(57)【要約】【課題】密閉空間内に形成されるゲッター膜が形成されたＭＥＭＳデバイスにおいて、ゲッター膜を電気的に安定化させることによりＭＥＭＳデバイスの性能劣化を防止する。【解決手段】  密閉空間内に形成された可動部と固定部を備えたＭＥＭＳデバイス１００であって、その密閉空間が、凹部３４，３６ａ，・・・，３６ｆが形成されたガラス基板３０，３２とそのＭＥＭＳデバイス１００の母材（振動子）１０によって形成されている。さらに、その密閉空間内に形成された任意の連続するゲッター膜４０の一部４０ｃが、ＭＥＭＳデバイス１００の母材１０を介して固定部の任意の１つ又は複数の一定電位のみに、又はグラウンド電位のみに接続している。【選択図】図３
2009028891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉空間内に形成された可動部と固定部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
前記密閉空間が、凹部が形成されたガラス基板と前記ＭＥＭＳデバイスの母材によって形成され、
前記密閉空間内に形成された一つ又は複数の連続するゲッター膜の一部が、前記ＭＥＭＳデバイスの母材を介して前記固定部の任意の１つ又は複数の一定電位のみに、又はグラウンド電位のみに接続している
ＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
密閉空間内に形成された可動部と固定部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
前記密閉空間が、凹部が形成されたガラス基板と前記ＭＥＭＳデバイスの母材によって形成され、
前記凹部の底面及び側面に、又は側面にゲッター膜が形成され、かつ前記ゲッター膜が、前記ＭＥＭＳデバイスを支持する前記ガラス基板の支持部の表面を介して、前記凹部の底面又は側面から任意の１つ又は複数の一定電位のみに接続する前記固定部の少なくとも一部の表面に接するまで連なっている
ＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
密閉空間内に形成された可動部と固定部を備えたＭＥＭＳデバイスであって、
前記密閉空間が、凹部が形成されたガラス基板と前記ＭＥＭＳデバイスの母材によって形成され、
前記凹部の底面及び側面に、又は側面にゲッター膜が形成され、かつ前記ゲッター膜が、前記凹部の底面又は側面からグラウンド電位のみに接続する前記固定部の少なくとも一部の表面に接するまで連なっている
ＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記凹部の表面積の５０％以上の前記凹部の表面上に前記ゲッター膜が形成されている
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記ＭＥＭＳデバイスの表面から前記凹部の底面までの距離が５μｍ以上６０μｍ以下である
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記ＭＥＭＳデバイスのうち、少なくとも前記ゲッター膜が接する前記固定部が前記ガラス基板と接合していない
請求項２又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
前記ゲッター膜が接する前記固定部が、弾性構造を介して前記ゲッター膜が接しない前記固定部と接続し、かつ前記弾性構造から前記ゲッター膜が接する前記固定部まで連続して前記ガラス基板と接合していない
請求項２又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
前記ゲッター膜が、チタン、ジルコニウム、バナジウム、アルミニウム、タンタル、タングステン、及びモリブデンの一群から選ばれる少なくとも一種類の金属から構成される
請求項２又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲッター膜を有する密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンを用いたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスが適用される技術分野は日進月歩で拡大しており、近年では、その技術がマイクロタービンやセンサーのみならず情報通信分野や医療分野へも適用されている。このＭＥＭＳ技術を支える主要な要素技術の一つがゲッターに関する技術である。ゲッターは、密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスの性能を安定化させるための重要な部材の一つであり、特に小型化が進むセンサー等の分野においては、このゲッターに関連する種々の技術の発展が不可欠となっている。
【０００３】
従来から採用されてきたゲッターは、ガラス基板に予め設けられた凹部の底部への蒸着によって形成される。例えば、このガラス基板とシリコンとの陽極接合によって密閉空間が形成され、このゲッターの存在によって陽極接合後に残留するガス（酸素ガスなど）が適宜吸収される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ガラス基板に設けられた凹部の底面上に形成されたゲッターを密閉空間形成後に再活性化させるために、そのゲッターに電位差を与えて電流を流す方法が開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−１２２８６９号公報
【特許文献２】特開平１０−２１３４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、密閉空間内においてゲッターが形成される位置は、ＭＥＭＳデバイスの種々の性能を左右する要因の一つとなる。例えば、ゲッターとＭＥＭＳデバイスに形成された電極部との距離が近過ぎると、たとえそれらが接触しなくても、電気的なノイズが容量的に結合したゲッターを介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことによって、ＭＥＭＳデバイスの動作に悪影響を及ぼしうる。
【０００６】
