JP2009212887A - 静電振動子及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動漏れを低減しつつ、設計時の寸法上の制約を緩和することの可能な振動子構造を実現する。
【解決手段】本発明の静電振動子は、支持体１０、１１と、該支持体に対して第１の弾性部１３Ｂのみを介して接続された第１の剛性部１３Ｃ、及び、該第１の剛性部に対して第２の弾性部１３Ｄのみを介して接続された第２の剛性部１３Ｅを有する可動電極１３と、前記第１の剛性部に対向配置され、前記第１の剛性部に励振力を及ぼす駆動電極１２Ｂと、前記第２の剛性部に対向配置され、前記第２の剛性部の振動変位を検出する検出電極１２Ａと、を具備し、前記第１の弾性部及び前記第２の弾性部の前記駆動電極及び前記検出電極と対向する方向の撓み変形により前記第１の剛性部及び前記第２の剛性部がそれぞれ振動変位可能とされた２自由度の弾性振動系を構成することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は静電振動子及びその使用方法に係り、特に、ＭＥＭＳ（微小電子機械システム）として構成される場合に好適な静電振動子の構造、並びに、当該静電振動子を用いる使用方法に関する。

一般に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）は微小構造体形成技術の一つで、ミクロンオーダーの微細な電子機械システムを作る技術やその製品のことを指す。半導体チップはシリコン基板上にシリコン薄膜を積み重ねて電子回路を作るため平面的であるが、同じ半導体技術を使いながらＭＥＭＳではシリコンを加工してミクロンサイズの板バネ、鏡、回転軸などが形成される。これらの構造は立体的であり、可動部分を備えている。

ＭＥＭＳが注目されている分野として通信、特に携帯電話機の通信回路がある。携帯電話機にはＬＳＩの他にフィルタ、アンテナスイッチ、送受信スイッチなど多くの部品が組み込まれている。近距離無線通信や無線ＬＡＮを利用するマルチバンド化が進むことにより、アンテナの切り替えスイッチやバンド切り替えスイッチなどの受動部品が増加する。携帯電話機のような製品の小型化、省電力化を図るためにはこうした部品を１チップに納めて部品点数を減らすことが最も効率のよい方法である。また、配線が短くなり、メカニカルに動作することから信号ノイズが入りにくく、個別部品より１０倍以上損失の少ないフィルタを実現することができるなどの性能向上も見込まれる。さらに、シリコンを使用することでＬＳＩとの一体化、パッケージ化、各部材に対する貼り合わせなどが可能になる（例えば、以下の特許文献１参照）。

上記のように機械的に振動するＭＥＭＳ振動子は小型であるとともに半導体回路との一体化が可能なことから新しい振動子デバイスとして期待されているが、反面、ＭＥＭＳ振動子には一般的な圧電素子を用いた水晶振動子やセラミック振動子に比べて等価回路の抵抗成分が大きいという欠点がある。この抵抗成分を低くするためには、振動子のエネルギー損失を低減する必要がある。

上記のＭＥＭＳ振動子のエネルギー損失の原因としては、固定部への振動漏れ（Anchor loss）が挙げられる。この振動漏れの大きさは振動部と固定部の形状によって定まる。当該振動漏れを低減する従来方法としては、以下の非特許文献１のＦｉｇ．１に記載されているように、平面視矩形状の振動体を４本の直線状の支持梁で両持ち梁状に支持してなる振動子構造において、振動体及び各支持梁は、各支持梁の両側の振動体に対する各接続部位及び基板に対する各固定部位がちょうど振動の節に相当する位置となる寸法に形成され、これにより固定部の振動変位が小さくなって上記振動漏れを抑制できるようになっている。
特表２００７−５３３１８６号公報 Kun Wang,他３名 "VHF Free-Free Beam High-Q Micromechanical Resonators" Technical Digest, 12th International IEEE Micro Electro Mechanical Systems Conference, Orlando, Florida, Jan. 17-21, 1999, P.453-458

