アクチュエータおよび電子装置
【課題】固定電極に対する可動電極（可動部）の形成位置に関わらず、所望の振動特性を発揮することができるアクチュエータおよび電子装置を提供すること。
【解決手段】アクチュエータ１は、基板２と、基板２上に設けられた固定電極３と、可動電極４とを有している。可動電極４は、可動部４２と、可動部４２を支持する支持部４１と、可動部４２と支持部４１とを連結する連結部４３を有している。また、可動部４２は、連結部４３を介して支持部４１に片持ち支持されるとともに、固定電極３と空隙を隔てて対向配置されている。このような可動電極４には、可動電極４から固定電極３の連結部４３側の縁部の少なくとも一部が露出するように、開口５が形成されている。
【解決手段】アクチュエータ１は、基板２と、基板２上に設けられた固定電極３と、可動電極４とを有している。可動電極４は、可動部４２と、可動部４２を支持する支持部４１と、可動部４２と支持部４１とを連結する連結部４３を有している。また、可動部４２は、連結部４３を介して支持部４１に片持ち支持されるとともに、固定電極３と空隙を隔てて対向配置されている。このような可動電極４には、可動電極４から固定電極３の連結部４３側の縁部の少なくとも一部が露出するように、開口５が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータおよび電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用し、半導体基板にＭＥＭＳ素子を備えたセンサ、共振器、通信用デバイスなどが注目されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１には、半導体基板上に検出電極と構造体とを備え、構造体が、検出電極と対向配置された可動部と、可動部を半導体基板に支持する支持部とで構成されたＭＥＭＳ素子が開示されている。このようなＭＥＭＳ素子では、可動部に交番電圧を印加し、可動部と検知電極との間に働く静電力の強さを経時的に変化させることにより、可動板を振動させ、検出電極から固有の共振周波数を出力するよう構成されている。
【０００３】
このような構成のＭＥＭＳ素子では、可動部が支持部に片持ち支持されているため、支持部に隣接した膜（窒化膜、酸化膜等）や構造体との間に発生する応力の影響を受け難い。
例えば、複数の支持部が同一の膜もしくは基板と隣接して形成される場合、前記支持部に隣接した膜の水平方向に応力が発生すると、支持部を介して可動部に対してそれが印加され、所望の周波数特性が安定して得られない場合がある。
また同じく、複数の支持部が同一の膜もしくは基板と隣接して形成される場合、前記支持部に隣接した膜、もしくは、基板の熱膨張係数が、ＭＥＭＳ素子の構成材料と異なる場合、周囲温度の変化に対して支持部間に応力が働き、温度に対する特性変動が助長される場合がある。
【０００４】
一方で、片持ち支持の場合、支持部に隣接した膜もしくは基板に起因した応力が発生しても、可動部に対する影響は小さい。この様に、支持部が一箇所の、いわゆる片持ち構造体は、自身構造に起因した複数の長所を有する。
また、形状的に可動部周辺の犠牲層除去を効率的に行うことが可能であり、製造時のスループット向上に有利である点も長所として挙げられる。
しかしながら、このような特許文献１のＭＥＭＳ素子では、支持部に対する構造体（可動部）の形成位置が、可動部の長手方向、即ち、梁の長さ方向にずれると、実質上の構造体の梁長が設計値に対してずれてしまう。その結果、特許文献１のＭＥＭＳ素子の周波数特性が変化し、所望の周波数特性を発揮することができないという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１１８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、固定電極に対する可動電極（可動部）の形成位置に関わらず、所望の周波数特性を発揮することができるアクチュエータおよび電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する連結部を有し、前記可動部が前記連結部を介して前記支持部に片持ち支持されるとともに、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置された可動電極とを有し、
前記可動電極には、当該可動電極から前記固定電極の前記連結部側の縁部の少なくとも一部が露出するように、少なくとも１つの開口が形成されていることを特徴とする。
これにより、支持部に対する可動部の位置が所定位置に対してずれた場合であっても、所望の振動特性を発揮することができる。
【０００８】
本発明のアクチュエータでは、前記開口は、前記可動部と前記連結部の境界部に跨って設けられていることが好ましい。
これにより、可動部の振動が円滑となる。
本発明のアクチュエータでは、前記少なくとも１つの開口は、前記可動電極の幅方向の縁に開放しない開口を含んでいることが好ましい。
これにより、連結部が互いに離間する２つの連結片を備えることとなるため、可動部が、連結部を介して支持部に、より確実かつ安定して支持されることとなる。そのため、可動部の振動が安定する。
【０００９】
本発明のアクチュエータでは、前記可動電極幅方向の縁に開放しない開口は、前記基板の平面視にて、前記可動電極の幅方向に延在する長方形状をなしていることが好ましい。
これにより、可動部の振動が円滑となる。
本発明のアクチュエータでは、前記少なくとも１つの開口は、前記可動電極の幅方向の縁に開放しない第１の開口と、第１の開口を介して対向配置され、前記可動電極の幅方向の縁に開放する第２の開口および第３の開口とを含んでいることが好ましい。
これにより、可動部の振動が円滑となる。
【００１０】
本発明のアクチュエータでは、前記可動部の自由端側には、欠損部が形成されていることが好ましい。
これにより、可動部の自由端側の質量を小さくすることができ、可動部の振動の際に可動部に働く慣性力を小さくすることができる。そのため、可動部をより円滑に（例えばキックバックの発生を抑制して）振動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記可動部の自由端側には、自由端に向けて幅が漸減するテーパ部が設けられていることが好ましい。
これにより、可動部の振動中に、自由端部と固定電極とが静電力により貼り付くこと（いわゆるスティッキングの発生）を効果的に防止することができる。
【００１１】
本発明のアクチュエータは、基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する一対の連結部を有する可動電極とを有し、
前記可動部は、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置されるとともに、前記基板の平面視にて、前記固定電極に包含されており、
前記一対の連結部は、それぞれ、板片を直角に屈曲した形状を有していることを特徴とする。
これにより、可動部の位置が所定位置に対してずれた場合であっても、所望の振動特性を発揮することができる。
【００１２】
本発明の電子装置は、基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する連結部を有し、前記可動部が前記連結部を介して前記支持部に片持ち支持されるとともに、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置された可動電極とを有し、
前記可動電極には、当該可動電極から前記固定電極の前記連結部側の縁部の少なくとも一部が露出するように、少なくとも１つの開口が形成されているアクチュエータを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子装置を提供することができる。
【００１３】
本発明の電子装置は、基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する一対の連結部を有する可動電極とを有し、
前記可動部は、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置されるとともに、前記基板の平面視にて、前記固定電極に包含されており、
前記一対の連結部は、それぞれ、板片を略直角に屈曲した形状を有しているアクチュエータを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すアクチュエータの断面図である。
【図３】図１に示すアクチュエータの平面図である。
【図４】図１に示すアクチュエータの駆動を示す図である。
【図５】図１に示すアクチュエータの駆動を示す図である。
【図６】図１に示すアクチュエータの製造方法を説明する断面図である。
【図７】図１に示すアクチュエータを別の観点から説明するための斜視図である。
【図８】図１に示すアクチュエータを備える電子装置の断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るアクチュエータの平面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るアクチュエータの斜視図である。
