(57)【要約】【課題】その丈が均一なスプリングデバイス並びにその製造及び使用方法を提供する。【解決手段】基板１６０、基板１６０上に設けられた自動リリース層１７０並びに自動リリース層１７０上に設けられた応力固有金属層１８０によりスプリングデバイス１５０を構成する。応力固有金属層１８０内の応力によって自動リリース層１７０対応力固有金属層１８０間接着力より強い剥離力を発生させる。また、このスプリングデバイス１５０は、準備した基板１６０上に自動リリース層１７０を設け更にその上に応力固有金属層１８０を設けるという方法で、応力固有金属層１８０内の応力によって自動リリース層１７０対応力固有金属層１８０間接着力より強い剥離力が発生するよう、製造する。【選択図】図１Ｂ
2006102938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板上に設けられた自動リリース層と、自動リリース層上に設けられた応力固有金属層と、を備え、
応力固有金属層内の応力によって自動リリース層と応力固有金属層との間に接着力より強い剥離力が作用するよう構成されたスプリングデバイス。
【請求項２】
基板と、基板上に設けられた応力固有金属層と、応力固有金属層上に設けられた自動リリース層と、基板のうち応力固有金属層下にある部分の一部を除去することによって自動リリース層下に形成された開口と、を備え、
応力固有金属層内の応力によって自動リリース層と応力固有金属層との間に接着力より強い剥離力が生じ、この剥離力が応力固有金属層に作用することによって応力固有金属層のうち開口上の部分が自動リリース層から分離するよう、構成されたスプリングデバイス。
【請求項３】
基板を準備するステップと、基板上に自動リリース層を設けるステップと、自動リリース層上に応力固有金属層を設けるステップとを、
応力固有金属層内の応力によって自動リリース層と応力固有金属層との間に接着力より強い剥離力が作用することとなるよう、実行するスプリングデバイス製造方法。
【請求項４】
基板を準備するステップと、基板上に応力固有金属層を設けるステップと、応力固有金属層上に自動リリース層を設けるステップと、基板のうち応力固有金属層部分下にある部分の一部を除去するステップとを、
応力固有金属層内の応力によって自動リリース層と応力固有金属層との間に接着力より強い剥離力が生じ、この剥離力が応力固有金属層に作用することによって応力固有金属層のうち基板除去部分上の部分が自動リリース層から分離することとなるよう、実行するスプリングデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスプリング構造に関し、特に自動リリース型スプリング構造並びにその製造及び使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スプリングデバイスを製造するには、一般に、エッチングリリース工程を実施して基板からスプリングを引き揚げられるようにすることが必要である。従来におけるエッチングリリース工程は、まずリリース素材例えばＴｉ（チタン）を堆積・成長させ、次いでリリース（別体化乃至分離）のために例えばフッ化水素酸（ＨＦ）によるエッチングを実施する、という工程であるが、これらの副工程を実行するため製造ライン上に工程を追加することは最終製品製造コスト増大原因となり得る。ここでいう工程追加とは、例えば、スパッタリングチャンバ内でスパッタリング工程を実施しＴｉ成長及びＨＦエッチングを行うことである。更に、こういった工程では、エッチング対象層のうちスプリングの下にある部分を他の部分と均等にエッチングすることができないためスプリングの丈を十分均一にすることができない。また、エッチング対象素材として用いるリリース用金属例えばＴｉの導電率が低いことも、問題である。加えて、エッチングリリース工程により下地層をエッチングし複数個のスプリングを製造する際、製造したスプリングを自動整列させることは非常に難しい。
【発明の開示】
【０００３】
このような問題点及び欠点を解消すべく本発明の実施形態に係るシステム及び方法により提供されるスプリングデバイスは、基板と、基板上に設けられた自動リリース層と、自動リリース層上に設けられた応力固有金属層と、を備え、応力固有金属層内の応力によって自動リリース層と応力固有金属層との間に接着力より強い剥離力が作用するよう構成されたものである。
【０００４】
更に、本発明の他の実施形態により提供されるスプリングデバイスは、基板と、基板上に設けられた応力固有金属層と、応力固有金属層上に設けられた自動リリース層と、を備え、応力固有金属層内の応力によって自動リリース層と応力固有金属層との間に接着力より強い剥離力が作用するよう構成されたものである。
【０００５】
更に、本発明の実施形態により提供されるスプリングデバイス製造方法は、基板を準備するステップと、基板上に自動リリース層を設けるステップと、自動リリース層上に応力固有金属層を設けるステップとを、応力固有金属層内の応力によって自動リリース層と応力固有金属層との間に接着力より強い剥離力が作用することとなるよう、実行するものである。
【０００６】
