JP2011058810A - 平行移動機構、平行移動機構の製造方法、干渉計および分光器 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤を用いずに剛体３３・３４と板ばね３１・３２とを連結できる構成とすることにより、干渉計や分光器を小型化しながら高精度な干渉による高分解能を実現する。
【解決手段】板ばね部３１・３２は、対向配置されており、互いに離間して配置される剛体３３と剛体３４との間の空間を介して対向する平板部３１ｐ・３２ｐをそれぞれ有している。剛体３３・３４は、各平板部３１ｐ・３２ｐよりも厚いので、駆動部３５による板ばね部３１の曲げ変形時に、固定された剛体３４に対して剛体３３を大きく変位させることができる。また、剛体３３・３４は、ガラスまたはシリコンで構成されているので、剛体３３・３４と板ばね部３１・３２との連結に、接着剤なしで連結する方法を用いることが可能となる。これにより、接着剤に起因する製造誤差を排除することができ、干渉計や分光器においては、従来のようなコーナーキューブの設置が不要となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、剛体を介して２つの板ばねを平行に配置した平行移動機構と、平行移動機構の製造方法と、その平行移動機構を備えた干渉計と、その干渉計を備えた分光器とに関するものである。

従来から、試料に光を照射して、そこを透過または反射した光を集めて分光し、スペクトルを得る装置が分光器として知られている。分光器は、分光プリズムや回折格子を用いた分散型の分光器と、マイケルソン干渉計を用いた時間的フーリエ変換分光器（以下、ＦＴ分光器とも称する）とに大別される。

ＦＴ分光器では、マイケルソン干渉計の移動ミラーを移動させながら時間的インターフェログラム（干渉パターン）を形成し、その時間的インターフェログラムをフーリエ変換することにより、入射光のスペクトル分布を求めることができる。ＦＴ分光器の分光精度（分解能）は、移動ミラーの移動量に応じたものとなり、移動量が大きいほど高分解能となる。なお、ここでは、分光器の波数分解能が１０ｃｍ^-1（カイザー）以下である場合を高分解能と称する。

この点に関して、例えば特許文献１の分光器では、２つの板ばねをこれらよりも厚みのある剛体を介して平行に配置するとともに、上記剛体に移動ミラー（コーナーキューブ）を固定し、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）によって移動ミラーを上記剛体とともに平行移動させている。２つの板ばねの間隔を剛体によって広げることにより、移動ミラーを大きく変位させることが可能となり、高分解能を実現することが可能となっている。

南光智昭、外２名、「近赤外分光分析計 InfraSpec NR800」、横河技報、横河電機株式会社、2001年7月31日、Vol.45、No.3、p.179-182

ところで、剛体と２つの板ばねとを用いた平行移動機構において、剛体と板ばねとの連結には、通常、接着剤が用いられる。しかし、接着剤によって剛体と板ばねとを連結（接着）すると、硬化時の接着剤の収縮、およびそれに伴う剛体と板ばねとの位置ズレにより、移動ミラーが傾く場合がある。移動ミラーが傾くと、干渉波面に傾きによる位相が発生するため、高精度な干渉ができなくなり、分解能が低下する。

特許文献１の分光器では、製造誤差による移動ミラーの傾きの発生を補償するため、移動ミラーとしてコーナーキューブを用いている。つまり、コーナーキューブは、入射光線の入射方向とは逆方向に光を射出するため、移動ミラー（コーナーキューブ）が傾いても高精度な干渉を実現することができる。しかし、その反面、コーナーキューブを用いていることによる分光器の大型化を避けることができない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、接着剤を用いた接着以外の方法で剛体と板ばねとを連結可能な構成とすることにより、コーナーキューブの設置を不要として干渉計ひいては分光器を小型化しながら、高精度な干渉による高分解能を実現することができる平行移動機構と、その平行移動機構の製造方法と、その平行移動機構を備えた干渉計と、その干渉計を備えた分光器とを提供することにある。

本発明の平行移動機構は、対向配置される第１および第２の板ばね部と、前記第１および第２の板ばね部の間で前記対向方向とは垂直方向に離間して配置され、それぞれが前記第１および第２の板ばね部と連結される第１および第２の剛体と、前記第１および第２の板ばね部の一方を曲げ変形させることにより、前記第１および第２の剛体の一方を平行移動させる駆動部とを備えた平行移動機構であって、前記第１および第２の板ばね部は、前記第１の剛体と前記第２の剛体との間の空間を介して対向する平板部をそれぞれ有しており、前記第１および第２の剛体は、前記第１および第２の板ばね部の前記各平板部よりも厚いガラスまたはシリコンで構成されていることを特徴としている。

本発明の平行移動機構において、前記第１および第２の板ばね部の前記各平板部は、シリコンからなる支持層と、絶縁酸化膜層と、シリコンからなる活性層とを積層した各ＳＯＩ基板から、前記第１の剛体との対向領域および前記第２の剛体との対向領域を除いて少なくとも前記各支持層を除去したときに、前記第１の剛体と前記第２の剛体との間の空間を介して対向する、少なくとも前記活性層を含む層でそれぞれ構成されており、前記支持層における前記第１の剛体との対向領域および前記第２の剛体との対向領域が、前記第１および第２の剛体とそれぞれ連結されていてもよい。

