(57)【要約】【課題】上部磁性体部と下部磁性体部とがオーバラップし、高い磁気吸引力を発生させて動作することが可能な機構デバイスの製造方法及びその製造方法で製造された機構デバイスを提供する。【解決手段】素子形成ガラス基材１１上の下地電極膜１２内に磁性層２１を埋没形成するための凹部を形成し、その凹部内に磁性層２１を形成する。そして、磁性層２１が埋没形成された下部電極用下地電極膜１２の表面全体を覆うように導電層２２を形成して下部電極２０を形成する。これにより、下部電極２０の上面がほぼ段差のない平面状となり、下部電極２０上に膜を積層していくことで形成される上部電極３０の梁部３１ｂは、段差のない平面状に形成される。このため、梁部３１ｂ上に形成される上部電極３０の磁性層３２ａを下部電極２０の磁性層２１上方に形成でき、磁性層３２ａと磁性層２１とが所定のオーバラップを持つ構造を形成することができる。【選択図】図１
2008300335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、該絶縁基板上に形成され、下部磁性層を有する下部電極と、前記絶縁基板上にその基部が形成されるとともに、梁部の先端が下部電極と離間して対向するように形成された片持ち梁構造部を備え、前記梁部上に上部磁性層を有する上部電極とを備えた機構デバイスの製造方法であって、
前記絶縁基板の表面に形成された下地電極膜上にレジストを塗布する工程と、
フォトリソグラフィにより前記レジストに開口パターンを形成する工程と、
前記絶縁基板表面の下地電極膜において前記開口パターンにより露呈された部分をエッチングにより除去して少なくとも下部電極用下地電極膜および上部電極用下地電極膜を有する配線パターンを形成する工程と、
前記下部電極用下地電極膜内に前記下部磁性層を埋没形成するための凹部を形成する工程と、
前記凹部内に前記下部磁性層を形成する工程と、
前記上部電極用下地電極膜の表面全体を覆うように耐エッチング層を形成して素子電極を形成するとともに、前記下部磁性層が埋没形成された下部電極用下地電極膜の表面全体を覆うように導電層を形成して前記下部電極を形成する工程と、
前記絶縁基板及び前記下部電極上に犠牲層を形成する工程と、
前記上部電極用下地電極膜上に前記片持ち梁構造部の基部が位置し、前記犠牲層の前記下部電極に対応する部分の上面に前記片持ち梁構造部の梁部の一部が位置するように前記片持ち梁構造部となる構造層を形成する工程と、
前記構造層において前記下部電極の前記下部磁性層とオーバラップする位置に、前記上部磁性層を有する上部磁性体部を形成する工程と、
前記犠牲層をエッチングにより除去する工程とを有することを特徴とする機構デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の機構デバイスの製造方法で製造されたことを特徴とする機構デバイス。
【請求項３】
前記絶縁基板の前記上部電極及び前記下部電極の形成面と反対側の面には、少なくとも２つの外部接続電極が形成されており、一方の外部接続電極は前記絶縁基板に形成された第１のスルーホールを介して前記上部電極と電気的に接続され、他方の外部接続電極は前記絶縁基板に形成された第２のスルーホールを介して前記下部電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２記載の機構デバイス。
【請求項４】
マイクロマシン技術を用いて形成された片持ち梁構造のデバイス素子を有する２枚の基板が、前記デバイス素子の形成面が対向するように向かい合わせて接合されており、
前記デバイス素子が、前記基板上に底面が接触する基部および該基部に支持された梁部を有する片持ち梁構造部と、該片持ち梁構造部の前記梁部上に形成された磁性体部とを有し、前記２枚の基板は、前記片持ち梁構造部の前記梁部同士が一定の間隔を持って相対向し、且つ前記磁性体部分同士がオーバラップするように接合されていることを特徴とする機構デバイス。
【請求項５】
前記２枚の基板は接合手段によって接合されており、該接合手段の厚みによって前記梁部同士が相対向する前記一定の間隔が調整されていることを特徴とする請求項４記載の機構デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロマシン技術を用いて製造される機構デバイスの製造方法及び機構デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の機構デバイスとして、例えば、片持ち梁構造を有し、磁気駆動により動作する機構デバイスがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の機構デバイスは、同文献の図１に示されているように、基板と、下部電極と、上部電極とから構成されている。上部電極は片持ち梁構造を成し、梁の先端部分には上部磁性層が形成されている。また、下部電極には下部磁性層が形成されている。そして、この機構デバイスを動作させるのに十分な磁力が付加されると、磁性材料で構成された上部磁性層と下部磁性層とに磁力が作用して両者が互いに引き寄せられ、これにより上部電極の片持ち梁の先端が下部電極に接触する。そして、前記磁力が除去されると、上部電極の片持ち梁自身の弾性によって非接触に戻るように動作し、スイッチ素子として機能するものである。
