静電駆動型アクチュエータ、可変容量素子、および、それらの製造方法
【課題】スティッキング現象の発生を抑制できる静電駆動型アクチュエータや可変容量素子を実現するとともに、それらを歩留まり良く、高い形状精度で生産する製造方法を実現する。
【解決手段】可変容量素子１において、可動梁３は、固定板２に対向する。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９は、可動梁３に設けられる。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂは、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂに対向して固定板２に設けられる。固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂは、可動梁側ＲＦ容量電極９に対向して固定板２に設けられる。誘電体膜４は、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとを覆うように形成される。可動梁３は、初期状態において、固定板２側に先端が撓んでいるように構成されている。
【解決手段】可変容量素子１において、可動梁３は、固定板２に対向する。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９は、可動梁３に設けられる。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂは、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂに対向して固定板２に設けられる。固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂは、可動梁側ＲＦ容量電極９に対向して固定板２に設けられる。誘電体膜４は、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとを覆うように形成される。可動梁３は、初期状態において、固定板２側に先端が撓んでいるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いて静電力により駆動する静電駆動型アクチュエータと、その静電駆動型アクチュエータを利用してＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）容量を連続的に変えることができる可変容量素子と、それらの製造方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々なデバイスで静電駆動型アクチュエータが採用されることがある（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
図１（Ａ）は、静電駆動型アクチュエータを採用したスイッチ素子１０１の構成例について説明する図である。
図示するスイッチ素子１０１は、固定部１０２と、可動部１０３と、接点電極１０４と、駆動容量電極１０５と、ストッパ１０６とを備えている。固定部１０２は基板である。可動部１０３は、金属製の片持ち梁であり、固定部１０２に固定された固定端部１０３Ａと、固定部１０２の主面に一定間隔で対向する可動端部１０３Ｂとを備えている。接点電極１０４と、駆動容量電極１０５と、ストッパ１０６とは、可動端部１０３Ｂに対向して設けられている。このスイッチ素子１０１では、駆動容量電極１０５と可動部１０３との間に駆動電圧が印加されることで可動部１０３が変形して、可動端部１０３Ｂが接点電極１０４に接触し、可動部１０３と接点電極１０４との間での電気的接点が得られる。
【０００４】
また、このような静電駆動型アクチュエータを利用するデバイスとして、ＲＦ容量を連続的に制御可能にした可変容量素子が開発されている。
【０００５】
図１（Ｂ）は、静電駆動型アクチュエータを採用した可変容量素子２０１の構成例について説明する図である。
【０００６】
図示する可変容量素子２０１は、固定部２０２と、可動部２０３と、固定部側ＲＦ容量電極２０４と、可動部側ＲＦ容量電極２０５と、誘電体膜２０６と、固定部側駆動容量電極（不図示）と、可動部側駆動容量電極（不図示）とを備える。固定部２０２は基板である。可動部２０３は、絶縁性材料からなる片持ち梁であり、固定部２０２に固定された固定端部２０３Ａと、固定部２０２の主面に一定間隔で対向する可動端部２０３Ｂとを備えている。可動部側ＲＦ容量電極２０５は、可動端部２０３Ｂにおける固定部２０２との対向面に設けられている。固定部側ＲＦ容量電極２０４は、可動端部２０３Ｂおよび可動部側ＲＦ容量電極２０５に対向するように設けられている。可動部側駆動容量電極（不図示）は、可動端部２０３Ｂにおける固定部２０２との対向面に、可動部側ＲＦ容量電極２０５と隣り合うように設けられている。固定部側駆動容量電極（不図示）は、可動端部２０３Ｂおよび可動部側駆動容量電極に対向するように設けられている。なお、固定部側駆動容量電極と可動部側駆動容量電極とは、図１（Ｂ）では図示されていない。誘電体膜２０６は、固定部側ＲＦ容量電極２０４と固定部側駆動容量電極（不図示）とを覆うように設けられている。
この可変容量素子２０１では、固定部側駆動容量電極と可動部側駆動容量電極との間に駆動電圧を印加することで生じる駆動容量によって可動部２０３が変位して、可動部側ＲＦ容量電極２０５が誘電体膜２０６に接触する。可動部側ＲＦ容量電極２０５と誘電体膜２０６との接触面積は駆動電圧に応じて変化し、誘電体膜２０６を介して対向する固定部側ＲＦ容量電極２０４と可動部側ＲＦ容量電極２０５との間に、可動部側ＲＦ容量電極２０５と誘電体膜２０６との接触面積に応じた容量値のＲＦ容量が生じる。可変容量装置２０１では、誘電体膜２０６は、高い誘電率を有する材料からなり、極めて薄い膜厚で形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１５２１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
静電駆動型アクチュエータを採用した可変容量素子では、駆動電圧の印加により可動部が変位し、誘電体膜の両面が電極に接触した状態になる。その状態では、誘電体膜の表面と電極との間で電子が移動し、誘電体膜の表面が帯電した状態となる（以下、この現象をチャージアップと称する。）。このチャージアップによる帯電は、駆動電圧の印加を止めても続き、チャージアップによる帯電量が大きければ、駆動電圧の印加を止めても可動部が固定部に貼り付くスティッキング現象が引き起こされることになる。すると、可動部を駆動電圧で制御することが困難になり、駆動電圧の印加を止めても、ＲＦ容量を下限値まで下げることができなくなる。
【０００９】
そこで本発明は、スティッキング現象の発生を抑制することができる静電駆動型アクチュエータおよび可変容量素子を実現することと、それらの静電駆動型アクチュエータや可変容量素子を歩留まり良く、高い形状精度で生産することと、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る静電駆動型アクチュエータは、固定板と、可動梁と、可動梁側電極と、固定板側電極と、誘電体膜とを備えている。可動梁は、固定板に間隔を隔てて対向するように設けられている。可動梁側電極は、可動梁に設けられている。固定板側電極は、可動梁側電極に対向するように固定板に設けられている。誘電体膜は、可動梁側電極と固定板側電極との間に配置されている。そして、可動梁は、初期状態において、前記固定板側とは反対側に凸である。
また、本発明に係る静電駆動型アクチュエータは、固定板と、可動梁と、可動梁側電極と、固定板側電極と、誘電体膜とを備え、可動梁は、初期状態において、前記固定板側に先端が撓んでいるように構成されている。
【００１１】
本発明に係る可変容量素子は、固定板と、可動梁と、駆動容量部と、ＲＦ容量部とを備えている。駆動容量部は、可動梁に設けられる可動梁側駆動容量電極と、可動梁側駆動容量電極に対向するように固定板に設けられる固定板側駆動容量電極と、可動梁側駆動容量電極と固定板側駆動容量電極との間に形成される誘電体膜とからなり、可動梁側駆動容量電極と固定板側駆動容量電極との間に生じる駆動容量に基づいて可動梁を変形させる。ＲＦ容量部は、可動梁に設けられる可動梁側ＲＦ容量電極と、可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように固定板に設けられる固定板側ＲＦ容量電極と、可動梁側ＲＦ容量電極と固定板側ＲＦ容量電極との間に形成される誘電体膜とからなる。そして、可動梁は、初期状態において、前記固定板側とは反対側に凸である。
また、本発明に係る可変容量素子は、固定板と、可動梁と、駆動容量部と、ＲＦ容量部とを備え、可動梁は、初期状態において、前記固定板側に先端が撓んでいるように構成されている。
【００１２】
可動梁が初期状態において固定板側に先端が撓んでいるように構成されている場合、駆動容量を大きくしていく際に、最初に固定板と平行に近接する領域（以下、初期近接領域と称する。）を、固定板と近接させるには、初期近接領域を固定板側に対して凸状に変形させる必要がある。初期近接領域を固定板側に対して凸状に変形させるために必要な静電引力は、可動梁が初期状態において固定板側に先端が撓んでいないように構成されている場合には小さいが、可動梁が初期状態において固定板側に先端が撓んでいるように構成されている場合には大きいものになる。誘電体膜のチャージアップがスティッキング現象を引き起こす際にも、初期近接領域が凸状に変形することになるが、可動梁が初期状態において固定板側に先端が撓んでいるように構成されている可変容量素子では、誘電体膜のチャージアップによる静電引力や帯電量が相当大きくなければ、初期近接領域を凸状に変形させることができない。したがって、この構成では、スティッキング現象の発生を抑制できる。
【００１３】
上述の可変容量素子において、可動梁側駆動容量電極と可動梁側ＲＦ容量電極とのうちの少なくとも一方は、圧縮応力層であると好適である。また、上述の可変容量素子において、可動梁は、固定板と対向する面とは反対側の面に引っ張り応力膜が設けられていると好適である。
これらの構成では、可動梁を初期状態において固定板側に先端が撓んでいる状態にすることが容易となる。
【００１４】
上述の可変容量素子において、誘電体膜は、薄肉部と、局所的に突出する突出部を備えると好適である。
この構成のように、誘電体膜を薄肉部と突出部とを有するように構成することにより、可動梁側の電極と誘電体膜との接触面積が低減されるため、誘電体膜のチャージアップによる帯電量が減少し、可動梁のスティッキング現象の発生をより確実に防ぐことができる。
【００１５】
本発明に係る静電駆動型アクチュエータの製造方法および可変容量素子の製造方法は、可動梁を構成する基板に可動梁側電極を構成する金属膜をスパッタリング法により成膜する成膜工程を有し、その成膜工程では、基板にレーザー光を照射して基板が反射するレーザー反射光の受光角度を検出することにより基板の撓み量を認識し、基板の撓み量に基づいてスパッタリング条件を制御し、金属膜を圧縮応力膜として成膜する。
【００１６】
この方法により、可動梁が初期状態において固定板側に先端が撓んでいる静電駆動型アクチュエータや可変容量素子を、歩留まり良く、また、高い形状精度で生産することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の構成では、スティッキング現象の発生を抑制することができる静電駆動型アクチュエータおよび可変容量素子を実現することと、それらの静電駆動型アクチュエータや可変容量素子を歩留まり良く、高い形状精度で生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の静電駆動型アクチュエータを利用するデバイスの構成例を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子の構成を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子を分解した状態での平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子における可動梁の変形態様を説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の実施例に係る可変容量素子の駆動電圧とＲＦ容量との関係を説明する図である。
