JP4594340B2 - マイクロ可動デバイス - Google Patents

Description

本発明は、マイクロマシニング技術により製造されるマイクロ可変キャパシタやマイクロセンシングデバイスなど、微小な可動部を有するマイクロ可動デバイスに関する。

近年、様々な技術分野において、マイクロマシニング技術により製造されるマイクロデバイスが注目され、微小構造を有する素子の応用化が図られている。マイクロデバイスには、例えばマイクロ可変キャパシタやマイクロセンシングデバイスなど、微小な可動部ないし振動部を有するマイクロ可動デバイスが含まれる。マイクロ可動デバイスについては、例えば下記の特許文献１〜３に記載されている。

特開２００２−３７３８２９号公報 特表２００４−５０５７８８号公報 米国特許第５９５９５１６号明細書

図１６から図１９は、従来のマイクロ可動デバイスの一例であるマイクロ可変キャパシタＸ４を表す。図１６は、マイクロ可変キャパシタＸ４の平面図である。図１７は、マイクロ可変キャパシタＸ４の他の平面図である。図１８および図１９は、各々、図１６の線XVIII−XVIIIおよび線XIX−XIXに沿った断面図である。

マイクロ可変キャパシタＸ４は、可動部４０と、フレーム５０と、一対の連結部６０とを備える。また、マイクロ可変キャパシタＸ４は、ＭＥＭＳ技術などのマイクロマシニング技術により、いわゆるＳＯＩ（silicon on insulator）基板である材料基板に対して加工を施すことによって製造されたものである。当該材料基板は、第１および第２シリコン層ならびに当該シリコン層間の絶縁層よりなる積層構造を有し、各シリコン層は、不純物のドープにより所定の導電性が付与されている。図１６は、第１シリコン層に由来する構造を主に表すための平面図であり、図の明確化の観点より、図１６においては、第１シリコン層に由来する部位について、斜線ハッチングを付して表す。図１７においては、第２シリコン層に由来する部位について、斜線ハッチングを付して表す。

可動部４０は、その全体が第１シリコン層に由来し、可動本体４１および櫛歯電極４２，４３を有し、フレーム５０に対して揺動動作ないし回転変位することが可能である。櫛歯電極４２は、可動本体４１から延出する複数の電極歯４２ａからなる。櫛歯電極４３は、可動本体４１から延出する複数の電極歯４３ａからなる。

フレーム５０は、フレーム本体５１および櫛歯電極５２，５３を有する。フレーム本体５１は、上述の第１および第２シリコン層および当該シリコン層間の絶縁層からなる積層構造を有し、可動部４０を囲む形状を有する。櫛歯電極５２は、フレーム本体５１から延出する複数の電極歯５２ａからなる。櫛歯電極５３は、フレーム本体５１から延出する複数の電極歯５３ａからなる。また、フレーム本体５１における第１および第２シリコン層に由来する部位の所定箇所には空隙部５１ａが形成されている。この空隙部５１ａとシリコン層間の絶縁層とにより、櫛歯電極４２，４３と櫛歯電極５２，５３とは電気的に分離され、且つ、フレーム５０内において櫛歯電極５２と櫛歯電極５３とは電気的に分離されている。

可動部４０の櫛歯電極４２とフレーム５０の櫛歯電極５２とは、マイクロ可変キャパシタＸ４における一対のキャパシタ電極を構成し、初期位置において、櫛歯電極４２の電極歯４２ａの側面と櫛歯電極５２の電極歯５２ａの側面とが対向し合うように、配されている。

可動部４０の櫛歯電極４３とフレーム５０の櫛歯電極５３とは、マイクロ可変キャパシタＸ４における一対の駆動電極を構成する。櫛歯電極４３は第１シリコン層に由来する部位であり、櫛歯電極５３は第２シリコン層に由来する部位である。

各連結部６０は、可動部４０およびフレーム５０を連結する。一対の連結部６０は、フレーム５０に対する可動部４０の回転変位の軸心Ａ４を規定する。また、各連結部６０は、フレーム本体５１の一部と可動部４０を電気的に接続する。連結部６０を介して、櫛歯電極４２，４３を有する可動部４０はグラウンド接続されている。

図２０および図２１は、マイクロ可変キャパシタＸ４の製造方法を表す。図２０および図２１においては、上述の可動本体４１、櫛歯電極４２，４３、フレーム本体５１、櫛歯電極５２，５３、および連結部６０の各々の形成過程を、一の断面の変化として表す。当該一の断面は、加工が施される材料基板（ウエハ）における複数の断面を、モデル化して連続断面として表したものである。

マイクロ可変キャパシタＸ４の製造においては、まず、図２０（ａ）に示すような材料基板３００を用意する。材料基板３００は、いわゆるＳＯＩ基板であり、シリコン層３０１，３０２および当該シリコン層間の絶縁層３０３からなる積層構造を有する。

次に、図２０（ｂ）に示すように、シリコン層３０１上にレジストパターン３０４を形成する。レジストパターン３０４は、マイクロ可変キャパシタＸ４においてシリコン層３０１にて成形されるべき部位に対応するパターン形状を有する。

次に、図２０（ｃ）に示すように、シリコン層３０２上にレジストパターン３０５を形成する。レジストパターン３０５は、マイクロ可変キャパシタＸ４においてシリコン層３０２にて成形されるべき部位に対応するパターン形状を有する。

次に、図２１（ａ）に示すように、レジストパターン３０４をマスクとして利用してシリコン層３０１に対して異方性ドライエッチング処理を施すことにより、可動本体４１と、櫛歯電極４２ないし電極歯４２ａと、櫛歯電極４３ないし電極歯４３ａと、フレーム本体５１の一部と、櫛歯電極５２ないし電極歯５２ａと、連結部６０とを成形する。

