JP2002355798A

JP2002355798A - マイクロポンプ、マイクロミキサー、マイクロ機械デバイス、マイクロ可動ミラーおよび光スイッチ

Info

Publication number: JP2002355798A
Application number: JP2001167707A
Authority: JP
Inventors: Akira Koide; 晃小出; Tomomi Sato; 友美佐藤; Shinichi Tanabe; 慎一田辺; Akira Miyake; 亮三宅
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi ULSI Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Solutions Technology Ltd
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2002-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】エポキシ系感光性樹脂を用いることで、積層す
ることなく厚肉化を容易に実現して低コスト化をはか
り、使い捨て可能なマイクロマシンおよびその製造方法
を提供することにある。【解決手段】エポキシ系感光性樹脂そのものを構造材料
としてマイクロ機械デバイスを構成することを特徴とす
る。半導体のフォトリソグラフィー技術により組立工程
なしに樹脂の三次元構造体がバッチ処理で作成できるた
め、樹脂デバイスの微小化や複雑化が容易に行え、低コ
スト化がはかれる。また、処理回路と一体化ができるた
めに浮遊容量の問題等を押さえることができ、高精度な
センサ等のデバイスを作り込むことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂による微小な
三次元構造体を有するマイクロポンプ、マイクロミキサ
ー（マイクロ混合器）、マイクロ機械デバイス。マイク
ロ可動ミラー、静電型アクチュエータ、光スイッチ等の
マイクロマシンおよびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロマシン分野における樹脂
の成形技術としては、「マイクロマシン技術による製品
小型化・知能化事典」産業調査会事典出版センター編ｐ
４１〜ｐ４６（従来技術１）記載のＬＩＧＡプロセスに
代表される射出成形が主流をなしている。この従来技術
１における射出成形が、一般の機械部品の樹脂成形と異
なるのは、マイクロマシンが小さいために射出成形を行
う型を半導体の加工技術を用いて作成している点であ
る。この技術のポイントは、Ｘ線リソグラフィー技術に
用いるシンクロトロン放射光の直進性が良いため、厚い
感光性樹脂に側面の垂直なパターンを転写できる点にあ
る。問題は、シンクロトロン放射光をつくる装置が誰で
もが利用できる装置ではないため、非常に高価な加工技
術となってしまう点である。

【０００３】更に、この射出成形で作成した樹脂構造
は、殆どの場合、組立てなければ、マイクロマシンとし
て機能しないため、微小部品の組立工程が必要になる
が、組立時の位置決めや部品間の接着等、大きさが小さ
くなっているだけに難しく、非常に単純な構造のみに適
用されているのが現状である。

【０００４】これを解決する手段の一つとして、より複
雑な金属構造体を作成する特開平６−４５２３２号公報
（従来技術２）が知られている。これでは、作成した金
属構造体そのものをデバイスとして利用しているが、こ
の技術を用いて射出成形用の型を作成することで、樹脂
の部品点数を減らすことが可能となり、より複雑な樹脂
構造体の加工が可能となる。しかしながら、この従来技
術２を用いたとしても工程が煩雑であるためにコスト高
になってしまう。

【０００５】他方、立体形状の微小機構部品としてのマ
イクロタービン歯車を、簡便で高精度に形成できるもの
として、特開平８−１２７０７３号公報（従来技術３）
が知られている。この従来技術３には、基材に感光性樹
脂膜を形成し、所望のパターンに露光する工程と、樹脂膜
の混合を防止し、その露光を妨げる中間膜を形成する工
程を繰り返し、樹脂膜と中間膜からなる多層構造物を形
成した後、樹脂の現像液に浸漬して露光部を選択除去し
てマイクロタービン歯車を製造することが記載されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術３には、
一層の感光性樹脂厚を数百ミクロン以上にして出来るだ
け積層する層数を低減して、マイクロマシンを低コスト
化で製造しようとする点について、十分考慮されていな
い。

【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
エポキシ系感光性樹脂を用いることで、積層することな
く厚肉化を容易に実現して低コスト化をはかり、使い捨
て可能なマイクロポンプ、マイクロミキサー（マイクロ
混合器）、マイクロ機械デバイス、静電型アクチュエー
タ、マイクロ可動ミラーおよび光スイッチなどのマイク
ロマシンおよびその製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基板上に複数の樹脂層を積層し、前記基
板と最上の樹脂層との間の樹脂層に対して選択的に露光
して除去することによって、圧力室並びに該圧力室の入
口側および出口側につながるノズルを有する流路を形成
し、前記圧力室の壁面を構成する部分をアクチュエータ
に接続されたダイアフラムとして構成することを特徴と
するマイクロポンプである。

【０００９】また、本発明は、半導体基板上に複数の樹
脂層を積層し、前記基板と最上の樹脂層との間の樹脂層
に対して選択的に露光して除去することによって、圧力
室並びに該圧力室の入口側および出口側につながるノズ
ルを有する流路を形成し、前記圧力室の壁面を構成する
部分をアクチュエータに接続されたダイアフラムとして
構成したマイクロポンプを設け、更に、前記半導体基板
上に前記アクチュエータを駆動する駆動回路を作り込む
ことを特徴とするマイクロポンプである。

