(57)【要約】【課題】  スティキングを防止し、製造歩留まりの向上が期待できる機構デバイスを得ること。【解決手段】  絶縁材料で形成された基板２と、基板２上に形成された下部電極部３と、下部電極部３の対向位置に配置される片持ち梁構造部を有する上部電極部４とを備え、下部電極部４に凸部８を備えるようにしたので、駆動する上部電極部４と下部電極部３の接触面が減り、水分による凝着を緩和させて上部電極部４の片持ち梁構造部５の復元力によりスティキングが防止でき、またスティキングを防止することで機構デバイスの製造歩留まりの向上が期待できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料で形成された基板と、基板上に形成された下部電極部と、基板上に形成され、下部電極部の対向位置に配置される片持ち梁構造部を有する上部電極部とを備えた機構デバイスにおいて、
前記下部電極部に少なくとも１つの凸部を備えることを特徴とする機構デバイス。
【請求項２】
前記下部電極部は、対向するよう離れて配置された凸部をそれぞれ有する二つの分割下部電極部とから構成され、前記基板と前記各分割下部電極部との間にだけ下地金属薄膜を介在させ、前記各分割下部電極部がそれぞれ設けられる下地金属薄膜の間に水分を排出させる通路を形成したことを特徴とする請求項１記載の機構デバイス。
【請求項３】
絶縁材料で形成された基板と、基板上に形成された下部電極部と、基板上に形成され、下部電極部の対向位置に配置される片持ち梁構造部を有する上部電極部とを備えた機構デバイスにおいて、
前記上部電極部に少なくとも１つの凸部を備えることを特徴とする機構デバイス。
【請求項４】
前記下部電極部の凸部又は前記上部電極部の凸部は、側面から見て台形型、円形又は三角形のいずれかの形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の機構デバイス。
【請求項５】
前記下部電極部の凸部又は前記上部電極部の凸部は、フォトリソグラフィと電解メッキにより形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の機構デバイス。
【請求項６】
前記下部電極部の凸部をニッケルとすると共に前記上部電極部の片持ち梁構造部に設けられる磁性体部をニッケルとし、又は前記上部電極部の凸部をニッケルとすると共に前記下部電極部に設けられる磁性体部をニッケルとすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機構デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロマシーニングを用いることで片持ち梁構造を有する機構デバイスに係り、更に詳しくは製造時にスティキングを緩和するようにした構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の機構デバイスは、基板上に片持ち梁構造の上部電極と下部電極を備え、半導体プロセス（フォトリソグラフィ法）と電解メッキ法及びウエットエッチング技術を用いて形成したものであった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３１１６９９号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の片持ち梁構造を有する機構デバイスにおいては、ウエットエッチング法を用いた場合、純水洗浄後の乾燥工程において、水の表面張力により機構デバイスの片持ち梁構造の駆動する上部電極が下部電極に張り付いてしまうスティキング現象を起こすことにより、適切なギャップが形成できず、機構デバイスは立体構造とならないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る機構デバイスは、絶縁材料で形成された基板と、基板上に形成された下部電極部と、基板上に形成され、下部電極部の対向位置に配置される片持ち梁構造部を有する上部電極部とを備えた機構デバイスにおいて、前記下部電極部に少なくとも１つの凸部を備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００５】
