JP5203848B2

JP5203848B2 - 微細構造体

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Publication number: JP5203848B2
Application number: JP2008210384A
Authority: JP
Inventors: 昇男佐藤; 一善小野; 仁石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-08-19
Also published as: JP2010046720A

Description

本発明は、直線状の連結部に連結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１４Ａ，１４Ｂに示すように、基板１４０１の上に支持部１４０２を備え、支持部１４０２の上に支持固定された一対の固定部１４０３を備えている。また、固定部１４０３には、各々ばね部（連結部）１４０４が連結し、これら一対のばね部１４０４に可動部１４０５が連結し、基板１４０１の上に離間して支持されている。なお、可動部１４０５は、製造時に利用されるエッチングホール１４０５ａ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１４０４の変形により、可動部１４０５が、図１４Ａの紙面上下方向に変位可能とされている。

次に、上述した微細構造体の製造について簡単に説明する。まず、基板１４０１の上に、支持部１４０２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解めっき法によりＡｕのパターンを選択的に成長することで、支持部１４０２を形成することができる。Ｔｉ薄膜は、基板１４０１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１４０２の間の空間を充填し、支持部１４０２の間の基板１４０１の上に、図１４Ｃに示すように、犠牲膜１４５１を形成する。なお、図１４Ｃにおいては、部分を拡大して示しており、例えば、支持部１４０２は示されていない。

次いで、犠牲膜１４５１および支持部１４０２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１４５２を形成し、引き続いて、シード層１４５２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ー技術によりパターニングすることで、開口パターン１４５３ａを備えるレジスト層１４５３を形成する。例えば、厚さ２０μｍのレジスト層１４５３に、図１４Ｃに示す断面では、開口寸法（幅）５μｍの開口パターン１４５３ａを形成する。なお、図１４Ｃに示す断面は、ばね部１４０４となる部分を示し、図示しない他の領域に、固定部１４０３および可動部１４０５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一体に連続して形成されている。

次に、電解めっき法により、開口パターン１４５３ａに露出しているシード層１４５２の上にＡｕを堆積することで、開口パターン１４５３ａ内にＡｕからなる金属パターンを形成する。このとき、樹脂からなるレジスト層１４５３の塑性により、開口パターン１４５３ａ内に成長していく金属パターンは、徐々に平面視の寸法を拡大し、図１４Ｄに示すように、断面視逆テーパ形状の金属パターン１４５４が形成される。

次に、レジスト層１４５３を除去（剥離）してから、金属パターン１４５４をマスクとしてシード層１４５２をエッチング除去し、続いて、犠牲膜１４５１を除去することで、図１４Ｅに示すように、支持部１４０２，固定部１４０３，ばね部１４０４，および図１４Ｅには示されていない可動部１４０５を形成する。犠牲膜１４５１を用いてこの上に形成したばね部１４０４および可動部１４０５は、基板１４０１の上に離間して形成される（非特許文献１参照）。

N.Sato, et al.,"Monolithic Integration Fabrication Process of Thermoelectric and Vibrational Devices for Microelectromechanical System Power Generator",Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.46, No.9A, pp.6062-6067, 2007.

ところで、上述したように、幅５μｍ程度に対して１０μｍを超える厚さの高いアスペクト比の状態にばね部１４０４を形成する。このような、厚さが幅より大きい高いアスペクト比にめっきを成長させていくと、この過程で、めっき成長の平面方向に広がろうとする応力により、塑性を有するレジスト層が徐々に変形し、上述したように、断面視逆テーパ形状となる。この結果、設計寸法に対して一部の幅が広がった状態にばね部１４０４が形成されるようになり、設計値とは異なるばね定数に形成される。例えば、設計値に対してばね定数が増加する。このような状態では、可動部１４０５が、所望とする周波数より高い周波数で動作するものとなり、問題となる。

また、上述したばね部の問題は、ばね部をフォトリソグラフィー技術とエッチング技術で形成する場合についても同様に発生する。例えば、深掘ドライエッチング技術によりシリコンを加工してばね部を形成する、図１５Ａ，図１５Ｂに示す微細構造体においても、同様の問題がある。この微細構造体は、例えば、単結晶シリコンよりなる基板１５０１の上に、酸化シリコンよりなる支持部１５０２を備え、支持部１５０２の上に支持固定された一対の固定部１５０３を備えている。また、固定部１５０３には、各々ばね部（連結部）１５０４が連結し、これら一対のばね部１５０４に可動部１５０５が連結し、基板１５０１の上に離間して支持されている。可動部１５０５は、製造時に利用されるエッチングホール１５０５ａを備えている。

一対の固定部１５０３，一対のばね部１５０４，および可動部１５０５は、シリコン層１５１２に形成され、一体とされている。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１５０４の変形により、可動部１５０５が、図１５Ａの紙面上下方向に変位可能とされている。

この微細構造体は、例えば、単結晶シリコンよりなる基板部の上に埋め込み絶縁層を介してシリコン（ＳＯＩ）層を備えるいわゆるＳＯＩ基板を用いて作製することができる。このようにＳＯＩ基板を用いて作製する場合、基板１５０１が上記基板部に対応し、埋め込み絶縁層で支持部１５０２が形成され、シリコン層で固定部１５０３，ばね部１５０４，可動部１５０５が形成される。

