JPH0874099A

JPH0874099A - 機械要素および可動部を有する構造体ならびにその製造方法

Info

Publication number: JPH0874099A
Application number: JP21609894A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Ushizawa; 沢典彦牛; Masao Takinami; 浪雅夫滝; Kiyoshi Komatsu; 松清小
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】犠牲層および構造物の形成速度が高く、良好な
ステップカバレージでアスペクト比の大きな犠牲層およ
び構造物を形成し、任意の形状の構造物を迅速かつ高精
度で形成できる機械要素および可動部を有する構造体の
製造方法、およびこの製造方法によって作製される機械
要素および構造体を提供する。【構成】犠牲層エッチング技術を応用し、犠牲層をめっ
きによる金属あるいは合金層とし、構造物が前記犠牲層
の平衡電極電位よりも小さいフラーデ電位を持つ金属ま
たは合金のめっき、あるいは構造物の表面に貴金属層を
形成し、犠牲層を電解エッチングによって除去すること
により、前記目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超小型の機械やロボッ
ト等のいわゆるマイクロマシンに利用される、機械要素
および可動部を有する構造体、ならびに、この機械要素
および可動部を有する構造体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、直径１００μｍのロータを有する
モータ、マイクロメータサイズの極微小の把持機構や機
械要素等の作製例が各種報告され、これらを利用した超
小型の機械、いわゆるマイクロマシンが注目され、医療
機器やロボット等への応用が期待されている。

【０００３】このようなマイクロマシンは、基本的にＬ
ＳＩの製造と同様にして、フォトリソグラフィを利用し
た半導体の微細加工技術によって製造されている。すな
わち、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) やスパッタ
リング等の薄膜形成技術、ＲＩＥ（Reactive Ion Etchi
ng）等の除去加工技術フォトリソグラフィ技術を用い
て、薄膜の形成とエッチングとを繰り返して、シリコン
基板上に、ロータとステータとを有するモータや軸支さ
れるギア等の立体構造が形成される。ここで、ＬＳＩの
製造とマイクロマシンとの製造とで大きく異なる点は、
マイクロマシンの場合には、ロータや歯車等の基板に固
定されずに可動する部材を有する点にある。そのため、
日経エレクトロニクスの１９８９年８月２１日号(No.48
0)等にも示されるように、マイクロモータのロータ／ス
テータ間のギャップや軸受等、基板と構造物との間や、
可動部品とその支持体との間に、犠牲層と呼ばれる層を
形成し、最終的にこの犠牲層をエッチングによって除去
することにより部材を可動とする、いわゆる犠牲層エッ
チングという技術が利用されている。

【０００４】例えば、シリコン基板上で軸支される歯車
を形成する際には、シリコン基板上に支軸を形成した
後、シリコン基板および支軸を被覆して犠牲層を形成す
る。次いで、この犠牲層上に、支軸を回転軸とする歯車
を形成する。その後、歯車および支軸をレジストで覆っ
て、エッチングにより犠牲層を除去することにより、シ
リコン基板から分離され、かつ支軸に回転自在に軸支さ
れる歯車を形成することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
マイクロマシンはＬＳＩの製造方法を利用して、犠牲層
エッチング技術を用いて製造されており、一般的に、犠
牲層はＳｉＯ₂やＰＳＧ（リン珪酸ガラス）等を、ギヤ
等の構造物となる層は珪素やＳｉＯ_xＮ_y等を、ＣＶＤ
やＲＦスパッタリング等によって成膜することによって
作製される。

【０００６】ところが、これらの膜は成膜速度が０．１
μｍ／min 程度と遅く、マイクロマシンの製造に多大な
時間を有するという問題点がある。しかも、作製可能な
膜厚も１μｍ以内で、ステップカバレージ（段差被覆
性）も低いため、構造物の立体的な形状が制限されてし
まう。さらに、犠牲層のエッチングはフッ酸等の強酸で
行われるが、この際に、犠牲層以外にエッチングされる
部分をレジストで覆う必要があり、工程が煩雑である。
しかも、フッ酸等を用いたウエットエッチングは選択性
が低く、所望の形状の構造物を高精度に作製することが
できない。また、現在の技術では、構造物に用いられる
材料も珪素やＳｉＯ_xＮ_yに制限されてしまい、マシン
の用途に応じた任意の材料を使用することができないと
いう問題点もある。

