(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体からなる基板と、
前記基板の上に支持部によって支持されて可動領域で前記基板と離間して配置され、前記可動領域で前記基板の方向に変位可能とされた絶縁体からなる可動部と、
前記可動領域で向かい合う前記基板および前記可動部の少なくとも一方の面に形成された凸部と、
前記可動領域で向かい合う前記基板および前記可動部の各々の表面に形成された電極と、
前記凸部が形成されている領域で向かい合う前記基板側の面および前記可動部側の面に設けられた導電体とを備え、
前記基板側の面および前記可動部側の面に設けられた導電体の少なくとも一方は、
その導電体が設けられている前記基板あるいは前記可動部の表面に形成されている電極に間隙を設けて周囲を囲まれた独立導電体とされ、
前記独立導電体の周囲を囲む前記間隙は、
表面抵抗が帯電防止レベルとされた帯電防止層とされている
ことを特徴とする微細機械装置。
【請求項２】
請求項１に記載された微細機械装置において、
前記基板側の面および前記可動部側の面に設けられた導電体のうち少なくとも前記凸部が形成されている側の面に設けられた導電体は、
ビッカース硬さ４００ＭＰａ以上の材料とされている
ことを特徴とする微細機械装置。
【請求項３】
請求項１に記載された微細機械装置において、
前記基板側の面および前記可動部側の面に設けられた導電体は、
異なる材料とされている
ことを特徴とする微細機械装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載された微細機械装置において、
前記帯電防止層の表面抵抗は、１０9〜１０14Ω／□とされている
ことを特徴とする微細機械装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載された微細機械装置において、
前記独立導電体とこの独立導電体の周囲を囲む前記電極との間に形成される抵抗をＲ、前記独立導電体とこの独立導電体の周囲を囲む前記電極との間に形成される容量をＣ、前記抵抗Ｒと前記容量Ｃとの積を時定数ＲＣ、前記可動領域で向かい合う前記基板および前記可動部の各々の表面に形成された前記電極間に動作時に印加される交流電圧の振動周期をＴとした時、前記時定数ＲＣが前記交流電圧の振動周期Ｔより大きくなるような値として前記帯電防止層の表面抵抗が設定されている
ことを特徴とする微細機械装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載された微細機械装置において、
前記絶縁体は、サファイアである
ことを特徴とする微細機械装置。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか１項に記載された微細機械装置において、
前記絶縁体は、アルミナセラミックスである
ことを特徴とする微細機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、微細な可動部を備える微細機械装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、スイッチやセンサにおいて機械的な動作で機能を発揮する微細機械装置を用いるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）が重要視されている。ＭＥＭＳは、既に圧力センサや加速度センサとして使用され、ＬＳＩとともに重要な部品となってきている。ＭＥＭＳは、薄膜形成技術，フォトリソグラフィー技術，および各種のエッチング技術を用いた微細加工により、微細な可動構造体を備える立体的な構造を有している。
【０００３】
例えば、静電容量式の圧力センサでは、図８Ａに示すように、圧力によって変位する微細なダイアフラム（可動部）４０１を、基板４０２の上に離間して支持部４０３で支持して配置している。基板４０２とダイアフラム４０１との間には空隙４０４が存在し、空隙４０４に面した箇所のそれぞれに電極（不図示）を対向して配置し、容量を形成する。
【０００４】
被測定媒体の圧力は、図８Ｂに示すように、ダイアフラム４０１の容量を形成する面とは反対側の面に印加され、この圧力印加でダイアフラム４０１が変形する。この変化に対応して上記電極間の距離が変化し、この変化に対応して電極間の容量が変化してセンサ出力となる。空隙が真空ならば、この圧力センサは絶対圧を計測することができる。
