JP2004330363A - Ｍｅｍｓ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの上昇を招くことなく、貼り合わせることでＭＥＭＳ素子が形成できるようにする。
【解決手段】転写板３００の上に選択的に形成された導電性ペーストパターン６０１の一部を、電極基板１２０の支持部材１２５の上に転写することで、支持部材１２５の上に選択的に導電性ペーストからなるスペーサパターン８０１を形成し、ここに、ミラー基板１００の枠部１０３ａを接着する。
【選択図】 図９

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも微細な可動部を備えた構造体を他の構造体に貼り合わせることで光スイッチ素子などのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子を製造するＭＥＭＳ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子におけるシリコンや金属の構造体からなるアクチュエータの駆動は、これに対向して配置した電極の発生する静電力によって行われている。例えば、ＭＥＭＳ素子の一つである光スイッチ素子では、シリコンなどの構造体からなるミラーの駆動（回動）を、この下方に配置した電極の発生する静電力によって行っている。この光スイッチ素子は、微細なミラーで光の経路を切り換えることで、光信号を電気信号に切り換えることなくスイッチングするものである（特許文献１，非特許文献１参照）。
【０００３】
上述した光スイッチは、例えば、図１５に示すように構成されている。図１５は、ＭＥＭＳ素子である光スイッチ素子の構成例を示す平面図（ａ），および断面図（ｂ）である。この光スイッチ素子は、回動するミラー１５０５を備えたミラー基板１５００と、ミラー１５０５を回動させるための制御電極１５２４を備えた電極基板１５２０とを貼り合わせることで形成されたものである。
【０００４】
ミラー基板１５００は、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板１５０１の埋め込み酸化膜１５０２上の単結晶シリコン層１５０３を、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングすることで、回動する可動枠１５０４およびミラー１５０５を形成したものである。可動枠１５０４は、この周囲の枠部１５０３ａに一対の連結部１５０６によって回動可能に連結されている。また、ミラー１５０５は、可動枠１５０４に一対のミラー連結部１５０７によって回動可能に連結されている。
【０００５】
また、基板１５０１および埋め込み酸化膜１５０２の、ミラー１５０５が形成されている領域には、開口部が形成され、ミラー１５０５や可動枠１５０４を回動可能としている。
一方、電極基板１５２０は、例えば単結晶シリコンからなる基板１５２１の上に、絶縁膜１５２２を介して形成された配線層１５２３に接続する制御電極１５２４を備え、また、導電性を有する支持部１５２５を備えている。
【０００６】
このように形成された電極基板１５２０とミラー基板１５００とは、支持部１５２５を、導電性ペーストパターン１５３１により単結晶シリコン層１５０３（枠部１５０３ａ）の表面に接着することで、接合している。制御電極１５２４および支持部１５２５は、例えば、配線層１５２３の上に金属膜を形成し、これを、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングすることで、同時に形成するようにしている。このため、制御電極１５２４と支持部１５２５とは、同じ高さに形成される。
【０００７】
従って、導電性ペーストパターン１５３１を所定の厚さに形成することで、制御電極１５２４とミラー１５０５とを、導電性ペーストパターン１５３１の厚さだけ離間させることができる。また、導電性ペーストパターン１５３１により支持部１５２５と枠部１５０３ａとが電気的に接続された状態が得られ、可動枠１５０４およびミラー１５０５を所定の電位とすることが可能となる。
なお、図１５では、光スイッチ素子の一部を示すものであり、特に、１つのミラー１５０５が形成されている部分を示すものである。
【０００８】
ところで、導電性ペーストパターン１５３１は、つぎのようにして、支持部１５２５の上につけるようにしている。まず、転写板を用意し、この上に導電性ペースト膜を形成する。これに電極基板１５２０の支持部１５２５の形成面を押し付けることで、転写板の上の導電性ペーストを支持部１５２５の上面に転写し、支持部１５２５の上に導電性ペーストパターン１５３１を形成する（特許文献２参照）。
【０００９】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件の出願時までに発見するには至らなかった。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−１６５２５８２号公報（２〜４頁，図１，２，７〜９）
【特許文献２】
特開平４−０８８６４５号公報（２頁，第５〜第８図）
【非特許文献１】
