JP2011083844A - Evaluation method for mems device, and manufacturing method for mems device - Google Patents
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Abstract
【課題】MEMSデバイスを駆動させ、共振周波数の誤差を測定し、製造工程の寸法誤差を評価する方法を実現する。
【解決手段】MEMSデバイスの評価方法は、基板20の表面に形成される下部電極50と、下部電極50の表面に空間を有し、互いに平行、且つ対向する方向に延在される第1駆動腕62と第2駆動腕64を有し、第1駆動腕62と第2駆動腕64それぞれの共振周波数を測定する工程と、第1駆動腕62と第2駆動腕64それぞれの共振周波数から共振周波数の中央値を計算する工程と、第1駆動腕62と第2駆動腕64それぞれの共振周波数と前記中央値との差を計算する工程と、を含み、この共振周波数の差から第1駆動腕62及び第2駆動腕64のずれ量を評価する。
【選択図】図1A method of measuring a resonance frequency error by driving a MEMS device and evaluating a dimensional error in a manufacturing process is realized.
A method for evaluating a MEMS device includes a lower electrode formed on a surface of a substrate and a first drive having a space on the surface of the lower electrode and extending in parallel and opposite directions. It has an arm 62 and a second drive arm 64, measures the resonance frequency of each of the first drive arm 62 and the second drive arm 64, and resonates from the resonance frequency of each of the first drive arm 62 and the second drive arm 64. Calculating a median value of the frequencies, and calculating a difference between the resonance value of each of the first drive arm 62 and the second drive arm 64 and the median value. The shift amount of the arm 62 and the second drive arm 64 is evaluated.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、MEMSデバイスの評価方法と、このMEMSデバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating a MEMS device and a method for manufacturing the MEMS device.
MEMS(Macro Electro Mechanical Systems)は、微小構造体形成技術の1つで、微細な機械電気システムであって、半導体製造技術を用いて製造され、MEMS構造体は微小な弾性体、回転体等の立体的な可動体を有している。 MEMS (Macro Electro Mechanical Systems) is one of fine structure forming technologies, and is a fine mechanical and electrical system, which is manufactured using semiconductor manufacturing technology. The MEMS structure is a fine elastic body, a rotating body, etc. It has a three-dimensional movable body.
半導体製造で規定されるプロセス規格は、作成される回路の電気特性を保証する範囲で決定される。そのために規格内のわずかなずれであれば回路特性(電気特性)に問題はないとされている。しかし、半導体製造技術を用いて作成されるMEMSデバイスの挙動または挙動特性は、可動体の長さに大きく依存する。 A process standard defined in semiconductor manufacturing is determined within a range that guarantees electrical characteristics of a circuit to be created. Therefore, it is said that there is no problem in circuit characteristics (electrical characteristics) if there is a slight deviation within the standard. However, the behavior or behavior characteristics of a MEMS device produced using semiconductor manufacturing technology greatly depends on the length of the movable body.
MEMSデバイスとしての代表的なものとして、基板表面に下部電極を形成し、この下部電極の表面に空間を有して可動体としての片持ち梁状の駆動腕を形成し、駆動腕と下部電極との間に電位差を発生させ静電気で駆動腕を駆動するMEMSデバイスが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a typical MEMS device, a lower electrode is formed on a substrate surface, a space is formed on the surface of the lower electrode, a cantilevered drive arm is formed as a movable body, and the drive arm and the lower electrode are formed. A MEMS device has been proposed in which a potential difference is generated between them and the drive arm is driven by static electricity (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1のように構成されるMEMSデバイスの挙動特性は、駆動腕の長さと、駆動腕と下部電極との間の交差面積に依存するため、駆動腕の製造工程と、下部電極を含む他の機能要素の製造工程が別工程の場合、駆動腕と下部電極や他の機能要素との相対的な寸法誤差が発生することがあり、これらの合わせ精度が駆動腕の挙動や挙動特性に影響する。
Since the behavior characteristic of the MEMS device configured as in
このようなMEMSデバイスを共振器として用いる場合には、この合わせ誤差により駆動腕の長さ誤差が生じることにより所望の共振周波数が得られないということがあり、また、このMEMSデバイスをスイッチとして用いる場合には所望の電圧で駆動しないことも考えられる。 When such a MEMS device is used as a resonator, a desired resonance frequency may not be obtained due to a drive arm length error caused by this alignment error, and this MEMS device is used as a switch. In some cases, it may be possible not to drive at a desired voltage.
これらの問題を解決するためには、駆動腕の長さ寸法や下部電極の形成位置、寸法を直接測定することにより、これらの誤差を評価する方法がとられる。しかし、前述したように、MEMSデバイスは半導体製造技術を用いて製造するような微小構造体であるため、測定に手間がかかること、測定そのものに誤差が発生しやすいこと、測定器の精度そのものに影響されてしまうことがあり、評価できる寸法精度に限界があるという課題を有している。 In order to solve these problems, a method of evaluating these errors by directly measuring the length dimension of the drive arm, the formation position and dimension of the lower electrode, is employed. However, as described above, since a MEMS device is a microstructure that is manufactured using semiconductor manufacturing technology, it takes time for measurement, an error tends to occur in the measurement itself, and the accuracy of the measuring instrument itself. There is a problem that there is a limit to the dimensional accuracy that can be evaluated.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係るMEMSデバイスの評価方法は、基板の表面に形成される下部電極と、前記下部電極の表面に空間を有し、互いに平行、且つ対向する方向に延在され、同じ長さを有する少なくとも第1駆動腕と第2駆動腕を有し、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性を測定する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕のそれぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、を含むことを特徴とする。 Application Example 1 A MEMS device evaluation method according to this application example has a lower electrode formed on the surface of a substrate and a space on the surface of the lower electrode, and is extended in directions parallel to and opposite to each other. Measuring at least the first drive arm and the second drive arm having the same length, measuring electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm, and the first drive arm and the second drive arm. Calculating the median of the electrical characteristics from the electrical characteristics of each of the drive arms, and calculating the difference between the electrical characteristics of each of the first and second drive arms and the median. It is characterized by.
本適用例によれば、第1駆動腕と第2駆動腕とが、互いに平行で対向する方向に延在されているため、製造工程中において一方の駆動腕が駆動腕の延在方向にずれる場合、他方の駆動腕も同じ方向に同じずれ量で平行移動する。このことにより、一方の駆動腕の長さが長くなるときには他方の駆動腕の長さは短くなる。また、下部電極と各駆動腕との交差面積も、一方が大きくなれば他方は小さくなる。 According to this application example, since the first drive arm and the second drive arm are extended in directions that are parallel and opposite to each other, one of the drive arms is shifted in the extending direction of the drive arm during the manufacturing process. In this case, the other driving arm also translates in the same direction with the same amount of displacement. Thus, when the length of one drive arm is increased, the length of the other drive arm is decreased. Further, the crossing area of the lower electrode and each driving arm also becomes smaller when one becomes larger.
