JP2004141995A

JP2004141995A - Micro-machine and its method of manufacture

Info

Publication number: JP2004141995A
Application number: JP2002308035A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Komuro; 小室　善昭
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro-machine and its method of manufacture which are used to uniform the strength of a supporting portion by making a beam supporting portion in the micro-machine suppress the effect of an installed substrate layer and uniform the height of the beam supporting portion. <P>SOLUTION: The micro-machine and its method of manufacture are characterized in that a lower electrode 14 has a first opening pattern 14a which reaches an insulating film 21, and a supporting portion 17 for a beam 13 is installed on the insulating film 21 within the first opening pattern 14a, in the micro-machine provided with the lower electrode 14 formed on the insulating film 21, the beam 13 arranged with having a vacant space 15 in-between with the lower electrode 14, and an upper electrode 12 formed on the surface of the beam 13. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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（ＳｉＯ_２）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ＳｉＯ_２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、ＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２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（ＸｅＦ_２）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ＳｉＯ_２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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a micromachine and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a light modulation element for interfering, diffracting, and modulating light applied to a GLV (Grating Light Valve) device and the like, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art With the development of microtechnology, a so-called micro-electro-mechanical system (MEMS) element (hereinafter, referred to as a MEMS element) has attracted attention.
The MEMS element is formed as a fine structure on a substrate such as a silicon substrate or a glass substrate, and electrically connects a driving body that outputs a mechanical driving force, a semiconductor integrated circuit that controls the driving of the driving body, and the like. These are elements that are mechanically connected. The basic feature of the MEMS element is that a driving body configured as a mechanical structure is incorporated in a part of the element, and the driving output of the driving body applies Coulomb attraction between electrodes and the like. It is generally performed electrically.
[0003]
As an example of the MEMS element, a structure of a GLV (Grating Light Valve) device developed as an optical modulator will be described as an example.
[0004]
FIG. 7A is a perspective view for explaining the structure of a GLV device constituted by the MEMS element 30, and FIG. 7B is an enlarged view of a main part of an AA 'section showing the structure of the MEMS element. .
As shown in FIG. 7A, the GLV device is a device in which a plurality of MEMS elements 30 are densely arranged in parallel, and this MEMS element 30 has an electrostatic drive type having a light reflecting surface on an upper surface. This is called MOEMS (Micro Optical Electro-Mechanical Systems) having the beam 13.
The GLV device including such a MEMS element 30 includes a substrate 10 as a common substrate and a lower electrode 14 as a common electrode, and a plurality of beams 13 arranged in a bridge on the lower electrode 14 in parallel. 13 and an upper electrode 12 formed on the surface of the substrate.
[0005]
Here, as shown in the cross-sectional view of FIG. 7B, the beam 13 in the MEMS element 30 is formed in a bridge shape whose end is disposed on the lower electrode 14 via the protective film 22. On the surface, an upper electrode 12 which also functions as a light reflection film is formed.
The beam 13 supports the upper electrode 12 in parallel with the lower electrode 14 in a state where the beam 13 has a gap 15 at a predetermined interval facing the lower electrode 14.
The upper electrode 12 and the lower electrode 14 on the surface of the beam 13 are electrically insulated by the gap 15, the protective film 22, and the beam 13 provided therebetween.
[0006]
Inside the end of the beam 13, a support 17 integrally formed with the beam 13 is provided upright on the lower electrode 14 via a protective film 22. The support 17 supports the bridge-shaped beam 13. It is supported from the lower electrode 14 side.
The support portion 17 is formed in order to regulate the height of the beam 13 and the length and position of the movable portion when the beam 13 is driven, rather than supporting at the end of the beam 13 without forming the support portion 17. Mechanical characteristics such as a resonance frequency can be stabilized.
[0007]
When a voltage is applied between the lower electrode 14 and the upper electrode 12 on the front surface side of the beam 13 in such a MEMS element 30, as shown in FIG. When the beam 13 approaches the lower electrode 14 and stops applying the voltage, the beam 13 separates and returns to the original state.
