JP5172532B2

JP5172532B2 - 微細構造体

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Publication number: JP5172532B2
Application number: JP2008211491A
Authority: JP
Inventors: 昇男佐藤; 啓桑原; 一善小野; 仁石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-08-20
Also published as: JP2010046730A

Description

本発明は、連結部により変位可能に連結支持された可動部を備える微細構造体に関するものである。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の技術においては、可動する微細構造体が重要な要素となる。可動する微細構造体としては、例えば、図９（ａ），図９（ｂ）に示すように、基板１０１の上に支持部１０２を備え、支持部１０２の上に支持固定された一対の固定部１０３を備えている。また、固定部１０３には、各々ばね部１０４が連結し、これら一対のばね部１０４に可動部１０５が連結し、基板１０１上に離間して支持されている。なお、可動部１０５は、製造時に利用されるエッチングホール１０５ａを備えている。この微細構造体においては、ばねとして機能する一対のばね部１０４は、基板１０１の主表面に平行な方向（以下、ＸＹ平面方向という）、および、基板１０１の主表面に対して垂直な方向（以下、Ｚ方向という）に変形することができる。したがって、そのばね部１０４の変形に応じて、可動部１０５も変位することができる。

上述した微細構造体１００の製造方法について、図９（ｃ）〜図９（ｅ）を参照して簡単に説明する（例えば、非特許文献１参照。）。

まず、基板１０１の上に、支持部１０２を形成する。例えば、Ｔｉ薄膜およびＡｕ薄膜の積層膜よりなるシード層を用いて電気めっき法によりＡｕのパターンを選択的に成長することで、一対の支持部１０２を形成することができる。Ｔｉ薄膜は、基板１０１とＡｕ薄膜との密着性を向上させる密着層として機能する。次に、例えば有機樹脂などの材料で支持部１０２の周囲の空間を充填し、図９（ｃ）に示すように、基板１０１の上に犠牲膜２０１を形成する。なお、図９（ｃ）においては、図９（ａ）のVI-VI線の断面部分を拡大して示しており、支持部１０２は示されていない。

次いで、犠牲膜２０１および支持部１０２の上に、膜厚０．１μｍのＴｉ薄膜およびこの上に形成する膜厚０．１μｍのＡｕ薄膜からなるシード層２０２を形成し、引き続いて、シード層２０２の上にフォトレジスト膜を形成する。Ｔｉ薄膜およびＡｕ薄膜は、例えば、真空蒸着法やスパッタ法により形成する。次いで、形成したフォトレジスト膜を公知のフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることで、開口パターン２０４を備えるレジスト層２０３を形成する（図９（ｃ））。レジスト層２０３は、例えば厚さ２０μｍに、開口パターン２０４は、開口寸法（幅）５μｍに形成する。なお、上記フォトレジスト膜には、図９（ｃ）に示すように、ばね部１０４となる開口パターン２０４を形成するとともに、図９（ｃ）には図示しない他の領域に、固定部１０３および可動部１０５となる部分の開口パターンも同時に形成され、これらの開口領域は図９（ａ）に示す微細構造体に対応して一体に連続して形成されている。

次に、電気めっき法により、開口パターン２０４に露出しているシード層２０２の上にＡｕを堆積することで、開口パターン２０４内にＡｕからなる金属パターン２０５を形成する（図９（ｄ））。次に、レジスト層２０３を除去（剥離）してから、金属パターン２０５をマスクとしてシード層２０２をエッチング除去し、続いて、犠牲膜２０１を除去することで、図９（ｅ）に示すように、ばね部１０４および図９（ｅ）には示されていない支持部１０２，固定部１０３，可動部１０５を形成する。犠牲膜２０１の上に形成したばね部１０４および可動部１０５は、基板１０１の上に離間して形成される。

ここで、上述したような方法により作製されたばね部１０４の長さをＬ、厚さをｔ、幅をｗとすると、可動部１０５が基板に対して水平な方向、すなわちＸＹ平面方向に振動する場合のばね部１０４のばね定数ｋ_hは、Ｃ_h×ｔ（ｗ／Ｌ）³で表される。また、可動部１０５がＺ方向に振動する場合のばね部１０４のばね定数ｋ_vは、Ｃ_v×ｗ（ｔ／Ｌ）³で表される。なお、Ｃ_hおよびＣ_vは材料定数である。

微細構造体１００において、可動部１０５は、基板に対して水平な方向に大きな振幅で振動することが求められる一方、基板に対して垂直な方向に大きな振幅で振動した場合、可動部１０５が基板１０１に衝突してしまうため、Ｚ方向のばね定数は十分大きいことが求められる。したがって、ＸＹ平面方向のばね定数に対するＺ方向のばね定数の比ｋ_v／ｋ_h＝（Ｃ_v／Ｃ_h）・（ｔ／ｗ）²は十分大きいことが必要であるが、これはばね断面のアスペクト比ｔ／ｗを大きくすることにより実現することができる。

N. Sato et al., "Monolithic integration fabrication process of thermoelectric and vibrational devices for microelectrochemical system power generator", Jpn. J. Appl. Phys., vol. 46, No. 9A, pp. 6062-6067, 2007.

