JP2008160906A - Microactuator - Google Patents

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Madoka Nishiyama
円 西山
Junji Suzuki
純児 鈴木
Hiroshi Konishi
浩 小西
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    • B81B2203/05—Type of movement
    • B81B2203/058—Rotation out of a plane parallel to the substrate

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microactuator operating with a lower driving voltage. <P>SOLUTION: The microactuator comprises a fixed portion including a substrate, and a movable portion of cantilever structure having a curved portion and a linear portion. The curved portion curves while a drive force is not applied. The linear portion is arranged between the fixed end of the cantilever structure and the curved portion and extends substantially in parallel with the major plane of the substrate while a drive force is not applied. When a drive force is applied, at least a part of the curved portion and at least a part of the linear portion are pulled in to the fixed portion side. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System）等の分野で用いることができるマイクロアクチュエータに関するものである。   The present invention relates to a microactuator that can be used in fields such as MEMS (Micro-Electro-Mechanical System).

従来から、下記の特許文献１に開示されているマイクロアクチュエータが提案されている。このマイクロアクチュエータでは、基板から立ち上がった脚部に固定端が固定され薄膜で構成された湾曲部と、湾曲部に設けられた可動電極と、基板上の湾曲部に対応する箇所に設けられた固定電極と、を備えている。湾曲部は、可動電極と固定電極との間に静電力が加わっていない状態において、自身の保有する応力によって、固定端側から先端側に向かうに従って基板から遠ざかる方向に巻始められてから巻回するように湾曲している。そして、可動電極と固定電極との間に静電力が加わると、湾曲部が巻き戻されて固定電極側にプルインされて基板に沿って展開される。   Conventionally, a microactuator disclosed in Patent Document 1 below has been proposed. In this microactuator, the fixed end is fixed to the leg portion rising from the substrate, the bending portion is formed of a thin film with the fixed end fixed, the movable electrode provided on the bending portion, and the fixed portion provided on the substrate corresponding to the bending portion. An electrode. The bending portion is wound after starting to roll away from the substrate from the fixed end side toward the tip end side due to the stress held by the bending portion in a state where no electrostatic force is applied between the movable electrode and the fixed electrode. To be curved. When an electrostatic force is applied between the movable electrode and the fixed electrode, the curved portion is rewound, pulled in to the fixed electrode side, and developed along the substrate.

このマイクロアクチュエータでは、湾曲部自体が当該マイクロアクチュエータが駆動する被駆動体を兼ねている。特許文献１には、例えば、湾曲部自体が光シャッタ部や光変調部を兼ねる例が開示されている。
特許第３４３９７６６号公報の第１（ｊ）図 In this microactuator, the bending portion itself also serves as a driven body that is driven by the microactuator. For example, Patent Document 1 discloses an example in which the curved portion itself also serves as an optical shutter unit and an optical modulation unit.
FIG. 1 (j) of Japanese Patent No. 3439766

しかしながら、前記従来のマイクロアクチュエータでは、可動電極と固定電極との間に加える駆動電圧を高くしなければ、適切に駆動することができなかった。マイクロアクチュエータにおいては、必要とする駆動電圧が低いほど好ましいことは言うまでもない。   However, the conventional microactuator cannot be driven properly unless the drive voltage applied between the movable electrode and the fixed electrode is increased. In the microactuator, it goes without saying that the lower the required drive voltage, the better.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、可動部が湾曲部を有するにも拘わらず、より低い駆動電圧で作動するマイクロアクチュエータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a microactuator that operates at a lower drive voltage even though the movable portion has a curved portion.

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるマイクロアクチュエータは、基板を含む固定部に対して変位し得る可動部であって、前記固定部に対して固定端が固定された片持ち構造を持つ可動部を備えたマイクロアクチュエータであって、前記可動部は、湾曲部と、前記湾曲部と前記固定端との間に配置された直線状部とを有し、前記湾曲部は、前記可動部に駆動力が加えられていない状態において、自身の保有する応力によって、前記固定端側から先端側に向うに従って前記固定部側から反り上がるかあるいは前記固定端側から前記先端側に向うに従って前記固定部から遠ざかる方向に巻始められてから巻回するように、湾曲し、前記直線状部は、前記可動部に駆動力が加えられていない状態において、自身の保有する応力によって、前記固定部から間隔をあけた状態で前記固定端側から前記先端側に向うに従って前記基板の主平面と略平行に延び、前記固定部は、前記直線状部の少なくとも一部及び前記湾曲部の少なくとも一部に対応する箇所において第１の電極部を有し、前記可動部は、前記直線状部及び前記湾曲部において第２の電極部を有し、前記第１及び第２の電極部間に所定の大きさ以上の駆動電圧が印加されたときに、前記第１及び第２の電極部間に駆動力として作用する静電力によって、前記直線状部の少なくとも一部及び前記湾曲部の少なくとも一部が前記固定部側にプルインされるものである。
本発明の第２の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１の態様において、前記可動部が薄膜で構成されたものである。 In order to solve the above-described problem, the microactuator according to the first aspect of the present invention is a movable part that can be displaced with respect to a fixed part including a substrate, and has a fixed end fixed to the fixed part. A microactuator including a movable part having a structure, wherein the movable part includes a bending part, and a linear part disposed between the bending part and the fixed end, In a state in which no driving force is applied to the movable part, due to its own stress, it warps from the fixed part side as it goes from the fixed end side to the front end side or from the fixed end side to the front end side. The linear portion is bent by the stress held by itself in a state where no driving force is applied to the movable portion. And extending substantially parallel to the main plane of the substrate from the fixed end side toward the tip end side with a space from the fixed portion, and the fixed portion includes at least a part of the linear portion and the curved portion A first electrode portion at a position corresponding to at least a part of the first electrode portion, and the movable portion includes a second electrode portion at the linear portion and the curved portion, and the first and second electrode portions. When a driving voltage of a predetermined magnitude or more is applied between the first and second electrode portions, an electrostatic force acting as a driving force between the first and second electrode portions causes at least a part of the linear portion and the bending portion to At least a part is pulled in to the fixed part side.
A microactuator according to a second aspect of the present invention is the microactuator according to the first aspect, wherein the movable part is formed of a thin film.

本発明によれば、可動部が湾曲部を有するにも拘わらず、より低い駆動電圧で作動するマイクロアクチュエータを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, although the movable part has a curved part, the microactuator which operate | moves with a lower drive voltage can be provided.

以下、本発明によるマイクロアクチュエータについて、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a microactuator according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施の形態によるマイクロアクチュエータを用いた可変キャパシタ１を模式的に示す概略平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。ただし、図１及び図２は、この可変キャパシタ１の製造途中において、犠牲層３１〜３３等の犠牲層を除去する前の状態を示している。犠牲層３１〜３３等の犠牲層は、図１及び図２では省略しているので、後述する図９（ｂ）を参照されたい。なお、理解を容易にするため、図１では、膜１０，１２等の図示は省略するとともに、配線パターン１１，１４，１５及びオン駆動用固定電極１３にハッチングを付している。図１において、支持突起１６ａ〜１６ｄは、本来は隠れ線で示すべきであるが、図面表記の便宜上実線で示している。図３，図５及び図６はそれぞれ、この可変キャパシタ１の各動作状態を示す概略断面図であり、図２と同じ断面を示している。図３は後述するオン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力が両方とも印加されていない状態を示し、図５はオン駆動用静電力は印加されているがアナログ駆動用静電力は印加されていない状態を示し、図６はオン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力が両方とも印加されている状態を示している。図４は、この可変キャパシタ１の、図３に示す状態から図５へ示す状態へ移行する過程を示す概略断面図であり、図２と同じ断面を示している。   FIG. 1 is a schematic plan view schematically showing a variable capacitor 1 using a microactuator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along the line A-A ′ in FIG. 1. However, FIGS. 1 and 2 show a state before the sacrificial layers such as the sacrificial layers 31 to 33 are removed during the manufacturing of the variable capacitor 1. Since sacrificial layers such as the sacrificial layers 31 to 33 are omitted in FIGS. 1 and 2, refer to FIG. 9B described later. In order to facilitate understanding, in FIG. 1, the films 10, 12, etc. are not shown, and the wiring patterns 11, 14, 15 and the on-drive fixed electrode 13 are hatched. In FIG. 1, the support protrusions 16 a to 16 d should originally be indicated by hidden lines, but are indicated by solid lines for convenience of drawing. 3, 5, and 6 are schematic cross-sectional views showing the operating states of the variable capacitor 1, and show the same cross section as FIG. 2. FIG. 3 shows a state in which neither an on-drive electrostatic force or an analog drive electrostatic force, which will be described later, is applied, and FIG. 5 shows that an on-drive electrostatic force is applied but an analog drive electrostatic force is applied. FIG. 6 shows a state where both the on-drive electrostatic force and the analog drive electrostatic force are applied. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the process of changing the state of the variable capacitor 1 from the state shown in FIG. 3 to the state shown in FIG. 5, and shows the same cross section as FIG.