【図７】比較例に係る可変容量素子の駆動電圧とＲＦ容量との関係を説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子の金属膜の成膜工程について説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る可変容量素子の構成を説明する図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る可変容量素子の構成を説明する図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る可変容量素子の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。なお、各図には直交座標形のＸ−Ｙ−Ｚ軸を付し、可動梁の厚み方向をＺ軸方向、梁長さ方向をＸ軸方向、梁幅方向をＹ軸方向としている。
【００２０】
《第１の実施形態》
まず、本発明の第１の実施形態に係る静電駆動型アクチュエータについて可変容量素子を例に説明する。
【００２１】
図２（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子１の平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
【００２２】
図２に示すように、可変容量素子１は、固定板２と、可動梁３と、誘電体膜４とを備えている。
固定板２は、例えばガラス基板からなり、平面視して矩形状に構成されている。なお、固定板２は、シリコン単結晶基板などの他の絶縁性基板からなるものであってもよい。
誘電体膜４は、固定板２の上面（Ｚ軸正方向の面）に、平面視して固定板２よりも小さい矩形状に形成されている。なお、誘電体膜４は、五酸化タンタルなどの高い誘電率を有する薄膜からなる。
【００２３】
可動梁３は、一端部で固定板２に支持される片持ち梁構造であり、支持部３Ａと、連結部３Ｂと、可動部３Ｃとを備えている。なお、可動梁３は、高抵抗シリコン基板などの絶縁性基板や導電性基板からなる。また、可動梁３は、片持ち梁構造ではなく、両端部で固定板２に支持される両持ち梁構造であってもよい。
支持部３Ａは、平面視してＹ軸方向に長尺な矩形状であり、固定板２の上面からＺ軸正方向に立設している。支持部３Ａは、可動梁３のＸ軸負方向端部に設けられている。
連結部３Ｂは、平面視して、それぞれＸ軸に対して蛇行するミアンダライン状であり、支持部３ＡのＹ軸方向両端それぞれからＸ軸正方向に立設している。
可動部３Ｃは、平面視して、Ｘ軸方向に長尺な平板状であり、可動梁３のＸ軸正方向端部に設けられている。可動部３Ｃは、外周部が誘電体膜４の外周部よりも内側に位置する。可動部３Ｃは、Ｘ軸負方向の端部で連結部３Ｂに連結されている。
連結部３Ｂおよび可動部３Ｃは、固定板２および誘電体膜４から離間した状態で支持部３Ａに支持されている。
【００２４】
また、可動部３Ｃは、２つの分割領域３Ｄ１，３Ｄ２と、３つの区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３とを備えている。分割領域３Ｄ１，３Ｄ２は、それぞれＸ軸に沿って複数の貫通孔が配列された領域である。区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３は、分割領域３Ｄ１，３Ｄ２によって区画された、Ｘ軸方向に沿って長尺な領域である。
【００２５】
図２（Ｂ）は、可動梁３を除いた状態での可変容量素子１の分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
誘電体膜４は、Ｘ軸正方向側にＸ軸負方向側の領域よりも薄肉に構成した薄肉部４Ａを備えている。また、誘電体膜４は、薄肉部４Ａにおける前述の区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３に対向する領域に、局所的に周囲から突出する円柱状の突出部４Ｂを備えている。これら薄肉部４Ａおよび突出部４Ｂは、後述する可動梁３側の電極と、誘電体膜４との接触面積を低減するために設けられている。その接触面積を低減することにより、誘電体膜４のチャージアップによる帯電量が減少し、可動梁３のスティッキング現象の発生を抑制することができる。
【００２６】
図３（Ａ）は、可動梁３および誘電体膜４を除いた状態での可変容量素子１の分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
図３（Ａ）に示すように、可変容量素子１は、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとを備える。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとは、それぞれ固定板２の上面に形成されている。
【００２７】
固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂおよび固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂは、それぞれＸ軸方向に長尺な線路状電極であり、Ｙ軸方向に配列して設けられている。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂおよび固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂは、例えば、Ｃｒ，Ｐｔ，Ａｕなどからなる金属層の単層電極、またはそれらの積層電極として構成するとよい。
固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂは、区画領域３Ｅ１，３Ｅ３に対向する領域に設けられていて、一方の端部が駆動電圧端子ＤＣに接続されている。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂは、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６ＢのＹ軸方向の両脇に設けられている。
固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂは、区画領域３Ｅ２に対向する領域に設けられていて、固定板側ＲＦ容量電極６Ａの一方の端部はＲＦ信号の入力端子（または出力端子）に接続され、固定板側ＲＦ容量電極６Ｂの一方の端部はＲＦ信号の出力端子（または入力端子）に接続されている。固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂの間に設けられている。誘電体膜４は、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとを覆うように形成されている。
【００２８】
図３（Ｂ）は、固定板２および誘電体膜４を除いて、可動梁３を裏返した状態での可変容量素子１の分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
図３（Ｂ）に示すように、可変容量素子１は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とを備える。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とは、それぞれ可動梁３の下面に形成されている。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とは、Ｘ軸方向に長尺な線路状電極であり、Ｙ軸方向に配列して設けられている。
【００２９】
可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂは、可動梁側ＲＦ容量電極９のＹ軸方向の両脇に設けられている。可動梁側駆動容量電極８Ａは、固定板側駆動容量電極５Ａおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ１に設けられており、一方の端部が接地端子ＧＮＤに接続されている。可動梁側駆動容量電極８Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ｂおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ３に設けられており、一方の端部が接地端子ＧＮＤに接続されている。
可動梁側ＲＦ容量電極９は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂの間に設けられている。具体的には、可動梁側ＲＦ容量電極９は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ２に設けられている。
【００３０】
これらの可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９は、例えば、タングステンやモリブデンからなる金属層の単層電極、またはタングステンからなる下地層の上にチタン・タングステン合金層を設けた積層電極として構成するとよい。
【００３１】
図４（Ａ）は、図２中にＡ−Ａ’で示す位置での可変容量素子１の断面図（Ｙ−Ｚ面断面図）である。
【００３２】
可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと誘電体膜４とに対向している。可動梁側駆動容量電極８Ａは、固定板側駆動容量電極５Ａおよび誘電体膜４の対向する領域とともに駆動容量部を構成している。可動梁側駆動容量電極８Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ｂおよび誘電体膜４の対向する領域とともに駆動容量部を構成している。駆動電圧端子ＤＣから固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂに駆動電圧（ＤＣ電圧）が印加されると、駆動容量部において静電引力が発生する。駆動容量部は、その静電引力により可動梁３を固定板２側に引き付け、可動梁３を先端（Ｘ軸正方向側の端部）から誘電体膜４に接触させる駆動容量として機能する。駆動電圧が高電圧であるほど、可動梁３と誘電体膜４との接触面積は大きくなる。
【００３３】
可動梁側ＲＦ容量電極９は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと誘電体膜４とに対向している。可動梁側ＲＦ容量電極９は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂおよび誘電体膜４の対向する領域とともにＲＦ容量部を構成している。ＲＦ容量部は、可動梁側ＲＦ容量電極９と固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとの間に形成され、可動梁３と誘電体膜４との接触面積に応じて容量の大きさが変化するＲＦ容量として機能する。
【００３４】
なお、駆動容量部は駆動電圧端子ＤＣと接地端子ＧＮＤとの間に並列接続されるため、両者を直列接続する構成に比べて単位面積当たりの静電引力が大きく、両者を直列接続する場合よりも電極面積の低減に有利である。一方、ＲＦ容量部はＲＦ信号の入力端子と出力端子との間に直列接続されるため、両者を並列接続する構成に比べて単位面積当たりの静電引力が小さく、両者を並列接続する場合よりもＲＦ信号による可動梁３の変形（セルフアクチエーション）の抑制に有利である。
【００３５】
図４（Ｂ）は、図２中にＢ−Ｂ’で示す位置での可変容量素子１の断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。
【００３６】
可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９は圧縮応力層となるように構成されている。則ち、可動梁３は、圧縮応力層の圧縮応力により、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板２側に先端（Ｘ軸正方向側の端部）が撓んでいるように構成されている。言い換えれば、可動梁３は、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板２側とは反対側に凸となり、可動部３Ｃの先端（Ｘ軸正方向側の端部）と固定板２との間の距離が可動部３Ｃの連結部３Ｂとの連結部と固定板２との間の距離よりも短くなっている。
