JP2012029052A - Method for adjacent placement of electrode structure element and vibrating structure element and mems device utilizing the same - Google Patents

Method for adjacent placement of electrode structure element and vibrating structure element and mems device utilizing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for adjacent placement of an electrode structure element (a drive electrode) and a vibrating structure element (such as a vibrating beam) placed to face each other, and to provide a MEMS resonator utilizing the same.SOLUTION: An electrode structure element 12 (connected to a slider 20) and a vibrating structure element 13 are formed in a separated state. After the processing finishes, a slide mechanism equipped with the slider 20 is utilized to place the electrode structure element 12 adjacently to the vibrating structure element 13, allowing an opposed placement with spacing 1 μm or less. As a result, improved characteristics of a MEMS resonator are easily achieved even with conventional technology.

Description

本発明は、電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法に関するものである。また、この方法を用いて狭ギャップを有するMEMSデバイスに関するものである。   The present invention relates to a method of arranging an electrode structural element and a vibration structural element close to each other. Moreover, it is related with the MEMS device which has a narrow gap using this method.

近年、半導体デバイスの技術進歩は大きく、工業用機器、民生用機器など広範囲に渡って利用されてきている。特に、半導体デバイスの微細化、高集積化などが、該半導体デバイスを搭載した機器、システムの小型化、軽量化、低価格化、高機能化などに大きく寄与するに至っている。しかしながら、半導体デバイスの微細化、高集積化が達成される反面、その製造プロセスの大規模化、複雑化、また、製造装置の大規模化、高価格化が誘起されるに至っている。さらに、微細化の限界が議論され、微細化以外の開発方向も模索されるようになってきている。MEMS(マイクロエレクトロメカニカルシステム)デバイスはその一例であり、機械要素を微細化して半導体技術とマッチさせることにより、新しい機能を実現できることに特徴がある。また、MEMSデバイスの技術開発を通して得られた新技術や新しい知見は、従来の半導体プロセスにも反映され、半導体分野の進歩にも貢献している。   2. Description of the Related Art In recent years, technological advances in semiconductor devices have been great, and they have been used over a wide range such as industrial equipment and consumer equipment. In particular, miniaturization and high integration of semiconductor devices have greatly contributed to downsizing, weight reduction, price reduction, and high functionality of devices and systems equipped with the semiconductor devices. However, while miniaturization and high integration of semiconductor devices are achieved, the manufacturing process is becoming larger and more complicated, and the manufacturing equipment is becoming larger and more expensive. Furthermore, the limits of miniaturization are discussed, and development directions other than miniaturization are being sought. A MEMS (microelectromechanical system) device is one example, and it is characterized in that new functions can be realized by miniaturizing mechanical elements and matching with semiconductor technology. In addition, new technologies and new knowledge obtained through the technological development of MEMS devices are reflected in conventional semiconductor processes and contribute to the advancement of the semiconductor field.

かかるMEMSデバイスの一つに「RF−MEMS」と呼ばれるデバイスがある。これは、高周波(RF)帯で動作するデバイスであり、フィルタや発振器など、通信分野への応用が期待されている。RF−MEMSでは、微小な構造体(ビームやディスク形状が多い)に近接して配置された固定電極と前記構造体間に高周波電気信号を印加し、前記構造体を機械的に振動させている。かかる振動は、静電容量などの変化量として電気的に検出される。RF−MEMSの動作周波数(振動周波数)を高くするためには、振動する前記構造体の大きさを小さくし、かつ、固定電極と前記構造体との間の距離を小さくすることが必要である。このような機械的寸法の微細化には、多くの半導体プロセスが利用でき、RF−MEMSの高周波化に活用できる。   One such MEMS device is a device called “RF-MEMS”. This is a device that operates in a high frequency (RF) band, and is expected to be applied to the communication field, such as filters and oscillators. In RF-MEMS, a high-frequency electric signal is applied between a fixed electrode arranged close to a minute structure (many of a beam and a disk shape) and the structure to mechanically vibrate the structure. . Such vibration is electrically detected as an amount of change in capacitance or the like. In order to increase the operating frequency (vibration frequency) of RF-MEMS, it is necessary to reduce the size of the vibrating structure and reduce the distance between the fixed electrode and the structure. . Many semiconductor processes can be used for such miniaturization of mechanical dimensions, and can be used for higher frequency RF-MEMS.

MEMSデバイスを構成する場合、一般的には3つのアプローチがある。一つは単結晶シリコンに微細加工を施す「バルクマイクロマシニング」であり、一つは犠牲層エッチングを利用する「サーフェスマイクロマシニング」であり、他の一つは単結晶シリコンの積層構造(いわゆる「シリコンオンインシュレータウェーハ、SOIウェーハ」)を利用する「バルクサーフェスマイクロマシニング」である。   There are generally three approaches to configuring MEMS devices. One is “bulk micromachining” for microfabrication of single crystal silicon, one is “surface micromachining” using sacrificial layer etching, and the other is a stacked structure of single crystal silicon (so-called “ "Bulk surface micromachining" using silicon on insulator wafer, SOI wafer ".

バルクマイクロマシニングでは、単結晶シリコンのウェーハを裏面側あるいは表面側からエッチングして、単結晶シリコンの3次元構造を作成している。ダイアフラム型圧力センサや加速度センサなどへの応用が実用化されている。しかしながら、より複雑な3次元構造を実現することには限界があることも知られている。   In bulk micromachining, a single crystal silicon wafer is etched from the back side or the front side to create a three-dimensional structure of single crystal silicon. Applications to diaphragm type pressure sensors and acceleration sensors have been put into practical use. However, it is also known that there is a limit to realizing a more complicated three-dimensional structure.

サーフェスマイクロマシニングでは、薄膜堆積、パターニング、薄膜間の層の除去(犠牲層エッチング)などでデバイスが形成されていく。シリコン層の薄膜を堆積させ、この層を振動する構造体にすることが多い。また、このシリコン層は多結晶シリコン(ポリシリコン)であり、層内の残留応力を増大させないために、通常は厚さが0.1〜3マイクロメータ程度に設定されている。サーフェスマイクロマシニングは、一般的な半導体製造ラインの流用が容易である反面、多結晶シリコンの機械的特性が製造条件に依存すること、多結晶シリコンは単結晶シリコンと比較して機械物性が劣ることなどが指摘されている。   In surface micromachining, devices are formed by thin film deposition, patterning, and removal of layers between thin films (sacrificial layer etching). Often, a thin film of a silicon layer is deposited into a vibrating structure. The silicon layer is polycrystalline silicon (polysilicon), and the thickness is usually set to about 0.1 to 3 micrometers so as not to increase the residual stress in the layer. Surface micromachining is easy to divert a general semiconductor manufacturing line, but the mechanical properties of polycrystalline silicon depend on the manufacturing conditions, and polycrystalline silicon has inferior mechanical properties compared to single crystal silicon. Etc. have been pointed out.

図28はサーフェスマイクロマシニングで作成したRF−MEMSの断面構造を示している。同図は、下記引用非特許文献1に記載されている。同図(a)において、ビーム1は多結晶シリコンで形成された振動できるものであり(図中では厚さが2マイクロメータとされている)、単結晶シリコン基板2は基台部である。ビーム1に対向して配置された駆動電極3は単結晶シリコン基板2に固定されている。また、同図(a)は「犠牲層エッチング」が完了した直後の構造断面図であり、ビーム1はあたかも浮上しているかのように図示されている(図中では2000オングストロームとして描かれている)が、図面と垂直な方向の図示されていない場所で、単結晶シリコン基板2に固定されている。同図(b)は、外部から直流電圧4が印加され、ビームが固定電極側へ静電力で引き込まれ、変形すると共に、狭いギャップ5(図中では500オングストロームとして描かれている)が実現することが示されている。この状態で、駆動電極3に印加された高周波信号により、ビーム1は図面の上下方向に振動する。この狭いギャップ5のために、ビーム1の上下方向での振動振幅が大きく、RF−MEMSとしての電気特性も向上するとされている。   FIG. 28 shows a cross-sectional structure of an RF-MEMS produced by surface micromachining. This figure is described in the following cited non-patent document 1. In FIG. 2A, the beam 1 is made of polycrystalline silicon and can vibrate (thickness is 2 micrometers in the figure), and the single crystal silicon substrate 2 is a base portion. The drive electrode 3 disposed facing the beam 1 is fixed to the single crystal silicon substrate 2. FIG. 6A is a sectional view of the structure immediately after the “sacrificial layer etching” is completed, and the beam 1 is illustrated as if it is floating (in the drawing, it is drawn as 2000 angstroms). ) Is fixed to the single crystal silicon substrate 2 at a location not shown in a direction perpendicular to the drawing. In FIG. 6B, a DC voltage 4 is applied from the outside, and the beam is attracted to the fixed electrode side by an electrostatic force, deformed, and a narrow gap 5 (illustrated as 500 angstroms in the figure) is realized. It has been shown. In this state, the beam 1 vibrates in the vertical direction of the drawing by the high frequency signal applied to the drive electrode 3. Because of the narrow gap 5, the vibration amplitude in the vertical direction of the beam 1 is large, and the electrical characteristics as RF-MEMS are also improved.

多結晶シリコンとサーフェスマイクロマシニングを活用したMEMSデバイスは、従来の半導体製造ラインを利用できる利点がある。しかしながら、図28に示した構造には下記のような課題がある。
(1)機械要素の厚さを大きくして機械的な強度を増大させることが困難である。
多結晶シリコンを形成する際にはプロセス条件を制御して、薄膜多結晶シリコンの内部応力を可能な限り小さくすることが行われる。しかしながら、内部応力は形成プロセスの条件に敏感であり、さらに、薄膜の厚さを大きくすると残留する内部応力も大きくなる傾向がある。このため、振動できるように機械要素の一部(例えばビーム部分)を基板から浮上した構造を実現すると、残留していた内部応力が解放されて、ビームの変形(通常は捩れや曲がりとなって観測される)を誘起する。このため、多結晶シリコンの厚さは最大でも3マイクロメータ程度に制限されている。
(2)多結晶シリコンの形成条件の制御が困難である。
前記したように、多結晶シリコンの形成中に内部応力が残留していると、犠牲層エッチング後にビームの変形などが発生し、所望の動作が困難となる。このため、多結晶シリコンの形成条件(温度、ガス成分比、ガス成分量、雰囲気など)は厳密に制御されることが要求される。このため、半導体製造ライン毎の条件設定、条件の安定性確保など、製造技術面で課題が多い。
(3)犠牲層エッチングのためにフォトマスク数が多くなる。
図28に例示した従来例では、振動する機械要素を基板から浮上させるために、この機械要素と基板との間に挟まれた酸化膜(犠牲層となる)などをエッチングして除去している。また、直流電圧4を印加した時に、この機械要素が一定の距離(同図では500オングストローム)を介して基板から浮上し、かつ、基板との接触を阻止するために、Dimple(ディンプル)6と呼ばれる微小な凸構造を形成している。すなわち、機械要素であるビーム1は一様な厚さを有してはいるが、その表裏面は平坦ではない。このような構造とパターンを作り込むために複数のフォトマスクが使用される。図28での事例では5枚のフォトマスクが必要とされている。さらに、MEMSデバイスと駆動回路などの周辺回路と同一チップ上に集積化する場合には、MEMS部分の加工用フォトマスクと、周辺回路形成用のフォトマスクとが別個に必要となるので、それぞれのフォトマスク数は可能な限り低減することが製造面からは有利となる。この点において、犠牲層エッチングのためのフォトマスク数増大は製造技術面からは大きな課題となっている。
(4)犠牲層エッチング以後のプロセスで破壊される危険が大きい。
犠牲層エッチングが終了すると、前記したビーム1と駆動電極3との間には狭いギャップ(図28では2000オングストローム)が形成される。このため、犠牲層エッチング以後のプロセスでは、衝撃や静電気の帯電などで、前記したビーム1が前記した駆動電極3側に撓み、駆動電極3に固着する危険がある。この固着が発生すると、ビーム1を駆動電極3から引き離して再度浮上させることは不可能である。このため、これらの破壊を防ぐことが課題となっている。
(5)ビームの変形が大きいので物性値が変化する可能性が大きい。
図28の従来例では、2000オングストロームのギャップが、直流電源4により500オングストローム(ギャップ5)まで小さくされている。すなわち、ビーム1(厚さは2マイクロメータ)の変位量は1500オングストローム(0.15マイクロメータ)である。この厚さに対する変位量の比率は10%程度にも達し、大変形領域での振動動作になる。この結果、変位量(比)が小さい場合と比較して、剛性などの機械物性値が変化する。この物性値変動を考慮したRF−MEMSの設計が必要となる課題が発生する。
A MEMS device utilizing polycrystalline silicon and surface micromachining has an advantage that a conventional semiconductor production line can be used. However, the structure shown in FIG. 28 has the following problems.
(1) It is difficult to increase the mechanical strength by increasing the thickness of the mechanical element.
When forming polycrystalline silicon, the process conditions are controlled to reduce the internal stress of the thin film polycrystalline silicon as much as possible. However, the internal stress is sensitive to the conditions of the forming process, and the residual internal stress tends to increase as the thickness of the thin film increases. For this reason, when a structure in which a part of the mechanical element (for example, a beam portion) is levitated from the substrate so as to vibrate is realized, the remaining internal stress is released and the beam is deformed (usually twisted or bent) To be observed). For this reason, the thickness of polycrystalline silicon is limited to about 3 micrometers at the maximum.
(2) It is difficult to control the formation conditions of polycrystalline silicon.
As described above, if internal stress remains during the formation of polycrystalline silicon, beam deformation or the like occurs after the sacrificial layer etching, and the desired operation becomes difficult. For this reason, it is required that the formation conditions (temperature, gas component ratio, gas component amount, atmosphere, etc.) of polycrystalline silicon be strictly controlled. For this reason, there are many problems in terms of manufacturing technology, such as setting conditions for each semiconductor manufacturing line and ensuring stability of conditions.
(3) The number of photomasks increases due to sacrificial layer etching.
In the conventional example illustrated in FIG. 28, an oxide film (to be a sacrificial layer) sandwiched between the mechanical element and the substrate is removed by etching in order to float the vibrating mechanical element from the substrate. . In addition, when a DC voltage 4 is applied, the mechanical element floats from the substrate through a certain distance (500 angstrom in the figure), and in order to prevent contact with the substrate, a dimple 6 A so-called minute convex structure is formed. That is, the beam 1 as a mechanical element has a uniform thickness, but its front and back surfaces are not flat. A plurality of photomasks are used to create such a structure and pattern. In the case of FIG. 28, five photomasks are required. Further, when integrating a MEMS device and a peripheral circuit such as a driving circuit on the same chip, a processing photomask for the MEMS portion and a photomask for forming the peripheral circuit are required separately. From the viewpoint of manufacturing, it is advantageous to reduce the number of photomasks as much as possible. In this respect, an increase in the number of photomasks for sacrificial layer etching is a major problem from the viewpoint of manufacturing technology.
(4) There is a high risk of destruction in the process after the sacrificial layer etching.
When the sacrificial layer etching is completed, a narrow gap (2000 angstrom in FIG. 28) is formed between the beam 1 and the drive electrode 3 described above. For this reason, in the process after the sacrificial layer etching, there is a risk that the beam 1 is bent toward the driving electrode 3 and is fixed to the driving electrode 3 due to impact or electrostatic charging. When this sticking occurs, it is impossible to lift the beam 1 away from the drive electrode 3 and to float again. For this reason, preventing these destruction has been a problem.
(5) Since the deformation of the beam is large, there is a high possibility that the physical property value will change.
In the conventional example of FIG. 28, the gap of 2000 angstroms is reduced to 500 angstroms (gap 5) by the DC power supply 4. That is, the displacement of the beam 1 (thickness is 2 micrometers) is 1500 angstroms (0.15 micrometers). The ratio of the displacement amount to the thickness reaches about 10%, and the vibration operation is performed in the large deformation region. As a result, mechanical property values such as rigidity change as compared with the case where the displacement amount (ratio) is small. The subject which requires the design of RF-MEMS which considered this physical property value fluctuation | variation generate | occur | produces.

前段落に記載したように、多結晶シリコンとサーフェスマイクロマシニングを活用したアプローチには、利点があるものの、解決しなくてはならない課題が多い。   As described in the previous paragraph, an approach that utilizes polycrystalline silicon and surface micromachining has advantages but many issues that need to be solved.

MEMSデバイスを構成する第3のアプローチであるバルクサーフェスマイクロマシンニングでは、2つの単結晶シリコン層が酸化膜を介して接合されているSOIウェーハを用い、酸化膜の表面側のシリコン層(デバイス層とも呼ばれる)に機械要素や電子回路を形成し、酸化膜の裏面側のシリコン層(基板層とも呼ばれる)はデバイス層の支持体として利用される。なお、バルクサーフェスマイクロマシニングでは、デバイス層あるいは基板層をエッチングなどで直接微細加工することが多い。デバイス層の加工に犠牲層エッチングを用いることは比較的少ない。デバイス層の厚さは1〜100マイクロメータ程度であり、作成するデバイスにより最適な厚さが選定される。機械要素や電子回路が形成されていない領域のデバイス層はエッチングにより除去されることもある。ここでは、狭い領域を深くエッチングすることが要求されるので、独自な製造装置を利用することになる。しかし、機械要素や電子回路を形成するデバイス層は単結晶シリコンであるので、通常のシリコン半導体デバイスで使用される設計手法、加工方法などがそのまま利用できる利点がある。   In bulk surface micromachining, which is a third approach for constructing MEMS devices, an SOI wafer in which two single crystal silicon layers are bonded via an oxide film is used, and a silicon layer (also called a device layer) on the surface side of the oxide film is used. Machine elements and electronic circuits are formed, and a silicon layer (also called a substrate layer) on the back side of the oxide film is used as a support for the device layer. In bulk surface micromachining, a device layer or a substrate layer is often directly finely processed by etching or the like. Sacrificial layer etching is relatively rarely used for device layer processing. The thickness of the device layer is about 1 to 100 micrometers, and an optimum thickness is selected depending on the device to be created. The device layer in a region where no mechanical element or electronic circuit is formed may be removed by etching. Here, since it is required to deeply etch a narrow region, a unique manufacturing apparatus is used. However, since the device layer forming the mechanical element and the electronic circuit is single crystal silicon, there is an advantage that a design method and a processing method used in a normal silicon semiconductor device can be used as they are.

図29はバルクサーフェスマイクロマシニングで作成されたRF−MEMSの走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。同図(a)は下記引用非特許文献2に、同図(b)と(c)は下記引用非特許文献3に記載されている。同図に示したMEMSは、両端が固定されたビーム(中央の細い棒状形状は浮き上がっている)と、ビームの中央部分に対向して配置された駆動電極から構成されている。これらのビームは、駆動電極との間に印加された高周波電圧信号で励振され、左右方向に振動する。同図(a)のデバイスは、長さ760マイクロメータ、幅10マイクロメータ、厚さ20マイクロメータのビームと、ビームの中央部分に対向して配置された幅100マイクロメータの駆動電極とで構成されている。このビームと駆動電極との間の距離は4マイクロメータである。同図(a)のデバイスは140キロヘルツ近傍に一次の共振周波数が観測される。一方、同図(b)はビームを小型化し、一次の共振周波数がより高くなるように改良されたデバイスである。同図(b)のデバイスは、長さ76マイクロメータ、幅10マイクロメータ、厚さ20マイクロメータのビームと、ビームの長さ方向全体に渡って対向配置された駆動電極とで構成されている。同図(b)のデバイスは11メガヘルツ近傍に一次の共振周波数が観測される。このビームと駆動電極との間の距離は1マイクロメータである。いずれのデバイスも、デバイス層が厚さ20マイクロメータのSOIウェーハを加工して作成されている。   FIG. 29 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of RF-MEMS produced by bulk surface micromachining. The figure (a) is described in the following cited non-patent document 2, and the figures (b) and (c) are described in the cited non-patent document 3. The MEMS shown in the figure is composed of a beam having fixed ends (a thin rod-like shape at the center is lifted) and a drive electrode disposed facing the center of the beam. These beams are excited by a high-frequency voltage signal applied between the drive electrodes and vibrate in the left-right direction. The device shown in FIG. 5A is composed of a beam having a length of 760 micrometers, a width of 10 micrometers, and a thickness of 20 micrometers, and a drive electrode having a width of 100 micrometers arranged to face the central portion of the beam. Has been. The distance between this beam and the drive electrode is 4 micrometers. The primary resonance frequency is observed in the vicinity of 140 kHz in the device of FIG. On the other hand, FIG. 5B shows a device improved so that the beam is miniaturized and the primary resonance frequency becomes higher. The device shown in FIG. 6B is composed of a beam having a length of 76 micrometers, a width of 10 micrometers, and a thickness of 20 micrometers, and drive electrodes disposed so as to face each other over the entire length of the beam. . In the device of FIG. 5B, a primary resonance frequency is observed in the vicinity of 11 MHz. The distance between this beam and the drive electrode is 1 micrometer. Both devices are fabricated by processing an SOI wafer having a device layer thickness of 20 micrometers.

図28に例示した従来例と比較して、単結晶シリコンとバルクサーフェスマイクロマシニングで作成されたMEMSデバイスには下記の利点がある。
(1)機械要素の厚さを大きくして機械的な強度を増大させることが容易である。
SOIウェーハを使用すると、機械要素の厚さをデバイス層の厚さと等しくすることが可能である。このため、デバイス層を厚くすることにより、機械的強度が大きい機械要素を容易に実現できる。
(2)単結晶シリコンを使用するので残留応力の影響がない。
SOIウェーハは、デバイス層にも単結晶シリコンを使用しているため、MEMSデバイスの形成プロセスの条件によらず、内部残留応力が少ない特徴がある。このため、微細加工で機械要素を作成しても、変形などが発生しない。
(3)フォトマスク数が少ない。
図29に例示した事例では、フォトマスク2枚で作成することが可能であり、図28の事例での「5枚」と比較すると大幅にマスク数を低減できる。
(4)ビームの変形が小さいので物性値が変化することがない。
ビームと駆動電極を強制的に近接させる手法を採用していないため、ビームの振動は小振幅動作範囲となっている。このため、大振幅動作での物性値の変化などが回避できる。
Compared with the conventional example illustrated in FIG. 28, the MEMS device made by single crystal silicon and bulk surface micromachining has the following advantages.
(1) It is easy to increase the mechanical strength by increasing the thickness of the mechanical element.
Using SOI wafers, the thickness of the machine element can be made equal to the thickness of the device layer. For this reason, by increasing the thickness of the device layer, a mechanical element having high mechanical strength can be easily realized.
(2) Since single crystal silicon is used, there is no influence of residual stress.
Since the SOI wafer uses single crystal silicon for the device layer, it has a feature that the internal residual stress is small regardless of the conditions of the MEMS device formation process. For this reason, even if a machine element is created by micromachining, no deformation occurs.
(3) The number of photomasks is small.
In the example illustrated in FIG. 29, it is possible to create with two photomasks, and the number of masks can be significantly reduced as compared with “5” in the example of FIG.
(4) Since the deformation of the beam is small, the physical property value does not change.
Since the method of forcibly bringing the beam and the drive electrode close is not adopted, the vibration of the beam is in a small amplitude operation range. For this reason, it is possible to avoid a change in the physical property value during the large amplitude operation.

図29のRF−MEMSの作成では、反応性ガスを用いたエッチング(RIE;リアクティブイオンエッチング)を用いている。RIEでは、使用するガスの選択、雰囲気条件(ガス濃度、反応温度など)の設定などにより、量産レベルでは、直径2マイクロメータ、深さ4マイクロメータ程度の穴加工が可能となっている。ここに例示した「深さ4マイクロメータ」は、電子回路を集積化した一般の半導体デバイスでは十分な深さである。例えば、ランダムアクセスメモリ(DRAM)では、蓄積容量の増大のため「トレンチ」構造を採用することがあるが、メモリセルの微細化に伴い、トレンチの深さも相対的に浅くなってきている。このため、「深さ4マイクロメータ」は必要十分な加工深さとなっている。勿論、先端的な研究分野では、直径が1.5マイクロメータで深さが30マイクロメータの深穴をRIEで作成することも報告されているが、これは限界値であるとも言える。   In the production of the RF-MEMS in FIG. 29, etching using reactive gas (RIE; reactive ion etching) is used. In RIE, hole processing with a diameter of about 2 micrometers and a depth of about 4 micrometers is possible at the mass production level by selecting the gas to be used and setting the atmospheric conditions (gas concentration, reaction temperature, etc.). The “depth of 4 micrometers” exemplified here is sufficient for a general semiconductor device in which electronic circuits are integrated. For example, in a random access memory (DRAM), a “trench” structure is sometimes used to increase the storage capacity. However, with the miniaturization of memory cells, the depth of the trench has become relatively shallow. For this reason, the “depth of 4 micrometers” is a necessary and sufficient processing depth. Of course, in the advanced research field, it has been reported that a deep hole having a diameter of 1.5 micrometers and a depth of 30 micrometers is created by RIE, but this is also a limit value.

しかしながら、前記したように、図29(b)のデバイスはビームと駆動電極との間の距離は1マイクロメータである。この値は、現在の半導体プロセスでの加工技術から見ると比較的大きい値であるが、上記したRIEを用いた加工技術では微小な値となっている。また、ビームと駆動電極との間のギャップを形成する場合には、幅1マイクロメータ、高さ20マイクロメータという大きなアスペクト比(加工深さと加工幅の比)での加工が要求される。この大きなアスペクト比は、RIEを含む現行の半導体プロセスで実現することは困難である。一方、RF−MEMSの高周波化を実現するためには、ビームの長さを小さくすることが必須であり、この結果として、ビームと駆動電極との間の静電容量も小さくなる。RF−MEMSからの電気信号は、ビームの振動が誘起する静電容量の変動量であるので、高周波化に伴い電気信号が微弱になることは免れない。大きな電気信号を得るための一手法としては、(1)ビームと駆動電極間の距離を小さくし(狭ギャップ化)、(2)ビームと駆動電極の対抗する面積を大きくして、電気機械結合係数を大きくすることが挙げられる。すなわち、バルクサーフェスマイクロマシニングで作成するRF−MEMSでは、(1)如何にして深く、かつ、1マイクロメータ以下の狭いギャップを形成するか、(2)如何にしてビームと駆動電極の対抗する面積が大きい構成にするか、が重要な技術開発項目となっている。   However, as described above, in the device of FIG. 29B, the distance between the beam and the drive electrode is 1 micrometer. This value is a relatively large value when viewed from the processing technology in the current semiconductor process, but is a minute value in the processing technology using RIE described above. Further, when forming a gap between the beam and the drive electrode, processing with a large aspect ratio (ratio of processing depth to processing width) of 1 micrometer in width and 20 micrometers in height is required. This large aspect ratio is difficult to achieve with current semiconductor processes including RIE. On the other hand, in order to realize high-frequency RF-MEMS, it is essential to reduce the length of the beam, and as a result, the electrostatic capacitance between the beam and the drive electrode is also reduced. Since the electrical signal from the RF-MEMS is a fluctuation amount of the capacitance induced by the vibration of the beam, it is inevitable that the electrical signal becomes weak as the frequency increases. As a method for obtaining a large electric signal, (1) the distance between the beam and the drive electrode is reduced (narrow gap), and (2) the area where the beam and the drive electrode are opposed to each other is increased, so that electromechanical coupling One example is to increase the coefficient. That is, in RF-MEMS produced by bulk surface micromachining, (1) how deep and a narrow gap of 1 micrometer or less is formed, or (2) how the beam and drive electrode are opposed to each other It is an important technological development item to make the structure large.

狭いギャップを容易に実現することができるならば、RF−MEMSの高周波化が可能となる。かかるデバイスは、携帯型機器、例えば、携帯電話などの高度化に有利である。近年では、利用できる周波数領域が制限されているにも関わらず、携帯型機器によるトラフィック量は増大しており、如何にして「瞬間的に利用されていない周波数帯域を見つけだし、この帯域で通信する」かが注目されている。コグニティブ通信とも称されるこの手法には、多くの周波数帯で機器を動作させるため、多数のフィルタや発振器が必要とされる。現在多用されている水晶振動子や表面弾性波(SAW)デバイスは、構造上、動作周波数の上限が規定されており、さらには、これらのデバイスを複数個使用する場合の占有面積/体積が課題となっている。一方、RF−MEMSで構成された共振器(フィルタや発振器などを含む)は、半導体プロセスで製造されるので、周辺回路との同時作成や集積化が可能であるという特徴がある。このため、RF−MEMSの実用化への期待が大きいが、高周波動作させる時の「狭ギャップ化」と「対抗面積の増大化」の壁の克服が重要な課題となっている。   If a narrow gap can be easily realized, it is possible to increase the frequency of the RF-MEMS. Such a device is advantageous for the advancement of portable devices such as mobile phones. In recent years, although the frequency range that can be used is limited, the amount of traffic by portable devices has increased. How can I find a frequency band that is not used instantaneously and communicate in this band? "Is attracting attention. This technique, also called cognitive communication, requires a large number of filters and oscillators to operate the device in many frequency bands. Quartz resonators and surface acoustic wave (SAW) devices that are widely used at present have an upper limit on the operating frequency because of their structure. Furthermore, the occupied area / volume when multiple devices are used is an issue. It has become. On the other hand, a resonator (including a filter, an oscillator, and the like) configured by RF-MEMS is manufactured by a semiconductor process, and thus has a feature that it can be simultaneously created and integrated with a peripheral circuit. For this reason, there is a great expectation for practical application of RF-MEMS, but overcoming the barriers of “narrowing gap” and “increasing the area of competition” when operating at high frequency is an important issue.