In the GLV device, a plurality of such MEMS elements 30 are arranged in parallel, and the height of the upper electrode 12 is changed by the approach and separation of the beam 13 to and from the lower electrode 14 to form a diffraction grating and reflect light. It functions as a light modulation element by modulating the intensity of the emitted light.
[0008]
Next, a method of manufacturing the MEMS element used in the above-described GLV device will be described with reference to the manufacturing process sectional views of FIGS.
First, as shown in FIG. 8A, for example, silicon oxide (SiO 2) is formed on a substrate 20 made of, for example, a silicon substrate (Si substrate). ₂ ) Is formed. After that, the lower electrode 14 is formed on the insulating film 21. For the lower electrode 14, a refractory metal such as tungsten (W) or chromium (Cr) or polycrystalline silicon (Poly-Si) is used.
[0009]
Next, as shown in FIG. 8B, a protective film 22 made of an oxide film is formed on the surface of the lower electrode 14. The protective film 22 functions as a protective film when removing the sacrificial layer in a step described later.
Then, as shown in FIG. 8C, a sacrificial layer 23 made of, for example, an a-Si film or a Poly-Si film is formed on the protective film 22, and the lower portion is formed using a resist pattern (not shown) as a mask. Patterning is performed so that the sacrifice layer 23 is formed inside the formation region of the electrode 14, and an opening pattern 23 b reaching the protective film 22 is formed in the sacrifice layer 23 in a region where a beam support is formed in a step described later. I do.
[0010]
Next, as shown in FIG. 8D, a beam material layer made of, for example, a SiN film is formed on the protective film 22 so as to cover the sacrificial layer 23, and is patterned into a band including the opening pattern 23b. As a result, a bridge-shaped beam 13 having a sacrificial layer 23 between the protection film 22 and the support film 17 is formed on the protection film 22 along the inner wall of the opening 23b. To form
Subsequently, as shown in FIG. 9E, the upper electrode 12 made of, for example, Al is formed on the surface of the beam 13.
[0011]
Next, as shown in FIG. 9F, the beam 13 and the protective film 22 are removed by selectively removing the sacrificial layer 23 (see FIG. 9E) from the beam 13 and the protective film 22. A gap portion 15 is formed between them.
Thus, the support portion 17 is erected on the lower electrode 14 via the protective film 22, and the bridge-shaped beam 13 is supported by the support portion 17.
[0012]
In this way, the lower electrode 14 formed on the insulating film 21 and the plurality of beams 13 and the plurality of beams 13 formed in a bridge shape on the lower electrode 14 via the protective film 22 and arranged in parallel. A GLV device including the MEMS element 30 including the upper electrode 12 formed on the surface of the device is manufactured.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in the main part enlarged view of FIG. 10, in the above-described manufacturing method, if there is unevenness on the surface of the lower electrode 14, the width of the convex portion 41 increases due to the lens effect, and as a result, A large projection 41a is formed on the surface of the upper electrode 12. In order to control such unevenness, it is necessary to control the method of forming the lower electrode and the temperature history after the formation.
[0014]
When the convex portion 41 is formed below the support portion 17 in the beam 13, the beam 13 and the upper electrode 12 are sequentially formed thereon, and when the convex portion 41 is enlarged, the support portion 17 formed on the convex portion 41 is enlarged. There has been a phenomenon that the height is partially shortened and the strength of the support portion 17 in this portion is increased. In particular, when a voltage is applied between the lower electrode 14 and the upper electrode 12 to cause the beam 13 to approach the lower electrode 14 side, a tensile stress is generated between the support portions 17, so that the strength of the support portion 17 is partially reduced. Due to such a change, there is a problem that the degree of deformation of the beam 13 changes or the beam 13 is twisted.
[0015]
When the intensity of the support portion 17 is partially changed as described above by the beam 13 of some MEMS elements 30 in the GLV device, diffraction by the diffraction grating formed by the upper electrode 12 also serving as a light reflection film on the surface of the beam 13 is performed. Since the light intensity changes, the contrast deteriorates, and there is a problem that the characteristics as an optical device cannot be sufficiently satisfied.
