JP2002137200A - マイクロアクチュエータ及びその製造方法 - Google Patents

マイクロアクチュエータ及びその製造方法

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JP2002137200A
JP2002137200A JP2001243828A JP2001243828A JP2002137200A JP 2002137200 A JP2002137200 A JP 2002137200A JP 2001243828 A JP2001243828 A JP 2001243828A JP 2001243828 A JP2001243828 A JP 2001243828A JP 2002137200 A JP2002137200 A JP 2002137200A
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frame layer
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振 鎬 李
Young-Chul Ko
泳 哲 高
Do-Hyun Kang
渡 鉉 孔
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 上下方向の運動が可能なステージを備え、か
つ製作が容易なマイクロアクチュエータ及びその製品歩
留まりを向上させた製造方法を提供する。 【解決手段】 ステージ3の底部に多数平行に駆動くし
形電極32を形成し、基板1の上部には駆動くし形電極
32に対応する固定くし形電極34を複数、平行に配置
し、ステージ3の両側にはステージ3の上下運動を支持
するトーションバー31を設ける。そして、トーション
バー31を第1フレーム層21及び第2フレーム層22
を備えるフレーム2に支持させると共に、トーションバ
ー31を第1フレーム層21と一体的に形成し、第1フ
レーム層21と第2フレーム層22とを金属層間の共晶
組織からなる金属共晶接合層23bによって互いに接合
させて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電力によって動
作するマイクロアクチュエータ及びその製造方法に係
り、詳しくは、1軸方向の上下方向に駆動されるマイク
ロアクチュエータ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術として、米国特許第5025
346号明細書には、くし形電極構造で誘起される静電
力により動作するマイクロアクチュエータが開示されて
いる。この米国特許第5025346号明細書で開示さ
れているマイクロアクチュエータは、複数の移動くし形
電極及び複数の固定くし形電極が、移動構造物及び固定
構造物に、それぞれ交互に配列された構造を有するもの
である。前記移動構造物は周囲の支持構造物によって懸
架されて懸架構造物を形成し、この懸架構造物が水平方
向の共振周波数で駆動されるように構成されている。
【0003】X軸およびY軸の両者またはいずれか一方
のような1軸以上の方向で駆動を行なうようにするに
は、1軸に沿った1方向で駆動する場合、この駆動部に
は少なくとも3つの電極が必要とされ、1軸に沿った両
方向で駆動する場合には、少なくとも5つの電極が必要
とされている。米国特許5536988号明細書には、
反応性エッチングで修飾された単結晶を用いると共に、
素子の熱酸化による素子分離プロセスを含むメタライザ
ーションプロセスを用いて製作されるマイクロアクチュ
エータが開示されている。
【0004】このような従来のマイクロアクチュエータ
においては、移動体のステージまたは移動構造物の面に
平行な方向に駆動くし形電極が配列され、固定された構
造体の上には固定くし形電極が前記駆動くし形電極と交
互に配列されると共に、前記駆動くし形電極と同様、前
記ステージの平面に平行に配列されている。
【0005】以上のような従来のマイクロアクチュエー
タにおいては、ステージの近傍にくし形電極が配列され
ているので、ステージまたは移動構造物に比べて、全体
の大きさが大きくなるという問題がある。さらに、この
ような従来のマイクロアクチュエータは、ステージまた
は移動構造物の面に平行な1軸またはX軸、Y軸の2軸
の方向に駆動される構造を有するため、その適用対象が
限定されるという問題がある。
【0006】韓国特許出願98-37315号、及び韓
国特許出願99-20488号には、1軸方向に沿って
上下方向の駆動を行なう方法を具現化したマイクロアク
チュエータが開示されている。この特許出願では、光デ
ィスクドライブに適用可能な構造を有するマイクロアク
チュエータが開示されており、さらにこのマイクロアク
チュエータは光学スキャナ(飛点走査器)として各種分
野にも適用することが可能とされている。
【0007】しかしながら、このような上下駆動型のマ
イクロアクチュエータでは、ステージの背面及びこの背
面に対応する基板の上部に、駆動くし形電極及び固定さ
れた駆動くし形電極が配列されたステージの背面を駆動
する構造を有し、特に、二つの基板を用いて上部構造物
及び下部構造物が製作され、その後、これらの構造物を
互いに接合しなければならないため、この構造物の製作
は容易ではない。特に、各々、別々に製作された上部構
造物及び下部構造物を接合するに際し、各構造物に配列
された駆動くし形電極及び固定くし形電極の少なくとも
一方に異物が存在する場合には、上部構造物及び下部構
造物の接合が困難になるという問題がある。このような
理由から、これらの上部構造物及び下部構造物を各々独
立して製作し、これらを適切に接合する構造及びその製
造方法が求められている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであり、その目的は、上下方向の運
動が可能なステージを備え、かつ製作が容易なマイクロ
アクチュエータ、およびその製品歩留まりを向上させた
製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る請求項1は、所定パターンの配線層が
形成された基板と、前記基板上に固定され、この基板面
に対して垂直方向にくし状に延びる複数の固定くし形電
極と、前記基板の上方の所定高さに形成され、上下方向
の運動が可能に構成されたステージと、前記ステージの
底部に平行に配列して形成され、各先端部が前記固定く
し形電極の間にくし状に延びる複数の駆動くし形電極
と、前記ステージの上下方向の運動を支持するように、
前記ステージの両側部にステージと一体的に形成された
所定長さのトーションバーと、前記トーションバーの両
端部に連結された第1フレーム層と、前記第1フレーム
