(57)【要約】  設計期間の短縮を可能にする技術である。デバイス設計方法は、デバイスの構造が特性と関連付けられているデータベースから要求特性に適合する構造を抽出する工程と、抽出した構造とこの構造を要求特性の範囲内に調整するためのチューニングパラメータとを出力する工程と、を有する。データベースは、デバイスの構造を決定するそれぞれの構造パラメータについて、製造可能な範囲で網羅的に変更してシミュレーションすることで得られた特性と、このシミュレーションに使用した構造パラメータとが関連付けられて格納されている。
2017158818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスの構造が特性と関連付けられているデータベースから要求特性に適合する構造を抽出する工程と、
前記抽出した構造とこの構造を前記要求特性の範囲内に調整するためのチューニングパラメータとを出力する工程と、
を有する、デバイス設計方法。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイス設計方法において、
前記データベースは、前記デバイスの構造を決定するそれぞれの構造パラメータについて、製造可能な範囲で網羅的に変更してシミュレーションすることで得られた特性と、このシミュレーションに使用した構造パラメータとが関連付けられて格納されている、デバイス設計方法。
【請求項３】
請求項２に記載のデバイス設計方法において、
前記データベースから前記要求特性に適合する構造を抽出する工程は、前記データベースから前記要求特性に適合する構造の１つを抽出し、
前記抽出した構造と前記チューニングパラメータとを出力する工程は、
前記抽出した１つの構造が前記要求特性の範囲内かを判断する工程と、
前記判断の結果、前記抽出した１つの構造が前記要求特性の範囲内でない場合には、前記構造と前記特性との間の相関分析を行う工程と、
前記相関分析の結果、得られた構造とチューニングパラメータとを出力する工程と、
を含む、デバイス設計方法。
【請求項４】
請求項３に記載のデバイス設計方法において、さらに、
前記相関分析の結果から出力された構造に対して前記チューニングパラメータで調整し、この調整した構造について詳細設計のシミュレーションを行う工程を有する、デバイス設計方法。
【請求項５】
請求項２に記載のデバイス設計方法において、
前記データベースから前記要求特性に適合する構造を抽出する工程は、前記データベースから前記要求特性に適合する構造の設計データを絞り込み、
前記抽出した構造と前記チューニングパラメータとを出力する工程は、
前記絞り込んだ設計データについてクラスタ分析を行う工程と、
前記クラスタ分析で形成された各クラスタ内の相関分析を行う工程と、
前記相関分析の結果、得られたクラスタ内の設計データとチューニングパラメータとを出力する工程と、
を含む、デバイス設計方法。
【請求項６】
請求項５に記載のデバイス設計方法において、さらに、
前記相関分析の結果から出力されたクラスタ内の設計データによる構造に対して前記チューニングパラメータで調整し、この調整した構造について詳細設計のシミュレーションを行う工程を有する、デバイス設計方法。
【請求項７】
請求項５に記載のデバイス設計方法において、
前記絞り込んだ設計データは、前記要求特性の各特性を軸とする特性空間において、前記要求特性に適合する構造の設計データを抽出したものであり、
前記クラスタ分析は、前記絞り込んだ設計データについて、前記要求特性の各特性と前記構造の各パラメータとを軸とする特性−構造空間において、前記絞り込んだ設計データの周辺でクラスタを形成する、デバイス設計方法。
【請求項８】
請求項７に記載のデバイス設計方法において、
前記相関分析は、前記クラスタ分析で形成された各クラスタの特徴を分析し、作り易さの観点で順位付けし、前記各クラスタ内で構造と特性との間の相関を分析し、前記チューニングパラメータを抽出する、デバイス設計方法。
【請求項９】
請求項２に記載のデバイス設計方法において、
前記デバイスは、ＭＥＭＳデバイスである、デバイス設計方法。
【請求項１０】
デバイスの構造が特性と関連付けられているデータベースと、
前記データベースから要求特性に適合する構造を抽出する抽出部と、
前記抽出部で抽出した構造とこの構造を前記要求特性の範囲内に調整するためのチューニングパラメータとを出力する出力部と、
を有する、デバイス設計装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のデバイス設計装置において、
前記データベースは、前記デバイスの構造を決定するそれぞれの構造パラメータについて、製造可能な範囲で網羅的に変更してシミュレーションすることで得られた特性と、このシミュレーションに使用した構造パラメータとが関連付けられて格納されている、デバイス設計装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のデバイス設計装置において、
前記抽出部は、前記データベースから前記要求特性に適合する構造の１つを抽出するものであり、
前記デバイス設計装置は、さらに、
前記抽出部で抽出した１つの構造が前記要求特性の範囲内かを判断する判断部と、
前記判断部で判断の結果、前記抽出した１つの構造が前記要求特性の範囲内でない場合には、前記構造と前記特性との相関分析を行う分析部と、
を有し、