【０００３】
かかる構成の機構バイスは、同文献の図６及び図７に示されているように、基板上に下部電極用銅箔を形成した後、磁性層としてのニッケル層を形成し、さらにそのニッケル層の表面全体を導電層で覆うことにより下部電極を形成し、その後、犠牲層と片持ち梁構造部とを形成し、片持ち梁構造部の片持ち梁の先端部分にニッケル層及び導電層を形成して上部磁性体部を形成した後、犠牲層を取り除き、所望の機構デバイスを形成するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１１６９９公報（図１，図６，図７参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種の磁気駆動の機構デバイスは、上部磁性層と下部磁性層との間に磁気吸引力を発生させて駆動する機構上、上部磁性層と下部磁性層との間を接近して構成することが好ましく、このため、特許文献１の図１に示されているように、上部磁性層と下部磁性層とがオーバラップしている構造が望ましい。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されている製造方法では、以下の理由から実際には図１に示すようにオーバラップした構造には形成されない。すなわち、上記従来の素子形成プロセスの図６（ｂ）では、犠牲層において、下部磁性層の上方に位置する部分の厚みが、下部磁性層以外の部分の厚みより薄く形成され、犠牲層の上面が段差のない平面に形成されているように図示されているが、下部磁性層以外の部分の厚みと同様の厚さに形成される。したがって、犠牲層の上面の下部磁性層に対応する部分には、下部磁性層の厚みに相当する段差が形成される。このような段差があると、犠牲層の上に積層される片持ち梁構造部にも犠牲層の形状が転写され、片持ち梁構造部の片持ち梁の先端部分、すなわち、下部磁性層とオーバラップする部分に段差が形成されることになる。
【０００７】
このような段差は、片持ち梁部の構造として好ましくないことから、実際には、片持ち梁部に段差が形成されないように、下部電極の上方に位置する部分には片持ち梁部は形成されず、上部磁性層と下部磁性層とはオーバラップしない構造となっている。このため、磁気吸引力を十分作用させることができず、スイッチ素子に必要となる接点抵抗、高感度、動作領域といった特性が低下する問題があった。
【０００８】
本発明はこのような点を鑑みなされたもので、上部磁性層と下部磁性層とがオーバラップし、高い磁気吸引力を発生させて動作することが可能な機構デバイスの製造方法及びその製造方法で製造された機構デバイス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】
本発明に係る機構デバイスの製造方法は、絶縁基板と、絶縁基板上に形成され、下部磁性層を有する下部電極と、絶縁基板上にその基部が形成されるとともに、梁部の先端が下部電極と離間して対向するように形成された片持ち梁構造部を備え、梁部上に上部磁性層を有する上部電極とを備えた機構デバイスの製造方法であって、絶縁基板の表面に形成された下地電極膜上にレジストを塗布する工程と、フォトリソグラフィによりレジストに開口パターンを形成する工程と、絶縁基板表面の下地電極膜において開口パターンにより露呈された部分をエッチングにより除去して少なくとも下部電極用下地電極膜および上部電極用下地電極膜を有する配線パターンを形成する工程と、下部電極用下地電極膜内に下部磁性層を埋没形成するための凹部を形成する工程と、凹部内に下部磁性層を形成する工程と、上部電極用下地電極膜の表面全体を覆うように耐エッチング層を形成して素子電極を形成するとともに、下部磁性層が埋没形成された下部電極用下地電極膜の表面全体を覆うように導電層を形成して下部電極を形成する工程と、絶縁基板及び下部電極上に犠牲層を形成する工程と、上部電極用下地電極膜上に片持ち梁構造部の基部が位置し、犠牲層の下部電極に対応する部分の上面に片持ち梁構造部の梁部の一部が位置するように片持ち梁構造部となる構造層を形成する工程と、構造層において下部電極の下部磁性層とオーバラップする位置に、上部磁性層を有する上部磁性体部を形成する工程と、犠牲層をエッチングにより除去する工程とを有するものである。
【００１０】
