(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で信頼性の高いセンサーユニットと、簡便に製造するための製造方法を提供する。【解決手段】センサーユニット１は、多軸モーションセンサー２と、貫通電極５３を有するインターポーザ３と、能動素子内蔵モジュール４とをこの順に多段状態で備えたものであり、多軸モーションセンサー２は、梁を介して支持された錘２３と、錘よりも外側の領域に配設されたコンタクト電極とを有するセンサー本体１１と、所定の電極３１を有するガラス基板１２と、インターポーザ３に配設された所定の電極４１とを備え、インターポーザ３は、貫通電極５３を有する基板５１上に、センサー本体１１と対向するように配設された電極４１と配線５４，５５とを備え、能動素子内蔵モジュール４は、基板６１に内蔵された能動素子６５と、貫通電極６３と能動素子を接続する配線を有し、貫通電極６３はインターポーザの配線５５に接合したものとする。【選択図】図１
2008051685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸モーションセンサーと、貫通電極を有するインターポーザと、能動素子内蔵モジュールとをこの順に多段状態で備え、
前記多軸モーションセンサーは、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩ基板からなるセンサー本体であって、梁を介して支持された錘と、該錘の両面に配設された電極と、該錘よりも外側の領域に配設されたコンタクト電極とを有するセンサー本体と、該センサー本体の前記インターポーザと対向する面と反対側の面に配設され所定の電極を有するガラス基板と、センサー本体と対向するように前記インターポーザに配設された所定の電極とを備え、
前記インターポーザは、貫通電極を有する基板と、該基板上に前記センサー本体と対向するように配設された前記電極と、前記基板の両面に配設された配線とを備え、前記配線よりも外側の領域において前記センサー本体に環状の接合部材を介して接合されて前記錘が気密封止されており、多軸モーションセンサー側の前記配線は前記センサー本体のコンタクト電極と接合され、
前記能動素子内蔵モジュールは、基板と、該基板に内蔵された能動素子と、前記能動素子よりも外側の領域に位置して前記基板を貫通する複数の貫通電極とを有するとともに、前記貫通電極と前記能動素子を接続する配線を有し、前記貫通電極は前記インターポーザの前記配線に接合されていることを特徴とするセンサーユニット。
【請求項２】
前記接合部材は、Ａｌ／Ｃｒ積層、Ａｌ／Ｔｉ積層、および、Ａｌ／Ａｕ積層のいずれかの金属層と、Ａｌ／Ａｕ積層、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｕ合金積層、および、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｇ合金積層のいずれかの金属層とが接合されたものであることを特徴とする請求項１に記載のセンサーユニット。
【請求項３】
前記接合部材は、接合バンプと該接合バンプを挟持する金属層からなり、前記接合バンプはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎあるいはこれらの合金のいずれかの導電性粉末と樹脂成分とを有する導電性ペースト、または、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎのいずれかの導電材料からなることを特徴とする請求項１に記載のセンサーユニット。
【請求項４】
能動素子内蔵モジュールと、該能動素子内蔵モジュール上に接合された多軸モーションセンサーを備え、
前記多軸モーションセンサーは、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩ基板からなるセンサー本体であって、梁を介して支持された錘と、該錘の両面に配設された電極と、該錘よりも外側の領域に配設されたコンタクト電極とを有するセンサー本体と、該センサー本体の前記能動素子内蔵モジュールと対向する面と反対側の面に配設され所定の電極を有するガラス基板と、センサー本体と対向するように前記能動素子内蔵モジュールに配設された所定の電極とを備え、
前記能動素子内蔵モジュールは、基板と、該基板上に前記センサー本体と対向するように配設された前記電極と、前記基板に内蔵された能動素子と、前記能動素子よりも外側の領域に位置して前記基板を貫通する複数の貫通電極とを有するとともに、前記貫通電極と前記能動素子を接続する配線を有し、前記配線よりも外側の領域において前記センサー本体に環状の接合部材を介して接合されて前記錘が気密封止されており、前記貫通電極は前記センサー本体のコンタクト電極と接合されていることを特徴とするセンサーユニット。
【請求項５】
前記接合部材は、Ａｌ／Ｃｒ積層、Ａｌ／Ｔｉ積層、および、Ａｌ／Ａｕ積層のいずれかの金属層と、Ａｌ／Ａｕ積層、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｕ合金積層、および、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｇ合金積層のいずれかの金属層とが接合されたものであることを特徴とする請求項４に記載のセンサーユニット。
【請求項６】
前記接合部材は、接合バンプと該接合バンプを挟持する金属層からなり、前記接合バンプはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎあるいはこれらの合金のいずれかの導電性粉末と樹脂成分とを有する導電性ペースト、または、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎのいずれかの導電材料からなることを特徴とする請求項４に記載のセンサーユニット。
【請求項７】
シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩウエハと、１枚のガラスウエハとを多面付けに区画し、これらに対して各面付け毎に所望の加工を施して、ＳＯＩウエハに形成されたセンサー本体の一方の面に、ガラスウエハに形成されたガラス基板を接合した積層構造の多軸モーションセンサー半製品を多面付けで作製する工程と、
インターポーザ用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極に接続した所望の配線、多軸モーションセンサー用の電極を形成して、インターポーザを多面付けで作製する工程と、
能動素子内蔵モジュール用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に能動素子を内蔵させ、該能動素子の外側の領域に複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極と前記能動素子とを接続するための配線を形成して、能動素子内蔵モジュールを多面付けで作製する工程と、
各面付け毎に、多軸モーションセンサー用の電極が前記センサー本体に対向するように前記インターポーザを前記多軸モーションセンサー半製品にメタル接合法またはペーストバンプ接合法により環状に接合し、同時に前記インターポーザの配線と前記センサー本体の所望部位とを接合して多軸モーションセンサーを完成するとともに、前記インターポーザの他方の面の配線と前記能動素子内蔵モジュールの貫通電極とを接合して、多面付けのセンサーユニットとする工程と、
多面付けのセンサーユニットをダイシングする工程と、を有することを特徴とするセンサーユニットの製造方法。
【請求項８】
シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩウエハと、１枚のガラスウエハとを多面付けに区画し、これらに対して各面付け毎に所望の加工を施して、ＳＯＩウエハに形成されたセンサー本体の一方の面に、ガラスウエハに形成されたガラス基板を接合した積層構造の多軸モーションセンサー半製品を多面付けで作製する工程と、
インターポーザ用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に多軸モーションセンサー用の電極と所望の配線を形成し、次いで、各面付け毎に、多軸モーションセンサー用の電極が前記センサー本体に対向するように前記インターポーザ用ウエハを前記多軸モーションセンサー半製品にメタル接合法またはペーストバンプ接合法により環状に接合し、同時に前記インターポーザ用ウエハの配線と前記センサー本体の所望部位とを接合して多軸モーションセンサーを完成し、次に、インターポーザ用ウエハに反対面から前記配線が露出するように複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極に接続した所望の配線を形成して、インターポーザを多面付けで作製する工程と、
能動素子内蔵モジュール用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に能動素子を内蔵させ、該能動素子の外側の領域に複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極と前記能動素子とを接続するための配線を形成して、能動素子内蔵モジュールを多面付けで作製する工程と、
各面付け毎に、前記インターポーザの配線と前記能動素子内蔵モジュールの貫通電極とを接合して、多面付けのセンサーユニットとする工程と、