前記出力部は、前記分析部で相関分析の結果から得られた構造とチューニングパラメータとを出力する、デバイス設計装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載のデバイス設計装置において、
前記抽出部は、前記データベースから前記要求特性に適合する構造の設計データを絞り込むものであり、
前記デバイス設計装置は、さらに、
前記抽出部で絞り込んだ設計データについてクラスタ分析を行い、前記クラスタ分析で形成された各クラスタ内の相関分析を行う分析部を有し、
前記出力部は、前記分析部で相関分析の結果から得られたクラスタ内の設計データとチューニングパラメータとを出力する、デバイス設計装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載のデバイス設計装置において、
前記デバイスは、ＭＥＭＳデバイスである、デバイス設計装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス設計方法およびデバイス設計装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、客先仕様に基づき基本設計を行い、３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）を用いて機械・構造物用部品のモデリングを行い、モデリングの結果生成される形状モデルに対し、解析のために機械強度などの計算を行い、計算結果が所定の値になるまで３次元ＣＡＤによるモデリングを繰り返し、機械・構造物用部品を最適形状とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２８５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した特許文献１の技術では、機械・構造物用部品の最適形状を得るために、解析のために計算した結果が所定の値になるまでモデリングを繰り返すことになるので、設計期間が長くなるという課題があった。【０００５】
本発明の目的は、設計期間を短縮する技術を提供することにある。【０００６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。【０００８】
一実施の形態におけるデバイス設計方法は、デバイスの構造が特性と関連付けられているデータベースから要求特性に適合する構造を抽出する工程と、前記抽出した構造とこの構造を前記要求特性の範囲内に調整するためのチューニングパラメータとを出力する工程と、を有する。【０００９】
一実施の形態におけるデバイス設計装置は、デバイスの構造が特性と関連付けられているデータベースと、前記データベースから要求特性に適合する構造を抽出する抽出部と、前記抽出部で抽出した構造とこの構造を前記要求特性の範囲内に調整するためのチューニングパラメータとを出力する出力部と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。【００１１】
一実施の形態によれば、設計期間の短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態におけるデバイス設計装置のハードウェア構成の一例を示す構成図である。
【図２】実施の形態におけるデバイス設計装置のソフトウェア構成の一例を示す構成図である。
【図３】実施の形態におけるデバイス設計方法の手順の第１の例を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態におけるデバイス設計方法の手順の第２の例を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態において、加速度センサの物理モデルの一例を示す説明図である。
【図６】実施の形態において、加速度センサの設計データベースの一例を示す説明図である。
【図７】実施の形態において、特性空間で要求仕様に近い設計データを抽出する場合の一例を示す説明図である。
【図８】実施の形態において、特性−構造空間で抽出データの周辺でクラスタを形成する場合の一例を示す説明図である。
【図９】実施の形態において、各クラスタの特徴を分析し、作り易さの観点で順位付けする場合の一例を示す説明図である。
【図１０】実施の形態において、クラスタ内で構造と特性との間の相関を分析し、チューニングパラメータを抽出する場合の一例を示す説明図である。
【図１１】実施の形態において、相関分析結果に従い詳細設計をシミュレーションする場合の一例を示す説明図である。
【図１２】実施の形態において、要求仕様および設計仕様の一例を示す説明図である。
【図１３】実施の形態において、３次元ＭＥＭＳデバイスの加速度センサの一例を示す説明図である。
【図１４】実施の形態において、デバイス加工装置の構成の一例を示す説明図である。
【図１５】実施の形態において、デバイス加工方法の手順の一例を示す説明図である。
【図１６】実施の形態において、加工データベースの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１４】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１５】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１６】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１７】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために、平面図であってもハッチングを付す場合があり、また断面図であってもハッチングを省略する場合がある。
