２２を介して立設されており、この支持部１７はブリッジ状のビーム１３を下部電極１４側から支持している。
支持部１７はビーム１３の高さやビーム１３を駆動させた場合の可動部分の長さおよび位置を規定するために形成され、支持部１７を形成せずにビーム１３の端部で支持するよりも共振周波数等の機械特性を安定させることができる。
【０００７】
このようなＭＥＭＳ素子３０は、下部電極１４とビーム１３表面側の上部電極１２との間に電圧を印加すると、図７（ａ）に示すように、静電現象によって支持部１７よりも内側のビーム１３が下部電極１４に向かって接近し、また、電圧の印加を停止すると、離間して元の状態に戻る。
ＧＬＶデバイスはこのようなＭＥＭＳ素子３０が並列して複数配置されており、下部電極１４に対するビーム１３の接近、離間の動作により、上部電極１２の高さを変えて、回折格子を形成し、反射する光の強度を変調して光変調素子として機能する。
【０００８】
次に、上述したようなＧＬＶデバイスに用いられるＭＥＭＳ素子の製造方法を図８、図９の製造工程断面図を用いて説明する。
まず始めに、図８（ａ）に示すように、例えばシリコン基板（Ｓｉ基板）からなる基板２０上に例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜２１を形成する。その後、絶縁膜２１上に下部電極１４を形成する。下部電極１４にはタングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）等の高融点金属や多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）が用いられる。
【０００９】
次に、図８（ｂ）に示すように、下部電極１４の表面に酸化膜からなる保護膜２２を形成する。この保護膜２２は後述する工程で犠牲層を除去する際の保護膜として機能する。
そして、図８（ｃ）に示すように、保護膜２２上に例えばａ−Ｓｉ膜またはＰｏｌｙ−Ｓｉ膜からなる犠牲層２３を形成し、レジストパターン（図示せず）をマスクに用いて、下部電極１４の形成領域よりも内側に犠牲層２３が形成されるようにパターニングするとともに、後述する工程でビームの支持部を形成する領域の犠牲層２３に、保護膜２２に達する開口パターン２３ｂを形成する。
【００１０】
次に、図８（ｄ）に示すように、この犠牲層２３を覆うように保護膜２２上に例えばＳｉＮ膜からなるビーム材料層を成膜し、開口パターン２３ｂを含んだ帯状にパターニングする。これにより、保護膜２２との間に犠牲層２３を有したブリッジ形状のビーム１３を形成するとともに、開口部２３ｂの内壁に沿って保護膜２２上にビーム１３と一体に形成された支持部１７を形成する。
続いて、図９（ｅ）に示すように、ビーム１３の表面に例えばＡｌからなる上部電極１２を形成する。
【００１１】
次に、図９（ｆ）に示すように、犠牲層２３（前記図９（ｅ）参照）をビーム１３および保護膜２２に対して選択的に除去することにより、ビーム１３と保護膜２２との間に空隙部１５を形成する。
これにより、下部電極１４上に保護膜２２を介して支持部１７が立設され、ブリッジ形状のビーム１３はこの支持部１７によって支持される。
【００１２】
このようにして、絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、下部電極１４上に保護膜２２を介してブリッジ状に形成され、並列して配置された複数のビーム１３と複数のビーム１３の表面に形成された上部電極１２とを備えたＭＥＭＳ素子３０からなるＧＬＶデバイスを製造する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０の要部拡大図に示すように、上述した製造方法では、下部電極１４の表面に凹凸が存在していると、レンズ効果によって凸部４１の幅が拡大されていき、結果として上部電極１２の表面に大きな凸部４１ａが形成される。このような凹凸の制御には下部電極の形成方法や形成後の温度履歴のコントロールが必要であった。
【００１４】
ビーム１３における支持部１７の下部に凸部４１が発生した場合、この上にビーム１３および上部電極１２を順次形成すると、凸部４１の拡大により、凸部４１上に形成された支持部１７の高さが部分的に短くなり、この部分の支持部１７の強度が強くなるという現象が生じていた。特に、下部電極１４と上部電極１２間に電圧を印加して、ビーム１３を下部電極１４側に接近させた場合は、支持部１７間に引っ張り応力が生じることから、支持部１７の強度が部分的に変化することにより、ビーム１３の変形具合が変化したり、ビーム１３にねじれが発生したりするという問題があった。
【００１５】
