JP2008268086A - 力学量検出装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変位部がベース層に貼り付くことが防止されているとともに、検出感度が高い力学量検出装置を製造する方法を提供する。
【解決手段】力学量検出装置を製造する方法であって、積層基板の格子状に配列されている複数個の微小領域内の活性層を犠牲層に達するまでエッチングする活性層エッチング工程と、活性層を除去した部分から犠牲層を等方性エッチングする犠牲層エッチング工程を有しており、活性層エッチング工程では、４つの微小領域で囲まれる囲み部分の中心から微小領域までの最短距離が、一部の囲み部分において長く、他の囲み部分において短いという関係を満足しており、犠牲層エッチング工程では、拡大囲み部分の裏面ではベース層から突出するとともに活性層に達しない突出部が残存するとともに、拡大囲み部分以外の変位部と梁の裏面では犠牲層が除去されるエッチング時間で犠牲層をエッチングする。
【選択図】図４

Description

本発明は、力学量検出装置に関する。

犠牲層を介してベース層に固定されている基部と、基部から伸びているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している梁と、梁の先端部に接続されているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している変位部を備えている力学量検出装置が知られている。この力学量検出装置に加速度、角速度、角加速度、外力、圧力等の力学量が作用すると、変位部がベース層に対して変位する。力学量検出装置は、変位部の変位量を検出する機能を備えており、検出された変位量によって力学量検出装置に作用した力学量を検出することができる。

このような力学量検出装置は、ベース層と犠牲層と活性層がその順序で積層されている積層基板を用いて製造される。
まず、積層基板の、前記梁となる範囲の両サイドに位置する活性層と、前記変位部となる範囲の外周領域のうちの梁との接続部分を除いた領域の活性層を、犠牲層に達するまでエッチングする。これによって、活性層に梁と変位部の外形を形成する。それと同時に、変位部となる範囲内において格子状に配列されている多数の微小領域内の活性層を、犠牲層に達するまでエッチングする。これによって、変位部となる範囲内の活性層に、多数の細孔を形成する（活性層エッチング工程）。
次に、前記活性層エッチング工程で活性層を除去した部分から犠牲層を等方性エッチングする。これによって、活性層を除去した部分の犠牲層を除去する。また、等方性エッチングであるので、活性層を除去した部分から前記変位部と前記梁の裏面の犠牲層へもエッチングが進行する。これによって、前記変位部と前記梁の裏面の犠牲層を除去する（犠牲層エッチング工程）。活性層エッチング工程で、変位部となる範囲内の活性層に多数の細孔を形成することで、変位部の裏面の犠牲層を除去する時間を短縮化することができる。

力学量検出装置の製造時または使用時等に、変位部がベース層側に撓んで、変位部とベース層が接触することがある。変位部がベース層に接触すると、変位部がベース層に貼り付いて、変位部がベース層に対して変位できなくなってしまう。
この問題を解決するために、特許文献１に、変位部がベース層に貼り付くことを防止する技術が開示されている。この技術では、犠牲層エッチング工程において、変位部のうち幅が広い部分（中心から細孔までの最短距離が長い部分）の裏面に犠牲層を残存させる。このとき、エッチング時間を調整することによって、残存する犠牲層をベース層から突出するとともに変位部に達しない突出形状に成形する。このようにして犠牲層の一部を残存させると、変位部がベース層側に撓んだときに、突出形状の犠牲層（以下では、突出部という）によって変位部がベース層に貼り付くことが防止される。

変位部となる範囲内の活性層に多数の細孔を形成する場合、通常、４つの細孔で囲まれる囲み部分での活性層の幅が最も広くなる。すなわち、囲み部分の活性層の中心から細孔までの最短距離が長くなる。したがって、上述した突出部を、囲み部分と対向するベース層上に形成することができる。

