JP2014132716A - Vibrator, electronic apparatus and moving body - Google Patents
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Description
本発明は、振動子、電子機器および移動体に関する。 The present invention relates to a vibrator, an electronic device, and a moving body.
近年、MEMS(Micro Electro Mechanical System)は加速度センサー、映像デバイスなどで順調にその成長を見せている。MEMSは、マイクロマシン、MST(Micro System Technology)と呼ばれる場合もあるが、通常、「半導体製造技術を用いて作製された微小な機能素子」を意味するものとされる。それらは、従来の半導体で培われた微細加工技術をベースとして製造されている。
ところで、MEMSは、表面MEMSとバルクMEMSに大別される。前者はシリコン基板上に複数の薄膜を形成し、犠牲層エッチング(リリースエッチング)技術を使ってMEMS構造体を作る。特長として、半導体製造技術との親和性が高くCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路との集積化に適している。一方後者は、SOI(Silicon on Insulator)基板など基板自体を深く掘り込むなどの加工を施しMEMS構造体を作る。特長として自由度の高い3次元構造体が実現できる。現在はどちらにおいても開発、製品化が進められているが、特に、表面MEMS技術を用いてIC(Integrated Circuit)と同じチップ内にMEMS振動子を作成したワンチップMEMS振動子が知られている。
In recent years, MEMS (Micro Electro Mechanical System) has been steadily growing in acceleration sensors and video devices. MEMS is sometimes referred to as a micromachine, MST (Micro System Technology), but is usually meant to mean “a micro functional element manufactured using semiconductor manufacturing technology”. They are manufactured on the basis of microfabrication technology cultivated with conventional semiconductors.
By the way, MEMS are roughly classified into surface MEMS and bulk MEMS. The former forms a plurality of thin films on a silicon substrate, and makes a MEMS structure using a sacrificial layer etching (release etching) technique. As a feature, it has high affinity with semiconductor manufacturing technology and is suitable for integration with CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) circuits. On the other hand, the latter forms a MEMS structure by processing such as deeply digging the substrate itself such as an SOI (Silicon on Insulator) substrate. As a feature, a three-dimensional structure with a high degree of freedom can be realized. Currently, both are being developed and commercialized. In particular, a one-chip MEMS resonator is known in which a MEMS resonator is created in the same chip as an IC (Integrated Circuit) using surface MEMS technology. .
従来のMEMS振動子の代表例としては、基板面と平行な方向に振動する櫛型振動子と、基板の厚さ方向に振動する梁型振動子とが知られている。梁型振動子は、基板上に形成された下部電極(固定電極)と、この下部電極の上方に間隙を介して配置された上部電極(可動電極)などからなる振動子で、上部電極の支持の仕方により、片持ち梁型(clamped‐free beam)、両持ち梁型(clamped‐clamped beam)、両端自由梁型(free‐free beam)などが知られている。 As a typical example of a conventional MEMS vibrator, a comb vibrator that vibrates in a direction parallel to the substrate surface and a beam vibrator that vibrates in the thickness direction of the substrate are known. A beam type vibrator is a vibrator composed of a lower electrode (fixed electrode) formed on a substrate and an upper electrode (movable electrode) disposed above the lower electrode with a gap therebetween. Depending on the method, a cantilever beam type (clamped-free beam), a clamped-clamped beam type, a free-free beam type on both ends, and the like are known.
例えば、両端自由梁型のMEMS振動子は、振動する上部電極の振動の節の部分が支持部材によって支持されるため、基板への振動もれが少なく振動の効率が高い。特許文献1には、この支持部材の長さを振動の周波数に対して適切な長さとすることにより振動特性を改善する技術が提案されている。
For example, in a free-beam MEMS vibrator at both ends, the vibration node portion of the upper electrode that vibrates is supported by the support member, so that vibration to the substrate is small and vibration efficiency is high.
しかしながら、特許文献1に記載のMEMS振動子を含め、上述した従来の技術による梁型振動子は、小型化、薄型化、省電力化、高周波数化などのニーズに充分に応えられないという課題があった。具体的には、小型化、薄型化、省電力化、高周波数化などに対応するためには、両端自由梁型のMEMS振動子を用いて、その上部電極や支持部のスティフネスを小さくしたり、電極間の間隙を小さくしたりすることが有効であったが、その結果、製造工程における上部電極のスティッキングを誘発し、充分な製造歩留まりが得られなくなってしまうという課題があった。スティッキングとは、MEMS構造体を形成するために、犠牲層をエッチング除去したときに、微細な構造体が基板や他の構造体に付着してしまう現象である。つまり、従来技術では、製造工程において、上部電極が下部電極にスティッキングしてしまうという課題が、上述のニーズへの対応と共に顕在化してきた。
However, the above-described conventional beam-type vibrators including the MEMS vibrator described in
また、更に小型化、微細化を進めた場合に、安定した振動特性が得られなくなるという課題があった。具体的には、梁型振動子は、基板上に形成された固定電極と、この固定電極に対して僅かな間隙を介して配置された可動電極からなる振動子であるため、小型化、微細化を進めた場合に、これら電極が配置される下地層との間に生ずる残留応力(熱応力などを含む内部応力)の影響を受けて、振動特性が変動してしまうという課題であった。振動特性の変動は、応力を受けることによって生ずる電極間の間隙の変動や、可動電極のスティフネスの変動などによるものであり、熱履歴によって、振動特性に温度ヒステリシスを示してしまうなどの課題もあった。 Further, there has been a problem that stable vibration characteristics cannot be obtained when further miniaturization and miniaturization are promoted. Specifically, a beam-type vibrator is a vibrator composed of a fixed electrode formed on a substrate and a movable electrode arranged with a slight gap with respect to the fixed electrode. When the process is advanced, the problem is that vibration characteristics fluctuate due to the influence of residual stress (internal stress including thermal stress) generated between the base layer on which these electrodes are arranged. Variations in the vibration characteristics are due to variations in the gap between the electrodes caused by receiving stress, fluctuations in the stiffness of the movable electrode, etc., and there are also problems such as thermal hysteresis showing temperature hysteresis in the vibration characteristics. It was.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples or forms.
[適用例1] 本適用例に係る振動子は、基板と、支持部と、前記支持部によって前記基板の主面上に遊離して支えられた振動体と、を備え、前記支持部は、前記基板の主面と、前記基板の主面と対向する前記振動体の主面との間の領域において、一方の端部が前記振動体の振動の節に連接し、他方の端部が前記基板の主面上に固定されている、ことを特徴とする。 Application Example 1 The vibrator according to this application example includes a substrate, a support portion, and a vibrating body supported by the support portion so as to be separated from the main surface of the substrate, and the support portion includes: In a region between the main surface of the substrate and the main surface of the vibrating body facing the main surface of the substrate, one end is connected to a vibration node of the vibrating body, and the other end is the It is fixed on the main surface of the substrate.
本適用例によれば、支持部は、基板の主面と、基板の主面と対向する振動体の主面との間の領域において、一方の端部が振動体の振動の節に連接し、他方の端部が基板の主面上に固定されている。つまり、支持部は、基板と振動体との間に位置しており、スペーサーとして機能する。そのため、例えば、基板の主面上に遊離した振動体を形成する製造工程において、エッチング液や洗浄液の表面張力などが働いた場合であっても、振動体が基板の主面上に付着してしまうスティッキング現象が起こりにくくなる。その結果、スティッキングによる歩留まり低下を抑制することができる。 According to this application example, in the region between the main surface of the substrate and the main surface of the vibrating body facing the main surface of the substrate, the support portion is connected to the vibration node of the vibrating body. The other end is fixed on the main surface of the substrate. That is, the support part is located between the substrate and the vibrating body and functions as a spacer. Therefore, for example, in the manufacturing process of forming a free vibration body on the main surface of the substrate, the vibration body adheres to the main surface of the substrate even when the surface tension of the etching liquid or the cleaning liquid works. The sticking phenomenon that occurs is less likely to occur. As a result, yield reduction due to sticking can be suppressed.