このような問題は、小型化された、例えば、図１に示すような略正方形状の振動ジャイロのチップの正面図における面積が１００ｍｍ２以下のＭＥＭＳデバイスにおいて特に顕著に現れる。具体的には、デバイスの小型化が進むと、密閉空間の容積もそれに伴って小さくなるが、その容積が小さくなれば、製造工程中で密閉空間に放出されるガスや残留ガスが密閉空間の内圧に与える影響が大きくなる。その結果、例えばＭＥＭＳセンサーの場合は、その検出感度が著しく低下してしまう。従って、特に小型のＭＥＭＳデバイスにおいてゲッター領域を設けることの技術的意義は高まるが、既存のガス吸収性能を持つゲッターを採用する限り、上述の問題が解決されたゲッターの形成は非常に難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、そのような技術課題を解決することにより、密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスとその性能維持に役立つゲッターとの位置的関係の最適化に大きく貢献するものである。発明者らは、まず、密閉空間を形成するために基板に予め凹部を設けて、その底面にゲッター領域を形成する場合の凹部の掘り込み深さに着目した。種々の調査が行われた結果、ゲッター領域の位置と掘り込み深さとの関係に基づく技術上のジレンマが存在することが明らかになった。
【０００８】
具体的には、この掘り込み深さが浅い場合は、たとえマスクを用いて凹部の底面のみにゲッター膜を形成できたとしても、ゲッター膜の位置がＭＥＭＳデバイスの各電極と近づくため、電気的なノイズが容量的に結合したゲッター膜を介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことになる。他方、掘り込み深さを深くした場合の技術的課題を従来のＭＥＭＳデバイスを例に挙げて示す。図１２は、従来のリング型振動ジャイロ７００の一部分の断面図（図２のＣ−Ｃ断面に相当）である。掘り込み深さを深くすると、一見、マスクを用いれば凹部７４の底部のみにゲッター膜を形成することが容易であるように見えるが、実際はそうではない。この図に示すように、既存のスパッタリング法等の形成方法を用いると、凹部７４の底面のみならず側面にもゲッター膜７３が形成されてしまう。従って、ゲッター膜７３と一次振動検出用電極７５等が相互に影響を及ぼさないような十分な距離を確保することが難しくなるため、結果として掘り込み深さが浅い場合と同様の問題が生じうる。また、掘り込み深さが深ければ、その掘り込み形成のためのプロセス上の不利益（例えば、プロセス時間の増加と歩留まり低下）を生じさせる。
【０００９】
発明者らは、上述の事情を踏まえて鋭意研究を重ねた。その結果、基板に設けられた凹部の底面上又は側面上にゲッター領域を形成した上で、ゲッターの電位を意図的に安定させる構造が創出され、本発明が完成した。
【００１０】
本発明の一つのＭＥＭＳデバイスは、密閉空間内に形成され、かつ可動部と固定部を備えている。また、その密閉空間は、凹部が形成されたガラス基板とそのＭＥＭＳデバイスの母材によって形成されている。その上で、その密閉空間内に形成された一つ又は複数の連続するゲッター膜の一部が、そのＭＥＭＳデバイスの母材を介してその固定部の任意の１つ又は複数の一定電位のみに、又はグラウンド電位のみに接続している。
【００１１】
ここで、前述のゲッター膜は、一体物、換言すれば１つの連続体に限定されない。例えば、ゲッター膜が複数の領域に分散されて形成されていてもよい。但し、ゲッター膜が複数の領域に分散されていた場合であっても、その各々のゲッター膜が、ＭＥＭＳデバイスの母材を介して、ある１つの一定電位のみ、又はグラウンド電位のみに接続している。換言すれば、前述の各々の一体物たるゲッター膜が、電位差の生じる２つの一定電位に同時に接続することは無い。他方、ゲッター膜が複数の領域に分散されている場合、各々の領域が、互いに異なる一定電位（グラウンド電位を含む）に接続することは本発明の範囲内である。
【００１２】
このＭＥＭＳデバイスによれば、密閉空間内に形成されたゲッター膜は、一定の電位又はグラウンド電位のみに接続するため、そのＭＥＭＳデバイスが作動中であってもゲッター膜の電位がフローティング状態にはならない。従って、仮にゲッター膜の位置がＭＥＭＳデバイスの各電極と近づいたとしても、ゲッター膜自体に与えられた電位が安定しているため、電気的なノイズがゲッター膜を介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことが防止される。さらに、密閉空間を形成するためのガラス基板の凹部の掘り込み深さを従来と比べて大幅に浅くすることができるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成されるとともに製造コストが大幅に削減される。
【００１３】
また、本発明のもう一つのＭＥＭＳデバイスは、密閉空間内に形成された可動部と固定部を備え、その密閉空間が、凹部が形成されたガラス基板とそのＭＥＭＳデバイスの母材によって形成されている。また、その凹部の底面及び側面に、又は側面にゲッター膜が形成されている。その上で、そのゲッター膜が、そのＭＥＭＳデバイスを支持するそのガラス基板の支持部の表面を介して、その凹部の底面又は側面から任意の１つ又は複数の一定電位のみに接続するその固定部の少なくとも一部の表面に接するまで連なっている。
【００１４】
また、本発明のもう一つのＭＥＭＳデバイスは、密閉空間内に形成された可動部と固定部を備え、その密閉空間が、凹部が形成されたガラス基板とそのＭＥＭＳデバイスの母材によって形成されている。また、その凹部の底面及び側面に、又は側面にゲッター膜が形成されている。その上で、そのゲッター膜が、その凹部の底面又は側面からグラウンド電位のみに接続するその固定部の少なくとも一部の表面に接するまで連なっている。
【００１５】
上記ＭＥＭＳデバイスのいずれであっても、密閉空間内に形成されたゲッター膜は、１つの又は複数の一定の電位のみに接続するため、そのＭＥＭＳデバイスが作動中であってもゲッター膜の電位がフローティング状態にはならない。従って、仮にゲッター膜の位置がＭＥＭＳデバイスの各電極と近づいたとしても、ゲッター膜自体に与えられた電位が安定しているため、電気的なノイズがゲッター膜を介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことが防止される。さらに、密閉空間を形成するためのガラス基板の凹部の掘り込み深さを従来と比べて大幅に浅くすることができるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成されるとともに製造コストが大幅に削減される。但し、ゲッター膜がグラウンド電位のみに接続しているほうが、グラウンド電位以外の一定電位に接続しているよりも好ましい。これは、グラウンド電位に接続するほうが電位的により安定であり、検出用又は駆動用の電極への電気的なノイズの入り込みがより少ないからである。
【００１６】
ところで、本発明における「固定部」とは、ＭＥＭＳデバイスの中である一定の役割（電気的、物理的作用、及びプロセス上の利点を含む）を果たす非可動部の一部又は全部をいう。従って、ある一つの働きをする非可動部の全体が「固定部」となる場合もあるが、その非可動部の一部のみも「固定部」となり得る。また、上記いずれの発明であっても、密閉空間内への放出ガス又は残留ガスの吸引性能の観点から、ゲッター膜の材質は、非蒸発型である、チタン、ジルコニウム、バナジウム、アルミニウム、タンタル、タングステン、モリブデン、の一群から選ばれる少なくとも一種類の金属であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一つのＭＥＭＳデバイスによれば、密閉空間内に形成されたゲッター膜は、一定の電位又はグラウンド電位のみに接続するため、そのＭＥＭＳデバイスが作動中であってもゲッター膜の電位がフローティング状態にはならない。従って、仮にゲッター膜の位置がＭＥＭＳデバイスの各電極と近づいたとしても、ゲッター膜自体に与えられた電位が安定しているため、電気的なノイズがゲッター膜を介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことが防止される。さらに、密閉空間を形成するためのガラス基板の凹部の掘り込み深さを従来と比べて大幅に浅くすることができるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成されるとともに製造コストが大幅に削減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
つぎに、本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしもスケール通りに示されていない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略されている。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの一つであるリング型振動ジャイロ１００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。図２は、図１に示す構造体のＡ-Ａ部分拡大図である。また、図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面図であり、図４は、パッケージを含めた本実施形態のリング型振動ジャイロ１００の分解斜視図である。
【００２０】
図１乃至図４示す本実施形態のＭＥＭＳデバイスは、リング型振動ジャイロ１００である。まず、図３に示すように、このリング型振動ジャイロ１００は、予め凹部３６ａ，３６ｂ，３６ｃ,・・・,３６ｆ，３６ｇが形成された上側のガラス基板３０と凹部３４が形成された下側のガラス基板３２が、トレンチエッチングプロセス等によって加工されたシリコン製の振動子（以下、単に振動子という）１０を挟み込んだ構造を有している。ここで、各ガラス基板３０，３２と振動子１０の対向面が陽極接合されることにより、凹部３４，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ,・・・,３６ｆ，３６ｇを一部とする密閉空間が形成される。
【００２１】
図４に示すように、下側のガラス基板３２に形成された凹部は環状に形成されており、その中央には凹部が形成されていない柱状構造３９が形成されている。この柱状構造３９は、その表面上にゲッター膜４０が形成されており、最終的には、このゲッター膜４０と振動子１０の中央部２４が接触することにより、振動子１０の一部を支持する。他方、振動子１０の中で、この柱状構造３９では支持されない他の部分（例えば、固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓ）は、図３に示すように、上側のガラス基板３０と接合することにより、上側のガラス基板３０に吊り下げられる。
【００２２】
上側のガラス基板３０には、リング型振動ジャイロ１００を駆動するために、各電極パッド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ等に接続するワイヤーのための貫通孔３７に代表される貫通孔が形成されている。図３に示すように、上記のガラス基板３０に形成された凹部の一部３６ｇは、貫通孔３７と連通している。具体的には、図４に示すように、各ガラス基板３０，３２と振動子１０が接合された後、さらに各電極から引き出されたワイヤーによって図示しない振動ジャイロ設置台４４の出力ピンに接続される。その後、乾燥窒素雰囲気の下で、蓋部４２と振動ジャイロ設置台４４が、抵抗溶接によって溶接されることによってリング型振動ジャイロ１００が密封される。この接合によってリング型振動ジャイロ１００が外気から遮断されるため、水分等の浸入による動作不良の発生を防止することができる。
【００２３】
ここで、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ゲッター膜４０が、下側のガラス基板３２の凹部の底面と、その側面、及び凹部が形成されていない下側のガラス基板３２の表面上に形成されている。具体的には、ゲッター膜４０は、この凹部の底面上に形成されているゲッター膜領域４０ａと、凹部の側面上に形成されているゲッター膜領域４０ｂと、凹部が形成されていない下側のガラス基板３２の表面上に形成されているゲッター膜領域４０ｃから構成され、各領域は図３に示すように連続している。なお、本実施形態では、凹部の側面の一部には、振動子１０の一部を支持する柱状構造３９の側面が含まれる。また、本実施形態のゲッター膜は、０.１μｍ以上２μｍ以下の厚みを持つチタン薄膜である。
【００２４】
ところで、本実施形態では、凹部が形成されていない下側のガラス基板３２の表面にゲッター膜の一部の領域４０ｃが形成されているが、この領域４０ｃの形成によって振動子１０の中央部２４及び下側のガラス基板３２に圧縮応力が発生することになる。しかしながら、図３に示すように、この圧縮応力が加わる振動子１０の領域、換言すれば固定部である中央部２４の全領域に上部のガラス基板３０が接合しないように、予め凹部３６ｇが形成されている。これにより、中央部２４が積極的に歪んで応力が緩和されて上記の圧縮応力に基づく振動子１０への影響が十分に小さくなるため、振動子１０の動作がより安定する。
【００２５】
上述の通り、本実施形態のゲッター膜４０は、その一部が振動子１０の固定部の一つである中央部２４の表面に接触している。従って、ゲッター膜４０は、振動子１０の中でも電位的に定まった部分に接触するため、電位的にフローティング状態にはならない。具体的には、トレンチ２６により区画されたエッチング残し部２２，・・・，２２は、トレンチ２６，２８によってサスペンション１６，・・・，１６とその固定端である中央部２４を含めてリング１４と一体に成形されている。つまり、中央部２４は、エッチング残し部２２，・・・，２２、リング１４、及びサスペンション１６，・・・，１６、と電気的に接続している。そこで、この振動子１０の作動中、可動部であるリング１４及びサスペンション１６，・・・，１６は、図示されていない直流電源から中央部２４を通じて直流電圧を与えられることになる。従って、ゲッター膜４０の全ての領域４０ａ,４０ｂ,４０ｃは、中央部２４に与えられる電位を実質的に共有することになるためフローティング状態とはならず、かつ直流電圧であるため、ゲッター膜４０の電位も安定する。
【００２６】
他方、本実施形態では、たとえ固定部であっても交流電圧が印加される一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅ又は二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈの表面上にはゲッター膜４０が接触しないように形成されている。これは、ゲッター膜４０に対して交流電圧が印加されると、その交流電圧によって電気的なノイズがいずれかの検出用又は駆動用の電極へ入り込むためである。また、本実施形態のゲッター膜４０は、たとえ複数の固定部と接触する場合であっても、それらの全てが一つの直流電源から印加される実質的に単一の電圧値が与えられるように形成されている。振動子１０の作動中、ゲッター膜４０に電位差が生じると、ゲッター膜４０が発熱する可能性が高まって、振動子１０の動作に悪影響を及ぼす危険性がある。また、ゲッターを互いに異なる電位に接続させると、ゲッター膜が良導体の金属材料であることが多いため、電気的なショートが発生してＭＥＭＳデバイス自体が動作しなくなることがある。
【００２７】
ところで、従来のゲッター膜は、下側のガラス基板３２に形成された凹部３４の底面上に形成されていた。この場合、ゲッター膜自体がフローティング電極の役割を果たすため、凹部が十分な（例えば、２００μｍ以上）掘り込み深さを有しなければ、振動子１０の各電極との容量的な結合によって、電気的なノイズがいずれかの検出用又は駆動用の電極へ入り込んでしまう。他方、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、図３に示されている凹部３４の掘り込み深さ（ｄ１）が３０μｍであっても、上述の理由により、容量結合を原因とする電気的なノイズがゲッター膜を介して他の電極に入り込まない。尚、可動部が固定部に対して実質的に同一平面上で運動する本実施形態のようなＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ１）が５μｍ以上であればよい。他方、可動部の運動面と固定部の形成面が実質的に垂直となるＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ１）が１０μｍ以上であることが好ましい。また、掘り込み深さの上限を特に定めるものではないが、凹部３４を形成するためのプロセス負担の低減、さらには、密閉空間の内壁面積に依存すると考えられる放出ガス量の低減を図るため、６０μｍ以下であることが好ましい。このように、従来と比べて掘り込み深さを浅くすることができるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成される。尚、上側のガラス基板３０に形成された各凹部の掘り込み深さは、下側のガラス基板３２のそれと同じか、振動子１０の動作に支障が出ない範囲でそれより浅い。
【００２８】
また、密閉空間内の過度の高真空化を防止して振動ジャイロのＱ値を調整するため、上述の密閉空間内にはゲッター膜によって吸収されない希ガス（例えば、アルゴンガス）が、圧力１Ｐａ以上２０Ｐａ以下となるように封入されている。上述のように、下側のガラス基板３２に形成された凹部３４の掘り込み深さが従来と比較して格段に浅くなったため、ＭＥＭＳデバイス全体の強度を考慮しても、ガラス厚を大幅に薄くすることができる。例えば、従来のガラス厚は６００μｍであったが、本実施形態のガラス厚は４５０μｍ厚である。また、よりコンパクトなＭＥＭＳデバイスを提供することができる。その結果、従来と比較して、製造コストを大幅に削減することが可能となる。
【００２９】
次に、本実施形態のリング型振動ジャイロ１００の動作について図１乃至図３を用いて説明する。上述のとおり、リング型振動ジャイロ１００の中心部２４には、図示されていない直流電源から直流電圧が印加され、一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅは、図示されていない交流電源から交流電圧が印加される。また、本実施形態では、一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅの他に、一次振動検出用電極１８ｃ，１８ｇ、二次振動検出用電極１８ｂ，１８ｆ、二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈ、及び固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓが設けられている。尚、二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈは交流電源に接続され、固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓは直流電源に接続されている。また、トレンチ２８によってリング１４とリング１４の外周の各電極１８ａ，・・・，１８ｈから物理的及び電気的に隔てられた周辺部１２はグラウンド電位に接続している。
【００３０】
まず、一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅに交流電圧が印加されることにより、リング１４と一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅとの間の静電引力を利用したリング型振動ジャイロ１００の一次振動が発生し、これが一次振動検出用電極１８ｃ，１８ｇによって検出される。その後、ある角速度が加えられると、コリオリ力が発生して２次振動が発生し、
これが、二次振動検出用電極１８ｂ，１８ｆによって検出される。予め固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓがリング１４との間に電位差を与えることにより、１次振動の固有振動数と２次振動の固有振動数を一致させるように調整されている。その後、この加えられた角速度に応じた静電容量の変化によって発生する電流が二次振動検出用電極１８ｂ，１８ｆによって検出されるとともに、フィードバック回路によってこれを打ち消すための出力電圧が二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈに印加される。この出力電圧をモニターすることにより、角速度が検出される。
【００３１】
次に、本実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法を図５Ａ乃至図５Ｆに基づいて説明する。尚、振動子１０の一部の断面である図２におけるＣ−Ｃ断面を用いてその製造方法を説明する。
【００３２】
まず、上側のガラス基板３０及び下側のガラス基板３２の凹部３４，３６ｈ，３６ｊ，３６ｋ，３６ｍ等は、公知のガラスエッチング溶液を用いたウェットエッチングプロセスにより形成される。具体的には、各ガラス基板３０，３２に対して公知のフォトリソグラフィ技術によるパターニングがされた後、エッチング深さによって依存するが、各ガラス基板３０，３２を液温３０℃の１０％フッ酸溶液中に５〜３０分間浸漬することにより、図５Ａ及び図５Ｂに示すような凹部が形成される。ここで、本実施形態では、最終的に貫通孔３７が形成される領域３６ｍも凹が形成される。この凹部の形成は、図３における３６ｇについても同様である。上側のガラス基板３０は、密閉空間を形成するために一方の面からエッチングされた後に、他方の面から貫通孔３７を形成するためのエッチング又はサンドブラスト加工がなされる。
【００３３】
次に、本実施形態のＭＥＭＳデバイスの中心的役割を果たす振動子１０の元となるシリコン基板（Ｓ）と上側のガラス基板３０が、公知の条件（例えば、特開２００５−１６９６５号公報に記載の条件）を用いた陽極接合により接合される（図５Ｃ）。
【００３４】
続いて、公知のフォトリソグラフィ技術によってシリコン基板上にレジストマスクが形成される。その後、公知の異方性エッチング技術によって、このシリコン基板（Ｓ）に対してトレンチ２６，２８が形成されることにより、振動子１０が上部のガラス基板３０上に形成される（図５Ｄ）。尚、このエッチング技術及びその関連技術は、本願出願人が先立って出願した複数の特許出願（例えば、特開２００７−３５９２９号、特開２００２−１５８２１４号、特開２００４−２２８５５６号、又は特開２００４−２９６４７４号）に記載されている。
【００３５】
次に、メタルマスクを利用した公知のスパッタリング法又は真空蒸着法により、チタン膜からなるゲッター膜４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）が、凹部が設けられた下側のガラス基板３２の表面上に形成される。このとき、柱状構造３９の側面上にはゲッター膜４０ｂが形成され、さらに、凹部が形成されていない領域の表面上にもゲッター膜４０ｃが形成される（図５Ｅ）。
【００３６】
その後、上記と同様、振動子１０は、公知の条件（例えば、特開２００５−１６９６５号公報に記載の条件）を用いた陽極接合により、下側のガラス基板３２に接合される。最後に、Ａｌ、Ａｌ合金、又はＡｕ膜からなる各電極パッド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ等が公知のスパッタリング法又は真空蒸着法により形成される（図５Ｆ）。
【００３７】
このようにして製造されたリング型振動ジャイロ１００は、その後、貫通孔３７に代表される貫通孔を利用して各電極パッド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ等からワイヤーが引き出されることにより、図示されていない各電源に接続される。さらに、その後、リング型振動ジャイロ１００は、上述のとおり、蓋部４２と振動ジャイロ設置台４４により窒素雰囲気の下で密封される。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
図６は、本実施形態におけるもう一つのリング型振動ジャイロ２００の断面図である。この断面図は、第１の実施形態の図３に相当する。本実施形態のリング型振動ジャイロ２００は、下側のガラス基板３２に形成された凹部６０、及びゲッター膜の形成位置を除き、第１の実施形態と同じ構成である。また、その製造方法や動作方法も第１の実施形態と同じである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。
【００３９】
図６に示すとおり、下側のガラス基板３２に形成された凹部６０は、柱状構造が形成されていない。しかしながら、振動子１０の各固定部の少なくとも一部は上側のガラス基板３０と陽極接合されているため、重力によって凹部６０の底面に落下することなく形態を維持することができる。他方、本実施形態では、ゲッター膜４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇが上側のガラス基板３０に設けられた凹部３６ａ，３６ｂ，３６ｃ,・・・,３６ｆの底面、側面、及び凹部が形成されていないガラス基板表面上に形成されている。ここで、各ゲッター膜４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇは、振動子１０の内、ある定められた直流電圧が印加される任意の一つの固定部に接している。これにより、各ゲッター膜４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇは、各固定部に与えられる電位を実質的に共有することになるためフローティング状態とはならず、かつ直流電圧であるため、各ゲッター膜の電位が安定する。
【００４０】
また、本実施形態では、第１の実施形態と異なり、各ゲッター膜４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇは、上側のガラス基板３０に設けられた凹部３６ａ，３６ｂ，３６ｃ,・・・,３６ｆの底面、側面、及び凹部が形成されていないガラス基板表面上に複数の領域に分割されて形成されている。このように分割して形成されることにより、ガラス基板とゲッター膜との熱膨張係数の差や残留応力によって生じる振動子１０への影響、具体的には、０点出力の温度特性への影響等が緩和される。さらに、第１の実施形態と同様、凹部６０が形成されているため、各ゲッター膜４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇが接触する振動子１０の各固定部は、全領域にわたり、下側のガラス基板３２とは接合されていない。
【００４１】
また、本実施形態においては、図６に示す凹部６０の掘り込み深さ（ｄ２）が２０μｍであっても、容量結合を原因とする電気的なノイズがゲッター膜を介して他の電極に入り込まない。尚、可動部が固定部に対して実質的に同一平面上で運動する本実施形態のようなＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ２）が５μｍ以上であればよい。他方、可動部の運動面と固定部の形成面が実質的に垂直となるＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ２）が１０μｍ以上であることが好ましい。また、掘り込み深さの上限を特に定めるものではないが、凹部６０を形成するためのプロセス負担の低減、さらには、密閉空間の内壁面積に依存すると考えられる放出ガス量の低減を図るため、６０μｍ以下であることが好ましい。尚、本実施形態においても、上側のガラス基板３０に形成された各凹部の掘り込み深さは、下側のガラス基板３２のそれと同じか、振動子１０の動作に支障が出ない範囲でそれより浅い。
【００４２】
また、ゲッター膜はその材質や形成条件によってガスの吸収性能が異なり得るため、又は陽極接合条件等によって放出ガスの量が異なり得るため、場合によってはゲッター膜４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇのうち、幾つかが無くても上記目的は達成され得る。
【００４３】
＜第３の実施形態＞
図７は、本実施形態におけるもう一つのリング型振動ジャイロ３００の断面図である。この断面図は、第１の実施形態の図３に相当する。本実施形態のリング型振動ジャイロ３００は、ゲッター膜５０の形成位置及び、上側のガラス基板３０に形成された凹部の一部を除き、第１の実施形態と同じ構成である。また、その製造方法や動作方法も第１の実施形態と同じである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。
【００４４】
図７に示すとおり、柱状構造３９を取り囲むように、ゲッター膜５０が下側のガラス基板３２の凹部の底面と、その側面、及び凹部が形成されていない下側のガラス基板３２の周辺部の表面上に形成されている。具体的には、ゲッター膜５０は、この凹部の底面上に形成されているゲッター膜領域５０ａと、凹部の側面上に形成されているゲッター膜領域５０ｂと、凹部が形成されていない下側のガラス基板３２の周辺部の表面上に形成されているゲッター膜領域５０ｃから構成され、各領域は連続している。尚、本実施形態では、柱状構造３９の側面上に形成されているゲッター膜５０ｂは、中央部２４とは接触していない。しかし、周辺部の側面上に形成されているゲッター膜５０ｂは、凹部が形成されていない下側のガラス基板表面上のゲッター膜５０ｃに連続し、ゲッター膜５０ｃは振動子１０の周辺部１２に接触している。
【００４５】
ここで、振動子１０の周辺部１２は、上述の通りグラウンド電位に接続している。従って、ゲッター膜５０は全領域にわたりグラウンド電位を共有しているため、いわゆるフローティング状態とはならない。従って、第１の実施形態と同様、凹部の掘り込み深さが５μｍ以上３０μｍ以下であっても、検出用又は駆動用の電極への電気的なノイズの入り込みが防止される。尚、本実施形態ではゲッター膜５０ｃを周辺部１２の全領域に形成していない。これは、ガラス基板とシリコン製の振動子１０との陽極接合のための領域を確保するためである。他方、上側のガラス基板３０に形成されている凹部３６ａ，３６ｆは、ゲッター膜５０ｃによる圧縮応力の影響を緩和するためにより広く形成されている。たとえ、ゲッター膜５０の膜厚が２μｍ以下であっても、このようにせん断力を緩和する構造を採用することによりＭＥＭＳデバイスの信頼性が向上する。
【００４６】
ところで、上述の第１の実施形態では、振動子１０の中央部２４、及びそれを支持する柱状構造３９を利用してゲッター膜４０の電位を安定化させたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８の断面図に示されるリング型振動ジャイロ４００のように、下側のガラス基板３２の凹部を形成する際に、ゲッター４０ｂ，４０ｃが形成された柱状構造がエッチング残し部２２を支持するように形成されている場合であってもよい。エッチング残し部２２に対しても、振動子１０の作動中は中央部２４に与えられる一定の電位と実質的に同じ電位が与えられるから、第１の実施形態と同様の効果が奏される。また、上記と同様の観点から、柱状構造によって支持される振動子１０の領域が、例えば一定の電位が与えられる固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓのいずれかであっても、本発明の効果が奏される。
【００４７】
さらに、図８に示すリング型振動ジャイロの構成の一部を変形した他の実施形態を説明する。図９はＭＥＭＳデバイスであるリング型振動ジャイロ５００の正面図であり、図１０はリング型振動ジャイロ５００のＢ−Ｂ断面図である。本実施形態では、ゲッター膜領域４０ｃが形成された柱状構造が支持するエッチング残し部にトレンチ２７を形成することにより、２つのエッチング残し部２２ａ，２２ｂに分割されるとともに、その２つの領域２２ａ，２２ｂがサスペンション１７ａを介して接続されている。同様に、そのエッチング残し部にトレンチ２７を形成することにより、２つのエッチング残し部２２ｃ，２２ｄに分割されるとともに、その２つの領域２２ｃ，２２ｄがサスペンション１７ｂを介して接続されている。また、凹部３６ｈ，３６ｊが形成されているため、サスペンション１７ａからエッチング残し部２２ａまでの領域、及びサスペンション１７ｂからエッチング残し部２２ｄまでの領域は、サスペンション１７ａ，１７ｂから十分に離れた一部を除いて、連続的に上側のガラス基板３０と接合していない。従って、凹部３６ｈ，３６ｊ及びサスペンション１７ａ，１７ｂの形成により、エッチング残し部２２ａ，２２ｂのより大きな歪みが実現されるため、ゲッター４０ｃのために生じるエッチング残し部２２の圧縮応力の影響がさらに小さくなる。その結果、振動子１０の動作がより安定する。尚、エッチング残し部２２ａ,２２ｄの全ての領域がガラス基板と接合していなければ、より歪みが生じやすくなる。しかし、エッチング残し部２２ａ,２２ｄによる圧縮応力の緩和のための歪みが実質的に妨げられなければ、図１０に示すように、エッチング残し部２２ａ,２２ｄの一部がガラス基板と接合していてもよい。また、このサスペンション１７ａ,１７ｂは上述の各実施形態におけるシリコン基板のトレンチエッチングの際にマスクを変更するだけで良いため、追加的なプロセスを要しない。
【００４８】
また、上述の各実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例としてリング型振動ジャイロが取り上げられたが、本発明が適用できるＭＥＭＳデバイスはこれに限定されない。密閉空間内に形成されることが好ましいその他のＭＥＭＳデバイスにも本発明が適用される。具体的には、マイクロミラー、又はＲＦスイッチは、本発明が適用しうるＭＥＭＳデバイスの代表的な例である。
【００４９】
また、上記の各実施形態では、凹部の底面と側面の両方にゲッター膜が形成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、本実施形態の凹部は順テーパー形状を有しているため、マスクパターンを変えれば、凹部内に関しては、その側面上のみにゲッター膜が形成されうる。従って、そのゲッター膜が、ＭＥＭＳデバイスの母材を介して、その凹部の側面からそのＭＥＭＳデバイスの固定部の任意の一つの一定電位のみ又はグラウンド電位のみに接続する。
【００５０】
具体的には、図１１Ａは、他の実施形態の一例である、ＭＥＭＳデバイスであるリング型振動ジャイロ６００の断面図である。図１１Ａは、第１の実施形態の図３に相当する図面である。また、図１１Ｂは、図５Ｅに相当する一部断面図である。また、図１１Ｃは、図５Ｆに相当する一部断面図である。本実施形態のリング型振動ジャイロ６００は、ゲッター膜１４０を除き、第１の実施形態と同じ構成である。また、その製造方法は、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示す工程を除き、第１の実施形態と同じである。さらに、その動作方法も、第１の実施形態と同じである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。
【００５１】
図１１Ａに示すように、本実施形態の凹部は順テーパー形状を有しているため、マスクパターンを変えることにより、凹部の側面上、柱状構造３９上、及び凹部が形成されていない下側のガラス基板３２の周辺部の表面上に形成されている領域のみにゲッター膜１４０が形成される。ここで、図１１Ａでは、凹部の底面上に形成されているゲッター膜領域が形成されていない。しかし、側面上のゲッター膜領域１４０ｂは、柱状構造３９上のゲッター膜領域１４０ｃと連続している。また、もう１つの側面上のゲッター膜領域１４０ｄは、凹部が形成されていない下側のガラス基板３２の周辺部の表面上のゲッター膜領域１４０ｅと連続している。
【００５２】
ここで、振動子１０の周辺部１２は、グラウンド電位に接続している。従って、前述のゲッター膜領域１４０ｄ及びゲッター膜領域１４０ｅは、グラウンド電位を共有しているため、いわゆるフローティング状態とはならない。他方、前述のゲッター膜領域１４０ｂ及びゲッター膜領域１４０ｃは、第１の実施形態と同様、中央部２４に与えられる電位を実質的に共有することになるためフローティング状態とはならず、かつ直流電圧であるため、ゲッター膜１４０の電位も安定する。なお、図１１Ｂ及び図１１Ｃでは、ゲッター膜４０が、凹部が形成されていない下側のガラス基板３２の周辺部の表面上にまで連続いていない。これは、一次振動検出用電極１８ｃが存在するためである。従って、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示すゲッター膜１４０は、図示されていない凹部の側面上で連続するゲッター膜を利用して、図１１Ａに示すゲッター膜領域１４０ｄに連続するように形成される。
【００５３】
以上のとおり、凹部内に関して、その側面上のみにゲッター膜１４０（１４０ｂ，１４０ｄ）が形成されている場合であっても、ゲッター膜１４０の電位の安定性が得られるため、本発明の効果と同質の効果が得られる。なお、第１の実施形態以外の実施形態に対しても、凹部６０の底面上のゲッター膜領域が形成されない構成が適用され得る。また、本実施形態では、凹部６０の底面上のゲッター膜領域が形成されていないため、ゲッター膜１４０による陽極接合後に残留するガスの吸収量は、第１の実施形態のそれに比べて低下する。従って、残留ガスの吸収能力の観点から、本実施形態よりも、第１の実施形態の方が好ましい。より具体的には、第１の実施形態のように、凹部の表面積の５０％以上の前記凹部の表面上にゲッター膜が形成されていることが残留ガスの吸収能力の観点から好ましい。