多面付けのセンサーユニットをダイシングする工程と、を有することを特徴とするセンサーユニットの製造方法。
【請求項９】
シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩウエハと、１枚のガラスウエハとを多面付けに区画し、これらに対して各面付け毎に所望の加工を施して、ＳＯＩウエハに形成されたセンサー本体の一方の面に、ガラスウエハに形成されたガラス基板を接合した積層構造の多軸モーションセンサー半製品を多面付けで作製する工程と、
能動素子内蔵モジュール用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に能動素子を内蔵させ、該能動素子の外側の領域に複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極と前記能動素子とを接続するための配線、多軸モーションセンサー用の電極を形成して能動素子内蔵モジュールを多面付けで作製する工程と、
各面付け毎に、多軸モーションセンサー用の電極が前記センサー本体に対向するように前記能動素子内蔵モジュールを前記多軸モーションセンサー半製品にメタル接合法またはペーストバンプ接合法により環状に接合し、同時に前記能動素子内蔵モジュールの貫通電極と前記センサー本体の所望部位とを接合して多軸モーションセンサーを完成させて、多面付けのセンサーユニットとする工程と、
多面付けのセンサーユニットをダイシングする工程と、を有することを特徴とするセンサーユニットの製造方法。
【請求項１０】
シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩウエハと、１枚のガラスウエハとを多面付けに区画し、これらに対して各面付け毎に所望の加工を施して、ＳＯＩウエハに形成されたセンサー本体の一方の面に、ガラスウエハに形成されたガラス基板を接合した積層構造の多軸モーションセンサー半製品を多面付けで作製する工程と、
能動素子内蔵モジュール用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に多軸モーションセンサー用の電極と所望の配線を形成し、次いで、各面付け毎に、多軸モーションセンサー用の電極が前記センサー本体に対向するように前記能動素子内蔵モジュール用ウエハを前記多軸モーションセンサー半製品にメタル接合法またはペーストバンプ接合法により環状に接合し、同時に前記能動素子内蔵モジュール用ウエハの配線と前記センサー本体の所望部位とを接合して多軸モーションセンサーを完成し、次に、各面付け毎に能動素子を内蔵させ、また、該能動素子の外側の領域に前記能動素子内蔵モジュール用ウエハの反対面から前記配線が露出するように複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極と前記能動素子とを接続するための配線を形成して能動素子内蔵モジュールを多面付けで作製して、多面付けのセンサーユニットとする工程と、
多面付けのセンサーユニットをダイシングする工程と、を有することを特徴とするセンサーユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーユニットに係り、特に多軸加速度成分と多軸角速度成分を検出できる多軸モーションセンサーを搭載したセンサーユニットと、このセンサーユニットを簡便に製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のイメージセンサー、加速度センサー等のセンサーと、このセンサーを制御する能動素子とを備えたセンサーユニットが種々の用途に用いられている。このようなセンサーユニットとしては、例えば、ワイヤボンディング、金属バンプ等の接続手段を用いて配線基板上にセンサー内蔵モジュールと能動素子内蔵モジュールを実装し、これらを樹脂封止して保護したものが知られている（特許文献１）。
一方、物体のモーション検出には、加速度センサーや角速度センサー等が複数組み合わされて使用されていた。そして、小型化、コスト低減の要請から、加速度センサーや角速度センサーの多軸化が進み、最近では、加速度と角速度を同時に検出する多軸モーションセンサーが開発されている（特許文献２、３）。
【特許文献１】特開２００３−２５９１６９号公報
【特許文献２】特開平８−６８６３６号公報
【特許文献３】特開２００４−６９４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のような従来のセンサーユニットは、配線基板上に実装されたセンサー内蔵モジュールが、能動素子内蔵モジュールの実装部位とは別の部位に位置するため、配線基板の面方向の広がりが必要であった。このため、センサーユニットの小型化には限界があった。
また、配線基板上にセンサー内蔵モジュールと能動素子内蔵モジュールを個々に実装するので、個々のモジュールを配線基板の所定の位置に実装するための位置合せを正確に行なう必要があり、工程管理が煩雑であるとともに、実装位置のズレを生じた場合、センサーユニットの信頼性が低下するという問題があった。
さらに、実装時にセンサーが高温に曝されることがあり、センサーの特性の低下や、センサーユニットの信頼性低下を引き起こすことがあった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、小型で信頼性の高いセンサーユニットと、このようなセンサーユニットを簡便に製造するため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】
【０００４】
このような目的を達成するために、本発明のセンサーユニットは、多軸モーションセンサーと、貫通電極を有するインターポーザと、能動素子内蔵モジュールとをこの順に多段状態で備え、前記多軸モーションセンサーは、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩ基板からなるセンサー本体であって、梁を介して支持された錘と、該錘の両面に配設された電極と、該錘よりも外側の領域に配設されたコンタクト電極とを有するセンサー本体と、該センサー本体の前記インターポーザと対向する面と反対側の面に配設され所定の電極を有するガラス基板と、センサー本体と対向するように前記インターポーザに配設された所定の電極とを備え、前記インターポーザは、貫通電極を有する基板と、該基板上に前記センサー本体と対向するように配設された前記電極と、前記基板の両面に配設された配線とを備え、前記配線よりも外側の領域において前記センサー本体に環状の接合部材を介して接合されて前記錘が気密封止されており、多軸モーションセンサー側の前記配線は前記センサー本体のコンタクト電極と接合され、前記能動素子内蔵モジュールは、基板と、該基板に内蔵された能動素子と、前記能動素子よりも外側の領域に位置して前記基板を貫通する複数の貫通電極とを有するとともに、前記貫通電極と前記能動素子を接続する配線を有し、前記貫通電極は前記インターポーザの前記配線に接合されているような構成とした。
【０００５】
本発明の他の態様として、前記接合部材は、Ａｌ／Ｃｒ積層、Ａｌ／Ｔｉ積層、および、Ａｌ／Ａｕ積層のいずれかの金属層と、Ａｌ／Ａｕ積層、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｕ合金積層、および、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｇ合金積層のいずれかの金属層とが接合されたものであるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記接合部材は、接合バンプと該接合バンプを挟持する金属層からなり、前記接合バンプはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎあるいはこれらの合金のいずれかの導電性粉末と樹脂成分とを有する導電性ペースト、または、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎのいずれかの導電材料からなるような構成とした。
【０００６】
また、本発明のセンサーユニットは、能動素子内蔵モジュールと、該能動素子内蔵モジュール上に接合された多軸モーションセンサーを備え、前記多軸モーションセンサーは、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩ基板からなるセンサー本体であって、梁を介して支持された錘と、該錘の両面に配設された電極と、該錘よりも外側の領域に配設されたコンタクト電極とを有するセンサー本体と、該センサー本体の前記能動素子内蔵モジュールと対向する面と反対側の面に配設され所定の電極を有するガラス基板と、センサー本体と対向するように前記能動素子内蔵モジュールに配設された所定の電極とを備え、前記能動素子内蔵モジュールは、基板と、該基板上に前記センサー本体と対向するように配設された前記電極と、前記基板に内蔵された能動素子と、前記能動素子よりも外側の領域に位置して前記基板を貫通する複数の貫通電極とを有するとともに、前記貫通電極と前記能動素子を接続する配線を有し、前記配線よりも外側の領域において前記センサー本体に環状の接合部材を介して接合されて前記錘が気密封止されており、前記貫通電極は前記センサー本体のコンタクト電極と接合されているような構成とした。
【０００７】
