発振子及び該発振子を有する発振器
【課題】振動片のスティッキングを防止して歩留まりを向上させること。
【解決手段】基端部３５から先端部３９に向かってＸ方向に延びるように形成され、該Ｘ方向に直交するＹ方向に振動する振動片３６と、基端部３５を介して振動片３６を片持ち状に支持する振動子アイランド３４と、を有する振動子３２と、振動片３６に対してギャップｄを空けた状態で他方向に沿って振動片３６を間に挟むように配置され、電圧が印加された時に静電引力を発生させて振動片３６を振動させる電極部３３ａ，３３ｂとを備え、振動片３６の幅は、基端部３５から先端部３９に向かうにつれて漸次縮小するように形成されている発振子３０を提供する。
【解決手段】基端部３５から先端部３９に向かってＸ方向に延びるように形成され、該Ｘ方向に直交するＹ方向に振動する振動片３６と、基端部３５を介して振動片３６を片持ち状に支持する振動子アイランド３４と、を有する振動子３２と、振動片３６に対してギャップｄを空けた状態で他方向に沿って振動片３６を間に挟むように配置され、電圧が印加された時に静電引力を発生させて振動片３６を振動させる電極部３３ａ，３３ｂとを備え、振動片３６の幅は、基端部３５から先端部３９に向かうにつれて漸次縮小するように形成されている発振子３０を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ技術を利用した発振子及び該発振子を有する発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスを用いて、１つの基板に機械的構造と電子回路とを集積させた微小デバイスであるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）が注目されている。このＭＥＭＳは、半導体プロセスを利用して製造されることから、加工精度の高さ、量産の容易さ、電子回路と機械的構造とを一定成形することで精密な動作制御が可能等といった利点があり、ＩＴ関連のみならず、通信や化学、医療やバイオ等といった様々な分野に応用されている。
【０００３】
そして、ＭＥＭＳ技術を発振子に利用することで、デバイスの占有面積が小さいこと、高いＱ値（インダクタンスと抵抗値との比）を得られること、他の半導体デバイスとの集積が可能なこと、等の特長を利用することができ、発振周波数を有する制御や、通信機用の駆動源等として好適に利用することが考えられる。
このようなＭＥＭＳ技術を応用した発振子としては、片持ち状態で支持された振動片を、静電引力を利用して固定電極の間で振動させる発振子がしられている（例えば、非特許文献１参照）。この発振子について図面を参照して簡単に説明する。
【０００４】
図９に示すように、発振子１００は、振動子アイランド（ベース部）１０１と、この振動子アイランド１０１に基端部１０２が片持ち状に支持された角柱形状の振動片１０３と、この振動片１０３と一定距離を空けた状態で振動片１０３を間に挟むように配置された一対の電極部１０４とを備えている。一対の電極部１０４には、振動片１０３の駆動または振動の検出のうち少なくともいずれか一方を行う電極パッド１０５が形成されている。そして、この電極パッド１０５を介して電極部１０４に電圧が印加されると、電極部１０４に静電引力が発生する。この静電引力によって、振動片１０３は、その幅方向（各電極部１０４に接近離間する方向）に振動するものである。
【非特許文献１】Ｒｅｎａｔａ Ｍｅｌａｍｕｄ，Ｂｏｎｇｓａｎｇ Ｋｉｍ，Ｍａｔｔｈｅｗ Ａ．Ｈｏｐｃｒｏｆｔ，Ｓ．Ｃｈａｎｄｏｒｋａｒ，Ｍ．Ａｇａｒｗａｌ，Ｃ．Ｍ．Ｊｈａ，ａｎｄ Ｔ．Ｗ．ｋｅｎｎｙ”ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ ＦＬＥＸＵＲＡＬ−ＭＯＤＥ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ ＷＩＴＨ ＣＯＮＴＲＯＬＬＡＢＬＥ ＴＵＲＮＯＶＥＲ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ，”ＭＥＭＳ ２００７，Ｋｏｂｅ，Ｊａｐａｎ， ２１−２５ Ｊａｎｕａｒｙ ２００７，ｐ．１９９−２０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年では振動片１０３と電極部１０４との間の距離（ギャップ）を可能な限り狭く形成して、低電圧で駆動することができる高性能な発振子１００のニーズが高まっている。
ここで、上述した振動片１０３と電極部１０４とのギャップは、感度に影響を与えるものである。つまり、ギャップを狭くするほど、振動片１０３と電極部１０４との距離が接近するので、両者間に作用する静電容量の値が大きくなり、高感度で高性能な発振子１００になるとともに、低電圧での駆動が可能になる。そのため、上述したように可能な限りギャップを狭くすることが望まれている。
【０００６】
しかしながら、上述の発振子１００にあっては、図１０に示すように、製造中に振動片１０３が途中で撓んで折れ曲がり電極部１０４の側面１０４ａに固着する、いわゆるスティッキングが生じるという問題がある。具体的に説明すると、発振子１００は半導体プロセスを利用して製造されるが、その際、ギャップを形成した後に液体を使用する状況が多々ある。例えば振動片１０３をエッチングで形成した後に水洗浄する水洗工程がある。そのため、どうしてもギャップに液体が入り込んでしまう。そして、何らかの原因（例えば、衝撃を受ける等）により振動片１０３が途中で撓み、折れ曲がってしまうと、ギャップに入り込んだ液体を介してスティッキングが生じてしまう。
【０００７】
このようにスティッキングが生じると、電極部１０４に固着した振動片１０３を再び剥すことは難しく、デバイス（発振子１００）として機能しなくなってしまう。これに対して、アルコール等を用いて、ギャップに入り込んだ液体を置換する方法も考えられるが、ギャップを狭く形成するにつれて、その効果が高く望めない。その結果、歩留まりが悪く、製造コストのロスに繋がってしまう。特に振動片１０３が長い場合や、ギャップが狭い程スティッキングが起きる確率が高くなってしまうものであった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、振動片のスティッキングを防止して歩留まりを向上させた上で、高性能な発振子及び該発振子を有する発振器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る発振子は、基端部から先端部に向かって一方向に延びるように形成され、該一方向に直交する他方に振動する振動片と、前記基端部を介して前記振動片を片持ち状に支持するベース部と、を有する振動子と、前記振動片に対して所定距離を空けた状態で前記他方向に沿って前記振動片を間に挟むように配置され、電圧が印加された時に静電引力を発生させて前記振動片を振動させる電極部とを備え、前記振動片は、前記基端部と前記先端部とが異なる幅に形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る発振子においては、振動片の基端部と先端部とを異なる幅で形成することで、基端部から先端部に向かって、従来のように一律な幅ではなく、変化をつけることができる。そのため、振動片の剛性を長さ方向における部位によって異なるように形成することができ、基端部から先端部に向かう途中での撓みによる折れ曲がりが発生しにくくなる。したがって、半導体プロセスにより振動子を製造する場合に、振動片を形成した後に液体を使用する状況があっても、振動片が途中で撓んで折れ曲がり電極部に固着してしまうことがない。その結果、振動片のスティッキングを防止して歩留まりを向上させた上で、振動片と電極部との間のギャップを可能な限り狭く形成して高感度で高性能な振動子を形成することが可能になるとともに、低電圧での駆動が可能になる。
【００１１】
