JP2011045981A - Ｍｅｍｓ、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト、且つ、高い機能を有するＭＥＭＳ、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】微細構造体からなるデバイス層６１と、基材９１とにより構成されるＭＥＭＳ１０１の製造方法であって、成形可能な材料を型５１により成形することにより、デバイス層６１、及び基材９１を成形する成形工程Ｓ４２と、成形工程により成形されたデバイス層６１と、基材９１とを接合する接合工程Ｓ４４と、成形工程で生じた残膜６１ａを、デバイス層６１より除去する除去工程Ｓ４５と、を有することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）、及びその製造方法に関し、特に、低コスト化等とともに、高機能化を図ることができるＭＥＭＳ、及びその製造方法に関する。

ＭＥＭＳとは、機械要素部品、電子回路等を含み構成されるデバイス層を、基材の上に集積化したデバイスを指す。現在、ＭＥＭＳは、インクジェットプリンターヘッド、圧力センサ、加速度センサ、光スイッチ等に応用されており、今後もその応用範囲が、益々拡大することが期待されている。

従来、ＭＥＭＳのデバイス層は、特許文献１に開示されるように、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板により構成することが一般的であった。ＳＯＩ基板は、一般的な半導体加工プロセスを使用して加工することができることから、ＭＥＭＳのデバイス層に広く使用されてきた。

特開２００９−１５４２１５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような、ＳＯＩ基板によりデバイス層を構成したＭＥＭＳには問題も有った。その問題とは、ＭＥＭＳを製造する際に多くのコストを要すること、及びＭＥＭＳの有する機能の幾つかが十分なレベルでは無いこと等である。まず、コストの問題は、ＳＯＩ基板の加工に用いる半導体加工プロセスが、高価な装置を必要とすることにより発生する。また、機能の問題は、ＳＯＩ基板の有する性質により発生する。例えば、ＳＯＩ基板は柔軟性に乏しく、それを使用してデバイス層を構成したＭＥＭＳは、センサに応用した場合、感度が十分でないという問題を有している。

本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、低コスト、且つ、高い機能を有するＭＥＭＳ、及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１のＭＥＭＳの製造方法は、微細構造体からなるデバイス層と、基材とにより構成されるＭＥＭＳの製造方法であって、成形可能な材料を型により成形することにより、前記デバイス層を成形する成形工程と、前記成形工程により成形された前記デバイス層と、前記基材とを接合する接合工程と、前記成形工程で生じた残膜を、前記デバイス層より除去する除去工程と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載のＭＥＭＳの製造方法は、前記除去工程が、機械加工により行われることを特徴とする。

請求項３に記載のＭＥＭＳの製造方法は、前記除去工程において、前記残膜の除去に先立ち、前記デバイス層と前記基材との間に補強材を充填することを特徴とする。

また、請求項４のＭＥＭＳの製造方法は、前記型が、開口部を有するとともに、前記デバイス層の成形に使用される溝を複数備え、前記溝の深さは、任意に設定可能であることを特徴とする。

また、請求項５のＭＥＭＳの製造方法は、前記型に具備される溝の側面が、該溝の底面から開口部にかけて、溝幅が拡大するように傾倒されていることを特徴とする。

また、請求項６のＭＥＭＳの製造方法は、前記接合工程に先立ち、導電性材料により前記デバイス層の一部、または全部をコーティングするコーティング工程、を有することを特徴とする。

また、請求項７のＭＥＭＳの製造方法は、前記成形工程において、前記デバイス層に孔、または突起のうち少なくとも一つが、設けられることを特徴とする。

また、請求項８のＭＥＭＳの製造方法は、前記除去工程後に、導電性材料により前記デバイス層の一部、または全部をコーティングする仕上コーティング工程、を有することを特徴とする。

また、請求項９のＭＥＭＳは、請求項１乃至８の何れか１項記載のＭＥＭＳの製造方法により製造されることを特徴とする。

また、請求項１０のＭＥＭＳは、前記デバイス層と前記基材とのうち一方に、該デバイス層と該基材とのアライメントに供されるアライメント用孔が、前記デバイス層、及び前記基材のうち他方に、該デバイス層と該基材とのアライメントに供されるアライメント用突起が、夫々設けられており、前記アライメント用孔には、前記アライメント用突起が挿入されていることを特徴とする。

また、請求項１１のＭＥＭＳは、前記デバイス層と前記基材との少なくとも一方に、電気的接続に供される貫通孔が設けられることを特徴とする。

また、請求項１２のＭＥＭＳは、前記デバイス層が、複数の層を積層することにより構成されることを特徴とする。

また、請求項１３のＭＥＭＳは、前記デバイス層、又は前記基材に、前記デバイス層を封止するキャップが取付けられることを特徴とする。

請求項１に記載のＭＥＭＳの製造方法は、成形可能な材料を型により成形することにより、デバイス層を成形する成形工程と、成形工程により成形されたデバイス層と、基材とを接合する接合工程と、成形工程で生じた残膜を、デバイス層より除去する除去工程とを有している。本ＭＥＭＳの製造方法における上記工程は、ＳＯＩ基板により、デバイス層を製造する場合と異なり、半導体加工プロセスを用いず行うことができる。そのため、本ＭＥＭＳの製造方法は、安価にＭＥＭＳを製造できるという効果を有する。

