JP4855233B2 - マイクロスイッチング素子およびマイクロスイッチング素子製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳ技術を利用して製造される微小なスイッチング素子、および、ＭＥＭＳ技術を利用したスイッチング素子製造方法に関する。

携帯電話など無線通信機器の技術分野では、高機能を実現するために搭載される部品の増加などに伴い、ＲＦ回路の小型化に対する要求が高まっている。このような要求に応えるべく、回路を構成する様々な部品について、ＭＥＭＳ（micro-electromechanical systems）技術の利用による微小化が進められている。

そのような部品の一つとして、ＭＥＭＳスイッチが知られている。ＭＥＭＳスイッチは、ＭＥＭＳ技術により各部位が微小に形成されたスイッチング素子であり、機械的に開閉してスイッチングを実行するための少なくとも一対のコンタクトや、当該コンタクト対の機械的開閉動作を達成するための駆動機構などを有する。ＭＥＭＳスイッチは、特にＧＨｚオーダーの高周波信号のスイッチングにおいて、ＰＩＮダイオードやＭＥＳＦＥＴなどよりなるスイッチング素子よりも、開状態にて高いアイソレーションを示し且つ閉状態にて低い挿入損失を示す傾向にある。これは、コンタクト対間の機械的開離により開状態が達成されることや、機械的スイッチであるために寄生容量が少ないことに、起因する。ＭＥＭＳスイッチについては、例えば下記の特許文献１〜４に記載されている。

特開２００４‐１１８６号公報 特開２００４‐３１１３９４号公報 特開２００５‐２９３９１８号公報 特表２００５‐５２８７５１号公報

図１９から図２３は、従来のマイクロスイッチング素子の一例であるマイクロスイッチング素子Ｘ３を表す。図１９は、マイクロスイッチング素子Ｘ３の平面図であり、図２０は、マイクロスイッチング素子Ｘ３の一部省略平面図である。図２１から図２３は、各々、図１９の線XXI−XXI、線XXII−XXII、および線XXIII−XXIIIに沿った断面図である。

マイクロスイッチング素子Ｘ３は、ベース基板Ｓ３と、固定部３１と、可動部３２と、コンタクト電極３３と、一対のコンタクト電極３４（図２０では仮想線で表す）と、駆動電極３５と、駆動電極３６（図２０では仮想線で表す）とを備える。

固定部３１は、図２１から図２３に示すように、境界層３７を介してベース基板Ｓ３に接合している。固定部３１およびベース基板Ｓ３は単結晶シリコンよりなり、境界層３７は二酸化シリコンよりなる。

可動部３２は、例えば図１９、図２０、または図２３に表れているように、固定部３１に固定された固定端３２ａと自由端３２ｂとを有してベース基板Ｓ３に沿って延び、スリット３８を介して固定部３１に囲まれている。また、可動部３２は単結晶シリコンよりなる。

コンタクト電極３３は、例えば図２０および図２３に表れているように、可動部３２の自由端３２ｂ近くに設けられている。各コンタクト電極３４は、図２１および図２３に示すように、固定部３１上に立設されており、且つ、コンタクト電極３３に対向する部位を有する。また、各コンタクト電極３４は、所定の配線（図示略）を介してスイッチング対象の所定の回路に接続されている。コンタクト電極３３，３４は所定の導電材料よりなる。

駆動電極３５は、例えば図２０および図２２に表れているように、可動部３２上に設けられている。また、このような駆動電極３５と連続する配線３９が、可動部３２上および固定部３１上にわたって設けられている。駆動電極３５および配線３９は所定の導電材料よりなる。このような駆動電極３５および配線３９は、薄膜形成技術により形成されたものであり、形成過程において駆動電極３５および配線３９には内部応力が生じる。この内部応力の作用により、当該駆動電極３５および配線３９とこれらが接合する可動部３２とは、図２３に示すように反る。可動部３２の自由端３２ｂがコンタクト電極３４に接近するように、可動部３２に変形ないし反りが生じるのである。自由端３２ｂのコンタクト電極３４側への変位は、可動部３２の長さやバネ定数に応じて、１〜１０μｍ程度である。

駆動電極３６は、図２２によく表れているように、その両端が固定部３１に接合して駆動電極３５の上方を跨ぐように立設されている。また、駆動電極３６は、所定の配線（図示略）を介してグランド接続されている。駆動電極３６は所定の導電材料よりなる。