また、支持部が基板と振動体との間に位置する構成であっても、支持部は、振動体の振動の節に連接しているため、振動体の振動もれが抑制され、振動効率をより高めることができる。振動子から基板に伝達される振動もれが抑制されることは、すなわち、支持部からのもれ振動に対する基板からの応力が抑制されることになる。その結果、例えば、振動子が熱ストレスを受け、基板と支持部との間に残留応力(熱応力などを含む内部応力による残留応力)が発生した場合であっても、この残留応力が、振動体の振動に与える影響の度合いが軽減され、振動特性に温度ヒステリシスを示す度合いが軽減される。 Further, even if the support portion is configured between the substrate and the vibrating body, the support portion is connected to the vibration node of the vibrating body, so that vibration leakage of the vibrating body is suppressed, and vibration efficiency is reduced. Can be further enhanced. Suppression of vibration leakage transmitted from the vibrator to the substrate means that stress from the substrate with respect to leakage vibration from the support portion is suppressed. As a result, for example, even when the vibrator is subjected to thermal stress and residual stress (residual stress due to internal stress including thermal stress) is generated between the substrate and the support portion, the residual stress is The degree of influence on body vibration is reduced, and the degree of temperature hysteresis in the vibration characteristics is reduced.
[適用例2] 上記適用例に係る振動子において、前記振動体が、回転対称の形状を呈する板状体であり、前記振動の節が、前記振動体の周縁部と前記振動体の中央部とが前記振動体の厚み方向において逆位相で振動することで、前記周縁部と前記中央部との間に形成されてなることを特徴とする。 Application Example 2 In the vibrator according to the application example described above, the vibrating body is a plate-like body having a rotationally symmetric shape, and the vibration nodes are a peripheral portion of the vibrating body and a central portion of the vibrating body. Are formed between the peripheral portion and the central portion by vibrating in the opposite phase in the thickness direction of the vibrating body.
本適用例によれば、振動体は、回転対称の形状を呈する板状体であることにより、振動体をよりバランス良く振動させることができる。その結果、振動もれがより少なく、また安定した振動特性を示す振動子を得ることができる。
また、振動体の周縁部と振動体の中央部とが振動体の厚み方向において逆位相で振動することで形成される振動の節が、振動体の周縁部と中央部との間に位置している。支持部を、この振動の節に沿って複数配置したり、振動の節に沿って延在するように構成したりすることができる(つまり、支持部を振動体の外側に配置することなく構成できる)ため、振動子をよりコンパクトに構成することができると共に、より剛性の高い支持構造により支えられた振動子を構成することができる。また、支持部を振動体と基板との間に、振動の節に沿って配置させられるため、上述したようにスティッキングをより有効に抑制するスペーサーとして機能させることができる。
According to this application example, since the vibrating body is a plate-like body having a rotationally symmetric shape, the vibrating body can be vibrated with a better balance. As a result, it is possible to obtain a vibrator having less vibration leakage and exhibiting stable vibration characteristics.
In addition, a vibration node formed when the peripheral portion of the vibrating body and the central portion of the vibrating body vibrate in opposite phases in the thickness direction of the vibrating body is located between the peripheral portion and the central portion of the vibrating body. ing. A plurality of support portions can be arranged along the vibration node, or can be configured to extend along the vibration node (that is, the support portion is configured without being arranged outside the vibration body). Therefore, the vibrator can be configured more compactly, and a vibrator supported by a more rigid support structure can be formed. In addition, since the support portion is disposed along the vibration node between the vibrating body and the substrate, it can function as a spacer that more effectively suppresses sticking as described above.
[適用例3] 上記適用例に係る振動子において、前記振動体が、上部電極であり、前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって囲まれた領域との間に第1の下部電極を備えることを特徴とする。 Application Example 3 In the vibrator according to the application example, the vibrator is an upper electrode, and a first lower electrode is provided between the substrate and a region surrounded by the vibration node of the vibrator. It is characterized by providing.
本適用例によれば、振動子は、上部電極と、上部電極の中央部(振動の節によって囲まれた領域)と重なる位置に配置された第1の下部電極とで構成される。この構成により、振動体(上部電極)の周縁部と中央部とが振動の腹として振動する静電振動子として構成することができる。 According to this application example, the vibrator includes the upper electrode and the first lower electrode arranged at a position overlapping the central portion of the upper electrode (the region surrounded by the vibration node). With this configuration, it is possible to configure an electrostatic vibrator in which the peripheral portion and the center portion of the vibrating body (upper electrode) vibrate as vibration antinodes.
[適用例4] 上記適用例に係る振動子において、前記振動体が、上部電極であり、前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって囲まれた領域の外側の領域との間に第2の下部電極を備えることを特徴とする。 Application Example 4 In the vibrator according to the application example described above, the vibrating body is an upper electrode, and a second electrode is formed between the substrate and a region outside the region surrounded by the vibration node of the vibrating member. Two lower electrodes are provided.
本適用例によれば、振動子は、上部電極と、上部電極の周縁領域(振動の節によって囲まれた領域の外側の領域)と重なる位置に配置された第2の下部電極とで構成される。この構成により、振動体(上部電極)の周縁部と中央部とが振動の腹として振動する静電振動子として構成することができる。 According to this application example, the vibrator includes the upper electrode and the second lower electrode arranged at a position overlapping the peripheral region of the upper electrode (the region outside the region surrounded by the vibration node). The With this configuration, it is possible to configure an electrostatic vibrator in which the peripheral portion and the center portion of the vibrating body (upper electrode) vibrate as vibration antinodes.
[適用例5] 上記適用例に係る振動子において、前記振動体が、上部電極であり、前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって囲まれた領域との間に第1の下部電極を備え、前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって囲まれた領域の外側の領域との間に第2の下部電極を備えることを特徴とする。 Application Example 5 In the vibrator according to the application example, the vibrating body is an upper electrode, and a first lower electrode is provided between the substrate and a region surrounded by the vibration node of the vibrating body. And a second lower electrode is provided between the substrate and a region outside the region surrounded by the vibration node of the vibrating body.
本適用例によれば、振動子は、上部電極と、上部電極の中央部(振動の節によって囲まれた領域)と重なる位置に配置された第1の下部電極と、上部電極の周縁領域(振動の節によって囲まれた領域の外側の領域)と重なる位置に配置された第2の下部電極とで構成される。この構成により、振動体(上部電極)の周縁部と中央部とが振動の腹として振動する静電振動子として構成することができる。 According to this application example, the vibrator includes the upper electrode, the first lower electrode arranged at a position overlapping the central portion of the upper electrode (the region surrounded by the vibration node), and the peripheral region of the upper electrode ( And a second lower electrode disposed at a position overlapping the outer region of the region surrounded by the vibration node. With this configuration, it is possible to configure an electrostatic vibrator in which the peripheral portion and the center portion of the vibrating body (upper electrode) vibrate as vibration antinodes.
[適用例6] 上記適用例に係る振動子において、前記振動体が、円形を呈する板状体であることが好ましい。 Application Example 6 In the vibrator according to the application example described above, it is preferable that the vibrating body is a plate-like body having a circular shape.
本適用例のように、振動体が円形の板状体で構成されることにより、振動体の周縁部と中心部とが振動の腹として振動する振動子を構成することができる。振動体を円形で構成するため、振動の節の位置や振動特性をより容易に設計することができるばかりでなく、振動体をよりバランス良く振動させることができる。その結果、振動もれがより少なく、また安定した振動特性を示す振動子を得ることができる。 As in this application example, when the vibrating body is formed of a circular plate-like body, it is possible to configure a vibrator in which the peripheral portion and the central portion of the vibrating body vibrate as vibration antinodes. Since the vibrating body is configured in a circular shape, not only can the position of the vibration node and the vibration characteristics be designed more easily, but the vibrating body can be vibrated in a more balanced manner. As a result, it is possible to obtain a vibrator having less vibration leakage and exhibiting stable vibration characteristics.