作製について簡単に説明すると、まず、図１５Ｃに示すように、ＳＯＩ基板を構成している基板１５０１，埋め込み絶縁層１５１１，およびシリコン層１５１２の上に、フォトレジスト膜を形成し、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ー技術によりパターニングすることで、パターン１５５１ａを備えるレジスト層１５５１を形成する。例えば、層厚１５μｍのシリコン層１５１２の上に、幅５μｍの線状のパターン１５５１ａおよび矩形のパターン１５５１ｂを有する厚さ５μｍのレジスト層１５５１を形成する。

なお、図１５Ｃに示す断面は、ばね部１５０４となる部分を示し、パターン１５５１ａがばね部１５０４を形成するためのマスク部分となり、パターン１５５１ｂが、固定部１５０３を形成するためのマスク部分となる。また、図示しない他の領域に、可動部１５０５を形成するためのマスク部分となるパターンも同時に形成され、これらのパターンは一体に連続して形成されている。

次に、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching）により、レジスト層１５５１をマスクとしてシリコン層１５１２を選択的にエッチングすることで、図１５Ｄに示すように、ばね部１５０４および固定部１５０３を形成する。このエッチングの際、ばね部１５０４（パターン１５５１ａ）の側方部には他のパターンが存在しない。このため、この種のエッチングでは、図１５Ｄに示すように、ばね部１５０４が延在する方向に垂直な断面の形状は、パターン１５５１ａから遠ざかる基板１５０１の側ほど細くなる逆テーパー形状となる。

次に、レジスト層１５５１を除去（剥離）してから、ばね部１５０４および固定部１５０３などのシリコン層１５１２に形成したパターンをマスクとして埋め込み絶縁層１５１１をエッチング除去し、固定部１５０３の下部に支持部１５０２を形成する。このエッチングで、ばね部１５０４などの幅方向の寸法が小さいパターンの下部は、埋め込み絶縁層１５１１が除去され、基板１５０１との間に空間が形成されるようになる。また、エッチングホール１５０５ａを備える可動部１５０５の下部にも、同様に空間が形成されるようになる。言い換えると、ばね部１５０４および可動部１５０５が、基板１５０１の上に離間して形成される。

以上に説明したように、ばね部をフォトリソグラフィー技術とエッチング技術で形成する場合についても、設計寸法に対して一部の幅が広がった状態にばね部１５０４が形成されるようになり、設計値とは異なるばね定数に形成される。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＭＥＭＳなどで用いられる１０μｍ級の厚さを有する高アスペクト比の微細構造体を、所望とする寸法に対して高い精度で形成できるようにすることを目的とする。

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と、基板の上に離間して配置され、基板の平面方向に変位する可動部と、固定部と可動部とを連結して可動部が変位する平面内で変形する連結部と、連結部の側方に連結部と離間して基板の上に連結部と同じ高さに配置されたガイド部とを備え、ガイド部は、連結部に接続部を介して接続し、可動部が変位した際の連結部の変形にともなって変位するものである。

上記微細構造体において、ガイド部は、接続部から離れるほど、連結部から離れていくように屈曲して形成されているようにしてもよい。

また、上記微細構造体において、ガイド部は、連結部が弾性変形する範囲で接触可能に、連結部の側方に連結部と離間して配置されていればよい。また、ガイド部は、連結部の両側に形成されているとよい。

以上説明したように、本発明によれば、連結部の側方に連結部と離間して基板の上に連結部と同じ高さに配置されたガイド部を備え、ガイド部は、連結部に接続部を介して接続し、可動部が変位した際の連結部の変形にともなって変位するようにしたので、ＭＥＭＳなどで用いられる１０μｍ級の厚さを有する高アスペクト比の微細構造体（連結部）が、所望とする寸法に対して高い精度で形成できるようになるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について、図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃ，図１Ｄ，および図１Ｅを用いて説明する。図１Ａは、本発明の実施の形態１における微細構造体の構成例を示す平面図、図１Ｂは、本発明の実施の形態１における微細構造体の構成例を示す断面図である。図１Ｂは、図１ＡのＢＢ線の断面を示している。また、図１Ｃ，図１Ｄ，および図１Ｅは、製造方法例を示す工程図である。これらは、図１ＡのＥＥ線の断面を示している。

本実施の形態における微細構造体は、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、各々に直線状のばね部（連結部）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の上に離間して支持されている。例えば、固定部１０３，ばね部１０４，および可動部１０５は一体に形成され、厚さ１５〜１８μｍ程度とされている。また、ばね部１０４は、幅が厚さより小さい寸法とされ、例えば、幅４〜５μｍ程度に形成されている。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の変形により、可動部１０５が、図１Ａの紙面上下方向に変位可能とされている。上述したように、ばね部１０４の幅を、厚さより小さい寸法とする、言い換えると、ばね部１０４は、幅より厚さを大きくしているので、ばね部１０４は、厚み方向に対して幅方向（図１Ａの紙面上下方向）に変形しやすいものとなっている。