[0016]
The present invention provides a micromachine and a method for manufacturing the same, in which the height of the support portion of the beam is made uniform as described above, thereby making the strength of the support portion uniform and improving the characteristics as a display device.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problems described above, a micromachine of the present invention includes a lower electrode formed on a substrate, a beam disposed with a gap between the lower electrode, and a beam formed on a surface of the beam. In the micromachine provided with the upper electrode and the upper electrode, the lower electrode has an opening pattern reaching the substrate, and a beam supporting portion is erected on the substrate in the opening pattern.
[0018]
According to such a micromachine, since the beam supporting portion is erected on the substrate in the opening pattern formed in the lower electrode, even if there is unevenness on the surface of the lower electrode, the influence of the unevenness is not significant. The height of the supporting portion of the beam can be made uniform without receiving the beam. For this reason, the strength of the support portion can be made uniform.
Therefore, even when a voltage is applied to such a micromachine and the beam on which the upper electrode is formed is brought closer to the lower electrode side, the deformation state of the beam does not change, and the beam is not twisted. The height of the beam at the time of deformation can be controlled.
[0019]
Also, a first method of manufacturing a micromachine according to the present invention includes a step of forming a lower electrode having a first opening pattern on a substrate; and a step of forming a sacrificial layer on the substrate so as to cover the lower electrode. Patterning the sacrificial layer so as to overlap the lower electrode, forming a second opening pattern reaching the substrate in the sacrificial layer on the first opening pattern, and forming a beam material layer on the substrate so as to cover the sacrificial layer. After forming the film, the beam is formed on the lower electrode via the sacrificial layer by patterning the beam material layer into a band shape including the second opening pattern, and the beam is formed on the substrate in the second opening pattern. Forming a support unit integrally formed with the beam, forming an upper electrode on the surface of the beam, and providing a gap between the lower electrode and the beam by removing the sacrificial layer. It is characterized by erecting the support portion on the substrate of first opening patterns with.
[0020]
According to such a micromachine manufacturing method, the beam support is formed on the substrate in the second opening pattern formed in the sacrificial layer on the first opening pattern in the lower electrode. Then, by removing the sacrificial layer, the beam supporting portion is set up on the substrate in the first opening pattern. Thus, even if irregularities are formed on the surface of the lower electrode, the beam supporting portions are erected on the substrate, so that the beam supporting portions can be formed without being affected by the irregularities. Therefore, the height of the beam support portion can be made uniform, and the strength of the support portion can be made uniform.
[0021]
According to the second method for manufacturing a micromachine of the present invention, a step of forming a lower electrode on a substrate, a step of forming a sacrificial layer on the lower electrode, and then using a mask pattern as a mask, Patterning the electrode and forming an opening pattern reaching the substrate in the sacrificial layer and the lower electrode; forming a beam material layer on the substrate so as to cover the patterned sacrificial layer and the lower electrode; Forming a beam through the sacrificial layer on the lower electrode by patterning into a strip shape including the pattern, and forming a support unit integrally formed with the beam on the substrate in the opening pattern; and Forming an upper electrode on the surface, removing the sacrificial layer to provide a gap between the lower electrode and the beam, and supporting the substrate in the opening pattern It is characterized by a step of erected.
[0022]
According to the manufacturing method of such a micromachine, an opening pattern reaching the substrate is formed in the sacrificial layer and the lower electrode, and a beam support is formed on the substrate in the opening pattern to remove the sacrificial layer. Are erected on the substrate in the opening pattern, so that the same effects as those of the first manufacturing method described above can be obtained.
Further, according to this method, the substrate side of the support portion is supported by the lower electrode that is a part of the inner wall of the opening pattern. Thereby, the support portion can be formed more stably.
Further, since the sacrificial layer and the lower electrode are removed in the same step to form the opening pattern, a lithography step having a higher process load than the first manufacturing method of forming the first opening pattern and the second opening pattern is required. Less, better in productivity.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a micromachine (hereinafter, referred to as a MEMS element 31) according to a first embodiment of the present invention. In the present embodiment, for example, a MEMS element 31 used for a GLV device will be described.
The same components as those of the related art will be described with the same reference numerals.
