(57)【要約】【課題】より大きな動作範囲で動作する駆動部を有するマイクロマシンをサーフェス・マイクロマシニング技術によって製造する方法を提供する。【解決手段】基板３の表面層に凹部３ａを形成し、この凹部３ａを埋め込む犠牲層１０５をパターン形成する。この犠牲層１０５を覆う状態で、絶縁性の第１材料膜１０７とこれよりも熱膨張係数の大きな導電性の第２材料膜１０９とをこの順に成膜する。一端が基板３に固定され他端が犠牲層１０５を介して凹部３ａ上に配置される帯状に第１材料膜１０７と第２材料膜１０９とをパターニングして駆動電極７を形成する。駆動電極７に対して選択的に犠牲層１０５を除去することで基板３と駆動電極７との間に第１空間部Ａ１を形成する。第１材料膜１０７及び第２材料膜１０９を加熱することによって駆動電極７を湾曲させ、駆動電極７の他端を凹部３ａ内に自己整合的に挿入させる。【選択図】        図３
2004306217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部が形成された基板と、
一端が前記基板に固定され他端が前記凹部内に挿入保持されると共に、中央の駆動部分が当該基板との間に空間部を介して設けられた薄膜状の駆動電極とを備えた
ことを特徴とするマイクロマシン。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロマシンにおいて、
前記駆動電極は、少なくとも一方が導電性材料からなる第１材料膜と第２材料膜とを熱膨張係数の小さい順に基板側から積層してなり、前記基板と反対側に凸に湾曲している
ことを特徴とするマイクロマシン。
【請求項３】
請求項１記載のマイクロマシンにおいて、
前記駆動電極の他端は、摺動自在に前記凹部内に挿入保持されている
ことを特徴とするマイクロマシン。
【請求項４】
請求項１記載のマイクロマシンにおいて、
前記基板上には、前記駆動電極との間に空間部を介して基板電極が設けられている
ことを特徴とするマイクロマシン。
【請求項５】
請求項１記載のマイクロマシンにおいて、
前記基板電極と反対側に向かう前記駆動電極の表面を光反射面とした
ことを特徴とするマイクロマシン。
【請求項６】
請求項１記載のマイクロマシンにおいて、
前記駆動電極の駆動部分が収納されたキャビティを有するキャビティ部材が前記基板上に配置されている
ことを特徴とするマイクロマシン。
【請求項７】
請求項６記載のマイクロマシンにおいて、
前記駆動電極を挟んで前記基板電極を対向する前記キャビティの内壁に対向電極を設けてなる
ことを特徴とするマイクロマシン。
【請求項８】
請求項６記載のマイクロマシンにおいて、
前記キャビティ部材に、前記キャビティ内に連通する流体導入路と流体吐出路とが設けられている
ことを特徴とするマイクロマシン。
【請求項９】
基板の表面側に凹部を形成する工程と、
前記基板上に前記凹部を埋め込む形状の犠牲層をパターン形成する工程と、
前記犠牲層を覆う状態で、少なくとも一方が導電性材料からなる第１材料膜と第２材料膜とを熱膨張係数の小さい順に成膜する工程と、
一端が前記基板に固定され他端が前記犠牲層を介して前記凹部上を通過する延長上に配置される帯状に前記第１材料膜と第２材料膜とをパターニングして駆動電極を形成する工程と、
前記駆動電極に対して選択的に前記犠牲層を除去することで前記基板と駆動電極との間に空間部を形成する工程と、
前記第１材料膜及び第２材料膜を加熱することによって前記駆動電極を湾曲させ、当該駆動電極の他端を前記凹部内に自己整合的に挿入し保持させる工程とを行う
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載のマイクロマシンの製造方法において、
前記凹部は、当該凹部内に挿入保持された前記駆動電極の他端が摺動自在に保持される深さに形成される
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項１１】
請求項９記載のマイクロマシンの製造方法において、
前記犠牲層をパターン形成する前に、前記基板上に基板電極を形成し、
前記駆動電極を形成する工程では、当該駆動電極が前記基板電極上に設けられる様に前記第１材料膜と第２材料膜とをパターニングする