加えて、本実施の形態の微細構造体では、ばね部１０４の両脇に、ばね部１０４と同じ方向に延在するばね部１０４と同様の直線状のガイド部１０６を備える。例えば、ガイド部１０６は、ばね部１０４と同様に幅４〜５μｍ程度に形成され、厚さ１５〜１８μｍ程度に形成され、ばね部１０４と例えば１０〜１５μｍ程度離間して配置されている。ガイド部１０６は、図１Ａには示していないが、基板１０１の上に、支持台に支持されて配置され、基板１０１の上にばね部１０４と等しい高さに配置されている。言い換えると、基板平面に平行なばね部１０４が配置される平面上に、ガイド部１０６が配置されている。本実施の形態においては、ガイド部１０６は、基板１０１の上に固定されて配置されている。

また、本実施の形態において、ガイド部１０６とばね部１０４との対向する面は、互いに平行な関係とされている。また、ガイド部１０６は、可動部１０５の所望とする変位の範囲で変形するばね部１０４に接触しない程度に、ばね部１０４と離間している。

本実施の形態の微細構造体によれば、ばね部１０４の側方にガイド部１０６を備えているので、後述するように、例えばめっき法によりばね部１０４を形成するときに、ばね部１０４の断面形状が、基板１０１より離間するほど幅広になることが抑制され、ばね部１０４を所望とする寸法に高い精度で形成できるようになる。このように所望とする寸法にばね部１０４が形成できれば、例えば、所望の周波数特性で振動する可動部１０５を備えた微細構造体を作製することができる。

次に、本実施の形態における微細構造体の製造方法について、図１Ｃ，図１Ｄ，および図１Ｅを用いて説明する。以下では、ばね部１０４の部分を中心に説明する。まず、図１Ｃに示すように、基板１０１の上に支持台１１２を形成する。このとき、図１Ｃには示していない他の領域において、基板１０１の上に支持部１０２を形成する。これらは、シード層を形成し、支持部１０２および支持台１１２となる箇所に開口パターンを有するレジスト層を形成し、開口パターンのシード層上にめっき法により金属（Ａｕ）を堆積（成長）させて金属パターンを形成し、レジスト層を除去した後、金属パターンをマスクにシード層をエッチング除去して分離することで形成できる。

次に、支持台１１２（支持部１０２）の周囲の基板１０１の上を充填するように犠牲層１５１を形成する。例えば、感光性を有するポリイミド樹脂を塗布し、この塗布膜を、公知のフォトリソグラフィー技術でパターニングして支持台１１２（支持部１０２）の上部を露出させることで、犠牲層１５１が形成できる。

次に、犠牲層１５１および露出している支持台１１２（支持部１０２）の上面にシード層１５２を形成する。例えば、膜厚０．１μｍのＴｉ薄膜および膜厚０．１μｍのＡｕ薄膜を真空蒸着法で順次に積層してシード層１５２とすればよい。Ｔｉ薄膜は、犠牲層１５１の上面などの下層と、上層である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、シード層１５２の上にフォトレジストの膜を形成し、これを公知のフォトリソグラフィー技術によりパターニングすることで、開口パターン１５３ａおよび開口パターン１５３ｂを備えるレジスト層１５３を形成する。例えば、レジスト層１５３は、層厚２０μｍ程度に形成され、開口幅５μｍ程度の開口パターン１５３ａおよび開口パターン１５３ｂを備える。また、開口パターン１５３ａおよび開口パターン１５３ｂは、例えば、１０〜１５μｍ程度離間している。なお、レジスト層１５３には、図示しない他の領域に、固定部１０３および可動部１０５を形成するための開口パターンも備えている。

次に、よく知られた電解めっき法により金のめっき膜を形成することで、図１Ｄに示すように、開口パターン１５３ａおよび開口パターン１５３ｂの内部のシード層１５２の上に、金属パターン１５４および金属パターン１５６を形成する。例えば、厚さ１５〜１８μｍ程度に金属パターン１５４および金属パターン１５６を形成する。このとき、金属パターン１５４の両側には、金属パターン１５４と同時に金属パターン１５６が形成される。なお、レジスト層１５３の図示しない他の領域に形成した上述した開口パターンにおいても、金属パターン１５４，金属パターン１５６とともに、固定部１０３および可動部１０５となる金属パターンが形成される。

ここで、金属パターン１５４と金属パターン１５６とに挟まれた領域のレジスト層１５３に着目する。この領域では、金属パターン１５４が金属パターン１５６の側に広がろうとする応力と、金属パターン１５６が金属パターン１５４の側に広がろうとする応力との対向する力が加わる。例えば、金属パターン１５４と金属パターン１５６との幅を等しくした場合、上述した対向する方に働く応力は等しいものとなり、上記領域を挟んで相殺されるような状態となる。

これらのため、金属パターン１５４および金属パターン１５６のめっきによる成長の過程で、金属パターン１５６の側への金属パターン１５４の広がり、および金属パターン１５４の側への金属パターン１５６の広がりが抑制されるようになる。この結果、両側に金属パターン１５６が形成される金属パターン１５４においては、延在方向に垂直な断面の幅が、基板１０１の側から上方にかけて変化することが抑制され、断面の形状が長方形に形成されるようになる。言い換えると、金属パターン１５４の幅は、レジスト層１５３の開口パターン１５３ａの幅にほぼ等しい状態に形成されるようになり、所望とする寸法に対して高い精度で形成されるようになる。なお、金属パターン１５６の金属パターン１５４の側ではない他方の側面は、この側に金属パターン１５６が広がろうとする応力に対向する力が働くことがないので、基板１０１から離れるに従い側方に広がっていく。