次に、図２１（ｂ）に示すように、レジストパターン３０５をマスクとして利用してシリコン層３０２に対して異方性ドライエッチング処理を施すことにより、フレーム本体５１の一部および櫛歯電極５３ないし電極歯５３ａを成形する。

次に、図２１（ｃ）に示すように、レジストパターン３０４，３０５を除去し、且つ、絶縁層３０３において露出する箇所を除去する。以上のようにして、マイクロ可変キャパシタＸ４を製造することができる。

マイクロ可変キャパシタＸ４においては、櫛歯電極５３に対して必要に応じて所定の電位を付与することにより、可動部４０を軸心Ａ４まわりに揺動動作ないし回転変位させることができる。櫛歯電極５３に所定の電位を付与すると、櫛歯電極４３，５３間に所定の静電引力が発生し（本実施形態では、櫛歯電極４３はグラウンド接続されている）、櫛歯電極４３は櫛歯電極５３に引き込まれる。そのため、可動部４０は、軸心Ａ４まわりに揺動動作し、当該静電引力と各連結部６０の捩り応力の総和とが釣り合う角度まで回転変位する。このような揺動動作における回転変位量は、櫛歯電極５３への付与電位を調整することにより、調節することができる（回転変位量については、櫛歯電極４３をグラウンド接続せずに、櫛歯電極４３，５３の電位差を制御することによって調節してもよい）。回転変位量の調節により、櫛歯電極４２，５２の対向面積（電極歯４２ａの側面と電極歯５２ａの側面とが対向する面積）を調節することができ、従って、一対のキャパシタ電極たる櫛歯電極４２，５２における静電容量を調節することができる。また、櫛歯電極４３，５３間の静電引力を消滅させると、各連結部６０が捩り応力を解放して自然状態に復帰し、可動部４０ないし櫛歯電極４２はその初期位置に戻る。

一般に、キャパシタ素子の有するキャパシタ電極の抵抗が小さいほど、当該キャパシタ素子におけるＱ値は高い傾向にある。しかしながら、ＳＯＩ基板を利用して上述のような方法によって製造される従来のマイクロ可変キャパシタＸ４の有する一対のキャパシタ電極（櫛歯電極４２，５２）は、導電性シリコン材料よりなり、導電性シリコン材料の抵抗率は、例えば金属材料の抵抗率と比較すると、大きい傾向にある。そのため、マイクロ可変キャパシタＸ４（マイクロ可動デバイス）においては、充分に高いＱ値を得ることができない場合がある。

本発明は、以上のような事情の下で考え出されたものであり、高いＱ値を実現するのに適したマイクロ可動デバイスを提供することを、目的とする。

本発明の第１の側面によると、次のような可動部、フレーム、および連結部を有するマイクロ可動デバイスが提供される。本デバイスの可動部は、可動本体と、当該可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１キャパシタ櫛歯電極と、可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１駆動櫛歯電極とを備える。フレームは、可動部の第１キャパシタ櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２キャパシタ櫛歯電極と、第１駆動櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２駆動櫛歯電極とを備える。連結部は、可動部およびフレームを連結する。第１および第２キャパシタ櫛歯電極は、金属材料よりなり、初期位置において電極歯重なり合いを有する。第１および第２駆動櫛歯電極は、同一の材料層内に作り込まれた部位であり、初期位置において電極歯重なり合いを有しないか、或は、初期位置において電極歯重なり合いを有する。可動部は、第１および第２駆動櫛歯電極の電極歯重なり合いを有するように、また、第１および第２駆動櫛歯電極の電極歯重なり合いの程度が変化するように、回転変位可能に設けられている。本発明における電極歯重なり合いとは、一対の櫛歯電極（一対のキャパシタ櫛歯電極または一対の駆動櫛歯電極）において、一方の櫛歯電極の電極歯間に他方の櫛歯電極の電極歯が入り込んで、一方の櫛歯電極の電極歯の側面と他方の櫛歯電極の電極歯の側面とが対向していることを意味する。

本マイクロ可動デバイスは、一対のキャパシタ電極として、金属材料よりなる第１および第２キャパシタ櫛歯電極を有する。金属材料の抵抗率は、導電性シリコン材料の抵抗率と比較して、小さい傾向にある。したがって、本マイクロ可動デバイスは、例えばキャパシタ素子として、一対のキャパシタ電極が導電性シリコン材料よりなる従来の例えばマイクロ可変キャパシタＸ４よりも、高いＱ値を実現するのに適する。

