JP2003311692A - Mechanism device and magnetic driving type mechanism device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent metal layers of a beam structure of a mechanism device having a metallic multi-layered structure formed by using a micromachine technology from warping by relieving residual stress and to provide the device at advantageous cost. <P>SOLUTION: In the multi-layered structure part of a beam part 31b of a cantilever beam structure 31, a nickel layer 32a, and an anti-etching layer 32b, the nickel layer 32a is covered with a metal layer (beam part 31b) and a metal layer (anti-etching layer 32b), and the upper face side of the metal layer (anti- etching layer 32b) is formed to be thicker than the metal layer (beam part 31b). Each of the layers is formed using a photolithographic method and an electrolytic plating method. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシン技
術を用いて形成され、金属の多層構造を成す梁構造を有
する機構デバイスおよび磁気駆動型機構デバイスに関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mechanical device and a magnetic drive type mechanical device having a beam structure which is formed by using a micromachine technique and has a metal multi-layer structure.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図８は、この種の機構デバイスを示す図
で、特に磁気動作する機構デバイスを示したものであ
る。2. Description of the Related Art FIG. 8 is a diagram showing a mechanical device of this type, and particularly shows a mechanical device that operates magnetically.

【０００３】図８において、５０１はシリコン基板、５
０２はシリコン基板５０１上に形成された絶縁膜として
の酸化膜である。５０３は下部電極で、該下部電極５０
３は、酸化膜５０２上に半導体プロセス（フォトリソグ
ラフィ法）によってレジストでパターニングを行い、蒸
着器を用いてアルミニウムを蒸着することにより形成さ
れている。In FIG. 8, 501 is a silicon substrate, 5
Reference numeral 02 is an oxide film as an insulating film formed on the silicon substrate 501. Reference numeral 503 is a lower electrode.
3 is formed by performing patterning with a resist on the oxide film 502 by a semiconductor process (photolithography method) and depositing aluminum using an evaporator.

【０００４】５０４は、下部電極５０３との電気的接触
を確保できるようにシリコン基板５０１上に形成された
上部電極となる片持ち梁構造部である。この片持ち梁構
造部５０４も同様にマイクロマシン技術の一種である半
導体プロセス（フォトリソグラフィ法）後、アルミニウ
ムを蒸着することにより形成されている。Reference numeral 504 is a cantilever structure portion serving as an upper electrode formed on the silicon substrate 501 so as to ensure electrical contact with the lower electrode 503. This cantilever structure portion 504 is also formed by vapor-depositing aluminum after a semiconductor process (photolithography method) which is a kind of micromachine technology.

【０００５】５０５は、磁気駆動材料としての磁性体
（コバルト、ニッケル、鉄）で、非磁性材料であるアル
ミニウムで構成された片持ち梁構造部５０４に磁気性を
設けるさせるためのもので、陽極酸化法によって片持ち
梁構造部５０４表面に多孔質性を有する金属であるアル
ミナを形成し、アルミナの孔の中に電解メッキを用いて
磁性体を埋め込むことにより構成されたものである。Reference numeral 505 denotes a magnetic substance (cobalt, nickel, iron) as a magnetic drive material, which is provided for providing magnetic properties to the cantilever structure 504 made of aluminum which is a non-magnetic material. Alumina, which is a metal having porosity, is formed on the surface of the cantilever structure 504 by an oxidation method, and a magnetic material is embedded in the holes of the alumina by electrolytic plating.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の片持ち梁構
造部５０４は、異なる金属（ここではアルミニウムと磁
性体）が多層構造化されてなるために、そりが発生する
という問題があった。これは、多層構造を構成するアル
ミニウムと磁性体との膨張率が大きく異なることによる
ものと考えられる。すなわち、金属層を積層していく製
造過程において、温度変化による膨張・収縮が行われ、
この際、金属間の膨張率の差により金属同士の接触面に
おいて残留応力が発生し、この残留応力によってそりが
生じると考えられる。The conventional cantilever structure section 504 has a problem that warping occurs because different metals (here, aluminum and magnetic material) have a multi-layer structure. It is considered that this is because the expansion coefficients of aluminum and the magnetic material that form the multilayer structure are significantly different. That is, in the manufacturing process of stacking metal layers, expansion / contraction due to temperature change is performed,
At this time, it is considered that residual stress is generated at the contact surface between the metals due to the difference in expansion coefficient between the metals, and the residual stress causes warpage.

【０００７】また、基板がシリコンであるため、絶縁層
の形成を必要とすることから、酸化膜を形成する際に電
気炉が必要となり、また、片持ち梁構造部５０４にアル
ミニウムを使用していることから蒸着器を用いてアルミ
ニウムを蒸着する必要があり、製作時間、設備コストが
かかるという問題があった。Further, since the substrate is made of silicon, it is necessary to form an insulating layer. Therefore, an electric furnace is required to form an oxide film, and aluminum is used for the cantilever structure 504. Therefore, there is a problem that it is necessary to vapor-deposit aluminum using a vapor deposition device, which requires manufacturing time and equipment cost.

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、マイクロマシン技術を用いて形成した金属の
多層構造を有する梁構造において、金属層間の残留応力
を緩和して反りを防止し、またコスト面で有利な機構デ
バイスを提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and in a beam structure having a metal multi-layer structure formed by using a micromachine technique, the residual stress between metal layers is relaxed to prevent warpage, and An object is to provide a mechanical device advantageous in terms of cost.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る機構デバイ
スは、少なくとも第１の金属層の上面に第２の金属層が
積層された多層構造を成す梁構造を有し、マイクロマシ
ン技術を用いて形成された機構デバイスであって、第２
の金属層の表面全体を覆う第３の金属層をフォトリソグ
ラフィ法および電解メッキ法を用いて形成し、第３の金
属層を第１の金属と同じ材料で構成し、且つ第１の金属
層よりも厚く形成したものである。A mechanical device according to the present invention has a beam structure having a multi-layer structure in which a second metal layer is laminated on at least an upper surface of a first metal layer, and the mechanical device is formed by using a micromachine technique. A mechanical device formed, the second
A third metal layer covering the entire surface of the first metal layer is formed by using a photolithography method and an electroplating method, the third metal layer is made of the same material as the first metal, and the first metal layer It is formed thicker than.