ＧＬＶデバイスにおける一部のＭＥＭＳ素子３０のビーム１３で上記のように支持部１７の強度が部分的に変化すると、ビーム１３表面の光反射膜も兼ねた上部電極１２によって形成される回折格子による回折光の強度が変化することとなるため、コントラストが悪化し、光学デバイスとしての特性を十分に満たせなくなるという課題があった。
【００１６】
本発明は上述したようにビームの支持部の高さを均一にすることで、支持部の強度を均一にし、ディスプレイ表示装置としての特性を向上させるマイクロマシンおよびその製造方法を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明のマイクロマシンは、基板上に形成された下部電極と、下部電極との間に空隙を有して配設されたビームと、ビームの表面に形成された上部電極とを備えたマイクロマシンにおいて、下部電極は基板に達する開口パターンを有し、この開口パターン内の基板上にビームの支持部が立設されていることを特徴としている。
【００１８】
このようなマイクロマシンによれば、ビームの支持部が下部電極に形成された開口パターン内の基板上に立設されていることから、下部電極の表面に凹凸があったとしても、この凹凸の影響を受けることなく、ビームの支持部の高さを均一にすることができる。このため、支持部の強度を均一にすることができる。
したがって、このようなマイクロマシンに電圧を印加して、上部電極が形成されたビームを下部電極側に接近させた場合でも、ビームの変形具合が変化したり、ビームにねじれが生じたりすることなく、変形時のビームの高さを制御することができる。
【００１９】
また、本発明におけるマイクロマシンの第１の製造方法は、基板上に第１の開口パターンを有する下部電極を形成する工程と、下部電極を覆うように前記基板上に犠牲層を形成する工程と、犠牲層を下部電極と重なるようにパターニングするとともに、第１の開口パターン上の犠牲層に基板に達する第２の開口パターンを形成する工程と、犠牲層を覆うように基板上にビーム材料層を成膜した後、第２の開口パターンを含んだ帯状にビーム材料層をパターニングすることによって、下部電極上に犠牲層を介してビームを形成するとともに、第２の開口パターン内の基板上にビームと一体に形成された支持部を形成する工程と、ビームの表面に上部電極を形成する工程と、犠牲層を除去することによって、下部電極とビームとの間に空隙を設けるとともに支持部を第１の開口パターン内の基板上に立設することを特徴としている。
【００２０】
このようなマイクロマシンの製造方法によれば、下部電極における第１の開口パターン上の犠牲層に形成した第２の開口パターン内の基板上にビームの支持部が形成される。そして、犠牲層を除去することにより、ビームの支持部が第１の開口パターン内の基板上に立設される。これにより、下部電極の表面に凹凸が形成されたとしても、ビームの支持部は基板上に立設されるため、凹凸の影響を受けることなくビームの支持部を形成することができる。よって、ビームの支持部の高さを均一にすることができ、支持部の強度を均一にすることができる。
【００２１】
また、本発明におけるマイクロマシンの第２の製造方法によれば、基板上に下部電極を形成する工程と、下部電極上に犠牲層を形成した後、マスクパターンをマスクに用いて、犠牲層および下部電極をパターニングするとともに、この犠牲層および下部電極に基板に達する開口パターンを形成する工程と、パターニングされた犠牲層および下部電極を覆うように、基板上にビーム材料層を成膜した後、開口パターンを含んだ帯状にパターニングすることによって、下部電極上に犠牲層を介してビームを形成するとともに、開口パターン内の基板上にビームと一体に形成された支持部を形成する工程と、ビームの表面に上部電極を形成する工程と、犠牲層を除去して下部電極とビームとの間に空隙を設けるともに支持部を開口パターン内の基板上に立設する工程とを有することを特徴としている。
【００２２】
このようなマイクロマシンの製造方法によれば、犠牲層および下部電極に基板に達する開口パターンを形成し、開口パターン内の基板上にビームの支持部を形成して犠牲層を除去することにより、ビームの支持部が開口パターン内の基板上に立設されることから、上述した第１の製造方法と同様の効果を奏する。
また、この方法によれば、支持部の基板側は開口パターンの内壁の一部である下部電極で支持された状態となる。これにより、支持部をより安定的に形成することができる。
さらに、犠牲層および下部電極を同一工程で除去して開口パターンを形成することから、第１の開口パターンおよび第２の開口パターンを形成する第１の製造方法よりも工程負荷の大きいリソグラフィ工程が少なく、生産性により優れている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明における第１実施形態のマイクロマシン（以下、ＭＥＭＳ素子３１とする）の断面図を図１に示す。本実施形態では例えばＧＬＶデバイスに用いられるＭＥＭＳ素子３１について説明する。