このような構成のマイクロスイッチング素子Ｘ３において、配線３９を介して駆動電極３５に電位を付与すると、駆動電極３５，３６間には静電引力が発生する。付与電位が充分に高い場合、ベース基板Ｓ３に沿って延びる可動部３２は、コンタクト電極３３が両コンタクト電極３４に当接するまで部分的に弾性変形する。このようにして、マイクロスイッチング素子Ｘ３の閉状態が達成される。閉状態においては、コンタクト電極３３により一対のコンタクト電極３４が電気的に橋渡しされ、電流が当該コンタクト電極３４間を通過することが許容される。このようにして、例えば高周波信号のオン状態を達成することができる。

一方、閉状態にあるマイクロスイッチング素子Ｘ３において、駆動電極３５に対する電位付与を停止することによって駆動電極３５，３６間に作用する静電引力を消滅させると、可動部３２はその開状態位置に復帰し、コンタクト電極３３は、両コンタクト電極３４から離隔する。このようにして、図２１および図２３に示すような、マイクロスイッチング素子Ｘ３の開状態が達成される。開状態では、一対のコンタクト電極３４が電気的に分離され、電流が当該コンタクト電極３４間を通過することは阻まれる。このようにして、例えば高周波信号のオフ状態を達成することができる。

一般に、マイクロスイッチング素子に対しては、駆動電圧の低減が強く望まれる。また、静電駆動型のマイクロスイッチング素子の駆動電圧を低減する有効な手法として、駆動電極間のギャップを小さく設定することが考えられる。駆動電極間に生じる静電引力は、駆動電極間の距離（ギャップの大きさ）の２乗に反比例し、駆動電極間距離が小さいほど、所定の静電引力ないし駆動力を発生させるために要する電圧は小さいからである。しかしながら、従来のマイクロスイッチング素子Ｘ３においては、駆動電極３５，３６間のギャップＧを小さく設定することによって駆動電圧を充分に低減することができない場合がある。

マイクロスイッチング素子Ｘ３では、上述のように、可動部３２の自由端３２ｂがコンタクト電極３４に接近するように可動部３２に変形ないし反りが生じる。そのため、図２３に示すように、素子の非駆動状態ないし開状態において、駆動電極３５，３６間のギャップＧは、コンタクト電極３３，３４から遠ざかるにつれて広がっている。具体的には、コンタクト電極３３，３４から遠い側の駆動電極３５端部に対応する駆動電極３５，３６間の距離Ｄ₁は、コンタクト電極３３，３４に近い側の駆動電極３５端部に対応する駆動電極３５，３６間の距離Ｄ₂よりも、大きい。駆動電極３５について図２０に示す長さＬ₄が２００μｍであると、距離Ｄ₁と距離Ｄ₂の差は２μｍに達する場合がある。すなわち、駆動電極３５の長さＬ₄が２００μｍであると、距離Ｄ₂を可能な限り小さく設定しても、距離Ｄ₁は距離Ｄ₂よりも２μｍ大きい場合があるのである。このような駆動電極３５，３６間において、コンタクト電極３３，３４から遠い側の駆動電極３５端部に対応する箇所で生じる静電引力は、コンタクト電極３３，３４に近い側の駆動電極３５端部に対応する箇所で生じる静電引力よりも、相当程度に小さい。

以上のように、マイクロスイッチング素子Ｘ３では、距離Ｄ₁が距離Ｄ₂より不当に大きいため、駆動電極３５，３６間のギャップＧを充分には小さく設定することができず、従って、駆動電圧を充分に低減す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、駆動電圧を低減するのに適したマイクロスイッチング素子、および、そのようなマイクロスイッチング素子を製造するための方法、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、マイクロスイッチング素子が提供される。このマイクロスイッチング素子は、ベース基板と、ベース基板に接合している固定部と、固定部に固定された固定端を有してベース基板に沿って延びる可動部と、可動部におけるベース基板とは反対の側に設けられた可動コンタクト電極と、可動コンタクト電極に対向する部位を各々が有し且つ各々が固定部に接合している一対の固定コンタクト電極と、可動部におけるベース基板とは反対の側にて可動コンタクト電極および固定端の間に設けられた可動駆動電極と、可動駆動電極に対向する部位を含む高架部を有し且つ固定部に接合している固定駆動電極と、を備える。高架部は、可動駆動電極側に、複数段からなる段々形状を有し、当該段々形状の各段は、可動コンタクト電極から遠い段ほどベース基板に近い。

