(57)【要約】【課題】振動漏れがなく、エネルギー損失を低減することにより、Ｑ値が高く、高効率に駆動できるＭＥＭＳ振動子を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ振動子１０は、基板２０上に形成される４個の両端自由梁３１〜３４と、両端自由梁３１〜３４それぞれが、振動の節となる位置の連結部４１〜４４において交差連結され連環状に構成されるＭＥＭＳ構造体４０と、前記連結部に、放射状に延在されるＭＥＭＳ構造体４０を支持する支持梁５１〜５４と、が備えられ、複数の両端自由梁のうち隣り合う両端自由梁に同一周波数、逆位相の交流電圧を印加して、基板２０に対して垂直に駆動する。【選択図】図１
2011139536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の表面に形成される複数の両端自由梁と、
前記複数の両端自由梁それぞれを振動の節となる位置を連結部として交差連結し、連環
状に構成されるＭＥＭＳ構造体と、
前記連結部から延在され、前記ＭＥＭＳ構造体を前記基板の表面と空隙を有して支持す
る支持部材と、が備えられ、
前記複数の両端自由梁を同時に同じ周波数で駆動することを特徴とするＭＥＭＳ振動子
。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記複数の両端自由梁が、２ｎ個（ｎは２以上の整数）備えられ、前記複数の両端自由
梁のうち、隣り合う両端自由梁それぞれを同じ周波数、且つ、逆位相、で駆動することを
特徴とするＭＥＭＳ振動子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記支持部材が、前記連結部の側面から前記ＭＥＭＳ構造体の外側または内側に向かっ
て放射状に延在されている支持梁であることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
【請求項４】
請求項３に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記両端自由梁の共振周波数における波長をλとしたとき、前記支持梁の長さが（１／
４）λに設定されていることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
【請求項５】
請求項１に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記支持部材が、前記連結部の平面略中央と前記基板とを接続する支持柱であることを
特徴とするＭＥＭＳ振動子。
【請求項６】
請求項５に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記両端自由梁の共振周波数における波長をλとしたとき、前記支持柱の高さが、（１
／４）λに設定されていることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記基板の表面の前記複数の両端自由梁それぞれの長手方向中央部に、前記両端自由梁
と空隙を有して交差する駆動電極が設けられ、
前記複数の両端自由梁が、前記基板の表面に対して垂直に駆動されることを特徴とする
ＭＥＭＳ振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ振動子の構造に関する。詳しくは、複数の両端自由梁を振動の節を
連結部として連環状に連結し、その連結部を支持部材によって支持するＭＥＭＳ振動子の
構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技
術を用いて駆動体をつくり、特定の周波数で駆動させることで振動素子として使用するこ
とができ、このようなＭＥＭＳ技術を用いたＭＥＭＳ構造体が提案されている。このよう
なＭＥＭＳ構造体は、一般的な振動子に比べ等価回路で考えた場合の直列抵抗成分が大き
こと、振動漏れが大きい等の損失が大きいという課題を有している。
【０００３】
このような課題を解決するためのＭＥＭＳ振動子の構造として、複数の矩形状の振動体
の角部を直線的に連結し、各振動体の平面中央部をアンカー（支持部）で基板に支持し、
複数の振動体を同周波数で駆動するＭＥＭＳ振動子というものが知られている（例えば、
非特許文献１参照）。
【０００４】
また、短冊状の振動片の両端部を基板に接続支持し、この振動片を並列に複数個配設し
て複数の振動片を同じ周波数で同時に駆動させるＭＥＭＳ振動子というものも知られてい