この可変キャパシタ１は、シリコン基板等の基板２と、脚部３と、直線状部４と、湾曲部５と、直線状部６と、平板状のプレート部７と、直線状部８とを備えている。   The variable capacitor 1 includes a substrate 2 such as a silicon substrate, a leg 3, a linear portion 4, a curved portion 5, a linear portion 6, a flat plate portion 7, and a linear portion 8. I have.

脚部３は、基板２上に順次形成された酸化珪素膜９，１０、アルミニウム系合金膜からなる配線パターン１１及び酸化珪素膜１２を介して、基板２から立ち上がっている。脚部３の上部の周囲には、補強用段差をなす立ち上がり部３ａが形成されている。基板２、酸化珪素膜９，１０、１２、配線パターン１１、並びに、後述するオン駆動用固定電極１３、配線パターン１４，１５等によって、固定部が構成されている。   The leg 3 rises from the substrate 2 through the silicon oxide films 9 and 10 sequentially formed on the substrate 2, the wiring pattern 11 made of an aluminum alloy film, and the silicon oxide film 12. Around the upper part of the leg part 3, a rising part 3a forming a reinforcing step is formed. The substrate 2, the silicon oxide films 9, 10, 12, the wiring pattern 11, an on-driving fixed electrode 13, wiring patterns 14, 15, which will be described later, and the like constitute a fixed portion.

この可変キャパシタ１において、直線状部６，８、プレート部７及び配線パターン１５以外の要素によって、本発明の一実施の形態によるマイクロアクチュエータである被駆動体（直線状部６，８及びプレート部７）を駆動するマイクロアクチュエータが構成されている。   In this variable capacitor 1, driven elements (linear portions 6, 8 and plate portion) that are microactuators according to one embodiment of the present invention are formed by elements other than the linear portions 6, 8, plate portion 7 and wiring pattern 15. A microactuator for driving 7) is configured.

直線状部４の一端は、脚部３に機械的に接続され、固定端となっている。直線状部４は、駆動力（本例では、オン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力）が加えられていない状態で、自身の保有する応力によって、図３に示すように基板２を含む固定部から間隔をあけた状態で前記一端側から他端側に向かうに従って基板２の主平面と略平行に延びている。   One end of the linear portion 4 is mechanically connected to the leg portion 3 and serves as a fixed end. The straight portion 4 includes the substrate 2 as shown in FIG. 3 due to its own stress in a state where no driving force (in this example, on-drive electrostatic force and analog drive electrostatic force) is applied. It extends substantially parallel to the main plane of the substrate 2 from the one end side toward the other end side with a space from the fixing portion.

直線状部４の他端には、湾曲部５の一端が機械的に接続されている。湾曲部５は、駆動力（オン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力）が加えられていない状態で、自身の保有する応力によって、図３に示すように前記一端側から他端側に向かうに従って基板２側から反り上がるように湾曲している。   One end of the bending portion 5 is mechanically connected to the other end of the linear portion 4. The bending portion 5 is directed from the one end side to the other end side as shown in FIG. 3 due to its own stress in a state in which no driving force (on driving electrostatic force and analog driving electrostatic force) is applied. And is curved so as to warp from the substrate 2 side.

湾曲部５の他端には、駆動力（オン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力）が加えられていない状態で自身の保有する応力によって平板状となる直線状部６の一端が、機械的に接続されている。   At the other end of the bending portion 5, one end of the linear portion 6 that is flattened by the stress that it owns when no driving force (electrostatic force for on-driving and electrostatic force for analog driving) is applied is a machine. Connected.

直線状部６の他端には、平板状のプレート部７の一端が機械的に接続されている。プレート部７の周囲には、補強用段差をなす立ち上がり部７ａが形成されている。これにより、プレート部７は、剛性を持ち、常に平板状を維持する。   One end of a flat plate portion 7 is mechanically connected to the other end of the linear portion 6. Around the plate portion 7, a rising portion 7a forming a reinforcing step is formed. Thereby, the plate part 7 has rigidity and always maintains flat form.

プレート部７の他端には、駆動力（オン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力）が加えられていない状態で自身の保有する応力によって平板状となる直線状部８の一端が、機械的に接続されている。直線状部８の他端は自由端となっている。直線状部６には支持突起１６ａ，１６ｂが設けられ、直線状部８には後述する支持突起１６ｃ，１６ｄが設けられている。支持突起１６ａ，１６ｂは、図１に示すように、直線状部６において、プレート部７における図１中の左側の立ち上がり部７ａから距離Ｌ１の位置に配置されている。支持突起１６ｃ，１６ｄは、直線状部８において、プレート部７における図１中の右側の立ち上がり部７ａから距離Ｌ１の位置に配置されている。支持突起１６ａ〜１６ｄは、図５や図６に示す状態になったときに、固定部（本例では、基板２上の酸化珪素膜１２）に当接して、プレート部７の付近の部分（本例では、プレート部７、並びに、その両側の直線状部６における長さＬ１の部分６ａ及び直線状部８における長さＬ１の部分８ａ）を両持ち状態で支持する。このとき、直線状部６の長さＬ１の部分６ａ及び直線状部８における長さＬ１の部分８ａは、バネ部として作用し、剛性を持つプレート部７を基板２と平行のまま基板２との間隔を狭め得るようにプレート部７を支持する。   At the other end of the plate portion 7, one end of the linear portion 8 that is flattened by the stress that it owns when no driving force (electrostatic force for on-driving and electrostatic force for analog driving) is applied, Connected. The other end of the linear portion 8 is a free end. The linear portion 6 is provided with support protrusions 16a and 16b, and the linear portion 8 is provided with support protrusions 16c and 16d described later. As shown in FIG. 1, the support protrusions 16 a and 16 b are arranged at a distance L <b> 1 from the rising portion 7 a on the left side in FIG. The support protrusions 16c and 16d are arranged in the linear portion 8 at a distance L1 from the rising portion 7a on the right side in FIG. When the support protrusions 16a to 16d are in the state shown in FIG. 5 or FIG. 6, the support protrusions 16a to 16d are in contact with the fixing portion (in this example, the silicon oxide film 12 on the substrate 2), In this example, the plate portion 7 and the portion 6a having the length L1 in the linear portion 6 on both sides thereof and the portion 8a having the length L1 in the linear portion 8 are supported in a both-end supported state. At this time, the portion 6a having the length L1 of the linear portion 6 and the portion 8a having the length L1 in the linear portion 8 act as a spring portion, and the rigid plate portion 7 remains parallel to the substrate 2 while being parallel to the substrate 2. The plate portion 7 is supported so as to be able to narrow the interval.

以上説明したように各部３〜８が順次機械的に直列的に接続されることによって、直線状部４、湾曲部５、直線状部６、プレート部７及び直線状部８が、全体として、直線状部４の一端を固定端とした片持ち構造を持つ可動部を構成している。   As described above, the parts 3 to 8 are sequentially mechanically connected in series, so that the linear part 4, the curved part 5, the linear part 6, the plate part 7 and the linear part 8 are as a whole. A movable portion having a cantilever structure in which one end of the linear portion 4 is a fixed end is formed.

湾曲部５は、下側の窒化珪素膜２１と中間のアルミニウム系合金膜２２と上側の窒化珪素膜２３とが積層された３層の薄膜で構成されている。湾曲部５は、力を受けない状態において、膜２１〜２３の応力によって、図３に示すように上方（基板２とは反対側）に湾曲している。このような湾曲状態は、膜２１〜２３の成膜条件を適宜設定することにより実現することができる。   The bending portion 5 is constituted by a three-layer thin film in which a lower silicon nitride film 21, an intermediate aluminum-based alloy film 22, and an upper silicon nitride film 23 are laminated. In a state where no force is applied, the bending portion 5 is bent upward (on the opposite side to the substrate 2) by the stress of the films 21 to 23 as shown in FIG. Such a curved state can be realized by appropriately setting the film forming conditions of the films 21 to 23.