以上説明したように本発明によれば、絶縁材料で形成された基板と、基板上に形成された下部電極部と、基板上に形成され、下部電極部の対向位置に配置される片持ち梁構造部を有する上部電極部とを備え、前記下部電極部に少なくとも１つの凸部を備えるようにしたので、駆動する上部電極部と下部電極部の接触面が減り、水分による凝着を緩和させて上部電極部の片持ち梁構造部の復元力によりスティキングが防止でき、またスティキングを防止することで機構デバイスの製造歩留まりの向上が期待できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る機構デバイスの構成を示す斜視図、図２は同機構デバイスの下部電極部の製造過程を示す図、図３は同機構デバイスの下部電極部の製造過程を示す図（その１）、図４は同機構デバイスの下部電極部の製造過程を示す図（その２）、図５は同機構デバイスの下部電極部の製造過程を示す図（その３）、図６は同機構デバイスを洗浄槽から取り出した状態を示す斜視図、図７は同機構デバイスの乾燥後の状態を示す斜視図、図８は同機構デバイスの下部電極部の凸部の各種形状を示す斜視図である。
図１において、本発明の実施の形態１に係る機構デバイス１は基板２と、基板２上に形成された凸部８を有する下部電極部３と、基板２上に形成された上部電極部４とで構成されている。
基板２は、ガラスエポキシ樹脂で構成された絶縁基板であり、その基板２上には導電性材料としての銅箔の下地金属薄膜７が貼着されている。
【０００７】
下部電極部３は下地金属薄膜７上でその凸部８が形成される部分を磁性層としてのニッケル１４で覆い、そのニッケル１４の表面全体を導電層としての金１５で覆った構成としている。ニッケル１４の磁性層と金１５の導電層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）及び電解メッキ法を用いて形成されている。
上部電極部４は、フォトリソグラフィ法及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５と磁性体部６とを有している。その片持ち梁構造部５は下地金属薄膜７上に底面が接触する基部５ａと、その基部５ａに支持された梁部５ｂとで構成され、梁部５ｂは耐エッチング性を有する導電材料である金で構成されている。
このように構成された上部電極部４は、下部電極部３との電気的接続がなされるように、片持ち梁構造部５の梁部５ｂが磁力によって下方に撓んだ場合に、梁部５ｂの先端部が下部電極部３の凸部８と接するような配置及び寸法で基板２上に形成されている。
【０００８】
この実施の形態１の機構デバイス１の動作について説明する。
下部電極部３の真下に電磁石が配置され、この電磁石に電圧を印加することにより磁界が発生し、この磁界によって上部電極部４のニッケルの磁性体部６及び下部電極部３のニッケルの磁性層が磁化して上部電極部４と及び下部電極部３間に磁気吸引力が生じる。
これにより、上部電極部４の梁部５ｂが下部電極部３側に引き寄せられ、梁部５ｂの先端部が下部電極部３に接触してスイッチオンする。そして、電磁石への電圧の印加を停止すると、磁界が消滅し、ニッケルは残留磁化率が低いことから、磁界の消滅によって上部電極部４及び下部電極部３間の磁気吸引力も消滅する。すると、梁部５ｂは自身の弾性力によって非接触に戻りスイッチオフとなる。
従って、機構デバイス１は微少な磁力によって動作することのできる感度の高い磁気駆動型スイッチを構成することができる。
【０００９】
次に、本発明の実施の形態１に係る機構デバイスの製造方法について図２〜図５に基づいて説明する。
まず、機構デバイス１の下部電極部３の製造過程を図２に基づいて説明する。
（１）図２（ａ）は、下地金属膜７上にフォトリソグラフィを用い、スティキングを緩和させるために、下部電極部３の凸部８の開口パターンを形成した状態である。
開口パターンは、フォトレジスト１３を露光することで形成し、以下の開口パターンも同様の方法で形成する。
図２（ｂ）は、凸部８の開口パターンにニッケル１４を電解メッキにより形成した状態である。
（２）図２（ｃ）は、フォトリソグラフィを用い、接点部として下部電極部３の開口パターンを形成した状態である。
図２（ｄ）は、下部電極部３の開口パターンに接点材料及び耐腐食性のある金１５を電解メッキにより形成した状態である。これにより、凸部８を有した下部電極部３が形成される。
【００１０】
次に、機構デバイス１の上部電極部４の製造過程を図３〜図５に基づいて説明する。
（１）図３の（ａ）は、フォトリソグラフィを用い、第１の凹部１６の開口パターンを形成した状態を示す。これは、下部電極部３以降に積層する場合、下部電極部３の凹凸の形状と同様に片持ち梁形状も凹凸になってしまうため、第１の凹部１６の凸部８の高さまでニッケル１７を電解メッキにより形成して平坦にする。
図３の（ｂ）は、第１の凹部１６の開口パターンにニッケル１７を電解メッキにより形成した状態である。
【００１１】
（２）図３の（ｃ）は、フォトリソグラフィを用い、第２の凹部１８の開口パターンを形成した状態を示す。図３の（ｂ）と同様に、片持ち梁形状を平坦にするため第２の凹部１８を凸部８の高さまでニッケル１９を電解メッキにより形成する。