学会発表論文 K.Wang他、「VHF Free−Free Beam High−Q Micromechanical Resonators」、J.Microelectromechanical Systems、Vol.9、No.3、September 2000Conference presentation paper Wang et al., “VHF Free-Free Beam High-Q Micromechanical Resonators”, J. Am. Microelectromechanical Systems, Vol. 9, no. 3, September 2000 学会発表論文 石野他、「単結晶シリコンMEMS共振器の三次元振動特性」、第25回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム予稿集、551〜557ページ、2008年10月Conference presentation paper Ishino et al., “Three-dimensional vibration characteristics of single-crystal silicon MEMS resonators”, Proceedings of the 25th Symposium on Sensors, Micromachines and Applied Systems, 551-557, October 2008 学会発表論文 橋本他、「狭ギャップ作製プロセスを用いた10MHz帯MEMS共振器の開発」、第26回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム予稿集、116〜119ページ(C1−4)、2009年10月Conference presentation paper Hashimoto et al., "Development of 10MHz band MEMS resonator using narrow gap fabrication process", Proceedings of the 26th "Sensor Micromachine and Applied Systems" Symposium, pages 116-119 (C1-4), 2009 October

MEMSデバイスを、単結晶シリコンとバルクサーフェスマイクロマシニングで作成する場合には、狭く、かつ、深いギャップを形成することが必要になる。図29はバルクサーフェスマイクロマシニングで作成されたRF−MEMSの従来例である。前記の〔背景技術〕の段落で記したように、同図(b)のデバイスでは、1マイクロメータのギャップが深さ20マイクロメータで形成されている。このギャップの形成には、反応性ガスを用いたエッチング(RIE;リアクティブイオンエッチング)を用いている。現在実用化されている半導体プロセス技術(RIE)を用いると、シリコン基板に直径2マイクロメータ、深さ4マイクロメータ程度の穴を形成することは可能である。しかしながら、図29の事例では、これよりも微細で、かつ、より深い穴を形成している。RIEのような半導体プロセスでは、加工対象の面積が小さく、あるいは、加工深さが大きくなると、加工が困難になったり、加工時間(エッチングスピード)が遅くなることが知られている。この理由としては、(1)反応ガスが穴に入りにくい、(2)反応生成物が穴から排出されにくいといったことが挙げられる。同図(c)はMEMS共振器のギャップ部分(1マイクロメータである)の拡大写真である。RIEプロセスでエッチングされない領域を被覆するマスクはクローム薄膜であり、そのパターニングには集束化イオンビーム(FIB)が用いられている。このマスクパターンを用いて、1マイクロメータ幅でシリコン基板をエッチングしていくが、ビームの厚さ20マイクロメータを形成するためには、通常の5倍の時間が所要された。ここで「通常」とは、ギャップ領域以外のシリコン基板のみ(表面にパターニングされていない)をエッチングする場合や、ギャップが10マイクロメータといった大きな値である構造の場合を示している。この長時間にわたるエッチングのため、マスクパターンが反応ガスに浸食され、均一な幅のギャップが形成されていないことが同図(c)に示されている。   When a MEMS device is produced by single crystal silicon and bulk surface micromachining, it is necessary to form a narrow and deep gap. FIG. 29 shows a conventional example of RF-MEMS produced by bulk surface micromachining. As described in the paragraph “Background Art”, in the device shown in FIG. 5B, a gap of 1 μm is formed with a depth of 20 μm. For the formation of the gap, etching using reactive gas (RIE; reactive ion etching) is used. Using semiconductor process technology (RIE) that is currently in practical use, it is possible to form a hole with a diameter of about 2 micrometers and a depth of about 4 micrometers in a silicon substrate. However, in the example of FIG. 29, a finer and deeper hole is formed. In a semiconductor process such as RIE, it is known that if the area to be processed is small or the processing depth is large, processing becomes difficult and processing time (etching speed) is slow. This is because (1) the reaction gas hardly enters the hole, and (2) the reaction product hardly discharges from the hole. FIG. 2C is an enlarged photograph of the gap portion (1 micrometer) of the MEMS resonator. A mask that covers a region not etched by the RIE process is a chrome thin film, and a focused ion beam (FIB) is used for patterning. Using this mask pattern, the silicon substrate is etched with a width of 1 micrometer. However, in order to form a beam with a thickness of 20 micrometers, it takes five times the normal time. Here, “normal” indicates a case where only a silicon substrate (not patterned on the surface) other than the gap region is etched, or a case where the gap is a large value such as 10 micrometers. FIG. 3C shows that the mask pattern is eroded by the reaction gas due to the etching over a long time, and a gap having a uniform width is not formed.

RF−MEMSの高周波化を実現するためには、ビームの長さを小さくすることが必須であり、この結果として、ビームと駆動電極との間の静電容量も小さくなる。RF−MEMSからの電気信号は、ビームの振動が誘起する静電容量の変化量であるので、高周波化に伴い電気信号が微弱になることは免れない。大きな電気信号を得るための一手法としては、電気機械結合係数を大きくすることが挙げられる。電気機械結合係数とは、機械的に振動するビームの振動振幅を電気信号として検出する際の変換係数である。この電気機械結合係数を大きくすれば、小さい振幅でも大きな電気信号が得られるようになる。電気機械結合係数を増大させるためには、(1)ビームと駆動電極間の距離を小さく(狭ギャップ化)する、(2)ビームと駆動電極が対向する面積を大きくするなどの手法がある。このことより、バルクサーフェスマイクロマシニングで作成するRF−MEMSでは、(1)如何にして深く、かつ、1マイクロメータ以下の狭いギャップを形成するか、(2)如何にして対向面積が大きい構造を実現するか、が重要な解決すべき課題となっている。   In order to realize high-frequency RF-MEMS, it is essential to reduce the length of the beam, and as a result, the capacitance between the beam and the drive electrode is also reduced. Since the electrical signal from the RF-MEMS is the amount of change in the capacitance induced by the vibration of the beam, it is inevitable that the electrical signal becomes weak as the frequency increases. One technique for obtaining a large electrical signal is to increase the electromechanical coupling coefficient. The electromechanical coupling coefficient is a conversion coefficient when detecting the vibration amplitude of a mechanically vibrating beam as an electric signal. If this electromechanical coupling coefficient is increased, a large electrical signal can be obtained even with a small amplitude. In order to increase the electromechanical coupling coefficient, there are methods such as (1) reducing the distance between the beam and the drive electrode (narrowing the gap), and (2) increasing the area where the beam and the drive electrode face each other. Therefore, in RF-MEMS created by bulk surface micromachining, (1) how deep and a narrow gap of 1 micrometer or less is formed, or (2) how the facing area is large. It is an important issue to be solved.

半導体デバイスの製造方法において、(1)電極構造要素をスライダに連結し、(2)前記電極構造要素とは第1の距離を介して対向する振動構造要素を設け、(3)前記スライダをスライドさせるスライド機構により、前記電極構造要素と前記振動構造要素の距離が、前記第1の距離よりも短い、指定された第2の距離となるまで、前記スライダを指定された方向へ移動させる。   In the method of manufacturing a semiconductor device, (1) an electrode structure element is connected to a slider, (2) a vibration structure element facing the electrode structure element through a first distance is provided, and (3) the slider is slid The sliding mechanism moves the slider in a designated direction until the distance between the electrode structural element and the vibration structural element becomes a designated second distance that is shorter than the first distance.

なお、前段落において、「連結」とは、前記電極構造要素と前記スライダとが一体化されていることを指している。かかる一体化の具体例としては、前記スライダと前記電極構造要素とが同一の材料から構成されていて、かつ、前記スライダの一部が前記電極構造要素として機能している場合である。また、他の例としては、前記電極構造要素が絶縁層などを介して前記スライダに搭載されている場合である。すなわち、「連結」には多くの形態があり、その具体的な形態には制限されない。   In the preceding paragraph, “connected” means that the electrode structural element and the slider are integrated. As a specific example of such integration, the slider and the electrode structural element are made of the same material, and a part of the slider functions as the electrode structural element. Another example is a case where the electrode structural element is mounted on the slider via an insulating layer or the like. That is, there are many forms of “connection”, and the specific form is not limited.

なお、前々段落において、「対向する」とは、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが、互いに向き合って配置されている状態を示している。   In the preceding paragraph, “opposing” indicates a state in which the electrode structural element and the vibration structural element are arranged to face each other.

なお、前記した「電極構造要素」と「振動構造要素」の構成材料は金属とは限らない。例えば、シリコンなどの半導体、あるいは、樹脂などの絶縁体の表面に導電性を付与した材料などであっても良い。また、前記「第1の距離」は前記「第2の距離」よりも大きい(長い)。さらに、前記「スライド機構」とは、静電力や電磁力などにより発生した力で前記スライダを移動させる機構である。かかる移動は、前記電極構造要素が、前記「第1の距離」を介して対向していた姿勢を保ちながら、前記「第2の距離」の位置まで直線的に移動することが一般的であるが、これに限らない。例えば、移動中における前記電極構造要素の軌跡が、直線、円弧、ジグザグなどであっても構わない。前記「指定された方向」とは、「第1の距離」に前記電極構造要素が位置する状態から、「第2の距離」に前記電極構造要素が位置する状態へ前記電極構造要素が移動した最終的な状態との間の方向を示しているに過ぎない。   The constituent materials of the “electrode structural element” and the “vibrating structural element” are not necessarily metals. For example, it may be a semiconductor material such as silicon, or a material that imparts conductivity to the surface of an insulator such as resin. The “first distance” is larger (longer) than the “second distance”. Further, the “slide mechanism” is a mechanism that moves the slider with a force generated by an electrostatic force or an electromagnetic force. In general, the electrode structural element moves linearly to the position of the “second distance” while maintaining the posture in which the electrode structural elements face each other through the “first distance”. However, it is not limited to this. For example, the trajectory of the electrode structural element during movement may be a straight line, a circular arc, a zigzag or the like. The “designated direction” means that the electrode structure element has moved from a state where the electrode structure element is located at a “first distance” to a state where the electrode structure element is located at a “second distance”. It only shows the direction between the final states.

なお、前記「指定された第2の距離」は「ゼロ」を含んでいない。「ゼロ」とは、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが「接触」(電気スイッチの接点が繋がっていることに相当)していることであるが、本発明では、前記電極構造要素と前記振動構造要素とは「電気的に絶縁された状態」であることが特徴となっている。また、前記「指定された第2の距離」になった状態では、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが「部分的に、かつ、機械的に接触」していても構わないが、かかる場合においても「電気的に絶縁された状態」であることが要求される。   The “designated second distance” does not include “zero”. “Zero” means that the electrode structural element and the vibration structural element are in “contact” (corresponding to the contact point of an electrical switch being connected). The vibration structural element is characterized by being “in an electrically insulated state”. In addition, in the state where the “designated second distance” is reached, the electrode structural element and the vibration structural element may be “partially and mechanically contacted”. Even in the case, it is required to be in an “electrically insulated state”.

なお、前記「指定された第2の距離」は、前記スライド機構に組み込まれた「ストッパ」などにより指定されることが多いがこれに限らない。例えば、前記スライド機構に組み込まれた「スライダの位置検出機構」により、電気的あるいは機械的なフィードバック制御で前記「第2の距離」が指定されても良い。また、前記電極構造要素が前記「指定された第2の距離」まで移動した後は、前記電極構造要素と前記振動構造要素との距離が前記「指定された第2の距離」を維持していることが好ましい。例えば、前記スライダが、外部からの振動や衝撃で微小量移動することが想定される場合である。前記「ストッパ」で前記「指定された第2の距離」が決定されるような場合には、かかる微小量の移動を阻止するため、常に、あるいは周期的に、前記スライダを前記振動構造要素に向かって押し付けるような前記スライド機構が好ましい。このようなスライド機構の一例としては、前段落に記載した静電力や電磁力などが連続的に、あるいは周期的に発生し続けるように前記スライド機構を構成したり、あるいはバネの力を利用することが挙げられる。   The “designated second distance” is often designated by a “stopper” incorporated in the slide mechanism, but is not limited thereto. For example, the “second distance” may be designated by electrical or mechanical feedback control by a “slider position detection mechanism” incorporated in the slide mechanism. In addition, after the electrode structural element has moved to the “designated second distance”, the distance between the electrode structural element and the vibration structural element maintains the “designated second distance”. Preferably it is. For example, this is a case where the slider is assumed to move by a minute amount due to external vibration or impact. When the “designated second distance” is determined by the “stopper”, in order to prevent such a small amount of movement, the slider is attached to the vibrating structural element constantly or periodically. The slide mechanism that presses toward the end is preferable. As an example of such a slide mechanism, the slide mechanism is configured such that the electrostatic force or electromagnetic force described in the previous paragraph is continuously or periodically generated, or a spring force is used. Can be mentioned.

なお、本段落では、前記電極構造要素と前記振動構造要素の形成について記載する。前記電極構造要素と前記振動構造要素とは、同一プロセスで形成されても良いが、これに限ることなく、別プロセスで形成されていても良い。ただし、同一プロセスで形成される場合には、それぞれの母材が離れた(前記「指定された第1の距離」)に置かれ、その形成過程において、(1)前記振動構造要素の存在が前記電極構造要素の形成に影響を与えず、かつ、(2)前記電極構造要素の存在が前記振動構造要素の形成に影響を与えないことが必要である。前記電極構造要素と前記振動構造要素とが形成されてから、前記スライダのスライド機構により、両者が近接(前記「指定された第2の距離」)して配置されることに本発明の特徴がある。   In this paragraph, the formation of the electrode structural element and the vibration structural element will be described. The electrode structural element and the vibration structural element may be formed by the same process, but are not limited thereto, and may be formed by different processes. However, when formed by the same process, the respective base materials are placed at a distance (the “designated first distance”). In the formation process, (1) the presence of the vibration structural element is present. It is necessary that the formation of the electrode structural element is not affected, and (2) the presence of the electrode structural element does not affect the formation of the vibration structural element. A feature of the present invention is that, after the electrode structural element and the vibration structural element are formed, they are arranged close to each other (the “designated second distance”) by the slide mechanism of the slider. is there.

前記スライダをシリコンを含む材料で構成する。   The slider is made of a material containing silicon.

前記スライド機構をシリコンを含む材料で構成し、静電気力を含む駆動力で前記スライダを移動させる。   The slide mechanism is made of a material containing silicon, and the slider is moved by a driving force including an electrostatic force.

なお、前記スライダと前記スライダのスライド機構を構成する材料としては、金属、樹脂、半導体、あるいは、これらの混合物(ハイブリッド材料)であって良い。微細加工技術のレベルを考慮すると、シリコン半導体が好ましいがこの限りではない。また、前記駆動力を発生させる機構としては、静電力、電磁力、超音波、あるいは、これらを組み合わせた機構であって良い。MEMSデバイス分野では静電力を利用する場合が多いがこれに限らない。   The material constituting the slider and the slide mechanism of the slider may be metal, resin, semiconductor, or a mixture (hybrid material) thereof. In consideration of the level of microfabrication technology, a silicon semiconductor is preferable, but not limited thereto. The mechanism for generating the driving force may be an electrostatic force, an electromagnetic force, an ultrasonic wave, or a combination of these. In the MEMS device field, electrostatic force is often used, but is not limited thereto.

なお、本段落では、前記スライダを移動させる駆動力の一つである静電気力について記載する。MEMS分野においては、静電気力を利用した「アクチュエータ」として「櫛型電極」を用いた機構が周知である。この機構では、一組の櫛型形状の電極(一方は固定されており、他の一方は移動可能である)に直流電圧を印加することにより、櫛の歯の長手方向に、移動可能な電極が移動することが特徴である。一方、櫛型電極を用いずに、対向して配置された2個の電極に直流電圧を印加し、これらの電極間に発生する吸引力を利用した機構も適用可能である。かかる機構では、前記2個の電極(一方は固定されており、他の一方は移動可能である)間に発生した直流電界が前記吸引力を誘起し、移動可能な電極を、固定された電極側へ移動させる。移動に必要な直流電圧は、前記2個の電極間の距離に依存し、距離が大きければ、大きな直流電圧が必要となる。本段落に記載したように、前記スライダを移動させる時に利用する静電気力の利用形態は種々あり、いずれの形態も本発明に適用可能である。   In this paragraph, an electrostatic force that is one of the driving forces for moving the slider is described. In the MEMS field, a mechanism using a “comb electrode” as an “actuator” using electrostatic force is well known. In this mechanism, a movable electrode can be moved in the longitudinal direction of the comb teeth by applying a DC voltage to a pair of comb-shaped electrodes (one is fixed and the other is movable). It is a feature that moves. On the other hand, it is also possible to apply a mechanism that applies a DC voltage to two electrodes arranged opposite to each other without using a comb-shaped electrode and uses a suction force generated between these electrodes. In this mechanism, a DC electric field generated between the two electrodes (one is fixed and the other is movable) induces the attraction force, and the movable electrode is fixed to the fixed electrode. Move to the side. The DC voltage required for movement depends on the distance between the two electrodes. If the distance is large, a large DC voltage is required. As described in this paragraph, there are various utilization forms of the electrostatic force used when moving the slider, and any form can be applied to the present invention.

前記指定された第2の距離を、前記電極構造要素、あるいは前記振動構造要素、あるいは前記スライダに配置されたストッパで決定する。   The designated second distance is determined by a stopper disposed on the electrode structural element, the vibration structural element, or the slider.

なお、前記「指定された第2の距離」は機械的なストッパを配置することにより実現しても良い。かかるストッパを配置する位置は、(1)前記電極構造要素の表面であって、前記振動構造要素に対向する面、(2)前記振動構造要素の表面であって、前記電極構造要素に対向する面、(3)前記スライダの領域であって、前記電極構造要素が連結されていない領域などである。(1)と(2)の配置例では、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが、前記ストッパを挟み込んで接触することになる。このため、もし、前記電極構造要素と前記導電体とが電気的に絶縁されることが望まれる場合には、前記ストッパを絶縁体で構成したり、前記電極構造要素あるいは前記振動構造要素の表面を絶縁体で被覆することが必要となる。また、前記電極構造要素あるいは前記振動構造要素がシリコンなどの半導体で構成されている場合には、前記ストッパもシリコンなどの半導体で構成し、その表面を酸化することにより前記絶縁体を構成することが可能である。   The “designated second distance” may be realized by arranging a mechanical stopper. The positions where such stoppers are arranged are (1) the surface of the electrode structure element, which faces the vibration structure element, and (2) the surface of the vibration structure element, which faces the electrode structure element. (3) a region of the slider, which is a region where the electrode structural elements are not connected. In the arrangement examples (1) and (2), the electrode structural element and the vibration structural element are in contact with each other with the stopper interposed therebetween. Therefore, if it is desired that the electrode structural element and the conductor are electrically insulated, the stopper may be formed of an insulator, or the surface of the electrode structural element or the vibration structural element. It is necessary to coat with an insulator. When the electrode structural element or the vibration structural element is made of a semiconductor such as silicon, the stopper is also made of a semiconductor such as silicon, and the insulator is formed by oxidizing the surface thereof. Is possible.

なお、前記したストッパは、前記振動構造要素に対向している前記電極構造要素の表面、あるいは、前記電極構造要素に対向している前記振動構造要素の表面などの厚さ方向の全てにわたって形成されるとは限らない。例えば、前記電極構造要素表面であって前記振動構造要素と対向する表面のうち、前記電極構造要素表面の厚さ方向の指定された領域のみに形成されていても良い。この具体的な一例としては、前記電極構造要素表面であって前記振動構造要素と対向する表面のうち、「浅い」領域に該ストッパが部分的に形成されている場合である。   The stopper described above is formed over the entire thickness direction such as the surface of the electrode structural element facing the vibrating structural element or the surface of the vibrating structural element facing the electrode structural element. Not necessarily. For example, the electrode structure element surface may be formed only in a specified region in the thickness direction of the electrode structure element surface among surfaces facing the vibration structure element. A specific example of this is a case where the stopper is partially formed in a “shallow” region of the surface of the electrode structural element that faces the vibrating structural element.

前記振動構造要素をMEMS共振器の振動体とし、前記電極構造要素を前記振動体を振動させる駆動電極とする。   The vibrating structural element is a vibrating body of a MEMS resonator, and the electrode structural element is a driving electrode that vibrates the vibrating body.

なお、本発明の適用分野の一つにMEMS共振器がある。かかる共振器の一例を挙げると、両端が固定されたビームと、ビームに対向して配置された駆動電極とから成り、駆動電極とビームとの間に高周波信号を印加することで発生した静電力で前記ビームを振動させている。この構造に本発明を適用すると、前記振動構造要素をビーム(振動体)とし、前記電極構造要素を駆動電極とすることが挙げられる。なお、かかる構成では、前記電極構造要素(駆動電極)に対向する前記振動構造要素は、指定された領域がビームとして振動し、かつ、前記指定された領域を含まない前記振動構造要素の領域が振動しないようにされていることが必要である。また、駆動電極となる前記電極構造要素の個数は1つとは限らず、2つ以上配置されていても良い。   One field of application of the present invention is a MEMS resonator. As an example of such a resonator, an electrostatic force generated by applying a high-frequency signal between the drive electrode and the beam, which is composed of a beam fixed at both ends and a drive electrode disposed opposite to the beam. The beam is vibrated. When the present invention is applied to this structure, the vibrating structural element may be a beam (vibrating body), and the electrode structural element may be a driving electrode. In this configuration, the vibration structural element facing the electrode structural element (drive electrode) has a specified region that vibrates as a beam and a region of the vibration structural element that does not include the specified region. It is necessary to prevent vibration. Further, the number of the electrode structural elements to be drive electrodes is not limited to one, and two or more may be arranged.

なお、MEMS共振器の他の一例としてディスク(平板)型がある。ディスク型共振器は、中央領域が固定された円板あるいは多角形の振動板と、前記振動板の周囲に沿って配置された駆動電極とから構成されている。この構造に本発明を適用した事例としては、前記振動構造要素を前記振動板とし、前記電極構造要素を駆動電極とすることが挙げられる。また、駆動電極となる前記電極構造要素の個数は1つとは限らず、2つ以上配置されていても良い。   Another example of the MEMS resonator is a disk (flat plate) type. The disk-type resonator includes a disc or polygonal diaphragm having a fixed central region, and drive electrodes arranged along the periphery of the diaphragm. An example in which the present invention is applied to this structure is that the vibration structural element is the diaphragm and the electrode structural element is a drive electrode. Further, the number of the electrode structural elements to be drive electrodes is not limited to one, and two or more may be arranged.

なお、MEMS共振器の他の一例としてリング型がある。リング型共振器は、ドーナッツ状で平板形状の振動板と、前記振動板の周囲に沿って配置された駆動電極とから構成されている。前記ドーナッツ状の振動板は、外周あるいは内周の指定された領域が固定されている。この構造に本発明を適用した事例としては、前記振動構造要素を前記ドーナッツ状で平板形状の振動板とし、前記電極構造要素を駆動電極とすることが挙げられる。また、駆動電極となる前記電極構造要素の個数は1つとは限らず、2つ以上配置されていても良い。   Another example of the MEMS resonator is a ring type. The ring-type resonator includes a donut-like plate-shaped diaphragm and drive electrodes arranged along the periphery of the diaphragm. In the donut-shaped diaphragm, a designated area on the outer periphery or inner periphery is fixed. As an example in which the present invention is applied to this structure, the vibrating structural element may be the donut-shaped and flat plate-shaped diaphragm, and the electrode structural element may be a drive electrode. Further, the number of the electrode structural elements to be drive electrodes is not limited to one, and two or more may be arranged.

なお、前記したスライダは静電力などを駆動力とする「可動部」を有している。一方、前記したMEMS共振器の振動体(ビームあるいはディスク)も機械的に可動である。このため、MEMS共振器を励振させた時に、該スライダの「可動部」が励振されると、該MEMS共振器の振動が阻害される可能性がある。かかる不都合を排除するためには、前記したスライダの「可動部」の共振周波数f1を低く、一方、前記したMEMS共振器の振動体の共振周波数f2を高く設定すれば良い。例えば、f1を大略100Hz、f2を1MHzを超える値に設定すると、前記した不都合は回避される。f1を低く設定するための設計指針は多々あるが、一例として挙げるならば、前記スライダの質量を大きくすることなどがある。   The slider described above has a “movable part” having an electrostatic force as a driving force. On the other hand, the vibrator (beam or disk) of the MEMS resonator described above is also mechanically movable. For this reason, when the “movable part” of the slider is excited when the MEMS resonator is excited, the vibration of the MEMS resonator may be inhibited. In order to eliminate such inconvenience, the resonance frequency f1 of the “movable part” of the slider may be set low, while the resonance frequency f2 of the vibrating body of the MEMS resonator may be set high. For example, if f1 is set to approximately 100 Hz and f2 is set to a value exceeding 1 MHz, the inconvenience described above can be avoided. There are many design guidelines for setting f1 low, but as an example, the mass of the slider may be increased.

MEMSデバイスの1形態であるMEMS共振器を、(1)スライダと、(2)前記スライダに連結した電極構造要素と、(3)前記電極構造要素とは第1の距離を介して対向して配置され、機械振動する振動構造要素で構成し、(4)前記スライダに、指定された方向へ前記スライダをスライドさせるスライド機構を持たせ、(5)前記スライド機構による前記スライダの移動量が、前記第1の距離よりも短い、指定された第2の距離で決定されるように構成する。   A MEMS resonator which is a form of a MEMS device includes: (1) a slider; (2) an electrode structure element coupled to the slider; and (3) the electrode structure element facing each other via a first distance. (4) the slider has a slide mechanism for sliding the slider in a specified direction, and (5) the amount of movement of the slider by the slide mechanism is: It is configured to be determined by a designated second distance that is shorter than the first distance.

なお、MEMS共振器は、振動する構造体(前記「振動構造要素」に対応)と、狭いギャップを介して該構造体に近接配置された駆動電極(前記「電極構造要素」に対応)とから構成されている。この構造体の形状には、両端が固定されたビームや、中央が固定されたディスクあるいはリングなどがある。動作周波数が高周波になるに伴い、共振器から得られる電気信号は小さくなる傾向がある。このため、電気信号を大きくするための施策を施すことが必須となる。この例として、電気機械結合係数を大きくすることが挙げられる。電気機械結合係数は、ギャップの大きさの2乗に逆比例し、また、該構造体と該駆動電極との対向面積に比例することが知られている。このため、狭いギャップがMEMS共振器の高性能化に大きく寄与する。しかしながら、従来技術では、高アスペクト比で狭いギャップを形成することは困難であった。このため、前記構造体と前記駆動電極とを、「離れた距離」(前段落での「第1の距離」に対応)で形成し、それぞれの形状加工が完了してから、前記スライド機構で両者を「近接」(前段落での「第2の距離」に対応)配置させるという本発明が考案されるに至った。かかる近接配置の手法により、高アスペクト比の極度に狭いギャップが容易に実現される。例えば、ギャップの幅が1マイクロメータを超えない値(サブミクロン)で、深さが30マイクロメータものギャップを有するMEMS共振器が実現される。   The MEMS resonator includes a vibrating structure (corresponding to the “vibrating structural element”) and a drive electrode (corresponding to the “electrode structural element”) disposed in proximity to the structural body through a narrow gap. It is configured. The shape of this structure includes a beam with fixed ends, a disk or ring with fixed center. As the operating frequency increases, the electrical signal obtained from the resonator tends to decrease. For this reason, it is essential to take measures to increase the electric signal. An example of this is to increase the electromechanical coupling coefficient. It is known that the electromechanical coupling coefficient is inversely proportional to the square of the gap size and proportional to the facing area between the structure and the drive electrode. For this reason, a narrow gap greatly contributes to high performance of the MEMS resonator. However, in the prior art, it has been difficult to form a narrow gap with a high aspect ratio. For this reason, the structure and the drive electrode are formed at a “separated distance” (corresponding to the “first distance” in the previous paragraph), and after the respective shape processing is completed, the slide mechanism is used. The present invention has been devised in which both are arranged in “close proximity” (corresponding to the “second distance” in the previous paragraph). Such a close placement technique can easily achieve extremely narrow gaps with high aspect ratios. For example, a MEMS resonator having a gap whose depth does not exceed 1 micrometer (submicron) and a depth of 30 micrometers is realized.

なお、前記「指定された第2の距離」は「ゼロ」を含んでいない。「ゼロ」とは、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが「接触」(電気スイッチの接点が繋がっていることに相当)していることであるが、本発明では、前記電極構造要素と前記振動構造要素とは「電気的に絶縁された状態」であることが特徴となっている。また、前記「指定された第2の距離」になった状態では、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが「部分的に、かつ、機械的に接触」していても構わないが、かかる場合においても「電気的に絶縁された状態」であることが要求される。   The “designated second distance” does not include “zero”. “Zero” means that the electrode structural element and the vibration structural element are in “contact” (corresponding to the contact point of an electrical switch being connected). The vibration structural element is characterized by being “in an electrically insulated state”. In addition, in the state where the “designated second distance” is reached, the electrode structural element and the vibration structural element may be “partially and mechanically contacted”. Even in the case, it is required to be in an “electrically insulated state”.

前記スライダと前記電極構造要素と前記振動構造要素を、シリコンを含む材料で構成する。   The slider, the electrode structure element, and the vibration structure element are made of a material containing silicon.

前記スライド機構をシリコンを含む材料で構成し、静電気力を含む駆動力で前記スライダを移動させる。 The slide mechanism is made of a material containing silicon, and the slider is moved by a driving force including an electrostatic force.

なお、前記スライダと前記電極構造要素と前記振動構造要素をシリコン半導体で構成すると、RIEを含む半導体プロセスで、両者が一括して形成できるので、前記MEMS共振器の作成が容易となる。かかる構成においても、前記構造体と前記駆動電極とを、「離れた」状態で形成し、それぞれの形状加工が完了してから、前記したスライド機構で両者を「近接した」状態に配置させるという本発明の特徴が活かされる。また、前記スライダの移動は、半導体プロセスで作成可能なスライド機構によることが好ましいが、この限りではない。静電気力や電磁力を駆動に利用する場合には、半導体プロセスで構成することが可能である。また、超音波を駆動に利用したり、静電気力、電磁力、超音波を組み合わせた構成も可能である。さらに、前記スライダのスライド機構にフィードバック制御などの手法を併用して、前記「近接した」状態に維持させることも可能である。   If the slider, the electrode structure element, and the vibration structure element are made of a silicon semiconductor, they can be formed at a time by a semiconductor process including RIE, so that the MEMS resonator can be easily formed. Even in such a configuration, the structure body and the drive electrode are formed in a “separated” state, and after the respective shape processing is completed, both are arranged in the “close” state by the slide mechanism described above. The features of the present invention are utilized. The slider is preferably moved by a slide mechanism that can be produced by a semiconductor process, but this is not a limitation. When electrostatic force or electromagnetic force is used for driving, it can be constituted by a semiconductor process. In addition, a configuration in which ultrasonic waves are used for driving, or a combination of electrostatic force, electromagnetic force, and ultrasonic waves is possible. Furthermore, it is also possible to maintain the “close” state by using a method such as feedback control together with the slide mechanism of the slider.

前記指定された第2の距離を、前記電極構造要素、あるいは前記振動構造要素、あるいは前記スライダに配置されたストッパで決定する。   The designated second distance is determined by a stopper disposed on the electrode structural element, the vibration structural element, or the slider.

なお、前記第2の距離へ要求される大きさとしては、5マイクロメータを超えない微小な距離(1マイクロメータを超えない距離であることがより望ましい)であるので、前記第2の距離が小さくなるほど、前記第2の距離で前記スライダを停止させることが困難になる傾向がある。前記ストッパは、前記第2の距離で前記スライダを停止させるための機構であり、このストッパの存在により、前記スライダを高い位置精度で停止させることが容易になる。なお、前記ストッパが配置される位置は、前記電極構造要素、前記振動構造要素、前記スライダのいずれかの領域である。さらに、複数の前記ストッパをこれらの複数の構成要素に配置しても構わない。   The size required for the second distance is a minute distance not exceeding 5 micrometers (more preferably a distance not exceeding 1 micrometer). The smaller the value, the more difficult it is to stop the slider at the second distance. The stopper is a mechanism for stopping the slider at the second distance, and the presence of the stopper makes it easy to stop the slider with high positional accuracy. Note that the position where the stopper is disposed is one of the electrode structural element, the vibration structural element, and the slider. Further, a plurality of the stoppers may be arranged on the plurality of components.