[適用例7] 上記適用例に係る振動子において、前記振動体が、矩形の板状体であり、前記振動の節が、前記振動体の対向する2つの側面部と、前記振動体の中央部とが、前記振動体の厚み方向に逆位相で振動することで、前記2つの側面部と、前記振動体の中央部との間に形成されてなることを特徴とする。 Application Example 7 In the vibrator according to the application example described above, the vibration body is a rectangular plate-like body, and the vibration node includes two side surface portions facing the vibration body and a center of the vibration body. The portion is formed between the two side surface portions and the central portion of the vibrating body by vibrating in the opposite phase in the thickness direction of the vibrating body.
本適用例によれば、振動体は、矩形の板状体であり、振動体の対向する2つの側面部と振動体の中央部とが振動体の厚み方向に逆位相で振動し、振動の節が2つの側面部と振動体の中央部との間に形成されるいわゆる両端自由梁型振動子(free‐free beam)を構成している。両端自由梁型振動子として構成することで、振動もれがより少なく、また安定した振動特性を示す振動子を得ることができる。 According to this application example, the vibrating body is a rectangular plate-like body, and the two side surfaces facing the vibrating body and the central portion of the vibrating body vibrate in opposite phases in the thickness direction of the vibrating body. A node forms a so-called free-free beam at both ends formed between two side portions and the central portion of the vibrating body. By configuring as a double-ended free beam type vibrator, it is possible to obtain a vibrator having less vibration leakage and exhibiting stable vibration characteristics.
また、振動体の対向する2つの側面部と振動体の中央部とが振動体の厚み方向において逆位相で振動することで形成される振動の節が、2つの側面部と振動体の中央部との間に位置している。支持部を、この振動の節に沿って複数配置したり、振動の節に沿って延在するように構成したりすることができる(つまり、支持部を振動体の外側に配置することなく構成できる)ため、振動子をよりコンパクトに構成することができると共に、より剛性の高い支持構造により支えられた振動子を構成することができる。また、支持部を振動体と基板との間に、振動の節に沿って配置させられるため、上述したようにスティッキングをより有効に抑制するスペーサーとして機能させることができる。 In addition, a vibration node formed by the two side surfaces facing the vibrating body and the central portion of the vibrating body vibrating in opposite phases in the thickness direction of the vibrating body has two side portions and the central portion of the vibrating body. Is located between. A plurality of support portions can be arranged along the vibration node, or can be configured to extend along the vibration node (that is, the support portion is configured without being arranged outside the vibration body). Therefore, the vibrator can be configured more compactly, and a vibrator supported by a more rigid support structure can be formed. In addition, since the support portion is disposed along the vibration node between the vibrating body and the substrate, it can function as a spacer that more effectively suppresses sticking as described above.
[適用例8] 上記適用例に係る振動子において、前記振動体が、上部電極であり、前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって挟まれた領域との間に第1の下部電極を備えることを特徴とする。 Application Example 8 In the vibrator according to the application example, the vibrating body is an upper electrode, and a first lower electrode is provided between the substrate and a region sandwiched by the vibration nodes of the vibrating body. It is characterized by providing.
本適用例によれば、振動子は、上部電極と、上部電極の中央部(振動の節によって挟まれた領域)と重なる位置に配置された第1の下部電極とで構成される。この構成により、振動体(上部電極)の2つの側面部と中央部とが振動の腹として振動する静電振動子として構成することができる。 According to this application example, the vibrator includes the upper electrode and the first lower electrode arranged at a position overlapping the central portion of the upper electrode (a region sandwiched between vibration nodes). With this configuration, the vibrator can be configured as an electrostatic vibrator that vibrates as an antinode of the two side portions and the central portion of the vibrating body (upper electrode).
[適用例9] 上記適用例に係る振動子において、前記振動体が、上部電極であり、前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって挟まれた領域の外側の領域との間に第2の下部電極を備えることを特徴とする。 Application Example 9 In the vibrator according to the application example described above, the vibrating body is an upper electrode, and a first electrode is disposed between the substrate and a region outside the region sandwiched by the vibration nodes of the vibrating member. Two lower electrodes are provided.
本適用例によれば、振動子は、上部電極と、上部電極の周縁領域(振動の節によって挟まれた領域の外側の領域)と重なる位置に配置された第2の下部電極とで構成される。この構成により、振動体(上部電極)の2つの側面部と中央部とが振動の腹として振動する静電振動子として構成することができる。 According to this application example, the vibrator includes the upper electrode and the second lower electrode arranged at a position overlapping the peripheral region of the upper electrode (the region outside the region sandwiched by the vibration nodes). The With this configuration, the vibrator can be configured as an electrostatic vibrator that vibrates as an antinode of the two side portions and the central portion of the vibrating body (upper electrode).
[適用例10] 上記適用例に係る振動子において、前記振動体が、上部電極であり、前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって挟まれた領域との間に第1の下部電極を備え、前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって挟まれた領域の外側の領域との間に第2の下部電極を備えることを特徴とする。 Application Example 10 In the vibrator according to the application example, the vibrating body is an upper electrode, and a first lower electrode is provided between the substrate and a region sandwiched by the vibration nodes of the vibrating body. And a second lower electrode is provided between the substrate and a region outside the region sandwiched between the vibration nodes of the vibrating body.
本適用例によれば、振動子は、上部電極と、上部電極の中央部(振動の節によって挟まれた領域)と重なる位置に配置された第1の下部電極と、上部電極の周縁領域(振動の節によって挟まれた領域の外側の領域)と重なる位置に配置された第2の下部電極とで構成される。この構成により、振動体(上部電極)の2つの側面部と中央部とが振動の腹として振動する静電振動子として構成することができる。 According to this application example, the vibrator includes an upper electrode, a first lower electrode arranged at a position overlapping with a central portion of the upper electrode (a region sandwiched between vibration nodes), and a peripheral region of the upper electrode ( And a second lower electrode disposed at a position overlapping with a region outside the region sandwiched by the vibration nodes. With this configuration, the vibrator can be configured as an electrostatic vibrator that vibrates as an antinode of the two side portions and the central portion of the vibrating body (upper electrode).
[適用例11] 上記適用例に係る振動子において、前記振動体が、前記上部電極と前記第1の下部電極との間に印加される第1の交流電圧と、前記上部電極と前記第2の下部電極との間に前記第1の交流電圧と逆位相で印加される第2の交流電圧と、によって振動することを特徴とする。 Application Example 11 In the vibrator according to the application example described above, the vibrating body includes a first AC voltage applied between the upper electrode and the first lower electrode, the upper electrode, and the second electrode. And a second AC voltage applied in a phase opposite to that of the first AC voltage.
本適用例によれば、上部電極の中央部と重なる位置に配置された第1の下部電極と、上部電極の周縁領域と重なる位置に配置された第2の下部電極とにおいて、上部電極との間で逆位相の交流電圧を印加することで、より振動エネルギーの高い振動子を構成することができる。また、第1の交流電圧と第2の交流電圧とで分離されたる印加を可能とすることで、振動の特性を変えるなど、制御仕様の自由度を増やすことが可能となる。 According to this application example, the first lower electrode disposed at a position overlapping the central portion of the upper electrode, and the second lower electrode disposed at a position overlapping the peripheral region of the upper electrode, By applying an AC voltage having an opposite phase between them, a vibrator having higher vibration energy can be configured. In addition, by allowing the application separated by the first AC voltage and the second AC voltage, it is possible to increase the degree of freedom of the control specifications such as changing the vibration characteristics.
[適用例12] 上記適用例に係る振動子において、前記支持部が、前記基板の主面と交差する方向に延在する柱状体であることを特徴とする。 Application Example 12 In the vibrator according to the application example, the support portion is a columnar body that extends in a direction intersecting with the main surface of the substrate.
