ＭＥＭＳ発振器及びその製造方法
【課題】製品として求められる目標精度に比べて梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが大きくても、目標精度内の共振周波数を有するＭＥＭＳ振動子を高い歩留りで得られるＭＥＭＳ発振器を提供する。
【解決手段】本発明の一態様は、基板上に形成された複数のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄと、前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に電気的に接続され、且つ前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子に電気的に接続されていない発振回路２とを具備し、前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれは、梁構造を有しており、前記複数のＭＥＭＳ振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって共振周波数が異なるＭＥＭＳ発振器である。
【解決手段】本発明の一態様は、基板上に形成された複数のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄと、前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に電気的に接続され、且つ前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子に電気的に接続されていない発振回路２とを具備し、前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれは、梁構造を有しており、前記複数のＭＥＭＳ振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって共振周波数が異なるＭＥＭＳ発振器である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ振動子を備えたＭＥＭＳ発振器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、従来のＭＥＭＳ振動子の回路構成を示す図である。ＭＥＭＳ振動子２０１の一方の電極は結合容量２０３ａに接続され、この結合容量２０３ａは入力端子に接続されている。ＭＥＭＳ振動子２０１の他方の電極は結合容量２０３ｂに接続され、この結合容量２０３ｂは出力端子２２０に接続される。ＭＥＭＳ振動子２０１の両電極間にはバイアス抵抗２０４ａ，２０４ｂを介してバイアス電圧印加回路２０２が接続されている。
【０００３】
ＭＥＭＳ振動子２０１を動作させる際に、外部電圧の影響を受けないように基準電圧発生回路を含むバイアス電圧印加回路２０２によってＭＥＭＳ振動子２０１の両電極間に直流バイアス電圧が印加される。外部回路に繋げられる入力端子２１０及び出力端子２２０それぞれとＭＥＭＳ振動子２０１の両電極とは結合容量２０３ａ，２０３ｂを介して接続される。また、直流バイアス電圧を印加するバイアス電圧印加回路２０２との交流的な絶縁を取るために、ＭＥＭＳ振動子２０１の両電極とバイアス電圧印加回路２０２との間にバイアス抵抗２０４ａ，２０４ｂが挿入される。
【０００４】
図１４は、従来のＭＥＭＳ振動子と発振回路を備えたＭＥＭＳ発振器の一例を示す図である。ＭＥＭＳ振動子２０１の一方の電極は結合容量２０３ａに接続され、ＭＥＭＳ振動子２０１の他方の電極は結合容量２０３ｂに接続されている。ＭＥＭＳ振動子２０１の両電極間にはバイアス回路２０２が接続され、このバイアス回路２０２にはバイアス電圧入力端子が接続されている。結合容量２０３ａは増幅回路２３０の入力側に接続され、結合容量２０３ｂは増幅回路２３０の出力側に接続されている。増幅回路２３０の出力側及び結合容量２０３ｂは緩衝回路（バッファアンプ）２４０の入力側に接続され、緩衝回路２４０の出力側は出力端子に接続されている。
【０００５】
ＭＥＭＳ振動子２０１は、機械的な変異による静電容量の変位を利用したものが一般に多く使用されている。最も簡単な構造のものとしては、いわゆるカンチレバーと呼ばれる、片持ちの構造体が代表例として挙げられる。この構造体を使用したＭＥＭＳ振動子２０１の外観の一例を図１５に示し、より詳細なＭＥＭＳ振動子２０１の構造を図１６に示す。
【０００６】
図１５及び図１６（Ａ）に示すように、ＭＥＭＳ振動子２０１は、基板１００上に形成された固定電極１０１と、その固定電極１０１と一定間隔をあけて形成された可動電極１０２とから構成されている。可動電極１０２は、基板１００上に形成された固定部１０４と、固定電極１０１に対向して配置された振動可能な可動部（梁）１０３と、その可動部１０３と固定部１０４を連結して支持する支持部１０５によって構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
ＭＥＭＳ振動子２０１の製造方法は次のとおりである。
図１６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１１０上にシリコン酸化膜１１１を形成し、このシリコン酸化膜１１１上にシリコン窒化膜１１２を形成する。次に、シリコン窒化膜１１２上に第１のポリシリコン膜からなる固定電極１０１を形成し、この固定電極１０１を覆う絶縁膜（図示せず）を形成する。次いで、この絶縁膜上に第２のポリシリコン膜からなる可動電極１０２を形成する。次に、可動電極１０２周辺の絶縁膜を除去する。このようにしてＭＥＭＳ振動子２０１が製造される。
【０００８】
上記のＭＥＭＳ振動子２０１は基板１００の厚み方向に可動部１０３が振動する。このＭＥＭＳ振動子２０１は可動部１０３と固定電極１０１との間隔を狭く取る事ができるため、可動部１０３の変動に対する容量変異率が高く、感度の高い共振特性を得る事が可能となる。
【０００９】
また、ＭＥＭＳ振動子２０１は、固定電極１０１及び可動電極１０２がポリシリコン等をＣＶＤ（chemical vapor deposition）法によって堆積して形成され、いわゆる表面ＭＥＭＳプロセスで作製される。このような比較的簡素なプロセスで形成可能なため、低コストでＭＥＭＳ振動子の製造が可能であるなどのメリットを持つ。
【００１０】
一方で、以下のような欠点もある。
上述したように固定電極１０１及び可動電極１０２はポリシリコン等をＣＶＤ法によって堆積して形成するため、堆積による成膜ではその膜厚ばらつきが大きくなり、通常その公差は±１０％にも達する場合がある。振動モードにおいて、固定電極１０１及び可動電極１０２の膜厚は振動子の共振周波数を決定する一要素となるため、膜厚のばらつきが共振周波数のばらつきに直結する。そのため、ポリシリコン等を堆積して形成した固定電極１０１及び可動電極１０２では、基板水平方向に振動する振動子と比較して、相対的に高い周波数精度を得難いという問題がある。
【００１１】
また、膜厚の管理・選別、梁長の最適化等で共振周波数の精度を確保する手段も考えられるが、量産を考慮した場合、その工程管理には限界があり、また、これらの工程追加による製造コストの増大も懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１５３８１７公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図１７は、ＭＥＭＳ振動子の固定電極及び可動電極がばらつくことに起因する共振周波数のばらつきと、製品としてのＭＥＭＳ振動子が求められる共振周波数の目標精度（公差）との関係を示す図である。ただし、膜厚がどの程度ばらつくかについては成膜装置の性能や成膜条件等によって異なるため、図１７に示す共振周波数のばらつきは単なる一例である。また、目標精度についても製品によって異なるため、図１７に示す目標精度は単なる一例である。
【００１４】
例えば、ＭＥＭＳ振動子の共振周波数及び周波数精度の仕様値が２０ＭＨｚ±１００ｋＨｚ（±０．５％）である場合、振動子の共振周波数を１９．９ＭＨｚ〜２０．１ＭＨｚに収める必要がある。これを実現するためには、ＭＥＭＳ振動子の膜厚ばらつきを所望値以下（例えば±０．０５μｍ以内）に収める必要がある。
【００１５】
しかし前記の通り、成膜装置の性能や成膜条件によりＭＥＭＳ振動子の膜厚ばらつきが例えば所望値の４倍となってしまった場合（例えば，±０．２μｍ）、この条件で量産したＭＥＭＳ振動子の共振周波数は１９．６ＭＨｚ〜２０．４ＭＨｚ（±４００ｋＨｚ＝±２％）にばらつく事が予測される。
このように製品として求められる目標精度に比べて膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが大きい場合、前述した従来の製造方法では、目標精度内の共振周波数を有するＭＥＭＳ振動子を高い歩留りで得ることはできない。
【００１６】
本発明の一態様は、製品として求められる目標精度に比べてＭＥＭＳ振動子の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが大きくても、目標精度内の共振周波数を有するＭＥＭＳ振動子が高い歩留りで得られるＭＥＭＳ発振器及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様は、基板上に形成された複数のＭＥＭＳ振動子と、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに電気的に接続された発振動作を行うための発振器構成回路と、
を具備し、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のＭＥＭＳ振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって共振周波数が異なることを特徴とするＭＥＭＳ発振器である。
【００１８】
上記ＭＥＭＳ発振器によれば、製品として求められる目標精度に比べてＭＥＭＳ振動子の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが大きくても、目標精度内の共振周波数を有するＭＥＭＳ振動子を高い歩留りで得られるＭＥＭＳ発振器を提供することができる。
【００１９】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記発振器構成回路は、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに接続された選択部と、
前記選択部によって前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのＭＥＭＳ振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記選択部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子にバイアス電圧を印加しないことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、前記一つのＭＥＭＳ振動子を選択的に前記発振回路部へ電気的に接続し、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部へ電気的に接続しないことが好ましい。
【００２１】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、
前記発振回路部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに接続されることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記発振器構成回路は、
前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加・選択部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのＭＥＭＳ振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記バイアス電圧印加・選択部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子にバイアス電圧を印加しないことが好ましい。
【００２３】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子が選択されており、前記一つのＭＥＭＳ振動子以外のＭＥＭＳ振動子が選択されておらず、
前記ＭＥＭＳ発振器の調整作業により前記一つ以外のＭＥＭＳ振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に非可逆性を有することが好ましい。
【００２４】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子が選択されており、前記一つのＭＥＭＳ振動子以外のＭＥＭＳ振動子が選択されておらず、
前記ＭＥＭＳ発振器の調整作業により前記一つ以外のＭＥＭＳ振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に可逆性を有することが好ましい。
【００２５】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記梁構造は、前記基板上に形成された固定電極と、その固定電極に対向して配置された振動可能な梁を備えた可動電極を有しており、
前記梁構造が異なることは、前記梁の長さが異なることが好ましい。
【００２６】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれの共振周波数は等間隔に形成されていることが好ましい。
【００２７】
本発明の一態様は、基板上に、設計値において所定の共振周波数差を有する複数のＭＥＭＳ振動子、前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれが接続された選択部、前記選択部に接続されたバイアス電圧印加部、発振回路部、及び前記発振回路部に接続されたバッファ部を形成し、
前記選択部及び前記バイアス電圧印加部によって前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加し、前記一つのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部によって発振させ、前記バッファ部によって前記一つのＭＥＭＳ振動子から発振出力された共振周波数を計測し、所定の範囲内の共振周波数を有する一つのＭＥＭＳ振動子を前記複数のＭＥＭＳ振動子から特定し、
前記特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって選択せず、前記特定された一つのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって選択することにより、前記特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部に電気的に接続せず、前記特定された一つのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって前記発振回路部に電気的に接続するＭＥＭＳ発振器の製造方法であって、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のＭＥＭＳ振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって前記所定の共振周波数差を有するＭＥＭＳ発振器の製造方法である。
【００２８】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器の製造方法において、