【図１１】図１０に示すアクチュエータの平面図である。
【図１２】図１０に示すアクチュエータの振動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のアクチュエータおよび電子装置を添付図面に示す各実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
≪アクチュエータ≫
まず、本発明のアクチュエータについて説明する。
【００１６】
図１は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示すアクチュエータの断面図、図３は、図１に示すアクチュエータの平面図、図４および図５は、それぞれ、図１に示すアクチュエータの駆動を示す図、図６は、図１に示すアクチュエータの製造方法を説明する断面図、図７は、図１に示すアクチュエータを別の観点から説明するための斜視図、図８は、図１に示すアクチュエータを備える電子装置の断面図である。なお、図１中、互いに直交する３つの方向をｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向とする。そのうち、半導体基板の上面に平行な面をｘｙ平面とし、上面の法線方向をｚ軸方向とする。また、以下では、説明の便宜上、図１〜図８の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００１７】
図１に示すアクチュエータ１は、基板２と、固定電極３と、開口５が形成された可動電極４とを有している。このようなアクチュエータ１は、可動電極４に高周波電圧（交番電圧）を印加することにより、可動電極４および固定電極３間に、周期的に強さが変化する静電力を発生する。この高周波電圧の周波数が、可動電極４が有する可動板４２の固有振動周波数と一致する場合、当該静電力により、可動電極４が有する可動板４２を振動するように構成されている。このとき、アクチュエータ１では、可動板４２と固定電極３との間の容量変化に合わせて電荷の移動が生じ、固定電極３および可動電極４間に電流が流れるため、固定電極３から固有の共振周波数が出力（検出）される。
【００１８】
以下、アクチュエータ１を構成する各部について詳細に説明する。
図１に示すように、基板２は、平面視形状が略正方形または略長方形の板部材である。図２に示すように、この基板２は、シリコンで構成されたシリコン基板２１上に、酸化シリコン膜（例えば、熱酸化膜）である絶縁膜２２と、窒化シリコン膜である窒化膜２３とがこの順に積層されている。なお、基板２の形状としては、特に限定されない。
【００１９】
このような基板２の窒化膜２３上には、固定電極３と、可動電極４の一部（後述する支持部４１）とが設けられている。固定電極３は、平面視形状（ｘｙ平面視における形状）が略長方形の板状（薄膜状）をなし、ｙ軸方向に延在している。このような固定電極３は、例えば多結晶シリコンで構成されており、後述するように、窒化膜２３上に形成した多結晶シリコン膜をパターニングすることにより形成することができる。
【００２０】
図１ないし図３に示すように、可動電極４は、支持部４１、可動板（可動部）４２および連結部４３を有している。また、このような可動電極４には、後に詳述する開口５が形成されている。
図２に示すように、支持部４１は、板状（膜状）をなしており、基板２上であって、固定電極３の左側に形成されている（固定されている）。支持部４１は、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向を長手とする略長方形をなしているが、開口５により、図２中右側の縁部の一部が除去されている。
このような支持部４１は、可動板４２を、連結部４３を介して片持ち支持する。
【００２１】
図２に示すように、連結部４３は、支持部４１の右側縁部から上方（ｚ軸方向）へ向けて突出し、可動板４２の左側縁部に接続するように形成されている。このような連結部４３は、開口５によって２つの連結片４３１、４３２に分離されており、２つの連結片４３１、４３２は、支持部４１の右側縁部のｙ軸方向両端部に位置している。
可動板４２は、板状をなしており、固定電極３と空隙を隔ててｚ軸方向に対向配置されている。また、可動板４２は、前述したように、連結部４３を介して支持部４１に片持ち支持されており、連結部４３側（図２中左側）の端が固定端、この固定端と反対側（図２中右側）の端が自由端となっている。
【００２２】
このような可動板４２は、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向を長手とする略長方形をなしているが、開口５により固定端側の縁部の一部が除去されている。このような可動板４２は、固定電極３よりも小さく形成されており、ｘｙ平面視にて、ほぼ全域（開口５より自由端側の領域。以下この領域を「振動領域４２１」とも言う）が、固定電極３に包含されている。
【００２３】
このような支持部４１、可動板４２および連結部４３は、例えば、多結晶シリコンを構成材料として一体的に形成されている。具体的には、支持部４１、可動板４２および連結部４３は、後述するように、固定電極３上に犠牲層を形成し、その上から基板２上に多結晶シリコン膜を形成し、多結晶シリコン膜をパターニングした後、犠牲層を除去することにより一体的に形成される。
【００２４】
図１ないし図３に示すように、開口５は、支持部４１と連結部４３の境界部および連結部４３と可動板４２との境界部を跨ぐようにして形成されている。これにより、可動板４２の振動領域４２１を開口５より自由端側にのみ形成することができるため、後述するように、可動板４２を円滑に振動させることができる。なお、このような効果は、開口５が、少なくとも連結部４３と可動板４２との境界部を跨ぐようにして形成されていれば発揮される。
【００２５】
また、開口５は、可動電極４のｙ軸方向（可動電極４の幅方向）の両端（両側面）に開放しない通常開口である。このような開口５は、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向を長手とする長方形をなしている。なお、前記「長方形」とは、正確な長方形の他、角部が丸みを帯びていたり、各角部が９０度から若干ずれていたり、各辺が若干湾曲していたりする長方形を含む。
このように、開口５の形状を通常開口とすることにより、連結部４３が互いにｙ軸方向に離間する２つの連結片４３１、４３２を備えることとなる。そのため、可動板４２が、連結部４３を介して支持部４１に、より確実かつ安定して支持されることとなり、可動板４２の振動が安定する。
【００２６】
このような開口５は、ｚ軸方向であって、アクチュエータ１を上側（固定電極３および可動電極４が形成されている側）から見たとき、可動電極４から、その下側にある固定電極３の左側の縁部（辺）３１が露出するように形成さている。すなわち、ｘｙ平面視にて、開口５の左側の縁部（辺）５１と右側の縁部（辺）５２との間に、固定電極３の左側の縁部３１が位置するように、可動電極４に開口５が形成されている。
このような構成のアクチュエータ１では、可動電極４に交番電圧（高周波電圧）を印加することにより、可動板４２と固定電極３との間に、周期的に強さが変化する静電力を発生させ、この高周波電圧の周波数が可動板４２の固有振動周波数と一致する場合、可動板４２が振動する。
【００２７】
ここで、図３に示すように、可動板４２が振動する場合には、可動板４２の節Ｊから自由端側の振動領域４２１のみが振動し、可動板４２の節Ｊより固定端側の部位は振動しない。これは、可動電極４に形成された開口５による効果である。
具体的に説明すれば、仮に、開口５が形成されていなければ、連結部４３と可動板４２との境界に位置する軸Ｇを中心（節）として、可動板４２が全体的に振動する。これに対して、開口５が形成されていると、可動板４２の機械的強度が急激に減少する位置（すなわち、ｘｙ平面視にて、可動板４２の開口５の右側の縁部５２を含む線分上（付近））に節Ｊが生じ、可動板４２の節Ｊから自由端側の部分（振動領域４２１）のみを振動させることが可能となる。
【００２８】
特に、本実施形態では、前述したように、ｘｙ平面視にて、開口５がｙ軸方向を長手とする略長方形をなしているため、開口５の右側の縁部５２を含み、ｙ軸方向に延びる線分上（または、この線分の近傍に位置するｙ軸方向に延びる線分上）に節Ｊを発生させることができる。そのため、振動領域４２１を円滑に振動させることができる。
このように、アクチュエータ１では、振動領域４２１のみを振動させることから、ｘｙ平面視にて、振動領域４２１の全域が固定電極３に包含されてさえいれば、可動板４２の形成位置（ｘｙ平面における位置）に関係なく、所望の周波数特性を発揮することができる。
【００２９】
そして、アクチュエータ１では、可動板４２の形成位置（ｘｙ平面における位置）がｘ軸方向に多少ずれたとしても、可動板４２の振動領域４２１の全域が固定電極３に包含されるように、前述の通り、アクチュエータ１を上側から見たときに、可動電極４から、その下側にある固定電極３の縁部（辺）３１が露出するように開口５を形成した。言い換えると、ｘｙ平面視にて、節Ｊが、固定電極３上を通過するように開口５を形成した。
【００３０】
