(57)【要約】【課題】可動部の運動範囲を規制するストッパ基板部と可動部との空隙の幅を精度よく調整することができなかった。【解決手段】支持部と、前記支持部に支持され前記支持部に対して運動する可動部と、を有する構造体と、前記構造体の前記支持部の底面が接合される平坦な接合面と、前記可動部と対向する領域において底部が前記接合面より後退している凹部と、を有するストッパ基板部と、前記ストッパ基板部の材料に対してエッチング選択性を有する材料からなり、前記凹部を前記接合面よりも後退した位置まで満たすことによって前記可動部の底面と予め決められた所定距離で対向する距離調整部と、を備える。【選択図】図１
2010153426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、前記支持部に支持され前記支持部に対して運動する可動部と、を有する構造体と、
前記構造体の前記支持部の底面が接合される平坦な接合面と、前記可動部と対向する領域において底部が前記接合面より後退している凹部と、を有するストッパ基板部と、
前記ストッパ基板部の材料に対してエッチング選択性を有する材料からなり、前記凹部を前記接合面よりも後退した位置まで満たすことによって前記可動部の底面と予め決められた所定距離で対向する距離調整部と、
を備えるＭＥＭＳ。
【請求項２】
前記距離調整部は、金属材料からなる、
請求項１に記載のＭＥＭＳ。
【請求項３】
前記距離調整部は、不純物吸着材からなる、
請求項２に記載のＭＥＭＳ。
【請求項４】
前記距離調整部は、樹脂材料からなる、
請求項１に記載のＭＥＭＳ。
【請求項５】
接合面と、底部が前記接合面より後退している凹部とを有するストッパ基板部を形成し、
前記凹部を、前記ストッパ基板部に対してエッチング選択性を有する異種材料で充填し、
前記凹部の開口よりも深い位置まで前記異種材料を、前記ストッパ基板部に対して選択的にエッチバックすることによって前記異種材料からなる距離調整部を形成し、
支持部と前記支持部に対して運動する可動部とを有する構造体の前記支持部の底面を、前記可動部と前記距離調整部とが対向するように前記ストッパ基板部の前記接合面に接合する、
ことを含むＭＥＭＳの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、支持部に対して運動可能に取り付けられた可動部の変形や変位を電気信号に変換することにより加速度や角速度、振動などを検出するＭＥＭＳセンサが知られている。このようなＭＥＭＳセンサの機械的な構造体の部分は、設計上許容する可動部の運動空間を確保した状態で、パッケージ底部等の基板に取り付けられる。その際に、例えば、複数のグリーンシートを重ねることによってパッケージの底部に凹部を形成し、この凹部内の空間を可動部の運動空間の一部とするように構造体を取り付けることが知られている。特許文献１には、セラミックス基板に機械的加工によって凹部を形成することが記載されている。また、特許文献１には、ＭＥＭＳセンサを平坦な基板に取り付ける際に、可動部の基板と対向する面と基板の表面との距離が、可動部の運動がエアダンピングの影響を受けないような距離となるように、当該距離に対応する大きさのフィラーが添加された接着剤を用いることが記載されている。
【特許文献１】特開２０００−１９１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
可動部と、可動部の運動空間の一部を構成する基板との空隙が狭いと、エアダンピングが発生し可動部の運動に影響を及ぼす可能性がある。可動部と基板との空隙が広いとエアダンピングは発生しにくくなるが、この空隙が広すぎるとＭＥＭＳセンサ全体の嵩が高くなるし、強い衝撃を受けたときに可動部の運動を規制するストッパとしての役割を基板が果たせなくなる。そのため、エアダンピングが発生しない距離となるように、あるいは、ある程度のエアダンピングの発生を許容した上でストッパとしても機能するような距離となるように、可動部と基板との距離を精密に調整する必要がある。センサが小型化するほど、可動部の運動に及ぼすエアダンピングの影響は大きいため、運動空間の形成には高い精度が必要とされる。可動部と基板部との距離が精密に実現されていないと、センシングの精度が低下したり、耐衝撃性が低下したりする。