そして、本発明の他の実施形態により提供されるスプリングデバイス製造方法は、基板を準備するステップと、基板上に応力固有金属層を設けるステップと、応力固有金属層上に自動リリース層を設けるステップとを、応力固有金属層内の応力によって自動リリース層と応力固有金属層との間に接着力より強い剥離力が作用することとなるよう、実行するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１Ａ及び図１Ｂに、基板からスプリング構造をリリースするのに従来用いられていた方法と、本発明の実施形態にて基板からスプリング構造をリリースするのに用いられる自動リリース法とを、対比して示す。図１Ａに示されているように、従来の方法においては、スプリング構造１００用の基板１１０上にリリース層１２０を設け更にその上に応力固有金属層１３０を設けた上で、応力固有金属層１３０の下層であるリリース層１２０のみをエッチング等により除去する。レジスト又はポリマにて形成してあるリリース層１２０なら単に溶融させればよいが、金属、酸化物又は窒化物から形成してあるリリース層１２０なら通常はエッチングにより除去する。この層１２０がＴｉにより形成されているなら、一般に主エッチング剤としてフッ化水素酸（ＨＦ）を用い下層エッチングを行えばよく、このリリース層１２０が酸化シリコン層又はプラズマ成長により形成された窒化シリコン層である場合もまたＨＦを使用できる。しかしながら、先にも述べたように、スプリング構造の下にある層をエッチングすると通常はスプリングの丈が不均一になり、これは全体の降伏強さを低下させる原因となる。
【０００８】
図１Ｂに概念的に示されているように、本発明の一実施形態においては、自動リリース型スプリング構造１５０用の基板１６０上に自動リリース層１７０を設け更にその上に応力固有金属層１８０を設ける。本実施形態においては、応力固有金属層１８０内の応力により生じる剥離力が自動リリース層１７０と応力固有金属層１８０との間の接着力に打ち勝ち応力固有金属層１８０がリリースされるようにしているため、スプリングの下にある層をエッチングする必要がない。また、本実施形態においては、スプリング又は応力固有金属層１８０と自動リリース層１７０との間の接着力を管理・制御することが、プロセスを実行する上で重要な要素となる。更に、実際上、自動リリース層１７０と応力固有金属層１８０とを異なる素材によって形成することも同じ素材により形成することも可能である。応力固有金属層１８０内に応力を発生させるには、本発明を実施する際に当たり、応力固有金属層１８０を二種類の相異なる金属例えばその熱膨張係数が異なる二種類の金属から形成するとよい。応力固有金属層１８０内の応力によって生じる剥離力が応力固有金属層１８０と自動リリース層１７０との間の接着力に打ち勝つため、本実施形態においては、図１Ｂの右半分に示されているように応力固有金属層１８０が自動リリース層１７０からリリースされ、スプリングとして基板表面から反り剥がれることとなる。
【０００９】
図２Ａ〜図２Ｄに、エッチングリリース法と本発明の一実施形態に係る自動リリース法とを対比して示す。図２Ａに示されている従来のエッチングリリース法においては、スプリング構造２００用の基板２１０をリリース層２３０により被覆し更にその上に応力固有金属層２２０を設ける。リリース層２３０を除去するには下層エッチングを行えばよいが、そのようにすると図２Ｂに示されているようにリリース層２３０のうち応力固有金属層２２０下の一部が残ってしまうことがある。このようにエッチング仕切れずにリリース層２３０の一部が残ってしまうと、応力固有金属層２２０のうちこのエッチング残滓部分上に重なっている部分がリリース層２３０からリリースされないままになるため、応力固有金属層２２０は、その一部２２５がリリースされているにもかかわらず残りの部分によってリリース層２３０のエッチング残滓部分に係留され続けることとなる。
【００１０】
これに対し、本発明の実施形態においては、図２Ｃ及び図２Ｄに示されているように、自動リリース型スプリング構造２５０用の基板２６０上に自動リリース層２８０及び応力固有金属層２７０を設ける。本実施形態においては、応力固有金属層２７０の一部を基板２６０上に直に設け、残りの部分２７５を自動リリース層２８０上に設けているため、応力固有金属層２７０のうち自動リリース層２８０上の部分２７５内の応力によりこの部分２７５と自動リリース層２８０との間の接着力に打ち勝つ剥離力が生じる結果として、その部分２７５が自動リリース層２８０からリリースされることとなる一方、応力固有金属層２７０内の応力勾配では応力固有金属層２７０と基板２６０との間の接着力に打ち勝つ剥離力が生じないため、応力固有金属層２７０のうち本実施形態にて基板２６０上に直に設けられている部分は基板２６０からリリースされない。結局、応力固有金属層２７０のうち自動リリース層２８０からリリースされた部分２７５は、応力固有金属層２７０のうち基板２６０上に直に設けられている部分によって係留されることとなる。
【００１１】
図３Ａ〜図３Ｆに、本発明の一実施形態に係る自動リリース型スプリング構造３００の製造工程を模式的に示す。本実施形態においては、まず自動リリース型スプリング構造３００用の基板３１０を自動リリース層３２０によって被覆し、この自動リリース層３２０の一部をレジスト３３０によって被覆し（図３Ａ参照）、更にメッキ槽３４０内でのメッキ、例えば無電解メッキや電気メッキによって、自動リリース層３２０上に応力固有金属層３５０を形成する（図３Ｂ参照）。本実施形態にて応力固有金属層３５０を形成するのに使用する素材は、ニッケル、銅等の金属やニッケル−リン、ニッケル−硼素等の合金とするのが望ましいが、他種の金属、例えば亜鉛、金、錫、パラジウム、コバルト、クロム、ロジウムや、それらの合金も好適に使用し得るし、また（１種類でもよいが）複数種類の金属又は合金を用いて応力固有金属層３５０を形成することもできる。