そのため、アクチュエータ１の製造する際に、固定電極３に対する可動電極４の形成位置が所定位置に対してｘ軸方向に多少ずれても、ｘｙ平面視にて、可動板４２の振動領域４２１の全域を固定電極３に包含することができる。したがって、アクチュエータ１によれば、可動電極４の形成位置が所定位置に対してずれたとしても、所定位置に形成されたものと同様の周波数特性を発揮することができる。
【００３１】
このようなアクチュエータ１は、次のように駆動する。
図示しない高周波電源から可動電極４に高周波（交番電圧）を印加すると、振動領域４２１と固定電極３との間に周期的に強さが変化する静電力が発生する。この周期的に強さが変化する静電力により、節Ｊを中心として、振動領域４２１が固定電極３に対して近づいたり、遠ざかったりして振動する。具体的には、振動領域４２１は、ｙ軸方向から見ると、図４（ａ）の状態と図４（ｂ）の状態とを周期的に繰り返し、ｘ軸方向から見ると、図５（ａ）の状態と図５（ｂ）の状態とを周期的に繰り返すように振動する。すなわち、振動領域４２１の振動は、可動板４２の長さ方向（ｘ軸方向）の位置をパラメータとする振動と、可動板４２の幅方向（ｙ軸方向）の位置をパラメータとする振動とが結合された振動となっている。なお、開口５の長手方向の長さによって、共振周波数を例えば１ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の範囲で変化させることができる。
【００３２】
次いで、アクチュエータ１の製造方法について図６に基づいて説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、用意したシリコン基板１００表面を熱酸化させることによりＳｉＯ２膜（絶縁膜）１１０を形成した後、ＳｉＯ２膜１１０上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等によりＳｉＮ膜（窒化膜）１２０を形成する。これにより、基板２が得られる。
【００３３】
次いで、図６（ｂ）に示すように、固定電極３を形成するための多結晶シリコン膜１３０を形成した後、この多結晶シリコン膜１３０にリンイオン等の不純物イオンをドープして導電性を付与する。そして、この多結晶シリコン膜１３０上からフォトレジストを塗布し、固定電極３の形状（平面視形状）にパターニングしフォトレジスト膜１４０を形成する。
【００３４】
次いで、図６（ｃ）に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜１４０をマスクとして多結晶シリコン膜１３０をエッチングした後、フォトレジスト膜１４０を除去する。これにより、基板２上に固定電極３が形成される。
次いで、図６（ｄ）に示すように、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により、固定電極３を覆う犠牲層１５０を形成する。犠牲層１５０は、例えばシリコン酸化膜、ＰＤＧ（リンドープガラス）等を用いることができる。
【００３５】
次いで、図６（ｅ）に示すように、ＳｉＮ膜１２０および犠牲層１５０上に、可動電極４を形成するための多結晶シリコン膜１６０を形成した後、この多結晶シリコン膜１６０にリンイオン等の不純物イオンをドープして導電性を付与する。そして、この多結晶シリコン膜１６０上からフォトレジストを塗布し、開口５か形成された可動電極４の形状（平面視形状）にパターニングしフォトレジスト膜１７０を形成する。
次いで、図６（ｆ）に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜１７０をマスクとして多結晶シリコン膜１６０をエッチングした後、フォトレジスト膜１７０を除去する。これにより、可動電極４が形成される。
【００３６】
最後に、図６（ｇ）に示すように、犠牲層１５０をリリースエッチングにより除去することにより、アクチュエータ１が得られる。なお、ＳｉＮ膜１２０は、リリースエッチングを行う際のエッチングストップ膜として機能する。
以上、アクチュエータ１の構成、作動および製造方法について、それぞれ、詳細に説明したが、アクチュエータ１の可動電極４の構成は、前述した説明と異なる観点から捉えることもできる。
【００３７】
具体的に説明すれば、前述の説明では、可動電極４が、支持部４１、連結部４３および可動板４２を有しており、このような可動電極４には、開口５が支持部４１と連結部４３の境界部および連結部４３と可動板４２の境界部に跨って形成されているという説明をした。このような可動電極４の構成は、次のように言い換えることも可能である。
すなわち、図７に示すように、可動電極４は、基板２上に設けられた支持部４４と、固定電極３と空隙を隔ててｚ軸方向に対向配置された可動板（可動部）４５と、支持部４４と可動板４５とを連結しｙ軸方向に離間した一対の連結部４６、４７とを有しており、可動板４５は、ｘｙ平面視にて、固定電極３に包含されるように位置し、各連結部４６、４７は、板片をクランク状に屈曲させた形状をなしている、と言い換えることができる。この場合、可動板４５が、前述の振動領域４２１に相当し、支持部４４、可動板４５および一対の連結部４６、４７で形成された空間が前述の開口５に相当する。
【００３８】
≪電子装置≫
次いで、アクチュエータ１を備える電子装置（本発明の電子装置）について説明する。
図８に示すように、電子装置２００は、アクチュエータ１（基板２、固定電極３および開口５が形成された可動電極４）と、固定電極３および可動電極４の周囲を包囲する構造体２１０と、半導体回路（図示せず）とを有している。
【００３９】
構造体２１０は、第１の層間絶縁膜２１１と、第１の配線層２１２と、第２の層間絶縁膜２１３と、第２の配線層２１４と、表面保護膜２１５と、封止層２１６とを有している。
第１の層間絶縁膜２１１は、ｘｙ平面視にて、固定電極３および可動電極４の周囲を囲むように、基板２の窒化膜（ＳｉＮ膜）２３上に形成されている。このような第１の層間絶縁膜２１１は、例えば、シリコン酸化膜からなり、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成することができる。
【００４０】
第１の層間絶縁膜２１１上には、例えばアルミニウムよりなる第１の配線層２１２が形成されている。第１の配線層２１２は、第１の層間絶縁膜２１１に形成されたビアホール（導体ポスト）を介して、基板２に接地される。
第１の層間絶縁膜２１１および第１の配線層２１２上には、例えばＳｉＯ２膜からなる第２の層間絶縁膜２１３が形成されている。第２の層間絶縁膜２１３は、第１の層間絶縁膜２１１と同様に、ｘｙ平面視にて、固定電極３および可動電極４の周囲を囲むように形成されている。
【００４１】
第２の層間絶縁膜２１３上には、例えばアルミニウムよりなる第２の配線層２１４が形成されている。第２の配線層２１４は、第２の層間絶縁膜２１３に形成されたビアホールを介して第１の配線層２１２と、電気的に接続されている。また、第２の配線層２１４は、固定電極３および可動電極４の上方に配置される被覆部２１４ａを有しており、この被覆部２１４ａには、複数の細孔２１４ｂが形成されている。
【００４２】
第２の層間絶縁膜２１３および第２の配線層２１４上には、例えばＳｉＮ膜からなる表面保護膜２１５が形成されている。また、第２の配線層２１４の被覆部２１４ａ上には、細孔２１４ｂを閉鎖する封止層２１６が形成されている。
このような構成の構造体２１０には、一部欠損した図示しない開口部が形成されている。ここで、固定電極３および可動電極４には、それぞれ、電極配線（図示せず）が接続されており、これら配線は、前記開口部を介して構造体２１０の外側へ引き出される。
また、基板２（シリコン基板２１）上には、ＭＯＳトランジスタ等の能動素子、コンデンサ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線（前記電極配線を含む）等の回路要素を有する半導体回路が作り込まれている。
【００４３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のアクチュエータの第２実施形態について説明する。
図９は、本発明の第２実施形態に係るアクチュエータの平面図である。
以下、第２実施形態のアクチュエータについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第２実施形態にかかるアクチュエータでは、可動電極が有する可動板の形状が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００４４】
図９に示すように、可動電極４の可動板４２は、自由端側に一対の質量欠損部（欠損部）４２２、４２３を有している。一対の質量欠損部４２２、４２３は、自由端部のｙ軸方向両端部に形成されている。このような質量欠損部４２２、４２３を可動板４２に形成することにより、可動板４２の自由端側の質量を小さくすることができ、可動板４２の振動の際に可動板４２に働く慣性力を小さくすることができる。そのため、可動板４２をより円滑に（例えばキックバックの発生を抑制して）振動させることができ、アクチュエータ１は、優れた振動特性を発揮することができる。
【００４５】
