(57)【要約】【課題】可動端子と信号線路との安定した接触を実現しつつ、カンチレバーと接地線路の接触を回避する。【解決手段】本発明の一実施形態に係るスイッチ装置１は、ベース基板１０と、可動部１１と、信号線路１２と、一対の接地線路１３１，１３２とを具備する。可動部１１は、第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２と、可動端子１１３と、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５とを有する。信号線路１２は、第１の距離Ｈ１をおいて可動部１１３と対向し、上記第１の圧電駆動部による上記第１のカンチレバーの変形時に上記可動端子と接触可能な固定端子１２０を有する。一対の接地線路１３１，１３２は、第１の距離Ｈ１よりも大きい第２の距離Ｈ２をおいて可動部１１に対向する線路部１３０を有し、信号線路１２を挟むように配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
前記ベース基板に固定される第１の端部を有し第１の軸方向に沿って延びる弾性変形可能な第１のカンチレバーと、前記第１のカンチレバーに接続された可動端子と、前記第１のカンチレバーを弾性変形させることで前記可動端子を前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向へ移動させることが可能な第１の圧電駆動部と、を有する可動部と、
前記ベース基板に接続され、前記第２の軸方向に前記可動部と対向し、前記第１の圧電駆動部による前記第１のカンチレバーの変形時に前記可動端子と接触可能な固定端子を有する信号線路と、
前記ベース基板に接続され、前記固定端子よりも前記可動部から離れた位置に配置された線路部を有し、前記信号線路に並行する接地線路と
を具備するスイッチ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチ装置であって、
前記ベース基板は、第１の表面を有し、
前記可動部は、前記第１の表面と同一の平面で形成され、前記第１の圧電駆動部及び前記可動端子が形成される第２の表面を有する
スイッチ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のスイッチ装置であって、
前記信号線路及び前記接地線路は、前記第１の表面に相互に平行に形成され、
前記固定端子は、前記可動端子からの高さが第１の高さである第１のアーチ形状に形成され、
前記線路部は、前記第１の圧電駆動部からの高さが前記第１の高さよりも高い第２の高さである第２のアーチ形状に形成される
スイッチ装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスイッチ装置であって、
前記固定端子は、前記第１の軸方向と前記第２の軸方向とに各々交差する第３の軸方向に対向して配置され、前記可動端子と接触可能な一対の端子部を有する
スイッチ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のスイッチ装置であって、
前記固定端子は、前記一対の端子部を前記可動端子側に向けて屈曲させる一対の屈曲部を有する
スイッチ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載に記載のスイッチ装置であって、
前記可動部は、
前記ベース基板に固定される第２の端部を有し前記第１の軸方向に沿って延びる弾性変形可能な第２のカンチレバーと、
前記第１のカンチレバーに接続される弾性変形可能な第１の連結部と、前記第２のカンチレバーに接続される弾性変形可能な第２の連結部と、前記可動端子を支持する支持部とを有する支持体と、
前記第１の圧電駆動部と同期して前記支持体を前記第２の軸方向に移動させることが可能な第２の圧電駆動部と、をさらに有する
スイッチ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のスイッチ装置であって、
前記支持体は、前記支持部と前記可動端子との間に配置された中間層をさらに有する
スイッチ装置。
【請求項８】
少なくとも一端がベース基板に固定され、可動端子を含む第１の領域と圧電駆動部を含む第２の領域とを有する可動部を、前記ベース基板の面内に形成し、
前記ベース基板上に、前記第１の領域を被覆し第１の高さを有する第１の犠牲層と、前記第２の領域を被覆し前記第１の高さよりも高い第２の高さを有する第２の犠牲層とを形成し、
前記ベース基板上に、前記第１の犠牲層に積層された信号線路と、前記第２の犠牲層に積層された接地線路とを形成し、
前記ベース基板から前記第１の犠牲層及び前記第２の犠牲層を除去する
スイッチ装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のスイッチ装置の製造方法であって、
前記第１の犠牲層及び前記第２の犠牲層を形成する工程は、
前記ベース基板上に、前記第１の領域を開口させ、前記第２の領域を被覆する第１のレジストパターンを形成し、
前記ベース基板上に、前記第１のレジストパターンの上から前記第１の領域及び第２の領域をそれぞれ被覆する第２のレジストパターンを形成することを含む
スイッチ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、マイクロマシン技術（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical System）を用いて作製された、高周波信号を通過状態と開放状態（あるいは短絡状態）に切り替えるスイッチ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術を用いて作製された高周波信号用のスイッチ装置として、ＭＥＭＳ型ＲＦスイッチが知られている。この種のスイッチ装置は、典型的には、弾性変形可能なカンチレバーと、当該カンチレバーに設けられた可動端子と、当該可動端子に対向する信号線路（固定端子）とを有する。上記スイッチ装置は、カンチレバーの変形により可動端子が信号線路に接触する状態と、可動端子が信号線路から離間する状態とを切り替え可能に構成されている。このようなスイッチ装置においては、より高い周波数での優れた伝送性能が要求されていることから、コプレーナ型線路やマイクロストリップあるいはストリップ線路を配した構造を有する。また可動端子の駆動方式には、静電引力方式、圧電駆動方式等が知られている。
【０００３】
例えば下記特許文献１，２には、静電引力によって可動電極を駆動し信号線路を電気的に開閉するスイッチにおいて、信号線路の両側に固定電極が等距離で配置されたコプレーナ型線路構造が記載されている。また下記特許文献３には、圧電膜の収縮によって可動部を変形させ、上記可動部に形成された可動コンタクト部を固定コンタクト部に接触させるスイッチング素子が記載されている。さらに下記特許文献４には、駆動アームを圧電駆動させることで上記駆動アームを信号線路に接触させるＭＥＭＳスイッチにおいて、上記信号線路を挟むように一対のグランド線を配置したコプレーナ型線路構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１１３７９２号公報
【特許文献２】特開２００９−２７７６１７号公報
【特許文献３】特開２００５−２９３９１８号公報
【特許文献４】特開２００９−２６６６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電駆動によって可動端子を信号線路に接触させる方式のスイッチ装置においては、可動端子と信号線路との間の安定した接触状態を実現するために圧電材料の駆動電圧は比較的高めに設定される場合が多い。この場合、可動端子の押圧力によって信号線路が押圧方向に変位することがある。コプレーナ型線路構造を有するスイッチ装置においては、可動端子を支持するカンチレバーが信号線路に近接配置された接地線路に接触し、これにより接地線路が変形したり、短絡等の電気的な不具合が生じたり、更に短絡によりカンチレバー上に形成された圧電体や電極が破損し駆動機能が損なわれたりするおそれがあった。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、可動端子と信号線路との安定した接触を実現しつつ、カンチレバーと接地線路の接触を回避することができるコプレーナ型線路構造を有する圧電駆動方式のスイッチ装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るスイッチ装置は、ベース基板と、可動部と、信号線路と、接地線路とを具備する。