また、例えば電気メッキの場合、応力固有金属層３５０の形成に使用するメッキ槽３４０を１個としてもよいが複数個とすることもでき、複数個とした場合はそれら複数個のメッキ槽３４０それぞれにおいて応力固有金属層３５０に対し互いに異なる特性を授けることもできる。何れにしろ、電流密度等といったパラメータを管理・制御しつつメッキを行うことにより、応力固有金属層３５０内の応力勾配若しくは歪み勾配及び機械的モーメントがメッキに伴い増大していき（図３Ｃ参照）、最終的には、応力固有金属層３５０と自動リリース層３２０の間の接着力がメッキ中に応力固有金属層３５０内に蓄えられた応力により生じる剥離力に負け、応力固有金属層３５０が自動リリース層３２０からメッキ槽３４０内へとリリースされるに至る（図３Ｄ参照）。なお、本実施形態にて応力固有金属層３５０内に応力を発生させるには、この応力固有金属層３５０を二種類の異なる金属、例えばその熱膨張係数が異なる二種類の金属から形成するとよい。
【００１２】
また、本実施形態にて自動リリース層３２０に上層メッキを施し応力固有金属層３５０のスティフネスを高めるようにすれば、乾燥中に応力固有金属層３５０が欠落することを防ぐことができる。エッチングを用いる従来の手法においても応力固有金属層欠落問題が耐力問題乃至降伏問題として知られていたことに、注記すべきであろう。更に、上層メッキを行うことによって、例えば応力固有金属層３５０の導電率を増大させることや、リリース後における応力固有金属層３５０の硬度及び耐摩耗性を向上させることもできる。応力固有金属層３５０を自動リリース層３２０からリリースした後は、基板３１０、応力固有金属層３５０及びレジスト３３０を乾燥させた上で（図３Ｅ参照）レジスト３３０をストリッピングする（図３Ｆ参照）。
【００１３】
図４Ａ〜図４Ｆに、本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造４００の製造工程を模式的に示す。本実施形態においては、スプリング構造４００用の基板４１０上に自動リリース層４２０及びレジスト４３０を設けまたこのレジスト４３０の形状を窪み４３５を伴う形状としている（図４Ａ参照）。本実施形態においては、例えばレジスト４３０の構造を二重層構造とすることによって、或いは負傾斜内縁面を有する単一層構造とすることによって、窪み４３５を形成できる。負傾斜内縁面を有する単一層レジスト構造は、例えば、Ｓｈｉｐｌｅｙ  １８００シリーズのレジストを用いた画像反転処理法によって形成できる（Ｓｈｉｐｌｅｙ（登録商標））。更に、本実施形態においては、スプリング構造４００をメッキ槽４４０内に入れメッキによって自動リリース層４２０上に応力固有金属層４２０を形成する（図４Ｂ参照）。このとき、応力固有金属層４５０がレジスト４３０による窪み４３５の上縁に達するまでメッキすることにより、厚みのある応力固有金属層４５０を形成できる（図４Ｃ及び図４Ｄ参照）。本実施形態では、スプリング構造４００をメッキ槽４４０から取り出して乾燥させ（図４Ｅ参照）更にレジスト４３０をストリッピングしたときにはじめて（図４Ｆ参照）応力固有金属層４５０が最終的にリリースされる。
【００１４】
本実施形態における応力固有金属層４５０の厚み及び内在応力をメッキ（図４Ｃ及び図４Ｄ参照）によって稼ぐには、電流密度等を含め幾つかの又は別々のプロセスパラメータを管理しつつメッキを行うか、別々の応力特性を付与する複数個のメッキ槽４４０を用いてメッキを行うかすればよい。注記すべきことに、応力固有金属層４５０の厚みは、窪み４３５の丈より小さくすることも、大きくすることも、また窪み４３５の丈と等しくすることもできる。本実施形態においては、応力固有金属層４５０と自動リリース層４２０との間の接着力がメッキ中に応力固有金属層４５０内に蓄えられた応力により生じる剥離力に対して最終的に負けるに至った頃に、スプリング構造４００をメッキ槽４４０から取り出して乾燥し（図４Ｅ参照）、更にレジスト４３０をストリッピングして応力固有金属層４５０をリリースする（図４Ｆ参照）。注記すべきことに、図４Ｅに示した乾燥工程は省略できる。
【００１５】
図４Ａ〜図４Ｆに示した本実施形態に係る製造ラインには、応力固有金属層４５０の厚みが所望厚み（窪み４３５との関係で決まる厚み）に達するまでメッキの間応力固有金属層４５０を押さえつけ自動リリース層４５０上に保持しておけること等の利点がある。即ち、応力固有金属層４５０内の歪の量が、窪み４３５が完全に埋まってしまうより前に、応力固有金属層４５０と自動リリース層４２０との間の接着力に十分打ち勝てる量に達したとしても、応力固有金属層４５０の厚みが窪み４３５の丈との関係で決まる所望厚みに達するまでは、窪み４３５により応力固有金属層４５０を自動リリース層４２０方向に押しつけておける。なお、本実施形態にて応力固有金属層４５０内に応力を発生させるには、応力固有金属層４５０を二種類の異なる金属、例えばその熱膨張係数が異なる二種類の金属から形成するとよい。
【００１６】
図５Ａ〜図５Ｆに、本発明の他の実施形態に係る遅延自動リリース型スプリング構造５００の製造工程を模式的に示す。本実施形態においては、自動リリース型スプリング構造５００用の基板のうち第１基板５１０上をパッド５２０で覆いまた第２基板５１５下に応力固有金属層５４０を含むスプリング構造５３０を設ける（図５Ａ参照）。本実施形態にて得られる自動リリース型スプリング構造５００は、特定の組立段階まで、例えば第１基板５１０及びその上のパッド５２０が第２基板５１５及びその下のスプリング５３０に近づくまで、応力固有金属層５４０のリリースを遅らせるデバイスアセンブリである。その瞬間が到来すると、スプリング５３０において応力固有金属層５４０（の一部）がリリースされ（図５Ｂ参照）この応力固有金属層５４０がパッド５２０と接触する（図５Ｃ参照）。
