(57)【要約】【課題】機能素子が配置される架橋構造物の機械的強度を向上する。【解決手段】本架橋構造物は、機能素子が配置される機能素子配置領域を備えた架橋構造物であって、貫通部を備えた枠体と、前記枠体の一方の側に設けられた絶縁膜と、を有し、前記絶縁膜は、前記枠体の一方の面を被覆する外周領域と、前記貫通部上に前記外周領域と離間して配置された機能素子配置領域と、前記外周領域と前記機能素子配置領域とを前記貫通部上で架橋して前記機能素子配置領域を支持する架橋部と、を備え、前記架橋部には、前記外周領域から前記機能素子配置領域に向かう第１方向に沿って補強部が設けられている。【選択図】図３
2018058162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能素子が配置される機能素子配置領域を備えた架橋構造物であって、
貫通部を備えた枠体と、
前記枠体の一方の側に設けられた絶縁膜と、を有し、
前記絶縁膜は、
前記枠体の一方の面を被覆する外周領域と、
前記貫通部上に前記外周領域と離間して配置された機能素子配置領域と、
前記外周領域と前記機能素子配置領域とを前記貫通部上で架橋して前記機能素子配置領域を支持する架橋部と、を備え、
前記架橋部には、前記外周領域から前記機能素子配置領域に向かう第１方向に沿って補強部が設けられていることを特徴とする架橋構造物。
【請求項２】
前記架橋部の前記第１方向と直交する第２方向の断面形状は、平坦部と、前記平坦部の両側から同一方向に突起する突起部と、を備えた形状であり、前記突起部が前記補強部となることを特徴とする請求項１に記載の架橋構造物。
【請求項３】
前記架橋部の前記第１方向と直交する第２方向の断面形状は、平坦部と、前記平坦部から同一方向に突起する３つ以上の突起部と、を備え、前記平坦部と前記突起部とが凹凸形状をなし、前記突起部が前記補強部となることを特徴とする請求項１に記載の架橋構造物。
【請求項４】
前記架橋部の一方の面に配線が形成されたことを特徴とする請求項２又は３に記載の架橋構造物。
【請求項５】
前記架橋部の他方の面に前記突起部が形成されたことを特徴とする請求項４に記載の架橋構造物。
【請求項６】
前記架橋部の一方の面に、前記配線を被覆する第２絶縁膜が形成され、前記第２絶縁膜に前記絶縁膜と反対側に突起する前記突起部が形成されたことを特徴とする請求項４に記載の架橋構造物。
【請求項７】
枠体はシリコンからなり、前記絶縁膜はポリイミド系樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の架橋構造物。
【請求項８】
機能素子が配置される機能素子配置領域を備えた架橋構造物の製造方法であって、
基板の一方の面の外周の枠状の領域の内側に沿って、前記基板に複数の凹部を互いに離間して形成する工程と、
各々の前記凹部の周囲の前記基板の一方の面及び各々の前記凹部の側壁を被覆し、各々の前記凹部の底面を露出する開口部を備えた絶縁膜を形成する工程と、
前記基板をエッチングして前記枠状の領域以外を除去し、内側に貫通部を備えた枠体を形成する工程と、を有し、
前記絶縁膜を形成する工程において、前記絶縁膜は、各々の前記開口部により、前記枠状の領域を被覆する外周領域、前記外周領域と離間して配置された機能素子配置領域、前記外周領域と前記機能素子配置領域とを架橋して前記機能素子配置領域を支持する架橋部に区分され、
前記枠体を形成する工程において、前記架橋部には、前記外周領域から前記機能素子配置領域に向かう第１方向に沿って補強部が設けられることを特徴とする架橋構造物の製造方法。
【請求項９】
機能素子が配置される機能素子配置領域を備えた架橋構造物の製造方法であって、
基板の一方の面を被覆する絶縁膜を形成する工程と、
前記基板の一方の面の外周の枠状の領域の内側に沿って、前記絶縁膜に前記基板の一方の面を露出する複数の開口部を互いに離間して形成し、前記絶縁膜を、各々の前記開口部により、前記枠状の領域を被覆する外周領域、前記外周領域と離間して配置された機能素子配置領域、及び前記外周領域と前記機能素子配置領域とを架橋して前記機能素子配置領域を支持する架橋部に区分する工程と、
前記架橋部上に第２絶縁膜を形成する工程と、
前記基板をエッチングして前記枠状の領域以外を除去し、内側に貫通部を備えた枠体を形成する工程と、を有し、