直線状部４は、下側の窒化珪素膜２４と、中間下側のアルミニウム系合金膜２５と、湾曲部５からそのまま連続して延びた中間上側のアルミニウム系合金膜２２と、湾曲部５からそのまま連続して延びた上側の窒化珪素膜２３とが積層された４層の薄膜で構成されている。直線状部４は、力を受けない状態において、膜２２〜２５の応力によって、図３に示すように直線状に延びている。このような直線状態は、膜２２〜２５の成膜条件を適宜設定することにより実現することができる。   The linear portion 4 includes a lower silicon nitride film 24, an intermediate lower aluminum alloy film 25, an intermediate upper aluminum alloy film 22 that extends continuously from the curved portion 5, and the curved portion 5. The upper silicon nitride film 23 continuously extending as it is is composed of a four-layered thin film. The linear portion 4 extends linearly as shown in FIG. 3 due to the stress of the films 22 to 25 in a state where no force is received. Such a linear state can be realized by appropriately setting the film forming conditions of the films 22 to 25.

脚部３は、直線状部４を構成する窒化珪素膜２３，２４及びアルミニウム系合金膜２２，２５がそのまま連続して延びることによって構成されている。アルミニウム系合金膜２５は、脚部３において、窒化珪素膜１２，２４に形成された開口を介して配線パターン１１に接続されている。   The leg portion 3 is configured by the silicon nitride films 23 and 24 and the aluminum alloy films 22 and 25 constituting the linear portion 4 continuously extending as they are. The aluminum-based alloy film 25 is connected to the wiring pattern 11 at the leg portion 3 through openings formed in the silicon nitride films 12 and 24.

直線状部６，プレート部７及び直線状部８は、下側の窒化珪素膜２６と、中間下側のアルミニウム系合金膜２７と、湾曲部５からそのまま連続して延びた中間上側のアルミニウム系合金膜２２と、湾曲部５からそのまま連続して延びた上側の窒化珪素膜２３とが積層された４層の薄膜で構成されている。ただし、直線状部６，８に設けられた支持突起１６ａ〜１６ｄは、アルミニウム系合金膜２２，２７で構成されている。直線状部６，８は、力を受けない状態において、膜２２，２３，２６，２７の応力によって、図３に示すように直線状に延びている。このような直線状態は、膜２２，２３，２６，２７の成膜条件を適宜設定することにより実現することができる。また、プレート部７は、膜２２，２３，２６，２７の成膜条件の設定によるのみならず、前述した立ち上がり部７ａにより補強されることで、常に平板状を維持する。   The straight portion 6, the plate portion 7, and the straight portion 8 include a lower silicon nitride film 26, an intermediate lower aluminum alloy film 27, and an intermediate upper aluminum system that continuously extends from the curved portion 5. The alloy film 22 and the upper silicon nitride film 23 continuously extending from the curved portion 5 are formed as a four-layered thin film. However, the support protrusions 16 a to 16 d provided on the linear portions 6 and 8 are constituted by aluminum-based alloy films 22 and 27. The straight portions 6 and 8 extend linearly as shown in FIG. 3 due to the stress of the films 22, 23, 26 and 27 in a state where no force is received. Such a linear state can be realized by appropriately setting the film forming conditions of the films 22, 23, 26, and 27. Further, the plate portion 7 is maintained not only by setting the film forming conditions of the films 22, 23, 26, and 27 but also by being reinforced by the above-described rising portion 7a, so that the plate shape is always maintained.

以上の説明からわかるように、本例では、可動部（直線状部４、湾曲部５、直線状部６、プレート部７及び直線状部８）の全体に渡って全体的に導通するように１層又は２層の導電膜（具体的には、アルミニウム系合金膜２２，２５，２７）が形成され、当該導電膜が配線パターン１１に電気的に接続されている。そして、本例では、当該導電膜は、その箇所に応じて、後述する電極となったりその配線となったりする。   As can be seen from the above description, in this example, the entire movable portion (the linear portion 4, the curved portion 5, the linear portion 6, the plate portion 7 and the linear portion 8) is electrically connected. One or two conductive films (specifically, aluminum-based alloy films 22, 25, and 27) are formed, and the conductive films are electrically connected to the wiring pattern 11. And in this example, the said electrically conductive film becomes an electrode mentioned later, or becomes the wiring according to the location.

本例では、前記導電膜（アルミニウム系合金膜２２，２５，２７）における直線状部４の大部分、湾曲部５の全体及び直線状部６の一部分に渡って設けられた部分が、オン駆動用可動電極（第２の電極部）となっており、このオン駆動用可動電極に対応する箇所（図１、図２、図５及び図６に示す各状態において対向する箇所）には、酸化珪素膜１０，１２間に、アルミニウム系合金膜からなるオン駆動用固定電極（第１の電極部）１３が形成されている。   In this example, most of the linear part 4 in the conductive film (aluminum alloy films 22, 25, 27), the entire curved part 5, and a part provided over a part of the linear part 6 are turned on. Movable electrode (second electrode portion), and a portion corresponding to the on-drive movable electrode (a portion facing each state shown in FIGS. 1, 2, 5, and 6) is oxidized. An on-driving fixed electrode (first electrode portion) 13 made of an aluminum-based alloy film is formed between the silicon films 10 and 12.

本例では、前記導電膜（特に、アルミニウム系合金膜２２，２７）におけるプレート部７の部分が、容量用可動電極となっている。本例では、この容量用可動電極は、アナログ駆動用可動電極としても兼用される。オン駆動用固定電極（第１の電極部）１３に対する配線をなすアルミニウム系合金膜からなる配線パターン１４が、酸化珪素膜９，１０間に形成されている。図面には示していないが、配線パターン１４は、酸化珪素膜１０に形成された開口を介して、オン駆動用固定電極１３に電気的に接続されている。酸化珪素膜１０，１２間には、アルミニウム系合金膜からなる配線パターン１５が形成されている。本例では、配線パターン１５における前記容量用可動電極に対応する部分（図１、図２、図５及び図６に示す各状態においてプレート部７と対向する配線パターン１５の部分）が、容量用固定電極となっている。本例では、この容量用固定電極は、アナログ駆動用固定電極としても兼用される。   In this example, the portion of the plate portion 7 in the conductive film (in particular, the aluminum-based alloy films 22 and 27) is a capacitive movable electrode. In the present example, the capacitive movable electrode is also used as an analog driving movable electrode. A wiring pattern 14 made of an aluminum-based alloy film that forms a wiring for the on-drive fixed electrode (first electrode portion) 13 is formed between the silicon oxide films 9 and 10. Although not shown in the drawing, the wiring pattern 14 is electrically connected to the on-driving fixed electrode 13 through an opening formed in the silicon oxide film 10. A wiring pattern 15 made of an aluminum alloy film is formed between the silicon oxide films 10 and 12. In this example, the portion corresponding to the capacitive movable electrode in the wiring pattern 15 (the portion of the wiring pattern 15 facing the plate portion 7 in each state shown in FIGS. 1, 2, 5, and 6) is used for the capacitance. It is a fixed electrode. In this example, the capacitor fixed electrode is also used as an analog drive fixed electrode.

本例による可変キャパシタ１の容量は、容量用可動電極と容量用固定電極との間の容量、したがって、配線パターン１１，１５間の容量として得られる。配線パターン１５は例えば高周波信号線として用いることができ、配線パターン１１は例えば接地線又は第２の高周波信号線として用いることができる。   The capacitance of the variable capacitor 1 according to the present example is obtained as the capacitance between the capacitance movable electrode and the capacitance fixed electrode, and thus the capacitance between the wiring patterns 11 and 15. The wiring pattern 15 can be used as, for example, a high frequency signal line, and the wiring pattern 11 can be used as, for example, a ground line or a second high frequency signal line.

本例では、図３に示す状態における湾曲部５の湾曲の程度や湾曲部５の長さなどを適宜設定することによって、図３に示す状態において、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）が容量用固定電極としての配線パターン１５と実質的に対向しないように、設定されている。本例では、このように容量用可動電極が容量用可動電極と実質的に対向しないだけでなく、湾曲部５の長さなどを適宜設定することによって図３に示す状態における容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）と容量用固定電極としての配線パターン１５との間の距離が十分に長くなるように設定され、これにより、図３に示す状態において、容量用可動電極と容量用固定電極との間の容量がほぼゼロとなるようになっている。   In this example, by appropriately setting the degree of bending of the bending portion 5 in the state shown in FIG. 3, the length of the bending portion 5, etc., in the state shown in FIG. 3, the capacitive movable electrode (aluminum alloy film 22, 27 is set so as not to substantially face the wiring pattern 15 as the capacitor fixed electrode. In this example, not only the capacitive movable electrode does not substantially face the capacitive movable electrode in this way, but the capacitive movable electrode in the state shown in FIG. The distance between the plate portion 7 in the aluminum-based alloy films 22 and 27) and the wiring pattern 15 as the capacitor fixed electrode is set to be sufficiently long. Thus, in the state shown in FIG. The capacitance between the movable electrode for capacitance and the fixed electrode for capacitance is substantially zero.

