(57)【要約】【課題】  簡易な方法で振動体と電極間の狭ギャップを高精度に形成することの可能な電気機械共振器を提供する。【解決手段】  振動体２０２と電極２０３の間に形成されたギャップは、加工後にいずれかを変位させることにより、半導体製造技術で製作可能な最小間隙よりも小さなギャップとすることが可能となり、より大きな静電力での振動体の励振、または振動に伴うより大きな電流の発生が可能となる。【選択図】  図１
2006042011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的振動を行う振動体と、前記振動体に対して所定の間隔を隔てて配設された電極とを有し、前記振動体が機械的振動を生起しうるように構成され、電気機械変換を可能にする電気機械共振器であって、
前記振動体または前記電極の初期位置が、加工後に変位せしめられたものである電気機械共振器。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械共振器であって、
前記振動体または前記電極の初期位置は、
位置決め機構によって、前記振動体と前記電極間の相対位置がより狭ギャップとなるように変位されて決定されることを特徴とする電気機械共振器。
【請求項３】
請求項２に記載の電気機械共振器であって、
前記位置決め機構は梁構造であり、駆動源は梁の製造時に梁内部に蓄積された応力であり、応力緩和による梁の撓みを利用し、振動体と電極間の相対位置を調整することを特徴とする電気機械共振器。
【請求項４】
請求項２に記載の電気機械共振器であって、
前記位置決め機構は前記振動体または前記電極の位置を変位させるための移動力を発生する駆動源とを備えたことを特徴とする電気機械共振器。
【請求項５】
請求項４に記載の電気機械共振器であって、
前記駆動源は、静電気力を生起させる電極を具備したことを特徴とする電気機械共振器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電気機械共振器であって、
前記振動体と前記電極は同一の基板上に半導体製造技術を用いて作製されたものである機械共振器。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれかに記載の電気機械共振器であって、
前記位置決め機構および駆動源は、前記基板上に半導体製造技術を用いて作製されたものである電気機械共振器。
【請求項８】
請求項２乃至７のいずれかに記載の電気機械共振器であって、
前記位置調整機構は、梁構造体を備え、前記駆動源により前記梁構造体の少なくとも１つの梁を所定量だけ変位させることにより、前記振動体または前記電極を前記所定量よりも小さな量だけ変位させ、微調整を実現するように構成されたことを特徴とする電気機械共振器。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかに記載の電気機械共振器であって、
前記位置決め機構手段は、複数の前記梁構造体を備えたことを特徴とする電気機械共振器。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の電気機械共振器であって、
電気的に並列に配置された複数個の電気機械共振器を含むことを特徴とする機械共振器。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の電気機械共振器であって、
前記電気機械共振器が、真空雰囲気となるように封止されたケース内に収納したことを特徴とする電気機械共振器。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の電気機械共振器を用いたことを特徴とするフィルタ。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の電気機械共振器を用いたことを特徴とする電気回路。
【請求項１４】
機械的振動を行う振動体と、前記振動体に対して所定の間隔を隔てて配設された電極とを有し、前記振動体が機械的振動を生起しうるように構成され、電気機械変換を可能にする電気機械共振器の製造方法であって、
