(57)【要約】【課題】エッチング不良やアライメントズレが発生しても、反応加速度の設計値に影響のない信頼性の高い変位検知装置及び当該変位検知装置の製造方法を提供する。【解決手段】加速度スイッチ１０の製造方法において、シリコンウエハ１００のうち、質量体２及び中央電極５それぞれの裏面に相当する箇所にエッチングマスク１１０を成膜する第１のマスク工程と、エッチングマスク１１０で形成される開口にエッチング処理を施して、加速度スイッチ１０の裏面側の形状を形成する裏面側形成工程と、質量体２及び中央電極５それぞれの表面に相当する箇所に、エッチングマスク１１０よりも大きなエッチングマスク１２０を成膜する第２のマスク工程と、エッチングマスク１２０で形成される開口にエッチング処理を施して、加速度スイッチ１０の表面側の形状を形成する表面側形成工程と、を備えるようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部要因により変位する質量体と、前記質量体と間隙を隔てて配置され当該質量体が変位した際に当接可能な電極と、を含み前記質量体の変位を検知する変位検知装置の製造方法であって、
前記質量体及び電極が一体的に形成される基板のうち、当該質量体及び電極それぞれの裏面に相当する箇所に第１のマスクを成膜する第１のマスク工程と、
前記基板のうち前記第１のマスクで形成される開口にエッチング処理を施して、前記変位検知装置の裏面側の形状を形成する裏面側形成工程と、
前記基板のうち前記第１のマスクを形成した面と対向する面であって、前記質量体及び電極それぞれの表面に相当する箇所に、前記第１のマスクよりも大きな第２のマスクを成膜する第２のマスク工程と、
前記基板のうち前記第２のマスクで形成される開口にエッチング処理を施して、前記変位検知装置の表面側の形状を形成する表面側形成工程と、
を備えることを特徴とする変位検知装置の製造方法。
【請求項２】
前記表面側形成工程において、前記基板の厚み方向と平行な方向に前記エッチング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の変位検知装置の製造方法。
【請求項３】
前記表面側形成工程において、前記基板の厚み方向に対して傾斜した方向であって、前記エッチング処理が進行するにつれて前記質量体と電極との間隙が狭まるように当該エッチング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の変位検知装置の製造方法。
【請求項４】
前記基板はシリコン材からなり、前記エッチング処理は深堀エッチングにより実現されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の変位検知装置の製造方法。
【請求項５】
質量体の外部要因による変位を検知する変位検知装置であって、
前記質量体と間隙を隔てて配置され当該質量体が変位した際に当接可能な電極と、
前記質量体の上面の一部に接続され、当該質量体を変位可能に支持する梁と、
を備え、
前記質量体及び電極は、上面に相互の当接面へ向けて突出する突部を有することを特徴とする変位検知装置。
【請求項６】
前記突部は、縦断面視で矩形状からなることを特徴とする請求項５に記載の変位検知装置。
【請求項７】
前記突部は、縦断面視で下底が上底よりも長い台形状からなることを特徴とする請求項５に記載の変位検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ技術により構築された変位検知装置及び変位検知装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、加速度スイッチや加速度センサに代表される各種センサ類（変位検知装置）は、その構成を小型化、高精度化することが望まれているため、ＭＥＭＳ技術を用いた開発が進められている。例えば、下記特許文献１に開示されている加速度スイッチは、シリコン単結晶を構造体の材料とし、質量体とその質量体を支える梁と質量体と対向する電極を備え、加速度の印加に応じて質量体が変位するように構成される。そして、当該加速度スイッチに梁のばね定数などにより規定した以上の加速度が印加された場合、質量体の変位によって当該質量体と電極が接触することで、加速度スイッチは電気的導通状態となる。つまり、各種センサ類は、この導通状態を検知することにより、対象物の振動を検知することができる。
【０００３】
