(57)【要約】【課題】コア部の磁路長を大きくすること無く、また、コイルの断面積を小さくすること無く、コイルのターン数を大きくし、コア部に流れる磁束密度を大きくできるマイクロコイル等のコイルである。【解決手段】基板１１と、基板１１に対してほぼ平行に延びるコア部１２を複数回周回して基板１１に対してほぼ垂直に立ったコイル１３とを具備したコイルである。コイル１３は、コア部１２を複数回周回してスパイラルな構造を成す複数のスパイラル領域を有し、隣接するスパイラル領域同士が接続配線で接続されることで全体として一本の連続したコイルとなっている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板に対してほぼ平行に延びるコア部を複数回周回して該基板に対してほぼ垂直に立ったコイル部とを具備したコイルであって、該コイル部の少なくとも一部は、該コア部を複数回周回してスパイラルな構造を成す複数のスパイラル領域を有し、隣接する該スパイラル領域同士が接続配線で接続されることで全体として一本の連続したコイルを形成していることを特徴とするコイル。
【請求項２】
トロイダル型のマイクロコイルとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル。
【請求項３】
隣接する前記スパイラル領域の内周側同士を接続する内周接続配線と、外周側同士を接続する外周接続配線とを有し、複数の連続した該スパイラル領域においては該内周接続配線と該外周接続配線とが交互に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のコイル。
【請求項４】
前記スパイラル領域は、前記基板上に互いに絶縁層を介して積層され、かつ、互いに電気的に接続された複数の導電材料層を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のコイル。
【請求項５】
前記内周接続配線が、基板面に対してほぼ平行な前記コア部と同一の層に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のコイル。
【請求項６】
前記内周接続配線が、前記コア部と同一の材料よりなることを特徴とする請求項５に記載のコイル。
【請求項７】
前記外周接続配線が、前記導電材料層の何れかと同一の層に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のコイル。
【請求項８】
前記内周接続配線が、前記導電材料層の何れかと同一の層に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のコイル。
【請求項９】
前記コイル部の少なくとも一部において、４つの連続した前記スパイラル領域で４ｎ−１回（ｎは２以上の自然数）周回されていることを特徴とする請求項８に記載のコイル。
【請求項１０】
前記導電材料層は、前記コア部の磁束方向の配線幅が部分的に変化することを特徴とする請求項４に記載のコイル。
【請求項１１】
前記スパイラル領域が、基板面と垂直方向にｎ回（ｎは２以上の自然数）重ねられた前記導電材料層と、基板面と水平方向にｎ回重ねられた前記導電材料層とを具備していることを特徴とする請求項４に記載のコイル。
【請求項１２】
基板面と垂直方向にｎ回重ねられた前記導電材料層の前記コア部の磁束方向の配線幅は、基板面と水平方向にｎ回重ねられた前記導電材料層の前記コア部の磁束方向の配線幅のｎ倍以上であることを特徴とする請求項１１に記載のコイル。
【請求項１３】
基板面と水平方向にｎ回重ねられた前記導電材料層は、前記基板に形成された溝部に埋め込まれていることを特徴とする請求項１１に記載のコイル。
【請求項１４】
請求項４乃至１３の何れかに記載のコイルの製造方法であって、前記基板上に樹脂モールドを形成し、該樹脂モールドに導電材料を充填することにより前記導電材料層の少なくとも一部を作製することを特徴とするコイルの製造方法。
【請求項１５】
請求項４乃至１３の何れかに記載のコイルの製造方法であって、前記基板に溝部を形成し、該溝部に導電材料を充填することにより前記導電材料層の少なくとも一部を作製することを特徴とするコイルの製造方法。
【請求項１６】
前記溝部を高密度プラズマを用いたドライエッチングにより形成することを特徴とする請求項１５に記載のコイルの製造方法。
【請求項１７】
前記溝部を結晶異方性エッチングにより形成することを特徴とする請求項１５に記載のコイルの製造方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１３の何れかに記載のコイルにおいて、１つの前記コア部に対して前記コイル部を２つ以上具備して構成されていることを特徴とするコイル。
【請求項１９】
請求項１乃至１３の何れかに記載のコイルにおいて、前記コア部が２つの磁極を有する様に構成されていることを特徴とするコイル。