なお、本段落では、前記ストッパの配置について記載する。説明の便宜上、前記ストッパが前記電極構造要素に配置されている場合について記載するが、前記振動構造要素などに配置されている場合も同様である。前記導電駆動体は外部から供給された高周波信号で振動するが、この振動モードを解析すると、前記導電駆動体には「節」と「腹」が存在していることが分かる。「節」とは前記振動の空間的な振幅がゼロあるいは微小である領域であり、「腹」とは前記振動の空間的な振幅が大きい(一般には最大振幅)領域である。前記ストッパを該「節」領域に対応して配置すると、前記振動構造要素へのストッパの接触が振動に影響を与えない、あるいは、その影響が少ないことになる。かかる状況は、「ビーム型」、「ディスク型」、「リング型」いずれのMEMS共振器にも該当している。このため、前記振動構造要素の振動が、ストッパがない形態と、ほぼ同一になり、該共振器の設計面では大きな利点となる。   In this paragraph, the arrangement of the stopper will be described. For convenience of explanation, the case where the stopper is disposed on the electrode structural element will be described, but the same applies to the case where the stopper is disposed on the vibration structural element or the like. The conductive drive body vibrates with a high-frequency signal supplied from the outside. When this vibration mode is analyzed, it is found that the conductive drive body has “nodes” and “antinodes”. A “node” is a region where the spatial amplitude of the vibration is zero or very small, and an “antinode” is a region where the spatial amplitude of the vibration is large (generally the maximum amplitude). When the stopper is disposed corresponding to the “node” region, the contact of the stopper with the vibration structural element does not affect the vibration, or the influence thereof is small. This situation applies to any of the “beam type”, “disk type”, and “ring type” MEMS resonators. For this reason, the vibration of the vibration structural element is almost the same as the form without the stopper, which is a great advantage in the design of the resonator.

前記振動構造要素を、両端固定のビーム型MEMS共振器の振動ビームとし、前記電極構造要素を前記ビーム型MEMS共振器の駆動電極とする。   The vibration structural element is a vibration beam of a beam-type MEMS resonator fixed at both ends, and the electrode structural element is a drive electrode of the beam-type MEMS resonator.

前記振動構造要素をリング型あるいはディスク型MEMS共振器の振動体とし、前記電極構造要素を前記リング型あるいはディスク型MEMS共振器の駆動電極とする。   The vibrating structural element is a vibrating body of a ring type or disk type MEMS resonator, and the electrode structural element is a driving electrode of the ring type or disk type MEMS resonator.

なお、MEMS共振器には、前段落と前々段落に記載した「ビーム型」、「ディスク型」や「リング型」以外にも多くの形態がある。例えば、複数のビームを2次元空間に配置(餅焼き網のイメージである)し、それぞれのビームが交差する領域に該ビーム同士を連結する機構を設け、ビームの捩り振動などを利用する形態もある。いずれの形態においても、狭いギャップが必要で、かつ、ギャップ幅を小さくすることが特性向上に寄与する場合には、本発明を適用することが可能である。   There are many types of MEMS resonators other than the “beam type”, “disk type”, and “ring type” described in the previous paragraph and the previous paragraph. For example, a configuration in which a plurality of beams are arranged in a two-dimensional space (this is an image of a grilled net), a mechanism for connecting the beams to each other in an area where each beam intersects, and a torsional vibration of the beam is used. is there. In any form, the present invention can be applied when a narrow gap is required and reducing the gap width contributes to improvement in characteristics.

なお、前記MEMS共振器の作成に際して、SOIウェーハを用い、さらに、バルクサーフェスマイクロマシニングを採用する場合には、前記振動ビームあるいはディスクあるいはリングと、前記電極構造要素に、当該ウェーハのデバイス層を利用することができる。さらには、前記振動ビームあるいはディスクあるいはリングと、前記電極構造要素を、(1)該デバイス層と(2)該デバイス層の直下に位置する基板層の特定の領域とで構成し、(3)該デバイス層と該領域とを電気的に接続することも可能である。かかる構成を採用することにより、前記振動ビームあるいはディスクあるいはリングと、前記電極構造要素とが対向する面積を増大させることが可能となり、電気機械結合係数の増大を図ることができる。   When the MEMS resonator is formed, an SOI wafer is used, and when bulk surface micromachining is adopted, the device layer of the wafer is used for the vibrating beam or disk or ring and the electrode structural element. can do. Further, the vibration beam or disk or ring and the electrode structure element are composed of (1) the device layer and (2) a specific region of the substrate layer located immediately below the device layer, (3) It is also possible to electrically connect the device layer and the region. By adopting such a configuration, it is possible to increase the area where the vibrating beam or disk or ring and the electrode structure element face each other, and increase the electromechanical coupling coefficient.

なお、前記したMEMS共振器の構成では、前記「指定された第2の距離」の状態で、前記電極構造要素に印加された信号により前記振動構造要素が機械的に振動する。一方、前記「指定された第1の距離」の状態では、前記電極構造要素に信号を印加しても前記振動構造要素は振動しない。これは、前記「指定された第1の距離」では、前記した電気機械結合係数が小さくなるためである。このため、MEMS共振器の動作を、前記スライダの位置(前記スライド機構の駆動力に依存)により、ON(振動している)あるいはOFF(振動していない)に選択することも可能である。すなわち、当該MEMS共振器を動作させたい時には前記スライダを移動させ、動作させたくない時には前記スライダを移動させないといった構成も可能である。   In the configuration of the MEMS resonator described above, the vibration structural element is mechanically vibrated by a signal applied to the electrode structural element in the state of the “designated second distance”. On the other hand, in the state of the “designated first distance”, the vibration structural element does not vibrate even when a signal is applied to the electrode structural element. This is because the above-described electromechanical coupling coefficient is small at the “designated first distance”. For this reason, the operation of the MEMS resonator can be selected ON (vibrating) or OFF (not vibrating) depending on the position of the slider (depending on the driving force of the sliding mechanism). That is, the slider can be moved when it is desired to operate the MEMS resonator, and the slider is not moved when it is not desired to operate.

MEMSデバイスを、(1)機械振動する振動構造要素と、(2)前記振動構造要素の第1の側に第3の距離を介して対向して配置され、第1のスライダに連結した第1の電極構造要素と、(3)前記第1のスライダを第1の方向へ移動させる第1のスライド機構と、(4)前記振動構造要素の、前記第1の側とは前記振動構造要素を挟んだ反対側にある第2の側に、第4の距離を介して対向して配置され、第2のスライダに連結した第2の電極構造要素と、(5)前記第2のスライダを第2の方向へ移動させる第2のスライド機構とで構成し、(6)前記第1のスライド機構による前記第1のスライダの移動量を指定された第5の距離で決定し、(7)前記第2のスライド機構による前記第2のスライダの移動量を指定された第6の距離で決定する。   A MEMS device includes: (1) a vibration structural element that vibrates mechanically; and (2) a first structure that is disposed opposite to the first side of the vibration structural element via a third distance and coupled to the first slider. (3) a first slide mechanism for moving the first slider in a first direction, and (4) the first side of the vibration structural element is the vibration structural element. A second electrode structural element disposed opposite to the second side sandwiched by a fourth distance and connected to the second slider; and (5) the second slider is a second side And (6) determining the amount of movement of the first slider by the first slide mechanism at a designated fifth distance, and (7) The amount of movement of the second slider by the second slide mechanism is a designated sixth distance. A constant.

なお、前段落に記載した構成では、単一の振動構造要素の両側に前記第1の電極構造要素と前記第2の電極構造要素とが配置されている。かかる構成においては、前記第1の電極構造要素と前記第2の電極構造要素は、それぞれ、前記第3の距離と前記第4の距離(共に「離れた」状態である)に配置される状態で、前記第1の電極構造要素と前記第2の電極構造要素とが加工される。該加工後に、前記第1のスライド機構と第2のスライド機構により、それぞれ、前記第5の距離と前記第6の距離(共に「近接した」状態である)まで移動することにより、狭いギャップが構成される。なお、前記第3の距離は前記第5の距離よりも大きく、前記第4の距離は前記第6の距離よりも大きい。   In the configuration described in the previous paragraph, the first electrode structure element and the second electrode structure element are arranged on both sides of a single vibration structure element. In this configuration, the first electrode structural element and the second electrode structural element are disposed at the third distance and the fourth distance (both are “separated”), respectively. Thus, the first electrode structural element and the second electrode structural element are processed. After the processing, the first slide mechanism and the second slide mechanism are moved to the fifth distance and the sixth distance (both are “close”), respectively, so that a narrow gap is formed. Composed. The third distance is greater than the fifth distance, and the fourth distance is greater than the sixth distance.

なお、前段落に記載した「振動構造要素」は、振動ビーム(ビーム型共振器)、振動リング(リング型共振器)、振動ディスク(ディスク型共振器)などである。また、これら以外のMEMS共振器の振動構造要素であっても構わない。例えば、複数のビームを2次元空間に配置(餅焼き網のイメージである)し、それぞれのビームが交差する領域に該ビーム同士を連結する機構を設け、ビームの捩り振動などを利用する形態である。 The “vibrating structural element” described in the previous paragraph is a vibrating beam (beam type resonator), a vibrating ring (ring type resonator), a vibrating disk (disk type resonator), or the like. Moreover, you may be the vibration structural element of MEMS resonators other than these. For example, in a form in which a plurality of beams are arranged in a two-dimensional space (this is an image of a grilled net), a mechanism for connecting the beams to each other in a region where each beam intersects, and torsional vibration of the beam is used. is there.

前記第1のスライダと、前記第1の電極構造要素と、前記振動構造要素と、前記第2のスライダと、前記第2の電極構造要素とを、シリコンを含む材料で構成し、静電気力を含む駆動力で前記第1のスライダと前記第2のスライダを移動させる。   The first slider, the first electrode structure element, the vibration structure element, the second slider, and the second electrode structure element are made of a material containing silicon, and electrostatic force is generated. The first slider and the second slider are moved by the included driving force.

なお、前記第1の電極構造要素、前記第2の電極構造要素、前記第1のスライダ、前記第2のスライダと前記振動構造要素をシリコン半導体で構成すると、RIEを含む半導体プロセスで全ての構成要素が一括して形成されるので、前記MEMS共振器の製造が容易となる。かかる構成においても、前記振動構造要素と前記第1の電極構造要素と前記第2の電極構造要素とを、「離れた」状態で形成し、それぞれの形状加工が完了してから、前記したスライド機構で両者を「近接」配置させるという本発明の特徴が活かされる。また、前記第1のスライダと前記第2のスライダの移動は、半導体プロセスで作成可能なスライド機構によることが好ましいが、この限りではない。静電気力や電磁力を駆動に利用する場合には、半導体プロセスで構成することが可能である。さらに、超音波を駆動に利用したり、静電気力、電磁力、超音波を組み合わせた構成も可能である。   When the first electrode structural element, the second electrode structural element, the first slider, the second slider, and the vibration structural element are composed of a silicon semiconductor, all the structures are formed in a semiconductor process including RIE. Since the elements are collectively formed, the MEMS resonator can be easily manufactured. Even in such a configuration, the vibration structural element, the first electrode structural element, and the second electrode structural element are formed in a “separated” state, and after the respective shape processing is completed, the slide described above is performed. The feature of the present invention in which both are placed in “close proximity” by a mechanism is utilized. Further, the movement of the first slider and the second slider is preferably performed by a slide mechanism that can be created by a semiconductor process, but is not limited thereto. When electrostatic force or electromagnetic force is used for driving, it can be constituted by a semiconductor process. Furthermore, it is possible to use an ultrasonic wave for driving, or a combination of electrostatic force, electromagnetic force, and ultrasonic wave.

前記指定された第5の距離を、前記第1の電極構造要素、あるいは前記第1のスライダ、あるいは前記振動構造要素に配置されたストッパで決定し、前記指定された第6の距離を、前記第2の電極構造要素、あるいは前記第2のスライダ、あるいは前記振動構造要素に配置されたストッパで決定する。   The designated fifth distance is determined by a stopper disposed on the first electrode structural element, or the first slider, or the vibrating structural element, and the designated sixth distance is It is determined by a stopper disposed on the second electrode structural element, the second slider, or the vibration structural element.

なお、前記指定された第5の距離と前記指定された第6の距離へ要求される大きさとしては、1マイクロメータを超えない微小な距離であるので、前記第5の距離と前記第6の距離が小さくなるほど、要求された距離で正確にそれぞれのスライダを停止させることが困難になる傾向がある。前記ストッパは、前記指定された第5の距離と前記指定された第6の距離で、それぞれの前記スライダを停止させるための機構であり、このストッパの存在により、前記第1のスライダと前記第2のスライダを高い位置精度で停止させることが容易になる。なお、これらのストッパが配置される位置は、前記第1の電極構造要素、前記第2の電極構造要素、前記振動構造要素、前記第1のスライダ、あるいは、前記第2のスライダのいずれかの領域である。さらに、複数のこれらのストッパを前記した複数の構成要素に配置しても構わない。   The size required for the designated fifth distance and the designated sixth distance is a minute distance that does not exceed 1 micrometer, and thus the fifth distance and the sixth distance. The smaller the distance, the more difficult it is to stop each slider accurately at the required distance. The stopper is a mechanism for stopping the sliders at the designated fifth distance and the designated sixth distance, and the presence of the stopper causes the first slider and the first slider to be stopped. It is easy to stop the second slider with high positional accuracy. The positions where these stoppers are arranged are any of the first electrode structural element, the second electrode structural element, the vibration structural element, the first slider, or the second slider. It is an area. Further, a plurality of these stoppers may be arranged on the plurality of components described above.

なお、本段落では、前記したMEMS共振器の改良された構成について記載する。より詳細には、前記第1の電極構造要素と前記第2の電極構造要素と前記振動構造要素とで構成される「MEMS共振器」において、前記第1の電極構造要素を「駆動用の電極」とし、前記第2の電極構造要素を「検出用の電極」とする構成の動作について記載する。なお、電気的には、前記振動構造要素は接地電位であり、該「駆動用の電極」に高周波信号(一般には、直流電圧に高周波信号が重畳されている)を印加する。この結果、前記振動構造要素は、該高周波信号の周波数(あるいは、その高調波周波数またはオーバートーン周波数)で振動する。かかる振動は、該振動構造要素と前記第2の電極構造要素との間に形成される静電容量の値を変化(変調)させるので、該変化を電気信号として検出する。かかる構成では、駆動側と検出側とが電気的、空間的に分離しているため、検出側の回路構成が駆動側の回路構成から独立して構成できることに特徴がある。   In this paragraph, an improved configuration of the MEMS resonator described above will be described. More specifically, in a “MEMS resonator” composed of the first electrode structural element, the second electrode structural element, and the vibration structural element, the first electrode structural element is referred to as “driving electrode”. The operation of the configuration in which the second electrode structural element is the “detection electrode” will be described. Electrically, the vibration structural element is at a ground potential, and a high frequency signal (generally, a high frequency signal is superimposed on a DC voltage) is applied to the “driving electrode”. As a result, the vibration structural element vibrates at the frequency of the high-frequency signal (or its harmonic frequency or overtone frequency). Such vibration changes (modulates) the value of the capacitance formed between the vibrating structural element and the second electrode structural element, so that the change is detected as an electrical signal. Such a configuration is characterized in that since the drive side and the detection side are electrically and spatially separated, the circuit configuration on the detection side can be configured independently of the circuit configuration on the drive side.

なお、本段落では、前記したMEMS共振器の改良された他の構成について記載する。かかる改良構成では、前記第2のスライダに連結した前記第2の電極構造要素が、第2−1の電極構造要素と第2−2の電極構造要素とに分離して配置されていることが特徴である。これらの電極構造要素の「近接した」状態では、共に、前記指定された第6の距離に配置されている。一方、前記第1の電極構造要素は、前記第2の電極構造要素とは異なり、分離されていない。また、当該第1の電極構造要素の「近接した」状態では、前記指定された第5の距離に配置されている。かかる構成では、前記振動構造要素の第2の側には2個の電極構造要素(第2−1と第2−2である)が、前記振動構造要素の第1の側には1個の電極構造要素が配置されていることになる。この構成では、
(1)前記第1の電極構造要素を前記指定された第5の距離(「近接した」状態)に、かつ、前記第2−1の電極構造要素と前記第2−2の電極構造要素を前記指定された第4の距離(「離れた」状態)に配置される場合、
(2)前記第1の電極構造要素を前記指定された第3の距離(「離れた」状態)に、かつ、前記第2−1の電極構造要素と前記第2−2を前記指定された第6の距離(「近接した」状態)に配置される場合、
(3)前記第1の電極構造要素を前記指定された第5の距離(「近接した」状態)に、かつ、前記第2−1の電極構造要素と前記第2−2の電極構造要素を前記指定された第6の距離(「近接した」状態)に配置される場合、
の3通りの組合せがある。前記(1)と(2)では前記振動構造要素はその基本周波数(ビームが共振する場合の一番低い周波数)で振動され、前記(3)では前記振動構造要素の第3次の周波数で振動されることになる。前記(3)では、該振動構造要素の高調波(あるいはオーバートーン)周波数で直接駆動されることになる。上記した構成では、前記第1のスライダと前記第2のスライダの制御により、共振周波数を変化させることができる。一般に共振器の周波数を変化させる場合には、複数の共振周波数を有する共振器を並列に配置して、半導体素子で構成されたスイッチなどで切り替えることが行われている。しかしながら、高周波帯ではこれらのスイッチの特性劣化(特にON時のインピーダンスとOFF時の絶縁性)が課題となっている。上記構成では、スイッチが不要であり、これらスイッチに起因する共振器系の特性劣化を防止できる。さらに、前記第2の電極構造要素の分離では、分離の数は2個に限らず、2個以上の電極構造要素に分離させても良い。また、前記第1の電極構造要素を2個以上の電極構造要素に分離して配置させても良い。前記第1の電極構造要素と前記第2の電極構造要素から成り、かつ、それぞれが分離されている構成では、それぞれの分離された電極構造要素が配置される領域を選択することにより、より高次の周波数で振動させることが可能となる。
In this paragraph, another improved configuration of the above-described MEMS resonator will be described. In such an improved configuration, the second electrode structure element connected to the second slider is arranged separately into a 2-1 electrode structure element and a 2-2 electrode structure element. It is a feature. In the “close” state of these electrode structural elements, both are disposed at the designated sixth distance. On the other hand, unlike the second electrode structure element, the first electrode structure element is not separated. In the “close” state of the first electrode structural element, the first electrode structural element is disposed at the designated fifth distance. In this configuration, two electrode structural elements (2-1 and 2-2) are provided on the second side of the vibration structural element, and one electrode is provided on the first side of the vibration structural element. Electrode structural elements are arranged. In this configuration,
(1) The first electrode structure element is moved to the designated fifth distance (“close” state), and the 2-1 electrode structure element and the 2-2 electrode structure element are When placed at the designated fourth distance ("away" state),
(2) The first electrode structure element is set to the specified third distance (in a “separated” state), and the 2-1 electrode structure element and the 2-2 are set to the specified When placed at the sixth distance ("close" state)
(3) The first electrode structural element is moved to the designated fifth distance (in the “close” state), and the 2-1 electrode structural element and the 2-2 electrode structural element are When placed at the designated sixth distance ("close" state)
There are three combinations. In (1) and (2), the vibrating structural element is vibrated at its fundamental frequency (the lowest frequency when the beam resonates), and in (3), it vibrates at the third frequency of the vibrating structural element. Will be. In the above (3), it is directly driven at the harmonic (or overtone) frequency of the vibration structural element. In the above configuration, the resonance frequency can be changed by controlling the first slider and the second slider. In general, when changing the frequency of a resonator, resonators having a plurality of resonance frequencies are arranged in parallel and switched by a switch or the like made of a semiconductor element. However, deterioration of the characteristics of these switches (especially impedance at ON and insulation at OFF) is a problem in the high frequency band. With the above configuration, no switches are required, and the characteristic deterioration of the resonator system caused by these switches can be prevented. Further, in the separation of the second electrode structural element, the number of separations is not limited to two, and two or more electrode structural elements may be separated. The first electrode structural element may be separated into two or more electrode structural elements. In the configuration composed of the first electrode structure element and the second electrode structure element and separated from each other, by selecting a region where each separated electrode structure element is disposed, It is possible to vibrate at the following frequency.

なお、前段落に記載した構成では、前記電極構造要素の配置により前記(1)から(3)の組合せがあることを記載した。本段落では、さらに、前記第1の電極構造要素を前記指定された第3の距離(「離れた」状態)に、かつ、前記第2−1の電極構造要素と前記第2−2の電極構造要素を前記指定された第4の距離(「離れた」状態)に配置される場合を記載する。かかる配置では、前記振動構造要素が振動することがないため、前記MEMS共振器はOFF(動作していない)状態である。すなわち、本段落の構成を付加すると、前記MEMS共振器は、OFF状態、3通りのON状態(前記(1)から(3)に対応)のいずれかに設定することが可能となる。   In the configuration described in the previous paragraph, it is described that there are combinations (1) to (3) depending on the arrangement of the electrode structural elements. In this paragraph, the first electrode structure element is further moved to the designated third distance (a “separated” state), and the 2-1 electrode structure element and the 2-2 electrode A case will be described in which structural elements are arranged at the designated fourth distance (a “separated” state). In such an arrangement, since the vibrating structural element does not vibrate, the MEMS resonator is in an OFF (not operating) state. That is, when the configuration of this paragraph is added, the MEMS resonator can be set to any one of an OFF state and three ON states (corresponding to (1) to (3)).

なお、本段落では、前記したMEMS共振器の改良された他の構成について記載する。かかる改良構成では、前記振動構造要素が単一ではなく、それぞれの機械特性(例えば、振動ビームの長さ、幅、あるいは厚さ)が異なる2個の振動構造要素(ここでは第1の振動構造要素と第2の振動構造要素と称する)に分離していることが特徴である。前記第1の振動構造要素には前記第1の電極構造要素が対向して配置され、前記第2の振動構造要素には前記第2の電極構造要素が対向して配置されている。この構成において、
(1)前記第1の電極構造要素を前記第1の振動構造要素に対して前記指定された第5の距離(「近接した」状態である)に、かつ、前記第2の電極構造要素を前記第2の振動構造要素に対して前記指定された第4の距離(「離れた」状態である)に配置される場合、
(2)前記第1の電極構造要素を前記第1の振動構造要素に対して前記指定された第3の距離(「離れた」状態である)に、かつ、前記第2の電極構造要素を前記第2の振動構造要素に対して前記指定された第6の距離(「近接した」状態である)に配置される場合、
の2通りの組合せがある。前記(1)では前記第1の振動構造要素のみが振動され、前記(2)では前記第2の振動構造要素のみが振動される。すなわち、前記第1のスライダと前記第2の制御により、共振周波数を変化させることができる。かかる改良された構成では、前段落に記載したと同様に、スイッチが不要であり、スイッチに起因するに共振器系の特性劣化を防止できる。
In this paragraph, another improved configuration of the above-described MEMS resonator will be described. In such an improved configuration, the vibration structural element is not a single element, and two vibration structural elements (here, the first vibration structure) having different mechanical characteristics (for example, the length, width, or thickness of the vibration beam). It is characterized by being separated into an element and a second vibration structural element. The first electrode structure element is disposed opposite to the first vibration structure element, and the second electrode structure element is disposed opposite to the second vibration structure element. In this configuration,
(1) The first electrode structural element is placed at the designated fifth distance (in a “close proximity” state) with respect to the first vibrating structural element, and the second electrode structural element is When disposed at the designated fourth distance (in a “distant” state) relative to the second vibrating structural element;
(2) The first electrode structural element is moved to the designated third distance (in a “separated” state) with respect to the first vibrating structural element, and the second electrode structural element is When disposed at the designated sixth distance (in a “close” state) to the second vibrating structural element;
There are two combinations. In (1), only the first vibrating structural element is vibrated, and in (2), only the second vibrating structural element is vibrated. That is, the resonance frequency can be changed by the first slider and the second control. Such an improved configuration does not require a switch as described in the previous paragraph, and can prevent deterioration of the characteristics of the resonator system due to the switch.

本発明により、電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法と、これを用いたMEMSデバイスが提供された。本発明によれば、容易に狭いギャップを構成することが可能であり、MEMSデバイスの高度化への貢献は多大である。   According to the present invention, a method of arranging an electrode structural element and a vibrating structural element close to each other and a MEMS device using the same are provided. According to the present invention, it is possible to easily form a narrow gap, and the contribution to the advancement of MEMS devices is great.

従来の半導体プロセスでは、シリコン基板に直径2マイクロメータ、深さ4マイクロメータの穴を形成することは可能であった。先端的な研究では直径1.5マイクロメータ、深さ30マイクロメータの穴加工も報告されている。しかし、MEMS共振器などでは、より微細な加工が特性向上に要求されてきた。例えば、数10マイクロメータの厚さを有する電極構造要素と振動構造要素を、1マイクロメータ以下の距離で対向させることである。かかる構造を半導体プロセスで実現する時には、反応性イオンエッチング(RIE)プロセスが適しているが、加工面積が微細になるに従い、加工速度(エッチングスピード)が低下することが知られてきた。このため、より長時間の加工時間が必要となり、加工のためのマスク層が浸食され、加工断面の形状が大きく乱されていた。本発明によれば、前記電極構造要素と前記振動構造要素を離れた状態で形状加工を行い、該加工が終了してから、スライド機構により、電極構造要素を振動構造要素へ接近させ、近接配置することができた。この結果、例えば、厚さ20マイクロメータの厚さを有する電極構造要素と振動構造要素を、1マイクロメータ以下に近接させることが可能となった。   In a conventional semiconductor process, it was possible to form a hole having a diameter of 2 micrometers and a depth of 4 micrometers in a silicon substrate. In advanced research, drilling of holes with a diameter of 1.5 micrometers and a depth of 30 micrometers has also been reported. However, for MEMS resonators and the like, finer processing has been required for improving characteristics. For example, an electrode structural element having a thickness of several tens of micrometers and a vibrating structural element are opposed to each other at a distance of 1 micrometer or less. When such a structure is realized by a semiconductor process, a reactive ion etching (RIE) process is suitable, but it has been known that the processing speed (etching speed) decreases as the processing area becomes finer. Therefore, a longer processing time is required, the mask layer for processing is eroded, and the shape of the processed cross section is greatly disturbed. According to the present invention, shape processing is performed in a state in which the electrode structural element and the vibration structural element are separated from each other, and after the processing is finished, the electrode structural element is brought close to the vibration structural element by a slide mechanism, and is disposed in proximity We were able to. As a result, for example, an electrode structure element having a thickness of 20 micrometers and a vibration structure element can be brought close to 1 micrometer or less.

MEMSデバイスを作成する際、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)と呼ばれるシリコン基板(SOI基板)を利用することが多い。これは、シリコン単結晶の基板の表面を酸化膜(例えば、厚さ1マイクロメータ)で被覆し、その上に、シリコン単結晶層(例えば、厚さ20マイクロメータ)を貼り付けた構造あるいは堆積させた構造である。一般に、下地となる基板は「基板層」、表面のシリコン層は「デバイス層」と称されている。SOI基板を用いたMEMSデバイスでは、デバイス層に微小機械要素が作り込まれる。前記した電極構造要素と振動構造要素もデバイス層の一部で構成されている。かかる2個の構造要素を作成する際には、デバイス層を貫通するギャップを形成することにより、2個の構造要素を形成している。すなわち、例えば、1マイクロメータのギャップを実現するためには、該デバイス層を幅1マイクロメータ、深さ20マイクロメータで穴加工することになる。RIEプロセスでは、加工領域に反応性ガスを送り込むと同時に、反応生成物を加工領域から除去することが必要であるが、1マイクロメータの加工ではこれらが困難となっている。本発明では、例えば、10マイクロメータ程度の幅で深さ20マイクロメータの穴加工を行い、加工完了後、前記電極構造要素をスライド機構により、前記振動構造要素に接近させ、両者の距離が1マイクロメータになるように近接させることが可能となった。さらに、該距離を1マイクロメータ以下に設定することも可能となった。   When creating a MEMS device, a silicon substrate (SOI substrate) called a silicon-on-insulator (SOI) is often used. This is a structure or deposition in which the surface of a silicon single crystal substrate is covered with an oxide film (for example, 1 micrometer in thickness) and a silicon single crystal layer (for example, 20 micrometers in thickness) is pasted thereon. It is the structure made to do. In general, a base substrate is called a “substrate layer”, and a silicon layer on the surface is called a “device layer”. In a MEMS device using an SOI substrate, a micro mechanical element is formed in a device layer. The electrode structural element and the vibration structural element described above are also formed of a part of the device layer. In producing such two structural elements, two structural elements are formed by forming a gap penetrating the device layer. That is, for example, in order to realize a gap of 1 micrometer, the device layer is drilled with a width of 1 micrometer and a depth of 20 micrometers. In the RIE process, it is necessary to remove a reaction product from the processing region at the same time as a reactive gas is fed into the processing region, but these are difficult in processing of 1 micrometer. In the present invention, for example, a hole having a width of about 10 micrometers and a depth of 20 micrometers is formed, and after completion of the processing, the electrode structure element is brought close to the vibration structure element by a slide mechanism, and the distance between the two is 1 It became possible to make it close to become a micrometer. Furthermore, the distance can be set to 1 micrometer or less.

本段落では、本発明をビーム型のMEMS共振器に適用した事例を記載する。ビーム型のMEMS共振器では、前記振動構造要素がビームに、前記電極構造要素が駆動電極に対応している。MEMS共振器では、共振周波数を高くするためにビームを小型化(例えば、長さを短く、断面積を小さくする)するが、構造微細化の結果、検出される電気信号も微弱となる。該電気信号を大きくするためには、電気機械結合係数を大きくすることが重要な設計要項となる。電気機械結合係数は、ギャップの2乗に反比例し、かつ、当該ビームと当該駆動電極の間の対向面積に比例することが知られており、前記した「電極構造要素と振動構造要素を近接配置する」ことが有効であった。また、前記電極構造要素と前記振動構造要素を、デバイス層と特定の領域の基板層とで構成することにより、前記電極構造要素と前記振動構造要素との対向面積の増大を図ることもできた。以上のように、本発明により、電気機械結合係数を大きくし、電気信号も大きくすることが可能となった。   In this paragraph, an example in which the present invention is applied to a beam-type MEMS resonator will be described. In the beam-type MEMS resonator, the vibration structural element corresponds to a beam, and the electrode structural element corresponds to a drive electrode. In the MEMS resonator, the beam is downsized (for example, the length is shortened and the cross-sectional area is reduced) in order to increase the resonance frequency. However, as a result of the structure miniaturization, the detected electrical signal is also weak. In order to increase the electrical signal, it is important to increase the electromechanical coupling coefficient. It is known that the electromechanical coupling coefficient is inversely proportional to the square of the gap and proportional to the facing area between the beam and the drive electrode. It was effective. Further, the electrode structural element and the vibration structural element are configured by a device layer and a substrate layer in a specific region, thereby increasing the facing area between the electrode structural element and the vibration structural element. . As described above, according to the present invention, it is possible to increase the electromechanical coupling coefficient and increase the electrical signal.