【００１７】
本実施形態における応力固有金属層５４０のリリースは、例えば熱、レーザ光若しくは振動の印加を引き金として開始させることもでき、またレジストによる押さえつけからの解放を引き金として開始させることもできる。例えば、本実施形態にて、内縁負傾斜輪郭面を有するレジスト又は窪みによって、応力固有金属層５４０を押さえつけておくことができる。レジスト４３０により押さえつけて応力固有金属層４５０のリリースを遅らせている図４Ａ〜図４Ｆ記載の構成と同様、図５Ａ〜図５Ｆ記載の構成においても、レジストによって押さえつけて応力固有金属層５４０のリリースを遅らせることができる。レジストによる押さえつけを解除し応力固有金属層５４０をリリースさせるには、例えば、レジストをストリッピングし若しくは溶融させ又はレジストにプラズマエッチングを施せばよい。或いは、直接加熱、レーザ光照射等を用いたレジストリフローによってレジストの温度をそのレジストのガラス転移点を上回る温度まで高め、レジスト輪郭乃至窪み形状を変形させてもよい。
【００１８】
本実施形態においては、同様の原理を用いて例えばスプリング５５０の交換を行うことができる（図５Ｄ参照）。即ち、第１基板５１０と第２基板５１５との機械的接触又は電気的接続を確保するのに用いていたスプリング５５０を用尽したら例えば熱、レーザ光又は振動を引き金として用いて別のスプリング５６０をリリースし、それ以後は第１基板５１０と第２基板５１５との機械的接触又は電気的接続をこのスプリング５６０によって確保するようにすることができる（図５Ｅ参照）。用尽したスプリング５５０は例えば除去すればよい。本実施形態では、スプリング５６０を用尽したときも同様の機構によって更に別のスプリング５７０をリリース等することができる（図５Ｆ参照）。本実施形態におけるこの仕組みは、例えば、スプリングを１個ずつリリースして走査に用いられるようにすることを狙い、走査型プローブアレイに適用することができる。即ち、走査型プローブアレイにおけるプローブ端は当初は尖っており、それを用いサンプル表面を走査してナノメートルスケールでの形状測定や電気的計測を行うことができるが、このプローブ端は時間が経過するに連れて摩耗していく。本実施形態を適用した走査型プローブアレイにおいては、プローブ端が摩耗したらそれを外し、レジストによるクランピング用窪み状成形部から新たな尖ったプローブ端をリリースして使用することができる。新たな尖ったプローブ端をリリースするには、例えば、大出力レーザを用いそのレジストのガラス転移点を上回る温度までレジストを加熱すればよい。
【００１９】
図６Ａ〜図６Ｈに、本発明の他の実施形態に係る小応力層及び大応力層付自動リリース型スプリング構造６００の製造工程を模式的に示す。本実施形態においては、これらの図に示されているように、自動リリース型スプリング構造６００用の基板６１０を金等によるメッキシード層６７０により被覆し更に基板６１０及びメッキシード層６７０の一部をレジスト６３０により被覆する（図６Ａ参照）。本実施形態においては、更にメッキシード層６７０の露出部分上へのメッキによりニッケル等による金属層６２０を形成し（図６Ｂ参照）、レジスト６３０をストリッピングし（図６Ｃ参照）、金属層６２０の酸化によって酸化ニッケル等による酸化物層６６０を形成し（図６Ｄ参照）、更に基板６１０の一部を新たなレジスト６３５によって被覆してスプリング構造形成エリアを画定する（図６Ｅ参照）。
【００２０】
本実施形態においては、酸化物層６６０及びメッキシード層６７０双方にまたがるよう小応力金属層６４０を設ける（図６Ｆ参照）。即ち、小応力金属層６４０の一部はメッキシード層６７０を覆い、他の一部は酸化物層６６０を覆う。本実施形態では、小応力層６４０をニッケル、銅又はそれらの合金により形成する。
【００２１】
本実施形態においては、更に小応力金属層６４０上に大応力金属層６５０を設ける（図６Ｇ参照）。本実施形態では、大応力金属層６５０をニッケル、銅又はそれらの合金により形成する。大応力金属層６５０を設けることによって、小応力金属層６４０及び大応力金属層６５０からなる複合金属層が形成される。この複合金属層内には、小応力金属層６４０内の弱い応力から大応力金属層６５０内の強い応力に亘る応力勾配が生じている。本実施形態では、層６４０及び６５０から形成される複合層内の応力勾配により小応力金属層６４０と酸化物層６６０との間の接着力に打ち勝つ剥離力が生じる結果、これらの層６４０及び６５０が酸化物層６６０からリリースされるが（図６Ｈ参照）、この応力勾配は、メッキシード層６７０と小応力層６４０との間の接着力に打ち勝つ剥離力を発生させるには足らないため、小応力金属層６４０のうちメッキシード層６７０を覆っている部分はリリースされず基板６１０上に係留されることとなる（図６Ｇ及び図６Ｈ参照）。
【００２２】
本実施形態において大応力金属層６５０に求められることは、小応力金属層６４０内の応力より強い応力が内在していることだけである。例えば、圧縮応力（いわば負性の応力）が内在している小応力金属層６４０と、内在している応力が０の大応力金属層６５０とを組合せることで、両層に亘る応力勾配を発生させることができる。更に、本実施形態においては、メッキシード層６７０を層６４０及び６５０上にも設けることができる。
