JP4753815B2 - 微小移動体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
湾曲部材2は、図2(a)〜(c)に示す通り、弓なりに湾曲する要部2aと、要部2aの側方に設けられ要部2aと同様に湾曲する分枝部2b、2cとを有し、全体として平面視で十字形状に構成されている(図2(b))。湾曲部材2は、凹面側が基台4に面するように載置され、要部2aの両端部と、分岐部2b、2cの先端部とが基台4の上面4aに摺動可能に接している(図2(c))。
移動体装置1では、湾曲部材2がその凹面側(Al層側)が基台4の上面4aに面するように載置され、少なくとも2つの接触部で上面4aに接している。ここで、光源3からのレーザ光Lを湾曲部材2に照射すると、光の吸収により熱が発生し、第1の弾性層20と第2の弾性層21との間の熱膨張係数の差によって湾曲部材が変形する。このため、上面4aに接する2つの接触部の間隔が変化する。レーザ光Lの照射が中断され温度が低下すると、湾曲部材2は、各層20、21の弾性力によってもとの形状に再変形する。このため、その接触部の間隔ももとに戻る。したがって、レーザ光Lの照射を所定の周期でON/OFFすると、湾曲部材2は、その周期で接触部の間隔が広狭するように振動する。ここで、湾曲部材2は、基台4に単に置かれているため、この振動により基台4上を移動することができる。故に、湾曲部材2は、熱変形部材の熱変形に伴う衝撃力を利用することなく、非接触で駆動力の提供を受けて移動する移動体として機能することができる。
まず、シリコン(Si)基板31を用意し、その表面に湾曲部材の第1の弾性層20となるフォトレジスト層32を形成する(図3(a))。Si基板31としては、鏡面研磨された市販のウェハーでよく、作製する湾曲部材2よりも大きければ、そのサイズ・形状は問わない。
使用するフォトレジストとしては、ポジフォトレジスト、ネガフォトレジストのいずれでもよく、具体的には、東京応化工業社製のTSMR−8900などを使用することができる。特に、後述するリフトオフ工程における作業性の点から、有機溶剤で容易に剥離できるフォトレジストを使用すると好ましい。また、フォトレジスト層32の厚さは、0.01〜3μm程度であると好適である。
次に、作製する湾曲部材2の形状に対応したパターン(十字形状)を有するフォトマスクを用いてフォトレジスト層32を露光、現像し、パターン化されたフォトレジスト層32aを形成する。
次に、フォトレジスト層32が除去されて露出したSi基板31の表面と、フォトレジスト層32aとの上に、湾曲部材の第2の弾性層21となるAl膜33を成膜する(図3(c))。この成膜には、種々の物理的又は化学的蒸着法を採用することができる。ただし、膜厚の制御に優れていること、および、後述するようにフォトレジスト層32を変質するという効果をもたらすことができることから、スパッタ法、特にマグネトロン・スパッタ法が好ましい。具体的な成膜条件を例示すると、スパッタガスがアルゴン(Ar)であり、スパッタ電力が500Wであり、ガス圧が3.0Paである。また、スパッタ時間は7〜10時間であり、この間に成膜されるAl膜の膜厚は2〜3μm程度である。
(3)パターン化工程
Al膜33上にフォトレジスト膜34を塗布し、ベーキングし、上述のフォトマスクを用いて露光、現像し、マスク層34aを形成する(図3(d)、図4(a))。その後、このマスク層34aを用いて、Al膜33のマスク層34aに覆われていない部分をエッチングして除去する。これにより、Al層33aが形成される(図4(b))。
最後に、有機溶剤(アセトン)を用い、マスク層34aを除去するとともに、フォトレジスト層32aをSi基板31からリフトオフする。このとき、Al層33a上に、フォトレジスト層が残存する。これは、フォトレジスト層が、Al膜のスパッタ成膜中に生成されるプラズマの影響により変質したためである。
