(57)【要約】【課題】振動体と検出電極との位置ずれを抑えることで静電容量変化の検出精度をより高くすることのできるＭＥＭＳ構造体、ＭＥＭＳデバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】支持構造部１１と前記支持構造部１１に対して変位可能に支持された振動体１２ｂとからなる振動体部１Ａと、基板２１と前記基板２１上に形成された検出電極とからなる検出電極部２Ａとを備えるとともに、振動体１２ｂと検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部１Ａと前記検出電極部２Ａとが接合され、振動体１２ｂと検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体１００Ａにおいて、前記検出電極が互いに分離された複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎから構成されていることにより、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとが接合された状態での振動体１２ｂと検出電極との位置ずれに対応させて、１つ以上の小電極２２ａ１〜２２ａｎを選択することができるようにしている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、
基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、
振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体において、
前記検出電極が互いに分離された複数の小電極から構成されていることにより、
振動体部と検出電極部とが接合された状態での振動体と検出電極との位置ずれに対応させて、１つ以上の小電極を選択することができるようにされている
ことを特徴とするＭＥＭＳ構造体。
【請求項２】
前記基板が透明な板状部材で構成されていることにより、
振動体部と検出電極部との接合時に、各小電極の振動体に対する相対的位置を反振動体部側の外部から光学的に確認することができるようにされている
ことを特徴とする請求項1に記載のＭＥＭＳ構造体。
【請求項３】
振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けた
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
【請求項４】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成した
ことを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳ構造体。
【請求項５】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成した
ことを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳ構造体。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体を用いたＭＥＭＳデバイスであって、
前記各小電極が接続されたスイッチ回路を設けていることにより、
振動体部と検出電極部とが接合された状態での振動体と検出電極との位置ずれに対応させて、１つ以上の小電極を前記スイッチ回路によって選択することができるようにされている
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、
基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、
振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体を用いたＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記検出電極を互いに分離された複数の小電極から構成するとともに、前記各小電極が接続されたスイッチ回路を設けておき、
振動体部と検出電極部とが接合された状態での振動体と検出電極との位置ずれに対応させて、１つ以上の小電極を前記スイッチ回路によって選択するようにした
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項８】
前記基板を透明な板状部材で構成しておき、
振動体部と検出電極部との接合時に、各小電極の振動体に対する相対的位置を反振動体部側の外部から光学的に確認するようにした
ことを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項９】
振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けておき、
振動体部と検出電極部との接合時に、前記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせする
ことを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成しておき、
振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部と、振動体部側の凹部とが嵌合するようにして位置合わせする
ことを特徴とする請求項９に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成しておき、
振動体部と検出電極部との接合時に、振動体部側の凸部（または凹部）と、検出電極部側の凹部（または凸部）とが嵌合するようにして位置合わせする
ことを特徴とする請求項９に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体と、この振動体に対向する検出電極とを備え、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するＭＥＭＳ構造体、さらにはＭＥＭＳ構造体を用いたＭＥＭＳデバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術は、マイクロマシン技術の一つで、携帯電話などの小型電子機器に用いられる部品の製造技術として注目されている。
ＭＥＭＳ技術により形成されたＭＥＭＳ構造体の一つとして、片持ち梁状や両持ち梁状の振動体と、この振動体に対向する検出電極とを備え、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するＭＥＭＳ構造体が、角速度センサ、加速度センサなどの力学量センサのためのセンサ素子として用いられており、その構成は例えば特許文献１に示されている。
［従来の構成例］
図１２により、従来のＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成例を示す。図１２（ａ）は、振動体部１と検出電極部２とを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）は、振動体部１と検出電極部２とを接合した後の状態を示す側方断面図（図１２（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
【０００３】
（イ）従来の構成例における振動体部の構成：
図１２（ａ）に示されるように、振動体部１は、支持構造部１１（例えば３２００μｍ□）と可動部１２（例えば梁長８００μｍ、梁幅２００μｍ、重錘サイズ８００μｍ□）とを備えた構成となっている。そして、振動体部１は、支持構造部１１より水平方向（図１２（ａ）の紙面における右方向）に突出した梁１２ａの先端に、梁１２ａよりも幅の広い重錘部である振動体１２ｂが形成されているとともに、梁１２ａと振動体１２ｂとからなる可動部１２と支持構造部１１との間に空隙１３（例えば深さ３５０μｍ）が形成され、振動体１２ｂが支持構造部１１に対して変位可能に支持されてなる片持ち梁状の構造をなしている。振動体１２ｂは、可動電極として機能するものであり、梁１２ａおよび支持構造部１１とともに、Ｓｉ（シリコン）などの材料で形成されている。
【０００４】
（ロ）従来の構成例における検出電極部の構成：
図１２（ａ）に示されるように、検出電極部２は、例えば電気絶縁材料からなる基板２１（例えば２６００μｍ□）に、検出電極２２ａ（例えばサイズ６００μｍ×５５０μｍ）、後段の電子回路と接続するための検出電極用接続パッド２２ｃ、検出電極２２ａと検出電極用接続パッド２２ｃとの間を導通接続する検出電極用配線２２ｂ（例えば幅１００μｍ）、および、可動電極用パッド２３ａを形成した構成となっている。
（ハ）従来の構成例における振動体部と検出電極部との接合：
