(57)【要約】  本発明の一側面は、基板と、記基板に垂直方向に振動する振動部と、振動部とは一つまたは複数の空洞を介して対向する対向部と、振動部と対向部とを接続する支持部とを有し、振動部と対向部と支持部とが、同一基材から連続一体に構成される構造の振動素子を構成するＭＥＭＳ素子である。
2017081806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に垂直方向に振動する振動部と、
前記振動部とは一つまたは複数の空洞を介して対向する対向部と、
前記振動部と前記対向部とを接続する支持部とを有し、
前記振動部と前記対向部と前記支持部とが、同一基材から連続一体に構成される構造の振動素子を構成するＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
前記振動素子の前記基板側に下部電極を有し、
前記振動素子の前記下部電極とは反対側に上部電極を有し、
前記下部電極および前記上部電極に電圧を印加することで、前記振動部を振動する請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
前記振動素子が複数個接続され，
前記複数個の振動素子同士の接触部に微小な段差や結晶面の不連続を有する請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記振動部がメンブレン構造であり、
超音波の送受信を行なう請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
前記振動部の前記基板側と前記対向部の上面に凹凸構造がある、請求項４に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
前記振動部がカンチレバー構造であり、
共振周波数の振動状態の変化により前記振動部に付着した微粒子の質量を計測する、請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
部材作製用基板を加工することで振動子を形成する振動子形成ステップ、
前記振動子をマイクロマニピュレーションによりデバイス構築用基板上に移植する振動子構築ステップ、
を備えることを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項８】
前記振動子形成ステップは、
前記部材作製用基板を該基板の主面に垂直方向からエッチング加工することで前記振動子を形成するエッチングステップ、
前記振動子を前記部材作製用基板から切り離す切断ステップを備えることを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項９】
前記部材作製用基板は、
基材用基板、該基材用基板に対向配置される基材、前記基材用基板と前記基材を接着する接着層、前記接着層と前記基材の間の一部にのみ存在する犠牲層を備え、
前記振動子は、
振動部、前記振動部と空隙を介して対向する対向部、前記振動部と前記対向部を接続する支持部を備え、
前記振動子形成ステップは、
前記基材の一部を、前記接着層もしくは前記犠牲層の表面に達するまで除去することより、前記振動部、前記対向部、前記支持部、および、前記振動部、前記対向部、前記支持部と接続された延長部を形成するステップ、
前記犠牲層を除去するステップ、
前記振動部、前記対向部、前記支持部をプローブで保持するステップ、
前記振動部、前記対向部、前記支持部と前記延長部を分離するステップ、
を備える、請求項７に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記デバイス構築用基板に下部電極を形成するステップを備え、
前記振動子構築ステップは、
前記プローブで保持された、前記振動部、前記対向部、前記支持部を前記デバイス構築用基板上に搬送するステップ、
前記振動部、前記対向部、前記支持部を、前記対向部が前記下部電極に接するように配置するステップ、
前記プローブを、前記振動部、前記対向部、前記支持部から切り離すステップ、
を備える、請求項８に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記下部電極の面積は、前記対向部の面積よりも大きく形成しておく、
請求項１０に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項１２】
基板と、
前記基板と平行な振動面を備える振動部と、
前記振動部と空隙を介して対向する対向部と、
前記振動部と前記対向部とを接続する支持部とを有し、
前記振動部と前記対向部と前記支持部は、微視的に連続した構造であって、接合面や境界面を持たず、
前記基板と前記対向部の間に下部電極を備え、
前記振動面に上部電極を備え、