【０００７】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決することにあり、犠牲層および構造物（層）の形成
速度が高く、しかも、良好なステップカバレージで膜厚
が大きくアスペクト比の大きな犠牲層および構造物を形
成し、任意の形状の構造物を迅速かつ高い精度で形成す
ることができ、さらに、犠牲層エッチングの際のレジス
トによる保護も不要な機械要素および可動部を有する構
造体の製造方法、およびこの製造方法によって作製され
る、耐食性に優れ、形成材料が幅広く選択可能で、マイ
クロマシンに好適に利用可能な機械要素および可動部を
有する構造体を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の機械要素は、最長部分の長さが１０００μ
ｍ以下、厚さを前記最長部分で割ってなる比が０．００
１以上で、少なくとも１つの表面が不動態被膜あるいは
貴金属で覆われていることを特徴とする機械要素を提供
する。

【０００９】また、本発明の可動部を有する構造体は、
基板上に固定される支持部、および前記支持部によって
可動に支持される可動部を有する構造体であって、前記
支持体および可動部が、共に、最長部分の長さが１００
０μｍ以下、厚さを前記最長部分で割ってなる比が０．
００１以上で、少なくとも１つの表面が不動態被膜ある
いは貴金属で覆われていることを特徴とする可動部を有
する構造体を提供する。

【００１０】また、本発明の機械要素の製造方法の第１
の態様は、機械要素を製造するに際し、基板の上に、最
終的に除去される犠牲層と、前記犠牲層上に形成される
最終的に前記機械要素となる構造物層とを形成した後、
前記犠牲層を除去することにより、前記支持体と分離さ
れた機械要素を製造する方法であって、前記犠牲層がめ
っきによって形成された金属または合金層であり、前記
構造物層が前記犠牲層の平衡電極電位よりも小さいフラ
ーデ電位を持つ金属または合金のめっきによって形成さ
れ、かつ、犠牲層金属の平衡電極電位よりも高くかつ構
造物層金属が不動態化される電位で電解エッチングし
て、前記犠牲層を除去することを特徴とする機械要素の
製造方法を提供する。

【００１１】また、本発明の機械要素の製造方法の第２
の態様は、機械要素を製造するに際し、基板の上に、最
終的に除去される犠牲層と、前記犠牲層上に形成され最
終的に前記機械要素となる、少なくともその表面が貴金
属で覆われている構造物層とを形成した後、前記犠牲層
を電解エッチングによって除去することにより、前記支
持体と分離された機械要素を製造することを特徴とする
機械要素の製造方法を提供する。

【００１２】また、本発明の可動部を有する構造体の製
造方法の第１の態様は、基板上に固定される支持部、お
よび前記支持部によって可動に支持される可動部を有す
る構造体を製造するに際し、導電性基板の上に、最終的
に可動部およびその支持部となる構造物層と、前記導電
性基板および可動部の間隙ならびに前記可動部および支
持部の間隙に形成され、最終的に除去される犠牲層とを
形成した後、前記犠牲層を除去することにより、基板上
に固定される支持部および支持部によって可動に支持さ
れる可動部を有する構造体を製造する方法であって、前
記犠牲層がめっきによって形成された金属または合金層
であり、前記構造物層が前記犠牲層の平衡電極電位より
も小さいフラーデ電位を持つ金属または合金のめっきに
よって形成され、かつ、犠牲層金属の平衡電極電位より
も高くかつ構造物層金属が不動態化される電位で電解エ
ッチングして、前記犠牲層を除去することを特徴とする
可動部を有する構造体の製造方法を提供する。

【００１３】さらに、本発明の可動部を有する構造体の
製造方法の第２の態様は、基板上に固定される支持部、
および前記支持部によって可動に支持される可動部を有
する構造体を製造するに際し、導電性基板の上に、最終
的に可動部およびその支持部となり、少なくともその表
面が貴金属で覆われている構造物層と、前記基板および
可動部の間隙ならびに前記可動部および支持部の間隙に
形成され、最終的に除去される犠牲層とを形成した後、
前記犠牲層を電解エッチングによって除去することによ
り、前記基板上に固定される支持部、および支持部によ
って可動に支持される可動部を有する構造物を製造する
ことを特徴とする可動部を有する構造体の製造方法を提
供する。