特表平１０−５１２６７５号公報

上述したように、変位部となる範囲内の活性層に多数の細孔を形成する場合、囲み部分と対向するベース層上に突出部を形成することができる。変位部となる範囲内の活性層には多数の囲み部分が存在するので、ベース層上に多数の突出部が形成される。しかしながら、このように多数の突出部が変位部とベース層の間に存在すると、変位部とベース層の間の空間において空気の流れが遮られてしまう。すると、変位部とベース層の間の空気によるダンピング効果が大きくなり、変位部がベース層に対して変位し難くなる。したがって、力学量検出装置の検出感度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、変位部がベース層に貼り付くことが防止されているとともに、検出感度が高い力学量検出装置を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の力学量検出装置の製造方法では、ベース層と犠牲層と活性層がその順序で積層されている積層基板から、力学量検出装置を製造する。本発明の製造方法で製造する力学量検出装置は、犠牲層を介してベース層に固定されている基部と、基部から伸びているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している梁と、梁の先端部に接続されているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している変位部を備えている。
本発明の製造方法は、前記積層基板のうち、梁となる範囲の両サイドに位置する活性層と、変位部となる範囲の外周領域のうちの梁との接続部分を除いた領域の活性層と、変位部となる範囲内において格子状に配列されている複数個の微小領域内の活性層を、犠牲層に達するまでエッチングする活性層エッチング工程を備えている。さらに、活性層エッチング工程で活性層を除去した部分から、犠牲層を等方性エッチングする犠牲層エッチング工程を備えている。活性層エッチング工程によって４つの微小領域で囲まれる囲み部分が変位部内に複数個形成されるところ、下記の関係が実現する条件に設定されている。
・囲み部分の中心から微小領域までの最短距離が、一部の囲み部分において長く、他の囲み部分において短い；
・囲み部分以外において隣接する微小領域を分離している距離と、変位部の外周とその内側に位置する微小領域を分離している距離と、梁の幅のいずれよりも、前記の最短距離が長い拡大囲み部分での前記最短距離の２倍長の方が長い；
犠牲層エッチング工程で、拡大囲み部分の裏面ではベース層から突出するとともに活性層に達しない突出部が残存するとともに、拡大囲み部分以外の変位部と梁の裏面では犠牲層が除去されている状態が得られる。本発明では、この状態が得られるエッチング時間で犠牲層をエッチングする。
なお、「囲み部分の中心」とは、囲み部分内の位置のうち、その位置から囲み部分を囲む４つの微小領域のそれぞれまでの距離（４つの距離）のばらつきが最も小さくなる点をいう。また「最短距離」とは、前記４つの距離のうち、最も短い距離をいう。

この製造方法では、活性層エッチング工程において、上記の関係を満足させるように活性層をエッチングする。すなわち、変位部と梁となる活性層のうち、拡大囲み部分の中心が活性層を除去する領域から最も遠い位置に存在することとなる。したがって、犠牲層エッチング工程においては、前記拡大囲み部分の中心の裏面の犠牲層が最もエッチングされ難い位置関係となる。したがって、犠牲層エッチング工程のエッチング時間を調整することで、前記拡大囲み部分の裏面にのみ突出部を残存させることができる。従って、ベース層上に必要以上に多数の突出部が形成されない。この結果、製造される力学量検出装置の変位部とベース層の間の空間において空気の流れが遮られることが抑制され、変位部がベース層に対して変位し易くなる。また、突出部を必要な位置に選んで形成することができるので、変位部がベース層に貼り付くことを防止することができる。すなわち、この製造方法によれば、変位部がベース層に貼り付くことが防止されているとともに、検出感度が高い力学量検出装置を製造することができる。

上述した製造方法においては、前記拡大囲み部分以外の囲み部分の前記最短距離をＷＡとし、前記拡大囲み部分の前記最短距離をＷＢとし、前記犠牲層の厚みをＴとしたときに、

であり、かつ、前記囲み部分以外において隣接する微小領域を分離している距離と、前記変位部の外周とその内側に位置する微小領域を分離している距離と、前記梁の幅のいずれよりも、前記最短距離ＷＡの２倍長の方が長いという関係を満足していることが好ましい。
このような構成によれば、犠牲層エッチング工程において、前記拡大囲み部分以外の囲み部分の裏面の犠牲層を完全に除去したとき（すなわち、変位部及び梁の裏面の犠牲層のうち、前記拡大囲み部分の裏面以外の犠牲層を完全に除去したとき）に、前記拡大囲み部分の裏面の犠牲層が活性層から離れていない状態（すなわち、犠牲層が拡大囲み部分とベース層を接続している状態）となる。少なくともその状態が得られるまで犠牲層エッチング工程を継続すれば、その後は犠牲層のエッチング工程の終了タイミングを自由に設定することができる。突出部の高さを自由に変更することができる。

上述した製造方法では、拡大囲み部分以外の囲み部分を囲む微小領域を矩形形状とし、拡大囲み部分を囲む微小領域を前記矩形形状から拡大囲み部分側の頂点が後退した形状とすることが好ましい。
このような構成によれば、突出部以外の犠牲層を除去するのに要する時間を短縮化することができる。

上述した製造方法においては、前記最短距離が長い拡大囲み部分を、前記変位部内において略均等に分散させることが好ましい。
このような構成によれば、変位部がベース層に貼り付くことをより好適に防止することができる。

本発明は、新たな力学量検出装置をも提供する。この力学量検出装置は、ベース層と犠牲層と活性層がその順序で積層されている積層基板から形成されており、犠牲層を介してベース層に固定されている基部と、基部から伸びているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している梁と、梁の先端部に接続されているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している変位部を備えている。その変位部内には、格子状に配列された複数の細孔と、４つの細孔で囲まれている囲み部分の複数個が形成されている。一部の囲み部分では、囲み部分の中心から細孔までの最短距離が、他の囲み部分における最短距離よりも長く形成されている。囲み部分以外において隣接する細孔を分離している距離と、変位部の外周とその内側に位置する細孔を分離している距離と、前記梁の幅のいずれよりも、前記最短距離が長い拡大囲み部分での最短距離の２倍長の方が長い。前記拡大囲み部分と対向するベース層上には、ベース層から突出するとともに活性層に達しない突出部が形成されている。
この力学量検出装置では、突出部によって変位部がベース層に貼り付くことが防止される。また、拡大囲み部分と対向するベース層上にのみ突出部が形成されているので、変位部とベース層の間の空間において空気の流れが遮られることが抑制される。

