(57)【要約】【課題】  従来よりも容易に高周波化を図ることができ、従来よりも入力電圧に対する出力電圧の比を大きくすることができ、低駆動電圧化や省電力化を図ることのできるマイクロメカニカル静電振動子を提供する。【解決手段】  本発明のマイクロメカニカル振動子１００は、板状の振動体１０５と、振動体の両側に振動体の外周部に対し空隙１０６を介してそれぞれ対向配置される一対の電極１０７，１０７と、一対の電極に同相の交流電力を印加するための給電手段１１０と、振動体と電極との間の静電容量の変化に対応した出力を得るための検出手段１０３，１２０とを有し、振動体の平面形状を、くびれを備えた曲線状の輪郭を有する形状としたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の振動体と、該振動体の両側に前記振動体の外周部に対し空隙を介してそれぞれ対向配置される一対の加振電極と、該一対の加振電極に同相の交流電力を印加するための給電手段と、前記振動体と前記加振電極との間の静電容量の変化に対応した出力を得るための検出手段とを有するマイクロメカニカル静電振動子において、前記振動体の平面形状を、くびれを備えた曲線状の輪郭を有する形状としたことを特徴とするマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項２】
前記振動体の平面形状の輪郭は、円弧部と、該円弧部に両端が滑らかに連結されたくびれ部とからなることを特徴とする請求項１に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項３】
前記振動体は、基板上に形成された支持部により支持され、前記支持部の周囲に広がる形状に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項４】
前記振動体は、前記基板であるシリコン基板上に構成されたシリコン層若しくはシリコン化合物層で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項５】
支持部にて支持された振動体と、該振動体の外縁と対向配置される加振電極と、前記振動体の振動変位に対応する信号を出力可能に構成され、前記振動体と前記加振電極との間に生ずる静電力により前記振動体が伸縮モードで振動するマイクロメカニカル静電振動子において、
前記振動体は、前記支持部から前記外縁に向けて厚さが増大する形状を有することを特徴とするマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項６】
前記振動体は前記外縁とは反対側に向いた段差面を有し、該段差面に対向する第２の加振電極を有することを特徴とする請求項５に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項７】
前記振動体は、その中央部が支持された板状体であることを特徴とする請求項５又は６に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項８】
前記振動体を挟んで両側に一対の前記加振電極が配置されていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項９】
前記支持部は基板上に形成されていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項１０】
振動体と、該振動体に隣接配置される加振電極とを有するマイクロメカニカル静電振動子において、
前記振動体は、一端が固定された支持部と、該支持部の他端に接続され、前記支持部よりも拡大された範囲に広がる従動部とを有し、
前記従動部は、前記支持部を中心とする回転方向に見て変化する形状を備え、
前記加振電極は、前記従動部のうち前記支持部を中心とする回転方向の成分を有する方向を向いた表面に対向配置された電極面を備え、
前記振動体は、前記駆動電極との間に生ずる静電力に基づいて捩れ振動することを特徴とするマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項１１】
前記従動部の外縁は非円形であり、前記加振電極の前記電極面は前記従動部の前記外縁に対向配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項１２】
前記従動部は前記軸線を中心とする回転方向と直交する方向に貫通する開口部を有し、前記加振電極の前記電極面は、前記開口部の開口縁部に対向配置されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項１３】
前記支持部は、前記従動部の重心位置に接続されていることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項１４】
前記支持部の周囲に複数の前記加振電極が配置されていることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項１５】
前記支持部は基板上に設けられていることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項１６】
前記振動体又は前記加振電極に導電接続された配線層を有し、該配線層と前記基板の距離が前記振動体又は前記加振電極と前記基板の距離よりも大きいことを特徴とする請求項３、４、９又は１５に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項１７】
前記配線層は、前記振動体又は前記加振電極の形成表面よりも前記基板から離れた表面を備えた絶縁層上に形成されていることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項１８】
前記振動体又は前記加振電極は前記基板上に形成された絶縁体の表面上に構成され、前記絶縁層は前記絶縁体よりも低い誘電率を有することを特徴とする請求項１７に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項１９】
基板と、該基板上に配置された少なくとも一つが可動に構成された複数の電極とを有するマイクロメカニカル静電振動子において、
前記電極に導電接続された配線層を有し、該配線層と前記基板との間に設けられた絶縁層により構成される段差に基づいて、前記配線層と前記基板との距離が前記電極と前記基板の距離よりも大きく構成されていることを特徴とするマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項２０】
前記絶縁層は多孔質膜であることを特徴とする請求項１７乃至１９に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項２１】
前記配線層と前記基板との間には空間が設けられていることを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれか一項に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項２２】
前記基板は絶縁体からなる基板であることを特徴とする請求項３、４、９又は１５に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項２３】
前記基板は、ガラスからなることを特徴とする請求項２２に記載のマイクロメカニカル静電振動子。
【請求項２４】
基板と、前記基板上に設けられた振動体と、前記振動体に対向配置された加振電極とを備えるマイクロメカニカル静電振動子の製造方法であって、
絶縁体からなる第１基板と、表面に活性層を有する第２基板の少なくともいずれか一方の表面に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記第１基板の表面と前記第２基板の表面とを向かい合わせて接合する基板接合工程と、
前記第２基板に対して前記活性層の少なくとも一部を残す所定の加工を行って前記第１基板上に前記振動体及び前記加振電極を形成する振動子形成工程と、
を含むことを特徴とするマイクロメカニカル静電振動子の製造方法。
【請求項２５】
前記第１基板はガラスからなることを特徴とする請求項２４に記載のマイクロメカニカル静電振動子の製造方法。
【請求項２６】
前記振動子形成工程は、前記第１基板に接合された前記第２基板を所定の厚みまで薄板化する薄板化工程と、薄板化された前記第２基板を前記活性層の少なくとも一部を残す態様で所定形状にエッチングするエッチング工程と、を含むことを特徴とする請求項２４又は２５に記載のマイクロメカニカル静電振動子の製造方法。
【請求項２７】
前記第２基板は、シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された絶縁膜と、当該絶縁膜上に形成された前記活性層とを有しており、
前記薄板化工程は、前記第２基板に含まれる前記シリコン基板に対して研磨処理及びエッチング処理の少なくとも一方を行って前記シリコン基板を除去する工程であることを特徴とする請求項２６に記載のマイクロメカニカル静電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロメカニカル静電振動子に係り、特に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて基板上に形成された振動体を有する高周波振動子として好適なマイクロメカニカル静電振動子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な高度情報化社会の到来により、パーソナルユースの携帯電話の普及やインターネットを媒体とした新しいビジネスの誕生など、通信・マルチメディア市場は飛躍的な発展を遂げている。その中でも情報化時代の牽引役とも言える携帯電話の機能は単純な電話としての機能だけでなくなってきた。例えば、音声、文字、静止画に加え、高品質な音楽、カラー動画像などの高速・大容量データの送受信のように従来の機能から大きく進化している。このようなこれまでにない機能を携帯電話などに搭載するには、スペースの制約から電子部品の「小型化・軽量化」が一段と求められる。また、携帯電話の筐体の小型化傾向は、操作上の制限から限界が現れ始めているが、今後は「薄型化」への要求も高まるものと考えられる。一方、無線ＬＡＮの普及の本格化、ブルートゥース製品の登場、米国でのＵＷＢ（Ultra Wide Band）の民間利用認可など情報の大容量化に伴った「高周波化」の市場要求が近年顕著に現れ始めている。さらに通信機器の用途は車載用センサやノートパソコンなど幅広い分野で使われるようになった。このような様々な環境下で高い特性を維持するこれまでにない「高信頼性」が必要とされている。
【０００３】
上記のような各種の要求を達成する手段としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）テクノロジーが挙げられる。このＭＥＭＳ、すなわち微小な電気機械システムは、半導体の微細加工技術を基本とした「マイクロマシニング」で作る高付加価値の部品である。回路を始め、微細構造体やセンサ、さらにアクチュエータやエネルギー源などを小型に集積化できる。携帯電話や無線ＬＡＮ、無線機能付きセンサなど、ワイヤレス機器の需要が増大していることから、この分野でＲＦ（Radio Frequency）  ＭＥＭＳの研究が盛んである。このＲＦ  ＭＥＭＳは、ＲＦ回路の小型化を実現する技術として高い注目を集めている。すなわち、ＲＦ回路の受動部品、例えば、アンテナ切換スイッチ、ＲＦフィルタ、共振器などをＲＦ  ＭＥＭＳ技術によって製作することで、通信機器全体の小型化、高性能化につながるものと期待されている。
【０００４】
従来のＲＦ  ＭＥＭＳ技術を用いた高周波振動子には、交流電力に基づく静電力により振動体の機械的振動を励起し、この振動体の機械的振動に起因する静電容量の変化を用いるマイクロメカニカル静電振動子がある。このマイクロメカニカル静電振動子としては、櫛歯構造を有する電極が噛み合うように対向配置された櫛歯型振動子が知られている（例えば、以下の非特許文献１参照）。この振動子は、電極部が櫛歯構造であるため表面積が広く比較的低電圧で駆動できるとともに、変位とキャパシタ変化が線形であるため、線形応答が得られるという利点がある。
【０００５】
また、現在提案されているものとしては、梁部左右若しくは上下に電極を設け、この電極に交流電力を供給することで梁部にて両端が支持された振動部を振動させるものが知られている（例えば、以下の非特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、中央部を支持してなる円盤の外周部の両側に一対の電極を対向配置し、これらの電極に交流電力を印加することで円盤を高次モードで伸縮振動させるものが知られている（例えば、以下の非特許文献３参照）。
【０００７】
上記の各種のマイクロメカニカル静電振動子のうち、上記の梁部にて両端が支持された櫛歯電極構造その他の可動部を備えたマイクロメカニカル静電振動子においては、梁部の屈曲によって振動が生ずるので屈曲モード（屈曲振動）の振動子とよばれる。また、上記の円盤の両側に一対の電極を対向配置してなるマイクロメカニカル静電振動子は円盤の伸縮振動を利用するので伸縮モード（伸縮振動）の振動子と呼ばれる。
【非特許文献１】WILLIAM  C．TANG、他三名  "Laterally Driven Resonant Microstructures"  Sensors and Actuators，20（1989）P．25−32
【非特許文献２】W. -T. Hsu、他二名  "Q-optimized lateral free-free beam micromechanical resonators," Digest of Technical Papers, the 11th Int. Conf. on Solid-State Sensors & Actuators (Transducers'01), Munich, Germany, June 10-14, 2001, pp.1110-1113.