加えて、本マイクロ可動デバイスは、一対の駆動電極たる第１および第２駆動櫛歯電極間において大きな駆動力を得るのに適する。その理由は、以下のとおりである。

上述の従来のマイクロ可変キャパシタＸ４の製造過程では、一対の駆動電極の一方たる櫛歯電極４３と、一対の駆動電極の他方たる櫛歯電極５３とは、ＳＯＩ基板たる材料基板３００における異なる層（シリコン層３０１，３０２）に形成される。具体的には、櫛歯電極４３は、図２１（ａ）を参照して上述したように、レジストパターン３０４をマスクとして利用してシリコン層３０１に対して異方性エッチング処理を施すことによって形成される。櫛歯電極５３は、図２１（ｂ）を参照して上述したように、レジストパターン３０５をマスクとして利用してシリコン層３０２に対して異方性エッチング処理を施すことによって形成される。櫛歯電極４３用のマスクを含むレジストパターン３０４はシリコン層３０１上に形成されるものであり、櫛歯電極５３用のマスクを含むレジストパターン３０５は、材料基板３００においてシリコン層３０１とは反対側のシリコン層３０２上に形成されるものである。このように材料基板３００における反対表面に形成されるレジストパターン３０４，３０５については、相対的な形成位置の精度ないしアライメント精度が比較的低い。レジストパターン３０４，３０５間のアライメント精度が低いほど、レジストパターン３０４，３０５の一部をマスクとして利用して成形される櫛歯電極４３，５３に係る位置精度（例えば、櫛歯電極４３の形成位置に対する櫛歯電極５３の形成位置の精度）は低く、櫛歯電極４３，５３間に電極歯重なり合いが生じた状態における電極歯４３ａ，５３ａ間のギャップを小さく設計することが困難となる（櫛歯電極４３，５３においていわゆるプルイン現象が生じないようにするためには、電極歯４３ａ，５３ａ間のギャップを小さく設計するほど、櫛歯電極４３，５３の形成位置について高精度が求められる）。一対の櫛歯電極間にて大きな静電引力（駆動力）を得るための有効な手段としては、当該櫛歯電極対間に電極歯重なり合いが生じた状態における電極歯間のギャップを小さく設計することが挙げられるが、製造過程におけるレジストパターン３０４，３０５間のアライメント精度の比較的低いマイクロ可変キャパシタＸ４では、櫛歯電極４３，５３間に電極歯重なり合いが生じた状態における電極歯４３ａ，５３ａ間のギャップを小さく設計することは、困難な傾向にある。したがって、従来のマイクロ可変キャパシタＸ４は、駆動用の一対の櫛歯電極４３，５３間において大きな静電引力（駆動力）を得るのに困難性を有する。

これに対し、本マイクロ可動デバイスにおける一対の駆動電極たる第１および第２駆動櫛歯電極は、同一の材料層内に作り込まれた部位であるため、当該材料層の同一表面において、第１駆動櫛歯電極用のマスクまたは当該マスクを含む第１マスクパターンと、第２駆動櫛歯電極用のマスクまたは当該マスクを含む第２マスクパターンとを、形成したうえで、これらマスクパターンをマスクとして利用して当該材料層に対して例えば異方性エッチング処理を施すことによって、成形することができる。材料層の同一表面に形成される第１および第２マスクパターンについては、アライメント精度が比較的高い。第１および第２マスクパターンが材料層の同一表面上の単一マスクパターンに含まれる場合には、そのような第１および第２マスクパターンは、同じリソグラフィ工程にて形成することができ、理論上、第１および第２マスクパターンについてのアライメント誤差はない。このような第１および第２マスクパターンによると、相対的な位置精度の高い第１および第２駆動櫛歯電極を形成しやすく、第１および第２駆動櫛歯電極間に電極歯重なり合いが生じた状態における電極歯間のギャップを小さく設計しやすい。

したがって、本マイクロ可動デバイスは、一対の駆動電極たる第１および第２駆動櫛歯電極間において大きな駆動力を得るのに適するのである。このような本マイクロ可動デバイスは、一対の駆動電極（第１および第２駆動櫛歯電極）に印加すべき駆動電圧を低減するのに適する。

好ましくは、第１および第２駆動櫛歯電極は、導電性シリコン材料よりなる同一の材料層内に作り込まれた部位である。好ましくは、第１および第２駆動櫛歯電極は、上記の材料層に対するＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）加工により同時的に形成された部位である。これらの構成は、第１および第２駆動櫛歯電極を精度よく成形するうえで好適である。

好ましくは、第１および／または第２キャパシタ櫛歯電極は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌよりなる群から選択される金属を含んでなる。好ましくは、第１および／または第２キャパシタ櫛歯電極は、電気めっき法を利用して形成されたものである。これらの構成は、抵抗率の小さな第１および／または第２キャパシタ櫛歯電極を形成するうえで好適である。

本発明の第２の側面によると、次のような可動部、フレーム、および連結部を有するマイクロ可動デバイスが提供される。本デバイスの可動部は、可動本体、当該可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１キャパシタ櫛歯電極、および、可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１駆動櫛歯電極を備える。フレームは、第１キャパシタ櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２キャパシタ櫛歯電極と、第１駆動櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２駆動櫛歯電極とを備える。連結部は、可動部およびフレームを連結する。第１および第２キャパシタ櫛歯電極は、金属材料よりなり、初期位置において電極歯重なり合いを有する。第１および第２駆動櫛歯電極は、金属材料よりなり、初期位置において電極歯重なり合いを有しないか、或は、初期位置において電極歯重なり合いを有する。可動部は、第１および第２駆動櫛歯電極の電極歯重なり合いを有するように、また、第１および第２駆動櫛歯電極の電極歯重なり合いの程度が変化するように、回転変位可能に設けられている。

本マイクロ可動デバイスは、一対のキャパシタ電極として、金属材料よりなる第１および第２キャパシタ櫛歯電極を有する。したがって、本マイクロ可動デバイスも、本発明の第１の側面に係るマイクロ可動デバイスと同様に、高いＱ値を実現するのに適する。

本発明の第１および第２の側面において、好ましくは、第１駆動櫛歯電極の電極歯は、第１キャパシタ櫛歯電極の電極歯とは反対の側に、可動本体から延出する。或は、第１駆動櫛歯電極の電極歯は、第１キャパシタ櫛歯電極の電極歯と同じ側に、可動本体から延出してもよい。

好ましくは、連結部は、可動部の第１キャパシタ櫛歯電極と電気的に接続する導電連絡部を有する。このような構成によると、所定の外部回路に対して第１キャパシタ櫛歯電極を適切に接続することができる。

好ましくは、第１および／または第２キャパシタ櫛歯電極の表面は誘電体膜を伴わない。キャパシタ櫛歯電極の表面が誘電体膜を伴う場合、当該誘電体膜の表面の所定のエネルギー準位に電荷がトラッピングされ、且つ、当該誘電体膜に高い電界（例えば１０⁶Ｖ／ｃｍ以上）がかけられると、表面にトラッピングされている電荷は更に誘電体膜内部の欠陥準位に注入される。誘電体膜においては、注入された電荷の緩和時定数が相当程度に長い場合がある。そのため、マイクロ可動デバイスの動作中に当該誘電体膜の電荷蓄積量が増大し、電荷蓄積量が減少しない状態に至る場合がある。誘電体膜におけるこのような電荷トラッピングおよび注入の現象は、マイクロ可動デバイスの適切な駆動を阻害する場合があり、好ましくない。