本発明に係る発振子は、上記発振子において、前記振動片の幅が、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次変化するように形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る発振子においては、振動片の幅を基端部から先端部に向かうにつれて漸次変化させるので、途中で振動片の幅を急激に変化させるのではなく、なだらかに変化させ続けることができる。つまり、途中で同じ幅が続く区間をなくすことができ、振動片の基端部から先端部に向かって幅を連続的に変化させることができる。したがって、基端部から先端部に向かういずれの箇所においても、撓みによる折れ曲がりが発生しにくくなる。よって、スティッキングをより効果的に防止することができる。また、振動片の外形形状が急激に変化しないので、振動片の性能を維持した上でスティッキングを防止することができる。
【００１３】
本発明に係る発振子は、上記発振子において、前記振動片の幅が、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次縮小するように形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明に係る発振子においては、基端部の幅が先端部の幅に比べ幅広に形成されることとなるため、基端部における振動片の剛性を維持した上でスティッキングを防止することができる。
【００１５】
本発明に係る発振子は、上記発振子において、前記電極部が、前記所定距離が前記振動子の前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次狭くなるように形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る発振子においては、基端部の幅を先端部の幅に比べ幅広に形成すると、振動片のバネ定数が増大して振動片が振動し難くなるが、振動片の先端部に向かうにつれ電極部と振動子との間の所定距離が狭くなるように電極部を形成することで、振動片の先端部側に大きな静電引力を伝えることができる。よって、振動片が振動しやすくなり、低電圧で振動片の大きな振動変位を得ることができる。そのため、振動片の剛性を確保した上で、高感度で高性能な振動子を形成することが可能になる。
【００１７】
本発明に係る発振子は、上記発振子において、前記振動片の幅が、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次拡大するように形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明に係る発振子においては、振動片の基端部が先端部より小さく形成されることとなるため、振動片のバネ定数が低下し、低電圧で振動片の大きな振動変位を得ることができるため、高感度で高性能な振動子を形成することが可能になる。そのため、振動片の性能を維持した上でスティッキングを防止することができる。
【００１９】
また、本発明に係る発振器は、上記本発明の発振子を有することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明に係る発振器においては、低電圧で駆動させることができる、高感度で高性能な発振子を有しているので、発振器自体の高品質化及び高性能化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る発振子によれば、振動片のスティッキングを防止して歩留まりを向上させた上で、ギャップを可能な限り狭く形成して高感度で高性能な振動子を形成することが可能になるとともに、低電圧での駆動が可能になる。
また本発明に係る発振器によれば、低電圧で駆動させることができる、高感度で高性能な発振子を有しているので、発振器自体の高品質化及び高性能化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の発振子及び該発振子を有する発振器の第１実施形態を図１〜６に基づいて説明する。
なお、本実施形態では、携帯電話や携帯情報端末機器等の種々の電子部品に用いられる発振器として説明する。また、以下に示す各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならせてある。
【００２３】
図１は、発振器の斜視図である。また、図２は発振器を構成する発振子の平面図であり、図３は図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
図１に示すように、発振器１０は、ＩＣ基板２０と発振子３０とを備えている。
ＩＣ基板２０は、図示しない電気回路を介して外部電源に電気的に接続されており、外部電源から供給される電圧を発振子３０に印加して、発振子３０の駆動を行うものである。ＩＣ基板２０の上面には、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等からなる電極パッド２１が形成されている。このＩＣ基板２０は、後述するシリコン支持層１１及びＢＯＸ層１２上に載置されている。
【００２４】
発振子３０は、シリコン支持層１１（例えば、厚さ３００〜８００μｍ）と、二酸化珪素（ＳｉＯ２）のＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）層１２と、シリコン活性層（例えば、厚さ５〜１００μｍ）４４とが順次積層された、いわゆるＳＯＩ(Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ)基板４５を用いて半導体プロセス技術によって製造されるものである。ただし、ＳＯＩ基板４５に限らず、シリコン等の半導体基板で発振子３０を製造しても構わない。これらの層の内、シリコン活性層４４にはシリコン支持層１１の外周に沿って立ち上がるフレーム３１と、このフレーム３１の内側に配置された振動子３２及び一対の電極部３３ａ，３３ｂとが構成されている。
【００２５】
そして、上述したように、シリコン支持層１１上に積層されたＢＯＸ層１２上にＩＣ基板２０が載置されている。このように本実施形態では、シリコン支持層１１を介してＩＣ基板２０と発振子３０とが一体的にパッケージングされている。よって、シリコン支持層１１は、ＩＣ基板２０も同時に支持する共通基板として機能する。なお、ＩＣ基板２０はフレーム３１に対して若干の隙間を空けた状態で載置されている。
【００２６】
図２，３に示すように、振動子３２は、平面視略Ｔ字状のものであり、振動子アイランド３４（ベース部）と、この振動子アイランド３４に基端部３５を介して片持ち状に支持された振動片３６とを備えている。
【００２７】
振動子アイランド３４は、平面視矩形状のものであり、シリコン支持層１１上にＢＯＸ層１２を介して形成されている。振動子アイランド３４の上面には、電極パッド３７が形成されており、上述したＩＣ基板２０の電極パッド２１とワイヤー３８を介して電気的に接続されることにより、振動子３２に電圧が印加されるように構成されている。
【００２８】
振動片３６は、振動部アイランド３４に、その基端部３５が支持されるとともに、振動子アイランド３４の長手方向に沿う側面３４ａに直交するＸ方向（一方向）に延出しているものである。また、振動片３６は、その下面３６ａとシリコン支持層１１の上面１１ａとの間にギャップを有しつつ（図３参照）延出しており、その延出方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向（振動片３６の幅方向（他方向））に振動可能に構成されている。
【００２９】
ここで、振動片３６は、その基端部３５と先端部３９とが異なる幅で形成されている。具体的には、基端部３５の幅Ｗ１が、先端部３９の幅Ｗ２に比べ幅広に形成されており、Ｗ１＞Ｗ２になるように設定されている。また、振動片３６は、基端部３５から先端部３９に向かうにつれて連続的に漸次縮小するテーパ形状に形成されている。したがって、振動片３６は、平面視で略台形状に形成されることとなる。
【００３０】
振動子３２の両側方には、振動子３２に対してギャップｄを空けた状態で、振動子３２を間に挟むように一対の電極部３３ａ，３３ｂが配置されている。一対の電極部３３ａ，３３ｂは、振動片３６の幅方向に沿って形成されている。各電極部３３ａ，３３ｂは、電極部アイランド４０ａ，４０ｂと、電極パッド４１ａ，４１ｂとを備えている。