前記したように、本発明では、前記電極構造要素をスライド機構により、前記振動構造要素へ近接させることに特徴がある。かかるスライド機構を「静電気アクチュエータ」により容易に実現することができた。静電気アクチュエータは、対向する固定された櫛型電極(ステータ)と基板から浮上していて可動な電極(ロータ)とを主要な構成要素としている。これらの電極間に直流電圧を印加するとロータが櫛型電極(ステータ)の間に引き込まれるように移動する。該ロータの一部を前記電極構造要素とすることにより、前記電極構造要素の移動が可能となり、前記振動構造要素と近接配置することが可能となった。   As described above, the present invention is characterized in that the electrode structure element is brought close to the vibration structure element by a slide mechanism. Such a sliding mechanism could be easily realized by an “electrostatic actuator”. The electrostatic actuator mainly includes an opposed fixed comb-shaped electrode (stator) and a movable electrode (rotor) levitated from the substrate. When a DC voltage is applied between these electrodes, the rotor moves so as to be drawn between the comb electrodes (stator). By using a part of the rotor as the electrode structural element, the electrode structural element can be moved, and can be disposed close to the vibrating structural element.

前記したスライダは静電力などを駆動力とする「可動部」を有しており、かつ、前記したMEMS共振器の振動体も機械的に可動である。MEMS共振器の励振時に該スライダの「可動部」が励振されることを防止するため、前記したスライダの「可動部」の共振周波数f1を例えば100Hzに、前記したMEMS共振器の振動体の共振周波数f2を1MHzを超える値に設定した。この結果、前記「可動部」の励振を防止し、前記振動体のみを励振することが可能となった。   The slider described above has a “movable part” whose driving force is an electrostatic force and the vibrator of the MEMS resonator described above is also mechanically movable. In order to prevent the “movable part” of the slider from being excited when the MEMS resonator is excited, the resonance frequency f1 of the “movable part” of the slider is set to, for example, 100 Hz, and the resonance of the vibrating body of the MEMS resonator is performed. The frequency f2 was set to a value exceeding 1 MHz. As a result, excitation of the “movable part” can be prevented and only the vibrating body can be excited.

前記スライド機構にストッパを設けることにより、前記電極構造要素の移動量を制御することが可能となった。例えば、ストッパの大きさ(平面形状では突起の高さに類似)を「指定された距離」と等しくすることにより、前記電極構造要素と前記振動構造要素との距離を所定の値に精度良く設定することが可能となった。   By providing a stopper in the slide mechanism, it is possible to control the amount of movement of the electrode structural element. For example, by making the size of the stopper (similar to the height of the protrusion in the planar shape) equal to the “specified distance”, the distance between the electrode structural element and the vibration structural element is accurately set to a predetermined value. It became possible to do.

前記振動構造要素の両側に前記第1の電極構造要素と前記第2の電極構造要素を近接して配置する構成により、多くの機能を持たせることが可能となった。例えば、前記第1の電極構造要素を分離して2個の電極構造要素にすることにより、前記振動構造要素を高調波あるいはオーバートーン周波数で直接振動させることが可能となった。かかる振動動作は、前記振動構造要素を小型化することなく、共振周波数を増大させることができ、MEMS共振器の高周波化が可能となった。   With the configuration in which the first electrode structure element and the second electrode structure element are arranged close to each other on both sides of the vibration structure element, it has become possible to provide many functions. For example, by separating the first electrode structure element into two electrode structure elements, the vibration structure element can be directly vibrated at a harmonic or overtone frequency. Such vibration operation can increase the resonance frequency without downsizing the vibration structural element, and can increase the frequency of the MEMS resonator.

さらに、前記振動構造要素を2本並列配置し、それぞれのビームの長さを変化させる構成により、それぞれの前記振動構造要素を独立に振動させることが可能となった。この構成により、2つの共振周波数の間の切換えを、半導体スイッチなどを使用せずに行うことが可能となった。この結果、半導体スイッチに起因する、ON時のインピーダンスやOFF時の絶縁性による特性劣化を避けることも可能となった。   Furthermore, by arranging the two vibrating structural elements in parallel and changing the length of each beam, it is possible to vibrate each of the vibrating structural elements independently. With this configuration, switching between two resonance frequencies can be performed without using a semiconductor switch or the like. As a result, it is possible to avoid deterioration of characteristics due to the impedance at the time of ON and the insulation at the time of OFF due to the semiconductor switch.

前記振動構造要素の両側に前記第1の電極構造要素と前記第2の電極構造要素を近接して配置する構成により、他の機能を持たせることも可能となった。例えば、前記第1の電極構造要素を駆動側とし、前記第2の電極構造要素を検出側とすることにより、駆動系と検出系を、空間的かつ電気的に分離することが可能となった。   With the configuration in which the first electrode structure element and the second electrode structure element are arranged close to each other on both sides of the vibration structure element, other functions can be provided. For example, the drive system and the detection system can be separated spatially and electrically by setting the first electrode structure element as the drive side and the second electrode structure element as the detection side. .

ビーム型のMEMS共振器以外にも、ディスク型あるいはリング型のMEMS共振器に本発明を適用することにより、前記したような多くの利点を得ることができた。   In addition to the beam-type MEMS resonator, many advantages as described above can be obtained by applying the present invention to a disk-type or ring-type MEMS resonator.

本発明による「電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法」は、前記したようなRF−MEMSあるいはMEMS共振器などへの適用以外にも、狭いギャップが必要となる加工分野へ広く適用できる。例えば、静電容量型のMEMSセンサ(加速度センサやジャイロセンサなど)に適用すれば、大きな静電容量変化値が出力され、センサの高感度化も実現できる。   The “method for arranging the electrode structure element and the vibration structure element close to each other” according to the present invention is widely applied to the processing field where a narrow gap is required, in addition to the application to the RF-MEMS or the MEMS resonator as described above. Applicable. For example, when applied to a capacitance type MEMS sensor (acceleration sensor, gyro sensor, etc.), a large capacitance change value is output, and high sensitivity of the sensor can also be realized.

電極構造要素を近接して配置する方法を示す図である。 <実施例1>It is a figure which shows the method of arrange | positioning an electrode structural element close. <Example 1> シリコンMEMSデバイスの構成(−1)を示す図である。 <静電力を利用した例> <実施例2>It is a figure which shows the structure (-1) of a silicon MEMS device. <Example using electrostatic force> <Example 2> 実施例2に示した静電アクチュエータの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the electrostatic actuator shown in Example 2. FIG. シリコンMEMSデバイスの構成(−2)を示す図である。 <電磁力を利用した例> <実施例3>It is a figure which shows the structure (-2) of a silicon MEMS device. <Example using electromagnetic force> <Example 3> シリコンMEMSデバイスの構成(−3)を説明する図である。 <超音波振動を利用した例> <実施例4>It is a figure explaining composition (-3) of a silicon MEMS device. <Example Using Ultrasonic Vibration> <Example 4> シリコンMEMSデバイスの構成(−4)を説明する図である。 <静電力を利用した他の例> <実施例5>It is a figure explaining composition (-4) of a silicon MEMS device. <Other examples using electrostatic force> <Example 5> MEMS共振器の構成(−1)を説明する図である。 <振動ビーム> <実施例6>It is a figure explaining the structure (-1) of a MEMS resonator. <Vibrating beam> <Example 6> MEMS共振器での電気機械結合係数を説明する図である。It is a figure explaining the electromechanical coupling coefficient in a MEMS resonator. MEMS共振器の電気機械的動作を説明する図である。It is a figure explaining the electromechanical operation | movement of a MEMS resonator. MEMS共振器の製造プロセスを説明する図である。 <実施例7>It is a figure explaining the manufacturing process of a MEMS resonator. <Example 7> ストッパの構成(−1)を説明する図である。 <実施例8>It is a figure explaining composition (-1) of a stopper. <Example 8> ストッパの構成(−2)を説明する図である。 <実施例9>It is a figure explaining composition (-2) of a stopper. <Example 9> ストッパの構成(−3)とその製造方法を説明する図である。 <実施例10>It is a figure explaining the structure (-3) of a stopper, and its manufacturing method. <Example 10> ストッパの構成(−4)を説明する図である。 <実施例11>It is a figure explaining composition (-4) of a stopper. <Example 11> ストッパの構成(−5)を説明する図である。 <実施例12>It is a figure explaining the structure (-5) of a stopper. <Example 12> MEMS共振器の構成(−2)を説明する図である。 <振動ビーム> <実施例13>It is a figure explaining the structure (-2) of a MEMS resonator. <Vibrating beam> <Example 13> MEMS共振器の構成(−3)を説明する図である。 <振動ビーム> <実施例14>It is a figure explaining the structure (-3) of a MEMS resonator. <Vibrating beam> <Example 14> MEMS共振器の構成(−4)を説明する図である。 <振動ビーム> <実施例15>It is a figure explaining the structure (-4) of a MEMS resonator. <Vibrating beam> <Example 15> 電気機械結合係数を大きくできるMEMS共振器を説明する図である。 <電極構造要素と振動ビームが対向する面積> <実施例16>It is a figure explaining the MEMS resonator which can enlarge an electromechanical coupling coefficient. <Area where Electrode Structural Element and Vibrating Beam Oppose> <Example 16> 図19の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of FIG. MEMS共振器の製造プロセスを説明する図である。 <実施例17>It is a figure explaining the manufacturing process of a MEMS resonator. <Example 17> MEMS共振器の構成(−2)を説明する図である。 <振動ビーム> <実施例18>It is a figure explaining the structure (-2) of a MEMS resonator. <Vibrating beam> <Example 18> MEMS共振器の構成(−3)を説明する図である。 <振動ビーム> <実施例19>It is a figure explaining the structure (-3) of a MEMS resonator. <Vibrating beam> <Example 19> MEMS共振器の構成(−4)を説明する図である。 <振動ビーム> <実施例20>It is a figure explaining the structure (-4) of a MEMS resonator. <Vibrating beam> <Example 20> MEMS共振器の構成(−5)を説明する図である。 <ディスク> <実施例21>It is a figure explaining the structure (-5) of a MEMS resonator. <Disk> <Example 21> MEMS共振器の構成(−6)を説明する図である。 <ディスク> <実施例22>It is a figure explaining the structure (-6) of a MEMS resonator. <Disk> <Example 22> MEMS共振器の構成(−7)を説明する図である。 <八角形ディスク> <実施例23>It is a figure explaining the structure (-7) of a MEMS resonator. <Octagonal Disc> <Example 23> サーフェスマイクロマシニングで作成したデバイスの断面を示す図である。 <従来例1>It is a figure which shows the cross section of the device produced by the surface micromachining. <Conventional example 1> バルクサーフェスマイクロマシニングで作成されたデバイスの写真である。 <従来例2>It is a photograph of a device created by bulk surface micromachining. <Conventional example 2>

以下、図面を用いて、電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法およびこれを用いたMEMSデバイスを詳細に説明する。   Hereinafter, a method for arranging an electrode structure element and a vibration structure element close to each other and a MEMS device using the same will be described in detail with reference to the drawings.

<電極構造要素を近接して配置する方法>
図1は、実施例1である、電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法を説明する図である。同図(a)は当該電極構造要素と当該振動構造要素が未加工の状態(2個の構造要素に分離されておらず、単一の構造要素のままである)を、同図(b)は当該電極構造要素と当該振動構造要素への加工が完了し「離れて」配置された状態を、同図(c)は当該電極構造要素と当該振動構造要素が「近接して」配置された状態をそれぞれ示している。なお、同図では、電極構造要素と振動構造要素の近接配置法を原理的に示しており、必ずしも実際の形態とは一致しているとは限らない。同図(a)において、構造要素10は未加工状態での当該2個の構造要素を示している。構造要素10は未加工であるので、2個に分離していない状態である。スライダ20はスライド機構(明示せず)を備えており、基台部21の上部で、図面で左右方向に移動できる。また、当該スライダ20には突起22が設けられている。構造要素10は、スライダと電気的な絶縁のため、絶縁層11を介してスライダ20と連結されている。ここで「連結」とは、前記スライダ20との一体化を意味しており、同図ではあたかも接着されているように例示されているが、この限りではない。なお、上記した構造要素は基礎母台26の表面に配置されている。同図(a)の状態で、構造要素10と絶縁層11の中央部分をエッチングなどの手法により選択的に除去すると、同図(b)の状態となる。同図において、電極構造要素12と、振動構造要素13とは、距離d1を介して対向配置されている。なお、距離d1は前記した「選択的に除去」する際に「指定された第1の距離」として当該エッチング時のマスクにパターニングされている。電極構造要素12は、絶縁層14を介して、前記スライダ20と連結している。また、振動構造要素13は、絶縁層15を介して、基台部25と連結している場合が示されている。同図(c)は、前記スライダ20を指定された方向(図面では右方向になる)へ移動させ、前記突起22が基台部25に接触した状態を示している。かかる状態では、電極構造要素12と振動構造要素13とは「指定された第2の距離」(図中ではd2として表記)を介して対向配置されている。なお、「指定された第2の距離」は「指定された第1の距離」よりも小さい値である。また、「指定された第2の距離」は、5マイクロメータを超えない距離である。距離d2は前記した突起22の長さで決定され、当該長さを短くすれば、前記電極構造要素12と前記振動構造要素13との間に形成されたギャップの間隔を小さくできる。換言するならば、突起22が前記スライダ20の移動を所望の位置(ギャップ間隔が距離d2となる位置)で停止させる「ストッパ」として機能している。
<Method of arranging electrode structure elements close to each other>
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of disposing the electrode structural element and the vibration structural element close to each other in the first embodiment. FIG. 6A shows the electrode structural element and the vibration structural element in an unprocessed state (not separated into two structural elements, but remains as a single structural element). Shows the state where the processing to the electrode structural element and the vibration structural element is completed and arranged “separated”, and FIG. 8C shows the state where the electrode structural element and the vibration structural element are arranged “close”. Each state is shown. In the figure, the proximity arrangement method of the electrode structural element and the vibration structural element is shown in principle, and it does not always match the actual form. In FIG. 2A, the structural element 10 shows the two structural elements in an unprocessed state. Since the structural element 10 is unprocessed, it is not separated into two. The slider 20 is provided with a slide mechanism (not shown), and can move in the left-right direction in the drawing above the base portion 21. The slider 20 is provided with a protrusion 22. The structural element 10 is connected to the slider 20 via the insulating layer 11 for electrical insulation from the slider. Here, “connected” means integration with the slider 20, and is illustrated as if it is bonded in the figure, but is not limited thereto. The structural elements described above are arranged on the surface of the basic base 26. When the central portion of the structural element 10 and the insulating layer 11 is selectively removed by a technique such as etching in the state of FIG. 11A, the state of FIG. In the figure, the electrode structural element 12 and the vibration structural element 13 are disposed to face each other via a distance d1. Note that the distance d1 is patterned on the mask at the time of etching as the “designated first distance” when the “selective removal” is performed. The electrode structural element 12 is connected to the slider 20 via an insulating layer 14. Moreover, the case where the vibration structural element 13 is connected to the base portion 25 through the insulating layer 15 is shown. FIG. 2C shows a state in which the slider 20 is moved in a specified direction (rightward in the drawing) and the protrusion 22 is in contact with the base portion 25. In such a state, the electrode structural element 12 and the vibration structural element 13 are disposed to face each other via a “designated second distance” (denoted as d2 in the drawing). The “designated second distance” is smaller than the “designated first distance”. The “designated second distance” is a distance not exceeding 5 micrometers. The distance d2 is determined by the length of the projection 22 described above, and if the length is shortened, the gap formed between the electrode structure element 12 and the vibration structure element 13 can be reduced. In other words, the protrusion 22 functions as a “stopper” that stops the movement of the slider 20 at a desired position (position where the gap interval is the distance d2).

図1では、「指定された第2の距離」に前記電極構造要素12を配置するため、突起22を利用している。しかしながら、当該突起22を使用せずに、前記スライダ20の移動に、当該スライダ20の位置を検出して該移動を制御する「フィードバック制御」などの手法を利用することも可能である。   In FIG. 1, the protrusion 22 is used to place the electrode structural element 12 at a “designated second distance”. However, it is also possible to use a technique such as “feedback control” for detecting the position of the slider 20 and controlling the movement of the slider 20 without moving the projection 22.

前記した指定された第2の距離(図中ではd2で例示)はゼロを含んでいない有限な値である。すなわち、電極構造要素12と振動構造要素13とは接触せず、それぞれが電気的に絶縁されており、かつ、それぞれの、振動を含む機械的挙動が阻害されることはない。ただし、ストッパとして機能する突起22が、電極構造要素12あるいは振動構造要素13に設けられている場合(図示せず)には、(1)当該突起22を絶縁体で構成することにより電気的な絶縁性が確保され、(2)当該突起22が相手側に接触する面積を小さくすることにより前記機械的挙動が阻害されることを防止できる。かかる構成においても、前記突起22は「絶縁体」であるので、前記指定された第2の距離d2は電極構造要素12と振動構造要素13との間の距離を示すことになる。また、前記突起の大きさを設定することにより、前記指定された第2の距離として、5マイクロメータあるいはそれを超えない値、例えば1マイクロメータ以下に設定でき、狭いギャップ間隔を容易に実現できることになる。   The specified second distance (illustrated by d2 in the figure) is a finite value that does not include zero. That is, the electrode structural element 12 and the vibration structural element 13 are not in contact with each other, are electrically insulated from each other, and their mechanical behavior including vibration is not hindered. However, when the projection 22 that functions as a stopper is provided on the electrode structural element 12 or the vibration structural element 13 (not shown), (1) the projection 22 is made of an insulator to make electrical Insulation is ensured, and (2) the mechanical behavior can be prevented from being hindered by reducing the area where the projection 22 contacts the other side. Even in such a configuration, since the protrusion 22 is an “insulator”, the designated second distance d2 indicates the distance between the electrode structural element 12 and the vibration structural element 13. Further, by setting the size of the protrusion, the specified second distance can be set to 5 micrometers or a value not exceeding it, for example, 1 micrometer or less, and a narrow gap interval can be easily realized. become.

前記した電極構造要素12と振動構造要素13の構成材料は金属とは限らず、シリコンなどの半導体、あるいは、樹脂などの絶縁体の表面に導電性を付与した材料などであっても良い。また、前記したスライダ20は、静電力、電磁力、超音波振動、あるいは、これらの組合せなどにより発生した力で、当該スライダ20をスライドさせる機構により移動する。かかる移動(スライド)は、前記電極構造要素12が、前記振動構造要素13に対向した姿勢を保ちながら、前記指定された第2の距離の位置まで直線的に移動することが一般的であるが、これに限らない。例えば、移動中における前記電極構造要素12の軌跡が、直線、円弧、ジグザグなどであっても構わない。また、前記「指定された方向」(図1では右方向)とは、「第1の距離」に前記電極構造要素が位置する状態から「第2の距離」に前記電極構造要素12が位置する状態へ、前記電極構造要素12が移動した最終的な状態との間の方向を示しているに過ぎない。   The constituent materials of the electrode structural element 12 and the vibration structural element 13 described above are not limited to metals, but may be a semiconductor such as silicon, or a material that imparts conductivity to the surface of an insulator such as a resin. The slider 20 is moved by a mechanism that slides the slider 20 with a force generated by electrostatic force, electromagnetic force, ultrasonic vibration, or a combination thereof. In general, the movement (slide) is such that the electrode structural element 12 moves linearly to the position of the designated second distance while maintaining the posture facing the vibration structural element 13. Not limited to this. For example, the trajectory of the electrode structural element 12 during movement may be a straight line, a circular arc, a zigzag, or the like. Further, the “designated direction” (right direction in FIG. 1) means that the electrode structure element 12 is located at a “second distance” from a state where the electrode structure element is located at a “first distance”. It only shows the direction between the final state in which the electrode structure element 12 has moved to the state.

上記したように、本実施例では、電極構造要素12と振動構造要素13を「離れた」状態(前記指定された第1の距離)で加工し、当該加工が完了してから、当該電極構造要素12を移動させることにより「近接した」状態(前記指定された第2の距離)に配置することに特徴がある。もし、当該電極構造要素12と当該振動構造要素13とを「近接した」状態で加工せざるを得ない場合には、製造技術面からの制約が大きくなる。例えば、1マイクロメータ以下のギャップを直接形成しようとすると、広いギャップを形成する場合と比較して、加工時間が長くなり、また、その形状維持も困難になる傾向がある。本実施例によれば、かかる製造技術面からの制約を大幅に低減できることになる。   As described above, in this embodiment, the electrode structure element 12 and the vibration structure element 13 are processed in a “separated” state (the designated first distance), and after the processing is completed, the electrode structure It is characterized in that the element 12 is moved and placed in the “close” state (the designated second distance). If the electrode structural element 12 and the vibration structural element 13 are inevitably processed in a “close proximity” state, restrictions on the manufacturing technology increase. For example, if a gap of 1 micrometer or less is directly formed, the processing time becomes longer and the shape maintenance tends to be difficult as compared with the case of forming a wide gap. According to the present embodiment, it is possible to greatly reduce the restrictions on the manufacturing technology.

<MEMSデバイスの構成>
図2は、本発明を適用した実施例2を説明する図面である。同図では、シリコンを用いたMEMSデバイスへの適用例が例示されている。同図(a)と(c)はMEMSデバイスの平面構造を示している。また、同図(a)と(c)において、線分30、31とで示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図(b)と(d)に示す。同図(a)と(b)は電極構造要素32と振動構造要素33とが「離れた」状態(図中においてd1で表記した「指定された第1の距離」である)を、同図(c)と(d)は電極構造要素32と振動構造要素33とが「近接した」状態(図中においてd2で表記した「指定された第2の距離」である)を示している。また、当該電極構造要素32と当該振動構造要素33とは「離れた」状態で加工が完了した(SOIウェーハを用いた加工プロセスの詳細は後述する)状態である。
(1)当該電極構造要素32はスライダ35と「連結」されているが、本実施例では、スライダ35の端部に当該スライダ35と同一構成要素として電極構造要素32が配置されている。すなわち、両者ともに同一のシリコン基板(SOIウェーハの場合にはデバイス層)から構成されている。
(2)当該スライダ35の中央領域(図中では「右下がりのハッチング」で表示)と当該電極構造要素32は、同図(b)と(d)に断面を示すように、空中に浮上している。当該スライダ35の中央領域は、その4つの端部に配置された「折れ線状」のビーム36で支えられ、かつ、当該4個のビームは4個の基台部37で固定されている。すなわち、当該スライダ35は、浮上した領域(「右下がりのハッチング」で表示)と固定された基台部37(「濃い灰色」で表示)とから構成されている。
(3)当該スライダ35の一部は「櫛型電極」を構成している。この櫛型電極は、他の櫛型電極38(全てが「固定」されている)と対向して配置されている。これらの櫛型電極間に直流電圧を印加すると、同図(c)の矢印39で示した方向に、前記スライダ35の浮上した領域が移動する。すなわち、本実施例では、櫛型電極を用いた静電駆動アクチュエータで、当該スライダ35のスライド機構を構成している。かかるスライド機構では、印加された直流電圧の大きさにより、前記スライダ35の移動量が決定される。このため、電極構造要素32と振動構造要素33との間の距離が「指定された第2の距離」と一致するように、当該直流電圧の大きさが制御されている。
(4)前記した4本のビーム36は、前記スライダ35を空中に浮上させるとともに、当該スライダ35の移動に伴い当該浮上を維持するための機能を有している。図中では「4本」を例示したが、当該機能を有するために、ビーム36の本数は4本に限られることはない。また、「折れ線状」として「6か所の曲がりコーナ」を例示したが、このコーナの数、あるいは、ビーム36の形状は同図に示した例に限られることもない。当該スライダ36の移動を妨げないような、ビーム形状とコーナの数などが選択されて良い。
(5)本実施例では、振動構造要素33は絶縁層40を介して、基台部41に固定されている。
(6)基台部37、41はパッケージなどの基礎母台(図示せず)上に配置されている。
<Configuration of MEMS device>
FIG. 2 is a diagram for explaining a second embodiment to which the present invention is applied. In the figure, an application example to a MEMS device using silicon is illustrated. FIGS. 4A and 4C show the planar structure of the MEMS device. In addition, in the same figure (a) and (c), the cross-sectional structure diagrams of the portions indicated by the line segments 30 and 31 are shown in the same figure (b) and (d), respectively. FIGS. 9A and 9B show the state in which the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 are “separated” (the “designated first distance” indicated by d1 in the figure). (C) and (d) show a state in which the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 are “close” (the “designated second distance” indicated by d2 in the drawing). Further, the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 are in a state of being “separated” and completed (the details of the processing process using the SOI wafer will be described later).
(1) The electrode structure element 32 is “connected” to the slider 35, but in this embodiment, the electrode structure element 32 is disposed at the end of the slider 35 as the same component as the slider 35. That is, both are composed of the same silicon substrate (device layer in the case of SOI wafer).
(2) The central area of the slider 35 (indicated by “lower right hatching” in the figure) and the electrode structural element 32 float in the air as shown in the cross sections of FIGS. ing. The central region of the slider 35 is supported by “polygonal” beams 36 arranged at four ends thereof, and the four beams are fixed by four base portions 37. That is, the slider 35 is composed of a floating area (indicated by “downwardly hatched”) and a fixed base portion 37 (indicated by “dark gray”).
(3) A part of the slider 35 constitutes a “comb electrode”. This comb-shaped electrode is arranged to face the other comb-shaped electrode 38 (all of which are “fixed”). When a DC voltage is applied between these comb-shaped electrodes, the floating region of the slider 35 moves in the direction indicated by the arrow 39 in FIG. That is, in this embodiment, the slide mechanism of the slider 35 is configured by an electrostatic drive actuator using comb-shaped electrodes. In such a slide mechanism, the amount of movement of the slider 35 is determined by the magnitude of the applied DC voltage. For this reason, the magnitude of the DC voltage is controlled so that the distance between the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 matches the “designated second distance”.
(4) The above-described four beams 36 have a function of floating the slider 35 in the air and maintaining the floating as the slider 35 moves. Although “4” is illustrated in the drawing, the number of beams 36 is not limited to four in order to have the function. In addition, although “six bent corners” are illustrated as “polygonal lines”, the number of corners or the shape of the beam 36 is not limited to the example shown in FIG. The beam shape and the number of corners may be selected so as not to hinder the movement of the slider 36.
(5) In the present embodiment, the vibration structural element 33 is fixed to the base portion 41 via the insulating layer 40.
(6) The base parts 37 and 41 are arranged on a basic base (not shown) such as a package.

図2に示した実施例2では、「離れた」状態で加工された、電極構造要素32と振動構造要素33とが、スライダ35のスライド機構により、互いに「近接」配置されることが示された。   In the second embodiment shown in FIG. 2, it is shown that the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 processed in the “distant” state are arranged “close to each other” by the slide mechanism of the slider 35. It was.

<静電アクチュエータの動作>
図3は、前記した実施例2に記載した静電アクチュエータの動作を説明する図である。同図において、図2と同一番号は同一構成要素を示している。また、説明の便宜上、図2とは上下逆転して図が描かれている。さらに、前記したスライダ35の一部(一つの櫛歯型電極群)と、固定されている一つの櫛歯型電極群38のみが示されている。また、前記ビーム36が前記基台部37に固定されている部分と、前記した浮上している櫛型電極と「固定」されている櫛型電極38の一部とが、図中の丸印で拡大表示されている。拡大表示された図には、A−A’とB−B’が表示されており、それらの構造断面図は同図(b)に示されている。同図(b)のA−A’部断面図ではビーム36と基台部37とが同一のシリコン材料(より詳細にはSOIウェーハのデバイス層)で構成されていること、および、B−B’部断面図では35が浮上しており手前から奥へ、あるいは、奥から手前へと移動できることが示されている。同図(c)では、前記した「固定」された櫛歯型電極38と、浮上しているスライダ35の一部である櫛歯型電極との間に直流電圧45を印加し、矢印46の方向に前記スライダ35が移動することが示されている。当該移動の距離は直流電圧45の大きさに依存しており、その移動量は直流電圧45の大きさで決定される。
<Operation of electrostatic actuator>
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the electrostatic actuator described in the second embodiment. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same components. For convenience of explanation, the figure is drawn upside down from FIG. Further, only a part of the slider 35 (one comb-shaped electrode group) and one fixed comb-shaped electrode group 38 are shown. Further, a portion where the beam 36 is fixed to the base portion 37, a part of the comb electrode 38 which is floating, and a part of the comb electrode 38 which is "fixed" are indicated by circles in the figure. It is enlarged and displayed. In the enlarged view, AA ′ and BB ′ are displayed, and their structural sectional views are shown in FIG. In the cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 5B, the beam 36 and the base 37 are made of the same silicon material (more specifically, the device layer of the SOI wafer), and BB. In the partial sectional view, 35 is surfaced and it is shown that it can move from the front to the back or from the back to the front. In FIG. 6C, a DC voltage 45 is applied between the above-described “fixed” comb-shaped electrode 38 and the comb-shaped electrode that is a part of the floating slider 35, and It is shown that the slider 35 moves in the direction. The distance of the movement depends on the magnitude of the DC voltage 45, and the amount of movement is determined by the magnitude of the DC voltage 45.

<MEMSデバイスの構成−2>
図4は、前記したスライダのスライド機構に電磁力(ロレンツ力)を利用した実施例3を示す図である。同図において、図2と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)と(c)はMEMSデバイスの平面構造を示している。また、同図(a)と(c)において、線分50、56とで示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図(b)と(d)に示す。同図(a)と(b)は電極構造要素32と振動構造要素33とが「離れた」状態(図中においてd1で表記した「指定された第1の距離」である)を、同図(c)と(d)は電極構造要素32と振動構造要素33とが「近接した」状態(図中においてd2で表記した「指定された第2の距離」である)を示している。同図(a)において、スライダ35の表面には導電路51が配置され、矢印52で示した方向に直流電流(I)が流れるようになっている。同図(a)では2つの導電路が例示されているが、その数および形状には制限されることはない。また、当該導電路は、ビーム36に沿って延長して配置され、基台部37の領域で外部電源(図示せず)に接続される手段を有している。当該直流電流がゼロの時、電極構造要素32と振動構造要素33との距離は前記「指定された第1の距離(距離d1)」となっている(同図(b)の状態)。また、磁界53は、前記スライダ35の表面側(図では手前側)から裏側(図では奥側)へ印加されている。かかる一様な磁界53(その強度はH)が印加されると、スライダ35には、矢印54の方向へ移動するような力(F)が発生する。フレミングの法則によれば、F=H×Iで定義され、力は直流電流Iと磁界の強さHに比例することが周知である。この結果、同図(c)に示すように前記スライダ35は移動することになり、Fとビームの変形に伴う反力とが釣り合った状態で停止する。この状態では、当該電極構造要素32と振動構造要素33との間の距離が前記「指定された第2の距離(距離d2)」になっている(同図(d)の状態)。すなわち、電極構造要素32と振動構造要素33の距離が距離d2となるように、前記直流電流あるいは磁界53の強さが設定されることになる。
<Configuration of MEMS device-2>
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment in which electromagnetic force (Lorentz force) is used for the slider sliding mechanism described above. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same components. FIGS. 4A and 4C show the planar structure of the MEMS device. In addition, the cross-sectional structural views of the portions indicated by line segments 50 and 56 in FIGS. 10A and 10C are shown in FIGS. FIGS. 9A and 9B show the state in which the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 are “separated” (the “designated first distance” indicated by d1 in the figure). (C) and (d) show a state in which the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 are “close” (the “designated second distance” indicated by d2 in the drawing). In FIG. 5A, a conductive path 51 is disposed on the surface of the slider 35 so that a direct current (I) flows in the direction indicated by the arrow 52. Although two conductive paths are illustrated in FIG. 1A, the number and shape thereof are not limited. The conductive path extends along the beam 36 and has means connected to an external power source (not shown) in the region of the base portion 37. When the DC current is zero, the distance between the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 is the “designated first distance (distance d1)” (state shown in FIG. 5B). Further, the magnetic field 53 is applied from the front surface side (front side in the drawing) to the back side (back side in the drawing) of the slider 35. When such a uniform magnetic field 53 (whose intensity is H) is applied, a force (F) is generated in the slider 35 so as to move in the direction of the arrow 54. According to Fleming's law, it is well known that F = H × I, and the force is proportional to the direct current I and the magnetic field strength H. As a result, as shown in FIG. 5C, the slider 35 moves, and stops in a state where F and the reaction force accompanying the deformation of the beam are balanced. In this state, the distance between the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 is the “designated second distance (distance d2)” (the state shown in FIG. 4D). That is, the strength of the direct current or magnetic field 53 is set so that the distance between the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 is the distance d2.

