(57)【要約】【課題】微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を従来の一般的な製造プロセスである半導体装置を使用せず、短時間でかつ低コストで大量に製造することが可能な微小電気機械システムの製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも機能層を有する構造体からなる微小電気機械システムの製造方法であって、基材１としてフィルム基材上に剥離層と機能層と樹脂層とを印刷成形する基材１形成工程と、基材２として樹脂フィルムに凹凸部を設ける基材２形成工程と、前記基材１の前記印刷成形した面に、前記基材２の凹凸部を設けた面を対向させ、位置合わせして圧着する圧着工程と、前記基材２を剥離して基材１から前記構造体を得る剥離工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも機能層を有する構造体からなる微小電気機械システムの製造方法であって、基材１としてフィルム基材上に剥離層と機能層と樹脂層とを印刷成形する基材１形成工程と、
基材２として樹脂フィルムに凹凸部を設ける基材２形成工程と、
前記基材１の前記印刷成形した面に、前記基材２の凹凸部を設けた面を対向させ、位置合わせして圧着する圧着工程と、
前記基材２を剥離して基材１から前記構造体を得る剥離工程と、
を備えることを特徴とする微小電気機械システムの製造方法。
【請求項２】
前記樹脂フィルムの凹凸部は、前記基材１の剥離層が印刷成形されたパターンと重なり合う部分を凹部とすることを特徴とする請求項１に記載の微小電気機械システムの製造方法。
【請求項３】
前記機能層と前記樹脂層の間に補強層を印刷成形してなることを特徴とする請求項１または２に記載の微小電気機械システムの製造方法。
【請求項４】
前記基材１の最表面に接着層を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微小電気機械システムの製造方法。
【請求項５】
前記基材２が、フィルム基材上に前記樹脂フィルムを積層してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の微小電気機械システムの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の微小電気機械システムの製造方法を用いて製造したことを特徴とする微小電気機械システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、及び製造方法に関し、特に低コスト且つ、大量生産する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）とは、電気回路（制御部）と微細な機械構造（駆動部）を一つの基板上に集積させたセンサやアクチュエータなどのデバイス・システムのことであり、ナノテクノロジーや各種材料技術等を駆使して製造される。
【０００３】
微小電気機械システムの最大の特徴は、様々な機能を持ったデバイスの小型化や集積化
を実現している点にある。現在、微小電気機械システムは加速度センサ、光スイッチ、圧力センサ、ガスセンサなど様々なセンサに応用され、今後もその応用範囲が拡大すると予測されている。またこれらセンサの必要条件は、感度が良いことと共に、低コストで小さいことが望まれている。そのためＭＥＭＳセンサの主要な課題は、パッケージを含めて出来るだけ小さく作製し、ウエハー１枚当たりに取れる収量を多くすることが課題となる。またパッケージレスに近い実装が求められるため、配線技術や接合技術のコスト低減が課題となっている。
【０００４】
従来、ＭＥＭＳの製造は成膜工程から始まり、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程と一般的に半導体製造工程を使用して加工されている（特許文献１）。
しかしながら、半導体製造プロセスを使用したＭＥＭＳは高価な装置および真空雰囲気内で処理する必要があり、また製造工数も多いため製造コストが高い。
【０００５】
また特許文献２では、低コスト化するため、半導体製造プロセスを使用せず、微細構造体が刻まれた金型を用いた製造方法が開示されている。
【０００６】
しかしながら、金型を使用した製造プロセスでは、板状やシリンダー状の金型に旋盤切削を用いた彫刻や腐食を用いてパターニングするため、時間を多く費やす。また構造が複雑化および微細化した場合、切削中に金型が変形したり、隣接した構造を削り取ってしまう可能性がある。また金属を使用した金型の場合、金型が不透明であるため位置合わせが困難なことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１５５３１４号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／００２４４６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を従来の一般的な製造プロセスである半導体装置を使用せず、短時間でかつ低コストで大量に製造することが可能な微小電気機械システムの製造方法及び微小電気機械システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１の発明は、
少なくとも機能層を有する構造体からなる微小電気機械システムの製造方法であって、
基材１としてフィルム基材上に剥離層と機能層と樹脂層とを印刷成形する基材１形成工程
と、基材２として樹脂フィルムに凹凸部を設ける基材２形成工程と、
