JP3055527B2 - マイクロアクチュエータとその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロアクチュ
エータとその製造方法に係わり、特に、光学部品、光磁
気・磁気ディスク等の小型部品を駆動するのに適したア
クチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】小型アクチュエータを磁気ヘッドのサス
ペンション先端に搭載してスライダーを駆動するアクチ
ュエータが、エル．エス．ファン（Ｌ．Ｓ．Ｆａｎ）等
によって提案されている［「Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃ
ｏｒｄｉｎｇ Ｈｅａｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａ
ｔ Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｔｒａｃｋ Ｄｅｎｓｉｔｉ
ｅｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒ−
Ｂａｓｅｄ，Ｔｗｏ−Ｓｔａｇｅ Ｓｅｒｖｏ Ｓｙｓ
ｔｅｍ」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎ
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．４２，ＮＯ．３，ｐｐ．２２２−２３３，Ｊｕｎｅ
１９９５）］。以下、このアクチュエータを図５〜図
７の図面を用いて説明する。図５は、マイクロアクチュ
エータの平面図、図６は図５のＡ部の拡大平面図、図７
は図６のＡ−Ａ’線断面図である。これらの図におい
て、マイクロアクチュエータはシリコン基板１００上に
対向して設けられた左右の固定子８３，８４とこれらの
固定子間に設けられた可動子８２を備えている。可動子
８２は、ばね８１によってシリコン基板１００上の所望
の位置に浮いた状態で支持されている。ばね８１は、シ
リコン基板１００に固定されたバネ固定台８０に設けら
れることにより、シリコン基板１００から分離してい
る。

【０００３】前記固定子８３，８４は、同一ピッチで櫛
歯状に一体に形成されることにより多数の櫛歯部９１を
備え、また各櫛歯部９１の一方の側面には同じく所定の
ピッチで櫛歯状に形成された多数の固定子電極９３を備
えている。また、可動子８２も前記固定子８３，８４の
櫛歯部９１と同一ピッチで櫛歯状に形成されることによ
り多数の櫛歯部９２を有し、また各櫛歯部９２の一方の
面には前記固定子電極９３の間に差し込まれる可動子電
極９４を備えている。固定子８３，８４の櫛歯部９１
は、可動子８２の櫛歯部９２よりも大きな幅を有してい
る。また、固定子電極９３の幅も可動子電極９４の幅よ
りも大きく設定されることが多い。前記固定子電極９３
は櫛歯部９１と共に固定子固定台１０１を介してシリコ
ン基板１００に接着されているのに対して、可動子電極
９４は櫛歯部９２とともにシリコン基板１００から分離
している。このため、可動子電極９４と二つの固定子８
３，８４の固定子電極９３との間に電圧を加えると、可
動子８２を図５において右側あるいは左側に駆動させる
ことができる。この場合、図において左側の固定子８４
に電圧を印加すると左側に、右側の固定子８３に電圧を
印加すると右側に移動させることができる。

【０００４】このマイクロアクチュエータは、シリコン
基板１００の上で後に可動子８２を作製する領域に２μ
ｍ厚のＰＳＧ（燐シリガラス）をパターニングし、この
上にフォトリソグラフィーを利用して作製したレジスト
パターニングの間に銅メッキを行う方法を用いて作製さ
れた。最後に、フッ酸を用いてＰＳＧを除去することに
よって可動子８２および可動子電極９４をシリコン基板
１００から分離した。このようにして、ファン等は２０
μｍ厚の銅を材料とするマイクロアクチュエータの試作
を行った。

【０００５】一方、シリコンＩＣプロセスを利用するマ
イクロアクチュエータでは従来からポリシリコン薄膜を
利用した構造が良く知られている。ポリシリコンを構造
体とするアクチュエータは、電気メッキアクチュエータ
と比較して、シリコンＩＣプロセスとの整合性が良く、
また優れた機械特性を示すという長所がある。しかし、
磁気・光磁気ヘッド等への応用においてはヘッドが所望
の方向以外の方向へ動くことを低く抑えることが必要で
ある。図５に示したマイクロアクチュエータでは、可動
子８２が図において左右方向に動くことが要求されてい
るが、一方紙面に対して垂直方向に動くことは極力小さ
く抑えなければならない。この要求から、ばね８１の厚
さを厚くすることが必要とされる。また、大きな静電気
力を利用するためにも可動子電極９４と固定子電極９３
の厚さを厚くすることが重要である。

