(57)【要約】【課題】新たな外力付与方法を適用可能な半導体加速度センサを提供する。【解決手段】半導体加速度センサ１は、重り部９、重り部９を囲繞する枠状の固定部１３、及び、一方端が重り部９に連結され、他方端が固定部１３に連結された梁部１１を有するセンサ素子３を有する。また、加速度センサ１は、固定部１３の開口方向の一方側においてセンサ素子３に対向する第１規制板５と、固定部１３の開口方向の他方側においてセンサ素子３に対向する第２規制板７とを有する。そして、第１規制板５には、第１規制板５とセンサ素子３との対向方向に見て、重り部９に重なり、重り部９よりも小さい孔部５ｈが形成されている。【選択図】図１
2010127842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重り部、前記重り部を囲繞する枠状の固定部、及び、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結された梁部を有するセンサ素子と、
前記固定部の開口方向の一方側において前記センサ素子に対向する第１規制部材と、
前記固定部の開口方向の他方側において前記センサ素子に対向する第２規制部材と、
を有し、
前記第１規制部材には、当該第１規制部材及び前記センサ素子の対向方向に見て、前記重り部に重なり、前記重り部よりも小さい孔部が形成されている
半導体加速度センサ。
【請求項２】
前記第１規制部材は、前記固定部の前記一方側の面に固定され、
前記第２規制部材は、前記固定部の前記他方側の面に固定されている
請求項１に記載の半導体加速度センサ。
【請求項３】
前記孔部は、前記第１規制部材及び前記センサ素子の対向方向に見て、前記重り部の中央に位置している
請求項１又は２に記載の半導体加速度センサ。
【請求項４】
前記孔部は、前記第１規制部材及び前記センサ素子の対向方向に見て、前記重り部に対して偏心している
請求項１又は２に記載の半導体加速度センサ。
【請求項５】
前記重り部は、
前記梁部の前記一方端が連結される主部と、
前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側へ突出する付属部と、
を有し、
前記孔部として、
前記主部に対向する孔部と、
前記付属部に対向する孔部と
が形成されている
請求項１又は２に記載の半導体加速度センサ。
【請求項６】
重り部、前記重り部を囲繞する枠状の固定部、及び、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結された梁部を有するセンサ素子と、
前記固定部の開口方向の一方側において前記センサ素子に対向する第１規制部材と、
前記固定部の開口方向の他方側において前記センサ素子に対向する第２規制部材と、
を有する半導体加速度センサの評価方法であって、
前記第１規制部材及び前記センサ素子の対向方向に見て、前記重り部に重なり、前記重り部よりも小さい孔部を前記第１規制部材に形成し、
前記孔部を介して前記重り部に力を加えることにより、前記半導体加速度センサを評価する
半導体加速度センサの評価方法。
【請求項７】
前記孔部に挿通された押圧部材により前記重り部を所定の力で押圧しつつ、前記センサ素子の出力値を取得し、取得された出力値が所定の要件を満たすか否かを判定する
請求項６に記載の半導体加速度センサの評価方法。
【請求項８】
前記孔部に挿通された押圧部材により前記重り部を押圧して前記重り部を前記第２規制部材に衝突させ、その衝突による前記センサ素子の破損の有無を判定する
請求項６又は７に記載の半導体加速度センサの評価方法。
【請求項９】
前記孔部を介して前記第１規制部材と前記重り部との間の真空引きを行って前記重り部を前記第１規制部材に衝突させ、その衝突による前記センサ素子の破損の有無を判定する
請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体加速度センサの評価方法。
【請求項１０】
半導体ウェハに対する加工により、重り部、前記重り部を囲繞する枠状の固定部、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結された梁部を有するセンサ素子を作製する工程と、
前記固定部の開口方向の一方側において前記センサ素子に対向する第１規制部材を設ける工程と、
前記固定部の開口方向の他方側において前記センサ素子に対向する第２規制部材を設ける工程と、
前記重り部に力を加えることにより品質を評価する工程と、
を有し、
前記第１規制部材を設ける工程では、前記第１規制部材及び前記センサ素子の対向方向に見て、前記重り部に重なり、前記重り部よりも小さい孔部を前記第１規制部材に形成し、
前記評価する工程では、前記孔部を介して前記重り部に力を加えることにより品質を評価する
半導体加速度センサの製造方法。
【請求項１１】
前記評価する工程では、前記孔部に挿通された押圧部材により前記重り部を所定の力で押圧しつつ、前記センサ素子の出力値を取得し、取得された出力値が所定の要件を満たすか否かを判定する
請求項１０に記載の半導体加速度センサの製造方法。
【請求項１２】
前記評価する工程では、前記孔部を介して前記第１規制部材と前記重り部との間の真空引きを行って前記重り部を前記第１規制部材に衝突させ、その衝突による前記センサ素子の破損の有無を判定する
請求項１０又は１１に記載の半導体加速度センサの製造方法。
【請求項１３】
前記センサ素子を作成する工程では、前記半導体ウェハを切断することにより複数の前記センサ素子が作成され、
前記第１規制部材を設ける工程、前記第２規制部材を設ける工程及び前記評価する工程は、前記半導体ウェハの切断よりも前に行われる
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の半導体加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体加速度センサ、半導体加速度センサの評価方法及び半導体加速度センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピエゾ抵抗式の半導体加速度センサや静電容量式の半導体加速度センサなどの半導体加速度センサが知られている（例えば特許文献１）。これらの加速度センサは、シリコン基板等の半導体に対する加工により形成されたセンサ素子を有する。センサ素子は、重り部、重り部を支持する梁部、及び、梁部を支持する固定部を有する。加速度センサに加速度が付与されると、梁部の変形を伴って重り部が固定部に対して変位する。そして、梁部の変形が、ピエゾ抵抗の抵抗値の変化やコンデンサの容量の変化として検出されることにより、加速度が検出される。
