JP3181174B2

JP3181174B2 - マイクロ構造体の形成方法

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Publication number: JP3181174B2
Application number: JP12596794A
Authority: JP
Inventors: 隆行八木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-06-08
Filing date: 1994-06-08
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JPH07329237A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロメカニクス技
術を用いて作製するマイクロ構造体、とくに犠牲層を用
いて形成されるマイクロ構造体の作製法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型の可動機構を有する微小機械
がマイクロメカニクス技術により検討されている。とく
に、半導体集積回路形成技術（半導体フォトリソグラフ
ィプロセス）を用いて形成するマイクロ構造体は、基板
上に複数の小型で作製再現性の高い微小な機械部品を作
製することが可能である。このため、アレイ化、低コス
ト化が比較的容易となり、かつ小型化により従来の機械
式構造体に比べて高速応答性が期待できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】基板上にマイクロ構造
体を作製する典型的な方法としては以下の４つがある。
第１の方法としては、ポリシリコン膜よりなるワブルマ
イクロモーター（M.Mehregany et al., “Operation of
microfabricated harmonic and ordinary side-drive
motors”，Proceedings IEEE Micro Elctro Mechanical
Systems Workshop 1990,p1-8)、やリニアマイクロアク
チュエータ（P.Cheung et al.,“Modelingand position
-detection of apolysilicon linear microactuato
r”，Micromechanical Sensors,Actuators,and Systems
ASME 1991,DS C-Vol.32,p269-278) 等を形成する作製
方法であり、これはＳｉ基板上の犠牲層となるシリコン
酸化膜と薄膜形成したマイクロ構造体となるポリシリコ
ン、ＳＯＩ（Si on Insulator ）またはＳＩＭＯＸ（Se
paration by ion implantation of oxygen, B.Diem et
L., “SOI(SIMOX)as a Substrate for Surface Microma
chining of Single Crystalline Silicon and Actuator
s ”，The 7th International Conference on Solid-St
ate Sensors and Actuators,Transducers '93,June 7-1
0,1993,p233-236 ）のシリコン膜を所望の形状にパター
ニングした後にフッ酸水溶液にてシリコン酸化膜を除去
するシリコン酸化膜を犠牲層として用いる方法である。

【０００４】しかしながら第１の方法ではシリコン酸化
膜をフッ酸水溶液にてエッチング除去するために、構造
体としてはフッ酸に食刻されないフッ酸腐食耐性材料を
用いる必要があり、マイクロ構造体上にアルミニウム電
極等の電極を配線することができない。さらに、ポリシ
リコンをマイクロ構造体として用いる場合には膜応力に
よる反りが生じないようにポリシリコンの膜応力を制御
する必要がある。ＳＯＩ基板を用いる場合、バルクＳｉ
の薄膜下のシリコン酸化膜除去してしまうために、構造
体を支えるシリコン酸化膜がエッチバックされ構造体が
梁形状となり基板と構造体との電気的接続が困難とな
る。

【０００５】第２の方法は、アルミニウム（Ａｌ）薄膜
のマイクロミラーよりなる空間光変調器（L.J.Hornbec
k、特開平２−８８１２）を形成する作製方法であり、
基板上に犠牲層となるフォトレジストを塗布し、Ａｌ薄
膜を薄膜形成し所望の形状にパターニングした後に酸素
プラズマを用いたドライエッチングによりフォトレジス
トを除去しＡｌ薄膜からなるマイクロ構造体を形成する
方法である。

【０００６】この方法では、フォトレジストを犠牲層と
して用いることにより基板の表面粗さに依存することな
く、様々な種類の基板上にマイクロ構造体を形成するこ
とが可能である。これにより、反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）によるドライエッチングにて犠牲層除去が可
能であり、ウエットエッチングにより犠牲層を除去する
際に生じるマイクロ構造体と基板との貼り付き（Sticki
ng）を回避できる。しかしながら、作製工程中でフォト
レジストが熱的損傷をおこさない程度の低温で構造体薄
膜形成を行う必要があり、構造体材料の制約が大きい。
さらに、マイクロ構造体を真空蒸着、スパッタリング等
の薄膜形成プロセスにより形成するために、作製したマ
イクロ構造体が膜応力による反りを生じないよう膜の応
力制御をする必要がある。

【０００７】第３の方法はバルクであるＳｉ基板上にマ
イクロ構造体のパターンを形成した後に、ガラス基板に
前記パターンの一部を陽極接合法により接合し、接合し
たＳｉ基板を裏面よりエッチングしマイクロ構造体のみ
をガラス基板上に残すことにより形成する方法である。
この方法を用いＳｉ基板を薄膜化したバルクＳｉ薄膜か
らなるリニアアクチュエータ（Y.Gianchandani et ak.,
“Micron-Size,High Aspect Ratio Bulk Silicon micro
mechanical Devices”，Proceedings IEEE Micro Elctr
o Mechanical Systems Workshop,1992,p208-213)及びシ
リコン窒化膜よりなるＡＦＭ（Atomic Force Microscop
e ）用のカンチレバー（T.A.Aibrecht et al.,United S
tates Patent Number 5,221,415 ）等が形成できる。