【００３７】
図５は、可変容量素子１における可動梁３の変形態様を説明する図である。
【００３８】
駆動電圧端子ＤＣから固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂに印加される駆動電圧を０Ｖから高くしていき、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂとの間に形成される駆動容量を大きくしていくと、静電引力により可動梁３が固定板２側に引き付けられ、可動梁３の連結部３Ｂにおける撓みが大きくなり、可動部３Ｃが先端（Ｘ軸正方向側の端部）から誘電体膜４に接近していく。そして、図５（Ａ）に示すように、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）および可動梁側ＲＦ容量電極９が誘電体膜４の突出部４Ｂに接触する。
【００３９】
駆動容量をさらに大きくしていくと、可動梁３の可動部３Ｃにおける撓みが大きくなり、可動部３Ｃが固定板２側に対して凸状に変形し、図５（Ｂ）に示すように、可動梁３の先端（Ｘ軸正方向側の端部）近傍が固定板２と平行になるように、可動梁３が固定板２に近づく。なお、この最初に固定板２と平行に近接する領域が初期近接領域であり、本実施形態では、この初期近接領域と一致する誘電体膜４の領域に、薄肉部４Ａを設けている。
【００４０】
駆動電圧をより高くしていくと、可動梁３の可動部３Ｃにおける撓みがさらに大きくなり、図５（Ｃ）に示すように、可動梁側ＲＦ容量電極９が誘電体膜４に接触する領域が拡大していくとともに可変容量が増加していく。
【００４１】
このような変形態様を持つ可変容量素子１は、図５（Ａ）に示す可動梁３の状態から図５（Ｂ）に示す可動梁３の状態になる為に必要な静電引力が、比較的大きい。このことは、誘電体膜４のチャージアップによる静電引力が作用しても、スティッキング現象が生じにくいことを表している。
【００４２】
図６は、本実施形態の実施例に係る可変容量素子１１の駆動電圧とＲＦ容量との関係を説明する図である。また、図７は、比較例に係る可変容量素子１１１の駆動電圧とＲＦ容量との関係を説明する図である。
【００４３】
図６に示す可変容量素子１１は、表面が平坦な誘電体膜１４を備える構成である。その他の構成は、本実施形態の可変容量素子１と同じである。この可変容量素子１１は、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、可動部３Ｃの先端（Ｘ軸正方向側の端部）と固定板２との間の距離を約４００ｎｍとし、可動部３Ｃの連結部３Ｂとの連結部と固定板２との間の距離を約６００ｎｍとしている。
この可変容量素子１１において、駆動電圧を０Ｖから高くしていき、駆動容量を大きくしていくと、駆動電圧が約２Ｖで前述した図５（Ａ）の状態となり、駆動電圧が約１０Ｖで前述した図５（Ｂ）の状態となった。この駆動電圧が０Ｖから約１０Ｖまでの間は、ＲＦ容量の大きさは略一定であった。そして、駆動電圧を約１０Ｖから約３０Ｖまで高くしていくと、ＲＦ容量は次第に増加していった。
また、駆動電圧を約３０Ｖから低くしていくと、約１０ＶまではＲＦ容量が駆動電圧に応じて減少した。そして、駆動電圧を約１０Ｖから０Ｖまで低くしていく間は、ＲＦ容量は下限値近傍で略一定であった。
【００４４】
図７に示す比較例の可変容量素子１１１は、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板２とは反対側に先端（Ｘ軸正方向側の端部）が撓んでいるように可動梁１１３が構成されている。言い換えれば、可動梁１１３では、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、可動部の先端（Ｘ軸正方向側の端部）と固定板２との間の距離が可動部の連結部との連結部と固定板２との間の距離よりも長くなっている。この可変容量素子１１１は、駆動電圧が印加されていない状態において、可動部の先端（Ｘ軸正方向側の端部）と固定板２との間の距離を約７００ｎｍとし、可動部の連結部との連結部と固定板２との間の距離を約６００ｎｍとしている。また、可変容量素子１１１は、図６に示す可変容量素子１１と同様に、表面が平坦な誘電体膜１１４を備える構成である。図７に示す可変容量素子１１１は、その他の構成は、可変容量素子１１と同じである。
この可変容量素子１１１において、駆動電圧を０Ｖから高くしていき、駆動容量を大きくしていくと、駆動電圧が約４Ｖで前述した図５（Ｂ）の状態となった。この駆動電圧が０Ｖから約４Ｖまでの間は、ＲＦ容量の大きさは略一定であった。そして、駆動電圧を約４Ｖから約３０Ｖまで高くしていくと、ＲＦ容量が次第に増加していった。
また、駆動電圧を約３０Ｖから低くしていくと、ＲＦ容量が駆動電圧に応じて減少した。しかしながら、駆動電圧を０Ｖまで低くしても、ＲＦ容量は下限値に到達しなかった。これは、駆動電圧を高くしたために、誘電体膜４のチャージアップによってスティッキング現象が発生したためである。
【００４５】
このように、実施例においても、スティッキング現象の防止に対して、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、可動梁の先端が固定板側に撓んでいるようにすることが有効であることを確認することができた。また、可変容量素子の駆動電圧を低くする際に、ＲＦ容量が下限値まで低下せずに高止まりすることがなくなり、可変容量素子が制御不能になることを防ぐことが可能になることを確認することができた。
【００４６】
次に、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、可動梁３の先端が固定板側に撓んでいるようにするための製造方法の一例について説明する。
【００４７】
図８（Ａ）は、本実施形態の可変容量素子１の製造に用いるスパッタリング装置２１と、スパッタリング装置２１を用いた成膜工程について説明する模式図である。
【００４８】
スパッタリング装置２１は、レーザー光照射部２２と、レーザー反射光検出部２３と、スパッタリング条件制御部２４と、チャンバー２５とを備える。
【００４９】
チャンバー２５は、ターゲット２０と基板３１とを収容する。スパッタリング装置２１では、スパッタリングガスを用いてターゲット２０から金属粒子を飛散させ、基板３１上に例えばタングステンからなる金属膜３２を成膜する。金属膜３２は、成膜時のスパッタリングガス圧やスパッタリング電力に応じた内部応力を持つことになり、金属膜３２の内部応力によって基板３１は撓むことになる。
レーザー光照射部２２は、チャンバー２５に収容された基板３１にレーザー光を照射する。
レーザー反射光検出部２３は、レーザー光が照射された基板３１が反射するレーザー反射光を受光し、レーザー反射光の受光角度（または受光位置）を検出する。
スパッタリング条件制御部２４は、レーザー反射光検出部２３が検出したレーザー反射光の受光角度（または受光位置）に基づいて、基板３１の撓み量を認識し、基板３１が所望の撓み量となるようにスパッタリングガス圧やスパッタリング電力を制御する。
【００５０】
このようなスパッタリング装置２１を用いた成膜工程では、基板３１の撓み量を検知しながらスパッタリングガス圧やスパッタリング電力が制御されることで、基板３１の撓み量を高精度に制御することができる。
したがって、この成膜工程の後に、金属膜３２をエッチングして、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９を形成する。なお、成膜工程において、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９に対応する開口部を有するレジストパターンを基板３１上に形成した状態で金属膜３２を成膜し、その後レジストパターンを除去するリフトオフ・プロセスによって可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９を形成してもよい。このようにして可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９を形成した後、基板３１を可動梁として加工して、本実施形態の可変容量素子を製造する。このような製造法では、高い歩留まりで、本実施形態の可変容量素子を製造することが可能になる。
【００５１】
ここで、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９となる金属膜３２の内部応力とスパッタリング条件との具体的な関係に付いて説明する。
【００５２】
図８（Ｂ）は、本実施形態の可変容量素子１の製造における、金属膜３２の成膜工程に係るスパッタリングガス圧と金属膜３２の内部応力との関係を示す図である。なお、ここでは、アルゴンガスを用いたＤＣスパッタリング法により、ＤＣ電力を約１５００W、成膜時間を約１０００秒とし、約２００ｎｍの膜厚の金属膜３２を成膜した例を示している。
【００５３】
スパッタリングガス圧を約０．７Ｐａ，約０．７５Ｐａ，約０．７６Ｐａ，約０．８Ｐａと異ならせて金属膜３２を成膜し、それぞれの内部応力を調べると、スパッタリングガス圧を約０．７６Ｐａとしたときに、内部応力が略ゼロの金属膜３２が形成された。約０．７６Ｐａよりも低いスパッタリングガス圧では、内部応力が引っ張り応力である金属膜３２が形成された。逆に、約０．７６Ｐａよりも高いスパッタリングガス圧では、内部応力が圧縮応力である金属膜３２が形成された。このことは、金属膜３２中へのスパッタリングガスや金属粒子の打ち込みエネルギーが、スパッタリングガス圧が低ければ大きく、スパッタリングガス圧が高ければ小さくなるためと考えられる。
したがって、高いスパッタリングガス圧では金属膜３２が圧縮応力層となるように形成されるため、基板３１が金属膜３２側に反った形状に形成されることになる。また、低いスパッタリングガス圧では、金属膜３２が引っ張り応力層となるように形成されるため、基板３１が金属膜３２とは反対側に反った形状に形成されることになる。
【００５４】
図８（Ｃ）は、本実施形態の可変容量素子１の製造における、金属膜３２の成膜工程に係るＤＣ電力と金属膜３２の内部応力との関係を示す図である。
成膜時間を約１０００秒とした上で、ＤＣ電力および膜厚を異ならせて金属膜３２を形成し、それぞれの内部応力を調べると、ＤＣ電力を約１５００Ｗとすることで、内部応力が約２６００Ｐａの引っ張り応力である金属膜３２が形成された。ＤＣ電力を約１０００Ｗとすると、内部応力が約１０００Ｐａの引っ張り応力である金属膜３２が形成された。ＤＣ電力を約５００Ｗとすると、内部応力が約１２００Ｐａの圧縮応力である金属膜３２が形成された。
【００５５】
また、成膜する金属膜３２の膜厚を約２００ｎｍとした上で、ＤＣ電力および成膜時間を異ならせて金属膜３２を形成し、それぞれの内部応力を調べると、ＤＣ電力を約１５００Ｗとすることで、内部応力が約２６００Ｐａの引っ張り応力である金属膜３２が形成された。ＤＣ電力を約１０００Ｗとすると、内部応力が約２０００Ｐａの引っ張り応力である金属膜３２が形成された。ＤＣ電力を約５００Ｗとすると、内部応力が約１８００Ｐａの圧縮応力である金属膜が形成された。
【００５６】
以上に説明した本実施形態の構成および製造方法を採用することにより、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板側に先端が撓んでいるように構成されている可動梁を備え、スティッキング現象の発生を抑制できる可変容量素子を、高い形状精度と高い歩留まりで製造することができる。
【００５７】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態に係る可変容量素子について説明する。
【００５８】
図９（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る可変容量素子３１の可動梁を除いた状態での分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
【００５９】
この可変容量素子３１は、第１の実施形態の可変容量素子１とは形状が相違する誘電体膜３４を備え、その他の構成は第１の実施形態の可変容量素子１と同様である。
