JP2007026804A - 高周波マイクロマシンスイッチの構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 歩留まり良く製造することが容易であり、スイッチを動作させるために必要な電圧を低く抑えることができる、マイクロマシンスイッチおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 基板１２上に、高周波信号を伝搬するための信号線路導体１４を形成する第１のステップと、基板１２及び信号線路導体１４の上に犠牲層を形成する第２のステップと、犠牲層の上に、下部電極層、圧電体層及び上部電極層を形成する第３のステップと、上部電極層、圧電体層及び下部電極層の一部と、犠牲層の一部又は全部とを除去することによって、基板１２に一端又は両端が支持され、下部電極と上部電極との間に圧電体が挟まれた梁部３２を形成する第４のステップとを備える。梁部３２は、基板１２に垂直な方向から見たとき、折れ曲がりながら延在する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波マイクロマシンスイッチの構造およびその製造方法に関し、詳しくは、高周波回路において、圧電体を駆動体とする梁形状を有する駆動機構を屈曲させることで信号線路導体と接地導体を短絡、もしくは駆動機構側の電極と信号線路導体との共振により、信号線路導体を通過する高周波信号の伝達を遮断し、高周波信号の切り替えを行うために使用される、高周波マイクロマシンスイッチの構造およびその製造方法に関する。

近年携帯通信機器を始めとした様々な高周波機器の市場拡大、開発促進により、これらの機器を構成する高周波用電子部品の製造も活発化している。特に携帯通信機器内に組み込まれている高周波信号送受信回路において、アンテナへの入出力信号の切り替えを行うために使用されるスイッチ素子に対し、更なる高性能化の要求が高まっている。特に高性能化が望まれているのは高周波信号、特に周波数の高いミリ波帯域に於いて低挿入損失と外部への高周波信号の漏洩を防ぐための高アイソレーション化である。

現在、このスイッチ素子はリレーを使用した機械式やＰＩＮダイオード等を使用した電子式が一般的であるが、最近では半導体製造プロセスに端を発するシリコンプロセスを主としたマイクロマシニング技術の発達とともに、マイクロマシンスイッチの使用が検討され始めている。

例えば、特許文献１には、電極間の静電気力を用いたマイクロマシンスイッチが提案されている。このマイクロマシンスイッチは、他の電子式スイッチ素子に比べて高周波信号の挿入損失が少なく、比較的低コストで低消費電力であることを特徴としている。

この静電駆動型のマイクロマシンスイッチは、シリコン加工技術がそのまま利用できるという利点から研究開発の主流であるが、駆動電圧が高いという問題点が指摘されている。この問題点を解決するために圧電体を用いたマイクロマシンスイッチが提案されている。

例えば図６に示したように、電極７，８の間に圧電体６を挟んだ駆動短絡機構９を、支持部４を介して、基板１の接地導体３上に片持ちもしくは両端支持する。圧電体６に電圧を印加して駆動短絡機構９を変位させ、駆動短絡機構９が信号線路導体２に接触すると、信号線路導体２と接地導体３とが短絡し、信号線路導体２を伝搬する高周波信号を遮断することができる（例えば、特許文献２参照）。

圧電体を用いたマイクロマシンスイッチの製造方法について、例えば、圧電薄膜を片持ち梁状に微細加工して駆動短絡機構を形成し、これとは別に石英基板上に形成した伝送線路部とを接合することで、マイクロマシンスイッチの製造を行うことが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
特開２０００−２９４１０４号公報 特開２００３−２１７４２１号公報 「精密工学会誌」、第７０巻、第９号、ｐ．１１４６

マイクロマシンスイッチは、一般的には基板上に形成された可動構造体の駆動によってスイッチ動作を行うものであり、応答性の速さ、低消費電力、信頼性、長寿命といったことが要求されている。

しかしながら、圧電体を基板上に形成するためには通常、高温による結晶化過程が必要であり、高周波線路と空間的に離れた位置に圧電体からなる梁構造を安定に形成することは容易ではない。そのため、非特許文献１に開示された製造方法では、可動構造体と高周波線路を別々に作製し、これらを接合することによって、圧電体を用いたマイクロマシンスイッチを作製している。この方法では、圧電体の薄膜形成、および梁構造を微細加工により容易に作製することが可能となり、安定な駆動体を形成することが可能となる一方、高周波線路とのギャップは接合の精度に依存することとなり、動作特性にばらつきが発生しやすいため、歩留まり良く製造することは容易でない。

