(57)【要約】本発明の３次元静電アクチュエータは、基板面に対して平行に静電気力を発生する静電アクチュエータの力を受けて移動する移動テーブルを基板上方に３台設け、そのうち２台の移動テーブルはＸ方向に、他の１台は前記２台の移動テーブルと直交するＹ方向に移動自在に、直下の基板あるいは移動テーブルに対してサスペンションにより支持されており、前記Ｘ方向に移動する２台の移動テーブルのうち少なくとも１台の移動テーブルを支持するサスペンションは基板面に対して０°＜θ＜１８０°の範囲で変位するように形成されていることを特徴とするものであり、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向の３自由度の動作を可能とするとともに安定した動作を確保した３次元静電アクチュエータを提供できる。
2004081975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面に対して平行に静電気力を発生する静電アクチュエータの力を受けて移動する移動テーブルを基板上方に３台設け、そのうち２台の移動テーブルはＸ方向に、他の１台は前記２台の移動テーブルと直交するＹ方向に移動自在に、直下の基板あるいは移動テーブルに対してサスペンションにより支持されており、前記Ｘ方向に移動する２台の移動テーブルのうち少なくとも１台の移動テーブルを支持するサスペンションは基板面に対して０°＜θ＜１８０°の範囲で変位するように形成されていることを特徴とする３次元静電アクチュエータ。
【請求項２】
３台の移動テーブルを高さ方向に重なるような配置することを特徴とする請求の範囲第１項記載の３次元静電アクチュエータ。
【請求項３】
３台の移動テーブルを同一平面に配置することを特徴とする請求の範囲第１項記載の３次元静電アクチュエータ。
【請求項４】
Ｘ方向に移動する２台の移動テーブルのうち少なくとも１台の移動テーブルと当該移動テーブルを駆動する櫛歯電極との間及びＹ方向に移動する移動テーブルと当該移動テーブルを駆動する櫛歯電極との間をそれぞれたわみ梁で接続してなることを特徴とする請求の範囲第１項乃至請求の範囲第３項のいずれか１項に記載の３次元静電アクチュエータ。
【請求項５】
たわみ梁の両端または一端を、ねじり梁を介して移動テーブル及び櫛歯電極またはその一方に接続してなることを特徴とする請求の範囲第４項記載の３次元静電アクチュエータ。
【請求項６】
Ｙ方向に移動自在な移動テーブルに対し櫛歯電極を介してもう１台の移動テーブルを設け、この移動テーブルはＸ方向に移動自在なように基板に対しサスペンションにより支持されていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至請求の範囲第３項のいずれか１項に記載の３次元静電アクチュエータ。
【請求項７】
各移動テーブルを支持するサスペンションの個数を１又は複数とすることを特徴とする請求の範囲第１項乃至請求の範囲第６項のいずれか１項に記載の３次元静電アクチュエータ。
【請求項８】
各移動テーブルを支持する複数のサスペンションのうち、一部のサスペンションの変位方向と他のサスペンションの変位方向を異ならせることを特徴とする請求の範囲第１項乃至請求の範囲第７項のいずれか１項に記載の３次元静電アクチュエータ。
【請求項９】
サスペンションを一定の方向に変形し易い変形部を有する弾性梁で構成することを特徴とする請求の範囲第１項乃至請求の範囲第８項のいずれか１項に記載の３次元静電アクチュエータ。
【請求項１０】
一定の方向に変形し易い変形部を有する弾性梁を該変形部が同一の方向に変形し易いように複数配置することを特徴とする請求の範囲第１項乃至請求の範囲第９項のいずれか１項に記載の３次元静電アクチュエータ。
【請求項１１】
