JP2014168819A - マイクロメカニカル構造体の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロメカニカル構造体の製造工程において可動構造体を動作可能にした後で発生する可動構造体の変形を抑制する。
【解決手段】可動構造体１３１の両面に金属層を形成した後、チップ（マイクロメカニカル構造体）全体を加熱処理し、変形していた可動構造体１３１を、所望とする曲率未満（＋１０ｍ^-1〜−７ｍ^-1）に抑制した平坦な状態の可動構造体１３１とする。適宜に加熱処理を行うことで、可動構造体１３１を、所望とする曲率未満に抑制する。
【選択図】 図１Ｋ

Description

本発明は、基体部の表面上に埋め込み絶縁層を介して形成された表面シリコン層を備えるＳＯＩ基板の表面シリコン層をパターニングすることで、可動構造体を形成するマイクロメカニカル構造体の作製方法に関する。

通信用デバイス、あるいは、スキャナーなどの光学デバイスとして、シリコンを用いたマイクロマシンニングによるＭＥＭＳ（Micro Electro MechanicalSystems）ミラーの開発が進展している。これらの光学デバイスは、多くの場合、赤外線を対象としている。これに対し、材料として用いているシリコンは、赤外線に対して透過性が極めて高いため、このままではミラーとして使用することができない。このため、アルミニウムや金などの、反射率の高い金属の膜を光の反射膜としてシリコンの表面に形成し、赤外線に対してもミラーとして機能するようにしている。

上述したＭＥＭＳの技術において薄いシリコンをミラーの構造体とする場合、よく知られているように、金属膜をミラー構造体（可動構造体）の両面に形成して応力の平衡を保ち、ＭＥＭＳミラーの反射面が平坦となるようにすることが重要となる。

特開２００３−０５７５７４号公報 米国特許第６３６９９３１号公報

H.Hieber, Journal of Materials Science, VOL.37, p.335, 1976.

しかしながら、現状では、可動構造体（ミラー構造体）の両面に同じ膜構成で、かつ、同じ膜厚で金属膜を形成しても、ＭＥＭＳミラーのミラー面が湾曲し、平坦には形成できないという問題がある。この問題について、以下に詳述する。

例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いてＭＥＭＳミラーを作製する技術がある（特許文献１，特許文献２）。この技術では、基体部の上に埋め込み絶縁層を介して配置されるＳＯＩ層をパターニングして可動構造体を形成し、形成した可動構造体に対応する領域の基体部に開口を形成し、可動構造体が回転等の動作を行えるようにしている。この技術では、まず、図５Ａに示すように、例えば、単結晶シリコンからなる基体部２０１、埋め込み絶縁層２０２、および単結晶シリコンからなる表面シリコン層（ＳＯＩ層）２０３を備えるＳＯＩ基板を用意する。次に、ＳＯＩ層２０３を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パターニングし、枠部２３２，第１可動梁２３４ａ，第２可動梁２３４ｂ，可動構造体２３１，第１連結部２３３ａ，および第２連結部２３３ｂを形成する。

第１可動梁２３４ａおよび第２可動梁２３４ｂは、枠部２３２に一端が固定されて他端が変位可能とされ、他端の側で対向して所定の距離離間して１列に配置されている。また、可動構造体２３１は、第１可動梁２３４ａおよび第２可動梁２３４ｂと１列に配列されて第１可動梁２３４ａおよび第２可動梁２３４ｂの間に配置されている。また、１対の第１連結部２３３ａおよび第２連結部２３３ｂにより、第１可動梁２３４ａおよび第２可動梁２３４ｂの各々の他端と可動構造体２３１とが連結されている。可動構造体２３１は、第１連結部２３３ａおよび第２連結部２３３ｂを介して第１可動梁２３４ａおよび第２可動梁２３４ｂに支持されている。

なお、これらの各構造体を埋め込み絶縁層２０２などから分離した状態では、第１可動梁２３４ａおよび第２可動梁２３４ｂは、片持ち梁として機能し、第１連結部２３３ａおよび第２連結部２３３ｂの側の他端が、ＳＯＩ層２０３の平面の法線方向に変位可能となる。また、可動構造体２３１は、一対の第１連結部２３３ａおよび第２連結部２３３ｂを通る軸を中心に、回動可能となる。なお、この段階では、各構造体は、埋め込み絶縁層２０２の上に固定されており、埋め込み絶縁層２０２の平面上で、隙間２３５により分離している状態である。

