JP5688641B2 - 微小機械振動子の製造方法および微小機械振動子 - Google Patents
微小機械振動子の製造方法および微小機械振動子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5688641B2 JP5688641B2 JP2011111517A JP2011111517A JP5688641B2 JP 5688641 B2 JP5688641 B2 JP 5688641B2 JP 2011111517 A JP2011111517 A JP 2011111517A JP 2011111517 A JP2011111517 A JP 2011111517A JP 5688641 B2 JP5688641 B2 JP 5688641B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- substrate
- beam portion
- comb
- micro mechanical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 50
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 27
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 21
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 29
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 12
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N phenanthrene Chemical compound C1=CC=C2C3=CC=CC=C3C=CC2=C1 YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000126211 Hericium coralloides Species 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- PPWHTZKZQNXVAE-UHFFFAOYSA-N Tetracaine hydrochloride Chemical compound Cl.CCCCNC1=CC=C(C(=O)OCCN(C)C)C=C1 PPWHTZKZQNXVAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Description
本発明は、液体の表面張力に起因する固着現象を利用して振動子への応力印加を実現する微小機械振動子の製造方法および微小機械振動子に関するものである。
微小機械振動子のＱ値向上手法として、振動子に引張応力を印加する方法が知られている。これまで微小機械振動子への引張応力印加には、あらかじめ応力を印加した薄膜を構造材料として振動子を作製する手法（非特許文献１、特許文献１参照）が多く用いられてきた。
S.Verbridge，et al.，"High Quality factor resonance at room temperature with nanostrings under high tensile stress"，J.Appl.Phys.，99，124304，2006
しかしながら、非特許文献１、特許文献１に開示された従来の手法においては、振動子作製に付加的なプロセスおよび大規模な製造装置が必要であること、振動子材料が限られること、印加する応力の制御が困難であること等の問題点があった。引張応力印加微小機械振動子をセンサ等の様々な実用デバイスに応用するためには、簡易なプロセスかつ任意の構造材料選択および応力の制御が可能な引張応力印加方法が求められる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、製造時に任意の引張応力に設定可能な微小機械振動子を簡易なプロセスで実現することができる微小機械振動子の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、振動子への引張応力印加を簡単な構造で実現することができる微小機械振動子を提供することを目的とする。
また、本発明は、振動子への引張応力印加を簡単な構造で実現することができる微小機械振動子を提供することを目的とする。
本発明の微小機械振動子の製造方法は、基板上に２つの支持部を形成すると共に、両端が前記２つの支持部で固定されることによって前記基板から浮いた状態で支持される２本の梁部とを形成する加工工程と、前記支持部および梁部が形成された基板を試薬で洗浄する洗浄工程と、前記支持部および梁部が形成された基板を大気中で自然乾燥させる乾燥工程とを備え、前記乾燥工程において前記試薬の表面張力を利用して前記２本の梁部の一部を固着させることにより前記２本の梁部に引張応力を印加することを特徴とするものである。
