JPH0617822A - 微小回転機構 - Google Patents

微小回転機構

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Publication number
JPH0617822A
JPH0617822A JP17112092A JP17112092A JPH0617822A JP H0617822 A JPH0617822 A JP H0617822A JP 17112092 A JP17112092 A JP 17112092A JP 17112092 A JP17112092 A JP 17112092A JP H0617822 A JPH0617822 A JP H0617822A
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JP
Japan
Prior art keywords
rotor
rotation mechanism
substrate
protruded part
minute rotation
Prior art date
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Pending
Application number
JP17112092A
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English (en)
Inventor
Kenji Kusaki
賢司 草木
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 静止状態ではスティクションを防止すること
ができ、回転時には摩擦接触することを大幅に減少させ
ることができる微小回転機構を得ることを目的とする。 【構成】 基板4上に回転軸2を有し、回転子1により
回転する微小回転機構において、この基板4のこの回転
子1と対向する面に、凸部3を設けた微小回転機構であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるマイクロマシ
ンの分野に属する微小回転機構に関する。
【0002】
【従来の技術】昨今、超小型の機械を意味するマイクロ
マシンが、大学や学会だけにとどまらず、産業界でも口
頭に上ることが多くなってきた。米国の半導体研究者を
中心に研究が活発化したマイクロマシンは、アクチュエ
ーターや歯車などの機械素子とセンサや演算制御回路な
どの電子素子を同時に作製し、マイクロサイズのメカト
ロニック・システムを創製しようというものである。こ
のテーマは、電子工学にとどまらず、多くの分野の研究
者に大きな夢を抱かせるものである。特に、機能材料を
はじめとする材料物性研究と応用研究との距離が従来以
上に近くなる分野でもある。
【0003】マイクロマシンの分野に属するものの1つ
として微小回転機構というものがある。これは、シリコ
ンなどの基板上に作られる可動機構素子、すなわち、シ
リコンなどの基板上に半導体製造プロセスである写真露
光技術によるパターン形成、CVD法などによる薄膜形
成、選択的エッチング等を駆使して、軸及び回転子を作
製したものであり、図9及び図10は、この微小回転機
構の例を示したものである。
【0004】ここで、図9の中央にある8つの突起を持
っているものが、多結晶シリコンでできた回転子であ
り、それを取り囲んでいる12本の突起が固定子であ
る。回転子は、図9に示したように軸に対して、回転自
在に配されている。
【0005】上述の固定子に電圧を印加すると、回転子
の外側に反対の電荷が寄ってきて集まり、固定子と回転
子は、引きつけ合うことになる。この電圧を交流とし
て、固定子の電圧を順に変わるように回して行くと、回
転子は、それぞれ、次の固定子に引き付けられて回転す
るようになる。以上が駆動原理である。
【0006】次に、この微小回転機構の製造方法を図1
1〜図13を用いて、具体的に説明することとする。
【0007】まず、図11Aに示すように、Si基板4
をO2 やH2 Oの酸化性雰囲気の中で高温に熱し、酸化
膜SiO2 をSi基板4上に形成する。次に、高分子材
であるフォトレジスト8をSiO2 上に塗布する(図1
1B)。次に、露光マスク5を用いてパターン通りにフ
ォトレジストを感光させる(図11C)。次に、余分な
フォトレジストを洗浄して除去する(図12A)。次
に、HF水溶液を用いて露出しているSiO2 のみを溶
かし、レジストやSi基板は侵さないようにする(図1
2B)。次に、有機溶剤を用いて、レジスト8を除去す
る(図12C)。次に、回転子になるポリシリコン(P
oly Si)をPSG(第1層)のSiO2 上にCV
D(ケミカルベーパーデポジション)法を用いて形成す
る。すなわち、図13Aに示すポリシリコン(第2層)
である。ここで、除去されるSiO2 層をPSG(犠牲
