JP2005318042A - マイクロレゾネータ及びその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 周波数を容易に下げることにより所望の共振周波数を有することができるマイクロレゾネータ、及びその製造方法、並びにマイクロレゾネータを備える電子機器を提供する。
【解決手段】 シリコン基板と、シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、積層部上に設けられた共振子と、共振子とシリコン基板とを連結する梁４３とを備えたマイクロレゾネータにおいて、梁４３のバネ定数を調整可能な調整部４５を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、固有の共振周波数で微小振動する共振子を備えるマイクロレゾネータ及びその製造方法、並びにマイクロレゾネータを備える電子機器に関する。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて超小型・超高性能の電子部品を製造する研究・開発が盛んに行われている。ＭＥＭＳ技術を用いた電子部品は多岐に亘るが、その一種としてマイクロレゾネータがある。マイクロレゾネータは、例えばシリコン基板等の基板上に酸化膜からなる絶縁膜が形成され、その絶縁膜上に櫛歯状の固定電極の櫛歯と櫛歯状の可動電極の櫛歯とが基板表面に対して平行に噛み合わされるように形成された構造である。

櫛歯状の可動電極は、シリコン基板上に支持されたバネ性を有する支持部に結合されており、このような互いに噛み合う櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との組を支持部の両側に１組ずつ配置した構成となっている。なお、櫛歯状の可動電極と支持部とが共振子を構成している。更に、絶縁膜上には、櫛歯状の固定電極の各々に接続された２つの電極端子と、これら２つの電極端子に共通した接地電極としての電極端子とが設けられている。以上の櫛歯状の固定電極、櫛歯状の可動電極、支持部、及び電極端子は、例えば絶縁膜上に形成したポリシリコン膜を利用して形成される。

このようなマイクロレゾネータは、一方の櫛歯状の固定電極の電極端子と接地電極としての電極端子との間に交流電圧を印加することにより、その櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との間に静電引力を発生させ、この静電引力により櫛歯状の可動電極を櫛歯の噛み合い方向（櫛歯の長さ方向）に平面的に押し引きすることによって振動させる。この振動は櫛歯状の可動電極と一体化されたバネ性を持つ支持部に伝達され、他方の同様に噛み合い状態にある櫛歯状の可動電極を平面的に振動させる。

入力側である一方の櫛歯状の固定電極と櫛歯状の可動電極との間で発生した振動が、可動電極の質量とバネ性を持つ支持部の構造で定まるバネ定数で決定される共振周波数に一致したところで共振現象が生じ、この共振周波数が出力側である他方の櫛歯状の固定電極の電極端子から取り出される。
かかる構成のマイクロレゾネータは、特定周波数の電気信号を発振する発振子又は複数の周波数を含む電気信号から特定周波数の電気信号をフィルタリングするフィルタとして用いられる。なお、マイクロレゾネータの詳細については、例えば以下の特許文献１，２に開示されている。
米国特許第５０２５３４６号明細書（第３欄第３７行〜第６欄第２行、第６欄第５５行〜第７欄第５２行、図１〜図５） 米国特許第５５３７０８３号明細書（第４欄第４３行〜第１０欄第３３行、図５〜図１０）

ところで、上述したマイクロレゾネータの共振周波数は、可動電極の質量（厳密には可動電極及び支持部の質量）と支持部のバネ定数とによって定まる。
可動電極及び支持部等は、半導体素子等の製造において広く用いられるフォトリソグラフィー技術を用いて基板上に形成されるが、複数の可動電極及び支持部等を設計値通りに形成するのは難しく、製造された可動電極及び支持部の質量及びバネ定数はばらつくことが多い。このため、製造されたマイクロレゾネータの共振周波数もばらつき、共振周波数が等しいマイクロレゾネータを複数製造するのは困難である。
このため、振動体上に設けられた錘をレーザ等により蒸発させて、振動子の質量を適宜減少させることでその周波数を増加させる技術が知られている。

しかしながら、このような方法では、振動子にあらかじめ所望の振動数以下となる程度の錘を載せておく必要があり、また、一度減少させた質量を増加させる事は出来ないため、周波数を下げる調整を行うことができないという問題がある。
なお、後工程で可動電極等の上にポリシリコンを選択的に形成することで、質量を増加させて、周波数を下げる調整を行う試みも行われているが、工業的に実用化することが困難であり、現実的でない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、周波数を容易に下げることにより所望の共振周波数を有することができるマイクロレゾネータ、及びその製造方法、並びにマイクロレゾネータを備える電子機器を提供することを目的とする。

本発明に係るマイクロレゾネータ及びその製造方法、並びに電子機器では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、シリコン基板と、シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、積層部上に設けられた共振子と、共振子とシリコン基板とを連結する梁とを備えたマイクロレゾネータにおいて、梁のバネ定数を調整可能な調整部を備えるようにした。
この発明によれば、共振子とシリコン基板とを連結する梁のバネ定数を調整できるので、任意の共振周波数を有するマイクロレゾネータを得ることができる。
また、調整部が、梁とシリコン基板との支持位置を調整可能に構成されるものでは、容易に梁の長さを伸ばして、梁のバネ定数を調整する（低下させる）ことができる。
また、調整部が、シリコン基板上に設けられた支持部と、支持部と梁とを複数箇所で連結する複数の調整梁を備えるものでは、調整梁を切断することにより、容易に梁の長さを伸ばすことができる。

第２の発明は、シリコン基板と、シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、積層部上に設けられた共振子と、共振子とシリコン基板とを連結する梁とを備えたマイクロレゾネータの製造方法において、シリコン基板上に支持部を形成するとともに、支持部と梁とを複数箇所で連結する複数の調整梁を形成する工程と、複数の調整梁のうちの少なくとも１つ以上を切断して、梁のバネ定数を段階的に低下させる調整工程とを含むようにした。
この発明によれば、梁のバネ定数が段階的に低下するので、梁のバネ定数を容易に調整でき、任意の共振周波数を有するマイクロレゾネータを得ることができる。
また、調整工程が、調整梁に対してレーザを照射して切断する工程であるものでは、微細な調整梁を容易に切断することができる。

第３の発明は、電子機器が、第１の発明のマイクロレゾネータ、又は第２の発明の製造方法を用いて製造されたマイクロレゾネータを備えるようにした。
この発明によれば、共振周波数のばらつきが抑えられたマイクロレゾネータが用いられるので、高性能な電気機器を得ることができる。

以下、本発明のマイクロレゾネータ及びその製造方法、並びに電子機器の実施形態について図を参照して説明する。
〔マイクロレゾネータ〕
図１は、本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータを示す平面図であり、図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿った断面矢視図である。
図１及び図２に示すマイクロレゾネータ１０は、トランスバーサル型のＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：弾性表面波素子）フィルタと同様な働きをするフィルタとして構成したものである。
なお、以下の説明においては、必要があれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図１及び図２中のＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がシリコン基板５０の表面に対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がシリコン基板５０の表面に対して直交する方向に設定される。

マイクロレゾネータ１０は、シリコン基板５０の表面に形成された酸化膜を含む絶縁膜５１上において、Ｘ方向に沿って送信側ＩＤＴ（Inter Digital Transducer）２０と受信側ＩＤＴ３０とを配置し、これらの間に共振子４０を配置した構成である。送信側ＩＤＴ２０、受信側ＩＤＴ３０、及び共振子４０は、例えばシリコン基板５０上に形成された導電層としてのポリシリコン（ｐ−ＳｉＯ）膜を利用して形成される。或いは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の絶縁膜上に結晶化されたシリコン層を利用して形成される。

送信側ＩＤＴ２０は、櫛歯部２１を有する固定電極２２と櫛歯部２３を有する可動電極２４とから構成される。送信側ＩＤＴ２０の固定電極２２は、リード線２５を介して電極端子２６に接続される。同様に、受信側ＩＤＴ３０は、櫛歯部３１を有する固定電極３２と櫛歯部３３を有する可動電極３４とから構成される。受信側ＩＤＴ３０の固定電極３２は、リード線３５を介して電極端子３６に接続される。なお、電極端子３８は、電極端子２６，３６に対して共通に設定された接地用電極端子である。

可動電極２４と可動電極３４とは、Ｘ方向延びる連結ビーム４１で連結される。そして、この連結ビーム４１、可動電極２４，３４、及び後述する方形状のフレームからなる梁部４２とから共振子４０が構成される。
共振子４０は、連結ビーム４１の−Ｘ方向における端部に連結された可動電極２４の櫛歯部２３が固定電極２２の櫛歯部２１と平面的に噛み合うように、且つ連結ビーム４１の＋Ｘ方向における端部に連結された可動電極３４の櫛歯部３３が固定電極３２の櫛歯部３１と平面的に噛み合うように、固定電極２２と固定電極３２との間に配置される。

また、固定電極２２の櫛歯部２１と可動電極２４の櫛歯部２３とは、それぞれ複数の櫛歯が所定の平面上の隙間（櫛歯ギャップ）をもって、シリコン基板５０の表面に平行に噛み合っている。同様に、固定電極３２の櫛歯部３１と可動電極３４の櫛歯部３３とは、それぞれ複数の櫛歯が所定の平面上の隙間をもって、シリコン基板５０の表面に平行に噛み合っている。櫛歯部２３を有する可動電極２４及び櫛歯部３３を有する可動電極３４が共振子４０に設けられているため、櫛歯部２３，３３の長手方向の振動、又は共振子４０のねじれ又は回転による振動等の共振モードを得ることができ、共振周波数の設定範囲を広くする上で好適である。勿論、かかる構成であれば単一の共振周波数を得ることもできる。

可動電極２４，３４に対して一体的に形成されたフレーム状の梁部４２は、梁部４２に結合された片持ち梁４３によって支持されており、片持ち梁４３の支持部４４がシリコン基板５０上に固定された構造になっている。支持部４４は接地電極としての電極端子３８と導通しているため、共振子４０は電位がほぼ接地電位になる。なお、梁部４２の外形形状は、特に方形形状に限定されるものではなく、円形形状、長円形状、紡錘形状等の任意の形状に設定することができる。

連結ビーム４１は、図２に示すように、シリコン基板５０の絶縁膜５１の表面よりも上方（＋Ｚ方向）に基板面に対して平行に浮き上がった状態で支持される。従って、連結ビーム４１の両端に連結された櫛歯状の可動電極２４，３４も同様に基板面に平行に浮き上がった状態に配置される。また、可動電極２４，３４に噛み合う櫛歯状の固定電極２２，３２も櫛歯の部分が基板面に平行に浮き上がった状態に支持される。

可動電極２４，３４及び固定電極２２，３２の浮上高さ、即ち、シリコン基板５０上に形成された絶縁膜５１との間隔は２〜３μｍ程度である。
なお、図２において、ポリシリコン等で形成された電極端子２６，３６及びリード線２５，３５と絶縁膜５１との間の層５２は、櫛歯状の固定電極２２，３２と可動電極２４，３４との櫛歯部を基板面に平行に浮き上がった構成に形成する際の製造工程において設けられた犠牲層５２である。

共振子４０の共振周波数は、共振子４０自体の重さのばらつき、又は共振子４０の一部をなす梁部４２（片持ち梁４３）のバネ定数のばらつきが原因で変化する。
調整部４５は、何れの原因で共振周波数の変化が生じた場合であっても、共振子４０の共振周波数を所望の周波数にするために用いられる。
また、例えば、４つの調整部４５を個別に調整することにより、４つ片持ち梁４３のバネ定数を対称にし、又は非対称にすることで、共振モードを調整することができる。かかる調整を行うことで、共振子４０の共振周波数の設定範囲を広くすることもでき、また共振子４０を高いＱ値を有するものとすることも、低いＱ値を有するものとすることもできる。

以上説明した構成のマイクロレゾネータ１０を、例えば発振子として用いる場合には、櫛歯状の固定電極２２の電極端子２６と接地電極としての電極端子３８との間に交流電圧を印加する。これらの電極端子間に交流電圧を印加すると、固定電極２２の櫛歯部２１と可動電極２４の櫛歯部２３との間に静電引力が発生する。これによって可動電極２４が、櫛歯の噛み合い方向（櫛歯の長さ方向、即ちＸ方向）にバネ性を有する梁部４２を介して引き押しされて振動する。この振動は可動電極２４と一体化されたバネ性を持つ梁部４２に伝達され、他方の同様に固定電極３２の櫛歯部３１と噛み合い状態にある櫛歯部３３を備える可動電極３４がＸ方向に振動する。

入力側である一方の櫛歯状の固定電極２２と可動電極２４との間で発生した振動が、共振子４０の固有振動数に達すると、共振子４０はその振動数で共振する。共振子４０が共振することによって、他方の櫛歯部３１を有する固定電極３２に接続された電極端子３６から、その固有振動数に応じた発振周波数を有する電気信号が出力される。発振周波数（共振周波数）は、可動電極２４，３４を含む共振子４０の質量と片持ち梁４３のバネ定数で定まる変位に対する復元力（梁部４２の弾性力）とによって定まる。

ここで、共振子４０の質量をｍとし、片持ち梁４３のバネ定数をｋとすると、固定電極３２から出力される電気信号の発振周波数ｆ_０は以下の（１）式で表される。
ｆ_０＝（１／（２・π））・（ｋ／ｍ）^１／２ ……（１）
図１及び図２に示すマイクロレゾネータ１０を発振子として用いる場合には、その発振周波数の設計目標値として、例えば１６ｋＨｚ、３２ｋＨｚ、７２ｋＨｚ等が設定される。

図３は、片持ち梁４３と支持部４４との連結部分を拡大した図である。
支持部４４には、コ字形に形成された調整部４５が形成され、調整部４５の底面４５ａに片持ち梁４３が接続される。また、調整部４５の２つの側面４５ｂから片持ち梁４３に対して複数の調整梁４６が連結される。調整梁４６は、所定の間隔を空けて、片持ち梁４３に対して左右均等に配置される。すなわち、片持ち梁４３は、複数の調整梁４６を介して、支持部４４に複数箇所で支持される。したがって、片持ち梁４３のうち調整梁４６が連結された部位は、拘束されるため、共振子４０の振動（共振）運動には寄与しない。
このため、片持ち梁４３は、支持部４４（具体的には、調整部４５の底面４５ａ）から最も離れた調整梁４６からの長さＬを有することになる。
なお、詳細については後述するが、複数の調整梁４６は、図３（ｂ）に示すように、選択的に切断される。調整梁４６は、支持部４４から最も離れた調整梁４６から順に切断される。これにより、片持ち梁４３と支持部４４との結合位置が移動して、片持ち梁４３の長さＬがＬ２に伸びる。これに反比例して片持ち梁４３のバネ定数が小さくなり、共振子４０の共振周波数が段階的に低下する。

図４は、マイクロレゾネータ１０をフィルタとして用いる場合の通過特性の一例を示す図である。図４に示すように、マイクロレゾネータ１０をフィルタとして用いる場合には、共振子４０の固有振動数ｆ_０を中心とした共振幅Ｗの通過帯域幅を有するフィルタとして用いられる。マイクロレゾネータ１０をフィルタとして用いる場合には、櫛歯状の固定電極２２の電極端子２６と接地電極としての電極端子３８との間に交流電圧が印加される。

これらの電極端子間に印加された交流電圧の周波数が、図４に示す帯域幅Ｗに含まれる周波数であれば、共振子４０が静電力によってＸ方向に振動して、その周波数を有する電気信号が電極端子３６から出力される。一方、帯域幅Ｗに含まれない周波数の交流電圧が入力された場合には、共振子４０が共振しない。この結果として、その周波数は除去される。このような動作によりマイクロレゾネータ１０がフィルタとして用いられる。

〔マイクロレゾネータの製造方法〕
図５及び図６は、本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータの製造方法を示す工程図である。なお、図５及び図６において、図１及び図２に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。
まず、図５（ａ）に示す通り、シリコン基板５０上に二酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなる酸化膜５１ａを形成する。シリコン基板５０は両面が研磨されており、厚さが約５００μｍ程度である。また、酸化膜５１ａは減圧気相成長（減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition））法を用いて形成され、その厚さは０．１μｍ程度である。

次に、酸化膜５１ａ上に厚さ０．５μｍ程度の窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）５１ｂを形成する。この窒化膜５１ｂも減圧ＣＶＤ法を用いて形成される。なお、これらの酸化膜５１ａ及び窒化膜５１ｂから図１及び図２に示した絶縁膜５１が形成される。
窒化膜５１ｂを形成すると、次に窒化膜５１ｂ上にＳｉＯ_２からなり、厚さが２μｍ程度の犠牲層５２を形成する工程が行われる。これらの層により積層部が構成される。なお、図２に示したマイクロレゾネータ１０においても窒化膜５１ｂが設けられているが、図２においては図示を省略している。

以上の工程が終了すると、犠牲層５２の上面の全面に亘ってフォトレジスト（不図示）を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って所定形状のレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとして犠牲層５２に対してエッチング処理を行うことにより、図５（ｂ）に示す通り、固定電極２２，３２となるべき箇所及び支持部４４となるべき箇所（図１参照）の犠牲層５２を除去する。

エッチング処理が完了し、犠牲層５２上に形成されたレジストパターンを剥離すると、図５（ｃ）に示すように、犠牲層５２及び露出している窒化膜５１ｂ上の全面に亘って厚さが２．０μｍ程度の導電層としてのポリシリコン（ｐ−ＳｉＯ）膜６０が形成される。

次に、ポリシリコン膜６０上に不図示のフォトレジストを塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って所定形状のレジストパターンを形成する。レジストパターンを形成すると、ポリシリコン膜６０に対してエッチング処理を行い、最終的に固定電極２２，３２、共振子４０（連結ビーム４１、可動電極２４，３４、及び梁部４２）、片持ち梁４３、支持部４４、調整部４５、電極端子２６，３６，３８、及びリード線２５，３５となるべき部分を残し、それ以外の部分を除去する。エッチング処理を終えて、ポリシリコン膜６０上に形成されたレジストパターンを除去すると、図６（ａ）に示す状態になる。

以上の工程が終了すると、固定電極２２の櫛歯部２１、固定電極３２の櫛歯部３１、共振子４０（可動電極２４，３４、連結ビーム４１、及び梁部４２）、片持ち梁４３、支持部４４及び調整部４５の下方の犠牲層５２をエッチングにより除去する。このようなエッチングは、エッチング時間を制御することにより可能である。かかるエッチングを行うことで、図６（ｂ）に示す通り、シリコン基板５０上（窒化膜５１ｂ上）において、２〜３μｍ程度の間隔をもって浮上した状態にある共振子４０を形成することができる。

次に、バネ定数を調整する調整工程が行われる。図７は、片持ち梁４３のバネ定数を調整する工程の様子を示す図である。
まず、共振子４０の初期状態における共振周波数を計測する。共振子４０の共振周波数の測定には、図７に示す通り、アンプ７１、センサヘッド７２、レーザドップラー振動計７３、及び周波数アナライザ７４からなる計測装置を用いる。アンプ７１は周波数アナライザ７４の信号出力端（ｓｉｇｎａｌ）から出力される所定の周波数（共振子４０の共振周波数又はその近傍の周波数）を有する交流信号を所定の増幅率で増幅して電極端子３６に与えるものである。

センサヘッド７２は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等の光源を備えており、この光源から射出されるレーザ光を共振子４０に設けられた可動電極２４の櫛歯部２３に照射し、その反射光と基準光とを干渉させて得られる干渉光を受光して光電変換した受光信号を出力する。なお、センサヘッド７２から射出されるレーザ光の強度は、レーザ７０から射出されるレーザ光の強度より遙かに低く設定されており、レーザ光の照射によって可動電極２４の重さが変化する等の影響は生じない。

レーザドップラー振動計７３は、センサヘッド７２から出力される受光信号を周波数変調することにより、共振子４０の振動周波数・振動速度を検出した検出信号を出力する。
周波数アナライザ７４は、周波数が可変である交流信号を出力するとともに、レーザドップラー振動計７３から出力されて入力端（ｃｈ１）に入力される検出信号と、信号出力端（ｓｉｇｎａｌ）から出力されて入力端（ｃｈ２）に入力される交流信号とを用いて共振子４０の共振周波数を求め、その結果を視覚的にＣＲＴ（Cathod Ray Tube）又は液晶表示装置等の表示装置７５に表示する。

前述した通り、片持ち梁４３のバネ定数は、目標とする共振周波数が得られるバネ定数よりも僅かに、高め（硬め）に形成されるため、以上の測定で得られる共振周波数は、目標とする共振周波数よりも高い値になる。
そこで、図７に示す通り、レーザ７０から射出されるレーザ光を調整部４５の調整梁４６に照射し、調整梁４６を選択的に蒸散させて切断することで片持ち梁４３のバネ定数を調整する。
具体的には、図３（ｂ）に示すように、複数の調整梁４６のうち、支持部４４から最も離れた調整梁４６を切断する。これにより、片持ち梁４３の長さＬがＬ２に伸びることになる。したがって、片持ち梁４３のバネ定数が段階的に低下する。
そして、所定の調整梁４６を切断したら、再度、共振子４０の共振周波数を計測する。共振子４０の共振周波数は、調整梁４６を切断したことにより、初期状態よりも低くなっている。仮に、得られた共振周波数が所望の共振周波数よりも、まだ高い場合には、再度、支持部４４から離れた調整梁４６を蒸散させて切断する。
このようにして、共振子４０の共振周波数を段階的に低下させて、所望に周波数に合わせる。
なお、共振周波数は、バネ定数の平方根に比例する。またバネ定数は、片持ち梁４３の長さに反比例する。仮に、片持ち梁４３の長さＬ＝１００μｍから長さＬ＝１００．３μｍに調整すると、共振周波数は０．９９５倍（０．５％）に変化する。したがって、３２ｋＨｚの共振周波数の共振子４０であれば、１６０Ｈｚ程度の共振周波数の変化（低下）を得ることができる。

以上のように、レーザ７０からのレーザ光を調整梁４６照射して、調整梁４６を選択的に切断させて、共振子４０の共振周波数を計測する動作を繰り返し、計測される共振子４０の共振周波数が目標とする共振周波数に略一致させる。
これにより、目標とする共振周波数を有する共振子４０を備えるマイクロレゾネータ１０が得られる。

なお、櫛歯部２３，３３の長手方向の振動のみの共振モードが生じている状態で共振周波数を変更する場合には、共振子４０の重心に対して対称に配置された調整梁４６を切断させて、各々の片持ち梁４３のバネ定数を対称的に調整することが望ましい。

他方、共振子４０のねじれ又は回転による共振モードを得たい場合には、共振子４０の重心に対して非対称に調整梁４６を切断させて、各々の片持ち梁４３のバネ定数を非対称的に調整する。
なお、共振モードが変わると共振周波数も変わるため、共振子４０の共振周波数を高くすることも、低くすることもできる。このように、本実施形態においては、共振モードを変更することなく共振周波数の調整を行うことができ、或いは共振周波数を変えつつ共振周波数を変えることができるため、マイクロレゾネータ１０の共振周波数の設定範囲を広くすることができる。
また、高Ｑ値を有するマイクロレゾネータを得ることも、低Ｑ値を有するマイクロレゾネータを得ることもできる。

また、前述した通り、マイクロレゾネータ１０を発振子として用いる場合には、その発振周波数の設計目標値として、例えば１６ｋＨｚ、３２ｋＨｚ、７２ｋＨｚ等のある程度決まった周波数が用いられる。
このため、各々の発振周波数が得られる片持ち梁４３のバネ定数或いは片持ち梁４３の長さを設計段階で求めて、そのバネ定数或いは片持ち梁４３の長さが得られるように調整梁４６を形成しておくことで、特定の発振周波数に近い発振周波数が容易に得られるようすることが好ましい。

このように、同一構造ではあるが異なる発振周波数を有するマイクロレゾネータ１０を短時間で製造することができる。ここで、調整梁４６の除去をレーザ光の照射によって行うようにすれば、製造ラインを全く変更することなく調整梁４６の除去を行うことができる。また、このレーザ光を残りの調整梁４６に照射することにより、梁４３のバネ定数を微調整することができ、共振子４０の発振周波数を目標とする発振周波数に設定することができる。

以上説明したマイクロレゾネータの製造方法によれば、共振子４０に連結する片持ち梁４３のバネ定数を調整することにより、共振子４０等の製造誤差による共振周波数のばらつきがあった場合でも、目標とする共振周波数を有するマイクロレゾネータ１０を高い歩留まりで、且つ安価に製造することができる。

また、バネ定数の調整は、片持ち梁４３上に形成された調整部４５の調整梁４６に対してレーザを照射して調整梁４６を選択的に蒸散させて切断しているため、片持ち梁４３のバネ定数の調整を短時間で且つ高精度で行うことができ、その結果として目標とする共振周波数を有するマイクロレゾネータ１０をスループットの低下を招かずに製造することができる。
これにより、高い歩留まりで目標とする共振周波数を有するマイクロレゾネータ１０を製造することができる。

なお、上記実施形態においては、シリコン基板５０上に酸化膜５１ａ及び窒化膜５１ｂからなる絶縁膜５１を形成し、この絶縁膜５１上に犠牲層５２を形成し、更に犠牲層５２上にポリシリコン膜６０を形成して、ポリシリコン膜６０に共振子４０及び固定電極２２，３２等を形成した。
また、ＳＯＩ基板を用いてこれらを形成することもできる。ＳＯＩ基板を用いる場合には、ＳＯＩ基板に形成された絶縁膜上に結晶化されたシリコン層を利用して共振子４０及び固定電極２２，３２等を形成し、絶縁膜を上記の犠牲層５２と同様にエッチングすることにより、シリコン基板に対して共振子４０及び固定電極２２，３２が浮上した状態にすることができる。

更に、上記実施形態では、共振子４０の共振周波数を計測するために、センサヘッド７２、レーザドップラー振動計７３、及び周波数アナライザ７４を用いていた。高い精度で共振子４０の共振周波数を計測するにはこれらを用いて計測することが望ましい。しかしながら、共振子４０の共振周波数の計測方法はこれに限られる訳ではない。例えば、共振子４０の振動に起因して生ずる固定電極２２と可動電極２４との間の電気容量変化又は固定電極３２と可動電極３４との間の電気容量変化を検出することで共振子４０の共振周波数を計測することもできる。

図８は、調整部４５の変形例を示す図である。調整部４５は、図８（ａ）に示すように、片持ち梁４３に対して調整梁４６を左右に互い違いに配置した構造としてもよい。このように、調整梁４６を左右に互い違いに配置することにより、バネ定数を調整する工程の際に、切断する調整梁４６の数を半減させることができ、作業の効率化を図ることができる。
また、調整部４５は、片持ち梁４３を複数の調整梁４６で支持する構造に限らない。梁４３と支持部４４とを連続的に連結し、図８（ｂ）に示すように、この部分をレーザ７０により蒸散させて、梁４３の長さを伸ばしてもよい。なお、この場合には、共振子４０の共振周波数を計測しながら、徐々に結合部分をレーザ７０により蒸散させることが望ましい。共振周波数が連続的に変化するからである。

〔電子機器〕
図９は、本発明の一実施形態による電子機器としての携帯電話機の外観を示す斜視図である。図９に示す携帯電話機１００は、アンテナ１０１、受話器１０２、送話器１０３、液晶表示部１０４、及び操作釦部１０５等を備えて構成される。図１０は、図９に示した携帯電話機１００の内部に設けられる電子回路の電気的構成を示すブロック図である。

図１０に示した電子回路は、携帯電話機１００内に設けられる電子回路の基本構成を示し、送話器１１０、送信信号処理回路１１１、送信ミキサ１１２、送信フィルタ１１３、送信電力増幅器１１４、送受分波器１１５、アンテナ１１６ａ，１１６ｂ、低雑音増幅器１１７、受信フィルタ１１８、受信ミキサ１１９、受信信号処理回路１２０、受話器１２１、周波数シンセサイザ１２２、制御回路１２３、及び入力／表示回路１２４を含んで構成される。なお、現在実用化されている携帯電話機は、周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成はより複雑である。

送話器１１０は、例えば音波を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現され、図９中の送話器１０３に相当するものである。送信信号処理回路１１１は、送話器１１０から出力される電気信号に対して、例えばＤ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ１１２は、周波数シンセサイザ１２２から出力される信号を用いて送信信号処理回路１１１から出力される信号をミキシングする。なお、送信ミキサ１１２に供給される信号の周波数は、例えば３８０ＭＨｚ程度である。送信フィルタ１１３は、中間周波数（ＩＦ）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。なお、送信フィルタ１１３から出力される信号は不図示の変換回路によりＲＦ信号に変換される。このＲＦ信号の周波数は、例えば１．９ＧＨｚ程度である。送信電力増幅器１１４は、送信フィルタ１１３から出力されるＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器１１５へ出力する。

送受分波器１１５は、送信電力増幅器１１４から出力されるＲＦ信号をアンテナ１１６ａ，１１６ｂへ出力し、アンテナ１１６ａ，１１６ｂから電波の形で送信する。また、送受分波器１１５はアンテナ１１６ａ，１１６ｂで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器１１７へ出力する。なお、送受分波器１１５から出力される受信信号の周波数は、例えば２．１ＧＨｚ程度である。低雑音増幅器１１７は送受分波器１１５からの受信信号を増幅する。なお、低雑音増幅器１１７から出力される信号は、不図示の変換回路により中間信号（ＩＦ）に変換される。

受信フィルタ１１８は不図示の変換回路により変換された中間周波数（ＩＦ）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。受信ミキサ１１９は、周波数シンセサイザ１２２から出力される信号を用いて送信信号処理回路１１１から出力される信号をミキシングする。なお、受信ミキサ１１９に供給される中間周波数は、例えば１９０ＭＨｚ程度である。受信信号処理回路１２０は受信ミキサ１１９から出力される信号に対して、例えばＡ／Ｄ変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器１２１は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現され、図９中の受話器１０２に相当するものである。

周波数シンセサイザ１２２は送信ミキサ１１２へ供給する信号（例えば、周波数３８０ＭＨｚ程度）及び受信ミキサ１１９へ供給する信号（例えば、周波数１９０ＭＨｚ）を生成する回路である。なお、周波数シンセサイザ１２２は、例えば７６０ＭＨｚの発振周波数で発振するＰＬＬ回路を備え、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して周波数が３８０ＭＨｚの信号を生成し、更に分周して周波数が１９０ＭＨｚの信号を生成する。制御回路１２３は、送信信号処理回路１１１、受信信号処理回路１２０、周波数シンセサイザ１２２、及び入力／表示回路１２４を制御することにより携帯電話機の全体動作を制御する。入力／表示回路１２４は、携帯電話機１００の使用者に対して機器の状態を表示するとともに操作者の指示を入力するためのものであり、例えば図９に示した液晶表示部１０４及び操作釦部１０５に相当する。

以上の構成の電子回路において、送信フィルタ１１３及び受信フィルタ１１８として前述したマイクロレゾネータが用いられている。これら送信フィルタ１１３及び受信フィルタ１１８がフィルタリングする周波数（通過させる周波数帯域）は、送信ミキサ１１２から出力される信号の内の必要となる周波数、及び、受信ミキサ１１９で必要となる周波数に応じて送信フィルタ１１３及び受信フィルタ１１８で個別に設定される。

また、周波数シンセサイザ１２２内に設けられるＰＬＬ回路の一部として前述したマイクロレゾネータが用いられている。周波数シンセサイザ１２２内に設けられるＰＬＬ回路は、上述した通り特定の周波数で発振する回路であるため、このＰＬＬ回路の一部として設けられるマイクロレゾネータは、単一の共振モードで共振し、上記の特定の周波数でてＱ値が高くなるように設定される。なお、送信フィルタ１１３と送信電力増幅器１１４との間及び低雑音増幅器１１７と受信フィルタ１１８との間に設けられる不図示の変換回路にも上述したマイクロレゾネータが用いられている。

送信フィルタ１１３及び受信フィルタ１１８並びに周波数シンセサイザ１２２等に相当する従来の部品は、受信ミキサ１１９等と集積化することはできなかったため、集積化された受信ミキサ１１９等とは別個の部品として基板上に搭載されていた。これに対し、図１０に示す電子回路では、送信フィルタ１１３及び受信フィルタ１１８並びに周波数シンセサイザ１２２等にマイクロレゾネータが用いられているため、受信ミキサ１１９等と一緒に集積化することができ、その結果として携帯電話機１００の小型化・軽量化を図ることができる。

図１１は、本発明の他の実施形態による電子機器としての腕時計の外観を示す斜視図である。図１１に示す腕時計２００は、発振子として上述したマイクロレゾネータ１０を備えている。このマイクロレゾネータ１０の発振周波数は、例えば３２ｋＨｚ程度に設定される。現在一般に設けられている腕時計は発振子としてクオーツ（水晶）発振子を備えるものが多いが、マイクロレゾネータ１０を発振子として用いることにより、腕時計２００の更なる小型・軽量化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態によるマイクロレゾネータ及びその製造方法並びに電子機器について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば上記実施形態においては電子機器として携帯電話機及び腕時計を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の電子機器は携帯電話機及び腕時計に限定される訳ではなく、計時機能を有するコンピュータ、電波時計、ディジタルカメラ、各種の家電製品等の種々の電子機器が含まれる。

また、携帯電話機等の携帯性を有する電子機器のみならずＢＳ放送及びＣＳ放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器も含まれる。更には、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等の電子機器も含まれる。これらの電子機器は、所定の周波数をフィルタリングするため、及び計時機能を実現するためにマイクロレゾネータが用いられる。

マイクロレゾネータ１０を示す平面図 マイクロレゾネータ１０の断面図 調整部４５を示す平面図 マイクロレゾネータ１０をフィルタとして用いた場合の通過特性図 マイクロレゾネータ１０の製造方法を示す工程図 図５に続く工程図 片持ち梁４３のバネ定数を調整する工程を示す図 調整部４５の変形例を示す図 携帯電話機１００の外観を示す斜視図 携帯電話機１００の電子回路の電気的構成を示すブロック図 腕時計２００の外観を示す斜視図

符号の説明

１０…マイクロレゾネータ、 ４０…共振子、 ４３…梁、 ４４…支持部、 ４５…調整部、 ４６…調整梁、 ５０…シリコン基板、 ５１…絶縁膜（積層部）、 ５２…犠牲層（積層部）、 ７０…レーザ、 １００…携帯電話機（電子機器）、 ２００…腕時計（電子機器）

Claims (6)

1. シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、前記積層部上に設けられた共振子と、前記共振子と前記シリコン基板とを連結する梁と、を備えたマイクロレゾネータにおいて、
   前記梁のバネ定数を調整可能な調整部を備えることを特徴とするマイクロレゾネータ。
2. 前記調整部は、前記梁と前記シリコン基板との支持位置を調整可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレゾネータ。
3. 前記調整部は、前記シリコン基板上に設けられた支持部と、前記支持部と前記梁とを複数箇所で連結する複数の調整梁を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマイクロレゾネータ。
4. シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された少なくとも絶縁膜を含む積層部と、前記積層部上に設けられた共振子と、前記共振子と前記シリコン基板とを連結する梁と、を備えたマイクロレゾネータの製造方法において、
   前記シリコン基板上に支持部を形成するとともに、前記支持部と前記梁とを複数箇所で連結する複数の調整梁を形成する工程と、
   前記複数の調整梁のうちの少なくとも１つ以上を切断して、前記梁のバネ定数を段階的に低下させる調整工程と、
   を含むことを特徴とするマイクロレゾネータの製造方法。
5. 前記調整工程は、前記調整梁に対してレーザを照射して切断する工程であることを特徴とする請求項４に記載のマイクロレゾネータの製造方法。
6. 請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のマイクロレゾネータ、又は請求項４又は請求項５に記載の製造方法を用いて製造されたマイクロレゾネータを備えることを特徴とする電子機器。
   
   
   
   

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