JP3060639B2 - 微小可動機械の製造方法 - Google Patents

微小可動機械の製造方法

Info

Publication number
JP3060639B2
JP3060639B2 JP3225752A JP22575291A JP3060639B2 JP 3060639 B2 JP3060639 B2 JP 3060639B2 JP 3225752 A JP3225752 A JP 3225752A JP 22575291 A JP22575291 A JP 22575291A JP 3060639 B2 JP3060639 B2 JP 3060639B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
trench
oxide film
forming
movable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP3225752A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0564464A (ja
Inventor
博之 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP3225752A priority Critical patent/JP3060639B2/ja
Priority to US07/940,516 priority patent/US5493156A/en
Publication of JPH0564464A publication Critical patent/JPH0564464A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3060639B2 publication Critical patent/JP3060639B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/002Electrostatic motors
    • H02N1/004Electrostatic motors in which a body is moved along a path due to interaction with an electric field travelling along the path
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H55/00Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02Toothed members; Worms
    • F16H55/06Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明は医療、光学系等に用い
られる微小可動機械の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来発達してきた機械システムでは精度
よく加工された多くの部品の組立を行うために、多くの
工程と技術を必要とした。また、微小な動きを精度よく
制御するために、全体として、大がかりなシステムにな
らざるを得なかった。これは、システムの高精度化、高
機能化において、機械要素の複雑化、大型化が不可避で
あったからである。一方従来の機械システムでは入り込
めなかった空間に侵入したり、微小な動きを制御したり
するシステムを作製するために、機械部品の縮小化が要
求されるようになった。シリコン集積回路技術を利用し
た微細加工技術を用いると、100μm程度の微小なロ
ーターを回したり、直線的に動かしたりすることが可能
である。この技術の例として、1989年の微小電気機
械システム国際会議(Micro Electro M
echanical Systems(MEMS’ 8
9))の論文集P53〜P59に記載されたウイリアム
・シー・タング(William・C・Tang)等に
よる「LaterallyDriven Resona
nt Microstructures」や、単結晶半
導体を用いた特願平2−023685号明細書に記載の
構造がある。これらの微小可動機械の構造は、基板上に
固定された固定部と、基板から浮き上がった可動部から
成り、固定部と可動部の間の静電気引力によって可動部
の運動が生じる。また、これらの微小機械の可動部は非
常に軽量なため、極めて高い共振周波数とQ値を有する