【００１０】[0010]

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態の機
構デバイスの断面図である。1 is a sectional view of a mechanical device according to an embodiment of the present invention.

【００１１】機構デバイス１００は、基板１と、下部電
極２と、片持ち梁構造を有し、本発明の主要部である上
部電極３とを備えている。The mechanical device 100 has a substrate 1, a lower electrode 2, a cantilever structure, and an upper electrode 3, which is a main part of the present invention.

【００１２】基板１は、ガラスエポキシ樹脂で構成され
た絶縁基板１１上に、導電性材料としての銅箔１２が貼
着されたいわゆるプリント基板で、銅箔１２は、半導体
プロセス（フォトリソグラフィ）によるパターンニング
後、銅箔１２のエッチング液である塩化第二鉄でウェッ
トエッチングが行われ、これにより不要な銅箔部分が除
去されて配線パターンが形成されており、その配線パタ
ーン上に下部電極２、上部電極３が電気的に接続されて
いる。なお、以下では適宜、銅箔１２のうち、下部電極
２に接触する部分を下部電極用銅箔１２ａ、上部電極３
に接触する部分を上部電極用銅箔１２ｂとして区別する
ことにする。The substrate 1 is a so-called printed circuit board in which a copper foil 12 as a conductive material is attached on an insulating substrate 11 made of glass epoxy resin. The copper foil 12 is formed by a semiconductor process (photolithography). After patterning, the copper foil 12 is wet-etched with ferric chloride, which is an etching solution, whereby unnecessary copper foil portions are removed to form a wiring pattern, and the lower electrode 2 is formed on the wiring pattern. , The upper electrode 3 is electrically connected. In the following, the portion of the copper foil 12 that contacts the lower electrode 2 will be referred to as the lower electrode copper foil 12a and the upper electrode 3 as appropriate.
The portion that comes into contact with will be distinguished as the upper electrode copper foil 12b.

【００１３】下部電極２は、下部電極用銅箔１２ａの表
面全体を磁性層としてのニッケル層２１で覆い、更にそ
のニッケル層２１の表面全体を導電層２２で覆った構成
を有している。ニッケル層２１および導電層２２はそれ
ぞれ以下に詳述する半導体プロセス（フォトリソグラフ
ィ法）および電解メッキ法を用いて形成されており、導
電層２２は金（接点材料）で構成されている。ここで、
金は、腐食に強いことから、金でニッケル層２１を覆う
ことによりニッケル層２１の酸化を防止でき、また、導
電層２２自身の酸化も防止できて、接触抵抗の上昇が防
止されて初期の導電性を維持でき、接点性能の安定化を
図ることが可能となっている。また、この導電層２２を
構成する材料には、本発明の機構デバイス１００の製造
時の最終工程（後述する）におけるウェットエッチング
の際に、ニッケル層２１が浸食されないように保護する
役割も必要とされていることから、その面からも、最終
工程のウェットエッチングで用いるエッチング液（ここ
では塩化第二鉄）に対して耐エッチング性を有する金が
用いられている。The lower electrode 2 has a structure in which the entire surface of the lower electrode copper foil 12a is covered with a nickel layer 21 as a magnetic layer, and the entire surface of the nickel layer 21 is covered with a conductive layer 22. The nickel layer 21 and the conductive layer 22 are formed by using a semiconductor process (photolithography method) and electrolytic plating method, which will be described in detail below, respectively, and the conductive layer 22 is made of gold (contact material). here,
Since gold is resistant to corrosion, the nickel layer 21 can be prevented from being oxidized by covering the nickel layer 21 with gold, and the conductive layer 22 itself can be prevented from being oxidized, so that the contact resistance is prevented from increasing and the initial resistance is reduced. It is possible to maintain conductivity and stabilize contact performance. Further, the material forming the conductive layer 22 also needs to have a role of protecting the nickel layer 21 from being corroded during wet etching in the final step (described later) in manufacturing the mechanical device 100 of the present invention. Therefore, also from this point of view, gold having etching resistance against the etching solution (ferric chloride here) used in the wet etching in the final step is used.

【００１４】上部電極３は、フォトリソグラフィ法およ
び電解メッキ法を用いてそれぞれ形成された片持ち梁構
造部３１と、磁性体部３２とを有している。片持ち梁構
造部３１は、上部電極用銅箔１２ｂ上にその底面が接触
する基部３１ａと、該基部３１ａに支持された梁部３１
ｂとで構成され、耐エッチング性を有する導電性材料で
ある金（接点材料）で構成されている。なお、基部３１
ａは、上部電極用銅箔１２ｂの表面全体を覆うように構
成されている。The upper electrode 3 has a cantilever structure portion 31 and a magnetic material portion 32 which are respectively formed by a photolithography method and an electrolytic plating method. The cantilever structure portion 31 includes a base portion 31a whose bottom surface is in contact with the upper electrode copper foil 12b, and a beam portion 31 supported by the base portion 31a.
b and is made of gold (contact material) which is a conductive material having etching resistance. The base 31
a is configured to cover the entire surface of the upper electrode copper foil 12b.