【０００８】この方法では、犠牲層を用いる必要がな
く、フッ酸耐性のない材料にてマイクロ構造体を形成す
ることが可能である。しかしながら、ガラスと陽極接合
を行う必要から、材料としては酸化物を形成する導電性
のＳｉ及びＡｌ，Ｔｉ，Ｎｉ等の金属、又はＳｉ基板上
に形成した薄膜においてのみ陽極接合可能なシリコン窒
化膜、シリコン酸化膜に限定される。また、陽極接合の
接合温度が３００℃以上であり、熱応力歪みによる接合
時の基板の損傷を回避するには、ガラスはＳｉ基板とほ
ぼ等しい熱膨張係数を持っている必要がある。このため
に使用できるガラスはパイレックスガラス（商品名＃７
７４１Corning ）等のガラスに限定される。さらに、接
合面にあらかじめ空隙を形成しておくため、接合後に電
極等をマイクロ構造体上に形成することができない。ま
た、基板としては可動イオンを含むガラスを用いる必要
から、基板上に回路を集積化することができない。さら
に、陽極接合にてガラスと導電性材料を接合する場合、
ガラス及び導電性材料の表面粗さが５００オングストロ
ーム以下に押える必要があり、段差の大きな配線上に接
合することができない。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑み、下記のことを
実現できるマイクロ構造体の形成法を提供することを目
的とする。

【００１０】（１）マイクロ構造体及び基板の材料が制
限されることなく、（２）マイクロ構造体上に電極パタ
ーンを形成し、基板との電気的接続が可能なマイクロ構
造体の形成法。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、上記目的を達
成すべく成された本発明は、第１基板上に樹脂膜よりな
る第１犠牲層を形成する工程と、第２基板上に第２犠牲
層を介して構造体層を形成する工程と、該第１犠牲層を
介して第１基板と構造体層を接着する工程と、前記第２
犠牲層を除去する工程と、前記構造体層と第１基板とを
接続するための支持層を形成する工程と、第１犠牲層を
除去する工程を有することを特徴とする。

【００１２】

【作用】上述のように構成された本発明のマイクロ構造
体の形成法では、第１基板上に形成した樹脂膜よりなる
第１犠牲層と、第２基板上に第２犠牲層を介して形成し
た構造体層を接着した後に、第２犠牲層を除去し第２基
板上の構造体層を第１基板の第１犠牲層上に転写し、支
持層により第１基板と構造体層を機械的に接続し、第１
犠牲層を除去することにより行う。第２犠牲層により転
写し、樹脂膜により接着することにより、第１基板、第
２基板、及び第２基板上に形成した構造体層の材料が制
限されることなく、また第１犠牲層を除去する前工程に
て構造体層上に電極を形成できる。第１犠牲層は樹脂膜
よりなることにより溶媒、アッシング、加熱等により除
去でき、電極をエッチングすることがない。そして、第
１犠牲層をドライエッチング、又は加熱により熱分解す
ることで除去することによるStickingを回避できる。

【００１３】以下、本発明を更に詳細に説明する。

【００１４】第１犠牲層を形成する工程としては、接着
方法として通常の方法が使用でき、例えば、樹脂分子を
有機溶媒にて希釈した液をスピンナー法、ディッピング
法、スプレー法等により塗布する方法、又はラングミュ
アブロジット（ＬＢ）法により成膜する方法等の樹脂膜
形成法を用いて行う。塗布方法では樹脂膜は基板上の表
面凹凸が存在しても、平坦性良く塗布することが可能で
あり、これにより第２基板と接着する工程にて基板表面
粗さに依存せずに良好な面接着が可能となる。樹脂材料
としては、回路を集積化したＳｉ基板上に第１犠牲層を
形成する場合、ナトリウムイオン等の不純物の少ないフ
ォトレジストが好ましい。さらに好ましくは、密着力及
び機械的な強度に優れたゴムを有するゴム系フォトレジ
ストである。

【００１５】本発明で使用できるゴム系フォトレジスト
としては、例えば「微細加工とレジスト」（野々垣三郎
著、高分子学会編集、共立出版発行、１９９０年）１１
頁第３行記載の環化ゴムが好ましく、また東京応化工業
（株）製の高解像度ネガ型フォトレジストとしてＯＭＲ
−８３等の環化ゴムを含有するフォトレジストが使用で
きる。

【００１６】ラングミュアブロジット法を用いる場合に
は、単分子累積膜、すなわち疎水基あるいは親水基から
なるＬＢ膜（ラングミュアプロジット膜）を第１基板面
上に単分子以上累積成膜することにより、疎水基同士、
あるいは親水基同士からなる接着面を相対向させ成膜を
行う。ＬＢ法では、樹脂膜厚をナノメーターの精度で成
膜制御することが可能であり、これにより樹脂膜を除去
し形成した空隙の間隔をナノメーターの精度で制御する
ことが可能となる。

【００１７】第２犠牲層及び構造体層が形成された第２
基板としては、例えば、第２基板をガラス基板とし構造
体層に第２犠牲層となる金属膜を薄膜形成した後に該金
属膜とガラス基板に電圧を印加し陽極接合法により形成
した接合体、シリコン酸化膜を第２犠牲層としシリコン
膜を構造体層とするＳＯＩ基板またはＳＩＭＯＸ基板等
の中間層を有する基板、第２基板上に犠牲層及び構造体
層を薄膜形成した基板等を用いることが可能である。第
２犠牲層の材料としては、第２犠牲層を除去するエッチ
ャントにより第２犠牲層及び構造体層が腐食されない材
料より選択される。薄膜形成法としては真空蒸着法、塗
布法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法等の薄
膜体積法を用いる。陽極接合による場合、第２基板はア
ルカリ金属の可動イオン（例えばナトリウム等）を含む
ガラス基板があり、金属膜としてはＳｉ，Ａｌ，Ｔｉ，
Ｎｉ，Ｃｒ等の陽極接合可能な金属膜またはこれら元素
を含有する合金よりなる金属膜を用いる。これら金属膜
を構造体層に薄膜形成することにより、構造体層の材料
としては絶縁体、半導体、金属等様々の材料を利用する
ことが可能である。