ことが確認されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来例で
は、可動部と固定部を同一平面上に配置するために固定
部に妨げられて可動部の回転エネルギーを外部に取り出
すことが困難であった。一方、直線運動型の微小機械で
は、この困難さが減少するが、依然として、運動の基本
の一つである回転運動が実現できないためにシステムの
自由度が制限されてしまうという問題があった。
【0004】 本発明の目的は、このような従来の欠点
を除去するために、新たに三次元の構造を用いることに
よって可動部の回転、直線の両方の運動を容易に外部に
取り出すことができる微小機械の製造方法を提供するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】 本発明の微小可動機械
の製造方法は、別々に作製した複数の可動部の固定軸
士を接合することを特徴とする。また、隣接する可動部
と嵌合するための突起を有する第一の可動部と、前記突
起と嵌合するための空隙を有する第二の可動部とを積層
することを特徴とする。また、前記嵌合するための突起
とはべつに、位置合わせのための突起を同時に形成する
ことを特徴とする。
【0006】
【作用】 本発明の製造方法にて得られた微小可動機械
によれば、固定部と可動部を多層構造にすることによ
り、発生した可動部のエネルギーを一平面上だけでな
く、複数の可動部を積層した多層構造を介して、上下方
向を含めた三次元方向に伝達することが可能となる。こ
れは、一層目の可動部に設けた突起を二層目の可動部
設けた空隙に挿入することにより上下方向に力が伝達す
ることを可能としたことによる。なお、平面上の動きに
関しては従来例のように、歯車やビーム等を用いること
により、力を横方向に伝達することが可能である。一
方、このような多層構造を実現するために、複数の可動
部の固定軸を位置合わせして積層する工程が非常に重要
である。本発明では、図4に示すように、第一層目と第
二層目の位置合わせをする突起と、位置合わせ穴を設け
ることにより、可動部を傷つけることなく正確に固定軸
位置合わせすることを可能とした。以上のように、各
層を別々に作成して最後に張りつけることで、プロセス
の簡単化と歩留まりの向上が期待できる。
【0007】
【実施例】 図1(a)に本発明による微小機械の上面
図、同面(b)に同図(a)のA−B面断面図をそれぞ
れ示す。第一層目の固定部1と第一層目の可動部3の間
に電圧を印加すると、静電気力が発生し、両者の間に引
力が働く。これを回転方向に繰り返すことによって、第
一層目の可動部3は固定軸2を軸にして回転方向にトル
クを生じる。すなわち第一層目はモータである。発生し
たトルクは、突起5によって第二層目の可動部4に伝え
られ、可動部4とかみあう歯車100、これとかみあう
歯車200によって外部へエネルギーを伝えることがで
きる。図2に第一層目の作製方法を、図3に第二層目の
作製方法をそれぞれ示す。図4に示す構造は、本発明の
製造方法により、第一層目と第二層目とを互いに貼り合
わせた後で試料をエッチングすることにより実現でき
る。以下、図2〜図4を用いて本発明の微小機械の作製
方法を説明する。なお、図2〜図4は作製過程における
図1(a)のA−B断面を示したものである。
【0008】最初に、シリコンウエハ20表面に酸化膜
21を形成し、これをマスクにしてドライエッチング装
置(RIE)を用いてトレンチ23を形成する(図2
(a))。モータを形成する部分にボロンを高濃度に拡
散して拡散層24(同図(b))を形成し、続いて酸化
膜26を形成してトレンチ23を埋める。これをマスク
にしてボロン拡散24よりも深いトレンチ25を形成す
る(同図(c))。次に、浅いトレンチ27を形成した
後、深いトレンチ25をポリシリコン28で埋め、全面
をポリシリコン膜29で覆う(同図(d))。トレンチ
23を含む領域のポリシリコン膜29を除去した後、酸
化膜を堆積しパターニングしてトレンチ23を含む領域
から固定軸2にかかるようにしてストッパー10を形成
する(同図(e))。最後にウエハ表面の酸化膜を除去
し、静電接着法を用いてガラス基板8に接着し、全体を
ヒドラジン液に侵してエッチングを行う(同図
(f))。ボロンの高濃度拡散エッチストップによって
自動的に可動部3、固定部1、固定軸2、突起部5、
7、およびストッパー10が作製される。なおストッパ
ー10は可動部3が固定軸2から外れないようにするた
めに設けた。
【0009】第二層目も以下の二点を除いて第一層目と