【００１５】ここで、接点材料として金を用いることに
より、上述したように接点性能安定化を図ることが可能
となる。また、金は硬度が低く柔軟性のある材料である
ことから、片持ち梁構造部３１を金で構成することによ
り、以下に詳述するが、梁部３１ｂを磁力によって下部
電極２側に引き寄せる際に、微少な磁力でも動作するこ
とが可能となり、よって、高感度の機構デバイス１００
を構成することが可能となる。また、機構デバイス１０
０の製造に際する最終工程（後述する）におけるウェッ
トエッチングに対し、耐性が必要である面からも、金が
用いられている。また、上部電極用銅箔１２ｂの側面を
片持ち梁構造部３１の基部３１ａによって覆った構成で
あることから、最終工程におけるウェットエッチングに
際し、上部電極用銅箔１２ｂがエッチングされるのを防
止できるようになっている。Here, by using gold as the contact material, it is possible to stabilize the contact performance as described above. Since gold is a material having low hardness and flexibility, the cantilever structure portion 31 is made of gold, and the beam portion 31b is attracted to the lower electrode 2 side by magnetic force, which will be described in detail below. At this time, it becomes possible to operate even with a minute magnetic force, and thus the highly sensitive mechanical device 100.
Can be configured. Also, the mechanical device 10
Gold is also used because it is required to have resistance to wet etching in the final step (described later) in manufacturing 0. Further, since the side surface of the upper electrode copper foil 12b is covered with the base portion 31a of the cantilever structure portion 31, it is possible to prevent the upper electrode copper foil 12b from being etched during the wet etching in the final step. It is like this.

【００１６】磁性体部３２は、磁性層としてのニッケル
層３２ａの表面全体を耐エッチング層３２ｂで覆った構
成となっている。このニッケル層３２ａおよび耐エッチ
ング層３２ｂはそれぞれフォトリソグラフィ法および電
解メッキ法を用いて形成されており、該耐エッチング層
３２ｂは金で構成されている。耐エッチング層３２ｂに
金を用いることにより、上述したようにニッケル層３２
ａの酸化を防止でき、また、機構デバイス１００の製造
時の最終工程（後述する）におけるウェットエッチング
に際し、ニッケル層３２ａがエッチングされないように
保護することができる。The magnetic body portion 32 has a structure in which the entire surface of the nickel layer 32a as a magnetic layer is covered with the etching resistant layer 32b. The nickel layer 32a and the etching resistant layer 32b are formed by a photolithography method and an electrolytic plating method, respectively, and the etching resistant layer 32b is made of gold. By using gold for the etching resistant layer 32b, as described above, the nickel layer 32 is formed.
It is possible to prevent a from being oxidized, and it is possible to protect the nickel layer 32a from being etched during wet etching in the final step (described later) in manufacturing the mechanical device 100.

【００１７】このように構成された上部電極３は、図１
から明らかなように、金層（梁部３１ｂ）、ニッケル層
３２ａ、金層（耐エッチング層３２ｂ）の多層構造とな
っている。このため、各層間に残留応力が発生する。こ
こで、本発明では、多層構造部分において、金層（梁部
３１ｂ）上に積層されたニッケル層３２ａの表面全体、
すなわちニッケル層３２ａの側面および上面を金層（耐
エッチング層３２ｂ）で覆い、且つそのニッケル層３２
ａの側面および上面に接触する金層（耐エッチング層３
２ｂ）を、ニッケル層３２ａの底面に接触する金層（梁
部３１ｂ）よりも厚く形成するようにした。これによ
り、残留応力が緩和され、反りを防止することが可能と
なる。The upper electrode 3 thus constructed is shown in FIG.
As is clear from the above, the multi-layer structure includes the gold layer (beam portion 31b), the nickel layer 32a, and the gold layer (etching resistant layer 32b). Therefore, residual stress is generated between the layers. Here, in the present invention, in the multilayer structure portion, the entire surface of the nickel layer 32a laminated on the gold layer (beam portion 31b),
That is, the side surface and the upper surface of the nickel layer 32a are covered with a gold layer (etching resistant layer 32b), and the nickel layer 32
a gold layer (etching resistant layer 3
2b) is formed to be thicker than the gold layer (beam portion 31b) contacting the bottom surface of the nickel layer 32a. As a result, the residual stress is relieved and the warp can be prevented.

【００１８】また、上部電極３は、下部電極２との電気
的接触が成されるように、梁部３１ｂが磁力によって下
方に撓んだ場合に、梁部３１ｂの先端部が下部電極２と
接するような配置および寸法で基板１上に形成されてい
る。Further, in the upper electrode 3, when the beam portion 31b is bent downward by magnetic force so that the lower electrode 2 is electrically contacted, the tip portion of the beam portion 31b is brought into contact with the lower electrode 2. It is formed on the substrate 1 so as to be in contact with each other.

【００１９】なお、下部電極２および上部電極３は、そ
れぞれその上面が基板面と平行になるように基板上に形
成されている。The lower electrode 2 and the upper electrode 3 are formed on the substrate so that their upper surfaces are parallel to the substrate surface.

【００２０】ここで、本実施の形態において機構デバイ
ス１００の各部の寸法は以下の通りである。すなわち、
基板１は、長さ２ｃｍ，幅１．５ｃｍで、銅箔部分の厚
みが９μｍ、下部電極２の長さ，幅，厚みはそれぞれ１
３００μｍ，９００μｍ，１１μｍ（この厚みは銅箔の
厚み９μｍを含むもので、その他の内訳はニッケル層２
１の厚み１μｍ、導電層２２の厚み１μｍ）、片持ち梁
構造部３１の梁部３１ｂの長さ，幅，厚みはそれぞれ１
０００μｍ，１５０μｍ，１μｍ、基部３１ａの長さ，
幅，厚みはそれぞれ１０００μｍ，８００μｍ，１０μ
ｍ（この厚みは銅箔の厚み９μｍを含むもので、金で構
成されている部分が１μｍである）。磁性体部３２の長
さ，幅，厚みはそれぞれ７００μｍ，６０μｍ，１２μ
ｍ（ニッケル層３２ａの厚み１０μｍ、耐エッチング層
３２ｂの厚み２μｍ）である。The dimensions of each part of the mechanical device 100 in this embodiment are as follows. That is,
The substrate 1 has a length of 2 cm and a width of 1.5 cm, the thickness of the copper foil portion is 9 μm, and the length, width and thickness of the lower electrode 2 are 1 each.
300μm, 900μm, 11μm (This thickness includes the thickness of copper foil 9μm, other details are nickel layer 2
1 has a thickness of 1 μm, the conductive layer 22 has a thickness of 1 μm), and the length, width, and thickness of the beam portion 31b of the cantilever structure portion 31 are 1 respectively.
000 μm, 150 μm, 1 μm, the length of the base portion 31a,
Width and thickness are 1000μm, 800μm, and 10μ, respectively.
m (this thickness includes a copper foil thickness of 9 μm, and the portion made of gold is 1 μm). The length, width, and thickness of the magnetic body portion 32 are 700 μm, 60 μm, and 12 μ, respectively.
m (the thickness of the nickel layer 32a is 10 μm, the thickness of the etching resistant layer 32b is 2 μm).