【００１８】第２基板に構造体層を接合する際、構造体
層の厚みが数十μｍ以下の場合、ハンドリングが難し
い。この為、接合後に薄膜化し構造体層となる。あるい
は構造体層が予め形成された基板の該基板が除去される
ことにより構造体層を形成する等の基板を用いることも
可能である。該基板の薄膜化あるいは除去では基板材料
に適したエッチング液を用いたウエットエッチング、反
応性ガスを用いたドライエッチング、又は研磨砥粒を用
いてラッピング、ポリッシングする方法を用いて裏面か
ら削り行えばよい。前記基板としてＳｉを用いる場合、
エッチング液としては水酸化カリウム水溶液（ＫＯ
Ｈ）、４−メチルアンモニウム水溶液（tetramethyl am
moniumhydroxide）等のアルカリ水溶液、又はフッ酸／
硝酸混合水溶液を用い、反応性ガスとしてはＣＦ₄ ，Ｓ
Ｆ₆ ，ＮＦ₃ 等のプラズマガスを用いて行う。前記基板
にＳｉ等のバルクの基板を用いれば、薄膜化したバルク
ＳＩからなるマイクロ構造体は反ることがなく、犠牲層
上に薄膜形成してマイクロ構造体を作製する際に問題と
なった膜応力による反りの問題を回避できる。また、薄
膜化により接合体層の膜厚を任意に調整することが可能
である。

【００１９】構造体層と第１基板を接着する工程として
は、第１犠牲層を介して第１基板と第２基板を裏面より
圧力をかけて押し当てた後に、加熱処理することにより
第１犠牲層である樹脂膜中に含まれる有機溶媒を蒸発さ
せ、樹脂を硬化するとともに各基板との接着力を強くす
ることにより行う方法が好ましい。第１基板及び／又は
構造体層に溝を形成することで加熱処理時に発生する有
機溶媒の蒸気を前記溝を通じて逃がすことができる。溝
として、半導体フォトリソグラフィプロセスによりパタ
ーニングした構造体層のパターンの段差部分を前記溝と
して用いることが可能である。第１基板及び第２基板が
導電体であるならば、各々に電圧を印加し発生する静電
力を用いて圧力を加え接着することも可能である。

【００２０】ＬＢ累積膜を用いて接着する場合には、第
１基板上に形成したＬＢ膜の接着面と構造体層の接着面
を重ね合わせて、第１基板及び第２基板に電圧を印加
し、発生する静電力によって接合させる。接着するに際
して、ＬＢ膜の接着面が疎水基（又は親水基）であれば
他方の構造体層の接着面は疎水基（又は親水基）とな
る。ＬＢ累積膜が熱分解しない温度で加熱しながら電圧
を印加し接着を行うことにより、より強固な接着を行う
ことができる。

【００２１】樹脂膜を硬化する温度を比較的低温にて行
うことにより、第１基板と第２基板の熱膨張係数の違い
による接着時の基板損傷を回避でき、熱膨張係数差に伴
う第１基板材料の制限はない。

【００２２】第２犠牲層を除去する工程により、第１基
板上の第１犠牲層と構造体層が接着されたまま第２基板
と構造体層は分離されることとなる。すなわち、本工程
により第２基板上の構造体層が第１基板の第１犠牲層上
に転写される。

【００２３】支持層は第１基板と薄膜構造体を機械的に
接続するものであり、第１犠牲層を除去する前に形成す
ることにより構造体層の上面と第１基板面上に形成して
あり、構造体層を上から釣り上げる構造になっている。
支持層として金属薄膜（Ａｌ等）を用いることにより、
電気的に構造体層と第１基板を接続することができる。
第１犠牲層を除去する工程では、樹脂膜を溶解する溶液
に浸すことによりウエットエッチング除去する方法、酸
素プラズマ、酸素ラジカルを用いたアッシングによりド
ライエッチングする方法、又は第１犠牲層としてＬＢ膜
を用いる場合には加熱しＬＢ膜を分解し蒸発させて除去
する方法等により行う。他の加熱の方法としてはＣＯ₂
レーザー等のレーザー光照射によって熱分解してもよ
い。第１犠牲層が樹脂からなることにより、ドライエッ
チングすることが可能であり、ウエットエッチングによ
る犠牲層除去の際に問題となるStickingを回避する。

【００２４】上記形成法により作製されたマイクロ構造
体は、第１基板と、支持層からなる支持部と、支持部に
より第１基板と空隙を介して支持されパターニングされ
た構造体層からなり、構造体層を空隙を介して支持する
に際して支持部が第１基板と構造体層の上面を接続して
支持する特徴を有している。第１基板に固定電極及び駆
動電極を形成し、構造体層をビーム形状にパターニング
し、ビーム上に可動電極を設けることにより、支持部が
可動電極と固定電極を電気的に接続すると共に機械的に
ビームを該ビーム上面より支持し、駆動電極と可動電極
に電圧を印加することによりビームが変位することを特
徴とする静電アクチュエータが作製できる。本発明の方
法で製造することができるマイクロ構造体としては、例
えば静電アクチュエータ、ＡＦＭ，ＳＴＭ（Scanning T
unneling Microscope ）等のトンネル電流、ファンデル
ワールス力、磁力、静電力等を検出するマイクロスコー
プシステムに用いるカンチレバー、エアブリッジ構造型
のはい配線等を精度良く製造することが可能となる。

【００２５】

【実施例】次に本発明にかかるマイクロ構造体の形成法
の実施例について図１乃至図６の図面を参照して詳細に
説明する。

【００２６】（第１実施例）図１及び図２は本発明のマ
イクロ構造体の形成法の第１実施例を説明するための作
製工程図であり、図３はそれを用いて作製したマイクロ
構造体の斜視図である。本発明のマイクロ構造体は図３
より以下の構造を持つ。１０は第１基板であるＳｉ基
板、１４はシリコン酸化膜よりなる絶縁層、１５及び１
６は絶縁層１４上に薄膜形成した駆動電極及び固定電
極、ビーム１２はパターニングしたＳｉ構造体層からな
りトーションバー１１を有し空隙を介して支持部１３，
１３’によりビーム上面より支持され、さらにビーム１
２上には可動電極１７が形成してある。支持層１３，１
３’は電気導電体よりなり可動電極１７と固定電極１６
を電気的に接続している。本発明のマイクロ構造体は駆
動電極１５とビーム１２上の可動電極１７と電気的に接
続した固定電極１６に電圧を印加することで静電アクチ
ュエータとして変位することが可能である。