The MEMS element 31 according to the present embodiment includes a substrate 20 on which an insulating film 21 is formed, a lower electrode 14 formed on the insulating film 21, a beam 13 formed on the insulating film 21 in a bridge shape, And an upper electrode 12 formed on the surface.
[0024]
As shown in FIG. 1, the substrate 20 is made of, for example, a silicon substrate, on which, for example, SiO 2 is formed. ₂ Is formed.
Here, the portion from the substrate 20 to the insulating film 21 corresponds to the substrate of the first aspect.
The lower electrode 14 is made of, for example, a refractory metal such as W or Cr or Poly-Si, and is formed on the insulating film 21. The lower electrode 14 has a first opening pattern 14a reaching the insulating film 21 on the end side, and the surface of the lower electrode 14 is covered with a protective film 22 made of an oxide film.
[0025]
The beam 13 is made of, for example, SiN, and its end is disposed on the insulating film 21 outside the lower electrode 14, and is formed in a bridge shape. Further, on the surface of the beam 13, an upper electrode 12 made of, for example, Al which also has a function as a light reflection film is formed.
The upper electrode 12 and the lower electrode 14 on the surface of the beam 13 are electrically insulated by the gap 15, the protective film 22, and the beam 13 provided therebetween, and the beam 13 faces the lower electrode 14 at a predetermined interval. And supports the upper electrode 12 in parallel with the lower electrode 14.
[0026]
The support portion 17 of the beam 13 is formed integrally with the beam 13 and is erected on the insulating film 21 in the first opening pattern 14a of the lower electrode 14 so as to be spaced from the inner wall of the first opening pattern 14a. I have.
Here, it is assumed that the support portion 17 is erected on the insulating film 21 in the first opening pattern 14a, while the support portion 17 is erected from the protective film 22 covering the lower electrode 14. , May be in contact with the protective film 22.
In addition, although the end of the beam 13 is arranged on the insulating film 21 here, the present invention is not limited to this, as long as the support 17 is arranged on the insulating film 21. The portion may be arranged on the lower electrode 14 via the protective film 22.
[0027]
According to such a micromachine, the support portion 17 of the beam 13 is provided upright on the insulating film 21 in the first opening pattern 14a. Thus, even when the surface of the lower electrode 14 has irregularities, the support portion 17 of the beam 13 is disposed on the insulating film 21 and the SiO 2 ₂ Since the surface of the insulating film 21 made of is less uneven than the surface of the lower electrode 14 made of a refractory metal or Poly-Si, the support portion 17 is erected on the lower electrode 14 via the protective film 22. The height of the support portion 17 can be made uniform as compared with the case where the support portion 17 is provided, whereby the strength of the support portion 17 can be made uniform.
[0028]
Therefore, when a voltage is applied to such a MEMS element 31 to bring the beam 13 closer to the lower electrode 14 side, the strength of the support portion 17 can be made uniform, so that the degree of deformation of the beam 13 changes, The height of the beam 13 at the time of deformation can be controlled without twisting the beam 13.
Further, in the GLV device using such a MEMS element 31, the intensity of the support portion 17 of the plurality of beams 13 can be made uniform, so that the diffracted light by the diffraction grating formed by the upper electrode 12 on the surface of the beam 13 can be obtained. Can be controlled more reliably.
[0029]
The MEMS element as described above can be manufactured, for example, by the following method. In the present embodiment, a method for manufacturing a MEMS element used for a GLV device will be described as an example.
2 to 3 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the MEMS device according to the present embodiment.
[0030]
First, as shown in FIG. 2A, an insulating film 21 is formed on a semiconductor substrate 20 made of, for example, a silicon substrate.
Thereafter, a lower electrode 14 made of, for example, a refractory metal film or a Poly-Si film is formed on the insulating film 21, and the lower electrode 14 is formed inside the insulating film 21 using a resist pattern (not shown) as a mask. Is patterned so that is formed. Further, a first opening pattern 14a reaching the insulating film 21 and having a diameter larger than the diameter of the support portion is formed in the lower electrode 14 in a region where a beam support portion is formed in a step described later.