【００３１】
電極部アイランド４０ａ，４０ｂは、シリコン支持層１１上にＢＯＸ層１２を介して形成されており、その側面４８ａ，４８ｂと振動子３２の側面３２ａとが略平行にギャップｄを有しつつ、振動子３２の側方を囲むように形成されている。
【００３２】
電極部アイランド４０ａ，４０ｂの上面には、その上面のほぼ全域に亘って電極パッド４１ａ，４１ｂが形成されている。この電極パッド４１ａ，４１ｂのうち、一方の電極バッド４１ａが振動片３６の駆動用電極パッドとして構成されており、他方の電極パッド４１ｂが振動片の振動の検出用電極パッドとして構成されている。そして、上述したＩＣ基板２０の電極パッド２１とワイヤー４２ａ，４２ｂによりそれぞれ電気的に接続されることで、各電極部３３ａ，３３ｂに電圧が印加されるように構成されている。なお、各電極パッド４１ａ，４１ｂは必ずしも振動子３２の駆動用、検出用電極パッドである必要はなく、少なくとも振動子３２の駆動用電極パッドを備えていればよい。
【００３３】
なお、発振器１０には、通常、発振子３０におけるフレーム３１の内側を真空状態に維持するため、発振子３０を覆うように封止基板が設けられるが、本実施形態の各図においては、説明をわかり易くするため、本実施形態においては封着基板の記載を省略する。
【００３４】
次に、図１〜３に基づいて本実施形態の発振器の作用について説明する。
まず、図示しない外部電源から電気回路を介してＩＣ基板２０に電圧を印加する。すると、ＩＣ基板２０は、電極パッド２１及びワイヤー３８，４２ａを介して振動子３２の電極パッド３７及び電極部３３ａの電極パッド４１ａに電圧を印加する。
【００３５】
電極パッド４１ａと、振動子３２の電極パッド３７とに電圧を印加すると、その電極部３３ａと振動子３２との間に電圧が印加され、両者の間に静電引力が発生する。その結果、振動片３６が、Ｙ方向、つまり振動子３６の両側方にギャップｄを介して配置された一対の電極部３３ａ，３３ｂに接近離間するように振動することとなる。
【００３６】
振動片３６が振動すると、振動片３６と電極部３３ｂとの間のギャップが変化し、振動片３６と電極部３３ｂとの間の静電容量が変化する。そして、その静電容量の変化を共振周波数として電極パッド４１ｂにより検出する。そして、検出された共振周波数は、検出信号として電極パッド４１ｂからワイヤー４２ｂを介してＩＣ基板２０へと出力されるものである。
【００３７】
ここで、振動片３６と電極部３３ａ，３３ｂとのギャップｄは、感度に影響を与えるものであり、可能な限り狭く形成することが好ましい。つまり、ギャップｄを狭くするほど、振動片３６と電極部３３ａ，３３ｂとの距離が接近するので、両者間に作用する静電容量の値が大きくなり、低電圧で振動片３６の大きな振動変位、検出信号を得ることができる。そのため、高感度で高性能な発振子を形成することが可能になる。そこで、本実施形態では、前記ギャップｄが例えば０．１〜２．０μｍ程度に設定されている。
【００３８】
次に、図４〜６に基づいて、発振器の製造方法について説明する。図４〜図６は、図１のＡ−Ａ’線に相当する断面を図示している。なお、発振器の製造方法の各工程は、以下に説明の工程順番に限定されるものではない。
【００３９】
図４はスタート基板となるＳＯＩ基板４５の断面図である。図５は、ＳＯＩ基板４５のシリコン活性層１１上に電極パッド３７（図１参照），４１ａ，４１ｂを形成した状態を示す断面図である。
まず、図４に示すように、シリコン支持層１１上にＢＯＸ層１２、シリコン活性層４４が順次積層されたＳＯＩ基板４５を準備し、このＳＯＩ基板４５上に、後に電極パッド３７，４１ａ，４１ｂとなる図示しないメタル層を形成する（メタル層成膜工程）。具体的には、スパッタリング法や真空蒸着法等によりＳＯＩ基板４５の全面に成膜する。
【００４０】
次に、図５に示すように、ＳＯＩ基板４５上に成膜されたメタル層をパターニングして、上述した形状の電極パッド３７，４１ａ，４１ｂ（図５では電極パッド４１ａ，４１ｂのみを示す）に形成する（電極パッド工程）。具体的には、フォトリソグラフィ技術により露光・現像した図示しないレジストマスクを介してドライエッチングを行うことで、ＳＯＩ基板４５上に成膜されたメタル層をパターニングする。
【００４１】
図６はシリコン活性層をエッチング加工してパターニングした状態を示す断面図である。
上述した電極パッド３７，４１ａ，４１ｂを形成した後、図６に示すように、シリコン活性層４４を上述した形状のフレーム３１、電極部アイランド３４ａ，３４ｂ及び振動子３２に各々分離する（分離工程）。具体的には、フォトリソグラフィ技術により露光・現像した図示しないレジストマスクを介してドライエッチングを行うことで、シリコン活性層４４を貫通してＢＯＸ層１２の上面まで到達する凹部を形成する。
【００４２】
この時、フレーム３１の外側の領域のシリコン活性層４４もＢＯＸ層１２の上面が露出するようにエッチングし、ＩＣ基板２０が載置されるスペースを確保する。なお、フレーム３１の外側の領域（ＩＣ基板２０が載置される領域）は、シリコン支持層１１が露出するまでエッチングして、ＢＯＸ層１２を除去しても構わない。
【００４３】
フレーム３１、電極部アイランド３４ａ，３４ｂ及び振動子３２に各々分離した後、振動子３２の振動片３６形成領域のＢＯＸ層１２を除去する（ＢＯＸ層除去工程：図３参照）。具体的には、シリコン活性層４４に形成した凹部内をエッチングすることで、振動片３６がシリコン支持層１１から分離され、振動子アイランド３４（図１参照）に片持ち状に支持された振動子３２が形成される。なお、このエッチングはドライエッチングまたはウェットエッチングのいずれの方法で行っても構わない。
【００４４】
次に、ＳＯＩ基板４５上のフレーム３１の外側であって、上述した分離工程においてＢＯＸ層１２を露出させた領域にＩＣ基板２０（図１参照）を実装する。そして、このＩＣ基板２０の電極パッド２１と、発振子３０の各電極パッド３７，４１ａ，４１ｂとをワイヤーボンディングにより接続することで、本実施形態の発振器１０（図１参照）が完成する。
【００４５】
ところで、半導体プロセスを利用して発振子３０を製造する際、エッチングを行った後の洗浄工程として、液体（例えば、水等）を用いて洗浄する工程が含まれる。このような洗浄工程のうち、振動片３６をシリコン支持層１１から分離した後に行われる洗浄工程においては、振動片３６と電極部３３ａ，３３ｂとの間に形成されたギャップや、振動片３６の下方へ液体が入り込んでしまう場合がある。
【００４６】
この時、従来のように一律な幅で形成された角柱形状の振動片１０３（図９，１０参照）では、液体が入り込んだ状態で外部から衝撃を受ける等の問題が生じると、振動片１０３が途中で撓んで折れ曲がり、ギャップに入り込んだ液体を介して電極部１０４の側面１０４ａにスティッキングしてしまう。
【００４７】
そこで、上述の実施形態よれば、振動片３６の基端部３５の幅Ｗ１と先端部３９の幅Ｗ２とを、Ｗ１＞Ｗ２になるように設定するとともに、基端部３５から先端部３９との間を、基端部３５から先端部３９に向かうにつれ連続的に漸次縮小するテーパ形状に構成した。このように構成することで、振動片３６の基端部３５から先端部３９に向かって、従来のように一律な幅ではなく、変化をつけることができる。そのため、振動片３６の剛性を長さ方向における部位によって異なるように形成することができ、基端部３５から先端部３９に向かう途中での撓みによる折れ曲がりが発生しにくくなる。
【００４８】
これにより、半導体プロセスにより発振子３０を製造する場合に、振動片３６を形成した後に液体を使用する状況があっても、振動片３６が途中で撓んで折れ曲がり電極部３３ａ，３３ｂ（電極部アイランド３４ａ，３４ｂ）の側面４８ａ、４８ｂに固着してしまうことがない。その結果、安価に振動片３６のスティッキングを防止して歩留まりを向上させた上で、振動片３６と電極部３３ａ，３３ｂとの間のギャップｄを可能な限り狭く形成して低電圧で振動片３６の大きな振動変位、検出信号を得ることができる。したがって、高感度で高性能な振動子３２を形成することが可能になる。
【００４９】