る（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｍ．Ｕ．Ｄｅｍｉｒｃｉ，ｍ．ａ．ａ．Ａｂｄｅｌｍｏｎｅｕｍ，ａｎｄ  Ｃ．Ｔ−Ｃ．Ｎｇｕｙｅｎ“Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｒｎｅｒ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｓｑｕａｒ  Ｍｉｃｒｏｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ａｒｒａｙ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｓｒｉｅｓ  Ｍｏｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｎｃｅ”，Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ＆  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  （Ｔｒａｎｎｓｄｕｃｅｒｓ’０３），ｐｐ．９９５−９５８，Ｊｕｎｅ  ２００３．
【非特許文献２】Ｓ．Ｌｅｅ  ａｎｄ  Ｃ．Ｔ−Ｃ．Ｎｇｕｙｅｎ“Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｒｎｅｒ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｎｏｉｓｅ”，ＩＥＥＥ  Ｉｎｔ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，ｐｐ．２８０−２８６，Ａｕｇｕｓｔ  ２００４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような非特許文献１や非特許文献２では、複数の振動子を同一周波数で駆動させる
ことにより直列抵抗成分を小さくしてエネルギー損失を低減して駆動特性を改善しようと
している。この構造は、等価回路で考えたときに、抵抗が並列接続されていることに相当
し、振動子全体として直列抵抗成分を下げるものである。
【０００７】
しかしながら、非特許文献１によれば、振動の節の部分を一点で固定することにより、
基板への振動漏れを軽減させ高いＱ値を実現することが可能であるが、中心部（節の部分
）をアンカーで支持する構造のため、位置が僅かにずれただけでも所望の駆動特性が得ら
れなくなるという製造精度のつくりこみに課題がある。
【０００８】
また、非特許文献２では、短冊状の振動子の両端部を直接基板に接続しているために、
支持部から基板への振動漏れがあり、高いＱ値を得ることは困難である。さらに、支持部
は、振動子の両端に設けられるため、仮に振動子を５個配設する場合には、１０箇所の支
持が必要になることから、支持部からの振動漏れを増長させてしまうことも考えられる。
【０００９】
本発明の目的は、前述した課題を解決することを要旨とし、振動漏れがなく、エネルギ
ー損失を低減し、Ｑ値が高く、高効率に駆動できるＭＥＭＳ振動子を提供することである
。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＭＥＭＳ振動子は、基板と、前記基板の表面に形成される複数の両端自由梁と
、前記複数の両端自由梁それぞれを振動の節となる位置を連結部として交差連結し、連環
状に構成されるＭＥＭＳ構造体と、前記連結部から延在され、前記ＭＥＭＳ構造体を前記
基板の表面と空隙を有して支持する支持部材と、が備えられ、前記複数の両端自由梁を同
時に同じ周波数で駆動することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、複数の両端自由梁を振動の節で交差連結し、この連結部を支持部材
によって支持しているために両端自由梁の振動による支持部材の変位は非常に小さく、基
板への振動漏れを抑制することができる。さらに、連結部を支持する構造であるため、上
述した非特許文献２のように、単独で振動片（梁）の両端を支持し複数個を並列に連結す
る構造に比べ、支持部を少なくすることができるので、より一層、振動漏れを抑制するこ
とができ、Ｑ値を高めることができるという効果がある。
【００１２】
また、複数の両端自由梁を同一の共振周波数で駆動することで、等価回路における直列
抵抗を並列接続することに相当するため、直列抵抗成分を小さくすることができるので直
列抵抗成分によるエネルギー損失を低減することができる。
【００１３】
また、前記複数の両端自由梁が、２ｎ個（ｎは２以上の整数）備えられ、前記複数の両
端自由梁のうち、隣り合う両端自由梁それぞれを同じ周波数、且つ、逆位相、で駆動する
ことが好ましい。
【００１４】
すなわち、両端自由梁は、４個以上の偶数個で構成され、隣り合う両端自由梁それぞれ