前記基材１の前記印刷成形した面に、前記基材２の凹凸部を設けた面を対向させ、位置合わせして圧着する圧着工程と、
前記基材２を剥離して基材１から前記構造体を得る剥離工程と、
を備えることを特徴とする微小電気機械システムの製造方法である。
【００１０】
また、本発明の請求項２の発明は、
前記樹脂フィルムの凹凸部は、前記基材１の剥離層が印刷成形されたパターンと重なり合う部分を凹部とすることを特徴とする請求項１に記載の微小電気機械システムの製造方法である。
【００１１】
また、本発明の請求項３の発明は、
前記機能層と前記樹脂層の間に補強層を印刷成形してなることを特徴とする請求項１または２に記載の微小電気機械システムの製造方法である。
【００１２】
また、本発明の請求項４の発明は、
前記基材１の最表面に接着層を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微小電気機械システムの製造方法である。
【００１３】
また、本発明の請求項５の発明は、
前記基材２が、フィルム基材上に前記樹脂フィルムを積層してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の微小電気機械システムの製造方法である。
【００１４】
また、本発明の請求項６の発明は、
請求項１〜５のいずれかに記載の微小電気機械システムの製造方法を用いて製造したことを特徴とする微小電気機械システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の微小電機機械システムの製造方法によれば、印刷法を応用した製造プロセスを提供したことにより、成膜工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程と従来の半導体製造工程を使用した製造方法よりも安価に、また大量に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る微小電気機械システムの製造方法を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係る微小電気機械システムの一例を示す平面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ´線の断面図である。
【図４】図３におけるフィルム剥離工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る微小電気機械システムの別の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態に係る微小電気機械システムの製造方法および微小電気機械システムについて、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る微小電気機械システムの製造方法の一工程を示す。図１に示されるように、基材１は、フィルム基材１０の上に剥離層２０および機能層３０が印刷法によりパターン形成されており、さらにその上に所望のデバイスの構造体を形成するための樹脂４０が全面を覆うように塗布されている。この構造体は、例えば電極層や圧電層、誘電体層といった機能を発揮するための機能層と、この機能層を支持あるいは保護するための樹脂成形物とからなる。
【００１９】
そして基材１に対向する基材２には、例えば図１のように、凹凸部を構成する単位要素２−１、２−２、２−３、２−４が配置、形成されている。これらの単位要素は、基材１の剥離層２０および機能層３０からなるパターンと重なる部分に対向するように凹部が形成されており、後述する工程において基材１に基材２を押し当てて圧着し、剥離したとき、凹部の位置に所望の構造体を形成することができる。すなわち基材２は、基材１の構造体を印刷成形するための版となるものである。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態の一例であるＭＥＭＳミラー１００の平面図である。ＭＥＭＳミラーとは一般にレーザースキャナーやレーザープロジェクター、画像センサー等に応用されるＭＥＭＳ部品の一種であって、微小ミラーとなる可動板３と電磁回路が形成される外周部から構成されている。
図２に示すように、可動板３に回路５−１およびミラー３−１を配置し、この可動体３を揺動可能に支持するトーションバー６が可動体３と外周部を接続している。さらに、外周部に回路５−２を形成しており、回路５−２は外周から回路５−１に接続されている。そしてこれらの回路に電圧が印加されたとき、可動板３の運動が可能となる空間４を備えている。
【００２１】
図３は、本発明の他の実施形態に係る微小電気機械システムの製造方法の一工程を示す。
図３に示されるように、基材１においてフィルム基材１０には剥離層２０および機能層３０が印刷成形されている。また基材２には、構造体を形成するための凹凸部が設けられたフィルム版を用いている。基材２のフィルム版は、フィルム基材６０上に凹凸部が形成された樹脂５０が積層されており、樹脂５０の凹凸部は、基材１の剥離層２０及び機能層３０からなるパターンと重なる部分に対向するように凹部が形成されている。
【００２２】
フィルム基材１０は、特定の波長に高い光透過率を有し、機械特性および熱安定性を有するようなフィルムおよびシートを用いることができる。材質としては例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド、ポリアミド、アラミド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、トリアセチルセルロースなどである。光透過性のフィルム基材を用いることにより、パターンの重ね合わせ時にアライメントを容易にすることができる。