【００１０】また、本発明は、基板上に複数の樹脂層を
積層し、少なくとも前記基板と最上の樹脂層との間の複
数の樹脂層に対して選択的に露光して除去することによ
って、サンプルを搬送するサンプル搬送用流路、試薬を
搬送する試薬搬送用流路、および前記試薬搬送用流路で
搬送される試薬を前記サンプル搬送用流路で搬送される
サンプルに混合させるミキサー部を形成することを特徴
とするマイクロミキサー（マイクロ混合器）である。

【００１１】また、本発明は、前記マイクロミキサーに
おいて、流路の所望箇所に導電性薄膜からなる流量セン
サを備えたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明は、前記マイクロミキサーに
おいて、ミキサー部の近傍または流路の所望箇所に導電
性薄膜からなるヒータおよび温度センサを備えたことを
特徴とする。

【００１３】また、本発明は、基板上に複数の樹脂層を
積層し、少なくとも前記基板と最上の樹脂層との間の複
数の樹脂層に対して選択的に露光して除去することによ
って、サンプルを搬送するサンプル搬送用流路、試薬を
搬送する試薬搬送用流路、前記試薬搬送用流路で搬送さ
れる試薬を前記サンプル搬送用流路で搬送されるサンプ
ルに混合させるミキサー部、試薬を前記試薬搬送流路に
送り込むマイクロポンプ、およびサンプルを前記サンプ
ル搬送用流路に送り込むマイクロポンプを形成すること
を特徴とするマイクロポンプ付マイクロミキサーであ
る。

【００１４】また、本発明は、基板上に複数の樹脂層を
積層し、これら積層された複数の樹脂層に対して選択的
に露光して除去することによって、固定電極を形成し、
さらに該固定電極に対向するように裏面に電極を形成し
た可動部、アンカー部、および前記可動部を前記アンカ
ー部に対して可動可能に支持するヒンジ部をつなげて形
成したことを特徴とするマイクロ機械デバイスである。

【００１５】また、本発明は、半導体基板上に複数の樹
脂層を積層し、これら積層された複数の樹脂層に対して
選択的に露光して除去することによって、固定電極を形
成し、さらに該固定電極に対向するように裏面に電極を
形成した可動部、アンカー部、および前記可動部を前記
アンカー部に対して可動可能に支持するヒンジ部をつな
げて形成したマイクロ機械デバイスを設け、更に、前記
半導体基板上に、前記固定電極と可動部の電極とによっ
て構成される静電型アクチュエータを駆動する駆動回路
を作り込むことを特徴とするマイクロ機械デバイスであ
る。

【００１６】また、本発明は、前記マイクロ機械デバイ
スにおいて、可動部の表面をミラーで形成したことを特
徴とするマイクロ可動ミラーである。

【００１７】また、本発明は、前記マイクロ可動ミラー
を複数並べて構成したことを特徴とする光スイッチであ
る。

【００１８】また、本発明は、前記マイクロ可動ミラー
を複数並べて構成したことを特徴とする表示装置または
プロジェクタである。

【００１９】また、本発明は、基板上に複数のエポキシ
系樹脂層を積層し、該複数のエポキシ系樹脂層の内、所
望のエポキシ系樹脂層に対して選択的に露光して除去す
ることによってエポキシ系樹脂そのものを構造材料とし
てマイクロマシン（マイクロ機械デバイス）を構成する
ことにある。

【００２０】また、本発明は、前記マイクロ機械デバイ
スにおいて、マイクロ機械構造として中空構造を有する
ことを特徴とする。また、本発明は、前記マイクロ機械
デバイスにおいて、マイクロ機械構造として可動構造を
有することを特徴とする。また、本発明は、前記マイク
ロ機械デバイスにおいて、積層されたエポキシ系樹脂層
の間に露光光を遮光する薄膜を有することを特徴とす
る。また、本発明は、前記マイクロ機械デバイスにおい
て、微小機械構造の一部に導電性薄膜を有することを特
徴とする。

【００２１】また、本発明は、前記導電性薄膜をヒータ
として用いることを特徴とする。また、本発明は、前記
導電性薄膜をセンサとして用いることを特徴とする。ま
た、本発明は、前記マイクロ機械デバイスを、マイクロ
混合器若しくは反応器として構成することを特徴とす
る。また、本発明は、前記マイクロ機械デバイスを、ア
クチュエータとして構成することを特徴とする。また、
本発明は、前記アクチュエータが静電気力で駆動される
ことを特徴とする。

【００２２】また、本発明は、前記マイクロ機械デバイ
スを、センサとして構成することを特徴とする。また、
本発明は、前記センサを静電検出型で構成することを特
徴とする。

【００２３】また、本発明は、前記マイクロ機械デバイ
スを、２つ以上が組み合わされた複合体で構成すること
を特徴とする。また、本発明は、前記マイクロ機械デバ
イスを半導体基板上に形成し、さらに、同じ半導体基板
上に構成された回路と電気的に結合（接続）させること
を特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明に係わるマイクロマシンお
よびその製造方法についての実施の形態について図面を
用いて説明する。