請求項２に記載のＭＥＭＳの製造方法は、除去工程が、機械加工により行われる。機械加工により、除去工程を行うことは、デバイス層の表面を鏡面化できることにつながり、延いては、容易にミラーデバイスであるＭＥＭＳを得ることができることにつながる。

請求項３に記載のＭＥＭＳの製造方法は、除去工程において、残膜の除去に先立ち、デバイス層と基材との間に補強材を充填する。このことは、残膜を除去する際に、デバイス層が破損することを防止できるという効果を有する。

請求項４に記載のＭＥＭＳの製造方法は、型が、開口部を有するとともに、デバイス層の成形に使用される溝を複数備えており、溝の深さは、任意に設定することができる。ＳＯＩ基板によりデバイス層を得る場合においては、ＭＥＭＳのデバイス層に可動構造、カンチレバー等中空部を有する構造を設けるためにフッ酸等の有害な薬剤を使用する場合があった。しかしながら、本方法においては、上記構成により、有害な薬剤を使用することなく、ＭＥＭＳ層に前記中空部を有する構造を設けることができる。即ち、本方法は、ＭＥＭＳの製造を安全に行うことができるという効果を有する。

請求項５に記載のＭＥＭＳの製造方法は、型に具備される溝の側面が、溝の底面から開口部にかけて、溝幅が拡大するように傾倒されている。このことは、成形工程において、型をデバイス層から取り外すことを容易にするという効果を有し、延いては、ＭＥＭＳの生産効率を高める効果を有する。

請求項６に記載のＭＥＭＳの製造方法は、接合工程に先立ち、導電性材料によりデバイス層の一部、または全部をコーティングするコーティング工程を有している。上記のように、型に具備される溝の側面は、溝の底面から開口部にかけて、溝の幅が拡大するように傾倒されている。そのため、デバイス層の前記型に具備される溝の側面により成形される面も傾倒しており、接合工程によりデバイス層を基材に接合した後においては、前記各面を導電性材料によりコーティングすることが難しくなる。一方で、前記各面のコーティングは、接合工程前であれば容易である。従って、本工程は、前記各面を適切に導電性材料によりコーティングすることができるという効果を有する。

請求項７に記載のＭＥＭＳの製造方法は、成形工程において、デバイス層に孔、または突起のうち少なくとも一つが、設けられる。孔、突起は、デバイス層と基材とのアライメント等に利用することができるため、孔、突起をデバイス層に設けることは、ＭＥＭＳの生産性等を向上させる効果を有する。

請求項８に記載のＭＥＭＳの製造方法は、除去工程後に、導電性材料によりデバイス層の一部、または全部をコーティングする仕上コーティング工程を有している。本工程は、除去工程後に行われるため、除去工程により残膜を除去することにより形成されるデバイス層の面を適切に導電性材料によりコーティングすることができるという効果を有する。

請求項９に記載のＭＥＭＳは、請求項１乃至８の何れか１項に記載のＭＥＭＳの製造方法により製造されたものである。上記の通り、請求項１乃至８の何れか１項記載のＭＥＭＳの製造方法は、成形工程等を用いてデバイス層を製造するという特徴を有している。従って、本ＭＥＭＳは、成形工程、除去工程等を適用できる材料により、デバイス層が構成され、具体的には、デバイス層が、樹脂、ガラス、ゴム、金属等を使用して構成されている。前記各材料は、従来のＭＥＭＳにおいてのデバイス層に使用されてきたＳＯＩと異なる性質を有している。これにより、前記各材料によりデバイス層を構成した本ＭＥＭＳには、従来のＭＥＭＳと比較して高機能とすることができる。例えば、樹脂を使用してデバイス層を構成した場合の本ＭＥＭＳは、樹脂がＳＯＩ基板と比較して柔軟性に富んでいるという特徴から、従来のＭＥＭＳと比較して、高感度のセンサを実現できる。

請求項１０のＭＥＭＳは、デバイス層と基材とのうち一方に、デバイス層と基材とのアライメントに供されるアライメント用孔が、デバイス層と基材とのうち他方に、デバイス層と基材とのアライメントに供されるアライメント用突起が夫々設けられ、アライメント用孔には、アライメント用突起が挿入されている。この構成は、製造時のアライメントを容易にするという効果を有する。なお、上記アライメント用孔は、貫通孔、止まり孔何れであってもよい。

請求項１１のＭＥＭＳは、デバイス層に、電気的接続に供される貫通孔が設けられている。本ＭＥＭＳは、前記貫通孔を利用することにより、デバイス層と電子基板との電気的接続、集積回路、電子回路との集積等を容易に行うことができるという効果を有する。