一定の方向に変形し易い変形部が板ばねにより構成されていることを特徴とする請求の範囲第９項又は請求の範囲第１０項記載の３次元静電アクチュエータ。
【請求項１２】
Ｘ方向に移動する２台の移動テーブルを駆動する２組の櫛歯電極を、一方の櫛歯電極によって受ける水平方向の変位と他方の櫛歯電極によって受ける水平方向の変位とが互いに打ち消すように２台の移動テーブルの反対の側に配置したことを特徴とする請求の範囲第１項乃至請求の範囲第１１項のいずれか１項に記載の３次元静電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、シリコン等の基板表面にフオトリソグラフィ等の技術を利用して作成される構造物において、基板と垂直方向にテーブル等の変位部材を変位可能な３次元静電アクチュエータに関する。
【背景技術】  従来、シリコン等の基板表面にフオトリソグラフィ等の技術を利用して作成される構造物において、変位を連続的に制御するには、第１２図、第１３図に示すように、櫛歯形静電アクチュエータ５０を用いてシャトル５２を変位させるものが知られている（例えば、日本国特許公開２００２−１１９０７２号公報参照）。このような例の場合、シャトル５２は基板面５１と水平方向にのみ変位が可能であった。また、垂直方向に変位させるには、基板面５１と垂直に電界Ｅを発生させる方法が採られていた。
しかし、第１２図、第１３図に示すような従来の櫛歯形静電アクチュエータ５０等を用いた方法では、変位を連続的に制御できるものの基板面５１と水平方向にのみ運動が限定され、基板面５１に大して垂直方向に運動を実現うる手段が無かった。また、基板面５１と垂直に電界を発生させる方法では、変位量が小さく、連続的な制御が困難であり、また、基板面と遠ざかる方向に変位させることは不可能であった。
これらの問題に対して、本発明者は、先に日本国特許願２０００−３０６４４５号において、基板面に対して平行に静電気力を発生する静電アクチュエータの力を受けて移動するスライダを支える弾性梁全体あるいは一部分に、スライダの移動方向と異なる方向に変位が容易になるよう変形部を設けることにより、基板と垂直方向にスライダ等の変位部材を変位させる運動方向変換機構を提案した（特許文献１参照。）。しかしながら、この発明は静電アクチュエータと弾性梁の組み合わせが２組しかなかったために、原理的に運動の自由度がＸ−Ｚ方向（あるいはＹ−Ｚ方向）の２自由度しかなく、例えば走査型プローブ顕微鏡のステージとして用いることが不可能であった。
本発明は、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向の３自由度の動作を可能とするとともに安定した動作を確保した３次元静電アクチュエータを提供することを目的とする。
【発明の開示】
（１）上記目的を達成するため本発明の３次元静電アクチュエータは、基板面に対して平行に静電気力を発生する静電アクチュエータの力を受けて移動する移動テーブルを基板上方に３台設け、そのうち２台の移動テーブルはＸ方向に、他の１台は前記２台の移動テーブルと直交するＹ方向に移動自在に、直下の基板あるいは移動テーブルに対してサスペンションにより支持されており、前記Ｘ方向に移動する２台の移動テーブルのうち少なくとも１台の移動テーブルを支持するサスペンションは基板面に対して０°＜θ＜１８０°の範囲で変位するように形成されていることを特徴とする。
（２）また、本発明の３次元静電アクチュエータは、上記（１）記載の発明において、３台の移動テーブルを高さ方向に重なるような配置することを特徴とする。
（３）また、本発明の３次元静電アクチュエータは、上記（１）記載の発明において、３台の移動テーブルを同一平面に配置することを特徴とする。