【００２５】本発明は、これまで単結晶シリコンやパイ
レックス（登録商標）ガラス、薄膜等を積層して構成さ
れてきたデバイスを、エポキシ系感光性樹脂で作成する
ことで、低コスト化をはかり、使い捨て可能なマイクロ
ポンプ、マイクロミキサー（マイクロ混合器若しくはマ
イクロ反応器）、マイクロ機械デバイス、静電型アクチ
ュエータ、マイクロ可動ミラーおよび光スイッチなどの
マイクロマシンを実現することにある。

【００２６】本発明に係わるマイクロマシンの第一の実
施例であるマイクロポンプについて図１を用いて説明す
る。単結晶シリコンの積層構造を持つダイアフラムポン
プは、特開平１０−１１０６８１号公報に示されてい
る。本発明に係わるマイクロポンプは、エポキシ系感光
性樹脂の積層構造で構成したものである。即ち、本発明
に係わるマイクロポンプは、基板１０１の上に、出入口
用流体抵抗１０６、１０７と圧力室１０８とを持つ第一
の樹脂層１０２があり、それらの構造の蓋をする形で出
入口１０４、１０５とダイアフラム１０９とを持つ第二
の樹脂層１０３が積層されて構成される。これら第一お
よび第二の樹脂層１０２，１０３の各々は、積層するこ
となく厚肉化可能なエポキシ系樹脂層で構成される。も
ちろん、基板１０１は、同じエポキシ系樹脂層であって
もかまわない。ところで、エポキシ系樹脂は、エポキシ
基の開環反応を利用した樹脂である。即ち、ビスフェノ
ールＡを基に、架橋させて高分子にしたものである。こ
のように、エポキシ系樹脂は、厚く形成でき、機械とし
ての特性（例えば固有振動数を高く、延性）を持たせる
ことが可能となる。

【００２７】このように、圧力室１０８の上下にある基
板１０１または第二のエポキシ系樹脂層１０３、あるい
は両方１０１、１０３のダイアフラム面を、圧電素子等
のマイクロアクチュエータによって駆動することで、マ
イクロポンプとしてのポンプ機能を果たすことが可能と
なる。

【００２８】次に、図１に示したダイアフラムポンプの
作成方法について図２を用いて説明する。

【００２９】まず、図２（ａ）に示す工程で、基板２０
１上に第一の樹脂層２０２となるエポキシ系感光性樹脂
を所望の厚みに均一に積む。この方法は、一般的なスピ
ン塗布法やローラーコーターを用いた方法であっても、
均一の積むことができればどのような方法であってもか
まわない。

【００３０】次に、図２（ｂ）に示す工程で、半導体の
フォトリソグラフィー技術を用いて出入口用流体抵抗１
０６、１０７と圧力室１０８のパターンをエポキシ系感
光性樹脂上に転写して現像液に対する不溶部２０３を形
成する。なお、本図ではエポキシ系感光性樹脂としてネ
ガ型を用いた場合を示してあるがポジ型を用いても良
く、この工程が用いる感光性樹脂の種類により行う処理
が異なるのは当然である。例えば、J. Micromech. Micr
oeng. 7 (1997) pp.121-124「ＳＵ−８：a low-cost ne
gative resist for ＭＥＭＳ」に述べられているネガ型
エポキシ系感光性樹脂を用いる場合には、露光した後に
熱処理を行わないと露光部が現像液に不溶化しないた
め、熱処理が必要である。

【００３１】続く図２（ｃ）に示す工程では、パターニ
ングしたエポキシ系感光性樹脂の現像はせずに、その全
面に光を通さない遮光膜２０４を成膜する。次に、図２
（ｄ）に示す工程では、その遮光膜２０４上に重ねて第
二の樹脂層２０５となるエポキシ系感光性樹脂を第一の
樹脂層２０２と同様に所望の厚さで均一に積む。

【００３２】次に、図２（ｅ）に示す工程においては、
第二の樹脂層２０５に半導体のフォトリソグラフィー技
術を用いて出入口パターン１０４、１０５を転写して現
像液に対する不溶部２０６を形成する。最後に、図２
（ｆ）に示す工程において、現像液を用いて第一および
第二の樹脂層の現像液に対する不溶部２０３、２０６以
外を除去することで、目的とする出入口１０４、１０
５、圧力室１０８、ダイアフラム１０９からなるダイア
フラムポンプ構造が得られる。

【００３３】このとき、遮光膜２０４が現像液に対して
可溶であれば一回の現像工程で済むが、遮光膜２０４が
現像液に対して不溶な場合には、第二の樹脂層２０５の
現像を行った後、遮光膜２０４のエッチングを行い、続
いて第一の樹脂層２０２の現像を行う。なお、スピン塗
布法を用いてエポキシ系感光性樹脂を塗布する場合に
は、エポキシ系感光性樹脂を塗布する下地の状態によっ
て塗布厚が異なることがあるため、遮光を必要としない
基板上にも遮光膜を成膜した方がプロセス条件をそろえ
ることができて良い。

【００３４】また、図２に示すダイアフラムポンプの成
形プロセスでは、下層の第一の樹脂層２０２の露光領域
よりも上層の第二の樹脂層２０５の露光領域の方が大き
かったため遮光膜２０４を必要としたが、下層の樹脂層
の露光領域内にその上にある樹脂層の露光領域が完全に
入っている場合には、遮光膜は必要ではない。この場
合、感光性樹脂間のミキシングが起きない限りにおいて
は、遮光膜の工程を省いてもかまわない。