しかしながら、現在のフォトリソグラフィ技術では、ばね断面のアスペクト比が大きくなるような開口をレジストに形成することが困難であるため、ばね断面のアスペクト比ｔ／ｗを大きくすることが難しかった。

そこで、本願発明は、所望の機械的特性を有する微細構造体を提供することを目的とし、より具体的には、水平方向のばね定数に対して鉛直方向のばね定数を十分に大きくすることができる微細構造体を提供することを目的とする。

上述したような課題を解消するために、本発明に係る微細構造体は、基板の上に配置された固定部材と、一端が固定部材に接続された第１のばね部材と、この第１のばね部材の他端に接続され、基板の上に離間して配置された可動部材と、少なくとも１箇所で第１のばね部材と連結した第２のばね部材とを少なくとも備え、第１のばね部材および第２のばね部材は、基板に対して垂直な方向から見て第１のばね部材または第２のばね部材と重ならない少なくとも２つの離間部を有することを特徴とする。

上記微細構造体において、第２のばね部材は、基板と反対側の第１ばね部材の上に積層されるようにしてもよい。

また、上記微細構造体において、第２のばね部材の離間部は、基板に平行な面内において、第１のばね部材を間に挟む当該第１のばね部材の両側に配置されるようにしてもよい。ここで、第１ばね部材および第２ばね部材は、基板に平行な面内における第１ばね部材および第２ばね部材の幅をｗとしたとき、第１のばね部材と第２のばね部材とが連結された連結部間の距離が２ｗであるようにしてもよい。

また、上記微細構造体において、第１ばね部材および第２ばね部材のうち少なくとも一方は直線状であるようにしてもよい。

また、上記微細構造体において、第１のばね部材は、直線状であり、第２のばね部材は、屈曲部を有し、第１のばね部材と第２のばね部材とは、これらが連結する連結部において、基板に対して垂直な方向から見て０°＜α＜９０°または９０°＜α＜１８０°で交わるようにしてもよい。

また、上記微細構造体において、第１のばね部材の上に順次積層されたｎ個（ｎは２以上の整数）のばね部材を備え、第（ｍ＋１）のばね部材（ｍは２以上（ｎ−１）以下の整数）は、両端を除く少なくとも１箇所で第ｍのばね部材と連結しているようにしてもよい。

また、上記微細構造体において、ｎ個のばね部材のうち、隣接する２つのばね部材同士が連結する位置は、少なくとも２組のばね部材の間で基板に対して垂直な方向から見たときに同じ位置に配置されるようにしてもよい。

本発明によれば、基板の上に配置された固定部材と、一端が固定部材に接続された第１のばね部材と、この第１のばね部材の他端に接続され、基板の上に離間して配置された可動部材と、少なくとも１箇所で第１のばね部材と連結した第２のばね部材とを少なくとも備え、第１のばね部材および第２のばね部材は、基板に対して垂直な方向から見て第１のばね部材または第２のばね部材と重ならない少なくとも２つの離間部を有することにより、アスペクト比が高いばね部を形成できるので、水平方向のばね定数に対して鉛直方向のばね定数を十分大きくすることができ、所望の機械的特性を備えた微細構造体を実現することができる。

［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して、本発明に係る第１の実施の形態について詳細に説明する。

図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、本実施の形態に係る微細構造体１は、基板１１の上面から鉛直上方に突出した柱状の固定部材１２と、この固定部材１２に後述するばね部材１３，１４を介して接続されて基板１１上面から離間して支持された板状の可動部材１５とを少なくとも備えている。ばね部は、直線状の形状を有する下層ばね部材１３と、この下層ばね部材１３の上に形成されたクランク軸状の形状を有する上層ばね部材１４とからなり、上層ばね部材１４は、下層ばね部材１３上を横切る部分において、下層ばね部材１３に固定されている。下層ばね部材１３の一端は、固定部材１２の上部側面に接続され、他端が可動部材１５に接続されている。また、上層ばね部材１４は、その一端の下部が固定部材１２の上面に固定され、他端の下部が可動部材１５の上面に接続されている。便宜上、以下において、下層ばねの延在方向をＸ方向、鉛直方向、すなわち基板１１の主表面に対して垂直な方向をＺ方向、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向という。また、Ｘ方向においては固定部材１２から可動部材１５に向かう方向を、Ｙ方向においては図１（ａ）の紙面内において下から上に向かう方向、Ｚ方向においては下方から上方に向かう方向を、それぞれ正の向きという。

