JP2013080790A - Beam structure device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To implement a beam structure device capable of reducing variation in a thickness of a flexible beam and a manufacturing method thereof.SOLUTION: A manufacturing method of a beam structure device comprises: a first step of preparing a flexible beam formation substrate 21 having a first surface and a second surface and forming a fixing part 3C and a cavity 21A of a flexible beam on the flexible beam formation substrate 21 by shaving a first surface side of the flexible beam formation substrate 21 in a thickness direction; a second step of preparing a support substrate 2 and fixing the fixing part 3C to the support substrate 2 by joining the flexible beam formation substrate 21 and the support substrate 2 so that the first surface of the flexible beam formation substrate 21 faces the support substrate 2; a third step of thinning the flexible beam formation substrate 21 by shaving the second surface of the flexible beam formation substrate 21; and a fourth step of forming the flexible beam by shaving a second surface side of the flexible beam formation substrate 21 in the thickness direction. In the third step, a supporting column 7 is arranged at a position different from a position at which the flexible beam is formed and between the flexible beam formation substrate 21 and the support substrate 2.

Description

この発明は、支持基板に対して平行に支持される可撓梁を有する梁構造デバイスと、その製造方法とに関する。   The present invention relates to a beam structure device having a flexible beam supported in parallel to a support substrate, and a manufacturing method thereof.

支持基板に対して平行に支持される可撓梁を有する梁構造デバイスとして、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いて静電力により駆動するデバイスが知られている（例えば特許文献１参照。）。   As a beam structure device having a flexible beam supported in parallel to a support substrate, a device driven by electrostatic force using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) is known (for example, refer to Patent Document 1).

図１（Ａ）は、梁構造デバイスとして構成されたＭＥＭＳデバイスである、スイッチ素子１０１の構成例について説明する図である。
スイッチ素子１０１は、固定部１０２と、可撓梁１０３と、接点電極１０４と、駆動容量電極１０５と、ストッパ１０６とを備えている。固定部１０２は基板である。可撓梁１０３は、金属製の片持ち梁であり、固定部１０２に固定された固定端部１０３Ａと、固定部１０２の主面に空間を介して対向する可撓端部１０３Ｂとを備えている。接点電極１０４と、駆動容量電極１０５と、ストッパ１０６とは、可撓端部１０３Ｂに対向して設けられている。このスイッチ素子１０１では、駆動容量電極１０５と可撓梁１０３との間に駆動電圧が印加されることで可撓梁１０３が変形して、可撓端部１０３Ｂが接点電極１０４に接触し、可撓梁１０３と接点電極１０４との間で電気的接点が得られる。 FIG. 1A is a diagram illustrating a configuration example of a switch element 101 which is a MEMS device configured as a beam structure device.
The switch element 101 includes a fixed portion 102, a flexible beam 103, a contact electrode 104, a drive capacitor electrode 105, and a stopper 106. The fixing part 102 is a substrate. The flexible beam 103 is a metal cantilever, and includes a fixed end portion 103A fixed to the fixed portion 102, and a flexible end portion 103B that faces the main surface of the fixed portion 102 via a space. Yes. The contact electrode 104, the drive capacitor electrode 105, and the stopper 106 are provided to face the flexible end 103B. In this switch element 101, when a drive voltage is applied between the drive capacitor electrode 105 and the flexible beam 103, the flexible beam 103 is deformed, and the flexible end 103B contacts the contact electrode 104. An electrical contact is obtained between the flexure beam 103 and the contact electrode 104.

また、このような梁構造デバイスとして、ＲＦ容量を連続的に制御可能にした可変容量素子が開発されている。   Further, as such a beam structure device, a variable capacitance element has been developed in which the RF capacitance can be continuously controlled.

図１（Ｂ）は、梁構造デバイスとして構成されたＭＥＭＳデバイスである、可変容量素子２０１の構成例について説明する図である。   FIG. 1B is a diagram illustrating a configuration example of a variable capacitance element 201 which is a MEMS device configured as a beam structure device.

可変容量素子２０１は、固定部２０２と、可撓梁２０３と、固定部側ＲＦ容量電極２０４と、可撓梁側ＲＦ容量電極２０５と、誘電体膜２０６と、固定部側駆動容量電極２０７（不図示）と、可撓梁側駆動容量電極２０８（不図示）とを備えている。固定部２０２は基板である。可撓梁２０３は、絶縁性材料からなる片持ち梁であり、固定部２０２に固定された固定端部２０３Ａと、固定部２０２の主面に空間を介して対向する可撓端部２０３Ｂとを備えている。可撓梁側ＲＦ容量電極２０５は、可撓端部２０３Ｂにおける固定部２０２との対向面に設けられている。固定部側ＲＦ容量電極２０４は、可撓端部２０３Ｂおよび可撓梁側ＲＦ容量電極２０５に対向するように設けられている。可撓梁側駆動容量電極２０８（不図示）は、可撓端部２０３Ｂにおける固定部２０２との対向面に、可撓梁側ＲＦ容量電極２０５と隣り合うように設けられている。固定部側駆動容量電極２０７（不図示）は、可撓端部２０３Ｂおよび可撓梁側駆動容量電極２０８（不図示）に対向するように設けられている。誘電体膜２０６は、固定部側ＲＦ容量電極２０４と固定部側駆動容量電極２０７（不図示）とを覆うように設けられている。
この可変容量素子２０１では、固定部側駆動容量電極２０７（不図示）と可撓梁側駆動容量電極２０８（不図示）との間に駆動電圧を印加することで生じる駆動容量によって可撓梁２０３が変位して、可撓梁側ＲＦ容量電極２０５が誘電体膜２０６に接触する。可撓梁側ＲＦ容量電極２０５と誘電体膜２０６との接触面積は駆動電圧に応じて変化し、誘電体膜２０６を介して対向する固定部側ＲＦ容量電極２０４と可撓梁側ＲＦ容量電極２０５との間に、可撓梁側ＲＦ容量電極２０５と誘電体膜２０６との接触面積に応じた容量値のＲＦ容量が生じる。可変容量装置２０１では、誘電体膜２０６は、高い誘電率を有する材料からなり、極めて薄い膜厚で形成される。 The variable capacitance element 201 includes a fixed portion 202, a flexible beam 203, a fixed portion side RF capacitance electrode 204, a flexible beam side RF capacitance electrode 205, a dielectric film 206, and a fixed portion side drive capacitance electrode 207 ( And a flexible beam side drive capacitance electrode 208 (not shown). The fixing part 202 is a substrate. The flexible beam 203 is a cantilever made of an insulating material, and includes a fixed end portion 203A fixed to the fixed portion 202, and a flexible end portion 203B facing the main surface of the fixed portion 202 via a space. I have. The flexible beam side RF capacitive electrode 205 is provided on the surface of the flexible end 203B facing the fixed portion 202. The fixed portion side RF capacitive electrode 204 is provided so as to face the flexible end portion 203B and the flexible beam side RF capacitive electrode 205. The flexible beam side drive capacitance electrode 208 (not shown) is provided on the surface of the flexible end 203B facing the fixed portion 202 so as to be adjacent to the flexible beam side RF capacitance electrode 205. The fixed portion side drive capacitance electrode 207 (not shown) is provided so as to face the flexible end portion 203B and the flexible beam side drive capacitance electrode 208 (not shown). The dielectric film 206 is provided so as to cover the fixed portion side RF capacitor electrode 204 and the fixed portion side drive capacitor electrode 207 (not shown).
In this variable capacitance element 201, the flexible beam 203 is driven by a drive capacitance generated by applying a drive voltage between the fixed portion side drive capacitance electrode 207 (not shown) and the flexible beam side drive capacitance electrode 208 (not shown). Is displaced, and the flexible beam-side RF capacitive electrode 205 comes into contact with the dielectric film 206. The contact area between the flexible beam side RF capacitive electrode 205 and the dielectric film 206 changes according to the drive voltage, and the fixed part side RF capacitive electrode 204 and the flexible beam side RF capacitive electrode that face each other through the dielectric film 206. An RF capacitance having a capacitance value corresponding to the contact area between the flexible beam side RF capacitance electrode 205 and the dielectric film 206 is generated between the flexible beam side RF capacitance electrode 205 and the dielectric film 206. In the variable capacitance device 201, the dielectric film 206 is made of a material having a high dielectric constant and is formed with a very thin film thickness.

また、ＭＥＭＳデバイスでは、空洞部上に支持される可撓板や可撓梁を研削により薄化する製造方法が利用されることがある（例えば、特許文献２参照。）。   Moreover, in a MEMS device, the manufacturing method which thins the flexible plate and flexible beam supported on a cavity part by grinding may be utilized (for example, refer patent document 2).

図２は、可撓板を備えるＭＥＭＳデバイスの製造方法の一例について説明する図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing a MEMS device including a flexible plate.