更に、特許文献２および非特許文献１の可動構造体の構造は片持ち梁、もしくは両端支持梁の真直梁構造をしている。このような単純な構造は製造においては微細加工によって比較的容易に作製できる。しかしながら、実際の応用の際は小型化でかつ低電圧駆動であることが望ましく、これらの単純な梁構造では低電圧化には限界がある。

この他、圧電体から構成された可動構造体を大気中で駆動させた場合、比較的高い電界が圧電体内部に発生することから、周囲の酸素や水蒸気と反応して劣化等が起こりやすくなる。また、可動部となる圧電体以外の電極や振動板も、繰り返し動作によって疲労や変質がみられるようになり、安定なスイッチ動作を阻害する要因となる。

本発明は、かかる実情に鑑み、歩留まり良く製造することが容易であり、スイッチを動作させるために必要な電圧を低く抑えることができる、マイクロマシンスイッチおよびその製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したマイクロマシンスイッチを提供する。

マイクロマシンスイッチは、信号線路導体を伝搬する高周波信号の通過を遮断するためのものである。マイクロマシンスイッチは、基板と、一対の電極層の間に圧電体層が挟持され、該各層の積層方向から見たとき、少なくとも２箇所で前記基板に支持されている梁部を備える。前記梁部は、前記積層方向から見たとき、前記２箇所の間の少なくとも一部分で折れ曲がりながら又は湾曲しながら延在し、前記２箇所の間において、前記積層方向に所定の間隔を設けて前記信号線路導体と交差している。

上記構成において、梁部と信号線路導体とは、所定の間隔を設けて配置されていればよく、信号線路導体は、梁部が支持されている基板に配置されても、別の基板に配置されてもよい。

上記構成において、梁部の電極層の間に電圧を印加することにより、圧電体層が変形する。このとき、例えば一対の電極層の厚さや材質などが異なるようにして、梁部の２箇所の間において、電圧印加により梁部が所定の一方向に湾曲し、信号線路導体に対して接触するようにする。信号線路導体に梁部が接触すると、インピーダンスが変化するので、信号線路を伝搬する高周波を遮断することができる。

梁部は、２箇所の間の少なくとも一部分で折れ曲がりながら又は湾曲しながら延在しているので、２箇所の間を真っ直ぐに延在する場合よりも、電極層間に電圧を印加したときのたわみ量（変形量）を大きくすることができる。そのため、スイッチを動作させるために必要な電圧を低く抑えることができる。

例えば、電圧を印加していない自然状態において、梁部が積層方向に１μｍ以上、１０μｍ以下の所定の間隔を設けて信号線路導体と交差する場合、５Ｖ以下の電圧を梁部の電極層間に印加したときに、梁部が信号線路導体に接触するようにすることができる。したがって、梁部が信号線路導体と交差するときの積層方向に所定の間隔は、１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。

また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したマイクロマシンスイッチを提供する。

マイクロマシンスイッチは、信号線路導体を伝搬する高周波信号の通過を遮断するためのものである。マイクロマシンスイッチは、基板と、一対の電極層の間に圧電体層が挟持され、該各層の積層方向から見たとき、少なくとも２箇所で前記基板に支持されている梁部を備える。前記梁部は、前記積層方向から見たとき、前記２箇所の間に幅の異なる部分を有し、前記２箇所の間において、前記積層方向に所定の間隔を設けて前記信号線路導体と交差している。

上記構成において、梁部と信号線路導体とは、所定の間隔を設けて配置されていればよく、信号線路導体は、梁部が支持されている基板に配置されても、別の基板に配置されてもよい。

上記構成において、梁部の電極層の間に電圧を印加することにより、圧電体層が変形する。このとき、例えば一対の電極層の厚さや材質などが異なるようにして、梁部の２箇所の間において、電圧印加により梁部が所定の一方向に湾曲し、信号線路導体に対して接触するようにする。信号線路導体に梁部が接触すると、インピーダンスが変化するので、信号線路を伝搬する高周波を遮断することができる。

梁部は、積層方向から見たとき、２箇所の間に幅の異なる部分を有しているので、２箇所の間を同じ幅とする場合よりも、電極層間に電圧を印加したときのたわみ量（変形量）を大きくすることができる。そのため、スイッチを動作させるために必要な電圧を低く抑えることができる。

好ましくは、前記梁部は、前記積層方向から見たとき、前記２箇所の間の中間位置において前記幅が最小となり、前記幅の最小値が、前記幅の最大値の１／３以下である。

上記構成によれば、梁部は、２箇所の間の中間位置で幅が最小となるので、幅が最小となる部分の両側に対する拘束が小さくなり、梁部の積層方向のたわみ量（変形量）を大きくすることができる。幅の最小値を、幅の最大値の１／３以下とすることによって、良好なスイッチング特性を得ることができる。