図３の（ｄ）は、第２の凹部１８の開口パターンにニッケル１９を電解メッキにより形成した状態である。
（３）図４の（ａ）は、フォトリソグラフィを用い、梁の立体構造形成に必要な犠牲層２０の開口パターンを形成した状態である。
図４の（ｂ）は、犠牲層２０の開口パターンにニッケル２１を電解メッキにより形成した状態である。最終エッチング工程において、第１の凹部１６と第２の凹部１８と犠牲層２０は、エッチング液により除去される。
【００１２】
（４）図４の（ｃ）は、フォトリソグラフィを用い、駆動する上部電極部４の開口パターンを形成した状態である。
図４の（ｄ）は、上部電極部４の開口パターンに接点材料として片持ち梁構造部５を形成するために金２２を電解メッキにより形成した状態である。
（５）図５の（ａ）は、フォトリソグラフィを用い、磁気駆動に必要な磁性体部６の開口パターンを形成した状態である。
図５の（ｂ）は、磁性体部６の開口パターンにニッケル２３を電解メッキにより形成した状態である。
（６）図５の（ｃ）は、フォトリソグラフィを用い、ニッケル２３を保護する剥離防止部１２の開口パターンを形成した状態である。
図５の（ｄ）は、剥離防止部１２の開口パターンに金２４を電解メッキにより形成した状態である。
【００１３】
最終工程において、立体構造を形成するため、まずフォトレジスト１３の全面を露光してフォトレジストを剥離液で除去し、次にエッチング液である塩化第二鉄でウエットエッチングにより、図５の（ｃ）に示したニッケル１７とニッケル１９とニッケル２１を除去する。これにより、図１に示す立体構造の機構デバイス５が形成される。このとき、ニッケル２３の磁性体部６はその周囲が金２４でメッキされていることにより、エッチング液から保護されている。
図６は、ウエットエッチング後及び洗浄後の乾燥工程においての機構デバイス５を洗浄槽から取り出した状態を示す。
【００１４】
この実施の形態１においては、下部電極部３に凸部８を形成することで、上部電極部４からの距離が３カ所で異なるため、上部電極部４に加わる表面張力の大きさは３つに分けられる。
一箇所目に基板２と上部電極部４の梁部５ｂとの隙間２５、二箇所目に下部電極部３の凸部８と上部電極部１０の梁部５ｂとの隙間２６、三箇所目に凸部８を除いた下部電極部９と上部電極部１０の梁部５ｂとの間２７の三箇所である。
基板２と梁部５ｂとの隙間２５にある水分による表面張力は、凸部８と梁部５ｂとの隙間２６に比べて凸部８がない分だけ、十分に距離が開いており、風を通し易いために水分が乾燥される。
また、同様に、凸部８を除いた下部電極部９と梁部５ｂとの隙間２７についても、凸部８と梁部５ｂとの隙間２６に比べて凸部８がない分だけ、十分に距離が開いており、風を通し易いために水分が乾燥される。
図７は、乾燥後の機構デバイス１が立体構造を形成した状態である。
【００１５】
この実施の形態１の機構デバイス１は、半導体プロセス（フォトリソグラフィ法）、電解メッキ法といったマイクロマシン技術を用いることにより形成されたものであるので、数ミクロン単位まで小型に構成出来る。また、製造時間の短時間化及び低コスト性に優れたフォトリソグラフィ法及び電解メッキ法を用いて製造されるため、製作時間、設備コスト面で有利な機構デバイス１を得ることができる。
【００１６】
凸部８と梁部５ｂとの隙間２６に溜まった水分による表面張力は、上部電極部４と下部電極部３の接触面積を狭くしており、表面張力を受けずらい構造にしている。
さらに、駆動部である上部電極部４には、駆動源の磁性体部６及び磁性体部６をエッチング液から保護するために剥離防止部１２を金２４で電解メッキしていることで十分な硬度が得られているため、上部電極部４の片持ち梁構造部５のスティフネスにより下部電極部３の凸部８から上部電極部１０の梁部５ｂは基板２と平行を保った状態でギャップを形成することが可能となる。
【００１７】
以上のように本発明の実施の形態１によれば、機構デバイス１の下部電極部３に凸部８を設けることで、駆動する上部電極部４と下部電極部３の接触面を減らし、水分による凝着を緩和させ、機構デバイス１の復元力によりスティキングが防止できるという効果がある。
また、スティキングを防止することで機構デバイス１の製造歩留まりの向上が期待できる。
【００１８】
図８は機構デバイスの下部電極部の凸部の各種形状を示す。
下部電極部３の凸部８の形状として、図８の（ａ）に示すような台形型８ａ、図８の（ｂ）に示すような丸型８ｂ、又は図８の（ｃ）に示すような三角形型８ｃとすることができる。凸部８をいずれの形状としても、駆動する上部電極部４と下部電極部３の接触面を減らし、水分による凝着を緩和させ、機構デバイス１の復元力によりスティキングが防止できるという効果がある。