振動体部１と検出電極部２とを、例えば陽極接合などにより接合して、図１２（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体１００を構成する。なお、上記の接合の後、例えばメタライズ処理などにより、可動電極用パッド２３ａと支持構造部１１とが電気的に導通する構造とする。なお、陽極接合は、シリコンとガラスとを重ね合わせ、加熱して数百Ｖの直流電圧を印加し、Si-Oの共有結合をさせることで接合する技術であり、シリコンとガラスとが接合層を介さずに直接接合されるため、接合強度が強いという特長をもっている。
［ＭＥＭＳ構造体のセンサ素子への適用］
図１２に示されるようにして作製されたＭＥＭＳ構造体１００は、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとが間隔を空けて対向する構造であって、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの間の静電容量Ｃ１の変化を検出するセンサ素子として機能するものであり、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、加速度、角速度などの力学量を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４６９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
振動体（可動電極）と検出電極との間の静電容量Ｃ１の変化を検出するＭＥＭＳ構造体において、振動体部と検出電極部とを接合した状態で振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、例えば下記（ａ）〜（ｂ）のように、電極対向面積の減少などにより、静電容量変化に基づいて振動体の変位を正確に検出することができなくなり、このＭＥＭＳ構造体を用いた加速度センサ、角速度センサなど力学量センサの測定精度が低いものとなる。
（ａ）振動体（可動電極）の検出電極面に対する垂直方向（図１２（ｃ）の紙面における奥行き方向）の変位に伴う電極間距離の変化による静電容量Ｃ１の変化を検出するＭＥＭＳ構造体では、検出電極面に対する平行方向（図１２（ｃ）の紙面における上下方向または左右方向）に沿って振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、位置ずれの無い場合に比べて電極対向面積が小さい分だけ静電容量Ｃ１の大きさが小さくなっているので、例えば静電容量検出回路周辺の浮遊容量の影響をより大きく受けることなどにより、静電容量Ｃ１を正確に検出することができなくなり、これにより、振動体の変位を正確に検出することができなくなる。
【０００７】
（ｂ）振動体（可動電極）の検出電極面に対する平行方向（図１２（ｃ）の紙面における上下方向）の変位に伴う電極対向面積の変化による静電容量Ｃ１の変化を検出するＭＥＭＳ構造体では、検出電極面に対して平行であって上記変位の方向に直交する方向（図１２（ｃ）の紙面における左右方向）に沿って振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、位置ずれの無い場合に比べて電極対向面積が小さい分だけ静電容量Ｃ１の大きさが小さくなっているので、例えば静電容量検出回路周辺の浮遊容量の影響をより大きく受けることなどにより、静電容量Ｃ１を正確に検出することができなくなり、これにより、振動体の変位を正確に検出することができなくなる。また、上記変位の方向（図１２（ｃ）の紙面における上下方向）に沿って振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、振動体が基準位置にある状態での静電容量Ｃ１の大きさが位置ずれの無い場合の静電容量値からずれているので、振動体の変位を正確に検出することができなくなる。
【０００８】
そして、振動体部と検出電極部とを接合した状態での振動体（可動電極）と検出電極との位置ずれの要因としては、検出電極部の作製工程において基板上に検出電極を形成する際の位置誤差、および、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差が考えられる。
図１３は、図１２のＭＥＭＳ構造体における位置ずれを示す説明図であって、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差が生じた場合における接合後のＭＥＭＳ構造体を示すものである。図１３の（ａ）および（ｂ）は、振動体部１と検出電極部２とを接合した後の状態を示す側方断面図（図１３（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図であって、それぞれ、図１２の（ｂ）および（ｃ）に対応している。図１３（ｂ）において、支持構造部１１に対する基板２１の相対位置、すなわち振動体部１に対する検出電極部２の相対位置が、２点鎖線で示される基準位置に対して紙面の左方向および下方向にそれぞれＬ１ａおよびＬ１ｂだけずれている。検出電極部２の作製工程において基板２１上に検出電極２２ａを形成する際の位置誤差がない場合には、振動体１２ｂ（可動電極）に対する検出電極２２ａの相対位置も、上記と同じずれ量Ｌ１ａおよびＬ１ｂだけずれている。
【０００９】
そして、図１３では、振動体１２ｂ（可動電極）に対する検出電極２２ａの相対位置ずれ（Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ）により、上記（ａ）〜（ｂ）項で述べたように、静電容量変化に基づいて振動体１２ｂの変位を正確に検出することができなくなっている。
このため、本発明は、上記の問題点を解決し、振動部と検出電極との位置ずれを抑えることで静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることのできるＭＥＭＳ構造体、ＭＥＭＳデバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明によれば、ＭＥＭＳ構造体を、支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体において、前記検出電極が互いに分離された複数の小電極から構成されていることにより、振動体部と検出電極部とが接合された状態での振動体と検出電極との位置ずれに対応させて、１つ以上の小電極を選択することができるようにされている構成とする（請求項１の発明）。
上記請求項１の発明によれば、検出電極部の作製工程において基板上に検出電極を形成する際の位置誤差、および、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差の両方への対策として、振動体部と検出電極部とが接合された状態での振動体と検出電極との位置ずれに対応させて、1つ以上の小電極を例えば後段に接続されるスイッチ回路などによって選択することにより、検出電極部の作製時や振動体部と検出電極部との接合時に生じる電極位置ずれに合わせて、静電容量変化の検出に適合した位置にある小電極を検出電極として用いることができ、これにより、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
【００１１】
そして、上記請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体においては、前記基板が透明な板状部材で構成されていることにより、振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部における各小電極の位置を反振動体部側の外部から光学的に確認することができるようにされている構成とするとよい（請求項２の発明）。
上記請求項２の発明によれば、検出電極部の作製工程において基板上に検出電極を形成する際の位置誤差、および、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差の両方への更なる対策として、振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部における各小電極の位置を反振動体部側の外部から透明な基板を介して例えば光学顕微鏡などの光学的手段によって確認しながら位置合わせを行うことができるので、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができる。これにより、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれが大きくなり過ぎて、検出電極を構成する全ての小電極の位置が静電容量変化の検出には適合しない位置となるような不具合を防止することができる。したがって、静電容量変化の検出に適合した位置にある1つ以上の小電極を選択して静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度を高くすることが確実にできるようになる。
【００１２】
また、上記請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体においては、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けた構成としてもよい(請求項３の発明)。