層)と呼ぶのは、完成時には除去されてしまうためであ
る。次に、軸2を形成するための前工程として、再びS
iO2 をCVD法により形成する。すなわち、図13B
に示すSiO2 からなるPSG(第3層)である。次
に、軸2となるポリシリコンをCVDにより形成する。
すなわち、図13Cに示すポリシリコン(第4層)であ
る。次に、図13Dに示すように、再び、HF水溶液を
用いてSiO2 のみを除去することにより、微小回転機
構が完成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の微小回転機構では、静止状態においては、回転
子はその全面で基板に接触しているため、回転子と基板
の表面エネルギーにより、張りつき易い状態になってい
る。特に両者間に水分が介在した場合には、スティクシ
ョンと言う張りついた状態となり、外部から、かなり大
きい力を働かせないと引き剥すことができず、通常、回
転機構としては不完全なものとなってしまう。
【0009】また、素子自体の大きさが微小であるた
め、ころがり軸受けなどの回転をスムーズにさせる構成
部品を設けることができない。また、オイルやグリース
なども粘性ロスが大きくなるので使用できないため、こ
のままでは、回転子と、基板または軸と間の摩擦が大き
く、微小回転機構自体の寿命も短くなってしまうといっ
た問題があった。
【0010】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、静止状態ではスティクションを防止するこ
とができ、回転時には摩擦接触することを大幅に減少さ
せることができる微小回転機構を得ることを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の微小回転機構
は、例えば図1に示すように、基板4上に回転軸2を有
し、回転子1により回転する微小回転機構において、こ
の基板4のこの回転子1と対向する面に、凸部3を設け
たものであり、また、本発明の微小回転機構は、基板4
上に回転軸2を有し、回転子1により回転する微小回転
機構において、この回転子1のこの基板4と対向する面
に凸部3を設けたものであり、また、本発明の微小回転
機構は、凸部3が、グルーブを有する上述構成の微小回
転機構であり、また、本発明の微小回転機構は、グルー
ブが、スパイラル形状を有する上述構成の微小回転機構
である。
【0012】
【作用】本発明の微小回転機構によれば、基板4上に回
転軸2を有し、回転子1により回転する微小回転機構に
おいて、この基板4のこの回転子1と対向する面に、凸
部3を設けることにより、また、本発明の微小回転機構
によれば、基板4上に回転軸2を有し、回転子1により
回転する微小回転機構において、この回転子1のこの基
板4と対向する面に凸部3を設けることにより、また、
本発明の微小回転機構によれば、凸部3が、グルーブを
有する上述構成の微小回転機構とすることにより、ま
た、本発明の微小回転機構によれば、グルーブが、スパ
イラル形状を有する上述構成の微小回転機構とすること
により、静止状態では、回転子は、着座台との接触のみ
であるため、両者間の表面エネルギーは少ないので、ス
ティクションを防止することができる。
【0013】また、回転時には、着座台の着座面の溝パ
ターンによる動圧効果により、回転子と着座台との間に
エアフィルムが介在するため、摩擦接触することがな
く、ロスを大幅に減らすことができるとともに、回転機
構の寿命を長くすることができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明微小回転機構の一実施例につい
て図1〜図3を参照して説明することとする。
【0015】図1は、基板4上に回転軸2を有し、回転
子1により回転する微小回転機構において、この基板4
のこの回転子1と対向する面に、凸部3を設けたもので
あり、また、この凸部3は、グルーブを有する微小回転
機構を示すものである。
【0016】ここで、回転子1は、軸2に保持されて、
この軸を中心として回転するところのものであり、本例
の微小回転機構の中心的な構成をなすものである。ま
た、軸2は、回転子1を保持するものであり、その下部
は、基板4に固定されるとともに、その上部は、回転子
1が脱離しないように円盤状の突起が設けられている。
また、着座台3は、基板4の一部として設けられたもの
であり、回転子が静止しているときに載せるための凸部
であり、回転子との接触面積をなるべく小さくしようと
するものである。
【0017】図1の構成図からもわかるように、本例の
微小回転機構は、上述した従来例の工程に、着座台の形
成とその着座台に溝パターンを形成する工程を付加する
ことにより製造したものである。
【0018】次に、本例の微小回転機構の製造方法につ
いて説明する。まず、図2Aに示すように、Si基板4
に着座台部3と軸形成部をエッチングにより、形成す