【請求項２０】
請求項１９に記載のコイル、及び、前記磁極の近くに配設された磁性体を有する可動部材を具備していることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２１】
該可動部材は支持基板にねじれ回転可能に支持されていることを特徴とする請求項２０に記載の電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成されるトロイダル型電磁マイクロコイルなどのコイル、その製法等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロメカニクス技術を用いたマイクロアクチュエータの開発が盛んである。その駆動手段としては、静電駆動、圧電駆動、電磁駆動等がある。このうち、電磁駆動に用いられる電磁コイルとしては、基板上に渦巻状に形成されたスパイラル型のコイルや、基板上の磁性体コアを周回するトロイダル型のコイルがある。こうしたマイクロアクチュエータに対しては、コストダウンやモバイル機器等への需要に伴い、小型化・大出力の要請が強くなってきている。
【０００３】
基板上に形成するトロイダル型コイルの例としては、図１３に示すトロイダル型コイルを用いた変圧器（米国特許第５，７９３，２７２号明細書）や、ＵＶリガプロセスを用いて作製したトロイダル型コイル（Ｔｈｅ　８ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ　Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，　Ｅｕｒｏｓｅｎｓｏｒｓ　ＩＸ　ｐｐ２６４−２６７）がある。これらの技術によれば、基板上に樹脂モールドとメッキを組み合わせてコイルを作製することにより、アスペクト比の高い配線を形成できるため、配線の断面積を大きくでき、コイルにおいては電流を大きく流せるようになった。
【０００４】
一方、トロイダル型のコイルの作用を大きくするには、コアを流れる磁束を大きくする必要がある。そのためには、コアの磁路長を大きくし、コイルのターン数を大きくすることが要求される。また、大きな電流を流せるコイルの断面積が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、充分な断面積を保ったまま単位長さあたりのターン数を大きくする為には、配線の幅を小さく、かつ、高さを大きくしなくてはならないが、フォトリソグラフィー技術で加工できるアスペクト比には限界がある。
【０００６】
本発明は上記観点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コア部の磁路長を大きくすること無く、また、コイル部の断面積を小さくすること無く、コイル部のターン数を大きくし、コア部に流れる磁束密度を大きくできるマイクロコイル等のコイル、及びその製法を提供することにある。また、小型で出力を大きくできる電磁アクチュエータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のコイルは、基板と、基板に対してほぼ平行に延びるコア部を複数回周回して基板に対してほぼ垂直に立ったコイル部とを具備したコイルであって、コイル部の少なくとも一部は、コア部を複数回周回してスパイラルな構造を成す複数のスパイラル領域を有し、隣接するスパイラル領域同士が接続配線で接続されることで全体として一本の連続したコイルを形成していることを特徴とする。これにより、コア部（磁性体、絶縁体、空間などから成る）に対して単純なトロイダルコイルを周回させた時と比較してターン数を小さくすること無く磁路長を小さくでき、同じコイル電流に対する磁束密度を大きくすることができる。この構成ではコイル各部を基板の近くに持って来られるから、放熱性に優れた基板を用いて放熱性に優れたコイルを容易に実現できる。また、コイルからの作用力を基板にほぼ平行な方向に発生できるので、基板上のデバイスに作用を及ぼすのに都合が良い。コイルは、典型的には、半導体プロセスの如きマイクロマシーニング技術で作製される後述の実施例で示す様なサイズのマイクロコイルとして構成されたり、コア部がほぼ閉じた形態のトロイダルコイルとして構成される。
【０００８】
上記基本構成に基づいて、以下の如き態様が可能である。
隣接するスパイラル領域の内周側同士を接続する内周接続配線と、外周側同士を接続する外周接続配線とを有し、複数の連続したスパイラル領域においては内周接続配線と外周接続配線とが交互に配置される様にできる。これにより、隣接するスパイラル領域同士のスペース幅を最小限に押さえられ、結果として単位長さあたりのターン数を大きくすることができる。この場合、隣接するスパイラル領域の巻き方を逆にすることにより（すなわち、同一方向から見て、内側から外側の配線に進む渦巻き方向が、隣接するスパイラル領域間で互いに逆方向になっている）、双方で発生する磁界を同一方向に揃えることが可能である。反対に、例えば、１つのスパイラル領域の外周から隣接スパイラル領域の内周へ接続する場合は、スペース領域に接続配線の幅分の余分な領域が増加して、単位長さあたりのターン数が小さくなる。
