(57)【要約】【課題】  外部から衝撃等が加わっても容量値を保持することができる可変容量素子を提供する。【解決手段】  可変容量素子１を、第１，第２の基板２，３に挟まれた機能層４を用いて形成する。機能層４には、支持部５、可動部６および支持梁７を形成する。このとき、可動部６は、第１の基板２に設けた信号電極９と対向すると共に、第２の基板３に設けた駆動電極１０と対向する。また、第２の基板３から突出した梁押付け部１２は、支持梁７の中間受け部８を第１の基板２に向けて押付ける。これにより、初期状態では、可動部６を信号電極９に向けて付勢し、可動部６と信号電極９との間に最小の間隔寸法をもった狭ギャップＧ1を形成することができる。【選択図】        図１
2010021252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１，第２の基板に挟まれた支持部と、
支持梁を用いて該支持部に厚さ方向に変位可能に支持された可動部と、
該可動部と対向した位置で前記第１の基板に設けられ、該可動部が接近，離間するときに該可動部との間の静電容量が変化する信号電極と、
前記可動部と対向した位置で前記第１，第２の基板のうちいずれか一方に設けられ、静電力を用いて前記可動部を前記信号電極と接近または離間する方向に駆動する駆動電極とを備えてなる可変容量素子において、
前記第２の基板には、前記支持梁を第１の基板に向けて押付ける梁押付け部を設け、
前記駆動電極による静電力が作用しない初期状態では、前記可動部と前記信号電極との間には最小の間隔寸法をもった狭ギャップが形成され、
前記駆動電極による静電力が作用した駆動状態では、前記可動部と前記信号電極との間には間隔寸法が広がった広ギャップが形成される構成としたことを特徴とする可変容量素子。
【請求項２】
前記可動部には、前記第１の基板に向けて突出したストッパを設ける構成としてなる請求項１に記載の可変容量素子。
【請求項３】
第１，第２の基板に挟まれた支持部と、支持梁を用いて該支持部に厚さ方向に変位可能に支持された可動部と、該可動部と対向した位置で前記第１の基板に設けられ、該可動部が接近，離間するときに該可動部との間の静電容量が変化する信号電極と、前記可動部と対向した位置で前記第１，第２の基板のうちいずれか一方に設けられ、静電力を用いて前記可動部を前記信号電極と接近または離間する方向に駆動する駆動電極とを備えてなる可変容量素子の製造方法であって、
前記第１の基板に前記信号電極を形成する工程と、
該信号電極を覆って犠牲層を形成する工程と、
該犠牲層を覆って前記可動部、支持梁および支持部を備えた機能層を形成する工程と、
前記犠牲層を除去して前記信号電極と可動部との間に隙間を形成する工程と、
前記第２の基板から突出した梁押付け部を前記支持梁に押付けた状態で前記第２の基板を前記支持部に取付ける工程とを備える構成としている可変容量素子の製造方法。
【請求項４】
前記犠牲層には前記信号電極の周囲に位置して厚さ方向に貫通したストッパ形成孔を設け、
前記機能層を形成したときには、該ストッパ形成孔を用いて前記可動部から第１の基板に向けて突出したストッパを形成する構成としてなる請求項３に記載の可変容量素子の製造方法。
【請求項５】
前記犠牲層は、前記支持梁と対応した部位が厚さ寸法の大きい厚肉部となり、前記可動部と対応した部位が厚さ寸法の小さい薄肉部となった段付き形状に形成してなる請求項３または４に記載の可変容量素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば静電容量を変化させることにより高周波信号等に対してスイッチ動作を行う可変容量型スイッチ、または可変容量コンデンサ等として好適に用いられる可変容量素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、可変容量素子は、例えば可変容量型スイッチ、可変容量コンデンサ等として用いられている。このような可変容量素子は、基板上に厚さ方向に変位可能な可動部を設け、基板には可動部と対向した位置に信号電極と駆動電極を設ける構成となっている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
ここで、特許文献１，２に記載された可変容量素子では、信号電極および駆動電極の上に犠牲層を形成した後に、該犠牲層を覆って可動部を形成する。その後、犠牲層をエッチング等によって除去することによって、可動部を中空構造に解放して、可動部と信号電極等との間に空間を形成している。このため、駆動電極による静電力が作用しない初期状態では、可動部と信号電極との間に間隔寸法が最大となった広い隙間が形成される。一方、駆動電極による静電力が作用した駆動状態では、可動部が信号電極に近付き、可動部と信号電極との間の隙間が小さくなる。これにより、可変容量素子は、駆動電極に直流バイアス電圧を印加するか否かに応じて、可動部と信号電極との間の静電容量が変化する構成となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２４０６３号公報