上記請求項３の発明によれば、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への更なる対策として、振動体部と検出電極部との接合時に、上記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせすることにより、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができる。これにより、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれが大きくなり過ぎて、検出電極を構成する全ての小電極の位置が静電容量変化の検出には適合しない位置となるような不具合を防止することができる。したがって、静電容量変化の検出に適合した位置にある1つ以上の小電極を選択して静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度を高くすることが確実にできるようになる。
【００１３】
そして、上記請求項３に記載のＭＥＭＳ構造体においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成した構成とするとよい(請求項４の発明)。
また、上記請求項３に記載のＭＥＭＳ構造体においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成した構成としてもよい(請求項５の発明)。
また、本発明によれば、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体を用いたＭＥＭＳデバイスを、前記各小電極が接続されたスイッチ回路を設けていることにより、振動体部と検出電極部とが接合された状態での振動体と検出電極との位置ずれに対応させて、１つ以上の小電極を前記スイッチ回路によって選択することができるようにされている構成とする（請求項６の発明）。
【００１４】
上記請求項６の発明によれば、振動体部と検出電極部とが接合された状態での振動体と検出電極との位置ずれに対応させて、1つ以上の小電極をスイッチ回路によって選択することにより、検出電極部の作製時や振動体部と検出電極部との接合時に生じる電極位置ずれに合わせて、静電容量変化の検出に適合した位置にある小電極を検出電極として用いることができ、これにより、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
さらに、本発明によれば、ＭＥＭＳデバイスの製造方法を、支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体を用いたＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記検出電極を互いに分離された複数の小電極から構成するとともに、前記各小電極が接続されたスイッチ回路を設けておき、振動体部と検出電極部とが接合された状態での振動体と検出電極との位置ずれに対応させて、1つ以上の小電極を前記スイッチ回路によって選択するようにした構成とする（請求項７の発明）。
【００１５】
上記請求項７の発明によれば、検出電極部の作製工程において基板上に検出電極を形成する際の位置誤差、および、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差の両方への対策として、振動体部と検出電極部とが接合された状態での振動体と検出電極との位置ずれに対応させて、1つ以上の小電極をスイッチ回路によって選択することにより、検出電極部の作製時や振動体部と検出電極部との接合時に生じる電極位置ずれに合わせて、静電容量変化の検出に適合した位置にある小電極を検出電極として用いることができ、これにより、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
そして、請求項７に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法においては、前記基板を透明な板状部材で構成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部における各小電極の位置を反振動体部側の外部から光学的に確認するようにする構成とするよい（請求項８の発明）。
【００１６】
上記請求項８の発明によれば、検出電極部の作製工程において基板上に検出電極を形成する際の位置誤差、および、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差の両方への更なる対策として、振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部における各小電極の位置を反振動体部側の外部から透明な基板を介して例えば光学顕微鏡などの光学的手段によって確認しながら位置合わせを行うことにより、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができる。これにより、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれが大きくなり過ぎて、検出電極を構成する全ての小電極の位置が静電容量変化の検出には適合しない位置となるような不具合を防止することができる。したがって、静電容量変化の検出に適合した位置にある1つ以上の小電極を選択して静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度を高くすることが確実にできるようになる。
【００１７】
また、請求項７に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法においては、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けておき、振動体部と検出電極部との接合時に、前記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせする構成としてもよい（請求項９の発明）。
上記請求項９の発明によれば、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への更なる対策として、振動体部と検出電極部との接合時に、上記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせすることにより、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができる。これにより、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれが大きくなり過ぎて、検出電極を構成する全ての小電極の位置が静電容量変化の検出には適合しない位置となるような不具合を防止することができる。したがって、静電容量変化の検出に適合した位置にある1つ以上の小電極を選択して静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度を高くすることが確実にできるようになる。
【００１８】
そして、請求項９に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部と、振動体部側の凹部とが嵌合するようにして位置合わせする構成とするよい（請求項１０の発明）。
また、請求項９に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に、振動体部側の凸部（または凹部）と、検出電極部側の凹部（または凸部）とが嵌合するようにして位置合わせする構成としてもよい（請求項１１の発明）。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上述のように、検出電極部の作製時や振動体部と検出電極部との接合時に生じる電極位置ずれに合わせて、静電容量変化の検出に適合した位置にある小電極を検出電極として用いることができ、これにより、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図２】図１のＭＥＭＳ構造体における振動体部の構造図
【図３】図１のＭＥＭＳ構造体における検出電極部の構造図
【図４】図１のＭＥＭＳ構造体における位置ずれを示す説明図
【図５】図１のＭＥＭＳ構造体を用いたＭＥＭＳデバイスの回路構成例を示す回路図
【図６】本発明の実施例２によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図７】本発明の実施例３によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図８】図７のＭＥＭＳ構造体における振動体部の構造図