【非特許文献３】J. R. Clark、他二名  "High-Q VHF micromechanical contour-mode disk resonators," Technical Digest, IEEE Int. Electron Devices Meeting, San Francisco, California, Dec. 11-13, 2000, pp. 399-402.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の屈曲モードのマイクロメカニカル静電振動子においては、振動時の変位を大きくとることが可能であり、比較的低い駆動電圧でも、大きな出力信号を得ることができる。しかしながら、実現可能な振動周波数が通常数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ程度であり、高々数ＭＨｚと低いため、振動子（共振子）の高周波化が困難であるという問題点がある。
【０００９】
また、上記従来の櫛歯状構造を備えたマイクロメカニカル静電振動子では、櫛歯状構造を採用することにより駆動電極と可動電極との間の静電容量が大きくなる。また、櫛歯状構造を採用することにより駆動電極及び可動電極の平面投影面積が大きくなることにより、上記の電極と基板との間の静電容量も大きくなる。
【００１０】
さらに、櫛歯状構造を備えた振動子に限られるものではないが、上記電極に導電接続された配線部分や接続端子（ボンディングパッド）と基板との間にも静電容量が存在する。
この静電容量は、配線抵抗の増大や導電接続処理の要請から微細化することが困難であるので、マイクロメカニカル静電振動子の電極構造が微細化されればされるほど、相対的に大きくなる。
【００１１】
上記の静電容量はいずれも可動電極の動作に依存しない定常成分であるが、可動電極の平面スライド動作に起因する静電容量の変動成分は、上記の静電容量の定常成分に較べてかなり小さい。すなわち、静電振動子の出力動作に寄与するのは可動電極によって変動する静電容量の変動成分であるが、この静電容量の変動成分の割合が小さい。したがって、静電振動子から充分な信号出力を得るためには駆動電圧を高くする必要があることから、低電圧化を図ることが難しく、省電力化が困難であるという点が実用化、製品化の大きな障害となっている。
【００１２】
一方、高周波化を図る上では伸縮モードの静電振動子が最も好ましく、前述の円盤型振動子は高周波振動子を構成する上で有効である。しかし、この伸縮モードの振動子は振動時の変位（振幅）が小さいため、出力信号も小さくなる。振動変位を大きくしようとすると、静電力を大きくする必要があるので、電極に供給される入力電圧も高くする必要がある。すなわち、上記と同様に、入力電圧に対する出力電圧の比を高めることが困難であり、低電圧化を図ることが難しく、省電力化が困難であるという問題点がある。
【００１３】
また、この振動子では、高周波化を図るためには円盤状の振動体の厚みを大きくするか、或いは、円盤形状の半径を小さくする必要がある。振動体の厚みを大きくするには、製造時に長いプロセス時間が必要になるから振動体の厚みを増やすことにも限界がある。また、円盤形状を小さくすることによって静電容量の変化量を検出することがさらに難しくなるので、出力を取り出すことが難しく、また駆動電圧が大きくなるとともに、振動子に対して支持部を占める割合が大きくなることから損失も大きくなるという問題点がある。
【００１４】
そこで、本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、マイクロメカニカル静電振動子において、従来よりも容易に高周波化を図ることのできる方法或いは構造を提供することにある。また、他の目的は、従来よりも入力電圧に対する出力電圧の比を大きくすることができ、低駆動電圧化や省電力化を図ることのできるマイクロメカニカル静電振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のマイクロメカニカル静電振動子は、板状の振動体と、該振動体の両側に前記振動体の外周部に対し空隙を介してそれぞれ対向配置される一対の加振電極と、該一対の加振電極に同相の交流電力を印加するための給電手段と、前記振動体と前記電極との間の静電容量の変化に対応した出力を得るための検出手段とを有するマイクロメカニカル静電振動子において、前記振動体の平面形状を、くびれを備えた曲線状の輪郭を有する形状としたことを特徴とする。
【００１６】
本願発明者が鋭意検討した結果、板状の振動体の平面形状を、くびれを備えた曲線状の輪郭を有する形状としたことにより、従来の円形の平面形状を備えた振動体を用いる場合よりも高い周波数を得ることができることが判明した。これによって、振動体の厚みを増大させたり、振動体の半径を減少させたりすることなしに高周波化を図ることができるので、製造時間の増大、検出レベルの減少などを招くことなく、高周波振動子を容易に実現できる。
【００１７】
本発明において、前記振動体の平面形状の輪郭は、円弧部と、該円弧部に対し両端が滑らかに連結されたくびれ部とからなることが好ましい。これによれば、振動体の輪郭に角部が存在しないので、上記のように高周波化を容易に実現しつつ、安定した固有振動を得ることができるとともに、損失を低減することができる。この場合、円弧部は、厳密に円弧となっている必要はなく、全体として弧状に構成されているのであれば、楕円弧であっても、曲率が徐々に変化するものであっても構わない。ただし、この振動体の平面形状は、一対の電極に対して対称な形状（例えば、一対の電極の中心部を結ぶ線分の垂直二等分線を対称軸とする線対称）であることが好ましい。
【００１８】
本発明において、前記振動体は、基板上に形成された支持部により支持され、前記支持部の周囲に広がる形状に構成されていることが好ましい。これによれば、基板上に形成された支持部により振動体が支持され、振動体が支持部の周囲に広がる形状に構成されていることにより、伸縮振動時において支持部の影響が低減され、振動体の平面形状に応じた高い周波数を容易に実現できる。ここで、上記基板は絶縁体で構成されることが好ましい。これによって振動子構造体と基板との間の寄生容量による影響を回避できる。
【００１９】
本発明において、前記振動体は、前記基板であるシリコン基板上に構成されたシリコン層若しくはシリコン化合物層（ICプロセスで用いられる膜：例えばPoly-Si、SiNなど）で構成されていることが好ましい。これによれば、シリコン基板上にシリコン層で構成された振動体を有することにより、通常のシリコン半導体の製造プロセスにより容易に振動子を形成できる。
【００２０】
次に、本発明の別のマイクロメカニカル静電振動子は、支持部にて支持された振動体と、該振動体の外縁と対向配置される加振電極と、前記振動体の振動変位に対応する信号を出力可能に構成され、前記振動体と前記加振電極との間に生ずる静電力により前記振動体が伸縮モードで振動する静電振動子において、前記振動体は、前記支持部から前記外縁に向けて厚さが増大する形状を有することを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、振動体が支持部から加振電極に対向する外縁に向けて厚さが増大する形状を有することにより、外縁と加振電極の対向面積を増大させることができ、振動体が受ける静電力を大きくすることができるとともに、振動体の重量分布が外縁側に偏るため、振動体の実質的な弾性率を大きくすることができる。したがって、振動体の伸縮振動の変位量を大きくすることができる。また、外縁と加振電極の対向面積を増大させることができるため、振動体と加振電極との間の静電容量自体を大きくすることができることから、振動に伴う静電容量の変化も大きくなるので、出力電圧を大きくすることができる。
このように、本発明では、振動体の変位量が増大するとともに振動体と加振電極との間の静電容量自体も大きくすることができるため、入力電圧に対する出力電圧の比を高めることができる。しかも、伸縮モードで振動するため、高周波化も容易である。
【００２２】
なお、上記発明において、振動体の厚さとは、伸縮振動の振動方向を含む振動面に対して直交する方向に計った厚さを言う。また、支持部から外縁に向けて厚さが増大する形状には、厚さが支持部から外縁に向けて漸増する形状に限らず、支持部から外縁に向けた途中で段差状に厚さが急増する形状、半径方向に見たときに支持部側の所定の半径位置における平均厚さよりも外縁側の所定の半径位置における平均厚さが大きい形状も含む。
【００２３】
本発明において、前記振動体は前記外縁とは反対側に向いた段差面を有し、該段差面に対向する第２の加振電極を有することが好ましい。これによれば、加振電極に対向する外縁とは反対側に向いた段差面を設け、この段差面に対向する第２の加振電極を設けることにより、第２の加振電極と振動体との間にも静電力を発生させることができるので、加振電極により振動体に加えられる静電力と、第２の加振電極により振動体に加えられる静電力の向きを逆向きとすれば、振動体の受ける静電力をさらに大きくすることができ、それによって伸縮振動の変位量をさらに増大させることができる。
【００２４】
ここで、加振電極と第２の加振電極とが常に反対の極性を持つように駆動されることが好ましい。このようにすると、加振電極と振動体との間に静電斥力が働いているときには第２の加振電極と振動体との間に静電引力が働き、加振電極と振動体との間に静電引力が働いているときには第２の加振電極と振動体との間に静電斥力が働くように構成できるので、振動体の受ける静電力を最も大きくすることができる。
【００２５】
本発明において、前記振動体は、その中央部が支持された板状体であることが好ましい。これによれば、中央部を支点として振動体を効率的に伸縮振動させることができ、また、板状体であることによって伸縮振動の変位量をより大きくすることができる。しかも、振動体を板状体とすることで、半導体製造プロセスのような薄膜形成プロセスによってきわめて容易に製造することが可能になる。
【００２６】
本発明において、前記振動体を挟んで両側に一対の前記加振電極が配置されていることが好ましい。これによれば、振動体に対して両側から静電力を付与することができるため、より効率的に伸縮振動の励振を行うことができる。
【００２７】
なお、上記各発明では、上記の振動体、加振電極、第２の加振電極などが基板上に形成されていることが好ましい。特に、基板を半導体基板とすることで、半導体回路との一体化が可能になる。ここで、上記基板は絶縁体で構成されることが好ましい。これによって振動子構造体と基板との間の寄生容量による影響を回避できる。
【００２８】
次に、本発明のさらに別のマイクロメカニカル静電振動子は、振動体と、該振動体に隣接配置される加振電極とを有する静電振動子において、前記振動体は、一端が固定された支持部と、該支持部の他端に接続され、前記支持部よりも拡大された範囲に広がる従動部とを有し、前記従動部は、前記支持部を中心とする回転方向に見て変化する形状を備え、前記加振電極は、前記従動部のうち前記支持部を中心とする回転方向の成分を有する方向を向いた表面に対向配置された電極面を備え、前記振動体は、前記駆動電極との間に生ずる静電力に基づいて捩れ振動することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、従動部が支持部を中心とする回転方向に見て変化する形状を備え、その従動部のうち支持部を中心とする回転方向の成分を有する表面に加振電極の電極面が対向配置していることにより、振動体と加振電極との間で生ずる静電力により振動体に支持部を中心とする回転方向の変位を与えることができるので、振動体が捩れ振動を起こすように駆動することができる。このマイクロメカニカル静電振動子においては、従動部が支持部よりも拡大された範囲に広がる形状を有する、例えば、支持部を中心として半径方向外側に伸びる部分を有することにより、振動体に対して捩れモードの振動を効率的に生じさせることができるとともに、その変位量を大きくすることができるので、振動子の高周波化と、入力電圧に対向する出力電圧の比の増大とを両立させることが可能である。
【００３０】
なお、上記発明において、支持部を中心とする回転方向に見て変化する形状とは、支持部の軸線を中心として形状変化のない任意形状の物体を回転させたときの回転軌跡を占有する形状（回転体形状）以外の形状を言う。また、支持部よりも拡大された範囲に広がる従動部とは、振動体が支持部を中心として捩れ変形する場合に、従動部が支持部よりもさらに半径方向外側に配置された部分を有することを意味する。したがって、従動部の形状は、平板状に広がった形状である必要はなく、所定方向にのみ棒状に伸びる形状であっても構わない。
【００３１】
本発明において、前記従動部の外縁は非円形であり、前記加振電極の前記電極面は前記従動部の前記外縁に対向配置されていることが好ましい。これによれば、従動部の外縁が非円形であるため、この外縁に対向配置される加振電極との間に生ずる静電力によって従動部を回転方向に駆動することが可能になる。そして、従動部の外縁に加振電極が対向配置されているので、振動体に対して大きな回転トルクを与えることができるとともに、その変位量も大きくすることが可能になる。
【００３２】
本発明において、前記従動部は前記支持体を中心とする回転方向と直交する方向に貫通する開口部を有し、前記加振電極の前記電極面は、前記開口部の開口縁部に対向配置されていることが好ましい。このようにすると、加振電極が従動部の占有平面範囲の内部に配置されることになるため、振動子をコンパクトに構成することができる。
【００３３】
本発明において、前記支持部は前記従動部の重心位置に接続されていることが好ましい。これによれば、従動部に対して重力に起因する変形応力が働きにくくなるので、支持部を支点として従動部を安定的に捩れ振動させることができるとともに、捩れ振動以外の振動が生じにくいので、振動エネルギーのロスも少なくなる。
【００３４】
本発明において、前記支持部の周囲に複数の前記加振電極が配置されていることが好ましい。これによれば、振動体に対して支持部の周囲の複数箇所から静電力を付与することができるため、より効率的に捩れ振動を生じさせることができる。
【００３５】
なお、上記各発明では、上記の振動体及び加振電極が基板上に形成されていることが好ましい。特に、基板を半導体基板とすることで、半導体回路との一体化が可能になる。また、上記基板は絶縁体で構成されることが好ましい。これによって振動子構造体と基板との間の寄生容量による影響を回避できる。