まず、第１基板３０１と第２基板３０２とを用意し、それぞれの両主面にレジスト層３０３を設ける。
次に、第１基板３０１および第２基板３０２のそれぞれの一方の主面に形成されたレジスト層３０３をパターニングし、マスク部３０３Ａを形成する。
次に、第１基板３０１および第２基板３０２に対して選択性を有するエッチャントを用いて、第１基板３０１および第２基板３０２をエッチングする。これにより、第１基板３０１に凹部３０１Ａを形成し、第２基板３０２に開口３０２Ａを形成する。
次に、マスク部３０３Ａとレジスト層３０３とを除去する。その後、凹部３０１Ａ内に支持材３０５を形成する。
次に、第１基板３０１と第２基板３０２とを接合する。
次に、第１基板３０１と第２基板３０２との接合体において、第１基板３０１側の面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）装置などの加工機により研削し、可撓板３０１Ｂを形成する。
最後に、支持材３０５を除去し、空洞部３０４を形成する。 First, a first substrate 301 and a second substrate 302 are prepared, and a resist layer 303 is provided on each main surface.
Next, the resist layer 303 formed on one main surface of each of the first substrate 301 and the second substrate 302 is patterned to form a mask portion 303A.
Next, the first substrate 301 and the second substrate 302 are etched using an etchant having selectivity with respect to the first substrate 301 and the second substrate 302. Thereby, a recess 301A is formed in the first substrate 301, and an opening 302A is formed in the second substrate 302.
Next, the mask portion 303A and the resist layer 303 are removed. Thereafter, a support material 305 is formed in the recess 301A.
Next, the first substrate 301 and the second substrate 302 are bonded.
Next, in the joined body of the first substrate 301 and the second substrate 302, the surface on the first substrate 301 side is ground by a processing machine such as a CMP (Chemical Mechanical Polish) apparatus to form the flexible plate 301B.
Finally, the support material 305 is removed, and the cavity 304 is formed.

この製造方法では、可撓板３０１Ｂを研削によって形成する際に、加工機からの圧力で可撓板３０１Ｂとなる部分の一部が空洞部３０４側に逃げることを支持材３０５によって防ぎ、可撓梁３０１Ｂの厚みのばらつきが大きくなることを防いでいる。   In this manufacturing method, when forming the flexible plate 301B by grinding, the support material 305 prevents a part of the portion that becomes the flexible plate 301B from escaping to the cavity portion 304 side by the pressure from the processing machine. The variation in the thickness of the beam 301B is prevented from increasing.

特開２００９−１５２１９４号公報JP 2009-152194 A 特開２００２−７９５００号公報JP 2002-79500 A

上述した支持材３０５を充填する工法では、可撓板３０１Ｂを形成した後に、支持材３０５を除去する工程が必要になる。このため、製造工程数が増加してしまう。また、極めて狭い空洞部３０４内から支持材３０５を除去するために、完全に支持材３０５を除去することが難しく、処理効率が悪かった。   In the method of filling the support material 305 described above, a step of removing the support material 305 is necessary after the flexible plate 301B is formed. For this reason, the number of manufacturing steps increases. Further, since the support member 305 is removed from the extremely narrow cavity 304, it is difficult to completely remove the support member 305, and the processing efficiency is poor.

そこで本発明は、可撓梁の厚みのばらつきを小さくすることができる梁構造デバイスと、その製造方法とを実現することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to realize a beam structure device capable of reducing the variation in thickness of a flexible beam and a manufacturing method thereof.

本発明に係る梁構造デバイスの製造方法は、第一工程から第四工程を有する。第一工程は、第一面と第二面とを有する可撓梁形成基板を用意し、可撓梁形成基板の第一面側を厚み方向に削り、可撓梁の固定部と空洞部とを可撓梁形成基板に形成する。第二工程は、支持基板を用意し、可撓梁形成基板の第一面が支持基板に対向するように、可撓梁形成基板と支持基板とを接合して、固定部を支持基板に固定する。第三工程は、可撓梁形成基板の第二面を研削して可撓梁形成基板を薄化させる。第四工程は、可撓梁形成基板の第二面側を厚み方向に削り、可撓梁を形成する。そして、上記第三工程において、可撓梁が形成される位置とは異なる位置であって、可撓梁形成基板と支持基板との間に、支持柱が配置されている。   The beam structure device manufacturing method according to the present invention includes first to fourth steps. The first step is to prepare a flexible beam forming substrate having a first surface and a second surface, scraping the first surface side of the flexible beam forming substrate in the thickness direction, Are formed on the flexible beam forming substrate. In the second step, a support substrate is prepared, the flexible beam forming substrate and the support substrate are joined so that the first surface of the flexible beam forming substrate faces the support substrate, and the fixing portion is fixed to the support substrate. To do. In the third step, the second surface of the flexible beam forming substrate is ground to thin the flexible beam forming substrate. In the fourth step, the second surface side of the flexible beam forming substrate is cut in the thickness direction to form the flexible beam. And in the said 3rd process, it is a position different from the position where a flexible beam is formed, Comprising: The support pillar is arrange | positioned between the flexible beam formation board | substrate and the support substrate.

この製造方法によれば、可撓梁が形成される位置とは異なる位置であって、可撓梁形成基板と支持基板との間に、支持柱が配置されている状態で、固定部によって第一面側が支持基板に固定されている可撓梁形成基板の第二面を研削することにより、可撓梁形成基板を薄くすることができる。可撓梁形成基板を薄化させるために研削する際、可撓梁形成基板における支持柱と固定部の近傍の部分では、支持柱と固定部とによって、加工機からの圧力が加わっても可撓梁形成基板の空洞部側への撓みはほとんど発生しない。このため、可撓梁形成基板における支持柱と固定部の近傍の部分では、所望の厚みとなるように研削される。また、可撓梁形成基板における支持柱と固定部から離れた部分では、加工機からの圧力が加わると可撓梁形成基板の空洞部側への小さな撓みが発生する。このため、可撓梁形成基板における支持柱と固定部から離れた部分では、支持柱と固定部の近傍よりも僅かに厚くなるように研削される。しかしながら、支持柱を設けることにより、支持柱や固定部から当該部分までの距離が短くなるため、可撓梁形成基板の空洞部側へ撓みは非常に小さなものとなり、可撓梁の厚みのばらつきを小さくすることができる。   According to this manufacturing method, the fixing portion is arranged in a position different from the position where the flexible beam is formed, and the support column is disposed between the flexible beam forming substrate and the support substrate. By grinding the second surface of the flexible beam forming substrate whose one surface is fixed to the support substrate, the flexible beam forming substrate can be thinned. When grinding to thin the flexible beam forming substrate, pressure from the processing machine may be applied to the portion of the flexible beam forming substrate in the vicinity of the support column and the fixed portion by the support column and the fixed portion. Almost no bending of the flexible beam forming substrate toward the cavity portion occurs. For this reason, it grinds so that it may become desired thickness in the vicinity of the support pillar and fixed part in a flexible beam formation board | substrate. Further, in a portion of the flexible beam forming substrate that is away from the support column and the fixing portion, a small deflection toward the cavity portion of the flexible beam forming substrate occurs when pressure from the processing machine is applied. For this reason, it grinds so that it may become slightly thicker in the part away from the support pillar and fixing | fixed part in a flexible beam formation board | substrate than the vicinity of a support pillar and fixing | fixed part. However, by providing the support column, the distance from the support column or the fixed portion to the corresponding portion is shortened, so that the flexure toward the hollow portion side of the flexible beam forming substrate becomes very small, and the thickness of the flexible beam varies. Can be reduced.

上述の梁構造デバイスの製造方法において、
支持柱は、可撓梁形成基板の一部によって形成されていると好適である。 In the method for manufacturing the beam structure device described above,
The support column is preferably formed by a part of the flexible beam forming substrate.

これにより、固定部と同一プロセスで支持柱を形成することができ、工程数を増やすことなく、可撓梁の厚みのばらつきを小さくすることができる。   Thereby, a support pillar can be formed in the same process as a fixed part, and the dispersion | variation in the thickness of a flexible beam can be made small, without increasing the number of processes.

または、上述の梁構造デバイスの製造方法において、
支持柱は、可撓梁形成基板とは異なる部材によって形成されていてもよい。 Or in the manufacturing method of the above-mentioned beam structure device,
The support pillar may be formed of a member different from the flexible beam forming substrate.

これにより、任意の位置やパターンで支持柱を成形することが可能になり、可撓梁の厚みのばらつきを効果的に小さくすることができる。   Thereby, it becomes possible to shape | mold a support pillar in arbitrary positions and patterns, and can reduce the dispersion | variation in the thickness of a flexible beam effectively.

また、本発明に係る梁構造デバイスは、支持基板と、可撓梁と、支持柱とを備える。可撓梁は、支持基板に固定される固定部と、固定部に支持され、支持基板に対して間隔を隔てて並行する可撓部とを備える。支持柱は、可撓梁から離間した位置において、支持基板に固定されている。   A beam structure device according to the present invention includes a support substrate, a flexible beam, and a support column. The flexible beam includes a fixed portion fixed to the support substrate, and a flexible portion supported by the fixed portion and parallel to the support substrate at a distance. The support column is fixed to the support substrate at a position spaced from the flexible beam.

