WO2010101023A1 - 平行移動機構および平行移動機構の製造方法 - Google Patents

平行移動機構および平行移動機構の製造方法 Download PDF

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WO2010101023A1
WO2010101023A1 PCT/JP2010/052423 JP2010052423W WO2010101023A1 WO 2010101023 A1 WO2010101023 A1 WO 2010101023A1 JP 2010052423 W JP2010052423 W JP 2010052423W WO 2010101023 A1 WO2010101023 A1 WO 2010101023A1
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moving
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松田　伸也
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Konica Minolta Inc
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B81B3/0051—For defining the movement, i.e. structures that guide or limit the movement of an element
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/08—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0228—Inertial sensors
    • B81B2201/0235—Accelerometers

Definitions

  • the present invention relates to a translation mechanism and a method for manufacturing the translation mechanism, and more particularly to a translation mechanism formed by MEMS technology and a method for manufacturing the translation mechanism.
  • a parallel movement mechanism using a parallel link mechanism has been used as a vehicle suspension or stage movement mechanism.
  • two members having rotation fulcrums at both ends are arranged in parallel, so that a member held between the fulcrums can be translated.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the shape can be transferred and etched using a photolithographic technique on a large-area silicon wafer, and fine shapes can be collectively formed with high accuracy, thereby realizing downsizing and cost reduction.
  • Patent Document 1 discloses a mechanism in which a two-layer link mechanism extending in the surface direction is provided and moved in the surface direction.
  • Patent Document 2 discloses a mechanism that is provided with a two-layer link mechanism extending in the thickness direction and moves in the surface direction.
  • Patent Document 3 discloses a mechanism in which a single link mechanism extending in the surface direction is provided and moved in a direction perpendicular to the surface.
  • JP 2000-314842 A JP 2005-262357 A JP 2000-339725 A
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of suppressing tilting and positional deviation of optical components, enabling a small amount of highly accurate parallel movement, and obtaining a large displacement with a small driving force. It is an object of the present invention to provide a mechanism and a method for manufacturing a translation mechanism.
  • the object of the present invention can be achieved by the following configuration.
  • a moving part formed by laminating a first layer on at least part of the upper surface of the intermediate layer and laminating a second layer on at least part of the lower surface of the intermediate layer;
  • the first layer is stacked on at least part of the upper surface of the intermediate layer
  • the second layer is stacked on at least part of the lower surface of the intermediate layer, facing at least the moving part.
  • a support provided at a position; A first beam formed of the first layer connecting the first layer of the moving part and the first layer of the support part facing the first layer of the moving part; , A second beam formed of the second layer connecting the second layer of the moving unit and the second layer of the support unit facing the second layer of the moving unit;
  • a translation mechanism characterized in that the translation part is capable of translation in the stacking direction of the first layer, the intermediate layer, and the second layer.
  • the support part is provided at a position sandwiching at least the moving part
  • the first beam is provided with at least two, and connects the first layer of the moving unit and the first layer of the support unit facing the first layer of the moving unit
  • At least two of the second beams are provided, and connect the second layer of the moving unit and the second layer of the support unit facing the second layer of the moving unit.
  • the moving part has an opening penetrating in the stacking direction of each layer forming the moving part, 5.
  • the parallel movement mechanism according to any one of 1 to 4, wherein a lens is inserted into the opening with an optical axis directed in the stacking direction.
  • a driving layer for translating the moving unit in a stacking direction of the first layer, the intermediate layer, and the second layer is provided on one plane of the moving unit. 7.
  • the parallel movement mechanism according to any one of 1 to 6.
  • a resist agent is applied on the first layer, and is configured by a photolithography method, which includes a portion that becomes a moving portion, a portion that becomes a supporting portion, and the first layer, and the moving portion and the supporting portion, A first photolithography step of forming a mask pattern in a portion to be a first beam connecting the two; A first etching step of removing portions of the first layer, the first oxide film, and the intermediate layer other than the moving portion, the support portion, and the first beam by etching; A first resist agent removing step of removing the resist agent remaining on the first layer;
  • the moving portion formed by laminating the first layer on the upper surface of the intermediate layer and the second layer on the lower surface is formed on the supporting portion similarly formed by the first layer. Connected by the formed first beam and the second beam formed by the second layer so that the moving part can move in parallel in the stacking direction of the first layer, the intermediate layer and the second layer.
  • FIG. 1 shows a configuration of the first embodiment of the translation mechanism according to the present invention.
  • 1A is a plan view
  • FIG. 1B is a cross-sectional view along AA ′ in FIG. 1A
  • FIG. 1C is a cross-sectional view along BB ′ in FIG. 1A.
  • 2A and 2B are schematic views showing the operation of the first embodiment of the translation mechanism according to the present invention.
  • FIG. 2A shows a state before the operation
  • FIG. 2B shows a state after the operation.
  • the parallel movement mechanism 1 includes a moving part 11, a support part 13, two first beams 15 and four second beams 17 and the like.
  • the support unit 13 is arranged so as to surround the moving unit 11, and the moving unit 11 and the support unit 13 are provided on each of two opposite sides of the moving unit 11 in the y direction as illustrated. 1B, and as shown in FIG. 1B, four second beams provided on both sides in the x direction of the first beam 15 on the back surface side of the figure. 17 are connected.
  • the moving unit 11 and the support unit 13 are configured by laminating three parallel plate-shaped layers of a first layer 101, an intermediate layer 301, and a second layer 201.
  • the first layer 101, the intermediate layer 301, and the second layer 201 are, for example, silicon (Si), and the interface of the intermediate layer 301 with the first layer 101 and the second layer 201 is the first oxide film.
  • a (SiO 2 ) 303 and a second oxide film (SiO 2 ) 305 are formed.
  • the first layer 101 and the second layer 201 are equal in thickness.
  • the first beam 15 is composed only of the first layer 101
  • the second beam 17 is composed only of the second layer 201. Therefore, the moving unit 11 and the support unit 13 are connected to each other by the first beam 15 configured by the first layer 101 on the upper surface side and the second beam 17 configured by the second layer 201 on the lower surface side. Will be linked.
  • the first beam 15 and the second beam 17 are equal in length and thickness, and the width of the first beam 15 is twice that of the second beam 17.
  • the two second beams 17 are configured to have the same bending rigidity.
  • the first beam 15 and the second beam 17 have an axisymmetric shape in the x direction and the y direction, and the entire parallel movement mechanism 1 has the same rigidity against deformation in the z direction.
  • the support portion 13 is arranged so as to surround the moving portion 11, but this is not essential, and at least the moving portion 11 is composed of the first beam 15 and the second beam 17. If there is a part connected with.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 1C, and the first beam 15 is indicated by a broken line for convenience.
  • a driving force F in the z direction is applied from the outside to the moving unit 11 in the state of FIG. 2A, the first beam 15 and the second beam 17 are shown in FIG. 2B. Is deformed into an S shape.
  • the parallel movement mechanism 1 As described above, since the parallel movement mechanism 1 as a whole has the same rigidity against deformation in the z direction, it is pushed by the driving force F in the z direction, and the moving unit 11 is translated in the z direction. Even if an unintended force such as gravity or inertia force is applied from the outside, the parallelism of the moving unit 11 is maintained.
  • the driving force F an electromagnetic force, which will be described later with reference to FIG. 6 or later, a force due to electromechanical conversion by a piezoelectric element, a shape memory alloy, or the like can be used.
  • FIG. 3 is a process diagram illustrating the manufacturing method of the first embodiment
  • FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views taken along the line A-A ′ of FIG.
  • FIG. 1 A first figure 3 will be described below with reference to FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 1 A first figure 3 will be described below with reference to FIGS. 4 and 5.
  • Step S01 oxide film forming process
  • the first oxide film (SiO 2 ) 303 is formed on one surface of the intermediate layer 301 by high-temperature treatment of the intermediate layer 301 made of parallel flat plates of thick silicon (Si).