【０００９】
スパイラル領域は、基板上に互いに絶縁層を介して積層され、かつ、互いに電気的に接続された複数の導電材料層を含む様にできる。この態様により、容易に、コア部に対して単純なトロイダルコイルを周回させた時と比較してターン数を小さくすること無く磁路長を小さくでき、同じコイル電流に対する磁束密度を大きくできる。
【００１０】
内周接続配線が、基板面に対してほぼ平行なコア部と同一の層に形成されている構成にできる。この構成により、内周接続配線の作製工程をコア部の作製工程に付随して行うことができるため、工程の簡略化によりコストダウンできる。また、内周接続配線とコア部とを同一の材料にて作製することにより、これらの作製工程を完全に同一工程にできるため、さらに工程の簡略化ができ、コストダウンをすることができる。
【００１１】
外周接続配線または内周接続配線が、導電材料層の何れかと同一の層に形成された構成にもできる。この構成により、外周接続配線または内周接続配線の作製工程と、スパイラル領域を構成する何れかの導電材料層の作製工程とを完全に同一工程にできるため、工程の簡略化ができ、コストダウンをすることができる。コイル全体で、内周接続配線が導電材料層の何れかと同一の層で構成される具体的な例としては、４つの連続したスパイラル領域（４辺形状の断面を持つ）で４ｎ−１回（ｎは２以上の自然数）周回される構成がある。
【００１２】
コア部の磁束方向の導電材料層の配線幅が部分的に変化する構成にもできる。これは、異なるレベルにある導電材料層により製法が異なる場合に有効である。コイル部の断面を構成する配線幅（前記コアの磁束方向の配線幅）に対する高さ（基板に垂直な方向）の比（アスペクト比）が大きいほど、コア部の磁路長に対してターン数を大きくできる。しかし、アスペクト比は製法により限度があり、導電材料層によっては採用できる製法が異なる場合もある。このような場合、それぞれの配線の断面積を均一にしながら、アスペクト比を大きくできない導電材料層では基板面と垂直方向に配線を重ね、アスペクト比を大きくできる導電材料層では基板面と水平方向に配線を重ねることにより、単位磁路長あたりのターン数を変えずに導電材料層の数を小さくすることができる。この結果、工程の簡略化ができ、コストダウンが可能となる。具体的には、スパイラル領域が、基板面と垂直方向にｎ回（ｎは２以上の自然数）重ねられた導電材料層と、基板面と水平方向にｎ回重ねられた導電材料層とを具備したり、基板面と垂直方向にｎ回重ねられた導電材料層のコア部の磁束方向の配線幅は、基板面と水平方向にｎ回重ねられた導電材料層のコア部の磁束方向の配線幅のｎ倍以上である様にできる。基板面と水平方向にｎ回重ねられた導電材料層は、基板に形成された溝部に埋め込まれている様にできる。これにより、より放熱性に優れたコイルを構成できる。
【００１３】
また、上記目的を達成する本発明の上記コイルの製造方法は、基板上に樹脂モールドを形成し、樹脂モールドに導電材料を充填することにより前記導電材料層の少なくとも一部を作製することを特徴とする。この様に、導電材料層やコア部の形成方法としては、フォトリソグラフィーやレーザー加工等の手法を用いて基板上にアスペクト比の高い溝を有する樹脂モールドを形成し、これにメッキ法等を用いて導電材料層やコア部を形成する方法が適している。樹脂モールドの材料としては、エポキシ系、アクリル系、ベンゾシクロブテンなどの樹脂材料が用いられる。特に、化学増幅型の感光性を有する材料は、フォトリソグラフィーによりアスペクト比の高い溝が高密度で形成できるので有利である。
【００１４】
また、上記目的を達成する本発明の上記コイルの製造方法は、基板に溝部を形成し、溝部に導電材料を充填することにより前記導電材料層の少なくとも一部を作製することを特徴とする。この様に、アスペクト比を大きくできる導電材料層の加工方法としては、高密度プラズマを用いたドライエッチングや、結晶異方性エッチングなどを用いて基板にアスペクト比の大きい溝を形成し、ここに導電材料層を充填する方法が挙げられる。
【００１５】