また、本発明に係る機構デバイスは、マイクロマシン技術を用いて形成された片持ち梁構造のデバイス素子を有する２枚の基板が、デバイス素子の形成面が対向するように向かい合わせて接合され、デバイス素子は、基板上に底面が接触する基部および基部に支持された梁部を有する片持ち梁構造部と、片持ち梁構造部の梁部上に形成された磁性体部とを有し、２枚の基板は、片持ち梁構造部の梁部同士が一定の間隔を持って相対向し、且つ磁性体部分同士がオーバラップするように接合されたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、下地金属膜の磁性層形成部分を薄膜化した上で、その部分に磁性層を形成するようにしたため、下地金属膜内に磁性層が埋設した構造となり、下部電極の上面をほぼ段差のない平面状とすることができる。このため、その上に膜を積層していくことで形成される上部電極の梁部を段差のない平面状に形成することができる。したがって、梁部上に形成される磁性層を下部電極の磁性層の上方に形成できるため、上部電極の磁性層と下部電極の磁性層とを、所定のオーバラップを持たせた形状とすることができる。よって、磁気吸引力の高い機構デバイスを構成することができ、スイッチ素子に必要となる接点抵抗、高感度、動作領域といった特性の改善を図ることができる。
【００１２】
また、本発明によれば、各デバイス素子の磁性体部分同士がオーバラップした構造としたため、磁気吸引力の高い機構デバイスを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の機構デバイスパッケージの断面図、図２は、図１の機構デバイスパッケージの接続配線状態を示す図、図３は、機構デバイスの概略斜視図である。本発明はマイクロマシン機構デバイスの素子構造に関するものであるが、ここでは、具体的にスイッチ素子としての機構デバイスを例に説明する。
【００１４】
図１において、機構デバイスパッケージ１は、機構デバイス１０と、機構デバイス１０を保護する保護用ガラス基材７０とから構成され、両者が一体的に接合されてパッケージ化されている。
【００１５】
機構デバイス１０は、２個のスルーホール５０を有する素子形成ガラス基材１１と、この素子形成ガラス基材１１の一方の面上に形成された下部電極２０と、前記一方の面上に形成された上部電極３０とを備えており、素子形成ガラス基材１１の他方の面には、パッケージ１の電気信号の取り出しのための外部接続電極４０が２箇所に形成されている。２つの外部接続電極４０のうちの一方は、スルーホール５０を介して上部電極３０の素子電極６０と接合され、他方は、スルーホール５０を介して下部電極２０と電気的に接続されている。
【００１６】
素子形成ガラス基材１１は、ガラスで構成された絶縁基板で構成されており、素子形成ガラス基材１１上には、不要な部分が除去されて配線パターン化された下地金属膜１２が形成されている。そして、その配線パターン上に下部電極２０、上部電極３０が電気的に接続されている。
【００１７】
下部電極２０は、例えばニッケルで構成される磁性層２１の表面全体を導電層２２で覆った構成を有している。磁性層２１および導電層２２はそれぞれ以下に詳述する半導体プロセス（フォトリソグラフィ法）および電解メッキ法を用いて形成されており、導電層２２は金（接点材料）で構成されている。ここで、金は、腐食に強いことから、金で磁性層２１を覆うことにより磁性層２１の酸化を防止でき、また、導電層２２自身の酸化も防止できて、接触抵抗の上昇が防止されて初期の導電性を維持でき、接点性能の安定化を図ることが可能となっている。また、この導電層２２を構成する材料には、本発明の機構デバイス１０の製造時の最終工程（後述する）におけるウェットエッチングの際に、磁性層２１が浸食されないように保護する役割も必要とされていることから、その面からも、最終工程のウェットエッチングで用いるエッチング液（ここでは塩化第二鉄）に対して耐エッチング性を有する金が用いられている。
【００１８】
上部電極３０は、フォトリソグラフィ法および電解メッキ法を用いてそれぞれ形成された片持ち梁構造部３１と、磁性体部３２とを有している。片持ち梁構造部３１は、素子電極６０上にその底面が接触する基部３１ａと、該基部３１ａに支持された梁部３１ｂとで構成され、耐エッチング性を有する導電性材料（接点材料）で構成される。本例では、金を用いて形成するようにしている。ここで、接点材料として金を用いることにより、上述したように接点性能安定化を図ることが可能となる。また、金は硬度が低く柔軟性のある材料であることから、片持ち梁構造部３１を金で構成することにより、以下に詳述するが、梁部３１ｂを磁力によって下部電極２０側に引き寄せる際に、微少な磁力でも動作させることができ、よって、高感度のスイッチ機構を構成することが可能となる。
【００１９】
磁性体部３２は、例えばニッケルで構成された磁性層３２ａの表面全体を耐エッチング層３２ｂで覆った構成となっている。この磁性層３２ａおよび耐エッチング層３２ｂはそれぞれフォトリソグラフィ法および電解メッキ法を用いて形成されており、該耐エッチング層３２ｂは金で構成されている。耐エッチング層３２ｂに金を用いることにより、上述したように磁性層３２ａの酸化を防止でき、また、機構デバイス１０の製造時の最終工程（後述する）におけるウェットエッチングに際し、磁性層３２ａがエッチングされないように保護することができる。
【００２０】
このように構成された上部電極３０は、磁性層３２ａ部分が、下部電極２０の磁性層２１部分とオーバラップ（図１の符号１ａ部分）するように素子形成ガラス基材１１上に形成されており、この構成により、上部電極３０と下部電極２０との間に磁気吸引力を十分作用させることが可能となっている。