下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（特徴１）活性層エッチング工程では、変位部となる範囲内において、第１方向及び第１方向と直交する第２方向に沿って略等間隔にマトリクス状に配列されている複数個の微小領域内の活性層を、犠牲層に達するまでエッチングする。
（特徴２）拡大囲み部分以外の囲み部分を囲む微小領域は、第１方向と第２方向に伸びる辺を有する正方形形状であり、拡大囲み部分を囲む微小領域は、前記正方形形状から拡大囲み部分側の頂点が後退した形状である。

本発明を角速度検出装置の製造方法に適用した実施例を図面を参照しながら説明する。最初に、本実施例の製造方法で製造する角速度検出装置について説明する。図１は角速度検出装置１０の上面図を示している。なお、以下の説明において、図１の左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向という。

図１に示すように、角速度検出装置１０は、略長方形のベース層１２を備えている。ベース層１２上には、詳しくは後記する固定構造体と振動構造体が形成されている。
図２（ａ）は、固定構造体２００の部分断面図を示しており、図２（ｂ）は振動構造体２２０の部分断面図を示している。図示するように、固定構造体２００は、犠牲層１４を介してベース層１２に固定されている活性層１６によって構成されている。図１においては、固定構造体２００を斜線模様で示している。図２（ｂ）に示すように、振動構造体２２０は、ベース層１２上に浮いた状態で支持されている活性層１６によって構成されている。すなわち、活性層１６とベース層１２の間に犠牲層１４が無く、空間が形成されている。図１においては、振動構造体２２０を点模様で示している。振動構造体２２０を構成している活性層１６は、その一端が固定構造体２００を構成する活性層１６に接続されているために、ベース層１２上に浮いた状態で支持されている。

ベース層１２と活性層１６は、シリコンによって構成されている。犠牲層１４は酸化シリコンによって構成されている。したがって、活性層１６はベース層１２から絶縁されている。活性層１６のシリコン結晶中には不純物が拡散されており、その抵抗は低い。

図１に示すように、振動構造体２２０は、振動子２０、メインフレーム２２ａ、２２ｂ及びサブフレーム２４ａ、２４ｂを備えている。
振動子２０のＹ方向の一端は、梁２６ａ、２６ｂによってメインフレーム２２ａに接続されている。メインフレーム２２ａは、梁２８ａ〜２８ｄによってサブフレーム２４ａに接続されている。サブフレーム２４ａは、梁３０ａ〜３０ｄによって、ベース層１２に固定されているアンカー５０ａ〜５０ｄに接続されている。
振動子２０のＹ方向の他端は、梁２６ｃ、２６ｄによってメインフレーム２２ｂに接続されている。メインフレーム２２ｂは、梁２８ｅ〜２８ｈによってサブフレーム２４ｂに接続されている。サブフレーム２４ｂは、梁３０ｅ〜３０ｈによって、ベース層１２に固定されているアンカー５０ｅ〜５０ｈに接続されている。

アンカー５０ａ〜５０ｈは、犠牲層１４を介してベース層１２上に固定されている固定構造体２００である。上述した振動構造体２２０の梁３０ａ〜３０ｈが、アンカー５０ａ〜５０ｈに接続されている。これによって、振動構造体２２０は、ベース層１２上に浮いた状態で支持されている。図示するように、梁３０ａ〜３０ｈは、Ｙ方向に長く伸びるとともにＸ方向の幅が細く形成されており、Ｘ方向に撓むことができる。また、梁２８ａ〜２８ｈも、Ｙ方向に長く伸びるとともにＸ方向の幅が細く形成されており、Ｘ方向に撓むことができる。したがって、振動子２０とメインフレーム２２ａ、２２ｂは、ベース層１２に対してＸ方向に変位することができる。
アンカー５０ｅは、配線部５８によって電極６０に接続されている。

梁２６ａ〜２６ｄは、Ｘ方向に長く伸びるとともにＹ方向の幅が細く形成されており、Ｙ方向に撓むことができる。したがって、振動子２０は、メインフレーム２２ａ、２２ｂに対してＹ方向に変位することができる。

振動子２０は、胴体部２０ａと、胴体部２０ａから延出されているアーム２０ｂ〜２０ｅを備えている。アーム２０ｂの先端及び基端の近傍には、Ｘ方向に伸びる４つの板状部３２ａが形成されている。各板状部３２ａと対向する位置には、ベース層１２に固定されている板状部５２ａがそれぞれ形成されている。すなわち、４つの板状部３２ａと４つの板状部５２ａによってコンデンサ８０ａが形成されている。板状部５２ａは、配線部５４ａによって電極５６ａに接続されている。
同様にして、アーム２０ｃの近傍には、４つの板状部３２ｂと４つの板状部５２ｂによってコンデンサ８０ｂが形成されている。板状部５２ｂは、配線部５４ｂによって電極５６ｂに接続されている。
同様にして、アーム２０ｄの近傍には、４つの板状部３２ｃと４つの板状部５２ｃによってコンデンサ８０ｃが形成されている。板状部５２ｃは、配線部５４ｃによって電極５６ｃに接続されている。
同様にして、アーム２０ｅの近傍には、４つの板状部３２ｄと４つの板状部５２ｄによってコンデンサ８０ｄが形成されている。板状部５２ｄは、配線部５４ｄによって電極５６ｄに接続されている。