請求項１２のＭＥＭＳは、デバイス層と基材との少なくとも一方が、複数の層を積層することにより構成されている。積層する各層は、夫々異なる機能を有するものであってよい。そのため、本ＭＥＭＳは、多様な機能を集積したものとすることができる。このことは、本ＭＥＭＳの応用範囲を拡大することに寄与する。

請求項１３のＭＥＭＳは、デバイス層、又は基材に、該デバイス層、又は該基材を封止するキャップが取り付けられる。キャップを取り付けることには、本ＭＥＭＳを真空封止できるという効果がある。

本発明のＭＥＭＳの一例を示す説明図。 図１におけるＡ１−Ａ２面の断面構造を示す断面図。 図１におけるＢ１−Ｂ２面の断面構造を示す断面図。 本発明のＭＥＭＳの製造方法を示すフローチャート。 型の断面構造を示す断面図。 成形工程の説明図。 除去工程の説明図。 コーティング工程の説明図。 接合工程の説明図。 除去工程の説明図。 仕上コーティング工程後のＭＥＭＳを示す説明図。 ＭＥＭＳを電子基板に実装した場合を示す説明図。 ＭＥＭＳのデバイス層を多層に構成した場合を示す説明図。 ＭＥＭＳに流路を形成した場合を示す説明図。 ＭＥＭＳに真空封止キャップを取付けた場合を示す説明図。 図１５におけるＣ方向から見た説明図。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態の説明を行う。図１乃至３に示す本発明のＭＥＭＳ１は、デバイス層２、基体３を備える。なお、ＭＥＭＳ１は、ミラーデバイスを実現するものであるが、これは一例であって、その他多様な機能を有するものとして本発明のＭＥＭＳは実現できる。

図１に示されるように、デバイス層２は、Ｙ方向に相対向する第１支持部４と、Ｘ方向に相対向する第２支持部５とを備える。第１支持部４、第２支持部５は、図２、３に示されるように、夫々基体３の上面に固定されている。また、第１支持部４及び第２支持部５は、Ｚ方向に沿った厚みが互いに同じである。弾性連結部６は、第１支持部４と、回動板７とを接続している。回動板７の表面（＋Ｚ方向の上面）は、照射された光が反射されるよう鏡面として構成される。なお、回動板７は、弾性連結部６とともに基体３の上面から距離を隔てて浮いて構成される。

バネ部８は、折り返しバネ形状を有しており、一端が第２支持部に、他端が固定部９に夫々接続されている。固定部９は、基体３の上面に固定されている。なお、回動板７、バネ部８、及び固定部９は、Ｚ方向に沿った厚みが、全て同じであるよう構成され、これらの厚みは、第１支持部４、第２支持部５と比較して薄い。また、バネ部８の上面は、第２支持部５の上面と段差無く設けられるため、図３に示すように、バネ部８は、基体３の上面に対し浮いた状態となる。

固定電極群１０は、固定部９におけるＭＥＭＳ１の中心部に近い側の端面に設けられる。固定電極群１０は、櫛歯状に構成され、図２、３に示すように、基体３の上面に固定されている。可動電極群１１は、回動板７のＸ方向に沿った両端部に設けられている。固定電極群１０と、可動電極群１１とは、Ｙ方向に微小な距離を隔てて噛み合わされるように配置される。また、固定電極群１０を含む固定部９と、可動電極群１１を含む回動板７とは、上記の通り、Ｚ方向に同じ厚さを有しており、また第１支持部４、第２支持部５のＺ方向の厚みと比較して薄い。これらによって、図２、３に示すように、基体３の上方に固定された固定電極群１０に対して、可動電極群１１は、所定距離だけ＋Ｚ方向に位置することになる。この所定距離とは、回動板７等のＺ方向の厚みと、第１支持部４等のＺ方向の厚みとの差と等しい距離である。

なお、固定電極群１０及び可動電極群１１の個別の電極のＹ方向に沿った幅は、例えば、３乃至５μｍ程度である。固定電極群１０の個別の電極とこれに隣接する可動電極群１１の個別の電極とのＹ方向に沿った距離は、１．５乃至５μｍ程度である。

位置決め部１４は、固定部９に設けられる位置決め孔１３と、基体３に設けられる位置決め突起１５により構成され、図２に示すように、位置決め孔１３に、位置決め突起１５が挿入されることにより、デバイス層２と基体３との位置決めが行われる。なお、位置決め孔１３は、貫通孔として図示しているが、止まり孔であってもよい。また、固定部９には、開口１２も設けられており、これを位置決め孔として使用しても良い。

上記説明した図１乃至３に示すＭＥＭＳ１は、固定電極群１０と可動電極群１１とに異なる極性の電力を印加することにより、動作を行う。例えば、図２、３の−Ｘ方向側の固定電極群１０には正の電圧を、可動電極群１１には負の電圧を、夫々印加する。このことにより、静電気力によって固定電極群１０と可動電極群１１との間には、互いに引き合う力が発生する。ここで、固定電極群１０に対して可動電極群１１は、所定の距離だけ＋Ｘ方向に位置して構成されている。従って、前記引き合う力が発生することにより、−Ｘ方向側の可動電極群１１は、固定電極群１０に向かって、−Ｚ方向にひきつけられる。このことにより、弾性連結部６を回動軸として回動板７が＋θ方向に回動する。また、同様に、＋Ｘ方向側の固定電極群１０には正の電圧を、可動電極群１１には負の電圧を、夫々印加した場合には、回動板７は、−θ方向に回動する。