次に、図５Ｂに示すように、ＳＯＩ層２０３の上に、有機樹脂からなる保護層２０５を形成する。保護層２０５は、ＳＯＩ層２０３の、少なくとも上述した各構造体を備える素子形成領域を覆う状態に形成すればよい。

次に、図５Ｃに示すように、基体部２０１に、埋め込み絶縁層２０２が露出する開口部２０１ａを形成する。開口部２０１ａは、第１可動梁２３４ａ，第２可動梁２３４ｂ，可動構造体２３１，第１連結部２３３ａ，および第２連結部２３３ｂを含む素子形成領域に対応して形成する。

次に、開口部２０１ａに露出している埋め込み絶縁層２０２をエッチング除去し、図５Ｄに示すように、開口部２０１ａに続く開口部２０２ａを形成する。開口部２０２ａの形成により、ＳＯＩ基板の裏側面よりＳＯＩ層２０３の裏面に到達する開口部が形成されたことになる。

次に、ダイシングを行い、チップ化する。

次に、ＳＯＩ層２０３の表面の保護に用いていた保護層２０５を、例えば、酸素プラズマやＵＶ／オゾンなどの活性酸素に暴露を行うことで灰化させて除去する。また、保護層２０５の灰化処理によってＳＯＩ層２０３の表面が酸化され、薄い表面酸化層が形成されるため、この表面酸化層を、アルゴンプラズマなどの不活性ガス種によるプラズマ暴露により除去する。これらの保護層２０５の除去により、図５Ｅに示すように、可動構造体２３１，第１連結部２３３ａ，および第２連結部２３３ｂを、各々が動作可能な状態に分離する。この状態では、可動構造体２３１が変形（湾曲）している。

次に、可動構造体２３１などを動作可能な状態に分離したチップ（マイクロメカニカル構造体）全体を加熱処理し、変形していた可動構造体２３１を、図５Ｆに示すように、曲率が１ｍ^-1未満の平坦な状態の可動構造体２３１とする。発明者らの鋭意の検討の結果、上述した加熱温度は、例えば、５００℃近傍であれば良く、また、加熱処理の時間は２時間程度であればよいことが判明している。なお、加熱は、窒素，ヘリウム，ネオン，アルゴン，クリプトン，キセノンなどの不活性ガス、または、これらの混合ガスの雰囲気下で行えばよい。

例えば、窒素雰囲気下で、加熱処理時間を２時間に固定し、処理温度をパラメータとした際の可動構造体２３１の曲率を計測した結果、アレニウスプロットをとると、加熱処理温度５００℃以上（絶対温度の逆数：１／Ｔ≦０．０１２９Ｋ^-1）で曲率緩和の効果が温度によらず一定となるプラトー領域が現れることが判明している。これは、５００℃以上の加熱処理温度では、２時間より短時間に曲率緩和に関する反応が終了することを意味する。また、５００℃においてアレニウスプロットが変曲点を有することから、５００℃の加熱処理温度では、２時間で曲率緩和現象が終了することも示している。言い換えれば、「５００℃の加熱処理温度での曲率緩和における飽和時間は２時間である」となる。

従って、曲率緩和現象の活性化エネルギーは、２時間の加熱処理時間で曲率緩和が飽和に達しない５００℃以下（絶対温度の逆数：１／Ｔ≧０．０１２９Ｋ^-1）におけるアレニウスプロットの傾きから算出され、この値は、０．７４ｅＶと求められた。

また、求められる活性化エネルギーから、各温度に対する加速係数がアレニウスの式から一意に求められ、「曲率緩和現象の飽和時間（時間；ｈ）＝４×１０^-5×ｅｘｐ（８３４０．７／絶対温度）」という式で近似される関係が求められた。ここで、曲率緩和現象の飽和時間を加熱処理時間と置き換え、「加熱処理時間（時間；ｈ）＝４×１０^-5×ｅｘｐ（８３４０．７／絶対温度）」の式を満足する加熱処理温度と加熱処理時間が、加熱処理条件の必要条件となる。

