JP5671742B2 - 電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法およびこれを用いたｍｅｍｓデバイス - Google Patents

Description

本発明は、電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法に関するものである。また、この方法を用いて狭ギャップを有するＭＥＭＳデバイスに関するものである。

近年、半導体デバイスの技術進歩は大きく、工業用機器、民生用機器など広範囲に渡って利用されてきている。特に、半導体デバイスの微細化、高集積化などが、該半導体デバイスを搭載した機器、システムの小型化、軽量化、低価格化、高機能化などに大きく寄与するに至っている。しかしながら、半導体デバイスの微細化、高集積化が達成される反面、その製造プロセスの大規模化、複雑化、また、製造装置の大規模化、高価格化が誘起されるに至っている。さらに、微細化の限界が議論され、微細化以外の開発方向も模索されるようになってきている。ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）デバイスはその一例であり、機械要素を微細化して半導体技術とマッチさせることにより、新しい機能を実現できることに特徴がある。また、ＭＥＭＳデバイスの技術開発を通して得られた新技術や新しい知見は、従来の半導体プロセスにも反映され、半導体分野の進歩にも貢献している。

かかるＭＥＭＳデバイスの一つに「ＲＦ−ＭＥＭＳ」と呼ばれるデバイスがある。これは、高周波（ＲＦ）帯で動作するデバイスであり、フィルタや発振器など、通信分野への応用が期待されている。ＲＦ−ＭＥＭＳでは、微小な構造体（ビームやディスク形状が多い）に近接して配置された固定電極と前記構造体間に高周波電気信号を印加し、前記構造体を機械的に振動させている。かかる振動は、静電容量などの変化量として電気的に検出される。ＲＦ−ＭＥＭＳの動作周波数（振動周波数）を高くするためには、振動する前記構造体の大きさを小さくし、かつ、固定電極と前記構造体との間の距離を小さくすることが必要である。このような機械的寸法の微細化には、多くの半導体プロセスが利用でき、ＲＦ−ＭＥＭＳの高周波化に活用できる。

ＭＥＭＳデバイスを構成する場合、一般的には３つのアプローチがある。一つは単結晶シリコンに微細加工を施す「バルクマイクロマシニング」であり、一つは犠牲層エッチングを利用する「サーフェスマイクロマシニング」であり、他の一つは単結晶シリコンの積層構造（いわゆる「シリコンオンインシュレータウェーハ、ＳＯＩウェーハ」）を利用する「バルクサーフェスマイクロマシニング」である。

バルクマイクロマシニングでは、単結晶シリコンのウェーハを裏面側あるいは表面側からエッチングして、単結晶シリコンの３次元構造を作成している。ダイアフラム型圧力センサや加速度センサなどへの応用が実用化されている。しかしながら、より複雑な３次元構造を実現することには限界があることも知られている。

サーフェスマイクロマシニングでは、薄膜堆積、パターニング、薄膜間の層の除去（犠牲層エッチング）などでデバイスが形成されていく。シリコン層の薄膜を堆積させ、この層を振動する構造体にすることが多い。また、このシリコン層は多結晶シリコン（ポリシリコン）であり、層内の残留応力を増大させないために、通常は厚さが０．１〜３マイクロメータ程度に設定されている。サーフェスマイクロマシニングは、一般的な半導体製造ラインの流用が容易である反面、多結晶シリコンの機械的特性が製造条件に依存すること、多結晶シリコンは単結晶シリコンと比較して機械物性が劣ることなどが指摘されている。

図２８はサーフェスマイクロマシニングで作成したＲＦ−ＭＥＭＳの断面構造を示している。同図は、下記引用非特許文献１に記載されている。同図（ａ）において、ビーム１は多結晶シリコンで形成された振動できるものであり（図中では厚さが２マイクロメータとされている）、単結晶シリコン基板２は基台部である。ビーム１に対向して配置された駆動電極３は単結晶シリコン基板２に固定されている。また、同図（ａ）は「犠牲層エッチング」が完了した直後の構造断面図であり、ビーム１はあたかも浮上しているかのように図示されている（図中では２０００オングストロームとして描かれている）が、図面と垂直な方向の図示されていない場所で、単結晶シリコン基板２に固定されている。同図（ｂ）は、外部から直流電圧４が印加され、ビームが固定電極側へ静電力で引き込まれ、変形すると共に、狭いギャップ５（図中では５００オングストロームとして描かれている）が実現することが示されている。この状態で、駆動電極３に印加された高周波信号により、ビーム１は図面の上下方向に振動する。この狭いギャップ５のために、ビーム１の上下方向での振動振幅が大きく、ＲＦ−ＭＥＭＳとしての電気特性も向上するとされている。

多結晶シリコンとサーフェスマイクロマシニングを活用したＭＥＭＳデバイスは、従来の半導体製造ラインを利用できる利点がある。しかしながら、図２８に示した構造には下記のような課題がある。
（１）機械要素の厚さを大きくして機械的な強度を増大させることが困難である。
多結晶シリコンを形成する際にはプロセス条件を制御して、薄膜多結晶シリコンの内部応力を可能な限り小さくすることが行われる。しかしながら、内部応力は形成プロセスの条件に敏感であり、さらに、薄膜の厚さを大きくすると残留する内部応力も大きくなる傾向がある。このため、振動できるように機械要素の一部（例えばビーム部分）を基板から浮上した構造を実現すると、残留していた内部応力が解放されて、ビームの変形（通常は捩れや曲がりとなって観測される）を誘起する。このため、多結晶シリコンの厚さは最大でも３マイクロメータ程度に制限されている。
（２）多結晶シリコンの形成条件の制御が困難である。
前記したように、多結晶シリコンの形成中に内部応力が残留していると、犠牲層エッチング後にビームの変形などが発生し、所望の動作が困難となる。このため、多結晶シリコンの形成条件（温度、ガス成分比、ガス成分量、雰囲気など）は厳密に制御されることが要求される。このため、半導体製造ライン毎の条件設定、条件の安定性確保など、製造技術面で課題が多い。
（３）犠牲層エッチングのためにフォトマスク数が多くなる。
図２８に例示した従来例では、振動する機械要素を基板から浮上させるために、この機械要素と基板との間に挟まれた酸化膜（犠牲層となる）などをエッチングして除去している。また、直流電圧４を印加した時に、この機械要素が一定の距離（同図では５００オングストローム）を介して基板から浮上し、かつ、基板との接触を阻止するために、Ｄｉｍｐｌｅ（ディンプル）６と呼ばれる微小な凸構造を形成している。すなわち、機械要素であるビーム１は一様な厚さを有してはいるが、その表裏面は平坦ではない。このような構造とパターンを作り込むために複数のフォトマスクが使用される。図２８での事例では５枚のフォトマスクが必要とされている。さらに、ＭＥＭＳデバイスと駆動回路などの周辺回路と同一チップ上に集積化する場合には、ＭＥＭＳ部分の加工用フォトマスクと、周辺回路形成用のフォトマスクとが別個に必要となるので、それぞれのフォトマスク数は可能な限り低減することが製造面からは有利となる。この点において、犠牲層エッチングのためのフォトマスク数増大は製造技術面からは大きな課題となっている。
（４）犠牲層エッチング以後のプロセスで破壊される危険が大きい。
犠牲層エッチングが終了すると、前記したビーム１と駆動電極３との間には狭いギャップ（図２８では２０００オングストローム）が形成される。このため、犠牲層エッチング以後のプロセスでは、衝撃や静電気の帯電などで、前記したビーム１が前記した駆動電極３側に撓み、駆動電極３に固着する危険がある。この固着が発生すると、ビーム１を駆動電極３から引き離して再度浮上させることは不可能である。このため、これらの破壊を防ぐことが課題となっている。
（５）ビームの変形が大きいので物性値が変化する可能性が大きい。
図２８の従来例では、２０００オングストロームのギャップが、直流電源４により５００オングストローム（ギャップ５）まで小さくされている。すなわち、ビーム１（厚さは２マイクロメータ）の変位量は１５００オングストローム（０．１５マイクロメータ）である。この厚さに対する変位量の比率は１０％程度にも達し、大変形領域での振動動作になる。この結果、変位量（比）が小さい場合と比較して、剛性などの機械物性値が変化する。この物性値変動を考慮したＲＦ−ＭＥＭＳの設計が必要となる課題が発生する。

前段落に記載したように、多結晶シリコンとサーフェスマイクロマシニングを活用したアプローチには、利点があるものの、解決しなくてはならない課題が多い。

ＭＥＭＳデバイスを構成する第３のアプローチであるバルクサーフェスマイクロマシンニングでは、２つの単結晶シリコン層が酸化膜を介して接合されているＳＯＩウェーハを用い、酸化膜の表面側のシリコン層（デバイス層とも呼ばれる）に機械要素や電子回路を形成し、酸化膜の裏面側のシリコン層（基板層とも呼ばれる）はデバイス層の支持体として利用される。なお、バルクサーフェスマイクロマシニングでは、デバイス層あるいは基板層をエッチングなどで直接微細加工することが多い。デバイス層の加工に犠牲層エッチングを用いることは比較的少ない。デバイス層の厚さは１〜１００マイクロメータ程度であり、作成するデバイスにより最適な厚さが選定される。機械要素や電子回路が形成されていない領域のデバイス層はエッチングにより除去されることもある。ここでは、狭い領域を深くエッチングすることが要求されるので、独自な製造装置を利用することになる。しかし、機械要素や電子回路を形成するデバイス層は単結晶シリコンであるので、通常のシリコン半導体デバイスで使用される設計手法、加工方法などがそのまま利用できる利点がある。

図２９はバルクサーフェスマイクロマシニングで作成されたＲＦ−ＭＥＭＳの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。同図（ａ）は下記引用非特許文献２に、同図（ｂ）と（ｃ）は下記引用非特許文献３に記載されている。同図に示したＭＥＭＳは、両端が固定されたビーム（中央の細い棒状形状は浮き上がっている）と、ビームの中央部分に対向して配置された駆動電極から構成されている。これらのビームは、駆動電極との間に印加された高周波電圧信号で励振され、左右方向に振動する。同図（ａ）のデバイスは、長さ７６０マイクロメータ、幅１０マイクロメータ、厚さ２０マイクロメータのビームと、ビームの中央部分に対向して配置された幅１００マイクロメータの駆動電極とで構成されている。このビームと駆動電極との間の距離は４マイクロメータである。同図（ａ）のデバイスは１４０キロヘルツ近傍に一次の共振周波数が観測される。一方、同図（ｂ）はビームを小型化し、一次の共振周波数がより高くなるように改良されたデバイスである。同図（ｂ）のデバイスは、長さ７６マイクロメータ、幅１０マイクロメータ、厚さ２０マイクロメータのビームと、ビームの長さ方向全体に渡って対向配置された駆動電極とで構成されている。同図（ｂ）のデバイスは１１メガヘルツ近傍に一次の共振周波数が観測される。このビームと駆動電極との間の距離は１マイクロメータである。いずれのデバイスも、デバイス層が厚さ２０マイクロメータのＳＯＩウェーハを加工して作成されている。

図２８に例示した従来例と比較して、単結晶シリコンとバルクサーフェスマイクロマシニングで作成されたＭＥＭＳデバイスには下記の利点がある。
（１）機械要素の厚さを大きくして機械的な強度を増大させることが容易である。
ＳＯＩウェーハを使用すると、機械要素の厚さをデバイス層の厚さと等しくすることが可能である。このため、デバイス層を厚くすることにより、機械的強度が大きい機械要素を容易に実現できる。
（２）単結晶シリコンを使用するので残留応力の影響がない。
ＳＯＩウェーハは、デバイス層にも単結晶シリコンを使用しているため、ＭＥＭＳデバイスの形成プロセスの条件によらず、内部残留応力が少ない特徴がある。このため、微細加工で機械要素を作成しても、変形などが発生しない。
（３）フォトマスク数が少ない。
図２９に例示した事例では、フォトマスク２枚で作成することが可能であり、図２８の事例での「５枚」と比較すると大幅にマスク数を低減できる。
（４）ビームの変形が小さいので物性値が変化することがない。
ビームと駆動電極を強制的に近接させる手法を採用していないため、ビームの振動は小振幅動作範囲となっている。このため、大振幅動作での物性値の変化などが回避できる。

図２９のＲＦ−ＭＥＭＳの作成では、反応性ガスを用いたエッチング（ＲＩＥ；リアクティブイオンエッチング）を用いている。ＲＩＥでは、使用するガスの選択、雰囲気条件（ガス濃度、反応温度など）の設定などにより、量産レベルでは、直径２マイクロメータ、深さ４マイクロメータ程度の穴加工が可能となっている。ここに例示した「深さ４マイクロメータ」は、電子回路を集積化した一般の半導体デバイスでは十分な深さである。例えば、ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）では、蓄積容量の増大のため「トレンチ」構造を採用することがあるが、メモリセルの微細化に伴い、トレンチの深さも相対的に浅くなってきている。このため、「深さ４マイクロメータ」は必要十分な加工深さとなっている。勿論、先端的な研究分野では、直径が１．５マイクロメータで深さが３０マイクロメータの深穴をＲＩＥで作成することも報告されているが、これは限界値であるとも言える。

しかしながら、前記したように、図２９（ｂ）のデバイスはビームと駆動電極との間の距離は１マイクロメータである。この値は、現在の半導体プロセスでの加工技術から見ると比較的大きい値であるが、上記したＲＩＥを用いた加工技術では微小な値となっている。また、ビームと駆動電極との間のギャップを形成する場合には、幅１マイクロメータ、高さ２０マイクロメータという大きなアスペクト比（加工深さと加工幅の比）での加工が要求される。この大きなアスペクト比は、ＲＩＥを含む現行の半導体プロセスで実現することは困難である。一方、ＲＦ−ＭＥＭＳの高周波化を実現するためには、ビームの長さを小さくすることが必須であり、この結果として、ビームと駆動電極との間の静電容量も小さくなる。ＲＦ−ＭＥＭＳからの電気信号は、ビームの振動が誘起する静電容量の変動量であるので、高周波化に伴い電気信号が微弱になることは免れない。大きな電気信号を得るための一手法としては、（１）ビームと駆動電極間の距離を小さくし（狭ギャップ化）、（２）ビームと駆動電極の対抗する面積を大きくして、電気機械結合係数を大きくすることが挙げられる。すなわち、バルクサーフェスマイクロマシニングで作成するＲＦ−ＭＥＭＳでは、（１）如何にして深く、かつ、１マイクロメータ以下の狭いギャップを形成するか、（２）如何にしてビームと駆動電極の対抗する面積が大きい構成にするか、が重要な技術開発項目となっている。

狭いギャップを容易に実現することができるならば、ＲＦ−ＭＥＭＳの高周波化が可能となる。かかるデバイスは、携帯型機器、例えば、携帯電話などの高度化に有利である。近年では、利用できる周波数領域が制限されているにも関わらず、携帯型機器によるトラフィック量は増大しており、如何にして「瞬間的に利用されていない周波数帯域を見つけだし、この帯域で通信する」かが注目されている。コグニティブ通信とも称されるこの手法には、多くの周波数帯で機器を動作させるため、多数のフィルタや発振器が必要とされる。現在多用されている水晶振動子や表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスは、構造上、動作周波数の上限が規定されており、さらには、これらのデバイスを複数個使用する場合の占有面積／体積が課題となっている。一方、ＲＦ−ＭＥＭＳで構成された共振器（フィルタや発振器などを含む）は、半導体プロセスで製造されるので、周辺回路との同時作成や集積化が可能であるという特徴がある。このため、ＲＦ−ＭＥＭＳの実用化への期待が大きいが、高周波動作させる時の「狭ギャップ化」と「対抗面積の増大化」の壁の克服が重要な課題となっている。

学会発表論文 Ｋ．Ｗａｎｇ他、「ＶＨＦ Ｆｒｅｅ−Ｆｒｅe Ｂｅａｍ Ｈｉｇｈ−Ｑ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ」、Ｊ．Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｖｏｌ．９、Ｎｏ．３、Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０００ 学会発表論文 石野他、「単結晶シリコンＭＥＭＳ共振器の三次元振動特性」、第２５回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム予稿集、５５１〜５５７ページ、２００８年１０月 学会発表論文 橋本他、「狭ギャップ作製プロセスを用いた１０ＭＨｚ帯ＭＥＭＳ共振器の開発」、第２６回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム予稿集、１１６〜１１９ページ（Ｃ１−４）、２００９年１０月