  • a second oxide film (SiO 2 ) 305 is formed on the other surface.
  • the thickness of the intermediate layer 301 is generally about 300 to 500 ⁇ m although it depends on specifications such as flatness and mass required for the translation mechanism 1.
  • the thicknesses of the first oxide film 303 and the second oxide film 305 are determined by an etching process described later, but are generally 1 ⁇ m or less.
  • Step S03 jointing process
  • a silicon (Si) thin plate 101 is bonded onto the first oxide film 303
  • a silicon (Si) thin plate 201 is bonded onto the second oxide film 305.
  • Bonding can be performed by room-temperature bonding in which the surfaces are cleaned and activated by plasma or the like, and anodic bonding using an electric field.
  • Step S05 polishing process
  • the thin plate 101 and the thin plate 201 joined in step S03 are polished thinly.
  • the thicknesses of the polished thin plate 101 and thin plate 201 are determined by the rigidity required for the first beam 15 and the second beam 17, but are generally about several ⁇ m.
  • the first layer 101 and the second layer 201 are formed from the thin plate 101 and the thin plate 201.
  • the above method is the same as the process of creating a substrate called an SOI (Silicon On Insulator) substrate, and is generally used. Since a plurality of other processes for creating an SOI substrate have been proposed, they may be used.
  • SOI Silicon On Insulator
  • Step S11 first photolithography process
  • a resist agent is applied on the first layer 101, and a mask pattern is formed on a portion to be left in the next first etching process by performing a photolithography process such as exposure and development. 401 is formed.
  • Step S13 first etching process
  • the first layer 101, the first oxide film 303, the intermediate layer 301, and the second oxide film 305 other than the portion where the mask pattern 401 is formed are removed by etching. Only the second layer 201 is left. Since the reaction material and the rate of etching differ greatly between silicon and oxide, the etching depth can be controlled by controlling the time. Alternatively, the first layer 101, the first oxide film 303, and the intermediate layer 301 may be removed, and the second oxide film 305 and the second layer 201 may be left.
  • Step S15 first resist agent removing step
  • the resist agent (mask pattern) 401 remaining on the first layer 101 is removed.
  • Step S21 (second photolithography process) As shown in FIG. 5B, a resist agent is applied on the second layer 201 and subjected to a photolithography process such as exposure and development, so that a mask pattern is formed on a portion to be left in the next second etching process. 403 is formed.
  • a photolithography process such as exposure and development
  • Step S23 second etching process
  • the second layer 201, the second oxide film 305, the intermediate layer 301, and the first oxide film 303 other than the portion where the mask pattern 403 is formed are removed by etching. , Leaving only the first layer 101.
  • the second layer 201, the second oxide film 305, and the intermediate layer 301 may be removed to leave the first oxide film 303 and the first layer 101.
  • the etching depth is controlled by controlling the etching time.
  • Step S25 second resist agent removing step
  • the resist agent (mask pattern) 403 remaining on the second layer 201 is removed.
  • the first beam 15 formed only by the first layer 101 and the second beam 17 formed only by the second layer 201 remain, and are the same parallel as shown in FIG. A moving mechanism 1 is formed.
  • the moving portion formed by laminating the first layer on the upper surface of the intermediate layer and laminating the second layer on the lower surface is similarly formed.
  • the moving portion is connected to the support portion by the first beam formed by the first layer and the second beam formed by the second layer, and the moving portion has the first layer, the intermediate layer, and the second layer.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a first application example of the first embodiment.
  • FIG. 6A is a plan view seen from the back side of FIG. 1A
  • FIG. 6B is FIG. It is CC 'sectional drawing of (a).
  • a hole penetrating from the first layer 101 to the second layer 201 is provided in the center of the moving unit 11 in FIG. 1 (a).
  • the lens 21 is inserted with the optical axis 21a directed in the z direction.
  • the loop-shaped wiring 31 is provided on the second layer 201 of the moving unit 11, and the permanent magnet 33 is provided at a position facing the wiring 31.
  • the support portion 13 and the permanent magnet 33 are fixed to a fixing portion 35 that is a part of the camera body, for example, by adhesion.
  • the driving force F can be generated by the action of the current I flowing through the wiring 31 and the magnetic field generated by the permanent magnet 33.
  • the driving force F that moves the lens 21 in the negative z direction can be generated by the current I flowing counterclockwise in FIG. If the direction of the current I is reversed, it is possible to generate a driving force F that moves the lens 21 in the positive z direction. Since the moving unit 11 translates in the z direction by the translation mechanism 1, the lens 21 also translates in the z direction, that is, the optical axis 21a direction.
  • the parallel movement mechanism according to the first embodiment can be applied to the focus adjustment and zoom mechanism of the camera lens.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a second application example of the first embodiment.
  • FIG. 7A is a plan view seen from the same side as FIG. 1A
  • FIG. 7C is a sectional view taken along the line DD ′ of FIG.
  • a driving element 51 made of a piezoelectric element 501 such as PZT (lead zirconate titanate) sandwiched between two layers of electrodes 503 is disposed on the first layer 101 of the two first beams 15.
  • the film is formed by sputtering. This is a so-called unimorph structure. Details of the manufacturing method will be described later with reference to FIG.
  • the piezoelectric element 501 when an electric field is applied between the two layers of electrodes 503 of the drive element 51, as shown in FIG. 7C, the piezoelectric element 501 has, for example, an electric field direction, that is, a diagram. Expands in the z direction and contracts in the y direction in the figure. Since the driving element 51 and the first layer 101 of the first beam 15 are in close contact with each other, the piezoelectric element 501 contracts in the y direction, so that the first beam 15 bends in the z direction as in the case of bimetal. The moving unit 11 translates in the positive direction of the z direction with respect to the support unit 13.
  • FIG. 8 is a process diagram showing a manufacturing method of a second application example of the first embodiment
  • FIG. 9 is a process diagram showing a subroutine of FIG. 8
  • FIG. 10 is a process diagram of FIG. FIG. 8 is a sectional view taken along the line DD ′ of FIG. 7 showing a process.
  • step S05 polishing process
  • step S11 first photolithography process
  • step S07 driving element forming subroutine
  • step S09 mirror forming subroutine
  • step S31 driving element layer forming step
  • an electrode 503, a piezoelectric element 501, and another layer of electrode 503 are formed on the first layer 101.
  • the drive element layer 51 is formed by film formation in this order by a method such as sputtering.
  • step S33 third photolithography process
  • a resist agent is applied on the drive element layer 51, and a photolithography process such as exposure and development is performed.
  • a mask pattern 407 is left in a portion where the film is to be formed.
  • step S35 third etching step
  • the electrode 503, the piezoelectric element 501, and the other layer of the electrode 503 other than the portion where the mask pattern 407 is formed are removed by etching. .
  • step S37 third resist agent removing step
  • the resist agent (mask pattern) 407 remaining on the drive element 51 is removed.
  • step S39 the direction of polarization P of the piezoelectric element 501 of the drive element 51 is aligned as shown in FIG. 10E by applying a high voltage between the two layers of electrodes 503. Apply polarization treatment. As a result, the piezoelectric element 501 functions as a drive element.
  • the polarization process may be performed after step S25 (second resist agent removing step) in FIG.
  • step S39 polarization step
  • step S39 polarization step
  • step S09 mirror formation subroutine
  • the mirror 23 is formed by a method such as vapor deposition. Details are shown in FIG.
  • step S41 (fourth photolithography process) a resist agent is applied on the first layer 101 and the driving element 51, and a photolithography process such as exposure and development is performed, whereby a mirror is obtained.
  • a mask pattern having an opening is formed in a portion where the portion 23 is to be formed.
  • step S43 mirror vapor deposition step
  • silver (Ag) or aluminum (Al) is vapor-deposited on the mask pattern formed in step S41.