本発明の平行移動機構において、前記第１および第２の板ばね部は、シリコン基板で構成されていてもよい。

本発明の平行移動機構において、前記第１および第２の板ばね部は、ガラス基板で構成されていてもよい。

本発明の平行移動機構において、前記第１および第２の板ばね部と、前記第１および第２の剛体とは、接合されていることが望ましい。

本発明の平行移動機構は、前記第１および第２の板ばね部の一方に設けられ、入射光を反射させる反射部をさらに備えている構成であってもよい。

本発明の平行移動機構の製造方法は、第１および第２の板ばね部の各平板部よりも厚いガラスまたはシリコンからなり、互いに離間して配置される第１および第２の剛体を介して、前記各平板部が前記第１の剛体と前記第２の剛体との間の空間を介して対向するように前記第１および第２の板ばね部を配置する配置工程と、前記第１および第２の板ばね部の一方を曲げ変形させる駆動部を形成する駆動部形成工程と、前記第１および第２の剛体と、前記第１および第２の板ばね部とを連結する連結工程とを有していてもよい。

本発明の平行移動機構の製造方法は、前記連結工程において、前記第１および第２の剛体と、前記第１および第２の板ばね部との連結を、接合により行うことが望ましい。

本発明の干渉計は、上述した本発明の平行移動機構を備えていることが望ましい。

本発明の分光器は、上述した本発明の干渉計を備えていることが望ましい。

本発明によれば、第１および第２の板ばね部は、剛体（第１および第２の剛体）を介して対向配置されており、互いに離間して配置される第１の剛体と第２の剛体との間の空間を介して対向する平板部をそれぞれ有している。駆動部によって第１および第２の板ばね部の一方を曲げ変形させることにより、第１および第２の剛体の一方が平行移動する。このとき、第１および第２の剛体は、第１および第２の板ばね部の各平板部よりも厚く、各平板部の間隔を広く確保できるので、駆動部による板ばね部の曲げ変形時に、第１または第２の剛体を大きく変位（平行移動）させることができる。

また、第１および第２の剛体は、ガラスまたはシリコンで構成されている。これにより、第１および第２の剛体と第１および第２の板ばね部との連結に、接着剤なしで連結する方法（以下、接合とも称する）を用いることが可能となる。なお、上記の接合としては、陽極接合、拡散接合、オプティカルコンタクトなどがある。このような接合によって２部材を連結できるので、接着剤に起因する製造誤差（接着剤の収縮の影響）を排除することができる。その結果、例えば干渉計や分光器においては、従来のようにコーナーキューブを設置することなく、高精度な干渉による高分解能を実現することができる。つまり、本発明によれば、コーナーキューブの設置を不要として干渉計ひいては分光器を小型化しながら、高精度な干渉による高分解能を実現することができる。

本発明の実施の一形態の分光器の概略の構成を示す説明図である。 上記分光器の干渉計が備える平行移動機構の概略の構成を示す斜視図である。 上記平行移動機構の断面図である。 上記平行移動機構の駆動部の概略の構成を示す断面図である。 上記平行移動機構を製造する際の大まかな流れを示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、上記平行移動機構の製造工程を示す断面図である。 複数の板ばね部をシート状に綴った基板の斜視図である。 ２枚の上記基板で挟まれる支持ブロックの斜視図である。 移動ミラーを支持片から切り離す前の、上記基板および上記支持ブロックからなる接合体の斜視図である。 上記移動ミラーを支持片から切り離した後の、上記接合体の斜視図である。 （ａ）〜（ｆ）は、図７のＡ−Ａ’線矢視断面で見た平行移動機構の板ばね部の作製工程をそれぞれ示す断面図である。 上記平行移動機構の他の構成を示す断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。 図１３の平行移動機構に用いられるシリコン基板を含むシリコンウェハの平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記シリコン基板の作製工程を示す断面図であって、図１４におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。 上記平行移動機構のさらに他の構成を示す断面図である。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

（分光器および干渉計について）
図１は、本実施形態の分光器１の概略の構成を示す説明図である。分光器１は、ＦＴ分光器であり、干渉計２と、演算部３と、出力部４とを有している。

干渉計２は、マイケルソン干渉計で構成されており、光源１１と、コリメータレンズ１２と、ビームスプリッタ（例えばハーフミラー）１３と、固定ミラー１４と、移動ミラー１５と、集光レンズ１６と、検出器１７とを備えている。なお、移動ミラー１５は、移動しながら入射光を反射させる反射部を構成しているとともに、平行移動機構２１の一部を構成しているが、この平行移動機構２１の詳細については後述する。

上記の構成において、光源１１から出射される光は、コリメータレンズ１２によって平行光に変換された後、ビームスプリッタ１３によって２つの光路に分岐される。各光束は、固定ミラー１４および移動ミラー１５でそれぞれ反射され、元の光路を逆戻りしてビームスプリッタ１３で重ね合わせられ、干渉光として試料Ｓに照射される。このとき、移動ミラー１５を連続的に移動させながら試料Ｓに光が照射されるが、ビームスプリッタ１３から各ミラー（固定ミラー１４、移動ミラー１５）までの光路が等しい場合には、重ね合わされた光の強度は最大となる。一方、移動ミラー１５の移動によって２つの光路に差が生じている場合には、重ね合わされた光の強度に変化が生じる。試料Ｓを透過した光は、集光レンズ１６を介して検出器１７に入射し、そこで時間的インターフェログラムとして検出される。