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項１２】
請求項１０記載のマイクロマシンの製造方法において、
凹部状のキャビティを有するキャビティ部材を、当該キャビティ内に前記駆動電極を収納する状態で前記基板上に設ける
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載のマイクロマシンの製造方法において、
前記キャビティの内壁に、対向基板が設けられている
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項１４】
請求項１２記載のマイクロマシンの製造方法において、
前記キャビティ部材に、前記キャビティ内に連通する流体導入路と流体吐出路とを設ける
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に空間部を介して設けた電極部分を駆動部として用いているマイクロマシンおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上の微細化製造技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、超小型電気的・機械的複合体）素子（以下、ＭＥＭＳ素子と言う）、およびＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が注目されている。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体を制御する半導体集積回路等とを、電気的・機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われる。
【０００４】
以下、このようなＭＥＭＳ素子の一例である静電駆動型のＭＥＭＳ素子を、半導体プロセスとの整合性の高いサーフェス・マイクロマシニングによって作製する手順を説明する。
【０００５】
先ず、図６（１）に示すように、基板１０１上に下部電極１０３をパターン形成した後、図６（２）に示すように、基板１０１および下部電極１０３に対して選択的にエッチング除去可能な材料からなる犠牲層１０５を形成する。そして、下部電極１０３を挟んだ両側となる犠牲層１０５部分に、基板１０１に達する孔パターン１０５ａを形成する。その後、図６（３）に示すように、孔パターン１０５ａの内壁を覆う状態で、絶縁性の下地膜１０６および電極膜１０７をこの順に形成する。そして、これらの下地膜１０６および電極膜１０７をパターニングすることで、２つの孔パターン１０５ａの内壁を覆う部分を支持部１０８とし、これらの支持部１０８から下部電極１０３を跨ぐように基板１０１の上方に延設された部分を駆動部１０９とした構造体を形成する。次いで、図６（４）に示すように、支持部１０８および駆動部１０９を構成する下地膜１０６および電極膜１０７、さらには基板１０１に対して選択的に犠牲層（１０５）をエッチング除去し、駆動部１０９の下部に空間部Ａを形成する。犠牲層（１０５）のエッチング除去については、例えば二フッ化キセノンガスを用いることで、均一なエッチングを行う（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１１３７００号公報（第８頁）
【０００７】
以上により、下部電極１０３上に、空間部Ａを介して電極膜１０７からなる上部電極１０７ａが配置されたＭＥＭＳ素子が得られる。このＭＥＭＳ素子においては、空間部Ａによって絶縁された下部電極１０３と上部電極１０７ａとの間に微小電圧を印加すると、静電現象によって駆動部１０９が下部電極１０３側に向かって接近し、また、電圧の印加を停止すると、離間して元の状態に戻る。
【０００８】