前記下部電極および上部電極の間に電圧を印加することにより、前記振動部を振動させるＭＥＭＳ素子。
【請求項１３】
前記振動部と前記対向部と前記支持部は、
前記振動部を構成する第１の板状部と、
前記対向部を構成し、前記第１の板状部と平行に空隙を介して配置される第２の板状部と、
前記支持部を構成し、前記第１および第２の板状部と垂直に配置される第３の板状部からなる、
請求項１２記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１４】
前記第１および第２の板状部と平行に空隙を介して配置される第４の板状部を備える、
請求項１３記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１５】
前記第３の板状部と平行に空隙を介して配置される第５の板状部を備える、
請求項１４記載のＭＥＭＳ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ素子に関し、特に、構成要素として振動素子を有するＭＥＭＳ素子に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ素子には構成要素として振動素子を有するものがある。構成要素として振動素子を有するＭＥＭＳ素子は、さらに、シリコン基板などの深堀エッチングで形成するタイプと、シリコン基板などの表面上に成膜とエッチングを繰り返して形成するタイプとがある。【０００３】
後者の一例として、容量検出型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）が特許文献１および特許文献２に記載されている。ＣＭＵＴは、被検体に超音波を送波し、被検体からの反射エコー信号を受波する機能を備えており、体内の腫瘍などの診断や、構造物の非破壊検査、流体の速度検知などに用いられている。【０００４】
特許文献１および特許文献２において、ＣＭＵＴを構成するセルには、容量を形成する上部電極と下部電極が設けられている。これらの上下電極間には動作時にバイアス電圧が印加される。そして、超音波の送信時には、駆動電圧信号源によって上下電極間に適切な波形（交流）の駆動電圧信号を印加することでメンブレンを振動させ、駆動電圧信号に応じた超音波を発生させる。逆に、超音波の受信時には、ＣＭＵＴに到達した超音波によってメンブレンが振動することで上下電極間の静電容量が変化し、超音波に応じた電流信号が発生する。この電流信号を検出することで、受信した超音波を検出することができる。【０００５】
また、非特許文献１のｐｐ．１７３４−１７３５には基板表面上に３次元構造のＭＥＭＳ素子を形成する手法の一例が紹介されている。ここで紹介されている手法では、成膜、フォトリソグラフィ、エッチング、表面研磨を複数回繰り返し、ＭＥＭＳ素子を作製する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１４−５１０４８９号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１２/０５０１７２
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｊｕｌｙ  ２０１３、Ｖｏｌｕｍｅ  ６７、Ｉｓｓｕｅ  ５、ｐｐ．１７２１−１７５４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＣＭＵＴをはじめとした振動型ＭＥＭＳ素子は、バイアス電圧あるいは交流電圧が大きくなるほど振動が大きくなり、したがって、送受信信号を大きくすることができる。しかしながら、この電圧を大きくしすぎるとＭＥＭＳ素子が破壊されてしまうという課題がある。また、振動を繰り返すうちに素子特性が劣化してしまうという課題がある。【０００９】
さらに、基板表面上に形成するタイプのＭＥＭＳ素子は、振動に必要な空洞部分を基板上面から直接アクセスできない内部箇所に形成する必要がある。そのため、その製造には膨大な工程数が必要であり、製造コストの低減が難しいという課題がある。【００１０】
これらの課題の一因は、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）やスパッタリングなどによって形成される膜を複数回積層して構成される構造にある。すなわち、振動部とその支持部および振動部と対向する対向部が別々に形成された膜からなること、さらにはこれらの膜中に含まれる不純物の量が多かったり、膜の密度が低かったりすることにより、電圧耐性や長期信頼性をこれ以上高めることが難しいためである。また、成膜、フォトリソグラフィ、エッチングという手順を複数回繰り返す必要があり、工程数を低減することが難しいためである。【００１１】