前記第２絶縁膜を形成する工程において、前記第２絶縁膜には、前記外周領域から前記機能素子配置領域に向かう第１方向に沿って補強部が設けられることを特徴とする架橋構造物の製造方法。
【請求項１０】
光源と、
アルカリ金属を封入したアルカリ金属セルと、
前記光源から前記アルカリ金属セルに照射した光のうち、前記アルカリ金属セルを透過する透過光を検出する光検出器と、を有し、前記透過光の光量に基づいて前記光源が制御される原子発振器であって、
前記光源、前記アルカリ金属セル、及び前記光検出器を含む量子部が、請求項１乃至７の何れか一項に記載の架橋構造物の前記機能素子配置領域に配置されたことを特徴とする原子発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、架橋構造物及びその製造方法、原子発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
極めて正確な時間を計る時計として、原子時計（原子発振器）が知られている。原子時計とは、アルカリ金属等の原子を構成している電子の遷移エネルギー量を基準とする発振器であり、特に、アルカリ金属の原子における電子の遷移エネルギーは外乱がない状態では、非常に精密な値が得られるため、水晶発振器に比べて、数桁高い周波数安定性を得ることができる。
【０００３】
原子時計は、温度変化の影響を受けやすいため、光源、アルカリ金属セル、アルカリ金属セルを透過した光を受光する光検出器等を含む量子部（機能素子）をケースに収容し、ケース内を真空に保持して量子部を外気温から遮断する等の構造とされている。
【０００４】
例えば、量子部は架橋構造物に配置され固定されるが、量子部を固定する架橋構造物は、特に熱伝導がないような工夫がなされている。例えば、熱伝導がないようにするために、量子部を上下に配した２つのテザーによって挟むよう宙に浮かせた構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
架橋構造物は、熱伝導率が低い材料でかつ薄く形成されるため熱絶縁性は高い。一方で、架橋構造物は、薄く形成されるため、例えば、量子部を片側だけで固定するような構造では機械的な強度が低下し、上下動に対する振動に弱く共振しやすくなる等の問題が生じやすい。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、機能素子が配置される架橋構造物の機械的強度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本架橋構造物は、機能素子が配置される機能素子配置領域を備えた架橋構造物であって、貫通部を備えた枠体と、前記枠体の一方の側に設けられた絶縁膜と、を有し、前記絶縁膜は、前記枠体の一方の面を被覆する外周領域と、前記貫通部上に前記外周領域と離間して配置された機能素子配置領域と、前記外周領域と前記機能素子配置領域とを前記貫通部上で架橋して前記機能素子配置領域を支持する架橋部と、を備え、前記架橋部には、前記外周領域から前記機能素子配置領域に向かう第１方向に沿って補強部が設けられていることを要件とする。
【発明の効果】
【０００８】
開示の技術によれば、機能素子が配置される架橋構造物の機械的強度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】原子発振器の基本構成について説明する図である。
【図２】量子部の配置について説明する図である。
【図３】第１の実施の形態に係る架橋構造物を例示する図である。
【図４】第１の実施の形態に係る架橋構造物の製造工程を例示する図（その１）である。
【図５】第１の実施の形態に係る架橋構造物の製造工程を例示する図（その２）である。
【図６】第１の実施の形態に係る架橋構造物の製造工程を例示する図（その３）である。
【図７】第１の実施の形態に係る架橋構造物の製造工程を例示する図（その４）である。
【図８】比較例に係る架橋構造物を例示する図である。
【図９】補強部の変形例を示す断面図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る架橋構造物を例示する図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る架橋構造物の製造工程を例示する図（その１）である。