前記選択部は、前記ＭＥＭＳ振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段にヒューズを用いることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器の製造方法において、
前記選択部は、前記ＭＥＭＳ振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段に半導体メモリを用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ発振器を模式的に示す構成図。
【図２】図１に示す４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを示す平面図。
【図３】ＭＥＭＳ振動子の共振周波数のばらつきと目標精度（公差）との関係及び図２に示す４個のＭＥＭＳ振動子それぞれの共振周波数の設計値を示す図。
【図４】ＭＥＭＳ振動子の共振周波数のばらつきと目標精度（公差）との関係及び９個のＭＥＭＳ振動子それぞれの共振周波数の設計値を示す図。
【図５】図１に示す選択部３ａ，３ｂを詳細に説明するための回路図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は図２に示すＭＥＭＳ振動子を製造する方法を説明する断面図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は図２に示すＭＥＭＳ振動子を製造する方法を説明する断面図。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は図２に示すＭＥＭＳ振動子を製造する方法を説明する断面図。
【図９】、図１に示す選択部によってＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択を行う方法を説明するフローチャート。
【図１０】（ａ）は両持ちの構造体を使用したＭＥＭＳ振動子の基本構造を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ'線の側面図。
【図１１】両持ち構造体を使用した４個のＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄを示す平面図。
【図１２】両持ち構造体を使用した４個のＭＥＭＳ振動子３０ｅ〜３０ｈを示す平面図。
【図１３】従来のＭＥＭＳ振動子の回路構成を示す図。
【図１４】従来のＭＥＭＳ発振器の一例を示す図。
【図１５】カンチレバーと呼ばれる片持ち構造体を使用したＭＥＭＳ振動子の一例を示す斜視図。
【図１６】（Ａ）は図１５に示すＭＥＭＳ振動子の平面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ'線に沿った断面図、（Ｃ）は（Ａ）に示すＣ−Ｃ'線に沿った断面図。
【図１７】ＭＥＭＳ振動子の固定電極及び可動電極の膜厚ばらつきによる共振周波数のばらつきと、ＭＥＭＳ振動子が求められる目標精度との関係を示す図。
【図１８】第２の実施形態に係るＭＥＭＳ発振器を模式的に示す構成図。
【図１９】図１８に示すバイアス電圧印加・選択部５を詳細に説明するための回路図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ発振器を模式的に示す構成図である。このＭＥＭＳ発振器は、発振器構成回路３００及び複数のＭＥＭＳ振動子、例えば４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを有している。発振器構成回路３００は、増幅器（バッファ部）１、発振回路部２、選択部３ａ，３ｂ、及びバイアス電圧印加部４を有している。発振回路部２は、回路素子、トランジスタ等の能動回路部、出力端子等を有している。
【００３３】
４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの一方電極は選択部３ａを介して発振回路部２に電気的に接続されており、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの他方電極は選択部３ｂを介して発振回路部２に電気的に接続されている。発振回路部２は増幅器１に電気的に接続されている。
【００３４】
また、選択部３ａ，３ｂにはバイアス電圧印加部４が接続されており、バイアス電圧印加部４は、選択部３ａ，３ｂを介して４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれ、もしくは選択された一つのＭＥＭＳ振動子のみに直流バイアス電圧を印加するものである。
【００３５】
４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれは梁構造を有しており、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄは、それぞれの梁構造が異なることによって共振周波数を異ならせて所定の共振周波数差を有している。
【００３６】
図２は、図１に示す４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを示す平面図である。これらのＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれは、その構造が図１６に示すＭＥＭＳ振動子と同様であるが、梁の長さ１６ａ〜１６ｄを変えることによって共振周波数を異ならせている。
【００３７】
詳細には、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄは、図示せぬ基板上に形成された固定電極１２と、その固定電極１２と一定間隔をあけて形成された可動電極８とから構成されている。可動電極８は、基板上に形成された固定部１１と、固定電極１２に対向して配置された振動可能な可動部（梁）１６と、その可動部１６と固定部１１を連結して支持する支持部によって構成されている。ＭＥＭＳ振動子それぞれの梁の長さ１６ａ〜１６ｄは、ＭＥＭＳ振動子１０ａから順に短く形成されている。ＭＥＭＳ振動子１０ａの梁の長さ１６ａが一番長く形成されており、ＭＥＭＳ振動子１０ｂの梁の長さ１６ｂ、ＭＥＭＳ振動子１０ｃの梁の長さ１６ｃ、ＭＥＭＳ振動子１０ｄの梁の長さ１６ｄの順に段階的に短く形成されている。
【００３８】
図３は、図１７に示すＭＥＭＳ振動子の共振周波数のばらつきと目標精度（公差）との関係を示す図に、図２に示す４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数の設計値を表した図である。
【００３９】
図１に示すＭＥＭＳ発振器は、２０ＭＨｚ±０．５％（±１００ｋＨｚ）の共振周波数で発振する発振器を例にとり説明する。なお、本実施形態で説明する共振周波数の具体的数値及び目標精度の具体的数値は、製品によって異なるため、単なる一例である。
【００４０】
図３に示すように、ＭＥＭＳ振動子１０ａの設計値は１９．７ＭＨｚであり、ＭＥＭＳ振動子１０ｂの設計値は１９．９ＭＨｚであり、ＭＥＭＳ振動子１０ｃの設計値は２０．１ＭＨｚであり、ＭＥＭＳ振動子１０ｄの設計値は２０．３ＭＨｚである。言い換えると、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれが上記の設計値となるように図２に示す梁の長さ１６ａ〜１６ｄを必要周波数分だけ延長又は短縮している。共振周波数ｆｒの導出式は、下記式（１）のとおりであるため、梁の長さを延長又は短縮することで共振周波数ｆｒを変えることができる。
【００４１】
ｆｒ＝（３５Ｅ／３３ρ）１／２Ｈ／（２πＬ２） ・・・（１）
ただし、Ｈ，ＬはそれぞれＭＥＭＳ振動子の膜厚，梁の長さであり、Ｅ，ρはそれぞれＭＥＭＳ振動子を構成する材料のヤング率と密度である。
【００４２】
製品として求められる目標精度が±０．５％（±１００ｋＨｚ）であり、梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが±２％（±４００ｋＨｚ）である場合において、梁構造（例えば梁の長さ）を異ならせることによって、図２に示すように２００ｋＨｚ間隔で４つの設計値のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを基板上に作製する。これにより、量産したＭＥＭＳ振動子において基板面内又は基板相互間における梁の膜厚ばらつき（即ち図２に示す固定電極１２及び可動電極８の膜厚ばらつき）が発生しても、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄのうち少なくとも一つのＭＥＭＳ振動子は、確実に２０ＭＨｚ±０．５％（±１００ｋＨｚ）の目標精度内の共振周波数を有することになる。その理由は次のとおりである。
【００４３】
基板面内又は基板相互間において梁の膜厚ばらつきが発生して４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数が全て設計値に対して＋４００ｋＨｚずれたとしても、製造後の４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの実際の共振周波数は、２０．１ＭＨｚ、２０．３ＭＨｚ、２０．５ＭＨｚ、２０．７ＭＨｚとなる。従って、４個のＭＥＭＳ振動子のうち一つのＭＥＭＳ振動子１０ａは目標精度内の共振周波数を有することになる。
【００４４】
また、基板面内又は基板相互間において梁の膜厚ばらつきが発生して４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数が全て設計値に対して−４００ｋＨｚずれたとしても、製造後の４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの実際の共振周波数は、１９．３ＭＨｚ、１９．５ＭＨｚ、１９．７ＭＨｚ、１９．９ＭＨｚとなる。従って、４個のＭＥＭＳ振動子のうち一つのＭＥＭＳ振動子１０ｄは目標精度内の共振周波数を有することになる。
【００４５】
上述したように、本実施形態ではＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数の差分が２００ｋＨｚとなることを意図しているため、製造プロセスのばらつきによってその差分がばらつくのを少なくすることが好ましい。そのためには、図２に示すように、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを近接して形成することが好ましく、また梁１６の長さ方向を同じ方向に形成することが好ましい。
【００４６】
本実施形態では、梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつき（±４００ｋＨｚ）が製品として求められる目標精度（±１００ｋＨｚ）の４倍であるため、少なくとも４個のＭＥＭＳ振動子を基板上に作製する必要がある。これら４個のＭＥＭＳ振動子それぞれの設計値と最も近い他の設計値との差分は目標精度の範囲以下（２００ｋＨｚ以下）とする必要がある。
【００４７】
上記の内容を一般式で表すと、梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきを±Ｘ（ｋＨｚ）とし、製品として求められる目標精度を±Ｙ（ｋＨｚ）とした場合、少なくともＸ／Ｙ個のＭＥＭＳ振動子を基板上に作製する必要があることになる。これらＸ／Ｙ個のＭＥＭＳ振動子それぞれの設計値と最も近い他の設計値との差分は２Ｙ以下とする必要がある。
【００４８】
このように図１に示すＭＥＭＳ発振器では、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを作製しているが、梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきと目標精度が変わることによってＸ／Ｙ個のＭＥＭＳ振動子を作製することになる。
【００４９】
なお、本実施形態では、図３に示すように共振周波数の差分を２００ｋＨｚに設定し、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを有するＭＥＭＳ発振器を形成しているが、これに限定されるものではなく、図４に示すように共振周波数の差分を１００ｋＨｚに設定し、９個のＭＥＭＳ振動子１０ｅ〜１０ｍを有するＭＥＭＳ発振器を形成しても良い。これにより、９個のＭＥＭＳ振動子１０ｅ〜１０ｍのうち２個のＭＥＭＳ振動子は目標精度内の共振周波数を有することになる。
【００５０】
本実施形態では、図１〜図３に示すように共振周波数の差分を２００ｋＨｚに設定し、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを有するＭＥＭＳ発振器を例に取り、その場合において、梁の膜厚ばらつきが発生して４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数が全て設計値に対して＋２００ｋＨｚ〜＋４００ｋＨｚずれた場合について説明する。この場合は、ＭＥＭＳ振動子が作製された後に、目標精度範囲内の一つのＭＥＭＳ振動子１０ａが選択部３ａ，３ｂによって選択されたことにより発振回路部２に接続され、一つのＭＥＭＳ振動子１０ａ以外の全ての目標精度範囲外のＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄそれぞれが選択部３ａ，３ｂによって選択されなかったことにより発振回路部２に接続されない。その結果、発振回路部２には、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄのいずれか一つの目標精度範囲内のＭＥＭＳ振動子１０ａが電気的に接続され、且つ４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄのうち一つのＭＥＭＳ振動子１０ａ以外の全ての目標精度範囲外のＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄが電気的に接続されないことになる。
【００５１】
このような選択部３ａ，３ｂによるＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択は図１のＭＥＭＳ発振器が製造される時に行われ、その選択及び非選択が行われた後には選択部３ａ，３ｂによるＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択を行うことができない。
【００５２】
図５は、図１に示す選択部３ａ，３ｂを詳細に説明するための回路図である。図５に示す基準電圧発生回路（ＢＧＲ）４ａ及び出力電圧調整回路４ｂは図１に示すバイアス電圧印加部４に相当する。バイアス電圧印加部４は複数のＭＥＭＳ振動子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ・・・１０ｎそれぞれに選択部３ａ，３ｂを介して電気的に接続されている。図５では、図１と異なり、４個以上のＭＥＭＳ振動子が形成されているが、ＭＥＭＳ振動子の最低個数は梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきと目標精度によって変更されるものであり、ＭＥＭＳ振動子の個数は限定されるものではない。また、出力電圧調整回路４ｂは、共振周波数を微調整する回路であるが、周波数の微調整が不要の場合は省略しても良い。
【００５３】