【００２１】
このように構成された機構デバイスパッケージ１は、素子形成ガラス基材１１に形成された外部接続電極４０が、プリント基板１００上の配線パターン１０１に接合手段（図示せず）により電気的に接続されている。また、プリント基板１００には、図２に示すように、回路構成要素１０２が電気的に接続されている。
【００２２】
次に、機構デバイス１０の動作について説明する。機構デバイス１０の動作は、基本的には従来技術と同様であり、機構デバイス１０に対して図２の矢印方向に磁界をかけると、この磁界の作用によって、上部電極３０の磁性層３２ａ及び下部電極２０の磁性層２１が磁化することとなる。この時、例えば、上部電極３０の磁性層３２ａの先端（図示右端）がＳ極に、下部電極２０の磁性層２１の先端（図示左端）がＮ極となる様に磁界を加えると、両磁性体間に磁気吸引力が働き、片持ち梁構造部３１の梁部３１ｂが下部電極２０に引き寄せられ、梁部３１ｂと下部電極２０が接触することとなる。この結果、機構デバイス１０が電気的に導通する。そして、２つの外部接続電極４０に電圧が印可されている場合には、この２つの外部接続電極４０間に電流が流れる。
【００２３】
ここで、本例の機構デバイス１０は、上部電極３０の磁性層３２ａと下部電極２０の磁性層２１とがオーバラップした構造であるため、両磁性層３２ａ，２１間に効率良く磁気吸引力が作用し、感度の高い機構デバイス１０となっている。
【００２４】
次に、磁界を除去すると、上部電極３０側の磁性層３２ａ及び下部電極２０の磁性層２１の磁化がなくなるので、両磁性層３２ａ，２１間に作用していた磁気吸引力もなくなる。この結果、上部電極３０の梁部３１ｂが自身の復元力により元の位置に戻り、機構デバイス１０が電気的に絶縁され、２つの外部接続電極４０間に電流が流れなくなる。
以上の様に、磁界によって機構デバイス１０がオン、オフ動作する。
【００２５】
ここで、本発明は、上部電極３０の磁性層３２ａと、下部電極２０の磁性層２１とがオーバラップする構造としたことに特徴を有するもので、以下、この構造の機構デバイスの製造方法について説明する。なお、本発明は、マイクロマシン技術を用いて製造されており、マイクロマシン技術には、ＩＣ、ＬＳＩなどの製作で用いられる半導体プロセス（フォトリソグラフィ法）および電解メッキ法を使用する。以下、その製造方法について詳細に説明する。
【００２６】
図４〜図８は、それぞれ本発明の実施の形態１の機構デバイスの製造方法の模式説明図である。以下、各図を順に説明する。なお、図４〜図７において、図の左側は図３のＡ−Ａ断面（素子電極部断面）のプロセスフローを示し、図の右側は図３のＢ−Ｂ断面（梁部断面）のプロセスフローを示している。以下では、図の右側に示す梁部断面のプロセスフローを中心に説明し、必要に応じて左側の素子電極部断面のフローについても説明する。
【００２７】
図４（Ａ）は、素子形成ガラス基材１１の一方の面全体に下地金属膜１２が形成され、その上に、レジスト８１が塗布された状態を示している。素子形成ガラス基材１１には、スルーホール５０が２箇所に形成されている。そして、スルーホール５０の表面と外部接続電極４０の形成部分には、スパッタリング、蒸着、あるいは無電界めっきといった手段により下地膜が形成され、その後、電界めっきにより厚膜化することで電気的に導通がとられ、スルーホール配線５１と外部接続電極４０とが形成されている。なお、下地金属膜１２は、スルーホール配線５１を介して外部接続電極４０と電気的に接続されている。
【００２８】
そして、このレジスト８１に、フォトリソグラフィを利用して下部電極２０、素子電極６０を形成するための開口パターン８１ａを形成する（図４（Ａ））。そして、この開口パターン８１ａをマスクとしてウェットエッチング（例えば塩化第二鉄）を行い、下地金属膜１２から余分な部分を除去し、配線パターン（下部電極２０及び素子電極６０となる部分のパターン）を形成する（図４（Ｂ））。
【００２９】
そして、レジスト８１を除去した後、再度、素子形成ガラス基材１１の表面全体にレジスト８２を塗布し、フォトリソグラフィを利用して、レジスト８２に下部電極２０の磁性層２１を形成するための開口パターン８２ａを形成する（図４（Ｃ））。次に、開口パターン８２ａをマスクとしてウェットエッチングを行い、下地金属膜１２から、下部電極２０の磁性体形成部分を所定の厚みを残して除去する（図４（Ｄ））。
【００３０】
次に、開口パターン８２ａ部分から露出した下地金属膜１２上に電解メッキ装置により例えばニッケルを積層して磁性層２１を形成する（図４（Ｅ））。ここでは、磁性層２１の表面の高さ位置が、その磁性層２１の周囲の下地金属膜１２の高さ位置を超えないように形成される。その後、レジスト８２を除去する（図４（Ｆ））。
【００３１】