[0031]
Next, as shown in FIG. ₂ Is formed. The protective film 22 is formed to protect the lower electrode 14 when removing the sacrificial layer in a step described later, and the sacrificial layer is selected without affecting the lower electrode 14 when removing the sacrificial layer. The protective film 22 need not be formed as long as it can be removed.
[0032]
Next, as shown in FIG. 2C, a sacrificial layer 23 made of, for example, an a-Si film or a Poly-Si film is formed on the insulating film 21 so as to cover the protective film 22. Then, using the resist pattern as a mask, the sacrificial layer 23 is patterned so as to be formed, for example, inside the lower electrode 14, and the sacrificial layer 23 on the first opening pattern 14a is The second opening pattern 23a is formed.
Since the diameter of the second opening pattern 23a is the diameter of the beam supporting portion formed in a step described later, the diameter is appropriately set to a diameter having a strength capable of supporting the beam.
[0033]
Here, the sacrifice layer 23 is patterned so that the sacrifice layer 23 is formed inside the lower electrode 14. However, the present invention is not limited to this, and the sacrifice layer 23 may overlap the lower electrode 14. What is necessary is just to be formed.
In addition, the sacrifice layer 23 is selectively removed from the beam, the protective film 22 and the insulating film 21 by a process to be described later. On the other hand, it is formed of a material having a high etching selectivity.
If the protective film 22 is not formed, the sacrifice layer 23 is selectively removed by etching with respect to the beam, the lower electrode 14 and the insulating film 21. Therefore, a material having a high etching selectivity is appropriately selected. Formed.
[0034]
Subsequently, as shown in FIG. 2D, for example, a SiN film is formed on the insulating film 21 so as to cover the sacrificial layer 23 and the protective film 22 by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method. A beam material layer (not shown) is formed. At this time, the film is formed so as to cover the inner wall of the second opening pattern 23a with the beam material layer.
Here, the mechanical properties of the beam 13 are determined by the physical properties of the beam material layer to be formed. The SiN film used in the present embodiment has physical properties such as strength and elastic constant suitable for mechanical driving of the beam 13 and is preferable.
[0035]
Then, by using the resist pattern as a mask and patterning the beam material layer into a band shape including the second opening pattern 23a, a plurality of bridge-shaped beams 13 having a sacrifice layer 23 between the protection film 22 and the protection film 22 are formed. Are formed in parallel.
Further, along the inner wall of the second opening pattern 23a, a support portion 17 of the beam 13 formed integrally with the beam 13 on the insulating film 21 is formed.
[0036]
Next, although not shown here, Al for wiring is formed at the end of the beam 13 and patterned.
Here, the end of the beam 13 is formed on the insulating film 21, but the present invention is not limited to this, and the support 17 may be formed on the insulating film 21, and the end may be formed on the protective film 22. May be formed.
[0037]
Next, as shown in FIG. 3E, a conductive film made of, for example, Al is formed on the sacrificial layer 23 so as to cover the beam 13 and is patterned, so that the upper electrode 12 is formed on the surface of the beam 13. To form
Here, Al can be formed relatively easily, the wavelength dispersion of light reflectance in the visible light region is small, and the natural alumina oxide film formed on the Al surface serves as a protective film to protect the reflective surface. It is preferable that the upper electrode 12 also functions as a light reflecting film.
Here, after forming the beam 13 by patterning the beam material layer, a conductive film is formed, and the upper electrode 12 is formed by patterning. However, after forming the beam material layer, the conductive film is formed. The film 13 and the beam 13 and the upper electrode 12 may be patterned.
[0038]
Then, as shown in FIG. 3 (f), the sacrificial layer 23 (see FIG. 3 (e)) is changed to xenon fluoride (XeF). ₂ ) Removed by dry etching using gas. As a result, a gap 15 is formed between the protective film 22 and the beam 13, and the support 17 is separated from the inner wall of the first opening pattern 14a on the insulating film 21 in the first opening pattern 14a. To be erected.
The bridge-shaped beam 13 is supported by the support 17.
[0039]
In this way, the lower electrode 14 formed on the insulating film 21 and the bridge-shaped lower electrode 14 are formed on the insulating film 21 in the first opening pattern 14a of the lower electrode 14. A GLV device including a MEMS element 31 including a plurality of beams 13 having a support portion 17 and an upper electrode 12 formed on the surface of the plurality of beams 13 is manufactured.