図１に示す選択部３ａ，３ｂは、図５に示すＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの一方電極と端子Ｘ２との間に接続されたアナログスイッチ６ａ〜６ｎと、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの他方電極と端子Ｘ１との間に接続されたアナログスイッチ７ａ〜７ｎと、それらのアナログスイッチそれぞれを、オン状態にするためのハイ信号又はオフ状態にするためのロー信号を入力する入力部ＳＷ＿Ｘ０１〜ＳＷ＿Ｘ０ｎと、入力部からアナログスイッチに入力される信号をハイからロー又はローからハイに切り替えるためのヒューズ素子（図示せず）を有している。また、端子Ｘ１，Ｘ２は図１に示す発振回路部２に電気的に接続されている。
【００５４】
アナログスイッチは、入力部からハイ信号がそのアナログスイッチに入力されると、そのアナログスイッチがオン状態となってＭＥＭＳ振動子と発振回路部が導通状態になり、ヒューズを切断することで入力部からロー信号がそのアナログスイッチに入力されると、そのアナログスイッチがオフ状態となってＭＥＭＳ振動子と発振回路部が非導通状態になるものと、入力部からロー信号がそのアナログスイッチに入力されると、そのアナログスイッチがオフ状態となってＭＥＭＳ振動子と発振回路部が非導通状態になり、ヒューズを切断することで入力部からハイ信号がそのアナログスイッチに入力されると、そのアナログスイッチがオン状態となってＭＥＭＳ振動子と発振回路部が導通状態になるものがある。
【００５５】
なお、前記の例ではアナログスイッチの状態切替手段として可逆性を有しないヒューズを使用したが、これに限るものではない。代替品として例えば半導体メモリでアナログスイッチの制御信号のハイ／ローを保持・切り替えするなどした電気的な可逆性を有する切替手段を用いても良い。要はアナログスイッチを所望の動作状態に切り替え、その状態を保持する手段であればどのような手段を用いても構わない。
【００５６】
次に、図１に示すＭＥＭＳ発振器を製造する方法について図６〜図９を参照しつつ説明する。
図６〜図８は、図２に示すＭＥＭＳ振動子を製造する方法を説明する断面図である。
図９は、図１に示す選択部によってＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択を行う方法を説明するフローチャートである。
【００５７】
図６（ａ）に示すように、ｐ型Ｓｉ基板１５を用意する。次いで、図６（ｂ）に示すように、このｐ型Ｓｉ基板１５の上にシリコン酸化膜１４を形成する。次いで、図６（ｃ）に示すように、このシリコン酸化膜１４の上にシリコン窒化膜１３を形成する。
【００５８】
次に、図７（ａ）に示すように、シリコン窒化膜１３の上にＣＶＤ法により１層目のポリシリコン膜を堆積する。次いで、このポリシリコン膜上にレジスト膜（図示せず）を塗布し、そのレジスト膜を露光及び現像することにより、ポリシリコン膜上にレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとして１層目のポリシリコン膜をエッチングすることにより、シリコン窒化膜１３上には１層目のポリシリコン膜からなる固定電極１２が形成される。
【００５９】
次に、図７（ｂ）に示すように、固定電極１２の表面を覆うようにシリコン酸化膜（犠牲層）２０を形成する。次いで、図７（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１３及びシリコン酸化膜２０の上にＣＶＤ法により２層目のポリシリコン膜を堆積する。次いで、このポリシリコン膜上にレジスト膜（図示せず）を塗布し、そのレジスト膜を露光及び現像することにより、ポリシリコン膜上にレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとして２層目のポリシリコン膜をエッチングすることにより、シリコン窒化膜１３上には２層目のポリシリコン膜からなる可動電極８が形成される。
【００６０】
次に、図８（ａ）に示すように、可動電極８及び固定電極１２の上に、内部に多層配線を有する層間絶縁膜２５を形成する。多層配線は、固定電極１２に電気的に接続された第１の配線プラグ２１ａと、第１の配線プラグ２１ａ上に電気的に接続された第１の配線２２ａと、第１の配線２２ａ上に電気的に接続された第２の配線プラグ２３ａと、第２の配線プラグ２３ａ上に電気的に接続された第２の配線２４ａを有するとともに、可動電極８に電気的に接続された第１の配線プラグ２１ｂと、第１の配線プラグ２１ｂ上に電気的に接続された第１の配線２２ｂと、第１の配線２２ｂ上に電気的に接続された第２の配線プラグ２３ｂと、第２の配線プラグ２３ｂ上に電気的に接続された第２の配線２４ｂを有する。第２の配線２４ａ，２４ｂそれぞれは図１に示す選択部３ａ，３ｂに接続される配線である。
【００６１】
次に、図８（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２４の上にパッシベーション膜２６を形成する。次いで、図８（ｃ）に示すように、パッシベーション膜２６をエッチングすることにより、パッシベーション膜２６に開口部２６ａを形成する。
【００６２】
次いで、図８（ｄ）に示すように、パッシベーション膜２６をマスクとしてウェットエッチングすることにより、開口部２６ａの下方に位置する層間絶縁膜２５及びシリコン酸化膜２０を除去する。これにより、層間絶縁膜２５にはキャビティ２８が形成され、このキャビティ２８にはＭＥＭＳ振動子が形成される。このＭＥＭＳ振動子は、固定電極１２と、その固定電極１２と一定間隔をあけて形成された可動電極８とから構成され、可動電極８は、固定部１１と、固定電極１２に対向して配置された振動可能な可動部（梁）１６と、その可動部１６と固定部１１を連結して支持する支持部１７によって構成される。
【００６３】
なお、図８（ｄ）には１個のＭＥＭＳ振動子だけが示されているが、キャビティ２８内には４個のＭＥＭＳ振動子が図２に示すように並べて設けられていても良いし、キャビティ２８が４個並べて設けられ、４個のキャビティそれぞれに１個のＭＥＭＳ振動子が設けられていても良い。
【００６４】
この後、キャビティ２８の上方に蓋（図示せず）を形成することにより、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄはキャビティ２８内に減圧封止されてパッケージに封止される。
【００６５】
上記のようにｐ型Ｓｉ基板１５にＭＥＭＳ振動子を形成する半導体プロセスを用いてｐ型Ｓｉ基板１５の他の領域に、図５に示すアナログスイッチ６ａ〜６ｎ，７ａ〜７ｎ、入力部ＳＷ＿Ｘ０１〜ＳＷ＿Ｘ０ｎ、ヒューズ素子、図１に示す発振回路部２、バイアス電圧印加部４及び増幅器１のいずれか又は全てを同時に形成しても良いし、別々に形成しても良い。また、アナログスイッチは半導体スイッチを用いても良いし、機械的スイッチを用いても良い。
【００６６】
以上のようにして図１に示すＭＥＭＳ発振器を製造した初期状態では、図５に示すアナログスイッチは次のような状態にある。この初期状態とはヒューズが切断されていない状態をいう。
【００６７】
ＭＥＭＳ振動子１０ｄの一方電極及び他方電極それぞれと発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からハイ信号が入力されると、そのアナログスイッチがオン状態となってＭＥＭＳ振動子１０ｄと発振回路部２が導通状態になるようになっている。また、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃそれぞれの一方電極及び他方電極それぞれと発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からロー信号が入力されると、そのアナログスイッチがオフ状態となってＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃそれぞれと発振回路部２が非導通状態になるようになっている。
【００６８】
次に、図１に示す選択部３ａ，３ｂによってＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択を行う方法について図９を参照しつつ説明する。
【００６９】
まず、図９に示すように、ＭＥＭＳ振動子１０ｄの一方電極及び他方電極それぞれと発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からハイ信号がヒューズを通して入力され、ＭＥＭＳ振動子１０ｄを発振回路部２に電気的に接続し、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃそれぞれの一方電極及び他方電極それぞれと発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からロー信号がヒューズを通して入力され、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃを発振回路部２に電気的に接続しない状態とする。この状態で、発振回路部２によってＭＥＭＳ振動子１０ｄを発振させ、ＭＥＭＳ振動子１０ｄから出力された共振周波数を計測する（Ｓ１）。この計測された共振周波数が図３に示す目標精度の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ２）。
【００７０】
この判定結果が図３に示す目標精度範囲内である場合は、選択部のスイッチを切り替えることなく、終了する。
また、共振周波数の計測結果が例えば２０．５５ＭＨｚであったとすると、計測された共振周波数が目標精度の範囲内でないと判定される（Ｓ２）。この場合は、計測された共振周波数（２０．５５ＭＨｚ）と計測されたＭＥＭＳ振動子１０ｄの共振周波数の設計値（２０．３ＭＨｚ）との差分（２５０ｋＨｚ）を算出する（Ｓ３）。そして、この算出された差分（２５０ｋＨｚ）、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄの設計値における共振周波数差（２００ｋＨｚ）及びＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数の設計値（図３に示す１９．７ＭＨｚ、１９．９ＭＨｚ、２０．１ＭＨｚ、２０．３ＭＨｚ）を用いて、目標精度の範囲内の共振周波数を持つＭＥＭＳ振動子がＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃのいずれのＭＥＭＳ振動子であるかを特定する（Ｓ４）。詳細には、差分が２５０ｋＨｚであることから、ＭＥＭＳ振動子１０ａの実際の共振周波数は１９．９５ＭＨｚであると推測され、ＭＥＭＳ振動子１０ｂの実際の共振周波数は２０．１５ＭＨｚであると推測され、ＭＥＭＳ振動子１０ｃの実際の共振周波数は２０．３５ＭＨｚであると推測される。これらの推測結果から目標精度の範囲内の共振周波数を持つＭＥＭＳ振動子はＭＥＭＳ振動子１０ａであると特定する（Ｓ４）。
【００７１】
次いで、特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄを選択部３ａ，３ｂによって選択せず、特定された一つのＭＥＭＳ振動子１０ａを選択部３ａ，３ｂによって選択することにより、特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄを発振回路部２に電気的に接続せず、特定された一つのＭＥＭＳ振動子１０ａを選択部３ａ，３ｂによって発振回路部２に電気的に接続する（Ｓ５）。
【００７２】
詳細には、ＭＥＭＳ振動子１０ｄに接続されたアナログスイッチにハイ信号を入力する際に使用されるヒューズを切断することにより、ＭＥＭＳ振動子１０ｄに接続されたアナログスイッチに入力部からロー信号が入力される。その結果、ＭＥＭＳ振動子１０ｄと発振回部２は非導通状態になる。初期状態においてＭＥＭＳ振動子１０ｂ，１０ｃそれぞれと発振回路部２は非導通状態にあるため、特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄを発振回路部２に電気的に接続しないことができる。また、ＭＥＭＳ振動子１０ａに接続されたアナログスイッチにロー信号を入力する際に使用されるヒューズを切断することにより、ＭＥＭＳ振動子１０ａに接続されたアナログスイッチに入力部からハイ信号が入力される。その結果、ＭＥＭＳ振動子１０ａと発振回路部２は導通状態になり、特定された一つのＭＥＭＳ振動子１０ａと発振回路部を電気的に接続することができる。
【００７３】
この後、発振回路部２によってＭＥＭＳ振動子１０ａを発振させ、ＭＥＭＳ振動子１０ａの発振特性を確認する（Ｓ６）。この発振特性の良否を判定し（Ｓ７）、その判定結果が良の場合は終了し、判定結果が否の場合はロットアウトする。
【００７４】
次に、チップ状に切り出すダイシング工程などの後工程が施される。
【００７５】
以上説明したように、製品として求められる目標精度に比べて梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが大きくても、目標精度内の共振周波数を有するＭＥＭＳ振動子を確実に選択することができる。従って、高い歩留りでＭＥＭＳ発振器を得ることが可能となる。
【００７６】
なお、本実施形態では、図２に示すような片持ちの構造体を使用したＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを用いているが、この片持ちの構造体を使用したＭＥＭＳ振動子を、次のような両持ちの構造体を使用したＭＥＭＳ振動子に変更して実施することも可能である。
【００７７】
（変形例１）
図１０（ａ）は、両持ちの構造体を使用したＭＥＭＳ振動子３０の基本構造を示す平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すＡ−Ａ'線の側面図である。図１１は、両持ち構造体を使用した４個のＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄを示す平面図であり、図１に示す４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄに適用することができる。
【００７８】
図１０（ａ），（ｂ）に示すように、両持ちの構造体は、片持ちの構造体のように梁の一方端を支持部によって支持するのではなく、梁の両端を支持部によって支持する構造である。詳細には、ＭＥＭＳ振動子３０は、基板上に形成された固定電極３１と、その固定電極３１と一定間隔をあけて形成された可動電極３２とから構成されている。可動電極３２は、基板上に形成され、固定電極３１の一方側に形成された第１の固定部３３ａと、固定電極３１の他方側に形成された第２の固定部３３ｂと、固定電極３１に対向して配置された振動可能な可動部（梁）３４と、その可動部３４の一方端と第１の固定部３３ａを連結して支持する第１の支持部３５ａと、その可動部３４の他方端と第２の固定部３３ｂを連結して支持する第２の支持部３５ｂによって構成されている。
【００７９】
図１１に示す４個のＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄそれぞれは、その構造が図１０に示すＭＥＭＳ振動子３０と同様であるが、梁の長さ３４ａ〜３４ｄを変えることによって共振周波数を異ならせている。詳細には、ＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄそれぞれの梁の長さ３４ａ〜３４ｄは、ＭＥＭＳ振動子３０ａから順に短く形成されている。ＭＥＭＳ振動子３０ａの梁の長さ３４ａが一番長く形成されており、ＭＥＭＳ振動子３０ｂの梁の長さ３４ｂ、ＭＥＭＳ振動子３０ｃの梁の長さ３４ｃ、ＭＥＭＳ振動子３０ｄの梁の長さ３４ｄの順に段階的に短く形成されている。
【００８０】
また、４個のＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄそれぞれの可動電極３２に対応する固定電極３１は繋げられており、それぞれの可動電極３２の梁の長さに応じて固定電極３１の幅が段階的に狭くなっている。
【００８１】
上記変形例１においても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