また、本発明の微小機械振動子の製造方法は、基板上に２つの支持部を形成すると共に、両端が前記２つの支持部で固定されることによって前記基板から浮いた状態で支持される梁部とを形成する加工工程と、前記支持部および梁部が形成された基板を試薬で洗浄する洗浄工程と、前記支持部および梁部が形成された基板を大気中で自然乾燥させる乾燥工程とを備え、前記２つの支持部のうち一方の支持部は、前記基板上に形成された第１の櫛歯状部材と、前記基板上に形成された２つの固定部と、前記第１の櫛歯状部材と対向するように配置され、前記梁部の一端を支持し、両端が前記２つの固定部で固定されることによって前記基板から浮いた状態で支持される第２の櫛歯状部材とから構成され、前記乾燥工程において前記試薬の表面張力を利用して前記第１の櫛歯状部材の歯の一部と前記第２の櫛歯状部材の歯の一部とを固着させることにより前記梁部に引張応力を印加することを特徴とするものである。
また、本発明の微小機械振動子の製造方法の１構成例において、前記支持部の形状、寸法、材料および前記梁部の形状、寸法、材料は、前記梁部への所望の応力印加量が得られるようにあらかじめ選択される。
また、本発明の微小機械振動子の製造方法の１構成例において、前記洗浄工程で使用される試薬は、前記梁部への所望の応力印加量が得られるようにあらかじめ選択される。
また、本発明の微小機械振動子の製造方法の１構成例において、前記支持部の形状、寸法、材料および前記梁部の形状、寸法、材料は、微小機械振動子の所望の共振周波数およびＱ値が得られるようにあらかじめ選択される。
また、本発明の微小機械振動子の製造方法の１構成例において、前記洗浄工程で使用される試薬は、微小機械振動子の所望の共振周波数およびＱ値が得られるようにあらかじめ選択される。
また、本発明の微小機械振動子の製造方法の１構成例において、前記洗浄工程で使用される試薬は、前記梁部への所望の応力印加量が得られるようにあらかじめ選択される。
また、本発明の微小機械振動子の製造方法の１構成例において、前記支持部の形状、寸法、材料および前記梁部の形状、寸法、材料は、微小機械振動子の所望の共振周波数およびＱ値が得られるようにあらかじめ選択される。
また、本発明の微小機械振動子の製造方法の１構成例において、前記洗浄工程で使用される試薬は、微小機械振動子の所望の共振周波数およびＱ値が得られるようにあらかじめ選択される。
また、本発明の微小機械振動子は、基板上に形成された２つの支持部と、両端が前記２つの支持部で固定されることによって前記基板から浮いた状態で支持される２本の梁部とを備え、前記２本の梁部の変形により該梁部の一部が固着しており、前記２本の梁部にはスティクションによる該梁部の変形量に応じた引張応力が印加されることを特徴とするものである。
本発明によれば、基板上に２つの支持部を形成すると共に、両端が２つの支持部で固定されることによって基板から浮いた状態で支持される２本の梁部とを形成する加工工程と、基板を試薬で洗浄する洗浄工程と、基板を大気中で自然乾燥させる乾燥工程とを実施し、乾燥工程において試薬の表面張力を利用して２本の梁部の一部を固着させることにより、２本の梁部に引張応力を印加することができる。本発明では、製造時に任意の引張応力に設定可能な微小機械振動子を簡易なプロセスで実現することができる。また、本発明では、微小機械振動子の梁部への引張応力印加に固着現象を利用することにより、高い共振周波数および高いＱ値を有する微小機械振動子を作製することができる。また、本発明では、任意の機械特性、振動特性、応力制御性を有した微小機械振動子の設計、作製が可能である。また、本発明では、微小機械振動子の構造の簡略化を実現することができる。
また、本発明では、２つの支持部のうち一方の支持部を、基板上に形成された第１の櫛歯状部材と、基板上に形成された２つの固定部と、第１の櫛歯状部材と対向するように配置され、梁部の一端を支持し、両端が２つの固定部で固定されることによって基板から浮いた状態で支持される第２の櫛歯状部材とから構成し、乾燥工程において試薬の表面張力を利用して第１の櫛歯状部材の歯の一部と第２の櫛歯状部材の歯の一部とを固着させることにより、梁部に引張応力を印加することができる。本発明では、製造時に任意の引張応力に設定可能な微小機械振動子を簡易なプロセスで実現することができる。また、本発明では、微小機械振動子の梁部への引張応力印加に固着現象を利用することにより、高い共振周波数および高いＱ値を有する微小機械振動子を作製することができる。また、本発明では、任意の機械特性、振動特性、応力制御性を有した微小機械振動子の設計、作製が可能である。また、本発明では、微小機械振動子の構造の簡略化を実現することができる。
［第１の実施の形態］
以下、本発明を用いた実施の形態について詳細に説明する。本実施の形態では、集束イオンビーム化学気相成長法（focused-ion-beam chemical vapor deposition：ＦＩＢ−ＣＶＤ）およびウェットエッチングによりスティクション現象を利用した引張応力印加微小機械振動子を作製した。