基板上に、前記振動体および前記電極を含む梁構造体を形状加工する工程と、
前記振動体と前記電極との間隔が所望の値となるように、前記前記振動体または前記電極を変位させる工程とを含む電気機械共振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気機械共振器およびその製造方法に係り、特に高密度に集積化された電気回路内において、狭ギャップ化をはかり、高性能のフィルタ回路を実現可能な電気機械共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気機械共振器を利用したフィルタとしては、静電力で振動体を励振し、振動を再び電気信号に変換するものが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。図１０は、前記非特許文献１に記載された従来の機械共振器の原理を示すもので、図１０（ａ）は平面図を、図１０（ｂ）はＡ−Ａ’の横断面図をあらわす。
【０００３】
図１０（ａ）および（ｂ）において、１０１はディスク型の振動体であり、ディスク中心に位置するアンカー１０２を介して基板１０３に固定されている。１０４はギャップｇを介してディスク半周上に配された励振電極、１０５はギャップｇを介して他方の半周上に配された検出電極である。この共振器では、振動体１０１が半径方向に伸縮する共振モード（ディスクコンターモード）を利用している。図１０（ｃ）に示すように、励振電極１０４と振動体１０１の間に交流信号ｖｉを印加すると、振動体１０１には静電力が印加されて振動が励起され、共振周波数近傍で振動振幅は最大となる。この振動は振動体１０１と検出電極１０５間の静電容量変化に伴う電流ｉの発生として検出され、その結果入力ポートｉｎと出力ポートｏｕｔの間では共振周波数近傍に通過帯域を持つバンドバスフィルタが構成される。
【０００４】
ディスク半径をｒ、励振電極１０４と振動体１０１の間の静電容量をＣ、検出電極１０５と振動体１０１の間の静電容量をＣとすると、振動体に作用する静電力Ｆは（数１）で、振動体の振動により発生する電流ｉは（数２）であらわされる。
【０００５】
【数１】
2006042011.tif 000003
【０００６】
【数２】
2006042011.tif 000004
【０００７】
【数３】
2006042011.tif 000005
【０００８】
（数１）（数２）より、ΔＣ／Δｒが大きいほど振動体への励振力は増大し、また検出される電流値も大きくなるのでエネルギー変換効率のよいフィルタを構成することができる。ΔＣ／Δｒは（数３）に示されるようにギャップｇの値が小さいほど大きな値をとるので、ｇの値は可能な限り小さいことが望ましい。
【０００９】
非特許文献１に示された電気機械共振器では、ディスク直径２０μｍに対して、ギャップｇの値は１００ｎｍである。
【００１０】
【非特許文献１】Jing Wang, Zeying Ren, and Clark T.-C. Nguyen, "SELF-ALIGNED 1.14-GHZ VIBRATING RADIAL-MODE DISK RESONATORS", TRANSDUCERS '03, Boston, June 2003, pp.947-950
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記構成では、ギャップｇを形成するためには複雑な製造工程を必要とする。上記構成を示す図１０（ａ）の領域Ｂについて、その製造方法の概略を図１１に示す。図１１では、加工上の問題で検出電極１０５の端縁が振動体１０３の上方に張り出しているが、十分に離間しているため影響はない。図１１（ａ）に示すように、半導体製造技術により、シリコン基板１０３上に第１の犠牲層（シリコン酸化膜）Ｓ１、振動体（ポリシリコン）１０１、第２の犠牲層（シリコン酸化膜）Ｓ２、第３の犠牲層（シリコン酸化膜）Ｓ３、電極（ポリシリコン）１０５を順次積層する。犠牲層は最終的にフッ酸により除去されて振動体は振動可能となり、振動体１０１と電極１０５との間には第３の犠牲層Ｓ３の膜厚で決定されるギャップｇが形成される（同図（ｂ））。