同様にして作製することができる。 1)一層目と二層目の位置合わせに用いる穴11は、デ
バイス作製後は不必要になるために、図3(b)に示す
ように穴の部分にはボロン拡散を行わない。また、同図
(e)に示すように、この穴の表面付近をシリコン(1
00)面の異方性エッチングを利用して傾斜30を設け
ている。これは、第一層目と第二層目の位置合わせの
際、多少の位置のずれが生じても傾斜によってウエハ同
士を正確に位置合わせする事を可能としている。また、
可動部等の機械要素を傷つけないように突起においては
他の部分よりも先に穴の表面に接触するように厚く製作
した。 2)第二層目の固定軸2にはガラス層9が堆積されてい
る(同図(f))。このガラス層9は第一層目をガラス
基板に接着するときに用いた静電接着法によって第二層
目の固定軸を第一層目に固定するのに役立つ。以上のよ
うにして作製した図2(f)と図3(f)の各試料を図
4(a)のように位置合わせした後、接着し、最後に全
体をヒドラジン液中でエッチングすることにより、図4
(b)の構造が得られる。
【0010】以上のようにして完成した微小可動機械の
第一層目に静電気力で運動エネルギーを与えると、与え
られたエネルギーは突起5と空隙6を伝わって第二層目
に伝達される。第二層目に伝達されたエネルギーは図1
のような歯車列等を使って外部に取り出すことが可能と
なる。なお、本発明では、二つの層からなる構造を例と
して説明したが、本発明は、これに限定されることがな
い。例えば第二層目の可動部4に第一層目の可動部3の
突起5と同じような突起を設け、その上にその突起とは
まりあう空隙をもった第三層目の可動部を設けてもよ
い。また歯車100、200の回転運動を上方に伝えた
いときは同様に突起を歯車100、200に設け、その
上にその突起とはまりあう空隙をもった上層の歯車を設
ければよい。従って、本発明の作製方法を用いることに
より、三層、四層等の多層構造を順次作製することが可
能である。また、本発明の実施例では、外部からの印加
力として静電気力を例にとり示したが、外部力として、
静電気力の他に、電磁力、熱力あるいは1991年の微
小電気機械システム国際会議(MicroElectr
o Mechanical Systems(MEM
S’89))の論文集p69〜73に記載されたダブリ
ュー・メンツ(W・Menz)等による「The LI
GA Technique−a Novel Conc
eptforMicrostructures and
the Combinationwith Si−T
echnologies by Injection
Molding」に報告されているような流体力等も使
用可能であることは言うまでもない。
【0011】
【発明の効果】 本発明の製造方法により、微小機械を
複数の可動部を積層した多層構造にすることで、運動エ
ネルギーを容易に外部や周囲の可動部に取り出すことが
可能となった。また、従来の技術では微小機械を厚く作
製することができないため、大きなトルクを得るために
高い電圧を印加することが必要であるという難点があっ
た。しかし、本発明の製造方法により微小機械を複数の
可動部を積層した多層構造にすれば、上下方向に複数の
動力源から積算した運動エネルギーを積算させて印加す
ることも可能となるので、従来に比べて低い電圧で微小
機械を運動させることも可能になった。また、高濃度ボ
ロンの拡散前にトレンチを形成することで、自動的に可
動部、固定部、固定軸、突起部、及びストッパーが作成
される。また、第一層目と第二層目の位置合わせを行う
ための位置合わせ穴の表面付近をシリコン100面の異
方性エッチングにて形成しているので、位置合わせの
際、多少の位置のずれが生じても傾斜によってウエハ同
士を正確に位置合わせすることを可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示しており、二層構造の歯
車を三段連結した構造の上面とその動力部分の断面図で
ある。
【図2】図1に示す実施例のA−B断面の第一層目の作
製を工程順に示した断面図である。
【図3】図1に示す実施例のA−B断面の第二層目の作
製を工程順に示した断面図である。
【図4】第一層目と第二層目の位置合わせを行いながら
両者の貼り合わせを行った断面図であり、(b)はデバ
イスの完成図である。
【符号の説明】
1 固定部(固定電極) 2 固定軸 3 可動部1(第一層目の可動電極) 4 可動部2 5 突起(運動伝達) 6 空隙(運動伝達) 7 突起(位置合わせ) 8 基板 9 ガラス 10 ストッパー