以下、本発明を用いた実施の形態について詳細に説明する。本実施の形態では、集束イオンビーム化学気相成長法（focused-ion-beam chemical vapor deposition：ＦＩＢ−ＣＶＤ）およびウェットエッチングによりスティクション現象を利用した引張応力印加微小機械振動子を作製した。
ＦＩＢ−ＣＶＤは、ＣＶＤの原料となるガスをガスノズルより噴射し、原料ガス分子を基板等に吸着させ、その吸着原料分子にガリウム集束イオンビームを照射することで原料分子を解離、堆積させ、微小構造を形成するものである（特開２００１−１０７２５２号公報、文献「S.Matsui,et.al.，“Three-dimensional nanostrecture fabrication by focused-ion-beam chemical vapor deposition”，J.Vac.Sci.Tech.B，Vol.18，No.6，p.3181-3184，2000」）。イオンビーム照射位置を任意に制御することで任意形状の微小構造を作製することが可能であり、ナノマニピュレータ等様々な微小構造デバイスがＦＩＢ−ＣＶＤにより作製可能であることがこれまでに示されている（文献「R.Kometani and S.Ishihara，“Nanoelectromechanical device fabrications by 3-D nanotechnology using focused-ion beams”，Sci.Technol.Adv.Mater.10，034501，2009」）。
本実施の形態における微小機械振動子の作製プロセスを、図１（Ａ）、図１（Ｃ）、図１（Ｅ）の平面図および図１（Ｂ）、図１（Ｄ）、図１（Ｆ）の断面図で説明する。
まず、ＦＩＢ−ＣＶＤによりシリコン基板１上に図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すような２つの平板状のエッチングマスクパターン２と、エッチングマスクパターン２よりも細い棒状で、両端がエッチングマスクパターン２に接続された２本の平行な両持ち梁型パターン３とを形成した。
まず、ＦＩＢ−ＣＶＤによりシリコン基板１上に図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すような２つの平板状のエッチングマスクパターン２と、エッチングマスクパターン２よりも細い棒状で、両端がエッチングマスクパターン２に接続された２本の平行な両持ち梁型パターン３とを形成した。
ここでは、吸着原料分子に照射するイオンビームとして、加速電圧３０ｋＶ、ビーム電流８９ｐＡのＧａ+集束イオンビームを用いた。また、ＣＶＤの原料ガスとしてフェナントレンを用いた。そのため、本実施の形態において作製した機械振動子の構造材料、すなわちエッチングマスクパターン２および両持ち梁型パターン３の構造材料は、ダイヤモンドライクカーボン（diamond-like carbon：ＤＬＣ）である。フェナントレンガス雰囲気中でガリウム集束イオンビームの照射位置および照射量をビーム制御プログラムにより操作し、シリコン（１００）面上にＤＬＣを堆積させた。
次に、エッチングマスクパターン２および両持ち梁型パターン３を形成したシリコン基板１に対し、２５％の水酸化テトラメチルアンモニウム（Tetramethylammonium hydroxide：ＴＭＡＨ）水溶液を用いてシリコンの異方性エッチングを行った。両持ち梁型パターン３は、エッチングマスクパターン２に比べて細く形成されているので、ウェットエッチングを実施すると、両持ち梁型パターン３の下部のシリコンが取り除かれる一方、エッチングマスクパターン２の下部のシリコンは残る。したがって、図１（Ｃ）、図１（Ｄ）に示すように両持ち梁型パターン３が両側のエッチングマスクパターン２およびパターン２下部のシリコンによって支持される両持ち梁構造が形成される。
最後に、ウェットエッチングエッチングを行ったシリコン基板１を純水で洗浄して、大気中で自然乾燥させた。この自然乾燥工程において、エッチングマスクパターン２および両持ち梁型パターン３で囲まれた空間に水の液膜が形成され、乾燥の進行に伴って水の表面張力により２本の両持ち梁型パターン３が互いに引き合うようになり、最終的に２本の両持ち梁型パターン３が接触して固着する。以下、このような固着現象をスティクションと呼ぶ。
こうして、図１（Ｅ）、図１（Ｆ）に示すようにシリコン基板１上に形成された２つの支持部１０（エッチングマスクパターン２）と、中心から両端に向かう一部の箇所が接触して固着し、各々の両端が２つの支持部１０で固定されることによってシリコン基板１から浮いた状態で支持される２本の梁部１１（両持ち梁型パターン３）とを備えた微小機械振動子が完成する。このとき、梁部１１には、スティクションによる変形量に応じた引張応力が印加される。