このように、駆動腕の長さに寸法誤差が生じると各駆動腕の挙動や挙動特性に関わる電気特性に影響がでる。そこで、第1駆動腕と第2駆動腕のそれぞれの電気特性を測定し、これら電気特性の和または差から電気特性の中央値を計算し、各駆動腕と中央値との差を計算し、この中央値との差から、電気特性に大きく影響する駆動腕の長さ誤差(ずれ量)を評価することができる。 As described above, when a dimensional error occurs in the length of the drive arm, the behavior of each drive arm and the electrical characteristics related to the behavior characteristic are affected. Therefore, the electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm are measured, the median of the electrical characteristics is calculated from the sum or difference of these electrical characteristics, the difference between each drive arm and the median is calculated, From the difference from the median, it is possible to evaluate the length error (deviation amount) of the driving arm that greatly affects the electrical characteristics.
電気特性は、寸法の実測に比べて容易に、且つ高精度で測定可能であるため、半導体製造技術を用いて製造するような微小構造体の各駆動腕や下部電極の寸法の実測には手間がかかること、測定作業そのものに誤差がでやすいこと、測定器そのものの精度に依存してしまうというような課題を解決できる。 Since electrical characteristics can be measured more easily and with higher accuracy than actual measurements, it is troublesome to measure the dimensions of each drive arm and lower electrode of a microstructure that is manufactured using semiconductor manufacturing technology. It is possible to solve the problems that the measurement work itself is error-prone and that it depends on the accuracy of the measuring instrument itself.
[適用例2]上記適用例によるMEMSデバイスの評価方法は、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕と、前記下部電極の表面に空間を有し、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕の延在方向に対して直角方向に、互いに平行、且つ対向する方向に延在され、同じ長さを有する第3駆動腕と第4駆動腕を有し、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕と前記第3駆動腕と前記第4駆動腕それぞれの電気特性を測定する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、前記第3駆動腕と前記第4駆動腕それぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、前記第3駆動腕と前記第4駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、を含むことが好ましい。 Application Example 2 The MEMS device evaluation method according to the application example described above has a space on the surface of the first drive arm, the second drive arm, and the lower electrode, and the first drive arm and the second drive. A third drive arm and a fourth drive arm extending in a direction perpendicular to the direction in which the arms extend, parallel to and opposite to each other, and having the same length, the first drive arm and the first drive arm; Measuring the electrical characteristics of each of the second driving arm, the third driving arm, and the fourth driving arm, and calculating the median of the electrical characteristics from the electrical characteristics of the first driving arm and the second driving arm. And calculating the difference between the median value and the electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm, and calculating the center of the electrical characteristics from the electrical characteristics of the third drive arm and the fourth drive arm. A step of calculating a value, and an electric power of each of the third driving arm and the fourth driving arm. Calculating a difference between characteristics and the median value, it will be preferable to include.
前述した第1駆動腕と第2駆動腕に加え、第1駆動腕及び第2駆動腕の延在方向に対して直角方向に延在される第3駆動腕と第4駆動腕とを設けることにより、第1駆動腕と第2駆動腕の延在方向の長さ誤差に起因する電気特性のずれ量と、第1駆動腕と第2駆動腕に直交する方向の長さ誤差に起因する電気特性のずれ量と、の2方向の誤差を評価することができる。 In addition to the first driving arm and the second driving arm described above, a third driving arm and a fourth driving arm extending in a direction perpendicular to the extending direction of the first driving arm and the second driving arm are provided. Thus, the amount of deviation of the electrical characteristics due to the length error in the extending direction of the first drive arm and the second drive arm, and the electricity due to the length error in the direction orthogonal to the first drive arm and the second drive arm. It is possible to evaluate an error in two directions, that is, a characteristic deviation amount.
[適用例3]上記適用例によるMEMSデバイスの評価方法は、前記電気特性が、前記下部電極と前記第1駆動腕、前記下部電極と前記第2駆動腕との交差領域の静電容量であることが好ましい。 Application Example 3 In the evaluation method of the MEMS device according to the application example, the electrical characteristic is a capacitance in an intersection region between the lower electrode and the first driving arm and the lower electrode and the second driving arm. It is preferable.
下部電極と、各駆動腕それぞれの間の静電容量は、両者の交差領域の面積に比例する。従って、同一方向に延在される駆動腕において延在方向に位置ずれが発生した場合、一方の駆動腕の下部電極との交差面積が増加すると、他方の駆動腕の下部電極との交差面積は同じ量だけ減少する。そこで、例えば静電容量測定器等を用いて第1駆動腕と第2駆動腕それぞれと下部電極との交差領域の静電容量を測定し、その和または差から静電容量の中央値を計算し、各静電容量の測定値と中央値との差を計算し、さらに交差面積のずれ量を算出すれば、静電容量のずれ量を駆動腕の長さ誤差として、容易に、且つ高精度で評価することができる。 The capacitance between the lower electrode and each drive arm is proportional to the area of the intersection region between the two electrodes. Therefore, when a displacement occurs in the extending direction in the driving arm extending in the same direction, if the crossing area with the lower electrode of one driving arm increases, the crossing area with the lower electrode of the other driving arm is Decrease by the same amount. Therefore, for example, by using a capacitance measuring device or the like, the capacitance of the intersection of the first and second driving arms and the lower electrode is measured, and the median value of the capacitance is calculated from the sum or difference. If the difference between the measured value and the median value of each capacitance is calculated, and further the amount of deviation of the crossing area is calculated, the amount of deviation of the capacitance can be easily determined as a length error of the drive arm and increased. Can be evaluated with accuracy.
[適用例4]上記適用例によるMEMSデバイスの評価方法は、前記電気特性が、共振周波数であることが好ましい。 Application Example 4 In the MEMS device evaluation method according to the application example, it is preferable that the electrical characteristic is a resonance frequency.
駆動腕の共振周波数は、駆動腕の長さの二乗に反比例する。そして、同一方向に延在される駆動腕において延在方向に位置ずれが発生した場合、一方の駆動腕の長さが増加すると、他方の駆動腕の長さは同じ量だけ減少する。そこで、例えば周波数測定器等を用いて各駆動腕の共振周波数を測定し、この共振周波数の和または差から共振周波数の中央値を計算し、各駆動腕の共振周波数と中央値との差を計算すれば、第1駆動腕及び第2駆動腕の長さのずれに起因する共振周波数のずれ量(誤差)を評価することができる。 The resonance frequency of the drive arm is inversely proportional to the square of the length of the drive arm. Then, when a displacement occurs in the extending direction in the driving arms extending in the same direction, when the length of one driving arm increases, the length of the other driving arm decreases by the same amount. Therefore, for example, the resonance frequency of each drive arm is measured by using a frequency measuring device or the like, and the median value of the resonance frequencies is calculated from the sum or difference of the resonance frequencies, and the difference between the resonance frequency and the median value of each drive arm is calculated. By calculating, it is possible to evaluate the resonance frequency shift amount (error) caused by the shift in the lengths of the first drive arm and the second drive arm.