層の下部に配置され、第1フレーム層と共に積層構造の
フレームを形成する第2フレーム層と、前記第1フレー
ム層と第2フレーム層との間に介在し、前記第1フレー
ム層と第2フレーム層とを共に接合するための共晶組織
からなる金属共晶接合層とを備えて構成されたことを特
徴とするマイクロアクチュエータを提供する。
【0010】本発明に係る請求項2のマイクロアクチュ
エータは、請求項1において、前記第1フレーム層、ト
ーションバー、ステージ及び駆動くし形電極が一体的に
形成されて構成されることが望ましい。
【0011】本発明に係る請求項3のマイクロアクチュ
エータは、請求項1において、前記第1フレーム層は、
ステージを覆う方形枠の形状を有し、前記第1フレーム
層と前記ステージとの間には、所定幅の分離領域が設け
られ、前記トーションバーは、前記分離領域と交差して
構成されることが望ましい。
【0012】また、本発明に係る請求項4のマイクロア
クチュエータは、請求項1において、前記第1フレーム
層は、ステージを覆う方形枠の形状を有し、前記第1フ
レーム層とステージとの間には、所定幅の方形枠の形状
の分離領域が設けられ、前記トーションバーは、前記方
形枠の形状の分離領域の一部と交差して構成されること
が望ましい。
【0013】そして、本発明に係る請求項5のマイクロ
アクチュエータは、請求項1から請求項4のいずれか一
項において、前記固定くし形電極は、前記基板上に形成
された電極ベースの上に形成され、前記電極ベース、固
定くし形電極、及び第2フレーム層は、同一素材の基板
から形成されて構成されることが望ましい。
【0014】そしてまた、本発明に係る請求項6のマイ
クロアクチュエータは、請求項5において、前記固定く
し形電極は、前記第2フレーム層よりも高い位置に配置
されかつその先端部が前記第2フレーム層の上端部より
も高くなるように配置されて構成されることが望まし
い。
【0015】また、本発明に係る請求項7のマイクロア
クチュエータは、請求項1から請求項4のいずれか一項
において、前記固定くし形電極は、前記第2フレーム層
よりも高い位置に配置されかつその先端部が前記第2フ
レーム層の上端部よりも高い位置に配置されて構成され
ることが望ましい。
【0016】さらに、本発明に係る請求項8のマイクロ
アクチュエータは、請求項1から請求項4及び請求項6
のいずれか一項において、前記駆動くし形電極、及び第
1フレーム層は、各々の先端部が任意の共通平面上に配
置されて構成されることが望ましい。
【0017】そして、本発明に係る請求項9のマイクロ
アクチュエータは、請求項5において、前記駆動くし形
電極、及び第1フレーム層は、各々先端部が任意の共通
平面上に配置されて構成されたことを特徴とする。
【0018】そしてまた、本発明に係る請求項10のマ
イクロアクチュエータは、請求項1から請求項4、請求
項6及び請求項9のいずれか一項において、前記共晶組
織からなる金属共晶接合層は、複数の金属層から構成さ
れ、中央に配置された金属層は、AuとSnとの合金か
らなるメッキ層から形成されて構成されることが望まし
い。
【0019】前記目的を達成するために、本発明に係る
請求項11は、第1基板の両面をエッチングすることに
よって、ステージと、前記ステージの底部に形成された
複数の駆動くし形電極と、前記ステージで互いに対向す
る両端部の中間部に配置されたトーションバーと、前記
トーションバーを支持する所定高さの第1フレーム層と
からなる上部構造物を形成する段階と、第2基板の両面
をエッチングすることによって、基板と、前記基板上に
形成され前記第1フレーム層に対応する所定高さを有す
る第2フレーム層と、前記基板上に形成された複数の固
定くし形電極とからなる底部構造物を形成する段階と、
前記第1フレーム層と第2フレーム層との間に共晶接合
層を介在させて前記上部構造物と底部構造物とを一体的
に接合すると共に、前記駆動くし型電極の延長方向が、
前記固定くし形電極の延長方向と互い違いに配列される
ように前記駆動くし形電極と固定くし形電極とが重なり
合うように形成する段階とを含むことを特徴とするマイ
クロアクチュエータの製造方法を提供する。
【0020】また、本発明に係る請求項12のマイクロ
アクチュエータの製造方法は、請求項11において、前
記上部構造物を形成する段階は、前記ステージと第1フ
レーム層との間の空間部に対応する所定幅及び所定深さ
を有する上部分離領域を形成する段階と、前記第1フレ
ーム層に対応する部分に上部金属層を形成する段階と、
前記第1基板の底部を所定パターンにエッチングするこ
とにより前記分離領域を貫通させて、前記ステージの底
部に所定高さを有する駆動くし形電極を形成する段階と
を含むことが望ましい。
【0021】さらに、本発明に係る請求項13のマイク
ロアクチュエータの製造方法は、請求項11において、
前記下部構造物を形成する段階は、前記構成要素に対応
する所定パターンの配線層を形成する段階と、前記第2
フレーム層と固定くし形電極形成領域との間の空間部に
対応する所定幅及び所定深さを有する下部分離領域を形
成する段階と、前記基板の上部に前記第2基板の底部を
接合する段階と、前記第2基板の上部の前記第2フレー
ムに対応する領域を所定深さになるまでエッチングする
段階と、前記第2基板のエッチング部分に下部金属層を
形成する段階と、前記第2基板の上部に前記第2フレー
ム層及び前記固定くし形電極に対応する部分を被覆する
マスク層を形成する段階と、前記マスク層で被覆されて
いない部分を所定深さになるまでエッチングし、前記下
部分離領域を貫通させて、前記下部分離領域の内側に所
定高さの固定くし形電極を形成する段階とを含むことが
望ましい。
【0022】そして、本発明に係る請求項14のマイク
ロアクチュエータの製造方法は、請求項12において、
前記下部構造物を形成する段階は、前記構成要素に対応
する所定パターンの配線層を形成する段階と、前記第2
フレーム層と固定くし形電極形成領域との間の空間部に
対応する所定幅及び所定深さを有する下部分離領域を形
成する段階と、前記基板の上部に前記第2基板の底部を
接着する段階と、前記第2フレーム層に対応する部分を
所定深さになるまでエッチングする段階と、前記第2基
板のエッチングされた部分に下部金属層を形成する段階
と、前記第2基板の上部に前記第2フレーム層及び固定
くし形電極に対応する部分を被覆するマスク層を形成す
る段階と、前記マスク層に被覆されていない部分を所定
深さになるまでエッチングして前記下部分離領域を貫通
させて、前記下部分離領域の内側に所定高さの固定くし
形電極を形成する段階とを含むことが望ましい。
【0023】また、本発明に係る請求項15のマイクロ
アクチュエータの製造方法は、請求項12または請求項
14において、前記上部金属層を形成する段階は、前記