【００３５】さらに、流体を扱うデバイスで、流体と接
する部分の界面状態を均一にしたい場合には、基板上に
樹脂層を均一に塗布して底面も同じ樹脂とし、最後の現
像工程で流体との界面となる部分に残っている全ての遮
光膜を除去することが必要である。また、各樹脂層間の
密着性を上げるため、遮光膜表面を成膜条件や化学処
理、若しくは物理的処理により面粗さを悪くしておくこ
とも有効である。

【００３６】前記ダイアフラムポンプ成形プロセスにお
いて、組立を必要としないバッチプロセス例を示した
が、例えば、構造が大きかったり、一番上の構造が蓋の
役目をなすだけで構造を持たない場合など、位置合わせ
に精度を要求されない場合には、樹脂の積層構造を二つ
に分けて、一方の構造のみ基板から分離しやすいよう
に、分離層や離形剤等により処理しておき、張り合わせ
で組立、その後、分離しやすくしていた基板から分離し
てデバイスを成形する方法もある。この方法は、気密構
造を形成するのに役立つ方法である。気密構造は、もち
ろんバッチプロセスでも成形可能である。その場合に
は、蓋となる樹脂層に微小な孔を開けておき、その部分
から現像液や遮光膜のエッチング液を供給して内部の不
要な樹脂や遮光膜を除去した後、微小な孔を半導体の成
膜技術や感光性樹脂を塗布する等により塞ぐことで気密
構造を実現する。

【００３７】次に、本発明に係わるマイクロマシンの第
二の実施例であるマイクロミキサー（マイクロ混合器）
について図３を用いて説明する。この混合器若しくは反
応器の原理は、特開平６−２２６０７１号公報に示され
ている。第二の実施例であるマイクロ混合器若しくはマ
イクロ反応器は、サンプル導入口３０６から導入されて
きたサンプルに試薬導入口１（３０７）と試薬導入口２
（３０８）から導入されてきた二種類の試薬をミキサー
部１（３１３）及びミキサー部２（３１４）を用いて混
合若しくは反応することを目的として構成される。この
マイクロ混合器等の構造は、基板３０１上にエポキシ系
樹脂層が四層積層されたおり、第一の樹脂層３０２には
サンプル搬送用流路３１０が形成されており、第三の樹
脂層３０４には各試薬搬送用流路３１１、３１２が形成
されている。第二の樹脂層３０３は、第一の樹脂層３０
２と第三の樹脂層３０４を隔離するとともに、サンプル
搬送用流路３１０につながる流路３１５と試薬搬送用流
路１（３１１）との交差部に微小な孔が多数配列されて
形成されるミキサー部１（３１３）、サンプル搬送用流
路３１０につながる流路３１５と試薬搬送用流路２（３
１２）との交差部に微小な孔が多数配列されて形成され
るミキサー部２（３１４）が形成され、このミキサー部
３１３、３１４でサンプルと試薬を混合するようになっ
ている。第四の樹脂層３０５は、蓋の役目をなすととも
にサンプル導入口３０６、各試薬導入口３０７、３０
８、廃液取出し口３０９が形成されている。

【００３８】このマイクロ混合器若しくはマイクロ反応
器において、サンプルや試薬の流速や液量が重要な要素
となる場合には、各搬送用流路３１０、３１１、３１２
の所望箇所に流量センサを白金電極で形成すればよい。
また、サンプルと試薬を混合する際に温度管理をする必
要がある場合には、混合部分の近傍若しくは流路の所望
箇所にヒータ及び温度センサを白金電極等により作成し
て一体に組込む。

【００３９】ところで、本発明の第二の実施例であるマ
イクロ混合器等の作成方法は、第一の実施例であるダイ
アフラムポンプよりもエポキシ系感光性樹脂の積層数が
多いだけで、図２に示したのと同様の手順で行うが、ヒ
ーターやセンサとして用いる白金電極等の作成は、後述
する図６を用いて説明する可動ミラーデバイスの作成方
法と同様に行う。このようにエポキシ系感光性樹脂を用
いることによって、一層として厚く形成でき、しかも耐
薬品性および耐熱性の点で優れ、マイクロ混合器として
使用可能になる。

【００４０】次に、本発明に係わるマイクロマシンの第
二の実施例であるマイクロ混合器等に、サンプルや各試
薬を供給するポンプとして第一の実施例であるダイアフ
ラムポンプを用いて構成した第三の実施例について図４
を用いて説明する。本発明の第三の実施例は、同一基板
３０１上に一体化して構成される。この一体化構造の利
点は、別々の部品を繋ぐ際に生じるデットボリュームを
限りなく零にすることが出きる点で、試薬の消費量等を
削減するのに有効である。また、同じプロセスで構造が
成形できるため、各種デバイスを同一基板内に同時に作
り込むことが容易であるため、拡張性が高く、デバイス
製作のコストも低減できる。この第三の実施例では、ミ
キサー部３１３，３１４は第二の実施例と同様に作成
し、その際に、第三の樹脂層３０４及び第四の樹脂層３
０５を用いて第一の実施例と同様なダイアフラムポンプ
４０６、４０７、４０８を作り込む。ただし、ダイアフ
ラムポンプ４０６を第三の樹脂層３０４に作り込む場合
には、ダイアフラムポンプ４０６から送り出されるサン
プルの出口を、第一の樹脂層３０１に作り込まれたサン
プル搬送用流路３１５につなげる必要がある。