以上のようにめっき法により金属パターン１５４および金属パターン１５６を形成した後、まず、レジスト層１５３を除去する。レジスト層１５３を除去すると、形成した金属パターン１５４，金属パターン１５６，および上述した固定部１０３，可動部１０５となる金属パターン以外の領域のシード層１５２が露出するので、これらを、金属パターン１５４および金属パターン１５６をマスクとしてエッチング除去する。例えば、シード層１５２の上側のＡｕ薄膜は、希王水を用いたウエットエッチングによりエッチング除去し、下側のチタン薄膜は、フッ酸溶液を用いたウエットエッチングによりエッチング除去すればよい。

以上のようにしてシード層１５２を選択的に除去することで、下層の犠牲層１５１が部分的に露出するので、これらを、例えば、酸素ガスのプラズマを用いたアッシング処理により除去する。このようにして犠牲層１５１を除去することで、図１Ｅに示すように、基板１０１の上に支持部１０２および支持台１１２が形成され、支持部１０２の上に固定部１０３が形成され、また、固定部１０３に連結するばね部１０４が形成される。また、ばね部１０４の両脇には、支持台１１２に支持されたガイド部１０６が形成される。同様に、図１Ｅには示されていない他の領域においては、ばね部１０４に連結する可動部１０５が形成される。

なお、上述では、支持台１１２を用いて基板１０１の上にガイド部１０６を支持固定するようにしたが、これに限るものではなく、支持台１１２を形成することなく、ガイド部１０６を作製するようにしてもよい。この場合、ガイド部１０６は、犠牲層１５１により基板１０１の上に支持されるようになるため、犠牲層１５１を除去するときに、基板１０１の上より除去され、微細構造体の製造が完了した時点では存在しないものとなる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について、図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃ，図２Ｄ，および図３を用いて説明する。図２Ａは、本発明の実施の形態２における微細構造体の構成例を示す平面図である。また、図２Ｂ，図２Ｃ，および図２Ｄは、製造方法例を示す工程図である。これらは、図２ＡのＤＤ線の断面を示している。また、図３は、本発明の実施の形態２における微細構造体の一部構成を示す構成図である。

本実施の形態における微細構造体は、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、各々に直線状のばね部（連結部）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の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の変形により、可動部１０５が、図２Ａの紙面上下方向に変位可能とされている。これらは、前述した実施の形態１と同様である。

本実施の形態の微細構造体では、ばね部１０４の両脇に、ばね部１０４と同じ方向に延在するばね部１０４と同様の直線状のガイド部２０６を備え、ガイド部２０６が、固定部１０３に連結して支持されているようにしたものである。なお、本実施の形態においても、ガイド部２０６は、基板１０１の上に、ばね部１０４と等しい高さに配置されている。また、ガイド部２０６は、可動部１０５の変位の範囲で変形するばね部１０４に接触しない程度に、ばね部１０４と離間している。

本実施の形態の微細構造体によれば、ばね部１０４の側方にガイド部２０６を備えているので、後述するように、例えばめっき法によりばね部１０４を形成するときに、ばね部１０４の断面形状が、基板１０１より離間するほど幅広になることが抑制され、ばね部１０４を所望とする寸法に高い精度で形成できるようになる。このように所望とする寸法にばね部１０４が形成できれば、例えば、所望の周波数特性で振動する可動部１０５を備えた微細構造体を作製することができる。

次に、本実施の形態における微細構造体の製造方法について、図２Ｂ，図２Ｃ，および図２Ｄを用いて説明する。以下では、ばね部１０４の部分を中心に説明する。まず、基板１０１の上に支持部１０２を形成する。これは、シード層を形成し、支持部１０２となる箇所に開口パターンを有するレジスト層を形成し、開口パターンのシード層上にめっき法により金属（Ａｕ）を堆積（成長）させて金属パターンを形成し、レジスト層を除去した後、金属パターンをマスクにシード層をエッチング除去して分離することで形成できる。

次に、支持部１０２の周囲の基板１０１の上を充填するように犠牲層２５１を形成する（図２Ｂ）。例えば、感光性を有するポリイミド樹脂を塗布し、この塗布膜を、公知のフォトリソグラフィー技術でパターニングして支持部１０２の上部を露出させることで、犠牲層２５１が形成できる。

次に、犠牲層２５１および露出している支持部１０２の上面にシード層１５２を形成する（図２Ｂ）。例えば、膜厚０．１μｍのＴｉ薄膜および膜厚０．１μｍのＡｕ薄膜を真空蒸着法で順次に積層してシード層１５２とすればよい。Ｔｉ薄膜は、犠牲層２５１の上面など下層とＡｕ薄膜との密着性を向上させる密着層として機能する。これは、前述した実施の形態１と同様である。

次に、シード層１５２の上にフォトレジストの膜を形成し、これを公知のフォトリソグラフィー技術によりパターニングすることで、開口パターン２５３ａおよび開口パターン２５３ｂを備えるレジスト層２５３を形成する。なお、レジスト層２５３には、図示しない他の領域に、固定部１０３および可動部１０５を形成するための開口パターンも備えている。ここで、開口パターン２５３ａは、前述した実施の形態１におけるレジスト層１５３の開口パターン１５３ａと同様であり、固定部１０３および可動部１０５を形成するための開口パターンに連続している。これに対し、本実施の形態では、開口パターン２５３ｂは、固定部１０３を形成するための開口パターンに連続している。