また、本例では、湾曲部５の長さや配線パターン１５との位置関係などを適宜設定することによって、図５及び図６に示す各状態において、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）が容量用固定電極としての配線パターン１５の一部と対向するように、設定されている。本例では、前述したように、図５及び図６に示す各状態において、支持突起１６ａ〜１６ｄが基板２上の酸化珪素膜１２に当接するようになっている。   Further, in this example, by appropriately setting the length of the bending portion 5 and the positional relationship with the wiring pattern 15, the movable electrode for capacitance (aluminum alloy films 22, 27) in each state shown in FIGS. The portion of the plate portion 7) is set to face a part of the wiring pattern 15 as a fixed electrode for capacitance. In this example, as described above, the support protrusions 16a to 16d are in contact with the silicon oxide film 12 on the substrate 2 in each state shown in FIGS.

次に、本例による可変キャパシタ１の製造方法の一例について、図７乃至図９を参照して説明する。図７乃至図９は、各製造工程を示す概略断面図であり、図２に対応している。   Next, an example of a method for manufacturing the variable capacitor 1 according to this example will be described with reference to FIGS. 7 to 9 are schematic sectional views showing the respective manufacturing steps, and correspond to FIG.

まず、シリコン基板１の上に、酸化珪素膜９を全面に形成する。次いで、酸化珪素膜９上にアルミニウム系合金膜を形成し、フォトリソエッチング法により、そのアルミニウム系合金膜を配線パターン１４（図７乃至図９では図示せず。図１参照。）の形状にパターニングする。その後、酸化珪素膜１０をデポした後、その酸化珪素膜１０に、フォトリソエッチング法により、配線パターン１４とのコンタクト部となる開口を形成する。次いで、アルミニウム系合金膜をデポし、フォトリソエッチング法により、そのアルミニウム系合金膜を、配線パターン１１，１５及びオン駆動用固定電極１３の形状にパターニングする。図７（ａ）は、この状態を示している。なお、配線パターン１１，１５及びオン駆動用固定電極１３の材料としては、アルミニウム、銅、金などを用いてもよい。また、本例による可変キャパシタ１を高周波回路で使用する場合は、配線パターン１１，１５及びオン駆動用固定電極１３の膜厚は、例えば、１μｍ以上あるいは２μｍ以上とすることも可能である。   First, a silicon oxide film 9 is formed on the entire surface of the silicon substrate 1. Next, an aluminum alloy film is formed on the silicon oxide film 9, and the aluminum alloy film is patterned into a wiring pattern 14 (not shown in FIGS. 7 to 9; see FIG. 1) by photolithography. To do. Thereafter, after depositing the silicon oxide film 10, an opening serving as a contact portion with the wiring pattern 14 is formed in the silicon oxide film 10 by a photolithography etching method. Next, the aluminum-based alloy film is deposited, and the aluminum-based alloy film is patterned into the shapes of the wiring patterns 11 and 15 and the on-drive fixed electrode 13 by photolithography. FIG. 7A shows this state. As materials for the wiring patterns 11 and 15 and the on-drive fixed electrode 13, aluminum, copper, gold, or the like may be used. Further, when the variable capacitor 1 according to this example is used in a high frequency circuit, the film thicknesses of the wiring patterns 11 and 15 and the on-drive fixed electrode 13 can be set to 1 μm or more or 2 μm or more, for example.

次に、酸化珪素膜１２を全面にデポした後、その酸化珪素膜１２に、フォトリソエッチング法により、脚部３における配線パターン１１とのコンタクト部となる開口１２ａを形成する。図７（ｂ）は、この状態を示している。   Next, after depositing the silicon oxide film 12 over the entire surface, an opening 12a serving as a contact portion with the wiring pattern 11 in the leg portion 3 is formed in the silicon oxide film 12 by a photolithography etching method. FIG. 7B shows this state.

次いで、図７（ｂ）に示す状態の基板上の凹所（ただし、脚部３に相当する箇所を除く。）に、レジスト等の犠牲層３１を埋め込む。引き続いて、レジスト等の犠牲層３２を塗布し、フォトリソグラフィにより、その犠牲層３２において、脚部３を形成すべき位置に開口３２ａを形成するとともに支持突起１６ａ〜１６ｄを形成すべき位置に開口３２ｂを形成する。さらに、レジスト等の犠牲層３３を塗布し、その犠牲層３３を、フォトリソグラフィにより、脚部３の上部の立ち上がり部３ａ及びプレート部７の立ち上がり部７ａを形成するための形状にパターニングする。図８（ａ）は、この状態を示している。   Next, a sacrificial layer 31 such as a resist is embedded in a recess on the substrate in the state shown in FIG. 7B (however, the portion corresponding to the leg 3 is excluded). Subsequently, a sacrificial layer 32 such as a resist is applied, and openings 32a are formed in the sacrificial layer 32 at positions where the leg portions 3 are to be formed and supporting protrusions 16a to 16d are opened by photolithography. 32b is formed. Further, a sacrificial layer 33 such as a resist is applied, and the sacrificial layer 33 is patterned into a shape for forming the rising portion 3a on the upper portion of the leg portion 3 and the rising portion 7a of the plate portion 7 by photolithography. FIG. 8A shows this state.

その後、窒化珪素膜を全面にデポした後、その窒化珪素膜を、フォトリソエッチング法により、脚部３及び直線状部４における窒化珪素膜２４の形状並びに直線状部６，８及びプレート部７の窒化珪素膜２６の形状に、パターニングする。図８（ｂ）は、この状態を示している。   Thereafter, the silicon nitride film is deposited on the entire surface, and then the silicon nitride film is formed by photolithographic etching on the shape of the silicon nitride film 24 in the leg portion 3 and the straight portion 4 and the straight portions 6 and 8 and the plate portion 7. The silicon nitride film 26 is patterned into the shape. FIG. 8B shows this state.

次に、アルミニウム系合金膜をデポし、そのアルミニウム系合金膜を、フォトリソエッチング法により、脚部３及び直線状部４におけるアルミニウム系合金膜２５の形状並びに直線状部６，８及びプレート部７のアルミニウム系合金膜２７の形状に、パターニングする。次いで、窒化珪素膜２１をデポし、フォトリソエッチング法により、その窒化珪素膜２１を湾曲部５の形状に合わせてパターニングする。引き続いて、アルミニウム系合金膜２２をデポし、フォトリソエッチング法により、そのアルミニウム系合金膜２２を、脚部３、直線状部４、湾曲部５、直線状部６、プレート部７及び直線状部８の形状に合わせてパターニングする。図９（ａ）は、この状態を示している。   Next, the aluminum-based alloy film is deposited, and the shape of the aluminum-based alloy film 25 in the leg portion 3 and the linear portion 4 and the linear portions 6 and 8 and the plate portion 7 are deposited on the aluminum-based alloy film by photolithography. The aluminum alloy film 27 is patterned. Next, the silicon nitride film 21 is deposited, and the silicon nitride film 21 is patterned in accordance with the shape of the curved portion 5 by photolithography. Subsequently, the aluminum-based alloy film 22 is deposited, and the aluminum-based alloy film 22 is deposited on the leg portion 3, the linear portion 4, the curved portion 5, the linear portion 6, the plate portion 7 and the linear portion by photolithography. Pattern according to the shape of 8. FIG. 9A shows this state.

次いで、窒化珪素膜２３をデポし、フォトリソエッチング法により、窒化珪素膜２３を、脚部３、直線状部４、湾曲部５、直線状部６、プレート部７及び直線状部８の形状に合わせてパターニングする。図９（ｂ）は、この状態を示している。   Next, the silicon nitride film 23 is deposited, and the silicon nitride film 23 is formed into the shape of the leg portion 3, the linear portion 4, the curved portion 5, the linear portion 6, the plate portion 7, and the linear portion 8 by photolithography. Pattern together. FIG. 9B shows this state.