本マイクロスイッチング素子の非駆動状態ないし開状態では、従来のマイクロスイッチング素子に関して上述したのと略同様に、可動部において固定端とは反対の自由端が固定コンタクト電極に接近するように可動部に変形ないし反りが生じる。しかしながら、本マイクロスイッチング素子は、固定駆動電極の高架部が上述のような段々形状（可動コンタクト電極から遠い段ほどベース基板に近い）を有するため、可動コンタクト電極から遠い側の駆動電極間の距離（第１の距離）と、可動コンタクト電極に近い側の駆動電極間の距離（第２の距離）との差を、充分に小さくするのに適する。ひいては、本マイクロスイッチング素子によると、第１の距離と第２の距離とを一致させることが可能である。このような本マイクロスイッチング素子では、駆動電極間のギャップを充分に小さく設定することが可能である。したがって、本マイクロスイッチング素子は、駆動電圧を低減するのに適する。

好ましくは、固定駆動電極は、高架部から可動駆動電極側に突出して可動部に当接可能な突起部を更に有する。より好ましくは、可動部上の可動駆動電極は、突起部に対応する箇所に、可動部が部分的に臨む開口部を有する。このような構成は、本マイクロスイッチング素子において固定コンタクト電極間が可動コンタクト電極により架橋された閉状態を達成するときに、駆動電極間が接触してしまうこと防止するうえで、好適である。

本発明の第２の側面によると、ベース基板と、当該ベース基板に接合している固定部と、当該固定部に固定された固定端を有してベース基板に沿って延びる可動部と、当該可動部におけるベース基板とは反対の側に設けられた可動コンタクト電極と、当該可動コンタクト電極に対向する部位を各々が有し且つ各々が固定部に接合している一対の固定コンタクト電極と、可動部におけるベース基板とは反対の側にて可動コンタクト電極および固定端の間に設けられた可動駆動電極と、当該可動駆動電極に対向する部位を含む高架部を有し且つ固定部に接合している固定駆動電極と、を備え、高架部は、可動駆動電極側に、複数段からなる段々形状を有し、当該段々形状の各段は、可動コンタクト電極から遠い段ほどベース基板に近い、マイクロスイッチング素子を、第１層と、第２層と、当該第１および第２層の間の中間層と、からなる積層構造を有する材料基板に対して加工を施すことによって製造するための方法が提供される。本方法は、第１層において可動部へと加工される第１部位上に可動コンタクト電極および可動駆動電極を形成する工程と、第１部位、および、第１層において固定部へと加工される第２部位、をマスクするマスクパターンを介して、第１層に対して中間層に至るまで異方性エッチング処理を施すことにより、固定部および可動部を形成する工程と、材料基板の第１層側を覆うように犠牲膜を形成する工程と、犠牲膜において可動駆動電極に対応する箇所に、段々形状を有する高架部を形成するための凹部を形成する工程（凹部形成工程）と、一対の固定コンタクト電極および固定駆動電極が接合することとなる固定部上の領域が露出するように、犠牲膜に複数の開口部を形成する工程と、犠牲膜を介して可動駆動電極に対向する部位を含む高架部を少なくとも有し且つ固定部に接合している固定駆動電極、および、犠牲膜を介して可動コンタクト電極に対向する部位を各々が有し且つ各々が固定部に接合している一対の固定コンタクト電極、を形成する工程（開口部形成工程）と、犠牲膜を除去する工程（犠牲膜除去工程）と、第２層および可動部の間に介在する中間層をエッチング除去する工程（エッチング除去工程）と、を含む。凹部形成工程と開口部形成工程は、いずれが先行してもよい。また、犠牲膜除去工程とエッチング除去工程は、実質的に単一の過程で連続して実行してもよい。本方法によると、第１の側面に係るマイクロスイッチング素子を適切に製造することができる。

好ましくは、高架部から可動駆動電極側に突出する突起部を形成するための凹部を犠牲膜に形成する工程を更に含む。本工程は、上述の凹部形成工程より前に実行してもよいし、凹部形成工程と並行して実行してもよいし、凹部形成工程より後に実行してもよい。本マイクロスイッチング素子製造方法において本工程を実行する場合、高架部に加えて突起部を有する固定駆動電極が形成されることとなる。

図１から図５は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロスイッチング素子Ｘ１を表す。図１は、マイクロスイッチング素子Ｘ１の平面図であり、図２は、マイクロスイッチング素子Ｘ１の一部省略平面図である。図３から図５は、各々、図１の線III−III、線IV−IV、および線V−Vに沿った断面図である。

マイクロスイッチング素子Ｘ１は、ベース基板Ｓ１と、固定部１１と、可動部１２と、コンタクト電極１３と、一対のコンタクト電極１４（図２では仮想線で表す）と、駆動電極１５と、駆動電極１６（図２では仮想線で表す）とを備える。

固定部１１は、図３から図５に示すように、境界層１７を介してベース基板Ｓ１に接合している。また、固定部１１は、単結晶シリコンなどのシリコン材料よりなる。固定部１１を構成するシリコン材料は、１０００Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有するのが好ましい。境界層１７は例えば二酸化シリコンよりなる。