また、上記目的を達成する本発明の変圧器用等のコイルは、上記のコイルの構成において、１つのコア部に対して前記コイル部を２つ以上具備して構成されていることを特徴とする。上記の如く高効率化、小サイズ化を可能とする基板上に作製されたトロイダル型のマイクロコイル等のコイルは、コイルに備わるインダクダンスを利用したインダクタを構成できるが、１つのコア部に対してコイル部を２つ以上具備することにより、変圧器などを構成することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成する本発明のコイルは、上記のコイルの構成において、コア部が２つの磁極を有する様に構成されていることを特徴とする。このコイルと、コア部の磁極の近くに配設された磁性体を有する可動部材を具備することで、電磁アクチュエータを構成することができる。特に、支持基板にねじれ回転可能に支持された可動部材を用いることにより、マイクロ光スキャナ等を構成できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を明らかにすべく、具体的な実施例を用いて図面に沿って説明する。
【００１８】
＜実施例１＞
本実施例は、本発明によるマイクロコイルの第１の態様である。本実施例によるマイクロコイル１０は、図１に示す様に、ガラスよりなる基板１１上に形成された磁性体コア１２、磁性体コア１２を周回するコイル１３、コイル１３に電圧を印加する為の２つの電極パッド１４を有している。コイル１３は磁性体コア１２を複数回周回し、全体として一本の配線をなしている。
【００１９】
図２は本実施例のマイクロコイル１０の一部を取り出して示したものである。コア１２を２回周回するスパイラル領域１７が２組で、１つの繰り返しユニット１８を構成している。繰り返しユニット１８が繰り返されることにより、連続した配線よりなるコイル１３が構成される。
【００２０】
図３はコイル１３の配線方法を説明する為に、コイル１３の一部のみを示した図である。コイル１３は、磁性体コア１２の下部に絶縁層（不図示）を介して積層された第１下配線層２１と第２下配線層２３、磁性体コア１２の上部に絶縁層（不図示）を介して積層された第１上配線層２６と第２上配線層２８、さらに上部と下部の対応する配線層同士を接続する側部配線２０を有する。隣接するスパイラル領域１７同士は、内周同士を接続する内周接続配線１５または外周同士を接続する外周接続配線１６を介して接続される。複数の連続したスパイラル領域１７においては、内周接続配線１５と外周接続配線１６とが交互に現れる構造となっている。本実施例では、繰り返しユニット１８を構成する２組のスパイラル領域１７は外周接続配線１６を介して接続され、隣接する繰り返しユニット１８同士は内周接続配線１５を介して接続される。
【００２１】
図４は、本実施例によるコイル１３の一部の配置およびマイクロコイル１０の断面を示した図である。コイル１３中の電流の流れを側部配線２０に示された数字を辿って説明する（ここでは、図３の左側から右側へと電流が流れる場合を説明する）。まず、内周接続配線１５を介してＡ−Ａ’断面で示されるスパイラル領域１７の１から内周に入り、第２下配線層２３を通って２を経由し、第１上配線層２６を通って３で外周に至る。次に、３から第１下配線層２１を通って４を経由し、第２上配線層２８を通って外周接続配線１６から、Ｂ−Ｂ’断面で示される隣のスパイラル領域１７に入る。Ｂ−Ｂ’断面においては、まず外周の５から第１下配線層２１を通って６を経由し、第２上配線層２８を通って７で内周に至る。次に、７から第２下配線層２３を通って８を経由し、第１上配線層２６を通って内周接続配線１５に至る。この後、内周接続配線１５を経て、隣接する繰り返しユニット１８のスパイラル領域１７へ接続される。
【００２２】
本実施例において、コイル１３を構成する各配線層の配線幅（コア１２の伸長方向の幅）は３０μｍ、配線高さ（基板１１に垂直な方向の高さ）は２０μｍ、互いに隣接するスパイラル領域１７の間隔は３０μｍである。側部配線２０は、高さ（基板１１に垂直な方向の高さ）が６０〜９０μｍ、高さ方向の断面積（基板１１に平行な断面の面積）が約１５００μｍ２である。磁性体コア１２の厚さは５０μｍ、幅は１〜２ｍｍ、磁路長は約５ｍｍである。磁性体コア１２を周回するコイル１３の総ターン数は約１２０ターンである。各配線層間および配線層と磁性体コア１２の間の絶縁層厚さは約５μｍである。また、基板１１の大きさは約４ｍｍ×４ｍｍである。
【００２３】
本実施例においては、１つのスパイラル領域１７で磁性体コア１２を２周する構造であるが、同様な態様で、１つの重複部分で３周以上する構造も可能である。
【００２４】
次に、本実施例によるマイクロコイルの作製方法を図５を用いて説明する。
