JP2014143533A - 共振子及び発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】共振子本体を確実かつ安定して固定できるとともに、等価直列抵抗の上昇を抑制して信頼性の高い共振子及び発振器を提供する。
【解決手段】ディスク部（共振子本体）２０と、ディスク部２０を支持するようにディスク部２０から延びる支持梁３０と、支持梁３０の先端に形成され、基材に固定するための固定部４０とを有する共振子１０において、固定部４０は、第１方向Ｄ１に延びる第１棒状部４１と、第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に形成された第２棒状部４２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、共振子及び発振器に関する。

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて超小型かつ超高性能の電子部品を製造する研究開発が行われている。ＭＥＭＳ技術を用いて製造された電子部品の一つとして、例えばシリコンなどの半導体の基板上に形成されるＭＥＭＳ共振子（またはＭＥＭＳ共振器。以下、単に共振子という）が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の共振子は、ディスク状の共振子本体と、共振子本体から延びる支持梁と、支持梁の先端に形成され、基材に固定するための環状の固定部とを有している。

このような共振子は、基材上に犠牲層を形成し、犠牲層上にこれら共振子本体等を構成する層を形成し、その後、共振子本体等をパターニングした後に犠牲層を除去することによって形成される。この共振子は、基材に固定された固定部によって、共振子本体及び支持梁が基材から離間した状態となっている。固定部を基材に固定させる際には、固定部の貫通孔（アンカーホール）を介して犠牲層に開口部が形成され、この開口部を介して貫通孔（固定部）と基材との間をシリコンで接合することが一般的である。

特開２００６−３２９９３１号公報

しかしながら、特許文献１に示す共振子の製造工程では、貫通孔を介して犠牲層に開口部を形成しているが、基材の上面側しか開口していないため、露光処理や洗浄処理等が不十分となる可能性がある。その結果、貫通孔の内壁や基材表面に犠牲層の残渣やエッチング溶液や溶解物の付着、洗浄によるウオーターマークの形成などといった異物が残ってしまい、この状態のままシリコン等で貫通孔と基材とを接合しても接合強度を低下させるだけでなく、高抵抗な異物層の存在により等価直列抵抗を上昇させ、特性の悪化を招くといった問題を有している。

以上のような事情に鑑み、本発明は、共振子本体を確実かつ安定して固定できるとともに、等価直列抵抗の上昇を抑制して信頼性の高い共振子及び発振器を提供することを目的とする。

本発明では、リング状またはディスク状の共振子本体と、共振子本体を支持するように共振子本体から延びる支持梁と、支持梁の先端に形成され、基材に固定するための固定部とを有する共振子において、固定部は、第１方向に形成された第１棒状部と、第１方向と異なる第２方向に形成された第２棒状部とを有する。また、第１方向は、支持梁が延びる方向であってもよい。また、第２棒状部は、第１棒状部の、共振子本体側及び先端側にそれぞれ形成されてもよい。また、第２棒状部は、第１棒状部より長く形成されてもよい。また、第１棒状部及び第２棒状部のうち少なくとも一方は、複数形成されてもよい。また、第１棒状部及び第２棒状部のうち少なくとも一方は、その断面積が長手方向に沿って変化するように形成されてもよい。

本発明では、上記した共振子を含み、共振子本体及び支持梁を基材から離間した状態で、第１棒状部の表面及び側面と基材とを接合し、かつ第２棒状部の表面及び側面と基材とを接合する接合部を有する発振器が提供される。

本発明では、基材上に、上記共振子を、犠牲層を挟んで形成する共振子形成工程と、第１棒状部の表面及び側面と基材との間、並びに第２棒状部の表面及び側面と基材との間を接合部で接合する接合工程と、犠牲層を除去する除去工程と、を有する発振器の製造方法が提供される。また、共振子本体と対向する電極を基材に形成する電極形成工程を有し、電極は、接合部と同一の材料が用いられ、電極形成工程は、接合工程と同時に行われてもよい。

本発明によれば、固定部の第１棒状部及び第２棒状部を用いて基材に固定するため、固定部を基材に固定する際に、貫通孔（アンカーホール）を介して処理することがなく、露光処理や洗浄処理等で異物が残りにくくなり、基材に対する接合強度を向上させ、これにより共振子本体を確実かつ安定して固定できる。さらに、接合面に異物を介在させないので等価直列抵抗の上昇を抑制し、信頼性の高い共振子及び発振器を提供できる。

第１実施形態に係る共振子を示し、（ａ）は、全体の斜視図、（ｂ）は（ａ）の領域Ａを拡大した斜視図である。 （ａ）第２実施形態に係る共振子の一部を示す平面図、（ｂ）第３実施形態に係る共振子の一部を示す平面図である。 第４実施形態に係る共振子の一部を示す平面図である。 （ａ）第５実施形態に係る共振子の一部を示す平面図、（ｂ）第６実施形態に係る共振子の一部を示す平面図である。 第２棒状部のＹ方向の長さ（寸法）と固定部の歪エネルギーとの関係を示すグラフ図である。 発振器の実施形態を示す斜視図である。 （ａ）図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、発振器の製造工程を示す断面図である。 （ｅ）〜（ｇ）は、発振器の製造工程を示す断面図である。 （ｈ）〜（ｊ）は、発振器の製造工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、固定部の他の形態を示す平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の各図において、共振子の構成を説明するにあたり、表記の簡単のため、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。ＸＹＺ座標系においては、共振子が形成される基材の表面に平行な平面をＸＹ平面とする。このＸＹ平面において所定の方向をＸ方向と表記し、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向と表記する。ＸＹ平面に垂直な方向（基材の厚さ方向）はＺ方向と表記する。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。また、Ｚ軸まわりの方向をθＺ軸方向と表記する場合がある。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。