本適用例によれば、支持部は、基板の主面と交差する方向に延在する柱状体である。つまり、振動子は、振動体の振動の節の部分を基板から延出する柱状体によって支えられる構成となり、振動もれがより抑制されより振動効率の高い振動子を構成することができる。
具体的には、支持部は、基板の主面と、基板の主面と対向する振動体の主面との間の領域において、基板の主面と交差する方向に延在する柱状体構造で振動体を支えている。振動体が基板の主面上にスティッキングすることを防ぐ応力の方向、および、振動体が振動体の厚み方向で振動する場合のもれ振動の方向は、基板の主面と交差する方向であるため、支持部は、柱状体の延在方向で支える構成となる。つまり柱状体の圧縮方向で支える構成とすることができるため、より剛性の高い支持構造とすることができる。従って、支持部のたわみ剛性などで支える場合と異なり、支持部の数を少なくしたり、支持部の太さを細くしたりすることができる。その結果、例えば、振動体の振動の節の部分をピンポイントで支える構成などが可能となるため、振動体の振動もれが抑制され、振動効率をより高めることができる。また、例えば、振動子が熱ストレスを受け、基板と支持部との間に残留応力(熱応力などを含む内部応力による残留応力)が発生した場合であっても、この残留応力が、振動体の振動に与える影響の度合いが軽減され、振動特性に温度ヒステリシスを示す度合いが軽減される。
According to this application example, the support portion is a columnar body extending in a direction intersecting with the main surface of the substrate. That is, the vibrator is configured to be supported by the columnar body extending from the substrate at the vibration node of the vibration body, so that a vibration leakage is further suppressed and a vibrator with higher vibration efficiency can be configured.
Specifically, the support portion has a columnar structure that extends in a direction intersecting the main surface of the substrate in a region between the main surface of the substrate and the main surface of the vibrating body facing the main surface of the substrate. Supports the vibrating body. The direction of stress that prevents the vibrating body from sticking on the main surface of the substrate, and the direction of leakage vibration when the vibrating body vibrates in the thickness direction of the vibrating body are directions that intersect the main surface of the substrate. Therefore, a support part becomes a structure supported in the extension direction of a columnar body. That is, since it can be set as the structure supported in the compression direction of a columnar body, it can be set as a more rigid support structure. Therefore, unlike the case of supporting by the flexural rigidity of the support part, the number of support parts can be reduced, or the thickness of the support part can be reduced. As a result, for example, a configuration in which a vibration node portion of the vibrating body is supported by a pin point is possible, so that vibration leakage of the vibrating body is suppressed and vibration efficiency can be further improved. For example, even when the vibrator is subjected to thermal stress and residual stress (residual stress due to internal stress including thermal stress) is generated between the substrate and the support portion, the residual stress is The degree of influence on vibration is reduced, and the degree of temperature hysteresis in the vibration characteristics is reduced.
[適用例13] 上記適用例に係る振動子において、前記支持部が、前記基板の主面と交差する方向に延在する板状体であることを特徴とする。 Application Example 13 In the vibrator according to the application example, the support portion is a plate-like body extending in a direction intersecting with the main surface of the substrate.
本適用例によれば、支持部は、基板の主面と交差する方向に延在する板状体である。つまり、振動子は、振動体の振動の節に沿って延在する板状体によって基板に支えられる構成となる。つまり、面で支える構造となるため、より剛性の高い支持構造により支えられた振動子を構成することができる。また、振動の節に沿って延在する支持部としての板状体は、基板と振動体との間に位置するより有効なスペーサーとして機能するため、例えば、基板の主面上に遊離した振動体を形成する製造工程において、エッチング液や洗浄液の表面張力などが働いた場合であっても、振動体が基板の主面上に付着してしまうスティッキング現象が起こりにくくなる。その結果、スティッキングによる歩留まり低下を抑制することができる。 According to this application example, the support portion is a plate-like body extending in a direction intersecting with the main surface of the substrate. That is, the vibrator is configured to be supported on the substrate by the plate-like body extending along the vibration node of the vibrator. That is, since the structure is supported by the surface, the vibrator supported by the support structure having higher rigidity can be configured. In addition, since the plate-like body as the support portion extending along the vibration node functions as a more effective spacer located between the substrate and the vibration body, for example, vibration free on the main surface of the substrate In the manufacturing process for forming the body, even when the surface tension of the etching liquid or the cleaning liquid acts, the sticking phenomenon that the vibration body adheres to the main surface of the substrate is less likely to occur. As a result, yield reduction due to sticking can be suppressed.
[適用例14] 本適用例に係る電子機器は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。 Application Example 14 An electronic apparatus according to this application example includes the vibrator according to the application example.
本適用例によれば、電子機器として、より高性能な特性を劣化させることなく、また、より小型化され、製造歩留まりを高く安定させた振動子が活用されることにより、より高性能で安価な電子機器を提供することができる。 According to this application example, a high-performance and low-cost electronic device can be obtained without degrading higher-performance characteristics, and by utilizing a resonator that is more compact and has a high manufacturing yield and stability. Electronic devices can be provided.
[適用例15] 本適用例に係る移動体は、上記適用例に係る振動子を備えていることを特徴とする。 Application Example 15 A moving object according to this application example includes the vibrator according to the application example.
本適用例によれば、移動体として、より高性能な特性を劣化させることなく、また、より小型化され、製造歩留まりを高く安定させた振動子が活用されることにより、より高性能で安価な移動体を提供することができる。 According to this application example, as a moving body, a high-performance and low-cost is obtained by using a vibrator that is more compact and has a high manufacturing yield without degrading higher-performance characteristics. Can be provided.
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention. In the following drawings, the scale may be different from the actual scale for easy understanding.
(実施形態1)
まず、実施形態1に係る振動子としてのMEMS振動子100について説明する。
図1(a)は、MEMS振動子100の平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A断面図である。
MEMS振動子100は、基板の主面に積層された犠牲層がエッチングされることにより基板から遊離して形成される可動電極が備えられたMEMS振動子(静電振動子)である。
なお、犠牲層とは、酸化膜などで一旦形成される層であり、その上下や周囲に必要な層を形成した後にエッチングにより除去される。犠牲層が除去されることによって、上下や周囲の各層間に必要な間隙や空洞が形成されたり、必要な構造体が遊離して形成されたりする。
(Embodiment 1)
First, the
FIG. 1A is a plan view of the
The
Note that the sacrificial layer is a layer once formed of an oxide film or the like, and is removed by etching after forming necessary layers above and around it. By removing the sacrificial layer, necessary gaps and cavities are formed between the upper and lower layers and the surrounding layers, and necessary structures are liberated.
MEMS振動子100は、基板1、第1の下部電極11、第2の下部電極12、振動体としての上部電極21、支持部22などを含み構成されている。上部電極21は、円板形状の可動電極であり、支持部22によって基板1に遊離して支えられている。
図2(a)〜(f)に円板形状の可動電極を有する振動子の主な振動モードを示す。
図において、破線は振動の節を表し、+−の記号は振動の腹として上下方向(基板1の厚み方向)に振動する部分を、その位相の関係を含めて示している。例えば、+が上方向への動きの場合に、振動の節を境にした隣の領域が−の下方向への動きになっていることを示している。
MEMS振動子100は、図2(d)に示す振動モードの振動子であり、第1の下部電極11および第2の下部電極12の配置、および外部回路(図示および説明省略)からこれらの電極と上部電極21との間に印加する交流電圧によりこの振動モードを実現している。
The
2A to 2F show main vibration modes of a vibrator having a disk-shaped movable electrode.
In the figure, a broken line represents a vibration node, and a symbol +-represents a portion that vibrates in the vertical direction (the thickness direction of the substrate 1) as a vibration antinode, including the phase relationship. For example, in the case where + is an upward movement, it is indicated that an adjacent area bordering on the vibration node is a downward movement of −.