好ましくは、第１および第２の側面に係るマイクロ可動デバイスは、第１および第２キャパシタ櫛歯電極間の静電容量を変化させるための可変キャパシタとして構成されている。或は、第１および第２の側面に係るマイクロ可動デバイスは、第１および第２キャパシタ櫛歯電極間の静電容量を検知するためのセンシングデバイスとして構成されてもよい。

好ましくは、本マイクロ可動デバイスは、充填体として低粘性の絶縁性液体または低粘性の絶縁性気体を用いてパッケージングされている。このような構成によると、良好なパッケージングを実現することができる。

図１から図６は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロ可動デバイスＸ１を表す。図１および図２はマイクロ可動デバイスＸ１の平面図である。図３は図１の部分拡大図であり、図４は図２の部分拡大図である。図５は、図１の線V−Vに沿った拡大断面図である。図６は、線VI−VIに沿った一部省略拡大断面図である。

マイクロ可動デバイスＸ１は、可動部１０と、フレーム２０と、一対の連結部３０とを備える。また、マイクロ可動デバイスＸ１は、ＭＥＭＳ技術などのマイクロマシニング技術により所定の材料基板に対して加工を施すことによって製造されたものであり、全体として主に、不純物のドープにより所定の導電性が付与されているシリコン材料よりなる第１層１０１と、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌなどの金属材料よりなる第２層１０２と、これら第１層１０１および第２層１０２の間の絶縁層１０３とからなる積層構造を有する。図の明確化の観点より、図１においては、第２層１０２について斜線ハッチングを付して表し、図２においては、第１層１０１について斜線ハッチングを付して表す。

可動部１０は、可動本体１１および櫛歯電極１２，１３を有し、フレーム２０に対して揺動動作ないし回転変位することが可能である。可動本体１１は、図５および図６に示すように、上述の第１層１０１に含まれる部位１１ａと、第２層１０２に含まれる部位１１ｂと、絶縁層１０３に含まれる絶縁層１１ｃとを含む積層構造を有する。また、図６に示すように、可動本体１１内には、絶縁層１１ｃを貫通して部位１１ａと部位１１ｂとを電気的に接続するための導通ビア１１ｄが設けられている。櫛歯電極１２は、第２層１０２に含まれる部位であり、可動本体１１から延出する平行な複数の電極歯１２ａからなる。電極歯１２ａの延出長さは、例えば５〜５０００μｍである。櫛歯電極１３は、第１層１０１に含まれる部位であり、電極歯１２ａとは反対側に可動本体１１から延出する平行な複数の電極歯１３ａからなる。電極歯１３ａの延出長さは、例えば５〜５０００μｍである。

フレーム２０は、フレーム本体２１および櫛歯電極２２，２３を有する。フレーム本体２１は、図５および図６に示すように、上述の第１層１０１に含まれる部位２１ａと、第２層１０２に含まれる部位２１ｂと、絶縁層１０３に含まれる絶縁層２１ｃとを含む積層構造を有し、可動部１０を囲む形状を有する。櫛歯電極２２は、第２層１０２に含まれる部位であり、可動部１０の櫛歯電極１２に向けてフレーム本体２１から延出する平行な複数の電極歯２２ａからなる。電極歯２２ａの延出長さは、例えば５〜５０００μｍである。櫛歯電極２３は、第１層１０１に含まれる部位であり、櫛歯電極１３に向けてフレーム本体２１から延出する複数の電極歯２３ａからなる。電極歯２３ａの延出長さは、例えば５〜５０００μｍである。

可動部１０の櫛歯電極１２とフレーム２０の櫛歯電極２２とは、マイクロ可動デバイスＸ１における一対のキャパシタ電極を構成し、例えば図３および図５に示すように、初期位置において櫛歯電極１２の電極歯１２ａの側面と櫛歯電極２２の電極歯２２ａの側面とが対向し合うように、配されている。すなわち、櫛歯電極１２，２２は、初期位置において電極歯重なり合いを有する。

可動部１０の櫛歯電極１３とフレーム２０の櫛歯電極２３とは、マイクロ可動デバイスＸ１における一対の駆動電極を構成する。本実施形態では、櫛歯電極１３，２３は、例えば図４および図５に示すように、初期位置において電極歯重なり合いを有しない。櫛歯電極１３，２３は、初期位置において電極歯重なり合いを有してもよい。また、可動部１０の櫛歯電極１２，１３と、櫛歯電極２２と、櫛歯電極２３とは、電気的に分離されている。

各連結部３０は、図６に示すように主部３１および導電連絡部３２からなり、可動部１０およびフレーム２０を連結する。各連結部３０の導電連絡部３２は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌなどの金属材料を含んでなり、可動本体１１の部位１１ｂとフレーム本体２１の部位２１ｂとを電気的に接続する。本実施形態では、連結部３０ないし導電連絡部３２を介して、櫛歯電極１２，１３を有する可動部１０はグラウンド接続されている。連結部３０においては、電気的に分離した複数の導電連絡部３２を設けてもよい。また、一対の連結部３０は、フレーム２０に対する可動部１０の回転変位の軸心Ａ１を規定する。

図７から図１０は、マイクロ可動デバイスＸ１の製造方法を表す。図７から図１０においては、上述の可動本体１１、櫛歯電極１２，１３、フレーム本体２１、櫛歯電極２２，２３、および連結部３０の各々の形成過程を、一の断面の変化として表す。当該一の断面は、加工が施される材料基板（ウエハ）における複数の断面を、モデル化して連続断面として表したものである。