以上説明した動作により、ＭＥＭＳ１は、回動板７の表面（＋Ｚ方向の上面）に照射された光を反射させることができ、且つ、所定の範囲の角度内に置いて光の角度を制御することができる。即ち、ＭＥＭＳ１は、ミラーデバイスとして機能する。

ここで、上記にも述べたように、本発明のＭＥＭＳはミラーデバイスだけでなく多様な機能を有するものとして実現できる。この製造方法について、図４乃至１１を用いて説明する。なお、ここでは、説明を容易とするために、図１乃至３と比較して簡略化した図１１に示すＭＥＭＳ１０１を製造するものとして説明を行う。また、やはり説明を容易とすることを目的として、図５乃至１１においては、Ｘ軸、及びＺ軸に係る断面を示すこととする。

図４に示すように、本発明のＭＥＭＳ１は、種々の工程を経て製造することができる。まず、Ｓ４１の型作成工程においては、図５に示すような型を用意する。図６に示す、デバイス層６１は、樹脂、ガラス、ゴム、金属等成形可能な材料を用いて構成されるため、それらを成形する型を予め用意しておく必要がある。型５１には、ＭＥＭＳ１０１のデバイス層６１を実現するために、溝５２乃至５７が設けられている。

溝５２の側面である面５２ａ、５２ｃ、５２ｅは、その底面である面５２ｂ、５２ｄから、その開口部５２ｆにかけて溝幅が広がるように傾倒している。溝５３乃至５７においても、同様に構成されている。このように、溝５２乃至５７の側面である面５２ａ、５２ｃ、５２ｅ等を構成する理由であるが、後の成形工程におけるデバイス層６１の型５１からの離型を良くするためである。なお、溝５２乃至５７の面５２ａ、５２ｃ、５２ｅ等の側面の傾倒角度であるが、成形工程におけるデバイス層６１の型５１からの離型をスムーズにできる角度であれば良い。また、図５は、型５１に設けられる溝５２乃至５７の面５２ａ、５２ｃ、５２ｅ等の側面が傾倒していることを明確とするため誇張して示している。

また、溝５２乃至５７のその開口部から底面までの深さは、任意に設定することができる。図５においては、溝５２乃至５７の開口部（例えば、溝５２における開口部５２ｆ）に対する底面（例えば、溝５２における面５２ｂ、５２ｄ）の深さは、２種類存在するように設定している。なお、これに限定されず、溝の開口部から底面までの深さは、３種類以上存在するように設定しても良い。また、溝５２は、その開口部５２ｆからの深さが異なる２つの底面（面５２ｂ、５２ｄ）を有するように構成されている。即ち、単一の溝の中に２種以上の開口部からの深さが異なる底面を設けても良い。上記のように、溝５２乃至５７を構成することにより、ＭＥＭＳ１０１には、図１１に示すような、鍔６１ｇ、中空部６８、孔６９等を設けることが可能となる。

また、型５１は、シリコンにより構成してよいが、破損し易いという性質を有することから、ニッケル、ニッケル−タングステン、ニッケル−鉄等の材質にて構成してもよい。ニッケル等の材料により構成することは、型５１の強度を高め、破損しにくいものとすることにつながる。また、ニッケル等の材料により構成した型５１は、シリコン等を使用した電鋳により得ることができる他、レーザ加工、機械加工により製造することができる。また、ニッケル等の材料により構成した型５１は、製作後において、レーザ加工、機械加工を用いて、追加工することも可能である。このように、レーザ加工、機械加工を使用して型５１を製造、追加工することは、それにより成形されるデバイス層６１に自由曲面を形成することが可能になること、及びそのコストを低減できること等の効果がある。

なお、基材９１は、平らな、又は未加工の基材や機械加工やフォトリソグラフィ等で加工した基材により構成してもよいが、デバイス層６１と同様に、成形可能な材料を用いて構成してもよい。基材９１を成形可能な材料を用いて構成する場合は、基材９１を成形する図外の型も、上記同様に用意する。

次に、Ｓ４２の成形工程では、デバイス層６１を構成する材料の成形が行われる。成形工程は、例えば、ホットエンボス法を用いて行うことができる。ホットエンボス法を適用することには、デバイス層６１に採用できる材料の種類が多くなるというメリットがある。また、本工程は、トランスファー成形法、ＵＶ（紫外線）インプリント法、キャスティング法、射出成形法等を適用して行ってもよい。

なお、デバイス層６１を構成する材料は、成形工程にて成形を行うことができる材料であればよく、機械加工により加工可能な材料であればなお良い。具体的には、上記でも述べたように、樹脂、ガラス、ゴム等を採用することができる。デバイス層６１を構成する材料に、樹脂を採用することは、それの有するＳＯＩに無い高い柔軟性を活かした高感度なセンサを実現すること等につながる。また、透明性の高い樹脂、ガラス等を採用することには、ディスプレイ等へＭＥＭＳ１０１を応用することが可能となるというメリットがある。