プロセス時間の短縮化の観点から、加熱処理温度は可能な限り高い方が良い。一方で、まず、高温になる程、曲率緩和現象以外に想定外の副反応が起こり得る。また、５００℃を超える温度での加熱処理が実施できるイナートオーブンを製造可能なメーカーは限定され、イナートオーブン自体が高価になるなどのデメリットがある。これらのことを総合的に判断すると、前述した可動構造体２３１の平坦化のための処理条件である「加熱処理温度：５００℃、加熱処理温度時間：２時間」は、適切な加熱処理条件と言える。

次に、図５Ｇの断面図に示すように、可動構造体２３１の一方の面に、Ｔｉからなる層厚１０ｎｍの密着層２３６ａ、およびＡｕからなる層厚７０ｎｍの反射層２３６ｂを形成する。例えば、可動構造体２３１の領域が開口したステンシルマスクをマイクロメカニカル構造体に装着し、蒸着法などによりＴｉを堆積し、次いでＡｕを堆積すればよい。なお、一方の面は、ＳＯＩ層２０３が形成されている基体部２０１の表面側である。

次に、図５Ｈの断面図に示すように、可動構造体２３１の他方の面に、Ｔｉからなる層厚１０ｎｍの密着層２３７ａ、およびＡｕからなる層厚７０ｎｍの反射層２３７ｂを形成する。例えば、可動構造体２３１の領域が開口したステンシルマスクをマイクロメカニカル構造体に装着し、蒸着法などによりＴｉを堆積し、次いでＡｕを堆積すればよい。

これらの金属層の形成により、可動構造体２３１の両面に、同じ層構造で同じ層厚の金属層が形成されることになり、可動構造体２３１をミラーとして機能させることができる。しかしながら、上述した製造工程で作製されるマイクロメカニカル構造体の可動構造体２３１は、両面が同じ層構成で、かつ、同じ層厚で被覆された状態となっているにも関わらず、湾曲した状態となることが判明した。この原因は明らかではないが、可動構造体２３１の両面が、同じ層構成で、かつ、同じ層厚で被覆されるマイクロメカニカル構造体の製造工程に於いては、避けることのできない問題であった。このように、従来では、マイクロメカニカル構造体の製造工程において可動構造体を動作可能にした後で、可動構造体が変形するという問題があった。

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、マイクロメカニカル構造体の製造工程において可動構造体を動作可能にした後で発生する可動構造体の変形を抑制することを目的とする。

本発明に係るマイクロメカニカル構造体の作製方法は、基体部の表面上に埋め込み絶縁層を介して形成された表面シリコン層を備えるＳＯＩ基板の表面シリコン層をパターニングして素子形成領域に可動構造体を形成する第１工程と、素子形成領域の基体部の裏面より基体部および埋め込み絶縁層を貫通する開口部を形成し、開口部の周囲の埋め込み絶縁層を支持構造体として支持されて動作可能とされた可動構造体を備えるマイクロメカニカル構造体を形成する第２工程と、動作可能とされた可動構造体を備えるマイクロメカニカル構造体を形成した後で、マイクロメカニカル構造体を加熱する第３工程と、マイクロメカニカル構造体を加熱した後、基体部の表面側の可動構造体の一方の面、および基体部の裏面側の可動構造体の他方の面の各々に、同一の層構造かつ同一の層厚の金属層構造を形成する第４工程と、可動構造体に第１金属層構造を形成した後でマイクロメカニカル構造体を加熱する第５工程とを少なくとも備える。

上記マイクロメカニカル構造体の作製方法において、金属層構造は、可動構造体に接して形成するＴｉからなる第１金属層と、第１金属層の形成に連続して第１金属層の上に形成するＡｕからなる第２金属層とから構成すればよい。

上記マイクロメカニカル構造体の作製方法において、第５工程における加熱は、加熱時間＝２．３×１０^-3×ｅｘｐ（４５１５／絶対温度）の関係が満たされる加熱時間および絶対温度で示される加熱温度で、マイクロメカニカル構造体を加熱すればよい。例えば、第５工程では、温度条件２００℃でマイクロメカニカル構造体を加熱し、また、マイクロメカニカル構造体を３１．５時間加熱すればよい。なお、マイクロメカニカル構造体の加熱は、雰囲気が不活性ガスまたは真空の状態で行えばよい。