本実施の形態において、固定部材１２、下層ばね部材１３および可動部材１５は、同一平面内に形成されている。

また、平面視略クランク軸状の形状を有する上層ばね部材１４は、図１（ａ）に示すように、一端の下部が固定部材１２の上面に固定され、Ｘ方向の正の向きに第１の距離だけ延在する第１の部材１４ａと、一端が第１の部材１４ａの他端に接続され、Ｙ方向の負の向きに第２の距離だけ延在する第２の部材１４ｂと、一端が第２の部材１４ｂの他端に接続され、Ｘ方向の正の向きに第１の距離だけ延在し他端の下部が可動部材１５の上面に固定される第３の部材１４ｃとから構成される。第２の部材１４ｂの中央部の下面は、当接する下層ばね部材１３の上面と固定されている。以下、この下層ばね１３および上層ばね１４とが固定されている箇所を連結部という。また、上層ばね部材１４において、その連結部と両端部（第１の部材１４ａと第３の部材１４ｃの開放端）との間の部分は、Ｚ方向から見て下層ばね部材１３と離間している。以下、この下層ばね１３と上層ばね１４とが離間している領域を離間部という。上述したように、上層ばね部材１４の場合、離間部は、連結部と第１の部材１４ａの一端の間の部分、および、連結部と第３の部材１４ｃの他端の間の部分に形成されている。下層ばね部材１３の場合、離間部は、連結部と固定部材１２の固定端との間の部分、および、連結部と可動部材１５の固定端との間の部分に形成されている。また、下層ばね部材１３の長さＬ１と、第１の距離Ｌ２との長さの関係は、Ｌ１＜２・Ｌ２で表される。

下層ばね部材１３および上層ばね部材１４を積層しているので、ＸＹ平面方向のばね定数は、その下層ばね部材１３と上層ばね部材１４の水平方向のばね定数の和となる。上層ばね部材１４は、下層ばね部材１３よりも実効的なばねの長さが長いため、上層ばね部材１４のばね定数は、下層ばね部材１３の水平方向のばね定数ｋ_h（＝Ｃ_h×ｔ（ｗ／Ｌ）³）と同じまたはそれ以下である。したがって、下層ばね部材１３および上層ばね部材１４からなるばね部材全体の水平方向のばね定数は、２ｋ_h以下となる。

一方、鉛直方向、すなわちＺ方向のばね定数は、下層ばね部材１３および上層ばね部材１４をその振動方向に積層しているので、下層ばね部材１３と上層ばね部材１４の離間部では下層ばね部材１３と上層ばね部材１４の鉛直方向のばね定数の和となるが、下層ばね部材１３と上層ばね部材１４の連結部では厚さが増えるため、下層ばね部材１３および上層ばね部材１４の鉛直方向のばね定数ｋ_v（＝Ｃ_v×ｗ（ｔ／Ｌ）³）は、膜厚ｔの３乗で大きくなる。例えば、下層ばね部材１３と上層ばね部材１４の第２のばね部材１４ｂとが同じ材質で同じ厚さを有する場合、連結部のばね定数は、そのばねのばね定数の８倍となる。したがって、ばね部材全体の鉛直方向のばね定数は、２ｋ_V以上となる。

次に、本実施の形態に係る微細構造体１の製造方法について説明する。

まず、単結晶シリコンなどの半導体材料からなる基板１１上に、固定部材１２の下層ばね部材１３より下となる部分（以下、下層ばね部材１３より下となる部分を「下部」、下層ばね部材１３と同じ高さの部分を「上部」という）をＡｕめっき法により形成する。

具体的には、まず、基板１１上に第１シード層を形成する。この第１シード層は、例えばＴｉからなる膜厚０．１μｍ程度の下層と、例えばＡｕからなる膜厚０．１μｍ程度の上層とから構成される。これらは、公知の蒸着法により形成することができる。次に、公知のフォトリソグラフィ技術により、第１シード層の上に第１のレジスト膜を形成し、その第１のレジスト膜の固定部１２を形成する領域に第１シード層に達する第１開口パターンを形成する。この第１レジスト膜は、例えば、ポジ型のフォトレジスト材料を用いて膜厚１２μｍに形成する。

次に、第１開口パターンの第１シード層が露出している箇所に、Ａｕからなる第１金属パターンを形成する。この第１金属パターンは、第１シード層を一方の電極とする電気めっき法により、第１開口パターン内にＡｕを堆積することにより形成される。例えば、Ａｕめっき液中に基板１１を浸漬し、この中で対向電極と第１シード層との間に必要な電圧を印加することで、第１開口パターンに露出している第１シード層の上にＡｕを膜厚１０μｍ程度に堆積することができる。