【００１８】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
［実施の形態］
実施の形態におけるデバイス設計装置およびデバイス設計方法、ならびに、デバイス加工装置およびデバイス加工方法について、図１〜図１６を用いて説明する。
【００２０】
本実施の形態においては、デバイスの一例として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスの加速度センサを説明するが、他のデバイスや他のセンサにも適用できるものである。
【００２１】
＜デバイス設計装置＞
実施の形態におけるデバイス設計装置について、図１〜図２を用いて説明する。図１は、実施の形態におけるデバイス設計装置のハードウェア構成の一例を示す構成図である。図２は、実施の形態におけるデバイス設計装置のソフトウェア構成の一例を示す構成図である。
【００２２】
本実施の形態におけるデバイス設計装置は、図１に示すように、計算処理装置１と、表示装置２と、入力装置３と、出力装置４などのハードウェアを有するコンピュータシステムである。計算処理装置１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２０、入出力部１１と抽出部１２と判断部１３と分析部１４となどを備えるメモリ（ＭＥＭ）２２、設計データベース（ＤＢ）１５を記憶する記憶装置であるストレージ（ＳＴ）２３、および入出力インターフェース（ＩＦ）２１などを有し、内部バス２４によりそれぞれ接続されている。表示装置２は、ディスプレイなどである。入力装置３は、キーボードやマウスなどである。出力装置４は、プリンタなどである。
【００２３】
また、デバイス設計装置は、外部装置との間で入出力も可能な構成となっている。外部装置としては、例えば後述（図１４）するデバイス加工装置などが挙げられ、この場合にはデバイス設計装置とデバイス加工装置との連携が可能となる。
【００２４】
このデバイス設計装置は、計算処理装置１内の中央演算処理装置２０上において、メモリ２２に格納されている各プログラムを実行することで、デバイス設計装置のソフトウェアによる各機能部を構成する。例えば、メモリ２２に格納されている各プログラムは、設計処理の開始段階において、ストレージ２３から読み出されてメモリ２２に格納される。また、ストレージ２３には、各データも格納されており、各データも、設計処理の開始段階において、ストレージ２３から読み出されてメモリ２２に格納される。もちろん、ストレージ２３から読み出してメモリ２２に格納する以外に、既にメモリ２２に格納されている各プログラムや各データを使用することも可能である。
【００２５】
デバイス設計装置のソフトウェアによる各機能部には、図２に示すように、入出力部１１と、抽出部１２と、判断部１３と、分析部１４などを有する。これらの各機能部は、設計データベース（ＤＢ）１５を共有している。
【００２６】
入出力部１１は、デバイス設計において、特性とこの特性の範囲とを含む要求仕様を入力する入力部として機能する機能部である。入出力部１１は、抽出部１２で抽出した構造とこの構造を要求特性の範囲内に調整するためのチューニングパラメータとを出力する出力部として機能する機能部である。また、入出力部１１は、分析部１４で相関分析の結果から得られた構造とチューニングパラメータとを出力する機能部でもある。また、入出力部１１は、分析部１４でクラスタ分析の結果から得られたクラスタ内の設計データとチューニングパラメータとを出力する機能部でもある。
【００２７】
また、入出力部１１では、キーボードやマウスにより入力されたデータを受け付け、また、ディスプレイにデータを表示したり、プリンタに印刷するデータを出力する処理などを行う。また、入出力部１１は、図示しないが、通信回線を通じて外部装置から入力されるデータを受け付けたり、外部装置へデータを出力することも可能である。
【００２８】
抽出部１２は、デバイス設計において、設計データベース１５から要求特性に適合する構造を抽出する機能部である。また、抽出部１２は、設計データベース１５から要求特性に適合する構造の１つを抽出する機能部でもある。また、抽出部１２は、設計データベース１５から要求特性に適合する構造の設計データを絞り込む機能部でもある。
【００２９】
判断部１３は、デバイス設計において、抽出部１２で抽出した１つの構造が要求特性の範囲内か否かを判断する機能部である。
【００３０】
分析部１４は、デバイス設計において、判断部１３で判断の結果、抽出した１つの構造が要求特性の範囲内でない場合には、構造と特性との相関分析を行う機能部である。また、分析部１４は、抽出部１２で絞り込んだ設計データについてクラスタ分析を行い、クラスタ分析で形成された各クラスタ内の相関分析を行う機能部でもある。
【００３１】