マイクロ可動デバイスＸ１の製造においては、まず、図７（ａ）に示すような材料基板２００を用意する。材料基板２００は、いわゆるＳＯＩ（silicon on insulator）基板であり、シリコン層２０１，２０２および当該シリコン層間の絶縁層２０３からなる積層構造を有する。シリコン層２０１は、不純物のドープにより所定の導電性が付与されている。絶縁層２０３は例えば酸化ケイ素よりなる。シリコン層２０１の厚さは例えば５０〜６００μｍである。シリコン層２０２の厚さは例えば１〜１００μｍである。絶縁層２０３の厚さは例えば０.５〜５０μｍである。。

次に、図７（ｂ）に示すように、シリコン層２０１表面に酸化膜２０４を形成し、また、連結部３０の主部３１を形成する。ＣＶＤ法により、シリコン層２０１の表面に厚さが例えば１μｍとなるまで酸化ケイ素を成膜することによって、酸化膜２０４を形成することができる。また、例えば、シリコン層２０２上に所定のレジストパターン（図示略）を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして利用してシリコン層２０２に対してＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）を施すことにより、主部３１を形成することができる。ＤＲＩＥでは、エッチングと側壁保護とを交互に行うＢｏｓｃｈプロセスにおいて、良好な異方性エッチング処理を行うことができる。本工程および後出のＤＲＩＥについては、このようなＢｏｓｃｈプロセスを採用することができる。

次に、図７（ｃ）に示すように絶縁膜パターン２０３’を形成する。具体的には、絶縁層２０３上に所定のレジストパターン（図示略）を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして利用して絶縁層２０３に対してエッチング処理を施す。絶縁膜パターン２０３’は、上述の導通ビア１１ｄを形成するための開口部２０３ａを含む所定の開口部を有する。

次に、電気めっき法における通電用の下地膜（図示略）を、絶縁膜パターン２０３’および主部３１を覆うようにシリコン層２０１上に形成した後、図７（ｄ）に示すようにレジストパターン２０５を形成する。下地膜は、例えば、スパッタリング法により厚さ５０ｎｍのＴｉを成膜し、続いてその上に厚さ５００ｎｍのＣｕを成膜することによって形成することができる。レジストパターン２０５は、開口部２０５ａおよび開口部２０５ｂを有する。

次に、図８（ａ）に示すように、電気めっき法により開口部２０３ａ，２０５ａ，２０５ｂ内に金属材料を成長させる。これにより、導通ビア１１ｄおよび導電連絡部３２が形成される。金属材料は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌよりなる群から選択される金属または当該金属を含む合金である。

次に、レジストパターン２０５上にレジスト材料を更に成膜することにより、或は、レジストパターン２０５を除去した後に新たなレジスト材料を成膜することにより、図８（ｂ）に示すようにレジスト膜２０６を形成する。

次に、図８（ｃ）に示すように、酸化膜２０４をパターニングして酸化膜パターン２０４’を形成した後、所定の開口部を有するレジストパターン２０７を形成する。酸化膜パターン２０４’は、可動本体１１、櫛歯電極１３、フレーム本体２１、および櫛歯電極２３に対応するパターン形状を有する。

次に、図８（ｄ）に示すように、レジストパターン２０７をマスクとして利用してシリコン層２０１に対して当該シリコン層２０１の厚さ方向の途中までＤＲＩＥを施す。

次に、レジストパターン２０７上にレジスト材料を更に成膜することにより、或は、レジストパターン２０７を除去した後に新たなレジスト材料を成膜することにより、図９（ａ）に示すようにレジスト膜２０８を形成する。

次に、図９（ｂ）に示すように、レジスト膜２０６をパターニングしてレジストパターン２０６’を形成する。レジストパターン２０６’は、マイクロ可動デバイスＸ１における上述の第２層１０２（可動本体１１の部位１１ｂ、櫛歯電極１２、フレーム本体２１の部位２１ｂ、櫛歯電極２２）を形成するための開口部２０６ａを有する。

次に、図９（ｃ）に示すように、電気めっき法により開口部２０６ａ内に金属材料を成長させることによって、可動本体１１の部位１１ｂ、櫛歯電極１２ないし電極歯１２ａ、フレーム本体２１の部位２１ｂ、および櫛歯電極２２ないし電極歯２２ａを形成する。金属材料は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌよりなる群から選択される金属または当該金属を含む合金である。

次に、図９（ｄ）に示すように、レジストパターン２０６’およびレジスト膜２０８を除去する。レジストパターン２０６’およびレジスト膜２０８の除去は、所定の剥離液を使用して行うことができる。この後、電気めっき法における通電用の上述の下地膜（図示略）において露出する部分を除去する。下地膜の部分的除去は、所定のエッチング液を使用して行うウエットエッチング、または、イオンミリングにより、行うことができる。

次に、図１０（ａ）に示すように、所定の開口部を有するレジストパターン２０９を形成する。次に、図１０（ｂ）に示すように、レジストパターン２０９の側から当該レジストパターン２０９をマスクとして利用してシリコン層２０１に対して当該シリコン層２０１の厚さ方向の途中までＤＲＩＥを施す。

次に、図１０（ｃ）に示すように、酸化膜パターン２０４’の側から当該酸化膜パターン２０４’をマスクとして利用してシリコン層２０１に対してＤＲＩＥを施す。これにより、マイクロ可動デバイスＸ１における上述の第１層１０１（可動本体１１の部位１１ａ、櫛歯電極１３ないし電極歯１３ａ、フレーム本体２１の部位２１ａ、櫛歯電極２３ないし電極歯２３ａ）が形成される。