また、デバイス層６１を構成する材料は、成形前の様態が、板状のものを使用できるが、液状のものであっても使用可能である。例えば、デバイス層６１を構成する材料として、樹脂を採用する場合には、熱硬化性、熱可塑性等のものを使用することができる。また、デバイス層６１を構成する材料には、添加物を加えてもよい。前記添加物としては、導電性材料、構造補強材料等が考えられる。導電性材料を添加した場合は、デバイス層６１そのものに導電性を持たせることができる。また構造補強材料を添加した場合には、デバイス層６１の強度を高め、その耐久性等を高めることができる。なお、デバイス層６１を構成する材料としては、金属、導電性樹脂を採用することもでき、この場合には、添加物を加えることなく、デバイス層６１に導電性を持たせることができる。

成形工程は、例えば、図６に示すように、デバイス層６１を構成する材料と、型５１とを配置することにより行うことができる。このようにすることにより、デバイス層６１を構成する材料は、型５１に対応した形状に成形される。デバイス層６１は、その後、型５１から離型される。

デバイス層６１には、図７に示すように、成形工程により成形された部位６２乃至６７が形成されていると共に、成形工程により生ずる残膜６１ａを有している。部位６２の面６２ａは、型５１の面５２ａにより成形される面である。同様に、面６２ｂ乃至６２ｅは、型５１の面５２ｂ乃至５２ｅにより成形される面である。同様に、部位６３乃至６７の各面は、型５１の溝５２乃至５７を構成する各面により成形される面である。なお、型５１の傾倒した面である面５２ａ、５２ｃ、５２ｅ等により、成形される面である面６２ａ、６２ｃ、６２ｅ等は、傾倒した面として構成される。ただし、図５においては、面５２ａ、５２ｃ、５２ｅ等の傾倒を誇張して示しており、図７等における６２ａ、６２ｃ、６２ｅ等も、それに対応して誇張して傾倒していることを示している。

なお、上記のように、基材９１も成形工程により製造することもできる。成形工程により、基材９１を製造した場合には、該成形工程の際に、部位９２乃至９４の部位等を設けることが可能である。また、基材９１は、成形工程において、その厚み（図１１に示す、厚みｔ）を自在に設定することもできる。

次に、Ｓ４３のコーティング工程では、図８に示すように、部位６２の面６２ａ、６２ｅ等を、導電性材料によりコーティングし、コーティング層８１を形成する。なお、本工程は、デバイス層６１を形成する材料が導電性材料であった場合、或いはデバイス層６１が、コーティングをする必要がないものである場合等においては不要である。

デバイス層６１のコーティングは、図１１に示す面６２ｆなどをコーティングするために、Ｓ４６の仕上コーティング工程にても行う必要がある。しかしながら、この仕上コーティング工程では、十分にコーティングができない部分が存在する。それは、上記に説明した型５１に設けられる傾倒した面である面５２ａ、５２ｅ等により成形されることにより、傾倒している面６２ａ、６２ｅ等である。−Ｚから、＋Ｚ方向を見た場合に、これらの面は見えるが、＋Ｚ方向から、−Ｚ方向に見た場合は、これらの面は見えなくなる。Ｓ４６の仕上コーティング工程においては、＋Ｚ方向から−Ｚ方向に向けてコーティングを行うものであるため、これらの面をコーティングすることは難しくなる。

そこで、面６２ａ、６２ｅ等の面を予めこの段階で、コーティングする。この段階では、−Ｚ方向から＋Ｚ方向にコーティングを行うことができるからである。なお、コーティングの材料は、金、アルミニウム、白金等を使用する。また、必要な部分のみをコーティングするため、マスクを使用した上で、スパッタ法等を使用してコーティングを行うことが好ましい。また、マスクを使用して本工程を行う際には、図外の電気的配線層も同時に形成できるというメリットもある。

次に、Ｓ４４の接合工程では、デバイス層６１を基材９１に接合する。この際、デバイス層６１の面６２ｂ、６２ｄ等が、基材９１に対向するように接合する。接合を行った状態を図９に示すが、デバイス層６１の基材９１への接合にあたっては、紫外線、プラズマ等による表面活性化接合法を適用することができる。また、デバイス層６１の材料や構造により、適用できる場面は限られるが、接着剤や非導通性のテープなどを使用しても良い。ここで言う非導電性テープとしては、半導体素子において利用されるダイボンディング用の熱硬化性テープを使用してよい。

なお、デバイス層６１に設けられる孔６９等の孔、基材９１に設けられる部位９２乃至９４は、デバイス層６１を基材９１に接合する際のアライメントにおいて使用することができる。即ち、アライメントに使用する孔６９等の孔は、ＭＥＭＳ１における位置決め孔１３に相当する。また、同様にアライメントに使用する部位９２乃至９４は、ＭＥＭＳ１における位置決め突起１５に相当する。なお、デバイス層６１と基材９１とを接合する際のアライメントにおいて使用する孔６９等の孔は、貫通孔、止まり孔いずれであってもよい。また、デバイス層６１にアライメントに使用する部位（突起）を設け、基材９１にアライメントに使用する孔を設けても、上記同様に、デバイス層６１を基材９１に接合する際のアライメントにおいて使用することができる。

なお、孔６９等の孔と、前記部位９２乃至９４とを嵌合させることは、デバイス層６１が、基材９１から脱離しにくくすることに対し有効である。さらに、デバイス層６１と基材９１とが接する面の面積を大きくなるように、基材９１等を構成することも、デバイス層６１が、基材９１から脱離しにくくすることに対し有効である。

次に、Ｓ４５の除去工程では、機械加工により、デバイス層６１の残膜６１ａを除去する。除去工程を行った後のものは、図１０に示すようなものとなり、残膜６１ａを除去することにより面６２ｆ等が形成されるが、面６２ｆ等はミラーデバイスに適用できるレベルの面精度に当該機械加工によりすることが可能である。なお、本工程は、具体的に、楕円振動切削法、フライカット法等を適用して、実施することができる。また、本工程の生産性向上のために、研磨加工法を適用して、本工程の作業効率を高めても良い。また、残膜６１ａの除去は、機械加工に換えて、レーザ加工法、プラズマ加工法、電子ビーム加工法等を適用して、非接触に行うことも可能である。

なお、本工程においては、デバイス層６１等の破損を防止するため補強材を使用してもよい。具体的には、デバイス層６１と基材９１との間に補強材を充填してから、残膜６１ａの除去を行う。これにより、残膜６１ａの除去を行う際に、デバイス層６１等が破損することを防止することができる。ただし、補強材は、後に完全に除去する必要があり、またデバイス層６１等を構成する材料に悪影響を及ぼしてはならないため、それらの要件を満たすものを使用する必要がある。

残膜６１ａの除去を終えた後の補強材の除去は、補強材の性質に適合する方法により行う必要があるが、例えば、該補強材を溶解、エッチングすること等より行う。また、残膜６１ａを除去した後、その切屑や、バリが生じる場合には、アッシング法、レーザ加工法、プラズマ加工法、電子ビーム加工法等により後処理を行い、それらを除去してもよい。ただし、前記後処理を行う際に、デバイス層６１の表面（例えば、部位６２の面６２ｆ）が荒れる可能性がある。特にこれらの面がミラー面などである場合には、特に問題となる。この問題は、該後処理の際に、デバイス層６１の表面にマスクを行うこと等により、解消することができる。

次に、Ｓ４６の仕上コーティング工程を行う。仕上コーティング工程では、コーティング工程と同様に、導電性材料によるコーティングを行う。本工程で、主にコーティングを行う面は、除去工程により、残膜６１ａを除去することにより形成された面６２ｆ等である。コーティング工程により面６２ａ等は、既にコーティングされているためである。なお、コーティング工程を省略し、本工程のみで、デバイス層６１のコーティングを行うことも不可能ではない。この場合には、面６２ａ等にもコーティング材料が回り込み、適切なコーティングができるよう、デバイス層６１等を傾け、更に回転させながら本工程を行うことが好ましい。

以上のような工程により、製造されるＭＥＭＳ１０１は、図１１に示すとおりである。ＭＥＭＳ１０１には、鍔６１ｇ、中空部６８、孔６９等が備えられている。これらは、型５１の溝５２乃至５７の深さが、任意に（図５においては２段階）に設定されることにより形成される。鍔６１ｇ等の鍔は、仕上コーティング工程において、不要な部分までコーティングされることにより発生する不必要な電気的導通をさけるために設けられる。また、中空部６８は、流路、可動部構造、カンチレバー等の構造に使用されるものである。孔６９等の孔は、電気的配線、デバイス層６１と基材９１との接合の際のアライメント等に使用することができる。なお、孔６９等の孔は、原則として図示するように貫通孔として構成する。ただし、デバイス層６１と基材９１との接合の際のアライメントに使用する場合において、孔６９等の孔は、止まり孔として構成してもよい。

次に、上記説明したＭＥＭＳの製造工程を適用して得られる、各種機能を有するＭＥＭＳについて、図１２乃至１６を用いて説明する。なお、ここでは、説明を容易とすることを目的として、図１２乃至１５において、Ｘ軸、及びＺ軸に係る断面を示すこととする。図１２に示すＭＥＭＳ２０１は、電子基板２３１への実装を考慮したものであり、同図は、電子基板２３１にＭＥＭＳ２０１を実装した状態を示している。ＭＥＭＳ２０１のデバイス層２０２に貫通孔２０４ａが、基材２０３に貫通孔２０６が夫々設けられている。このことにより、ＭＥＭＳ２０１には、Ｚ軸に沿ってデバイス層２０２、及び基材２０３を貫通し、貫通孔２０４ａ、貫通孔２０６とにより構成されるスルーホール２０４が設けられている。

貫通孔２０６には、導電性を有する接着剤２０５が充填され、デバイス層２０２の貫通孔２０４ａの壁面にコーティングされているコーティング層８１と、バンプ２３３とは、電気的に接続される。バンプ２３３は、電子基板２３１の配線２３２にも接続されている。従って、コーティング層８１層と、配線２３２とは、スルーホール２０４を利用して電気的に容易に接続できる。

なお、この電気的接続は、貫通孔２０４ａと、部位２１１と等による、デバイス層２０２と、基材２０３とのアライメントと合わせて行うことができる。また、貫通孔２０６は、基材２０３を、上記説明した成形工程を使用して形成する場合において、当該工程時に設けることが好ましい。その理由は、ＭＥＭＳ２０１の生産効率を向上することができるからである。貫通孔２０６は、例えば、打ち抜き成形を行うことにより設けることができる。また、貫通孔２０６は、ドリルやレーザを利用して、設けることもできる。

また、コーティング層８１と、配線２３２は、バンプ２３３を使用せず、接着剤２０５により基材２０３と電子基板２３１とを直接接着することによっても電気的に接続できる。

図１３に示すＭＥＭＳ３０１は、デバイス層３０２を、第１の層３０２ａ、及び第２の層３０２ｂにより構成し、当該デバイス層３０２を、基材３０３に接合している。なお、第１の層３０２ａ、及び第２の層３０２ｂは、互いに異なる機能を有するものとすることができる。また、第１の層３０２ａ、及び第２の層３０２ｂとの接続、及び第２の層３０２ｂと基材３０３との接続は、第２の層３０２ｂに設けられる貫通孔３０４等の貫通孔を利用して行われている。

なお、同図におけるＭＥＭＳ３０１は、デバイス層３０２を、２つの層（第１の層３０２ａ、及び第２の層３０２ｂ）により構成しているが、より多くの層により構成してもよい。このように、デバイス層３０２を多層化することは、デバイス機能、及び制御用素子（例えばＩＣ）等の集積化を図ることを可能とし、ＭＥＭＳ３０１の高機能化、多機能化に寄与する。

図１４に示すＭＥＭＳ４０１は、デバイス層４０２及び基材４０３から構成される流路４０４を備えるものである。上記ＭＥＭＳの製造方法により製造されるＭＥＭＳは、ＭＥＭＳ１のような可動部構造のものだけでなく、流路等、非可動部構造のものも構成することができ、更に可動部構造、非可動部構造共に備えるものも容易に製造することができる。このことに基づき、ＭＥＭＳ４０１は、開口部４０５を有する流路を流れる流体を移動させる図外のポンプや、図外のバルブなども備えた多機能なＭＥＭＳとして実現することができる。

図１５、及び図１６に示すＭＥＭＳ５０１は図外のデバイス層の真空封止を想定したものである。ＭＥＭＳ５０１においては、基材５０３に溝５０４を設けている。キャップ５２１には、溝５０４に挿入可能な凸部５２２が設けられている。従って、キャップ５２１の凸部５２２を基材５０３の溝５０４に挿入することにより、デバイス層の真空封止を実現できる。なお、デバイス層の真空封止は、デバイス層にキャップを取り付けることによっても、行うことができる。図１２においては、ＭＥＭＳ２０１のデバイス層２０２に、キャップ２２１を取り付けているが、このようにすることによっても、デバイス層の真空封止を実現することができる。

以上説明したように、本発明に係るＭＥＭＳの製造方法は、ＭＥＭＳ１、１０１等の製造に係るコストを削減することができる。具体的には、本ＭＥＭＳの製造方法は、安価且つ生産性が高い成形工程、除去工程を有している。また、除去工程は、機械加工等により行うことができる。半導体加工プロセスは、原則的に使用されないため、ＭＥＭＳの低コスト化、生産性の向上を図ることができる。また、複数個のＭＥＭＳを同時に製造ことも、本ＭＥＭＳの製造方法を適用することにより可能である。これは、複数個のデバイス層を同時に成形できる型を使用して成形工程を行うこと等により実現できる。

また、成形工程にて使用する型に設けられる溝は、深さを任意に設定することができる。このことは、ＭＥＭＳ内に、流路、可動構造、カンチレバー等の中空部を有する構造、或いは鍔等を作成できることにつながる。ＳＯＩ基板を使用してデバイス層を作成する場合には、上記のような構造、鍔を設けるために、フッ酸等の有害な薬剤を使用する場合があった。本ＭＥＭＳの製造方法においては、前記有害な薬剤が不要であるため、ＭＥＭＳの製造を安全に行うことができる。さらに、前記有害な薬剤を使用した工程が不要になることは、ＭＥＭＳの生産性の向上にも寄与する。

また、孔は、デバイス層と基材とのアライメント、電気的配線、デバイス層を多層に構成する際等に利用できる。即ち、孔を設けることは、ＭＥＭＳの生産性等を高めるとともに、その機能を向上させることにも寄与する。なお、孔は、貫通孔として構成する。ただし、デバイス層と基材との接合の際のアライメントに使用する場合において、孔は、止まり孔として構成してもよい。

また、除去工程を機械加工により行うことは、容易に、デバイス層の表面を鏡面化できることにつながる。即ち、本製造方法は、容易にミラーデバイスであるＭＥＭＳ（例えば、ＭＥＭＳ１）を製造することができるものである。

さらに、成形可能な材料を使用するため、本ＭＥＭＳの製造方法により製造されたＭＥＭＳには、従来のＳＯＩを使用して製造されるＭＥＭＳと比較して高い機能が付加されている。例えば、デバイス層を構成する材料に、樹脂を採用することは、それの有するＳＯＩに無い高い柔軟性を活かした高感度なセンサを実現することにつながる。また、透明性の高い樹脂、ガラス等でデバイス層を製造した場合は、該ＭＥＭＳをディスプレイ等へ応用することが可能となる。

また、本ＭＥＭＳの製造方法により製造されたＭＥＭＳは、静電駆動、電磁駆動、熱駆動、圧電駆動等に対応できるものとすることができる。たとえば、圧電駆動可能なＭＥＭＳは、上記ＭＥＭＳの製造方法を適用する際に、デバイス層を構成する材料として圧電プラスティックを採用することで得ることができる。また、本ＭＥＭＳの製造方法により製造されたＭＥＭＳは、アクチュエータなど駆動可能構造だけでなく、マイクロ流路等の非可動構造も有するものとすることができ、さらに、それらを複合したものとして構成することもできる。また、本ＭＥＭＳの製造方法により製造されたＭＥＭＳは、デバイス機能、及び制御用素子（例えばＩＣ）等の集積化にも対応可能であるため、応用範囲の広いものとすることができる。

なお、本実施の形態で示したＭＥＭＳの製造方法、及びＭＥＭＳ１、１０１等は、本発明に係るＭＥＭＳの製造方法、及びＭＥＭＳ一態様にすぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

本発明に係るＭＥＭＳの製造方法及びＭＥＭＳは、成形及び機械加工可能なデバイス層を有するＭＥＭＳの製造方法、及び前記デバイス層を有するＭＥＭＳに適用することができる。

１、１０１ ＭＥＭＳ
５１ 型
６１ デバイス層
６１ａ 残膜
８１ コーティング層
９１ 基材
Ｓ４１ 型作成工程
Ｓ４２ 成形工程
Ｓ４３ コーティング工程
Ｓ４４ 接合工程
Ｓ４５ 除去工程
Ｓ４６ 仕上コーティング工程

Claims (13)

1. 微細構造体からなるデバイス層と、基材とにより構成されるＭＥＭＳの製造方法であって、
   成形可能な材料を型により成形することにより、前記デバイス層を成形する成形工程と、
   前記成形工程により成形された前記デバイス層と、前記基材とを接合する接合工程と、
   前記成形工程で生じた残膜を、前記デバイス層より除去する除去工程と、を有することを特徴とするＭＥＭＳの製造方法。
2. 前記除去工程は、機械加工により行われることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳの製造方法。
3. 前記除去工程においては、前記残膜の除去に先立ち、前記デバイス層と前記基材との間に補強材を充填することを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＥＭＳ。
4. 前記型が、開口部を有するとともに、前記デバイス層の成形に使用される溝を複数備え、
   前記溝の深さは、任意に設定可能であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載のＭＥＭＳの製造方法
5. 前記型に具備される溝の側面が、該溝の底面から開口部にかけて、溝幅が拡大するように傾倒されていることを特徴とする請求項４記載のＭＥＭＳの製造方法。
6. 前記接合工程に先立ち、導電性材料により前記デバイス層の一部、または全部をコーティングするコーティング工程、を有することを特徴とする請求項５記載のＭＥＭＳの製造方法。
7. 前記成形工程において、前記デバイス層に孔、または突起のうち少なくとも一つが、設けられることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載のＭＥＭＳの製造方法。
8. 前記除去工程後に、導電性材料により前記デバイス層の一部、または全部をコーティングする仕上コーティング工程、を有することを特徴とする請求項１乃至７何れか記載のＭＥＭＳの製造方法。
9. 請求項１乃至８の何れか１項記載のＭＥＭＳの製造方法により製造されることを特徴とするＭＥＭＳ。
10. 前記デバイス層と前記基材とのうち一方には、該デバイス層と該基材とのアライメントに供されるアライメント用孔が、前記デバイス層、及び前記基材のうち他方には、該デバイス層と該基材とのアライメントに供されるアライメント用突起が、夫々設けられており、前記アライメント用孔には、前記アライメント用突起が挿入されていることを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳ。
11. 前記デバイス層と前記基材との少なくとも一方には、電気的接続に供される貫通孔が設けられることを特徴とする請求項９又は１０記載のＭＥＭＳ。
12. 前記デバイス層が、複数の層を積層することにより構成されることを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項記載のＭＥＭＳ。
13. 前記デバイス層、又は前記基材には、前記デバイス層を封止するキャップが取付けられることを特徴とする請求項９乃至１２何れか１項記載のＭＥＭＳ。

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