また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したマイクロマシンスイッチの製造方法を提供する。

マイクロマシンスイッチの製造方法は、第１ないし第４のステップを備える。前記第１のステップにおいて、基板上に、高周波信号を伝搬するための信号線路導体を形成する。前記第２のステップにおいて、前記基板及び前記信号線路導体の上に犠牲層を形成する。前記第３のステップにおいて、前記犠牲層の上に、下部電極層、圧電体層及び上部電極層を形成する。前記第４のステップにおいて、前記上部電極層、前記圧電体層及び前記下部電極層の一部と、前記犠牲層の一部又は全部とを除去することによって、前記基板に一端又は両端が支持され、下部電極と上部電極との間に圧電体が挟まれた梁部を形成する。前記梁部は、前記基板に垂直な方向から見たとき、折れ曲がりながら延在する。

上記方法で製造したマイクロマシンスイッチは、梁部の下部電極と上部電極との間に電界を印加することのより圧電体を変形させ、これよって梁部が屈曲し、下部電極が信号線路導体に接離する。

上記方法によれば、各層の厚さ（特に、犠牲層の厚さ）の精度を高めることによって、マイクロマシンスイッチの動作特性のばらつきの主因となる梁部の下部電極と信号線路導体との間の隙間を、精度よく形成することができる。したがって、マイクロマシンスイッチを歩留まり良く形成することができる。

また、電極間に印加する電圧が低く、梁部の単位長さ当たりの屈曲が小さくても、梁部を折り曲げることにより、梁部の全長が長くなるので、梁部全体の屈曲を大きくすることができる。したがって、スイッチ動作に必要な電圧を低く抑えることができる。

上記第４のステップにおいて、犠牲層の一部を除去するときには、残した犠牲層によって梁部の一端または両端を支持することができる。これによって、工程の簡略化し、製造コストを低減することができる。

好ましくは、前記第２のステップにおいて形成する前記犠牲層は、金属、半導体、もしくはそれらの酸化物を主成分とし、厚さが０．５μｍ以上、２０μｍ以下である。前記第４のステップにおいて、前記犠牲層の一部を除去し、残した前記犠牲層によって前記梁部の両端を支持する。

犠牲層の厚さが０．５μｍ未満の場合、梁部の初期たわみにより安定なスイッチ動作が得られない。一方、犠牲層の厚さが２０μｍを超えると、スイッチ動作のために印加する電圧が高くなり、実用的でない。

好ましくは、前記第１のステップにおいて形成する前記信号線路導体は、Ｐｔ、Ｐａ、Ｉｒ、Ｃｕまたはこれらの金属を主成分とする合金である。

この場合、良好な高周波伝送特性が得られる。

好ましくは、前記第３のステップにおいて形成する前記圧電体層は、ペロブスカイト構造を有する強誘電体である。

上記構成によれば、圧電体層である強誘電体薄膜に、上部電極と振動板を兼ねた金属層を形成することで、ユニモルフタイプのアクチュエータとなり、可動部として屈曲運動を発生させることができる。

好ましくは、前記第１のステップにおいて、前記基板上にスパッタ法を用いて前記信号線路導体を形成する。前記第２のステップにおいて、ＣＶＤ法を用いて前記犠牲層を形成する。前記第３のステップにおいて、スパッタ法を用いて前記下部電極を形成し、更にその上にＰｂおよびＴｉを含有した強誘電体である前記圧電体層をスパッタ法もしくはゾルゲル法を用いて形成し、更にその上に前記上部電極として金属層を形成する。

好ましくは、前記第４のステップにおいて、前記圧電体層の除去は塩素を含有するプラズマを用いたドライエッチングで行い、前記犠牲層の除去は、フッ素を含有するガスもしくはプラズマを用いたドライエッチング法で行う。

この場合、フッ素を含有するガスもしくはプラズマを用いたドライエッチング法で犠牲層を除去することにより、安定にかつダメージの少ない加工が可能である。また、塩素を含有するプラズマを用いたドライエッチング法で、圧電体層を梁形状に加工する際、他の構成部材に対するダメージを抑えながら、精度の高い加工ができる。