上述の梁構造デバイスは、複数の可撓梁を備え、支持柱は複数の可撓梁の間に配置されると好適である。   The above-described beam structure device preferably includes a plurality of flexible beams, and the support column is disposed between the plurality of flexible beams.

これにより、支持柱の数が少なくて済み、梁構造デバイスを小型化したまま、複数の可撓梁の厚みのばらつきを小さくすることができる。   Thereby, the number of support pillars can be reduced, and variations in the thickness of the plurality of flexible beams can be reduced while the beam structure device is downsized.

上述の梁構造デバイスは、駆動容量部と、ＲＦ容量部とを備えると好適である。駆動容量部は、可撓梁に設けられる可撓梁側駆動容量電極と、可撓梁側駆動容量電極に対向するように支持基板に設けられる支持基板側駆動容量電極と、可撓梁側駆動容量電極と支持基板側駆動容量電極との間に形成される誘電体膜とからなり、可撓梁側駆動容量電極と支持基板側駆動容量電極との間に生じる駆動容量に基づいて可撓梁を変形させる。ＲＦ容量部は、可撓梁に設けられる可撓梁側ＲＦ容量電極と、可撓梁側ＲＦ容量電極に対向するように支持基板に設けられる支持基板側ＲＦ容量電極と、可撓梁側ＲＦ容量電極と支持基板側ＲＦ容量電極との間に形成される誘電体膜とからなる。   It is preferable that the beam structure device described above includes a drive capacitor unit and an RF capacitor unit. The drive capacitor unit includes a flexible beam side drive capacitance electrode provided on the flexible beam, a support substrate side drive capacitance electrode provided on the support substrate so as to face the flexible beam side drive capacitance electrode, and a flexible beam side drive. The flexible beam is formed of a dielectric film formed between the capacitance electrode and the support substrate side drive capacitance electrode, and is based on the drive capacitance generated between the flexible beam side drive capacitance electrode and the support substrate side drive capacitance electrode. Deform. The RF capacitor unit includes a flexible beam side RF capacitive electrode provided on the flexible beam, a support substrate side RF capacitive electrode provided on the support substrate so as to face the flexible beam side RF capacitive electrode, and a flexible beam side RF. It consists of a dielectric film formed between the capacitor electrode and the support substrate side RF capacitor electrode.

この構成では、駆動容量とＲＦ容量とが強い相関を持つことになる。支持柱を設けることにより可撓梁の厚みのばらつきを小さくすることができるため、駆動容量とＲＦ容量との相関性のずれが小さくなり、ＲＦ容量を高精度に制御することが可能になる。   In this configuration, the driving capacity and the RF capacity have a strong correlation. By providing the support column, the variation in the thickness of the flexible beam can be reduced, so that the deviation in the correlation between the drive capacity and the RF capacity is reduced, and the RF capacity can be controlled with high accuracy.

この発明によれば、支持柱を設けることにより、可撓梁の厚みのばらつきを小さくすることができる。   According to this invention, the variation in the thickness of the flexible beam can be reduced by providing the support column.

従来の梁構造デバイスの構成の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the composition of the conventional beam structure device. 従来の梁構造デバイスの製造方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the manufacturing method of the conventional beam structure device. 本発明の第１の実施形態に係る梁構造デバイスの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the beam structure device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る梁構造デバイスの製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the beam structure device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係る梁構造デバイス及び比較例に係る梁構造デバイスにおける可撓梁の形状について説明する図である。It is a figure explaining the shape of the flexible beam in the beam structure device which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and the beam structure device which concerns on a comparative example. 本発明の第２の実施形態に係る梁構造デバイスの製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the beam structure device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る梁構造デバイスの製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the beam structure device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態に係る梁構造デバイスの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the beam structure device which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。なお、各図には直交座標形のＸ−Ｙ−Ｚ軸を付し、可撓梁の厚み方向をＺ軸方向、梁長さ方向をＸ軸方向、梁幅方向をＹ軸方向としている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, an XYZ axis having a rectangular coordinate shape is attached, the thickness direction of the flexible beam is the Z-axis direction, the beam length direction is the X-axis direction, and the beam width direction is the Y-axis direction.

《第１の実施形態》
まず、第１の実施形態に係る梁構造デバイスとして可変容量素子を例に説明する。 << First Embodiment >>
First, a variable capacitance element will be described as an example of the beam structure device according to the first embodiment.

図３（Ａ）は、第１の実施形態に係る梁構造デバイスとしての可変容量素子１の平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）中にＢ−Ｂ’で示す位置での可変容量素子１の断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）中にＣ−Ｃ’で示す位置での可変容量素子１の断面図（Ｙ−Ｚ面断面図）である。図３（Ｄ）は、図３（Ａ）中にＤ−Ｄ’で示す位置での可変容量素子１の断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。   FIG. 3A is a plan view (XY plane plan view) of the variable capacitance element 1 as the beam structure device according to the first embodiment. 3B is a cross-sectional view (XZ plane cross-sectional view) of the variable capacitor 1 at a position indicated by B-B ′ in FIG. 3C is a cross-sectional view (YZ plane cross-sectional view) of the variable capacitor 1 at a position indicated by C-C ′ in FIG. 3D is a cross-sectional view (XZ plane cross-sectional view) of the variable capacitance element 1 at a position indicated by D-D ′ in FIG.

図３に示すように、可変容量素子１は、支持基板２と、可撓梁３Ａ，３Ｂと、誘電体膜４Ａ，４Ｂと、枠体５と、蓋基板６と、支持柱７と、支持基板側駆動容量電極８と、支持基板側ＲＦ容量電極９と、可撓梁側駆動容量電極１０と、可撓梁側ＲＦ容量電極１１とを備えている。なお、図３（Ａ）は、可変容量素子１において蓋基板６を取り外した状態を示している。
支持基板２および蓋基板６は、それぞれガラス基板からなり、平面視して矩形状に構成されている。なお、支持基板２や蓋基板６は、シリコン単結晶基板などの他の絶縁性基板で構成されていてもよい。枠体５は、高抵抗シリコン（絶縁物）からなり、平面視して枠状に構成されている。なお、枠体５も、他の絶縁性材料で構成されていてもよい。支持基板２と蓋基板６と枠体５とは、枠体５を間にして接合されていて、内部にパッケージ空間を構成している。 As shown in FIG. 3, the variable capacitance element 1 includes a support substrate 2, flexible beams 3A and 3B, dielectric films 4A and 4B, a frame 5, a lid substrate 6, a support column 7, and a support. The substrate side drive capacitance electrode 8, the support substrate side RF capacitance electrode 9, the flexible beam side drive capacitance electrode 10, and the flexible beam side RF capacitance electrode 11 are provided. FIG. 3A shows a state in which the lid substrate 6 is removed from the variable capacitance element 1.
The support substrate 2 and the lid substrate 6 are each made of a glass substrate, and are configured in a rectangular shape in plan view. Note that the support substrate 2 and the lid substrate 6 may be composed of other insulating substrates such as a silicon single crystal substrate. The frame 5 is made of high-resistance silicon (insulator) and is configured in a frame shape in plan view. Note that the frame 5 may also be made of other insulating materials. The support substrate 2, the lid substrate 6, and the frame body 5 are joined with the frame body 5 interposed therebetween, and constitute a package space inside.

可撓梁３Ａ，３Ｂは、それぞれ一端部で支持基板２に支持される片持ち梁構造であり、パッケージ空間内部でＹ軸方向に並べて配置されている。可撓梁３Ａ，３Ｂは、高抵抗シリコン基板などの絶縁性基板や導電性基板からなる。可撓梁３Ａ，３Ｂは、それぞれ固定部３Ｃと、連結部３Ｄと、可撓部３Ｅとを備え、連結部３Ｄおよび可撓部３Ｅが、支持基板２から離間した状態で固定部３Ｃに支持されている。固定部３Ｃは、平面視してＹ軸方向に長尺な矩形状であり、支持基板２の上面に固定されている。連結部３Ｄは、平面視して、それぞれＸ軸に対して蛇行するミアンダライン状であり、固定部３ＣのＹ軸方向両端それぞれからＸ軸正方向に立設している。可撓部３Ｅは、平面視してＸ軸方向に長尺な平板状であり、Ｘ軸負方向の端部で連結部３Ｄに連結されている。可撓部３Ｅは、支持基板２の主面に空間を介して対向している。また、可撓部３Ｅは、Ｘ軸に沿って複数の貫通孔が配列されたラダー状の分割領域と、当該分割領域によって区画された３つの区画領域とを備えている。   The flexible beams 3A and 3B each have a cantilever structure that is supported by the support substrate 2 at one end, and are arranged side by side in the Y-axis direction inside the package space. The flexible beams 3A and 3B are made of an insulating substrate such as a high resistance silicon substrate or a conductive substrate. Each of the flexible beams 3A and 3B includes a fixing portion 3C, a connecting portion 3D, and a flexible portion 3E. The connecting portion 3D and the flexible portion 3E are supported by the fixing portion 3C while being separated from the support substrate 2. Has been. The fixed portion 3 </ b> C has a rectangular shape that is long in the Y-axis direction in plan view, and is fixed to the upper surface of the support substrate 2. The connecting portion 3D has a meander line shape meandering with respect to the X axis in plan view, and is erected in the X axis positive direction from both ends of the fixing portion 3C in the Y axis direction. The flexible portion 3E has a flat plate shape that is long in the X-axis direction when seen in a plan view, and is connected to the connecting portion 3D at the end in the negative X-axis direction. The flexible part 3E faces the main surface of the support substrate 2 with a space in between. The flexible portion 3E includes a ladder-shaped divided region in which a plurality of through holes are arranged along the X axis, and three divided regions divided by the divided region.

