JP3745756B2 - 光スイッチ素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極の表面が樹脂からなる保護膜で被覆された光スイッチ素子の製造方法に関する。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）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が、この下層に配置した電極の発生する静電力によって行われている。光スイッチ素子は、例えば、図１０に示すように、半導体基板１００１の上に形成された層間絶縁膜１００５の上に導電性を有する支持部材１０２０により支持されて開口領域を備えたミラー基板１０３０と、ミラー基板１０３０の開口領域に回動可能に各々設けられたミラー１０３１と、ミラー１０３１に回動動作を行わせるための制御電極部１０４０とから構成されたものである。これらは、半導体基板１００１上の層間絶縁膜１００５の上に形成され、また、制御電極部１０４０や支持部材１０２０は、層間絶縁膜１００５下に配置された配線層１００４に接続している。

このような光スイッチ素子において、制御電極部１０４０から発生させた静電気によりミラー１０３１の一端を制御電極部１０４０方向に引き寄せ、かつ、下地の制御電極部１０４０との間に任意の距離を保って静止させることは、容易ではない。制御電極部１０４０が引きつける引力と、ミラー１０３１が元に戻ろうとする弾性力とのバランスは、不安定で崩れやすいためである。これらのバランスが崩れ、例えば、引力の方が勝れば、ミラー１０３１の裏面が制御電極部１０４０の端部に接触することになる。

ミラー１０３１に導電性の材料が用いられ、接触した際に制御電極部１０４０とミラー１０３１に導通があると、接触箇所１０５０が反応して接合してしまい、ミラー１０３１の弾性力による反発では元に戻らなくなる場合がある。この現象はスティッキングや固着などと呼ばれ、光スイッチ素子におけるミラー駆動時の問題となっている。この現象の原因は、高い電圧が印加された状態でミラーと制御電極部との接触が、いわゆるスポットウェルダーと全く同様の状況なので、一種の抵抗溶接が起こっているものと推測されている。

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。
特開２００１−１９８８９７号公報 特開２００２−１８９１７８号公報 Pamela R.Patterson,Dooyoung Hah,Guo-Dung J.Su,Hiroshi Toshiyoshi,and Ming C.Wu,"MOEMS ELECTROSTATIC SCANNING MICROMIRRORS DESIGN AND FABRICATION" Electochemical Society Proceedings Vol2002-4 p369-380,(2002) "MEMS:Micro Technology, Mega Impact",IEEE Circuits & Devices, p14-25,March 2001 「トランジスタ技術」，ＣＱ出版，２００２年５月号，Ｐ２０７〜２１２

上述したように、従来では、ミラーを駆動させた際にミラーの裏面などが駆動のための制御電極部の一部に接触した際に、接触した箇所が固着してしまい、ミラーが元に戻らなくなるという問題があった。このような、スティッキングによる現象を回避するには、少なくとも一方の接触面を不導体にすれば良い。このために、例えば、制御電極部の上に絶縁物である有機薄膜を保護膜として形成するなどの方法がある。

例えば、ミラー１０３１が形成されたミラー基板１０３０を支持部材１０２０の上に配置する前に、制御電極部１０４０及び支持部材１０２０が形成された層間絶縁膜１００５の上に有機材料を塗布することで、制御電極部１０４０を覆う絶縁体からなる保護膜が形成できる。ただし、塗布しただけでは、支持部材１０２０の上にも有機膜が形成されているので、感光性を有する有機膜を形成し、これを公知のフォトリソグラフィ技術でパターニングし、不必要な部分を除去する必要がある。

ところが、図１０に示すような複雑な三次元構造体の場合、超深度露光を用いたフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることになるため、制御電極部１０４０の上を覆う有機膜を形成するためには、多くのフォトマスクが必要となる。また、凹凸の大きな段差があるため、有機材料を塗布して膜を形成するときの塗布膜の段切れなどにより、例えば、制御電極部の上部など有機膜を形成すべき領域において有機膜が形成されないなどの問題も発生する。

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、ミラーなどの可動部が、駆動の際に制御電極部などと直接接触することを防止し、円滑な動作が続けられるようにするために、複雑な立体構造体の中に設けられている制御電極部の上に容易に保護膜を形成することを目的とする。

本発明に係る光スイッチ素子の製造方法は、半導体基板の上に複数の素子からなる駆動回路を形成する工程と、半導体基板の上に駆動回路を覆って層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の上にシード層を形成する工程と、シード層の上に第１領域と複数の第２領域が開口した第１犠牲パターンを形成する工程と、第１領域及び第２領域に露出したシード層の上に、メッキ法により第１犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第１金属パターン及び第２金属パターンを形成する工程と、第１犠牲パターン及び第２金属パターンの上に、第１領域の上の第３領域が開口した第２犠牲パターンを形成する工程と、第３領域に露出した第１金属パターンの表面に、メッキ法により第２犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第３金属パターンを形成する工程と、第３金属パターンを形成した後、第１犠牲パターンと第２犠牲パターンを除去する工程と、これら犠牲パターンを除去した後、第１金属パターン及び第２金属パターンをマスクとしてシード層を選択的に除去し、第２金属パターンからなる制御電極部とともに第１金属パターンと第３金属パターンとの積層体からなる支持部材を形成する工程と、制御電極部を覆う感光性を有する樹脂パターンを孔版印刷法により形成する工程と、フォトリソグラフィ技術により樹脂パターンをパターニングして制御電極部の少なくとも最上部を覆う保護膜を形成する工程と、枠部及びこの枠部の内側に支持されて反射部を備えた板状の可動部を備えたミラー構造体を用意する工程と、保護膜を形成した後、制御電極部の上に可動部が対応しかつ離間して配置されるように、支持部材の上にミラー構造体の枠部を接続固定する工程とを備え、制御電極部は、駆動回路による所定の信号が印加可能に接続した状態に形成するようにしたものである。
この製造方法によれば、可動部と制御用電極部との間に、保護膜を形成することができ、可動部と制御用電極部とは直接接触することがない状態とすることができる。