【００１４】以下、本発明の機械要素および可動部を有
する構造体、ならびにその製造方法について詳細に説明
する。前述のように、従来のマイクロマシンの製造は、
ＬＳＩの製造と同様に行われているため、ギヤやモータ
等の構造物となる層（以下、構造物層とする）、および
犠牲層の成膜速度が低い、ステップカバレージが悪い、
層厚が制限されてしまう、等の各種の問題点を有する。

【００１５】このような問題点を解決するために、本発
明の製造方法は、基本的に従来のマイクロマシンの製造
と同様の犠牲層エッチングを応用するものの、構造物層
および犠牲層を、成膜速度が高く、かつ１００μｍ程度
の成膜を容易に行うことができ、しかもステップカバレ
ージも良好なめっき、特に電気めっきによって形成し、
さらに、犠牲層の除去（エッチング）を電解を利用した
電気化学的なエッチングによって行う。ここで、犠牲層
の除去を電解エッチングで行うと、犠牲層のみならず、
必要な構造物層もエッチングされてしまう。そこで、本
発明においては、構造物層を犠牲層の平衡電極電位より
も小さいフラーデ電位を持つ金属（あるいは合金）で形
成し、電解エッチング時に構造物層の表面を不動態化す
ることにより、あるいは、構造物層の表面を金やプラチ
ナ等の貴金属とすることにより、極めて高い選択性で犠
牲層のみをエッチングする。以下、図１を参照して、構
造物層の金属を不働態化する製造方法について説明す
る。

【００１６】基準電極として飽和塩化ナトリウムカルメ
ロ電極（以下、ＳＳＣＥとする）、対向電極として白金
線を用い、銅線あるいはニッケル線を作用電極とした３
電極構成とし、０．１Ｍ過塩素酸ナトリウム水溶液中で
電位を０〜＋１Ｖ（vs．ＳＳＣＥ）の範囲で掃引して
（掃引速度５０mV/sec）、電流と電位との関係を調べ
る。この場合において、銅線を作用電極とした際には、
電圧の上昇に応じて電流値も上昇し、何度掃引してもほ
ぼ同じ電流−電位曲線を描く。これに対し、ニッケルを
作用電極とした際には、掃引の度毎に電流値が減少し、
同じ電流−電位曲線を描くことなない。特に１回目の掃
引後は電流値が著しく減少する。

【００１７】両者の掃引速度を限りなく０mV/secとして
書いた概念的な電流−電位曲線が図１である。図１に示
されるように、銅は平衡電極電位（約０．２５Ｖ）とな
ると電流が流れ、すなわち腐食が開始され、電位の上昇
と共に電流が上昇（腐食速度も増大）していく。これに
対し、ニッケルは平衡電極電位（約−０．４９Ｖ）から
腐食が開始するものの、電位Ｅ_F（約０．０９Ｖ）で急
激に電流が流れなくなり、それ以降、電位が上昇しても
電流がほとんど流れない領域が存在する。すなわち、電
位Ｅ_Fがフラーデ電位（不動態化電位）であって、この
電流が流れない領域では、ニッケルの表面は酸化膜で覆
われており、Ｎｉは不動態化している。従って、銅とニ
ッケルとを接触した状態で、電解液を用いてこの領域内
の電位を印加すれば、両方の金属が同電位となり、銅の
みを選択的に溶解することができる。

【００１８】すなわち、構造物層を犠牲層金属の平衡電
極電位よりも小さいフラーデ電位を有する金属で形成
し、エッチングを、犠牲層を形成する金属の平衡電極電
位よりも高く、かつ構造物層を形成する金属が不動態化
されている電位、例えば図１に示される電位の電解エッ
チングで行うことにより、犠牲層のみを高い選択性でエ
ッチングして除去することができる。また、本発明の製
造方法の別の態様においては、構造物層の表面を金やプ
ラチナ等の貴金属で被覆し、これらよりも酸化還元電位
が卑である金属を犠牲層とすることにより、電解エッチ
ングによって同様に高い選択性で犠牲層のみを除去する
ことができる。