以上説明したことにより、本発明によれば、マイクロメカニカル構造体の製造工程において可動構造体を動作可能にした後で発生する可動構造体の変形を抑制できるようになるという優れた効果が得られる。

図１Ａは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図１Ｃは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図１Ｄは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図１Ｅは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図１Ｆは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図１Ｇは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図１Ｈは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図１Ｉは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図１Ｊは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図１Ｋは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図２は、加熱時間と可動構造体１３１の曲率との関係を示す特性図である。 図３は、縦軸を「加熱処理前後における可動構造体１３１の曲率の変動量について自然対数をとった値」とし、横軸を「絶対温度の逆数」とするアレニウスプロットである。 図４は、曲率緩和現象の飽和時間と加熱処理温度における絶対温度の逆数の関係を示す特性図である。 図５Ａは、マイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図５Ｂは、マイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図５Ｃは、マイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図５Ｄは、マイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図５Ｅは、マイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図５Ｆは、マイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図５Ｇは、マイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。 図５Ｈは、マイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。

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。図１Ａ〜図１Ｋは、本発明の実施の形態におけるマイクロメカニカル構造体の作製方法を説明するための各工程における状態を説明するための構成図である。ここで、図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｄ〜図１Ｋは、断面を模式的に示している。また、図１Ｃは、平面図であり、ａａ’線の断面が、図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｄ〜図１Ｋに示されている。

まず、図１Ａに示すように、例えば、単結晶シリコンからなる基体部１０１、埋め込み絶縁層１０２、および単結晶シリコンからなる表面シリコン層（ＳＯＩ層）１０３を備えるＳＯＩ基板を用意する。基体部１０１の表面に埋め込み絶縁層１０２が形成され、この上にＳＯＩ層１０３が形成されている。例えば、基体部１０１の板厚は４００μｍ、埋め込み絶縁層１０２の層厚は１．０μｍ、ＳＯＩ層１０３の層厚は４．５μｍである。

次に、ＳＯＩ層１０３を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パターニングし、図１Ｂ，図１Ｃに示すように、可動構造体１３１，枠部１３２，第１連結部１３３ａ，第２連結部１３３ｂ，第１可動梁１３４ａ，および第２可動梁１３４ｂ，を形成する。可動構造体１３１は、例えば、平面視で第１可動梁１３４ａ，第２可動梁１３４ｂなどの配列方向に対し、長さ６００μｍ，幅１３０μｍである。可動構造体１３１は、後述するように金属層を形成することで、ミラー（ミラー構造体）として機能させることができる。

第１可動梁１３４ａおよび第２可動梁１３４ｂは、枠部１３２に一端が固定されて他端が変位可能とされ、他端の側で対向して所定の距離離間して１列に配置されている。また、可動構造体１３１は、第１可動梁１３４ａおよび第２可動梁１３４ｂと１列に配列されて第１可動梁１３４ａおよび第２可動梁１３４ｂの間に配置されている。また、１対の第１連結部１３３ａおよび第２連結部１３３ｂにより、第１可動梁１３４ａおよび第２可動梁１３４ｂの各々の他端と可動構造体１３１とが連結されている。可動構造体１３１は、第１連結部１３３ａおよび第２連結部１３３ｂを介して第１可動梁１３４ａおよび第２可動梁１３４ｂに支持されている。第１連結部１３３ａ，第２連結部１３３ｂは、例えば、平面視で幅１μｍ程度に形成している。

後述するようにこれらの各構造体を埋め込み絶縁層１０２などから分離した状態では、第１可動梁１３４ａおよび第２可動梁１３４ｂは、片持ち梁として機能し、第１連結部１３３ａおよび第２連結部１３３ｂの側の他端が、ＳＯＩ層１０３の平面の法線方向に変位可能となる。また、可動構造体１３１は、一対の第１連結部１３３ａおよび第２連結部１３３ｂを通る軸を中心に、回動可能となる。なお、この段階では、各構造体は、埋め込み絶縁層１０２の上に固定されており、埋め込み絶縁層１０２の平面上で、隙間１３５により分離している状態である。