本実施の形態では、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に示す梁間隔の異なる４種類の微小機械振動子Ａ〜Ｄを作製した。作製した微小機械振動子Ａ〜Ｄの寸法および算出した応力印加量を表１に示す。
スティクションによって梁部１１に加えられる応力印加量は、以下の式で定義する平均応力σmean［ＭＰａ］によって評価した。
ここで、Ｅはヤング率である。また、図３に示すようにｌはスティクション前の両持ち梁型パターン３の長さ（支持部１０の間隔）、ｗは両持ち梁型パターン３の幅（図３の上下方向の大きさ）、ｔは支持部１０および梁部１１の厚さ、ｌstはスティクションによって２本の両持ち梁型パターン３が接触した部分の長さ、ｄは両持ち梁型パターン３の間隔である。表１から明らかなとおり、梁間隔ｄの大きい微小機械振動子ほどスティクションによる梁部１１の変形量が大きく、平均応力の値も大きくなった。
図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に示した微小機械振動子Ａ〜Ｄの共振周波数およびＱ値を、電子ビーム法により測定した。電子ビーム法については、文献「H.Ashiba，et al.，“Evaluation Method of the Quality Factor of Micromechanical Resonators Using Electron Beams”，Jpn.J.Appl.Phys.，48，06FG08，2009」に開示されている。図４は測定結果を示す図であり、横軸は平均応力σmean、縦軸は共振周波数およびＱ値である。図４の４０は平均応力σmeanと共振周波数との関係を示す特性、４１は平均応力σmeanとＱ値との関係を示す特性である。図４から明らかなように、微小機械振動子Ａ〜Ｄの共振周波数およびＱ値が、平均応力σmeanの大きさに従って向上していることが分かる。
また、上記の微小機械振動子Ａ〜Ｄの例では、梁間隔ｄでスティクションによる変形量を変化させているが、梁間隔ｄのみならず、表面張力の異なる試薬で洗浄を行うことでスティクションによる変形量を変化させることが可能である。本実施の形態では、前述の純水による洗浄に代え、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）による洗浄で振動子作製も行った。図５（Ａ）に純水による洗浄で作製した微小機械振動子を示し、図５（Ｂ）にＩＰＡによる洗浄で作製した微小機械振動子を示す。図５（Ａ）、図５（Ｂ）の各々には、梁間隔ｄ＝０．６０μｍ、１．００μｍ、１．４０μｍ、１．８０μｍ、２．２０μｍ、２．６０μｍ、３．００μｍ、３．４０μｍで作製した８個の微小機械振動子が写っている。図５（Ａ）、図５（Ｂ）中には、それぞれの梁部１１の下に梁間隔ｄを記している。純水の表面張力は７２ｍＮ／ｍ、ＩＰＡの表面張力は２１ｍＮ／ｍである。
図５（Ａ）、図５（Ｂ）によれば、梁間隔ｄが同じであっても、ＩＰＡによる洗浄で作製した微小機械振動子では、純水による洗浄で作製した微小機械振動子に比べてスティクションによる梁部１１の変形量が小さくなることが分かる。図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示した微小機械振動子のスティクション長さｌstの測定結果および平均応力σmeanの算出結果を表２に示す。
ウェットエッチング後の洗浄プロセスに純水と表面張力の異なる試薬を用いると、乾燥プロセスで２本の梁部１１が引きつけ合う力が異なるため、梁部１１の変形量に違いが生じ、純水による洗浄の場合とは異なる応力が梁部１１に印加されることになる。表２から明らかなとおり、洗浄プロセスで使用する試薬の表面張力が小さいほど、スティクションによる梁部１１の変形量が小さくなり、梁部１１への応力印加量が小さくなる。こうして、本実施の形態では、洗浄に用いる試薬の表面張力を変化させることで、微小機械振動子の梁部１１に印加する応力値を制御可能なことを確認した。図４で説明したとおり、梁部１１への応力印加量が大きくなるほど、微小機械振動子の共振周波数およびＱ値は高くなる。
以上のように、本実施の形態では、スティクション現象の利用により微小機械振動子の梁部１１に引張応力を印加することができ、高Ｑ値の微小機械振動子を作製することが可能である。また、本実施の形態では、振動子構造や洗浄に用いる試薬によってスティクションを制御することができ、応力値の制御された微小機械振動子を作製することが可能である。
本実施の形態では、微小機械振動子の梁部１１への引張応力印加にスティクション現象を利用することにより、高い共振周波数および高いＱ値を有する微小機械振動子を作製することができる。例えば本実施の形態で開示している大きさの微小機械振動子の場合、有限要素法解析ソフトＡＮＳＹＳ（登録商標）による数値解析によると、引張応力が印加されていない単純な両持ち梁構造の微小機械振動子では共振周波数が１４７ｋＨｚであるのに対し、本実施の形態の微小機械振動子では共振周波数が１〜２ＭＨｚ程度まで向上することが確認されている。また、Ｑ値に関しては振動子構造や振動子材料、作製方法や作製条件、測定条件によっても異なるため一概には言えないが、図４に示したように同じ条件で作製した微小機械振動子であっても梁部に大きな応力がかかった微小機械振動子ほどＱ値が高くなることが確認されている。