２００２年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会Ｂ−１２−３ ４４３頁 （図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した接合の方法では、支持部１５２５の上に転写しようとする導電性ペーストが、制御電極１５２４の上にも転写されてしまう。これを解消するために、支持部材の方を制御電極より高く形成する方法もある。しかしながら、異なる高さのパターンを形成する場合、同時に形成することができず、製造工程が増加し、また、複雑となり、製造コストの上昇を招いてしまう。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、製造コストの上昇を招くことなく、貼り合わせることでＭＥＭＳ素子が形成できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法は、電極基板の上に制御電極および導電性を有する支持部を形成する工程と、ミラー基板に回動するミラーを形成する工程と、支持部に対応する導電性ペーストのパターンを印刷法により転写板の上に形成する工程と、転写板のパターンの形成面と電極基板の支持部の形成面とを対向させて互いに押し付け、パターンに支持部の上面を当接させ、パターンの一部を支持部の上面に転写し、支持部の上に導電性ペーストからなるスペーサパターンを形成する工程と、ミラー基板をスペーサパターンにより支持部の上に接着し、電極基板とミラー基板とを接合する工程とを少なくとも備えたものである。
この製造方法では、転写板の上に選択的に形成された導電性ペーストパターンの一部を、支持部の上に転写することで、支持部の上に選択的に導電性ペーストからなるスペーサパターンを形成する。
【００１４】
上記ＭＥＭＳ素子の製造方法において、転写板は、制御電極の形成領域に対応する領域に凹部が形成され、支持部の形成領域に対応する転写板の領域は凸部とされたものを用い、パターンは、転写板の凸部に形成するようにしてもよい。
また、上記ＭＥＭＳ素子の製造方法において、パターンは、スクリーン印刷法により転写板の上に形成すればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図１に示すような、ミラー基板１００を用意する。図１は、ＭＥＭＳ素子の一部を構成するミラー基板１００の構成例を示す模式的な断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。ミラー基板１００は、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板１０１の埋め込み酸化膜１０２上の単結晶シリコン層１０３を、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングすることで、回動する可動枠１０４およびミラー１０５を形成したものである。
【００１６】
図１の例では、各々１つのミラー１０５を備えた９個のセルが、３行３列に配列された例を示している。個々の部分において、可動枠１０４は、この周囲の枠部１０３ａに一対の連結部１０６によって回動可能に連結されている。また、ミラー１０５は、可動枠１０４に一対のミラー連結部１０７によって回動可能に連結されている。
また、基板１０１および埋め込み酸化膜１０２の、ミラー１０５が形成されている領域には、開口部が形成され、ミラー１０５や可動枠１０４を回動可能としている。
【００１７】
以上のようにミラー基板１００を用意するとともに、図２に示すように、電極基板１２０を用意する。図２は、ＭＥＭＳ素子の一部を構成する電極基板１２０の構成例を示す模式的な断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。電極基板１２０は、例えば単結晶シリコンからなる基板１２１の上に、絶縁膜１２２を介して形成された配線層１２３に接続する制御電極１２４を備え、また、制御電極１２４と同時に形成された複数の支持部材１２５を備えている。
【００１８】
電極基板１２０も、９個のセルが３行３列に配置されたものである。個々のセルにおいて、ミラー１０５を回動させるための制御電極１２４と可動枠１０４を回動させるための制御電極１２４とを備えている。また、個々のセルを囲うように、支持部材１２５が設けられている。なお、図２（ｂ）の平面図において、一点鎖線で囲う１つの領域が、１つのセルを示している。また、各セルにおいて、点線で囲う領域が、制御電極形成領域である。なお、図２（ｂ）では、配線層１２３は省略している。
【００１９】
以上に説明したように、ミラー基板１００と電極基板１２０とを用意したら、つぎに、図３に示すような、転写板３００を用意する。図３は、本発明の実施の形態におけるＭＥＭＳ素子の製造方法で用いる転写板３００の構成例を示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。本実施の形態における転写板３００は、電極基板１２０の制御電極形成領域に対応する部分に、凹部３０１を備え、３行３列に配列された凹部３０１を各々囲うように、凸部３０２を備えている。凸部３０２は、平面視格子状の配列されたものである。
【００２０】
このような転写板３００を用意したら、印刷法により、凸部３０２の上に導電性ペーストのパターンを形成する。例えば、以下に示すスクリーン印刷法により導電性ペーストのパターンを形成すればよい。スクリーン印刷法によるパターンの形成では、まず、図４に示すような、スクリーンマスク４００を用意する。スクリーンマスク４００は、枠４０３に張着されたスクリーン４０２を備え、スクリーン４０２の外面に、開口パターンを有する版膜４０１が被着されている。版膜４０１の開口パターンは、転写板３００の凸部３０２の領域に対応する部分に設けられている。