（４）また、本発明の３次元静電アクチュエータは、上記（１）乃至（３）記載の発明において、Ｘ方向に移動する２台の移動テーブルのうち少なくとも１台の移動テーブルと当該移動テーブルを駆動する櫛歯電極との間及びＹ方向に移動する移動テーブルと当該移動テーブルを駆動する櫛歯電極との間をそれぞれたわみ梁で接続してなることを特徴とする。
（５）また、本発明の３次元静電アクチュエータは、上記（４）記載の発明において、たわみ梁の両端または片側を、ねじり梁を介して移動テーブル及び櫛歯電極またはその一方に接続してなることを特徴とする。
（６）また、本発明の３次元静電アクチュエータは、上記（１）乃至（３）記載の発明において、Ｙ方向に移動自在な移動テーブルに対し櫛歯電極を介してもう１台の移動テーブルを設け、この移動テーブルはＸ方向に移動自在なように基板に対しサスペンションにより支持されていることを特徴とする。
（７）また、本発明の３次元静電アクチュエータは、上記（１）乃至（６）記載の発明において、各移動テーブルを支持するサスペンションの個数を１又は複数とすることを特徴とする。
（８）また、本発明の３次元静電アクチュエータは、上記（１）乃至（７）記載の発明において、各移動テーブルを支持する複数のサスペンションのうち、一部のサスペンションの変位方向と他のサスペンションの変位方向を異ならせることを特徴とする。
（９）また、本発明の３次元静電アクチュエータは、上記（１）乃至（８）記載の発明において、サスペンションを一定の方向に変形し易い変形部を有する弾性梁で構成することを特徴とする。
（１０）また、本発明の３次元静電アクチュエータは、上記（１）乃至（９）記載の発明において、一定の方向に変形し易い変形部を有する弾性梁を該変形部が同一の方向に変形し易いように複数配置することを特徴とする。
（１１）また、本発明の３次元静電アクチュエータは、上記（９）又は（１０）記載の発明において、一定の方向に変形し易い変形部が板ばねにより構成されていることを特徴とする。
（１２）また、本発明の３次元静電アクチュエータは、上記（１）乃至（１１）記載の発明において、Ｘ方向に移動する２台の移動テーブルを駆動する２組の櫛歯電極を、一方の櫛歯電極によって受ける水平方向の変位と他方の櫛歯電極によって受ける水平方向の変位とが互いに打ち消すように２台の移動テーブルの反対の側に配置したことを特徴とする。
上記した本発明の３次元静電アクチュエータは、櫛歯電極に電圧が引加されると、移動テーブルを支えている弾性梁は基板と水平方向に変位をしようとする力を受ける。そのとき、移動テーブルを支える弾性梁が力の作用する方向と異なる方向に変形し易いために、弾性梁は力の方向に対してある角度を持って変位する。その結果、弾性梁によって支持された移動テーブルは基板に対して垂直方向の運動成分をもつように変位することになる。
すなわち、本発明の３次元静電アクチュエータは、従来、力の方向と同じ向きに変位する梁によって移動テーブルが支えられていたものを、力の方向に対してある角度を持って変位し易い弾性梁で支えるようにしたことにより、静電気力を加えたときに移動テーブルが基板に対して垂直方向の運動成分を有するようになるという効果を奏する。
特に、本発明の３次元静電アクチュエータによれば、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向の３自由度の動作を可能とするとともに安定した動作を確保した３次元静電アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明の変形部の動作原理を示す正面図である。
第２図は、本発明のサスペンションを構成する一定の方向に変形し易い変形部を有する弾性梁構造体の一例を示す斜視図である。
第３図は、本発明の３次元静電アクチュエータに係る実施の形態１を模式的に示す斜示図である。