第1基板の底部に金属の初期核からなる層を形成する段
階と、前記金属の初期核からなる層に、メッキ法によっ
て、共晶組織からなる金属共晶接合層を形成する段階と
を含むことが望ましい。ここで、金属の初期核からなる
層(金属初期核層)とは、金属層が基板上に形成される
過程の初期段階を意味し、一部の金属が基板上に島状構
造に形成された層のことである。
【0024】さらに、本発明に係る請求項16のマイク
ロアクチュエータの製造方法は、請求項15において、
前記上部構造物及び下部構造物を一体的に接合する段階
は、前記上部構造体の第1フレーム層と下部構造体の第
2フレーム層とを接合するために、所定温度及び所定圧
力下で共晶組織からなる金属共晶接合層を形成し、さら
に、前記下部構造体の第2フレーム層の下部金属層に、
前記上部構造体の第1フレーム層の上部金属層を互いに
接合させる段階を含むことが望ましい。
【0025】また、本発明に係る請求項17のマイクロ
アクチュエータの製造方法は、請求項13または請求項
14において、前記下部構造の第2フレーム層に下部金
属層を形成する段階は、下部構造体の第2フレーム層に
上部構造体の第1フレーム層を接合するために、所定温
度及び所定圧力で共晶組織からなる金属共晶接合層を形
成し、さらに、下部構造体の第2フレーム層の下部金属
層に上部構造体の第1フレーム層の上部金属層を接合す
る段階を含むことが望ましい。
【0026】そしてまた、本発明に係る請求項18のマ
イクロアクチュエータの製造方法は、請求項12または
請求項14において、前記第1基板に対する上部分離領
域を形成した段階の後に、前記分離領域の表面に保護層
を形成する段階をさらに含むことが望ましい。
【0027】さらに、本発明に係る請求項19のマイク
ロアクチュエータの製造方法は、請求項11から請求項
16のいずれか一項において、前記第2基板の下部は、
陽極接合により前記基板の上部に接合されることが望ま
しい。
【0028】また、本発明に係る請求項20のマイクロ
アクチュエータの製造方法は、請求項17において、第
2基板の下部は、陽極接合により前記基板に接合される
ことが望ましい。
【0029】また、本発明に係る請求項21のマイクロ
アクチュエータの製造方法は、請求項18において、第
2基板により得られた構造物を前記基板に陽極接合によ
り接合することが望ましい。
【0030】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき、本
発明に係る望ましい実施形態について詳細に説明する。
図1を参照すると、パイレックス(登録商標)ガラスな
どからなる基板1上に方形枠の形状のフレーム2が配置
され、フレーム2の内側にはステージ3が配置されてい
る。ステージ3は、フレーム2に連結され、相互に対向
する2つの側端部の中央部へ延びるトーションバー31
によって支持されている。
【0031】フレーム2、ステージ3及びトーションバ
ー31は一体的に形成され、フレーム2及びトーション
バー31はステージ3への電気的な通路を構成してい
る。トーションバー31はステージ3の上下運動を支持
し、ステージ3の運動時に適宜に弾性的復原力を与え
る。
【0032】フレーム2はAu/Sn合金などのメッキ
層による共晶組織からなる金属共晶接合層23を中心と
してその上下に配置される第1フレーム層21及び第2
フレーム層22を含む。第1フレーム層21、ステージ
3及びトーションバー31は後述する多段階の加工工程
を通して一枚の素材基板、たとえば、一枚のシリコンウ
ェーハから得られ、これにより、第1フレーム層21と
ステージ3との間には方形枠の形状の分離領域24aが
存在し、ステージ3の両側から延びたトーションバー3
1は前記分離領域24aと交差して構成されている。
【0033】図2及び図3に示すように、ステージ3の
底部には垂直下方に延びる駆動くし形電極32が複数平
行に形成され、ステージ3の下方には駆動くし形電極3
2と交互に配置される固定くし形電極34が複数平行に
配置されている。
【0034】固定くし形電極34は電気的に分離された
第1電極ベース35a、第2電極ベース35b上に形成
されている。第1電極ベース35a上に形成される固定
くし形電極34は、これと対応する上方の駆動くし形電
極32との静電気効果によりステージ3に対する駆動力
を生じ、第2電極ベース35b上に形成される固定くし
形電極34はこれと対応する上方の駆動くし形電極32
と共に相対的な位置関係の変化による可変キャパシター
などのセンサーとして動作する。
【0035】フレーム2の第2フレーム層22と第1電
極ベース35a、第2電極ベース35b及びこれらの上
部の固定くし形電極34は、一枚の素材基板、たとえ
ば、シリコンウェーハから得られ、したがって、第1電
極ベース35a、第2電極ベース35bとフレーム2の
第2フレーム層22との間には方形枠の形状の分離領域
24bが存在する。
【0036】基板1は、第1電極ベース35a、第2電
極ベース35b、フレーム2の第2フレーム層22の加
工時に、別途、部品として取付けられる要素であって、
その上部に第1電極ベース35a、第2電極ベース35
b、及びフレーム2を通じてステージ3への電気的な信
号伝達のための配線層及びこの終端部に設けられるパッ
ドが形成される。
【0037】図2及び図3に示すように、固定くし形電
極34の高さは第2フレーム層22よりも高く、このた
め、固定くし形電極34の先端部は第2フレーム層22
の上端部よりも高い位置に配置される。また、駆動くし
形電極32の下端部(すなわち、その先端部)及び第1
フレーム層21の先端部は、任意の共通平面(C-C
面)に配置される。このような構造は、前記したよう
に、別途、基板から得られた上部構造物と下部構造物と
を容易に接合させるものであり、フレーム2の第1フレ
ーム層21、第2フレーム層22が一つに接合されたと
きに、駆動くし形電極32及び固定くし形電極34を所
定幅だけ重なり合わせるためのものである。
【0038】以下、前記のような構造を有する本発明に
係るマイクロアクチュエータを製作するための、本発明
に係るマイクロアクチュエータの製造方法の望ましい実
施形態を段階毎に説明する。ここでは、段階毎に図1か
ら図3に示される構造を有するマイクロアクチュエータ
の構成要素を参照しながら、図4〜図8に沿って説明す
る。
【0039】(1.上部構造物の製作方法)まず、上部
構造物を製作する段階について説明する。 (イ)まず、図4(A)に示すように、上部くし形電極
32(図1、図2及び図3参照)の高さ及びステージ3
の厚さの合計に相当する厚さ、たとえば、100μm程
度の厚さを有するシリコン(Si)ウェーハなどから構
成される第1基板100を用意し、この表面にエッチン
グマスク層101を形成する。エッチングマスク層10