また、本発明に係る光スイッチ素子の製造方法は、半導体基板にプロセッサ，メモリ，駆動回路，及びセンサ回路を含む集積回路を形成する工程と、半導体基板の上に層間絶縁層を形成する工程と、層間絶縁層の上の複数のユニット領域毎に、各々が絶縁分離された複数の制御電極部及び複数のセンサ電極部を形成する工程と、導電性材料からなる支持部材を制御電極部より高い状態で層間絶縁層の上に形成する工程と、制御電極部の少なくとも最上部を覆う保護膜を孔版印刷法で形成する工程と、複数の開口領域内に各々ミラーを備えてこのミラーが連結部を介して回動可能に連結された導電性材料からなるミラー基板を用意する工程と、保護膜を形成した後でミラー基板を支持部材の上に接続固定し、ミラー基板の各ミラーが複数のユニット毎に形成した制御電極部及びセンサ電極部の上に離間して配置される状態とする工程とを少なくとも備え、制御電極部は、駆動回路から信号供給が可能なように駆動回路と電気的に接続された状態に形成し、センサ電極部は、センサ回路へ信号出力が可能なようにセンサ回路と電気的に接続された状態に形成するようにしたものである。
この製造方法によれば、可動部と制御用電極部との間に、保護膜を形成することができ、可動部と制御用電極部とは直接接触することがない状態とすることができる。

上記光スイッチ素子の製造方法において、所定の樹脂パターンを孔版印刷法により形成して保護膜を形成するようにしてもよく、制御電極部を覆う感光性を有する樹脂パターンを孔版印刷法により形成し、フォトリソグラフィ技術により樹脂パターンをパターニングして保護膜を形成するようにしてもよい。

また、本発明に係る光スイッチ素子の製造方法は、半導体基板にプロセッサ，メモリ，駆動回路，及びセンサ回路を含む集積回路を形成する工程と、半導体基板の上に集積回路を覆う層間絶縁層を形成する工程と、層間絶縁層の上にシード層を形成する工程と、シード層の上に第１領域と複数の第２領域と複数の第３領域とが開口した第１犠牲パターンを形成する工程と、第１領域、第２領域及び第３領域に露出したシード層上に、メッキ法により第１犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第１金属パターン、この第１金属パターンと同膜厚以下の第２金属パターン及び第３金属パターンを形成する工程と、第１金属パターン、第２金属パターン及び第３金属パターンをそれぞれ所定の膜厚に形成した後、第１犠牲パターン、第２金属パターン及び第３金属パターンの上に、第１金属パターン上の第４領域が開口した第２犠牲パターンを形成する工程と、第４領域に露出した第１金属パターンの表面に、メッキ法により第２犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第４金属パターンを形成する工程と、第４金属パターンを所定の膜厚に形成した後、第１犠牲パターンと第２犠牲パターンを除去する工程と、これら犠牲パターンを除去した後、第１金属パターン、第２金属パターン及び第３金属パターンをマスクとしてシード層を選択的に除去し、第１金属パターンと第４金属パターンとの積層体からなる支持部材と、複数の第２金属パターンからなる各々が層間絶縁層上で分離した複数の制御電極部と、複数の第３金属パターンからなる各々が層間絶縁層上で分離した複数のセンサ電極部とを形成する工程と、制御電極部の少なくとも最上部を覆う保護膜を孔版印刷法で形成する工程と、複数の開口領域内に各々ミラーを備えてこのミラーが連結部を介して回動可能に連結された導電性材料からなるミラー基板を用意する工程と、保護膜を形成した後で支持部材の上にミラー基板を接続固定し、ミラー基板の各ミラーを制御電極部及びセンサ電極部の上に離間して配置する工程とを備え、制御電極部は、駆動回路から信号供給が可能なように駆動回路と電気的に接続された状態に形成し、センサ電極部は、センサ回路へ信号出力が可能なようにセンサ回路と電気的に接続された状態に形成するようにしたものである。
この製造方法によれば、可動部と制御用電極部との間に、保護膜を形成することができ、可動部と制御用電極部とは直接接触することがない状態とすることができる。

上記光スイッチ素子の製造方法において、所定の樹脂パターンを孔版印刷法により形成して保護膜を形成するようにしてもよく、制御電極部を覆う感光性を有する樹脂パターンを孔版印刷法により形成し、フォトリソグラフィ技術により樹脂パターンをパターニングして保護膜を形成するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、孔版印刷法により形成した樹脂パターンからなる保護膜、もしくは孔版印刷法により形成した樹脂パターンをフォトリソグラフィ技術によりパターニングして形成した保護膜で、制御電極部の少なくとも最上部を覆うようにした。この結果、本発明によれば、複雑な三次元構造体の中に形成されている制御電極部であっても、この上に容易に保護膜を形成できるようになり、光スイッチ素子において、ミラーなどの可動部が、駆動の際に制御電極部と直接接触することを防止し、円滑な動作が続けられるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
［実施の形態１］
始めに、本実施の形態１における光スイッチ素子の製造について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、例えばシリコンなどの半導体からなる半導体基板１０１の上に、能動回路などから構成された集積回路（図示せず）を形成した後、シリコン酸化物からなる層間絶縁膜１０２を形成する。集積回路は、以降に説明するミラーの動作を制御する駆動回路やメモリ及びプロセッサなどを含んでいる。また、層間絶縁膜１０２に、接続口を形成してから、この接続口を介して下層の配線などに接続電極１０３を介して接続する配線層１０４を形成する。