そして、下部電極２０と素子電極６０を形成するためのレジストパターン８３をフォトリソグラフィを利用して形成する（図５（Ｇ））。そして、素子形成ガラス基材１１においてレジストパターン８３で覆われずに露出した部分の表面に電界メッキ装置により例えば金をメッキして導電層２２を形成する。この導電層２２により、下部電極２０形成部分の下地金属膜１２及び磁性層２１が被覆され、下部電極２０が形成される。また、同時に、素子電極６０となる下地金属膜１２部分が金メッキされ、素子電極６０が形成される（図５（Ｈ））。ここで、本実施の形態では、下部電極２０を形成するに際し、下地金属膜１２上にそのまま磁性層２１を形成するのではなく、下地金属膜１２を薄膜化した上で磁性層２１を形成するようにしたため、下地金属膜１２内に磁性層２１が埋没形成され、下部電極２０の上面をほぼ段差のない平面に形成することができる。
【００３２】
そして、レジスト８３を除去し（図５（Ｉ））、再度、素子形成ガラス基材１１の表面全体にレジスト８４を塗布し、フォトリソグラフィを利用して、レジスト８４に犠牲層８５形成用の開口パターン８４ａを形成する（図５（Ｊ））。
【００３３】
この開口パターン８４ａから露出した部分に、電解メッキ装置により例えばニッケルを積層して犠牲層８５を形成する（図５（Ｋ））。ここで、犠牲層８５の形成面の一部には導電層２２が形成されているため、犠牲層８５の表面（上面）には、導電層２２の厚み分の段差が形成されるが、この段差は無視できる程度のものであり、犠牲層８５の上面はほぼ段差のない平面状に形成される。
【００３４】
そして、レジスト８４を除去し（図５（Ｌ））、再度、素子形成ガラス基材１１の表面全体にレジスト８６を塗布し、レジスト８６に片持ち梁構造部３１（図１参照）の形成用の開口パターン８６ａを形成する（図６（Ｍ））。そして、この開口パターン８６ａ部分に電解メッキ装置により金を積層して素子形成ガラス基材１１および犠牲層８５上に片持ち梁構造部３１を形成する（図６（Ｎ））。ここで、本例では、犠牲層８５の上面をほぼ段差のない平面状に形成されるため、片持ち梁構造部３１の梁部２３１ｂも平面状に形成することができる。その後、レジスト８６を除去する（図６（Ｏ））。
【００３５】
そして、下部電極２０、犠牲層８５および片持ち梁構造部３１が形成された素子形成ガラス基材１１の表面全体にレジスト８７を塗布し、レジスト８７に、上部電極３０（図１参照）の磁性層３２ａ形成用の開口パターン８７ａを形成する（図６（Ｐ））。この開口パターン８７ａは、少なくとも一部が下部電極２０の磁性層２１とオーバラップするように形成される。そして、この開口パターン８７ａ部分に電解メッキ装置により例えばニッケルを積層して磁性層３２ａを形成する（図６（Ｑ））。これにより、磁性層３２ａと磁性層２１とがオーバラップする構造を得ることができる。その後、レジスト８７を除去する（図７（Ｒ））。
【００３６】
次に、下部電極２０、犠牲層８５、片持ち梁構造部３１および磁性層３２ａを含む素子形成ガラス基材１１の表面全体にレジスト８８を塗布し、レジスト８８に、磁性層３２ａの保護膜としての耐エッチング層３２ｂ形成用の開口パターン８８ａを形成する（フォトリソグラフィ工程）（図７（Ｓ））。そして、この開口パターン８８ａから露出した部分に電解メッキ装置により金を積層して耐エッチング層３２ｂを形成し、磁性層３２ａの表面全体を金でメッキした構成の磁性体部３２を形成する（図７（Ｔ））。そして、レジスト８８を除去する（図７（Ｕ））。
【００３７】
そして、最終工程として塩化第二鉄をエッチング液として用いてウェットエッチングを行う。これにより、犠牲層８５と、その下面に形成された下地金属膜１２部分とが選択的に除去される（図７（Ｖ））。すなわち、耐エッチング性を有する材料で形成された部分（片持ち梁構造部３１）及び同材料で覆われて形成された部分（素子電極６０、磁性体部３２、下部電極２０）を除いて選択的にエッチング除去される。その結果、機構デバイス１０が完成する。
【００３８】
以上のようにして、素子形成ガラス基材１１全面に機構デバイス１０を複数個同時に形成でき、素子形成基板が作成される。
【００３９】
次に、素子形成基板から機構デバイスパッケージを製造する工程について説明する。図８は、パッケージ形成のプロセスを示す図である。なお、図８には、素子形成基板全体ではなく一部を示している。
図８において、７０は、機構デバイス１０を保護するための保護用ガラス基材で、機構デバイス１０を収容するザグリ部７１を有している。機構デバイスパッケージ１を製造する際には、この保護用ガラス基材７０の素子形成ガラス基材１１との接合面に接着剤などの接合手段９０を塗布し、ザグリ部７１が素子形成ガラス基材１１上の機構デバイス１０と相対するように素子形成ガラス基材１１に向かい合わせ、所定の処理を行って保護用ガラス基材７０と素子形成ガラス基材１１とを接合固定する。その後、スクライブライン１３で切断する。これにより、個々に分離されて  機構デバイスパッケージ１が完成する。
【００４０】