ＭＥＭＳデバイスを、単結晶シリコンとバルクサーフェスマイクロマシニングで作成する場合には、狭く、かつ、深いギャップを形成することが必要になる。図２９はバルクサーフェスマイクロマシニングで作成されたＲＦ−ＭＥＭＳの従来例である。前記の〔背景技術〕の段落で記したように、同図（ｂ）のデバイスでは、１マイクロメータのギャップが深さ２０マイクロメータで形成されている。このギャップの形成には、反応性ガスを用いたエッチング（ＲＩＥ；リアクティブイオンエッチング）を用いている。現在実用化されている半導体プロセス技術（ＲＩＥ）を用いると、シリコン基板に直径２マイクロメータ、深さ４マイクロメータ程度の穴を形成することは可能である。しかしながら、図２９の事例では、これよりも微細で、かつ、より深い穴を形成している。ＲＩＥのような半導体プロセスでは、加工対象の面積が小さく、あるいは、加工深さが大きくなると、加工が困難になったり、加工時間（エッチングスピード）が遅くなることが知られている。この理由としては、（１）反応ガスが穴に入りにくい、（２）反応生成物が穴から排出されにくいといったことが挙げられる。同図（ｃ）はＭＥＭＳ共振器のギャップ部分（１マイクロメータである）の拡大写真である。ＲＩＥプロセスでエッチングされない領域を被覆するマスクはクローム薄膜であり、そのパターニングには集束化イオンビーム（ＦＩＢ）が用いられている。このマスクパターンを用いて、１マイクロメータ幅でシリコン基板をエッチングしていくが、ビームの厚さ２０マイクロメータを形成するためには、通常の５倍の時間が所要された。ここで「通常」とは、ギャップ領域以外のシリコン基板のみ（表面にパターニングされていない）をエッチングする場合や、ギャップが１０マイクロメータといった大きな値である構造の場合を示している。この長時間にわたるエッチングのため、マスクパターンが反応ガスに浸食され、均一な幅のギャップが形成されていないことが同図（ｃ）に示されている。

ＲＦ−ＭＥＭＳの高周波化を実現するためには、ビームの長さを小さくすることが必須であり、この結果として、ビームと駆動電極との間の静電容量も小さくなる。ＲＦ−ＭＥＭＳからの電気信号は、ビームの振動が誘起する静電容量の変化量であるので、高周波化に伴い電気信号が微弱になることは免れない。大きな電気信号を得るための一手法としては、電気機械結合係数を大きくすることが挙げられる。電気機械結合係数とは、機械的に振動するビームの振動振幅を電気信号として検出する際の変換係数である。この電気機械結合係数を大きくすれば、小さい振幅でも大きな電気信号が得られるようになる。電気機械結合係数を増大させるためには、（１）ビームと駆動電極間の距離を小さく（狭ギャップ化）する、（２）ビームと駆動電極が対向する面積を大きくするなどの手法がある。このことより、バルクサーフェスマイクロマシニングで作成するＲＦ−ＭＥＭＳでは、（１）如何にして深く、かつ、１マイクロメータ以下の狭いギャップを形成するか、（２）如何にして対向面積が大きい構造を実現するか、が重要な解決すべき課題となっている。

半導体デバイスの製造方法において、（１）電極構造要素をスライダに連結し、（２）前記電極構造要素とは第１の距離を介して対向する振動構造要素を設け、（３）前記スライダをスライドさせるスライド機構により、前記電極構造要素と前記振動構造要素の距離が、前記第１の距離よりも短い、指定された第２の距離となるまで、前記スライダを指定された方向へ移動させる。

なお、前段落において、「連結」とは、前記電極構造要素と前記スライダとが一体化されていることを指している。かかる一体化の具体例としては、前記スライダと前記電極構造要素とが同一の材料から構成されていて、かつ、前記スライダの一部が前記電極構造要素として機能している場合である。また、他の例としては、前記電極構造要素が絶縁層などを介して前記スライダに搭載されている場合である。すなわち、「連結」には多くの形態があり、その具体的な形態には制限されない。

なお、前々段落において、「対向する」とは、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが、互いに向き合って配置されている状態を示している。

なお、前記した「電極構造要素」と「振動構造要素」の構成材料は金属とは限らない。例えば、シリコンなどの半導体、あるいは、樹脂などの絶縁体の表面に導電性を付与した材料などであっても良い。また、前記「第１の距離」は前記「第２の距離」よりも大きい（長い）。さらに、前記「スライド機構」とは、静電力や電磁力などにより発生した力で前記スライダを移動させる機構である。かかる移動は、前記電極構造要素が、前記「第１の距離」を介して対向していた姿勢を保ちながら、前記「第２の距離」の位置まで直線的に移動することが一般的であるが、これに限らない。例えば、移動中における前記電極構造要素の軌跡が、直線、円弧、ジグザグなどであっても構わない。前記「指定された方向」とは、「第１の距離」に前記電極構造要素が位置する状態から、「第２の距離」に前記電極構造要素が位置する状態へ前記電極構造要素が移動した最終的な状態との間の方向を示しているに過ぎない。

なお、前記「指定された第２の距離」は「ゼロ」を含んでいない。「ゼロ」とは、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが「接触」（電気スイッチの接点が繋がっていることに相当）していることであるが、本発明では、前記電極構造要素と前記振動構造要素とは「電気的に絶縁された状態」であることが特徴となっている。また、前記「指定された第２の距離」になった状態では、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが「部分的に、かつ、機械的に接触」していても構わないが、かかる場合においても「電気的に絶縁された状態」であることが要求される。

なお、前記「指定された第２の距離」は、前記スライド機構に組み込まれた「ストッパ」などにより指定されることが多いがこれに限らない。例えば、前記スライド機構に組み込まれた「スライダの位置検出機構」により、電気的あるいは機械的なフィードバック制御で前記「第２の距離」が指定されても良い。また、前記電極構造要素が前記「指定された第２の距離」まで移動した後は、前記電極構造要素と前記振動構造要素との距離が前記「指定された第２の距離」を維持していることが好ましい。例えば、前記スライダが、外部からの振動や衝撃で微小量移動することが想定される場合である。前記「ストッパ」で前記「指定された第２の距離」が決定されるような場合には、かかる微小量の移動を阻止するため、常に、あるいは周期的に、前記スライダを前記振動構造要素に向かって押し付けるような前記スライド機構が好ましい。このようなスライド機構の一例としては、前段落に記載した静電力や電磁力などが連続的に、あるいは周期的に発生し続けるように前記スライド機構を構成したり、あるいはバネの力を利用することが挙げられる。

なお、本段落では、前記電極構造要素と前記振動構造要素の形成について記載する。前記電極構造要素と前記振動構造要素とは、同一プロセスで形成されても良いが、これに限ることなく、別プロセスで形成されていても良い。ただし、同一プロセスで形成される場合には、それぞれの母材が離れた（前記「指定された第１の距離」）に置かれ、その形成過程において、（１）前記振動構造要素の存在が前記電極構造要素の形成に影響を与えず、かつ、（２）前記電極構造要素の存在が前記振動構造要素の形成に影響を与えないことが必要である。前記電極構造要素と前記振動構造要素とが形成されてから、前記スライダのスライド機構により、両者が近接（前記「指定された第２の距離」）して配置されることに本発明の特徴がある。

前記スライダをシリコンを含む材料で構成する。

前記スライド機構をシリコンを含む材料で構成し、静電気力を含む駆動力で前記スライダを移動させる。

なお、前記スライダと前記スライダのスライド機構を構成する材料としては、金属、樹脂、半導体、あるいは、これらの混合物（ハイブリッド材料）であって良い。微細加工技術のレベルを考慮すると、シリコン半導体が好ましいがこの限りではない。また、前記駆動力を発生させる機構としては、静電力、電磁力、超音波、あるいは、これらを組み合わせた機構であって良い。ＭＥＭＳデバイス分野では静電力を利用する場合が多いがこれに限らない。

なお、本段落では、前記スライダを移動させる駆動力の一つである静電気力について記載する。ＭＥＭＳ分野においては、静電気力を利用した「アクチュエータ」として「櫛型電極」を用いた機構が周知である。この機構では、一組の櫛型形状の電極（一方は固定されており、他の一方は移動可能である）に直流電圧を印加することにより、櫛の歯の長手方向に、移動可能な電極が移動することが特徴である。一方、櫛型電極を用いずに、対向して配置された２個の電極に直流電圧を印加し、これらの電極間に発生する吸引力を利用した機構も適用可能である。かかる機構では、前記２個の電極（一方は固定されており、他の一方は移動可能である）間に発生した直流電界が前記吸引力を誘起し、移動可能な電極を、固定された電極側へ移動させる。移動に必要な直流電圧は、前記２個の電極間の距離に依存し、距離が大きければ、大きな直流電圧が必要となる。本段落に記載したように、前記スライダを移動させる時に利用する静電気力の利用形態は種々あり、いずれの形態も本発明に適用可能である。

前記指定された第２の距離を、前記電極構造要素、あるいは前記振動構造要素、あるいは前記スライダに配置されたストッパで決定する。

なお、前記「指定された第２の距離」は機械的なストッパを配置することにより実現しても良い。かかるストッパを配置する位置は、（１）前記電極構造要素の表面であって、前記振動構造要素に対向する面、（２）前記振動構造要素の表面であって、前記電極構造要素に対向する面、（３）前記スライダの領域であって、前記電極構造要素が連結されていない領域などである。（１）と（２）の配置例では、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが、前記ストッパを挟み込んで接触することになる。このため、もし、前記電極構造要素と前記導電体とが電気的に絶縁されることが望まれる場合には、前記ストッパを絶縁体で構成したり、前記電極構造要素あるいは前記振動構造要素の表面を絶縁体で被覆することが必要となる。また、前記電極構造要素あるいは前記振動構造要素がシリコンなどの半導体で構成されている場合には、前記ストッパもシリコンなどの半導体で構成し、その表面を酸化することにより前記絶縁体を構成することが可能である。

なお、前記したストッパは、前記振動構造要素に対向している前記電極構造要素の表面、あるいは、前記電極構造要素に対向している前記振動構造要素の表面などの厚さ方向の全てにわたって形成されるとは限らない。例えば、前記電極構造要素表面であって前記振動構造要素と対向する表面のうち、前記電極構造要素表面の厚さ方向の指定された領域のみに形成されていても良い。この具体的な一例としては、前記電極構造要素表面であって前記振動構造要素と対向する表面のうち、「浅い」領域に該ストッパが部分的に形成されている場合である。

前記振動構造要素をＭＥＭＳ共振器の振動体とし、前記電極構造要素を前記振動体を振動させる駆動電極とする。

なお、本発明の適用分野の一つにＭＥＭＳ共振器がある。かかる共振器の一例を挙げると、両端が固定されたビームと、ビームに対向して配置された駆動電極とから成り、駆動電極とビームとの間に高周波信号を印加することで発生した静電力で前記ビームを振動させている。この構造に本発明を適用すると、前記振動構造要素をビーム（振動体）とし、前記電極構造要素を駆動電極とすることが挙げられる。なお、かかる構成では、前記電極構造要素（駆動電極）に対向する前記振動構造要素は、指定された領域がビームとして振動し、かつ、前記指定された領域を含まない前記振動構造要素の領域が振動しないようにされていることが必要である。また、駆動電極となる前記電極構造要素の個数は１つとは限らず、２つ以上配置されていても良い。

なお、ＭＥＭＳ共振器の他の一例としてディスク（平板）型がある。ディスク型共振器は、中央領域が固定された円板あるいは多角形の振動板と、前記振動板の周囲に沿って配置された駆動電極とから構成されている。この構造に本発明を適用した事例としては、前記振動構造要素を前記振動板とし、前記電極構造要素を駆動電極とすることが挙げられる。また、駆動電極となる前記電極構造要素の個数は１つとは限らず、２つ以上配置されていても良い。

なお、ＭＥＭＳ共振器の他の一例としてリング型がある。リング型共振器は、ドーナッツ状で平板形状の振動板と、前記振動板の周囲に沿って配置された駆動電極とから構成されている。前記ドーナッツ状の振動板は、外周あるいは内周の指定された領域が固定されている。この構造に本発明を適用した事例としては、前記振動構造要素を前記ドーナッツ状で平板形状の振動板とし、前記電極構造要素を駆動電極とすることが挙げられる。また、駆動電極となる前記電極構造要素の個数は１つとは限らず、２つ以上配置されていても良い。

なお、前記したスライダは静電力などを駆動力とする「可動部」を有している。一方、前記したＭＥＭＳ共振器の振動体（ビームあるいはディスク）も機械的に可動である。このため、ＭＥＭＳ共振器を励振させた時に、該スライダの「可動部」が励振されると、該ＭＥＭＳ共振器の振動が阻害される可能性がある。かかる不都合を排除するためには、前記したスライダの「可動部」の共振周波数ｆ１を低く、一方、前記したＭＥＭＳ共振器の振動体の共振周波数ｆ２を高く設定すれば良い。例えば、ｆ１を大略１００Ｈｚ、ｆ２を１ＭＨｚを超える値に設定すると、前記した不都合は回避される。ｆ１を低く設定するための設計指針は多々あるが、一例として挙げるならば、前記スライダの質量を大きくすることなどがある。

ＭＥＭＳデバイスの１形態であるＭＥＭＳ共振器を、（１）スライダと、（２）前記スライダに連結した電極構造要素と、（３）前記電極構造要素とは第１の距離を介して対向して配置され、機械振動する振動構造要素で構成し、（４）前記スライダに、指定された方向へ前記スライダをスライドさせるスライド機構を持たせ、（５）前記スライド機構による前記スライダの移動量が、前記第１の距離よりも短い、指定された第２の距離で決定されるように構成する。

なお、ＭＥＭＳ共振器は、振動する構造体（前記「振動構造要素」に対応）と、狭いギャップを介して該構造体に近接配置された駆動電極（前記「電極構造要素」に対応）とから構成されている。この構造体の形状には、両端が固定されたビームや、中央が固定されたディスクあるいはリングなどがある。動作周波数が高周波になるに伴い、共振器から得られる電気信号は小さくなる傾向がある。このため、電気信号を大きくするための施策を施すことが必須となる。この例として、電気機械結合係数を大きくすることが挙げられる。電気機械結合係数は、ギャップの大きさの２乗に逆比例し、また、該構造体と該駆動電極との対向面積に比例することが知られている。このため、狭いギャップがＭＥＭＳ共振器の高性能化に大きく寄与する。しかしながら、従来技術では、高アスペクト比で狭いギャップを形成することは困難であった。このため、前記構造体と前記駆動電極とを、「離れた距離」（前段落での「第１の距離」に対応）で形成し、それぞれの形状加工が完了してから、前記スライド機構で両者を「近接」（前段落での「第２の距離」に対応）配置させるという本発明が考案されるに至った。かかる近接配置の手法により、高アスペクト比の極度に狭いギャップが容易に実現される。例えば、ギャップの幅が１マイクロメータを超えない値（サブミクロン）で、深さが３０マイクロメータものギャップを有するＭＥＭＳ共振器が実現される。

なお、前記「指定された第２の距離」は「ゼロ」を含んでいない。「ゼロ」とは、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが「接触」（電気スイッチの接点が繋がっていることに相当）していることであるが、本発明では、前記電極構造要素と前記振動構造要素とは「電気的に絶縁された状態」であることが特徴となっている。また、前記「指定された第２の距離」になった状態では、前記電極構造要素と前記振動構造要素とが「部分的に、かつ、機械的に接触」していても構わないが、かかる場合においても「電気的に絶縁された状態」であることが要求される。

前記スライダと前記電極構造要素と前記振動構造要素を、シリコンを含む材料で構成する。

前記スライド機構をシリコンを含む材料で構成し、静電気力を含む駆動力で前記スライダを移動させる。

なお、前記スライダと前記電極構造要素と前記振動構造要素をシリコン半導体で構成すると、ＲＩＥを含む半導体プロセスで、両者が一括して形成できるので、前記ＭＥＭＳ共振器の作成が容易となる。かかる構成においても、前記構造体と前記駆動電極とを、「離れた」状態で形成し、それぞれの形状加工が完了してから、前記したスライド機構で両者を「近接した」状態に配置させるという本発明の特徴が活かされる。また、前記スライダの移動は、半導体プロセスで作成可能なスライド機構によることが好ましいが、この限りではない。静電気力や電磁力を駆動に利用する場合には、半導体プロセスで構成することが可能である。また、超音波を駆動に利用したり、静電気力、電磁力、超音波を組み合わせた構成も可能である。さらに、前記スライダのスライド機構にフィードバック制御などの手法を併用して、前記「近接した」状態に維持させることも可能である。

前記指定された第２の距離を、前記電極構造要素、あるいは前記振動構造要素、あるいは前記スライダに配置されたストッパで決定する。

なお、前記第２の距離へ要求される大きさとしては、５マイクロメータを超えない微小な距離（１マイクロメータを超えない距離であることがより望ましい）であるので、前記第２の距離が小さくなるほど、前記第２の距離で前記スライダを停止させることが困難になる傾向がある。前記ストッパは、前記第２の距離で前記スライダを停止させるための機構であり、このストッパの存在により、前記スライダを高い位置精度で停止させることが容易になる。なお、前記ストッパが配置される位置は、前記電極構造要素、前記振動構造要素、前記スライダのいずれかの領域である。さらに、複数の前記ストッパをこれらの複数の構成要素に配置しても構わない。