また、共振周波数から駆動腕の長さを算出することができるため、共振周波数の誤差を駆動腕の長さ誤差として評価できる。 Further, since the length of the driving arm can be calculated from the resonance frequency, the error of the resonance frequency can be evaluated as the length error of the driving arm.
なお、前述した静電容量が交差面積に比例することに対して、共振周波数は駆動腕の長さの二乗に反比例することから、長さ誤差の共振周波数に対する影響が大きく現れるため、より一層、高精度で第1駆動腕及び第2駆動腕の長さ誤差を評価することができる。 In addition, since the resonance frequency is inversely proportional to the square of the length of the driving arm, the influence of the length error on the resonance frequency appears greatly, whereas the capacitance described above is proportional to the crossing area. The length error of the first drive arm and the second drive arm can be evaluated with high accuracy.
[適用例5]本適用例に係るMEMSデバイスの製造方法は、XY平面に展在される基板の表面に下部電極を形成する工程と、第1アンカーホールと第2アンカーホールとを形成する工程と、前記第1アンカーホールに配設される第1アンカー部と、前記第1アンカー部に連続しX方向またはY方向に延在される第1駆動腕と、前記第2アンカーホールに配設される第2アンカー部と、前記第2アンカー部に連続し前記第1駆動腕に対して互いに平行に、且つ対向する方向に延在される第2駆動腕と、を形成する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕の電気特性を測定する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、を含むことを特徴とする。 Application Example 5 A method of manufacturing a MEMS device according to this application example includes a step of forming a lower electrode on a surface of a substrate spread on an XY plane, and a step of forming a first anchor hole and a second anchor hole. A first anchor portion disposed in the first anchor hole, a first drive arm extending in the X direction or the Y direction continuously to the first anchor portion, and disposed in the second anchor hole Forming a second anchor portion, and a second drive arm that is continuous with the second anchor portion and extends in parallel to and opposite to the first drive arm; and Measuring electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm, calculating a median of electrical characteristics from the electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm, and the first drive. The electrical characteristics of the arm and the second drive arm Characterized in that it comprises a step of calculating the difference between the median, the.
ここで、アンカーホールとは、基板に駆動腕を接続固定するためのアンカー部を形成する位置規定する部分を意味する。また、電気特性とは、例えば、前述した静電容量または共振周波数のことである。 Here, the anchor hole means a portion for defining a position for forming an anchor portion for connecting and fixing the driving arm to the substrate. The electrical characteristics are, for example, the above-described capacitance or resonance frequency.
本適用例によれば、下部電極を形成する工程と、第1アンカーホール及び第2アンカーホールを形成する工程と、第1駆動腕及び第2駆動腕を形成する工程を、それぞれ別工程で形成する。従って、下部電極と第1アンカー部及び第2アンカー部との位置ずれ、第1アンカー部と第1駆動腕及び第2アンカー部と第2駆動腕との位置ずれ、下部電極と第1駆動腕及び第2駆動腕との位置ずれ、が発生することがある。 According to this application example, the step of forming the lower electrode, the step of forming the first anchor hole and the second anchor hole, and the step of forming the first drive arm and the second drive arm are formed in separate steps. To do. Therefore, the positional deviation between the lower electrode and the first anchor part and the second anchor part, the positional deviation between the first anchor part and the first driving arm and the second anchor part and the second driving arm, the lower electrode and the first driving arm. In addition, positional deviation from the second drive arm may occur.
各アンカー部それぞれに対応する各駆動腕の位置ずれは、各駆動腕の長さ誤差となり共振周波数の誤差として現れ、下部電極と各駆動腕の位置ずれは、下部電極と各駆動腕との交差面積の誤差となり、静電容量の誤差として現れる。 The displacement of each drive arm corresponding to each anchor portion becomes the error of the length of each drive arm and appears as an error of the resonance frequency, and the displacement of the lower electrode and each drive arm is the intersection of the lower electrode and each drive arm. It becomes an area error and appears as a capacitance error.
そこで、第1駆動腕及び第2駆動腕の共振周波数、または下部電極と第1駆動腕、第2駆動腕の間の静電容量と、を測定し、それぞれの中央値を計算し、この中央値との差を算出することで、静電容量の誤差や、共振周波数の誤差として評価することができる。つまり、各アンカー部と各駆動腕、下部電極と各駆動腕との位置ずれ量を容易に、しかも高精度で評価できる。 Therefore, the resonance frequency of the first driving arm and the second driving arm or the capacitance between the lower electrode and the first driving arm and the second driving arm is measured, and the median value of each is calculated, By calculating the difference from the value, it can be evaluated as an error in capacitance or an error in resonance frequency. That is, the amount of positional deviation between each anchor portion and each driving arm and between the lower electrode and each driving arm can be evaluated easily and with high accuracy.
[適用例6]上記適用例に係るMEMSデバイスの製造方法は、前記下部電極を形成する工程と、前記第1アンカーホールと前記第2アンカーホールと、さらに第3アンカーホールと第4アンカーホールと、を形成する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕と、前記第3アンカーホールに配設される第3アンカー部と、前記第3アンカー部に連続し前記第1駆動腕と前記第2駆動腕の延在方向に対して直角方向に延在される第3駆動腕と、前記第4アンカーホールに配設される第4アンカー部と、前記第4アンカー部に連続し前記第3駆動腕の延在方向に対して平行に、且つ互いに対向する方向に延在される第4駆動腕と、を形成する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、前記第3駆動腕と前記第4駆動腕それぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、前記第3駆動腕と前記第4駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、を含むことが好ましい。 Application Example 6 A method of manufacturing a MEMS device according to the application example described above includes the step of forming the lower electrode, the first anchor hole and the second anchor hole, and the third anchor hole and the fourth anchor hole. , And the first driving arm, the second driving arm, a third anchor portion disposed in the third anchor hole, and the first driving arm continuous with the third anchor portion, A third driving arm extending in a direction perpendicular to an extending direction of the second driving arm, a fourth anchor portion disposed in the fourth anchor hole, and the fourth anchor portion continuously to the fourth anchor portion; Forming a fourth drive arm extending in a direction parallel to the extending direction of the third drive arm and facing each other, and the electric power of each of the first drive arm and the second drive arm Calculating the median of the electrical characteristics from the characteristics; The step of calculating the difference between the respective electrical characteristics and the median value of the first drive arm and the second drive arm, and the median value of the electrical characteristics from the electrical characteristics of the third drive arm and the fourth drive arm. Preferably, the method includes a step of calculating, and a step of calculating a difference between the electrical characteristics of the third driving arm and the fourth driving arm and the median value.
