(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に第１金属パターン層を形成する第１工程と、
前記基板から見て前記第１金属パターン層の上に第２金属パターン層を形成する第２工程と、
前記基板から見て前記第２金属パターン層の上に第３金属パターン層を形成する第３工程と、
前記基板から見て前記第３金属パターン層の上に第４金属パターン層を形成する第４工程と、
前記基板から見て前記第４金属パターン層の上に第５金属パターン層を形成する第５工程と
を備え、
前記第１金属パターン層は、第１固定電極，前記第１固定電極の周囲に配置される第１支持部，および前記第１支持部の周囲に配置される第２支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第２金属パターン層は、一端が前記第１支持部に支持されるばね部および前記第２支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第３金属パターン層は、前記基板から見て前記第１固定電極の上方に離間して前記基板の法線方向に変位可能とされて前記ばね部の他端に支持された可動電極、および前記第２支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第４金属パターン層は、前記第２支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第５金属パターン層は、前記基板から見て前記可動電極の上方に離間して配置され、前記第２支持部に支持される第２固定電極を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第１固定電極，前記可動電極，前記ばね部，前記第２固定電極により、前記可動電極を変位させることで、前記第１固定電極と前記可動電極との距離、および前記第２固定電極と前記可動電極との距離を変化させて各々の容量を可変させる可変容量素子を構成し、
前記第２金属パターン層の金属パターンにより、前記第１金属パターン層により形成する第１固定電極と前記第３金属パターン層により形成する可動電極との前記基板の上部方向の間隔を制御し、
前記第４金属パターン層の金属パターンにより、前記第３金属パターン層により形成する可動電極と前記第５金属パターン層により形成する前記第２固定電極との前記基板の上部方向の間隔を制御する
ことを特徴とする微細素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の微細素子の製造方法において、
前記可動電極の側の前記第１固定電極の表面および前記第１固定電極側の前記可動電極の表面の少なくとも一方に第１絶縁層を形成する第５工程を備えることを特徴とする微細素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の微細素子の製造方法において、
前記可動電極の側の前記第２固定電極の表面および前記第２固定電極側の前記可動電極の表面の少なくとも一方に第２絶縁層を形成する第６工程を備えることを特徴とする微細素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細素子の製造方法において、
前記第１金属パターン層は、前記第１固定電極の周囲に配置される第３支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第２金属パターン層は、前記第３支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第３金属パターン層は、前記基板の平面に平行な方向で前記可動電極に離間して配置され、前記第３支持部に支持された第３固定電極を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記可動電極は、前記基板の平面に平行な方向に変位可能とされている
ことを特徴とする微細素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細素子の製造方法において、
前記第１金属パターン層は、前記第１固定電極の周囲に配置される第３支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第２金属パターン層は、平面視で前記ばね部が配置されていない領域に配置されて前記第３支持部の配置方向に前記可動電極より突出する突出部、および前記第３支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第３金属パターン層は、前記基板の平面に平行な方向で前記可動電極に離間して配置され、前記第３支持部に支持されて前記可動電極の前記基板より離間する方向への変位とともに移動する前記突出部を係止するための係止部を構成する金属パターンを含んで形成する
ことを特徴とする微細素子の製造方法。
【請求項６】
基板の上に形成された複数の金属パタンを含んで形成された第１金属パターン層と、
前記基板から見て前記第１金属パターン層の上に配置されて複数の金属パタンを含んで形成された第２金属パターン層と、
前記基板から見て前記第２金属パターン層の上に配置されて複数の金属パタンを含んで形成された第３金属パターン層と、
前記基板から見て前記第３金属パターン層の上に配置されて複数の金属パタンを含んで形成された第４金属パターン層と、
前記基板から見て前記第４金属パターン層の上に配置されて複数の金属パタンを含んで形成された第５金属パターン層と
を備え、
前記第１金属パターン層は、第１固定電極，前記第１固定電極の周囲に配置される第１支持部，および前記第１支持部の周囲に配置される第２支持部を構成する金属パターンを含み、
前記第２金属パターン層は、一端が前記第１支持部に支持されるばね部および前記第２支持部を構成する金属パターンを含み、
前記第３金属パターン層は、前記基板から見て前記第１固定電極の上方に離間して前記基板の法線方向に変位可能とされて前記ばね部の他端に支持された可動電極、および前記第２支持部を構成する金属パターンを含み、
前記第４金属パターン層は、前記第２支持部を構成する金属パターンを含み、
前記第５金属パターン層は、前記基板から見て前記可動電極の上方に離間して配置され、前記第２支持部に支持される第２固定電極を構成する金属パターンを含み、
前記第１固定電極，前記可動電極，前記ばね部，前記第２固定電極により、前記可動電極を変位させることで、前記第１固定電極と前記可動電極との距離、および前記第２固定電極と前記可動電極との距離を変化させて各々の容量を可変させる可変容量素子が構成され、
前記第２金属パターン層の金属パターンにより、前記第１金属パターン層により形成する第１固定電極と前記第３金属パターン層により形成する可動電極との前記基板の上部方向の間隔が設定され、
前記第４金属パターン層の金属パターンにより、前記第３金属パターン層により形成する可動電極と前記第５金属パターン層により形成する前記第２固定電極との前記基板の上部方向の間隔が設定されている
ことを特徴とする微細素子。
【請求項７】
請求項６記載の微細素子において、
前記可動電極の側の前記第１固定電極の表面および前記第１固定電極側の前記可動電極の表面の少なくとも一方に形成された第１絶縁層を備えることを特徴とする微細素子。
【請求項８】
請求項６または７記載の微細素子において、
前記可動電極の側の前記第２固定電極の表面および前記第２固定電極側の前記可動電極の表面の少なくとも一方に形成された第２絶縁層を備えることを特徴とする微細素子。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の微細素子において、
