(57)【要約】【課題】微細な粒子をより高精度で選別することができるふるいを提供する。【解決手段】ふるい１はシリコン製のふるいであり、１段目のふるい１０、２段目のふるい２０、及び３段目のふるい３０が積み重ねられ且つ接合された多段構造を有している。さらに、３段目のふるい３０の下には受け皿の役目をする底部４０が接合されている。各段のふるい１０，２０，３０には選別される粒子が通過するための貫通孔１２，２２，３２がそれぞれ設けられている。貫通孔１２，２２，３２においては孔径がこの順に段階的に小さくなっており、貫通孔３２の孔径は貫通孔２２の孔径より小さく、貫通孔２２の孔径は貫通孔１２の孔径より小さい。【選択図】図１
2007222739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体からなる板材に、選別される粒子が通過するための、所定の孔径を有する貫通孔が設けられていることを特徴とするふるい。
【請求項２】
前記板材の外周に、半導体からなる側壁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のふるい。
【請求項３】
請求項２に記載のふるいが複数個積み重ねられ、且つ隣接する該ふるい同士が接合された多段構造を有し、各段の貫通孔は、選別される粒子の進行方向に向かって孔径が段階的に小さくなるように設けられていることを特徴とするふるい。
【請求項４】
前記複数個のふるいは、嵌合構造により接合されていることを特徴とする請求項３に記載のふるい。
【請求項５】
前記複数個のふるいは、半導体結合により接合されていることを特徴とする請求項３に記載のふるい。
【請求項６】
前記側壁に、所望の選別された粒子を取り出すための開口が設けられていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のふるい。
【請求項７】
ふるい全体を振動させるための振動手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のふるい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はふるいに関し、さらに詳細には、マイクロボールや、光通信分野などで使用する光デバイスの入出力部に使用されるボール型のマイクロレンズ等の微細な粒子を、その粒径にしたがって高精度に選別及び抽出することができる半導体製のふるいに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術の発達とともに、部品の微細化、高精度化が要求されている。例えば、光ファイバネットワークではさまざまな光デバイスが実用化されており、これら光デバイスの入出力部は多くの場合、ファイバとレンズを調芯した構造をとっている。このファイバとレンズの調芯においては非常に小さな中心ずれによっても、損失値が大きく増大する。例えば、ボールレンズの直径を４００μｍ、ガラスの屈折率を１．４８とした場合、ボールレンズの中心が光軸中心より２、８μｍずれると押入損失は２ｄＢも悪くなる。なお、市販のボールレンズの寸法精度は３μｍから１０μｍ程度とその幅が大きい。
【０００３】
このため、調芯作業には非常に精密な位置決め精度が要求されることになり、実際に光を通しながら損失のもっとも小さくなる位置関係を探した後、何らかの手法で固定するアクティブアライメント法が採用されている。この手法によれば確実に損失値を小さく取れる反面、実際に調芯作業を行うため時間とコストがかかり、光デバイスの低価格化には極めて大きな問題となっている。また、最近では初めから先端にレンズをつけたレンズ付ファイバが実用化されてきているが、このレンズ付ファイバについてもレンズの接着時にアクティブアライメント法を行っているので、非常に高価であり、デバイス全体の価格の大部分を占めてしまう問題がある。
【０００４】
一方、近年予め固定位置を決定するような構造を作製した後、部品を調芯作業なしで設置していくバッシブアライメント法が一部で採用されつつある。しかし、この手法では固定構造および部品それぞれの寸法精度が重畳されるため、ずれが大きくなり、また微細化するに従いこれら寸法精度による誤差の割合が大きくなるためより困難となる。
【０００５】
ボールレンズ等の微細な粒子を精度よく選別及び抽出するために、さまざまな技術が開発されている。例えば、フォトリソグラフィーを用いて作製された導電性材料からなる精密ふるいが、以下の特許文献に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３３３７２４号公報
【特許文献２】特開２００３−２２０３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、当該分野における技術の進歩はめざましく、微細な粒子をさらに高精度で選別する技術が求められている。本発明は上記事情に鑑み、ボールレンズ等の微細な粒子をさらに高精度に選別することができ、パッシブアライメント法や準パッシブアライメント法を採用した場合でもより高精度で部品を揃えることを可能にする技術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】
【０００７】