誘電体膜３４は、区画領域３Ｅ１，３Ｅ３に対向する領域を他の領域よりも薄肉に構成した薄肉部３４Ａを備えている。また、誘電体膜３４は、薄肉部３４Ａにおける区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３に対向する領域に均等に配置され、局所的に周囲から突出する円柱状の突出部４Ｂを備えている。薄肉部３４Ａおよび突出部３４Ｂは、前述の薄肉部４Ａおよび突出部４Ｂと同様に、可動梁側の電極と、誘電体膜３４との接触面積を低減するために設けられている。このように誘電体膜３４を構成することにより、誘電体膜３４のチャージアップによる帯電量が減少し、スティッキング現象の発生を防ぐことができる。
【００６０】
図９（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る可変容量素子４１の可動梁を除いた状態での分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
【００６１】
この可変容量素子４１は、第１の実施形態の可変容量素子１とは形状が相違する誘電体膜４４を備え、その他の構成は第１の実施形態の可変容量素子１と同様である。
誘電体膜４４は、区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３に対向する領域におけるＸ軸正方向側の半分の領域にＸ軸負方向側の領域よりも薄肉に構成した薄肉部４４Ａを備えている。また、誘電体膜４４は、薄肉部４４Ａにおける区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３に対向する領域に均等に配置され、局所的に周囲から突出する円柱状の突出部４４Ｂを備えている。このように誘電体膜４４を構成しても、誘電体膜４４のチャージアップによる帯電量が減少し、スティッキング現象の発生を防ぐことができる。
【００６２】
《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態に係る可変容量素子について説明する。
【００６３】
図１０（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る可変容量素子５１のＹ軸に垂直な断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。図１０（Ａ）は、図４（Ｂ）と同様の位置での断面図である。
【００６４】
この可変容量素子５１は、可動梁３の固定板２と対向する面とは反対側の面（Ｚ軸正方向の面）に引っ張り応力膜５３を設け、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）および可動梁側ＲＦ容量電極９の内部応力を略ゼロにした構成であり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。
引っ張り応力膜５３は、可動梁３に圧縮方向の力を加え、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板側に可動梁３の先端が撓んでいるように変形させる。このような構成であっても、引っ張り応力膜５３を第１の実施形態で説明した成膜工程で成膜することができ、それにより、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板側に先端が撓んでいるように構成されている可動梁を備えて、スティッキング現象の発生を抑制できる可変容量素子５１を高い形状精度と高い歩留まりで製造することができる。
【００６５】
図１０（Ｂ）は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る可変容量素子６１のＹ軸に垂直な断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。図１０（Ｂ）は、図４（Ｂ）と同様の位置での断面図である。
【００６６】
この可変容量素子６１は、可動梁３の固定板２と対向する面とは反対側の面（Ｚ軸正方向の面）に引っ張り応力膜６３を、初期近接領域に重なる領域に設け、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）および可動梁側ＲＦ容量電極９の内部応力を略ゼロにした構成である。
引っ張り応力膜６３は、初期近接領域に位置する可動梁３の一部に圧縮方向の力を加え、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板側に可動梁３の先端が撓んでいるように変形させる。このように可変容量素子６１を構成しても、引っ張り応力膜６３を第１の実施形態で説明した成膜工程で成膜することができ、それにより、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板側に先端が撓んでいるように構成されている可動梁を備えて、スティッキング現象の発生を抑制できる可変容量素子５１を高い形状精度と高い歩留まりで製造することができる。
【００６７】
《第４の実施形態》
次に、本発明の第４の実施形態に係る可変容量素子について説明する。
【００６８】
図１１（Ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る可変容量素子７１の可動梁および誘電体膜を除いた状態での分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
この可変容量素子７１は、上述の実施形態よりも幅狭な固定板側駆動容量電極７５Ａ，７５Ｂを備える。また、ミアンダライン状に形成されており、一方の端部が接地端子ＧＮＤに接続されているグランド電極７７を備える。
【００６９】
図１１（Ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る可変容量素子７１の可動梁を除いた状態での分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
可変容量素子７１は、上述の実施形態とは形状が相違する誘電体膜７４を備える。誘電体膜７４は、固定板側駆動容量電極７５Ａ，７５Ｂに重なる領域を他の領域よりも薄肉に構成した薄肉部７４Ａを備えている。
【００７０】
この可変容量素子７１は、固定板側駆動容量電極７５Ａ，７５Ｂに重なる領域で、誘電体膜７４が可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）に接触せず、グランド電極７７に重なる領域で、誘電体膜７４が可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）に接触することになる。グランド電極７７は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）と同電位（グランド電位）に接続され、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）と固定板側駆動容量電極７５Ａ，７５Ｂとが対向する領域の誘電体膜７４に強い電界が作用することを防ぐ。このため、誘電体膜７４に駆動電圧が直接印加されることが無くなり、誘電体膜７４におけるチャージアップを大幅に抑制することが可能になる。このため、スティッキング現象の発生をより確実に防ぐことができる。
【００７１】
本発明は以上に説明した実施形態や変形例の記載に制限されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されるものである。
【符号の説明】
【００７２】
１，１１，３１，４１，５１，６１，７１…可変容量素子
２…固定板
３…可動梁
３Ａ…支持部
３Ｂ…連結部
３Ｃ…可動部
３Ｄ１，３Ｄ２…分割領域
３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３…区画領域
４，１４，３４，４４，７４…誘電体膜
４Ａ，３４Ａ，４４Ａ，７４Ａ…薄肉部
４Ｂ，３４Ｂ，４４Ｂ…突出部
５Ａ，５Ｂ，７５Ａ，７５Ｂ…固定板側駆動容量電極
６Ａ，６Ｂ…固定板側ＲＦ容量電極
８Ａ，８Ｂ…可動梁側駆動容量電極
９…可動梁側ＲＦ容量電極
２０…ターゲット
２１…スパッタリング装置
２２…レーザー光照射部
２３…レーザー反射光検出部
２４…スパッタリング条件制御部
２５…チャンバー
３１…基板
３２…金属膜
５３，６３…引っ張り応力膜
７７…グランド電極
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いて静電力により駆動する静電駆動型アクチュエータと、その静電駆動型アクチュエータを利用してＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）容量を連続的に変えることができる可変容量素子と、それらの製造方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々なデバイスで静電駆動型アクチュエータが採用されることがある（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
図１（Ａ）は、静電駆動型アクチュエータを採用したスイッチ素子１０１の構成例について説明する図である。
図示するスイッチ素子１０１は、固定部１０２と、可動部１０３と、接点電極１０４と、駆動容量電極１０５と、ストッパ１０６とを備えている。固定部１０２は基板である。可動部１０３は、金属製の片持ち梁であり、固定部１０２に固定された固定端部１０３Ａと、固定部１０２の主面に一定間隔で対向する可動端部１０３Ｂとを備えている。接点電極１０４と、駆動容量電極１０５と、ストッパ１０６とは、可動端部１０３Ｂに対向して設けられている。このスイッチ素子１０１では、駆動容量電極１０５と可動部１０３との間に駆動電圧が印加されることで可動部１０３が変形して、可動端部１０３Ｂが接点電極１０４に接触し、可動部１０３と接点電極１０４との間での電気的接点が得られる。
【０００４】
また、このような静電駆動型アクチュエータを利用するデバイスとして、ＲＦ容量を連続的に制御可能にした可変容量素子が開発されている。
【０００５】
図１（Ｂ）は、静電駆動型アクチュエータを採用した可変容量素子２０１の構成例について説明する図である。
【０００６】
図示する可変容量素子２０１は、固定部２０２と、可動部２０３と、固定部側ＲＦ容量電極２０４と、可動部側ＲＦ容量電極２０５と、誘電体膜２０６と、固定部側駆動容量電極（不図示）と、可動部側駆動容量電極（不図示）とを備える。固定部２０２は基板である。可動部２０３は、絶縁性材料からなる片持ち梁であり、固定部２０２に固定された固定端部２０３Ａと、固定部２０２の主面に一定間隔で対向する可動端部２０３Ｂとを備えている。可動部側ＲＦ容量電極２０５は、可動端部２０３Ｂにおける固定部２０２との対向面に設けられている。固定部側ＲＦ容量電極２０４は、可動端部２０３Ｂおよび可動部側ＲＦ容量電極２０５に対向するように設けられている。可動部側駆動容量電極（不図示）は、可動端部２０３Ｂにおける固定部２０２との対向面に、可動部側ＲＦ容量電極２０５と隣り合うように設けられている。固定部側駆動容量電極（不図示）は、可動端部２０３Ｂおよび可動部側駆動容量電極に対向するように設けられている。なお、固定部側駆動容量電極と可動部側駆動容量電極とは、図１（Ｂ）では図示されていない。誘電体膜２０６は、固定部側ＲＦ容量電極２０４と固定部側駆動容量電極（不図示）とを覆うように設けられている。
この可変容量素子２０１では、固定部側駆動容量電極と可動部側駆動容量電極との間に駆動電圧を印加することで生じる駆動容量によって可動部２０３が変位して、可動部側ＲＦ容量電極２０５が誘電体膜２０６に接触する。可動部側ＲＦ容量電極２０５と誘電体膜２０６との接触面積は駆動電圧に応じて変化し、誘電体膜２０６を介して対向する固定部側ＲＦ容量電極２０４と可動部側ＲＦ容量電極２０５との間に、可動部側ＲＦ容量電極２０５と誘電体膜２０６との接触面積に応じた容量値のＲＦ容量が生じる。可変容量装置２０１では、誘電体膜２０６は、高い誘電率を有する材料からなり、極めて薄い膜厚で形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１５２１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
静電駆動型アクチュエータを採用した可変容量素子では、駆動電圧の印加により可動部が変位し、誘電体膜の両面が電極に接触した状態になる。その状態では、誘電体膜の表面と電極との間で電子が移動し、誘電体膜の表面が帯電した状態となる（以下、この現象をチャージアップと称する。）。このチャージアップによる帯電は、駆動電圧の印加を止めても続き、チャージアップによる帯電量が大きければ、駆動電圧の印加を止めても可動部が固定部に貼り付くスティッキング現象が引き起こされることになる。すると、可動部を駆動電圧で制御することが困難になり、駆動電圧の印加を止めても、ＲＦ容量を下限値まで下げることができなくなる。
【０００９】
そこで本発明は、スティッキング現象の発生を抑制することができる静電駆動型アクチュエータおよび可変容量素子を実現することと、それらの静電駆動型アクチュエータや可変容量素子を歩留まり良く、高い形状精度で生産することと、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る静電駆動型アクチュエータは、固定板と、可動梁と、可動梁側電極と、固定板側電極と、誘電体膜とを備えている。可動梁は、固定板に間隔を隔てて対向するように設けられている。可動梁側電極は、可動梁に設けられている。固定板側電極は、可動梁側電極に対向するように固定板に設けられている。誘電体膜は、可動梁側電極と固定板側電極との間に配置されている。そして、可動梁は、初期状態において、前記固定板側とは反対側に凸である。
また、本発明に係る静電駆動型アクチュエータは、固定板と、可動梁と、可動梁側電極と、固定板側電極と、誘電体膜とを備え、可動梁は、初期状態において、前記固定板側に先端が撓んでいるように構成されている。
【００１１】
本発明に係る可変容量素子は、固定板と、可動梁と、駆動容量部と、ＲＦ容量部とを備えている。駆動容量部は、可動梁に設けられる可動梁側駆動容量電極と、可動梁側駆動容量電極に対向するように固定板に設けられる固定板側駆動容量電極と、可動梁側駆動容量電極と固定板側駆動容量電極との間に形成される誘電体膜とからなり、可動梁側駆動容量電極と固定板側駆動容量電極との間に生じる駆動容量に基づいて可動梁を変形させる。ＲＦ容量部は、可動梁に設けられる可動梁側ＲＦ容量電極と、可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように固定板に設けられる固定板側ＲＦ容量電極と、可動梁側ＲＦ容量電極と固定板側ＲＦ容量電極との間に形成される誘電体膜とからなる。そして、可動梁は、初期状態において、前記固定板側とは反対側に凸である。
また、本発明に係る可変容量素子は、固定板と、可動梁と、駆動容量部と、ＲＦ容量部とを備え、可動梁は、初期状態において、前記固定板側に先端が撓んでいるように構成されている。
【００１２】
可動梁が初期状態において固定板側に先端が撓んでいるように構成されている場合、駆動容量を大きくしていく際に、最初に固定板と平行に近接する領域（以下、初期近接領域と称する。）を、固定板と近接させるには、初期近接領域を固定板側に対して凸状に変形させる必要がある。初期近接領域を固定板側に対して凸状に変形させるために必要な静電引力は、可動梁が初期状態において固定板側に先端が撓んでいないように構成されている場合には小さいが、可動梁が初期状態において固定板側に先端が撓んでいるように構成されている場合には大きいものになる。誘電体膜のチャージアップがスティッキング現象を引き起こす際にも、初期近接領域が凸状に変形することになるが、可動梁が初期状態において固定板側に先端が撓んでいるように構成されている可変容量素子では、誘電体膜のチャージアップによる静電引力や帯電量が相当大きくなければ、初期近接領域を凸状に変形させることができない。したがって、この構成では、スティッキング現象の発生を抑制できる。
【００１３】
上述の可変容量素子において、可動梁側駆動容量電極と可動梁側ＲＦ容量電極とのうちの少なくとも一方は、圧縮応力層であると好適である。また、上述の可変容量素子において、可動梁は、固定板と対向する面とは反対側の面に引っ張り応力膜が設けられていると好適である。
これらの構成では、可動梁を初期状態において固定板側に先端が撓んでいる状態にすることが容易となる。
【００１４】
上述の可変容量素子において、誘電体膜は、薄肉部と、局所的に突出する突出部を備えると好適である。
この構成のように、誘電体膜を薄肉部と突出部とを有するように構成することにより、可動梁側の電極と誘電体膜との接触面積が低減されるため、誘電体膜のチャージアップによる帯電量が減少し、可動梁のスティッキング現象の発生をより確実に防ぐことができる。
【００１５】
本発明に係る静電駆動型アクチュエータの製造方法および可変容量素子の製造方法は、可動梁を構成する基板に可動梁側電極を構成する金属膜をスパッタリング法により成膜する成膜工程を有し、その成膜工程では、基板にレーザー光を照射して基板が反射するレーザー反射光の受光角度を検出することにより基板の撓み量を認識し、基板の撓み量に基づいてスパッタリング条件を制御し、金属膜を圧縮応力膜として成膜する。
【００１６】
この方法により、可動梁が初期状態において固定板側に先端が撓んでいる静電駆動型アクチュエータや可変容量素子を、歩留まり良く、また、高い形状精度で生産することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の構成では、スティッキング現象の発生を抑制することができる静電駆動型アクチュエータおよび可変容量素子を実現することと、それらの静電駆動型アクチュエータや可変容量素子を歩留まり良く、高い形状精度で生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の静電駆動型アクチュエータを利用するデバイスの構成例を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子の構成を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子を分解した状態での平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子における可動梁の変形態様を説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の実施例に係る可変容量素子の駆動電圧とＲＦ容量との関係を説明する図である。
【図７】比較例に係る可変容量素子の駆動電圧とＲＦ容量との関係を説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子の金属膜の成膜工程について説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る可変容量素子の構成を説明する図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る可変容量素子の構成を説明する図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る可変容量素子の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。なお、各図には直交座標形のＸ−Ｙ−Ｚ軸を付し、可動梁の厚み方向をＺ軸方向、梁長さ方向をＸ軸方向、梁幅方向をＹ軸方向としている。
【００２０】
《第１の実施形態》
まず、本発明の第１の実施形態に係る静電駆動型アクチュエータについて可変容量素子を例に説明する。
【００２１】
図２（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る可変容量素子１の平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
【００２２】
図２に示すように、可変容量素子１は、固定板２と、可動梁３と、誘電体膜４とを備えている。
固定板２は、例えばガラス基板からなり、平面視して矩形状に構成されている。なお、固定板２は、シリコン単結晶基板などの他の絶縁性基板からなるものであってもよい。
誘電体膜４は、固定板２の上面（Ｚ軸正方向の面）に、平面視して固定板２よりも小さい矩形状に形成されている。なお、誘電体膜４は、五酸化タンタルなどの高い誘電率を有する薄膜からなる。
【００２３】
可動梁３は、一端部で固定板２に支持される片持ち梁構造であり、支持部３Ａと、連結部３Ｂと、可動部３Ｃとを備えている。なお、可動梁３は、高抵抗シリコン基板などの絶縁性基板や導電性基板からなる。また、可動梁３は、片持ち梁構造ではなく、両端部で固定板２に支持される両持ち梁構造であってもよい。
支持部３Ａは、平面視してＹ軸方向に長尺な矩形状であり、固定板２の上面からＺ軸正方向に立設している。支持部３Ａは、可動梁３のＸ軸負方向端部に設けられている。
連結部３Ｂは、平面視して、それぞれＸ軸に対して蛇行するミアンダライン状であり、支持部３ＡのＹ軸方向両端それぞれからＸ軸正方向に立設している。
可動部３Ｃは、平面視して、Ｘ軸方向に長尺な平板状であり、可動梁３のＸ軸正方向端部に設けられている。可動部３Ｃは、外周部が誘電体膜４の外周部よりも内側に位置する。可動部３Ｃは、Ｘ軸負方向の端部で連結部３Ｂに連結されている。
連結部３Ｂおよび可動部３Ｃは、固定板２および誘電体膜４から離間した状態で支持部３Ａに支持されている。
【００２４】
また、可動部３Ｃは、２つの分割領域３Ｄ１，３Ｄ２と、３つの区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３とを備えている。分割領域３Ｄ１，３Ｄ２は、それぞれＸ軸に沿って複数の貫通孔が配列された領域である。区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３は、分割領域３Ｄ１，３Ｄ２によって区画された、Ｘ軸方向に沿って長尺な領域である。
【００２５】
図２（Ｂ）は、可動梁３を除いた状態での可変容量素子１の分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
誘電体膜４は、Ｘ軸正方向側にＸ軸負方向側の領域よりも薄肉に構成した薄肉部４Ａを備えている。また、誘電体膜４は、薄肉部４Ａにおける前述の区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３に対向する領域に、局所的に周囲から突出する円柱状の突出部４Ｂを備えている。これら薄肉部４Ａおよび突出部４Ｂは、後述する可動梁３側の電極と、誘電体膜４との接触面積を低減するために設けられている。その接触面積を低減することにより、誘電体膜４のチャージアップによる帯電量が減少し、可動梁３のスティッキング現象の発生を抑制することができる。
【００２６】
図３（Ａ）は、可動梁３および誘電体膜４を除いた状態での可変容量素子１の分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
図３（Ａ）に示すように、可変容量素子１は、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとを備える。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとは、それぞれ固定板２の上面に形成されている。
【００２７】
固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂおよび固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂは、それぞれＸ軸方向に長尺な線路状電極であり、Ｙ軸方向に配列して設けられている。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂおよび固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂは、例えば、Ｃｒ，Ｐｔ，Ａｕなどからなる金属層の単層電極、またはそれらの積層電極として構成するとよい。
固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂは、区画領域３Ｅ１，３Ｅ３に対向する領域に設けられていて、一方の端部が駆動電圧端子ＤＣに接続されている。固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂは、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６ＢのＹ軸方向の両脇に設けられている。
固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂは、区画領域３Ｅ２に対向する領域に設けられていて、固定板側ＲＦ容量電極６Ａの一方の端部はＲＦ信号の入力端子（または出力端子）に接続され、固定板側ＲＦ容量電極６Ｂの一方の端部はＲＦ信号の出力端子（または入力端子）に接続されている。固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂの間に設けられている。誘電体膜４は、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとを覆うように形成されている。
【００２８】
図３（Ｂ）は、固定板２および誘電体膜４を除いて、可動梁３を裏返した状態での可変容量素子１の分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
図３（Ｂ）に示すように、可変容量素子１は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とを備える。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とは、それぞれ可動梁３の下面に形成されている。可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂと、可動梁側ＲＦ容量電極９とは、Ｘ軸方向に長尺な線路状電極であり、Ｙ軸方向に配列して設けられている。
【００２９】
可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂは、可動梁側ＲＦ容量電極９のＹ軸方向の両脇に設けられている。可動梁側駆動容量電極８Ａは、固定板側駆動容量電極５Ａおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ１に設けられており、一方の端部が接地端子ＧＮＤに接続されている。可動梁側駆動容量電極８Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ｂおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ３に設けられており、一方の端部が接地端子ＧＮＤに接続されている。
可動梁側ＲＦ容量電極９は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂの間に設けられている。具体的には、可動梁側ＲＦ容量電極９は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂおよび誘電体膜４と対向するように区画領域３Ｅ２に設けられている。
【００３０】
これらの可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９は、例えば、タングステンやモリブデンからなる金属層の単層電極、またはタングステンからなる下地層の上にチタン・タングステン合金層を設けた積層電極として構成するとよい。
【００３１】
図４（Ａ）は、図２中にＡ−Ａ’で示す位置での可変容量素子１の断面図（Ｙ−Ｚ面断面図）である。
【００３２】
可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと誘電体膜４とに対向している。可動梁側駆動容量電極８Ａは、固定板側駆動容量電極５Ａおよび誘電体膜４の対向する領域とともに駆動容量部を構成している。可動梁側駆動容量電極８Ｂは、固定板側駆動容量電極５Ｂおよび誘電体膜４の対向する領域とともに駆動容量部を構成している。駆動電圧端子ＤＣから固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂに駆動電圧（ＤＣ電圧）が印加されると、駆動容量部において静電引力が発生する。駆動容量部は、その静電引力により可動梁３を固定板２側に引き付け、可動梁３を先端（Ｘ軸正方向側の端部）から誘電体膜４に接触させる駆動容量として機能する。駆動電圧が高電圧であるほど、可動梁３と誘電体膜４との接触面積は大きくなる。
【００３３】
可動梁側ＲＦ容量電極９は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂと誘電体膜４とに対向している。可動梁側ＲＦ容量電極９は、固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂおよび誘電体膜４の対向する領域とともにＲＦ容量部を構成している。ＲＦ容量部は、可動梁側ＲＦ容量電極９と固定板側ＲＦ容量電極６Ａ，６Ｂとの間に形成され、可動梁３と誘電体膜４との接触面積に応じて容量の大きさが変化するＲＦ容量として機能する。
【００３４】
なお、駆動容量部は駆動電圧端子ＤＣと接地端子ＧＮＤとの間に並列接続されるため、両者を直列接続する構成に比べて単位面積当たりの静電引力が大きく、両者を直列接続する場合よりも電極面積の低減に有利である。一方、ＲＦ容量部はＲＦ信号の入力端子と出力端子との間に直列接続されるため、両者を並列接続する構成に比べて単位面積当たりの静電引力が小さく、両者を並列接続する場合よりもＲＦ信号による可動梁３の変形（セルフアクチエーション）の抑制に有利である。
【００３５】
図４（Ｂ）は、図２中にＢ−Ｂ’で示す位置での可変容量素子１の断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。
【００３６】
可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９は圧縮応力層となるように構成されている。則ち、可動梁３は、圧縮応力層の圧縮応力により、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板２側に先端（Ｘ軸正方向側の端部）が撓んでいるように構成されている。言い換えれば、可動梁３は、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板２側とは反対側に凸となり、可動部３Ｃの先端（Ｘ軸正方向側の端部）と固定板２との間の距離が可動部３Ｃの連結部３Ｂとの連結部と固定板２との間の距離よりも短くなっている。
【００３７】
図５は、可変容量素子１における可動梁３の変形態様を説明する図である。
【００３８】
駆動電圧端子ＤＣから固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂに印加される駆動電圧を０Ｖから高くしていき、固定板側駆動容量電極５Ａ，５Ｂと可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂとの間に形成される駆動容量を大きくしていくと、静電引力により可動梁３が固定板２側に引き付けられ、可動梁３の連結部３Ｂにおける撓みが大きくなり、可動部３Ｃが先端（Ｘ軸正方向側の端部）から誘電体膜４に接近していく。そして、図５（Ａ）に示すように、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）および可動梁側ＲＦ容量電極９が誘電体膜４の突出部４Ｂに接触する。
【００３９】
駆動容量をさらに大きくしていくと、可動梁３の可動部３Ｃにおける撓みが大きくなり、可動部３Ｃが固定板２側に対して凸状に変形し、図５（Ｂ）に示すように、可動梁３の先端（Ｘ軸正方向側の端部）近傍が固定板２と平行になるように、可動梁３が固定板２に近づく。なお、この最初に固定板２と平行に近接する領域が初期近接領域であり、本実施形態では、この初期近接領域と一致する誘電体膜４の領域に、薄肉部４Ａを設けている。
【００４０】
駆動電圧をより高くしていくと、可動梁３の可動部３Ｃにおける撓みがさらに大きくなり、図５（Ｃ）に示すように、可動梁側ＲＦ容量電極９が誘電体膜４に接触する領域が拡大していくとともに可変容量が増加していく。
【００４１】
このような変形態様を持つ可変容量素子１は、図５（Ａ）に示す可動梁３の状態から図５（Ｂ）に示す可動梁３の状態になる為に必要な静電引力が、比較的大きい。このことは、誘電体膜４のチャージアップによる静電引力が作用しても、スティッキング現象が生じにくいことを表している。
【００４２】
図６は、本実施形態の実施例に係る可変容量素子１１の駆動電圧とＲＦ容量との関係を説明する図である。また、図７は、比較例に係る可変容量素子１１１の駆動電圧とＲＦ容量との関係を説明する図である。
【００４３】
図６に示す可変容量素子１１は、表面が平坦な誘電体膜１４を備える構成である。その他の構成は、本実施形態の可変容量素子１と同じである。この可変容量素子１１は、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、可動部３Ｃの先端（Ｘ軸正方向側の端部）と固定板２との間の距離を約４００ｎｍとし、可動部３Ｃの連結部３Ｂとの連結部と固定板２との間の距離を約６００ｎｍとしている。
この可変容量素子１１において、駆動電圧を０Ｖから高くしていき、駆動容量を大きくしていくと、駆動電圧が約２Ｖで前述した図５（Ａ）の状態となり、駆動電圧が約１０Ｖで前述した図５（Ｂ）の状態となった。この駆動電圧が０Ｖから約１０Ｖまでの間は、ＲＦ容量の大きさは略一定であった。そして、駆動電圧を約１０Ｖから約３０Ｖまで高くしていくと、ＲＦ容量は次第に増加していった。
また、駆動電圧を約３０Ｖから低くしていくと、約１０ＶまではＲＦ容量が駆動電圧に応じて減少した。そして、駆動電圧を約１０Ｖから０Ｖまで低くしていく間は、ＲＦ容量は下限値近傍で略一定であった。
【００４４】
図７に示す比較例の可変容量素子１１１は、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板２とは反対側に先端（Ｘ軸正方向側の端部）が撓んでいるように可動梁１１３が構成されている。言い換えれば、可動梁１１３では、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、可動部の先端（Ｘ軸正方向側の端部）と固定板２との間の距離が可動部の連結部との連結部と固定板２との間の距離よりも長くなっている。この可変容量素子１１１は、駆動電圧が印加されていない状態において、可動部の先端（Ｘ軸正方向側の端部）と固定板２との間の距離を約７００ｎｍとし、可動部の連結部との連結部と固定板２との間の距離を約６００ｎｍとしている。また、可変容量素子１１１は、図６に示す可変容量素子１１と同様に、表面が平坦な誘電体膜１１４を備える構成である。図７に示す可変容量素子１１１は、その他の構成は、可変容量素子１１と同じである。
この可変容量素子１１１において、駆動電圧を０Ｖから高くしていき、駆動容量を大きくしていくと、駆動電圧が約４Ｖで前述した図５（Ｂ）の状態となった。この駆動電圧が０Ｖから約４Ｖまでの間は、ＲＦ容量の大きさは略一定であった。そして、駆動電圧を約４Ｖから約３０Ｖまで高くしていくと、ＲＦ容量が次第に増加していった。
また、駆動電圧を約３０Ｖから低くしていくと、ＲＦ容量が駆動電圧に応じて減少した。しかしながら、駆動電圧を０Ｖまで低くしても、ＲＦ容量は下限値に到達しなかった。これは、駆動電圧を高くしたために、誘電体膜４のチャージアップによってスティッキング現象が発生したためである。
【００４５】
このように、実施例においても、スティッキング現象の防止に対して、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、可動梁の先端が固定板側に撓んでいるようにすることが有効であることを確認することができた。また、可変容量素子の駆動電圧を低くする際に、ＲＦ容量が下限値まで低下せずに高止まりすることがなくなり、可変容量素子が制御不能になることを防ぐことが可能になることを確認することができた。
【００４６】
次に、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、可動梁３の先端が固定板側に撓んでいるようにするための製造方法の一例について説明する。
【００４７】
図８（Ａ）は、本実施形態の可変容量素子１の製造に用いるスパッタリング装置２１と、スパッタリング装置２１を用いた成膜工程について説明する模式図である。
【００４８】
スパッタリング装置２１は、レーザー光照射部２２と、レーザー反射光検出部２３と、スパッタリング条件制御部２４と、チャンバー２５とを備える。