メインフレーム２２ａのＸ方向の一端には、Ｘ方向に伸びる複数個の板状部３４ａが形成されている。各板状部３４ａと対向する位置には、ベース層１２に固定されている板状部６２ａが形成されている。これによって、コンデンサ８２ａが形成されている。板状部６２ａは、配線部６４ａによって電極６６ａに接続されている。
同様にして、メインフレーム２２ａのＸ方向の他端には、複数の板状部３４ｂと複数の板状部６２ｂによってコンデンサ８２ｂが形成されている。板状部６２ｂは、配線部６４ｂによって電極６６ｂに接続されている。
同様にして、メインフレーム２２ｂのＸ方向の一端には、複数の板状部３４ｃと複数の板状部６２ｃによってコンデンサ８２ｃが形成されている。板状部６２ｃは、配線部６４ｃによって電極６６ｃに接続されている。
同様にして、メインフレーム２２ｂのＸ方向の他端には、複数の板状部３４ｄと複数の板状部６２ｄによってコンデンサ８２ｄが形成されている。板状部６２ｄは、配線部６４ｄによって電極６６ｄに接続されている。

図１には示していないが、振動構造体２２０のうち、幅細部（梁２６ａ〜２６ｄ、梁２８ａ〜２８ｈ、梁３０ａ〜３０ｈ、板状部３２ａ〜３２ｄ、板状部３４ａ〜３４ｄ）を除く部分は、格子形状に形成されている。図３は、振動構造体２２０の一部の拡大図を示している。図示するように、振動構造体２２０には、振動構造体２２０の上面と下面を連通する連通孔１００が多数、形成されている。連通孔１００は、Ｘ方向及びＹ方向に略等間隔を隔ててマトリクス状に形成されている。連通孔１００は、略正方形の断面形状を有している。したがって、振動構造体２２０は、Ｘ方向に伸びる複数の第１梁１０２と、Ｙ方向に伸びる複数の第２梁１０４とが交差した格子形状となっている。但し、第１梁１０２と第２梁１０４の交点（すなわち、４つの連通孔１００に囲まれた囲み部分）のうち一部の交点１０８の周囲の連通孔１００は、正方形から交点１０８側の頂点が退避した形状となっている。これによって、交点１０８の幅（対角方向の幅）Ｗｂが広くなっている。以下では、対角方向の幅が広い交点を幅広部１０８といい、対角方向の幅が狭い交点を交点１０６という。振動構造体２２０には、複数の幅広部１０８が略均等に分散して形成されている。第１梁１０２と第２梁１０４の幅Ｗｃは、約４．０μｍとなっている。したがって、交点１０６の幅（対角方向の幅）Ｗａ（≒√２×ＷＣ）は、約５．７μｍとなっている。また、幅広部１０８の幅（対角方向の幅）Ｗｂは、約７．０μｍとなっている。
図３の点１０６ａは、交点１０６の中心を示している。交点１０６の中心１０６ａから連通孔１００までの距離（最短距離）ＷＡは、幅Ｗａの半分である。図３の点１０８ａは、幅広部１０８の中心を示している。幅広部１０８の中心１０８ａから連通孔１００までの距離（最短距離）ＷＢは、幅Ｗｂの半分である。距離ＷＡと距離ＷＢは、以下の関係を満たしている。

なお、上式の符号Ｔは、犠牲層１４の厚さを意味している。本実施例では、犠牲層１４の厚さＴは約２．０μｍである。
また、図示するように、振動構造体２２０の外周端面２２１と外周端面２２１に最も近い連通孔１００との間の幅は、第１梁１０２及び第２梁１０４と同じ幅Ｗｃとなっている。

上述した幅細部（梁２６ａ〜２６ｄ、梁２８ａ〜２８ｈ、梁３０ａ〜３０ｈ、板状部３２ａ〜３２ｄ、板状部３４ａ〜３４ｄ）の幅は、第１梁１０２及び第２梁１０４の幅Ｗｃ以下となっている。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における角速度検出装置１０の断面図を示している。図４に示すように、振動構造体２２０は、ベース層１２から浮いた状態で支持されている。図示するように、幅広部１０８の下部には、犠牲層１４によって構成されているスパイク１２０（突出部の一例）が形成されている。スパイク１２０は、ベース層１２から突出しており、基端から先端に向かうにつれて細くなる先細り形状を備えている。スパイク１２０の先端は、幅広部１０８に対して非接触となっている。一方、交点１０６の下部には、犠牲層１４が存在していない。図示していないが、幅広部１０８の下部のスパイク１２０を除いて、振動構造体２２０の下部には犠牲層１４は存在していない。幅広部１０８の下部にスパイク１２０が形成されていることによって、振動構造体２２０がベース層１２側に撓んだときに、振動構造体２２０がベース層１２に貼り付くことが防止されている。