【０００５】
このような微細機械装置では、計測電圧に起因するプルイン現象が発生することが知られている。一般に、ある距離をおいて平行に対向する２枚の電極間に電圧が掛かると、距離の二乗に反比例する引力（電圧起因の引力）が発生する。この為、上述した静電容量式の圧力センサにおいて、圧力が印加されたときにより変形したダイアフラム４０１が基板４０２に極めて近い距離まで近づくと、ダイアフラム４０１と基板４０２との間の距離が極端に狭くなるので、電圧起因の引力が大きくなり、強く引きつけられて着底する（プルイン）。
【０００６】
ここで、着底した途端に電極間は短絡するので電圧起因の引力は働くなり、ダイアフラム４０１が基板４０２より離脱する。ところが、離脱した直後は再び電圧起因の引力が加わるために強く引きつけられて、再び着底する。電極間の距離が極めて小さい場合には、このような着底と離脱とが繰り返されるものとなる。
【０００７】
静電容量式の圧力センサの場合、容量を計測する為に電圧を印加する必要があり、これに伴う電圧起因の引力の影響を受けてプルイン現象が起き、結果として上述した着底と離脱とが繰り返され、センサの出力はダイアフラムが受けた圧力とは無関係に不安定となってしまう。このプルイン現象は、小型で電極間の距離が小さく、さらに基材や電極上の接触部表面がなめらかなＭＥＭＳセンサで顕著に起きる。
【０００８】
また、上記微細機械装置では、上述した着底などの可動部の一部の基板への接触で、これらが接合し、弾性力による反発では可動部が元に戻らなくなる場合がある（特許文献１，２，３，４，５，６参照）。この現象はスティッキングや固着などと呼ばれ、微細機械装置において問題となっている。
【０００９】
例えば、静電容量式の隔膜真空計のように大気圧より小さな圧力を計測する圧力センサは、搬送・取り付け時やメンテナンス時に大気に曝されるため、計測範囲以上の過大な圧力が印加される状況が頻繁に発生する。このように過大な圧力が印加されると、受圧したダイアフラム４０１は、図８Ｃに示すように、実使用範囲を超えて大きく撓み、ダイアフラム４０１の一部が、基板４０２に接触（着底）してしまう。
【００１０】
ダイアフラム４０１の厚みおよび変形領域の大きさ、また、ダイアフラム４０１の材料などの設計パラメータによって、上述した着底の状態は異なるが、多くの場合、着底によりスティッキングが発生する。特に、前述したプルイン現象を抑制するために、接触箇所では電極が形成されていない構成とした場合に、スティッキングが顕著に発生する。これは、プルイン現象防止のために電極を形成していない領域では、着底時に、ダイアフラム４０１および基板４０２を構成する材料同士が直接接触するためと考えられる。
【００１１】
スティッキングが発生すると、圧力を除去してもダイアフラム４０１が復帰せず、あたかも圧力が印加されているかのような出力を出してしまい、測定のエラーを招くことになる。特に、表面荒さ（Ｒｚ）が０．１〜数ｎｍと極めて平坦な基材から作製する微細機械装置では、大きな問題となっている。また、隔膜真空計の場合、基板と可動部との間が真空状態に維持されるので、よりスティッキングが発生し易い傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表平１０−５１２６７５号公報
【特許文献２】特開平１１−３４０４７７号公報
【特許文献３】特開２０００−０４０８３０号公報
【特許文献４】特開２０００−１９６１０６号公報
【特許文献５】特開２００２−２９９６４０号公報
【特許文献６】特開２００７−０７８４３９号公報
【特許文献７】特許第３６６８９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の微細機械装置では、上述したような電圧に起因するプルイン現象とスティッキング現象を防止するために、接触箇所では電極が形成されていない構成とする一方、可動部もしくは基板の少なくとも一方の向かい合う面に、突起などの微細な構造を形成して接触面積を減らして接触力を抑制するようにしている。
【００１４】