なお、本段落では、前記ストッパの配置について記載する。説明の便宜上、前記ストッパが前記電極構造要素に配置されている場合について記載するが、前記振動構造要素などに配置されている場合も同様である。前記導電駆動体は外部から供給された高周波信号で振動するが、この振動モードを解析すると、前記導電駆動体には「節」と「腹」が存在していることが分かる。「節」とは前記振動の空間的な振幅がゼロあるいは微小である領域であり、「腹」とは前記振動の空間的な振幅が大きい（一般には最大振幅）領域である。前記ストッパを該「節」領域に対応して配置すると、前記振動構造要素へのストッパの接触が振動に影響を与えない、あるいは、その影響が少ないことになる。かかる状況は、「ビーム型」、「ディスク型」、「リング型」いずれのＭＥＭＳ共振器にも該当している。このため、前記振動構造要素の振動が、ストッパがない形態と、ほぼ同一になり、該共振器の設計面では大きな利点となる。

前記振動構造要素を、両端固定のビーム型ＭＥＭＳ共振器の振動ビームとし、前記電極構造要素を前記ビーム型ＭＥＭＳ共振器の駆動電極とする。

前記振動構造要素をリング型あるいはディスク型ＭＥＭＳ共振器の振動体とし、前記電極構造要素を前記リング型あるいはディスク型ＭＥＭＳ共振器の駆動電極とする。

なお、ＭＥＭＳ共振器には、前段落と前々段落に記載した「ビーム型」、「ディスク型」や「リング型」以外にも多くの形態がある。例えば、複数のビームを２次元空間に配置（餅焼き網のイメージである）し、それぞれのビームが交差する領域に該ビーム同士を連結する機構を設け、ビームの捩り振動などを利用する形態もある。いずれの形態においても、狭いギャップが必要で、かつ、ギャップ幅を小さくすることが特性向上に寄与する場合には、本発明を適用することが可能である。

なお、前記ＭＥＭＳ共振器の作成に際して、ＳＯＩウェーハを用い、さらに、バルクサーフェスマイクロマシニングを採用する場合には、前記振動ビームあるいはディスクあるいはリングと、前記電極構造要素に、当該ウェーハのデバイス層を利用することができる。さらには、前記振動ビームあるいはディスクあるいはリングと、前記電極構造要素を、（１）該デバイス層と（２）該デバイス層の直下に位置する基板層の特定の領域とで構成し、（３）該デバイス層と該領域とを電気的に接続することも可能である。かかる構成を採用することにより、前記振動ビームあるいはディスクあるいはリングと、前記電極構造要素とが対向する面積を増大させることが可能となり、電気機械結合係数の増大を図ることができる。

なお、前記したＭＥＭＳ共振器の構成では、前記「指定された第２の距離」の状態で、前記電極構造要素に印加された信号により前記振動構造要素が機械的に振動する。一方、前記「指定された第１の距離」の状態では、前記電極構造要素に信号を印加しても前記振動構造要素は振動しない。これは、前記「指定された第１の距離」では、前記した電気機械結合係数が小さくなるためである。このため、ＭＥＭＳ共振器の動作を、前記スライダの位置（前記スライド機構の駆動力に依存）により、ＯＮ（振動している）あるいはＯＦＦ（振動していない）に選択することも可能である。すなわち、当該ＭＥＭＳ共振器を動作させたい時には前記スライダを移動させ、動作させたくない時には前記スライダを移動させないといった構成も可能である。

ＭＥＭＳデバイスを、（１）機械振動する振動構造要素と、（２）前記振動構造要素の第１の側に第３の距離を介して対向して配置され、第１のスライダに連結した第１の電極構造要素と、（３）前記第１のスライダを第１の方向へ移動させる第１のスライド機構と、（４）前記振動構造要素の、前記第１の側とは前記振動構造要素を挟んだ反対側にある第２の側に、第４の距離を介して対向して配置され、第２のスライダに連結した第２の電極構造要素と、（５）前記第２のスライダを第２の方向へ移動させる第２のスライド機構とで構成し、（６）前記第１のスライド機構による前記第１のスライダの移動量を指定された第５の距離で決定し、（７）前記第２のスライド機構による前記第２のスライダの移動量を指定された第６の距離で決定する。

なお、前段落に記載した構成では、単一の振動構造要素の両側に前記第１の電極構造要素と前記第２の電極構造要素とが配置されている。かかる構成においては、前記第１の電極構造要素と前記第２の電極構造要素は、それぞれ、前記第３の距離と前記第４の距離（共に「離れた」状態である）に配置される状態で、前記第１の電極構造要素と前記第２の電極構造要素とが加工される。該加工後に、前記第１のスライド機構と第２のスライド機構により、それぞれ、前記第５の距離と前記第６の距離（共に「近接した」状態である）まで移動することにより、狭いギャップが構成される。なお、前記第３の距離は前記第５の距離よりも大きく、前記第４の距離は前記第６の距離よりも大きい。

なお、前段落に記載した「振動構造要素」は、振動ビーム（ビーム型共振器）、振動リング（リング型共振器）、振動ディスク（ディスク型共振器）などである。また、これら以外のＭＥＭＳ共振器の振動構造要素であっても構わない。例えば、複数のビームを２次元空間に配置（餅焼き網のイメージである）し、それぞれのビームが交差する領域に該ビーム同士を連結する機構を設け、ビームの捩り振動などを利用する形態である。

前記第１のスライダと、前記第１の電極構造要素と、前記振動構造要素と、前記第２のスライダと、前記第２の電極構造要素とを、シリコンを含む材料で構成し、静電気力を含む駆動力で前記第１のスライダと前記第２のスライダを移動させる。

なお、前記第１の電極構造要素、前記第２の電極構造要素、前記第１のスライダ、前記第２のスライダと前記振動構造要素をシリコン半導体で構成すると、ＲＩＥを含む半導体プロセスで全ての構成要素が一括して形成されるので、前記ＭＥＭＳ共振器の製造が容易となる。かかる構成においても、前記振動構造要素と前記第１の電極構造要素と前記第２の電極構造要素とを、「離れた」状態で形成し、それぞれの形状加工が完了してから、前記したスライド機構で両者を「近接」配置させるという本発明の特徴が活かされる。また、前記第１のスライダと前記第２のスライダの移動は、半導体プロセスで作成可能なスライド機構によることが好ましいが、この限りではない。静電気力や電磁力を駆動に利用する場合には、半導体プロセスで構成することが可能である。さらに、超音波を駆動に利用したり、静電気力、電磁力、超音波を組み合わせた構成も可能である。

前記指定された第５の距離を、前記第１の電極構造要素、あるいは前記第１のスライダ、あるいは前記振動構造要素に配置されたストッパで決定し、前記指定された第６の距離を、前記第２の電極構造要素、あるいは前記第２のスライダ、あるいは前記振動構造要素に配置されたストッパで決定する。

なお、前記指定された第５の距離と前記指定された第６の距離へ要求される大きさとしては、１マイクロメータを超えない微小な距離であるので、前記第５の距離と前記第６の距離が小さくなるほど、要求された距離で正確にそれぞれのスライダを停止させることが困難になる傾向がある。前記ストッパは、前記指定された第５の距離と前記指定された第６の距離で、それぞれの前記スライダを停止させるための機構であり、このストッパの存在により、前記第１のスライダと前記第２のスライダを高い位置精度で停止させることが容易になる。なお、これらのストッパが配置される位置は、前記第１の電極構造要素、前記第２の電極構造要素、前記振動構造要素、前記第１のスライダ、あるいは、前記第２のスライダのいずれかの領域である。さらに、複数のこれらのストッパを前記した複数の構成要素に配置しても構わない。

なお、本段落では、前記したＭＥＭＳ共振器の改良された構成について記載する。より詳細には、前記第１の電極構造要素と前記第２の電極構造要素と前記振動構造要素とで構成される「ＭＥＭＳ共振器」において、前記第１の電極構造要素を「駆動用の電極」とし、前記第２の電極構造要素を「検出用の電極」とする構成の動作について記載する。なお、電気的には、前記振動構造要素は接地電位であり、該「駆動用の電極」に高周波信号（一般には、直流電圧に高周波信号が重畳されている）を印加する。この結果、前記振動構造要素は、該高周波信号の周波数（あるいは、その高調波周波数またはオーバートーン周波数）で振動する。かかる振動は、該振動構造要素と前記第２の電極構造要素との間に形成される静電容量の値を変化（変調）させるので、該変化を電気信号として検出する。かかる構成では、駆動側と検出側とが電気的、空間的に分離しているため、検出側の回路構成が駆動側の回路構成から独立して構成できることに特徴がある。

なお、本段落では、前記したＭＥＭＳ共振器の改良された他の構成について記載する。かかる改良構成では、前記第２のスライダに連結した前記第２の電極構造要素が、第２−１の電極構造要素と第２−２の電極構造要素とに分離して配置されていることが特徴である。これらの電極構造要素の「近接した」状態では、共に、前記指定された第６の距離に配置されている。一方、前記第１の電極構造要素は、前記第２の電極構造要素とは異なり、分離されていない。また、当該第１の電極構造要素の「近接した」状態では、前記指定された第５の距離に配置されている。かかる構成では、前記振動構造要素の第２の側には２個の電極構造要素（第２−１と第２−２である）が、前記振動構造要素の第１の側には１個の電極構造要素が配置されていることになる。この構成では、
（１）前記第１の電極構造要素を前記指定された第５の距離（「近接した」状態）に、かつ、前記第２−１の電極構造要素と前記第２−２の電極構造要素を前記指定された第４の距離（「離れた」状態）に配置される場合、
（２）前記第１の電極構造要素を前記指定された第３の距離（「離れた」状態）に、かつ、前記第２−１の電極構造要素と前記第２−２を前記指定された第６の距離（「近接した」状態）に配置される場合、
（３）前記第１の電極構造要素を前記指定された第５の距離（「近接した」状態）に、かつ、前記第２−１の電極構造要素と前記第２−２の電極構造要素を前記指定された第６の距離（「近接した」状態）に配置される場合、
の３通りの組合せがある。前記（１）と（２）では前記振動構造要素はその基本周波数（ビームが共振する場合の一番低い周波数）で振動され、前記（３）では前記振動構造要素の第３次の周波数で振動されることになる。前記（３）では、該振動構造要素の高調波（あるいはオーバートーン）周波数で直接駆動されることになる。上記した構成では、前記第１のスライダと前記第２のスライダの制御により、共振周波数を変化させることができる。一般に共振器の周波数を変化させる場合には、複数の共振周波数を有する共振器を並列に配置して、半導体素子で構成されたスイッチなどで切り替えることが行われている。しかしながら、高周波帯ではこれらのスイッチの特性劣化（特にＯＮ時のインピーダンスとＯＦＦ時の絶縁性）が課題となっている。上記構成では、スイッチが不要であり、これらスイッチに起因する共振器系の特性劣化を防止できる。さらに、前記第２の電極構造要素の分離では、分離の数は２個に限らず、２個以上の電極構造要素に分離させても良い。また、前記第１の電極構造要素を２個以上の電極構造要素に分離して配置させても良い。前記第１の電極構造要素と前記第２の電極構造要素から成り、かつ、それぞれが分離されている構成では、それぞれの分離された電極構造要素が配置される領域を選択することにより、より高次の周波数で振動させることが可能となる。

なお、前段落に記載した構成では、前記電極構造要素の配置により前記（１）から（３）の組合せがあることを記載した。本段落では、さらに、前記第１の電極構造要素を前記指定された第３の距離（「離れた」状態）に、かつ、前記第２−１の電極構造要素と前記第２−２の電極構造要素を前記指定された第４の距離（「離れた」状態）に配置される場合を記載する。かかる配置では、前記振動構造要素が振動することがないため、前記ＭＥＭＳ共振器はＯＦＦ（動作していない）状態である。すなわち、本段落の構成を付加すると、前記ＭＥＭＳ共振器は、ＯＦＦ状態、３通りのＯＮ状態（前記（１）から（３）に対応）のいずれかに設定することが可能となる。

なお、本段落では、前記したＭＥＭＳ共振器の改良された他の構成について記載する。かかる改良構成では、前記振動構造要素が単一ではなく、それぞれの機械特性（例えば、振動ビームの長さ、幅、あるいは厚さ）が異なる２個の振動構造要素（ここでは第１の振動構造要素と第２の振動構造要素と称する）に分離していることが特徴である。前記第１の振動構造要素には前記第１の電極構造要素が対向して配置され、前記第２の振動構造要素には前記第２の電極構造要素が対向して配置されている。この構成において、
（１）前記第１の電極構造要素を前記第１の振動構造要素に対して前記指定された第５の距離（「近接した」状態である）に、かつ、前記第２の電極構造要素を前記第２の振動構造要素に対して前記指定された第４の距離（「離れた」状態である）に配置される場合、
（２）前記第１の電極構造要素を前記第１の振動構造要素に対して前記指定された第３の距離（「離れた」状態である）に、かつ、前記第２の電極構造要素を前記第２の振動構造要素に対して前記指定された第６の距離（「近接した」状態である）に配置される場合、
の２通りの組合せがある。前記（１）では前記第１の振動構造要素のみが振動され、前記（２）では前記第２の振動構造要素のみが振動される。すなわち、前記第１のスライダと前記第２の制御により、共振周波数を変化させることができる。かかる改良された構成では、前段落に記載したと同様に、スイッチが不要であり、スイッチに起因するに共振器系の特性劣化を防止できる。

本発明により、電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法と、これを用いたＭＥＭＳデバイスが提供された。本発明によれば、容易に狭いギャップを構成することが可能であり、ＭＥＭＳデバイスの高度化への貢献は多大である。

従来の半導体プロセスでは、シリコン基板に直径２マイクロメータ、深さ４マイクロメータの穴を形成することは可能であった。先端的な研究では直径１．５マイクロメータ、深さ３０マイクロメータの穴加工も報告されている。しかし、ＭＥＭＳ共振器などでは、より微細な加工が特性向上に要求されてきた。例えば、数１０マイクロメータの厚さを有する電極構造要素と振動構造要素を、１マイクロメータ以下の距離で対向させることである。かかる構造を半導体プロセスで実現する時には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスが適しているが、加工面積が微細になるに従い、加工速度（エッチングスピード）が低下することが知られてきた。このため、より長時間の加工時間が必要となり、加工のためのマスク層が浸食され、加工断面の形状が大きく乱されていた。本発明によれば、前記電極構造要素と前記振動構造要素を離れた状態で形状加工を行い、該加工が終了してから、スライド機構により、電極構造要素を振動構造要素へ接近させ、近接配置することができた。この結果、例えば、厚さ２０マイクロメータの厚さを有する電極構造要素と振動構造要素を、１マイクロメータ以下に近接させることが可能となった。

ＭＥＭＳデバイスを作成する際、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）と呼ばれるシリコン基板（ＳＯＩ基板）を利用することが多い。これは、シリコン単結晶の基板の表面を酸化膜（例えば、厚さ１マイクロメータ）で被覆し、その上に、シリコン単結晶層（例えば、厚さ２０マイクロメータ）を貼り付けた構造あるいは堆積させた構造である。一般に、下地となる基板は「基板層」、表面のシリコン層は「デバイス層」と称されている。ＳＯＩ基板を用いたＭＥＭＳデバイスでは、デバイス層に微小機械要素が作り込まれる。前記した電極構造要素と振動構造要素もデバイス層の一部で構成されている。かかる２個の構造要素を作成する際には、デバイス層を貫通するギャップを形成することにより、２個の構造要素を形成している。すなわち、例えば、１マイクロメータのギャップを実現するためには、該デバイス層を幅１マイクロメータ、深さ２０マイクロメータで穴加工することになる。ＲＩＥプロセスでは、加工領域に反応性ガスを送り込むと同時に、反応生成物を加工領域から除去することが必要であるが、１マイクロメータの加工ではこれらが困難となっている。本発明では、例えば、１０マイクロメータ程度の幅で深さ２０マイクロメータの穴加工を行い、加工完了後、前記電極構造要素をスライド機構により、前記振動構造要素に接近させ、両者の距離が１マイクロメータになるように近接させることが可能となった。さらに、該距離を１マイクロメータ以下に設定することも可能となった。

本段落では、本発明をビーム型のＭＥＭＳ共振器に適用した事例を記載する。ビーム型のＭＥＭＳ共振器では、前記振動構造要素がビームに、前記電極構造要素が駆動電極に対応している。ＭＥＭＳ共振器では、共振周波数を高くするためにビームを小型化（例えば、長さを短く、断面積を小さくする）するが、構造微細化の結果、検出される電気信号も微弱となる。該電気信号を大きくするためには、電気機械結合係数を大きくすることが重要な設計要項となる。電気機械結合係数は、ギャップの２乗に反比例し、かつ、当該ビームと当該駆動電極の間の対向面積に比例することが知られており、前記した「電極構造要素と振動構造要素を近接配置する」ことが有効であった。また、前記電極構造要素と前記振動構造要素を、デバイス層と特定の領域の基板層とで構成することにより、前記電極構造要素と前記振動構造要素との対向面積の増大を図ることもできた。以上のように、本発明により、電気機械結合係数を大きくし、電気信号も大きくすることが可能となった。