【０００６】以上の要求から、２０μｍ以上の厚さをも
つアクチュエータを作製することが実用上重要とされる
ようになった。ポリシリコン薄膜は実用上４μｍ程度の
厚さをもたせることが限界であることから、上で述べた
メッキ技術や以下に述べるシリコン単結晶のエッチング
加工技術を利用したマイクロアクチュエータが開発され
るようになった。

【０００７】シリコン単結晶からなるアクチュエータを
作製するには、例えばエイ．ベニチェツ（Ａ．Ｂｅｎｉ
ｔｅｚ）等による「Ｂｕｌｋ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃ
ｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃ
ｅｓ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄｆｒｏｍ Ｃｏｍｍｅｒｃ
ｉａｌ Ｂｏｎｄｅｄ ａｎｄ Ｅｔｃｈｅｄ−Ｂａｃ
ｋ Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｕ
ｂｓｔｒａｔｅｓ」（Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔ
ｕａｔｏｒｓ，Ａ５０，ｐｐ．９９−１０３，１９９
５）に記載されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎ
ｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用する方法がある。この方法
を用いると、図７の可動子電極９４および固定子電極９
３を厚さ２０μｍのシリコン単結晶から作製することが
可能となる。また、固定子固定台１０１は、この場合に
はシリコン酸化膜である。可動子電極９４の下に位置す
るシリコン酸化膜１０１をフッ酸によって除去すること
によって可動子電極９４をシリコン基板１００から分離
することができる。この場合には、可動子電極９４およ
び櫛歯部９２の幅が固定子電極９３および櫛歯部９１の
幅よりも狭く設計されているために、フッ酸のエッチン
グを行った後にも、固定子電極９３および櫛歯部９１の
下にはまだシリコン酸化膜１０１が残されている。この
ようにして例えば２０μｍの厚さをもつシリコン単結晶
からなる可動子電極９４および固定子電極９３をシリコ
ン基板１００の上に作製することが可能である。

【０００８】以上、厚いアクチュエータを作製する方法
の概略を述べたが、このアクチュエータを駆動している
時になんらかの原因によって可動子電極９４がシリコン
基板１００に衝突してシリコン基板１００に付着する
と、可動子８２が動作しなくなるという問題が生じるこ
とがわかった。また、可動子電極９４をシリコン基板１
００から分離するプロセス中においても、例えば洗浄の
ために用いた水を乾燥させる過程で水の表面張力によっ
て可動子電極９４がシリコン基板１００に付着するとい
う問題もたびたび生じた。これら付着の問題は、シリコ
ン単結晶を用いたときには可動子電極９４とシリコン基
板１００の表面が鏡面であるために特に顕著に生じた
が、銅メッキを用いて作製した場合においてもしばしば
生じるものであった。

【０００９】最近、この付着を解決するために役立つと
思われる効果的な方法が、ワイ．イー（Ｙ．Ｙｅｅ）等
により「Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍ
ｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｔｏ
Ｒｅｄｕｃｅ Ｓｔｉｃｋｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」（Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｈｅ８
ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎ
ｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ
ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ｖｏｌ．１，ｐｐ．２
０６−２０９，Ｊｕｎｅ １９９５）において、ポリシ
リコンアクチュエータに関連して報告された。

【００１０】以下、この方法を図８を参照して説明す
る。シリコン基板１２０の上に酸化膜１２１を堆積した
後、この上にポリシリコン１２２を０．５μｍ堆積する
（同図（ａ））。続いて、ＰＳＧ酸化膜１２３をこの上
に作製する（同図（ｂ））。このとき、ポリシリコンの
グレイン領域で酸化が深く進行する。この試料をマスク
無しのドライエッチングを行うと酸化膜１２３の厚さの
差が拡大されて表面が凸凹したポリシリコン膜１２４が
作製される（同図（ｃ））。この上に２μｍのＰＳＧ膜
１２６を堆積し、さらに２μｍのポリシリコン膜１２５
を堆積する。ポリシリコン膜１２５はアクチュエータの
形状となるようにパターニングされる（同図（ｄ））。
最後に、ＰＳＧ膜１２６をフッ酸を用いて除去する（同
図（ｅ））。