【００２１】図２は、図１に示す機構デバイスの動作説
明図である。図２において、４１は、梁部３１ｂとの磁
性間距離を十分狭くするために下部電極２の真下に設置
された電磁石である。この電磁石４１に電圧を印加する
ことにより磁界４２が発生し、この磁界４２によって上
部電極３のニッケル層３２ａ及び下部電極２のニッケル
層２１が磁化して上部電極３側のニッケル層３２ａ及び
下部電極２側のニッケル層２１間に磁気吸引力が生じ
る。これにより、上部電極３の梁部３１ｂが下部電極２
側に引き寄せられ、梁部３１ｂの先端部が下部電極２に
接触してスイッチＯＮする。そして、電磁石４１への電
圧の印加を停止すると、磁界４２が消滅し、ニッケルは
残留磁化率が低いことから、磁界４２の消滅によってニ
ッケル層３２ａ、２１間の磁気吸引力も消滅する。する
と、梁部３１ｂは自身の弾性力によって非接触に戻りス
イッチＯＦＦとなる。上記の寸法で構成した本実施の形
態の機構デバイス１００では、電磁石４１から７ｍＴ
（テスラメータにより測定）の磁力でスイッチとして動
作することが確認された。以下にその実験結果を示す。FIG. 2 is an explanatory view of the operation of the mechanical device shown in FIG. In FIG. 2, reference numeral 41 is an electromagnet installed directly below the lower electrode 2 in order to sufficiently narrow the magnetic distance to the beam portion 31b. A magnetic field 42 is generated by applying a voltage to the electromagnet 41, and the magnetic layer 42 magnetizes the nickel layer 32a of the upper electrode 3 and the nickel layer 21 of the lower electrode 2 so that the nickel layer 32a on the upper electrode 3 side and the lower electrode 32a are magnetized. A magnetic attraction force is generated between the nickel layers 21 on the second side. As a result, the beam portion 31b of the upper electrode 3 is changed to the lower electrode 2
The lower end of the beam portion 31b comes into contact with the lower electrode 2 and the switch is turned on. When the application of the voltage to the electromagnet 41 is stopped, the magnetic field 42 disappears, and since nickel has a low residual magnetic susceptibility, the magnetic attraction force between the nickel layers 32 a and 21 also disappears due to the disappearance of the magnetic field 42. Then, the beam portion 31b returns to the non-contact state by the elastic force of itself and is turned off. In the mechanical device 100 of the present embodiment configured with the above dimensions, the electromagnet 41 to 7 mT
It was confirmed that the magnetic force (measured by Tesla meter) works as a switch. The experimental results are shown below.

【００２２】図３は、コイル波形に対する機構デバイス
の動作波形を示す図である。ここでは、電磁石４１に１
００Ｖの電圧を印加し、図示しないトランジスタを使用
してゲートに図示しない発信機から信号（１０Ｈｚ）を
入力して磁界４２をＯＮ、ＯＦＦさせたときの機構デバ
イス１００の動作波形を示している。なお、機構デバイ
ス１００には１Ｖの電圧を印加している。図３より、磁
界４２のＯＮ・ＯＦＦにより、機構デバイス１００も同
様の時間でＯＮ・ＯＦＦしていることが示されている。
この実験により、機構デバイス１００としての動作が確
認できた。FIG. 3 is a diagram showing operation waveforms of the mechanical device with respect to the coil waveform. Here, 1 for the electromagnet 41
The operation waveform of the mechanical device 100 when a voltage of 00V is applied and a signal (10 Hz) is input to the gate from a transmitter (not shown) using a transistor (not shown) to turn the magnetic field 42 on and off is shown. A voltage of 1V is applied to the mechanical device 100. From FIG. 3, it is shown that the mechanical device 100 is turned on / off at the same time as the magnetic field 42 is turned on / off.
Through this experiment, the operation as the mechanical device 100 was confirmed.

【００２３】次に、図１に示した機構デバイスの製造方
法について説明する。この機構デバイス１００は、マイ
クロマシン技術を用いて製造され、マイクロマシン技術
には、ＩＣ、ＬＳＩなどの製作で用いられる半導体プロ
セス（フォトリソグラフィ）を使用する。以下、その製
造方法について詳細に説明する。Next, a method of manufacturing the mechanical device shown in FIG. 1 will be described. The mechanical device 100 is manufactured by using a micromachine technology, and for the micromachine technology, a semiconductor process (photolithography) used for manufacturing ICs, LSIs and the like is used. Hereinafter, the manufacturing method will be described in detail.

【００２４】図４〜図７は、機構デバイスの製造方法の
説明図である。以下、各図を順に説明する。4 to 7 are explanatory views of a method of manufacturing a mechanical device. Hereinafter, each drawing will be described in order.