【図９】本発明の実施例４によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図１０】図９のＭＥＭＳ構造体における振動体部の構造図
【図１１】図９のＭＥＭＳ構造体における検出電極部の構造図
【図１２】従来のＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図１３】図１２のＭＥＭＳ構造体における位置ずれを示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１１に示す実施例に基づいて説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
［本発明の実施形態］
【実施例１】
【００２２】
本発明の実施例１は、検出電極部の作製工程において基板上に検出電極を形成する際の位置誤差、および、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差の両方への対策として、検出電極を互いに分離された複数の小電極から構成しておき、振動体部と検出電極部とが接合された状態での振動体と検出電極との位置ずれに対応させて、1つ以上の小電極を例えば後段に接続されるスイッチ回路などによって選択するものである。これにより、実施例１では、検出電極部の作製時や振動体部と検出電極部との接合時に生じる電極位置ずれに合わせて、静電容量変化の検出に適合した位置にある小電極を検出電極として用いることができる。
図１〜図５により、本発明の実施例１によるＭＥＭＳ構造体、ＭＥＭＳデバイス及びその製造方法の構成を示す。図１は、本発明の実施例１によるＭＥＭＳ構造体１００Ａの製造方法の概略工程図であり、図１（ｂ）〜（ｃ）には振動体部１Ａと検出電極部２Ａとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ａの構造が示されている。また、図２は振動体部１Ａの構造図であり、図３は検出電極部２Ａの構造図である。また、図４は図１２のＭＥＭＳ構造体１００Ａにおける位置ずれを示す説明図である。さらに、図５は図１のＭＥＭＳ構造体１００Ａを用いたＭＥＭＳデバイスの回路構成例を示す回路図である。図１〜図５において、図１２に示す従来の構成例と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、従来の構成例（図１２）と異なっている部分のみを説明する。
【００２３】
（イ）実施例１における振動体部の構成：
図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ、振動体部１Ａの側方断面図（図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図２に示されるように、振動体部１Ａは、図１２で述べた振動体部１と同様に、支持構造部１１（例えば３２００μｍ□）と可動部１２（例えば梁長８００μｍ、梁幅２００μｍ、重錘サイズ８００μｍ□）とを備えた構成となっている。
そして、振動体部１Ａは、支持構造部１１より水平方向（図２（ａ）の紙面における右方向）に突出した梁１２ａの先端に、梁１２ａよりも幅の広い重錘部である振動体１２ｂが形成されているとともに、梁１２ａと振動体１２ｂとからなる可動部１２と支持構造部１１との間に空隙１３（例えば深さ３５０μｍ）が形成され、振動体１２ｂが支持構造部１１に対して変位可能に支持されてなる片持ち梁状の構造をなしている。振動体１２ｂは、可動電極として機能するものであり、梁１２ａおよび支持構造部１１とともに、Ｓｉ（シリコン）などの材料で形成されている。
【００２４】
また、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとが接合された状態で振動体部１ＡのＳｉ（シリコン）などからなる支持構造部１１と検出電極部２Ａの検出電極２２ａおよび検出電極用配線２２ｂとが接触しないようにするために、振動体部１Ａの上面側（図２（ａ）における上側）には、上面からの深さｄ１の凹部１４が形成されている。
なお、振動体部１Ａの作製には、例えば、上部Ｓｉ層と下部Ｓｉ層とをＳｉＯ2からなる絶縁層で挟み込んだＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハを用いることができる。ＳＯＩウェハとしては、下部Ｓｉ層の厚さが２００〜５２５μｍ、絶縁層の厚さが０．２〜１．０μｍ、上部Ｓｉ層の厚さが２〜３０μｍのものが一例として挙げられる。このＳＯＩウェハを用いて、フォトリソグラフィなどにより、振動体１２と支持構造部１１との間の空隙１３、および凹部１４などを形成して、振動体部１Ａを作製する。
【００２５】
（ロ）実施例１における検出電極部の構成：
図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、検出電極部２Ａの側方断面図（図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図３に示されるように、検出電極部２Ａは、例えば電気絶縁材料からなる基板２１（例えば２６００μｍ□）に、検出電極、後段の電子回路と接続するための検出電極用接続パッド、検出電極と検出電極用接続パッドとの間を導通接続する検出電極用配線、および、可動電極用パッドを形成した構成であって、図１２に示される従来の検出電極部２と基本的な構成は同様であるが、次の点で異なっている。
すなわち、この実施例１による検出電極部２Ａでは、図３（ｂ）のように、検出電極を複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎ（例えばサイズ２５０μｍ×２２５μｍ）（ｎは２以上の整数であって、図３（ｂ）ではｎ＝５）で構成するとともに、検出電極用配線として、各小電極２２ａ１〜２２ａｎにそれぞれ接続された複数の小電極用配線２２ｂ１〜２２ｂｎ（例えば幅１００μｍ）を形成しておく。また、検出電極用接続パッドとして、小電極用配線２２ｂ１〜２２ｂｎの各端部にはそれぞれ小電極用接続パッド２２ｃ１〜２２ｃｎを設け、図示されない後段のスイッチ回路に接続可能としておく。
【００２６】
そして、基板２１における小電極用接続パッド２２ｃ１〜２２ｃｎの部分には貫通孔２２ｄ１〜２２ｄｎを形成するとともに貫通孔２２ｄ１〜２２ｄｎの内周面に金属層２２ｅ１〜２２ｅｎを形成しており、この金属層２２ｅ１〜２２ｅｎを介して小電極用接続パッド２２ｃ１〜２２ｃｎと小電極用配線２２ｂ１〜２２ｂｎとを電気的に接続するようにしている。また、基板２１における可動電極用パッド２３ａの部分には貫通孔２３ｂを形成するとともに貫通孔２３ｂの内周面に可動電極用パッド２３ａと電気的に接続された金属層２３ｃを形成している。
なお、検出電極部２Ａにおける小電極２２ａ１〜２２ａｎ、小電極用配線２２ｂ１〜２２ｂｎ、小電極用接続パッド２２ｃ１〜２２ｃｎおよび可動電極用パッド２３ａは、例えば、ガラス板からなる基板２１上に銅などの金属膜を蒸着，スパッタなどの方法で薄膜状に成膜し、この金属膜表面に、所望の小電極、小電極用配線、小電極用接続パッドおよび可動電極用パッドの形状となるようにレジストパターニングを行った後、ドライエッチングやウェットエッチングにより金属膜のうちの不要な部分を除去して、小電極２２ａ１〜２２ａｎ、小電極用配線２２ｂ１〜２２ｂｎ、小電極用接続パッド２２ｃ１〜２２ｃｎおよび可動電極用パッド２３ａの金属膜部分だけを残すことにより形成することができる。
【００２７】
また、上記の貫通孔２２ｄ１〜２２ｄｎ，貫通孔２３ｂは、例えばガラス板からなる基板２１に対してサンドブラストなどの方法で加工することができ、貫通孔２２ｄ１〜２２ｄｎ，貫通孔２３ｂの内周面の金属層２２ｅ１〜２２ｅｎ，２３ｃは無電解メッキなどの方法で形成することができる。
また、検出電極部２Ａにおける基板２１として、ガラス板の代わりにＳｉ基板を用いてもよい。基板２１としてＳｉ基板を用いる場合には、基板２１上に例えばＳｉＯ2などの絶縁層を形成した上で、この絶縁層上に小電極２２ａ１〜２２ａｎ、小電極用配線２２ｂ１〜２２ｂｎおよび小電極用接続パッド２２ｃ１〜２２ｃｎを形成することにより検出電極部２Ａを作製することができる。
なお、本発明における小電極の個数ｎは、図３（ｂ）に示される５個に限定されるものでない。
【００２８】
（ハ）実施例１における振動体部と検出電極部との接合：
図１（ａ）は、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとを接合した後の状態を示す側方断面図（図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図１に示されるように、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとを、例えば陽極接合などにより接合して、図１（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体を構成する。