【００１１】ここで述べられた方法は、接触面を粗くし
て可動子電極と基板との接触面積を減少させることによ
って、固体表面の引力を小さく抑えようとするものであ
る。この接触面に凹凸を形成して摩擦を低減させようと
する方法は、以前からも報告されているものである。例
えば、高木等による「静電アクチュエータ」（特開平８
−２３６８５号公報）には、可動子と基板との間に酸化
膜の突起を設けることが記載されている。しかし、この
酸化膜の突起はフォトリソグラフィーによって作製する
ために、図８で述べた表面を粗くする方法に比べて突起
の平面的な寸法が著しく大きいものであった。摩擦ある
いは付着力の大きさは表面の粗さの程度に非常に敏感に
依存することから、図８に述べた方法によって作製され
たアクチュエータの特性が従来の突起構造をもつものに
比べて著しく優れていたとしても不思議ではない。さら
に、図８の方法は、凸凹構造を作製するのにフォトリソ
グラフィーを必要としないために全体のプロセスが簡略
化できることも大きな特長である。

【００１２】しかし、図８の方法は、以下に述べる理由
によってＳＯＩウェハを利用したシリコン単結晶アクチ
ュエータの作製に適用することが不可能である。図８の
作製方法では、基板１２０の上に酸化膜１２１を介して
成膜したポリシリコン１２２の表面に凸凹構造を作製し
た後に、可動子あるいは固定子となるポリシリコン１２
５を堆積していた。

【００１３】一方、ＳＯＩウェハを用いた作製方法で
は、メーカから購入したＳＯＩウェハを利用するのが普
通である。これは、このほうがコスト的にも安価であ
り、さらに基板の品質が優れているためである。しか
し、この購入したＳＯＩウェハを利用してアクチュエー
タを作製する場合には、将来可動子や固定子となる膜が
既に堆積されているために、図８に示した作製方法を利
用して可動子下側の基板表面を粗くすることが本質的に
不可能である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を改良し、特に、アクチュエータ作
製中および動作中に可動子または可動子電極が基板に付
着せず、安定した性能を発揮し得るマイクロアクチュエ
ータを提供することにある。また、本発明の他の目的
は、従来不可能であったＳＯＩウェハを用いて可動子電
極下側表面に凸凹構造を作製することができるマイクロ
アクチュエータの作製方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わるマ
イクロアクチュエータの第１態様は、半導体基板上に設
けられた固定子電極を含む固定子と可動子電極を含む可
動子とを備えた半導体材料からなるマイクロアクチュエ
ータにおいて、前記固定子が絶縁膜を介して前記半導体
基板上に固定されており、前記可動子の底面に設けられ
た絶縁膜の下側において前記半導体基板の一部が除去さ
れて前記可動子と半導体基板とが分離していることを特
徴とするものであり、又、第２態様は、前記可動子及び
固定子の少なくとも一方の断面形状における四隅に丸み
を形成したことを特徴とするものであり、又、第３態様
は、前記可動子の下側に位置する半導体基板の表面に
は、尖った部分が設けられていることを特徴とするもの
であり、又、第４態様は、前記固定子電極又は可動子電
極の少なくとも一方の電極の側壁には絶縁膜が設けられ
ていることを特徴とするものである。

【００１６】又、本発明に係るマイクロアクチュエータ
の製造方法の第１態様は、半導体基板上に設けられた固
定子電極を含む固定子と可動子電極を含む可動子とを備
えた半導体材料からなるマイクロアクチュエータの製造
方法において、前記可動子電極を含む可動子の全表面を
絶縁膜で被覆する第１の工程と、前記可動子の底面に設
けられた絶縁膜の下側に位置する前記半導体基板をエッ
チングして、前記可動子を半導体基板から分離する第２
の工程と、を含むことを特徴とするものであり、又、第
２態様は、半導体基板上に設けられた固定子電極を含む
固定子と可動子電極を含む可動子とを備えた半導体材料
からなるマイクロアクチュエータの製造方法において、
半導体基板とこの半導体基板上の酸化膜とこの酸化膜上
のシリコン膜とからなる基板に絶縁膜を形成する第１の
工程と、前記絶縁膜をパターニングすると共に、パター
ニングされた絶縁膜をマスクとして前記シリコン膜をエ
ッチングし、前記酸化膜を露出させる第２の工程と、前
記酸化膜をエッチングして半導体基板を露出せしめ、且
つ、前記シリコン膜下部の酸化膜をもエッチングする第
３の工程と、前記固定子電極又は可動子電極の少なくと
も一方の電極の側壁に絶縁膜を設ける第４の工程と、前
記固定子電極及び可動子電極の下側の前記半導体基板の
一部をエッチングして前記可動子電極を半導体基板から
分離する第５の工程と、を含むことを特徴とするもので
あり、又、第３態様は、前記絶縁膜は、第１の酸化膜
と、この第１の酸化膜上の窒化膜と、この窒化膜上に形
成した第２の酸化膜からなり、前記第３の工程では、シ
リコン膜下部の酸化膜をエッチングする際、同時に前記
第１の酸化膜をエッチングしてシリコン膜の断面の四隅
を露出させることを特徴とするものであり、又、第４態
様は、前記露出したシリコン膜の断面の四隅をエッチン
グして、この部分に丸みを形成したことを特徴とするも
のである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係わるマイクロアクチュ
エータは、固定子電極を含む固定子と可動子電極を含む
可動子とを備えた半導体材料からなるマイクロアクチュ
エータにおいて、前記可動子及び固定子を支持する半導
体基板が前記可動子の下側において除去され前記可動子
と半導体基板とが分離していることを特徴とするもので
あり、又、本発明に係わるマイクロアクチュエータの製
造方法は、固定子電極を含む固定子と可動子電極を含む
可動子とを備えた半導体材料からなるマイクロアクチュ
エータの製造方法において、半導体基板上の酸化膜とこ
の酸化膜上のシリコン膜とからなる基板に絶縁膜を形成
する第１の工程と、前記絶縁膜をパターニングすると共
に、パターニングされた絶縁膜をマスクとして前記シリ
コン膜をエッチングし、前記酸化膜を露出させる第２の
工程と、前記酸化膜をエッチングして半導体基板を露出
せしめ、且つ、前記シリコン膜下部の酸化膜をもエッチ
ングする第３の工程と、前記固定子電極又は可動子電極
の少なくとも一方の電極の側壁に絶縁膜を設ける第４の
工程と、前記固定子電極及び可動子電極の下側をエッチ
ングして前記可動子電極を半導体基板から分離する第５
の工程と、を含むことを特徴とするものである。