これらの構造体のパターニングでは、公知のフォトリソグラフィ技術により形成したレジストパターンをマスクとしたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用い、ＳＯＩ層１０３のエッチング加工を行えば良い。また、このエッチング加工では、埋め込み絶縁層１０２をエッチングストップ層として用いることができる。また、これらの構造体は、素子形成領域に形成する。

次に、図１Ｄに示すように、ＳＯＩ層１０３の上に、有機樹脂からなる保護層１０５を形成する。保護層１０５は、ＳＯＩ層１０３の、少なくとも上述した各構造体を備える素子形成領域を覆う状態に形成すればよい。保護層１０５は、例えば、レジストを塗布し、これを加熱処理（熱硬化）することで形成すればよい。また、この加熱処理は、窒素雰囲気下、温度２５０℃で３０分間の条件で行えば良い。

次に、図１Ｅに示すように、基体部１０１に、埋め込み絶縁層１０２が露出する開口部１０１ａを形成する。開口部１０１ａは、第１可動梁１３４ａ，第２可動梁１３４ｂ，可動構造体１３１，第１連結部１３３ａ，および第２連結部１３３ｂを含む素子形成領域に対応して形成する。例えば、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、開口部１０１ａを形成すればよい。また、このエッチング処理は、ドライエッチングにより行い、また、埋め込み絶縁層１０２をエッチングストップ層として用いれば良い。

次に、開口部１０１ａに露出している埋め込み絶縁層１０２をエッチング除去し、図１Ｆに示すように、開口部１０１ａに続く開口部１０２ａを形成する。開口部１０２ａの形成により、ＳＯＩ基板の裏側面よりＳＯＩ層１０３の裏面に到達する開口部が形成されたことになる。埋め込み絶縁層１０２のエッチングでは、例えば、フッ化水素酸緩衝液（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチングにより行えば良い。また、埋め込み絶縁層１０２のエッチングは、大気中におけるフッ化水素ガスの暴露を用いたドライエッチングでも行えることを確認している。

次に、ダイシングを行い、チップ化する。ダイシングには、ダイシングソーを用いる公知のブレードダイシングを用いれば良い。なお、図１Ｃは、１つのチップの領域を例示している。

次に、ＳＯＩ層１０３の表面の保護に用いていた保護層１０５を、例えば、酸素プラズマやＵＶ／オゾンなどの活性酸素に暴露を行うことで灰化させて除去する。また、保護層１０５の灰化処理によってＳＯＩ層１０３の表面が酸化され、薄い表面酸化層が形成されるため、この表面酸化層を、アルゴンプラズマなどの不活性ガス種によるプラズマ暴露により除去する。これらの保護層１０５の除去により、図１Ｇに示すように、可動構造体１３１，第１連結部１３３ａ，および第２連結部１３３ｂを、各々が動作可能な状態に分離する。この状態では、可動構造体１３１が変形（湾曲）している。

次に、可動構造体１３１などを動作可能な状態に分離したチップ（マイクロメカニカル構造体）全体を加熱処理し、変形していた可動構造体１３１を、図１Ｈに示すように、所望とする曲率未満（＜１ｍ^-1）に抑制した平坦な状態の可動構造体１３１とする。前述したように、適宜に加熱処理を行うことで、可動構造体１３１を、所望とする曲率未満（＜１ｍ^-1）に抑制できる。なお、加熱は、マイクロメカニカル構造体の参加を抑制する観点から、窒素，ヘリウム，ネオン，アルゴン，クリプトン，キセノンなどの不活性ガス、または、これらの混合ガスの雰囲気下で行えばよい。また、真空（減圧）雰囲気で加熱処理をしてもよい。

次に、図１Ｉの断面図に示すように、可動構造体１３１の一方の面に、Ｔｉからなる層厚１０ｎｍの密着層（第１金属層）１３６ａ、およびＡｕからなる層厚７０ｎｍの反射層（第２金属層）１３６ｂを形成する。例えば、可動構造体１３１の領域が開口したステンシルマスクをマイクロメカニカル構造体に装着し、蒸着法などによりＴｉを堆積し、引き続いてＡｕを堆積すればよい。密着層は、Ｃｒから構成してもよい。なお、環境負荷を低減する観点からは、Ｔｉを用いた方がよい。密着層は、また、反射層は、Ａｕに限らず、Ａｌから構成してもよいが、参加を抑制する当観点からは、Ａｕなどの方がよい。ここで、一方の面は、ＳＯＩ層１０３が形成されている基体部１０１の表面側である。これらのことにより、再び、可動構造体１３１が変形（湾曲）する。