本発明の他の態様として、前記接合部材は、Ａｌ／Ｃｒ積層、Ａｌ／Ｔｉ積層、および、Ａｌ／Ａｕ積層のいずれかの金属層と、Ａｌ／Ａｕ積層、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｕ合金積層、および、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｇ合金積層のいずれかの金属層とが接合されたものであるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記接合部材は、接合バンプと該接合バンプを挟持する金属層からなり、前記接合バンプはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎあるいはこれらの合金のいずれかの導電性粉末と樹脂成分とを有する導電性ペースト、または、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎのいずれかの導電材料からなるような構成とした。
【０００８】
本発明のセンサーユニットの製造方法は、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩウエハと、１枚のガラスウエハとを多面付けに区画し、これらに対して各面付け毎に所望の加工を施して、ＳＯＩウエハに形成されたセンサー本体の一方の面に、ガラスウエハに形成されたガラス基板を接合した積層構造の多軸モーションセンサー半製品を多面付けで作製する工程と、インターポーザ用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極に接続した所望の配線、多軸モーションセンサー用の電極を形成して、インターポーザを多面付けで作製する工程と、能動素子内蔵モジュール用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に能動素子を内蔵させ、該能動素子の外側の領域に複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極と前記能動素子とを接続するための配線を形成して、能動素子内蔵モジュールを多面付けで作製する工程と、各面付け毎に、多軸モーションセンサー用の電極が前記センサー本体に対向するように前記インターポーザを前記多軸モーションセンサー半製品にメタル接合法またはペーストバンプ接合法により環状に接合し、同時に前記インターポーザの配線と前記センサー本体の所望部位とを接合して多軸モーションセンサーを完成するとともに、前記インターポーザの他方の面の配線と前記能動素子内蔵モジュールの貫通電極とを接合して、多面付けのセンサーユニットとする工程と、多面付けのセンサーユニットをダイシングする工程と、を有するような構成とした。
【０００９】
また、本発明のセンサーユニットの製造方法は、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩウエハと、１枚のガラスウエハとを多面付けに区画し、これらに対して各面付け毎に所望の加工を施して、ＳＯＩウエハに形成されたセンサー本体の一方の面に、ガラスウエハに形成されたガラス基板を接合した積層構造の多軸モーションセンサー半製品を多面付けで作製する工程と、インターポーザ用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に多軸モーションセンサー用の電極と所望の配線を形成し、次いで、各面付け毎に、多軸モーションセンサー用の電極が前記センサー本体に対向するように前記インターポーザ用ウエハを前記多軸モーションセンサー半製品にメタル接合法またはペーストバンプ接合法により環状に接合し、同時に前記インターポーザ用ウエハの配線と前記センサー本体の所望部位とを接合して多軸モーションセンサーを完成し、次に、インターポーザ用ウエハに反対面から前記配線が露出するように複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極に接続した所望の配線を形成して、インターポーザを多面付けで作製する工程と、能動素子内蔵モジュール用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に能動素子を内蔵させ、該能動素子の外側の領域に複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極と前記能動素子とを接続するための配線を形成して、能動素子内蔵モジュールを多面付けで作製する工程と、各面付け毎に、前記インターポーザの配線と前記能動素子内蔵モジュールの貫通電極とを接合して、多面付けのセンサーユニットとする工程と、多面付けのセンサーユニットをダイシングする工程と、を有するような構成とした。
【００１０】
また、本発明のセンサーユニットの製造方法は、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩウエハと、１枚のガラスウエハとを多面付けに区画し、これらに対して各面付け毎に所望の加工を施して、ＳＯＩウエハに形成されたセンサー本体の一方の面に、ガラスウエハに形成されたガラス基板を接合した積層構造の多軸モーションセンサー半製品を多面付けで作製する工程と、能動素子内蔵モジュール用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に能動素子を内蔵させ、該能動素子の外側の領域に複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極と前記能動素子とを接続するための配線、多軸モーションセンサー用の電極を形成して能動素子内蔵モジュールを多面付けで作製する工程と、各面付け毎に、多軸モーションセンサー用の電極が前記センサー本体に対向するように前記能動素子内蔵モジュールを前記多軸モーションセンサー半製品にメタル接合法またはペーストバンプ接合法により環状に接合し、同時に前記能動素子内蔵モジュールの貫通電極と前記センサー本体の所望部位とを接合して多軸モーションセンサーを完成させて、多面付けのセンサーユニットとする工程と、多面付けのセンサーユニットをダイシングする工程と、を有するような構成とした。
【００１１】
また、本発明のセンサーユニットの製造方法は、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩウエハと、１枚のガラスウエハとを多面付けに区画し、これらに対して各面付け毎に所望の加工を施して、ＳＯＩウエハに形成されたセンサー本体の一方の面に、ガラスウエハに形成されたガラス基板を接合した積層構造の多軸モーションセンサー半製品を多面付けで作製する工程と、能動素子内蔵モジュール用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に多軸モーションセンサー用の電極と所望の配線を形成し、次いで、各面付け毎に、多軸モーションセンサー用の電極が前記センサー本体に対向するように前記能動素子内蔵モジュール用ウエハを前記多軸モーションセンサー半製品にメタル接合法またはペーストバンプ接合法により環状に接合し、同時に前記能動素子内蔵モジュール用ウエハの配線と前記センサー本体の所望部位とを接合して多軸モーションセンサーを完成し、次に、各面付け毎に能動素子を内蔵させ、また、該能動素子の外側の領域に前記能動素子内蔵モジュール用ウエハの反対面から前記配線が露出するように複数の微細貫通孔を形成し、該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、該貫通電極と前記能動素子とを接続するための配線を形成して能動素子内蔵モジュールを多面付けで作製して、多面付けのセンサーユニットとする工程と、多面付けのセンサーユニットをダイシングする工程と、を有するような構成とした。
【発明の効果】
【００１２】
このような本発明のセンサーユニットは、多軸モーションセンサーとインターポーザと能動素子内蔵モジュールとが多段状態に接合された構造、あるいは、能動素子内蔵モジュールと多軸モーションセンサーを接合した構造であり、配線基板を備えておらず、さらに、多軸モーションセンサーを構成する電極の一部がインターポーザあるいは能動素子内蔵モジュールに配設され、すなわち、インターポーザあるいは能動素子内蔵モジュールの一部が多軸モーションセンサーの一部を構成しているので、面積、高さともに大幅な小型化が可能となる。
また、本発明の製造方法は、ウエハレベルで多軸モーションセンサー半製品とインターポーザと能動素子内蔵モジュールとの接合を行う一括アッセンブリー、あるいは、ウエハレベルで多軸モーションセンサー半製品と能動素子内蔵モジュールとの接合を行う一括アッセンブリーが可能であるので、工程管理が容易で製造コストの低減が可能であり、また、接合が、メタル接合法あるいはペーストバンプ接合法を用いたものであるため、多軸モーションセンサーへの熱の影響を阻止することができ、信頼性の高いセンサーユニットの製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［センサーユニット］
（第１の実施形態）
図１は、本発明のセンサーユニットの一実施形態を示す概略断面図である。図１において、本発明のセンサーユニット１は、多軸モーションセンサー２とインターポーザ３と能動素子内蔵モジュール４とがこの順に多段状態で接合されたものである。多軸モーションセンサー２とインターポーザ３とは環状の封止部材５により内部が気密封止されており、インターポーザ３と能動素子内蔵モジュール４との間隙部には封止樹脂層６が介在している。