【００３６】
さらに上記各発明において、前記振動体又は前記加振電極に導電接続された配線層を有し、前記配線層と前記基板の距離が前記振動体又は前記加振電極と前記基板の距離よりも大きいことを特徴とする。この発明によれば、配線層と基板との距離が振動体又は加振電極と基板との距離よりも大きいことにより、配線層と基板との間に発生する静電容量を低減することができるので、静電容量の定常成分が小さくなり、その分、振動に起因する静電容量の変動成分の割合を高めることが可能になるため、静電振動子の出力特性を向上させることができ、駆動電圧の低減を図ることが可能になる。
【００３７】
ここで、上記配線層とは、上記の振動体や加振電極に電位を供給し、或いは、上記振動体や加振電極から信号を取り出すための導電経路を構成するもの、例えば、以下の実施形態における配線部や接続端子（ボンディングパッド）などを言う。上記の振動体や加振電極は、相互間に静電力を生じさせることによって少なくとも振動体が可動に構成されたものであればよい。
【００３８】
本発明において、前記配線層は、前記振動体又は前記加振電極の形成表面よりも前記基板から離れた表面を備えた絶縁層上に形成されていることが好ましい。これによれば、配線層が絶縁層上に形成されていることによって、振動体又は加振電極よりも基板から離れた位置に配線層を容易かつ確実に設けることができる。
【００３９】
この場合において、前記振動体又は前記加振電極は前記基板上に形成された絶縁体の表面上に構成され、前記絶縁層は前記絶縁体よりも低い誘電率を有することが望ましい。このようにすると、絶縁層を絶縁体と同じ誘電率を有するものとした場合（同一の絶縁層で構成した場合）や、絶縁体よりも高い誘電率を有するものとした場合に比べて、配線層と基板との間の静電容量をさらに低減することができる。
【００４０】
また、前記絶縁層は多孔質膜であることが好ましい。これによれば、絶縁層を多孔質膜とすることで、絶縁層の誘電率を低下させることができるため、配線層と基板との間の静電容量をさらに低減することができる。
【００４１】
次に、本発明の異なるマイクロメカニカル静電振動子は、基板と、該基板上に配置された少なくとも一つが可動に構成された複数の電極とを有するマイクロメカニカル静電振動子において、前記電極に導電接続された配線層を有し、該配線層と前記基板との間に設けられた絶縁層により構成される段差に基づいて、前記配線層と前記基板との距離が前記電極と前記基板の距離よりも大きく構成されていることを特徴とする。この発明によれば、配線層と基板との距離が電極と基板との距離よりも大きいことにより、配線層と基板との間に発生する静電容量を低減することができるので、静電容量の定常成分が小さくなり、その分、振動に起因する静電容量の変動成分の割合を高めることが可能になるため、静電振動子の出力特性を向上させることができ、駆動電圧の低減を図ることが可能になる。また、配線層と基板との間に設けられた絶縁層によって構成された段差に基づいて上記のように構成されるため、きわめて容易に製造することができる。なお、上記の少なくとも一つが可動に構成された複数の電極を有する構成は、上記複数の電極のうちの一つが可動に構成された振動体として用いられ、他の一つが加振電極として用いられる構成を包含する。
【００４２】
本発明において、前記配線層と前記基板との間には空間が設けられていることが好ましい。これによれば、配線層と基板との間に空間が設けられていることによって配線層と基板との間の実質的な誘電率をさらに低下させることができるため、配線層と基板との間の静電容量をさらに低減することができる。
【００４３】
上記各発明においては、前記基板はシリコン基板であることが好ましい。これによれば、シリコン基板に半導体集積回路などを適宜に形成することができるので、半導体集積回路などの回路構造と静電振動子とを一体に構成することができる。この場合には、上述のように、シリコン基板上に絶縁層を介して圧電体薄膜、電極及び配線層を形成することが望ましい。また、基板はＳｉＧｅやＧａＡｓといったＩＣ作成可能な半導体基板であっても良い。
【００４４】
また、前記基板と前記振動体又は前記加振電極との間に絶縁層が形成されていることが好ましい。これによって振動子構造体と基板との間の寄生容量を全体として低減することができる。
【００４５】
また、前記振動体又は前記加振電極としては、ポリシリコンやアモルファスシリコンなどで構成されることが好ましい。これらの素材は半導体製造技術によって容易に形成することができ、特に、シリコン基板上に静電振動子を構成する場合にプロセス上有利である。
【００４６】
また、上記各発明において、前記基板は絶縁体からなる基板であることが好ましい。これによれば、絶縁体からなる基板を用いてマイクロメカニカル静電振動子が形成されているため、基板上に形成される振動子構造体と基板との間の寄生容量を低減することができる。この結果として、寄生容量を介して流れる電流が大幅に減少されるため、振動子の性能を向上させることができる。
【００４７】
また、基板がガラスからなることにより、基板の材料コストを低減することができるとともに、ガラス基板に対する微細加工に際して例えば液晶表示素子の製造において確立された技術を用いることができるため、製造コストを低減しつつ高性能のマイクロメカニカル振動子を得ることができる。
【００４８】
さらに、本発明のマイクロメカニカル静電振動子の製造方法は、基板と、前記基板上に設けられた振動体と、前記振動体に対向配置された加振電極とを備えるマイクロメカニカル静電振動子の製造方法であって、絶縁体からなる第１基板と、表面に活性層を有する第２基板の少なくともいずれか一方の表面に凹部を形成する凹部形成工程と、前記第１基板の表面と前記第２基板の表面とを向かい合わせて接合する基板接合工程と、前記第２基板に対して前記活性層の少なくとも一部を残す所定の加工を行って前記第１基板上に前記振動体及び前記加振電極を形成する振動子形成工程と、を含むことを特徴としている。
【００４９】
この発明によれば、少なくともいずれか一方の表面に凹部を形成した絶縁体からなる第１基板の基板表面と活性層を有する第２基板の前記活性層とを向かい合わせて接合し、第２基板に対して活性層の少なくとも一部を残す所定の加工を行って第１基板上に振動体及び加振電極を形成していることにより、上記凹部により振動体と基板との間の空隙を設けることができるため、マイクロメカニカル静電振動子を安価に効率よく且つ高い歩留まりで製造することができる。また、このように製造されたマイクロメカニカル静電振動子は、絶縁体からなる基板上に振動子構造体を備えるものであるため、振動子構造体と基板との間の寄生容量が低減され、高い性能を有するものとすることができる。
【００５０】
この場合に、上記凹部形成工程では、前記振動子構造体が形成されるべき位置における第２基板の前記活性層を所定量エッチングする工程を含む場合がある。また、第２基板の振動子構造体が形成されるべき位置に向き合う第１基板の表面を所定量エッチングする工程を含むようにしてもよい。
【００５１】
また、基板がガラスからなることにより、基板の材料コストを低減することができるとともに、ガラス基板に対する微細加工に際して例えば液晶表示素子の製造において確立された技術を用いることができるため、製造コストを低減しつつ高性能のマイクロメカニカル振動子を得ることができる。
【００５２】
本発明において、前記振動子形成工程は、前記第１基板に接合された前記第２基板を所定の厚みまで薄板化する薄板化工程と、薄板化された前記第２基板を前記活性層の少なくとも一部を残す態様で所定形状にエッチングするエッチング工程と、を含むことが好ましい。これによれば、第１基板と第２基板とを接合した後に、第２基板を所定の厚みまで薄板化し、薄板化された第２基板を所定形状にエッチングしているため、既存のプロセス技術を用いて半導体（活性層）からなる振動子構造体を絶縁体からなる基板上に安価に且つ効率良く形成することができる。
【００５３】
本発明において、前記第２基板は、シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成された絶縁膜と、当該絶縁膜上に形成された前記活性層とを有しており、前記薄板化工程は、前記第２基板に含まれる前記シリコン基板に対して研磨処理及びエッチング処理の少なくとも一方を行って前記シリコン基板を除去する工程であることが好ましい。これによれば、第１基板に接合された第２基板に設けられたシリコン基板に対して研磨処理及びエッチング処理の少なくとも一方を行ってシリコン基板を除去しているため、所定の厚みを有する活性層及び絶縁膜を第１基板上に精確に形成することができる。
【００５４】
なお、上記の活性層は、マイクロメカニカル静電振動子の振動体や加振電極を構成しうる素材、すなわち、電力供給によって静電力を発生させることのできる素材であれば如何なるもので構成されていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
［第１実施形態］
次に、添付図面を参照して本発明の第１実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る第１実施形態のマイクロメカニカル静電振動子１００の構造を回路構成とともに示す概略平面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）である。
【００５６】
このマイクロメカニカル静電振動子１００においては、シリコン基板などで構成される基板１０１の表面上に、振動子構造体を絶縁するために必要に応じて絶縁膜１０２が形成されている。この基板１０１又は絶縁膜１０２上には、出力電極１０３、支持部１０４及び振動体１０５が構成されている。また、振動体１０５の両側（図示例では図１（ａ）の上下両側、図１（ｂ）の前後両側）には、振動体１０５の外周部に空隙１０６を介して対向配置される、一対の加振電極１０７，１０７が形成されている。
【００５７】
また、このマイクロメカニカル静電振動子１００には、上記一対の加振電極１０７，１０７に同相の交流電力を印加するための給電手段を構成する給電回路１１０が設けられている。この給電回路１１０には、交流電源１１１と、この交流電源１１１と加振電極１０７とを接続する給電線１１２とが設けられている。この給電回路１１０は基板１０１の内部にモノリシックに構成されていることが好ましいが、基板１０１とは別に構成されていてもよく、或いは、外部から交流電力を供給するための配線構造のみで構成されていてもよい。
【００５８】
さらに、本実施形態には、出力電極１０３とともに振動体１０５の伸縮振動に応じた出力信号を出力するための検出手段を構成する出力回路１２０が設けられている。この出力回路１２０においては、電源電位１２３と出力電極１０３の出力線１２１の出力電位との間に接続されたインダクタンス１２２と、上記出力電位と接地電位との間に接続された負荷抵抗１２５とが存在し、その先に出力端子１２６が設けられ、出力電極１０３と負荷抵抗１２５及び出力端子１２６との間にキャパシタンス１２４が介在している。
【００５９】
本実施形態では、振動体１０５は、その平面形状が一対の加振電極１０７，１０７の間で平面的に伸縮する態様の振動を生じ、この伸縮振動に応じて空隙１０６が変化することによって、振動体１０５と加振電極１０７との間の静電容量が増減する。この静電容量の増減は、出力回路１２０に生ずる出力電流Ｉｏとして現れるので、この出力電流Ｉｏと付加抵抗１２５に応じた出力電位Ｖｏが出力端子１２６に出力される。この出力電位Ｖｏは、振動体１０５の固有振動周波数に対応する振動波形を備えたものとなる。
【００６０】
振動体１０５の伸縮振動は、板状の振動体１０５の平面形状の輪郭（外周部）の形状変化を伴う径方向の振動であり、振動体１０５と加振電極１０７，１０７との間の静電力に起因するものである。この振動モードにおいて、振動体１０５は、その平面形状、厚み、及び、構成素材の密度や弾性特性（例えば、ヤング率やポアソン比など）によって定まる固有振動周波数を有する。
【００６１】
振動体１０５は、基板１０１上に形成された支持部１０４により支持され、振動体１０５が支持部１０４の周囲に広がる形状に構成されていることにより、伸縮振動時において支持部１０４の影響が低減され、振動体の平面形状に応じた高い周波数を容易に実現できるように構成されている。
【００６２】
振動体１０５の平面形状は、図示のようにくびれを備えた曲線状の輪郭形状を備えている。具体的には、図２（ａ）に示すように、振動体１０５の輪郭は、円弧状に構成された複数（図示例では２つ）の円弧部１０５ａ，１０５ｂと、これらの円弧部間に両端が滑らかに連結された複数（図示例では２つ）のくびれ部１０５ｃ，１０５ｄとからなるものである。図示例の場合、円弧部１０５ａと１０５ｂとは対称形状であり、くびれ部１０５ｃと１０５ｄとは対称形状である。
【００６３】
そして、図１に実線で示す加振電極１０７，１０７は、上記振動体１０５のくびれ部１０５ｃ、１０５ｄに対してそれぞれ対向配置されている。ただし、電極構造としては、図１に一点鎖線で示すように、くびれ部１０５ｃ，１０５ｄを中心としてその両側の円弧部１０５ａ，１０５ｂにも対向するように配置された加振電極１０７′，１０７′であってもよく、また、図１に２点鎖線で示すように、円弧部１０５ａ，１０５ｂの中央部分に対向配置される加振電極１０７″，１０７″であっても構わない。
【００６４】
ここで、図２（ａ）に２点鎖線で示すように、円弧部１０５ａ，１０５ｂ間の幅とくびれ部１０５ｃ，１０５ｄ間の幅とが逆相で伸縮する振動モードで、本実施形態に基づく実施例と図２（ｃ）に示す円盤形状の振動体を用いた比較例とを比較した。ここで、比較例では、本実施形態の円弧部１０５ａ，１０５ｂ間の幅と等しい直径ｒを有する円盤状の振動体を用い、振動体の厚みｔ、給電手段に接続された電極構造は同一とした。ちなみに、実施例及び比較例のいずれにおいても、振動体の厚みはｔ＝１μｍ、上記直径ｒ＝１０μｍ、振動体の構成素材はポリシリコンである。また、双方とも振動子の中央部に直径１μｍの円形状の支持部を設け、固有値解析を実施した。この計算に用いた振動体の材料定数は、ヤング率：１６０ＧＰａ、ポアソン比：０．３、密度：２５００ｋｇ／ｍ3とした。