【００１２】
図１１に示した前記製造工程では、第１乃至第３の犠牲層Ｓ１〜Ｓ３、振動体１０１および電極（１０４，）１０５それぞれの層についての成膜とパターニングを繰り返し行うために数多くのマスクが必要となり、製造コストがかかるという課題を有していた。また、より狭いギャップｇの形成を目指すほど、エッチャントの回り込みが遅く、第３の犠牲層のエッチングの進行速度が著しく低下するという問題があった。
このように、狭いギャップｇを精度よく形成するのは極めて困難であった。
また、このギャップｇの大きさにより、特性は大きく変化するため、ギャップｇの大きさを微細化することおよび高精度に設定することは極めて重要な課題となっている。
【００１３】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、簡易な方法で振動体と電極間の狭ギャップを高精度に形成することの可能な電気機械共振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の電気機械共振器は、機械的振動を行う振動体と、前記振動体に近接して位置する電極とを有してなり、形状加工後に、前記振動体または前記電極の位置を変化させ、前記振動体と前記電極間の相対位置を調整することによりギャップの狭小化をはかるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
すなわち本発明の電気機械共振器は、機械的振動を行う振動体と、前記振動体に対して所定の間隔を隔てて配設された電極とを有し、前記振動体が機械的振動を生起しうるように構成され、電気機械変換を可能にする電気機械共振器であって、前記振動体または前記電極の初期位置が、加工後に変位せしめられたものであることを特徴とする。
この構成により、加工後に振動体と電極との間の相対的位置を変化させ、狭ギャップ化をはかることができるため、加工精度のみに依存するのではなく、加工限界を超えて、ギャップの大きさを調整することが可能である。
【００１６】
また本発明の電気機械共振器は、前記振動体または前記電極の初期位置が、位置決め機構によって、前記振動体と前記電極間の相対位置がより狭ギャップとなるように変位されて決定されるものを含む。
この構成により、位置決め機構によって振動体と電極との間の相対的位置を調整し、狭ギャップ化をはかることができるため、加工精度のみに依存するのではなく、加工限界を超えて、ギャップの大きさを調整することが可能である。
【００１７】
また、本発明の電気機械共振器は、前記位置決め機構は梁構造であり、駆動源は梁の製造時に梁内部に蓄積された応力であり、応力緩和による梁の撓みを利用し、振動体と電極間の相対位置を調整するようにしたものを含む。
引っ張り性の内部応力、あるいは圧縮性の内部応力を持つように形状加工し、加工後の応力緩和を利用して、狭ギャップ化をはかることにより、加工限界を超えて、容易に狭ギャップ構造を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の電気機械共振器は、前記位置決め機構は前記振動体または前記電極の位置を変位させるための移動力を発生する駆動源とを備えたものを含む。
この構成により、駆動源を用いることで、前記振動体と前記電極間の相対位置を、容易に調整することができる。
【００１９】
また、本発明の電気機械共振器は、前記駆動源は、静電気力を生起させる電極を具備したものを含む。
【００２０】
また、本発明の電気機械共振器は、前記振動体と前記電極は同一の基板上に半導体製造技術を用いて作製されたものを含む。
この構成により、簡単な半導体製造技術を用いて高精度で信頼性の高い電気機械共振器を得ることができる。
【００２１】
また、本発明の電気機械共振器は、前記位置決め機構および駆動源が、前記基板上に半導体製造技術を用いて作製されたものを含む。
この構成により、大幅な小型化をはかることができる。ここで駆動源は、電源を除く駆動回路が、同一基板上に形成されていればよく、電源は別途接続するものも含む。
【００２２】