図３に示すように、支持基板側駆動容量電極８と支持基板側ＲＦ容量電極９とは、それぞれ支持基板２の上面に形成されている。支持基板側駆動容量電極８および支持基板側ＲＦ容量電極９は、それぞれＸ軸方向に長尺な線路状電極であり、Ｙ軸方向に配列して設けられている。支持基板側駆動容量電極８および支持基板側ＲＦ容量電極９は、例えば、Ｃｒ，Ｐｔ，Ａｕなどからなる金属層の単層電極、またはそれらの積層電極として構成するとよい。支持基板側駆動容量電極８の一方の端部は、駆動電圧端子に接続されている。支持基板側駆動容量電極８は、支持基板側ＲＦ容量電極９のＹ軸方向の両脇に設けられている。支持基板側ＲＦ容量電極９の一方の端部は、ＲＦ信号の出力端子または入力端子に接続されている。支持基板側ＲＦ容量電極９は、支持基板側駆動容量電極８の間に設けられている。   As shown in FIG. 3, the support substrate side drive capacitor electrode 8 and the support substrate side RF capacitor electrode 9 are formed on the upper surface of the support substrate 2. The support substrate side drive capacitance electrode 8 and the support substrate side RF capacitance electrode 9 are line-shaped electrodes that are long in the X-axis direction, and are arranged in the Y-axis direction. The support substrate side drive capacitance electrode 8 and the support substrate side RF capacitance electrode 9 may be configured as a single layer electrode of a metal layer made of, for example, Cr, Pt, Au, or a stacked electrode thereof. One end of the support substrate side drive capacitance electrode 8 is connected to a drive voltage terminal. The support substrate side drive capacitance electrode 8 is provided on both sides of the support substrate side RF capacitance electrode 9 in the Y-axis direction. One end of the support substrate-side RF capacitor electrode 9 is connected to an RF signal output terminal or input terminal. The support substrate side RF capacitor electrode 9 is provided between the support substrate side drive capacitor electrodes 8.

誘電体膜４Ａ，４Ｂは、それぞれ支持基板側駆動容量電極８と支持基板側ＲＦ容量電極９とを覆うように形成されている。誘電体膜４Ａ，４Ｂは、支持基板２の上面（Ｚ軸正方向の面）にＹ軸方向に並べて形成されている。なお、誘電体膜４は、五酸化タンタルなどの高い誘電率を有する薄膜からなる。   The dielectric films 4A and 4B are formed so as to cover the support substrate side drive capacitance electrode 8 and the support substrate side RF capacitance electrode 9, respectively. The dielectric films 4A and 4B are formed side by side in the Y-axis direction on the upper surface (the surface in the positive Z-axis direction) of the support substrate 2. The dielectric film 4 is a thin film having a high dielectric constant such as tantalum pentoxide.

可撓梁側駆動容量電極１０と可撓梁側ＲＦ容量電極１１とは、それぞれ可撓梁３Ａ，３Ｂの下面に形成されている。可撓梁側駆動容量電極１０と可撓梁側ＲＦ容量電極１１とは、Ｘ軸方向に長尺な線路状電極であり、Ｙ軸方向に配列して設けられている。可撓梁側駆動容量電極１０は、可撓梁側ＲＦ容量電極１１のＹ軸方向の両脇に設けられている。可撓梁側駆動容量電極１０は、支持基板側駆動容量電極８および誘電体膜４Ａ，４Ｂと対向するように設けられており、一方の端部が接地端子に接続されている。可撓梁側ＲＦ容量電極１１は、可撓梁側駆動容量電極１０の間に設けられている。具体的には、可撓梁側ＲＦ容量電極１１は、支持基板側ＲＦ容量電極９および誘電体膜４Ａ，４Ｂと対向するように設けられている。可撓梁側駆動容量電極１０と可撓梁側ＲＦ容量電極１１とは、例えば、タングステンやモリブデンからなる金属層の単層電極、またはタングステンからなる下地層の上にチタン・タングステン合金層を設けた積層電極として構成するとよい。   The flexible beam side drive capacitive electrode 10 and the flexible beam side RF capacitive electrode 11 are formed on the lower surfaces of the flexible beams 3A and 3B, respectively. The flexible beam side drive capacitance electrode 10 and the flexible beam side RF capacitance electrode 11 are line-shaped electrodes that are long in the X-axis direction, and are arranged in the Y-axis direction. The flexible beam side drive capacitance electrode 10 is provided on both sides of the flexible beam side RF capacitance electrode 11 in the Y-axis direction. The flexible beam side drive capacitance electrode 10 is provided so as to face the support substrate side drive capacitance electrode 8 and the dielectric films 4A and 4B, and one end thereof is connected to the ground terminal. The flexible beam side RF capacitive electrode 11 is provided between the flexible beam side drive capacitive electrodes 10. Specifically, the flexible beam side RF capacitive electrode 11 is provided so as to face the support substrate side RF capacitive electrode 9 and the dielectric films 4A and 4B. The flexible beam side drive capacitance electrode 10 and the flexible beam side RF capacitance electrode 11 are, for example, a single layer electrode of a metal layer made of tungsten or molybdenum, or a titanium / tungsten alloy layer on an underlayer made of tungsten. It may be configured as a laminated electrode.

可撓梁側駆動容量電極１０は、支持基板側駆動容量電極８と誘電体膜４Ａ，４Ｂとに対向している。支持基板側駆動容量電極８と可撓梁側駆動容量電極１０と誘電体膜４Ａ，４Ｂとは、駆動容量部を構成している。駆動電圧端子から支持基板側駆動容量電極８に駆動電圧（ＤＣ電圧）が印加されると、駆動容量部において静電引力が発生する。駆動容量部は、その静電引力により可撓梁３Ａ，３Ｂを支持基板２側に引き付け、可撓梁３Ａ，３Ｂを先端（Ｘ軸正方向側の端部）から誘電体膜４Ａ，４Ｂに接触させる駆動容量として機能する。駆動電圧が高電圧であるほど、可撓梁３Ａ，３Ｂと誘電体膜４Ａ，４Ｂとの接触面積は大きくなる。
可撓梁側ＲＦ容量電極１１は、支持基板側ＲＦ容量電極９と誘電体膜４Ａ，４Ｂとに対向している。支持基板側ＲＦ容量電極９と可撓梁側ＲＦ容量電極１１と誘電体膜４Ａ，４Ｂとは、ＲＦ容量部を構成している。ＲＦ容量部は、支持基板側ＲＦ容量電極９と可撓梁側ＲＦ容量電極１１との間に形成され、可撓梁３Ａ，３Ｂと誘電体膜４Ａ，４Ｂとの接触面積に応じて容量の大きさが変化する可変容量であるＲＦ容量として機能する。 The flexible beam drive capacitance electrode 10 faces the support substrate drive capacitance electrode 8 and the dielectric films 4A and 4B. The support substrate side drive capacity electrode 8, the flexible beam side drive capacity electrode 10, and the dielectric films 4A and 4B constitute a drive capacity section. When a drive voltage (DC voltage) is applied from the drive voltage terminal to the support substrate side drive capacitance electrode 8, an electrostatic attractive force is generated in the drive capacitance portion. The drive capacitor portion attracts the flexible beams 3A and 3B to the support substrate 2 side by the electrostatic attractive force, and the flexible beams 3A and 3B are moved from the tip (end portion on the X axis positive direction side) to the dielectric films 4A and 4B. It functions as a driving capacity to be contacted. The higher the driving voltage, the larger the contact area between the flexible beams 3A and 3B and the dielectric films 4A and 4B.
The flexible beam-side RF capacitive electrode 11 faces the support substrate-side RF capacitive electrode 9 and the dielectric films 4A and 4B. The support substrate-side RF capacitive electrode 9, the flexible beam-side RF capacitive electrode 11, and the dielectric films 4A and 4B constitute an RF capacitive portion. The RF capacitor portion is formed between the support substrate-side RF capacitor electrode 9 and the flexible beam-side RF capacitor electrode 11, and has a capacitance according to the contact area between the flexible beams 3A and 3B and the dielectric films 4A and 4B. It functions as an RF capacitor which is a variable capacitor whose size changes.

