ＭＥＭＳ構造体及びその製造方法
【課題】振動体と検出電極との位置ずれを抑えることで静電容量変化の検出精度をより高くすることのできるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】支持構造部１１と前記支持構造部１１に対して変位可能に支持された振動体１２ｂとからなる振動体部１Ａと、基板２１と前記基板２１上に形成された検出電極２２ａとからなる検出電極部２Ａとを備えるとともに、振動体１２ｂと検出電極２２ａとが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部１Ａと前記検出電極部２Ａとが接合され、振動体１２ｂと検出電極２２ａとの間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体において、振動体部１Ａにおける検出電極部２Ａとの対向面に、検出電極部２Ａの外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部１５が形成されていることにより、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとの接合時に生じる振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑えることができるようにしている。
【解決手段】支持構造部１１と前記支持構造部１１に対して変位可能に支持された振動体１２ｂとからなる振動体部１Ａと、基板２１と前記基板２１上に形成された検出電極２２ａとからなる検出電極部２Ａとを備えるとともに、振動体１２ｂと検出電極２２ａとが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部１Ａと前記検出電極部２Ａとが接合され、振動体１２ｂと検出電極２２ａとの間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体において、振動体部１Ａにおける検出電極部２Ａとの対向面に、検出電極部２Ａの外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部１５が形成されていることにより、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとの接合時に生じる振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑えることができるようにしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体と、この振動体に対向する検出電極とを備え、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するＭＥＭＳ構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術は、マイクロマシン技術の一つで、携帯電話などの小型電子機器に用いられる部品の製造技術として注目されている。
ＭＥＭＳ技術により形成されたＭＥＭＳ構造体の一つとして、片持ち梁状や両持ち梁状の振動体と、この振動子に対向する検出電極とを備え、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するＭＥＭＳ構造体が、角速度センサ、加速度センサなどの力学量センサのためのセンサ素子として用いられており、その構成は例えば特許文献１に示されている。
［従来の構成例］
図１１により、従来のＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成例を示す。図１１（ａ）は、振動体部１と検出電極部２とを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、振動体部１と検出電極部２とを接合した後の状態を示す側方断面図（図１１（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
【０００３】
（イ）従来の構成例における振動体部の構成：
図１１（ａ）に示されるように、振動体部１は、支持構造部１１（例えば３２００μｍ□）と可動部１２（例えば梁長８００μｍ、梁幅２００μｍ、重錘サイズ８００μｍ□）とを備えた構成となっている。そして、振動体部１は、支持構造部１１より水平方向（図１１（ａ）の紙面における右方向）に突出した梁１２ａの先端に、梁１２ａよりも幅の広い重錘部である振動体１２ｂが形成されているとともに、梁１２ａと振動体１２ｂとからなる可動部１２と支持構造部１１との間に空隙１３（例えば深さ３５０μｍ）が形成され、振動体１２ｂが支持構造部１１に対して変位可能に支持されてなる片持ち梁状の構造をなしている。振動体１２ｂは、可動電極として機能するものであり、梁１２ａおよび支持構造部１１とともに、Ｓｉ（シリコン）などの材料で形成されている。
【０００４】
（ロ）従来の構成例における検出電極部の構成：
図１１（ａ）に示されるように、検出電極部２は、例えば電気絶縁材料からなる基板２１（例えば２６００μｍ□）に、検出電極２２ａ（例えばサイズ６００μｍ×５５０μｍ）、後段の電子回路と接続するための検出電極用接続パッド２２ｃ、検出電極２２ａと検出電極用接続パッド２２ｃとの間を導通接続する検出電極用配線２２ｂ（例えば幅１００μｍ）、および、可動電極用パッド２３ａを形成した構成となっている。
（ハ）従来の構成例における振動体部と検出電極部との接合：
振動体部１と検出電極部２とを、例えば陽極接合などにより接合して、図１１（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体１００を構成する。なお、上記の接合の後、例えばメタライズ処理などにより、可動電極用パッド２３ａと支持構造部１１とが電気的に導通する構造とする。なお、陽極接合は、シリコンとガラスとを重ね合わせ、加熱して数百Ｖの直流電圧を印加し、Si-Oの共有結合をさせることで接合する技術であり、シリコンとガラスとが接合層を介さずに直接接合されるため、接合強度が強いという特長をもっている。
［ＭＥＭＳ構造体のセンサ素子への適用］
図１１に示されるようにして作製されたＭＥＭＳ構造体１００は、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとが間隔を空けて対向する構造であって、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの間の静電容量Ｃ１の変化を検出するセンサ素子として機能するものであり、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、加速度、角速度などの力学量を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４６９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
振動体（可動電極）と検出電極との間の静電容量Ｃ１の変化を検出するＭＥＭＳ構造体において、振動体部と検出電極部とを接合した状態で振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、例えば下記（ａ）〜（ｂ）のように、電極対向面積の減少などにより、静電容量変化に基づいて振動体の変位を正確に検出することができなくなり、このＭＥＭＳ構造体を用いた加速度センサ、角速度センサなど力学量センサの測定精度が低いものとなる。
（ａ）振動体（可動電極）の検出電極面に対する垂直方向（図１１（ｃ）の紙面における奥行き方向）の変位に伴う電極間距離の変化による静電容量Ｃ１の変化を検出するＭＥＭＳ構造体では、検出電極面に対する平行方向（図１１（ｃ）の紙面における上下方向または左右方向）に沿って振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、位置ずれの無い場合に比べて電極対向面積が小さい分だけ静電容量Ｃ１の大きさが小さくなっているので、例えば静電容量検出回路周辺の浮遊容量の影響をより大きく受けることなどにより、静電容量Ｃ１を正確に検出することができなくなり、これにより、振動体の変位を正確に検出することができなくなる。
【０００７】
（ｂ）振動体（可動電極）の検出電極面に対する平行方向（図１１（ｃ）の紙面における上下方向）の変位に伴う電極対向面積の変化による静電容量Ｃ１の変化を検出するＭＥＭＳ構造体では、検出電極面に対して平行であって上記変位の方向に直交する方向（図１１（ｃ）の紙面における左右方向）に沿って振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、位置ずれの無い場合に比べて電極対向面積が小さい分だけ静電容量Ｃ１の大きさが小さくなっているので、例えば静電容量検出回路周辺の浮遊容量の影響をより大きく受けることなどにより、静電容量Ｃ１を正確に検出することができなくなり、これにより、振動体の変位を正確に検出することができなくなる。また、上記変位の方向（図１１（ｃ）の紙面における上下方向）に沿って振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、振動体が基準位置にある状態での静電容量Ｃ１の大きさが位置ずれの無い場合の静電容量値からずれているので、振動体の変位を正確に検出することができなくなる。
【０００８】
そして、振動体部と検出電極部とを接合した状態での振動体（可動電極）と検出電極との位置ずれの要因としては、検出電極部の作製工程において基板上に検出電極を形成する際の位置誤差、および、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差が考えられる。
図１２は、図１１のＭＥＭＳ構造体における位置ずれを示す説明図であって、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差が生じた場合における接合後のＭＥＭＳ構造体１００を示すものである。図１２の（ａ）および（ｂ）は、振動体部１と検出電極部２とを接合した後の状態を示す側方断面図（図１２（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図であって、それぞれ、図１１の（ｂ）および（ｃ）に対応している。図１２（ｂ）において、支持構造部１１に対する基板２１の相対位置、すなわち振動体部１に対する検出電極部２の相対位置が、２点鎖線で示される基準位置に対して紙面の左方向および下方向にそれぞれＬ１ａおよびＬ１ｂだけずれている。検出電極部２の作製工程において基板２１上に検出電極２２ａを形成する際の位置誤差がない場合には、振動体１２ｂ（可動電極）に対する検出電極２２ａの相対位置も、上記と同じずれ量Ｌ１ａおよびＬ１ｂだけずれている。
【０００９】
そして、図１２では、振動体１２ｂ（可動電極）に対する検出電極２２ａの相対位置ずれ（Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ）により、上記（ａ）〜（ｂ）項で述べたように、静電容量変化に基づいて振動体１２ｂの変位を正確に検出することができなくなっている。
このため、本発明は、上記の問題点を解決し、振動体と検出電極との位置ずれを抑えることで静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることのできるＭＥＭＳ構造体及びそ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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明によれば、ＭＥＭＳ構造体を、支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体において、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けた構成とする（請求項１の発明）。
上記請求項１の発明によれば、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、振動体部と検出電極部との接合時に、上記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせすることにより、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができるので、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
【００１１】
そして、上記請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成した構成とするとよい(請求項２の発明)。
また、上記請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成した構成としてもよい(請求項３の発明)。