また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したマイクロマシンスイッチを提供する。

マイクロマシンスイッチは、ａ）基板と、ｂ）基板に形成された信号線路導体と、ｃ）大略、前記基板に沿ってそれぞれ延在する一対の電極間に圧電体が挟まれた梁部と、ｄ）前記梁部の両端を、前記基板の前記信号線路導体の両側でそれぞれ支持する支持部とを備えたタイプのものである。前記梁部は、前記基板に垂直な方向から見たとき、折れ曲がりながら延在する。

上記構成において、梁部の下部電極と上部電極との間に印加された電界により圧電体が変形し、これよって梁部が屈曲し、下部電極が信号線路導体に接離する。

上記構成によれば、電極間に印加する電圧が低く、梁部の単位長さ当たりの屈曲量が小さくても、梁部を折り曲げることにより、梁部の全長が長くなって屈曲量が累積されるので、梁部が基板に接離する距離を大きくすることができる。したがって、スイッチ動作に必要な電圧を低く抑えることができる。

また、上記構成は、犠牲層や、電極層、圧電体層を積層した後、エッチング等により所定形状に加工することにより、容易に、歩留まりよく製造することができる。

好ましくは、前記梁部は、外部と遮蔽された内部空間内に配置され、該内部空間の内部の雰囲気は真空、もしくは不活性ガスが充填されている。

上記構成によれば、梁部の圧電体や電極、梁部に接離する信号線路導体の疲労や変質による劣化を防ぎ、マイクロマシンスイッチの長寿命化を図ることができる。

本発明のマイクロマシンスイッチおよびその製造方法は、歩留まり良く製造することが容易であり、スイッチを動作させるために必要な電圧を低く抑えることができる。本発明の好ましい実施形態によれば、マイクロマシンスイッチの寿命を延ばすこともできる。

以下、本発明の実施の形態として実施例について、図１〜図１１を用いて説明する。

（実施例１） 実施例１のマイクロマシンスイッチ１０について、図１〜図５を参照しながら説明する。図１は、マイクロマシンスイッチ１０の要部斜視図である。図２は、マイクロマシンスイッチの要部平面図である。図３は、図２の線II−IIに沿って切断した断面図である。

図１〜図３に示すように、マイクロマシンスイッチ１０は、基板１２上に、駆動短絡機構３０が配置されている。

基板１２には、高抵抗シリコン、アルミナ等の絶縁性セラミックス、ガリウム砒素、石英ガラス等を用いる。基板１２上には、信号線路導体１４と接地導体１６とが、間隔を設けて形成されている。接地導体１６は、信号線路導体１４の両側に形成されている。なお、信号線路導体１４および接地導体１６は、コプレナー線路の形状としているが、このほか基板裏面に接地導体を形成するマイクロストリップ線路としてもよい。

図３に示すように、駆動短絡機構３０は、折れ曲がった梁部３２が、信号線路導体１４を跨ぐように配置されている。梁部３２の両端３１ａ，３１ｂは、支持層４０を介して基板１２に支持され、梁部３２と信号線路導体１４及び接地導体１６との間に所定の隙間３６が形成されるようになっている。梁部３２は、大略、基板１２に沿ってそれぞれ延在する上部電極４６と下部電極４２との間に圧電体４４が挟まれている。圧電体４４は、ペロブスカイト構造を有する強誘電体、例えば、Ｐｂ及びＴｉを含有したＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３（以下、「ＰＺＴ」という。）が好ましい。

梁部３２は、下部電極４２と上部電極４６に電圧を印加すると、圧電体４４が電界と垂直方向へ変形するように形成する。上部電極４６は下部電極４２よりも剛性が高くなるように形成し、電極４２，４６間の電界によって圧電体４４が梁部３２の延在方向に伸びたとき、梁部３２が基板１２側にたわむようにする。梁部３２の中間部分３４のたわみ量が隙間３６の大きさ以上になると、梁部３２の中間部分３４の下部電極４２が信号線路導体１４および接地導体１６と接触し、信号線路導体１４と接地導体１６とを短絡して、信号線路導体１４に伝搬している高周波信号を遮断する。接地導体１６を形成しない構成の場合には、下部電極４２が信号線路導体１４に接触してインピーダンスが変化することにより、信号線路導体１４を流れる高周波信号が遮断される。

基板１２に垂直な方向から見た図２に示したように、梁部３２は、略直角に折れ曲がり、主要な直線部分は互いに平行となっている。これによって、小さい面積で梁部３２の延在方向の全長を大きくし、梁部３２の延在方向の単位長さ当たりのたわみ量が小さくても、梁部３２の中間部分３４が基板１２に対して接離する移動距離が大きくなるようにして、マイクロマシンスイッチ１０の低電圧駆動、小型化、低コスト化を図ることができる。