このような製造方法では、下部電極を形成する工程と、第1アンカーホールと第2アンカーホールと第3アンカーホールと第4アンカーホールとを形成する工程と、第1駆動腕と第2駆動腕と第3駆動腕と第4駆動腕とを形成する工程を、それぞれ別工程で形成する。 In such a manufacturing method, a step of forming a lower electrode, a step of forming a first anchor hole, a second anchor hole, a third anchor hole, and a fourth anchor hole, a first driving arm and a second driving arm. The steps of forming the third drive arm and the fourth drive arm are formed in separate steps.
従って、各アンカー部それぞれに対応する駆動腕の位置ずれは、駆動腕の長さ誤差となり、下部電極と各駆動腕の位置ずれは、下部電極と各駆動腕との交差面積の誤差となる。 Therefore, the displacement of the driving arm corresponding to each anchor portion becomes a length error of the driving arm, and the displacement of the lower electrode and each driving arm becomes an error of the intersection area between the lower electrode and each driving arm.
よって、静電容量または共振周波数を測定し、それらの測定値から中央値を計算し、設中央値との差を算出することにより、X方向及びY方向の直交する2方向の駆動腕の長さ誤差や交差面積の誤差を静電容量または共振周波数により評価することができる。つまり、各アンカー部と各駆動腕、下部電極と各駆動腕との位置ずれを容易に、しかも高精度で評価できる。 Therefore, by measuring the capacitance or resonance frequency, calculating the median value from those measured values, and calculating the difference from the set median value, the length of the drive arm in the two directions orthogonal to the X and Y directions The error of the height and the crossing area can be evaluated by the capacitance or the resonance frequency. That is, it is possible to easily evaluate the positional deviation between each anchor portion and each driving arm and between the lower electrode and each driving arm with high accuracy.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明のMEMSデバイスは、共振器、スイッチ、ジャイロセンサー、加速度センサー等に適合できるが、以下の実施形態では共振器を例示して説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
(実施形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The MEMS device of the present invention can be adapted to a resonator, a switch, a gyro sensor, an acceleration sensor, and the like. In the following embodiments, a resonator will be described as an example.
Note that the drawings referred to in the following description are schematic views in which the vertical and horizontal scales of members or portions are different from actual ones for convenience of illustration.
(Embodiment 1)
図1は、実施形態1に係るMEMSデバイスの構成を示す平面図、図2は、図1のB−B切断面を示す断面図である。図1、図2において、MEMSデバイス10は、XY平面に展在されるシリコンからなる基板20と、基板20の表面全体に形成される窒化物層30と、窒化物層30の表面に形成される第1アンカーベース41、第2アンカーベース42としての導電性を有する層と、下部電極50と、ポリシリコンからなる第1駆動腕62と第2駆動腕64とから構成されている。なお、本実施形態では、第1アンカーベース41、第2アンカーベース42及び下部電極50の材質はポリシリコンであって、同工程で形成される。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of the MEMS device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a BB cut surface of FIG. 1 and 2, a
第1駆動腕62は、第1アンカー部61により第1アンカーベース41に接続され、第2駆動腕64に向かって−X方向に延在されている。第2駆動腕64は、第2アンカー部63により第2アンカーベース42に接続され、第1駆動腕62に向かって+X方向に延在されている。つまり、第1駆動腕62と第2駆動腕64とはX方向に平行で、互いに対向するよう延在されている。第1駆動腕62と第2駆動腕64は、それぞれ第1アンカー部61、第2アンカー部63を固定端とする、同じ形状を有する片持ち梁構造である。
The
第1駆動腕62と第2駆動腕64は、下部電極50の表面と空間55を有して形成されており、それぞれの先端部がZ方向に面外振動可能である。
The
基板20内部には、図示しない発信回路(インバーター)と、混合器(ミキサー)と、分周回路等が形成されている。MEMSデバイス10は、第1駆動腕62と第2駆動腕64と、下部電極50との間に電位差を発生させ、静電力でZ方向に振動される。
A transmission circuit (inverter), a mixer (mixer), a frequency dividing circuit, and the like (not shown) are formed inside the
ここで、MEMSデバイス10が設計値通りに形成されている場合、第1駆動腕62の長さL1と第2駆動腕64の長さL2とは等しい。また、第1駆動腕62と下部電極50との交差面積A1と、第2駆動腕64と下部電極50との交差面積A2は等しい。なお、第1駆動腕62と第2駆動腕64の厚さをt、空間55の高さをdで表す。
Here, when the
なお、本実施形態では、第1駆動腕62と第2駆動腕64とをX方向に直線上に延在する例を表しているが、Y方向に延在する構成としてもよい。また、第1駆動腕62と第2駆動腕64とを直線上からずらす構成としてもよい。
(MEMSデバイスの製造方法)
In the present embodiment, the
(Method for manufacturing MEMS device)
続いて、本実施形態のMEMSデバイス10の製造方法について図面を参照して説明する。
図3は、複数のMEMSデバイスを配列可能な大判の基板としてのウエハーのレイアウト図である。MEMSデバイス10は、ウエハー100の表面にX方向及びY方向に複数個整列させて半導体製造技術を用いて製造される。製造工程としては、ウエハー100を固定位置で一括処理する場合と、MEMSデバイス一個毎(図示、塗りつぶし領域毎)にウエハー100をX方向またはY方向に移動させて処理する場合と、がある。
続いて、MEMSデバイス10の具体的な製造方法について説明する。
Then, the manufacturing method of the
FIG. 3 is a layout diagram of a wafer as a large substrate on which a plurality of MEMS devices can be arranged. The
Next, a specific method for manufacturing the
図4は、本実施形態に係るMEMSデバイスの主要な製造工程を示す断面図である。なお、図4は、図1のB−B切断面を表している。なお、図1、図2も参照する。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing main manufacturing steps of the MEMS device according to this embodiment. FIG. 4 shows a BB cut surface of FIG. 1 and 2 are also referred to.