この様な微細な構造を持つ各種センサ類は、半導体製造で使用されているリソグラフィーやエッチング技術を用いて、構築されている。一例として、図８に上述の微細な構造を有する加速度スイッチの製造工程図を示す。まず、図８（ａ）に示すように、加速度スイッチの基材となるウエハ２００の底面のうち、所定箇所へエッチングマスク２１０を成膜する。次いで、図８（ｂ）に示すように、ウエハ２００に対して深堀エッチングを施し、エッチングマスク２１０が成膜されていない箇所へ矩形状の切欠き２１１を形成することで、加速度スイッチの裏面側の形状を形成する。次いで、図８（ｃ）に示すように、ウエハ２００の底面に形成されたエッチングマスク２１０を取り除き、ウエハ２００の上面のうち、所定箇所へエッチングマスク２２０を成膜する。次いで、図８（ｄ）に示すように、ウエハ２００に対して上面側よりエッチングマスク２２０が成膜されていない箇所への深堀エッチングを施すことで、加速度スイッチの表面側の形状を形成する。そして、
当該エッチングマスク２２０を除去することで、外的要因により変位する質量体３０２と、当該質量体３０２を変位可能に支持する梁３０３と、当該梁３０３及び質量体３０２を支持するフレーム３０４と、質量体３０２が変位した際に質量体３０２と接触することで加速度の印加を検知する中央電極３０５と、からなる加速度スイッチ３００が形成される。
【０００４】
つまり、質量体と対向する中央電極の構築は、裏面からの深掘りエッチングと表面からのエッチングの２段階で行われ、裏面側の中央電極の径と表面側の中央電極の径が等しく、中央電極の形状は円柱となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４８６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、図８（ｂ）では深堀エッチングによって高精度に矩形状の切欠き２１１が形成される場合を例示したが、図９（ａ）に示すように、深堀エッチング時の僅かな加工ずれ（エッチング不良）によってテーパ状の切欠き２１２が形成される場合もある。この場合、図８（ｃ）で示した、ウエハ２００の上面に形成するエッチングマスク２２０のマスク位置がずれる。その結果、図９（ｂ）に示すように、質量体３０２及び中央電極３０５の間隙が、図８（ｄ）に示すものとは異なったものとなる。また、図８（ｃ）では、エッチングマスク２２０の成膜位置がエッチングマスク２１０と一切ずれない場合を例示したが、図１０（ａ）に示すように、実際には多少のアライメント不良によってエッチングマスク２２０の成膜位置がずれる場合もある。その結果、図１０（ｂ）に示すように、質量体３０２及び中央電極３０５の間隙が、図８（ｄ）に示すものとは異なったものとなる。
【０００７】
このように、上記加速度スイッチの従来製法では、加速度スイッチとしての反応加速度が設計値と相違したものとなったり、反応の等方性が損なわれたりする等の不具合が生じる可能性があった。
【０００８】
そこで、本発明は、エッチング不良やアライメントズレが発生しても、反応加速度の設計値に影響のない信頼性の高い変位検知装置及び当該変位検知装置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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、外部要因により変位する質量体と、前記質量体と間隙を隔てて配置され当該質量体が変位した際に当接可能な電極と、を含み前記質量体の変位を検知する変位検知装置の製造方法であって、前記質量体及び電極が一体的に形成される基板のうち、当該質量体及び電極それぞれの裏面に相当する箇所に第１のマスクを成膜する第１のマスク工程と、前記基板のうち前記第１のマスクで形成される開口にエッチング処理を施して、前記変位検知装置の裏面側の形状を形成する裏面側形成工程と、前記基板のうち前記第１のマスクを形成した面と対向する面であって、前記質量体及び電極それぞれの表面に相当する箇所に、前記第１のマスクよりも大きな第２のマスクを成膜する第２のマスク工程と、前記基板のうち前記第２のマスクで形成される開口にエッチング処理を施して、前記変位検知装置の表面側の形状を形成する表面側形成工程と、を備えることを特徴とする。
本発明によると、第１のマスクよりも大きな第２のマスクを用いた変位検知装置の表面側の形状形成により、質量体及び電極に双方の対向面へ向かって突出した部分（突部）が形成される。そのため、変位検知装置の製造時にエッチング不良やアライメント不良が発生しても、質量体及び電極に突部が形成される限り、突部間の間隙（質量体及び電極間の間隙）は一定に保つことができるので、反応する加速度を所望の値に保つことが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る変位検知装置の製造方法は、前記表面側形成工程において、前記基板の厚み方向と平行な方向に前記エッチング処理を行うことを特徴とする。