可動部１２は、例えば図１、図２、または図５に表れているように、固定部１１に固定された固定端１２ａと自由端１２ｂとを有してベース基板Ｓ１に沿って延び、スリット１８を介して固定部１１に囲まれている。可動部１２について図３および図４に示す厚さＴは例えば１５μｍ以下である。また、可動部１２について、図２に示す長さＬ₁は例えば
５００〜１２００μｍであり、長さＬ₂は例えば１００〜４００μｍである。スリット１８の幅は例えば１.５〜２.５μｍである。可動部１２は、例えば単結晶シリコンよりなる。

コンタクト電極１３は、本発明における可動コンタクト電極であり、図２によく表れているように、可動部１２上にて自由端１２ｂ近くに設けられている。コンタクト電極１３の厚さは例えば０.５〜２.０μｍである。このような厚さ範囲は、コンタクト電極１３の低抵抗化を図るうえで好ましい。コンタクト電極１３は、所定の導電材料よりなり、例えば、Ｍｏ下地膜とその上のＡｕ膜とからなる積層構造を有する。

各コンタクト電極１４は、本発明における固定コンタクト電極であり、図３および図５に示すように、固定部１１上に立設されており、且つ、コンタクト電極１３に対向する突起部１４ａを有する。突起部１４ａの突出長さは例えば０.５〜５μｍである。また、各コンタクト電極１４は、所定の配線（図示略）を介してスイッチング対象の所定の回路に接続されている。コンタクト電極１４の構成材料としては、Ａｕを採用することができる。

駆動電極１５は、本発明における可動駆動電極であり、図２によく表れているように可動部１２上に設けられている。駆動電極１５について、図２に示す長さＬ₃は例えば５０〜３００μｍである。また、このような駆動電極１５と連続する配線１９が、可動部１２上および固定部１１上にわたって設けられている。駆動電極１５および配線１９の構成材料としては、コンタクト電極１３の構成材料と同一のものを採用することができる。

このような駆動電極１５および配線１９は、後述のように薄膜形成技術により形成されたものであり、形成過程において駆動電極１５および配線１９には内部応力が生じる。この内部応力の作用により、当該駆動電極１５および配線１９とこれらが接合する可動部１２とは、図５に示すように反る。可動部１２の自由端１２ｂがコンタクト電極１４に接近するように、可動部１２に変形ないし反りが生じるのである。自由端１２ｂのコンタクト電極１４側への変位は、可動部１２の長さやバネ定数に応じて、例えば１〜１０μｍである。

駆動電極１６は、本発明における固定駆動電極であり、図４によく表れているように、その両端が固定部１１に接合して駆動電極１５の上方を跨ぐように立設されて高架部１６Ａを有する。図５に加えて図６に示すように、高架部１６Ａは、駆動電極１５側に、複数の段１６ａ’からなる段々形状１６ａを有する。図６は、ベース基板Ｓ１側から見た駆動電極１６単体の平面図である。段々形状１６ａの各段１６ａ’は、コンタクト電極１３から遠い段ほどベース基板Ｓ１に近い。本実施形態での段数は３であるが、４以上の段数を設定してもよい。また、コンタクト電極１３から遠い側の駆動電極１５端部に対応する駆動電極１５，１６間の図５に示す距離Ｄ₁、および、コンタクト電極１３に近い側の駆動電極１５端部に対応する駆動電極１５，１６間の距離Ｄ₂は、例えば１〜３μｍである。距離Ｄ₁と距離Ｄ₂の差は、好ましくは０.２μｍ以下である。このような駆動電極１６は、所定の配線（図示略）を介してグラウンド接続されている。駆動電極１６の構成材料としては、コンタクト電極１４の構成材料と同一のものを採用することができる。

このような構成のマイクロスイッチング素子Ｘ１において、配線１９を介して駆動電極１５に電位を付与すると、駆動電極１５，１６間には静電引力が発生する。付与電位が充分に高い場合、可動部１２は、コンタクト電極１３が一対のコンタクト電極１４に当接する位置まで弾性変形する。このようにして、マイクロスイッチング素子Ｘ１の閉状態が達成される。閉状態においては、コンタクト電極１３により一対のコンタクト電極１４が電気的に橋渡しされ、電流がコンタクト電極１４間を通過することが許容される。このようにして、例えば高周波信号のオン状態を達成することができる。