このように、本実施の形態１の製造方法によれば、上記従来のように下地金属膜１２の上に磁性層２１を形成するのではなく、下地金属膜１２の磁性層２１形成部分を薄膜化した上で、その部分に磁性層２１を形成するようにしたため、下地金属膜１２内に磁性層２１を埋設した構造となり、下部電極２０の上面をほぼ段差のない平面状とすることができる。このため、その上に膜を積層していくことで形成される上部電極３０の梁部３１ｂを段差のない平面状に形成することができる。したがって、梁部３１ｂ上に形成される磁性層３２ａを下部電極２０の磁性層２１上方に形成できるため、前記磁性層３２ａと磁性層２１とを、所定のオーバラップを持たせた形状とすることができる。よって、磁気吸引力の高い機構デバイス１０を構成することができ、スイッチ素子に必要となる接点抵抗、高感度、動作領域といった特性の改善を図ることができる。
【００４１】
実施の形態２．
実施の形態２は、片持ち梁構造を有する機構デバイスの他の構成例を示すものである。
図９は、本発明の実施の形態２の機構デバイスパッケージの接続配線状態を示す図、図１０は、図９の機構デバイスを構成するデバイス素子の概略斜視図である。本発明はマイクロマシン機構デバイスの素子構造に関するものであるが、ここでは、具体的にスイッチ素子としての機構デバイスを例に説明する。
【００４２】
実施の形態２の機構デバイス２００は、片持ち梁構造を有する２個のデバイス素子２０１を相対向させて接合することにより構成されたものである。各デバイス素子２０１のそれぞれは、２個のスルーホール２５０を有する素子形成ガラス基材２１１と、この素子形成ガラス基材２１１の一方の面上に形成された片持ち梁構造部２３１と、片持ち梁構造部２３１に形成された磁性体部２３２と、接続用電極２３３とを有している。素子形成ガラス基材２１１の他方の面には、機構デバイス２００の電気信号の取り出しのための外部接続電極２４０が２箇所に形成されている。２つの外部接続電極２４０のうちの一方は、一方のスルーホール２５０を介して素子電極２６０と電気的に接続されている。また、他方の外部接続電極２４０は、他方のスルーホール２５０を介して接続用電極２３３と電気的に接続されている。
【００４３】
片持ち梁構造部２３１は、素子電極２６０上にその底面が接触する基部２３１ａと、該基部２３１ａに支持された梁部２３１ｂとで構成され、耐エッチング性を有する導電性材料である金（接点材料）で構成されている。本例では、金を用いて形成するようにしている。ここで、接点材料として金を用いることにより、接点性能安定化を図ることが可能となる。また、金は硬度が低く柔軟性のある材料であることから、片持ち梁構造部２３１を金で構成することにより、以下に詳述するが、梁部２３１ｂを磁力によって、もう一方のデバイス素子２０１側に引き寄せる際に、微少な磁力でも動作させることができ、よって、高感度のスイッチ機構を構成することが可能となる。
【００４４】
磁性体部２３２は、例えばニッケルで構成された磁性体２３２ａの表面全体を耐エッチング層２３２ｂで覆った構成となっている。この磁性体２３２ａおよび耐エッチング層２３２ｂはそれぞれフォトリソグラフィ法および電解メッキ法を用いて形成されており、耐エッチング層２３２ｂは金で構成されている。耐エッチング層２３２ｂに金を用いることにより、上述したように磁性体２３２ａの酸化を防止でき、また、機構デバイス２００の製造時の最終工程（後述する）におけるウェットエッチングに際し、磁性体２３２ａがエッチングされないように保護することができる。
【００４５】
接続用電極２３３は、例えばニッケルで構成された磁性体２３３ａを金属メッキ（本例では金メッキ）層２３３ｂで覆った構成の構造層を積層することにより形成されている。接続用電極２３３の表面は、もう一方のデバイス素子２０１との接合面となるもので、その接合面の高さ位置は、磁性体部２３２の高さ位置と略同じに形成されている。
【００４６】
図９の機構デバイス２００は、上記のように構成された２個のデバイス素子２０１を、片持ち梁構造部２３１同士が対向するように向かい合わせ、且つ磁性体２３２ａ同士が所定量オーバラップ（図９の符号２００ａ部分）するようにして接着剤などの接合手段２９０で接合したものである。以下では、説明の便宜上、図示上側のデバイス素子２０１を上部デバイス素子２０１ａ、図示下側のデバイス素子２０１を下部デバイス素子２０１ｂという。
【００４７】
このように構成された機構デバイス２００は、図９に示すように、下部デバイス素子２０１ｂの外部接続電極２４０が、プリント基板１００上の配線パターン１０１に接合手段により電気的に接続されている。また、プリント基板１００には、回路構成要素１０２が電気的に接続されている。
【００４８】
次に、機構デバイスの動作について説明する。
機構デバイス２００に対して図９の矢印方向に磁界をかけると、この磁界の作用によって、上部デバイス素子２０１ａの磁性体２３２ａ及び下部デバイス素子２０１ｂの磁性体２３２ａが磁化することとなる。この時、例えば、上部デバイス素子２０１ａの磁性体２３２ａの先端（図示左端）がＳ極に、下部デバイス素子２０１ｂの磁性体２３２ａの先端（図示右端）がＮ極となる様に磁界を加えると、両磁性体２３２ａ間に磁気吸引力が働き、上部デバイス素子２０１ａの梁部２３１ｂと下部デバイス素子２０１ｂの梁部２３１ｂとが互いに引き寄せられて接触する。この結果、機構デバイス２００が電気的に導通する。２つの外部接続電極２４０に電圧が印可されている場合、この２つの外部接続電極２４０間に電流が流れる。