【００４９】
チャンバー２５は、ターゲット２０と基板３１とを収容する。スパッタリング装置２１では、スパッタリングガスを用いてターゲット２０から金属粒子を飛散させ、基板３１上に例えばタングステンからなる金属膜３２を成膜する。金属膜３２は、成膜時のスパッタリングガス圧やスパッタリング電力に応じた内部応力を持つことになり、金属膜３２の内部応力によって基板３１は撓むことになる。
レーザー光照射部２２は、チャンバー２５に収容された基板３１にレーザー光を照射する。
レーザー反射光検出部２３は、レーザー光が照射された基板３１が反射するレーザー反射光を受光し、レーザー反射光の受光角度（または受光位置）を検出する。
スパッタリング条件制御部２４は、レーザー反射光検出部２３が検出したレーザー反射光の受光角度（または受光位置）に基づいて、基板３１の撓み量を認識し、基板３１が所望の撓み量となるようにスパッタリングガス圧やスパッタリング電力を制御する。
【００５０】
このようなスパッタリング装置２１を用いた成膜工程では、基板３１の撓み量を検知しながらスパッタリングガス圧やスパッタリング電力が制御されることで、基板３１の撓み量を高精度に制御することができる。
したがって、この成膜工程の後に、金属膜３２をエッチングして、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９を形成する。なお、成膜工程において、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９に対応する開口部を有するレジストパターンを基板３１上に形成した状態で金属膜３２を成膜し、その後レジストパターンを除去するリフトオフ・プロセスによって可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９を形成してもよい。このようにして可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９を形成した後、基板３１を可動梁として加工して、本実施形態の可変容量素子を製造する。このような製造法では、高い歩留まりで、本実施形態の可変容量素子を製造することが可能になる。
【００５１】
ここで、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂおよび可動梁側ＲＦ容量電極９となる金属膜３２の内部応力とスパッタリング条件との具体的な関係に付いて説明する。
【００５２】
図８（Ｂ）は、本実施形態の可変容量素子１の製造における、金属膜３２の成膜工程に係るスパッタリングガス圧と金属膜３２の内部応力との関係を示す図である。なお、ここでは、アルゴンガスを用いたＤＣスパッタリング法により、ＤＣ電力を約１５００W、成膜時間を約１０００秒とし、約２００ｎｍの膜厚の金属膜３２を成膜した例を示している。
【００５３】
スパッタリングガス圧を約０．７Ｐａ，約０．７５Ｐａ，約０．７６Ｐａ，約０．８Ｐａと異ならせて金属膜３２を成膜し、それぞれの内部応力を調べると、スパッタリングガス圧を約０．７６Ｐａとしたときに、内部応力が略ゼロの金属膜３２が形成された。約０．７６Ｐａよりも低いスパッタリングガス圧では、内部応力が引っ張り応力である金属膜３２が形成された。逆に、約０．７６Ｐａよりも高いスパッタリングガス圧では、内部応力が圧縮応力である金属膜３２が形成された。このことは、金属膜３２中へのスパッタリングガスや金属粒子の打ち込みエネルギーが、スパッタリングガス圧が低ければ大きく、スパッタリングガス圧が高ければ小さくなるためと考えられる。
したがって、高いスパッタリングガス圧では金属膜３２が圧縮応力層となるように形成されるため、基板３１が金属膜３２側に反った形状に形成されることになる。また、低いスパッタリングガス圧では、金属膜３２が引っ張り応力層となるように形成されるため、基板３１が金属膜３２とは反対側に反った形状に形成されることになる。
【００５４】
図８（Ｃ）は、本実施形態の可変容量素子１の製造における、金属膜３２の成膜工程に係るＤＣ電力と金属膜３２の内部応力との関係を示す図である。
成膜時間を約１０００秒とした上で、ＤＣ電力および膜厚を異ならせて金属膜３２を形成し、それぞれの内部応力を調べると、ＤＣ電力を約１５００Ｗとすることで、内部応力が約２６００Ｐａの引っ張り応力である金属膜３２が形成された。ＤＣ電力を約１０００Ｗとすると、内部応力が約１０００Ｐａの引っ張り応力である金属膜３２が形成された。ＤＣ電力を約５００Ｗとすると、内部応力が約１２００Ｐａの圧縮応力である金属膜３２が形成された。
【００５５】
また、成膜する金属膜３２の膜厚を約２００ｎｍとした上で、ＤＣ電力および成膜時間を異ならせて金属膜３２を形成し、それぞれの内部応力を調べると、ＤＣ電力を約１５００Ｗとすることで、内部応力が約２６００Ｐａの引っ張り応力である金属膜３２が形成された。ＤＣ電力を約１０００Ｗとすると、内部応力が約２０００Ｐａの引っ張り応力である金属膜３２が形成された。ＤＣ電力を約５００Ｗとすると、内部応力が約１８００Ｐａの圧縮応力である金属膜が形成された。
【００５６】
以上に説明した本実施形態の構成および製造方法を採用することにより、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板側に先端が撓んでいるように構成されている可動梁を備え、スティッキング現象の発生を抑制できる可変容量素子を、高い形状精度と高い歩留まりで製造することができる。
【００５７】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態に係る可変容量素子について説明する。
【００５８】
図９（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る可変容量素子３１の可動梁を除いた状態での分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
【００５９】
この可変容量素子３１は、第１の実施形態の可変容量素子１とは形状が相違する誘電体膜３４を備え、その他の構成は第１の実施形態の可変容量素子１と同様である。
誘電体膜３４は、区画領域３Ｅ１，３Ｅ３に対向する領域を他の領域よりも薄肉に構成した薄肉部３４Ａを備えている。また、誘電体膜３４は、薄肉部３４Ａにおける区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３に対向する領域に均等に配置され、局所的に周囲から突出する円柱状の突出部４Ｂを備えている。薄肉部３４Ａおよび突出部３４Ｂは、前述の薄肉部４Ａおよび突出部４Ｂと同様に、可動梁側の電極と、誘電体膜３４との接触面積を低減するために設けられている。このように誘電体膜３４を構成することにより、誘電体膜３４のチャージアップによる帯電量が減少し、スティッキング現象の発生を防ぐことができる。
【００６０】
図９（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る可変容量素子４１の可動梁を除いた状態での分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
【００６１】
この可変容量素子４１は、第１の実施形態の可変容量素子１とは形状が相違する誘電体膜４４を備え、その他の構成は第１の実施形態の可変容量素子１と同様である。
誘電体膜４４は、区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３に対向する領域におけるＸ軸正方向側の半分の領域にＸ軸負方向側の領域よりも薄肉に構成した薄肉部４４Ａを備えている。また、誘電体膜４４は、薄肉部４４Ａにおける区画領域３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３に対向する領域に均等に配置され、局所的に周囲から突出する円柱状の突出部４４Ｂを備えている。このように誘電体膜４４を構成しても、誘電体膜４４のチャージアップによる帯電量が減少し、スティッキング現象の発生を防ぐことができる。
【００６２】
《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態に係る可変容量素子について説明する。
【００６３】
図１０（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る可変容量素子５１のＹ軸に垂直な断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。図１０（Ａ）は、図４（Ｂ）と同様の位置での断面図である。
【００６４】
この可変容量素子５１は、可動梁３の固定板２と対向する面とは反対側の面（Ｚ軸正方向の面）に引っ張り応力膜５３を設け、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）および可動梁側ＲＦ容量電極９の内部応力を略ゼロにした構成であり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。
引っ張り応力膜５３は、可動梁３に圧縮方向の力を加え、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板側に可動梁３の先端が撓んでいるように変形させる。このような構成であっても、引っ張り応力膜５３を第１の実施形態で説明した成膜工程で成膜することができ、それにより、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板側に先端が撓んでいるように構成されている可動梁を備えて、スティッキング現象の発生を抑制できる可変容量素子５１を高い形状精度と高い歩留まりで製造することができる。
【００６５】
図１０（Ｂ）は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る可変容量素子６１のＹ軸に垂直な断面図（Ｘ−Ｚ面断面図）である。図１０（Ｂ）は、図４（Ｂ）と同様の位置での断面図である。
【００６６】
この可変容量素子６１は、可動梁３の固定板２と対向する面とは反対側の面（Ｚ軸正方向の面）に引っ張り応力膜６３を、初期近接領域に重なる領域に設け、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）および可動梁側ＲＦ容量電極９の内部応力を略ゼロにした構成である。
引っ張り応力膜６３は、初期近接領域に位置する可動梁３の一部に圧縮方向の力を加え、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板側に可動梁３の先端が撓んでいるように変形させる。このように可変容量素子６１を構成しても、引っ張り応力膜６３を第１の実施形態で説明した成膜工程で成膜することができ、それにより、駆動電圧が印加されていない状態（初期状態）において、固定板側に先端が撓んでいるように構成されている可動梁を備えて、スティッキング現象の発生を抑制できる可変容量素子５１を高い形状精度と高い歩留まりで製造することができる。
【００６７】
《第４の実施形態》
次に、本発明の第４の実施形態に係る可変容量素子について説明する。
【００６８】
図１１（Ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る可変容量素子７１の可動梁および誘電体膜を除いた状態での分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
この可変容量素子７１は、上述の実施形態よりも幅狭な固定板側駆動容量電極７５Ａ，７５Ｂを備える。また、ミアンダライン状に形成されており、一方の端部が接地端子ＧＮＤに接続されているグランド電極７７を備える。
【００６９】
図１１（Ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る可変容量素子７１の可動梁を除いた状態での分解平面図（Ｘ−Ｙ面平面図）である。
可変容量素子７１は、上述の実施形態とは形状が相違する誘電体膜７４を備える。誘電体膜７４は、固定板側駆動容量電極７５Ａ，７５Ｂに重なる領域を他の領域よりも薄肉に構成した薄肉部７４Ａを備えている。
【００７０】