【００５４】
また、上記の各実施形態では、ゲッター膜の材料としてチタンが採用されているが、これに限定されない。例えば、ゲッター膜が、ジルコニウム、バナジウム、アルミニウム、タンタル、タングステン、及びモリブデンの一群から選ばれる少なくとも一種類の金属から構成されていてもよい。さらに、本実施形態では、シリコンを母材とするリング型振動ジャイロが採用されているが、これにも限定されない。例えば、ＭＥＭＳデバイスの母材がゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムであってもよい。以上、述べたとおり、本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、密閉空間内に形成される加速度センサ、角速度センサ、マイクロミラー、又はＲＦスイッチ等のＭＥＭＳデバイスに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの正面図である。
【図２】図１に示すＭＥＭＳデバイスのＡ-Ａ部分拡大図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の１つの実施形態におけるパッケージを含めたＭＥＭＳデバイスの分解斜視図である。
【図５Ａ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｄ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｅ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｆ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの正面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの断面図である。
【図１１Ａ】本発明の他の実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの図３に相当する断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の他の実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図１１Ｃ】本発明の他の実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図１２】従来のＭＥＭＳデバイスの一部分の断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０                    振動子
１２                    周辺部
１４                    リング
１６，１７ａ，１７ｂ    サスペンション
１８ａ，１８ｅ          一次振動駆動用電極
１８ｂ，１８ｆ          二次振動検出用電極
１８ｃ，１８ｇ，７５    一次振動検出用電極
１８ｄ，１８ｈ          二次振動打消し用電極
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ          エッチング残し部
２４                    中央部
２６，２７，２８              トレンチ
３０，７１              上側のガラス基板
３２，７２              下側のガラス基板
３４，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆ，３６ｇ，３６ｈ，３６ｊ，３６ｋ，３６ｍ，６０，７４    凹部
３７                    貫通孔
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｆ      電極パッド
３９                    柱状構造
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ，５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，７３，１４０，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ，１４０ｅ    ゲッター膜
４２                    蓋部
４４                    振動ジャイロ設置台
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００    リング型振動ジャイロ
【図１】
2009028891.tif 000003
【図２】
2009028891.tif 000004
【図３】
2009028891.tif 000005
【図４】
2009028891.tif 000006
【図５Ａ】
2009028891.tif 000007
【図５Ｂ】
2009028891.tif 000008
【図５Ｃ】
2009028891.tif 000009
【図５Ｄ】
2009028891.tif 000010
【図５Ｅ】
2009028891.tif 000011
【図５Ｆ】
2009028891.tif 000012
【図６】
2009028891.tif 000013
【図７】
2009028891.tif 000014
【図８】
2009028891.tif 000015
【図９】
2009028891.tif 000016
【図１０】
2009028891.tif 000017
【図１１Ａ】
2009028891.tif 000018
【図１１Ｂ】
2009028891.tif 000019
【図１１Ｃ】
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【図１２】
2009028891.tif 000021