  • step S45 fourth resist agent removing step
  • the remaining resist agent that is, the mask pattern is removed, and the mirror 23 is completed.
  • step S11 the mask pattern 401 formed on the portion of the first layer 101 that becomes the moving portion 11 in step S11 (first photolithography process) is formed on the mirror 23 described above.
  • step S11 first photolithography process
  • the driving element 51 that is a member that generates a driving force and the mirror 23 that is an optical functional member can be formed on the parallel movement mechanism 1.
  • FIG. 11A and 11B are schematic views showing a third application example of the first embodiment.
  • FIG. 11A is a plan view seen from the same side as FIG. 1A
  • FIG. 11A is a cross-sectional view taken along line AA ′
  • FIG. 11C is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.
  • the first beam 15 is also indicated by a broken line for convenience.
  • the parallel movement mechanism 1 includes a moving part 11, a support part 13, two first beams 15 and four second beams 17 as in FIG. 1A. Has been.
  • the support unit 13 is disposed so as to surround the moving unit 11. Similar to the second application example, a mirror 23 is formed on the moving unit 11 by vapor deposition or the like.
  • the two first beams 15 are provided so as to straddle a part of the upper surface of two portions of the moving unit 11 facing each other in the y direction and a part of the upper surface of the supporting unit 13 facing the first beam 15. And the support part 13 are connected.
  • the four second beams 17 are also provided on the back surface side of the drawing on both sides in the x direction of the first beam 15 and a part of the upper surface of the moving portion 11 and a support opposite thereto.
  • the moving part 11 and the support part 13 are connected to each other so as to straddle a part of the upper surface of the part 13.
  • loop-shaped wirings 53 of shape memory alloy are formed by a method such as sputtering.
  • the moving part 11 and the support part 13 are formed on a first oxide film (SiO 2 ) 303 and a second oxide film on both surfaces of an intermediate layer 301 made of, for example, silicon (Si). (SiO 2 ) 305 is formed.
  • the first beam 15 is composed of only the first layer 101, and is provided so as to straddle a part of the upper surface of the moving part 11 and a part of the upper surface of the support part 13 opposed thereto.
  • a loop-shaped wiring 53 of a shape memory alloy is formed on the first beam 15.
  • the second beam 17 is composed of only the second layer 201, and is provided so as to straddle a part of the lower surface of the moving part 11 and a part of the lower surface of the support part 13 opposed thereto.
  • the first layer 101 connects the moving unit 11 and the supporting unit 13 as the first beam 15, and the second layer 201 serves as the second beam 17 and the moving unit 11 and the supporting unit 13. Are linked.
  • a loop-shaped wiring 53 of a shape memory alloy as a driving element is formed on the first beam 15, a loop-shaped wiring 53 of a shape memory alloy as a driving element is formed.
  • the first beam 15 and the second beam 17 are equal in length and thickness, and the width of the first beam 15 is twice that of the second beam 17.
  • the two second beams 17 are configured to have the same bending rigidity.
  • the first beam 15 and the second beam 17 have an axisymmetric shape in the x direction and the y direction, and the entire parallel movement mechanism 1 has the same rigidity against deformation in the z direction.
  • the shape memory alloy loop-shaped wiring 53 is preliminarily stored with a characteristic that shrinks in the y direction at a high temperature.
  • the shape memory alloy loop-shaped wiring 53 When the shape memory alloy loop-shaped wiring 53 is energized, it generates heat due to Joule heat and the high temperature. And contract in the y direction. Accordingly, as in the second application example, the first beam 15 bends in the z direction, and the moving unit 11 translates in the positive direction in the z direction with respect to the support unit 13.
  • the manufacturing method of the third application example is almost the same as the manufacturing method of the second application example shown in FIGS.
  • the shape memory process for storing the shape in the loop-shaped wiring 53 of the shape memory alloy is not a process corresponding to step S39 (polarization process) in FIG. 9A, but is a step S25 (second resist agent) in FIG. It is necessary to provide after the removal step).
  • the driving element 51 that is a member that generates a driving force and the mirror 23 that is an optical functional member are connected to the parallel movement mechanism 1.
  • the parallel movement mechanism 1 can be reduced in size and cost.
  • FIG. 12A and 12B are schematic views showing the configuration of the second embodiment, in which FIG. 12A is a plan view, FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. ) Is a cross-sectional view along the line DD ′ in FIG.
  • the parallel movement mechanism 1 includes a moving part 11, a supporting part 13, two first beams 15, a second beam 17, and the like.
  • the support unit 13 is arranged so as to surround the moving unit 11, and the moving unit 11 and the support unit 13 are provided on each of two opposite sides of the moving unit 11 in the y direction as illustrated.
  • the first beams 15 are connected to each other, and as shown in FIG. 12C, they are connected to the second beams 17 provided on the entire rear surface side of the drawing.
  • the moving part 11 and the support part 13 are configured by laminating three parallel flat plate layers of a first layer 101, an intermediate layer 301, and a resin film layer 203.
  • the first layer 101 and the intermediate layer 301 are, for example, silicon (Si), and the interface between the intermediate layer 301 and the first layer 101 is a first oxide film (SiO 2 ) 303.
  • the first beam 15 is composed only of the first layer 101
  • the second beam 17 is composed only of the resin film layer 203. Therefore, the moving part 11 and the support part 13 are connected by the first beam 15 constituted by the first layer 101 on the upper surface side and the second beam 17 constituted by the resin film layer 203 on the lower surface side. It will be connected.
  • the resin film layer 203 Since the resin film layer 203 has high elasticity, it can function as a beam without being subjected to shape processing. Not only the second beam 17 but also the first beam 15 can be configured as a resin film layer.
  • the interface between the intermediate layer 301 and the resin film layer 203 may be the second oxide film (SiO 2 ) 305 as in the first embodiment.
  • FIG. 13 is a process diagram showing the manufacturing method of the second embodiment
  • FIG. 14 is a sectional view taken along the line D-D ′ of FIG. 12A showing each process of FIG. 13.
  • step S01 oxide film forming process
  • step S15 first resist agent removing process
  • the first oxide film (SiO 2 ) 303 and the second oxide film (SiO 2 ) 305, the first layer 101, and the second layer are formed on both surfaces of the intermediate layer 301.
  • 201 was formed, and the parallel movement mechanism 1 was formed by performing etching from the first layer 101 side and the second layer 201 side.
  • step S41 resin film layer laminating step in FIG. 13, as shown in FIG. 14 (g), on the surface opposite to the first layer 101 of the intermediate layer 301 by a method such as adhesion, The resin film layer 203 is solidly pasted to form the second beam 17, and the translation mechanism 1 is completed.
  • the function as the second beam 17 can be achieved without performing shape processing.
  • the process for forming the second beam 17 can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced. If the first beam 15 is also made of a resin film, the process can be further simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • a pair of moving portions 11 and a support portion 13 are a pair of first beams. 15 and the second beam 17.
  • the moving unit 11 and the support unit 13 are configured by laminating three parallel flat plate layers of a first layer 101, an intermediate layer 301, and a second layer 201.
  • the first layer 101, the intermediate layer 301, and the second layer 201 are, for example, silicon (Si), and the interface between the intermediate layer 301 and the first layer 101 is the same as that of the first oxide film (SiO 2 ) 303. It has become.
  • the first beam 15 is composed only of the first layer 101
  • the second beam 17 is composed only of the second layer 201.
  • the structure of the mechanism is simple, suitable for downsizing, and can be manufactured at low cost.
  • the displacement in the y direction occurs when the moving unit 11 moves in the z direction, for example, the driving of the lens 21 as in the first application example of the first embodiment shown in FIG. It cannot be used for those that do not allow displacement in the direction.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing a plan for improving the shape of the beam.
  • FIG. 16A shows the shape of the beam shown in each of the above-described embodiments and application examples
  • FIG. 16B shows the improved beam. An example of a shape is shown.