設計データベース１５は、デバイスの構造が特性と関連付けられているデータベースである。具体的に、設計データベース１５は、デバイスの構造を決定するそれぞれの構造パラメータ（寸法など）について、製造可能な範囲を網羅的にシミュレーションすることで得られた特性と、このシミュレーションに使用した構造パラメータとが関連付けられて格納されている。この設計データベース１５は、特に、設計者経験則に偏った解に陥らないように、データベース構築者がコンピュータを使い製造可能範囲全体を網羅したシミュレーションを事前実行することにより作成したデータベースである。なお、データベース構築者は後の工程で詳細設計を行なう設計者と同一であってもよいし、別の者であってもよい。
【００３２】
＜デバイス設計方法＞
実施の形態におけるデバイス設計方法について、図３〜図４を用いて説明する。図３は、実施の形態におけるデバイス設計方法の手順の第１の例を示すフローチャートである。図４は、実施の形態におけるデバイス設計方法の手順の第２の例を示すフローチャートである。実施の形態におけるデバイス設計方法は、上述したデバイス設計装置において実行される。
【００３３】
＜＜第１の例＞＞
本実施の形態におけるデバイス設計方法の手順の第１の例では、デバイス設計の開始前に、事前作業として、データベース構築者がコンピュータを使い設計データベース１５を構築する。
【００３４】
デバイス設計の開始後は、まず、デバイス設計装置の入出力部１１を通じて設計者から要求仕様を入力受付する（工程Ｓ１）。この要求仕様には、特性と、この特性の範囲とを含む。
【００３５】
そして、デバイス設計装置の抽出部１２は、事前に構築した設計データベース１５から要求仕様に適合する構造の１つを抽出する（工程Ｓ２）。要求仕様に適合する構造は、要求仕様の特性の範囲内の構造である。
【００３６】
次に、デバイス設計装置の判断部１３は、抽出した１つの構造が要求仕様の特性の範囲内か否かを判断する（工程Ｓ３）。
【００３７】
工程Ｓ３の判断の結果、抽出した１つの構造が特性の範囲内の場合には、デバイス設計装置の入出力部１１は、この抽出した１つの構造を出力する（工程Ｓ４）。
【００３８】
一方、抽出した１つの構造が特性の範囲内ではない場合には、デバイス設計装置の分析部１４は、相関分析を行う（工程Ｓ５）。この相関分析では、抽出した１つの構造を構成する各構造パラメータと特性との間の相関を分析し、チューニングパラメータを抽出する。
【００３９】
そして、相関分析の結果、デバイス設計装置の入出力部１１は、得られた構造とチューニングパラメータとを出力する（工程Ｓ６）。
【００４０】
以上により、製造可能範囲全体を網羅したシミュレーションの事前実行により作成した設計データベース１５を活用したデバイス設計方法が終了となる。例えば、工程Ｓ１で設計者により要求仕様が入力されると、工程Ｓ２〜Ｓ６は上述したデバイス設計装置において自動で行われる。
【００４１】
その後、工程Ｓ４で出力された構造については、設計者が有限要素法などにより詳細設計のシミュレーションを行う（工程Ｓ７）。また、工程Ｓ６で出力された構造については、設計者がこの構造に対してチューニングパラメータで調整し、この調整した構造について詳細設計のシミュレーションを行う（工程Ｓ７）。なお、この詳細設計のシミュレーションは、分析部１４で行ってもよいし、または外部装置で行ってもよい。
【００４２】
本実施の形態においては、工程Ｓ１の要求仕様の入力から、工程Ｓ７の詳細設計のシミュレーションの終了までをデバイス設計方法の手順に含めてもよい。
【００４３】
＜＜第２の例＞＞
上述のデバイス設計方法の手順の第１の例では、工程Ｓ２において、事前に構築した設計データベース１５から要求仕様に適合する構造の１つを抽出する例を説明したが、以下の第２の例でも可能である。この第２の例を、図４を用いて説明する。
【００４４】
本実施の形態におけるデバイス設計方法の手順の第２の例でも、第１の例と同様に、図４に示すように、デバイス設計の開始前に、事前作業として、データベース構築者がコンピュータを使い設計データベース１５を構築する。この設計データベース１５には、デバイスの構造が特性と関連付けられて格納されている。
【００４５】
デバイス設計の開始後は、まず、デバイス設計装置の入出力部１１を通じて設計者から要求仕様を入力受付する（工程Ｓ１１）。この要求仕様には、特性と、この特性の範囲とを含む。
【００４６】
そして、デバイス設計装置の抽出部１２は、事前に構築した設計データベース１５から要求仕様に近い設計データを絞り込む（工程Ｓ１２）。要求特性に近い設計データは、特性空間で要求特性に対する所定の範囲内の設計データである。
【００４７】
次に、デバイス設計装置の分析部１４は、絞り込んだ設計データについてクラスタ分析を行う（工程Ｓ１３）。このクラスタ分析では、特性−構造空間で設計データを分類して複数のクラスタを形成する。
【００４８】
さらに、デバイス設計装置の分析部１４は、クラスタ分析で形成された各クラスタ内の相関分析を行う（工程Ｓ１４）。この相関分析では、分析部１４は、各クラスタ内で各構造パラメータと特性との間の相関を分析し、チューニングパラメータを抽出する。
【００４９】
そして、相関分析の結果、デバイス設計装置の入出力部１１は、得られた各クラスタ内の抽出データとチューニングパラメータとを出力する（工程Ｓ１５）。
【００５０】
以上の工程Ｓ１１〜Ｓ１５では、例えば、工程Ｓ１１で設計者により要求仕様が入力されると、工程Ｓ１２〜Ｓ１５は上述したデバイス設計装置において自動で行われる。
【００５１】