【００２３】
図７Ａ〜図７Ｄに、本発明の他の実施形態に係り１個又は複数個のキャッピング層を有する自動リリース型スプリング構造７００の製造工程を示す。本実施形態においては、キャッピング層が例えばメッキにより応力固有金属層７３０を形成するためのシード層として機能する。本実施形態においては、基板７１０上に設けた自動リリース層７２０（図７Ａ参照）をキャッピング層７４０により被覆し（図７Ｂ参照）、更にこのキャッピング層７４０上に応力固有金属層７３０を設ける（図７Ｃ参照）。本実施形態においては、キャッピング層７４０と応力固有金属層７３０との間の接着力がキャッピング層７４０と自動リリース層７２０との間の接着力より強いため、応力固有金属層７３０は、自層７３０内の応力により自動リリース層７２０とキャッピング層７４０との間の接着力に打ち勝つ剥離力が生じる結果、キャッピング層７４０と共に自動リリース層７２０からリリースされる（図７Ｄ参照）。注記すべきことに、本実施形態におけるキャッピング層７４０の個数は１個に限らず複数個にもすることができる。
【００２４】
図８Ａ〜図８Ｆに、本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造８００の製造／検出工程を模式的に示す。これらの図に示されているように、本実施形態においては、自動リリース型スプリング構造８００用の基板８１０上に自動リリース層８２０、応力固有金属層８３０及び反射層８７０を設ける。また、本実施形態においては、自動リリース型スプリング構造８００を特定環境内に配置する。ここでいう特定環境とは、応力固有金属層８３０内の応力勾配によって生じる剥離力や、自動リリース層８２０と応力固有金属層８３０との間の接着力に対し、影響を及ぼし得る環境である。従って、光８６０例えばレーザ光が基板８１０及び自動リリース層８２０を介して応力固有金属層８３０上に照射されると、その反射光が検出器８４０により検出される。そのため、本実施形態では、基板８１０を透明素材例えばガラス又は水晶から形成し、自動リリース層８２０を同じく透明な層例えば薄い酸化物層として形成する。従って、自動リリース型スプリング構造８００の配置先環境がその自動リリース型スプリング構造８００に作用し、それにより応力固有金属層８３０内の応力若しくは応力勾配又は応力固有金属層８３０と自動リリース層８２０との間の接着力が変化し、その結果として応力固有金属層８３０に状態変化が生じると、応力固有金属層８３０（の一部）が自動リリース層８２０からリリースされる。応力固有金属層８３０がリリースされたことは検出器８４０により検出されるため、それによって自動リリース型スプリング構造８００の配置先環境についての情報を収集できる（図８Ａ〜図８Ｃ参照）。
【００２５】
また、自動リリース型スプリング構造８００の配置先環境が応力固有金属層８３０に作用しこれをリリースさせるという本実施形態の動作を、応力固有金属層８３０と電気接触パッド８５０との間の電気的接触を形成する用途に使用することができる（図８Ｄ〜図８Ｆ参照）。更に、本実施形態においては、検出器８４０を、光学検出式のもの、容量検出式のもの、圧電抵抗式のもの、電気的接触式のもの等、数多く種類がある検出システムの何れとしてもよい。
【００２６】
図９Ａ〜図９Ｄに、本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造９００の製造工程を模式的に示す。これらの図に示されているように、本実施形態においては、自動リリース型スプリング構造９００用の基板９１０上に自動リリース層９４０を設け、この自動リリース層９４０の一部をレジスト９３０によって被覆し、更に自動リリース層９４０とレジスト９３０との間にクランピングモールド層９２０を設ける（図９Ａ参照）。本実施形態においては、このクランピングモールド層９２０の一部をエッチングにより除去することによって、レジスト９３０と自動リリース層９４０との間に特定形状の窪みを形成する（図９Ｂ参照）。本実施形態においては、この窪みの丈がクランピングモールド層９２０の厚みによって、また奥行きがエッチング時間及びエッチング溶液濃度によって、それぞれ管理・制御される。本実施形態においては、メッキによって自動リリース層９４０上に応力固有金属層９５０を形成し、自動リリース層９４０とレジスト９３０との間にある空間を可能な限り全てこの応力固有金属層９５０により満たす（図９Ｃ参照）。メッキにより応力固有金属層９５０を形成した後、本実施形態においてはレジスト９３０をストリッピングし、応力固有金属層９５０をリリースする（図９Ｄ参照）。なお、本実施形態においては、クランピングモールド層９２０を例えばチタン、金、ニッケル、酸化物又は窒化物により形成し、自動リリース層９４０を例えば金属、酸化物、窒化物又は有機素材により形成する。
【００２７】
図１０に、本発明の一実施形態に係る自動リリース型スプリング構造製造方法の流れを示す。本方法はステップＳ１００にて始まりステップＳ１１０へと進み、ステップＳ１１０では基板を準備する。ステップＳ１１０にて基板が準備されたらステップＳ１２０ではこの基板上に自動リリース層を設け、続くステップＳ１３０ではこの自動リリース層上に応力固有金属層を設ける。本実施形態においては、応力固有金属層内の応力勾配によって生じる剥離力が自動リリース層と応力固有金属層との間の接着力に打ち勝つようにしている。応力固有金属層と自動リリース層との間の接着力が応力固有金属層内の応力勾配により生じる剥離力に負けているため、応力固有金属層を自動リリース層からリリースできる。その後、本方法はステップＳ１４０へと進み終了する。