支持柱７は、高抵抗シリコンからなり、パッケージ空間内部で可撓梁３Ａ，３Ｂの間に配置されている。   The support column 7 is made of high-resistance silicon, and is disposed between the flexible beams 3A and 3B inside the package space.

このような構成の可変容量素子１は、支持柱７を設けることにより可撓梁３Ａ，３Ｂの厚みのばらつきが小さくなり、駆動容量とＲＦ容量との間の相関性が高いものになる。そのため、駆動容量をモニターしてフィードバック制御することで、温度変化などの外乱に対してＲＦ容量を所望の値にすることが可能になる。   In the variable capacitance element 1 having such a configuration, the thickness of the flexible beams 3A and 3B is reduced by providing the support column 7, and the correlation between the drive capacitance and the RF capacitance is high. Therefore, by monitoring the drive capacity and performing feedback control, the RF capacity can be set to a desired value against disturbances such as temperature changes.

図４は、本実施形態の可変容量素子１の製造方法について説明する図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing the variable capacitance element 1 of the present embodiment.

まず、本実施形態における可撓梁３Ａ，３Ｂを形成するための可撓梁形成基板である平板状の高抵抗シリコン基板２１を用意する（Ｓ１）。レジストパターンを用いたウェットエッチング法などにより高抵抗シリコン基板２１の下面側を削り、可撓梁３Ａ，３Ｂの連結部３Ｄ及び可撓部３Ｅと支持基板２との間の空間となる空洞部２１Ａを形成する。このとき、枠体５と、固定部３Ｃと、支持柱７との一部を形成する（Ｓ２）。   First, a flat high resistance silicon substrate 21 which is a flexible beam forming substrate for forming the flexible beams 3A and 3B in the present embodiment is prepared (S1). The lower surface side of the high-resistance silicon substrate 21 is shaved by a wet etching method using a resist pattern, etc., and the hollow portion 21A serving as a space between the flexible beam 3A, the connection portion 3D of the flexible beams 3A and the flexible portion 3E and the support substrate 2. Form. At this time, a part of the frame 5, the fixing portion 3C, and the support pillar 7 is formed (S2).

次に、高抵抗シリコン基板２１の下面に可撓梁側駆動容量電極１０や可撓梁側ＲＦ容量電極１１（不図示）を形成する（Ｓ３）。   Next, the flexible beam side drive capacitance electrode 10 and the flexible beam side RF capacitance electrode 11 (not shown) are formed on the lower surface of the high resistance silicon substrate 21 (S3).

次に、Ａｌ膜からなるエッチングストップ層２２を、枠体５と固定部３Ｃと支持柱７との一部、可撓梁側駆動容量電極１０および可撓梁側ＲＦ容量電極１１を除く、高抵抗シリコン基板２１の下面の領域に形成する（Ｓ４）。   Next, an etching stop layer 22 made of an Al film is formed on the high-side, excluding the frame 5, a part of the fixed portion 3 </ b> C and the support pillar 7, the flexible beam side drive capacitance electrode 10 and the flexible beam side RF capacitance electrode 11. It forms in the area | region of the lower surface of the resistance silicon substrate 21 (S4).

次に、枠体５、固定部３Ｃ、および支持柱７の一部の下面に、支持基板２との接合用の金属膜２３を形成する（Ｓ５）。なお、固定部３Ｃの下面に設ける金属膜２３は、可撓梁側駆動容量電極１０および可撓梁側ＲＦ容量電極１１に接続される配線として利用される。   Next, a metal film 23 for bonding to the support substrate 2 is formed on a part of the lower surface of the frame 5, the fixing portion 3C, and the support pillar 7 (S5). The metal film 23 provided on the lower surface of the fixed portion 3C is used as a wiring connected to the flexible beam side drive capacitance electrode 10 and the flexible beam side RF capacitance electrode 11.

次に、誘電体膜４Ａ，４Ｂや支持基板側駆動容量電極８、支持基板側ＲＦ容量電極９（不図示）などを形成した支持基板２を別途用意し、金属膜２３を介して支持基板２と高抵抗シリコン基板２１とを接合する（Ｓ６）。   Next, the support substrate 2 on which the dielectric films 4A and 4B, the support substrate side drive capacitance electrode 8, the support substrate side RF capacitance electrode 9 (not shown) and the like are separately prepared, and the support substrate 2 is interposed through the metal film 23. Are bonded to the high-resistance silicon substrate 21 (S6).

次に、高抵抗シリコン基板２１の上面全面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）装置などの加工機により研削して、高抵抗シリコン基板２１を薄化する（Ｓ７）。   Next, the entire surface of the high-resistance silicon substrate 21 is ground by a processing machine such as a CMP (Chemical Mechanical Polish) apparatus to thin the high-resistance silicon substrate 21 (S7).

次に、高抵抗シリコン基板２１の上面における枠体５となる位置に、蓋基板６との接合用の金属膜２４を形成する（Ｓ８）。   Next, a metal film 24 for bonding to the lid substrate 6 is formed at a position to be the frame 5 on the upper surface of the high resistance silicon substrate 21 (S8).

次に、ドライエッチングにより、高抵抗シリコン基板２１の上面側からエッチングストップ層２２に至るまで高抵抗シリコン基板２１を削り、枠体５、可撓梁３Ａ，３Ｂ、および支持柱７を形成する（Ｓ９）。   Next, the high resistance silicon substrate 21 is shaved from the upper surface side of the high resistance silicon substrate 21 to the etching stop layer 22 by dry etching to form the frame body 5, the flexible beams 3A and 3B, and the support columns 7 ( S9).

次に、エッチングストップ層２２をエッチングにより除去する（Ｓ１０）。   Next, the etching stop layer 22 is removed by etching (S10).

最後に、蓋基板６を枠体５の上面に接合する（Ｓ１１）。   Finally, the lid substrate 6 is joined to the upper surface of the frame body 5 (S11).

以上のようにして本実施形態の可変容量素子１は製造される。この製造方法によれば、高抵抗シリコン基板２１の下面側を削る工程（Ｓ２）などで支持柱７を形成しているため、高抵抗シリコン基板２１の上面全面を研削して高抵抗シリコン基板２１を薄化させる工程（Ｓ７）で加工機からの圧力によって高抵抗シリコン基板２１が空洞部２１Ａ側へ撓むものの、支持柱７によって撓みが小さくなり、可撓梁３Ａ，３Ｂの厚みばらつきを小さくすることができる。   As described above, the variable capacitance element 1 of the present embodiment is manufactured. According to this manufacturing method, since the support pillar 7 is formed in the step (S2) of cutting the lower surface side of the high-resistance silicon substrate 21, the entire upper surface of the high-resistance silicon substrate 21 is ground and the high-resistance silicon substrate 21 is ground. In the thinning step (S7), the high resistance silicon substrate 21 bends toward the cavity 21A due to the pressure from the processing machine, but the bend is reduced by the support pillar 7 and the thickness variation of the flexible beams 3A and 3B is reduced. can do.

図５（Ａ）は、本実施形態に係る可変容量素子１における可撓梁３Ａ，３Ｂの形状について説明する図である。また、図５（Ｂ）は、支持柱を設けない比較例に係る可変容量素子４０１における可撓梁４０３Ａ，４０３Ｂの形状について説明する図である。比較例に係る可変容量素子４０１は、支持柱が設けられていない点以外は本実施形態に係る可変容量素子１と同様に構成されている。   FIG. 5A is a diagram illustrating the shapes of the flexible beams 3A and 3B in the variable capacitance element 1 according to this embodiment. FIG. 5B is a diagram illustrating the shapes of the flexible beams 403A and 403B in the variable capacitance element 401 according to the comparative example in which the support pillar is not provided. The variable capacitance element 401 according to the comparative example is configured in the same manner as the variable capacitance element 1 according to the present embodiment except that the support pillar is not provided.

本実施形態に係る可変容量素子１では、金属膜２３を介して支持基板２と高抵抗シリコン基板２１とが接合された状態で、高抵抗シリコン基板２１を薄化するために研削される。このとき、高抵抗シリコン基板２１における支持柱７と枠体５と固定部３Ｃの近傍の部分では、支持柱７と枠体５と固定部３Ｃとによって、加工機からの圧力が加わっても高抵抗シリコン基板２１の空洞部２１Ａ側への撓みはほとんど発生しない。このため、高抵抗シリコン基板２１における支持柱７と枠体５と固定部３Ｃの近傍の部分では、所望の厚みとなるように研削される。高抵抗シリコン基板２１における支持柱７と枠体５と固定部３Ｃから離れた部分では、加工機からの圧力が加わると高抵抗シリコン基板２１の空洞部２１Ａ側への小さな撓みが発生する。このため、高抵抗シリコン基板２１における支持柱７と枠体５と固定部３Ｃから離れた部分では、支持柱７と枠体５と固定部３Ｃの近傍よりも僅かに厚くなるように研削される。具体的には、本実施形態の可変容量素子１では、可撓梁３Ａ，３Ｂが互いに隣接し合う端部の間に支持柱７が設けられているので、枠体５と支持柱７との中間に位置する部分の厚みが他の部分よりも僅かに厚くなるように研削されることになる。このように、本実施形態に係る可変容量素子１では、可撓梁３Ａ，３Ｂの厚みばらつきは小さい。   In the variable capacitance element 1 according to the present embodiment, the high resistance silicon substrate 21 is ground in a state where the support substrate 2 and the high resistance silicon substrate 21 are bonded via the metal film 23. At this time, in the vicinity of the support pillar 7, the frame body 5, and the fixing portion 3 </ b> C in the high resistance silicon substrate 21, even if pressure from the processing machine is applied by the support pillar 7, the frame body 5, and the fixing portion 3 </ b> C, the high resistance silicon substrate 21 is high. The resistance silicon substrate 21 hardly bends toward the cavity 21A. For this reason, the portions of the high resistance silicon substrate 21 in the vicinity of the support pillar 7, the frame body 5, and the fixed portion 3C are ground to have a desired thickness. In a portion of the high-resistance silicon substrate 21 that is away from the support pillar 7, the frame 5, and the fixed portion 3C, a small deflection toward the cavity 21A of the high-resistance silicon substrate 21 occurs when pressure from the processing machine is applied. Therefore, the portion of the high-resistance silicon substrate 21 that is away from the support column 7, the frame body 5, and the fixed portion 3C is ground to be slightly thicker than the vicinity of the support column 7, the frame body 5, and the fixed portion 3C. . Specifically, in the variable capacitance element 1 of the present embodiment, since the support pillar 7 is provided between the ends where the flexible beams 3A and 3B are adjacent to each other, the frame 5 and the support pillar 7 Grinding is performed so that the thickness of the intermediate portion is slightly thicker than the other portions. Thus, in the variable capacitance element 1 according to the present embodiment, the thickness variation of the flexible beams 3A and 3B is small.

比較例に係る可変容量素子４０１では、支持柱が存在しないために、金属膜２３を介して支持基板２と高抵抗シリコン基板２１とが接合された状態で高抵抗シリコン基板２１を薄化するために研削される際に、加工機からの圧力が加わると高抵抗シリコン基板２１の空洞部２１Ａ側への大きな撓みが発生する。このため、高抵抗シリコン基板２１における枠体５と固定部３Ｃの近傍の部分では所望の厚みとなるように研削されるが、枠体５と固定部３Ｃから離れた部分では、所望の厚みよりも大幅に厚くなるように研削される。特に、可撓梁４０３Ａ，４０３Ｂが互いに隣接し合う端部周辺では、枠体５と固定部３Ｃから最も離れた部分であるため、他の部分よりも大幅に厚くなるように研削される。このように、比較例に係る可変容量素子４０１では、可撓梁４０３Ａ，４０３Ｂの厚みばらつきが非常に大きい。   In the variable capacitance element 401 according to the comparative example, since the support column does not exist, the high resistance silicon substrate 21 is thinned in a state where the support substrate 2 and the high resistance silicon substrate 21 are bonded via the metal film 23. When the pressure from the processing machine is applied during grinding, large deflection of the high resistance silicon substrate 21 toward the hollow portion 21A occurs. For this reason, the portion of the high resistance silicon substrate 21 in the vicinity of the frame 5 and the fixed portion 3C is ground to have a desired thickness, but the portion away from the frame 5 and the fixed portion 3C is more than the desired thickness. Is also ground to be significantly thicker. In particular, in the vicinity of the end portion where the flexible beams 403A and 403B are adjacent to each other, it is the portion farthest from the frame body 5 and the fixed portion 3C, and thus is ground so as to be significantly thicker than the other portions. Thus, in the variable capacitance element 401 according to the comparative example, the thickness variation of the flexible beams 403A and 403B is very large.

このように本実施形態に係る可変容量素子１の構造とその製造方法とを採用することにより、可撓梁の厚みばらつきを、支持柱を設けない場合よりも小さくすることができる。   Thus, by adopting the structure of the variable capacitance element 1 according to the present embodiment and the manufacturing method thereof, the thickness variation of the flexible beam can be made smaller than the case where the support pillar is not provided.

《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態に係る梁構造デバイスについて説明する。ここでも、可変容量素子を梁構造デバイスの例とする。 << Second Embodiment >>
Next, a beam structure device according to a second embodiment of the present invention will be described. Again, the variable capacitance element is an example of a beam structure device.

図６は、本実施形態に係る可変容量素子３１の製造方法について説明する図である。本実施形態に係る可変容量素子３１の製造方法は、第１の実施形態の可変容量素子１の製造方法と支持柱の形成方法が異なる。   FIG. 6 is a diagram illustrating a method for manufacturing the variable capacitance element 31 according to this embodiment. The manufacturing method of the variable capacitance element 31 according to the present embodiment is different from the manufacturing method of the variable capacitance element 1 of the first embodiment and the forming method of the support pillars.

まず、本実施形態における可撓梁３３Ａ，３３Ｂを形成するための可撓梁形成基板である平板状の高抵抗シリコン基板５１を用意する（Ｓ２１）。レジストパターンを用いたウェットエッチング法などにより高抵抗シリコン基板５１の下面側を削り、可撓梁３３Ａ，３３Ｂの連結部及び可撓部と支持基板３２との間の空間となる空洞部５１Ａを形成する。このとき、枠体３５および固定部３３Ｃの一部を形成する（Ｓ２２）。   First, a flat high resistance silicon substrate 51 which is a flexible beam forming substrate for forming the flexible beams 33A and 33B in the present embodiment is prepared (S21). The lower surface side of the high-resistance silicon substrate 51 is cut by a wet etching method using a resist pattern to form a cavity 51A that becomes a space between the flexible beam 33A and 33B and the flexible portion and the support substrate 32. To do. At this time, a part of the frame 35 and the fixing portion 33C is formed (S22).

次に、高抵抗シリコン基板５１の下面に可撓梁側駆動容量電極４０や可撓梁側ＲＦ容量電極４１（不図示）を形成する（Ｓ２３）。   Next, the flexible beam side drive capacitance electrode 40 and the flexible beam side RF capacitance electrode 41 (not shown) are formed on the lower surface of the high resistance silicon substrate 51 (S23).

次に、Ａｌ膜からなるエッチングストップ層５２を、枠体３５と固定部３３Ｃとの一部、可撓梁側駆動容量電極４０および可撓梁側ＲＦ容量電極４１を除く、高抵抗シリコン基板５１の下面の領域に形成するとともに、タングステンや金などによる金属膜または二酸化珪素などによる絶縁膜により支持柱３７の一部を形成する（Ｓ２４）。   Next, an etching stop layer 52 made of an Al film is formed on the high-resistance silicon substrate 51 excluding a part of the frame 35 and the fixed portion 33C, the flexible beam side drive capacitance electrode 40, and the flexible beam side RF capacitance electrode 41. A part of the support pillar 37 is formed by a metal film such as tungsten or gold or an insulating film such as silicon dioxide (S24).

次に、枠体３５、固定部３３Ｃ、および支持柱３７の一部の下面に、支持基板３２との接合用の金属膜５３を形成する（Ｓ２５）。なお、固定部３３Ｃの下面に設ける金属膜５３は、可撓梁側駆動容量電極４０および可撓梁側ＲＦ容量電極４１に接続される配線として利用される。   Next, a metal film 53 for bonding to the support substrate 32 is formed on a part of the lower surface of the frame 35, the fixing portion 33C, and the support pillar 37 (S25). The metal film 53 provided on the lower surface of the fixed portion 33C is used as a wiring connected to the flexible beam side drive capacitance electrode 40 and the flexible beam side RF capacitance electrode 41.

次に、誘電体膜３４Ａ，３４Ｂや支持基板側駆動容量電極３８、支持基板側ＲＦ容量電極３９（不図示）などを形成した支持基板３２を別途用意し、金属膜５３を介して支持基板３２と高抵抗シリコン基板５１とを接合する（Ｓ２６）。   Next, a support substrate 32 on which the dielectric films 34A and 34B, the support substrate side drive capacitor electrode 38, the support substrate side RF capacitor electrode 39 (not shown), and the like are separately prepared, and the support substrate 32 is interposed via the metal film 53. Are bonded to the high-resistance silicon substrate 51 (S26).

次に、高抵抗シリコン基板５１の上面全面をＣＭＰ装置などの加工機により研削して、高抵抗シリコン基板５１を薄化する（Ｓ２７）。   Next, the entire upper surface of the high resistance silicon substrate 51 is ground by a processing machine such as a CMP apparatus to thin the high resistance silicon substrate 51 (S27).