従来の技術と同一の構成要素には同一の番号を付して説明する。
本実施形態におけるＭＥＭＳ素子３１は絶縁膜２１が形成された基板２０と、絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、絶縁膜２１上にブリッジ状に形成されたビーム１３と、ビーム１３の表面に形成された上部電極１２とから構成される。
【００２４】
図１に示すように、基板２０は例えばシリコン基板からなり、その上には例えばＳｉＯ２からなる絶縁膜２１が形成されている。
ここで、基板２０から絶縁膜２１までが請求項１記載の基板に相当する。
また、下部電極１４は例えばＷ、Ｃｒ等の高融点金属またはＰｏｌｙ−Ｓｉからなり絶縁膜２１上に形成されている。下部電極１４はその端部側に絶縁膜２１に達する第１の開口パターン１４ａを有し、下部電極１４の表面は酸化膜からなる保護膜２２で覆われている。
【００２５】
ビーム１３は例えばＳｉＮからなり、その端部は下部電極１４の外側の絶縁膜２１上に配置され、ブリッジ形状に形成されている。また、ビーム１３の表面には光反射膜としての機能も有する例えばＡｌからなる上部電極１２が形成されている。
ビーム１３表面の上部電極１２と下部電極１４とは、この間に設けられた空隙部１５、保護膜２２およびビーム１３によって電気的に絶縁されており、ビーム１３は下部電極１４に対向して所定間隔の空隙部１５を有して配置され、下部電極１４に対して平行に上部電極１２を支持している。
【００２６】
このビーム１３の支持部１７はビーム１３と一体に形成され、下部電極１４における第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に第１の開口パターン１４ａの内壁から離間した状態で立設されている。
なお、ここでは支持部１７が下部電極１４を覆う保護膜２２から離間した状態で立設されていることとしたが、第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に立設されていれば、保護膜２２と接していてもよい。
また、ここではビーム１３の端部が絶縁膜２１上に配置されることとしたが、本発明はこれに限定されず、支持部１７が絶縁膜２１上に配置されていればよく、その端部は保護膜２２を介した下部電極１４上に配置されていてもよい。
【００２７】
このようなマイクロマシンによれば、ビーム１３の支持部１７が第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に立設されている。これにより、下部電極１４の表面に凹凸のある場合でも、ビーム１３の支持部１７は絶縁膜２１上に配置されており、ＳｉＯ２からなる絶縁膜２１の表面は高融点金属またはＰｏｌｙ−Ｓｉからなる下部電極１４の表面と比較して凹凸が少ないことから、支持部１７が下部電極１４上に保護膜２２を介して立設される場合と比較して、支持部１７の高さを均一にすることができ、これにより支持部１７の強度を均一にすることができる。
【００２８】
したがって、このようなＭＥＭＳ素子３１に電圧を印加して、ビーム１３を下部電極１４側に接近させた場合に、支持部１７の強度を均一にできるので、ビーム１３の変形具合が変化したり、ビーム１３にねじれが生じたりすることなく、ビーム１３の変形時の高さを制御することができる。
また、このようなＭＥＭＳ素子３１が用いられたＧＬＶデバイスでは複数のビーム１３の支持部１７の強度を均一にすることができるため、ビーム１３表面の上部電極１２により形成される回折格子による回折光の強度をより確実に制御することが可能である。
【００２９】
上述したようなＭＥＭＳ素子は例えば次のような方法により製造することができる。本実施形態においてはＧＬＶデバイスに用いられるＭＥＭＳ素子の製造方法を例にとって説明する。
図２〜図３に本実施形態におけるＭＥＭＳ素子の製造工程断面図を示す。
【００３０】
まず始めに、図２（ａ）に示すように、例えばシリコン基板からなる半導体基板２０上に絶縁膜２１を成膜する。