なお、上記の接合の後、検出電極部２Ａにおける貫通孔２３ｂの内周面および支持構造部１１の上面部領域２３ｄをメタライズ処理して、可動電極用パッド２３ａと支持構造部１１とが電気的に導通する構造とする。なお、図１（ａ）には、上述のように、接合前の検出電極部２Ａにおける貫通孔２３ｂの内周面に、可動電極用パッド２３ａに接続された金属層２３ｃが既に形成されている構成を示しているが、貫通孔２３ｂの内周面の金属層２３ｃは、接合の後におけるメタライズ処理によって初めて形成される構成としてもよい。
【００２９】
（ニ）小電極の選択方式：
振動体部１Ａと検出電極部２Ａとの接合時に生じる振動体１２ｂと検出電極（複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎ）との位置ずれの量に合わせて上記複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎの内の１つ以上の小電極を検出電極として選択して利用する。小電極の選択にはスイッチ回路を用いる。すなわち、各小電極２２ａ１〜２２ａｎを後段の電子回路部におけるスイッチ回路に接続し、スイッチ回路のON・OFFによって利用する小電極を1つ以上選択する。
複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎを用意しておくことで、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとが接合された状態での振動体１２ｂと検出電極（複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎ）との位置ずれの態様によって、静電容量変化の検出に適合した位置にある１つ以上の小電極を検出電極として選択することができ、これにより、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
【００３０】
この実施例１を適用することは、電極位置ずれ対策として次の２つの点で有効である。
（ａ）検出電極部２Ａの作製工程において基板２１上に形成される検出電極の位置ずれに対応した位置補正を行なうことができる。
（ｂ）振動体部１Ａと検出電極部２Ａとの接合工程において位置合わせ（アライメント）する際に生じる位置ずれに対応した位置補正を行なうことができる。
なお、小電極の選択方式としては、例えば、静電容量変化の検出に適合した位置にある１つ以上の小電極として、振動体１２ｂの中心位置に最も近い１つの小電極を選択するようにしてもよく、振動体１２ｂの中心位置に近い２つ以上の小電極を選択するようにしてもよい。
また、検出電極として用いる小電極を選択する前に，いずれの小電極が振動体１２ｂの中心位置に近いかを判定する方法としては、例えば、後段の電子回路部におけるスイッチ回路による切り替え操作によって各小電極２２ａ１〜２２ａｎと振動体１２ｂとの間の各静電容量Ｃａ１〜Ｃａｎをそれぞれ個別に測定し、より大きな静電容量値が測定された小電極を、振動体１２ｂの中心位置により近い小電極であると判定する方法を適用することもできる。なお、上記の静電容量測定は、例えば後述の図５に示されるような、後段の電子回路部におけるスイッチ回路に接続された静電容量測定回路で行うことができる。
【００３１】
（ホ）ＭＥＭＳ構造体における位置ずれへの対応例：
図４は、図１のＭＥＭＳ構造体１００Ａにおける位置ずれの例を示す説明図であって、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差が生じた場合における接合後のＭＥＭＳ構造体を示すものである。
図４の（ａ）および（ｂ）は、振動体部１と検出電極部２とを接合した後の状態を示す側方断面図（図４（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図であって、それぞれ、図１の（ｂ）および（ｃ）に対応している。図４（ｂ）において、支持構造部１１に対する基板２１の相対位置、すなわち振動体部１Ａに対する検出電極部２Ａの相対位置が、２点鎖線で示される基準位置に対して紙面の左方向および下方向にそれぞれＬ１ａおよびＬ１ｂだけずれている。検出電極部２Ａの作製工程において基板２１上に検出電極（複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎ）を形成する際の位置誤差がない場合には、振動体１２ｂ（可動電極）に対する検出電極（複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎ）の相対位置も、上記と同じずれ量Ｌ１ａおよびＬ１ｂだけずれている。
【００３２】
そして、実施例１では、このような振動体部１Ａと検出電極部２Ａとが接合された状態での振動体と検出電極との位置ずれに対応させて、静電容量変化の検出に適合した位置にある小電極として、振動体１２ｂの中心位置に最も近い１つの小電極（図４（ｂ）では小電極２２ａ４）を選択するようにしてもよく、また、振動体１２ｂの中心位置に２つ以上の小電極（図４（ｂ）では、例えば、最も近い小電極２２ａ４と、２番目に近い小電極２２ａ３との２つ）を選択するようにしてもよく、これにより、静電容量変化の検出に適合した位置にある小電極を検出電極として用いることができ、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
（ヘ）スイッチ回路の構成例：
上述のＭＥＭＳ構造体１００Ａを用いてＭＥＭＳデバイスを構成する場合、例えば図５に示されるようなスイッチ回路を含む電子回路部２００を後段に設ける。
【００３３】
図５において、ＭＥＭＳ構造体１００Ａに電子回路部２００が接続されており、電子回路部２００には、ＭＥＭＳ構造体１００Ａの小電極２２ａ１〜２２ａ５にそれぞれ接続されるスイッチＳＷ１〜ＳＷ５からなるスイッチ回路２３１が設けられている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ５は、スイッチ制御回路２３２からの制御指令信号Ｓ１〜Ｓ５によって、それぞれａ側あるいはｂ側いずれかの接続状態に制御される。そして、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のａ側は、演算増幅器２３３の反転入力端子に接続されているとともに、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のｂ側は、演算増幅器２３３の非反転入力端子に接続されている。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５は、図５では接点の記号で図示されているが、半導体スイッチ素子で構成することもできる。
また、演算増幅器２３３の非反転入力端子には交流信号発生器２３４が接続されているとともに、演算増幅器２３３の反転入力端子と出力端子との間には帰還抵抗２３５（Ｒｆ）が接続されている。
【００３４】
小電極２２ａ１〜２２ａ５のうち例えば小電極２２ａ４を検出電極として選択した場合、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のうち、スイッチＳＷ４だけがａ側の接続状態となり、他のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３，ＳＷ５はｂ側の接続状態となる。このため、小電極２２ａ４だけが検出電極として演算増幅器２３３の反転入力端子に接続されるとともに、小電極２２ａ１〜２２ａ３，２２ａ５は接地電位（ＧＮＤ）から浮いた状態で演算増幅器２３３の非反転入力端子に接続されることになる。なお、振動子１２ｂ（可動電極）は接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。
このような接続状態において、演算増幅器２３３には帰還抵抗２３５を介した負帰還がかかっているとともに演算増幅器２３３の開ループ利得が極めて大きいことから、演算増幅器２３３の入力側はイマジナリー・ショートの状態であって、反転入力端子・非反転入力端子間の電位差がほぼ零となっている。
【００３５】
そして、交流信号発生器２３４から演算増幅器２３３の非反転入力端子に交流信号が印加されているので、演算増幅器２３３の出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｉ（１＋ｊωＲｆ＊Ｃｘ）となる。ここで、Ｃｘは振動体１２ｂと（検出電極として選択されている）小電極２２ａ４との間の静電容量値であり、Ｒｆは帰還抵抗２３５の抵抗値であり、さらに、Ｖｉ及びωは、交流信号発生器２３４からの交流信号の電圧及び角周波数である。
従って、演算増幅器２３３の出力電圧Ｖｏを測定することにより、振動体１２ｂと（検出電極として選択されている）小電極２２ａ４との間の静電容量を検出することができる。