【００４９】
ここで、本例の機構デバイス２００は、上部デバイス素子２０１ａ側の磁性体２３２ａと下部デバイス素子２０１ｂ側の磁性体２３２ａとがオーバラップしているため、両磁性体２３２ａ間に効率良く磁気吸引力を得ることができる。したがって、感度の高い機構デバイス２００を構成することができ、スイッチ素子に必要となる接点抵抗、高感度、動作領域といった特性の改善を図ることができる。
【００５０】
次に、磁界を除去すると、上部デバイス素子２０１ａの磁性体２３２ａと下部デバイス素子２０１ｂの磁性体２３２ａの磁化がなくなるので、両磁性体２３２ａ間に作用していた磁気吸引力もなくなる。この結果、上部デバイス素子２０１ａの梁部２３１ｂが自身の復元力により元の位置に戻り、機構デバイス２００が電気的に絶縁され、２つの外部接続電極２４０間に電流が流れなくなる。
以上の様に、磁界によって機構デバイス２００はオン、オフ動作する。
【００５１】
ここで、本発明は、上部デバイス素子２０１ａの磁性体２３２ａと下部デバイス素子２０１ｂの磁性体２３２ａとをオーバラップした構造とすることにより、磁気吸引力の高い機構デバイス２００を得るもので、以下、このような機構デバイスを構成するデバイス素子の製造方法について説明する。なお、本発明は、マイクロマシン技術を用いて製造されており、マイクロマシン技術には、ＩＣ、ＬＳＩなどの製作で用いられる半導体プロセス（フォトリソグラフィ法）および電解メッキ法を使用する。
【００５２】
図１１〜図１５は、それぞれ本発明の実施の形態２の機構デバイスの製造方法の模式説明図である。以下、各図を順に説明する。なお、図１１〜図１５において、図１１の左側は図１０のＡ−Ａ断面（素子電極部断面）のプロセスフローを示し、図の右側は図１のＢ−Ｂ断面（梁部断面）のプロセスフローを示している。以下では、図の右側に示す梁部断面のプロセスフローを中心に説明し、必要に応じて適宜図の左側の素子電極部断面のフローについても説明する。
【００５３】
図１１（Ａ）は、素子形成ガラス基材２１１の一方の面全体に、下地金属膜２１２が形成され、その上に、レジスト２８１が塗布された状態を示している。素子形成ガラス基材２１１には、スルーホール２５０が２箇所に形成されている。そして、スルーホール２５０の表面と外部接続電極２４０の形成部分には、スパッタリング、蒸着、あるいは無電界めっきといった手段により下地膜が形成され、その後、電界めっきにより厚膜化することで電気的に導通がとられ、スルーホール配線２５１と外部接続電極２４０とが形成されている。なお、下地金属膜２１２は、スルーホール配線２５１を介して外部接続電極２４０と電気的に接続されている。
【００５４】
そして、このレジスト２８１に、フォトリソグラフィを利用し、素子電極６０を形成するための開口パターン２８１ａを形成する（図１１（Ａ））。そして、この開口パターン８１ａをマスクとしてウェットエッチング（例えば塩化第二鉄）を行い、下地金属膜２１２から余分な部分を除去し、配線パターン（下部電極２０及び素子電極６０となる部分のパターン）を形成する（図１１（Ｂ））。そして、レジスト２８１を除去する（図１１（Ｃ））。
【００５５】
次に、素子電極２６０を形成するためのレジストパターン２８２をフォトリソグラフィを利用して形成する（図１１（Ｄ））。そして、素子形成ガラス基材２１１においてレジストパターン２８２で覆われずに露出した部分の表面に、電界メッキ装置により例えば金をメッキして導電層２２２を形成する。この導電層２２２により、下地金属膜２１２が被覆され、素子電極２６０が形成される（図１１（Ｅ））。そして、レジスト２８２を除去する（図１１（Ｆ））。
【００５６】
そして、再度、素子形成ガラス基材２１１の表面全体にレジスト２８３を塗布し、フォトリソグラフィを利用して、犠牲層形成用の開口パターン２８３ａ及び接続用電極２３３形成用の開口パターン２８３ｂを形成する（図１２（Ｇ））。
【００５７】
そして、開口パターン２８３ａ及び２８３ｂから露出した部分に、電解メッキ装置により例えばニッケルを積層して犠牲層２８５と接続用電極２３３の磁性体２３３ａ部分とを形成し（図１２（Ｈ））、その後、レジスト２８３を除去する（図１２（Ｉ））。そして、再度、素子形成ガラス基材２１１の表面全体にレジスト２８４を塗布し、フォトリソグラフィを利用して、片持ち梁構造部２３１（図９参照）を形成するための開口パターン２８４ａおよび接続用電極２３３の金メッキ層２３３ｂ形成用の開口パターン２８４ｂを形成する。そして、この開口パターン２８４ａ，２８４ｂで開口された部分に電解メッキ装置により金を積層して片持ち梁構造部２３１を形成するとともに、接続用電極２３３の金メッキ層２３３ｂ部分を形成する（図１３（Ｋ））。そして、レジスト２８４を除去する（図１３（Ｌ））。
【００５８】