【００１８】本発明では、ＳＯＩ等の半導体基板を用い
て可動子および固定子のパターンを形成した後、可動子
の下側に位置する半導体基板そのものをエッチングする
ことによって可動子と半導体基板が分離される。このと
き、当該半導体基板のエッチング条件として例えば以下
の実施例で述べるエッチング方法を利用すると可動子の
下に位置する半導体基板表面の形状を尖ったものとする
ことが可能である。さらに、半導体基板のエッチング時
間を長くすることによって、可動子と半導体基板との間
の距離を例えば数十μｍといった大きさまで増大させる
ことも可能である。

【００１９】一方、半導体材料からなる可動子および固
定子のパターンを維持した状態で半導体基板をエッチン
グする方法として、当該可動子および固定子の全表面を
半導体基板材料と十分の選択性をもつ材料によって被覆
した後に半導体基板をエッチングするという方法が以下
の実施例で詳しく述べられる。被覆材料としては、一般
にシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の絶縁膜の他
に、ニッケル・銅等のメタル材料も利用することが可能
である。特に、絶縁膜は、可動子を基板から分離した後
にも残しておくことにより、可動子と固定子とが動作中
に衝突して電気的な短絡が生じるという問題が起こらな
いという長所があり都合がよいことが多い。

【００２０】可動子と半導体基板を分離する方法とし
て、液体を用いるウェットエッチと気体を用いるドライ
エッチの方法が利用できる。アクチュエータの厚さが大
きくなり可動子電極と固定子電極との間のギャップが狭
くなるに従って、ウェットエッチでは溶液が奥まで侵入
することが困難になる。このため、ドライエッチの方が
適していると考えられるが、ウェットエッチは簡単な装
置でできることが長所である。ドライエッチの方法とし
ては、例えばＳＦ₆ 等のフッ素系の等方性の性質をもっ
たシリコンエッチングガスを用いる方法がある。一方、
ウェットエッチでは、例えば硝酸、フッ酸、酢酸の混合
液等の等方性の性質をもったエッチング液を利用する方
法がある。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明に係わるマイクロアクチュエ
ータの製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説
明する。図１は、本発明に係わるマイクロアクチュエー
タの具体例の構造を示す図であって、図１は、固定子電
極３Ｂを含む固定子３と可動子電極４Ｂを含む可動子４
とを備えた半導体材料からなるマイクロアクチュエータ
において、前記可動子４及び固定子３を支持する半導体
基板１が前記可動子４の下側において除去２０され前記
可動子４と半導体基板１とが分離していることを特徴と
するマイクロアクチュエータが示されている。