＜第１実施形態＞
図１（ａ）は、第１実施形態に係る共振子１０の構成を示している。共振子１０は、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶ダイヤモンド又は多結晶ダイヤモンドからなる基材に対して、ＭＥＭＳ技術を用いて形成されている。共振子１０は、弾性変形可能に形成されたディスク部（共振子本体）２０と、ディスク部２０の外周２０ａから延びた複数の支持梁３０と、支持梁３０の先端に設けられた固定部４０と、を備えている。

ディスク部２０は、所定の周波数の振動に対して共振する振動体である。ディスク部２０に振動を伝達する手段としては、例えばディスク部２０の外周２０ａに近接するように配置された電極に所定の電圧を印加することにより行う。この場合、当該電極に交流の電気信号を印加することで、電極とディスク部２０との間に生じる静電気力を所定の周期で変化させる。この静電気力の変化がディスク部２０に作用することにより、ディスク部２０に振動が発生する。

ディスク部２０は、例えばＺ軸に平行な中心軸ＡＸを中心とした円板形の形状を有している。ディスク部２０は、基材に振動が直接伝達されるのを回避して自由な振動を確保するため、基材に接触しないように、基材の表面から離間して配置されている。ディスク部２０の厚さ（Ｚ方向の寸法）は、ディスク部２０の全面に亘って均一になっている。ディスク部２０の表面（＋Ｚ側の面）及び裏面（−Ｚ側の面）は、それぞれ平坦な平面として形成されており、基材の表面に対して平行に配置されている。なお、ディスク部２０の裏面（−Ｚ側の面）は、基材の表面との間に一定の間隔を空けた状態となっている。

なお、ディスク部２０としては、図１（ａ）に示すような円板状のものに限定されず、例えば四角形状、六角形状、八角形状など多角形状のものや、楕円形状、長円形状のものなど、任意の形状が用いられる。また、ディスク部２０の断面（例えばＸＺ面における断面）も、矩形状の他に、円形、楕円形、多角形など任意である。

支持梁３０は、ディスク部２０の外周２０ａからディスク部２０の径方向（中心軸ＡＸから放射方向）に外側へ向けて延びるように、ディスク部２０と一体となった状態で形成されており、ディスク部２０を外周側から支持する。支持梁３０は、ディスク部２０の外周方向（θＺ方向）に沿って９０度間隔で配置されており、計４つ設けられている。なお、支持梁３０は、４つに限定されず、１つまたは複数のいずれであってもよい。また、支持梁３０を複数形成する場合は、等間隔に形成されることに限定されず、異なる間隔で形成されてもよい。支持梁３０の厚さ（Ｚ方向の寸法）は、ディスク部２０の厚さと等しくなっている。また、４つの支持梁３０は、それぞれ同一の形状が用いられるが、これに限定されず、互いに異なる形状の支持梁であってもよい。なお、支持梁３０の長さは、任意に設定される。

固定部４０は、各支持梁３０の先端に設けられており、後述する接合部５０を介して基材に固定される。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す領域Ａを拡大して示している。図１（ｂ）に示すように、固定部４０は、支持梁３０の先端部分から、支持梁３０が延びた方向に延長するように形成された第１棒状部４１と、支持梁３０の先端部分から、支持梁３０が延びた方向と直交する方向に形成された第２棒状部４２と、を有している。これら第１棒状部４１及び第２棒状部４２は、後述する接合部５０によって保持される。なお、図１（ｂ）では、支持梁３０が延びた方向をＸ方向として説明する。第１実施形態では、第２棒状部４２の＋Ｘ側の側面から第１棒状部４１が＋Ｘ方向に突出した構成となっている。

第１棒状部４１は、第１方向Ｄ１として支持梁３０が延びた方向（Ｘ方向、中心軸ＡＸから放射方向）に長さＬ１で形成されている。ただし、第１方向Ｄ１として支持梁３０が延びた方向に限定されず、例えばＸＹ平面においてＸ方向からθだけ傾けた方向としてもよい。第１方向Ｄ１を支持梁３０が延びた方向とすることで、製造時のパターン構成が容易となる。また、第１棒状部４１は、Ｘ方向から見たときに支持梁３０と同様の矩形状に形成されており、その幅方向（Ｙ方向）及び厚さ方向（Ｚ方向）の寸法がそれぞれ支持梁３０と同一となっている。ただし、第１棒状部４１の幅及び厚さを支持梁３０と同一とすることに限定されず、例えば幅を支持梁３０より広くしてもよい。また、第１棒状部４１は、その断面積（ＹＺ面に平行な面における断面積）が長手方向（第１方向Ｄ１）に沿って一定となるように形成されている。なお、第１棒状部４１の長さＬ１は任意である。

第２棒状部４２は、第２方向Ｄ２として支持梁３０が延びた方向と直交する方向（Ｙ方向）に長さＬ２で形成されている。ただし、第２方向Ｄ２として第１方向Ｄ１と直交する方向に限定されず、第１方向Ｄ１と異なる任意の方向とすることができる。なお、第２棒状部４２の長さＬ２は、第１棒状部４１の長さＬ１と等しいか長さＬ１より短くなっている。また、第２棒状部４２は、Ｙ方向から見たときに支持梁３０や第１棒状部４１と同様の矩形状に形成されており、その幅方向（Ｘ方向）及び厚さ方向（Ｚ方向）の寸法がそれぞれ支持梁３０や第１棒状部４１と同一となっている。ただし、第２棒状部４２の幅及び厚さを第１棒状部４１等と同一とすることに限定されず、例えば幅を第１棒状部４１等より広くしてもよい。