そして、このように動作する駆動部１０９を有するＭＥＭＳ素子は、光スイッチやレンズなどの光学素子、ＲＦインダクタンスやスイッチなどの高周波素子として広く応用される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図６（４）に示す構成のＭＥＭＳ素子においては、駆動部１０９の動作範囲は、空間部Ａの高さ、すなわち犠牲層（１０５）の膜厚によって規定される。そして、通常のサーフェス・マイクロマシニングにおいては犠牲層（１０５）の成膜膜厚は数ミクロン程度でしかなく、したがって駆動部１０９の動作範囲も数ミクロン程度に制限されることになる。
【００１０】
近年、ＭＥＭＳ素子およびこれを駆動機構として用いた小型機器に対しては、さらなる高機能化の要求が高まっている。このため、駆動機構となるＭＥＭＳ素子に対しては、より大きな動作範囲で動作する駆動部が求められている。このような駆動部を有するＭＥＭＳ素子を作製する方法として、１０〜１００ミクロンレベルの深堀り加工をエッチング処理にて行うバルク・マイクロマシニングを応用する方法がある。
【００１１】
しかしながら、バルク・マイクロマシニングでは、上述した深掘り加工の際に生じるコンタミネーションを中心とした問題で量産性の良い半導体プロセスとの整合がとりにくい。また、ＢｏｓｈプロセスなどのＤｅｅｐ−ＲＩＥプロセスとＳＯＩウェハの組み合わせも広く検討されているが、このような新しい材料や装置は製造コストを増大させる要因となる。
【００１２】
そこで本発明は、より大きな動作範囲で動作する駆動部を有するマイクロマシンおよび、このマイクロマシンをサーフェス・マイクロマシニング技術によって製造する方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロマシンは、凹部が形成された基板と、薄膜状の駆動電極とを備えている。そして特に、駆動電極は、一端が基板に対して固定され、他端が基板の凹部内に挿入保持されると共に、中央の駆動部分が当該基板との間に空間部を介して設けられている。
【００１４】
このような構成のマイクロマシンでは、駆動電極と、他の電極との間に所要の電圧を印加して駆動電極を静電駆動させることにより、駆動電極の駆動部分と基板との間の空間部を変形させた場合、駆動電極の他端を基板の凹部内において自在に摺動させることで、空間部の変形をより大きくすることができる。
【００１５】
また本発明のマイクロマシンの製造方法は、先ず、基板の表面層に凹部を形成した後、この凹部を埋め込む犠牲層を基板上にパターン形成する。次に、犠牲層を覆う状態で、少なくとも一方が導電性材料からなる第１材料膜と第２材料膜とを熱膨張係数の小さい順に成膜する。そして、これらの第１材料膜と第２材料膜とを、一端が基板に固定され他端が犠牲層を介して凹部上を通過する延長上に配置される帯状にパターニングすることで駆動電極を形成する。しかる後、駆動電極に対して選択的に犠牲層を除去することで、基板と駆動電極との間に空間部を形成する。次いで、第１材料膜及び第２材料膜を加熱することによって駆動電極を湾曲させ、当該駆動電極の他端を凹部内に自己整合的に挿入し保持させる。
【００１６】
このような製造方法では、第１材料膜及び第２材料膜の熱膨張係数の差によって、自己整合的に湾曲形状になると共に端部が凹部内に挿入保持される。このため、端部を凹部内に挿入保持された駆動電極は、湾曲形状に保たれ、駆動電極の下部に設けられていた犠牲層の膜厚よりも高いアスペクト比の３次元構造に保持される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のマイクロマシンの第１実施形態を示す構成図である。この図に示すマイクロマシン（ＭＥＭＳ素子）は、例えばインクジェット・プリンタのような微少流体を駆動するためのマイクロポンプとして用いられるものである。
【００１９】
このマイクロマシン１は、基板３と、基板３上に設けられた基板電極５と、この基板電極５を跨ぐ様に形成された駆動電極７と、この駆動電極７を覆う状態で設けられたキャビティ部材９とで構成されている。
【００２０】
基板３は、例えばシリコンなどの半導体基板を絶縁膜で覆ってなるものであり、その表面側には駆動電極７の一端が挿入される凹部３ａが設けられている。この凹部３ａは、挿入された駆動電極７の端部を十分に保持できる程度の深さｄと、開口幅を有していることとする。
【００２１】