以上を踏まえ、本発明の目的は、構成要素として振動素子を有し、かつ基板表面上に形成するＭＥＭＳ素子において、電圧耐性と長期信頼性を向上することである。また、その製造工程において工程数を低減することである。【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明の一側面は、基板と、記基板に垂直方向に振動する振動部と、振動部とは一つまたは複数の空洞を介して対向する対向部と、振動部と対向部とを接続する支持部とを有し、振動部と対向部と支持部とが、同一基材から連続一体に構成される構造の振動素子を構成するＭＥＭＳ素子である。【００１４】
本発明の他の一側面は、部材作製用基板を加工することで振動子を形成する振動子形成ステップ、振動子をマイクロマニピュレーションによりデバイス構築用基板上に移植する振動子構築ステップ、を備えることを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法である。【００１５】
より具体的な実現例を例示すれば、部材作製用基板は、基材用基板、基材用基板に対向配置される基材、基材用基板と基材を接着する接着層、接着層と基材の間の一部にのみ存在する犠牲層を備える。また、振動子は、振動部、振動部と空隙を介して対向する対向部、振動部と対向部を接続する支持部を備える。そして、振動子形成ステップは、基材の一部を、接着層もしくは犠牲層の表面に達するまで除去することより、振動部、対向部、支持部、および、振動部、対向部、支持部と接続された延長部を形成するステップ、犠牲層を除去するステップ、振動部、対向部、支持部をプローブで保持するステップ、振動部、対向部、支持部と前記延長部を分離するステップ、を備える。【００１６】
さらに具体的な例を挙げれば、デバイス構築用基板に下部電極を形成するステップを備え、振動子構築ステップは、プローブで保持された、振動部、対向部、支持部をデバイス構築用基板上に搬送するステップ、振動部、対向部、支持部を、対向部が下部電極に接するように配置するステップ、プローブを、振動部、対向部、支持部から切り離すステップ、を備える。【００１７】
さらに具体的な例を挙げれば、下部電極の面積は、対向部の面積よりも大きく形成しておく。【００１８】
本発明の他の一側面は、基板と、基板と平行な振動面を備える振動部と、振動部と空隙を介して対向する対向部と、振動部と対向部とを接続する支持部とを有し、振動部と対向部と支持部は、微視的に連続した構造であって、接合面や境界面を持たず、基板と対向部の間に下部電極を備え、振動面に電極を備え、下部電極および上部電極の間に電圧を印加することにより、前記振動部を振動させるＭＥＭＳ素子である。【００１９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。【００２０】
基板に垂直方向に振動する振動部と、振動部の下部に存在する１つまたは複数の空洞部と、振動部とは空洞部を介して対向する対向部と、振動部と対向部とを接続する支持部とを有し、振動部と対向部と支持部とが同一基材から連続一体に構成される構造の振動素子を有するＭＥＭＳ素子。
【発明の効果】
【００２１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。【００２２】
デバイスにおいては、構成要素として振動素子を有し、かつ基板表面上に形成するＭＥＭＳ素子において、電圧耐性と長期信頼性を向上することができる。さらに、製造方法においては、空洞部を持つＭＥＭＳ素子の製造工程において工程数を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す俯瞰図である。
【図２】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の製造の途中段階を示す俯瞰図である。
【図３】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の製造の途中段階を示す俯瞰図である。
【図４】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の製造の途中段階を示す俯瞰図である。
【図５】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の製造の途中段階を示す俯瞰図である。
【図６】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の製造の途中段階を示す俯瞰図である。
【図７】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の製造の途中段階を示す俯瞰図である。
【図８】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の製造の途中段階を示す俯瞰図である。