【特許文献２】特表２００６−５０３７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した特許文献１，２に記載された可変容量素子では、信号電極と可動部が最も離間した最小容量状態では、可動部は支持梁のばね力によって中空状態に保持されている。このため、外部からの衝撃等が可変容量素子に作用したときには、可動部は容易に変位してしまい、容量値が変化するという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１，２に記載された可変容量素子では、基板上に信号電極、犠牲層、可動部の順序で形成した後に、犠牲層を除去する構成となっている。このとき、信号電極と可動部との間には短絡防止用のストッパを形成する必要があるものの、可動部の形成後にストッパをパターニングすることは困難である。このため、従来技術では、信号電極と可動部との間の短絡を防止するために、信号電極の表面全体を絶縁膜によって覆っている。しかし、このように信号電極全体を絶縁膜によって覆うと、スイッチング（可動部の接近、離間）の繰返しによって絶縁膜が帯電し、信号電極と可動部とがスティッキングするという問題がある。
【０００７】
また、従来技術では信号電極と駆動電極が両方とも基板に設けられている。このとき、可動部は駆動電極との間に作用する静電引力によって信号電極に向けて変位するから、犠牲層の厚さ寸法を可動部と信号電極との間の最大間隔に合わせて成膜する必要がある。
【０００８】
一般に、犠牲層が厚くなるに従って、下層の信号電極の凹凸と、その上に形成する犠牲層の凹凸は一致しなくなる。即ち、犠牲層上に形成する可動部の凹凸と、可動部と対向する信号電極の凹凸が一致しなくなり、可動部と信号電極との間には設計値よりも大きな隙間（エアギャップ）が形成される。このため、可動部が信号電極に最接近した状態でも、設計通りの最大容量値が得られなくなり、容量変化の比率が小さくなるという問題がある。
【０００９】
また、犠牲層が厚くなるに従って、犠牲層が可動部に与える応力が強くなる。この結果、犠牲層を除去した後に可動部に大きな反りが生じ、このような反りによっても可動部と信号電極との間の間隔寸法が変化し、所望の最大容量値が得られない虞れがある。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、外部から衝撃等が加わっても容量値を保持することができる可変容量素子およびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、最大容量値を高精度に設定することができる可変容量素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために請求項１の発明は、第１，第２の基板に挟まれた支持部と、支持梁を用いて該支持部に厚さ方向に変位可能に支持された可動部と、該可動部と対向した位置で前記第１の基板に設けられ、該可動部が接近，離間するときに該可動部との間の静電容量が変化する信号電極と、前記可動部と対向した位置で前記第１，第２の基板のうちいずれか一方に設けられ、静電力を用いて前記可動部を前記信号電極と接近または離間する方向に駆動する駆動電極とを備えてなる可変容量素子において、前記第２の基板には、前記支持梁を第１の基板に向けて押付ける梁押付け部を設け、前記駆動電極による静電力が作用しない初期状態では、前記可動部と前記信号電極との間には最小の間隔寸法をもった狭ギャップが形成され、前記駆動電極による静電力が作用した駆動状態では、前記可動部と前記信号電極との間には間隔寸法が広がった広ギャップが形成される構成としたことを特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明では、前記可動部には、前記第１の基板に向けて突出したストッパを設ける構成としている。
【００１４】
請求項３の発明は、第１，第２の基板に挟まれた支持部と、支持梁を用いて該支持部に厚さ方向に変位可能に支持された可動部と、該可動部と対向した位置で前記第１の基板に設けられ、該可動部が接近，離間するときに該可動部との間の静電容量が変化する信号電極と、前記可動部と対向した位置で前記第１，第２の基板のうちいずれか一方に設けられ、静電力を用いて前記可動部を前記信号電極と接近または離間する方向に駆動する駆動電極とを備えてなる可変容量素子の製造方法であって、前記第１の基板に前記信号電極を形成する工程と、該信号電極を覆って犠牲層を形成する工程と、該犠牲層を覆って前記可動部、支持梁および支持部を備えた機能層を形成する工程と、前記犠牲層を除去して前記信号電極と可動部との間に隙間を形成する工程と、前記第２の基板から突出した梁押付け部を前記支持梁に押付けた状態で前記第２の基板を前記支持部に取付ける工程とを備える構成としている。
【００１５】
請求項４の発明では、前記犠牲層には前記信号電極の周囲に位置して厚さ方向に貫通したストッパ形成孔を設け、前記機能層を形成したときには、該ストッパ形成孔を用いて前記可動部から第１の基板に向けて突出したストッパを形成する構成としている。
【００１６】
請求項５の発明では、前記犠牲層は、前記支持梁と対応した部位が厚さ寸法の大きい厚肉部となり、前記可動部と対応した部位が厚さ寸法の小さい薄肉部となった段付き形状に形成している。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、第２の基板には支持梁を第１の基板に向けて押付ける梁押付け部を設けたから、駆動電極による静電力が作用しない初期状態では、可動部を信号電極に向けて押付けることができる。このため、初期状態では、可動部と信号電極との間に最小の間隔寸法をもった狭ギャップを形成することができる。また、駆動電極による静電力が作用した駆動状態では、駆動電極による静電力によって可動部を信号電極から離す。このため、駆動状態では、可動部と信号電極との間には間隔寸法が広がった広ギャップを形成することができる。