もっとも、梁部３２の平面形状は、図２の例に限るものではない。たとえば、梁部の折れ曲がりの角が丸くなっていてもよい。また、直線部分が非平行なジグザグ形状であってもよい。また、直線部分を含まずに、曲線状に折れ曲がる部分のみで構成されてもよい。また、梁部の幅Ｗ（図２参照。梁部３２の延在方向に対して直角方向の寸法）は一定でなくてもよく、梁部の延在方向に幅が変化するようにしてもよい。

次に、マイクロマシンスイッチ１０の作製工程の一例について、図４のプロセス図を参照しながら説明する。

まず、基板１２上に、スパッタ法によってＰｔ膜を成膜する（Ｓ１０）。Ｐｔの他、Ｐａ、Ｉｒ、Ｃｕ、またはこれらを主成分とする合金を用いてもよい。これにより、後の工程のＰＺＴ膜形成による熱的なダメージの少ない、良好な伝送特性のマイクロマシンスイッチを得ることができる。また、スパッタ法の他、メッキでもよい。メッキによっても、スパッタ法と同様の結果が得られる。

次いで、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターンを形成した後、ドライエッチングにより、Ｐｔ膜の不要部分を除去することにより、信号線路導体１４および接地導体１６を形成する（Ｓ１２）。

その上に、ＣＶＤ法により、支持層４０となるＳｉＯ_２犠牲層を形成する（Ｓ１４）。その上に、下部電極４２となるＰｔ膜をスパッタ法により成膜する（Ｓ１６）。その上に、圧電体４４となるＰＺＴ膜をスパッタ法により成膜する（Ｓ１６）。その上に、上部電極４６となるＣｒ膜をスパッタ法により成膜する（Ｓ２０）。

次いで、Ｃｒ膜上に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターンを形成した後、ウェットエッチングによりＣｒ膜の不要部分を除去する（Ｓ２２）。次いで、塩素を含有するプラズマを用いたドライエッチングにより、ＰＺＴ膜の不要部分を除去する（Ｓ２４）。次いで、ドライエッチングにより、Ｐｔ膜の不要部分を除去する（Ｓ２６）。次いで、フッ素を含有するガスもしくはプラズマを用いたドライエッチングによりＳｉＯ_２犠牲層の一部（不要部分）を除去する。犠牲層の除去は、犠牲層の材質によってドライプロセスかウエットプロセスかを選択すればよい。（Ｓ２８）。最後に、Ｃｒ膜上のレジストパターンを除去して、駆動短絡機構３０が完成する（Ｓ３０）。

図２に示したように、梁部３２の両端３１ａ，３１ｂは、梁部３２の幅Ｗよりも大きい寸法に形成しておき、ステップＳ２８において犠牲層をエッチングしたとき、梁部３２と基板１２との間の犠牲層が除去されても、梁部３２の両端３１ａ，３１ｂと基板１２との間に犠牲層が残るように、エッチング時間を調節する。このようにして残った犠牲層によって、梁部３２の両端３１ａ，３１ｂを支持する支持層４０を形成する。

支持層４０を犠牲層で形成することにより、工程を簡略化することができる。支持層４０を犠牲層で形成しない場合は、支持層を形成するための工程が増える。例えば、予め支持層を形成した後に、犠牲層を形成する。あるいは、犠牲層に開口を形成し、その開口にめっき金属等を充填して支持層を形成する。支持層を犠牲層で形成しない場合は、犠牲層を全部除去することができる。

次に、具体例について説明する。

図２において符号Ｗで示した梁部３２の幅Ｗが５０μｍ、符号Ｌ１で示した梁部３２の縦方向寸法が約２５０μｍ、符号Ｌ２で示した梁部３２の横方向寸法が約５００μｍ、信号線路導体１４と梁部３２の下部電極４２との間を約５μｍのギャップをもって絶縁したマイクロマシンスイッチを作製した。このマイクロマシンスイッチは、駆動電圧が３Ｖでスイッチ動作が可能となり、梁部の断面の寸法・形状と両端間の距離が同じ単純な真直梁状の梁部の場合の比べ、駆動電圧を約１／４に低電圧化することができた。