また、本発明の電気機械共振器は、前記位置決め機構が、梁構造体を備え、前記駆動源により前記梁構造体の少なくとも１つの梁を所定量だけ変位させることにより、前記振動体または前記電極を前記所定量よりも小さな量だけ変位させ、前記振動体と前記電極との距離をｇからｇ’への微調整を実現するように構成されたものを含む。
この構成により、加工直後の振動体と電極との間隔がｇである場合、ｇからｇ’への調整が可能となり、振動体へ励振力は、ｇ／ｇ’の２乗とすることができ、振幅の増大をはかることができる。
【００２３】
また、本発明の電気機械共振器は、前記位置決め機構が、振動体と電極の間に印加される電圧に応じて、振動体と電極の初期位置を所定量だけ変位するようにしたものを含む。
この構成によれば、電圧によって振動体と電極の初期位置を複数段に決定することができ、高精度の調整が容易に可能となる。
【００２４】
また、本発明の電気機械共振器は、前記位置決め機構が、複数の前記梁構造体を備えたものを含む。
この構成によれば、複数の梁構造体を接続して用いることにより、大電圧の励振信号が投入されて一段目のギャップがゼロ、すなわち接触状態に陥っても、次段の振動体を励振させるようにすることができる。
【００２５】
また、本発明の電気機械共振器は、電気的に並列に配置された複数個の電気機械共振器を含むものを含む。
この構成によれば、１つの駆動源で複数段の振動体・電極間の間隔を調整可能であるという効果がある。
【００２６】
また、本発明の電気機械共振器は、前記電気機械共振器が、真空雰囲気となるように封止されたケース内に収納したものを含む。
この構成によれば、長寿命でかつノイズの少ない電気機械共振器を形成することができる。また、振動体の振動は空気の粘性抵抗を受けない。
【００２７】
また、本発明のフィルタは、上記電気機械共振器を用いて形成される。
この構成によれば、高感度かつ高精度で信頼性の高いフィルタを得ることができる。
【００２８】
また、本発明の電気回路は、上記電気機械共振器を用いて形成される。
【００２９】
また、本発明の電気機械共振器の製造方法は、機械的振動を行う振動体と、前記振動体に対して所定の間隔を隔てて配設された電極とを有し、前記振動体が機械的振動を生起しうるように構成され、電気機械変換を可能にする電気機械共振器の製造方法であって、基板上に、前記振動体および前記電極を含む梁構造体を形状加工する工程と、前記振動体と前記電極との間隔が所望の値となるように、前記前記振動体または前記電極を変位させる工程とを含む。
この方法によれば、加工後に、振動体と電極との間の相対的位置を調整し、狭ギャップ化をはかることができるため、加工精度のみに依存するのではなく、加工限界を超えて、あるいは加工後に変位させることによりギャップの大きさを調整することが可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の電気機械共振器の構成によれば、極めて簡単なプロセスで、電気・機械および機械・電気の変換効率の優れた電気機械共振器を容易に形成することができる。
本構成によれば、簡易な方法で通常の解像限界を超えて振動体と電極間の狭ギャップを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の電気機械共振器の平面図である。図１（ａ）は加工直後の状態を示す図、図１（ｂ）は、加工後内部応力の緩和によりギャップが変化した状態を示す図である。図１において、ハッチング部分は基板上に固定された固定部分、他の部分は可動部分である。この電気機械共振器は、ＭＥＭＳ工程によって１枚のシリコン基板から形成されるもので、両持ち梁構造で基板２０１（図１では省略、図２（ｄ）参照）に張架せしめられ、機械的振動を行う振動体２０２と、この振動体２０２に対して所定の間隔を隔てて配設された電極２０３とを有し、この振動体２０２の機械的振動と、前記機械的振動に伴う前記振動体２０２と電極２０３との間の相対的位置変化による電気的変化との間で電気−機械変換を実現するもので、ＭＥＭＳ工程により振動体２０２および電極２０３を加工後、振動体と電極とのギャップｇを狭小化することにより、加工限界を超えて微細なギャップを効率よく形成するようにしたことを特徴とするものである。ここでギャップｇは半導体製造技術を用いて作製可能な最小線幅（数百ｎｍ〜数μｍ）に一旦加工され、加工後に狭小化される。