まず、ガラスよりなる基板１１に、コイルの上から見たパターンに応じて厚さ２０μｍの第１下配線層２１を複数形成する（図５（ａ）参照）。第１下配線層２１の形成方法は、まず金とチタンよりなるシード電極（不図示）を厚さ１００ｎｍ成膜する。次に、厚さ３０μｍの樹脂モールド（不図示）を形成し、厚さ２０μｍの銅の電気メッキを行い、その後、樹脂モールドと不要なシード電極をエッチングにより除去する。樹脂モールドは、感光性を有するアクリル樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーの手法によりパターニングして第１下配線部分の樹脂を除去することにより形成する。樹脂モールドの材料としては、アクリル樹脂のほかに、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリイミド等を用いることができる。これらの樹脂は、フォトリソグラフィーの手法を用いられる感光性を有するのが望ましい。また、樹脂モールドは樹脂層を形成した後にレーザ加工によりパターン形成を行っても良い。また、配線層の形成は、電気メッキのほかに、無電解メッキや真空蒸着等を用いることも可能である。また、配線層を成膜した後に、研磨により配線層の平坦化を行っても良い。
【００２５】
次に、厚さ５μｍの第１下絶縁層２２を形成する（図５（ａ）参照）。第１下絶縁層２２は、第１下配線層２１上に感光性を有するエポキシ樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーの手法によりパターニングして側部配線部分の樹脂を除去し、熱処理することにより形成する。絶縁層の材料としてはエポキシ樹脂のほかに、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン、環化ゴム、ポリイミド等を用いることができる。これらの樹脂も、フォトリソグラフィーの手法を用いられる感光性を有するのが望ましい。また、後工程における樹脂モールドを除去する工程で絶縁層２２が影響を受けないことが必要である。このため、樹脂モールドより耐薬品性の優れた材料を用いることが望ましい。熱処理の条件により絶縁層２２の耐薬品性を向上させることも有効である。
【００２６】
次に、第１下配線層２１と同様の手法を用いて、第１下絶縁層２２上に第２下配線層２３を形成する（図５（ａ）参照）。続いて、第１下絶縁層２２と同様の手法を用いて、第２下配線層２３上に第２下絶縁層２４を形成する。
【００２７】
次に、第２下絶縁層２４上に、磁性体コア１２及び内周接続配線１５を形成する（図５（ｂ）参照）。磁性体コア１２及び内周接続配線１５の形成方法は、まずパーマロイよりなるシード電極（不図示）をスパッタリング法にて厚さ１００ｎｍ成膜する。次に、厚さ７０μｍの樹脂モールド（不図示）を形成し、パーマロイを電気メッキにより５０μｍ形成し、その後、樹脂モールドと不要なシード電極をエッチングにより除去する。樹脂モールドは、感光性を有するアクリル樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーの手法によりパターニングしてコア部分と配線部分の樹脂を除去することにより形成する。樹脂モールドの材料としては、アクリル樹脂のほかに、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン等を用いられる。これらの樹脂も、フォトリソグラフィーの手法を用いることのできる感光性を有するのが望ましい。
【００２８】
本実施例においては、磁性体コア１２と内周接続配線１５とを同一のプロセスにて同一の材料で形成することによりプロセスを簡略化したが、磁性体コア１２と内周接続配線１５とを別々の工程で順次作製しても良い。また、後の側部配線２０を形成する工程にて内周接続配線１５を作製しても良い。本実施例においては、メッキ法にて磁性体コア１２を形成したが、所望の形状に磁性体材料を加工した部材を第２下絶縁層２４上に接着して、磁性体コアを形成しても良い。
【００２９】
次に、第１下絶縁層２２と同様の手法により第１上絶縁層２５を形成する（図５（ｃ）参照）。第１上絶縁層２５の表面は、基板１１の表面から約１００μｍの高さである。厚さ１００μｍの絶縁層を形成するには、コア１２や配線層による凹凸を吸収して表面が平坦化できる材料を選択する必要があり、そのような材料としては、フォトリソグラフィーにより高アスペクト比構造が作製可能なエポキシ系やアクリル系の化学増幅型レジストが有利である。また、エキシマレーザ等を用いて、樹脂に高アスペクト比構造を作製する方法も用いられる。
【００３０】
次に、Ｃｕの無電解メッキにより側部配線２０の下部を形成する（図５（ｄ）参照）。続いて、第１下配線層２１および第１下絶縁層２２と同様の手法を用いて、第１上絶縁層２５上に、第１上配線層２６及び第２上絶縁層２７を形成する（図５（ｄ）参照）。
【００３１】
次に、Ｃｕの無電解メッキにより側部配線２０の上部を形成する。そして最後に、第１下配線層２１と同様の手法を用いて、第２上配線層２８および外周接続配線１６を形成する（図５（ｅ）参照）。上記の説明ではスパイラル領域の作製のみを説明したが、同時にスパイラル領域間の接続領域では、コア１２、接続配線１５、１６、絶縁層が適宜のパターニング等により作製される。
【００３２】