その後、出力された各クラスタ内の抽出データとチューニングパラメータとを用いて、設計者が有限要素法などにより詳細設計のシミュレーションを行う（工程Ｓ１６）。詳細設計のシミュレーションは、設計者が各クラスタ内の抽出データによる構造に対してチューニングパラメータで調整し、この調整した構造について詳細設計のシミュレーションを行う。なお、この詳細設計のシミュレーションは、分析部１４で行ってもよいし、または外部装置で行ってもよい。
【００５２】
この第２の例では、複数のクラスタを形成して分析することで、局所解に陥りにくいという利点がある。例えば、要求仕様に適合した１つの構造を抽出する場合、候補が１つの構造のみなので、局所解に陥る可能性がある。これに対して、第２の例のように、複数のクラスタを形成して分析することで、数通りの候補の中から所望の設計データやチューニングパラメータを選択することができるので、局所解に陥りにくい。
【００５３】
第２の例において、数通りの候補の中から所望の設計データやチューニングパラメータを選択する場合には、デバイス設計装置の抽出部１２で行ってもよいし、または、設計者の判断によって行ってもよい。
【００５４】
以下において、本実施の形態におけるデバイス設計方法の手順の第１の例および第２の例において、設計データベース、クラスタ分析、相関分析および詳細設計のシミュレーションについて、詳細に説明する。
【００５５】
＜設計データベース＞
実施の形態における設計データベースについて、図５〜図６を用いて説明する。図５は、加速度センサの物理モデルの一例を示す説明図である。図６は、加速度センサの設計データベースの一例を示す説明図である。
【００５６】
図５に示すように、加速度センサ５０の物理モデルは、左錘５１と右錘５２とをバネ５３で連結したシーソー型のデバイス構造である。バネ５３は、平面視において、十字形状からなり、一方の対向する端部に左錘５１と右錘５２とが結合され、他方の対向する端部に基板に固定するための固定部５４が結合されている。図５において、Ｔｄはデバイス全体の厚さ、Ｗｄはデバイス全体の幅、Ｇｄはデバイスと電極との間のギャップを示す。Ｗｓはバネ５３の幅、Ｌｓはバネ５３の長さを示す。ＬＯはバネ５３と左錘５１および右錘５２との間のスペースを示す。ＬｘＬは左錘５１の長さを示す。ＬｘＲは右錘５２の長さを示す。
【００５７】
図６に示すように、加速度センサの設計データベース１５は、構造パラメータ１５１が特性１５２と関連付けられて格納されている。構造パラメータ１５１としては、デバイス全体の厚さＴｄと幅ＷｄとギャップＧｄ、バネ５３の幅Ｗｓと長さＬｓ、バネ５３と左錘５１および右錘５２との間のスペースＬＯ、左錘５１の長さＬｘＬ、右錘５２の長さＬｘＲがある。特性１５２としては、アナログフロントエンドの検出容量と感度、仕様の面積と最大検出周波数と最大検出加速度がある。
【００５８】
例えば、加速度センサの設計データベース１５は、約１００万条件の規模である。約１００万条件の規模の場合には、データベース構築者が約１０種の構造パラメータで表現する物理モデルを構築し、約１０種の構造パラメータをコンピュータなどを用いて機械的に変更して、約１００万条件のデータベースを構築する。
【００５９】
＜クラスタ分析＞
実施の形態におけるクラスタ分析について、図７〜図８を用いて説明する。図７は、特性空間で要求仕様に近い設計データを抽出する場合の一例を示す説明図である。図８は、特性−構造空間で抽出データの周辺でクラスタを形成する場合の一例を示す説明図である。
【００６０】
図７に示すように、特性空間１７１で要求仕様１７２に近い設計データ１７３を抽出する場合は、デバイス設計装置の抽出部１２は、周波数１７４と加速度１７５とを軸とする特性空間１７１において、加速度センサの設計データベース１５内の設計データ１７３の中から、要求仕様１７２に近い設計データ１７３を抽出する。この抽出された設計データを抽出データ１７６と呼ぶ。この例では、５つの抽出データ１７６が抽出されている。要求仕様１７２に近い設計データ１７３とは、例えば、要求仕様１７２±１０％の範囲内の設計データ１７３である。この要求仕様１７２に近い設計データ１７３を格納したデータベースを、仕様適合設計データベース６０と呼ぶ。
【００６１】
図８に示すように、特性−構造空間１８１で抽出データ１８２の周辺でクラスタ１８３を形成する場合は、周波数１８４と加速度１８５と、デバイス全体の厚さＴｄ１８６と幅Ｗｄ１８７とギャップＧｄ１８８とバネの幅Ｗｓ（図８では省略）と長さＬｓ（図８では省略）とスペースＬＯ（図８では省略）と左錘の長さＬｘＬ（図８では省略）と右錘の長さＬｘＲ（図８では省略）とを軸とする特性−構造空間１８１において、デバイス設計装置の分析部１４は、設計データの中から、５つの抽出データ１８２にそれぞれ近い設計データを複数含むクラスタ１８３を形成する。この例では、５つの抽出データ１８２のうち、４つの抽出データ１８２について４つのクラスタ１８３が形成されている。１つの抽出データ１８２については、この抽出データ１８２に近い設計データがないので、クラスタ１８３を形成することができない（クラスタ形成不可１８９）。
【００６２】
例えば、加速度センサの設計データベース１５が約１００万条件で構築された場合には、デバイス設計装置の抽出部１２は、約１万条件の抽出データを抽出して仕様適合設計データベース６０を作成し、そして、デバイス設計装置の分析部１４は、約１５条件ずつを内包するクラスタを４つ形成する。
【００６３】
＜相関分析＞