本発明によると、質量体及び電極の突部の当接面が基板の厚み方向と平行な面になるので、突部相互の当接面積を稼ぐことができ、質量体の変位を確実に検知することができる。
【００１１】
また、本発明に係る変位検知装置の製造方法は、前記表面側形成工程において、前記基板の厚み方向に対して傾斜した方向であって、前記エッチング処理が進行するにつれて前記質量体と電極との間隙が狭まるように当該エッチング処理を行うことを特徴とする。
本発明によると、質量体及び電極の突部の形状が縦断面視で下底が上底よりも長い台形状となるので、質量体及び電極の当接面に導電膜を成膜する上で、容易に傾斜面（台形の脚）に堆積させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る変位検知装置の製造方法は、前記基板はシリコン材からなり、前記エッチング処理は深堀エッチングにより実現されることを特徴とする。
また、本発明は、外部要因により変位する質量体と、前記質量体と間隙を隔てて配置され当該質量体が変位した際に当接可能な電極と、を備え前記質量体の変位を検知する変位検知装置であって、前記質量体及び電極は、上面に相互の当接面へ向けて突出する突部を有することを特徴とする。
本発明によると、質量体及び電極の双方に突部が備わり、突部間の間隙（質量体及び電極間の間隙）を一定に保つことができるので、反応する加速度を所望の値に保つことが可能となる。さらに、質量体は、上面の一部のみを梁で支持された構成のため、静止状態であっても自重によって多少傾いた状態にあり、当該状態より梁が上下方向に変位することにより、その傾きが変化する構造となっている。そのため、当該質量体は、加速度が印加されると、その傾いた状態で電極に向かって変位する。したがって、電極に突部が備わらない構造（従来構造）からなる変位検知装置の場合、質量体の電極との当接位置が上記傾斜によってずれる結果、導通不良によって加速度の印加を検知できない可能性がある。一方で、本発明に係る変位検知装置では、質量体が多少傾斜した状態で電極に接近しても、電極の突部のいずれかに当接しさせすれば、加速度の印加を検知することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る変位検知装置は、前記突部は、縦断面視で矩形状からなることを特徴とする。
本発明によると、質量体及び電極の突部が矩形状からなるので、突部相互の当接面積を稼ぐことができ、質量体の変位を確実に検知することができる。
【００１４】
また、本発明に係る変位検知装置は、前記突部は、縦断面視で下底が上底よりも長い台形状からなることを特徴とする。
本発明によると、質量体及び電極の突部の形状が縦断面視で下底が上底よりも長い台形状となるので、質量体及び電極の当接面に導電膜を成膜する上で、容易に傾斜面（台形の脚）に堆積させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
したがって、本発明は、エッチング不良やアライメントズレが発生しても、反応加速度の設計値に影響のない信頼性の高い変位検知装置及び当該変位検知装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る加速度スイッチの上面を表す図である。
【図２】本発明に係る加速度スイッチの断面を表す図である。
【図３】本発明に係る加速度スイッチを製造するための工程を説明するための図である。
【図４】図３に示す加速度スイッチの製造工程において、エッチング不良が生じた場合を例示する図である。
【図５】図３に示す加速度スイッチの製造工程において、アライメント不良が生じた場合を例示する図である。
【図６】本発明に掛かる加速度スイッチの変形例を例示する図である。
【図７】質量体の凸部及び中央電極の突起部に導電膜を成膜した状態を例示する図であり、（ａ）は凸部及び突起部がテーパ状の場合、（ｂ）は凸部及び突起部が矩形状の場合、をそれぞれ例示する。
【図８】従来の加速度スイッチを製造するための工程を説明するための図である。
【図９】図８に示す加速度スイッチの製造工程において、エッチング不良が生じた場合を例示する図である。