また、第２棒状部４２は、その断面積（ＸＺ面に平行な面における断面積）が長手方向（第２方向Ｄ２）に沿って一定となるように形成されている。さらに、第２棒状部４２は、第１棒状部４１の＋Ｙ側の側面から＋Ｙ方向へ延びる長さと、第１棒状部４１の−Ｙ側の側面から−Ｙ方向へ延びる長さとがほぼ同一となっているが、これに限定されず、例えば＋Ｙ方向へ延びる長さを、−Ｙ方向へ延びる長さより長くしてもよい。なお、第２棒状部４２の長さＬ２は任意である。また、第２棒状部４２は、支持梁３０の先端部分（第１棒状部４１のディスク２０側部分）に形成されることに限定されず、例えば第１棒状部４１の中間部分や先端部分などに形成されてもよい。なお、第１棒状部４１及び第２棒状部４２は、共にディスク部２０の厚さと等しくなっている。

固定部４０と基材とを接合するための接合部５０は、図１（ａ）の点線で示すように、例えば第１棒状部４１の全体を覆うと共に、第２棒状部４２の一部（−Ｘ側、及びＹ方向の両側）が露出するように形成される。ただし、接合部５０は、第２棒状部４２の一部を露出させることに限定されず、例えば、第１棒状部４１及び第２棒状部４２の双方を覆うようにしてもよい。

上記のように構成された共振子１０は、固定部４０が基材に保持され、ディスク部２０を基材表面から離間させた状態としている。そして、ディスク部２０に所定の交流電圧を印加してディスク部２０（共振子１０）を共振させることで、所定周波数の信号を取り出すことが可能となる。共振子１０の振動モードとしては、輪郭振動（コンターモード）やワイングラスモードなどがある。ディスク部２０は各振動モードに応じて変形し、これにより支持梁３０も変位する。このとき、第１棒状部４１及び第２棒状部４２によって、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２といった複数の方向を固定部４０で支持しているため、支持梁３０の変位に対して固定部４０が強固に支持している。

このように第１実施形態によれば、ディスク部２０が、第１方向Ｄ１の第１棒状部４１と第２方向Ｄ２の第２棒状部４２とを持つ固定部４０により保持されるため、基材に対して強固に支持される。また、基材との接合部分としてアンカーホールではなく第１棒状部４１等を用いるため、シリコン等の接合部を介して基材と固定部４０とを接合する際、露光処理や洗浄処理等で異物が残りにくくなり、接合部と基材との界面や、接合部と固定部との界面に異物が入り込むことを抑制して両者間の接合強度を向上できる。これにより、ディスク部２０を基材に対して確実かつ安定して固定できる。さらに、接合部と基材との界面等に異物を介在させないので等価直列抵抗の上昇を抑制し、信頼性の高い共振子を提供できる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図２（ａ）は、第２実施形態に係る共振子１１０の一部を示している。なお、図２（ａ）では、図１（ａ）の領域Ａに相当する部分について表しており、ディスク部については図１（ａ）のディスク部２０と同様のものが用いられる。この共振子１１０は、固定部１４０が１つの第１棒状部１４１と、２つの第２棒状部１４２とを有している点で第１実施形態とは異なる。

図２（ａ）に示すように、第２棒状部１４２は、支持梁３０の先端に形成されたディスク側棒状部１４２ａと、第１棒状部１４１の先端近傍に形成された先端側棒状部１４２ｂとを有している。第１棒状部１４１は、ディスク側棒状部１４２ａから先端側棒状部１４２ｂまでのＸ方向（第１方向）の長さＬ３の部分と、先端側棒状部１４２ｂより先のＸ方向（第１方向）の長さＬ４の部分とで構成される。ディスク側棒状部１４２ａ及び先端側棒状部１４２ｂは、第１実施形態の第２棒状部４２と同様に、Ｙ方向（第２方向）に長さＬ２でそれぞれ形成されている。第１棒状部１４１の長さＬ３及び長さＬ４の合計した長さは、ディスク側棒状部１４２ａ（または先端側棒状部１４２ｂ）の長さＬ２よりも大きくなっている。

なお、ディスク側棒状部１４２ａ及び先端側棒状部１４２ｂは、同一の形状のものが用いられるが、これに限定されず、例えば先端側棒状部１４２ｂをディスク側棒状部１４２ａより長く形成してもよい。ディスク側棒状部１４２ａ及び先端側棒状部１４２ｂは、それぞれ第１棒状部１４１と直交しているが、これに限定されず、例えばディスク側棒状部１４２ａをＹ方向に対して傾けた状態としてもよい。なお、第２棒状部１４２として２つのディスク側棒状部１４２ａ及び先端側棒状部１４２ｂに限定されず、３つ以上形成されたものでもよい。

第１棒状部１４１の長さＬ３、Ｌ４はそれぞれ任意に設定でき、さらに、長さＬ３と長さＬ４との比（または先端側棒状部１４２ｂが形成される位置）も任意に設定可能である。また、長さＬ３部分及び長さＬ４部分は、ともにＸ方向に形成されているが、これに限定されず、例えば長さＬ４部分をＸ方向に対して傾けた状態としてもよい。

この固定部１４０と基材とを接合するための接合部１５０は、図２（ａ）の点線で示すように、例えば第１棒状部１４１の全体を覆うとともに、第２棒状部１４２の一部（ディスク側棒状部１４２ａの−Ｘ側、及びＹ方向の両側、並びに先端側棒状部１４２ｂのＹ方向の両側）が露出するように形成される。ただし、接合部１５０は、第２棒状部１４２の一部を露出させることに限定されず、例えば、第１棒状部１４１及び第２棒状部１４２の双方を覆うようにしてもよい。