一方、閉状態にあるマイクロスイッチング素子Ｘ１において、駆動電極１５に対する電位付与を停止することによって駆動電極１５，１６の間に作用する静電引力を消滅させると、可動部１２はその開状態位置に復帰し、コンタクト電極１３は、両コンタクト電極１４から離隔する。このようにして、図３および図５に示すような、マイクロスイッチング素子Ｘ１の開状態が達成される。開状態では、一対のコンタクト電極１４が電気的に分離され、電流がコンタクト電極１４間を通過することは阻まれる。このようにして、例えば高周波信号のオフ状態を達成することができる。また、このような開状態にあるマイクロスイッチング素子Ｘ１については、上述した閉状態実現手法より再び閉状態に切り替えることが可能である。

マイクロスイッチング素子Ｘ１においては、以上のようにして、両コンタクト電極１４に対してコンタクト電極１３が接触している閉状態と、両コンタクト電極１４からコンタクト電極１３が離隔している開状態とを、選択的に切り替えることができる。

マイクロスイッチング素子Ｘ１の非駆動状態ないし開状態では、可動部１２に変形ないし反りが生じている。しかしながら、マイクロスイッチング素子Ｘ１は、駆動電極１６の高架部１６Ａが上述のような段々形状１６ａ（コンタクト電極１３から遠い段１６ａ’ほどベース基板Ｓ１に近い）を有するため、コンタクト電極１３から遠い側の駆動電極１５，１６間の距離Ｄ₁と、コンタクト電極１３に近い側の駆動電極１５，１６間の距離Ｄ₂との差を、充分に小さくするのに適する。ひいては、マイクロスイッチング素子Ｘ１によると、距離Ｄ₁と距離Ｄ₂を一致させることが可能である。駆動電極１５，１６間に生じる静電引力は、駆動電極１５，１６間の距離（ギャップＧの大きさ）の２乗に反比例し、駆動電極１５，１６間距離が小さいほど、所定の静電引力ないし駆動力を発生させるために要する電圧は小さいところ、このようなマイクロスイッチング素子Ｘ１は、駆動電極１５，１６間のギャップＧを充分に小さく設定することが可能であり、従って、駆動電圧を低減するのに適する。

図７から図１１は、マイクロスイッチング素子Ｘ１の製造方法を、図５に相当する断面の変化として表す。本方法においては、まず、図７（ａ）に示すような材料基板Ｓ１’を用意する。材料基板Ｓ１’は、ＳＯＩ（silicon on insulator）基板であり、第１層２１、第２層２２、および、これらの間の中間層２３よりなる積層構造を有する。本実施形態では、例えば、第１層２１の厚さは１５μｍであり、第２層２２の厚さは５２５μｍであり、中間層２３の厚さは４μｍである。第１層２１は、例えば単結晶シリコンよりなり、固定部１１および可動部１２へと加工される。第２層２２は、例えば単結晶シリコンよりなり、ベース基板Ｓ１へと加工される。中間層２３は、例えば二酸化シリコンよりなり、境界層１７へと加工される。

次に、図７（ｂ）に示すように、第１層２１上に導体膜２４を形成する。例えば、スパッタリング法により、第１層２１上にＭｏを成膜し、続いてその上にＡｕを成膜する。Ｍｏ膜の厚さは例えば３０ｎｍであり、Ａｕ膜の厚さは例えば５００ｎｍである。

次に、図７（ｃ）に示すように、フォトリソ法により導体膜２４上にレジストパターン２５，２６を形成する。レジストパターン２５は、上述のコンタクト電極１３に対応するパターン形状を有する。レジストパターン２６は、上述の駆動電極１５および配線１９に対応するパターン形状を有する。

次に、図８（ａ）に示すように、レジストパターン２５，２６をマスクとして利用して導体膜２４に対してエッチング処理を施すことにより、第１層２１上に、コンタクト電極１３、駆動電極１５、および配線１９を形成する。本工程におけるエッチング手法としては、イオンミリング（例えばＡｒイオンによる物理的エッチング）を採用することができる。後出の金属材料に対するエッチング手法としてもイオンミリングを採用することができる。

次に、レジストパターン２５，２６を除去した後、図８（ｂ）に示すように、第１層２１にエッチング処理を施すことによってスリット１８を形成する。具体的には、フォトリソ法により第１層２１上に所定のレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンをマスクとして利用して、第１層２１に対して異方性のエッチング処理を施す。エッチング手法としては、反応性イオンエッチングを採用することができる。本工程にて、固定部１１および可動部１２がパターン形成されることとなる。

次に、図８（ｃ）に示すように、スリット１８を塞ぐように、材料基板Ｓ１’の第１層２１側に犠牲層２７を形成する。犠牲層材料としては例えば二酸化シリコンを採用することができる。また、犠牲層２７を形成するための手法としては、例えばプラズマＣＶＤ法やスパッタリング法を採用することができる。