さらに、本発明によれば、ＭＥＭＳ構造体の製造方法を、支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体の製造方法において、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けておき、振動体部と検出電極部との接合時に、前記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせする構成とする（請求項４の発明）。
【００１２】
上記請求項４の発明によれば、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、振動体部と検出電極部との接合時に、上記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせすることにより、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができるので、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
そして、上記請求項４に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部と、振動体部側の凹部とが嵌合するようにして位置合わせする構成とするとよい（請求項５の発明）。
【００１３】
また、上記請求項４に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に、振動体部側の凸部（または凹部）と、検出電極部側の凹部（または凸部）とが嵌合するようにして位置合わせする構成としてもよい（請求項６の発明）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、上述のように、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができるので、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図２】図１のＭＥＭＳ構造体における振動体部の構造図
【図３】図１のＭＥＭＳ構造体における検出電極部の構造図
【図４】本発明の実施例２によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図５】図４のＭＥＭＳ構造体における振動体部の構造図
【図６】図４のＭＥＭＳ構造体における検出電極部の構造図
【図７】本発明の実施例３によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図８】図７のＭＥＭＳ構造体における振動体部の構造図
【図９】図７のＭＥＭＳ構造体における検出電極部の構造図
【図１０】本発明の実施例４によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図１１】従来のＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図１２】図１１のＭＥＭＳ構造体における位置ずれを示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１０に示す実施例に基づいて説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
［本発明の実施形態］
本発明は、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けておき、振動体部と検出電極部との接合時に、上記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、本発明では、接合工程における位置合わせ（アライメント）の際に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えることができる。
【００１７】
上記嵌合部を形成する具体的構成例を以下の実施例１〜４で説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１は、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策であって、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部とを接合する前に、検出電極部が振動体部の凹部内に嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、実施例１では、接合工程における位置合わせ（アライメント）の際に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えることができる。
図１〜図３により、本発明の実施例１によるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成を示す。図１は、本発明の実施例１によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図であり、図１（ｂ）〜（ｃ）には振動体部１Ａと検出電極部２Ａとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ａの構造が示されている。また、図２は振動体部１Ａの構造図であり、図３は検出電極部２Ａの構造図である。図１〜図３において、図１１に示す従来の構成例と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、従来の構成例（図１１）と異なっている部分のみを説明する。
【００１９】
（イ）実施例１における振動体部の構成：
図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ、振動体部１Ａの側方断面図（図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図２に示されるように、振動体部１Ａは、図１１で述べた振動体部１と同様に、支持構造部１１（例えば３２００μｍ□）と可動部１２（例えば梁長８００μｍ、梁幅２００μｍ、重錘サイズ８００μｍ□）とを備えた構成となっている。
そして、振動体部１Ａは、支持構造部１１より水平方向（図２（ａ）の紙面における右方向）に突出した梁１２ａの先端に、梁１２ａよりも幅の広い重錘部である振動体１２ｂが形成されているとともに、梁１２ａと振動体１２ｂとからなる可動部１２と支持構造部１１との間に空隙１３（例えば深さ３５０μｍ）が形成され、振動体１２ｂが支持構造部１１に対して変位可能に支持されてなる片持ち梁状の構造をなしている。振動体１２ｂは、可動電極として機能するものであり、梁１２ａおよび支持構造部１１とともに、Ｓｉ（シリコン）などの材料で形成されている。
【００２０】
また、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとが接合された状態で振動体部１ＡのＳｉ（シリコン）などからなる支持構造部１１と検出電極部２Ａの検出電極２２ａおよび検出電極用配線２２ｂとが接触しないようにするために、振動体部１Ａの上面側（図２（ａ）における上側）には、上面からの深さｄ１の凹部１４が形成されている。
なお、振動体部１Ａの作製には、例えば、上部Ｓｉ層と下部Ｓｉ層とをＳｉＯ2からなる絶縁層で挟み込んだＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハを用いることができる。ＳＯＩウェハとしては、下部Ｓｉ層の厚さが２００〜５２５μｍ、絶縁層の厚さが０．２〜１．０μｍ、上部Ｓｉ層の厚さが２〜３０μｍのものが一例として挙げられる。このＳＯＩウェハを用いて、フォトリソグラフィなどにより、振動体１２と支持構造部１１との間の空隙１３、および凹部１４などを形成して、振動体部１Ａを作製する。
【００２１】
そして、実施例１では、振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑制するため、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、振動体部１Ａに深さｄ２（例えば１μｍ）の凹部１５をエッチングにより形成しておく。ここで、この凹部１５の内周形状は、検出電極部２Ａの外周形状（例えば２６００μｍ□）に合わせておき、振動体部１Ａの凹部１５と検出電極部２Ａとが嵌合できるようにしておく。
（ロ）実施例１における検出電極部の構成：
図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、検出電極部２Ａの側方断面図（図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図３に示されるように、検出電極部２Ａは、図１１で述べた検出電極部２と同様に、例えば電気絶縁材料からなる基板２１（例えば２６００μｍ□）に、検出電極２２ａ（例えばサイズ６００μｍ×５５０μｍ）、後段の電子回路と接続するための検出電極用接続パッド２２ｃ、検出電極２２ａと検出電極用接続パッド２２ｃとの間を導通接続する検出電極用配線２２ｂ（例えば幅１００μｍ）、および、可動電極用パッド２３ａを形成した構成となっている。
【００２２】
そして、基板２１における検出電極用接続パッド２２ｃの部分には貫通孔２２ｄを形成するとともに貫通孔２２ｄの内周面に金属層２２ｅを形成しており、この金属層２２ｅを介して検出電極用接続パッド２２ｃと検出電極用配線２２ｂとを電気的に接続するようにしている。また、基板２１における可動電極用パッド２３ａの部分には貫通孔２３ｂを形成するとともに貫通孔２３ｂの内周面に可動電極用パッド２３ａと電気的に接続された金属層２３ｃを形成している。
なお、検出電極部２Ａにおける検出電極２２ａ、検出電極用配線２２ｂ、検出電極用接続パッド２２ｃおよび可動電極用パッド２３ａは、例えばガラス板からなる基板２１上に銅などの金属膜を蒸着，スパッタなどの方法で薄膜状に成膜し、この金属膜表面に、所望の検出電極、検出電極用配線、検出電極用接続パッドおよび可動電極用パッドの形状となるようにレジストパターニングを行った後、ドライエッチングやウェットエッチングにより金属膜のうちの不要な部分を除去して、検出電極２２ａ、検出極用配線２２ｂ、検出電極用接続パッド２２ｃおよび可動電極用パッド２３ａの金属膜部分だけを残すことにより形成することができる。
【００２３】
また、上記の貫通孔２２ｄ，貫通孔２３ｂは、例えばガラス板からなる基板２１に対してサンドブラストなどの方法で加工することができ、貫通孔２２ｄ，貫通孔２３ｂの内周面の金属層２２ｅ，２３ｃは無電解メッキなどの方法で形成することができる。
また、検出電極部２Ａにおける基板２１として、ガラス板の代わりにＳｉ基板を用いてもよい。基板２１としてＳｉ基板を用いる場合には、基板２１上に例えばＳｉＯ2などの絶縁層を形成した上で、この絶縁層上に検出電極２２ａ、検出電極用配線２２ｂおよび検出電極用接続パッド２２ｃを形成することにより検出電極部２Ａを作製することができる。
（ハ）実施例１における振動体部と検出電極部との接合：
図１（ａ）は、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとを接合した後の状態を示す側方断面図（図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図１に示されるように、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとを、例えば陽極接合などにより接合して、図１（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体１００Ａを構成する。
【００２４】
なお、上記の接合の後、検出電極部２Ａにおける貫通孔２３ｂの内周面および支持構造部１１の上面部領域２３ｄをメタライズ処理して、可動電極用パッド２３ａと支持構造部１１とが電気的に導通する構造とする。なお、図１（ａ）には、上述のように、接合前の検出電極部２Ａにおける貫通孔２３ｂの内周面に、可動電極用パッド２３ａに接続された金属層２３ｃが既に形成されている構成を示しているが、貫通孔２３ｂの内周面の金属層２３ｃは、接合の後におけるメタライズ処理によって初めて形成される構成としてもよい。
そして、実施例１では、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、ボンダーにて振動体部１Ａと検出電極部２Ａとを陽極接合などにより接合する前に、図１に示されるように、検出電極部２Ａが振動体部１Ａの凹部１５内に嵌合するようにして位置合わせすることにより、接合工程における位置あわせ（アライメント）の際に生じる振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑えることができる。
【００２５】
（ニ）別の構成例１：
実施例１では、図２に示したように、振動体部１Ａに、深さがｄ２であって,連続的な土手部で全外周を囲まれた凹部１５をエッチングにより形成しておく構成としているが、振動体部１Ａの構成としては、凹部１５の外周を囲む土手部の一部が切り欠かれた構成を適用してもよく、検出電極部２Ａが振動体部１Ａの凹部１５内に嵌合するようにして位置合わせすることができればよい。
（ホ）別の構成例２：
実施例１では、上述のように、振動体部１Ａにおける検出電極部２Ａとの対向面に、検出電極部２Ａの外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部１Ａ側の凹部１５を形成しておき、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとの接合時に検出電極部２Ａと振動体部側の凹部１５とが嵌合するようにして位置合わせする構成としているが、これに代えて、検出電極部における振動体部との対向面に、振動体部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ検出電極部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に振動体部と検出電極部側の凹部とが嵌合するようにして位置合わせする構成としてもよい。ただし、後者の構成では、検出電極部側に、振動体部の外周形状に合わせた内周形状の凹部をエッチング等により形成しておく構成となるので、検出電極部の外周形状は振動体部の外周形状（例えば３２００μｍ□）よりもさらに大きな形状とすることが必要となる。このため、図１〜３で説明した前者の構成、すなわち、嵌合用の凹部を振動体部側に設ける構成の方が、ＭＥＭＳ構造体の全体構造をコンパクトなものとする上でより好適である。
【実施例２】
【００２６】
本発明の実施例２は、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策であって、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凹部を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凹部と嵌合する検出電極部側の凸部を形成しておき、振動体部と検出電極部とを接合する前に、振動体部側の凹部と検出電極部側の凸部とが嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、実施例２では、接合工程における位置合わせ（アライメント）の際に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えることができる。
図４〜図６により、本発明の実施例２によるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成を示す。図４は、本発明の実施例２によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図であり、図４（ｂ）〜（ｃ）には振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ｂの構造が示されている。また、図５は振動体部１Ｂの構造図であり、図６は検出電極部２Ｂの構造図である。図４〜図６において、図１１に示す従来の構成例、あるいは、図１〜３で説明した実施例１と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、異なっている部分のみを説明する。
【００２７】
（イ）実施例２における振動体部の構成：
図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、振動体部１Ｂの側方断面図（図５（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
実施例２における振動体部１Ｂ（図５）は、実施例１における振動体部１Ａ（図２）に対して、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ凹部を形成する代わりに、検出電極部２Ｂの凸部２６と対応する位置に、凸部２６の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部１６をエッチング等により形成しておく点に特徴があり、それ以外の点では、振動体部１Ａ（図２）と同様である。
（ロ）実施例２における検出電極部の構成：
図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ、検出電極部２Ｂの側方断面図（図６（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
【００２８】
実施例２における検出電極部２Ｂ（図６）は、実施例１における検出電極部２Ａ（図３）に対して、振動体部１Ｂの凹部１６と対応する位置に、凹部１６の内周形状に嵌合する外周形状を持つ凸部２６を成膜等により形成しておく点に特徴があり、それ以外の点では、検出電極部２Ａ（図３）と同様である。
（ハ）実施例２における振動体部と検出電極部との接合
図４（ａ）は、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図４（ｂ）および図４（ｃ）は、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを接合した後の状態を示す側方断面図（図４（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図４に示されるように、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを、例えば陽極接合などにより接合して、図４（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体を構成する。
【００２９】
そして、実施例２では、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、ボンダーにて振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを陽極接合などにより接合する前に、図４に示されるように、振動体部１Ｂ側の凹部１６と検出電極部２Ｂ側の凸部２６とが嵌合するようにして位置合わせすることにより、接合工程における位置あわせ（アライメント）の際に生じる振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑えることができる。
（ニ）実施例２における位置合わせ用の凸部および凹部：
実施例２における位置合わせ用の凸部２６及び凹部１６のそれぞれの平面形状は、図４〜図６に示されるように矩形であってもよく、その他の形状であってもよい。
凸部２６及び凹部１６のそれぞれの個数は、図４〜図６に示される２個に限定されるものではなく、それ以上の個数であってもよく、凸部２６と凹部１６とが嵌合した状態で振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとの接合面上での相対的位置関係が確実に規定されるものであればよい。そして、凸部２６及び凹部１６のそれぞれの平面形状が、円形以外の形状、例えば図４〜図６に示される矩形である場合には、凸部２６及び凹部１６のそれぞれの個数が１個であっても、凸部２６と凹部１６とが嵌合した状態で振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとの接合面上での相対的位置関係が規定されるので、適用可能である。
【実施例３】
【００３０】
本発明の実施例３は、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策であって、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部と嵌合する検出電極部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部とを接合する前に、振動体部側の凸部と検出電極部側の凹部とが嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、実施例３では、接合工程における位置合わせ（アライメント）の際に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えることができる。
図７〜図９により、本発明の実施例３によるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成を示す。図７は、本発明の実施例３によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図であり、図７（ｂ）〜（ｃ）には振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ｃの構造が示されている。また、図８は振動体部１Ｃの構造図であり、図９は検出電極部２Ｃの構造図である。図７〜図９において、図１１に示す従来の構成例、あるいは、図１〜３で説明した実施例１と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、異なっている部分のみを説明する。
【００３１】
（イ）実施例３における振動体部の構成：
図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ、振動体部１Ｃの側方断面図（図８（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
実施例３における振動体部１Ｃ（図８）は、実施例１における振動体部１Ａ（図２）に対して、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ凹部を形成する代わりに、検出電極部２Ｃの凹部２７と対応する位置に、凹部２７の内周形状に嵌合する外周形状を持つ振動体部側の凸部１７を成膜等により形成しておく点に特徴があり、それ以外の点では、振動体部１Ａ（図２）と同様である。
（ロ）実施例３における検出電極部の構成：
図９（ａ）および図９（ｂ）は、それぞれ、検出電極部２Ｃの側方断面図（図９（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
【００３２】
実施例３における検出電極部２Ｃ（図９）は、実施例１における検出電極部２Ａ（図３）に対して、振動体部１Ｃの凸部１７と対応する位置に、凸部１７の外周形状に嵌合する内周形状を持つ凹部２７をエッチング等により形成しておく点に特徴があり、それ以外の点では、検出電極部２Ａ（図３）と同様である。
（ハ）実施例３における振動体部と検出電極部との接合
図７（ａ）は、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを接合した後の状態を示す側方断面図（図７（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図７に示されるように、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを、例えば陽極接合などにより接合して、図７（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体を構成する。
【００３３】
そして、実施例３では、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、ボンダーにて振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを陽極接合などにより接合する前に、図７に示されるように、振動体部１Ｃ側の凸部１７と検出電極部２Ｂ側の凹部２７とが嵌合するようにして位置合わせすることにより、接合工程における位置あわせ（アライメント）の際に生じる振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑えることができる。
（ニ）実施例３における位置合わせ用の凸部および凹部：
実施例３における位置合わせ用の凸部１７及び凹部２７のそれぞれの平面形状は、図７〜図９に示されるように矩形であってもよく、その他の形状であってもよい。
凸部１７および凹部２７のそれぞれの個数は、図７〜図９に示される２個に限定されるものではなく、それ以上の個数であってもよく、凸部１７と凹部２７とが嵌合した状態で振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとの接合面上での相対的位置関係が確実に規定されるものであればよい。そして、凸部１７および凹部２７のそれぞれの平面形状が、円形以外の形状、例えば図７〜図９に示される矩形である場合には、凸部１７および凹部２７のそれぞれの個数が１個であっても、凸部１７と凹部２７とが嵌合した状態で振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとの接合面上での相対的位置関係が規定されるので、適用可能である。