次に、第１レジスト膜を除去し、第１金属パターンをマスクとして第１シード層を選択的にエッチング除去する。第１シード層の上層のＡｕのエッチングには希王水を用い、下層のＴｉのエッチングにはフッ酸溶液を用いることにより第１シード層のエッチング除去を実現することができる。以上のようにして、固定部材１２の下部がパターニングされた第１シード層と第１金属パターンを形成する。

次に、固定部材１２の上部と下層ばね部材１３とを以下のようにして形成する。まず、基板１１上に有機樹脂からなる第１犠牲膜を形成する。これは、例えば、基板１１上にポジ型感光性を有するポリイミド樹脂をスピン塗布法により固定部１２の下部の高さに合わせて膜厚約１０μｍとして塗布することにより形成する。

このポリイミド樹脂の膜を、公知のフォトリソグラフィ技術により、固定部材１２に対応する部分を露光、現像して、固定部材１２の下部の上面が露出する開口部を形成した後、３１０℃で３０分の加熱処理を行うことによりポリイミド樹脂を硬化させる。その結果、基板１１上の下部の周囲に第１犠牲膜が形成される。

続いて、固定部材１２の上部と下層ばね部材１３とを、上述した固定部材１２の下部と同様にＡｕめっき法により形成する。

具体的には、まず、基板１１上で第１犠牲膜の上と固定部材１２の下部の上面に第２シード層を形成する。この第２シード層は、例えばＴｉからなる膜厚０．１μｍ程度の下層と、例えばＡｕからなる膜厚０．１μｍ程度の上層とから構成される。これらは、公知の蒸着法により形成することができる。次に、公知のフォトリソグラフィ技術により、第２シード層上に、例えば公知のポジ型のフォトレジスト材料からなる膜厚２５μｍの第２レジスト膜を形成し、この第２レジスト膜の固定部材１２の上部と下層ばね部材１３とに対応する領域に第２シード層に達する第２開口パターンを形成する。この第２開口パターンの下層ばね部材１３に相当する部分の断面形状の主要部は、高さ２０μｍ、幅５μｍである。

次に、第２シード層の露出している箇所に、Ａｕからなる第２金属パターンを形成する。この第２金属パターンは、上述した第１金属パターンと同様に、第２シード層を一方の電極とする電気めっき法により、膜厚２０μｍ程度にＡｕを堆積することにより形成される。

次に、第２レジスト膜を除去し、第２金属パターンをマスクとして第２シード層をエッチング除去する。これは、第２シード層の上層のＡｕには希王水を、下層のＴｉにはフッ酸溶液を用いることにより行うことができる。その結果、固定部材１２の上部と下層ばね部材１３とがそれぞれ固定部材１２の下部の上と第１犠牲膜の上に形成される。

次に、上層ばね部材１４を以下のようにして形成する。まず、第１犠牲膜の上に有機樹脂からなる第２犠牲膜を形成する。この第２犠牲膜は、例えば、基板１１上にポジ型感光性を有するポリイミド樹脂をスピン塗布法により膜厚２０μｍとして塗布することにより形成する。この膜厚は、スピン回転数を制御することにより調整することができる。

このポリイミド樹脂の膜を、公知のフォトリソグラフィ技術により、固定部材１２に対応する部分を、露光、現像して、固定部材１２の上部の上面が露出する開口部を形成した後、３１０℃で３０分の加熱処理を行うことにより、ポリイミド樹脂を硬化させる。その結果、第１犠牲膜上に固定部材１２の上部および下層ばね部材１３とほぼ同じ高さの第２犠牲膜が形成される。なお、上記加熱処理工程の後に、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程を追加して、研磨により第２犠牲膜表面と下層ばね部材１３の上面とを平坦に加工してもよい。

次に、上層ばね部材１４を同様のＡｕめっき法により形成する。

具体的には、第２犠牲膜の上と下層ばね部材１３の上面に第３シード層を形成する。この第３シード層は、例えばＴｉからなる膜厚０．１μｍ程度の下層と、例えばＡｕからなる膜厚０．１μｍ程度の上層とから構成される。これらは、公知の蒸着法により形成することができる。

次に、公知のフォトリソグラフィ技術により、第３シード層上に第３レジスト膜を形成し、その第３レジスト膜の上層ばね部材１４を形成する領域に第３シード層に達する第３開口パターンを形成する。この第３レジスト膜は、例えば公知のポジ型のフォトレジスト材料からなる材料を用いて膜厚２５μｍに形成する。また、第３開口パターンの断面形状の主要部は、高さ２０μｍ、幅５μｍである。