まず、図4(a)に示すように、ウエハー100の表面全体にCVD法(Chemical Vapor Deposition)、またはPVD法(Physical Vapor Deposition)などの膜形成手段を用いて窒化物層30を形成し、窒化物層30の表面全体に下部電極50及び第1アンカーベース41、第2アンカーベース42となるポリシリコン層をCVD法またはPVD法等の膜形成手段を用いて形成する。
First, as shown in FIG. 4A, a
そして、エッチング法により、下部電極50、第1アンカーベース41、第2アンカーベース42を形成する。この下部電極50、第1アンカーベース41、第2アンカーベース42の形成は、ウエハー100において複数のMEMSデバイス10の形成領域全体を一括工程で形成する。従って、複数のMEMSデバイス10の形成領域毎の下部電極50と、第1アンカーベース41と、第2アンカーベース42の形成位置、形状、厚さ寸法の領域毎のばらつきは極めて小さい。
Then, the
次に、図4(b)に示すように、犠牲層110を下部電極50及び第1アンカーベース41、第2アンカーベース42の表面を含むウエハー100全面にCVD法、またはPVD法を用いて形成する。犠牲層110の厚さは、空間55の高さd(図2、参照)に相当する。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(c)に示すように、第1アンカーホール111、第2アンカーホール112をエッチング法等の手段を用いてウエハー100の全領域で一括形成する。第1アンカーホール111は第1アンカーベース41に達するまで開口され、第2アンカーホール112は第2アンカーベース42に達するまで開口される。第1アンカーホール111及び第2アンカーホール112は、第1アンカー部61及び第2アンカー部63の平面位置及び平面サイズに相当する(図1、参照)。
Next, as shown in FIG. 4C, the
次に、図4(d)に示すように、第1駆動腕62と第2駆動腕64となるポリシリコン層120を犠牲層110の表面全体及び第1アンカーホール111、第2アンカーホール112の内部に充填するようCVD法、またはPVD法を用いて形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, the
続いて、図4(e)に示すように、露光工程、エッチング工程の順に加工処理し、第1駆動腕62及び第2駆動腕64の平面形状を形成する。形状形成のための露光工程は、MEMSデバイス10形成領域の一つ毎単独で行われる。従って、図3に図示したウエハー100における一つのMEMSデバイス形成領域を加工処理した後、X方向隣の形成領域の加工処理を行う。本実施形態では、露光装置(図示せず)は固定した状態で、ウエハー100を1形成領域ずつX方向(つまり、第1駆動腕62及び第2駆動腕64の延在方向)に移動させる。
Subsequently, as shown in FIG. 4E, the planar shape of the
続いて、犠牲層110を除去する。この工程は、ウエハー100をエッチング液に浸漬することで行われる。よって、第1駆動腕62及び第2駆動腕64の下部に形成された犠牲層110が除去されて、図2に示すような第1駆動腕62と第2駆動腕64とが立体形成される。
続いて、ウエハー100をダイシング工程により、図1、図2に示すようなMEMSデバイス10の単体に個片化する。
Subsequently, the
Subsequently, the
このような製造方法によれば、下部電極50を形成する工程と、第1アンカーホール111及び第2アンカーホール112を形成する工程と、第1駆動腕62及び第2駆動腕64を形成する工程を、それぞれ別工程で形成する。また、下部電極50、第1アンカーホール111、第2アンカーホール112の形成は、ウエハー100全体で一括して行い、第1駆動腕62と第2駆動腕64形成のための露光工程は、MEMSデバイスの1形成領域毎行う。
According to such a manufacturing method, the step of forming the
従って、下部電極50と第1アンカーホール111及び第2アンカーホール112との位置ずれ、第1アンカーホール111と第1駆動腕62、第2アンカーホール112と第2駆動腕64との位置ずれ、下部電極50と第1駆動腕62及び第2駆動腕64との位置ずれが発生することがある。しかし、下部電極50、第1アンカーホール111、第2アンカーホール112の形成は、ウエハー100を固定した状態で行うため、半導体製造におけるプロセス規格の範囲内のずれ量であり極めて小さく問題ない。
Therefore, the positional deviation between the
しかし、第1駆動腕62と第2駆動腕64形成のための露光工程は、MEMSデバイスの1形成領域毎ウエハー100を移動させて行うため、第1駆動腕62と第2駆動腕64は、ウエハー100内のMEMSデバイスの1形成領域毎に長さ誤差と、下部電極との交差面積のずれ(誤差)が、ウエハー100の移動方向に発生することがある。
However, since the exposure process for forming the
次に、上述したずれ(誤差)について図面を参照して説明する。
図5は、第1駆動腕及び第2駆動腕のずれを模式的に示す平面説明図である。MEMSデバイス10が、設計値通りに形成された場合(図示、二点鎖線で表す)、第1駆動腕62の長さL1と第2駆動腕64の長さL2は等しい。また、第1駆動腕62と下部電極50との交差面積A1と第2駆動腕64と下部電極50との交差面積A2とは等しい。
Next, the above-described deviation (error) will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is an explanatory plan view schematically showing the displacement between the first drive arm and the second drive arm. When the
ここで、第1駆動腕62と第2駆動腕64の露光工程において、ウエハー100が設計値よりも露光装置(マスク)に対して+X方向にずれた場合について説明する。このような場合、第1アンカー部61と第2アンカー部63との相対的な位置ずれはないため、第1駆動腕62の長さは設計値の長さL1よりも短くなる方向にずれ、このときの長さをL3とすると、L1−L3だけ長さが短くなる。
Here, the case where the
また、第2駆動腕64の長さは、設計値の長さL2よりも長くなる方向にずれ、このときの長さをL4とすると、L4−L2だけ長さが長くなる。第1駆動腕62と第2駆動腕64とは、同時形成されるため、長さのずれ量は等しい。つまり、L1−L3=L4−L2となる。
Further, the length of the
第1駆動腕62と第2駆動腕64とに長さのずれが発生することに伴い、下部電極50との交差面積にもずれに伴う誤差が発生する。つまり、第1駆動腕62の長さがL3に短くなる場合には交差面積はA3となり、A1−A3だけ交差面積が小さくなる。また、第2駆動腕64の長さがL4に長くなる場合には交差面積はA4となり、A4−A2だけ交差面積が大きくなる。
As the
このように、第1駆動腕62と第2駆動腕64に長さ誤差が生じた場合には、各駆動腕の挙動や振動特性に関わる電気特性に影響がでる。よって、第1駆動腕62と第2駆動腕64の寸法を高精度に評価することが求められる。しかし、前述したように、これらのずれ量を寸法として高精度に直接測定することは困難である。
(MEMSデバイスの評価方法)
As described above, when a length error occurs in the
(Evaluation method of MEMS device)
そこで、本実施形態に係るMEMSデバイス10の評価方法について説明する。この評価方法は、前述した製造方法で製造されたMEMSデバイス10の第1駆動腕62及び第2駆動腕64の長さの設計値に対するずれ量(長さ誤差)を電気特性により高精度で評価する方法に係る。
Therefore, an evaluation method of the
電気特性による評価方法としては、第1駆動腕62及び第2駆動腕64と、下部電極50との交差面積の誤差を静電容量の差として評価する方法と、共振周波数の差で評価する方法とがある。まず、静電容量について説明する。第1駆動腕62及び第2駆動腕64と、下部電極50との交差領域の静電容量は、次式で計算することができる。なお、図1、図2、図5を参照する。
As an evaluation method based on electrical characteristics, a method of evaluating an error of an intersection area between the
ここで、静電容量をC、空間55の誘電率をε、交差面積をA、空間55の高さをdで表す。誘電率εは一定、高さdは犠牲層110の厚さで規定されるため誤差は無視できる程度である。そこで、交差面積Aの影響について説明する。数式1で示すように、静電容量Cは交差面積Aに比例する。
Here, the capacitance is C, the dielectric constant of the
従って、図5に表すような状態では、第1駆動腕62との交差領域の静電容量を測定し、第2駆動腕64との交差領域の静電容量を測定する。そして、両者の静電容量の和の1/2が静電容量の中央値を算出する。なお、両者の静電容量の差の1/2を第1駆動腕62の領域の静電容量、または第2駆動腕64の領域の静電容量にこの値を加えることで静電容量の中央値を算出することができる。
Therefore, in the state as shown in FIG. 5, the capacitance of the intersection region with the
そして、第1駆動腕62の領域の静電容量と中央値との差、または第2駆動腕64の領域の静電容量と中央値との差から、数式1を用いて第1駆動腕62及び第2駆動腕64の交差面積の誤差を算出すれば、交差面積の誤差を評価でき、この誤差を駆動腕の幅で割り算すれば、長さ誤差として評価することができる。なお、前述したように、第1駆動腕62と第2駆動腕64の長さ誤差は等しい。
Then, from the difference between the capacitance and the median value in the area of the
次に、共振周波数の差で評価する方法について説明する。駆動腕の共振周波数は、次式で計算することができる。 Next, a method for evaluating by the difference in resonance frequency will be described. The resonance frequency of the driving arm can be calculated by the following equation.