【実施例４】
【００３４】
本発明の実施例４は、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策であって、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部として、検出電極部の側面に振動体部側に向けて突出した形状を有するガイドピン構造部を設けるとともに、振動体部における検出電極部との対向面に前記検出電極部側のガイドピン構造部と嵌合する振動体部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部とを接合する前に、振動体部側の凹部と検出電極部側のガイドピン構造部とが嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、実施例４では、接合工程における位置合わせ（アライメント）の際に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えることができる。
図１０により、本発明の実施例４によるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成を示す。図１０は、本発明の実施例４によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図であり、図１０（ａ）には接合される前の状態にある振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとが示されているとともに、図１０（ｂ）〜（ｃ）には振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ｄの構造が示されている。図１０において、図１１に示す従来の構成例、あるいは、図４〜６で説明した実施例２と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、異なっている部分のみを説明する。
【００３５】
（イ）実施例４における振動体部の構成：
図１０（ａ）には、振動体部１Ｄの側方断面図が示されている。
実施例４における振動体部１Ｄ（図１０）は、実施例２における振動体部１Ｂ（図５）と同様に、凹部１８を形成する構成であって、凹部１８の形成位置は振動体部１Ｂの凹部１６と異なるが、それ以外の点では、振動体部１Ｂ（図５）と同様である。そして、凹部１８の形成位置は、後述の検出電極部２Ｄにおけるガイドピン構造部２８に対応する位置とする。
（ロ）実施例４における検出電極部の構成：
図１０（ａ）には、検出電極部２Ｄの側方断面図が示されている。
実施例４における検出電極部２Ｄ（図１０）は、実施例２における検出電極部２Ｂ（図６）における凸部２６の代わりに、検出電極部２Ｄの側面に振動体部１Ｄ側に向けて突出した形状を有するガイドピン構造部２８を設けた構成であるが、それ以外の点では、検出電極部２Ｂ（図６）と同様である。
【００３６】
（ハ）実施例４における振動体部と検出電極部との接合
図１０（ａ）は、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）は、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを接合した後の状態を示す側方断面図（図１０（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図１０に示されるように、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを、例えば陽極接合などにより接合して、図１０（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体１００Ｄを構成する。
そして、実施例４では、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、ボンダーにて振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを陽極接合などにより接合する前に、図１０に示されるように、振動体部１Ｄ側の凹部１８と検出電極部２Ｄ側のガイドピン構造部２８とが嵌合するようにして位置合わせすることにより、接合工程における位置あわせ（アライメント）の際に生じる振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑えることができる。
【００３７】
（ニ）実施例４における位置合わせ用のピンガイド構造部：
実施例４における位置合わせ用のピンガイド構造部２８の平面形状は、図１０に示されるように矩形であってもよく、その他の形状であってもよい。
ピンガイド構造部２８を設ける個数および配置位置の構成は、図１０に示されるような、４個配置の構成、すなわち、方形の検出電極部２Ｄの各側面にそれぞれ１個ずつピンガイド構造部２８を設ける構成に限定されるものではなく、振動体部１Ｄ側の凹部１８と検出電極部２Ｄ側のガイドピン構造部２８とが嵌合した状態で振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとの接合面上での相対的位置関係が確実に規定されるものであればよい。
［ＭＥＭＳ構造体の適用例］
本発明によるＭＥＭＳ構造体は、振動体（可動電極）と検出電極とが間隔を空けて対向する構造であって、振動体（可動電極）と検出電極との間の静電容量Ｃ１の変化を検出するセンサ素子として機能するものであり、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、加速度、角速度などの力学量を測定することができる。
【００３８】
（イ）加速度センサへの適用
例えば図１（ｂ）〜（ｃ）に示される構成のＭＥＭＳ構造体１００Ａをセンサ素子として用いるとともに、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの間の静電容量Ｃ１を検出する容量検出回路を後段の電子回路として設けることにより、ＭＥＭＳデバイスである加速度センサを構成することができる。
この加速度センサでは、垂直方向（図１（ｂ）の紙面における上下方向）の加速度を受けて、振動体１２ｂ（可動電極）が垂直方向（図１（ｂ）の紙面における上下方向）に変位し、この変位に伴う振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの電極間距離の変化による静電容量Ｃ１の変化を容量検出回路で検出して、この静電容量変化に基づいて検出される振動体１２ｂの変位を通じて、垂直方向の加速度を測定するようにすることができる。
【００３９】
また、この加速度センサでは、水平方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）の加速度を受けて、振動体１２ｂ（可動電極）が水平方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）に変位し、この変位に伴う振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの電極対向面積の変化による静電容量Ｃ１の変化を容量検出回路で検出して、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、水平方向の加速度を測定するようにすることもできる。
ただし、後者の水平方向の加速度測定において加速度の方向も検出する場合には、検出電極部２Ａに１対の検出電極を設け、振動体１２ｂ（可動電極）の変位方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）に沿って振動体１２ｂ（可動電極）の基準位置の両側に振り分けるようにして前記１対の検出電極を配置し、各検出電極と振動体１２ｂ（可動電極）との間の静電容量の変化をそれぞれ検出する構成とする。
【００４０】
（ロ）角速度センサへの適用
また、例えば図１（ｂ）〜（ｃ）に示される構成のＭＥＭＳ構造体１００Ａをセンサ素子として用い、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの間の静電容量Ｃ１を検出する容量検出回路を後段の電子回路として設けるとともに、振動体１２ｂあるいは梁１２ａの側面と間隔を空けて対向する電極面を備えた、図示されない一対の駆動電極を振動体１２ｂあるいは梁１２ａの両側（図１（ｃ）の紙面における上側及び下側）に配置することにより、ＭＥＭＳデバイスである角速度センサを構成することができる。
この角速度センサでは、上記駆動電極に交流電圧の駆動信号を印加すると、振動体１２ｂ（可動電極）が固定周波数で水平方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）に強制振動する。このとき、振動体１２ｂ（可動電極）および梁１２ａを軸とした角速度が加わると、振動体１２ｂ（可動電極）が強制振動方向に対して直行する方向（図１（ｃ）の紙面における奥行き方向、すなわち、図１（ｂ）の紙面における上下方向）に角速度に比例したコリオリ振動を始め、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの電極間距離の変化により静電容量Ｃ１が変化する。静電容量Ｃ１の変化を容量検出回路で検出して、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、角速度を測定するようにすることができる。
【００４１】
（ハ）そして、本発明のＭＥＭＳ構造体は、上述のように、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができ、これにより、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるので、このような本発明のＭＥＭＳ構造体を例えば加速度センサ、角速度センサなどの力学量センサのセンサ素子として用いることにより、力学量センサの測定精度をより向上させることができるようになる。
【符号の説明】
【００４２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ・・・振動体部
１１・・・支持構造部、１２・・・可動部、１２ａ・・・梁、１２ｂ・・・振動体、１３・・・空隙、１４・・・凹部、１５・・・凹部、１６、１８・・・凹部、１７・・・凸部
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・検出電極部
２１・・・基板、２２ａ・・・検出電極、２２ｂ・・・検出電極用配線、２２ｃ・・・検出電極用接続パッド、２３ａ・・・可動電極用接続パッド、２６・・・凸部、２７・・・凹部、２８・・・ガイドピン構造部
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ・・・ＭＥＭＳ構造体
Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ・・・位置ずれ量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体と、この振動体に対向する検出電極とを備え、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するＭＥＭＳ構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術は、マイクロマシン技術の一つで、携帯電話などの小型電子機器に用いられる部品の製造技術として注目されている。
ＭＥＭＳ技術により形成されたＭＥＭＳ構造体の一つとして、片持ち梁状や両持ち梁状の振動体と、この振動子に対向する検出電極とを備え、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するＭＥＭＳ構造体が、角速度センサ、加速度センサなどの力学量センサのためのセンサ素子として用いられており、その構成は例えば特許文献１に示されている。
［従来の構成例］
図１１により、従来のＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成例を示す。図１１（ａ）は、振動体部１と検出電極部２とを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、振動体部１と検出電極部２とを接合した後の状態を示す側方断面図（図１１（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
【０００３】