前記第１金属パターン層は、前記第１固定電極の周囲に配置される第３支持部を構成する金属パターンを含み、
前記第２金属パターン層は、前記第３支持部を構成する金属パターンを含み、
前記第３金属パターン層は、前記基板の平面に平行な方向で前記可動電極に離間して配置され、前記第３支持部に支持された第３固定電極を構成する金属パターンを含んでいる
ことを特徴とする微細素子。
【請求項１０】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の微細素子において、
前記第１金属パターン層は、前記第１固定電極の周囲に配置される第４支持部を構成する金属パターンを含み、
前記第２金属パターン層は、平面視で前記ばね部が配置されていない領域に配置されて前記第４支持部の配置方向に前記可動電極より突出する突出部、および前記第４支持部を構成する金属パターンを含み、
前記第３金属パターン層は、前記基板の平面に平行な方向で前記可動電極に離間して配置され、前記第４支持部に支持されて前記可動電極の前記基板より離間する方向への変位とともに移動する前記突出部を係止するための係止部を構成する金属パターンを含んでいる
ことを特徴とする微細素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ技術によって製造される可変容量素子を構成する微細素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製された各種センサおよびスイッチなどの微細素子が盛んに研究開発されている。特に、ＭＥＭＳ技術を用いて作製された加速度センサは、携帯機器や車両のエアバッグなどに搭載されており、更なる高精度化が求められている。
【０００３】
例えば、シリコンを用いて作製された静電容量検出方式の加速度センサが用いられている（特許文献１参照）。この静電容量式加速度センサは、図８に示すように、シリコン板Ａ８０１，シリコン板Ｂ８０２およびシリコン板Ｃ８０３を電気絶縁用の熱酸化膜８０４，８０５を介して貼り合わせて接合している。シリコン板Ｂ８０２には、シリコンビーム８０６と可動電極８０７とが形成されている。重錘の機能を有する可動電極８０７は、シリコンビーム８０６によって支持されている。可動電極８０７は、シリコンビーム８０６，ボンデイング・パツド８０９を介して外部の電子回路（不図示）と電気的に結線される。
【０００４】
シリコンビーム８０６に作用する図の上下方向の加速度の大きさに応じ、可動電極８０７とシリコン板Ａ８０１およびシリコン板Ｃ８０３間の空隙８０８の寸法が変化する。シリコン板Ａ８０１とシリコン板Ｃ８０３は導電材料であるため、可動電極８０７に対向したシリコン板Ａ８０１とシリコン板Ｃ８０３の部分は加速度に対して全く移動しない固定電極となる。センサに作用する加速度に応じ、空隙８０８における静電容量Ｃ１，Ｃ２が変化する。静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との差を取ることで、加わった加速度の変化を、静電容量の変化として検出することができる。
【０００５】
ところで、上述したセンサでは、可動電極８０７が形成されているシリコン板Ｂ８０２に対し、熱酸化膜８０４，８０５を介してシリコン板Ａ８０１，シリコン板Ｃ８０３を貼り合わせている。このため、貼り合わせの際に、シリコン板Ｂ８０２とシリコン板Ａ８０１との間の傾き、シリコン板Ｂ８０２とシリコン板Ｃ８０３との傾きが生じることにより、製造ばらつきを招き、高精度な加速度センサを実現することが容易ではないという問題がある。
【０００６】
また、上述した傾きを制御するためには、貼り合わせ時に、シリコン板Ｂ８０２に対するシリコン板Ａ８０１，シリコン板Ｃ８０３の傾きを逐次に監視する必要があり、製造コストが上昇してしまうという問題があった。
【０００７】
また、空隙８０８は、熱酸化膜８０４，８０５の厚さに依存する。上記センサに加速度が加わったとき、可動電極８０７が変位するためには、ある程度の空隙８０８が必要となるが、熱酸化で形成可能な熱酸化膜８０４，８０５の厚さは、一般的に１μｍ以下である。熱酸化により１μｍを超える厚い酸化膜を形成した場合、熱酸化膜とシリコン基板との間の内部応力差によってシリコン基板が反ってしまう。このように、空隙８０８を１μｍ以上とすることは容易ではないという問題がある。
【０００８】
上述した技術に対し、基板上に複数の金属パターン層を設け、異なる層の金属パターン層の各々に固定電極や可動電極を形成することで加速度センサとする技術が提案されている（特許文献２参照）。この技術では、固定電極を形成した金属パターン層と、可動電極を形成した金属パターン層との間に配置されている金属パターン層の厚さにより、固定電極と可動電極との間隔を制御している。
【０００９】
この技術では、貼り合わせにより固定電極を配置する工程が必要ないため、貼り合わせによる固定電極と可動電極との間の傾きなどの問題が発生しない。また、間に配置する金属パターン層の厚さは、１μｍ以上とすることは容易であり、電極間をより広い値で任意に設定することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平０６−０２３７８２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５８８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した加速度センサにより加速度を高精度に検出するためには、微量の静電容量変化を検出する必要がある。ところが、静電容量を検出するために印加する電圧に、検出回路からのノイズが混入することによって、静電容量変化の検出精度が低下するという問題がある。
【００１２】
例えば、特許文献２の加速度センサでは、加速度が加わると、可動部と固定電極都内だの静電容量変化から、印加された加速度値を検出している。この検出では、静電容量を検出するための電圧信号を可動電極または固定電極に供給し、可動電極と固定電極との間の静電容量を計測する。このとき、電圧信号にノイズが混入すると、混入したノイズによる印加電圧によって静電引力が生じて可動部を変位させる。このような可動部の変位は、電圧信号に含まれるノイズによるものか、加わった加速度によるものかは判別できない。
【００１３】
上述したようなノイズの影響を除去するためには、特許文献１の加速度センサのように、可動電極を挟んで２つの固定電極を設け、得られる２つの静電容量変化の差分を用いることで、電圧信号に含まれるノイズによる容量変化を相殺することが可能となる。しかしながら、特許文献１の技術では、貼り合わせなどの製造ばらつき、製造コスト、電極間隔の技術的な制限などの問題があり、より高精度にすることが容易ではない。
【００１４】
これらのように、従来では、所望とする性能の加速度センサが、製造ばらつきや製造コストを抑制した状態で作製することが容易ではないという問題があった。