これらは、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形成できるものである。例えば、上記集積回路は、ＣＭＯＳＬＳＩプロセスで作製することができる。また、接続電極１０３及び配線層１０４は、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜を形成し、これを加工することで形成できる。上記金属膜は、下層のＴｉは膜厚０．１μｍ程度とし、上層のＡｕは膜厚０．３μｍ程度とすればよい。

この金属膜の形成はつぎのようにすればよい。シリコン酸化膜の上にスパッタ法や蒸着法などによりＡｕ／Ｔｉを形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術により所定のパターンを形成する。このとき、電極配線、後述するミラー基板を貼り合わせるための接続部及びワイヤボンディング用パッドを形成するためのレジストパターンを同時に形成する。このレジストパターンをマスクとし、ウエットエッチング法によりＡｕ／Ｔｉ膜を選択的に除去し、レジストパターンを除去すれば、配線層１０４が形成できる。また、配線層１０４には、電極配線，後述するミラー基板を接続するための接続部，ワイヤボンディング用パッド（図示せず）などが形成されている。

これらを形成した後、配線層１０４を覆う層間絶縁膜１０５を形成する。層間絶縁膜１０５は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンゾオキサゾールを塗布することで膜厚数μｍ程度に形成したポリイミド膜から構成することができる。なお、層間絶縁膜１０５は、他の絶縁材料から形成するようにしてもよい。

つぎに、図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１０５に、配線層１０４の所定部分が露出する開口部１０５ａを形成する。上述したように、層間絶縁膜１０５を感光性有機樹脂で形成した場合、開口部１０５ａの領域が開口するように露光現像してパターンを形成し、パターンを形成した後でアニールして膜を硬化させることで、開口部１０５ａを備えた層間絶縁膜１０５を形成することができる。

つぎに、図１（ｃ）に示すように、開口部１０５ａの内部を含めて層間絶縁膜１０５の上を覆う、例えばＴｉからなる膜厚０．１μｍ程度の下部シード層１０６ａを形成する。加えて、下部シード層１０６ａの上に、例えばＡｕからなる膜厚０．３μｍ程度の上部シード層１０６ｂを形成する。
つぎに、図１（ｄ）に示すように、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン２０１を形成する。犠牲パターン２０１は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンゾオキサゾールからなる膜をフォトリソグラフィ技術で加工することで形成できる。

例えば、ポリベンゾオキサゾールを塗布することで形成したポリイミド膜の上に、フォトリソグラフィ技術により、制御電極パターンやミラー基板を接続するための接続部分及びワイヤボンディング用パッドを形成する部分などが開口するように、フォトマスクを使用したコンタクトアライナやレチクルを使用したステッパを用いて露光及び現像し、感光部を現像液に溶解し、所望の開口領域を備えた犠牲パターン２０１を形成できる。

つぎに、図１（ｅ）に示すように、犠牲パターン２０１の開口部内に露出した上部シード層１０６ｂの上に、電解メッキ法によりＡｕからなる金属パターン１２１，１４１を犠牲パターン２０１と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２１，１４１と犠牲パターン２０１との表面が、ほぼ同一平面を形成するように平坦な状態にする。Ａｕからなる金属パターン１２１，１４１を形成した部分では、この下のＡｕからなる上部シード層１０６ｂと一体となる。

つぎに、図１（ｆ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン２０２を形成し、犠牲パターン２０２の開口部内に露出した金属パターン１２１，１４１の上に、電解メッキ法によりＡｕからなる金属パターン１２２，１４２を犠牲パターン２０２と同じ厚さに形成する。

つぎに、図２（ａ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン２０３を形成し、犠牲パターン２０３の開口部内に露出した金属パターン１２２，１４２の上に、電解メッキ法によりＡｕからなる金属パターン１２３，１４３を犠牲パターン２０３と同じ厚さに形成する。

つぎに、図２（ｂ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン２０４を形成し、犠牲パターン２０４の開口部内に露出した金属パターン１２３，１４３の上に、電解メッキ法によりＡｕからなる金属パターン１２４，１４４を犠牲パターン２０４と同じ厚さに形成する。

つぎに、図２（ｃ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン２０５を形成し、犠牲パターン２０５の開口部内に露出した金属パターン１２４の上に、電解メッキ法によりＡｕからなる金属パターン１２５を犠牲パターン２０５と同じ厚さに形成する。なお、ここでは、犠牲パターン２０５の金属パターン１４４の上部には、開口部を形成せず、犠牲パターン２０５により金属パターン１４４を覆った状態とする。

つぎに、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化することで、犠牲パターン２０１，２０２，２０３，２０４，２０５を除去し、図２（ｄ）に示すように、金属パターン１２１，１２２，１２３，１２４，及び金属パターン１２５からなる構造体と、金属パターン１４１，１４２，１４３，及び金属パターン１４４からなる構造体とが形成され、これらの間に空間を備えた状態とする。

この後、金属パターン１２１，１４１などをマスクとし、ヨウ素−ヨウ化アンモニウム溶液を用いたウエットエッチング法によりＡｕからなる上部シード層１０６ｂを選択的にエッチング除去し、図３（ａ）に示すように、金属パターン１２１と金属パターン１４１との間の下部シード層１０６ａが露出した状態とする。なお、金属パターン１２１，１２２，１２３，１２４，１２５により支持部材１２０が構成され、金属パターン１４１，１４２，１４３，１４４により制御電極部１４０が構成される。

次いで、フッ酸溶液を用いたウエットエッチングにより、支持部材１２０及び制御電極部１４０をマスクとして下部シード層１０６ａを選択的に除去し、図３（ｂ）に示すように、支持部材１２０及び制御電極部１４０以外の領域の層間絶縁膜１０５の上を露出させる。このことにより、層間絶縁膜１０５の上においては、支持部材１２０と制御電極部１４０とは、絶縁分離された状態となる。