【図１２】第２の実施の形態に係る架橋構造物の製造工程を例示する図（その２）である。
【図１３】第２の実施の形態に係る架橋構造物の製造工程を例示する図（その３）である。
【図１４】第２の実施の形態に係る架橋構造物の製造工程を例示する図（その４）である。
【図１５】第２の実施の形態に係る架橋構造物の製造工程を例示する図（その５）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１１】
なお、以下の実施の形態では、本発明に係る架橋構造物を原子発振器に適用する例を示す。但し、本発明に係る架橋構造物は原子発振器には限定されず、機能素子を支持するための様々な装置等に適用することができる。機能素子としては、例えば、磁気センサ、サーモカップリング型真空計等を挙げることができる。
【００１２】
〈第１の実施の形態〉
図１は、原子発振器の基本構成について説明する図である。図１を参照するに、原子発振器１は、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）方式の原子発振器であり、機能素子である量子部１００と、変調器４００とを有している。
【００１３】
量子部１００は、光源１１０、コリメートレンズ１２０、１／４波長板１３０、アルカリ金属セル１４０、及び光検出器１５０を有している。ここでは、光源１１０としてレーザ素子を用いる例を示す。
【００１４】
原子発振器１において、光源１１０からのレーザ光は、コリメートレンズ１２０及び１／４波長板１３０を介してアルカリ金属セル１４０に照射され、アルカリ金属セル１４０を透過した光が光検出器１５０に入射する。
【００１５】
光源１１０からのレーザ光は変調され、特定波長である搬送波の両側に出現するサイドバンド波長により、アルカリ金属原子における電子の２つの遷移を同時に行ない励起する。この遷移における遷移エネルギーは不変であり、レーザ光のサイドバンド波長と遷移エネルギーに対応する波長とが一致したときに、アルカリ金属における光の吸収率が低下する透明化現象が生じる。
【００１６】
原子発振器１では、アルカリ金属セル１４０を透過する透過光の光量に基づいて光源１１０が制御される。具体的には、アルカリ金属による光の吸収率が低下するように、搬送波の波長を調整するとともに、光検出器１５０において検出された信号を変調器４００にフィードバックし、変調器４００により光源１１０からのレーザ光の変調周波数を調整する。
【００１７】
図２に示すように、量子部１００は量子部固定手段２００により所定の位置に固定され、架橋構造物１０の略中央に配置されている。架橋構造物１０、量子部１００、及び量子部固定手段２００は、ケース３００内に収容されている。ケース３００内は真空に保持されており、量子部１００を外気温から遮断することができる。
【００１８】
なお、量子部１００には、光源１１０の温度を調整するヒータや、光源１１０の温度を測定する温度センサ等を設けることができる。
【００１９】
図３は、第１の実施の形態に係る架橋構造物を例示する図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＢ部の部分拡大断面図である。
【００２０】
図３を参照するに、架橋構造物１０は、枠体２０（フレーム）と、絶縁膜３０と、配線４０と、絶縁膜５０とを有している。架橋構造物１０の平面形状は、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度とすることができる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、便宜上、架橋構造物１０の絶縁膜３０側を上側又は一方の側、枠体２０側を下側又は他方の側とする。又、各部位の絶縁膜３０側の面を一方の面又は上面、枠体２０側の面を他方の面又は下面とする。但し、架橋構造物１０は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を絶縁膜３０の一方の面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を絶縁膜３０の一方の面の法線方向から視た形状を指すものとする。
【００２２】
枠体２０は、架橋構造物１０を支持する枠状（額縁状）の部材であり、例えば、シリコンから形成することができる。枠体２０は、矩形状の貫通部２０ｘを備えている。