  • the first beam 15 or the second beam 17 that couples the moving unit 11 and the support unit 13 is not a beam having a uniform width as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the cutout portions 19 are provided at both ends of the beam.
  • the rigidity at both ends of the beam can be lowered and easily deformed, the both ends can be easily deformed, and the center can be easily deformed.
  • a parallel movement mechanism close to a typical link mechanism can be realized.
  • the moving portion formed by laminating the first layer on the upper surface of the intermediate layer and laminating the second layer on the lower surface is used as the support portion similarly formed.
  • the moving part is connected to the first beam, the intermediate layer, and the second layer by connecting the first beam formed of the first layer and the second beam formed of the second layer.

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Abstract

　中間層の上面に第１の層が積層され、下面に第２の層が積層されて形成された移動部を、同様に形成された支持部に、第１の層で形成された第１の梁と、第２の層で形成された第２の梁とで連結して、移動部が第１の層、中間層および第２の層の積層方向に平行移動可能に構成することで、光学部品の傾きや位置ズレを抑制でき、微小量の高精度な平行移動が可能で、小さな駆動力で大きな変位を得ることができる平行移動機構および平行移動機構の製造方法を提供することができる。

Description

平行移動機構および平行移動機構の製造方法
　本発明は、平行移動機構および平行移動機構の製造方法に関し、特にＭＥＭＳ技術により形成される平行移動機構および平行移動機構の製造方法に関する。
　従来から、車両のサスペンションやステージの移動機構等に、平行リンク機構を用いた平行移動機構が用いられている。これは、両端に回転支点を備えた二本の梁を平行に配置することにより、支点間に保持された部材を平行移動可能とするものである。
　一方、半導体プロセス技術を用いて微細加工を行い、精密部品を作成するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術が広がりつつある。これにより、大面積のシリコンウェハに、フォトリソグラフィ技術を用いて形状を転写、蝕刻し、微細な形状を高精度で一括して形成でき、小型化とコスト低減とを実現できる。
　特に、ミラーやレンズ等の光学部品を精密駆動する必要のある光スイッチや光干渉計、あるいはカメラレンズのピント調節やズーム機構等の用途において、ＭＥＭＳ技術と平行移動機構とを組み合わせることで、光学部品の傾きや位置ズレを抑制でき、微小量の高精度な平行移動が可能となる。ＭＥＭＳ技術では梁の幅や厚さを小さくできるため、その剛性を低くすることができ、小さな駆動力で大きな変位を得ることができる。
　ＭＥＭＳ技術を用いた平行移動機構の従来例として、以下の様な手法が提案されている。例えば、特許文献１には、面方向に伸びる二層のリンク機構を設け、面方向に移動する機構が開示されている。また、特許文献２には、厚み方向に伸びる二層のリンク機構を設け、面方向に移動する機構が開示されている。さらに、特許文献３には、面方向に伸びる一層のリンク機構を設け、面に垂直な方向に移動する機構が開示されている。
特開２０００－３１４８４２号公報 特開２００５－２６２３５７号公報 特開２０００－３３９７２５号公報
　しかしながら、特許文献１および２の方法では、移動方向が基板の面方向であるために、移動体の表面にミラーを構成することができないので、上述した光スイッチや光干渉計への応用が難しい。また、同様に、レンズを基板に対して垂直に保持する必要があり、角度のズレが生じやすく、小型化できないので、上述したカメラレンズのピント調節やズーム機構への応用も難しい。また、特許文献３の方法は、構成上、移動体の傾きや位置ズレを防げないので、上述した用途への応用はできない。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光学部品の傾きや位置ズレを抑制でき、微小量の高精度な平行移動が可能で、小さな駆動力で大きな変位を得ることができる平行移動機構および平行移動機構の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
　１．中間層の上面の少なくとも一部に第１の層が積層されるとともに、前記中間層の下面の少なくとも一部に第２の層が積層されて形成された移動部と、
　前記中間層の上面の少なくとも一部に前記第１の層が積層されるとともに、前記中間層の下面の少なくとも一部に前記第２の層が積層されて形成され、少なくとも前記移動部に対向する位置に設けられた支持部と、
　前記移動部の前記第１の層と、前記移動部の前記第１の層に対向する前記支持部の前記第１の層とを連結する前記第１の層で形成された第１の梁と、
　前記移動部の前記第２の層と、前記移動部の前記第２の層に対向する前記支持部の前記第２の層とを連結する前記第２の層で形成された第２の梁とを備え、
　前記移動部が前記第１の層、前記中間層および前記第２の層の積層方向に平行移動可能であることを特徴とする平行移動機構。
　２．前記支持部は、少なくとも前記移動部を挟む位置に設けられ、
　前記第１の梁は、少なくとも２本設けられ、前記移動部の前記第１の層と、前記移動部の前記第１の層に対向する前記支持部の前記第１の層とを連結し、
　前記第２の梁は、少なくとも２本設けられ、前記移動部の前記第２の層と、前記移動部の前記第２の層に対向する前記支持部の前記第２の層とを連結することを特徴とする前記１に記載の平行移動機構。
　３．前記第１の層、前記中間層および前記第２の層は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることを特徴とする前記１または２に記載の平行移動機構。
　４．前記第１の層および前記第２の層の少なくとも一方が、樹脂フィルムであることを特徴とする前記１または２に記載の平行移動機構。
　５．前記移動部の一方の平面の上に、光を反射するミラー層を形成したことを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の平行移動機構。
　６．前記移動部は、前記移動部を形成する各層の積層方向に貫通する開口部を有し、
　前記開口部に、前記積層方向に光軸を向けてレンズを挿入したことを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の平行移動機構。
　７．前記移動部の一方の平面の上に、前記移動部を前記第１の層、前記中間層および前記第２の層の積層方向に平行移動させるための駆動層を設けたことを特徴とする前記１から６の何れか１項に記載の平行移動機構。
　８．シリコンの平行平板からなる中間層の、対向する表面の一方に第１の酸化膜を形成し、他方に第２の酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
　前記第１の酸化膜の上に第１のシリコンの平行平板を接合し、前記第２の酸化膜の上に第２のシリコンの平行平板を接合する接合工程と、