その後、全面にレジスト等の犠牲層（図示せず）を塗布した後、ダイシングソーなどでチップ毎に分割する。最後に、犠牲層３１〜３３及びその他の犠牲層を除去する。これにより、湾曲部５が図３に示すように上方に湾曲し、本例による可変キャパシタ１が完成する。   Thereafter, a sacrificial layer (not shown) such as a resist is applied to the entire surface, and then divided into chips by a dicing saw or the like. Finally, the sacrificial layers 31 to 33 and other sacrificial layers are removed. Thereby, the bending part 5 curves upward as shown in FIG. 3, and the variable capacitor 1 by this example is completed.

なお、可動部をなす窒化珪素膜２１，２３，２４，２６及びアルミニウム系合金膜２２、２５，２７の成膜は、犠牲層を除去した後に、成膜時のストレスによって図３に示すような形状となるような条件で、行う。   Note that the silicon nitride films 21, 23, 24, and 26 and the aluminum-based alloy films 22, 25, and 27 forming the movable part are formed as shown in FIG. It is performed under conditions that give a shape.

次に、本例による可変キャパシタ１の動作について、図３乃至図６を参照して説明する。   Next, the operation of the variable capacitor 1 according to this example will be described with reference to FIGS.

配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間を同電位とするとともに、配線パターン１１と配線パターン１５との間に直流バイアス電圧を印加しなければ、オン駆動用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２５，２７における直線状部４の大部分、湾曲部５の全体及び直線状部６の一部分に渡る部分）とオン駆動用固定電極１３との間に静電力（オン駆動用静電力）が加わらないとともに、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）と容量用固定電極（配線パターン１５の一部）との間に静電力（アナログ駆動用静電力）が加わらない。したがって、図３に示す状態となる。図３に示す状態では、直線状部４は、自身の保有する応力によって、基板２側（固定部）から間隔をあけた状態で基板２の主平面と略平行に延びている。また、図３に示す状態では、湾曲部５は、自身の保有する応力によって、基板２側から反り上がるように湾曲している。直線状部６，８は、自身の保有応力によって平板状となっている。その結果、本例では、図３に示す状態では、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）は、容量用固定電極（配線パターン１５の一部）と実質的に対向しない非対向状態となり、これらの両電極間の容量Ｃは、ほぼゼロとなっている。両電極間の容量Ｃがほぼゼロであるので、両電極間の容量形成をオフにした状態と実質的に同一の状態である。したがって、図３に示す状態を非対向状態又はオフ状態と呼ぶ場合がある。   When the same potential is applied between the wiring pattern 11 and the on-drive fixed electrode 13 and no DC bias voltage is applied between the wiring pattern 11 and the wiring pattern 15, the on-drive movable electrode (aluminum alloy film) 22, 25, and 27, the electrostatic force (on-drive electrostatic force) between the on-drive fixed electrode 13 and most of the straight-line portion 4, the entire curved portion 5, and a part of the straight-line portion 6. Is not applied, and an electrostatic force (an electrostatic force for analog driving) is generated between the movable electrode for capacitance (part of the plate portion 7 in the aluminum-based alloy films 22 and 27) and the fixed electrode for capacitance (part of the wiring pattern 15). Is not added. Therefore, the state shown in FIG. 3 is obtained. In the state shown in FIG. 3, the linear portion 4 extends substantially parallel to the main plane of the substrate 2 in a state where it is spaced from the substrate 2 side (fixed portion) due to its own stress. Moreover, in the state shown in FIG. 3, the bending part 5 is curving so that it may warp from the board | substrate 2 side with the stress which self holds. The straight portions 6 and 8 have a flat plate shape due to their own stress. As a result, in this example, in the state shown in FIG. 3, the movable electrode for capacitance (the portion of the plate portion 7 in the aluminum-based alloy films 22 and 27) is substantially the same as the fixed electrode for capacitance (a part of the wiring pattern 15). The capacitance C between these two electrodes is almost zero. Since the capacitance C between the two electrodes is almost zero, the state is substantially the same as when the capacitance formation between the two electrodes is turned off. Therefore, the state shown in FIG. 3 may be referred to as a non-opposing state or an off state.

次に、図３に示す状態において、配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間に所定の大きさ以上の駆動電圧を印加した場合の、状態遷移について説明する。この駆動電圧は直流でも交流でもよい。この場合、オン駆動用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２５，２７における直線状部４の大部分、湾曲部５の全体及び直線状部６の一部分に渡る部分）とオン駆動用固定電極１３との間にオン駆動用静電力が加わる。当初の図３に示す状態では、オン駆動用可動電極のうちの直線状部４の部分とオン駆動用固定電極１３との間の間隔が、オン駆動用可動電極のうちの湾曲部５の部分とオン駆動用固定電極１３との間の間隔に比べて小さいので、オン駆動用可動電極のうちの直線状部４の部分とオン駆動用固定電極１３との間で大きな静電力が加わり、オン駆動用可動電極のうちの湾曲部５の部分とオン駆動用固定電極１３との間でさほど静電力は加わらない。その結果、まず、図４に示すように、直線状部４のみがオン駆動用固定電極１３側にプルインされることになる。図４に示す状態になると、オン駆動用可動電極のうちの湾曲部５の部分は、その固定端側付近でオン駆動用固定電極１３との間の間隔が著しく狭まり、オン駆動用固定電極１３から大きな静電力を受けることになる。その結果、湾曲部５は、固定端側の部分から先端側にかけて順次オン駆動用固定電極１３側にプルインされていき、最終的に、図５に示すように、湾曲部５のオン駆動用固定電極１３側へのプルインが完了する。   Next, in the state shown in FIG. 3, a state transition when a driving voltage of a predetermined level or more is applied between the wiring pattern 11 and the on-drive fixed electrode 13 will be described. This drive voltage may be direct current or alternating current. In this case, the on-drive movable electrode (a portion of the aluminum-based alloy films 22, 25, 27 that covers most of the linear portion 4, the entire curved portion 5, and a portion of the linear portion 6) and the on-drive fixed electrode 13. An on-drive electrostatic force is applied between the two. In the initial state shown in FIG. 3, the interval between the linear portion 4 portion of the on-drive movable electrode and the on-drive fixed electrode 13 is the portion of the curved portion 5 of the on-drive movable electrode. Is smaller than the distance between the on-drive fixed electrode 13 and a large electrostatic force is applied between the linear portion 4 of the on-drive movable electrode and the on-drive fixed electrode 13, and the on-drive fixed electrode 13 is turned on. Not much electrostatic force is applied between the curved portion 5 of the driving movable electrode and the on-driving fixed electrode 13. As a result, first, as shown in FIG. 4, only the linear portion 4 is pulled into the on-drive fixed electrode 13 side. In the state shown in FIG. 4, the distance between the curved portion 5 of the on-drive movable electrode and the on-drive fixed electrode 13 in the vicinity of the fixed end thereof is remarkably reduced. Will receive a large electrostatic force. As a result, the bending portion 5 is sequentially pulled in to the on-driving fixed electrode 13 side from the fixed end side portion to the distal end side, and finally, as shown in FIG. Pull-in to the electrode 13 side is completed.