次に、図１０（ｄ）に示すように、絶縁層２０３において露出している箇所、および、酸化膜パターン２０４’を、エッチング除去する。以上の一連の工程を経ることにより、マイクロ可動デバイスＸ１を製造することができる。

マイクロ可動デバイスＸ１においては、櫛歯電極２３に対して必要に応じて所定の電位を付与することにより、可動部１０を軸心Ａ１まわりに揺動動作ないし回転変位させることができる。櫛歯電極２３に所定の電位を付与すると、櫛歯電極１３，２３間に所定の静電引力が発生し（本実施形態では櫛歯電極１３はグラウンド接続されている）、櫛歯電極１３は櫛歯電極２３に引き込まれる。そのため、可動部１０は、軸心Ａ１まわりに揺動動作し、当該静電引力と各連結部３０の捩り応力の総和とが釣り合う角度まで、例えば図１１に示すように回転変位する。このような揺動動作における回転変位量は、櫛歯電極２３への付与電位を調整することにより、調節することができる。回転変位量の調節により、櫛歯電極１２，２２の対向面積（電極歯１２ａの側面と電極歯２２ａの側面とが対向する面積）を調節することができ、従って、一対のキャパシタ電極たる櫛歯電極１２，２２における静電容量を調節することができる。また、櫛歯電極１３，２３間の静電引力を消滅させると、各連結部３０が捩り応力を解放して自然状態に復帰し、可動部１０ないし櫛歯電極１２はその初期位置に戻る。

マイクロ可動デバイスＸ１は、一対のキャパシタ電極として、金属材料よりなる櫛歯電極１２，２２を有する。金属材料の抵抗率は、導電性シリコン材料の抵抗率と比較して、小さい傾向にある。したがって、マイクロ可動デバイスＸ１は、一対のキャパシタ電極が導電性シリコン材料よりなる従来の上述のマイクロ可変キャパシタＸ４よりも、高いＱ値を実現するのに適する。

加えて、マイクロ可動デバイスＸ１は、一対の駆動電極たる櫛歯電極１３，２３間において大きな駆動力を得るのに適する。マイクロ可動デバイスＸ１における一対の駆動電極たる櫛歯電極１３，２３は、上述のように、シリコン層２０１上に形成された酸化膜パターン２０４’をマスクとして利用して、同一の材料層（シリコン層２０１）に対してＤＲＩＥを施すことによって形成されたものである。レジストパターン２０４’は、櫛歯電極１３用の第１マスクパターンおよび櫛歯電極２３用の第２マスクパターンを含む。材料層の同一表面に形成されるこのような第１および第２マスクパターンについては、アライメント精度が比較的高い。材料層の同一表面上の単一マスクパターン（レジストパターン２０４’）に含まれ、従って、同じリソグラフィ工程にて形成することができる第１および第２マスクパターンにおいては、理論上、アライメント誤差はない。このような第１および第２マスクパターンによると、相対的な位置精度の高い櫛歯電極１３，２３を形成することができ、一対の駆動電極たる櫛歯電極１３，２３間に電極歯重なり合いが生じた状態における電極歯１３ａ，２３ａ間のギャップを小さく設計しやすい。したがって、マイクロ可動デバイスＸ１は、一対の駆動電極たる櫛歯電極１３，２３間において大きな駆動力を得るのに適するのである。このようなマイクロ可動デバイスＸ１は、一対の駆動電極（櫛歯電極１３，２３）に印加すべき駆動電圧を低減するのに適する。

マイクロ可動デバイスＸ１においては、一対のキャパシタ電極たる櫛歯電極１２，２２の表面は誘電体膜を伴わない。これにより、誘電体膜において生じ得る電荷トラッピングおよび注入の現象を回避することができる。

マイクロ可動デバイスＸ１においては、上述の第１層１０１（可動本体１１の部位１１ａ、櫛歯電極１３、フレーム本体２１の部位２１ａ、櫛歯電極２３）を導電性シリコン材料により構成するのに代えて金属材料により構成してもよい。金属材料としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌよりなる群から選択される金属または当該金属を含む合金を採用するのが好ましい。或は、マイクロ可動デバイスＸ１においては、可動部１０の全体を、連続する金属製構造体として構成してもよい。これらの構成を採用する場合であっても、当該マイクロ可動デバイスＸ１は、高いＱ値を実現するのに適する。

以上のようなマイクロ可動デバイスＸ１は、櫛歯電極１２，２２間の静電容量を変化させるための可変キャパシタとして構成されてもよいし、櫛歯電極１２，２２間の静電容量を検知するためのセンシングデバイスとして構成されてもよい。

図１２および図１３は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロ可動デバイスＸ２を表す。図１２は、マイクロ可動デバイスＸ２の平面図である。図１３は、図１２の線XIII−XIIIに沿った断面図である。

マイクロ可動デバイスＸ２は、可動部１０Ａと、フレーム２０Ａと、一対の連結部３０とを備え、可動部１０およびフレーム２０に代えて可動部１０Ａおよびフレーム２０Ａを備える点においてマイクロ可動デバイスＸ１と異なる。

可動部１０Ａは、可動本体１１および櫛歯電極１２，１３，１４を有し、実質的には、櫛歯電極１４を追加的に有する点においてマイクロ可動デバイスＸ１の可動部１０と異なる。櫛歯電極１４は、図１３に示すように第２層１０２に含まれる部位であり、電極歯１３ａと同じ側に可動本体１１から延出する平行な複数の電極歯１４ａからなる。電極歯１４ａの延出長さは、例えば５〜５０００μｍである。可動部１０Ａにおける可動本体１１および櫛歯電極１２，１３の構成は、可動部１０における上述の可動本体１１および櫛歯電極１２，１３の構成に同様である。