また、本実施の形態では、微小機械振動子の梁部１１への引張応力印加にスティクション現象を利用することにより、任意の機械特性、振動特性、応力制御性を有した微小機械振動子の設計、作製が可能である。
また、本実施の形態では、微小機械振動子の梁部１１への引張応力印加にスティクション現象を利用することにより、微小機械振動子の構造の簡略化を実現することができる。
また、本実施の形態では、微小機械振動子の製造プロセスの低減を実現することができる。
また、本実施の形態では、微小機械振動子の梁部１１への引張応力印加にスティクション現象を利用することにより、微小機械振動子の構造の簡略化を実現することができる。
また、本実施の形態では、微小機械振動子の製造プロセスの低減を実現することができる。
微小機械振動子は、高感度かつ高速応答の特性を有することから、次世代センサや次世代回路素子等の中核デバイスとして期待され、研究開発が進められている。それら次世代デバイス作製においては、高性能なデバイス実現のために高い振動特性を有した微小機械振動子が求められる。これに対して、本実施の形態のスティクション現象を利用した微小機械振動子への応力印加原理が及ぼす効果は、上記のとおり高性能微小機械振動子の製造工程の低減と低コスト化である。本実施の形態によれば、一般的な半導体プロセスに付加的な工程を加えることなく、梁部に引張応力を印加した微小機械振動子を作製することが可能となる。このため、低コストの微小機械振動子デバイスの高性能化を達成することが期待できる。
なお、微小機械振動子の梁部への応力印加量は、微小機械振動子の形状、寸法だけでなく、微小機械振動子の構造材料の機械材料物性（ヤング率、横弾性係数、密度、ポアソン比等）によっても決定される。本実施の形態では、支持部１０および梁部１１の材料としてＤＬＣを用いているが、ＤＬＣに限るものではなく、微小機械振動子として使用し得る硬さの導電性材料であれば他の材料でも利用可能である。利用可能な材料としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ダイヤモンド等が考えられる。
微小機械振動子の梁部への応力印加量は、上記のとおり微小機械振動子のウェットエッチング後の洗浄プロセスで使用する試薬の表面張力および微小機械振動子の構造材料表面の表面物性（表面自由エネルギー）によって決定される。本実施の形態では、洗浄プロセスで使用する試薬として、純水とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を例に挙げて説明しているが、エタノールなどを利用することも可能である。基本的には、振動子材料に影響を及ぼさない液体であれば、洗浄プロセスで使用する試薬として適用可能である。
微小機械振動子の共振周波数およびＱ値は、微小機械振動子の形状、寸法だけでなく、微小機械振動子の構造材料の機械材料物性（ヤング率、横弾性係数、密度、ポアソン比等）によっても決定される。利用可能な材料は上記のとおりである。
また、微小機械振動子の共振周波数およびＱ値は、上記のとおり微小機械振動子のウェットエッチング後の洗浄プロセスで使用する試薬の表面張力および微小機械振動子の構造材料表面の表面物性（表面自由エネルギー）によって決定される。
なお、本実施の形態では、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示した段階の微小機械振動子パターン（エッチングマスクパターン２および両持ち梁型パターン３）を形成する技術として、ＦＩＢ−ＣＶＤを用いているが、これに限るものではなく、既存の超微細加工技術（電子ビーム露光技術、フォトリソグラフィー、ナノインプリント技術、ドライエッチング、ウェットエッチング、蒸着、スパッタリング、化学気相成長法等）を複数組み合わせて微小機械振動子パターンを形成することも可能である。
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、本発明の微小機械振動子の例として支持部１０および梁部１１を有する形状の振動子について説明したが、本発明は、第１の実施の形態の振動子構造に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形・応用が可能である。本実施の形態では、微小機械振動子の別の例について説明する。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、本発明の微小機械振動子の例として支持部１０および梁部１１を有する形状の振動子について説明したが、本発明は、第１の実施の形態の振動子構造に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形・応用が可能である。本実施の形態では、微小機械振動子の別の例について説明する。