このマイクロマシンスイッチは、以下のようにして作製した。

基板１２上に、電気伝導度が高く、高温に於いても変質しないＰｔを用い、信号線路導体１４、接地導体１６を形成した。信号線路導体１４については、スパッタ法で形成することにより、マイクロマシンスイッチ形成後も抵抗の小さい良好な伝送特性を得ることができた。信号線路導体１４および接地導体１６は、コプレナー線路の形状としているが、このほか基板裏面に接地導体を形成するマイクロストリップ線路においても、同様のスイッチング特性が得られた。

厚さが５μｍのＳｉＯ_２犠牲層（支持層４０）をＣＶＤ法で形成した後、厚さ０．１μｍのＰｔ膜（下部電極４２）、厚さ３μｍのＰＺＴ膜（圧電体４４）、厚さ２μｍのＣｒ膜（上部電極４６）を、スパッタ法で形成した。

犠牲層の厚さは５μmとしており、この厚さ分だけ（厳密には、梁部３２の初期たわみ分小さくなる）、梁部３２の下部電極４２と信号線路導体１４とは、空間的に絶縁されている。犠牲層の厚さが０．５μｍ以下では、梁部の初期たわみにより安定なスイッチ動作が得られない。また、２０μｍ以上の厚さでは、スイッチ動作のために１００Ｖ以上の電圧が必要となり、実用的ではない。５Ｖ以下の電圧で安定したスイッチ動作を得るためには、梁部３２と信号線路導体１４との間の間隔が１μｍ以上、１０μｍ以下となるように、犠牲層の厚さを選択すればよい。

圧電体４４となるＰＺＴ膜をスパッタ法で形成することにより、圧電特性ｅ３１の絶対値が４Ｃ／ｍ^２以上の大きな値を示した。ゾルゲル法で作製したＰＺＴ膜でも同様の結果が得られた。

図４に示すように、作製したマイクロマシンスイッチの駆動短絡機構３０の周囲を、信号線路導体１４および梁部３２の電極４２，４６との絶縁を保った金属製のキャップ１８で覆い、その中の空間１９に窒素を充填した。この構成により、圧電体４４や各電極４２，４６、信号線路導体１４や接地導体１６の疲労や変質（酸化等）による劣化を防ぐことができ、スイッチ寿命を大気雰囲気の場合の約２倍に増加させることができた。キャップ１８は金属製の他、樹脂でもよい。キャップ１８の内部の空間１９には、アルゴン等の不活性ガスを充填することにより、あるいは真空とすることによっても、同様の効果が見られた。

（実施例２） 実施例２のマイクロマシンスイッチ１０ａについて、図７〜図９を参照しながら説明する。

図７の要部斜視図及び図８の要部平面図に示すように、実施例２のマイクロマシンスイッチ１０ａは、実施例１と略同様に構成する。すなわち、駆動短絡機構３０ａは、一対の電極の間に圧電体が挟まれた梁部３２ａの両端３１ａ，３１ｂが支持層４０を介して基板１２に支持され、信号線路導体１４ａ及び接地導体１６ａとの間に所定の隙間が形成されるようになっている。

実施例１とは異なり、接地導体１６ａと交差する梁部３２ａの中間部分３４ａの幅を狭くしている。中間部分３４ａが接地しやすいように、接地導体１６ａも、中間部分３４ａと交差する部分１５ａの幅を細くしている。

梁部３２ａは、中間部分３４ａの幅を狭くしているので、中間部分３４ａの両側に対する拘束が緩和され、中間部分３４ａでのたわみ量（変形量）は、全体の幅が同じ場合に比べて大きくなる。

すなわち、図９（ａ）に示したように、梁部３２ａは、一端８１が固定された片持ち梁８０の自由端８２同士を、中間部分３４ａに相当する部分８４の両端にそれぞれ接続した状態となり、梁８０の自由端８２に対する拘束が小さくなる。そのため、中間部分３４ａに相当する部分８４でたわみ量（変形量）δ_１は、図９（ｂ）に示したように両端９１が固定された全体が同じ幅の梁９０の中央９４でのたわみ量（変形量）δ_０よりも、大きくなる。

例えば、梁部３２ｂについて、幅が１８０μｍ、両端３１ａ，３１ｂ間の長さＬ２が８００μｍ、中間部分３４ａの幅が６０μｍとしたとき、５Ｖの電圧を印加すると３．１μｍのたわみが発生した。そこで、信号線路導体１４ａとの間に設ける間隔を３μｍになるようにすると、５Ｖの駆動電圧で、信号線路導体１４ａを伝搬する高周波信号をスイッチングすることができた。