The
図1(a),(b)を参照し、具体的にMEMS振動子100の構成を説明する。
MEMS振動子100は、上部電極21の周縁部30と上部電極21の中央部31とが振動の腹として逆の位相で上下方向に振動する振動子であり、振動の節は、周縁部30と中央部31との間に環状の振動の節40として形成される。
The configuration of the
The
基板1には、好適例としてシリコンウェハーを用いている。なお、基板1は、シリコンウェハーに限定するものではなく、例えば、他の半導体基板やガラス基板などであっても良い。
第1の下部電極11、第2の下部電極12、上部電極21、支持部22は、基板1の主面に形成された第1酸化膜2、窒化膜3の上部に形成されている。
なお、ここでは、基板1の厚み方向において、基板1の主面に順に第1酸化膜2および窒化膜3が積層される方向を上方向として説明している。
As the
The first
Here, in the thickness direction of the
第1の下部電極11および第2の下部電極12は、窒化膜3の上部に積層された下部導電層をフォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成される。
第1の下部電極11は、円形の固定電極であり、基板1の主面上(窒化膜3の上面)に形成されている。第1の下部電極11は、基板1を平面視したときに、その周縁部において、円形を呈する振動の節40と重なり、円形の上部電極21と同心となるように配置されている。
第2の下部電極12は、ドーナツ状の固定電極であり、基板1の主面上(窒化膜3の上面)に形成されている。第2の下部電極12は、基板1を平面視したときに、上部電極21と同心となるように配置されており、第1の下部電極11と絶縁され、第1の下部電極11の周囲から第1の下部電極11を取り囲むように形成されている。
The first
The first
The second
上部電極21は、4つの支持部22によって基板1から遊離し、基板1の主面と上部電極21の主面とが対向するように支えられている。
支持部22は、基板1の主面と交差する方向(ほぼ垂直)に延在する柱状体であり、基板1の主面と上部電極21の主面との間の領域において、一方の端部が上部電極21の振動の節40の位置に連接し、他方の端部が、第1の下部電極11の周縁部の上面に固定されている。
The
The
上部電極21、支持部22は、下部導電層(第1の下部電極11および第2の下部電極12)の上部に犠牲層を介して積層された上部導電層をフォトリソグラフィーによりパターニングして形成される。具体的には、下部導電層(第1の下部電極11および第2の下部電極12)の上部に犠牲層を積層させた後、フォトリソグラフィーにより、犠牲層に支持部22の形状および位置に合わせた孔を形成して第1の下部電極11を露出させる。次に、上部電極21、支持部22を構成する上部導電層を積層させ、フォトリソグラフィーによりパターニングして上部電極21を形成する。この結果、第1の下部電極11が露出する犠牲層の孔の位置に形成される支持部22と、支持部22が支える上部電極21とが一体で形成される。
ここで、犠牲層の厚みは、犠牲層がリリースエッチングされることで形成される上部電極21と第1の下部電極11(および第2の下部電極12)との間隙の大きさとなる。
また、上部電極21は、支持部22を介して第1の下部電極11と電気的に接続されている。
The
Here, the thickness of the sacrificial layer is the size of the gap between the
The
下部導電層および上部導電層には、それぞれ好適例として導電性のポリシリコンを用いているが、これに限定するものではなく、半導体回路で用いられるその他の導電層を用いることができる。なお、下部導電層および上部導電層には、静電振動子として必要な導電率を有する必要があり、上部導電層の場合には、振動体としての必要な剛性(スティフネス)を有する必要がある。 For the lower conductive layer and the upper conductive layer, conductive polysilicon is used as a suitable example, but the present invention is not limited to this, and other conductive layers used in semiconductor circuits can be used. Note that the lower conductive layer and the upper conductive layer need to have the necessary conductivity as an electrostatic vibrator, and in the case of the upper conductive layer, it is necessary to have the necessary rigidity as a vibrating body. .
なお、図示において、上部電極21および第1の下部電極11、第2の下部電極12に接続する電気配線を省略している。
上部電極21および第1の下部電極11には、MEMS振動子100の周囲から、第2の下部電極12と絶縁され第1の下部電極11に接続される配線により外部回路(図示省略)との接続を行なう。第2の下部電極12には、MEMS振動子100の周囲からの配線により外部回路との接続を行なう。
In the drawing, the electric wiring connected to the
The
このような構成において、MEMS振動子100は静電振動子として構成され、外部回路から上部電極21と第2の下部電極12との間に印加される交流電圧によって、上部電極21の周縁部と中央部とが振動の腹として逆の位相で振動する。
In such a configuration, the
以上述べたように、本実施形態による振動子としてのMEMS振動子100によれば、以下の効果を得ることができる。
As described above, according to the
MEMS振動子100は、上部電極21と、上部電極21の中央部(振動の節40によって囲まれた領域)と重なる位置に配置された第1の下部電極11と、上部電極21の周縁領域(振動の節40によって囲まれた領域の外側の領域)と重なる位置に配置された第2の下部電極12とで構成される。この構成により、振動体(上部電極21)の周縁部と中央部とが振動の腹として振動する静電振動子として構成することができる。
The
また、支持部22は、基板1の主面と、基板1の主面と対向する上部電極21の主面との間の領域において、一方の端部が上部電極21の振動の節40に連接し、他方の端部が基板1の主面上に固定されている。支持部22を上部電極21の外側に配置することなく構成できるため、振動子をよりコンパクトに構成することができる。
In addition, in the region between the main surface of the
また、支持部22は、基板1の主面と、基板1の主面と対向する上部電極21の主面との間の領域において、一方の端部が上部電極21の振動の節40に連接し、他方の端部が基板1の主面上に固定されている。つまり、支持部22は、基板1と上部電極21との間に位置し、スペーサーとして機能する。そのため、例えば、基板1の主面上に遊離した上部電極21を形成する製造工程において、エッチング液や洗浄液の表面張力などが働いた場合であっても、上部電極21が基板1の主面上に付着してしまうスティッキング現象が起こりにくくなる。その結果、スティッキングによる歩留まり低下を抑制することができる。
In addition, in the region between the main surface of the
また、支持部22は、上部電極21の振動の節40に連接しているため、上部電極21の振動もれが抑制され、振動効率をより高めることができる。上部電極21から基板1に伝達される振動もれが抑制されることは、すなわち、支持部22からのもれ振動に対する基板1からの応力が抑制されることになる。その結果、例えば、MEMS振動子100が熱ストレスを受け、基板1と支持部22との間に残留応力(熱応力などを含む内部応力による残留応力)が発生した場合であっても、この残留応力が、上部電極21の振動に与える影響の度合いが軽減される。
Further, since the
また、振動体(上部電極21)が円形の板状体で構成されることにより、振動体の周縁部と中心部とが振動の腹として振動する振動子を構成することができる。振動体を円形で構成するため、振動の節の位置や振動特性をより容易に設計することができるばかりでなく、振動体をよりバランス良く振動させることができる。その結果、振動もれがより少なく、また安定した振動特性を示す振動子を得ることができる。 In addition, since the vibrating body (upper electrode 21) is formed of a circular plate-like body, it is possible to configure a vibrator in which the peripheral portion and the central portion of the vibrating body vibrate as vibration antinodes. Since the vibrating body is configured in a circular shape, not only can the position of the vibration node and the vibration characteristics be designed more easily, but the vibrating body can be vibrated in a more balanced manner. As a result, it is possible to obtain a vibrator having less vibration leakage and exhibiting stable vibration characteristics.