フレーム２０は、フレーム本体２１および櫛歯電極２２，２３を有し、実質的には、櫛歯電極２４を追加的に有する点においてマイクロ可動デバイスＸ１のフレーム２０と異なる。櫛歯電極２４は、図１３に示すように第２層１０２に含まれる部位であり、可動部１０Ａの櫛歯電極１４に向けてフレーム本体２１から延出する平行な複数の電極歯２４ａからなる。電極歯２４ａの延出長さは、例えば５〜５０００μｍである。フレーム２０Ａにおけるフレーム本体２１および櫛歯電極２２，２３の構成は、フレーム２０における上述のフレーム本体２１および櫛歯電極２２，２３の構成に同様である。

可動部１０Ａの櫛歯電極１２とフレーム２０の櫛歯電極２２とは、マイクロ可動デバイスＸ２における一対のキャパシタ電極を構成し、且つ、可動部１０Ａの櫛歯電極１４とフレーム２０Ａの櫛歯電極２４とは、更なる一対のキャパシタ電極を構成する。初期位置において、櫛歯電極１２の電極歯１２ａの側面と櫛歯電極２２の電極歯２２ａの側面とは対向し合い、且つ、櫛歯電極１４の電極歯１４ａの側面と櫛歯電極２４の電極歯２４ａの側面とは対向し合う。すなわち、櫛歯電極１２，２２が初期位置において電極歯重なり合いを有するとともに、櫛歯電極１４，２４も初期位置において電極歯重なり合いを有する。このように、マイクロ可動デバイスＸ２は、二対のキャパシタ電極を具備する。また、可動部１０Ａの櫛歯電極１２，１３，１４と、櫛歯電極２２と、櫛歯電極２３と、櫛歯電極２４とは、電気的に分離されている。

マイクロ可動デバイスＸ２に関する他の構成については、マイクロ可動デバイスＸ１に関して上述したのと同様である。

マイクロ可動デバイスＸ２は、マイクロ可動デバイスＸ１と同様に、高いＱ値を実現するのに適し、且つ、一対の駆動電極たる櫛歯電極１３，２３間において大きな駆動力を得るのに適する。加えて、二対のキャパシタ電極を具備するマイクロ可動デバイスＸ２は、キャパシタ素子として大きな静電容量を得るのに適する。

図１４および図１５は、本発明の第３の実施形態に係るマイクロ可動デバイスＸ３を表す。図１４は、マイクロ可動デバイスＸ３の平面図である。図１５は、図１４の線XV−XVに沿った断面図である。

マイクロ可動デバイスＸ３は、実質的に二つのマイクロ可動デバイスＸ１を含む。具体的には、マイクロ可動デバイスＸ３は、フレーム本体２１の一部を共通にして二つのマイクロ可動デバイスＸ１が一体化された構造を有し、二対のキャパシタ電極（各キャパシタ電極対は櫛歯電極１２，２２よりなる）を具備するとともに、二対の駆動電極（各駆動電極対は櫛歯電極１３，２３よりなる）を具備する。マイクロ可動デバイスＸ３では、各可動部１０の回転変位量が常に同一となるように制御してもよいし、各可動部１０の回転変位量を個別に制御してもよい。

このようなマイクロ可動デバイスＸ３は、マイクロ可動デバイスＸ１と同様に、高いＱ値を実現するのに適し、且つ、櫛歯電極１３，２３間において大きな駆動力を得るのに適する。加えて、二対のキャパシタ電極を具備するマイクロ可動デバイスＸ３は、キャパシタ素子として大きな静電容量を得るのに適する。

以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。

（付記１）可動本体、当該可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１キャパシタ櫛歯電極、および、前記可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１駆動櫛歯電極、を有する可動部と、
前記第１キャパシタ櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２キャパシタ櫛歯電極、および、前記第１駆動櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２駆動櫛歯電極、を有するフレームと、
前記可動部および前記フレームを連結する連結部と、を備え、
前記第１および第２キャパシタ櫛歯電極は、金属材料よりなり、初期位置において電極歯重なり合いを有し、
前記第１および第２駆動櫛歯電極は、同一の材料層内に作り込まれた部位であり、
前記可動部は、前記第１および第２駆動櫛歯電極の電極歯重なり合いの程度が変化するように、回転変位可能である、マイクロ可動デバイス。
（付記２）前記第１および第２駆動櫛歯電極は、導電性シリコン材料よりなる同一の材料層内に作り込まれた部位である、付記１に記載のマイクロ可動デバイス。
（付記３）前記第１および第２駆動櫛歯電極は、前記材料層に対するＤＲＩＥ加工により同時的に形成された部位である、付記１または２に記載のマイクロ可動デバイス。
（付記４）前記第１および／または第２キャパシタ櫛歯電極は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌよりなる群から選択される金属を含んでなる、付記１から３のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
（付記５）前記第１および／または第２キャパシタ櫛歯電極は、電気めっき法を利用して形成されたものである、付記１から４のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
（付記６）可動本体、当該可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１キャパシタ櫛歯電極、および、前記可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１駆動櫛歯電極、を有する可動部と、
前記第１キャパシタ櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２キャパシタ櫛歯電極、および、前記第１駆動櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２駆動櫛歯電極、を有するフレームと、
前記可動部および前記フレームを連結する連結部と、を備え、
前記第１および第２キャパシタ櫛歯電極は、金属材料よりなり、初期位置において電極歯重なり合いを有し、
前記第１および第２駆動櫛歯電極は、金属材料よりなり、
前記可動部は、前記第１および第２駆動櫛歯電極の電極歯重なり合いの程度が変化するように、回転変位可能である、マイクロ可動デバイス。
（付記７）前記第１駆動櫛歯電極の前記電極歯は、前記第１キャパシタ櫛歯電極の前記電極歯とは反対の側に、前記可動本体から延出する、付記１から６のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
（付記８）前記第１駆動櫛歯電極の前記電極歯は、前記第１キャパシタ櫛歯電極の前記電極歯と同じ側に、前記可動本体から延出する、付記１から６のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
（付記９）前記連結部は、前記可動部の前記第１キャパシタ櫛歯電極と電気的に接続する導電連絡部を有する、付記１から８のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
（付記１０）前記第１および／または第２キャパシタ櫛歯電極の表面は誘電体膜を伴わない、付記１から９のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
（付記１１）前記第１および第２キャパシタ櫛歯電極間の静電容量を変化させるための可変キャパシタとして構成されている、付記１から１０のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
（付記１２）前記第１および第２キャパシタ櫛歯電極間の静電容量を検知するためのセンシングデバイスとして構成されている、付記１から１０のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
（付記１３）充填体として低粘性の絶縁性液体または低粘性の絶縁性気体を用いてパッケージングされている、付記１から１２のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。