また基板３上に設けられた基板電極５は、凹部３ａの近傍にまで延設され、駆動電極７に対して独立の電位が与えられるように構成されている。尚、ここでは、後に説明する駆動電極７の動作を考慮し、基板電極５と凹部３ａとの間に所定の間隔を設けている。
【００２２】
そして、駆動電極７は、その一端を基板３に対して固定させた固定端とし、端（すなわち先端）を基板３の凹部３ａ内に挿入保持させた帯状に成形され、基板３と反対側に凸となるように帯状の長手方向に湾曲した形状を有している。また、駆動電極７の固定端と先端との間の中央部は、駆動部分として基板３および基板電極５との間に第１空間部Ａ１を介して配置されている。尚、この駆動電極７は、基板電極５に対して独立の電位が与えられるように構成されていることとする。このため、駆動電極７は、基板電極５と絶縁性を保った状態で基板３に対して固定されていれば良く、基板３に固定される端部は基板電極５上に絶縁膜を介して固定されても良い。ここでは一例として、駆動電極７が、絶縁膜１１に導電膜１３を積層させた薄膜の帯状であり、基板電極５を介して基板３上に固定されていることとする。この場合、導電膜１３部分が実質的な駆動電極７となり、絶縁膜１１部分は導電膜１３に追従して駆動する駆動体部分となる。
【００２３】
さらに駆動電極７は、基板電極５との間に電圧を印可した場合に、先端側または固定端側から順次、基板電極５側に静電吸着されていくように成形されていることとする。そこで、駆動電極７と先端に近い部分と固定端に近い部分とで、基板電極５との間の距離を変えることとする。本実施形態においては、上述したように、基板電極５と凹部３ａとの間に所定距離を設け、かつ駆動電極７の固定端を基板電極５上に配置したことで、駆動電極７の固定端側と基板電極５との距離を近くした。そして、このように形成された駆動電極７の固定端側は、中央に向かって基板電極５との間隔ｈが連続的に拡大するように設けられていることが好ましい。
【００２４】
また、キャビティ部材９は、流体を保持するための凹状のキャビティ９ａが形成されたもので、このキャビティ９ａ内に駆動電極７の駆動部分を収納し、キャビティ９ａの開口を基板３で塞ぐ状態で基板３上に設けられている。このキャビティ９ａは、基板３側から見た開口形状が、駆動電極７の中央の駆動部分が動作自在に納まる矩形形状であり、駆動電極７の駆動部分の一部が所定面積でキャビティ９ａの天面（基板３と対向する面）９ｂに圧接される高さを有する略直方体形状であることとする。
【００２５】
つまり、このキャビティ９ａ内においては、帯状の駆動電極７は、基板３側の固定端からキャビティ９ａの天面９ｂに向かって、基板３との間隔ｈを徐々に広げるように延設されて天面９ｂに圧接された後、基板３の凹部３ａに向かって延設されるように湾曲した状態で設けられている。そして、駆動電極７は、キャビティ９ａの天面９ｂによって基板電極７側に押圧され、基板電極５との間の最大間隔ｈｍａｘは、キャビティ９ａの高さによって若干、小さく抑えられている。尚、キャビティ９ａの側壁と駆動電極７との間には、駆動電極７がキャビティ９ａ内において動作自在な程度の隙間が設けられて良い。
【００２６】
これにより、キャビティ９ａ内は、基板３と駆動電極７とに挟まれた第１空間部Ａ１と、駆動電極７とキャビティ９ａの天面９ｂとに挟まれた第２空間部Ａ２および第３空間部Ａ３との３つの空間部に仕切られていることになる。尚、ここでは、駆動電極７の固定端側の空間を第２空間部Ａ２とし、駆動電極７の先端側の空間を第３空間部Ａ３とする。また、キャビティ９ａの開口内には、基板３の凹部３ａも配置されることとする。
【００２７】
そして、このキャビティ部材９には、キャビティ９ａの天面９ｂ側からキャビティ９ａ内に連通する流体導入路１５と流体吐出路１７とが設けられている。このうち、流体導入路１５は、例えば駆動電極７が圧接されている部分でキャビティ９ａに連通しており、また流体の逆流を防止するために駆動電極７によって連通部が閉塞されていることが好ましい。一方、流体吐出路１７は、第２空間部Ａ２に連通していることとする。
【００２８】
図２は、このように構成されたマイクロマシン１の駆動を説明する図であり、以下この図に基づいてマイクロマシン１の駆動を説明する。
【００２９】