1は従来公知のフォトレジストを用いて形成され、エッ
チングマスク層101において、トーションバー31と
ステージ3、これらを覆うフレーム2の第1フレーム層
21に対応する領域を除いた部分、すなわち、後記する
図8に示すように、分離領域24aに対応する分離領域
部分24a'が、フォトリソグラフィ法によるエッチン
グの過程を通じて除去される。図8においては、トーシ
ョンバー31とステージ3、これらを覆うフレーム2の
第1フレーム層21の参照符号が、エッチングマスク層
101のパターンの理解を容易にするために併記されて
いる。
【0040】(ロ)つぎに、図4(B)に示すように、
分離領域部分24a'(図8参照)に露出された第1基
板100の露出部分を所定深さになるまでエッチングし
て分離領域24aを形成する。このとき、エッチング深
さt1はトーションバー31(図1、図2及び図3参
照)またはステージ3の厚さに対応するものである。ま
た、このエッチング方法としては、従来公知の乾式また
は湿式のエッチング法を用いることができる。
【0041】(ハ)さらに、図4(C)に示すように、
エッチングマスク層101を除去する。このとき、フォ
トレジストよりなるエッチングマスク層101は湿式エ
ッチング法によって除去され、その後、脱イオン水など
を用いた洗浄段階を経る。
【0042】(ニ)引き続き、図4(D)に示すよう
に、第1基板100の背面全体に金属初期核層23aを
蒸着法などにより形成する。金属初期核層23aはクロ
ム(Cr)を厚さ500Å程度に蒸着し、この金属初期
核層23aの上に金(Au)を厚さ1500Å程度に蒸
着することによって形成される。
【0043】(ホ)続いて、図5(A)に示すように、
金属初期核層23aの上部にメッキマスク層102を形
成する。このメッキマスク層102はフレーム2が形成
される部分を除く全ての部分に形成される。このため、
メッキマスク層102はフォトレジストの全面的な塗布
及びフォトリソグラフィ法などによるパターニングの過
程によって得られる。
【0044】(ヘ)つぎに、図5(B)に示すように、
メッキマスク層102で被覆されていない金属初期核層
23aの露出部分にAu/Snなどの合金を所定厚さに
メッキして共晶組織からなる金属共晶接合層23bを形
成する。
【0045】(ト)さらに、図5(C)に示すように、
メッキマスク層102を化学的な湿式エッチング法によ
って除去した後、第1基板100を含む全体を脱イオン
水などによって洗浄する。
【0046】(チ)続いて、図6(A)に示すように、
金属初期核層23a及び共晶組織からなる金属共晶接合
層23b上にエッチングマスク層103を形成する。
【0047】(リ)続いて、図6(B)に示すように、
エッチングマスク層103は、共晶組織からなる金属共
晶接合層23b上に形成された部分を残して、金属初期
核層23a上に形成された部分を除去する。このような
パターニングの過程には、通常のフォトリソグラフィ法
を適用することができる。ここで、フレーム2(図1、
図2及び図3参照)が形成される以外の部分であり、エ
ッチングマスク層103が残存していない金属初期核層
23aを化学的な湿式エッチング法によって除去する。
【0048】(ヌ)つぎに、図6(C)に示すように、
共晶組織からなる金属共晶接合層23b上に残存するエ
ッチングマスク層103を除去した後、基板100を含
む全体を洗浄する。
【0049】(ル)つぎに、図7(A)に示すように、
第1基板100の背面に、所定パターンを有する駆動く
し形電極を形成するためのエッチングマスク層104を
形成する。エッチングマスク層104は分離領域24a
の内側及び共晶組織からなる金属共晶接合層23b上に
形成される。このようなパターニングの過程には、通常
のフォトリソグラフィ法を適用することができる。
【0050】(ヲ)さらに、図7(B)に示すように、
ICPRIE(Inductively Couple
d Plasma Reactive Ion Etc
hing;誘導結合型プラズマ反応イオンエッチング)
装置を用いて駆動くし形電極32を形成する。このと
き、エッチング深さt2は、第1基板100全体の厚さ
から分離領域24aの深さt1を引いた値である。した
がって、分離領域24aは貫通され、分離領域24aの
内側のステージ3と前記したフレーム2(図1、図2及
び図3参照)の第1フレーム層21及び分離領域24a
を横切るトーションバー31(図7(B)では図示省
略)が完成されることになる。
【0051】(ワ)そして、図7(C)に示すように、
エッチングマスク層104を除去して駆動くし形電極3
2及び共晶組織からなる金属共晶接合層23bの上部の
表面を露出させる。
【0052】以上のような上部構造物の加工工程におい
ては、前述したように、前記ICPRIE装置の特性か
ら、厚さが500μm程度以内の補強ウェーハを第1基
板100に付加して行なうため、上部構造物の製作が完
了すると、たとえば、第1基板100と前記補強ウェー
ハとを接着していた接着剤や、感光剤を除去すると同時
に、前記補強ウェーハを第1基板100から除去する。
そして、このように各素子に分離された上部構造物の洗
浄工程を終了した後、ステージ3の表面及びトーション
バー31を保護するために蒸着されたSiO2膜をBO
E(Buffered Oxide Etchant;
緩衝酸化エッチング液)を用いて除去し、さらにこの上
部構造物を再び洗浄し、オーブンで乾燥すれば、上部構
造物の製作が完了する。
【0053】(2.上部構造物及び下部構造物の支持に
用いられる基板の製作)つぎに、上部構造物及び下部構
造物の支持に用いられる基板を製作する段階について説
明する。 (イ)まず、図9(A)に示すように、前述した第1基
板100と同一の厚さ500μmのパイレックス(登録
商標)ガラスよりなる基板1の上部に素子の配線層を形
成するための金属膜201を蒸着する。この金属膜20
1は、Au配線層との接合に用いられるため、Auで形
成されることが望ましい。ここで、基板1は、図2及び
図3に示されるマイクロアクチュエータ全体を支持する
基板1である。
【0054】(ロ)つぎに、図9(B)に示すように、
金属膜201にエッチングマスク202を形成する。
【0055】(ハ)続いて、図9(C)に示すように、
金属膜201の露出部分をエッチングして金属膜201
から配線層203を形成する。
【0056】(ニ)さらに、図9(D)に示すように、
配線層203上に残存するエッチングマスク202を除
去した後、基板1を含む全体の洗浄及び乾燥を行なう。
【0057】なお、図9(B)から図9(D)に示され
る配線層203は、理解を助けるために概略的に示され
たものである。実際には、これよりも多くの数で、しか
も異なる配置の形態からなる配線層203が形成され