【００２５】図４は銅箔の配線パターンの製造過程を示
す図で、（ａ）〜（ｄ）は断面図、（ｅ）は（ｄ）の平
面図である。まず、（ａ）に示す加工前の基板１上に、
（ｂ）基板１の表面にフォトレジスト膜４３を塗布し、
フォトレジスト膜４３をマスクアライナーで露光し、現
像液で現像して、銅箔１２において配線パターンとなる
部分以外の部分を露出（開口）させた開口パターン４４
を形成する（フォトリソグラフィ工程）。そして、
（ｃ）塩化第二鉄でウェットエッチングを行い、開口パ
ターン４４に対応する銅箔１２部分すなわちフォトレジ
スト膜４３でマスクされていない部分を除去して絶縁基
板１１を露呈させ、（ｄ）（ｅ）フォトレジスト膜４３
を除去して（フォトレジスト膜除去工程）、銅箔１２上
に下部電極用銅箔１２ａ、上部電極用銅箔１２ｂを有す
る配線パターンを形成する。4 (a) to 4 (d) are sectional views, and FIG. 4 (e) is a plan view of FIG. 4 (d). First, on the unprocessed substrate 1 shown in (a),
(B) applying a photoresist film 43 on the surface of the substrate 1,
The photoresist film 43 is exposed with a mask aligner and developed with a developing solution to expose (open) a portion of the copper foil 12 other than a portion to be a wiring pattern.
Are formed (photolithography process). And
(C) Wet etching is performed with ferric chloride to remove a portion of the copper foil 12 corresponding to the opening pattern 44, that is, a portion not masked by the photoresist film 43 to expose the insulating substrate 11, and (d) (e) ) Photoresist film 43
Is removed (photoresist film removing step), and a wiring pattern having the copper foil 12a for the lower electrode and the copper foil 12b for the upper electrode is formed on the copper foil 12.

【００２６】図５（ａ）〜（ｄ）は下部電極の製造過程
を示す図である。次いで、（ａ）基板１の表面にフォト
レジスト膜５１を塗布し、フォトレジスト膜５１をマス
クアライナーで露光し、現像液で現像して、フォトレジ
スト膜５１に下部電極形成用の開口パターン６１を形成
する（フォトリソグラフィ工程）。そして、（ｂ）この
開口パターン６１部分に電解メッキ装置によりニッケル
２１を積層する（電解メッキ工程）。この電解メッキの
際、ニッケル層２１は、下部電極用銅箔１２ａの表面全
体を覆うように積層される。そして、（ｃ）同様に開口
パターン６１部分に電解メッキ装置により金２２を積層
する（電解メッキ工程）。この電解メッキの際、金２２
は、ニッケル層２１の表面全体を覆うように積層され
る。そして、（ｄ）フォトレジスト膜５１を除去して
（フォトレジスト膜除去工程）、ニッケル層２１の表面
全体を金２２で覆った構成の下部電極２を形成する。FIGS. 5A to 5D are views showing the manufacturing process of the lower electrode. Next, (a) a photoresist film 51 is applied on the surface of the substrate 1, the photoresist film 51 is exposed by a mask aligner, and developed with a developing solution to form an opening pattern 61 for forming a lower electrode on the photoresist film 51. Form (photolithography process). Then, (b) nickel 21 is laminated on the opening pattern 61 portion by an electrolytic plating apparatus (electrolytic plating step). During this electrolytic plating, the nickel layer 21 is laminated so as to cover the entire surface of the lower electrode copper foil 12a. Then, as in (c), gold 22 is laminated on the opening pattern 61 by an electrolytic plating apparatus (electrolytic plating step). In this electrolytic plating, gold 22
Are laminated so as to cover the entire surface of the nickel layer 21. Then, (d) the photoresist film 51 is removed (photoresist film removing step) to form the lower electrode 2 having a structure in which the entire surface of the nickel layer 21 is covered with gold 22.

【００２７】図５及び図６は上部電極の製造過程を示す
図である。まず、図５（ａ）下部電極２を含む基板１上
にフォトレジスト膜５３を塗布し、フォトレジスト膜５
３をマスクアライナーで露光し、現像液で現像して、フ
ォトレジスト膜５３に犠牲層形成用の開口パターン６３
を形成する（フォトリソグラフィ工程）。そして、
（ｂ）この開口パターン６３部分に電解メッキ装置によ
りニッケル７１を積層して（電解メッキ工程）、（ｃ）
フォトレジスト膜５３を除去して（フォトレジスト膜除
去工程）、基板１および下部電極２上に犠牲層７１を形
成する。5 and 6 are views showing the manufacturing process of the upper electrode. First, the photoresist film 53 is applied onto the substrate 1 including the lower electrode 2 shown in FIG.
3 is exposed with a mask aligner and developed with a developing solution, and an opening pattern 63 for forming a sacrificial layer is formed on the photoresist film 53.
Are formed (photolithography process). And
(B) Nickel 71 is laminated on this opening pattern 63 by an electroplating apparatus (electrolytic plating step), and (c)
The photoresist film 53 is removed (photoresist film removing step), and the sacrificial layer 71 is formed on the substrate 1 and the lower electrode 2.

【００２８】ついで、同様に（ｄ）下部電極２および犠
牲層７１を含む基板１上にフォトレジスト膜５４を塗布
し、フォトレジスト膜５４をマスクアライナーで露光
し、現像液で現像して、フォトレジスト膜５４に片持ち
梁状の構造層形成用の開口パターン６４を形成する（フ
ォトリソグラフィ工程）。そして、（ｅ）この開口パタ
ーン部分に電解メッキ装置により金３１を積層する（電
解メッキ工程）。この電解メッキの際、金３１は上部電
極用銅箔１２ｂとの接触面において、上部電極用銅箔１
２ｂの表面全体を覆うように積層される。そして、
（ｆ）フォトレジスト膜５４を除去して（フォトレジス
ト膜除去工程）、基板１および犠牲層７１上に構造層３
１を形成する。Similarly, (d) a photoresist film 54 is coated on the substrate 1 including the lower electrode 2 and the sacrificial layer 71, the photoresist film 54 is exposed with a mask aligner, and the photoresist film 54 is developed with a developing solution. An opening pattern 64 for forming a cantilever structure layer is formed in the resist film 54 (photolithography process). Then, (e) gold 31 is laminated on the opening pattern portion by an electrolytic plating apparatus (electrolytic plating step). During this electrolytic plating, the gold 31 is contacted with the upper electrode copper foil 12b at the contact surface with the upper electrode copper foil 1b.
It is laminated so as to cover the entire surface of 2b. And
(F) The photoresist film 54 is removed (photoresist film removing step), and the structural layer 3 is formed on the substrate 1 and the sacrificial layer 71.
1 is formed.