を逆位相、同じ周波数で駆動するため、ＭＥＭＳ構造体全体としての駆動（振動）のバラ
ンスがとれ、振動の節で指示していることから、一層、支持部材から基板への振動漏れを
抑制することができる。
【００１５】
また、前記支持部材が、前記連結部の側面から前記ＭＥＭＳ構造体の外側または内側に
向かって放射状に延在されている支持梁であることが好ましい。
【００１６】
支持梁は、振動の節となる部分、つまり両端自由梁の連結部の側面から放射状に延在し
ているため、両端自由梁と支持梁とは、フォトリソグラフィ等の同一工程において形成す
ることが可能であり、振動の節となる部分と支持梁との位置関係を高精度に管理すること
ができ、それらの位置ずれによる振動漏れや、振動特性への影響を抑制することができる
。
【００１７】
また、前記両端自由梁の共振周波数における波長をλとしたとき、前記支持梁の長さが
（１／４）λに設定されていることが好ましい。
【００１８】
支持梁の長さをこのように設定すれば、複数の両端自由梁が振動した際に、支持梁から
基板への振動漏れ（支持梁のねじれ振動として）をより一層抑制することができる。
【００１９】
さらに、前記支持部材が、前記連結部の平面略中央と前記基板とを接続する支持柱であ
ることが望ましい。
【００２０】
支持部材が支持柱であるということは、両端自由梁の連結部中央（つまり、振動の節の
位置）に、この支持柱を設けることができることから、振動漏れをより抑制する効果があ
るとともに、ＭＥＭＳ構造体の形状を簡素化することができる。
【００２１】
また、前記両端自由梁の共振周波数における波長をλとしたとき、前記支持柱の高さが
、（１／４）λに設定されていることが好ましい。
【００２２】
支持柱の高さ（長さ）をこのように設定すれば、前述した支持梁の長さの設定と同様に
、複数の両端自由梁が振動した際に、支持柱から基板への振動漏れをより一層抑制するこ
とができる。
【００２３】
さらに、前記基板の表面の前記複数の両端自由梁それぞれの長手方向中央部に、前記両
端自由梁と空隙を有して交差する駆動電極が設けられ、前記複数の両端自由梁が、前記基
板の表面に対して垂直に駆動されることが望ましい。
【００２４】
このように両端自由梁と駆動電極とを構成すれば、両端自由梁の幅で、両端自由梁と駆
動電極との交差面積が決定されるため、駆動電極の厚さは電気特性が保証される程度の厚
さがあればよく、薄膜プロセスで形成することが可能で、製造し易いという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１に係るＭＥＭＳ振動子の一部を示す平面図。
【図２】図１のＡ―Ａ切断面を示す断面図。
【図３】本発明の実施形態１に係るＭＥＭＳ振動子の構成を示し、（ａ）は、ＭＥＭＳ振動子を模式的に示す構成図、（ｂ）は等価回路。
【図４】本発明の実施形態１に係るＭＥＭＳ構造体の駆動形態を示し、（ａ）は両端自由梁１個単独の振動形態、（ｂ）は全体の振動形態を示す説明図。
【図５】支持梁がない場合の共振周波数と支持梁がある場合の共振周波数を示すグラフ。
【図６】本発明の実施形態１の変形例を示す平面図。
【図７】本発明の実施形態２に係るＭＥＭＳ振動子の構造の一部を示す平面図。
【図８】本発明の実施形態２に係るＭＥＭＳ構造体の駆動形態を模式的に示す斜視図。
【図９】本発明の実施形態３に係るＭＥＭＳ振動子の一部を示す平面図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ切断面を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は本発明の実施形態１に係るＭＥＭＳ振動子の構造を示し、図６は、実施形
態１の変形例、図７，８は、実施形態２、図９，１０は実施形態３に係るＭＥＭＳ振動子
を示している。
（実施形態１）
【００２７】
図１は、実施形態１に係るＭＥＭＳ振動子の一部を示す平面図、図２は、図１のＡ―Ａ
切断面を示す断面図である。図１，２において、ＭＥＭＳ振動子１０は、基板２０の表面
に駆動部としてのＭＥＭＳ構造体４０と駆動電極７１〜７４とを備えて構成されている。
ＭＥＭＳ構造体４０は、断面が矩形の棒状の同じ形状の振動体４個が井桁状に連結されて
構成されている。
【００２８】
これら４個の振動体は、振動の節となる部分どうしを交差連結した形状に１体に形成さ
れている。従って、これらの振動体は、振動の節に相当する連結部４１〜４４を基部とし
て長手方向の中央部と両端が可動する両端自由梁である（図４（ａ）、参照）。両端自由
梁３１〜３４は、それぞれが振動の節で連結され、この節を直線で結ぶと正四角形となる
。また、このＭＥＭＳ構造体４０は、重心Ｇに対して点対称形である。そして、ＭＥＭＳ