　接合された前記第１のシリコンの平行平板を研磨して第１の層を形成し、前記第２のシリコンの平行平板を研磨して第２の層を形成する研磨工程と、
　前記第１の層の上にレジスト剤を塗布し、フォトリソグラフィ法により、移動部となる部分、支持部となる部分、および、前記第１の層で構成され、前記移動部と前記支持部とを連結する第１の梁となる部分にマスクパターンを形成する第１フォトリソグラフィ工程と、
　エッチングにより、前記第１の層、前記第１の酸化膜および前記中間層の、前記移動部、前記支持部および前記第１の梁以外の部分を除去する第１エッチング工程と、
　前記第１の層の上に残ったレジスト剤を除去する第１レジスト剤除去工程と、
　前記第２の層の上にレジスト剤を塗布し、フォトリソグラフィ法により、移動部となる部分、支持部となる部分、および、前記第２の層で構成され、前記移動部と前記支持部とを連結する第２の梁となる部分にマスクパターンを形成する第２フォトリソグラフィ工程と、
　エッチングにより、前記第２の層、前記第２の酸化膜および前記中間層の、前記移動部、前記支持部および前記第２の梁以外の部分を除去する第２エッチング工程と、
　前記第２の層の上に残ったレジスト剤を除去する第２レジスト剤除去工程とを、この順に行うことを特徴とする平行移動機構の製造方法。
　本発明によれば、中間層の上面に第１の層が積層され、下面に第２の層が積層されて形成された移動部を、同様に形成された支持部に、第１の層で形成された第１の梁と、第２の層で形成された第２の梁とで連結して、移動部が第１の層、中間層および第２の層の積層方向に平行移動可能に構成することで、光学部品の傾きや位置ズレを抑制でき、微小量の高精度な平行移動が可能で、小さな駆動力で大きな変位を得ることができる平行移動機構および平行移動機構の製造方法を提供することができる。
本発明における平行移動機構の第１の実施の形態の構成を示す模式図である。 第１の実施の形態の動作を示す模式図である。 第１の実施の形態の製造方法を示す工程図である。 図３の各工程を示す断面図（１／２）である。 図３の各工程を示す断面図（２／２）である。 第１の実施の形態の第１の応用例を示す模式図である。 第１の実施の形態の第２の応用例を示す模式図である。 第１の実施の形態の第２の応用例の製造方法を示す工程図である。 図８のサブルーチンを示す工程図である。 図９の各工程を示す断面図である。 第１の実施の形態の第３の応用例を示す模式図である。 第２の実施の形態の構成を示す模式図である。 第２の実施の形態の製造方法を示す工程図である。 図１３の各工程を示す断面図である。 第３の実施の形態の構成を示す断面模式図である。 梁の形状の改良案を示す模式図である。
　以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
　最初に、本発明における平行移動機構の第１の実施の形態について、図１および図２を用いて説明する、図１は、本発明における平行移動機構の第１の実施の形態の構成を示す模式図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ－Ａ’断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ－Ｂ’断面図である。図２は、本発明における平行移動機構の第１の実施の形態の動作を示す模式図で、図２（ａ）は動作前の状態を、図２（ｂ）は動作後の状態を示す。
　図１（ａ）において、図の左から右をｘ方向、下から上をｙ方向、紙面奥から手前をｚ方向とする。平行移動機構１は、移動部１１、支持部１３、２本の第１の梁１５および４本の第２の梁１７等で構成されている。支持部１３は移動部１１を囲むように配置されており、移動部１１と支持部１３とは、図示したように、移動部１１のｙ方向の対向する２辺のそれぞれに設けられた２本の第１の梁１５で連結されており、また、図１（ｂ）に示すように、図の裏面側で、第１の梁１５のｘ方向両側に設けられた４本の第２の梁１７で連結されている。
　図１（ｂ）および（ｃ）において、移動部１１および支持部１３は、第１の層１０１、中間層３０１および第２の層２０１の平行平板状の３層が積層されて構成されている。第１の層１０１、中間層３０１および第２の層２０１は、例えばシリコン（Ｓｉ）であり、中間層３０１の第１の層１０１および第２の層２０１との界面は、第１の酸化膜（ＳｉＯ２）３０３および第２の酸化膜（ＳｉＯ２）３０５となっている。第１の層１０１と第２の層２０１との厚さは等しい。
　一方、第１の梁１５は第１の層１０１のみで構成され、第２の梁１７は第２の層２０１のみで構成されている。従って、移動部１１と支持部１３とは、上面側を第１の層１０１で構成される第１の梁１５で連結され、下面側を第２の層２０１で構成される第２の梁１７で連結されていることになる。
　第１の梁１５と第２の梁１７とは長さと厚さとが等しく、第１の梁１５の幅が第２の梁１７の２倍になっており、１本の第１の梁１５と２本の第２の梁１７とで曲げ剛性が等しくなるように構成されている。また、第１の梁１５と第２の梁１７とはｘ方向およびｙ方向に軸対称な形状となっており、平行移動機構１全体として、ｚ方向の変形に対する剛性が等しく構成されている。
　なお、図１の例では、支持部１３は移動部１１を囲むように配置されているとしたが、これは必須ではなく、少なくとも、第１の梁１５および第２の梁１７で移動部１１と連結される部分があればよい。
　図２は、図１（ｃ）と同じＢ－Ｂ’断面図に、便宜上、第１の梁１５を破線で示したものである。図２（ａ）の状態に対して、移動部１１に外部からｚ方向の駆動力Ｆが印加されると、図２（ｂ）に示すように、第１の梁１５および第２の梁１７がＳ字状に変形する。
　上述したように、平行移動機構１全体としてｚ方向の変形に対する剛性が等しく構成されているので、ｚ方向の駆動力Ｆに押されて、移動部１１はｚ方向に平行移動される。外部から重力や慣性力等意図しない力が加わっても、移動部１１の平行は保持される。駆動力Ｆとしては、図６以降で後述する電磁力や、圧電素子、形状記憶合金等による電気機械変換による力等を用いることができる。
　次に、上述した第１の実施の形態の製造方法について、図３、図４および図５を用いて説明する。図３は、第１の実施の形態の製造方法を示す工程図であり、図４および図５は図３の各工程を示す図１（ａ）のＡ－Ａ’断面図である。
　以下に、図４および図５を参照しながら、図３の各工程について説明する。
　ステップＳ０１（酸化膜形成工程）
　図４（ａ）に示すように、肉厚のシリコン（Ｓｉ）の平行平板からなる中間層３０１を高温処理することで、中間層３０１の片面に第１の酸化膜（ＳｉＯ２）３０３を、他方の面に第２の酸化膜（ＳｉＯ２）３０５を形成する。中間層３０１の厚さは、平行移動機構１に要求される平面性や質量等の仕様によるが、一般的には３００～５００μｍ程度である。また第１の酸化膜３０３および第２の酸化膜３０５の厚さは、後述するエッチング工程により決まるが、一般的には１μｍ以下である。
　ステップＳ０３（接合工程）
　図４（ｂ）に示すように、第１の酸化膜３０３の上にシリコン（Ｓｉ）の薄板１０１を、第２の酸化膜３０５の上にシリコン（Ｓｉ）の薄板２０１を接合する。接合は、表面をプラズマ等で清浄、活性化して接合する常温接合や、電界を用いる陽極接合等により可能である。
　ステップＳ０５（研磨工程）
　図４（ｃ）に示すように、ステップＳ０３で接合された薄板１０１および薄板２０１を薄く研磨する。研磨された薄板１０１および薄板２０１の厚みは、第１の梁１５および第２の梁１７に要求される剛性によって決まるが、一般的には数μｍ程度である。研磨によって、薄板１０１および薄板２０１から、第１の層１０１および第２の層２０１が形成される。
　以上の手法は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板と呼ばれる基板を作成する工程と同じで、一般に用いられるものである。ＳＯＩ基板を作成する工程は、他にも複数提案されているので、それらを用いてもよい。
　ステップＳ１１（第１フォトリソグラフィ工程）
　図４（ｄ）に示すように、第１の層１０１の上にレジスト剤を塗布し、露光、現像等のフォトリソグラフィ工程を経ることで、次の第１エッチング工程で残したい部分にマスクパターン４０１を形成する。
　ステップＳ１３（第１エッチング工程）