【００１５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、所望とする性能の加速度センサが、製造ばらつきや製造コストを抑制した状態で作製できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る微細素子の製造方法は、基板の上に第１金属パターン層を形成する第１工程と、基板から見て第１金属パターン層の上に第２金属パターン層を形成する第２工程と、基板から見て第２金属パターン層の上に第３金属パターン層を形成する第３工程と、基板から見て第３金属パターン層の上に第４金属パターン層を形成する第４工程と、基板から見て第４金属パターン層の上に第５金属パターン層を形成する第５工程とを備え、第１金属パターン層は、第１固定電極，第１固定電極の周囲に配置される第１支持部，および第１支持部の周囲に配置される第２支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、第２金属パターン層は、一端が第１支持部に支持されるばね部および第２支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、第３金属パターン層は、基板から見て第１固定電極の上方に離間して基板の法線方向に変位可能とされてばね部の他端に支持された可動電極、および第２支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、第４金属パターン層は、第２支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、第５金属パターン層は、基板から見て可動電極の上方に離間して配置され、第２支持部に支持される第２固定電極を構成する金属パターンを含んで形成し、第１固定電極，可動電極，ばね部，第２固定電極により、可動電極を変位させることで、第１固定電極と可動電極との距離、および第２固定電極と可動電極との距離を変化させて各々の容量を可変させる可変容量素子を構成し、第２金属パターン層の金属パターンにより、第１金属パターン層により形成する第１固定電極と第３金属パターン層により形成する可動電極との基板の上部方向の間隔を制御し、第４金属パターン層の金属パターンにより、第３金属パターン層により形成する可動電極と第５金属パターン層により形成する第２固定電極との基板の上部方向の間隔を制御する。
【００１７】
上記微細素子の製造方法において、可動電極の側の第１固定電極の表面および第１固定電極側の可動電極の表面の少なくとも一方に第１絶縁層を形成する第５工程を備えるようにしてもよい。また、可動電極の側の第２固定電極の表面および第２固定電極側の可動電極の表面の少なくとも一方に第２絶縁層を形成する第６工程を備えるようにしてもよい。
【００１８】
上記微細素子の製造方法において、第１金属パターン層は、第１固定電極の周囲に配置される第３支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、第２金属パターン層は、第３支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、第３金属パターン層は、基板の平面に平行な方向で可動電極に離間して配置され、第３支持部に支持された第３固定電極を構成する金属パターンを含んで形成し、可動電極は、基板の平面に平行な方向に変位可能とされているようにしてもよい。
【００１９】
上記微細素子の製造方法において、第１金属パターン層は、第１固定電極の周囲に配置される第３支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、第２金属パターン層は、平面視でばね部が配置されていない領域に配置されて第３支持部の配置方向に可動電極より突出する突出部、および第３支持部を構成する金属パターンを含んで形成し、第３金属パターン層は、基板の平面に平行な方向で可動電極に離間して配置され、第３支持部に支持されて可動電極の基板より離間する方向への変位とともに移動する突出部を係止するための係止部を構成する金属パターンを含んで形成するようにしてもよい。
【００２０】
本発明に係る微細素子は、基板の上に形成された複数の金属パターンを含んで形成された第１金属パターン層と、基板から見て第１金属パターン層の上に配置されて複数の金属パターンを含んで形成された第２金属パターン層と、基板から見て第２金属パターン層の上に配置されて複数の金属パターンを含んで形成された第３金属パターン層と、基板から見て第３金属パターン層の上に配置されて複数の金属パターンを含んで形成された第４金属パターン層と、基板から見て第４金属パターン層の上に配置されて複数の金属パターンを含んで形成された第５金属パターン層とを備え、第１金属パターン層は、第１固定電極，第１固定電極の周囲に配置される第１支持部，および第１支持部の周囲に配置される第２支持部を構成する金属パターンを含み、第２金属パターン層は、一端が第１支持部に支持されるばね部および第２支持部を構成する金属パターンを含み、第３金属パターン層は、基板から見て第１固定電極の上方に離間して基板の法線方向に変位可能とされてばね部の他端に支持された可動電極、および第２支持部を構成する金属パターンを含み、第４金属パターン層は、第２支持部を構成する金属パターンを含み、第５金属パターン層は、基板から見て可動電極の上方に離間して配置され、第２支持部に支持される第２固定電極を構成する金属パターンを含み、第１固定電極，可動電極，ばね部，第２固定電極により、可動電極を変位させることで、第１固定電極と可動電極との距離、および第２固定電極と可動電極との距離を変化させて各々の容量を可変させる可変容量素子が構成され、第２金属パターン層の金属パターンにより、第１金属パターン層により形成する第１固定電極と第３金属パターン層により形成する可動電極との基板の上部方向の間隔が設定され、第４金属パターン層の金属パターンにより、第３金属パターン層により形成する可動電極と第５金属パターン層により形成する第２固定電極との基板の上部方向の間隔が設定されている。
【００２１】
上記微細素子において、可動電極の側の第１固定電極の表面および第１固定電極側の可動電極の表面の少なくとも一方に形成された第１絶縁層を備えるようにしてもよい。また、可動電極の側の第２固定電極の表面および第２固定電極側の可動電極の表面の少なくとも一方に形成された第２絶縁層を備えるようにしてもよい。
【００２２】
上記微細素子において、第１金属パターン層は、第１固定電極の周囲に配置される第３支持部を構成する金属パターンを含み、第２金属パターン層は、第３支持部を構成する金属パターンを含み、第３金属パターン層は、基板の平面に平行な方向で可動電極に離間して配置され、第３支持部に支持された第３固定電極を構成する金属パターンを含んでいるようにしてもよい。
【００２３】
上記微細素子において、第１金属パターン層は、第１固定電極の周囲に配置される第４支持部を構成する金属パターンを含み、第２金属パターン層は、平面視でばね部が配置されていない領域に配置されて第４支持部の配置方向に可動電極より突出する突出部、および第４支持部を構成する金属パターンを含み、第３金属パターン層は、基板の平面に平行な方向で可動電極に離間して配置され、第４支持部に支持されて可動電極の基板より離間する方向への変位とともに移動する突出部を係止するための係止部を構成する金属パターンを含んでいるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したことにより、本発明によれば、所望とする性能の加速度センサが、製造ばらつきや製造コストを抑制した状態で作製できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施の形態における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施の形態における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施の形態における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の実施の形態における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本発明の実施の形態における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、本発明の実施の