【００２７】これにより静電アクチュエータは、ビーム
１２が空隙を介して支持部１３，１３’により前記ビー
ム上面より釣り下げる構造となり、支持部１３，１３’
はビーム１２と絶縁層１４及び固定電極１６とをエアブ
リッジ（Air Bridge）構造にて機械的かつ電気的に接続
する構造となる。駆動電極１５と固定電極１７に電圧を
印加することでトーションバー１１が捩じり回転しビー
ムが変位する。

【００２８】図１，２を用いて図３に示すマイクロ構造
体のＡ−Ａ断面図における本発明の形成法を説明する。

【００２９】ビーム厚みが２μｍのマイクロ構造体を形
成するに際し、ビームとなる構造体層を第２基板に接合
する。しかしながら、第２基板に第２犠牲層を介して構
造体層を接合することはハンドリング上困難であり、こ
の為、接合後に薄膜化し構造体層となるＳｉ基板２０を
用いる。Ｓｉ基板２０にＡｌ膜よりなる第２犠牲層２１
を薄膜体積法の一つである電子ビーム蒸着法により２０
０ｎｍ成膜する（図１（Ａ））。ガラス基板（商品名、
＃７７４０Corning ）よりなる第２基板２２と第２犠牲
層２１を陽極接合法により接合する（図１（Ｂ））。

【００３０】図４を用いて陽極接合する工程を説明す
る。同図において、３３はＳｉ基板２０に成膜した第２
犠牲層（Ａｌ膜）と第２基板２２であるガラス基板との
間に電圧を印加する為の電源であり、リード線３２，３
４により針状電極３２，３５と電気的に接続してある。
３０は導電性でありヒーターを有するプラテンである。
第２犠牲層（Ａｌ膜）を接合面として第２基板２２を重
ね合わせる。プラテンの温度を３００℃に保持した状態
で電源３３によって第２基板と第２犠牲層との間に５０
０Ｖの電圧を２０分間印加し、第２基板と第２犠牲層を
陽極接合法により接合した。

【００３１】次に、Ｓｉ基板２０を研磨砥粒を用いて構
造体の厚みが２μｍとなるまでラッピング及びポリッシ
ングした（図１（Ｃ））。

【００３２】次に、図には示していないがフォトレジス
トを構造体層２３に塗布しフォトリソグラフィプロセス
によりパターニングし、該フォトレジストをマスクとし
て構造体層をＣＦ₄ ガスによる反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）によりエッチングし、その後エッチングガス
をＢＣｌ₃ とＣｌ₂ との混合エッチングガスに変えて第
２犠牲層２１をエッチングし、ビームパターン２４を形
成した（図１（Ｄ））。接着する第１基板には絶縁層１
４と駆動電極１５及び固定電極１６を有するＳｉ基板１
０を用いた。絶縁層１４は酸化ガスを用いてＳｉ基板１
０を熱酸化した１μｍの厚みのシリコン酸化膜である。
駆動電極１５、固定電極１６は前記絶縁層上に電子ビー
ム蒸着法によりＣｒを５ｎｍ、Ａｕを２００ｎｍ連続し
て成膜し、フォトリソグラフィプロセスによりフォトレ
ジストを塗布、露光、パターニングし、該フォトレジス
トをマスクとしてＡｕ，Ｃｒをヨウ素とヨウ化カリウム
の水溶液からなるＡｕエッチャント及び硝酸セリウムア
ンモニウム及び過塩素酸の水溶液からなるＣｒエッチャ
ントにより図３に示す電極パターンにパターニングした
ものである。前記第１基板上に第１犠牲層２５となる樹
脂膜をスピナー法により塗布する（図１（Ｅ））。樹脂
膜として東京応化（株）製のゴム系レジストＯＭＲ８３
（商品名）を用いた。

【００３３】第１犠牲層を塗布した後に、図１（Ｄ）の
第２基板と図１（Ｅ）の第１基板を裏面より圧力をかけ
て押し当てた後に、１５０℃に加熱処理することにより
第１犠牲層である樹脂膜中に含まれる有機溶媒を蒸発さ
せるとともに硬化させ、図１（Ｆ）に示すように接着し
た。硬化後の第１犠牲層２５の膜厚は２μｍとなった。
本発明の形成法では、ガラス基板を第２基板として用い
ることにより、接着時に目視にて観察しながら接着する
ことができ、接着時の駆動電極とビームのアライメント
が容易となった。

【００３４】次に、パターニングした第２犠牲層２１を
８０℃に加熱したりん酸、硝酸、及び酢酸からなるＡｌ
エッチャントを用いて除去し第２基板をリリースするこ
とにより、図１（Ｇ）に示すように第２基板上の構造体
層が第１基板の第１犠牲層上に転写された。Ａｌエッチ
ャントにより樹脂膜であるフォトレジスト及びＳｉ構造
体層が腐食されることはない。

【００３５】続いて、駆動電極１５及び固定電極１６を
形成したと同様にＣｒとＡｕの金属膜１００を成膜し、
フォトレジスト１０１を塗布しフォトリソグラフィプロ
セスによりパターニングした（図２（Ｈ））。フォトレ
ジスト１０１をマスクとしてＡｕエッチャント及びＣｕ
エッチャントにより金属膜１００をエッチングし可動電
極７を形成した。