【００１８】
また、初期状態では梁押付け部によって可動部を信号電極に近付く方向に付勢し、駆動状態では静電力によって可動部を信号電極から遠ざかる方向に付勢することができる。この結果、初期状態と駆動状態のいずれの状態でも、外部からの衝撃が加わったときに、可動部の変位を抑制することができ、初期状態の最大容量値および駆動状態の最小容量値を保持することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、可動部には第１の基板に向けて突出したストッパを設ける構成としたから、梁押付け部によって可動部を信号電極に向けて押付けたときには、ストッパを第１の基板に当接させることによって可動部と信号電極との間に最小の間隔寸法をもった狭ギャップを形成することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、犠牲層を除去して信号電極と可動部との間に隙間を形成する工程を備えるから、犠牲層の厚さ寸法によって信号電極と可動部とが最接近したときの狭ギャップの間隔寸法を設定することができる。このため、犠牲層の厚さ寸法を小さくすることができるから、可動部と信号電極の凹凸を一致させることができる。また、犠牲層が可動部に与える応力が弱くなるから、犠牲層の除去後でも可動部に大きな反りが生じなくなる。この結果、信号電極と可動部とが最接近したときの狭ギャップの間隔寸法を正確に設定することができ、最大容量値を高精度に設定することができる。
【００２１】
また、第２の基板から突出した梁押付け部を支持梁に押付けた状態で第２の基板を支持部に取付ける工程を備えるから、駆動電極による静電力が作用しない初期状態では、可動部を信号電極に向けて押付けることができる。このため、初期状態では、可動部と信号電極との間に最小の間隔寸法をもった狭ギャップを形成することができる。また、駆動電極による静電力が作用した駆動状態では、駆動電極による静電力によって可動部を信号電極から離す。このため、駆動状態では、可動部と信号電極との間には間隔寸法が広がった広ギャップを形成することができる。
【００２２】
また、初期状態では梁押付け部によって可動部を信号電極に近付く方向に付勢し、駆動状態では静電力によって可動部を信号電極から遠ざかる方向に付勢することができる。この結果、初期状態と駆動状態のいずれの状態でも、外部からの衝撃が加わったときに、可動部の変位を抑制することができ、初期状態の最大容量値および駆動状態の最小容量値を保持することができる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、犠牲層には信号電極の周囲に位置して厚さ方向に貫通したストッパ形成孔を設け、機能層を形成したときには、該ストッパ形成孔を用いて可動部から第１の基板に向けて突出したストッパを形成する構成としている。このとき、ストッパの突出寸法は犠牲層の厚さ寸法と一致する。このため、梁押付け部によって可動部を信号電極に向けて押付けたときには、ストッパが第１の基板に当接して、可動部と信号電極との間に犠牲層の厚さ寸法と同じ間隔寸法をもった狭ギャップを形成することができる。
【００２４】
請求項５の発明によれば、犠牲層は支持梁と対応した部位が厚さ寸法の大きい厚肉部となり、可動部と対応した部位が厚さ寸法の小さい薄肉部となった段付き形状に形成している。このため、犠牲層の薄肉部に形成される可動部は厚さ寸法が大きくなるのに対して、犠牲層の厚肉部に形成される支持梁は厚さ寸法が小さくなる。このため、支持梁のばね定数を小さくすることができるから、可動部は小さな静電力によって容易に変位させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態による可変容量素子を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図中、可変容量素子１は、第１，第２の基板２，３と、これらの基板２，３に挟まれた機能層４とによって形成されている。ここで、基板２，３は、例えば絶縁性を有するガラス材料等からなり、数ミリ程度の大きさの四角形状に形成されている。そして、基板２，３の間には、後述の可動部６を収容する空間が画成されている。
【００２７】
また、基板２，３および機能層４は、互いに直交する３軸方向をＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸としたときに、例えばＸ軸およびＹ軸に沿って水平方向に延びている。さらに、第２の基板３の裏面側には、複数の凹陥部３Ａが形成されると共に、凹陥部３Ａの間には裏面から機能層４に向けて突出した突出部３Ｂ，３Ｃが形成されている。このとき、突出部３Ｂは、後述する可動部６と対向した位置に配置されると共に、突出部３Ｃは、後述する支持梁７の途中部位と対向した位置に配置されている。
【００２８】
一方、機能層４は、例えば銅（Cu）等の導電性金属材料を用いて形成されている。そして、機能層４には、後述する支持部５、可動部６、支持梁７が形成されている。
【００２９】
支持部５は、機能層４に形成され、第１，第２の基板２，３に固定されている。この支持部５は、例えば基板２，３の周縁に沿って延びる四角形の枠状に形成され、可動部６、支持梁７等を取囲んでいる。ここで、支持部５の内側には、可動部６を挟んでＸ軸方向の両側に位置する２つの梁連結部５Ａが設けられている。そして、支持部５は、数μｍ〜数十μｍ程度（例えば１０μｍ）の厚さ寸法を有し、後述する封止枠１１と一緒に基板２，３の間に可動部６を収容する空間を保持している。