つぎに、例えばスクリーン印刷法などの孔版印刷法により、制御電極部１４０を覆う感光性樹脂パターン３０１を形成する。感光性樹脂パターン３０１は、例えば、感光性を有するポリベンゾオキサゾールから構成する。
この印刷法による感光性樹脂パターン３０１の形成について簡単に説明する。まず、制御電極部１４０が形成されている領域に合わせた開口パターンを有する版膜が、外面に被着されたスクリーンを用意する。スクリーンは、所定の枠に張着されている。

次いで、版膜の形成面（外面）を制御電極部１４０の側に向けた状態で、版膜の開口パターンの部分が制御電極部１４０の上部に配置されるように、半導体基板１０１とスクリーン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、スクリーンの版膜が形成されていない面（内面）に、前述した感光性を有するポリベンゾオキサゾールを投入する。次いで、スクリーンと半導体基板１０１とを所定の間隔となるまで近づかせて固定した後、スキージによりスクリーンの内面を加圧摺動する。

このことにより、ポリベンゾオキサゾールの一部は、版膜の開口部内に露出しているスクリーンの目を通過する。この通過したポリベンゾオキサゾールにより、半導体基板１０１の制御電極部１４０を覆う感光性樹脂パターン３０１が形成できる。ここで、ポリベンゾオキサゾールの粘性やスキージの加圧力などによって、樹脂膜３０１の膜厚を制御し、感光性樹脂パターン３０１の膜厚が、例えば０．１μｍ程度とあまり厚くならないようにする。

上記印刷法により感光性樹脂パターン３０１を形成することで、支持部材１２０などの周囲の構造体の影響を受けることなく、所望の膜厚の樹脂パターンを形成することが可能となる。
なお、上述した版膜が、スキージによる加圧摺動に充分耐えられるものであれば、スクリーンメッシュのない版膜のみの状態で、感光性を有するポリベンゾオキサゾールからなる感光性樹脂パターン３０１を謄写（印刷）することもできる。

次いで、感光性樹脂パターン３０１の、制御電極部１４０の最上部を含む所望の領域に露光を施し、これを現像することで、図３（ｄ）に示すように、制御電極部１４０の最上部を含む所定の領域を覆う保護膜３０２を形成する。例えば、感光性樹脂パターン３０１がネガ型の感光性を有するものであれば、図３（ｄ）に示す保護膜３０２の形成領域に露光光を照射し、この後、現像処理を施せばよい。このことにより、所望の領域に保護膜３０２を形成することができる。

制御電極部１４０などの複雑な三次元構造体の上に上述したようなパターンを形成する場合、従来では超深度露光を用いたフォトリソグラフィ技術を必要としていた。
これに対し、本実施の形態によれば、印刷法により制御電極部１４０の領域に、例えば０．１μｍ程度の膜厚の感光性樹脂パターン３０１を形成しておくようにしたので、公知の一般的なフォトリソグラフィ技術により、保護膜３０２のパターニングが可能となる。

この後、ミラー（板状の可動部）１３１が回動可能に連結部（図示せず）を介して設けられたミラー基板（ミラー構造体）１３０の枠部を、支持部材１２０の上に接続固定することで、図４に示す光スイッチ素子が形成される。ミラー基板１３０の支持部材１２０への接続固定は、例えば、ハンダや異方性導電性接着剤により接着固定することで行えばよい。

ここで、図４に示す光スイッチ素子について説明すると、まず、半導体基板１０１上に形成された層間絶縁膜１０５の上に導電性を有する支持部材１２０により支持されて開口領域を備えたミラー基板１３０と、ミラー基板１３０の開口領域に回動可能に設けられたミラー１３１と、ミラー１３１に回動動作を行わせるための制御電極部１４０と駆動回路１５０とから構成されている。例えば、支持部材１２０と制御電極部１４０とは、層間絶縁膜１０５上の同一平面上に配置されている。

これらは、例えば、シリコンからなる半導体基板１０１上に集積され、駆動回路１５０の形成部は層間絶縁膜１０２の下に配置され、また、制御電極部１４０や支持部材１２０は、層間絶縁膜１０５下に配置された配線層１０４に接続している。例えば、半導体基板１０１に形成されている集積回路（不図示）の一部によって、駆動回路，メモリ，制御のためのプロセッサ，信号入出力部，これらを接続するデータバスなどが形成されている。例えば、制御電極部１４０は、駆動回路に接続し、プロセッサからの信号により動作する駆動回路から出力される制御信号が印加される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、制御電極部１４０の表面が、絶縁性を有する樹脂からなる保護膜３０２に覆われることになり、例えば、制御電極部１４０の上部とミラー１３１の裏面との固着を防ぐことができる。
また、本実施の形態によれば、制御電極部１４０など大きな段差のある構造体が形成されていても、多くのフォトマスクを使うことなくまた工程数を増やすことなく、複雑な構造体の表面に均一に保護膜を形成できる。

本実施の形態では、印刷法により感光性樹脂パターンを形成し、これを一般的なフォトリソグラフィ技術によりパターニングし、制御電極部の所望の領域を覆う保護膜を形成するようにした。
印刷法だけでは、微細な制御電極部や支持部材の配置に対し、制御電極部の一部だけに樹脂のパターンを形成することが容易ではない。ただし、上述した印刷法によれば、支持部材などの複雑な立体構造の影響を受けることなく、所望の膜厚のパターンを制御電極部の領域に形成することができる。この形成したパターンは、膜厚を薄く形成するすることが可能であり、一般的なフォトリソグラフィによりパターニングすることが可能である。