【００１９】構造物層を不動態化する態様において、犠
牲層となる金属あるいは合金と、構造物層となる金属あ
るいは合金との組み合わせには特に限定はなく、不動態
化する金属を構造物層として選択し、この金属のフラー
デ電位よりも大きい平衡電極電位を有する金属を犠牲層
とすれば、いずれの組み合わせも利用可能であり、機械
要素の種類や構造体（マイクロマシン）の構成や用途等
に応じて適宜選択すればよい。例えば、犠牲層が銅（平
衡電極電位０．２５Ｖ）であれば、構造物層の金属とし
てはチタン（フラーデ電位＝−０．５Ｖ）、クロム（同
＝−０．４９Ｖ）、ニッケル（同＝０．０９Ｖ）、貴金
属（金、プラチナ）等が例示される。

【００２０】また、構造物層の表面を貴金属で覆う態様
においては、貴金属としては、金、プラチナ等が例示さ
れる。この際における犠牲層としては、使用する貴金属
よりも酸化還元電位が卑である金属（合金）がすべて利
用可能である。なお、この態様においては、構造物層に
は特に限定はなく、めっき可能なすべての金属（合金）
が利用可能であり、また、犠牲層と構造物層とを同じ金
属で形成してもよい。

【００２１】以下、構造物層を不動態化する態様の製造
方法の一例について、図２を参照してより詳細に説明す
る。図２に示される例は、シリコンを基板として、その
上に本発明の機械要素の一つであるギヤを形成した例で
ある。なお、本発明の製造方法において、基板はシリコ
ン基板に限定されず、導電性の金属基板、あるいはプラ
スチック基板の表面を金属で被覆する等によって表面が
導電性になった基板等であれば、公知のすべての材料が
利用可能である。

【００２２】まず、シリコン基板１０の表面を洗浄した
後、図２（ａ）に示されるように、シリコン酸化膜１２
を形成し、次いで、チタン層１４を形成する。シリコン
酸化膜１２の形成方法には特に限定はなく、酸化性雰囲
気中でアニールを行う等、ＬＳＩの製造で利用されてい
る各種の方法によればよい。また、チタン層１４も電子
ビーム蒸着、スパッタリング等の公知の方法で形成すれ
ばよい。なお、シリコン酸化膜１２およびチタン層１４
は、後に形成する犠牲層および構造物層、すなわち、基
板と金属との密着性を向上させるために、好ましい態様
として形成されるものである。

【００２３】次いで、チタン層１４上に、めっきによっ
て犠牲層１６を形成する。犠牲層の形成方法には特に限
定はなく、電気めっきや無電解めっき等、公知のめっき
方法がすべて利用可能である。また、犠牲層１６の形成
は、めっきのみで行うのに限定されず、電気めっきによ
る成膜の前後に、電子ビーム蒸着、スパッタリング等の
公知の薄膜形成方法を組み合わせて、複数の方法で犠牲
層１６を形成してもよい。犠牲層１６の膜厚にも特に限
定はなく、作製する機械要素やマイクロマシンの構造等
に応じて適宜設定すればよいが、めっきを利用する本発
明においては、ＣＶＤ等を利用する従来の方法に比し
て、高い成膜速度で厚い犠牲層を形成することができる
ので、１〜１００μｍ程度とするのが好ましい。また、
ステップカバレージも良好であるのは前述のとおりであ
る。

【００２４】さらに、図２（ｂ）に示されるように、形
成するギヤの形状の開口１８を有するレジスト層２０を
形成する。レジスト層２０の形成方法は、ＬＳＩの製造
におけるフォトリソグラフィーと同様でよい。なお、使
用するレジストには特に限定はないが、めっきによって
構造物層を形成する本発明においては、レジスト層厚や
密着性等の点でめっき用のフォトレジストが好適に利用
される。めっき用のフォトレジストとしては、常用され
る市販品が好適に利用可能である。