【００２８】
本実施形態のステップＳ１３０にて応力固有金属層を設ける際、その応力固有金属層の一部を基板上に直に設けることもでき、そのようにした場合には応力固有金属層の一部が自動リリース層上にまた他の一部が基板上に設けられることとなる。このような実施形態においては、自動リリース層と応力固有金属層との間の接着力が応力固有金属層内の応力勾配により生じる剥離力に打ち負かされる結果として、応力固有金属層のうち自動リリース層上に設けられている部分がリリースされるけれども、応力固有金属層のうち基板上に直に設けられている部分がその影響を受けることはなく、従って、応力固有金属層のうち基板上に直に設けられている部分によって応力固有金属層のうちリリースされている部分が係留されることとなる。
【００２９】
本実施形態のステップＳ１２０にて基板上に自動リリース層を設けた後ステップＳ１３０にて自動リリース層上に応力固有金属層を設ける前に、マスキング素材例えばレジストによるパターンを自動リリース層上に形成することによってある特定エリアの輪郭を決め、この特定エリア内にのみ応力固有金属層を設けるようにしてもよい。このような実施形態におけるマスキング素材パターンは、ステップＳ１３０にて自動リリース層上に応力固有金属層を設けた後に除去すればよい。
【００３０】
本発明を実施するに当たりクランピング構造を設け、応力固有金属層が自動リリース層からリリースされた後もこのクランピング構造により応力固有金属層を自動リリース層に押しつけておくようにしてもよい。このような実施形態においては、自動リリース層からの応力固有金属層のリリースを遅らせることができる。この遅延は、ステップＳ１３０にて応力固有金属層を設ける際、この応力固有金属層内の応力勾配を（急だけれども）自動リリース層と応力固有金属層との間の接着力に打ち勝つ剥離力を発生させるほど急ではない応力勾配とすること、並びに、熱、レーザ、振動、欠陥乃至障害、化学反応、応力固有金属層に結合している生体物質等により自動リリース層を励起するとこの応力勾配が急になりその結果自動リリース層と応力固有金属層との間の接着力に打ち勝つ剥離力が生じるようにすること、によって、実現できる。
【００３１】
本実施形態のステップＳ１３０にて自動リリース層上に応力固有金属層を設ける際にその応力固有金属層内に応力勾配を発生させるには、プロセスパラメータ例えばメッキパラメータを管理・制御するとよい。例えば、応力固有金属層を小応力層及び大応力層から構成し更に大応力層を小応力層上に設けて応力勾配を発生させることにより、全体としての応力固有金属層内に応力勾配を持たせて剥離力を発生させ、この剥離力により自動リリース型スプリング構造を基板表面から反らせることができる。
【００３２】
本実施形態のステップＳ１３０にて応力固有金属層を設ける際には、例えばメッキ、スパッタリング、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ、蒸着、それらのうち何個かの任意の組合せ等の手法を、使用することができる。本実施形態における応力固有金属層内に応力を発生させるには、応力固有金属層を二種類の異なる金属、例えばその熱膨張係数が異なる二種類の金属を用いて形成するとよい。
【００３３】
本発明を実施するに当たっては自動リリース層と応力固有金属層との間に１個又は複数個のキャッピング層を設けることもできる。このキャッピング層は、例えば、メッキシード層として使用することや接着性の改善に使用することができる。
【００３４】
本発明を実施するに当たっては、応力固有金属層がリリースされたことを検出システムにて検出するようにしてもよい。この検出システムとしては、光学式検出システム、容量式検出システム、圧電抵抗式検出システム、電気式検出システム、磁気式検出システム等の何れをも用い得る。そして、本発明を実施するに当たっては、フォトレジストパターンによって定めた輪郭により窪みの形状等を画定し、この窪みによって、応力固有金属層の形状乃至厚みを特定の形状乃至厚みとして自動リリース層からの応力固有金属層のリリースを防ぐことができる。この場合、応力固有金属層を自動リリース層からリリースするにはフォトレジストパターンを例えばストリッピングにより除去すればよい。
【００３５】
図１１に、本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造製造方法の流れを示す。この図に示す方法はステップＳ２００にて始まりステップＳ２１０へと続いている。ステップＳ２１０では基板を準備し、続くステップＳ２２０では基板上に応力固有金属層を設け、その次のステップＳ２３０では応力固有金属層上に自動リリース層を設ける。その後本方法はステップＳ２４０に進んで終了する。
【００３６】
図１２Ａ〜図１２Ｆに、本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造の製造工程を模式的に示す。これらの図に示されているように、本実施形態においては、例えばシリコン、ガラス又は水晶からなる自動リリース型スプリング構造１０００用の基板１０１０（図１２Ａ参照）上に応力固有金属層１０２０を設け（図１２Ｂ参照）、その後例えば薄い酸化物層である自動リリース層１０３０を応力固有金属層１０２０上に設け（図１２Ｃ参照）、更に自動リリース層１０３０及び基板１０１０上にトップコーティング１０４０を設ける（図１２Ｄ参照）。