【００２１】
このようなスクリーンマスク４００を用意したら、図５に示すように、版膜４０１の開口パターンの部分が凸部３０２の部に配置されるように、転写板３００とスクリーンマスク４００との相対位置関係を合わせる。相対位置関係を合わせた後、スクリーンマスク４００の裏面より、導電性ペースト５０２を投入する。導電性ペースト５０２は、例えば、銀（Ａｇ）の微粒子が樹脂ペースト中に分散した銀ペーストである。次いで、スクリーンマスク４００と転写板３００とを所定の間隔となるまで近づかせて固定した後、スキージ５０１によりスクリーンマスク４００の内面を加圧摺動する。
【００２２】
このことにより、導電性ペースト５０２の一部は、版膜４０１の開口部内に露出しているスクリーン４０２の目を通過する。この通過した導電性ペーストにより、図６に示すように、転写板３００の凸部３０２に導電性ペーストパターン６０１が形成される。ここで、導電性ペーストパターン６０１の厚さは、図４（ｂ）に示すスクリーンマスク４００の厚さｔ，導電性ペーストの粘性，スキージ５０１の加圧力などによって変化する。
【００２３】
これらを制御し、導電性ペーストパターン６０１の膜厚を、所望の厚さに制御する。導電性ペーストパターン６０１の膜厚は、例えば、０．１ｍｍ以下とすればよい。また、導電性ペーストパターン６０１の幅は、凸部３０２の幅より狭くする。このようにすることで、導電性ペーストパターン６０１の位置が多少ずれても、これらが凸部３０２よりはみ出すことが抑制されるようになる。
【００２４】
以上示したように、転写板３００の凸部３０２の上に、選択的に導電性ペーストパターン６０１を形成したら、図７に示すように、電極基板１２０の支持部材１２５を導電性ペーストパターン６０１に押し付ける。このとき、電極基板１２０は、例えばダイボンダー７０１の上に固定し、転写板３００は、ステージ７０２の上に固定し、ダイボンダー７０１とステージ７０２との間に所定の力を加えることで、電極基板１２０の支持部材１２５を導電性ペーストパターン６０１に押し付ける。
【００２５】
また、支持部材１２５の形成位置と導電性ペーストパターン６０１の形成位置を合わせ、制御電極形成領域が、転写板３００の凹部３０１に配置されるようにする。
ここで、導電性ペーストパターン６０１の膜厚が厚すぎると、押し付けたときに導電性ペーストパターン６０１が潰れて変形し、変形して平面方向にはみ出た部分が制御電極１２４に接触する場合がある。従って、導電性ペーストパターン６０１の厚さは、変形により制御電極１２４に接触しない範囲にする。
【００２６】
以上に示したことにより、複数の支持部材１２５を導電性ペーストパターン６０１に押し付けた後、転写板３００より電極基板１２０を離間させることで、各々の支持部材１２５の上に導電性ペーストパターン６０１の一部を転写して、図８に示すように、支持部材１２５の上にスペーサパターン８０１が形成された状態とする。
【００２７】
この後、図９に示すように、スペーサパターン８０１の上にミラー基板１００の所定領域を当接させる。このとき、電極基板１２０はダイボンダー７０１に固定し、ミラー基板１００はステージ９０１に固定した状態で、両者を対向配置し、スペーサパターン８０１にミラー基板１００（枠部１０３ａ）の所定領域を当接させる。
【００２８】
この状態で、スペーサパターン８０１を焼成し、電極基板１２０が、支持部材１２５において、スペーサパターン８０１を焼成した導電性スペーサ部により、ミラー基板１００の枠部１０３ａに接着した状態とする。
以上のことにより、ミラー１０５と制御電極１２４とが、上記導電性スペーサ部の厚さだけ離間した状態に配置された状態が得られる。
【００２９】
ところで、上述した実施の形態では、図２に示したように、セルの周囲に支持部材１２５を配列したが、これに限るものではなく、図１０，図１１，図１２，図１３，図１４の平面図に示すように、セルの周囲に支持部材１２５を配置するようにしても良い。これらのように、支持部材１２５の数を減らすことで、セルの大きさをより小さくすることが可能となり、ＭＥＭＳ素子の微細化を促進できるようになる。
【００３０】
また、支持部材１２５の数を減らすことで、支持部材１２５の下の基板１２１に形成する配線層の配線パターンの自由度を大きくすることが可能となる。また、支持部材１２５を構成する材料の節減にもなる。
また、例えば、図１２に示すように支持部材１２５を配置する場合、図１３に示すように、転写板３００の凸部３０２の上に、導電性ペーストパターン１３０１を形成するようにすればよい。
【００３１】
いずれの場合においても、各セルの対角線上の２隅には支持部材１２５を配置するようにしているので、ミラーと制御電極との間隔のバラツキが、小さく抑制された状態となる。