一方で、可動板４２に、一対の質量欠損部４２２、４２３が形成されたことにより、可動板４２の自由端側には、自由端に向けて幅（ｙ軸方向の長さ）が漸減するテーパ部４２４が形成されている。このように、可動板４２の自由端部がテーパ状となっていることにより、可動板４２の振動中に、自由端部と固定電極とが静電力により貼り付くこと（いわゆるスティッキングの発生）を効果的に防止することができる。
なお、質量欠損部４２２、４２３の形状としては、特に限定されず、可動板４２の自由端側がテーパ状にならないような形状であってもよい。
以上のような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００４６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明のアクチュエータの第３実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第３実施形態に係るアクチュエータの斜視図、図１１は、図１０に示すアクチュエータの平面図、図１２は、図１０に示すアクチュエータの振動を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１０〜図１２の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００４７】
以下、第３実施形態のアクチュエータについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第３実施形態にかかるアクチュエータでは、開口の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００４８】
図１０に示すように、可動電極４には、３つの開口５Ａ、５Ｂ、５Ｃが形成されている。３つの開口５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、それぞれ、支持部４１と連結部４３の境界部および連結部４３と可動板４２の連結部を跨ぐように形成されている。
図１１に示すように、開口５Ａは、可動電極４の側面に開放しない通孔開口であり、ｙ軸方向において可動板４２の中央部に位置している。このような開口５Ａは、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向を長手とする略長方形をなしている。
【００４９】
一方、開口５Ｂ、５Ｃは、それぞれ、可動電極４の側面（ｙ軸方向の縁）に開放する開放開口であり、開口５Ａを介してｙ軸方向に対向配置されている。このような開口５Ｂ、５Ｃは、それぞれ、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向に延在する縁とｘ軸方向に延在する縁とを有する略四角形（長方形または正方形）をなしている。
ここで、図１１に示すように、ｘｙ平面視にて、開口５Ａの右側の縁部（辺）５１Ａ、開口５Ｂの右側の縁部（辺）５１Ｂおよび開口５Ｃの右側の縁部（辺）５１Ｃは、それぞれ、ｙ軸方向に延在している。また、これら３つの縁部５１Ａ〜５１Ｃは、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向に延びる同一線分上に位置している。
【００５０】
次いで、アクチュエータ１の駆動を説明する。このようなアクチュエータ１では、図示しない高周波電源から可動電極４に高周波（交番電圧）を印加すると、振動領域４２１と固定電極３との間に周期的に強さが変化する静電力が発生し、この静電力により、振動領域４２１が振動する。具体的には、振動領域４２１は、ｘ軸方向から見ると、図１２（ａ）の状態と図１２（ｂ）の状態とを周期的に繰り返すように振動する。
【００５１】
ここで、連結部４３は、開口５Ａ、５Ｂ間に形成された連結片４３１と、開口５Ａ、５Ｃ間に形成された連結片４３２とを有しており、このような連結片４３１、４３２は、ともに、可動電極４のｙ軸方向の端部から中央部側にずれて設けられている。
そのため、図１２（ａ）に示すように、振動領域４２１の中央部（図１２中、連結片４３１、４３２間の領域）が固定電極３に近づくように変位するときには、振動領域４２１の両端部（図１２中、連結片４３１より右側の領域および連結片４３２より左側の領域）が固定電極３から遠ざかるように変位し、反対に、図１２（ｂ）に示すように、振動領域４２１の中央部が固定電極３から遠ざかるように変位するときには、振動領域４２１の両端部が固定電極３に近づくように変位する。
【００５２】
そのため、上述のような構成の可動電極４（開口５）によれば、振動領域４２１の中央部の変位により発生する慣性力と、両端部の変位により発生する慣性力を相殺することができ、振動領域４２１を円滑に振動させることができる。
以上のような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００５３】
以上、本発明のアクチュエータおよび電子装置を、図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、本発明のアクチュエータおよび電子装置は、前記各実施形態のうち、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１……アクチュエータ ２……基板 ２１……シリコン基板 ２２……絶縁膜 ２３……窒化膜 ３……固定電極 ３１……縁部 ４……可動電極 ４１、４４……支持部 ４２、４５……可動板（可動部） ４２１……振動領域 ４２２、４２３……質量欠損部 ４２４……テーパ部 ４３、４６、４７……連結部 ４３１、４３２……連結片 ５、５Ａ〜５Ｃ……開口 ５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５２……縁部 １００……シリコン基板 １１０……ＳｉＯ２膜 １２０……ＳｉＮ膜（窒化膜） １３０、１６０……多結晶シリコン膜 １４０、１７０……フォトレジスト膜 １５０……犠牲層 ２００……電子装置 ２１０……構造体 ２１１……第１の層間絶縁膜 ２１２……第１の配線層 ２１３……第２の層間絶縁膜 ２１４……第２の配線層 ２１４ａ……被覆部 ２１４ｂ……細孔 ２１５……表面保護膜 ２１６……封止層 Ｊ……節 Ｇ……軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータおよび電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用し、半導体基板にＭＥＭＳ素子を備えたセンサ、共振器、通信用デバイスなどが注目されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１には、半導体基板上に検出電極と構造体とを備え、構造体が、検出電極と対向配置された可動部と、可動部を半導体基板に支持する支持部とで構成されたＭＥＭＳ素子が開示されている。このようなＭＥＭＳ素子では、可動部に交番電圧を印加し、可動部と検知電極との間に働く静電力の強さを経時的に変化させることにより、可動板を振動させ、検出電極から固有の共振周波数を出力するよう構成されている。
【０００３】
このような構成のＭＥＭＳ素子では、可動部が支持部に片持ち支持されているため、支持部に隣接した膜（窒化膜、酸化膜等）や構造体との間に発生する応力の影響を受け難い。
例えば、複数の支持部が同一の膜もしくは基板と隣接して形成される場合、前記支持部に隣接した膜の水平方向に応力が発生すると、支持部を介して可動部に対してそれが印加され、所望の周波数特性が安定して得られない場合がある。
また同じく、複数の支持部が同一の膜もしくは基板と隣接して形成される場合、前記支持部に隣接した膜、もしくは、基板の熱膨張係数が、ＭＥＭＳ素子の構成材料と異なる場合、周囲温度の変化に対して支持部間に応力が働き、温度に対する特性変動が助長される場合がある。
【０００４】
一方で、片持ち支持の場合、支持部に隣接した膜もしくは基板に起因した応力が発生しても、可動部に対する影響は小さい。この様に、支持部が一箇所の、いわゆる片持ち構造体は、自身構造に起因した複数の長所を有する。
また、形状的に可動部周辺の犠牲層除去を効率的に行うことが可能であり、製造時のスループット向上に有利である点も長所として挙げられる。
しかしながら、このような特許文献１のＭＥＭＳ素子では、支持部に対する構造体（可動部）の形成位置が、可動部の長手方向、即ち、梁の長さ方向にずれると、実質上の構造体の梁長が設計値に対してずれてしまう。その結果、特許文献１のＭＥＭＳ素子の周波数特性が変化し、所望の周波数特性を発揮することができないという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１１８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、固定電極に対する可動電極（可動部）の形成位置に関わらず、所望の周波数特性を発揮することができるアクチュエータおよび電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータは、基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する連結部を有し、前記可動部が前記連結部を介して前記支持部に片持ち支持されるとともに、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置された可動電極とを有し、