次に、角速度検出装置１０の動作について説明する。角速度検出装置１０を使用するときには、電極６６ａ−６６ｃ間に所定周波数の交流電圧Ｖ１を印加する。それと共に、電極６６ｂ−６６ｄ間に、交流電圧Ｖ１と同じ周波数の交流電圧Ｖ２を印加する。これによって、コンデンサ８２ａ〜８２ｄで電荷の充放電が繰り返される。すると、振動構造体２２０は、コンデンサ８２ａ〜８２ｄで充放電される電荷の静電気力によって、Ｘ方向に振動する力を受ける。上述したように、振動構造体２２０は、ベース層１２に対してＸ方向に変位可能に支持されている。したがって、振動構造体２２０は、電荷の静電気力によってＸ方向に振動する。

振動構造体２２０がＸ方向に振動している状態において、角速度検出装置１０が所定の角速度（図１の紙面に対して垂直な軸回りの角速度）で移動されると、振動子２０にＹ方向にコリオリ力が作用する。コリオリ力の大きさと方向は、振動構造体２２０のＸ方向の振動に応じて変動する。また、上述したように、振動子２０は、メインフレーム２２ａ、２２ｂに対してＹ方向に変位可能に支持されている。したがって、振動子２０は、コリオリ力の変動によってＹ方向に振動する。振動子２０のＹ方向の変位量は、角速度と、振動構造体２２０のＸ方向の振動に応じた量となる。振動子２０がＹ方向に振動すると、コンデンサ８０ａ〜８０ｄの容量が変化する。したがって、電極６０−５６ａ間、電極６０−５６ｂ間、電極６０−５６ｃ間、電極６０−５６ｄ間でコンデンサ８０ａ〜８０ｄの容量を検出することで、振動子２０のＹ方向の変位量を検出することができる。すなわち、コンデンサ８０ａ〜８０ｄの容量を検出することで、角速度検出装置１０が移動されている角速度を検出することができる。

次に、角速度検出装置１０の製造方法について説明する。角速度検出装置１０は、図５に示す断面構造を有する積層基板３００から製造される。積層基板３００は、ベース層１２と、ベース層１２上に積層されている犠牲層１４と、犠牲層１４上に積層されている活性層１６を備えている。

最初に、活性層１６を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチングする（活性層エッチング工程）。活性層エッチング工程は、活性層１６（すなわち、シリコン）がエッチングされ、犠牲層１４（すなわち、酸化シリコン）がエッチングされない方法により行う。活性層エッチング工程は、活性層１６上にエッチングマスクを形成する等して、エッチング領域を選択して行う。活性層エッチング工程では、活性層１６のうち、固定構造体２００及び振動構造体２２０となる領域を除く領域（図１においてハッチングされていない領域）をエッチングする。また、振動構造体２２０となる領域のうち、図３の連通孔１００に相当する微小領域をエッチングする。これらのエッチング領域を、犠牲層１４に到達するまでエッチングする。ＲＩＥによれば、活性層１６に対して略垂直にエッチングが進行する。これによって、振動構造体２２０となる領域に連通孔１００が形成され、振動構造体２２０となる領域が図３に示す格子形状に成形される。すなわち、積層基板３００の図４の断面に対応する箇所は、図６に示すように形成される。また、固定構造体２００及び振動構造体２２０となる領域を除く領域の活性層１６が除去される。

活性層エッチング工程が終了したら、犠牲層１４をウェットエッチング（等方性エッチング）する（犠牲層エッチング工程）。犠牲層エッチング工程は、犠牲層１４（すなわち、酸化シリコン）がエッチングされ、活性層１６及びベース層１２（すなわち、シリコン）がエッチングされない方法により行う。犠牲層エッチング工程では、積層基板３００の上面にエッチング液を塗布して犠牲層１４をエッチングする。活性層エッチング工程で活性層１６を除去した領域では、犠牲層１４が上面に露出しているので、その領域の犠牲層１４はエッチング液と接触する。したがって、その領域から犠牲層１４のエッチングが進行する。活性層１６を除去した領域では、エッチングが犠牲層１４の厚み方向に進行する。また、活性層１６を除去していない領域では、活性層１６を除去した領域から活性層１６の下側に回りこむようにエッチングが進行する。図７は、所定時間、犠牲層エッチング工程を実施したときの図６に対応する断面を示している。図７においては、連通孔１００内の犠牲層１４は完全に除去されている。また、交点１０６及び幅広部１０８の下部では、連通孔１００に近い側の犠牲層１４が除去されているが、交点１０６と幅広部１０８の中央の下部では犠牲層１４が残っている。上述したように、エッチングは等方的に進行するので、交点１０６と幅広部１０８の下部では、活性層１６の端部下端１６ａから距離が等しい位置までの犠牲層１４が除去されている。したがって、交点１０６と幅広部１０８の下部に残っている犠牲層１４は、ベース層１２側で太く、活性層１６側ほど細くなっている。

図７の状態からさらにエッチングを継続すると、図８に示す状態となる。図８は、犠牲層エッチング工程を開始してから時間ｔａを経過したときの状態を示している。時間ｔａは、