【図９】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の製造の途中段階を示す俯瞰図である。
【図１０】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の製造の途中段階を示す俯瞰図である。
【図１１】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の製造の途中段階を示す俯瞰図である。
【図１２】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の別の構成例を示す俯瞰図である。
【図１３】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の別の構成例を示す俯瞰図である。
【図１４】本発明の実施例１におけるＭＥＭＳ素子の別の構成例を示す俯瞰図である。
【図１５】本発明の実施例２におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す俯瞰図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下の実施例において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施例に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２５】
また、以下の実施例において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施例において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施例において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２６】
本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
【００２７】
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【００２８】
また、以下の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２９】
本発明の実施例１に係るＭＥＭＳ素子を、図１〜図１４を用いて説明する。【００３０】
図１を用いて、まず、本発明の実施例１に係るＭＥＭＳ素子ＭＤの構成および動作原理を説明する。本実施例１に係るＭＥＭＳ素子ＭＤを構成する振動素子は、図１に示すとおり、デバイス構築用基板ＤＳの主面上に構成される。デバイス構築用基板ＤＳ上に下部電極ＬＥが配置され、その上に同一基材から一体連続に構成される対向部ＦＭ、支持部ＳＭ、振動部ＯＭが配置される。対向部ＦＭと振動部ＯＭとの間には空洞部ＣＡＶが存在する。対向部ＦＭ、支持部ＳＭ、振動部ＯＭ、空洞部ＣＡＶが合わさり振動素子ＯＤを構成する。振動部ＯＭの上に上部電極ＵＥが配置され、上部電極ＵＥと下部電極ＬＥにより容量が形成される。【００３１】
デバイス構築用基板ＤＳは例えばシリコンからなる。下部電極ＬＥは例えばタングステンなどの金属材料からなる。対向部ＦＭ、支持部ＳＭ、振動部ＯＭは例えば石英などの絶縁材料からなり、連続一体に構成される。連続一体の構成とは、例えば単一の石英基板を加工して形成した構成である。微視的には連続した構造となっており、対向部ＦＭ、支持部ＳＭ、振動部ＯＭの間には、接合面や境界面を持たない。空洞部ＣＡＶについては、別途空洞部ＣＡＶのみ、あるいは振動素子ＯＤ全体を封止し、できるだけ真空に近い状態となっていることが望ましいが、空気などの気体が充填されていても良い。上部電極ＵＥは例えばタングステンなどの金属材料からなる。【００３２】
このＭＥＭＳ素子ＭＤの振動動作においては、上部電極ＵＥと下部電極ＬＥの間にバイアス電圧とそれに重畳させた交流の駆動電圧が印加され、振動部ＯＭとその上の上部電極ＵＥが図１の上下方向に振動する。また、信号受信器として動作させる際は、外部より受信した音波、超音波を含む振動信号や振動部ＯＭへの微粒子の付着などにより振動状態が変化することを利用する。これらの結果、上部電極ＵＥ、下部電極ＬＥの間の静電容量が変化し、振動に応じた電流信号が発生する。【００３３】
ＭＥＭＳ素子ＭＤの寸法は用途や特性により異なるが、一例をあげると、
下部電極ＬＥの厚さ：100nm
上部電極ＵＥの厚さ：100nm
振動部ＯＭの厚さ：300nm
空洞部ＣＡＶの高さ：300nm
対向部ＦＭの厚さ：300nm
振動素子ＯＤの幅：50μm
振動素子ＯＤの奥行き：500μm
である。既存の半導体製造技術により、このような寸法での加工を実現することができる。なお、特に振動素子ＯＤの幅、振動素子ＯＤの奥行きは用途によって大きく変わる。【００３４】