実施の形態における相関分析について、図９〜図１０を用いて説明する。図９は、各クラスタの特徴を分析し、作り易さの観点で順位付けする場合の一例を示す説明図である。図１０は、クラスタ内で構造と特性との間の相関を分析し、チューニングパラメータを抽出する場合の一例を示す説明図である。相関分析では、例えば、いわゆるタグチメソッドと呼ばれる分析方法を用いる。
【００６４】
図９に示すように、各クラスタの特徴を分析する場合は、４つの各クラスタ１９１の１〜４について、デバイス設計装置の分析部１４は、条件数１９２などを考慮して特徴１９３を分析し、そして、作り易さ（時間、難易度）の観点で順位１９４を付ける。例えば、クラスタ１９１の１は、条件数１９２が１６条件であり、特徴１９３はバネ幅が大きく、電極面積が大きい。クラスタ１９１の２は、条件数１９２が１５条件であり、特徴１９３はバネ幅が小さく、電極面積が小さい。クラスタ１９１の３は、条件数１９２が１７条件であり、特徴１９３は電極面積が中ぐらいである。クラスタ１９１の４は、条件数１９２が１５条件であり、特徴１９３はバネ幅が大きく、電極面積が大きく、ギャップが小さい。これらの各クラスタ１９１の１〜４の特徴１９３から、作り易さの順位１９４は、クラスタ２、クラスタ４、クラスタ３、クラスタ１の順番となる。
【００６５】
例えば、約１５条件ずつを内包するクラスタ１９１が４つ（合計６３条件）形成された場合には、順位１９４が１位のクラスタ１９１内の抽出データの１条件が抽出される。
【００６６】
図１０に示すように、クラスタ内で構造と特性との間の相関を分析する場合は、順位が１位のクラスタ内の抽出データについて、デバイス設計装置の分析部１４は、構造パラメータと特性との間の相関を分析し、そして、チューニングパラメータを抽出する。
【００６７】
図１０の例では、最大検出周波数と最大検出加速度との特性を例に示している。図１０では、横軸に構造パラメータの設計データを表し、縦軸に感度を表し、構造パラメータの設計データに対する感度をプロットしている。また、最大検出周波数１０１の特性では、縦軸を周波数１０２に対応させると、縦軸の上の方が高い周波数で、下の方が低い周波数となる。最大検出加速度１０３の特性では、縦軸を加速度１０４に対応させると、縦軸の上の方が大きい加速度で、下の方が小さい加速度となる。
【００６８】
図１０において、横軸に表した構造パラメータは、図５に示した加速度センサ５０のデバイスに対応するものである。
【００６９】
図１０に示すようなクラスタ内での構造と特性との間の相関分析によれば、以下のように解釈が成り立つ。
【００７０】
解釈（１）として、最大検出加速度１０３以外を気にしないのであれば、バネ５３の幅Ｗｓを調整すれば、最大検出加速度１０３を調整し易い。但し、最大検出周波数１０１も高くなってしまう。バネ５３の幅Ｗｓは、０．００００４→０．００００５→０．００００６のように大きくすると、周波数１０２が高くなるが、加速度１０４も大きくなるので、加速度１０４を調整する場合のチューニングパラメータと成り得る。
【００７１】
解釈（２）として、最大検出周波数１０１を変えずに、最大検出加速度１０３だけを調整したいのであれば、デバイス全体のギャップＧｄを調整した方が効率的である。デバイス全体のギャップＧｄは、０．０００００２→０．０００００２５→０．０００００３のように大きくすると、周波数１０２は変わらないが、加速度１０４が大きくなるので、加速度を調整する場合のチューニングパラメータと成り得る。
【００７２】
解釈（３）として、最大検出加速度１０３を上げて、最大検出周波数１０１を下げたいのであれば、左錘５１の長さＬｘＬを調整するのが効率的である。左錘５１の長さＬｘＬは、０．００４→０．００４５→０．００５のように大きくすると、周波数１０２は低くなり、加速度１０４が大きくなるので、加速度１０４を上げて周波数１０２を下げるように調整する場合のチューニングパラメータと成り得る。
【００７３】
これらの解釈に基づいて、チューニングパラメータとして、バネ５３の幅Ｗｓ、デバイス全体のギャップＧｄ、左錘５１の長さＬｘＬが抽出される。
【００７４】
＜詳細設計＞
実施の形態における詳細設計について、図１１〜図１３を用いて説明する。図１１は、相関分析結果に従い詳細設計に必要なシミュレーションする場合の一例を示す説明図である。図１２は、要求仕様および設計仕様の一例を示す説明図である。図１３は、３次元ＭＥＭＳデバイスの加速度センサの一例を示す説明図である。
【００７５】
図１１に示すように、相関分析結果に従い詳細設計をする場合は、設計者は有限要素法などにより、１位のクラスタから順に、相関分析結果に従って詳細設計に必要なシミュレーションする。図１１では、作業１１１、結果１１２、構造パラメータ１１３、シミュレーション（Ｓｉｍ．）結果１１４、時間１１５を表している。
【００７６】
図１２に示すように、要求仕様１２１は、周波数１２２（単位１２５：Ｈｚ）については、下限値（ｍｉｎ）１２３が「４５０」であり、上限値（ｍａｘ）１２４が「４７０」である。つまり、周波数１２２の範囲は、「４５０」〜「４７０」（Ｈｚ）である。加速度１２６（単位１２５：ｍ／ｓ２）については、下限値（ｍｉｎ）１２３が「２４．５」であり、上限値（ｍａｘ）１２４が「２５．５」である。つまり、加速度１２６の範囲は、「２４．５」〜「２５．５」（ｍ／ｓ２）である。
【００７７】