と略等しい時間である。なお、上式の記号ｅは、犠牲層エッチング工程のエッチングの進行速度を示している。
また、図８の直線４００は、交点１０６の中央の真下のベース層１２の表面と、交点１０６の端部下端１６ａとを接続した直線である。したがって、直線４００の長さＷＬは、

となっている。上記のエッチング時間ｔａは、エッチングが距離ＷＬだけ進行する時間である。したがって、交点１０６の下部では犠牲層１４が完全に除去されている。
一方、幅広部１０８の距離ＷＢは上記の（数１）の関係、すなわち、ＷＢ＞ＷＬの関係を満たしている。したがって、幅広部１０８の下部では、犠牲層１４が活性層１６とベース層１２の両方に接触した状態で残っている。

図８の状態からさらにエッチングを継続すると、図４に示す状態となる。すなわち、幅広部１０８の下部の犠牲層１４が、幅広部１０８と非接触となり、ベース層１２から突出した状態で残存する。すなわち、幅広部１０８の下部にスパイク１２０が形成される。犠牲層エッチング工程は、犠牲層１４が図４に示す状態となるようにエッチング時間を調整して行う。
犠牲層１４が図４の状態となるまでエッチングをすると、スパイク１２０以外の犠牲層１４が完全に除去される。したがって、振動構造体２２０がベース層１２に対して変位可能となる。
また、固定構造体２００及び振動構造体２２０以外の領域（図１においてハッチングされていない領域）の犠牲層１４も完全に除去される。
また、固定構造体２００においては、その外周端部においては犠牲層１４が若干除去される。しかしながら、固定構造体２００の幅は十分に広いため、大部分の犠牲層１４は除去されない。すなわち、固定構造体２００は犠牲層１４によってベース層１２に固定された状態が維持される。
以上のようにして、ベース層１２上に、固定構造体２００と振動構造体２２０が形成される。

犠牲層エッチング工程を終了したら、従来公知の技術によって、電極５６ａ〜５６ｄ、電極６０、電極６６ａ〜６６ｄを形成する。これによって、角速度検出装置１０が完成する。

以上に説明したように、本実施例の角速度検出装置１０の製造方法では、振動構造体２２０となる活性層１６に連通孔１００を形成し、その後、犠牲層１４を等方性エッチングする。したがって、振動構造体２２０となる活性層１６の下部の犠牲層１４を迅速に除去することができる。

また、上述の製造方法では、振動構造体２２０となる活性層１６の交点（４つの連通孔１００によって囲まれている囲み部分）のうち、一部の交点に幅広部（拡大囲み部分）１０８を形成する。したがって、犠牲層エッチング工程で、幅広部１０８の下部にのみスパイク１２０を形成することができる。したがって、ベース層１２と振動構造体２２０の間に必要以上に多くのスパイク１２０が形成されることがない。これによって、ベース層１２と振動構造体２２０の間の空間における空気の流れが遮られることが抑制される。すなわち、ベース層１２と振動構造体２２０の間の空間の空気によるダンピング効果が抑制され、振動構造体２２０が振動し易くなる。したがって、この製造方法によれば、より感度の高い角速度検出装置１０を製造することができる。また、この製造方法では、幅広部１０８を略均等に分散して形成するので、ベース層１２上に略均等に分散してスパイク１２０が形成される。したがって、振動構造体２２０がベース層１２に貼り付くことを好適に防止することができる。
また、このように幅広部を形成することによって、振動構造体２２０の格子形状の強度を向上させることもできる。

また、上述した製造方法では、幅広部１０８の中心から連通孔１００までの最短距離ＷＢが、上記の（数１）の関係を満たす幅となっている。したがって、エッチング時間を調整することによって、スパイク１２０の高さを自由に設定することができる。
例えば、距離ＷＢが交点１０６の距離ＷＡに対してそれほど長くない場合、交点１０６の下部の犠牲層１４を完全に除去したときに、幅広部１０８の下部の犠牲層１４は幅広部１０８から離れてしまう（すなわち、スパイク１２０が既に形成されている状態となる）。この場合、スパイク１２０をそれ以上に高く形成することができない。
しかしながら、上述した製造方法では、幅広部１０８の距離ＷＢが上記の（数１）の関係を満たす幅となっている。したがって、交点１０６の下部の犠牲層１４を完全に除去したときにも、幅広部１０６の下部では犠牲層１４が幅広部１０８と接触している状態となる。したがって、エッチング時間を調整することによって、スパイク１２０の高さを自由に設定することができる。

なお、スパイク１２０の高さ寸法については、それほど高い精度が要求されない場合がある。スパイク１２０がベース層１２から突出さえしていれば、振動構造体２２０のベース層１２への貼り付きを防止することができるからである。この場合、犠牲層１４のエッチング時間を、交点１０６の下部の犠牲層１４が完全に除去される時間より長く、幅広部１０８の下部の犠牲層１４（すなわち、スパイク１２０）が完全に除去される時間より短い時間とすればよい。このような場合にも、幅広部１０８の距離ＷＢが（数１）の関係を満たしていることによる有利な効果がある。
幅広部１０８の距離ＷＢが交点１０６の距離ＷＡに対してそれほど広くない場合、交点１０６の下部の犠牲層１４を完全に除去したときに、既にスパイク１２０の高さが低くなっている。したがって、交点１０６の下部の犠牲層１４を完全に除去してから、スパイク１２０が完全に除去されるまでの時間が短い。したがって、エッチング時間を正確に管理する必要がある。
一方、幅広部１０８の距離ＷＢが（数１）の関係を満たしていると、交点１０６の下部の犠牲層１４を完全に除去したときにも、幅広部１０８の下部では犠牲層１４が幅広部１０８から離れない。したがって、交点１０６の下部の犠牲層１４を完全に除去してから、スパイク１２０が完全に除去されるまでの時間が長い。すなわち、エッチング時間をそれほど正確に管理する必要がなく、角速度検出装置１０を容易に製造することが可能となる。

また、上述した製造方法では、交点１０６を囲む連通孔１００を、Ｘ方向とＹ方向に伸びる辺を有する正方形形状に形成し、幅広部１０８を囲む連通孔１００を、前記正方形形状から幅広部１０８側の頂点が後退した形状に形成する。したがって、交点１０６の距離ＷＡが小さくなり、交点１０６の裏面の犠牲層を除去するのに要するエッチング時間を短くすることができる。

なお、幅広部１０８は、距離ＷＢが、交点１０６の距離ＷＡに比べて長く形成されていれば、何れの形状に形成されていてもよい。例えば、図９、図１０に示す形状に幅広部１０８が形成されていても良い。

また、上述した実施例では、角速度検出装置の製造方法について説明したが、他の力学量を検出する装置においても本発明の製造方法を用いることができる。例えば、加速度検出装置、角加速度検出装置等のベース層から遊離している変位部を有する力学量検出装置の製造に、本発明の製造方法を用いることができる。

なお、本発明の技術を用いない場合（すなわち、幅広部１０８を形成せず、全ての交点の下部にスパイク１２０を形成する場合）には、交点の距離ＷＡと第１梁と第２梁の幅Ｗｃが、

の関係を満たすように交点１０６を形成することが好ましい。このように交点１０６が形成されていると、スパイク１２０の高さを自由に設定することができる。

なお、上述の実施例のサブフレーム２４ａは、梁３０ａ〜３０ｄと梁２８ａ〜２８ｄを接続しており、メインフレーム２２ａは、梁２８ａ〜２８ｄと梁２６ａ、２６ｂを接続している。したがって、梁３０ａ〜３０ｄ、梁２８ａ〜２８ｄ及び梁２６ａ、２６ｄを含む梁群は、アンカー５０ａ〜５０ｄ（基部の一例）から伸びている梁であるということができる。同様に、梁３０ｅ〜３０ｈ、梁２８ｅ〜２８ｈ及び梁２６ｃ、２６ｄを含む梁群は、アンカー５０ｅ〜５０ｈ（基部の一例）から伸びている梁であるということができる。したがって、梁群の先端（梁２６ａ〜２６ｄの先端）に接続されている振動子２０は、基部から伸びている梁の先端に接続されている変位部であるということができる。すなわち、アンカー５０ａ〜５０ｈが請求項１の基部に相当し、梁群（梁３０ａ〜３０ｈ、２８ａ〜２８ｈ、梁２６ａ〜２６ｄ）が請求項１の梁に相当し、振動子２０が請求項１の変位部に相当する。
また、上述の実施例では、活性層エッチング工程において、活性層１６のうち、固定構造体２００及び振動構造体２２０となる領域を除く領域（図１においてハッチングされていない領域）の活性層をエッチングした。このエッチング領域は、梁（すなわち、前記梁群）となる範囲の両サイドに位置する活性層と、変位部（すなわち、振動子２０）となる範囲の外周領域のうちの梁との接続部分を除いた領域の活性層を含む領域である。すなわち、実施例の活性層エッチング工程は、請求項１の活性層エッチング工程の「前記梁となる範囲の両サイドに位置する活性層と、前記変位部となる範囲の外周領域のうちの梁との接続部分を除いた領域の活性層」を犠牲層に達するまでエッチングするという要件を満たしている。
また、上述の実施例では、振動子２０に複数の連通孔１００が形成されている。これによって、変位部２０が第１梁１０２と第２梁１０４が交差した格子形状となっている。第１梁１０２と第２梁１０４の幅Ｗｃは、交点（囲み部分）以外において隣接する連通孔１００を分離している距離である。また、振動子２０の外周端面２２１と外周端面２２１に最も近い連通孔１００との間の幅Ｗｃは、振動子２０の外周とその内側に位置する連通孔１００を分離している距離である。上述したように、距離Ｗｃは、交点（囲み部分）１０６の中心から連通孔１００までの最短距離ＷＡに対して、２×ＷＡ≒√２×Ｗｃの関係を満たしている。すなわち、２×ＷＡ＞Ｗｃの関係を満たしている。さらに、前記梁群の幅は、幅Ｗｃ以下となっている。したがって、実施例の活性層エッチング工程でエッチングされる微小領域（連通孔１００に相当する微小領域）は、請求項２に記載されている「前記囲み部分以外において隣接する微小領域を分離している距離と、前記変位部の外周とその内側に位置する微小領域を分離している距離と、前記梁の幅のいずれよりも、前記最短距離ＷＡの２倍長の方が長いという関係を満足している」という要件を満たしている。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