上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、半導体からなる板材に、選別される粒子が通過するための、所定の孔径を有する貫通孔が設けられていることを特徴とするふるいである。
【０００８】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のふるいにおいて、前記板材の外周に、半導体からなる側壁が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明はふるいにかかり、半導体からなる板状の部材に貫通孔が設けられたものである。該貫通孔は選別される粒子が通過するためのものであり、且つ所定の孔径を有している。そして、適当な孔径を採用することにより、所望の粒径を有する粒子を選別することができる。本発明のふるいは半導体からなるので、フォトリソグラフィー等の技術を用いることにより、作製することができる。その結果、本発明のふるいにおいては、孔径が高精度に揃った貫通孔を容易に設けることができる。特に、板材の外周に側壁が設けられた態様においては、半導体ウエハに対してフォトリソグラフィー等により直接処理することにより容易に作製することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のふるいが複数個積み重ねられ、且つ隣接する該ふるい同士が接合された多段構造を有し、各段の貫通孔は、選別される粒子の進行方向に向かって孔径が段階的に小さくなるように設けられていることを特徴とするふるいである。
【００１１】
本発明のふるいは、上記した側壁を有するふるいが複数個積み重ねられ、且つ隣接する該ふるい同士が接合された多段構造を有する。さらに、各段の貫通孔は、選別される粒子の進行方向に向かって孔径が段階的に小さくなるように設けられている。すなわち、前段に位置するふるいから後段に位置するふるいに向かって粒子が進む場合、後段に位置するふるいの貫通孔の孔径は、前段に位置するふるいの貫通孔の孔径より小さい。本発明のふるいによれば、各段の貫通孔の孔径を所望の値に設定することにより、複数種類の粒径に対応する粒子を同時に選別及び抽出することができる。さらに、ふるいの段数を調節することにより、選別すべき粒子の粒径範囲を自由に調整することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のふるいにおいて、前記複数個のふるいは、嵌合構造により接合されていることを特徴とする。かかる構成により、隣接するふるい同士をより確実に接合することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載のふるいにおいて、前記複数個のふるいは、半導体結合により接合されていることを特徴とする。かかる構成により、隣接するふるい同士をより簡便に接合することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項３〜５のいずれかに記載のふるいにおいて、側壁に所望の選別された粒子を取り出すための開口が設けられていることを特徴とする。かかる構成により、ふるいの多段構造を分解することなく、各段で選別された粒子を抽出することができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項３〜６のいずれかに記載のふるいにおいて、ふるい全体を振動させるための振動手段がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１６】
一般に、微小な粒子の場合にはファンデルワールス力等により粒子同士が結合し、見かけ上の粒径が大きくなることがある。これは、貫通孔の孔径にしたがって粒子を選別する際に精度が落ちる原因となる。そして、本発明のふるいは、ふるい全体を振動させるための振動手段がさらに設けられている。かかる構成により、粒子同士の結合が解離し、より高精度に粒子を選別及び抽出することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のふるいは半導体からなるので、フォトリソグラフィー等の技術を用いることにより、作製することができる。その結果、本発明のふるいにおいては、孔径が高精度に揃った貫通孔を容易に設けることができる。特に、多段構造を有する本発明のふるいによれば、各段の貫通孔の孔径を所望の値に設定することにより、複数種類の粒径に対応する粒子を同時に選別及び抽出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかるふるいを表す分解斜視図である。図２は、図１のふるいにおける１段目のふるいを表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のA−A断面図である。図３は、図１のふるいにおける２段目のふるいを表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のA−A断面図である。図４は、図１のふるいにおける３段目のふるいを表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のA−A断面図である。図５は、図１のふるいにおける底部を表し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のA−A断面図である。図６は、図１のふるいと選別されたマイクロボールとの関係を模式的に表す断面図である。