加えて、振動片３６の基端部３５から先端部３９との間を先端部３９に向かうにつれ連続的に漸次縮小するテーパ形状に形成するので、途中で振動片３６の幅を急激に変化させるのではなく、なだらかに変化させ続けることができる。つまり、途中で同じ幅が続く区間をなくすことができ、振動片３６の基端部３５から先端部３９に向かって幅を連続的に変化させることができる。
したがって、振動片３６の長手方向に沿う部位でギャップｄの変化を少なくすることができるため、基端部３５から先端部３９に向かういずれの箇所においても、撓みによる折れ曲がりが発生しにくくなる。よって、スティッキングをより効果的に防止することができる。また、振動片３６の外形形状が急激に変化しないので、振動片３６の性能を維持した上でスティッキングを防止することができる。
【００５０】
さらに、振動片３６の基端部３５を先端部３９に比べ幅広に形成したことで、基端部３５における剛性も確保することができる。
このように、本実施形態の発振器１０は、高感度で高性能な発振子３０を有しているので、発振器１０自体の高品質化及び高性能化を図ることができる。
【００５１】
ところで、本実施形態の振動片３６のように振動子アイランド３４に、その基端部３５が片持ち状態で支持された振動子３２は、振動子アイランドに両持ち状態で支持された振動子に比べ、振動片３６に作用する支持応力が少ない。そのため、発振子３０の設計の自由度を向上させることができる。
【００５２】
次に、図７に基づいて本発明の第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態に係る発振子の平面図である。なお、本実施形態は、振動子の形状について上記第１実施形態と相違しているため、発振器の構成、その他第１実施形態と同様の構成については同一符号を付し説明は省略する。
【００５３】
図７に示すように、本実施形態の振動子５４は、振動片５０の基端部５１の幅Ｗ３が先端部の幅Ｗ４に比べ小さく形成され、Ｗ３＜Ｗ４になるように設定されている。また、振動片５０は、その基端部５１から先端部５２に向かうにつれ連続的に漸次拡大する逆テーパ形状に形成されている。したがって、振動片５０は平面視で略台形状に形成されることとなる。
そして、振動子５４の両側方には、ギャップｄを介して振動片５０の周縁に略平行に一対の電極部５３ａ，５３ｂが配置されている。
【００５４】
したがって、本実施形態によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、振動片５０の基端部５１を先端部５２に比べて小さく形成することで、振動片５０のバネ定数が低下し、振動片５０が振動しやすくなる。
そのため、より低電圧で振動片５０の大きな振動変位、検出信号を得ることができるため、高感度で高性能な振動子５４を形成することが可能になる。したがって、振動片５０の性能を維持した上で、安価にスティッキングを防止することができる。
【００５５】
次に、図８に基づいて本発明の第３実施形態について説明する。図８は、第３実施形態に係る発振子の平面図である。なお、本実施形態は、電極部の形状について上記第１実施形態と相違しているため、発振器の構成、その他第１実施形態と同様の構成については同一符号を付し説明は省略する。
【００５６】
図８に示すように、本実施形態の振動片３６は、上述の第１実施形態と同様のものであり、基端部３５の幅Ｗ１と先端部３９の幅Ｗ２がＷ１＞Ｗ２に設定されるとともに、基端部３５から先端部３９に向かうにつれ連続的に漸次縮小するテーパ形状に形成されている。
【００５７】
ここで、本実施形態においては、電極部６０ａ，６０ｂの電極部アイランド６１ａ，６１ｂの幅を設定することで、振動片３６と電極部６０ａ，６０ｂとの間のギャップを振動片３６の長手方向において異なるように形成している。具体的には、振動片３６の先端部３９側における振動片３６と電極部６０ａ，６０ｂとの間のギャップｄ２が、基端部３５側におけるギャップｄ１に比べ狭くなるように形成され。ｄ２＜ｄ１になるように設定されている。また、基端部３５から先端部３９までの間のギャップは、基端部３５から先端部３９に向かうにつれ連続的に狭くなるように形成されている。
【００５８】
ところで、振動片３６の基端部３５を先端部３９に比べ拡大させることで振動片３６のバネ定数が増大し、振動片３６が振動し難くなってしまう。
そこで、本実施形態では、振動片３６の先端部３９に向かうにつれ電極部６０ａ，６０ｂと振動子３２との間のギャップが狭くなるように、電極部６０ａ，６０ｂの電極部アイランド６１ａ，６１ｂの幅を設定する構成とした。この構成によれば、振動片３６の先端部３９側に向かうにつれて大きな静電引力が伝わるため、振動片３６が振動しやすくなる。そのため、第１実施形態と同様の効果を奏することに加え、低電圧で振動片３６の大きな振動変位、検出信号を得ることができる。そのため、振動片３６の剛性を確保した上で、高感度で高性能な振動子３２を形成することが可能になる。
【００５９】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
【００６０】
例えば、振動片の形状は、上述したように基端部と先端部とが異なる幅に形成されていれば、例えばステップ形状、振動片の中途部を最も拡大させる形状等、種々の形状に設計変更可能である。
また、第３実施形態では、第１実施形態の振動片を用い、振動片と電極部との間のギャップが先端部に向かうにつれ狭くなるように電極部の幅を設定したが、例えば第２実施形態の振動片と電極部との間のギャップが狭くなるように電極部の幅を設定しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態における発振器の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施の形態における発振子の平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施形態における発振器のメタル層成膜工程を示す工程図である。
【図５】本発明の実施形態における発振器の電極パッド工程を示す工程図である。
【図６】本発明の実施形態における発振器の分離工程を示す工程図である。
【図７】本発明の第２実施の形態における発振子の平面図である。
【図８】本発明の第３実施の形態における発振子の平面図である。
【図９】従来における発振子の斜視図である。
【図１０】スティッキングを説明する発振子の平面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０発振器 ３０発振子 ３２，５４振動子 ３３ａ，３３ｂ，５３ａ，５３ｂ，６０ａ，６０ｂ電極部 ３４振動子アイランド（ベース部） ３５，５１基端部 ３６，５０振動片 ３９，５２先端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ技術を利用した発振子及び該発振子を有する発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスを用いて、１つの基板に機械的構造と電子回路とを集積させた微小デバイスであるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）が注目されている。このＭＥＭＳは、半導体プロセスを利用して製造されることから、加工精度の高さ、量産の容易さ、電子回路と機械的構造とを一定成形することで精密な動作制御が可能等といった利点があり、ＩＴ関連のみならず、通信や化学、医療やバイオ等といった様々な分野に応用されている。
【０００３】
そして、ＭＥＭＳ技術を発振子に利用することで、デバイスの占有面積が小さいこと、高いＱ値（インダクタンスと抵抗値との比）を得られること、他の半導体デバイスとの集積が可能なこと、等の特長を利用することができ、発振周波数を有する制御や、通信機用の駆動源等として好適に利用することが考えられる。
このようなＭＥＭＳ技術を応用した発振子としては、片持ち状態で支持された振動片を、静電引力を利用して固定電極の間で振動させる発振子がしられている（例えば、非特許文献１参照）。この発振子について図面を参照して簡単に説明する。
【０００４】
図９に示すように、発振子１００は、振動子アイランド（ベース部）１０１と、この振動子アイランド１０１に基端部１０２が片持ち状に支持された角柱形状の振動片１０３と、この振動片１０３と一定距離を空けた状態で振動片１０３を間に挟むように配置された一対の電極部１０４とを備えている。一対の電極部１０４には、振動片１０３の駆動または振動の検出のうち少なくともいずれか一方を行う電極パッド１０５が形成されている。そして、この電極パッド１０５を介して電極部１０４に電圧が印加されると、電極部１０４に静電引力が発生する。この静電引力によって、振動片１０３は、その幅方向（各電極部１０４に接近離間する方向）に振動するものである。
【非特許文献１】Ｒｅｎａｔａ Ｍｅｌａｍｕｄ，Ｂｏｎｇｓａｎｇ Ｋｉｍ，Ｍａｔｔｈｅｗ Ａ．Ｈｏｐｃｒｏｆｔ，Ｓ．Ｃｈａｎｄｏｒｋａｒ，Ｍ．Ａｇａｒｗａｌ，Ｃ．Ｍ．Ｊｈａ，ａｎｄ Ｔ．Ｗ．ｋｅｎｎｙ”ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ ＦＬＥＸＵＲＡＬ−ＭＯＤＥ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ ＷＩＴＨ ＣＯＮＴＲＯＬＬＡＢＬＥ ＴＵＲＮＯＶＥＲ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ，”ＭＥＭＳ ２００７，Ｋｏｂｅ，Ｊａｐａｎ， ２１−２５ Ｊａｎｕａｒｙ ２００７，ｐ．１９９−２０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年では振動片１０３と電極部１０４との間の距離（ギャップ）を可能な限り狭く形成して、低電圧で駆動することができる高性能な発振子１００のニーズが高まっている。
ここで、上述した振動片１０３と電極部１０４とのギャップは、感度に影響を与えるものである。つまり、ギャップを狭くするほど、振動片１０３と電極部１０４との距離が接近するので、両者間に作用する静電容量の値が大きくなり、高感度で高性能な発振子１００になるとともに、低電圧での駆動が可能になる。そのため、上述したように可能な限りギャップを狭くすることが望まれている。
【０００６】
しかしながら、上述の発振子１００にあっては、図１０に示すように、製造中に振動片１０３が途中で撓んで折れ曲がり電極部１０４の側面１０４ａに固着する、いわゆるスティッキングが生じるという問題がある。具体的に説明すると、発振子１００は半導体プロセスを利用して製造されるが、その際、ギャップを形成した後に液体を使用する状況が多々ある。例えば振動片１０３をエッチングで形成した後に水洗浄する水洗工程がある。そのため、どうしてもギャップに液体が入り込んでしまう。そして、何らかの原因（例えば、衝撃を受ける等）により振動片１０３が途中で撓み、折れ曲がってしまうと、ギャップに入り込んだ液体を介してスティッキングが生じてしまう。
【０００７】
このようにスティッキングが生じると、電極部１０４に固着した振動片１０３を再び剥すことは難しく、デバイス（発振子１００）として機能しなくなってしまう。これに対して、アルコール等を用いて、ギャップに入り込んだ液体を置換する方法も考えられるが、ギャップを狭く形成するにつれて、その効果が高く望めない。その結果、歩留まりが悪く、製造コストのロスに繋がってしまう。特に振動片１０３が長い場合や、ギャップが狭い程スティッキングが起きる確率が高くなってしまうものであった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、振動片のスティッキングを防止して歩留まりを向上させた上で、高性能な発振子及び該発振子を有する発振器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る発振子は、基端部から先端部に向かって一方向に延びるように形成され、該一方向に直交する他方に振動する振動片と、前記基端部を介して前記振動片を片持ち状に支持するベース部と、を有する振動子と、前記振動片に対して所定距離を空けた状態で前記他方向に沿って前記振動片を間に挟むように配置され、電圧が印加された時に静電引力を発生させて前記振動片を振動させる電極部とを備え、前記振動片は、前記基端部と前記先端部とが異なる幅に形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る発振子においては、振動片の基端部と先端部とを異なる幅で形成することで、基端部から先端部に向かって、従来のように一律な幅ではなく、変化をつけることができる。そのため、振動片の剛性を長さ方向における部位によって異なるように形成することができ、基端部から先端部に向かう途中での撓みによる折れ曲がりが発生しにくくなる。したがって、半導体プロセスにより振動子を製造する場合に、振動片を形成した後に液体を使用する状況があっても、振動片が途中で撓んで折れ曲がり電極部に固着してしまうことがない。その結果、振動片のスティッキングを防止して歩留まりを向上させた上で、振動片と電極部との間のギャップを可能な限り狭く形成して高感度で高性能な振動子を形成することが可能になるとともに、低電圧での駆動が可能になる。
【００１１】
本発明に係る発振子は、上記発振子において、前記振動片の幅が、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次変化するように形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る発振子においては、振動片の幅を基端部から先端部に向かうにつれて漸次変化させるので、途中で振動片の幅を急激に変化させるのではなく、なだらかに変化させ続けることができる。つまり、途中で同じ幅が続く区間をなくすことができ、振動片の基端部から先端部に向かって幅を連続的に変化させることができる。したがって、基端部から先端部に向かういずれの箇所においても、撓みによる折れ曲がりが発生しにくくなる。よって、スティッキングをより効果的に防止することができる。また、振動片の外形形状が急激に変化しないので、振動片の性能を維持した上でスティッキングを防止することができる。
【００１３】
本発明に係る発振子は、上記発振子において、前記振動片の幅が、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次縮小するように形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明に係る発振子においては、基端部の幅が先端部の幅に比べ幅広に形成されることとなるため、基端部における振動片の剛性を維持した上でスティッキングを防止することができる。
【００１５】
本発明に係る発振子は、上記発振子において、前記電極部が、前記所定距離が前記振動子の前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次狭くなるように形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る発振子においては、基端部の幅を先端部の幅に比べ幅広に形成すると、振動片のバネ定数が増大して振動片が振動し難くなるが、振動片の先端部に向かうにつれ電極部と振動子との間の所定距離が狭くなるように電極部を形成することで、振動片の先端部側に大きな静電引力を伝えることができる。よって、振動片が振動しやすくなり、低電圧で振動片の大きな振動変位を得ることができる。そのため、振動片の剛性を確保した上で、高感度で高性能な振動子を形成することが可能になる。
【００１７】
本発明に係る発振子は、上記発振子において、前記振動片の幅が、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次拡大するように形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明に係る発振子においては、振動片の基端部が先端部より小さく形成されることとなるため、振動片のバネ定数が低下し、低電圧で振動片の大きな振動変位を得ることができるため、高感度で高性能な振動子を形成することが可能になる。そのため、振動片の性能を維持した上でスティッキングを防止することができる。