その後、絶縁膜２１上に、例えば高融点金属膜またはＰｏｌｙ−Ｓｉ膜からなる下部電極１４を形成し、レジストパターン（図示せず）をマスクに用いて、絶縁膜２１よりも内側に下部電極１４が形成されるようにパターニングする。また、後述する工程でビームの支持部を形成する領域の下部電極１４に、絶縁膜２１に達するとともに支持部の径よりも大きい径の第１の開口パターン１４ａを形成する。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、下部電極１４の表面に例えばＳｉＯ２からなる保護膜２２を形成する。この保護膜２２は後述する工程で犠牲層を除去する際に下部電極１４を保護するために形成するものであり、犠牲層を除去する際に下部電極１４に影響を与えることなく犠牲層を選択的に除去することができれば、保護膜２２を形成しなくてもよい。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示すように、保護膜２２を覆うように絶縁膜２１上に例えばａ−Ｓｉ膜またはＰｏｌｙ−Ｓｉ膜からなる犠牲層２３を成膜する。そして、レジストパターンをマスクに用いて、例えば下部電極１４よりも内側に形成されるように犠牲層２３をパターニングするとともに、第１の開口パターン１４ａ上の犠牲層２３に、絶縁膜２１に達する第２の開口パターン２３ａを形成する。
この第２の開口パターン２３ａの径が後述する工程で形成するビームの支持部の径となることから、ビームを支持可能な強度を有する径に適宜設定する。
【００３３】
なお、ここでは犠牲層２３が下部電極１４よりも内側に形成されるように犠牲層２３をパターニングすることとしたが、本発明はこれに限定されず、犠牲層２３が下部電極１４と重なるように形成されていればよい。
また、後述する工程で犠牲層２３をこの上に形成するビームと保護膜２２および絶縁膜２１に対して選択的にエッチング除去することから、犠牲層２３はビームと保護膜２２および絶縁膜２１に対してエッチング選択比の高い材質で形成する。
なお、保護膜２２を形成しない場合には、犠牲層２３をビームと下部電極１４および絶縁膜２１に対して選択的にエッチング除去することから、これらに対してエッチング選択比の高い材料を適宜選択して形成する。
【００３４】
続いて、図２（ｄ）に示すように、例えば化学的気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ））法により犠牲層２３および保護膜２２を覆うように、絶縁膜２１上に、例えばＳｉＮ膜からなるビーム材料層（図示せず）を成膜する。このとき第２の開口パターン２３ａの内壁もビーム材料層で覆うように成膜する。
ここで、ビーム１３の力学的特性は成膜するビーム材料層の物性によって決定する。本実施形態で用いるＳｉＮ膜はその強度、弾性定数等の物性値がビーム１３の機械的駆動に対して適切であり、好ましい。
【００３５】
そして、レジストパターンをマスクに用いて、第２の開口パターン２３ａを含んだ帯状にビーム材料層をパターニングすることによって、保護膜２２との間に犠牲層２３を有したブリッジ形状の複数のビーム１３を並列させた状態で形成する。
また、第２の開口パターン２３ａの内壁に沿って、絶縁膜２１上にビーム１３と一体に形成されたビーム１３の支持部１７を形成する。
【００３６】
次いで、ここでの図示を省略したがビーム１３の端部に配線用Ａｌを成膜し、パターニングする。
ここではビーム１３の端部を絶縁膜２１上に形成したが、本発明はこれに限定されず、支持部１７が絶縁膜２１上に形成されていればよく、その端部は保護膜２２上に形成されていてもよい。
【００３７】
次に、図３（ｅ）に示すように、例えばＡｌからなる導電性膜を、ビーム１３を覆うように犠牲層２３上に成膜し、パターニングすることにより、ビーム１３の表面に上部電極１２を形成する。
ここで、Ａｌは比較的容易に成膜でき、可視光領域での光反射率の波長分散が小さく、また、Ａｌ表面に生成したアルミナ自然酸化膜が保護膜となって反射面を保護するため、光反射膜も兼ねた上部電極１２の材質として好ましい。
ここでは、ビーム材料層をパターニングしてビーム１３を形成した後、導電性膜を成膜し、パターニングすることで上部電極１２を形成したが、ビーム材料層を成膜した後導電性膜を成膜し、ビーム１３と上部電極１２とをパターニングしてもよい。
【００３８】
そして、図３（ｆ）に示すように、犠牲層２３（前記図３（ｅ）参照）をフッ化キセノン（ＸｅＦ２）ガスを用いたドライエッチング法により除去する。これにより、保護膜２２とビーム１３との間に空隙部１５を形成するとともに、支持部１７を第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に第１の開口パターン１４ａの内壁から離間した状態で立設する。
そして、ブリッジ形状のビーム１３はこの支持部１７によって支持される。
【００３９】
このようにして、絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、絶縁膜２１上にブリッジ状に形成され、下部電極１４における第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に立設された支持部１７を有する複数のビーム１３と複数のビーム１３の表面に形成された上部電極１２とを備えたＭＥＭＳ素子３１からなるＧＬＶデバイスを製造する。
