(57)【要約】【課題】  信号損失を低減し経時信頼性を向上させることができ、かつ消費電力を低減することのできる静電駆動素子を提供する。【解決手段】  基板１１上に両持ち梁２０を備えている。両持ち梁２０は梁本体２１に翼片部２３を一体化したものであり、翼片部２３の両端（自由端）にそれぞれ第１接点２５Ａ，２５Ｂを有している。基板１１側に第１電極１３、翼片部２３には第２電極２４（分割電極２４Ａ〜２４Ｃ）が対向配置されている。第１電極１３は凸部１３Ａ（支点部）を有し、その表面は絶縁膜１５により覆われている。第１接点２５Ａ，２５Ｂに対向して基板１１側には第２接点１４，１４を含む信号回路が形成されている。翼片部２３は静電気力の作用により凸部１３Ａ（支点部）において変形し、第１接点２５Ａ，２５Ｂが一定の圧力をもって第２接点１４に対して横滑りしつつ接触する。【選択図】    図１
2006351385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に第１電極を有する基板と、
前記基板上に固定された架橋構造の梁本体、前記梁本体に交差すると共に前記梁本体に一体化され、自由端近傍に第１接点を有する翼片部、および前記翼片部の延在方向に沿って設けられた第２電極を含み、前記翼片部の第１接点が三次元的に変位可能な両持ち梁と、
前記基板側に設けられると共に前記翼片部の変形の基点となる角を有する支点部と、
信号回路に設けられ、前記第１接点との接触あるいは第１接点と共に容量を形成することにより前記信号回路を閉成する第２接点と、
前記第１電極および第２電極に電圧を印加し、発生した静電気力により、前記翼片部を前記梁本体と共に前記基板側に変位させ、そののち前記翼片部の先端を前記支点部の角を基点として第１接点が第２接点に近づく方向に付勢させる駆動手段と
を備えたことを特徴とする静電駆動素子。
【請求項２】
前記第２電極と第１電極との間は、前記梁本体に対応する中央位置とその両側の位置ではその間隔が異なる
ことを特徴とする請求項１記載の静電駆動素子。
【請求項３】
前記支点部が前記基板上の前記梁本体に対応する位置に設けられると共に、前記第２接点が前記基板上に設けられ、前記第１電極と第２電極との間隔が、前記梁本体に対応する中央位置で狭く、その両側の位置では広くなっている
ことを特徴とする請求項２記載の静電駆動素子。
【請求項４】
前記第１電極は前記支点部を兼ねる凸部を有すると共に表面が絶縁膜により覆われ、かつ前記第２電極は３つの分割電極により構成され、前記分割電極はそれぞれ前記梁本体を対称軸とする位置に離間して配設されており、
前記第１電極との間隔が、前記中央の分割電極では狭く、その他の２つの分割電極では広くなっている
ことを特徴とする請求項３記載の静電駆動素子。
【請求項５】
前記第１電極の凸部は、静電気力により前記翼片部が変位したのち当該凸部により前記翼片部が変形したときに、前記第１接点が第２接点に接する、あるいは一定の容量を形成する程度の高さを有する
ことを特徴とする請求項４記載の静電駆動素子。
【請求項６】
前記翼片部の表面に前記梁本体の延在方向に沿って形成された切欠き溝よりなる屈曲部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の静電駆動素子。
【請求項７】
前記両持ち梁を間にして前記基板に対向する位置に回路基板を備え、前記第２接点が前記回路基板に設けられると共に、前記第１接点が前記翼片部の前記第２接点に対向する位置に設けられ、前記第２電極と第１電極との間隔が、前記梁本体に対応する中央位置で広く、その両側の位置では狭くなっている
ことを特徴とする請求項１記載の静電駆動素子。
【請求項８】
前記第２電極が３つの分割電極により構成され、前記分割電極がそれぞれ前記梁本体を対称軸とする位置に離間して配設されると共に、前記第１電極が下部第１電極と上部第１電極とにより構成されており、
前記下部第１電極は前記第２電極の中央の分割電極に対向する位置、前記上部第１電極は前記第２電極の両側の分割電極に対向する位置にそれぞれ配置され、
前記中央の分割電極と下部第１電極との間隔が広く、前記その他の２つの分割電極と上部第１電極との間隔が狭い
ことを特徴とする請求項７記載の静電駆動素子。
【請求項９】
前記支点部として、一対の第１の支点部が前記上部第１電極上に互いに離間して配置されると共に、一対の第２支点部が前記下部第１電極上に互いに離間して一対の第２支点部が配置されている
ことを特徴とする請求項８記載の静電駆動素子。
【請求項１０】
静電駆動素子を備えた電子機器であって、前記静電駆動素子は、
表面に第１電極を有する基板と、
前記基板上に固定された架橋構造の梁本体、前記梁本体に交差すると共に前記梁本体に一体化され、自由端近傍に第１接点を有する翼片部、および前記翼片部の延在方向に沿って設けられた第２電極を含み、前記翼片部の第１接点が三次元的に変位可能な両持ち梁と、
前記基板側に設けられると共に前記翼片部の変形の基点となる角を有する支点部と、
信号回路に設けられ、前記第１接点との接触あるいは第１接点と共に容量を形成することにより前記信号回路を閉成する第２接点と、
前記第１電極および第２電極に電圧を印加し、発生した静電気力により、前記翼片部を前記梁本体と共に前記基板側に変位させ、そののち前記翼片部の先端を前記支点部の角を基点として第１接点が第２接点に近づく方向に付勢させる駆動手段と
を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電駆動により信号回路の閉成動作を行う静電駆動素子、およびそれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）素子およびこのＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が注目されている。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子に組み込まれていることにある。