詳細設計のシミュレーションにおいて、作業１１１が有限要素法による１次シミュレーションでは、結果１１２が要求仕様未達となった。この場合の構造パラメータ１１３（単位：μｍ）は、デバイス全体の厚さＴｄが「２００」、幅Ｗｄが「１０００」、ギャップＧｄが「４」、バネ５３の幅Ｗｓが「１０」、長さＬｓが「６００」、スペースＬｓが「２００」、左錘５１の長さＬｘＬが「１５００」、右錘５２の長さＬｘＲが「２５００」である。シミュレーション結果１１４は、周波数（単位：Ｈｚ）が「３９７」、加速度（単位：ｍ／ｓ２）が「３９」である。時間（単位：分）１１５は「２０」である。
【００７８】
作業１１１が左錘５１の長さＬｘＬの調整では、結果１１２が要求仕様達成不可となった。この場合の構造パラメータ１１３において、左錘５１の長さＬｘＬが「１０００」である。シミュレーション結果１１４は、周波数が「４２４」である。時間１１５は「２０」である。
【００７９】
作業１１１がバネ５３の幅Ｗｓの調整では、結果１１２が周波数達成となった。この場合の構造パラメータ１１３において、バネ５３の幅Ｗｓが「１２」である。シミュレーション結果１１４は、周波数が「５２０」である。時間１１５は「２０」である。また、バネ５３の幅Ｗｓが「１１」の場合は、周波数が「４５７」であり、時間１１５は「４０」である。
【００８０】
作業１１１がギャップＧｄの調整では、結果１１２が加速度達成となった。この場合の構造パラメータ１１３において、ギャップＧｄが「３」である。シミュレーション結果１１４は、加速度が「３４」である。時間１１５は「２０」である。また、ギャップＧｄが「２」の場合は、加速度が「２５」であり、時間１１５は「２０」である。
【００８１】
以上の相関分析結果に従い詳細設計をする場合の作業に係る合計時間は、「１４０」分である。
【００８２】
この詳細設計のシミュレーションの結果、図１２に示すように、設計仕様１２７は、周波数１２８（単位１２９：Ｈｚ）は「４５７」となり、加速度１３０（単位１２９：ｍ／ｓ２）は「２５．０」となった。この３次元ＭＥＭＳデバイスの加速度センサ５０は、図１３に示すような構造となった（図１３では固定部５４は省略）。
【００８３】
＜デバイス加工装置＞
実施の形態におけるデバイス加工装置について、図１４を用いて説明する。図１４は、デバイス加工装置の構成の一例を示す説明図である。
【００８４】
本実施の形態におけるデバイス加工装置は、図１４に示すように、ＦＩＢとＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）との複合装置、いわゆるＦＩＢ−ＳＥＭ装置７０と、コンピュータシステム８０と、を有する。コンピュータシステム８０は、上述したデバイス設計装置のコンピュータシステムと連携が可能となる。例えば、コンピュータシステム８０は、上述したデバイス設計装置のコンピュータシステムに接続して連携したり、または、コンピュータシステム８０にデバイス設計装置の機能を含んで構成してもよい。
【００８５】
ＦＩＢ−ＳＥＭ装置７０は、真空チャンバ７１と、ステージ７２と、イオン銃７３と、電子銃７４と、ガス銃７５、荷電粒子検出器７６と、制御装置７７などを有する。ＦＩＢ−ＳＥＭ装置７０の各構成要素は、制御装置７７により制御される。
【００８６】
真空チャンバ７１は、基板９０に製造するデバイス９１の切削（エッチング）と堆積（成膜）と接合などの加工や、加工後のデバイス９１の観察などを行うチャンバである。ステージ７２は、真空チャンバ７１内にあり、デバイス９１を製造する基板９０を載せるステージである。
【００８７】
イオン銃７３は、真空チャンバ７１内にあり、イオンビーム７３ａを用いた切削と堆積と接合とＳＩＭ画像取得とに用いるイオン銃である。電子銃７４は、真空チャンバ７１内にあり、電子ビーム７４ａを用いたＳＥＭ画像取得に用いる電子銃である。ガス銃７５は、真空チャンバ７１内にあり、ガス７５ａを用いた切削と堆積と接合とに用いるガス銃である。
【００８８】
荷電粒子検出器７６は、ＳＩＭ画像取得またはＳＥＭ画像取得に用いる検出器である。制御装置７７は、ステージ７２の移動、イオン銃７３からのイオンビーム７３ａの照射、電子銃７４からの電子ビーム７４ａの照射、ガス銃７５からのガス７５ａの照射などを制御する装置である。
【００８９】
コンピュータシステム８０は、計算処理装置８１と、表示装置８２と、入力装置８３と、出力装置８４などを有する。計算処理装置８１は、加工データベース８５などを有する。コンピュータシステム８０は、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置７０の制御装置７７に対して、デバイスの加工や観察などを指示するシステムである。
【００９０】
コンピュータシステム８０では、例えば観察において、ＳＩＭ画像またはＳＥＭ画像を用いて寸法計測を行い、設計データと比較する処理などを計算処理装置８１で行う。表示装置８２は、ＳＩＭ画像またはＳＥＭ画像などを表示する。入力装置８３は、設計者の操作により加工や観察の条件などを入力する。出力装置８４は、加工や観察の結果などを出力する。加工データベース８５は、上述したデバイス設計装置における設計データや、この設計データに基づいて加工を行うための加工データなどを格納する。
【００９１】
本実施の形態におけるデバイス加工装置では、例えば、加工や観察の条件などが入力された後は、これらの条件などに基づいて加工や観察などが自動で実行される。
【００９２】
＜デバイス加工方法＞