中間部分３４ａの幅を７０μｍとしたとき、中間部分３４ａで３μｍの変位を得るのに７Ｖの電圧印加が必要であった。

中間部分３４ａの幅を５０μｍよりも小さくすると、５Ｖの電圧印加で中間部分３４ａの変位は、最大５μｍまで増加する。これに伴い、スイッチとして動作させるための電圧も小さくすることができる。

したがって、梁部３２ａの幅の最小値は、最大値の１／３以下とすることもが好ましい。

（実施例３） 実施例３について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、実施例２の図８に対応する。

実施例３の駆動短絡機構３０ｂは、実施例２と同様に、一対の電極の間に圧電体が挟まれた梁部３２ｂの両端３１ａ，３１ｂが支持され、信号線路導体１４ａ及び接地導体１６ａとの間に所定の隙間が形成されるようになっている。

実施例２と異なり、梁部３２ａは、全体の幅が略同じであり、中間部分３４ｂの両側に、一対のスリット３３ｂが、点対称に形成されている。梁部３２ｂは、中間部分３４ｂとその両側の部分との間の拘束がスリット３３ｂによって緩和され、変形しやすいため、実施例２と同様に、駆動電圧を下げることができる。

中間部分３４ｂは、実施例２の中間部分３４ａより面積が増えているので、より確実に接地導体１４ａに接触する。これによって、スイッチングの信頼性を向上する。

なお、中間部分３４ａはたわみを生じる必要がないので、中間部分３４ｂについては、信号線路導体１４ａと接触しない側の電極を除去、もしくは断線させて、圧電体層に電圧が印加されないようにしてもよい。

実施例２と同様に、スリット３３ｂによって、梁部３２ｂの幅の最小値を、梁部３２ｂの幅の最大値の１／３以下とすることにより、５Ｖ以下の電圧印加でスイッチとして動作させることができる。

（実施例４） 図１１の要部平面図に示した３０ｃのように、梁部３２ｃの中間部分３４ｃの両側に、実施例３のスリット３３ｂの代わりに、略Ｖ字状の切り欠き３３ｃを形成している。切り欠き３３ｃによって、梁部の拘束を緩和することができ、中央部３４ｃの変位量を大きくし、駆動電圧を小さくすることができる。

実施例２及び実施例３と同様に、切り欠き３３ｃによって、梁部３２ａの幅の最小値を、梁部３２ａの幅の最大値の１／３以下とすることにより、５Ｖ以下の電圧印加でスイッチとして動作させることができる。

（まとめ） 以上に説明したように、マイクロマシンスイッチは、成膜やエッチングなどの工程によって、歩留まり良く製造することが容易であり、スイッチを動作させるために必要な電圧を低く抑えることができる。また、マイクロマシンスイッチの寿命を延ばすこともできる。

なお、本発明のマイクロマシンスイッチ及びその製造方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加え得て実施することができる。

例えば、梁部の両端を基板に支持する代わりに、梁部の一方端のみを基板に支持するようにしてもよい。

また、駆動短絡機構の梁部と信号線路導体とを同一基板上に形成する代わりに、それぞれを別々の基板に形成しておき、梁部と信号線路導体との間に所定の間隔を設けるように、基板同士を配置してもよい。この場合においても、梁部のたわみ量（変形量）が大きくなるように、梁部の少なくとも一部分が折れ曲がり又は湾曲するようにして、あるいは、梁部の幅を狭くしたり、梁部にスリットや切り欠きを設けたりして、駆動電圧を抑えるようにすることができる。

マイクロマシンスイッチの要部斜視図である。（実施例１） マイクロマシンスイッチの要部平面図である。（実施例１） マイクロマシンスイッチの要部断面図である。（実施例１） マイクロマシンスイッチの要部断面図である。（実施例１） マイクロマシンスイッチのプロセス図である。（実施例１） マイクロマシンスイッチの要部斜視図である。（従来例） マイクロマシンスイッチの要部斜視図である。（実施例２） マイクロマシンスイッチの要部平面図である。（実施例２） 梁部のたわみの説明図である。 マイクロマシンスイッチの要部平面図である。（実施例３） マイクロマシンスイッチの要部平面図である。（実施例４）

符号の説明

１０，１０ａ マイクロマシンスイッチ
１２ 基板
１４ 信号線路導体
１６ 接地導体
３０ 駆動短絡機構
３１ａ，３１ｂ 両端
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 梁部
３３ｂ スリット
３３ｃ 切り欠き
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ 中間部分
４０ 支持層
４２ 下部電極（電極層）
４４ 圧電体（圧電体層）
４６ 上部電極（電極層）

Claims (11)