（イ）従来の構成例における振動体部の構成：
図１１（ａ）に示されるように、振動体部１は、支持構造部１１（例えば３２００μｍ□）と可動部１２（例えば梁長８００μｍ、梁幅２００μｍ、重錘サイズ８００μｍ□）とを備えた構成となっている。そして、振動体部１は、支持構造部１１より水平方向（図１１（ａ）の紙面における右方向）に突出した梁１２ａの先端に、梁１２ａよりも幅の広い重錘部である振動体１２ｂが形成されているとともに、梁１２ａと振動体１２ｂとからなる可動部１２と支持構造部１１との間に空隙１３（例えば深さ３５０μｍ）が形成され、振動体１２ｂが支持構造部１１に対して変位可能に支持されてなる片持ち梁状の構造をなしている。振動体１２ｂは、可動電極として機能するものであり、梁１２ａおよび支持構造部１１とともに、Ｓｉ（シリコン）などの材料で形成されている。
【０００４】
（ロ）従来の構成例における検出電極部の構成：
図１１（ａ）に示されるように、検出電極部２は、例えば電気絶縁材料からなる基板２１（例えば２６００μｍ□）に、検出電極２２ａ（例えばサイズ６００μｍ×５５０μｍ）、後段の電子回路と接続するための検出電極用接続パッド２２ｃ、検出電極２２ａと検出電極用接続パッド２２ｃとの間を導通接続する検出電極用配線２２ｂ（例えば幅１００μｍ）、および、可動電極用パッド２３ａを形成した構成となっている。
（ハ）従来の構成例における振動体部と検出電極部との接合：
振動体部１と検出電極部２とを、例えば陽極接合などにより接合して、図１１（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体１００を構成する。なお、上記の接合の後、例えばメタライズ処理などにより、可動電極用パッド２３ａと支持構造部１１とが電気的に導通する構造とする。なお、陽極接合は、シリコンとガラスとを重ね合わせ、加熱して数百Ｖの直流電圧を印加し、Si-Oの共有結合をさせることで接合する技術であり、シリコンとガラスとが接合層を介さずに直接接合されるため、接合強度が強いという特長をもっている。
［ＭＥＭＳ構造体のセンサ素子への適用］
図１１に示されるようにして作製されたＭＥＭＳ構造体１００は、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとが間隔を空けて対向する構造であって、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの間の静電容量Ｃ１の変化を検出するセンサ素子として機能するものであり、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、加速度、角速度などの力学量を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４６９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
振動体（可動電極）と検出電極との間の静電容量Ｃ１の変化を検出するＭＥＭＳ構造体において、振動体部と検出電極部とを接合した状態で振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、例えば下記（ａ）〜（ｂ）のように、電極対向面積の減少などにより、静電容量変化に基づいて振動体の変位を正確に検出することができなくなり、このＭＥＭＳ構造体を用いた加速度センサ、角速度センサなど力学量センサの測定精度が低いものとなる。
（ａ）振動体（可動電極）の検出電極面に対する垂直方向（図１１（ｃ）の紙面における奥行き方向）の変位に伴う電極間距離の変化による静電容量Ｃ１の変化を検出するＭＥＭＳ構造体では、検出電極面に対する平行方向（図１１（ｃ）の紙面における上下方向または左右方向）に沿って振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、位置ずれの無い場合に比べて電極対向面積が小さい分だけ静電容量Ｃ１の大きさが小さくなっているので、例えば静電容量検出回路周辺の浮遊容量の影響をより大きく受けることなどにより、静電容量Ｃ１を正確に検出することができなくなり、これにより、振動体の変位を正確に検出することができなくなる。
【０００７】
（ｂ）振動体（可動電極）の検出電極面に対する平行方向（図１１（ｃ）の紙面における上下方向）の変位に伴う電極対向面積の変化による静電容量Ｃ１の変化を検出するＭＥＭＳ構造体では、検出電極面に対して平行であって上記変位の方向に直交する方向（図１１（ｃ）の紙面における左右方向）に沿って振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、位置ずれの無い場合に比べて電極対向面積が小さい分だけ静電容量Ｃ１の大きさが小さくなっているので、例えば静電容量検出回路周辺の浮遊容量の影響をより大きく受けることなどにより、静電容量Ｃ１を正確に検出することができなくなり、これにより、振動体の変位を正確に検出することができなくなる。また、上記変位の方向（図１１（ｃ）の紙面における上下方向）に沿って振動体と検出電極との位置ずれが生じている場合、振動体が基準位置にある状態での静電容量Ｃ１の大きさが位置ずれの無い場合の静電容量値からずれているので、振動体の変位を正確に検出することができなくなる。
【０００８】
そして、振動体部と検出電極部とを接合した状態での振動体（可動電極）と検出電極との位置ずれの要因としては、検出電極部の作製工程において基板上に検出電極を形成する際の位置誤差、および、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差が考えられる。
図１２は、図１１のＭＥＭＳ構造体における位置ずれを示す説明図であって、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差が生じた場合における接合後のＭＥＭＳ構造体１００を示すものである。図１２の（ａ）および（ｂ）は、振動体部１と検出電極部２とを接合した後の状態を示す側方断面図（図１２（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図であって、それぞれ、図１１の（ｂ）および（ｃ）に対応している。図１２（ｂ）において、支持構造部１１に対する基板２１の相対位置、すなわち振動体部１に対する検出電極部２の相対位置が、２点鎖線で示される基準位置に対して紙面の左方向および下方向にそれぞれＬ１ａおよびＬ１ｂだけずれている。検出電極部２の作製工程において基板２１上に検出電極２２ａを形成する際の位置誤差がない場合には、振動体１２ｂ（可動電極）に対する検出電極２２ａの相対位置も、上記と同じずれ量Ｌ１ａおよびＬ１ｂだけずれている。
【０００９】
そして、図１２では、振動体１２ｂ（可動電極）に対する検出電極２２ａの相対位置ずれ（Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ）により、上記（ａ）〜（ｂ）項で述べたように、静電容量変化に基づいて振動体１２ｂの変位を正確に検出することができなくなっている。
このため、本発明は、上記の問題点を解決し、振動体と検出電極との位置ずれを抑えることで静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることのできるＭＥＭＳ構造体及びそ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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明によれば、ＭＥＭＳ構造体を、支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体において、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けた構成とする（請求項１の発明）。
上記請求項１の発明によれば、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、振動体部と検出電極部との接合時に、上記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせすることにより、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができるので、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
【００１１】
そして、上記請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成した構成とするとよい(請求項２の発明)。
また、上記請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成した構成としてもよい(請求項３の発明)。
さらに、本発明によれば、ＭＥＭＳ構造体の製造方法を、支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体の製造方法において、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けておき、振動体部と検出電極部との接合時に、前記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせする構成とする（請求項４の発明）。
【００１２】
上記請求項４の発明によれば、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、振動体部と検出電極部との接合時に、上記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせすることにより、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができるので、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
そして、上記請求項４に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部と、振動体部側の凹部とが嵌合するようにして位置合わせする構成とするとよい（請求項５の発明）。
【００１３】
また、上記請求項４に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法においては、前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に、振動体部側の凸部（または凹部）と、検出電極部側の凹部（または凸部）とが嵌合するようにして位置合わせする構成としてもよい（請求項６の発明）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、上述のように、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができるので、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図２】図１のＭＥＭＳ構造体における振動体部の構造図
【図３】図１のＭＥＭＳ構造体における検出電極部の構造図
【図４】本発明の実施例２によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図５】図４のＭＥＭＳ構造体における振動体部の構造図
【図６】図４のＭＥＭＳ構造体における検出電極部の構造図
【図７】本発明の実施例３によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図８】図７のＭＥＭＳ構造体における振動体部の構造図
【図９】図７のＭＥＭＳ構造体における検出電極部の構造図
【図１０】本発明の実施例４によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図１１】従来のＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図
【図１２】図１１のＭＥＭＳ構造体における位置ずれを示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１０に示す実施例に基づいて説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
［本発明の実施形態］
本発明は、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けておき、振動体部と検出電極部との接合時に、上記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、本発明では、接合工程における位置合わせ（アライメント）の際に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えることができる。