【００３２】
ここで、振動体２０２は両端を基板２０１上に固定された両持ち梁であり、２０３は振動体２０２に近接して配され、振動体を励振、または振動体の振動を検出するための電極である。ここで電極２０３は引っ張り性の内部応力をもつ位置決め用梁２１１に支持されており、加工直後に図１（ａ）に示すように形成したギャップｇを、位置決め用梁２１１の引張り性の内部応力によって、図１（ｂ）に示すようにギャップｇを狭めて安定化させたものである。
【００３３】
電極２０３は位置決め用梁Ｘ２１１の中心部に配され、位置決め用梁Ｘ２１１の両端は２本の位置決め用梁Ｙ２１２に連結され、位置決め用梁Ｙ２１２の他方の端点は基板に固定されている。振動体２０２と電極２０３の間にはギャップｇが形成されている。
【００３４】
そしてこの位置決め用梁Ｘ２１１およびＹ２１２はともに半導体製造技術を用いて形成した薄膜パターンで構成されており、基板平面方向の残留内部応力が引張り応力となるように製造される。
【００３５】
次に、本発明の実施の形態１における電気機械共振器の製造方法について説明する。図２（ａ）乃至（ｄ）は図１に示した電気機械共振器の構造中で、特に振動体２０２と電極２０３付近を拡大してその製造方法を示した製造工程図である。振動体２０２および電極２０３は基板２０１上に形成される。例えば基板２０１は、表面に熱酸化による酸化シリコン膜および減圧ＣＶＤ法による窒化シリコン膜が堆積された高抵抗シリコン基板である。
【００３６】
まず図２（ａ）に示すように、シリコン基板２０１にフォトレジストからなる犠牲層をスピンコートし、フォトリソグラフィにより、露光、現像したのち、ホットプレートでベークを行い、犠牲層２０７を形成する。
【００３７】
次に、基板全面にスパッタリング法によりアルミニウム薄膜２０８を堆積する（図２（ｂ））。
次にアルミニウム薄膜２０８上にフォトレジストを形成し、フォトリソグラフィによりパターニングを行い、前記フォトレジストからなるパターンをマスクとしてアルミニウムのドライエッチングを行うことで、振動体２０２および電極２０３を形成する（図２（ｃ））。さらに酸素プラズマによりフォトレジストからなるパターンならびに犠牲層２０７を除去する。これにより、振動体２０２は、振動可能な両持ち梁となり、電極２０３との間でコンデンサを形成する（図２（ｄ））。
【００３８】
この製造方法を用いることで、犠牲層２０７のパターニング用ならびに図１に示したすべてのアルミニウム薄膜を用いたアルミニウム構造体のパターニング用の２枚マスクで図１（ａ）に示した電気機械共振器を実現することができる。
【００３９】
このようにして、図２（ｄ）に示した犠牲層の除去工程を終えると、位置決め用梁Ｘ２１１内の残留応力が緩和され、すなわち位置決め用梁Ｘ２１１はその長さ方向に縮もうとし、位置決め用梁Ｙ２１２は応力を緩和しようとする位置決め用梁Ｘ２１１に引張られ、最終的に図１（ｂ）のように撓んだ状態で静止する。その結果、振動体２０２と電極２０３の間のギャップｇはｇ’に変化し、初期のギャップｇの値よりも小さくなる。
【００４０】
すなわち、本実施の形態においては、位置決め機構は位置決め用梁Ｘ２１１および位置決め用梁Ｙ２１２のみで構成されていることになる。これにより使用する半導体製造技術で作製可能な最小間隙ｇに制限されない狭ギャップを形成することができる。
【００４１】
かかる構成によれば、駆動源を梁の内部応力とし、内部応力の緩和による梁の撓みを利用して、振動体と電極との間のギャップを、加工限界を超えて狭ギャップとすることができ、十分に大きな振幅を持つ高感度の電気機械共振器を実現することが可能となる。従ってこの電気機械共振器を用いることにより、電気−機械および機械−電気の変換効率の優れたフィルタを提供することができる。
【００４２】
なお本実施の形態では高抵抗のシリコン基板を用いたが、通常のシリコン基板、化合物半導体基板、絶縁材料基板を用いても良い。