しかしながら、前述の非特許文献１に記載のＭＥＭＳ振動子においては、駆動周波数が高くなるに従って振動体及び支持梁の寸法を小さくする必要があるので、電極や支持梁を設けるスペースが小さくなるなど、寸法に関して設計上の制約が大きいという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、振動漏れを低減しつつ、設計時の寸法上の制約を緩和することの可能な振動子構造を実現することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の静電振動子は、支持体と、該支持体に対して第１の弾性部を介して接続された第１の剛性部、及び、該第１の剛性部に対して第２の弾性部を介して接続された第２の剛性部を有する可動電極と、前記第１の剛性部に対向配置され、前記第１の剛性部に励振力を及ぼす駆動電極と、前記第２の剛性部に対向配置され、前記第２の剛性部の振動変位を検出する検出電極と、を具備し、前記第１の弾性部及び前記第２の弾性部の前記駆動電極及び前記検出電極と対向する方向の撓み変形により前記第１の剛性部及び前記第２の剛性部がそれぞれ振動変位可能とされた２自由度の弾性振動系を構成することを特徴とする。

この発明によれば、駆動電極により第１の剛性部に励振力を与えると撓み変形による２自由度の弾性振動系が振動し、これによって生じた第２の剛性部の振動変位を検出電極により検出することで、電気的振動子を構成することができる。この場合、駆動電極により第１の剛性部に及ぼされる励振力の励振周波数を弾性振動系のうち第２の剛性部と第２の弾性部の固有振動数の近傍とすることにより、第１の剛性部の振幅を第２の剛性部の振幅より大幅に小さくすることができるので、支持体側への振動漏れを低減することができる。ここで、第１の弾性部及び第２の弾性部は、第１の剛性部及び第２の剛性部より弾性が高く剛性の低い部分として構成されていればよい。

本発明の一の態様においては、前記支持体は基板であり、前記第１の弾性部の一端が前記基板に固定され、前記第１の弾性部、前記第１の剛性部、前記第２の弾性部及び前記第２の剛性部を有する可動部分が前記基板との間に間隙を有した状態で前記基板に沿って延在し、前記駆動電極が前記第１の剛性部と対向する位置で前記基板上に形成され、前記検出電極が前記第２の剛性部と対向する位置で前記基板上に形成される。これによれば、上記可動部分が基板に沿って延在する構造とすることで当該可動部分を基板上の単一層で形成できる、上記駆動電極と検出電極を基板上に単一層で形成できるなど、振動子構造体を基板上にＭＥＭＳ技術等を用いて容易に形成することができる。

この場合においては、前記可動部分が前記基板上において片持ち梁状に支持されることが好ましい。本発明において、第１の弾性部、第１の剛性部、第２の弾性部及び第２の剛性部を有する振動子構造体の可動部分は支持体に対して第１の弾性部の一端が固定されることで適宜の態様で支持されることができ、例えば、第２の剛性部が複数の第２の弾性部に接続され、これらの第２の弾性部のそれぞれが別々の第１の剛性部及び第１の弾性部に接続される態様で両持ち梁状に支持されていても構わないが、上記可動部分が基板上において片持ち梁状に支持されることで、振動子構造体を簡易に構成でき、全体として小型化を図ることが可能になる。

本発明の他の態様においては、前記第１の弾性部及び前記第２の弾性部の前記駆動電極及び前記検出電極と対向する方向の厚みが前記第１の剛性部及び前記第２の剛性部の同方向の厚みより小さい。本発明では、振動子構造体の可動部分において、第１の弾性部及び第２の弾性部は、第１の剛性部及び第２の剛性部のいずれよりも駆動電極及び検出電極と対向する方向に弾性変形しやすく構成する。この場合に、可動部分全体を同素材で構成し、第１の弾性部及び第２の弾性部の上記方向の厚みを第１の剛性部及び第２の剛性部の厚みより小さくすることで、可動部分を容易に製造することができる。