【００４１】以上説明したように、本発明に係わる第一
乃至第三の実施例によれば、基板１０１、３０１、４０
１上に、厚肉化可能なエポキシ系感光性樹脂層１０２〜
１０３、３０２〜３０５、４０２〜４０５を、最低限の
層数積層することによって、マイクロポンプ、マイクロ
混合器またはマイクロポンプ付マイクロ混合器を容易に
製造することができ、その結果、マイクロポンプ、マイ
クロ混合器またはマイクロポンプ付マイクロ混合器の大
幅な原価低減を実現することができる。

【００４２】次に、本発明に係わるマイクロマシンの第
四の実施例であるマイクロ静電型アクチュエータ、マイ
クロ静電センサおよびマイクロ可動デバイスについて図
５を用いて説明する。本発明の第四の実施例であるマイ
クロ静電駆動型デバイスは、固定電極５０２、５０３
と、入射光を反射させる可動ミラー部（可動部）５０
１、該可動ミラー部（可動部）５０１をその中央で支え
るヒンジ部５０６、およびそのアンカー部５０４、５０
５とからなる。可動ミラー部５０１の裏面には、固定電
極５０２、５０３の各々に対向させて、電極となる導電
性薄膜が成膜されている。そして、この各裏面電極は、
ヒンジ部５０６を介してアンカー部１（５０２）及び２
（５０３）の各々の表面と電気的に接続される。さら
に、アンカー部１（５０２）及び２（５０３）の各々
は、ワイヤ５１１及び５１３の各々により外部取出し電
極５０８、５０９の各々に接続される。当然、固定電極
１（５０２）及び２（５０３）の各々は、ワイヤ５１３
及び５１１の各々により外部取出し電極５１０、５０７
の各々に接続される。

【００４３】従って、入射光を反射させる可動ミラー部
（可動部）５０１の駆動は、この可動ミラー部５０１の
裏面電極と固定電極１（５０２）と固定電極２（５０
３）との間に加える電圧を制御することで行われる。例
えば、固定電極１（５０２）と可動ミラー部５０１の裏
面電極間に電圧差を与えることで、両電極間に働く静電
引力により電極可動ミラー部５０１がヒンジ部５０６を
回転中心として固定電極１（５０２）側に僅か傾く（微
回動する）。この可動ミラー部５０１の傾き（微回動）
は、ヒンジ部５０６がねじれることで発生する反発力と
両電極間で発生する静電引力が釣り合いで決まる。この
時、可動電極と固定電極の間に、駆動電圧とは別に、可
動ミラー部５０１が応答できない高周波の交流電圧を加
えることで、可動ミラー部５０１と固定電極５０２、５
０３が形成するコンデンサに充放電を繰り返させ、そこ
から算出される容量から電極間距離を予測し、可動ミラ
ー部５０１と固定電極５０２、５０３の間に加える電圧
を操作することで、可動ミラー部５０１の回転量を制御
することも可能である。また、回転中心となるヒンジ部
５０６は、上下方向に対しては高剛性であり、回転方向
に関しては低剛性であることが望ましい。

【００４４】ところで、上記マイクロ可動デバイス（可
動ミラー部５０１を可動部で構成する。）は、静電アク
チュエータを用いて駆動しているが、説明中にも示した
通り、高周波の交流を加えることでマイクロ静電センサ
としても利用可能である。さらに、加速度センサとして
用いる場合には、可動部５０１が錘となり、可動部の水
平面方向からの角加速度に対してその慣性力によりヒン
ジ部５０６を回転中心として回転することを利用して、
固定電極５０２、５０３と可動部５０１との間の距離を
容量変化量として計測することにより角加速度を算出す
ることが可能となる。

【００４５】次に、第四の実施例であるマイクロ静電駆
動型デバイスの成形プロセスについて図６を用いて説明
する。

【００４６】まず、図６（ａ）に示す工程では、電気的
に絶縁された基板６０１上に取出し電極６０２を形成す
る。この形成方法は、導電性薄膜を半導体の成膜技術を
用いて絶縁された基板６０１上に成膜し、フォトリソグ
ラフィー技術により取出し電極部６０２以外の導電性薄
膜を除去する。もちろん、エッチング法ではなくリフト
オフ法を用いても同様の電極パターンは成形できる。

【００４７】次に、図６（ｂ）に示す工程において、取
出し電極６０２をパターニングした基板６０１上に第一
の樹脂層６０３となるエポキシ系感光性樹脂を所望の厚
みに均一に積む。次に、図６（ｃ）に示す工程で、第一
の樹脂層６０３にフォトリソグラフィー技術を用いて固
定電極５０２、５０３やヒンジ部５０６のアンカー部５
０４、５０５となる構造として現像液に対する不溶部６
０４を形成する。次に、図６（ｄ）に示す工程では、第
一の樹脂層６０３を現像せずに、その全面に遮光膜６０
５を成膜する。