図4に示した実施例3では、「離れた」状態で加工された、電極構造要素32と振動構造要素33とが、電磁力を利用した、スライダ35のスライド機構により、互いに「近接」配置されることが示された。   In the third embodiment shown in FIG. 4, the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 processed in a “separated” state are placed in “close proximity” with each other by the slide mechanism of the slider 35 using electromagnetic force. Was shown to be.

<MEMSデバイスの構成−3>
図5は、前記したスライダ35のスライド機構に超音波振動を利用した実施例4を示す図である。同図において、図2と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)と(c)はMEMSデバイスの平面構造を示している。また、同図(a)と(c)において、線分60、62の一点鎖線で示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図(b)と(d)に示す。同図(a)と(b)は電極構造要素32と振動構造要素33とが「離れた」状態(図中においてd1で表記した「指定された第1の距離」である)を、同図(c)と(d)は電極構造要素32と振動構造要素33とが「近接した」状態(図中においてd2で表記した「指定された第2の距離」である)を示している。同図(a)において、スライダ35の下部には超音波振動機構61が配置されており、図示されていない駆動手段により振動している。かかる振動は、同図(a)の矢印64で示す方向に、スライダ35の移動を誘起する。この結果、同図(c)に示すように、電極構造要素32は振動構造要素33に近づいて、前記「指定された第2の距離(距離d2)」の位置(同図(d)の状態)に移動する。しかしながら、超音波振動による移動は、振動手段(例えば超音波振動機構61)と移動させる対象(例えばスライダ35)とは近接配置されてはいるが、非接触の状態であることが特徴である。このため、もし、ビーム36の変形により発生した反力(スライダ35を元の位置に戻そうとする力となる)が大きいと、超音波振動を停止した瞬間に、スライダは前記「指定された第1の距離(距離d1)」の位置(同図(b)の状態)まで復帰することになる。この復帰を防ぐためには、超音波振動を常時与え続けることが必要となる。あるいは、スライダ35の復帰を阻止するような「ロック機構」(図示せず)をスライダ35に付与することが必要となる。
<Configuration of MEMS device-3>
FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment in which ultrasonic vibration is used for the slide mechanism of the slider 35 described above. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same components. FIGS. 4A and 4C show the planar structure of the MEMS device. Moreover, in the same figure (a) and (c), the cross-section figure of the part shown with the dashed-dotted line of the line segments 60 and 62 is shown to the figure (b) and (d), respectively. FIGS. 9A and 9B show the state in which the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 are “separated” (the “designated first distance” indicated by d1 in the figure). (C) and (d) show a state in which the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 are “close” (the “designated second distance” indicated by d2 in the drawing). In FIG. 6A, an ultrasonic vibration mechanism 61 is disposed below the slider 35 and vibrates by a driving means (not shown). Such vibration induces the movement of the slider 35 in the direction indicated by the arrow 64 in FIG. As a result, as shown in FIG. 6C, the electrode structural element 32 approaches the vibration structural element 33, and the position of the “designated second distance (distance d2)” (state shown in FIG. ) However, the movement by the ultrasonic vibration is characterized in that the vibration means (for example, the ultrasonic vibration mechanism 61) and the object to be moved (for example, the slider 35) are arranged close to each other but are not in contact with each other. For this reason, if the reaction force generated by the deformation of the beam 36 (which causes a force to return the slider 35 to its original position) is large, the slider is “designated” at the moment when the ultrasonic vibration is stopped. It returns to the position of “first distance (distance d1)” (the state shown in FIG. 5B). In order to prevent this return, it is necessary to continuously apply ultrasonic vibration. Alternatively, it is necessary to provide the slider 35 with a “lock mechanism” (not shown) that prevents the slider 35 from returning.

<MEMSデバイスの構成−4>
図6に示した実施例5は、前記したスライダ35のスライド機構に静電アクチュエータを利用した他の実施例である。同図において図2と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)と(c)はMEMSデバイスの平面構造を示している。また、同図(a)と(c)において、線分30、31とで示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図(b)と(d)に示す。本実施例においては、スライダ35に付属している櫛型電極に対向して、左右1組の固定された櫛型電極70と71とが配置されている。また、電極構造要素32と振動構造要素33とは対向して配置されているが、その対向面は「平行」ではなく、大略距離d1の距離のギャップ72を介して配置されている。かかる非平行な状態は、当該MEMSデバイスの製造過程で発生したり、あるいは、当該MEMSデバイスが回転する環境に置かれている場合などで発生する。特に、後者の場合では、当該MEMSデバイスの製造過程で非平行が発生しなくても、当該MEMSデバイスが設置される環境(例えば、自動車のタイヤ近傍に設置されるような環境である)によっては、慣性力により当該スライダに回転力が発生する。本実施例においては、かかる非平行な状態になっても、左右に配置され、個別に駆動される静電アクチュエータ(櫛型電極70、71を含む)により、当該非平行が補正される。すなわち、左右1組の静電アクチュエータへ印加する直流電圧を個別に制御することにより、スライダ35の動きに若干の回転を付与することができる。この結果、同図(c)に示すように、電極構造要素32と振動構造要素33とを、距離d2の距離のギャップ73を介して「平行」に配置することができる。なお、本実施例においても、電極構造要素32と振動構造要素33とは「離れた」状態(図中においてd1で表記した「指定された第1の距離」である)で製造され、静電アクチュエータの駆動により、電極構造要素32と振動構造要素33とが「近接した」状態(図中においてd2で表記した「指定された第2の距離」である)に設定されている。
<Configuration of MEMS device-4>
The fifth embodiment shown in FIG. 6 is another embodiment in which an electrostatic actuator is used for the slide mechanism of the slider 35 described above. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same components. FIGS. 4A and 4C show the planar structure of the MEMS device. In addition, in the same figure (a) and (c), the cross-sectional structure diagrams of the portions indicated by the line segments 30 and 31 are shown in the same figure (b) and (d), respectively. In this embodiment, a pair of left and right comb electrodes 70 and 71 are arranged opposite to the comb electrodes attached to the slider 35. Further, the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 are disposed to face each other, but the facing surfaces are not “parallel” but are disposed via a gap 72 having a distance of approximately a distance d1. Such a non-parallel state occurs in the manufacturing process of the MEMS device, or occurs when the MEMS device is placed in a rotating environment. In particular, in the latter case, even if non-parallelism does not occur in the manufacturing process of the MEMS device, depending on an environment in which the MEMS device is installed (for example, an environment in which the MEMS device is installed in the vicinity of an automobile tire) Rotational force is generated in the slider due to inertial force. In this embodiment, even when such a non-parallel state is obtained, the non-parallel state is corrected by electrostatic actuators (including comb electrodes 70 and 71) that are arranged on the left and right sides and are individually driven. That is, a slight rotation can be imparted to the movement of the slider 35 by individually controlling the DC voltage applied to the pair of left and right electrostatic actuators. As a result, as shown in FIG. 5C, the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 can be arranged “parallel” via the gap 73 having a distance d2. Also in this embodiment, the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 are manufactured in a “separated” state (“designated first distance” denoted by d1 in the figure), and electrostatically By driving the actuator, the electrode structural element 32 and the vibration structural element 33 are set in a “close proximity” state (a “designated second distance” represented by d2 in the drawing).

<MEMS共振器の構成−1>
図7はMEMS共振器80に適用した実施例6を示している。本実施例においては、スライダ35の移動が静電アクチュエータで行われる場合が示されているが、前記したような各種の駆動手段で移動させても構わない。同図において図2と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)と(c)はMEMS共振器80の平面構造を示している。また、同図(a)と(c)の線分84、85とで示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図(b)と(d)に示す。同図(a)において、MEMS共振器80は、スライダ35に「連結」された電極構造要素32と、振動体(本実施例では「振動ビーム81」である)と、81の両端を固定する基台部82、83とで構成されている。すなわち、本実施例においては、前記振動構造要素は、(1)該振動構造要素の指定された領域である振動ビーム81と、(2)当該振動ビーム81の領域を含まない該振動構造要素の領域である基台部82、83(振動しない)、で構成されている。なお、電極構造要素32は当該振動ビーム81を振動させるための駆動電極として作用する。同図(a)と(b)に示すように、電極構造要素32と振動ビーム81とは「離れた」状態(図中においてd1で表記した「指定された第1の距離」である)で作成されている。また、電極構造要素32と振動ビーム81は、静電アクチュエータなどの駆動手段により、同図(c)と(d)に示すように、「近接した」状態(図中においてd2で表記した「指定された第2の距離」である)に設定される。同図(c)では、静電アクチュエータへ印加される直流電圧と、電極構造要素32と振動ビーム81との間に供給される直流バイアス87が重畳された高周波信号88が併せて記載されている。当該直流バイアス87は、当該電極構造要素32に印加される信号の瞬時値が常にプラスであるように、当該高周波信号88の振幅値に応じて設定されている。この理由としては、静電気力を利用したMEMS共振器80では、当該印加される信号の電圧が正電位であっても負電位であっても、誘起される力は同じであるため、当該高周波信号88の2倍の周波数で振動が起こることを防止するためである。
<Configuration of MEMS resonator-1>
FIG. 7 shows a sixth embodiment applied to the MEMS resonator 80. In this embodiment, the case where the slider 35 is moved by an electrostatic actuator is shown, but it may be moved by various driving means as described above. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same components. FIGS. 4A and 4C show the planar structure of the MEMS resonator 80. FIG. Moreover, the cross-section figure of the part shown with the line segments 84 and 85 of the figure (a) and (c) is shown to the figure (b) and (d), respectively. In FIG. 6A, the MEMS resonator 80 fixes the electrode structural element 32 “connected” to the slider 35, a vibrating body (in this embodiment, “vibrating beam 81”), and both ends of 81. It is comprised by the base parts 82 and 83. FIG. That is, in this embodiment, the vibration structural element includes (1) a vibration beam 81 that is a designated region of the vibration structural element, and (2) a vibration structural element that does not include the region of the vibration beam 81. It is comprised by the base parts 82 and 83 (it does not vibrate) which are area | regions. The electrode structural element 32 acts as a drive electrode for vibrating the vibration beam 81. As shown in FIGS. 9A and 9B, the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 are in a “separated” state (“designated first distance” denoted by d1 in the figure). Has been created. In addition, the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 are brought into the “close” state (“designation indicated by d2” in the figure) by driving means such as an electrostatic actuator, as shown in FIGS. Second distance ”). FIG. 2C also shows a high-frequency signal 88 in which a DC voltage applied to the electrostatic actuator and a DC bias 87 supplied between the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 are superimposed. . The DC bias 87 is set according to the amplitude value of the high-frequency signal 88 so that the instantaneous value of the signal applied to the electrode structural element 32 is always positive. This is because, in the MEMS resonator 80 using electrostatic force, the induced force is the same regardless of whether the voltage of the applied signal is a positive potential or a negative potential. This is to prevent vibrations from occurring at a frequency twice that of 88.

図7に例示したような振動ビーム型のMEMS共振器80では、機械振動を電気信号(ここでは静電容量の変化)として検出している。機械系と電気系とは「電気機械結合係数」で関連付けられており、該係数は「機械振動と電気信号の変換効率」でもある。本段落では、図8を用いて当該「電気機械結合係数」の説明を行う。図8に関係する式を示したが、「電気機械結合係数」を増大させるためには、対向面積(S)を大きく、対向面間の距離(d)を小さく、印加電圧(V、直流バイアス87に相当)を大きくすることが必要である。特に、「電気機械結合係数」はdの2乗に逆比例しているので、振動ビーム81と駆動電極(電極構造要素32)間の距離を小さくすることが有効である。また、振動ビーム81と駆動電極とが対向する面積を大きくすることも有効な手段である。なお、MEMS共振器80の高周波化を図る場合には、必然的に当該振動ビーム81を小さくする(共振周波数を高くする)ことになり、対向面積(S)も小さくなる。この結果、得られる電気信号も小さくなるので、対向面間の距離(d)を減少させることが必須な課題となっている。 In the vibrating beam type MEMS resonator 80 illustrated in FIG. 7, mechanical vibration is detected as an electric signal (here, a change in capacitance). The mechanical system and the electrical system are associated with each other by “electromechanical coupling coefficient”, which is also “mechanical vibration and electric signal conversion efficiency”. In this paragraph, the “electromechanical coupling coefficient” will be described with reference to FIG. Although the equation related to FIG. 8 is shown, in order to increase the “electromechanical coupling coefficient”, the facing area (S) is increased, the distance (d 0 ) between the facing surfaces is decreased, and the applied voltage (V 0 , It is necessary to increase (corresponding to the DC bias 87). In particular, since the “electromechanical coupling coefficient” is inversely proportional to the square of d 0 , it is effective to reduce the distance between the vibration beam 81 and the drive electrode (electrode structure element 32). It is also effective to increase the area where the vibration beam 81 and the drive electrode face each other. Note that, when the frequency of the MEMS resonator 80 is increased, the vibration beam 81 is inevitably reduced (resonance frequency is increased), and the facing area (S) is also reduced. As a result, the electric signal obtained is also small, so it is an essential task to reduce the distance (d 0 ) between the opposing surfaces.

図9は実施例6のMEMS共振器80の電気機械的動作を説明する図である。同図において、図7と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)は図7(c)と同一であり、図中のA−A’とB−B’で示した一点鎖線に沿った構造断面図が同図(b)と(c)に示されている。同図(a)において、直流電圧90、91は静電アクチュエータを駆動するものであり、矢印92は当該直流電圧90、91によってスライダ35が動く方向である。当該直流電圧90、91によって、電極構造要素32(振動ビーム81に対向する配置された駆動電極である)と、振動ビーム81とは「近接した」状態に設定されている。同図(c)に示すように、振動ビーム81には、直流バイアス87が重畳した高周波信号88が供給されており、この高周波信号88によって当該振動ビーム81は同図(a)の上下方向に振動している。矢印93で示した方向で、当該高周波信号88から見た電気等価回路を同図(d)に示す。当該振動ビーム81の振動は、電気的にはC0、R1、C1、L1の4つの回路素子からなる共振回路系に対応している。   FIG. 9 is a diagram illustrating the electromechanical operation of the MEMS resonator 80 according to the sixth embodiment. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same components. FIG. 7 (a) is the same as FIG. 7 (c), and structural cross-sectional views along the alternate long and short dash line indicated by AA ′ and BB ′ in the drawing are shown in FIGS. It is shown. In FIG. 6A, DC voltages 90 and 91 drive the electrostatic actuator, and an arrow 92 is a direction in which the slider 35 moves by the DC voltages 90 and 91. Due to the DC voltages 90 and 91, the electrode structural element 32 (which is a drive electrode disposed opposite to the vibration beam 81) and the vibration beam 81 are set in a “close proximity” state. As shown in FIG. 5C, the vibration beam 81 is supplied with a high-frequency signal 88 on which a DC bias 87 is superimposed. The high-frequency signal 88 causes the vibration beam 81 to move in the vertical direction in FIG. It is vibrating. The electric equivalent circuit viewed from the high-frequency signal 88 in the direction indicated by the arrow 93 is shown in FIG. The vibration of the vibration beam 81 electrically corresponds to a resonance circuit system including four circuit elements C0, R1, C1, and L1.

図9では、機械的に動く機構が2つ示されている。一つは、スライダ35の動きであり、他の一つは振動ビーム81の振動である。すなわち、MEMS共振器80には、2つの異なる機械的な振動機構が含まれている。このため、当該2つの機械的な機構の周波数特性の設定が重要となる。例えば、スライダ35が高周波信号88に反応して動くと、本来の振動ビーム81へ供給されるべきエネルギが当該スライダ35の動きに消費され、振動ビーム81が効率良く振動することができなくなる。かかる不具合を防止するために、振動ビーム81が振動する周波数と比較して、スライダ35の共振周波数を十分に低くすることが必要となる。一例として挙げるならば、スライダ35の共振周波数を100Hz程度に設定すれば、高周波で振動する振動ビーム81の動きを妨げることがなくなる。このような設定にしても、機械振動系には高次の共振が観測されるが、当該高次の共振の振幅は小さいので、振動ビームの本来の動きを阻害することはない。スライダ35の共振周波数を低くするためには、スライダ35の重量を重くしたり、スライダを支えるビーム36を柔らかく(例えば細く)するなどの手段がある。なお、ビーム36の剛性は、静電アクチュエータの効率(直流電圧90に対するスライダ35の移動量)にも関連しているので、当該MEMS共振器への要求仕様(周波数帯など)に応じて設定される必要がある。   In FIG. 9, two mechanically moving mechanisms are shown. One is the movement of the slider 35, and the other is the vibration of the vibration beam 81. That is, the MEMS resonator 80 includes two different mechanical vibration mechanisms. For this reason, it is important to set the frequency characteristics of the two mechanical mechanisms. For example, when the slider 35 moves in response to the high-frequency signal 88, the energy to be supplied to the original vibration beam 81 is consumed for the movement of the slider 35, and the vibration beam 81 cannot vibrate efficiently. In order to prevent such a problem, it is necessary to make the resonance frequency of the slider 35 sufficiently lower than the frequency at which the vibration beam 81 vibrates. For example, if the resonance frequency of the slider 35 is set to about 100 Hz, the movement of the vibration beam 81 that vibrates at a high frequency is not hindered. Even with such a setting, high-order resonance is observed in the mechanical vibration system, but since the amplitude of the high-order resonance is small, the original movement of the vibration beam is not hindered. In order to lower the resonance frequency of the slider 35, there are means such as increasing the weight of the slider 35 and softening (for example, thinning) the beam 36 that supports the slider. The rigidity of the beam 36 is also related to the efficiency of the electrostatic actuator (the amount of movement of the slider 35 with respect to the DC voltage 90), and is set according to the required specifications (frequency band, etc.) for the MEMS resonator. It is necessary to

<MEMS共振器の製造プロセス>
図10は実施例6で示したMEMS共振器80の製造プロセスを説明する図である。同図には、前記スライダ35を支えるビーム36の「付け根」部と、静電アクチュエータの浮上した櫛型電極と固定された櫛型電極の一部(共に図中の丸印内に表示)に対して、各製造プロセスでの構造断面図が示されている。すなわち、同図(a−1)から(e−1)が前記「付け根」部分、(a−2)から(e−2)が櫛型電極の部分に対応している。同図(a−1)と(a−2)において、基板層100、デバイス層101、酸化膜層102は、それぞれSIO基板を構成する要素である。ウェーハの直径にも依存するが、通常の厚さとして例示すると、基板層100は250マイクロメータ、デバイス層101は20マイクロメータ、酸化膜層102は1マイクロメータである。第1のマスク層103はデバイス層101の表面にパターニングされたものである。当該第1のマスク層103は必ずしも一様に塗布された有機材料からなる1層のフォトレジストとは限らない。例えば、(1)デバイス層の表面に一様にクローム層を形成し、(2)当該クローム層の表面にフォトレジストを塗布し周知の手法でパターニングし、(3)パターニングされた当該フォトレジスト層をマスクとして、前記クローム層をパターニングし、(4)当該フォトレジスト層を除去しクロームパターンを露出させるといった複数段のプロセスを採用することもできる。同図(b−1)と(b−2)は、当該第1のマスク層103をマスクとしてデバイス層101の一部がエッチングで除去された構造を示している。領域104はデバイス層101がエッチングで除去され、酸化膜層102が露出した領域である。かかるデバイス層101のエッチングには、多くの液体あるいは気体が利用されるが、代表例としては、反応性イオンエッチング(RIE)がある。次に、同図(c−1)と(c−2)に示すように、基板層100の裏面に、第2のマスク層105を形成する。当該第2のマスク層105も、前記した第1のマスク層103と同様に形成される。基板層100の第2のマスク層105が覆われていない領域は前記した手法によりエッチング除去される。同図(d−1)と(d−2)には、当該エッチング除去により、酸化膜層102の下面が露出した領域106が示されている。次に、露出した酸化膜層102をエッチング除去すると、同図(e−1)と(e−2)に示すような構造が得られる。当該酸化膜層102のエッチングには沸酸系の湿式エッチングや乾式エッチングが利用される。同図において、領域107はスライダを支えるビームの領域、領域108は固定されている櫛型電極38の領域、領域109は浮上している櫛型電極の領域である。
<Manufacturing process of MEMS resonator>
FIG. 10 is a diagram for explaining a manufacturing process of the MEMS resonator 80 shown in the sixth embodiment. In the figure, the “base” portion of the beam 36 that supports the slider 35, the comb electrode floating on the electrostatic actuator, and a part of the fixed comb electrode (both shown in circles in the figure). On the other hand, structural sectional views in each manufacturing process are shown. That is, (a-1) to (e-1) correspond to the “base” portion, and (a-2) to (e-2) correspond to the comb electrode portion. In FIGS. 3A-1 and 2A-2, a substrate layer 100, a device layer 101, and an oxide film layer 102 are elements constituting the SIO substrate. Although depending on the diameter of the wafer, as an example of a normal thickness, the substrate layer 100 is 250 micrometers, the device layer 101 is 20 micrometers, and the oxide film layer 102 is 1 micrometer. The first mask layer 103 is patterned on the surface of the device layer 101. The first mask layer 103 is not necessarily a single-layer photoresist made of an organic material applied uniformly. For example, (1) a chrome layer is uniformly formed on the surface of the device layer, (2) a photoresist is applied to the surface of the chrome layer and patterned by a known technique, and (3) the patterned photoresist layer As a mask, the chrome layer may be patterned, and (4) a multi-stage process may be employed in which the photoresist layer is removed and the chrome pattern is exposed. FIGS. 2B-1 and 2B-2 illustrate a structure in which a part of the device layer 101 is removed by etching using the first mask layer 103 as a mask. The region 104 is a region where the device layer 101 is removed by etching and the oxide film layer 102 is exposed. For the etching of the device layer 101, many liquids or gases are used, and a representative example is reactive ion etching (RIE). Next, as shown in FIGS. 2C-1 and 2C-2, a second mask layer 105 is formed on the back surface of the substrate layer 100. FIG. The second mask layer 105 is also formed in the same manner as the first mask layer 103 described above. The region of the substrate layer 100 that is not covered with the second mask layer 105 is etched away by the method described above. FIGS. 4D-1 and 2D-2 illustrate a region 106 where the lower surface of the oxide film layer 102 is exposed by the etching removal. Next, when the exposed oxide film layer 102 is removed by etching, a structure as shown in (e-1) and (e-2) is obtained. Etching of the oxide film layer 102 uses hydrofluoric acid type wet etching or dry etching. In the figure, a region 107 is a beam region that supports the slider, a region 108 is a region of the comb electrode 38 that is fixed, and a region 109 is a region of the comb electrode that is floating.

図10には明示されていないが、振動体(振動ビーム81)、および、振動ビーム81の両端を固定する基台部82、83は同様な製造プロセスで作成される。すなわち、振動ビーム81は図10(e−2)での領域109と同様に、また、基台部82、83は図10(e−2)での領域108と同様に作成される。以上のプロセスによりMEMS共振器80が作成される。なお、図10は製造プロセスを例示しているが、当該MEMS共振器80の製造プロセスはこれに限らない。例えば、デバイス層101の加工を先に行い、基板層100の加工を後にするといったことも可能である。   Although not explicitly shown in FIG. 10, the vibrating body (vibrating beam 81) and the base portions 82 and 83 that fix both ends of the vibrating beam 81 are produced by a similar manufacturing process. That is, the vibration beam 81 is created in the same manner as the region 109 in FIG. 10 (e-2), and the base parts 82 and 83 are created in the same manner as the region 108 in FIG. 10 (e-2). The MEMS resonator 80 is created by the above process. 10 illustrates the manufacturing process, the manufacturing process of the MEMS resonator 80 is not limited to this. For example, the device layer 101 can be processed first and the substrate layer 100 can be processed later.

図10に例示したプロセスでは、第1のマスク層103と第2のマスク層105が、それぞれ、SOIウェーハの表面と裏面に、別プロセスで形成されることになる。第2のマスク層105のパターニングには、当該第1のマスク層103のパターンと空間的な位置合わせが必要となり、一般的には赤外線を用いた両面露光機が使用される。当該両面露光機では、シリコン層を透過する赤外線により表面側のパターン(第1のマスク層103のパターン)を観察することができ、該パターンに合わせて裏面側のパターン(ガラスマスクに形成されている第2のマスク層105パターン)の位置を決めることができる。かかる位置決めの精度は使用する両面露光機の性能に依存するが、一般的には1マイクロメータ程度の精度を得ることができる。しかしながら、図10に示したプロセスでは、当該MEMS共振器80を構成する各要素(電極構造要素32、振動ビーム81、櫛型電極など)の形状が前記した第1のマスク層103で決定されることが明らかである。このため、上述した両面露光機の精度に制限されずに各要素の形状を作成することができることになる。   In the process illustrated in FIG. 10, the first mask layer 103 and the second mask layer 105 are formed on the front surface and the back surface of the SOI wafer by separate processes, respectively. The patterning of the second mask layer 105 requires spatial alignment with the pattern of the first mask layer 103, and generally a double-sided exposure machine using infrared rays is used. In the double-side exposure machine, the pattern on the front side (the pattern of the first mask layer 103) can be observed by infrared rays that pass through the silicon layer, and the pattern on the back side (formed on the glass mask) is matched to the pattern. The position of the second mask layer 105 pattern) can be determined. The accuracy of such positioning depends on the performance of the double-sided exposure machine used, but generally an accuracy of about 1 micrometer can be obtained. However, in the process shown in FIG. 10, the shape of each element (the electrode structure element 32, the vibration beam 81, the comb electrode, etc.) constituting the MEMS resonator 80 is determined by the first mask layer 103 described above. It is clear. For this reason, the shape of each element can be created without being limited by the accuracy of the above-described double-side exposure machine.

<ストッパの構成−1>
図11はMEMS共振器に適用した本発明の実施例8である。「指定された第1の距離」(「離れた」状態である)を介して作成された前記電極構造要素32(例えば駆動電極)と振動構造要素(例えば振動ビーム81)を、静電アクチュエータなどの機構により、「指定された第2の距離」(「近接した」状態である)まで移動させ、当該第2の距離に停止させるための一手法に、ストッパの使用がある。なお、前記した実施例1では突起22として記載されている。同図(a)は図7に示したMEMS共振器80の主要要素を示しており、図7と同一番号は同一構成要素を示している。同図(b)と(c)は、同図(a)の線分111で示した線に沿った断面構造図である。また、同図(a)と(b)は「離れた」状態を、同図(c)は「近接した」状態を示している。同図(a)において、突起110は、電極構造要素(駆動電極)32に配置されたストッパとしての突起である。同図(b)に示すように、突起110の大きさは、前記した「指定された第2の距離」(距離d2)と等しく設定されている。このため、図示していない静電アクチュエータなどにより電極構造要素32が同図(a)の上方向に移動すると、電極構造要素32と振動ビーム81間の距離は、移動前は前記「指定された第1の距離」(距離d1)であり、移動後は前記「指定された第2の距離」(距離d2)となる。当該突起110は振動ビーム81の一部と接触することになるが、その接触は「点接触」であるので、当該振動ビームの振動には影響を及ぼさない。なお、突起110の形状は、半径が距離d2、高さは電極構造要素32の厚さ(デバイス層の厚さ)であるような半円柱形状として表示されているが、これに限らない。例えば、突起110の高さが電極構造要素32の厚さよりも小さく、当該電極構造要素32の厚さ方向の一部に配置されていても良い。また、実施例6で示したように、電極構造要素(駆動電極)32と振動ビーム81の間には、直流バイアス87が重畳された高周波信号88が印加されているので、同図(c)に示した状態であっても、電極構造要素32と振動ビーム81とが電気的に絶縁されていることが必要である。かかる電気絶縁性を確保するための一手法としては、当該突起110を絶縁材で構成したり、当該突起110の表面を絶縁層で被覆することが挙げられる。さらに、当該突起110の数は2個に限らず、1個以上であれば良い。
<Stopper configuration-1>
FIG. 11 shows an eighth embodiment of the present invention applied to a MEMS resonator. The electrode structural element 32 (for example, the drive electrode) and the vibration structural element (for example, the vibration beam 81) created via the “designated first distance” (in the “separated” state) are replaced with an electrostatic actuator or the like One mechanism for moving to a “designated second distance” (in the “close” state) by the mechanism and stopping at the second distance is to use a stopper. In the first embodiment, it is described as the protrusion 22. FIG. 7A shows the main elements of the MEMS resonator 80 shown in FIG. 7, and the same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same components. FIGS. 7B and 7C are cross-sectional structural views taken along the line indicated by the line segment 111 in FIG. Also, FIGS. 9A and 9B show a “separated” state, and FIG. 9C shows a “close” state. In FIG. 2A, a protrusion 110 is a protrusion serving as a stopper disposed on the electrode structural element (drive electrode) 32. As shown in FIG. 5B, the size of the protrusion 110 is set equal to the “designated second distance” (distance d2). For this reason, when the electrode structural element 32 is moved in the upward direction (a) by an electrostatic actuator (not shown), the distance between the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 is “specified” before the movement. This is the “first distance” (distance d1), and after the movement, becomes the “designated second distance” (distance d2). The protrusion 110 comes into contact with a part of the vibration beam 81, but since the contact is “point contact”, the vibration of the vibration beam is not affected. In addition, although the shape of the protrusion 110 is displayed as a semi-cylindrical shape in which the radius is the distance d2 and the height is the thickness of the electrode structural element 32 (the thickness of the device layer), the shape is not limited thereto. For example, the height of the protrusion 110 may be smaller than the thickness of the electrode structure element 32, and the protrusion 110 may be disposed at a part in the thickness direction of the electrode structure element 32. Further, as shown in the sixth embodiment, since a high frequency signal 88 on which a DC bias 87 is superimposed is applied between the electrode structural element (drive electrode) 32 and the vibration beam 81, FIG. Even in the state shown in FIG. 2, it is necessary that the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 are electrically insulated. As a method for ensuring such electrical insulation, the protrusion 110 may be made of an insulating material, or the surface of the protrusion 110 may be covered with an insulating layer. Furthermore, the number of the protrusions 110 is not limited to two, but may be one or more.