【００１４】
センサーユニット１を構成する多軸モーションセンサー２は、従来公知の多軸モーションセンサー、例えば、３軸加速度成分と２軸角速度成分を同時に検出できるＭＥＭＳ（Micro Electromechanical System）型の５軸モーションセンサー、圧力センサー、イメージセンサー等の光学センサー等であってよく、特に制限はない。図示例では、多軸モーションセンサー２は、センサー本体１１と、ガラス基板１２を備え、この多軸モーションセンサー２を構成する電極４１がインターポーザ３に配設されている。
【００１５】
図２は図１に示される多軸モーションセンサー２を構成するセンサー本体１１、ガラス基板１２を離間させ、さらに、多軸モーションセンサー２を構成する電極４１を備えたインターポーザ３を離間させた状態を示す拡大図である。図２に示されるように、センサー本体１１は、酸化シリコン層１７をシリコン層１６（活性層シリコン）とシリコン層１８（基板シリコン）で挟持した３層構造を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１５からなる。図３は、このセンサー本体１１のシリコン層１６（活性層シリコン）側からの平面図であり、図４は、シリコン層１８（基板シリコン）側からの平面図である。そして、図１、図２に示されるセンサー本体１１は、図３におけるＩ−Ｉ線での縦断面形状を示している。また、図５は、図３におけるII−II線での縦断面形状を示している。
【００１６】
図１〜図５に示されるように、センサー本体１１は、枠部材２１と、シリコン層１６（活性層シリコン）からなる十字型の梁２２と、４本の梁２２で支持された錘２３と、枠部材２１と各梁２２とで囲まれた４箇所の領域にそれぞれ独立して配設された複数（図示例では１２個）の柱部材２４とを備えている。４本の梁２２に支持されている錘２３は、枠部材２１とインターポーザ３とが環状の接合部材５を介して接合されていることにより、例えば、０．０１〜１Ｐａ程度の気密封止状態にある。尚、図３、図４では、環状の接合部材５を構成する環状の接合部材３０（後述する）を示している。
【００１７】
錘２３は、その厚みが枠部材２１および柱部材２４よりも薄いものであり、シリコン層１６（活性層シリコン）側に電極２５とコンタクト電極２６を有し、シリコン層１８（基板シリコン）側には電極２７を有している。図３、図４では、電極２５と電極２７に斜線を付して示している。この電極２５、２７は、基部２５ａ、２７ａと、この基部２５ａ、２７ａから十字型の梁２２の間に突出している４個の突出部２５ｂ、２７ｂとを有するパターン形状をなしている。また、コンタクト電極２６は、酸化シリコン層１７を貫通してシリコン層１８（基板シリコン）に接続しており、これによりシリコン層１６（活性層シリコン）とシリコン層１８（基板シリコン）との導通、したがって、コンタクト電極２６（電極２５）と電極２７との導通がとられている。
【００１８】
柱部材２４は、それぞれシリコン層１６（活性層シリコン）側にコンタクト電極２８を有し、シリコン層１８（基板シリコン）側にはコンタクト電極２９を有している。そして、コンタクト電極２８は、酸化シリコン層１７を貫通してシリコン層１８（基板シリコン）に接続している。これにより、各柱部材２４では、シリコン層１６（活性層シリコン）とシリコン層１８（基板シリコン）との導通、したがって、コンタクト電極２８とコンタクト電極２９との導通がとられている。
【００１９】
多軸モーションセンサー２を構成するガラス基板１２は、センサー本体１１に接合されている面に電極３１を有している。図６は、このようなガラス基板１２の電極３１配設面側の平面図である。そして、図１、図２に示されるガラス基板１２は、図６におけるＩ−Ｉ線での縦断面形状を示している。図１、図２、図６に示されるように、電極３１は１個の十字型の中心電極３２と、これを囲むように配設された４個の周囲電極３３とからなっている。中心電極３２は、錘２３に形成された電極２５の基部２５ａに所望の間隙を介して対向しており、また、４個の周囲電極３３は、錘２３に形成された電極２５の４個の突出部２５ｂに所望の間隙を介して対向している。
【００２０】
一方、図７は、インターポーザ３に配設されている多軸モーションセンサー２を構成する電極４１と、後述する貫通電極５３、環状の接合部材５を構成する環状の接合部材５６を示す平面図である。尚、図１、図２に示されるインターポーザ３は、図７におけるＩ−Ｉ線での縦断面形状を示している。図１、図２、図７に示されるように、電極４１は１個の十字型の中心電極４２と、これを囲むように配設された４個の周囲電極４３とからなっている。中心電極４２は、錘２３に形成された電極２７の基部２７ａに所望の間隙を介して対向しており、また、４個の周囲電極４３は、錘２３に形成された電極２７の４個の突出部２７ｂに所望の間隙を介して対向している。また、貫通電極５３は、センサー本体１１の柱部材２４に対応した箇所に配設されており、各貫通電極５３は、図７には示していない配線５４を介して各柱部材２４のコンタクト電極２９に接続されている。
【００２１】
上述のような多軸モーションセンサー２は、４本の梁２２で支持された錘２３に、Ｘ軸、Ｙ軸、あるいは、Ｚ軸（図１参照）方向に加速度が作用すると、錘２３に変位が生じる。この変位により、ガラス基板１２の４個の周囲電極３３と錘２３の電極２５の４個の突出部２５ｂとの間の静電容量、および、インターポーザ３の４個の周囲電極４３と錘２３の電極２７の４個の突出部２７ｂとの間の静電容量がそれぞれ変化し、この静電容量の変化量で３軸の加速度成分が求められる。また、多軸モーションセンサー２では、ガラス基板１２の中心電極３２と錘２３の電極２５の基部２５ａとの間、および、インターポーザ３の中心電極４２と錘２３の電極２７の基部２７ａとの間に、位相が１８０°異なる交流信号を付加すると、４本の梁２２で支持された錘２３はクーロン力でＺ軸に単振動する。この状態で錘２３にＹ軸周りの角速度が作用すると、Ｘ軸方向にコリオリ力が発生し、また、錘２３にＸ軸周りの角速度が作用すると、Ｙ軸方向にコリオリ力が発生する。そして、２軸の角速度成分は、錘２３のＸ軸方向とＹ軸方向の変位を静電容量の変化で検出することができる。尚、静電容量の変化による加速度検出と角速度検出との弁別は、角速度検出を高周波数域、加速度検出を低周波数域とすることにより可能である。上述の多軸モーションセンサー２の動作原理は、例えば、電学論Ｅ．１２６巻６号、２００６年に詳しく記載されている。
【００２２】
センサーユニット１を構成するインターポーザ３は、基板５１と、この基板５１に設けられた複数の微細貫通孔５２と、これらの微細貫通孔５２内に配設された貫通電極５３と、上述のような多軸モーションセンサー２を構成する電極４１と、配線５４、環状の接合部材５を構成する環状の接合部材５６を、多軸モーションセンサー２と対向する面に備えている。基板５１の材質は、例えば、シリコン、ガラス等を挙げることができる。また、微細貫通孔５２は、開口径が１〜５０μｍ、好ましくは５〜３０μｍ程度である。この微細貫通孔５２の形状は、図示例では厚み方向で内径がほぼ一定のストレート形状であるが、これに限定されず、一方の開口径が広いテーパー形状をなすもの、厚み方向のほぼ中央で内径が狭くなっているような形状等であってもよい。
上記のような微細貫通孔５２内に配設された貫通電極５３は、微細貫通孔５２内に充填されたものであってもよく、また、微細貫通孔５２の内壁面に形成され、貫通孔あるいは凹部が存在するようなものであってもよい。貫通電極５３の材質は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等の導電材料とすることができる。
【００２３】
尚、基板５１は、微細貫通孔５２の内壁面を含む全域、あるいは所望領域に電気絶縁層を有するものであってもよく、例えば、図８に示されるインターポーザ３であってもよい。このインターポーザ３では、基板５１は複数の微細貫通孔５２を有し、これらの微細貫通孔５２の内壁面を含む全域に電気絶縁層５８を備えている。そして、微細貫通孔５２内には貫通電極５３を有し、一方の面には上述のような多軸モーションセンサー２を構成する電極４１と、配線５４、環状の接合部材５を構成する環状の接合部材５６を有し、他方の面には配線５５を有している。このようなインターポーザ３では、電気絶縁層５８は、例えば、酸化珪素、窒化珪素等の無機酸化物等とすることができる。図示例では、貫通電極５３は微細貫通孔５２の内壁面に形成され、凹部が存在するものであるが、上述の例と同様に、微細貫通孔５２内に充填されたものであってもよい。
【００２４】
インターポーザ３は、周縁部に環状（回廊形状）に接合部材５６を有しており、この接合部材５６は、上述のセンサー本体１１の枠部材２１に配設された接合部材３０と接合して接合部材５を構成し、この接合部材５により、錘２３が存在するセンサー本体１１の内部が気密封止されている。また、多軸モーションセンサー２に対向する面に位置する配線５４は、多軸モーションセンサー２のセンサー本体のコンタクト電極２９に接合されている。
また、インターポーザ３は、能動素子内蔵モジュール４と対向する面に、配線５５を有しており、この配線５５は、接合バンプ５７を介して、後述する能動素子内蔵モジュール４の配線６４に接合されている。尚、インターポーザ３の配線５５が、接合バンプ５７を介して、後述する能動素子内蔵モジュール４の貫通電極６３に直接（配線６４ではなく）接合するものであってもよい。
【００２５】