る。また、図9(B)から図9(D)に示される配線層
203は、前述した固定くし形電極34(図1、図2及
び図3参照)が支持される第1電極ベース35a及び第
2電極ベース35bに連結されるものである。前述した
図1から図3には、前記のような配線層203が省略さ
れている。
【0058】(3.下部構造物の製作)以下では、実質
的に一枚のウェーハに複数の下部構造物を形成する工程
について説明する。なお、ここでは理解を助けるため
に、前記複数の下部構造物の中の1つの形成工程につい
て説明する。すなわち、図10(A)から図10
(D)、図11(A)から図11(D)、12(A)か
ら図12(C)、及び図13(A)から図13(C)に
は、いずれも一つの下部構造物を有するものが示されて
いる。
【0059】(イ)まず、図10(A)に示すように、
シリコンウェーハなどの第2基板300の上部に所定パ
ターンのエッチングマスク301を形成する。ここで、
第2基板300の厚さは100μm程度である。エッチ
ングマスク301は前述したフレーム2の第2フレーム
層22、第1電極ベース35a、第2電極ベース35b
に対応する部分を覆っている。また、エッチングマスク
301は基板1に形成される配線層のうち、第1電極ベ
ース35a及び第2電極ベース35bに連結される配線
層203に対応するフレーム2の部位には形成されな
い。このため、配線層203に対応するフレーム2の部
位は、この後、引き続いて行なわれるエッチングの過程
で所定深さになるまでエッチングされる。このエッチン
グの過程は、前述した配線層203がステージ3(図
1、図2及び図3参照)と電気的に連結されているフレ
ーム2の第2フレーム層22を配線層203と電気的に
分離させるために行なわれるものである。
【0060】(ロ)つぎに、図10(B)に示すよう
に、エッチングマスク301で被覆されていない部分
を、前述したICPRIE法により第2基板300の露
出部分を所定深さになるまでエッチングする。このと
き、エッチング深さt3は配線層203よりも深く、前
述した第1電極ベース35a、第2電極ベース35bの
厚さに相当するように形成することが望ましい。さらに
望ましくは、エッチング深さt3を15μmとする。
【0061】(ハ)つぎに、図10(C)に示すよう
に、エッチングマスク301を化学的な湿式エッチング
法によって除去した後、第2基板300を含む全体を脱
イオン水などで洗浄し、その後これを乾燥させる。した
がって、この工程では、後の工程で完成されるフレーム
2の第2フレーム層22の内側の分離領域24bが形成
され、未完成の第1電極ベース35a、第2電極ベース
35bの輪郭が露出される。
【0062】(ニ)続いて、図10(D)に示すよう
に、第2基板300と前述したパイレックス(登録商
標)ガラスよりなる基板1とに熱や圧力を作用させると
共に、電圧を印加するなどして、前記両者を陽極接合に
よって接合する。
【0063】(ホ)引き続き、図11(A)に示すよう
に、下部構造物を形成するための第2基板300の上部
にエッチングマスク303を形成する。エッチングマス
ク303は前述したフレーム2(図1、図2及び図3参
照)の第2フレーム層22に対応する部分を除く部分に
形成される。
【0064】(ヘ)つぎに、図11(B)に示すよう
に、エッチングマスク303で被覆されていないフレー
ム2で第2フレーム層22に対応する部分が所定深さに
なるまでエッチングする。このとき、たとえば、150
0μm×1200μmの面積を有するマイクロアクチュ
エータを製作する場合には、所定部位を40μm程度の
深さになるまでエッチングし、この所定部位に、上部構
造物との接合を行なうための従来公知の位置決め手段
(図示省略)を挿入する。このとき、前記エッチング深
さは駆動くし形電極と固定くし形電極とが重なり合った
領域の関数で表されるので、この重なりあった領域の設
計に応じてエッチング深さを適宜に調節する必要があ
る。
【0065】(ト)続いて、図11(C)に示すよう
に、エッチングマスク303を除去した後、基板1を含
む全体の洗浄及び乾燥を行なう。
【0066】(チ)引き続いて、図11(D)に示すよ
うに、第2基板300の上部全体に下部金属層23cを
蒸着する。このとき、蒸着する金属は前述した金属初期
核層23aと同一の材料から形成することが望ましい。
【0067】(リ)つぎに、図12(A)に示すよう
に、フレーム2の第2フレーム層22に対応する部分に
エッチングマスク304を形成し、このエッチングマス
ク層の内側で突出した部分の下部金属層23cの表面を
露出させた状態に保持する。
【0068】(ヌ)つぎに、図12(B)に示すよう
に、エッチングマスク304で被覆されていない下部金
属層23cを除去し、第2基板300の表面を露出させ
る。
【0069】(ル)つぎに、図12(C)に示すよう
に、第2基板300の上部に前述した固定くし形電極3
4(図1、図2及び図3参照)に対応する部位及びフレ
ーム2の第2フレーム層22に対応する部位にエッチン
グマスク305を形成する。
【0070】(ヲ)さらに、図13(A)に示すよう
に、エッチングマスク305で被覆されていない第2基
板300の露出部分を前記ICPRIE法によって所定
深さt4になるまでエッチングする。このエッチング深
さt4は第2基板300の厚さから分離領域24bの深
さt3(図10(B)参照)を引いた値である。このよ
うにして、基板1上には、エッチングによって、分離領
域24b(図1、図2及び図3参照)の内側に第1電極
ベース35a、第2電極ベース35b及びフレーム2の
第2フレーム層22を形成する。
【0071】(ワ)続いて、図13(B)に示すよう
に、基板1上に形成された構造物全体の上にフォトレジ
ストによる保護膜306を形成する。この過程は基板1
から下部構造物のユニットを分離させるための前処理段
階であって、この下部構造物ユニットの分離を行なうた
めのダイシング工程に際し、ダイシング工程によって下
部構造物の損傷及び破壊を防止するためのものである。
このようにして保護膜306を形成した後、ダイシング
ソーなどを用いて基板1とこの基板1の上部に配置され
た下部構造物ユニットとを分離させる。
【0072】(カ)そして、図13(C)に示すよう
に、保護膜306及びエッチングマスク305を化学的
な湿式エッチング法によって除去した後、この基板1を
含む全体の洗浄及び乾燥を行なう。このような洗浄及び
乾燥が終了すれば基板1への下部構造物の形成が完了す
る。
【0073】(4.上部構造物と下部構造物との接合)
つぎに、以上の過程を通して形成された上部構造物ユニ
ット及び下部構造物ユニットを一体的に接合して最終的
なマイクロアクチュエータを完成させる段階について説
明する。まず、図14(A)に示すように、上部構造物