る。次に、着座台部4に、図8に示したようなスパイラ
ル形状の溝パターンを形成する(図2B)。この場合、
着座台の上面(これは、回転子が静止時に接触する面で
ある。)には、この溝パターンが、写真露光技術による
パターン形成とエッチングを駆使して形成される。次
に、基板上にCVDによりSiO2 層を形成する(図2
C)。次に、回転子となるポリシリコンをSiO2 層上
に形成する(図2D)。次に、軸部を形成する前工程と
して、SiO2 層をCVDにより形成する(図3A)。
次に、軸部となるポリシリコンをCVDにより形成する
(図3B)。最後に、HF水溶液により、SiO2 層を
除去して、完成させる。
【0019】次に、本発明微小回転機構の他の実施例に
ついて図4〜図7を用いて説明することとする。
【0020】ここで、上述した実施例との違い、すなわ
ち、図1に示すものと図4に示すものとの違いは、着座
台の作製方法にあり、図4のものにおいては、CVD法
などにより、基板上に膜を形成して着座台を作製するも
のである。
【0021】さらに、言えば、Si基板上に酸化膜Si
O2層を成形するかどうかの違いである。ICやLSI
を作製する場合には、第1ステップとしてSi基板上に
SiO2 層を形成する。これは、外部からのSi基板へ
の不純物の侵入を防ぐ目的である。回転機構のみを注目
した場合には、このSiO2 層は、不要であるが、同一
基板上に、その回転機構を駆動制御するための回路を形
成するときには、必須となるものである。SiO2 層が
不要の時には図1の構成のものを、SiO2 層が必要な
ときには図4の構成のものを作製すれば良いことにな
る。
【0022】ここで、本例の微小回転機構の製造方法に
ついて説明することとする。まず、図5Aに示すよう
に、Si基板4を酸化性雰囲気中で高温加熱し、酸化膜
SiO2 を形成する。次に、着座台を形成するため、フ
ォトリソグラフィにより酸化膜に穴を開ける(図5
B)。次に、着座台部をCVDによりポリシリコンにて
形成する(図5C)。次に、着座台上に、図8に示した
ような溝パターンを形成する(図6A)。次に、SiO
2 膜をCVDにより形成する(図6B)。次に、回転子
となるポリシリコンをCVDにより形成する(図6
C)。次に、軸部を形成する前工程としてCVDにより
SiO2 膜を形成する(図7A)。次に、軸部となるポ
リシリコンをCVDにより形成する(図7B)。最後
に、HF水溶液にて、SiO2 膜を除去し完成する(図
7C)。
【0023】なお、上述した2つの実施例においては、
基板上に着座台、すなわち、凸部を設けたが、この凸部
は、回転子の下面に設けることもできる。この場合は、
基板の上面は、凸部を設けずに、平面であっても良い。
【0024】また、この回転子の下面に設けた凸部に
も、図8に示したようなグループを作ることができるこ
とはもちろんである。一方、着座台、または、回転子の
凸部に設けた溝のパターンは、図8のスパイラル形状に
限らず、くの字パターンなど動圧効果を引き出せるもの
を形成することができる。
【0025】以上のように、本例によれば、基板4上に
回転軸2を有し、回転子1により回転する微小回転機構
において、この基板4のこの回転子1と対向する面に、
凸部3を設けることにより、また、本例によれば、基板
4上に回転軸2を有し、回転子1により回転する微小回
転機構において、この回転子1のこの基板4と対向する
面に凸部3を設けることにより、また、本例によれば、
凸部3が、グルーブを有する上述構成の微小回転機構と
することにより、また、本例によれば、グルーブが、ス
パイラル形状を有する上述構成の微小回転機構とするこ
とにより、 静止状態では、回転子は、着座台との接触
のみであるため、両者間の表面エネルギーは少ないの
で、スティクションを防止することができる。
【0026】また、回転時には、着座台の着座面の溝パ
ターンによる動圧効果により、回転子と着座台との間に
エアフィルムが介在するため、摩擦接触することがな
く、ロスを大幅に減らすことができるとともに、回転機
構の寿命を長くすることができる。
【0027】また、本例を実施する場合には、従来から
の半導体製造プロセス技術を駆使することで実現できる
ので、ICやLSIと同様に大量に生産することができ
る。
【0028】また、本例は、モータの回転部分のみなら
ず、動力伝達手段である歯車などの回転機構素子に対し
て有効である。
【0029】なお、本発明は上述の実施例に限らず本発
明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得
ることはもちろんである。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
静止状態では、回転子は、着座台との接触のみであるた
め、両者間の表面エネルギーは少ないので、スティクシ
ョンを防止することができる。
【0031】また、回転時には、着座台の着座面の溝パ