次に、よく知られた電解めっき法により金のめっき膜を形成することで、図２Ｃに示すように、開口パターン２５３ａおよび開口パターン２５３ｂの内部のシード層１５２の上に、金属パターン１５４および金属パターン２５６を形成する。このとき、金属パターン１５４の両側には、金属パターン１５４と同時に金属パターン２５６が形成される。なお、レジスト層２５３の図示しない他の領域に形成した上述した開口パターンにおいても、金属パターン２５４，金属パターン２５６とともに、固定部１０３および可動部１０５となる金属パターンが形成される。

ここで、金属パターン１５４と金属パターン２５６とに挟まれた領域のレジスト層２５３に着目する。この領域では、金属パターン１５４が金属パターン２５６の側に広がろうとする応力と、金属パターン２５６が金属パターン１５４の側に広がろうとする応力との対向する力が加わる。例えば、金属パターン１５４と金属パターン２５６との幅を等しくした場合、上述した対向する方に働く応力は等しいものとなり、上記領域を挟んで相殺されるような状態となる。

これらのため、金属パターン１５４および金属パターン２５６のめっきによる成長の過程で、金属パターン２５６の側への金属パターン１５４の広がり、および金属パターン１５４の側への金属パターン２５６の広がりが抑制されるようになる。この結果、両側に金属パターン２５６が形成される金属パターン１５４においては、延在方向に垂直な断面の幅が、基板１０１の側から上方にかけて変化することが抑制され、断面の形状が長方形に形成されるようになる。言い換えると、金属パターン１５４の幅は、レジスト層２５３の開口パターン２５３ａの幅にほぼ等しい状態に形成されるようになり、所望とする寸法に対して高い精度で形成されるようになる。なお、金属パターン２５６の金属パターン１５４の側ではない他方の側面は、この側に金属パターン２５６が広がろうとする応力に対向する力が働くことがないので、基板１０１から離れるに従い側方に広がっていく。

以上のようにめっき法により金属パターン１５４および金属パターン２５６を形成した後、まず、レジスト層２５３を除去する。レジスト層２５３を除去すると、形成した金属パターン１５４，金属パターン２５６，および上述した固定部１０３，可動部１０５となる金属パターン以外の領域のシード層１５２が露出するので、これらを、金属パターン１５４および金属パターン２５６をマスクとしてエッチング除去する。例えば、シード層１５２の上側のＡｕ薄膜は、希王水を用いたウエットエッチングによりエッチング除去し、下側のチタン薄膜は、フッ酸溶液を用いたウエットエッチングによりエッチング除去すればよい。

以上のようにしてシード層１５２を選択的に除去することで、下層の犠牲層２５１が部分的に露出するので、これらを、例えば、酸素ガスのプラズマを用いたアッシング処理により除去する。このようにして犠牲層２５１を除去することで、図２Ｄに示すように、基板１０１の上に支持部１０２が形成され、支持部１０２の上に固定部１０３が形成され、また、固定部１０３に連結するばね部１０４が形成される。また、ばね部１０４の両脇には、固定部１０３に連結するガイド部２０６が形成される。同様に、図２Ｄには示されていない他の領域においては、ばね部１０４に連結する可動部１０５が形成される。

本実施の形態における微細構造体では、前述した実施の形態１の場合と異なり、ガイド部２０６を支持するための支持台を形成する必要がない。また、本実施の形態においては、支持部１０２との境界部分にまで、ばね部１０４の両脇にガイド部２０６が形成されているために、ばね部１０４と支持部１０２との接続部分のばね部１０４の断面形状も、ほぼ長方形の状態とすることができる。

ところで、ガイド部２０６を備えることで、ばね部１０４の必要以上の変形を抑制することができる。例えば、図３の部分を拡大した平面図に示すように、可動部１０５が外力を受けると、ばね部１０４が変形して可動部１０５が変位（振動）する。このような動作の中で、ばね部１０４の変形が、ばね部１０４を構成している材料の弾性変形の範囲内であれば、元の形状に戻ることができる。これに対し、弾性変形の限界を超えると、ばね部１０４が塑性変形し、初期の性能が得られなくなる。

ここで、ガイド部２０６により、ばね部１０４の変形範囲が制限されるようになる。この制限の範囲を、ばね部１０４の弾性変形の範囲とすれば、ばね部１０４における弾性変形限界を超えた塑性変形になる状態を抑制することができるようになる。また、ばね部１０４の破壊を抑制できるようになる。

なお、ガイド部が形成されていない領域においては、ばね部１０４の幅が広くなる。例えば、本実施の形態においては、ばね部１０４の可動部１０５に接続する部分においては、この両脇にガイド部２０６が形成されていないため、他の領域に比較して幅広となる。このように接続部分において幅広になることで、可動部１０５とばね部１０４との接続部分における破断が、細く形成されている場合に比較して抑制できるようになる。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について、図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の実施の形態３における微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。前述した実施の形態２では、ガイド部をばね部と同様に固定部１０３に連結させていたが、本実施の形態における微細構造体は、図４Ａに示すように、固定部４０３と可動部４０５とを連結するばね部４０４に、接続部４１６を介してガイド部４０６を備える。本実施の形態３では、ばね部４０４の固定部４０３の側に接続部４１６が設けられている。