前記可動電極には、当該可動電極から前記固定電極の前記連結部側の縁部の少なくとも一部が露出するように、少なくとも１つの開口が形成されていることを特徴とする。
これにより、支持部に対する可動部の位置が所定位置に対してずれた場合であっても、所望の振動特性を発揮することができる。
【０００８】
本発明のアクチュエータでは、前記開口は、前記可動部と前記連結部の境界部に跨って設けられていることが好ましい。
これにより、可動部の振動が円滑となる。
本発明のアクチュエータでは、前記少なくとも１つの開口は、前記可動電極の幅方向の縁に開放しない開口を含んでいることが好ましい。
これにより、連結部が互いに離間する２つの連結片を備えることとなるため、可動部が、連結部を介して支持部に、より確実かつ安定して支持されることとなる。そのため、可動部の振動が安定する。
【０００９】
本発明のアクチュエータでは、前記可動電極幅方向の縁に開放しない開口は、前記基板の平面視にて、前記可動電極の幅方向に延在する長方形状をなしていることが好ましい。
これにより、可動部の振動が円滑となる。
本発明のアクチュエータでは、前記少なくとも１つの開口は、前記可動電極の幅方向の縁に開放しない第１の開口と、第１の開口を介して対向配置され、前記可動電極の幅方向の縁に開放する第２の開口および第３の開口とを含んでいることが好ましい。
これにより、可動部の振動が円滑となる。
【００１０】
本発明のアクチュエータでは、前記可動部の自由端側には、欠損部が形成されていることが好ましい。
これにより、可動部の自由端側の質量を小さくすることができ、可動部の振動の際に可動部に働く慣性力を小さくすることができる。そのため、可動部をより円滑に（例えばキックバックの発生を抑制して）振動させることができる。
本発明のアクチュエータでは、前記可動部の自由端側には、自由端に向けて幅が漸減するテーパ部が設けられていることが好ましい。
これにより、可動部の振動中に、自由端部と固定電極とが静電力により貼り付くこと（いわゆるスティッキングの発生）を効果的に防止することができる。
【００１１】
本発明のアクチュエータは、基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する一対の連結部を有する可動電極とを有し、
前記可動部は、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置されるとともに、前記基板の平面視にて、前記固定電極に包含されており、
前記一対の連結部は、それぞれ、板片を直角に屈曲した形状を有していることを特徴とする。
これにより、可動部の位置が所定位置に対してずれた場合であっても、所望の振動特性を発揮することができる。
【００１２】
本発明の電子装置は、基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する連結部を有し、前記可動部が前記連結部を介して前記支持部に片持ち支持されるとともに、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置された可動電極とを有し、
前記可動電極には、当該可動電極から前記固定電極の前記連結部側の縁部の少なくとも一部が露出するように、少なくとも１つの開口が形成されているアクチュエータを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子装置を提供することができる。
【００１３】
本発明の電子装置は、基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する一対の連結部を有する可動電極とを有し、
前記可動部は、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置されるとともに、前記基板の平面視にて、前記固定電極に包含されており、
前記一対の連結部は、それぞれ、板片を略直角に屈曲した形状を有しているアクチュエータを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すアクチュエータの断面図である。
【図３】図１に示すアクチュエータの平面図である。
【図４】図１に示すアクチュエータの駆動を示す図である。
【図５】図１に示すアクチュエータの駆動を示す図である。
【図６】図１に示すアクチュエータの製造方法を説明する断面図である。
【図７】図１に示すアクチュエータを別の観点から説明するための斜視図である。
【図８】図１に示すアクチュエータを備える電子装置の断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るアクチュエータの平面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るアクチュエータの斜視図である。
【図１１】図１０に示すアクチュエータの平面図である。
【図１２】図１０に示すアクチュエータの振動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のアクチュエータおよび電子装置を添付図面に示す各実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
≪アクチュエータ≫
まず、本発明のアクチュエータについて説明する。
【００１６】
図１は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示すアクチュエータの断面図、図３は、図１に示すアクチュエータの平面図、図４および図５は、それぞれ、図１に示すアクチュエータの駆動を示す図、図６は、図１に示すアクチュエータの製造方法を説明する断面図、図７は、図１に示すアクチュエータを別の観点から説明するための斜視図、図８は、図１に示すアクチュエータを備える電子装置の断面図である。なお、図１中、互いに直交する３つの方向をｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向とする。そのうち、半導体基板の上面に平行な面をｘｙ平面とし、上面の法線方向をｚ軸方向とする。また、以下では、説明の便宜上、図１〜図８の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００１７】
図１に示すアクチュエータ１は、基板２と、固定電極３と、開口５が形成された可動電極４とを有している。このようなアクチュエータ１は、可動電極４に高周波電圧（交番電圧）を印加することにより、可動電極４および固定電極３間に、周期的に強さが変化する静電力を発生する。この高周波電圧の周波数が、可動電極４が有する可動板４２の固有振動周波数と一致する場合、当該静電力により、可動電極４が有する可動板４２を振動するように構成されている。このとき、アクチュエータ１では、可動板４２と固定電極３との間の容量変化に合わせて電荷の移動が生じ、固定電極３および可動電極４間に電流が流れるため、固定電極３から固有の共振周波数が出力（検出）される。
【００１８】
以下、アクチュエータ１を構成する各部について詳細に説明する。
図１に示すように、基板２は、平面視形状が略正方形または略長方形の板部材である。図２に示すように、この基板２は、シリコンで構成されたシリコン基板２１上に、酸化シリコン膜（例えば、熱酸化膜）である絶縁膜２２と、窒化シリコン膜である窒化膜２３とがこの順に積層されている。なお、基板２の形状としては、特に限定されない。
【００１９】
このような基板２の窒化膜２３上には、固定電極３と、可動電極４の一部（後述する支持部４１）とが設けられている。固定電極３は、平面視形状（ｘｙ平面視における形状）が略長方形の板状（薄膜状）をなし、ｙ軸方向に延在している。このような固定電極３は、例えば多結晶シリコンで構成されており、後述するように、窒化膜２３上に形成した多結晶シリコン膜をパターニングすることにより形成することができる。
【００２０】
図１ないし図３に示すように、可動電極４は、支持部４１、可動板（可動部）４２および連結部４３を有している。また、このような可動電極４には、後に詳述する開口５が形成されている。
図２に示すように、支持部４１は、板状（膜状）をなしており、基板２上であって、固定電極３の左側に形成されている（固定されている）。支持部４１は、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向を長手とする略長方形をなしているが、開口５により、図２中右側の縁部の一部が除去されている。
このような支持部４１は、可動板４２を、連結部４３を介して片持ち支持する。
【００２１】
図２に示すように、連結部４３は、支持部４１の右側縁部から上方（ｚ軸方向）へ向けて突出し、可動板４２の左側縁部に接続するように形成されている。このような連結部４３は、開口５によって２つの連結片４３１、４３２に分離されており、２つの連結片４３１、４３２は、支持部４１の右側縁部のｙ軸方向両端部に位置している。
可動板４２は、板状をなしており、固定電極３と空隙を隔ててｚ軸方向に対向配置されている。また、可動板４２は、前述したように、連結部４３を介して支持部４１に片持ち支持されており、連結部４３側（図２中左側）の端が固定端、この固定端と反対側（図２中右側）の端が自由端となっている。