次に、図９（ａ）に示すように、犠牲層２７において駆動電極１５に対応する箇所に、凹部２７ａを形成する。具体的には、フォトリソ法により犠牲層２７上に所定のレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンをマスクとして利用して犠牲層２７に対してエッチング処理を施す。エッチング手法としては、ウエットエッチングを採用することができる。ウエットエッチングのためのエッチング液としては、例えばバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を採用することができる。後出の凹部についても、凹部２７ａと同様にして形成することができる。凹部２７ａは、上述の駆動電極１６の高架部１６Ａにおける段々形状１６ａの一の段に対応したものであり、凹部２７ａの深さは例えば０.５〜３μｍである。

次に、図９（ｂ）に示すように、犠牲層２７において駆動電極１５に対応する箇所に、凹部２７ｂを形成する。凹部２７ｂは、段々形状１６ａの一の段に対応したものであり、凹部２７ｂの深さは例えば０.２〜１μｍである。

次に、図９（ｃ）に示すように、犠牲層２７において駆動電極１５に対応する箇所に、凹部２７ｃを形成する。凹部２７ｃは、段々形状１６ａの一の段に対応したものであり、凹部２７ｃの深さは例えば０.２〜１μｍである。

次に、図１０（ａ）に示すように、犠牲層２７においてコンタクト電極１３に対応する箇所に凹部２７ｄを形成する。凹部２７ｄは、コンタクト電極１４の突起部１４ａを形成するためのものであり、凹部２７ｄの深さは０.５〜５μｍである。

次に、図１０（ｂ）に示すように、犠牲層２７をパターニングして開口部２７ｅを形成する。具体的には、フォトリソ法により犠牲層２７上に所定のレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンをマスクとして利用して犠牲層２７に対してエッチング処理を施す。エッチング手法としては、ウエットエッチングを採用することができる。開口部２７ｅは、固定部１１においてコンタクト電極１４が接合する領域を露出させるためのものである。本工程では、犠牲層２７をパターニングして、固定部１１において駆動電極１６が接合する領域を露出させるための図外の開口部も併せて形成する。

次に、材料基板Ｓ１’において犠牲層２７が設けられている側の表面に通電用の下地膜（図示略）を形成した後、図１０（ｃ）に示すようにレジストパターン２８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Ｍｏを成膜し、続いてその上に厚さ５００ｎｍのＡｕ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２８は、コンタクト電極１４に対応する開口部２８ａおよび駆動電極１６に対応する開口部２８ｂを有する。

次に、図１１（ａ）に示すように、コンタクト電極１４および駆動電極１６を形成する。具体的には、下地膜においてレジストパターン２８によっては覆われていない箇所に、電気めっき法により例えばＡｕを成長させる。

次に、図１１（ｂ）に示すように、レジストパターン２８をエッチング除去する。この後、電気めっき用の上述の下地膜において露出している部分をエッチング除去する。これらエッチング除去においては、各々、ウエットエッチングを採用することができる。

次に、図１１（ｃ）に示すように、犠牲層２７および中間層２３の一部を除去する。具体的には、犠牲層２７および中間層２３に対してウエットエッチング処理を施す。本エッチング処理では、まず犠牲層２７が除去され、その後、スリット１８に臨む箇所から中間層２３の一部が除去される。このエッチング処理は、可動部１２の全体と第２層２２との間に適切に空隙が形成された後に停止する。このようにして、中間層２３において境界層１７が残存形成される。また、第２層２２は、ベース基板Ｓ１を構成することとなる。

本工程を経ると、可動部１２に反りが生じる。上述のようにして形成された駆動電極１５および配線１９には、その形成過程において内部応力が生じており、この内部応力の作用により、当該駆動電極１５および配線１９とこれらが接合する可動部１２とが反るのである。具体的には、可動部１２の自由端１２ｂがコンタクト電極１４に接近するように、可動部１２に変形ないし反りが生じる。

次に、必要に応じて、コンタクト電極１４および駆動電極１６の下面に付着している下地膜の一部（例えばＭｏ膜）をウエットエッチングにより除去した後、超臨界乾燥法により素子全体を乾燥する。超臨界乾燥法によると、可動部１２がベース基板Ｓ１等に張り付いてしまうスティッキング現象を適切に回避することができる。