1. 信号線路導体を伝搬する高周波信号の通過を遮断するためのマイクロマシンスイッチであって、
   基板と、
   一対の電極層の間に圧電体層が挟持され、該各層の積層方向から見たとき、少なくとも２箇所で前記基板に支持されている梁部を備え、
   前記梁部は、前記積層方向から見たとき、前記２箇所の間の少なくとも一部分で折れ曲がりながら又は湾曲しながら延在し、前記２箇所の間において、前記積層方向に所定の間隔を設けて前記信号線路導体と交差していることを特徴とする、マイクロマシンスイッチ。
2. 信号線路導体を伝搬する高周波信号の通過を遮断するためのマイクロマシンスイッチであって、
   基板と、
   一対の電極層の間に圧電体層が挟持され、該各層の積層方向から見たとき、少なくとも２箇所で前記基板に支持されている梁部を備え、
   前記梁部は、前記積層方向から見たとき、前記２箇所の間に幅の異なる部分を有し、前記２箇所の間において、前記積層方向に所定の間隔を設けて前記信号線路導体と交差していることを特徴とする、マイクロマシンスイッチ。
3. 前記梁部は、前記積層方向から見たとき、前記２箇所の間の中間位置において前記幅が最小となり、前記幅の最小値が、前記幅の最大値の１／３以下であることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロマシンスイッチ。
4. 基板上に、高周波信号を伝搬するための信号線路導体を形成する第１のステップと、
   前記基板及び前記信号線路導体の上に犠牲層を形成する第２のステップと、
   前記犠牲層の上に、下部電極層、圧電体層及び上部電極層を形成する第３のステップと、
   前記上部電極層、前記圧電体層及び前記下部電極層の一部と、前記犠牲層の一部又は全部とを除去することによって、前記基板に一端又は両端が支持され、下部電極と上部電極との間に圧電体が挟まれた梁部を形成する第４のステップとを備え、
   前記梁部は、前記基板に垂直な方向から見たとき、折れ曲がりながら延在することを特徴とする、マイクロマシンスイッチの製造方法。
5. 前記第２のステップにおいて形成する前記犠牲層は、金属、半導体、もしくはそれらの酸化物を主成分とし、厚さが０．５μｍ以上、２０μｍ以下であり、
   前記第４のステップにおいて、前記犠牲層の一部を除去し、残した前記犠牲層によって前記梁部の両端を支持することを特徴とする、請求項４に記載のマイクロマシンスイッチの製造方法。
6. 前記第１のステップにおいて形成する前記信号線路導体は、Ｐｔ、Ｐａ、Ｉｒ、Ｃｕまたはこれらの金属を主成分とする合金であることを特徴とする、請求項４に記載のマイクロマシンスイッチの製造方法。
7. 前記第３のステップにおいて形成する前記圧電体層は、ペロブスカイト構造を有する強誘電体であることを特徴とする、請求項４に記載のマイクロマシンスイッチの製造方法。
8. 前記第１のステップにおいて、前記基板上にスパッタ法を用いて前記信号線路導体を形成し、
   前記第２のステップにおいて、ＣＶＤ法を用いて前記犠牲層を形成し、
   前記第３のステップにおいて、スパッタ法を用いて前記下部電極を形成し、更にその上にＰｂおよびＴｉを含有した強誘電体である前記圧電体層をスパッタ法もしくはゾルゲル法を用いて形成し、更にその上に前記上部電極として金属層を形成することを特徴とする、請求項４から７に記載のマイクロマシンスイッチの構造および製造方法。
9. 前記第４のステップにおいて、
   前記圧電体層の除去は塩素を含有するプラズマを用いたドライエッチングで行い、
   前記犠牲層の除去は、フッ素を含有するガスもしくはプラズマを用いたドライエッチング法で行うことを特徴とする、請求項４に記載のマイクロマシンスイッチの製造方法。
10. 基板と、
    基板に形成された信号線路導体と、
    大略、前記基板に沿ってそれぞれ延在する一対の電極間に圧電体が挟まれた梁部と、
    前記梁部の両端を、前記基板の前記信号線路導体の両側でそれぞれ支持する支持部とを備えた、マイクロマシンスイッチにおいて、
    前記梁部は、前記基板に垂直な方向から見たとき、折れ曲がりながら延在することを特徴とする、マイクロマシンスイッチ。
11. 前記梁部は、外部と遮蔽された内部空間内に配置され、該内部空間の内部の雰囲気は真空、もしくは不活性ガスが充填されていることを特徴とする、請求項１０に記載のマイクロマシンスイッチ。

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