【００３６】次に、ビームパターン２４をマスクとして
酸素ガスによるＲＩＥにより第１犠牲層をビームパター
ンと同様の形状にパターニングした（図２（Ｉ））。以
上のようにして形成したＳｉのビームと可動電極１７上
に支持層となるＡｌ膜２６を２μｍ成膜した。前記Ａｌ
膜上にフォトリソグラフィプロセスによりフォトレジス
ト１０２を塗布、露光、現像（図２（Ｋ））し、Ａｌ膜
２６をＢＣｌ₃ とＣｌ ₂ との混合エッチングガスにより
ＲＩＥにてパターニングし、支持部１３，１３’を形成
した（図２（Ｌ））、支持部１３は不図示）。

【００３７】最後に、酸素プラズマによりフォトレジス
ト１０２及びビームパターン２４下部の第１犠牲層をエ
ッチング除去し空隙２７を形成した。以上の形成法を用
いての図２（Ｍ）の２μｍの空隙２７を持つ２μｍの膜
厚のＳｉのビーム１２をＡｌ膜で支持した図３に示すマ
イクロ構造体を形成した。酸素プラズマによるエッチン
グにより各電極がエッチングされることなく、かつウエ
ットエッチングによる犠牲層除去の際に問題となるStic
kingを回避することができた。

【００３８】本発明の形成法により、バルクのＳｉ基板
２０を薄膜化し、ビームを形成することが可能となっ
た。さらに、ビーム上に駆動電極を形成でき、かつ第１
基板上に形成した固定電極と支持部を通じて電気的に接
続することができた。また、可動電極と駆動電極の間に
電圧を印加することによりビームの自由端は第１基板方
向にトーションバーの捩じり回転に応じて変位した。

【００３９】樹脂膜を第１基板上に塗布することによ
り、駆動電極及び固定電極等により生じる基板上の凹凸
に対して平滑に塗布することが可能であり、接着面の平
坦性を保つと共に良好な基板同士の接着が可能となっ
た。さらに、第１犠牲層としてフォトレジストを用いた
ことにより、第１基板であるＳｉ基板１０に集積回路を
形成した基板を用いても同様にマイクロ構造体を形成で
きることは言うまでもない。フォトレジストは可動イオ
ンの含有量が極めて少なく、ＭＯＳトランジスタ等の電
子デバイスへの可動イオンの侵入による動作不良をおこ
さない。また、基板としてＳｉを用いたがガラス、Ｇａ
Ａｓ、金属、金属膜が形成されたガラス基板等の他の基
板を用いても可能であることは言うまでもない。

【００４０】構造体層と第１基板を樹脂膜を介して接着
する際に、各基板の裏面より圧力をかけて押し当てる代
わりに、構造体層であるＳｉと第１基板であるＳｉ基板
に１００Ｖの電圧を印加し発生する静電力により押し当
てることにより同様に接着することが可能であった。

【００４１】本発明の形成法では、バルクＳｉを研磨砥
粒により薄膜化して作製することにより、本質的に内部
応力を持たない反りのないビームを作製することができ
た。他の薄膜化の方法としては、Ｓｉ基板２０の変りに
シリコン基板上にシリコン酸化膜を介して直接接合した
２μｍ厚のシリコン膜からなるＳＯＩ基板を用いて同様
のマイクロ構造体を作製した。その工程としては、Ａｌ
膜をシリコン膜上に成膜後、上述と同様に第２基板に陽
極接合し、ＳＯＩ基板の裏面より１００℃に加熱したＫ
ＯＨ３００ｗｔ％水溶液にてウエットエッチングし、Ｓ
ＯＩのＳｉ基板を除去する。シリコン酸化膜がエッチン
グを阻止するエッチストップ層となりＫＯＨによるエッ
チングが停止する。その後フッ素水溶液によりシリコン
酸化膜をエッチングすることにより、図１（Ｃ）に示す
と同様の、第２基板に第２犠牲層を介して２μｍの膜厚
のＳｉ構造体層を形成することができた。ＳＯＩ基板を
用いることにより、構造体層の厚みを高精度に保証する
ことができ、かつ任意の厚みの構造体層を得ることが可
能となった。Ｓｉ構造体層を形成する上記以外の方法と
して、図１（Ｃ）に示す構造体層、第２犠牲層を有する
第２基板としてＳＯＩ基板を用いることが可能である。
第２基板としてＳＯＩのＳｉ基板、第２犠牲層としてシ
リコン酸化膜を用い、図１（Ｄ）と同様にＳｉ膜にビー
ムパターンを形成し、図１（Ｅ）の第１基板と接着す
る。フッ素水溶液により第２犠牲層であるシリコン酸化
膜をエッチング除去することにより図１（Ｇ）と同様の
第１犠牲層上への構造体層の転写が可能である。

【００４２】第２犠牲層の材料としてＡｌ膜を用いた
が、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ等の陽極接合可能な他の金属材料
を用い、樹脂膜及び構造体層を腐食することが無いエッ
チャントを選ぶことにより同様の構造体を形成すること
が可能である。

【００４３】また、図１（Ｄ）のビームのパターンによ
り、構造体層２３に溝が形成されたこととなり、図１
（Ｅ）での工程にて樹脂膜を加熱処理し硬化する際に発
生する溶媒の蒸気を前記溝を通じて逃がすことができ
る。溝のない場合には、塗布する際の溶媒蒸気により接
着層と構造体層との間に気泡が残る場合がある。溝を形
成することにより気泡の発生を防止する効果がある。