【００２２】以下に、本発明をより詳細に説明する。マ
イクロアクチュエータは、図５に示した従来のものと同
様に半導体基板１から分離された可動子４と半導体基板
１に酸化膜２を介して固定されている二つの固定子３と
を備えている。固定子３は、櫛歯部３Ａと櫛歯部３Ａに
設けられた固定子電極３Ｂから構成されている。一方、
可動子４は、櫛歯部４Ａと櫛歯部４Ａに設けられた可動
子電極４Ｂから構成されている。可動子４の下側には、
先端が尖った突起６が形成されている。この突起６は、
半導体基板１をエッチングすることにより作製したもの
である。可動子４および固定子３の上面および側面は絶
縁膜５により被覆されている。また、これらの下面は、
酸化膜２により被覆されている。

【００２３】可動子電極４Ｂおよび櫛歯部４Ａは、例え
ば幅３μｍ高さ２０μｍの寸法をもつシリコン単結晶で
ある。一方、固定子３の櫛歯部３Ａは、幅１０μｍ、高
さ２０μｍのシリコン単結晶である。固定子電極３Ｂ
は、例えば可動子電極４Ｂと同様に幅３μｍ、高さ２０
μｍのシリコン単結晶からなっている。この場合、固定
子電極３Ｂは基板１から浮き上がった構造となるが、櫛
歯部３Ａが基板１に固定されているために、電圧を加え
ても動くことはない。絶縁膜５は、例えば１００ｎｍの
酸化膜、１００ｎｍの窒化膜、あるいはこれらの複合材
料からなるものである。あるいは、固定子３および可動
子４の上面と側面とで構成される材料が異なるようにす
ることも可能である。例えば、上面にシリコン酸化膜
を、側面に窒化膜を堆積することも可能である。酸化膜
２は例えば０．５μｍの厚さであり、突起６の先端と可
動子の櫛歯部４Ａの底面に設けられた酸化膜２との間の
距離は例えば２μｍ程度である。一方、突起６は例えば
１０μｍの高さをもっている。

【００２４】２０は半導体基板１の表面部分がエッチン
グされて除去された部分を示している。この具体例で示
したマイクロアクチュエータの構造は、可動子電極４Ｂ
および櫛歯部４Ａの下側の半導体基板１の一部が除去２
０されて突起６が形成されていることが特長である。上
記の作用で説明したように、この突起６の構造のために
可動子電極４Ｂおよび櫛歯部４Ａが基板１に衝突したと
しても可動子４が基板１に付着する力が著しく減少する
ことになった。

【００２５】さらに、本具体例では固定子電極３Ｂと可
動子電極４Ｂの表面を絶縁膜５によって覆った構造をし
ている。これは、可動子電極４Ｂを駆動させるために可
動子電極４Ｂと固定子電極３Ｂの間に加えられる電圧が
たとえ二つの電極が衝突したとしても短絡しないでアク
チュエータが動作を継続するのに役立つ。なお、本具体
例では、固定子電極３Ｂと可動子電極４Ｂの表面を絶縁
膜５によって覆った構造を示したが、これらはもちろん
設計的事項により除去した構造とすることも可能であ
る。また、固定子電極３Ｂと可動子電極４Ｂの側壁のみ
に絶縁膜５を堆積させ、上面にはこれを除くという構造
も本発明に含まれることはいうまでもない。さらに、固
定子電極３Ｂと可動子電極４Ｂのいずれか一方のみに絶
縁膜５を堆積するという構造も本発明に含まれるもので
ある。

【００２６】図２は、本発明の第２の具体例を示す断面
図である。図１と同じ番号は同一の構成要素を示すもの
である。この具体例では、可動子４および固定子３の断
面の四隅に丸みの形状が形成されていることが特徴であ
る。可動子４および固定子３のパターンの上面は、酸化
膜１２および窒化膜１３により被覆されている。ここ
で、窒化膜１３は、図に示すように酸化膜１２の上に張
り出した構造をしている。また、酸化膜２は、その横方
向寸法が３Ａおよび４Ａよりも短くなっている。固定子
３および可動子４の側面は、窒化膜１１により覆われて
おり、可動子電極４Ｂが固定子電極３Ｂに衝突した際の
短絡を防止している。

【００２７】可動子４および固定子３の断面の四隅に形
成された丸みの形状は、１）以下に述べる作製方法にお
いて詳しく述べられるように、半導体基板１をエッチン
グする際に可動子４および固定子３の形状を残すのに役
立つ、２）電圧を可動子４と固定子３の間に印加する際
に尖った場所で静電放電が生じてマイクロアクチュエー
タが破壊されるという問題点を解決するのに非常に大き
な効果がある、３）窒化膜１１が可動子４および固定子
３の隅を含む全ての側壁を完全に被覆するのに役立つ、
ということが実験によって明らかになった。