ここで、共振周波数をf、駆動腕の密度をρ、ヤング率をE、駆動腕の厚さをt、駆動腕の長さをLで表す。密度ρとヤング率Eは材質が同じであるため一定、厚さtはポリシリコン層120をウエハー全体で一括形成するため、MEMSデバイスの1形成領域毎の誤差は無視できる程度である。そこで、長さLの影響について説明する。共振周波数fは数式2で示すように、駆動腕の長さLの二乗に反比例する。よって、駆動腕の長さLが長くなった場合には共振周波数は低くなり、駆動腕の長さLが短くなった場合には共振周波数は高くなる。この特性を利用して駆動腕の長さのずれ量(長さ誤差)を算出する。
Here, the resonance frequency is represented by f, the density of the drive arm is represented by ρ, the Young's modulus is represented by E, the thickness of the drive arm is represented by t, and the length of the drive arm is represented by L. The density ρ and the Young's modulus E are the same because the materials are the same, and the thickness t is the batch formation of the
次に、駆動腕の共振周波数の差で駆動腕の長さのずれ量(長さ誤差)を評価する具体的な方法について図6を参照して説明する。
図6は、本実施形態の評価方法のフローを示す説明図である。まず、第1駆動腕62と第2駆動腕64とを励振させ、第1駆動腕62と第2駆動腕64の共振周波数を周波数測定器を用いて測定する(ST10)。
Next, a specific method for evaluating the shift amount (length error) of the length of the drive arm based on the difference in the resonance frequency of the drive arm will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a flow of the evaluation method of the present embodiment. First, the
次に、第1駆動腕62の共振周波数と、第2駆動腕64の共振周波数とを比較し、差があるか判定する(ST20)。それぞれの共振周波数に差が無い場合(NO)は、第1駆動腕62及び第2駆動腕64には長さ誤差がないと判定し、評価は終了する。
Next, the resonance frequency of the
それぞれの共振周波数に差がある場合(YES)は、第1駆動腕62の共振周波数と第2駆動腕64の共振周波数の和または差から共振周波数の中央値を計算する(ST30)。
If there is a difference between the resonance frequencies (YES), the median value of the resonance frequencies is calculated from the sum or difference of the resonance frequencies of the
具体的には、第1駆動腕62の出力信号と第2駆動腕64の出力信号をミキサー(混合器)を用いて掛け合わせることで、それらの共振周波数の和または差を出力する。和の場合は、出力された共振周波数の和の1/2が中央値である。差の場合は、出力された共振周波数の差の1/2を共振周波数の高い方から差し引いた値が中央値であり、また、共振周波数の低い方に加えた値が中央値である。
Specifically, by multiplying the output signal of the
次に、第1駆動腕62の共振周波数と中央値との差、または第2駆動腕64の共振周波数と中央値との差を計算する(ST40)。ここで、中央値との差が正の値であれば、駆動腕の長さが短い方向の誤差があり、負の値であれば駆動腕の長さが長い方向の誤差があると判断できる。
Next, the difference between the resonance frequency of the
続いて、第1駆動腕62と第2駆動腕64の長さ誤差を計算する(ST50)。具体的には、第1駆動腕62、第2駆動腕64、及び中央値それぞれの共振周波数を数式2を用いて計算すれば、第1駆動腕62、第2駆動腕64の長さ、長さの中央値を求めることができる。そして、各振動腕の長さと中央値との差、つまり、長さ誤差を算出することができる。このようにして評価を終了する。
Subsequently, the length error between the
なお、これらの長さ誤差が正か、負かによって、第1駆動腕62及び第2駆動腕64を形成する際に、ウエハー100がX方向のどちらに移動誤差を発生しているかを判定できることから、移動誤差の方向が一定であれば、露光装置に対するウエハー100の移動距離を補正することができる。
Note that it is possible to determine in which direction the
以上の考え方で、サンプルを作成し測定した結果を図7に表し説明する。
図7は、駆動腕の長さと共振周波数の関係を示す説明図である。ここでは、1枚のウエハーに形成した複数のMEMSデバイスのうちの5個の作成サンプルの共振周波数の測定結果を例示している。各サンプルにおいて、仮に第1駆動腕62の長さが短くなると共振周波数が高くなり、第2駆動腕64の長さが長くなると共振周波数が低くなることを示している。そして、これらの共振周波数の測定値をもとに、前述した方法で共振周波数の中央値を計算すると、各サンプルの共振周波数の中央値は一定となり、上述した方法が妥当であることを示している。
なお、算出された共振周波数の中央値は、設計値(狙い値)とほぼ同じになる。
Based on the above concept, the results of creating and measuring a sample are shown in FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the length of the drive arm and the resonance frequency. Here, the measurement results of the resonance frequency of five prepared samples of a plurality of MEMS devices formed on one wafer are illustrated. In each sample, it is shown that the resonance frequency increases when the length of the
Note that the calculated median resonance frequency is substantially the same as the design value (target value).