また、高抵抗のシリコン基板２０１上に絶縁膜としてシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を形成したが、基板の抵抗が十分高い場合これら絶縁性膜の形成を省略しても良い。
【００４３】
なお、本実施の形態では振動体および電極を形成する材料としてアルミニウムを用いたが、他の金属材料Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｕ、ならびに高濃度に不純物導入のなされた半導体材料例えばアモルファスシリコン、ポリシリコン、導電性を有する高分子材料などを用いても良い。さらに成膜方法としてスパッタを用いたがＣＶＤ法、メッキ法などを用いて形成しても良い。
【００４４】
なお、図２（ｄ）の状態でアルミニウム薄膜で構成された構造体全面にプラズマＣＶＤによりシリコン窒化膜を堆積してもよい。
【００４５】
なお、上記実施の形態において、振動体２０２の共振周波数に比べて、位置決め用梁２１１、２１２、電極２０３すべてを包含した構造体の共振周波数は周波数軸上で充分に離れているため、本来振動体２０２が振動すべき共振周波数で位置決め用梁２１１、２１２、電極２０３が振動するのを抑制することはできるが、本発明の実施の形態１における電気機械共振器をフィルタに確実に実現する際には、振動体２０２以外の構造体の共振周波数を周波数帯域にもたないフィルタ入力信号を用いるか、または、フィルタの出力信号から、振動体２０２以外の構造体の共振により発生した周波数成分を電気回路素子で構成されたフィルタで抑圧すればよい。
【００４６】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、アルミニウム薄膜からなる電極２０３を担持する位置決め用梁Ｘ２１１内の残留応力の緩和による、長さ方向の縮みによって振動体２０２と電極２０３との間のギャップを加工限界を超えて小さくなるように構成したが、本実施の形態では、圧縮性の内部応力を持った状態で加工された梁の伸びようとする力を回転方向の力に変換し、連結梁２０４を回転させることによりギャップｇを狭めるようにしたことを特徴とするものである。
【００４７】
ここで図３は、本発明の実施の形態２の電気機械共振器の平面図である。図３（ａ）は加工直後の状態を示す図、図３（ｂ）は、加工後内部応力の緩和によりギャップが変化した状態を示す図である。図３において、ハッチング部分は基板上に固定された固定部分、他の部分は可動部分である。
【００４８】
製造工程としては、前記実施の形態１と同様にＭＥＭＳ工程を用いて実現されるがこの、加工直後は図３（ａ）に示すように、すなわち、図示しない支持台としての基板に対し、回転中心となる支点Ｏで支持された片持ち梁構造の連結梁２０４の先端部に電極２０３を形成したもので、この電極２０３にギャップｇを隔てて振動体２０２が形成されている。ここで、支点Ｏ近傍には点対称位置に第１および第２の圧縮性梁２１１Ｒ１，２１１Ｒ２が連設されている。
【００４９】
そして所定時間経過すると、図３（ｂ）に示すように、第１および第２の圧縮性梁２１１Ｒ１，２１１Ｒ２は伸びようとして応力Ｆ１，Ｆ２を連結梁２０４に印加することになり、電極２０３が振動体２０２に近づく方向に変位する。これにより、ギャップｇからｇ’となり、狭小化される。
【００５０】
このようにして加工限界を超えた微細なギャップが形成される。
あらかじめ、このギャップの寸法差をシミュレートして演算しておくようにし、形成後、設計値となるようにしてもよい。
ここで、振動体２０２は自身の圧縮応力により座屈しないよう、片持ち梁としたが、振動体２０２と電極２０３とを別材料で構成することにより、前記実施の形態１と同様、両持ち梁構造としてもよい。
【００５１】
（実施の形態３）
なお前記実施の形態１，２では、梁をあらかじめ内部応力をもつように形成しておき、その後で、応力緩和によりギャップｇを狭小化するようにしたが、本実施の形態では、図４（ａ）に示すように、連結梁２０５の自由端２０５Ｓを係止する係止部２２１を、あらかじめＭＥＭＳ工程で一体形成するように加工しておき、加工後に図４（ｂ）に示すように、外力Ｆをかけ、この自由端２０５Ｓを係止部２２１に係止させ、梁を所定位置まで変位させるようにしたものである。これに伴い電極２０３を振動体２０２に近接させることができギャップｇをｇ’まで狭小化したことを特徴とするものである。