【０００３】
特許文献１の加速度センサは、過大な加速度が加えられたときに、センサ素子の破損が生じることを抑制するために、重り部の振動方向において、重り部を挟んで互いに対向する２枚の規制板を有している。重り部とそれぞれの規制板との間には、重り部が変位可能となるように、比較的微小な隙間が確保されている。そして、加速度センサに過大な加速度が加えられたときには、重り部は規制板に当接し、変位が規制される。
【０００４】
これらの加速度センサの感度等を評価する方法としては、例えば、重力を利用するものや遠心力を利用するものが知られている。重力を利用する評価方法では、重力方向に対する加速度センサの向きを変化させ、重力によって１Ｇ以内の加速度を加速度センサの測定方向に付与しつつ、加速センサの出力値を取得する。そして、その出力値が付与した加速度に対して適正な値を示しているか否かを判定する。遠心力を利用する評価方法では、回転テーブルに加速度センサを配置し、遠心力によって任意の加速度を加速度センサに付与しつつ、加速センサの出力値を取得する。そして、その出力値が付与した加速度に対して適正な値を示しているか否かを判定する。
【特許文献１】特開平０４−２７４００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、重力を利用する加速度センサの評価方法では、１Ｇ以内の加速度に対する出力電圧しか測定することができない。遠心力を利用する加速度センサの評価方法は、比較的大きな加速度を印加できるものの、印加する加速度が数千Ｇを越えると出力電圧の検出が難しくなってくる。また、複数の加速度センサを有する半導体ウェハを回転させて加速度センサに遠心力を付与した状態で出力電圧を測定することは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、新たな外力付与方法を適用可能な半導体加速度センサ、並びに、当該半導体加速度センサの評価方法及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体加速度センサは、重り部、前記重り部を囲繞する枠状の固定部、及び、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結された梁部を有するセンサ素子と、前記固定部の開口方向の一方側において前記センサ素子に対向する第１規制部材と、前記固定部の開口方向の他方側において前記センサ素子に対向する第２規制部材と、を有し、前記第１規制部材には、当該第１規制部材及び前記センサ素子の対向方向に見て、前記重り部に重なり、前記重り部よりも小さい孔部が形成されている。
【０００８】
好適には、前記第１規制部材は、前記固定部の前記一方側の面に固定され、前記第２規制部材は、前記固定部の前記他方側の面に固定されている。
【０００９】
好適には、前記孔部は、前記第１規制部材及び前記センサ素子の対向方向に見て、前記重り部の中央に位置している。
【００１０】
好適には、前記孔部は、前記第１規制部材及び前記センサ素子の対向方向に見て、前記重り部に対して偏心している。
【００１１】
好適には、前記重り部は、前記梁部の前記一方端が連結される主部と、前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側へ突出する付属部と、を有し、前記孔部として、前記主部に対向する孔部と、前記付属部に対向する孔部とが形成されている。
【００１２】
本発明の半導体加速度センサの評価方法は、重り部、前記重り部を囲繞する枠状の固定部、及び、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結された梁部を有するセンサ素子と、前記固定部の開口方向の一方側において前記センサ素子に対向する第１規制部材と、前記固定部の開口方向の他方側において前記センサ素子に対向する第２規制部材と、を有する半導体加速度センサの評価方法であって、前記第１規制部材及び前記センサ素子の対向方向に見て、前記重り部に重なり、前記重り部よりも小さい孔部を前記第１規制部材に形成し、前記孔部を介して前記重り部に力を加えることにより、前記半導体加速度センサを評価する。
【００１３】
好適には、前記孔部に挿通された押圧部材により前記重り部を所定の力で押圧しつつ、前記センサ素子の出力値を取得し、取得された出力値が所定の要件を満たすか否かを判定する。
【００１４】
好適には、前記孔部に挿通された押圧部材により前記重り部を押圧して前記重り部を前記第２規制部材に衝突させ、その衝突による前記センサ素子の破損の有無を判定する。
【００１５】
好適には、前記孔部を介して前記第１規制部材と前記重り部との間の真空引きを行って前記重り部を前記第１規制部材に衝突させ、その衝突による前記センサ素子の破損の有無を判定する。
【００１６】
本発明の半導体加速度センサの製造方法は、半導体ウェハに対する加工により、重り部、前記重り部を囲繞する枠状の固定部、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結された梁部を有するセンサ素子を作成する工程と、前記固定部の開口方向の一方側において前記センサ素子に対向する第１規制部材を設ける工程と、前記固定部の開口方向の他方側において前記センサ素子に対向する第２規制部材を設ける工程と、前記重り部に力を加えることにより品質を評価する工程と、を有し、前記第１規制部材を設ける工程では、前記第１規制部材及び前記センサ素子の対向方向に見て、前記重り部に重なり、前記重り部よりも小さい孔部を前記第１規制部材に形成し、前記評価する工程では、前記孔部を介して前記重り部に力を加えることにより品質を評価する。
【００１７】
好適には、前記評価する工程では、前記孔部に挿通された押圧部材により前記重り部を所定の力で押圧しつつ、前記センサ素子の出力値を取得し、取得された出力値が所定の要件を満たすか否かを判定する。
【００１８】