【００４４】また、本発明で示したように樹脂膜は第１
基板と構造体を接着する接着層であると共にマイクロ構
造体を形成する為の犠牲層の役割を担っている。

【００４５】（第２実施例）図５，６を用いて構造体層
として絶縁体よりなるマイクロ構造体の形成法の第２実
施例を説明する。マイクロ構造体としては、図３に示す
静電アクチュエータと同様のマイクロ構造体を作製し、
絶縁体としてシリコン酸化膜を用いた。図１（Ａ）のＳ
ｉ基板の代わりに、酸化ガスにより１μｍ厚のシリコン
酸化膜６３が形成されたＳｉ基板６０を用いた。該シリ
コン酸化膜６３上に真空蒸着法の一つであるスパッタリ
ング法を用いＣｕ及びＡｌを各々２００ｎｍ、１０ｎｍ
連続して成膜しＣｕ−Ａｌの第２犠牲層６１っを形成し
た（図５（Ａ））。次に、第１実施例と同様の方法によ
り第２犠牲層と第２基板６２であるガラス基板（商品
名、＃７７４０Corning ）を陽極接合した（図５
（Ｂ）。陽極接合時の加熱の際にＡｌはＣｕに拡散し接
合界面でＣｕとＡｌの合金が形成された。その後、Ｓｉ
基板をＳＦ₆ ガスを用いてドライエッチング除去する
（図５（Ｃ））。Ｓｉとシリコン酸化膜とのドライエッ
チングにおけるエッチング選択比が異なりＳｉ基板がエ
ッチング除去されるがシリコン酸化膜は第２基板上に残
る。以上の工程によりシリコン酸化膜からなる構造体層
を有する第２基板を形成することができた。

【００４６】次に、第１基板として第１実施例のシリコ
ン酸化膜を形成したＳｉ基板の代わりにガラス基板６９
（商品名、＃７０５９Corning ）を用い、第１実施例と
同様に固定電極６８及び駆動電極（不図示）を形成し
た。ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）をメチルエチ
ルケトン（ＭＥＫ）に溶解した溶液をスピナー法により
塗布しＰＭＭＡの樹脂膜からなる第１犠牲層６５を形成
した（図５（Ｄ））。第１基板を５０℃にて１０分間の
前処理を施し樹脂膜中に含まれる溶媒の含有量を調節し
接着の際の溶媒蒸気により接着した界面に気泡が残るこ
とを防止した。図５（Ｃ）の第２基板と図５（Ｄ）の第
１犠牲層６５を形成した第１基板を図５（Ｅ）に示すよ
うに各基板の裏面より圧力を加えて接着する。接着圧力
は第１基板のガラス面側から観察し、シリコン酸化膜６
３が十分に樹脂膜と接着するように適当な圧力を加え
た。第１基板と第２基板を樹脂膜を介して接着した後
に、１５０℃に加熱し樹脂膜を硬化した。硬化後の第１
犠牲層６５の膜厚を２μｍとした。次に、第２犠牲層６
１を塩化第二鉄からなるＣｕエッチャントを用いて除去
し第２基板をリリースすることにより、図５（Ｆ）に示
すように第２基板上の構造体層が第１基板の第１犠牲層
上に転写された。

【００４７】このようにして形成した構造体層をフォト
レジスト１０３を塗布しフォトリソグラフィプロセスに
より露光、現像し、フォトレジスト１０３をマスクとし
て構造体層をフッ酸にてパターニングしビームパターン
６４を形成した。フォトレジスト１０３は酸素ガスを用
いたＲＩＥによりドライエッチングした。この時、第１
犠牲層である樹脂膜にもドライエッチングによりビーム
パターンと同様のパターンが形成された。

【００４８】続いて、第１実施例の可動電極を形成した
と同様にＣｒとＡｕの金属膜２００を成膜し、フォトレ
ジスト１０４を塗布しフォトリソグラフィプロセスによ
りパターニングした（図６（Ｈ））。フォトレジスト１
０４をマスクとしてＡｕエッチャント及びＣｒエッチャ
ントにより金属膜２００をエッチングし可動電極６７を
形成し、フォトレジスト１０４を剥離した。

【００４９】次に、上述のようにして形成したシリコン
酸化膜のビームと可動電極６７上に支持層となるＡｌ膜
６６を２μｍ成膜した（図６（Ｊ））。前記Ａｌ膜６６
上にフォトリソグラフィプロセスによりフォトレジスト
１０５を塗布、露光、現像（図６（Ｋ））し、Ａｌ膜６
６をＢＣｌ₃ とＣｌ₂ との混合エッチングガスによりＲ
ＩＥにてパターニングし、支持部６３，６３’を形成し
た（図６（Ｌ）、支持部６３は不図示）。

【００５０】最後にＰＭＭＡを東京応化工業（株）のＯ
ＭＲ用剥離液−５０２（商品名）に浸潰し除去を行うこ
とにより、図６（Ｍ）の２μｍの空隙を有する１μｍの
膜厚のシリコン酸化膜ビームをＡｌ薄膜で支持したマイ
クロ構造体を形成した。前記剥離液は有機溶液よりなり
Ａｌ電極がエッチングされることはない。作製したマイ
クロ構造体はビームがシリコン酸化膜よりなり、基板が
ガラスよりなる以外は図３に示した静電アクチュエータ
と同様の形状をしている。

【００５１】前記ガラス基板６９はシリコン酸化膜に比
べて熱膨張係数が約一桁ほど大きい。すなわち、本発明
の形成法を用いることにより熱膨張係数の異なる基板上
に絶縁体よりなるマイクロ構造体を形成することが可能
となった。第１基板として、ガラス基板を用いたが、同
様の形成工程により石英、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＯ，ＺｒＯ
₂ 等の他の絶縁体、Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ等の半導
体、金属等様々の基板を用いることができることは言う
までもない。

【００５２】ここでは、絶縁体からなる構造体層として
シリコン酸化膜を用いたが、絶縁体としてシリコン窒化
膜、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＡＩＮ等の薄膜体積が可能な様々な材
料を用いることが可能であることは言うまでもない。ま
た、第２基板上に第２犠牲層を薄膜体積した後、構造体
層を薄膜体積してもよいことは言うまでもない。