【００２９】そして、図６（ａ）下部電極２、犠牲層７
１および構造層３１を含む基板１上にフォトレジスト膜
５５を塗布し、フォトレジスト膜５５をマスクアライナ
ーで露光し、現像液で現像して、フォトレジスト膜５５
に上部電極３（図１参照）の磁性層形成用の開口パター
ン６５を形成する（フォトリソグラフィ工程）。そし
て、（ｂ）この開口パターン６５部分に電解メッキ装置
によりニッケル３２ａを積層して（電解メッキ工程）、
（ｃ）フォトレジスト膜５５を除去して（フォトレジス
ト膜除去工程）、基板１上にニッケル層３２ａを形成す
る。Then, the lower electrode 2 and the sacrificial layer 7 shown in FIG.
1 and the structural layer 31 on the substrate 1, a photoresist film 55 is applied, the photoresist film 55 is exposed by a mask aligner, and is developed with a developing solution to form a photoresist film 55.
Then, an opening pattern 65 for forming a magnetic layer of the upper electrode 3 (see FIG. 1) is formed (photolithography process). Then, (b) nickel 32a is laminated on this opening pattern 65 portion by an electrolytic plating apparatus (electrolytic plating step),
(C) The photoresist film 55 is removed (photoresist film removing step), and the nickel layer 32a is formed on the substrate 1.

【００３０】ついで、（ｄ）下部電極２、犠牲層７１、
構造層３１およびニッケル層３２ａを含む基板１上にフ
ォトレジスト膜５６を塗布し、フォトレジスト膜５６を
マスクアライナーで露光し、現像液で現像して、フォト
レジスト膜５６に耐エッチング層形成用の開口パターン
６６を形成する（フォトリソグラフィ工程）。そして、
（ｅ）この開口パターン６６部分に電解メッキ装置によ
り金３２ｂを積層して（電解メッキ工程）、（ｆ）フォ
トレジスト膜５６を除去して（フォトレジスト膜除去工
程）基板１上にニッケル層３２ａの表面全体を金３２ｂ
で覆った構成の磁性体部３２を形成する。Then, (d) the lower electrode 2, the sacrificial layer 71,
A photoresist film 56 is applied on the substrate 1 including the structure layer 31 and the nickel layer 32a, the photoresist film 56 is exposed with a mask aligner, and is developed with a developing solution to form an etching resistant layer on the photoresist film 56. The opening pattern 66 is formed (photolithography process). And
(E) Gold 32b is laminated on this opening pattern 66 portion by an electroplating apparatus (electrolytic plating step), (f) photoresist film 56 is removed (photoresist film removing step), nickel layer 32a on substrate 1 The entire surface of gold 32b
The magnetic body part 32 covered with is formed.

【００３１】そして、最終工程として塩化第二鉄をエッ
チング液として用いてウェットエッチングを行うことに
より、犠牲層７１と、基板１において不要な銅箔１２部
分とが選択的に除去される。その結果、図１に示したよ
うな機構デバイス１００が製作される。Then, as a final step, wet etching is performed using ferric chloride as an etching solution to selectively remove the sacrificial layer 71 and the unnecessary copper foil 12 portion of the substrate 1. As a result, the mechanical device 100 as shown in FIG. 1 is manufactured.

【００３２】以上のように本実施の形態によれば、金層
（梁部３１ｂ）、ニッケル層３２ａ、金層（耐エッチン
グ層３２ｂ）間の残留応力が緩和され、反りが防止され
た機構デバイス１００を得ることが可能となる。As described above, according to the present embodiment, the mechanical stress in which the residual stress between the gold layer (beam portion 31b), the nickel layer 32a, and the gold layer (etching resistant layer 32b) is relaxed and warpage is prevented. It is possible to obtain 100.

【００３３】なお、上記では、磁気で駆動する片持ち梁
構造であって、且つ製造過程にウェットエッチングが含
まれる機構デバイス１００を例示して説明したことか
ら、多層構造を構成する各層に、磁性を有するニッケ
ル、耐エッチング性を有する金を用いることとして説明
してきたが、これに限られたものではなく、その各層に
それぞれ求められる性質（ここでは、磁性、耐エッチン
グ性）を満足する金属で構成されていればよく、要する
に、多層構造部分において、第１の金属層上に積層され
た第２の金属の表面全体を前記第１の金属層と同材料で
構成された第３の金属層で覆い、且つ、該第３の金属層
を前記第１の金属層よりも厚く形成する構成とされれば
よい。In the above description, the mechanical device 100 having a magnetically driven cantilever structure and including wet etching in the manufacturing process has been described as an example. Therefore, each layer constituting the multi-layer structure has a magnetic structure. Although it has been described as using nickel having gold and gold having etching resistance, it is not limited to this, and a metal satisfying the properties (here, magnetism and etching resistance) required for each layer is used. In other words, in the multilayer structure portion, the third metal layer formed of the same material as the first metal layer over the entire surface of the second metal laminated on the first metal layer is essential. And the third metal layer may be formed thicker than the first metal layer.

【００３４】なお、上記では、磁気で動作する片持ち梁
構造に関して金属層間の応力緩和を図ったものである
が、片持ち梁構造に限られたものではなく、マイクロマ
シン技術を用いて形成された多層構造を成す梁構造であ
れば、上記の構成を採用することにより応力緩和が可能
である。In the above description, the stress relief between the metal layers is intended for the magnetically operated cantilever structure. However, the cantilever structure is not limited to the cantilever structure, and the cantilever structure is formed by using the micromachine technique. If the beam structure has a multi-layer structure, the stress can be relaxed by adopting the above configuration.