【００１９】
図１のふるい１はシリコン製のふるいであり、１段目のふるい１０、２段目のふるい２０、及び３段目のふるい３０が積み重ねられ且つ接合された多段構造を有している。さらに、３段目のふるい３０の下には受け皿の役目をする底部４０が接合されている。各段のふるい１０，２０，３０には選別される粒子が通過するための貫通孔１２，２２，３２がそれぞれ設けられている。貫通孔１２，２２，３２においては孔径がこの順に段階的に小さくなっており、貫通孔３２の孔径は貫通孔２２の孔径より小さく、貫通孔２２の孔径は貫通孔１２の孔径より小さい。
【００２０】
図２（ａ）（ｂ）に表されるように、シリコン製の１段目のふるい１０は板材１１と側壁１３を有し、板材１１に８個の貫通孔１２が設けられている。側壁１３は、板材１１の外周を囲むように設けられている。貫通孔１２は孔径が数ミクロン〜数十ミクロン程度の略円形の形状を有している。貫通孔１２は半導体プロセスであるフォトリソグラフィーとエッチングを用いて作製されたものであり、それらの孔径は高精度に揃っている。ふるい１０の上部１５から様々な粒径を有する粒子を投入すると、粒子は重力により板材１１に向かって移動する。そして、貫通孔１２の孔径より大きい粒子は貫通孔１２を通過せずに板材１１の上に捕捉され、一方、貫通孔１２の孔径より小さい粒子は貫通孔１２を通過し、図３に表される２段目のふるい２０の上部２５へ移動する。
【００２１】
なお、貫通孔１２を作製する際にフォトリソグラフィーとエッチングを用いることの利点としては、容易かつ高精度に孔径の揃った貫通孔を同時に作製することができることが挙げられる。さらに、大量生産にも対応可能である。なお、貫通孔１２の作製には、面方位のテーパーができるウェットエッチング法よりも垂直深掘可能なドライエッチング法の方が、構造上望ましい。
【００２２】
フォトリソグラフィーやエッチング以外の方法で貫通孔１２を作製する方法としては、レーザーによる加工やドリルによる加工が挙げられる。なお、半導体ウエハにフォトリソグラフィーとエッチングを施すことにより、ふるい１０を一体形成することも可能である。
【００２３】
図３（ａ）（ｂ）に表されるシリコン製の２段目のふるい２０は、図２のふるい１０と基本的に同じ大きさ及び構造を有しており、板材２１と側壁２３を有し、板材２１に１３個の貫通孔２２が設けられているが、貫通孔２２の孔径のみが異なる。すなわち、貫通孔２２の孔径はふるい１０の貫通孔１２の孔径よりも小さい。これにより、貫通孔２２の孔径より大きい粒子は貫通孔２２を通過せずに板材２１の上に捕捉され、一方、貫通孔２２の孔径より小さい粒子は貫通孔２２を通過し、図４に表される３段目のふるい３０の上部３５へ移動する。
【００２４】
図４（ａ）（ｂ）に表されるシリコン製の３段目のふるい３０も、図２のふるい１０、図３のふるい２０と基本的に同じ大きさ及び構造を有しており、板材３１と側壁３３を有し、板材３１に２８個の貫通孔３２が設けられているが、貫通孔３２の孔径のみが異なる。すなわち、貫通孔３２の孔径はふるい２０の貫通孔２２の孔径よりも小さい。これにより、貫通孔３２の孔径より大きい粒子は貫通孔３２を通過せずに板材３１の上に捕捉され、一方、貫通孔３２の孔径より小さい粒子は貫通孔３２を通過し、図５に表される底部４０へ移動する。
【００２５】
なお、図２〜図４の各段のふるい１０，２０，３０は、単体でもふるいとして使用可能である。
【００２６】
図５（ａ）（ｂ）に表される底部４０は、ふるいではなく受け皿としての機能を有するものである。底部４０もシリコン製であり、ふるい１０，２０，３０と同様の形と大きさを有する。ただし、板材４１には貫通孔は設けられておらず、閉塞した構造となっている。そして、３段目のふるい３０の貫通孔３２を通過した粒子が板材４１と側壁４３とで囲まれた空間に捕捉される。
【００２７】
例えば、粒径の異なるマイクロボール５（粒子）の集団をふるい１に供すると、図６のように、貫通孔１２，２２，３２の孔径に対応する範囲の粒径ごとに、マイクロボール５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに分けられる。すなわち、ふるい１０には、粒径が貫通孔１２の孔径より大きいマイクロボール５ａが捕捉される。ふるい２０には、粒径が貫通孔１２の孔径より小さく貫通孔２２の孔径よりも大きいマイクロボール５ｂが捕捉される。ふるい３０には、粒径が貫通孔２２の孔径より小さく貫通孔３２の孔径よりも大きいマイクロボール５ｃが捕捉される。底部４０には、粒径が貫通孔３２の孔径より小さいマイクロボール５ｄが捕捉される。なお、選別された各マイクロボール５ａ〜５ｄを取り出す場合には、接合されている各段のふるい１０，２０，３０及び底部４０の接合を解除し、分解することにより取り出すことができる。
【００２８】
本発明の他の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２実施形態にかかるふるいを表す分解斜視図である。図８は、本発明の第３実施形態にかかるふるいにおける嵌合構造を模式的に表す一部拡大断面図である。図９は、本発明の第４実施形態にかかるふるいを表す分解斜視図である。