【００３７】
本実施形態においては基板１０１０に開口１０５０を形成する（図１２Ｅ参照）。従って、応力固有金属層１０２０内に蓄積された応力により生じる剥離力が応力固有金属層１０２０と自動リリース層１０３０との間の接着力より強ければ、応力固有金属層１０２０が例えば層間剥離によって自動リリース層１０３０から分離し下向きに曲がる（図１２Ｆ参照）。本実施形態では、応力固有金属層１０２０が下向きに曲がるとき応力固有金属層１０２０の一部１０６０が自動リリース層１０３０から分離することを、基板１０１０が防いでいるため、応力固有金属層１０２０は係留されることとなる。
【００３８】
図１３Ａ及び図１３Ｂに本発明の一実施形態に係る自動リリース型スプリング構造の写真を示す。図１３Ａに示されているのは、メッキ槽内での自動リリース後レジスト除去前における自動リリース型スプリング構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図１３Ｂに示されているのは、メッキ槽内での自動リリース後更にレジストを除去した後における自動リリース型スプリング構造のＳＥＭ写真である。
【００３９】
図１４に、本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造の写真を示す。この図に示されているのは、内縁負傾斜輪郭面を有するレジストを用いてその自動リリースを遅らせたプロトタイプスプリングのＳＥＭ写真である。本実施形態においては、メッキにより応力固有金属層を形成した後にレジストをストリッピングすることによって、例えば図２Ｄに示されているそれと同様にしてスプリングをリリースさせる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】基板からスプリング構造をリリースするのに従来用いられていたエッチングリリース法を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態にて基板からスプリング構造をリリースするのに用いられる自動リリース法を従来のエッチングリリース法と対比できるよう示す図である。
【図２Ａ】エッチングリリース法を自動リリース法と対比して説明するため、基板がリリース層で覆われリリース層上に応力固有金属層が設けられた状態を示す図である。
【図２Ｂ】エッチングリリース法を自動リリース法と対比して説明するため、リリース層の一部が残ってしまっている状態を示す図である。
【図２Ｃ】自動リリース法をエッチングリリース法と対比して説明するため、基板が自動リリース層で覆われ自動リリース層上に応力固有金属層が設けられた状態を示す図である。
【図２Ｄ】自動リリース法をエッチングリリース法と対比して説明するため、応力固有金属層の一部が自動リリース層からリリースされた状態を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る自動リリース型スプリング構造製造工程を模式的に示す図である。
【図３Ｂ】その後工程を示す図である。
【図３Ｃ】その後工程を示す図である。
【図３Ｄ】その後工程を示す図である。
【図３Ｅ】その後工程を示す図である。
【図３Ｆ】その後工程を示す図である。
【図４Ａ】本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造製造工程を模式的に示す図である。
【図４Ｂ】その後工程を示す図である。
【図４Ｃ】その後工程を示す図である。
【図４Ｄ】その後工程を示す図である。
【図４Ｅ】その後工程を示す図である。
【図４Ｆ】その後工程を示す図である。
【図５Ａ】本発明の他の実施形態に係る遅延自動リリース型スプリング構造製造工程を模式的に示す図である。
【図５Ｂ】その後工程を示す図である。
【図５Ｃ】その後工程を示す図である。
【図５Ｄ】その後工程を示す図である。
【図５Ｅ】その後工程を示す図である。
【図５Ｆ】その後工程を示す図である。
【図６Ａ】本発明の他の実施形態に係る小応力層及び大応力層付自動リリース型スプリング構造製造工程を模式的に示す図である。
【図６Ｂ】その後工程を示す図である。
【図６Ｃ】その後工程を示す図である。
【図６Ｄ】その後工程を示す図である。
【図６Ｅ】その後工程を示す図である。
【図６Ｆ】その後工程を示す図である。
【図６Ｇ】その後工程を示す図である。
【図６Ｈ】その後工程を示す図である。
【図７Ａ】本発明の他の実施形態に係るキャッピング層（群）付自動リリース型スプリング構造製造工程を模式的に示す図である。
【図７Ｂ】その後工程を示す図である。
【図７Ｃ】その後工程を示す図である。
【図７Ｄ】その後工程を示す図である。
【図８Ａ】本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造製造及び検出工程を模式的に示す図である。
【図８Ｂ】その後工程を示す図である。
【図８Ｃ】その後工程を示す図である。
【図８Ｄ】その後工程を示す図である。
【図８Ｅ】その後工程を示す図である。
【図８Ｆ】その後工程を示す図である。
【図９Ａ】本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造製造工程を模式的に示す図である。
【図９Ｂ】その後工程を示す図である。
【図９Ｃ】その後工程を示す図である。
【図９Ｄ】その後工程を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る自動リリース型スプリング構造製造方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造製造方法を示すフローチャートである。