好適には、前記評価する工程では、前記孔部を介して前記第１規制部材と前記重り部との間の真空引きを行って前記重り部を前記第１規制部材に衝突させ、その衝突による前記センサ素子の破損の有無を判定する。
【００１９】
好適には、前記センサ素子を作成する工程では、前記半導体ウェハを切断することにより複数の前記センサ素子が作成され、前記第１規制部材を設ける工程、前記第２規制部材を設ける工程及び前記評価する工程は、前記半導体ウェハの切断よりも前に行われる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、半導体加速度センサを評価するにあたり、新たな加速度付与方法を適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に図面を参照して、本発明に係る半導体加速度センサ及び当該半導体加速度センサの製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、半導体加速度センサの製造方法には、半導体加速度センサの評価方法が含まれている。また、以下の実施の形態で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率は現実のものとは必ずしも一致していない。
【００２２】
＜半導体加速度センサ＞
図１は、本実施形態に係る半導体加速度センサ１（以下、単に「加速度センサ１」ということがある。）の斜視図である。
【００２３】
加速度センサ１は、例えば、ピエゾ抵抗効果を利用した三次元加速度センサとして構成されている。加速度センサ１は、センサ素子３と、センサ素子３の一方側の面に積層された第１規制板５と、センサ素子３の他方側の面に積層された第２規制板７とを有している。センサ素子３は、加速度を検出する部分であり、第１規制板５及び第２規制板７は、センサ素子３を保護するためのものである。
【００２４】
図２は、センサ素子３を第１規制板５側から見た斜視図である。図３は、センサ素子３を第２規制板７側から見た斜視図である。
【００２５】
センサ素子３は、例えば、半導体基板に加工が施されることにより構成されている。半導体基板は、例えば、ＳＯＩ基板である。センサ素子３は、センサ素子３に加えられた加速度をセンサ素子３の変形に変換するために、重り部９と、固定部１３と、重り部９を固定部１３に対して揺動可能に支持する梁部１１（図２）とを有している。また、センサ素子３は、梁部１１の変形を電気的変化に変換して出力するために、梁部１１の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子１５（図２）と、抵抗素子１５に接続され、端子として機能する電極パッド１７（図２）とを有している。
【００２６】
重り部９は、梁部１１に連結された主部１９と、主部１９の外周に連結された複数（本実施形態では４つを例示）の付属部２１とを有している。主部１９及び付属部２１は、例えば、平面視において（Ｚ軸方向に見て）概ね正方形の直方体状（立方体含む）に形成されている。付属部２１は、例えば、主部１９の４隅にそれぞれ連結されている。付属部２１は、梁部１１の主部１９側の端部よりも梁部１１の固定部１３側の端部側へ突出している。
【００２７】
主部１９の平面視における一辺の長さは、例えば、０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍである。また、主部１９の厚みは、例えば、０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍである。付属部２１の平面視における一辺の長さは例えば０．１ｍｍ〜０．４ｍｍである。また、付属部２１の厚みは、例えば、主部１９の厚みと同じである。
【００２８】
固定部１３は、例えば、平面視において概ね略正方形の枠状に形成されており、重り部９が収容される、概ね正方形の開口部２３が形成されている。固定部１３の平面視における一辺の長さは、例えば、０．８ｍｍ〜３．０ｍｍである。固定部１３の平面視における各辺の幅は、例えば０．１ｍｍ〜１．８ｍｍである。固定部１３の厚みは、例えば、０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍである。
【００２９】
梁部１１は、開口部２３の開口方向の一方側において設けられ、一端が重り部９の主部１９に連結され、他端が固定部１３に連結されている。梁部１１は、例えば、Ｘ軸方向において主部１９を挟んで２本、Ｙ軸方向において主部１９を挟んで２本、合計４本設けられている。各梁部１１は、主部１９及び固定部１３の互いに対向する辺の中央位置に連結されている。梁部１１の長さは、例えば、０．１ｍｍ〜０．８ｍｍである。梁部１１の幅は、例えば、０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍである。梁部１１の厚さは、例えば、５μｍ〜２０μｍである。
【００３０】
抵抗素子１５は、変形に伴って抵抗値が変化するピエゾ抵抗である。抵抗素子１５は、計測対象とする方向に応じて適宜な数で適宜な位置に設けられる。例えば、抵抗素子１５は、３軸方向（３次元直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の加速度を検出可能に複数の梁部１１に複数設けられている。
【００３１】
複数の抵抗素子１５は、例えば、梁部１１に形成された不図示の配線により接続されて、ブリッジ回路を構成している。ブリッジ回路の出力電圧は、梁部１１の変形に伴う抵抗素子１５の抵抗値の変化により変化する。
【００３２】
電極パッド１７は、固定部１３の第１規制板５側の面に設けられている。電極パッド１７は、梁部１１に形成された不図示の配線を介して、抵抗素子１５を含むブリッジ回路と接続されている。抵抗素子１５を含むブリッジ回路は、電極パッド１７を介して電圧の印加及び出力電圧の取得がなされる。
【００３３】
図１に示すように、第１規制板５は、開口部２３の開口方向（Ｚ軸方向）の一方側において、センサ素子３に対向して配置されている。第１規制板５は、例えば、開口部２３よりも広く形成されており、開口部２３を塞いでいる。第１規制板５は、例えば、センサ素子３の平面形状と概ね同様の形状において、電極パッド１７を露出させるための切り欠き部５ｃが形成された形状となっている。第１規制板５は、例えば、ガラス基板により構成されている。
【００３４】