【００２２】
このような可動板４２は、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向を長手とする略長方形をなしているが、開口５により固定端側の縁部の一部が除去されている。このような可動板４２は、固定電極３よりも小さく形成されており、ｘｙ平面視にて、ほぼ全域（開口５より自由端側の領域。以下この領域を「振動領域４２１」とも言う）が、固定電極３に包含されている。
【００２３】
このような支持部４１、可動板４２および連結部４３は、例えば、多結晶シリコンを構成材料として一体的に形成されている。具体的には、支持部４１、可動板４２および連結部４３は、後述するように、固定電極３上に犠牲層を形成し、その上から基板２上に多結晶シリコン膜を形成し、多結晶シリコン膜をパターニングした後、犠牲層を除去することにより一体的に形成される。
【００２４】
図１ないし図３に示すように、開口５は、支持部４１と連結部４３の境界部および連結部４３と可動板４２との境界部を跨ぐようにして形成されている。これにより、可動板４２の振動領域４２１を開口５より自由端側にのみ形成することができるため、後述するように、可動板４２を円滑に振動させることができる。なお、このような効果は、開口５が、少なくとも連結部４３と可動板４２との境界部を跨ぐようにして形成されていれば発揮される。
【００２５】
また、開口５は、可動電極４のｙ軸方向（可動電極４の幅方向）の両端（両側面）に開放しない通常開口である。このような開口５は、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向を長手とする長方形をなしている。なお、前記「長方形」とは、正確な長方形の他、角部が丸みを帯びていたり、各角部が９０度から若干ずれていたり、各辺が若干湾曲していたりする長方形を含む。
このように、開口５の形状を通常開口とすることにより、連結部４３が互いにｙ軸方向に離間する２つの連結片４３１、４３２を備えることとなる。そのため、可動板４２が、連結部４３を介して支持部４１に、より確実かつ安定して支持されることとなり、可動板４２の振動が安定する。
【００２６】
このような開口５は、ｚ軸方向であって、アクチュエータ１を上側（固定電極３および可動電極４が形成されている側）から見たとき、可動電極４から、その下側にある固定電極３の左側の縁部（辺）３１が露出するように形成さている。すなわち、ｘｙ平面視にて、開口５の左側の縁部（辺）５１と右側の縁部（辺）５２との間に、固定電極３の左側の縁部３１が位置するように、可動電極４に開口５が形成されている。
このような構成のアクチュエータ１では、可動電極４に交番電圧（高周波電圧）を印加することにより、可動板４２と固定電極３との間に、周期的に強さが変化する静電力を発生させ、この高周波電圧の周波数が可動板４２の固有振動周波数と一致する場合、可動板４２が振動する。
【００２７】
ここで、図３に示すように、可動板４２が振動する場合には、可動板４２の節Ｊから自由端側の振動領域４２１のみが振動し、可動板４２の節Ｊより固定端側の部位は振動しない。これは、可動電極４に形成された開口５による効果である。
具体的に説明すれば、仮に、開口５が形成されていなければ、連結部４３と可動板４２との境界に位置する軸Ｇを中心（節）として、可動板４２が全体的に振動する。これに対して、開口５が形成されていると、可動板４２の機械的強度が急激に減少する位置（すなわち、ｘｙ平面視にて、可動板４２の開口５の右側の縁部５２を含む線分上（付近））に節Ｊが生じ、可動板４２の節Ｊから自由端側の部分（振動領域４２１）のみを振動させることが可能となる。
【００２８】
特に、本実施形態では、前述したように、ｘｙ平面視にて、開口５がｙ軸方向を長手とする略長方形をなしているため、開口５の右側の縁部５２を含み、ｙ軸方向に延びる線分上（または、この線分の近傍に位置するｙ軸方向に延びる線分上）に節Ｊを発生させることができる。そのため、振動領域４２１を円滑に振動させることができる。
このように、アクチュエータ１では、振動領域４２１のみを振動させることから、ｘｙ平面視にて、振動領域４２１の全域が固定電極３に包含されてさえいれば、可動板４２の形成位置（ｘｙ平面における位置）に関係なく、所望の周波数特性を発揮することができる。
【００２９】
そして、アクチュエータ１では、可動板４２の形成位置（ｘｙ平面における位置）がｘ軸方向に多少ずれたとしても、可動板４２の振動領域４２１の全域が固定電極３に包含されるように、前述の通り、アクチュエータ１を上側から見たときに、可動電極４から、その下側にある固定電極３の縁部（辺）３１が露出するように開口５を形成した。言い換えると、ｘｙ平面視にて、節Ｊが、固定電極３上を通過するように開口５を形成した。
【００３０】
そのため、アクチュエータ１の製造する際に、固定電極３に対する可動電極４の形成位置が所定位置に対してｘ軸方向に多少ずれても、ｘｙ平面視にて、可動板４２の振動領域４２１の全域を固定電極３に包含することができる。したがって、アクチュエータ１によれば、可動電極４の形成位置が所定位置に対してずれたとしても、所定位置に形成されたものと同様の周波数特性を発揮することができる。
【００３１】
このようなアクチュエータ１は、次のように駆動する。
図示しない高周波電源から可動電極４に高周波（交番電圧）を印加すると、振動領域４２１と固定電極３との間に周期的に強さが変化する静電力が発生する。この周期的に強さが変化する静電力により、節Ｊを中心として、振動領域４２１が固定電極３に対して近づいたり、遠ざかったりして振動する。具体的には、振動領域４２１は、ｙ軸方向から見ると、図４（ａ）の状態と図４（ｂ）の状態とを周期的に繰り返し、ｘ軸方向から見ると、図５（ａ）の状態と図５（ｂ）の状態とを周期的に繰り返すように振動する。すなわち、振動領域４２１の振動は、可動板４２の長さ方向（ｘ軸方向）の位置をパラメータとする振動と、可動板４２の幅方向（ｙ軸方向）の位置をパラメータとする振動とが結合された振動となっている。なお、開口５の長手方向の長さによって、共振周波数を例えば１ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の範囲で変化させることができる。
【００３２】
次いで、アクチュエータ１の製造方法について図６に基づいて説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、用意したシリコン基板１００表面を熱酸化させることによりＳｉＯ２膜（絶縁膜）１１０を形成した後、ＳｉＯ２膜１１０上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等によりＳｉＮ膜（窒化膜）１２０を形成する。これにより、基板２が得られる。
【００３３】
次いで、図６（ｂ）に示すように、固定電極３を形成するための多結晶シリコン膜１３０を形成した後、この多結晶シリコン膜１３０にリンイオン等の不純物イオンをドープして導電性を付与する。そして、この多結晶シリコン膜１３０上からフォトレジストを塗布し、固定電極３の形状（平面視形状）にパターニングしフォトレジスト膜１４０を形成する。
【００３４】
次いで、図６（ｃ）に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜１４０をマスクとして多結晶シリコン膜１３０をエッチングした後、フォトレジスト膜１４０を除去する。これにより、基板２上に固定電極３が形成される。
次いで、図６（ｄ）に示すように、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により、固定電極３を覆う犠牲層１５０を形成する。犠牲層１５０は、例えばシリコン酸化膜、ＰＤＧ（リンドープガラス）等を用いることができる。
【００３５】
次いで、図６（ｅ）に示すように、ＳｉＮ膜１２０および犠牲層１５０上に、可動電極４を形成するための多結晶シリコン膜１６０を形成した後、この多結晶シリコン膜１６０にリンイオン等の不純物イオンをドープして導電性を付与する。そして、この多結晶シリコン膜１６０上からフォトレジストを塗布し、開口５か形成された可動電極４の形状（平面視形状）にパターニングしフォトレジスト膜１７０を形成する。
次いで、図６（ｆ）に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜１７０をマスクとして多結晶シリコン膜１６０をエッチングした後、フォトレジスト膜１７０を除去する。これにより、可動電極４が形成される。
【００３６】
最後に、図６（ｇ）に示すように、犠牲層１５０をリリースエッチングにより除去することにより、アクチュエータ１が得られる。なお、ＳｉＮ膜１２０は、リリースエッチングを行う際のエッチングストップ膜として機能する。
以上、アクチュエータ１の構成、作動および製造方法について、それぞれ、詳細に説明したが、アクチュエータ１の可動電極４の構成は、前述した説明と異なる観点から捉えることもできる。
【００３７】
具体的に説明すれば、前述の説明では、可動電極４が、支持部４１、連結部４３および可動板４２を有しており、このような可動電極４には、開口５が支持部４１と連結部４３の境界部および連結部４３と可動板４２の境界部に跨って形成されているという説明をした。このような可動電極４の構成は、次のように言い換えることも可能である。
すなわち、図７に示すように、可動電極４は、基板２上に設けられた支持部４４と、固定電極３と空隙を隔ててｚ軸方向に対向配置された可動板（可動部）４５と、支持部４４と可動板４５とを連結しｙ軸方向に離間した一対の連結部４６、４７とを有しており、可動板４５は、ｘｙ平面視にて、固定電極３に包含されるように位置し、各連結部４６、４７は、板片をクランク状に屈曲させた形状をなしている、と言い換えることができる。この場合、可動板４５が、前述の振動領域４２１に相当し、支持部４４、可動板４５および一対の連結部４６、４７で形成された空間が前述の開口５に相当する。
【００３８】
≪電子装置≫
次いで、アクチュエータ１を備える電子装置（本発明の電子装置）について説明する。
図８に示すように、電子装置２００は、アクチュエータ１（基板２、固定電極３および開口５が形成された可動電極４）と、固定電極３および可動電極４の周囲を包囲する構造体２１０と、半導体回路（図示せず）とを有している。
【００３９】
構造体２１０は、第１の層間絶縁膜２１１と、第１の配線層２１２と、第２の層間絶縁膜２１３と、第２の配線層２１４と、表面保護膜２１５と、封止層２１６とを有している。
第１の層間絶縁膜２１１は、ｘｙ平面視にて、固定電極３および可動電極４の周囲を囲むように、基板２の窒化膜（ＳｉＮ膜）２３上に形成されている。このような第１の層間絶縁膜２１１は、例えば、シリコン酸化膜からなり、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成することができる。
【００４０】
第１の層間絶縁膜２１１上には、例えばアルミニウムよりなる第１の配線層２１２が形成されている。第１の配線層２１２は、第１の層間絶縁膜２１１に形成されたビアホール（導体ポスト）を介して、基板２に接地される。
第１の層間絶縁膜２１１および第１の配線層２１２上には、例えばＳｉＯ２膜からなる第２の層間絶縁膜２１３が形成されている。第２の層間絶縁膜２１３は、第１の層間絶縁膜２１１と同様に、ｘｙ平面視にて、固定電極３および可動電極４の周囲を囲むように形成されている。
【００４１】
第２の層間絶縁膜２１３上には、例えばアルミニウムよりなる第２の配線層２１４が形成されている。第２の配線層２１４は、第２の層間絶縁膜２１３に形成されたビアホールを介して第１の配線層２１２と、電気的に接続されている。また、第２の配線層２１４は、固定電極３および可動電極４の上方に配置される被覆部２１４ａを有しており、この被覆部２１４ａには、複数の細孔２１４ｂが形成されている。
【００４２】
第２の層間絶縁膜２１３および第２の配線層２１４上には、例えばＳｉＮ膜からなる表面保護膜２１５が形成されている。また、第２の配線層２１４の被覆部２１４ａ上には、細孔２１４ｂを閉鎖する封止層２１６が形成されている。
このような構成の構造体２１０には、一部欠損した図示しない開口部が形成されている。ここで、固定電極３および可動電極４には、それぞれ、電極配線（図示せず）が接続されており、これら配線は、前記開口部を介して構造体２１０の外側へ引き出される。
また、基板２（シリコン基板２１）上には、ＭＯＳトランジスタ等の能動素子、コンデンサ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線（前記電極配線を含む）等の回路要素を有する半導体回路が作り込まれている。
【００４３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のアクチュエータの第２実施形態について説明する。
図９は、本発明の第２実施形態に係るアクチュエータの平面図である。
以下、第２実施形態のアクチュエータについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第２実施形態にかかるアクチュエータでは、可動電極が有する可動板の形状が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００４４】
図９に示すように、可動電極４の可動板４２は、自由端側に一対の質量欠損部（欠損部）４２２、４２３を有している。一対の質量欠損部４２２、４２３は、自由端部のｙ軸方向両端部に形成されている。このような質量欠損部４２２、４２３を可動板４２に形成することにより、可動板４２の自由端側の質量を小さくすることができ、可動板４２の振動の際に可動板４２に働く慣性力を小さくすることができる。そのため、可動板４２をより円滑に（例えばキックバックの発生を抑制して）振動させることができ、アクチュエータ１は、優れた振動特性を発揮することができる。
【００４５】
一方で、可動板４２に、一対の質量欠損部４２２、４２３が形成されたことにより、可動板４２の自由端側には、自由端に向けて幅（ｙ軸方向の長さ）が漸減するテーパ部４２４が形成されている。このように、可動板４２の自由端部がテーパ状となっていることにより、可動板４２の振動中に、自由端部と固定電極とが静電力により貼り付くこと（いわゆるスティッキングの発生）を効果的に防止することができる。
なお、質量欠損部４２２、４２３の形状としては、特に限定されず、可動板４２の自由端側がテーパ状にならないような形状であってもよい。
以上のような第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００４６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明のアクチュエータの第３実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第３実施形態に係るアクチュエータの斜視図、図１１は、図１０に示すアクチュエータの平面図、図１２は、図１０に示すアクチュエータの振動を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１０〜図１２の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００４７】
以下、第３実施形態のアクチュエータについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第３実施形態にかかるアクチュエータでは、開口の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００４８】
図１０に示すように、可動電極４には、３つの開口５Ａ、５Ｂ、５Ｃが形成されている。３つの開口５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、それぞれ、支持部４１と連結部４３の境界部および連結部４３と可動板４２の連結部を跨ぐように形成されている。
図１１に示すように、開口５Ａは、可動電極４の側面に開放しない通孔開口であり、ｙ軸方向において可動板４２の中央部に位置している。このような開口５Ａは、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向を長手とする略長方形をなしている。
【００４９】
一方、開口５Ｂ、５Ｃは、それぞれ、可動電極４の側面（ｙ軸方向の縁）に開放する開放開口であり、開口５Ａを介してｙ軸方向に対向配置されている。このような開口５Ｂ、５Ｃは、それぞれ、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向に延在する縁とｘ軸方向に延在する縁とを有する略四角形（長方形または正方形）をなしている。
ここで、図１１に示すように、ｘｙ平面視にて、開口５Ａの右側の縁部（辺）５１Ａ、開口５Ｂの右側の縁部（辺）５１Ｂおよび開口５Ｃの右側の縁部（辺）５１Ｃは、それぞれ、ｙ軸方向に延在している。また、これら３つの縁部５１Ａ〜５１Ｃは、ｘｙ平面視にて、ｙ軸方向に延びる同一線分上に位置している。
【００５０】
次いで、アクチュエータ１の駆動を説明する。このようなアクチュエータ１では、図示しない高周波電源から可動電極４に高周波（交番電圧）を印加すると、振動領域４２１と固定電極３との間に周期的に強さが変化する静電力が発生し、この静電力により、振動領域４２１が振動する。具体的には、振動領域４２１は、ｘ軸方向から見ると、図１２（ａ）の状態と図１２（ｂ）の状態とを周期的に繰り返すように振動する。
【００５１】
ここで、連結部４３は、開口５Ａ、５Ｂ間に形成された連結片４３１と、開口５Ａ、５Ｃ間に形成された連結片４３２とを有しており、このような連結片４３１、４３２は、ともに、可動電極４のｙ軸方向の端部から中央部側にずれて設けられている。
そのため、図１２（ａ）に示すように、振動領域４２１の中央部（図１２中、連結片４３１、４３２間の領域）が固定電極３に近づくように変位するときには、振動領域４２１の両端部（図１２中、連結片４３１より右側の領域および連結片４３２より左側の領域）が固定電極３から遠ざかるように変位し、反対に、図１２（ｂ）に示すように、振動領域４２１の中央部が固定電極３から遠ざかるように変位するときには、振動領域４２１の両端部が固定電極３に近づくように変位する。
【００５２】
