(57)【要約】【課題】可動電極直下の中空部を外観検査できる静電容量式加速度センサの外観検査方法を提供すること。【解決手段】加速度の印加により変位する可動電極９と、可動電極９の検出面に対向する検出面を有す固定電極１４とを備える静電容量式加速度センサにおいて、可動電極９と固定電極１４に所定の駆動電圧を印加し、可動電極９を強制的に変位させることにより、可動電極９直下の中空部１７を露出させる。これにより、変位する前の可動電極９の直下であった中空部１７を外観検査することができ、異物１８を発見することが可能となるため、異物１８の噛み込み等によるセンサ機能発現の抑制要因を従来よりも低減する事ができる。【選択図】　　　　図３
2004012229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に支持され、検出対象となる加速度の印加に応じて変位する可動電極と、前記可動電極と対向しつつ前記半導体基板に支持される固定電極とを備え、
前記加速度の印加に応じて生じる前記可動電極の変位を、前記可動電極と前記固定電極間の静電容量の変化として検出する静電容量式加速度センサの外観検査方法であって、
前記可動電極と前記固定電極との間に所定の駆動電圧を印加し、前記可動電極を変位させることにより、前記可動電極下の中空部を外観検査することを特徴とする静電容量式加速度センサの外観検査方法。
【請求項２】
前記静電容量式加速度センサは、前記可動電極を挟んで対向する少なくとも２個の固定電極を有し、前記加速度或いは前記駆動電圧が印加されていない状態の前記可動電極と前記固定電極の電極間の距離をａ、前記可動電極の電極巾をｂとすると、
【数１】
2004012229.tif 000003
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式加速度センサの外観検査方法。
【請求項３】
前記静電容量式加速度センサは、前記可動電極を挟んで対向する少なくとも２個の固定電極を有し、前記加速度或いは前記駆動電圧が印加されていない状態の前記可動電極と前記固定電極の電極間の距離をａ、前記可動電極の電極巾をｂ、前記中空部の高さをｃとすると、
【数２】
2004012229.tif 000004
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式加速度センサの外観検査方法。
【請求項４】
前記可動電極が、前記可動電極を挟んで対向配置される前記固定電極の両者に向けて順次変位するように、前記可動電極と前記固定電極間に前記駆動電圧を印加することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の静電容量式加速度センサの外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電容量式加速度センサの外観検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上に形成される静電容量式加速度センサは、近年、より高精度・高感度なセンサが求められる中で、センサチップ自体の構造がより高密度で複雑化してきている。そのため、センサ構成要素の各部位において、外観検査が非常に困難な状態になってきている。
【０００３】
この静電容量式加速度センサにおける品質上の問題点として、例えば異物の噛み込みがある。特に、可動電極−固定電極間や可動電極−半導体基板間に異物が噛み込んだ場合、電極間が短絡したり、可動電極自体の変位が妨げられ、センサが正常に作動することが出来なくなってしまう。
【０００４】
このため、センサチップは、表面から光学或いは電子顕微鏡等を用いて異物の付着の有無が検査される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、異物が可動電極直下の中空部に隠れた状態になっていると、上述したような外観検査では異物を発見することができない。従って、異物を内包したまま製品として使用され、その使用中に異物が移動し、噛み込むことにより不良となる可能性がある。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、可動電極直下の中空部をも外観検査できる静電容量式加速度センサの外観検査方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、請求項１に記載の静電容量式加速度センサの外観検査方法は、半導体基板に支持されつつ検出対象となる加速度の印加により変位する可動電極と、半導体基板に支持されつつ可動電極に対向する固定電極とを備え、加速度の印加による可動電極の変位を、可動電極と固定電極間の静電容量の変化として検出する静電容量式加速度センサに適用されるものであって、可動電極と固定電極に所定の駆動電圧を印加し、可動電極を強制的に変位させることにより、可動電極直下の中空部の外観検査を実施することを特徴とする。