この結果、比較例の固有振動周波数は約３８５ＭＨｚであったのに対して、本実施形態の固有振動周波数は約４４１ＭＨｚとなった。また、図２（ｂ）に示すように、本実施形態の振動体１０５における、円弧部１０５ａ，１０５ｂ間の幅とくびれ部１０５ｃ，１０５ｄ間の幅とが同相で伸縮する振動モードの固有振動周波数は９８３ＭＨｚとなった。このように、本実施形態のマイクロメカニカル振動子は、従来構造の比較例に対して高周波化を図ることができることが確認された。
【００６５】
［第２実施形態］
次に、図３を参照して、本発明に係る第２実施形態のマイクロメカニカル静電振動子２００について説明する。この振動子２００は、上記第１実施形態の振動体とほぼ同様の平面形状を有する振動体２０５を有するが、この振動体２０５は、一対のくびれ部の中央部が梁状の支持部２０４に接続されることによって支持されている点で上記第１実施形態とは異なる。この支持部２０４は、振動体２０５を両側から梁状に支持し、ほぼ水平に（すなわち基板２０１の表面と平行に）伸びるように構成されている。また、支持部２０４の反対側は出力電極２０３に接続されている。
【００６６】
また、本実施形態では、振動体２０５の円弧部の中央部分に対して一対の加振電極２０７，２０７がそれぞれ対向配置されている。そして、これらの加振電極２０７，２０７には同相の交流電力が給電回路２１０の交流電源２１１及び給電線２１２により印加される。また、出力電極２０３には、出力回路２２０が接続されている。出力回路２２０には、第１実施形態と同様の、出力線２２１、インダクタンス２２２、電源電位２２３、キャパシタンス２２４、負荷抵抗２２５、出力端子２２６が設けられる。
【００６７】
この実施形態においても、先の第１実施形態と同様に振動体２０５の高周波化を図ることができる。また、振動体２０５と支持部２０４とを同じ層で同じ高さを有するものとして構成することができるため、第１実施形態よりも成膜プロセスに余裕が生じ、迅速にかつ高い再現性をもって振動体を形成することが可能になる。
【００６８】
［その他の実施形態］
図４は、上記振動体の代わりに用いることのできる異なる平面形状を有する振動体の平面図である。図４（ａ）に示す振動体３０５の平面形状は、中心の周りに３つの円弧部３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃが設けられ、これらの円弧部間にそれぞれくびれ部３０５ｄ，３０５ｅ，３０５ｆが連結された輪郭を有する。また、図４（ｂ）に示す振動体４０５の平面形状は、４つの円弧部４０５ａ，４０５ｂ，４０５ｃ，４０５ｄが設けられ、これらの円弧部間にそれぞれくびれ部４０５ｅ，４０５ｆ，４０５ｇ，４０５ｈが連結された輪郭を有する。
【００６９】
［製造方法］
図５及び図６には、上記第１実施形態のマイクロメカニカル静電振動子１００を製造するプロセス例を示す工程断面図を示す。このプロセスでは、最初に、図５（ａ）に示すように、シリコン基板などで構成される基板１０１上にＳｉＯ2で構成される絶縁層１０２Ａと、Ｓｉ3Ｎ4で構成される絶縁層１０２Ｂとを形成する。絶縁層１０２Ａは熱酸化法などで形成でき、また、絶縁層１０２ＢはプラズマＣＶＤ法などで形成できる。絶縁層１０２Ａと絶縁層１０２Ｂは、上記の絶縁膜１０２を構成する。
【００７０】
次に、図５（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法などを用いて絶縁層１０２Ａ，１０２Ｂに開口１０２ｘを形成し、その上に、図５（ｃ）に示すように蒸着法やスパッタリング法などを用いてアルミニウムなどの金属などからなる導電層１０３ｐを形成する。
そして、フォトリソグラフィ法などでパターニングを行うことにより、図５（ｄ）に示すように、出力電極１０３と、入力電極１０７ｐを形成する。
【００７１】
その後、図５（ｅ）に示すようにＰＳＧ（リンドープガラス）膜などからなる犠牲層１０８をＣＶＤ法などで形成し、さらに図５（ｆ）に示すように開口１０８ｘを形成する。
その後、図６（ｇ）に示すように、ポリシリコンなどで導電層１０５Ｓを成膜する。このとき、開口１０８ｘ内には支持部１０４が同時に形成される。さらに、図６（ｈ）に示すように、レジストなどでマスク１０９を形成し、このマスク１０９を介して導電層１０５Ｓをパターニングすることで、図６（ｉ）に示すように、振動体１０５、空隙１０６、及び、電極１０７を形成する。
【００７２】
最後に、図６（ｊ）に示すように、犠牲層１０８をエッチングなどで除去することにより、図１に示す振動子構造体が完成する。ここで、加振電極１０７は図示しない支持層（上記犠牲層などで構成される。）上に支持された状態となっており、また、加振電極１０７は図示しないコンタクトホールなどを介して基板上の入力電極１０７ｐに導電接続される。
【００７３】
上記のように、本発明は、振動体の平面形状の輪郭にくびれを設けることにより、高周波化が可能になるとともに、このくびれによって振動体の伸縮振動モード（その輪郭が変動する態様の振動モード）の制御が容易になり、より安定した伸縮振動を発生させることが可能になる。例えば、くびれ部を設けることによって複数の固有振動周波数をもつことになるため、電極構造や印加周波数などによって一つの振動体を異なる振動周波数で使い分けることも可能になる。また、第１実施形態の加振電極１０７と１０７″のように異なる方位において振動体に対向配置される複数組の加振電極を設けておき、必要な周波数特性に応じて加振電極の組を使い分けることも可能である。
【００７４】
本実施形態では、振動体は、その両側に配置される一対の加振電極に対して対称な平面形状となり得るものであることが安定した振動を発生させることができる点で好ましい。
ここで、一対の加振電極に対して対称な形状とは、例えば、一対の加振電極の中心部を結ぶ線分の垂直二等分線を対称軸としたときの線対称形状であることを意味する。この場合にはさらに、一対の電極の中心部を結ぶ線分を対称軸とした線対称形状でもあることが望ましい。例えば、上記第１及び第２実施形態の振動体１０５，２０５や図４（ｂ）に示す振動体４０５は、このような高い対称性を実現しうる形状である。
【００７５】
尚、本発明のマイクロメカニカル静電振動子は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態のマイクロメカニカル静電振動子は、入力回路と出力回路とを別々に有するものとして構成されているが、振動子の利用態様に応じて、入力回路と出力回路とを共通の回路構造で実現するなど、種々の構成を採用することができる。
【００７６】
［第３実施形態］
図７は、本発明に係る第３実施形態のマイクロメカニカル静電振動子３００の構造を示す概略縦断面図（ａ）、概略平面図（ｂ）及び振動体３０５の形状を示す拡大斜視図（ｃ）である。この静電振動子３００は、基板３０１上に絶縁層３０２を形成し、この絶縁層３０２上に、振動子構造体を形成したものである。基板３０１としては、シリコン単結晶、ＧａＡｓやＩｎＰ等の化合物半導体などの半導体基板であることが好ましいが、ガラス、石英、セラミックス、合成樹脂などの他の素材で構成されたものであっても構わない。
また、絶縁層３０２は、基板３０１が絶縁体である場合には不要であるが、基板３０１が半導体や導体である場合、或いは、基板３０１は絶縁体であるがその表面上に導体パターンなどの導電体が存在している場合には必要となる。
【００７７】
振動子構造体は、基準電極３０３上に配置された支持体３０４を介して支持部３０５ａが支持されてなる振動体３０５と、この振動体３０５の外縁３０５ｂに対向する加振電極３０６とを有する。基準電極３０３、支持体３０４及び振動体３０５は相互に導電接続されている。これらは或る程度の導電性を有する素材、例えばポリシリコンなどで構成される。振動体３０５は中央部を支持体３０４により支持された支持部３０５ａとする板状体として構成されている。図示例では、振動体３０５は円盤状に形成されている。
【００７８】
この振動体３０５の両側（図示左右側）には一対の加振電極３０６，３０６が配置されている。加振電極３０６は、振動体３０５の外縁３０５ｂに沿って伸びる電極面３０６ａを有する。図示例では振動体３０５の外縁３０５ｂは円弧状に伸びた円筒凸面となっているので、加振電極３０６の電極面３０６ａは、外縁３０５ｂの面形状に対応する面形状、すなわち円弧状に伸びた円筒凹面になっている。このように、振動体３０５の外縁３０５ｂと、加振電極３０６の電極面３０６ａとの間には、両者の対向部の全体に亘って一定の間隔が存するように構成されている。
【００７９】
図示例の場合、基準電極３０３には接続端子（ボンディングパッド）３０３Ａが導電接続され、加振電極３０６には接続端子（ボンディングパッド）３０６Ａが導電接続されている。ただし、これらの接続端子３０３Ａ，３０６Ａを設けずに、例えば、基準電極３０３及び加振電極３０６を基板３０１に形成した回路内に導電接続しても構わない。
【００８０】
本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、加振電極３０６に入力回路３１０Ａが導電接続され、基準電極３０３に出力回路３１０Ｂが導電接続されている。入力回路３１０Ａは加振電極３０６に駆動電圧を供給するものであり、例えば、交流電源３１１が設けられる。また、出力回路３１０Ｂは基準電極３０３の電位に基づいて出力電圧を出力するものであり、例えば、基準電極３０３とバイアス電位Ｖｂとの間に接続されたインダクタンス３１２と、基準電極３０３と出力電位Ｖｏとの間に接続されたキャパシタンス３１３と、出力電位Ｖｏと接地電位との間に接続された抵抗３１４とを備えている。バイアス電圧Ｖｂは基準電極３０３にバイアス電圧を印加するためのものである。ここで、出力電位Ｖｏはキャパシタンス３１３の充放電電流と抵抗３１４とによって得られた、基準電極３０３の電位変動に相当する電位変化を示す。
【００８１】
本実施形態では、上記入力回路３１０Ａに相当する部分から供給される入力信号を、振動体３０５と加振電極３０６の振動特性によって変調し、出力電位Ｖｏを得ることのできる高周波フィルタとして動作する。そのフィルタ特性は、振動体３０５の伸縮振動モードの特性に依存することになる。具体的には、入力信号によって振動体３０５と加振電極３０６との間に静電力が発生し、この静電力の変化（向きの交代）によって振動体３０５が伸縮振動する。振動体３０５が振動すると、振動体３０５と加振電極３０６との間の距離が変動するため、両者間の静電容量も変動し、この静電容量の変動に応じて出力電位Ｖｏも周期的に変化する。
【００８２】
振動体３０５は、図７（ｃ）に示すように、支持体３０４によって支持される支持部３０５ａから外縁３０５ｂに向けて厚さが増大する形状を有している。具体的には、図示例の場合、支持部３０５ａから半径方向外側に向けて所定範囲に亘って厚さの等しい部分があり、その外側に段差面３０５ｃが設けられ、この段差面３０５ｃよりも半径方向外側にある部分の厚さは、段差面３０５ｃよりも半径方向内側にある部分よりも大きくなっている。図示例の場合、段差面３０５ｃは振動体３０５の表面側と裏面側の双方に設けられている。また、段差面３０５ｃは外縁３０５ｂとは反対側、すなわち、中心側を向いた面となっている。
【００８３】
振動体３０５は、加振電極３０６によって板状体の主面（図示水平面）を振動面として伸縮変形し、伸縮モードの振動を行う。ここで、振動体３０５の上記厚さは振動面と直交する方向の幅である。振動体３０５はその厚さ方向に対称な形状（すなわち表裏対称形状）を有する。これによって、振動面上の振動状態を安定させ、振動面上にない副次的な振動モードの発生を抑制することができるため、振動エネルギーの無駄な散逸を防止することができる。
【００８４】
加振電極３０６に電力が供給されると、振動体３０５の外縁３０５ｂと加振電極３０６との間に静電力が発生し、加振電極３０６に印加される電圧が交流電圧（交代電圧）であれば、振動体３０５の外縁３０５ｂと加振電極３０６との間に静電斥力と静電引力とが交互に及ぼされる。これによって、振動体３０５は一対の加振電極３０６の間において周期的に収縮と伸長を繰り返すことになり、伸縮モードの振動が励起される。
【００８５】
このとき、加振電極３０６に印加される入力電圧の周波数が振動体３０５の伸縮モードの固有周波数と一致すれば、振動体３０５は共振し、その出力信号は大きくなる。したがって、本実施形態の静電振動子３００はバンドパスフィルタや発振器として用いることができる。ここで、振動体３０５の直径が１〜１００μｍ程度、厚さが０．１〜１０μｍ程度であるとき、振動体３０５に励起された伸縮振動の固有周波数は１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度となる。
【００８６】
本実施形態では、振動体３０５は、その支持部３０５ａから外縁３０５ｂに向けて厚さが増大する形状となっているため、外縁３０５ｂと加振電極３０６との対向面積を増加させることができることから振動体３０５が受ける静電力が大きくなるとともに、振動体３０５の重量分布が外縁３０５ｂ寄りに偏ったものとなるので、振動体３０５の伸縮振動に対する実効的な弾性率を高めることができる。したがって、振動体３０５の伸縮変位量を増加させることができることになるため、入力電圧に対する出力電圧の比を従来よりも高めることができる。
【００８７】
本実施形態の静電振動子３００は、絶縁層３０２と振動体３０５及び加振電極３０６との間にＳｉＯ2、ＰＳＧ（リンドープガラス）、有機樹脂などで構成される犠牲層を形成し、振動体３０５及び加振電極３０６を形成してから犠牲層をエッチングなどで取り除くことによって容易に形成できる。振動体３０５及び加振電極３０６はアルミニウムや銅などの金属のほか、ポリシリコンなどの半導体でも形成することができる。いずれの場合でも、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの成膜技術と、フォトリソグラフィなどのパターニング技術とによって上記構造を形成することができる。
【００８８】
［第４実施形態］
次に、図８を参照して、本発明に係る第４実施形態の静電振動子３００′について説明する。この実施形態において、上記第３実施形態と同一部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００８９】
この実施形態は、基本的に上記第３実施形態に設けられている要素の全てを含んでいるが、振動体３０５の段差面３０５ｃに対向配置される第２の加振電極３０７Ｘ，３０７Ｙがさらに設けられている点で、上記第３実施形態と異なる。ここで、第２の加振電極３０７Ｘは振動体３０５の裏面（下面）上に設けられた段差面３０５ｃに対向配置され、その段差面３０５ｃ側にある加振電極３０６の電極面３０６ａに向いている。第２の加振電極３０７Ｙは振動体３０５の表面（上面）上に設けられた段差面３０５ｃに対向配置され、その段差面３０５ｃ側にある加振電極３０６の電極面３０６ａに向いている。ここで、第２の加振電極３０７Ｘ，３０７Ｙのうちいずれか一方のみを設けても構わない。