さらに、比較のため、Al単層から構成されるマイクロ・カンチレバーと、ステンレス・スチール(SUS)単層から構成されるマイクロ・カンチレバーとを作製し、その変位量を調べた。なお、これらのマイクロ・カンチレバーは、上述の湾曲部材の製造方法を適宜変更して作製した。また、上記3種類のマイクロ・カンチレバーのサイズは以下の通りであった。
・Al単層カンチレバー:長さ5.22mm × 幅700μm × 厚さ2.7μm、
・SUS単層カンチレバー:長さ4.86mm × 幅700μm × 厚さ10μm。
また、図6(a)(b)に示す通り、Al単層のカンチレバーでは、レーザ光の照射前後での先端部の変位量は約33μmとなり、ステンレス・スチール単層のカンチレバーに比べると、大きく増加することが分かった。
次いで、Al層とフォトレジスト層とから構成されるマイクロ・カンチレバーにおけるレーザ光強度と変位量との関係について説明する。図9を参照すると、レーザ光の出力の約1.5mWから約13mWまでの範囲において、先端部の変位量はレーザ光出力にほぼ比例していることが分かる。この結果から、移動体装置1の湾曲部材2においても、照射するレーザ光の強度によりその変形量を、さらには移動速度を制御できることが示唆される。
図11(a)〜(e)は、波長685nmのレーザ光(出力6.7mW)を照射周波数25Hzで湾曲部材2に照射したときの湾曲部材2の位置を示す図である。 図中、白い楕円は、レーザ光照射点を表わしている。
たとえば、2つの分枝部2b、2cを有し全体として十字形状の湾曲部材2を例示したが、図12(a)〜(c)に示すように、湾曲部材が上記の湾曲部材2の要部2aに該当する部分のみから構成され、平面視で方形(図12(b))であってもよい。さらに、湾曲部材2は、図13(a)〜(c)に示すように平面視で矢尻形状であってよく、また、Y字形状や星型形状に形成されても構わない。
また、上述の湾曲部材の作製方法は、スパッタリングやフォトリソグラフィなどの半導体製造プロセスを応用したもので、あくまでも一例であって、種々の変更が可能である。
Claims (10)
- 少なくとも第1の弾性層と第2の弾性層とから構成され、湾曲し、凹面側が載置面に面して載置される湾曲部材と、
前記湾曲部材に光を照射する光源と、
を備える微小移動体装置。 - 前記湾曲部材が、前記湾曲部材に設けられ、前記第1の弾性層および前記第2の弾性層から構成され、先端部が前記載置面に接する分枝部を有する、請求項1に記載の微小移動体装置。
- 前記第1の弾性層がフォトレジストであり、前記第2の弾性層が金属である、請求項1又は2に記載の微小移動体装置。
- 前記金属がアルミニウムである、請求項3に記載の微小移動体装置。
- 前記フォトレジストが、0.02〜5GPaの硬さと、0.7〜170GPaのヤング率とを有する、請求項4に記載の微小移動体装置。
- 前記光源がレーザダイオードを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の微小移動体装置。
- 前記光源が、前記湾曲部材に照射される光の強度を変調する変調器を更に含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の微小移動体装置。
- 基板表面にフォトレジスト層を形成し、
前記フォトレジスト層をパターン化して、第一の層を形成し、
前記基板表面および前記第一の層を覆う金属層を形成し、
前記第一の層上に第二の層が形成されるように、前記金属層をパターン化して、前記第一の層と前記第二の層とが積層されてなる微小移動体を製造する方法。 - 前記第一の層が加熱される、請求項8に記載の方法。
- 0.02〜5GPaの硬さと0.7〜170GPaのヤング率とを有するフォトレジストからなる第1の弾性層、およびアルミニウムからなる第2の弾性層、から構成されるカンチレバーと、
前記カンチレバーに光を照射する光源と、
を備える微小移動体装置。
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