上記可動部は、第１のカンチレバーと、可動端子と、第１の圧電駆動部とを有する。上記第１のカンチレバーは、弾性変形可能であり、上記ベース基板に固定される第１の端部を有する。上記可動端子は、上記第１のカンチレバーに接続される。上記第１の圧電駆動部は、上記第１のカンチレバーを弾性変形させることで上記可動端子を上記第１の軸方向に直交する第２の軸方向へ移動させることが可能である。
上記信号線路は、上記ベース基板に接続され、上記第２の軸方向に上記可動部と対向し、上記第１の圧電駆動部による上記第１のカンチレバーの変形時に上記可動端子と接触可能な固定端子を有する。
上記接地線路は、上記ベース基板に接続され、上記固定端子よりも上記可動部から離れた位置に配置された線路部を有し、上記信号線路に並行する。
【０００８】
本発明の一形態に係るスイッチ装置の製造方法は、少なくとも一端がベース基板に固定され、可動端子を含む第１の領域と圧電駆動部を含む第２の領域とを有する可動部を、上記ベース基板の面内に形成することを含む。
上記ベース基板上に、上記第１の領域を被覆し第１の高さを有する第１の犠牲層と、上記第２の領域を被覆し上記第１の高さよりも高い第２の高さを有する第２の犠牲層とが形成される。
上記ベース基板上に、上記第１の犠牲層に積層された信号線路と、上記第２の犠牲層に積層された接地線路とが形成される。
上記ベース基板から上記第１の犠牲層及び上記第２の犠牲層が除去される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスイッチ装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１における［Ａ１］−［Ａ１］線方向の断面図である。
【図３】図１における［Ａ２］−［Ａ２］線方向の断面図である。
【図４】図１における［Ａ３］−［Ａ３］線方向の断面図である。
【図５】図１に示すスイッチ装置の作用を説明する断面図である。
【図６】比較例に係るスイッチ装置の概略構成を示す断面図であり、（Ａ）はスイッチオフ状態を示し、（Ｂ）はスイッチオン状態を示す。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るスイッチ装置の概略構成を示す平面図である。
【図８】図７における［Ｂ１］−［Ｂ１］線方向の断面図である。
【図９】図７における［Ｂ２］−［Ｂ２］線方向の断面図である。
【図１０】図７における［Ｂ３］−［Ｂ３］線方向の断面図である。
【図１１】図７〜図１０に示すスイッチ装置の製造方法を説明するベース基板の断面図である。
【図１２】図１１に示すベース基板の要部の断面図であり、（Ａ）はベース基板の第１の領域を示す［Ｂ４］−［Ｂ４］線方向の断面図、（Ｂ）はベース基板の第２の領域を示す［Ｂ５］−［Ｂ５］線方向の断面図である。
【図１３】図７〜図１０に示すスイッチ装置の製造方法を説明する図であり、（Ａ）は上記第１の領域の断面図、（Ｂ）は上記第２の領域の断面図である。
【図１４】図７〜図１０に示すスイッチ装置の製造方法を説明する図であり、（Ａ）は上記第１の領域の断面図、（Ｂ）は上記第２の領域の断面図である。
【図１５】図７〜図１０に示すスイッチ装置の製造方法を説明する図であり、（Ａ）は上記第１の領域の断面図、（Ｂ）は上記第２の領域の断面図である。
【図１６】図７〜図１０に示すスイッチ装置の製造方法を説明する図であり、（Ａ）は上記第１の領域の断面図、（Ｂ）は上記第２の領域の断面図である。
【図１７】図７〜図１０に示すスイッチ装置の製造方法を説明する図であり、（Ａ）は上記第１の領域の断面図、（Ｂ）は上記第２の領域の断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係るスイッチ装置の概略構成を示す平面図である。
【図１９】図１８における［Ｃ１］−［Ｃ１］線方向の断面図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態に係るスイッチ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２１】本発明の第５の実施形態に係るスイッチ装置の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係るスイッチ装置は、ベース基板と、可動部と、信号線路と、接地線路とを具備する。
上記可動部は、第１のカンチレバーと、可動端子と、第１の圧電駆動部とを有する。上記第１のカンチレバーは、弾性変形可能であり、上記ベース基板に固定される第１の端部を有する。上記可動端子は、上記第１のカンチレバーに接続される。上記第１の圧電駆動部は、上記第１のカンチレバーを弾性変形させることで上記可動端子を上記第１の軸方向に直交する第２の軸方向へ移動させることが可能である。
上記信号線路は、上記ベース基板に接続され、上記第２の軸方向に上記可動部と対向し、上記第１の圧電駆動部による上記第１のカンチレバーの変形時に上記可動端子と接触可能な固定端子を有する。
上記接地線路は、上記ベース基板に接続され、上記固定端子よりも上記可動部から離れた位置に配置された線路部を有し、上記信号線路に並行する。
【００１１】
上記スイッチ装置において、線路部は、信号線路の固定端子よりも可動部から離れた位置に配置されている。このため、第１の圧電駆動部により第１のカンチレバーを変形させた際、可動部を接地線路に接触させることなく、可動端子を固定端子に対して安定に接触させることができる。
【００１２】
また、可動部からの接地線路及び信号線路各々の高さに差を設けることにより、当該高さの差に相当する距離の固定端子の変位を許容できることになる。したがって比較的高い駆動電圧で第１の圧電駆動部が駆動される場合でも、可動端子に押圧される固定端子の変位量が上記高さの差で吸収されるため、可動部と接地線路との接触が阻止される。これにより、固定端子に対する可動端子の安定した接触を実現しつつ、可動部との接触による接地線路の変形や短絡等の不具合を回避することができる。
【００１３】
接地線路は、信号線路の片側のいずれか一方のみに配置されてもよいし（ＧＳ又はＳＧ構造）、信号線路の両側に配置さてもよい（ＧＳＧ構造）。また、ベース基板の反側側の面にグランド面を有するグランデッドコプレーナ構造であってもよい。
【００１４】
接地線路及び信号線路は、典型的には、可動部の上方を横切るように形成される。上記スイッチ装置において信号線路は、典型的には接地線路と同一の平面上で平行に形成されるが、可動端子の直上位置においては両接地線路よりも低い位置に形成される。これにより、可動部と信号線路及び接地線路との間に、上記第２の軸方向に沿った高さの差が設けられる。
【００１５】
第１の圧電駆動部は、第１のカンチレバーを上記第２の軸方向に弾性変形させることができれば、可動部のいずれの位置に設けられてもよい。典型的には、第１の圧電駆動部は、第１のカンチレバーの表面に形成される。第１の圧電駆動部は、接地線路に対向する第１のカンチレバーの表面に形成されてもよい。このような構成においても、第１の圧電駆動部を接地線路に接触させることなく、可動端子を固定端子に安定に接触させることができる。
一実施形態として、上記ベース基板は、第１の表面を有する。上記可動部は、上記第１の表面と同一の平面で形成され、上記第１の圧電駆動部及び上記可動端子が形成される第２の表面を有する。
これにより、半導体プロセス技術を用いて微小なスイッチ装置を精度よく製造することが可能となる。
【００１６】
この場合、上記信号線路及び上記接地線路は、上記第１の表面に相互に平行に形成される。上記線路部は、上記第１の圧電駆動部からの高さが第１の高さである第１のアーチ形状に形成され、上記固定端子は、上記可動端子からの高さが前記第１の高さよりも低い第２の高さである第２のアーチ形状に形成される。
これにより、コプレーナ型線路構造の採用による高周波信号の伝送特性を損なうことなく、接地線路と可動部との接触を回避することができる。
【００１７】
上記固定端子は、上記第１の軸方向と上記第２の軸方向とに各々交差する第３の軸方向に対向して配置され、上記可動端子と接触可能な一対の端子部を有してもよい。
これにより、通過／開放の切換モードを有するスイッチ装置を構成することができる。
【００１８】
この場合、上記固定端子は、上記一対の端子部を上記可動端子側に向けて屈曲させる一対の屈曲部を有してもよい。
これにより、固定端子の変形に対する強度が高まり、可動端子からの押圧による信号線路の変位を抑制することができる。
【００１９】
上記可動部は、第２のカンチレバーと、支持体と、第２の圧電駆動部とをさらに有してもよい。
上記第２のカンチレバーは、弾性変形可能であり、上記ベース基板に固定される第２の端部を有し、上記第１の軸方向に沿って延びる。
上記支持体は、上記第１のカンチレバーに接続される弾性変形可能な第１の連結部と、上記第２のカンチレバーに接続される弾性変形可能な第２の連結部と、上記可動端子を支持する支持部とを有する。
上記第２の圧電駆動部は、上記第１の圧電駆動部と同期して上記支持体を上記第２の軸方向に移動させることが可能である。
【００２０】
これにより、可動端子を第２の軸方向に沿って直線的に移動させることができるので、可動端子を信号線路に対してより安定に接触させることができる。
【００２１】
上記支持体は、上記支持部と上記可動端子との間に配置された中間層をさらに有してもよい。
上記構成によれば、中間層の厚みによって可動端子からの固定端子の高さを任意に調整することが可能となる。
【００２２】
本発明の一実施形態に係るスイッチ装置の製造方法は、少なくとも一端がベース基板に固定され、可動端子を含む第１の領域と圧電駆動部を含む第２の領域とを有する可動部を、上記ベース基板の面内に形成することを含む。
上記ベース基板上に、上記第１の領域を被覆し第１の高さを有する第１の犠牲層と、上記第２の領域を被覆し上記第１の高さよりも高い第２の高さを有する第２の犠牲層とが形成される。
上記ベース基板上に、上記第１の犠牲層に積層された信号線路と、上記第２の犠牲層に積層された接地線路とが形成される。
上記ベース基板から上記第１の犠牲層及び上記第２の犠牲層が除去される。
【００２３】
上記製造方法によれば、可動部の上に形成される第１の犠牲層及び第２の犠牲層の高さを相互に異ならせることで、可動部からの信号線路及び接地線路の各々の高さに所定の差を設けるようにしている。これにより、信号線路に対する可動端子の安定した接触を実現しつつ、可動部との接触による接地線路の変形や短絡等の不具合を回避可能なスイッチ装置を製造することができる。
【００２４】
上記第１の犠牲層及び上記第２の犠牲層を形成する工程は、上記ベース基板上に、第１のレジストパターンを形成する工程と、第２のレジストパターンを形成する工程とを含んでもよい。上記第１のレジストパターンは、上記第１の領域を開口させ、上記第２の領域を被覆する。上記第２のレジストパターンは、上記第１のレジストパターンの上から上記第１の領域及び第２の領域をそれぞれ被覆する。
これにより、第１の犠牲層と第２の犠牲層との間に所望の高さの差を容易に設けることができる。
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、スイッチ装置として、例えば携帯電話等の無線通信機器に搭載され、高周波信号を通過状態と開放状態とに切り替えるＲＦ−ＭＥＭＳスイッチを例に挙げて説明する。
【００２６】
なお以下の実施形態では各部の構成に具体的な数値を挙げて説明するが、当該数値はあくまでも一例であり、これらに限定されることはない。また理解及び説明を容易にするため、図示する各部の大きさや厚みの比率は、実際とは異なる比率で描かれている。
【００２７】
＜第１の実施形態＞
［スイッチ装置の構成］
図１〜図５は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチ装置の概略構成を示している。図１は当該スイッチ装置の平面図、図２は図１における［Ａ１］−［Ａ１］線方向の断面図、図３は図１における［Ａ２］−［Ａ２］線方向の断面図、図４は図１における［Ａ３］−［Ａ３］線方向の断面図である。図５は、スイッチ装置の一動作例を示す断面図である。各図において、Ｘ軸及びＹ軸方向は相互に直交する水平方向を示し、Ｚ軸方向はＸ軸及びＹ軸に直交する高さ方向を示している。
【００２８】
本実施形態のスイッチ装置１は、ベース基板１０と、可動部１１と、信号線路１２と、一対の接地線路１３１，１３２とを有する。信号線路１２及び信号線路１２に並行する一対の接地線路１３１，１３２は、コプレーナ型線路ＣＰＷを構成する。
【００２９】
可動部１１は、第１のカンチレバー１１１と、第２のカンチレバー１１２と、可動端子１１３と、第１の圧電駆動部１１４と、第２の圧電駆動部１１５とを有する。スイッチ装置１は、後述するように、可動端子１１３が信号線路１２から離間した状態（図２）と、可動端子１１３が信号線路１２と接触する状態（図５）とを切り替えるスイッチング機能を有する。
【００３０】
ベース基板１０は、Ｘ軸及びＹ軸の平行な表面１０１と裏面１０２とを有する単結晶シリコン基板で構成される。ベース基板１０の表面１０１は、例えば熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜１０３で被覆されている。ベース基板１０の表面１０１にはさらに、可動部１１を収容する開口部１０４が形成されている。
【００３１】
第１のカンチレバー１１１及び第２のカンチレバー１１２は、それぞれＸ軸方向に延びる弾性変形可能な材料で構成され、本実施形態では単結晶シリコンで構成される。第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２は、それぞれ同一の長さ（Ｘ軸方向）、幅（Ｙ軸方向）及び厚み（Ｚ軸方向）を有し、開口部１０４内の同一平面上にＸ軸方向にそれぞれ対向するように設けられる。カンチレバー１１１，１１２各々の一端１１１ａ，１１２ａ（第１の端部、第２の端部）は、開口部１０４の周縁に固定され、他端１１１ｂ，１１２ｂは、Ｘ軸方向に相互に対向している。
【００３２】
第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２の長さ、幅及び厚みは特に限定されず、例えば、長さ５０〜７５０μｍ、幅２０〜４００μｍ、厚み０．５〜２０μｍであり、本実施形態では、長さ５５０μｍ、幅２００μｍ、厚み５μｍである。
【００３３】
第１のカンチレバー１１１と第２のカンチレバー１１２との間には、可動端子１１３を支持する支持体１１７が設けられている。支持体１１７は、第１のカンチレバー１１１と第２のカンチレバー１１２と同一の平面上に形成されており、第１の連結部１１７ａと、第２の連結部１１７ｂと、支持部１１７ｃとを有する。第１の連結部１１７ａ、第２の連結部１１７ｂ及び支持部１１７ｃは、第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２と同一の平面内において同一の厚みで形成されている。
【００３４】
第１の連結部１１７ａは第１のカンチレバー１１１の他端１１１ｂに接続され、弾性変形可能なヒンジ構造を有する。第２の連結部１１７ｂは第２のカンチレバー１１２の他端１１２ｂに接続され、弾性変形可能なヒンジ構造を有する。支持部１１７ｃは第１及び第２の連結部１１７ａ，１１７ｂを介して第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２にそれぞれ連結され、絶縁膜１０３を介して可動端子１１３を支持する支持面を形成する。第１及び第２の連結部１１７ａ，１１７ｂは、第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２に対する支持部１１７ｃの変形を許容できる適宜の形状に形成され、その形態は特に限定されない。
【００３５】
可動端子１１３は、導電材料で構成され、典型的には金属材料で構成されるが、導電性酸化物等の非金属材料であってもよい。本実施形態では、Ｔｉ（チタン）とＡｕ(金)の積層膜で可動端子１１３が構成される。可動端子１１３は、絶縁膜１０３を介して支持部１１７ｃの上に形成され、その厚みは特に限定されず、例えば０．２μｍである。