と下部構造物とを整列させた後、図14(B)に示すよ
うに、前記両者を一体的に接合させる。なお、このよう
な上部構造物と下部構造物との整列及び接合には、真空
チャックを補助的に用いて行なうことができる。そし
て、各々分離した状態にある上部構造物と下部構造物と
をフリップチップボンダーを用いて接合させる。
【0074】すなわち、二つの真空チャックに上部構造
物と下部構造物とを各々固定した後、顕微鏡で観察しつ
つ二つの構造物を整列させ、この整列が完了した後、こ
の二つの真空チャックを近づけて二つの上部構造物と下
部構造物とを一体的に接合させる。このとき、一定の圧
力及び共晶温度を保持すれば、共晶組織からなる金属共
晶接合層23bと下部金属層23cとが溶着してフレー
ム2の第1フレーム層21及び第2フレーム層22が一
体的に接合される。図14(B)では、金属層23を極
めて薄い厚さを有するものとして示されている。このよ
うに、金属層23を構成する金属初期核層23a、メッ
キ層23b及び下部金属層23cは、極めて薄く形成さ
れる。なお、前記した図面においては、金属層23を構
成する金属初期核層23a、メッキ層23b及び下部金
属層23cが誇張して示されている。
【0075】本発明者は、以上のような段階からなる工
程を用いて、マイクロアクチュエータを製作した。そし
て、その駆動状態を調査したところ、前記した本発明の
目的通りに、前記ステージが一定の角度範囲内で、所定
周波数で上下運動することが確認された。図15及び図
16は、本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方
法によって製作されたマイクロアクチュエータにおい
て、トーションバーの近傍を示す上部構造物のSEM
(走査型電子顕微鏡)写真であり、図17は、前記マイ
クロアクチュエータの下部構造物の平面的な構造を示す
SEM写真である。また、図18は、前記下部構造物に
形成された固定くし形電極を拡大して示すSEM写真で
ある。そして、図19は、一体的に接合された上部構造
物及び下部構造物において、駆動くし形電極及び固定く
し形電極を拡大して示すSEM写真であり、図20は、
本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方法によっ
て製作されたマイクロアクチュエータの平面構造を示す
光学顕微鏡写真である。以上のように本発明に係るマイ
クロアクチュエータの製造方法によって製作されたマイ
クロアクチュエータは、実際に図15から図20に示す
ように、所期の設計寸法通り、かつ所望の品質を備えて
製作されていることが明らかとなった。特筆すべきこと
は、くし形電極間での異物の発生が効率的に防止される
ので、本発明に係るマイクロアクチュエータの製品の歩
留まりが飛躍的に高められた点である。
【0076】以上のような構造を有する本発明に係るマ
イクロアクチュエータは、各種の分野で応用することが
可能である。たとえば、前記した本発明に係るマイクロ
アクチュエータに含まれるステージの表面に光学ミラー
を備えれば、入射した光を所定角度の範囲内で反射させ
ることができる光学スキャナ(飛点走査器)として適用
することが可能である。このような光学スキャナは、レ
ーザを用いたテレビ等の映像表示装置、または光磁気的
な情報記憶装置に含まれる光スキャナとして適用するこ
とが可能である。
【0077】
【発明の効果】以上説明した通りに構成される本発明に
係るマイクロアクチュエータおよびその製造方法によれ
ば、目的とする構造を有するマイクロアクチュエータを
所望とする品質を備えて製造することができる。特に、
その製造工程中に生じ得る、くし形電極間の異物の発生
を効率的に低く抑えて製造することができるので、上部
構造物と下部構造物とを迅速かつ安定して接合すること
ができ、その結果、製品の歩留まりを飛躍的に高めるこ
とができる。
【0078】本発明は添付した図面に示された一実施形
態を参考として説明されたが、これは単なる例示的なも
のに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する
者であれば、この一実施形態に基づいて各種の変形及び
均等な他の実施形態を具現化することが可能であるとい
うことは言うまでもない。よって、本発明の真の技術的
な保護範囲は特許請求の範囲によって定まるべきであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るマイクロアクチュエータによる望
ましい実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。
【図2】図1に示す本発明に係るマイクロアクチュエー
タを模式的に示すA−A線断面図である。
【図3】図1に示す本発明に係るマイクロアクチュエー
タを模式的に示すB−B線断面図である。
【図4】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方
法において、上部構造物を製作する工程に含まれる各段
階((A)〜(D))を模式的に示す図である。
【図5】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方
法において、上部構造物を製作する工程に含まれる各段
階((A)〜(C))を模式的に示す図である。
【図6】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方
法において、上部構造物を製作する工程に含まれる各段
階((A)〜(C))を模式的に示す図である。
【図7】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方
法において、上部構造物を製作する工程に含まれる各段
階((A)〜(C))を模式的に示す図である。
【図8】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方
法において、図4(A)に示す段階における基板を模式
的に示す平面図である。
【図9】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造方
法において、上部構造物と下部構造物とを支持する基板
を製作する工程に含まれる各段階((A)〜(D))を
模式的に示す図である。
【図10】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造
方法において、下部構造物を製作する工程に含まれる各
段階((A)〜(D))を模式的に示す図である。
【図11】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造
方法において、下部構造物を製作する工程に含まれる各