従って、本実施の形態では、上記印刷法により、制御電極部の近傍の領域だけに所望の膜厚の感光性樹脂パターンを形成した後、このパターンを公知のフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることで、支持部材などの大きな段差がある状態であっても、所望の領域に保護膜を形成することを可能とした。

なお、上述では、制御電極部を形成するために４層の金属パターンを形成し、支持部材を形成するために５層の金属パターンを形成し、制御電極部より支持部材の方が高くなるようにしたが、これに限るものではない。制御電極部と支持部材との同一の層で形成される金属パターンの部分は同一の厚さに形成されるが、支持部材の方を少なくとも１層多く金属パターンを形成すれば、制御電極部より支持部材の方を高く形成することができる。例えば、２層の金属パターンで支持部材を形成し、１層の金属パターンで制御電極部を形成するようにしてもよい。支持部材の方を高くしておけば、この上に固定されるミラーの下に制御電極部が存在していても、ミラーは回動可能となる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、例えばシリコンなどの半導体からなる半導体基板１０１の上に、以降に説明する駆動回路やセンサ回路などを構成する集積回路（図示せず）を形成した後、シリコン酸化物からなる層間絶縁層１０２を形成する。また、層間絶縁層１０２に、接続口を形成してから、この接続口の接続電極１０３を介して下層の配線に接続する配線１０４ａ，１０４ｂからなる配線層１０４を形成する。なお、図５〜図９において、接続電極１０３については、部分的に示している。

これらは、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形成できるものである。例えば、上記集積回路は、ＣＭＯＳＬＳＩプロセスで作製することができる。また、接続電極１０３及び配線層１０４は、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜を形成し、これを加工することで形成できる。上記金属膜は、下層のＴｉは膜厚０．１μｍ程度とし、上層のＡｕは膜厚０．３μｍ程度とすればよい。

この金属膜の形成は次のようにすればよい。シリコン酸化膜の上にスパッタ法や蒸着法などによりＡｕ／Ｔｉを形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術により所定のパターンを形成する。このとき、電極配線、後述するミラー基板を貼り合わせるための接続部及びワイヤボンディング用パッドを形成するためのレジストパターンを同時に形成する。このレジストパターンをマスクとし、ウエットエッチング法によりＡｕ／Ｔｉ膜を選択的に除去し、レジストパターンを除去すれば、配線層１０４が形成できる。また、配線層１０４には、電極配線，後述するミラー基板を接続するための接続部，ワイヤボンディング用パッド（図示せず）などが形成されている。

これらを形成した後、配線層１０４を覆う層間絶縁層１０５を形成する。層間絶縁層１０５は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンゾオキサゾールを塗布することで膜厚数μｍ程度に形成したポリイミド膜から構成することができる。なお、層間絶縁層１０５は、他の絶縁材料から形成するようにしてもよい。
次に、図５（ｂ）に示すように、層間絶縁層１０５に、配線層１０４の所定部分が露出する開口部１０５ａを形成する。上述したように、層間絶縁層１０５を感光性有機樹脂で形成した場合、開口部１０５ａの領域が開口するように露光現像してパターンを形成し、パターンを形成した後でアニールして膜を硬化させることで、開口部１０５ａを備えた層間絶縁層１０５を形成することができる。

次に、図５（ｃ）に示すように、開口部１０５ａの内部を含めて層間絶縁層１０５の上を覆う、例えばＴｉからなる膜厚０．１μｍ程度の下部シード層１０６ａを形成する。加えて、下部シード層１０６ａの上に、例えばＡｕからなる膜厚０．３μｍ程度の上部シード層１０６ｂを形成する。
次に、図５（ｄ）に示すように、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン２１１を形成する。犠牲パターン２１１は、以降に説明する制御電極部１４０となる金属パターン１４１や、センサ電極１５１となる金属パターン１５１ａを形成するための開口部を備えている。

犠牲パターン２１１は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンゾオキサゾールからなる膜をフォトリソグラフィ技術で加工することで形成できる。例えば、ポリベンゾオキサゾールを塗布することで形成したポリイミド膜の上に、フォトリソグラフィ技術により、制御電極パターン，センサ電極パターンやミラー基板を接続するための接続部分及びワイヤボンディング用パッドを形成する部分などが開口するように、フォトマスクを使用したコンタクトアライナやレチクルを使用したステッパを用いて露光及び現像し、感光部を現像液に溶解し、所望の開口領域を備えた犠牲パターン２１１を形成できる。

次に、図６（ｅ）に示すように、犠牲パターン２１１の開口部内に露出した上部シード層１０６ｂの上に、電解メッキ法によりＡｕからなる金属パターン１２１，１４１，１５１ａを犠牲パターン２１１と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２１，１４１，１５１ａと犠牲パターン２１１との表面が、ほぼ同一平面を形成するように平坦な状態にする。Ａｕからなる金属パターン１２１，１４１，１５１ａを形成した部分では、この下のＡｕからなる上部シード層１０６ｂと一体となる。

次に、図６（ｆ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン２１２を形成し、犠牲パターン２１２の開口部内に露出した金属パターン１２１，１４１の上に、電解メッキ法によりＡｕからなる金属パターン１２２，１４２を犠牲パターン２１２と同じ厚さに形成する。なお、このとき、金属パターン１５１ａは、犠牲パターン２１２に覆われているようにする。

次に、図６（ｇ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン２１３を形成し、犠牲パターン２１３の開口部内に露出した金属パターン１２２，１４２の上に、電解メッキ法によりＡｕからなる金属パターン１２３，１４３を犠牲パターン２１３と同じ厚さに形成する。
次に、図６（ｈ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン２１４を形成し、犠牲パターン２１４の開口部内に露出した金属パターン１２３，１４３の上に、電解メッキ法によりＡｕからなる金属パターン１２４，１４４を犠牲パターン２１４と同じ厚さに形成する。