また、支持部22は、基板1の主面と交差する方向に延在する柱状体である。つまり、MEMS振動子100は、上部電極21の振動の節40の部分を基板1から延出する柱状体によって支えられる構成となり、振動もれがより抑制されより振動効率および振動安定性の高い振動子を構成することができる。
具体的には、支持部22は、基板1の主面と、基板1の主面と対向する上部電極21の主面との間の領域において、基板1の主面と交差する方向に延在する柱状体構造で上部電極21を支えている。上部電極21が基板の主面上にスティッキングしてしまうことを防ぐ応力の方向、および、上部電極21のもれ振動の方向は、基板1の主面と交差する方向であるため、支持部22は、これらの力や振動を、柱状体の延在方向で支える構成となる。つまり柱状体の圧縮方向で支える構成とすることができるため、より剛性の高い支持構造とすることができる。従って、従来の支持部のたわみ剛性などで支える場合と異なり、支持部22の柱状体の太さをより細くすることができる。その結果、上部電極21の振動もれが抑制され、振動効率をより高めることができる。また、例えば、振動子が熱ストレスを受け、基板1と支持部22との間に残留応力(熱応力などを含む内部応力による残留応力)が発生した場合であっても、この残留応力が、上部電極21の振動に与える影響の度合いが軽減され、振動特性に温度ヒステリシスを示す度合いが軽減される。
The
Specifically, the
(実施形態2)
次に、実施形態2に係る振動子としてのMEMS振動子101について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図3(a)は、MEMS振動子101の平面図、図3(b)は、図3(a)のB−B断面図、図3(c)は、MEMS振動子101の振動モードを示す平面図である。
(Embodiment 2)
Next, the
3A is a plan view of the
実施形態1(MEMS振動子100)では、図1(a)に示すように、振動体(上部電極21)が円形の板状体で構成されていたが、本実施形態は、振動体(上部電極21s)が、矩形の板状体である。すなわち、MEMS振動子101は、両端自由梁型振動子(free‐free beam)である。MEMS振動子101は、基板1、第1の下部電極11s、第2の下部電極12s、振動体としての上部電極21s、支持部22sなどを含み構成されている。
In the first embodiment (MEMS vibrator 100), as shown in FIG. 1A, the vibrating body (upper electrode 21) is formed of a circular plate-like body. The
MEMS振動子101は、図3(c)に示すように、上部電極21sの対向する2つの側面部30sと上部電極21sの中央部31sとが振動の腹として逆の位相で上下方向に振動する振動子であり、振動の節は、2つの側面部30aと中央部31sとの間に2つの振動の節40sとして形成される。
第1の下部電極11sは、矩形の固定電極であり、基板1と、上部電極21sの2つの振動の節40sによって挟まれた領域との間の基板1の主面上(窒化膜3の上面)に形成されている。つまり、基板1を平面視したときに、第1の下部電極11sは、2つの振動の節40sを含む上部電極21sの中央領域と重なる領域に形成されている。
第2の下部電極12sは、矩形の固定電極であり、基板1と、上部電極21sの振動の節40sによって挟まれた領域の外側の領域との間の基板1の主面上(窒化膜3の上面)に形成されている。つまり、基板1を平面視したときに、第2の下部電極12sは、第1の下部電極11sの両側の上部電極21sと重なる位置に、第1の下部電極11sと絶縁されて配置されている。
As shown in FIG. 3C, in the
The first
The second
上部電極21sは、4つの支持部22sによって基板1から遊離し、基板1の主面と上部電極21sの主面とが対向するように支えられている。
支持部22sは、基板1の主面と交差する方向(ほぼ垂直)に延在する柱状体であり、基板1の主面と上部電極21sの主面との間の領域において、一方の端部が上部電極21sの振動の節40sの位置に連接し、他方の端部が、第1の下部電極11sの周縁部(基板1を平面視したときに振動の節40sと重なる対向する2辺の領域)の上面に固定されている。また、それぞれの振動の節40sに対して2つの支持部22sが配置されている。
The
The
なお、図示において、上部電極21sおよび第1の下部電極11s、第2の下部電極12sに接続する電気配線を省略している。
上部電極21sおよび第1の下部電極11sには、MEMS振動子101の周囲から、第1の下部電極11sに接続される配線により外部回路(図示省略)との接続を行なう。第2の下部電極12sには、MEMS振動子101の周囲からの配線により外部回路との接続を行なう。
In the drawing, the electric wiring connected to the
The
このような構成において、MEMS振動子101は両端自由梁型の静電振動子として構成され、外部回路から上部電極21sと第2の下部電極12sとの間に印加される交流電圧によって、上部電極21sの対向する2つの側面部30sと上部電極21sの中央部31sとが振動の腹として逆の位相で上下方向に振動する。
In such a configuration, the
以上述べたように、本実施形態による振動子としてのMEMS振動子101によれば、以下の効果を得ることができる。
As described above, according to the
上部電極21s(振動体)は、矩形の板状体であり、上部電極21sの対向する2つの側面部30sと上部電極21sの中央部31sとが上部電極21sの厚み方向に逆位相で振動し、振動の節40sが2つの側面部30sと上部電極21sの中央部31sとの間に形成されるいわゆる両端自由梁型振動子を構成している。両端自由梁型振動子として構成することで、振動もれがより少なく、また安定した振動特性を示す振動子を得ることができる。
The
また、支持部22sは、基板1の主面と、基板1の主面と対向する上部電極21sの主面との間の領域において、一方の端部が上部電極21sの振動の節40sに連接し、他方の端部が基板1の主面上に固定されている。振動の節40sは、上部電極21sの2つの側面部30sと中央部31sとの間に線状に形成されている。支持部22sを上部電極21sの外側に配置することなく構成できるため、振動子をよりコンパクトに構成することができる。
The
また、支持部22sを上部電極21sと基板1との間に、振動の節40sに沿って配置させられるため、上述したようにスティッキングをより有効に抑制するスペーサーとして機能させることができる。
Further, since the
[電子機器]
次いで、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのMEMS振動子100を適用した電子機器について、図4(a),(b)、図5に基づき説明する。
[Electronics]
Next, an electronic apparatus to which the
図4(a)は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1000を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する電子部品としてのMEMS振動子100が内蔵されている。
FIG. 4A is a perspective view showing an outline of the configuration of a mobile (or notebook) personal computer as an electronic apparatus including an electronic component according to an embodiment of the present invention. In this figure, a
図4(b)は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1000が配置されている。このような携帯電話機1200には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品(タイミングデバイス)としてのMEMS振動子100が内蔵されている。
FIG. 4B is a perspective view schematically showing a configuration of a mobile phone (including PHS) as an electronic apparatus including the electronic component according to the embodiment of the present invention. In this figure, a
図5は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。デジタルスチールカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
デジタルスチールカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1000が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行なう構成になっており、表示部1000は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCD等を含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部1000に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ1300には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品としてのMEMS振動子100が内蔵されている。
FIG. 5 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a digital still camera as an electronic apparatus including the electronic component according to the embodiment of the present invention. In this figure, connection with an external device is also simply shown. The
A
When the photographer confirms the subject image displayed on the
上述したように、電子機器として、より高性能な特性を劣化させることなく、また、製造歩留まりを高く安定させたMEMS振動子100が活用されることにより、より高性能で安価な電子機器を提供することができる。
As described above, a high-performance and inexpensive electronic device can be provided as an electronic device by utilizing the
なお、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのMEMS振動子100は、図4(a)のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図4(b)の携帯電話機、図5のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
Note that the
[移動体]
次いで、本発明の一実施形態に係る振動子としてのMEMS振動子100を適用した移動体について、図6に基づき説明する。
図6は、MEMS振動子100を備える移動体としての自動車1400を概略的に示す斜視図である。自動車1400には本発明に係るMEMS振動子100を含んで構成されたジャイロセンサーが搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車1400には、タイヤ1401を制御する該ジャイロセンサーを内蔵した電子制御ユニット1402が搭載されている。また、他の例としては、MEMS振動子100は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
[Moving object]
Next, a moving body to which the
FIG. 6 is a perspective view schematically showing an
移動体として、より高性能な特性を劣化させることなく、また、より小型化され、製造歩留まりを高く安定させたMEMS振動子100が活用されることにより、より高性能で安価な移動体を提供することができる。
As a moving body, a high-performance and inexpensive moving body is provided by utilizing the
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。
また、上述した電子機器や移動体は、MEMS振動子100を適用した例で説明したが、MEMS振動子101や、以下に述べる変形例を適用することもできる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below. Here, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
Moreover, although the electronic apparatus and the moving body described above have been described with the example in which the
(変形例1)
図7(a)〜(c)は、変形例1に係るMEMS振動子として、下部電極のバリエーションの例を示す平面図である。
実施形態1では、図1(a)に示すように、下部電極は、第1の下部電極11と第2の下部電極12とで構成するとして説明したが、この構成に限定するものではない。
(Modification 1)
7A to 7C are plan views illustrating examples of variations of the lower electrode as the MEMS vibrator according to the first modification.