【００２８】以上の具体例では、酸化膜あるいは窒化膜
で半導体材料からなる可動子および固定子を被覆した例
を示したが、本発明はこれに限られることなく、一般に
百ｎｍ程度の厚さの膜を表面に作製できる利用可能な材
料を含むものである。例えば、ＣＶＤで作製されたタン
グステン、チタン、窒化チタン等の金属、あるいは、Ｃ
ＶＤで作製されたアモルファスシリコン等の半導体、あ
るいはＣＶＤで作製された有機薄膜等である。あるい
は、スパッター、蒸着等の方法も利用可能である。さら
に、これらを複数組み合わせた方法も本発明に含まれる
ものである。

【００２９】以上、述べた具体例では可動子の下側位置
の半導体基板１に突起６を形成した。しかし、本発明は
この突起６を形成することなく、可動子の下側に位置す
る半導体基板１と可動子の底面との間の距離を大きくす
るだけでも本発明の目的である可動子電極の付着を防止
する効果を実現することが可能である。実際、可動子と
半導体基板との間の距離を３０μｍにしたときには、突
起形状がなくとも可動子の付着が起こらなかった。しか
し、可動子と半導体基板との距離が数μｍの場合には、
突起６がないとしばしば可動子と基板との付着が生じる
こともわかった。さらに、上に述べた具体例では固定子
は半導体基板の上に設けられたものであった。しかし、
本発明の構造はこれに限られることなく、例えば固定子
を可動子の上に設けるという場合や、可動子を固定子の
上に設けるという場合においても本発明を適用すること
が可能である。このようにして、第一の可動子あるいは
第一の固定子の上に第二の固定子あるいは第二の可動子
を搭載するという多層的な構造をもつマイクロアクチュ
エータにおいても本発明を有効に利用することが可能で
ある。

【００３０】次に、本発明に係るマイクロアクチュエー
タの作製方法について説明する。図３は、図１に述べた
マイクロアクチュエータを作製する一つの方法を述べた
ものである。先ず、例えば、５００μｍの厚さの半導体
基板１の上に０．５μｍの酸化膜２および２０μｍの厚
さのシリコン膜６０からなるＳＯＩウェハを利用してプ
ロセスを開始する。さらに、シリコン膜６０の上に３μ
ｍの酸化膜６１を堆積し、フォトリソグラフィーを用い
てパターニングしたアクチュエータの形状を酸化膜６１
に転写する。そして、この酸化膜６１をマスクとしてシ
リコン膜６０を塩素ガスを用いたプロズマエッチング装
置を用いてエッチングする（同図（ａ））。続いて酸化
膜２をフッ酸を用いて除去し、半導体基板１の表面６２
が露出するようにする。この際、可動子電極４Ｂおよび
固定子電極３Ｂの下側にはまだ酸化膜２が残っているよ
うにエッチング時間を調整する。この試料を熱酸化炉お
よびＬＰＣＶＤ装置に入れてシリコンの電極表面に酸化
膜および窒化膜からなる絶縁膜５を作製する。続いて、
異方性をもつプラズマエッチング装置を利用して絶縁膜
５のエッチングを行い、再び６２の位置に半導体基板１
の表面が露出するようにする（同図（ｂ））。このとき
に、可動子電極４Ｂおよび固定子電極３Ｂの側壁に絶縁
膜５が残るようにすることに注意しなければいけない。
この後、試料を例えばフッ酸：硝酸：酢酸＝１：８９：
１０のシリコン等方性エッチング液の中にいれると、半
導体基板１の表面が露出していた６２の位置から半導体
基板１のエッチングが起こり、やがて可動子電極４Ｂお
よび固定子電極３Ｂの下側にエッチングが進行する。可
動子電極４Ｂが半導体基板１から分離したある時間でこ
のエッチングを終了させる（同図（ｃ））。