【図１２Ａ】本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造製造工程を模式的に示す図である。
【図１２Ｂ】その後工程を示す図である。
【図１２Ｃ】その後工程を示す図である。
【図１２Ｄ】その後工程を示す図である。
【図１２Ｅ】その後工程を示す図である。
【図１２Ｆ】その後工程を示す図である。
【図１３Ａ】本発明の一実施形態に係る自動リリース型スプリング構造の写真、特にレジスト除去前の状態を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の一実施形態に係る自動リリース型スプリング構造の写真、特にレジスト除去後の状態を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る自動リリース型スプリング構造の写真を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１５０，２５０，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００  自動リリース型スプリング構造、１６０，２６０，３１０，４１０，５１０，５１５，６１０，７１０，８１０，９１０，１０１０  基板、１７０，２８０，３２０，４２０，７２０，８２０，９４０，１０３０  自動リリース層、１８０，２７０，３５０，４５０，５４０，７３０，８３０，９５０，１０２０  応力固有金属層、５３０  スプリング構造、５５０，５６０，５７０  スプリング、６４０  小応力金属層、６５０  大応力金属層、６６０  酸化物層、１０５０  開口。
【図１Ａ】
2006102938.tif 000003
【図１Ｂ】
2006102938.tif 000004
【図２Ａ】
2006102938.tif 000005
【図２Ｂ】
2006102938.tif 000006
【図２Ｃ】
2006102938.tif 000007
【図２Ｄ】
2006102938.tif 000008
【図３Ａ】
2006102938.tif 000009
【図３Ｂ】
2006102938.tif 000010
【図３Ｃ】
2006102938.tif 000011
【図３Ｄ】
2006102938.tif 000012
【図３Ｅ】
2006102938.tif 000013
【図３Ｆ】
2006102938.tif 000014
【図４Ａ】
2006102938.tif 000015
【図４Ｂ】
2006102938.tif 000016
【図４Ｃ】
2006102938.tif 000017
【図４Ｄ】
2006102938.tif 000018
【図４Ｅ】
2006102938.tif 000019
【図４Ｆ】
2006102938.tif 000020
【図５Ａ】
2006102938.tif 000021
【図５Ｂ】
2006102938.tif 000022
【図５Ｃ】
2006102938.tif 000023
【図５Ｄ】
2006102938.tif 000024
【図５Ｅ】
2006102938.tif 000025
【図５Ｆ】
2006102938.tif 000026
【図６Ａ】
2006102938.tif 000027
【図６Ｂ】
2006102938.tif 000028
【図６Ｃ】
2006102938.tif 000029
【図６Ｄ】
2006102938.tif 000030
【図６Ｅ】
2006102938.tif 000031
【図６Ｆ】
2006102938.tif 000032
【図６Ｇ】
2006102938.tif 000033
【図６Ｈ】
2006102938.tif 000034
【図７Ａ】
2006102938.tif 000035
【図７Ｂ】
2006102938.tif 000036
【図７Ｃ】
2006102938.tif 000037
【図７Ｄ】
2006102938.tif 000038
【図８Ａ】
2006102938.tif 000039
【図８Ｂ】
2006102938.tif 000040
【図８Ｃ】
2006102938.tif 000041
【図８Ｄ】
2006102938.tif 000042
【図８Ｅ】
2006102938.tif 000043
【図８Ｆ】
2006102938.tif 000044
【図９Ａ】
2006102938.tif 000045
【図９Ｂ】
2006102938.tif 000046
【図９Ｃ】
2006102938.tif 000047
【図９Ｄ】
2006102938.tif 000048
【図１０】
2006102938.tif 000049
【図１１】
2006102938.tif 000050
【図１２Ａ】
2006102938.tif 000051
【図１２Ｂ】
2006102938.tif 000052
【図１２Ｃ】
2006102938.tif 000053
【図１２Ｄ】
2006102938.tif 000054
【図１２Ｅ】
2006102938.tif 000055
【図１２Ｆ】
2006102938.tif 000056
【図１３Ａ】
2006102938.tif 000057
【図１３Ｂ】
2006102938.tif 000058
【図１４】
2006102938.tif 000059