【００２３】
前記フィルム基材１０に剥離層２０を付与する方法としては、シリコーンオイル、シリコーンワニスで代表される離型剤を該フィルム基材１０上に塗布する方法が用いられる。また剥離層２０の印刷成形方法としては、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷等を用いたパターン印刷方法が用いられる。
【００２４】
機能層３０としては、電極層や圧電層、高誘電体層、焦電層等がある。製造するセンサにより機能層は異なるので、センサの目的により適宜設定する。図１や図２のような実施例では、電極層のみでよい。
【００２５】
機能層３０を付与する方法としては、例えばスクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷等を用いたパターン印刷方法が用いられる。また、インクジェットプリンタでプリントしてもよい。
【００２６】
構造体を成形するための樹脂４０としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線あるいは電子線硬化性樹脂等を使用して良い。例えば、熱可塑性樹脂としてはアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、セルロース系樹脂、ビニル系樹脂等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、反応性水酸基を有するアクリルポリオールやポリエステルポリオール等にポリイソシアネートを架橋剤として添加して架橋させたウレタン樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂等が使用できる。また、紫外線あるいは電子線硬化性樹脂としては（メタ）アクリル系樹脂を使用して良い。これらは、グラビア印刷やマイクログラビア印刷等、公知の方法によって塗布される。
【００２７】
構造体を成形する方法としては、塗布した熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂に微細な凹凸部を設けたフィルム版（基材２）を押し当て、この状態で樹脂を硬化させることにより形成することができる。あるいは、熱可塑性樹脂にフィルム版を押し当て、この状態で樹脂を冷却することにより形成することができる。なお、ロール状のフィルム版を用いると連続成形が容易となる。
【００２８】
構造体を成形するためのフィルム版の製造方法としては、まず原版を製造し、この原版からフィルム版を製造する。原版を製造する方法は、平板状の基板が有する一方の面に感光性レジストを塗布した後、この感光性レジストにビームを照射して感光性レジストの一部を露光、および、現像し、これによって、原版を製造する。そして、電気めっき等の方法によって、金属製のスタンパを原版から製造し、樹脂５０を塗布したフィルム基材６０にこのスタンパを圧着して転写し、露光して樹脂５０を硬化させることで図３の基材２として示すようなフィルム版を作製する。樹脂５０は例えば紫外線硬化性樹脂でよい。
また、原版製造法としては、この他に旋盤技術を用いた金属基板の切削加工を用いてもよい。
【００２９】
次にこのフィルム版（基材２）を基材１に押し当てて圧着して構造体を成形するが、このときパターンの位置ずれを防ぐために、位置合わせ（アライメント）が必要となる。
フィルム版を位置合わせして転写する方法としては、基材側とフィルム版側２つのカメラでそれぞれアライメントマークを合わせ、位置決めを行なう方法が良い。このためフィルム版のフィルム基材６０は、アライメントマークを基材の裏側から目視できるように、透明である方がよい。フィルム版の基材６０に透明基材を用いることにより、フィルム版側からの位置合わせも可能となる。
【００３０】
また、前記機能層３０の上に補強層（図示せず）を印刷成形してもよい。補強層を設けることにより、構造体の転写時に機能層３０の保護層となる。また、補強層の材質によっては、機能層とマイクロ構造体を成形する材料の密着性を高めることも可能となる。
【００３１】
図４（ａ）、（ｂ）は、図３における基材１と基材２を圧着した後のフィルム版剥離工程後の様子を示す断面図であり、基材１のフィルム基材１０と剥離層２０との密着力の程度により、得られる構造体の構成が異なる。
すなわち、フィルム基材１０と剥離層２０との密着力が大きい場合には、図４（ａ）に示されるように、得られる構造体にフィルム基材１０と剥離層２０が含まれる。
そして、フィルム基材１０と剥離層２０との密着力が小さい場合には、図４（ｂ）に示されるように、得られる構造体からフィルム基材１０と剥離層２０が剥離して、機能層３０と樹脂４０のみの構造となる。
【００３２】
図４（ａ）に示されるように、得られる構造体にフィルム基材１０および剥離層２０が含まれる場合であっても、その後に構造体からフィルム基材１０を剥離する工程のために剥離層２０が印刷成形してあるので、基材２のフィルム版が凹部になっている部分は構造体として得ることが可能である。つまり、フィルム基材１０と剥離層２０の密着力に影響なく、剥離層２０とフィルム版の凹部が重なりあった部分のみ得ることが可能となる。
【００３３】
また、得られた微小電気機械システムに接着層を印刷成形した場合は、受容体に転写して使用することも可能となる。この場合の印刷成形方法は、スクリーン印刷やグラビア印