【００３０】
可動部６は、機能層４に形成され、後述の支持梁７を用いて支持部５に支持されている。この可動部６は、基板２，３の中央側に位置して基板３の突出部３Ｂと対向して配置され、厚さ方向（Ｚ軸方向）に変位可能な状態となっている。ここで、可動部６は、例えば四角形の平板状に形成され、支持部５と同程度の厚さ寸法を有している。但し、可動部６がＺ軸方向に対して支持部５と同じ位置に配置されたときには、可動部６と第１の基板２との間には、後述の狭ギャップＧ1が形成される。このため、可動部６の厚さ寸法は、狭ギャップＧ1の間隔寸法（例えば０．１〜０．２μｍ程度）の分だけ支持部５よりも薄くなっている。
【００３１】
そして、可動部６は、後述する駆動電極１０との間に発生する静電力（静電引力）によって垂直方向（Ｚ軸方向）に変位し、第１の基板２に対して近接，離間する。このため、可動部６は、駆動電極１０との間に電圧を印加していないときには、後述の支持梁７によって基板２と近接した位置に保持されている。
【００３２】
なお、可動部６には、周囲の気体による抵抗を低減するために、厚さ方向に貫通した複数の貫通孔を設ける構成としてもよい。
【００３３】
支持梁７は、可動部６を垂直方向に変位可能に支持し、可動部６と支持部５との間に例えば４本設けられている。これらの支持梁７は、例えばクランク状に屈曲した梁として形成され、基板２，３の間に位置して水平方向に延びると共に、これらの基板２，３から垂直方向（厚さ方向）に離間している。
【００３４】
また、各支持梁７は、基端側が支持部５の梁連結部５Ａに連結され、先端側が可動部６の四隅にそれぞれ連結されている。そして、支持梁７は、図４に示すように、可動部６が基板３に向けて変位するときに、垂直方向に撓み変形するものである。
【００３５】
さらに、支持梁７は、支持部５および可動部６よりも小さい厚さ寸法（例えば数μｍ程度）を有している。これにより、支持梁７は、垂直方向に向けて容易に変形できる構成となっている。
【００３６】
中間受け部８は、支持梁７のうちＸ軸方向の中間位置に設けられ、Ｙ軸方向に離間した２本の支持梁７を連結している。そして、中間受け部８は、例えば略四角形の平板状に形成され、後述の梁押付け部１２に接触する。これにより、中間受け部８は、梁押付け部１２によって第１の基板２に向けて押付けられている。
【００３７】
信号電極９は、可動部６と対向する位置で第１の基板２の表面側に例えば２個設けられている。これらの信号電極９は、図１、図２に示すように、例えば導電性の金属薄膜によって形成されている。また、２つの信号電極９は、Ｘ軸方向に沿って並んで配置されると共に、互いに離間している。さらに、これらの信号電極９は、ほぼ全面に亘って可動部６と対面すると共に、後述の信号用引出電極１５に接続されている。そして、信号電極９には、例えば数百ｋＨｚ〜数十ＧＨｚ程度の高周波信号が入力されるものである。
【００３８】
この場合、左側（Ｘ軸方向一側）の信号電極９と可動部６との間、および右側（Ｘ軸方向他側）の信号電極９と可動部６との間には、可動部６を介して直列に接続された２つのコンデンサ（エアギャップコンデンサ）が形成されている。そして、これらのコンデンサ全体の静電容量、即ち左，右の信号電極９間の静電容量は、信号電極９と可動部６との間の距離（間隔寸法）に応じて変化する構成となっている。
【００３９】
駆動電極１０は、可動部６と対向する位置で第２の基板３の裏面側に例えば２個設けられている。これらの駆動電極１０は、例えば導電性の金属薄膜によって形成され、ほぼ全面に亘って可動部６と対面すると共に、突出部３Ｂを挟んでＸ軸方向の両側に配置されている。ここで、２つの駆動電極１０は、接続部１０Ａを用いて互いに電気的に接続されると共に、後述の駆動用引出電極１７に接続されている。
【００４０】
また、駆動電極１０は、可動部６と垂直方向（Ｚ軸方向）の間隔をもって対向している。そして、これらの駆動電極１０と可動部６との間に電圧を印加することによって、可動部６を基板３に向けて引付ける垂直方向の静電力（静電引力）が発生し、この静電力によって可動部６が基板２から離れる方向に駆動するものである。
【００４１】
即ち、駆動電極１０と可動部６との間に電圧を印加しない初期状態では、可動部６は、支持梁７によって基板２と近接した位置に保持され、可動部６と信号電極９との間には間隔寸法の小さい狭ギャップＧ1が形成される。
【００４２】
一方、駆動電極１０と可動部６との間に電圧を印加した駆動状態では、これらの間に静電力が作用することにより、可動部６が駆動電極１０に引付けられる。この結果、可動部６は、図４に示すように、後述のストッパ１４に当接する位置まで垂直方向に変位し、基板２から離間した位置に保持される。このとき、可動部６と信号電極９との間には間隔寸法の大きい広ギャップＧ2が形成される。
【００４３】
そして、可変容量素子１は、可動部６の位置に応じて信号電極９と可動部６との電極間距離が変化することにより、信号電極９と可動部６との間の静電容量値が選択的に切換わるものである。
【００４４】
封止枠１１は、機能層４と第２の基板３との間に配置され、第２の基板３の外周縁に沿って略四角形の枠形状に形成されている。ここで、封止枠１１は、例えば金（Au）を含む合金または金等の導電性の金属材料を用いて形成され、基板３と支持部５とにそれぞれ接合されている。これにより、封止枠１１は、第１，第２の基板２，３間に可動部６を収容する収容空間を画成すると共に、この収容空間を気密状態に封止している。