次に、本発明の実施例１に係るＭＥＭＳ素子ＭＤの製造方法を図２〜図１１を用いて説明する。【００３５】
図２は部材作製用基板ＭＳで、基材用基板ＢＳ、基材ＢＭ、接着層ＡＬ、犠牲層ＳＬからなる。基材用基板ＢＳは例えばシリコンからなる。基材ＢＭは例えば石英などの絶縁材料からなる。接着層ＡＬは例えば樹脂などの絶縁材料からなる。犠牲層ＳＬはウェットエッチングのレートが基材ＢＭよりも大きい材料、例えばタングステンなどの金属材料からなる。部材作製用基板ＭＳは、例えば石英基板からなる基材ＢＭ上に金属膜を成膜し、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、アッシングを施すことで犠牲層ＳＬを形成し、接着層ＡＬを用いてシリコン基板からなる基材用基板ＢＳと接着することで形成される。【００３６】
図３は、図２の部材作製用基板ＭＳを加工した、ＭＥＭＳ素子の製造の途中段階を示す図である。図２の部材作成用基板ＭＳにフォトリソグラフィ、ドライエッチング、アッシングを施すことで図３の構造を形成する。空洞部ＣＡＶは基材ＢＭを貫通し、犠牲層ＳＬに届いている。【００３７】
図４は、図３の状態に続き、犠牲層ＳＬをウェットエッチングにより除去し、得られた構造である。基材用基板ＢＳは、後に対向部ＦＭ、支持部ＳＭ、振動部ＯＭとなる部分ＢＭ（Ａ）と、これを支える部分ＢＭ（Ｂ）に加工されている。犠牲層ＳＬが除去された結果、部分ＢＭ（Ａ）は部分ＢＭ（Ｂ）により空中に保持されている。【００３８】
図５は、基材用基板ＢＳの部分ＢＭ（Ａ）の一部を保持する様子である。図５に示すとおり、マイクロマニピュレーション用のプローブＰＲにて基材ＢＭの一部を保持する。保持の仕方は、静電力、ファンデルワールス力、樹脂や炭素、金属、絶縁材料による接着、はさみ構造によるグリップなどから必要に応じ適切な方法を選択する。【００３９】
図６は、部分ＢＭ（Ａ）と部分ＢＭ（Ｂ）を切断する様子を示す。図６に示すとおり、Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ（ＦＩＢ）などによる局所的なエッチングによりプローブで保持した基材ＢＭの一部分ＢＭ（Ａ）を他の部分ＢＭ（Ｂ）から切り離す。【００４０】
図７は別途準備したデバイス構築用基板ＤＳで、例えばシリコンからなる。【００４１】
図８は、図７のデバイス構築用基板ＤＳの上に金属材料を成膜し、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、アッシングを施すことで下部電極ＬＥを形成した状態である。【００４２】
図８で示した構造の上に、図６で切り離した基材ＢＭの一部分ＢＭ（Ａ）をマイクロマニピュレーションにより移動する。【００４３】
図９は、プローブＰＲにより、一部分ＢＭ（Ａ）が下部電極ＬＥの上に搬送された状態を示している。図９に示されるように、下部電極ＬＥの面積は、これと対向する一部分ＢＭ（Ａ）の面積よりも大きく形成しておくと、位置決めが容易である。この場合、下部電極ＬＥの面積は、上部電極ＵＥの面積よりも大きくなる。【００４４】
図１０は、図９の状態から、部分ＢＭ（Ａ）が下部電極ＬＥの上に配置された状態である。下部電極ＬＥと配置した基材ＢＭ（Ａ）とは必要に応じ、また使用する材料に応じ、常温接合、陽極接合、ＦＩＢを利用した局所成膜などにより接合する。これらの接合方法は、公知の技術を採用してよい。【００４５】
図１１は振動素子に電極が形成された状態を示している。基材ＢＭ（Ａ）上に金属材料を成膜し、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、アッシングを施すことで、図１１に示すように振動部ＯＭ上に上部電極ＵＥを形成する。以上の工程により、ＭＥＭＳ素子ＭＤが完成する。その後、必要に応じてこの上にＣＶＤ等で保護膜を形成したり、樹脂で埋め込んだりすることもできる。【００４６】
実施例１に係るＭＥＭＳ素子ＭＤにおいては、振動素子ＯＤを構成する対向部ＦＭ、支持部ＳＭ、振動部ＯＭが同一基材からの連続一体構造として構成されているため、それぞれが別々に成膜された絶縁膜によって構成される構造に比べて電圧耐性や長期信頼性を高めることができる。また、この連続一体構造の振動素子ＯＤが石英基板などからなる基材ＢＭより形成されるため、ＣＶＤやスパッタリングなどにより成膜した膜に比べて膜中に含まれる不純物の量が少なかったり、膜の密度が高かったりする。そのため、ＣＶＤやスパッタリングなどにより成膜した膜より構成される場合に比べて電圧耐性や長期信頼性を高めることができる。【００４７】