【００１９】
また、本発明に係る発振器は、上記本発明の発振子を有することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明に係る発振器においては、低電圧で駆動させることができる、高感度で高性能な発振子を有しているので、発振器自体の高品質化及び高性能化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る発振子によれば、振動片のスティッキングを防止して歩留まりを向上させた上で、ギャップを可能な限り狭く形成して高感度で高性能な振動子を形成することが可能になるとともに、低電圧での駆動が可能になる。
また本発明に係る発振器によれば、低電圧で駆動させることができる、高感度で高性能な発振子を有しているので、発振器自体の高品質化及び高性能化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の発振子及び該発振子を有する発振器の第１実施形態を図１〜６に基づいて説明する。
なお、本実施形態では、携帯電話や携帯情報端末機器等の種々の電子部品に用いられる発振器として説明する。また、以下に示す各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならせてある。
【００２３】
図１は、発振器の斜視図である。また、図２は発振器を構成する発振子の平面図であり、図３は図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
図１に示すように、発振器１０は、ＩＣ基板２０と発振子３０とを備えている。
ＩＣ基板２０は、図示しない電気回路を介して外部電源に電気的に接続されており、外部電源から供給される電圧を発振子３０に印加して、発振子３０の駆動を行うものである。ＩＣ基板２０の上面には、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等からなる電極パッド２１が形成されている。このＩＣ基板２０は、後述するシリコン支持層１１及びＢＯＸ層１２上に載置されている。
【００２４】
発振子３０は、シリコン支持層１１（例えば、厚さ３００〜８００μｍ）と、二酸化珪素（ＳｉＯ２）のＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）層１２と、シリコン活性層（例えば、厚さ５〜１００μｍ）４４とが順次積層された、いわゆるＳＯＩ(Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ)基板４５を用いて半導体プロセス技術によって製造されるものである。ただし、ＳＯＩ基板４５に限らず、シリコン等の半導体基板で発振子３０を製造しても構わない。これらの層の内、シリコン活性層４４にはシリコン支持層１１の外周に沿って立ち上がるフレーム３１と、このフレーム３１の内側に配置された振動子３２及び一対の電極部３３ａ，３３ｂとが構成されている。
【００２５】
そして、上述したように、シリコン支持層１１上に積層されたＢＯＸ層１２上にＩＣ基板２０が載置されている。このように本実施形態では、シリコン支持層１１を介してＩＣ基板２０と発振子３０とが一体的にパッケージングされている。よって、シリコン支持層１１は、ＩＣ基板２０も同時に支持する共通基板として機能する。なお、ＩＣ基板２０はフレーム３１に対して若干の隙間を空けた状態で載置されている。
【００２６】
図２，３に示すように、振動子３２は、平面視略Ｔ字状のものであり、振動子アイランド３４（ベース部）と、この振動子アイランド３４に基端部３５を介して片持ち状に支持された振動片３６とを備えている。
【００２７】
振動子アイランド３４は、平面視矩形状のものであり、シリコン支持層１１上にＢＯＸ層１２を介して形成されている。振動子アイランド３４の上面には、電極パッド３７が形成されており、上述したＩＣ基板２０の電極パッド２１とワイヤー３８を介して電気的に接続されることにより、振動子３２に電圧が印加されるように構成されている。
【００２８】
振動片３６は、振動部アイランド３４に、その基端部３５が支持されるとともに、振動子アイランド３４の長手方向に沿う側面３４ａに直交するＸ方向（一方向）に延出しているものである。また、振動片３６は、その下面３６ａとシリコン支持層１１の上面１１ａとの間にギャップを有しつつ（図３参照）延出しており、その延出方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向（振動片３６の幅方向（他方向））に振動可能に構成されている。
【００２９】
ここで、振動片３６は、その基端部３５と先端部３９とが異なる幅で形成されている。具体的には、基端部３５の幅Ｗ１が、先端部３９の幅Ｗ２に比べ幅広に形成されており、Ｗ１＞Ｗ２になるように設定されている。また、振動片３６は、基端部３５から先端部３９に向かうにつれて連続的に漸次縮小するテーパ形状に形成されている。したがって、振動片３６は、平面視で略台形状に形成されることとなる。
【００３０】
振動子３２の両側方には、振動子３２に対してギャップｄを空けた状態で、振動子３２を間に挟むように一対の電極部３３ａ，３３ｂが配置されている。一対の電極部３３ａ，３３ｂは、振動片３６の幅方向に沿って形成されている。各電極部３３ａ，３３ｂは、電極部アイランド４０ａ，４０ｂと、電極パッド４１ａ，４１ｂとを備えている。
【００３１】
電極部アイランド４０ａ，４０ｂは、シリコン支持層１１上にＢＯＸ層１２を介して形成されており、その側面４８ａ，４８ｂと振動子３２の側面３２ａとが略平行にギャップｄを有しつつ、振動子３２の側方を囲むように形成されている。
【００３２】
電極部アイランド４０ａ，４０ｂの上面には、その上面のほぼ全域に亘って電極パッド４１ａ，４１ｂが形成されている。この電極パッド４１ａ，４１ｂのうち、一方の電極バッド４１ａが振動片３６の駆動用電極パッドとして構成されており、他方の電極パッド４１ｂが振動片の振動の検出用電極パッドとして構成されている。そして、上述したＩＣ基板２０の電極パッド２１とワイヤー４２ａ，４２ｂによりそれぞれ電気的に接続されることで、各電極部３３ａ，３３ｂに電圧が印加されるように構成されている。なお、各電極パッド４１ａ，４１ｂは必ずしも振動子３２の駆動用、検出用電極パッドである必要はなく、少なくとも振動子３２の駆動用電極パッドを備えていればよい。
【００３３】
なお、発振器１０には、通常、発振子３０におけるフレーム３１の内側を真空状態に維持するため、発振子３０を覆うように封止基板が設けられるが、本実施形態の各図においては、説明をわかり易くするため、本実施形態においては封着基板の記載を省略する。
【００３４】
次に、図１〜３に基づいて本実施形態の発振器の作用について説明する。
まず、図示しない外部電源から電気回路を介してＩＣ基板２０に電圧を印加する。すると、ＩＣ基板２０は、電極パッド２１及びワイヤー３８，４２ａを介して振動子３２の電極パッド３７及び電極部３３ａの電極パッド４１ａに電圧を印加する。
【００３５】
電極パッド４１ａと、振動子３２の電極パッド３７とに電圧を印加すると、その電極部３３ａと振動子３２との間に電圧が印加され、両者の間に静電引力が発生する。その結果、振動片３６が、Ｙ方向、つまり振動子３６の両側方にギャップｄを介して配置された一対の電極部３３ａ，３３ｂに接近離間するように振動することとなる。
【００３６】
振動片３６が振動すると、振動片３６と電極部３３ｂとの間のギャップが変化し、振動片３６と電極部３３ｂとの間の静電容量が変化する。そして、その静電容量の変化を共振周波数として電極パッド４１ｂにより検出する。そして、検出された共振周波数は、検出信号として電極パッド４１ｂからワイヤー４２ｂを介してＩＣ基板２０へと出力されるものである。
【００３７】