　図４（ｅ）に示すように、エッチングにより、マスクパターン４０１が形成された部分以外の、第１の層１０１、第１の酸化膜３０３、中間層３０１および第２の酸化膜３０５を除去し、第２の層２０１だけを残す。シリコンと酸化物とではエッチングする反応材料および速度が大きく異なるため、時間を制御することで、エッチング深さを制御することができる。あるいは、第１の層１０１、第１の酸化膜３０３、中間層３０１を除去し、第２の酸化膜３０５と第２の層２０１を残してもよい。
　ステップＳ１５（第１レジスト剤除去工程）
　図５（ａ）に示すように、第１の層１０１の上に残ったレジスト剤（マスクパターン）４０１を除去する。
　ステップＳ２１（第２フォトリソグラフィ工程）
　図５（ｂ）に示すように、第２の層２０１の上にレジスト剤を塗布し、露光、現像等のフォトリソグラフィ工程を経ることで、次の第２エッチング工程で残したい部分にマスクパターン４０３を形成する。
　ステップＳ２３（第２エッチング工程）
　図５（ｃ）に示すように、エッチングにより、マスクパターン４０３が形成された部分以外の、第２の層２０１、第２の酸化膜３０５、中間層３０１および第１の酸化膜３０３を除去し、第１の層１０１だけを残す。あるいは、第２の層２０１、第２の酸化膜３０５、中間層３０１を除去し、第１の酸化膜３０３と第１の層１０１を残してもよい。ステップＳ１３と同様に、エッチング時間を制御することで、エッチング深さを制御する。
　ステップＳ２５（第２レジスト剤除去工程）
　図５（ｄ）に示すように、第２の層２０１の上に残ったレジスト剤（マスクパターン）４０３を除去する。
　以上の工程によって、第１の層１０１のみで形成される第１の梁１５と第２の層２０１のみで形成される第２の梁１７とが残り、図１（ｂ）に示したと同じ平行移動機構１が形成される。
　上述したように、第１の実施の形態によれば、中間層の上面に第１の層が積層され、下面に第２の層が積層されて形成された移動部を、同様に形成された支持部に、第１の層で形成された第１の梁と、第２の層で形成された第２の梁とで連結して、移動部が第１の層、中間層および第２の層の積層方向に平行移動可能に構成することで、微小量の高精度な平行移動が可能な平行移動機構および平行移動機構の製造方法を提供することができる。
　次に、第１の実施の形態の第１の応用例について、図６を用いて説明する。図６は、第１の実施の形態の第１の応用例を示す模式図で、図６（ａ）は図１（ａ）の裏面側から見た平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ－Ｃ’断面図である。
　図６（ａ）および（ｂ）において、第１の応用例では、図１（ａ）の移動部１１の中央に、第１の層１０１から第２の層２０１までを貫通する穴が設けられ、その中に、光軸２１ａをｚ方向に向けて、レンズ２１が挿入されている。
　移動部１１の第２の層２０１上には、ループ状の配線３１が設けられ、配線３１に対向する位置には永久磁石３３が設けられている。支持部１３および永久磁石３３は、例えばカメラ本体の一部である固定部３５に、接着等によって固定されている。配線３１に通電すると、配線３１に流れる電流Ｉと永久磁石３３による磁界との作用により駆動力Ｆを発生させることができる。
　図の例では、図６（ａ）の反時計回りに電流Ｉが流れることで、ｚ方向の負の方向にレンズ２１を移動させる駆動力Ｆを発生させることができる。電流Ｉの向きを反転させれば、ｚ方向の正の方向にレンズ２１を移動させる駆動力Ｆを発生させることができる。移動部１１は、平行移動機構１によってｚ方向に平行移動するので、レンズ２１もｚ方向即ち光軸２１ａ方向に平行移動する。
　上述したように、第１の応用例によれば、第１の実施の形態の平行移動機構をカメラレンズのピント調節やズーム機構に応用することが可能となる。
　次に、第１の実施の形態の第２の応用例について、図７を用いて説明する。図７は、第１の実施の形態の第２の応用例を示す模式図で、図７（ａ）は図１（ａ）と同じ側から見た平面図、図７（ｂ）および図７（ｃ）は図７（ａ）のＤ－Ｄ’断面図である。
　図７（ａ）および（ｂ）において、第２の応用例では、図１（ａ）の移動部１１の第１の層１０１の上に、例えば銀（Ａｇ）やアルミ（Ａｌ）を蒸着して、ミラー２３を形成している。
　また、２個の第１の梁１５の第１の層１０１の上に、それぞれ、２層の電極５０３に挟まれたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電素子５０１からなる駆動素子５１が、例えばスパッタ法等で成膜されて形成されている。所謂ユニモルフ構造である。製造方法の詳細は、図８以降で詳述する。
　図７（ｂ）の状態に対して、駆動素子５１の２層の電極５０３の間に電界が印加されると、図７（ｃ）に示すように、圧電素子５０１が、例えば電界方向即ち図のｚ方向に伸張し、図のｙ方向に収縮する。駆動素子５１と第１の梁１５の第１の層１０１とは密着しているので、圧電素子５０１がｙ方向に収縮することで、バイメタルと同様に第１の梁１５がｚ方向に屈曲し、移動部１１が支持部１３に対してｚ方向の正方向に平行移動する。
　これによって、ミラーを精密駆動する必要のある光スイッチや光干渉計への応用が可能となる。
　次に、第１の実施の形態の第２の応用例の製造方法を、図８、図９および図１０を用いて説明する。図８は、第１の実施の形態の第２の応用例の製造方法を示す工程図であり、図９は、図８のサブルーチンを示す工程図、図１０は、図９（ｂ）の各工程を示す図７のＤ－Ｄ’断面図である。
　図８において、第２の応用例の工程図が図３の第１の実施の形態の工程図と異なる点は、ステップＳ０５（研磨工程）とステップＳ１１（第１フォトリソグラフィ工程）との間に、ステップＳ０７（駆動素子形成サブルーチン）とステップＳ０９（ミラー形成サブルーチン）が付加された点である。
　ステップＳ０７（駆動素子形成サブルーチン）では、２層の電極５０３に挟まれた圧電素子５０１からなる駆動素子５１が形成される。詳細は図９（ａ）および図１０に示す。
　図９（ａ）において、ステップＳ３１（駆動素子層形成工程）で、図１０（ａ）に示すように、第１の層１０１の上に電極５０３、圧電素子５０１およびもう１層の電極５０３を、スパッタ等の方法でこの順に成膜して、駆動素子層５１を形成する。
　ステップＳ３３（第３フォトリソグラフィ工程）で、図１０（ｂ）に示すように、駆動素子層５１の上にレジスト剤を塗布し、露光、現像等のフォトリソグラフィ工程を経ることで、駆動素子５１を形成したい部分にマスクパターン４０７を残す。
　ステップＳ３５（第３エッチング工程）で、図１０（ｃ）に示すように、エッチングにより、マスクパターン４０７が形成された部分以外の、電極５０３、圧電素子５０１およびもう１層の電極５０３を除去する。
　ステップＳ３７（第３レジスト剤除去工程）で、図１０（ｄ）に示すように、駆動素子５１の上に残ったレジスト剤（マスクパターン）４０７を除去する。
　ステップＳ３９（分極工程）で、２層の電極５０３の間に高電圧を印加する等の方法により、図１０（ｅ）に示すように、駆動素子５１の圧電素子５０１の分極Ｐの方向を揃える分極処理を施す。これによって、圧電素子５０１が駆動素子としての機能を果たすようになる。なお、分極処理は、図８のステップＳ２５（第２レジスト剤除去工程）終了後に行ってもよい。また、スパッタ法で圧電素子５０１を形成する場合には、成膜時に分極が起こる。その場合には、ステップＳ３９（分極工程）は省略できる。
　続いて、ステップＳ０９（ミラー形成サブルーチン）では、ミラー２３が、例えば蒸着等の方法で形成される。詳細は図９（ｂ）に示す。
　図９（ｂ）において、ステップＳ４１（第４フォトリソグラフィ工程）で、第１の層１０１および駆動素子５１の上にレジスト剤を塗布し、露光、現像等のフォトリソグラフィ工程を経ることで、ミラー２３を形成したい部分に開口を有するマスクパターンを形成する。ステップＳ４３（ミラー蒸着工程）で、ステップＳ４１で形成されたマスクパターン上に、例えば銀（Ａｇ）やアルミ（Ａｌ）を蒸着する。ステップＳ４５（第４レジスト剤除去工程）で、残されたレジスト剤即ちマスクパターンを除去し、ミラー２３が完成する。
　以降の工程は、図３の第１の実施の形態の工程図に示したステップＳ１１からＳ２５と同じである。ただし、ステップＳ１１（第１フォトリソグラフィ工程）で移動部１１となる部分の第１の層１０１の上に形成されたマスクパターン４０１は、上述したミラー２３の上に形成されることになる。以上の工程を経て、図７（ａ）および（ｂ）に示した第１の実施の形態の第２の応用例が完成される。