構造体４０は、支持梁５１〜５４によって基部４０ａに連続している。
【００２９】
支持梁５１〜５４は、ＭＥＭＳ構造体４０（両端自由梁３１〜３４）の厚さと同じ厚さ
で、両端自由梁３１〜３４それぞれが交差する連結部の隅部に連続しており、その長さは
、両端自由梁３１〜３４の共振周波数の波長をλとしたときに（１／４）λとなるように
設定される。
基板２０には、両端自由梁３１〜３４の長手方向中央部の下部に、両端自由梁３１〜３
４それぞれと空隙を有して交差する駆動電極７１〜７４が形成されている。
【００３０】
基板２０は、シリコン（Ｓｉ）基板からなり、両端自由梁３１の下部には駆動電極７１
が形成され、両端自由梁３２の下部には駆動電極７２、両端自由梁３３の下部には駆動電
極７３、両端自由梁３４の下部には駆動電極７４が配設されている。この駆動電極７１，
７３は同電位（仮に＋電位）で、駆動電極７２，７４は同電位（仮に−電位）であり、そ
れぞれ図示しない駆動制御回路に接続され、同一周波数、逆位相の交流電圧が印加される
よう構成されている。
【００３１】
続いて、本実施形態のＭＥＭＳ振動子１０の製造方法について図２を参照して説明する
（図１も参照する）。なお、各両端自由梁の形状は同じであるので両端自由梁３２を例示
して説明する。まず、シリコン（Ｓｉ）からなる基板２０の表面の上述した駆動電極７１
〜７４を形成する領域に絶縁層６０を形成する。次に、金属（ＡｕまたはＡｌ）層を薄膜
プロセスにより形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の形状の駆動電極７
１〜７４を形成する。
【００３２】
続いて、支持梁５１〜５４を含むＭＥＭＳ構造体４０の形状を除く部分に犠牲層（Ｓｉ
Ｏ2）を形成した後、ポリシリコンからなるＭＥＭＳ構造体４０をＣＶＤ法等により形成
し、エッチング法により犠牲層を除去することにより両端自由梁３１〜３４と基板２０と
の間に空間８０を形成し、支持梁５１〜５４の端部が基部４０ａに接続された両端自由梁
３１〜３４が基板２０から浮いた状態のＭＥＭＳ構造体４０が形成される。また、ＭＥＭ
Ｓ構造体４０には、駆動時において直流電位が加えられるように基板２０の表面に接続さ
れている。
なお、上述した製造方法は、ＭＥＭＳ構造体の製造方法の１例を示したもので、これに
限定されるものではない。
【００３３】
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子１０の構成を等価回路を参照して説明する。
図３（ａ）は、本実施形態におけるＭＥＭＳ振動子１０を模式的に示す構成図、（ｂ）
は等価回路である。本実施形態のＭＥＭＳ振動子１０の構成は、図３（ａ）のように表す
ことができる。両端自由梁３１〜３４は並列接続に相当する。両端自由梁３１〜３４に同
じ周波数の交流電圧（Ｖｉ）が印加され、それぞれから電流ｉｘ１〜ｉｘ４が流れ、総電
流ｉ０が流れるように構成されている。これを図３（ｂ）で等価回路として表す。
【００３４】
ＭＥＭＳ振動子１０の等価回路はＬ（インダクタンス成分）、Ｃ（コンデンサ成分）、
Ｒ（直列抵抗成分）を構成要素とするＬＣＲ回路で表される。ここで、各両端自由梁の形
状は同じであるためＬｘ、Ｃｘ、Ｒｘ、は同じ値となり並列接続されている。つまり、そ
れぞれの直列抵抗Ｒｘは、両端自由梁３１〜３４が連環状に連結されていることから並列
接続に相当する構成とされる。従って、ＭＥＭＳ振動子１０の直列抵抗成分は、両端自由
梁が１個の場合や、直列接続する場合に比べて小さくすることができるため、直列抵抗成
分による損失が小さくなる。
【００３５】
次に、上述した直列抵抗成分について説明を加える。一般に、このような等価回路を有
する振動子は、直列抵抗成分が大きく、この直列抵抗成分によるエネルギー損失が駆動の
効率に影響を与えることが知られている。
【００３６】
ここで、振動片（両端自由梁）の直列抵抗成分をＲｘ、バネ定数をｋｒ、固有円振動ω
0、バイアス電圧をＶDC、両端自由梁と駆動電極との空隙距離をｇ、誘電率をε0、両端自
由梁と駆動電極との交差面積をＡ0としたとき、直列抵抗成分Ｒｘは次の数式で表される
。なお、ＱはＱ値で表す。
つまり、直列抵抗成分Ｒｘは、Ｒｘ＝（ｋｒ／ε0ＱＶDC2）・（ｇ4／ε02Ａ02）で表
される。
【００３７】
従って、直列抵抗成分Ｒｘは、空隙距離ｇが狭いほど、バイアス電圧ＶDCが大きいほど
小さくすることができる。しかしながら、空隙距離ｇは製造プロセスによって限界値があ
り、バイアス電圧ＶDCは大きくするとバネ定数をｋｒの関係から振幅が大きくなり、駆動
電極との接触が考えられるため、空隙距離ｇとバイアス電圧ＶDCとのバランスを調整する
必要がある。ここで、等価回路で示すように、直列抵抗成分Ｒｘを並列接続する構造によ