以上のようにして、マイクロスイッチング素子Ｘ１を製造することができる。本方法では、コンタクト電極１３に対向する部位を有するコンタクト電極１４について、めっき法によって犠牲層２７上に厚く形成することができる。そのため、一対のコンタクト電極１４については、所望の低抵抗を実現するための充分な厚さを設定することが可能である。厚いコンタクト電極１４は、マイクロスイッチング素子Ｘ１の挿入損失を低減するうえで好ましい。

図１２から図１６は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロスイッチング素子Ｘ２を表す。図１２は、マイクロスイッチング素子Ｘ２の平面図であり、図１３は、マイクロスイッチング素子Ｘ２の一部省略平面図である。図１４から図１６は、各々、図１２の線XIV−XIV、線XV−XV、および線XVI−XVIに沿った断面図である。

マイクロスイッチング素子Ｘ２は、ベース基板Ｓ１と、固定部１１と、可動部１２と、コンタクト電極１３と、一対のコンタクト電極１４（図１３では仮想線で表す）と、駆動電極１５’と、駆動電極１６’（図１３では仮想線で表す）とを備える。マイクロスイッチング素子Ｘ２は、駆動電極１５とは異なる駆動電極１５’を備え、且つ、駆動電極１６とは異なる駆動電極１６’を備える点で、マイクロスイッチング素子Ｘ１と異なる。

駆動電極１５’は、本発明における可動駆動電極であり、図１３によく表れているように可動部１２上に設けられている。駆動電極１５’は開口部１５ａを有し、その外形は本実施形態では８角形である。駆動電極１５’に関するその他の構成は、駆動電極１５と同様である。

駆動電極１６’は、本発明における固定駆動電極であり、図１５によく表れているように、その両端が固定部１１に接合して駆動電極１５’の上方を跨ぐように立設されて高架部１６Ａを有する。図１６に加えて図１７に示すように、高架部１６Ａは、駆動電極１５’側に、複数の段１６ａ’からなる段々形状１６ａを有する。図１７は、ベース基板Ｓ１側から見た駆動電極１６’の平面図である。駆動電極１６’は、更に、高架部１６Ａから駆動電極１５’側に突出する複数の突起部１６Ｂを有する。各突起部１６Ｂは、マイクロスイッチング素子Ｘ２の閉状態において可動部１２に当接可能に設けられている。図１３においては、可動部１２に対して突起部１６Ｂが当接可能な箇所を黒ベタで示す。駆動電極１６’やその段々形状１６ａに関するその他の構成については、駆動電極１６に関して上述したのと同様である。

マイクロスイッチング素子Ｘ２の非駆動状態ないし開状態では、可動部１２に変形ないし反りが生じている。しかしながら、マイクロスイッチング素子Ｘ２は、駆動電極１６’の高架部１６Ａが上述のような段々形状１６ａ（コンタクト電極１３から遠い段１６ａ’ほどベース基板Ｓ１に近い）を有するため、コンタクト電極１３から遠い側の駆動電極１５’，１６’間の距離Ｄ₁と、コンタクト電極１３に近い側の駆動電極１５’，１６’間の距離Ｄ₂との差を、充分に小さくするのに適する。したがって、マイクロスイッチング素子Ｘ２は、マイクロスイッチング素子Ｘ１と同様に、駆動電極１５’，１６’間のギャップＧを充分に小さく設定することが可能であり、従って、駆動電圧を低減するのに適する。

加えて、マイクロスイッチング素子Ｘ２では、その閉状態時に、突起部１６Ｂが例えば図１８に示すように可動部１２に当接することによって、駆動電極１５’，１６’が短絡することを防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係るマイクロスイッチング素子の平面図である。 図１に示すマイクロスイッチング素子の一部省略平面図である。 図１の線III−IIIに沿った断面図である。 図１の線IV−IVに沿った断面図である。 図１の線V−Vに沿った断面図である。 ベース基板側から見た駆動電極（固定駆動電極）単体の平面図である。 図１に示すマイクロスイッチング素子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。 図１０の後に続く工程を表す。 本発明の第２の実施形態に係るマイクロスイッチング素子の平面図である。 図１２に示すマイクロスイッチング素子の一部省略平面図である。 図１２の線XIV−XIVに沿った断面図である。 図１２の線XV−XVに沿った断面図である。 図１２の線XVI−XVIに沿った断面図である。 ベース基板側から見た駆動電極（固定駆動電極）単体の平面図である。 図１２に示すマイクロスイッチング素子の閉状態を表す断面図である。 従来のマイクロスイッチング素子の平面図である。 図１９に示すマイクロスイッチング素子の一部省略平面図である。 図１９の線XXI−XXIに沿った断面図である。 図１９の線XXII−XXIIに沿った断面図である。 図１９の線XXIII−XXIIIに沿った断面図である。