【００９０】
第２の加振電極３０７Ｘ，３０７Ｙは、共通の接続端子（ボンディングパッド）３０７Ａに導電接続されている。図８（ｂ）に示すように、第２の加振電極３０７Ｘ，３０７Ｙには、入力回路３１０Ａ′に設けられた反転回路３１５から、上記加振電極３０６とは逆相の交流電圧（交代電圧）が供給される。これによって、図８（ｃ）に示すように、振動体３０５の外縁３０５ｂと加振電極３０６との間に静電斥力が発生しているときには、振動体３０５の段差面３０５ｃと第２の加振電極３０７Ｘ，３０７Ｙとの間に静電引力が発生し、振動体３０５の外縁３０５ｂと加振電極３０６との間に静電引力が発生しているときには、振動体３０５の段差面３０５ｃと第２の加振電極３０７Ｘ，３０７Ｙとの間に静電斥力が発生するというように駆動することができる。これによって、振動体３０５の伸縮振動を発生させるための静電力が増加するので、振動体３０５の伸縮変位量を増加させることができ、その結果、出力電圧（出力信号の振幅）を高めることができ、入力電圧に対する出力電圧の比を従来よりもさらに高めることができる。
【００９１】
この実施形態では、第２の加振電極３０７Ｘ，３０７Ｙを形成するために、第２の加振電極３０７Ｘと振動体３０５との間、及び、振動体３０５と第２の加振電極３０７Ｙとの間にそれぞれ犠牲層を介在させ、最後に犠牲層をエッチングなどにより取り除くことによって第３実施形態と同様に製造することができる。
【００９２】
［実施例と比較例との対比］
次に、上記第３実施形態の実施例と、第３実施形態の振動体３０５に代えて支持部３０５ａから外縁３０５ｂまで同一の厚さを有する平行板状の振動体を用いた比較例とを対比した結果について説明する。なお、実施例と比較例とは、振動体の重量及び平均厚さが同一である。したがって、実施例の振動体は、比較例の中央側の部分の肉を一定量取り去り、その一定量の肉を外縁側に付加した形状となっている。
【００９３】
円盤型振動子の共振周波数ｆは、ｆ＝（α／Ｒ）（Ｅ／ρ）1/2で表される。ここで、αは振動体のポアソン比と振動モードに依存する係数、Ｒは振動体の直径、Ｅは振動体のヤング率、ρは振動体の密度である。この式から、共振周波数は直径Ｒに反比例することがわかる。
【００９４】
図９は、実施例と比較例における振動体の直径と固有周波数との関係を示すグラフである。実施例と比較例のいずれも上記の式を反映し、振動数が直径に反比例する態様となっている。また、実施例は比較例に対して共振周波数がやや低くなっているが、実施例においても、基本的には数百ＭＨｚという高い周波数で振動することがわかる。ここで、振動体の材料はSiであり、ヤング率160Gpa、密度2500kg/m3としてある。
【００９５】
図１０は、比較例の振動体における直径及び厚さと固有周波数との関係を示すグラフである。この図にてわかるように、円盤型振動子では、直径を小さくすれば固有周波数が高くなるが、厚さが変化しても固有周波数の変化はきわめて少ない。ところが、円盤型振動子の場合、伸縮モードで振動させるため、直径が小さくなると伸縮変位量がさらに小さくなり、入力電圧に対する出力電圧の比がさらに低下する。したがって、実施例の構造を用いて伸縮変位量を高めることにより、振動体の直径を小さくした場合でも、入力電圧に対する出力電圧の比を大きくすることができるという利点があることが理解できる。
【００９６】
図１１は、振動体を片持ち梁形状として屈曲モードで振動させた場合の、片持ち梁の支持部より先の長さと、固有周波数との関係を示すグラフである。屈曲モードの振動体では振動の変位量を大きく採ることができるが、図示のように、固有周波数は数ＭＨｚ程度であり、高周波化に適しないことがわかる。
【００９７】
次に、実施例と比較例の伸縮振動時における変位量を比較した。その結果を図１６及び図１７に示す。図１６は実施例の変位量の分布を等変位量線で示し、図１７は比較例の変位量の分布を等変位量線で示したものである。ここで、振動子の材料はSiであり、ヤング率１７０ＧＰａ、密度２５００ｋｇ／ｍ3とした。実施例と比較例の質量は同一で、同一荷重を与えて振動させるものとし、さらに同一モードで振動していると仮定し、変位量分布を求めた。図示のように、図１７に示す実施例の方が図１６に示す比較例に較べて変位量が大きくなっている。また、各振動子のばね定数を求めると、実施例では６４３Ｎ／ｍ、比較例では１１０３Ｎ／ｍとなった。実施例でばね定数が低下することは、周波数が低下することも意味するが、同じ荷重を与えた場合には変位量（振幅）が大きくなることを意味する。ここで、実施例と比較例に同一の入力電圧を加えると、実施例の外縁３０５ｂの面積は比較例よりも大きいため、実施例の受ける応力（静電力）は比較例よりも大きくなるから、上記の図１６と図１７に示す場合よりも変位量の差はさらに大きくなるものと考えられる。
【００９８】
［その他の実施形態］
図１２は、上記とは異なる振動体４０５の形状を示す概略斜視図である。この振動体４０５は上記第３及び第４実施形態の振動体の代わりに用いることができるものである。振動体４０５は、中心の支持部４０５ａから外縁４０５ｂまでの間の複数箇所（図示例では２箇所）に段差面４０５ｃ、４０５ｄが設けられている。このようにすると、重量分布はさらに外縁４０５ｂ側に偏ることになるため、振動時の変位量をさらに高めることができる。
【００９９】
図１３は、さらに異なる振動体５０５の概略縦断面図である。この振動体５０５も上記第３及び第４実施形態の振動体の代わりに用いることができる。この振動体５０５では、支持体５０４によって支持される中央の支持部５０５ａから外縁５０５ｂに向けて厚さが徐々に大きくなっている。このようにしても、外縁５０５ｂ側に重量分布が偏ることになるとともに、外縁５０５ｂの面積を増大させることができるので、振動時の変位量をさらに高めることができる。
【０１００】
図１４は、別の振動体６０５の概略斜視図である。この振動体６０５もまた上記第３及び第４実施形態の振動体の代わりに用いることができる。この振動体６０５では、支持体６０４によって支持される支持部６０５ａと、外縁６０５ｂとの間が２本の梁部６０５ｓによってのみ接続されている点で上記の振動体と異なる。この場合には、中心側の所定の半径位置における厚さの平均値よりも外縁側の所定の半径位置における厚さの平均値が大きくなっている。２本の梁部６０５ｓは支持部６０５ａから相互に反対側に伸び、リング状の外縁６０５ｂに接続されている。
【０１０１】
図１５は、さらに別の振動体７０５の概略斜視図である。この振動体７０５もまた上記第３及び第４実施形態の振動体の代わりに用いることができる。この振動体７０５では、支持体７０４によって支持される支持部７０５ａと外縁７０５ｂとの間が４つの梁部７０５ｓによって接続されている。このように、支持部と外縁とを接続する梁部は何本であっても構わない。この場合にも、中心側の所定の半径位置における厚さの平均値よりも外縁側の所定の半径位置における厚さの平均値が大きくなっている。
【０１０２】
尚、本発明のマイクロメカニカル静電振動子は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記第３及び第４実施形態では、振動体の平面形状を円形としたが、本発明はこのような平面形状に限られず、円形以外の種々の平面形状（楕円、長円、矩形など）であっても構わない。また、上記第３及び第４実施形態では、振動体の中心が支持部となっているが、伸縮モードで振動するのであれば、振動体が片持ち支持されるなど、支持部が振動体の中心ではなく偏った位置にあっても構わない。
【０１０３】
［第５実施形態］
図１８は、本発明に係る第５実施形態のマイクロメカニカル静電振動子８００の構造を示す概略縦断面図（ａ）及び概略平面図（ｂ）である。このマイクロメカニカル静電振動子８００は、基板８０１上に絶縁層８０２を形成し、この絶縁層８０２上に、振動子構造体を形成したものである。基板８０１としては、シリコン単結晶、ＧａＡｓやＩｎＰ等の化合物半導体などの半導体基板であることが好ましいが、ガラス、石英、セラミックス、合成樹脂などの他の素材で構成されたものであっても構わない。また、絶縁層８０２は、基板８０１が絶縁体である場合には不要であるが、基板８０１が半導体や導体である場合、或いは、基板８０１は絶縁体であるがその表面上に導体パターンなどの導電体が存在している場合には必要となる。
【０１０４】
振動子構造体は、基準電極８０３上に接続されてなる振動体８０５と、この振動体８０５に隣接配置された加振電極８０６とを有する。基準電極８０３及び振動体８０５は相互に導電接続されている。これらは或る程度の導電性を有する素材、例えばポリシリコンなどで構成される。振動体８０５は、基準電極８０３に下端が固定された支持部８０５ａと、この支持部８０５ａの上部に接続された従動部８０５ｂとを有している。従動部８０５ｂは、支持部８０５ａよりも平面的に拡大された範囲に広がる形状を有している。具体的には、従動部８０５ｂは支持部８０５ａが中心位置（重心位置でもある。）に接続されてなる板状体として構成されている。従動部８０５ｂは支持部８０５ａを中心とする回転方向に見て変化する形状、すなわち、形状変化のない任意の物体を回転させたときの回転軌跡を占有する形状である回転体形状以外の形状を有する。図示例では、従動部８０５ｂは楕円盤状に形成されている。この実施形態において、従動部８０５ｂは、円柱状に形成された支持部８０５ａの上部に片持ち支持された状態となっている。なお、図示例とは異なるが、従動部８０５ｂを上下の支持部によって両持ち状態で支持した構造としてもよい。
【０１０５】
この振動体８０５の両側（図示左右側）には一対の加振電極８０６，８０６が配置されている。加振電極８０６は、振動体８０５の外縁８０５ｃに沿って伸びる電極面８０６ａを有する。図示例では振動体８０５の外縁８０５ｃは楕円弧状に伸びた楕円筒凸面となっているので、加振電極８０６の電極面８０６ａは、外縁８０５ｃの面形状に対応する面形状、すなわち楕円弧状に伸びた楕円筒凹面になっている。加振電極８０６の電極面８０６ａは、振動体８０５の外縁８０５ｃのうち、支持部８０５ａの軸線を中心とする回転方向の成分を有する方向を向いた表面部分に対向している。すなわち、加振電極８０６は、振動体８０５に対してそれぞれ偏心した位置（長軸及び短軸から回転方向にずれた位置）において対向配置されている。
【０１０６】
図示例の場合、基準電極８０３には接続端子（ボンディングパッド）８０３Ａが導電接続され、加振電極８０６には接続端子（ボンディングパッド）８０６Ａが導電接続されている。ただし、これらの接続端子８０３Ａ，８０６Ａを設けずに、例えば、基準電極８０３及び加振電極８０６を基板８０１に形成した回路内に導電接続しても構わない。
【０１０７】
本実施形態では、図１８（ｂ）に示すように、加振電極８０６に入力回路８１０Ａが導電接続され、基準電極８０３に出力回路８１０Ｂが導電接続されている。入力回路８１０Ａは加振電極８０６に駆動電圧を供給するものであり、例えば、交流電源８１１が設けられる。また、出力回路８１０Ｂは基準電極８０３の電位に基づいて出力電圧を出力するものであり、例えば、基準電極８０３とバイアス電位Ｖｂとの間に接続されたインダクタンス８１２と、基準電極８０３と出力電位Ｖｏとの間に接続されたキャパシタンス８１３と、出力電位Ｖｏと接地電位との間に接続された抵抗８１４とを備えている。バイアス電圧Ｖｂは基準電極８０３にバイアス電圧を印加するためのものである。ここで、出力電位Ｖｏはキャパシタンス８１３の充放電電流と抵抗８１４とによって得られた、基準電極８０３の電位変動に相当する電位変化を示す。
【０１０８】
本実施形態では、上記入力回路８１０Ａに相当する部分から供給される入力信号を、振動体８０５と加振電極８０６の振動特性によって変調し、出力電位Ｖｏを得ることのできる高周波フィルタとして動作する。そのフィルタ特性は、振動体８０５の捩れ振動モードの特性に依存することになる。具体的には、入力信号によって振動体８０５と加振電極８０６との間に静電力が発生し、この静電力の変化（向きの交代）によって振動体８０５が捩れ振動する。振動体８０５が振動すると、振動体８０５と加振電極８０６との間の距離が変動するため、両者間の静電容量も変動し、この静電容量の変動に応じて出力電位Ｖｏも周期的に変化する。
【０１０９】
図１９は、振動体８０５の振動態様を示す説明図（ａ）及び（ｂ）である。図１９（ａ）に示すように、従動部８０５ｂと加振電極８０６との間に静電斥力が発生するときには、振動体８０５は図示反時計回りに回転させようとする回転トルクを受けることになり、その弾性特性に応じた捩れ変位が発生する。次に、従動部８０５ｂと加振電極８０６との間に静電引力が発生するときには、振動体８０５は図示時計回りに回転させようとする回転トルクを受けることになり、その弾性特性に応じた捩れ変位が発生する。したがって、従動部８０５と加振電極８０６との間に静電斥力と静電引力とを交互に発生させることによって振動体８０５は捩れ振動する。
【０１１０】
なお、振動体８０５に捩れ振動を生じさせる方法としては、上記のように静電斥力と静電引力とを交互に印加する方法に限らず、静電斥力と静電引力のいずれか一方を周期的に印加する方法であっても構わない。また、実施形態では、振動体８０５に対して一対の加振電極８０６が設けられているが、一つの加振電極だけを設けてもよく、或いは、３以上の加振電極８０６を設けてもよい。
【０１１１】
上記のように振動体８０５が振動するとき、加振電極８０６に印加される入力電圧の周波数が振動体８０５の捩れモードの固有周波数と一致すれば、振動体８０５は共振し、その出力信号は大きくなる。したがって、本実施形態のマイクロメカニカル静電振動子８００はバンドパスフィルタや共振器として用いることができる。ここで、例えば、振動体８０５の上部の長径が１０μｍ、短径が５μｍ、厚さが２μｍであり、支持部８０５ａの直径が２μｍ、長さが５μｍ、振動体１０５の構成材料がポリシリコンであるとき、振動体８０５の捩れ振動の固有周波数は約１５〜２０ＭＨｚ程度となる。
【０１１２】