実施の形態におけるデバイス加工方法について、図１５〜図１６を用いて説明する。図１５は、デバイス加工方法の手順の一例を示す説明図である。図１６は、加工データベースの一例を示す説明図である。
【００９３】
本実施の形態におけるデバイス加工方法では、上述したデバイス加工装置において、上述したデバイス設計方法において出力された構造について、この構造に対してチューニングパラメータで調整する追加工を行う。
【００９４】
例えば、図１５に示すように、デバイス加工装置は、基板９０のウェハ上に予め形成されている構造のチップの１つを選択し、この選択したチップに対して追加工して所望のデバイス９１を得る。基板９０のウェハ上に予め形成されている構造のチップの１つを選択する際には、デバイス加工装置は、上述したデバイス設計方法において出力された構造のチップを選択する。例えば、ウェハ上の各チップには、図５に示したような、左錘５１と右錘５２とをバネ５３で連結した構造の加速度センサが形成されている。そして、この選択した構造のチップに対して追加工を行う際には、上述したデバイス設計方法において出力されたチューニングパラメータについて、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置７０により追加工を行う。例えば、チューニングパラメータとして、バネ５３の幅が出力されたものとする。
【００９５】
追加工には、例えば、切削、堆積、接合（接着）などの加工方法がある。図１５の例では、バネ５３の幅を小さくする切削を行う例を示している。図１５では、加速度センサのデバイス９１に対して、バネ５３への切削可能領域９５と、追加工の基準位置となるマーク“＋”を示している。このバネ５３への切削可能領域９５は、図１６のような加工データベース８５に基づいて判断される。図１６に示す加工データベース８５は、ウェハ番号１６１、チップ番号１６２、チップの位置（Ｘ座標、Ｙ座標）１６３、バネの幅１６４、バネへの切削可能領域（マーク“＋”との位置関係）１６５が関連付けられて格納されている。図１６の例では、追加工の基準位置となるマーク“＋”との位置関係において、バネへの切削可能領域１６５に格納された［ｘ１，ｙ１］−［ｘ２，ｙ２］の座標領域と［ｘ３，ｙ３］−［ｘ４，ｙ４］の座標領域とが、バネ５３の幅を小さくする切削可能領域９５となる。この切削による追加工を行うことで、要求仕様の特性の範囲内となる加速度センサのデバイス９１を得ることができる。
【００９６】
追加工において、バネ５３の幅をＦＩＢ−ＳＥＭ装置７０により切削することで、バネ定数を小さくすることができる。また、切削以外の追加工において、堆積を行う場合には、例えば、左錘５１、右錘５２にＦＩＢ−ＳＥＭ装置７０により膜を堆積して、左錘５１、右錘５２の質量を大きくしてもよい。また、左錘５１、右錘５２に、予め準備した部材をＦＩＢ−ＳＥＭ装置７０により接合することで、左錘５１、右錘５２の質量を大きくしてもよい。
【００９７】
＜効果＞
以上説明した本実施の形態によれば、デバイス設計において、設計期間の短縮が可能となる。これにより、デバイスの設計開始から特性チューニングの追加工終了までの試作全体工数を短ＴＡＴ（Turn Around Time）化することができる。
【００９８】
より具体的には、製造可能範囲全体を網羅したシミュレーションの事前実行により作成した設計データベース１５を活用することで、設計者の経験則に偏らないデバイス設計を実現することができる。言い換えれば、設計者経験則に偏った解に陥らないようなデバイス設計を実現することができる。
【００９９】
また、要求仕様により設計データベース１５から仕様適合設計データベース６０を抽出し、クラスタ分析により仕様適合設計データベース６０を分類し、各クラスタに対して相関分析を活用することで各クラスタの特徴を把握し、得られたチューニングパラメータで構造を調整することで、デバイスの特性を要求仕様の範囲内にチューニングすることができる。
【０１００】
この結果、クラスタ分析および相関分析による最適なデバイス構造の選択と、少ない詳細設計のシミュレーション実行回数での特性チューニングが可能になり、設計期間を大幅に短縮することができる。言い換えれば、デバイスの試作製造工数を短ＴＡＴ化することができる。
【０１０１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１０２】
例えば、前記実施の形態においては、デバイスの一例として、ＭＥＭＳデバイスを説明したが、他のデバイスなどにも適用することができる。また、ＭＥＭＳデバイスの一例として、加速度センサを説明したが、他のセンサなどにも適用することができる。
【０１０３】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１０４】
また、実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  計算処理装置
１１  入出力部
１２  抽出部
１３  判断部
１４  分析部
１５  設計データベース
５０  加速度センサ
５１  左錘
５２  右錘
５３  バネ
５４  固定部
６０  仕様適合設計データベース
７０  ＦＩＢ−ＳＥＭ装置
８０  コンピュータシステム
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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