ここで、図５の構成において、検出電極として選択されている小電極２２ａ４から演算増幅器２３３の入力側までの小電極用配線２２ｂ４などの導体ラインと、検出電極として選択されていない小電極２２ａ１〜２２ａ３,２２ａ５から演算増幅器２３３の入力側までの小電極用配線２２ｂ１〜２２ｂ３，２２ｂ５などの導体ラインとの間には浮遊容量が形成されており、導体ラインのレイアウトによっては、上記の導体ライン間の浮遊容量が、振動体１２ｂと（検出電極として選択されている）小電極２２ａ４との間の静電容量に対して無視できない大きさとなる可能性が有る。
【００３６】
しかしながら、図５の構成では、上述のように、演算増幅器２３３の入力側がイマジナリー・ショートの状態にあることにより、上記の導体ライン間の浮遊容量がキャンセルされるので、小電極２２ａ４を検出電極とした静電容量検出の精度への影響を抑えることができる。
なお、図５では、５個の小電極（２２ａ１〜２２ａ５）及び対応する５個のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ５）を備えた回路構成例が示されているが、小電極の個数及び対応するスイッチの個数は５個に限定されるものでない。
また、本発明によるＭＥＭＳデバイスにおける電子回路部の構成は、図５の回路構成に限定されるものではなく、複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎから１つ以上の小電極を検出電極として選択することができるとともに上記のような導体ライン間などの浮遊容量の影響を抑える対策が図られた構成であればよい。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例２は、実施例１の構成に加えて、検出電極部の作製工程において基板上に検出電極を形成する際の位置誤差、および、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差の両方への更なる対策を施すものであって、前記基板を透明な板状部材で構成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部における各小電極の位置を反振動体部側の外部から透明な基板を介して例えば光学顕微鏡などの光学的手段によって確認しながら位置合わせするものである。これにより、実施例２では、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができるので、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれが大きくなり過ぎて、検出電極を構成する全ての小電極の位置が静電容量変化の検出には適合しない位置となるような不具合を防止することができ、静電容量変化の検出に適合した位置にある1つ以上の小電極を選択して静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度を高くすることが確実にできるようになる。
【００３８】
図６により、本発明の実施例２によるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成を示す。図６は、本発明の実施例２によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図であり、図６（ｂ）〜（ｃ）には振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ｂの構造が示されている。図６において、図１２に示す従来の構成例、あるいは、図１〜５で説明した実施例１と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、異なっている部分のみを説明する。
（イ）実施例２における振動体部の構成：
実施例２における振動体部１Ｂは、実施例１における振動体部１Ａ（図２）と同様な構成のものを用いることができる。
（ロ）実施例２における検出電極部の構成：
実施例２における検出電極部２Ｂは、実施例１における検出電極部２Ａ（図３）と同様な構造のものを用いることができるが、特に、基板２１として透明なガラス板を用いている点に特徴がある。これにより、実施例２では、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを接合する際に、検出電極部２Ｂにおける小電極２２ａ１〜２２ａｎの位置を透明な基板２１を介して光学的手段によって確認することができる。
【００３９】
なお、検出電極部２Ｂにおける基板２１は、上記のガラス板に限定されるものではなく、光学的に透明な板状部材であればよい。
（ハ）実施例２における振動体部と検出電極部との接合：
図６（ａ）は、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを接合した後の状態を示す側方断面図（図６（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図６に示されるように、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを、例えば陽極接合などにより接合して、図６（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体１００Ｂを構成する。
そして、実施例２では、上記のように、検出電極部４Ｂにおける基板２１として透明なガラス板を用いているので、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを接合する際に、検出電極部２Ｂにおける小電極２２ａ１〜２２ａｎの振動体部１Ｂに対する相対的な位置を透明な基板２１を介して例えば光学顕微鏡などの光学的手段により確認しながら、例えば次のような基準に基づいて位置合わせを行なうことができる。
【００４０】
（ａ）小電極２２ａ１〜２２ａｎのうち、１つの小電極（例えば２２ａ３）の位置が、振動体１２ｂの中心位置と一致するように位置合わせする。
（ｂ）小電極２２ａ１〜２２ａｎのうち、極力多数の小電極の位置が、振動体１２ｂに対向する領域内に入るように位置合わせする。
なお、図６は、検出電極部２Ｂの作製工程において基板上１１に検出電極（小電極２２ａ１〜２２ａｎ）を形成する際の位置誤差に対応するため、透明な基板２１を介して光学的手段により確認しながら、小電極２２ａ１〜２２ａｎのうち中央部の小電極である小電極２２ａ３の位置が振動体１２ｂの中心位置に最も近くなるように位置合わせした場合の接合状態を示している。このような基板上における検出電極形成位置の誤差に対応するための位置合わせを行う場合、支持構造部１１に対する基板２１の相対位置は基準位置（図６（ｃ）の２点鎖線）に対して（例えば図６（ｃ）では紙面の左方向および下方向にそれぞれＬ２ａおよびＬ２ｂだけ）ずれることになるが、振動体１２ｂと検出電極との位置関係はより適正なものとなる。
【００４１】
また、実施例２では、検出電極部２Ｂにおける基板２１として透明なガラス板を用いていることにより、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを接合した後も、振動体１２ｂと検出電極部２Ｂの小電極２２ａ１〜２２ａｎとの位置関係を透明な基板２１を介して光学的手段によって確認することができるので、静電容量変化の検出に適合した位置にある小電極を検出電極として選択する作業を確実に行なうことができる。
したがって、位置合わせ（アライメント）する際の電極位置ずれ対策として、この実施例２の構成を用いることで、実施例１よりも更に正確に静電容量変化を検出することが可能となる。
【実施例３】
【００４２】
本発明の実施例３は、実施例１の構成に加えて、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への更なる対策を施すものであって、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部が振動体部の凹部内に嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、実施例３では、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができるので、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれが大きくなり過ぎて、検出電極を構成する全ての小電極の位置が静電容量変化の検出には適合しない位置となるような不具合を防止することができ、静電容量変化の検出に適合した位置にある1つ以上の小電極を選択して静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度を高くすることが確実にできるようになる。
【００４３】
図７〜図８により、本発明の実施例３によるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成を示す。図７は、本発明の実施例３によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図であり、図７（ｂ）および図７（ｃ）には振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ｃの構造が示されている。また、図８は振動体部１Ｃの構造図である。図７〜図８において、図１２に示す従来の構成例、あるいは、図１〜５で説明した実施例１と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、異なっている部分のみを説明する。