【００３１】図４は、図２に示したマイクロアクチュエ
ータを作製する一つの方法を述べたものである。先ず、
例えば、５００μｍの厚さの半導体基板１の上に０．５
μｍの酸化膜２および２０μｍの厚さのシリコン膜６０
からなるＳＯＩウェハを利用してプロセスを開始する。
さらに、シリコン膜６０の上に０．２μｍの酸化膜１２
ａ、０．１μｍの窒化膜１３、３μｍの酸化膜１２ｂを
堆積し、フォトリソグラフィーを用いてパターニングし
たアクチュエータの形状を酸化膜１２ａ、１２ｂ及び窒
化膜１３に転写する。そして、この酸化膜１２ａ、１２
ｂ及び窒化膜１３をマスクとしてシリコン膜６０を塩素
ガスを用いたプロズマエッチング装置を用いてエッチン
グする（同図（ａ））。続いて酸化膜２をフッ酸を用い
て除去し、半導体基板１の表面６２が露出するようにす
る。この際、可動子電極４Ｂおよび固定子電極３Ｂの下
側にはまだ酸化膜２が残っているようにエッチング時間
を調整する。ここでは、自動的に酸化膜２はシリコン膜
６０のパターンの内側に形成されることになる。一方、
酸化膜１２ａもフッ酸によって側面がエッチングされ窒
化膜１３の内側になるようになる。このようにして、シ
リコン膜６０のパターンに接触する酸化膜１２ａおよび
２が、シリコン膜６０のパターンよりも内側にエッチン
グされることによって、シリコン膜６０の断面形状の四
隅が露出することになる。続いて、この試料を例えばフ
ッ酸：硝酸：酢酸＝１：８９：１０のシリコン等方性エ
ッチング液の中にいれてシリコン膜６０のパターンを軽
くエッチングすると断面の四隅に丸みの形状を作製する
ことが可能となる（同図（ｂ））。

【００３２】この試料をＬＰＣＶＤ装置に入れてシリコ
ンの電極表面に窒化膜４０を堆積させる。続いて、異方
性をもつプラズマエッチング装置を利用して窒化膜４０
のエッチングを行い、再び６２の位置に半導体基板１の
表面が露出するようにする。このときに、可動子電極４
Ｂおよび固定子電極３Ｂの側壁に窒化膜４０が残るよう
にすることに注意しなければいけない。この後、試料を
例えばフッ酸：硝酸：酢酸＝１：８９：１０のシリコン
等方性エッチング液の中にいれると、半導体基板１の表
面が露出していた６２の位置から半導体基板１のエッチ
ングが起こり、やがて可動子電極４Ｂおよび固定子電極
３Ｂの下側にエッチングが進行する。可動子電極４Ｂが
半導体基板１から分離したある時間でこのエッチングの
終了とする（同図（ｃ））。

【００３３】このプロセスにおいて、窒化膜１３の平面
の内側にシリコン膜６０の平面パターンが含まれるよう
になったこと、およびシリコン膜６０のパターンの断面
の四隅に丸み形状が形成されたことは、以下に述べるよ
うに重要である。図３に示した作製方法では図４に示し
たこの二つの工夫がなされていなかった。このとき、四
隅の尖った場所で絶縁膜５に小さなピンホールが生じる
ことがたびたびあることがわかった。このピンホール
は、絶縁膜５を堆積した後に、エッチバックを行うプロ
セスにおいてとくに尖った場所のエッチングが進行しや
すいということに起因している。ひとたび、絶縁膜５に
ピンホールが作製されると最後のシリコン基板１のエッ
チング工程において可動子電極あるいは固定子電極その
ものもこのピンホールを通してエッチングされてしまう
という問題が生じることになる。特にシリコン基板１を
１０μｍ以上も深くエッチングしようとするときには、
可動子電極あるいは固定子電極の形状が全く残らなくな
るという深刻な事態も生じることがあった。

【００３４】しかし、この窒化膜１３の庇構造と角の丸
みの形成によって、この四隅においても窒化膜１３の堆
積が円滑に行われるとともに、バックエッチによるピン
ホールの発生を無くすることができるようになった。

【００３５】

【発明の効果】以上のべた本発明に係るマイクロアクチ
ュエータおよびその作製方法によれば、以下の効果が得
られる。 （１）アクチュエータの作製中および動作中に可動子電
極が基板に付着して動かなくなるという問題が著しく低
減した。可動子電極の分離プロセスでは、可動子の付着
が全くなくなった。また、従来よりも１００倍も長い時
間にわたってアクチュエータを駆動させても付着の問題
が生じなくなった。 （２）従来、ＳＯＩ基板等の半導体材料を用いたマイク
ロアクチュエータでは、可動子電極の下側の表面を粗く
することは困難であったが、これが簡単にできるように
なった。 （３）また、従来のＳＯＩ基板等を用いたマイクロアク
チュエータでは、可動電極と基板との間の距離を増大さ
せるためには、両者の間の絶縁膜の厚さを厚くする必要
があったのに対して、本発明では、この絶縁膜の厚さに
よらずに両者の距離を増大させる方法を提供した。これ
により、マイクロアクチュエータの設計の自由度が大幅
に増大した。