なお、本実施の形態においても、ガイド部４０６は、ばね部４０４と同じ方向に延在し、ばね部４０４と同様に直線状に形成され、また、ばね部４０４と等しい高さに配置されている。他の構成は、前述した実施の形態２の場合と同様である。

このように構成した本実施の形態における微細構造体においても、可動部４０５が外力を受けると、ばね部４０４が変形して可動部４０５が変位する。例えば、可動部４０５は、図４Ａの紙面上下方向に変位（振動）する。このとき、本実施の形態では、変形するばね部４０４にガイド部４０６が接続されているので、ばね部４０４の変形にともない、ガイド部４０６も変位する。ガイド部４０６は、接続部４１６に接続していない可動部４０５側の自由端が、ばね部４０４の変形にともない、可動部４０５と同じ方向に変位する。

例えば、図４Ｂに示すように、可動部４０５が、図４Ｂの紙面下側に変位すると、ばね部４０４も変形し、ばね部４０４の可動部４０５の側の部分が、可動部４０５とともに図４Ｂの下側に移動する。このとき、本実施の形態では、ばね部４０４の変形により、ガイド部４０６も変位するため、ガイド部４０６の自由端も、図４Ｂの下側に移動する。このガイド部４０６の自由端の変位量は、可動部４０５の変位量よりも小さいが、ガイド部４０６が全く変位しない場合に比較し、ガイド部４０６（自由端）とばね部４０４とが接触する可動部４０５の変位量は、より大きくなる。言い換えると、ガイド部が全く変位しない場合に接触する可動部４０５の変位量であっても、本実施の形態では、ガイド部４０６とばね部４０４とが接触しない。

従って、本実施の形態においては、ガイド部４０６をよりばね部４０４の側に配置させることができるようになる。ガイド部４０６を設ける場合、ばね部４０４に加えてガイド部４０６が配置される領域が、固定部４０３と可動部４０５とを連結するために必要な構造の領域となる。本実施の形態では、上述したように、ガイド部４０６をばね部４０４により近づけることができるので、固定部４０３と可動部４０５との連結に必要な領域を、前述した実施の形態に比較してより小さくすることができる。

なお、上述では、ばね部４０４の固定部４０３の側に接続部４１６が設けてガイド部４０６を接続したが、これに限るものではない。例えば、図５に示すように、固定部５０３と可動部５０５とを連結するばね部５０４に、可動部５０５の側に設けた接続部５１６を介してガイド部５０６を備えるようにしてもよい。

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態４における微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。本実施の形態における微細構造体は、図６に示すように、固定部６０３と可動部６０５とを連結するばね部６０４に、接続部６１６を介してガイド部６０６を備える。本実施の形態４では、ばね部６０４の固定部６０３の側に接続部６１６が設けられている。これらは、前述した実施の形態３と同様である。

本実施の形態４においては、可動部６０５の変位によるばね部６０４の弾性変形の範囲内の変形で、ばね部６０４がガイド部６０６に接触するように、ガイド部６０６をばね部６０４により近づけて配置する。加えて、ガイド部６０６の幅の寸法をより小さくしてガイド部６０６がより変形しやすい状態とする。なお、他の構成は、前述した実施の形態２，３と同様であり、ガイド部６０６は、ばね部６０４と等しい高さに配置されている。

本実施の形態においては、例えば、図６に示すように、可動部６０５が、図６の紙面下側に変位してばね部６０４が変形し、ばね部６０４の可動部６０５の側の部分が、図６紙面の下側のガイド部６０６に接触（衝突）すると、ガイド部６０６が変形し、接触による衝撃が緩衝される。このため、変形したばね部６０４は、ガイド部６０６に接触すると、急激な変位が抑制されてより滑らかな変位となる。

従って、例えば、可動部６０５が周期的な振動動作をする場合、ばね部６０４のガイド部６０６に対する接触により振動の位相が不連続にジャンプするような変化が抑えられ、連続した高速な動作が可能となる。また、本実施の形態では、ガイド部６０６をばね部６０４により近づけて配置しているので、前述した実施の形態に比較して、固定部６０３と可動部６０５との連結に必要な領域をより小さくすることができる。

［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５について、図７Ａ，図７Ｂを用いて説明する。図７Ａ，図７Ｂは、本発明の実施の形態５における微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。本実施の形態における微細構造体は、図７Ａに示すように、固定部７０３と可動部７０５とを連結するばね部７０４に、接続部７１６を介してガイド部７０６を備える。本実施の形態５では、ばね部７０４の中央部に接続部７１６が設けられ、ガイド部７０６の中央部に接続部７１６が接続している。なお、本実施の形態においても、ガイド部７０６はばね部７０４と同じ高さに形成されており、基板平面に平行なばね部７０４が配置される平面上に、ガイド部７０６が配置されている。

本実施の形態５においては、ばね部７０４における一対の接続部７１６および一対のガイド部７０６よりなる幾何学的な構造が、平面視で、ばね部７０４の中央部に対して対称な形状となる。また、図７Ｂに示すように、可動部７０５の変位でばね部７０４が変形した場合においては、ばね部７０４における一対の接続部７１６および一対のガイド部７０６よりなる幾何学的な構造が、平面視で、ばね部７０４の中央部に対して点対称な形状となる。