（イ）実施例３における振動体部の構成：
図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ、振動体部１Ｃの側方断面図（図８（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
実施例３における振動体部１Ｃ（図８）は、実施例１における振動体部１Ａ（図２）に対して、振動体部１Ｃにおける検出電極部２Ｃとの対向面に、検出電極部２Ｃの外周形状に嵌合する内周形状を持つ凹部１５を形成しておく点に特徴があり、それ以外の点では、振動体部１Ａ（図２）と同様である。
【００４４】
すなわち、実施例３では、振動体１２ｂと検出電極（複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎ）との位置ずれを抑制するため、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、振動体部１Ｃに深さｄ２（例えば１μｍ）の凹部１５をエッチングにより形成しておく。ここで、この凹部１５の内周形状は、検出電極部２Ｃの外周形状（例えば２６００μｍ□）に合わせておき、振動体部１Ｃの凹部１５と検出電極部２Ｃとが嵌合できるようにしておく。
（ロ）実施例３における検出電極部の構成：
実施例３における検出電極部２Ｃとしては、図３に示される実施例１の検出電極部２Ａと同様な構成のものを用いることができる。
（ハ）実施例３における振動体部と検出電極部との接合
図７（ａ）は、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを接合した後の状態を示す側方断面図（図７（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図７に示されるように、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを、例えば陽極接合などにより接合して、図７（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体１００Ｃを構成する。
【００４５】
そして、実施例３では、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、ボンダーにて振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを陽極接合などにより接合する前に、図７に示されるように、検出電極部２Ｃが振動体部１Ｃの凹部１５内に嵌合するようにして位置合わせすることにより、接合工程における位置あわせ（アライメント）の際に生じる振動体１２ｂと検出電極（複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎ）との位置ずれを抑えることができる。
【実施例４】
【００４６】
本発明の実施例４は、実施例１の構成に加えて、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への更なる対策を施すものであって、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の（凸部または凹部）と嵌合する検出電極部側の（凹部または凸部）を形成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に、振動体部側の（凸部または凹部）と、検出電極部側の（凹部または凸部）とが嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、実施例４では、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができるので、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれが大きくなり過ぎて、検出電極を構成する全ての小電極の位置が静電容量変化の検出には適合しない位置となるような不具合を防止することができ、静電容量変化の検出に適合した位置にある1つ以上の小電極を選択して静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度を高くすることが確実にできるようになる。
【００４７】
図９〜図１１により、本発明の実施例４によるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成を示す。図９は、本発明の実施例４によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図であり、図９（ｂ）〜（ｃ）には振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ｄの構造が示されている。また、図１０は振動体部１Ｄの構造図であり、図１１は検出電極部２Ｄの構造図である。図９〜図１１において、図１２に示す従来の構成例、あるいは、図１〜５で説明した実施例１と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、異なっている部分のみを説明する。
（イ）実施例４における振動体部の構成：
図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、それぞれ、振動体部１Ｄの側方断面図（図１０（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
【００４８】
実施例４における振動体部１Ｄ（図１０）は、実施例１における振動体部１Ａ（図２）に対して、検出電極部２Ｄの凸部２６と対応する位置に、凸部２６の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部１６をエッチング等により形成しておく点に特徴があり、それ以外の点では、振動体部１Ａ（図２）と同様である。
（ロ）実施例４における検出電極部の構成：
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、それぞれ、検出電極部２Ｄの側方断面図（図１１（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
実施例４における検出電極部２Ｄ（図１１）は、実施例１における検出電極部２Ａ（図３）に対して、振動体部１Ｄの凹部１６と対応する位置に、凹部１６の内周形状に嵌合する外周形状を持つ凸部２６を成膜等により形成しておく点に特徴があり、それ以外の点では、検出電極部２Ａ（図３）と同様である。
【００４９】
（ハ）実施例４における振動体部と検出電極部との接合
図９（ａ）は、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを接合した後の状態を示す側方断面図（図９（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図９に示されるように、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを、例えば陽極接合などにより接合して、図９（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体１００Ｄを構成する。
そして、実施例４では、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、ボンダーにて振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを陽極接合などにより接合する前に、図９に示されるように、振動体部１Ｄ側の凹部１６と検出電極部２Ｄ側の凸部２６とが嵌合するようにして位置合わせすることにより、接合工程における位置合わせ（アライメント）の際に生じる振動体１２ｂと検出電極（複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎ）との位置ずれを抑えることができる。
【００５０】
（ニ）実施例４における位置合わせ用の凸部および凹部：
実施例４における位置合わせ用の凸部２６及び凹部１６のそれぞれの平面形状は、図９〜図１１に示されるように矩形であってもよく、その他の形状であってもよい。