【００２９】
図７に示されるふるい２は本発明の第２実施形態にかかるものであり、図１のふるい１の各側壁１３，２３，３３，４３の１つの面に、それぞれ開口１６，２６，３６，４６が設けられた構造を有している。開口１６，２６，３６，４６は、それぞれ各段のふるい１０，２０，３０及び底部４０に捕捉されたマイクロボールを取り出す際に利用するものである。本実施形態によれば、ふるい２を分解することなく選別されたマイクロボールを取り出すことができる。なお、開口１６，２６，３６，４６は、マイクロボールの選別時には脱着可能な密閉部材（図示せず）によって密閉されており、選別中にマイクロボール５ａ〜５ｄが開口１６，２６，３６，４６からこぼれ落ちることはない。
【００３０】
本発明の第３実施形態では、各段のふるい１０，２０，３０及び底部４０を接合する手段として、嵌合構造を利用する。図８は第３実施形態にかかるふるいの嵌合構造部分を示し、１段目のふるい１０の側壁１３の下部に凹部１７が設けられており、２段目のふるい２０の側壁２３の上部に凹部１７に嵌合する凸部２８が設けられている。そして、ふるい１０とふるい２０とを接合する際に、凹部１７と凸部２８とを嵌合させる。凹部１７と凸部２８の数に特に限定はないが、例えば、壁部１３，２３の四隅の４箇所に設けることができる。なお、図示しないが、２段目のふるい２０と３段目のふるい３０、並びに３段目のふるい３０と底部４０の接合についても、同様の嵌合構造が設けられており、同様にして接合されている。
【００３１】
図９に示されるふるい３は本発明の第４実施形態にかかるものであり、図１のふるい１に振動手段５０がさらに付加された構成となっている。振動手段５０は底部４０の底面よりやや大きい平面を有しており、該平面の上にふるい１が載せられている。そして、振動手段５０を振動させることにより、ふるい１全体に振動を与えることができる。すなわち、本実施形態のふるい３では、振動手段５０を振動させることによって、ファンデルワールス力等により粒子同士が結合することを容易に防ぐことができる。なお、振動手段５０に加えて帯電防止機構を備えることにより、静電気力による粒子同士の結合も阻止することができる。
【００３２】
さらに他の実施形態として、選別されたマイクロボールをより取り出しやすくするために、板材１１，２１，３１，４１に傾斜をつけた構成としてもよい。また、各段のふるいを接合する手段として、嵌合構造を利用した実施形態を説明したが、半導体結合により接合してもよい。また、ふるい１０，２０，３０は一例を示したもので、貫通孔１２，２２，３２の数や配置はこれに限定されるものではなく、さらに、ふるいの段数もこれに限定されるものではない。
【００３３】
上記した実施形態のふるいを用いることにより精度分類したマイクロボール、特に光学用途向けのマイクロレンズは、非常に大きさ精度が揃っており、調芯作業法としてパッシブアライメント法も採用することが可能となり、デバイス自体の低コスト化を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるふるいを表す分解斜視図である。
【図２】（ａ）は図１のふるいにおける１段目のふるいを表す平面図、（ｂ）は（ａ）のA−A断面図である。
【図３】（ａ）は図１のふるいにおける２段目のふるいを表す平面図、（ｂ）は（ａ）のA−A断面図である。
【図４】（ａ）は図１のふるいにおける３段目のふるいを表す平面図、（ｂ）は（ａ）のA−A断面図である。
【図５】（ａ）は図１のふるいにおける底部を表す平面図、（ｂ）は（ａ）のA−A断面図である。
【図６】図１のふるいと選別されたマイクロボールとの関係を模式的に表す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかるふるいを表す分解斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態にかかるふるいにおける嵌合構造を模式的に表す一部拡大断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態にかかるふるいを表す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ふるい
２  ふるい
３  ふるい
５，５ａ〜５ｄ  マイクロボール（粒子）
１０  ふるい
１１  板材
１２  貫通孔
１３  側壁
１６  開口
１７  凹部（嵌合構造）
２０  ふるい
２１  板材
２２  貫通孔
２３  側壁
２６  開口
２８  凸部（嵌合構造）
３０  ふるい
３１  板材
３２  貫通孔
３３  側壁
３６  開口
５０  振動手段
【図１】
2007222739.tif 000003
【図２】
2007222739.tif 000004
【図３】
2007222739.tif 000005
【図４】
2007222739.tif 000006
【図５】
2007222739.tif 000007
【図６】
2007222739.tif 000008
【図７】
2007222739.tif 000009
【図８】
2007222739.tif 000010
【図９】
2007222739.tif 000011