形態における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｇ】図１Ｇは、本発明の実施の形態における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｈ】図１Ｈは、本発明の実施の形態における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｉ】図１Ｉは、本発明の実施の形態における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｊ】図１Ｊは、本発明の実施の形態における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態における微細素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態における微細素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態における他の微細素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施の形態における他の微細素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態における他の微細素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施の形態における他の微細素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施の形態における他の微細素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施の形態における他の微細素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態における他の微細素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態における他の微細素子の構成を模式的に示す平面図である。
【図８】図８は、従来の微細素子の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００２７】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１Ａ〜図１Ｊは、本発明の実施の形態１における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図である。以下では、可変容量素子を構成する微細素子として静電容量式加速度センサを例に説明する。
【００２８】
まず、図１Ａに示すように、基板１０１の上に絶縁層１０２を形成する。例えば、基板１０１は、シリコンなどの半導体基板であり、例えば、よく知られた集積回路が形成され、この集積回路を覆うように絶縁層１０２が形成されている。例えば、この集積回路に、絶縁層１０２に形成された貫通配線により、以下に説明する微細素子（可変容量素子）が接続される。
【００２９】
絶縁層１０２は、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの、公知の成膜法により形成すればよい。また、絶縁層１０２は、シリコンかなる基板１０１を熱酸化することで形成してもよい。例えば、熱酸化法により、厚さ０．５μｍ程度の酸化シリコンなる絶縁層１０２と形成すればよい。
【００３０】
次に、図１Ｂに示すように、絶縁層１０２の上にシード層１０３を形成する。シード層１０３は、絶縁層１０２の側に絶縁層１０２との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．０７μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、例えば、よく知られた真空蒸着法により形成すればよく、Ｔｉ層は成膜レート４０ｎｍ／ｍｉｎで形成し、Ａｕ層は成膜レート３０ｎｍ／ｍｉｎで形成すればよい。なお、密着層は、Ｃｒなどの他の金属から構成してもよい。上層は、Ａｕに限らず、ＮｉやＣｕなどの他の金属から構成してもよい。
【００３１】
以上のようにシード層１０３を形成した後、シード層１０３の上に複数の金属パターン１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃを備える第１金属パターン層１０４を形成する。金属パターン１０４ａは、第１固定電極を構成する部分となり、金属パターン１０４ｂは、第１固定電極の周囲に配置される第１支持部を構成する部分となり、金属パターン１０４ｃは、第１支持部の周囲に配置される第２支持部を構成する部分となる。
【００３２】
例えば、シード層１０３の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層１０３の上に、例えば、電解めっき（電気めっき）法により厚さ１．５μｍ程度にＡｕを成長させる。電解めっきによるＡｕの成膜速度（成膜レート）は、６０ｎｍ／ｍｉｎ程度である。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ１．５μｍの第１金属パターン層１０４が形成できる。なお、Ａｕに限らず、Ｎｉ、Ｃｕなどの他の金属から、第１金属パターン層１０４を構成してもよい。
【００３３】
次に、図１Ｃに示すように、第１金属パターン層１０４をマスクとしてシード層１０３をエッチング除去し、絶縁層１０２の上で第１金属パターン層１０４の各パターンを電気的に分離する。例えば、シード層１０３の上層のＡｕ層は、塩酸と硝酸とを混合したエッチング液を用いればよい。エッチングレートは８５ｎｍ／ｍｉｎである。また、下層（密着層）のチタン層は、フッ化水素酸水溶液を用いればよい。エッチングレートは４００ｎｍ／ｍｉｎである。なお、上述したエッチングでは、他のエッチング液を用いるようにしてもよいことは言うまでもない。例えば、ヨウ素水溶液を用いるようにしてもよい。また、アルゴンガスのプラズマを用いたドライエッチングによりシード層のエッチングを行うようにしてもよい。
【００３４】
次に、図１Ｃに示すように、金属パターン１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃに分離した第１金属パターン層１０４の間を充填する状態に犠牲層１０５を形成する。例えば、ポリベンゾオキサゾール（Poly Benzo Oxazole；ＰＢＯ）からなる感光性樹脂を、スピンコーティング法により塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜をフォトリソグラフィー技術によりパターニングし、熱硬化した後で平坦化すれば、犠牲層１０５が形成できる。熱硬化の温度は３１０℃とすればよい。なお、感光性樹脂としては、ＰＢＯに限らず、ＥＬＰＡＣ  ＷＰＲ−５１００（ＪＳＲ株式会社製）などを用いるようにしてもよい。
【００３５】
次に、図１Ｄに示すように、犠牲層１０５および第１金属パターン層１０４の上にシード層１０６を形成する。シード層１０６は、犠牲層１０５の側に犠牲層１０５との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．０７μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、前述したシード層１０３と同様である。
【００３６】
