JP2013213738A - Ｍｅｍｓデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】より衝撃耐性を高めることが可能なＭＥＭＳデバイスを提供する。
【解決手段】可動部１を備え可動部１を揺動可能に支持する支持基板２と、可動部１と間隙１０ｃを介して対向配置し支持基板２に固定される固定部３と、可動部１側あるいは固定部３側の少なくとも一方に間隙１０ｃを狭めるように突出する突起部４ａを有するストッパ部４とを備えたＭＥＭＳデバイス１０であり、ストッパ部４は、突起部４ａが突出する可動部１側あるいは固定部３側における突起部４ａの周部に設けられる凹部４ｂと、突起部４ａの突出方向に沿って突起部４ａに貫設され凹部４ｂに連通する孔部４ｃとを備えており、ストッパ部４は、平面視において、孔部４ｃの開口面積が凹部４ｂの開口面積よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro MechanicalSystem）技術を用いたＭＥＭＳデバイスに関する。

従来より、加速度や角速度などの物理量を検出するセンサなどＭＥＭＳデバイスが用いられている。

この種のＭＥＭＳデバイスとして、図１１に示す加速度センサが知られている（たとえば、特許文献１）。

特許文献１の加速度センサは、可動電極１０４の揺動に伴う可動電極１０４と固定電極１２０ａ、１２０ｂとの間の静電容量の変化を検出することにより、可動電極１０４に印加された加速度を検出する。加速度センサでは、可動電極１０４と可動電極１０４を揺動自在に支持するビーム部１０６ａ，１０６ａとを備えたセンサチップが、上部固定板１０２ａと下部固定板１０２ｂとに挟持されている。上部固定板１０２ａは、可動電極１０４と対向する表面側に固定電極１２０ａ、１２０ｂを設けている。下部固定板１０２ｂは、可動電極１０４の裏面と対向する面側に付着防止膜１２３ａを設けている。なお、可動電極１０４には、可動電極１０４の重心位置を所望の位置に調整するための凹部１１２、１１１ｂ、１１１ｄが設けられている。

特許文献１の加速度センサは、可動電極１０４の可動制限を行うための突起部１１５ａ〜１１５ｇを可動電極１０４に備えている。これにより、特許文献１の加速度センサでは、突起部１１５ａ〜１１５ｇが、可動電極１０４と一対の固定電極１２０ａ、１２０ｂとの衝撃耐性を高めることができる、としている。

国際公開番号２０１０／０６１７７７号公報

しかしながら、ＭＥＭＳデバイスは、より衝撃耐性の高いものが求められており、上述の加速度センサの構造だけでは十分ではなく、更なる改良が求められている。

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、より衝撃耐性を高めることが可能なＭＥＭＳデバイスを提供する。

本発明のＭＥＭＳデバイスは、可動部を備え該可動部を揺動可能に支持する支持基板と、上記可動部と間隙を介して対向配置し上記支持基板に固定される固定部と、上記可動部側あるいは上記固定部側の少なくとも一方に上記間隙を狭めるように突出する突起部を有するストッパ部とを備えたＭＥＭＳデバイスであって、上記ストッパ部は、上記突起部が突出する上記可動部側あるいは上記固定部側における上記突起部の周部に設けられる凹部と、上記突起部の突出方向に沿って上記突起部に貫設され上記凹部に連通する孔部とを備えており、上記ストッパ部は、平面視において、上記孔部の開口面積が上記凹部の開口面積よりも小さいことを特徴とする。

このＭＥＭＳデバイスにおいて、上記可動部は、可動電極として機能可能であり、上記固定部は、上記可動電極に対向し該可動電極と対をなす固定電極を備えていることが好ましい。

このＭＥＭＳデバイスにおいて、上記ストッパ部は、上記可動部側あるいは上記固定部側の少なくとも一方に複数個設けられていることが好ましい。

このＭＥＭＳデバイスにおいて、上記ストッパ部は、上記突起部に複数個の上記孔部を設けていることが好ましい。

本発明のＭＥＭＳデバイスは、より衝撃耐性を高めることが可能になるという効果がある。

実施形態１のＭＥＭＳデバイスを示す略断面図である。 実施形態１のＭＥＭＳデバイスの要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は背面図である。 実施形態１のＭＥＭＳデバイスにおける要部の部分拡大図を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図である。 実施形態１のＭＥＭＳデバイスの分解斜視図である。 実施形態１のＭＥＭＳデバイスの別の要部を示す平面図である。 実施形態１のＭＥＭＳデバイスにおける衝撃耐性の特性を示すグラフである。 実施形態１のＭＥＭＳデバイスの製造工程を示す略断面図である。 実施形態２のＭＥＭＳデバイスにおける要部の部分拡大図を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢＢ断面図である。 実施形態３のＭＥＭＳデバイスにおける要部の部分拡大図を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢＢ断面図である。 実施形態４のＭＥＭＳデバイスにおける要部の部分拡大図を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢＢ断面図である。 従来のＭＥＭＳデバイスの概略断面図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０を図１ないし図７に基づいて説明する。なお、図中において同じ部材に対しては、同じ番号を付している。