【０００３】
特に、半導体プロセスによるマイクロマシニング技術を用いて形成された駆動体については、デバイスの占有面積が小さいこと、高いＱ値を実現できることおよび他の半導体デバイスとの集積が可能なことなどの特徴を有していることから、無線通信デバイスの中でも中間周波数（IF；Intermediate Frequency）あるいは高周波（RF；Radio Frequency)信号のスイチッング素子として利用することが提案されている（例えば、非特許文献１）。  
【０００４】
このスイッチング素子は、信号回路を、半導体基板上に形成された信号配線と梁（駆動体）に設けられた接点（第１接点）とにより構成し、梁側の第１接点と信号配線側の接点（第２接点）との接触時を「閉」状態、非接触時を「開」状態とすることにより、信号の切換、分岐あるいは混合を行うものである。このような素子においては、梁を駆動する手段として静電気力を利用するものがある（非特許文献１）。
【非特許文献１】ジェイ．アール．クラーク(J.R.Clark) 、ダブル．ーティー. スウ(W.-T.Hsu)、シー. ティー．−シー. グエン(C.T.-C.Nguyen) 、“ハイ−キューブイエッチエフ  マイクロメカニカル  カウンター−モード  ディスク  レゾネーターズ, ”テクニカル  ダイジェスト, アイエイーイーイー  アイエヌティー. エレクトロン  デバイシス  ミーティング,   サンフランシスコ, カリフォルニア, （“High-QVHF micromechanical contour-mode disk resonators, ”Technical Digest, IEEE Int. Electron Devices Meeting, SanFrancisco, California, ) 、Ｄｅｃ. １１−１３, ２００0 年、ｐ．３９９−４０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような従来のスイッチング素子では、梁側の接点部分の自由度が小さく、接点は基板に平行な面内で可動できるか、基板に垂直な方向に可動できるかのいずれかである。しかしながら、このような構造においては接点でのバウンド現象が問題となっており、この現象が接点の接続・切断の動作特性を実質的に規定するものとなっている。すなわち、この現象が発生すると、接触状態が安定するために時間を要し、動作速度が遅くなり、更には動作回数が実質的に増すこととなり、接点の寿命が短くなる。特に、接点が直接接続型（ＤＣコンタクト）である場合には、通電状態において接点間に放電が生じる虞があり、より接点の寿命が短くなる。よって、接点での信号損失を低減し、経時安定性を確保する上では、このようなバウンド現象の発生を防止することが極めて重要である。
【０００６】
また、接点間を安定に接続させるためには、接点同士が接触したのち更に押し込み動作が必要であり、接点を支える梁構造には高い剛性が要求される。梁に高い剛性を付与する方法としては、梁の可動部を厚くしたり、重い材料などにより構成する方法などが挙げられる。しかしながら、このような方法により高い剛性を持たせた梁構造物では、その変形には大きな力が必要とされ、動作のためには多くのエネルギーが消費される。消費エネルギーの低減化は、電子部品での最も基本的で、一般的な要請であり、このような消費エネルギーの低減化の観点からは、実効的な剛性が接点の接触の前後で機械的に変化するような構造の実現が望まれる。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、接点でのバウンド現象の発生を抑制して信号損失を低減し、経時安定性を確保することができる静電駆動素子、およびそれを用いた電子機器を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の第２の目的は、梁の実効的な剛性が接点の接触の前後で変化する構造を有し、梁を剛性の高い材料や重い材料等で形成することなく消費エネルギーを低減することが可能な静電駆動素子、およびそれを用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による静電駆動素子は以下の要素（ａ）〜（ｅ）を備えることにより、接点を三次元的に変位可能とすると共に、梁構造の実効的な剛性が接点の接触の前後で変化するようにしたものである。また、本発明による電子機器は、この静電駆動素子を信号回路中のスイッチング素子等として備えたものである。
（ａ）表面に第１電極を有する基板
（ｂ）基板上に固定された架橋構造の梁本体、前記梁本体に交差すると共に前記梁本体に一体化され、自由端近傍に第１接点を有する翼片部、および前記翼片部の延在方向に沿って設けられた第２電極を含み、前記翼片部の第１接点が三次元的に変位可能な両持ち梁
（ｃ）基板側に設けられると共に翼片部の変形の基点となる角を有する支点部
（ｄ）信号回路に設けられ、第１接点との接触あるいは第１接点と共に容量を形成することにより前記信号回路を閉成する第２接点
（ｅ）第１電極および第２電極に電圧を印加し、発生した静電気力により、翼片部を梁本体と共に基板側に変位させ、そののち翼片部の先端を前記支点部の角を基点として第１接点が第２接点に近づく方向に付勢させる駆動手段
【００１０】