以上のようにシード層１０６を形成した後、図１Ｅに示すように、シード層１０６の上に複数の金属パターン１０７ｂ，１０７ｃを備える第２金属パターン層１０７を形成する。金属パターン１０７ｂは、一端が上記第１支持部に支持されるばね部となり、金属パターン１０７ｃは、上記第２支持部を構成する部分となる。例えば、シード層１０６の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層１０６の上に、例えば、電解めっき法により厚さ３μｍ程度のＡｕを成長させる。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ３μｍの第２金属パターン層１０７が形成できる。第２金属パターン層１０７の形成は、第１金属パターン層１０４の形成と同様である。
【００３７】
次に、図１Ｆに示すように、前述同様に、第２金属パターン層１０７をマスクとしてシード層１０６をエッチング除去し、犠牲層１０５の上で第２金属パターン層１０７の各パターンを電気的に分離する。次いで、金属パターン１０７ｂ，１０７ｃに分離した第２金属パターン層１０７の間を充填する状態に犠牲層１０８を形成し、犠牲層１０８および第２金属パターン層１０７の上にシード層１０９を形成する。犠牲層１０８の形成は、犠牲層１０５の形成と同様であり、シード層１０９の形成は、シード層１０６の形成と同様であり、説明を省略する。
【００３８】
引き続き、前述した各金属パターン層と同様にすることで、シード層１０９の上に複数の金属パターン１１０ｂ，１１０ｃを備える中間金属パターン層１１０を形成する。金属パターン１１０ｂは、上記ばね部の他端の上に配置されるスペーサとなり、金属パターン１１０ｃは、上記第２支持部を構成する部分となる（図１Ｆ）。
【００３９】
次に、図１Ｇに示すように、前述同様に、中間金属パターン層１１０をマスクとしてシード層１０９をエッチング除去し、犠牲層１０８の上で中間金属パターン層１１０の各パターンを電気的に分離する。次いで、金属パターン１１０ｂ，１１０ｃに分離した中間金属パターン層１１０の間を充填する状態に犠牲層１１１を形成し、犠牲層１１１および中間金属パターン層１１０の上にシード層１１２を形成する。犠牲層１１１およびシード層１１２の形成は、前述同様であり、説明を省略する。
【００４０】
引き続き、前述した各金属パターン層と同様にすることで、シード層１１２の上に複数の金属パターン１１３ａ，１１３ｃを備える第３金属パターン層１１３を形成する。第３金属パターン層１１３は、厚さ５μｍに形成する。金属パターン１１３ａは、基板１０１から見て上記第１固定電極の上方に離間して基板１０１の法線方向に変位可能とされて上記ばね部の他端に支持された可動電極を構成する。実施の形態１では、上記ばね部の他端に上記スペーサを介して可動電極が支持される。また、金属パターン１１３ｃは、上記第２支持部を構成する部分となる（図１Ｇ）。
【００４１】
次に、図１Ｈに示すように、前述同様に、第３金属パターン層１１３をマスクとしてシード層１０９をエッチング除去し、犠牲層１１１の上で第３金属パターン層１１３の各パターンを電気的に分離する。次いで、複数の金属パターン１１３ａ，１１３ｃに分離した第３金属パターン層１１３の間を充填する状態に犠牲層１１４を形成し、犠牲層１１４および第３金属パターン層１１３の上にシード層１１５を形成する。犠牲層１１４およびシード層１１５の形成は、前述同様であり、説明を省略する。
【００４２】
引き続き、前述した各金属パターン層と同様にすることで、シード層１１５の上に、複数の金属パターン１１６ｃを備える第４金属パターン層１１６を形成する。第４金属パターン層１１５は、厚さ５μｍに形成する。金属パターン１１６ｃは、上記第２支持部を構成する部分となる（図１Ｈ）。
【００４３】
次に、図１Ｉに示すように、前述同様に、第４金属パターン層１１６をマスクとしてシード層１１５をエッチング除去し、犠牲層１１７の上で第４金属パターン層１１６の各パターンを電気的に分離する。次いで、複数の金属パターン１１３ａ，１１３ｃに分離した第４金属パターン層１１６の間を充填する状態に犠牲層１１７を形成し、犠牲層１１７および第４金属パターン層１１６の上にシード層１１８を形成する。犠牲層１１７およびシード層１１８の形成は、前述同様であり、説明を省略する。
【００４４】
引き続き、前述した各金属パターン層と同様にすることで、シード層１１８の上に、金属パターン１１９ａを備える第５金属パターン層１１９を形成する。第５金属パターン層１１９は、厚さ５μｍに形成する。金属パターン１１９ａは、基板１０１から見て上記可動電極の上方に離間して配置され、上記第２支持部に支持される第２固定電極を構成する部分となる（図１Ｉ）。
【００４５】
以上のようにして各金属パターン層を形成した後、例えば、酸素プラズマを用いたドライエッチングにより、各犠牲層をエッチング除去する（図１Ｊ）。各犠牲層の除去においては、酸素プラズマに限らず、ＣＦ4と酸素など、他のガスや混合ガスを用いたプラズマを用いるようにしてもよい。
【００４６】
上述したことにより、図２Ａ，図２Ｂに示すように、基板１０１（絶縁層１０２）の上に、第１固定電極２０１、第１支持部２０２、第２支持部２０３、ばね部２０４、可動電極２０６、第２固定電極２０７を備える静電容量式加速度センサが得られる。図２Ａは、断面を示し、図２Ｂは平面を示している。図２Ｂのｘｘ’線の断面が図２Ａに示されている。
【００４７】
第１支持部２０２は、第１固定電極２０１の周囲に配置され、第２支持部２０３は、第１支持部２０２の周囲に配置される。ばね部２０４は、一端が第１支持部２０２に支持され、第１支持部２０２の他端に可動電極２０６が支持される。可動電極２０６は、基板１０１から見て第１固定電極２０１の上方に離間して基板１０１の法線方向に変位可能とされている。加えて、可動電極２０６は、基板１０１の平面に平行な方向にも変位可能とされている。なお、実施の形態１では、ばね部２０４の他端と可動電極２０６との間に、中間支持部２０５を備えている。
【００４８】
また、第２固定電極２０７は、基板１０１から見て可動電極２０６の上方に離間して配置され、第２支持部２０３に支持されている。第１固定電極２０１，可動電極２０６，ばね部２０４，第２固定電極２０７により、可動電極２０６を変位させることで、第１固定電極２０１と可動電極２０６との距離、および第２固定電極２０７と可動電極２０６との距離を変化させて各々の容量を可変させる可変容量素子（静電容量式加速度センサ）が構成されている。
【００４９】
ここで、図１Ｊと図２Ａとを対比して説明する。まず、第１固定電極２０１は、金属パターン１０４ａから構成され、第１支持部２０２は、金属パターン１０４ｂから構成され、第２支持部２０３の一部（実施例最下部）は、金属パターン１０４ｃから構成されている。これら各金属パターンは、第１金属パターン層１０４に含まれており、第１金属パターン層１０４が形成されている基板１０１に平行な同一平面上に配置されている。
【００５０】
ばね部２０４は、金属パターン１０７ｂから構成され、第２支持部２０３の一部（実施例２層目）は、金属パターン１０７ｃから構成されている。これら各金属パターンは、第２金属パターン層１０７に含まれており、第２金属パターン層１０７が形成されている基板１０１に平行な同一平面上に配置されている。
【００５１】
中間支持部２０５は、金属パターン１１０ｂから構成され、第２支持部２０３の一部（実施例３層目）は、金属パターン１１０ｃから構成されている。これら各金属パターンは、中間金属パターン層１１０に含まれており、中間金属パターン層１１０が形成されている基板１０１に平行な同一平面上に配置されている。
【００５２】
可動電極２０６は、金属パターン１１３ａから構成され、第２支持部２０３の一部（実施例４層目）は、金属パターン１１３ｃから構成されている。これら各金属パターンは、第３金属パターン層１１３に含まれており、第３金属パターン層１１３が形成されている基板１０１に平行な同一平面上に配置されている。