【００２５】レジスト層２０を形成したら、図２（ｃ）
に示されるように、構造物層すなわち図示例においては
ギヤ２２をめっきによって形成し、次いで、レジスト層
２０を除去する。めっきの方法には特に限定はなく、犠
牲層１６の形成と同様に公知のめっき方法がすべて利用
可能である。めっきによって構造物層を形成する本発明
においては、成膜速度、ステップカバレージ共に良好で
あり、また、用途に応じた十分かつ任意な厚さを有する
構造物が形成可能である。さらに、形成材料も広く選択
可能である。レジスト層２０の除去も、剥離、溶解等、
使用したレジストに応じた公知の方法で行えばよい。

【００２６】このようにしてギヤ２２を形成した後、図
２（ｄ）に示されるように、電解液２４に犠牲層１６お
よびギヤ２２を浸漬して、電解エッチングによって犠牲
層１６を溶解除去して、図２（ｅ）に示されるように、
シリコン基板１０と分離されたギヤ２２とする。電解エ
ッチングの方法には特に限定はなく、公知の方法がいず
れも利用可能であるが、図示例においては、電解装置２
６に作用電極２８、基準電極３０および対向電極３１を
接続して３電極の電解装置とし、基準電極３０および対
向電極３１を電解液２４に接触させ、作用電極２８をチ
タン層１４に接触して、犠牲層１６の電解を行ってい
る。なお、電解電位は犠牲層１６を形成する金属の平衡
電極電位と、ギヤ２２を形成する金属のフラーデ電位に
応じて適宜決定されるのは前述のとおりである。また、
必要に応じて、電解エッチング時には、必要に応じて構
造物層（ギヤ２２）の少なくとも一部にレジスト層を形
成してもよい。

【００２７】次いで、図３を参照して、構造物層の表面
を貴金属で覆う態様の製造方法について、同様のギヤの
製造を例に説明する。先ず、前述の図２に示される不動
態を利用する態様と同様にして、犠牲層１６およびギヤ
の形状に応じた開口１８を有するレジスト層２０を形成
する。すなわち、図２（ａ）〜図２（ｂ）の工程を全く
同様に行う。

【００２８】次いで、図３（ａ）に示されるように、め
っきによって開口１８の犠牲層１６表面に貴金属層３２
を形成し、その上層に、構造物層３４を形成する。めっ
き方法には特に限定はないのは先の態様と同様である。

【００２９】構造物層３４を形成した後、レジスト層２
０を除去して、図３（ｂ）に示されるように、構造物層
３４の表面を貴金属で覆うためのレジスト層３８を形成
し、めっきによって貴金属層３６を形成して、構造物層
３４の表面を貴金属層３２および３６で覆い、ギヤ４０
を形成する。なお、レジスト層３８の形成方法は、レジ
スト層２０と同様に公知のフォトリソグラフィーを用い
ればよい。

【００３０】次いで、図３（ｃ）に示されるように、レ
ジスト層３８を除去して、前述の図２（ｄ）と同様にし
て電解エッチングを行う。ここで、構造物層３４の表面
は貴金属層３２および３６で覆われているので、犠牲層
１６のみが選択的にエッチングされ、図３（ｄ）に示さ
れるように、シリコン基板１０と分離されたギヤ４０が
形成される。なお、この態様においては、図示例のよう
に構造物層の表面に貴金属を形成する例に限定はされ
ず、構造物層そのものを貴金属で形成してもよい。

【００３１】図２および図３においては、機械要素であ
るギヤの製造を例に本発明の製造方法を説明したが、本
発明の製造方法においては、可動部を有する構造体（マ
イクロマシン）も製造可能であり、例えば、図２におい
て、図２（ａ）の犠牲層１６の形成前に、ギヤ２２の中
心孔に対応する支軸を電気めっきとフォトリソグラフィ
ーとによって形成しておくことによって、支軸（支持
体）によって回転自在に軸支されるギヤ２２（可動
部）、すなわち、本発明の可動部を有する構造体を製造
することができる。