本実施例のように、基板１１上に形成された磁性体コア１２に対してコイル１３を、コア伸長方向に関する同一の位置にて複数回（本実施例では２回）周回させることにより、限られた基板面積の中で、コイルに必要な配線断面積を保持しながらコイル１３のターン数を大きくすることができた。これにより、小型で磁束密度の大きいマイクロコイルを実現できた。
【００３３】
＜実施例２＞
本実施例は、本発明によるマイクロコイルの第２の態様である。本実施例によるマイクロコイル１０は、実施例１と同様に、ガラスよりなる基板１１上に形成された磁性体コア１２、磁性体コア１２を周回するコイル１３、コイル１３に電圧を印加する為の２つの電極パッド１４を有しており、コイル１３は磁性体コア１２を複数回周回し全体として一本の配線をなしている。
【００３４】
図６は、本実施例によるコイル１３の繰り返しユニット１８を示した図である。本実施例の繰り返しユニット１８は４つの連続したスパイラル領域１７で構成され、１つの繰り返しユニット１８で磁性体コア１２を７周する構造となっている。本実施例と同様の構成で、１つのスパイラル領域１７の周回数を増すことにより、４つの連続したスパイラル領域１７で磁性体コア１２を４ｎ−１周（ｎは２以上の自然数）する構造も可能である（“４”はスパイラル形状が４辺形であるところから来る）。本実施例の構造では、内周接続配線１５は、第２下配線層２３か第１上配線層２６の何れかと同一の層に形成することが可能である。作製方法は、実施例１の図５で示される作製方法とほぼ同様であるが、本実施例の構造によれば、内周接続配線１５は、第２下配線層２３か第１上配線層２６の何れかを形成する工程で作製することが可能である。
【００３５】
本実施例によれば、実施例１と比較すると、単位長さあたりのコイル巻き数が小さいが、従来のマイクロコイルと比較すると小型で磁束密度の大きいマイクロコイルを実現できる。また、実施例１と比較して、作製工程を短縮し、コストを削減できる。
【００３６】
＜実施例３＞
本実施例は、本発明によるマイクロコイルの第３の態様である。本実施例によるマイクロコイル１０は、実施例１と同様に、ガラスよりなる基板１１上に形成された磁性体コア１２、磁性体コア１２を周回するコイル１３、コイル１３に電圧を印加する為の２つの電極パッド１４を有しており、コイル１３は磁性体コア１２を複数回周回し全体として一本の配線をなしている。本実施例では、基板を加工してアスペクト比の高い下配線構造を作製することにより、コイルの断面積を小さくせずに実施例１の方法では困難であった比較的大きな配線密度を部分的に実現し、これにより製造工程を短縮した。
【００３７】
本実施例は、また、部分的に配線幅（前記コアの磁束方向の配線幅）が変化することを特徴としている。すなわち、スパイラル領域１７が、基板面と垂直方向に２回重ねられた導電材料層と、基板面と水平方向に２回重ねられた導電材料層とを具備し（この水平方向に２回重ねられた導電材料層の構造が製造工程の短縮に寄与する）、基板面と垂直方向に２回重ねられた前記導電材料層の配線幅は、基板面と水平方向に２回重ねられた前記導電材料層の配線幅の２倍以上であることを特徴としている。
【００３８】
図７は、本実施例によるコイル１３の繰り返しユニット１８を示した図、図８は、図７を上下方向に２つに分解した図である。本実施例のコイル１３では、磁性体コア１２を２周するスパイラル領域１７が２つ連続して１つの繰り返しユニット１８を構成している。繰り返しユニット１８が繰り返されることにより、連続した配線よりなるコイル１３が構成される。１つのスパイラル領域１７においては、磁性体コア１２の上部で第１上配線層２６と第２上配線層２８とが基板面と水平方向に関して重なっており（即ち、基板面と垂直方向に２回重ねられている）、磁性体コア１２の下部で２つの下配線層３１が基板面と垂直方向に関して重なっている（即ち、基板面と水平方向に２回重ねられている）。それぞれの配線層及び磁性体コア１２は絶縁層を挟んで積層されている。さらに、上部と下部の配線層同士を接続する側部配線２０を有する。隣接するスパイラル領域１７同士は、内周同士を接続する内周接続配線１５または外周同士を接続する外周接続配線１６を介して接続される。複数の連続したスパイラル領域１７においては、内周接続配線１５と外周接続配線１６とが交互に現れる構造となっている。
【００３９】
図９は、本実施例によるコイル１３の一部の配置およびマイクロコイル１０の断面を示した図である。コイル１３中の電流の流れを側部配線２０に示された数字を辿って説明する（ここでは、図７の左側から右側へと電流が流れる場合を説明する）。まず、内周接続配線１５を介してＡ−Ａ’断面で示されるスパイラル領域１７の１から内周に入り、下配線層３１ａを通って２を経由し、第１上配線層２６を通って、３で隣接する下配線層３１ｂに至る。次に、４を経由し、第２上配線層２８を通って、外周接続配線１６からＢ−Ｂ’断面で示される隣のスパイラル領域１７に入る。Ｂ−Ｂ’断面においては、まず外周の５から下配線層３１ｃを通って６を経由し、第２上配線層２８を通って、７で隣接する下配線層３１ｄに至る。次に、８を経由し、第１上配線層２６を通って内周接続配線１５に至る。この後、内周接続配線１５を経て、隣接する繰り返しユニット１８のスパイラル領域１７へ接続される。