先ず、図２（１）に示すように、基板電極５と駆動電極７との間に電圧を印加することで、駆動電極７を基板電極５側に静電吸着させる。この際、基板電極５との間の間隔ｈがより近い固定端側から順に、駆動電極７が基板電極５に静電吸着される（ジッピングされる）。これにより、基板３と駆動電極７との間の第１間隔部Ａ１および、駆動電極７の先端側の第３空間部Ａ３が狭められる。一方、流体吐出路１７が連通された第２空間部Ａ２が広がると共に、駆動電極７で閉塞されていた流体導入路１５が第２空間部Ａ２と連通する。
【００３０】
この状態で、流体導入路１５からキャビティ９ａ内に流体（例えば印字用インク）Ｌを供給し、第２空間部Ａ２内を流体Ｌで満たす。この際、駆動電極７とキャビティ９ａの内壁との隙間から第１空間部Ａ１および第３空間部Ａ３に流体Ｌが供給されても良い。ただしこの場合には、各空間部Ａ１〜Ａ３内の全てを流体Ｌで満たすこととする。
【００３１】
次に、図２（２）に示すように、基板電極５と駆動電極７との間の電圧印加をオフにすることで、基板電極５と駆動電極７との間の静電吸着力を解除し、駆動電極７をその構成材料の復元力によって元の形状に戻す。これにより、流体導入路１５が駆動電極７によって閉塞される。またこれと共に、第２空間部Ａ２が元の容積に縮小され、第２空間部Ａ２に充填されていた流体Ｌが、第２空間部Ａ２に連通する流体吐出路１７から外部に吐出される。
【００３２】
このように構成されたマイクロマシン１によれば、駆動電極７と基板電極５との間に印加する電圧のオン−オフによって駆動電極７の静電駆動を制御することで、駆動電極７で仕切られたキャビティ９ａ内の各空間部Ａ１〜Ａ３の体積変動を制御することが可能になる。この体積変動は、駆動電極７の先端を基板の凹部内において自在に摺動させることでより大きくすることができる。したがって、マイクロポンプ用のマイクロマシンの流体駆動能力の向上、具体的には、マイクロマシンの大きさに対しての流体吐出路１７からの吐出流量比の向上を図ることが可能になる。
【００３３】
次に、上述した構成のマイクロマシンの製造方法を図３の製造工程図に基づいて説明する。尚、図１，２を用いて説明した構成要素には同一の符号を付して説明を行う。
【００３４】
先ず、図３（１）に示すように、シリコン基板１０１の表面側に、上述した駆動電極の先端が挿入される凹部３ａを形成する。この際、リソグラフィ技術によって形成したレジストパターン（図示省略）をマスクにしたエッチングにより、基板３の表面層を所定深さにエッチングする。そして、エッチング終了後にレジストパターンを除去し、熱酸化により凹部３ａの内壁を含めたシリコン基板１０１の全面に酸化シリコン膜１０３を形成する。この酸化シリコン膜１０３は後に形成される基板電極とシリコン基板１０１との絶縁に用いるほか、犠牲層除去時にシリコン基板１０１のエッチングを防ぐエッチストップ層の役割も持つ。そして、このシリコン基板１０１と酸化シリコン膜１０３とで基板３が構成される。
【００３５】
次に、基板３上に、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属薄膜をパターニングしてなる基板電極５を形成する。
【００３６】
その後、基板電極５が形成された基板３上に、犠牲層１０５をパターン形成する。この犠牲層１０５は、基板３の表面層（すなわち酸化シリコン膜１０３）、基板電極５、および後に形成される駆動電極に対して選択的に除去できる材質を用いて構成され、例えばアモルファスシリコンあるいはポリシリコンが用いられる。また犠牲層１０５のパターニングは、凹部３ａ内を埋め込むと共に凹部３ａ側の基板電極５上を覆い、かつ基板電極５の一部を露出させる形状であることとする。これにより、次に形成する駆動電極の固定端を確定する。ここでは、基板電極５の露出部に駆動電極の固定端が設けられることになる。
【００３７】
このような犠牲層１０５のパターン形成は、先ず、凹部３ａ内を埋め込むように、膜厚ｔの犠牲層１０５を成膜した後、リソグラフィ技術によって形成したレジストパターン（図示省略）をマスクにして犠牲層１０５をエッチングすることによって行う。この際、例えばハーフトーンマスクを用いたリソグラフィ工程により、端部を傾斜させたレジストパターンを形成したり、またはレジストパターンをリフロー処理することでレジストパターンを凸レンズ形状に成形しても良い。このようなレジストパターンをマスクに用いて犠牲層１０５をエッチングすることで、端部がテーパ状に傾斜した犠牲層１０５が得られる。