次に、図１Ｊの断面図に示すように、可動構造体１３１の他方の面に、Ｔｉからなる層厚１０ｎｍの密着層（第１金属層）１３７ａ、およびＡｕからなる層厚７０ｎｍの反射層（第２金属層）１３７ｂを形成する。密着層１３７ａは、密着層１３６ａと同じ材料および同じ層厚に形成する。また、密着層１３７ｂも、密着層１３６ｂと同じ材料および同じ層厚に形成する。例えば、可動構造体１３１の領域が開口したステンシルマスクをマイクロメカニカル構造体に装着し、蒸着法などによりＴｉを堆積し、引き続いてＡｕを堆積すればよい。ここで、他方の面は、ＳＯＩ層１０３が形成されている基体部１０１の裏面側である。このように、両面に同一の構成の金属層を形成しても、可動構造体１３１は、湾曲している。

次に、上述したように可動構造体１３１の両面に金属層を形成した後、チップ（マイクロメカニカル構造体）全体を加熱処理し、変形していた可動構造体１３１を、図１Ｋに示すように、所望とする曲率未満（＋１０ｍ^-1〜−７ｍ^-1）に抑制した平坦な状態の可動構造体１３１とする。適宜に加熱処理を行うことで、可動構造体１３１を、所望とする曲率未満に抑制できる。

ここで、上述した分離後の加熱処理の時間（加熱時間）と、可動構造体１３１の曲率との関係の測定結果について図２を用いて説明する。図２は、加熱時間と可動構造体１３１の曲率との関係を示す特性図である。加熱処理の温度は２００℃とした。加熱時間３１．５時間において、曲率の変化が飽和している。従って、加熱処理は、例えば、窒素雰囲気下で、温度２００℃（Ｔ＝４７３Ｋ）で３１．５時間の条件で行えば良い。

なお、加熱は、マイクロメカニカル構造体の参加を抑制する観点から、窒素，ヘリウム，ネオン，アルゴン，クリプトン，キセノンなどの不活性ガス、または、これらの混合ガスの雰囲気下で行えばよい。また、真空雰囲気で加熱処理をしてもよい。

上述した加熱処理条件（加熱処理温度と加熱処理時間）を定量的に求めるために、窒素雰囲気下で、加熱処理時間を８時間に固定し、処理温度をパラメータとした際の可動構造体１３１の曲率を計測した結果を図３に示す。図３は、縦軸を「加熱処理前後における可動構造体１３１の曲率の変動量について自然対数をとった値」とし、横軸を「絶対温度の逆数」とするアレニウスプロットである。ここで、可動構造体１３１は、第１可動梁１３４ａ，第２可動梁１３４ｂなどの配列方向に対して垂直な幅は、約１３０μｍとし、配列方向の長さは、約６００μｍとし、厚さは、４．５μｍとした。

曲率緩和現象の活性化エネルギーは、図３に示すアレニウスプロットの傾きから算出できる。算出される曲率緩和現象の活性化エネルギーは、０．３９ｅＶとなる。このようにして求められた活性化エネルギーから、各温度に対する加速係数がアレニウスの式から一意に求められ、図４に示す「曲率緩和現象の飽和時間とアニール温度に於ける絶対温度の逆数」の関係が得られる。

この関係は、「曲率緩和現象の飽和時間（時間；ｈ）＝２．３×１０^-3×ｅｘｐ（4515
／絶対温度）」という式で近似される。また、曲率緩和現象の飽和時間を加熱処理時間と置き換え、「加熱処理時間（時間；ｈ）＝２．３×１０^-3×ｅｘｐ（４５１５／絶対温度）」の式を満足する加熱処理温度と加熱処理時間が、加熱処理条件の必要条件となる。なお、加熱処理条件は、上記関係式を含む図４の斜線領域でも良いことは言うまでもない。