【０００４】
しかしながら、フィラー入りの接着剤を用いて基板にＭＥＭＳセンサの構造体を取り付ける構成の場合、接着剤の塗布量や塗布位置の精度が低いと、ＭＥＭＳセンサが接着面に対して傾いて取り付けられたり、接着剤が錘部に付着してしまう可能性がある。また、凹部を有するセラミックス基板からなる嵩上げ部品に取り付ける構成の場合、可動部とセラミックス基板までの距離の精度が期待できない。セラミックス基板の彫り込み加工精度によるが、例えばサンドブラスト加工では±５μｍ程度の精度である。また、複数のグリーンシートを重ねることによってパッケージ底部に凹部を形成し、ＭＥＭＳセンサの構造体を取り付ける構成の場合、グリーンシートの厚さは５０〜１００μｍであるため、段差量を精密にコントロールすることは困難である。
【０００５】
可動部の運動範囲を規制するストッパ基板部と可動部との距離が精度よく調整されたＭＥＭＳを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳは、支持部と、前記支持部に支持され前記支持部に対して運動する可動部と、を有する構造体と、前記構造体の前記支持部の底面が接合される平坦な接合面と、前記可動部と対向する領域において底部が前記接合面より後退している凹部と、を有するストッパ基板部と、前記ストッパ基板部の材料に対してエッチング選択性を有する材料からなり、前記凹部を前記接合面よりも後退した位置まで満たすことによって前記可動部の底面と予め決められた所定距離で対向する距離調整部と、を備える。
【０００７】
距離調整部は、ストッパ基板部に対してエッチング選択性のある材料からなっている。すなわち、距離調整部の表面が接合面から後退している構造は、エッチングの工程によって実現することができる。半導体製造に用いられるエッチング技術は、サンドブラストなどの機械加工技術と比較して微細な制御を可能とする。したがって、可動部の底面と対向し可動部の運動空間の一部を構成する距離調整部の表面の位置は、エッチング技術によって予め決められた所定距離の位置に高精度に調整することが可能である。そのため、ストッパ基板部と、その凹部に形成された距離調整部とで、可動部のストッパとしての機能を実現しつつ、エアダンピングの影響を精度よく制御することができ、ＭＥＭＳの動作精度を向上させることができる。
本発明においてＭＥＭＳは、支持部と支持部に対して運動する可動部を備えたモーションセンサやアクチュエータ等を対象としており、その具体的構造や製造方法は従来から公知の技術を適用してよい。
【０００８】
（２）上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいて、前記距離調整部は、金属材料からなってもよい。
金属材料を採用することにより距離調整部をヒートシンクとして機能させることができる。
【０００９】
（３）上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいて、前記距離調整部は、不純物吸着材からなってもよい。
距離調整部の材料として不純物吸着材（ゲッター材）を採用することにより、他に不純物吸着材を設置するためのスペースを設ける必要がなくなり、ＭＥＭＳ全体のサイズを小型化することが可能である。不純物吸着材は、可動部および支持部を真空封止した後に空間内の不純物を吸着する役割を果たす。
【００１０】
（４）上記目的を達成するためのＭＥＭＳにおいて、前記距離調整部は、樹脂材料からなってもよい。
距離調整部の材料として樹脂材料を採用することにより、距離調整部と可動部とが接触したときにその衝撃を緩和する効果が期待できる。また樹脂材料は腐食しにくい。
【００１１】
（５）上記目的を達成するためのＭＥＭＳの製造方法は、接合面と、底部が前記接合面より後退している凹部とを有するストッパ基板部を形成し、前記凹部を、前記ストッパ基板部に対してエッチング選択性を有する異種材料で充填し、前記凹部の開口よりも深い位置まで前記異種材料を、前記ストッパ基板部に対して選択的にエッチバックすることによって前記異種材料からなる距離調整部を形成し、支持部と前記支持部に対して運動する可動部とを有する構造体の前記支持部の底面を、前記可動部と前記距離調整部とが対向するように前記ストッパ基板部の前記接合面に接合する、ことを含む。