【０００８】
このように、静電容量式加速度センサは印加される加速度により可動電極が変位し、それによって可動電極と固定電極の両電極間の距離が変化する。その結果両電極間の静電容量が変化し、この容量を電圧に変換してセンサ出力として取り出すように構成されている。従って、逆に可動電極を変位させるための所定の駆動電圧を固定電極と可動電極間に印加する事により、電極間に静電気力が発生し、この静電気力に応じて可動電極が変位する。そして、可動電極を変位させた状態で、変位する前の可動電極の直下であった中空部を外観検査することにより、異物を発見することが可能となる。
【０００９】
また、請求項２に示すように、静電容量式加速度センサは、可動電極を挟みつつ対向配置される少なくも２個の固定電極を有し、加速度或いは駆動電極が印加されていない際の可動電極と固定電極間の距離をａ、可動電極の電極巾をｂとすると、
【００１０】
【数３】ｂ＜２ａ
の関係を満たすように構成されていることが好ましい。
【００１１】
すなわち、数式３の条件を満たすことにより、可動電極と夫々距離ａをもって対向し、可動電極を挟むように配置された２個の固定電極間において、電極巾ｂの可動電極が変位したとき、可動電極直下の中空部を全ての範囲にわたって外観検査することが可能になる。
【００１２】
更に、請求項３に示すように、中空部の高さをｃとすると、ａ，ｂ，ｃが
【００１３】
【数４】ｂ／２−ａ＜ｃ
の関係を満たすように静電容量式加速度センサを構成しても良い。
【００１４】
可動電極直下に留まる異物は、ある程度の大きさを有して、基板表面と可動電極との間に僅かに係止する場合が多い。換言すれば、中空部の高さと同程度かそれよりも少し小さい径の異物が可動電極直下に留まり、それよりも小さい異物は、可動電極周囲の隙間から容易に排出される。従って、数式４に示す条件を満たすことにより、可動電極直下に隠れた異物を発見することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載のように、可動電極を挟んで対向配置される夫々の固定電極に向けて、可動電極が順次変位するように、可動電極と固定電極間に駆動電圧を印加することが好ましい。このような手順をもって可動電極を変位させることにより、その動作に伴って効率良く可動電極直下の中空部を外観検査することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態における静電容量式加速度センサのセンサ部斜視断面図である。
【００１７】
静電容量式加速度センサは、図１に示すように、例えばシリコンからなる第１半導体層１と第２半導体層２との間に、例えば酸化シリコンからなる絶縁層３が形成されてなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板４に対して、半導体製造技術を利用した周知のマイクロマシニング技術により、センサ部５を形成することにより構成される。尚、本発明における半導体基板とは第１半導体層１を示す。
【００１８】
センサ部５は、第２半導体層２から形成された可動部６と一対の固定部７、及びこれらを取り囲む周囲部８から構成されており、各部位６〜８の間には所定の隙間が設けられ、相互に絶縁されている。
【００１９】
可動部６は、可動電極９、錘部１０、梁部１１、アンカ１２、可動電極用パッド１３から構成され、加速度が作用する質量部としての錘部１０の両端に、四角枠形状の梁部１１を介して絶縁層３と接続するアンカ１２に連結した構造となっている。可動電極９は、錘部１０の両側面から錘部１０の長手方向と直交するように突出して形成され、例えば夫々の側面に３個ずつ設けられる。この可動電極９、錘部１０、梁部１１の直下は、選択的エッチングにより絶縁層３が除去され中空部が存在する。また錘部１０に連結した梁部１１は、その長手方向と直交する方向に変位するばね機能を有しているため、静電容量式加速度センサが図１中のＡ−Ａ断面方向の成分を含む加速度を受けると、錘部１０及び可動電極９をＡ−Ａ断面方向に変位させると共に、加速度の消失により元の位置に戻すことができる。
【００２０】
また、可動部６における一方のアンカ１２の所定の位置に可動電極用パッド１３が連結形成されており、この可動電極用パッド１３を介して駆動電圧の印加を行うことができる。
【００２１】
固定部７は、固定電極１４、固定電極配線部１５及び固定電極用パッド１６からなる。夫々は第１半導体層１上に絶縁層３を介して固定される。固定電極配線部１５は錘部１０と平行に配置される。この固定電極配線部１５から延びる固定電極１４は、錘部１０の両側面から突出する可動電極９に対して、夫々所定の検出間隔（隙間）を有し平行した状態で対向配置される。尚、本実施の形態では、可動電極９と同数の固定電極１４が設けられている。また、固定電極配線部１５の所定の位置には、固定電極配線部１５に接続する固定電極用パッド１６が形成されており、この固定電極用パッド１６を介して駆動電圧の印加を行うことができる。
【００２２】
上記のように構成された静電容量式加速度センサにおいて、可動部６が検出方向であるＡ−Ａ断面方向の加速度を受けると、錘部１０がＡ−Ａ断面方向に変位し、それに伴って可動電極９も変位するため、可動電極９の対向面とそれに対向配置された固定電極１４の対向面との間の距離が増減することとなる。
【００２３】
この時、可動電極９と固定電極１４との間に形成されたコンデンサの各静電容量が、印加された加速度による可動電極９の変位に応じて変化する。従って、このような静電容量の変化を、可動電極用パッド１３及び固定電極用パッド１６を介して取り出すことにより、加速度を検出することができる
上記のように構成された静電容量式加速度センサにおいて、図２に示すように、センサ部５の特に可動電極９直下の中空部１７にエッチング時のカスや埃等の異物１８が存在する場合、表面から顕微鏡１９等により検査しても発見することはできない。さらに、製品として使用された場合、可動電極９が異物１８を噛み込むと可動電極９と固定電極１４間が短絡したり、加速度が印加された際に可動電極９が変位するのを妨げることなり、静電容量式加速度センサがセンサとして正常に機能しなくなる。
【００２４】
そこで、本実施の形態においては、図３に示すように可動電極９及び固定電極１４に所定の駆動電圧を印加することにより、可動電極９と固定電極１４間に静電気力を発生させ、それを利用して可動電極９を所定の距離変位させることで、可動電極９直下の中空部１７に存在する異物１８を、直上からの外観検査で検出可能な状態にさせる。
【００２５】
例えば、可動電極用パッド１３と固定電極用パッド１６に、プローブを当て所定の駆動電圧を印加する。それにより、可動電極９と固定電極１４間に静電気力が生じ、それにより可動電極９が変位する。ここで、図４（ａ）に示すように、加速度或いは駆動電圧が印加されていない状態の可動電極９と固定電極１４の電極間の距離をａ、可動電極９の電極巾をｂとすると、ａ，ｂは
【００２６】
【数５】ｂ＜２ａ
で示される関係にあることが好ましい。尚、図４（ａ）において、可動電極９は加速度或いは駆動電圧が印加されていない状態を示し、対向配置された２つの固定電極に対し距離ａをもって配置される。この時の可動電極９の中心線を２０とする。
【００２７】
ここで、可動電極９と距離ａをもって対向し、可動電極９を挟むようにして存在する２つの固定電極１４間において、駆動電圧を印加する事により可動電極９が変位することのできる最大距離は、夫々の固定電極１４方向に対してａとなる。
【００２８】
従って、可動電極９直下の中空部１７において、異物１８を隠蔽しうる範囲を全て検査可能とするためには、可動電極巾ｂが、可動電極９を挟んで対向配置される固定電極１４との夫々の距離ａの和２ａより小さいければ良い。このように、数式５を満たす静電容量式加速度センサを用いることにより、可動電極９直下の中空部１７を全ての範囲にわたって外観検査することができる。
【００２９】
更に、中空部１７の高さをｃとすると、ａ，ｂ，ｃは
【００３０】
【数６】ｂ／２−ａ＜ｃ
で示される関係にあっても良い。
【００３１】
図４（ｂ）に示すように、電極巾ｂの可動電極９が一方の固定電極１４方向に距離ａ変位した場合、中心線２０に対して可動電極９が余っている部分、すなわちｂ／２−ａが外観検査不能範囲として示される。