【００１７】
上記嵌合部を形成する具体的構成例を以下の実施例１〜４で説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１は、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策であって、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部とを接合する前に、検出電極部が振動体部の凹部内に嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、実施例１では、接合工程における位置合わせ（アライメント）の際に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えることができる。
図１〜図３により、本発明の実施例１によるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成を示す。図１は、本発明の実施例１によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図であり、図１（ｂ）〜（ｃ）には振動体部１Ａと検出電極部２Ａとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ａの構造が示されている。また、図２は振動体部１Ａの構造図であり、図３は検出電極部２Ａの構造図である。図１〜図３において、図１１に示す従来の構成例と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、従来の構成例（図１１）と異なっている部分のみを説明する。
【００１９】
（イ）実施例１における振動体部の構成：
図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ、振動体部１Ａの側方断面図（図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図２に示されるように、振動体部１Ａは、図１１で述べた振動体部１と同様に、支持構造部１１（例えば３２００μｍ□）と可動部１２（例えば梁長８００μｍ、梁幅２００μｍ、重錘サイズ８００μｍ□）とを備えた構成となっている。
そして、振動体部１Ａは、支持構造部１１より水平方向（図２（ａ）の紙面における右方向）に突出した梁１２ａの先端に、梁１２ａよりも幅の広い重錘部である振動体１２ｂが形成されているとともに、梁１２ａと振動体１２ｂとからなる可動部１２と支持構造部１１との間に空隙１３（例えば深さ３５０μｍ）が形成され、振動体１２ｂが支持構造部１１に対して変位可能に支持されてなる片持ち梁状の構造をなしている。振動体１２ｂは、可動電極として機能するものであり、梁１２ａおよび支持構造部１１とともに、Ｓｉ（シリコン）などの材料で形成されている。
【００２０】
また、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとが接合された状態で振動体部１ＡのＳｉ（シリコン）などからなる支持構造部１１と検出電極部２Ａの検出電極２２ａおよび検出電極用配線２２ｂとが接触しないようにするために、振動体部１Ａの上面側（図２（ａ）における上側）には、上面からの深さｄ１の凹部１４が形成されている。
なお、振動体部１Ａの作製には、例えば、上部Ｓｉ層と下部Ｓｉ層とをＳｉＯ2からなる絶縁層で挟み込んだＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハを用いることができる。ＳＯＩウェハとしては、下部Ｓｉ層の厚さが２００〜５２５μｍ、絶縁層の厚さが０．２〜１．０μｍ、上部Ｓｉ層の厚さが２〜３０μｍのものが一例として挙げられる。このＳＯＩウェハを用いて、フォトリソグラフィなどにより、振動体１２と支持構造部１１との間の空隙１３、および凹部１４などを形成して、振動体部１Ａを作製する。
【００２１】
そして、実施例１では、振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑制するため、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、振動体部１Ａに深さｄ２（例えば１μｍ）の凹部１５をエッチングにより形成しておく。ここで、この凹部１５の内周形状は、検出電極部２Ａの外周形状（例えば２６００μｍ□）に合わせておき、振動体部１Ａの凹部１５と検出電極部２Ａとが嵌合できるようにしておく。
（ロ）実施例１における検出電極部の構成：
図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、検出電極部２Ａの側方断面図（図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図３に示されるように、検出電極部２Ａは、図１１で述べた検出電極部２と同様に、例えば電気絶縁材料からなる基板２１（例えば２６００μｍ□）に、検出電極２２ａ（例えばサイズ６００μｍ×５５０μｍ）、後段の電子回路と接続するための検出電極用接続パッド２２ｃ、検出電極２２ａと検出電極用接続パッド２２ｃとの間を導通接続する検出電極用配線２２ｂ（例えば幅１００μｍ）、および、可動電極用パッド２３ａを形成した構成となっている。
【００２２】
そして、基板２１における検出電極用接続パッド２２ｃの部分には貫通孔２２ｄを形成するとともに貫通孔２２ｄの内周面に金属層２２ｅを形成しており、この金属層２２ｅを介して検出電極用接続パッド２２ｃと検出電極用配線２２ｂとを電気的に接続するようにしている。また、基板２１における可動電極用パッド２３ａの部分には貫通孔２３ｂを形成するとともに貫通孔２３ｂの内周面に可動電極用パッド２３ａと電気的に接続された金属層２３ｃを形成している。
なお、検出電極部２Ａにおける検出電極２２ａ、検出電極用配線２２ｂ、検出電極用接続パッド２２ｃおよび可動電極用パッド２３ａは、例えばガラス板からなる基板２１上に銅などの金属膜を蒸着，スパッタなどの方法で薄膜状に成膜し、この金属膜表面に、所望の検出電極、検出電極用配線、検出電極用接続パッドおよび可動電極用パッドの形状となるようにレジストパターニングを行った後、ドライエッチングやウェットエッチングにより金属膜のうちの不要な部分を除去して、検出電極２２ａ、検出極用配線２２ｂ、検出電極用接続パッド２２ｃおよび可動電極用パッド２３ａの金属膜部分だけを残すことにより形成することができる。
【００２３】
また、上記の貫通孔２２ｄ，貫通孔２３ｂは、例えばガラス板からなる基板２１に対してサンドブラストなどの方法で加工することができ、貫通孔２２ｄ，貫通孔２３ｂの内周面の金属層２２ｅ，２３ｃは無電解メッキなどの方法で形成することができる。
また、検出電極部２Ａにおける基板２１として、ガラス板の代わりにＳｉ基板を用いてもよい。基板２１としてＳｉ基板を用いる場合には、基板２１上に例えばＳｉＯ2などの絶縁層を形成した上で、この絶縁層上に検出電極２２ａ、検出電極用配線２２ｂおよび検出電極用接続パッド２２ｃを形成することにより検出電極部２Ａを作製することができる。
（ハ）実施例１における振動体部と検出電極部との接合：
図１（ａ）は、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとを接合した後の状態を示す側方断面図（図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図１に示されるように、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとを、例えば陽極接合などにより接合して、図１（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体１００Ａを構成する。
【００２４】
なお、上記の接合の後、検出電極部２Ａにおける貫通孔２３ｂの内周面および支持構造部１１の上面部領域２３ｄをメタライズ処理して、可動電極用パッド２３ａと支持構造部１１とが電気的に導通する構造とする。なお、図１（ａ）には、上述のように、接合前の検出電極部２Ａにおける貫通孔２３ｂの内周面に、可動電極用パッド２３ａに接続された金属層２３ｃが既に形成されている構成を示しているが、貫通孔２３ｂの内周面の金属層２３ｃは、接合の後におけるメタライズ処理によって初めて形成される構成としてもよい。
そして、実施例１では、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、ボンダーにて振動体部１Ａと検出電極部２Ａとを陽極接合などにより接合する前に、図１に示されるように、検出電極部２Ａが振動体部１Ａの凹部１５内に嵌合するようにして位置合わせすることにより、接合工程における位置あわせ（アライメント）の際に生じる振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑えることができる。
【００２５】
（ニ）別の構成例１：
実施例１では、図２に示したように、振動体部１Ａに、深さがｄ２であって,連続的な土手部で全外周を囲まれた凹部１５をエッチングにより形成しておく構成としているが、振動体部１Ａの構成としては、凹部１５の外周を囲む土手部の一部が切り欠かれた構成を適用してもよく、検出電極部２Ａが振動体部１Ａの凹部１５内に嵌合するようにして位置合わせすることができればよい。
（ホ）別の構成例２：
実施例１では、上述のように、振動体部１Ａにおける検出電極部２Ａとの対向面に、検出電極部２Ａの外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部１Ａ側の凹部１５を形成しておき、振動体部１Ａと検出電極部２Ａとの接合時に検出電極部２Ａと振動体部側の凹部１５とが嵌合するようにして位置合わせする構成としているが、これに代えて、検出電極部における振動体部との対向面に、振動体部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ検出電極部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部との接合時に振動体部と検出電極部側の凹部とが嵌合するようにして位置合わせする構成としてもよい。ただし、後者の構成では、検出電極部側に、振動体部の外周形状に合わせた内周形状の凹部をエッチング等により形成しておく構成となるので、検出電極部の外周形状は振動体部の外周形状（例えば３２００μｍ□）よりもさらに大きな形状とすることが必要となる。このため、図１〜３で説明した前者の構成、すなわち、嵌合用の凹部を振動体部側に設ける構成の方が、ＭＥＭＳ構造体の全体構造をコンパクトなものとする上でより好適である。
【実施例２】
【００２６】
本発明の実施例２は、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策であって、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凹部を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凹部と嵌合する検出電極部側の凸部を形成しておき、振動体部と検出電極部とを接合する前に、振動体部側の凹部と検出電極部側の凸部とが嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、実施例２では、接合工程における位置合わせ（アライメント）の際に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えることができる。
図４〜図６により、本発明の実施例２によるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成を示す。図４は、本発明の実施例２によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図であり、図４（ｂ）〜（ｃ）には振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ｂの構造が示されている。また、図５は振動体部１Ｂの構造図であり、図６は検出電極部２Ｂの構造図である。図４〜図６において、図１１に示す従来の構成例、あるいは、図１〜３で説明した実施例１と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、異なっている部分のみを説明する。
【００２７】
（イ）実施例２における振動体部の構成：
図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、振動体部１Ｂの側方断面図（図５（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