第１規制板５の中央には、第１規制板５を貫通する孔部５ｈが形成されている。孔部５ｈは、例えば、平面視において、重り部９の主部１９と重なる。より好ましくは、孔部５ｈは、平面視において、主部１９の中央に位置する。孔部５ｈの開口形状は適宜に設定されてよいが、例えば円形である。孔部５ｈは、平面視において、重り部９よりも小さく、より好ましくは、主部１９よりも小さく形成されている。孔部５ｈの径は、例えば、６０μｍ〜５００μｍである。
【００３５】
第２規制板７は、開口部２３の開口方向の、第１規制板５とは反対側において、センサ素子３に対向して配置されている。第２規制板７は、例えば、開口部２３よりも広く形成されており、開口部２３を塞いでいる。第２規制板７は、例えば、センサ素子３の平面形状と概ね同様の形状となっている。第２規制板７は、例えば、ガラス基板、シリコン基板、セラミック基板などにより構成されている。
【００３６】
図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【００３７】
第１規制板５及び第２規制板７は、例えば、接着剤２５により、センサ素子３と固定されている。接着剤２５は、平面視において、センサ素子３の固定部１３の適宜な位置に塗布される。例えば、接着剤２５は、平面視において、固定部１３の４隅に塗布される。接着剤２５は、例えば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂により形成されている。
【００３８】
接着剤２５は、複数のスペーサ２７を含有している。複数のスペーサ２７は、例えば、所定の径を有する球状部材である。従って、スペーサ２７によって、固定部１３と第１規制板５とのギャップ、並びに、固定部１３と第２規制板７とのギャップが一定に保たれる。ひいては、重り部９が、一定の隙間で、第１規制板５及び第２規制板７に対向する。そして、重り部９は、第１規制板５と第２規制板７との間の範囲内で、Ｚ軸方向における変位が許容される。スペーサ２７の直径は、例えば、４〜３０μｍである。
【００３９】
加速度センサ１に加速度が加えられると、梁部１１の変形を伴って重り部９が固定部１３に対して変位する。また、梁部１１の変形に伴って、抵抗素子１５も変形し、抵抗素子１５の抵抗値が変化する。これにより、電極パッド１７の出力値（例えば出力電圧）が変化し、加速度検出が可能となる。
【００４０】
加速度センサ１に過大な加速度が加えられたときには、重り部９が第１規制板５又は第２規制板７に当接することにより、重り部９の変位が規制される。ひいては、梁部１１や抵抗素子１５の変形が規制される。これにより、センサ素子３の破損が抑制される。
【００４１】
＜半導体加速度センサの製造方法＞
半導体加速度センサの製造方法は、概略、センサ素子３を作製する工程と、センサ素子３に対向する第１規制板５及び第２規制板７を設ける工程と、センサ素子３の感度等を評価する工程とを有している。具体的には、以下のとおりである。
【００４２】
（センサ素子を作成する工程）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、センサ素子３を作成する工程を説明する断面図である。
【００４３】
センサ素子３は、図５（ａ）に示すＳＯＩ基板２９に対して加工を行うことにより形成される。ＳＯＩ基板２９は、絶縁層３１と、絶縁層３１の一方側に積層された半導体層３３と、絶縁層３１の他方側に積層された支持層３５とを有する。絶縁層３１は、例えばＳｉＯ２により形成されている。半導体層３３は、例えばシリコンにより形成されている。支持層３５は、例えば、シリコン等の半導体により形成されている。
【００４４】
ＳＯＩ基板２９の加工では、図５（ａ）に示すように、まず、抵抗素子１５の形成が行われる。具体的には、半導体層３３にイオン注入法により不純物を注入することでピエゾ抵抗からなる抵抗素子１５が形成される。不純物としては、ｎ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＢ（ボロン）が例示でき、ｐ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）などが例示できる。
【００４５】
抵抗素子１５の形成後、半導体層３３には、ピエゾ抵抗素子に接続される配線が形成される。配線は、金属スパッター、ＣＶＤ、蒸着などによりアルミなどの金属材料を成膜した後、成膜した金属材料をドライエッチング、ウェットエッチングなどによりパターニングすることにより形成される。
【００４６】
次に、図５（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板２９の一部を除去する加工により、重り部９、梁部１１及び固定部１３が形成される。ＳＯＩ基板２９の一部を除去する加工は、例えば、フォトリソグラフィ法や誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching:ICP-RIE）である。
【００４７】
（第１規制板及び第２規制板を設ける工程）
図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、センサ素子３に対して第１規制板５を設ける工程を説明する断面図である。なお、第２規制板７を設ける工程は、第１規制板５を設ける工程と同様であることから説明を省略する。第１規制板５及び第２規制板７は、いずれが先にセンサ素子３に対して配置されてもよい。
【００４８】
第１規制板５には、例えば、センサ素子３に対して配置される前に、孔部５ｈや切り欠き部５ｃが形成される（図６参照）。また、図５（ｃ）に示すように、センサ素子３には、スペーサ２７を含有する接着剤２５が塗布される。そして、図５（ｄ）に示すように、第１規制板５及びセンサ素子３は、接着剤２５により固定される。
【００４９】
なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した加工は、ＳＯＩ基板２９により構成される半導体ウェハ３７（図６（ａ）参照）の複数の領域に対して行なわれる。そして、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した加工が施された半導体ウェハ３７が、ダイシングなどにより切断されることにより、一枚の半導体ウェハ３７から複数のセンサ素子３が形成される。