　上述したように、第２の応用例によれば、駆動力を発生させる部材である駆動素子５１および光学的な機能部材であるミラー２３を平行移動機構１の上に作りこむことができ、ミラーを精密駆動する必要のある光スイッチや光干渉計への応用が可能となるとともに、平行移動機構１の小型化、低コスト化が実現できる。
　次に、第１の実施の形態の第３の応用例について、図１１を用いて説明する。図１１は、第１の実施の形態の第３の応用例を示す模式図で、図１１（ａ）は図１（ａ）と同じ側から見た平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ－Ａ’断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＢ－Ｂ’断面図である。図１１（ｃ）には、便宜上、第１の梁１５も破線で記載してある。
　図１１（ａ）において、平行移動機構１は、図１（ａ）と同様に、移動部１１、支持部１３、２本の第１の梁１５および４本の第２の梁１７等で構成されている。支持部１３は移動部１１を囲むように配置されている。移動部１１の上には、第２の応用例と同様に、ミラー２３が蒸着等により形成されている。
　２本の第１の梁１５は、移動部１１のｙ方向の対向する２箇所の一部の上面と、それに対向する支持部１３の一部の上面とに跨るように設けられ、移動部１１と支持部１３とを連結している。
　また、４本の第２の梁１７も、破線で示したように、図の裏面側で、第１の梁１５のｘ方向両側に、移動部１１の一部の上面と、それに対向する支持部１３の一部の上面とに跨るように設けられ、移動部１１と支持部１３とを連結している。
　２本の第１の梁１５の上には、それぞれ、形状記憶合金のループ状の配線５３が、例えばスパッタ等の方法で形成されている。
　図１１（ｂ）および（ｃ）において、移動部１１および支持部１３は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる中間層３０１の両面に、第１の酸化膜（ＳｉＯ２）３０３および第２の酸化膜（ＳｉＯ２）３０５が形成されて構成されている。
　一方、第１の梁１５は第１の層１０１のみで構成され、移動部１１の一部の上面と、それに対向する支持部１３の一部の上面とに跨るように設けられている。第１の梁１５の上には、形状記憶合金のループ状の配線５３が形成されている。また、第２の梁１７は第２の層２０１のみで構成され、移動部１１の一部の下面と、それに対向する支持部１３の一部の下面とに跨るように設けられている。
　上述したように、第１の層１０１は、第１の梁１５として移動部１１と支持部１３とを連結し、第２の層２０１は、第２の梁１７として移動部１１と支持部１３とを連結している。そして、第１の梁１５の上には、駆動素子としての形状記憶合金のループ状の配線５３が形成されている。
　第１の梁１５と第２の梁１７とは長さと厚さとが等しく、第１の梁１５の幅が第２の梁１７の２倍になっており、１本の第１の梁１５と２本の第２の梁１７とで曲げ剛性が等しくなるように構成されている。また、第１の梁１５と第２の梁１７とはｘ方向およびｙ方向に軸対称な形状となっており、平行移動機構１全体として、ｚ方向の変形に対する剛性が等しく構成されている。
　形状記憶合金のループ状の配線５３には予め高温でｙ方向に収縮する特性が記憶させてあり、形状記憶合金のループ状の配線５３に通電することで、ジュール熱により自身が発熱して高温となり、ｙ方向に収縮する。従って、第２の応用例と同様に第１の梁１５がｚ方向に屈曲し、移動部１１が支持部１３に対してｚ方向の正方向に平行移動する。
　第３の応用例の製造方法は、図８および図９に示した第２の応用例の製造方法とほぼ同様であるので、説明は省略する。ただし、形状記憶合金のループ状の配線５３に形状を記憶させる形状記憶工程は、図９（ａ）のステップＳ３９（分極工程）に相当する工程ではなく、図８のステップＳ２５（第２レジスト剤除去工程）の終了後に設ける必要がある。
　上述したように、第３の応用例によれば、第２の応用例と同様に、駆動力を発生させる部材である駆動素子５１および光学的な機能部材であるミラー２３を平行移動機構１の上に作りこむことができ、ミラーを精密駆動する必要のある光スイッチや光干渉計への応用が可能となるとともに、平行移動機構１の小型化、低コスト化が実現できる。
　次に、本発明における平行移動機構の第２の実施の形態の形状について、図１２を用いて説明する。図１２は、第２の実施の形態の構成を示す模式図で、図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ－Ａ’断面図、図１２（ｃ）は図１（ａ）のＤ－Ｄ’断面図である。
　図１２（ａ）において、図１（ａ）と同様に、平行移動機構１は、移動部１１、支持部１３、２本の第１の梁１５および第２の梁１７等で構成されている。支持部１３は移動部１１を囲むように配置されており、移動部１１と支持部１３とは、図示したように、移動部１１のｙ方向の対向する２辺のそれぞれに設けられた２本の第１の梁１５で連結されており、また、図１２（ｃ）に示すように、図の裏面側の全面に設けられた第２の梁１７で連結されている。
　図１２（ｂ）および（ｃ）において、移動部１１および支持部１３は、第１の層１０１、中間層３０１および樹脂フィルム層２０３の平行平板状の３層が積層されて構成されている。第１の層１０１および中間層３０１は、例えばシリコン（Ｓｉ）であり、中間層３０１の第１の層１０１との界面は、第１の酸化膜（ＳｉＯ２）３０３となっている。
　一方、第１の梁１５は第１の層１０１のみで構成され、第２の梁１７は樹脂フィルム層２０３のみで構成されている。従って、移動部１１と支持部１３とは、上面側を第１の層１０１で構成される第１の梁１５で連結され、下面側を樹脂フィルム層２０３で構成される第２の梁１７で連結されていることになる。
　樹脂フィルム層２０３は伸縮性が高いため、形状加工を施さなくても梁の機能を果たすことができる。第２の梁１７だけでなく、第１の梁１５についても、樹脂フィルム層としても構成が可能である。
　また、中間層３０１の樹脂フィルム層２０３との界面についても、第１の実施の形態と同様に、第２の酸化膜（ＳｉＯ２）３０５としてもよい。
　続いて、第２の実施の形態の製造方法について、図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、第２の実施の形態の製造方法を示す工程図であり、図１４は、図１３の各工程を示す図１２（ａ）のＤ－Ｄ’断面図である。
　図１３において、ステップＳ０１（酸化膜形成工程）からステップＳ１５（第１レジスト剤除去工程）までは、図３の第１の実施の形態の製造方法の工程図とほぼ同様である。
　ただし、第１の実施の形態では、中間層３０１の両面に、第１の酸化膜（ＳｉＯ２）３０３および第２の酸化膜（ＳｉＯ２）３０５と、第１の層１０１および第２の層２０１を形成し、第１の層１０１の側と第２の層２０１の側とからエッチングを行うことで、平行移動機構１を形成した。
　それに対して、第２の実施の形態では、図１４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように、中間層３０１の上面に第１の酸化膜（ＳｉＯ２）３０３を形成し、その上にシリコン（Ｓｉ）の薄板１０１を接合して研磨することで、第１の層１０１を形成する。そして、図１４（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）に示すように、中間層３０１の第１の層１０１とは反対の側からエッチングを行うことで、移動部１１、支持部１３および第１の梁１５を形成する。
　次に、図１３のステップＳ４１（樹脂フィルム層貼合せ工程）で、図１４（ｇ）に示すように、中間層３０１の第１の層１０１とは反対の面に、接着等の方法により、樹脂フィルム層２０３をベタで貼り付けて第２の梁１７とし、平行移動機構１が完成される。
　上述したように、第２の実施の形態によれば、伸縮性の高い樹脂フィルム層２０３を用いることで、形状加工を施さなくても第２の梁１７としての機能を果たすことができるので、第２の梁１７を形成するための工程を簡略化することができ、製造コストの低減にも寄与できる。第１の梁１５も樹脂フィルム化すれば、さらに工程の簡略化と製造コストの低減が行える。
　次に、本発明における平行移動機構の第３の実施の形態の形状について、図１５を用いて説明する。図１５は、第３の実施の形態の構成を示す断面模式図で、図１５（ａ）は動作前の状態を、図１５（ｂ）は動作後の状態を示す。