【００３６】
ベース基板１０は、単一層のシリコン基板で構成されてもよいが、本実施形態では、第１のシリコン基板１０Ａと第２のシリコン基板１０Ｂとの積層構造を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板で構成される。
【００３７】
第１のシリコン基板１０Ａは、第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２と同一の厚みで形成される。第１のシリコン基板１０Ａの厚みは特に限定されず、例えば５μｍである。第２のシリコン基板１０Ｂは、ベース基板１０の厚みの主要部をなし、ハンドリング性を確保できるのに十分な厚みで形成される。第２のシリコン基板１０Ｂの厚みは特に限定されず、例えば５００μｍである。第１のシリコン基板１０Ａと第２のシリコン基板１０Ｂとは接合層１０Ｃを介して相互に接合される。接合層１０Ｃは、例えばシリコン酸化膜で構成される。
【００３８】
第１のカンチレバー１１１、第２のカンチレバー１１２及び支持体１１７は、第１のシリコン基板１０Ａを形状加工することで形成される。本実施形態では後述するように、第１のシリコン基板１０Ａの表面に形成されたレジストパターンをマスクとするドライエッチング、又は、ＳｉＮやＳｉＯ2等で形成されたパターンマスクを用いたウェットエッチングを施すことによって、第１のシリコン基板１０Ａの面内に第１のカンチレバー１１１、第２のカンチレバー１１２及び支持体１１７がそれぞれ形成される。したがって、第１のカンチレバー１１１、第２のカンチレバー１１２及び支持体１１７の各々の表面は、ベース基板１０の表面１０１と同一の平面で形成される。
【００３９】
開口部１０４は、上述のエッチング加工によって形成された、第１のシリコン基板１０Ａを貫通するスリット１０４ａ（図１）と、第２のシリコン基板１０Ｂに形成された凹部１０４ｂ（図２）によって構成される。凹部１０４ｂは、第２のシリコン基板１０Ｂに対してドライエッチング又はウェットエッチングを施すことによって形成される。凹部１０４ｂは、可動部１１をベース基板１０の裏面１０２側に露出させるのに十分な大きさに形成される。これにより、可動部１１の開口部１０４内におけるＺ軸方向への変形が許容される。
【００４０】
第１の圧電駆動部１１４及び第２の圧電駆動部１１５は、絶縁膜１０３を介してベース基板１０の表面１０１に形成される。第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５はそれぞれ同一の構成を有しており、図２に示すように下部電極層Ｌ１、上部電極層Ｌ２、及び、下部電極層Ｌ１と上部電極層Ｌ２との間に形成された圧電層Ｌ３の積層膜で構成される。
【００４１】
下部電極層Ｌ１及び上部電極層Ｌ２の構成材料は特に限定されず、金属材料でもよいし導電性酸化物材料でもよい。本実施形態において下部電極層Ｌ１及び上部電極層Ｌ２は、ＴｉとＰｔ（白金）とＬＮＯ（ニッケル酸ランタン）の積層膜で構成される。厚みは特に限定されず、例えば０．２μｍである。圧電層Ｌ３は、本実施形態では厚み約１．５μｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で構成されるが、ＡｌＮ等の他の圧電材料で構成されてもよい。圧電層Ｌ３の厚みは特に限定されず、材料や目的とする圧電性能等に応じて適宜設定可能である。
【００４２】
第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５は、Ｘ軸方向に長手方向を有する略矩形状に形成され、第１のカンチレバー１１１及び第２のカンチレバー１１２の表面（絶縁膜１０３表面）にそれぞれ形成される。第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５は、下部電極層Ｌ１と上部電極層Ｌ２との間に所定の電圧を印加し、圧電層Ｌ３を収縮させることで、第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２をＺ軸方向に変形させる。このように第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５は、可動端子１１３が信号線路１２に接触する第１の状態（本例ではスイッチオン状態）と、可動端子１１３が信号線路１２から離間する第２の状態（本例ではスイッチオフ状態）とを切り替えることが可能に構成される。
【００４３】
第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５は、それぞれ同期して駆動される。例えば第２の圧電駆動部１１５は、第１の圧電駆動部１１４と同期して支持体１１７（可動端子１１３）をＺ軸方向に移動させるように構成される。典型的には、スイッチオン状態のときは第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５へ同時に駆動電圧が入力され、スイッチオフ状態のときは第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５への駆動電圧の入力が同時に解除される。
【００４４】
なお、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５は、第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２の裏面側にそれぞれ形成されてもよい。この場合、圧電層が伸長するように各電極層に電圧を印加することで、各々のカンチレバー１１１，１１２を変形させることができる。
【００４５】
下部電極層Ｌ１及び上部電極層Ｌ２は、図示しない駆動回路に接続される端子層Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ有する。上記駆動回路は、典型的には、直流回路で構成されるが、パルス発振回路で構成されてもよい。下部電極層Ｌ１及び上部電極層Ｌ２のうち一方は、基準電位に接続され、他方に正電圧源あるいは負電圧源に接続される。基準電位は接地電位でもよいし、所定のバイアス電位であってもよい。
【００４６】
スイッチ装置１の可動部１１は、以上のように構成される。次に、可動部１１の直上に構成されるコプレーナ型線路ＣＰＷについて説明する。
【００４７】
信号線路１２及び接地線路１３１，１３２は、絶縁膜１０３を介してベース基板１０の表面１０１にそれぞれ形成される。信号線路１２は、ベース基板１０に形成された図示しない信号端子に電気的に接続され、接地線路１３１，１３２は、ベース基板１０に形成された図示しない接地端子に電気的に接続される。信号線路１２は、所定の無線通信帯域の高周波信号を伝送する線路として構成される。信号線路１２及び接地線路１３１，１３２はそれぞれＹ軸方向に沿って平行に形成されている。接地線路１３１，１３２は信号線路１２を挟むようにして、信号線路１２に関して対称な位置にそれぞれ配置される。これにより、ＧＳＧ（Ground-Signal-Ground）配線構造を有するコプレーナ線路型線路ＣＰＷが形成される。
【００４８】
信号線路１２は一定の線幅で形成され、その大きさは特に限定されず、例えば２０〜５００μｍであり、本実施形態では１８０μｍである。信号線路１２は、ベース基板１０の開口部１０４をＹ軸方向に跨ぐ固定端子１２０を有する。固定端子１２０は、可動部１１（可動端子１１３）の直上にアーチ形状に形成され、可動端子１１３とＺ軸方向に対向する。固定端子１２０の中央位置には、Ｙ軸方向にそれぞれ対向する一対の端子部１２１，１２２が形成される。
【００４９】
一対の端子部１２１，１２２間の間隙は、Ｙ軸方向に沿った可動端子１１３の幅寸法よりも小さく、また端子部１２１，１２２各々の先端部は、ベース基板１０の表面１０１（絶縁膜１０３表面）から同一の高さ位置に形成されている。すなわち、可動部１１の駆動により可動端子１１３が信号線路１２の固定端子１２０に向かって移動した際、可動端子１１３は、一対の端子部１２１，１２２に接触するように構成されている。
【００５０】
可動端子１１３の上記幅寸法及び端子部１２１，１２２間の間隙の大きさは特に限定されず、例えば、上記幅寸法は３０〜３００μｍ、上記間隙は３０〜２００μｍの範囲に設定することができる。本実施形態では、可動端子１１３の上記幅寸法は１５０μｍ、端子部１２１，１２２間の間隙の大きさは１００μｍである。
【００５１】
接地線路１３１，１３２は、ベース基板１０の開口部１０４をＹ軸方向に跨ぐ接地線路部１３０をそれぞれ有する。これら接地線路部１３０は、可動部１１（第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５）の直上にそれぞれアーチ状に形成される。各接地線路部１３０は同一の形状を有し、可動部１１と対向する領域が平面となるように頂部が平坦な面で形成される。
【００５２】
接地線路１３１，１３２は一定の線幅で形成され、その大きさは特に限定されず、例えば１００〜１５００μｍであり、本実施形態では４００μｍである。また、Ｘ軸方向に相互に対向する信号線路１２と接地線路１３１，１３２との間隔の大きさも特に限定されず、例えば５〜２５０μｍであり、本実施形態では８０μｍである。
【００５３】
信号線路１２及び接地線路１３１，１３２は、例えば、酸化等による金属表面変化が少なく、ワイヤボンディングやフリップチップボンディング等を用いた接続において、接続性を阻害しない金属材料で形成され、本実施形態ではＡｕ（金）で構成される。信号線路１２及び接地線路１３１，１３２の厚みは特に限定されず、本実施形態では約６μｍである。
【００５４】
本実施形態において、信号線路１２及び一対の接地線路１３１，１３２は、ベース基板１０の表面１０１（絶縁膜１０３表面）においてそれぞれ同一平面上に形成されるが、固定端子１２０と接地線路部１３０は、可動部１１の表面（ベース基板１１の表面１０１（絶縁膜１０３表面））に対してそれぞれ異なる高さ位置に形成されている。すなわち、固定端子１２０は、Ｚ軸方向に第１の距離（第１の高さＨ１）をおいて可動端子１１３と対向し、接地線路部１３０は、Ｚ軸方向に上記第１の距離よりも大きい第２の距離（第２の高さＨ２）をおいて第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２に対向する。
【００５５】
本実施形態に係るスイッチ装置１においては、接地線路部１３０に対向する可動部１１の表面には、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５が形成されている。このため本実施形態では、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５各々の上部電極層Ｌ２表面から接地線路部１３０の底面までの高さＨ２を上記第２の高さとして設定される。
【００５６】
第１の高さＨ１及び第２の高さＨ２の大きさは特に限定されず、「Ｈ１＜Ｈ２」の関係が満たされていればよい。高さＨ１の大きさは、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５の駆動電圧、固定端子１２０に対する可動端子１１３の押圧力等を考慮して、スイッチオン状態において固定端子１２０と可動端子１１３との間の安定した接触状態を確保できる大きさに適宜設定される。
【００５７】
一方、高さＨ１とＨ２との差ΔＨ（ΔＨ＝Ｈ２−Ｈ１）は、スイッチオン状態において可動端子１１３により押圧される固定端子１２０のＺ軸方向（図２において上方）への最大変位量に応じて定めることができる。すなわち、ΔＨは、スイッチオン状態において、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５が接地線路部１３０に接触しない大きさに設定され、例えば１〜２０μｍの範囲に設定される。
【００５８】
固定端子１２０のＺ軸方向への変位量は、可動端子１１３と固定端子１２０との間のギャップ、固定端子１２０の変形に対する強度等に依存するものの、圧電駆動部１１４，１１５の駆動電圧（押圧力）の上昇に伴って大きくなる傾向にある。このため、これら諸条件に応じてΔＨを設定することができる。
【００５９】
本実施形態においては、可動端子１１３と固定端子１２０との間のギャップ（高さＨ１に相当）の大きさは８．４μｍに設定される。本実施形態では可動端子１１３からの押圧力が４００μＮの場合に固定端子１２０が押圧方向へ１μｍ程度変位することを想定し、この状態でも可動部１１が接地線路部１３０に接触しないような値（例えば１３μｍ）に高さＨ２の大きさを設定した。
【００６０】
さらに本実施形態の固定端子１２０は、端子部１２１，１２２を可動端子１１３側に向けて屈曲させる一対の屈曲部１２１ａ，１２２ａを有する（図３）。屈曲部１２１ａ，１２２ａは、固定端子１２０の表面が例えば可動部１１側に向かって下向き傾斜となるような角度で端子部１２１，１２２を屈曲させるが、その屈曲角度は特に限定されない。屈曲部１２１ａ，１２２ａの形成により、固定端子１２０の変形に対する強度が向上するため、可動端子１１３からの押圧による固定端子１２０の変位を抑制することができる。
【００６１】
本実施形態のスイッチ装置１は、例えば図示しない実装基板（配線基板）と電気的に接続される外部接続端子を有する。上記外部接続端子は、信号線路１２に接続される上記信号端子、接地線路１３１，１３２に接続される上記接地端子、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５の端子層Ｔ１，Ｔ２等で構成されてもよいし、これらに電気的に接続される他の複数の端子であってもよい。実装方式も特に限定されず、ワイヤボンディング方式でもよいし、フリップチップ方式であってもよい。
【００６２】
また本実施形態のスイッチ装置１は、図示しない制御回路によってその駆動が制御される。スイッチ装置１は、例えば上記実装基板上の配線パターンを介して上記制御回路と電気的に接続される。上記制御回路は、例えば駆動回路を含むコンピュータで構成され、当該スイッチ装置１に専用の制御回路であってもよいし、当該スイッチ装置１が搭載される通信機器の動作を全体的に制御するコントローラの一部であってもよい。
【００６３】
次に、以上のように構成されるスイッチ装置１の典型的な動作について説明する。
【００６４】
本実施形態のスイッチ装置１は、図２に示すスイッチオフ状態では、信号線路１２の固定端子１２０は距離Ｈ１をおいて可動端子１１３と対向する。これにより、信号線路１２の開放状態が維持され、信号の伝送が遮断される。
【００６５】
一方、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５に所定の駆動電圧が印加されることにより、可動部１１に、第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２をＺ軸方向に弾性変形させる駆動力が発生する。第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２の変形により可動端子１１３は固定端子１２０に接触し、スイッチ装置１は、図２に示すスイッチオフ状態から図５に示すスイッチオン状態に遷移する。これにより信号線路１２が通過状態となり、信号線路１２を介して信号が伝送される。
【００６６】
本実施形態のスイッチ装置１は、信号線路１２及び接地線路１３１，１３２は、上述した構成のコプレーナ型線路ＣＰＷを構成しているため、スイッチオン状態において、高周波において生じるインピーダンス不整合に起因した信号の反射を防止し、高性能な高周波伝送特性を得ることができる。
【００６７】
ここで、可動部１１と対向する接地線路部１３０は、固定端子１２０よりも離れた位置に配置されている。このため、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５により第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２を変形させた際、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５を接地線路部１３０に接触させることなく、可動端子１１３を固定端子１２０に接触させることができる。
【００６８】
本実施形態のスイッチ装置１を図６（Ａ），（Ｂ）に示したスイッチ装置１Ｒと比較して説明する。図６（Ａ）はスイッチ装置１Ｒのスイッチオフ状態を示し、図６（Ｂ）はスイッチ装置１Ｒのスイッチオン状態を示している。図６に示すスイッチ装置１Ｒは、可動端子Ｅの直上位置においてそれぞれ同一の高さ位置に形成された固定端子Ｓと一対の接地線路部Ｇ１，Ｇ２とを有する。このような構成のスイッチ装置１Ｒは、スイッチオン状態において固定端子Ｓに可動端子Ｅが接触したときに、固定端子Ｓが可動端子Ｅに押圧されて上方へ変位し、図６に示すように各カンチレバーＣＬ１，ＣＬ２の表面に形成された圧電駆動部Ｐ１，Ｐ２が接地線路部Ｇ１，Ｇ２にそれぞれ接触するおそれがある。
【００６９】
これに対して本実施形態のスイッチ装置１においては、可動部１１からの接地線路部１３０及び固定端子１２０の各々の高さに差を設けているため、これらの高さの差ΔＨ（Ｈ２−Ｈ１）に相当する距離の固定端子１２０の変位を許容できることになる。したがって比較的高い駆動電圧で第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５が駆動される場合であっても、可動端子１１３に押圧される固定端子１２０の変位量が上記ΔＨで吸収されることで、可動部１１と接地線路部１３０との接触が阻止される。一方、可動端子１１３が固定端子１２０に押さえ込まれることで、第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２が可動端子１１３よりもさらに上方へ変位することがあっても、上記ΔＨが適切に設定されることで、可動部１１と接地線路部１３０との接触が同様に阻止される。
【００７０】
以上のように本実施形態によれば、固定端子１２０に対する可動端子１１３の安定した接触を実現しつつ、可動部１１との接触による接地線路部１３０の変形や圧電駆動部１１４，１１５の短絡等の不具合を回避することができる。
【００７１】
また、信号線路１２と接地線路１３１，１３２との配線間距離や構造をどのように変更しても、可動部１１と接地線路部１３０との接触を回避できるため、信号線路１２及び接地線路１３１，１３２のレイアウト制限を少なくできる。これにより高周波特性のさらなる向上が見込めるＧＳＧ配線構造を構築することが可能となる。
【００７２】
なお、可動部１１の直上位置における固定端子１２０と接地線路部１３０との高さの違いは、信号線路１２と接地線路１３１，１３２との配線間隔と比較して十分に小さいため、上述したようなコプレーナ型線路構造の有する信号伝送特性にはほとんど影響しない。
【００７３】
また本実施形態によれば、固定端子１２０の端子部１２１，１２２が屈曲部１２１ａ，１２２ａにより可動端子１１３に向けて屈曲形成されているため、可動端子１１３からの押圧による固定端子１２０の変形に対する強度を高めることができる。これにより可動端子１１３からの押圧による固定端子１２０の変形を抑制できるため、可動部１１と接地線路部１３０との間に所定以上のギャップを安定に確保することができる。
【００７４】
さらに本実施形態によれば、可動端子１１３の駆動機構に第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２を用いているため、可動端子１１３をＺ軸方向に沿って直線的に移動させることができる。これにより、可動端子１１３を固定端子１２０に対してより安定に接触させることができる。
【００７５】
＜第２の実施形態＞
図７〜図１０は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチ装置の構成を示している。図７は当該スイッチ装置の平面図、図８は図７における［Ｂ１］−［Ｂ１］線方向の断面図、図９は図７における［Ｂ２］−［Ｂ２］線方向の断面図、図１０は図７における［Ｂ３］−［Ｂ３］線方向の断面図である。本実施形態では、第１の実施形態の構成および作用と同様な部分についてはその説明を省略または簡略化し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７６】
本実施形態のスイッチ装置２は、可動部２１の構成が上述の第１の実施形態と異なる。図８及び図９に示すように本実施形態の可動部２１は、可動端子１１３を支持する支持体１７を有し、支持体１７は、支持部１１７ｃと可動端子１１３との間に配置された中間層１１７ｄとを有する。
【００７７】
本実施形態の可動部２１は、支持体１７が中間層１１７ｄを有するため、可動端子１１３と固定端子１２０との間の高さを第１の実施形態よりも小さくすることができる。これにより、スイッチオフ状態からスイッチオン状態に切り替えられた際、可動端子１１３が固定端子１２０へ接触するまでのストローク量を小さくできるとともに、スイッチの切り替え速度を高めることができる。また可動端子１１３のストローク量を小さくできるため、可動部２１と接地線路部１３０との接触防止構造はより一層確実となり、信頼性の高いスイッチ装置を構成することができる。
【００７８】
中間層１１７ｄは、導電体であってもよいし絶縁体であってもよい。ベース基板１０の表面１０１に形成される各種機能層（導電層、誘電体層）の構成材料で中間層１１７ｄが形成されてもよい。また、中間層１１７ｄは単層構造に限られず、積層構造であってもよい。さらに中間層１１７ｄの厚みは、特に限定されず、スイッチオフ状態における可動端子１１３と固定端子１２０との間に設定されるギャップ（高さＨ１に相当）の大きさに応じて適宜設定可能である。
【００７９】
本実施形態では、中間層１１７ｄは、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５と同一の積層体で構成される。この場合、中間層１１７ｄは、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５と同時に形成される。これにより中間層１１７ｄの形成工程を別途設ける必要がなくなるため、工程数増による生産性の低下を招かない。中間層１１７ｄは、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５と電気的に接続されることはなく、支持部１１７ｃ上に独立して形成される。このため、第１及び第２の圧電駆動部１１４，１１５の駆動時に中間層１１７ｄの変形は生じず、可動端子１１３と固定端子１２０との間の安定した接触状態を確保することができる。
【００８０】
［スイッチ装置の製造方法］
次に、以上のように構成される本実施形態のスイッチ装置２の製造方法について図１１〜図１７を参照して説明する。以下の説明では、主として、ベース基板１０上に信号線路１２及び接地線路１３１，１３２の形成方法について説明する。
【００８１】
図１１は、圧電駆動部１１４，１１５及び可動端子１１３が形成されたベース基板１０を示す平面図、図１２（Ａ）は図１１における［Ｂ４］−［Ｂ４］線方向の拡大断面図、図１２（Ｂ）は図１１における［Ｂ５］−［Ｂ５］線方向の断面図である。また、図１３（Ａ），（Ｂ）〜図１７（Ａ），（Ｂ）は、固定端子１２０及び１つの接地線路部１３０の形成工程を説明する図１２（Ａ），（Ｂ）に対応する各部位の拡大断面図である。なお他の一つの接地線路部は当該１つの接地線路部１３０と同一の工程で同時に形成されるので、その図示は省略する。
【００８２】
まずベース基板１０として、第１のシリコン基板１０Ａと第２のシリコン基板１０Ｂとが接合層１０Ｃを介して接合されたＳＯＩ基板を準備する。接合層１０Ｃは例えば厚み約１μｍのシリコン酸化膜で構成される。このベース基板１０は当初、所定の大きさのウェーハ基板で構成され、当該ウェーハ基板上で複数個の素子（スイッチ装置１）を一括的に形成した後、ダイシング工程あるいはダイシングラインのドライエッチングにより所定の素子サイズに切り出される。
【００８３】
ベース基板１０は、熱酸化炉等において熱処理されることで、その表面１０１及び裏面１０２を含む全面に熱酸化膜が所定の厚み（例えば０．８μｍ）で形成される。なお各図においては、ベース基板１０の表面１０１に形成された熱酸化膜（絶縁膜１０３）のみ図示している。
【００８４】
ベース基板１０の表面１０１には、図１１に示すように、絶縁膜１０３を介して圧電駆動部１１４，１１５、中間層１１７ｄ及び可動端子１１３がそれぞれ形成される。圧電駆動部１１４，１１５、中間層１１７ｄ及び可動端子１１３は、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて所定領域にパターン形成される。
【００８５】
圧電駆動部１１４，１１５及び中間層１１７ｄは、下部電極層Ｌ１、圧電層Ｌ３及び上部電極層Ｌ２が順に積層される。下部電極層Ｌ１及び上部電極層Ｌ２は、厚み約１０ｎｍのＴｉ層と、厚み約０．２μｍのＰｔ層との積層膜で構成される。Ｔｉ層及びＰｔ層は例えばスパッタ法で形成されるが、成膜方法はこれに限られない。圧電層Ｌ３は、厚み約１．５μｍのＰＺＴ膜で構成され、例えば、ゾルゲル法、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法等で成膜される。圧電駆動部１１４，１１５及び中間層１１７ｄの形成に際しては、それぞれ下層側の膜から順に成膜され、成膜後、上層側の膜から順にパターニングされる。
【００８６】
可動端子１１３は中間層１１７ｄの上に形成される。可動端子１１３は、例えば厚み約１０ｎｍのＴｉ層と、厚み約０．２μｍのＡｕ層との積層膜で構成される。Ｔｉ層及びＡｕ層は例えばスパッタ法で形成されるが、成膜方法はこれに限られない。
【００８７】
続いて図７に示すように、第１のシリコン基板１０Ａにその厚み方向に貫通するスリット１０４ａを形成することで、第１及び第２のカンチレバー１１１，１１２、支持体１１７（第１及び第２の連結部１１７ａ，１１７ｂ、支持部１１７ｃ）の外形あるいは輪郭を形成する。スリット１０４ａは、公知のフォトリソグラフィ技術を用いてベース基板１０上の絶縁膜１０３表面にスリット１０４ａの形成部位が開口するレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンをマスクとするドライエッチングによって絶縁膜１０３及び第１のシリコン基板１０Ａを順次エッチングすることで形成される。このとき接合層１０Ｃは、スリット１０４ａのエッチングストッパ層として機能する。
【００８８】
図１２（Ａ）は、可動端子１１３を含む領域（第１の領域Ｚ１）におけるベース基板１０の概略断面図、図１２（Ｂ）は、第１の圧電駆動部１１４を含む領域（第２の領域Ｚ２）におけるベース基板１０の概略断面図である。図１２（Ａ）に示すように、スリット１０４ａを挟んで可動端子１１３の形成領域に隣接するベース基板１０の表面には、後工程において信号線路１２と接続される信号端子１２ｔが形成されている。また図１２（Ｂ）に示すように、スリット１０４ａを挟んで第１の圧電駆動部１１４の形成領域に隣接するベース基板１０の表面には、後工程において接地線路１３１と接続される接地端子１３ｔが形成されている。
【００８９】
次に、信号線路１２及び接地線路１３１，１３２を形成するために、ベース基板１０の表面に第１の領域Ｚ１を被覆する第１の犠牲層Ｗ１と、第２の領域Ｚ２を被覆する第２の犠牲層Ｗ２をそれぞれ形成する。第１及び第２の犠牲層Ｗ１，Ｗ２の形成工程は、第１及び第２の下層レジストパターンＷ１１，Ｗ２１の形成工程と、第１及び第２の上層レジストパターンＷ１２，Ｗ２２の形成工程とを有する。
【００９０】
まず図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、ベース基板１０の表面に第１の液状レジストをスピンコート法、スプレーコート法、シートレジストを用いたラミネート工法等により形成した後、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、第１及び第２の領域Ｚ１，Ｚ２上に第１及び第２の下層レジストパターンＷ１１，Ｗ２１をそれぞれ形成する。
【００９１】
第１の下層レジストパターンＷ１１は、第１の領域Ｚ１を開口させるように、可動端子１１３の両側に形成されたスリット１０４ａの底部から所定の高さで形成される。第２の下層レジストパターンＷ２１は、第２の領域Ｚ２を被覆するように、圧電駆動部１１４，１１５の両側に形成されたスリット１０４ａの底部から所定の高さで形成される。第１及び第２の下層レジストパターンＷ１１，Ｗ２１は同一の高さで形成され、本実施形態では約１２μｍである。
【００９２】
次に、図１４（Ａ），（Ｂ）に示すように、ベース基板１０の表面に第２の液状レジストをスピンコート法、スプレーコート法、シートレジストを用いたラミネート工法等により形成した後、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、第１及び第２の領域Ｚ１，Ｚ２上に第１及び第２の上層レジストパターンＷ１２，Ｗ２２をそれぞれ形成する。第２の液状レジストは、第１の液状レジストと同一でもよいし異なっていてもよい。
【００９３】
第１の上層レジストパターンＷ１２は、第１の下層レジストパターンＷ１１の上から第１の領域Ｚ１（可動端子１１３）を被覆する。第２の上層レジストパターンＷ２２は、第２の下層レジストパターンＷ２１の上から第２の領域Ｚ２（圧電駆動部１１４）を被覆する。第１及び第２の上層レジストパターンＷ１２，Ｗ２２は所定の厚みで形成され、本実施形態では、Ｗ１２は、周縁のＷ１１上で約１〜２μｍ、中央の可動端子１１３上で約８〜９μｍであり、Ｗ２２は約６μｍである。
【００９４】
第１の下層レジストパターンＷ１１は、第１の領域Ｚ１を開口するように形成されているため、第１の上層レジストパターンＷ１２は、第１の領域Ｚ１上において所定深さの凹所Ｖを有する。一方、第２の下層レジストパターンＷ２１は、第２の領域Ｚ２を被覆するように形成されているため、第２の上層レジストパターンＷ２２は、第２の領域Ｚ２上においてほぼ平坦に形成される。その結果、第１の上層レジストパターンＷ１２の凹所Ｖの底部と、第２の上層レジストパターンＷ２２の上面との間には、所定の高低差Ｈ３が発生する。
【００９５】
高低差Ｈ３は、図８に示したように圧電駆動部１１４，１１５から接地線路部１３０までの高さＨ２と、可動端子１１３から固定端子１２０までの高さＨ１との差ΔＨに相当する。なお、可動端子１１３を被覆する第１の上層レジストパターンＷ１２の厚みは上記高さＨ１に相当し、圧電駆動部１１４，１１５を被覆する第２の下層レジストパターンＷ２１の厚みと第２の上層レジストパターンＷ２２の厚みの総和は上記高さＨ２に相当する。
【００９６】
ここで、凹所Ｖのテーパ角θは、第１の下層レジストパターンＷ１１の高さによって調整することが可能である。凹所Ｖのテーパ角θは、後の固定端子１２０の形成工程において、端子部１２１，１２２を屈曲させる屈曲部１２１ａ，１２２ａの屈曲角に対応する。したがって、例えば当該屈曲角を大きくする場合は、第１の下層レジストパターンＷ１１は比較的高く形成される。
【００９７】
以上のようにして、第１の領域Ｚ１及び第２の領域Ｚ２に第１の犠牲層Ｗ１及び第２の犠牲層Ｗ２がそれぞれ形成される。次に、固定端子１２０及び接地線路部１３０の形成方法について説明する。
【００９８】
図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、ベース基板１０の表面に、第１及び第２の犠牲層Ｗ１，Ｗ２の上からめっき用のシード層Ｍ１を形成する。本実施形態においてシード層Ｍ１は、厚み約５ｎｍのＴｉ層と厚み約２００ｎｍのＡｕ層との積層膜で構成され、それぞれスパッタ法あるいは蒸着法、めっき法等で成膜される。
【００９９】
次に図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、シード層Ｍ１の上にめっき層Ｍ２を形成する。この際、第１の領域Ｚ１には、固定端子１２０の端子部１２１，１２２を形成するためのレジストパターンＰＲを形成しておく。本実施形態において、めっき層Ｍ２は、厚み約６μｍの金めっきで構成される。シード層Ｍ１及びめっき層Ｍ２は、ウェットエッチング又はドライエッチングプロセスによってパターニングされることで、シード層Ｍ１及びめっき層Ｍ２の積層体からなる信号線路１２及び接地線路１３１，１３２が形成される。
【０１００】