干渉計２の検出器１７から出力される信号は、演算部３にて、Ａ／Ｄ変換およびフーリエ変換され、この結果、スペクトルが生成される。このスペクトルは、出力部４によって出力（例えば表示）される。出力されたスペクトルから、各波長（波数（＝１／波長））の光の強度を知ることができるので、これによって試料Ｓの特性（材料、構造、成分量など）を知ることができる。

（平行移動機構について）
次に、干渉計２の平行移動機構２１の詳細について説明する。図２は、平行移動機構２１の概略の構成を示す斜視図であり、図３は、平行移動機構２１の断面図である。この平行移動機構２１は、２つの板ばね部３１・３２と、２つの剛体３３・３４と、駆動部３５と、上記の移動ミラー１５とを有している。

板ばね部３１・３２は、剛体（剛体３３・３４）を介して互いに対向配置される第１の板ばね部および第２の板ばね部である。これらの板ばね部３１・３２は、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて形成されている。板ばね部３１を形成するためのＳＯＩ基板は、シリコンからなる支持層３１ａと、酸化シリコンからなる絶縁酸化膜層（ＢＯＸ層）３１ｂと、シリコンからなる活性層３１ｃとを積層して構成されている。同様に、板ばね部３２を形成するためのＳＯＩ基板も、シリコンからなる支持層３２ａと、絶縁酸化膜層（ＢＯＸ層）３２ｂと、シリコンからなる活性層３２ｃとを積層して構成されている。そして、支持層３１ａ・３２ａが内側で活性層３１ｃ・３２ｃが外側となるように、つまり、活性層３１ｃ・３２ｃよりも支持層３１ａ・３２ａが剛体３３・３４により近い位置となるように、板ばね部３１・３２が対向配置されている。

支持層３１ａおよび絶縁酸化膜層３１ｂ、支持層３２ａおよび絶縁酸化膜層３２ｂは、それぞれ部分的に除去されている。より詳しくは、支持層３１ａおよび絶縁酸化膜層３１ｂは、剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域が残存し、これら以外の部分が除去されている。なお、支持層３１ａにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、支持層３１ａにおいて剛体３３と直接対向する支持層３１ａ₁、および剛体３４と直接対向する支持層３１ａ₂をそれぞれ指す。また、絶縁酸化膜層３１ｂにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、絶縁酸化膜層３１ｂにおいて、支持層３１ａ₁を介して剛体３３と対向する絶縁酸化膜層３１ｂ₁、および支持層３１ａ₂を介して剛体３４と対向する絶縁酸化膜層３１ｂ₂をそれぞれ指す。

同様に、支持層３２ａおよび絶縁酸化膜層３２ｂは、剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域が残存し、これら以外の部分が除去されている。なお、支持層３２ａにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、支持層３２ａにおいて剛体３３と直接対向する支持層３２ａ₁、および剛体３４と直接対向する支持層３２ａ₂をそれぞれ指す。また、絶縁酸化膜層３２ｂにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、絶縁酸化膜層３２ｂにおいて、支持層３２ａ₁を介して剛体３３と対向する絶縁酸化膜層３２ｂ₁、および支持層３２ａ₂を介して剛体３４と対向する絶縁酸化膜層３２ｂ₂をそれぞれ指す。

このように支持層３１ａ・３２ａおよび絶縁酸化膜層３１ｂ・３２ｂが部分的に除去されている結果、活性層３１ｃのうち、剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域を除く部位と、活性層３２ｃのうち、剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域を除く部位とが、剛体３３と剛体３４との間の空間を介して直接対向している。なお、活性層３１ｃにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、活性層３１ｃにおいて、支持層３１ａ₁および絶縁酸化膜層３１ｂ₁を介して剛体３３と対向する活性層３１ｃ₁と、支持層３１ａ₂および絶縁酸化膜層３１ｂ₂を介して剛体３４と対向する活性層３１ｃ₂とをそれぞれ指す。また、活性層３２ｃにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域とは、活性層３２ｃにおいて、支持層３２ａ₁および絶縁酸化膜層３２ｂ₁を介して剛体３３と対向する活性層３２ｃ₁と、支持層３２ａ₂および絶縁酸化膜層３２ｂ₂を介して剛体３４と対向する活性層３２ｃ₂とをそれぞれ指す。

板ばね部３１・３２において、剛体３３と剛体３４との間の空間を介して対向する部位はそれぞれ平板状であることから、これらの部位を平板部３１ｐ・３２ｐと称すると、各平板部３１ｐ・３２ｐは、各ＳＯＩ基板から、剛体３３との対向領域（支持層３１ａ₁・３２ａ₁、絶縁酸化膜層３１ｂ₁・３２ｂ₁）および剛体３４との対向領域（支持層３１ａ₂・３２ａ₂、絶縁酸化膜層３１ｂ₂・３２ｂ₂）を除いて支持層３１ａ・３２ａおよび絶縁酸化膜層３１ｂ・３２ｂを除去したときに、剛体３３と剛体３４との間の空間を介して対向する活性層３１ｃ・３２ｃでそれぞれ構成されていると言うことができる。

支持層３１ａにおける剛体３３・３４との対向領域（支持層３１ａ₁・３１ａ₂）は、剛体３３・３４とそれぞれ連結されている。同様に、支持層３２ａにおける剛体３３・３４との対向領域（支持層３２ａ₁・３２ａ₂）は、剛体３３・３４とそれぞれ連結されている。