プロセス時間の短縮化の観点から、加熱処理温度は可能な限り高い方が良い。一方で、上述した実施の形態で用いた金属層を構成するＴｉおよびＡｕは、２０７℃以上の温度で相互拡散を起こすことが知られている（非特許文献１参照）。従って、加熱温度が２０７℃を超えると、接着層としてのＴｉがＡｕ中に拡散し、接着力を低下させるデメリットがある。これらのことを総合的に判断すると、「加熱処理温度：２００℃、加熱処理温度時間：３１．５時間」は適切な加熱処理条件と言える。

以上に説明したように、本発明によれば、保護層などを除去して可動構造体を分離し、可動構造体の両面の各々に、同一の層構造かつ同一の層厚の金属層構造を形成した後、加熱処理するようにしたので、マイクロメカニカル構造体の製造工程において可動構造体を動作可能にした後で発生する可動構造体の変形を抑制し、可動構造体の変形を所望とする曲率未満（＋１０ｍ^-1〜−７ｍ^-1）に抑制できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、可動構造体が、連結部および可動梁を介して枠部に接続されているようにしたが、これに限るものではない。可動梁は必要なものではなく、可動構造体が、連結部を介して枠部に接続されているようにしてもよい。

１０１…基体部、１０１ａ…開口部、１０２…埋め込み絶縁層、１０２ａ…開口部、１０３…表面シリコン層（ＳＯＩ層）、１０５…保護層、１３１…可動構造体、１３２…枠部，１３３ａ…第１連結部、１３３ｂ…第２連結部、１３４ａ…第１可動梁、１３４ｂ…第２可動梁、１３５…隙間、１３６ａ，１３７ａ…密着層（第１金属層）、１３６ｂ，１３７ｂ…反射層（第２金属層）。

Claims (6)

1. 基体部の表面上に埋め込み絶縁層を介して形成された表面シリコン層を備えるＳＯＩ基板の前記表面シリコン層をパターニングして素子形成領域に可動構造体を形成する第１工程と、
   前記素子形成領域の前記基体部の裏面より前記基体部および前記埋め込み絶縁層を貫通する開口部を形成し、開口部の周囲の前記埋め込み絶縁層を支持構造体として支持されて動作可能とされた前記可動構造体を備えるマイクロメカニカル構造体を形成する第２工程と、
   動作可能とされた前記可動構造体を備えるマイクロメカニカル構造体を形成した後で、前記マイクロメカニカル構造体を加熱する第３工程と、
   前記マイクロメカニカル構造体を加熱した後、前記基体部の表面側の前記可動構造体の一方の面、および前記基体部の裏面側の前記可動構造体の他方の面の各々に、同一の層構造かつ同一の層厚の金属層構造を形成する第４工程と、
   前記可動構造体に第１金属層構造を形成した後で前記マイクロメカニカル構造体を加熱する第５工程と
   を少なくとも備えることを特徴とするマイクロメカニカル構造体の作製方法。
2. 請求項１記載のマイクロメカニカル構造体の作製方法において、
   前記金属層構造は、前記可動構造体に接して形成するＴｉからなる第１金属層と、前記第１金属層の形成に連続して前記第１金属層の上に形成するＡｕからなる第２金属層とから構成することを特徴とするマイクロメカニカル構造体の作製方法。
3. 請求項２記載のマイクロメカニカル構造体の作製方法において、
   前記第５工程における加熱は、加熱時間＝２．３×１０^-3×ｅｘｐ（４５１５／絶対温度）の関係が満たされる加熱時間および前記絶対温度で示される加熱温度で、前記マイクロメカニカル構造体を加熱することを特徴とするマイクロメカニカル構造体の作製方法。
4. 請求項３記載のマイクロメカニカル構造体の作製方法において、
   前記第５工程では、温度条件２００℃で前記マイクロメカニカル構造体を加熱することを特徴とするマイクロメカニカル構造体の作製方法。
5. 請求項４記載のマイクロメカニカル構造体の作製方法において、
   前記第５工程では、前記マイクロメカニカル構造体を３１．５時間加熱することを特徴とするマイクロメカニカル構造体の作製方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロメカニカル構造体の作製方法において、
   前記マイクロメカニカル構造体の加熱は、雰囲気が不活性ガスまたは真空の状態で行うことを特徴とするマイクロメカニカル構造体の作製方法。