【００３６】以上のように、本発明によれば、長期にわ
たって信頼性の優れたアクチュエータを簡略なプロセス
で作製できる等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の具体例を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の具体例を示す断面図である。

【図３】本発明の作製方法を説明するための図である。

【図４】本発明の他の作製方法を説明するための図であ
る。

【図５】従来のマイクロアクチュエータの平面図であ
る。

【図６】図５のＡ部を拡大して示す平面図である。

【図７】図６のＡ−Ａ’線断面図である。

【図８】他の従来例の作製方法を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 酸化膜 ３ 固定子 ３Ａ 櫛歯部 ３Ｂ 固定子電極 ４ 可動子 ４Ａ 櫛歯部 ４Ｂ 可動子電極 ５ 絶縁膜 ６ 突起 １１ 窒化膜 １２、１２ａ、１２ｂ 酸化膜 １３、４０ 窒化膜 ６０ シリコン ６１ 酸化膜 ６２ 露出部 ８０ ばね固定台 ８１ ばね ８２ 可動子 ８３ 右側固定子 ８４ 左側固定子 ９１、９２ 櫛歯部 ９３ 固定子電極 ９４ 可動子電極 １２０ シリコン基板 １２１ 酸化膜 １２２ ポリシリコン １２３ 酸化膜 １２４ 凸凹ポリシリコン １２５ ポリシリコン １２６ ＰＳＧ

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に設けられた固定子電極を
   含む固定子と可動子電極を含む可動子とを備えた半導体
   材料からなるマイクロアクチュエータにおいて、前記固定子が絶縁膜を介して前記半導体基板上に固定さ
   れており、前記可動子の底面に設けられた絶縁膜の下側
   において前記半導体基板の一部が除去されて 前記可動子
   と半導体基板とが分離していることを特徴とするマイク
   ロアクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記可動子及び固定子の少なくとも一方
   の断面形状における四隅に丸みを形成したことを特徴と
   する請求項１記載のマイクロアクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記可動子の下側に位置する半導体基板
   の表面には、尖った部分が設けられていることを特徴と
   する請求項１又は２記載のマイクロアクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記固定子電極又は可動子電極の少なく
   とも一方の電極の側壁には絶縁膜が設けられていること
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のマイクロ
   アクチュエータ。
5. 【請求項５】 半導体基板上に設けられた固定子電極を
   含む固定子と可動子電極を含む可動子とを備えた半導体
   材料からなるマイクロアクチュエータの製造方法におい
   て、 前記可動子電極を含む可動子の全表面を絶縁膜で被覆す
   る第１の工程と、 前記可動子の底面に設けられた絶縁膜の下側に位置する
   前記半導体基板をエッチングして、前記可動子を半導体
   基板から分離する第２の工程と、 を含むことを特徴とするマイクロアクチュエータの製造
   方法。
6. 【請求項６】 半導体基板上に設けられた固定子電極を
   含む固定子と可動子電極を含む可動子とを備えた半導体
   材料からなるマイクロアクチュエータの製造方法におい
   て、 半導体基板とこの半導体基板上の酸化膜とこの酸化膜上
   のシリコン膜とからなる基板に絶縁膜を形成する第１の
   工程と、 前記絶縁膜をパターニングすると共に、パターニングさ
   れた絶縁膜をマスクとして前記シリコン膜をエッチング
   し、前記酸化膜を露出させる第２の工程と、 前記酸化膜をエッチングして半導体基板を露出せしめ、
   且つ、前記シリコン膜下部の酸化膜をもエッチングする
   第３の工程と、 前記固定子電極又は可動子電極の少なくとも一方の電極
   の側壁に絶縁膜を設ける第４の工程と、 前記固定子電極及び可動子電極の下側の前記半導体基板
   の一部をエッチングして前記可動子電極を半導体基板か
   ら分離する第５の工程と、 を含むことを特徴とするマイクロアクチュエータの製造
   方法。
7. 【請求項７】 前記絶縁膜は、第１の酸化膜と、この第
   １の酸化膜上の窒化膜と、この窒化膜上に形成した第２
   の酸化膜からなり、前記第３の工程では、シリコン膜下
   部の酸化膜をエッチングする際、同時に前記第１の酸化
   膜をエッチングしてシリコン膜の断面の四隅を露出させ
   ることを特徴とする請求項６記載のマイクロアクチュエ
   ータの製造方法。
8. 【請求項８】 前記露出したシリコン膜の断面の四隅を
   エッチングして、この部分に丸みを形成したことを特徴
   とする請求項７記載のマイクロアクチュエータの製造方
   法。