剛体３３・３４は、板ばね部３１・３２の間でそれらが対向する方向とは垂直方向に離間して配置される第１の剛体および第２の剛体である。剛体３３は、板ばね部３１（特に支持層３１ａ₁）と連結されているとともに、板ばね部３２（特に支持層３２ａ₁）と連結されている。同様に、剛体３４は、板ばね部３１（特に支持層３１ａ₂）と連結されているとともに、板ばね部３２（特に支持層３２ａ₂）と連結されている。剛体３３・３４のうちの一方（例えば剛体３４）は、干渉計２の内壁に固定されており、他方（例えば剛体３３）は後述する駆動部３５による板ばね部３１の変形によって変位することが可能となっている。

また、剛体３３・３４は両方とも、板ばね部３１・３２の各平板部３１ｐ・３２ｐよりも厚いガラスで構成されている。なお、ガラスからなる剛体３３・３４を、図３では剛体３３ａ・３４ａとして示している。本実施形態では、上記のガラスとして、例えば酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）や酸化カリウム（Ｋ₂Ｏ）を含むアルカリガラスを用いている。

本実施形態では、剛体３３・３４がガラスで構成され、板ばね部３１の支持層３１ａ₁・３１ａ₂および板ばね部３２の支持層３２ａ₁・３２ａ₂がともにシリコンで構成されているため、剛体３３・３４と板ばね部３１・３２とは、例えば陽極接合により連結されている。なお、陽極接合とは、シリコンおよびガラスに数百℃の温度下で数百Ｖの直流電圧を印加し、Ｓｉ−Ｏの共有結合を生じさせることによって両者を直接、接合する手法である。

駆動部３５は、板ばね部３１・３２の一方を曲げ変形させることにより、剛体３３・３４の一方を板ばね部３１・３２の対向方向に平行移動させるものである。本実施形態では、駆動部３５は、板ばね部３１における剛体３４の上方で、かつ、剛体３４とは反対側の表面に設けられている。また、上記の移動ミラー１５は、板ばね部３１における剛体３３の上方で、かつ、剛体３３とは反対側の表面に設けられている。なお、駆動部３５および移動ミラー１５は、板ばね部３２に設けられていてもよい。また、駆動部３５および移動ミラー１５の大きさは、適宜設定されればよい。

ここで、駆動部３５は、例えばＰＺＴ素子で構成されている。このＰＺＴ素子は、図４に示すように、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）４１を電極４２・４３で挟持した構造となっている。電極４２・４３に正または負の電圧を印加し、ＰＺＴ４１を水平方向に伸縮させることにより、板ばね部３１を曲げ変形させることができ、剛体３３とともに移動ミラー１５を変位させることができる。例えば、電極４２・４３への電圧印加によってＰＺＴ４１が伸びたときには、板ばね部３１が上に凸となるように変形するため、剛体３３とともに移動ミラー１５は下方に変位する。一方、電極４２・４３への上記とは逆極性の電圧印加によってＰＺＴ４１が縮んだときには、板ばね部３１が下に凸となるように変形するため、剛体３３とともに移動ミラー１５は上方に変位する。

このように、駆動部３５によって板ばね部３１を曲げ変形させることにより、固定された剛体３４に対して剛体３３とともに移動ミラー１５を平行移動させることができる。

（平行移動機構の製造方法について）
次に、上記した平行移動機構２１の製造方法について説明する。図５は、平行移動機構２１の製造時の大まかな流れを示すフローチャートである。また、図６（ａ）〜図６（ｄ）は、平行移動機構２１の製造工程を示す断面図である。まず、図６（ａ）に示すように、２つの板ばね部３１・３２を作製する（Ｓ１）。なお、板ばね部３１・３２の作製方法の詳細については後述する。

続いて、図６（ｂ）に示すように、剛体３３・３４を互いに離間して配置するとともに、各平板部３１ｐ・３２ｐが剛体３３と剛体３４との間の空間を介して対向するように、剛体３３・３４を介して板ばね部３１・３２を配置する（Ｓ２）。

次に、図６（ｃ）に示すように、板ばね部３１に移動ミラー１５を形成するとともに（Ｓ３）、板ばね部３１に駆動部３５を形成する（Ｓ４）。Ｓ３における移動ミラー１５の形成は、例えば板ばね部３１に対してＡｕをスパッタすることによって行われる。あるいは、ＡｌやＰｔなどの金属材料を蒸着法や接着によって板ばね部３１上に形成することで移動ミラー１５を形成してもよい。また、Ｓ４における駆動部３５の形成は、例えば接着剤を用いて上記したＰＺＴ素子を板ばね部３１に接着することによって行われる。

このとき、引き出し電極と固定電極とを金属材料のスパッタ等によって同時に板ばね部３１に形成しておく。なお、上記の引き出し電極とは、ＰＺＴ素子の下面の電極（図４の電極４３に対応）を引き出すための電極であり、上記の固定電極とは、ＰＺＴ素子の上面の電極（図４の電極４２に対応）とワイヤーボンディングによって接続される電極であり、図示しない電源と接続される。

なお、Ｓ２〜Ｓ４の順序は、適宜変更してもよい。例えば、Ｓ３よりもＳ４を先に行ってもよいし、Ｓ３およびＳ４の後にＳ２の工程を行ってもよい。

その後、図６（ｄ）に示すように、剛体３３・３４と板ばね部３１・３２とを連結する（Ｓ５）。ただし、このときの連結は、高温高電界下での陽極接合により行われる。そして、ＰＺＴ素子の上面の電極と固定電極とをワイヤーボンディングによって結線する（Ｓ６）。これにより、平行移動機構２１が完成する。