次に、本発明の静電振動子の使用方法は、上記いずれか一項に記載の静電振動子の使用方法であって、前記弾性振動系の一次の固有周波数と二次の固有周波数との間であって、前記第１の剛性部の振幅ｕ１が前記第２の剛性部の振幅ｕ２より小さくなる条件を満たす周波数範囲内の励振周波数で前記第１の剛性部に前記励振力を与えて前記静電振動子を動作させることを特徴とする。

この発明によれば、２自由度の弾性振動系の一次の固有周波数（一次の共振点）と二次の固有周波数（二次の共振点）の間においては、第１の剛性部の振幅が第２の剛体の振幅より小さくなる周波数範囲が存在するので、静電振動子の励振周波数を当該周波数範囲で周波数範囲内とすれば、第２の剛性部の振動を確保しつつ第１の剛性部の振動を抑制できるため、上記振動漏れを低減しつつ動作させることができる。上記周波数範囲内では、第２の剛性部と第２の弾性部からなる部分振動系の固有振動数の近傍において第１の剛性部の振幅が第２の剛性部の振幅より大幅に小さくなり、特に、当該部分振動系の固有振動数では０となる。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。最初に、本発明の静電振動子の動作原理について図１乃至図３を参照して説明する。

図１は本発明の原理を示す２自由度の弾性振動系の概念図（或いは、本実施形態の等価構成図）、図２は当該弾性振動系における第１の剛性部の振幅ｕ１の励振周波数ｆ＝ω／２πに対する依存性を示すグラフ、図３は２自由度の弾性振動系を構成する本実施形態の静電振動子の構造を模式的に示す概念図である。

この弾性振動系は、図１に示すように、支持体１に対し、ばね定数ｋ１の第１の弾性体２、質量ｍ１の第１の剛性体３、ばね定数ｋ２の第２の弾性体４、質量ｍ２の第２の剛性体５が順次に連結された可動部分を有する。この弾性振動系は、第１の剛性体３及び第２の剛性体５がそれぞれ図示上下方向に振動変位ｘ１、ｘ２で振動可能な２自由度の弾性振動系を構成している。

ここで、上記第１の剛性体３に対して調和励振力Ｆ＝Ｆ_０・ｓｉｎωｔが作用する場合、第１の剛性体３の振動変位をｘ１＝ｕ１・ｓｉｎωｔ、第２の剛性体５の振動変位をｘ２＝ｕ２・ｓｉｎωｔとすると、以下の式（１）及び（２）が成立する。

ｕ１／Ｘ_ｓｔ＝（ω_０２ ^２−ω^２）／［（ω_０２ ^２―ω^２）・｛１＋（ｋ２／ｋ１）−（ω／ω_０１）^２｝−（ω_０２ ^２ｋ２／ｋ１）］…（１）

ｕ２／Ｘ_ｓｔ＝ω_０２ ^２／［（ω_０２ ^２−ω^２）・｛１＋（ｋ２／ｋ１）−（ω／ω_０１）^２｝−（ω_０２ ^２ｋ２／ｋ１）］…（２）

ここで、第１の剛性体３の静的変位Ｘ_ｓｔ＝Ｆ_０／ｋ１、第１の弾性部材２及び第１の剛性体３からなる支持体側（上部）振動系の固有角振動数ω_０１＝（ｋ１／ｍ１）^１／２、第２の弾性部材４及び第２の剛性体５からなる反支持体側（下部）振動系の固有角振動数ω_０２＝（ｋ２／ｍ２）^１／２である。