次に、第３開口パターンの第３シード層が露出している箇所に、Ａｕからなる第３金属パターンを形成する。この第３金属パターンは、第３シード層を一方の電極とする電気めっき法により、第３開口パターン内にＡｕを膜厚２０μｍ程度に堆積することにより形成される。

次に、第３レジスト膜を除去し、第３金属パターンをマスクとして第３シード層をエッチング除去する。これらは、第３シード層の上層のＡｕのエッチングには希王水を用い、下層のＴｉのエッチングにはフッ酸溶液を用いることにより、第３シード層のエッチング除去を実現することができる。その結果、上層ばね部材１４が下層ばね部材１３の上と第２犠牲膜の上に形成される。

最後に、酸素プラズマを用いたアッシング処理により、第１犠牲膜と第２犠牲膜を除去し、下層ばね部材１３および上層ばね部材１４を基板１１から離間した状態とする。これにより、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す微細構造体１を形成することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、基板１１の上に配置された固定部材１２と、一端が固定部材１２に接続された下層ばね部材１３と、この下層ばね部材１３の他端に接続され、基板１１の上に離間して配置された可動部材１５と、少なくとも１箇所で下層ばね部材１３と連結した上層ばね部材１４とを少なくとも備え、下層ばね部材１３および上層ばね部材１４は、基板１１に対して垂直な方向から見て下層ばね部材１３または上層ばね部材１４と重ならない少なくとも２つの離間部を有することにより、アスペクト比が高いばねを形成できるので、水平方向のばね定数に対して鉛直方向のばね定数を十分大きくすることができ、基板方向への振動を抑えた所望の機械的特性を備えた微細構造体を実現することができる。

なお、図９（ｄ）に示す工程により金属パターン２０５からなる直線状のばね部材の上に、さらに直線状のばね部材を重ねることにより、アスペクト比が高いばねを形成できると考えられるが、これは実現するのが困難である。このような構成は、図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すように、図９（ｄ）に示す工程により金属パターン２０５からなる直線状の下層ばね部材１０４１を形成した後、金属パターン２０５をマスクとしてシード層２０２をエッチング除去し、犠牲膜２０１の上に第２犠牲膜２０６、この第２犠牲膜２０４と下層ばね部材１０４１の上面にシード層２０７、このシード層２０７の上にレジスト膜２０８を順次形成し、このレジスト膜２０８を形成する領域にシード層２０７に達する開口パターンを形成し、この開口パターンのシード層２０７が露出している箇所に、Ａｕからなる金属パターン２０９からなる上層ばね部材１０４２を形成することにより実現することができる。このとき、下層ばね１０４１および上層ばね１０４２が直線状であるため、図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すように、２層を重ね合わせるときに位置ずれを起こす場合があり、結果として、実現することが困難である。しかしながら、本実施の形態では、上層ばね部材１４をクランク軸状の形状とすることにより、高精度の位置合わせが要求されないので、製造工程を容易にすることができる。

なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、下層ばね部材１３の略中央部の上面に接続部材１６を設け、この接続部材１６を介して、下層ばね部材１３と上層ばね部材１４を接続するようにしてもよい。ここで、接続部材１６は、例えば、Ａｕなどから構成され金めっき法などにより形成することができる。

また、図３に示すように、第２の部材１４ｂの幅を第１の部材１４ａおよび第３の部材１ｃよりも太くしてもよい。

また、本実施の形態においては、可動部材１５を１つの下層ばね部材１３および上層ばね部材１４により支持する片持ち梁の構造に適用した場合を例に説明するが、可動部材１５を支持する構造はこれに限定されず、例えば、１つの可動部材１５に対して、固定部材１２、下層ばね部材１３および上層ばね部材１４をそれぞれ複数設けた梁の構造など、適宜自由に設定することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、上述した第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。

図４に示すように、本実施の形態に係る微細構造体２は、基板１１の上面から鉛直上方に突出した柱状の固定部材１２と、この固定部材１２に後述するばね部材１３，２４を介して接続されて基板１１上面から離間して支持された板状の可動部材１５とを少なくとも備えている。ばね部は、直線状の形状を有する下層ばね部材１３と、この下層ばね部材１３の上に形成されたつづら折り形状を有する上層ばね部材２４とからなり、上層ばね部材２４は、下層ばね部材１３上を横切る連結部において、下層ばね部材１３に固定されている。また、上層ばね部材２４は、その一端の下部が固定部材１２の上面に固定され、他端の下部が可動部材１５の上面に接続されている。また、連結部と連結部との間、および、連結部と固定部材１２の固定端または可動部材１５の固定端との間には、Ｚ方向から見て下層ばね部材１３と上層ばね部材２４とが離間した離間部が形成されている。具体的には、下層ばね部材１３の場合、連結部と連結部との間の部分と、連結部と固定部材１２の間の部分と、連結部と可動部材１５の間の部分とに、離間部が形成されている。上層ばね部材２４の場合、連結部と連結部との間の平面視略「コ」の字状の部分と、連結部と固定部材１２の間の平面視略「Ｌ」の字状の部分と、連結部と可動部材１５の間の平面視略「Ｌ」の字状の部分とに、離間部が形成されている。また、下層ばね部材１３および上層ばね部材２４の幅は、それぞれｗとなっている。