このように第２実施形態によれば、第１棒状部１４１及び第２棒状部１４２を持つ固定部１４０により支持されるため、第１実施形態と同様に、ディスク部を基材に対して確実かつ安定して固定できる。さらに、第２棒状部１４２が複数形成されるため、接合部１５０との接合面積が拡がるとともにねじれ剛性が向上し、しかも固定部１４０がＸ方向に移動するのを接合部１５０で強く規制されるので、両者間がより一層強固に接合され、ディスク部の固定を一層確実にすることができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図２（ｂ）は、第３実施形態に係る共振子２１０の一部を示している。なお、図２（ｂ）では、図１（ａ）の領域Ａに相当する部分について表しており、ディスク部については図１（ａ）のディスク部２０と同様のものが用いられる。この共振子２１０は、固定部２４０が１つの第１棒状部２４１と、２つの第２棒状部２４２とを有している点で第１実施形態とは異なる。

図２（ｂ）に示すように、第２棒状部２４２は、支持梁３０の先端に形成されたディスク側棒状部２４２ａと、第１棒状部２４１の先端（＋Ｘ側端部）に形成された先端側棒状部２４２ｂとを有している。第１棒状部２４１は、ディスク側棒状部２４２ａから先端側棒状部２４２ｂまでのＸ方向（第１方向）に長さＬ５で形成される。ディスク側棒状部２４２ａ及び先端側棒状部２４２ｂは、第１実施形態の第２棒状部４２と同様に、Ｙ方向（第２方向）に長さＬ２でそれぞれ形成されている。第１棒状部２４１の長さＬ５は、ディスク側棒状部２４２ａ（または先端側棒状部２４２ｂ）の長さＬ２よりも大きくなっている。

なお、先端側棒状部２４２ｂは、ディスク側棒状部２４２ａに対して幅方向（Ｘ方向）を拡げて形成されている。ただし、ディスク側棒状部２４２ａ及び先端側棒状部２４２ｂの幅はそれぞれ任意に設定でき、図（ｂ）とは逆にディスク側棒状部２４２ａの幅が先端側棒状部２４２ｂより広いものでもよい。また、ディスク側棒状部２４２ａ及び先端側棒状部２４２ｂは、同一の長さＬ２とすることに限定されず、例えば先端側棒状部２４２ｂをディスク側棒状部２４２ａより長く形成してもよい。さらに、ディスク側棒状部２４２ａ及び先端側棒状部２４２ｂは、それぞれ第１棒状部２４１と直交しているが、これに限定されず、例えば先端側棒状部２４２ｂをＹ方向に対して傾けた状態としてもよい。なお、ディスク側棒状部２４２ａと先端側棒状部２４２ｂとの間に別の第２棒状部を１つ以上形成させてもよい。

この固定部２４０と基材とを接合するための接合部２５０は、図２（ｂ）の点線で示すように、例えば第１棒状部２４１の全体を覆うと共に、第２棒状部２４２の一部（ディスク側棒状部２４２ａの−Ｘ側及びＹ方向の両側、並びに先端側棒状部２４２ｂのＹ方向の両側）が露出するように形成される。また、接合部２５０ａのように、先端側棒状部２４２ｂの＋Ｘ側も併せて露出させるようにしてもよい。ただし、接合部２５０は、第２棒状部２４２の一部を露出させることに限定されず、例えば、第１棒状部２４１及び第２棒状部２４２の双方を覆うようにしてもよい。

このように第３実施形態によれば、第１棒状部２４１及び第２棒状部２４２を持つ固定部２４０により支持されるため、第１実施形態と同様に、ディスク部を基材に対して確実かつ安定して固定できる。さらに、第２棒状部２４２が複数形成されるため、第２実施形態と同様に、ディスク部の固定を一層確実にすることができる。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図３は、第４実施形態に係る共振子３１０の一部を示している。なお、図３では、図１（ａ）の領域Ａに相当する部分について表しており、ディスク部については図１（ａ）のディスク部２０と同様のものが用いられる。この共振子３１０は、固定部３４０において第１棒状部３４１より第２棒状部３４２が長く形成される点で第１実施形態とは異なる。

図３に示すように、第１棒状部３４１は、Ｘ方向（第１方向）に長さＬ６で形成される。第２棒状部３４２は、支持梁３０の先端において、Ｙ方向（第２方向）に長さＬ７で形成される。なお、第１棒状部３４１の長さＬ６は、第２棒状部３４２の長さＬ７よりも短くなっている。ただし、長さＬ６及び長さＬ７は、長さＬ６が長さＬ７より短い範囲において、それぞれ任意に設定できる。また、第１棒状部３４１と第２棒状部３４２とが直交することに限定されず、例えば第２棒状部３４２をＹ方向に対して傾けた状態としてもよい。

この固定部３４０と基材とを接合するための接合部３５０は、図３の点線で示すように、例えば第１棒状部３４１の全体を覆うと共に、第２棒状部３４２の一部（−Ｘ側及びＹ方向の両側）が露出するように形成される。ただし、接合部３５０は、第２棒状部３４２の一部を露出させることに限定されず、例えば、第１棒状部３４１及び第２棒状部３４２の双方を覆うようにしてもよい。