上記の振幅ｕ１、ｕ２と励振周波数ｆ＝ω／２πとの関係を示すものが図２である。図２からわかるように、第１の剛性体３は、一次の固有角振動数ω_１と二次の固有角振動数ω_２でそれぞれ共振し、その振幅ｕ１は図示実線で示すように無限大になる。また、上記式（１）の分子によりω＝ω_０２となるとき、すなわち、励振角振動数ω＝２πｆ（ｆは励振周波数）が反支持体側振動系の固有角振動数ω_０２に一致するときには、第１の剛性体３の振幅ｕ１は０（反共振）となるが、第２の剛性体５の振幅ｕ２は図示破線で示すようにｕ２＝−Ｆ_０／ｋ２となる。

また、上記の一次の固有角振動数ω_１、二次の固有角振動数ω_２（系の特性方程式の解、すなわち、１次の共振点及び二次の共振点）は以下の式（３）及び（４）で与えられる。なお、一次の共振点未満の励振周波数ｆでは第１の剛性体３と第２の剛性体５が同相で振動し、二次の共振点を越える励振周波数ｆでは第１の剛性体３と第２の剛性体３が逆相で振動する。

ω_１ ^２＝１／２{（ｍ１・ｋ１＋ｍ２・ｋ１＋ｍ２・ｋ２）／ｍ１・ｍ２}−１／２［{（ｍ１・ｋ２＋ｍ２・ｋ１＋ｍ２・ｋ２）／ｍ１・ｍ２}^２−４（ｋ１・ｋ２）／（ｍ１・ｍ２）］^１／２…（３）

ω_２ ^２＝１／２{（ｍ１・ｋ１＋ｍ２・ｋ１＋ｍ２・ｋ２）／ｍ１・ｍ２}＋１／２［{（ｍ１・ｋ２＋ｍ２・ｋ１＋ｍ２・ｋ２）／ｍ１・ｍ２}^２−４（ｋ１・ｋ２）／（ｍ１・ｍ２）］^１／２…（４）

したがって、上記弾性振動系が一次の固有角振動数ω_１と二次の固有角振動数ω_２の間の周波数範囲ｆ_１（＝ω_１／２π）〜ｆ_２（＝ω_２／２π）の励振周波数で強制振動する場合、図示のようにほとんどの領域で第１の剛性体３の振幅ｕ１は第２の剛性体５の振幅ｕ２より小さくなる。そして、振幅ｕ１が振幅ｕ２より小さくなる周波数範囲Ｐ内では、第１の剛性体３及び第１の弾性体２を通して支持体１側へ漏出する振動エネルギーは抑制される。

図３には、上記の弾性振動系を撓み変形による振動子構造体で構成した場合の概略構成を示す。図示例では、上記振動子構造体の可動部分を支持体である基板１上に沿って配置した場合を示す。上記可動部分は基板１に固定された支持固定部１′によって支持されている。すなわち、この支持固定部１′に第１の弾性体２の基端が固定されている。そして、この第１の弾性体２、第１の剛性体３、第２の弾性体４及び第２の剛性体５は、基板１の表面との間に間隔を有する態様で、基板１に沿って延在している。したがって、当該弾性振動系の可動部分は、上記可動部分が基板１上において片持ち梁状に支持される。

上記第１の剛性体３の下方には駆動電極６が基板１上に形成されている。そして、第１の剛性体３と駆動電極６は上下方向に間隔を有して対向している。また、上記第２の剛性体５の下方には検出電極７が基板１上に形成されている。そして、第２の剛性体５と検出電極７は上下方向に間隔を有して対向している。

そして、第１の剛性体３と駆動電極６との間に交代的な励振信号を印加すると、第１の剛性体３との間に変動する静電力が働き、これによって第１の剛性体３に図示上下方向の交代的な励振力が及ぼされる。ここで、第１の剛性体３の上下方向の変位をｘ１、第２の剛性体５の上下方向の変位をｘ２とすると、図１に示される等価構成図と同様の２自由度の弾性振動系が構成されることがわかる。一方、上記の励振力に基づいて第２の剛性体５が上下に振動すると、第２の剛性体５と検出電極７の間隔の変動により両者間の静電容量が変動するので、検出電極７を介して当該変動を検出することが可能である。