すなわち、前記実施の形態１，２の場合と同様にＭＥＭＳ工程により、梁構造体を形状加工し、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）プローブ等、鋭利な先端をもつプローブをマニピュレートして梁２０５を押し、係止部２２１を用いた保持機構で保持する。これによりギャップｇは狭められ、あらかじめ設計された間隔ｇ’を得ることができる。
【００５２】
（実施の形態４）
また、前記実施の形態３では、外力を印加してプローブをマニピュレートして連結梁２０５を押し、保持するようにしたが、図５に示すようにこの外力として駆動用電源２０９を用いて連結梁２０５を変位させ、係止部２２１を有する保持機構に保持させるようにしてもよい。
【００５３】
なお前記実施の形態では、連結梁２０５上に電極２０３を１個配置したが、本実施の形態では振動体２０２ａ、２０２ｂと電極２０３ａ、２０３ｂを配設し、振動体電極の対を２個配置している。
【００５４】
加工後、駆動用電源２０９に所望の電圧Ｖｄｒｉｖｅを印加し、静電力により電極２０３ａ、２０３ｂを変位させ、先端部２０５Ｓが係止部２２１に係止されるまで連結梁２０５を変位させる。
そして保持させた後は、この駆動用電源２０９をオフにする。またこの駆動用電源２０９を交流信号ｖｉに重畳するＤＣバイアス電源として用いるようにしてもよい。
【００５５】
（実施の形態５）
前記実施の形態１または２では、加工後に、内部応力の緩和によってギャップを狭小化する例について説明したが、本実施の形態では、図６（ａ）乃至（ｃ）に示すように、その圧縮応力のため座屈して電極２０３が基板と接触した状態で、ピエゾ素子を用いて電極を振動体に近付けるようにしたものである。図６（ａ）は加工後、圧縮応力の緩和により電極が基板に向けて変位した状態を示す上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）をピエゾ素子の振動により電極を振動体に近付けるように変位させた状態を示すものである。
【００５６】
本実施の形態では、基板２０１の裏面にせん断ピエゾ素子３００を貼り付け、Ｘ方向にピエゾ素子を振動させる。
このピエゾ素子は、ＰＺＴなどの圧電体３０１の両端に電極３０２、３０３を形成したものでこれらの電極３０２、３０３の間に電源３０４によって電圧を印加し、ギャップｇを狭小化するものである。
【００５７】
このとき図６（ｂ）に示したようにのこぎり波状の電圧を印加することで、基板２０１は＋Ｘ方向にゆっくりと移動し、−Ｘ方向に急速に移動する。基板２０１が＋Ｘ方向にゆっくり移動する際には基板２０１と電極２０３は接触したまま移動するが、基板２０３が−Ｘ方向に急速に戻ろうとするときには電極はその慣性力のために急速には戻れない。その結果、基板と電極は接触しながらも電極のみが＋Ｘ方向に移動していく。最終的に図６（ｃ）に示すように、充分にギャップｇが狭小化したところでせん断ピエゾ素子３００をはずす。
このようにして、狭ギャップの電気機械共振器が完成する。
【００５８】
このとき、振動体と電極はＺ方向の高さが異なるため、振動体と電極両者間の静電力は振動体側面の下部の方に集中する。従って振動体の捩り回転中心を軸としたモーメントが働くため、捩り共振器に適した構造となる。
【００５９】
かかる構成によれば、電極の一部を基板に接触させることにより、簡易な方法で振動体と電極間の狭ギャップを実現することが可能となり、電気−機械および機械−電気の変換効率の優れたフィルタを提供することができる。
【００６０】
（実施の形態６）