【００５３】第２犠牲層としてスパッタリング時にＣｕ
Ａｌ合金ターゲットを用いて成膜した合金薄膜を用いて
も同様に陽極接合が可能であった。同様にして陽極接合
可能な他の金属材料との合金膜を用いて陽極接合するこ
とは可能であることは言うまでもない。

【００５４】また、図５（Ａ）の構造体層と第２犠牲層
が形成された基板としてＳＯＩ基板を用いることによ
り、第２犠牲層としてＳｉ膜が使用でき、第２犠牲層を
薄膜体積する工程を省くことができる。Ｓｉを第２犠牲
層として用いる場合、図５（Ｆ）に示した第２犠牲層を
除去する方法として、例えばエッチャントとしてフッ酸
及び硝酸の混合液を用いて除去すればよい。

【００５５】第２実施例では犠牲層を除去するに際し、
ウエットエッチングにて行ったが、酸素を用いたプラズ
マエッチングにて行うことが可能であることは言うまで
もない。

【００５６】また、本発明で示したように第１犠牲層は
第１基板と構造体を接着する接着層であると共にマイク
ロ構造体を形成するための犠牲層の役割を担っている。

【００５７】（第３実施例）ＬＢ膜を接着層として用い
た本発明のマイクロ構造体の形成法の第３実施例を図７
を用いて説明する。構造体層及び第２犠牲層を形成して
ある第２基板として第１実施例で作製した図１（Ｄ）の
基板を用いる。図７において、構造体層７３はＳｉ、第
２犠牲層７１はＡｌ膜、第２基板７２はガラス基板より
なる。また第１基板としてはＳｉ基板７０を用い、第１
実施例とは異なり、絶縁層、駆動電極、及び固定電極は
形成してない。同図において、８３はＳｉ基板７０の表
面にＬＢ法を用いて成膜したＬＢ膜、８４，８５，８６
はさらに層状に累積したＬＢ膜である。ＬＢ膜８５とＬ
Ｂ膜８６の間は同様にＬＢ膜が多層累積しており、図で
は省略（図中破線部）してある。ＬＢ膜の全層の厚みは
８０ｎｍとなるように積層してある。９１，９３，９
５，９７はＬＢ膜の疎水基、９０，９２，９４，９６は
ＬＢ膜の親水基であり、疎水基同士、あるいは親水基同
士からなる接着面を相対向させ成膜を行った。接着に際
し図４で用いた装置を利用して行った。３３は第１基板
であるＳｉ基板７０と第２犠牲層７１との間に電圧を印
加する為の電源であり、リード線３２，３４により針状
電極３１，３５と電気的に接続してある。３０はプラテ
ンである。

【００５８】ＬＢ膜８３，８４，８５，８６としてステ
アリン酸を用いた。Ｓｉ基板７０に成膜したＬＢ膜の接
着面に構造体層７３を重ね合わせる。その後、電源３３
によってＳｉ基板７０と第２犠牲層７１との間に６Ｖの
電圧を３０分間印加し、該電圧によって生じる静電力に
よって構造体層７３とＬＢ膜８６が接近し、構造体層の
Ｓｉの疎水面とＬＢ膜の疎水基９７が接着した。

【００５９】次に、このようにして接着した基板を、第
１実施例の図１（Ｇ）から図２（Ｌ）までの工程を用い
て同様にＡｌ膜からなる支持部とＳｉビームからなるマ
イクロ構造体パターンを形成した。第１実施例とは異な
り、固定電極及び駆動電極が形成しておらず、図２
（Ｈ）から（Ｉ）の可動電極を形成する工程を省略し
た。第１犠牲層を除去する工程として、ＬＢ累積膜を介
してビームが形成してある第１基板を加熱し、ＬＢ累積
膜を分解し、蒸発させた。この分解及び蒸発によってＬ
Ｂ累積膜からなる第１犠牲層は消失し除去される。加熱
温度３５０℃にて１時間加熱したところ、ＬＢ累積膜は
除去され、〓Ｓｉビームを形成することができた。空隙
の間隔はＬＢ累積膜の膜厚と同様に８０ｎｍであった。

【００６０】本発明の第３実施例の方法では、ＬＢ膜を
用いることにより、樹脂膜を除去し形成した空隙の間隔
をナノメーター精度で制御されたマイクロ構造体を形成
することができた。また、加熱により接着層を除去する
ことにより、ウエットエッチングによる犠牲層除去の際
に問題となるStickingを回避することができた。

【００６１】接着層を除去する他の方法としてはＣＯ₂
レーザー等のレーザー光照射によって熱分解しても可能
である。本発明の方法を用いることにより、空隙間隔を
ＬＢ累積膜の膜厚により制御し加熱にて除去する為に、
数十ｎｍ程度の極めて狭い空隙間隔を有するマイクロ構
造体を作製することが可能となった。

【００６２】ＬＢ累積膜としてステアリン酸を用いた
が、アラキジン酸、強誘電性ＬＢ膜（例として、ジアセ
チレン系、あるいはベンゼン誘導体系）、あるいはポリ
イミドＬＢ膜等の他のＬＢ膜を用いても、本発明の意図
を変えるものではないことは言うまでもない。また、基
板としてＳｉを用いたがガラス、金属、金属膜が形成さ
れたガラス基板等の他の基板を用いても可能であること
は言うまでもない。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
構造体の形成法によれば、第１基板上に形成した樹脂膜
よりなる第１犠牲層と、第２基板上に第２犠牲層を介し
て形成した構造体層を接着した後に、第２犠牲層を除去
し第２基板上の構造体層を第１基板の第１犠牲層上に転
写し、支持層により第１基板と構造体層を機械的に接続
し、第１犠牲層を除去することにより、絶縁体、金属、
半導体等の様々の材料からなるマイクロ構造体を形成す
ることができ、マイクロ構造体上に電極パターンを形成
し、基板との電気的接続が可能なマイクロ構造体が形成
できた。