図４（ａ）は本実施形態の静電振動子の構造を示す縦断面図、図４（ｂ）は同構造の平面図である。本実施形態では、シリコン単結晶等よりなる半導体基板（ＧａＡｓやＩｎＰ等の化合物半導体でもよい。）１０の表面に窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等の絶縁体よりなる絶縁膜１１が形成され、この絶縁膜１１上に、アルミニウム、銅などの金属、或いは、導電性ポリシリコン等の低抵抗半導体よりなる検出電極１２Ａ、駆動電極１２Ｂが形成されている。また、基板１０若しくは上記絶縁膜１１上には、一端が絶縁膜１１上に固定された支持固定部１３Ａとされ、当該支持固定部１３Ａから第１の弾性部１３Ｂ、第１の剛性部１３Ｃ、第２の弾性部１３Ｄ及び第２の剛性部１３Ｅよりなる可動部分１３Ｓが基板１０の表面に沿って延在されてなる可動電極１３が設けられている。可動電極１３は基板１０上において片持ち梁状に支持されている。

上記可動電極１３では、第１の弾性部１３Ｂ、第１の剛性部１３Ｃ、第２の弾性部１３Ｄ及び第２の剛性部１３Ｅよりなる可動部分１３Ｓの全体が等幅の帯状に構成されるとともに、第１の弾性部１３Ｂ及び第２の弾性部１３Ｄが第１の剛性部１３Ｃ及び第２の剛性部１３Ｅのいずれよりも薄く形成されている。具体的には、可動部分１３Ｓの下面（基板１０側の面）の第１の弾性部１３Ｂ及び第２の弾性部１３Ｄに対応する部分に凹部１３ｂ及び１３ｄが形成され、これによって第１の弾性部１３Ｂ及び第２の弾性部１３Ｄの図示上下方向の厚みが第１の剛性部１３Ｃ及び第２の剛性部１３Ｅのいずれの図示上下方向の厚みよりも薄く構成される。これによって、第１の弾性部１３Ｂ及び第２の弾性部１３Ｄの図示上下方向の撓み変形に対する弾性が第１の剛性部１３Ｃ及び第２の剛性部１３Ｅのいずれの図示上下方向の撓み変形に対する弾性よりも大きく、同撓み変形に対する剛性が第１の剛性部及び第２の剛性部のいずれの同撓み変形よりも低くなっている。

上記構成により、可動部分１３Ｓは、図３に示すものと同様の２自由度の弾性振動系を構成する。ここで、当該弾性振動系においても、上記式（１）、（２）、（３）及び（４）に示す式が成立し、図２に示す特性を有する。ただし、この場合のばね定数ｋ１、ｋ２、質量ｍ１、ｍ２は、上記第１の弾性部１３Ｂ及び第２の弾性部１３Ｄのばね定数、並びに、上記第１の剛性部１３Ｃ及び第２の剛性部１３Ｅの質量と正確に一致するわけではなく、あくまでも、可動部分１３Ｓにおける等価ばね定数、並びに、等価質量である。これは、可動部分１３Ｓの各部１３Ｂ〜１３Ｅがそれぞれ独立に弾性変形し、独立の質量として存在するわけではなく、上記等価ばね定数及び等価質量は、可動部分１３Ｓの全体の形状や他の部分の形状及び弾性に影響を受けるとともに、支持固定部１３Ａの形状や弾性の影響をも受けるからである。