【００３８】
以上の後、図３（２）に示すように、犠牲層１０５がパターン形成された基板３上に駆動電極５を形成する。
【００３９】
この際先ず、少なくとも一方が導電性材料からなる第１材料膜１０７と第２材料膜１０９とを熱膨張係数の小さい順に積層成膜する。各材料膜１０７，１０９は、それぞれに適する成膜方法で成膜される。ここでは、基板電極５と駆動電極７との絶縁性を確保するために、第１材料膜１０７を絶縁膜１１とし、この上部に第１材料膜１０７（絶縁膜１１）よりも熱膨張係数の高い第２材料膜１０９を導電膜１３として成膜する。特に、絶縁膜１１である第１材料膜１０７は、シリコン酸化膜、さらにはポリイミド膜のような変形による割れやヒビの発生のない樹脂材料が好適に用いられる。そして、第１材料膜１０７がポリイミド膜からなる場合には、第２材料膜１３（導電膜１３）としては、ポリイミド膜よりも熱膨張係数の高い材料が用いられる。尚、基板電極５の表面が絶縁膜で覆われている場合には、第１材料膜１０７および第２材料膜１０９ともに導電性材料であっても良く、熱膨張係数の小さい順に積層成膜する。
【００４０】
そして、これらの第１材料膜１０７および第２材料膜１０９を、パターニングすることで、一端が固定端として基板電極５を介して基板３に固定され、先端が犠牲層１０５上に配置された駆動電極７を形成する。この際、駆動電極５の先端は、固定端から凹部３ａ側に向かい、さらに凹部３ａ上を通過した位置の犠牲層１０５上に設けられることとする。さらに、犠牲層１０５の端部をテーパ状に傾斜させた場合には、駆動電極７の先端を犠牲層１０５の傾斜面上に設けることで、駆動電極７の先端を基板３側に向けて傾斜させておくことが好ましい。またこの場合、駆動電極７の固定端側も、固定端に向かって徐々に基板３との間隔が狭められるように形成されることになる。
【００４１】
尚、導電性材料で構成された膜（ここでは第２材料膜１０９であり導電膜１３）は、電流を流すことによって発熱する抵抗発熱体となるように構成されても良い。
【００４２】
以上の後、図３（３）に示すように、基板３上の犠牲層（１０５）を除去し、基板３および基板電極５と駆動電極７との間に第１空間部Ａ１を形成すると共に、凹部３ａを再び開口させる。この際、犠牲層１０５を二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）ガスに暴露することによって犠牲層（１０５）の除去を行う。
【００４３】
次に、図３（４）に示すように、駆動電極７を構成する第１材料膜１０７と第２材料膜１０９とを加熱し、これらの熱膨張率の差によって駆動電極７を基板３と逆側に凸に湾曲するように変形させる。そして、このような変形により、駆動電極７の先端を基板３側に向けつつ固定端側に引き寄せ、基板３に形成された凹部３ａ内に先端を挿入させる。この際、駆動電極７の先端を基板３側に向けて傾斜させておくことで、駆動電極７の先端が凹部３ａに嵌入され易くなる。
【００４４】
その後、凹部３ａ内に駆動電極７の先端が挿入保持された状態で、駆動電極７の加熱を停止させる。これにより。駆動電極７が加熱前の形状に戻ろうとする復元力で、駆動電極７の先端が凹部３ａの側壁に押圧され、凹部３ａ内に保持される。そして、駆動電極７の中央部は、基板３と逆側に凸に湾曲した形状に保たれ、基板電極５との間の間隔の最大値ｈｍａｘは、犠牲層（１０５）の膜厚よりも大きくなる。
【００４５】
尚、第１材料膜１０７と第２材料膜１０９の加熱は、基板３全体を加熱することによって行われても良い。この場合、駆動電極７の変形は加熱時間で制御される。また、第１材料膜１０７と第２材料膜１０９の加熱は、抵抗加熱体として構成された第２材料膜１０９（導電膜１３）に電流を流すことによって行われても良い。この場合、駆動電極７の変形は、電流値および電流の印加時間で制御される。
【００４６】