【００１２】
本発明によると、距離調整部の表面のエッチング深さを、エッチング時間によって精密に制御することができる。そして、可動部と距離調整部との距離が精密に調整されたＭＥＭＳを製造することができる。
【００１３】
尚、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら以下の順に説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
１．第一実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳの第一実施形態としての加速度センサ１を図１に示す。図１Ｃは加速度センサ１の平面図、図１Ａは図１ＣにおけるＡ−Ａ線の断面図、図１ＢはＢ−Ｂ線の断面図である。加速度センサ１は図示しないパッケージの底部に固定されたストッパ基板部２０と、ストッパ基板部２０に接合された構造体１０とを備えている。パッケージは加速度センサ１によって加速度を検出しようとする物体に固定される。
【００１５】
構造体１０は、加速度を検出するための機械的な構造体であり、薄膜処理技術によって形成される一体の積層構造体である。ただし、図１において構造体１０の各層の境界線は省略されている。構造体１０には、ストッパ基板部２０の厚さ方向から見た形状が矩形枠形態の支持部Ｓと、錘部Ｍと、支持部Ｓと錘部Ｍとを連結する４個の可撓部Ｆと、可撓部Ｆの変形を検出するピエゾ抵抗素子Ｒとが形成されている。錘部Ｍと可撓部Ｆは支持部Ｓに対して運動し、請求項に記載の「可動部」に相当する。なお、図１において可撓部Ｆ、支持部Ｓ、錘部Ｍの境界を破線で示している。
【００１６】
構造体１０は、支持部Ｓの底面においてストッパ基板部２０の接合面２１に接合されている。ストッパ基板部２０には、ストッパ基板部２０の厚さ方向から見て錘部Ｍの投影領域を包含する領域に、底部が接合面２１より後退している凹部２２が形成されている。凹部２２の内部には、距離調整部３０が形成されている。距離調整部３０の表面３１は接合面２１より予め決められた所定距離ｘだけ後退している。ストッパ基板部２０の材料としては例えば、セラミックス、アルミナ、ガラスセラミックス、ガラス、シリコン、樹脂などを用いることができる。
【００１７】
距離調整部３０は、ストッパ基板部２０とエッチング選択性を有する金属材料あるいは、樹脂材料が採用される。金属材料としては例えば、銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），錫（Ｓｎ）等を用いる。樹脂材料には例えばポリイミドを用いる。距離調整部３０に金属材料を採用した場合、距離調整部３０をヒートシンクとしても機能させることができる。また、距離調整部３０に採用する金属材料としては上記の金属の他にも、パッケージ内に真空封止する際にパッケージ内の不純物を吸着する役割を果たす不純物吸着材（ゲッター材）を採用してもよい。ゲッター材には、ジルコニウム（Ｚｒ），バナジウム（Ｖ），鉄（Ｆｅ），チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ），アルミニウム（Ａｌ），クロム（Ｃｒ）等の合金を採用可能である。距離調整部３０の材料として不純物吸着材を採用することにより、他に不純物吸着材を設置するためのスペースを設ける必要がなくなり、加速度センサ１全体のサイズの小型化に貢献できる。また、距離調整部３０に樹脂材料を採用した場合、距離調整部３０と錘部Ｍとが接触したときにその衝撃を緩和する効果が期待できる。また樹脂であるため腐食しにくい距離調整部３０を形成できる。
【００１８】
構造体１０は、支持部Ｓの底面１１においてストッパ基板部２０の接合面２１と、陽極接合や直接接合などにより接合されている。フィラーが添加されていない接着剤によって接合されていてもよい。錘部Ｍおよび可撓部Ｆが支持部Ｓに対して静止している状態のとき、距離調整部３０は、その表面３１と予め決められた所定距離ｘで錘部Ｍと対向している。なお、錘部Ｍおよび可撓部Ｆが支持部Ｓに対して静止状態であるとき、支持部Ｓの底面１１と錘部Ｍの底面１２とは同一平面に含まれるように位置が揃っている。