【００４０】
このようなＭＥＭＳ素子３１の製造方法によれば、ビーム１３の支持部１７は保護膜２２を介した下部電極１４上ではなく、第１の開口パターン１４ａ内の絶縁膜２１上に立設される。
これにより、下部電極１４の表面に凹凸が形成されたとしても、下部電極１４の表面と比較して凹凸の少ないＳｉＯ２からなる絶縁膜２１上に支持部１７を立設することから、支持部１７の高さを均一に形成することができ、その強度を均一にすることができる。
【００４１】
なお、本実施形態においては支持部１７を絶縁膜２１上に形成したが、第１の開口パターン１４ａの底部に露出した絶縁膜２１を除去して、基板２０に達する開口パターンを形成し、支持部１７をこの開口パターン内の基板２０上に形成してもよい。支持部１７を基板２０上に形成しても、上記と同様の効果を奏することができる。
この場合は下部電極１４の第１の開口パターン１４ａを形成する際に用いたレジストパターンをマスクに用いたエッチングにより絶縁膜２１を除去してもよく、下部電極１４をマスクに用いて絶縁膜２１を除去してもよい。
さらに、第１の開口パターン１４ａを形成した後、新たなレジストパターンを用いて第１の開口パターン１４ａ以外の下部電極１４および絶縁膜２１上を覆い、第１の開口パターン１４ａの底部に露出した絶縁膜２１のみを除去してもよい。
【００４２】
（第２実施形態）
本発明における第２実施形態のマイクロマシン（以下ＭＥＭＳ素子３２とする）の断面図を図４に示す。本実施形態では、例えばＧＬＶデバイスに用いられるＭＥＭＳ素子３２について説明する。
第１実施形態と同一の構成要素には同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態におけるＭＥＭＳ素子３２は絶縁膜２１が形成された基板２０と、絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、絶縁膜２１上にブリッジ状に設けられたビーム１３と、ビーム１３の表面に設けられた上部電極１２とから構成される。
【００４３】
基板２０上には絶縁膜２１が形成されており、絶縁膜２１上には下部電極１４が配置されている。
下部電極１４はその端部側に絶縁膜２１に達する開口パターン２４ａを有し、下部電極１４の表面は酸化膜からなる保護膜２２で覆われている。
【００４４】
ビーム１３はその端部が下部電極１４の外側の絶縁膜２１上に配置され、保護膜２２との間に空隙部１５を有してブリッジ形状に設けられている。また、ビーム１３の表面には光反射膜も兼ねた上部電極１２が形成されている。
ビーム１３表面の上部電極１２と下部電極１４とは、この間に設けられた空隙部１５、保護膜２２およびビーム１３により電気的に絶縁されている。
【００４５】
このビーム１３の支持部１７はビーム１３と一体に形成され、下部電極１４における第１の開口パターン２４ａ内の絶縁膜２１上に立設されている。支持部１７は絶縁膜２１側が開口パターン２４ａの内壁で支持されている。
【００４６】
このようなＭＥＭＳ素子３２によれば、ビーム１３の支持部１７が絶縁膜２１上に配置されていることから、第１実施形態のＭＥＭＳ素子３１と同様の効果を奏することができる。
さらに、この支持部１７の絶縁膜２１側は開口パターン２４ａの内壁で支持されていることから、支持部１７をより安定させることができる。
【００４７】
本発明における第２実施形態のＭＥＭＳ素子３２の製造方法を図５〜図６の製造工程断面図に示す。
まず始めに、図５（ａ）に示すように、基板２０上に絶縁膜２１を形成し、絶縁膜２１上に下部電極１４を形成する。
次に、図５（ｂ）に示すように、下部電極１４の表面に保護膜２２として酸化膜を形成する。
【００４８】
続いて、図５（ｃ）に示すように、保護膜２２上に犠牲層２３を形成し、レジストパターン（図示せず）をマスクに用いて、犠牲層２３、保護膜２２および下部電極１４を絶縁膜２１よりも内側に形成されるようにパターニングするとともに、後述する工程でビームの支持部を形成する領域の犠牲層２３、保護膜２２および下部電極１４に、絶縁膜２１に達する開口パターン２４を形成する。
ここで、開口パターン２４の径が後述する工程で形成するビームの支持部の径となることから、ビームを支持可能な強度を有する径に適宜設定する。
【００４９】
続いて、図５（ｄ）に示すように、パターニングされた下部電極１４、保護膜２２および犠牲層２３を覆うように絶縁膜２１上にビーム材料層（図示せず）を成膜する。このとき開口パターン２４の内壁もビーム材料層で覆うように成膜する。