上層ばね部材２４は、Ｘ方向に沿いかつ下層ばね部材１３を中心にＹ方向の正負の側に互い違いに配設されたＸ部材２４ａと所定のピッチ２ｗでＸ方向に沿って配設されたＹ部材２４ｂとが交互に接続された、平面視略つづら折りの形状を有する。ここで、下層ばね部材１３とＸ部材２４ａとの距離（以下、「突き出し量」という）ｐは、下層ばね部材１３上に上層ばね部材２４を形成したときにこれらの位置ずれ、特にＹ方向の位置ずれを許容するような値に設定される。

このような微細構造体２も、第１の実施の形態に係る微細構造体１と同等の製造方法により製造することができる。

第１の実施の形態で示したように、下層ばね部材と上層ばね部材とが重なって接続される連結部の面積が大きくなればなるほど、微細構造体における鉛直方向（Ｚ方向）のばね定数は大きくなる。そこで、本実施の形態では、上層ばね部材２４の形状をつづら折り形状とすることによって、下層ばね部材１３と上層ばね部材２４との連結部の数量を増やして、鉛直方向のばね定数を大きくする。

上述したような微細構造体２において、水平方向、すなわちＸＹ平面方向のばね定数については、可動部材１５が矢印ａで示すように、主としてＹ方向にのみ移動する場合は、可動部と下層ばね部材１３および上層ばね部材２４との接続部分の回転自由度が拘束されるので、下層ばね部材１３に対する上層ばね部材２４の突き出し量ｐを大きくしても、ばね定数は低減しない。したがって、このような場合には、下層ばね部材１３および上層ばね部材２４の面積を極力小さくするように突き出し量ｐを設定すればよい。

一方、図５に示すように、可動部材１５が矢印ｂのようにＸＹ平面内において弧を描くように移動する場合は、突き出し量ｐを大きくすればするほど、微細構造体２における水平方向のばね定数を小さくすることができる。このとき、鉛直方向のばね定数については、下層ばね部材１３と上層ばね部材２４とが重なって連結された連結部と、下層ばね部材１３と上層ばね部材２４とが離間している離間部とのばね定数を考慮すればよい。突き出し量ｐを大きくすればするほど、離間部の鉛直方向のばね定数は低減する。一方、連結部の鉛直方向のばね定数は、突き出し量に依存しない。微細構造体２全体における鉛直方向のばね定数は、離間部よりも連結部の方がその値に影響を及ぼす。したがって、水平方向のばね定数に対して鉛直方向のばね定数を大きくすることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、つづら折り形状の上層ばね部材２４を設けることによっても、実質的にアスペクト比が高いばねを形成できるので、水平方向のばね定数に対して鉛直方向のばね定数を十分大きくすることができ、基板方向への振動を抑えた所望の機械的特性を備えた微細構造体を実現することができる。

なお、突き出し量は、図５に示すように、下層ばね部材１３に対して対称に形成するのみならず、図６に示すようにずらすようにしてもよい。このようにしても、水平方向のばね定数に対して鉛直方向のばね定数を十分大きくすることができる。また、上層ばね部材２４をつづら折り形状としているので、高精度の位置合わせが要求されないので、製造工程を容易にすることができる。

また、図５，図６に示す上層ばね部材２４は、両端部が開放端となっているが、図４の場合と同様、固定部材１２または可動部材１５の上面に固定されるようにしてもよい。

［第３の実施の形態］
次に、本発明に係る第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、上述した第１，第２の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。