そのため、上述のような構成の可動電極４（開口５）によれば、振動領域４２１の中央部の変位により発生する慣性力と、両端部の変位により発生する慣性力を相殺することができ、振動領域４２１を円滑に振動させることができる。
以上のような第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００５３】
以上、本発明のアクチュエータおよび電子装置を、図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、本発明のアクチュエータおよび電子装置は、前記各実施形態のうち、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１……アクチュエータ ２……基板 ２１……シリコン基板 ２２……絶縁膜 ２３……窒化膜 ３……固定電極 ３１……縁部 ４……可動電極 ４１、４４……支持部 ４２、４５……可動板（可動部） ４２１……振動領域 ４２２、４２３……質量欠損部 ４２４……テーパ部 ４３、４６、４７……連結部 ４３１、４３２……連結片 ５、５Ａ〜５Ｃ……開口 ５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５２……縁部 １００……シリコン基板 １１０……ＳｉＯ２膜 １２０……ＳｉＮ膜（窒化膜） １３０、１６０……多結晶シリコン膜 １４０、１７０……フォトレジスト膜 １５０……犠牲層 ２００……電子装置 ２１０……構造体 ２１１……第１の層間絶縁膜 ２１２……第１の配線層 ２１３……第２の層間絶縁膜 ２１４……第２の配線層 ２１４ａ……被覆部 ２１４ｂ……細孔 ２１５……表面保護膜 ２１６……封止層 Ｊ……節 Ｇ……軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する連結部を有し、前記可動部が前記連結部を介して前記支持部に片持ち支持されるとともに、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置された可動電極とを有し、
前記可動電極には、当該可動電極から前記固定電極の前記連結部側の縁部の少なくとも一部が露出するように、少なくとも１つの開口が形成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記開口は、前記可動部と前記連結部の境界部に跨って設けられている請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの開口は、前記可動電極の幅方向の縁に開放しない開口を含んでいる請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記可動電極幅方向の縁に開放しない開口は、前記基板の平面視にて、前記可動電極の幅方向に延在する長方形状をなしている請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの開口は、前記可動電極の幅方向の縁に開放しない第１の開口と、第１の開口を介して対向配置され、前記可動電極の幅方向の縁に開放する第２の開口および第３の開口とを含んでいる請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記可動部の自由端側には、欠損部が形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記可動部の自由端側には、自由端に向けて幅が漸減するテーパ部が設けられている請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する一対の連結部を有する可動電極とを有し、
前記可動部は、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置されるとともに、前記基板の平面視にて、前記固定電極に包含されており、
前記一対の連結部は、それぞれ、板片を直角に屈曲した形状を有していることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項９】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する連結部を有し、前記可動部が前記連結部を介して前記支持部に片持ち支持されるとともに、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置された可動電極とを有し、
前記可動電極には、当該可動電極から前記固定電極の前記連結部側の縁部の少なくとも一部が露出するように、少なくとも１つの開口が形成されているアクチュエータを備えることを特徴とする電子装置。
【請求項１０】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する一対の連結部を有する可動電極とを有し、
前記可動部は、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置されるとともに、前記基板の平面視にて、前記固定電極に包含されており、
前記一対の連結部は、それぞれ、板片を略直角に屈曲した形状を有しているアクチュエータを備えることを特徴とする電子装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する連結部を有し、前記可動部が前記連結部を介して前記支持部に片持ち支持されるとともに、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置された可動電極とを有し、
前記可動電極には、当該可動電極から前記固定電極の前記連結部側の縁部の少なくとも一部が露出するように、少なくとも１つの開口が形成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記開口は、前記可動部と前記連結部の境界部に跨って設けられている請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの開口は、前記可動電極の幅方向の縁に開放しない開口を含んでいる請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記可動電極幅方向の縁に開放しない開口は、前記基板の平面視にて、前記可動電極の幅方向に延在する長方形状をなしている請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの開口は、前記可動電極の幅方向の縁に開放しない第１の開口と、第１の開口を介して対向配置され、前記可動電極の幅方向の縁に開放する第２の開口および第３の開口とを含んでいる請求項１ないし４のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記可動部の自由端側には、欠損部が形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記可動部の自由端側には、自由端に向けて幅が漸減するテーパ部が設けられている請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する一対の連結部を有する可動電極とを有し、
前記可動部は、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置されるとともに、前記基板の平面視にて、前記固定電極に包含されており、
前記一対の連結部は、それぞれ、板片を直角に屈曲した形状を有していることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項９】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する連結部を有し、前記可動部が前記連結部を介して前記支持部に片持ち支持されるとともに、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置された可動電極とを有し、
前記可動電極には、当該可動電極から前記固定電極の前記連結部側の縁部の少なくとも一部が露出するように、少なくとも１つの開口が形成されているアクチュエータを備えることを特徴とする電子装置。
【請求項１０】
基板と、
前記基板上に設けられた固定電極と、
可動部、前記可動部を支持する支持部、および前記可動部と前記支持部とを連結する一対の連結部を有する可動電極とを有し、
前記可動部は、前記固定電極と空隙を隔てて対向配置されるとともに、前記基板の平面視にて、前記固定電極に包含されており、
前記一対の連結部は、それぞれ、板片を略直角に屈曲した形状を有しているアクチュエータを備えることを特徴とする電子装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２０７９７５（Ｐ２０１０−２０７９７５Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５７５０３（Ｐ２００９−５７５０３）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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