具体的には、よく知られた半導体装置の製造技術を用い、微細機械装置を構成しているシリコンなどの半導体や石英などの基材に、微小な突起を形成している。例えば、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術によるパターニングで、半導体や石英などの基材に数μｍ程度の大きさの突起を形成するようにしている。なお、本明細書でいう基材とは、基板および可動部を総称する部材のことを言う。
【００１５】
しかしながら、突起により接触面積を少なくするスティッキング対策は、ある程度有効ではあるが、特に圧力センサの場合、過大圧印加時に大きな応力がかかるので、小さい突起ではダイアフラムや基板の破壊につながる。一方、これを防ぐために突起を大きくすると、接触面積を大きくすることになり、対策の効果そのものが得られない。このように、突起によるスティッキング防止対策は、突起の部分における接触面の大きさを厳密に管理しなければならず、管理が複雑となる。
【００１６】
また、隔膜真空計では、使用する環境に対応させて耐酸性や耐熱性を持たせるために、サファイアなどの結晶材料やアルミナセラミックスなどの材料が用いられる。このような高い絶縁性を有する材料では、シリコンやガラスなどの場合と比較してスティッキングがより発生しやすい。
【００１７】
すなわち、初期には帯電していない絶縁抵抗の大きな基板および可動部が繰り返し接触することにより、接触帯電が起きて表面に静電気が発生する。これらの静電気は基材の絶縁抵抗が大きく、且つ接触する雰囲気も真空中で逃げ場がないために接触を繰り返す度に蓄積され、基板と可動部との間に静電引力を発生させてスティッキングを生じると考えられる。
【００１８】
特に、ダイアフラムが薄い構造になると、数μｍ程度の大きさの突起ではスティッキングに対する有効な対策とはならない。このような接触帯電の発生を抑えるためには、接触する面積自体をさらに減らすことが有効な対策である。このため、例えばサブμｍ以下のサイズの微小凹凸を形成することが考えられるが、サファイアやアルミナセラミックスなどの材料は、高い機械的強度や高い耐食性，耐薬品性を有している反面、シリコンやガラスなどの材料よりも加工がしにくく、サブμｍ以下のサイズの微細加工は極めて困難である。
【００１９】
なお、表面を安定化させる表面被膜によりスティッキングを防止する技術もあるが、この場合、表面被覆に有機材料が使われることが多く、高温環境で用いられる場合や、ダイアフラムと基板との間の空間を真空にする構成では使用できない。
【００２０】
また、サブμｍ以下の凹凸構造を形成する従来技術は、一般的に２通り考えられる。１つはサンドブラスト等の表面を機械的に荒らす手法であるが、粗さをコントロールすることが難しい上に基材の破壊起点を形成することになり、可動部を備える圧力センサに採用するにはリスクが大きい。もう１つは、半導体製造プロセスで用いられているステッパや電子線描画露光装置を利用する方法であるが、真空計の使用用途や条件によっては、例えば可動部の厚みが厚く計測する圧力のレンジが高いセンサなどのように数ｎｍ〜数１００ｎｍの凹凸は不要なものもあることを考慮すると、工程や装置について凹凸が不要なものと共通化できる割合が低下し、製造コストや生産管理という点で不利になる。その上、製造時やセンサ使用の初期においてはスティッキングが発生しないが、使用が長期間に渡ると発生するという厄介なことも多々起きている。
【００２１】
また、突起などの表面を絶縁体で終端する場合は帯電し易くなるため、接触部をまとめて同電位にするというような方法もある（例えば、特許文献７参照）。しかし、接触部をまとめて同電位にする方法では、回路等の電気的な切替操作を含む電圧駆動回路を必要とし、デバイスそのものでの課題解決とはならない。さらに、シリコンおよび酸化シリコンを念頭に置いたもので、より絶縁性の高い材料に対してはそのまま適用しづらい。
【００２２】
このようなことから、特に、サファイアやアルミナセラミックスなどのような高い絶縁性の基材を用いた微細機械装置では、有効なスティッキング防止策を取りづらい状況にあった。