そして、レジストパターンをマスクに用いて、開口パターン２４を含んだ帯状にビーム材料層をパターニングすることによって、保護膜２２との間に犠牲層２３を有したブリッジ形状の複数のビーム１３を形成する。
また、開口パターン２４の内壁に沿って絶縁膜２１上にビーム１３と一体に形成されたビーム１３の支持部１７を形成する。
【００５０】
次いで、ここでの図示を省略するが、ビーム１３の端部に配線用Ａｌを成膜してパターニングし、そして図６（ｅ）に示すように、ビーム１３を覆うように例えばＡｌからなる導電性膜を犠牲層２３上に成膜し、パターニングすることによりビーム１３の表面に光反射膜を兼ねた上部電極１２を形成する。
【００５１】
そして、図６（ｆ）に示すように、犠牲層２３（前記図６（ｅ）参照）をドライエッチングにより除去する。これにより保護膜２２とビーム１３との間に空隙部１５が形成され、開口パターン２４（前記図６（ｅ）参照）もその上部が除去された状態となり、内壁が保護膜２２と下部電極１４とで形成される開口パターン２４ａとなる。
また、ビーム１３の支持部１７は開口パターン２４ａ内の絶縁膜２１上に開口パターン２４ａの内壁に支持された状態で立設される。
【００５２】
このようにして、絶縁膜２１上に形成された下部電極１４と、絶縁膜２１上にブリッジ状に形成され、下部電極１４における開口パターン２４ａ内の絶縁膜２１上に立設された支持部１７を有する複数のビーム１３と複数のビーム１３の表面に形成された上部電極１２とを備えたＭＥＭＳ素子３２からなるＧＬＶデバイスを製造する。
【００５３】
このようなＭＥＭＳ素子３２の製造方法によれば、ビーム１３の支持部１７を保護膜２２を介した下部電極１４上ではなく、開口パターン２４ａ内の絶縁膜２１上に形成する。これにより、第１実施形態で説明した製造方法と同様の効果を奏する。
また、犠牲層２３、保護膜２２および下部電極１４に絶縁膜２１に達する開口パターン２４を形成し、開口部パターン２４の内壁に沿って絶縁膜２１上に支持部１７を形成した後、犠牲層２３を除去することから、支持部１７の絶縁膜２１側は、保護膜２２および下部電極１４からなる開口部パターン２４ａの内壁で支持された状態となる。これにより、支持部１７をより安定的に形成することができる。
さらに、犠牲層２３、保護膜２２および下部電極１４を同一工程で除去して開口パターン２４を形成することから、第１実施形態で説明した製造方法よりも工程負荷の大きいリソグラフィ工程が少なく、生産性により優れている。
【００５４】
なお、上述した実施形態においては、ブリッジ形状のビーム１３を備えたＭＥＭＳ素子に本発明を適用した場合を説明した。しかし、本発明はブリッジ形状のビーム１３に換えて、ビーム１３の一方の端部側のみに支持部１７が形成されたカンチレバー式の構成のビームを有するＭＥＭＳ素子にも同様に適用可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマイクロマシンによれば、ビームの支持部が基板上に配置されることから、下部電極の表面に凹凸があったとしても、この凹凸の影響を受けることなく、ビームの支持部の高さを均一にすることができるため、支持部の強度を均一にすることができる。
したがって、このようなマイクロマシンに電圧を印加して、ビームを下部電極側に接近させた場合でも、支持部の強度が均一であることから、ビームの変形具合が変化したり、ビームにねじれが生じたりすることなく、ビームの変形時の高さを制御することができる。
また、このようなマイクロマシンが複数並列して配置されたＧＬＶでは、各マイクロマシンにおけるビームの支持部の強度を均一にし、マイクロマシンに電圧を印加した場合の各ビームにおける変形時の高さを制御できるので、ビーム表面の上部電極により形成される回折格子による回折光の強度をより確実に制御することが可能となる。
【００５６】
また、本発明のマイクロマシンの第１の製造方法によれば、ビームの支持部を第１の開口パターン内の基板上に立設することから、下部電極の表面に凹凸が発生したとしても、ビームの支持部の高さを均一にすることができ、支持部の強度を均一にすることができる。
【００５７】
また、本発明のマイクロマシンの第２の製造方法によれば、開口パターン内の基板上にビームの支持部を立設することから、第１の製造方法と同様の効果を奏することが可能である。
さらに、この方法によれば、支持部の基板側は開口パターンの内壁の一部である下部電極で支持されることから、支持部をより安定的に形成することができる。
また、犠牲層および下部電極を同一工程で除去して開口パターンを形成することから、第１の製造方法よりも工程負荷の大きいリソグラフィ工程が少なく、生産性により優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態におけるマイクロマシンを説明するための断面図である。