なお、上述した実施の形態では、転写板３００に凹部３０１を設けるようにしたが、これに限るものではない。平坦な転写板を用い、この平坦な面に、印刷法により導電性ペーストパターンを形成するようにしても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、転写板の上に選択的に形成された導電性ペーストパターンの一部を、支持部の上に転写することで、支持部の上に選択的に導電性ペーストからなるスペーサパターンを形成するようにした。この結果、本発明によれば、回動するミラーと制御電極とは、離間された状態に形成されるようになるので、製造コストの上昇を招くことなく、貼り合わせることでＭＥＭＳ素子が形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＥＭＳ素子の一部を構成するミラー基板１００の構成例を示す模式的な断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図２】ＭＥＭＳ素子の一部を構成する電極基板１２０の構成例を示す模式的な断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図３】本発明の実施の形態におけるＭＥＭＳ素子の製造方法で用いる転写板３００の構成例を示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図４】本発明の実施の形態におけるＭＥＭＳ素子の製造方法で用いるスクリーンマスク４００の構成例を示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図５】本発明の実施の形態におけるＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する一部工程図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるＭＥＭＳ素子の製造方法で用いる転写板３００に導電性ペーストパターン６０１が形成された状態を示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図７】本発明の実施の形態におけるＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する一部工程図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する一部工程図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるＭＥＭＳ素子の製造方法を説明する一部工程図である。
【図１０】ＭＥＭＳ素子の一部を構成する電極基板１２０の他の構成例を示す模式的な平面図である。
【図１１】ＭＥＭＳ素子の一部を構成する電極基板１２０の他の構成例を示す模式的な平面図である。
【図１２】ＭＥＭＳ素子の一部を構成する電極基板１２０の他の構成例を示す模式的な平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態におけるＭＥＭＳ素子の製造方法で用いる転写板３００に導電性ペーストパターン１３０１が形成された状態を示す平面図である。
【図１４】ＭＥＭＳ素子の一部を構成する電極基板１２０の他の構成例を示す模式的な平面図である。
【図１５】ＭＥＭＳ素子である光スイッチ素子の構成例を示す平面図（ａ），および断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１００…ミラー基板、１０１…ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、１０２…埋め込み酸化膜、１０３…単結晶シリコン層、１０３ａ…枠部、１０４…可動枠、１０５…ミラー、１０６…連結部、１０７…ミラー連結部、１２０…電極基板、１２１…基板、１２２…絶縁膜、１２３…配線層、１２４…制御電極、１２５…支持部材、３００…転写板、３０１…凹部、３０２…凸部、４００…スクリーンマスク、４０１…版膜、４０２…スクリーン、４０３…枠、５０１…スキージ、５０２…導電性ペースト、７０１…ダイボンダー、７０２，９０１…ステージ、８０１…スペーサパターン。

Claims (3)

1. 電極基板の上に制御電極および導電性を有する支持部を形成する工程と、
   ミラー基板に回動するミラーを形成する工程と、
   前記支持部に対応する導電性ペーストのパターンを印刷法により転写板の上に形成する工程と、
   前記転写板の前記パターンの形成面と前記電極基板の前記支持部の形成面とを対向させて互いに押し付け、前記パターンに前記支持部の上面を当接させ、前記パターンの一部を前記支持部の上面に転写し、前記支持部の上に前記導電性ペーストからなるスペーサパターンを形成する工程と、
   前記ミラー基板を前記スペーサパターンにより前記支持部の上に接着し、前記電極基板と前記ミラー基板とを接合する工程と
   を少なくとも備えたことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
2. 請求項１記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、
   前記転写板には、前記制御電極の形成領域に対応する領域に凹部が形成され、
   前記支持部の形成領域に対応する前記転写板の領域は凸部とされ、
   前記パターンは、前記転写板の前記凸部に形成する
   ことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
3. 請求項１または２記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、
   前記パターンは、スクリーン印刷法により前記転写板の上に形成する
   ことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。

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