本発明者は、このような可変キャパシタ１の動作（特に、マイクロアクチュエータの動作）を次のようにして実証した。すなわち、本発明者は、本例による可変キャパシタ１と同様の可変キャパシタを試作した。この試作の可変キャパシタにおいて、配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間に印加する直流の印加電圧を０Ｖから徐々に上げた後に更に徐々に下げて０Ｖに戻した。そして、可変キャパシタ１の前述したような各動作状態（変位状態）を示す指標値として、各印加電圧を印加しているときにそれぞれ、配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間の容量値を測定した。この可変キャパシタにおいて、測定された容量値が小さいほど、直線状部４や湾曲部５がオン駆動用固定電極１３から遠ざかっていることを示し、測定された容量値が大きいほど、直線状部４や湾曲部５がオン駆動用固定電極１３に近づいていることを示すことになる。その測定結果を図１０に示す。図１０の横軸は、配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間の直流の印加電圧を示している。図１０の縦軸は、印加電圧が０Ｖのときに測定された容量値を基準として、この基準容量値に対する測定容量値の変化量（差分）を示している。図１０において、印加電圧１３Ｖの付近で測定容量値がステップ状に増大した点Ｂが、最初に図４に示すように直線状部４のみが固定電極１３側にプルインされた状態に相当している。印加電圧２８Ｖの付近で測定容量値が大きく急激に増大した点Ｃが、最初に図５に示すように直線状部４及び湾曲部５の両方がオン駆動用固定電極１３側にプルインされた状態に相当している。図１０から、本例による可変キャパシタ１の前述した動作（特に、マイクロアクチュエータの動作）が実証されたことがわかる。   The inventor has demonstrated the operation of the variable capacitor 1 (particularly, the operation of the microactuator) as follows. That is, the inventor made a prototype of a variable capacitor similar to the variable capacitor 1 according to this example. In this prototype variable capacitor, the DC applied voltage applied between the wiring pattern 11 and the on-drive fixed electrode 13 was gradually increased from 0V, and then gradually decreased to 0V. The capacitance between the wiring pattern 11 and the on-drive fixed electrode 13 when each applied voltage is applied as an index value indicating each operation state (displacement state) of the variable capacitor 1 as described above. The value was measured. In this variable capacitor, the smaller the measured capacitance value, the farther the linear portion 4 and the curved portion 5 are away from the on-driving fixed electrode 13, and the larger the measured capacitance value, the linear portion 4. In other words, the curved portion 5 is approaching the on-drive fixed electrode 13. The measurement results are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 10 indicates the DC applied voltage between the wiring pattern 11 and the on-drive fixed electrode 13. The vertical axis in FIG. 10 shows the amount of change (difference) in the measured capacitance value with respect to this reference capacitance value, with the capacitance value measured when the applied voltage is 0V as a reference. In FIG. 10, the point B at which the measured capacitance value increases stepwise in the vicinity of the applied voltage 13V corresponds to the state in which only the linear portion 4 is initially pulled in to the fixed electrode 13 side as shown in FIG. Yes. The point C at which the measured capacitance value greatly increases rapidly in the vicinity of the applied voltage 28 V is a state in which both the linear portion 4 and the curved portion 5 are initially pulled in to the on-drive fixed electrode 13 side as shown in FIG. It corresponds to. FIG. 10 shows that the above-described operation (in particular, the operation of the microactuator) of the variable capacitor 1 according to this example has been demonstrated.

本例では、可変キャパシタ１（特にそのマイクロアクチュエータ）は、前述した動作を行うため、直線状部４を取り除いて湾曲部５の一端（図１及び図２中の左端）を直接に脚部３に固定した構成を採用するような場合に比べて、より低い駆動電圧で、湾曲部５を固定電極１３側へプルインされた状態にすることができる。   In this example, the variable capacitor 1 (especially its microactuator) performs the above-described operation, and therefore removes the linear portion 4 and directly connects one end of the bending portion 5 (the left end in FIGS. 1 and 2) to the leg portion 3. Compared to the case where a configuration fixed to the above is adopted, the bending portion 5 can be pulled into the fixed electrode 13 side with a lower driving voltage.

本例では、図５に示す状態において、支持突起１６ａ〜１６ｄが基板２上の酸化珪素膜１２に当接する。そして、支持突起１６ａ〜１６ｄによって、プレート部７の付近の部分（本例では、プレート部７、並びに、その両側の直線状部６における長さＬ１の部分６ａ及び直線状部８における長さＬ１の部分８ａ）が両持ち状態で支持される。図５に示す状態では、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）は、容量用固定電極（配線パターン１５の一部）と対向した対向状態となり、これらの両電極間の容量Ｃは、ほぼゼロではなく、それよりもかなり大きい予め設定された所望の値となる。したがって、図５に示す状態は、これらの両電極間の容量形成をオンにした状態（すなわち、あたかも、両電極間が対向状態で形成する容量を配線パターン１１，１５間にスイッチでオンにして有効に接続した状態）と実質的に同一の状態である。よって、図５に示す状態を対向状態又はオン状態と呼ぶ場合がある。この点については、図６に示す状態も図５に示す状態と同様であるので、図６に示す状態も対向状態又はオン状態と呼ぶ場合がある。   In this example, the support protrusions 16a to 16d are in contact with the silicon oxide film 12 on the substrate 2 in the state shown in FIG. Then, by the support protrusions 16a to 16d, a portion in the vicinity of the plate portion 7 (in this example, the plate portion 7 and the portion 6a of the length L1 in the linear portion 6 on both sides thereof and the length L1 in the linear portion 8 are provided. The part 8a) is supported in a both-sided state. In the state shown in FIG. 5, the capacitive movable electrode (the portion of the plate portion 7 in the aluminum-based alloy films 22 and 27) is opposed to the capacitive fixed electrode (a part of the wiring pattern 15). The capacitance C between the electrodes is not substantially zero, but is a predetermined desired value that is considerably larger than that. Therefore, the state shown in FIG. 5 is a state in which the capacitance formation between these two electrodes is turned on (that is, the capacitance formed with the two electrodes facing each other is turned on by the switch between the wiring patterns 11 and 15. It is substantially the same state as the state of being effectively connected). Therefore, the state illustrated in FIG. 5 may be referred to as a facing state or an on state. In this regard, the state shown in FIG. 6 is the same as the state shown in FIG. 5, so the state shown in FIG. 6 may also be referred to as a facing state or an on state.

図５に示す状態では、配線パターン１１と配線パターン１５との間に直流バイアス電圧は印加されておらず、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）と容量用固定電極（配線パターン１５の一部）との間に静電力（アナログ駆動用静電力）が加わっていない状態を示している。図５に示す状態では、アナログ駆動用静電力が加わっていないので、直線状部６における長さＬ１の部分６ａ及び直線状部８における長さＬ１の部分８ａは、自身が有する応力によって平板状となっている。   In the state shown in FIG. 5, a DC bias voltage is not applied between the wiring pattern 11 and the wiring pattern 15, and the capacitive movable electrode (the portion of the plate portion 7 in the aluminum-based alloy films 22 and 27) and the capacitive This shows a state where no electrostatic force (analog driving electrostatic force) is applied to the fixed electrode (a part of the wiring pattern 15). In the state shown in FIG. 5, since the electrostatic force for analog driving is not applied, the portion 6a having the length L1 in the linear portion 6 and the portion 8a having the length L1 in the linear portion 8 are formed into a flat plate shape due to the stress of itself. It has become.

図５に示す状態では、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）と容量用固定電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）とが平行平板をなしており、両電極間の間隔（ギャップ）ｇは初期間隔ｄ０となっている。この初期間隔ｄ０は、例えば、図９（ｂ）中の犠牲層３２，３３の各厚さによって適宜設定することができる。また、図５に示す状態において、容量用可動電極と容量用固定電極との間の容量Ｃは、前記間隔ｇのみならず両電極の対向面積Ｓにも依存する。   In the state shown in FIG. 5, the capacitive movable electrode (the portion of the plate portion 7 in the aluminum-based alloy films 22 and 27) and the capacitive fixed electrode (the portion of the plate portion 7 in the aluminum-based alloy films 22 and 27) are parallel plates. The gap (gap) g between the two electrodes is the initial gap d0. This initial interval d0 can be appropriately set depending on the thicknesses of the sacrificial layers 32 and 33 in FIG. 9B, for example. In the state shown in FIG. 5, the capacitance C between the capacitive movable electrode and the capacitive fixed electrode depends not only on the distance g but also on the facing area S of both electrodes.

図６は、図５と同じくオン状態（配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間に所定の大きさ以上の駆動電圧が印加され、直線状部４及び湾曲部５の両方がオン駆動用固定電極１３側にプルインされて、支持突起１６ａ〜１６ｄが基板２上の酸化珪素膜１２に当接されている状態）である上に、図５の場合と異なり、配線パターン１１と配線パターン１５との間に所定の大きさの直流バイアス電圧（第２の駆動信号）が印加され、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）と容量用固定電極（配線パターン１５の一部）との間に所定の大きさの静電力（アナログ駆動用静電力）が加わり、直線状部６，８の各部分６ａ，８ａが下方に撓んで、両電極間のギャップｇがｄ１（ｄ１＜ｄ０）に狭まった状態を示している。本例では、配線パターン１１と配線パターン１５との間に印加する直流バイアス電圧をアナログ的に変えることで、両電極間の間隔ｇを初期間隔ｄ０からプルインが生ずるｄ０／３まで可変できるため、両電極間の容量を初期間隔ｄ０時の容量値Ｃ０の１．５倍の容量値である１．５×Ｃ０までアナログ的に可変できるようになっている。   6 is in the ON state (a driving voltage of a predetermined level or more is applied between the wiring pattern 11 and the ON driving fixed electrode 13 and both the linear portion 4 and the bending portion 5 are ON-driven as in FIG. In addition to the case of FIG. 5, the wiring pattern 11 and the wiring pattern are pulled in to the fixed electrode 13 side and the support protrusions 16 a to 16 d are in contact with the silicon oxide film 12 on the substrate 2. 15, a DC bias voltage (second drive signal) having a predetermined magnitude is applied between the capacitor movable electrode (the portion of the plate portion 7 in the aluminum-based alloy films 22 and 27) and the capacitor fixed electrode (wiring). A predetermined amount of electrostatic force (analog driving electrostatic force) is applied to the portion of the pattern 15, and the portions 6 a and 8 a of the linear portions 6 and 8 bend downward to form a gap between the electrodes. g narrows to d1 (d1 <d0) It shows the state. In this example, by changing the DC bias voltage applied between the wiring pattern 11 and the wiring pattern 15 in an analog manner, the interval g between the two electrodes can be varied from the initial interval d0 to d0 / 3 where pull-in occurs. The capacitance between both electrodes can be varied in an analog manner up to 1.5 × C0, which is a capacitance value 1.5 times the capacitance value C0 at the initial interval d0.