従って、本実施形態に係る製造方法及び評価方法によれば、第1駆動腕62と第2駆動腕64とが互いに平行で対向する方向に延在されているため、一方の駆動腕が駆動腕の延在方向にずれる場合、他方の駆動腕も平行移動する。このことにより、一方の駆動腕の長さが長くなるときには他方の駆動腕の長さは短くなる。また、下部電極50と各駆動腕との交差面積も、一方が大きくなれば他方は小さくなる。なお、第1駆動腕62と第2駆動腕64のずれ量は同じである。
Therefore, according to the manufacturing method and the evaluation method according to the present embodiment, since the
下部電極50と、第1駆動腕62と第2駆動腕64それぞれの間の静電容量は、交差領域の面積に比例する。従って、同一方向に延在される駆動腕において延在方向に位置ずれが発生した場合、一方の駆動腕(例えば、第1駆動腕62)の下部電極50との交差面積が増加すると、他方の駆動腕(例えば、第2駆動腕64)の下部電極50との交差面積は減少する。そこで、第1駆動腕62と第2駆動腕64それぞれと下部電極50との交差領域の静電容量を測定し、両者の和または差から静電容量の中央値を計算して静電容量の測定値と中央値との差を計算すれば、数式1により交差面積のずれ量を算出できる。そして、交差面積のずれ量から第1駆動腕62及び第2駆動腕64の長さ誤差を、容易に、且つ高精度で評価することができる。
The capacitance between the
また、駆動腕の共振周波数は、駆動腕の長さの二乗に反比例する。そして、同一方向に延在される第1駆動腕62と第2駆動腕64において延在方向に位置ずれが発生した場合、一方の駆動腕(例えば、第1駆動腕62)の長さが増加すると、他方の駆動腕(例えば、第2駆動腕64)の長さは減少する。そこで、第1駆動腕62と第2駆動腕64それぞれの共振周波数を測定し、この共振周波数の和または差から共振周波数の中央値を計算し、各駆動腕の共振周波数と共振周波数の中央値との差を計算すれば、第1駆動腕62及び第2駆動腕64の共振周波数の誤差及び長さ誤差を評価することができる。
The resonance frequency of the drive arm is inversely proportional to the square of the length of the drive arm. When the
なお、静電容量が交差面積に比例することに対して、共振周波数は駆動腕の長さの二乗に反比例することから、長さ誤差の共振周波数への影響が顕著に現れることにより、より一層、高精度で第1駆動腕62及び第2駆動腕64の長さ誤差を評価することができる。
Note that the resonance frequency is inversely proportional to the square of the length of the drive arm, while the capacitance is proportional to the crossing area, so that the influence of the length error on the resonance frequency appears more prominently. The length error of the
また、本実施形態の製造方法では、下部電極50を形成する工程と、第1アンカーホール111及び第2アンカーホール112を形成する工程と、第1駆動腕62及び第2駆動腕64を形成する工程を、それぞれ別工程で形成する。従って、下部電極50と第1アンカー部61及び第2アンカー部63との位置ずれ、第1アンカー部61と第1駆動腕62、第2アンカー部63と第2駆動腕64との位置ずれ、下部電極50と第1駆動腕62及び第2駆動腕64との位置ずれが発生することがある。
Further, in the manufacturing method of this embodiment, the step of forming the
特に、第1駆動腕62と第2駆動腕64を形成するための露光工程は、ウエハー100を移動(本実施形態ではX方向に移動)させるため、ウエハー100で一括形成する第1アンカー部61と第2アンカー部63、下部電極50に対して、ウエハー100を移動させることに起因する第1駆動腕62と第2駆動腕64のX方向への位置ずれが発生することがある。各アンカー部それぞれに対応する各駆動腕の位置ずれは、各駆動腕の長さの誤差となり、そして、各駆動腕の長さ誤差は、共振周波数の誤差、及び静電容量の誤差となる。
In particular, in the exposure process for forming the
そこで、第1駆動腕62及び第2駆動腕64の共振周波数、または下部電極50と第1駆動腕62、第2駆動腕64の間の静電容量、を測定し、それぞれの中央値を求め、この中央値との差を算出することで、第1駆動腕62と第2駆動腕64の長さ誤差を評価することができる。
Therefore, the resonance frequency of the
これら、共振周波数及び静電容量は、容易に高精度で測定可能であるため、半導体製造技術を用いて製造するような微小構造体の各駆動腕や下部電極の寸法の実測に対して、測定作業そのものに誤差がでにくく、測定器そのものの精度に依存しにくいため、容易に、しかも高精度で第1駆動腕62と第2駆動腕64の長さ誤差を評価することができる。
(実施形態2)
These resonant frequencies and capacitances can be measured easily and with high accuracy, so they are measured against actual measurements of the dimensions of each drive arm and lower electrode of a microstructure manufactured using semiconductor manufacturing technology. Since the work itself is less prone to error and less dependent on the accuracy of the measuring instrument itself, the length error of the
(Embodiment 2)
続いて、実施形態2について図面を参照して説明する。実施形態2は、前述した実施形態1が、第1駆動腕62と第2駆動腕64とをX方向またはY方向の一方向に延在させていることに対して、第1駆動腕62と第2駆動腕64の延在方向に対して直角方向にも駆動腕を配設していることを特徴としている。従って、実施形態1との相違箇所を中心に説明する。なお、実施形態1と共通部分には同じ符号を附している。
Next,
図8は、本実施形態に係るMEMSデバイスの構成を示す平面図である。図8において、MEMSデバイス10は、XY平面に展在されるシリコンからなる基板20と、基板20の表面全体に形成される窒化物層30と、窒化物層30の表面に形成される第1アンカーベース41、第2アンカーベース42、第3アンカーベース43、第4アンカーベース44と、下部電極50と、ポリシリコンからなる第1駆動腕62と、第2駆動腕64と、第1駆動腕62及び第2駆動腕64に対して直角方向に延在される第3駆動腕65と第4駆動腕66と、から構成されている。
FIG. 8 is a plan view showing the configuration of the MEMS device according to the present embodiment. In FIG. 8, the
なお、第1駆動腕62と第2駆動腕64の構成は、前述した実施形態1(図1、図2、参照)と同じであるため、説明を省略する。
Note that the configurations of the
第3駆動腕65は、第3アンカー部67が第3アンカーベース43に接続され、第4駆動腕66に向かって−Y方向に延在されている。第4駆動腕66は、第4アンカー部68が第4アンカーベース44に接続され、第3駆動腕65に向かって+Y方向に延在されている。つまり、第3駆動腕65と第4駆動腕66とはY方向に互いに平行で、互いに対向するよう延在されている。第3駆動腕65と第4駆動腕66はそれぞれ、第3アンカー部67、第4アンカー部68を固定端とし、同じ形状を有する片持ち梁構造である。
The
なお、第3駆動腕65と第4駆動腕66とは、延在方向が異なる以外の構成は第1駆動腕62と第2駆動腕64と共通にしてもよく、第3駆動腕65と第4駆動腕66とが同じ形状(サイズを含む)であれば、第1駆動腕62と第2駆動腕64に対して異なる寸法にしてもよい。
The
また、本実施形態の製造方法は、実施形態1と同じ方法を適合することができる。図4を参照して説明する。
まず、ウエハー100の表面に窒化物層30を形成し、窒化物層30の表面全体に下部電極50及び第1アンカーベース41、第2アンカーベース42、第3アンカーベース43、第4アンカーベース44となるポリシリコン層を形成する。
Moreover, the manufacturing method of this embodiment can adapt the same method as
First, the
そして、エッチング法により、下部電極50、第1アンカーベース41、第2アンカーベース42、第3アンカーベース43、第4アンカーベース44を形成する。この下部電極50、第1アンカーベース41、第2アンカーベース42、第3アンカーベース43、第4アンカーベース44の形成もウエハー100において複数のMEMSデバイス10の形成領域を一括工程で形成する。従って、複数のMEMSデバイス10の形成領域毎の下部電極50及び第1アンカーベース41、第2アンカーベース42、第3アンカーベース43、第4アンカーベース44の形成位置、形状、厚さ寸法のばらつきは極めて小さい。
Then, the
次に、犠牲層110を下部電極50及び第1アンカーベース41、第2アンカーベース42、第3アンカーベース43、第4アンカーベース44の表面を含むウエハー100全面に形成し、次に、第1アンカーホール111、第2アンカーホール112、第3アンカーホール113、第4アンカーホール114をウエハー100全体で一括形成する。
Next, the
次に、第1駆動腕62、第2駆動腕64、第3駆動腕65、第4駆動腕66となるポリシリコン層120を犠牲層110の表面全体及び第1アンカーホール111、第2アンカーホール112、第3アンカーホール113、第4アンカーホール114の内部に充填するよう形成する。
Next, the
そして、露光工程、エッチング工程の順に加工処理し、第1駆動腕62及び第2駆動腕64、第3駆動腕65、第4駆動腕66の平面形状を形成する。形状形成のための露光工程は、MEMSデバイス10形成領域の一つ毎単独で行われる。従って、図3に図示したウエハー100における一つのMEMSデバイス形成領域を加工処理した後、露光装置は固定したままでX方向(第1駆動腕62と第2駆動腕64の延在方向)隣の形成領域の加工処理を行う。そして、+X方向の最終列に達すると、ウエハー100を+Y方向(第3駆動腕65と第4駆動腕66の延在方向)に1行移動し、1領域ずつ加工処理を行い−X方向に移動させる。この工程を、すべての形成領域が終了するまで繰り返す。