角速度検出装置１０の上面図。 角速度検出装置１０の部分断面図。 振動構造体２２０の上面の拡大図。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。 積層基板３００の図４に対応する断面の断面図。 活性層エッチング工程実施後の積層基板３００の図４に対応する断面の断面図。 犠牲層エッチング工程の途中における積層基板３００の図４に対応する断面の断面図。 犠牲層エッチング工程の途中における積層基板３００の図４に対応する断面の断面図。 他の実施例の振動構造体２２０の上面の拡大図。 他の実施例の振動構造体２２０の上面の拡大図。

符号の説明

１０：角速度検出装置
１２：ベース層
１４：犠牲層
１６：活性層
２０：振動子
２２ａ、２２ｂ：メインフレーム
２４ａ、２４ｂ：サブフレーム
５０ａ〜５０ｄ：アンカー
８０ａ〜８０ｄ：コンデンサ
８２ａ〜８２ｄ：コンデンサ
１００：連通孔
１０２：第１梁
１０４：第２梁
１０６：交点
１０８：幅広部
１２０：スパイク
２００：固定構造体
２２０：振動構造体
３００：積層基板

Claims (5)

1. ベース層と犠牲層と活性層がその順序で積層されている積層基板から、犠牲層を介してベース層に固定されている基部と、基部から伸びているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している梁と、梁の先端部に接続されているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している変位部を備えている力学量検出装置を製造する方法であって、
   前記積層基板の、前記梁となる範囲の両サイドに位置する活性層と、前記変位部となる範囲の外周領域のうちの梁との接続部分を除いた領域の活性層と、前記変位部となる範囲内において格子状に配列されている複数個の微小領域内の活性層を、犠牲層に達するまでエッチングする活性層エッチング工程と、
   前記活性層エッチング工程で活性層を除去した部分から犠牲層を等方性エッチングする犠牲層エッチング工程を有しており、
   前記活性層エッチング工程では、４つの微小領域で囲まれる囲み部分が前記変位部内に複数個形成されるところ、下記の関係、即ち；
   囲み部分の中心から前記微小領域までの最短距離が、一部の囲み部分において長く、他の囲み部分において短く、
   前記囲み部分以外において隣接する微小領域を分離している距離と、前記変位部の外周とその内側に位置する微小領域を分離している距離と、前記梁の幅のいずれよりも、前記最短距離が長い拡大囲み部分での前記最短距離の２倍長の方が長いという関係を満足しており、
   前記犠牲層エッチング工程では、前記拡大囲み部分の裏面ではベース層から突出するとともに活性層に達しない突出部が残存するとともに、前記拡大囲み部分以外の前記変位部と前記梁の裏面では犠牲層が除去されるエッチング時間で犠牲層をエッチングすることを特徴とする力学量検出装置の製造方法。
2. 前記拡大囲み部分以外の囲み部分の前記最短距離をＷＡとし、前記拡大囲み部分の前記最短距離をＷＢとし、前記犠牲層の厚みをＴとしたときに、
   

   

   であり、かつ、
   前記囲み部分以外において隣接する微小領域を分離している距離と、前記変位部の外周とその内側に位置する微小領域を分離している距離と、前記梁の幅のいずれよりも、前記最短距離ＷＡの２倍長の方が長いという関係を満足していることを特徴とする請求項１に記載の力学量検出装置の製造方法。
3. 前記拡大囲み部分以外の囲み部分を囲む微小領域が、矩形形状であり、
   前記拡大囲み部分を囲む微小領域が、前記矩形形状から拡大囲み部分側の頂点が後退した形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の力学量検出装置の製造方法。
4. 前記拡大囲み部分を、前記変位部内において略均等に分散させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の力学量検出装置の製造方法。
5. ベース層と犠牲層と活性層がその順序で積層されている積層基板から形成されており、犠牲層を介してベース層に固定されている基部と、基部から伸びているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している梁と、梁の先端部に接続されているとともに犠牲層が除去されているためにベース層から遊離している変位部を備えている力学量検出装置であり、
   前記変位部内には、格子状に配列された複数の細孔と、４つの細孔で囲まれている囲み部分の複数個が形成されており、
   一部の囲み部分では囲み部分の中心から細孔までの最短距離が、他の囲み部分における前記最短距離よりも長く形成されており、
   前記囲み部分以外において隣接する細孔を分離している距離と、前記変位部の外周とその内側に位置する細孔を分離している距離と、前記梁の幅のいずれよりも、前記最短距離が長い拡大囲み部分での前記最短距離の２倍長の方が長いという関係を満足しており、
   前記拡大囲み部分と対向するベース層上には、ベース層から突出するとともに活性層に達しない突出部が形成されていることを特徴とする力学量検出装置。

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