次に、高抵抗シリコン基板５１の上面における枠体３５となる位置に、蓋基板３６との接合用の金属膜５４を形成する（Ｓ２８）。   Next, a metal film 54 for bonding to the lid substrate 36 is formed at a position to be the frame 35 on the upper surface of the high resistance silicon substrate 51 (S28).

次に、ドライエッチングにより、高抵抗シリコン基板５１の上面側からエッチングストップ層５２に至るまで高抵抗シリコン基板５１を削り、枠体３５、可撓梁３３Ａ，３３Ｂを形成する（Ｓ２９）。   Next, by dry etching, the high-resistance silicon substrate 51 is cut from the upper surface side of the high-resistance silicon substrate 51 to the etching stop layer 52 to form the frame body 35 and the flexible beams 33A and 33B (S29).

次に、エッチングストップ層５２をエッチングにより除去する（Ｓ３０）。   Next, the etching stop layer 52 is removed by etching (S30).

最後に、蓋基板３６を枠体３５の上面に接合する（Ｓ３１）。   Finally, the lid substrate 36 is bonded to the upper surface of the frame body 35 (S31).

以上のようにして本実施形態の可変容量素子３１は製造される。この製造方法によれば、支持柱を形成しているため、第１の実施形態の可変容量素子１の製造方法と同様に、可撓梁の厚みばらつきを小さくすることができる。さらに、支持柱３７を、高抵抗シリコン基板５１のエッチングではなく、別部材の付設により形成しているため、支持柱３７の形状や配置を任意に設定することができる。   As described above, the variable capacitance element 31 of the present embodiment is manufactured. According to this manufacturing method, since the support pillar is formed, the thickness variation of the flexible beam can be reduced as in the manufacturing method of the variable capacitance element 1 of the first embodiment. Furthermore, since the support pillar 37 is formed not by etching the high-resistance silicon substrate 51 but by attaching another member, the shape and arrangement of the support pillar 37 can be arbitrarily set.

《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態に係る梁構造デバイスについて説明する。ここでも、可変容量素子を梁構造デバイスの例とする。 << Third Embodiment >>
Next, a beam structure device according to a third embodiment of the present invention will be described. Again, the variable capacitance element is an example of a beam structure device.

図７は、本実施形態に係る可変容量素子６１の製造方法について説明する図である。本実施形態に係る可変容量素子６１の製造方法は、第２の実施形態の可変容量素子３１の製造方法と一部の製造工程が異なる。   FIG. 7 is a diagram illustrating a method for manufacturing the variable capacitance element 61 according to the present embodiment. The manufacturing method of the variable capacitance element 61 according to the present embodiment differs from the manufacturing method of the variable capacitance element 31 of the second embodiment in a part of the manufacturing process.

まず、本実施形態における可撓梁６３Ａ，６３Ｂを形成するための可撓梁形成基板である平板状の高抵抗シリコン基板８１を用意する（Ｓ４１）。レジストパターンを用いたウェットエッチング法などにより高抵抗シリコン基板８１の下面側を削り、可撓梁６３Ａ，６３Ｂの連結部及び可撓部と支持基板６２との間の空間となる空洞部８１Ａを形成する。このとき、枠体６５および固定部６３Ｃの一部を形成する（Ｓ４２）。   First, a flat high resistance silicon substrate 81 which is a flexible beam forming substrate for forming the flexible beams 63A and 63B in this embodiment is prepared (S41). The lower surface side of the high-resistance silicon substrate 81 is cut by a wet etching method using a resist pattern to form a hollow portion 81A serving as a connection portion between the flexible beams 63A and 63B and a space between the flexible portion and the support substrate 62. To do. At this time, the frame body 65 and a part of the fixing portion 63C are formed (S42).

次に、高抵抗シリコン基板８１の下面に可撓梁側駆動容量電極７０や可撓梁側ＲＦ容量電極７１（不図示）を形成する（Ｓ４３）。   Next, the flexible beam side drive capacitance electrode 70 and the flexible beam side RF capacitance electrode 71 (not shown) are formed on the lower surface of the high resistance silicon substrate 81 (S43).

次に、Ａｌ膜からなるエッチングストップ層８２を、枠体６５と固定部６３Ｃとの一部、可撓梁側駆動容量電極７０および可撓梁側ＲＦ容量電極７１を除く、高抵抗シリコン基板８１の下面の領域に形成するとともに、アルミニウム膜により支持柱６７の一部を形成する（Ｓ４４）。   Next, the etching stop layer 82 made of an Al film is formed on the high-resistance silicon substrate 81 excluding a part of the frame 65 and the fixing portion 63C, the flexible beam side drive capacitance electrode 70, and the flexible beam side RF capacitance electrode 71. A part of the support pillar 67 is formed of an aluminum film (S44).

次に、枠体６５、固定部６３Ｃ、および支持柱６７の一部の下面に、支持基板６２との接合用の金属膜８３を形成する（Ｓ４５）。なお、固定部６３Ｃの下面に設ける金属膜８３は、可撓梁側駆動容量電極７０および可撓梁側ＲＦ容量電極７１に接続される配線として利用される。   Next, a metal film 83 for bonding to the support substrate 62 is formed on a part of the lower surface of the frame 65, the fixing portion 63C, and the support pillar 67 (S45). The metal film 83 provided on the lower surface of the fixed portion 63C is used as a wiring connected to the flexible beam side drive capacitance electrode 70 and the flexible beam side RF capacitance electrode 71.

次に、誘電体膜６４Ａ，６４Ｂや支持基板側駆動容量電極６８、支持基板側ＲＦ容量電極６９（不図示）などを形成した支持基板６２を別途用意し、金属膜８３を介して支持基板６２と高抵抗シリコン基板８１とを接合する（Ｓ４６）。   Next, a support substrate 62 on which the dielectric films 64A and 64B, the support substrate side drive capacitor electrode 68, the support substrate side RF capacitor electrode 69 (not shown), and the like are separately prepared, and the support substrate 62 is interposed via the metal film 83. Are bonded to the high-resistance silicon substrate 81 (S46).

次に、高抵抗シリコン基板８１の上面全面をＣＭＰ装置などの加工機により研削して、高抵抗シリコン基板８１を薄化する（Ｓ４７）。   Next, the entire upper surface of the high resistance silicon substrate 81 is ground by a processing machine such as a CMP apparatus to thin the high resistance silicon substrate 81 (S47).

次に、高抵抗シリコン基板８１の上面における枠体６５となる位置に、蓋基板６６との接合用の金属膜８４を形成する（Ｓ４８）。   Next, a metal film 84 for bonding to the lid substrate 66 is formed at a position to be the frame body 65 on the upper surface of the high resistance silicon substrate 81 (S48).

次に、ドライエッチングにより、高抵抗シリコン基板８１の上面側からエッチングストップ層８２に至るまで高抵抗シリコン基板８１を削り、枠体６５および可撓梁６３Ａ，６３Ｂを形成する（Ｓ４９）。   Next, by dry etching, the high resistance silicon substrate 81 is scraped from the upper surface side of the high resistance silicon substrate 81 to the etching stop layer 82 to form the frame body 65 and the flexible beams 63A and 63B (S49).

次に、エッチングストップ層８２と支持柱６７とをエッチングにより除去する（Ｓ５０）。   Next, the etching stop layer 82 and the support pillar 67 are removed by etching (S50).

最後に、蓋基板６６を枠体６５の上面に接合する（Ｓ５１）。   Finally, the lid substrate 66 is bonded to the upper surface of the frame body 65 (S51).

以上のようにして本実施形態の可変容量素子６１は製造される。この製造方法によれば、支持柱を形成しているため、第１の実施形態の可変容量素子１および第２の実施形態の可変容量素子３１の製造方法と同様に、可撓梁の厚みばらつきを小さくすることができる。また、支持柱６７を、高抵抗シリコン基板８１のエッチングではなく、別部材の付設により形成しているため、第２の実施形態の可変容量素子３１の製造方法と同様に、支持柱６７の形状や配置を任意に設定することができる。さらに、支持柱６７を、エッチングストップ層８２と同じアルミニウム膜によって形成するので、高抵抗シリコン基板８１の研削後に、支持柱６７を除去することができる。   As described above, the variable capacitance element 61 of the present embodiment is manufactured. According to this manufacturing method, since the support pillar is formed, the thickness variation of the flexible beam is similar to the manufacturing method of the variable capacitance element 1 of the first embodiment and the variable capacitance element 31 of the second embodiment. Can be reduced. Further, since the support column 67 is formed not by etching the high-resistance silicon substrate 81 but by attaching a separate member, the shape of the support column 67 is the same as in the method of manufacturing the variable capacitor 31 of the second embodiment. And the arrangement can be arbitrarily set. Furthermore, since the support column 67 is formed of the same aluminum film as the etching stop layer 82, the support column 67 can be removed after the high-resistance silicon substrate 81 is ground.