この静電駆動素子では、電圧印加により第１電極と第２電極との間に静電気力が発生すると、梁本体と共に翼片部全体が基板側へ変位し、そののち翼片部の一部が支持部の角を支点として変形する。すなわち、翼片部は梁本体を回転軸として、先端（第１接点）が基板側に近づくまたは基板から離間する方向に変形し、第２接点に接触しあるいは接点間で容量を形成する。このとき翼片部の先端は三次元的に変位可能であり、支点部に当接したのちはその位置から先の部分があたかも片持ち梁のようになって実効的な剛性が高くなり、これにより第１接点は第２接点側に一定の圧力をもって付勢され、第１接点が第２接点上で横滑りしつつ強く接触する。すなわち、接点同士の接触動作が実効的に柔らかくなり、接点間の反発力が弱められることにより、接点のバウンド現象が防止ないし抑制されて安定な位置におさまる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の静電駆動素子によれば、両持ち梁に交差して翼片部を設け、この翼片部の自由端に第１接点を設けると共に、基板側に翼片部を変形させるための支点部を設けるようにしたので、第１接点に動作範囲内での三次元の自由度を付与することができ、また支点部により変形したのちに翼片部の剛性を実効的に高めることができる。よって、接点でのバウンド現象を防止ないし抑制することができ、これに伴い入出力の際の信号損失が低減され、経時信頼性が向上する。また、梁構造を重くすることや厚くする必要がなくなり、軽く、かつ薄くすることができ、よって低電圧での静電駆動が可能となる。従って、このような静電駆動素子を例えば電子回路中のスイッチング素子として備えることにより、性能が向上し、かつ低消費電力の電子機器を実現することがてきる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
〔第１の実施の形態〕
図２は本発明の第１の実施の形態に係る静電駆動素子１の平面構造、図１は図２のＡ−Ａ切断線に沿った断面構造を表している。この静電駆動素子１は、基板１１上に絶縁膜１２を介して両持ち梁２０を備えると共に、両持ち梁２０に対向して静電駆動用の第１電極１３を有している。両持ち梁２０には第１接点２５Ａ，２５Ｂが設けられている。これら第１接点２５Ａ，２５Ｂに対向して基板１１上には第１電極１３とは電気的に分離して信号配線が設けられている。この信号配線は、例えば図２に示したように一組の入力側配線１４Ａと出力側配線１４Ｂとにより構成されており、入力した高周波信号を２つに分ける２分波回路を構成している。入力側配線１４Ａと出力側配線１４Ｂとの間に接点（第２接点１４，１４）が設けられている。なお、入出力を図２と逆にすれば、２つの高周波信号を混合するための混合回路を構成することができる。
【００１４】
両持ち梁２０は梁本体２１に翼片部２３が一体化されたものである。翼片部２３は梁本体２１の中間位置において交差しており、梁全体としての平面構造が略十字型の形状となっている。梁本体２１は両端がそれぞれ支持部（アンカー）２２により支持された架橋構造である。翼片部２３は初期位置において梁本体２１と共に水平面を構成しているが、静電気力による駆動時において梁本体２１を中心軸として一定範囲で回転し、その先端（自由端）が三次元的に変位可能となっている。
【００１５】
基板１１は半導体材料例えばシリコン（Ｓｉ）により形成されている。絶縁膜１２は両持ち梁２０を基板１１から電気的に分離するものであり、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）あるいは二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）による単一層または複数層により構成されている。
【００１６】
第１電極１３は中央にメサ型の凸部１３Ａを有する断面形状を有し、この凸部１３Ａが後述の第２電極２４側の分割電極２４Ｂに、また凸部１３Ａの周辺部１３Ｂが分割電極２４Ａ，２４Ｃにそれぞれ対向している。すなわち、この第１電極１３は中央の分割電極２４Ｂとの間が狭く、その他の２つの分割電極２４Ａ，２４Ｃとの間は広くなっている。
【００１７】
第１電極１３の凸部１３Ａは本発明の支点部を兼ねており、その両端の角に相当する位置が翼片部２３の変形の支点Ｆとして機能するようになっている。凸部１３Ａの高さは、ここでは翼片部２３が凸部１３（支点部）において変形した時点で第１接点２５Ａ，２５Ｂが信号配線の第２接点１４，１４に接触する程度の高さを有している。この第１電極１３は、例えば金などの貴金属あるいは銅合金、アルミニウム合金、タングステン合金などの導電性材料により形成されている。
【００１８】
この第１電極１３の表面には両持ち梁２０との直接の接触を防止するために絶縁膜１５が設けられている。絶縁膜１５は例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）あるいは二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）などからなる単一層または複数層により形成される。
【００１９】
両持ち梁２０は例えば二酸化ケイ素などの絶縁性材料により構成されている。両持ち梁２０のうち翼片部２３の裏面（基板１１と対向する面）には信号継断用の第２接点２５Ａ，２５Ｂを間にして第２電極２４が設けられている。
【００２０】
この第２電極２４は複数、例えば３つの分割電極２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃにより構成されており、これら分割電極２４Ａ〜２４Ｃがそれぞれ翼片部２３の梁本体２１を対称軸とする位置に互い離間して配設されている。分割電極２４Ａ〜２４Ｃは金などの貴金属あるいはアルミニウム合金などの導電性材料により形成されており、ここでは接地されて互いに同電位となっている。なお、例えば分割電極２４Ｂと２つの分割電極２４Ａ，２４Ｃとの間を電気的に分離し、異なる電位とすることも可能である。一方、翼片部２３の表面には第２電極２４および第１接点２５Ａ，２５Ｂそれぞれに対向する位置に金属膜２７が形成されている。
【００２１】
また、両持ち梁２０の裏面側には保護膜２６、表面側には保護膜２８がそれぞれ設けられている。更に、翼片部２３の表面には梁本体２１の延在方向に沿って複数の切欠き溝（屈曲部２９）が設けられている。これら屈曲部２９により、翼片部２３の静電気力による支点Ｆでの変形が容易となると共に、第１接点２５Ａ，２５Ｂが第２接点１４に対して一定の圧力をもって接することが可能になっている。
【００２２】
保護膜２６は第１電極１３と第２電極２４とを電気的に分離すると共に接触の際の翼片部２３の摩擦などを軽減する機能を有している。一方、保護膜２８は翼片部２３を補強するためのものである。これら保護膜２６，２８は、例えば、窒化ケイ素などの絶縁性材料により形成される。