なお、図11に例示した構成では、振動ビーム81の長さが見かけ上変化することがある。例えば、振動ビーム81に対して突起110を押しつける力が強い場合には、振動ビーム81の長さが短くなり、共振周波数が高くなる。かかる場合には、振動ビーム81の実効的な長さ(線分111間の距離、図中のLで示す)が所望の長さとなるように、振動ビーム81全体の長さ(振動ビームを支える基台部82、83間の距離)を大きく設定することで、当該突起110の接触の影響を避けることが可能となる。   In the configuration illustrated in FIG. 11, the length of the vibration beam 81 may change apparently. For example, when the force pressing the projection 110 against the vibration beam 81 is strong, the length of the vibration beam 81 is shortened and the resonance frequency is increased. In such a case, the entire length of the oscillating beam 81 (supports the oscillating beam) so that the effective length of the oscillating beam 81 (distance between the line segments 111, indicated by L in the figure) becomes a desired length. By setting a large distance between the base portions 82 and 83, it is possible to avoid the influence of the contact of the protrusion 110.

<ストッパの構成−2>
図12は図7に示したMEMS共振器80に適用した実施例9であり、ストッパとしての突起120の構成を示している。同図において、図11と同一番号は同一構成要素を示している。同図(b)と(c)は、同図(a)の線分121に沿った断面構造図である。また、同図(a)と(b)は「離れた」状態を、同図(c)は「近接した」状態を示している。同図(a)において、突起120は、振動ビーム81(振動構造要素でもある)に配置されたストッパとしての突起である。同図(b)に示すように、突起120の大きさは、前記した「指定された第2の距離」(距離d2)と等しく設定されている。このため、図示していない静電アクチュエータなどにより電極構造要素32が図面の上方向に移動すると、振動ビーム81と電極構造要素32間の距離は、移動前は前記「指定された第1の距離」(距離d1)であり、移動後は前記「指定された第2の距離」(距離d2)となる。当該突起120は電極構造要素32(駆動電極でもある)の一部と接触することになるが、その接触は「点接触」であるので、当該振動ビーム81の振動には影響を及ぼさない。なお、突起120の形状は、半径が距離d2、高さは振動ビーム81の厚さ(デバイス層の厚さ)であるような半円柱形状として表示されているが、これに限らない。例えば、突起120の高さが振動ビーム81の厚さよりも小さく、当該振動ビーム81の厚さ方向の一部に配置されていても良い。また、実施例6(図7)で示したように、振動ビーム81と電極構造要素32(駆動電極)の間には、直流バイアス87が重畳された高周波信号88が印加されているので、同図(c)に示した状態であっても、振動ビーム81と電極構造要素32とが電気的に絶縁されていることが必要である。かかる電気絶縁性を確保するための一手法としては、当該突起120を絶縁材で構成したり、当該突起120の表面を絶縁層で被覆することが挙げられる。
<Stopper configuration-2>
FIG. 12 shows a ninth embodiment applied to the MEMS resonator 80 shown in FIG. 7 and shows the structure of the protrusion 120 as a stopper. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 11 denote the same components. FIGS. 2B and 2C are cross-sectional structural views taken along the line segment 121 in FIG. Also, FIGS. 9A and 9B show a “separated” state, and FIG. 9C shows a “close” state. In FIG. 4A, a protrusion 120 is a protrusion as a stopper disposed on the vibration beam 81 (which is also a vibration structural element). As shown in FIG. 5B, the size of the protrusion 120 is set equal to the “designated second distance” (distance d2). Therefore, when the electrode structural element 32 is moved upward in the drawing by an electrostatic actuator or the like (not shown), the distance between the vibration beam 81 and the electrode structural element 32 is the “designated first distance” before the movement. (Distance d1), and after the movement, the “designated second distance” (distance d2). The protrusion 120 comes into contact with a part of the electrode structural element 32 (which is also a drive electrode), but since the contact is “point contact”, the vibration of the vibration beam 81 is not affected. The shape of the protrusion 120 is displayed as a semi-cylindrical shape in which the radius is the distance d2 and the height is the thickness of the vibration beam 81 (the thickness of the device layer), but is not limited thereto. For example, the height of the protrusion 120 may be smaller than the thickness of the vibration beam 81 and may be disposed at a part in the thickness direction of the vibration beam 81. Further, as shown in the sixth embodiment (FIG. 7), a high frequency signal 88 on which a DC bias 87 is superimposed is applied between the vibration beam 81 and the electrode structure element 32 (drive electrode). Even in the state shown in FIG. 3C, it is necessary that the vibration beam 81 and the electrode structural element 32 are electrically insulated. As a method for ensuring such electrical insulation, the protrusion 120 may be made of an insulating material, or the surface of the protrusion 120 may be covered with an insulating layer.

<ストッパの構成−3>
図13はMEMS共振器に適用した本発明の実施例10であり、ストッパとしての突起135の構成とその作成方法を示している。本実施例では、当該突起135がスライダ35側に配置されている場合(実施例8)に対応して記載されているが、当該突起135の配置位置はこの限りではない。同図(a)において、突起母体130は、シリコンなどを素材とし、スライダ35に連結した電極構造要素32の端部に配置され、先端部131が尖った突起母体であり、平面図として示されている。当該突起母体130の厚さは電極構造要素32の厚さと等しいが、必ずしもこの限りではない。同図(b)は、同図(a)に示した構造体の表面を酸化した図である。酸化プロセスにより、当該突起母体の上面と側壁面とは、均等な厚さを有する酸化シリコン層132に変化する。しかし、先端部131では、幅が細くなっているため、酸化シリコン層132への変化が早く、その結果、先端部近傍では、酸化せず残存した突起母体は丸く(先端部133で示す)なる。同図(c)は同図(b)に示した構造体の酸化シリコン層をエッチング除去した後の当該突起母体の形状である。かかる形状では、当該突起母体130の表面にシリコン層(デバイス層)が露出している。当該突起母体130の表面に電気絶縁性を付与する場合には、酸化プロセスで、酸化シリコン層134を形成することにより同図(d)に示したような形状にすることができる。同図(d)は作成された突起135であり、その大きさが図中にd2として表示されている。
<Stopper configuration-3>
FIG. 13 shows a tenth embodiment of the present invention applied to a MEMS resonator, and shows a configuration of a protrusion 135 as a stopper and a method for producing the same. In this embodiment, it is described corresponding to the case where the projection 135 is arranged on the slider 35 side (Embodiment 8), but the arrangement position of the projection 135 is not limited to this. In FIG. 2A, a protrusion base 130 is a protrusion base made of silicon or the like and disposed at the end of the electrode structure element 32 connected to the slider 35, and has a sharp tip 131, and is shown as a plan view. ing. The thickness of the projection base 130 is equal to the thickness of the electrode structural element 32, but is not necessarily limited thereto. FIG. 4B is a diagram in which the surface of the structure shown in FIG. By the oxidation process, the upper surface and the side wall surface of the protrusion matrix are changed to a silicon oxide layer 132 having an equal thickness. However, since the tip 131 has a small width, the change to the silicon oxide layer 132 is quick, and as a result, the protrusion matrix remaining without being oxidized becomes round (indicated by the tip 133) in the vicinity of the tip. . FIG. 4C shows the shape of the protrusion matrix after the silicon oxide layer of the structure shown in FIG. In such a shape, a silicon layer (device layer) is exposed on the surface of the protrusion base 130. In the case where electrical insulation is imparted to the surface of the protrusion base 130, the silicon oxide layer 134 can be formed by an oxidation process so that the shape shown in FIG. FIG. 4D shows the created projection 135 whose size is indicated as d2.

なお、ストッパとしての突起135の大きさは、(1)突起母体130の大きさと形状、(2)酸化プロセスの条件(処理温度、雰囲気、時間)、(3)酸化プロセスと形成された酸化シリコン層132のエッチング除去の繰り返し回数などを適宜設定することにより、最終的に突起135の大きさが「指定された第2の距離」と等しい値(距離d2)になるようにされる。すなわち、同図(b)と(c)で示された「酸化シリコンへの変化」と「酸化シリコンのエッチング除去」を複数回繰り返して、所望の距離d2を得ることもある。   In addition, the size of the protrusion 135 as a stopper includes (1) the size and shape of the protrusion base 130, (2) conditions of the oxidation process (treatment temperature, atmosphere, time), and (3) silicon oxide formed by the oxidation process. By appropriately setting the number of repetitions of etching removal of the layer 132, the size of the protrusion 135 is finally made equal to the “designated second distance” (distance d2). That is, the “distance to silicon oxide” and “etching removal of silicon oxide” shown in FIGS. 2B and 2C may be repeated a plurality of times to obtain a desired distance d2.

<ストッパの構成−4>
図14は図7に示したMEMS共振器80に適用した本発明の実施例11であり、ストッパとしての突起140の他の構成を示している。同図において、図12と同一番号は同一構成要素を示している。なお、説明の便宜上、同図では電極構造要素32と振動ビーム81とが「離れた」状態であるかのように示されている。同図において、突起140は電極構造要素(駆動電極)32に設けられた突起である。同図(a)は振動ビーム81が1次の共振モードで振動している場合であり、その振動の「節」の領域に当該突起が接触するように配置されている。一方、同図(b)は振動ビーム81が3次の共振モードで振動している場合であり、その振動の「節」の領域に当該突起が接触するように配置されている。いずれの場合においても、「節」の領域では振動の振幅は小さい(理論的にはゼロであり、あたかも「節」が固定されているかのように見える)ので、当該突起が接触しても振動ビームの動作に影響を与えることはない。MEMS共振器では、いずれの次数の共振モードを利用するかはシステム要件として設定されているため、その次数に相当する「節」の領域に当該突起を接触させることが可能である。すなわち、当該突起140の数は2個とは限らないことになる。
<Stopper configuration-4>
14 shows an eleventh embodiment of the present invention applied to the MEMS resonator 80 shown in FIG. 7, and shows another configuration of the protrusion 140 as a stopper. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 12 denote the same components. For convenience of explanation, the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 are shown in a “separated” state in FIG. In the figure, a protrusion 140 is a protrusion provided on the electrode structural element (drive electrode) 32. FIG. 6A shows the case where the vibration beam 81 vibrates in the first-order resonance mode, and the protrusion is arranged so as to contact the “node” region of the vibration. On the other hand, FIG. 5B shows a case where the vibration beam 81 vibrates in the third-order resonance mode, and the protrusion is arranged so as to contact the “node” region of the vibration. In any case, the amplitude of vibration is small in the “node” region (theoretically it is zero, and it looks as if the “node” is fixed). It does not affect the operation of the beam. In the MEMS resonator, the order of the resonance mode to be used is set as a system requirement. Therefore, the protrusion can be brought into contact with a region of “node” corresponding to the order. That is, the number of the protrusions 140 is not limited to two.

<ストッパの構成−5>
図15は図7に示したMEMS共振器80に適用した本発明の実施例12であり、ストッパとしての突起151の他の構成を示している。図において、図7と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)は、電極構造要素32と振動ビーム81とが「離れて」いる状態に対応している。図において、スライダ150は電極構造要素32と連結したスライダで、突起151が端部に設けられている。ストッパ受け152は突起151が接触して当該スライダ150の移動を停止させるものであり、基台部82、83と同様な構造を有している。同図(a)の線分153、154で示した一点鎖線に沿った構造断面図が、それぞれ、同図(b)と(c)、同図(d)と(e)に示されている。同図(b)と(d)は電極構造要素32と振動ビーム81間の距離が前記「指定された第1の距離」の場合であり、同図(c)と(e)は電極構造要素32と振動ビーム81間の距離が前記「指定された第2の距離」の場合である。図示されていない静電アクチュエータなどの機構により、スライダ150は移動するが、その移動は当該突起151が当該「ストッパ受け」152と接触すると停止する。ここで、当該突起151の大きさを前記「指定された第2の距離」(距離d2)に設定しておくことにより、前記電極構造要素32と振動ビーム81との間の距離は距離d2と等しくなる(図15(b)から(e)に示す)。
<Stopper configuration-5>
FIG. 15 is a twelfth embodiment of the present invention applied to the MEMS resonator 80 shown in FIG. 7, and shows another configuration of the protrusion 151 as a stopper. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same components. FIG. 6A corresponds to a state where the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 are “separated”. In the figure, a slider 150 is a slider connected to the electrode structural element 32, and a protrusion 151 is provided at an end portion. The stopper receiver 152 contacts the projection 151 to stop the movement of the slider 150 and has the same structure as the base parts 82 and 83. Structural cross-sectional views along the alternate long and short dash line shown by the line segments 153 and 154 in FIG. 10A are shown in FIG. 10B and FIG. 10D, respectively. . FIGS. 4B and 4D show the case where the distance between the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 is the “designated first distance”, and FIGS. 3C and 3E show the electrode structural element. This is a case where the distance between the vibration beam 81 and the vibration beam 81 is the “designated second distance”. The slider 150 is moved by a mechanism such as an electrostatic actuator (not shown), but the movement stops when the protrusion 151 comes into contact with the “stopper receiver” 152. Here, by setting the size of the protrusion 151 to the “designated second distance” (distance d2), the distance between the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 is the distance d2. Are equal (shown in FIGS. 15B to 15E).

本実施例においては、当該突起151が振動ビーム81に接触することがないため、当該振動ビーム81の振動を阻害する可能性はないという特徴がある。なお、厳密に記すならば、「近接した」状態での電極構造要素32と振動ビーム81の間の距離は、当該突起151の大きさd2とは一致しない。該距離と距離d2との差異は、当該MEMS共振器の作成に使用する半導体プロセスのパターン精度に依存している。しかしながら、近年の半導体プロセスでは、パターニング精度が改良されており、0.1マイクロメータ以下の精度が確保されているので、かかる不一致は大きな問題とはならない。もし、さらに一致の精度を向上させる場合には、半導体プロセスでのパターニング精度を考慮したパターン設計や、突起151の製造方法(例えば実施例10)などにより、精度の一層の向上が可能である。   In the present embodiment, since the projection 151 does not contact the vibration beam 81, there is a feature that there is no possibility of inhibiting the vibration of the vibration beam 81. Strictly speaking, the distance between the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 in the “close” state does not coincide with the size d2 of the protrusion 151. The difference between the distance and the distance d2 depends on the pattern accuracy of the semiconductor process used to create the MEMS resonator. However, in recent semiconductor processes, the patterning accuracy is improved, and an accuracy of 0.1 micrometer or less is ensured. Therefore, such inconsistency is not a big problem. If the matching accuracy is further improved, the accuracy can be further improved by pattern design considering the patterning accuracy in the semiconductor process, the manufacturing method of the protrusion 151 (for example, Example 10), or the like.

また、前記突起110、120、135、140、151の配置領域については、前記電極構造要素32、前記振動ビーム81、あるいは、前記スライダ35といった構成要素の領域に限ることがなく、これらの構成要素を組み合わせた複数の領域に配置されていても良い。さらに、当該突起110、120、135、140、151の形状についても、半円柱状とは限らない。   Further, the arrangement region of the protrusions 110, 120, 135, 140, 151 is not limited to the region of the constituent elements such as the electrode structural element 32, the vibration beam 81, or the slider 35, and these constituent elements. They may be arranged in a plurality of regions that are combined. Furthermore, the shape of the projections 110, 120, 135, 140, 151 is not necessarily a semi-cylindrical shape.

<MEMS共振器の構成−2>
図16はMEMS共振器に適用した本発明の実施例13であり、図7と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)はMEMS共振器の平面構造図である。同図(b)と(c)は線分245で示した部分の断面構造図を、同図(d)と(e)は線分246で示した部分での断面構造図をそれぞれ示している。また、同図(b)と(d)は電極構造要素32と振動ビーム81との間の距離が距離d1である場合、同図(c)と(e)は電極構造要素32と振動ビーム81との間の距離が距離d2である場合がそれぞれ示されている。同図(a)において、電極構造要素32と連結したスライダ240は、ビーム241を介して基台部242に接続されている。スライダ240(電極構造要素32を含む)とビーム241は浮上しており、同図(a)の上下方向(紙面上での上下方向)に移動可能な構造となっている。スライダ240を支えるビーム241の形状は、3本の線状で例示されているが、当該形状はこれに限らない。電極243は固定されている電極であり、距離d3離れて、スライダ240と対向して配置されている。当該電極243とスライダ240は、直流電圧247が印加されている。なお、直流電圧247は片側の電極243にのみ印加されている図が示されているが、スライダ240の両側に配置された2つの電極243に同時に印加されていることが好ましい。当該直流電圧247が0ボルトである時には、スライダ240と電極243との間の距離は距離d3であり(同図(d))、振動ビーム81と電極構造要素32との間の距離は距離d1である(同図(b))。一方、当該直流電圧247が数ボルト以上の電圧を発生する場合には、スライダ240は電極243側に吸引され、スライダ240と電極243は「接触」し(同図(e))、振動ビーム81と電極構造要素32との間の距離は(距離d1−距離d3)となる。同図(c)に示すように、距離d1と距離d3との距離の差が「指定された第2の距離」(すなわち距離d2)となる。換言するならば、距離d3の大きさを「指定された第1の距離」と「指定された第2の距離」との差に等しくなるように設計する。なお、同図(e)の境界領域250は、前記「接触」状態での、スライダ240と電極243との境界領域を示している。かかる領域には絶縁体が存在して、スライダ240と電極243との接触による大電流が前記直流電圧247に流れないようになっている。かかる状況は、スライダ240あるいは電極243の対向する側面が共に、酸化膜などで被覆することにより容易に実現される。本段落に記載した実施例では、図7の示した実施例とは異なり櫛型電極(例えば櫛型電極38)を必要としていない。直流電圧247が、スライダ240と電極243に静電界を発生させ、当該静電界がスライダ240を振動ビーム81側へ引き寄せることで、前記「指定された第2の距離」を実現している。なお、かかる静電界による吸引力は距離d3に依存するので、当該距離d3を可能な限り小さく設計することにより、当該直流電圧247の値を小さくすることが可能である。さらに、同図(a)において、振動ビーム81と電極構造要素32との間には、直流バイアス249が重畳された高周波信号248が印加されている。すなわち、高周波信号248が振動ビーム81を振動させ、MEMS共振器が実現されている。
<Configuration of MEMS resonator-2>
FIG. 16 shows a thirteenth embodiment of the present invention applied to a MEMS resonator. The same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same components. FIG. 2A is a plan structural view of a MEMS resonator. FIGS. 7B and 7C are sectional structural views of a portion indicated by a line segment 245, and FIGS. 8D and 9E are sectional structural views of a portion indicated by a line segment 246, respectively. . FIGS. 7B and 7D show the case where the distance between the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 is the distance d1, and FIGS. 5C and 5E show the electrode structural element 32 and the vibration beam 81. The case where the distance between the two is the distance d2 is shown. In FIG. 5A, the slider 240 connected to the electrode structural element 32 is connected to the base portion 242 via a beam 241. The slider 240 (including the electrode structure element 32) and the beam 241 are levitated and have a structure that can move in the vertical direction (vertical direction on the paper surface) in FIG. The shape of the beam 241 that supports the slider 240 is exemplified by three lines, but the shape is not limited to this. The electrode 243 is a fixed electrode and is disposed facing the slider 240 at a distance d3. A DC voltage 247 is applied to the electrode 243 and the slider 240. Note that the DC voltage 247 is applied only to the electrode 243 on one side, but it is preferable that the DC voltage 247 is applied to the two electrodes 243 disposed on both sides of the slider 240 at the same time. When the DC voltage 247 is 0 volt, the distance between the slider 240 and the electrode 243 is the distance d3 ((d) in the figure), and the distance between the vibration beam 81 and the electrode structural element 32 is the distance d1. ((B) in the figure). On the other hand, when the DC voltage 247 generates a voltage of several volts or more, the slider 240 is attracted to the electrode 243 side, and the slider 240 and the electrode 243 are “contacted” ((e) in the same figure), and the vibrating beam 81 And the electrode structural element 32 is (distance d1−distance d3). As shown in FIG. 5C, the difference between the distances d1 and d3 is the “designated second distance” (that is, the distance d2). In other words, the size of the distance d3 is designed to be equal to the difference between the “designated first distance” and the “designated second distance”. Note that a boundary region 250 in FIG. 4E indicates a boundary region between the slider 240 and the electrode 243 in the “contact” state. An insulator is present in such a region so that a large current due to contact between the slider 240 and the electrode 243 does not flow to the DC voltage 247. Such a situation is easily realized by covering both the opposing sides of the slider 240 or the electrode 243 with an oxide film or the like. Unlike the embodiment shown in FIG. 7, the embodiment described in this paragraph does not require a comb-shaped electrode (for example, the comb-shaped electrode 38). The DC voltage 247 generates an electrostatic field on the slider 240 and the electrode 243, and the electrostatic field attracts the slider 240 toward the vibration beam 81, thereby realizing the “designated second distance”. Since the attractive force due to the electrostatic field depends on the distance d3, the value of the DC voltage 247 can be reduced by designing the distance d3 as small as possible. Further, in FIG. 6A, a high frequency signal 248 on which a DC bias 249 is superimposed is applied between the vibration beam 81 and the electrode structural element 32. That is, the high frequency signal 248 vibrates the vibration beam 81, and the MEMS resonator is realized.

図16(a)の実施例では、前記した「ストッパ」の機能を、当該「接触」により実現している。かかる「ストッパ」の構成法は、図15に示した実施例12と類似している。しかしながら、スライダ240を移動させるための電極243が、前記したストッパ受け(図15のストッパ受け152)を兼ねていることが異なっている。また、スライダ240が電極243に対向する側面に突起(図15の突起151に相当)を設けても良い。さらに、当該突起を、電極243に対向するスライダ240側面に設けても良い。   In the embodiment of FIG. 16A, the above-described “stopper” function is realized by the “contact”. The construction method of such a “stopper” is similar to the twelfth embodiment shown in FIG. However, the difference is that the electrode 243 for moving the slider 240 also serves as the stopper receiver (stopper receiver 152 in FIG. 15). Further, the slider 240 may be provided with a protrusion (corresponding to the protrusion 151 in FIG. 15) on the side surface facing the electrode 243. Further, the protrusion may be provided on the side surface of the slider 240 facing the electrode 243.

<MEMS共振器の構成−3>
図17はMEMS共振器に適用した本発明の実施例14であり、図16と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)はMEMS共振器の平面構造図である。同図(b)と(c)は線分245で示した部分の断面構造図を、同図(d)と(e)は線分246で示した部分での断面構造図をそれぞれ示している。また、同図(b)と(d)は電極構造要素32と振動ビーム81との間の距離が距離d1である場合、同図(c)と(e)は電極構造要素32と振動ビーム81との間の距離が距離d2である場合がそれぞれ示されている。本実施例では、直流電圧256が、同図に示した直流電圧247と直流バイアス249を兼ねていることが特徴である。すなわち、直流電圧256は、スライダ240と電極243との間に吸引力を誘起すると同時に、振動ビーム81を駆動する高周波信号255に重畳される直流バイアスになっている。かかる構成によれば、MEMS共振器の駆動が簡便となる利点が発生する。
<Configuration of MEMS resonator-3>
FIG. 17 shows a fourteenth embodiment of the present invention applied to a MEMS resonator. The same reference numerals as those in FIG. 16 denote the same components. FIG. 2A is a plan structural view of a MEMS resonator. FIGS. 7B and 7C are sectional structural views of a portion indicated by a line segment 245, and FIGS. 8D and 9E are sectional structural views of a portion indicated by a line segment 246, respectively. . FIGS. 7B and 7D show the case where the distance between the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 is the distance d1, and FIGS. 5C and 5E show the electrode structural element 32 and the vibration beam 81. The case where the distance between the two is the distance d2 is shown. This embodiment is characterized in that the DC voltage 256 serves as both the DC voltage 247 and the DC bias 249 shown in FIG. That is, the DC voltage 256 is a DC bias that is superimposed on the high-frequency signal 255 that drives the vibration beam 81 at the same time that an attractive force is induced between the slider 240 and the electrode 243. According to such a configuration, there is an advantage that the driving of the MEMS resonator is simplified.

<MEMS共振器の構成−4>
図18はMEMS共振器に適用した本発明の実施例15であり、MEMS共振器の主要部分が示されている。また、図16と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)はMEMS共振器の平面構造図である。電極構造要素32と連結したスライダ260は、ビーム241を介して基台部242に接続されている。スライダ260(電極構造要素32を含む)とビーム241は浮上しており、同図(a)の上下方向(紙面上での上下方向)に移動可能な構造となっている。スライダ260を支えるビーム241の形状は、3本の線状で例示されているが、当該形状はこれに限らない。電極243は固定されている電極であり、スライダ260と対向して配置されている。この領域261を拡大した図が同図(b)である。当該領域に含まれるスライダ260には凹部263が設けられ、対向する電極243には凸部262が設けられている。当該凹部263と凸部262の形状は相補的であり、両者が近接して接触した場合には、「密着」する(同図(c)に示すような状態)ようになっている。同図(a)には明示していないが、外部から供給された直流電圧(図16の直流電圧247に相当)が誘起する吸引力により、スライダ260は電極243および振動ビーム81に向かって移動する。当該移動は、凹部263が凸部262に接触するまで続き、当該接触が発生した時点で、移動は停止する。本実施例では、スライダ260の左右両端に凹部が設けられ、1組みの電極243に凸部が配置されているので、前記移動が左右(図面上)にぶれても、最終的なスライダ260の位置は幾何学的に一定となる利点がある。すなわち、電極構造要素32と振動ビーム81との相互位置関係が一義的に定まる利点がある。
<Configuration of MEMS resonator-4>
FIG. 18 shows a fifteenth embodiment of the present invention applied to a MEMS resonator, in which the main part of the MEMS resonator is shown. Also, the same numbers as those in FIG. 16 indicate the same components. FIG. 2A is a plan structural view of a MEMS resonator. The slider 260 connected to the electrode structural element 32 is connected to the base portion 242 via the beam 241. The slider 260 (including the electrode structural element 32) and the beam 241 are levitated, and are configured to be movable in the vertical direction (vertical direction on the paper surface) in FIG. The shape of the beam 241 that supports the slider 260 is exemplified by three lines, but the shape is not limited to this. The electrode 243 is a fixed electrode and is disposed to face the slider 260. The figure which expanded this area | region 261 is the same figure (b). The slider 260 included in the region is provided with a concave portion 263, and the opposing electrode 243 is provided with a convex portion 262. The shapes of the concave portion 263 and the convex portion 262 are complementary, and when both come into close contact with each other, they are in “close contact” (as shown in FIG. 5C). Although not explicitly shown in FIG. 6A, the slider 260 moves toward the electrode 243 and the vibration beam 81 by an attractive force induced by a DC voltage supplied from the outside (corresponding to the DC voltage 247 in FIG. 16). To do. The movement continues until the concave portion 263 contacts the convex portion 262, and the movement stops when the contact occurs. In this embodiment, the left and right ends of the slider 260 are provided with recesses, and the projections are disposed on one set of electrodes 243. Therefore, even if the movement is shifted left and right (on the drawing), the final slider 260 The position has the advantage of being geometrically constant. That is, there is an advantage that the mutual positional relationship between the electrode structural element 32 and the vibration beam 81 is uniquely determined.

図18(b)はスライダ260が移動する前の前記凸部263と凹部262の位置関係を示している。同図(c)はスライダ260が移動した後の前記凸部263と凹部262の位置関係を示している。同図(b)において、前記凹部262がなす角度を2θ、前記凹部262と凸部263との間の距離(前記移動方向に沿った長さ)を距離d3、前記凹部263と凸部262との間の距離(最短距離)を距離d4とすると、
d4=d3×sinθ
の関係が成立している。すなわち、スライダ260が振動ビーム81に向かって移動する距離は距離d3となるので、前記した「指定された第2の距離(距離d2)」は
d2=d1−d4/sinθ
で決定される。すなわち、距離d1、距離d4、θを、上記関係を満たすように設定することが設計要因となる。なお、上式では、距離d3の代替として距離d4を採用しているが、これは製造のための露光マスクを設計する際、および製造プロセスの際に、「パターン間の間隙」がより重要になるからである。
FIG. 18B shows the positional relationship between the convex portion 263 and the concave portion 262 before the slider 260 moves. FIG. 5C shows the positional relationship between the convex portion 263 and the concave portion 262 after the slider 260 has moved. In FIG. 5B, the angle formed by the concave portion 262 is 2θ, the distance between the concave portion 262 and the convex portion 263 (the length along the moving direction) is the distance d3, and the concave portion 263 and the convex portion 262 are If the distance between (the shortest distance) is the distance d4,
d4 = d3 × sin θ
The relationship is established. That is, since the distance that the slider 260 moves toward the vibration beam 81 is the distance d3, the aforementioned “designated second distance (distance d2)” is
d2 = d1-d4 / sin θ
Determined by That is, the design factor is to set the distance d1, the distance d4, and θ so as to satisfy the above relationship. In the above equation, the distance d4 is adopted as an alternative to the distance d3. In this case, the “gap between patterns” becomes more important when designing an exposure mask for manufacturing and during the manufacturing process. Because it becomes.

<電極構造要素と振動ビームが対向する面積>
図19はMEMS共振器160に適用した本発明の実施例16であり、前記した電気機械結合係数を増大させるため、電極構造要素162(駆動電極)と振動ビーム163とが対向する領域の面積を大きくしていることに特徴がある。同図において、図7と同一番号は同一構成要素を示している。本実施例においては、スライダ161の移動が静電アクチュエータで行われる場合が示されているが、前記したような各種の駆動手段で移動させても構わない。同図(a)と(c)はMEMS共振器160の平面構造を示している。また、同図(a)と(c)の線分164、165とで示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図(b)と(d)に示す。同図(a)において、MEMS共振器160は、スライダ161に「連結」された電極構造要素162(駆動電極)と、振動体(本実施例では「振動ビーム163」である)と、該振動ビーム163の両端を固定する基台部82、83とで構成されている。同図(a)と(b)に示すように、電極構造要素162と振動ビーム163とは「離れた」状態(図中においてd1で表記した「指定された第1の距離」である)で作成されている。また、電極構造要素162と振動ビーム163は、静電アクチュエータなどの駆動により、同図(c)と(d)に示すように、「近接した」状態(図中においてd2で表記した「指定された第2の距離」である)に設定される。同図(c)では、静電アクチュエータへ印加される直流電圧と、電極構造要素162と振動ビーム163との間に供給される直流バイアスが重畳された高周波信号が併せて記載されている。
<Area where electrode structural element and vibration beam face each other>
FIG. 19 shows a sixteenth embodiment of the present invention applied to the MEMS resonator 160. In order to increase the electromechanical coupling coefficient, the area of the region where the electrode structural element 162 (drive electrode) and the vibration beam 163 face each other is shown. It is characterized by being large. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same components. In this embodiment, the case where the slider 161 is moved by the electrostatic actuator is shown, but it may be moved by various driving means as described above. FIGS. 4A and 4C show a planar structure of the MEMS resonator 160. FIG. Moreover, the cross-section figure of the part shown by the line segments 164 and 165 of the figure (a) and (c) is shown to the figure (b) and (d), respectively. In FIG. 9A, the MEMS resonator 160 includes an electrode structural element 162 (drive electrode) “connected” to the slider 161, a vibrating body (in this embodiment, “vibrating beam 163”), and the vibration. It is comprised by the base parts 82 and 83 which fix the both ends of the beam 163. FIG. As shown in FIGS. 9A and 9B, the electrode structural element 162 and the vibration beam 163 are in a “separated” state (“designated first distance” denoted by d1 in the figure). Has been created. Further, the electrode structural element 162 and the vibration beam 163 are driven by an electrostatic actuator or the like, as shown in (c) and (d) of FIG. 2nd distance ”). FIG. 3C also shows a high-frequency signal in which a DC voltage applied to the electrostatic actuator and a DC bias supplied between the electrode structure element 162 and the vibration beam 163 are superimposed.