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部から印加された力により可動部が運
    動し、複数の可動部を積層した多層構造をもつ微小可動
    機械の製造方法において、前記微小可動機械は、 別々に作製した 隣接する可動部と嵌合するための突起を有する第1の可
    動部を有する第1の層と、前記突起と嵌合するための空
    隙を有する第2の可動部を有する第2の層が、 前記第1の層と前記第2の層のそれぞれの固定部同士を
    接合することで 積層されて成り、 前記嵌合するための突起とは別に、位置合わせのための
    突起を第1の層に同時に形成する微小可動機械の製造方
    法であって、前記第1の層の製造方法は、 シリコンウエハ表面に酸化膜を形成し、該酸化膜をマス
    クにしてドライエッチング装置で、前記突起を形成する
    工程の1つである第1のトレンチを形成する工程と、前記可動部および固定部 を形成する部分にボロンを高濃
    度に拡散して拡散層を形成する工程と、 続いて酸化膜を形成して前記第1のトレンチを埋め、該
    酸化膜をマスクにして前記ボロン拡散よりも深い第2の
    トレンチを形成し、前記可動部および前記固定部の空隙
    を形成する工程と、 次に、前記第1及び第2のトレンチよりも浅く、前記可
    動部と基板との空隙をなす第3のトレンチを形成した
    後、前記第2のトレンチをポリシリコンで埋め、全面を
    ポリシリコン膜で覆う工程と、 前記第1のトレンチを含む領域の前記ポリシリコン膜を
    除去した後、酸化膜を堆積し、該酸化膜をパターニング
    して前記第1のトレンチを含む領域から固定にかかる
    ようにしてストッパーを形成する工程と、 最後にウエハ表面の前記ポリシリコン膜と酸化膜を除去
    し、静電接着法を用いてガラス基板に接着し、シリコン
    ウエハのボロン拡散された部分以外とストッパー以外の
    部分をエッチング除去する工程を有し、 前記位置合わせのための突起を有する第1の層と嵌合す
    るための空隙を有する前 記第2の層の製造方法は、 シリコンウエハ表面に酸化膜を形成し、該酸化膜をマス
    クにして、前記第1の層と前記第2の層の位置合わせの
    ための空隙を除く、前記可動部および前記固定部を形成
    する部分にボロンを高濃度に拡散して拡散層を形成する
    工程と、 続いて酸化膜を形成し、該酸化膜をマスクにして前記ボ
    ロン拡散よりも深い第4のトレンチを形成し、前記可動
    部および前記固定部の空隙及び第1の層の突起と第2の
    層を嵌合するための空隙を形成する工程と、 次に、前記第4のトレンチよりも浅い第5のトレンチを
    形成し、前記第1の層と前記第2の層との空隙を形成し
    た後、前記第4のトレンチをポリシリコンで埋め、全面
    をポリシリコン膜で覆う工程と、 前記第4のトレンチを含まない領域の前記ポリシリコン
    膜を除去した後、酸化膜を堆積し、該酸化膜をパターニ
    ングして前記第4のトレンチを含まない領域から固定部
    にかかるようにしてストッパーを形成する工程と、 前記第1の層と前記第2の層との位置合わせに用いる空
    隙の表面付近に、シリコン(100)面の異方性エッチ
    ングを利用して傾斜を設ける工程と、 第1層に接着する部分にガラスを形成する工程と、 静電接着法を用いて第1層に接着し、シリコンウエハの
    ボロン拡散された部分以外とストッパー以外の部分をエ
    ッチング除去する工程を有することを特徴とする微小可
    動機械の製造方法。
JP3225752A 1991-09-05 1991-09-05 微小可動機械の製造方法 Expired - Fee Related JP3060639B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3225752A JP3060639B2 (ja) 1991-09-05 1991-09-05 微小可動機械の製造方法
US07/940,516 US5493156A (en) 1991-09-05 1992-09-04 Equipment using a micro-actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3225752A JP3060639B2 (ja) 1991-09-05 1991-09-05 微小可動機械の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0564464A JPH0564464A (ja) 1993-03-12
JP3060639B2 true JP3060639B2 (ja) 2000-07-10