【００２３】
金属膜２７は翼片部２３を補強すると共に成膜工程に起因する応力による翼片部２３のそりを軽減するためのものであり、第２電極２４と同じ貴金属あるいは導電性材料により構成されている。なお、本実施の形態では、翼片部２３全体の駆動を円滑に行うには、翼片部２３の剛性が梁本体２１よりも相対的に高くなっていることが好ましい。このように翼片部２３の剛性を梁本体２１より高くするには、梁本体２１の幅よりも大きい金属膜２７を設けることの他に、翼片部２３の幅や厚みを梁本体２１のそれよりも相対的に大きくする方法もある。
【００２４】
第１電極１３と第２電極２４との間には、駆動手段としての直流電源（ＤＣ）を通じて静電駆動電圧が印加されるようになっている。
【００２５】
第１接点２５Ａ，２５Ｂは、静電気力により第２接点１４，１４に接触することによって入力側配線１４Ａと出力側配線１４Ｂとを接続すなわち信号回路を「閉」とし、第２接点１４，１４から離れることにより信号回路を「開」とする。これら第１接点２５Ａ，２５Ｂは、例えば第２電極２４と同様の材料により構成されるが、特に、接触の際の衝撃を緩和するために金などの柔らかい貴金属で構成されていることが好ましい。また、第１接点２５Ａ，２５Ｂは駆動される際には上記のように動作範囲において三次元の自由度を有するものであり、第２接点１４に対して横滑りすることにより接触の際の衝撃をより緩和して、これにより信号損失を防ぐことができるようになっている。
【００２６】
これら第１接点２５Ａ，２５Ｂは、また、２種類の電極間隔を持つ第１電極１３と第２電極２４との間に生じた静電気力による引力により、第２接点１４への接触とそれに続く第２接点１４への押し込み動作が連続的に成されるようになっている。これにより信号開閉の繰り返し動作に対する安定性を向上させることができるようになっている。
【００２７】
本実施の形態の静電駆動素子は、上述した第１接点２５Ａ，２５Ｂと第２接点１４，１４とが直接接触することにより高周波信号および直流（ＤＣ）の入出力が可能なオーミック型（ＤＣ接触型）のものであるが、第１接点２５Ａ，２５Ｂと第２接点１４との間に誘電体を介在させることにより、高周波信号のみ入出力可能なキャパシティブ型（容量型）の静電駆動素子としてもよい。
【００２８】
次に、この静電駆動素子１の製造方法について説明する。
【００２９】
図４ないし図９は静電駆動素子１の製造方法を工程順に表したものである。なお、説明の都合上、図４（Ｃ），図５（Ｂ），図６（Ｂ），図８，図９については、図２のＢ−Ｂ切断線に沿った断面構成のうち、梁本体２１の翼片部２３と交差する部分から支持部２２までの部分を拡大して示し、その他、図４（Ａ），図４（Ｂ），図５（Ａ），図６（Ａ），図７については図２のＡ−Ａ切断線に沿った断面構成を示している。
【００３０】
まず、図４（Ａ）に示したように、シリコン製の基板１１の表面に絶縁膜１２を形成する。すなわち、例えば熱酸化法により基板１１を酸化することによりシリコン熱酸化膜１２Ａを形成したのち、引き続きこのシリコン熱酸化膜１２Ａ上に、例えば減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法により窒化ケイ素膜１２Ｂを成膜する。シリコン熱酸化膜１２Ａおよび窒化ケイ素膜１２Ｂの厚さは、例えばそれぞれ２０ｎｍである。
【００３１】
続いて、図４（Ｂ）に示したように、窒化ケイ素膜１２Ｂ上に、スパッタリング法などを用いて金などの貴金属あるいは銅合金、アルミニウム合金、タングステン合金などの導電性材料を堆積したのち、フォトリソグラフィ処理、リフトオフ処理およびエッチング処理を使用してパターニングすることにより、凸部１３Ａを有する第１電極１３および第２接点１４，１４を含む信号配線を形成する。そののち、窒化ケイ素、二酸化ケイ素などの絶縁膜を堆積させて絶縁膜１５を形成しパターニングすることにより、第２接点１４を露出させる。
【００３２】
一方、図４（Ｃ）に示したように、凸部１３Ａからｙ軸方向へ所定の間隔を隔てた位置に、金などの貴金属あるいは銅合金、アルミニウム合金、タングステン合金などの導電性材料を堆積させ、パターニングすることにより、一対の支持部２２の下側支持部２２Ａを形成する。このパターニングの際に利用可能な方法としては、例えば、リフトオフ、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching; RIE ）法などが挙げられる。そののち、窒化ケイ素、ニ酸化ケイ素などの絶縁膜を堆積させて絶縁膜１５，１５Ａを形成する。
【００３３】
続いて、図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、第２接点１４の一部、絶縁膜１５，１５Ａおよび窒化ケイ素膜１２Ｂ上に減圧ＣＶＤ法などにより多結晶シリコンなどを堆積させることにより犠牲層１６を形成する。
【００３４】
続いて、図６（Ａ），（Ｂ）に示したように、犠牲層１６の上面をＣＭＰ（Chemical and Mechanical Polishing : 化学的機械研磨）を用いて平坦化したのち、保護膜２６を成膜してパターニングすることにより下側支持部２２Ａの導電膜上面の一部を露出させる（図６（Ｂ））。
【００３５】
続いて、図７に示したように、各部の構成材料を積層する工程とパターニングとを繰り返すことにより翼片部２３を形成し、これと同時に図８に示したように、梁本体２１を形成する。
【００３６】
続いて、図９に示したように、例えば、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2 ）などを用いて犠牲層１６を除去する。これにより両持ち梁２０を備えた基板１１が完成する。
【００３７】
次に、この静電駆動素子１の作用について図１ないし図３を参照して説明する。
【００３８】