実施例16では、同図(b)と(d)に示すように、当該MEMS共振器160の基台領域などは厚さがt0であるが、当該電極構造要素162と振動ビーム163の厚さは、デバイス層の厚さよりも大きく、かつ、t0よりも小さいt1となっている。前記した実施例6(図7)とは異なり、電極構造要素162と振動ビーム163には、SOI基板の基板層の一部が、特定の領域として、除去されずに残されている(同図では、それぞれ、基板層166と基板層167で示されている)。当該特定の領域である残された基板層166と電極構造要素162とは電気的に接続され、かつ、基台部の基板層168とは絶縁されている必要がある。同様に、当該特定の領域である基板層167とデバイス層163とは電気的に接続され、かつ、基台部の基板層168とは絶縁されている必要がある。かかる電気接続と絶縁について次の段落に記載する。   In Example 16, the base region of the MEMS resonator 160 has a thickness t0 as shown in FIGS. 5B and 5D, but the thicknesses of the electrode structural element 162 and the vibration beam 163 are the same. Is t1 which is larger than the thickness of the device layer and smaller than t0. Unlike Example 6 (FIG. 7) described above, a part of the substrate layer of the SOI substrate is left as a specific region in the electrode structural element 162 and the vibration beam 163 (FIG. 7). , Respectively, indicated by substrate layer 166 and substrate layer 167). The remaining substrate layer 166 and the electrode structure element 162 which are the specific regions need to be electrically connected and insulated from the substrate layer 168 of the base portion. Similarly, the substrate layer 167 and the device layer 163 which are the specific regions need to be electrically connected and insulated from the substrate layer 168 of the base portion. Such electrical connections and insulation are described in the next paragraph.

図20は実施例16の振動ビーム163、その基台部83、および電極構造要素162(駆動電極)の部分を拡大して、その構成を示す図である。同図において、図19と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)は平面図である。同図(a)の線分170、171の一点鎖線で示された部分の構造断面図が、それぞれ、同図(b)と(c)に示されている。同図(b)に示すように、基台部83には基板層を分離する溝172が設けられている。当該溝172により、振動ビーム163の領域にある基板層167と、基台部83の領域にある基板層174とは電気的に絶縁されている。また、振動ビーム163と基台部83を構成しているデバイス層175と当該基板層167とは、導電性のプラグ176により電気的に接続されている。当該プラグ176は、基台部83(一般的には、細い振動ビームよりも幅が広い)の領域にある前記デバイス層175に貫通穴を設け、当該貫通穴の内部に金属層などを埋め込むことにより形成される。さらに、同図(c)に示すように、電極構造要素162に対しても、導電性のプラグ177が設けられ、基板層166とデバイス層178とが電気接続されている。また、図示していないが、電極構造要素162は、これを支えるビーム領域(例えば図19でのビーム36)の基板層が全て除去されているので、基板層とは絶縁されている。   FIG. 20 is a diagram illustrating the configuration of the vibrating beam 163, the base portion 83, and the electrode structural element 162 (drive electrode) of Example 16 in an enlarged manner. In the figure, the same numbers as those in FIG. 19 indicate the same components. FIG. 2A is a plan view. Structural cross-sectional views of portions indicated by alternate long and short dash lines in line segments 170 and 171 in FIG. 10A are shown in FIGS. As shown in FIG. 4B, the base portion 83 is provided with a groove 172 for separating the substrate layer. By the groove 172, the substrate layer 167 in the region of the vibration beam 163 and the substrate layer 174 in the region of the base portion 83 are electrically insulated. Further, the device layer 175 constituting the vibration beam 163 and the base portion 83 and the substrate layer 167 are electrically connected by a conductive plug 176. The plug 176 has a through hole in the device layer 175 in the region of the base portion 83 (generally wider than a thin vibration beam), and embeds a metal layer or the like inside the through hole. It is formed by. Further, as shown in FIG. 5C, a conductive plug 177 is also provided for the electrode structure element 162, and the substrate layer 166 and the device layer 178 are electrically connected. Although not shown, the electrode structural element 162 is insulated from the substrate layer since the substrate layer in the beam region (for example, the beam 36 in FIG. 19) that supports the electrode structural element 162 is completely removed.

実施例16では、同図(b)と(c)に示すように、当該MEMS共振器160の前記基台領域などは厚さがt0であるが、当該電極構造要素162と振動体163の領域の厚さはt0よりも小さいt1となっている。前記した実施例6(図7)とは異なり、電極構造要素162と振動ビーム163には、SOI基板の基板層の一部が、前記特定の領域として、除去されずに残されている。この結果、電極構造要素162(基板層166も含めて)と振動ビーム163(基板層167も含めて)とが対向する面積が大きくなり、前記した電気機械結合係数を大きくすることができる。   In Example 16, although the thickness of the base region of the MEMS resonator 160 is t0 as shown in FIGS. 5B and 5C, the region of the electrode structural element 162 and the vibrating body 163 is the same. The thickness of t1 is smaller than t0. Unlike the above-described sixth embodiment (FIG. 7), a part of the substrate layer of the SOI substrate is left in the electrode structural element 162 and the vibration beam 163 as the specific region without being removed. As a result, the area where the electrode structural element 162 (including the substrate layer 166) and the vibration beam 163 (including the substrate layer 167) face each other is increased, and the electromechanical coupling coefficient can be increased.

<実施例16の製造プロセス>
図21は本発明の実施例17であり、実施例16に示したMEMS共振器160の製造プロセスを説明する図である。同図において、図10と同一番号は同一構成要素を示している。同図には、前記スライダ161を支えるビーム36の「付け根」部と、静電アクチュエータの浮上した櫛型電極と固定された櫛型電極38の一部(共に図中の丸印内に表示)に対して、各製造プロセスでの構造断面図が示されている。すなわち、同図(a−1)から(f−1)が前記「付け根」部分、同図(a−2)から(f−2)が櫛型電極の部分に対応している。同図において、基板層100、デバイス層101、酸化膜層102は、それぞれSIO基板を構成する要素である。ウェーハの直径にも依存するが、通常の厚さとして例示すると、基板層100は250マイクロメータ、デバイス層101は20マイクロメータ、酸化膜層102は1マイクロメータである。なお、図面では、SOI基板の当初の厚さがt0で表示されている。同図(a−1)では、当該基板の裏面(基板層100側)に第1のマスク層181が形成されてから、当該第1のマスク層181で被覆されていない領域の基板層100が全て除去される(同図(b−1))。次に、当該基板の裏面(基板層100側)に第2のマスク層182が形成されてから、当該第2のマスク層182で被覆されていない領域の基板層100の部分が除去され、前記した特定の領域の厚さが形成されるように加工される。この結果、SOI基板の裏面側は凹凸の形状となる(同図(d−2))。
<Manufacturing Process of Example 16>
FIG. 21 is a diagram for explaining a manufacturing process of the MEMS resonator 160 shown in the sixteenth embodiment, which is the seventeenth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 10 denote the same components. In the figure, the “base” portion of the beam 36 that supports the slider 161, the comb electrode floating on the electrostatic actuator, and a part of the fixed comb electrode 38 (both shown in circles in the figure). On the other hand, structural sectional views in each manufacturing process are shown. That is, (a-1) to (f-1) in the figure correspond to the "base" part, and (a-2) to (f-2) in the figure correspond to the part of the comb electrode. In the figure, a substrate layer 100, a device layer 101, and an oxide film layer 102 are elements constituting an SIO substrate. Although depending on the diameter of the wafer, as an example of a normal thickness, the substrate layer 100 is 250 micrometers, the device layer 101 is 20 micrometers, and the oxide film layer 102 is 1 micrometer. In the drawing, the initial thickness of the SOI substrate is indicated by t0. In FIG. 1A, after the first mask layer 181 is formed on the back surface (substrate layer 100 side) of the substrate, the substrate layer 100 in a region not covered with the first mask layer 181 is formed. All are removed ((b-1) in the figure). Next, after the second mask layer 182 is formed on the back surface (substrate layer 100 side) of the substrate, a portion of the substrate layer 100 in a region not covered with the second mask layer 182 is removed, It is processed so that the thickness of the specified region is formed. As a result, the back side of the SOI substrate has an uneven shape ((d-2) in the figure).

なお、同図(b−1)と(c−1)では、マスク層181、182が異なる要素であるかのように図示されているが、この限りではない。例えば、(1)第1のマスク層181を酸化シリコン薄膜で形成(基板層100側が全面当該酸化シリコン薄膜で覆わる)し、(2)同図(a−1)で作成された当該酸化シリコン薄膜のパターンを第1のマスク層181として基板層100をエッチング除去し(同図(b−1))、(3)残っている当該酸化シリコン薄膜に対して新たに作成されたパターンを第2のマスク層182として基板層100の部分的なエッチングを行う(同図(d−2))ことが挙げられる。すなわち、当該酸化シリコン薄膜を2回に分けてパターニングする手法である。   In FIGS. 2B-1 and 2C-1, the mask layers 181 and 182 are illustrated as if they are different elements, but this is not restrictive. For example, (1) the first mask layer 181 is formed with a silicon oxide thin film (the substrate layer 100 side is entirely covered with the silicon oxide thin film), and (2) the silicon oxide created in FIG. The substrate layer 100 is removed by etching using the thin film pattern as the first mask layer 181 ((b-1) in the figure), and (3) a second newly created pattern is formed on the remaining silicon oxide thin film. As the mask layer 182, partial etching of the substrate layer 100 is performed ((d-2) in the figure). That is, this is a method of patterning the silicon oxide thin film in two steps.

続いて、図21(e−1)と(e−2)に示すように、SOI基板の表面側(デバイス層101の表面)に第3のマスク層183が形成される。当該第3のマスク層183は、当該SOI基板の裏面に形成された凹凸形状に合わせてパターニングされている。この第3のマスク層183をマスクとして、SOI基板の表面側から、デバイス層101のシリコン、該デバイス層101直下の酸化膜層102、該酸化膜層102直下の基板層100のシリコンがRIEなど周知の手法でエッチング除去され、同図(f−1)と(f−2)に示す形状が得られる。同図において、領域186はスライダ161を支えるビームの領域、領域187は固定されている櫛型電極38の領域(その厚さは当初のt0である)、領域188は浮上している櫛型電極の領域(その厚さはt1で表示されている)である。   Subsequently, as shown in FIGS. 21E-1 and 21E-2, a third mask layer 183 is formed on the surface side of the SOI substrate (the surface of the device layer 101). The third mask layer 183 is patterned in accordance with the concavo-convex shape formed on the back surface of the SOI substrate. Using this third mask layer 183 as a mask, from the surface side of the SOI substrate, the silicon of the device layer 101, the oxide film layer 102 immediately below the device layer 101, and the silicon of the substrate layer 100 immediately below the oxide film layer 102 are RIE or the like. Etching is removed by a known method to obtain the shapes shown in FIGS. In the figure, a region 186 is a beam region that supports the slider 161, a region 187 is a region of the comb electrode 38 that is fixed (the thickness is initially t0), and a region 188 is a floating comb electrode. (The thickness is indicated by t1).

なお、図21には明示されていないが、振動体(振動ビーム163)、および、該振動ビーム163の両端を固定する基台部82、83も同様な製造プロセスで作成される。すなわち、振動ビーム163は同図(f−2)での領域188と同様に、また、基台部82、83は同図(f−2)での領域187と同様に作成される。その後に、図20に記載したように、デバイス層101と基板層100との電気接続のためのプラグ176、177が設けられる。   Although not explicitly shown in FIG. 21, the vibrating body (vibrating beam 163) and the base portions 82 and 83 for fixing both ends of the vibrating beam 163 are also produced by a similar manufacturing process. That is, the vibration beam 163 is formed in the same manner as the region 188 in FIG. 8F, and the base portions 82 and 83 are formed in the same manner as the region 187 in FIG. Thereafter, as described in FIG. 20, plugs 176 and 177 for electrical connection between the device layer 101 and the substrate layer 100 are provided.

かかる製造プロセスで作成されたMEMS共振器160(図19)では、電極構造要素162(駆動電極)の領域と振動ビーム163の領域の厚さがt1(一般的にはデバイス層101の厚さよりも大きい)になっている。すなわち、電極構造要素162(駆動電極)と振動ビーム163の対向面積は増大されており、前記した電気機械結合係数の増大を図ることができる。当該厚さ(t1)は、第2のマスク層182をマスクとして基板層100を部分的にエッチング除去するプロセスで決定される(図21(d−2))。電気機械結合係数の増大といった視点では、t1は限りなくt0(当初のSOI基板の厚さ)に近いことが望ましい。しかし、振動ビーム163や浮上している櫛型電極の機械的動きが、SOI基板面内だけではなく、SOI基板の厚さ方向にも動き、基台部37が搭載されている基礎母台(図示せず)と接触する場合がある。このため、例えば、大略10マイクロメータだけt0よりも小さく設定されることが望ましい。   In the MEMS resonator 160 (FIG. 19) created by such a manufacturing process, the thickness of the region of the electrode structural element 162 (drive electrode) and the region of the vibration beam 163 is larger than t1 (generally, the thickness of the device layer 101). Big). That is, the opposing area of the electrode structural element 162 (drive electrode) and the vibration beam 163 is increased, and the above-described electromechanical coupling coefficient can be increased. The thickness (t1) is determined by a process in which the substrate layer 100 is partially removed by etching using the second mask layer 182 as a mask (FIG. 21D-2). From the viewpoint of increasing the electromechanical coupling coefficient, it is desirable that t1 is as close to t0 (original SOI substrate thickness) as possible. However, the mechanical movement of the vibrating beam 163 and the floating comb-shaped electrode moves not only in the SOI substrate plane but also in the thickness direction of the SOI substrate, and the basic base (on which the base unit 37 is mounted ( (Not shown). For this reason, for example, it is desirable to set it approximately 10 micrometers smaller than t0.

なお、図21は製造プロセスを例示しているが、当該MEMS共振器160の製造プロセスはこれに限らない。例えば、基板層100の加工を、部分的なエッチング(同図(d−2))と同時に行い、さらに、残った基板層100を完全にエッチング除去するプロセスとしても良い。他にも、多くの変形があるが、一例として挙げるならば、マスク層形成時の目合わせ容易性やエッチング時のマスク耐性を考慮したプロセス、あるいは、特に前記第1のマスク層181と前記第2のマスク層182を2層構造にして当該マスク耐性を向上させたプロセスなどである。   21 illustrates a manufacturing process, the manufacturing process of the MEMS resonator 160 is not limited to this. For example, the processing of the substrate layer 100 may be performed simultaneously with partial etching (FIG. (D-2)), and the remaining substrate layer 100 may be completely removed by etching. There are many other modifications, but as an example, a process considering the ease of alignment at the time of forming the mask layer and the mask resistance at the time of etching, or particularly the first mask layer 181 and the first mask. For example, the mask resistance is improved by making the two mask layers 182 into a two-layer structure.

<MEMS共振器の構成−2>
図22は本発明の実施例18であり、MEMS共振器の他の構成を示している。同図において、図7と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)は振動ビーム192と第1の電極構造要素199及び第2の電極構造要素196が「離れた」状態を、同図(b)は「近接した」状態を示している。本実施例によるMEMS共振器は、駆動系190と検出系191とが別個に配置されており、これらの間に共通の振動ビーム192が配置されている。当該振動ビーム192は両端が基台部193、194で固定されている。当該検出系191は、当該駆動系190と類似の構成である。同図(a)において、第1のスライダ198の端部には第1の電極構造要素199(駆動電極)が配置され、また、当該振動ビーム192とは指定された第3の距離(図中においてd3で示す)だけ離れて作成されている。第2のスライダ195の端部には第2の電極構造要素196(駆動電極)が配置され、また、当該振動ビーム192とは指定された第4の距離(図中においてd4で示す)だけ離れて作成されている。当該第1のスライダ198は、固定された櫛型電極38(第1のスライド機構を構成している)により、図面の上方(第1の方向である)へ移動させられる。この結果、第1の電極構造要素199(第1のスライダ198と連結している)と振動ビーム192との距離は、同図(a)のd3で示した「指定された第3の距離」から、同図(b)のd5で示す「指定された第5の距離」となる。当該第2のスライダ195は、固定された櫛型電極197(第2のスライド機構を構成している)により、図面の下方(第2の方向である)へ移動させられる。この結果、第2の電極構造要素196(第2のスライダ195と連結している)と振動ビーム192との距離は、同図(a)のd4で示した「指定された第4の距離」から、同図(b)のd6で示す「指定された第6の距離」となる。なお、同図では、前記第1のスライド機構と前記第2のスライド機構とが、共に静電アクチュエータで構成されている例が示されているが、他の駆動原理によるアクチュエータであっても構わない。以上により、当該第1のスライダ198と第2のスライダ195とは、1組の前記静電アクチュエータにより、当該振動ビームに共に近接するよう駆動され、同図(b)に示すような「近接した」状態になる。
<Configuration of MEMS resonator-2>
FIG. 22 is an eighteenth embodiment of the present invention and shows another structure of the MEMS resonator. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same components. FIG. 6A shows a state where the vibrating beam 192, the first electrode structural element 199, and the second electrode structural element 196 are “separated”, and FIG. 5B shows a state “close”. In the MEMS resonator according to the present embodiment, a drive system 190 and a detection system 191 are separately disposed, and a common vibration beam 192 is disposed therebetween. Both ends of the vibration beam 192 are fixed by base parts 193 and 194. The detection system 191 has a configuration similar to that of the drive system 190. In FIG. 9A, a first electrode structural element 199 (drive electrode) is disposed at the end of the first slider 198, and the vibration beam 192 is at a designated third distance (in the drawing). (Denoted by d3) in FIG. A second electrode structure element 196 (drive electrode) is disposed at the end of the second slider 195, and is separated from the vibration beam 192 by a designated fourth distance (denoted by d4 in the figure). Has been created. The first slider 198 is moved upward (in the first direction) in the drawing by a fixed comb-shaped electrode 38 (constituting a first slide mechanism). As a result, the distance between the first electrode structural element 199 (connected to the first slider 198) and the vibration beam 192 is the “designated third distance” indicated by d3 in FIG. Thus, the “designated fifth distance” indicated by d5 in FIG. The second slider 195 is moved downward (in the second direction) in the drawing by a fixed comb-shaped electrode 197 (constituting a second slide mechanism). As a result, the distance between the second electrode structural element 196 (connected to the second slider 195) and the vibration beam 192 is the “designated fourth distance” indicated by d4 in FIG. Thus, the “designated sixth distance” indicated by d6 in FIG. In the figure, an example in which the first slide mechanism and the second slide mechanism are both configured by electrostatic actuators is shown, but actuators based on other driving principles may be used. Absent. As described above, the first slider 198 and the second slider 195 are driven so as to be close to the vibration beam by a set of the electrostatic actuators. As shown in FIG. State.

図22で例示した「指定された第3の距離(距離d3)」、「指定された第4の距離(距離d4)」は、図2(実施例2)で記載した「指定された第1の距離(距離d1)」に対応しており、その設定方法(要素としての作成方法も含む)や距離の大きさなどについては同一である。また、同図で例示した「指定された第5の距離(距離d5)」、「指定された第6の距離(距離d6)」は、図2(実施例2)で記載した「指定された第2の距離(距離d2)」に対応しており、その設定方法(要素としての作成方法も含む)や距離の大きさなどについても同一である。   The “designated third distance (distance d3)” and “designated fourth distance (distance d4)” illustrated in FIG. 22 are the same as the “designated first distance” described in FIG. 2 (Example 2). Distance (distance d1) ", and the setting method (including the creation method as an element) and the size of the distance are the same. Further, the “designated fifth distance (distance d5)” and “designated sixth distance (distance d6)” illustrated in FIG. 2 are the same as the “designated fifth distance (distance d6)” described in FIG. Corresponds to the “second distance (distance d2)”, and the setting method (including the creation method as an element) and the size of the distance are the same.

図7に例示した実施例6は、単一の振動ビーム81と単一の電極構造要素32(駆動電極)とからなるMEMS共振器80であり、外部から接続された高周波信号88で当該振動ビーム81が振動すると共に、当該高周波信号88から当該振動ビーム81に流れ込む高周波電流値を検出していた。すなわち、駆動系と検出系とが共通になっている構成であった。一方、図22に例示した本実施例では、駆動系190と検出系191とが分離している構成になっている。同図での検出系191は、電極構造要素196と振動ビーム192との間に形成された静電容量の変化量を電気信号として検出している。かかる「静電容量の変化量」は、オペアンプ増幅回路やスイッチド・キャパシタ回路などを用いて検出することができる。このように、本実施例では駆動系190と検出系191とが分離しているため、駆動系190の駆動条件(例えば、重畳される直流バイアス値)と、検出系191の検出条件(例えば、検出原理や回路構成)とを、それぞれ別個に最適化することができるという利点がある。   The sixth embodiment illustrated in FIG. 7 is a MEMS resonator 80 including a single vibration beam 81 and a single electrode structure element 32 (drive electrode), and the vibration beam is generated by a high-frequency signal 88 connected from the outside. While 81 vibrates, the high frequency current value which flows into the vibration beam 81 from the high frequency signal 88 was detected. That is, the drive system and the detection system are configured in common. On the other hand, in the present embodiment illustrated in FIG. 22, the drive system 190 and the detection system 191 are separated. The detection system 191 in the figure detects an amount of change in electrostatic capacitance formed between the electrode structure element 196 and the vibration beam 192 as an electrical signal. Such “amount of change in capacitance” can be detected by using an operational amplifier amplifier circuit, a switched capacitor circuit, or the like. Thus, since the drive system 190 and the detection system 191 are separated in this embodiment, the drive condition of the drive system 190 (for example, the superimposed DC bias value) and the detection condition of the detection system 191 (for example, There is an advantage that the detection principle and the circuit configuration) can be optimized separately.

<MEMS共振器の構成−3>
図23は本発明の実施例19であり、MEMS共振器の他の構成を示している。同図において、図22と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)において、第2のスライダ195には、2個の電極構造要素200、201が連結されており、第2の駆動系205を形成している。すなわち、当該第2のスライダ195に連結した電極構造要素は「1個」ではなく、第2−1の電極構造要素200と第2−2の電極構造要素201とに分離配置されていることが特徴である。一方、第1のスライダ198には、第1の電極構造要素199(分離されておらず「1個」である)が連結されており、第1の駆動系204を形成している。これらの駆動系204、205は、共通の振動ビーム192を挟んで対向するように配置され、かつ、個別に配置された静電アクチュエータなどのスライド機構により可動となっている。同図(a)は当該第1の駆動系204、第2の駆動系205が共に「離れた」状態を示している。同図(b)は当該第1の駆動系204のみが図中の矢印で示す方向に動いて「近接した」状態になった場合を、同図(c)は当該第2の駆動系205のみが図中の矢印で示す方向に動いて「近接した」状態になった場合を、同図(d)は当該第1の駆動系204と第2の駆動系205とが共に図中の矢印で示す方向に動いて「近接した」状態になった場合を、それぞれ示している。また、振動ビーム192と第1の電極構造要素199の間、および、振動ビーム192と前記電極構造要素200と201の間には、前記したような、直流バイアスが重畳された高周波信号が印加されている。しかしながら、振動ビーム192と電極構造要素199、200、201とが「離れた」状態にあるときには、当該高周波信号で振動ビーム192が振動することはない。この理由は、かかる状態においては、振動ビーム192と電極構造要素199、200、201との距離が離れているため、電界強度が小さく振動を励起することができない(前記した電気機械結合係数が小さい状態である)からである。一方、振動ビーム192と電極構造要素199、200、201とが「近接した」状態にあるときには、当該高周波信号で振動ビームが振動する。すなわち、前記第1の駆動系204と前記第2の駆動系205とは、「近接した」状態にある場合にのみ、振動ビーム192が振動することになる。
<Configuration of MEMS resonator-3>
FIG. 23 is a nineteenth embodiment of the present invention and shows another structure of the MEMS resonator. In the figure, the same numbers as those in FIG. 22 indicate the same components. In FIG. 5A, two electrode structural elements 200 and 201 are connected to the second slider 195 to form a second drive system 205. In other words, the number of electrode structure elements connected to the second slider 195 is not “one”, but the electrode structure elements 200 are separated into the 2-1 electrode structure element 200 and the 2-2 electrode structure element 201. It is a feature. On the other hand, the first slider 198 is connected to a first electrode structural element 199 (not separated but “one”) to form a first drive system 204. These drive systems 204 and 205 are arranged so as to face each other with a common vibration beam 192 interposed therebetween, and are movable by a slide mechanism such as an electrostatic actuator arranged individually. FIG. 5A shows a state where the first drive system 204 and the second drive system 205 are “separated”. FIG. 4B shows the case where only the first drive system 204 moves in the direction indicated by the arrow in the drawing to “close”, and FIG. 5C shows only the second drive system 205. Is moved in the direction indicated by the arrow in the figure to become “close”, the same figure (d) shows that both the first drive system 204 and the second drive system 205 are indicated by the arrows in the figure. Each of the cases where the robot moves in the indicated direction to become “close” is shown. Further, a high-frequency signal on which a DC bias is superimposed is applied between the vibrating beam 192 and the first electrode structural element 199 and between the vibrating beam 192 and the electrode structural elements 200 and 201 as described above. ing. However, when the oscillating beam 192 and the electrode structural elements 199, 200, 201 are in a “separated” state, the oscillating beam 192 does not vibrate with the high frequency signal. This is because, in this state, the distance between the vibrating beam 192 and the electrode structural elements 199, 200, and 201 is large, so the electric field strength is small and vibration cannot be excited (the electromechanical coupling coefficient is small). It is a state). On the other hand, when the vibrating beam 192 and the electrode structural elements 199, 200, and 201 are in the “close proximity” state, the vibrating beam vibrates with the high-frequency signal. That is, the vibration beam 192 vibrates only when the first drive system 204 and the second drive system 205 are in the “close” state.

図23(b)では、前記第1の駆動系204のみが「近接した」状態であるため、当該振動ビーム192は第1の電極構造要素199(駆動電極)により振動する。該振動の振幅が最大となるモードは当該振動ビーム192の1次の共振モードである。同図(c)では、前記第2の駆動系205のみが「近接した」状態であるため、当該振動ビーム192は、第2−1の電極構造要素200(駆動電極)と第2−2の電極構造要素201(駆動電極)とにより振動する。該振動の振幅が最大となるモードは当該振動ビーム192の2次の共振モードである。また、同図(d)では、前記第1の駆動系204と前記第2の駆動系205とが共に「近接した」状態であるため、当該振動ビーム192は第1の電極構造要素199(駆動電極)と、第2−1の電極構造要素200(駆動電極)と第2−2の電極構造要素201(駆動電極)とにより振動する。該振動の振幅が最大となるモードは当該振動ビームの3次の共振モードである。すなわち、図23の構成では、駆動系204、205の位置により、振幅が最大となる周波数を電気的に変化させることが可能である。   In FIG. 23B, since only the first drive system 204 is in the “close proximity” state, the vibration beam 192 is vibrated by the first electrode structural element 199 (drive electrode). The mode in which the amplitude of the vibration is maximum is the primary resonance mode of the vibration beam 192. In FIG. 5C, only the second drive system 205 is in the “close proximity” state, and therefore the vibration beam 192 is connected to the 2-1 electrode structure element 200 (drive electrode) and the 2-2 electrode. It vibrates with the electrode structure element 201 (drive electrode). The mode in which the amplitude of the vibration is maximum is the secondary resonance mode of the vibration beam 192. Further, in FIG. 4D, since the first drive system 204 and the second drive system 205 are both in the “close proximity” state, the vibration beam 192 is the first electrode structural element 199 (drive). Electrode), the 2-1 electrode structure element 200 (drive electrode), and the 2-2 electrode structure element 201 (drive electrode). The mode in which the amplitude of the vibration is maximum is a third-order resonance mode of the vibration beam. That is, in the configuration of FIG. 23, the frequency at which the amplitude is maximum can be electrically changed depending on the positions of the drive systems 204 and 205.

なお、図23では、電極構造要素199、200、201(駆動電極)などの配置される位置の一例が示されているに過ぎず、これらの配置位置には限らない。本段落では配置位置の変形例について記載する。
(1)例えば、第1の電極構造要素199を振動ビーム192の左端から1/3の位置に、第2−1の電極構造要素200を振動ビームの右端から1/3の位置に配置する(かかる構成では電極構造要素201は配置しない)ことにより、振動ビーム192の振動の振幅が最大となるモードを2次の共振モードにすることができる。
(2)例えば、第1の電極構造要素199を分離して2個の電極(便宜上、「第1−1の電極」と「第1−2の電極」とする)とし、前記第2−1の電極構造要素200(駆動電極)と前記第2−2の電極構造要素201(駆動電極)との配置の関係を、振動ビーム192に沿った両側に左側から順に、
「第1−1の電極、第2−1の電極、第1−2の電極、第2−2の電極」
となるようにする。かかる構成では、振動ビーム192の振動の振幅が最大となるモードを4次の共振モードにすることができる。上記した例のように、分離された電極構造要素の個数や、振動ビームとの相対的な配置位置を設定することにより、周波数の変化範囲を大幅に増大させることが可能である。図23には、図示した3個の電極構造要素199、200、201のセットにより、異なる共振モードで当該振動ビーム192を振動させることが示されたが、本実施例は同図の構成に限らず、多くの構成にも適用される。
Note that FIG. 23 only shows an example of positions where the electrode structural elements 199, 200, 201 (drive electrodes) are arranged, and the arrangement positions are not limited to these. This paragraph describes a modified example of the arrangement position.
(1) For example, the first electrode structure element 199 is disposed at a position 1/3 from the left end of the vibration beam 192, and the 2-1 electrode structure element 200 is disposed at a position 1/3 from the right end of the vibration beam ( In such a configuration, the electrode structural element 201 is not disposed), whereby the mode in which the vibration amplitude of the vibration beam 192 is maximized can be changed to the secondary resonance mode.
(2) For example, the first electrode structural element 199 is separated into two electrodes (for convenience, the “1-1 electrode” and the “1-2 electrode”), and the 2-1 The arrangement relationship between the electrode structural element 200 (driving electrode) and the 2-2 electrode structural element 201 (driving electrode) is sequentially arranged from the left side on both sides along the vibration beam 192.
"1-1st electrode, 2-1 electrode, 1-2 electrode, 2-2 electrode"
To be. In such a configuration, the mode in which the vibration amplitude of the vibration beam 192 is maximum can be set to the fourth-order resonance mode. As in the example described above, the frequency change range can be greatly increased by setting the number of separated electrode structural elements and the relative arrangement position with respect to the vibration beam. FIG. 23 shows that the vibrating beam 192 is vibrated in different resonance modes by the set of three electrode structural elements 199, 200, and 201 shown in the figure, but this embodiment is limited to the configuration shown in FIG. It is also applicable to many configurations.