[0040]
According to such a method of manufacturing the MEMS element 31, the support portion 17 of the beam 13 is not provided on the lower electrode 14 via the protective film 22, but is provided on the insulating film 21 in the first opening pattern 14a. .
As a result, even if irregularities are formed on the surface of the lower electrode 14, SiO ₂ Since the support portions 17 are erected on the insulating film 21 made of, the height of the support portions 17 can be made uniform, and the strength can be made uniform.
[0041]
In the present embodiment, the support portion 17 is formed on the insulating film 21. However, the insulating film 21 exposed at the bottom of the first opening pattern 14a is removed, and an opening pattern reaching the substrate 20 is formed. The part 17 may be formed on the substrate 20 in this opening pattern. Even if the support portion 17 is formed on the substrate 20, the same effect as described above can be obtained.
In this case, the insulating film 21 may be removed by etching using a resist pattern used for forming the first opening pattern 14a of the lower electrode 14 as a mask, and the insulating film 21 may be removed using the lower electrode 14 as a mask. May be removed.
Furthermore, after forming the first opening pattern 14a, the lower electrode 14 and the insulating film 21 other than the first opening pattern 14a were covered with a new resist pattern, and were exposed at the bottom of the first opening pattern 14a. Only the insulating film 21 may be removed.
[0042]
(2nd Embodiment)
FIG. 4 is a sectional view of a micro machine (hereinafter, referred to as a MEMS element 32) according to a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, for example, a MEMS element 32 used for a GLV device will be described.
The same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
The MEMS element 32 in this embodiment includes a substrate 20 on which an insulating film 21 is formed, a lower electrode 14 formed on the insulating film 21, a beam 13 provided on the insulating film 21 in a bridge shape, And an upper electrode 12 provided on the surface.
[0043]
An insulating film 21 is formed on the substrate 20, and the lower electrode 14 is disposed on the insulating film 21.
The lower electrode 14 has an opening pattern 24a reaching the insulating film 21 on the end side, and the surface of the lower electrode 14 is covered with a protective film 22 made of an oxide film.
[0044]
The end of the beam 13 is disposed on the insulating film 21 outside the lower electrode 14, and is provided in a bridge shape with a gap 15 between the beam 13 and the protective film 22. On the surface of the beam 13, an upper electrode 12 which also functions as a light reflection film is formed.
The upper electrode 12 and the lower electrode 14 on the surface of the beam 13 are electrically insulated by the gap 15, the protective film 22, and the beam 13 provided therebetween.
[0045]
The support portion 17 of the beam 13 is formed integrally with the beam 13 and stands upright on the insulating film 21 in the first opening pattern 24a of the lower electrode 14. The support portion 17 has the insulating film 21 side supported by the inner wall of the opening pattern 24a.
[0046]
According to such a MEMS device 32, since the support portion 17 of the beam 13 is disposed on the insulating film 21, the same effect as the MEMS device 31 of the first embodiment can be obtained.
Furthermore, since the insulating film 21 side of the support 17 is supported by the inner wall of the opening pattern 24a, the support 17 can be further stabilized.
[0047]
A method of manufacturing the MEMS device 32 according to the second embodiment of the present invention is shown in the manufacturing process sectional views of FIGS.
First, as shown in FIG. 5A, an insulating film 21 is formed on a substrate 20, and the lower electrode 14 is formed on the insulating film 21.
Next, as shown in FIG. 5B, an oxide film is formed as a protective film 22 on the surface of the lower electrode 14.
[0048]
Subsequently, as shown in FIG. 5C, a sacrificial layer 23 is formed on the protective film 22, and the sacrificial layer 23, the protective film 22, and the lower electrode 14 are formed using a resist pattern (not shown) as a mask. An opening pattern 24 reaching the insulating film 21 is formed in the sacrificial layer 23, the protective film 22, and the lower electrode 14 in a region where a beam supporting portion is formed in a process described later, while being patterned so as to be formed inside the insulating film 21. To form
Here, since the diameter of the opening pattern 24 is the diameter of the beam support portion formed in a process described later, the diameter is appropriately set to a diameter having a strength capable of supporting the beam.
[0049]
Subsequently, as shown in FIG. 5D, a beam material layer (not shown) is formed on the insulating film 21 so as to cover the patterned lower electrode 14, the protective film 22, and the sacrificial layer 23. At this time, the film is formed so as to cover the inner wall of the opening pattern 24 with the beam material layer.
Then, by using the resist pattern as a mask and patterning the beam material layer into a band including the opening pattern 24, a plurality of bridge-shaped beams 13 having the sacrificial layer 23 between the protection film 22 and the protection film 22 are formed. .
Further, a support portion 17 of the beam 13 formed integrally with the beam 13 is formed on the insulating film 21 along the inner wall of the opening pattern 24.
[0050]
Next, although not shown here, Al for wiring is formed at the end of the beam 13 and patterned, and as shown in FIG. An upper electrode 12 also serving as a light reflecting film is formed on the surface of the beam 13 by forming a conductive film on the sacrificial layer 23 and patterning the same.
[0051]
Then, as shown in FIG. 6F, the sacrificial layer 23 (see FIG. 6E) is removed by dry etching. As a result, a gap 15 is formed between the protective film 22 and the beam 13, the upper part of the opening pattern 24 (see FIG. 6E) is also removed, and the inner wall is formed by the protective film 22 and the lower electrode 14. Thus, the opening pattern 24a is formed.
The support portion 17 of the beam 13 is erected on the insulating film 21 in the opening pattern 24a while being supported by the inner wall of the opening pattern 24a.
[0052]
In this way, the lower electrode 14 formed on the insulating film 21 and the support portion 17 formed in a bridge shape on the insulating film 21 and standing on the insulating film 21 in the opening pattern 24a of the lower electrode 14 are formed. A GLV device including a MEMS element 32 including a plurality of beams 13 having the above-mentioned structure and the upper electrode 12 formed on the surfaces of the plurality of beams 13 is manufactured.
[0053]
According to such a method of manufacturing the MEMS element 32, the support portion 17 of the beam 13 is formed not on the lower electrode 14 via the protective film 22 but on the insulating film 21 in the opening pattern 24a. Thereby, the same effects as those of the manufacturing method described in the first embodiment can be obtained.
Further, an opening pattern 24 reaching the insulating film 21 is formed in the sacrificial layer 23, the protective film 22, and the lower electrode 14, and the supporting portion 17 is formed on the insulating film 21 along the inner wall of the opening pattern 24. Since the insulating film 23 is removed, the insulating film 21 side of the support portion 17 is supported by the inner wall of the opening pattern 24 a including the protective film 22 and the lower electrode 14. Thereby, the support part 17 can be formed more stably.
Further, since the sacrificial layer 23, the protective film 22, and the lower electrode 14 are removed in the same step to form the opening pattern 24, the number of lithography steps with a larger process load than in the manufacturing method described in the first embodiment is reduced, and More excellent in nature.
[0054]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the MEMS element including the bridge-shaped beam 13 has been described. However, the present invention can be similarly applied to a MEMS element having a cantilever type beam in which the support portion 17 is formed only on one end side of the beam 13 instead of the bridge-shaped beam 13.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the micromachine of the present invention, since the beam support is disposed on the substrate, even if the surface of the lower electrode has irregularities, the beam is not affected by the irregularities. Since the height of the support portion can be made uniform, the strength of the support portion can be made uniform.
Therefore, even when a voltage is applied to such a micromachine and the beam is brought closer to the lower electrode, the strength of the supporting portion is uniform, so that the deformation of the beam changes or the beam is twisted. It is possible to control the height of the beam at the time of deformation without any trouble.
Further, in a GLV in which a plurality of such micromachines are arranged in parallel, the strength of the beam support in each micromachine can be made uniform, and the height of each beam when deformed when a voltage is applied to the micromachine can be controlled. In addition, the intensity of the diffracted light by the diffraction grating formed by the upper electrode on the beam surface can be more reliably controlled.
[0056]
Further, according to the first manufacturing method of the micromachine of the present invention, since the beam support is erected on the substrate in the first opening pattern, even if the surface of the lower electrode has irregularities, The height of the support portion can be made uniform, and the strength of the support portion can be made uniform.
[0057]
Further, according to the second manufacturing method of the micro machine of the present invention, since the beam support is erected on the substrate in the opening pattern, the same effect as in the first manufacturing method can be obtained. .
Further, according to this method, since the substrate side of the support portion is supported by the lower electrode that is a part of the inner wall of the opening pattern, the support portion can be formed more stably.
In addition, since the sacrificial layer and the lower electrode are removed in the same step to form an opening pattern, the number of lithography steps with a larger process load than in the first manufacturing method is small, and the productivity is superior.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a micro machine according to a first embodiment.
FIG. 2 is a manufacturing process cross-sectional view (part 1) for describing the method for manufacturing a micromachine in the first embodiment.
FIG. 3 is a manufacturing process sectional view (part 2) for describing the method for manufacturing the micromachine in the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a micro machine according to a second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view (part 1) illustrating a manufacturing process for illustrating a method for manufacturing a micromachine in the second embodiment.
FIG. 6 is a manufacturing process sectional view (part 2) for describing the method for manufacturing the micromachine in the second embodiment.
7A and 7B are a perspective view and a cross-sectional view for explaining a micromachine according to a conventional technique.
FIG. 8 is a cross-sectional view (No. 1) of a manufacturing process for describing a method of manufacturing a micromachine in a conventional technique.
FIG. 9 is a sectional view of a manufacturing process (part 2) for describing a method of manufacturing a micromachine in a conventional technique.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a problem in the related art.
[Explanation of symbols]
12 upper electrode, 13 beam, 14 lower electrode, 14a first opening pattern, 23a second opening pattern, 24, 24a opening pattern, 17 supporter, 20 substrate, 21 insulating film , 22 ... protective film, 23 ... sacrificial layer, 31, 32 ... MEMS element

Claims

A lower electrode formed on a substrate, a beam disposed with a gap between the lower electrode, and a micro machine including an upper electrode formed on the surface of the beam,
The micromachine according to claim 1, wherein the lower electrode has an opening pattern reaching the substrate, and the beam support is erected on the substrate in the opening pattern.

2. The micromachine according to claim 1, wherein a surface of the lower electrode is covered with a protective film.

Forming a lower electrode having a first opening pattern on the substrate;
Forming a sacrificial layer on the substrate to cover the lower electrode;
Patterning the sacrificial layer so as to overlap the lower electrode, and forming a second opening pattern reaching the substrate in the sacrificial layer on the first opening pattern;
After forming a beam material layer on the substrate so as to cover the sacrificial layer, by patterning the beam material layer into a band including the second opening pattern, the sacrificial layer is formed on the lower electrode. Forming a beam on the substrate in the second opening pattern and forming a support unit integrally formed with the beam,
Forming an upper electrode on the surface of the beam;
Removing the sacrificial layer, thereby providing a gap between the lower electrode and the beam, and erecting the support on the substrate in the first opening pattern. Method.

4. The method according to claim 3, wherein a step of forming a protective film on a surface of the lower electrode is performed before forming the sacrificial layer.

Forming a lower electrode on the substrate;
Forming a sacrificial layer on the lower electrode, patterning the sacrificial layer and the lower electrode using a mask pattern as a mask, and forming an opening pattern in the sacrificial layer and the lower electrode that reaches the substrate. ,
After depositing a beam material layer on the substrate so as to cover the patterned sacrificial layer and the lower electrode, the sacrificial layer is patterned on the lower electrode by patterning the strip material including the opening pattern. Forming a beam through, and forming a support unit integrally formed with the beam on the substrate in the opening pattern,
Forming an upper electrode on the surface of the beam;
Removing the sacrificial layer to provide a gap between the lower electrode and the beam, and erecting the support portion on the substrate in the opening pattern. .

The method according to claim 5, wherein a step of forming a protective film on a surface of the lower electrode is performed before forming the sacrificial layer.