【００２３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、高い絶縁性の基材を用いた微細機械装置において有効なスティッキング防止策を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このような目的を達成するために本発明は、絶縁体からなる基板と、基板の上に支持部によって支持されて可動領域で基板と離間して配置され、可動領域で基板の方向に変位可能とされた絶縁体からなる可動部と、可動領域で向かい合う基板および可動部の少なくとも一方の面に形成された凸部と、可動領域で向かい合う基板および可動部の各々の表面に形成された電極と、凸部が形成されている領域で向かい合う基板側の面および可動部側の面に設けられた導電体とを備え、基板側の面および可動部側の面に設けられた導電体の少なくとも一方は、その導電体が設けられている基板あるいは可動部の表面に形成されている電極に間隙を設けて周囲を囲まれた独立導電体とされ、独立導電体の周囲を囲む間隙は、表面抵抗が帯電防止レベルとされた帯電防止層とされていることを特徴とする。
【００２５】
本発明では、凸部が形成されている領域で向かい合う基板側の面および可動部側の面に導電体を設け、基板側の面および可動部側の面に設けられた導電体の少なくとも一方を、その導電体が設けられている基板あるいは可動部の表面に形成されている電極に間隙を設けて周囲を囲まれた独立導電体とする。そして、この独立導電体の周囲を囲む間隙を表面抵抗が帯電防止レベル（例えば、１０9〜１０14Ω／□）とされた帯電防止層とする。
【００２６】
本発明では、独立導電体の周囲を囲む間隙を帯電防止層とすることにより、この帯電防止層を介して独立導電体とこの独立導電体の周囲を囲む電極とが接続される。これにより、接触帯電による電荷が生じたとしても、その電荷を帯電防止層を通して周囲の電極へ逃がすようにして、スティッキングを防止することが可能となる。また、独立導電体の電位を周囲の電極の電位に追随させずに、プルイン現象を発生させないようにすることも可能となる。
【００２７】
本発明において、独立導電体とこの独立導電体の周囲を囲む電極との間に形成される抵抗をＲ、独立導電体とこの独立導電体の周囲を囲む電極との間に形成される容量をＣ、抵抗Ｒと容量Ｃとの積を時定数ＲＣ、可動領域で向かい合う基板および可動部の各々の表面に形成された電極間に動作時に印加される交流電圧の振動周期をＴとした時、時定数ＲＣが交流電圧の振動周期Ｔより大きくなるような値として帯電防止層の表面抵抗を設定するようにすることが望ましい。
【００２８】
本発明において、基板側の面および可動部側の面に設けられた導電体のうち少なくとも凸部が形成されている側の面に設けられた導電体は、凸部を形成している材料により近い硬さの材料とすることが望ましい。これにより、凸部が導電体に食い込んで塑性変形や固着が生じたりすることがなく、耐久性や再現性を高めることができるようになる。
【００２９】
また、本発明において、基板側の面および可動部側の面に設けられた導電体は、異なる材料とすることが望ましい。これにより、分子間結合を生じにくくし、導電体同士が直接接合されてしまうことを防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、基板側の面および可動部側の面に設けられた導電体の少なくとも一方を、その導電体が設けられている基板あるいは可動部の表面に形成されている電極に間隙を設けて周囲を囲まれた独立導電体とし、独立導電体の周囲を囲む間隙を表面抵抗が帯電防止レベルとされた帯電防止層とするようにしたので、高い絶縁性の基材を用いた微細機械装置において有効なスティッキング防止策を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施の形態における微細機械装置の構成例を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施の形態における微細機械装置の一部構成例を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における微細機械装置の基板上の凸部が形成された領域を上から見た図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における微細機械装置の動作状態を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態における他の微細機械装置の一部構成例を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態における他の微細機械装置の一部構成例を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態における他の微細機械装置の一部構成例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態における他の微細機械装置の構成例を示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、圧力センサの一部構成を示す断面斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、圧力センサの一部構成を示す断面斜視図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、圧力センサの一部構成を示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１Ａは、本発明の実施の形態における微細機械装置の構成例を示す断面図である。また、図１Ｂは、本発明の実施の形態における微細機械装置の一部構成例を示す断面図である。図１Ｂは、図１Ａの一部を拡大して示している。
【００３３】
この微細機械装置１００（１００Ａ）は、絶縁体からなる基板１０１と、基板１０１の上に支持部１０２によって支持されて可動領域１２１で基板１０１と離間して配置され、可動領域１２１で基板１０１の方向に変位可能とされた絶縁体からなる可動部１０３とを備える。可動部１０３は、支持部１０２に固定されている。基板１０１および可動部１０３は高い絶縁性を有し、その絶縁レベルは１０14Ω／□よりも大きい。
【００３４】
この微細機械装置１００Ａにおいて、可動領域１２１で向かい合う基板１０１および可動部１０３の基板１０１側の面１０１ａには、複数の凸部１０４が形成されている。凸部１０４は、例えば、平面視円形とされた柱であり、直径が１〜数１０μｍとされている。この例において、隣り合う凸部１０４の間隔Ｌは、例えば０．５ｍｍ程度とされている。
【００３５】
また、可動領域１２１で向かい合う基板１０１および可動部１０３の各々の面（表面）１０１ａ，１０３ａには、電極１０５，電極１０６が形成されている。すなわち、基板１０１側の面１０１ａに電極１０５が形成され、可動部１０３側の面１０３ａに電極１０６が形成されている。
【００３６】
この微細機械装置１００Ａは、例えば、可動部１０３がダイアフラムである圧力センサである。例えば、基板１０１および可動部１０３は、サファイアから構成されている。受圧した可動部１０３が基板１０１の方向に変位することにより、可動領域１２１における電極１０５と電極１０６との間隔が変化し、容量が変化する。この容量変化により可動部１０３が受圧した圧力を測定する。電極形成領域が真空とされていれば、絶対圧力が測定可能な圧力センサとして用いることができる。
【００３７】
この微細機械装置１００Ａは、凸部１０４が形成されている領域１２２毎に、この凸部１０４が形成されている領域１２２で向かい合う基板１０１側の面１０１ａおよび可動部１０３側の面１０３ａに導電体１０７（１０７ａ）および１０８（１０８ａ）が設けられている。
【００３８】
基板１０１側の面１０１ａに設けられた導電体１０７は、図２に基板１０１上の凸部１０４が形成されている領域（以下、凸部形成領域と呼ぶ）１２２を上から見た図を示すように、基板１０１の面１０１ａに形成されている電極１０５に間隙ｈを設けて周囲を囲まれた独立した導電体とされている。この独立した導電体１０７は凸部１０４の全てを覆っている。以下、この導電体１０７を独立導電体と呼ぶ。
【００３９】
これに対し、可動部１０３側の面１０３ａに設けられた導電体１０８は、可動部１０３の面１０３ａに形成されていている電極１０６の一部とされている。すなわち、本実施の形態では、可動部１０３側の電極１０６が形成された領域のうち、基板１０１側の独立導電体１０７に対向する領域を導電体１０８と呼んでいる。
【００４０】
本実施の形態において、独立導電体１０７および導電体１０８の表面抵抗は１０9Ω／□以下の電気伝導レベルとされているが、独立導電体１０７と導電体１０８とは同じ材料ではなく、異なる材料で形成されている。
【００４１】