したがって、本実施形態によれば、駆動電極１２Ｂにより第１の剛性部１３Ｃに静電励振力を与えると２自由度の弾性振動系が振動し、これによって生じた第２の剛性部１３Ｅの振動変位を検出電極１２Ａにより静電的に検出することで、電気的振動子を構成することができる。この場合、駆動電極１２Ｂにより第１の剛性部１３Ｃに及ぼされる静電励振力の励振周波数ｆ＝ω／（２π）を弾性振動系のうち第２の剛性部１３Ｅと第２の弾性部１３Ｄの固有振動数の近傍とすることにより、第１の剛性部１３Ｃの振幅ｕ１を第２の剛性部１３Ｅの振幅ｕ２より大幅に小さくすることができる。通常、図２に示す周波数範囲Ｐ内であれば振幅ｕ１が振幅ｕ２より小さくなり、第１の剛性部１３Ｃの振動が抑制されるので、支持体１３Ａ側への振動漏れを低減することができる。この場合、第１の剛性部は励振力を吸収する吸収部として機能し、第２の剛性部は上記励振力に起因して振動する振動部として機能する。なお、上記弾性振動系の特性上、等価質量ｍ１をｍ２より大きくすると振動漏れの防止効果を高めることができる。

次に、図５及び図６を参照して、上記実施形態の製造方法について説明する。この実施形態では、図５（ａ）に示すように、半導体基板１０の表面上に酸化シリコン等よりなる第１の絶縁膜１１Ｓを熱酸化法等で形成し、その上に、窒化シリコン等よりなる第２の絶縁膜１１ＮをプラズマＣＶＤ法等で形成する。当該第２の絶縁膜１１Ｎは製造上の都合により形成するもので、本製造方法における後述するリリース工程のエッチング処理に耐性を有する素材で構成される。第２の絶縁膜１１Ｎは、図示例の場合、基板１０の表面上において後述する静電振動子の振動子構造体を形成する領域にのみ島状に形成される。なお、本製造方法の第１の絶縁膜１１Ｓ及び第２の絶縁膜１１Ｎは上記実施形態の絶縁膜１１に相当する。

次に、図５（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜１１Ｓ及び第２の絶縁膜１１Ｎ上に導電性シリコン等の導電層１２をＣＶＤ法等で成膜し、レジスト塗布・露光・現像によるパターニングマスクの形成工程、及び、当該パターニングマスクを用いたエッチング工程を含むパターニング処理でパターニングすることで、上記検出電極１２Ａ及び駆動電極１２Ｂを形成する。

その後、図５（ｃ）に示すように、ＰＳＧ（リンドープガラス）等よりなる犠牲層１４をＣＶＤ法等で成膜し、図５（ｄ）に示すように、上記と同様のパターニング処理を施して、検出電極１２Ａ及び駆動電極１２Ｂを覆う所定のパターン形状とし、また、当該犠牲層１４の所定の表面部分に凸部１４ｂ及び１４ｄを形成する。当該凸部１４ｂ及び１４ｄの形成は、犠牲層１４の表面に部分的にレジスト等のマスクを形成し、エッチング処理を所定時間施すことで形成できる。

さらに、図６（ａ）に示すように、上記犠牲層１４上から第２の絶縁膜１１Ｎ上にかけて導電性ポリシリコン等の導電体を成膜し、上記と同様のパターニング処理を施すことにより可動電極１３を形成する。このとき、可動電極１３の下面には、上記犠牲層１４の凸部１４ｂ及び１４ｄを反映した凹部１３ｂ及び１３ｄが形成される。

また、可動電極１３の表面（上面）を化学機械研摩（ＣＭＰ；Chemical and Mechanical Polishing）等で平坦化する。この表面平坦化工程は、上記の凹部１３ｂ及び１３ｄを設けることで可動部分１３Ｓの厚みを第１の弾性部１３Ｂ及び第２の弾性部１３Ｄの部分で低減する効果を高める。ただし、当業者であれば明らかなように、上記可動電極１３の表面平坦化工程を実施せず、可動部分１３の図示上面に多少凹凸が形成されたとしても、当該凹凸の高低差が凸部１４ｂ及び１４ｄの高低差を下回るように可動電極１３を形成することで、厚みの低減効果を確保することが可能であるから、当該表面平坦化工程は必須工程ではない。