【００４０】
本実施例において、下配線層３１の配線幅は１２μｍ、配線高さは５０μｍである。第１上配線層２６および第２上配線層２８の配線幅は３０μｍ、配線高さは２０μｍである。互いに隣接するスパイラル領域１７の間隔は３０μｍである。側部配線２０は、高さが６０〜９０μｍ、高さ方向の断面積が約１５００μｍ２である。磁性体コア１２の厚さは５０μｍ、幅は１〜２ｍｍ、磁路長は約５ｍｍである。磁性体コア１２を周回するコイル１３の総ターン数は約１２０ターンである。各配線層間および配線層と磁性体コア１２の間の絶縁層厚さは、約２〜５μｍである。
【００４１】
本実施例によるマイクロコイル１０の作製方法を図１０を用いて説明する。
まず、シリコンよりなる基板１１を、フォトリソグラフィー及びＣ４Ｆ８ガスとＳＦ６ガスを用いた高密度プラズマドライエッチングにより加工して、後に下配線層３１となる部分に幅１２μｍ、深さ５０μｍの重複部分形態（図１０（ａ）の紙面垂直方向に重複する部分を持つ形態）の凹部３３を形成する（図１０（ａ）参照）。このようなアスペクト比の高い加工には、高密度プラズマドライエッチングのほかに、（１１０）面を主面とする単結晶シリコン基板の異方性エッチングや、陽極化成などを用いることが可能である。
【００４２】
次に、基板１１の表面を熱酸化して二酸化シリコンよりなる基板内絶縁層３４を形成する。そして、基板１１の表面にシード電極を成膜した後に、銅の電気メッキを用いて凹部３３を銅で充填する。続いて、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）を用いて銅の表面を平坦化し、下配線層３１を形成する（図１０（ｂ）参照）。次に、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）を主原料とした常圧化学気相成長法を用いて、厚さ２μｍの下絶縁層３２を形成する（図１０（ｂ）参照）。下絶縁層３２の形成方法としては、このほかにスパッタリング法や塗布法などを用いることが可能である。
【００４３】
次に、磁性体コア１２を形成する（図１０（ｃ）参照）。この磁性体コア１２の形成方法では、まずパーマロイよりなるシード電極（不図示）をスパッタリング法にて厚さ１００ｎｍ成膜する。次に、厚さ７０μｍの樹脂モールド（不図示）を形成し、パーマロイを電気メッキにより５０μｍ形成し、その後、樹脂モールドと不要なシード電極をエッチングにより除去する。樹脂モールドは、感光性を有するアクリル樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーの手法によりパターニングして配線部分の樹脂を除去することで形成した。樹脂モールドの材料としては、アクリル樹脂のほかに、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン等を用いることができる。これらの樹脂も、フォトリソグラフィーの手法を用いることのできる感光性を有するのが望ましい。ここまでに、側部配線の形成される下絶縁層３２の部分を除去しておく。
【００４４】
次に、第１上絶縁層２５を形成する（図１０（ｄ）参照）。第１上絶縁層２５は、エポキシ系の化学増幅型レジストを塗布し、フォトリソグラフィーの手法によりパターニングして配線部分の樹脂を除去し、熱処理することにより形成する。第１上絶縁層２５の表面は基板１１の表面から約６０μｍの高さである。次に、Ｃｕの無電解メッキにより内周接続配線１５及び側部配線２０の下部を形成する。続いて、厚さ２０μｍの第１上配線層２６を形成する（図１０（ｄ）参照）。第１上配線層２６の形成方法は、まず金とチタンよりなるシード電極（不図示）を厚さ１００ｎｍ成膜する。次に、厚さ３０μｍの樹脂モールド（不図示）を形成し、厚さ２０μｍの銅の電気メッキを行い、その後、樹脂モールドと不要なシード電極をエッチングにより除去する。樹脂モールドは、感光性を有するアクリル樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーの手法によりパターニングして配線部分の樹脂を除去することにより形成する。
【００４５】
次に、第２上絶縁層２７を形成する（図１０（ｅ）参照）。第２上絶縁層２７は、感光性を有するエポキシ樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーの手法によりパターニングして配線部分の樹脂を除去し、熱処理することにより形成する。最後に、Ｃｕの無電解メッキにより側部配線２０の上部を形成し、第１上配線層２６と同様の方法を用いて、第２上配線層２８と外周接続配線１６を形成する（図１０（ｅ）参照）。