また、本実施の形態において、独立導電体１０７は凸部１０４を形成している材料、すなわち基板１０１の材料であるサファイアにより近い硬さの材料とされている。この例ではビッカース硬さが４００ＭＰａ以上の材料が用いられている。例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｇａ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｖ，Ｐｄ，Ｚｒ等の材料が用いられている。なお、導電体１０８についても、ビッカース硬さが４００ＭＰａ以上の材料を用いるようにしてもよい。
【００４２】
基板１０１において、独立導電体１０７の周囲を囲む間隙（リング状の間隙）ｈは、表面抵抗が帯電防止レベルとされた帯電防止層１０９とされている。すなわち、間隙ｈの表面の抵抗値を帯電防止レベルを保つように、間隙ｈのサイズや間隙ｈ内の材料を決定し配置することにより、帯電防止層１０９が形成されている。本実施の形態において、帯電防止層１０９の表面抵抗は、１０9〜１０14Ω／□とされている。
【００４３】
このような帯電防止層１０９は、例えば、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）等の成膜方法およびパターニングにより、独立導電体１０７の周囲を囲む間隙ｈのみに抵抗がやや低い膜を形成することによって作成することができる。この場合、帯電防止層１０９を形成する材料としては、基板１０１及び可動部１０３を構成する絶縁体よりも抵抗が低い材料を用いるものとする。具体的な材料として、ＳｉＣ、Ｓｉなどの半導体、チタン酸化物、インジウム酸化物、亜鉛酸化物、錫酸化物、ルテニウム酸化物、ジルコニア酸化物等の酸化物、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化シリコン、炭化チタン等の窒化物あるいは炭化物等が挙げられる。
【００４４】
また、帯電防止層１０９は、イオン注入を実施し、表面抵抗を下げることによっても作成することが可能である。この場合の材料として、鉄、ニッケル、金、銀、ホウ素、銅、クロム、セリウム、テルビウム、マンガン、リン、フッ素、アルゴン等が挙げられる。
【００４５】
また、帯電防止層１０９は、金属を成膜後に高温で熱拡散させた後に余分な金属を化学的・物理的に除去し、表面の抵抗を下げることによっても作成することが可能である。この場合、拡散させる金属は、チタン、ニオブ、タンタル、ニッケル、鉄、クロム、マンガン等が挙げられる。
【００４６】
また、帯電防止層１０９は、原子層オーダの厚さの酸化金属層から構成してもよい。例えば、モリブデン酸化物，タングステンの酸化物などより構成した原子層オーダの厚さの酸化金属層から帯電防止層１０９を構成すれば良い。酸化モリブデンや酸化タングステンは、サファイアなどと比較して蒸気圧が低い。この材料を、サファイアからなる基板１０１と共に同一の炉内で９００℃程度に加熱することで上記酸化金属を蒸発（昇華）させれば、基板１０１の表面に原子層オーダの厚さの上記酸化金属層が形成できる。
【００４７】
この微細機械装置１００Ａによれば、受圧した可動部１０３が実使用範囲を超えて大きく撓むと、可動部１０３の一部の面１０３ａが、基板１０１の凸部１０４の上面に着底する。この状態において、可動部１０３の面１０３ａに設けられている導電体１０８は、基板１０１の凸部１０４の上面に設けられている独立導電体１０７に接触する。これにより、接触帯電による電荷が生じたとしても、その電荷を帯電防止層１０９を通して周囲の電極１０５へ逃がすようにして、スティッキングを防止することが可能となる。また、独立導電体１０７の電位を周囲の電極１０５の電位に追随させずに、プルイン現象を発生させないようにすることも可能となる。その理由については後述する。
【００４８】
また、本実施の形態では、独立導電体１０７と導電体１０８とが異なる材料とされていることから、独立導電体１０７と導電体１０８とが直接接合されてしまうことを防ぐことができる。すなわち、独立導電体１０７と導電体１０８とが同じ材料であった場合、真空中で独立導電体１０７と導電体１０８とが接触すると、独立導電体１０７と導電体１０８との分子間結合が生じ、接合されてしまうことがある。本実施の形態では、独立導電体１０７と導電体１０８とを異なる材料としているので、このような分子間結合が生じにくく、独立導電体１０７と導電体１０８とが直接接合されてしまうことを防ぐことができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、独立導電体１０７が凸部１０４を形成している材料により近い硬さの材料とされているので、独立導電体１０７と導電体１０８との接触が繰り返されても、凸部１０４が独立導電体１０７に食い込んで塑性変形や固着が生じたりすることがなく、耐久性や再現性を高めることができる。