【００３２】本発明の機械要素および可動部を有する構
造体は、基本的に、このような本発明の製造方法で製造
されるものであり、機械要素の表面、支持部および可動
部の表面が不動態膜あるいは貴金属で覆われており、ま
た、機械要素、支持部および可動部（以下、これらをま
とめて構造物とする）は、最長部分の長さが１０００μ
ｍ以下で、厚さを前記最長部分で割ってなる比（アスペ
クト比）が０．００１以上である。

【００３３】本発明の製造方法によって製造される機械
要素および構造体は、その特性上、構造物の表面が不動
態被膜あるいは貴金属によって覆われており、極めて良
好な耐食性を有する。また、めっきによって形成される
ので、各種の材料で形成可能であり、用途に応じた材料
を好適に選択することができる。しかも、構造物層をフ
ォトリソグラフフィーを応用して形成し、犠牲層の除去
を選択性の高い電解エッチングで行うので、寸法精度お
よび形状精度等も良好である。

【００３４】前述のように、本発明の製造方法において
は、構造物層は基本的にフォトリソグラフフィーを応用
して形成される。そのため、本発明の機械要素およびマ
イクロマシンは、従来のマイクロマシンと同様の微小サ
イズのものとすることができる。ここで、本発明におい
ては、構造物は最長部分の長さが１０００μｍ以下であ
る。本発明においては、このようなサイズを有すること
により、微小サイズのマイクロマシンを実現することが
できる。なお、マイクロマシンのサイズ、機械的強度、
フォトリソグラフィーの露光精度等の点で、好ましく
は、構造物の最長部分の長さは２〜１０００μｍ、より
好ましくは２０〜１０００μｍである。

【００３５】また、前述のように、構造物層は電気めっ
きによって形成されるので、従来のマイクロマシンに比
して厚みのある構造物を実現可能である。ここで、本発
明においては、構造物のアスペクト比を０．００１以上
とする。本発明においては、上記範囲とすることによ
り、ギヤの噛み合わせやモータ等の駆動源からの動力の
伝達等、構造体（マイクロマシン）の動作を確実なもの
とできる。なお、マイクロマシンのサイズ、マシン（構
造体）の動作性、機械的強度、フォトリソグラフィー露
光深度等の点で、好ましくはアスペクト比は０．００１
〜１００、より好ましくは０．００１〜１０である。

【００３６】本発明が対象とする機械要素には特に限定
はなく、公知の機械要素がすべて利用可能である。例え
ば、各種のギヤ、各種のカム、回転軸や枢支軸等の軸
（シャフト）、ピン、プーリ、ベアリング、スプリング
（板、コイル等）、梁、断手、ダンパ、クランク等が例
示される。

【００３７】また、本発明の可動部を有する構造体とし
ては、回転軸に軸支されるギヤやプーリ、ギヤやカム等
を組み合わせてなる伝達機構、等速回転機構、変速機
構、往復運動機構等、前記機械要素を組み合わせてなる
メカニカルな動作をする構造体や、リニアモータや回転
モータ等のアクチュエータ、リレースイッチ、流体機械
（タービン、ポンプ等）等が例示される。また、これら
を組み合わせたもの（マイクロマシン）であってもよい
のはもちろんである。

【００３８】以上、本発明の機械要素および可動部を有
する構造体ならびにその製造方法について詳細に説明し
たが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨
を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行
ってもよいのはもちろんである。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明
をより詳細に説明する。

【００４０】［実施例１］図２に示されるようにして、
ギヤを製造した。まず、シリコン基板１０をＲＣＡ法に
よって洗浄した後、酸化炉によって表面に厚さ５０００
Åのシリコン酸化膜１２を形成し、次いで電子ビーム蒸
着によって１００Åのチタン層１４を形成した。このチ
タン層１４上に、電子ビーム蒸着で銅層を１０００Å形
成し、さらに電気めっきにより銅層を２μｍ形成し、犠
牲層１６を形成し、図２（ａ）に示される形態とした。
電気めっきは、シリコン基板１０表面にめっき液を付着
せしめ、図２（ｄ）に示される、３電極構成の電解装置
を用いて行った。基準電極３０はＳＳＣＥを用いた。め
っき液は、ピロリン酸銅９４ｇ，ピロリン酸カリウム３
４０ｇ，硝酸カリウム２０ｇ，水酸化アンモニウム３ｍ
ｌを純水に溶解して１リットルとした、ｐＨ８．７のめ
っき液を用いた。また、めっき条件は、電流密度４０mA
/cm²，めっき液温度５５℃とし、めっき時間は２分３０
秒であった。