次に、図７（ｉ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン２１５を形成し、犠牲パターン２１５の開口部内に露出した金属パターン１２４の上に、電解メッキ法によりＡｕからなる金属パターン１２５を犠牲パターン２１５と同じ厚さに形成する。なお、ここでは、犠牲パターン２１５の金属パターン１４４の上部には、開口部を形成せず、犠牲パターン２１５により金属パターン１４４を覆った状態とする。

次に、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化することで、犠牲パターン２１１，２１２，２１３，２１４，２１５を除去し、図７（ｊ）に示すように、金属パターン１２１，１２２，１２３，１２４，及び金属パターン１２５からなる構造体と、金属パターン１４１，１４２，１４３，及び金属パターン１４４からなる構造体と、金属パターン１５１ａとが形成され、これらの間に空間を備えた状態とする。

この後、金属パターン１２１，１４１，１５１ａなどをマスクとし、ヨウ素−ヨウ化アンモニウム溶液を用いたウエットエッチング法によりＡｕからなる上部シード層１０６ｂを選択的にエッチング除去し、図７（ｋ）に示すように、金属パターン１２１と金属パターン１４１と金属パターン１５１ａとの間の下部シード層１０６ａが露出した状態とする。なお、金属パターン１２１，１２２，１２３，１２４，１２５により支持部材１２０が構成され、金属パターン１４１，１４２，１４３，１４４により制御電極部１４０が構成され、金属パターン１５１ａによりセンサ電極１５１が構成される。

次いで、フッ酸溶液を用いたウエットエッチングにより、支持部材１２０，制御電極部１４０，及び金属パターン１５１ａをマスクとして下部シード層１０６ａを選択的に除去し、図８（ｌ）に示すように、支持部材１２０，制御電極部１４０，及びセンサ電極１５１以外の領域の層間絶縁層１０５の上を露出させる。このことにより、層間絶縁層１０５の上においては、支持部材１２０と制御電極部１４０とセンサ電極１５１とは、絶縁分離された状態となる。
次に、図８（ｍ）に示すように、例えばスクリーン印刷法などの孔版印刷法により、制御電極部１４０を覆う感光性樹脂パターン４１１を形成する。感光性樹脂パターン４１１は、例えば、感光性を有するポリベンゾオキサゾールから構成する。

この印刷法による感光性樹脂パターン４１１の形成について簡単に説明する。まず、制御電極部１４０が形成されている領域に合わせた開口パターンを有する版膜が、外面に被着されたスクリーンを用意する。スクリーンは、所定の枠に張着されている。
次いで、版膜の形成面（外面）を制御電極部１４０の側に向けた状態で、版膜の開口パターンの部分が制御電極部１４０の上部に配置されるように、半導体基板１０１とスクリーン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、スクリーンの版膜が形成されていない面（内面）に、前述した感光性を有するポリベンゾオキサゾールを投入する。

次いで、スクリーンと半導体基板１０１とを所定の間隔となるまで近づかせて固定した後、スキージによりスクリーンの内面を加圧摺動する。
このことにより、ポリベンゾオキサゾールの一部は、版膜の開口部内に露出しているスクリーンの目を通過する。この通過したポリベンゾオキサゾールにより、半導体基板１０１の制御電極部１４０を覆う感光性樹脂パターン４１１が形成できる。ここで、ポリベンゾオキサゾールの粘性やスキージの加圧力などによって、感光性樹脂膜パターン４１１の膜厚を制御し、感光性樹脂パターン４１１の膜厚が、例えば１μｍ程度とする。

上記印刷法により感光性樹脂パターン４１１を形成することで、支持部材１２０などの周囲の構造体の影響を受けることなく、所望の膜厚の樹脂パターンを形成することが可能となる。
なお、上述した版膜が、スキージによる加圧摺動に充分耐えられるものであれば、スクリーンメッシュのない版膜のみの状態で、感光性を有するポリベンゾオキサゾールからなる感光性樹脂パターン４１１を謄写（印刷）することもできる。

次いで、感光性樹脂パターン４１１の、制御電極部１４０の最上部を含む所望の領域に露光を施し、これを現像することで、図８（ｎ）に示すように、制御電極部１４０の最上部を含む所定の領域を覆う保護膜４１２を形成する。例えば、感光性樹脂パターン４１１がネガ型の感光性を有するものであれば、図８（ｎ）に示す保護膜４１２の形成領域に露光光を照射し、この後、現像処理を施せばよい。このことにより、所望の領域に保護膜４１２を形成することができる。

制御電極部１４０などの複雑な三次元構造体の上に上述したようなパターンを形成する場合、従来では超深度露光を用いたフォトリソグラフィ技術を必要としていた。
これに対し、本製造方法によれば、印刷法により制御電極部１４０の領域に、例えば１μｍ程度の膜厚の感光性樹脂パターン４１１を形成しておくようにしたので、公知の一般的なフォトリソグラフィ技術により、保護膜４１２のパターニングが可能となる。

この後、ミラー（板状の可動部）１３１が回動可能に連結部（図示せず）を介して設けられたミラー基板（ミラー構造体）１３０の枠部を、支持部材１２０の上に接続固定することで、図９に示す光スイッチ素子が形成される。ミラー基板１３０の支持部材１２０への接続固定は、例えば、ハンダや異方性導電性接着剤により接着固定することで行えばよい。

ここで、図９に示す光スイッチ素子について説明すると、まず、半導体基板１０１の上に形成された層間絶縁層１０５の上に導電性を有する支持部材１２０により支持されて開口領域を備えたミラー基板１３０と、ミラー基板１３０の開口領域に回動可能に設けられたミラー１３１と、ミラー１３１に回動動作を行わせるための制御電極部１４０と駆動回路１５０とセンサ電極１５１とセンサ回路１５２とから構成されている。