【００５３】
第２支持部２０３の一部（実施例５層目最上層）は、金属パターン１１６ｃから構成されている。複数の金属パターン１１６ｃは、第４金属パターン層１１６に含まれており、第４金属パターン層１１６が形成されている基板１０１に平行な同一平面上に配置されている。また、第２固定電極２０７は、金属パターン１１９ａから構成され、金属パターン１１９ａは、第５金属パターン層１１９に含まれている。なお、上述した各金属パターン層および金属パターンは、下層のシード層を含んだものして説明している。
【００５４】
ここで、第１金属パターン層１０４，第２金属パターン層１０７，第３金属パターン層１１３，第４金属パターン層１１６，第５金属パターン層１１９は、これらの順で基板１０１の上に積層されている。なお、実施の形態１では、第２金属パターン層１０７と第３金属パターン層１１３とに間に、中間金属パターン層１１０を備えている。
【００５５】
この構成により、まず、第２金属パターン層１０７の金属パターンにより、第１金属パターン層１０４により形成する第１固定電極２０１と、第３金属パターン層１１３により形成する可動電極２０６との基板１０１の上部方向の間隔が設定されることになる。言い換えると、微細素子の製造においては、第２金属パターン層１０７の金属パターンにより、第１金属パターン層１０４により形成する第１固定電極２０１と、第３金属パターン層１１３により形成する可動電極２０６との基板１０１の上部方向の間隔を制御している。なお、実施の形態１では、上記間隔の設定，制御には、中間金属パターン層１１０の金属パターンも含まれる。
【００５６】
また、第４金属パターン層１１６の金属パターンにより、第３金属パターン層１１３により形成する可動電極２０６と、第５金属パターン層１１９により形成する第２固定電極２０７との基板１０１の上部方向の間隔が設定されことになる。言い換えると、微細素子の製造においては、第４金属パターン層１１６の金属パターンにより、第３金属パターン層１１３により形成する可動電極２０６と、第５金属パターン層１１９により形成する第２固定電極２０７との基板１０１の上部方向の間隔を制御している。
【００５７】
ここで、外部からの力Ｆの作用による可動電極２０６の変位量ｘについては、ばね部２０４のばね定数をｋとすると「Ｆ＝ｋ×ｘ・・・（１）」の関係がフックの法則により成立する。なお、変位量ｘは、可動電極２０６が基板１０１に近づく方向を正の値とする。
【００５８】
次に、第１固定電極２０１と可動電極２０６との間の静電容量値をＣ１とすると、「Ｃ１＝ε0×ε1×Ｓ1÷（ｄ1−ｘ）・・・（２）」となる。また、第２固定電極２０７と可動電極２０６との間の静電容量値をＣ２とすると、「Ｃ２＝ε0×ε1×Ｓ2÷（ｄ2＋ｘ）・・・（３）」となる。なお、Ｓ1は、平面視で、第１固定電極２０１と可動電極２０６とが重なる面積である。また、Ｓ2は、平面視で、第２固定電極２０７と可動電極２０６とが重なる面積である。また、ｄ1は、外部から力が加わっていない状態（初期状態）における第１固定電極２０１と可動電極２０６との距離である。ｄ1は、初期状態における第２固定電極２０７と可動電極２０６との距離である。また、ε0は、真空の誘電率、ε1は、可動電極２０６周囲の流体（例えば空気）の比誘電率である。
【００５９】
上記式（１）、式（２）、式（３）により、Ｃ１およびＣ２の測定結果から、外部からの力Ｆを求めることができる。また、Ｃ１とＣ２との差分を取ることで、Ｃ１およびＣ２の計測時に、電圧信号に含まれるノイズによる共通の容量変化が相殺でき、高精度な容量変化が検出できるようになる。
【００６０】
また、外部から加わる力を加速度による力とすると、可動電極２０６の質量をｍ、加速度をａとすると、「Ｆ＝ｍ×ａ・・・（４）」であり、式（１）〜（４）により、Ｃ１およびＣ２の測定結果から、外部から加わった加速度ａを求めることが可能となり、実施の形態における微細素子を、加速度センサとして機能させることができる。この場合においても、Ｃ１とＣ２との差分を取ることで、Ｃ１およびＣ２の計測時に、電圧信号に含まれるノイズによる共通の容量変化が相殺でき、高精度な測定が可能となる。
【００６１】
上述したように、実施の形態１によれば、可動電極２０６を挟んで２つの第１固定電極２０１，第２固定電極２０７を設けたので、得られる２つの静電容量変化の差分を用いることで、電圧信号に含まれるノイズによる容量変化を相殺することが可能となる。また、貼り合わせにより固定電極などを配置する工程が必要ないため、貼り合わせによる固定電極と可動電極との間の傾きなどの問題が発生しない。このように、実施の形態１によれば、所望とする性能の加速度センサが、製造ばらつきや製造コストを抑制した状態で作製できるようになる。
【００６２】
また、前述したように、絶縁層１０２の下の基板１０１には、例えば、集積回路が形成され、この集積回路に、絶縁層１０２に形成された貫通配線により、実施の形態１における微細素子（可変容量素子）が接続される。集積回路は、第１固定電極２０１と可動電極２０６との間の静電容量値、第２固定電極２０７と可動電極２０６との間の静電容量値を、電圧値または電流値として検出する電子回路を含んでいる。このように、微細素子と集積回路とを、同一の基板１０１に搭載することで、上記静電容量値を検出する電子回路を備える集積回路を形成した回路基板と、微細素子を形成した基板とを個別に用意する手間が省けるようになる。また、微細素子と集積回路とを同一基板上に集積することで、より小型化が可能となる。また、集積回路と微細素子とを、電気的に最短距離で接続できるので、これらの間を接続する配線に付随する寄生素子の影響が、最小限に抑制され、高精度な静電容量計測が実現できるようになる。
【００６３】
また、上述した実施の形態では、基板１０１の法線方向、言い換えると各層を積層する方向で、第１固定電極２０１、可動電極２０６、および第２固定電極２０７が、互いに向かい合っている。この構成では、第１固定電極２０１と可動電極２０６とによる容量、および可動電極２０６と第２固定電極２０７とによる容量を決定する１因子である電極面積は、第１固定電極２０１、可動電極２０６、および第２固定電極２０７の、基板平面方向の面積で決定されるものとなる。実施の形態における構造では、基板平面方向の面積を大きくすることは容易であり、従って、実施の形態によれば、検出感度を向上させることが容易である。
【００６４】
次に、他の形態の微細素子について説明する。以下では、固定電極と可動電極との間に絶縁層を設けている。図３Ａ、図３Ｂは、本発明の実施の形態１における他の微細素子の構成を示す断面図である。
【００６５】
図３Ａに示す微細素子では、第１固定電極２０１の、可動電極２０６を向いている表面に絶縁層（第１絶縁層）２２１を形成している。また、第２固定電極２０７の、可動電極２０６を向いている面に絶縁層（第２絶縁層）２２２を形成している。絶縁層２２２は、第２固定電極２０７に向かい合う状態に配置されている。
【００６６】
図３Ｂに示す微細素子では、可動電極２０６の、第１固定電極２０１を向いている面に絶縁層（第１絶縁層）２２３を形成している。また、可動電極２０６の、第２固定電極２０７を向いている面に絶縁層（第２絶縁層）２２４を形成している。絶縁層２２４は、第１固定電極２０１に向かい合う状態に配置されている。
【００６７】
例えば、絶縁層２２１は、図１Ｃ，図１Ｄを用いた説明において、シード層１０６を形成する前に金属パターン１０４ａの上に形成しておけばよい。金属パターン１０４ａの上に、例えば真空蒸着法により層厚０．１μｍのチタン層を形成する。チタン層の上に、例えば、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコン層を形成する。次いで、形成したチタン層および酸化シリコン層を、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とによりパターニングすることで、絶縁層２２１を形成する。金属パターン１０４ａをＡｕから構成する場合、酸化シリコンとの間の密着性を得るために、チタン層を形成しておくとよい。