図７に示すように、本実施の形態に係る微細構造体３は、基板１１の上面から鉛直上方に突出した柱状の固定部材１２と、この固定部材１２に後述するばね部材１３，３４を介して接続されて基板１１上面から離間して支持された板状の可動部材１５とを少なくとも備えている。ばね部は、直線状の形状を有する下層ばね部材１３と、この下層ばね部材１３の上に形成された平面視略ジグザグに屈曲した形状を有する上層ばね部材３４とからなり、上層ばね部材３４は、下層ばね部材１３上を横切る部分において、下層ばね部材１３に固定されている。また、連結部と連結部との間、および、連結部と上層ばね部材３４の開放端との間には、Ｚ方向から見て下層ばね部材１３と上層ばね部材３４とが離間した離間部が形成されている。具体的には、下層ばね部材１３の場合、連結部と連結部との間の部分と、連結部と固定部材１２の間の部分と、連結部と可動部材１５の間の部分とに、離間部が形成されている。上層ばね部材３４の場合、連結部と連結部との間の平面視略「Ｖ」の字状の部分に、離間部が形成されている。

なお、上層ばね部材３４において、連結部と上層ばね部材３４の開放端との間の直線状の部分は、離間部としてではなく、製造工程における下層ばね部材１３との位置合わせのあそびとして形成されている。これにより、高精度の位置合わせが要求されないので、製造工程を容易にすることができる。このような構成は、図５，図６に示す上層ばね部材２４においても同様である。

上層ばね部材３４は、直線状の形状を有し、一端が下層ばね部材１３よりもＹ方向の正の側に、他端が下層ばね部材１３よりもＹ方向の負の側に位置し、Ｚ方向から見た場合に下層ばね部材１３に対して角度αで交わる複数の第１の部材３４ａと、直線状の形状を有し、一端が下層ばね部材１３よりもＹ方向の負の側に、他端が下層ばね部材１３よりもＹ方向の正の側に位置し、Ｚ方向から見た場合に下層ばね部材１３に対して角度α’（＝π−α）で交わる複数の第２の部材３４ｂとを備え、これらがＹ方向に沿って交互に配設され、隣接する第１の部材３４ａの一端と第２の部材３４ｂの他端、および、隣接する第１の部材３４ａの他端と第２の部材３４ｂの一端が接続されたジグザクに屈曲した形状を有する。第１の部材３４ａと第２の部材３４ｂの下面において、下層ばね部材１３の上面と当接する連結部は、その下層ばね部材１３に固定されている。なお、本実施の形態においては、第１の部材３４ａは４つ、第２の部材３４ｂは５つ設けられており、両端以外の第１の部材３４ａおよび第２の部材３４ｂはそれぞれ同じ長さを有する。

このような微細構造体３も、第１の実施の形態に係る微細構造体１と同等の製造方法により製造することができる。

上述したように、ジグザクに屈曲した形状を有する上層ばね３４を設けることによっても、実質的にアスペクト比が高いばねを形成することができるので、可動部材１５と上層ばね部材３４の連結部との回動方向の変位が拘束されるか否かにかかわらず、水平方向のばね定数を低減させることができる。

また、本実施の形態では、上層ばね部材３４をジグザグに屈曲した形状とすることにより、高精度の位置合わせが要求されないので、製造工程を容易にすることができる。

また、図７に示す上層ばね部材３４は、両端部が開放端となっているが、固定部材１２または可動部材１５の上面に固定されるようにしてもよい。

また、上述した第１〜第３の実施の形態において、下層ばね部材１３が直線状の形状を有する場合を例に説明したが、その形状は直線状に限定されず、つづら折り形状や曲線状に折れ曲がった形状など、適宜自由に設定することができる。この場合、上層ばね部材は、直線状の形状とするようにしてもよい。

また、上述した第１〜第３の実施の形態では、固定部材１２と可動部材１５を連結するばね部が２層構造を有する場合を例に説明したが、このばね部の構造は２層構造に限定されず、複数の積層構造とするようにしてもよい。すなわち、第１のばね部材に順次積層されたｎ個（ｎは２以上の整数）のばね部材を備えるようにしてもよい。この場合、第（ｍ＋１）のばね部材（ｍは２以上（ｎ−１）以下の整数）は、両端を除く少なくとも１箇所で第ｍのばね部材と連結するように形成してもよい。このような構成とすることにより、水平方向のばね定数の増加に比べて鉛直方向のばね定数の増加を大きくすることができる。

例えば、図８に示すような３層構造など、３層以上の構造とするようにしてもよい。なお、図８に示すばね部は、固定部材１２および可動部材１５と同一平面内に形成されこれらを接続する第２の実施の形態で示した上層ばね部材２４からなる下層ばね部材４１と、この下層ばね部材４１上に形成された下層ばね部材１３からなる中層ばね部材４２と、この中層ばね部材４２の上に形成された第３の実施の形態で示した上層ばね部材３４からなる上層ばね部材４３とから構成される。このような構成とすることにより、複数の層を積層する際に、水平方向のばね定数の増加に比べて鉛直方向のばね定数の増加を大きくすることができる。換言すると、鉛直方向のばね定数は、膜厚の３乗で大きくなるので、連結部を複数の層で共有すればするほど鉛直方向のばね定数を大きくすることができる。