【００６４】また、構造体層を第１基板とは別の工程に
て作製する為に、第１基板と構造体層の材料が制限され
ることがない。

【００６５】さらに、ビームとしてバルク材料を用いる
ことが可能であり、反りのないビームを形成することが
できた。

【００６６】また、樹脂膜は第１基板と第２基板を接着
する接着層であると共にマイクロ構造体を形成するため
の犠牲層の役割を担っていることから、樹脂膜を除去す
る方法として酸素ガスによるドライエッチングや、熱分
解により蒸発する方法を用いることが可能となり、犠牲
層除去の際に問題となるSrickingを回避することができ
た。

【００６７】また、樹脂膜は基板上に形成した電極パタ
ーン等による凹凸に左右されずに平坦面を形成すること
ができ、基板の表面粗さに依存せず良好な接着が可能と
なった。

【００６８】さらに、本発明の方法により、比較的低温
プロセスにてマイクロ構造体を形成でき、熱膨張係数の
異なる基板を用いてもマイクロ構造体を形成することが
可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロ構造体の形成法の第１実施例
の作製工程を示す図。

【図２】本発明のマイクロ構造体の形成法の第１実施例
の作製工程を示す図。

【図３】第１実施例のマイクロ構造体の形成法を用いて
作製したマイクロ構造体である静電アクチュエーターを
説明する斜視図。

【図４】本発明のマイクロ構造体の形成法の第１実施例
の陽極接合法により第２基板上に第２犠牲層を介して構
造体層となるＳｉ基板を形成する工程を説明する図。

【図５】本発明のマイクロ構造体の形成法の第２実施例
の作製工程を示す図。

【図６】本発明のマイクロ構造体の形成法の第２実施例
の作製工程を示す図。

【図７】本発明の構造体の形成法の第３実施例のＬＢ膜
にて接着する工程を説明する図。

【符号の説明】

１０，２０，６０，７０Ｓｉ基板１１トーションバー１２ビーム１３，１３’６３’ 支持部１４絶縁層１５駆動電極１６，６８固定電極１７，６７可動電極２１，６１，７１第２犠牲層２２，６２，７２第２基板２３，７３構造体層２４，６４ビームパターン２５，６５第１犠牲層２６，６６Ａｌ膜２７空隙３０プラテン３１，３５針状電極３３電源３２，３４リード線６３シリコン酸化膜６９ガラス基板８３，８４，８５，８６ＬＢ膜９０，９２，９４，９６ＬＢ膜の親水基９１，９３，９５，９７ＬＢ膜の疎水基１００，２００金属膜１０１，１０２，１０３，１０４，１０５フォトレ
ジスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０２Ｎ 1/00 Ｈ０２Ｎ 1/00 // Ｂ０５Ｄ 7/02 Ｂ０５Ｄ 7/02 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B81C 1/00 B32B 15/08 C23F 1/00 C23F 4/00 G02B 26/08 H02N 1/00 B05D 7/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ構造体の形成法において、第１基板上に樹脂膜よりなる第１犠牲層を形成する工
程、第２基板上に第２犠牲層を介して構造体層を形成する工
程、該第１犠牲層を介して第１基板と構造体層を接着する工
程、前記第２犠牲層を除去する工程、前記構造体層と第１基板とを接続するための支持層を形
成する工程、第１犠牲層を除去する工程を有することを特徴とするマ
イクロ構造体の形成法。
【請求項２】前記第１犠牲層を形成する工程が樹脂分
子を溶媒にて希釈した溶液を薄膜塗布することにより行
うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造体の
形成法。
【請求項３】前記第１犠牲層を形成する工程がラング
ミュアブロジット法にて形成することを特徴とする請求
項１に記載のマイクロ構造体の形成法。
【請求項４】前記樹脂膜がフォトレジストからなるこ
とを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造体の形成
法。
【請求項５】前記フォトレジストが環化ゴムを含有す
ることを特徴とする請求項４に記載のマイクロ構造体の
形成法。
【請求項６】前記第１基板及び／又は第２基板上に溝
が形成してあることを特徴とする請求項１に記載のマイ
クロ構造体の形成法。
【請求項７】前記第２基板に第２犠牲層を介して構造
体層を形成する工程が、構造体層上に第２犠牲層を形成
し、該第２犠牲層と前記第２基板を接合する工程よりな
ることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造体の
形成法。
【請求項８】前記第２基板がガラスよりなることを特
徴とする請求項１に記載のマイクロ構造体の形成法。
【請求項９】前記第２犠牲層が金属膜よりなることを
特徴とする請求項８に記載のマイクロ構造体の形成法。
【請求項１０】前記第２犠牲層と第２基板を接合する
工程が、陽極接合法により接合することを特徴とする請
求項７に記載のマイクロ構造体の形成法。
【請求項１１】前記接着する工程が第１及び第２基板
に圧力を加える工程を有することを特徴とする請求項１
に記載のマイクロ構造体の形成法。
【請求項１２】前記圧力を加える工程が、構造体層、
第２犠牲層、第２基板の何れか一つと第１基板との間に
電圧を印加することにより行うことを特徴とする請求項
１１に記載のマイクロ構造体の形成法。
【請求項１３】前記支持層が金属薄膜よりなることを
特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造体の形成法。
【請求項１４】前記第１犠牲層を除去する工程が酸素
を用いたドライエッチングにより行うことを特徴とする
請求項１に記載のマイクロ構造体の形成法。
【請求項１５】前記ドライエッチングがプラズマエッ
チングにより行うことを特徴とする請求項１４に記載の
マイクロ構造体の形成法。
【請求項１６】前記第１犠牲層を除去する工程が加熱
することを特徴とする請求項３に記載のマイクロ構造体
の形成法。