【００１９】
以上のように、加速度センサの構造体１０の錘部Ｍと、ストッパ基板部２０の凹部２２に形成された距離調整部３０とが、静止状態において所定距離ｘだけ精度よく離れるように調整された加速度センサ１は、次のようにして製造することができる。
【００２０】
（製造方法１）
まず、距離調整部３０の材料として金属材料が用いられる場合の製造方法を説明する。はじめに、図２Ａに示すように、フォトレジストからなる保護層Ｒ１をマスクパターンに用いて、サンドブラストによりストッパ基板部２０に凹部２２を形成する。ストッパ基板部２０は例えば、セラミックス、ガラスセラミックス、ガラス等の無機化合物、シリコン（Ｓｉ）等を用いる。なお、凹部２２を有するストッパ基板部２０は、セラミックスからなる複数のグリーンシート２３を図２Ｆに示すように積層することによって形成されてもよい。
【００２１】
続いて、保護層Ｒ１を除去した後、図２Ｂに示すように、凹部２２に、ストッパ基板部２０とエッチング選択性を有する異種材料としての金属層３２を充填する。ここでは例えば密着金属層と主金属層とからなる金属層３２を形成する。具体的には、凹部２２および接合面２１に第一の金属材料を堆積させることにより密着金属層を例えばスパッタリングにより形成する。第一の金属材料として例えばＴｉやＣｒを用いる。スパッタリングにより、密着金属層は凹部２２の底面および側面、接合面２１に形成される。続いて、密着金属層の表面に第二の金属材料を密着金属層よりも厚く、凹部２２が充填されるように堆積させることにより主金属層を形成する。主金属層は例えば電解メッキによって形成される。電解メッキの場合、メッキ前に密着金属層をスパッタリングで成膜してもよい。第二の金属材料の堆積にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、無電解メッキなどを用いてもよい。第二の金属材料として、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎ等を用いる。Ｚｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ等の合金を用いてもよい。
【００２２】
続いて、図２Ｃに示すように、ストッパ基板部２０の表面が露出するまで金属層３２の表層を研削や研磨によって除去することによって、ストッパ基板部２０の接合面２１と異種材料である金属層３２の表面との平坦を連続させる。
次に図２Ｄに示すように、エッチングにより金属層をストッパ基板部２０に対して選択的に除去することによって距離調整部３０を形成する。このときエッチングの終点を、金属層の表面が接合面から所定距離ｘだけ後退するように設定する。終点はエッチング時間により制御される。なお、図２Ｂに示す状態からＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）により金属層３２の部分だけ選択的に除去し凹部２２内の金属層３２を接合面２１より所定量後退させてもよい。
【００２３】
続いて図２Ｅに示すように、加速度センサ１の構造体１０をストッパ基板部２０に接合する。具体的には支持部Ｓの底面１１とストッパ基板部２０の接合面２１とを接合する。薄膜処理技術を用いた加速度センサ１の製造方法は従来より公知であるためここでは説明を省略する。加速度センサ１の支持部Ｓの底面１１を構成する層は、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる。ストッパ基板部２０が例えばガラスからなっている場合、加速度センサ１の支持部Ｓの底面１１とストッパ基板部２０の接合面２１とは陽極接合によって接合することができる。あるいは、ストッパ基板部２０が例えばシリコンからなっている場合は、底面１１と接合面２１を活性化させた後、直接接合を行ってもよい。なお、フィラーが添加されていない接着剤を用いて底面１１と接合面２１とを接合してもよい。
【００２４】
その後、ダイシングなどの後工程を経て、ストッパ基板部２０の底面を図示しないパッケージ底部に接合し、真空封止する。
【００２５】
（製造方法２）
次に、距離調整部３０の材料として樹脂材料が用いられる場合の製造方法を説明する。まず、製造方法１と同様に、サンドブラストによりストッパ基板部２０の接合面２１に凹部２２を形成する（図３Ａ）。その後、図３Ｂに示すように、ストッパ基板部２０とエッチング選択性のある樹脂材料を、スピンコートやディップ、スプレー等により接合面２１および凹部２２に塗布することによって、凹部２２を樹脂材料からなる樹脂層３３で充填する。樹脂材料を塗布後、スクイーズして樹脂層３３の表面を平坦化する。真空脱泡により樹脂層３３中の気体を除去してもよい。続いて樹脂層３３をベークすることにより硬化させる。樹脂材料として例えば感光性ポリイミドを用いる場合は、３５０℃で１時間ベークする。
【００２６】
続いて図３Ｃに示すように、ストッパ基板部２０が露出するまで研磨し、ストッパ基板部２０の接合面２１と樹脂層３３の表面とが連続して平坦になるように平坦化する。なお、この平坦化の工程は省略してもよい。続いて、図３Ｄに示すように、エッチングによって距離調整部３０の表面を接合面２１に対して所定距離ｘだけ後退させることにより距離調整部３０を形成する。所定時間、例えばＯ２プラズマアッシングすることにより後退量を精度よく制御することができる。ＣＭＰによって樹脂材料を選択的に除去することによって距離調整部３０を形成してもよい。続いて、製造方法１と同様に加速度センサ１とストッパ基板部２０とを接合して（図３Ｅ）、ダイシングしパッケージ底部に固定する。
【００２７】
以上説明したように、距離調整部３０は、ストッパ基板部２０に対してエッチング選択性のある材料からなっており、距離調整部３０の表面が接合面２１から後退している構造は、エッチングの工程によって実現することができる。半導体製造工程に用いられるエッチング技術は、サンドブラストなどの機械加工技術と比較して微細な制御が可能である。したがって、錘部Ｍの底面１２との距離を高精度にコントロールすることができる。その結果、ストッパ基板部２０と凹部２２内に形成された距離調整部３０とで、錘部Ｍのストッパとしての機能を実現しつつ、エアダンピングの影響を精度よく制御することができ、加速度センサ１の精度を向上させることができる。
【００２８】
２．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態で示した材質や寸法や形状や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。
【００２９】
例えば、上記実施形態では、支持部に対して運動する可動部を備えるＭＥＭＳとして加速度センサを用いて説明したが、振動ジャイロスコープや振動センサ、姿勢センサ等のモーションセンサや、アクチュエータ等にも本発明は適用可能である。振動ジャイロスコープや振動センサにおいては、可動部が振動する際エアダンピングがセンサの感度に影響を及ぼす。可動部と距離調整部との距離によってエアダンピングの程度が変わり、Ｑ値を制御することができる。
【００３０】
また、上記実施形態では、ストッパ基板部２０は中間基板に相当し、この中間基板とともにパッケージに収容される形態を説明したが、ストッパ基板部２０は回路が形成されたインタポーザであってもよいし、また、パッケージの底部そのものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（１Ａ）および（１Ｂ）は第一実施形態にかかる断面図、（１Ｃ）は平面図。
【図２】（２Ａ）〜（２Ｆ）は第一実施形態にかかる製造方法を示す断面図。
【図３】（３Ａ）〜（３Ｅ）は第一実施形態にかかる製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１：加速度センサ、１０：構造体、１１：底面、１２：底面、２０：ストッパ基板部、２１：接合面、２２：凹部、３０：距離調整部、３１：表面、３２：金属層、３３：樹脂層、Ｆ：可撓部（可動部）、Ｍ：錘部（可動部）、Ｒ：ピエゾ抵抗素子、Ｒ１：保護層、Ｓ：支持部。
【図１】
2010153426.tif 000003
【図２】
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【図３】
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