り、直列抵抗成分によるエネルギー損失を低減することを可能にする。
【００３８】
続いて、本実施形態によるＭＥＭＳ構造体の駆動形態について図面を参照して説明する
。
図４は、ＭＥＭＳ構造体４０の駆動形態を示し（ａ）は、両端自由梁１個単独の振動形
態、（ｂ）は全体の振動形態を示す説明図である。まず、両端自由梁１個の振動形態につ
いて説明する。なお、両端自由梁３１〜３４は、同じ振動形態を示すので、両端自由梁３
２を例示して説明する。
【００３９】
図４（ａ）において、両端自由梁３２は、振動の節に設けられる連結部４２，４３を支
持梁５２，５３によって支持されている。両端自由梁３２には直流電圧を印加し、駆動電
極７２には交流電圧を印加することにより、両端自由梁３２は、連結部を振動の節として
矢印で表されるように撓み振動する。つまり、両端自由梁３２の中央部が上方に撓むとき
、自由端３２ａ、３２ｂは下方に、また、両端自由梁３２の中央部が下方に撓むとき、自
由端３２ａ、３２ｂは上方に撓む。
次に、ＭＥＭＳ構造体４０の全体の動きを図４（ｂ）に表す。
【００４０】
図４（ｂ）において、両端自由梁３１〜３４は、同じ周波数の駆動電圧を印加し、所定
の共振周波数で振動する。ここで、両端自由梁３１，３３と両端自由梁３２，３４とは逆
位相の駆動電圧を印加することで、振動の位相も逆位相となる。つまり、両端自由梁３１
，３３は中央部が上方に撓み（矢印Ｆ１方向）、先端部（自由端）が下方に撓むように振
動する。また、両端自由梁３２，３４は中央部が下方（矢印Ｆ２方向）に撓み、先端部（
自由端）が上方に撓むように振動する。
【００４１】
各両端自由梁の連結部４１〜４４は振動の節に相当する位置に連続しているために、振
動の伝播は抑制されており、両端自由梁３１〜３４は、各連結部においてねじれのような
振動形態となる。ここで、ＭＥＭＳ構造体４０を支持する支持梁５１〜５４の長さは、共
振周波数の波長をλとしたときに（１／４）λとなるように設定されている。
【００４２】
なお、前述した数式において、直列抵抗線分Ｒｘは、Ｑ値が大きいほど小さくなること
が表されている。Ｑ値は、振動片の材質、形状、カット角など様々な要因によって決定さ
れるが、支持部からの振動漏れが影響することが知られている。ここで、振動漏れを抑制
する構造として、支持梁５１〜５４の長さを共振周波数の波長をλとしたときに（１／４
）λとする構造について説明する。
【００４３】
図５は、支持梁５１〜５４がない場合の共振周波数と支持梁がある場合の共振周波数を
示すグラフである。図５において、ＭＥＭＳ構造体４０は、理想的には支持梁がない構造
がもっとも自然な駆動形態を示し、支持梁５１〜５４を設けることにより共振周波数は影
響を受ける。そして、図５に示すように、支持梁が長くなるに従い共振周波数が低くなる
傾向を示す。支持梁がないときの共振周波数と支持梁を有するときの共振周波数が一致す
る位置が、共振周波数の波長をλとしたときに支持梁の長さを（１／４）λに相当し、こ
のような長さにすることで振動漏れを抑制することができる。
なお、支持梁５１〜５４は、ＭＥＭＳ構造体４０の内側に設けることができる。
（実施形態１の変形例）
【００４４】
図６は、本発明の実施形態１の変形例を示す平面図である。この変形例は、支持梁を連
環状に連結されたＭＥＭＳ構造体４０の内側方向に延在されていることに特徴を有し、両
端自由梁３１〜３４及び駆動電極７１〜７４の構成は、前述した実施形態１と同じである
ため説明を省略する。図６において、支持梁５１〜５４は、両端自由梁３１〜３４の各連
結部４１〜４４の内側隅部から中心部の基部４０ａに延在されている。
【００４５】
支持梁５１〜５４の内側先端部が、基板２０の基部４０ａに接続されており、ＭＥＭＳ
構造体４０（両端自由梁３１〜３４）が基板２０の垂直方向に撓むことができる構造とな
っている。従って、両端自由梁３１〜３４は、実施形態１（図４、参照）と同じ駆動形態
をする。
なお、この変形例における支持梁５１〜５４の長さも共振周波数の波長をλとしたとき
に（１／４）λとなるよう設定される。
【００４６】
従って、本実施形態によれば、４個の両端自由梁３１〜３４を振動の節で交差連結し、
且つ、この連結部４１〜４４を支持梁５１〜５４で支持しているために基板２０への振動
漏れを抑制することができる。さらに、振動の節を支持する構造であるため、上述した非
特許文献２のように、振動片の両端を支持される振動片（梁）を複数個並列に連結する構
造に比べ、前述した実施形態１と同様な効果が得られる。つまり、支持梁を少なくするこ
とができるので振動漏れを抑制することができ、このことによりＱ値を高めることができ
るという効果がある。
【００４７】
また、４個の両端自由梁３１〜３４を同一の共振周波数で駆動する構成にすることで、