このため、このようなばね部７０４の変形に対し、ばね部７０４の固定部７０３の側においては、図７Ｂ紙面の下側のガイド部７０６の固定部７０３側の自由端がばね部７０４に接触し、可動部７０５の側においては、図７Ｂ紙面の上側のガイド部７０６の可動部７０５側の自由端がばね部７０４に接触するようになる。また、これらの２箇所の接触箇所は、ばね部７０４の中央部から等しい距離となる。このように、本実施の形態によれば、変形によるばね部７０４とガイド部７０６とが接触する状態を、対称的にすることができる。

また、本実施の形態によれば、上述したように、ばね部７０４における一対の接続部７１６および一対のガイド部７０６よりなる幾何学的な構造を対称としているので、ばね部７０４におけるばね定数や振動運動における周波数特性などの、形状による所望の特性の設計が、より容易となる。なお、図７Ａ，図７Ｂにおいて、ガイド部７０６の自由端と固定部７０３および可動部７０５との間を、説明の便宜上、前述した実施の形態に比較して長く示しているが、この間隔は、可能な範囲で小さくした方がよい。この間にあたるばね部７０４は、ガイド部７０６による前述した寸法制御の作用を受けない領域となる。このため、他の実施の形態においても同様であり、ガイド部の自由端と固定部および可動部との間隔は、製造しやすさなどを考慮した上で、可能な範囲で小さいものとした法がよい。

［実施の形態６］
次に、本発明の実施の形態６について、図８Ａ，図８Ｂを用いて説明する。図８Ａ，図８Ｂは、本発明の実施の形態６における微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。本実施の形態における微細構造体は、図８Ａに示すように、固定部８０３と可動部８０５とを連結するばね部８０４に、接続部８１６を介してガイド部８０６を備える。本実施の形態６では、ばね部８０４の中央部に接続部８１６が設けられ、ガイド部８０６の中央部に接続部８１６が接続している。これらは、前述した実施の形態５と同様である。

加えて、本実施の形態６においては、ガイド部８０６の自由端側が、接続部８１６から離れるほど、ばね部８０４から離れていくようにガイド部８０６が屈曲して形成されているようにしたものである。なお、本実施の形態においても、ガイド部８０６はばね部８０４と同じ高さに形成されており、基板平面に平行なばね部８０４が配置される平面上に、ガイド部８０６が配置されている。従って、ガイド部８０６は、上記平面上で屈曲している。

このように構成した本実施の形態によれば、前述した実施の形態５の構成に比較して接続部８１６をより短くしても、ガイド部８０６の自由端とばね部８０４との距離（間隔）は、実施の形態５の場合と同様にすることができる。このため、実施の形態５の構成に比較して接続部８１６をより短くしても、ガイド部８０６の自由端がばね部８０４に接触するまでのばね部８０４の変形可能範囲を、実施の形態５の構成と同程度にすることが可能となる。このため、本実施の形態によれば、固定部８０３と可動部８０５との連結に必要な領域をより小さくすることができる。

ところで、図８Ｂは、例えば、ばね部８０４の弾性変形の限界を超えない最大変形の状態を示している。この中で、点線で示す屈曲構造８０６ａは、ガイド部を最大変形の状態のばね部８０４と同じ屈曲形状とした仮想の構造を示している。このように、ガイド部の屈曲形状を、ばね部８０４の最大変形と同形状とすると、ばね部８０４が最大変形の状態となっても、屈曲構造体８０６ａの自由端がばね部８０４に接触することが無い。このため、屈曲構造体８０６ａをガイド部として用いると、ばね部８０４が最大変形以上に変形可能な状態となり、ばね部８０４の破損を招くことになる。従って、ばね部８０４が最大変形の状態で、自由端がばね部８０４に接触するように、ガイド部８０６における接続部８１６から自由端にかけての形状を決定する。

なお、ガイド部をばね部の片側に配置することも可能である。例えば、図９に示すように、固定部９０３と可動部９０５とを連結するばね部９０４の一方の側に、接続部９１６を介して１つのガイド部９０６を備えることが可能である。なお、この場合においても、ばね部９０４の中央部に接続部９１６が設けられ、ガイド部９０６の中央部に接続部９１６が接続している。また、ガイド部９０６はばね部９０４と同じ高さに形成されており、基板平面に平行なばね部９０４が配置される平面上に、ガイド部９０６が配置されている。このような構成によれば、ガイド部９０６を形成する領域を小さくできるので、固定部９０３と可動部９０５との連結に必要な領域をより小さくすることができる。

また、ばね部の中央部に設けた接続部より、固定部および可動部の両方の側に延在せずに、固定部または可動部の一方の側に延在しているようにしてもよい。例えば、図１０に示すように、固定部１００３と可動部１００５とを連結するばね部１００４の中央部両側に各々接続部１０１６を配置し、一方の接続部１０１６には、固定部１００３の側に延在するガイド部１００６を備え、他方の接続部１０１６には、可動部１００５の側に延在するガイド部１００６を備えるようにしてもよい。この場合においても、ガイド部１００６はばね部１００４と同じ高さに形成されており、基板平面に平行なばね部１００４が配置される平面上に、ガイド部１００６が配置されている。