【００４１】次いで、図２（ｂ）に示されるように、市
販のめっき用ネガフォトレジストによって、形成するギ
ヤ２２の形状の開口１８を有するレジスト層２０を形成
した。なお、レジスト層の形成は、ＬＳＩ製造における
フォトリソグラフィーと同様である。次いで、前記銅め
っきと同様にして、電気ニッケルめっきによって厚さ４
μｍの構造物層すなわちギヤ２２を形成した。なお、作
用電極２８はレジスト層２０に接触して電気めっきを行
った。めっき液は、塩化ニッケル２４０ｇ，硫酸ニッケ
ル４５ｇ，ホウ酸３０ｇを純水に溶解して１リットルと
した、ｐＨ４．５のめっき液を用いた。また、めっき条
件は、電流密度４０mA/cm²，めっき液温度５０℃とし、
めっき時間は５０分であった。

【００４２】ギヤ２２の形成後、レジスト層２０を剥離
して図２（ｃ）に示される状態として、図２（ｄ）に示
されるようにして電解エッチングを行って、犠牲層１６
（銅層）を除去した。電解エッチングは、電解液として
０．１Ｍ過塩素酸ナトリウム水溶液を用い、印加電圧＋
０．８Ｖ（vs．ＳＳＣＥ）、電解時間１５秒の条件で行
った。その結果、図２（ｅ）に示されるように、犠牲層
１６のみを除去して、シリコン基板１０と分離された、
ニッケル製のギヤ２２を製造することができた。また、
ギヤ２２の表面は不動態被膜で覆われていた。なお、製
造したギヤは、厚さが２０μｍで図４に示される形状を
有するものである。

【００４３】［実施例２］図３に示されるようにして、
ギヤを製造した。まず、前記実施例１と同様にしてＲＣ
Ａ法による洗浄、シリコン酸化膜１２およびチタン層１
４を形成し、さらに、同様の犠牲層１６（銅層）を形成
した（図２（ａ）参照）。さらに、実施例１と同様にし
てレジスト層２０を形成した（図２（ｂ）参照）。

【００４４】次いで、図３（ａ）に示されるように、開
口１８のチタン層１４表面に厚さ０．１μｍの貴金属層
３２としての金めっき層を形成し、さらに、この金めっ
き層上に電気ニッケルめっきによって構造物層３４を形
成した。金めっきの条件は下記のとおりである。また、
構造物層３４を形成するニッケルめっきは、実施例１と
同様に行った。金めっきの条件めっき液；シアン化金カリウム５ｇ，クエン酸カリウム
３０ｇ，第一りん酸カリウム３０ｇ，クエン酸２０ｇ，
エチレンジアミン二酢酸ニッケル２ｇを純水に溶解して
１リットルとしためっき液めっき条件；電流密度４０mA/cm²，めっき液温度５０
℃，めっき時間１５秒

【００４５】構造物層３４を形成した後、レジスト層２
０を除去して、図３（ｂ）に示されるように、構造物層
３４の表面を貴金属で覆うためのレジスト層３８を形成
し、電気めっきによって貴金属層３６としての金めっき
層を形成して、ギヤ４０を形成した。なお、レジスト層
３８、および金めっき条件は前述と同様である。

【００４６】ギヤ４０の形成後、レジスト層３８を剥離
して図３（ｃ）に示される状態として、前記実施例１と
同様にして電解エッチングを行って、犠牲層１６（銅
層）を除去した。その結果、図３（ｄ）に示されるよう
に、犠牲層１６のみを除去して、シリコン基板１０と分
離された、表面が金で覆われたニッケル製のギヤ４０を
製造することができた。なお、製造したギヤは、前述の
実施例１と同様のものである。