以上では、１個の平行移動機構２１を製造する場合について説明したが、複数（例えば４つ）の平行移動機構２１を同時に製造することも可能である。その場合は、以下のようにすればよい。

図７は、４枚の板ばね部３１（または４枚の板ばね部３２）をシート状に綴った基板５１の斜視図であって、後述する支持ブロック５２との対向側から見た斜視図である。４つの平行移動機構２１を同時に製造する場合は、このような基板５１を２枚用意する（Ｓ１に対応）。

そして、図８に示すアルカリガラス製の支持ブロック５２を介して、２つの基板５１・５１を対向配置する（Ｓ２に対応）。上記の支持ブロック５２は、１個の平行移動機構２１を構成する剛体３３と剛体３４との間に空間を設けた状態で、剛体３３・３４を４つずつ設けるとともに、これらを一続きに形成したものである。

続いて、図９に示すように、基板５１の所定部位に移動ミラー１５およびＰＺＴ素子からなる駆動部３５をそれぞれ形成する（Ｓ３、Ｓ４に対応）。このとき、隣り合うＰＺＴ素子の下面の電極に共通して引き出し電極５３を形成するとともに、個々のＰＺＴ素子に対応して固定電極５４を形成する。そして、３本の位置決めピン５５によって位置決めを行いながら、各基板５１・５１と支持ブロック５２とを陽極接合によって接合する（Ｓ５に対応）。その後、接合体（各基板５１・５１、支持ブロック５２）を太線Ｄ₁・Ｄ₂に沿ってダイサーカットし、支持片５６から移動ミラー１５を切り離す。

さらに、図１０に示すように、上記接合体を太線Ｄ₃・Ｄ₄に沿ってダイサーカットし、４台の平行移動機構２１に分割する。最後に、不要な部分をさらにダイサーカットした後、個々のＰＺＴ素子の上面の電極と固定電極５４とをワイヤーボンディングによって結線する（Ｓ６に対応）。これにより、４つの平行移動機構２１が完成する。

（板ばね部の作製方法について）
次に、上述した板ばね部３１・３２の作製方法の詳細について説明する。なお、ここでは、説明の理解をしやすくするために、図７の基板５１を用いて行う板ばね部３１の作製方法の詳細について説明する。なお、板ばね部３２の作製方法についても同様の手法を採用できる。

図１１（ａ）〜図１１（ｆ）は、板ばね部３１の作製工程を、図７のＡ−Ａ’線矢視断面で見た場合の断面図である。なお、説明の便宜上、図７のＡ−Ａ’線上において基板５１を上下に貫通し、板ばね部３１の周囲の空間に対応する部分を貫通部７１・７２とする。また、基板５１において板ばね部３１の平板部３１ｐに対応する部分を領域７３とする。

まず、図１１（ａ）に示すように、図示しないフォトリソ工程によって、ＳＯＩ基板６１上にマスクとなる熱酸化膜６２・６３を順にパターン形成する。なお、ＳＯＩ基板６１は、シリコンからなる支持層３１ａと、酸化シリコンからなる絶縁酸化膜層３１ｂと、シリコンからなる活性層３１ｃとを積層して構成されているものとする。上記の熱酸化膜６２・６３は、ＳＯＩ基板６１における支持層３１ａ側に形成されている。

続いて、図１１（ｂ）に示すように、ドライエッチングにより、熱酸化膜６２をマスクとして、ＳＯＩ基板６１における貫通部７１・７２に位置する支持層３１ａの除去を開始するとともに、熱酸化膜６３をマスクとして、領域７３に位置する熱酸化膜６２の除去を開始する。そして、領域７３の熱酸化膜６２を完全に除去した後は、図１１（ｃ）に示すように、残った熱酸化膜６２をマスクとして、ドライエッチングにより、貫通部７１・７２に位置する支持層３１ａおよび領域７３に位置する支持層３１ａを同時に除去する。このような支持層３１ａの段階的な除去により、貫通部７１・７２に位置する支持層３１ａを完全に除去したときには、領域７３の支持層３１ａが若干残る。

次に、図１１（ｄ）に示すように、ドライエッチングにより、支持層３１ａをマスクとして、貫通部７１・７２に位置する絶縁酸化膜層３１ｂを除去する。その後、図１１（ｅ）に示すように、ドライエッチングにより、熱酸化膜６２をマスクとして、貫通部７１・７２に位置する活性層３１ｃおよび領域７３に位置する支持層３１ａを同時に除去する。最後に、図１１（ｆ）に示すように、ドライエッチングにより、支持層３１ａをマスクとして、領域７３の絶縁酸化膜層３１ｂを除去する。残った熱酸化膜６２を除去することにより、図７の基板５１における板ばね部３１が完成する。

（効果）
以上のように、本実施形態の平行移動機構２１においては、板ばね部３１・３２が、剛体３３と剛体３４との間の空間を介して対向する平板部３１ｐ・３２ｐをそれぞれ有しており、剛体３３・３４が、板ばね部３１・３２の各平板部３１ｐ・３２ｐよりも厚いガラスで構成されている。

剛体３３・３４は、板ばね部３１・３２の各平板部３１ｐ・３２ｐよりも厚く、これによって板ばね部３１・３２の間隔が広がるので、駆動部３５による板ばね部３１の曲げ変形時に、固定された剛体３４に対して剛体３３を大きく変位させることができる。