このような構成によれば、可動部１００５が、図１０の紙面上側に変位する場合は、変形する可動部１００５がガイド部１００６に接触することで、可動部１００５の変形が制限される。これに対し、可動部１００５が、図１０の紙面下側に変位する場合は、変形する可動部１００５がガイド部１００６に接触することが無く、可動部１００５の変形が制限されることがない。このように、ばね部１００４の境とした可動部１００５の変位動作を、非対称な状態にすることができる。

また、ばね部の端部に設けた接続部より、固定部または可動部の一方の側に延在しているようにしてもよい。例えば、図１１に示すように、固定部１１０３と可動部１１０５とを連結するばね部１１０４の固定部１１０３側および可動部１１０５側に各々接続部１１１６を配置し、一方の接続部１１１６には、固定部１１０３の側に延在するガイド部１１０６を備え、他方の接続部１１１６には、可動部１１０５の側に延在するガイド部１１０６を備えるようにしてもよい。

このようにすることで、ガイド部１１０６が形成されている範囲においては、ばね部１１０４の両側にガイド部１１０６が配置された状態となる。また、図１２に示すように、ガイド部１１０６の自由単にばね部１１０４の側に向かう突起部１２０６を設け、ばね部１１０４に対するガイド部１１０６との接触状態を制御するようにしてもよい。

また、図１３に示すように、固定部１３０３と可動部１３０５とを連結するばね部１３０４の中央部に設けた接続部１３１６に、ばね部１３０４の側に屈曲する屈曲部を備えたガイド部１３０６を設けるようにしてもよい。ガイド部１３０６が屈曲部を備えているので、ガイド部１３０６とばね部１３０４との距離をばね部１３０４が延在している範囲内で変化させることができる。このため、ガイド部１３０６の屈曲の状態に対応し、ばね部１０３４の幅を変化させることができ、可動部１３０５の変位の状態をより変化に富んだものとすることができる。

なお、上述では、連結部（ばね部）が１本から構成されている場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、並行に配置された２つの直線状の部分を備える連結部であっても、この側方にガイド部を備えることで、前述同様に、連結部の断面形状が、逆テーパ形状になることが抑制できるようになる。この場合、連結部の一方の直線状部分は、この側のガイド部と連結部の他方の直線状の部分とに挟まれる。従って、連結部の一方の直線状部分が広がろうとする応力が、連結部の一方の直線状部分の側のガイド部と連結部の他方の直線状の部分とにより、抑制されるようになる。また、連結部の他方の直線状部分は、この側のガイド部と連結部の一方の直線状の部分とに挟まれる。従って、連結部の他方の直線状部分が広がろうとする応力が、連結部の他方の直線状部分の側のガイド部と連結部の一方の直線状の部分とにより、抑制されるようになる。

本発明の実施の形態１における微細構造体の構成例を示す平面図である。本発明の実施の形態１における微細構造体の構成例を示す断面図である。本発明の実施の形態１における微細構造体の製造方法例を示す工程図である。本発明の実施の形態１における微細構造体の製造方法例を示す工程図である。本発明の実施の形態１における微細構造体の製造方法例を示す工程図である。本発明の実施の形態２における微細構造体の構成例を示す平面図である。本発明の実施の形態２における微細構造体の製造方法例を示す工程図である。本発明の実施の形態２における微細構造体の製造方法例を示す工程図である。本発明の実施の形態２における微細構造体の製造方法例を示す工程図である。本発明の実施の形態２における微細構造体の一部構成を示す構成図である。本発明の実施の形態３における微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。本発明の実施の形態３における微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。本発明の実施の形態３における他の微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。本発明の実施の形態４における微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。本発明の実施の形態５における微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。本発明の実施の形態５における微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。本発明の実施の形態６における微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。本発明の実施の形態６における微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。微細構造体の一部を拡大して示す平面図である。微細構造体の構成を示す平面図である。微細構造体の構成を示す断面図である。微細構造体の製造方法例を示す工程図である。微細構造体の製造方法例を示す工程図である。微細構造体の製造方法例を示す工程図である。微細構造体の構成を示す平面図である。微細構造体の構成を示す断面図である。微細構造体の製造方法例を示す工程図である。微細構造体の製造方法例を示す工程図である。微細構造体の製造方法例を示す工程図である。

符号の説明

１０１…基板、１０２…支持部、１０３…固定部、１０４…ばね部（連結部）、１０５…可動部、１０５ａ…エッチングホール、１０６…ガイド部。

Claims

基板の上に配置された固定部と、
前記基板の上に離間して配置され、前記基板の平面方向に変位する可動部と、
前記固定部と前記可動部とを連結して前記可動部が変位する平面内で変形する連結部と、
前記連結部の側方に前記連結部と離間して前記基板の上に前記連結部と同じ高さに配置されたガイド部と
を備え、
前記ガイド部は、前記連結部に接続部を介して接続し、前記可動部が変位した際の前記連結部の変形にともなって変位す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、
前記ガイド部は、前記接続部から離れるほど、前記連結部から離れていくように屈曲して形成されている
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、
前記ガイド部は、前記連結部が弾性変形する範囲で接触可能に、前記連結部の側方に前記連結部と離間して配置されている
ことを特徴とする微細構造体。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細構造体において、
前記ガイド部は、前記連結部の両側に形成されている
ことを特徴とする微細構造体。