その後、図６（ｂ）に示すように、上記犠牲層１４をフッ酸系のエッチャントを用いたエッチング処理（例えば、緩衝フッ酸を用いたウエットエッチング）等でエッチングすることで、可動電極１３の可動部分１３Ｓを基板１０上から分離するリリース工程を実施する。これにより、可動部分１３Ｓと検査電極１２Ａ及び駆動電極１２Ｂとが離間され、上述の静電振動子の振動子構造体が形成される。

上記実施形態では、可動部分１３Ｓの下面が凹凸状に形成されることで剛性部１３Ｃ、１３Ｅと弾性部１３Ｂ、１３Ｄの厚みを異ならせているが、当該厚みを異ならせるために可動部分１３Ｓの上面を凹凸状に形成してもよい。以下の第２実施形態の製造方法では、後者の構造を有する例の製造過程を示す。

図７及び図８には、第２実施形態の静電振動子の製造方法を示す工程断面図を示す。この第２実施形態では、図７（ａ）に示すように第１実施形態と同様の第１の絶縁膜１１Ｓ及び第２の絶縁膜１１Ｎを形成し、その後、図７（ｂ）に示すように検査電極１２Ａ及び駆動電極１２Ｂを形成する。次に、図７（ｃ）に示すように犠牲層１４を形成し、その後、図７（ｄ）に示すように、当該犠牲層１４の表面を化学機械研摩等により一旦平坦化する。この犠牲層１４の表面平坦化工程は後述する効果をもたらすが、これも後述するように必ずしも実施しなくても構わない。

次に、図８（ａ）に示すように、上記の犠牲層１４上に前述の可動電極１３を形成する。その後、図８（ｂ）に示すように、当該可動電極１３の表面に部分的に凹部１３ｂ′及び１３ｄ′を形成する。当該凹部１３ｂ′及び１３ｄ′は、可動電極１３上にパターニングマスクの形成を行い、所定時間のエッチング処理を施すことによって形成できる。凹部１３ｂ′及び１３ｄ′は、上述の第１の弾性部１３Ｂ及び第２の弾性部１３Ｄの形成領域に設けられ、これによって両弾性部の図示上下方向の厚みが他の部分より薄く構成される。

最後に、第１実施形態と同様にリリース工程を実施し、図８（ｃ）に示すように、上記犠牲層１４を除去して可動電極１３の可動部分１３Ｓを検査電極１２Ａ及び駆動電極１２Ｂと離間させる。

本実施形態では、第１実施形態とは異なり、可動部分１３Ｓの図示上面に凹部１３ｂ′及び１３ｄ′が形成されることで、第１の弾性部１３Ｂ及び第２の弾性部１３Ｄが薄く形成されている。このとき、可動部分１３Ｓの図示下面が上記犠牲層１４の平坦な表面を反映して平坦に構成されることで、凹部１３ｂ′及び１３ｄ′を形成することによる厚みの低減効果を高めることができる。ただし、当業者であれば明らかなように、上記犠牲層１４の表面平坦化工程を実施せず、可動部分１３の図示下面に多少凹凸が形成されたとしても、凹部１３ｂ′及び１３ｄ′を当該凹凸を補う深さ、範囲及び形状にすることで、厚みの低減効果を確保することが可能である。