本実施形態では、振動体８０５の捩れ振動を用いているため、屈曲振動を用いる場合よりも高い周波数で振動させることができるとともに、伸縮振動（縦振動）を用いる場合よりも大きな変位量を得ることができることから、入力電圧に対する出力電圧の比を従来よりも高めることができ、入力電圧（駆動電圧）の低電圧化を図ることができる。特に、振動体８０５が支持部８０５ａと、この支持部８０５ａに接続された拡大された従動部８０５ｂとによって構成されているので、静電力により受ける回転トルクが大きくなり、効率的に捩れ振動を生じさせることができるとともに、捩れ振動の変位量を大きくすることができるので、入力電圧に対する出力電圧の比を大きくすることができる。
【０１１３】
本実施形態では、支持部８０５ａが従動部８０５ｂの重心位置に接続されているので、従動部８０５ｂの支持部８０５ａによる支持状態が安定しているため、駆動電極８０６から静電力を受けたときでも、捩れ方向以外の振動が生じにくいことから、安定した姿勢で捩れ振動することができ、振動エネルギーのロスも少ない。
【０１１４】
本実施形態の静電振動子８００は、絶縁層８０２と振動体８０５及び加振電極８０６との間にＳｉＯ2、ＰＳＧ（リンドープガラス）、有機樹脂などで構成される犠牲層を形成し、振動体８０５及び加振電極８０６を形成してから犠牲層をエッチングなどで取り除くことによって容易に形成できる。振動体８０５及び加振電極８０６はアルミニウムや銅などの金属のほか、ポリシリコンで形成することもできる。特に、振動体８０５及び加振電極８０６をポリシリコンで構成する場合には、シリコン半導体プロセスをそのまま適用することができ、特にシリコン基板上に形成する場合にきわめて容易に製造することができる。いずれの場合でも、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの成膜技術と、フォトリソグラフィなどのパターニング技術とによって上記構造を形成することができる。
【０１１５】
［第６実施形態］
次に、図２０を参照して、本発明に係る第６実施形態の静電振動子９００について説明する。この実施形態において、振動体９０５及び駆動電極９０６以外の構成は、上記第５実施形態と同一に構成することができるため、それらの説明は省略する。
【０１１６】
この実施形態において、振動体９０５は、下端が固定された支持部９０５ａと、この支持部９０５ａの上端に接続された従動部９０５ｂとを有する。従動部９０５ｂは、支持部９０５ａに対する接続部分から周囲に放射状に伸びる複数の輻状部９０５ｓと、これらの輻状部９０５ｓの先端に接続された環状の外輪部９０５ｃとを備えている。図示例では、輻状部９０５ｓは９０度間隔で４本設けられている。輻状部９０５ｓの間は、捩れ振動の振動面と直交する方向に貫通する開口部９０５ｔとなっている。
【０１１７】
一方、加振電極９０６は上記の開口部９０５ｔの内部に配置されている。図示例では複数の開口部９０５ｔにそれぞれ加振電極９０６が配置されている。加振電極９０６は、静電力が印加されていない初期状態においては、開口部９０５ｔのうち、軸線周りの回転方向のいずれか一方に偏った位置に配置され、輻状部９０５ｓの側面９０５ｓａに対向配置されている。そして、従動部９０５ｂと加振電極９０６との間に静電斥力が生じるようにすると、加振電極９０６から輻状部９０５ｓが離反する方向に振動体９０５が回転し、図２１（ａ）に示すように、振動体９０５は図示反時計回りに捩れる。また、従動部９０５ｂと加振電極９０６との間に静電引力が生じるようにすると、加振電極９０６に輻状部９０５ｓが接近する方向に振動体９０５が回転し、図２１（ｂ）に示すように、振動体９０５が図示時計回りに捩れる。したがって、振動体９０５と加振電極９０６との間に静電斥力と静電引力とを交互に発生させることによって振動体９０５は捩れ振動する。
【０１１８】
なお、振動体９０５に捩れ振動を生じさせる方法としては、上記のように静電斥力と静電引力とを交互に印加する方法に限らず、静電斥力と静電引力のいずれか一方を周期的に印加する方法であっても構わない。また、実施形態では、振動体９０５に対して４つの加振電極９０６が設けられているが、加振電極９０６の数は任意である。さらに、上記実施形態では振動体９０５の一端（下端）のみを固定しているが、両端支持であっても構わない。
【０１１９】
本実施形態でも、支持部９０５ａが従動部９０５ｂの重心位置に接続されているので、従動部９０５ｂの支持部９０５ａによる支持状態が安定しているため、駆動電極９０６から静電力を受けたときでも、捩れ方向以外の振動が生じにくいことから、安定した姿勢で捩れ振動することができ、振動エネルギーのロスも少ない。
【０１２０】
［振動モードと振動子の固有振動数との関係］
次に、上記第５及び第６実施形態の捩れ振動を用いた振動子と、屈曲振動を用いた振動子と、伸縮振動（縦振動）を用いた振動子との関係について説明する。
【０１２１】
捩れ振動を用いる振動子の固有振動数ｆｂは、振動体を長さＬの棒状体とした場合、
ｆｂ＝（Ｂｎ／２Ｌ）（Ｇ／ρ）1/2  …（１）
で表される。ここで、Ｂｎは振動体の棒端の条件と、振動次数によって定まる係数であり、両端固定の場合、Ｂｎ＝ｎ＝１，２，３，・・・となり、一端固定、他端自由の場合、Ｂｎ＝ｎ−１／２＝１／２，３／２，５／２，・・・である。また、ＧはＧ＝Ｅ／｛２・（１＋σ）｝（Ｅはヤング率、σはポアソン比）であり、ρは密度である。
【０１２２】
一方、屈曲振動（曲げ振動）を用いる振動子の固有振動数ｆａは、振動体を長さＬの棒状体とした場合、
ｆａ＝（Ａｎ／Ｌ2）（ＥＩ／ｍ）1/2  …（２）
で表される。ここで、Ａｎは振動体の棒端の条件と、振動次数によって定まる係数であり、両端固定の場合、Ａ１＝４．７３０、Ａ２＝７．８５３、Ａ３＝１０．９９６，・・・（１−ｃｏｓｈＡ・ｃｏｓＡ＝０の解）となり、一端固定、他端自由の場合、Ａ１＝１．８７５、Ａ２＝４．６９４、Ａ３＝７．８５５，・・・（１＋ｃｏｓｈＡ・ｃｏｓＡ＝０の解）である。また、Ｅはヤング率、Ｉは振動体の断面２次モーメントであり、例えば、断面が円の場合にはＩ＝πｄ4／６４（ｄは直径）である。ｍは振動体の断面積Ｓと密度ρの積である。
【０１２３】
さらに、伸縮振動（縦振動）を用いる振動子の固有振動数ｆｓは、振動体を長さＬの棒状体とした場合、
ｆｓ＝（Ｂｎ／２Ｌ）（Ｅ／ρ）1/2  …（３）
で表される。ここで、Ｂｎは振動体の棒端の条件と、振動次数によって定まる係数であり、両端固定の場合、Ｂｎ＝ｎ＝１，２，３，・・・となり、一端固定、他端自由の場合、Ｂｎ＝ｎ−１／２＝１／２，３／２，５／２，・・・である。また、Ｅはヤング率、ρは密度である。
【０１２４】
捩れ振動と屈曲振動とを比較すると、固有振動数は振動体の長さＬの値によって大小関係が変化する。具体的には、Ｌ＝Ｌｘ＝（２Ａｎ／Ｂｎ）・（２（１＋σ）Ｉ／Ｓ）1/2（Ｓは振動体の断面積）を境として捩れ振動と屈曲振動の固有振動数の大小が入れ替わる。すなわち、振動体の長さＬがＬｘよりも長くなると捩れ振動の固有振動数の方が高くなり、振動体の長さＬがＬｘよりも短くなると屈曲振動の固有振動数の方が高くなる。通常の実用範囲においては、長さＬと断面積Ｓとの関係で、捩れ振動の方が屈曲振動よりも固有振動数は高くなる。また、実際には、屈曲振動においてはＬを小さくすれば振動数が増大するが、振動変位量は逆に小さくなるため、入力電圧に対する出力電圧の比が小さくなる。
【０１２５】
また、捩れ振動と伸縮振動（縦振動）とを比較すると、両者の固有振動数の比は、[１／｛２・（１＋σ）｝]1/2となり、常に捩れ振動の方が低い固有振動数を有するが、その差は僅かである。一方、捩れ振動では、上記実施形態のように支持部と拡大された従動部とを有する形状などによって振動変位量を大きくとることができるが、伸縮振動では振動変位量は僅かであり、入力電圧に対する出力電圧の比は小さい。
【０１２６】
以上のように、本実施形態では、捩れ振動モードを用いていることによって、或る程度の高周波化が可能でありながら、振動変位量を大きく確保できるため、入力電圧に対する出力電圧の比を大きくし、入力電圧の低減を図ることができる。
【０１２７】
尚、本発明のマイクロメカニカル静電振動子は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記第５及び第６実施形態では、振動体を円柱状の支持部の上に板状の静電力を受ける部分が接続されてなる構造としたが、本発明はこのような平面形状に限られず、従動部が支持部よりも拡大された範囲に広がる形状を有するものであればよく、例えば、支持部に接続される部分から半径方向外側に伸びる棒状の従動部を有する構造であっても構わない。また、上記第５及び第６実施形態の振動体では、支持部が従動部の重心位置に接続されているが、支持部を従動部の重心位置からずれた位置に接続させてなるものであっても構わない。さらに、上記第５及び第６実施形態は、基本的には従動部が静電力を受けることにより支持部が捩れ変形するように構成されているが、支持部とともに従動部もまた捩れ変形するように構成されたものであってもよく、或いは、支持部はほとんど変形しないが、従動部が主として捩れ変形するように構成されたものであっても構わない。
【０１２８】
［第７実施形態］
図２２は、本発明に係る第７実施形態のマイクロメカニカル静電振動子１０００のを示す概略縦断面図、すなわち（ｂ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面を示す概略断面図（ａ）、概略平面図（ｂ）、及び、上記（ａ）と直交する断面、すなわち（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面を示す概略断面図（ｃ）である。
【０１２９】
このマイクロメカニカル静電振動子１０００の基本構成は、シリコン基板、ガラス基板、石英基板、セラミック基板などで構成される基板１００１の上にＳｉＯ2、ＰＳＧ（リンドープガラス）、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5などの金属酸化物、Ｓｉ3Ｎ4などの窒化シリコン、アクリル樹脂などの合成樹脂などで構成される絶縁層１００２が形成されている。
絶縁層１００２は、基板１００１が導電体基板である場合や半導体基板であるときに、基板と、その上層の導電体との間を絶縁するためのものである。
【０１３０】
基板１００１としては、シリコン基板であっても、導電体或いは半導体であって、或る程度の導電性を有する場合と、真性半導体のような絶縁性を有する場合とがあるが、前者の場合には特に絶縁層１００２が必要となる。また、後者の場合には絶縁層１００２は必ずしも必要ない。さらに、基板１００１としてはガラス基板、石英基板、セラミック基板などの絶縁体を用いることも可能であり、このような場合でも、絶縁層１００２は不要となる。なお、絶縁性を有する基板１００１を用いている場合でも、その表面上に配線パターンなどの導電膜が形成されている場合には、上層との絶縁を確保するために絶縁層１００２が必要となる場合がある。この絶縁層１００２として、半導体集積回路が構成されたシリコン基板上の表面被覆用の絶縁層をそのまま用いることも可能である。
【０１３１】
絶縁層１００２の上には、ポリシリコンなどで構成された電極層１００４Ｓ及び１００４Ｍを備えた電極部である振動子構造体１００４が形成されている。ここで、電極層１００４Ｓの電極１００４Ｓａ及び電極層１００４Ｍの電極１００４Ｍａは共に下層（絶縁層１００２）に対して離反した形で相互に対向配置されている。本実施形態では、電極層１００４Ｓと１００４Ｍとの間に所定電圧を印加し、電極１００４Ｓａと電極１００４Ｍａとの間に静電力を発生させることにより、主として電極１００４Ｍａが電極１００４Ｓａに対して接近及び離反する方向に移動するように構成されている。このとき、電極１００４Ｓａは下層に固定され、電極１００４Ｍａのみが下層に対して離反した状態に構成されていてもよい。また、電極１００４Ｓａと１００４Ｍａの双方が共に移動するように構成されていてもよい。
【０１３２】
また、上記振動子構造体１００４の形成領域に隣接する領域には絶縁層１００３が形成されている。この絶縁層１００３は、図示例では振動子構造体１００４の形成領域の片側に設けられているが、当該形成領域の両側にそれぞれ設けられていてもよい。絶縁層１００３は、ＳｉＯ2、ＰＳＧ（リンドープガラス）、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5などの金属酸化物、Ｓｉ3Ｎ4などの窒化シリコン、アクリル樹脂などの合成樹脂などで構成される。絶縁層１００３は誘電率の低い素材、特に、絶縁層１００２よりも低い誘電率を有するもので構成されていることが好ましい。絶縁層１００３の誘電率を低くするには、絶縁層１００３を本質的な低誘電率素材で構成するほか、絶縁層１００３を多孔質素材で構成したり、後述するように空間を設けたりする方法が挙げられる。多孔質素材の例としては多孔質シリカ、例えばメソポーラスシリカが挙げられる。絶縁層１００３の厚さｔｉは、絶縁層１００２の厚さよりも少なくとも厚く形成されていることが好ましい。
【０１３３】
絶縁層１００３の表面（上面）には、上記電極層１００４Ｓ及び１００４Ｍに導電接続された配線部１００５ＳＬ，１００５ＭＬが伸びているとともに、これらの配線部１００５ＳＬ，１００５ＭＬに導電接続された接続端子１００５ＳＰ，１００５ＭＰが設けられている。これらの配線部１００５ＳＬ，１００５ＭＬ及び接続端子１００５ＳＰ，１００５ＭＰは上記の配線層を構成する。配線層はアルミニウムなどの良導体で構成されることが好ましい。
【０１３４】
本実施形態では、絶縁層１００２上に電極層１００４Ｓ，１００４Ｍが形成され、絶縁層１００２上にさらに積層されてなる絶縁層１００３上に配線部１００５ＳＬ，１００５ＭＬの一部及び接続端子１００５ＳＰ，１００５ＭＰが形成されているが、配線部１００５ＳＬ，１００５ＭＬの全てが絶縁層１００３上に構成されていてもよく、さらに、図２２（ｂ）に点線で示すように絶縁層１００３に延長部１００３′を形成することで、電極層１００４Ｓ，１００４Ｍのうち電極１００４Ｓａ，１００４Ｍａ以外の部分を絶縁層１００３上に形成してもよい。また、本実施形態では、一対の軸状の電極層１００４Ｓ，１００４Ｍが並列に配向配置されているが、従来構造のような櫛歯形状を備えた電極同士が相互に噛合する態様で対向配置されたものとしてもよい。
【０１３５】