前記したように、本発明では、前記電極構造要素をスライド機構により、前記振動構造要素へ近接させることに特徴がある。かかるスライド機構を「静電気アクチュエータ」により容易に実現することができた。静電気アクチュエータは、対向する固定された櫛型電極（ステータ）と基板から浮上していて可動な電極（ロータ）とを主要な構成要素としている。これらの電極間に直流電圧を印加するとロータが櫛型電極（ステータ）の間に引き込まれるように移動する。該ロータの一部を前記電極構造要素とすることにより、前記電極構造要素の移動が可能となり、前記振動構造要素と近接配置することが可能となった。

前記したスライダは静電力などを駆動力とする「可動部」を有しており、かつ、前記したＭＥＭＳ共振器の振動体も機械的に可動である。ＭＥＭＳ共振器の励振時に該スライダの「可動部」が励振されることを防止するため、前記したスライダの「可動部」の共振周波数ｆ１を例えば１００Ｈｚに、前記したＭＥＭＳ共振器の振動体の共振周波数ｆ２を１ＭＨｚを超える値に設定した。この結果、前記「可動部」の励振を防止し、前記振動体のみを励振することが可能となった。

前記スライド機構にストッパを設けることにより、前記電極構造要素の移動量を制御することが可能となった。例えば、ストッパの大きさ（平面形状では突起の高さに類似）を「指定された距離」と等しくすることにより、前記電極構造要素と前記振動構造要素との距離を所定の値に精度良く設定することが可能となった。

前記振動構造要素の両側に前記第１の電極構造要素と前記第２の電極構造要素を近接して配置する構成により、多くの機能を持たせることが可能となった。例えば、前記第１の電極構造要素を分離して２個の電極構造要素にすることにより、前記振動構造要素を高調波あるいはオーバートーン周波数で直接振動させることが可能となった。かかる振動動作は、前記振動構造要素を小型化することなく、共振周波数を増大させることができ、ＭＥＭＳ共振器の高周波化が可能となった。

さらに、前記振動構造要素を２本並列配置し、それぞれのビームの長さを変化させる構成により、それぞれの前記振動構造要素を独立に振動させることが可能となった。この構成により、２つの共振周波数の間の切換えを、半導体スイッチなどを使用せずに行うことが可能となった。この結果、半導体スイッチに起因する、ＯＮ時のインピーダンスやＯＦＦ時の絶縁性による特性劣化を避けることも可能となった。

前記振動構造要素の両側に前記第１の電極構造要素と前記第２の電極構造要素を近接して配置する構成により、他の機能を持たせることも可能となった。例えば、前記第１の電極構造要素を駆動側とし、前記第２の電極構造要素を検出側とすることにより、駆動系と検出系を、空間的かつ電気的に分離することが可能となった。

ビーム型のＭＥＭＳ共振器以外にも、ディスク型あるいはリング型のＭＥＭＳ共振器に本発明を適用することにより、前記したような多くの利点を得ることができた。

本発明による「電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法」は、前記したようなＲＦ−ＭＥＭＳあるいはＭＥＭＳ共振器などへの適用以外にも、狭いギャップが必要となる加工分野へ広く適用できる。例えば、静電容量型のＭＥＭＳセンサ（加速度センサやジャイロセンサなど）に適用すれば、大きな静電容量変化値が出力され、センサの高感度化も実現できる。

電極構造要素を近接して配置する方法を示す図である。 ＜実施例１＞ シリコンＭＥＭＳデバイスの構成（−１）を示す図である。 ＜静電力を利用した例＞ ＜実施例２＞ 実施例２に示した静電アクチュエータの動作を説明する図である。 シリコンＭＥＭＳデバイスの構成（−２）を示す図である。 ＜電磁力を利用した例＞ ＜実施例３＞ シリコンＭＥＭＳデバイスの構成（−３）を説明する図である。 ＜超音波振動を利用した例＞ ＜実施例４＞ シリコンＭＥＭＳデバイスの構成（−４）を説明する図である。 ＜静電力を利用した他の例＞ ＜実施例５＞ ＭＥＭＳ共振器の構成（−１）を説明する図である。 ＜振動ビーム＞ ＜実施例６＞ ＭＥＭＳ共振器での電気機械結合係数を説明する図である。 ＭＥＭＳ共振器の電気機械的動作を説明する図である。 ＭＥＭＳ共振器の製造プロセスを説明する図である。 ＜実施例７＞ ストッパの構成（−１）を説明する図である。 ＜実施例８＞ ストッパの構成（−２）を説明する図である。 ＜実施例９＞ ストッパの構成（−３）とその製造方法を説明する図である。 ＜実施例１０＞ ストッパの構成（−４）を説明する図である。 ＜実施例１１＞ ストッパの構成（−５）を説明する図である。 ＜実施例１２＞ ＭＥＭＳ共振器の構成（−２）を説明する図である。 ＜振動ビーム＞ ＜実施例１３＞ ＭＥＭＳ共振器の構成（−３）を説明する図である。 ＜振動ビーム＞ ＜実施例１４＞ ＭＥＭＳ共振器の構成（−４）を説明する図である。 ＜振動ビーム＞ ＜実施例１５＞ 電気機械結合係数を大きくできるＭＥＭＳ共振器を説明する図である。 ＜電極構造要素と振動ビームが対向する面積＞ ＜実施例１６＞ 図１９の構成を説明する図である。 ＭＥＭＳ共振器の製造プロセスを説明する図である。 ＜実施例１７＞ ＭＥＭＳ共振器の構成（−２）を説明する図である。 ＜振動ビーム＞ ＜実施例１８＞ ＭＥＭＳ共振器の構成（−３）を説明する図である。 ＜振動ビーム＞ ＜実施例１９＞ ＭＥＭＳ共振器の構成（−４）を説明する図である。 ＜振動ビーム＞ ＜実施例２０＞ ＭＥＭＳ共振器の構成（−５）を説明する図である。 ＜ディスク＞ ＜実施例２１＞ ＭＥＭＳ共振器の構成（−６）を説明する図である。 ＜ディスク＞ ＜実施例２２＞ ＭＥＭＳ共振器の構成（−７）を説明する図である。 ＜八角形ディスク＞ ＜実施例２３＞ サーフェスマイクロマシニングで作成したデバイスの断面を示す図である。 ＜従来例１＞ バルクサーフェスマイクロマシニングで作成されたデバイスの写真である。 ＜従来例２＞

以下、図面を用いて、電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法およびこれを用いたＭＥＭＳデバイスを詳細に説明する。

＜電極構造要素を近接して配置する方法＞
図１は、実施例１である、電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法を説明する図である。同図（ａ）は当該電極構造要素と当該振動構造要素が未加工の状態（２個の構造要素に分離されておらず、単一の構造要素のままである）を、同図（ｂ）は当該電極構造要素と当該振動構造要素への加工が完了し「離れて」配置された状態を、同図（ｃ）は当該電極構造要素と当該振動構造要素が「近接して」配置された状態をそれぞれ示している。なお、同図では、電極構造要素と振動構造要素の近接配置法を原理的に示しており、必ずしも実際の形態とは一致しているとは限らない。同図（ａ）において、構造要素１０は未加工状態での当該２個の構造要素を示している。構造要素１０は未加工であるので、２個に分離していない状態である。スライダ２０はスライド機構（明示せず）を備えており、基台部２１の上部で、図面で左右方向に移動できる。また、当該スライダ２０には突起２２が設けられている。構造要素１０は、スライダと電気的な絶縁のため、絶縁層１１を介してスライダ２０と連結されている。ここで「連結」とは、前記スライダ２０との一体化を意味しており、同図ではあたかも接着されているように例示されているが、この限りではない。なお、上記した構造要素は基礎母台２６の表面に配置されている。同図（ａ）の状態で、構造要素１０と絶縁層１１の中央部分をエッチングなどの手法により選択的に除去すると、同図（ｂ）の状態となる。同図において、電極構造要素１２と、振動構造要素１３とは、距離ｄ１を介して対向配置されている。なお、距離ｄ１は前記した「選択的に除去」する際に「指定された第１の距離」として当該エッチング時のマスクにパターニングされている。電極構造要素１２は、絶縁層１４を介して、前記スライダ２０と連結している。また、振動構造要素１３は、絶縁層１５を介して、基台部２５と連結している場合が示されている。同図（ｃ）は、前記スライダ２０を指定された方向（図面では右方向になる）へ移動させ、前記突起２２が基台部２５に接触した状態を示している。かかる状態では、電極構造要素１２と振動構造要素１３とは「指定された第２の距離」（図中ではｄ２として表記）を介して対向配置されている。なお、「指定された第２の距離」は「指定された第１の距離」よりも小さい値である。また、「指定された第２の距離」は、５マイクロメータを超えない距離である。距離ｄ２は前記した突起２２の長さで決定され、当該長さを短くすれば、前記電極構造要素１２と前記振動構造要素１３との間に形成されたギャップの間隔を小さくできる。換言するならば、突起２２が前記スライダ２０の移動を所望の位置（ギャップ間隔が距離ｄ２となる位置）で停止させる「ストッパ」として機能している。

図１では、「指定された第２の距離」に前記電極構造要素１２を配置するため、突起２２を利用している。しかしながら、当該突起２２を使用せずに、前記スライダ２０の移動に、当該スライダ２０の位置を検出して該移動を制御する「フィードバック制御」などの手法を利用することも可能である。

前記した指定された第２の距離（図中ではｄ２で例示）はゼロを含んでいない有限な値である。すなわち、電極構造要素１２と振動構造要素１３とは接触せず、それぞれが電気的に絶縁されており、かつ、それぞれの、振動を含む機械的挙動が阻害されることはない。ただし、ストッパとして機能する突起２２が、電極構造要素１２あるいは振動構造要素１３に設けられている場合（図示せず）には、（１）当該突起２２を絶縁体で構成することにより電気的な絶縁性が確保され、（２）当該突起２２が相手側に接触する面積を小さくすることにより前記機械的挙動が阻害されることを防止できる。かかる構成においても、前記突起２２は「絶縁体」であるので、前記指定された第２の距離ｄ２は電極構造要素１２と振動構造要素１３との間の距離を示すことになる。また、前記突起の大きさを設定することにより、前記指定された第２の距離として、５マイクロメータあるいはそれを超えない値、例えば１マイクロメータ以下に設定でき、狭いギャップ間隔を容易に実現できることになる。

前記した電極構造要素１２と振動構造要素１３の構成材料は金属とは限らず、シリコンなどの半導体、あるいは、樹脂などの絶縁体の表面に導電性を付与した材料などであっても良い。また、前記したスライダ２０は、静電力、電磁力、超音波振動、あるいは、これらの組合せなどにより発生した力で、当該スライダ２０をスライドさせる機構により移動する。かかる移動（スライド）は、前記電極構造要素１２が、前記振動構造要素１３に対向した姿勢を保ちながら、前記指定された第２の距離の位置まで直線的に移動することが一般的であるが、これに限らない。例えば、移動中における前記電極構造要素１２の軌跡が、直線、円弧、ジグザグなどであっても構わない。また、前記「指定された方向」（図１では右方向）とは、「第１の距離」に前記電極構造要素が位置する状態から「第２の距離」に前記電極構造要素１２が位置する状態へ、前記電極構造要素１２が移動した最終的な状態との間の方向を示しているに過ぎない。

上記したように、本実施例では、電極構造要素１２と振動構造要素１３を「離れた」状態（前記指定された第１の距離）で加工し、当該加工が完了してから、当該電極構造要素１２を移動させることにより「近接した」状態（前記指定された第２の距離）に配置することに特徴がある。もし、当該電極構造要素１２と当該振動構造要素１３とを「近接した」状態で加工せざるを得ない場合には、製造技術面からの制約が大きくなる。例えば、１マイクロメータ以下のギャップを直接形成しようとすると、広いギャップを形成する場合と比較して、加工時間が長くなり、また、その形状維持も困難になる傾向がある。本実施例によれば、かかる製造技術面からの制約を大幅に低減できることになる。

＜ＭＥＭＳデバイスの構成＞
図２は、本発明を適用した実施例２を説明する図面である。同図では、シリコンを用いたＭＥＭＳデバイスへの適用例が例示されている。同図（ａ）と（ｃ）はＭＥＭＳデバイスの平面構造を示している。また、同図（ａ）と（ｃ）において、線分３０、３１とで示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図（ｂ）と（ｄ）に示す。同図（ａ）と（ｂ）は電極構造要素３２と振動構造要素３３とが「離れた」状態（図中においてｄ１で表記した「指定された第１の距離」である）を、同図（ｃ）と（ｄ）は電極構造要素３２と振動構造要素３３とが「近接した」状態（図中においてｄ２で表記した「指定された第２の距離」である）を示している。また、当該電極構造要素３２と当該振動構造要素３３とは「離れた」状態で加工が完了した（ＳＯＩウェーハを用いた加工プロセスの詳細は後述する）状態である。
（１）当該電極構造要素３２はスライダ３５と「連結」されているが、本実施例では、スライダ３５の端部に当該スライダ３５と同一構成要素として電極構造要素３２が配置されている。すなわち、両者ともに同一のシリコン基板（ＳＯＩウェーハの場合にはデバイス層）から構成されている。
（２）当該スライダ３５の中央領域（図中では「右下がりのハッチング」で表示）と当該電極構造要素３２は、同図（ｂ）と（ｄ）に断面を示すように、空中に浮上している。当該スライダ３５の中央領域は、その４つの端部に配置された「折れ線状」のビーム３６で支えられ、かつ、当該４個のビームは４個の基台部３７で固定されている。すなわち、当該スライダ３５は、浮上した領域（「右下がりのハッチング」で表示）と固定された基台部３７（「濃い灰色」で表示）とから構成されている。
（３）当該スライダ３５の一部は「櫛型電極」を構成している。この櫛型電極は、他の櫛型電極３８（全てが「固定」されている）と対向して配置されている。これらの櫛型電極間に直流電圧を印加すると、同図（ｃ）の矢印３９で示した方向に、前記スライダ３５の浮上した領域が移動する。すなわち、本実施例では、櫛型電極を用いた静電駆動アクチュエータで、当該スライダ３５のスライド機構を構成している。かかるスライド機構では、印加された直流電圧の大きさにより、前記スライダ３５の移動量が決定される。このため、電極構造要素３２と振動構造要素３３との間の距離が「指定された第２の距離」と一致するように、当該直流電圧の大きさが制御されている。
（４）前記した４本のビーム３６は、前記スライダ３５を空中に浮上させるとともに、当該スライダ３５の移動に伴い当該浮上を維持するための機能を有している。図中では「４本」を例示したが、当該機能を有するために、ビーム３６の本数は４本に限られることはない。また、「折れ線状」として「６か所の曲がりコーナ」を例示したが、このコーナの数、あるいは、ビーム３６の形状は同図に示した例に限られることもない。当該スライダ３６の移動を妨げないような、ビーム形状とコーナの数などが選択されて良い。
（５）本実施例では、振動構造要素３３は絶縁層４０を介して、基台部４１に固定されている。
（６）基台部３７、４１はパッケージなどの基礎母台（図示せず）上に配置されている。

図２に示した実施例２では、「離れた」状態で加工された、電極構造要素３２と振動構造要素３３とが、スライダ３５のスライド機構により、互いに「近接」配置されることが示された。

＜静電アクチュエータの動作＞
図３は、前記した実施例２に記載した静電アクチュエータの動作を説明する図である。同図において、図２と同一番号は同一構成要素を示している。また、説明の便宜上、図２とは上下逆転して図が描かれている。さらに、前記したスライダ３５の一部（一つの櫛歯型電極群）と、固定されている一つの櫛歯型電極群３８のみが示されている。また、前記ビーム３６が前記基台部３７に固定されている部分と、前記した浮上している櫛型電極と「固定」されている櫛型電極３８の一部とが、図中の丸印で拡大表示されている。拡大表示された図には、Ａ−Ａ’とＢ−Ｂ’が表示されており、それらの構造断面図は同図（ｂ）に示されている。同図（ｂ）のＡ−Ａ’部断面図ではビーム３６と基台部３７とが同一のシリコン材料（より詳細にはＳＯＩウェーハのデバイス層）で構成されていること、および、Ｂ−Ｂ’部断面図では３５が浮上しており手前から奥へ、あるいは、奥から手前へと移動できることが示されている。同図（ｃ）では、前記した「固定」された櫛歯型電極３８と、浮上しているスライダ３５の一部である櫛歯型電極との間に直流電圧４５を印加し、矢印４６の方向に前記スライダ３５が移動することが示されている。当該移動の距離は直流電圧４５の大きさに依存しており、その移動量は直流電圧４５の大きさで決定される。