【００４８】図６（ｅ）に示す工程では、遮光膜６０５
上に、導電性薄膜を成膜し、固定電極５０２、５０３と
なる部分以外の導電性薄膜をフォトリソグラフィー技術
により除去する。なお、遮光膜と導線性薄膜はエッチン
グ等によりどちらか一方を選択的に除去できる性質を有
する異なる材質を用いる。

【００４９】次に、図６（ｆ）に示す工程では、遮光膜
６０５及びその上に成形された固定電極６０６上に第二
の樹脂層６０７となるエポキシ系感光性樹脂を均一に積
む。次に、図６（ｇ）に示す工程において、第二の樹脂
層６０７上にヒンジ部５０６の構造となる現像液に対す
る不溶部６０８を、フォトリソグラフィー技術を用いて
パターニングして形成する。次に、図６（ｈ）に示す工
程では、パターニングした第二の樹脂層６０７を現像せ
ずに、その全面に遮光膜６０９を成膜する。次に、図６
（ｉ）に示す工程では、遮光膜６０９の上に重ねて導電
性薄膜を成膜し、フォトリソグラフィー技術を用いて可
動ミラー部５０１やヒンジ部５０６及びそのアンカー部
５０４、５０５となる部分以外の導電性薄膜を除去し
て、可動ミラー部５０１の裏面に形成される裏面電極の
各々に接続される導電性薄膜パターン６１０を形成す
る。この工程でももちろん遮光膜６０９と導電性薄膜は
どちらか一方を選択的に除去できるような異なる材質か
らなる。

【００５０】次に、図６（ｊ）に示す工程では、遮光膜
６０９及び可動ミラー部（可動部）５０１やヒンジ部５
０６及びそのアンカー部５０４、５０５となる部分の導
電性薄膜パターン６１０上に第三の樹脂層６１１となる
エポキシ系感光性樹脂を積む。次に、図６（ｋ）に示す
工程において、フォトリソグラフィー技術を用いて可動
ミラー部５０１となる構造を第三の樹脂層６１１上に転
写して現像液に対する不溶部６１２を形成する。さら
に、図６（ｌ）に示す工程において、ミラーとなるアル
ミ等の金属薄膜を第三の樹脂膜６１１上の全面に成膜
し、フォロリソフラフィー技術により可動ミラー部分以
外の金属薄膜を除去して、ミラー面６１３を形成する。

【００５１】最後に、図６（ｍ）に示す工程において、
現像を行い、不要な部分の樹脂を除去する。この工程
で、遮光膜６０５、６０９が現像液に対して可溶であれ
ば、現像工程で一緒に除去可能となるが、不溶な場合に
は、現像、遮光膜除去の工程を交互に行うことで不要な
樹脂を除去して目的の可動ミラー部５０１、ヒンジ部５
０６、アンカー部５０４，５０５および固定電極５０
２、５０３の構造を得ることが可能となる。

【００５２】以上説明したように、本発明に係わる第四
の実施例によれば、基板６０１上に、厚肉化可能なエポ
キシ系感光性樹脂層６０３、６０７、６１１を、最低限
の層数積層することによって、マイクロ静電型アクチュ
エータ、マイクロ静電センサおよびマイクロ可動デバイ
ス等のマイクロマシンを容易に製造することができ、そ
の結果、マイクロ静電型アクチュエータ、マイクロ静電
センサおよびマイクロ可動デバイス等のマイクロマシン
の大幅な原価低減を実現することができる。

【００５３】次に、本発明に係わる第四の実施例である
マイクロ可動ミラーとその駆動回路を同一基板上に実装
した第五の実施例について図７を用いて説明する。第五
の実施例は、可動ミラー駆動回路７０３をシリコン基板
７０１上に半導体製造技術により形成し、その後、可動
ミラーデバイス５０１をシリコン基板７０１上に樹脂で
形成する。可動ミラーデバイス５０１を成形する工程
は、半導体のフォトリソフラフィーと同様な工程であ
り、前もって形成してある可動ミラー駆動回路７０３に
悪影響を与えることはない。なお、可動ミラー駆動回路
７０３の表面を窒化物などで保護しておけばさらに好ま
しい。

【００５４】次に、本発明に係わる第一および第三の実
施例であるマイクロポンプとその駆動回路を同一基板上
に実装した第六の実施例について説明する。第六の実施
例は、第五の実施例と同様に、第一の実施例や第三の実
施例におけるマイクロポンプをシリコン基板上に作り込
むものである。この第六の実施例によれば、駆動回路と
容易に一体にすることが可能となる。これにより、同一
の半導体プロセスで処理回路からデバイス、実装まで全
てをバッチ処理で作成することが可能となり、デバイス
の高密度化や高スループット化ができることにより、低
コスト化がはかれる。また、処理回路と一体化ができる
ために浮遊容量等を低減でき、高精度なセンサ等のデバ
イスを作り込むことも可能となる。

【００５５】以上説明したように、第五および第六の実
施例によれば、処理回路と一体化ができるために浮遊容
量の問題等を押さえることができ、高精度なセンサ等の
マイクロ機械デバイスを作り込むことが可能となる。