また、剛体３３・３４は、ガラスで構成されているので、剛体３３・３４と板ばね部３１・３２との連結に、上述した陽極接合、すなわち、接着剤なしで連結する方法を採用することができる。これにより、接着剤を用いたときのような製造誤差（製造時の接着剤の収縮の影響）を排除することができ、平行移動機構２１を干渉計２や分光器１に適用したときに、従来のようにコーナーキューブを設置することなく、高精度な干渉による高分解能を実現することができる。つまり、干渉計２ひいては分光器１を小型化しながら、高精度な干渉による高分解能を実現することができる。

また、板ばね部３１・３２の各平板部３１ｐ・３２ｐは、各ＳＯＩ基板から、剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域を除いて各支持層３１ａ・３２ａおよび各絶縁酸化膜層３１ｂ・３２ｂを除去したときに、剛体３３と剛体３４との間の空間を介して対向する活性層３１ｃ・３２ｃでそれぞれ構成されており、支持層３１ａ・３２ａにおける剛体３３との対向領域および剛体３４との対向領域が、剛体３３・３４とそれぞれ連結されている。

このように、ＳＯＩ基板を用いて板ばね部３１・３２を構成することにより、上述したように、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術、すなわち、フォトリソグラフィーおよびエッチング等の半導体製造技術と、陽極接合などの接合技術とを複合した技術を用いて、平行移動機構２１を製造することができる。したがって、リソグラフィーのマスク精度さえ高精度に確保しておけば、１個の平行移動機構２１においては２つの平板部３１ｐ・３２ｐの長さがばらつくのを回避することができる。その結果、平行移動機構２１の組立時や平行移動時の可動部（剛体３３および移動ミラー１５）の傾きを抑えることができる。また、個体差をなくす、すなわち、複数の平行移動機構２１の個体ごとに平板部３１ｐ・３２ｐの長さがばらつくことも回避できるので、複数の平行移動機構２１を安定して作製することができる。

また、シリコンの熱膨張係数は、約３×１０^-6（／Ｋ）であり、アルカリガラスの熱膨張係数は、約３．２×１０^-6（／Ｋ）である。シリコンからなる支持層３１ａ・３２ａとガラスからなる剛体３３・３４とが連結されることにより、互いに連結される２部材の熱膨張係数が近いので、温度変化による平行移動機構２１の変形を抑えることができる。これにより、温度変化に起因して可動部（剛体３３および移動ミラー１５）が傾くのを抑えることができる。

また、板ばね部３１・３２と剛体３３・３４との連結は、接合（上記の例では陽極接合）によって行われている。つまり、上記両者は、接着剤を介さずに直接、接合されている。これにより、接着剤使用時に生じる製造誤差（接着剤の収縮による剛体３３・３４の傾きや位置ズレ）を確実に排除することができ、高精度の平行移動機構を確実に実現することができる。

また、板ばね部３１・３２の一方（本実施形態では板ばね部３１）に移動ミラー１５が設けられているので、駆動部３５による板ばね部３１の曲げ変形により、剛体３３とともに移動ミラー１５を平行移動させることができる。したがって、本実施形態の平行移動機構２１を図１で示した干渉計２、つまり、マイケルソン干渉計に容易に適用することが可能となる。

また、本実施形態の干渉計２は、上述した平行移動機構２１を備えているので、コーナーキューブの設置を不要として干渉計２を小型化できるとともに、高精度な干渉を実現することができる。

また、本実施形態の分光器１は、上述した干渉計２を備えているので、小型で高分解能の分光器１を実現することができる。

なお、本実施形態では、剛体３３・３４を構成するガラスとして、アルカリガラスを用いた例について説明したが、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）とホウ酸（Ｂ₂Ｏ₃）とを混合したホウケイ酸ガラスを用いてもよく、他のガラス（石英ガラス、ソーダ石灰ガラス）を用いても構わない。例えば、シリコンと熱膨張係数が近いホウケイ酸ガラス（例えば熱膨張係数；約３．２×１０^-6（／Ｋ））を用いれば、温度変化による平行移動機構２１の変形を抑えることができ、温度変化に起因して可動部（剛体３３および移動ミラー１５）が傾くのを抑えることができる。

（平行移動機構の他の構成について）
図１２は、平行移動機構２１の他の構成を示す断面図である。同図に示すように、平行移動機構２１の板ばね部３１・３２の各平板部３１ｐ・３２ｐは、各ＳＯＩ基板から、剛体３３との対向領域（支持層３１ａ₁・３２ａ₁）および剛体３４との対向領域（支持層３１ａ₂・３２ａ₂）を除いて支持層３１ａ・３２ａのみを除去したときに、剛体３３と剛体３４との間の空間を介して対向する層でそれぞれ構成されていてもよい。つまり、板ばね部３１の平板部３１ｐは、絶縁酸化膜層３１ｂと活性層３１ｃとの２層で構成されていてもよく、板ばね部３２の平板部３２ｐは、絶縁酸化膜層３２ｂと活性層３２ｃとの２層で構成されていてもよい。

このような構成であっても、駆動部３５によって板ばね部３１を曲げ変形させることにより、剛体３３および移動ミラー１５を平行移動させることができる。ただし、各平板部３１ｐ・３２ｐが絶縁酸化膜層３１ｂ・３２ｂを含んでいると、絶縁酸化膜層３１ｂ・３２ｂも含めたバネ設計（振動の設計）が必要であり、また、絶縁酸化膜層３１ｂ・３２ｂが板ばね部３１の変形（バネの振動）を抑制するおそれがあるが、このような構成であっても、ＳＯＩ基板を用いて板ばね部３１・３２を作製できることに変わりはなく、それによって上述した効果が得られることに変わりはない。