図９は、環状の接合部材５によるセンサー本体１１の枠部材２１とインターポーザ３との接合、およびセンサー本体１１のコンタクト電極２９とインターポーザ３の配線５４との接合の一例を説明するための部分拡大断面図である。図９に示される例では、環状の接合部材５は、センサー本体１１の枠部材２１が備える環状の接合部材３０と、インターポーザ３が備える環状の接合部材５６とが接合されたものである。接合部材３０は、金属層３０ａ、金属層３０ｂとの積層であり、例えば、Ａｌ／Ｃｒ積層、Ａｌ／Ｔｉ積層、Ａｌ／Ａｕ積層等とすることができる。また、接合部材５６は、金属層５６ａ、金属層５６ｂとの積層であり、例えば、Ａｌ／Ａｕ積層、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｕ合金積層、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｇ合金積層等とすることができる。
【００２６】
また、コンタクト電極２９は、金属層２９ａ、金属層２９ｂとの積層であり、例えば、Ａｌ／Ｃｒ積層、Ａｌ／Ｔｉ積層、Ａｌ／Ａｕ積層等とすることができる。また、インターポーザ３の配線５４は、金属層５４ａ、金属層５４ｂとの積層であり、例えば、Ａｌ／Ａｕ積層、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｕ合金積層、Ａｌ／Ｓｎ−Ａｇ合金積層等とすることができる。
接合部材５の形状は、錘２３が存在するセンサー本体１１の内部を気密封止できる環状であればよく、特に制限はなく、図示例では、センサー本体の枠部材２１に対応した回廊形状となっている。また、接合部材５の厚み、幅も制限はなく、例えば、厚みを１〜３０μｍ、幅を１０〜３００μｍの範囲で適宜設定することができる。このようなメタル接合法によるセンサー本体１１の枠部材２１とインターポーザ３との接合、およびセンサー本体１１のコンタクト電極２９とインターポーザ３の配線５４との接合は、４００℃以下の温度で安定して行うことができる。
【００２７】
また、図１０は、環状の接合部材５によるセンサー本体１１の枠部材２１とインターポーザ３との接合、およびセンサー本体１１のコンタクト電極２９とインターポーザ３の配線５４との接合の他の例を説明するための部分拡大断面図である。図１０に示される例では、環状の接合部材５は、センサー本体１１の枠部材２１が備える環状の接合部材３０と、インターポーザ３が備える環状の接合部材５６とが接合バンプ５６′を介して接合されたものである。また、コンタクト電極２９と配線５４は、接合バンプ５４′を介して接合されている。そして、これらの周囲が封止樹脂６０により封止されている。接合部材３０および接合部材５６の材質は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等とすることができる。また、接合バンプ５６′は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等、あるいはこれらの合金のいずれかの導電性粉末と樹脂成分とを有する導電性ペーストからなるもの、または、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等のいずれかの導電材料からなるものであってよい。
【００２８】
また、コンタクト電極２９と配線５４の材質は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等とすることができる。また、接合バンプ５４′は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等、あるいはこれらの合金のいずれかの導電性粉末と樹脂成分とを有する導電性ペーストからなるもの、または、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等のいずれかの導電材料からなるものであってよい。
一方、封止樹脂６０は、例えば、絶縁性の樹脂材料、異方性導電樹脂等を使用することができる。
【００２９】
この例における接合部材５の形状も、錘２３が存在するセンサー本体１１の内部を気密封止できる環状であればよく、特に制限はなく、図示例では、センサー本体の枠部材２１に対応した回廊形状となっている。また、接合部材５の厚み、幅も制限はなく、例えば、厚みを１〜３０μｍ、幅を１０〜３００μｍの範囲で適宜設定することができる。このようなペーストバンプ接合法によるセンサー本体１１の枠部材２１とインターポーザ３との接合、およびセンサー本体１１のコンタクト電極２９とインターポーザ３の配線５４との接合は、２００℃以下の温度で安定して行うことができる。
【００３０】
センサーユニット１を構成する能動素子内蔵モジュール４は、基板６１と、この基板６１に内蔵された能動素子６５と、この能動素子６５の外側の領域の基板６１に形成された複数の微細貫通孔６２と、これらの微細貫通孔６２内に配設された貫通電極６３とを備えている。基板６１のインターポーザ３と対向する面には、貫通電極６３に接続している配線６４が配設されている。また、基板６１のインターポーザ３と対向する面の反対側の面には、能動素子６５の所望の端子（図示せず）と所望の貫通電極６３とを接続している配線（図示せず）が配設されている。そして、これらの配線の所望箇所には、外部端子としてのはんだバンプ６６が配設されている。
【００３１】
基板６１の材質は、例えば、シリコン、ガラス等を挙げることができる。また、微細貫通孔６２は、開口径が１〜５０μｍ、好ましくは５〜３０μｍ程度である。この微細貫通孔６２の形状は、図示例では厚み方向で内径がほぼ一定のストレート形状であるが、これに限定されず、一方の開口径が広いテーパー形状をなすもの、厚み方向のほぼ中央で内径が狭くなっているような形状等であってもよい。
上記のような微細貫通孔６２内に配設された貫通電極６３は、微細貫通孔６２内に充填されたものであってもよく、また、微細貫通孔６２の内壁面に形成され、貫通孔あるいは凹部が存在するようなものであってもよい。貫通電極６３の材質は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等の導電材料とすることができる。
【００３２】
接合バンプ５７を介したインターポーザ３の配線５６と能動素子内蔵モジュール４の貫通電極６３、配線６４との接合は、上述の接合バンプ５４′を介した多軸モーションセンサー２のコンタクト電極２９とインターポーザ３の配線５４との接合（ペーストバンプ接合法）と同様とすることができる。また、インターポーザ３の配線５６と能動素子内蔵モジュール４の貫通電極６３、配線６４との接合は、上述の図９に示されるようなメタル接合法により行うこともできる。
上述のようなセンサーユニット１は、多軸モーションセンサー２とインターポーザ３と能動素子内蔵モジュール４とが多段状態に接合された構造であり、配線基板を備えていないとともに、多軸モーションセンサー２を構成する電極の一部（電極４１）がインターポーザ３に配設され、インターポーザ３の一部が多軸モーションセンサー２の一部を構成しているので、面積、高さともに大幅な小型化が可能となる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図１１は、本発明のセンサーユニットの他の実施形態を示す概略断面図である。図１１において、本発明のセンサーユニット７１は、多軸モーションセンサー２と能動素子内蔵モジュール７４とが接合されたものである。
センサーユニット７１を構成する多軸モーションセンサー２は、従来公知の多軸モーションセンサー、例えば、３軸加速度成分と２軸角速度成分を同時に検出できるＭＥＭＳ型の５軸モーションセンサー、圧力センサー、イメージセンサー等の光学センサー等であってよく、特に制限はない。図示例では、センサーユニット７１を構成する多軸モーションセンサー２は、上述のセンサーユニット１を構成する多軸モーションセンサー２と同じであり、センサー本体１１と、ガラス基板１２を備え、この多軸モーションセンサー２を構成する電極８１が能動素子内蔵モジュール７４に配設されている。尚、図１１に示す多軸モーションセンサー２には、電極８１を除いて、上述のセンサーユニット１を構成する多軸モーションセンサー２と同じ部材番号を付し、ここでの説明は省略する。
【００３４】
また、能動素子内蔵モジュール７４は、センサー本体１１の枠部材２１と環状の接合部材５′により接合され、４本の梁（図示せず）に支持されている錘２３は、例えば、０．０１〜１Ｐａ程度の気密封止状態にある。
センサーユニット７１を構成する能動素子内蔵モジュール７４は、基板９１と、この基板９１に内蔵された能動素子９５と、この能動素子９５の外側の領域の基板９１に形成された複数の微細貫通孔９２と、これらの微細貫通孔９２内に配設された貫通電極９３とを備えている。さらに、基板９１の多軸モーションセンサー２と対向する面には、上述のような多軸モーションセンサー２を構成する電極８１と、配線９４と、環状の接合部材５′を構成する環状の接合部材９７とが配設されている。また、基板９１の多軸モーションセンサー２と対向する面の反対側の面には、能動素子９５の所望の端子（図示せず）と所望の貫通電極９３とを接続する配線（図示せず）が配設されている。そして、これらの配線の所望箇所には、外部端子としてのはんだバンプ９６が配設されている。
【００３５】
能動素子内蔵モジュール７４に配設されている多軸モーションセンサー２を構成する電極８１は、上述の実施形態においてインターポーザ３に配設されている多軸モーションセンサー２を構成する電極４１と同様とすることができる。すなわち、電極８１は１個の十字型の中心電極８２と、これを囲むように配設された４個の周囲電極８３とからなる。