【００５６】次に、本発明に係わる第四の実施例である
マイクロ可動ミラーを光切り替えマイクロスイッチに適
用した第七の実施例について図８を用いて説明する。即
ち、第七の実施例によれば、入射用光ファイバ８０２か
らマイクロ可動ミラー５０１に入射した信号光８０５
は、固定電極１（５０２）と固定電極２（５０３）を同
電位にしているときには、出力用光ファイバ１（８０
３）に入射し、固定電極１(５０２)及び２（５０３）に
加える電圧を変えて点線で示すようにマイクロ可動ミラ
ー５０１を傾けた場合には、出力用光ファイバ２（８０
４）に入射して切り替わり、光切り替えマイクロスイッ
チを実現することが可能となる。なお、このスイッチ
を、単にオンオフに使用する場合には、出力用光ファイ
バは一つで良く、コンパクト化が容易である。

【００５７】さらに、このような２〜５μｍ程度四角の
光マイクロスイッチを２次元に多数並べることにより、
デジタルプロセッサやプロジェクタなどを構成すること
ができることになる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、半導体のフォトリソグ
ラフィー技術により組立工程なしに樹脂の三次元構造体
がバッチ処理で作成できるため、マイクロデバイスの微
小化や複雑化が容易に行え、低コスト化がはかれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるマイクロ機械デバイスの第一の
実施例であるダイアフラムポンプ（マイクロポンプ）を
示す部分断面鳥瞰図である。

【図２】本発明の第一の実施例であるダイアフラムポン
プの成形プロセスを示す図である。

【図３】本発明に係わるマイクロ機械デバイスの第二の
実施例であるマイクロ混合器を示す鳥瞰図（半透明）で
ある。

【図４】本発明に係わるマイクロ機械デバイスの第三の
実施例であるマイクロ混合器とダイアフラムポンプ（マ
イクロポンプ）を一体化した微量液ハンドリングシステ
ムを示す鳥瞰図（半透明）である。

【図５】本発明に係わるマイクロデバイスの第四の実施
例であるマイクロ可動ミラーデバイスを示す鳥瞰図であ
る。

【図６】本発明の第四の実施例であるマイクロ可動デバ
イスの成形プロセスを示す図である。

【図７】本発明に係わるマイクロデバイスの第五の実施
例であるマイクロ可動デバイスと駆動回路を一体化した
マイクロシステムを示す斜視図である。

【図８】本発明に係わるマイクロデバイスの第七の実施
例であるマイクロミラーデバイスを利用したマイクロ光
切り替えスイッチの一実施例を示した斜視図である。

【符号の説明】

１０１：基板、１０２：第一の樹脂層、１０３：第二の
樹脂層、１０４：出口、１０５：入口、１０６：出口用
流体抵抗、１０７：入口用流体抵抗、１０８：圧力室、
１０９：ダイアフラム、２０１：基板、２０２：第一の
樹脂層、２０３：現像液に対する不溶部、２０４：遮光
膜、２０５：第二の樹脂層、２０６：現像液に対する不
溶部、３０１：基板、３０２：第一の樹脂層、３０３：
第二の樹脂層、３０４：第三の樹脂層、３０５：第四の
樹脂層、３０６：サンプル導入口、３０７：試薬導入口
１、３０８：試薬導入口２、３０９：廃液排出口、３１
０：サンプル搬送用流路、３１１：試薬搬送用流路１、
３１２：試薬搬送用流路２、３１３：ミキサー部１、３
１４：ミキサー部２、３１５：サンプル搬送用流路、４
０６：サンプル用ダイアフラムポンプ、４０７：試薬１
用ダイアフラムポンプ、４０８：試薬２用ダイアフラム
ポンプ、５０１：可動ミラー部（可動部）、５０２：固
定電極１、５０３：固定電極２、５０４：アンカー部
１、５０５：アンカー部２、５０６：ヒンジ部、５０
７、５０８，５０９，５１０：取出し電極、５１１、５
１２、５１３、５１４：ワイヤ、６０１：基板、６０
２：取出し電極、６０３：第一の樹脂層、６０４：現像
液に対する不溶部、６０５：遮光膜、６０６：固定電
極、６０７：第二の樹脂層、６０８：現像液に対する不
溶部、６０９：遮光膜、６１０：可動ミラー裏面電極、
６１１：第三の樹脂層、６１２：現像液に対する不溶
部、６１３：ミラー、７０１：シリコン基板、７０３：
可動ミラー駆動回路、８０２：入射用光ファイバ、８０
３：出力用光ファイバ１、８０４：出力用光ファイバ
２。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０４Ｂ 43/04 Ｆ０４Ｂ 43/04 Ｂ 53/10 Ｇ０２Ｂ 26/08 ＥＧ０２Ｂ 26/08 Ｆ０４Ｂ 21/02 Ｇ (72)発明者佐藤友美東京都小平市上水本町五丁目22番１号株式会社日立超エル・エス・アイ・システムズ内 (72)発明者田辺慎一東京都小平市上水本町五丁目22番１号株式会社日立超エル・エス・アイ・システムズ内 (72)発明者三宅亮茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内Ｆターム(参考） 2H041 AA12 AB14 AC06 AZ08 3H071 AA01 BB01 CC31 CC33 CC37 DD04 DD32 DD35 DD82 DD84 DD89 3H075 AA09 BB04 CC32 CC34 CC36 DB02 EE12 3H077 AA08 CC02 CC09 DD06 EE34 EE36 FF12 FF22 FF36 FF43 FF55