本発明の第１の実施形態に係るマイクロ可動デバイスの平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るマイクロ可動デバイスの他の平面図である。 図１の部分拡大図である。 図２の部分拡大図である。 図１の線V−Vに沿った拡大断面図である。 図１の線VI−VIに沿った一部省略拡大断面図である。 図１に示すマイクロ可動デバイスの製造方法における一部の工程を表す。 図７の後に続く工程を表す。 図８の後に続く工程を表す。 図９の後に続く工程を表す。 可動部が回転変位した場合を表す。 本発明の第２の実施形態に係るマイクロ可動デバイスの平面図である。 図１２の線XIII−XIIIに沿った断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るマイクロ可動デバイスの平面図である。 図１４の線XV−XVに沿った断面図である。 従来のマイクロ可動デバイスの一例の平面図である。 図１６に示すマイクロ可動デバイスの他の平面図である。 図１６の線XVIII−XVIIIに沿った断面図である。 図１６の線XIX−XIXに沿った断面図である。 図１６に示す従来のマイクロ可動デバイスの製造方法における一部の工程を表す。 図２０の後に続く工程を表す。

符号の説明

Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３ マイクロ可動デバイス
１０，４０ 可動部
１１，４１ 可動本体
１２，１３，４２，４３ 櫛歯電極
１２ａ，１３ａ，４２ａ，４３ａ 電極歯
２０，５０ フレーム
２１，５１ フレーム本体
２２，２３，５２，５３ 櫛歯電極
２２ａ，２３ａ，５２ａ，５３ａ 電極歯
３０，６０ 連結部
３１ 主部
３２ 導電連絡部
１０１ 第１層
１０２ 第２層
１０３，２０３，３０３ 絶縁層
２００，３００ 材料基板
２０１，２０２，３０１，３０２ シリコン層

Claims (10)

1. 可動本体、当該可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１キャパシタ櫛歯電極、および、前記可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１駆動櫛歯電極、を有する可動部と、
   前記第１キャパシタ櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２キャパシタ櫛歯電極、および、前記第１駆動櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２駆動櫛歯電極、を有するフレームと、
   前記可動部および前記フレームを連結する連結部と、を備え、
   前記第１および第２キャパシタ櫛歯電極は、同一の金属材料層内に含まれる部位であり、かつ、初期位置において電極歯重なり合いを有し、
   前記第１および第２駆動櫛歯電極は、同一の単一材料層内に作り込まれた部位であり、
   前記可動部は、前記第１および第２駆動櫛歯電極の電極歯重なり合いの程度が変化するように、回転変位可能である、マイクロ可動デバイス。
2. 前記第１および第２駆動櫛歯電極は、導電性シリコン材料よりなる同一の材料層内に作り込まれた部位である、請求項１に記載のマイクロ可動デバイス。
3. 前記第１および第２駆動櫛歯電極は、前記材料層に対するＤＲＩＥ加工により同時的に形成された部位である、請求項１または２に記載のマイクロ可動デバイス。
4. 前記第１および／または第２キャパシタ櫛歯電極は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌよりなる群から選択される金属を含んでなる、請求項１から３のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
5. 可動本体、当該可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１キャパシタ櫛歯電極、および、前記可動本体から延出する複数の電極歯を有する第１駆動櫛歯電極、を有する可動部と、
   前記第１キャパシタ櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２キャパシタ櫛歯電極、および、前記第１駆動櫛歯電極に向けて延出する複数の電極歯を有する第２駆動櫛歯電極、を有するフレームと、
   前記可動部および前記フレームを連結する連結部と、を備え、
   前記第１および第２キャパシタ櫛歯電極は、同一の金属材料層内に含まれる部位であり、初期位置において電極歯重なり合いを有し、
   前記第１および第２駆動櫛歯電極は、同一の単一材料層内に作り込まれた部位であり且つ金属材料よりなり、
   前記可動部は、前記第１および第２駆動櫛歯電極の電極歯重なり合いの程度が変化するように、回転変位可能である、マイクロ可動デバイス。
6. 前記第１駆動櫛歯電極の前記電極歯は、前記第１キャパシタ櫛歯電極の前記電極歯とは反対の側に、前記可動本体から延出する、請求項１から５のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
7. 前記第１駆動櫛歯電極の前記電極歯は、前記第１キャパシタ櫛歯電極の前記電極歯と同じ側に、前記可動本体から延出する、請求項１から５のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
8. 前記連結部は、前記可動部の前記第１キャパシタ櫛歯電極と電気的に接続する導電連絡部を有する、請求項１から７のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
9. 前記第１および第２キャパシタ櫛歯電極間の静電容量を変化させるための可変キャパシタとして構成されている、請求項１から８のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。
10. 前記第１および第２キャパシタ櫛歯電極間の静電容量を検知するためのセンシングデバイスとして構成されている、請求項１から８のいずれか一つに記載のマイクロ可動デバイス。

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