【００４５】
また、封止枠１１は、基板３の裏面に設けた金属膜からなる基板側封止部１１Ａと、機能層４の表面に設けた金属膜からなる機能層側封止部１１Ｂとを接合することによって形成されている。そして、封止枠１１の厚さ寸法は、駆動電極１０よりも大きな値に設定されている。また、封止枠１１は、基板３の外周側に位置する凹陥部３Ａに接合されている。これにより、封止枠１１が基板３と支持部５との間に挟持された状態でも、可動部６と駆動電極１０との間には隙間が形成されるものである。
【００４６】
梁押付け部１２は、第２の基板３の裏面側に配置されると共に、Ｘ軸方向で離間した２つの突出部３Ｃにそれぞれ設けられている。これらの梁押付け部１２は、例えば封止枠１１と同様な導電性の金属材料によって形成され、機能層４に向けて突出している。ここで、梁押付け部１２は、機能層４の中間受け部８と対向した位置に配置されている。
【００４７】
また、梁押付け部１２は、基板３の裏面に設けた金属膜からなる基板側梁押付け部１２Ａと、機能層４の表面に設けた金属膜からなる機能層側梁押付け部１２Ｂとによって構成されている。そして、梁押付け部１２は、封止枠１１と同程度の厚さ寸法（突出寸法）を有している。このため、梁押付け部１２は、突出部３Ｃの突出寸法だけ封止枠１１よりも機能層４に向けて突出している。即ち、梁押付け部１２の先端は、支持部５と封止枠１１との接合面よりも第１の基板２に近い位置に配置される。この結果、梁押付け部１２は、支持梁７を第１の基板２に向けて押付けるものである。
【００４８】
第１のストッパ１３は、２つの信号電極９の周囲に位置して可動部６の裏面側に複数個設けられている。これらのストッパ１３は、先端面が小面積の突起状をなし、可動部６と同じ導電性金属材料を用いて形成され、可動部６から第１の基板２に向けて突出している。ここで、ストッパ１３の突出寸法は、後述する犠牲層２２の薄肉部２２Ｂの厚さ寸法とほぼ同じ値に設定されている。これにより、ストッパ１３が基板２に当接した初期状態では、信号電極９と可動部６との間には、１μｍ以下（例えば０．１〜０．２μｍ）の小さい間隔寸法をもった狭ギャップＧ1が形成される。
【００４９】
一方、第２のストッパ１４は、２つの駆動電極１０の間に位置して第２の基板３の裏面側に複数個設けられている。これらのストッパ１４も、ストッパ１３と同様に先端面が小面積の突起状をなすと共に、例えば封止枠１１と同様な導電性金属材料を用いて形成され、可動部６に向けて突出している。
【００５０】
ここで、ストッパ１４は、駆動電極１０と絶縁した状態で基板３の突起部３Ｂに設けられている。また、ストッパ１４の突出寸法は、例えば駆動電極１０の厚さ寸法のほぼ同じ値に設定されている。このため、ストッパ１４は、突出部３Ｂの突出寸法だけ駆動電極１０よりも可動部６に向けて突出している。これにより、ストッパ１４は、可動部６が基板３に向けて変位したときに、駆動電極１０よりも先に可動部６に接触し、可動部６が駆動電極１０に短絡するのを防止している。
【００５１】
さらに、ストッパ１４の突出寸法は、梁押付け部１２の突出寸法よりも小さい値に設定されている。このため、可動部６が基板２側に位置した初期状態では、梁押付け部１２は中間受け部８に接触するのに対して、ストッパ１４と可動部６との間には隙間が形成されるものである。
【００５２】
そして、可動部６と駆動電極１０との間に電圧を印加しない初期状態では、ストッパ１３は基板２に当接し、ストッパ１４は可動部６から離間する。このとき、ストッパ１３は、可動部６と信号電極９とが接触しないように、これらの間に所定寸法の間隔を保持する。
【００５３】
一方、可動部６と駆動電極１０との間に電圧を印加した駆動状態では、ストッパ１３は基板２から離間し、ストッパ１４は可動部６に当接する。このとき、ストッパ１４は、可動部６と駆動電極１０とが接触しないように、これらの間に所定寸法の間隔を保持する。
【００５４】
信号用引出電極１５は、第１の基板２に設けられ、信号電極９にそれぞれ接続されている。ここで、信号用引出電極１５は、可動部６と対応した位置に配置され、信号電極９に電気的に接続されている。
【００５５】
これらの信号用引出電極１５は、例えばレーザー加工やマイクロブラスト法を用いることによって基板２に厚さ方向に貫通したスルーホールを穿設し、このスルーホール内に銅（Cu）等の導電性金属材料を充填することよって形成されている。そして、２つの信号電極９は、信号用引出電極１５を介して外部の回路等に接続されるものである。
【００５６】
駆動用引出電極１６，１７は、第２の基板３に設けられ、可動部６と駆動電極１０とにそれぞれ接続されている。ここで、駆動用引出電極１６は、支持部５と対応した位置に配置され、支持梁７等を通じて可動部６に電気的に接続されている。一方、駆動用引出電極１７は、可動部６と対応した位置に配置され、駆動電極１０に電気的に接続されている。
【００５７】
これらの駆動用引出電極１６，１７は、信号用引出電極１５と同様に、スルーホールに導電性金属材料を充填することによって形成されている。そして、駆動用引出電極１６，１７は、図４に示すように、可動部６および駆動電極１０を直流の電源１８に接続する。これにより、電源１８は、例えば３Ｖ程度の直流電圧を可動部６と駆動電極１０との間に印加し、これらの間に静電引力を発生させるものである。
【００５８】
次に、図５ないし図１２を参照しつつ、可変容量素子１の製造方法について説明する。
【００５９】