このように第４実施形態によれば、第１棒状部３４１及び第２棒状部３４２を持つ固定部３４０により支持されるため、第１実施形態と同様に、ディスク部を基材に対して確実かつ安定して固定できる。さらに、第１棒状部３４１が短いので、共振子３１０の径方向における領域が小さくなり、小さな発振器を提供できる。また、第２棒状部３４２が長いため、ねじれ剛性が高く、ディスク部の固定を一層確実にすることができる。

＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図４（ａ）は、第５実施形態に係る共振子４１０の一部を示している。なお、図４（ａ）では、図１（ａ）の領域Ａに相当する部分について表しており、ディスク部については図１（ａ）のディスク部２０と同様のものが用いられる。この共振子４１０は、固定部４４０が１つの第１棒状部４４１と、２つの第２棒状部４４２とを有している点で第１実施形態とは異なる。

図４（ａ）に示すように、第２棒状部４４２は、支持梁３０の先端に形成されたディスク側棒状部４４２ａと、第１棒状部４４１の先端近傍に形成された先端側棒状部４４２ｂとを有している。第１棒状部４４１は、ディスク側棒状部４４２ａから先端側棒状部４４２ｂまでのＸ方向（第１方向）の長さＬ８の部分と、先端側棒状部４４２ｂより先のＸ方向（第１方向）の長さＬ９の部分とで構成される。ディスク側棒状部４４２ａ及び先端側棒状部４４２ｂは、第４実施形態の第２棒状部３４２と同様に、Ｙ方向（第２方向）に長さＬ７でそれぞれ形成されている。第１棒状部４４１の長さＬ８及び長さＬ９の合計した長さは、ディスク側棒状部４４２ａ（または先端側棒状部４４２ｂ）の長さＬ７よりも短くなっている。

なお、ディスク側棒状部４４２ａ及び先端側棒状部４４２ｂは、同一の形状のものが用いられるが、これに限定されず、例えば先端側棒状部４４２ｂをディスク側棒状部４４２ａより長く形成してもよい。ディスク側棒状部４４２ａ及び先端側棒状部４４２ｂは、それぞれ第１棒状部４４１と直交しているが、これに限定されず、例えばディスク側棒状部４４２ａをＹ方向に対して傾けた状態としてもよい。なお、第２棒状部４４２として２つのディスク側棒状部４４２ａ及び先端側棒状部４４２ｂに限定されず、３つ以上形成されたものでもよい。

第１棒状部４４１の長さＬ８、Ｌ９はそれぞれ任意に設定でき、さらに、長さＬ８と長さＬ９との比（または先端側棒状部４４２ｂが形成される位置）も任意に設定可能である。ただし、長さＬ８及び長さＬ９の合計した長さは、長さＬ７よりも短くなるように設定される。また、長さＬ８部分及び長さＬ９部分は、ともにＸ方向に形成されているが、これに限定されず、例えば長さＬ９部分をＸ方向に対して傾けた状態としてもよい。

この固定部４４０と基材とを接合するための接合部４５０は、図４（ａ）の点線で示すように、例えば第１棒状部４４１の全体を覆うと共に、第２棒状部４４２の一部（ディスク側棒状部４４２ａの−Ｘ側及びＹ方向の両側、並びに先端側棒状部４４２ｂのＹ方向の両側）が露出するように形成される。ただし、接合部４５０は、第２棒状部４４２の一部を露出させることに限定されず、例えば、第１棒状部４４１及び第２棒状部４４２の双方を覆うようにしてもよい。

このように第５実施形態によれば、第１棒状部４４１及び第２棒状部４４２を持つ固定部４４０により支持されるため、第１実施形態と同様に、ディスク部を基材に対して確実かつ安定して固定できる。さらに、第１棒状部４４１が短いので、共振子４１０の径方向における領域が小さくなり、小さな発振器を提供できる。また、第２棒状部４４２が長くかつ複数形成されるため、接合部４５０との接合面積が拡がるとともにねじれ剛性が向上するので、ディスク部の固定を一層確実にすることができる。

＜第６実施形態＞
次に、第６実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
図４（ｂ）は、第６実施形態に係る共振子５１０の一部を示している。なお、図４（ｂ）では、図１（ａ）の領域Ａに相当する部分について表しており、ディスク部については図１（ａ）のディスク部２０と同様のものが用いられる。この共振子５１０は、固定部５４０が１つの第１棒状部５４１と、２つの第２棒状部５４２とを有している点で第１実施形態とは異なる。

図４（ｂ）に示すように、第２棒状部５４２は、支持梁３０の先端に形成されたディスク側棒状部５４２ａと、第１棒状部５４１の先端（＋Ｘ側端部）に形成された先端側棒状部５４２ｂとを有している。第１棒状部５４１は、ディスク側棒状部５４２ａから先端側棒状部５４２ｂまでのＸ方向（第１方向）に長さＬ１０で形成される。ディスク側棒状部５４２ａ及び先端側棒状部５４２ｂは、第４実施形態の第２棒状部３４２と同様に、Ｙ方向（第２方向）に長さＬ７でそれぞれ形成されている。第１棒状部５４１の長さＬ１０は、ディスク側棒状部５４２ａ（または先端側棒状部５４２ｂ）の長さＬ７よりも短くなっている。

なお、ディスク側棒状部５４２ａ及び先端側棒状部５４２ｂは、同一の形状とすることに限定されず、例えば先端側棒状部５４２ｂの長さ（Ｙ方向の長さ）をディスク側棒状部５４２ａより長くすることや、先端側棒状部５４２ｂの幅（Ｘ方向の幅）をディスク側棒状部５４２ａより広くしてもよい。さらに、ディスク側棒状部５４２ａ及び先端側棒状部５４２ｂは、それぞれ第１棒状部５４１と直交しているが、これに限定されず、例えば先端側棒状部５４２ｂをＹ方向に対して傾けた状態としてもよい。なお、ディスク側棒状部５４２ａと先端側棒状部５４２ｂとの間に別の第２棒状部を１つ以上形成させてもよい。