また、ばね部材を複数の積層構造にする場合、隣接するばね部材同士が連結する位置は、少なくとも２組のばね部材の間でＺ方向から見たときに同じ位置に配置されるようにすえばよい。このように、少なくとも２組のばね部材の間で同じ位置に配置されればよいので、製造工程を容易にすることができる。

本発明は、例えば、光ＭＥＭＳ技術など、１の部材と他の部材とを連結する微細構造体を有する各種装置に適用することができる。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る微細構造体の構成を模式的に示す平面図、（ｂ）は図１（ａ）のI-I線断面図、（ｃ）は図１（ａ）のII-II線断面図である。（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る微細構造体の他の構成を模式的に示す平面図、（ｂ）は図２（ａ）のIII-III線断面図、（ｃ）は図２（ａ）のIV-IV線断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る微細構造体の他の構成を模式的に示す平面図である。本発明の第２の実施の形態に係る微細構造体の構成を模式的に示す平面図である。本発明の第２の実施の形態に係る微細構造体の他の構成を模式的に示す平面図である。本発明の第２の実施の形態に係る微細構造体の他の構成を模式的に示す平面図である。本発明の第３の実施の形態に係る微細構造体の構成を模式的に示す平面図である。本発明の第３の実施の形態に係る微細構造体の他の構成を模式的に示す平面図である。（ａ）は従来の微細構造体の構成を模式的に示す平面図、（ｂ）は図９（ａ）のV-V線断面図、（ｃ）は図９（ａ）の要部断面図、（ｄ）は図９（ａ）の要部断面図、（ｅ）は図９（ａ）のVI-VI線断面図である。（ａ）は従来の微細構造体の構成を模式的に示す要部断面図、（ｂ）は従来の微細構造体の構成を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１〜３…微細構造体、１１…基板、１２…固定部材、１３，４１…下層ばね部材、１４，２４，３４，４３…上層ばね部材、１４ａ…第１の部材，１４ｂ…第２の部材，１４ｃ…第３の部材、１５…可動部材、１６…接続部材、２４ａ…Ｘ部材、２４ｂ…Ｙ部材，３４ａ…第１の部材，３４ｂ…第２の部材、４２…中層ばね部材。

Claims

基板の上に配置された固定部材と、
一端が前記固定部材に接続された第１のばね部材と、
この第１のばね部材の他端に接続され、前記基板の上に離間して配置された可動部材と、
少なくとも１箇所で前記第１のばね部材と連結した第２のばね部材と
を少なくとも備え、
前記第１のばね部材および前記第２のばね部材は、前記基板に対して垂直な方向から見て前記第１のばね部材または前記第２のばね部材と重ならない少なくとも２つの離間部を有し、
前記第１ばね部材および前記第２ばね部材のうち少なくとも一方は直線状である
ことを特徴とする微細構造体。
請求項１記載の微細構造体において、
前記第２のばね部材は、前記基板と反対側の前記第１ばね部材の上に積層される
ことを特徴とする微細構造体。
請求項１または２記載の微細構造体において、
前記第２のばね部材の離間部は、前記基板に平行な面内において、前記第１のばね部材を間に挟む当該第１のばね部材の両側に配置される
ことを特徴とする微細構造体。
請求項３に記載の微細構造体において、
前記第１ばね部材および前記第２ばね部材は、前記基板に平行な面内における前記第１ばね部材および前記第２ばね部材の幅をｗとしたとき、前記第１のばね部材と前記第２のばね部材とが連結された連結部間の距離が２ｗである
ことを特徴とする微細構造体。
請求項１乃至４の何れか１項に記載の微細構造体において、
前記第１のばね部材は、直線状であり、
前記第２のばね部材は、屈曲部を有し、
前記第１のばね部材と前記第２のばね部材とは、これらが連結する連結部において、前記基板に対して垂直な方向から見て０°＜α＜９０°または９０°＜α＜１８０°で交わる
ことを特徴とする微細構造体。
請求項１乃至５の何れか１項に記載の微細構造体において、
前記第１のばね部材の上に順次積層されたｎ個（ｎは２以上の整数）のばね部材を備え、第（ｍ＋１）のばね部材（ｍは２以上（ｎ−１）以下の整数）は、両端を除く少なくとも１箇所で第ｍのばね部材と連結している
ことを特徴とする微細構造体。
請求項６記載の微細構造体において、
前記ｎ個のばね部材のうち、隣接する２つのばね部材同士が連結する位置は、少なくとも２組のばね部材の間で前記基板に対して垂直な方向から見たときに同じ位置に配置される
ことを特徴とする微細構造体。