段階((A)〜(D))を模式的に示す図である。
【図12】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造
方法において、下部構造物を製作する工程に含まれる各
段階((A)〜(D))を模式的に示す図である。
【図13】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造
方法において、下部構造物を製作する工程に含まれる各
段階((A)〜(D))を模式的に示す図である。
【図14】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造
方法において、上部構造物と下部構造物とを一体的に接
合する組立て工程に含まれる各段階((A)、(B))
を模式的に示す図である。
【図15】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造
方法により製作されたサンプルにおいて、上部構造物の
トーションバーの近傍のSEM(走査型電子顕微鏡)像
の観察写真である。
【図16】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造
方法によって製作されたサンプルにおいて、上部構造物
のトーションバーの近傍のSEM像の観察写真である。
【図17】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造
方法によって製作されたサンプルにおいて、下部構造物
の平面的構造を示すSEM像の観察写真である。
【図18】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造
方法によって製作されたサンプルにおいて、下部構造物
に形成された固定くし形電極を拡大したSEM像の観察
写真である。
【図19】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造
方法によって製作されたサンプルにおいて、上部構造物
と下部構造物との接合後の駆動くし形電極及び固定くし
形電極を拡大したSEM像の観察写真である。
【図20】本発明に係るマイクロアクチュエータの製造
方法によって製作されたマイクロアクチュエータの平面
的構造を示す光学顕微鏡の観察写真である。
【符号の説明】
1 基板 2 フレーム 3 ステージ 21 第1フレーム層 22 第2フレーム層 23 金属層 23a 金属初期核層 23b 共晶組織からなる金属共晶接合層 23c 下部金属層 24a 分離領域 31 トーションバー 32 駆動くし形電極 34 固定くし形電極 35a 第1電極ベース 35b 第2電極ベース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 孔 渡 鉉 大韓民国 ソウル特別市 冠岳区 奉天6 洞 100−231番地

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定パターンの配線層が形成された基板
    と、前記基板上に固定され、この基板面に対して垂直方
    向にくし状に延びる複数の固定くし形電極と、 前記基板の上方の所定高さに形成され、上下方向の運動
    が可能に構成されたステージと、 前記ステージの底部に平行に配列して形成され、各先端
    部が前記固定くし形電極の間にくし状に延びる複数の駆
    動くし形電極と、 前記ステージの上下方向の運動を支持するように、前記
    ステージの両側部にステージと一体的に形成された所定
    長さのトーションバーと、 前記トーションバーの両端部に連結された第1フレーム
    層と、 前記第1フレーム層の下部に配置され、第1フレーム層
    と共に積層構造のフレームを形成する第2フレーム層
    と、 前記第1フレーム層と第2フレーム層との間に介在し、
    前記第1フレーム層と第2フレーム層とを共に接合する
    ための共晶組織からなる金属共晶接合層と、を備えて構
    成されたことを特徴とするマイクロアクチュエータ。
  2. 【請求項2】 前記第1フレーム層、トーションバー、
    ステージ及び駆動くし形電極が一体的に形成されて構成
    されたことを特徴とする請求項1に記載のマイクロアク
    チュエータ。
  3. 【請求項3】 前記第1フレーム層は、ステージを覆う
    方形枠の形状を有し、 前記第1フレーム層と前記ステージとの間には、所定幅
    の分離領域が設けられ、 前記トーションバーは、前記分離領域と交差して構成さ
    れたことを特徴とする請求項1に記載のマイクロアクチ
    ュエータ。
  4. 【請求項4】 前記第1フレーム層は、ステージを覆う
    方形枠の形状を有し、 前記第1フレーム層とステージとの間には、所定幅の方
    形枠の形状の分離領域が設けられ、 前記トーションバーは、前記方形枠の形状の分離領域の
    一部と交差して構成されたことを特徴とする請求項1に
    記載のマイクロアクチュエータ。
  5. 【請求項5】 前記固定くし形電極は、前記基板上に形
    成された電極ベースの上に形成され、 前記電極ベース、固定くし形電極、及び第2フレーム層
    は、同一素材の基板から形成されて構成されたことを特
    徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の
    マイクロアクチュエータ。
  6. 【請求項6】 前記固定くし形電極は、前記第2フレー
    ム層よりも高い位置に配置され、かつその先端部が前記
    第2フレーム層の上端部よりも高い位置に配置されて構
    成されたことを特徴とする請求項5に記載のマイクロア
    クチュエータ。
  7. 【請求項7】 前記固定くし形電極は、前記第2フレー
    ム層よりも高い位置に配置され、かつその先端部が前記
    第2フレーム層の上端部よりも高い位置に配置されて構
    成されたことを特徴とする請求項1から請求項4のいず
    れか一項に記載のマイクロアクチュエータ。
  8. 【請求項8】 前記駆動くし形電極、及び第1フレーム
    層は、各々の先端部が任意の共通平面上に配置されて構
    成されたことを特徴とする請求項1から請求項4及び請
    求項6のいずれか一項に記載のマイクロアクチュエー
    タ。
  9. 【請求項9】 前記駆動くし形電極、及び第1フレーム
    層は、各々の先端部が任意の共通平面上に配置されて構
    成されたことを特徴とする請求項5に記載のマイクロア
    クチュエータ。
  10. 【請求項10】 前記共晶組織からなる金属共晶接合層
    は、複数の金属層から構成され、 中央に配置された金属層は、AuとSnとの合金からな
    るメッキ層から形成されて構成されたことを特徴とする
    請求項1から請求項4、請求項6及び請求項9のいずれ
    か一項に記載のマイクロアクチュエータ。
  11. 【請求項11】 第1基板の両面をエッチングすること
    によって、ステージと、前記ステージの底部に形成され
    た複数の駆動くし形電極と、前記ステージで互いに対向
    する両端部の中間部に配置されたトーションバーと、前
    記トーションバーを支持する所定高さの第1フレーム層
    とからなる上部構造物を形成する段階と、 第2基板の両面をエッチングすることによって、基板
    と、前記基板上に形成され前記第1フレーム層に対応す
    る所定高さを有する第2フレーム層と、前記基板上に形
    成された複数の固定くし形電極とからなる底部構造物を
    形成する段階と、 前記第1フレーム層と第2フレーム層との間に共晶組織
    からなる金属共晶接合層を介在させて前記上部構造物と
    底部構造物とを一体的に接合すると共に、前記駆動くし
    型電極の延長方向が、前記固定くし形電極の延長方向と
    互い違いに配列されるように前記駆動くし形電極と固定
    くし形電極とが重なり合うように形成する段階と、を含
    むことを特徴とするマイクロアクチュエータの製造方
    法。
  12. 【請求項12】 前記上部構造物を形成する段階は、 前記ステージと第1フレーム層との間の空間部に対応す
    る所定幅及び所定深さを有する上部分離領域を形成する
    段階と、 前記第1フレーム層に対応する部分に上部金属層を形成
    する段階と、 前記第1基板の底部を所定パターンにエッチングするこ
    とにより前記分離領域を貫通させて、前記ステージの底
    部に所定高さを有する駆動くし形電極を形成する段階
    と、を含むことを特徴とする請求項11に記載のマイク
    ロアクチュエータの製造方法。
  13. 【請求項13】 前記下部構造物を形成する段階は、 前記構成要素に対応する所定パターンの配線層を形成す
    る段階と、 前記第2フレーム層と固定くし形電極形成領域との間の
    空間部に対応する所定幅及び所定深さを有する下部分離
    領域を形成する段階と、 前記基板の上部に前記第2基板の底部を接合する段階
    と、 前記第2基板の上部の前記第2フレームに対応する領域
    を所定深さになるまでエッチングする段階と、 前記第2基板のエッチング部分に下部金属層を形成する
    段階と、 前記第2基板の上部に前記第2フレーム層及び前記固定
    くし形電極に対応する部分を被覆するマスク層を形成す
    る段階と、 前記マスク層で被覆されていない部分を所定深さになる
    までエッチングし、前記下部分離領域を貫通させて、前
    記下部分離領域の内側に所定高さの固定くし形電極を形
    成する段階と、を含むことを特徴とする請求項11に記
    載のマイクロアクチュエータの製造方法。
  14. 【請求項14】 前記下部構造物を形成する段階は、 前記構成要素に対応する所定パターンの配線層を形成す
    る段階と、 前記第2フレーム層と固定くし形電極形成領域との間の
    空間部に対応する所定幅及び所定深さを有する下部分離
    領域を形成する段階と、 前記基板の上部に前記第2基板の底部を接着する段階
    と、 前記第2フレーム層に対応する部分を所定深さになるま
    でエッチングする段階と、 前記第2基板のエッチングされた部分に下部金属層を形
    成する段階と、 前記第2基板の上部に前記第2フレーム層及び固定くし
    形電極に対応する部分を被覆するマスク層を形成する段
    階と、 前記マスク層に被覆されていない部分を所定深さになる
    までエッチングして前記下部分離領域を貫通させて、前
    記下部分離領域の内側に所定高さの固定くし形電極を形
    成する段階と、を含むことを特徴とする請求項12に記
    載のマイクロアクチュエータの製造方法。
  15. 【請求項15】 前記上部金属層を形成する段階は、 前記第1基板の底部に金属の初期核からなる層を形成す
    る段階と、 前記金属の初期核からなる層に、メッキ法によって、共
    晶組織からなる金属共晶接合層を形成する段階と、 を含むことを特徴とする請求項12または請求項14に
    記載のマイクロアクチュエータの製造方法。
  16. 【請求項16】 前記上部構造物及び下部構造物を一体
    的に接合する段階は、 前記上部構造体の第1フレーム層と下部構造体の第2フ
    レーム層とを接合するために、所定温度及び所定圧力下
    で共晶組織からなる金属共晶接合層を形成し、さらに、
    前記下部構造体の第2フレーム層の下部金属層に、前記
    上部構造体の第1フレーム層の上部金属層を互いに接合
    させる段階を含むことを特徴とする請求項15に記載の
    マイクロアクチュエータの製造方法。
  17. 【請求項17】 前記下部構造の第2フレーム層に下部
    金属層を形成する段階は、下部構造体の第2フレーム層
    に上部構造体の第1フレーム層を接合するために、所定
    温度及び所定圧力で共晶組織からなる金属共晶接合層を
    形成し、さらに、下部構造体の第2フレーム層の下部金
    属層に上部構造体の第1フレーム層の上部金属層を接合
    する段階を含むことを特徴とする請求項13または請求
    項14に記載のマイクロアクチュエータの製造方法。
  18. 【請求項18】 前記第1基板に対する上部分離領域を
    形成した段階の後に、前記分離領域の表面に保護層を形
    成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項12ま
    たは請求項14に記載のマイクロアクチュエータの製造
    方法。
  19. 【請求項19】 前記第2基板の下部は、陽極接合によ
    り前記基板の上部に接合されることを特徴とする請求項
    11から請求項16のいずれか一項に記載のマイクロア
    クチュエータの製造方法。
  20. 【請求項20】 第2基板の下部は、陽極接合により前
    記基板に接合されることを特徴とする請求項17に記載
    のマイクロアクチュエータの製造方法。
  21. 【請求項21】 第2基板に形成された構造物を、前記
    基板に陽極接合により接合することを特徴とする請求項
    18に記載のマイクロアクチュエータの製造方法。
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