刷など公知の方法を用いたパターン印刷である。接着層と微小電気機械システムの間にアンカー層を備えてもよい。転写方法としては、ホットスタンプ等公知の方法を用いてよい。また、機能層の上に印刷成形した補強層によって熱による微小電気機械システムの変形等を抑えることが可能となる。
【００３４】
なお、図１は本発明の実施形態に係る微小電気機械システムの製造方法であり、ＭＥＭＳミラーの製造例であるが、機能層や層構成を変更することにより、他の多様な機能を有する微小電気機械システムが実現可能である。
例えば、機能層に電極と磁気層を備えることにより、磁気センサを得ることが可能となる。また、機能層に電極のみを用いた場合は加速度センサ、圧電材料を用いた場合には圧電素子としても使用可能である。
【００３５】
また、図５は、Ｓｉ基板に形成された微小電気機械システムを表した図であり、一例として、イメージセンサの製造方法を示してある。
【００３６】
図５に示されるように、基材１は逆マイクロレンズ形状を形成している剥離層２０とマイクロレンス形状を形成している樹脂層４０、およびその上に積層されたカラーフィルター７および接着層８を備えている。基材２は、フィルム基材６０上に、微小電気機械としてＳｉ基板に形成されたイメージセンサ９を単位要素として配置してある。基材１と基材２を位置合わせし、接着、剥離、転写、貼り合わせをすることにより、ＣＣＤイメージセンサデバイスとしての微小電気機械システムを容易に得ることが可能となる。
【００３７】
以上のように、本発明の微小電機機械システムの製造方法によれば、成膜工程やフォトリソグラフィ工程、エッチング工程のような従来の半導体製造工程を使用した製造方法と比べて、それらの半導体プロセスを使用しないので、安価に、また大量に製造することが可能となる。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
基材フィルムとして２５μｍの厚さを有するＰＥＴフィルム（東レ（株）製）を用い、剥離層として、高分子メタクリル樹脂（三菱レーヨン（株）製）にシリコーン樹脂（荒川化学（株）製）を混合し、グラビア印刷を用いパターン印刷した。
次に機能層として、電極を塗布するため、導電性インキ（東洋インキ（株）製）をグラビア印刷を用いパターン印刷した。
【００３９】
こうして得られた剥離層と機能層付基材に、アクリル樹脂（大成ファインケミカル（株）製）と光重合開始剤（ＢＡＳＦ社製）と、溶媒にメチルエチルケトン（東洋インキ（株）製）を調合した塗液をグラビア印刷を用い塗布、乾燥し、事前に作製していたマイクロ構造体を形成したフィルム版を紫外線を照射しながら押し当て、その後基材とフィルム版を剥離し、微小電気機械システムを得ることができた。
【００４０】
（実施例２）
基材フィルムとして２５μｍの厚さを有するＰＥＴフィルム（東レ（株）製）を用い、剥離層として、高分子メタクリル樹脂（三菱レーヨン（株）製）にシリコーン樹脂（荒川化学（株）製）を混合、塗布し、事前に作製していたマイクロレンズが形成されたフィルム版を押し当て、硬化させ、剥離層に逆マイクロレンズの形状を形成した。
【００４１】
この剥離層付き基材に、アクリル樹脂（大成ファインケミカル（株）製）と光重合開始剤（ＢＡＳＦ社製）と、溶媒にメチルエチルケトン（東洋インキ（株）製）を調合した塗液をグラビア印刷を用い塗布、乾燥し、紫外線照射し硬化させた。次にフォトリソグラフ
ィもしくは印刷を用いカラーフィルターを形成し、粘着剤（東亞合成（株）製）を塗布した。基材２として１００μｍの厚さを有するＰＥＴフィルム（東レ（株）製）に、Ｓｉ基板に形成されたＭＥＭＳ機械としてイメージセンサ素子をある間隔に配置し、固定した。その後、粘着剤まで塗工した基材１とイメージセンサ素子を配置した基材２を位置決め、転写し基材フィルムを剥離することにより、ＣＣＤイメージセンサデバイスとして機能する微小電気機械システムを得ることが出来た。
【００４２】
以上の実施例を従来技術と比較すると、例えば前述の背景技術において特許文献１に示されるような半導体プロセスを応用した方法では、プロセス設備自体が高価であり、工程時間も長いため、ＭＥＭＳを安価且つ大量に製造することは困難である。
また、前述の特許文献２に示されるように、金型を作製してそこに硬化型樹脂を流し込んだ後に機能層等を形成し、剥離してＭＥＭＳを得る方法では、金型は例えばステンレス等の平板を成形加工したものを用いるため、ロールｔｏロールで大量に製造することは困難である。
一方、本発明の方法では金型としてフィルム版を用いるので、ロール状のフィルムをフィルム版とすることも可能であり、その場合は短時間に大量に製造することができる。
【００４３】
以上のように、本発明の微小電気機械システムの製造方法によれば、印刷法により微小電気機械システムを作成することが可能となるので、短時間に且つ大量に微小電気機械システムを製造することができる。また高価な製造設備が不要であるためコストがかからず安価にできる。
【符号の説明】
【００４４】
１、２  基材
３      可動板
３−１  ミラー
４      可動板の運動が可能な空間
５−１、５−２    回路
６      トーションバー
７      カラーフィルター
８      接着層
９      イメージセンサ
１０    フィルム基材
２０    剥離層
３０    機能層
４０    構造体を成形するための樹脂
５０    フィルム版を形成するための樹脂
６０    フィルム基材
１００  ＭＥＭＳミラー
【図１】
2019084659.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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