　図１５（ａ）において、第３の実施の形態では、上述した第１および第２の実施の形態とは異なり、１対の移動部１１と支持部１３とが、１対の第１の梁１５と第２の梁１７とで連結されている。
　移動部１１および支持部１３は、第１の層１０１、中間層３０１および第２の層２０１の平行平板状の３層が積層されて構成されている。第１の層１０１、中間層３０１および第２の層２０１は、例えばシリコン（Ｓｉ）であり、中間層３０１の第１の層１０１との界面は、第１の酸化膜（ＳｉＯ２）３０３となっている。
　一方、第１の梁１５は第１の層１０１のみで構成され、第２の梁１７は第２の層２０１のみで構成されている。
　図１５（ａ）の状態に対して、移動部１１に外部からｚ方向の駆動力Ｆが印加されると、図１５（ｂ）に示すように、第１の梁１５および第２の梁１７がＳ字状に変形し、移動
部１１がｚ方向に平行移動される。外部から重力や慣性力等意図しない力が加わっても、移動部１１の平行は保持される。駆動力Ｆとしては、図６以降で述べた電磁力や、圧電素子、形状記憶合金等による電気機械変換による力等を用いることができる。
　上述したように、第３の実施の形態によれば、機構の構成が簡単で、小型化に適しており、コスト的にも安価に製造できる。また、梁のｙ方向の引っ張り合いがないので、ｚ方向の変位が大きくなるなどのメリットがある。ただし、移動部１１のｚ方向への移動時に、ｙ方向への変位が生じるので、例えば図６に示した第１の実施の形態の第１の応用例のようなレンズ２１の駆動等のｙ方向への変位が許容されないものには使用できない。
　次に、上述した各実施の形態および応用例の梁の形状の改良案について、図１６を用いて説明する。図１６は、梁の形状の改良案を示す模式図で、図１６（ａ）は上述した各実施の形態および応用例に示した梁の形状を、図１６（ｂ）は改良された梁の形状の１例を示す。
　ＳＯＩ基板を用いた平行移動機構１における梁は、両端が変形しやすく、中央は変形しにくい性質である方が、通常の機械的なリンク機構に近く、望ましい。そこで、移動部１１と支持部１３とを連結する第１の梁１５あるいは第２の梁１７において、図１６（ａ）に示したような均一な幅の梁形状ではなく、図１６（ｂ）に示したような梁の両端部分に切り欠き部１９を設けた形状とする。
　上述したように、梁の形状の改良案によれば、梁の両端の剛性を下げて変形しやすくでき、両端が変形しやすく、中央は変形しにくい性質を持たせることができ、通常の機械的なリンク機構に近い平行移動機構を実現することができる。
　以上に述べたように、本発明によれば、中間層の上面に第１の層が積層され、下面に第２の層が積層されて形成された移動部を、同様に形成された支持部に、第１の層で形成された第１の梁と、第２の層で形成された第２の梁とで連結して、移動部が第１の層、中間層および第２の層の積層方向に平行移動可能に構成することで、光学部品の傾きや位置ズレを抑制でき、微小量の高精度な平行移動が可能で、小さな駆動力で大きな変位を得ることができる平行移動機構および平行移動機構の製造方法を提供することができる。
　なお、本発明に係る平行移動機構および平行移動機構の製造方法を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
　１　平行移動機構
　１１　移動部
　１３　支持部
　１５　第１の梁
　１７　第２の梁
　１９　（梁の）切り欠き部
　２１　レンズ
　２１ａ　光軸
　２３　ミラー
　３１　ループ状の配線
　３３　永久磁石
　３５　固定部
　５１　駆動素子
　５３　形状記憶合金のループ状の配線
　１０１　第１の層
　２０１　第２の層
　２０３　樹脂フィルム層
　３０１　中間層
　３０３　第１の酸化膜
　３０５　第２の酸化膜
　４０１　マスクパターン
　４０３　マスクパターン
　４０７　マスクパターン
　５０１　圧電素子
　５０３　電極

Claims (8)

  1. 　中間層の上面の少なくとも一部に第１の層が積層されるとともに、前記中間層の下面の少なくとも一部に第２の層が積層されて形成された移動部と、
    　前記中間層の上面の少なくとも一部に前記第１の層が積層されるとともに、前記中間層の下面の少なくとも一部に前記第２の層が積層されて形成され、少なくとも前記移動部に対向する位置に設けられた支持部と、
    　前記移動部の前記第１の層と、前記移動部の前記第１の層に対向する前記支持部の前記第１の層とを連結する前記第１の層で形成された第１の梁と、
    　前記移動部の前記第２の層と、前記移動部の前記第２の層に対向する前記支持部の前記第２の層とを連結する前記第２の層で形成された第２の梁とを備え、
    　前記移動部が前記第１の層、前記中間層および前記第２の層の積層方向に平行移動可能であることを特徴とする平行移動機構。
  2. 　前記支持部は、少なくとも前記移動部を挟む位置に設けられ、
    　前記第１の梁は、少なくとも２本設けられ、前記移動部の前記第１の層と、前記移動部の前記第１の層に対向する前記支持部の前記第１の層とを連結し、
    　前記第２の梁は、少なくとも２本設けられ、前記移動部の前記第２の層と、前記移動部の前記第２の層に対向する前記支持部の前記第２の層とを連結す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の層、前記中間層および前記第２の層は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の平行移動機構。
  4. 　前記第１の層および前記第２の層の少なくとも一方が、樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１または２に記載の平行移動機構。
  5. 　前記移動部の一方の平面の上に、光を反射するミラー層を形成したことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の平行移動機構。
  6. 　前記移動部は、前記移動部を形成する各層の積層方向に貫通する開口部を有し、
    　前記開口部に、前記積層方向に光軸を向けてレンズを挿入したことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の平行移動機構。
  7. 　前記移動部の一方の平面の上に、前記移動部を前記第１の層、前記中間層および前記第２の層の積層方向に平行移動させるための駆動層を設けたことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の平行移動機構。
  8. 　シリコンの平行平板からなる中間層の、対向する表面の一方に第１の酸化膜を形成し、他方に第２の酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
    　前記第１の酸化膜の上に第１のシリコンの平行平板を接合し、前記第２の酸化膜の上に第２のシリコンの平行平板を接合する接合工程と、
    　接合された前記第１のシリコンの平行平板を研磨して第１の層を形成し、前記第２のシリコンの平行平板を研磨して第２の層を形成する研磨工程と、
    　前記第１の層の上にレジスト剤を塗布し、フォトリソグラフィ法により、移動部となる部分、支持部となる部分、および、前記第１の層で構成され、前記移動部と前記支持部とを連結する第１の梁となる部分にマスクパターンを形成する第１フォトリソグラフィ工程と、
    　エッチングにより、前記第１の層、前記第１の酸化膜および前記中間層の、前記移動部、前記支持部および前記第１の梁以外の部分を除去する第１エッチング工程と、
    　前記第１の層の上に残ったレジスト剤を除去する第１レジスト剤除去工程と、
    　前記第２の層の上にレジスト剤を塗布し、フォトリソグラフィ法により、移動部となる部分、支持部となる部分、および、前記第２の層で構成され、前記移動部と前記支持部とを連結する第２の梁となる部分にマスクパターンを形成する第２フォトリソグラフィ工程と、
    　エッチングにより、前記第２の層、前記第２の酸化膜および前記中間層の、前記移動部、前記支持部および前記第２の梁以外の部分を除去する第２エッチング工程と、
    　前記第２の層の上に残ったレジスト剤を除去する第２レジスト剤除去工程とを、この順に行うことを特徴とする平行移動機構の製造方法。
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