【００５０】
また、第１規制板５及び第２規制板７も、一枚のガラス基板３９（図６（ａ）参照）から多数個取りされる。孔部５ｈは、例えば、ガラス基板３９の切断前に形成される。切り欠き部５ｃは、ガラス基板３９の切断前に形成され、又は、ガラス基板３９の切断において形成される。
【００５１】
図６は、センサ素子３に対する第１規制板５（第２規制板７）の配置の時期を半導体ウェハ３７の切断等との関係において例示する模式的な平面図である。
【００５２】
図６（ａ）の例では、切断される前のセンサ素子３に対して切断される前の第１規制板５が配置されている。そして、センサ素子３と第１規制板５との接着後、加速度センサ１は切断される。
【００５３】
図６（ｂ）の例では、切断される前のセンサ素子３に対して切断された後の第１規制板５が配置されている。そして、センサ素子３と第１規制板５との接着後、加速度センサ１は切断される。
【００５４】
図６（ｃ）の例では、切断された後のセンサ素子３に対して切断された後の第１規制板５が配置されている。従って、加速度センサ１は、最初から切断された状態で形成される。
【００５５】
第１規制板５（第２規制板７）の配置の時期は、図６（ａ）〜図６（ｃ）におけるいずれの時期が採用されてもよい。
【００５６】
（半導体加速度センサを評価する工程）
図７は、半導体加速度センサ１の評価を行うための評価装置４１の構成を示す模式的な断面図である。
【００５７】
評価装置４１は、例えば、試料の硬度を測定するナノインデンタ装置を応用して構成されている。具体的には、評価装置４１は、検査対象を押圧可能な押圧部材４３と、押圧部材４３を駆動するアクチュエータ４５と、押圧部材４３の押圧力を検出する荷重検出器４７と、押圧部材４３の変位を検出する変位検出器４９とを有している。また、評価装置４１は、種々の演算を行う演算部５１を有している。
【００５８】
押圧部材４３は、例えば、比較的細い棒状（ニードル状）に形成されており、孔部５ｈに挿通可能である。また、押圧部材４３は、例えば、不図示のケーシングに対して不図示の板バネを介して押圧部材４３の延びる方向に移動可能に支持されている。アクチュエータ４５は、例えば、リニアモータにより構成されており、押圧部材４３を押圧部材４３の延びる方向において駆動可能である。そして、押圧部材４３は、アクチュエータ４５によって駆動され、孔部５ｈを介して重り部９を第２規制板７側へ押圧する。
【００５９】
荷重検出器４７は、ひずみゲージ式、圧電式、容量式、電磁式、音叉式等の適宜な検出器により構成されており、押圧部材４３が重り部９に加える荷重を検出し、その検出結果を演算部５１に出力する。また、変位検出器４９は、容量式、磁気式、光学式等の適宜な検出器により構成されており、押圧部材４３の変位を検出し、その検出結果を演算部５１に出力する。
【００６０】
演算部５１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、外部記憶装置等を有するコンピュータにより構成されている。演算部５１は、所望の荷重を重り部９に付与するように、荷重検出器４７の検出結果に基づいてアクチュエータ４５を制御する。
【００６１】
また、演算部５１は、加速度センサ１と接続される。例えば、演算部５１は、演算部５１に接続されたケーブルの先端に設けられたニードル状の端子（プローバー）が電極パッド１７に当接されることにより、加速度センサ１と接続される。そして、演算部５１は、変位検出器４９の検出結果と、加速度センサ１の出力値とに基づいて、加速度センサ１の感度を評価する。
【００６２】
図８は、評価装置４１による加速度センサ１の評価方法を説明する図である。横軸は、重り部９に加えられる荷重を示している。縦軸は、加速度センサ１の出力値（出力電圧）を示している。
【００６３】
押圧部材４３によって重り部９に荷重が加えられると、図７に示すように、梁部１１の変形を伴って重り部９が変位する。従って、図８に示すように、重り部９に加える荷重を変化させると、抵抗素子１５の抵抗値が変化し、加速度センサ１の出力電圧が変化する。すなわち、押圧部材４３により重り部９に加える荷重を変化させることにより、加速度センサ１に加えられる加速度を変化させるのと同様の作用が生じる。
【００６４】
そこで、押圧部材４３により重り部９を押圧しつつ加速度センサ１の出力電圧を取得し、図８において実線Ｌ１で示すように、所定の荷重に対する出力電圧を得る。取得した出力電圧が、点線Ｌ２及び点線Ｌ３により示される基準範囲内に収まっているか否か判定することにより、加速度センサ１が一定の品質を有するか否か判定できる。
【００６５】
なお、図８は、荷重の増加とともに出力電圧が一定の増加量で増加する特性を示しているが、抵抗素子１５の配置、抵抗素子１５と電極パッド１７とを接続する回路構成等は、このような特性を示すものに限定されない。荷重の増加とともに出力電圧が低下してもよいし、荷重の増加量に対して出力電圧の増加量が変化してもよい。
【００６６】
図９は、演算部５１が実行する加速度センサ１の評価処理の手順を示すフローチャートである。
【００６７】
ステップＳ１において、演算部５１は、アクチュエータ４５を駆動して、押圧部材４３により所定の破損検査用荷重で重り部９を押圧する。この押圧は、加速度センサ１に過大な加速度が加えられたときに、第２規制板７が重り部９の変位を適正に規制して、センサ素子３等の破損を抑制することができるか試すためのものである。従って、破損検査用荷重は、重り部９が第２規制板７に当接する荷重以上の範囲において、加速度センサ１の用途等を考慮して適宜に設定される。
【００６８】
ステップＳ２では、演算部５１は、重り部９の押圧を一旦解除する。ステップＳ１に押圧によって、破損が生じたか否かの判定は、後述するように、後のステップＳ７において、感度の評価とともに行われる。
【００６９】
ステップＳ３では、演算部５１は、アクチュエータ４５を駆動して、押圧部材４３により所定の感度検査用初期荷重で重り部９を押圧する。感度検査用初期荷重は、図８に示した実線Ｌ１を得るための荷重の最小値である。感度検査用初期荷重は、加速度センサ１の用途等を考慮して適宜に設定される。
【００７０】
ステップＳ４では、演算部５１は、現在の加速度センサ１の出力電圧を取得する。
【００７１】