【００６８】
酸化シリコン層のエッチングでは、例えば、ＣＨＦ4およびＯ2の混合ガスを用いた反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法を用いればよい。このドライエッチングにおいては、酸化シリコンをエッチングできるガスを用いればよく、例えば、ＣＦ4およびＯ2の混合ガスを用いてもよい。また、チタン層のエッチングには、例えば、フッ化水素酸水溶液を用いればよい。以上のように絶縁層２２２を形成してから、シード層１０６を形成し、第２金属パターン層１０７を形成すればよい。
【００６９】
また、絶縁層２２２は、図１Ｉを用いた説明において、シード層１１８を形成する前に、犠牲層１１７の上に形成しておけばよい。犠牲層１１７の上に、例えば真空蒸着法により層厚０．１μｍのチタン層を密着層として形成する。チタン層の上に、例えば、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコン層を形成する。次いで、形成したチタン層および酸化シリコン層を、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とによりパターニングすることで、絶縁層２２２を形成する。また、絶縁層２２２を形成した後で、チタン層は除去しておく。チタン層の除去では、チタン層のエッチングと同様に、フッ化水素酸水溶液を用いればよい。
【００７０】
絶縁層２２３は、図１Ｆおよび図１Ｇを用いた説明において、前述同様に、シード層１１２を形成する前に、犠牲層１１１の上に形成しておけばよい。また、絶縁層２２４は、図１Ｈを用いた説明において、上述同様に、シード層１１５を形成する前に金属パターン１１３ａの上に形成しておけばよい。
【００７１】
ところで、絶縁層２２１，２２３の面積は、第１固定電極２０１の面積とは異なる状態としてもよい。また、絶縁層２２２，２２４の面積は、可動電極２０６の面積とは異なる状態としてもよい。なお、上記面積は、基板１０１の平面に平行な面の面積である。
【００７２】
例えば、第１固定電極２０１と可動電極２０６との間の静電容量値Ｃ１ａは、以下の式（５）により示すことができる。
【００７３】
【数１】
0006519021.tif 000002
【００７４】
Ｓ1は、絶縁層２２１，２２３の面積、Ｓ2は、第１固定電極２０１と可動電極２０６とが平面視で重なる面積、ｔiは、絶縁層２２１，２２３の厚さ、ｄ１は外部からの力Ｆが加わっていないときの可動電極２０６と第１固定電極２０１との距離、ｘは可動電極２０６の変位量、ε0は、真空の誘電率、ε1は、可動電極２０６周囲の流体（例えば空気）の比誘電率、ε2は、絶縁層２２１，２２３の比誘電率である。
【００７５】
式（１）に示すように、絶縁層２２１，２２３の面積を変化させると、静電容量値Ｃ１ａが変化する。従って、絶縁層２２１，２２３の面積を変化させることで、静電容量値Ｃ１ａを任意の値に制御することが可能となる。絶縁層２２２，２２４についても同様であり、絶縁層２２２，２２４の面積を変化させることで、第２固定電極２０７と可動電極２０６との間の静電容量値を、任意の値に制御することが可能となる。
【００７６】
上述したように、絶縁層を用いることで、外部かの力Ｆが加わっておらず、ｘ＝０である場合、第１固定電極２０１と可動電極２０６との間の静電容量値Ｃ１と、第２固定電極２０７と可動電極２０６との間の静電容量値Ｃ２とが等しくなるように制御することができる。このように構成することで、Ｃ１とＣ２との差は、外部から加わる力により可動電極２０６が変位することによる静電容量値の変化分だけとなり、高精度な計測が可能となる。
【００７７】
なお、第１絶縁層は、可動電極２０６の側の第１固定電極２０１の表面および第１固定電極２０１側の可動電極２０６の表面の少なくとも一方に形成されていればよい。また、第２絶縁層は、可動電極２０６の側の第２固定電極２０７の表面および第２固定電極２０７側の可動電極２０６の表面の少なくとも一方に形成されていればよい。
【００７８】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、第１固定電極２０１、可動電極２０６，および第２固定電極２０７から構成したが、これに限るものではない。第１固定電極の周囲に配置される第３支持部に支持され、基板の平面に平行な方向で可動電極に離間して配置された第３固定電極を備えるようにしてもよい。
【００７９】
以下、図４Ａおよび図４Ｂを用いてより詳細に説明する。図４Ａは、本発明の実施の形態２における微細素子の構成を示す断面図、図４Ｂは、本発明の実施の形態２における微細素子の構成を示す平面図である。図４Ｂのｘｘ’線の断面が図４Ａに示されている。
【００８０】
この微細素子は、第１固定電極２０１の周囲に配置される第３支持部３０１と、基板１０１の平面に平行な方向で可動電極２０６に離間して配置され、第３支持部３０１に支持された第３固定電極３０２とを備える。第３支持部３０１および第３固定電極３０２は、基板１０１の平面方向に、可動電極２０６を挾んで２組配置している。第３固定電極３０２は、可動電極２０６、第１固定電極２０１、および第２固定電極２０７とは、電気的に独立している。他の構成は、前述した実施の形態１と同様であり、説明は省略する。
【００８１】
第３支持部３０１は、第１金属パターン層１０４が備える金属パターンと、第２金属パターン層１０７が備える金属パターンとから構成されている。実施の形態２では、中間金属パターン層１１０も、第３支持部３０１を構成する金属パターンを含む。第３支持部３０１は、第１支持部２０２と同じに、第１金属パターン層１０４の金属パターン、および第２金属パターン層１０７の金属パターンから構成されている。第３支持部３０１は、第１支持部２０２と同様に、第１支持部２０２と同時に形成すればよい。
【００８２】
また、第３固定電極３０２は、第３金属パターン層１１３が備える金属パターンから構成されている。第３固定電極３０２は、可動電極２０６と同じ、第３金属パターン層１１３の金属パターンから構成されている。従って、第３固定電極３０２と可動電極２０６とは、基板１０１に平行な同一平面上に配置されている。第３固定電極３０２は、可動電極２０６と同様に、可動電極２０６と同時に形成すればよい。
【００８３】
実施の形態２によれば、可動電極２０６に対して外部から力が加わり、可動電極２０６が基板１０１の平面方向に変位すると、可動電極２０６と、第３固定電極３０２との距離が変化する。２つの第３固定電極３０２と、可動電極２０６との間の各々の静電容量値（Ｃ３，Ｃ４）を各々計測し、Ｃ３とＣ４との差分を取ることで、外部から加わった力により可動電極２０６が基板１０１平面方向に変位したことによる静電容量の変化が高精度に測定できる。従って、実施の形態２によれば、基板１０１の平面方向の加速度の値が、高精度に計測可能な加速度センサが実現できるようになる。
【００８４】
なお、上述では、平面視矩形の可動電極２０６の１組の対辺方向に、２つの第３固定電極３０２を配置するようにしたが、これに限るものではない。平面視矩形の可動電極２０６のもう１組の対辺方向に、可動電極２０６を挾んで２つの第４固定電極を配置してもよい。この場合においても、上述同様に、可動電極２０６，２つの第３固定電極３０２と同時に、２つの第４固定電極を形成すればよい。このように、第１固定電極２０１と第２固定電極２０７、２つの第３固定電極３０２、２つの第４固定電極を用いることで、互いに直交する３軸の加速度を検出する加速度センサが構成できる。