（変形例２）
図１２は、両持ち構造体を使用した４個のＭＥＭＳ振動子３０ｅ〜３０ｈを示す平面図であり、図１に示す４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄに適用することができる。
【００８３】
図１２に示す４個のＭＥＭＳ振動子３０ｅ〜３０ｈそれぞれは、その構造が図１０に示すＭＥＭＳ振動子３０と同様であるが、図１１と同様に、梁の長さ３４ｅ〜３４ｈを変えることによって共振周波数を異ならせている。詳細には、ＭＥＭＳ振動子３０ｅ〜３０ｈそれぞれの梁の長さ３４ｅ〜３４ｈは、ＭＥＭＳ振動子３０ｅから順に短く形成されている。ＭＥＭＳ振動子３０ｅの梁の長さ３４ｅが一番長く形成されており、ＭＥＭＳ振動子３０ｆの梁の長さ３４ｆ、ＭＥＭＳ振動子３０ｇの梁の長さ３４ｇ、ＭＥＭＳ振動子３０ｈの梁の長さ３４ｈの順に段階的に短く形成されている。
【００８４】
また、４個のＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄそれぞれの可動電極３２に対応する固定電極３１は繋げられており、それぞれの可動電極３２の梁の長さに応じて固定電極３１の幅が段階的に狭くなっているが、変形例１と異なり、固定電極３１の両側を段階的に狭めることによって幅を段階的に狭くしている。
【００８５】
上記変形例２においても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
（第２の実施形態）
図１８は、第２の実施形態に係るＭＥＭＳ発振器を模式的に示す構成図である。なお、第２の実施形態を示す図面においては、第１の実施形態を示す図面と同一部分には同一符合を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００８７】
図１８に示すＭＥＭＳ発振器の発振器構成回路は、バッファ部１、発振回路部２、バイアス電圧印加・選択部５を有している。４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの一方電極及び他方電極は、発振回路部２及びバイアス電圧印加・選択部５に電気的に接続されている。バイアス電圧印加・選択部５は、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄのうち選択された一つのＭＥＭＳ振動子のみに直流バイアス電圧を印加するものであり、バイアス電圧を印加しないＭＥＭＳ振動子は振動子機能を有さないため、バイアス電圧の印加の有無をＭＥＭＳ振動子の選択手段としている。
【００８８】
図１９は、図１８に示すバイアス電圧印加・選択部５を詳細に説明するための回路図であり、図５と同一部分には同一符合を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００８９】
図１９に示すバイアス電圧印加・選択部５は、バイアス電圧印加部４及びバイアス選択部３ｃを有している。バイアス電圧印加部４はバイアス選択部３ｃに電気的に接続されており、バイアス選択部３ｃは複数のＭＥＭＳ振動子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ・・・１０ｎそれぞれに電気的に接続されている。
【００９０】
詳細には、バイアス選択部３ｃは、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの一方電極と端子Ｘ２との間に電気的に接続されたアナログスイッチ３０３ａ〜３０３ｎ及びアナログスイッチ３０４ａ〜３０４ｎと、それらアナログスイッチそれぞれを、オン状態にするためのハイ信号又はオフ状態にするためのロー信号を入力する入力部ＳＷ＿Ｘ０１〜ＳＷ＿Ｘ０ｎ及び反転信号入力部ＳＷ＿Ｘ０１〜ＳＷ＿Ｘ０ｎ（反転信号）と、入力部からアナログスイッチに入力される信号をハイからロー又はローからハイに切り替えるためのヒューズ素子（図示せず）を有している。また、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの他方電極と端子Ｘ１との間には接地電極に接続されている。また、端子Ｘ１，Ｘ２は図１８に示す発振回路部２に電気的に接続されている。
【００９１】
ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの一方電極と端子Ｘ２との間、及びＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの他方電極と端子Ｘ１との間には、図１３と同様に結合容量が形成されている。
【００９２】
次に、図１８に示すバイアス電圧印加・選択部５によってＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択を行う方法について図９を参照しつつ説明する。
【００９３】
まず、図９に示すように、ＭＥＭＳ振動子１０ｄの一方電極と発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からハイ信号がヒューズを通して入力され、ＭＥＭＳ振動子１０ｄにバイアス電圧（例えば２．２Ｖ）を印加し、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃそれぞれの一方電極と発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からロー信号がヒューズを通して入力され、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃにバイアス電圧０Ｖを印加する。つまり、バイアス電圧印加・選択部５は、使用するＭＥＭＳ振動子１０ｄのみにバイアス電圧（２．２Ｖ）を印加し、使用しないＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃにはバイアス電圧（２．２Ｖ）を印加しない。これにより、バイアス電圧が印加されたＭＥＭＳ振動子１０ｄのみを発振回路部２によって発振させ（バイアス電圧が印加されないＭＥＭＳ振動子は発振しない）、ＭＥＭＳ振動子１０ｄから出力された共振周波数を計測する（Ｓ１）。この計測された共振周波数が図３に示す目標精度の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ２）。
【００９４】
この判定結果が図３に示す目標精度範囲内である場合は、バイアス選択部３ｃのスイッチを切り替えることなく、終了する。
また、共振周波数の計測結果が例えば２０．５５ＭＨｚであったとすると、計測された共振周波数が目標精度の範囲内でないと判定される（Ｓ２）。この場合は、計測された共振周波数（２０．５５ＭＨｚ）と計測されたＭＥＭＳ振動子１０ｄの共振周波数の設計値（２０．３ＭＨｚ）との差分（２５０ｋＨｚ）を算出する（Ｓ３）。そして、この算出された差分（２５０ｋＨｚ）、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄの設計値における共振周波数差（２００ｋＨｚ）及びＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数の設計値（図３に示す１９．７ＭＨｚ、１９．９ＭＨｚ、２０．１ＭＨｚ、２０．３ＭＨｚ）を用いて、目標精度の範囲内の共振周波数を持つＭＥＭＳ振動子がＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃのいずれのＭＥＭＳ振動子であるか、例えばＭＥＭＳ振動子１０ａであると特定する（Ｓ４）。
【００９５】
次いで、特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄをバイアス選択部３ｃによって選択せず、特定された一つのＭＥＭＳ振動子１０ａをバイアス選択部３ｃによって選択することにより、特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄにバイアス電圧を印加できない状態とし、特定された一つのＭＥＭＳ振動子１０ａにバイアス電圧を印加できる状態とする（Ｓ５）。
【００９６】
この後、発振回路部２によってＭＥＭＳ振動子１０ａを発振させ、ＭＥＭＳ振動子１０ａの発振特性を確認する（Ｓ６）。この発振特性の良否を判定し（Ｓ７）、その判定結果が良の場合は終了し、判定結果が否の場合はロットアウトする。
【符号の説明】
【００９７】
１…増幅器、２…発振回路部、３ａ，３ｂ…選択部、４…バイアス電圧印加部、４ａ…基準電圧発生回路、４ｂ…出力電圧調整回路（抵抗分割）、５…バイアス電圧印加・選択部、６ａ〜６ｃ，６ｎ，７ａ〜７ｃ，７ｎ…アナログスイッチ、８，３２，１０２…可動電極、１０ａ〜１０ｄ，１０ｎ，３０，３０ａ〜３０ｈ，２０１…ＭＥＭＳ振動子、１１，３３ａ，３３ｂ，１０４…固定部、１２，３１，１０１…固定電極、１３，１１２…シリコン窒化膜、１４，１１１…シリコン酸化膜、１５…ｐ型Ｓｉ基板、１６，３４，１０３…可動部（梁）、１６ａ〜１６ｄ，３４ａ〜３４ｈ…梁の長さ、１７，３５ａ，３５ｂ，１０５…支持部、２５…層間絶縁膜、２６…パッシベーション膜、２６ａ…開口部、２８…キャビティ、１００…基板、１１０…Ｓｉ基板、２０３ａ，２０３ｂ…結合容量、２０４ａ，２０４ｂ…バイアス抵抗、２１０…入力端子、２２０…出力端子、２３０…増幅回路、２４０…緩衝回路（バッファアンプ）、３００…発振器構成回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ振動子を備えたＭＥＭＳ発振器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、従来のＭＥＭＳ振動子の回路構成を示す図である。ＭＥＭＳ振動子２０１の一方の電極は結合容量２０３ａに接続され、この結合容量２０３ａは入力端子に接続されている。ＭＥＭＳ振動子２０１の他方の電極は結合容量２０３ｂに接続され、この結合容量２０３ｂは出力端子２２０に接続される。ＭＥＭＳ振動子２０１の両電極間にはバイアス抵抗２０４ａ，２０４ｂを介してバイアス電圧印加回路２０２が接続されている。
【０００３】
ＭＥＭＳ振動子２０１を動作させる際に、外部電圧の影響を受けないように基準電圧発生回路を含むバイアス電圧印加回路２０２によってＭＥＭＳ振動子２０１の両電極間に直流バイアス電圧が印加される。外部回路に繋げられる入力端子２１０及び出力端子２２０それぞれとＭＥＭＳ振動子２０１の両電極とは結合容量２０３ａ，２０３ｂを介して接続される。また、直流バイアス電圧を印加するバイアス電圧印加回路２０２との交流的な絶縁を取るために、ＭＥＭＳ振動子２０１の両電極とバイアス電圧印加回路２０２との間にバイアス抵抗２０４ａ，２０４ｂが挿入される。
【０００４】
図１４は、従来のＭＥＭＳ振動子と発振回路を備えたＭＥＭＳ発振器の一例を示す図である。ＭＥＭＳ振動子２０１の一方の電極は結合容量２０３ａに接続され、ＭＥＭＳ振動子２０１の他方の電極は結合容量２０３ｂに接続されている。ＭＥＭＳ振動子２０１の両電極間にはバイアス回路２０２が接続され、このバイアス回路２０２にはバイアス電圧入力端子が接続されている。結合容量２０３ａは増幅回路２３０の入力側に接続され、結合容量２０３ｂは増幅回路２３０の出力側に接続されている。増幅回路２３０の出力側及び結合容量２０３ｂは緩衝回路（バッファアンプ）２４０の入力側に接続され、緩衝回路２４０の出力側は出力端子に接続されている。
【０００５】
ＭＥＭＳ振動子２０１は、機械的な変異による静電容量の変位を利用したものが一般に多く使用されている。最も簡単な構造のものとしては、いわゆるカンチレバーと呼ばれる、片持ちの構造体が代表例として挙げられる。この構造体を使用したＭＥＭＳ振動子２０１の外観の一例を図１５に示し、より詳細なＭＥＭＳ振動子２０１の構造を図１６に示す。
【０００６】
図１５及び図１６（Ａ）に示すように、ＭＥＭＳ振動子２０１は、基板１００上に形成された固定電極１０１と、その固定電極１０１と一定間隔をあけて形成された可動電極１０２とから構成されている。可動電極１０２は、基板１００上に形成された固定部１０４と、固定電極１０１に対向して配置された振動可能な可動部（梁）１０３と、その可動部１０３と固定部１０４を連結して支持する支持部１０５によって構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
ＭＥＭＳ振動子２０１の製造方法は次のとおりである。
図１６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１１０上にシリコン酸化膜１１１を形成し、このシリコン酸化膜１１１上にシリコン窒化膜１１２を形成する。次に、シリコン窒化膜１１２上に第１のポリシリコン膜からなる固定電極１０１を形成し、この固定電極１０１を覆う絶縁膜（図示せず）を形成する。次いで、この絶縁膜上に第２のポリシリコン膜からなる可動電極１０２を形成する。次に、可動電極１０２周辺の絶縁膜を除去する。このようにしてＭＥＭＳ振動子２０１が製造される。
【０００８】
上記のＭＥＭＳ振動子２０１は基板１００の厚み方向に可動部１０３が振動する。このＭＥＭＳ振動子２０１は可動部１０３と固定電極１０１との間隔を狭く取る事ができるため、可動部１０３の変動に対する容量変異率が高く、感度の高い共振特性を得る事が可能となる。
【０００９】
また、ＭＥＭＳ振動子２０１は、固定電極１０１及び可動電極１０２がポリシリコン等をＣＶＤ（chemical vapor deposition）法によって堆積して形成され、いわゆる表面ＭＥＭＳプロセスで作製される。このような比較的簡素なプロセスで形成可能なため、低コストでＭＥＭＳ振動子の製造が可能であるなどのメリットを持つ。
【００１０】
一方で、以下のような欠点もある。
上述したように固定電極１０１及び可動電極１０２はポリシリコン等をＣＶＤ法によって堆積して形成するため、堆積による成膜ではその膜厚ばらつきが大きくなり、通常その公差は±１０％にも達する場合がある。振動モードにおいて、固定電極１０１及び可動電極１０２の膜厚は振動子の共振周波数を決定する一要素となるため、膜厚のばらつきが共振周波数のばらつきに直結する。そのため、ポリシリコン等を堆積して形成した固定電極１０１及び可動電極１０２では、基板水平方向に振動する振動子と比較して、相対的に高い周波数精度を得難いという問題がある。
【００１１】
また、膜厚の管理・選別、梁長の最適化等で共振周波数の精度を確保する手段も考えられるが、量産を考慮した場合、その工程管理には限界があり、また、これらの工程追加による製造コストの増大も懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１５３８１７公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図１７は、ＭＥＭＳ振動子の固定電極及び可動電極がばらつくことに起因する共振周波数のばらつきと、製品としてのＭＥＭＳ振動子が求められる共振周波数の目標精度（公差）との関係を示す図である。ただし、膜厚がどの程度ばらつくかについては成膜装置の性能や成膜条件等によって異なるため、図１７に示す共振周波数のばらつきは単なる一例である。また、目標精度についても製品によって異なるため、図１７に示す目標精度は単なる一例である。
【００１４】
例えば、ＭＥＭＳ振動子の共振周波数及び周波数精度の仕様値が２０ＭＨｚ±１００ｋＨｚ（±０．５％）である場合、振動子の共振周波数を１９．９ＭＨｚ〜２０．１ＭＨｚに収める必要がある。これを実現するためには、ＭＥＭＳ振動子の膜厚ばらつきを所望値以下（例えば±０．０５μｍ以内）に収める必要がある。
【００１５】
しかし前記の通り、成膜装置の性能や成膜条件によりＭＥＭＳ振動子の膜厚ばらつきが例えば所望値の４倍となってしまった場合（例えば，±０．２μｍ）、この条件で量産したＭＥＭＳ振動子の共振周波数は１９．６ＭＨｚ〜２０．４ＭＨｚ（±４００ｋＨｚ＝±２％）にばらつく事が予測される。