また、図１３は、平行移動機構２１のさらに他の構成を示す断面図である。同図に示すように、平行移動機構２１の板ばね部３１・３２は、シリコン基板８１・８１でそれぞれ構成されていてもよい。なお、シリコン基板８１は、以下のようにして得ることができる。

図１４は、図１３の平行移動機構２１に用いられるシリコン基板８１を含むシリコンウェハ８２の平面図であり、図１５（ａ）（ｂ）は、上記シリコン基板８１の作製工程を示す断面図であって、図１４におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図である。まず、図１５（ａ）に示すように、図示しないフォトリソ工程によって、シリコンウェハ８２上にマスクとなる熱酸化膜８３をパターン形成する。そして、図１５（ｂ）に示すように、ドライエッチングにより、熱酸化膜８３をマスクとして、シリコンウェハ８２におけるシリコン基板８１の周囲を除去する。その後、熱酸化膜８３を除去することにより、シリコン基板８１を得ることができる。

このようにして得られる２つのシリコン基板８１・８１で２つの板ばね部３１・３２を構成すれば（図５のＳ１の工程に対応）、あとは、図５のＳ２〜Ｓ６と同様の工程を経ることにより、平行移動機構２１を製造することができる。

このように、板ばね部３１・３２をシリコン基板８１・８１でそれぞれ構成することにより、平板状のシリコン基板８１・８１で剛体３３・３４を挟むという簡単な構成で平行移動機構２１を容易に実現することができる。また、ＳＯＩ基板６１を用いる場合に比べて、板ばね部３１・３２の作製工程（Ｓ１の工程）を大幅に簡略化することができる。

また、図１６は、平行移動機構２１のさらに他の構成を示す断面図である。同図に示すように、平行移動機構２１の板ばね部３１・３２は、ガラス基板９１・９１でそれぞれ構成されていてもよい。この場合、例えば厚さ１００μｍ以下のガラス（例えばアルカリガラス）に対してレーザー加工またはダイシング加工を施すことにより、ガラス基板９１・９１を得ることができる。

このようにして得られる２つのガラス基板９１・９１で２つの板ばね部３１・３２を構成すれば（図５のＳ１の工程に対応）、あとは、図５のＳ２〜Ｓ６と同様の工程を経ることにより、平行移動機構２１を製造することができる。

ただし、Ｓ５における剛体３３・３４と板ばね部３１・３２との連結は、ガラス同士の連結となるので、オプティカルコンタクトまたは拡散接合によって両者を接合すればよい。なお、オプティカルコンタクトとは、平滑な面同士を密着させ、分子の引力によって２部材を連結する方法である。一方、拡散接合とは、母材を溶融させることなく加熱、加圧保持し、接合面を横切って接合界面の原子を拡散させて接合部を得る方法である。

このように、板ばね部３１・３２をガラス基板９１・９１でそれぞれ構成することにより、平板状のガラス基板９１・９１で剛体３３・３４を挟むという簡単な構成で平行移動機構２１を容易に実現することができる。また、ＳＯＩ基板６１を用いる場合に比べて、板ばね部３１・３２の作製工程（Ｓ１の工程）を大幅に簡略化することができる。さらに、剛体３３・３４および板ばね部３１・３２の構成材料がともにガラスとなるので、温度変化による平行移動機構２１の変形を確実に防止することができ、温度変化に起因して可動部（剛体３３および移動ミラー１５）が傾くのを確実に防止することができる。

ところで、図１７〜図２０は、平行移動機構２１のさらに他の構成を示す断面図であり、それぞれ図３、図１２、図１３および図１６の変形例を示すものである。図１７〜図２０のように、平行移動機構２１の剛体３３・３４は、板ばね部３１・３２の各平板部３１ｐ・３２ｐよりも厚いシリコンで構成されていてもよい。なお、これらの図面では、シリコンからなる剛体３３・３４を、剛体３３ｂ・３４ｂとして示している。

このような構成においても、剛体３３・３４と板ばね部３１・３２との連結に、陽極接合、拡散接合、オプティカルコンタクトなどの、接着剤を用いない接合方法を用いることができる（異種材料同士の接合の場合は陽極接合を採用し、同種材料同士の接合の場合は拡散接合またはオプティカルコンタクトを採用すればよい）。したがって、この場合でも、接着剤を用いたときのような製造誤差を排除することができ、コーナーキューブの設置を不要として干渉計２ひいては分光器１を小型化しながら、高精度な干渉による高分解能を実現することができる。

以上のことから、本実施形態の平行移動機構は、以下のように表現することもできる。すなわち、本実施形態の平行移動機構は、対向配置される第１および第２の板ばね部と、前記第１および第２の板ばね部の間で前記対向方向とは垂直方向に離間して配置され、それぞれが前記第１および第２の板ばね部と連結される第１および第２の剛体と、前記第１および第２の板ばね部の一方を曲げ変形させることにより、前記第１および第２の剛体の一方を前記第１および第２の板ばね部の対向方向に平行移動させる駆動部とを備えた平行移動機構であって、前記第１および第２の板ばね部は、前記第１の剛体と前記第２の剛体との間の空間を介して対向する平板部をそれぞれ有しており、前記第１および第２の剛体は、前記第１および第２の板ばね部の前記各平板部よりも厚いガラスまたはシリコンで構成されており、前記前記第１および第２の板ばね部は、前記第１および第２の剛体と連結される層がガラスまたはシリコンからなる基板（ＳＯＩ基板、シリコン基板またはガラス基板）で構成されている。