実施例２における振動体部１Ｂ（図５）は、実施例１における振動体部１Ａ（図２）に対して、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ凹部を形成する代わりに、検出電極部２Ｂの凸部２６と対応する位置に、凸部２６の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部１６をエッチング等により形成しておく点に特徴があり、それ以外の点では、振動体部１Ａ（図２）と同様である。
（ロ）実施例２における検出電極部の構成：
図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ、検出電極部２Ｂの側方断面図（図６（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
【００２８】
実施例２における検出電極部２Ｂ（図６）は、実施例１における検出電極部２Ａ（図３）に対して、振動体部１Ｂの凹部１６と対応する位置に、凹部１６の内周形状に嵌合する外周形状を持つ凸部２６を成膜等により形成しておく点に特徴があり、それ以外の点では、検出電極部２Ａ（図３）と同様である。
（ハ）実施例２における振動体部と検出電極部との接合
図４（ａ）は、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図４（ｂ）および図４（ｃ）は、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを接合した後の状態を示す側方断面図（図４（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図４に示されるように、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを、例えば陽極接合などにより接合して、図４（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体を構成する。
【００２９】
そして、実施例２では、振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、ボンダーにて振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとを陽極接合などにより接合する前に、図４に示されるように、振動体部１Ｂ側の凹部１６と検出電極部２Ｂ側の凸部２６とが嵌合するようにして位置合わせすることにより、接合工程における位置あわせ（アライメント）の際に生じる振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑えることができる。
（ニ）実施例２における位置合わせ用の凸部および凹部：
実施例２における位置合わせ用の凸部２６及び凹部１６のそれぞれの平面形状は、図４〜図６に示されるように矩形であってもよく、その他の形状であってもよい。
凸部２６及び凹部１６のそれぞれの個数は、図４〜図６に示される２個に限定されるものではなく、それ以上の個数であってもよく、凸部２６と凹部１６とが嵌合した状態で振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとの接合面上での相対的位置関係が確実に規定されるものであればよい。そして、凸部２６及び凹部１６のそれぞれの平面形状が、円形以外の形状、例えば図４〜図６に示される矩形である場合には、凸部２６及び凹部１６のそれぞれの個数が１個であっても、凸部２６と凹部１６とが嵌合した状態で振動体部１Ｂと検出電極部２Ｂとの接合面上での相対的位置関係が規定されるので、適用可能である。
【実施例３】
【００３０】
本発明の実施例３は、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策であって、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部と嵌合する検出電極部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部とを接合する前に、振動体部側の凸部と検出電極部側の凹部とが嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、実施例３では、接合工程における位置合わせ（アライメント）の際に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えることができる。
図７〜図９により、本発明の実施例３によるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成を示す。図７は、本発明の実施例３によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図であり、図７（ｂ）〜（ｃ）には振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ｃの構造が示されている。また、図８は振動体部１Ｃの構造図であり、図９は検出電極部２Ｃの構造図である。図７〜図９において、図１１に示す従来の構成例、あるいは、図１〜３で説明した実施例１と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、異なっている部分のみを説明する。
【００３１】
（イ）実施例３における振動体部の構成：
図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ、振動体部１Ｃの側方断面図（図８（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
実施例３における振動体部１Ｃ（図８）は、実施例１における振動体部１Ａ（図２）に対して、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ凹部を形成する代わりに、検出電極部２Ｃの凹部２７と対応する位置に、凹部２７の内周形状に嵌合する外周形状を持つ振動体部側の凸部１７を成膜等により形成しておく点に特徴があり、それ以外の点では、振動体部１Ａ（図２）と同様である。
（ロ）実施例３における検出電極部の構成：
図９（ａ）および図９（ｂ）は、それぞれ、検出電極部２Ｃの側方断面図（図９（ｂ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。
【００３２】
実施例３における検出電極部２Ｃ（図９）は、実施例１における検出電極部２Ａ（図３）に対して、振動体部１Ｃの凸部１７と対応する位置に、凸部１７の外周形状に嵌合する内周形状を持つ凹部２７をエッチング等により形成しておく点に特徴があり、それ以外の点では、検出電極部２Ａ（図３）と同様である。
（ハ）実施例３における振動体部と検出電極部との接合
図７（ａ）は、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図７（ｂ）および図７（ｃ）は、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを接合した後の状態を示す側方断面図（図７（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図７に示されるように、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを、例えば陽極接合などにより接合して、図７（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体を構成する。
【００３３】
そして、実施例３では、振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、ボンダーにて振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとを陽極接合などにより接合する前に、図７に示されるように、振動体部１Ｃ側の凸部１７と検出電極部２Ｂ側の凹部２７とが嵌合するようにして位置合わせすることにより、接合工程における位置あわせ（アライメント）の際に生じる振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑えることができる。
（ニ）実施例３における位置合わせ用の凸部および凹部：
実施例３における位置合わせ用の凸部１７及び凹部２７のそれぞれの平面形状は、図７〜図９に示されるように矩形であってもよく、その他の形状であってもよい。
凸部１７および凹部２７のそれぞれの個数は、図７〜図９に示される２個に限定されるものではなく、それ以上の個数であってもよく、凸部１７と凹部２７とが嵌合した状態で振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとの接合面上での相対的位置関係が確実に規定されるものであればよい。そして、凸部１７および凹部２７のそれぞれの平面形状が、円形以外の形状、例えば図７〜図９に示される矩形である場合には、凸部１７および凹部２７のそれぞれの個数が１個であっても、凸部１７と凹部２７とが嵌合した状態で振動体部１Ｃと検出電極部２Ｃとの接合面上での相対的位置関係が規定されるので、適用可能である。
【実施例４】
【００３４】
本発明の実施例４は、振動体部と検出電極部との接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策であって、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部として、検出電極部の側面に振動体部側に向けて突出した形状を有するガイドピン構造部を設けるとともに、振動体部における検出電極部との対向面に前記検出電極部側のガイドピン構造部と嵌合する振動体部側の凹部を形成しておき、振動体部と検出電極部とを接合する前に、振動体部側の凹部と検出電極部側のガイドピン構造部とが嵌合するようにして位置合わせするものである。これにより、実施例４では、接合工程における位置合わせ（アライメント）の際に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えることができる。
図１０により、本発明の実施例４によるＭＥＭＳ構造体及びその製造方法の構成を示す。図１０は、本発明の実施例４によるＭＥＭＳ構造体の製造方法の概略工程図であり、図１０（ａ）には接合される前の状態にある振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとが示されているとともに、図１０（ｂ）〜（ｃ）には振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとが接合されてなるＭＥＭＳ構造体１００Ｄの構造が示されている。図１０において、図１１に示す従来の構成例、あるいは、図４〜６で説明した実施例２と機能の同じ要素は、同一の符号を付して示し、異なっている部分のみを説明する。
【００３５】
（イ）実施例４における振動体部の構成：
図１０（ａ）には、振動体部１Ｄの側方断面図が示されている。
実施例４における振動体部１Ｄ（図１０）は、実施例２における振動体部１Ｂ（図５）と同様に、凹部１８を形成する構成であって、凹部１８の形成位置は振動体部１Ｂの凹部１６と異なるが、それ以外の点では、振動体部１Ｂ（図５）と同様である。そして、凹部１８の形成位置は、後述の検出電極部２Ｄにおけるガイドピン構造部２８に対応する位置とする。
（ロ）実施例４における検出電極部の構成：
図１０（ａ）には、検出電極部２Ｄの側方断面図が示されている。
実施例４における検出電極部２Ｄ（図１０）は、実施例２における検出電極部２Ｂ（図６）における凸部２６の代わりに、検出電極部２Ｄの側面に振動体部１Ｄ側に向けて突出した形状を有するガイドピン構造部２８を設けた構成であるが、それ以外の点では、検出電極部２Ｂ（図６）と同様である。
【００３６】
（ハ）実施例４における振動体部と検出電極部との接合
図１０（ａ）は、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを接合する前の状態を示す側方断面図であり、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）は、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを接合した後の状態を示す側方断面図（図１０（ｃ）のＡ−Ａ断面図）および平面図である。図１０に示されるように、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを、例えば陽極接合などにより接合して、図１０（ｂ）〜（ｃ）に示されるＭＥＭＳ構造体１００Ｄを構成する。