＜ＭＥＭＳデバイスの構成−２＞
図４は、前記したスライダのスライド機構に電磁力（ロレンツ力）を利用した実施例３を示す図である。同図において、図２と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）と（ｃ）はＭＥＭＳデバイスの平面構造を示している。また、同図（ａ）と（ｃ）において、線分５０、５６とで示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図（ｂ）と（ｄ）に示す。同図（ａ）と（ｂ）は電極構造要素３２と振動構造要素３３とが「離れた」状態（図中においてｄ１で表記した「指定された第１の距離」である）を、同図（ｃ）と（ｄ）は電極構造要素３２と振動構造要素３３とが「近接した」状態（図中においてｄ２で表記した「指定された第２の距離」である）を示している。同図（ａ）において、スライダ３５の表面には導電路５１が配置され、矢印５２で示した方向に直流電流（Ｉ）が流れるようになっている。同図（ａ）では２つの導電路が例示されているが、その数および形状には制限されることはない。また、当該導電路は、ビーム３６に沿って延長して配置され、基台部３７の領域で外部電源（図示せず）に接続される手段を有している。当該直流電流がゼロの時、電極構造要素３２と振動構造要素３３との距離は前記「指定された第１の距離（距離ｄ１）」となっている（同図（ｂ）の状態）。また、磁界５３は、前記スライダ３５の表面側（図では手前側）から裏側（図では奥側）へ印加されている。かかる一様な磁界５３（その強度はＨ）が印加されると、スライダ３５には、矢印５４の方向へ移動するような力（Ｆ）が発生する。フレミングの法則によれば、Ｆ＝Ｈ×Ｉで定義され、力は直流電流Ｉと磁界の強さＨに比例することが周知である。この結果、同図（ｃ）に示すように前記スライダ３５は移動することになり、Ｆとビームの変形に伴う反力とが釣り合った状態で停止する。この状態では、当該電極構造要素３２と振動構造要素３３との間の距離が前記「指定された第２の距離（距離ｄ２）」になっている（同図（ｄ）の状態）。すなわち、電極構造要素３２と振動構造要素３３の距離が距離ｄ２となるように、前記直流電流あるいは磁界５３の強さが設定されることになる。

図４に示した実施例３では、「離れた」状態で加工された、電極構造要素３２と振動構造要素３３とが、電磁力を利用した、スライダ３５のスライド機構により、互いに「近接」配置されることが示された。

＜ＭＥＭＳデバイスの構成−３＞
図５は、前記したスライダ３５のスライド機構に超音波振動を利用した実施例４を示す図である。同図において、図２と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）と（ｃ）はＭＥＭＳデバイスの平面構造を示している。また、同図（ａ）と（ｃ）において、線分６０、６２の一点鎖線で示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図（ｂ）と（ｄ）に示す。同図（ａ）と（ｂ）は電極構造要素３２と振動構造要素３３とが「離れた」状態（図中においてｄ１で表記した「指定された第１の距離」である）を、同図（ｃ）と（ｄ）は電極構造要素３２と振動構造要素３３とが「近接した」状態（図中においてｄ２で表記した「指定された第２の距離」である）を示している。同図（ａ）において、スライダ３５の下部には超音波振動機構６１が配置されており、図示されていない駆動手段により振動している。かかる振動は、同図（ａ）の矢印６４で示す方向に、スライダ３５の移動を誘起する。この結果、同図（ｃ）に示すように、電極構造要素３２は振動構造要素３３に近づいて、前記「指定された第２の距離（距離ｄ２）」の位置（同図（ｄ）の状態）に移動する。しかしながら、超音波振動による移動は、振動手段（例えば超音波振動機構６１）と移動させる対象（例えばスライダ３５）とは近接配置されてはいるが、非接触の状態であることが特徴である。このため、もし、ビーム３６の変形により発生した反力（スライダ３５を元の位置に戻そうとする力となる）が大きいと、超音波振動を停止した瞬間に、スライダは前記「指定された第１の距離（距離ｄ１）」の位置（同図（ｂ）の状態）まで復帰することになる。この復帰を防ぐためには、超音波振動を常時与え続けることが必要となる。あるいは、スライダ３５の復帰を阻止するような「ロック機構」（図示せず）をスライダ３５に付与することが必要となる。

＜ＭＥＭＳデバイスの構成−４＞
図６に示した実施例５は、前記したスライダ３５のスライド機構に静電アクチュエータを利用した他の実施例である。同図において図２と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）と（ｃ）はＭＥＭＳデバイスの平面構造を示している。また、同図（ａ）と（ｃ）において、線分３０、３１とで示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図（ｂ）と（ｄ）に示す。本実施例においては、スライダ３５に付属している櫛型電極に対向して、左右１組の固定された櫛型電極７０と７１とが配置されている。また、電極構造要素３２と振動構造要素３３とは対向して配置されているが、その対向面は「平行」ではなく、大略距離ｄ１の距離のギャップ７２を介して配置されている。かかる非平行な状態は、当該ＭＥＭＳデバイスの製造過程で発生したり、あるいは、当該ＭＥＭＳデバイスが回転する環境に置かれている場合などで発生する。特に、後者の場合では、当該ＭＥＭＳデバイスの製造過程で非平行が発生しなくても、当該ＭＥＭＳデバイスが設置される環境（例えば、自動車のタイヤ近傍に設置されるような環境である）によっては、慣性力により当該スライダに回転力が発生する。本実施例においては、かかる非平行な状態になっても、左右に配置され、個別に駆動される静電アクチュエータ（櫛型電極７０、７１を含む）により、当該非平行が補正される。すなわち、左右１組の静電アクチュエータへ印加する直流電圧を個別に制御することにより、スライダ３５の動きに若干の回転を付与することができる。この結果、同図（ｃ）に示すように、電極構造要素３２と振動構造要素３３とを、距離ｄ２の距離のギャップ７３を介して「平行」に配置することができる。なお、本実施例においても、電極構造要素３２と振動構造要素３３とは「離れた」状態（図中においてｄ１で表記した「指定された第１の距離」である）で製造され、静電アクチュエータの駆動により、電極構造要素３２と振動構造要素３３とが「近接した」状態（図中においてｄ２で表記した「指定された第２の距離」である）に設定されている。

＜ＭＥＭＳ共振器の構成−１＞
図７はＭＥＭＳ共振器８０に適用した実施例６を示している。本実施例においては、スライダ３５の移動が静電アクチュエータで行われる場合が示されているが、前記したような各種の駆動手段で移動させても構わない。同図において図２と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）と（ｃ）はＭＥＭＳ共振器８０の平面構造を示している。また、同図（ａ）と（ｃ）の線分８４、８５とで示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図（ｂ）と（ｄ）に示す。同図（ａ）において、ＭＥＭＳ共振器８０は、スライダ３５に「連結」された電極構造要素３２と、振動体（本実施例では「振動ビーム８１」である）と、８１の両端を固定する基台部８２、８３とで構成されている。すなわち、本実施例においては、前記振動構造要素は、（１）該振動構造要素の指定された領域である振動ビーム８１と、（２）当該振動ビーム８１の領域を含まない該振動構造要素の領域である基台部８２、８３（振動しない）、で構成されている。なお、電極構造要素３２は当該振動ビーム８１を振動させるための駆動電極として作用する。同図（ａ）と（ｂ）に示すように、電極構造要素３２と振動ビーム８１とは「離れた」状態（図中においてｄ１で表記した「指定された第１の距離」である）で作成されている。また、電極構造要素３２と振動ビーム８１は、静電アクチュエータなどの駆動手段により、同図（ｃ）と（ｄ）に示すように、「近接した」状態（図中においてｄ２で表記した「指定された第２の距離」である）に設定される。同図（ｃ）では、静電アクチュエータへ印加される直流電圧と、電極構造要素３２と振動ビーム８１との間に供給される直流バイアス８７が重畳された高周波信号８８が併せて記載されている。当該直流バイアス８７は、当該電極構造要素３２に印加される信号の瞬時値が常にプラスであるように、当該高周波信号８８の振幅値に応じて設定されている。この理由としては、静電気力を利用したＭＥＭＳ共振器８０では、当該印加される信号の電圧が正電位であっても負電位であっても、誘起される力は同じであるため、当該高周波信号８８の２倍の周波数で振動が起こることを防止するためである。

図７に例示したような振動ビーム型のＭＥＭＳ共振器８０では、機械振動を電気信号（ここでは静電容量の変化）として検出している。機械系と電気系とは「電気機械結合係数」で関連付けられており、該係数は「機械振動と電気信号の変換効率」でもある。本段落では、図８を用いて当該「電気機械結合係数」の説明を行う。図８に関係する式を示したが、「電気機械結合係数」を増大させるためには、対向面積（Ｓ）を大きく、対向面間の距離（ｄ_０）を小さく、印加電圧（Ｖ_０、直流バイアス８７に相当）を大きくすることが必要である。特に、「電気機械結合係数」はｄ_０の２乗に逆比例しているので、振動ビーム８１と駆動電極（電極構造要素３２）間の距離を小さくすることが有効である。また、振動ビーム８１と駆動電極とが対向する面積を大きくすることも有効な手段である。なお、ＭＥＭＳ共振器８０の高周波化を図る場合には、必然的に当該振動ビーム８１を小さくする（共振周波数を高くする）ことになり、対向面積（Ｓ）も小さくなる。この結果、得られる電気信号も小さくなるので、対向面間の距離（ｄ_０）を減少させることが必須な課題となっている。

図９は実施例６のＭＥＭＳ共振器８０の電気機械的動作を説明する図である。同図において、図７と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）は図７（ｃ）と同一であり、図中のＡ−Ａ’とＢ−Ｂ’で示した一点鎖線に沿った構造断面図が同図（ｂ）と（ｃ）に示されている。同図（ａ）において、直流電圧９０、９１は静電アクチュエータを駆動するものであり、矢印９２は当該直流電圧９０、９１によってスライダ３５が動く方向である。当該直流電圧９０、９１によって、電極構造要素３２（振動ビーム８１に対向する配置された駆動電極である）と、振動ビーム８１とは「近接した」状態に設定されている。同図（ｃ）に示すように、振動ビーム８１には、直流バイアス８７が重畳した高周波信号８８が供給されており、この高周波信号８８によって当該振動ビーム８１は同図（ａ）の上下方向に振動している。矢印９３で示した方向で、当該高周波信号８８から見た電気等価回路を同図（ｄ）に示す。当該振動ビーム８１の振動は、電気的にはＣ０、Ｒ１、Ｃ１、Ｌ１の４つの回路素子からなる共振回路系に対応している。

図９では、機械的に動く機構が２つ示されている。一つは、スライダ３５の動きであり、他の一つは振動ビーム８１の振動である。すなわち、ＭＥＭＳ共振器８０には、２つの異なる機械的な振動機構が含まれている。このため、当該２つの機械的な機構の周波数特性の設定が重要となる。例えば、スライダ３５が高周波信号８８に反応して動くと、本来の振動ビーム８１へ供給されるべきエネルギが当該スライダ３５の動きに消費され、振動ビーム８１が効率良く振動することができなくなる。かかる不具合を防止するために、振動ビーム８１が振動する周波数と比較して、スライダ３５の共振周波数を十分に低くすることが必要となる。一例として挙げるならば、スライダ３５の共振周波数を１００Ｈｚ程度に設定すれば、高周波で振動する振動ビーム８１の動きを妨げることがなくなる。このような設定にしても、機械振動系には高次の共振が観測されるが、当該高次の共振の振幅は小さいので、振動ビームの本来の動きを阻害することはない。スライダ３５の共振周波数を低くするためには、スライダ３５の重量を重くしたり、スライダを支えるビーム３６を柔らかく（例えば細く）するなどの手段がある。なお、ビーム３６の剛性は、静電アクチュエータの効率（直流電圧９０に対するスライダ３５の移動量）にも関連しているので、当該ＭＥＭＳ共振器への要求仕様（周波数帯など）に応じて設定される必要がある。

＜ＭＥＭＳ共振器の製造プロセス＞
図１０は実施例６で示したＭＥＭＳ共振器８０の製造プロセスを説明する図である。同図には、前記スライダ３５を支えるビーム３６の「付け根」部と、静電アクチュエータの浮上した櫛型電極と固定された櫛型電極の一部（共に図中の丸印内に表示）に対して、各製造プロセスでの構造断面図が示されている。すなわち、同図（ａ−１）から（ｅ−１）が前記「付け根」部分、（ａ−２）から（ｅ−２）が櫛型電極の部分に対応している。同図（ａ−１）と（ａ−２）において、基板層１００、デバイス層１０１、酸化膜層１０２は、それぞれＳＩＯ基板を構成する要素である。ウェーハの直径にも依存するが、通常の厚さとして例示すると、基板層１００は２５０マイクロメータ、デバイス層１０１は２０マイクロメータ、酸化膜層１０２は１マイクロメータである。第１のマスク層１０３はデバイス層１０１の表面にパターニングされたものである。当該第１のマスク層１０３は必ずしも一様に塗布された有機材料からなる１層のフォトレジストとは限らない。例えば、（１）デバイス層の表面に一様にクローム層を形成し、（２）当該クローム層の表面にフォトレジストを塗布し周知の手法でパターニングし、（３）パターニングされた当該フォトレジスト層をマスクとして、前記クローム層をパターニングし、（４）当該フォトレジスト層を除去しクロームパターンを露出させるといった複数段のプロセスを採用することもできる。同図（ｂ−１）と（ｂ−２）は、当該第１のマスク層１０３をマスクとしてデバイス層１０１の一部がエッチングで除去された構造を示している。領域１０４はデバイス層１０１がエッチングで除去され、酸化膜層１０２が露出した領域である。かかるデバイス層１０１のエッチングには、多くの液体あるいは気体が利用されるが、代表例としては、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）がある。次に、同図（ｃ−１）と（ｃ−２）に示すように、基板層１００の裏面に、第２のマスク層１０５を形成する。当該第２のマスク層１０５も、前記した第１のマスク層１０３と同様に形成される。基板層１００の第２のマスク層１０５が覆われていない領域は前記した手法によりエッチング除去される。同図（ｄ−１）と（ｄ−２）には、当該エッチング除去により、酸化膜層１０２の下面が露出した領域１０６が示されている。次に、露出した酸化膜層１０２をエッチング除去すると、同図（ｅ−１）と（ｅ−２）に示すような構造が得られる。当該酸化膜層１０２のエッチングには沸酸系の湿式エッチングや乾式エッチングが利用される。同図において、領域１０７はスライダを支えるビームの領域、領域１０８は固定されている櫛型電極３８の領域、領域１０９は浮上している櫛型電極の領域である。

図１０には明示されていないが、振動体（振動ビーム８１）、および、振動ビーム８１の両端を固定する基台部８２、８３は同様な製造プロセスで作成される。すなわち、振動ビーム８１は図１０（ｅ−２）での領域１０９と同様に、また、基台部８２、８３は図１０（ｅ−２）での領域１０８と同様に作成される。以上のプロセスによりＭＥＭＳ共振器８０が作成される。なお、図１０は製造プロセスを例示しているが、当該ＭＥＭＳ共振器８０の製造プロセスはこれに限らない。例えば、デバイス層１０１の加工を先に行い、基板層１００の加工を後にするといったことも可能である。

図１０に例示したプロセスでは、第１のマスク層１０３と第２のマスク層１０５が、それぞれ、ＳＯＩウェーハの表面と裏面に、別プロセスで形成されることになる。第２のマスク層１０５のパターニングには、当該第１のマスク層１０３のパターンと空間的な位置合わせが必要となり、一般的には赤外線を用いた両面露光機が使用される。当該両面露光機では、シリコン層を透過する赤外線により表面側のパターン（第１のマスク層１０３のパターン）を観察することができ、該パターンに合わせて裏面側のパターン（ガラスマスクに形成されている第２のマスク層１０５パターン）の位置を決めることができる。かかる位置決めの精度は使用する両面露光機の性能に依存するが、一般的には１マイクロメータ程度の精度を得ることができる。しかしながら、図１０に示したプロセスでは、当該ＭＥＭＳ共振器８０を構成する各要素（電極構造要素３２、振動ビーム８１、櫛型電極など）の形状が前記した第１のマスク層１０３で決定されることが明らかである。このため、上述した両面露光機の精度に制限されずに各要素の形状を作成することができることになる。

＜ストッパの構成−１＞
図１１はＭＥＭＳ共振器に適用した本発明の実施例８である。「指定された第１の距離」（「離れた」状態である）を介して作成された前記電極構造要素３２（例えば駆動電極）と振動構造要素（例えば振動ビーム８１）を、静電アクチュエータなどの機構により、「指定された第２の距離」（「近接した」状態である）まで移動させ、当該第２の距離に停止させるための一手法に、ストッパの使用がある。なお、前記した実施例１では突起２２として記載されている。同図（ａ）は図７に示したＭＥＭＳ共振器８０の主要要素を示しており、図７と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ｂ）と（ｃ）は、同図（ａ）の線分１１１で示した線に沿った断面構造図である。また、同図（ａ）と（ｂ）は「離れた」状態を、同図（ｃ）は「近接した」状態を示している。同図（ａ）において、突起１１０は、電極構造要素（駆動電極）３２に配置されたストッパとしての突起である。同図（ｂ）に示すように、突起１１０の大きさは、前記した「指定された第２の距離」（距離ｄ２）と等しく設定されている。このため、図示していない静電アクチュエータなどにより電極構造要素３２が同図（ａ）の上方向に移動すると、電極構造要素３２と振動ビーム８１間の距離は、移動前は前記「指定された第１の距離」（距離ｄ１）であり、移動後は前記「指定された第２の距離」（距離ｄ２）となる。当該突起１１０は振動ビーム８１の一部と接触することになるが、その接触は「点接触」であるので、当該振動ビームの振動には影響を及ぼさない。なお、突起１１０の形状は、半径が距離ｄ２、高さは電極構造要素３２の厚さ（デバイス層の厚さ）であるような半円柱形状として表示されているが、これに限らない。例えば、突起１１０の高さが電極構造要素３２の厚さよりも小さく、当該電極構造要素３２の厚さ方向の一部に配置されていても良い。また、実施例６で示したように、電極構造要素（駆動電極）３２と振動ビーム８１の間には、直流バイアス８７が重畳された高周波信号８８が印加されているので、同図（ｃ）に示した状態であっても、電極構造要素３２と振動ビーム８１とが電気的に絶縁されていることが必要である。かかる電気絶縁性を確保するための一手法としては、当該突起１１０を絶縁材で構成したり、当該突起１１０の表面を絶縁層で被覆することが挙げられる。さらに、当該突起１１０の数は２個に限らず、１個以上であれば良い。