凸部２６及び凹部１６のそれぞれの個数は、図９〜図１１に示される２個に限定されるものではなく、それ以上の個数であってもよく、凸部２６と凹部１６とが嵌合した状態で振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとの接合面上での相対的位置関係が確実に規定されるものであればよい。そして、凸部２６及び凹部１６のそれぞれの平面形状が、円形以外の形状、例えば図９〜図１１に示される矩形である場合には、凸部２６及び凹部１６のそれぞれの個数が１個であっても、凸部２６と凹部１６とが嵌合した状態で振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとの接合面上での相対的位置関係が規定されるので、適用可能である。
【００５１】
（ニ）別の構成例：
実施例４では、上述のように、振動体部１Ｄにおける検出電極部２Ｄとの対向面に振動体部側の凹部１６を形成するとともに、検出電極部２Ｄにおける振動体部１Ｄとの対向面に振動体部側の凹部１６と嵌合する検出電極部側の凸部２６を形成しておき、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとの接合時に、振動体部側の凹部１６と検出電極部側の凸部２６とが嵌合するようにして位置合わせする構成としている。本発明においては、上記構成に代えて、振動体部側と検出電極部側とで凹部と凸部とを逆にした構成、すなわち、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部と嵌合する検出電極部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に、振動体部側の凹部と検出電極部側の凸部とが嵌合するようにして位置合わせする構成としてもよい。
［ＭＥＭＳ構造体の適用例］
本発明によるＭＥＭＳ構造体は、振動体（可動電極）と検出電極とが間隔を空けて対向する構造であって、振動体（可動電極）と検出電極との間の静電容量Ｃ１の変化を検出するセンサ素子として機能するものであり、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、加速度、角速度などの力学量を測定することができる。
【００５２】
（イ）加速度センサへの適用
例えば図１（ｂ）〜（ｃ）に示される構成のＭＥＭＳ構造体１００Ａをセンサ素子として用いるとともに、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極（複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎから選択された小電極）との間の静電容量Ｃ１を検出する容量検出回路を後段の電子回路として設けることにより、ＭＥＭＳデバイスである加速度センサを構成することができる。
この加速度センサでは、垂直方向（図１（ｂ）の紙面における上下方向）の加速度を受けて、振動体１２ｂ（可動電極）が垂直方向（図１（ｂ）の紙面における上下方向）に変位し、この変位に伴う振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極との電極間距離の変化による静電容量Ｃ１の変化を容量検出回路で検出して、この静電容量変化に基づいて検出される振動体１２ｂの変位を通じて、垂直方向の加速度を測定するようにすることができる。
【００５３】
また、この加速度センサでは、水平方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）の加速度を受けて、振動体１２ｂ（可動電極）が水平方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）に変位し、この変位に伴う振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極との電極対向面積の変化による静電容量Ｃ１の変化を容量検出回路で検出して、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、水平方向の加速度を測定するようにすることもできる。ただし、図１（ｃ）に示されているように各小電極２２ａ１〜２２ａｎの個別の面積は振動体１２ｂの面積に比べて小さいため、水平方向の加速度測定の場合、極力多くの小電極を検出電極として選択しておき、振動体１２ｂの水平方向の変位に伴う振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極との電極対向面積の変化率が十分大きなものとなるようにすることが好ましい。
【００５４】
なお、後者の水平方向の加速度測定において加速度の方向も検出する場合には、検出電極部２Ａに複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎからなる検出電極を１対設け、振動体１２ｂ（可動電極）の変位方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）に沿って振動体１２ｂ（可動電極）の基準位置の両側に振り分けるようにして前記１対の検出電極を配置し、各検出電極と振動体１２ｂ（可動電極）との間の静電容量の変化をそれぞれ検出する構成とする。
（ロ）角速度センサへの適用
また、例えば図１（ｂ）〜（ｃ）に示される構成のＭＥＭＳ構造体１００Ａをセンサ素子として用い、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極（複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎから選択された小電極）との間の静電容量Ｃ１を検出する容量検出回路を後段の電子回路として設けるとともに、振動体１２ｂあるいは梁１２ａの側面と間隔を空けて対向する電極面を備えた、図示されない一対の駆動電極を振動体１２ｂあるいは梁１２ａの両側（図１（ｃ）の紙面における上側及び下側）に配置することにより、ＭＥＭＳデバイスである角速度センサを構成することができる。
【００５５】
この角速度センサでは、上記駆動電極に交流電圧の駆動信号を印加すると、振動体１２ｂ（可動電極）が固定周波数で水平方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）に強制振動する。このとき、振動体１２ｂ（可動電極）および梁１２ａを軸とした角速度が加わると、振動体１２ｂ（可動電極）が強制振動方向に対して直行する方向（図１（ｃ）の紙面における奥行き方向、すなわち、図１（ｂ）の紙面における上下方向）に角速度に比例したコリオリ振動を始め、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極（複数の小電極２２ａ１〜２２ａｎから選択された小電極）との電極間距離の変化により静電容量Ｃ１が変化する。静電容量Ｃ１の変化を容量検出回路で検出して、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、角速度を測定するようにすることができる。
（ハ）そして、本発明のＭＥＭＳ構造体は、上述のように、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができ、これにより、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるので、このような本発明のＭＥＭＳ構造体を例えば加速度センサ、角速度センサなどの力学量センサのセンサ素子として用いることにより、力学量センサの測定精度をより向上させることができるようになる。
【符号の説明】
【００５６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ・・・振動体部
１１・・・支持構造部、１２・・・可動部、１２ａ・・・梁、１２ｂ・・・振動体、１３・・・空隙、１４・・・凹部、１５・・・凹部、１６・・・凹部
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ・・・検出電極部
２１・・・基板、２２ａ・・・検出電極、２２ａ１〜２２ａ５・・・小電極、２２ｂ・・・検出電極用配線、２２ｂ１〜２２ｂ５・・・小電極用配線、２２ｃ・・・検出電極用接続パッド、２２ｃ１〜２２ｃ５・・・小電極用接続パッド、２３ａ・・・可動電極用接続パッド、２６・・・凸部
Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ・・・位置ずれ量
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ・・・ＭＥＭＳ構造体
２００・・・電子回路部
２３１・・・スイッチ回路、２３２・・・スイッチ制御回路、２３３・・・演算増幅器、２３４・・・交流信号発生器、２３５・・・帰還抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ５・・・スイッチ
【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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【図１３】
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