例えば、支持部材１２０と制御電極部１４０とセンサ電極１５１とは、層間絶縁層１０５上の同一平面上に配置されている。これらは、例えば、シリコンからなる半導体基板１０１上に集積され、駆動回路１５０やセンサ回路１５２の形成部は層間絶縁層１０２の下に配置され、また、制御電極部１４０やセンサ電極１５１や支持部材１２０は、層間絶縁層１０５下に配置された配線層１０４に接続している。

以上説明したように、本製造方法によれば、制御電極部１４０の表面が、絶縁性を有する樹脂からなる保護膜４１２に覆われることになり、例えば、制御電極部１４０の上部とミラー１３１の裏面との固着を防ぐことができる。
また、本製造方法によれば、制御電極部１４０など大きな段差のある構造体が形成されていても、多くのフォトマスクを使うことなくまた工程数を増やすことなく、複雑な構造体の表面に均一に保護膜を形成できる。

本製造方法では、印刷法により感光性樹脂パターンを形成し、これを一般的なフォトリソグラフィ技術によりパターニングし、制御電極部の所望の領域を覆う保護膜を形成するようにした。
印刷法だけでは、微細な制御電極部や支持部材の配置に対し、制御電極部の一部だけに樹脂のパターンを形成することが容易ではない。ただし、上述した印刷法によれば、支持部材などの複雑な立体構造の影響を受けることなく、所望の膜厚のパターンを制御電極部の領域に形成することができる。この形成したパターンは、膜厚を薄く形成するすることが可能であり、一般的なフォトリソグラフィによりパターニングすることが可能である。

従って、本製造方法では、上記印刷法により、制御電極部の近傍の領域だけに所望の膜厚の感光性樹脂パターンを形成した後、このパターンを公知のフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることで、支持部材などの大きな段差がある状態であっても、所望の領域に保護膜を形成することを可能とした。

なお、上述では、制御電極部を形成するために４層の金属パターンを形成し、支持部材を形成するために５層の金属パターンを形成し、制御電極部より支持部材の方が高くなるようにしたが、これに限るものではない。制御電極部と支持部材との同一の層で形成される金属パターンの部分は同一の厚さに形成されるが、支持部材の方を少なくとも１層多く金属パターンを形成すれば、制御電極部より支持部材の方を高く形成することができる。

例えば、２層の金属パターンで支持部材を形成し、１層の金属パターンで制御電極部を形成するようにしてもよい。支持部材の方を高くしておけば、この上に固定されるミラーの下に制御電極部が存在していても、ミラーは可動可能となる。

以上説明した製造方法では、孔版印刷法により形成した樹脂パターンを、フォトリソグラフィ技術によりパターニングして制御電極部の少なくとも最上部を覆う保護膜を形成するようにした。この結果、複雑な三次元構造体の中に形成されている制御電極部であっても、この上に容易に保護膜を形成できるようになり、光スイッチ素子において、ミラーなどの可動部が、駆動の際に制御電極部と直接接触することを防止し、円滑な動作が続けられるという優れた効果が得られる。
なお、保護膜は、スクリーン印刷法だけで形成することも可能である。例えば、所定の樹脂パターンを孔版印刷法により形成して制御電極部の少なくとも最上部を覆う保護膜を形成すればよい。

本発明の実施の形態における光スイッチ素子の製造方法を説明するための製造過程を示す工程図である。 図１に続く、実施の形態における光スイッチ素子の製造方法を説明するための製造過程を示す工程図である。 図２に続く、実施の形態における光スイッチ素子の製造方法を説明するための製造過程を示す工程図である。 図３に続く、実施の形態における光スイッチ素子の製造方法を説明するための製造過程を示す工程図である。 本発明の他の実施の形態における光スイッチ素子の製造方法を説明するための製造過程を示す工程図である。 図５に続く、実施の形態における光スイッチ素子の製造方法を説明するための製造過程を示す工程図である。 図６に続く、実施の形態における光スイッチ素子の製造方法を説明するための製造過程を示す工程図である。 図７に続く、実施の形態における光スイッチ素子の製造方法を説明するための製造過程を示す工程図である。 図８に続く、実施の形態における光スイッチ素子の製造方法を説明するための製造過程を示す工程図である。 光スイッチ素子の概略的な構成を示す模式的な断面図である。

符号の説明

１０１…半導体基板、１０２…層間絶縁膜、１０３…接続電極、１０４…配線層、１０５…層間絶縁膜、１０５ａ…開口部、１０６ａ…下部シード層、１０６ｂ…上部シード層、１２０…支持部材、１２１，１２２，１２３，１２４，１２５…金属パターン、１３０…ミラー基板（ミラー構造体）、１３１…ミラー（板状の可動部）、１４０…制御電極部、１４１，１４２，１４３，１４４…金属パターン、１５０…駆動回路、２０１，２０２，２０３，２０４，２０５…犠牲パターン、３０１…感光性樹脂パターン、３０２…保護膜。

Claims (7)