本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、図１に示すように、可動部１を備え可動部１を揺動可能に支持する支持基板２と、可動部１と間隙１０ｃを介して対向配置し支持基板２に固定される固定部３とを備えている。また、ＭＥＭＳデバイス１０は、可動部１側あるいは固定部３側の少なくとも一方に間隙１０ｃを狭めるように突出する突起部４ａを有するストッパ部４を備えている。なお、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０では、支持基板２の可動部１側にストッパ部４を備えている（図２を参照）。

ストッパ部４は、突起部４ａが突出する可動部１側あるいは固定部３側における突起部４ａの周部に設けられる凹部４ｂと、突起部４ａの突出方向に沿って突起部４ａに貫設され凹部４ｂに連通する孔部４ｃとを備えている。また、ストッパ部４は、平面視において、孔部４ｃの開口面積が凹部４ｂの開口面積よりも小さい（図３を参照）。

本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０では、ビーム部１ａ，１ｂを介して支持基板２の枠状部２ｃに支持された可動部１の揺動により、可動部１と固定部３との間の気体が可動部１側に設けられた凹部４ｂを通気して孔部４ｃから固定部３側に噴出させる。本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０では、気体の粘性抵抗を可動部１における振動の減衰力に利用して、可動部１の振動を減衰させるダンピングを行うことが可能となる。そのため、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、より衝撃耐性を高めることが可能になる。

なお、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０では、図示していないが支持基板２の枠状部２ｃに支持された可動部１の揺動により、可動部１と固定部３との間の気体が固定部３側に設けられた凹部４ｂを通気して孔部４ｃから可動部１側に噴出させるものでもよい。

以下、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０として、静電容量型センサである加速度センサ１０ａの例について説明する。

本実施形態の加速度センサ１０ａでは、図４に示すように、可動部１と、可動部１を囲む枠状部２ｃと、可動部１の対向する端面の中央部と枠状部２ｃ側とを連結する一対のビーム部１ａ，１ｂとを備えた支持基板２を有している。支持基板２は、たとえば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板により形成することができる。なお、一対のビーム部１ａ，１ｂは、枠状部２ｃから可動部１側に突出する凸部２ａ，２ｂと連結されている。

加速度センサ１０ａは、支持基板２の一表面側と接合され可動部１と間隙１０ｃ（以下、第１間隙１０ｃ１ともいう）を介して対向配置される固定部３（以下、第１の固定部３ａともいう）を備えている。加速度センサ１０ａは、支持基板２の上記一表面と反対の他表面側と接合され可動部１と間隙１０ｃ（以下、第２間隙１０ｃ１ともいう）を介して対向配置される固定部３（以下、第２の固定部３ｂともいう）を備えている。

すなわち、加速度センサ１０ａは、支持基板２が第１の固定部３ａと第２の固定部３ｂとに挟持され気密封止した構成としている。また、加速度センサ１０ａは、ビーム部１ａ，１ｂが、可動部１を支持基板２の枠状部２ｃに対して揺動自在に支持するトーションバーを構成している。

加速度センサ１０ａにおいて、可動部１は、可動電極として機能可能であり、第１の固定部３ａは、上記可動電極に対向し可動電極と対をなす固定電極５を備えている。なお、加速度センサ１０ａにおいて、固定電極５は、一対設けられており、それぞれ固定電極５ａ，５ｂとして図示している。加速度センサ１０ａは、支持基板２側において支持基板２と離間配置された外部電極８ａ，８ｂと、支持基板２の表面に形成された接地電極８ｃを備えている。加速度センサ１０ａは、外部電極８ａ，８ｂが、一対の固定電極５ａ，５ｂと各別に電気的に接続されている。

加速度センサ１０ａは、外部電極８ａ，８ｂおよび接地電極８ｃに対応する第１の固定部３ａの位置に、外部電極８ａ，８ｂおよび接地電極８ｃを外部に露出させるための開孔部３ａ１〜３ａ３を設けている。加速度センサ１０ａは、可動電極と一対の固定電極５ａ，５ｂとの間で生ずる静電容量の変化を、一対の固定電極５ａ，５ｂと各別に電気的に接続された外部電極８ａ，８ｂから検出できるように構成している。

加速度センサ１０ａは、加速度センサ１０ａに加速度が加わると加速度の大きさに応じてビーム部１ａ，１ｂが捻れる。可動電極と一対の固定電極５ａ，５ｂとは、たとえば、可動電極が一方の固定電極５ａに近づくと、可動電極が他方の固定電極５ｂから離れる。また、可動電極と一対の固定電極５ａ，５ｂとは、たとえば、可動電極が上記他方の固定電極５ｂに近づくと、可動電極が上記一方の固定電極５ａから離れる。加速度センサ１０ａは、可動電極と、固定電極５ａ，５ｂとの間で生ずる静電容量の変化を検出することで加速度を測定することが可能となる。