この可変容量素子７１は、固定板側駆動容量電極７５Ａ，７５Ｂに重なる領域で、誘電体膜７４が可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）に接触せず、グランド電極７７に重なる領域で、誘電体膜７４が可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）に接触することになる。グランド電極７７は、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）と同電位（グランド電位）に接続され、可動梁側駆動容量電極８Ａ，８Ｂ（不図示）と固定板側駆動容量電極７５Ａ，７５Ｂとが対向する領域の誘電体膜７４に強い電界が作用することを防ぐ。このため、誘電体膜７４に駆動電圧が直接印加されることが無くなり、誘電体膜７４におけるチャージアップを大幅に抑制することが可能になる。このため、スティッキング現象の発生をより確実に防ぐことができる。
【００７１】
本発明は以上に説明した実施形態や変形例の記載に制限されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されるものである。
【符号の説明】
【００７２】
１，１１，３１，４１，５１，６１，７１…可変容量素子
２…固定板
３…可動梁
３Ａ…支持部
３Ｂ…連結部
３Ｃ…可動部
３Ｄ１，３Ｄ２…分割領域
３Ｅ１，３Ｅ２，３Ｅ３…区画領域
４，１４，３４，４４，７４…誘電体膜
４Ａ，３４Ａ，４４Ａ，７４Ａ…薄肉部
４Ｂ，３４Ｂ，４４Ｂ…突出部
５Ａ，５Ｂ，７５Ａ，７５Ｂ…固定板側駆動容量電極
６Ａ，６Ｂ…固定板側ＲＦ容量電極
８Ａ，８Ｂ…可動梁側駆動容量電極
９…可動梁側ＲＦ容量電極
２０…ターゲット
２１…スパッタリング装置
２２…レーザー光照射部
２３…レーザー反射光検出部
２４…スパッタリング条件制御部
２５…チャンバー
３１…基板
３２…金属膜
５３，６３…引っ張り応力膜
７７…グランド電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側電極と、
前記可動梁側電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側電極と、
前記可動梁側電極と前記固定板側電極との間に配置される誘電体膜と、
を備え、
前記可動梁は、初期状態において、前記固定板側とは反対側に凸である、静電駆動型アクチュエータ。
【請求項２】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側電極と、
前記可動梁側電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側電極と、
前記可動梁側電極と前記固定板側電極との間に配置される誘電体膜と、
を備え、
前記可動梁は、初期状態において、前記固定板側に先端が撓んでいるように構成されている、静電駆動型アクチュエータ。
【請求項３】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に形成される誘電体膜とからなり、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に生じる駆動容量に基づいて前記可動梁を変形させる駆動容量部と、
前記可動梁に設けられる可動梁側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極と前記固定板側ＲＦ容量電極との間に形成される誘電体膜とからなるＲＦ容量部と、
を備え、
前記可動梁は、初期状態において、前記固定板側とは反対側に凸である、可変容量素子。
【請求項４】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に形成される誘電体膜とからなり、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に生じる駆動容量に基づいて前記可動梁を変形させる駆動容量部と、
前記可動梁に設けられる可動梁側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極と前記固定板側ＲＦ容量電極との間に形成される誘電体膜とからなるＲＦ容量部と、
を備え、
前記可動梁は、初期状態において、前記固定板側に先端が撓んでいるように構成されている、可変容量素子。
【請求項５】
前記可動梁側駆動容量電極と前記可動梁側ＲＦ容量電極とのうちの少なくとも一方は圧縮応力層である、請求項３または４に記載の可変容量素子。
【請求項６】
前記可動梁は、前記固定板と対向する面とは反対側の面に引っ張り応力膜が設けられている、請求項３〜５のいずれかに記載の可変容量素子。
【請求項７】
前記誘電体膜は、薄肉部と、局所的に突出する突出部とを備える、請求項３〜６のいずれかに記載の可変容量素子。
【請求項８】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側電極と、
前記可動梁側電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側電極と、
前記可動梁側電極と前記固定板側電極との間に配置される誘電体膜と、
を備える静電駆動型アクチュエータの製造方法であって、
前記可動梁を構成する基板に前記可動梁側電極を構成する金属膜をスパッタリング法により成膜する成膜工程を有し、
前記成膜工程では、前記基板にレーザー光を照射して前記基板が反射するレーザー反射光の受光角度を検出することにより前記基板の撓み量を認識し、前記基板の撓み量に基づいてスパッタリング条件を制御し、前記金属膜を圧縮応力層として成膜する、静電駆動型アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に形成される誘電体膜とからなり、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に生じる駆動容量に基づいて前記可動梁を変形させる駆動容量部と、
前記可動梁に設けられる可動梁側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極と前記固定板側ＲＦ容量電極との間に形成される誘電体膜とからなるＲＦ容量部と、
を備える可変容量素子の製造方法であって、
前記可動梁を構成する基板に前記可動梁側駆動容量電極および前記可動梁側ＲＦ容量電極を構成する金属膜をスパッタリング法により成膜する成膜工程を有し、
前記成膜工程では、前記基板にレーザー光を照射して前記基板が反射するレーザー反射光の受光角度を検出することにより前記基板の撓み量を認識し、前記基板の撓み量に基づいてスパッタリング条件を制御し、前記金属膜を圧縮応力層として成膜する、可変容量素子の製造方法。
【請求項１】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側電極と、
前記可動梁側電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側電極と、
前記可動梁側電極と前記固定板側電極との間に配置される誘電体膜と、
を備え、
前記可動梁は、初期状態において、前記固定板側とは反対側に凸である、静電駆動型アクチュエータ。
【請求項２】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側電極と、
前記可動梁側電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側電極と、
前記可動梁側電極と前記固定板側電極との間に配置される誘電体膜と、
を備え、
前記可動梁は、初期状態において、前記固定板側に先端が撓んでいるように構成されている、静電駆動型アクチュエータ。
【請求項３】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に形成される誘電体膜とからなり、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に生じる駆動容量に基づいて前記可動梁を変形させる駆動容量部と、
前記可動梁に設けられる可動梁側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極と前記固定板側ＲＦ容量電極との間に形成される誘電体膜とからなるＲＦ容量部と、
を備え、
前記可動梁は、初期状態において、前記固定板側とは反対側に凸である、可変容量素子。
【請求項４】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に形成される誘電体膜とからなり、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に生じる駆動容量に基づいて前記可動梁を変形させる駆動容量部と、
前記可動梁に設けられる可動梁側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極と前記固定板側ＲＦ容量電極との間に形成される誘電体膜とからなるＲＦ容量部と、
を備え、
前記可動梁は、初期状態において、前記固定板側に先端が撓んでいるように構成されている、可変容量素子。
【請求項５】
前記可動梁側駆動容量電極と前記可動梁側ＲＦ容量電極とのうちの少なくとも一方は圧縮応力層である、請求項３または４に記載の可変容量素子。
【請求項６】
前記可動梁は、前記固定板と対向する面とは反対側の面に引っ張り応力膜が設けられている、請求項３〜５のいずれかに記載の可変容量素子。
【請求項７】
前記誘電体膜は、薄肉部と、局所的に突出する突出部とを備える、請求項３〜６のいずれかに記載の可変容量素子。
【請求項８】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側電極と、
前記可動梁側電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側電極と、
前記可動梁側電極と前記固定板側電極との間に配置される誘電体膜と、
を備える静電駆動型アクチュエータの製造方法であって、
前記可動梁を構成する基板に前記可動梁側電極を構成する金属膜をスパッタリング法により成膜する成膜工程を有し、
前記成膜工程では、前記基板にレーザー光を照射して前記基板が反射するレーザー反射光の受光角度を検出することにより前記基板の撓み量を認識し、前記基板の撓み量に基づいてスパッタリング条件を制御し、前記金属膜を圧縮応力層として成膜する、静電駆動型アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
固定板と、
前記固定板に間隔を隔てて対向するように設けられる可動梁と、
前記可動梁に設けられる可動梁側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側駆動容量電極と、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に形成される誘電体膜とからなり、前記可動梁側駆動容量電極と前記固定板側駆動容量電極との間に生じる駆動容量に基づいて前記可動梁を変形させる駆動容量部と、
前記可動梁に設けられる可動梁側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極に対向するように前記固定板に設けられる固定板側ＲＦ容量電極と、前記可動梁側ＲＦ容量電極と前記固定板側ＲＦ容量電極との間に形成される誘電体膜とからなるＲＦ容量部と、
を備える可変容量素子の製造方法であって、
前記可動梁を構成する基板に前記可動梁側駆動容量電極および前記可動梁側ＲＦ容量電極を構成する金属膜をスパッタリング法により成膜する成膜工程を有し、
前記成膜工程では、前記基板にレーザー光を照射して前記基板が反射するレーザー反射光の受光角度を検出することにより前記基板の撓み量を認識し、前記基板の撓み量に基づいてスパッタリング条件を制御し、前記金属膜を圧縮応力層として成膜する、可変容量素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−９０４４２（Ｐ２０１３−９０４４２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８８０３（Ｐ２０１１−２２８８０３）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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