【００３５】また、本実施の形態の機構デバイス１００
は、半導体プロセス（フォトリソグラフィ法）、電解メ
ッキ法といったマイクロマシン技術を用いることにより
形成されたものであるので、数ミクロン単位まで小型に
構成できる。また、製造時間の短時間化および低コスト
性に優れたフォトリソグラフィ法および電解メッキ法を
用いて製造されるため、製作時間、設備コスト面で有利
な機構デバイス１００を得ることができる。なお、この
種の機構デバイスは、例えば通信機器などの各種機器に
組み込まれて使用されるものであるが、機構デバイス１
００が数ミクロン単位まで小型化できることで、この機
構デバイス１００が組み込まれる機器の小型化にも貢献
することが可能となる。Further, the mechanical device 100 of the present embodiment.
Is formed by using a micromachine technique such as a semiconductor process (photolithography method) or an electrolytic plating method, so that it can be miniaturized to a unit of several microns. Further, the mechanical device 100, which is advantageous in terms of manufacturing time and equipment cost, can be obtained because it is manufactured using the photolithography method and the electrolytic plating method, which are excellent in shortening the manufacturing time and cost. It should be noted that this type of mechanical device is used by being incorporated in various devices such as communication devices.
Since 00 can be miniaturized to a unit of several microns, it is possible to contribute to miniaturization of equipment in which the mechanical device 100 is incorporated.

【００３６】また、この機構デバイス１００は、図３の
実験結果から明らかなように、磁力によって動作するス
イッチとして機能することができ、その可動部である片
持ち梁構造部３１を柔軟性のある金で構成しているた
め、上述したように微少な磁力にでも動作することので
きる感度の高い磁気駆動型スイッチを構成できる。Further, as is clear from the experimental results of FIG. 3, the mechanical device 100 can function as a switch operated by magnetic force, and the cantilever structure portion 31 which is its movable portion has flexibility. Since it is made of gold, it is possible to form a highly sensitive magnetic drive type switch that can operate even with a minute magnetic force as described above.

【００３７】また、半導体プロセス（フォトリソグラフ
ィ）と電解メッキだけで製造できるため、基板１上での
製作が可能となり、よって、マイクロ単位まで設計値を
小さくすることで一基板上に複数（数十個、数百個な
ど）の機構デバイス１００を製作することができ、大量
生産も可能となる。Since the semiconductor device can be manufactured only by the semiconductor process (photolithography) and electrolytic plating, it can be manufactured on the substrate 1. Therefore, by reducing the design value to a micro unit, a plurality (several tens) can be formed on one substrate. The number of mechanical devices 100 can be manufactured, and mass production is also possible.

【００３８】また、この大量生産に際し、上記のフォト
リソグラフィ工程において、基板１上に所定層用の開口
パターンを適宜離間して複数形成し、各開口パターン部
分に電解メッキを行い、その後、フォトレジスト膜をエ
ッチングによって除去して所定層を形成する作業を繰り
返すことにより、複数の機構デバイスを同時に製作で
き、製造時間を短時間化することが可能となる。このよ
うに、集積化し、大量生産することで生産コスト削減に
も寄与できる。In this mass production, in the above photolithography process, a plurality of opening patterns for predetermined layers are formed on the substrate 1 at appropriate intervals, electrolytic plating is performed on each opening pattern portion, and then the photoresist is formed. By repeating the work of removing the film by etching and forming the predetermined layer, a plurality of mechanical devices can be manufactured at the same time, and the manufacturing time can be shortened. In this way, the integration and mass production can contribute to the reduction of production cost.

【００３９】また、機構デバイス１００の製造に際し、
化学的蒸着（CVD：Chemical VaporDeposition）や物理
的蒸着（PVD：Physical Vapor Deposition）（スパッタ
リング法、蒸着法）など、時間のかかる製造プロセスが
ないため、製造時間を短縮できる。In manufacturing the mechanical device 100,
Since there are no time-consuming manufacturing processes such as chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD) (sputtering method, vapor deposition method), the manufacturing time can be shortened.

【００４０】ところで、現在、マイクロマシンの製作は
シリコン基板上で行われるのが一般的であるが、本発明
の片持ち梁構造を備えた機構デバイスは、プリント基板
上で製作するため、基板材料の面でも、シリコン基板に
比べてコスト削減が期待できる。By the way, at present, a micromachine is generally manufactured on a silicon substrate. However, the mechanical device having the cantilever structure of the present invention is manufactured on a printed circuit board, and therefore, a substrate material is used. From the aspect, cost reduction can be expected compared to the silicon substrate.

【００４１】また、プリント基板は、シリコン基板を用
いる場合に必要となる電気炉熱酸化法による絶縁層（酸
化膜）の形成工程が不要であるため、製造コストを低減
でき、またこの絶縁層の形成は時間の掛かるプロセスで
あることから、このプロセスが不要となることにより製
造時間短縮にも寄与できる。Further, since the printed board does not require the step of forming an insulating layer (oxide film) by the electric furnace thermal oxidation method which is necessary when using a silicon substrate, the manufacturing cost can be reduced and the insulating layer can be formed. Since formation is a time-consuming process, the elimination of this process can contribute to a reduction in manufacturing time.

【００４２】[0042]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、第
１の金属層、第２の金属層および第３の金属層間の応力
が緩和されて反りが防止され、且つコスト面で有利な梁
構造を有する機構デバイスを得ることが可能となる。As described above in detail, according to the present invention, the stress between the first metal layer, the second metal layer and the third metal layer is relieved, warpage is prevented, and the cost is advantageous. It is possible to obtain a mechanical device having a flexible beam structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施の形態の機構デバイスの断面図
である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a mechanical device according to an embodiment of the present invention.

【図２】図１の機構デバイスの動作説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory view of the mechanical device of FIG.

【図３】コイル波形に対する機構デバイスの動作波形を
示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an operation waveform of a mechanical device with respect to a coil waveform.