本実施形態の加速度センサ１０ａは、図２に示すように、外部電極８ａと外部電極８ｂとの間、各外部電極８ａ，８ｂそれぞれと支持基板２との間および外部電極８ａ，８ｂと可動部１との間には、隙間１３が形成されている。本実施形態の加速度センサ１０ａは、各外部電極８ａ，８ｂそれぞれが可動部１や支持基板２と電気的に絶縁されている。

加速度センサ１０ａは、可動部１における上記他表面側において、ビーム部１ａ，１ｂを結ぶ直線を境界線とした一方側に、複数個（ここでは、４個）の第１の凹部１１ａ〜１１ｄを備えている（図２（ｂ）を参照）。また、加速度センサ１０ａは、可動部１の上記他表面のビーム部１ａ，１ｂを結ぶ直線を境界線とした他方側に、第２の凹部１２を備えている。加速度センサ１０ａは、可動部１の重心位置を所望の位置に設定するため、第１の凹部１１ａ〜１１ｄおよび第２の凹部１２を好適に備えている。

本実施形態の加速度センサ１０ａでは、第１の凹部１１ａ〜１１ｄおよび第２の凹部１２をそれぞれ形成しているが、これだけに限られない。加速度センサ１０ａは、たとえば、第１の凹部１１ａ〜１１ｄを上記境界線を超えて他方側に拡大することにより、第１の凹部１１ａ〜１１ｄと第２の凹部１２とを一体的に形成するものでもよい。また、加速度センサ１０ａは、第１の凹部１１ａ〜１１ｄの開口部の形状を三角形状としているが、三角形状だけに限られるものではない。加速度センサ１０ａは、第１の凹部１１ａ〜１１ｄの開口部の形状を矩形形状などとしてもよい。加速度センサ１０ａは、第２の凹部１２の形状が矩形形状だけに限られるものではなく、三角形状などとしてもよい。

本実施形態の加速度センサ１０ａでは、第１の固定部３ａおよび第２の固定部３ｂに対し対向配置される可動部１側に、複数個（ここでは、１０個）のストッパ部４をそれぞれ備えている。ストッパ部４は、可動部１の一表面側から突出した突起部４ａを備えている。突起部４ａは、可動部１の上記一表面側に形成させたシリコン膜またはシリコン酸化膜を利用して形成することができる。ストッパ部４は、突起部４ａの周部に可動部１の上記一表面から窪んだ複数個（ここでは、４個）の凹部４ｂを備えている（図３（ａ），（ｂ）を参照）。各凹部４ｂは、楕円形状に形成させている。各凹部４ｂは、可動部１の揺動により可動部１と対向する固定部３とが近づくと、凹部４ｂの外部から凹部４ｂの内部に気体が流入（図３（ｂ）の破線の矢印を参照）可能なものである。ストッパ部４は、突起部４ａの突出方向に沿って突起部４ａに貫設され凹部４ｂに連通し凹部４ｂを通気する気体を噴出可能な複数個（ここでは、４個）の孔部４ｃを備えている。ここで、孔部４ｃは、突起部４ａの突出方向に直線状に貫設したものだけに限られず、孔部４ｃが設けられた突起部４ａと対向する側に気体を噴出可能であれば、突起部４ａ中で孔部４ｃが曲がっていてもよい。ストッパ部４は、平面視において、ストッパ部４に設けられた孔部４ｃの開口面積が、ストッパ部４の周部に設けられ各孔部４ｃに対応する凹部４ｂの開口面積よりも小さくしている。本実施形態の加速度センサ１０ａでは、平面視において、楕円形状の各凹部４ｂの一部が突起部４ａに部分的に覆われており、突起部４ａと凹部４ｂとが重複する突起部４ａの凹部４ｂへの投影部位に孔部４ｃが設けられている。

本実施形態の加速度センサ１０ａでは、加速度センサ１０ａに加速度が加わることで、枠状部２ｃの凸部２ａ，２ｂと連結するビーム部１ａ，１ｂが捻れ、可動部１が支持基板２の枠状部２ｃに対して変位する。加速度センサ１０ａは、可動部１の変位により、可動部１と固定部３との間隙１０ｃが狭くなり可動部１と対向する固定部３との間の間隙１０ｃにおける気体の一部がストッパ部４の周囲の凹部４ｂに流れ込む。凹部４ｂに流れ込んだ気体は、凹部４ｂと連通する孔部４ｃから可動部１と対向する固定部３側に噴出する。

その結果、加速度センサ１０ａは、加速度センサ１０ａの測定レンジを超える大きな加速度が加わった場合でも、可動部１と固定部３とが当接した衝撃などでストッパ部４の破壊や錘として機能する可動部１の固定部３側への固着などを抑制することが可能となる。

加速度センサ１０ａでは、可動部１と固定部３側との間で、ストッパ部４に設けられた孔部４ｃから気体を噴出することにより、ストッパ部４が可動部１のダンパーとして機能することが可能となる。加速度センサ１０ａは、測定レンジを超える大きな加速度が加わった場合でも、可動部１側と固定部３側とが直接衝突して支持基板２側や固定部３側が破損することを抑制可能となる。なお、本実施形態の加速度センサ１０ａでは、可動部１の第１の固定部３ａ側と対向する一表面側および第２の固定部３ｂ側と対向する他表面側それぞれにストッパ部４を形成している。加速度センサ１０ａのストッパ部４は、可動部１側に設けるものだけに限られず、可動部１と対向する第１の固定部３ａや第２の固定部３ｂ側に設けてもよい。

ＭＥＭＳデバイス１０は、固定部３側にストッパ部４を備える場合、たとえば、図５に示すように、可動部１の揺動により可動部１が固定部３に対向して近づく位置にストッパ部４を設けることができる。すなわち、ストッパ部４は、加速度センサ１０ａにおいて、固定部３に設けられる固定電極５ａ，５ｂあるいは可動部１に設けられる可動電極の少なくともいずれか一方に設けることができる。

本実施形態の加速度サンサ１０ａでは、支持基板２、第１の固定部３ａおよび第２の固定部３ｂとで囲まれた内部空間を気密封止している。加速度センサ１０ａは、気密封止した内部空間において、トーションバーとして機能するビーム部１ａ，１ｂで可動部１を支持しており、たとえば、可動部１の揺動範囲は１μm以下となる。加速度センサ１０ａは、加速度を加えると、可動部１が揺動し固定電極５ａ，５ｂと可動電極との間で生ずる静電容量の変化を出力することができる。加速度サンサ１０ａでは、ストッパ部４の構造と、加速度サンサ１０ａの内部空間に気密封止する気体の圧力とを適宜に調整することで、加速度サンサ１０ａの出力における周波数特性を設計することが可能となる。言い換えれば、ＭＥＭＳデバイス１０では、気密封止した気体の圧力に応じて、可動部１の揺動時におけるエアダンピング効果によりストッパ部４のダンパー特性が変化する。

図６に示すグラフは、ＭＥＭＳデバイス１０の内部に気密封止した気体の圧力の大きさによって、ＭＥＭＳデバイス１０を振動させる振動数で、ＭＥＭＳデバイス１０における出力減衰がどのように変化するかを、シミュレーションした結果と、実測した結果とを示している。図６に示すグラフにおいて、実線は、実測した結果を示している。実線における黒塗りの菱形印は、気体の圧力が１ｋＰａの場合を示す。実線における黒塗りの四角印は、気体の圧力が５ｋＰａの場合を示す。実線における図６の紙面の上方に突出する黒塗りの三角印は、気体の圧力が１０ｋＰａの場合を示す。実線における図６の紙面の右方に突出する黒塗りの三角印は、気体の圧力が３０ｋＰａの場合を示す。実線における図６の紙面の下方に突出する黒塗りの三角印は、気体の圧力が５０ｋＰａの場合を示す。実線における黒塗りの丸印は、気体の圧力が１００ｋＰａの場合を示す。同様に、図６に示すグラフにおいて、破線は、シミュレーションした結果を示している。破線における白抜きの菱形印は、気体の圧力が１ｋＰａの場合を示す。破線における白抜きの四角印は、気体の圧力が５ｋＰａの場合を示す。破線における図６の紙面の上方に突出する白抜きの三角印は、気体の圧力が１０ｋＰａの場合を示す。破線における図６の紙面の右方に突出する白抜きの三角印は、気体の圧力が３０ｋＰａの場合を示す。破線における図６の紙面の下方に突出する白抜きの三角印は、気体の圧力が５０ｋＰａの場合を示す。破線における白抜きの丸印は、気体の圧力が１００ｋＰａの場合を示す。図６に示すグラフからもわかるように、ＭＥＭＳデバイス１０は、気密封止した気体の圧力の大きさが大きくなるにつれ、ダンピングによる出力減衰の効果が大きくなり、ダンピングの効果を利用してＭＥＭＳデバイス１０の損傷を抑制することが可能となる。

したがって、本実施形態の加速度センサ１０ａは、センサ特性と許容可能な衝撃耐性とに鑑み適宜に気密封止する気体の圧力を設定すればよい。なお、加速度センサ１０ａは、支持基板２と、第１の固定部３ａおよび第２の固定部３ｂとを用いて内部空間に気体を気密封止している。加速度センサ１０ａは、可動部１や固定部３に設けられる固定電極５ａ，５ｂなどに曝しても実質的に影響のない気体を気密封止することが好ましい。加速度センサ１０ａは、支持基板２と、第１の固定部３ａおよび第２の固定部３ｂとで囲まれた内部空間に気密封止する気体として、空気を用いてもよいし、アルゴンガスなどの希ガス、Ｎ_２ガスなど不活性ガスを用いてもよい。

加速度センサ１０ａの第１の固定部３ａは、たとえば、ガラス基板により形成することができる。第１の固定部３ａは、可動部１と対向する面側にビーム部１ａとビーム部１ｂを結ぶ直線を境界線として、一対の固定電極５ａ，５ｂを設けている。一対の固定電極５ａ，５ｂそれぞれは、たとえば、アルミニウム合金を用いて形成することができる。

同様に、加速度センサ１０ａの第２の固定部３ｂは、たとえば、ガラス基板により形成することができる。第２の固定部３ｂは、可動部１の他表面と対向する面側に可動部１の上記他表面に対し第２間隔１０ｃ２をあけて付着防止膜９を設けている。付着防止膜９は、アルミニウム系合金などにより形成することができる。加速度センサ１０ａは、付着防止膜９を設けることにより、可動部１の揺動時に、可動部１が第２の固定部３ｂ側に付着することを抑制することが可能となる。

なお、加速度センサ１０ａは、突起部４ａの表面をＤＬＣ（Diamond-like carbon）膜などの保護膜により被覆してもよい。加速度センサ１０ａは、突起部４ａの表面を保護膜により被覆することで、突起部４ａの機械的強度を向上させることができる。また、加速度センサ１０ａは、突起部４ａの表面を保護膜により被覆することで、仮に、突起部４ａと固定部３側とが衝突しても突起部４ａが破損することを、より抑制することもできる。

本実施形態の加速度センサ１０ａは、加速度センサ１０ａの厚み方向に加速度が加わった場合、可動電極として機能する可動部１と固定電極５ａとの間で生ずる静電容量に起因する電気信号と、可動部１と固定電極５ｂとの間で生ずる静電容量に起因する電気信号とを各別に出力する。加速度センサ１０ａは、たとえば、加速度センサ１０ａと別途に形成された加速度センサ１０ａと協働する信号処理用の半導体素子（図示していない）に加速度センサ１０ａからの電気信号が入力できるように電気的に接続する。半導体素子は、加速度センサ１０ａにおける可動部１と固定電極５ａとの間で生ずる静電容量と、可動部１と固定電極５ｂとの間で生ずる静電容量との変化の差分を演算することで、加速度センサ１０ａの厚み方向に加えられた加速度を検出することが可能となる。

次に、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０の加速度センサ１０ａの製造工程について、図７を用いて説明する。

まず最初に、たとえば、支持基板２を形成するためにベース基板２０ａ、埋め込み酸化膜２０ｂおよび活性層２０ｃを備えたＳＯＩ基板を準備する（図７（ａ）を参照）。

次に、加速度センサ１０ａの製造工程では、たとえば、熱酸化法などにより、ＳＯＩ基板の両面側の全面にシリコン酸化膜を形成する。加速度センサ１０ａの製造工程では、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、両面側の全面に形成されたシリコン酸化膜の一部を除去してシリコン酸化膜からなるマスク２１を形成する。加速度センサ１０ａの製造工程では、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、ベース基板２０ａおよび活性層２０ｃに、後に形成される可動部１と固定部３との間隙１０ｃを構成する窪みを形成する窪み形成工程を行う（図７（ｂ）を参照）。

続いて、加速度センサ１０ａの製造工程では、リソグラフィ技術およびイオン打ち込み技術を利用して、可動部１の基礎となる一表面側にストッパ部４の凹部４ｂに相当する領域にイオンを打ち込んだ後、熱処理によりイオンの拡散を行う。活性層２０ｃには、イオンが打ち込まれ不純物濃度の異なる領域が形成される（図示していない）。続いて、加速度センサ１０ａの製造工程では、適宜のＣＶＤ法を利用して活性層２０ｃの窪み上の全面にシリコン酸化膜を形成する。加速度センサ１０ａの製造工程では、リソグラフィ技術およびＲＩＥ法などのエッチング技術を利用して、シリコン酸化膜を貫通する孔部４ｃを突起部４ａとなる領域に形成する。また、加速度センサ１０ａの製造工程では、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、シリコン酸化膜をエッチングして所望の形状の突起部４ａを形成する。その後、加速度センサ１０ａの製造工程では、活性層２０ｃに形成されている不純物濃度の異なる領域を、等方性エッチングにより除去することで突起部４ａの周部に凹部４ｂを形成する。

同様に、加速度センサ１０ａの製造工程では、リソグラフィ技術およびイオン打ち込み技術を利用して、可動部１の基礎となる他表面側にストッパ部４の凹部４ｂに相当する領域にイオンを打ち込んだ後、熱処理によりイオンの拡散を行う。ベース基板２０ａには、イオンが打ち込まれ不純物濃度の異なる領域が形成される（図示していない）。加速度センサ１０ａの製造工程では、適宜のＣＶＤ法を利用してベース基板２０ａの窪み上の全面にシリコン酸化膜を形成する。加速度センサ１０ａの製造工程では、リソグラフィ技術およびＲＩＥ法などのエッチング技術を利用して、シリコン酸化膜を貫通する孔部４ｃを突起部４ａとなる領域に形成する。また、加速度センサ１０ａの製造工程では、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、シリコン酸化膜をエッチングして所望の形状の突起部４ａを形成する。その後、加速度センサ１０ａの製造工程では、ベース基板２０ａに形成されている不純物濃度の異なる領域を、等方性エッチングにより除去することで凹部４ｂを形成する。

また、加速度センサ１０ａの製造工程では、スパッタリング技術や蒸着技術を利用して、一対の固定電極５ａ，５ｂと電気的に接続される金属材料からなる外部電極８ａ，８ｂと、外部電極８ａ，８ｂと電気的に接続される金属膜８ｄとを形成する（図７（ｃ）を参照）。

次に、加速度センサ１０ａの製造工程では、ベース基板２０ａおよび埋め込み酸化膜２０ｂの順にＳＯＩ基板の他表面側をエッチングする。加速度センサ１０ａの製造工程では、埋め込み酸化膜２０ｂをエッチングストッパとして、ＳＯＩ基板の上記他表面側からベース基板２０ａをエッチングすることで、第１の凹部１１ａ〜１１ｄおよび第２の凹部１２を形成する。また、加速度センサ１０ａの製造工程では、可動部１の外形形状に合わせて、ＳＯＩ基板の上記他表面側からベース基板２０ａをエッチングしている。また、加速度センサ１０ａの製造工程では、可動部１の外形形状に合わせて、ＳＯＩ基板の上記他表面側から埋め込み酸化膜２０ｂをエッチングして、可動部１を形成する。加速度センサ１０ａの製造工程では、可動部１と第１の凹部１１ａ〜１１ｄおよび第２の凹部１２とを形成した後、付着防止膜２３が形成された表面を対向面とする第２の固定部３ｂをＳＯＩ基板の上記他表面側に陽極接合する陽極接合工程を行う。なお、加速度センサ１０ａの製造工程では、陽極接合工程に先立って、外部電極８ａ，８ｂが形成される部位の外形形状に合わせて、上記他表面側からベース基板２０ａをエッチングしている。さらに、加速度センサ１０ａの製造工程では、外部電極８ａ，８ｂが形成される部位の外形形状に合わせて、ＳＯＩ基板の上記他表面側から埋め込み酸化膜２０ｂをエッチングしている。また、加速度センサ１０ａの製造工程では、陽極接合工程後に、外部電極８ａ，８ｂが形成される部位の外形形状に合わせて、ＳＯＩ基板の上記表面側の活性層２０ｃをエッチングして、外部電極８ａ，８ｂが形成される部位の周りに隙間１３を形成している（図７（ｄ）を参照）。

次に、加速度センサ１０ａの製造工程では、外部電極８ａ，８ｂを外部と電気的に接続させるための開孔部３ａ１〜３ａ３および一対の固定電極５ａ，５ｂが形成された第１の固定部３ａを支持基板２上に配置した後、支持基板２と第１の固定部３ａとを加圧雰囲気下で陽極接合させる。これにより内部が気密封止された加速度センサ１０ａを製造することが可能となる（図７（ｅ）を参照）。

なお、加速度センサ１０ａは、支持基板２と第１の固定部３ａとを陽極接合により接合するだけでなく、ポリイミド樹脂などを用いた樹脂接合や金スズ半田などを用いた共晶接合を利用して支持基板２と第１の固定部３ａとを接合することができる。また、加速度センサ１０ａは、支持基板２として、ＳＯＩ基板を用いた場合だけに限られず、シリコン基板を用いて形成してもよい。さらに、加速度センサ１０ａは、第２の固定部３ｂとして、ガラス基板を用いた場合だけに限られず、シリコン基板を用いて形成してもよい。加速度センサ１０ａは、第１の固定部３ａとして、シリコン基板を用いた場合、一対の固定電極５ａ，５ｂと第１の固定部３ａとが電気的に絶縁できるように、一対の固定電極５ａ，５ｂと第１の固定部３ａとの間に絶縁膜を形成することが好ましい。

また、図７に示すＭＥＭＳデバイス１０の製造工程では、図示していないが、たとえば、複数個の支持基板２が形成された支持基板用ウエハと、支持基板２の各々に対応する複数個の固定部３が形成された固定部用ウエハとを接合する。次に、ＭＥＭＳデバイス１０は、支持基板用ウエハと固定部用ウエハとが接合されたものを分割するダイシンクを行う。これにより、ＭＥＭＳデバイス１０の製造工程では、複数個の図１に示すＭＥＭＳデバイス１０を量産性よく形成することができる。言い換えれば、支持基板２と支持基板２が接合される固定部３とは、複数個の支持基板２が形成された支持基板用ウエハと支持基板２の各々に対応する複数個の固定部３が形成された固定部用ウエハとが接合された接合ウエハから一体として分離されている。

本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、ストッパ部４を備えたＭＥＭＳデバイス１０として加速度センサ１０ａを用いて説明したが、加速度センサ１０ａだけに限られない。本実施形態のストッパ部４を備えたＭＥＭＳデバイス１０としては、たとえば、可動部１を弁体として駆動させるアクチュエータや可動部１の揺動によって発電する振動発電装置などに利用することもできる。

（実施形態２）
本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、図３に示すストッパ部４を備えたＭＥＭＳデバイス１０の代わりに、図８に示すストッパ部４を用いた点が主として相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。

本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、支持基板２における可動部１の一表面側から窪んだ凹部４ｂが設けられている。凹部４ｂは、一表面側から窪むにつれ開口部が徐々に小さくなる円錐台状に形成している。ＭＥＭＳデバイス１０におけるストッパ部４は、突起部４ａの周部に設けられる凹部４ｂと連通し凹部４ｂを通気する気体を噴出可能な孔部４ｃを備えている。ストッパ部４は、平面視において、孔部４ｃの開口面積が突起部４ａの周部に設けられた凹部４ｂにおける円環状の開口部の開口面積よりも小さくしている。また、ストッパ部４は、突起部４ａの側周部に複数個のスリット４ｄが設けられており、スリット４ｄを介して、凹部４ｂと孔部４ｃとが連通している。スリット４ｄは、平面視において、孔部４ｃが設けられた突起部４ａの中央部を通るように直交して設けている。

本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０たる加速度センサ１０ａでは、加速度センサ１０ａの厚み方向に加速度が加わることで、支持基板２の枠状部２ｃに支持される可動部１が枠状部２ｃに対して変位する。加速度センサ１０ａは、可動部１の変位により、可動部１と対向する固定部３との間の気体が突起部４ａの周囲の凹部４ｂに流れ込む。凹部４ｂに流れ込んだ気体は、凹部４ｂ、スリット４ｄを順に通り孔部４ｃから可動部１と対向する固定部３側に噴出する。加速度センサ１０ａでは、可動部１側と固定部３側との間において、突起部４ａに設けられた孔部４ｃから固定部３側に気体を噴出することにより、ストッパ部４が可動部１のダンパーとして機能することが可能となる。

なお、ストッパ部４は、スリット４ｄの数、形状や配置によって、ダンパー特性が変化する。したがって、加速度センサ１０ａは、センサ特性と許容可能な衝撃耐性とに鑑み適宜にスリット４ｄの数、形状や配置などを設計すればよい。ストッパ部４は、可動部１の凹部４ｂの中央部に予め孔部４ｃおよびスリット４ｄが形成された突起部４ａを固着することで形成することができる。

また、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、ストッパ部４を複数個設けることができる。ＭＥＭＳデバイス１０は、複数個のストッパ部４を設ける場合、同一形状のストッパ部４を複数個設けてもよいし、たとえば、本実施形態のストッパ部４と実施形態１のストッパ部４とを組み合わせて設けてもよい。

（実施形態３）
本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、図３に示すストッパ部４を備えた実施形態１のＭＥＭＳデバイス１０の代わりに、図９に示すストッパ部４を用いた点が主として相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。

本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、支持基板２における可動部１の一表面側から円錐台状に窪んだ凹部４ｂが設けられている。本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０におけるストッパ部４は、突起部４ａの周部に設けられる凹部４ｂと連通し凹部４ｂを通気する気体を噴出可能な孔部４ｃを備えている。ストッパ部４は、平面視において、円形状の突起部４ａの中央部に設けられた円形状の孔部４ｃの開口面積が突起部４ａの周部に設けられた凹部４ｂの円弧状の外周と矩形状の突起部４ａの外周とで構成される複数個（ここでは、４個）の開口部の開口面積よりも小さくしている。本実施形態の加速度センサ１０ａでは、平面視において、円形状の凹部４ｂの中央部が矩形状の突起部４ａに覆われており、突起部４ａの中央部に孔部４ｃが設けられている。矩形状の突起部４ａは、突起部４ａの隅部が可動部１側で保持されている。本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０のストッパ部４は、実施形態２のＭＥＭＳデバイス１０におけるストッパ部４と比較して、孔部４ｃを備えた突起部４ａで凹部４ｂを覆う比較的簡単な構成とすることができる。なお、ストッパ部４は、凹部４ｂの円錐台を構成する側面の傾きを調整することにより、側面に沿って流れる気体の流れを制御することが可能となる。

本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０たる加速度センサ１０ａでは、加速度センサ１０ａの厚み方向に加速度が加わることで、支持基板２の枠状部２ｃに支持される可動部１が枠状部２ｃに対して変位する。加速度センサ１０ａは、可動部１の変位により、可動部１と対向する固定部３との間の気体がストッパ部４の周囲の凹部４ｂに流れ込む。凹部４ｂに流れ込んだ気体は、凹部４ｂと連通する孔部４ｃから可動部１と対向する固定部３側に噴出する。加速度センサ１０ａでは、ストッパ部４と固定部３側との間で、ストッパ部４に設けられた孔部４ｃから固定部３側に気体を噴出することにより、ストッパ部４が可動部１のダンパーとして機能することが可能となる。

なお、本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、ストッパ部４を複数個設けることができる。ＭＥＭＳデバイス１０は、複数個のストッパ部４を設ける場合、同一形状のストッパ部４を複数個設けてもよいし、たとえば、本実施形態のストッパ部４と、実施形態１のストッパ部４や実施形態２のストッパ部４とを適宜に組み合わせて構成してもよい。

（実施形態４）
本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、図３に示すストッパ部４を備えた実施形態１のＭＥＭＳデバイス１０の代わりに、図１０に示すストッパ部４を用いた点が主として相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。

本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、支持基板２における可動部１の一表面側から直方体状に窪んだ凹部４ｂが設けられている。本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０におけるストッパ部４は、突起部４ａの周部に設けられる凹部４ｂと連通し凹部４ｂを通気する気体を噴出可能な孔部４ｃを備えている。ストッパ部４は、平面視において、円形状の突起部４ａの中央部に設けられる円形状の孔部４ｃの開口面積が突起部４ａの周部に設けられた凹部４ｂの矩形状の外周と円形の突起部４ａの外周とで構成される複数個（ここでは、２個）の開口部の開口面積よりも小さくしている。本実施形態の加速度センサ１０ａでは、平面視において、矩形状の凹部４ｂの中央部が円形状の突起部４ａに覆われており、突起部４ａの中央部に孔部４ｃが設けられている。ストッパ部４は、円形状の突起部４ａが突起部４ａの周部で矩形状の凹部４ｂを覆って支持基板２側に保持されている。ストッパ部４は、円形の突起部４ａに対し、矩形状の凹部４ｂにおける長手方向の長さ寸法を大きくするだけで開口部の面積を大きくすることが可能となる。そのため、ＭＥＭＳデバイス１０は、実施形態３のＭＥＭＳデバイス１０におけるストッパ部４と比較して、開口部の面積を大きくする場合でも、突起部４ａの凹部４ｂを覆う位置合わせをより簡単に行うことができる。

本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０たる加速度センサ１０ａでは、加速度センサ１０ａの厚み方向に加速度が加わることで、支持基板２の枠状部２ｃに支持される可動部１が枠状部２ｃに対して変位する。加速度センサ１０ａは、可動部１の変位により、可動部１と対向する固定部３との間の気体がストッパ部４の周囲の凹部４ｂに流れ込む。凹部４ｂに流れ込んだ気体は、凹部４ｂと連通する孔部４ｃから可動部１と対向する固定部３側に噴出する。加速度センサ１０ａでは、ストッパ部４と固定部３側との間で、ストッパ部４に設けられた孔部４ｃから固定部３側に気体を噴出することにより、ストッパ部４が可動部１のダンパーとして機能することが可能となる。

本実施形態のＭＥＭＳデバイス１０は、ストッパ部４を複数個設けることができる。ＭＥＭＳデバイス１０は、複数個のストッパ部４を設ける場合、同一形状のストッパ部４を複数個設けてもよいし、たとえば、本実施形態のストッパ部４と、実施形態１ないし実施形態３のストッパ部４とを適宜に組み合わせて構成してもよい。

１ 可動部
２ 支持基板
３ 固定部
４ ストッパ部
４ａ 突起部
４ｂ 凹部
４ｃ 孔部
５ 固定電極
１０ ＭＥＭＳデバイス
１０ｃ 間隙

Claims (4)

1. 可動部を備え該可動部を揺動可能に支持する支持基板と、前記可動部と間隙を介して対向配置し前記支持基板に固定される固定部と、前記可動部側あるいは前記固定部側の少なくとも一方に前記間隙を狭めるように突出する突起部を有するストッパ部とを備えたＭＥＭＳデバイスであって、
   前記ストッパ部は、前記突起部が突出する前記可動部側あるいは前記固定部側における前記突起部の周部に設けられる凹部と、前記突起部の突出方向に沿って前記突起部に貫設され前記凹部に連通する孔部とを備えており、前記ストッパ部は、平面視において、前記孔部の開口面積が前記凹部の開口面積よりも小さいことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 前記可動部は、可動電極として機能可能であり、前記固定部は、前記可動電極に対向し該可動電極と対をなす固定電極を備えていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
3. 前記ストッパ部は、前記可動部側あるいは前記固定部側の少なくとも一方に複数個設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
4. 前記ストッパ部は、前記突起部に複数個の前記孔部を設けていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。

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