なお、図１１に例示した構成では、振動ビーム８１の長さが見かけ上変化することがある。例えば、振動ビーム８１に対して突起１１０を押しつける力が強い場合には、振動ビーム８１の長さが短くなり、共振周波数が高くなる。かかる場合には、振動ビーム８１の実効的な長さ（線分１１１間の距離、図中のＬで示す）が所望の長さとなるように、振動ビーム８１全体の長さ（振動ビームを支える基台部８２、８３間の距離）を大きく設定することで、当該突起１１０の接触の影響を避けることが可能となる。

＜ストッパの構成−２＞
図１２は図７に示したＭＥＭＳ共振器８０に適用した実施例９であり、ストッパとしての突起１２０の構成を示している。同図において、図１１と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ｂ）と（ｃ）は、同図（ａ）の線分１２１に沿った断面構造図である。また、同図（ａ）と（ｂ）は「離れた」状態を、同図（ｃ）は「近接した」状態を示している。同図（ａ）において、突起１２０は、振動ビーム８１（振動構造要素でもある）に配置されたストッパとしての突起である。同図（ｂ）に示すように、突起１２０の大きさは、前記した「指定された第２の距離」（距離ｄ２）と等しく設定されている。このため、図示していない静電アクチュエータなどにより電極構造要素３２が図面の上方向に移動すると、振動ビーム８１と電極構造要素３２間の距離は、移動前は前記「指定された第１の距離」（距離ｄ１）であり、移動後は前記「指定された第２の距離」（距離ｄ２）となる。当該突起１２０は電極構造要素３２（駆動電極でもある）の一部と接触することになるが、その接触は「点接触」であるので、当該振動ビーム８１の振動には影響を及ぼさない。なお、突起１２０の形状は、半径が距離ｄ２、高さは振動ビーム８１の厚さ（デバイス層の厚さ）であるような半円柱形状として表示されているが、これに限らない。例えば、突起１２０の高さが振動ビーム８１の厚さよりも小さく、当該振動ビーム８１の厚さ方向の一部に配置されていても良い。また、実施例６（図７）で示したように、振動ビーム８１と電極構造要素３２（駆動電極）の間には、直流バイアス８７が重畳された高周波信号８８が印加されているので、同図（ｃ）に示した状態であっても、振動ビーム８１と電極構造要素３２とが電気的に絶縁されていることが必要である。かかる電気絶縁性を確保するための一手法としては、当該突起１２０を絶縁材で構成したり、当該突起１２０の表面を絶縁層で被覆することが挙げられる。

＜ストッパの構成−３＞
図１３はＭＥＭＳ共振器に適用した本発明の実施例１０であり、ストッパとしての突起１３５の構成とその作成方法を示している。本実施例では、当該突起１３５がスライダ３５側に配置されている場合（実施例８）に対応して記載されているが、当該突起１３５の配置位置はこの限りではない。同図（ａ）において、突起母体１３０は、シリコンなどを素材とし、スライダ３５に連結した電極構造要素３２の端部に配置され、先端部１３１が尖った突起母体であり、平面図として示されている。当該突起母体１３０の厚さは電極構造要素３２の厚さと等しいが、必ずしもこの限りではない。同図（ｂ）は、同図（ａ）に示した構造体の表面を酸化した図である。酸化プロセスにより、当該突起母体の上面と側壁面とは、均等な厚さを有する酸化シリコン層１３２に変化する。しかし、先端部１３１では、幅が細くなっているため、酸化シリコン層１３２への変化が早く、その結果、先端部近傍では、酸化せず残存した突起母体は丸く（先端部１３３で示す）なる。同図（ｃ）は同図（ｂ）に示した構造体の酸化シリコン層をエッチング除去した後の当該突起母体の形状である。かかる形状では、当該突起母体１３０の表面にシリコン層（デバイス層）が露出している。当該突起母体１３０の表面に電気絶縁性を付与する場合には、酸化プロセスで、酸化シリコン層１３４を形成することにより同図（ｄ）に示したような形状にすることができる。同図（ｄ）は作成された突起１３５であり、その大きさが図中にｄ２として表示されている。

なお、ストッパとしての突起１３５の大きさは、（１）突起母体１３０の大きさと形状、（２）酸化プロセスの条件（処理温度、雰囲気、時間）、（３）酸化プロセスと形成された酸化シリコン層１３２のエッチング除去の繰り返し回数などを適宜設定することにより、最終的に突起１３５の大きさが「指定された第２の距離」と等しい値（距離ｄ２）になるようにされる。すなわち、同図（ｂ）と（ｃ）で示された「酸化シリコンへの変化」と「酸化シリコンのエッチング除去」を複数回繰り返して、所望の距離ｄ２を得ることもある。

＜ストッパの構成−４＞
図１４は図７に示したＭＥＭＳ共振器８０に適用した本発明の実施例１１であり、ストッパとしての突起１４０の他の構成を示している。同図において、図１２と同一番号は同一構成要素を示している。なお、説明の便宜上、同図では電極構造要素３２と振動ビーム８１とが「離れた」状態であるかのように示されている。同図において、突起１４０は電極構造要素（駆動電極）３２に設けられた突起である。同図（ａ）は振動ビーム８１が１次の共振モードで振動している場合であり、その振動の「節」の領域に当該突起が接触するように配置されている。一方、同図（ｂ）は振動ビーム８１が３次の共振モードで振動している場合であり、その振動の「節」の領域に当該突起が接触するように配置されている。いずれの場合においても、「節」の領域では振動の振幅は小さい（理論的にはゼロであり、あたかも「節」が固定されているかのように見える）ので、当該突起が接触しても振動ビームの動作に影響を与えることはない。ＭＥＭＳ共振器では、いずれの次数の共振モードを利用するかはシステム要件として設定されているため、その次数に相当する「節」の領域に当該突起を接触させることが可能である。すなわち、当該突起１４０の数は２個とは限らないことになる。

＜ストッパの構成−５＞
図１５は図７に示したＭＥＭＳ共振器８０に適用した本発明の実施例１２であり、ストッパとしての突起１５１の他の構成を示している。図において、図７と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）は、電極構造要素３２と振動ビーム８１とが「離れて」いる状態に対応している。図において、スライダ１５０は電極構造要素３２と連結したスライダで、突起１５１が端部に設けられている。ストッパ受け１５２は突起１５１が接触して当該スライダ１５０の移動を停止させるものであり、基台部８２、８３と同様な構造を有している。同図（ａ）の線分１５３、１５４で示した一点鎖線に沿った構造断面図が、それぞれ、同図（ｂ）と（ｃ）、同図（ｄ）と（ｅ）に示されている。同図（ｂ）と（ｄ）は電極構造要素３２と振動ビーム８１間の距離が前記「指定された第１の距離」の場合であり、同図（ｃ）と（ｅ）は電極構造要素３２と振動ビーム８１間の距離が前記「指定された第２の距離」の場合である。図示されていない静電アクチュエータなどの機構により、スライダ１５０は移動するが、その移動は当該突起１５１が当該「ストッパ受け」１５２と接触すると停止する。ここで、当該突起１５１の大きさを前記「指定された第２の距離」（距離ｄ２）に設定しておくことにより、前記電極構造要素３２と振動ビーム８１との間の距離は距離ｄ２と等しくなる（図１５（ｂ）から（ｅ）に示す）。

本実施例においては、当該突起１５１が振動ビーム８１に接触することがないため、当該振動ビーム８１の振動を阻害する可能性はないという特徴がある。なお、厳密に記すならば、「近接した」状態での電極構造要素３２と振動ビーム８１の間の距離は、当該突起１５１の大きさｄ２とは一致しない。該距離と距離ｄ２との差異は、当該ＭＥＭＳ共振器の作成に使用する半導体プロセスのパターン精度に依存している。しかしながら、近年の半導体プロセスでは、パターニング精度が改良されており、０．１マイクロメータ以下の精度が確保されているので、かかる不一致は大きな問題とはならない。もし、さらに一致の精度を向上させる場合には、半導体プロセスでのパターニング精度を考慮したパターン設計や、突起１５１の製造方法（例えば実施例１０）などにより、精度の一層の向上が可能である。

また、前記突起１１０、１２０、１３５、１４０、１５１の配置領域については、前記電極構造要素３２、前記振動ビーム８１、あるいは、前記スライダ３５といった構成要素の領域に限ることがなく、これらの構成要素を組み合わせた複数の領域に配置されていても良い。さらに、当該突起１１０、１２０、１３５、１４０、１５１の形状についても、半円柱状とは限らない。

＜ＭＥＭＳ共振器の構成−２＞
図１６はＭＥＭＳ共振器に適用した本発明の実施例１３であり、図７と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）はＭＥＭＳ共振器の平面構造図である。同図（ｂ）と（ｃ）は線分２４５で示した部分の断面構造図を、同図（ｄ）と（ｅ）は線分２４６で示した部分での断面構造図をそれぞれ示している。また、同図（ｂ）と（ｄ）は電極構造要素３２と振動ビーム８１との間の距離が距離ｄ１である場合、同図（ｃ）と（ｅ）は電極構造要素３２と振動ビーム８１との間の距離が距離ｄ２である場合がそれぞれ示されている。同図（ａ）において、電極構造要素３２と連結したスライダ２４０は、ビーム２４１を介して基台部２４２に接続されている。スライダ２４０（電極構造要素３２を含む）とビーム２４１は浮上しており、同図（ａ）の上下方向（紙面上での上下方向）に移動可能な構造となっている。スライダ２４０を支えるビーム２４１の形状は、３本の線状で例示されているが、当該形状はこれに限らない。電極２４３は固定されている電極であり、距離ｄ３離れて、スライダ２４０と対向して配置されている。当該電極２４３とスライダ２４０は、直流電圧２４７が印加されている。なお、直流電圧２４７は片側の電極２４３にのみ印加されている図が示されているが、スライダ２４０の両側に配置された２つの電極２４３に同時に印加されていることが好ましい。当該直流電圧２４７が０ボルトである時には、スライダ２４０と電極２４３との間の距離は距離ｄ３であり（同図（ｄ））、振動ビーム８１と電極構造要素３２との間の距離は距離ｄ１である（同図（ｂ））。一方、当該直流電圧２４７が数ボルト以上の電圧を発生する場合には、スライダ２４０は電極２４３側に吸引され、スライダ２４０と電極２４３は「接触」し（同図（ｅ））、振動ビーム８１と電極構造要素３２との間の距離は（距離ｄ１−距離ｄ３）となる。同図（ｃ）に示すように、距離ｄ１と距離ｄ３との距離の差が「指定された第２の距離」（すなわち距離ｄ２）となる。換言するならば、距離ｄ３の大きさを「指定された第１の距離」と「指定された第２の距離」との差に等しくなるように設計する。なお、同図（ｅ）の境界領域２５０は、前記「接触」状態での、スライダ２４０と電極２４３との境界領域を示している。かかる領域には絶縁体が存在して、スライダ２４０と電極２４３との接触による大電流が前記直流電圧２４７に流れないようになっている。かかる状況は、スライダ２４０あるいは電極２４３の対向する側面が共に、酸化膜などで被覆することにより容易に実現される。本段落に記載した実施例では、図７の示した実施例とは異なり櫛型電極（例えば櫛型電極３８）を必要としていない。直流電圧２４７が、スライダ２４０と電極２４３に静電界を発生させ、当該静電界がスライダ２４０を振動ビーム８１側へ引き寄せることで、前記「指定された第２の距離」を実現している。なお、かかる静電界による吸引力は距離ｄ３に依存するので、当該距離ｄ３を可能な限り小さく設計することにより、当該直流電圧２４７の値を小さくすることが可能である。さらに、同図（ａ）において、振動ビーム８１と電極構造要素３２との間には、直流バイアス２４９が重畳された高周波信号２４８が印加されている。すなわち、高周波信号２４８が振動ビーム８１を振動させ、ＭＥＭＳ共振器が実現されている。

図１６（ａ）の実施例では、前記した「ストッパ」の機能を、当該「接触」により実現している。かかる「ストッパ」の構成法は、図１５に示した実施例１２と類似している。しかしながら、スライダ２４０を移動させるための電極２４３が、前記したストッパ受け（図１５のストッパ受け１５２）を兼ねていることが異なっている。また、スライダ２４０が電極２４３に対向する側面に突起（図１５の突起１５１に相当）を設けても良い。さらに、当該突起を、電極２４３に対向するスライダ２４０側面に設けても良い。

＜ＭＥＭＳ共振器の構成−３＞
図１７はＭＥＭＳ共振器に適用した本発明の実施例１４であり、図１６と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）はＭＥＭＳ共振器の平面構造図である。同図（ｂ）と（ｃ）は線分２４５で示した部分の断面構造図を、同図（ｄ）と（ｅ）は線分２４６で示した部分での断面構造図をそれぞれ示している。また、同図（ｂ）と（ｄ）は電極構造要素３２と振動ビーム８１との間の距離が距離ｄ１である場合、同図（ｃ）と（ｅ）は電極構造要素３２と振動ビーム８１との間の距離が距離ｄ２である場合がそれぞれ示されている。本実施例では、直流電圧２５６が、同図に示した直流電圧２４７と直流バイアス２４９を兼ねていることが特徴である。すなわち、直流電圧２５６は、スライダ２４０と電極２４３との間に吸引力を誘起すると同時に、振動ビーム８１を駆動する高周波信号２５５に重畳される直流バイアスになっている。かかる構成によれば、ＭＥＭＳ共振器の駆動が簡便となる利点が発生する。

＜ＭＥＭＳ共振器の構成−４＞
図１８はＭＥＭＳ共振器に適用した本発明の実施例１５であり、ＭＥＭＳ共振器の主要部分が示されている。また、図１６と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）はＭＥＭＳ共振器の平面構造図である。電極構造要素３２と連結したスライダ２６０は、ビーム２４１を介して基台部２４２に接続されている。スライダ２６０（電極構造要素３２を含む）とビーム２４１は浮上しており、同図（ａ）の上下方向（紙面上での上下方向）に移動可能な構造となっている。スライダ２６０を支えるビーム２４１の形状は、３本の線状で例示されているが、当該形状はこれに限らない。電極２４３は固定されている電極であり、スライダ２６０と対向して配置されている。この領域２６１を拡大した図が同図（ｂ）である。当該領域に含まれるスライダ２６０には凹部２６３が設けられ、対向する電極２４３には凸部２６２が設けられている。当該凹部２６３と凸部２６２の形状は相補的であり、両者が近接して接触した場合には、「密着」する（同図（ｃ）に示すような状態）ようになっている。同図（ａ）には明示していないが、外部から供給された直流電圧（図１６の直流電圧２４７に相当）が誘起する吸引力により、スライダ２６０は電極２４３および振動ビーム８１に向かって移動する。当該移動は、凹部２６３が凸部２６２に接触するまで続き、当該接触が発生した時点で、移動は停止する。本実施例では、スライダ２６０の左右両端に凹部が設けられ、１組みの電極２４３に凸部が配置されているので、前記移動が左右（図面上）にぶれても、最終的なスライダ２６０の位置は幾何学的に一定となる利点がある。すなわち、電極構造要素３２と振動ビーム８１との相互位置関係が一義的に定まる利点がある。

図１８（ｂ）はスライダ２６０が移動する前の前記凸部２６３と凹部２６２の位置関係を示している。同図（ｃ）はスライダ２６０が移動した後の前記凸部２６３と凹部２６２の位置関係を示している。同図（ｂ）において、前記凹部２６２がなす角度を２θ、前記凹部２６２と凸部２６３との間の距離（前記移動方向に沿った長さ）を距離ｄ３、前記凹部２６３と凸部２６２との間の距離（最短距離）を距離ｄ４とすると、
ｄ４＝ｄ３×ｓｉｎθ
の関係が成立している。すなわち、スライダ２６０が振動ビーム８１に向かって移動する距離は距離ｄ３となるので、前記した「指定された第２の距離（距離ｄ２）」は
ｄ２＝ｄ１−ｄ４／ｓｉｎθ
で決定される。すなわち、距離ｄ１、距離ｄ４、θを、上記関係を満たすように設定することが設計要因となる。なお、上式では、距離ｄ３の代替として距離ｄ４を採用しているが、これは製造のための露光マスクを設計する際、および製造プロセスの際に、「パターン間の間隙」がより重要になるからである。

＜電極構造要素と振動ビームが対向する面積＞
図１９はＭＥＭＳ共振器１６０に適用した本発明の実施例１６であり、前記した電気機械結合係数を増大させるため、電極構造要素１６２（駆動電極）と振動ビーム１６３とが対向する領域の面積を大きくしていることに特徴がある。同図において、図７と同一番号は同一構成要素を示している。本実施例においては、スライダ１６１の移動が静電アクチュエータで行われる場合が示されているが、前記したような各種の駆動手段で移動させても構わない。同図（ａ）と（ｃ）はＭＥＭＳ共振器１６０の平面構造を示している。また、同図（ａ）と（ｃ）の線分１６４、１６５とで示した部分の断面構造図を、それぞれ、同図（ｂ）と（ｄ）に示す。同図（ａ）において、ＭＥＭＳ共振器１６０は、スライダ１６１に「連結」された電極構造要素１６２（駆動電極）と、振動体（本実施例では「振動ビーム１６３」である）と、該振動ビーム１６３の両端を固定する基台部８２、８３とで構成されている。同図（ａ）と（ｂ）に示すように、電極構造要素１６２と振動ビーム１６３とは「離れた」状態（図中においてｄ１で表記した「指定された第１の距離」である）で作成されている。また、電極構造要素１６２と振動ビーム１６３は、静電アクチュエータなどの駆動により、同図（ｃ）と（ｄ）に示すように、「近接した」状態（図中においてｄ２で表記した「指定された第２の距離」である）に設定される。同図（ｃ）では、静電アクチュエータへ印加される直流電圧と、電極構造要素１６２と振動ビーム１６３との間に供給される直流バイアスが重畳された高周波信号が併せて記載されている。

実施例１６では、同図（ｂ）と（ｄ）に示すように、当該ＭＥＭＳ共振器１６０の基台領域などは厚さがｔ０であるが、当該電極構造要素１６２と振動ビーム１６３の厚さは、デバイス層の厚さよりも大きく、かつ、ｔ０よりも小さいｔ１となっている。前記した実施例６（図７）とは異なり、電極構造要素１６２と振動ビーム１６３には、ＳＯＩ基板の基板層の一部が、特定の領域として、除去されずに残されている（同図では、それぞれ、基板層１６６と基板層１６７で示されている）。当該特定の領域である残された基板層１６６と電極構造要素１６２とは電気的に接続され、かつ、基台部の基板層１６８とは絶縁されている必要がある。同様に、当該特定の領域である基板層１６７とデバイス層１６３とは電気的に接続され、かつ、基台部の基板層１６８とは絶縁されている必要がある。かかる電気接続と絶縁について次の段落に記載する。

図２０は実施例１６の振動ビーム１６３、その基台部８３、および電極構造要素１６２（駆動電極）の部分を拡大して、その構成を示す図である。同図において、図１９と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）は平面図である。同図（ａ）の線分１７０、１７１の一点鎖線で示された部分の構造断面図が、それぞれ、同図（ｂ）と（ｃ）に示されている。同図（ｂ）に示すように、基台部８３には基板層を分離する溝１７２が設けられている。当該溝１７２により、振動ビーム１６３の領域にある基板層１６７と、基台部８３の領域にある基板層１７４とは電気的に絶縁されている。また、振動ビーム１６３と基台部８３を構成しているデバイス層１７５と当該基板層１６７とは、導電性のプラグ１７６により電気的に接続されている。当該プラグ１７６は、基台部８３（一般的には、細い振動ビームよりも幅が広い）の領域にある前記デバイス層１７５に貫通穴を設け、当該貫通穴の内部に金属層などを埋め込むことにより形成される。さらに、同図（ｃ）に示すように、電極構造要素１６２に対しても、導電性のプラグ１７７が設けられ、基板層１６６とデバイス層１７８とが電気接続されている。また、図示していないが、電極構造要素１６２は、これを支えるビーム領域（例えば図１９でのビーム３６）の基板層が全て除去されているので、基板層とは絶縁されている。

実施例１６では、同図（ｂ）と（ｃ）に示すように、当該ＭＥＭＳ共振器１６０の前記基台領域などは厚さがｔ０であるが、当該電極構造要素１６２と振動体１６３の領域の厚さはｔ０よりも小さいｔ１となっている。前記した実施例６（図７）とは異なり、電極構造要素１６２と振動ビーム１６３には、ＳＯＩ基板の基板層の一部が、前記特定の領域として、除去されずに残されている。この結果、電極構造要素１６２（基板層１６６も含めて）と振動ビーム１６３（基板層１６７も含めて）とが対向する面積が大きくなり、前記した電気機械結合係数を大きくすることができる。

＜実施例１６の製造プロセス＞
図２１は本発明の実施例１７であり、実施例１６に示したＭＥＭＳ共振器１６０の製造プロセスを説明する図である。同図において、図１０と同一番号は同一構成要素を示している。同図には、前記スライダ１６１を支えるビーム３６の「付け根」部と、静電アクチュエータの浮上した櫛型電極と固定された櫛型電極３８の一部（共に図中の丸印内に表示）に対して、各製造プロセスでの構造断面図が示されている。すなわち、同図（ａ−１）から（ｆ−１）が前記「付け根」部分、同図（ａ−２）から（ｆ−２）が櫛型電極の部分に対応している。同図において、基板層１００、デバイス層１０１、酸化膜層１０２は、それぞれＳＩＯ基板を構成する要素である。ウェーハの直径にも依存するが、通常の厚さとして例示すると、基板層１００は２５０マイクロメータ、デバイス層１０１は２０マイクロメータ、酸化膜層１０２は１マイクロメータである。なお、図面では、ＳＯＩ基板の当初の厚さがｔ０で表示されている。同図（ａ−１）では、当該基板の裏面（基板層１００側）に第１のマスク層１８１が形成されてから、当該第１のマスク層１８１で被覆されていない領域の基板層１００が全て除去される（同図（ｂ−１））。次に、当該基板の裏面（基板層１００側）に第２のマスク層１８２が形成されてから、当該第２のマスク層１８２で被覆されていない領域の基板層１００の部分が除去され、前記した特定の領域の厚さが形成されるように加工される。この結果、ＳＯＩ基板の裏面側は凹凸の形状となる（同図（ｄ−２））。

なお、同図（ｂ−１）と（ｃ−１）では、マスク層１８１、１８２が異なる要素であるかのように図示されているが、この限りではない。例えば、（１）第１のマスク層１８１を酸化シリコン薄膜で形成（基板層１００側が全面当該酸化シリコン薄膜で覆わる）し、（２）同図（ａ−１）で作成された当該酸化シリコン薄膜のパターンを第１のマスク層１８１として基板層１００をエッチング除去し（同図（ｂ−１））、（３）残っている当該酸化シリコン薄膜に対して新たに作成されたパターンを第２のマスク層１８２として基板層１００の部分的なエッチングを行う（同図（ｄ−２））ことが挙げられる。すなわち、当該酸化シリコン薄膜を２回に分けてパターニングする手法である。

続いて、図２１（ｅ−１）と（ｅ−２）に示すように、ＳＯＩ基板の表面側（デバイス層１０１の表面）に第３のマスク層１８３が形成される。当該第３のマスク層１８３は、当該ＳＯＩ基板の裏面に形成された凹凸形状に合わせてパターニングされている。この第３のマスク層１８３をマスクとして、ＳＯＩ基板の表面側から、デバイス層１０１のシリコン、該デバイス層１０１直下の酸化膜層１０２、該酸化膜層１０２直下の基板層１００のシリコンがＲＩＥなど周知の手法でエッチング除去され、同図（ｆ−１）と（ｆ−２）に示す形状が得られる。同図において、領域１８６はスライダ１６１を支えるビームの領域、領域１８７は固定されている櫛型電極３８の領域（その厚さは当初のｔ０である）、領域１８８は浮上している櫛型電極の領域（その厚さはｔ１で表示されている）である。

なお、図２１には明示されていないが、振動体（振動ビーム１６３）、および、該振動ビーム１６３の両端を固定する基台部８２、８３も同様な製造プロセスで作成される。すなわち、振動ビーム１６３は同図（ｆ−２）での領域１８８と同様に、また、基台部８２、８３は同図（ｆ−２）での領域１８７と同様に作成される。その後に、図２０に記載したように、デバイス層１０１と基板層１００との電気接続のためのプラグ１７６、１７７が設けられる。

かかる製造プロセスで作成されたＭＥＭＳ共振器１６０（図１９）では、電極構造要素１６２（駆動電極）の領域と振動ビーム１６３の領域の厚さがｔ１（一般的にはデバイス層１０１の厚さよりも大きい）になっている。すなわち、電極構造要素１６２（駆動電極）と振動ビーム１６３の対向面積は増大されており、前記した電気機械結合係数の増大を図ることができる。当該厚さ（ｔ１）は、第２のマスク層１８２をマスクとして基板層１００を部分的にエッチング除去するプロセスで決定される（図２１（ｄ−２））。電気機械結合係数の増大といった視点では、ｔ１は限りなくｔ０（当初のＳＯＩ基板の厚さ）に近いことが望ましい。しかし、振動ビーム１６３や浮上している櫛型電極の機械的動きが、ＳＯＩ基板面内だけではなく、ＳＯＩ基板の厚さ方向にも動き、基台部３７が搭載されている基礎母台（図示せず）と接触する場合がある。このため、例えば、大略１０マイクロメータだけｔ０よりも小さく設定されることが望ましい。

なお、図２１は製造プロセスを例示しているが、当該ＭＥＭＳ共振器１６０の製造プロセスはこれに限らない。例えば、基板層１００の加工を、部分的なエッチング（同図（ｄ−２））と同時に行い、さらに、残った基板層１００を完全にエッチング除去するプロセスとしても良い。他にも、多くの変形があるが、一例として挙げるならば、マスク層形成時の目合わせ容易性やエッチング時のマスク耐性を考慮したプロセス、あるいは、特に前記第１のマスク層１８１と前記第２のマスク層１８２を２層構造にして当該マスク耐性を向上させたプロセスなどである。

＜ＭＥＭＳ共振器の構成−２＞
図２２は本発明の実施例１８であり、ＭＥＭＳ共振器の他の構成を示している。同図において、図７と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）は振動ビーム１９２と第１の電極構造要素１９９及び第２の電極構造要素１９６が「離れた」状態を、同図（ｂ）は「近接した」状態を示している。本実施例によるＭＥＭＳ共振器は、駆動系１９０と検出系１９１とが別個に配置されており、これらの間に共通の振動ビーム１９２が配置されている。当該振動ビーム１９２は両端が基台部１９３、１９４で固定されている。当該検出系１９１は、当該駆動系１９０と類似の構成である。同図（ａ）において、第１のスライダ１９８の端部には第１の電極構造要素１９９（駆動電極）が配置され、また、当該振動ビーム１９２とは指定された第３の距離（図中においてｄ３で示す）だけ離れて作成されている。第２のスライダ１９５の端部には第２の電極構造要素１９６（駆動電極）が配置され、また、当該振動ビーム１９２とは指定された第４の距離（図中においてｄ４で示す）だけ離れて作成されている。当該第１のスライダ１９８は、固定された櫛型電極３８（第１のスライド機構を構成している）により、図面の上方（第１の方向である）へ移動させられる。この結果、第１の電極構造要素１９９（第１のスライダ１９８と連結している）と振動ビーム１９２との距離は、同図（ａ）のｄ３で示した「指定された第３の距離」から、同図（ｂ）のｄ５で示す「指定された第５の距離」となる。当該第２のスライダ１９５は、固定された櫛型電極１９７（第２のスライド機構を構成している）により、図面の下方（第２の方向である）へ移動させられる。この結果、第２の電極構造要素１９６（第２のスライダ１９５と連結している）と振動ビーム１９２との距離は、同図（ａ）のｄ４で示した「指定された第４の距離」から、同図（ｂ）のｄ６で示す「指定された第６の距離」となる。なお、同図では、前記第１のスライド機構と前記第２のスライド機構とが、共に静電アクチュエータで構成されている例が示されているが、他の駆動原理によるアクチュエータであっても構わない。以上により、当該第１のスライダ１９８と第２のスライダ１９５とは、１組の前記静電アクチュエータにより、当該振動ビームに共に近接するよう駆動され、同図（ｂ）に示すような「近接した」状態になる。

図２２で例示した「指定された第３の距離（距離ｄ３）」、「指定された第４の距離（距離ｄ４）」は、図２（実施例２）で記載した「指定された第１の距離（距離ｄ１）」に対応しており、その設定方法（要素としての作成方法も含む）や距離の大きさなどについては同一である。また、同図で例示した「指定された第５の距離（距離ｄ５）」、「指定された第６の距離（距離ｄ６）」は、図２（実施例２）で記載した「指定された第２の距離（距離ｄ２）」に対応しており、その設定方法（要素としての作成方法も含む）や距離の大きさなどについても同一である。

図７に例示した実施例６は、単一の振動ビーム８１と単一の電極構造要素３２（駆動電極）とからなるＭＥＭＳ共振器８０であり、外部から接続された高周波信号８８で当該振動ビーム８１が振動すると共に、当該高周波信号８８から当該振動ビーム８１に流れ込む高周波電流値を検出していた。すなわち、駆動系と検出系とが共通になっている構成であった。一方、図２２に例示した本実施例では、駆動系１９０と検出系１９１とが分離している構成になっている。同図での検出系１９１は、電極構造要素１９６と振動ビーム１９２との間に形成された静電容量の変化量を電気信号として検出している。かかる「静電容量の変化量」は、オペアンプ増幅回路やスイッチド・キャパシタ回路などを用いて検出することができる。このように、本実施例では駆動系１９０と検出系１９１とが分離しているため、駆動系１９０の駆動条件（例えば、重畳される直流バイアス値）と、検出系１９１の検出条件（例えば、検出原理や回路構成）とを、それぞれ別個に最適化することができるという利点がある。

＜ＭＥＭＳ共振器の構成−３＞
図２３は本発明の実施例１９であり、ＭＥＭＳ共振器の他の構成を示している。同図において、図２２と同一番号は同一構成要素を示している。同図（ａ）において、第２のスライダ１９５には、２個の電極構造要素２００、２０１が連結されており、第２の駆動系２０５を形成している。すなわち、当該第２のスライダ１９５に連結した電極構造要素は「１個」ではなく、第２−１の電極構造要素２００と第２−２の電極構造要素２０１とに分離配置されていることが特徴である。一方、第１のスライダ１９８には、第１の電極構造要素１９９（分離されておらず「１個」である）が連結されており、第１の駆動系２０４を形成している。これらの駆動系２０４、２０５は、共通の振動ビーム１９２を挟んで対向するように配置され、かつ、個別に配置された静電アクチュエータなどのスライド機構により可動となっている。同図（ａ）は当該第１の駆動系２０４、第２の駆動系２０５が共に「離れた」状態を示している。同図（ｂ）は当該第１の駆動系２０４のみが図中の矢印で示す方向に動いて「近接した」状態になった場合を、同図（ｃ）は当該第２の駆動系２０５のみが図中の矢印で示す方向に動いて「近接した」状態になった場合を、同図（ｄ）は当該第１の駆動系２０４と第２の駆動系２０５とが共に図中の矢印で示す方向に動いて「近接した」状態になった場合を、それぞれ示している。また、振動ビーム１９２と第１の電極構造要素１９９の間、および、振動ビーム１９２と前記電極構造要素２００と２０１の間には、前記したような、直流バイアスが重畳された高周波信号が印加されている。しかしながら、振動ビーム１９２と電極構造要素１９９、２００、２０１とが「離れた」状態にあるときには、当該高周波信号で振動ビーム１９２が振動することはない。この理由は、かかる状態においては、振動ビーム１９２と電極構造要素１９９、２００、２０１との距離が離れているため、電界強度が小さく振動を励起することができない（前記した電気機械結合係数が小さい状態である）からである。一方、振動ビーム１９２と電極構造要素１９９、２００、２０１とが「近接した」状態にあるときには、当該高周波信号で振動ビームが振動する。すなわち、前記第１の駆動系２０４と前記第２の駆動系２０５とは、「近接した」状態にある場合にのみ、振動ビーム１９２が振動することになる。

図２３（ｂ）では、前記第１の駆動系２０４のみが「近接した」状態であるため、当該振動ビーム１９２は第１の電極構造要素１９９（駆動電極）により振動する。該振動の振幅が最大となるモードは当該振動ビーム１９２の１次の共振モードである。同図（ｃ）では、前記第２の駆動系２０５のみが「近接した」状態であるため、当該振動ビーム１９２は、第２−１の電極構造要素２００（駆動電極）と第２−２の電極構造要素２０１（駆動電極）とにより振動する。該振動の振幅が最大となるモードは当該振動ビーム１９２の２次の共振モードである。また、同図（ｄ）では、前記第１の駆動系２０４と前記第２の駆動系２０５とが共に「近接した」状態であるため、当該振動ビーム１９２は第１の電極構造要素１９９（駆動電極）と、第２−１の電極構造要素２００（駆動電極）と第２−２の電極構造要素２０１（駆動電極）とにより振動する。該振動の振幅が最大となるモードは当該振動ビームの３次の共振モードである。すなわち、図２３の構成では、駆動系２０４、２０５の位置により、振幅が最大となる周波数を電気的に変化させることが可能である。

なお、図２３では、電極構造要素１９９、２００、２０１（駆動電極）などの配置される位置の一例が示されているに過ぎず、これらの配置位置には限らない。本段落では配置位置の変形例について記載する。
（１）例えば、第１の電極構造要素１９９を振動ビーム１９２の左端から１／３の位置に、第２−１の電極構造要素２００を振動ビームの右端から１／３の位置に配置する（かかる構成では電極構造要素２０１は配置しない）ことにより、振動ビーム１９２の振動の振幅が最大となるモードを２次の共振モードにすることができる。
（２）例えば、第１の電極構造要素１９９を分離して２個の電極（便宜上、「第１−１の電極」と「第１−２の電極」とする）とし、前記第２−１の電極構造要素２００（駆動電極）と前記第２−２の電極構造要素２０１（駆動電極）との配置の関係を、振動ビーム１９２に沿った両側に左側から順に、
「第１−１の電極、第２−１の電極、第１−２の電極、第２−２の電極」
となるようにする。かかる構成では、振動ビーム１９２の振動の振幅が最大となるモードを４次の共振モードにすることができる。上記した例のように、分離された電極構造要素の個数や、振動ビームとの相対的な配置位置を設定することにより、周波数の変化範囲を大幅に増大させることが可能である。図２３には、図示した３個の電極構造要素１９９、２００、２０１のセットにより、異なる共振モードで当該振動ビーム１９２を振動させることが示されたが、本実施例は同図の構成に限らず、多くの構成にも適用される。

なお、振動ビーム１９２には１次の共振モード以外にも高次の共振モードが存在し、かつ、高次の共振モードの大きさは前記した電極構造要素の配置により変化する。例えば、図２３（ｂ）と（ｃ）では、１次のモードでの振幅に対する高次（例えば２次）のモードでの振幅の比は異なる。一般に高次のモードでの振幅は小さいが、高次のモードでの振幅が比較的大きい場合には、該モードを利用することも可能である。

実施例１９では、単一の振動ビーム１９２に対して、１組の駆動系（第１の駆動系２０４及び第２の駆動系２０５）（駆動電極を含む）を配置し、これらの移動を制御することにより、共振周波数を変化できることが示された。

＜ＭＥＭＳ共振器の構成−４＞
図２４は本発明の実施例２０であり、ＭＥＭＳ共振器の他の構成を示している。本実施例においては、前記振動構造要素が単一ではなく、それぞれ長さが異なる２個の振動構造要素（ここでは「第１の振動構造要素」と「第２の振動構造要素」と称する）に分離されていることが特徴である。すなわち、前記振動構造要素は、振動ビームが長さの異なる２本（第１の振動構造要素（第１の振動ビーム２１２）と、第２の振動構造要素（第２の振動ビーム２１３）である）で構成され、それぞれが個別に振動する構成になっている。また、当該２個の振動ビーム２１２、２１３は共通の基台で固定されているが、この限りではない。同図において、第１の駆動系２１０は、スライダに連結した第１の電極構造要素２１５（駆動電極）と静電アクチュエータなどからなるスライド機構を有している。第２の駆動系２１１は、スライダに連結した第２の電極構造要素２１６（駆動電極）と静電アクチュエータなどからなるスライド機構を有している。これらのスライド機構は個別に制御されている。同図（ａ）は当該駆動系２１０、２１１が「離れた」状態であり、第１の駆動系２１０のみが「近接した」状態を同図（ｂ）に、第２の駆動系２１１のみが「近接した」状態を同図（ｃ）に、それぞれ、示す。また、直流バイアスが重畳された高周波信号などは省略されている。同図（ａ）では、第１の駆動系２１０と第２の駆動系２１１とが共に「離れた」状態にあるため、当該２個の振動ビームは振動しないことになる。同図（ｂ）では「近接した」第１の駆動系２１０に連結している第１の電極構造要素２１５が、前記「第１の振動構造要素」である第１の振動ビーム２１２を振動させる。同図（ｃ）では「近接した」第２の駆動系２１１に連結している第２の電極構造要素２１６が、前記「第２の振動構造要素」である第２の振動ビーム２１３を振動させる。当該振動ビーム２１２、２１３を、それぞれ異なった振動特性を有するように設定しておくと、同図（ｂ）と（ｃ）とでは、異なった周波数特性を得ることができる。なお、「異なった振動特性」を実現するために、同図では「長さが異なった振動ビーム」構成を採用しているが、この限りではない。例えば、同じ長さでもビームの厚さや幅を変えることもある。

図２４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、それぞれ、同図のＭＥＭＳ共振器の電気的な等価回路である。同図（ｄ）は同図（ａ）と、同図（ｅ）は同図（ｂ）と、また、同図（ｆ）は同図（ｃ）と、それぞれ対応している。２つの異なる電気的な共振回路が切り替えられることが示されている。なお、同図（ｄ）では、当該ＭＥＭＳ共振器が動作しておらず、共振回路系が切り離されている状態である。従来の周波数切換え回路は、２つの異なる周波数特性を有する共振回路系を、半導体スイッチなどの回路素子で切り替えていた。しかしながら、かかる構成では、半導体スイッチのＯＮ時の特性（例えば、ＯＮ抵抗）やＯＦＦ時の特性（例えば、絶縁インピーダンス）が、当該切換え回路の特性を劣化させることが知られている。特に、高周波回路になると、当該半導体スイッチの特性も劣化するため、当該共振回路系の特性も劣化する。しかしながら、同図の構成では、２つの異なる周波数特性を有する振動系を、電極構造要素２１５、２１６の「離れた」状態と「近接した」状態とで切り替えているので、前記半導体スイッチに起因する特性劣化を防止できる。

図２４では、当該駆動系２１０、２１１の移動を個別に制御することにより、２本の振動ビーム２１２、２１３のいずれかを振動させて異なる周波数特性を得ると共に、当該共振器系を切り離すこともできることが特徴である。

＜ＭＥＭＳ共振器の構成−５＞
図２５は本発明の実施例２１であり、ＭＥＭＳ共振器の他の構成、すなわち、ディスク型（円板形状）の共振器が示されている。同図において、図７と同一番号は同一構成要素を示している。図において、スライダ２２０は電極構造要素２２１（駆動電極）と連結されている。当該スライダ２２０は静電アクチュエータなどにより、図面の上下方向に動くことができる。また、ディスク２２２は振動することができるものであり、その形状は円形で、かつ、その中央部は基台部２２３で固定されている。当該ディスク２２２は、当該基台部２２３の領域を除き、浮上している。かかる構造は前記した製造プロセスと同様なプロセスで作成することができる。同図（ａ）は電極構造要素２２１とディスク２２２とが「離れた」状態を示しており、当該ＭＥＭＳ共振器を作成した直後の状態である。固定された櫛型電極３８などにより、スライダ２２０は指定された方向（図では上向きの矢印で示す）に移動し、「近接した」状態が同図（ｂ）に示されている。かかる状態では、電極構造要素２２１に印加された高周波信号により、当該ディスク２２２が振動する。なお、電極構造要素２２１の当該ディスク２２２に対向する面は曲面であり、同図（ｂ）の状態で、当該ディスクとの間の距離が等しくなるような曲率を有していることが好ましいが、この限りではない。

図２５では円板形状の「ディスク」型共振器が記載された。当該ディスク２２２の形状は円板形状に限らず、多角形の平板形状であっても良い。また、ディスク型共振器と類似した「リング型」共振器への適用であっても良い。当該「リング型」は、（１）同心円状のリング（ドーナッツと類似した形状）と、（２）該リングの直径方向に配置された、少なくとも２本から成る支持ビームと、（３）リング中央領域に配置され、該支持ビームが交差する領域を固定する基台部と、（４）該ビームを振動させる駆動電極としての電極構造要素、とから構成されている。かかる構成では、当該リングが振動構造要素の振動する領域となる。

図２５に例示したように、本発明によれば、電極構造要素２２１と振動できるディスク２２２とを「離れた」状態で作成し、外部からの制御手段により「近接した」状態とし、当該電極構造要素２２１への高周波信号により当該ディスク２２２を振動させることができる。

＜ＭＥＭＳ共振器の構成−６＞
図２６は本発明の実施例２２であり、ＭＥＭＳ共振器の他の構成、すなわち、ディスク型（円板形状）の共振器が示されている。同図において、図２５と同一番号は同一構成要素を示している。本実施例では、第１の駆動系２３０と第２の駆動系２３１とが、当該ディスク２２２の周辺に対向して配置されている。当該第１の駆動系２３０は、第１のスライダ２３２、これと連結した第１の電極構造要素２３３、固定された櫛型電極を有する静電アクチュエータなどから構成されている。当該第２の駆動系２３１は、第２のスライダ２３４、これと連結した第２の電極構造要素２３５、固定された櫛型電極を有する静電アクチュエータなどから構成されている。同図（ａ）は第１の電極構造要素２３３と第２の電極構造要素２３５が、当該ディスク２２２から「離れた」状態を示しており、当該ＭＥＭＳ共振器を作成した直後の状態である。固定された櫛型電極などにより、当該第１のスライダ２３２が指定された第１の方向（図では上向きの矢印で示す方向である）へ移動し、かつ、前記第２のスライダ２３４が指定された第２の方向（図では下向きの矢印で示す方向である）へ移動し、共に「近接した」状態が同図（ｂ）に示されている。かかる状態では、前記第１の電極構造要素２３３と前記第２の電極構造要素２３５とに印加された高周波信号により、当該ディスクが振動する。なお、当該第１の電極構造要素２３３と当該第２の電極構造要素２３５が当該ディスクに対向する面は共に曲面であり、同図（ｂ）の状態で、当該ディスクとの間の距離が等しくなるような曲率を有していることが好ましいが、この限りではない。

図２６の構成では、図２５に例示した構成とは異なった振動特性を有している。ディスク型のＭＥＭＳ共振器の振動モードは多種あることが周知である。例えば、（１）ディスク２２２の径方向にディスク２２２全体が伸縮するモード、（２）ディスク２２２の径の第１の方向に伸び、該第１の方向と直交する第２の方向に縮むモード、（３）ディスク２２２が歪んで楕円形になるようなモードなどである。図２６では、前記ディスク２２２を挟んで、前記第１の電極構造要素２３３と前記第２の電極構造要素２３５とが正対する場合が例示されており、かかる構成では、上記の（２）や（３）などが主要な振動モードとなる。また、当該第２の電極構造要素２３５を、当該第１の電極構造要素２３３に正対しない位置に配置（例えば、第１の電極構造要素２３３を時計の６時方向に、第２の電極構造要素２３５を時計の３時方向に配置）することにより、ディスク２２２の振動モードを選択することが可能となる。この結果、電気的な周波数特性を可変にすることが可能となる。さらに、電極構造要素を２個以上配置し、それぞれの配置される位置を設定することにより、多くの振動モードの選択が可能となる。その一例としては、当該ディスクの周辺に４個の電極構造要素を設け、それぞれの当該電極構造要素を、時計の１２時、３時、６時、９時方向の位置に配置することが挙げられる。

図２６のディスク２２２の代替として、前記した「リング型」共振器のリングを用いることも可能である。

＜ＭＥＭＳ共振器の構成−７＞
図２７は本発明の実施例２３であり、ＭＥＭＳ共振器の他の構成、すなわち、八角形のディスク型共振器が示されている。同図において、ディスク２７０は八角形のディスクであり、４隅がビーム２７１を介して基台部２７２へ接続されている。また、ディスク２７０とビーム２７１は浮上しており、ディスク２７０が振動できるように配置されている。当該ディスク２７０の端部にはスライダ２７３に連結された電極構造要素２７４が対向配置されている。同図では、上下（図面上）２ヶ所に当該電極構造要素２７４が配置されている例が示されているが、これに限ることはない。すなわち、単一の電極構造要素２７４が配置された構造、４ヶ所に電極構造要素２７４が配置された構造などもある。スライダ２７３は両端がビーム２７５で支えられ、基台部２７６へ接続されている。また、電極２７７は、スライダに対向して配置された１組の電極である。当該電極２７７とスライダ２７３との間に、直流電圧（図示せず）を印加することにより、スライダ２７３はディスク２７０に向かって移動し、当該電極２７７に接触することにより、当該移動が停止する。すなわち、前記した「指定された第２の距離」まで、スライダ２７３がディスク２７０に近接して配置されることになる。

なお、本明細書では、ビーム型とディスク型（円板形状と八角形）、および、リング型のＭＥＭＳ共振器を例として挙げているが、当該ＭＥＭＳ共振器にはこれら以外にも多くの形態がある。例えば、「魚の骨型」や、「隣接して配置された複数のＭＥＭＳ共振器の振動領域を機械的に結合させた連結型共振器」などがある。これらの多くの形態に対しても、本発明を実施することが可能である。

本発明によれば、２つの電極構造要素を近接配置することが容易に可能となり、ＭＥＭＳデバイスに適用した場合の効果は大きい。特に、ＭＥＭＳ共振器に適用した場合には、高周波化が容易で、かつ、周波数可変機構も備えることが可能となる。さらに、当該ＭＥＭＳ共振器は、シリコン半導体技術を用いて作成されるので、駆動回路や信号処理回路とのワンチップ集積化が可能であり、半導体集積回路の高度化にも有効である。かかる機能は、可搬型機器、特に、携帯型通信機などの高機能化に寄与できる。また、コグニティブ通信に代表される多周波数通信では、機器の小型化、低消費電力化が促進され、ユビキタス環境の構築に利用できる。

１、３６、２４１、２７１、２７５ ビーム
２ 単結晶シリコン基板
３ 駆動電極
４、４５、９０、９１、２４７、２５６ 直流電圧
５、７２、７３ ギャップ
６ ディンプル
１０ 構造要素
１１、１４、１５、４０ 絶縁層
１２、３２、１６２、１９６、１９９、２００、２０１、２１５、２１６、２２１、２３３、２３５、２７４ 電極構造要素
１３、３３ 振動構造要素
２０、３５、１５０、１６１、１９５、１９８、２２０、２３２、２３４、２４０、２６０、２７３ スライダ
２１、２５、３７、４１、８２、８３、１９３、１９４、２２３、２４２、２７２、２７６ 基台部
２２、１１０、１２０、１３５、１４０、１５１ 突起
２６ 基礎母台
３０、３１、５０、５６、６０、６２、８４、８５、１１１、１２１、１５３、１５４、１６４、１６５、１７０、１７１、２４５、２４６ 線分
３８、７０、７１、１９７ 櫛型電極
３９、４６、５２、５４、６４、９２、９３ 矢印
５１ 導電路
５３ 磁界
６１ 超音波振動機構
８０、１６０ ＭＥＭＳ共振器
８１、１６３、１９２、２１２、２１３ 振動ビーム
８７、２４９ 直流バイアス
８８、２４８、２５５ 高周波信号
１００、１６６、１６７、１６８、１７４ 基板層
１０１、１７５、１７８ デバイス層
１０２ 酸化膜層
１０３、１０５、１８１、１８２、１８３ マスク層
１０４、１０６、１０７、１０８、１０９、１８６、１８７、１８８、２６１ 領域
１３０ 突起母体
１３１、１３３ 先端部
１３２、１３４ 酸化シリコン層
１５２ ストッパ受け
１７２ 溝
１７６、１７７ プラグ
１９０、２０４、２０５、２１０、２１１、２３０、２３１ 駆動系
１９１ 検出系
２２２、２７０ ディスク
２４３、２７７ 電極
２６２ 凸部
２６３ 凹部

Claims (3)

1. ＭＥＭＳデバイスの１形態であるＭＥＭＳ共振器であって、
   スライダと、
   前記スライダに連結した電極構造要素と、
   前記電極構造要素とは第１の距離を介して対向して配置され、機械振動する振動構造要素とから構成され、
   前記スライダは、指定された方向へ前記スライダをスライドさせるスライド機構を有し、
   前記振動構造要素および前記電極構造要素は、単結晶シリコン層を含む積層構造であり、
   前記スライド機構による前記スライダの移動量が、前記第１の距離よりも短い、指定された第２の距離で決定される共振器において、
   前記スライダと設定距離を介して対向する電極を設け、
   前記設定距離は、前記第１の距離と前記第２の距離との差であり、
   前記スライダと前記電極とには、互いに係合する凹部と凸部とを形成し、この凹部と凸部は先細りとなる略三角形状であり、
   前記凹部と前記凸部とが係合するまで前記スライダを移動させることで、前記電極構造要素と前記振動構造要素との距離が前記第２の距離となる
   ことを特徴とするＭＥＭＳ共振器。
2. 前記スライダは、シリコンを含む材料で構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ共振器。
3. 前記スライド機構はシリコンを含む材料で構成され、
   静電気力を含む駆動力で前記スライダが移動する
   ことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のＭＥＭＳ共振器。

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