そして、実施例４では、振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとの接合工程において両者を位置合わせ（アライメント）する際の位置誤差への対策として、ボンダーにて振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとを陽極接合などにより接合する前に、図１０に示されるように、振動体部１Ｄ側の凹部１８と検出電極部２Ｄ側のガイドピン構造部２８とが嵌合するようにして位置合わせすることにより、接合工程における位置あわせ（アライメント）の際に生じる振動体１２ｂと検出電極２２ａとの位置ずれを抑えることができる。
【００３７】
（ニ）実施例４における位置合わせ用のピンガイド構造部：
実施例４における位置合わせ用のピンガイド構造部２８の平面形状は、図１０に示されるように矩形であってもよく、その他の形状であってもよい。
ピンガイド構造部２８を設ける個数および配置位置の構成は、図１０に示されるような、４個配置の構成、すなわち、方形の検出電極部２Ｄの各側面にそれぞれ１個ずつピンガイド構造部２８を設ける構成に限定されるものではなく、振動体部１Ｄ側の凹部１８と検出電極部２Ｄ側のガイドピン構造部２８とが嵌合した状態で振動体部１Ｄと検出電極部２Ｄとの接合面上での相対的位置関係が確実に規定されるものであればよい。
［ＭＥＭＳ構造体の適用例］
本発明によるＭＥＭＳ構造体は、振動体（可動電極）と検出電極とが間隔を空けて対向する構造であって、振動体（可動電極）と検出電極との間の静電容量Ｃ１の変化を検出するセンサ素子として機能するものであり、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、加速度、角速度などの力学量を測定することができる。
【００３８】
（イ）加速度センサへの適用
例えば図１（ｂ）〜（ｃ）に示される構成のＭＥＭＳ構造体１００Ａをセンサ素子として用いるとともに、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの間の静電容量Ｃ１を検出する容量検出回路を後段の電子回路として設けることにより、ＭＥＭＳデバイスである加速度センサを構成することができる。
この加速度センサでは、垂直方向（図１（ｂ）の紙面における上下方向）の加速度を受けて、振動体１２ｂ（可動電極）が垂直方向（図１（ｂ）の紙面における上下方向）に変位し、この変位に伴う振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの電極間距離の変化による静電容量Ｃ１の変化を容量検出回路で検出して、この静電容量変化に基づいて検出される振動体１２ｂの変位を通じて、垂直方向の加速度を測定するようにすることができる。
【００３９】
また、この加速度センサでは、水平方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）の加速度を受けて、振動体１２ｂ（可動電極）が水平方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）に変位し、この変位に伴う振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの電極対向面積の変化による静電容量Ｃ１の変化を容量検出回路で検出して、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、水平方向の加速度を測定するようにすることもできる。
ただし、後者の水平方向の加速度測定において加速度の方向も検出する場合には、検出電極部２Ａに１対の検出電極を設け、振動体１２ｂ（可動電極）の変位方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）に沿って振動体１２ｂ（可動電極）の基準位置の両側に振り分けるようにして前記１対の検出電極を配置し、各検出電極と振動体１２ｂ（可動電極）との間の静電容量の変化をそれぞれ検出する構成とする。
【００４０】
（ロ）角速度センサへの適用
また、例えば図１（ｂ）〜（ｃ）に示される構成のＭＥＭＳ構造体１００Ａをセンサ素子として用い、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの間の静電容量Ｃ１を検出する容量検出回路を後段の電子回路として設けるとともに、振動体１２ｂあるいは梁１２ａの側面と間隔を空けて対向する電極面を備えた、図示されない一対の駆動電極を振動体１２ｂあるいは梁１２ａの両側（図１（ｃ）の紙面における上側及び下側）に配置することにより、ＭＥＭＳデバイスである角速度センサを構成することができる。
この角速度センサでは、上記駆動電極に交流電圧の駆動信号を印加すると、振動体１２ｂ（可動電極）が固定周波数で水平方向（図１（ｃ）の紙面における上下方向）に強制振動する。このとき、振動体１２ｂ（可動電極）および梁１２ａを軸とした角速度が加わると、振動体１２ｂ（可動電極）が強制振動方向に対して直行する方向（図１（ｃ）の紙面における奥行き方向、すなわち、図１（ｂ）の紙面における上下方向）に角速度に比例したコリオリ振動を始め、振動体１２ｂ（可動電極）と検出電極２２ａとの電極間距離の変化により静電容量Ｃ１が変化する。静電容量Ｃ１の変化を容量検出回路で検出して、この静電容量変化に基づいて検出される振動体の変位を通じて、角速度を測定するようにすることができる。
【００４１】
（ハ）そして、本発明のＭＥＭＳ構造体は、上述のように、振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを小さく抑えることができ、これにより、静電容量変化に基づく振動体の変位の検出精度をより高くすることができるので、このような本発明のＭＥＭＳ構造体を例えば加速度センサ、角速度センサなどの力学量センサのセンサ素子として用いることにより、力学量センサの測定精度をより向上させることができるようになる。
【符号の説明】
【００４２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ・・・振動体部
１１・・・支持構造部、１２・・・可動部、１２ａ・・・梁、１２ｂ・・・振動体、１３・・・空隙、１４・・・凹部、１５・・・凹部、１６、１８・・・凹部、１７・・・凸部
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・検出電極部
２１・・・基板、２２ａ・・・検出電極、２２ｂ・・・検出電極用配線、２２ｃ・・・検出電極用接続パッド、２３ａ・・・可動電極用接続パッド、２６・・・凸部、２７・・・凹部、２８・・・ガイドピン構造部
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ・・・ＭＥＭＳ構造体
Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ・・・位置ずれ量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、
基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、
振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体において、
振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けた
ことを特徴とするＭＥＭＳ構造体。
【請求項２】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成した
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
【請求項３】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成した
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
【請求項４】
支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、
基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、
振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体の製造方法において、
振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けておき、
振動体部と検出電極部との接合時に、前記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせする
ことを特徴とするＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項５】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成しておき、
振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部と、振動体部側の凹部とが嵌合するようにして位置合わせする
ことを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項６】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成しておき、
振動体部と検出電極部との接合時に、振動体部側の凸部（または凹部）と、検出電極部側の凹部（または凸部）とが嵌合するようにして位置合わせする
ことを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項１】
支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、
基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、
振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体において、
振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けた
ことを特徴とするＭＥＭＳ構造体。
【請求項２】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成した
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
【請求項３】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成した
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
【請求項４】
支持構造部と前記支持構造部に対して変位可能に支持された振動体とからなる振動体部と、
基板と前記基板上に形成された検出電極とからなる検出電極部とを備えるとともに、
振動体と検出電極とが間隔を空けて対向するようにして前記振動体部と前記検出電極部とが接合され、振動体と検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されたＭＥＭＳ構造体の製造方法において、
振動体部と検出電極部との接合時に生じる振動体と検出電極との位置ずれを抑えるための嵌合部を設けておき、
振動体部と検出電極部との接合時に、前記嵌合部が嵌合するようにして位置合わせする
ことを特徴とするＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項５】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に、検出電極部の外周形状に嵌合する内周形状を持つ振動体部側の凹部を形成しておき、
振動体部と検出電極部との接合時に、検出電極部と、振動体部側の凹部とが嵌合するようにして位置合わせする
ことを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項６】
前記嵌合部として、振動体部における検出電極部との対向面に振動体部側の凸部（または凹部）を形成するとともに、検出電極部における振動体部との対向面に前記振動体部側の凸部（または凹部）と嵌合する検出電極部側の凹部（または凸部）を形成しておき、
振動体部と検出電極部との接合時に、振動体部側の凸部（または凹部）と、検出電極部側の凹部（または凸部）とが嵌合するようにして位置合わせする
ことを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２３６９５７（Ｐ２０１０−２３６９５７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８３９０５（Ｐ２００９−８３９０５）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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