（その他）
本実施形態では、平行移動機構２１の駆動部３５は、ＰＺＴ素子を用いた圧電式アクチュエータで構成されているが、駆動部３５の駆動方式は、特に限定されるものではない。例えば、駆動部３５は、磁石とコイルを用いた電磁式アクチュエータで構成されても構わない。

本実施形態では、板ばね部３１と板ばね部３２とを同種の材料で構成し、剛体３３と剛体３４とを同種の材料で構成しているが、これらを異種の材料で構成してもよい。つまり、板ばね部３１・３２は、ＳＯＩ基板６１、シリコン基板８１、ガラス基板９１の中から選択される材料のいずれの組み合わせで構成されてもよい。同様に、剛体３３・３４は、シリコン、ガラスの中から選択される材料のいずれの組み合わせで構成されてもよい。ただし、本実施形態のように、板ばね部３１と板ばね部３２、剛体３３と剛体３４とを同種の材料で構成したほうが、平行移動機構２１の製造およびバネ設計が簡単になる。

本実施形態では、マイケルソン干渉計や分光器、およびそれに適用可能な平行移動機構について説明したが、本実施形態で説明した平行移動機構は、高精度な並進駆動が求められる分野に適用可能であり、上記の干渉計や分光器のみならず、例えば屈折率測定器（移動距離が大きいと測定範囲を大きくできる）、光ピックアップの対物レンズアクチュエータ、小型カメラのＡＦ（オートフォーカス）機構にも適用することができる。

本発明の平行移動機構は、マイケルソン干渉計、分光器、屈折率測定器、光ピックアップの対物レンズアクチュエータ、小型カメラのＡＦ機構等に利用可能である。

１ 分光器
２ 干渉計
１５ 移動ミラー（反射部）
２１ 平行移動機構
３１ 板ばね部（第１の板ばね部）
３１ａ 支持層
３１ｂ 絶縁酸化膜層
３１ｃ 活性層
３１ｐ 平板部
３２ 板ばね部（第２の板ばね部）
３２ａ 支持層
３２ｂ 絶縁酸化膜層
３２ｃ 活性層
３２ｐ 平板部
３３ 剛体（第１の剛体）
３４ 剛体（第２の剛体）
３５ 駆動部
６１ ＳＯＩ基板
８１ シリコン基板
９１ ガラス基板

Claims (10)

1. 対向配置される第１および第２の板ばね部と、
   前記第１および第２の板ばね部の間で前記対向方向とは垂直方向に離間して配置され、それぞれが前記第１および第２の板ばね部と連結される第１および第２の剛体と、
   前記第１および第２の板ばね部の一方を曲げ変形させることにより、前記第１および第２の剛体の一方を平行移動させる駆動部とを備えた平行移動機構であって、
   前記第１および第２の板ばね部は、前記第１の剛体と前記第２の剛体との間の空間を介して対向する平板部をそれぞれ有しており、
   前記第１および第２の剛体は、前記第１および第２の板ばね部の前記各平板部よりも厚いガラスまたはシリコンで構成されていることを特徴とする平行移動機構。
2. 前記第１および第２の板ばね部の前記各平板部は、シリコンからなる支持層と、絶縁酸化膜層と、シリコンからなる活性層とを積層した各ＳＯＩ基板から、前記第１の剛体との対向領域および前記第２の剛体との対向領域を除いて少なくとも前記各支持層を除去したときに、前記第１の剛体と前記第２の剛体との間の空間を介して対向する、少なくとも前記活性層を含む層でそれぞれ構成されており、
   前記支持層における前記第１の剛体との対向領域および前記第２の剛体との対向領域が、前記第１および第２の剛体とそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項１に記載の平行移動機構。
3. 前記第１および第２の板ばね部は、シリコン基板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の平行移動機構。
4. 前記第１および第２の板ばね部は、ガラス基板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の平行移動機構。
5. 前記第１および第２の板ばね部と、前記第１および第２の剛体とは、接合されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の平行移動機構。
6. 前記第１および第２の板ばね部の一方に設けられ、入射光を反射させる反射部をさらに備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の平行移動機構。
7. 第１および第２の板ばね部の各平板部よりも厚いガラスまたはシリコンからなり、互いに離間して配置される第１および第２の剛体を介して、前記各平板部が前記第１の剛体と前記第２の剛体との間の空間を介して対向するように前記第１および第２の板ばね部を配置する配置工程と、
   前記第１および第２の板ばね部の一方を曲げ変形させる駆動部を形成する駆動部形成工程と、
   前記第１および第２の剛体と、前記第１および第２の板ばね部とを連結する連結工程とを有していることを特徴とする平行移動機構の製造方法。
8. 前記連結工程において、前記第１および第２の剛体と、前記第１および第２の板ばね部との連結を、接合により行うことを特徴とする請求項７に記載の平行移動機構の製造方法。
9. 請求項１から６のいずれかに記載の平行移動機構を備えていることを特徴とする干渉計。
10. 請求項９に記載の干渉計を備えていることを特徴とする分光器。

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