図６（Ａ）は本実施の形態に係る微小機械振動子の斜視図、図６（Ｂ）はこの微小機械振動子の平面図である。
本実施の形態の微小機械振動子は、シリコン基板２０上に形成された２つの支持部２１，２２と、両端が２つの支持部２１，２２で固定されることによってシリコン基板２０から浮いた状態で支持される梁部２３とから構成される。
本実施の形態の微小機械振動子は、シリコン基板２０上に形成された２つの支持部２１，２２と、両端が２つの支持部２１，２２で固定されることによってシリコン基板２０から浮いた状態で支持される梁部２３とから構成される。
支持部２２は、シリコン基板２０上に形成された第１の櫛歯状部材２４と、シリコン基板２０上に形成された２つの固定部２５と、第１の櫛歯状部材２４と対向するように配置され、梁部２３の一端を支持し、梁部２３の架設方向（図６（Ｂ）左右方向）と直角な方向（図６（Ｂ）上下方向）の両端が２つの固定部２５で固定されることによってシリコン基板２０から浮いた状態で支持される第２の櫛歯状部材２６とから構成される。第１の櫛歯状部材２４と第２の櫛歯状部材２６とは、それぞれ対向する櫛歯状部材に向かって交互に突出する複数の歯を有している。そして、第２の櫛歯状部材２６の歯の一部は、第１の櫛歯状部材２４の歯の一部と固着している。
次に、本実施の形態の微小機械振動子の製造方法について説明する。まず、シリコン基板２０上に支持部２１、第１の櫛歯状部材２４および固定部２５のパターンが形成され、かつ梁部２３の下部のシリコンおよび第２の櫛歯状部材２６の下部のシリコンが取り除かれた構造を形成する。このような構造を形成するには、第１の実施の形態と同様に、シリコン基板２０上に支持部２１，２２および梁部２３のパターンをＦＩＢ−ＣＶＤにより形成した後に、ウェットエッチングを実施すればよい。梁部２３および第２の櫛歯状部材２６は、支持部２１、第１の櫛歯状部材２４および固定部２５に比べて細く形成されているので、ウェットエッチングを実施すると、梁部２３の下部のシリコンおよび第２の櫛歯状部材２６の下部のシリコンが取り除かれる一方、支持部２１の下部のシリコン、第１の櫛歯状部材２４の下部のシリコンおよび固定部２５の下部のシリコンは残る。
次に、ウェットエッチングを行ったシリコン基板２０を純水、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）またはエタノール等の液体（試薬）で洗浄して、大気中で自然乾燥させた。この自然乾燥工程において、第１の櫛歯状部材２４および第２の櫛歯状部材２６で囲まれた空間に試薬の液膜が形成され、乾燥の進行に伴って試薬の表面張力により第１の櫛歯状部材２４と第２の櫛歯状部材２６が互いに引き合うようになり、最終的に第２の櫛歯状部材２６の歯の一部が第１の櫛歯状部材２４の歯の一部と固着する。
第１の櫛歯状部材２４はシリコン基板２０上に形成され、一方、第２の櫛歯状部材２６はシリコン基板２０から浮いた状態なので、第１の櫛歯状部材２４と第２の櫛歯状部材２６が互いに引き合うと、第１の櫛歯状部材２４は移動せず、第２の櫛歯状部材２６がウェットエッチング終了時の位置から移動することになる。したがって、梁部２３に引張応力が印加される。図６（Ｂ）では、第２の櫛歯状部材２６がウェットエッチング終了時の位置よりも左側に移動して、第１の櫛歯状部材２４と固着した例を記載している。
第１の実施の形態では、梁部自体にスティクションを生じさせて引張応力を発生させていたが、本実施の形態では、支持部２２にスティクションを生じさせることにより、梁部２３に引張応力を発生させている。
こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本発明は、センサ等に使用される微小機械振動子に適用することができる。
１，２０…シリコン基板、２…エッチングマスクパターン、３…両持ち梁型パターン、１０，２１，２２…支持部、１１，２３…梁部、２４，２６…櫛歯状部材、２５…固定部。
Claims (7)
- 基板上に２つの支持部を形成すると共に、両端が前記２つの支持部で固定されることによって前記基板から浮いた状態で支持される２本の梁部とを形成する加工工程と、
前記支持部および梁部が形成された基板を試薬で洗浄する洗浄工程と、
前記支持部および梁部が形成された基板を大気中で自然乾燥させる乾燥工程とを備え、
前記乾燥工程において前記試薬の表面張力を利用して前記２本の梁部の一部を固着させることにより前記２本の梁部に引張応力を印加することを特徴とする微小機械振動子の製造方法。 - 基板上に２つの支持部を形成すると共に、両端が前記２つの支持部で固定されることによって前記基板から浮いた状態で支持される梁部とを形成する加工工程と、
前記支持部および梁部が形成された基板を試薬で洗浄する洗浄工程と、
前記支持部および梁部が形成された基板を大気中で自然乾燥させる乾燥工程とを備え、
前記２つの支持部のうち一方の支持部は、前記基板上に形成された第１の櫛歯状部材と、前記基板上に形成された２つの固定部と、前記第１の櫛歯状部材と対向するように配置され、前記梁部の一端を支持し、両端が前記２つの固定部で固定されることによって前記基板から浮いた状態で支持される第２の櫛歯状部材とから構成され、