【００４７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の製
造方法によれば、犠牲層および構造物（層）の形成速度
が高く、しかも、良好なステップカバレージで膜厚が大
きくアスペクト比の大きな犠牲層および構造物を形成
し、任意の形状の機械要素や可動部を有する構造体を、
高い寸法および形状精度で形成することができる。ま
た、このような本発明の製造方法によって製造された機
械要素および構造体は、適度なサイズおよび十分な厚み
を有し、しかも耐食性に優れ、形成材料を幅広く選択可
能で、マイクロマシンに好適に利用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を説明するためのグラフであ
る。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）および（ｅ）
は、本発明の製造方法の一例を説明するための概念図で
ある。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、本発
明の製造方法の別の例を説明するための概念図である。

【図４】本発明の実施例で作製したギヤの概略図であ
る。

【符号の説明】

１０シリコン基板１２シリコン酸化膜１４チタン層１６犠牲層１８開口２０，３８レジスト層２２，４０ギヤ２４電解液２６電解装置２８作用電極３０基準電極３１対向電極３２，３６貴金属層３４構造物層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最長部分の長さが１０００μｍ以下、厚さ
を前記最長部分で割ってなる比が０．００１以上で、少
なくとも１つの表面が不動態被膜あるいは貴金属で覆わ
れていることを特徴とする機械要素。
【請求項２】基板上に固定される支持部、および前記支
持部によって可動に支持される可動部を有する構造体で
あって、前記支持部および可動部が、共に、最長部分の長さが１
０００μｍ以下、厚さを前記最長部分で割ってなる比が
０．００１以上で、少なくとも１つの表面が不動態被膜
あるいは貴金属で覆われていることを特徴とする可動部
を有する構造体。
【請求項３】機械要素を製造するに際し、基板の上に、
最終的に除去される犠牲層と、前記犠牲層上に形成され
る最終的に前記機械要素となる構造物層とを形成した
後、前記犠牲層を除去することにより、前記支持体と分
離された機械要素を製造する方法であって、前記犠牲層がめっきによって形成された金属または合金
層であり、前記構造物層が前記犠牲層の平衡電極電位よ
りも小さいフラーデ電位を持つ金属または合金のめっき
によって形成され、かつ、犠牲層金属の平衡電極電位よ
りも高くかつ構造物層金属が不動態化される電位で電解
エッチングして、前記犠牲層を除去することを特徴とす
る機械要素の製造方法。
【請求項４】機械要素を製造するに際し、基板の上に、
最終的に除去される犠牲層と、前記犠牲層上に形成され
最終的に前記機械要素となる、少なくともその表面が貴
金属で覆われている構造物層とを形成した後、前記犠牲
層を電解エッチングによって除去することにより、前記
支持体と分離された機械要素を製造することを特徴とす
る機械要素の製造方法。
【請求項５】基板上に固定される支持部、および前記支
持部によって可動に支持される可動部を有する構造体を
製造するに際し、導電性基板の上に、最終的に可動部お
よびその支持部となる構造物層と、前記導電性基板およ
び可動部の間隙ならびに前記可動部および支持部の間隙
に形成され、最終的に除去される犠牲層とを形成した
後、前記犠牲層を除去することにより、基板上に固定さ
れる支持部および支持部によって可動に支持される可動
部を有する構造体を製造する方法であって、前記犠牲層がめっきによって形成された金属または合金
層であり、前記構造物層が前記犠牲層の平衡電極電位よ
りも小さいフラーデ電位を持つ金属または合金のめっき
によって形成され、かつ、犠牲層金属の平衡電極電位よ
りも高くかつ構造物層金属が不動態化される電位で電解
エッチングして、前記犠牲層を除去することを特徴とす
る可動部を有する構造体の製造方法。
【請求項６】基板上に固定される支持部、および前記支
持部によって可動に支持される可動部を有する構造体を
製造するに際し、導電性基板の上に、最終的に可動部お
よびその支持部となり、少なくともその表面が貴金属で
覆われている構造物層と、前記基板および可動部の間隙
ならびに前記可動部および支持部の間隙に形成され、最
終的に除去される犠牲層とを形成した後、前記犠牲層を
電解エッチングによって除去することにより、前記基板
上に固定される支持部、および支持部によって可動に支
持される可動部を有する構造物を製造することを特徴と
する可動部を有する構造体の製造方法。