さらに、振動素子ＯＤを構成する対向部ＦＭ、支持部ＳＭ、振動部ＯＭが別々に成膜された絶縁膜によって構成される構造に比べ、フォトリソグラフィ、エッチング、アッシングなどの製造に必要な工程の数を低減することができる。振動素子ＯＤを構成する対向部ＦＭ、支持部ＳＭ、振動部ＯＭが別々に成膜された絶縁膜によって構成される構造の場合、振動素子ＯＤを形成するために少なくとも３回の成膜と１回のフォトリソグラフィ、ドライエッチング、アッシング、ウェットエッチングが必要である。非特許文献１のｐｐ．１７３４−１７３５に記載の方法で作製する場合は、これらの工程の回数がさらに増える。デバイス構築用基板上ＤＳに異なる高さの空洞ＣＡＶを持つ振動素子ＯＤを複数個作製する場合、上記の成膜、フォトリソグラフィ、エッチング、アッシングの回数が増加する。【００４８】
図１２〜図１４は、複雑な形状を有する空洞ＣＡＶを備える変形例を示す。従来の製造方法では、例えば図１２〜図１４に示すような形状の空洞ＣＡＶを形成する場合、同様に成膜、フォトリソグラフィ、エッチング、アッシングの回数が増加する。一方、本実施例１のような方法では、振動素子ＯＤの作製において成膜は不要であり、上述のいずれの場合においても、必要な工程は１回のフォトリソグラフィ、ドライエッチング、アッシング、ウェットエッチング、ＦＩＢエッチングで済む。本発明実施例では、振動部の基板側や対向部の上面に、複雑な凹凸構造を設けることも容易である。【００４９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【実施例２】
【００５０】
図１５を用いて、本発明の実施例２に係るＭＥＭＳ素子を説明する。【００５１】
本実施例２に係るＭＥＭＳ素子ＭＤを構成する振動素子は、図１５に示すとおり、デバイス構築用基板ＤＳの主面上に構成される。デバイス構築用基板ＤＳ上に下部電極ＬＥが配置され、その上に同一基材から一体連続に構成された対向部ＦＭ、支持部ＳＭ、振動部ＯＭが配置される。対向部ＦＭと振動部ＯＭとの間には空間部ＯＳが存在する。対向部ＦＭ、支持部ＳＭ、振動部ＯＭ、空間部ＯＳが合わさり振動素子ＯＤを構成する。振動部ＯＭの上に上部電極ＵＥが配置され、上部電極ＵＥと下部電極ＬＥにより容量が形成される。【００５２】
デバイス構築用基板ＤＳは例えばシリコンからなる。下部電極ＬＥは例えばタングステンなどの金属材料からなる。対向部ＦＭ、支持部ＳＭ、振動部ＯＭは例えば石英などの絶縁材料からなり、連続一体に構成される構造である。空間部ＯＳについては、別途振動素子ＯＤ全体を封止し、できるだけ真空に近い状態となっていることが望ましいが、空気などの気体が充填されていても良い。上部電極ＵＥは例えばタングステンなどの金属材料からなる。【００５３】
このＭＥＭＳ素子ＭＤの振動動作においては、上部電極ＵＥと下部電極ＬＥの間にバイアス電圧とそれに重畳させた交流の駆動電圧が印加され、振動部ＯＭとその上の上部電極ＵＥが図１５の上下方向に振動する。また、信号受信器として動作させる際は、外部より受信した音波、超音波を含む振動信号や振動部ＯＭへの微粒子の付着などにより振動状態が変化することを利用する。これらの結果、上部電極ＵＥ、下部電極ＬＥの間の静電容量が変化し、振動に応じた電流信号が発生する。バリエーションとして振動素子ＯＤを構成する材料を圧電材料としたり、振動状態の変化を光学的な手法で検出したりすることも可能である。【００５４】
図１５のように、振動部がカンチレバー構造とし、共振周波数などの振動状態の変化により前記振動部に付着した微粒子の質量を計測することも可能となる。【００５５】
本発明の実施例２に係るＭＥＭＳ素子ＭＤの製造方法、本発明の実施例２に係るＭＥＭＳ素子ＭＤにより得られる効果は、実施例１に係るＭＥＭＳ素子ＭＤの製造方法と実施例１に係るＭＥＭＳ素子ＭＤにより得られる効果に準じる。【００５６】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。【００５７】
本実施例では、振動素子は其々が単一基板を加工して形成されているので、振動素子が複数個接続されている場合には、複数個の振動素子同士の接触部に微小な段差や結晶面の不連続が生じることがある。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、超音波探触子やカンチレバーをはじめとした振動型ＭＥＭＳ素子に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
ＡＬ・・・接着層
ＢＭ・・・基材
ＢＳ・・・基材用基板
ＣＡＶ・・・空洞部
ＤＳ・・・デバイス構築用基板
ＦＭ・・・対向部
ＬＥ・・・下部電極
ＭＤ・・・ＭＥＭＳ素子
ＭＳ・・・部材作製用基板
ＯＤ・・・振動素子
ＯＭ・・・振動部
ＯＳ・・・空間部
ＰＲ・・・プローブ
ＳＭ・・・支持部
ＳＬ・・・犠牲層
ＵＥ・・・上部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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