ステップＳ５では、演算部５１は、押圧部材４３により重り部９に加えている荷重が、所定の感度検査用最大荷重に到達したか否かを判定する。なお、感度検査用最大荷重は、加速度センサ１の用途等を考慮して、感度検査用初期荷重以上、且つ、破損検査用荷重未満の範囲で適宜に設定される。演算部５１は、実際の荷重が感度検査用最大荷重に到達していないと判定した場合はステップＳ６に進み、実際の荷重が感度検査用最大荷重に到達したと判定した場合はステップＳ７に進む。
【００７２】
ステップＳ６では、演算部５１は、押圧部材４３により重り部９に加える荷重を増加する。増加量は、適宜に設定されてよい。また、増加量は、一定量であっても可変量であってもよい。そして、演算部５１は、ステップＳ４に戻る。
【００７３】
ステップＳ７では、演算部５１は、図８を参照して説明したように、加速度センサ１の感度の評価を行う。すなわち、演算部５１は、ステップＳ３及びステップＳ６において設定された荷重毎に、取得された出力電圧が、その荷重に対応して予め設定された基準範囲に収まるか否かを判定する。
【００７４】
なお、基準範囲は、パラメータが代入される数式により与えられてもよいし、データ（チャート）により与えられてもよい。また、計測された出力電圧に基づいて、実線Ｌ１で示すような直線や曲線が算出されて判定されてもよい。ステップＳ７は、ステップＳ４〜Ｓ６のループ内において実行されてもよい。
【００７５】
ここで、ステップＳ１において、第２規制板７が有効に機能せずに、センサ素子３等が破損した場合には、ステップＳ７における感度評価において、センサ素子３は、一定の品質を有しないと判定される可能性が高い。従って、ステップＳ７は、ステップＳ１の押圧によって破損が生じたか否かを判定するステップともなっている。
【００７６】
なお、ステップＳ１において、変位検出器４９の検出値が一定の基準値を超えたか否かにより、破損の有無を判定してもよい。この場合において、ステップＳ３以降を省略してもよい。
【００７７】
図７に示す評価処理の終了後、加速度センサ１の製造工程においては、ステップＳ７の評価結果に応じた処理がなされる。例えば、演算部５１は、一定の品質を有さないと判定された加速度センサ１を特定する情報を、加速度センサ１を搬送する搬送装置に出力する。搬送装置では、演算部５１から出力された情報に基づいて、搬送する複数の加速度センサ１を、一定の品質を有するものと有さないものとに仕分けする。
【００７８】
なお、図６（ａ）又は図６（ｂ）に示したように、センサ素子３に第１規制板５及び第２規制板７が接着された後に半導体ウェハ３７が切断される場合、加速度センサ１の評価は、半導体ウェハ３７が切断される前に行われてもよいし、後に行われてもよい。加速度センサ１の評価が、半導体ウェハの切断の前に行われる場合、当該評価は、複数の加速度センサ１に対して、順次行われてもよいし、並列に行われてもよい。
【００７９】
以上の実施形態によれば、半導体加速度センサ１は、重り部９、重り部９を囲繞する枠状の固定部１３、及び、一方端が重り部９に連結され、他方端が固定部１３に連結された梁部１１を有するセンサ素子３を有する。また、加速度センサ１は、固定部１３の開口方向の一方側においてセンサ素子３に対向する第１規制板５と、固定部１３の開口方向の他方側においてセンサ素子３に対向する第２規制板７とを有する。そして、第１規制板５には、第１規制板５とセンサ素子３との対向方向（Ｚ軸方向）に見て、重り部９に重なり、重り部９よりも小さい孔部５ｈが形成されている。
【００８０】
従って、図７を参照して説明したように、孔部５ｈを介して重り部９を押圧することにより、加速度センサ１に加速度が加えられたのと同様の作用を生じさせることができる。すなわち、加速度センサ１は、新たな外力付与方法を適用可能であり、加速度センサ１の評価方法の選択の自由度が向上する。
【００８１】
さらに、この外力付与方法は、遠心力を利用した外力付与方法以上の外力、例えば、数十万Ｇ程度の加速度に相当する外力を付与可能である。また、第１規制板５等をセンサ素子３に固定した後に評価を行うことができるから、評価後の種々の工程によって、センサ素子３等の特性が変化してしまうことが抑制される。遠心力を付与する場合のように加速度センサ１を移動させる必要がないことから、例えば、装置が小型化され、また、ウェハ状態での評価も容易化される。
【００８２】
第１規制板５は、固定部１３の一方側の面に固定され、第２規制板７は、固定部１３の他方側の面に固定されている。従って、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して説明したように、ウェハ状態のセンサ素子３に対して、第１規制板５及び第２規制板７を固定することができる。そして、ウェハ状態の加速度センサ１の評価を行うことができる。その結果、例えば、評価時期の選択の自由度が向上する。また、例えば、評価装置に対してウェハを位置決めすればよいから、個々の加速度センサ１を評価装置に対して個別に位置決めする必要がなくなる。また、例えば、一定の品質を有さない加速度センサ１を特定する情報を、ウェハ内の位置とし、簡便に管理することができる。
【００８３】
孔部５ｈは、第１規制板５及びセンサ素子３の対向方向（Ｚ軸方向）に見て、重り部９の中央に位置している。重り部９は、少なくとも、センサ素子３と第１規制板５との対向方向における加速度を検出することを想定されているところ、当該対向方向において、重り部９に偏りのない外力を付与することができる。その結果、Ｚ軸方向における感度評価が適正になされる。
【００８４】
半導体加速度センサ１の評価方法では、第１規制板５の、重り部９に対向する位置に孔部５ｈを形成し、孔部５ｈに挿通された押圧部材４３により重り部９を所定の力で押圧しつつ、加速度センサ１の出力値を取得する。そして、取得された出力値が所定の要件を満たすか否かを判定する。従って、加速度センサ１の孔部５ｈを利用して、新たな外力付与方法によって加速度センサ１の評価を行うことができる。しかも、押圧部材４３を駆動する駆動力と重り部９に加えられる荷重との相関が明確であることから、任意の外力を付与して、当該任意の外力における感度を測定することが容易である。
【００８５】