続いて図１７（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２のシリコン基板１０Ｂに、スリット１０４ａと連通する凹部１０４ｂが形成されることで、ベース基板１０に可動部２１を収容する開口部１０４が形成される。本実施形態において凹部１０４ｂは、第２のシリコン基板１０Ｂに対するドライエッチングプロセスによって形成される。この後、接合層１０Ｃが除去される。接合層１０Ｃは、ＣＨＦ3やＣ4Ｆ8等のガスを用いたドライエッチング、ＢＨＦやＨＦを用いたウェットエッチングにより除去される。
【０１０１】
凹部１０４ｂの形成後、第１及び第２の犠牲層Ｗ１，Ｗ２がそれぞれ除去される。第１及び第２の犠牲層Ｗ１，Ｗ２の除去工程は、レジスト剥離液にベース基板１０を浸漬し、開口部１０４を介して第１及び第２の犠牲層Ｗ１，Ｗ２を溶出させる。
【０１０２】
以上のようにして、本実施形態のスイッチ装置２が製造される。本実施形態によれば、ベース基板１０の表面を加工することで可動部２１を形成するようにしているので、半導体プロセス技術を用いることで微小のスイッチ装置を精度よく製造することができる。
【０１０３】
また本実施形態によれば、レジストパターンの形成工程を２回に分けて実施するようにしているので、可動部２１からの高さが各々異なる固定端子１２０及び接地線路部１３０を容易に形成することができる。また、固定端子１２０及び接地線路部１３０の高低差を任意の値に容易に調整することができる。これにより、固定端子１２０に対する可動端子１１３の安定した接触を実現しつつ、可動部１１との接触による接地線路部１３０の変形や短絡等の不具合を回避できるスイッチ装置２を製造することができる。
【０１０４】
＜第３の実施形態＞
図１８及び図１９は、本発明の第３の実施形態に係るスイッチ装置の構成を示している。図１８は当該スイッチ装置の平面図、図１９は図１８における［Ｃ１］−［Ｃ１］線方向の断面図である。本実施形態では、第１の実施形態の構成および作用と同様な部分についてはその説明を省略または簡略化し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１０５】
本実施形態のスイッチ装置３は、可動部３１の構成が上述の第１の実施形態と異なる。図１８及び図１９に示すように本実施形態の可動部３１は、単一のカンチレバー３１１と、このカンチレバー３１１の表面にそれぞれ形成された圧電駆動部１１４及び可動端子１１３とを有する。
【０１０６】
可動部３１は、ベース基板１０の開口３０４に収容されており、カンチレバー３１１の表面は、ベース基板１０の表面１０１と同一の平面で形成されている。カンチレバー３１１の一端３１１ａは開口部１０４の周縁に固定され、他端３１１ｂは自由端として構成されている。カンチレバー３１１は、Ｘ軸方向に延びる弾性変形可能なシリコン基板で形成され、本実施形態においても第１のシリコン基板１０Ａを形状加工することで形成される。
【０１０７】
可動端子１１３は、カンチレバー３１１の他端３１１ｂ側の表面に形成される。可動端子１１３は、信号線路１２の固定端子１２０に対してＺ軸方向に第１の高さＨ１を介して対向している。一方、圧電駆動部１１４は、接地線路１３１の接地線路部１３０に対してＺ軸方向に第２の高さＨ２を介して対向するように、カンチレバー３１１の表面に形成されている。第２の高さＨ２は、第１の実施形態と同様に第１の高さＨ１よりも大きく形成されている。
【０１０８】
以上のように構成される本実施形態のスイッチ装置３においては、圧電駆動部１１４に所定の駆動電圧が印加されることにより、可動部３１に、カンチレバー３１１をＺ軸方向に弾性変形させる駆動力が発生する。カンチレバー３１１の変形により可動端子１１３は固定端子１２０に接触し、スイッチ装置３は、図２に示すスイッチオフ状態からスイッチオン状態に遷移する。
【０１０９】
本実施形態においても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を有する。すなわち、可動部３１と対向する接地線路部１３０は、固定端子１２０よりも離れた位置に配置されているため、圧電駆動部１１４によりカンチレバー３１１を変形させた際、圧電駆動部１１４を接地線路部１３０に接触させることなく、可動端子１１３を固定端子１２０に接触させることができる。
【０１１０】
＜第４の実施形態＞
図２０は、本発明の第４の実施形態に係るスイッチ装置の構成を示す断面図である。本実施形態では、第３の実施形態の構成および作用と同様な部分についてはその説明を省略または簡略化し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１１１】
本実施形態のスイッチ装置４は、接地線路の構成が上述の第３の実施形態と異なる。すなわち本実施形態のスイッチ装置４は、信号線路１２の片側（可動部３１１側）にのみ接地線路１３１が配置されたＧＳ構造を有し、これら信号線路１２及び接地線路１３１によってコプレーナ型線路を形成する。このような構成によっても上述の第３の実施形態と同様の高性能な高周波伝送特性を得ることができる。
【０１１２】
なお上述のように接地線路を信号線路１２の可動部３１１側に配置する構造に代えて、信号線路１２の可動部３１１側とは反対側に接地線路を配置したＳＧ構造が採用されてもよい。このような構成によっても上述と同様の高性能な高周波伝送特性を得ることができる。
【０１１３】
＜第５の実施形態＞
図２１は、本発明の第５の実施形態に係るスイッチ装置の構成を示す断面図である。本実施形態では、第２の実施形態の構成および作用と同様な部分についてはその説明を省略または簡略化し、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１１４】
本実施形態のスイッチ装置５は、ベース基板１０の裏面１０２側に、信号線路１２及び接地線路１３１，１３２と対向するグランド層１３３を備えている。グランド層１３３がベース基板１０上の接地端子に接続されることにより、グランデッドコプレーナ構造が構成される。このような構成によっても、上述の第２の実施形態と同様の高性能な高周波伝送特性を得ることができる。
【０１１５】
グランド層１３３は、接地線路１３１，１３２を構成する材料と同一の材料で形成される。また、グランド層１３３は、図示するようにベース基板１０の開口部１０４の底部を形成する例に限られず、グランド層１３３に開口部１０４を開放させる開口が別途形成されてもよい。
【０１１６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態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。
【０１１７】
例えば以上の実施形態では、固定端子１２０を一対の端子部１２１，１２２の分割構造とし、スイッチオン／オフで信号の通過／開放を切り替えるスイッチ装置について説明した。これに代えて、固定端子を上記のように分割構造とせず、スイッチオン／オフで信号の短絡／通過を切り替えるスイッチ装置にも本発明は適用可能である。
【０１１８】
また以上の実施形態では、固定端子１２０と接地線路部１３０との高低差を形成するのに、ベース基板１０上に領域ごとに高さの異なる第１及び第２の犠牲層Ｗ１，Ｗ２を形成した。これに代えて、ハーフトーンマスク等を用いてレジスト層の露光量を領域ごとに異ならせることで、高さの異なる犠牲層をそれぞれ形成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１，２，３，４，５…スイッチ装置
１０…ベース基板
１１，２１，３１…可動部
１２…信号線路
１０４，３０４…開口部
１１１，３１１…第１のカンチレバー
１１２…第２のカンチレバー
１１３…可動端子
１１４…第１の圧電駆動部
１１５…第２の圧電駆動部
１１７…支持体
１１７ａ…第１の連結部
１１７ｂ…第２の連結部
１１７ｃ…支持部
１１７ｄ…中間層
１２０…固定端子
１２１，１２２…端子部
１２１ａ，１２２ａ…屈曲部
１３０…接地線路部
１３１，１３２…接地線路
１３３…グランド層
Ｗ１…第１の犠牲層
Ｗ２…第２の犠牲層
Ｚ１…第１の領域
Ｚ２…第２の領域
【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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