1. 半導体基板の上に複数の素子からなる駆動回路を形成する工程と、
   前記半導体基板の上に前記駆動回路を覆って層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜の上にシード層を形成する工程と、
   前記シード層の上に第１領域と複数の第２領域が開口した第１犠牲パターンを形成する工程と、
   前記第１領域及び前記第２領域に露出した前記シード層の上に、メッキ法により前記第１犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第１金属パターン及び第２金属パターンを形成する工程と、
   前記第１犠牲パターン及び前記第２金属パターンの上に、前記第１領域の上の第３領域が開口した第２犠牲パターンを形成する工程と、
   前記第３領域に露出した前記第１金属パターンの表面に、メッキ法により前記第２犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第３金属パターンを形成する工程と、
   前記第３金属パターンを形成した後、前記第１犠牲パターンと第２犠牲パターンを除去する工程と、
   これら犠牲パターンを除去した後、前記第１金属パターン及び第２金属パターンをマスクとして前記シード層を選択的に除去し、前記第２金属パターンからなる制御電極部とともに前記第１金属パターンと第３金属パターンとの積層体からなる支持部材を形成する工程と、
   前記制御電極部を覆う感光性を有する樹脂パターンを孔版印刷法により形成する工程と、
   フォトリソグラフィ技術により前記樹脂パターンをパターニングして前記制御電極部の少なくとも最上部を覆う保護膜を形成する工程と、
   枠部及びこの枠部の内側に支持されて反射部を備えた板状の可動部を備えたミラー構造体を用意する工程と、
   前記保護膜を形成した後、前記制御電極部の上に前記可動部が対応しかつ離間して配置されるように、前記支持部材の上に前記ミラー構造体の枠部を接続固定する工程と
   を備え、
   前記制御電極部は、前記駆動回路による所定の信号が印加可能に接続した状態に形成する
   ことを特徴とする光スイッチ素子の製造方法。
2. 半導体基板にプロセッサ，メモリ，駆動回路，及びセンサ回路を含む集積回路を形成する工程と、
   前記半導体基板の上に層間絶縁層を形成する工程と、
   前記層間絶縁層の上の複数のユニット領域毎に、各々が絶縁分離された複数の制御電極部及び複数のセンサ電極部を形成する工程と、
   導電性材料からなる支持部材を前記制御電極部より高い状態で前記層間絶縁層の上に形成する工程と、
   前記制御電極部の少なくとも最上部を覆う保護膜を孔版印刷法で形成する工程と、
   前記保護膜を形成した後、複数の開口領域内に各々ミラーを備えてこのミラーが連結部を介して回動可能に連結された導電性材料からなるミラー基板を用意する工程と、
   前記ミラー基板を前記支持部材の上に接続固定し、前記ミラー基板の各ミラーが前記複数のユニット毎に形成した前記制御電極部及び前記センサ電極部の上に離間して配置される状態とする工程と
   を少なくとも備え、
   前記制御電極部は、前記駆動回路から信号供給が可能なように前記駆動回路と電気的に接続された状態に形成し、
   前記センサ電極部は、前記センサ回路へ信号出力が可能なように前記センサ回路と電気的に接続された状態に形成する
   ことを特徴とする光スイッチ素子の製造方法。
3. 請求項２記載の光スイッチ素子の製造方法において、
   所定の樹脂パターンを孔版印刷法により形成して前記保護膜を形成する
   ことを特徴とする光スイッチ素子の製造方法。
4. 請求項２記載の光スイッチ素子の製造方法において、
   前記制御電極部を覆う感光性を有する樹脂パターンを孔版印刷法により形成し、
   フォトリソグラフィ技術により前記樹脂パターンをパターニングして前記保護膜を形成する
   ことを特徴とする光スイッチ素子の製造方法。
5. 半導体基板にプロセッサ，メモリ，駆動回路，及びセンサ回路を含む集積回路を形成する工程と、
   前記半導体基板の上に前記集積回路を覆う層間絶縁層を形成する工程と、
   前記層間絶縁層の上にシード層を形成する工程と、
   前記シード層の上に第１領域と複数の第２領域と複数の第３領域とが開口した第１犠牲パターンを形成する工程と、
   前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域に露出した前記シード層上に、メッキ法により前記第１犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第１金属パターン、この第１金属パターンと同膜厚以下の第２金属パターン及び第３金属パターンを形成する工程と、
   前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをそれぞれ所定の膜厚に形成した後、前記第１犠牲パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンの上に、前記第１金属パターン上の第４領域が開口した第２犠牲パターンを形成する工程と、
   前記第４領域に露出した前記第１金属パターンの表面に、メッキ法により前記第２犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第４金属パターンを形成する工程と、
   前記第４金属パターンを所定の膜厚に形成した後、前記第１犠牲パターンと前記第２犠牲パターンを除去する工程と、
   これら犠牲パターンを除去した後、前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをマスクとして前記シード層を選択的に除去し、前記第１金属パターンと前記第４金属パターンとの積層体からなる支持部材と、複数の前記第２金属パターンからなる各々が前記層間絶縁層上で分離した複数の制御電極部と、複数の前記第３金属パターンからなる各々が前記層間絶縁層上で分離した複数のセンサ電極部とを形成する工程と、
   前記制御電極部の少なくとも最上部を覆う保護膜を孔版印刷法で形成する工程と、
   前記保護膜を形成した後、複数の開口領域内に各々ミラーを備えてこのミラーが連結部を介して回動可能に連結された導電性材料からなるミラー基板を用意する工程と、
   前記支持部材の上に前記ミラー基板を接続固定し、前記ミラー基板の各ミラーを前記制御電極部及び前記センサ電極部の上に離間して配置する工程と
   を備え、
   前記制御電極部は、前記駆動回路から信号供給が可能なように前記駆動回路と電気的に接続された状態に形成し、
   前記センサ電極部は、前記センサ回路へ信号出力が可能なように前記センサ回路と電気的に接続された状態に形成する
   ことを特徴とする光スイッチ素子の製造方法。
6. 請求項５記載の光スイッチ素子の製造方法において、
   所定の樹脂パターンを孔版印刷法により形成して前記保護膜を形成する
   ことを特徴とする光スイッチ素子の製造方法。
7. 請求項５記載の光スイッチ素子の製造方法において、
   前記制御電極部を覆う感光性を有する樹脂パターンを孔版印刷法により形成し、
   フォトリソグラフィ技術により前記樹脂パターンをパターニングして前記保護膜を形成する
   ことを特徴とする光スイッチ素子の製造方法。
   

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