等価回路における直列抵抗成分を小さくすることができるので、この直列抵抗成分による
エネルギー損失を低減することができる。
【００４８】
また、支持梁５１〜５４は、振動の節となる部分、つまり両端自由梁３１〜３４の連結
部４１〜４４の側面から放射状に延在されているため、両端自由梁３１〜３４と支持梁５
１〜５４とは、フォトリソグラフィ等の同一工程において製造することが可能であり、振
動の節となる部分（連結部４１〜４４）と支持梁５１〜５４との位置関係を高精度に管理
することができ、それらの位置ずれによる振動漏れや、振動特性への影響を抑制すること
ができる。
【００４９】
また、前記両端自由梁の共振周波数における波長をλとしたとき、支持梁５１〜５４の
長さが（１／４）λに設定されているために、図５に示すように、両端自由梁３１〜３４
が振動した際に、支持梁５１〜５４から基板２０への振動漏れ（ねじれ振動として）を抑
制することができる。
（実施形態２）
【００５０】
次に、本発明の実施形態２に係るＭＥＭＳ振動子について図面を参照して説明する。実
施形態２は、６個の両端自由梁を連結した構成としたところに特徴を有し、両端自由梁１
個の形状、振動形態、製造方法は、前述した実施形態１と同じにすることができるので説
明を省略する。
図７は、本実施形態のＭＥＭＳ振動子１００の構造の一部を示す平面図である。図７に
おいて、本実施形態のＭＥＭＳ振動子１００は、６個の両端自由梁１２１〜１２６をそれ
ぞれの振動の節の位置で連結し、連環されて構成されたＭＥＭＳ構造体１４０と、基板２
０の表面上に形成される駆動電極１４１〜１４６と、から構成されている。
【００５１】
両端自由梁１２１〜１２６のそれぞれの連結部１５１〜１５６の外側隅部からは、支持
梁１３１〜１３６が外側方向に放射状に延在され、基板２０の基部（図示は省略）に連続
している。これら両端自由梁１２１〜１２６が連環されたＭＥＭＳ構造体１４０は正六角
形をなす。本実施形態によるＭＥＭＳ構造体１４０は、両端自由梁の数を６個としている
以外、支持梁との接続構造等は前述した実施形態１（図２、参照）と同様に構成できるた
め、詳細な説明を省略する。
【００５２】
支持梁１３１〜１３６それぞれの長さは、共振周波数の波長をλとしたときに（１／４
）λとなるよう設定される。また、本実施形態においても、前述した実施形態１の変形例
（図６、参照）と同様に、支持梁１３１〜１３６は、連結部１５１〜１５６それぞれから
ＭＥＭＳ構造体１４０の中心（重心）方向に向かって延在する構造を採用することができ
る。
【００５３】
また、両端自由梁１２１〜１２６それぞれの長手方向中央部の下部（基板２０の上面）
には、駆動電極１４１〜１４６が形成されている。これら駆動電極には同じ周波数の交流
電圧が印加される。ここで、駆動電極１４１，１４３，１４５には同位相の電位（例えば
−電位）、駆動電極１４２，１４４，１４６には、駆動電極１４１，１４３，１４５とは
逆の電位（例えば＋電位）を印加することで、両端自由梁１２１，１２３，１２５と両端
自由梁１２２，１２４，１２６とは逆位相で振動する。
【００５４】
図８は、本実施形態のＭＥＭＳ構造体１４０の駆動形態を模式的に示す斜視図である。
図８において、両端自由梁１２１〜１２６は、同一周波数の駆動電圧を印加し、所定の共
振周波数で振動する。ここで、両端自由梁１２１，１２３，１２５と両端自由梁１２２，
１２４，１２６とは逆位相の駆動電圧を印加するために振動の位相も逆位相となる。つま
り、両端自由梁１２１，１２３，１２５は中央部が下方に撓み（矢印Ｆ２方向）、先端部
（自由端）が上方に撓むように振動する。また、両端自由梁１２２，１２４，１２６は中
央部が上方（矢印Ｆ１方向）に撓み、先端部（自由端）が下方に撓むように振動する。
【００５５】
各両端自由梁の連結部１５１〜１５６は振動の節に相当する位置に設けられているため
に、振動は基板２０（基部）にまで伝播せず、両端自由梁１２１〜１２６は、連結部１５
１〜１５６を節としてねじれのような振動形態となる。
【００５６】
また、図示しないが、本実施形態においても、ＭＥＭＳ振動子１００を等価回路で表す
ことが可能で、図３（ｂ）に表す等価回路において、直列抵抗Ｒｘを６個並列に接続され
ている状態に置き換えることができる。
従って、直列抵抗成分を低減し、この直列抵抗成分によるエネルギー損失を低減するこ
とができる。
【００５７】
従って、本実施形態では、両端自由梁１２１〜１２６が６個で構成されていても、単独
で両端を支持する振動子（梁）を複数連結する構造に比べ支持梁を少なくすることができ
ること、両端自由梁が偶数個で構成され、隣り合う両端自由梁それぞれを逆位相、同じ周
波数で駆動するためＭＥＭＳ構造体１４０全体としての駆動（振動）のバランスがとれる