【００１９】
実施の形態２．
図９は本発明の実施の形態２に係る機構デバイスの構成を示す斜視図、図１０は同機構デバイスの下部電極部を拡大した構成を示す斜視図である。この実施の形態２において、実施の形態１と同一の構成は同一符号を付して重複した構成の説明を省略する。
この実施の形態２では、図９に示すように、基板２の全面に下地金属薄膜７を形成せず、上部電極部４の片持ち梁構造部５の基部５ａと下部電極部３が形成される部分のみに下地金属薄膜７を形成するようにしている。
また、この実施の形態２の下部電極部３は対向するよう離れて配置された二つの分割下部電極部３ａ、３ｂとからなり、各分割下部電極部３ａ、３ｂは凸部８をそれぞれ有している。 従って、対向するよう離れて配置された二つの分割下部電極部３ａ、３ｂが形成された下地金属薄膜７の間は、水分を排出させる通路２８となっている。
【００２０】
更に、水分を排出させる通路２８の両側の下地金属薄膜７には、フォトリソグラフィ法と電解メッキ法を用いて、凸部８をそれぞれ有する二つの分割下部電極部３ａ、３ｂとからなる下部電極部３が形成される。
以降は、実施の形態１と同様の製造過程を踏み、基板２上に上部電極部４が形成され、最終工程でウエットエッチング法により犠牲層を除去することで立体構造の機構デバイス３０が形成される。
【００２１】
このように実施の形態２においては、水分を排出させる通路２８が基板２であるため、下部電極部３と上部電極４との間に溜まった水分は水分を排出させる通路２８から基板２を伝わって流れ出す。
これにより、下部電極部３と上部電極部４との間の水分は乾燥され、下部電極部３は凸部８をそれぞれ有する二つの分割下部電極部３ａ、３ｂとからなり、下部電極部３と上部電極部４の接触面積を十分に狭くしていることから、水の表面張力が緩和され、上部電極部３の片持ち梁構造部５のスティフネスにより、上部電極部３は下部電極部４と平行を保って空間が生じ、機構デバイス３０は立体構造を形成する。
また、実施の形態２では機構デバイス３０が立体構造を形成し、さらに排出させる通路２８は下地金属薄膜７を形成する必要がないため、下地金属薄膜７のコスト削減につながる。
【００２２】
なお、下部電極部３を二つの分割下部電極部３ａ、３ｂとし、各分割下部電極部３ａ、３ｂは凸部８をそれぞれ有するようにしたのは、実施の形態１と同様な上部電極部４との接触面積を維持して接触抵抗を減らさないようにするためである。
【００２３】
この実施の形態２の上部電極部４と接触する下部電極部３の二つの分割下部電極部３ａ、３ｂの凸部８の形状も、実施の形態１と同様に、台形型、丸型、三角形型を形成することで同様の効果が得られる。
また、上記の実施の形態１、２ではいずれも下部電極部３に凸部８を形成したものであるが、駆動する上部電極部４に凸部を形成するようにしても、下部電極部と上部電極部との接触面を減らすことが可能となり、スティキングを低減させる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る機構デバイスの構成を示す斜視図。
【図２】同機構デバイスの下部電極部の製造過程を示す図。
【図３】同機構デバイスの下部電極部の製造過程を示す図（その１）。
【図４】同機構デバイスの下部電極部の製造過程を示す図（その２）。
【図５】同機構デバイスの下部電極部の製造過程を示す図（その３）。
【図６】同機構デバイスを洗浄槽から取り出した状態を示す斜視図。
【図７】同機構デバイスの乾燥後の状態を示す斜視図。
【図８】同機構デバイスの下部電極部の凸部の各種形状を示す斜視図。
【図９】本発明の実施の形態２に係る機構デバイスの構成を示す斜視図。
【図１０】同機構デバイスの下部電極部を拡大した構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００２５】
１  機構デバイス、２  基板、３  下部電極部、４  上部電極部、５  片持ち梁構造部、５ａ  基部、５ｂ  梁部、６  磁性体部、７  下地金属薄膜、８  凸部、１２  剥離防止部。
【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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【図７】
2007075936.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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