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に複数の樹脂層を積層し、前記基板
と最上の樹脂層との間の樹脂層に対して選択的に露光し
て除去することによって、圧力室並びに該圧力室の入口
側および出口側につながるノズルを有する流路を形成
し、前記圧力室の壁面を構成する部分をアクチュエータ
に接続されたダイアフラムとして構成することを特徴と
するマイクロポンプ。
【請求項２】半導体基板上に複数の樹脂層を積層し、前
記基板と最上の樹脂層との間の樹脂層に対して選択的に
露光して除去することによって、圧力室並びに該圧力室
の入口側および出口側につながるノズルを有する流路を
形成し、前記圧力室の壁面を構成する部分をアクチュエ
ータに接続されたダイアフラムとして構成したマイクロ
ポンプを設け、更に、前記半導体基板上に前記アクチュ
エータを駆動する駆動回路を作り込むことを特徴とする
マイクロポンプ。
【請求項３】基板上に複数の樹脂層を積層し、少なくと
も前記基板と最上の樹脂層との間の複数の樹脂層に対し
て選択的に露光して除去することによって、サンプルを
搬送するサンプル搬送用流路、試薬を搬送する試薬搬送
用流路、および前記試薬搬送用流路で搬送される試薬を
前記サンプル搬送用流路で搬送されるサンプルに混合さ
せるミキサー部を形成することを特徴とするマイクロミ
キサー。
【請求項４】請求項３記載のマイクロミキサーにおい
て、流路の所望箇所に導電性薄膜からなる流量センサを
備えたことを特徴とするマイクロミキサー。
【請求項５】請求項４記載のマイクロミキサーにおい
て、ミキサー部の近傍または流路の所望箇所に導電性薄
膜からなるヒータおよび温度センサを備えたことを特徴
とするマイクロミキサー。
【請求項６】基板上に複数の樹脂層を積層し、少なくと
も前記基板と最上の樹脂層との間の複数の樹脂層に対し
て選択的に露光して除去することによって、サンプルを
搬送するサンプル搬送用流路、試薬を搬送する試薬搬送
用流路、前記試薬搬送用流路で搬送される試薬を前記サ
ンプル搬送用流路で搬送されるサンプルに混合させるミ
キサー部、試薬を前記試薬搬送流路に送り込むマイクロ
ポンプ、およびサンプルを前記サンプル搬送用流路に送
り込むマイクロポンプを形成することを特徴とするマイ
クロポンプ付マイクロミキサー。
【請求項７】基板上に複数の樹脂層を積層し、これら積
層された複数の樹脂層に対して選択的に露光して除去す
ることによって、固定電極を形成し、さらに該固定電極
に対向するように裏面に電極を形成した可動部、アンカ
ー部、および前記可動部を前記アンカー部に対して可動
可能に支持するヒンジ部をつなげて形成したことを特徴
とするマイクロ機械デバイス。
【請求項８】半導体基板上に複数の樹脂層を積層し、こ
れら積層された複数の樹脂層に対して選択的に露光して
除去することによって、固定電極を形成し、さらに該固
定電極に対向するように裏面に電極を形成した可動部、
アンカー部、および前記可動部を前記アンカー部に対し
て可動可能に支持するヒンジ部をつなげて形成したマイ
クロ機械デバイスを設け、更に、前記半導体基板上に、
前記固定電極と可動部の電極とによって構成される静電
型アクチュエータを駆動する駆動回路を作り込むことを
特徴とするマイクロ機械デバイス。
【請求項９】請求項７または８記載のマイクロ機械デバ
イスにおいて、可動部の表面をミラーで形成したことを
特徴とするマイクロ可動ミラー。
【請求項１０】請求項９記載のマイクロ可動ミラーを複
数並べて構成したことを特徴とする光スイッチ。
【請求項１１】請求項９記載のマイクロ可動ミラーを複
数並べて構成したことを特徴とする表示装置。
【請求項１２】基板上に複数のエポキシ系樹脂層を積層
し、該複数のエポキシ系樹脂層の内、所望のエポキシ系
樹脂層に対して選択的に露光して除去することによって
マイクロ機械構造を構成することを特徴とするマイクロ
機械デバイス。
【請求項１３】請求項１２記載のマイクロ機械デバイス
において、マイクロ機械構造として中空構造を有するこ
とを特徴とするマイクロ機械デバイス。
【請求項１４】請求項１２記載のマイクロ機械デバイス
において、マイクロ機械構造として可動構造を有するこ
とを特徴とするマイクロ機械デバイス。
【請求項１５】請求項１２または１３または１４記載の
マイクロ機械デバイスにおいて、積層されたエポキシ系
樹脂層の間に露光光を遮光する薄膜を有することを特徴
とするマイクロ機械デバイス。
【請求項１６】請求項１２または１３または１４記載の
マイクロ機械デバイスにおいて、微小機械構造の一部に
導電性薄膜を有することを特徴とするマイクロ機械デバ
イス。