本実施の形態では、上記のように第１電極１３と第２電極２４との間隔が、梁本体２１に対応する中央位置で狭く、その両側の位置では広い構造を有している。従って、第１電極１３と第２電極２４との間に電圧が印加されると、まず、第１電極１３のうち凸部１３Ａと第２電極２４のうちの分割電極２４Ｂとの狭い領域に静電気力が有効に作用する。これにより翼片部２３が初期位置から基板１１の方向へ水平に変位し、凸部１３Ａ（支点部）上の絶縁膜１５に接触する。この状態になると、引き続き第１電極１３の周辺部１３Ｂと第２電極２４の分割電極２４Ａ，２４Ｃとの間にも静電気力が有効に作用することとなり、翼片部２３は絶縁膜１５の支点Ｆに相当する位置において折れ曲がり、先端がより基板１１に近づく方向に変形する。すなわち、翼片部２３全体が図１において凸状に弯曲する。その結果、第１接点２５Ａ，２５Ｂが第２接点１４，１４に一定の圧力をもって接触し、これにより信号回路が閉状態となる。図３はそのときの状態を表したものである。
【００３９】
その後、第１電極１３と第２電極２４との間の電圧が遮断されると、梁本体２１および翼片部２３がその復元力により初期位置に戻ると共に、第１接点２５Ａ，２５Ｂが第２接点１４，１４から離れ、信号回路が開状態となる。
【００４０】
このように本実施の形態では、両持ち梁２０を梁本体２１に対して翼片部２３を備える構造とし、翼片部２３の自由端に接点（第１接点２５Ａ，２５Ｂ）を設けるようにしているので、第１接点２５Ａ，２５Ｂが三次元の自由度を有し、第１接点２５Ａ，２５Ｂが第２接点１４，１４に接触した際に横滑りすることが許容される。よって第１接点２５Ａ，２５Ｂと第２接点１４，１４との間では反発力が弱められ、実効的に柔らかな接触動作がなされる。
【００４１】
また、基板１１側の第１電極１３に翼片部２３の中央に対向して支点部（凸部１３Ａ）を設けるようにしたので、翼片部２３が下降し、更に支点Ｆを基点として変形する際には支点Ｆの位置から先の部分があたかも片持ち梁のようになって実効的な剛性が高くなる。これにより第１接点２５Ａ，２５Ｂが一定の圧力をもって第２接点１４，１４側に付勢され、上記のような第１接点２５Ａ，２５Ｂの横滑り現象と相まって安定した接触が行われる。よって、第１接点２５Ａ，２５Ｂと第２接点１４，１４との間に従来のようなバウンド現象が発生することがなくなり、入出力（開閉）の際の信号損失が低減されるため、経時信頼性が向上する。
【００４２】
また、本実施の形態では、梁全体を重い材料等により構成することなく翼片部２３の剛性を高めることができるため、駆動電圧を低く抑えることが可能となり、消費電力を大幅に低減することができる。
【００４３】
また、翼片部２３の表面に切欠き溝よりなる複数の屈曲部２９が設けられ、翼片部２３に柔軟性が付与されているので、翼片部２３の変形が容易になるため、これによっても駆動電圧を低く抑えることができ、より消費電力を低減することができるようになる。
【００４４】
以上、第１の実施の形態として、第２接点１４，１４を含む信号回路を基板１１に設ける例について説明したが、基板１１とは別に回路基板を設け、これに信号回路を形成するようにしてもよい。以下、第２の実施の形態としてその具体例について説明する。
【００４５】
〔第２の実施の形態〕
図１０は第２の実施の形態に係る静電駆動素子２の断面構成を表すものである。図１１は基板１１を対向面側から見た平面構造（上側の基板は図示せず）を模式的に表したものであり、図１０は図１１のＣ−Ｃ切断線に沿った断面に対応している。なお、上記実施の形態と同一構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。
【００４６】
この静電駆動素子２では、基板１１に対して回路基板３１が対向配置されており、これら基板１１と回路基板３１との間に両持ち梁２０が存在している。
【００４７】
両持ち梁２０では、その接点（第１接点２５Ａ，２５Ｂ）が上記実施の形態とは異なり翼片部２３の先端表面側に設けられている。その他、第２電極２４の構成等は第１の実施の形態と実質的に同じである。
【００４８】
回路基板３１の表面には絶縁膜３２が形成されている。絶縁膜３２上には信号回路が形成され、この信号回路の、両持ち梁２０側の第１接点２５Ａ，２５Ｂに対向する位置に第２接点１４，１４が設けられている。なお、信号回路の構成は上記実施の形態と同様である。
【００４９】
基板１１側では第１電極が第１の実施の形態とは異なり２層構造となっている。すなわち絶縁膜１２上に平坦な下部第１電極３３が設けられ、この下部第１電極３３上に絶縁層３４Ａ，３４Ｂを間にして一対の上部第１電極３５Ａ，３５Ｂが形成されている。上部第１電極３５Ａ，３５Ｂ間の中央領域には下部第１電極３３が露出しており、この露出領域が翼片部２３側の分割電極２４Ｂに対向している。なお、下部第１電極３３および上部第１電極３５Ａ，３５Ｂは、ここでは同一電位となるよう電気的に接続されているが、両者を分離して異なる電位となるようにしてもよい。
【００５０】
絶縁層３４Ａ，３４Ｂの上記中央領域側の端面はそれぞれ断面Ｌ字状に形成されており、この部分が第２支点部３６Ａ，３６Ｂとなっている。これらの第２支点部３６Ａ，３６Ｂの角が翼片部２３の変形の際の支点Ｆ２となる。更に、上部第１電極３５Ａ，３５Ｂそれぞれの上には翼片部２３の両端に対向して第１支点部３７Ａ，３７Ｂが設けられており、これら第１支点部３７Ａ，３７Ｂの角が翼片部２３の変形の際の支点Ｆ１となる。上部第１電極３５Ａ，３５Ｂの第１支点部３７Ａ，３７Ｂで覆われていない露出領域は分割電極２４Ａ，２４Ｃにそれぞれ対向している。第２支点部３６Ａ，３６Ｂを含む絶縁層３４Ａ，３４Ｂ、および第１支点部３７Ａ，３７Ｂは、例えば二酸化ケイ素などの絶縁性材料により構成されている。その他の要素の材料構成は第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態では、下部第１電極３３および上部第１電極３５Ａ，３５Ｂが、本発明の第１電極に対応し、また、上記第１支点部３７Ａ，３７Ｂおよび第２支点部３６Ａ，３６Ｂが本発明の支点部に対応している。