半導体加速度センサ１の製造方法は、半導体ウェハ３７に対する加工により、重り部９、重り部９を囲繞する枠状の固定部１３、一方端が重り部９に連結され、他方端が固定部１３に連結された梁部１１を有するセンサ素子３を作成する工程を含む。また、当該製造方法は、固定部１３の開口方向の一方側においてセンサ素子３に対向し、重り部９に孔部５ｈが対向する第１規制板５を設ける工程と、固定部１３の開口方向の他方側においてセンサ素子３に対向する第２規制板７を設ける工程とを含む。さらに、当該製造方法は、孔部５ｈに挿通された押圧部材４３により重り部９を所定の力で押圧しつつ、加速度センサ１の出力値を取得し、取得された出力値が所定の要件を満たすか否かを判定する工程を含む。従って、上述した新たな外力付与方法による評価に基づいて、一定の品質を有さない加速度センサ１を排除することが可能となる。
【００８６】
＜評価装置の変形例＞
図１０は、本発明の変形例に係る評価装置５３の変形例を示す模式的な断面図である。
【００８７】
評価装置５３は、加速度センサ１に過大な加速度が加えられたときに、第１規制板５が重り部９の変位を適正に規制して、センサ素子３等の破損を抑制することができるか試すためのものである。
【００８８】
評価装置５３は、例えば、製品を吸着保持する保持装置を応用して構成されている。具体的には、評価装置５３は、筒状部材５５と、筒状部材５５に接続された流路５７と、流路５７を開閉可能なバルブ５９と、流路５７に接続された真空タンク６１と、真空タンク６１を排気するポンプ６３と、ポンプ６３を駆動するモータ６５と、真空タンク６１の圧力を検出する圧力検出器６７と、種々の演算を行う演算部６９とを有している。
【００８９】
筒状部材５５は、例えば、いわゆるコレットにより構成されており、先端に吸引口が形成されている。そして、筒状部材５５は、先端が第１規制板５に当接されることにより、吸引口が孔部５ｈに接続される。なお、コレットの先端又は全体は、コレットと第１規制板５との間の密閉性が向上するようにゴム等の弾性体により形成されていてもよい。
【００９０】
ポンプ６３は、真空タンク６１内の気体を排出して、真空タンク６１内部の圧力を大気圧よりも低くする。演算部６９は、圧力検出器６７の検出値に基づいて、モータ６５を制御することにより、真空タンク６１内の圧力を所望の圧力とする。
【００９１】
真空タンク６１が減圧された状態において、演算部６９の制御によりバルブ５９が開かれると、重り部９と第１規制板５との隙間に存在する気体が、孔部５ｈ、筒状部材５５及び流路５７を介して、真空タンク６１に吸引される。そして、重り部９は、第１規制板５側へ引き寄せられ、第１規制板５に衝突する。
【００９２】
この後、センサ素子３等における破損の有無を判定することにより、第１規制板５が重り部９の変位を適正に規制できたか否かを評価できる。なお、破損の有無は、例えば、実施形態と同様に、実施形態の評価装置４１による感度の評価（ステップＳ３〜Ｓ７）により行うことができる。
【００９３】
この変形例によれば、加速度センサ１の孔部５ｈを利用して、新たな外力付与方法によって加速度センサ１の評価を行うことができる。また、半導体加速度センサ１をコレットによって吸着して搬送する搬送装置を評価装置５３として兼用し、設備の縮小化を図ることができる。さらには、半導体加速度センサ１をコレット（筒状部材５５）によって搬送すると同時に、重り部９を第１規制板５に衝突させ、その後、破損の有無を評価することにより、評価の工程の一部を搬送工程と重複させ、短縮化を図ることができる。
【００９４】
なお、一定の品質が保証された加速度センサ１に対して、真空タンク６１の圧力を変化させながら評価装置５３の試運転を行い、加速度センサ１の出力電圧を取得すれば、真空タンク６１の真空度と、重り部９に加えられる力との相関が把握される。従って、評価装置５３は、任意の外力を重り部９に加えることも可能である。そして、評価装置５３は、実施形態の評価装置４１と同様に、加速度センサ１の任意の外力に対する感度評価を行うことも可能である。
【００９５】
＜加速度センサの第１の変形例＞
図１１は、本発明の変形例に係る加速度センサ１０１を示す模式的な断面図である。
【００９６】
加速度センサ１０１は、重り部９の過大な変位を規制する部材の構成が実施形態と相違する。また、加速度センサ１０１は、適宜な電子部品（１０２）を含んでモジュール化されている点が実施形態と相違する。具体的には、以下のとおりである。
【００９７】
加速度センサ１０１は、センサ素子３と、センサ素子３を収容するケース１０６と、ケース１０６に取り付けられた蓋体１０５と、ケース１０６に保持されるＩＣ１０２とを有している。
【００９８】
ケース１０６は、例えば、第１基板１０７Ａ〜第５基板１０７Ｅが積層されて構成されている。そして、第１基板１０７Ａ及び第２基板１０７Ｂに孔部が形成されることにより、ケース１０６の一方側には、センサ素子３が収容される第１収容空間１２３が形成されている。また、第４基板１０７Ｄ及び第５基板１０７Ｅに孔部が形成されることにより、ケース１０６の他方側には、ＩＣ１０２が収容される第２収容空間１２４が形成されている。
【００９９】
ケース１０６の蓋体１０５とは反対側の表面には、端子１１７が設けられている。加速度センサ１０１は、例えば、端子１１７が不図示の回路基板等に半田により固定されることにより、回路基板に実装される。
【０１００】
センサ素子３は、固定部１３と第３基板１０７Ｃとが接着剤２５により接着されることにより、ケース１０６に固定されている。重り部９は、第３基板１０７Ｃに対して所定の隙間で対向する。従って、第３基板１０７Ｃは、重り部９の第３基板１０７Ｃ側への過大な変位を規制する第２規制部材として機能する。
【０１０１】
蓋体１０５は、第１収容空間１２３の開口を塞ぐように配置され、接着剤１２５によりケース１０６に固定されている。これによりセンサ素子３が気密封止されている。
【０１０２】
ＩＣ１０２は、半田１２１により、第３基板１０７Ｃのセンサ素子３とは反対側に実装されている。そして、ＩＣ１０２は、センサ素子３と接続されている。具体的には、センサ素子３の電極パッド１７は、ボンディングワイヤ１１８により、第２基板１０７Ｂに設けられた電極１１９に接続されている。そして、電極１１９は、ケース１０６に形成されたビア導体等の配線導体１２０、及び、半田１２１を介してＩＣ１０２に接続されている。また、ＩＣ１０２は、配線導体１２０を介して端子１１７に接続されている。
【０１０３】
従って、ＩＣ１０２は、センサ素子３に適宜に電圧を印加して出力値を取得し、その出力値に基づく処理を実行し、その処理結果を端子１１７に出力することができる。ＩＣ１０２の処理は、例えば、電極パッド１７から得られる出力値を３軸の加速度に変換する処理である。