このように製品として求められる目標精度に比べて膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが大きい場合、前述した従来の製造方法では、目標精度内の共振周波数を有するＭＥＭＳ振動子を高い歩留りで得ることはできない。
【００１６】
本発明の一態様は、製品として求められる目標精度に比べてＭＥＭＳ振動子の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが大きくても、目標精度内の共振周波数を有するＭＥＭＳ振動子が高い歩留りで得られるＭＥＭＳ発振器及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様は、基板上に形成された複数のＭＥＭＳ振動子と、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに電気的に接続された発振動作を行うための発振器構成回路と、
を具備し、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のＭＥＭＳ振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって共振周波数が異なることを特徴とするＭＥＭＳ発振器である。
【００１８】
上記ＭＥＭＳ発振器によれば、製品として求められる目標精度に比べてＭＥＭＳ振動子の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが大きくても、目標精度内の共振周波数を有するＭＥＭＳ振動子を高い歩留りで得られるＭＥＭＳ発振器を提供することができる。
【００１９】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記発振器構成回路は、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに接続された選択部と、
前記選択部によって前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのＭＥＭＳ振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記選択部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子にバイアス電圧を印加しないことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、前記一つのＭＥＭＳ振動子を選択的に前記発振回路部へ電気的に接続し、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部へ電気的に接続しないことが好ましい。
【００２１】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、
前記発振回路部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに接続されることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記発振器構成回路は、
前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加・選択部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのＭＥＭＳ振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記バイアス電圧印加・選択部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子にバイアス電圧を印加しないことが好ましい。
【００２３】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子が選択されており、前記一つのＭＥＭＳ振動子以外のＭＥＭＳ振動子が選択されておらず、
前記ＭＥＭＳ発振器の調整作業により前記一つ以外のＭＥＭＳ振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に非可逆性を有することが好ましい。
【００２４】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子が選択されており、前記一つのＭＥＭＳ振動子以外のＭＥＭＳ振動子が選択されておらず、
前記ＭＥＭＳ発振器の調整作業により前記一つ以外のＭＥＭＳ振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に可逆性を有することが好ましい。
【００２５】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記梁構造は、前記基板上に形成された固定電極と、その固定電極に対向して配置された振動可能な梁を備えた可動電極を有しており、
前記梁構造が異なることは、前記梁の長さが異なることが好ましい。
【００２６】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器において、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれの共振周波数は等間隔に形成されていることが好ましい。
【００２７】
本発明の一態様は、基板上に、設計値において所定の共振周波数差を有する複数のＭＥＭＳ振動子、前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれが接続された選択部、前記選択部に接続されたバイアス電圧印加部、発振回路部、及び前記発振回路部に接続されたバッファ部を形成し、
前記選択部及び前記バイアス電圧印加部によって前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加し、前記一つのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部によって発振させ、前記バッファ部によって前記一つのＭＥＭＳ振動子から発振出力された共振周波数を計測し、所定の範囲内の共振周波数を有する一つのＭＥＭＳ振動子を前記複数のＭＥＭＳ振動子から特定し、
前記特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって選択せず、前記特定された一つのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって選択することにより、前記特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部に電気的に接続せず、前記特定された一つのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって前記発振回路部に電気的に接続するＭＥＭＳ発振器の製造方法であって、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のＭＥＭＳ振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって前記所定の共振周波数差を有するＭＥＭＳ発振器の製造方法である。
【００２８】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器の製造方法において、
前記選択部は、前記ＭＥＭＳ振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段にヒューズを用いることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳ発振器の製造方法において、
前記選択部は、前記ＭＥＭＳ振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段に半導体メモリを用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ発振器を模式的に示す構成図。
【図２】図１に示す４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを示す平面図。
【図３】ＭＥＭＳ振動子の共振周波数のばらつきと目標精度（公差）との関係及び図２に示す４個のＭＥＭＳ振動子それぞれの共振周波数の設計値を示す図。
【図４】ＭＥＭＳ振動子の共振周波数のばらつきと目標精度（公差）との関係及び９個のＭＥＭＳ振動子それぞれの共振周波数の設計値を示す図。
【図５】図１に示す選択部３ａ，３ｂを詳細に説明するための回路図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は図２に示すＭＥＭＳ振動子を製造する方法を説明する断面図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は図２に示すＭＥＭＳ振動子を製造する方法を説明する断面図。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は図２に示すＭＥＭＳ振動子を製造する方法を説明する断面図。
【図９】、図１に示す選択部によってＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択を行う方法を説明するフローチャート。
【図１０】（ａ）は両持ちの構造体を使用したＭＥＭＳ振動子の基本構造を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ'線の側面図。
【図１１】両持ち構造体を使用した４個のＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄを示す平面図。
【図１２】両持ち構造体を使用した４個のＭＥＭＳ振動子３０ｅ〜３０ｈを示す平面図。
【図１３】従来のＭＥＭＳ振動子の回路構成を示す図。
【図１４】従来のＭＥＭＳ発振器の一例を示す図。
【図１５】カンチレバーと呼ばれる片持ち構造体を使用したＭＥＭＳ振動子の一例を示す斜視図。
【図１６】（Ａ）は図１５に示すＭＥＭＳ振動子の平面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ'線に沿った断面図、（Ｃ）は（Ａ）に示すＣ−Ｃ'線に沿った断面図。
【図１７】ＭＥＭＳ振動子の固定電極及び可動電極の膜厚ばらつきによる共振周波数のばらつきと、ＭＥＭＳ振動子が求められる目標精度との関係を示す図。
【図１８】第２の実施形態に係るＭＥＭＳ発振器を模式的に示す構成図。
【図１９】図１８に示すバイアス電圧印加・選択部５を詳細に説明するための回路図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ発振器を模式的に示す構成図である。このＭＥＭＳ発振器は、発振器構成回路３００及び複数のＭＥＭＳ振動子、例えば４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを有している。発振器構成回路３００は、増幅器（バッファ部）１、発振回路部２、選択部３ａ，３ｂ、及びバイアス電圧印加部４を有している。発振回路部２は、回路素子、トランジスタ等の能動回路部、出力端子等を有している。
【００３３】
４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの一方電極は選択部３ａを介して発振回路部２に電気的に接続されており、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの他方電極は選択部３ｂを介して発振回路部２に電気的に接続されている。発振回路部２は増幅器１に電気的に接続されている。
【００３４】
また、選択部３ａ，３ｂにはバイアス電圧印加部４が接続されており、バイアス電圧印加部４は、選択部３ａ，３ｂを介して４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれ、もしくは選択された一つのＭＥＭＳ振動子のみに直流バイアス電圧を印加するものである。
【００３５】
４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれは梁構造を有しており、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄは、それぞれの梁構造が異なることによって共振周波数を異ならせて所定の共振周波数差を有している。
【００３６】
図２は、図１に示す４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを示す平面図である。これらのＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれは、その構造が図１６に示すＭＥＭＳ振動子と同様であるが、梁の長さ１６ａ〜１６ｄを変えることによって共振周波数を異ならせている。
【００３７】
詳細には、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄは、図示せぬ基板上に形成された固定電極１２と、その固定電極１２と一定間隔をあけて形成された可動電極８とから構成されている。可動電極８は、基板上に形成された固定部１１と、固定電極１２に対向して配置された振動可能な可動部（梁）１６と、その可動部１６と固定部１１を連結して支持する支持部によって構成されている。ＭＥＭＳ振動子それぞれの梁の長さ１６ａ〜１６ｄは、ＭＥＭＳ振動子１０ａから順に短く形成されている。ＭＥＭＳ振動子１０ａの梁の長さ１６ａが一番長く形成されており、ＭＥＭＳ振動子１０ｂの梁の長さ１６ｂ、ＭＥＭＳ振動子１０ｃの梁の長さ１６ｃ、ＭＥＭＳ振動子１０ｄの梁の長さ１６ｄの順に段階的に短く形成されている。
【００３８】
図３は、図１７に示すＭＥＭＳ振動子の共振周波数のばらつきと目標精度（公差）との関係を示す図に、図２に示す４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数の設計値を表した図である。
【００３９】
図１に示すＭＥＭＳ発振器は、２０ＭＨｚ±０．５％（±１００ｋＨｚ）の共振周波数で発振する発振器を例にとり説明する。なお、本実施形態で説明する共振周波数の具体的数値及び目標精度の具体的数値は、製品によって異なるため、単なる一例である。
【００４０】
図３に示すように、ＭＥＭＳ振動子１０ａの設計値は１９．７ＭＨｚであり、ＭＥＭＳ振動子１０ｂの設計値は１９．９ＭＨｚであり、ＭＥＭＳ振動子１０ｃの設計値は２０．１ＭＨｚであり、ＭＥＭＳ振動子１０ｄの設計値は２０．３ＭＨｚである。言い換えると、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれが上記の設計値となるように図２に示す梁の長さ１６ａ〜１６ｄを必要周波数分だけ延長又は短縮している。共振周波数ｆｒの導出式は、下記式（１）のとおりであるため、梁の長さを延長又は短縮することで共振周波数ｆｒを変えることができる。
【００４１】
ｆｒ＝（３５Ｅ／３３ρ）１／２Ｈ／（２πＬ２） ・・・（１）
ただし、Ｈ，ＬはそれぞれＭＥＭＳ振動子の膜厚，梁の長さであり、Ｅ，ρはそれぞれＭＥＭＳ振動子を構成する材料のヤング率と密度である。
【００４２】
製品として求められる目標精度が±０．５％（±１００ｋＨｚ）であり、梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが±２％（±４００ｋＨｚ）である場合において、梁構造（例えば梁の長さ）を異ならせることによって、図２に示すように２００ｋＨｚ間隔で４つの設計値のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを基板上に作製する。これにより、量産したＭＥＭＳ振動子において基板面内又は基板相互間における梁の膜厚ばらつき（即ち図２に示す固定電極１２及び可動電極８の膜厚ばらつき）が発生しても、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄのうち少なくとも一つのＭＥＭＳ振動子は、確実に２０ＭＨｚ±０．５％（±１００ｋＨｚ）の目標精度内の共振周波数を有することになる。その理由は次のとおりである。