【００５１】
以上、本実施の形態では、第１の実施の形態とは異なり、第１電極（下部第１電極３３および上部第１電極３５Ａ，３５Ｂ）と第２電極２４（分割電極２４Ａ〜２４Ｃ）との間隔が、梁本体２１に対応する中央位置で広く、その両側の位置では狭くなっている。これにより翼片部２３は、静電気力により第１支点部３７Ａ，３７Ｂ、更に第２支点部３６Ａ，３６Ｂに当接したのち、全体が図１０において略凹状に弯曲するよう変形し、第１接点２５Ａ，２５Ｂが回路基板３１の第２接点１４，１４側に付勢されるようになっている。その詳細については、後述する。
【００５２】
次に、この静電駆動素子２の製造方法の一例について説明する。
【００５３】
図１２ないし図１７は静電駆動素子２の製造方法を工程順に示したものである。なお、静電駆動素子２は翼片部２３の延在方向を対称軸として対称な構成を有しているので、図１３（Ａ），（Ｃ）および図１４（Ｂ）については、図１１のＤ−Ｄ切断線に沿った断面構成のうち、梁本体２１の翼片部２３と交差する部分から支持部２２までの部分を拡大して示す。
【００５４】
図４（Ａ）に示した工程に続き、図１２（Ａ）に示したように、窒化ケイ素膜１２Ｂ上に、スパッタ法などを用いて例えば金などの貴金属あるいは銅合金、アルミニウム合金、タングステン合金などの導電性材料を堆積させることにより下部第１電極３３を形成する。次に、図１２（Ｂ）に示したように、下部第１電極３３上に二酸化ケイ素などの絶縁性材料を積層してパターニングし、更に上記導電性材料を積層することにより絶縁層３４Ａ，３４Ｂ、第２支点部３６Ａ，３６Ｂおよび上部第１電極３５Ａ，３５Ｂを形成する。次に、図１２（Ｃ）に示したように、上部第１電極３５Ａ，３５Ｂ上に上記絶縁性材料を堆積させてパターニングすることにより第１支点部３７Ａ，３７Ｂを形成する。また、図１２に示した工程と同時に、図１３（Ａ）に示した下側支持部２２Ａを形成する。下側支持部２２Ａの形成については上記実施の形態と同様である。
【００５５】
続いて、図１３（Ｂ），（Ｃ）に示したように、下部第１電極３３、上部第１電極３５Ａ，３５Ｂ、絶縁層３４Ａ，３４Ｂ、第２支点部３６、下側支持部２２Ａおよび窒化ケイ素膜１２Ｂ上に、減圧ＣＶＤ法などを用いて多結晶シリコンなどを堆積させることにより、犠牲層３８を形成する。
【００５６】
続いて、図１４（Ａ），（Ｂ）に示したように、犠牲層３８の上面をＣＭＰを用いて平坦化し、保護膜２６を成膜したのち、パターニングして下側支持部２２Ａの導電膜上面の一部を露出させる（図１４（Ｂ））。続いて、図１５に示したように、各構成部の構成材料を積層する工程とパターニングとを繰り返すことにより両持ち梁２０を形成する。続いて、図１６に示したように、例えば、ＸｅＦ2 などを用いて犠牲層３８を除去することにより両持ち梁２０を備えた基板１１が完成する。
【００５７】
次に、図４（Ａ）に示した基板１１と同様にして、回路基板３１上に絶縁膜３２を成膜する。続いて、図１７に示したように、絶縁膜３２上の所定の位置に、例えば、スパッタ法などを用いて金などの貴金属あるいは銅合金、アルミニウム合金、タングステン合金などの導電性材料を堆積させてパターニングすることにより第２接点１４，１４を形成する。
【００５８】
最後に、スペーサを間にして基板１１と回路基板３１とを貼り合わせることにより、図１０に示した静電駆動素子２が完成する。
【００５９】
次に、この静電駆動素子２の作用について説明する。
【００６０】
この静電駆動素子２では、第１電極（下部第１電極３３および上部第１電極３５Ａ，３５Ｂ）と第２電極２４（分割電極２４Ａ〜２４Ｃ）との間に電圧が印加されると、まず、上部第１電極３５Ａ，３５Ｂと分割電極２４Ａ，２４Ｃとの間の狭い領域に静電気力が有効に作用する。これにより翼片部２３の両端近傍が初期位置から基板方向へ水平に変位し、第１支点部３７Ａ，３７Ｂに接触する。この状態になると、下部第１電極３３と第２電極２４側の分割電極２４Ｂとの初期間隔の広い領域においても静電気力が有効に作用し、これにより翼片部２３は第１支点部３７Ａ，３７Ｂの各支点Ｆ1 を基点として弯曲し、その中央部がより基板１１に近づく方向に変形し、第１接点２５Ａ，２５Ｂが回路基板３１側の第２接点１４，１４に接触する。そして、更に翼片部２３が基板１１側に引き付けられることにより第２支点部３６Ａ，３６Ｂの支点Ｆ２を基点として変形し、第１接点２５Ａ，２５Ｂが第２接点１４，１４に押し付けられて信号回路が閉状態となる。図１８はそのときの状態を表している。
【００６１】
その後、下部第１電極３３および上部第１電極３５Ａ，３５Ｂと第２電極２４（２４Ａ〜２４Ｃ）との間の電圧が遮断されると、梁本体２１および翼片部２３がその復元力により初期位置に戻ると共に、第１接点２５Ａ，２５Ｂが第２接点１４，１４から離れ、信号回路が開状態となる。
【００６２】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、梁本体２１に翼片部２３を備えることにより、第１接点２５Ａ，２５Ｂと第２接点１４との反発力が弱められ接触動作が実効的に柔らかくなり、また支点部（第１支点部３７Ａ，３７Ｂ、更に第２支点部３６Ａ，３６Ｂ）を設け、２段階の支点Ｆ１，Ｆ２において翼片部２３を凹状に弯曲させるようにしているので、翼片部２３の実効的な剛性が段階的に高められ、第１接点２５Ａ，２５Ｂが一定の圧力をもって第２接点１４，１４側に接触する。よって、第１接点２５Ａ，２５Ｂと第２接点１４，１４との間でバウンド現象が発生することがなくなり、入出力（開閉）の際の信号損失が低減されて経時信頼性が向上する。その他の作用効果、および接点の開放時においても静電気力を作用させることなどは第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
加えて、本実施の形態では、基板１１側の電極（３３，３５）の形状を適正に設計し、上部第１電極３５Ａ，３５Ｂを互いに独立して駆動させることにより、翼片部２３の左右の半分を独立駆動すなわち第１接点２５Ａ，２５Ｂの独立駆動が可能となる。このような第１接点２５Ａ，２５Ｂの独立駆動により一素子で２チャンネルの制御が可能となる。