次に、素子形成ガラス基材２１１の表面全体にレジスト２８６を塗布し、レジスト２８６に上部デバイス素子２０１ａの磁性体２３２ａ形成用の開口パターン２８６ａと、接続用電極２３３の磁性体２３３ａ形成用の開口パターン２８６ｂとを形成する（図１３（Ｍ））。そして、この開口パターン２８６ａ，２８６ｂ部分に電解メッキ装置により例えばニッケルを積層して磁性体２３２ａと接続用電極２３３の磁性体２３３ａとを形成する（図１３（Ｎ））。その後、レジスト２８６を除去する（図１４（Ｏ））。
【００５９】
そして、再度、素子形成ガラス基材２１１の表面全体にレジスト２８７を塗布し、レジスト２８７に、磁性体２３２ａの保護膜としての耐エッチング層２３２ｂ形成用の開口パターン２８７ａと、接続用電極２３３の金メッキ層２３３ｂ部分形成用の開口パターン２８７ｂとを形成する（図１４（Ｐ））。そして、この開口パターン２８７ａ，２８７ｂから露出した部分に電解メッキ装置により金を積層して磁性体２３２ａの表面に耐エッチング層２３２ｂを形成して磁性体部２３２を形成するとともに、接続用電極２３３の金メッキ層２３３ｂを形成する（図１４（Ｑ））。そして、レジスト２８７を除去する（図１４（Ｒ））。
【００６０】
そして、最終工程として塩化第二鉄をエッチング液として用いてウェットエッチングを行うことにより、犠牲層２８５と、その下面に形成された下地金属膜２１２部分とが選択的に除去される。その結果、デバイス素子２０１が完成する（図１５（Ｓ））。そして、接続用電極２３３の表面に例えば接着剤などの接合手段２９０を塗布する（図１５（Ｔ））。このように、接合手段２９０を塗布したデバイス素子２０１を２つ用意し、各片持ち梁構造部２３１同士が対向するように向かい合わせ、且つ磁性体２３２ａ同士を所定量オーバラップさせ（図１５（Ｕ））、その状態で接着剤などの接合手段２９０で接合することにより、図９に示す機構デバイス２００が完成する。その後のパッケージ化は実施の形態１と同様の手段、手法により実施できる。
【００６１】
このように、本実施の形態２によれば、各デバイス素子２０１の磁性体２３２ａがオーバラップした構造としたため、磁気吸引力の高い機構デバイス２００を形成することができる。また、接合手段２９０の厚みによって、接点間のギャップ（上部デバイス素子２０１ａの磁性体部２３２と下部デバイス素子２０１ｂの磁性体部２３２部との間の距離）を簡単に調整することができる。
【００６２】
本発明において、使用する基板はガラス基板に限定されず、素子の材質もこれを限定するものではなく、本発明の目的である、磁性体をオーバラップさせて、磁気吸引力の低減を抑える構造、形態、構成であれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態１の機構デバイスパッケージの断面図である。
【図２】図１の機構デバイスパッケージの接続配線状態を示す図である。
【図３】図１の機構デバイスの概略斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１の機構デバイスの製造方法の模式説明図である。
【図５】図４に続く機構デバイスの製造方法の模式説明図である。
【図６】図５に続く機構デバイスの製造方法の模式説明図である。
【図７】図６に続く機構デバイスの製造方法の模式説明図である。
【図８】パッケージ形成のプロセスを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２の機構デバイスパッケージの接続配線状態を示す図である。
【図１０】図９の機構デバイスを構成するデバイス素子の概略斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の機構デバイスの製造方法の模式説明図である。
【図１２】図１１に続く機構デバイスの製造方法の模式説明図である。
【図１３】図１２に続く機構デバイスの製造方法の模式説明図である。
【図１４】図１３に続く機構デバイスの製造方法の模式説明図である。
【図１５】図１４に続く機構デバイスの製造方法の模式説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  機構デバイスパッケージ
１０  機構デバイス
１１  素子形成ガラス基材
１２  下地金属膜
２０  下部電極
２１  磁性層
２２  導電層
３０  上部電極
３１  片持ち梁構造部
３１ａ  基部
３１ｂ  梁部
３２  磁性体部
３２ａ  磁性体
３２ｂ  耐エッチング層
４０  外部接続電極
５０  スルーホール
６０  素子電極
８５  犠牲層
９０  接合手段
２００  機構デバイス
２０１  デバイス素子
２１１  素子形成ガラス基材
２１２  下地金属膜
２２２  導電層
２３１  片持ち梁構造部
２３１ａ  基部
２３１ｂ  梁部
２３２  磁性体部
２３２ａ  磁性体
２３２ｂ  耐エッチング層
２４０  外部接続電極
２５０  スルーホール
２６０  素子電極
２７０  接合手段
２８５  犠牲層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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