まず、図５に示す第１の基板形成工程では、可変容量素子１の第１の基板２となる絶縁性のガラス基板２１を用意し、このガラス基板２１に対して、例えばスパッタ、蒸着法等を用いることによって、金等の導電性の金属薄膜を形成する。これにより、ガラス基板２１の表面には、可動部６と対応した位置に信号電極９を形成する。
【００６０】
また、ガラス基板２１には、レーザー加工、マイクロブラスト法等を用いてスルーホールを形成した後に、このスルーホール内に銅等の導電性金属材料を例えばメッキ処理によって充填する。これにより、ガラス基板２１には、信号電極９に接続された信号用引出電極１５を形成する。以上の工程によって、信号電極９等を備えた第１の基板２が形成される。
【００６１】
なお、信号用引出電極１５のスルーホールは、レーザー加工、マイクロブラスト法等を用いて形成する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばガラス基板２１を感光性ガラス材料を用いて形成すると共に、この感光性ガラス材料に紫外線等を照射することによってスルーホールを形成してもよい。
【００６２】
次に、図６に示す犠牲層形成工程では、基板２の表面のうち可動部６および支持梁７と対応する位置に例えばチタン（Ti）、酸化シリコン（SiO2）等からなる犠牲層２２を形成する。このとき、犠牲層２２は、支持梁７と対応した部位が厚さ寸法の大きい厚肉部２２Ａとなり、可動部６と対応した部位が厚さ寸法の小さい薄肉部２２Ｂとなった段付き形状に形成されている。このため、厚肉部２２Ａは数μｍ（例えば１〜２μｍ）程度の厚さ寸法を有し、薄肉部２２Ｂは１μｍ以下（例えば０．１〜０．２μｍ）程度の厚さ寸法を有している。
【００６３】
このとき、犠牲層２２は、例えば薄肉部２２Ｂと同じ厚さ寸法をもった第１層目を形成した後、支持梁７と対応した部位に第２層目を積層することによって形成される。また、薄肉部２２Ｂは、信号電極９を全面に亘って覆っている。さらに、犠牲層２２には、信号電極９の周囲に位置して厚さ方向に貫通した複数のストッパ形成孔２３が形成されている。
【００６４】
次に、シード層形成工程では、犠牲層２２を覆って基板２の表面全面に、例えば可動部６等と同じ導電性金属材料（例えば銅）を用いてシード層２４を形成する。このとき、シード層２４は、例えば０．１μｍ以下の薄い金属薄膜によって形成され、メッキ処理を行うときの基礎部分となるものである。
【００６５】
次に、図７に示すメッキモールド形成工程では、シード層２４の表面のうち支持部５、可動部６、支持梁７等を除いた部分にモールド２５を形成する。このとき、モールド２５は、メッキの成長を阻害するモールド材料（例えばフォトレジスト材料）を塗布した後に、所定のパターニングを行うことによって形成する。また、モールド２５は、支持部５等の厚さ寸法（例えば１０μｍ）よりも大きな厚さ寸法（例えば１５〜３０μｍ）を有している。
【００６６】
次に、図８に示すメッキ処理工程では、シード層２４の表面にメッキ処理を施して、例えば銅等の導電性金属材料からなるメッキ層２６を成長させる。そして、メッキ層２６が支持部５等の厚さ寸法を超えて成長したときには、メッキ処理を終了して、モールド２５を除去する。その後、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、メッキ層２６の表面を平坦な状態に研磨する。これにより、支持部５、可動部６、支持梁７等を備えた機能層４が形成される（図９参照）。このとき、可動部６の裏面には、ストッパ形成孔２３内に突出した複数のストッパ１３が形成される。
【００６７】
次に、図９に示す機能層側封止部形成工程では、例えば蒸着法、スパッタ法等を用いて支持部５の表面に例えば金（Au）等の金属薄膜を形成し、機能層側封止部１１Ｂを形成する。これと同時に、支持梁７の中間受け部８の表面にも、機能層側封止部１１Ｂと同じ材料を用いて、機能層側梁押付け部１２Ｂを形成する。
【００６８】
なお、機能層側封止部１１Ｂおよび機能層側梁押付け部１２Ｂをなす金等からなる金属薄膜と銅からなる機能層４との間には、これらの密着性を高めるために、例えばクロム（Cr）、プラチナ（Pr）等の接合層を設けるものである。
【００６９】
次に、図１０に示す犠牲層除去工程では、例えば薄いフッ酸等を用いたエッチング処理等によって犠牲層２２を除去した後に、薄い硫酸を用いてシード層２４のうちストッパ１３の先端部分等を除去する。これにより、可動部６は、基板２から解放され、厚さ方向に変位可能な状態となる。
【００７０】
一方、図１１に示す第２の基板形成工程では、可変容量素子１の第２の基板３となる絶縁性のガラス基板２７を用意し、このガラス基板２７の裏面のうち所定部位にエッチング加工を施すことによって、凹陥部３Ａ（キャビティー）および突出部３Ｂ，３Ｃを形成する。次に、ガラス基板２７に対して、例えばスパッタ、蒸着法等を用いることによって、金等の導電性の金属薄膜を形成する。
【００７１】
これにより、ガラス基板２７の裏面には、凹陥部３Ａのうち可動部６と対応した位置に駆動電極１０を形成すると共に、凹陥部３Ａのうち支持部５と対応した位置に基板側封止部１１Ａを形成する。これらと一緒に、ガラス基板２７の裏面には、突出部３Ｂにストッパ１４を形成すると共に、突出部３Ｂに基板側梁押付け部１２Ａを形成する。このとき、駆動電極１０、基板側封止部１１Ａ、基板側梁押付け部１２Ａおよびストッパ１４は、互いに電気的に絶縁された状態となっている。
【００７２】