本実施形態のマイクロメカニカル静電振動子１０００は、上記において説明した振動子構造体１００４に相互に対向する電極１００４Ｓａと１００４Ｍａとを設けて、これらの電極のうちの少なくとも一方を振動させるようにし、図示例のように上記の電極のうちの主として振動する一方の電極１００４Ｍａが振動体であり、他方の電極１００４Ｓａは加振電極として構成される。ただし、上記の電極１００４Ｍａの代わりに上記第１乃至第６実施形態の振動体若しくは従動部を設け、上記の電極１００４Ｓａの代わりに上記第１乃至第６実施形態の加振電極を設けてもよい。このように構成することで、上記第１乃至第６実施形態の振動体又は加振電極に導電接続された配線層を有し、配線層と基板の距離が振動体又は加振電極と基板の距離よりも大きくなるように構成することができるため、振動子構造体と基板との間の寄生容量を低減することができる。
【０１３６】
図２３は、本実施形態のマイクロメカニカル静電振動子１０００をパッケージ内に封止した状態を示す概略縦断面図である。このマイクロメカニカル静電振動子１０００は、上記電極層１００４Ｍの電極１００４Ｍａを機械的に振動させることによって動作するものであるので、セラミックスや合成樹脂など絶縁素材で構成されるパッケージ１０１１，１０１２内に収容することが好ましい。特に、電極の振動を容易にするためには、パッケージ内を真空状態（真空パッケージ）とすることが好ましい。パッケージ１０１１には、内部端子１０１３Ｓ，１０１３Ｍと、この内部端子１０１３Ｓ，１０１３Ｍにそれぞれ導電接続された外部端子１０１４Ｓ，１０１４Ｍが形成されている。そして、上記接続端子１００５ＳＰ，１００５ＭＰは、導電ワイヤ１０１５などによって内部端子１０１３Ｓ，１０１３Ｍにそれぞれ導電接続されている。
【０１３７】
また、本実施形態のマイクロメカニカル静電振動子１０００において、基板１００１をシリコン基板などで構成することによって、基板１００１内に所定の回路構造（例えば、半導体集積回路）を設けることができる。そして、この場合には、内部端子１０１６及びこれに導電接続された外部端子１０１７を設け、内部端子１０１６に導電ワイヤ１０１８などを介して上記回路構造を導電接続させることもできる。このようにすると、マイクロメカニカル静電振動子１０００と所定の回路構造とを一体に構成することが可能になる。
なお、このマイクロメカニカル静電振動子１０００は、図示例のようにパッケージ１０１１，１０１２に収容するのではなく、表面実装デバイス（ＳＭＤ）などのように回路基板などに直接実装して用いることも可能である。
【０１３８】
［製造方法］
次に、図２５を参照して上記第７実施形態の製造方法について説明する。最初に、図２５（ａ）に示すように、基板１００１の表面上に絶縁層１００２を形成する。絶縁層１００２は、ＣＶＤ法などで直接成膜してもよく、或いは、液状やペースト状の基材をスピンコーティング法、ロールコーティング法、印刷法などによって塗布し、加熱処理などによって硬化させてもよい。
【０１３９】
次に、図２５（ｂ）に示すように、絶縁層１００２上にポリシリコンなどで構成される第１導体層１００４Ｃ′と、ＳｉＯ2、ＰＳＧ（リンドープガラス）、有機樹脂などで構成される第１犠牲層１００４Ｄ′とを形成する。これらはそれぞれフォトリソグラフィ法などを用いることによって容易に構成できる。その後、上記第１導体層１００４Ｃ′の上にさらに同じ導体材料を配置し、上記第１犠牲層１００４Ｄ′の上にさらに同じ犠牲材料を配置することによって、図２５（ｃ）に示すように、犠牲層１００４Ｄによって支持された電極１００４Ｓａ，１００４Ｍａ（１００４Ｓａは図示せず）を有する電極層１００４Ｓ，１００４Ｍを形成する。ここで、上記各導体層はＣＶＤ法やスパッタリング法などで形成することができ、上記犠牲層はスパッタリング法やゾル−ゲル法などで形成することができる。
【０１４０】
次に、図２６（ａ）に示すように、上記のように構成された電極構造をＰＳＧや合成樹脂などで構成される保護層１００６で被覆した状態とし、図２６（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法やスパッタリング法、ゾル−ゲル法などにより、電極形成領域に隣接する領域に絶縁層１００３を形成する。この絶縁層１００３は上記絶縁層１００２と同様の方法で構成できるが、多孔質素材で絶縁層１００３を構成する場合にはゾル−ゲル法を用いることができる。例えば、多孔質シリカは、アルコキシシランなどのガラス構成材料を含む溶液を塗布し、乾燥させる（アルコールなどの溶媒を揮発させる）ことによって構成できる。
【０１４１】
本実施形態の場合、絶縁層１００３は上記電極１００４Ｓａ，１００４Ｍａが動作する動作領域には形成されていない。このような選択的な絶縁層１００３の形成方法としては、マスキング法、リフトオフ法、フォトリソグラフィ法などを用いることができる。このように、絶縁層１００３を基板１００１上において部分的に形成することは、絶縁層１００３を全面的に基板１００１上に形成した場合に生ずる可能性のある基板１００１の反りなどを防止する上で有効である。また、絶縁層１００３を動作領域の両側に形成したり、動作領域を取り囲むように形成したりすることにより、製造工程において動作領域上に構成された可動部分を有する脆弱な電極構造を保護することができるという利点もある。
【０１４２】
その後、上記の保護層１００６を除去し、絶縁層１００２，１００３の表面上にアルミニウムなどの導体を蒸着法、スパッタリング法などを用いて成膜し、フォトリソグラフィ法等によってパターニングすることによって、図２６（ｃ）に示すように、上述の配線層、すなわち、配線部１００５ＳＬ，１００５ＭＬ及び接続端子１００５ＳＰ，１００５ＭＰを形成する。そして、最後に、上記の犠牲層１００４Ｄをエッチングなどによって除去することにより、図２２に示す振動子構造体が形成される。
【０１４３】
［作用効果］
図２７は、上記実施形態のマイクロメカニカル静電振動子の等価回路図である。マイクロメカニカル静電振動子１０００の等価回路には、接続端子１００５ＳＰと１００５ＭＰとの間に静電容量Ｃａ，インダクタンスＬａ，抵抗Ｒａの直列回路と、この直列回路と並列に接続される並列容量(short Capacitance)Ｃｓとが存在する。ここで、上記直列回路部分は静電振動子の入出力特性をもたらす部分であり、並列容量Ｃｓは電極１００４Ｓａと１００４Ｍａとの間の静電容量の定常成分に相当するものである。
【０１４４】
本実施形態のマイクロメカニカル静電振動子では、以上の回路構成に対してさらに並列に、電極層１００４Ｓ、１００４Ｍ、配線部１００５ＳＬ、１００５ＭＬ及び接続端子１００５ＳＰ，１００５ＭＰと、基板１００１との間の静電容量である寄生容量Ｃｏが存在する。そして、上記のように、配線部１００５ＳＬ，１００５ＭＬ及び接続端子１００５ＳＰ，１００５ＭＰで構成される配線層が絶縁層１００３の厚さｔｉ（図２２（ｃ）参照）分だけ電極１００４Ｓａ，１００４Ｍａよりも基板１００１から離れた位置に配置されていることにより、上記の寄生容量Ｃｏは低減される。すなわち、配線層と基板１００１との間に生ずる静電容量は、Ｃ＝εＳ／ｔ（Ｃは静電容量、εは誘電率、Ｓは電極面積、ｔは電極間距離）の式において電極間距離ｔが上記絶縁層１００３の厚さｔｉ分だけ大きくなることによって小さくなる。また、この静電容量は、絶縁層１００３の誘電率が絶縁層１００２（上記請求項１８の絶縁体に相当する。）の誘電率よりも小さくなれば、上記の式において誘電率εが実質的に小さくなることによってさらに小さくなる。
【０１４５】
このように、上記配線層を電極よりも基板１００１から離反させることにより寄生容量Ｃｏを小さくすることができるので、容量Ｃｏ、Ｃｓ、Ｃａに配分されていた電気エネルギーがより多くＣｓとＣａに配分されるようになる。その結果、マイクロメカニカル静電振動子１０００の出力電圧を大きくすることができ、また、駆動電圧を低減することも可能になる。
【０１４６】
図２８は、本実施形態のマイクロメカニカル静電振動子１０００のインピーダンスの周波数依存性を模式的に示すグラフである。ここで、図示二点鎖線は本実施形態のインピーダンスを示し、図示点線は従来構造の静電振動子のインピーダンスを示している。上記のように構成することによって寄生容量Ｃｏを小さくすることができるため、本実施形態では従来構造よりもインピーダンスが低減されている。
【０１４７】
なお、上記実施形態では、絶縁層１００２の上に絶縁層１００３を部分的に積層しているが、絶縁層１００２を動作領域に限定して形成し、絶縁層１００３を動作領域に隣接する領域において基板１００１上に直接形成してもよい。また、基板１００１上に一体の絶縁層を形成しておき、この絶縁層のうち、動作領域上に形成されている部分を選択的にエッチングなどによって薄肉化することによって上記実施形態と同様の表面段差を形成するようにしてもよい。
【０１４８】
［第８実施形態］
図２４は、本発明に係る第８実施形態のマイクロメカニカル静電振動子１１００を示す概略縦断面図である。この実施形態では、基板１１０１、絶縁層１１０２、電極層１１０４Ｓ，１１０４Ｍ、電極１１０４Ｓａ，１１０４Ｍａ、配線部２００５ＳＬ，２００５ＭＬ、接続端子２００５ＳＰ，２００５ＭＰはそれぞれ上記第１実施形態と同様であるので、それらの説明は省略する。
【０１４９】
このマイクロメカニカル静電振動子１１００においては、配線部１１０５ＳＬ，１１０５ＭＬ及び接続端子１１０５ＳＰ，１１０５ＭＰで構成される配線層が絶縁層１１０３上に構成されている点では、上記第７実施形態と同様である。ただし、絶縁層１１０３の内部には空間１１０３ａが設けられている。これによって、配線層と基板１１０１との間の誘電体の実質的な誘電率が空間１１０３ａの厚さ分だけ絶縁層１１０３の誘電率よりもさらに低下するために、配線層と基板１１０１との間の静電容量もさらに低下する。したがって、上記の寄生容量Ｃｏをさらに低減できる。
【０１５０】
上記空間１１０３ａは、例えば、絶縁層１１０３の第１層を形成した後に、図示しない犠牲層（ポリシリコン、ＰＳＧ、有機樹脂などで構成できる。）を形成し、この犠牲層上にさらに絶縁層１１０３の第２層を積層し、その後、上記の犠牲層をエッチングなどで除去することによって構成できる。
【０１５１】
本実施形態において、上記空間は絶縁層１１０３の内部に形成されているが、本発明はこのような態様に限らず、空間が絶縁層１１０３と配線層の間に設けられていたり、絶縁層１１０３と絶縁層１１０２との間に設けられていたりしてもよいなど、配線層と基板１１０１との間であればいずれに空間が設けられていても構わない。
【０１５２】
［第９実施形態］
図２９は、本発明に係る第９実施形態のマイクロメカニカル静電振動子の縦断面図である。このマイクロメカニカル静電振動子１２００は、ガラス、石英、セラミックスなどの絶縁体で構成された基板１２０１上に、出力電極１２０３と、この出力電極１２０３に導電接続された支持部１２０４と、支持部１２０４に導電接続されて支持される振動体１２０５と、この振動体１２０５の両側において振動体１２０５の外縁に対向するように配置される一対の加振電極１２０７，１２０７とを備えた振動子構造体を有している。なお、この実施形態では、基板１２０１上に構成された振動子構造体が上記第１実施形態と同様に構成されているので、上記振動子構造体の詳細については説明を省略する。
【０１５３】
本実施形態では、基板１２０１が絶縁体からなるので、上記の振動子構造体と基板１２０１との間に寄生容量が生じないことから、寄生容量に起因する出力電圧の低下やエネルギー効率の低下を防止することができる。この点は、上記第７及び第８実施形態において説明したところと同様であるので、これ以上の詳細は省略する。ただし、本実施形態では、基板１２０１を絶縁体からなるものとすることにより、上記第７及び第８実施形態のように基板との間の寄生容量を低減するのではなく、当該寄生容量そのものがほとんど発生しないという点で、より効果的な構成となっている。特に、基板１２０１をガラスで構成することにより、基板材料を安価に入手できるとともに、製造時の各種処理を容易に実施することができるため、製造コストを低減することができる。
【０１５４】
［第１０実施形態］
図３０は、本発明に係る第１０実施形態のマイクロメカニカル静電振動子の縦断面図である。このマイクロメカニカル静電振動子１３００は、ガラス、石英、セラミックスなどの絶縁体で構成された基板１３０１上に、基準電極１３０３と、この基準電極１３０３に導電接続された支持部１３０４と、支持部１３０４に導電接続されて支持される振動体１３０５と、この振動体１３０５の両側において振動体１３０５の外縁に対向するように配置される一対の加振電極１３０７，１３０７とを備えた振動子構造体を有している。なお、この実施形態では、基板１３０１上に構成された振動子構造体が上記第３実施形態と同様に構成されているので、上記振動子構造体の詳細については説明を省略する。
【０１５５】
本実施形態では、基板１３０１が絶縁体からなるので、上記の振動子構造体と基板１３０１との間に寄生容量が生じないことから、寄生容量に起因する出力電圧の低下やエネルギー効率の低下を防止することができる。この点は、上記第９実施形態と同様である。また、基板１３０１をガラスで構成することにより、基板材料を安価に入手できるとともに、製造時の各種処理を容易に実施することができるため、製造コストを低減することができる。
【０１５６】
なお、上記の第２、第４乃至第８実施形態においても、上記の第９及び第１０実施形態と同様に、その基板を絶縁体で構成することができる。これらの場合には、基板上に形成される絶縁層は不要となる。ただし、この絶縁層を他の目的、例えば、基板表面を平滑化する目的、基板上に構成される上記振動子構造体の密着性を高める目的などで絶縁体からなる基板上に形成することを何等妨げるものではない。
【０１５７】
［第１１実施形態］
図３１及び図３２は、本発明に係る第１１実施形態のマイクロメカニカル静電振動子の製造方法を示す工程図である。ここで、本実施形態は、上記第９実施形態のマイクロメカニカル静電振動子１２００を製造する場合を例示するものであり、図３１及び図３２において、図２９に示した部分と同一部分には同一の符号を付してある。また、以下の説明においてはＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１２６０を用いてマイクロメカニカル静電振動子１２００を製造する場合を例に挙げて説明するが、シリコン基板１２６１上に絶縁膜及びポリシリコン（ｐ−ＳｉＯ）膜を形成することで、ＳＯＩ基板１２６０を用いる場合とほぼ同様の工程で製造することもできる。
【０１５８】