ここで、振動片３６と電極部３３ａ，３３ｂとのギャップｄは、感度に影響を与えるものであり、可能な限り狭く形成することが好ましい。つまり、ギャップｄを狭くするほど、振動片３６と電極部３３ａ，３３ｂとの距離が接近するので、両者間に作用する静電容量の値が大きくなり、低電圧で振動片３６の大きな振動変位、検出信号を得ることができる。そのため、高感度で高性能な発振子を形成することが可能になる。そこで、本実施形態では、前記ギャップｄが例えば０．１〜２．０μｍ程度に設定されている。
【００３８】
次に、図４〜６に基づいて、発振器の製造方法について説明する。図４〜図６は、図１のＡ−Ａ’線に相当する断面を図示している。なお、発振器の製造方法の各工程は、以下に説明の工程順番に限定されるものではない。
【００３９】
図４はスタート基板となるＳＯＩ基板４５の断面図である。図５は、ＳＯＩ基板４５のシリコン活性層１１上に電極パッド３７（図１参照），４１ａ，４１ｂを形成した状態を示す断面図である。
まず、図４に示すように、シリコン支持層１１上にＢＯＸ層１２、シリコン活性層４４が順次積層されたＳＯＩ基板４５を準備し、このＳＯＩ基板４５上に、後に電極パッド３７，４１ａ，４１ｂとなる図示しないメタル層を形成する（メタル層成膜工程）。具体的には、スパッタリング法や真空蒸着法等によりＳＯＩ基板４５の全面に成膜する。
【００４０】
次に、図５に示すように、ＳＯＩ基板４５上に成膜されたメタル層をパターニングして、上述した形状の電極パッド３７，４１ａ，４１ｂ（図５では電極パッド４１ａ，４１ｂのみを示す）に形成する（電極パッド工程）。具体的には、フォトリソグラフィ技術により露光・現像した図示しないレジストマスクを介してドライエッチングを行うことで、ＳＯＩ基板４５上に成膜されたメタル層をパターニングする。
【００４１】
図６はシリコン活性層をエッチング加工してパターニングした状態を示す断面図である。
上述した電極パッド３７，４１ａ，４１ｂを形成した後、図６に示すように、シリコン活性層４４を上述した形状のフレーム３１、電極部アイランド３４ａ，３４ｂ及び振動子３２に各々分離する（分離工程）。具体的には、フォトリソグラフィ技術により露光・現像した図示しないレジストマスクを介してドライエッチングを行うことで、シリコン活性層４４を貫通してＢＯＸ層１２の上面まで到達する凹部を形成する。
【００４２】
この時、フレーム３１の外側の領域のシリコン活性層４４もＢＯＸ層１２の上面が露出するようにエッチングし、ＩＣ基板２０が載置されるスペースを確保する。なお、フレーム３１の外側の領域（ＩＣ基板２０が載置される領域）は、シリコン支持層１１が露出するまでエッチングして、ＢＯＸ層１２を除去しても構わない。
【００４３】
フレーム３１、電極部アイランド３４ａ，３４ｂ及び振動子３２に各々分離した後、振動子３２の振動片３６形成領域のＢＯＸ層１２を除去する（ＢＯＸ層除去工程：図３参照）。具体的には、シリコン活性層４４に形成した凹部内をエッチングすることで、振動片３６がシリコン支持層１１から分離され、振動子アイランド３４（図１参照）に片持ち状に支持された振動子３２が形成される。なお、このエッチングはドライエッチングまたはウェットエッチングのいずれの方法で行っても構わない。
【００４４】
次に、ＳＯＩ基板４５上のフレーム３１の外側であって、上述した分離工程においてＢＯＸ層１２を露出させた領域にＩＣ基板２０（図１参照）を実装する。そして、このＩＣ基板２０の電極パッド２１と、発振子３０の各電極パッド３７，４１ａ，４１ｂとをワイヤーボンディングにより接続することで、本実施形態の発振器１０（図１参照）が完成する。
【００４５】
ところで、半導体プロセスを利用して発振子３０を製造する際、エッチングを行った後の洗浄工程として、液体（例えば、水等）を用いて洗浄する工程が含まれる。このような洗浄工程のうち、振動片３６をシリコン支持層１１から分離した後に行われる洗浄工程においては、振動片３６と電極部３３ａ，３３ｂとの間に形成されたギャップや、振動片３６の下方へ液体が入り込んでしまう場合がある。
【００４６】
この時、従来のように一律な幅で形成された角柱形状の振動片１０３（図９，１０参照）では、液体が入り込んだ状態で外部から衝撃を受ける等の問題が生じると、振動片１０３が途中で撓んで折れ曲がり、ギャップに入り込んだ液体を介して電極部１０４の側面１０４ａにスティッキングしてしまう。
【００４７】
そこで、上述の実施形態よれば、振動片３６の基端部３５の幅Ｗ１と先端部３９の幅Ｗ２とを、Ｗ１＞Ｗ２になるように設定するとともに、基端部３５から先端部３９との間を、基端部３５から先端部３９に向かうにつれ連続的に漸次縮小するテーパ形状に構成した。このように構成することで、振動片３６の基端部３５から先端部３９に向かって、従来のように一律な幅ではなく、変化をつけることができる。そのため、振動片３６の剛性を長さ方向における部位によって異なるように形成することができ、基端部３５から先端部３９に向かう途中での撓みによる折れ曲がりが発生しにくくなる。
【００４８】
これにより、半導体プロセスにより発振子３０を製造する場合に、振動片３６を形成した後に液体を使用する状況があっても、振動片３６が途中で撓んで折れ曲がり電極部３３ａ，３３ｂ（電極部アイランド３４ａ，３４ｂ）の側面４８ａ、４８ｂに固着してしまうことがない。その結果、安価に振動片３６のスティッキングを防止して歩留まりを向上させた上で、振動片３６と電極部３３ａ，３３ｂとの間のギャップｄを可能な限り狭く形成して低電圧で振動片３６の大きな振動変位、検出信号を得ることができる。したがって、高感度で高性能な振動子３２を形成することが可能になる。
【００４９】
加えて、振動片３６の基端部３５から先端部３９との間を先端部３９に向かうにつれ連続的に漸次縮小するテーパ形状に形成するので、途中で振動片３６の幅を急激に変化させるのではなく、なだらかに変化させ続けることができる。つまり、途中で同じ幅が続く区間をなくすことができ、振動片３６の基端部３５から先端部３９に向かって幅を連続的に変化させることができる。
したがって、振動片３６の長手方向に沿う部位でギャップｄの変化を少なくすることができるため、基端部３５から先端部３９に向かういずれの箇所においても、撓みによる折れ曲がりが発生しにくくなる。よって、スティッキングをより効果的に防止することができる。また、振動片３６の外形形状が急激に変化しないので、振動片３６の性能を維持した上でスティッキングを防止することができる。
【００５０】
さらに、振動片３６の基端部３５を先端部３９に比べ幅広に形成したことで、基端部３５における剛性も確保することができる。
このように、本実施形態の発振器１０は、高感度で高性能な発振子３０を有しているので、発振器１０自体の高品質化及び高性能化を図ることができる。
【００５１】
ところで、本実施形態の振動片３６のように振動子アイランド３４に、その基端部３５が片持ち状態で支持された振動子３２は、振動子アイランドに両持ち状態で支持された振動子に比べ、振動片３６に作用する支持応力が少ない。そのため、発振子３０の設計の自由度を向上させることができる。
【００５２】
次に、図７に基づいて本発明の第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態に係る発振子の平面図である。なお、本実施形態は、振動子の形状について上記第１実施形態と相違しているため、発振器の構成、その他第１実施形態と同様の構成については同一符号を付し説明は省略する。
【００５３】
図７に示すように、本実施形態の振動子５４は、振動片５０の基端部５１の幅Ｗ３が先端部の幅Ｗ４に比べ小さく形成され、Ｗ３＜Ｗ４になるように設定されている。また、振動片５０は、その基端部５１から先端部５２に向かうにつれ連続的に漸次拡大する逆テーパ形状に形成されている。したがって、振動片５０は平面視で略台形状に形成されることとなる。
そして、振動子５４の両側方には、ギャップｄを介して振動片５０の周縁に略平行に一対の電極部５３ａ，５３ｂが配置されている。
【００５４】
したがって、本実施形態によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、振動片５０の基端部５１を先端部５２に比べて小さく形成することで、振動片５０のバネ定数が低下し、振動片５０が振動しやすくなる。
そのため、より低電圧で振動片５０の大きな振動変位、検出信号を得ることができるため、高感度で高性能な振動子５４を形成することが可能になる。したがって、振動片５０の性能を維持した上で、安価にスティッキングを防止することができる。
【００５５】
次に、図８に基づいて本発明の第３実施形態について説明する。図８は、第３実施形態に係る発振子の平面図である。なお、本実施形態は、電極部の形状について上記第１実施形態と相違しているため、発振器の構成、その他第１実施形態と同様の構成については同一符号を付し説明は省略する。
【００５６】
図８に示すように、本実施形態の振動片３６は、上述の第１実施形態と同様のものであり、基端部３５の幅Ｗ１と先端部３９の幅Ｗ２がＷ１＞Ｗ２に設定されるとともに、基端部３５から先端部３９に向かうにつれ連続的に漸次縮小するテーパ形状に形成されている。
【００５７】
ここで、本実施形態においては、電極部６０ａ，６０ｂの電極部アイランド６１ａ，６１ｂの幅を設定することで、振動片３６と電極部６０ａ，６０ｂとの間のギャップを振動片３６の長手方向において異なるように形成している。具体的には、振動片３６の先端部３９側における振動片３６と電極部６０ａ，６０ｂとの間のギャップｄ２が、基端部３５側におけるギャップｄ１に比べ狭くなるように形成され。ｄ２＜ｄ１になるように設定されている。また、基端部３５から先端部３９までの間のギャップは、基端部３５から先端部３９に向かうにつれ連続的に狭くなるように形成されている。
【００５８】
ところで、振動片３６の基端部３５を先端部３９に比べ拡大させることで振動片３６のバネ定数が増大し、振動片３６が振動し難くなってしまう。
そこで、本実施形態では、振動片３６の先端部３９に向かうにつれ電極部６０ａ，６０ｂと振動子３２との間のギャップが狭くなるように、電極部６０ａ，６０ｂの電極部アイランド６１ａ，６１ｂの幅を設定する構成とした。この構成によれば、振動片３６の先端部３９側に向かうにつれて大きな静電引力が伝わるため、振動片３６が振動しやすくなる。そのため、第１実施形態と同様の効果を奏することに加え、低電圧で振動片３６の大きな振動変位、検出信号を得ることができる。そのため、振動片３６の剛性を確保した上で、高感度で高性能な振動子３２を形成することが可能になる。
【００５９】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
【００６０】
例えば、振動片の形状は、上述したように基端部と先端部とが異なる幅に形成されていれば、例えばステップ形状、振動片の中途部を最も拡大させる形状等、種々の形状に設計変更可能である。
また、第３実施形態では、第１実施形態の振動片を用い、振動片と電極部との間のギャップが先端部に向かうにつれ狭くなるように電極部の幅を設定したが、例えば第２実施形態の振動片と電極部との間のギャップが狭くなるように電極部の幅を設定しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態における発振器の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施の形態における発振子の平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施形態における発振器のメタル層成膜工程を示す工程図である。
【図５】本発明の実施形態における発振器の電極パッド工程を示す工程図である。
【図６】本発明の実施形態における発振器の分離工程を示す工程図である。
【図７】本発明の第２実施の形態における発振子の平面図である。
【図８】本発明の第３実施の形態における発振子の平面図である。
【図９】従来における発振子の斜視図である。
【図１０】スティッキングを説明する発振子の平面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０発振器 ３０発振子 ３２，５４振動子 ３３ａ，３３ｂ，５３ａ，５３ｂ，６０ａ，６０ｂ電極部 ３４振動子アイランド（ベース部） ３５，５１基端部 ３６，５０振動片 ３９，５２先端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端部から先端部に向かって一方向に延びるように形成され、該一方向に直交する他方に振動する振動片と、前記基端部を介して前記振動片を片持ち状に支持するベース部と、を有する振動子と、
前記振動片に対して所定距離を空けた状態で前記他方向に沿って前記振動片を間に挟むように配置され、電圧が印加された時に静電引力を発生させて前記振動片を振動させる電極部とを備え、
前記振動片は、前記基端部と前記先端部とが異なる幅に形成されていることを特徴とする発振子。
【請求項２】
前記振動片の幅は、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次変化するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の発振子。
【請求項３】
前記振動片の幅は、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次縮小するように形成されていることを特徴とする請求項２記載の発振子。
【請求項４】
前記電極部は、前記所定距離が前記振動子の前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項３記載の発振子。
【請求項５】
前記振動片の幅は、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次拡大するように形成されていることを特徴とする請求項２記載の発振子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発振子を有することを特徴とする発振器。
【請求項１】
基端部から先端部に向かって一方向に延びるように形成され、該一方向に直交する他方に振動する振動片と、前記基端部を介して前記振動片を片持ち状に支持するベース部と、を有する振動子と、
前記振動片に対して所定距離を空けた状態で前記他方向に沿って前記振動片を間に挟むように配置され、電圧が印加された時に静電引力を発生させて前記振動片を振動させる電極部とを備え、
前記振動片は、前記基端部と前記先端部とが異なる幅に形成されていることを特徴とする発振子。
【請求項２】
前記振動片の幅は、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次変化するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の発振子。
【請求項３】
前記振動片の幅は、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次縮小するように形成されていることを特徴とする請求項２記載の発振子。
【請求項４】
前記電極部は、前記所定距離が前記振動子の前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項３記載の発振子。
【請求項５】
前記振動片の幅は、前記基端部から前記先端部に向かうにつれて漸次拡大するように形成されていることを特徴とする請求項２記載の発振子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発振子を有することを特徴とする発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−６０１７２（Ｐ２００９−６０１７２Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２３１７５（Ｐ２００７−２２３１７５）
【出願日】平成１９年８月２９日（２００７．８．２９）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２９日（２００７．８．２９）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]