以上の後、図１を用いて説明したように、駆動電極７を覆う状態で、基板３上にキャビティ部材９を設ける。この際、駆動電極７が基板３側に押圧されるように、キャビティ９ａの深さを設定する。尚、このキャビティ部材９は、駆動電極７が収納されたキャビティ９ａ内の密閉が保たれるように、ここでの図示を省略した封止剤で基板３との間が封止されることとする。
【００４７】
以上説明した製造方法によれば、図３（４）を用いて説明したように、第１材料膜１０７と第２材料膜１０９の熱膨張係数の差によって駆動電極７を湾曲させてその先端を凹部３ａ内に挿入保持させる。このため、駆動電極７の形状は、駆動電極７の下部に設けられていた犠牲層（１０５）の膜厚ｔよりも高いアスペクト比の３次元構造となる。しかも、この３次元構造は、材料の熱膨張係数を利用して自己整合的に形成される。したがって、サーフェス・マイクロマシニング技術のみによって、従来よりも高アスペクト比の３次元構造の駆動部を形成することが可能になる。そして、このようにして得られた本第１実施形態のマイクロポンプ用のマイクロマシン１は、流体駆動能力の高いものとなる。
【００４８】
尚、以上説明した製造方法においては、駆動電極７を所望の形状に湾曲させ保持するために、犠牲層１０５の端部の形状をテーパ状とする方法を説明した。しかし、駆動電極７の形状は、第１材料膜１０７および第２材料膜１０９の形状および材質によって調整することもできる。この際、導電材料からなる膜を実質的に駆動電極７として作用させることができれば、第１材料膜１０７および第２材料膜１０９のパターン形状は同一形状である必要はない。また、駆動電極７は、２層構造に限定されることはなく、３層以上であっても良い。
【００４９】
また、以上説明した第１実施形態のマイクロマシン１においては、キャビティ９ａの天面９ｂに、ここでの図示を省略した対向電極を設けても良い。この対向電極は、基板電極５および駆動電極７に対して独立の電位が与えられるように構成されていれば良い。このため、上述した構成のマイクロマシン１におけるキャビティ９ａの天面９ｂに、そのまま対向電極を付加する場合、対向電極の表面を絶縁膜で覆うこととする。
【００５０】
このように対向電極を設けることで、図２（１）を用いて示した駆動状態から図２（２）を用いて説明した駆動状態にする際、駆動電極７と基板電極５との間の電圧をオフとし、駆動電極７と対向電極との間に電圧を印加する。これにより、駆動電極７と対向電極との間に静電吸着力を生じさせ、図２（２）の状態への駆動電極７の復元を補助する。そして、流体吐出路１７からの流体の吐出をより確実にすることができる。
【００５１】
＜第２実施形態＞
図４は、本発明のマイクロマシンの第２実施形態を示す構成図である。この図に示すマイクロマシン２０は、例えばスキャンミラーのような光学素子として用いられるものである。
【００５２】
この図に示すマイクロマシン２０と、図１を用いて説明したマイクロマシン（１）との異なる点は、駆動電極２１の表面が光反射面２１ａとして構成されているところ、さらに図１を用いて説明したマイクロマシン（１）を構成しているキャビティ部材は用いられていないところにある。
【００５３】
すなわち、このマイクロマシン２０には、キャビティ部材が用いられておらず、基板３上に駆動電極２１がその表面側を露出させた状態で設けられている。この駆動電極２１は、基板３と反対側に向かう表面が光反射面２１ａとして構成されている。このため、駆動電極２１が、第１実施形態と同様に、絶縁膜２３上に導電膜２５を積層してなる場合、光反射性の良好な材料を用いて導電膜２５を構成することとする。
【００５４】
このようなマイクロマシン２０の駆動は、第１実施形態と同様に、基板電極５と駆動電極２１との間に印加する電圧のオン−オフによって行われる。すなわち、図５に示すように、基板電極５と駆動電極２１との間に電圧を印加することにより、基板電極５との間の間隔ｈがより近い固定端側から順に、駆動電極２１が基板電極５に静電吸着される（ジッピングされる）。これにより、基板３と駆動電極２１との間の第１間隔部Ａ１が狭められ、駆動電極２１の表面高さ、および駆動電極２１表面の光反射面２１ａの角度が変化する。
【００５５】