【図１０】図８に示す加速度スイッチの製造工程において、アライメント不良が生じた場合を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係わる変位検知装置の第１実施形態として、加速度スイッチについて図面を参照して説明する。なお、本発明に係る変位検出装置は、加速度スイッチに限られるものではなく、加速度センサであっても勿論よい。
【００１８】
（加速度スイッチの構造について）
本実施形態に係る加速度スイッチ１０は、図１及び図２に示すように、外的要因により変位する質量体２と、当該質量体２を変位可能に支持する梁３と、梁３と連接され当該梁３及び質量体２を支持するフレーム４と、質量体２が変位した際に質量体２と接触することで加速度の印加を検知する中央電極５と、で構成される。ここで、図２に示すように、質量体２とフレーム４と中央電極５とは、同一高さからなる。
【００１９】
質量体２は、内周側に中央電極５が配置されるように上面視で環状形状からなる。また、質量体２は、図２に示すように、上面（表面）に内周（中央電極５）側へ向けて突出する矩形状の凸部２１が備わる。
【００２０】
梁３は、質量体２に一端が連接されるとともに他端が基板４と連接され、質量体２の周囲を取り囲むように当該質量体２を支持する。当該梁３は、上面視にて、一部に切欠きを有する略環状の部材であって、切欠き箇所に矩形状の両端部が形成された形状からなる。
基板４は、梁３の他端側と連接され当該梁３及び質量体２を支持する。
【００２１】
中央電極５は、質量体２と間隙を隔てた状態で質量体２の環内部に配置され、質量体２が変位した際に、質量体２の内周面と接触するように構成された上面視円形状の電極である。当該中央電極５は、図３に示すように、上面に質量体２の凸部２１と対向するように突出した矩形状の突起部５１が備わり、縦断面視でＴ字形状からなる。ここで、突起部５１と凸部２１は、少なくとも相互の対向面が導電膜（図示省略）で覆われる。
【００２２】
そして、上記構成よりなる加速度スイッチ１０は、加速度が印加された場合、質量体２の変位に応じて当該質量体２の凸部２１と中央電極５の突起部５１が当接し、基板４と中央電極５の導通状態が変化して、当該中央電極５と接続された回路（図示省略）での電位変化によって加速度の印加を検知できる。
【００２３】
ここで、質量体２は、上面の一部のみを梁３で支持された構成からなるため、静止状態であっても自重によって多少傾いた状態にあり、当該状態より梁３が上下方向に変位することにより、その傾きが変化する構造となっている。そのため、質量体２は、印加される加速度が印加された際に、その傾斜した状態で中央電極５に向かって変位する。したがって、中央電極５に突起部５１が備わらない構造（従来構造）からなる加速度スイッチの場合、凸部２１の中央電極５との当接位置が上記傾斜によってずれる結果（つまり、凸部２１が中央電極５の周面のうち導電膜に覆われていない箇所と接触する結果）、導通不良によって加速度の印加を検知できない可能性がある。一方で、本実施形態に係る加速度スイッチ１０では、凸部２１が多少傾斜した状態で中央電極５の周面に接近しても、当該周面より突出した突起部５１の対向面のいずれかに当接しさせすれば、加速度の印加を検知することが可能となる。
【００２４】
（加速度スイッチの製造方法）
次に、上記加速度スイッチ１０の製造方法について、図３を用いて説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、所定の厚みとなるように研磨されたシリコンウエハ１００を用意する。そして、当該シリコンウエハ１００の底面のうち、質量体２，基板４，中央電極５に相当する箇所へスパッタ法等を用いてエッチングマスク１１０を成膜する（第１のマスク工程）。
【００２５】
次いで、図３（ｂ）に示すように、シリコンウエハ１００に対して底面側よりエッチングマスク１１０間で形成される開口（第１の開口）へ深堀エッチングを施し、矩形状の切欠き１１１を形成することで、加速度スイッチ１０の裏面側の形状を形成する（裏面側形成工程）。当該エッチング時のエッチング深さは、シリコンウエハ１００の膜厚と梁３の厚みとの差分量に相当する。ここで、深堀エッチングの手法としては、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等を用いる。
【００２６】
次いで、図３（ｃ）に示すように、シリコンウエハ１００の底面に形成されたエッチングマスク１１０を取り除き、シリコンウエハ１００の上面のうち、質量体２，梁３，基板４，中央電極５に相当する箇所へエッチングマスク１２０を成膜する（第２のマスク工程）。この際、質量体２及び中央電極５の上面に成膜されるエッチングマスク１２０ａは、凸部２１及び突起部５１の形成量に相当する分だけ、質量体２及び中央電極５の底面に設けたエッチングマスク１１０ａよりも幅広に形成される。つまり、当該エッチングマスク１２０ａによって、第１の開口よりも小さな第２の開口が形成される。