この固定部５４０と基材とを接合するための接合部５５０は、図２（ｂ）の点線で示すように、例えば第１棒状部５４１の全体を覆うと共に、第２棒状部５４２の一部（ディスク側棒状部５４２ａの−Ｘ側及びＹ方向の両側、並びに先端側棒状部５４２ｂのＹ方向の両側）が露出するように形成される。また、接合部５５０ａのように、先端側棒状部５４２ｂの＋Ｘ側も併せて露出させるようにしてもよい。ただし、接合部５５０は、第２棒状部５４２の一部を露出させることに限定されず、例えば、第１棒状部５４１及び第２棒状部５４２の双方を覆うようにしてもよい。

このように第６実施形態によれば、第１棒状部５４１及び第２棒状部５４２を持つ固定部５４０により支持されるため、第１実施形態と同様に、ディスク部を基材に対して確実かつ安定して固定できる。さらに、第１棒状部５４１が短いので、共振子５１０の径方向における領域が小さくなり、小さな発振器を提供できる。また、第２棒状部５４２が長くかつ複数形成されるため、接合部５５０との接合面積が拡がるとともにねじれ剛性が向上するので、ディスク部の固定を一層確実にすることができる。

＜本実施形態と歪エネルギーとの関係＞
図５は、第１実施形態の固定部４０について、Ｘ方向の長さを固定値とし、Ｙ方向の長さを変化させた場合、接合部５０と基材との間の接触面積の変化に対して歪エネルギーの変化を示すグラフ図である。図５に示すように、Ｙ方向を長くして接触面積を増加させることにより、歪エネルギー（すなわちアンカーロス）が小さくなる傾向は認められるものの、変曲点は認められず、接触面積の増加に対して緩やかに減少していることが確認された。

＜発振器＞
（発振器の構成）
次に、発振器の実施形態について説明する。以下の説明において、上記した第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図６は、発振器の実施形態を示している。この発振器６００は、図６に示すように、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶ダイヤモンド又は多結晶ダイヤモンドからなる基材１００と、基材１００上の平滑な表面にＭＥＭＳ技術を用いて形成され、円盤状の振動体を有する共振子１０１とを備えている。共振子１０１としては、上記した第１実施形態から第６実施形態に記載した共振子１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０を用いることができる。本実施形態では、第１実施形態に記載の共振子１０が用いられた構成を例に挙げて説明する。

基材１００には、共振子１０１のディスク部２０の外周２０ａに沿って交互に配置された複数の入力電極１０２及び複数の出力電極１０３と、入力電極１０２のそれぞれに対して交流電圧を印加する駆動回路１０４と、出力電極１０３とディスク部２０との間の静電容量を検出する検出回路１０５とが設けられている。

入力電極１０２は、ディスク部２０を径方向に挟んで対向する２か所に配置されている。これら入力電極１０２は、内周側がディスク部２０の外周２０ａに対向するように、ディスク部２０との間に所定の間隔を空けて配置されている。入力電極１０２は、θＺ方向に１８０度間隔で配置されている。出力電極１０３は、入力電極１０２と同様に、ディスク部２０を径方向に挟んで対向する２か所に配置されている。これら出力電極１０３は、内周側がディスク部２０の外周２０ａに対向するように、ディスク部２０との間に所定の間隔を空けて配置されている。出力電極１０３は、θＺ方向に１８０度間隔で配置されており、入力電極１０２に対してθＺ方向に９０度ずれた位置となっている。ただし、入力電極１０２及び出力電極１０３の個数、形状、及び配置については任意に設定できる。

駆動回路１０４及び検出回路１０５は、基材１００上に設けられるとともに、同じく基材１００上に形成された不図示の配線などを介して、入力電極１０２及び出力電極１０３にそれぞれ接続されている。なお、基材１００または基材１００の外部には、駆動回路１０４及び検出回路１０５の動作を制御するための制御部が設けられている。

基材１００の表面には、図７（ａ）（ｂ）に示すように、第１絶縁層１０９が形成されており、第１絶縁層１０９の表面には配線層１０６が形成されている。入力電極１０２、出力電極１０３は、この配線層１０６を介して駆動回路１０４及び駆動回路１０５に接続されている。

また、ディスク部２０は、基材１００（第１絶縁層１０９）の表面及び配線層１０６に対して隙間を空けて配置されている。固定部４０は、その上面、先端面及び側面が接合部５０に接合されており、この接合部５０が基材１００上の配線層１０６に接合されることにより基材１００に保持されている。また、図７（ｂ）に示すように、接合部５０のうち配線層１０６に接合される接合端部５０ａは、配線層１０６側へ向けて広がった形状となっており、接合部５０と配線層１０６との間の接合強度が高められている。

次に、上記のように構成された発振器６００の動作を説明する。先ず、駆動回路１０４から入力電極１０２に対して交流の電気信号を印加する。これにより、入力電極１０２とディスク部２０との間では、電位の変化に伴って静電容量が所定の周期で変化する。この静電容量の変化により、入力電極１０２とディスク部２０との間に作用する静電気力が所定の周期で変化し、ディスク部２０を振動させる。ディスク部２０の振動により共振子１０を共振させることでディスク部２０を径方向に大きく変位させる。なお、振動モードとしては輪郭振動（コンターモード）またはワイングラスモードのいずれであってもよい。ディスク部２０の径方向の変位により、ディスク部２０と出力電極１０３との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出回路１０５により検出することで、所定周波数の信号を取り出すことできる。