【００２３】
絶縁膜３０は、枠体２０の一方の側に設けられており、外周領域３０ｏと、機能素子配置領域３０ｃと、架橋部３０ｋ（ブリッジ）とを備えている。絶縁膜３０の材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂等を用いることができる。
【００２４】
外周領域３０ｏは、枠体２０の一方の面を被覆する枠状の領域である。機能素子配置領域３０ｃは、量子部１００を固定するために確保されたスペースであり、枠体２０の貫通部２０ｘ上に位置する絶縁膜３０の略中央に、外周領域３０ｏと離間して配置されている。架橋部３０ｋは、外周領域３０ｏと機能素子配置領域３０ｃとを貫通部２０ｘ上で架橋して機能素子配置領域３０ｃを支持している。
【００２５】
枠体２０の内側（貫通部２０ｘ上）に位置する絶縁膜３０には複数の開口部３０ｘが設けられており、開口部３０ｘにより、機能素子配置領域３０ｃと各々の架橋部３０ｋとが分割されている。本実施の形態では、８個の貫通部２０ｘにより８カ所の架橋部３０ｋを設けているが、架橋部３０ｋの個数は、搭載する量子部１００の質量等を考慮して適宜決定することができる。
【００２６】
架橋部３０ｋは、平坦部３１と、平坦部３１の両端から下側に突起する突起部３２とを有している。突起部３２は、架橋部３０ｋの機械的強度を向上するための補強部であり、外周領域３０ｏから機能素子配置領域３０ｃに向かう方向に沿って（架橋部３０ｋの長手方向に沿って）設けられている。
【００２７】
架橋部３０ｋの長さＬ１は例えば２ｍｍ程度、幅Ｗ１は例えば１ｍｍ程度とすることができる。平坦部３１の膜厚は例えば５μｍ程度、突起部３２の膜厚は例えば５μｍ程度とすることができる。
【００２８】
配線４０は、架橋部３０ｋの一方の面を含む絶縁膜３０の一方の面に選択的に形成されている。配線４０の一端部には量子部１００との接続端子４０ａが形成され、他端部には外部接続用となる電極４０ｂが形成されている。接続端子４０ａと電極４０ｂとを接続する接続部４０ｃは、ポリイミド系樹脂等からなる絶縁膜５０に被覆されている。
【００２９】
配線４０としては、例えば、ＣｒとＰｔとがこの順番で積層された積層膜や、ＴｉとＰｔとＡｕとがこの順番で積層された積層膜等を用いることができる。この場合、例えば、Ｔｉの膜厚を５０ｎｍ程度、Ｐｔの膜厚を１００ｎｍ程度、Ａｕの膜厚を３００ｎｍ程度とすることができる。
【００３０】
なお、図３（ａ）では４本の配線４０を模式的に示したが、実際には、量子部１００に必要な数量の配線４０が形成される。例えば、光源１１０用の配線や光検出器１５０用の配線の他に、ヒータ電源用の配線や測温用の配線等が必要となる。
【００３１】
図４〜図７は、第１の実施の形態に係る架橋構造物の製造工程を例示する図である。なお、図４〜図７において（ａ）は図３（ａ）に対応する平面図、（ｂ）は図３（ｂ）に対応する断面図である。
【００３２】
まず、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す工程では、例えば、シリコン基板２０Ｗを準備し、シリコン基板２０Ｗの上面に、開口部２５０ｘを備えたレジスト層２５０を形成する。具体的には、例えば、シリコン基板２０Ｗとして直径４インチで厚さが５２５μｍのシリコンウェハを準備し、シリコンウェハ上にスピンコータ等により感光性のレジスト材料を膜厚３μｍ程度に塗布する。そして、塗布したレジスト材料を露光及び現像によりパターニングして、開口部２５０ｘを備えたレジスト層２５０を形成する。
【００３３】
なお、シリコンウェハには、個片化されると架橋構造物１０となる複数の領域が形成されるが、図４〜図７では、個片化されると架橋構造物１０となる１つの領域のみを図示している。架橋構造物１０となる各領域の大きさは、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度とすることができる。又、開口部２５０ｘは、例えば、架橋部に対応する部分の長さＬ１が２ｍｍ程度、幅Ｗ１が１ｍｍ程度となるように形成することができる。架橋構造物１０となる各領域の中央には、量子部１００を固定するための機能素子配置領域３０ｃに対応する領域が確保されている。
【００３４】
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す工程では、レジスト層２５０をマスクとしてシリコン基板２０Ｗの上面側をエッチングして複数の凹部２０ｙを例えば矩形状に形成し、更に、シリコン基板２０Ｗの上面及び凹部２０ｙの側壁を被覆する絶縁膜３０を形成する。
【００３５】
各々の凹部２０ｙは、シリコン基板２０Ｗの上面の外周の枠状の領域の内側に沿って、互いに離間して形成される。又、絶縁膜３０は、各々の凹部２０ｙの周囲のシリコン基板２０Ｗの上面及び各々の凹部２０ｙの側壁を被覆し、各々の凹部２０ｙの底面を露出する
開口部３０ｘを備えて形成される。
【００３６】
又、絶縁膜３０は、各々の開口部３０ｘにより、枠状の領域を被覆する外周領域３０ｏ、外周領域３０ｏと離間して配置された機能素子配置領域３０ｃ、外周領域３０ｏと機能素子配置領域３０ｃとを架橋して機能素子配置領域３０ｃを支持する架橋部３０ｋに区分される。
【００３７】
凹部２０ｙの深さは、搭載する量子部１００の質量等を考慮して適宜決定できるが、例えば、２０μｍ程度とすることができる。シリコン基板２０Ｗのエッチングは、例えば、ＳＦ６とＣＦ４系のガスを用いたドライエッチングにより行うことができる。エッチング条件を調整し、シリコン基板２０Ｗに形成される凹部２０ｙの側壁をテーパ形状にしてもよい。
【００３８】
なお、シリコン基板２０Ｗのエッチングは、ドライエッチングに限られることはなく、ＫＯＨ等による異方性ウェットエッチングを用いてもよい。この場合、凹部２０ｙに結晶面を反映した側壁の角度を形成することができるが、その場合のエッチングマスクとしてはＳｉＮ膜等が必要になる。
【００３９】
絶縁膜３０としては、例えば、感光性のポリイミド系樹脂等を用いることができる。この場合、例えば、凹部２０ｙを形成したシリコン基板２０Ｗ上にスプレーコータ等によりポリイミド系樹脂を膜厚５μｍ程度に塗布する。そして、塗布したポリイミド系樹脂を露光及び現像によりパターニングして不要部分を除去して開口部３０ｘを設け、シリコン基板２０Ｗの上面及び凹部２０ｙの側壁を被覆する絶縁膜３０を形成する。例えば、シリコン基板２０Ｗの上面に形成された絶縁膜３０の膜厚を５μｍ、凹部２０ｙの側壁に形成された絶縁膜３０の膜厚を５μｍとすることができる。
【００４０】
ポリイミドはパターニング後に約３５０℃で３０分間程度ベーキングすることによりイミド化される。シリコン基板２０Ｗの凹部２０ｙのような段差がある基板にポリイミドを塗布すると段差部では膜厚が厚くなる傾向になるが、スプレーコータ装置を用いることで段差部の底面、上面、側壁に対して均一な塗膜を形成することが可能となる。なお、ポリイミドはポジタイプを用いてもネガタイプを用いても構わない。
【００４１】
次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す工程では、量子部１００との接続端子４０ａ、外部接続用となる電極４０ｂ、及び接続端子４０ａと電極４０ｂとを接続する接続部４０ｃを備えた配線４０を形成し、更に、接続部４０ｃを被覆する絶縁膜５０を形成する。
【００４２】
配線４０としては、例えば、ＣｒとＰｔとがこの順番で積層された積層膜や、ＴｉとＰｔとＡｕとがこの順番で積層された積層膜等を用いることができる。この場合、例えば、Ｔｉの膜厚を５０ｎｍ程度、Ｐｔの膜厚を１００ｎｍ程度、Ａｕの膜厚を３００ｎｍ程度とすることができる。配線４０は、例えば、蒸着法やスパッタ法により積層膜を成膜し、リフトオフ法やスパッタエッチング法によりパターニングすることで形成できる。
【００４３】
絶縁膜５０は、配線４０を形成後、例えば、感光性のポリイミド系樹脂等を用い、絶縁膜３０と同様にして形成することができる。
【００４４】
次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す工程では、シリコン基板２０Ｗをエッチングして外周領域３０ｏが形成された枠状の領域以外を除去し、内側に貫通部２０ｘを備えた枠体２０を形成する。具体的には、シリコン基板２０Ｗの下面に、レジスト層２５０と同様の方法により、開口部２６０ｘを備えたレジスト層２６０を枠状に形成する。そして、凹部２０ｙの形成と同様のドライエッチングにより、開口部２６０ｘ内に露出するシリコン基板２０Ｗを除去して貫通部２０ｘを形成する。
【００４５】
開口部２６０ｘ内に位置する絶縁膜３０のシリコン基板２０Ｗが除去された部分が架橋部３０ｋとなり、架橋部３０ｋの平坦部３１の両端に、外周領域３０ｏから機能素子配置領域３０ｃに向かう方向に沿って、補強部となる突起部３２が設けられる。又、シリコン基板２０Ｗにおいて、レジスト層２６０に被覆されてエッチングされなかった部分が枠体２０となる。
【００４６】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す工程の後、レジスト層２６０を除去し、更に、架橋構造物１０となる各領域を個片化することで、図３に示す架橋構造物１０が複数個完成する。このように、架橋構造物１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスにより製造できるため、低価格で大量に製造することが可能である。
【００４７】
ここで、比較例を参照しながら、架橋構造物１０の有する特有の効果について説明する。図８は、比較例に係る架橋構造物を例示する図であり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う部分拡大断面図ある。
【００４８】
図８に示す比較例に係る架橋構造物は、開口部３０１ｘが形成された絶縁膜３０１と、絶縁膜３０１上に形成された配線４０１とを有しており、更に、架橋構造物１０と同様の枠体２０（図８（ａ）では視認されない）を有している。枠体２０の内側に設けられた絶縁膜３０１には４つの開口部３０１ｘが設けられており、開口部３０１ｘにより、機能素子配置領域と各々の架橋部３０１ｋとが分割されている。
【００４９】
図８（ｂ）に示すように、架橋部３０１ｋは、立体形状を備えていない平坦な形状に形成されている。そのため、架橋部３０１ｋの機械的な強度が不十分であり、上下動に対する振動に弱く共振しやすくなる。
【００５０】
これに対して、図３（ｃ）等に示したように、架橋構造物１０では、架橋部３０ｋは、平坦部３１と突起部３２とを含む立体形状である。この形状では、突起部３２が補強部となるため、架橋部３０ｋの機械的な強度が向上し、上下動に対する振動に強くなり共振を抑えることができる。
【００５１】
なお、機械的な強度が向上する補強部の形状は、図３（ｃ）等に示した絶縁膜３０の平坦部３１の両端を直角に折り曲げて突起部３２を設けた立体形状に代えて、図９に示す形状等としてもよい。
【００５２】
図９に示す架橋部３０ｍは、平坦部３１Ａに突起部３２Ａを設けた断面形状が略Ｍ型の凹凸形状である。この場合にも、突起部３２Ａが補強部となるため、架橋部３０ｍの機械的な強度が向上し、上下動に対する振動に強くなり共振を抑えることができる。
【００５３】
なお、絶縁膜３０において、補強部となる突起部３２は平坦部３１と同一材料を用いて同一工程により形成できるため、製造工程の負担増とはならない。Ｍ型の構造の平坦部と補強部についても同様である。
【００５４】
このように、第１の実施の形態によれば、薄い絶縁膜で作製した架橋構造物により高い熱抵抗を実現可能となり、量子部に対する熱絶縁性を確保することができる。又、架橋構造物において、架橋部を、補強部を設けた立体形状とすることで、機械的強度を向上でき、特に上下動の共振に対して耐性を持たせることが可能となる。なお、架橋部に補強部を設けることで、同じ強度を得ようとする場合、図８（ｂ）に示した立体形状を備えていない平坦な形状と比較して、架橋部を形成する絶縁膜の膜厚（平坦部の膜厚）を薄くすることが可能となり、その分、熱伝導率を下げる（熱抵抗を高くする）ことができる。
【００５５】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、架橋部に第１の実施の形態とは異なる補強部を設ける例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００５６】
図１０は、第２の実施の形態に係る架橋構造物を例示する図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）のＤ部の部分拡大断面図である。原子発振器１の量子部１００は、図３に示す架橋構造物１０に代えて、図１０に示す架橋構造物１０Ｂ上に配置されてもよい。
【００５７】
図１０を参照するに、架橋構造物１０Ｂは、枠体２０と、絶縁膜３０Ｂと、配線４０と、絶縁膜５０Ｂとを有している。架橋構造物１０Ｂの平面形状は、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度とすることができる。
【００５８】
絶縁膜３０Ｂは、絶縁膜３０と材料や膜厚は同じとすることができるが、架橋部３０ｋに突起部が設けられていなく平坦である点が絶縁膜３０と相違する。又、配線４０において、接続端子４０ａと電極４０ｂとを接続する接続部４０ｃは、ポリイミド系樹脂等からなる絶縁膜５０Ｂに被覆されている。
【００５９】
架橋部３０ｋ上に形成された絶縁膜５０Ｂは、平坦部５１Ｂと、平坦部５１Ｂの両端から上側に突起する突起部５２Ｂとを有している。突起部５２Ｂは、架橋部３０ｋの機械的強度を向上するための補強部であり、外周領域３０ｏから機能素子配置領域３０ｃに向かう方向に沿って（架橋部３０ｋの長手方向に沿って）設けられている。平坦部５１Ｂの膜厚は例えば５μｍ程度、突起部５２Ｂの膜厚は例えば５μｍ程度とすることができる。なお、配線４０が形成されていない架橋部３０ｋ上にも絶縁膜５０Ｂを形成して構わない。
【００６０】
図１１〜図１５は、第２の実施の形態に係る架橋構造物の製造工程を例示する図である。なお、図１１〜図１３及び図１５において（ａ）は図１０（ａ）に対応する平面図、（ｂ）は図１０（ｂ）に対応する断面図である。又、図１４は、図１０（ｂ）に対応する断面図である。
【００６１】
まず、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す工程では、シリコン基板２０Ｗの上面全体を被覆する絶縁膜３０Ｂを形成する。そして、シリコン基板２０Ｗの上面の外周の枠状の領域の内側に沿って、絶縁膜３０Ｂに、シリコン基板２０Ｗの上面を露出する複数の開口部３０ｘを互いに離間して形成する。開口部３０ｘは、例えば、平面形状が矩形状になるように形成する。
【００６２】
絶縁膜３０Ｂは、各々の開口部３０ｘにより、シリコン基板２０Ｗの上面の枠状の領域を被覆する外周領域３０ｏ、外周領域３０ｏと離間して配置された機能素子配置領域３０ｃ、及び外周領域３０ｏと機能素子配置領域３０ｃとを架橋して機能素子配置領域３０ｃを支持する架橋部３０ｋに区分される。
【００６３】
開口部３０ｘを備えた絶縁膜３０Ｂは、例えば、感光性のポリイミド系樹脂等を用いて図５（ａ）及び図５（ｂ）と同様の方法により形成することができる。
【００６４】
次に、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示す工程では、架橋部３０ｋの一方の面を含む絶縁膜３０Ｂの一方の面に配線４０を選択的に形成する。配線４０の一端部には量子部１００との接続端子４０ａが形成され、他端部には外部接続用となる電極４０ｂが形成され、更に接続端子４０ａと電極４０ｂとを接続する接続部４０ｃが形成される。配線４０は、例えば、図６（ａ）及び図６（ｂ）と同様の方法により形成することができる。
【００６５】
次に、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示す工程では、絶縁膜３０Ｂから露出するシリコン基板２０Ｗの上面及び絶縁膜３０Ｂの上面に、開口部２７０ｘを備えたレジスト層２７０を形成する。開口部２７０ｘは、絶縁膜５０Ｂを形成する部分を露出するように形成する。開口部２７０ｘを備えたレジスト層２７０は、例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）と同様の方法により形成することができる。なお、高粘度のレジスト材料を用いることで、レジスト層２７０の厚さＤ１を２０μｍ程度とすることができる。
【００６６】
次に、図１４（ａ）に示す工程では、開口部２７０ｘを備えたレジスト層２７０の上方から、スプレーコータ等により感光性のポリイミド系樹脂５００を膜厚５μｍ程度に塗布する。開口部２７０ｘ内に露出するポリイミド系樹脂５００の上面には凹部が形成される。
【００６７】
次に、図１４（ｂ）に示す工程では、図１４（ａ）に示す工程で塗布したポリイミド系樹脂５００を露光及び現像によりパターニングして不要部分を除去し、開口部２７０ｘ内に露出する絶縁膜３０Ｂ上に配線４０を被覆する絶縁膜５０Ｂを形成する。そして、図１４（ｃ）に示す工程でレジスト層２７０を除去する。絶縁膜５０Ｂの平坦部５１Ｂには、外周領域３０ｏから機能素子配置領域３０ｃに向かう方向に沿って、補強部となる突起部５２Ｂが設けられる。
【００６８】
なお、ポリイミド系樹脂のパターニングでは、下地であるレジスト層２７０の変形を防止するため、レジスト層２７０のベーク温度を例えば１５０℃程度の高温とし、レジスト層２７０を硬化することが好ましい。又は、ネガタイプのレジスト層２７０を選択する等、ポリイミド系樹脂との現像時の干渉を避ける方法も効果的である。
【００６９】
次に、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示す工程では、シリコン基板２０Ｗをエッチングして外周領域３０ｏが形成された枠状の領域以外を除去し、内側に貫通部２０ｘを備えた枠体２０を形成する。具体的には、シリコン基板２０Ｗの下面に、レジスト層２５０と同様の方法により、開口部２８０ｘを備えたレジスト層２８０を形成する。そして、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す工程と同様のドライエッチングにより、開口部２８０ｘ内に露出するシリコン基板２０Ｗを除去して貫通部２０ｘを形成する。
【００７０】
開口部２８０ｘ内のシリコン基板２０Ｗが除去された部分が、上面に配線４０及び絶縁膜５０Ｂが形成された架橋部３０ｋとなる。又、シリコン基板２０Ｗにおいて、レジスト層２８０に被覆されてエッチングされなかった部分が枠体２０となる。
【００７１】
このように、第２の実施の形態に係る架橋構造物においても、第１の実施の形態に係る架橋構造物と同様に、架橋部に立体形状の補強部を設けることで、共振に対して耐性を持たせることが可能となるが、更に以下の効果を奏する。
【００７２】
すなわち、第１の実施の形態に係る架橋構造物の製造方法では、シリコン基板２０Ｗを上面側からエッチングして凹部２０ｙを形成し、下面側から２度目のエッチングをして貫通部２０ｘを形成している。つまり、２回のエッチング工程が必要となる。これに対して、第２の実施の形態に係る架橋構造物の製造方法では、下面側から１度エッチングして貫通部２０ｘを形成するだけでよいため、製造工程の短縮を実現できる。
【００７３】
なお、機械的な強度が向上する補強部の形状は、図１０（ｃ）等に示した絶縁膜５０Ｂの平坦部５１Ｂの両端を直角に折り曲げて突起部５２Ｂを設けた立体形状に代えて、図９に示す構造を上下反転させたＷ型等の凹凸形状としてもよい。この場合にも、架橋部３０ｋの機械的な強度が向上し、上下動に対する振動に強くなり共振を抑えることができる。
【００７４】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００７５】
例えば、枠体の平面形状は額縁状には限定されず、円環状や多角環状等であってもよい。又、絶縁膜の外周領域は、架橋部と連結できればよいので、必ずしも枠体の一方の面の全面に形成しなくてもよい。例えば、絶縁膜の外周領域は、枠体の外周側（外縁部）に形成しなくてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１  原子発振器
１０、１０Ｂ  架橋構造物
２０  枠体
２０Ｗ  シリコン基板
２０ｘ  貫通部
２０ｙ  凹部
３０、３０Ｂ、５０、５０Ｂ  絶縁膜
３０ｃ  機能素子配置領域
３０ｋ  架橋部
３０ｏ  外周領域
３０ｘ  開口部
３１、３１Ａ、５１Ｂ  平坦部
３２、３２Ａ、５２Ｂ  突起部
４０  配線
４０ａ  接続端子
４０ｂ  電極
４０ｃ  接続部
１００  量子部
１１０  光源
１２０  コリメートレンズ
１３０  １／４波長板
１４０  アルカリ金属セル
１５０  光検出器
２００  量子部固定手段
３００  ケース
４００  変調器
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７７】
【特許文献１】特許第４９７２５５０号
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018058162.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2018058162.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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