【図４】銅箔の配線パターンの製造過程を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of a wiring pattern of a copper foil.

【図５】下部電極の製造過程を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of a lower electrode.

【図６】上部電極の製造過程を示す図（その１）であ
る。FIG. 6 is a view (No. 1) showing the manufacturing process of the upper electrode.

【図７】上部電極の製造過程を示す図（その２）であ
る。FIG. 7 is a view (No. 2) showing the manufacturing process of the upper electrode.

【図８】従来の機構デバイスを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional mechanical device.

【符号の説明】 １ 基板 ２ 下部電極 ３ 上部電極 １１ 絶縁基板 １２ 銅箔 ４３，５１，５３〜５６ フォトレジスト膜 ２１ ニッケル層（第２のニッケル層） ２２ 導電層 ３１ 片持ち梁構造部（構造層） ３１ａ 基部 ３１ｂ 梁部（第１の金属層） ３２ 磁性体部 ３２ａ ニッケル層（第２の金属層，第１のニッケル
層） ３２ｂ 耐エッチング層（第３の金属層） ４２ 磁界 ４４，６１，６３〜６６ 開口パターン １００ 機構デバイス（磁気駆動型機構デバイス）[Explanation of reference numerals] 1 substrate 2 lower electrode 3 upper electrode 11 insulating substrate 12 copper foils 43, 51, 53 to 56 photoresist film 21 nickel layer (second nickel layer) 22 conductive layer 31 cantilever structure (structure Layer) 31a base portion 31b beam portion (first metal layer) 32 magnetic body portion 32a nickel layer (second metal layer, first nickel layer) 32b etching resistant layer (third metal layer) 42 magnetic field 44, 61 , 63 to 66 Aperture pattern 100 Mechanical device (Magnetic drive mechanical device)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 達郎 東京都八王子東浅川町550番地の１ 株式 会社沖センサデバイス内 (72)発明者 佐藤 洋一 東京都港区高輪２丁目３番23号 学校法人 東海大学短期大学部内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Tatsuro Kobayashi             1 share of Hachioji Higashi-Asakawacho 550, Tokyo             In the company Oki sensor device (72) Inventor Yoichi Sato             2-33 Takanawa, Minato-ku, Tokyo School corporation             Tokai University Junior College

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 少なくとも第１の金属層の上面に第２の
金属層が積層された多層構造を成す梁構造を有し、マイ
クロマシン技術を用いて形成された機構デバイスであっ
て、 前記第２の金属層の表面全体を覆う第３の金属層をフォ
トリソグラフィ法および電解メッキ法を用いて形成し、
前記第３の金属層を前記第１の金属と同じ材料で構成
し、且つ前記第１の金属層よりも厚く形成したことを特
徴とする機構デバイス。1. A mechanical device having a beam structure having a multi-layered structure in which a second metal layer is laminated on at least an upper surface of a first metal layer, and the mechanical device is formed by using a micromachining technique. Forming a third metal layer covering the entire surface of the metal layer by using a photolithography method and an electrolytic plating method,
A mechanical device, wherein the third metal layer is made of the same material as the first metal and is formed thicker than the first metal layer. 【請求項２】 前記梁構造は前記第１の金属層が片持ち
梁状を成す片持ち梁構造であり、該片持ち梁構造は基部
と該基部に支持された梁部とを有し、前記第２の金属層
および前記第３の金属層は前記梁部の上部に設けられ、
前記第３の金属層は、前記第１の金属層のうちの前記梁
部に相当する部分よりも厚く構成されてなることを特徴
とする請求項１記載の機構デバイス。2. The beam structure is a cantilever structure in which the first metal layer has a cantilever shape, and the cantilever structure has a base portion and a beam portion supported by the base portion. The second metal layer and the third metal layer are provided on the beam portion,
The mechanical device according to claim 1, wherein the third metal layer is configured to be thicker than a portion of the first metal layer corresponding to the beam portion. 【請求項３】 前記第１の金属層は金層であり、前記第
２の金属層は第１のニッケル層であることを特徴とする
請求項１または請求項２記載の機構デバイス。3. The mechanical device according to claim 1 or 2, wherein the first metal layer is a gold layer and the second metal layer is a first nickel layer. 【請求項４】 絶縁基板上に銅箔で配線パターンが形成
され、該配線パターンのうちの片持ち梁構造用の配線パ
ターン部分に請求項３記載の機構デバイスの前記基部の
底面が電気的に接続され、且つ前記配線パターンのうち
の下部電極用の配線パターン部分に第２のニッケル層と
該第２のニッケル層の表面全体を覆った導電層とを有す
る下部電極が電気的に接続されてなり、該下部電極は、
外部磁界が与えられて前記第１のニッケル層が前記第２
のニッケル層と共に磁化して前記梁部が前記下部電極に
引き寄せられた際に前記梁部と接触できるように前記基
板上に形成されてなることを特徴とする磁気駆動型機構
デバイス。4. A wiring pattern is formed of copper foil on an insulating substrate, and the bottom surface of the base of the mechanical device according to claim 3 is electrically connected to a wiring pattern portion of the wiring pattern for a cantilever structure. And a lower electrode having a second nickel layer and a conductive layer covering the entire surface of the second nickel layer is electrically connected to the lower electrode wiring pattern portion of the wiring pattern. And the lower electrode is
An external magnetic field is applied to cause the first nickel layer to move to the second layer.
The magnetic drive mechanism device, wherein the magnetic drive mechanism device is formed on the substrate so as to come into contact with the beam when the beam is attracted to the lower electrode by being magnetized with the nickel layer. 【請求項５】 前記導電層および前記第２のニッケル層
のそれぞれはフォトリソグラフィ法および電解メッキ法
を用いて形成されたものであることを特徴とする請求項
４記載の磁気駆動型機構デバイス。5. The magnetic drive type mechanical device according to claim 4, wherein each of the conductive layer and the second nickel layer is formed by using a photolithography method and an electrolytic plating method.