微細貫通孔９２の形状、開口径、貫通電極９３の材質、形状は、上述の微細貫通孔６２、貫通電極６３と同様とすることができる。
能動素子内蔵モジュール７４に配設されている環状の接合部材９７は、上述の実施形態においてインターポーザ３に配設されている環状の接合部材５６と同様とすることができる。また、配線９４は、上述の実施形態においてインターポーザ３に配設されている配線５４と同様とすることができる。
【００３６】
図１２は、環状の接合部材５′によるセンサー本体１１の枠部材２１と能動素子内蔵モジュール７４との接合、およびセンサー本体１１のコンタクト電極２９と能動素子内蔵モジュール７４の配線９４との接合の一例を説明するための部分拡大断面図である。図１２に示される例では、環状の接合部材５′は、センサー本体１１の枠部材２１が備える環状の接合部材３０と、能動素子内蔵モジュール７４が備える環状の接合部材９７とが接合されたものである。接合部材３０は、金属層３０ａ、金属層３０ｂとの積層であり、上述の実施形態における接合部材３０と同様とすることができる。また、接合部材９７は、金属層９７ａ、金属層９７ｂとの積層であり、上述の実施形態における接合部材５６と同様とすることができる。
【００３７】
また、コンタクト電極２９は、金属層２９ａ、金属層２９ｂとの積層であり、上述の実施形態のコンタクト電極２９と同様とすることができる。また、能動素子内蔵モジュール７４の配線９４は、金属層９４ａ、金属層９４ｂとの積層であり、上述の実施形態の配線５４と同様とすることができる。
接合部材５′の形状は、錘２３が存在するセンサー本体１１の内部を気密封止できる環状であればよく、特に制限はなく、図示例では、センサー本体の枠部材２１に対応した回廊形状となっている。また、接合部材５′の厚み、幅も制限はなく、例えば、厚みを１〜３０μｍ、幅を１０〜３００μｍの範囲で適宜設定することができる。このようなメタル接合法によるセンサー本体１１の枠部材２１と能動素子内蔵モジュール７４との接合、およびセンサー本体１１のコンタクト電極２９と能動素子内蔵モジュール７４の配線９４との接合は、４００℃以下の温度で安定して行うことができる。
【００３８】
また、環状の接合部材５′によるセンサー本体１１の枠部材２１と、能動素子内蔵モジュール７４との接合、および、センサー本体１１のコンタクト電極２９と配線９４との接合は、上述の実施態様において図１０で説明したのと同様とすることもできる。
尚、能動素子内蔵モジュール７４は、図１３に示されるものであってもよい。この能動素子内蔵モジュール７４では、基板９１は両面と複数の微細貫通孔９２の内壁面に電気絶縁層９８を備えている。そして、多軸モーションセンサー２側の電気絶縁層９８上には、上述のような多軸モーションセンサー２を構成する電極８１と、配線９４、環状の接合部材５′を構成する環状の接合部材９７を有している。このような能動素子内蔵モジュール７４では、電気絶縁層９８は、例えば、酸化珪素、窒化珪素等の無機酸化物等とすることができる。図示例では、貫通電極９３は微細貫通孔９２の内壁面に形成され、凹部が存在するものであるが、上述の例と同様に、微細貫通孔９２内に充填されたものであってもよい。
【００３９】
上述のようなセンサーユニット７１は、多軸モーションセンサー２と能動素子内蔵モジュール７４とが接合した構造であり、配線基板を備えておらず、さらに、多軸モーションセンサー２を構成する電極の一部（電極８１）が能動素子内蔵モジュール７４に配設され、能動素子内蔵モジュール７４の一部が多軸モーションセンサー２の一部を構成しているので、面積、高さともに大幅な小型化が可能となる。
上述のセンサーユニットの実施形態は例示であり、本発明のセンサーユニットはこれらに限定されるものではない。例えば、能動素子内蔵モジュール４および能動素子内蔵モジュール７４では、能動素子６５，９５が基板６１，９１の多軸モーションセンサー２側に配設されていてもよい。
【００４０】
［センサーユニットの製造方法］
（第１の実施形態）
次に、本発明のセンサーユニットの製造方法について、上述の図１に示すセンサーユニット１を例として説明する。
図１４および図１５は、本発明のセンサーユニットの製造方法の一実施形態を示す工程図である。本発明では、まず、多面付けで多軸モーションセンサー半製品２′を作製する。すなわち、シリコン層１６（活性層シリコン）、酸化シリコン層１７、シリコン層１８（基板シリコン）の３層構造を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハ１５′と、ガラスウエハ１２′とを多面付け（各面付け部を１Ａで示す）に区画する（図１４（Ａ））。そして、これらに対して各面付け１Ａ毎に所望の加工を施して、ＳＯＩウエハ１５′に形成されたセンサー本体１１の一方の面に、ガラスウエハ１２′に形成されたガラス基板１２を接合した積層構造の多軸モーションセンサー半製品２′を多面付けで作製する（図１４（Ｂ））。
【００４１】
ここで、多面付けの多軸モーションセンサー半製品２′の作製工程の一例について、図１６〜図１７を参照して説明する。
まず、シリコン層１６（活性層シリコン）、酸化シリコン層１７、シリコン層１８（基板シリコン）の３層構造を有するＳＯＩウエハ１５′に酸化処理を施して、ＳＯＩウエハ１５′の両面に酸化層１６′，１８′を形成する（図１６（Ａ））。その後、ＳＯＩウエハ１５′の各面付け１Ａ毎に、パターンエッチングにより所望のパターンで凹部７ａ，７ｂ，８を形成する（図１６（Ｂ））。このパターンエッチングは、例えば、酸化層１６′，１８′上にマスクパターンを形成し、サンドブラスト法、ウエットエッチング法等により行うことができる。
【００４２】
次に、凹部７ａ，７ｂ，８を形成したＳＯＩウエハ１５′の両面に酸化層１６′，１８′を再度形成し、その後、シリコン層１６の所望部位にコンタクト穴９ａ，９ｂを形成する（図１６（Ｃ））。このコンタクト穴９ａ，９ｂの形成は、例えば、酸化層１６′上にマスクパターンを形成し、サンドブラスト法、ウエットエッチング法等により行うことができる。
次いで、枠部材２１と十字型の梁２２と複数の柱部材２４（図３参照）とを形成するための溝部１０をシリコン層１６に形成する（図１６（Ｄ））。この溝部１０の形成は、例えば、マスクパターンを介して、プラズマを利用したドライエッチング法であるＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductively Coupled Plasma − Reactive Ion Etching：誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング）法により行うことができる。また、サンドブラスト法、ウエットエッチング法、フェムト秒レーザ法により溝部１０を形成することもできる。
【００４３】
次に、コンタクト穴９ａ，９ｂと溝部１０内とに露出する酸化シリコン層１７を除去し、また、酸化層１６′を除去し、コンタクト穴９ａ，９ｂにコンタクト電極２６，２８を形成し、溝部１０で囲まれた凹部７ａ（後工程で錘２３となる部位）に電極２５を形成する（図１６（Ｅ））。酸化シリコン層１７と酸化層１６′の除去は、例えば、反応性ガスによるドライエッチングにより行うことができる。また、電極２５は、図３に示されるように、基部２５ａと、この基部２５ａから梁２２を形成するための溝部（図１６（Ｅ）には示されていない）の間に突出している４個の突出部２５ｂからなっている。
一方、ガラスウエハ１２′の各面付け１Ａ毎に、１個の十字型の中心電極３２と、これを囲むように配設された４個の周囲電極３３とからなる電極３１を形成する（図１７（Ａ））。次いで、このガラスウエハ１２′とＳＯＩウエハ１５′のシリコン層１６（活性層シリコン）とを陽極接合する（図１７（Ｂ））。
【００４４】
次に、ＳＯＩウエハ１５′のシリコン層１８（基板シリコン）上の酸化層１８′を除去し、凹部８に電極２７を形成し、シリコン層１８（基板シリコン）上の所望の部位に電極２９、環状の接合部材３０を形成する（図１７（Ｃ））。酸化層１８′の除去は、上述の酸化層１６′の除去と同様に行うことができる。また、電極２７は、図４に示されるように、基部２７ａと、この基部２７ａから十字型の梁２２を形成するための溝部（図１７（Ｃ）には示されていない）の間に突出している４個の突出部２７ｂからなっている。
【００４５】
次いで、枠部材２１と十字型の梁２２と複数の柱部材２４とを形成するための溝部１０に相当する部位のシリコン層１８（基板シリコン）をエッチングして、溝部１０まで貫通させる。これにより、図３および図４に示されるような枠部材２１と、十字型の梁２２と、この梁２２で支持された錘２３と、複数の柱部材２４とを形成する（図１７（Ｄ））。このように形成された十字型の梁２２は、シリコン層１６（活性層シリコン）からなり、また、柱部材２４は、シリコン層１６（活性層シリコン）、酸化シリコン層１７、シリコン層１８（基板シリコン）の３層構造を有する。上記のシリコン層１８（基板シリコン）のエッチングは、例えば、マスクパターンを介してＩＣＰ−ＲＩＥ法により行うことができる。また、サンドブラスト法、ウエットエッチング法、フェムト秒レーザ法により行うこともできる。
これにより、ＳＯＩウエハ１５′に形成されたセンサー本体１１に、ガラスウエハ１２′に形成されたガラス基板１２を配した積層構造の多軸モーションセンサー半製品２′が多面付けで作製される。
【００４６】