この際、駆動電極２１の他端を基板３の凹部３ａ内において自在に摺動させることで、駆動電極２１の表面高さの変動をより大きくすることができる。したがって、スキャンミラー用のマイクロマシンにおけるスキャニング範囲の拡大（スキャニング能力の向上）を図ることが可能になる。
【００５６】
また、このようなマイクロマシン２０の製造方法は、第１実施形態のマイクロマシンの製造において、図３（１）〜図３（４）を用いて説明したと同様に行われる。ただし、図３（２）を用いて説明したように、少なくとも一方が導電性材料からなる第１材料膜１０７と第２材料膜１０９とを熱膨張係数の小さい順に積層成膜する場合、上部に成膜される熱膨張係数の大きい膜として、光反射性の大きい材料を用いることが重要となる。
【００５７】
そして、このような製造方法により、第１実施形態の製造方法と同様に、サーフェス・マイクロマシニング技術のみによって、従来よりも高アスペクト比の３次元構造の駆動部を形成することが可能になる。この結果、よりスキャニング範囲の大きいスキャンミラー用のマイクロマシンを、簡便に得ることが可能になる。
【００５８】
尚、上述した第１実施形態及び第２実施形態で説明した製造方法によって得られるマイクロマシンにおいては、駆動電極の先端が凹部３ａ内において摺動自在であることに限定されることはない。駆動電極の先端が凹部３ａ内において摺動自在でない場合であっても、駆動部自体が高アスペクト比であるため、より広い動作範囲の駆動能力が得られるのである。
【００５９】
また、本発明のマイクロマシンおよびその製造方法は、第１実施形態で説明したマイクロポンプや第２実施形態で説明したスキャンミラーへの適用に限定されることはなく、光スイッチやレンズなどの光学素子、ＲＦインダクタンスやスイッチなどの高周波素子等、３次元で動作する駆動部を有するマイクロマシンへ広く適用可能である。
【００６０】
そして、これらのマイクロマシンへの適用においては、必要に応じて第１実施形態で説明したキャビティとは異なる構成の部材を、基板３上に設けても良い。またこの場合、駆動電極の静電駆動は、固定端側から順次基板側に吸着されるジッピング動作である必要はない。例えば、駆動電極の静電駆動は、先端側から順次基板側に吸着されるジッピング動作であっても良く、各マイクロマシンに必要とされる動作で駆動電極が駆動されるように、駆動電極および基板電極、さらにはその他の電極が配置構成されることとする。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマイクロマシンによれば、基板上に空間部を介して配置した駆動電極の先端を基板の凹部内に挿入保持させた構成としたことで、凹部内において先端が自在に摺動して駆動電極の動作の自由度が大きくなり、より広い動作範囲での駆動が可能になる。
【００６２】
また、本発明のマイクロマシンの製造方法によれば、第１材料膜及び第２材料膜の熱膨張係数の差によって駆動電極を湾曲させてその先端を基板の凹部内に自己整合的に挿入し保持させることで、高いアスペクト比を有し高駆動能力の３次元構造の駆動部を、サーフェス・マイクロマシニング技術のみによって簡便に得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のマイクロマシンの構成図である。
【図２】第１実施形態のマイクロマシンの駆動を説明する図である。
【図３】第１実施形態のマイクロマシンの製造方法を説明する図である。
【図４】第２実施形態のマイクロマシンの構成図である。
【図５】第２実施形態のマイクロマシンの駆動を説明する図である。
【図６】従来のマイクロマシンの製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
１，２０…マイクロマシン、３…基板、３ａ…凹部、５…基板電極、７，２１…駆動電極、９…キャビティ部材、９ａ…キャビティ、１５…流体導入路、１７…流体吐出路、２１ａ…光反射面、１０５…犠牲層、１０７…第１材料膜、１０９…第２材料膜、Ａ１…第１空間部
【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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