【０１０４】
以上の変形例に係る加速度センサ１０１によれば、実施形態の加速度センサ１と同様の効果が得られる。すなわち、孔部５ｈが形成されていることから、新たな外力付与方法を適用して加速度センサ１０１の評価を行うことができる。
【０１０５】
＜加速度センサの第２の変形例＞
図１２は、本発明の変形例に係る加速度センサ２０１の構成を示す模式的な斜視図である。
【０１０６】
加速度センサ２０１は、第１規制板の構成が実施形態の加速度センサ１と相違する。具体的には、加速度センサ２０１の第１規制板２０５は、第１規制板２０５の平面視において、重り部９の主部１９（図２）に重なる位置だけでなく、付属部２１（図２）に重なる位置においても孔部５ｈが形成されている。なお、付属部２１に重なる位置に設けられた孔部５ｈは、重り部９に対して偏心した孔部（中心が重り部９の重心からずれた孔部）を構成している。
【０１０７】
この変形例によれば、例えば、孔部５ｈを介して、１以上の付属部２１を選択的に押圧又は吸引することにより、加速度センサ２０１にＸ軸方向又はＹ軸方向に加速度が加えられたときにおける梁部１１の撓みに類似した梁部１１の撓みを再現することができる。その結果、Ｘ軸方向又はＹ軸方向における感度を好適に評価することができる。
【０１０８】
本発明は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【０１０９】
半導体加速度センサは、ピエゾ抵抗式のものに限定されない。例えば、半導体加速度センサは、静電容量式のものであってもよい。半導体加速度センサは、３軸の加速度を計測するものに限定されない。また、重り部の形状や梁部の数等の具体的な構成は、適宜に設定されてよい。例えば、半導体加速度センサは、梁部を１本のみ又は２本のみ有し、１軸の加速度を計測するものであってもよい。また、例えば、半導体加速度センサは、重り部が単純な立方体状に形成された、３軸の加速度を計測するものであってもよい。
【０１１０】
第１規制部材及び第２規制部材は、実施形態のように、センサ素子に直接的に固定されていてもよいし、変形例に係るケース１０６に取り付けることにより、センサ素子に対して間接的に固定されていてもよい。
【０１１１】
第１規制部材に設けられる孔部は、適宜な位置に適宜な大きさで適宜な数だけ設けられてよい。例えば、孔部は、実施形態において、付属部２１に重なる位置にのみ設けられていてもよい。孔部は、孔部を介して重り部を押圧するのであれば、押圧部材を通過させるのに十分な径を、孔部を介して真空引きするのであれば、重り部を第１規制部材側へ引き寄せるのに十分な径を有していればよい。従って、例えば、押圧による評価を行わず、真空引きによる評価を行うだけであるならば、孔部は比較的小さくすることが可能であり、第１規制部材を多孔質体によって構成することにより孔部が形成されてもよい。
【０１１２】
また孔部の開口形状としては、円形以外にも、三角形、四角形などの多角形、楕円形、十字形なども例示できる。また孔部の一方側の開口と他方側の開口とは、径の大きさや形状が異なっていてもよい。
【０１１３】
孔部は、第１規制部材だけでなく、第２規制部材にも設けられてもよい。この場合、実施形態に示した押圧を利用した評価方法により、重り部（９）の第２規制部材（７）側への感度や衝突だけでなく、重り部（９）の第１規制部材（５）側への感度や衝突も評価することができる。すなわち、一の評価装置により、２方向における評価が可能となる。同様に、変形例に示した吸引を利用した評価方法により、重り部（９）の第１規制部材（５）側への感度や衝突だけでなく、重り部（９）の第２規制部材（７）側への感度や衝突も評価することができる。
【０１１４】
なお、実施形態に示した押圧を利用した評価方法と、変形例に示した吸引を利用した評価方法とを組み合わせた場合には、第１規制部材側に孔部が設けられているだけで、重り部（９）の第１規制部材（５）側への感度や衝突と、重り部（９）の第２規制部材（７）側への感度や衝突との双方を評価可能である。これは、第２規制部材に孔部を形成することが困難な場合等に有効である。
【０１１５】
破損の有無の判定は、感度の評価に基づくものに限定されない。例えば、破損の有無の判定は、画像認識や目視によってなされてもよいし、加速度センサに超音波を照射して加速度センサの共振周波数が適正範囲に収まるか否かによってなされてもよい。破損の有無の判定が感度の評価に基づいて行われる場合、重力を利用した評価方法や遠心力を利用した評価方法等の、孔部を利用しない感度の評価に基づいてなされてもよい。
また孔部から重り部を押圧する方法としては、空気圧を利用することも可能である。
また第１規制板および第２規制板とセンサ素子との固定は、陽極接合により行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る加速度センサの斜視図。
【図２】図１の加速度センサのセンサ素子を第１規制板側から見た斜視図。
【図３】図２のセンサ素子を第２規制板側から見た斜視図。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線における断面図。
【図５】図１の加速度センサの製造方法を説明する断面図。
【図６】図２のセンサ素子を含む半導体ウェハの切断時期を説明する平面図。
【図７】図１の加速度センサを評価する評価装置を示す断面図。
【図８】図７の評価装置による加速度センサの評価方法を説明する図。
【図９】図７の評価装置の演算部が実行する評価処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】本発明の変形例に係る評価装置を示す模式的な断面図。
【図１１】本発明の変形例に係る加速度センサを示す模式的な断面図。
【図１２】本発明の変形例に係る他の加速度センサを示す模式的な斜視図。
【符号の説明】
【０１１７】
１…半導体加速度センサ、３…センサ素子、５…第１規制板（第１規制部材）、５ｈ…孔部、７…第２規制板（第２規制部材）、９…重り部、１１…梁部、１３…固定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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