【００４３】
基板面内又は基板相互間において梁の膜厚ばらつきが発生して４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数が全て設計値に対して＋４００ｋＨｚずれたとしても、製造後の４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの実際の共振周波数は、２０．１ＭＨｚ、２０．３ＭＨｚ、２０．５ＭＨｚ、２０．７ＭＨｚとなる。従って、４個のＭＥＭＳ振動子のうち一つのＭＥＭＳ振動子１０ａは目標精度内の共振周波数を有することになる。
【００４４】
また、基板面内又は基板相互間において梁の膜厚ばらつきが発生して４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数が全て設計値に対して−４００ｋＨｚずれたとしても、製造後の４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの実際の共振周波数は、１９．３ＭＨｚ、１９．５ＭＨｚ、１９．７ＭＨｚ、１９．９ＭＨｚとなる。従って、４個のＭＥＭＳ振動子のうち一つのＭＥＭＳ振動子１０ｄは目標精度内の共振周波数を有することになる。
【００４５】
上述したように、本実施形態ではＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数の差分が２００ｋＨｚとなることを意図しているため、製造プロセスのばらつきによってその差分がばらつくのを少なくすることが好ましい。そのためには、図２に示すように、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを近接して形成することが好ましく、また梁１６の長さ方向を同じ方向に形成することが好ましい。
【００４６】
本実施形態では、梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつき（±４００ｋＨｚ）が製品として求められる目標精度（±１００ｋＨｚ）の４倍であるため、少なくとも４個のＭＥＭＳ振動子を基板上に作製する必要がある。これら４個のＭＥＭＳ振動子それぞれの設計値と最も近い他の設計値との差分は目標精度の範囲以下（２００ｋＨｚ以下）とする必要がある。
【００４７】
上記の内容を一般式で表すと、梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきを±Ｘ（ｋＨｚ）とし、製品として求められる目標精度を±Ｙ（ｋＨｚ）とした場合、少なくともＸ／Ｙ個のＭＥＭＳ振動子を基板上に作製する必要があることになる。これらＸ／Ｙ個のＭＥＭＳ振動子それぞれの設計値と最も近い他の設計値との差分は２Ｙ以下とする必要がある。
【００４８】
このように図１に示すＭＥＭＳ発振器では、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを作製しているが、梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきと目標精度が変わることによってＸ／Ｙ個のＭＥＭＳ振動子を作製することになる。
【００４９】
なお、本実施形態では、図３に示すように共振周波数の差分を２００ｋＨｚに設定し、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを有するＭＥＭＳ発振器を形成しているが、これに限定されるものではなく、図４に示すように共振周波数の差分を１００ｋＨｚに設定し、９個のＭＥＭＳ振動子１０ｅ〜１０ｍを有するＭＥＭＳ発振器を形成しても良い。これにより、９個のＭＥＭＳ振動子１０ｅ〜１０ｍのうち２個のＭＥＭＳ振動子は目標精度内の共振周波数を有することになる。
【００５０】
本実施形態では、図１〜図３に示すように共振周波数の差分を２００ｋＨｚに設定し、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを有するＭＥＭＳ発振器を例に取り、その場合において、梁の膜厚ばらつきが発生して４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数が全て設計値に対して＋２００ｋＨｚ〜＋４００ｋＨｚずれた場合について説明する。この場合は、ＭＥＭＳ振動子が作製された後に、目標精度範囲内の一つのＭＥＭＳ振動子１０ａが選択部３ａ，３ｂによって選択されたことにより発振回路部２に接続され、一つのＭＥＭＳ振動子１０ａ以外の全ての目標精度範囲外のＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄそれぞれが選択部３ａ，３ｂによって選択されなかったことにより発振回路部２に接続されない。その結果、発振回路部２には、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄのいずれか一つの目標精度範囲内のＭＥＭＳ振動子１０ａが電気的に接続され、且つ４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄのうち一つのＭＥＭＳ振動子１０ａ以外の全ての目標精度範囲外のＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄが電気的に接続されないことになる。
【００５１】
このような選択部３ａ，３ｂによるＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択は図１のＭＥＭＳ発振器が製造される時に行われ、その選択及び非選択が行われた後には選択部３ａ，３ｂによるＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択を行うことができない。
【００５２】
図５は、図１に示す選択部３ａ，３ｂを詳細に説明するための回路図である。図５に示す基準電圧発生回路（ＢＧＲ）４ａ及び出力電圧調整回路４ｂは図１に示すバイアス電圧印加部４に相当する。バイアス電圧印加部４は複数のＭＥＭＳ振動子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ・・・１０ｎそれぞれに選択部３ａ，３ｂを介して電気的に接続されている。図５では、図１と異なり、４個以上のＭＥＭＳ振動子が形成されているが、ＭＥＭＳ振動子の最低個数は梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきと目標精度によって変更されるものであり、ＭＥＭＳ振動子の個数は限定されるものではない。また、出力電圧調整回路４ｂは、共振周波数を微調整する回路であるが、周波数の微調整が不要の場合は省略しても良い。
【００５３】
図１に示す選択部３ａ，３ｂは、図５に示すＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの一方電極と端子Ｘ２との間に接続されたアナログスイッチ６ａ〜６ｎと、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの他方電極と端子Ｘ１との間に接続されたアナログスイッチ７ａ〜７ｎと、それらのアナログスイッチそれぞれを、オン状態にするためのハイ信号又はオフ状態にするためのロー信号を入力する入力部ＳＷ＿Ｘ０１〜ＳＷ＿Ｘ０ｎと、入力部からアナログスイッチに入力される信号をハイからロー又はローからハイに切り替えるためのヒューズ素子（図示せず）を有している。また、端子Ｘ１，Ｘ２は図１に示す発振回路部２に電気的に接続されている。
【００５４】
アナログスイッチは、入力部からハイ信号がそのアナログスイッチに入力されると、そのアナログスイッチがオン状態となってＭＥＭＳ振動子と発振回路部が導通状態になり、ヒューズを切断することで入力部からロー信号がそのアナログスイッチに入力されると、そのアナログスイッチがオフ状態となってＭＥＭＳ振動子と発振回路部が非導通状態になるものと、入力部からロー信号がそのアナログスイッチに入力されると、そのアナログスイッチがオフ状態となってＭＥＭＳ振動子と発振回路部が非導通状態になり、ヒューズを切断することで入力部からハイ信号がそのアナログスイッチに入力されると、そのアナログスイッチがオン状態となってＭＥＭＳ振動子と発振回路部が導通状態になるものがある。
【００５５】
なお、前記の例ではアナログスイッチの状態切替手段として可逆性を有しないヒューズを使用したが、これに限るものではない。代替品として例えば半導体メモリでアナログスイッチの制御信号のハイ／ローを保持・切り替えするなどした電気的な可逆性を有する切替手段を用いても良い。要はアナログスイッチを所望の動作状態に切り替え、その状態を保持する手段であればどのような手段を用いても構わない。
【００５６】
次に、図１に示すＭＥＭＳ発振器を製造する方法について図６〜図９を参照しつつ説明する。
図６〜図８は、図２に示すＭＥＭＳ振動子を製造する方法を説明する断面図である。
図９は、図１に示す選択部によってＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択を行う方法を説明するフローチャートである。
【００５７】
図６（ａ）に示すように、ｐ型Ｓｉ基板１５を用意する。次いで、図６（ｂ）に示すように、このｐ型Ｓｉ基板１５の上にシリコン酸化膜１４を形成する。次いで、図６（ｃ）に示すように、このシリコン酸化膜１４の上にシリコン窒化膜１３を形成する。
【００５８】
次に、図７（ａ）に示すように、シリコン窒化膜１３の上にＣＶＤ法により１層目のポリシリコン膜を堆積する。次いで、このポリシリコン膜上にレジスト膜（図示せず）を塗布し、そのレジスト膜を露光及び現像することにより、ポリシリコン膜上にレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとして１層目のポリシリコン膜をエッチングすることにより、シリコン窒化膜１３上には１層目のポリシリコン膜からなる固定電極１２が形成される。
【００５９】
次に、図７（ｂ）に示すように、固定電極１２の表面を覆うようにシリコン酸化膜（犠牲層）２０を形成する。次いで、図７（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１３及びシリコン酸化膜２０の上にＣＶＤ法により２層目のポリシリコン膜を堆積する。次いで、このポリシリコン膜上にレジスト膜（図示せず）を塗布し、そのレジスト膜を露光及び現像することにより、ポリシリコン膜上にレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとして２層目のポリシリコン膜をエッチングすることにより、シリコン窒化膜１３上には２層目のポリシリコン膜からなる可動電極８が形成される。
【００６０】
次に、図８（ａ）に示すように、可動電極８及び固定電極１２の上に、内部に多層配線を有する層間絶縁膜２５を形成する。多層配線は、固定電極１２に電気的に接続された第１の配線プラグ２１ａと、第１の配線プラグ２１ａ上に電気的に接続された第１の配線２２ａと、第１の配線２２ａ上に電気的に接続された第２の配線プラグ２３ａと、第２の配線プラグ２３ａ上に電気的に接続された第２の配線２４ａを有するとともに、可動電極８に電気的に接続された第１の配線プラグ２１ｂと、第１の配線プラグ２１ｂ上に電気的に接続された第１の配線２２ｂと、第１の配線２２ｂ上に電気的に接続された第２の配線プラグ２３ｂと、第２の配線プラグ２３ｂ上に電気的に接続された第２の配線２４ｂを有する。第２の配線２４ａ，２４ｂそれぞれは図１に示す選択部３ａ，３ｂに接続される配線である。
【００６１】
次に、図８（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２４の上にパッシベーション膜２６を形成する。次いで、図８（ｃ）に示すように、パッシベーション膜２６をエッチングすることにより、パッシベーション膜２６に開口部２６ａを形成する。
【００６２】
次いで、図８（ｄ）に示すように、パッシベーション膜２６をマスクとしてウェットエッチングすることにより、開口部２６ａの下方に位置する層間絶縁膜２５及びシリコン酸化膜２０を除去する。これにより、層間絶縁膜２５にはキャビティ２８が形成され、このキャビティ２８にはＭＥＭＳ振動子が形成される。このＭＥＭＳ振動子は、固定電極１２と、その固定電極１２と一定間隔をあけて形成された可動電極８とから構成され、可動電極８は、固定部１１と、固定電極１２に対向して配置された振動可能な可動部（梁）１６と、その可動部１６と固定部１１を連結して支持する支持部１７によって構成される。
【００６３】
なお、図８（ｄ）には１個のＭＥＭＳ振動子だけが示されているが、キャビティ２８内には４個のＭＥＭＳ振動子が図２に示すように並べて設けられていても良いし、キャビティ２８が４個並べて設けられ、４個のキャビティそれぞれに１個のＭＥＭＳ振動子が設けられていても良い。
【００６４】
この後、キャビティ２８の上方に蓋（図示せず）を形成することにより、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄはキャビティ２８内に減圧封止されてパッケージに封止される。
【００６５】
上記のようにｐ型Ｓｉ基板１５にＭＥＭＳ振動子を形成する半導体プロセスを用いてｐ型Ｓｉ基板１５の他の領域に、図５に示すアナログスイッチ６ａ〜６ｎ，７ａ〜７ｎ、入力部ＳＷ＿Ｘ０１〜ＳＷ＿Ｘ０ｎ、ヒューズ素子、図１に示す発振回路部２、バイアス電圧印加部４及び増幅器１のいずれか又は全てを同時に形成しても良いし、別々に形成しても良い。また、アナログスイッチは半導体スイッチを用いても良いし、機械的スイッチを用いても良い。
【００６６】
以上のようにして図１に示すＭＥＭＳ発振器を製造した初期状態では、図５に示すアナログスイッチは次のような状態にある。この初期状態とはヒューズが切断されていない状態をいう。
【００６７】
ＭＥＭＳ振動子１０ｄの一方電極及び他方電極それぞれと発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からハイ信号が入力されると、そのアナログスイッチがオン状態となってＭＥＭＳ振動子１０ｄと発振回路部２が導通状態になるようになっている。また、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃそれぞれの一方電極及び他方電極それぞれと発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からロー信号が入力されると、そのアナログスイッチがオフ状態となってＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃそれぞれと発振回路部２が非導通状態になるようになっている。
【００６８】
次に、図１に示す選択部３ａ，３ｂによってＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択を行う方法について図９を参照しつつ説明する。
【００６９】