【００２７】
次いで、図３（ｄ）に示すように、シリコンウエハ１００に対して上面側よりエッチングマスク１２０間で形成される開口へ深堀エッチングを施すことで、加速度スイッチ１０の表面側の形状を形成する（表面側形成工程）。この際、シリコンウエハ１００の厚み方向と平行な方向にエッチング処理を行うことで、矩形状の凸部２１及び突起部５１が得られる。
【００２８】
次いで、図３（ｅ）に示すように、シリコンウエハ１００の上面に形成されたエッチングマスク１２０を取り除き、当該シリコンウエハ１００の上面及び突起部５１と凸部２１の対向面に導電膜（図示省略）を成膜することで、加速度スイッチ１０が形成される。
【００２９】
ここで、図３（ｂ）では、高精度の深堀エッチングによって矩形状の切欠き１１１が形成される場合を例示したが、図４（ｂ）に示すように、深堀エッチング時の僅かな加工ずれ（エッチング不良）によってテーパ状の切欠き１１２が形成される場合もある。この場合、図４（ｃ）に示すように、シリコンウエハ１００の上面に形成するエッチングマスク１２０のマスク位置がずれたものとなる。その結果、図４（ｄ）（ｅ）に示すように、凸部２１及び突起部５１の突出量が図３（ｄ）（ｅ）と異なったものとなるが、質量体２及び中央電極５に凸部２１及び突起部５１が形成される限り、凸部２１と突起部５１との間隙は、図３（ｄ）（ｅ）と同じ長さに維持できる。
【００３０】
また、図３（ｃ）では、エッチングマスク１２０の成膜位置に一切ずれがない場合を例示したが、図５（ｃ）に示すように、多少のアライメント不良によってエッチングマスク１３０の成膜位置がずれる場合もある。ここで、図５（ｃ）は、エッチングマスク１３０の成膜位置が、図３（ｃ）のエッチングマスク１２０の成膜位置に対して右方向にずれた場合を示す。この場合も、図５（ｅ）に示すように、凸部２１及び突起部５１の突出量が図３（ｄ）（ｅ）と異なったものとなるが、質量体２及び中央電極５に凸部２１及び突起部５１が形成される限り、当該凸部２１と突起部５１との間隙は、図３（ｄ）（ｅ）と同じ長さに維持できる。
【００３１】
つまり、加速度スイッチ１０の製造時においてエッチング不良やアライメント不良が発生しても、中央電極５と質量体２の間隔を所望のパターン幅に抑えることができるので、反応する加速度を所望の値に保つことが可能となる。したがって、本実施形態に係る加速度スイッチ１０の製造によると、信頼性の高い加速度スイッチを製造することができる。
【００３２】
「変形例」
上記第１実施形態に係る加速度スイッチ１０において、凸部２１及び突起部５１は矩形状のものを例示したが、当該形状に限られるものではなく、例えば、図６の凸部２１ａ及び突起部５１ａのように、縦断面視で下底が上底よりも長い台形状（テーパ形状）としてもよい。
【００３３】
凸部２１ａ及び突起部５１ａをこのような台形状とした場合、加速度スイッチ１０の表面側より金等の導電膜６を成膜する上で、図７（ａ）に示すように傾斜面に堆積させることができる。つまり、本変形例に係る加速度スイッチ１０によると、図７（ｂ）に示す矩形状の凸部２１及び突起部５１に比べて、好適に導電膜６を双方の当接面に成膜することが可能となる。
【００３４】
ここで、本変形例に係る加速度スイッチ１０の製造方法は、図３（ｄ）に示した加速度スイッチ１０の表面側を形成するためのエッチング時に、シリコンウエハ１００の厚み方向に対して傾斜した方向であって、エッチング処理が進行するにつれてガス流量や基板バイアス電圧などのエッチングパラメータを変化させ、質量体２と中央電極５との間隙が狭まるようにエッチング処理を行う以外、図３に示した工程と同じである。
【符号の説明】
【００３５】
１０・・・加速度スイッチ
２・・・質量体
２１・・・凸部（突部）
２１ａ・・・凸部（突部）
３・・・錘
４・・・フレーム
５・・・中央電極（電極）
５１・・・突起部（突部）
５１ａ・・・突起部（突部）
６・・・導電膜
１００・・・シリコンウエハ（基板）
１１０・・・エッチングマスク（第１のマスク）
１２０・・・エッチングマスク（第２のマスク）
【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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