第４図は、本発明の実施の形態１における移動テーブルＴＢと移動テーブルＴＣの櫛歯電極の状態を説明する平面図である。
第５図は、移動テーブルの動作範囲を説明する図である。
第６図は、本発明の３次元静電アクチュエータに係る実施の形態２を示す斜示図である。
第７図は、本発明の３次元静電アクチュエータに係る実施の形態３を示す斜示図である。
第８図は、本発明の３次元静電アクチュエータに係る実施の形態４を示す斜示図である。
第９図は、第７図及び第８図に示す実施の形態において専用のサスペンションを設けないときの櫛歯電極の相対位置を示す図である。
第１０図は、実施の形態１乃至実施の形態４の３次元静電アクチュエータをフオトリソグラフィ技術を利用して製作する工程を説明した図である。
第１１図は、本発明の実施の形態に係る３次元静電アクチュエータの駆動電圧とテーブルＤのリフトアップ量との関係を示したものである。
第１２図は、従来の櫛歯形静電アクチュエータを示した平面図である。
第１３図は、図１２のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。まず、本発明の変形部の動作原理を第１図及び第２図を参照しながら説明する。
第１図において、フオトリソグラフィ等の技術を利用して、基板１の法線方向に対して、取り付け角度θ傾けて、変形部である板ばね２の固定端３を固定し、その先端４に基板１上面に平行な方向に静電気力Ｆを作用させる。静電気力Ｆは、２つの方向の力成分Ｆｚ０とＦｘ０を生じる。板ばね２は、Ｆｘ０の力方向には剛性が高く、Ｆｚ０の力方向には比較的剛性が低いため、Ｆｘ０方向にはほとんど変位せず、主としてＦｚ０方向にのみ変位する。その結果、板ばね２の先端４は、基板１に対して垂直方向変位ｄｚを生じる。
また、第２図は、第１図に示す板ばね２を中央の移動テーブル５の両側面に４個接続形成した例を示したものである。４個の板ばね２のそれぞれの外側には弾性材からなる直方体部６を介して前記板ばね２と同じ板ばね２が設けられ、これら外側の板ばね２の外端３において基板１に固定される。合計８個の板ばね２は、基板１に対してそれぞれ同じ傾きθをもって設けられている。なお、本明細書においては、一定の方向に変形し易い変形部を有する弾性梁構造体をサスペンションと総称することがある。
移動テーブル５に基板１上面に平行な方向に静電気力Ｆを作用させると、移動テーブル５は、ｘ方向に変位しつつｚ方向にも変位を生じる。
（実施の形態１）
第３図は、本発明の３次元静電アクチュエータに係る実施の形態１を模式的に示す斜示図である。
第３図において、移動テーブルＴＡはサスペンションＳＡにより基板１に対して、移動テーブルＴＢはサスペンションＳＢにより移動テーブルＴＡに対して、移動テーブルＴＣはサスペンションＳＣにより基板１に対して、また、移動テーブルＴＤはサスペンションＳＤにより移動テーブルＴＢに対して支えられている。各サスペンションは、一定の方向に変形し易い変形部を有する弾性梁構造体からなっており、例えば、第２図に示すようなものが使用される。図中の●は、サスペンションが基板または移動テーブルに固定されている点を示し、サスペンション横の矢印はサスペンションの変位の方向を示す。
サスペンションＳＡ及びサスペンションＳＤが変位する方向は、基板１又は移動テーブルＴＡ、ＴＤに対して、有限の角度、すなわち、０°＜θ＜１８０°の範囲の角度、傾いており、第３図ではサスペンションＳＡ及びサスペンションＳＤはそれぞれ、θＡ、θＤ傾いた方向に容易に変位するように形成されている。サスペンションＳＢが変位する方向は、移動テーブルＴＡ及び移動テーブルＴＢに対して平行である。サスペンションＳＣが変位する方向は、基板１に対して平行である。