【００５０】
ここで、本発明に至った経緯について説明する。まず、前述したように、可動領域１２１で向かい合う基板１０１の面１０１ａおよび可動部１０３の面１０３ａにおいて、各々の全域に電極が形成されていると、着底時にこれらが接触して問題となる。すなわち、プルイン現象による着底と離脱とが繰り返され、問題となる。この問題を解消するために、接触箇所には電極を配置しない状態とすることが考えられる。しかしながら、電極が形成されてない箇所では基板１０１の面１０１ａと可動部１０３の面１０３ａとが直接接触することになる。
【００５１】
絶縁抵抗の大きな基板１０１と可動部１０３との接触が繰り返し発生すると、接触帯電が起きて表面に静電気が発生する。これらの静電気は、基板１０１および可動部１０３の絶縁抵抗が大きく、且つ接触する雰囲気も真空中で逃げ場がないために接触を繰り返す度に蓄積される。この結果、基板１０１と可動部１０３との間に静電引力が発生し、スティッキングが生じるようになる。
【００５２】
このような接触帯電の発生を抑えるためには、接触する面積自体を減らすことが有効な対策である。このために、凸部１０４を形成し、着底時の接触面積を小さくしている。しかしながら、サファイアなどの絶縁材料では、よく知られているように、数μｍ程度のパターンである凸部１０４の形成は容易に実施できるが、ｎｍレベルの微細加工が極めて困難である。従って、容易に実現できる凸部１０４の寸法は、数μｍ単位となる。ところが、数μｍ程度の大きさの凸部１０４だけでは、上述した静電気によるスティッキングに対して有効な対策とならない。
【００５３】
これに対し、着底時に接触する箇所を導電体１０７，１０８とすることにより、接触帯電を生じにくくする。しかし、導電体１０７を導電体１０８と同様に電極１０５の一部とすると、電極が形成されている状態と同じであり、電極１０５と電極１０６との間の接続を発生させ、プルイン現象が発生し、問題となる。
【００５４】
これに対し、本実施の形態では、導電体１０７を独立導電体とし、この独立導電体１０７の周囲を囲む間隙ｈを帯電防止層１０９とし、この帯電防止層１０９を介して独立導電体１０７と周囲の電極１０５とを接続する構成としているので、接触帯電が生じたとしても、その接触帯電による電荷を帯電防止層１０９を通して電極１０５へ逃がすようにして、スティッキングを防止することができる。また、独立導電体１０７の電位を周囲の電極１０５の電位に追随させずに、プルイン現象を発生させないようすることができる。
【００５５】
すなわち、本実施の形態では、帯電防止層１０９の表面抵抗を１０9〜１０14Ω／□としている。この帯電防止層１０９の表面抵抗は、独立導電体１０７とこの独立導電体１０７の周囲を囲む電極１０５との間に形成される抵抗をＲ、独立導電体１０７とこの独立導電体１０７の周囲を囲む電極１０５との間に形成される容量をＣ、抵抗Ｒと容量Ｃとの積を時定数ＲＣ、可動領域１２１で向かい合う基板１０１および可動部１０３の各々の表面（面１０１ａ，１０３ｂ）に形成された電極１０５，１０６に動作時に印加される交流電圧の振動周期をＴ（振動数ｆの逆数）とした時、時定数ＲＣが交流電圧の振動周期Ｔより大きくなるような値（ＲＣ≫Ｔ）として設定されている。
【００５６】
この帯電防止層１０９における時定数ＲＣについて図３を用いてより具体的に説明する。図３は、微細機械装置１００Ａの可動部１０３が基板１０１に着底している状態の一部を示す断面図である。図３において、微細機械装置１００Ａは、可動部１０３がダイアフラムである圧力センサであり、動作時に印加される計測電圧が交流であるものとする。
【００５７】
図３に示すように、着底した瞬間の、電極１０６すなわち導電体１０８の電位を０とし、電極１０５の電位をＶ0ｓｉｎ（２πｆｔ）であるとする。この場合、導電体１０８に接触した凸部１０４上の独立導電体１０７の電位も当然０であるが、同じ面にある電極１０５との間の抵抗が小さすぎると、可動部１０３が基板１０１より離脱した時、独立導電体１０７の電位が電極１０５の電位に追随してすぐにＶ0ｓｉｎ（２πｆｔ）となり、電位０の導電体１０８との間で電位差が発生する。このため、電圧に起因する引力が発生し、プルイン現象による着底と離脱とが繰り返されてしまう。