前記乾燥工程において前記試薬の表面張力を利用して前記第１の櫛歯状部材の歯の一部と前記第２の櫛歯状部材の歯の一部とを固着させることにより前記梁部に引張応力を印加することを特徴とする微小機械振動子の製造方法。 - 請求項１または２記載の微小機械振動子の製造方法において、
前記支持部の形状、寸法、材料および前記梁部の形状、寸法、材料は、前記梁部への所望の応力印加量が得られるようにあらかじめ選択されることを特徴とする微小機械振動子の製造方法。 - 請求項１または２記載の微小機械振動子の製造方法において、
前記洗浄工程で使用される試薬は、前記梁部への所望の応力印加量が得られるようにあらかじめ選択されることを特徴とする微小機械振動子の製造方法。 - 請求項１または２記載の微小機械振動子の製造方法において、
前記支持部の形状、寸法、材料および前記梁部の形状、寸法、材料は、微小機械振動子の所望の共振周波数およびＱ値が得られるようにあらかじめ選択されることを特徴とする微小機械振動子の製造方法。 - 請求項１または２記載の微小機械振動子の製造方法において、
前記洗浄工程で使用される試薬は、微小機械振動子の所望の共振周波数およびＱ値が得られるようにあらかじめ選択されることを特徴とする微小機械振動子の製造方法。 - 基板上に形成された２つの支持部と、
両端が前記２つの支持部で固定されることによって前記基板から浮いた状態で支持される２本の梁部とを備え、
前記２本の梁部の変形により該梁部の一部が固着しており、前記２本の梁部にはスティクションによる該梁部の変形量に応じた引張応力が印加されることを特徴とする微小機械振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011111517A JP5688641B2 (ja) | 2011-05-18 | 2011-05-18 | 微小機械振動子の製造方法および微小機械振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011111517A JP5688641B2 (ja) | 2011-05-18 | 2011-05-18 | 微小機械振動子の製造方法および微小機械振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012240147A JP2012240147A (ja) | 2012-12-10 |
| JP5688641B2 true JP5688641B2 (ja) | 2015-03-25 |
Family
ID=47462378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011111517A Active JP5688641B2 (ja) | 2011-05-18 | 2011-05-18 | 微小機械振動子の製造方法および微小機械振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5688641B2 (ja) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19960604A1 (de) * | 1999-12-16 | 2001-06-21 | Bosch Gmbh Robert | Mikromechanische Federstruktur, insbesondere für einen Drehratensensor |
| FR2818825B1 (fr) * | 2000-12-21 | 2003-02-21 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif comprenant une structure mobile a rigidite variable, de preference a commande electrostatique |
| EP1395835B1 (en) * | 2001-05-15 | 2006-08-16 | Honeywell International Inc. | Accelerometer strain relief structure |
| JP5101410B2 (ja) * | 2008-06-27 | 2012-12-19 | セイコーインスツル株式会社 | 共振周波数可変ｍｅｍｓ振動子 |
| JP5671742B2 (ja) * | 2010-07-23 | 2015-02-18 | 学校法人立命館 | 電極構造要素と振動構造要素を近接して配置する方法およびこれを用いたｍｅｍｓデバイス |
-
2011