さらに、ガラス基板２７には、厚さ方向に貫通したスルーホールを形成した後に、このスルーホール内に銅等の導電性金属材料を充填する。これにより、ガラス基板２７には、基板側封止部１１Ａ、駆動電極１０にそれぞれ接続された駆動用引出電極１６，１７を形成する。以上の工程によって、駆動電極１０等を備えた第２の基板３が形成される。
【００７３】
次に、図１２に示す封止枠接合工程では、第２の基板３の基板側封止部１１Ａと機能層４の機能層側封止部１１Ｂとを熱圧着する。具体的には、封止部１１Ａ，１１Ｂを室温から４００℃までの範囲で予め決められた温度を加熱しつつ、封止部１１Ａ，１１Ｂが密着するように所定の荷重（例えば４インチウェハに対して４ｔ程度の荷重）を加える。これにより、封止部１１Ａ，１１Ｂが互いに圧着接合され、第２の基板３と機能層４とが互いに接合、固定される。この結果、可動部６を収容した空間は、第１，第２の基板２，３、封止枠１１等によって取囲まれると共に、密閉状態で封止される。
【００７４】
このとき、基板側梁押付け部１２Ａは、機能層側梁押付け部１２Ｂに接触して、支持梁７の途中位置に設けられた中間受け部８を第１の基板２に向けて押付ける。この結果、可動部６は、基板２の信号電極９を覆う位置に配置され、ストッパ１３が基板２に接触する。これにより、初期状態では、信号電極９と可動部６との間には犠牲層２２の薄肉部２２Ｂの厚さ寸法に対応した間隔寸法をもった狭ギャップＧ1が形成される。
【００７５】
本実施の形態による可変容量素子１は上述の製造方法によって製造されるもので、次にその作動について説明する。
【００７６】
まず、可動部６と駆動電極１０との間に電圧を印加していない初期状態では、図１に示すように、可動部６が信号電極９と近接した位置に保持され、可動部６と信号電極９との間の静電容量は、可動部６と信号電極９との間の狭ギャップＧ1の間隔寸法に対応した最大容量値となる。
【００７７】
また、図４に示すように、可動部６と駆動電極１０との間に電圧を印加した駆動状態では、これらの間に静電力が発生する。このとき、可動部６は、支持梁７を撓み変形させつつ、ストッパ１４と当接する位置まで垂直方向に変位し、可動部６は信号電極９から離間した位置に保持される。この結果、可動部６と信号電極９との間の静電容量は、互いに離間した可動部６と信号電極９との間の広ギャップＧ2の間隔寸法に対応した最小容量値となる。
【００７８】
これにより、可変容量素子１は、電圧印加の有無に応じて可動部６と信号電極９との間の静電容量を切換える。このため、可変容量素子１は、この静電容量に応じて２つの信号電極９間で高周波信号の伝送、遮断を切り換えるスイッチ素子として機能する。
【００７９】
かくして、本実施の形態によれば、第２の基板３には支持梁７を第１の基板２に向けて押付ける梁押付け部１２を設けたから、駆動電極１０による静電力が作用しない初期状態では、可動部６を信号電極９に向けて押付けることができる。このため、初期状態では、可動部６と信号電極９との間に最小の間隔寸法をもった狭ギャップＧ1を形成することができる。また、駆動電極１０による静電力が作用した駆動状態では、駆動電極１０による静電力によって可動部６を信号電極９から離す。このため、駆動状態では、可動部６と信号電極９との間には間隔寸法が広がった広ギャップＧ2を形成することができる。
【００８０】
また、初期状態では梁押付け部１２によって可動部６を信号電極９に近付く方向に付勢し、駆動状態では静電力によって可動部６を信号電極９から遠ざかる方向に付勢する。この結果、初期状態と駆動状態のいずれの状態でも、外部から衝撃が加わったときに可動部６の変位を抑制することができ、初期状態の最大容量値および駆動状態の最小容量値を保持することができる。
【００８１】
また、可動部６には第１の基板２に向けて突出したストッパ１３を設ける構成としたから、梁押付け部１２によって可動部６を信号電極９に向けて押付けたときには、ストッパ１３を第１の基板２に当接させることによって可動部６と信号電極９との間に最小の間隔寸法をもった狭ギャップＧ1を形成することができる。
【００８２】
特に、本実施の形態では、犠牲層除去工程では犠牲層２２を除去して信号電極９と可動部６との間に隙間を形成するから、犠牲層２２（薄肉部２２Ｂ）の厚さ寸法によって信号電極９と可動部６とが最接近したときの狭ギャップＧ1の間隔寸法を設定することができる。このため、犠牲層２２の厚さ寸法を１μｍ以下（例えば０．１〜０．２μｍ程度）に小さくすることができるから、可動部６と信号電極９との対向面でその凹凸を一致させることができる。また、犠牲層２２を薄く形成することによって、犠牲層２２が可動部６に与える応力が弱くなるから、犠牲層２２の除去後でも可動部６に大きな反りが生じなくなる。この結果、信号電極９と可動部６とが最接近したときの狭ギャップＧ1の間隔寸法を正確に設定することができ、最大容量値を高精度に設定することができる。
【００８３】
また、封止枠接合工程では第２の基板３から突出した梁押付け部１２を支持梁７に押付けた状態で第２の基板３を支持部５に取付けるから、初期状態では、可動部６を信号電極９に向けて押付けて、可動部６と信号電極９との間に狭ギャップＧ1を形成することができる。また、駆動状態では、駆動電極１０による静電力によって可動部６を信号電極１０から離れるから、可動部６と信号電極１０との間には広ギャップＧ2を形成することができる。
【００８４】
また、犠牲層２２には信号電極９の周囲に位置して厚さ方向に貫通したストッパ形成孔２３を設け、機能層４を形成したときには、ストッパ形成孔２３を用いて可動部６から第１の基板２に向けて突出したストッパ１３を形成する構成とした。このとき、ストッパ１３の突出寸法は犠牲層２２の厚さ寸法と一致する。このため、梁押付け部１２によって可動部６を信号電極９に向けて押付けたときには、ストッパ１３が第１の基板２に当接して、可動部６と信号電極９との間に犠牲層２２の厚さ寸法と同じ間隔寸法をもった狭ギャップＧ1を形成することができる。
【００８５】
さらに、犠牲層２２は支持梁７と対応した部位が厚さ寸法の大きい厚肉部２２Ａとなり、可動部６と対応した部位が厚さ寸法の小さい薄肉部２２Ｂとなった段付き形状に形成した。このため、犠牲層２２を覆って機能層４を形成したときには、犠牲層２２の薄肉部２２Ｂに形成される可動部６は厚さ寸法が大きくなるのに対して、犠牲層２２の厚肉部２２Ａに形成される支持梁７は厚さ寸法が小さくなる。このため、支持梁７のばね定数を小さくすることができるから、可動部６は小さな静電力によって容易に変位させることができる。
【００８６】
なお、前記実施の形態では、梁押付け部１２は第２の基板３とは別途に設ける構成としたが、第２の基板３を高精度に加工することができるのであれば、第２の基板３と一体化して形成してもよい。
【００８７】
また、前記実施の形態では、ストッパ１４は第２の基板３とは別途に設ける構成としたが、第２の基板３と一体化して形成してもよい。また、ストッパ１４は、封止枠１１等と同様に導電性金属材料を用いて形成するものとしたが、絶縁材料を用いて形成してもよい。この場合、絶縁材料からなるストッパは、駆動電極と可動部との間に配置してもよい。
【００８８】
また、前記実施の形態では、信号電極９を２個設ける構成としたが、信号電極９は１個だけ設ける構成としてもよい。この場合、可動部６に高周波信号を入力し、可動部６と信号電極９との間で高周波信号の伝送、遮断を切り換えるものである。
【００８９】
また、前記実施の形態では、第２の基板３の裏面に突出部３Ｂ，３Ｃを形成して、ストッパ１４を駆動電極１０よりも第１の基板２側に突出させると共に、梁押付け部１２を封止枠１１よりも第１の基板２側に突出させる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、第２の基板３の裏面を平坦状に形成すると共に、駆動電極１０、封止枠１１、梁押付け部１２、ストッパ１４の突出寸法（厚さ寸法）を適宜相違させることによって、ストッパ１４を駆動電極１０よりも第１の基板２側に突出させると共に、梁押付け部１２を封止枠１１よりも第１の基板２側に突出させる構成としてもよい。
【００９０】
さらに、前記実施の形態では、信号電極９を第１の基板２に設けると共に、駆動電極１０を第２の基板３に設け、駆動電極１０と可動部６との間に静電引力を作用させる構成とした。しかし、本発明は、これに限らず、例えば信号電極および駆動電極をいずれも第１の基板に設け、駆動電極と可動部との間に静電反発力（斥力）を作用させる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施の形態による可変容量素子を示す縦断面図である。
【図２】第１の基板および機能層を図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。
【図３】第２の基板等を図１中の矢示III−III方向からみた断面図である。
【図４】可動部が静電力によって変位した状態を示す図１と同様な縦断面図である。
【図５】第１の基板形成工程によりガラス基板に信号電極等を形成した状態を示す縦断面図である。
【図６】犠牲層形成工程により第１の基板に犠牲層等を形成した状態を示す縦断面図である。
【図７】メッキモールド形成工程によりシード層の表面にモールドを形成した状態を示す縦断面図である。
【図８】メッキ処理工程により犠牲層を覆って支持部、可動部、支持梁等を備えた機能層を形成した状態を示す縦断面図である。
【図９】機能層側封止部形成工程により機能層の表面に機能層側封止部および機能層側梁押付け部を形成した状態を示す縦断面図である。
【図１０】犠牲層除去工程により犠牲層を除去した状態を示す縦断面図である。
【図１１】第２の基板形成工程によりガラス基板に駆動電極、基板側封止部、基板側梁押付け部、ストッパ等を形成した状態を示す縦断面図である。
【図１２】封止枠接合工程により第２の基板の基板側封止部と機能層の機能側封止部とを圧着接合する状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１  可変容量素子
２  第１の基板
３  第２の基板
４  機能層
５  支持部
６  可動部
７  支持梁
８  中間受け部
９  信号電極
１０  駆動電極
１１  封止枠
１２  梁押付け部
１３  第１のストッパ
１４  第２のストッパ
２２  犠牲層
２２Ａ  厚肉部
２２Ｂ  薄肉部
２３  ストッパ形成孔
【図１】
2010021252.tif 000003
【図２】
2010021252.tif 000004
【図３】
2010021252.tif 000005
【図４】
2010021252.tif 000006
【図５】
2010021252.tif 000007
【図６】
2010021252.tif 000008
【図７】
2010021252.tif 000009
【図８】
2010021252.tif 000010
【図９】
2010021252.tif 000011
【図１０】
2010021252.tif 000012
【図１１】
2010021252.tif 000013
【図１２】
2010021252.tif 000014