本実施形態では、図３１（ａ）に示す通り、シリコン基板１２６１上に絶縁膜としての二酸化珪素（ＳｉＯ2）からなる絶縁膜１２６２及び減圧気相成長（減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition））法を用いて形成され、その半導体層としてのシリコン層１２６３が順に形成されたＳＯＩ基板１２６０を用いる。上記シリコン基板１２６１は両面が研磨されており、厚さが約５００μｍ程度である。また、絶縁膜１２６２は厚さが０．１μｍ程度に形成され、シリコン層１２６３は厚さが１０〜２０μｍ程度に形成される。
【０１５９】
まず、図３１（ａ）に示すＳＯＩ基板１２６０に形成されたシリコン層１２６３の上面全体に亘ってフォトレジスト（不図示）を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って、所定形状のレジストパターンを形成する。この処理で形成されるレジストパターンには、図２９に示す振動子構造体の形成領域に開口部が形成される。より具体的には、振動体１２０５及び加振電極１２０７となるべき領域に開口部が形成される。ただし、出力電極１２０３及び支持部１２０４となるべき領域には開口部は形成されない。
【０１６０】
次いで、このレジストパターンをマスクとしてＳＯＩ基板１２６０のシリコン層１２６３に対してエッチング処理を行い、シリコン層１２６３を数μｍ程度除去する。エッチング処理が完了すると、図３１（ｂ）に示す通り、シリコン層１２６３における振動体１２０５及び加振電極１２０７となるべき領域に凹部１２６３ａが形成される。ただし、出力電極１２０３及び支持部１２０４となるべき箇所のシリコン層１２６３の領域１２６３ｂは除去されずに残される。その後、シリコン層１２６３上に形成されているレジストパターンは除去される。以上は上記の凹部形成工程を構成する。
【０１６１】
なお、上記の工程において、エッチングによって凹部１２６３ａを形成するのではなく、図３１（ａ）に点線で示すように、パターニングされたシリコン層を繰り返し積層することによって、図３１（ｂ）に示す凹部１２６３ａを含む表面構造を形成してもよい。
【０１６２】
次に、ＳＯＩ基板１２６０に形成されたシリコン層１２６３とガラス等で構成される基板１２０１の表面とを向かい合わせて陽極接合により接合する。ここで陽極接合とは、ガラス等の絶縁基板とシリコン基板又は金属等とを密着接合する方法であって、重ね合わせた基板を加熱しするとともにシリコン基板を陽極として両者の間に高電圧を付加することにより、電気的二重層を発生させ、静電引力により基板同士を接合する方法である。基板１２０１としてガラス基板を用いる場合には、ガラス基板が軟化する程度に加熱が行われる。この陽極接合を用いることにより、図２５（ｃ）に示す通り、基板１２０１上にＳＯＩ基板１２６０が接合される。尚、ＳＯＩ基板１２６０と基板１２０１とを陽極接合する際に、基板１２０１上に予め電極を形成し、この電極とシリコン層１２６３の上記出力電極１２０３や加振電極１２０７となるべき部位とが電気的に接続されるようにすることが好ましい。以上が上記の基板接合工程である。
【０１６３】
以上の工程が終了すると、基板１２０１に接合されたＳＯＩ基板１２６０の薄板化を行う。この処理では、ＳＯＩ基板１２６０の絶縁膜１２６２をエッチングストップ層として用い、エッチングによりシリコン基板１２６１を除去する。このときのエッチングについては、ウェットエッチング及びドライエッチングの何れを用いることもできる。ドライエッチングを採用した場合、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）等を利用することができる。尚、このエッチングに先だって、絶縁膜１２６２が露出する直前までシリコン基板１２６１を研削（粗研磨）し、その後、上記のエッチングを行って残りのシリコン基板１２６１を除去することが好ましい。このようにすれば、処理時間を短縮して生産性を向上することができる。シリコン基板１２６１の研削にはＣＭＰ法（化学的機械的研磨法）を用いるのが好ましい。
【０１６４】
シリコン基板１２０１の除去を行うと、図３２（ａ）に示す通り、基板１２０１上にシリコン層１２６３と絶縁膜１２６２とが形成された状態になる。次に、基板１２０１上に形成された絶縁膜１２６２上の全面に亘ってフォトレジスト（不図示）を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って所定形状のレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜１２６２に対してエッチング処理を行って、図３２（ｂ）に示す通り、Ｄ−ＲＩＥ（Deep Reactiv Ion Etching）用のマスクを形成する。マスクの形成が終了すると、絶縁膜１２６２上に形成されているレジストパターンを除去する。
【０１６５】
以上の工程が終了すると、絶縁膜１２６２をマスクとしてＤ−ＲＩＥによりシリコン層１２６３のエッチングを行い、図３２（ｃ）に示すように、基板１２０１上に出力電極１２０３、支持部１２０４、振動体１２０５及び加振電極１２０７を形成する。これが上記の振動子形成工程である。以上の工程を終えると、図３１（ｂ）に示す上記の凹部１２６３ａに相当する部分が振動体１２０５及び加振電極１２０７と基板１２０１との間の空隙になり、図２９に示すマイクロメカニカル静電振動子１２００が形成される。
【０１６６】
［第１２実施形態］
次に、本発明に係る第１２実施形態のマイクロメカニカル静電振動子の製造方法について説明する。図３３は、本実施形態のマイクロメカニカル静電振動子の製造方法の一部を示す工程図である。尚、図３３において、図２９に示した部分に対応する部分には同一の符号に′を付して示してある。この第１２実施形態についても、上記の第１１実施形態と同様に、上記の第９実施形態のマイクロメカニカル静電振動子１２００に相当するものを製造する例を示したものである。したがって、上記第１１実施形態と同様に他の実施形態のマイクロメカニカル静電振動子を製造する場合にも適用できる。また、上記の第１１実施形態と同様に、以下の説明においてはＳＯＩ基板１２６０′を用いて製造する場合を例に挙げて説明するが、シリコン基板１２６１′上に絶縁膜及びポリシリコン（ｐ−ＳｉＯ）膜を形成することで、ＳＯＩ基板１２６０′を用いる場合とほぼ同様の工程で製造することもできる。
【０１６７】
本実施形態では、まず図３３（ａ）に示す通り、基板１２０１′の表面の全面に亘ってフォトレジスト（不図示）を塗布し、このフォトレジストに対して露光処理及び現像処理を行って、所定形状のレジストパターンを形成する。この処理で形成されるレジストパターンには、後の工程で張り合わされるＳＯＩ基板１２６０′の振動子構造体（振動体１２０５′及び加振電極１２０７′）が形成されるべき位置に向き合う部分に開口が形成されている。
【０１６８】
次いで、このレジストパターンをマスクとして基板１２０１′の表面に対してエッチング処理を行い、基板１２０１′の表面を数μｍ程度除去する。尚、支持部１２０４′となるべき箇所が接合される部位１２０１ｂ′は除去せずに残しておく。エッチング処理が完了し、基板１２０１′上に形成されているレジストパターンを除去すると、上記部位１２０１ｂ′に出力電極１２０３′を形成する。この出力電極１２０３′はアルミニウム等の金属やポリシリコンなどの半導体などで構成することができる。
【０１６９】
次に、ＳＯＩ基板１２６０′に形成されたシリコン層１２６３′と基板１２０１′の表面とを向かい合わせて陽極接合により接合する。この陽極接合により、図３３（ｂ）に示す通り、基板１２０１′上にＳＯＩ基板１２６０′が接合される。尚、本実施形態においてもＳＯＩ基板１２６０′と基板１２０１とを陽極接合する際に、基板１２０１上に形成されている出力電極１２０３′やその他の配線などとシリコン層１２６３とが電気的に接続される。
【０１７０】
基板１２０１′とＳＯＩ基板１２６０′との接合を終えると、上記の実施形態と同様に、ＳＯＩ基板１２６０′のシリコン基板１２６１′を除去する工程、Ｄ−ＲＩＥのマスクを絶縁膜１２６２′を用いて形成する工程、及び、絶縁膜１２６２をマスクとしてＤ−ＲＩＥを用いたエッチング工程を行うことにより、図３３（ｃ）に示すように、振動体１２０５′及び加振電極１２０７′が形成され、最終的に上記の図２９に示すマイクロメカニカル静電振動子１２００と等価な構造が構成される。
【０１７１】
以上説明した通り、本実施形態においては、絶縁体の基板１２０１，１２０１′の表面とＳＯＩ基板１２６０，１２６０′のシリコン膜（活性層）１２６３，１２６３′とを向かい合わせて接合し、ＳＯＩ基板１２６０，１２６０′に対して処理の加工を施し、振動子構造体を形成しているため、これらの振動子構造体と基板１２０１，１２０１′との間の寄生容量が生じないマイクロメカニカル静電振動子１２００を安価に効率よく製造することができる。
【０１７２】
また、ＳＯＩ基板１２６０，１２６０′と基板１２０１，１２０１′とを接合する前に、ＳＯＩ基板１２６０，１２６０′に形成されたシリコン層１２６３，１２６３′、又は、基板１２０１，１２０１′の表面をエッチングにより除去して凹部１２６３ａ，１２０１ａ′を形成しているため、これらの凹部によって振動体１２０５，１２０５′と基板１２０１，１２０１′との間に空隙をきわめて容易に設けることができる。また、絶縁体の基板としてガラス基板を用いることにより、低い製造コストで高性能のマイクロメカニカル静電振動子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】第１実施形態の概略構成平面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）。
【図２】第１実施形態の振動モードを示す説明図（ａ）及び（ｂ）並びに従来の円盤状の振動体の振動モードを示す説明図（ｃ）。
【図３】第２実施形態の概略構成平面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）。
【図４】異なる振動体の平面形状の例を示す平面図（ａ）及び（ｂ）。
【図５】第１実施形態の製造工程を示す工程断面図（ａ）−（ｆ）。
【図６】第１実施形態の製造工程を示す工程断面図（ｅ）−（ｊ）。
【図７】第３実施形態の概略縦断面図（ａ）、概略平面図（ｂ）及び振動体の拡大斜視図（ｃ）。
【図８】第４実施形態の概略縦断面図（ａ）、概略平面図（ｂ）及び振動体の外縁部近傍の拡大断面図（ｃ）。
【図９】円盤振動子の直径と周波数との関係について実施例と比較例を対比して示すグラフ。
【図１０】円盤振動子の比較例における直径及び厚さと周波数との関係を示すグラフ。
【図１１】片持ち梁の屈曲振動モードにおける梁の長さと周波数との関係を示すグラフ。
【図１２】異なる振動体の形状を示す概略斜視図。
【図１３】さらに異なる振動体の形状を示す概略縦断面図。
【図１４】別の振動体の形状を示す概略斜視図。
【図１５】さらに別の振動体の形状を示す概略斜視図。
【図１６】実施例の振動体の振動時における変位量分布を等変位量線で示す変位量分布図。
【図１７】比較例の振動体の振動時における変位量分布を等変位量線で示す変位量分布図。
【図１８】第５実施形態の概略縦断面図（ａ）及び概略平面図（ｂ）。
【図１９】第５実施形態の振動体の駆動態様と動作を示す説明図（ａ）及び（ｂ）。
【図２０】第６実施形態の振動体の概略斜視図。
【図２１】第６実施形態の振動体の駆動態様と動作を示す説明図（ａ）及び（ｂ）。
【図２２】第７実施形態の概略縦断面図（ａ）、概略平面図（ｂ）、及び、（ａ）に示すと直交する方向に沿った断面を示す概略縦断面図（ｃ）。
【図２３】第７実施形態のパッケージ構造を示す概略縦断面図。
【図２４】第８実施形態の概略縦断面図。
【図２５】第７実施形態の製造方法を示す概略工程断面図（ａ）〜（ｃ）。
【図２６】第７実施形態の製造方法を示す概略工程断面図（ａ）〜（ｃ）。
【図２７】第７実施形態の等価回路図。
【図２８】第７実施形態の挿入損失及びインピーダンスの周波数特性を示すグラフ。
【図２９】第９実施形態を示す縦断面図。
【図３０】第１０実施形態を示す縦断面図。
【図３１】第１１実施形態の製造方法を示す工程図（ａ）〜（ｃ）。
【図３２】第１１実施形態の製造方法を示す工程図（ａ）〜（ｃ）。
【図３３】第１２実施形態の製造方法の一部を示す工程図（ａ）〜（ｃ）。
【符号の説明】
【０１７４】
１００…マイクロメカニカル静電振動子、１０１…基板、１０２…絶縁層、１０３…出力電極、１０４…支持部、１０５…振動体、１０５ａ，１０５ｂ…円弧部、１０５ｃ，１０５ｄ…くびれ部、１０６…空隙、１０７…電極、１１０…入力回路、１２０…出力回路、３００…マイクロメカニカル静電振動子、３０１…基板、３０２…絶縁層、３０３…基準電極、３０４…支持体、３０５…振動体、３０５ａ…支持部（中心部）、３０５ｂ…外縁、３０５ｃ…段差面、３０６…加振電極、３０７Ｘ，３０７Ｙ…第２の加振電極、３１０Ａ…入力回路、３１０Ｂ…出力回路、８００…マイクロメカニカル静電振動子、８０１…基板、８０２…絶縁層、８０３…基準電極、８０５…振動体、８０５ａ…支持部、８０５ｂ…従動部、８０５ｃ…外縁、８０６…加振電極、８１０Ａ…入力回路、８１０Ｂ…出力回路、１０００…マイクロメカニカル静電振動子、１００１…基板、１００２…絶縁層、１００３…絶縁層、１００４Ｓ，１００４Ｍ…電極層、１００４Ｓａ，１００４Ｍａ…電極、１００５ＳＬ，１００５ＭＬ…配線部、１００５ＳＰ，１００５ＭＰ…接続端子、１００６…保護層、１１０３ａ…空間。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年6月7日(2005.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
［その他の実施形態］
図４は、上記振動体の代わりに用いることのできる異なる平面形状を有する振動体の平面図である。図４（ａ）に示す振動体２３０５の平面形状は、中心の周りに３つの円弧部２３０５ａ，２３０５ｂ，２３０５ｃが設けられ、これらの円弧部間にそれぞれくびれ部２３０５ｄ，２３０５ｅ，２３０５ｆが連結された輪郭を有する。また、図４（ｂ）に示す振動体２４０５の平面形状は、４つの円弧部２４０５ａ，２４０５ｂ，２４０５ｃ，２４０５ｄが設けられ、これらの円弧部間にそれぞれくびれ部２４０５ｅ，２４０５ｆ，２４０５ｇ，２４０５ｈが連結された輪郭を有する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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