なお、振動ビーム192には1次の共振モード以外にも高次の共振モードが存在し、かつ、高次の共振モードの大きさは前記した電極構造要素の配置により変化する。例えば、図23(b)と(c)では、1次のモードでの振幅に対する高次(例えば2次)のモードでの振幅の比は異なる。一般に高次のモードでの振幅は小さいが、高次のモードでの振幅が比較的大きい場合には、該モードを利用することも可能である。   The vibration beam 192 has a higher-order resonance mode in addition to the first-order resonance mode, and the magnitude of the higher-order resonance mode varies depending on the arrangement of the electrode structural elements described above. For example, in FIGS. 23B and 23C, the ratio of the amplitude in the higher-order (for example, second-order) mode to the amplitude in the first-order mode is different. In general, the amplitude in the higher-order mode is small, but when the amplitude in the higher-order mode is relatively large, the mode can be used.

実施例19では、単一の振動ビーム192に対して、1組の駆動系(第1の駆動系204及び第2の駆動系205)(駆動電極を含む)を配置し、これらの移動を制御することにより、共振周波数を変化できることが示された。   In the nineteenth embodiment, a set of drive systems (a first drive system 204 and a second drive system 205) (including drive electrodes) are arranged for a single vibration beam 192, and their movements are controlled. It was shown that the resonant frequency can be changed by doing so.

<MEMS共振器の構成−4>
図24は本発明の実施例20であり、MEMS共振器の他の構成を示している。本実施例においては、前記振動構造要素が単一ではなく、それぞれ長さが異なる2個の振動構造要素(ここでは「第1の振動構造要素」と「第2の振動構造要素」と称する)に分離されていることが特徴である。すなわち、前記振動構造要素は、振動ビームが長さの異なる2本(第1の振動構造要素(第1の振動ビーム212)と、第2の振動構造要素(第2の振動ビーム213)である)で構成され、それぞれが個別に振動する構成になっている。また、当該2個の振動ビーム212、213は共通の基台で固定されているが、この限りではない。同図において、第1の駆動系210は、スライダに連結した第1の電極構造要素215(駆動電極)と静電アクチュエータなどからなるスライド機構を有している。第2の駆動系211は、スライダに連結した第2の電極構造要素216(駆動電極)と静電アクチュエータなどからなるスライド機構を有している。これらのスライド機構は個別に制御されている。同図(a)は当該駆動系210、211が「離れた」状態であり、第1の駆動系210のみが「近接した」状態を同図(b)に、第2の駆動系211のみが「近接した」状態を同図(c)に、それぞれ、示す。また、直流バイアスが重畳された高周波信号などは省略されている。同図(a)では、第1の駆動系210と第2の駆動系211とが共に「離れた」状態にあるため、当該2個の振動ビームは振動しないことになる。同図(b)では「近接した」第1の駆動系210に連結している第1の電極構造要素215が、前記「第1の振動構造要素」である第1の振動ビーム212を振動させる。同図(c)では「近接した」第2の駆動系211に連結している第2の電極構造要素216が、前記「第2の振動構造要素」である第2の振動ビーム213を振動させる。当該振動ビーム212、213を、それぞれ異なった振動特性を有するように設定しておくと、同図(b)と(c)とでは、異なった周波数特性を得ることができる。なお、「異なった振動特性」を実現するために、同図では「長さが異なった振動ビーム」構成を採用しているが、この限りではない。例えば、同じ長さでもビームの厚さや幅を変えることもある。
<Configuration of MEMS resonator-4>
FIG. 24 is a twentieth embodiment of the present invention and shows another structure of the MEMS resonator. In the present embodiment, the vibration structural element is not a single element but two vibration structural elements having different lengths (herein referred to as “first vibration structural element” and “second vibration structural element”). It is characterized by being separated. That is, the vibration structural elements are two vibration beams having different lengths (first vibration structural element (first vibration beam 212) and second vibration structural element (second vibration beam 213). ) And each vibrates individually. The two vibration beams 212 and 213 are fixed on a common base, but this is not restrictive. In the figure, a first drive system 210 has a slide mechanism including a first electrode structural element 215 (drive electrode) connected to a slider and an electrostatic actuator. The second drive system 211 has a slide mechanism including a second electrode structural element 216 (drive electrode) connected to the slider and an electrostatic actuator. These slide mechanisms are individually controlled. FIG. 6A shows a state in which the drive systems 210 and 211 are “separated”, and FIG. 6B shows a state in which only the first drive system 210 is “close”. Only the second drive system 211 is shown in FIG. The “close” state is shown in FIG. Further, a high frequency signal on which a DC bias is superimposed is omitted. In FIG. 6A, since the first drive system 210 and the second drive system 211 are both “separated”, the two vibration beams do not vibrate. In FIG. 5B, the first electrode structural element 215 connected to the “adjacent” first drive system 210 vibrates the first vibration beam 212 which is the “first vibration structural element”. . In FIG. 5C, the second electrode structural element 216 connected to the “adjacent” second drive system 211 vibrates the second vibration beam 213 which is the “second vibration structural element”. . If the vibration beams 212 and 213 are set to have different vibration characteristics, different frequency characteristics can be obtained in FIGS. In order to realize “different vibration characteristics”, the configuration of “vibration beams having different lengths” is adopted in the figure, but this is not restrictive. For example, the thickness and width of the beam may be changed with the same length.

図24(d)、(e)、(f)は、それぞれ、同図のMEMS共振器の電気的な等価回路である。同図(d)は同図(a)と、同図(e)は同図(b)と、また、同図(f)は同図(c)と、それぞれ対応している。2つの異なる電気的な共振回路が切り替えられることが示されている。なお、同図(d)では、当該MEMS共振器が動作しておらず、共振回路系が切り離されている状態である。従来の周波数切換え回路は、2つの異なる周波数特性を有する共振回路系を、半導体スイッチなどの回路素子で切り替えていた。しかしながら、かかる構成では、半導体スイッチのON時の特性(例えば、ON抵抗)やOFF時の特性(例えば、絶縁インピーダンス)が、当該切換え回路の特性を劣化させることが知られている。特に、高周波回路になると、当該半導体スイッチの特性も劣化するため、当該共振回路系の特性も劣化する。しかしながら、同図の構成では、2つの異なる周波数特性を有する振動系を、電極構造要素215、216の「離れた」状態と「近接した」状態とで切り替えているので、前記半導体スイッチに起因する特性劣化を防止できる。   24D, 24E, and 24F are electrical equivalent circuits of the MEMS resonator shown in FIG. (D) corresponds to (a), (e) corresponds to (b), and (f) corresponds to (c). It has been shown that two different electrical resonant circuits can be switched. In FIG. 4D, the MEMS resonator is not operating and the resonance circuit system is disconnected. In the conventional frequency switching circuit, a resonant circuit system having two different frequency characteristics is switched by a circuit element such as a semiconductor switch. However, in such a configuration, it is known that characteristics when the semiconductor switch is ON (for example, ON resistance) and characteristics when the semiconductor switch is OFF (for example, insulation impedance) deteriorate the characteristics of the switching circuit. Particularly, in the case of a high frequency circuit, the characteristics of the semiconductor switch are also deteriorated, so that the characteristics of the resonance circuit system are also deteriorated. However, in the configuration shown in the figure, the vibration system having two different frequency characteristics is switched between the “separated” state and the “close” state of the electrode structural elements 215 and 216, which is caused by the semiconductor switch. Characteristic deterioration can be prevented.

図24では、当該駆動系210、211の移動を個別に制御することにより、2本の振動ビーム212、213のいずれかを振動させて異なる周波数特性を得ると共に、当該共振器系を切り離すこともできることが特徴である。   In FIG. 24, by individually controlling the movement of the drive systems 210 and 211, either one of the two vibration beams 212 and 213 is vibrated to obtain different frequency characteristics, and the resonator system is separated. It is a feature that can be done.

<MEMS共振器の構成−5>
図25は本発明の実施例21であり、MEMS共振器の他の構成、すなわち、ディスク型(円板形状)の共振器が示されている。同図において、図7と同一番号は同一構成要素を示している。図において、スライダ220は電極構造要素221(駆動電極)と連結されている。当該スライダ220は静電アクチュエータなどにより、図面の上下方向に動くことができる。また、ディスク222は振動することができるものであり、その形状は円形で、かつ、その中央部は基台部223で固定されている。当該ディスク222は、当該基台部223の領域を除き、浮上している。かかる構造は前記した製造プロセスと同様なプロセスで作成することができる。同図(a)は電極構造要素221とディスク222とが「離れた」状態を示しており、当該MEMS共振器を作成した直後の状態である。固定された櫛型電極38などにより、スライダ220は指定された方向(図では上向きの矢印で示す)に移動し、「近接した」状態が同図(b)に示されている。かかる状態では、電極構造要素221に印加された高周波信号により、当該ディスク222が振動する。なお、電極構造要素221の当該ディスク222に対向する面は曲面であり、同図(b)の状態で、当該ディスクとの間の距離が等しくなるような曲率を有していることが好ましいが、この限りではない。
<Configuration of MEMS resonator-5>
FIG. 25 is a twenty-first embodiment of the present invention and shows another configuration of the MEMS resonator, that is, a disk-type (disk-shaped) resonator. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same components. In the figure, the slider 220 is connected to an electrode structure element 221 (drive electrode). The slider 220 can be moved in the vertical direction of the drawing by an electrostatic actuator or the like. Further, the disk 222 can vibrate, its shape is circular, and its central part is fixed by a base part 223. The disk 222 is floating except for the area of the base part 223. Such a structure can be created by a process similar to the manufacturing process described above. FIG. 5A shows a state where the electrode structural element 221 and the disk 222 are “separated”, and is a state immediately after the MEMS resonator is formed. The slider 220 is moved in a designated direction (indicated by an upward arrow in the figure) by the fixed comb-shaped electrode 38 or the like, and a state of being “close” is shown in FIG. In such a state, the disk 222 is vibrated by the high frequency signal applied to the electrode structure element 221. The surface of the electrode structure element 221 facing the disk 222 is a curved surface, and preferably has a curvature such that the distance to the disk is equal in the state shown in FIG. This is not the case.

図25では円板形状の「ディスク」型共振器が記載された。当該ディスク222の形状は円板形状に限らず、多角形の平板形状であっても良い。また、ディスク型共振器と類似した「リング型」共振器への適用であっても良い。当該「リング型」は、(1)同心円状のリング(ドーナッツと類似した形状)と、(2)該リングの直径方向に配置された、少なくとも2本から成る支持ビームと、(3)リング中央領域に配置され、該支持ビームが交差する領域を固定する基台部と、(4)該ビームを振動させる駆動電極としての電極構造要素、とから構成されている。かかる構成では、当該リングが振動構造要素の振動する領域となる。   In FIG. 25, a disk-shaped “disk” type resonator is described. The shape of the disk 222 is not limited to a disk shape, and may be a polygonal flat plate shape. Further, the present invention may be applied to a “ring type” resonator similar to a disk type resonator. The “ring type” includes (1) a concentric ring (a shape similar to a donut), (2) at least two support beams arranged in the diameter direction of the ring, and (3) a ring center. A base portion that is disposed in the region and fixes a region where the support beams intersect, and (4) an electrode structure element as a drive electrode that vibrates the beam. In such a configuration, the ring becomes a region where the vibration structural element vibrates.

図25に例示したように、本発明によれば、電極構造要素221と振動できるディスク222とを「離れた」状態で作成し、外部からの制御手段により「近接した」状態とし、当該電極構造要素221への高周波信号により当該ディスク222を振動させることができる。   As illustrated in FIG. 25, according to the present invention, the electrode structure element 221 and the disc 222 that can vibrate are created in a “separated” state and brought into an “close” state by external control means, and the electrode structure The disk 222 can be vibrated by a high-frequency signal to the element 221.

<MEMS共振器の構成−6>
図26は本発明の実施例22であり、MEMS共振器の他の構成、すなわち、ディスク型(円板形状)の共振器が示されている。同図において、図25と同一番号は同一構成要素を示している。本実施例では、第1の駆動系230と第2の駆動系231とが、当該ディスク222の周辺に対向して配置されている。当該第1の駆動系230は、第1のスライダ232、これと連結した第1の電極構造要素233、固定された櫛型電極を有する静電アクチュエータなどから構成されている。当該第2の駆動系231は、第2のスライダ234、これと連結した第2の電極構造要素235、固定された櫛型電極を有する静電アクチュエータなどから構成されている。同図(a)は第1の電極構造要素233と第2の電極構造要素235が、当該ディスク222から「離れた」状態を示しており、当該MEMS共振器を作成した直後の状態である。固定された櫛型電極などにより、当該第1のスライダ232が指定された第1の方向(図では上向きの矢印で示す方向である)へ移動し、かつ、前記第2のスライダ234が指定された第2の方向(図では下向きの矢印で示す方向である)へ移動し、共に「近接した」状態が同図(b)に示されている。かかる状態では、前記第1の電極構造要素233と前記第2の電極構造要素235とに印加された高周波信号により、当該ディスクが振動する。なお、当該第1の電極構造要素233と当該第2の電極構造要素235が当該ディスクに対向する面は共に曲面であり、同図(b)の状態で、当該ディスクとの間の距離が等しくなるような曲率を有していることが好ましいが、この限りではない。
<Configuration of MEMS resonator-6>
FIG. 26 is a twenty-second embodiment of the present invention and shows another structure of the MEMS resonator, that is, a disk-type (disk-shaped) resonator. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 25 denote the same components. In the present embodiment, the first drive system 230 and the second drive system 231 are arranged facing the periphery of the disk 222. The first drive system 230 includes a first slider 232, a first electrode structural element 233 connected to the first slider 232, an electrostatic actuator having a fixed comb electrode, and the like. The second drive system 231 includes a second slider 234, a second electrode structural element 235 connected to the second slider 234, an electrostatic actuator having a fixed comb electrode, and the like. FIG. 6A shows a state in which the first electrode structure element 233 and the second electrode structure element 235 are “separated” from the disk 222, and is a state immediately after the MEMS resonator is formed. The first slider 232 is moved in the designated first direction (in the direction indicated by the upward arrow in the figure) by the fixed comb-shaped electrode or the like, and the second slider 234 is designated. The state of moving in the second direction (the direction indicated by the downward arrow in the figure) and “close to each other” is shown in FIG. In such a state, the disk vibrates by a high frequency signal applied to the first electrode structure element 233 and the second electrode structure element 235. The surfaces of the first electrode structural element 233 and the second electrode structural element 235 facing the disk are both curved surfaces, and the distance between the disk and the disk is equal in the state shown in FIG. However, this is not a limitation.

図26の構成では、図25に例示した構成とは異なった振動特性を有している。ディスク型のMEMS共振器の振動モードは多種あることが周知である。例えば、(1)ディスク222の径方向にディスク222全体が伸縮するモード、(2)ディスク222の径の第1の方向に伸び、該第1の方向と直交する第2の方向に縮むモード、(3)ディスク222が歪んで楕円形になるようなモードなどである。図26では、前記ディスク222を挟んで、前記第1の電極構造要素233と前記第2の電極構造要素235とが正対する場合が例示されており、かかる構成では、上記の(2)や(3)などが主要な振動モードとなる。また、当該第2の電極構造要素235を、当該第1の電極構造要素233に正対しない位置に配置(例えば、第1の電極構造要素233を時計の6時方向に、第2の電極構造要素235を時計の3時方向に配置)することにより、ディスク222の振動モードを選択することが可能となる。この結果、電気的な周波数特性を可変にすることが可能となる。さらに、電極構造要素を2個以上配置し、それぞれの配置される位置を設定することにより、多くの振動モードの選択が可能となる。その一例としては、当該ディスクの周辺に4個の電極構造要素を設け、それぞれの当該電極構造要素を、時計の12時、3時、6時、9時方向の位置に配置することが挙げられる。   The configuration in FIG. 26 has vibration characteristics different from the configuration illustrated in FIG. It is well known that there are various vibration modes of a disk-type MEMS resonator. For example, (1) a mode in which the entire disk 222 expands and contracts in the radial direction of the disk 222, (2) a mode in which the disk 222 extends in a first direction of the diameter of the disk 222 and contracts in a second direction orthogonal to the first direction, (3) A mode in which the disk 222 is distorted and becomes elliptical. FIG. 26 exemplifies a case where the first electrode structural element 233 and the second electrode structural element 235 face each other across the disk 222. In such a configuration, the above (2) and ( 3) is the main vibration mode. In addition, the second electrode structure element 235 is arranged at a position not facing the first electrode structure element 233 (for example, the first electrode structure element 233 is placed at the 6 o'clock direction of the watch, By disposing the element 235 in the 3 o'clock direction of the timepiece, the vibration mode of the disk 222 can be selected. As a result, the electrical frequency characteristic can be made variable. Furthermore, it is possible to select many vibration modes by arranging two or more electrode structural elements and setting the positions where they are arranged. As an example, four electrode structure elements are provided in the periphery of the disk, and each electrode structure element is arranged at a position at 12 o'clock, 3 o'clock, 6 o'clock, or 9 o'clock in the timepiece. .

図26のディスク222の代替として、前記した「リング型」共振器のリングを用いることも可能である。   As an alternative to the disk 222 of FIG. 26, it is also possible to use a ring of the aforementioned “ring-type” resonator.

<MEMS共振器の構成−7>
図27は本発明の実施例23であり、MEMS共振器の他の構成、すなわち、八角形のディスク型共振器が示されている。同図において、ディスク270は八角形のディスクであり、4隅がビーム271を介して基台部272へ接続されている。また、ディスク270とビーム271は浮上しており、ディスク270が振動できるように配置されている。当該ディスク270の端部にはスライダ273に連結された電極構造要素274が対向配置されている。同図では、上下(図面上)2ヶ所に当該電極構造要素274が配置されている例が示されているが、これに限ることはない。すなわち、単一の電極構造要素274が配置された構造、4ヶ所に電極構造要素274が配置された構造などもある。スライダ273は両端がビーム275で支えられ、基台部276へ接続されている。また、電極277は、スライダに対向して配置された1組の電極である。当該電極277とスライダ273との間に、直流電圧(図示せず)を印加することにより、スライダ273はディスク270に向かって移動し、当該電極277に接触することにより、当該移動が停止する。すなわち、前記した「指定された第2の距離」まで、スライダ273がディスク270に近接して配置されることになる。
<Configuration of MEMS resonator-7>
FIG. 27 is a twenty-third embodiment of the present invention and shows another configuration of the MEMS resonator, that is, an octagonal disk-type resonator. In the figure, a disk 270 is an octagonal disk, and its four corners are connected to a base portion 272 via beams 271. Further, the disk 270 and the beam 271 are levitated and are arranged so that the disk 270 can vibrate. An electrode structural element 274 connected to a slider 273 is disposed opposite to the end of the disk 270. In the figure, an example is shown in which the electrode structure elements 274 are arranged at two positions above and below (on the drawing), but the present invention is not limited to this. That is, there is a structure in which a single electrode structure element 274 is arranged, and a structure in which electrode structure elements 274 are arranged in four places. Both ends of the slider 273 are supported by the beam 275 and connected to the base portion 276. The electrode 277 is a set of electrodes arranged to face the slider. By applying a DC voltage (not shown) between the electrode 277 and the slider 273, the slider 273 moves toward the disk 270, and when the electrode 277 contacts the electrode 277, the movement stops. That is, the slider 273 is arranged close to the disk 270 up to the “designated second distance”.

なお、本明細書では、ビーム型とディスク型(円板形状と八角形)、および、リング型のMEMS共振器を例として挙げているが、当該MEMS共振器にはこれら以外にも多くの形態がある。例えば、「魚の骨型」や、「隣接して配置された複数のMEMS共振器の振動領域を機械的に結合させた連結型共振器」などがある。これらの多くの形態に対しても、本発明を実施することが可能である。   In this specification, beam type, disk type (disc shape and octagonal), and ring type MEMS resonators are given as examples, but there are many other forms of the MEMS resonator. There is. For example, there are “fish-bone type” and “a coupled resonator in which vibration regions of a plurality of adjacent MEMS resonators are mechanically coupled”. The present invention can be implemented for many of these forms.

本発明によれば、2つの電極構造要素を近接配置することが容易に可能となり、MEMSデバイスに適用した場合の効果は大きい。特に、MEMS共振器に適用した場合には、高周波化が容易で、かつ、周波数可変機構も備えることが可能となる。さらに、当該MEMS共振器は、シリコン半導体技術を用いて作成されるので、駆動回路や信号処理回路とのワンチップ集積化が可能であり、半導体集積回路の高度化にも有効である。かかる機能は、可搬型機器、特に、携帯型通信機などの高機能化に寄与できる。また、コグニティブ通信に代表される多周波数通信では、機器の小型化、低消費電力化が促進され、ユビキタス環境の構築に利用できる。   According to the present invention, two electrode structural elements can be easily arranged close to each other, and the effect when applied to a MEMS device is great. In particular, when applied to a MEMS resonator, high frequency can be easily achieved and a frequency variable mechanism can be provided. Furthermore, since the MEMS resonator is manufactured using silicon semiconductor technology, it can be integrated with a driving circuit and a signal processing circuit in one chip, and is effective for upgrading a semiconductor integrated circuit. Such a function can contribute to the enhancement of functions of portable devices, particularly portable communication devices. In addition, multi-frequency communication represented by cognitive communication promotes downsizing and low power consumption of devices, and can be used to construct a ubiquitous environment.

1、36、241、271、275 ビーム
2 単結晶シリコン基板
3 駆動電極
4、45、90、91、247、256 直流電圧
5、72、73 ギャップ
6 ディンプル
10 構造要素
11、14、15、40 絶縁層
12、32、162、196、199、200、201、215、216、221、233、235、274 電極構造要素
13、33 振動構造要素
20、35、150、161、195、198、220、232、234、240、260、273 スライダ
21、25、37、41、82、83、193、194、223、242、272、276 基台部
22、110、120、135、140、151 突起
26 基礎母台
30、31、50、56、60、62、84、85、111、121、153、154、164、165、170、171、245、246 線分
38、70、71、197 櫛型電極
39、46、52、54、64、92、93 矢印
51 導電路
53 磁界
61 超音波振動機構
80、160 MEMS共振器
81、163、192、212、213 振動ビーム
87、249 直流バイアス
88、248、255 高周波信号
100、166、167、168、174 基板層
101、175、178 デバイス層
102 酸化膜層
103、105、181、182、183 マスク層
104、106、107、108、109、186、187、188、261 領域
130 突起母体
131、133 先端部
132、134 酸化シリコン層
152 ストッパ受け
172 溝
176、177 プラグ
190、204、205、210、211、230、231 駆動系
191 検出系
222、270 ディスク
243、277 電極
262 凸部
263 凹部
1, 36, 241, 271, 275 Beam 2 Single crystal silicon substrate 3 Drive electrodes 4, 45, 90, 91, 247, 256 DC voltage 5, 72, 73 Gap 6 Dimple 10 Structural elements 11, 14, 15, 40 Insulation Layer 12, 32, 162, 196, 199, 200, 201, 215, 216, 221, 233, 235, 274 Electrode structural element 13, 33 Vibrating structural element 20, 35, 150, 161, 195, 198, 220, 232 234, 240, 260, 273 Slider 21, 25, 37, 41, 82, 83, 193, 194, 223, 242, 272, 276 Base part 22, 110, 120, 135, 140, 151 Protrusion 26 Base mother Base 30, 31, 50, 56, 60, 62, 84, 85, 111, 121, 153, 154, 164, 16 , 170, 171, 245, 246 Line segments 38, 70, 71, 197 Comb electrodes 39, 46, 52, 54, 64, 92, 93 Arrow 51 Conductive path 53 Magnetic field 61 Ultrasonic vibration mechanism 80, 160 MEMS resonator 81, 163, 192, 212, 213 Vibration beam 87, 249 DC bias 88, 248, 255 High-frequency signal 100, 166, 167, 168, 174 Substrate layer 101, 175, 178 Device layer 102 Oxide layer 103, 105, 181 , 182, 183 Mask layer 104, 106, 107, 108, 109, 186, 187, 188, 261 Region 130 Projection base 131, 133 Tip 132, 134 Silicon oxide layer 152 Stopper receiver 172 Groove 176, 177 Plug 190, 204 , 205, 210, 211, 230, 231 drive 191 detection system 222,270 disks 243,277 electrode 262 protrusion 263 recess

Claims (14)

半導体デバイスの製造方法において、
電極構造要素をスライダに連結し、
前記電極構造要素とは第1の距離を介して対向する振動構造要素を設け、
前記スライダをスライドさせるスライド機構により、前記電極構造要素と前記振動構造 要素との距離が、前記第1の距離よりも短い、指定された第2の距離となるまで、前記スライダを指定された方向へ移動させる
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device,
Connect the electrode structure element to the slider,
Providing a vibrating structural element facing the electrode structural element via a first distance;
The slide mechanism for sliding the slider causes the slider to move in a designated direction until the distance between the electrode structural element and the vibrating structural element is a designated second distance that is shorter than the first distance. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized by comprising:
前記スライダはシリコンを含む材料で構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the slider is made of a material containing silicon.
前記スライド機構はシリコンを含む材料で構成され、
静電気力を含む駆動力で前記スライダが移動する
ことを特徴とする請求項1あるいは2に記載の半導体デバイスの製造方法。
The sliding mechanism is made of a material containing silicon,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the slider is moved by a driving force including an electrostatic force.
前記指定された第2の距離は、前記電極構造要素、あるいは前記振動構造要素、あるいは前記スライダに配置されたストッパの長さで決定される
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の半導体の製造方法。
The specified second distance is determined by a length of the electrode structural element, the vibration structural element, or a stopper disposed on the slider. The manufacturing method of the semiconductor described.
前記振動構造要素はMEMS共振器の振動体であり、
前記電極構造要素は前記振動体を振動させる駆動電極である
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の半導体デバイスの製造方法。
The vibrating structural element is a vibrating body of a MEMS resonator;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode structural element is a drive electrode that vibrates the vibrating body.
MEMSデバイスの1形態であるMEMS共振器であって、
スライダと、
前記スライダに連結した電極構造要素と、
前記電極構造要素とは第1の距離を介して対向して配置され、機械振動する振動構造要素とから構成され、
前記スライダは、指定された方向へ前記スライダをスライドさせるスライド機構を有し、
前記スライド機構による前記スライダの移動量が、前記第1の距離よりも短い、指定された第2の距離で決定される
ことを特徴とするMEMS共振器。
A MEMS resonator which is a form of a MEMS device,
A slider,
An electrode structure element coupled to the slider;
The electrode structural element is arranged to be opposed to each other through a first distance, and is composed of a vibration structural element that mechanically vibrates,
The slider has a slide mechanism that slides the slider in a specified direction;
The amount of movement of the slider by the slide mechanism is determined by a specified second distance that is shorter than the first distance.
前記スライダと前記電極構造要素と前記振動構造要素は、シリコンを含む材料で構成されている
ことを特徴とする請求項6に記載のMEMS共振器。
The MEMS resonator according to claim 6, wherein the slider, the electrode structural element, and the vibration structural element are made of a material containing silicon.
前記スライド機構はシリコンを含む材料で構成され、
静電気力を含む駆動力で前記スライダが移動する
ことを特徴とする請求項6あるいは7に記載のMEMS共振器。
The sliding mechanism is made of a material containing silicon,
The MEMS resonator according to claim 6 or 7, wherein the slider is moved by a driving force including an electrostatic force.
前記指定された第2の距離は、前記電極構造要素、あるいは前記振動構造要素、あるいは前記スライダに配置されたストッパの長さで決定される
ことを特徴とする請求項6乃至8の何れかに記載のMEMS共振器。
The specified second distance is determined by the length of the electrode structural element, the vibration structural element, or a stopper disposed on the slider. The MEMS resonator as described.
前記振動構造要素は両端固定のビーム型MEMS共振器の振動ビームであり、
前記電極構造要素は前記ビーム型MEMS共振器の駆動電極である
ことを特徴とする請求項6乃至9の何れかに記載のMEMS共振器。
The vibrating structural element is a vibrating beam of a beam-type MEMS resonator fixed at both ends,
The MEMS resonator according to claim 6, wherein the electrode structural element is a drive electrode of the beam-type MEMS resonator.
前記振動構造要素はリング型あるいはディスク型MEMS共振器の振動体であり、
前記電極構造要素は前記リング型あるいはディスク型MEMS共振器の駆動電極である
ことを特徴とする請求項6乃至9の何れかに記載のMEMS共振器。
The vibration structural element is a ring-type or disk-type MEMS resonator vibration body,
The MEMS resonator according to any one of claims 6 to 9, wherein the electrode structural element is a drive electrode of the ring type or disk type MEMS resonator.
MEMSデバイスの1形態であるMEMS共振器であって、
機械振動する振動構造要素と、
前記振動構造要素の第1の側に第3の距離を介して対向して配置され、第1のスライダに連結した第1の電極構造要素と、
前記第1のスライダを第1の方向へ移動させる第1のスライド機構と、
前記振動構造要素の、前記第1の側とは前記振動構造要素を挟んだ反対側にある第2の側に、第4の距離を介して対向して配置され、第2のスライダに連結した第2の電極構造要素と、
前記第2のスライダを第2の方向へ移動させる第2のスライド機構とから構成され、
前記第1のスライド機構による前記第1のスライダの移動量が指定された第5の距離で決定され、
前記第2のスライド機構による前記第2のスライダの移動量が指定された第6の距離で決定される
ことを特徴とするMEMS共振器。
A MEMS resonator which is a form of a MEMS device,
Vibration structural elements that vibrate mechanically;
A first electrode structural element disposed opposite the first side of the vibrating structural element via a third distance and coupled to a first slider;
A first slide mechanism for moving the first slider in a first direction;
The vibration structural element is disposed on the second side opposite to the first side with respect to the first vibration structural element and is opposed to the second slider via a fourth distance, and is connected to the second slider. A second electrode structural element;
A second slide mechanism for moving the second slider in a second direction;
The amount of movement of the first slider by the first slide mechanism is determined by a designated fifth distance;
The MEMS resonator, wherein a movement amount of the second slider by the second slide mechanism is determined by a designated sixth distance.
前記第1のスライダと、前記第1の電極構造要素と、前記振動構造要素と、前記第2のスライダと、前記第2の電極構造要素とは、シリコンを含む材料で構成され、
静電気力を含む駆動力で前記第1のスライダと前記第2のスライダが移動する
ことを特徴とする請求項12に記載のMEMS共振器。
The first slider, the first electrode structural element, the vibration structural element, the second slider, and the second electrode structural element are made of a material containing silicon,
The MEMS resonator according to claim 12, wherein the first slider and the second slider move by a driving force including an electrostatic force.
前記指定された第5の距離は、前記第1の電極構造要素、あるいは前記第1のスライダ、あるいは前記振動構造要素に配置されたストッパの長さで決定され、
前記指定された第6の距離は、前記第2の電極構造要素、あるいは前記第2のスライダ、あるいは前記振動構造要素に配置されたストッパの長さで決定される
ことを特徴とする請求項12あるいは13に記載のMEMS共振器。
The designated fifth distance is determined by a length of a stopper disposed on the first electrode structural element, or the first slider, or the vibration structural element,
The specified sixth distance is determined by a length of a stopper disposed on the second electrode structural element, the second slider, or the vibrating structural element. Alternatively, the MEMS resonator according to 13.
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