【図２】第１実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その１）である。
【図３】第１実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その２）である。
【図４】第２実施形態におけるマイクロマシンを説明するための断面図である。
【図５】第２実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その１）である。
【図６】第２実施形態におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その２）である。
【図７】従来の技術におけるマイクロマシンを説明するための斜視図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図８】従来の技術におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その１）である。
【図９】従来の技術におけるマイクロマシンの製造方法を説明するための製造工程断面図（その２）である。
【図１０】従来の技術における課題を示す断面図である。
【符号の説明】
１２…上部電極、１３…ビーム、１４…下部電極、１４ａ…第１の開口パターン、２３ａ…第２の開口パターン、２４，２４ａ…開口パターン、１７…支持部、２０…基板、２１…絶縁膜、２２…保護膜、２３…犠牲層、３１，３２…ＭＥＭＳ素子
Claims (6)
- 基板上に形成された下部電極と、前記下部電極との間に空隙を有して配設されたビームと、前記ビームの表面に形成された上部電極とを備えたマイクロマシンにおいて、
前記下部電極は前記基板に達する開口パターンを有し、この開口パターン内の前記基板上に前記ビームの支持部が立設されている
ことを特徴とするマイクロマシン。 - 前記下部電極はその表面が保護膜で覆われている
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロマシン。 - 基板上に第１の開口パターンを有する下部電極を形成する工程と、
前記下部電極を覆うように前記基板上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を前記下部電極と重なるようにパターニングするとともに、前記第１の開口パターン上の前記犠牲層に前記基板に達する第２の開口パターンを形成する工程と、
前記犠牲層を覆うように前記基板上にビーム材料層を成膜した後、前記第２の開口パターンを含んだ帯状に前記ビーム材料層をパターニングすることによって、前記下部電極上に前記犠牲層を介してビームを形成するとともに、前記第２の開口パターン内の前記基板上に前記ビームと一体に形成された支持部を形成する工程と、
前記ビームの表面に上部電極を形成する工程と、
前記犠牲層を除去することによって、前記下部電極と前記ビームとの間に空隙を設けるとともに前記支持部を前記第１の開口パターン内の前記基板上に立設する
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。 - 前記犠牲層を形成する前に前記下部電極の表面に保護膜を形成する工程を行う
ことを特徴とする請求項３記載のマイクロマシンの製造方法。 - 基板上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に犠牲層を形成した後、マスクパターンをマスクに用いて、前記犠牲層および前記下部電極をパターニングするとともに、この犠牲層および下部電極に前記基板に達する開口パターンを形成する工程と、
パターニングされた前記犠牲層および前記下部電極を覆うように、前記基板上にビーム材料層を成膜した後、前記開口パターンを含んだ帯状にパターニングすることによって、前記下部電極上に前記犠牲層を介してビームを形成するとともに、前記開口パターン内の前記基板上に前記ビームと一体に形成された支持部を形成する工程と、
前記ビームの表面に上部電極を形成する工程と、
前記犠牲層を除去して前記下部電極と前記ビームとの間に空隙を設けるともに前記支持部を前記開口パターン内の前記基板上に立設する工程とを有する
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。 - 前記犠牲層を形成する前に前記下部電極の表面に保護膜を形成する工程を行う
ことを特徴とする請求項５記載のマイクロマシンの製造方法。
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