尚、本発明の静電振動子は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、一体の可動電極１３の可動部分１３Ｓを局所的に薄く構成して弾性を高める方法で第１の弾性部１３Ｂ及び第２の弾性部１３Ｄを形成しているが、当該可動部分に開口領域を形成したり細幅の領域を形成したりすることで弾性部の弾性を高めてもよい。また、当然のことではあるが、剛性部１３Ｃ、１３Ｅと弾性部１３Ｂ、１３Ｄを別の素材で構成することにより、相互の弾性を異ならせるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では半導体基板を用いることで、半導体回路と一体的に静電振動子を構成する場合に好適な構成となっているが、支持体である基板を、ガラス、石英、セラミックス、合成樹脂などの他の素材で構成しても構わない。また、絶縁膜１１は、基板が半導体や導体である場合、或いは、基板は絶縁体であるが表面上に導体パターンなどの導電体が存在している場合には必要となるが、基板が絶縁体で導体パターンなども存在しない場合には不要である。

本発明の２自由度の弾性振動系の概念構造を示す概略構成図。 本発明の２自由度の弾性振動系における各剛性体の振幅の励振周波数依存性を示すグラフ。 本発明に係る各実施形態の概略構造を示す概略構成断面図。 第１実施形態の縦断面図（ａ）及び平面図（ｂ）。 第１実施形態の製造方法を示す工程断面図（ａ）乃至（ｄ）。 第１実施形態の製造方法を示す工程断面図（ａ）及び（ｂ）。 第２実施形態の製造方法を示す工程断面図（ａ）乃至（ｄ） 第２実施形態の製造方法を示す工程断面図（ａ）乃至（ｃ）。

符号の説明

１…支持体（基板）、２…第１の弾性体、３…第１の剛性体、４…第２の弾性体、５…第２の剛性体、６…駆動電極、７…検出電極、１０…半導体基板、１１…絶縁膜、１１Ｓ…第１の絶縁膜、１１Ｎ…第２の絶縁膜、１２…導体層、１２Ａ…検査電極、１２Ｂ…駆動電極、１３…可動電極、１′、１３Ａ…支持固定部、１３Ｂ…第１の弾性部、１３Ｃ…第１の剛性部、１３Ｄ…第２の弾性部、１３Ｅ…第２の剛性部、１３ｂ、１３ｂ′、１３ｄ、１３ｄ′…凹部、１４…犠牲層

Claims (5)

1. 支持体と、
   該支持体に対して第１の弾性部を介して接続された第１の剛性部、及び、該第１の剛性部に対して第２の弾性部を介して接続された第２の剛性部を有する可動電極と、
   前記第１の剛性部に対向配置され、前記第１の剛性部に励振力を及ぼす駆動電極と、
   前記第２の剛性部に対向配置され、前記第２の剛性部の振動変位を検出する検出電極と、
   を具備し、
   前記第１の弾性部及び前記第２の弾性部の前記駆動電極及び前記検出電極と対向する方向の撓み変形により前記第１の剛性部及び前記第２の剛性部がそれぞれ振動変位可能とされた２自由度の弾性振動系を構成することを特徴とする静電振動子。
2. 前記支持体は基板であり、前記第１の弾性部の一端が前記基板上で固定され、前記第１の弾性部、前記第１の剛性部、前記第２の弾性部及び前記第２の剛性部を有する可動部分が前記基板との間に間隙を有した状態で前記基板に沿って延在し、前記駆動電極が前記第１の剛性部と対向する位置で前記基板上に形成され、前記検出電極が前記第２の剛性部と対向する位置で前記基板上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の静電振動子。
3. 前記可動部分が前記基板上において片持ち梁状に支持されることを特徴とする請求項２に記載の静電振動子。
4. 前記第１の弾性部及び前記第２の弾性部の前記駆動電極及び前記検出電極と対向する方向の厚みが前記第１の剛性部及び前記第２の剛性部の同方向の厚みより小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の静電振動子。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の静電振動子の使用方法であって、
   前記弾性振動系の一次の固有周波数と二次の固有周波数との間であって、前記第１の剛性部の振幅ｕ１が前記第２の剛性部の振幅ｕ２より小さくなる条件を満たす周波数範囲内の励振周波数で前記第１の剛性部に前記励振力を与えて前記静電振動子を動作させることを特徴とする静電振動子の使用方法。

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