まず、図９に示すように、ＭＥＭＳ振動子１０ｄの一方電極及び他方電極それぞれと発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からハイ信号がヒューズを通して入力され、ＭＥＭＳ振動子１０ｄを発振回路部２に電気的に接続し、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃそれぞれの一方電極及び他方電極それぞれと発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からロー信号がヒューズを通して入力され、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃを発振回路部２に電気的に接続しない状態とする。この状態で、発振回路部２によってＭＥＭＳ振動子１０ｄを発振させ、ＭＥＭＳ振動子１０ｄから出力された共振周波数を計測する（Ｓ１）。この計測された共振周波数が図３に示す目標精度の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ２）。
【００７０】
この判定結果が図３に示す目標精度範囲内である場合は、選択部のスイッチを切り替えることなく、終了する。
また、共振周波数の計測結果が例えば２０．５５ＭＨｚであったとすると、計測された共振周波数が目標精度の範囲内でないと判定される（Ｓ２）。この場合は、計測された共振周波数（２０．５５ＭＨｚ）と計測されたＭＥＭＳ振動子１０ｄの共振周波数の設計値（２０．３ＭＨｚ）との差分（２５０ｋＨｚ）を算出する（Ｓ３）。そして、この算出された差分（２５０ｋＨｚ）、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄの設計値における共振周波数差（２００ｋＨｚ）及びＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数の設計値（図３に示す１９．７ＭＨｚ、１９．９ＭＨｚ、２０．１ＭＨｚ、２０．３ＭＨｚ）を用いて、目標精度の範囲内の共振周波数を持つＭＥＭＳ振動子がＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃのいずれのＭＥＭＳ振動子であるかを特定する（Ｓ４）。詳細には、差分が２５０ｋＨｚであることから、ＭＥＭＳ振動子１０ａの実際の共振周波数は１９．９５ＭＨｚであると推測され、ＭＥＭＳ振動子１０ｂの実際の共振周波数は２０．１５ＭＨｚであると推測され、ＭＥＭＳ振動子１０ｃの実際の共振周波数は２０．３５ＭＨｚであると推測される。これらの推測結果から目標精度の範囲内の共振周波数を持つＭＥＭＳ振動子はＭＥＭＳ振動子１０ａであると特定する（Ｓ４）。
【００７１】
次いで、特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄを選択部３ａ，３ｂによって選択せず、特定された一つのＭＥＭＳ振動子１０ａを選択部３ａ，３ｂによって選択することにより、特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄを発振回路部２に電気的に接続せず、特定された一つのＭＥＭＳ振動子１０ａを選択部３ａ，３ｂによって発振回路部２に電気的に接続する（Ｓ５）。
【００７２】
詳細には、ＭＥＭＳ振動子１０ｄに接続されたアナログスイッチにハイ信号を入力する際に使用されるヒューズを切断することにより、ＭＥＭＳ振動子１０ｄに接続されたアナログスイッチに入力部からロー信号が入力される。その結果、ＭＥＭＳ振動子１０ｄと発振回部２は非導通状態になる。初期状態においてＭＥＭＳ振動子１０ｂ，１０ｃそれぞれと発振回路部２は非導通状態にあるため、特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄを発振回路部２に電気的に接続しないことができる。また、ＭＥＭＳ振動子１０ａに接続されたアナログスイッチにロー信号を入力する際に使用されるヒューズを切断することにより、ＭＥＭＳ振動子１０ａに接続されたアナログスイッチに入力部からハイ信号が入力される。その結果、ＭＥＭＳ振動子１０ａと発振回路部２は導通状態になり、特定された一つのＭＥＭＳ振動子１０ａと発振回路部を電気的に接続することができる。
【００７３】
この後、発振回路部２によってＭＥＭＳ振動子１０ａを発振させ、ＭＥＭＳ振動子１０ａの発振特性を確認する（Ｓ６）。この発振特性の良否を判定し（Ｓ７）、その判定結果が良の場合は終了し、判定結果が否の場合はロットアウトする。
【００７４】
次に、チップ状に切り出すダイシング工程などの後工程が施される。
【００７５】
以上説明したように、製品として求められる目標精度に比べて梁の膜厚ばらつきに起因する共振周波数のばらつきが大きくても、目標精度内の共振周波数を有するＭＥＭＳ振動子を確実に選択することができる。従って、高い歩留りでＭＥＭＳ発振器を得ることが可能となる。
【００７６】
なお、本実施形態では、図２に示すような片持ちの構造体を使用したＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄを用いているが、この片持ちの構造体を使用したＭＥＭＳ振動子を、次のような両持ちの構造体を使用したＭＥＭＳ振動子に変更して実施することも可能である。
【００７７】
（変形例１）
図１０（ａ）は、両持ちの構造体を使用したＭＥＭＳ振動子３０の基本構造を示す平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すＡ−Ａ'線の側面図である。図１１は、両持ち構造体を使用した４個のＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄを示す平面図であり、図１に示す４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄに適用することができる。
【００７８】
図１０（ａ），（ｂ）に示すように、両持ちの構造体は、片持ちの構造体のように梁の一方端を支持部によって支持するのではなく、梁の両端を支持部によって支持する構造である。詳細には、ＭＥＭＳ振動子３０は、基板上に形成された固定電極３１と、その固定電極３１と一定間隔をあけて形成された可動電極３２とから構成されている。可動電極３２は、基板上に形成され、固定電極３１の一方側に形成された第１の固定部３３ａと、固定電極３１の他方側に形成された第２の固定部３３ｂと、固定電極３１に対向して配置された振動可能な可動部（梁）３４と、その可動部３４の一方端と第１の固定部３３ａを連結して支持する第１の支持部３５ａと、その可動部３４の他方端と第２の固定部３３ｂを連結して支持する第２の支持部３５ｂによって構成されている。
【００７９】
図１１に示す４個のＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄそれぞれは、その構造が図１０に示すＭＥＭＳ振動子３０と同様であるが、梁の長さ３４ａ〜３４ｄを変えることによって共振周波数を異ならせている。詳細には、ＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄそれぞれの梁の長さ３４ａ〜３４ｄは、ＭＥＭＳ振動子３０ａから順に短く形成されている。ＭＥＭＳ振動子３０ａの梁の長さ３４ａが一番長く形成されており、ＭＥＭＳ振動子３０ｂの梁の長さ３４ｂ、ＭＥＭＳ振動子３０ｃの梁の長さ３４ｃ、ＭＥＭＳ振動子３０ｄの梁の長さ３４ｄの順に段階的に短く形成されている。
【００８０】
また、４個のＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄそれぞれの可動電極３２に対応する固定電極３１は繋げられており、それぞれの可動電極３２の梁の長さに応じて固定電極３１の幅が段階的に狭くなっている。
【００８１】
上記変形例１においても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
（変形例２）
図１２は、両持ち構造体を使用した４個のＭＥＭＳ振動子３０ｅ〜３０ｈを示す平面図であり、図１に示す４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄに適用することができる。
【００８３】
図１２に示す４個のＭＥＭＳ振動子３０ｅ〜３０ｈそれぞれは、その構造が図１０に示すＭＥＭＳ振動子３０と同様であるが、図１１と同様に、梁の長さ３４ｅ〜３４ｈを変えることによって共振周波数を異ならせている。詳細には、ＭＥＭＳ振動子３０ｅ〜３０ｈそれぞれの梁の長さ３４ｅ〜３４ｈは、ＭＥＭＳ振動子３０ｅから順に短く形成されている。ＭＥＭＳ振動子３０ｅの梁の長さ３４ｅが一番長く形成されており、ＭＥＭＳ振動子３０ｆの梁の長さ３４ｆ、ＭＥＭＳ振動子３０ｇの梁の長さ３４ｇ、ＭＥＭＳ振動子３０ｈの梁の長さ３４ｈの順に段階的に短く形成されている。
【００８４】
また、４個のＭＥＭＳ振動子３０ａ〜３０ｄそれぞれの可動電極３２に対応する固定電極３１は繋げられており、それぞれの可動電極３２の梁の長さに応じて固定電極３１の幅が段階的に狭くなっているが、変形例１と異なり、固定電極３１の両側を段階的に狭めることによって幅を段階的に狭くしている。
【００８５】
上記変形例２においても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
（第２の実施形態）
図１８は、第２の実施形態に係るＭＥＭＳ発振器を模式的に示す構成図である。なお、第２の実施形態を示す図面においては、第１の実施形態を示す図面と同一部分には同一符合を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００８７】
図１８に示すＭＥＭＳ発振器の発振器構成回路は、バッファ部１、発振回路部２、バイアス電圧印加・選択部５を有している。４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの一方電極及び他方電極は、発振回路部２及びバイアス電圧印加・選択部５に電気的に接続されている。バイアス電圧印加・選択部５は、４個のＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄのうち選択された一つのＭＥＭＳ振動子のみに直流バイアス電圧を印加するものであり、バイアス電圧を印加しないＭＥＭＳ振動子は振動子機能を有さないため、バイアス電圧の印加の有無をＭＥＭＳ振動子の選択手段としている。
【００８８】
図１９は、図１８に示すバイアス電圧印加・選択部５を詳細に説明するための回路図であり、図５と同一部分には同一符合を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００８９】
図１９に示すバイアス電圧印加・選択部５は、バイアス電圧印加部４及びバイアス選択部３ｃを有している。バイアス電圧印加部４はバイアス選択部３ｃに電気的に接続されており、バイアス選択部３ｃは複数のＭＥＭＳ振動子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ・・・１０ｎそれぞれに電気的に接続されている。
【００９０】
詳細には、バイアス選択部３ｃは、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの一方電極と端子Ｘ２との間に電気的に接続されたアナログスイッチ３０３ａ〜３０３ｎ及びアナログスイッチ３０４ａ〜３０４ｎと、それらアナログスイッチそれぞれを、オン状態にするためのハイ信号又はオフ状態にするためのロー信号を入力する入力部ＳＷ＿Ｘ０１〜ＳＷ＿Ｘ０ｎ及び反転信号入力部ＳＷ＿Ｘ０１〜ＳＷ＿Ｘ０ｎ（反転信号）と、入力部からアナログスイッチに入力される信号をハイからロー又はローからハイに切り替えるためのヒューズ素子（図示せず）を有している。また、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの他方電極と端子Ｘ１との間には接地電極に接続されている。また、端子Ｘ１，Ｘ２は図１８に示す発振回路部２に電気的に接続されている。
【００９１】
ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの一方電極と端子Ｘ２との間、及びＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｎそれぞれの他方電極と端子Ｘ１との間には、図１３と同様に結合容量が形成されている。
【００９２】
次に、図１８に示すバイアス電圧印加・選択部５によってＭＥＭＳ振動子の選択及び非選択を行う方法について図９を参照しつつ説明する。
【００９３】
まず、図９に示すように、ＭＥＭＳ振動子１０ｄの一方電極と発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からハイ信号がヒューズを通して入力され、ＭＥＭＳ振動子１０ｄにバイアス電圧（例えば２．２Ｖ）を印加し、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃそれぞれの一方電極と発振回路部２との間に接続されたアナログスイッチに入力部からロー信号がヒューズを通して入力され、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃにバイアス電圧０Ｖを印加する。つまり、バイアス電圧印加・選択部５は、使用するＭＥＭＳ振動子１０ｄのみにバイアス電圧（２．２Ｖ）を印加し、使用しないＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃにはバイアス電圧（２．２Ｖ）を印加しない。これにより、バイアス電圧が印加されたＭＥＭＳ振動子１０ｄのみを発振回路部２によって発振させ（バイアス電圧が印加されないＭＥＭＳ振動子は発振しない）、ＭＥＭＳ振動子１０ｄから出力された共振周波数を計測する（Ｓ１）。この計測された共振周波数が図３に示す目標精度の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ２）。
【００９４】
この判定結果が図３に示す目標精度範囲内である場合は、バイアス選択部３ｃのスイッチを切り替えることなく、終了する。
また、共振周波数の計測結果が例えば２０．５５ＭＨｚであったとすると、計測された共振周波数が目標精度の範囲内でないと判定される（Ｓ２）。この場合は、計測された共振周波数（２０．５５ＭＨｚ）と計測されたＭＥＭＳ振動子１０ｄの共振周波数の設計値（２０．３ＭＨｚ）との差分（２５０ｋＨｚ）を算出する（Ｓ３）。そして、この算出された差分（２５０ｋＨｚ）、ＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄの設計値における共振周波数差（２００ｋＨｚ）及びＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｄそれぞれの共振周波数の設計値（図３に示す１９．７ＭＨｚ、１９．９ＭＨｚ、２０．１ＭＨｚ、２０．３ＭＨｚ）を用いて、目標精度の範囲内の共振周波数を持つＭＥＭＳ振動子がＭＥＭＳ振動子１０ａ〜１０ｃのいずれのＭＥＭＳ振動子であるか、例えばＭＥＭＳ振動子１０ａであると特定する（Ｓ４）。
【００９５】
次いで、特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄをバイアス選択部３ｃによって選択せず、特定された一つのＭＥＭＳ振動子１０ａをバイアス選択部３ｃによって選択することにより、特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子１０ｂ〜１０ｄにバイアス電圧を印加できない状態とし、特定された一つのＭＥＭＳ振動子１０ａにバイアス電圧を印加できる状態とする（Ｓ５）。
【００９６】
この後、発振回路部２によってＭＥＭＳ振動子１０ａを発振させ、ＭＥＭＳ振動子１０ａの発振特性を確認する（Ｓ６）。この発振特性の良否を判定し（Ｓ７）、その判定結果が良の場合は終了し、判定結果が否の場合はロットアウトする。
【符号の説明】
【００９７】