なお、上記に代えて、出力電極１０３に対して駆動回路１０４から交流の電気信号を印加し、検出回路１０５が入力電極１０２から静電容量の変化を検出するようにしてもよい。この場合であっても、同様の結果を得ることができる。

このように発振器６００によれば、ディスク部２０が、第１棒状部４１及び第２棒状部４２を持つ固定部４０により保持されるため、基材１００に対して強固に支持される。また、基材１００との接合部分としてアンカーホールではなく第１棒状部４１等を用いるため、接合部５０を介して基材１００と固定部４０とを接合する際、露光処理や洗浄処理等で異物が残りにくくなり、接合部５０と基材１００との界面や、接合部５０と固定部４０との界面に異物が入り込むことを抑制して両者間の接合強度を向上できる。これにより、ディスク部２０を基材１００に対して確実かつ安定して固定できる。さらに、接合部５０と基材１００との界面等に異物を介在させないので等価直列抵抗の上昇を抑制し、信頼性の高い発振器６００を提供できる。

（発振器の製造方法）
次に、発振器６００の製造方法について説明する。先ず、図８（ａ）に示すように、基材１００の表面にＣＶＤ法によって２層のノンドープのシリコン酸化膜（ＮＳＧ膜）が成膜され、第１絶縁層１０９が形成される。次に、図８（ｂ）に示すように、この第１絶縁層１０９の表面に、導電性を付与するためにリンまたはボロンをドープしたポリシリコン膜等からなる第１導電層１０６がＣＶＤ、スパッタリング等で成膜され、レジスト塗布、露光、現像などのフォトリソグラフィー技術によってパターニングされることにより、所定形状の配線層が形成される。以下、第１導電層１０６を配線層１０６と呼ぶ。

次に、図８（ｃ）に示すように、ＰＳＧ等からなる第１犠牲層６０１が配線層１０６の上からＣＶＤ、スパッタリング等により成膜される。次に、図８（ｄ）に示すように、第１犠牲層６０１の表面にポリシリコン膜等からなる第２導電層６２０がＣＶＤ等で成膜される。次に、図９（ｅ）に示すように、第２導電層６２０の表面に、ＮＳＧ（非ドープシリケートガラス）からなる第２犠牲層６０２がＣＶＤ、スパッタリング等で成膜される。次に、図９（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィー技術によって第２導電層６２０及び第２犠牲層６０２がパターニングされ、ディスク部２０、支持梁３０及び固定部４０（第１棒状部４１及び第２棒状部４２）が形成される。（共振子形成工程）

次に、図９（ｇ）に示すように、ＮＳＧからなる第３犠牲層６０３が第２犠牲層６０２の上からＣＶＤ、スパッタリング等で成膜される。次に、図１０（ｈ）に示すように、フォトリソグラフィー技術によって第３犠牲層６０３、第２犠牲層６０２、及び第１犠牲層６０１がそれぞれパターニングされて配線層１０６の一部を露出させる。次に、図１０（ｉ）に示すように、第２犠牲層６０２等の上からポリシリコン膜等がＣＶＤ等で成膜され、これをフォトリソグラフィー技術によりパターニングして接合部５０、入力電極１０２及び出力電極１０３が形成される。（接合工程、電極形成工程）なお、図示では、接合部５０、入力電極１０２について表している。

なお、この製造方法では、接合部５０の形成（接合工程）と入力電極１０２及び出力電極１０３の形成（電極形成工程）とが同時に行われているが、これに限定されず、例えば接合部５０の形成を先に行い、次いで入力電極１０２及び出力電極１０３の形成を行うものでもよい。

次に、図１０（ｊ）に示すように、フッ酸等のエッチャントを用いたエッチング処理等で第１犠牲層６０１、第２犠牲層６０２及び第３犠牲層６０３が除去されることにより（除去工程）、発振器６００が形成される。

このように、接合工程では、アンカーホールではなく棒状の固定部４０を覆った接合部５０と基材１００とが接合されるので、露光処理や洗浄処理等で異物が残りにくくなり、接合部５０と基材１００との界面や、接合部５０と固定部４０との界面に異物が入り込むことを抑制し、両者間を強固に接合できるとともに、等価直列抵抗が上昇するのを防止できる。従って、不良品の発生を抑制して、効率よく発振器を製造できる。また、接合工程と電極形成工程とを同時に行うことにより、製造工程を簡略化し、製造コストを低減させることができる。

＜固定部の他の形態等＞
上記では、共振子に関する第１〜第６実施形態について説明したが、各共振子の固定部について、以下に説明する各種形態に変更可能である。なお、以下の説明において、上記した第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図１１は、固定部４０、４０ａ、４０ｂをＺ方向から見た平面図である。なお、座標系は図１１（ａ）のみに記載しているが、図１１（ｂ）〜（ｆ）で同様である。

図１１（ａ）に示す固定部４０は、第１棒状部４１がＸ方向に２つ並列して形成されており、図１１（ｂ）に示す固定部４０は、第１棒状部４１がＸ方向に等間隔で３つ並列して形成されている。

なお、図１１（ａ）、（ｂ）では、第１棒状部４１として、同一形状かつ同一方向（Ｘ方向）のものが用いられるが、これに限定されない。例えば、それぞれの第１棒状部４１について、Ｘ方向の長さは任意であり、さらにその方向も任意である。さらに、第１棒状部４１は２つまたは３つに限定されず、４つ以上形成されてもよい。また、第１棒状部４１が３つ以上形成される場合、等間隔に配置されることに限定されない。このように、第１棒状部４１が２つ以上形成されることにより、接合部５０との接合面積が拡大し、接合強度を高めるといった利点がある。