- 2011-05-18 JP JP2011111517A patent/JP5688641B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2012240147A (ja) | 2012-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPWO2008102813A1 (ja) | カーボンナノチューブからなる梁状体及びその製造方法 | |
| WO2011114628A1 (ja) | Ｍｅｍｓ素子、およびｍｅｍｓ素子の製造方法 | |
| JP5403519B2 (ja) | 結晶ダイヤモンド・エアギャップ構造体の作製方法 | |
| Ben-Shimon et al. | Graphene foam resonators: Fabrication and characterization | |
| JP7037144B2 (ja) | Ｍｅｍｓ振動素子の製造方法およびｍｅｍｓ振動素子 | |
| JP5586067B2 (ja) | 微小機械振動子とその製造方法 | |
| JP5688641B2 (ja) | 微小機械振動子の製造方法および微小機械振動子 | |
| Liu et al. | NEMS by sidewall transfer lithography | |
| JP2009208975A (ja) | カーボンナノチューブ構造体及びその製造方法 | |
| CN111024194B (zh) | 一种谐振系统的质量检测方法 | |
| JP5030163B2 (ja) | 微小機械共振器およびその製造方法 | |
| JP6156881B2 (ja) | 微小機械振動構造の作製方法 | |
| KR101981702B1 (ko) | 마이크로 스케일 실리콘 구조물과 통합되는 실리콘 나노 와이어 제조방법 | |
| Toshiyoshi et al. | Fabrication of micromechanical tunneling probes and actuators on a silicon chip | |
| KR100933560B1 (ko) | 패턴화된 실리콘 나노팁 제작방법 | |
| Hutchison et al. | High aspect ratio microelectromechanical systems: A versatile approach using carbon nanotubes as a framework | |
| Savu et al. | 100 mm dynamic stencils pattern sub-micrometre structures | |
| Gajewski et al. | Microfabricated support structures for investigations of mechanical and electrical graphene properties | |
| JP6085235B2 (ja) | 機械共振器の作製方法 | |
| JP5819766B2 (ja) | 微小メカニカル素子およびその作製方法 | |
| KR101211793B1 (ko) | 서스펜더를 가지는 나노구조체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 나노구조체 | |
| JP2008233769A (ja) | 光フィルタ装置及びその製造方法 | |
| Hwang et al. | Porous silicon resonator for sensitive vapor detection | |
| JP2008082865A (ja) | 微小カンチレバー及びその製造方法 | |
| Merzsch et al. | Fabrication of vertical nanowire resonators for aerosol exposure assessment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130812 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20130812 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140709 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140715 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140916 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150113 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150115 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5688641 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |