JP7002732B2

JP7002732B2 - 微細素子

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Publication number: JP7002732B2
Application number: JP2018102096A
Authority: JP
Inventors: 敏文小西; 晃昭佐布; 慎一飯田; 克之町田; 大輔山根; 浩之伊藤; 一哉益
Original assignee: NTT Advanced Technology Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: NTT Advanced Technology Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2038-05-29
Also published as: JP2019207133A

Description

本発明は、ＭＥＭＳ技術によって製造される微細素子に関するものである。

近年、微細加工技術を用いて作製されたＭＥＭＳ（Micro electro mechanical Systems）デバイスが様々な領域で使用されている。このうち、静電容量型のＭＥＭＳ加速度センサは、錘、錘を支えるばね、錘と対向して配置された固定電極からなり、錘と固定電極間の静電容量変化によりデバイスに加わった加速度を検出するセンサとして、携帯機器や自動車のエアバッグなどに広く使用されている。さらに、高感度で多軸検出が可能なＭＥＭＳ加速度センサが望まれている。

ＭＥＭＳ加速度センサの高感度化を実現するためには、センサ感度の支配要因であるブラウニアンノイズの低減が重要となる。ブラウニアンノイズとは、錘の周囲の流体の分子の衝突によって生じる熱ノイズ（ブラウニアンノイズ）のことであり、ブラウニアンノイズＢ_Nは、以下の式（１）で示される。

式（１）において、Ｋ_Bはボルツマン定数（１．３８０６４８５２×１０^-23Ｊ／Ｋ）、Ｔは絶対温度、ｂは錘の周囲の流体の粘性係数、ｍは錘の質量である。ブラウニアンノイズを小さくするためには、錘の質量を増やす、あるいは、粘性係数ｂを小さくすればよいことがわかる。

粘性係数ｂを小さくするためには、例えば、ＭＥＭＳ加速度センサを真空封止するなどの方法があるが、実装技術においてコストと手間がかかるといった課題がある。

一方、錘を重くするために、基板の上に複数の金属パターン層を積層することにより加速度センサを形成する技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術により、例えば、錘を構成する金属パターン層をより厚くして錘を重くし、ブラウニアンノイズを低減し、高感度化がはかれる。

さらに、上述した技術により作製した３軸ＭＥＭＳ加速度センサが提案されている（非特許文献１参照）。この３軸ＭＥＭＳ加速度センサについて、図４Ａ，図４Ｂを参照して説明する。

この加速度センサは、基板４０１の上に、絶縁層４０２を介して第１固定電極４０３が形成され、第１固定電極４０３の上に、錘部を構成する可動部４０４が形成されている。可動部４０４は、例えば、直方体とされている。また、可動部４０４は、支持梁４０５により可動可能に支持されている。また、可動部４０４の基板４０１の側の下面は、第１固定電極４０３と向かい合って第１容量を形成する第１可動電極４０６とされている。

また、可動部４０４の側方において向かい合う面を備えるように、絶縁層４０２（基板４０１）の上に第２固定電極４０７が形成されている。また、可動部４０４の側部には、第２固定電極４０７との間で第２容量を形成する第２可動電極４０９が形成されている。第２固定電極４０７および第２可動電極４０９は、櫛歯状の電極とされている。

この加速度センサでは、まず、可動部４０４が、加速度を受けて基板４０１の平面の法線方向（ｚ軸方向）に変位すると、第１固定電極４０３と第１可動電極４０６との間の第１容量の変化が検出される。また、可動部４０４が、加速度を受けて基板４０１の平面に平行な方向（ｘ軸方向，ｙ軸方向）に変位すると、第２固定電極４０７と第２可動電極４０９との間の第２容量の変化が検出される。

この加速度センサでは、可動部４０４を重く形成するために、可動部４０４の中央部における平面視の面積を大きくし、この側部に櫛歯構造の第２可動電極４０９を設けている。第２固定電極４０７，第２可動電極４０９を櫛歯構造としたことにより、可動部４０４の変位により変化する第２容量は、第１容量の変化の数ｐＦ程度に対し、数ｆＦという値となる。

櫛歯構造とすることで、検出する方向に平行な平行平板型としても、可動部４０４の側部に形成するために、ｚ軸の第１容量に対してｘ軸、ｙ軸の第２容量の変化を大きくすることには限界があることは容易に類推できる。

特許第５８３１９０５号公報

H. Niijima et al., "A Novel Tri-Axis MEMS Accelerometer with a Single Au Proof Mass and Fully Differential Sensing Electrodes", in Proc. The 30th International Microprocesses and Nanotechnology Conference. pp. 6-9, 2017.

前述した従来の技術では、櫛歯構造を用いているため、可動部の変位による第２容量の変化をより大きくするためには、櫛歯の数を増やし、櫛歯をより長くし、また、電極の間隔をより狭くするなどの構造の変更が考えられる。

まず、櫛歯の数を増やすことは、単純に可動部をより大きくすることになり、ｚ軸の容量だけが大きくなることが予想される。３軸の加速度センサでは、３軸の方向の感度をより均等にするために、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各々の容量を、可能な範囲で近似させたいという要望があるが、上述した状態では、この要望に応えられないことになる。

次に、櫛歯をより長くする構造は、片持ち梁構造の櫛歯部が変形しやすくなり、そりなどを発生することが予想され、櫛歯を長くすることは容易ではない。また、電極間をより狭くする構造は、この構造を形成するための加工精度の関係から、限界がある。このため、電極間をより狭くするためには、全体の構造を大きくすることになり、センサの大型化が避けられず、携帯機器などへの適用が困難になるなどの問題がある。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、３軸の方向の各々の容量がより近似した値となる構造を、大型化することなく、より容易に形成できるようにすることを目的とする。

本発明に係る微細素子は、基板の上に形成された第１固定電極と、第１固定電極の上に第１固定電極と離間して可動可能に配置された可動部と、可動部の上に可動部と離間して配置された第２固定電極と、可動部の第１固定電極と向かい合う箇所に形成されて第１固定電極との間で第１容量を形成する第１可動電極と、可動部の第２固定電極と向かい合う箇所に形成されて第２固定電極との間で第２容量を形成する第２可動電極と、第１固定電極が形成されている領域の周囲において可動部に形成された開口部と、開口部に開口部の内壁と離間して挿入する部分を備えて基板の上に形成された第３固定電極と、開口部の側面の第３固定電極と向かい合う箇所に形成されて第３固定電極との間で第３容量を形成する第３可動電極とを備える。例えば、第３可動電極は、可動部の中心より離れる側の開口部の側面に形成されている。

上記微細素子において、第１固定電極は、平面視で矩形に形成され、開口部は、矩形の４つの辺に各々対応して形成され、各々の開口部に第３可動電極が形成され、各々の第３可動電極に対応して第３固定電極が形成されている。

上記微細素子において、開口部は、矩形の４つの辺に各々に複数個ずつ形成されているようにしてもよい。また、開口部は、平面視で矩形に形成されていればよい。

上記微細素子において、第３可動電極の下面に一部が向かい合って基板の上に形成されて第３可動電極との間で第４容量を形成する第４固定電極をさらに備えるようにしてもよい。

以上説明したことにより、本発明によれば、３軸の方向の各々の容量がより近似した値となる構造を、大型化することなく、より容易に形成できるという優れた効果が得られる。

図１Ａは、本発明の実施の形態１における微細素子の構成を示す断面図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態１における微細素子の構成を示す平面図である。図１Ｃは、本発明の実施の形態１における微細素子の一部構成を示す平面図である。図１Ｄは、本発明の実施の形態１における微細素子の一部構成を示す平面図である。図１Ｅは、本発明の実施の形態１における微細素子の一部構成を示す平面図である。図２Ａは、本発明の実施の形態２における微細素子の構成を示す断面図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態２における微細素子の構成を示す平面図である。図３Ａは、本発明の実施の形態２における微細素子の構成を示す平面図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態２における微細素子の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す平面図である。図３Ｃは、本発明の実施の形態２における微細素子の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す平面図である。図３Ｄは、本発明の実施の形態２における微細素子の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す平面図である。図３Ｅは、本発明の実施の形態２における微細素子の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す平面図である。図３Ｆは、本発明の実施の形態２における微細素子の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す平面図である。図３Ｇは、本発明の実施の形態２における微細素子の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す平面図である。図３Ｈは、本発明の実施の形態２における微細素子の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す平面図である。図３Ｉは、本発明の実施の形態２における微細素子の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す平面図である。図４Ａは、従来の微細素子の構成を示す断面図である。図４Ｂは、従来の微細素子の構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態おける微細素子について説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１における微細素子について図１Ａ～図１Ｅを参照して説明する。図１Ａは、断面図、図１Ｂ～Ｅは平面図である。また、図１Ａは、図１Ｂのａａ’線における断面を示している。また、図１Ｃは、第２固定電極１０４の部分を示し、図１Ｄは、可動部１０３の部分を示している。また、図１Ｅは、基板１０１の上に固定されている第１固定電極１０２、第３固定電極１０８、第１支持部１１２、第２支持部１１４の部分を示している。

この微細素子は、まず、基板１０１の上に形成された第１固定電極１０２と、第１固定電極１０２の上に配置された可動部１０３と、可動部１０３の上に配置された第２固定電極１０４と、第１固定電極１０２との間で第１容量を形成する第１可動電極１０５と、第２固定電極１０４との間で第２容量を形成する第２可動電極１０６とを備える。可動部１０３は、錘部を構成している。また、第１固定電極１０２は、平面視で矩形に形成されている。

可動部１０３は、第１固定電極１０２の上に第１固定電極１０２と離間して可動可能に配置されている。第２固定電極１０４は、可動部１０３の上に可動部１０３と離間して配置されている。第１可動電極１０５は、可動部１０３の第１固定電極１０２と向かい合う箇所に形成されている。第２可動電極１０６は、可動部１０３の第２固定電極１０４と向かい合う箇所に形成されている。

また、実施の形態１における微細素子は、可動部１０３に形成された開口部１０７と、基板１０１の上に形成された第３固定電極１０８とを備える。開口部１０７は、第１固定電極１０２が形成されている領域の周囲の可動部１０３に形成されている。開口部１０７は、基板１０１の平面の法線方向（ｚ軸方向）に可動部１０３を貫通して形成されている。また、第３固定電極１０８は、開口部１０７に開口部１０７の内壁と離間して挿入する部分を備えて形成されている。開口部１０７は、例えば、平面視矩形とされている。

また、実施の形態１における微細素子は、開口部１０７の側面の第３固定電極１０８と向かい合う箇所に形成されて第３固定電極１０８との間で第３容量を形成する第３可動電極１０９を備える。第３可動電極１０９は、例えば、可動部１０３の中心より離れる側の開口部１０７の側面に形成されていればよい。第３可動電極１０９は、可動部１０３の中心に近い側の開口部１０７の側面に形成されていてもよい。第３固定電極１０８と第３可動電極１０９との間隔は、可動部１０３の中心側の開口部１０７の側面と第３固定電極１０８との間隔より小さくなるように形成する。

実施の形態１において、開口部１０７は、矩形の４つの辺に各々対応し、例えば、４つの辺の各々に、複数個ずつ形成されている。例えば、４つの辺の各々に３個ずつ、合計１２個の開口部１０７が、可動部１０３に形成されている。また、各々の開口部１０７に第３可動電極１０９が形成されている。また、各々の第３可動電極１０９に対応して第３固定電極１０８が形成されている。

なお、可動部１０３は、第１支持部１１２に支持された第１支持梁１１３に支持され、３軸方向に変位可能とされている。第１支持梁１１３は、例えば、ばねとして機能する。また、第２固定電極１０４は、第２支持部１１４に支持された第２支持梁１１５により支持固定されている。

実施の形態１における微細素子は、例えば、単結晶シリコンからなる基板１０１に、例えば、よく知られたプラズマＴＥＯＳ－ＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積して形成した絶縁層１１１の上に、よく知られた電解めっき法により形成した金属パターンを積層することで形成できる。絶縁層１１１は、例えば、厚さ０．５μｍ程度とすればよい。各金属パターンは、厚さ１～１０μｍの範囲とし、複数の金属パターンの層を積層することで、上述した実施の形態１における微細素子とすればよい。この場合、絶縁層１１１の上に形成される微細素子は、金属から構成されたものとなる。上述したいずれの製造技術も低温プロセスであり、予め形成されている半導体素子による集積回路などに損傷を与えることがない。

実施の形態１における微細素子を用いた加速度センサは、第１固定電極１０２と第１可動電極１０５との間の第１容量の変化、および第２固定電極１０４と第２可動電極１０６との間の第２容量の変化を、ｚ軸方向の加速度として検出する。また、実施の形態１における微細素子を用いた加速度センサは、第３固定電極１０８と第３可動電極１０９との間の第３容量の変化を、基板１０１の平面に平行な方向（ｘ軸方向，ｙ軸方向）の加速度として検出する。

前述したように、第３固定電極１０８は、開口部１０７において、可動部１０３の中心より離れる側の側面（第３可動電極１０９）に、より近づくように配置され、平面視で、開口部１０７の中心よりずらして配置している。なお、可動部１０３の中心に近い側の側面に、より近づくように配置されていてもよい。この構成とすることで、第３固定電極１０８と第３可動電極１０９との間隔をより狭くし、これらの間の第３容量をより検出しやすい状態としている。

例えば、第３固定電極１０８と第３可動電極１０９との間隔を５μｍ、可動部１０３の中心側の開口部１０７の側面と第３固定電極１０８との間隔を１５μｍとすればよい。また、可動部１０３の中心から離れる方向における平面視の第３固定電極１０８の幅は、５μｍとすればよい。この構成とすることで、第３固定電極１０８と第３可動電極１０９との間の第３容量を、可動部１０３の中心側の開口部１０７の側面と第３固定電極１０８との間の容量の３倍とすることができる。

上述した実施の形態１によれば、１つの開口部１０７に、１組の第３容量を検出する第３固定電極１０８と第３可動電極１０９とを備えてセル化している。この構造は、従来技術による櫛歯構造と異なり、片持ち梁構造ではないため、電極のそりなどの影響を受けにくい。また、実施の形態１によれば、上述したセルは、可動部１０３に複数設けることが容易である。この結果、錘部となる可動部１０３の面積を減らすことなく、３軸方向の各々の容量を形成する面積を得ることができる。

この結果、形態の形態１によれは、例えば、可動部１０３のｚ軸方向の厚さを大きくすることで、可動部１０３をより重くすることで、ブラウニアンノイズを低減することが可能であり、３軸の方向の各々の容量がより近似した値となる構造を、大型化することなく、より容易に形成できる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２における微細素子について、図２Ａ，図２Ｂを参照して説明する。この微細素子は、まず、基板１０１の上に形成された第１固定電極１０２と、第１固定電極１０２の上に配置された可動部１０３と、可動部１０３の上に配置された第２固定電極１０４と、第１固定電極１０２との間で第１容量を形成する第１可動電極１０５と、第２固定電極１０４との間で第２容量を形成する第２可動電極１０６とを備える。

また、可動部１０３に形成された開口部１０７と、基板１０１の上に形成された第３固定電極１０８とを備える。開口部１０７は、第１固定電極１０２が形成されている領域の周囲の可動部１０３に形成されている。また、開口部１０７の側面の第３固定電極１０８と向かい合う箇所に形成されて第３固定電極１０８との間で第３容量を形成する第３可動電極１０９を備える。

なお、可動部１０３は、第１支持部１１２に支持された第１支持梁１１３に支持され、３軸方向に変位可能とされている。また、第２固定電極１０４は、第２支持部１１４に支持された第２支持梁１１５により支持固定されている。また、上述した微細素子は、基板１０１に絶縁層１１１を介して形成されている。

上述した構成は、前述した実施の形態１と同様である。実施の形態２では、上述した構成に加え、第３可動電極１０９の下面との間で第４容量を形成する第４固定電極１１０をさらに備える。第３可動電極１０９の下面は、第３可動電極１０９の基板１０１の側の面である。第４固定電極１１０の上面は、第３可動電極１０９の下面に一部が向かい合って、基板１０１の上に形成されている。

実施の形態２における微細素子を用いた加速度センサにおいても、前述した実施の形態１と同様に、第１固定電極１０２と第１可動電極１０５との間の第１容量の変化、および第２固定電極１０４と第２可動電極１０６との間の第２容量の変化を、ｚ軸方向の加速度として検出する。また、第３固定電極１０８と第３可動電極１０９との間の第３容量の変化を、基板１０１の平面に平行な方向（ｘ軸方向，ｙ軸方向）の加速度として検出する。

また、実施の形態２では、第３可動電極１０９の下面と第４固定電極１１０の上面との間の第４容量の変化を、ｘ軸方向，ｙ軸方向の加速度として検出する。第４固定電極１１０の上面の一部と、第３可動電極１０９の下面とが、向かい合った状態とされている。例えば、第３可動電極１０９の下面を基板１０１（第１固定電極１０２）の上に投影した領域より、可動部１０３の中心より離れる側にずれて第４固定電極１１０が配置されている。

上述した構成とすることで、可動部１０３がｘ軸、ｙ軸方向に変位したことによる第４容量の変化が、より感度よく検出できるようになる。実施の形態２によれば、第３容量の変化に加え、第４容量の変化を、ｘ軸方向，ｙ軸方向の加速度として検出するので、加速度を検出する容量をより大きくすることが可能となり、感度を向上させることができる。

次に、実施の形態２における微細素子の製造に関して図３Ａ～図３Ｉを参照して説明する。

まず図３Ａに示すように、例えば単結晶シリコンからなる基板１０１の上に、よく知られた堆積法により酸化シリコンを堆積することにより、絶縁層１１１を形成する。例えば、プラズマＴＥＯＳ－ＣＶＤ法により酸化シリコンを基板１０１の上に堆積することで、絶縁層１１１を形成すればよい。なお、基板１０１の上の図示しない他の領域に、トランジスタや抵抗素子などを供える集積回路が形成されていてもよい。この場合、集積回路を覆うように、絶縁層１１１が形成されている。

次に、図３Ａに示すように、絶縁層１１１の上に、第１固定電極１０２、第４固定電極１１０、第１支持部形成用第１パターン１１２ａ、第２支持部形成用第１パターン１１４ａ、第３固定電極形成用第１パターン１０８ａを含む第１金属パターン層２０１ａを形成する。例えば、電解めっき法などにより、第１金属パターン層２０１ａを形成すればよい。

例えば、蒸着法により密着層となる厚さ０．１μｍのＴｉ層を形成し、引き続き、シード層となる厚さ０．１μｍのＡｕ層を形成する。次いで、公知のフォトリソグラフィ技術により、各パターンと成箇所に開口を有するマスクパターンを形成し、電解めっき法により、開口に露出するシード層よりＡｕの層を厚さ１μｍ程度形成し、この後、マスクパターンを除去すればよい。

次に、図３Ｂに示すように、第１固定電極１０２、第４固定電極１１０、第１支持部形成用第１パターン（不図示）、第２支持部形成用第１パターン（不図示）、第３固定電極形成用第１パターン１０８ａを含む第１金属パターン層２０１ａの側部を埋め込むように、第１犠牲層２０２ａを形成する。例えば、感光性ポリイミドを塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることで、第１犠牲層２０２ａを形成すればよい。

次に、図３Ｃに示すように、第１支持部形成用第２パターン（不図示）、第２支持部形成用第２パターン（不図示）、第３固定電極形成用第２パターン１０８ｂを含む第２金属パターン層２０１ｂを形成する。前述した第１金属パターン層２０１ａと同様に、電解めっき法などにより、第２金属パターン層２０１ｂを形成すればよい。第２金属パターン層２０１ｂは、厚さ３μｍ程度とすればよい。

次に、第１支持部形成用第２パターン（不図示）、第２支持部形成用第２パターン（不図示）、第３固定電極形成用第２パターン１０８ｂを含む第２金属パターン層２０１ｂの側部を埋め込むように、第２犠牲層２０２ｂを形成する。前述した第１犠牲層２０２ａと同様に、第２犠牲層２０２ｂを形成すればよい。

次に、図３Ｄに示すように、第１支持部形成用第３パターン（不図示）、第２支持部形成用第３パターン（不図示）、第３固定電極形成用第３パターン１０８ｃ、第３可動電極形成用第１パターン１０９ｃ、可動部形成用第１パターン１０３ｃ、第１可動電極１０５を含む第３金属パターン層２０１ｃを形成する。前述した第１金属パターン層２０１ａと同様に、電解めっき法などにより、第３金属パターン層２０１ｃを形成すればよい。第３金属パターン層２０１ｃは、厚さ１０μｍ程度とすればよい。

次に、第１支持部形成用第３パターン（不図示）、第２支持部形成用第３パターン（不図示）、第３固定電極形成用第３パターン１０８ｃ、第３可動電極形成用第１パターン１０９ｃ、可動部形成用第１パターン１０３ｃ、第１可動電極１０５を含む第３金属パターン層２０１ｃの側部を埋め込むように、第３犠牲層２０２ｃを形成する。前述した第１犠牲層２０２ａと同様に、第３犠牲層２０２ｃを形成すればよい。

次に、図３Ｅに示すように、第２支持部形成用第４パターン（不図示）、第３固定電極形成用第４パターン１０８ｄ、第３可動電極形成用第２パターン１０９ｄ、可動部形成用第２パターン１０３ｄを含む第４金属パターン層２０１ｄを形成する。第４金属パターン層２０１ｄでは、第１可動電極１０５の上にも可動部形成用第２パターン１０３ｄが形成される。前述した第１金属パターン層２０１ａと同様に、電解めっき法などにより、第４金属パターン層２０１ｄを形成すればよい。第４金属パターン層２０１ｄは、厚さ１０μｍ程度とすればよい。

次に、第２支持部形成用第４パターン（不図示）、第３固定電極形成用第４パターン１０８ｄ、第３可動電極形成用第２パターン１０９ｄ、可動部形成用第２パターン１０３ｄを含む第４金属パターン層２０１ｄの側部を埋め込むように、第４犠牲層２０２ｄを形成する。前述した第１犠牲層２０２ａと同様に、第４犠牲層２０２ｄを形成すればよい。

次に、図３Ｆに示すように、第２支持部形成用第５パターン（不図示）、第３固定電極形成用第５パターン１０８ｅ、第３可動電極形成用第３パターン１０９ｅ、第２可動電極１０６、可動部形成用第３パターン１０３ｅを含む第５金属パターン層２０１ｅを形成する。前述した第１金属パターン層２０１ａと同様に、電解めっき法などにより、第５金属パターン層２０１ｅを形成すればよい。第５金属パターン層２０１ｅは、厚さ１０μｍ程度とすればよい。

次に、第２支持部形成用第５パターン（不図示）、第３固定電極形成用第５パターン１０８ｅ、第３可動電極形成用第３パターン１０９ｅ、第２可動電極１０６、可動部形成用第３パターン１０３ｅを含む第５金属パターン層２０１ｅの側部を埋め込むように、第５犠牲層２０２ｅを形成する。前述した第１犠牲層２０２ａと同様に、第５犠牲層２０２ｅを形成すればよい。

次に、図３Ｇに示すように、第２支持部形成用第６パターン（不図示）を含む第６金属パターン層２０１ｆを形成する。前述した第１金属パターン層２０１ａと同様に、電解めっき法などにより、第６金属パターン層２０１ｆを形成すればよい。第６金属パターン層２０１ｆは、厚さ５μｍ程度とすればよい。

次に、第２支持部形成用第５パターン（不図示）を含む第６金属パターン層２０１ｆの側部を埋め込むように、第６犠牲層２０２ｆを形成する。前述した第１犠牲層２０２ａと同様に、第６犠牲層２０２ｆを形成すればよい。

次に、図３Ｈに示すように、第２支持梁１１５、第２固定電極１０４を含む第７金属パターン層２０１ｇを形成する。前述した第１金属パターン層２０１ａと同様に、電解めっき法などにより、第７金属パターン層２０１ｇを形成すればよい。第７金属パターン層２０１ｇは、厚さ５μｍ程度とすればよい。

この後、第１犠牲層２０２ａ、第２犠牲層２０２ｂ、第３犠牲層２０２ｃ、第４犠牲層２０２ｄ、第５犠牲層２０２ｅ、第６犠牲層２０２ｆを除去する。例えば、酸素ガスを用いたドライエッチングプロセスにより、有機材料を選択的にエッチングすることで、第１犠牲層２０２ａ、第２犠牲層２０２ｂ、第３犠牲層２０２ｃ、第４犠牲層２０２ｄ、第５犠牲層２０２ｅ、第６犠牲層２０２ｆを除去すればよい。