１…増幅器、２…発振回路部、３ａ，３ｂ…選択部、４…バイアス電圧印加部、４ａ…基準電圧発生回路、４ｂ…出力電圧調整回路（抵抗分割）、５…バイアス電圧印加・選択部、６ａ〜６ｃ，６ｎ，７ａ〜７ｃ，７ｎ…アナログスイッチ、８，３２，１０２…可動電極、１０ａ〜１０ｄ，１０ｎ，３０，３０ａ〜３０ｈ，２０１…ＭＥＭＳ振動子、１１，３３ａ，３３ｂ，１０４…固定部、１２，３１，１０１…固定電極、１３，１１２…シリコン窒化膜、１４，１１１…シリコン酸化膜、１５…ｐ型Ｓｉ基板、１６，３４，１０３…可動部（梁）、１６ａ〜１６ｄ，３４ａ〜３４ｈ…梁の長さ、１７，３５ａ，３５ｂ，１０５…支持部、２５…層間絶縁膜、２６…パッシベーション膜、２６ａ…開口部、２８…キャビティ、１００…基板、１１０…Ｓｉ基板、２０３ａ，２０３ｂ…結合容量、２０４ａ，２０４ｂ…バイアス抵抗、２１０…入力端子、２２０…出力端子、２３０…増幅回路、２４０…緩衝回路（バッファアンプ）、３００…発振器構成回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された複数のＭＥＭＳ振動子と、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに電気的に接続された発振動作を行うための発振器構成回路と、
を具備し、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のＭＥＭＳ振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって共振周波数が異なることを特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項２】
請求項１において、
前記発振器構成回路は、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに接続された選択部と、
前記選択部によって前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのＭＥＭＳ振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記選択部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子にバイアス電圧を印加しないこと、
を特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項３】
請求項２において、
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、前記一つのＭＥＭＳ振動子を選択的に前記発振回路部へ電気的に接続し、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部へ電気的に接続しないこと、
を特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項４】
請求項２において、
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、
前記発振回路部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに接続されること、
を特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項５】
請求項１において、
前記発振器構成回路は、
前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加・選択部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのＭＥＭＳ振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記バイアス電圧印加・選択部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子にバイアス電圧を印加しないこと、
を特徴とするＭＥＭＳ発振器
【請求項６】
請求項２乃至４のいずれか一項において、
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子が選択されており、前記一つのＭＥＭＳ振動子以外のＭＥＭＳ振動子が選択されておらず、
前記ＭＥＭＳ発振器の調整作業により前記一つ以外のＭＥＭＳ振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に非可逆性を有することを特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項７】
請求項２乃至４のいずれか一項において、
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子が選択されており、前記一つのＭＥＭＳ振動子以外のＭＥＭＳ振動子が選択されておらず、
前記ＭＥＭＳ発振器の調整作業により前記一つ以外のＭＥＭＳ振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に可逆性を有することを特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項において、
前記梁構造は、前記基板上に形成された固定電極と、その固定電極に対向して配置された振動可能な梁を備えた可動電極を有しており、
前記梁構造が異なることは、前記梁の長さが異なることであるＭＥＭＳ発振器。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項において、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれの共振周波数は等間隔に形成されているＭＥＭＳ発振器。
【請求項１０】
基板上に、設計値において所定の共振周波数差を有する複数のＭＥＭＳ振動子、前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれが接続された選択部、前記選択部に接続されたバイアス電圧印加部、発振回路部、及び前記発振回路部に接続されたバッファ部を形成し、
前記選択部及び前記バイアス電圧印加部によって前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加し、前記一つのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部によって発振させ、前記バッファ部によって前記一つのＭＥＭＳ振動子から発振出力された共振周波数を計測し、所定の範囲内の共振周波数を有する一つのＭＥＭＳ振動子を前記複数のＭＥＭＳ振動子から特定し、
前記特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって選択せず、前記特定された一つのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって選択することにより、前記特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部に電気的に接続せず、前記特定された一つのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって前記発振回路部に電気的に接続するＭＥＭＳ発振器の製造方法であって、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のＭＥＭＳ振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって前記所定の共振周波数差を有するＭＥＭＳ発振器の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記選択部は、前記ＭＥＭＳ振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段にヒューズを用いることを特徴とするＭＥＭＳ発振器の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記選択部は、前記ＭＥＭＳ振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段に半導体メモリを用いることを特徴とするＭＥＭＳ発振器の製造方法。
【請求項１】
基板上に形成された複数のＭＥＭＳ振動子と、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに電気的に接続された発振動作を行うための発振器構成回路と、
を具備し、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のＭＥＭＳ振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって共振周波数が異なることを特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項２】
請求項１において、
前記発振器構成回路は、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに接続された選択部と、
前記選択部によって前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのＭＥＭＳ振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記選択部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子にバイアス電圧を印加しないこと、
を特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項３】
請求項２において、
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、前記一つのＭＥＭＳ振動子を選択的に前記発振回路部へ電気的に接続し、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部へ電気的に接続しないこと、
を特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項４】
請求項２において、
前記選択部は、前記バイアス電圧印加部と前記発振回路部に接続され、
前記発振回路部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれに接続されること、
を特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項５】
請求項１において、
前記発振器構成回路は、
前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧印加・選択部と、
前記バイアス電圧が印加された前記一つのＭＥＭＳ振動子を用いて発振動作を行うための発振回路部と、
前記発振回路部に接続された発振出力を出力するバッファ部と、
を具備し、
前記バイアス電圧印加・選択部は、前記複数のＭＥＭＳ振動子のうち前記一つのＭＥＭＳ振動子以外の全てのＭＥＭＳ振動子にバイアス電圧を印加しないこと、
を特徴とするＭＥＭＳ発振器
【請求項６】
請求項２乃至４のいずれか一項において、
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子が選択されており、前記一つのＭＥＭＳ振動子以外のＭＥＭＳ振動子が選択されておらず、
前記ＭＥＭＳ発振器の調整作業により前記一つ以外のＭＥＭＳ振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に非可逆性を有することを特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項７】
請求項２乃至４のいずれか一項において、
前記選択部は、その初期状態において、前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子が選択されており、前記一つのＭＥＭＳ振動子以外のＭＥＭＳ振動子が選択されておらず、
前記ＭＥＭＳ発振器の調整作業により前記一つ以外のＭＥＭＳ振動子を選択することが可能であり、
前記選択部は、その選択性に可逆性を有することを特徴とするＭＥＭＳ発振器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項において、
前記梁構造は、前記基板上に形成された固定電極と、その固定電極に対向して配置された振動可能な梁を備えた可動電極を有しており、
前記梁構造が異なることは、前記梁の長さが異なることであるＭＥＭＳ発振器。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項において、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれの共振周波数は等間隔に形成されているＭＥＭＳ発振器。
【請求項１０】
基板上に、設計値において所定の共振周波数差を有する複数のＭＥＭＳ振動子、前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれが接続された選択部、前記選択部に接続されたバイアス電圧印加部、発振回路部、及び前記発振回路部に接続されたバッファ部を形成し、
前記選択部及び前記バイアス電圧印加部によって前記複数のＭＥＭＳ振動子のいずれか一つのＭＥＭＳ振動子に選択的にバイアス電圧を印加し、前記一つのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部によって発振させ、前記バッファ部によって前記一つのＭＥＭＳ振動子から発振出力された共振周波数を計測し、所定の範囲内の共振周波数を有する一つのＭＥＭＳ振動子を前記複数のＭＥＭＳ振動子から特定し、
前記特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって選択せず、前記特定された一つのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって選択することにより、前記特定されなかった全てのＭＥＭＳ振動子を前記発振回路部に電気的に接続せず、前記特定された一つのＭＥＭＳ振動子を前記選択部によって前記発振回路部に電気的に接続するＭＥＭＳ発振器の製造方法であって、
前記複数のＭＥＭＳ振動子それぞれは、梁構造を有しており、
前記複数のＭＥＭＳ振動子は、それぞれの梁構造が異なることによって前記所定の共振周波数差を有するＭＥＭＳ発振器の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記選択部は、前記ＭＥＭＳ振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段にヒューズを用いることを特徴とするＭＥＭＳ発振器の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記選択部は、前記ＭＥＭＳ振動子の選択又は非選択を切り替える切替手段を有しており、前記切替手段に半導体メモリを用いることを特徴とするＭＥＭＳ発振器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１３５１３９（Ｐ２０１１−１３５１３９Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９０１７１（Ｐ２００９−２９０１７１）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【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２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【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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