《第４の実施形態》
次に、本発明の第４の実施形態に係る梁構造デバイスについて説明する。ここでも、可変容量素子を梁構造デバイスの例とする。 << Fourth Embodiment >>
Next, a beam structure device according to a fourth embodiment of the present invention will be described. Again, the variable capacitance element is an example of a beam structure device.

図８（Ａ）と図８（Ｂ）は、本実施形態に係る可変容量素子９１の断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。   FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views (XZ plane cross-sectional views) of the variable capacitance element 91 according to the present embodiment.

この可変容量素子９１は、第１の実施形態の可変容量素子１とほとんど同じ構成であるが、支持柱７の上面と固定部３Ｃの上面とに、蓋基板６との接合用の金属膜９２を備える点で相違する。この構成では、支持基板２や蓋基板６、可撓梁３Ａ，３Ｂが互いに強固に固定され、可変容量素子９１の機械的な強度を高めることができる。   The variable capacitance element 91 has almost the same configuration as the variable capacitance element 1 of the first embodiment, but a metal film 92 for bonding to the lid substrate 6 on the upper surface of the support pillar 7 and the upper surface of the fixing portion 3C. It differs in that it is equipped with. In this configuration, the support substrate 2, the lid substrate 6, and the flexible beams 3A and 3B are firmly fixed to each other, and the mechanical strength of the variable capacitance element 91 can be increased.

本発明は以上に説明した各実施形態のように実施することができるが、本発明は、記載に制限されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されるものである。   The present invention can be carried out as in each of the embodiments described above, but the present invention is not limited to the description, and the scope of the present invention is indicated by the scope of claims. It is intended that all modifications within the meaning and range equivalent to be included.

例えば、梁構造デバイスは容量を連続的に変えることができる可変容量素子に限られず、容量を２つの値に切り替えることができるような可変容量素子であってもよいし、スイッチング素子などであってもよい。また、その構造も片持ち梁構造に限られず、両持ち梁構造であってもよい。また、製造方法も、支持柱を設けてから可撓梁を形成するための可撓梁形成基板を研削するならば、各部の加工法や形成方法はどのようなものであってもよい。   For example, the beam structure device is not limited to a variable capacitance element that can continuously change the capacitance, but may be a variable capacitance element that can switch the capacitance between two values, or a switching element. Also good. Further, the structure is not limited to the cantilever structure, and may be a double-supported beam structure. As for the manufacturing method, as long as the flexible beam forming substrate for forming the flexible beam is ground after the support column is provided, any processing method or forming method may be used for each part.

１，３１，６１，９１…可変容量素子
２，３２，６２…支持基板
３Ａ，３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，６３Ａ，６３Ｂ…可撓梁
３Ｃ，３３Ｃ，６３Ｃ…固定部
３Ｄ…連結部
３Ｅ…可撓部
４Ａ，４Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ，６４Ａ，６４Ｂ…誘電体膜
５，３５，６５…枠体
６，３６，６６…蓋基板
７，３７，６７…支持柱
８，３８，６８…支持基板側駆動容量電極
９，３９，６９…支持基板側ＲＦ容量電極
１０，４０，７０…可撓梁側駆動容量電極
１１，４１，７１…可撓梁側ＲＦ容量電極
２１，５１，８１…高抵抗シリコン基板
２１Ａ，５１Ａ，８１Ａ…空洞部
２２，５２，８２…エッチングストップ層
２３，２４，５３，５４，８３，８４，９２…金属膜 1, 31, 61, 91 ... variable capacitance elements 2, 32, 62 ... support substrates 3A, 3B, 33A, 33B, 63A, 63B ... flexible beams 3C, 33C, 63C ... fixed portion 3D ... connecting portion 3E ... flexible 4A, 4B, 34A, 34B, 64A, 64B ... Dielectric films 5, 35, 65 ... Frame bodies 6, 36, 66 ... Cover substrates 7, 37, 67 ... Support pillars 8, 38, 68 ... Support substrate side drive Capacitance electrodes 9, 39, 69... Support substrate side RF capacitance electrodes 10, 40, 70. Flexible beam side drive capacitance electrodes 11, 41, 71... Flexible beam side RF capacitance electrodes 21, 51, 81. 21A, 51A, 81A ... hollow portions 22, 52, 82 ... etching stop layers 23, 24, 53, 54, 83, 84, 92 ... metal films

Claims (6)

第一面と第二面とを有する可撓梁形成基板を用意し、前記可撓梁形成基板の第一面側を厚み方向に削り、可撓梁の固定部と空洞部とを前記可撓梁形成基板に形成する第一工程と、
支持基板を用意し、前記可撓梁形成基板の第一面が前記支持基板に対向するように、前記可撓梁形成基板と前記支持基板とを接合して、前記固定部を前記支持基板に固定する第二工程と、
前記可撓梁形成基板の第二面を研削して前記可撓梁形成基板を薄化させる第三工程と、
前記可撓梁形成基板の第二面側を厚み方向に削り、可撓梁を形成する第四工程と、
を有し、
前記第三工程において、前記可撓梁が形成される位置とは異なる位置であって、前記可撓梁形成基板と前記支持基板との間に、支持柱が配置されている、
梁構造デバイスの製造方法。 A flexible beam forming substrate having a first surface and a second surface is prepared, the first surface side of the flexible beam forming substrate is shaved in the thickness direction, and the fixing portion and the cavity portion of the flexible beam are formed into the flexible beam. A first step of forming the beam forming substrate;
A support substrate is prepared, the flexible beam forming substrate and the support substrate are joined so that the first surface of the flexible beam forming substrate faces the support substrate, and the fixing portion is attached to the support substrate. A second step of fixing;
A third step of grinding the second surface of the flexible beam forming substrate to thin the flexible beam forming substrate;
A fourth step of cutting the second surface side of the flexible beam forming substrate in the thickness direction to form a flexible beam;
Have
In the third step, a support column is disposed at a position different from the position where the flexible beam is formed, and between the flexible beam forming substrate and the support substrate.
Manufacturing method of beam structure device. 前記支持柱は、前記可撓梁形成基板の一部によって形成されている、請求項１に記載の梁構造デバイスの製造方法。   The method of manufacturing a beam structure device according to claim 1, wherein the support column is formed by a part of the flexible beam forming substrate. 前記支持柱は、前記可撓梁形成基板とは異なる部材によって形成されている、請求項１に記載の梁構造デバイスの製造方法。   The method of manufacturing a beam structure device according to claim 1, wherein the support column is formed of a member different from the flexible beam forming substrate. 支持基板と、
前記支持基板に固定される固定部と、前記固定部に支持され、前記支持基板に対して間隔を隔てて対向する可撓部と、を備える可撓梁と、
前記可撓梁から離間した位置において、前記支持基板に固定された支持柱と、
を備える梁構造デバイス。 A support substrate;
A flexible beam comprising: a fixed portion fixed to the support substrate; and a flexible portion supported by the fixed portion and opposed to the support substrate with a space therebetween.
A support column fixed to the support substrate at a position spaced from the flexible beam;
Beam structure device comprising. 複数の可撓梁を備え、前記支持柱は複数の可撓梁の間に配置されている、請求項４に記載の梁構造デバイス。   The beam structure device according to claim 4, comprising a plurality of flexible beams, wherein the support column is disposed between the plurality of flexible beams. 前記可撓梁に設けられる可撓梁側駆動容量電極と、前記可撓梁側駆動容量電極に対向するように前記支持基板に設けられる支持基板側駆動容量電極と、前記可撓梁側駆動容量電極と前記支持基板側駆動容量電極との間に形成される誘電体膜とからなり、前記可撓梁側駆動容量電極と前記支持基板側駆動容量電極との間に生じる駆動容量に基づいて前記可撓梁を変形させる駆動容量部と、
前記可撓梁に設けられる可撓梁側ＲＦ容量電極と、前記可撓梁側ＲＦ容量電極に対向するように前記支持基板に設けられる支持基板側ＲＦ容量電極と、前記可撓梁側ＲＦ容量電極と前記支持基板側ＲＦ容量電極との間に形成される誘電体膜とからなるＲＦ容量部と、
を備える請求項４または５に記載の梁構造デバイス。 A flexible beam side drive capacitance electrode provided on the flexible beam; a support substrate side drive capacitance electrode provided on the support substrate so as to face the flexible beam side drive capacitance electrode; and the flexible beam side drive capacitance. And a dielectric film formed between the electrode and the support substrate side drive capacitance electrode, and based on the drive capacitance generated between the flexible beam side drive capacitance electrode and the support substrate side drive capacitance electrode. A drive capacitor for deforming the flexible beam;
A flexible beam side RF capacitive electrode provided on the flexible beam, a support substrate side RF capacitive electrode provided on the support substrate so as to face the flexible beam side RF capacitive electrode, and the flexible beam side RF capacitance An RF capacitor portion comprising a dielectric film formed between an electrode and the support substrate-side RF capacitor electrode;
A beam structure device according to claim 4 or 5.
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