この結果、図３Ｉに示すように、実施の形態２における微細素子が得られる。例えば、第１支持部形成用第１パターン１１２ａ、第１支持部形成用第２パターン１１２ｂ、第１支持部形成用第３パターン１１２ｃの積層構造により、第１支持部１１２が構成される。また、第３固定電極形成用第１パターン１０８ａ、第３固定電極形成用第２パターン１０８ｂ、第３固定電極形成用第３パターン１０８ｃ、第３固定電極形成用第４パターン１０８ｄ、第３固定電極形成用第５パターン１０８ｅの積層構造により、第３固定電極１０８が構成される。

また、第３可動電極形成用第１パターン１０９ｃ、第３可動電極形成用第２パターン１０９ｄ、第３可動電極形成用第３パターン１０９ｅの積層構造により、第３可動電極１０９が構成される。また、可動部形成用第１パターン１０３ｃ（第１可動電極１０５）、可動部形成用第２パターン１０３ｄ、可動部形成用第３パターン１０３ｅ（第２可動電極１０６）の積層構造により、可動部１０３が構成される。

また、第２支持部形成用第１パターン１１４ａ、第２支持部形成用第２パターン１１４ｂ、第２支持部形成用第３パターン１１４ｃ、第２支持部形成用第４パターン（不図示）、第２支持部形成用第５パターン１１４ｅ、第２支持部形成用第６パターン１１４ｆの積層構造により、第２支持部１１４が構成される。

以上に説明したように、一般的に用いられているＭＥＭＳ製造技術により、実施の形態における微細素子が容易に製造可能であることがわかる。

以上に説明したように、本発明によれば、基板の平面の法線方向の変位を検出する第１可動電極，第２可動電極を備える可動部に形成された開口部に挿入する部分を備える第３固定電極を設けるようにしたので、３軸の方向の各々の容量がより近似した値となる構造を、大型化することなく、より容易に形成できるようになる。本発明によれば、すでに形成されている集積回路の損傷素与えることなく、微細素子が形成可能であり、小型化、高性能化、３軸化が達成できるという特長がある。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…基板、１０２…第１固定電極、１０３…可動部、１０４…第２固定電極、１０５…第１可動電極、１０６…第２可動電極、１０７…開口部、１０８…第３固定電極１０８、１０９…第３可動電極、１１０…第４固定電極、１１１…絶縁層、１１２…第１支持部、１１３…第１支持梁、１１４…第２支持部、１１５…第２支持梁。

Claims

基板の上に形成された第１固定電極と、
前記第１固定電極の上に前記第１固定電極と離間して可動可能に配置された可動部と、
前記可動部の上に前記可動部と離間して配置された第２固定電極と、
前記可動部の前記第１固定電極と向かい合う箇所に形成されて前記第１固定電極との間で第１容量を形成する第１可動電極と、
前記可動部の前記第２固定電極と向かい合う箇所に形成されて前記第２固定電極との間で第２容量を形成する第２可動電極と、
前記第１固定電極が形成されている領域の周囲において前記可動部に形成された開口部と、
前記開口部に前記開口部の内壁と離間して挿入する部分を備えて前記基板の上に形成された第３固定電極と、
前記開口部の側面の前記第３固定電極と向かい合う箇所に形成されて前記第３固定電極との間で第３容量を形成する第３可動電極と
を備えることを特徴とする微細素子。
請求項１記載の微細素子において、
前記第３可動電極は、前記可動部の中心より離れる側の前記開口部の側面に形成されていることを特徴とする微細素子。
請求項１または２記載の微細素子において、
前記第１固定電極は、平面視で矩形に形成され、
前記開口部は、矩形の４つの辺に各々対応して形成され、
各々の前記開口部に前記第３可動電極が形成され、
各々の前記第３可動電極に対応して前記第３固定電極が形成されている
ことを特徴とする微細素子。
請求項３記載の微細素子において、
前記開口部は、矩形の４つの辺に各々に複数個ずつ形成されていることを特徴とする微細素子。
請求項１～４のいずれか１項に記載微細素子において、
前記開口部は、平面視で矩形に形成されていることを特徴とする微細素子。
請求項１～５のいずれか１項に記載の微細素子において、
前記第３可動電極の下面に一部が向かい合って前記基板の上に形成されて前記第３可動電極との間で第４容量を形成する第４固定電極をさらに備えることを特徴とする微細素子。