符号の説明

Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３ マイクロスイッチング素子
Ｓ１，Ｓ３ ベース基板
１１，３１ 固定部
１２，３２ 可動部
１２ａ，３２ａ 固定端
１２ｂ，３２ｂ 自由端
１３，１４，３３，３４ コンタクト電極
１４ａ 突起部
１５，１６，１５’，１６’，３５，３６ 駆動電極
１６Ａ 高架部
１６ａ 段々形状
１６ａ’ 段
１６Ｂ 突起部
１７，３７ 境界層
１８ スリット
Ｇ ギャップ

Claims (5)

1. ベース基板と、
   前記ベース基板に接合している固定部と、
   前記固定部に固定された固定端を有して前記ベース基板に沿って前記ベース基板から離れるように反りながら延びる可動部と、
   前記可動部における前記ベース基板とは反対の側に設けられた可動コンタクト電極と、
   前記可動コンタクト電極に対向する部位を各々が有し且つ各々が前記固定部に接合している一対の固定コンタクト電極と、
   前記可動部における前記ベース基板とは反対の側にて前記可動コンタクト電極および前記固定端の間に設けられた可動駆動電極と、
   前記可動駆動電極に対向する部位を含む高架部を有し且つ前記固定部に接合している固定駆動電極と、を備え、
   前記高架部は、前記可動駆動電極側に、複数段からなる段々形状を有し、当該段々形状の各段は、前記可動コンタクト電極から最も近い段と、最も遠い段とにおいて、前記可動駆動電極との距離が同等となるように、前記可動コンタクト電極から遠い段ほど前記ベース基板に近い、マイクロスイッチング素子。
2. 前記固定駆動電極は、前記高架部から前記可動駆動電極側に突出する突起部を更に有する、請求項１に記載のマイクロスイッチング素子。
3. 前記可動部上の前記可動駆動電極は、前記突起部に対応する箇所に、前記可動部が部分的に臨む開口部を有する、請求項２に記載のマイクロスイッチング素子。
4. ベース基板と、当該ベース基板に接合している固定部と、当該固定部に固定された固定端を有して前記ベース基板に沿って前記ベース基板から離れるように反りながら延びる可動部と、当該可動部における前記ベース基板とは反対の側に設けられた可動コンタクト電極と、当該可動コンタクト電極に対向する部位を各々が有し且つ各々が前記固定部に接合している一対の固定コンタクト電極と、前記可動部における前記ベース基板とは反対の側にて前記可動コンタクト電極および前記固定端の間に設けられた可動駆動電極と、当該可動駆動電極に対向する部位を含む高架部を有し且つ前記固定部に接合している固定駆動電極と、を備え、前記高架部は、前記可動駆動電極側に、複数段からなる段々形状を有し、当該段々形状の各段は、前記可動コンタクト電極から最も近い段と、最も遠い段とにおいて、前記可動駆動電極との距離が同等となるように、前記可動コンタクト電極に近い段ほど前記ベース基板から遠い、マイクロスイッチング素子を、第１層と、第２層と、当該第１および第２層の間の中間層と、からなる積層構造を有する材料基板に対して加工を施すことによって製造するための方法であって、
   前記第１層において可動部へと加工される第１部位上に可動コンタクト電極および可動駆動電極を形成する工程と、
   前記第１部位、および、前記第１層において固定部へと加工される第２部位、をマスクするマスクパターンを介して、前記第１層に対して前記中間層に至るまで異方性エッチング処理を施すことにより、固定部および可動部を形成する工程と、
   前記材料基板の前記第１層側を覆うように犠牲膜を形成する工程と、
   前記犠牲膜において前記可動駆動電極に対応する箇所に、段々形状を有する高架部を形成するための凹部を形成する工程と、
   一対の固定コンタクト電極および固定駆動電極が接合することとなる、前記固定部上の領域、が露出するように、前記犠牲膜に複数の開口部を形成する工程と、
   前記犠牲膜を介して前記可動駆動電極に対向する部位を含む高架部を少なくとも有し且つ前記固定部に接合している固定駆動電極、および、前記犠牲膜を介して前記可動コンタクト電極に対向する部位を各々が有し且つ各々が前記固定部に接合している一対の固定コンタクト電極、を形成する工程と、
   前記犠牲膜を除去する工程と、
   前記第２層および前記可動部の間に介在する中間層をエッチング除去する工程と、を含むマイクロスイッチング素子製造方法。
5. 前記高架部から前記可動駆動電極側に突出する突起部を形成するための凹部を前記犠牲膜に形成する工程を更に含む、請求項４に記載のマイクロスイッチング素子製造方法。

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