ターンによる動圧効果により、回転子と着座台との間に
エアフィルムが介在するため、摩擦接触することがな
く、ロスを大幅に減らすことができるとともに、回転機
構の寿命を長くすることができる。
【0032】また、本例を実施する場合には、従来から
の半導体製造プロセス技術を駆使することで実現できる
ので、ICやLSIと同様に大量に生産することができ
る。
【0033】また、本例は、モータの回転部分のみなら
ず、動力伝達手段である歯車などの回転機構素子に対し
て有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明微小回転機構の一実施例を示す構成図で
ある。
【図2】本発明微小回転機構の一実施例の製造過程図で
ある。
【図3】本発明微小回転機構の一実施例の製造過程図で
ある。
【図4】本発明微小回転機構の他の実施例を示す構成図
である。
【図5】本発明微小回転機構の他の実施例の製造過程図
である。
【図6】本発明微小回転機構の他の実施例の製造過程図
である。
【図7】本発明微小回転機構の他の実施例の製造過程図
である。
【図8】着座台上面の溝パターンの例を示す線図であ
る。
【図9】従来の微小回転機構の例を示す構成図である。
【図10】従来の微小回転機構の例を示す構成図であ
る。
【図11】従来例の微小回転機構の製造過程図である。
【図12】従来例の微小回転機構の製造過程図である。
【図13】従来例の微小回転機構の製造過程図である。
【符号の説明】
1 回転子 2 軸 3 着座台 4 基板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に回転軸を有し、回転子により回
    転する微小回転機構において、 上記基板の上記回転子と対向する面に、凸部を設けたこ
    とを特徴とする微小回転機構。
  2. 【請求項2】 基板上に回転軸を有し、回転子により回
    転する微小回転機構において、 上記回転子の上記基板と対向する面に凸部を設けたこと
    を特徴とする微小回転機構。
  3. 【請求項3】 凸部は、グルーブを有するものであるこ
    とを特徴とする請求項1または請求項2記載の微小回転
    機構。
  4. 【請求項4】 グルーブは、スパイラル形状を有するも
    のであることを特徴とする請求項3記載の微小回転機
    構。
JP17112092A 1992-06-29 1992-06-29 微小回転機構 Pending JPH0617822A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17112092A JPH0617822A (ja) 1992-06-29 1992-06-29 微小回転機構

Applications Claiming Priority (1)

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JP17112092A JPH0617822A (ja) 1992-06-29 1992-06-29 微小回転機構

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JPH0617822A true JPH0617822A (ja) 1994-01-25

Family

ID=15917356

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17112092A Pending JPH0617822A (ja) 1992-06-29 1992-06-29 微小回転機構

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JP (1) JPH0617822A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6208013B1 (en) 1998-05-25 2001-03-27 Nec Corporation Microactuator with an improved semiconductor substrate and method of forming the same
JP2005065494A (ja) * 2003-08-12 2005-03-10 Sony Corp 超小型回転装置の製造方法及びこの方法により製造された超小型回転装置
US9285614B2 (en) 2003-04-24 2016-03-15 Lg Display Co., Ltd. Liquid crystal dispensing system and method of dispensing liquid crystal material using same

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