図５や図６に示すオン状態（対向状態）において、配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間を同電位とするとともに、配線パターン１１と配線パターン１５との間の直流バイアス電圧をゼロにすると、図３に示すオフ状態（非対向状態）に復帰する。   In the on state (opposing state) shown in FIG. 5 and FIG. 6, the wiring pattern 11 and the on-drive fixed electrode 13 are set to the same potential, and the DC bias voltage between the wiring pattern 11 and the wiring pattern 15 is When zero is set, the state returns to the off state (non-opposing state) shown in FIG.

以上の説明からわかるように、本例による可変キャパシタ１は、従来の可変キャパシタとスイッチとの直列回路と実質的に同等の機能を有している。すなわち、本例による可変キャパシタ１の図３に示すオフ状態（非対向状態）では、容量用固定電極と容量用可動電極との間の容量Ｃがほぼゼロであるので、図３に示す状態は当該直列回路において前記スイッチをオフにした状態と実質的に同等である。また、本例による可変キャパシタ１の図５及び図６に示すオン状態（対向状態）は、当該直列回路において前記スイッチをオンにした状態と実質的に同等である。しかも、本例による可変キャパシタ１では、実際はスイッチを有しているわけではないので、特別なスイッチが不要となり、これにより、占有面積を低減することができるとともにＱ値の低下を防止することができる。   As can be seen from the above description, the variable capacitor 1 according to this example has substantially the same function as a conventional series circuit of a variable capacitor and a switch. That is, in the off state (non-opposing state) of the variable capacitor 1 according to this example shown in FIG. 3, the capacitance C between the capacitance fixed electrode and the capacitance movable electrode is almost zero. This is substantially equivalent to a state in which the switch is turned off in the series circuit. 5 and 6 of the variable capacitor 1 according to this example is substantially the same as the state in which the switch is turned on in the series circuit. Moreover, since the variable capacitor 1 according to the present embodiment does not actually have a switch, a special switch is not necessary, thereby reducing the occupied area and preventing the Q value from being lowered. it can.

したがって、複数のキャパシタを組み合わせることで所望の容量可変範囲を得るに際して、当該複数のキャパシタのうちの少なくとも１つとして本例による可変キャパシタ１を用いれば、本例による可変キャパシタ１を用いた分だけ、特別なスイッチの数を低減することができ、その分、占有面積を低減することができるとともにＱ値の低下を防止することができる。その一例を、図１１及び図１２に示す。   Therefore, when a desired capacitance variable range is obtained by combining a plurality of capacitors, if the variable capacitor 1 according to the present example is used as at least one of the plurality of capacitors, the amount corresponding to the variable capacitor 1 according to the present example is used. The number of special switches can be reduced, and the occupied area can be reduced correspondingly, and the Q value can be prevented from lowering. An example thereof is shown in FIGS.

また、本例による可変キャパシタ１では、図３に示すオフ状態（非対向状態）において得られる容量Ｃは、ほぼゼロであるが、ゼロではなくて前記容量Ｃ０に比べて十分に小さな値である。よって、本例による可変キャパシタ１によれば、他のキャパシタやスイッチを特別に要することなく、図３に示すオフ状態で得られる十分に小さな容量値と、オン状態（対向状態）で得られるＣ０から１．５×Ｃ０までの容量値を得ることができ、互いの比が大きい２値の容量を含む容量値を得ることができる。したがって、本例による可変キャパシタ１は、他のキャパシタと組み合わせずに単体で用いても有用である。   Further, in the variable capacitor 1 according to this example, the capacitance C obtained in the off state (non-opposing state) shown in FIG. 3 is almost zero, but is not zero and is a sufficiently small value compared to the capacitance C0. . Therefore, according to the variable capacitor 1 according to this example, a sufficiently small capacitance value obtained in the off state shown in FIG. 3 and C0 obtained in the on state (opposing state) can be obtained without requiring any other capacitor or switch. Can be obtained, and a capacitance value including a binary capacitance having a large ratio can be obtained. Therefore, the variable capacitor 1 according to this example is useful even when used alone without being combined with other capacitors.

図１１は、前述した可変キャパシタ１を用いた可変キャパシタ装置の要部を模式的に示す概略平面図であり、図１に対応している。図１１も、図１と同様に、製造途中において犠牲層を除去する前の状態を示している。図１１において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。図１２は、この可変キャパシタ装置を示す回路図である。   FIG. 11 is a schematic plan view schematically showing the main part of the variable capacitor device using the variable capacitor 1 described above, and corresponds to FIG. FIG. 11 also shows the state before removing the sacrificial layer in the middle of manufacture, as in FIG. 11, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted. FIG. 12 is a circuit diagram showing this variable capacitor device.

この可変キャパシタ装置は、前述した可変キャパシタ１とそれぞれ同一の構成及び各部の寸法を有する５個の可変キャパシタ４１〜４５と、制御回路５１と、オンオフ駆動回路５２と、バイアス電圧印加回路５３とを備えている。   This variable capacitor device includes five variable capacitors 41 to 45 each having the same configuration and the same dimensions as the variable capacitor 1 described above, a control circuit 51, an on / off drive circuit 52, and a bias voltage application circuit 53. I have.

可変キャパシタ４１〜４５は、同一のシリコン基板２（図１１及び図１２では、図示せず。）に搭載されている。可変キャパシタ４１〜４５に関して、前述した配線パターン１１，１５がそれぞれ共通に接続されることで、図１２に示すように、可変キャパシタ４１〜４５は並列接続されている。   The variable capacitors 41 to 45 are mounted on the same silicon substrate 2 (not shown in FIGS. 11 and 12). With respect to the variable capacitors 41 to 45, the wiring patterns 11 and 15 described above are connected in common, so that the variable capacitors 41 to 45 are connected in parallel as shown in FIG.

本例では、オンオフ駆動回路５２は、制御回路５１からのオンオフ制御信号（各可変キャパシタ４１〜４５のオンオフ状態を示す制御信号）に応答して、当該オンオフ制御信号が示すオンオフ状態を実現するように、各可変キャパシタ４１〜４５毎に、第１の駆動信号を供給する（すなわち、対応する配線パターン１４と配線パターン１１との間にオン駆動用電圧（当該可変キャパシタをオン状態にするのに必要な電圧）を印加するかあるいは配線パターン１４を配線パターン１１と同電位にする）。なお、本例では、各配線パターン１４はそれぞれ電気的に分離しており、オンオフ駆動回路５２によって、各可変キャパシタ４１〜４５をそれぞれ独立して設定し得るようになっている。   In this example, the on / off drive circuit 52 realizes the on / off state indicated by the on / off control signal in response to the on / off control signal from the control circuit 51 (control signal indicating the on / off state of each of the variable capacitors 41 to 45). In addition, a first drive signal is supplied to each of the variable capacitors 41 to 45 (that is, an ON drive voltage between the corresponding wiring pattern 14 and the wiring pattern 11 (to turn on the variable capacitor). Necessary voltage) is applied, or the wiring pattern 14 is set to the same potential as the wiring pattern 11). In this example, the wiring patterns 14 are electrically separated from each other, and the variable capacitors 41 to 45 can be set independently by the on / off drive circuit 52.