【００６４】
なお、上記実施の形態では、梁構造自身が持つ復元力により第１接点２５Ａ，２５Ｂを第２接点１４，１４から引き離すようにしているが、このときも接触時と同様に静電気力を付与するようにしてもよい。すなわち、第１電極３３，３５と第２電極２４との間への電圧の印加を遮断して接点２５Ａ，２５Ｂと第２接点１４，１４とを引き離したのち、閉時よりも弱い電圧を第１電極３５と第２電極２４Ａ，２４Ｃとの間に印加する。これにより、接触時よりも弱い静電気力が作用し翼片部２３の形状が復元すると共に基板1 １側に引き寄せられ、第１接点２５Ａ，２５Ｂと第２接点１４，１４とを開状態に移行させることができるようになる。
【００６５】
なお、静電駆動素子２は、図１９に示したような上部基板４１および下部基板４２を備えたウェハパッケージ４０に搭載される。上部基板４１および下部基板４２にはそれぞれ対向面に信号配線４３Ａ，４３Ｂが設けられ、両基板間はスペーサ４４により一定の空間が確保されている。ここでは下部基板４２が上記基板１１、上部基板４１が回路基板３１に相当し、一点鎖線で囲まれた領域が上記両持ち梁２０を含む駆動部４５である。なお、上部基板４１および下部基板４２はウエハー接着層４６により固定されている。
【００６６】
一方、第１の実施の形態の静電駆動素子１の場合には、このようなウェハパッケージ４０に限らず、ハーメチックパッケージなど、その他の各種パッケージに搭載することが可能である。
【００６７】
次に、静電駆動素子を備えた電子機器の一例として通信装置について説明する。この通信装置の具体例としては、携帯電話器、無線ＬＡＮ機器、無線トランシーバ、テレビチューナまたはラジオチューナなどが挙げられる。
【００６８】
図２０は、その通信装置のブロック構成を表すものである。上記静電駆動素子は、例えば、送受信経路を切り替える送受信切換器１０１として搭載されている。更に、この通信装置は、例えば、送信系回路１００Ａと、受信系回路１００Ｂと、高周波フィルタ１０２と、送受信用のアンテナ１０３とを備えている。
【００６９】
送信系回路１００Ａは、Ｉチャンネルの送信データおよびＱチャンネルの送信データに対応した２つのデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ；Digital/Analogue Converter）１１１Ｉ，１１１Ｑおよび２つのバンドパスフィルタ１１２Ｉ，１１２Ｑと、変調器１２０および送信用ＰＬＬ（Phase-Locked Loop ）回路１１３と、電力増幅器１１４とを備えている。この変調器１２０は、上記した２つのバンドパスフィルタ１１２Ｉ，１１２Ｑに対応した２つのバッファアンプ１２１Ｉ，１２１Ｑおよび２つのミキサ１２２Ｉ，１２２Ｑと、移相器１２３と、加算器１２４と、バッファアンプ１２５とを含んで構成されている。  
【００７０】
受信系回路１００Ｂは、高周波部１３０、バンドパスフィルタ１４１およびチャンネル選択用ＰＬＬ回路１４２と、中間周波回路１５０およびバンドパスフィルタ１４３と、復調器１６０および中間周波用ＰＬＬ回路１４４と、Ｉチャンネルの受信データおよびＱチャンネルの受信データに対応した２つのバンドパスフィルタ１４５Ｉ，１４５Ｑおよび２つのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ；Analogue/Digital Converter）１４６Ｉ，１４６Ｑとを備えている。高周波部１３０は、低ノイズアンプ１３１と、バッファアンプ１３２，１３４と、ミキサ１３３とを含んで構成されており、中間周波回路１５０は、バッファアンプ１５１，１５３と、自動ゲイン調整（ＡＧＣ；Auto Gain Controller）回路１５２とを含んで構成されている。復調器１６０は、バッファアンプ１６１と、上記した２つのバンドパスフィルタ１４５Ｉ，１４５Ｑに対応した２つのミキサ１６２Ｉ，１６２Ｑおよび２つのバッファアンプ１６３Ｉ，１６３Ｑと、移相器１６４とを含んで構成されている。
【００７１】
この通信装置では、送信系回路１００ＡにＩチャンネルの送信データおよびＱチャンネルの送信データが入力されると、それぞれの送信データを以下の手順で処理する。すなわち、まず、ＤＡＣ１１１Ｉ、１１１Ｑにおいてアナログ信号に変換し、引き続きバンドパスフィルタ１１２Ｉ，１１２Ｑにおいて送信信号の帯域以外の信号成分を除去したのち、変調器１２０に供給する。続いて、変調器１２０において、バッファアンプ１２１Ｉ，１２１Ｑを介してミキサ１２２Ｉ，１２２Ｑに供給し、引き続き送信用ＰＬＬ回路１１３から供給される送信周波数に対応した周波数信号を混合して変調したのち、両混合信号を加算器１２４において加算することにより１系統の送信信号とする。この際、ミキサ１２２Ｉに供給する周波数信号に関しては、移相器１２３において信号移相を９０°シフトさせることにより、Ｉチャンネルの信号とＱチャンネルの信号とが互いに直交変調されるようにする。最後に、バッファアンプ１２５を介して電力増幅器１１４に供給することにより、所定の送信電力となるように増幅する。この電力増幅器１１４において増幅された信号は、送受信切換器１０１および高周波フィルタ１０２を介してアンテナ１０３に供給されて無線送信される。高周波フィルタ１０２は、通信装置において送信または受信する信号のうちの周波数帯域以外の信号成分を除去するバンドパスフィルタとして機能する。
【００７２】
送受信切換器１０１は、上記実施の形態の静電駆動素子１，２により構成され、その機械的構造により信号損失を低減しつつ送受信の切り換えを可能とするものである。
【００７３】