本発明のセンサーユニットの製造方法では、多軸モーションセンサー半製品２′と同様に、多面付けでインターポーザ３を作製する（図１４（Ｃ））。すなわち、インターポーザ用ウエハ３′を多面付け（各面付け部を１Ａで示す）に区画し、各面付け１Ａ毎に複数の微細貫通孔５２を形成し、この微細貫通孔５２に導電材料を配設して貫通電極５３とする。また、インターポーザ用ウエハ３′の一方の面に、多軸モーションセンサー２を構成する電極４１（図７に示される十字型の中心電極４２と４個の周囲電極４３）と、配線５４、環状の接合部材５６を形成し、他方の面に配線５５と接合バンプ５７を形成して、インターポーザ３を多面付けで作製する。
【００４７】
微細貫通孔５２の形成は、例えば、マスクパターンを介してＩＣＰ−ＲＩＥ法により行うことができる。また、サンドブラスト法、ウエットエッチング法、フェムト秒レーザ法により微細貫通孔５２を形成することもできる。さらに、インターポーザ用ウエハ３′に、上述のいずれかの方法により、一方の面から所定の深さで微細孔を形成し、その後、インターポーザ用ウエハ３′の反対面を研磨して微細孔を露出させることにより、微細貫通孔５２を形成してもよい。この微細貫通孔５２の開口径は、１〜５０μｍ、好ましくは５〜３０μｍの範囲で設定することができる。
また、微細貫通孔５２内への貫通電極５３の形成は、例えば、プラズマＣＶＤ法等により下地導電薄膜を微細貫通孔５２内に形成し、その後、電解フィルドめっきにより、導電金属を析出させることにより行うことができる。これにより、ボイドのない貫通電極５３を得ることができる。また、導電性ペーストを微細貫通孔５２内に充填することにより貫通電極５３を形成することもできる。
【００４８】
上記の電極４１、配線５４，５５や接合部材５６、接合バンプ５７の形成は特に制限がなく、例えば、貫通電極５３が露出するように一方の面にレジストパターンを形成し、その後、貫通電極５３を給電層として電解めっきにより形成する工程を表裏で行うことで形成することができる。
次いで、接合部材５６を上記の多軸モーションセンサー半製品２′の接合部材３０に接合し、また、配線５４をセンサー本体１１のコンタクト電極２９に接合することにより、多面付けのインターポーザ３と多面付けの多軸モーションセンサー半製品２′とを接合して、多軸モーションセンサー２を作製する（図１５（Ａ））。この接合部材５６と接合部材３０とが接合して形成される環状の接合部材５を介した多軸モーションセンサー半製品２′とインターポーザ３との接合、および、配線５４とコンタクト電極２９の接合は、上述の図９で説明したようなメタル接合法、あるいは、図１０で説明したようなペーストバンプ接合法により行うことができる。
【００４９】
また、本発明のセンサーユニットの製造方法では、多軸モーションセンサー半製品２′、インターポーザ３と同様に、多面付けで能動素子内蔵モジュール４を作製する（図１５（Ｂ））。すなわち、能動素子内蔵モジュール用ウエハ４′を多面付け（各面付け部を１Ａで示す）に区画し、各面付け１Ａ毎に、後工程にて能動素子６５を埋設する部位の外側の領域に複数の微細貫通孔６２を形成し、これらの微細貫通孔６２に導電材料を配設して貫通電極６３とする。また、能動素子６５を埋設する面の反対側の面に、貫通電極６３に接続した配線６４を形成する。微細貫通孔６２、貫通電極６３、配線６４の形成は、上述の微細貫通孔５２、貫通電極５３、配線５４，５５の形成と同様とすることができる。
【００５０】
次いで、各面付け１Ａ毎に、能動素子６５を埋設するための凹部を形成し、この凹部内に能動素子６５を埋設する。上記の凹部は、例えば、能動素子内蔵モジュール用ウエハ４′上にマスクパターンを形成し、露出している能動素子内蔵モジュール用ウエハ４′に対して、ＩＣＰ−ＲＩＥ法により形成することができる。また、サンドブラスト法、ウエットエッチング法等によっても形成することができる。凹部の形状、寸法は、埋設する能動素子の形状、寸法に応じて適宜設定することができる。また、能動素子６５の埋設は、例えば、接着剤を用いて固着する方法、凹部に能動素子を嵌合する方法等、特に制限はない。その後、能動素子６５を埋設した面に、配線（図示せず）と外部電極としてのはんだバンプ６６を形成する。尚、この配線とはんだバンプ６６は、後述する接合バンプ５７を介したインターポーザ３と能動素子内蔵モジュール４との接合が完了した後に形成してもよい。
【００５１】
次いで、インターポーザ３の接合バンプ５７を上記の能動素子内蔵モジュール４の配線６４に接合することにより、多面付けのインターポーザ３と多面付けの能動素子内蔵モジュール４とを接合する（図１５（Ｃ））。これにより、多面付けのセンサーユニット１が得られる。接合バンプ５７を介したインターポーザ３と能動素子内蔵モジュール４との接合は、図１０で説明したようなペーストバンプ接合法により行うことができる。また、インターポーザ３と能動素子内蔵モジュール４との接合は、上述の図９で説明したようなメタル接合法によっても行うことができる。
次いで、多面付けのセンサーユニット１をダイシングすることにより、図１に示されるようなセンサーユニット１が得られる。
【００５２】
（第２の実施形態）
次に、本発明のセンサーユニットの製造方法の他の実施形態について、上述の図８に示されるインターポーザ３を備えたセンサーユニット１を例として図１８を参照しながら説明する。
上述の実施形態と同様に、多面付けで多軸モーションセンサー半製品２′を作製する（図１６および図１７参照）。
また、以下のようにして、多面付けでインターポーザ３を作製する。すなわち、電気絶縁層５８を一方の面に備えた基材５１からなるインターポーザ用ウエハ３′を多面付け（各面付け部を１Ａで示す）に区画し、各面付け１Ａ毎に、電気絶縁層５８上に多軸モーションセンサー２を構成する電極４１（図７に示される十字型の中心電極４２と４個の周囲電極４３）と、配線５４、環状の接合部材５６を形成する（図１８（Ａ））。電気絶縁層５８は、例えば、基材５１がシリコンである場合、酸化珪素とすることができる。
【００５３】
次いで、接合部材５６を上記の多軸モーションセンサー半製品２′の接合部材３０に接合し、また、配線５４をセンサー本体１１のコンタクト電極２９に接合することにより、多面付けのインターポーザ用ウエハ３′と多面付けの多軸モーションセンサー半製品２′とを接合して、多軸モーションセンサー２を作製する（図１８（Ｂ））。この接合部材５６と接合部材３０とが接合して形成される環状の接合部材５を介した多軸モーションセンサー半製品２′とインターポーザ用ウエハ３′との接合、および、配線５４とコンタクト電極２９の接合は、上述の図９で説明したようなメタル接合法、あるいは、図１０で説明したようなペーストバンプ接合法により行うことができる。
【００５４】
次いで、多面付けのインターポーザ用ウエハ３′の反対面（多面付けの多軸モーションセンサー半製品２′と接合されていない面）から、電気絶縁層５８が露出するように凹部５２′を形成し、その後、凹部５２′を含む基板５１に電気絶縁層５８を形成する（図１８（Ｃ））。この凹部５２′は、電気絶縁層５８を介して配線５４が存在する所望の部位とする。凹部５２′の形成は、例えば、サンドブラスト法、ウエットエッチング法、フェムト秒レーザ法により行うことができる。尚、凹部５２′を形成する前に、所望の厚みとなるように、多面付けのインターポーザ用ウエハ３′を研磨してもよい。
次に、凹部５２′の底部に露出している電気絶縁層５８に微細孔を穿設して配線５４を凹部５２′内に露出させる。これにより、微細貫通孔５２が形成され、この微細貫通孔５２に導電材料を配設して貫通電極５３を形成し、また、配線５５、接合バンプ５７を形成する（図１８（Ｄ））。これにより、インターポーザ３が多面付けで作製される。微細孔の穿設は、例えば、マスクパターンを介してＩＣＰ−ＲＩＥ法により行うことができる。
【００５５】
また、本発明のセンサーユニットの製造方法では、上述の実施形態と同様にして、多面付けで能動素子内蔵モジュール４を作製する（図１５（Ｂ）参照）。
次いで、インターポーザ３の接合バンプ５７を上記の能動素子内蔵モジュール４の配線６４に接合することにより、多面付けのインターポーザ３と多面付けの能動素子内蔵モジュール４とを接合して多面付けのセンサーユニット１（図１８には示していない）が得られる。接合バンプ５７を介したインターポーザ３と能動素子内蔵モジュール４との接合は、図１０で説明したようなペーストバンプ接合法により行うことができる。また、インターポーザ３と能動素子内蔵モジュール４との接合は、上述の図９で説明したようなメタル接合法によっても行うことができる。
次いで、多面付けのセンサーユニット１をダイシングすることにより、図８に示されるようなインターポーザ３を備えたセンサーユニット１が得られる。
【００５６】
上述のような本発明のセンサーユニットの製造方法は、ウエハレベルで多軸モーションセンサー半製品とインターポーザと能動素子内蔵モジュールとの接合を行う一括アッセンブリーが可能なため、工程管理が容易で製造コストの低減が可能であり、また、接合が、メタル接合法あるいはペーストバンプ接合法を用いたものであるため、多軸モーションセンサーへの熱の影響を阻止することができ、信頼性の高いセンサーユニットの製造が可能となる。
【００５７】
（第３の実施形態）
次に、本発明のセンサーユニットの製造方法の他の実施形態について、上述の図１１に示すセンサーユニット７１を例として説明する。
図１９は、本発明のセンサーユニットの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。まず、上述の実施形態と同様にして、多面付け（各面付け部を７１Ａで示す）で多軸モーションセンサー半製品２′を作製する（図１９（Ａ））。