バイアス電圧印加回路５３は、制御回路５１からのバイアス電圧制御信号（配線パターン１１，１５間に印加すべき直流バイアス電圧の大きさを示す信号）を応答して、当該バイアス電圧制御信号が示す大きさの直流バイアス電圧を配線パターン１１，１５間に供給する。   The bias voltage application circuit 53 responds to the bias voltage control signal (a signal indicating the magnitude of the DC bias voltage to be applied between the wiring patterns 11 and 15) from the control circuit 51, and the magnitude indicated by the bias voltage control signal. The DC bias voltage is supplied between the wiring patterns 11 and 15.

制御回路５１は、外部からの指令信号（配線パターン１１，１５で得るべき容量の指令値を示す信号）に応答して、当該指令信号が示す容量値が得るために必要なオンオフ制御信号及びバイアス電圧制御信号を、オンオフ駆動回路５２及びバイアス電圧印加回路５３にそれぞれ供給する。   The control circuit 51 responds to a command signal from the outside (a signal indicating a command value of the capacity to be obtained by the wiring patterns 11 and 15), and an on / off control signal and a bias necessary for obtaining the capacity value indicated by the command signal. The voltage control signal is supplied to the on / off drive circuit 52 and the bias voltage application circuit 53, respectively.

制御回路５１、オンオフ駆動回路５２及びバイアス電圧印加回路５３は、シリコン基板２に搭載してもよいし、外部に配置してもよい。   The control circuit 51, the on / off drive circuit 52, and the bias voltage application circuit 53 may be mounted on the silicon substrate 2 or may be disposed outside.

この可変キャパシタ装置によれば、可変キャパシタ４１〜４５のうちのオン状態にする可変キャパシタの数と、配線パターン１１，１５間に供給する直流バイアス電圧の大きさを変えることで、配線パターン１１，１５間の容量を変えることができる。   According to this variable capacitor device, by changing the number of variable capacitors to be turned on among the variable capacitors 41 to 45 and the magnitude of the DC bias voltage supplied between the wiring patterns 11 and 15, The capacity between 15 can be changed.

以上、本発明の一実施の形態によるマイクロアクチュエータと、それを用いた可変キャパシタ及び可変キャパシタ装置の例について説明した。   The example of the microactuator according to the embodiment of the present invention, the variable capacitor using the same, and the variable capacitor device has been described above.

しかしながら、前記実施の形態によるマイクロアクチュエータの用途は、可変キャパシタに限定されるものではなく、種々の被駆動体を駆動することができる。   However, the use of the microactuator according to the above embodiment is not limited to a variable capacitor, and can drive various driven bodies.

また、本発明によるマイクロアクチュエータは、前述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、前述したマイクロアクチュエータを、前述した特許文献１に開示されたマイクロアクチュエータに準じて変形してもよい。この場合、前述した被駆動体（直線状部６，８及びプレート部７）は取り除き、湾曲部５を、自身が保有する応力によって、固定端側から先端側に向かうに従って基板２（固定部）から遠ざかる方向に巻き始められてから１周近く又は１周以上巻回されるように構成することができる。この場合も、直線状部４があるため、図４に示すのと同様の動作状態を経ることによって、特許文献１に開示されたマイクロアクチュエータに比べて、動作電圧が低くてすむ。なお、このように特許文献１に開示されたマイクロアクチュエータに準じて変形した場合には、特許文献１の場合と同様に、例えば、湾曲部５自体を、光シャッタ部として兼ねたり光変調部として兼ねたりすればよい。   The microactuator according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the microactuator described above may be modified according to the microactuator disclosed in Patent Document 1 described above. In this case, the driven body (the linear portions 6 and 8 and the plate portion 7) described above is removed, and the curved portion 5 is moved toward the front end side from the fixed end side by the stress held by the substrate 2 (fixed portion). It can be configured so that it is wound nearly one turn or more than one turn after starting to wind away from the direction. Also in this case, since the linear portion 4 is provided, the operation voltage is lower than that of the microactuator disclosed in Patent Document 1 through the operation state similar to that shown in FIG. In addition, when it deform | transforms according to the microactuator disclosed by patent document 1 like this, similarly to the case of patent document 1, for example, the curved part 5 itself serves as an optical shutter part, or as an optical modulation part. You can double as well.

本発明の一実施の形態によるマイクロアクチュエータを用いた可変キャパシタを模式的に示す概略平面図である。1 is a schematic plan view schematically showing a variable capacitor using a microactuator according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along the line A-A ′ in FIG. 1. 図１に示す可変キャパシタの一動作状態を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing one operation state of the variable capacitor shown in FIG. 1. 図１に示す可変キャパシタの状態遷移過程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state transition process of the variable capacitor shown in FIG. 図１に示す可変キャパシタの他の動作状態を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another operation state of the variable capacitor shown in FIG. 1. 図１に示す可変キャパシタの更に他の動作状態を示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing still another operation state of the variable capacitor shown in FIG. 1. 図１に示す可変キャパシタの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the variable capacitor shown in FIG. 図７に引き続く工程を示す工程図である。FIG. 8 is a process diagram illustrating a process following the process in FIG. 7. 図８に引き続く工程を示す工程図である。FIG. 9 is a process diagram illustrating a process following the process in FIG. 8. 図１に示す可変キャパシタに関する測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result regarding the variable capacitor shown in FIG. 図１に示す可変キャパシタを用いた可変キャパシタ装置の要部を模式的に示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows typically the principal part of the variable capacitor apparatus using the variable capacitor shown in FIG. 図１１に示す可変キャパシタ装置を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the variable capacitor apparatus shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１，４１〜４５ 可変キャパシタ
２ 基板
４，６，８ 直線部
５ 湾曲部
７ プレート部
１１，１４，１５ 配線パターン
１３ オン駆動用固定電極
１６ａ〜１６ｄ 支持突起 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,41-45 Variable capacitor 2 Board | substrate 4,6,8 Straight part 5 Curved part 7 Plate part 11,14,15 Wiring pattern 13 Fixed electrode 16a-16d for ON drive Support protrusion

Claims (2)

基板を含む固定部に対して変位し得る可動部であって、前記固定部に対して固定端が固定された片持ち構造を持つ可動部を備えたマイクロアクチュエータであって、
前記可動部は、湾曲部と、前記湾曲部と前記固定端との間に配置された直線状部とを有し、
前記湾曲部は、前記可動部に駆動力が加えられていない状態において、自身の保有する応力によって、前記固定端側から先端側に向うに従って前記固定部側から反り上がるかあるいは前記固定端側から前記先端側に向うに従って前記固定部から遠ざかる方向に巻始められてから巻回するように、湾曲し、
前記直線状部は、前記可動部に駆動力が加えられていない状態において、自身の保有する応力によって、前記固定部から間隔をあけた状態で前記固定端側から前記先端側に向うに従って前記基板の主平面と略平行に延び、
前記固定部は、前記直線状部の少なくとも一部及び前記湾曲部の少なくとも一部に対応する箇所において第１の電極部を有し、
前記可動部は、前記直線状部及び前記湾曲部において第２の電極部を有し、
前記第１及び第２の電極部間に所定の大きさ以上の駆動電圧が印加されたときに、前記第１及び第２の電極部間に駆動力として作用する静電力によって、前記直線状部の少なくとも一部及び前記湾曲部の少なくとも一部が前記固定部側にプルインされる、
ことを特徴とするマイクロアクチュエータ。 A movable part that can be displaced relative to a fixed part including a substrate, a microactuator comprising a movable part having a cantilever structure in which a fixed end is fixed to the fixed part,
The movable portion includes a bending portion, and a linear portion disposed between the bending portion and the fixed end,
In a state in which no driving force is applied to the movable part, the bending part warps from the fixed part side toward the tip side from the fixed end side or from the fixed end side due to the stress held by itself. Curved so as to wind after starting to wind away from the fixed portion as it goes to the tip side,
In the state where the driving force is not applied to the movable portion, the linear portion is moved toward the tip side from the fixed end side while being spaced from the fixed portion by a stress held by itself. Extending substantially parallel to the main plane of the
The fixed portion has a first electrode portion at a location corresponding to at least a part of the linear portion and at least a portion of the curved portion,
The movable part has a second electrode part in the linear part and the curved part,
The linear portion is generated by an electrostatic force that acts as a driving force between the first and second electrode portions when a driving voltage having a predetermined magnitude or more is applied between the first and second electrode portions. At least a portion of the curved portion and at least a portion of the curved portion are pulled into the fixed portion side,
A microactuator characterized by that. 前記可動部が薄膜で構成されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロアクチュエータ。   2. The microactuator according to claim 1, wherein the movable part is formed of a thin film.
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