【００３２】
ここで、外観検査範囲としては、上述した数式５を満たすことで、可動電極９直下の中空部を全ての範囲にわたって外観検査しても良いが、可動電極９直下に留まる異物１８は、実際にはある程度の大きさを有し、可動電極９と第１半導体層１との間で係止する場合が多い。つまり、図４（ｂ）に示すように、実際問題となるような異物１８は、可動電極９直下の中空部１７に係止する程度の大きさ、すなわち、中空部１７の高さと同程度かそれよりも少し小さい径を持つ異物１８が殆どであり、小さい異物１８はその殆どがセンサの製造過程において、洗浄により中空部１７から容易に除去される。従って、中空部１７に留まるような大きさを持つ異物１８を見つけるためには、外観検査不能範囲が、可動電極９直下の中空部１７に隠蔽可能な異物１８の径の最大値、すなわち中空部１７の高さｃより小さければ良い。この数式６の条件を満たす静電容量式加速度センサを用いれば、駆動電圧による可動電極９の変位により、中空部１７に存在する異物１８を可動電極９の直下から露出させることができるため、顕微鏡１９等で十分検出可能となる。
【００３３】
以上より、数式５或いは数式６に示される関係を満たすような静電容量式加速度センサを用い、固定電極１４と可動電極９間に、可動電極９が対向する両方向の固定電極１４に対して距離ａを変位可能な駆動電圧を印加し、それにより可動電極９を距離ａ変位させることで、可動電極９直下の中空部１７に存在する異物１８等の外観検査を実施することができるため、従来よりもセンサの機能を補償することができる。
【００３４】
また、外観検査における可動電極９の動作としては、駆動電圧を印加する事により、先ず可動電極９に対して対向配置される固定電極１４の一方に向かって距離ａ変位する。そして、その状態で外観検査された後、他方の固定電極１４に向かって距離２ａ変位し、外観検査を再度行った後、検査前の元の位置に戻される。このように、可動電極９を変位させ、それに伴って外観検査を行うことで、可動電極９直下の中空部１７を短時間で効率良く外観検査することができる。
【００３５】
さらに、上記外観検査においては、パターンマッチングを利用することが好ましい。パターンマッチングを利用した自動外観検査装置に、ウエハプロービング技術を組み合わせ、先ず駆動電圧を印加しない状態で外観検査を実施し、次に連続的に駆動電圧を印加し、可動電極９を距離ａ変位させた状態で外観検査を実施する。これにより、外観検査時間を大幅に短縮することができる。尚、駆動電圧を印加しない状態での外観検査は、駆動電圧を印加する前後いずれのタイミングでも良い。
【００３６】
以上より、本実施の形態で述べた静電容量式加速度センサのセンサ部外観検査方法を用いて、可動電極９を変位させることにより、製品出荷前に可動電極９直下の中空部１７に隠れている異物１８を検出することができるため、より適正な品質保証を実施することができる。
【００３７】
尚、本例においては可動電極の変位は距離ａ実施する例をあげたが、必ずしも固定電極間の距離全てを変位するものではなく、距離ａより短い距離を変位させた後、外観検査を実施しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態が適用される静電容量式加速度センサの斜視断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図であり、可動電極下に異物が存在する状態を示す。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図であり、固定電極と可動電極間に電圧を印加した状態を示す。
【図４】図２及び図３の拡大図を示し、（ａ）図２同様可動電極変位前、（ｂ）図３同様可動電極変位後　を示す。
【符号の説明】
１・・・第１半導体層、２・・・第２半導体層、３・・・絶縁層、４・・・ＳＯＩ基板、５・・・センサ部、６・・・可動部、７・・・固定部、９・・・可動電極、１０・・・錘部、１１・・・梁部、１２・・・アンカ、１３・・・可動電極用パッド、１４・・・固定電極、１６・・・固定電極用パッド、１７・・・中空部、１８・・・異物
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004012229.tif 000007
【図４】
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