【００５８】
また、本発明では、多面付けで能動素子内蔵モジュール７４を作製する（図１９（Ｂ））。すなわち、能動素子内蔵モジュール用ウエハ７４′を多面付け（各面付け部を７１Ａで示す）に区画し、各面付け７１Ａ毎に、後工程にて能動素子９５を埋設する部位の外側の領域に複数の微細貫通孔９２を形成し、これらの微細貫通孔９２に導電材料を配設して貫通電極９３とする。また、能動素子９５を埋設する面の反対側の面に、多軸モーションセンサー２を構成する電極８１（図７に示される電極４１と同様に、十字型の中心電極８２と４個の周囲電極８３からなる）と、配線９４、環状の接合部材９７を形成する。微細貫通孔９２、貫通電極９３、配線９４、環状の接合部材９７、電極８１の形成は、上述の実施形態における微細貫通孔５２、貫通電極５３、配線５４，５５、電極４１の形成と同様とすることができる。また、能動素子９５の埋設は、上述の実施形態における能動素子６５の埋設と同様とすることができる。
【００５９】
次いで、接合部材９７を多面付けの多軸モーションセンサー半製品２′の接合部材３０に接合し、また、配線９４をセンサー本体１１のコンタクト電極２９に接合することにより、多面付けの能動素子内蔵モジュール７４と多面付けの多軸モーションセンサー半製品２′とを接合して、多軸モーションセンサー２を作製する。これにより、多面付けのセンサーユニット７１が得られる（図１９（Ｃ））。この接合部材９７と接合部材３０とが接合して形成される環状の接合部材５′を介した多軸モーションセンサー半製品２′と能動素子内蔵モジュール７４との接合、および、配線９４とコンタクト電極２９の接合は、上述の図９で説明したようなメタル接合法、あるいは、図１０で説明したようなペーストバンプ接合法により行うことができる。
次いで、多面付けのセンサーユニット７１をダイシングすることにより、図１１に示されるようなセンサーユニット７１が得られる。
【００６０】
（第４の実施形態）
次に、本発明のセンサーユニットの製造方法の他の実施形態について、上述の図１３に示される能動素子内蔵モジュール７４を備えたセンサーユニット７１を例として図２０および図２１を参照しながら説明する。
上述の実施形態と同様に、多面付けで多軸モーションセンサー半製品２′を作製する（図１６および図１７参照）。
また、以下のようにして、多面付けで能動素子内蔵モジュール７４を作製する。すなわち、電気絶縁層９８を一方の面に備えた基材９１からなる能動素子内蔵モジュール用ウエハ７４′を多面付け（各面付け部を７１Ａで示す）に区画し、各面付け７１Ａ毎に、電気絶縁層９８上に多軸モーションセンサー２を構成する電極８１（図７に示される電極４１と同様に、十字型の中心電極８２と４個の周囲電極８３からなる）と、配線９４、環状の接合部材９７を形成する（図２０（Ａ））。電気絶縁層９８は、例えば、基材９１がシリコンである場合、酸化珪素とすることができる。
【００６１】
次いで、接合部材９７を上記の多軸モーションセンサー半製品２′の接合部材３０に接合し、また、配線９４をセンサー本体１１のコンタクト電極２９に接合することにより、多面付けの能動素子内蔵モジュール用ウエハ７４′と多面付けの多軸モーションセンサー半製品２′とを接合して、多軸モーションセンサー２を作製する（図２０（Ｂ））。この接合部材９７と接合部材３０とが接合して形成される環状の接合部材５′を介した多軸モーションセンサー半製品２′と能動素子内蔵モジュール用ウエハ７４′との接合、および、配線９４とコンタクト電極２９の接合は、上述の図９で説明したようなメタル接合法、あるいは、図１０で説明したようなペーストバンプ接合法により行うことができる。
【００６２】
次いで、多面付けの能動素子内蔵モジュール用ウエハ７４′の反対面（多面付けの多軸モーションセンサー半製品２′と接合されていない面）から、電気絶縁層９８が露出するように凹部９２′を形成し、その後、凹部９２′を含む基板９１に電気絶縁層９８を形成する（図２０（Ｃ））。この凹部９２′は、電気絶縁層９８を介して配線９４が存在する所望の部位とする。凹部９２′の形成は、例えば、サンドブラスト法、ウエットエッチング法、フェムト秒レーザ法により行うことができる。尚、凹部９２′を形成する前に、所望の厚みとなるように、多面付けの能動素子内蔵モジュール用ウエハ７４′を研磨してもよい。
次に、凹部９２′の底部に露出している電気絶縁層９８に微細孔を穿設して配線９４を凹部９２′内に露出させる。これにより、微細貫通孔９２が形成され、この微細貫通孔９２に導電材料を配設して貫通電極９３を形成する（図２１（Ａ））。微細孔の穿設は、例えば、マスクパターンを介してＩＣＰ−ＲＩＥ法により行うことができる。
【００６３】
次いで、各面付け７１Ａ毎に能動素子９５を埋設し、その後、能動素子９５を埋設した面に、配線（図示せず）と外部電極としてのはんだバンプ９６を形成する（図２１（Ｂ））。これにより、能動素子内蔵モジュール７４が多面付けで作製されるとともに、多面付けのセンサーユニット７１が得られる。能動素子９５の埋設は、上述の実施形態における能動素子６５の埋設と同様とすることができる。
次いで、多面付けのセンサーユニット７１をダイシングすることにより、図１３に示されるような能動素子内蔵モジュール７４を備えたセンサーユニット７１が得られる。
上述のような本発明のセンサーユニットの製造方法は、ウエハレベルで多軸モーションセンサー半製品と能動素子内蔵モジュールとの接合を行う一括アッセンブリーが可能であるため、工程管理が容易で製造コストの低減が可能であり、また、接合が、メタル接合法あるいはペーストバンプ接合法を用いたものであるため、多軸モーションセンサーへの熱の影響を阻止することができ、信頼性の高いセンサーユニットの製造が可能となる。
尚、上述のセンサーユニットの製造方法は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
小型で高信頼性のセンサーユニットが要求される種々の分野において適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明のセンサーユニットの一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１に示される多軸モーションセンサーを構成するセンサー本体、ガラス基板、インターポーザを離間させた状態を示す拡大図である。
【図３】図２に示されるセンサー本体のシリコン層（活性層シリコン）側からの平面図である。
【図４】図２に示されるセンサー本体のシリコン層（基板シリコン）側からの平面図である。
【図５】図３に示されるセンサー本体おけるII−II線での縦断面図である。
【図６】ガラス基板の電極配設面側の平面図である。
【図７】インターポーザの電極配設面側の平面図である。
【図８】本発明のセンサーユニットを構成するインターポーザの他の態様を示す図面である。
【図９】接合部材を介した多軸モーションセンサーとインターポーザとの接合の一例を説明するための部分拡大断面図である。
【図１０】接合部材を介した多軸モーションセンサーとインターポーザとの接合の他の例を説明するための部分拡大断面図である。
【図１１】本発明のセンサーユニットの他の実施形態を示す概略断面図である。
【図１２】図１１に示されるセンサーユニットの多軸モーションセンサーと能動素子内蔵モジュールとの接合の一例を説明するための部分拡大断面図である。
【図１３】本発明のセンサーユニットを構成する能動素子内蔵モジュールの他の態様を示す図面である。
【図１４】本発明のセンサーユニットの製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図１５】本発明のセンサーユニットの製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図１６】本発明のセンサーユニットの製造方法における多軸モーションセンサー半製品の作製例を示す工程図である。
【図１７】本発明のセンサーユニットの製造方法における多軸モーションセンサー半製品の作製例を示す工程図である。
【図１８】本発明のセンサーユニットの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。
【図１９】本発明のセンサーユニットの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。
【図２０】本発明のセンサーユニットの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。
【図２１】本発明のセンサーユニットの製造方法の他の実施形態を示す工程図である。
【符号の説明】
【００６６】
１，７１…センサーユニット
２…多軸モーションセンサー
３…インターポーザ
４，７４…能動素子内蔵モジュール
５，５′…接合部材
１１…センサー本体
１２…ガラス基板
１５…ＳＯＩ基板
２１…枠部材
２２…梁
２３…錘
２５，２７…電極
２９…コンタクト電極
３０…接合部材
３１，４１…電極
５２，６２，９２…微細貫通孔
５３，６３，９３…貫通電極
５４，５５…配線
５６，９７…接合部材
６４，９４…配線
６５，９５…能動素子
１２′…ガラスウエハ
１５′…ＳＯＩウエハ
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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