一方、アンテナ１０３から高周波フィルタ１０２および送受信切換器１０１を介して受信系回路１００Ｂに信号が受信されると、その信号を以下の手順で処理する。すなわち、まず、高周波部１３０において、受信信号を低ノイズアンプ１３１で増幅し、引き続きバンドパスフィルタ１４１で受信周波数帯域以外の信号成分を除去したのち、バッファアンプ１３２を介してミキサ１３３に供給する。続いて、チャンネル選択用ＰＰＬ回路１４２から供給される周波数信号を混合し、所定の送信チャンネルの信号を中間周波信号とすることにより、バッファアンプ１３４を介して中間周波回路１５０に供給する。続いて、中間周波回路１５０において、バッファアンプ１５１を介してバンドパスフィルタ１４３に供給することにより中間周波信号の帯域以外の信号成分を除去し、引き続きＡＧＣ回路１５２でほぼ一定のゲイン信号としたのち、バッファアンプ１５３を介して復調器１６０に供給する。続いて、復調器１６０において、バッファアンプ１６１を介してミキサ１６２Ｉ，１６２Ｑに供給したのち、中間周波用ＰＰＬ回路１４４から供給される周波数信号を混合し、Ｉチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分とを復調する。この際、ミキサ１６２Ｉに供給する周波数信号に関しては、移相器１６４において信号移相を９０°シフトさせることにより、互いに直交変調されたＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分とを復調する。最後に、Ｉチャンネルの信号およびＱチャンネルの信号をそれぞれバンドパスフィルタ１４５Ｉ，１４５Ｑに供給することによりＩチャンネルの信号およびＱチャンネルの信号以外の信号成分を除去したのち、ＡＤＣ１４６Ｉ，１４６Ｑに供給してデジタルデータとする。これにより、Ｉチャンネルの受信データおよびＱチャンネルの受信データが得られる。
【００７４】
このように通信装置に上記静電駆動素子１，２を適用することにより、信頼性が高く、消費電力の低減等が可能となる。
【００７５】
なお、図２０に示した通信装置では、上記静電駆動素子を送受信切換器１０１に適用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の信号切換器に適用してもよい。
【００７６】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、静電駆動素子および電子機器の具体的構成やそれらの製造方法に関する手順などは、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能な限りにおいて自由に変形可能である。
【００７７】
例えば、上記第２の実施の形態では、静電駆動素子２の構成を第１基板および第２基板を互いに対向配置させるようにしたが、深堀エッチング技術を用いて１枚の基板のみで構成し、基板に対して平行方向に駆動する静電駆動素子としてもよい。
【００７８】
また、上記実施の形態では、本発明の静電駆動素子を携帯電話機などの通信装置に代表される電子機器に適用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、通信装置以外の他の電子機器に適用することも可能である。これらのいずれの場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る静電駆動素子の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した静電駆動素子を模式的に示した平面図である。
【図３】図１に示した静電駆動素子の駆動手段を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る静電駆動素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】図７に続く工程を説明するための断面図である。
【図９】図８に続く工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る静電駆動素子の構成を表す断面図である。
【図１１】図１０に示した静電駆動素子を模式的に示した平面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る静電駆動素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１３】図１２に続く工程を説明するための断面図である。
【図１４】図１３に続く工程を説明するための断面図である。
【図１５】図１４に続く工程を説明するための断面図である。
【図１６】図１５に続く工程を説明するための断面図である。
【図１７】図１６に続く工程を説明するための断面図である。
【図１８】図１０に示した静電駆動素子の駆動手段を説明するための断面図である。
【図１９】図１０に示した静電駆動素子のパッケージ化したときの断面図である。
【図２０】本発明に係る静電駆動素子を搭載した電子機器（通信装置）のブロック構成を表すブロック図である。
【符号の説明】
【００８０】
１，２…静電駆動素子、１１…第１基板、１２，１５，１５Ａ，３２…絶縁膜、１２Ａ…シリコン熱酸化膜、１２Ｂ…窒化ケイ素膜、１３…第１電極、１３Ａ…凸部、１３Ｂ…周辺部、１４…第２接点、１４Ａ…入力側配線、１４Ｂ…出力側配線、１６，３８…犠牲層、２０…両持ち梁、２１…梁本体、２２…支持部、２２Ａ…下側支持部、２３…翼片部、２４…第２電極、２４Ａ〜２４Ｃ…分割電極、２５Ａ，２５Ｂ…第１接点、２６，２８…保護膜、２７…金属膜、２９…屈曲部、３１…回路基板、３３…下部第１電極、３４Ａ，３４Ｂ…絶縁層、３５Ａ，３５Ｂ…上部第１電極、３６…第２支点部、３７Ａ，３７Ｂ…第１支点部、４０…ウェハパッケージ、４１…上部基板、４２…下部基板、４３Ａ，４３Ｂ…配線、４４（４４Ａ，４４Ｂ）…スペーサ、４５…駆動部、４６…ウエハー接着層、１０１…送受信切換器（静電駆動素子）、１０２…高周波フィルタ、１０３…アンテナ、Ｆ，Ｆ１，Ｆ２…支点
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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