移動テーブルＴＡの櫛歯電極ＥＡによって静電気力ＦＡが作用したとき、移動テーブルＴＡの変位はサスペンションＳＡにより拘束されるため、移動テーブルＴＡは基板１に対して角度θＡの方向に移動する。このとき移動テーブルＴＤの櫛歯電極ＥＤによって静電気力ＦＤを加えると、移動テーブルＴＤは移動テーブルＴＡに対して角度θＤの方向に移動する。角度θＡと角度θＤを規定し、静電気力ＦＡと静電気力ＦＤを制御することで、移動テーブルＴＤを基板１に垂直な面内の任意の位置に移動させることができる。
静電気力ＦＡ及び静電気力ＦＤを加えたとき、同時に移動テーブルＴＢの櫛歯電極ＥＢに移動テーブルＴＣの櫛歯電極ＥＣ１により静電気力ＦＢを加えると、移動テーブルＴＢは移動テーブルＴＣに近づく方向に移動し、それに伴い移動テーブルＴＤも移動する。このとき、移動テーブルＴＡの移動に伴い、移動テーブルＴＢと移動テーブルＴＣの間の櫛歯電極ＥＢ、ＥＣ１の横方向の間隔が一定になるように、移動テーブルＴＣの櫛歯電極ＥＣ２に静電気力ＦＣを作用させる。
移動テーブルＴＣは、移動テーブルＴＢがＸ方向に移動した場合でも、移動テーブルＴＢに対して移動テーブルＴＢの櫛歯電極ＥＢを介して静電気力ＦＢを加えることができるようにするため設けられている。
第４図に基づいて移動テーブルＴＢと移動テーブルＴＣの櫛歯電極ＥＢ、ＥＣ１の状態を説明する。
櫛歯電極ＥＢ、ＥＣ１は、Ｙ方向に相対変位が可能なように設計されているため、ｂの距離は大きく、ａの距離は小さくなっている。
今、移動テーブルＴＡがＸ方向に移動したとき、移動テーブルＴＢも同じように移動する。その際、移動テーブルＴＣが動かなければ、櫛歯電極間の距離ａが変化し、櫛歯電極間に作用する力が変化してしまい、好ましくない。また、最悪の場合は、移動テーブルＴＣの櫛歯電極ＥＣ１と移動テーブルＴＢの櫛歯電極ＥＢがぶつかってしまうため、移動テーブルＴＣを移動テーブルＴＡの動きに合わせて動かすことによって、両櫛歯電極ＥＢ、ＥＣ１間の間隔を適正に保持する。
第５図の各ベクトルは、それぞれのサスペンションによる最大変位とその向きを表している。θＡ、θＤがそれぞれ０°よりも大きければ、移動テーブルに加える電圧をコントロールすることで、各サスペンションによる変位の和（第３図では移動テーブルＴＤの位置に相当）をベクトルＡ、ベクトルＤを２辺とする平行四辺形の面内で調整できる。さらにベクトルＢの方向に移動するよう静電気力ＦＢを加えることで、第３図に示す移動テーブルＴＤは、平行四辺形を底面、ベクトルＢを高さとする四角柱の内部を移動することが可能となる。
このように、サスペンションが容易に変位する向きをそれぞれ異なる方向に設定し、サスペンションの変位を電圧で制御することで、ステージの３次元的な位置決めが可能となる。
上記した第３図に示す実施の形態１を次のように変更することができる。
（１）移動テーブルＴＡの変位が小さい場合には、移動テーブルＴＣを移動させる機構を省略することができる。
（２）サスペンションＳＣの変位する方向を、基板１に対して平行とせず、サスペンションＳＡの変位する方向と一致させても良い。
（３）θＡ又はθＤの一方を０°とし、サスペンションＳＡ又はサスペンションＳＤが基板１に対して平行に変位するようにしても良い。
（４）各サスペンションの個数は、１又は複数とする。
（５）各サスペンション（ＳＡ又はＳＢ又はＳＣ又はＳＤ）を複数のサスペンションで構成する場合、各サスペンション（ＳＡ又はＳＢ又はＳＣ又はＳＤ）を構成する一部のサスペンションの変位方向を、各サスペンション（ＳＡ又はＳＢ又はＳＣ又はＳＤ）を構成する他のサスペンションの変位方向と異なるようにし、静電気力の大きさに応じて移動テーブルの角度が変化するようにしても良い。
（実施の形態２）
第６図は、本発明の３次元静電アクチュエータに係る実施の形態２を示す平面図である。
本実施の形態２においては、すべてのサスペンションとテーブル、櫛歯電極をフオトリソグラフィ等の技術を利用して同一平面内に作成したもので、実施の形態１の装置のものと比較すると移動テーブルＴＥが追加されている。なお、サスペンション及び櫛歯電極の向きは実施の形態１と同じである。
移動テーブルＴＡは、固定部７Ａに対して４つのサスペンションＳＡにより支えられ、移動テーブルＴＢは、移動テーブルＴＡに対して４つのサスペンションＳＢにより支えられ、移動テーブルＴＤは、移動テーブルＴＢに対して４つのサスペンションＳＤにより支えられている。移動テーブルＴＢに対向して移動テーブルＴＣが設けられ、移動テーブルＴＣは固定部７Ｃに対して４つのサスペンションＳＣにより支えられている。また、移動テーブルＴＤに対向して移動テーブルＴＥが設けられ、移動テーブルＴＥは固定部７Ｅに対して４つのサスペンションＳＥにより支えられている。
移動テーブルＴＡ、ＴＢ、ＴＤは、それぞれ櫛歯電極ＥＡ、ＥＢ、ＥＤを備え、また、移動テーブルＴＣ、ＴＥはそれぞれ櫛歯電極ＥＣ１、ＥＣ２とＥＥ１、ＥＥ２とを備えている。
また、矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれの櫛歯電極ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤに電圧を加えたときに、それぞれのサスペンションＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤが変位する方向を示している。サスペンションＳＢは基板１と平行に、サスペンションＳＡ、ＳＣ、ＳＤは基板１に対して４５°傾いて変位する。各サスペンションは、直方体部６、６及びその両側の２個の板ばね２、２からなる弾性梁構造体からなっており、サスペンションＳＡ、ＳＣ、ＳＤの板ばね２はそれぞれ矢印Ａ、矢印Ｄの方向に変位するよう基板１に対して４５°傾いて形成され、また、サスペンションＳＢの板ばね２は基板１と垂直な方向に形成されている。
今、櫛歯電極ＥＡ、ＥＢ及びＥＤにそれぞれ静電気力作用させると、移動テーブルＴＡは矢印Ａ方向に、移動テーブルＴＢは矢印Ｂ方向に、移動テーブルＴＤは矢印Ｄ方向に移動する。このため、移動テーブルＴＡ及び移動テーブルＴＤの水平方向の変位量を等しく設定しておけば、両移動テーブルＴＡ及びＴＤの水平方向の変位はキャンセルされて、移動テーブルＴＤには、移動テーブルＴＡ及びＴＤの高さ方向の変位の和と移動テーブルＴＢの矢印Ｂ方向の水平方向変位が作用することになる。また、移動テーブルＴＡ及び移動テーブルＴＤの水平方向の変位量をを異ならせておけば、移動テーブルＴＤは、３次元的に移動することになる。その際、移動テーブルＴＡの移動に伴い、移動テーブルＴＢも移動するが、移動テーブルＴＢの移動に伴い移動テーブルＴＣを移動テーブルＴＢと同じ方向に移動させれば、移動テーブルＴＢの櫛歯電極ＥＢにＢ方向の静電力を作用させることが可能になる。この関係は、移動テーブルＴＤと移動テーブルＴＥにおいても同じである。
（実施の形態３）
第７図は、本発明の３次元静電アクチュエータに係る実施の形態３を示す平面図である。
本実施の形態３は、上記実施の形態２における補助的なテーブルである移動テーブルＴＣ及びＴＥを設けることなく、たわみ梁を用いて櫛歯電極の干渉を避けながら大変位を得ることができるようにしたものであり、第６図に用いた符号と同じ符号は同一の部材を示している。なお、サスペンション及び櫛歯電極の向きは実施の形態２と反対ある。
移動テーブルＴＡは、固定部７Ａに対して４つのサスベンションＳＡにより支えられ、移動テーブルＴＢは、移動テーブルＴＡに対して４つのサスペンションＳＢにより支えられ、移動テーブルＴＤは、移動テーブルＴＢに対して４つのサスペンションＳＤにより支えられている。
移動テーブルＴＡは櫛歯電極ＥＡを備え、移動テーブルＴＢ、ＴＤは、それぞれ櫛歯電極ＥＢ、ＥＤとたわみ梁で接続されている。
図に示すように、櫛歯電極ＥＢは移動テーブルＴＢから遠い位置に設けられ、また、櫛歯電極ＥＤは移動テーブルＴＤから遠い位置に設けられる。櫛歯電極ＥＢ及び櫛歯電極ＥＤには、それぞれ近接した位置に専用のサスペンション１０、１１が設けられ、櫛歯電極ＥＢと移動テーブルＴＢとの間は容易に弾性変形するたわみ梁１３で接続され、櫛歯電極ＥＤと移動テーブルＴＤとの間も容易に弾性変形するたわみ梁１４で接続されている。なお、移動テーブルの運動の対象性を高めるため、移動テーブルＴＢを挟んで櫛歯電極ＥＢと反対側にもサスペンション１２が設け、該サスペンション１２と移動テーブルＴＢとの間も容易に弾性変形するたわみ梁１５で接続しているが、場合によっては省略することもできる。また、図では、専用のサスペンションは、櫛歯電極１つにつきに２本１組で構成されているが、櫛歯が基板鉛直軸に対して回転することを制限するために、３本以上を用いてもよい。通常、上記たわみ梁は、断面がほぼ長方形をしており、その長手方向と直交する水平方向の厚さは小さく、長手方向と直交する上下方向の厚さはそれより大きく形成されている。
また、矢印Ａ、Ｂ、Ｄは、それぞれの櫛歯電極ＥＡ、ＥＢ、ＥＤに電圧を加えたときに、それぞれのサスペンションＳＡ、ＳＢ、ＳＤが変位する方向を示している。サスペンションＳＢは基板１と平行に、サスペンションＳＡ、ＳＤは基板１に対して４５°傾いて変位する。各サスペンションは、直方体部６、６及びその両側の２個の板ばね２、２からなる弾性梁構造体からなっており、サスペンションＳＡ、ＳＤの板ばね２はそれぞれ矢印Ａ、矢印Ｄの方向に変位するよう基板１に対して４５°傾いて形成され、また、サスペンションＳＢの板ばね２は基板１と垂直な方向に形成されている。
今、櫛歯電極ＥＡ、ＥＢ及びＥＤにそれぞれ静電気力作用させると、移動テーブルＴＡは矢印Ａ方向に、移動テーブルＴＢは矢印Ｂ方向に、移動テーブルＴＤは矢印Ｄ方向に移動する。このため、移動テーブルＴＡ及び移動テーブルＴＤの水平方向の変位量を等しく設定しておけば、両移動テーブルＴＡ及びＴＤの水平方向の変位はキャンセルされて、移動テーブルＴＤには、移動テーブルＴＡ及びＴＤの高さ方向の変位の和と移動テーブルＴＢの矢印Ｂ方向の水平方向変位が作用することになる。また、移動テーブルＴＡ及び移動テーブルＴＤの水平方向の変位量を異ならせておけば、移動テーブルＴＤは、３次元的に移動することになる。その際、移動テーブルＴＡの移動に伴い、移動テーブルＴＢも移動するが、たわみ梁１３が弾性変形し、かつ櫛歯電極ＥＢが専用のサスペンション１０で支えられているため、櫛歯電極ＥＢは横方向に移動することが無く、したがって櫛歯電極ＥＢの固定側及び移動側の間で干渉が生じることはない。
前記した実施の形態２の場合、補助的なテーブル（第６図のテーブルＴＣなど）に電圧を加えたとき、補助的な移動テーブルの下の基板部分をエッチングなどの手段によって取り除かない場合、補助的な移動テーブルが下方向に変位することが確認されている。したがって、補助的な移動テーブルの下の基板部分を取り除く必要があるが、その作業は基板裏側からのエッチングのため、永い加工時間を有する。本実施の形態によれば、移動する櫛歯に電圧を加える必要が無く、基板と移動テーブルとの間に引力が作用しないので、基板表側からの加工だけで機構を完成させることが可能であり、加工時間も短縮できる。
（実施の形態４）
第８図は、本発明の３次元静電アクチュエータに係る実施の形態４を示す平面図である。
本実施の形態４は、第７図に示した実施の形態３の構成に加えてねじり梁を用いることにより、櫛歯電極の干渉を避けながら、さらに大変位を得ることができるようにしたものである。なお、第７図に用いた符号と同じ符号は同一の部材を示している。
すなわち、第８図においては、たわみ梁１３の両端をねじり梁１６、１６を介して、また、たわみ梁１４の両端をねじり梁１７、１７を介して、さらに、たわみ梁１５の両端をねじり梁１８、１８を介してそれぞれのサスペンションに接続している。これらのねじり梁１６、１７、１８は、ねじられた場合にねじり方向に容易に弾性変形する例えば断面矩形の梁状部材からなっており、移動テーブルＴＡ、ＴＢ及びＴＤが上下方向に変位したとき、たわみ梁１３、１４、１５は高さ方向にある程度の厚みがあるため上下方向に変形しづらく、移動テーブルＴＡ、ＴＢ及びＴＤの変位を阻害するおそれがあるが、ねじり梁１６、１７、１８がねじれ変形することにより、移動テーブルＴＡ、ＴＢ及びＴＤの上下の変位を容易にするものである。
第８図では、たわみ梁とねじり梁との組み合わせを２つの櫛歯電極ＥＢ及びＥＤに対して設けているが、櫛歯電極ＥＡにも設けても良い。また、このとき移動テーブルの変形量に応じて、任意の櫛歯電極について、「たわみ梁とねじり梁の組み合わせを設ける」、「たわみ梁のみ設ける」、「たわみ梁、ねじり梁及びサスペンションを省略」の何れかを選択できる。
第７図及び第８図に示した場合のように、櫛歯電極ＥＡに専用のサスペンションを設けない場合、第９図に示すように櫛歯電極ＥＡの固定側電極（図の左側の電極）と移動側電極（図の右側の電極）との櫛歯の重なり部分を短くすることで、移動電極側が上又は下方向に変位したときに、上又は下方向に作用する静電気力を減少させることができる。このため、移動テーブルＴＡの本来の変位量の減少を防ぐことができる。この効果は、固定側電極と移動側電極との重なり部分の長さが短いほど、また、櫛歯の高さが大きいほど高い。
（製作工程）
第１０図は、実施の形態１乃至実施の形態４の３次元静電アクチュエータをフオトリソグラフィ技術を利用して製作する工程を説明した図である。
（ａ）において、シリコン（Ｓｉ）からなる基板上に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の膜を形成し、該二酸化シリコン膜の上にシリコン（Ｓｉ）層を形成し、その表面にフォトレジストをコートし、マスクの上から紫外線を照射してパターン化する。
（ｂ）において、プラズマを照射してＳｉ層をエッチングし、テーブル部、板ばね部、固定部を形成する。
（ｃ）において、  斜めから集束イオンビームを照射して集束イオンビーム加工あるいは異方性エッチング等の手段により、例えば４５°傾斜したサスペンション（板ばね２）を形成する。
（ｄ）において、ウエットエッチング等の手段により二酸化シリコン膜を除去してテーブル及びサスペンションを形成する。
第１１図は、本発明の実施の形態に係る３次元静電アクチュエータの駆動電圧とテーブルＴＤのリフトアップ量との関係を示したものである。
この図から、安定した動作でリフトアップされているのが分かる。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明にかかる３次元静電アクチュエータは、以下のものに応用可能である。
（１）走査型プローブ顕微鏡のＰＺＴステージの代替。
（２）テーブルにプローブやカンチレバーを取り付けた走査型プローブ顕微鏡。
（３）微細加工を行うときの位置決めテーブル。
（４）任意方向の搬送機構。
（５）光学ミラーの駆動機構。
（６）干渉を利用した光学フィルター
（７）流量制御が可能なバルブ
（８）粘性によるダンピングを利用した圧力センサ
（９）電圧計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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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