【００８５】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、可動電極２０６の可動範囲を制限する係止部を設ける構成とした。以下、図５Ａおよび図５Ｂを用いてより詳細に説明する。図５Ａは、本発明の実施の形態３における微細素子の構成を示す断面図、図５Ｂは、本発明の実施の形態３における微細素子の構成を示す平面図である。図５Ｂのｘｘ’線の断面が図５Ａに示されている。
【００８６】
この微細素子は、第１固定電極２０１の周囲に配置される第４支持部４０１、および第４支持部４０１に支持される係止部４０２を備える。また、平面視でばね部２０４が配置されていない領域に配置され、第４支持部４０１の配置方向に可動電極２０６より突出する突出部４０３を備える。実施の形態３では、突出部４０３は、第１固定電極２０１の側の可動電極２０６の面に固定されている。突出部４０３は、可動電極２０６とともに変位する。係止部４０２は、可動電極２０６の基板１１０より離間する方向への変位とともに移動する突出部４０３を係止する。基板１１０より離間する方向への突出部４０３の所定距離以上の変位が、係止部４０２により係止される。
【００８７】
第４支持部４０１は、第１金属パターン層１０４が備える金属パターンと、第２金属パターン層１０７が備える金属パターンと、中間金属パターン層１１０が備える金属パターンとから構成されている。第４支持部４０１は、実施の形態１の第１支持部２０２と同じに、第１金属パターン層１０４の金属パターン、第２金属パターン層１０７の金属パターン、および中間金属パターン層１１０の金属パターンから構成されている。第４支持部４０１は、実施の形態１の第１支持部２０２と同様に、第１支持部２０２と同時に形成すればよい。
【００８８】
また、係止部４０２は、第３金属パターン層１１３が備える金属パターンから構成されている。係止部４０２は、可動電極２０６と同じ、第３金属パターン層１１３の金属パターンから構成されている。従って、係止部４０２と可動電極２０６とは、基板１０１に平行な同一平面上に配置されている。係止部４０２は、可動電極２０６と同様に、可動電極２０６と同時に形成すればよい。
【００８９】
また、突出部４０３は、第２金属パターン層１０７が備える金属パターンと、中間金属パターン層１１０が備える金属パターンとから構成されている。突出部４０３は、実施の形態１のばね部２０４と同じ、第２金属パターン層１０７の金属パターンおよび中間金属パターン層１１０の金属パターンから構成されている。従って、ばね部２０４と突出部４０３とは、基板１０１に平行な同一平面上に配置されている。突出部４０３は、ばね部２０４と同様に、ばね部２０４と同時に形成すればよい。
【００９０】
実施の形態３において、係止部４０２と突出部４０３との平面視で重なる領域間の基板１０１の法線方向の距離が、図５Ａより明らかなように、中間金属パターン層１１０（およびシード層１０９）の厚さにより設定される。従って、可動電極２０６の、外部より力が加わっていない初期状態から基板１０１より離れる方向への変位量は、中間金属パターン層１１０の厚さとなる。
【００９１】
一方、可動電極２０６と第２固定電極２０７との間の距離（間隔）は、図１Ｊより明らかなように、第４金属パターン層１１６（およびシード層１１５）の厚さとなる。従って、第４金属パターン層１１６（およびシード層１１５）の厚さより、中間金属パターン層１１０（およびシード層１０９）の厚さを薄くしておけば、基板１０１より離間する方向へ、可動電極２０６が過剰に変位しても、可動電極２０６が第２固定電極２０７に接触する前に、突出部４０３が係止部４０２に係止される。この結果、過剰な変位による可動電極２０６の第２固定電極２０７への接触が防止できる。
【００９２】
また、同様に、基板１０１に近づく方向へ可動電極２０６が過剰に変位しても、可動電極２０６が第１固定電極２０１に接触する前に、突出部４０３が、基板１０１（絶縁層１０２）に接触する。この結果、過剰な変位による可動電極２０６の第１固定電極２０１への接触が防止できる。
【００９３】
また、突出部４０３を備えることで、可動電極２０６やばね部２０４が、周囲の構造体と直接接触することが防げるので、作製した微細素子の機械的な破壊が抑制できるようになり、信頼性の高い微細素子が実現できる。
【００９４】
ところで、図６に示すように、同一の基板６０１の上に、複数の微細素子６０２を配置するようにしてもよい。このように複数の微細素子６０２を用いることで、１回の測定で複数の静電容量検出が可能となる。これにより、単一の微細素子の場合に比較し、検出時間の短縮、測定精度の向上が見込める。また、複数の微細素子６０２を用いることで、いずれかの微細素子６０２が破損しても、他の動作可能な微細素子６０２により測定が可能であるため、製品の歩留まり向上に寄与し、また信頼性向上が見込める。
【００９５】
また、図７に示すように、同一の基板７０１の上に、素子寸法が異なる微細素子７０２，微細素子７０３，微細素子７０４を配置してもよい。微細素子７０２，微細素子７０３，微細素子７０４は、各々可動電極および固定電極の重なる面積が異なっている。このように構成することで、１回の測定で、上記面積に比例した静電容量検出変化が検出でき、外部から加わる力の大きさに応じて適切に静電容量値が選択でき、測定精度を向上させることができる。
【００９６】
以上に説明したように、本発明では、第２金属パターン層の金属パターンにより、第１金属パターン層により形成する第１固定電極と第３金属パターン層により形成する可動電極との基板の上部方向の間隔を制御し、第４金属パターン層の金属パターンにより、第３金属パターン層により形成する可動電極と第５金属パターン層により形成する第２固定電極との基板の上部方向の間隔を制御するようにした。この結果、本発明によれば、所望とする性能の加速度センサが、製造ばらつきや製造コストを抑制した状態で作製できるようになる。
【００９７】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、各電極は、平面視矩形に限るものではなく、他の形状であってもよい。また、第２固定電極は、平面視の形状が４角形、６角形、円形などの貫通孔が形成されていてもよい。また、第２固定電極は、複数の貫通孔が形成されていてもよい。また、同一の基板に、微細素子とともに集積回路が搭載されている必要は無い。
【符号の説明】
【００９８】
１０１…基板、１０２…絶縁層、１０３，１０６，１０９，１１２，１１５、１１８…シード層、１０４…第１金属パターン層、１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０７ｂ，１０７ｃ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１３ａ，１１３ｃ，１１９…金属パターン、１０７…第２金属パターン層、１１０…中間金属パターン層、１１３…第３金属パターン層、１１６…第４金属パターン層、１１９…第５金属パターン層、２０１…第１固定電極、２０２…第１支持部、２０３…第２支持部、２０４…ばね部、２０５…中間支持部、２０６…可動電極、２０７…第２固定電極。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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【図１Ｊ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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