Family

ID=16834274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3225752A Expired - Fee Related JP3060639B2 (ja) 1991-09-05 1991-09-05 微小可動機械の製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5493156A (ja)
JP (1) JP3060639B2 (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4316856A1 (de) * 1993-05-19 1994-11-24 Siemens Ag Mikromechanisches Bauteil und Verfahren zu seiner Herstellung
TW374211B (en) * 1995-08-03 1999-11-11 Ibm Machine structures fabricated of multiple microstructure layers
US6768610B1 (en) * 1997-08-27 2004-07-27 Seagate Technology Llc Microactuator servo system in a disc drive
DE69735806D1 (de) * 1997-10-29 2006-06-08 St Microelectronics Srl Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter Microantrieb, insbesondere für Lese-Schreibekopf einem Festplattengerät, und so hergestellter Microantrieb
US6195227B1 (en) * 1997-12-30 2001-02-27 International Business Machines, Inc. Integrated 3D limiters for microactuators
US6282066B1 (en) 1998-03-20 2001-08-28 Seagate Technology Llc Microactuator suspension with multiple narrow beams
US6249064B1 (en) 1998-06-05 2001-06-19 Seagate Technology Llc Magneto-striction microactuator
EP1039529B1 (en) * 1999-03-22 2006-12-13 STMicroelectronics S.r.l. Method for manufacturing a microintegrated structure with buried connections, in particular an integrated microactuator for a hard-disk drive unit
US6308631B1 (en) 2000-07-20 2001-10-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Mems vertical to horizontal motion translation device
US6973365B1 (en) * 2001-12-28 2005-12-06 Zyvex Corporation System and method for handling microcomponent parts for performing assembly of micro-devices
ATE422068T1 (de) * 2006-11-13 2009-02-15 Eta Sa Mft Horlogere Suisse Einen mems-mikromotor umfassendes antriebsmodul, verfahren zur herstellung dieses moduls und mit diesem modul ausgerüstete uhr
ATE495481T1 (de) * 2006-11-13 2011-01-15 Eta Sa Mft Horlogere Suisse Mems-mikromotor und mit diesem mikromotor ausgerüstete uhr
EP1921522B1 (fr) * 2006-11-13 2010-07-21 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Agencement pour l'interfaçage mécanique d'un micromoteur MEMS avec une roue horlogère et pièce d'horlogerie comportant cet agencement
TW200940437A (en) * 2008-03-27 2009-10-01 Sunonwealth Electr Mach Ind Co Miniaturized motor
US11632062B2 (en) * 2020-01-24 2023-04-18 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Electrostatically rotatable gear and gear set

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4997521A (en) * 1987-05-20 1991-03-05 Massachusetts Institute Of Technology Electrostatic micromotor
US5252881A (en) * 1988-12-14 1993-10-12 The Regents Of The University Of California Micro motors and method for their fabrication
JPH078149B2 (ja) * 1989-06-16 1995-01-30 松下電器産業株式会社 静電型マイクロモータの駆動力伝達装置
JP2639154B2 (ja) * 1990-02-02 1997-08-06 日本電気株式会社 微小可動機械
JPH04251579A (ja) * 1990-12-28 1992-09-07 Ricoh Co Ltd 静電モータ
US5262695A (en) * 1991-01-24 1993-11-16 Sanyo Electric Co., Ltd. Micromachine

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0564464A (ja) 1993-03-12
US5493156A (en) 1996-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3060639B2 (ja) 微小可動機械の製造方法
US5709773A (en) Silicon microstructures and process for their fabrication
KR100294741B1 (ko) 다수의초소형구조층들로제조된기계구조및이의제조방법
US4966646A (en) Method of making an integrated, microminiature electric-to-fluidic valve
KR100788857B1 (ko) 가동 구성요소를 구비한 미소 기전 시스템을 제조하는프로세스
US8685776B2 (en) Wafer level packaged MEMS device
CN104254796B (zh) 用于布置和对齐光电部件的装置和方法
EP1884994A2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
CN111538154B (zh) 静电驱动mems微镜阵列及其制备方法
US10894712B2 (en) Optical electronics device
KR101424748B1 (ko) 작은 부피 및 높은 정밀도의 멤브레인들 및 캐비티들의 집합적 제조 프로세스
WO2011010739A1 (ja) 微細構造体の製造方法
US7399652B2 (en) Method for manufacturing a micro-electro-mechanical device, in particular an optical microswitch, and micro-electro-mechanical device thus obtained
JP2005181959A (ja) 光ファイバーをプリント配線板の埋め込み型導波路に連結する方法および構造体
US7479402B2 (en) Comb structure fabrication methods and systems
US20080284028A1 (en) Integrated device fabricated using one or more embedded masks
EP1880977A2 (en) Silicon on metal for MEMS devices
US6328903B1 (en) Surface-micromachined chain for use in microelectromechanical structures
CN113031251B (zh) 一种静电驱动式微镜及其制作方法
JP3871118B2 (ja) マイクロデバイスの製造方法
US8043931B1 (en) Methods for forming multi-layer silicon structures
US10983143B2 (en) Passive semiconductor device assembly technology
US6989582B2 (en) Method for making a multi-die chip
JPH0997754A (ja) 単結晶積層構造体の位置合わせ方法
JP2004184824A (ja) マイクロデバイス及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D02

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090428

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110428

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees