JP2005323271A - 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】 寄生容量を低減することで共振時により多くの電流が得られるマイクロレゾネータ、及び当該マイクロレゾネータを高い歩留まりで製造することができるマイクロレゾネータの製造方法、並びに当該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】 マイクロレゾネータ１０は、櫛歯部２１を有する固定電極２２と櫛歯部３１を有する固定電極３２との間に共振子４０が配置された構成である。固定電極２２，３２にはリード線２５，３５を介して接続端子２６，３６がそれぞれ接続されている。共振子４０は、櫛歯部２３が固定電極２２の櫛歯部２１と噛み合うよう配置された可動電極２４と、櫛歯部３３が固定電極３２の櫛歯部３１と噛み合うよう配置された可動電極３４とを有している。以上のマイクロレゾネータ１０を構成する各構造体は、絶縁体からなるガラス基板５０上に形成されている。
【選択図】 図１

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、並びに当該マイクロレゾネータを備える電子機器に関する。

近年、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。

また、上記の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。尚、上記の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、例えば上記の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。尚、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を参照されたい。
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４） 米国特許第５５３７０８３号明細書（第４欄第４３行−第１０欄第３３行、図４−図８）

ところで、上述したマイクロレゾネータは、直列共振回路（Ｌｍ，Ｃｍ，Ｒ）と、これに並列接続された容量成分Ｃ０とからなる等価回路で表すことができる。直列共振回路をなす各々の成分はＬｍ，Ｃｍ，Ｒは、以下の（１）〜（３）式でそれぞれ表すことができる。
Ｌｍ＝ｍ／η^２ ……（１）
Ｃｍ＝η^２／ｋ ……（２）
Ｒ＝（ω^２ｍ）／（Ｑη^２） ……（３）

上記（１）〜（３）式において、ｍは可動電極の有効質量、Ｋは可動電極を支持する支持部のスティフネス、ωは可動電極の共振周波数、ＱはマイクロレゾネータのＱ値である。また、可動電極と固定電極との間の電気的な静電容量（Ｃ０）の変化を電流変化として取り出す際に必要となるバイアス電圧をＶｂとすると、ηは以下の（４）式で表される。
η＝Ｖｂ（ｄＣ０／ｄｘ） ……（４）

マイクロレゾネータをなす固定電極及び可動電極はポリシリコン等を用いて１００μｍ角程度の大きさに形成されるため、上記の直列共振回路をなす抵抗値Ｒが数〜数十ＭΩ程度の極めて高い値になってしまう。このため、共振子が共振状態になって上記の直列共振回路のインピーダンスが最小になっても、入力電圧を直列共振回路の抵抗値Ｒで除算して得られる電流以上の電流は得られない。例えば、固定電極に対して１００Ｖ程度の入力電圧を与えて共振子を共振状態にさせてもｎＡ（ナノアンペア）オーダの電流しか得られない。

また、マイクロレゾネータには、上記の要素以外に寄生容量が存在する。この寄生容量は、固定電極及び可動電極とシリコン基板との間に生ずるものであって、上記の直列共振回路及び容量成分Ｃ０と並列に接続するものと考えられる。この寄生容量は固定電極及び可動電極の面積、固定電極及び可動電極とシリコン基板との間に形成された絶縁膜の厚み、及び絶縁膜の誘電率によって決定される。この寄生容量は固定電極及び可動電極並びに絶縁膜の構造によって大きく変わるが、例えば固定電極と可動電極との間の静電容量の２〜３倍程度になることがあり、可動電極の振動による電流量が極めて小さくなってしまう。

可動電極の共振時に得られる電流量を大きくするためには、可動電極及び固定電極のインピーダンスを小さくするか、又は寄生容量を小さくする方法が考えられる。前者の方法による場合には、可動電極及び固定電極の櫛歯の数を増加させるとともに可動電極の櫛歯と固定電極の櫛歯との間隔を小さくして、可動電極の変位量に対する静電容量の変化を大きくすれば良いが、得ようとする電流量に比例してマイクロレゾネータが大型化してしまうという問題がある。また、櫛歯をより微細化する方法も考えられるが、櫛歯の幅を１／６程度に微細化しても得られる電流量は３６倍程度にしかならない。このため、後者の寄生容量を小さくする方法を用いて電流量を増大させるのが現実的である戸考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、寄生容量を低減することで共振時により多くの電流が得られるマイクロレゾネータ、及び当該マイクロレゾネータを高い歩留まりで製造することができるマイクロレゾネータの製造方法、並びに当該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。

上記課題を解決するために、本発明のマイクロレゾネータは、基板と、当該基板上に設けられた共振子とを備えるマイクロレゾネータであって、前記基板として絶縁体からなる基板を備えることを特徴としている。
この発明によれば、絶縁体からなる基板を用いてマイクロレゾネータが形成されているため、基板上に形成される共振子等の構造体と基板との間の寄生容量を低減することができる。この結果として、寄生容量を介して流れる電流が大幅に減少されて共振子の共振時により多くの電流を得ることができるため、マイクロレゾネータの性能を向上させることができる。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記基板が、ガラスからなることを特徴としている。
この発明によれば、ガラスからなる基板を上記の絶縁体からなる基板として用いているため、マイクロレゾネータの大幅なコスト上昇を招くことはない。また、ガラス基板に対する微細加工技術は、例えば液晶表示素子の製造において確立された技術を用いることができるため、低コストで高性能のマイクロレゾネータを得ることができる。
上記課題を解決するために、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、基板と、当該基板上に設けられた共振子とを備えるマイクロレゾネータの製造方法であって、絶縁体からなる第１基板の基板表面と活性層を有する第２基板の前記活性層とを向かい合わせて接合する接合工程と、前記第２基板に対して所定の加工を行って前記第１基板上に前記共振子を形成する共振子形成工程とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、絶縁体からなる第１基板の基板表面と活性層を有する第２基板の前記活性層とを向かい合わせて接合し、前記第２基板に対して所定の加工を行って前記第１基板上に前記共振子を形成しているため、基板上の共振子等の構造体と基板との間の寄生容量が低減されたマイクロレゾネータを安価に効率よく且つ高い歩留まりで製造することができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記接合工程の前に、前記共振子が形成されるべき位置における前記第２基板の前記活性層を所定量エッチングする工程を含むことを特徴としている。
この発明によれば、第１基板と第２基板とを接合する前に、第２基板の共振子が形成されるべき位置における活性層を所定量エッチングしているため、絶縁体上において共振子を共振可能に形成する上で極めて好適である。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記接合工程の前に、前記第２基板の前記共振子が形成されるべき位置に向き合う前記第１基板の表面を所定量エッチングする工程を含むことを特徴としている。
この発明によれば、第１基板と第２基板とを接合する前に、第２基板の共振子が形成されるべき位置に接合される第１基板の表面を所定量エッチングしているため、絶縁体上において共振子を共振可能に形成する上で極めて好適である。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記第１基板が、ガラスからなることを特徴としている。
この発明によれば、ガラスからなる基板を上記の絶縁体からなる第１基板として用いているため、マイクロレゾネータの製造コストの大幅な上昇を招くことはない。また、ガラス基板に対する微細加工技術は、例えば液晶表示素子の製造において確立された技術を用いることができるため、低コストで高性能のマイクロレゾネータを得ることができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方法は、前記共振子形成工程が、前記第１基板に接合された前記第２基板を所定の厚みまで薄板化する薄板化工程と、薄板化された前記第２基板を所定形状にエッチングするエッチング工程とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、第１基板と第２基板とを接合した後で、第２基板を所定の厚みまで薄板化し、薄板化された第２基板を所定形状にエッチングしてるため、既存のプロセス技術を用いて半導体（活性層）からなる共振子を絶縁体からなる基板上に安価且つ効率良く形成することができる。
また、本発明のマイクロレゾネータの製造方向は、前記第２基板が、シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された絶縁膜と、当該絶縁膜上に形成された前記活性層とを有しており、前記薄板化工程は、前記第２基板に含まれる前記シリコン基板に対して研磨処理及びエッチング処理の少なくとも一方を行って前記シリコン基板を除去する工程であることを特徴としている。
この発明によれば、第１基板に接合された第２基板に設けられたシリコン基板に対して研磨処理及びエッチング処理の少なくとも一方を行ってシリコン基板を除去しているため、所定の厚みを有する活性層及び絶縁膜を第１基板上に精確に形成することができる。
また、本発明のマイクロレゾネータは、前記エッチング工程が、前記第２基板を一部に櫛歯形状を有する形状にエッチングする工程であることを特徴としている。
この発明によれば、第１基板上において薄板化された第２基板を一部に櫛歯形状を有する形状にエッチングしているため、第２基板上に形成される構造体の対向面積を増大させて電気容量を増大させる上で好適である。また、かかる形状にすることで、櫛歯の長手方向の振動、又は共振子のねじれ又は共振子の回転による振動等の共振モードを得ることができ、マイクロレゾネータの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。但し、本発明は、共振子が櫛歯状電極を有する形状のものに限定されることを意図しているわけではなく、櫛歯状電極を有する形状以外に、梁（ビーム）形状又は円板形状を採用することもできる。
本発明の電子機器は、上記のマイクロレゾネータ又は上記の何れか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している。
この発明によれば、半導体素子を製造する技術を応用して絶縁体上に所望の共振周波数を有するマイクロレゾネータを形成することができる。近年においては、絶縁体としてのガラス基板上に半導体集積回路を形成する技術も開発されてきているため、マイクロレゾネータを応用したフィルタ及び発振子等を半導体チップ内に集積化することができる。この結果、例えば、発振子、フィルタ、アンプ、混合器、及び検波器等からなる受信回路を１チップ化した半導体素子等の超小型・超高機能の半導体素子が提供される。

以下、図面を参照して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詳細に説明する。

〔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。尚、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軸がガラス基板５０の表面に対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がガラス基板５０の表面に対して直交する方向に設定されている。

図１に示すマイクロレゾネータ１０は、絶縁体としてのガラス基板５０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ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の絶縁膜上に結晶化されているシリコン層（活性層）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とから構成されている。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に接続されている。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とから構成されている。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に接続されている。尚、図１中の３８は、電極端子２６，３６に対して共通に設定された接地電極としての電極端子である。

上記の可動電極２４と可動電極３４とは、Ｘ方向延びる連結ビーム４１で連結されている。共振子４０は、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とから構成されている。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との間に配置されている。

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、ガラス基板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、ガラス基板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がガラス基板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。尚、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。

図２に示す通り、連結ビーム４１はガラス基板５０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ている。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ている。

可動電極２４，３４及び固定電極２２，３２の浮上高さ、即ち、ガラス基板５０の表面との間隔は２〜３μｍ程度である。尚、可動電極２４，３４を含む共振子４０、固定電極２２，３２、リード線２５，３５、及び電極端子２６，３６は、ＳＯＩ基板６０（図４参照）に形成された絶縁膜６２及びシリコン層（活性層）６３を用いて形成されている。

図１及び図２に示す本実施形態のマイクロレゾネータ１０は、絶縁体としてのガラス基板５０に、可動電極２４，３４を含む共振子４０、固定電極２２，３２、リード線２５，３５、及び電極端子２６，３６が形成されている。これは、これらの構造体とガラス基板５０との間の寄生容量を低減してマイクロレゾネータ１０の共振時における電流量を増加させてマイクロレゾネータ１０の性能を向上させるためである。

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の質量と梁部４２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、梁部４２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。

また、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、図３に示す通り、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。図３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。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３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３０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。

以上説明した本発明の一実施形態によるマイクロレゾネータ１０は、共振子４０が櫛歯部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を備え、可動電極２４，３４を挟むように櫛歯部２１を有する固定電極２２及び櫛歯部３１を有する固定電極３２が配置され、可動電極２４，３４を連結する連結ビーム４１上に錘４５が形成された形態であった。マイクロレゾネータ１０の共振子の形態は、かかる形態以外に梁（ビーム）形状又は円板形状の形態のものを採用することができる。

〔マイクロレゾネータの製造方法〕
図４及び図５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。尚、図４及び図５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。また、以下の説明においてはＳＯＩ基板６０を用いてマイクロレゾネータ１０を製造する場合を例に挙げて説明するが、シリコン基板５０上に絶縁膜及びポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）膜を形成することで、ＳＯＩ基板６０を用いる場合とほぼ同様の工程でマイクロレゾネータ１０を製造することができる。

本実施形態では、図４（ａ）に示す通り、シリコン基板６１上に絶縁膜としての二酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなる絶縁膜６２及び減圧気相成長（減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition））法を用いて形成され、その半導体層としてのシリコン層６３が順に形成されたＳＯＩ基板６０を用いる。上記シリコン基板６１は両面が研磨されており、厚さが約５００μｍ程度である。また、絶縁膜６２は厚さが０．１μｍ程度に形成され、シリコン層６３は１０〜２０μｍ程度に形成される。

まず、図４（ａ）に示すＳＯＩ基板６０に形成されたシリコン層６３の上面全体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。この処理で形成されるレジストパターンには、可動電極２４，３４及び梁部４２を含む共振子４０、固定電極２２，３２の櫛歯部２１，３１、及び片持ち梁４３が形成されるべき位置に開口が形成されている。

次いで、このレジストパターンをマスクとしてＳＯＩ基板６０のシリコン層６３に対してエッチング処理を行い、シリコン層６３を数μｍ程度除去する。尚、支持部４４となるべき箇所のシリコン層６３は除去せずに残しておく。エッチング処理が完了し、シリコン層６３上に形成されているレジストパターンを除去すると、図４（ｂ）に示す通り、シリコン６３の可動電極２４，３４及び梁部４２を含む共振子４０、固定電極２２，３２の櫛歯部２１，３１、及び片持ち梁４３が形成されるべき位置に凹部Ｈ１が形成される。

ＳＯＩ基板６０に対するエッチング処理が終了すると、次にＳＯＩ基板６０に形成されたシリコン層６３とガラス基板５０の表面とを向かい合わせて陽極接合により接合する。ここで陽極接合とは、ガラス基板とシリコン基板又は金属等とを密着接合する方法であって、重ね合わせた基板を加熱して、ガラス基板側を軟化させると同時にシリコン基板を陽極として両者の間に高電圧を付加することにより、電気的二重層を発生させ、静電引力により基板同士を接合する方法である。陽極接合を用いることにより、図４（ｃ）に示す通り、ガラス基板５０上にＳＯＩ基板６０が接合される。尚、ＳＯＩ基板６０とガラス基板５０とを陽極接合する際に、ガラス基板上に形成されている電極とシリコン層６３の電極端子２６，３６が形成されるべき部位とが電気的に接続される。

以上の工程が終了すると、ガラス基板５０に接合されたＳＯＩ基板６０の薄板化を行う。この処理では、ＳＯＩ基板６０の絶縁膜６２をエッチングストップ層として用い、エッチングによりシリコン基板６１を除去する。このときのエッチングについては、ウェットエッチング及びドライエッチングの何れを用いることもできる。ドライエッチングを採用した場合、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）等を利用することができる。尚、エッチングに先だって、絶縁膜６２が露出する直前までシリコン基板６１を研削（粗研磨）し、その後、上記のエッチングを行って残りのシリコン基板６１を除去することが好ましい。このようにすれば、処理時間を短縮して生産性を向上することができる。シリコン基板６１の研削にはＣＭＰ法（化学的機械的研磨法）を用いるのが好ましい。

シリコン基板５０の除去を行うと、図５（ａ）に示す通り、ガラス基板５０上にシリコン層６３と絶縁膜６２とが形成された状態になる。次に、ガラス基板５０上に形成された絶縁膜６２上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絶縁膜６２に対してエッチング処理を行って、図５（ｂ）に示す通り、Ｄ−ＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）用のマスクを形成する。マスクの形成が終了すると、絶縁膜６２上に形成されているレジストパターンを除去する。

以上の工程が終了すると、絶縁膜６２をマスクとしてＤ−ＲＩＥによりシリコン層６３のエッチングを行い、ガラス基板５０上に固定電極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、電極端子２６，３６，３８、及びリード線２５，３５を形成する。以上の工程を終えると、図５（ｃ）に示す通り、共振子４０をガラス基板５０上に浮き上がった状態に形成することができるとともに、固定電極２２，３２の櫛歯部２１，３１もガラス基板５０上に浮き上がった状態に形成することができる。

次に、本発明の他の実施形態によるマイクロレゾネータの製造方法について説明する。図６は、本発明の他の実施系他によるマイクロレゾネータの製造方法の一部を示す工程図である。尚、図６において、図１〜図５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。また、上記の実施形態と同様に、以下の説明においてはＳＯＩ基板６０を用いてマイクロレゾネータ１０を製造する場合を例に挙げて説明するが、シリコン基板５０上に絶縁膜及びポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）膜を形成することで、ＳＯＩ基板６０を用いる場合とほぼ同様の工程でマイクロレゾネータ１０を製造することができる。

本実施形態では、まず図６（ａ）に示す通り、ガラス基板５０の表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。この処理で形成されるレジストパターンには、後の工程で張り合わされるＳＯＩ基板６０の可動電極２４，３４及び梁部４２を含む共振子４０、固定電極２２，３２の櫛歯部２１，３１、及び片持ち梁４３が形成されるべき位置に向き合う部分に開口が形成されている。

次いで、このレジストパターンをマスクとしてガラス基板５０の表面に対してエッチング処理を行い、ガラス基板５０の表面を数μｍ程度除去する。尚、支持部４４となるべき箇所が接合される部位は除去せずに残しておく。エッチング処理が完了し、ガラス基板５０上に形成されているレジストパターンを除去すると、図６（ｂ）に示す通り、シリコン膜６３の可動電極２４，３４及び梁部４２を含む共振子４０、固定電極２２，３２の櫛歯部２１，３１、及び片持ち梁４３が形成されるべき位置に向き合う部位に凹部Ｈ２が形成される。

ガラス基板５０の表面に対するエッチング処理が終了すると、次にＳＯＩ基板６０に形成されたシリコン層６３とガラス基板５０の表面とを向かい合わせて陽極接合により接合する。ここで、シリコン層６３の可動電極２４，３４及び梁部４２を含む共振子４０等が形成される部位と凹部Ｈ２とが向き合うようにガラス基板５０とＳＯＩ基板６０との位置合わせを精確に行う。陽極接合により、図６（ｃ）に示す通り、ガラス基板５０上にＳＯＩ基板６０が接合される。尚、本実施形態においてもＳＯＩ基板６０とガラス基板５０とを陽極接合する際に、ガラス基板上に形成されている電極とシリコン層６３の電極端子２６，３６が形成されるべき部位とが電気的に接続される。

ガラス基板５０とＳＯＩ基板６０との接合を終えると、上記の実施形態と同様に、ＳＯＩ基板６０のシリコン基板６２を除去する工程、Ｄ−ＲＩＥのマスクを絶縁膜６２を用いて形成する工程、及び絶縁膜６２をマスクとしてＤ−ＲＩＥを用いたエッチング工程を行うことにより、図１及び図２に示すマイクロレゾネータ１０とほぼ同様の構成のマイクロレゾネータが製造される。

以上説明した通り、本実施形態においては、絶縁体としてのガラス基板５０の表面とＳＯＩ基板６０のシリコン膜（活性層）６３とを向かい合わせて接合し、ＳＯＩ基板６０に対して処理の加工をガラス基板５０上に可動電極２４，３４及び梁部４２を含む共振子４０、固定電極２２，３２の櫛歯部２１，３１、及び片持ち梁４３等を形成しているため、これらの構造体とガラス基板５０との間の寄生容量が低減されたマイクロレゾネータ１０を安価に効率よく製造することができる。

また、ＳＯＩ基板６０とガラス基板５０とを接合する前に、ＳＯＩ基板６０に形成されたシリコン層６３の共振子４０等が形成されるべき箇所、又はこの箇所に向かい合うガラス基板５０の表面をエッチングにより除去しているため、ガラス基板上に共振子４０及び固定電極２２，３２の櫛歯部２１，３１等を浮き上がらせた状態にする上で極めて好適である。また、絶縁体の基板としてガラス基板を用いているため、マイクロレゾネータ１０の製造コストの大幅な上昇を招くことはなく、ガラス基板５０に対する微細加工技術は、例えば液晶表示素子の製造において確立された技術を用いることができるため、低コストで高性能のマイクロレゾネータ１０を得ることができる。尚、以上説明した製造方法は、梁（ビーム）形状又は円板形状の共振子を有するマイクロレゾネータを製造する場合にも同様に適用することができる。

尚、上記実施形態においては、シリコン基板６１上に絶縁膜６２及びシリコン層６３が形成されたＳＯＩ基板６０を用いて共振子４０及び固定電極２２，３２等を形成していた。しかしながら、シリコン基板上に酸化膜及び窒化膜からなる絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に犠牲層を形成し、更に犠牲層上にポリシリコン膜を形成した基板を用いることもできる。この場合には、ポリシリコン膜とガラス基板５０との表面を接合し、ポリシリコン膜を用いて共振子４０及び固定電極２２，３２等を形成する。

また、上記実施形態ではマイクロレゾネータ１０を製造する場合を例に挙げたが、本発明は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるべき構造体において、構造体と基板との間の寄生容量が問題になる場合に応用することができる。また、本発明のマイクロレゾネータは、共振子等の構造体をガラス基板上に形成した構造であるため、例えば動作にタイミングクロックが必要となる液晶表示素子等にマイクロレゾネータ１０を一体化させることも可能である。

〔電子機器〕
図７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７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ている。図８は、図７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８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。尚、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となっている。

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７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。尚、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。尚、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。尚、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１１７は送受分波器１１５からの受信信号を増幅する。尚、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。尚、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７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。尚、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７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で個別に設定されている。

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ている。尚、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８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９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９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程度に設定されている。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。

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る。 図１中のＡ−Ａ線に沿った断面矢視図である。 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。 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。 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。 本発明の他の実施系他によるマイクロレゾネータの製造方法の一部を示す工程図である。 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７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。 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。

符号の説明

１０……マイクロレゾネータ
４０……共振子
５０……ガラス基板（絶縁体からなる基板、第１基板）
６０……ＳＯＩ基板（第２基板）
６２……シリコン層（活性層）

Claims (10)

1. 基板と、当該基板上に設けられた共振子とを備えるマイクロレゾネータであって、
   前記基板として絶縁体からなる基板を備えることを特徴とするマイクロレゾネータ。
2. 前記基板は、ガラスからなることを特徴とする請求項１記載のマイクロレゾネータ。
3. 基板と、当該基板上に設けられた共振子とを備えるマイクロレゾネータの製造方法であって、
   絶縁体からなる第１基板の基板表面と活性層を有する第２基板の前記活性層とを向かい合わせて接合する接合工程と、
   前記第２基板に対して所定の加工を行って前記第１基板上に前記共振子を形成する共振子形成工程と
   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。
4. 前記接合工程の前に、前記共振子が形成されるべき位置における前記第２基板の前記活性層を所定量エッチングする工程を含むことを特徴とする請求項３記載のマイクロレゾネータの製造方法。
5. 前記接合工程の前に、前記第２基板の前記共振子が形成されるべき位置に向き合う前記第１基板の表面を所定量エッチングする工程を含むことを特徴とする請求項３記載のマイクロレゾネータの製造方法。
6. 前記第１基板は、ガラスからなることを特徴とする請求項３から請求項５の何れか一項に記載のマイクロレゾネータの製造方法。
7. 前記共振子形成工程は、前記第１基板に接合された前記第２基板を所定の厚みまで薄板化する薄板化工程と、
   薄板化された前記第２基板を所定形状にエッチングするエッチング工程と
   を含むことを特徴とする請求項３から請求項６の何れか一項に記載のマイクロレゾネータの製造方法。
8. 前記第２基板は、シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された絶縁膜と、当該絶縁膜上に形成された前記活性層とを有しており、
   前記薄板化工程は、前記第２基板に含まれる前記シリコン基板に対して研磨処理及びエッチング処理の少なくとも一方を行って前記シリコン基板を除去する工程であることを特徴とする請求項７記載のマイクロレゾネータの製造方法。
9. 前記エッチング工程は、前記第２基板を一部に櫛歯形状を有する形状にエッチングする工程であることを特徴とする請求項７又は請求項８記載のマイクロレゾネータの製造方法。
10. 請求項１若しくは請求項２記載のマイクロレゾネータ又は請求項３から請求項９の何れか一項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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