In the first embodiment, as illustrated in FIG. 1A, the lower electrode is described as being configured by the first
図7(a)に示す変形例は、下部電極を第1の下部電極11aだけで構成している例である。なお、上部電極21と第1の下部電極11aとの間に印加される交流電圧によって、上部電極21の周縁部と中央部とが振動の腹として逆の位相で振動するMEMS振動子を構成するために、上部電極21と第1の下部電極11aとを絶縁する必要がある。そのため、実施形態1における第1の下部電極11を、第1の下部電極11aと、上部電極21と電気的に接続する上部電極固定部13aと、に分割している。支持部22は、支持部22の他方の端部が上部電極固定部13aに固定されている。
上部電極21には、上部電極固定部13aに接続される配線により外部回路との接続を行なう。第1の下部電極11aには、上部電極固定部13aと絶縁され第1の下部電極11aに接続される配線により外部回路との接続を行なう。
The modification shown in FIG. 7A is an example in which the lower electrode is configured by only the first
The
図7(b)に示す変形例は、下部電極を第2の下部電極12だけで構成している例である。なお、上部電極21と第2の下部電極12との間に印加される交流電圧によって、上部電極21の周縁部と中央部とが振動の腹として逆の位相で振動するMEMS振動子を構成するために、上部電極21に配線するための電極として上述した上部電極固定部13aも備えている。支持部22は、支持部22の他方の端部が上部電極固定部13aに固定されている。
上部電極21には、第2の下部電極12と絶縁され上部電極固定部13aに接続される配線により外部回路との接続を行なう。第2の下部電極12には、第2の下部電極12に接続される配線により外部回路との接続を行なう。
The modification shown in FIG. 7B is an example in which the lower electrode is composed of only the second
The
図7(c)に示す変形例は、下部電極を第1の下部電極11aおよび第2の下部電極12で構成している例である。
第1の下部電極11aは、上述したように、上部電極21と絶縁されており、上部電極21は、上部電極固定部13aと支持部22を介して接続されている。つまり、上部電極21は、第1の下部電極11aおよび第2の下部電極12いずれとも絶縁されている。上部電極21、第1の下部電極11aおよび第2の下部電極12は、それぞれ独立して外部回路と接続される。このように構成することで、外部回路から印加する交流電圧の印加の方法を選択できるようになり、振動の特性を変えるなど、制御仕様の自由度を増やすことが可能となる。
The modification shown in FIG. 7C is an example in which the lower electrode is composed of the first
As described above, the first
以上、図7(a)〜(c)に示すような構成においても、振動エネルギーや振動特性は異なるものの、上述した実施形態と同様の振動モードの静電振動子を構成することができる。 As described above, even in the configurations shown in FIGS. 7A to 7C, although the vibration energy and the vibration characteristics are different, an electrostatic vibrator having the same vibration mode as that of the above-described embodiment can be configured.
(変形例2)
図8(a)〜(c)は、変形例2に係るMEMS振動子として、下部電極のバリエーションの例を示す平面図である。
実施形態2では、図3(a)に示すように、下部電極は、第1の下部電極11sと第2の下部電極12sとで構成するとして説明したが、この構成に限定するものではない。
(Modification 2)
8A to 8C are plan views illustrating examples of variations of the lower electrode as the MEMS vibrator according to the second modification.
In the second embodiment, as illustrated in FIG. 3A, the lower electrode is described as being configured by the first
図8(a)に示す変形例は、下部電極を第1の下部電極11saだけで構成している例である。なお、上部電極21と第1の下部電極11saとの間に印加される交流電圧によって、上部電極21sの対向する2つの側面部30sと上部電極21sの中央部31s(図3(c))とが振動の腹として逆の位相で振動するMEMS振動子とするために、上部電極21と第1の下部電極11saとを絶縁する必要がある。そのため、実施形態2における第1の下部電極11sを、上部電極21sと電気的に接続する上部電極固定部13sと第1の下部電極11saとに分割している。支持部22sは、支持部22sの他方の端部が上部電極固定部13sに固定されている。
上部電極21には、上部電極固定部13sに接続される配線により外部回路との接続を行なう。第1の下部電極11saには、上部電極固定部13sと絶縁され第1の下部電極11saに接続される配線により外部回路との接続を行なう。
The modification shown in FIG. 8A is an example in which the lower electrode is configured by only the first lower electrode 11sa. Note that, due to an alternating voltage applied between the
The
図8(b)に示す変形例は、下部電極を第2の下部電極12saだけで構成している例である。なお、上部電極21と第2の下部電極12saとの間に印加される交流電圧によって、上部電極21sの対向する2つの側面部30sと上部電極21sの中央部31sとが振動の腹として逆の位相で振動するMEMS振動子を構成するために、上部電極21に配線するための電極として上述した上部電極固定部13sも備えている。支持部22sは、支持部22sの他方の端部が上部電極固定部13sに固定されている。
上部電極21sは、第2の下部電極12saと絶縁され上部電極固定部13sに接続される配線により外部回路との接続を行なう。第2の下部電極12saには、第2の下部電極12saに接続される配線により外部回路との接続を行なう。
The modification shown in FIG. 8B is an example in which the lower electrode is configured by only the second lower electrode 12sa. It should be noted that, due to the alternating voltage applied between the
The
図8(c)に示す変形例は、下部電極を第1の下部電極11saおよび第2の下部電極12saで構成している例である。
第1の下部電極11saは、上述したように、上部電極21sと絶縁されており、上部電極21sは、上部電極固定部13sと支持部22sを介して接続されている。つまり、上部電極21sは、第1の下部電極11saおよび第2の下部電極12saいずれとも絶縁されている。上部電極21s、第1の下部電極11saおよび第2の下部電極12saは、それぞれ独立して外部回路と接続される。このように構成することで、外部回路から印加する交流電圧の印加の方法を選択できるようになり、振動の特性を変えるなど、制御仕様の自由度を増やすことが可能となる。
The modification shown in FIG. 8C is an example in which the lower electrode is composed of the first lower electrode 11sa and the second lower electrode 12sa.
As described above, the first lower electrode 11sa is insulated from the
以上、図8(a)〜(c)に示すような構成においても、振動エネルギーや振動特性は異なるものの、上述した実施形態と同様の振動モードの静電振動子を構成することができる。 As described above, even in the configurations as shown in FIGS. 8A to 8C, an electrostatic vibrator having the same vibration mode as that of the above-described embodiment can be configured although the vibration energy and the vibration characteristics are different.
(変形例3)
図9(a)〜(d)は、変形例3に係るMEMS振動子として、支持部のバリエーションの例を示す斜視図である。
実施形態1,2では、上部電極21,21sは、それぞれ4つの支持部22,22sによって基板1から遊離し、基板1の主面と上部電極21,21sの主面とが対向するように支えられているとして説明したが、この構成に限定するものではない。支持部22,22sは、それぞれ4つに限定するものではなく、必要に応じ、振動の節40,40sの位置に沿って複数設置する構成や、振動の節40,40sの位置に沿って延在する板状体で構成するであっても良い。
(Modification 3)
FIGS. 9A to 9D are perspective views showing examples of variations of the support portion as the MEMS vibrator according to the third modification.