前記実施の形態１または２では、加工後に、内部応力の緩和によってギャップを狭小化する例について説明したが、本実施の形態では、図７および図８に示すように、初期のギャップはゼロとなるように加工し、ＳＡＭ(Self-assembled monolayer)と呼ばれる薄い層を剥離材として用いて加工し、加工後にこのＳＡＭを剥離することによって狭ギャップを形成する。図７は加工中の状態を示す図、図８はギャップ形成後の状態を示す図、図９は本実施の形態の原理を示す説明図である。図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００６１】
図７（ａ）および（ｂ）に示すように、スペ−サＳを構成する金属膜を形成しこれをパターニングし、凹部に犠牲層としてのレジストＲを充填し、その上層に振動体２０２となるポリシリコン層を形成しさらにこれをパターニングし、この後電極２０３となる金薄膜を形成し、このパターンのない領域を埋める。
【００６２】
そして図８（ａ）および（ｂ）に示すように、犠牲層としてのレジストＲを除去する。これにより、金薄膜からなる電極２０３のパターンが形成されるとともに、振動体２０２および電極２０３の一部が基板２０１からリリースされた状態となる。このようにし、振動体２０２および電極２０３の一部が基板２０１からリリースされた状態を作り出すと、電極２０３は基板面に平行な方向すなわち水平方向に縮もうとして振動体２０２との接触界面から剥離し、狭ギャップｇを作り出すことができる。
【００６３】
この構成を用いることで、半導体製造技術などによるギャップ加工精度の限界を超えた百ナノメートル以下の狭ギャップを形成することができる。
【００６４】
なお、この剥離をより容易にするには、図９に示すように、振動体２０２の周囲に電極と２０３との剥離を容易にする離型剤層２１０を形成しておけばよい。例えば厚み数ナノメートルの離型剤としてＳＡＭ(Self-assembled monolayer)を用いることができる。例えば振動体２０２は表面を酸化させておくのが望ましい。電極２０３は金属、ＳＡＭとしてＤＴＳ(dodecyltrichlorosilane)膜を使うことによりこの離型は実現可能である。
このＳＡＭの形成に際しては、ＳＡＭ溶液をつけたペンで基板上をなぞっていくとなぞった領域にＳＡＭが形成されるディップペンリソグラフィ法あるいは、インクジェット法などの直接描画法が用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明にかかる電気機械共振器は、製造工程が簡略化され、かつ電気−機械および機械−電気の変換効率の優れたフィルタが提供できる効果を有し、携帯型無線端末に積載される高密度に集積化された高周波フィルタ回路等として有用である。また、音声帯域や超音波帯域におけるスペクトル解析や、機械共振による質量分析等の医用や環境分野等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の上面図
【図２】本発明の実施の形態１における電気機械共振器の製造工程図
【図３】本発明の実施の形態２における電気機械共振器の上面図
【図４】本発明の実施の形態３における電気機械共振器の上面図
【図５】本発明の実施の形態４における電気機械共振器の上面図
【図６】本発明の実施の形態５における電気機械共振器を示す図
【図７】本発明の実施の形態６における電気機械共振器の製造方法の説明図
【図８】本発明の実施の形態６における電気機械共振器を示す図
【図９】本発明の実施の形態６における電気機械共振器の製造方法において離型剤を用いた場合の説明図
【図１０】従来の電気機械共振器を利用したフィルタの説明図
【図１１】従来の電気機械共振器の製造方法の説明図
【符号の説明】
【００６７】
１０１  振動体
１０２  アンカー
１０３  基板
１０４  励振電極
１０５  検出電極
２００  位置決め機構
２０１  基板
２０２  振動体
２０３  電極
２０４  連結梁
２０５  位置決め用梁
２０６  位置決め用電極
２０７  犠牲層
２０８  アルミニウム
２１０  離型剤層
２１１  位置決め用梁Ｘ
２１２  位置決め用梁Ｙ
２２１  保持機構
【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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