【００５８】
これに対し、独立導電体１０７とこの独立導電体１０７の周囲を囲む電極１０５との間に形成される抵抗をＲ、独立導電体１０７とこの独立導電体１０７の周囲を囲む電極１０５との間に形成される容量をＣとすると、独立導電体１０７と交流が印加されている電極１０５との間は、単なる１次フィルタ（ＲＣ回路）とみなせる。従って、電極１０５に印加される交流の振動数ｆに対して定義されるＲＣ回路の遮断周波数１／（２πＲＣ）が十分小さければ、独立導電体１０７の電位は、周辺の電極１０５の電位に追随せず、導電体１０８との間で電位差が発生しない。この結果、電圧に起因する引力は発生せず、すなわちプルイン現象は発生せず、着底と離脱との繰り返しを防止できる。
【００５９】
一方、接触により発生する静電気による帯電の拡散は直流であるから、初期に帯電した電荷をＱ0とすると、この電荷は、帯電防止層１０９を通して電極１０５へ逃げ、Ｑ0ｅｘｐ（−ｔ／ＲＣ）のように減衰する。時定数ＲＣが圧力センサの応答速度よりも十分小さければ、帯電原因のスティッキングは起きないが、一般的には独立導電体１０７の表面抵抗が１０9Ω／□以下ならば帯電はし難く、帯電が生じたとしても静電気は帯電防止層１０９を通して速やかに除去される。このように、スティッキングおよびプルイン現象による異常を回避するため、独立導電体１０７とこの独立導電体１０７の周囲を囲む電極１０５との間の抵抗Ｒは、下限を遮断周波数、上限を帯電防止のために制限すれば良いことになる。
【００６０】
なお、上述した実施の形態では、可動部１０３側の面１０３ａに形成されている電極１０６の一部を可動部１０３側の導電体１０８としたが、例えば図４に示すように、可動部１０３側の面１０３ａに形成されている電極１０６とは別の導電体１０８（１０８ｂ）を設けるようにしてもよい。
【００６１】
また、図５に示すように、基板１０１側の独立導電体１０７と同様に、可動部１０３側にも独立導電体１０８（１０８ｃ）を設け、この独立導電体１０８ｃの周囲を帯電防止層１１０で囲むようにしてもよい。
【００６２】
また、図６に示すように、基板１０１側の導電体１０７（１０７ｂ）を基板１０１側の面１０１ａに形成されている電極１０５の一部とし、可動部１０３側に独立導電体１０８（１０８ｃ）を設け、この独立導電体１０８ｃの周囲を帯電防止層１１０で囲むようにしてもよい。
【００６３】
また、上述した実施の形態では、基板１０１側に凸部１０４を設けるようにしたが、図７に示す微細機械装置１００（１００Ｂ）のように、可動領域１２１で向かい合う可動部１０３側の面１０３ａに凸部１０４を形成し、上述と同様の構成を採用するようにしてもよい。また、可動領域１２１で向かい合う基板１０１側の面１０１ａと可動部１０３側の面１０３ａの両方に凸部１０４を形成し、上述と同様の構成を採用するようにしてもよい。
【００６４】
また、上述した実施の形態では、基板１０１および可動部１０３を構成する絶縁材料をサファイア（単結晶サファイア）としたが、アルミナセラミックス（多結晶アルミナセラミックス）としてもよい。また、サファイアやアルミナセラミックスと同等の絶縁性を保有する絶縁材料ならば、炭化シリコン、窒化アルミニウム、窒化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、コージライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2）等の化合物などであってもよい。
【００６５】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１００（１００Ａ，１００Ｂ）…微細機械装置、１０１…基板、１０１ａ…面（基板側の面）、１０２…支持部、１０３…可動部、１０３ａ…面（可動部側の面）、１０４…凸部、１０５，１０６…電極、１０７（１０７ａ）…導電体（独立導電体）、１０８（１０８ａ）…導電体、１０９…帯電防止層、１２１…可動領域、１２２…凸部形成領域、ｈ…間隙。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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