In the first and second embodiments, the
図9(a)に示す変形例は、振動の節40の位置に沿って支持部22を8つ設置している例である。
図9(b)に示す変形例は、支持部22vを板状体で構成している例である。支持部22vは、振動の節40の位置に沿い、基板1の主面の延在方向と交差する方向に延在する板状体である。振動の節40は、円形になるため、支持部22vは円筒として構成される。円筒とすることで、支持部22vの剛性は飛躍的に向上するため、円筒側面としての板状体をより薄く構成することが可能となる。その結果、振動もれのより少ない、効率的な振動子を得ることができる。
図9(c)に示す変形例は、支持部22をそれぞれの振動の節40sの位置に沿って4つずつ、合計8つ設置している例である。
図9(d)に示す変形例は、支持部22svを板状体で構成している例である。支持部22svは、振動の節40sの位置に沿い、基板1の主面の延在方向と交差する方向に延在する板状体である。
The modification shown in FIG. 9A is an example in which eight
The modification shown in FIG. 9B is an example in which the
The modification shown in FIG. 9C is an example in which a total of eight
The modification shown in FIG. 9D is an example in which the support portion 22sv is configured by a plate-like body. The support portion 22sv is a plate-like body extending along the position of the
このように、支持部を振動の節に沿って複数配置したり、振動の節に沿って延在する板状体で構成したりすることで、より剛性の高い支持構造により支えることができる。その結果、例えば、基板の主面上に遊離した振動体を形成する製造工程において、エッチング液や洗浄液の表面張力などが働いた場合であっても、振動体が基板の主面上に付着してしまうスティッキング現象が起こりにくくなる。その結果、スティッキングによる歩留まり低下を抑制することができる。 As described above, by providing a plurality of support portions along the vibration nodes or by configuring the support portions with plate-like bodies extending along the vibration nodes, the support portions can be supported by a more rigid support structure. As a result, for example, in the manufacturing process of forming a free vibrating body on the main surface of the substrate, the vibrating body adheres to the main surface of the substrate even when the surface tension of the etching liquid or cleaning liquid is applied. Sticking phenomenon is less likely to occur. As a result, yield reduction due to sticking can be suppressed.
(変形例4)
図10(a)〜(c)は、変形例4に係るMEMS振動子として、上部電極のバリエーションの例を示す平面図である。
(Modification 4)
FIGS. 10A to 10C are plan views showing examples of variations of the upper electrode as the MEMS vibrator according to the modified example 4. FIG.
図10(a)に示す変形例は、実施形態1に対する変形例であり、基板1を平面視したときに、上部電極21vが、回転対称の8角形の形状を呈している。このように、必ずしも円形である必要はなく、また必ずしも8角形である必要も無いが、多角形の形状とする場合には回転対称であることが好ましい。
図10(b)に示す変形例は、実施形態1に対する変形例であり、基板1を平面視したときに、上部電極21wが、楕円の形状を呈している。このように、必ずしも円形である必要はないが、回転対称であることが好ましい。
上部電極が、回転対称の形状を呈する板状体であることにより、振動体をよりバランス良く振動させることができる。その結果、振動もれがより少なく、また安定した振動特性を示す振動子を得ることができる。
図10(c)に示す変形例は、実施形態2に対する変形例であり、基板1を平面視したときに、上部電極21xが、楕円の形状を呈している。このように、必ずしも矩形である必要はないが、線対称であることが好ましい。
The modification shown in FIG. 10A is a modification to the first embodiment, and the
The modification shown in FIG. 10B is a modification to the first embodiment, and when the
When the upper electrode is a plate-like body having a rotationally symmetric shape, the vibrating body can be vibrated with a better balance. As a result, it is possible to obtain a vibrator having less vibration leakage and exhibiting stable vibration characteristics.
The modification shown in FIG. 10C is a modification to the second embodiment, and when the
1…基板、2…第1酸化膜、3…窒化膜、11,11a,11s,11sa…第1の下部電極、12,12s,12sa…第2の下部電極、13a,13s…上部電極固定部、21,21s,21v,21w…上部電極、22,22s,22sv,22v…支持部、30…周縁部、30a,30s…側面部、31,31s…中央部、40,40s…振動の節、100,101…MEMS振動子。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
支持部と、
前記支持部によって前記基板の主面上に遊離して支えられた振動体と、を備え、
前記支持部は、
前記基板の主面と、前記基板の主面と対向する前記振動体の主面との間の領域において、一方の端部が前記振動体の振動の節に連接し、他方の端部が前記基板の主面上に固定されている、ことを特徴とする振動子。 A substrate,
A support part;
And a vibrating body supported by the support portion on the main surface of the substrate.
The support part is
In a region between the main surface of the substrate and the main surface of the vibrating body facing the main surface of the substrate, one end is connected to a vibration node of the vibrating body, and the other end is the A vibrator characterized by being fixed on a main surface of a substrate.
前記振動の節が、前記振動体の周縁部と前記振動体の中央部とが前記振動体の厚み方向において逆位相で振動することで、前記周縁部と前記中央部との間に形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の振動子。 The vibrating body is a plate-like body having a rotationally symmetric shape,
The vibration node is formed between the peripheral portion and the central portion by causing the peripheral portion of the vibrator and the central portion of the vibrator to vibrate in opposite phases in the thickness direction of the vibrator. The vibrator according to claim 1, wherein
前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって囲まれた領域との間に第1の下部電極を備えることを特徴とする請求項2に記載の振動子。 The vibrator is an upper electrode;
The vibrator according to claim 2, further comprising a first lower electrode between the substrate and a region surrounded by the vibration node of the vibrator.
前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって囲まれた領域の外側の領域との間に第2の下部電極を備えることを特徴とする請求項2に記載の振動子。 The vibrator is an upper electrode;
The vibrator according to claim 2, further comprising a second lower electrode between the substrate and a region outside the region surrounded by the vibration node of the vibrator.
前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって囲まれた領域との間に第1の下部電極を備え、
前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって囲まれた領域の外側の領域との間に第2の下部電極を備えることを特徴とする請求項2に記載の振動子。 The vibrator is an upper electrode;
A first lower electrode provided between the substrate and a region surrounded by the vibration node of the vibrator;
The vibrator according to claim 2, further comprising a second lower electrode between the substrate and a region outside the region surrounded by the vibration node of the vibrator.
前記振動の節が、前記振動体の対向する2つの側面部と、前記振動体の中央部とが、前記振動体の厚み方向に逆位相で振動することで、前記2つの側面部と、前記振動体の中央部との間に形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の振動子。 The vibrating body is a rectangular plate-shaped body,
The vibration node includes two side surface portions of the vibrating body facing each other and a central portion of the vibrating body vibrating in opposite phases in the thickness direction of the vibrating body, so that the two side surface portions, The vibrator according to claim 1, wherein the vibrator is formed between a center portion of the vibrating body.
前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって挟まれた領域との間に第1の下部電極を備えることを特徴とする請求項7に記載の振動子。 The vibrator is an upper electrode;
The vibrator according to claim 7, further comprising a first lower electrode between the substrate and a region sandwiched between the vibration nodes of the vibrating body.
前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって挟まれた領域の外側の領域との間に第2の下部電極を備えることを特徴とする請求項7に記載の振動子。 The vibrator is an upper electrode;
The vibrator according to claim 7, further comprising a second lower electrode between the substrate and a region outside the region sandwiched between the vibration nodes of the vibrating body.
前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって挟まれた領域との間に第1の下部電極を備え、
前記基板と、前記振動体の前記振動の節によって挟まれた領域の外側の領域との間に第2の下部電極を備えることを特徴とする請求項7に記載の振動子。 The vibrator is an upper electrode;
A first lower electrode provided between the substrate and a region sandwiched between the vibration nodes of the vibrator;
The vibrator according to claim 7, further comprising a second lower electrode between the substrate and a region outside the region sandwiched between the vibration nodes of the vibrating body.
前記上部電極と前記第1の下部電極との間に印加される第1の交流電圧と、
前記上部電極と前記第2の下部電極との間に前記第1の交流電圧と逆位相で印加される第2の交流電圧と、によって振動することを特徴とする請求項5または請求項10に記載の振動子。 The vibrator is
A first AC voltage applied between the upper electrode and the first lower electrode;
11. The device according to claim 5, wherein the first and second lower electrodes are vibrated by a second alternating voltage applied in a phase opposite to that of the first alternating voltage. 11. The vibrator described.
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