こと、両端自由梁の共振周波数における波長をλとしたとき、支持梁１３１〜１３６の長
さが（１／４）λに設定されていることから、前述した実施形態１と同様の効果を得るこ
とができる。
【００５８】
以上、実施形態１では４個の両端自由梁、実施形態２では６個の両端自由梁を有するＭ
ＥＭＳ振動子について説明したが、両端自由梁の数はこれらに限らず任意に選択して構成
することができる。すなわち、両端自由梁の振動の節において連結し連環状に構成し、隣
合う両端自由梁の振動の位相を逆位相とし、等価回路における直列抵抗を並列接続構造に
する構成とすることで本発明を実現できる。つまり、両端自由梁の数は２ｎ個（ｎは２以
上の整数）の構成であればよい。
（実施形態３）
【００５９】
続いて、本発明の実施形態３に係るＭＥＭＳ振動子の構造について図面を参照して説明
する。本実施形態は、ＭＥＭＳ構造体の支持部材として、両端自由梁の振動の節となる部
分、つまり連結部に柱状の支持柱を設けたことに特徴を有している。ここでは、基本構造
として４個の両端自由梁を有する実施形態１の構成を例示して説明し、共通部及び駆動形
態についての説明は省略する。
【００６０】
図９は、本実施形態に係るＭＥＭＳ振動子１０の一部を示す平面図、図１０は、図９の
Ｂ−Ｂ切断面を示す断面図である。図９，１０において、ＭＥＭＳ構造体４０は、両端自
由梁３１〜３４の連結部４１〜４４のそれぞれの下部に円柱状の支持柱４５〜４８を基板
２０に接続することで支持されている。
【００６１】
支持柱４５〜４８は、連結部４１〜４４それぞれの中央（振動の節となる位置）を中心
とする円柱であり、ＭＥＭＳ構造体４０と一体で形成されている。支持柱４５〜４８の長
さ（高さ）も、共振周波数の波長をλとしたとき、（１／４）λに設定される。
また、支持柱４５〜４８の断面形状は特に限定されず、円形、矩形であってもよい。さ
らに、断面の大きさは、連結部の交差面積以内で、ＭＥＭＳ構造体の支持柱としての構造
的強度を確保できれば特に限定されない。
【００６２】
本実施形態におけるＭＥＭＳ振動子１０の製造方法は、実施形態１に準ずることができ
るが、まず、シリコン（Ｓｉ）からなる基板２０の表面の上述した駆動電極７１〜７４を
形成する領域に絶縁層６０を形成する。次に、駆動電極７１〜７４となる金属（Ａｕまた
はＡｌ）層を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の形状の駆動電極７１
〜７４を形成する。
【００６３】
続いて、支持柱を含むＭＥＭＳ構造体４０の形状を除く部分に犠牲層（ＳｉＯ2）を形
成した後、ポリシリコンからなるＭＥＭＳ構造体４０を形成し、エッチング法により犠牲
層を除去することにより、支持柱４５〜４８が基板２０の表面に接続された状態で、両端
自由梁３１〜３４が基板２０から浮いているＭＥＭＳ構造体４０が形成される。また、Ｍ
ＥＭＳ構造体４０には、駆動時において直流電圧が印加される。
【００６４】
従って、実施形態３によれば、ＭＥＭＳ構造体４０の支持構造が、前述した実施形態１
の支持梁によるものから支持柱４５〜４８に変わっているが技術的思想は共通であるため
、実施形態１と同様な効果を得ることができる。
【００６５】
また、支持柱４５〜４８、連結部４１〜４４それぞれの中心部（振動の節の位置）を支
持柱の中心としているため、両端自由梁から基板での振動漏れを一層抑制することができ
る。
【００６６】
なお、本実施形態においても、両端自由梁の数については２ｎ個（ｎは２以上の整数）
の構成であればよく限定されない。
【００６７】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる
範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明している
が、本発明の技術的思想及び目的の範囲に逸脱することなく、以上説明した実施形態に対
し、形状、材質、組み合わせ、その他の詳細な構成、及び製造工程間の加工方法において
、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【００６８】
従って、上記に開示した形状、材質、製造工程などを限定した記載は、本発明の理解を
容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものでないから、それ
らの形状、材質、組み合わせなどの限定の一部もしくは全部の限定をはずした部材の名称
での記載は、本発明に含まれるものである。
【００６９】
例えば、前述した実施形態１〜実施形態３では、両端自由梁が、基板２０に対して垂直
方向に駆動する構造を有するＭＥＭＳ振動子を例示しているが、本発明によれば、両端自
由梁を基板２０の表面に平行に駆動する構造にも採用することができる。つまりの幅方向
の一方または両側に駆動電極を設け、同一周波数で、しかも、隣合う両端自由梁に逆位相
の交流電圧を加えることで両端自由梁を基板２０の表面に平行に駆動することができる。
【００７０】
また、前述の実施形態１と、その変形例を組み合わせることも可能である。つまり、支
持梁を連結部からＭＥＭＳ構造体の外側及び内側の両方に延在する構造とすることができ
る。このようにすれば、支持梁の幅を細くすることができ、上述のような構造であっても
、駆動時のエネルギー損失を増加させることなくＭＥＭＳ構造体の支持をより確実にでき
る。
【００７１】
従って、前述の実施形態１〜実施形態３によれば、振動漏れがなく、エネルギー損失を
低減することにより、Ｑ値が高く、高効率に駆動できるＭＥＭＳ振動子を提供することが
できる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明のＭＥＭＳ振動子は、共振器の他に、フィルタ、スイッチ及びアクチュエータと
して応用が可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…ＭＥＭＳ振動子、２０…基板、３１〜３４…両端自由梁、４０…ＭＥＭＳ構造体
、４１〜４４…連結部、５１〜５４…支持梁。
【図１】
2011139536.tif 000003
【図２】
2011139536.tif 000004
【図３】
2011139536.tif 000005
【図４】
2011139536.tif 000006
【図５】
2011139536.tif 000007
【図６】
2011139536.tif 000008
【図７】
2011139536.tif 000009
【図８】
2011139536.tif 000010
【図９】
2011139536.tif 000011
【図１０】
2011139536.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月19日(2011.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の表面に形成される複数の両端自由梁と、
前記複数の両端自由梁それぞれを振動の節となる位置を連結部として交差連結し、連環状に構成されるＭＥＭＳ構造体と、
前記連結部から延在し、前記ＭＥＭＳ構造体を前記基板の表面との間に空隙を有するように支持する支持部材と、
前記基板の表面に、前記複数の両端自由梁との間に空隙を有するように設けられる複数の駆動電極と、が備えられ、
前記ＭＥＭＳ構造体と前記支持部材とは、ポリシリコンからなり、かつ直流電位が加えられ、
前記複数の駆動電極に、同じ周波数の駆動電位が印加されることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記複数の両端自由梁が、２ｎ個（ｎは２以上の整数）備えられ、前記複数の両端自由梁のうち、隣り合う両端自由梁それぞれが同じ周波数、且つ、逆位相、で駆動されることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記支持部材が、前記連結部の側面から前記ＭＥＭＳ構造体の外側または内側に向かって放射状に延在されている支持梁であることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
【請求項４】
請求項３に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記両端自由梁の共振周波数における波長をλとしたとき、前記支持梁の長さが（１／４）λに設定されていることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記支持部材が、平面視で前記連結部の中央と前記基板とを接続する支持柱であることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
【請求項６】
請求項５に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記両端自由梁の共振周波数における波長をλとしたとき、前記支持柱の高さが、（１／４）λに設定されていることを特徴とするＭＥＭＳ振動子。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ振動子において、
前記駆動電極は、前記基板の表面の前記複数の両端自由梁それぞれの長手方向中央部の下部に設けられ、
前記複数の両端自由梁が、前記基板の表面に対して垂直に駆動されることを特徴とする
ＭＥＭＳ振動子。