図１１（ｃ）に示す固定部４０ａは、先端（＋Ｘ方向）へ向けて徐々に細くなる（長手方向に沿って断面積が小さくなる）形状の第１棒状部４１ａが形成されており、図１１（ｄ）に示す固定部４０ａでは、この第１棒状部４１ａが、２つ並列して形成されている。なお、第１棒状部４１ａは、細くなる割合（減少率）が一定となっているが、これに限定されず、細くなる割合を変えたものでもよい。

また、図１１（ｃ）、（ｄ）では、第１棒状部４１ａとして、同一形状かつ同一方向のものが用いられるが、これに限定されない。例えば、それぞれの第１棒状部４１ａについて、細くなる割合を変えることや、方向を変えること、Ｘ方向の長さを変えることなど、任意に設定可能である。なお、第１棒状部４１ａは１つまたは２つに限定されず、３つ以上形成されてもよい。また、第２棒状部４２は、Ｘ方向の断面積が長手方向（Ｙ方向）に沿って変化するように形成されてもよい。

図１１（ｅ）に示す固定部４０ｂは、先端（＋Ｘ方向）へ向けて徐々に太くなる（長手方向に沿って断面積が大きくなる）形状の第１棒状部４１ｂが形成されており、図１１（ｆ）に示す固定部４０ｂでは、この第１棒状部４１ｂが、２つ並列して形成されている。なお、第１棒状部４１ｂは、太くなる割合（増加率）が一定となっているが、これに限定されず、太くなる割合を変えたものでもよい。

また、図１１（ｅ）、（ｆ）では、第１棒状部４１ｂとして、同一形状かつ同一方向のものが用いられるが、これに限定されない。例えば、それぞれの第１棒状部４１ｂについて、太くなる割合を変えることや、方向を変えること、Ｘ方向の長さを変えることなど、任意に設定可能である。なお、第１棒状部４１ｂは１つまたは２つに限定されず、３つ以上形成されてもよい。このように、第１棒状部４１ｂが徐々に太くなることにより、接合部５０からの抜けを防止するといった利点がある。また、図１１（ｃ）、（ｄ）で説明したのと同様に、第２棒状部４２は、Ｘ方向の断面積が長手方向（Ｙ方向）に沿って変化するように形成されてもよい。

以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、第１〜第６実施形態で説明した内容を適宜組み合わせることも可能である。例えば、ディスク部２０に形成される固定部の一部を、第１実施形態の共振子１０の固定部４０とし、他の固定部を第４実施形態の共振子３１０の固定部３４０としたものでもよい。

また、上記実施形態では、共振子本体として円板状に形成されたディスク部２０を有する共振子を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えば共振子本体がリング状であってもよい。共振子本体がリング状の場合、円環状の他に、多角形状、楕円形状、長円形状のものなど、任意のリング形状が用いられる。また、共振子本体がリング状の場合、支持梁は、リングの外周から外方に向けて延びる形態の他に、リングの内周から内方へ向けて延びる形態のいずれであってもよい。

ＡＸ…中心軸
Ｄ１…第１方向
Ｄ２…第２方向
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０…共振子
２０…ディスク部
３０…支持梁
４０、４０ａ、４０ｂ、１４０、２４０、３４０、４４０、５４０…固定部
４１、４１ａ、４１ｂ、１４１、２４１、３４１、４４１、５４１…第１棒状部
４２、４２ａ、４２ｂ、１４２、２４２、３４２、４４２、５４２…第２棒状部
５０、１５０、２５０、３５０、４５０、５５０…接合部
１００…基材
１０１…共振子
１０２…入力電極
１０３…出力電極
１０４…駆動回路
１０５…検出回路
６００…発振器

Claims (9)

1. リング状またはディスク状の共振子本体と、前記共振子本体を支持するように前記共振子本体から延びる支持梁と、前記支持梁の先端に形成され、基材に固定するための固定部とを有する共振子において、
   前記固定部は、第１方向に形成された第１棒状部と、前記第１方向と異なる第２方向に形成された第２棒状部とを有する共振子。
2. 前記第１方向は、前記支持梁が延びる方向である請求項１記載の共振子。
3. 前記第２棒状部は、前記第１棒状部の、前記共振子本体側及び先端側にそれぞれ形成される請求項１または請求項２記載の共振子。
4. 前記第２棒状部は、前記第１棒状部より長く形成される請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の共振子。
5. 前記第１棒状部及び前記第２棒状部のうち少なくとも一方は、複数形成される請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の共振子。
6. 前記第１棒状部及び前記第２棒状部のうち少なくとも一方は、その断面積が長手方向に沿って変化するように形成される請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の共振子。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の共振子を含み、
   前記共振子本体及び前記支持梁を基材から離間した状態で、前記第１棒状部の表面及び側面と前記基材とを接合し、かつ前記第２棒状部の表面及び側面と前記基材とを接合する接合部を有する発振器。
8. 基材上に、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の共振子を、犠牲層を挟んで形成する共振子形成工程と、
   前記第１棒状部の表面及び側面と前記基材との間、並びに前記第２棒状部の表面及び側面と前記基材との間を接合部で接合する接合工程と、
   前記犠牲層を除去する除去工程と、を有する発振器の製造方法
9. 前記共振子本体と対向する電極を前記基材に形成する電極形成工程を有し、
   前記電極は、前記接合部と同一の材料が用いられ、
   前記電極形成工程は、前記接合工程と同時に行われる請求項８記載の発振器の製造方法。

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