【００４６】
本実施例により、小型で磁束密度の大きいマイクロコイルを提供することができる。また、実施例１と単位長さあたりのコイルの巻き数が同じでありながら、作製途中で形成される電極層が１層少ないため、作製工程を短縮し、コストを削減できる。また、配線のほぼ半分が熱伝導率の高いシリコン基板１１に埋まっているため、放熱性に特に優れたコイルを実現できた。
【００４７】
＜実施例４＞
本実施例は、本発明によるマイクロコイル１０を用いた変圧器である。図１１に本実施例による変圧器の構成を示す。互いに巻き数の異なるコイルＡ３５とコイルＢ３６とが１つのコア１２を周回している。本発明により製造されたコイルＡ３５とコイルＢ３６は、それぞれ、２つの電極パッド１４で終端している。
【００４８】
本実施例の変圧器の動作方法は、例えば、入力交流電圧をコイルＡ３５に接続された２つの電極パッド１４に入力し、コイルＢ３６に誘起される出力交流電圧をコイルＢ３６に接続された２つの電極パッド１４から取り出すことにより変圧が可能となる。本実施例により、小型で高性能な変圧器を提供することができた。
【００４９】
＜実施例５＞
本実施例は、本発明によるマイクロコイル１０を用いたマイクロスキャナである。図１２に本実施例によるマイクロスキャナの構成を示す。２つのトーションバー４２により支持基板４１に偏向板４３が支持されている。偏向板４３の側面上には磁石４４が接合されている。偏向板４３の磁石４４は、磁性体コア１２から成る固定電磁石の２つの磁極４０と近接するように設置される。本実施例によるマイクロスキャナの大きさは約４ｍｍ×６ｍｍである。
【００５０】
本実施例のマイクロスキャナの駆動方法は、まず２つの電極パッド１４間に電圧を印加してコイル１３に電流を流す。これにより磁性体コア１２に磁束が流れて２つの磁極４０から磁石４４に作用し、偏向板４３が偏向する（即ち、２つのトーションバー４２のねじり中心軸の回りで揺動する）。本実施例ではトーションバー４２のねじれ共振周波数が１０ｋＨｚであり、この周波数でコイル１３に電圧を印加することにより、偏向板４３を周波数１０ｋＨｚ、偏向角±１０°で駆動させることができた。本実施例により、小型で偏向角の大きいマイクロスキャナを実現できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明した様に、本発明のコイルにより、コア部の磁路長を大きくすること無く、また、コイル部の断面積を小さくすること無く、コイル部のターン数を大きくし、コア部に流れる磁束密度を大きくできるマイクロコイルなどのコイルを実現できた。また、小型で出力の大きい電磁アクチュエータを実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施例１によるマイクロコイルを示す上面図である。
【図２】図２は実施例１によるマイクロコイルの一部を示す斜視図である。
【図３】図３は実施例１によるマイクロコイルの一部を示すコアを除いた斜視図である。
【図４】図４は実施例１によるマイクロコイルのコイル配線方法を説明する図である。
【図５】図５は実施例１によるマイクロコイルの作製工程を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の実施例２によるマイクロコイルのコイル配線方法を説明するコアを除いた斜視図である。
【図７】図７は本発明の実施例３によるマイクロコイルのコイル配線方法を説明するコアを除いた斜視図である。
【図８】図８は実施例３によるマイクロコイルのコイル配線方法を説明するコアを除いた分解斜視図である。
【図９】図９は実施例３によるマイクロコイルのコイル配線方法を説明する図である。
【図１０】図１０は実施例３によるマイクロコイルの作製工程を示す断面図である。
【図１１】図１１は実施例４による変圧器を示す上面図である。
【図１２】図１２は実施例５によるマイクロスキャナを示す上面図である。
【図１３】図１３は従来例の変圧器を示す上面図である。
【符号の説明】
１〜８　コイルの接続部分
１０　マイクロコイル
１１　基板
１２　コア
１３　コイル
１４　電極パッド
１５　内周接続配線
１６　外周接続配線
１７　スパイラル領域
１８　繰り返しユニット
２０　側部配線
２１　第１下配線層
２２　第１下絶縁層
２３　第２下配線層
２４　第２下絶縁層
２５　第１上絶縁層
２６　第１上配線層
２７　第２上絶縁層
２８　第２上配線層
３１、３１ａ〜ｄ　下配線層
３２　下絶縁層
３３　凹部
３４　基板内絶縁層
３５　コイルＡ
３６　コイルＢ
４０　磁極
４１　支持基板
４２　トーションバー
４３　偏向板（ミラー）
４４　磁石
【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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