Then, processing is performed in the order of the exposure process and the etching process, and the planar shapes of the
続いて、犠牲層110を除去する。この工程により、第1駆動腕62、第2駆動腕64、第3駆動腕65、第4駆動腕66の下部に形成された犠牲層110が除去されて、これら駆動腕が立体形成される。
続いて、ウエハー100をダイシング工程により、第1駆動腕62、第2駆動腕64、第3駆動腕65、第4駆動腕66が形成されたMEMSデバイス単体に個片化する。
Subsequently, the
Subsequently, the
本実施形態に係るMEMSデバイスの評価方法は、Y方向に延在される第3駆動腕65と第4駆動腕66を実施形態1における第1駆動腕62及び第2駆動腕64に置き換えて説明できるため、詳しい説明は省略する。
The MEMS device evaluation method according to the present embodiment is described by replacing the
従って、本実施形態によれば、第1駆動腕62と第2駆動腕64に加え、第1駆動腕62及び第2駆動腕64の延在方向に対して直角方向に延在される第3駆動腕65と第4駆動腕66とを設けることにより、第1駆動腕62と第2駆動腕64の延在方向(X方向)と、第1駆動腕62と第2駆動腕64に直交する方向との、2方向の長さ誤差に起因する静電容量の誤差、共振周波数の誤差、長さ誤差を評価することができる。
Therefore, according to the present embodiment, in addition to the
なお、第1駆動腕62と第2駆動腕64に加え、第3駆動腕65と第4駆動腕66とを設けることによる、製造負荷が増加することはない。
In addition to the
10…MEMSデバイス、20…基板、50…下部電極、62…第1駆動腕、64…第2駆動腕。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性を測定する工程と、
前記第1駆動腕と前記第2駆動腕のそれぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、
前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、
を含むことを特徴とするMEMSデバイスの評価方法。 A lower electrode formed on the surface of the substrate, and at least a first driving arm and a second driving arm having a space on the surface of the lower electrode, extending in parallel to each other and facing each other, and having the same length. Have
Measuring electrical characteristics of each of the first drive arm and the second drive arm;
Calculating a median of electrical characteristics from the electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm;
Calculating a difference between an electrical characteristic of each of the first driving arm and the second driving arm and the median value;
A method for evaluating a MEMS device, comprising:
前記第1駆動腕と前記第2駆動腕と前記第3駆動腕と前記第4駆動腕それぞれの電気特性を測定する工程と、
前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、
前記第3駆動腕と前記第4駆動腕それぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、
前記第3駆動腕と前記第4駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイスの評価方法。 The first driving arm, the second driving arm, and a space on the surface of the lower electrode, and parallel to each other in a direction perpendicular to the extending direction of the first driving arm and the second driving arm, and A third drive arm and a fourth drive arm extending in opposite directions and having the same length;
Measuring electrical characteristics of each of the first drive arm, the second drive arm, the third drive arm, and the fourth drive arm;
The step of calculating the median of the electrical characteristics from the electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm, and the difference between the electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm and the median A process of calculating;
Calculating a median of electrical characteristics from the electrical characteristics of the third driving arm and the fourth driving arm;
Calculating a difference between the electrical characteristics and the median value of each of the third driving arm and the fourth driving arm;
The method for evaluating a MEMS device according to claim 1, comprising:
第1アンカーホールと第2アンカーホールとを形成する工程と、
前記第1アンカーホールに配設される第1アンカー部と、前記第1アンカー部に連続しX方向またはY方向に延在される第1駆動腕と、前記第2アンカーホールに配設される第2アンカー部と、前記第2アンカー部に連続し前記第1駆動腕に対して互いに平行に、且つ対向する方向に延在される第2駆動腕と、を形成する工程と、
前記第1駆動腕と前記第2駆動腕の電気特性を測定する工程と、
前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、を含むことを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。 Forming a lower electrode on the surface of the substrate spread on the XY plane;
Forming a first anchor hole and a second anchor hole;
A first anchor portion disposed in the first anchor hole; a first drive arm extending in the X direction or the Y direction continuously to the first anchor portion; and disposed in the second anchor hole. Forming a second anchor portion and a second drive arm that is continuous with the second anchor portion and extends parallel to and opposite to the first drive arm;
Measuring electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm;
The step of calculating the median of the electrical characteristics from the electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm, and the difference between the electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm and the median And a step of calculating. A method of manufacturing a MEMS device, comprising:
前記第1アンカーホールと前記第2アンカーホールと、さらに第3アンカーホールと第4アンカーホールと、を形成する工程と、
前記第1駆動腕と前記第2駆動腕と、前記第3アンカーホールに配設される第3アンカー部と、前記第3アンカー部に連続し前記第1駆動腕と前記第2駆動腕の延在方向に対して直角方向に延在される第3駆動腕と、前記第4アンカーホールに配設される第4アンカー部と、前記第4アンカー部に連続し前記第3駆動腕の延在方向に対して平行に、且つ互いに対向する方向に延在される第4駆動腕と、を形成する工程と、
前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、前記第1駆動腕と前記第2駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、
前記第3駆動腕と前記第4駆動腕それぞれの電気特性から電気特性の中央値を計算する工程と、
前記第3駆動腕と前記第4駆動腕それぞれの電気特性と前記中央値との差を計算する工程と、を含むことを特徴とする請求項5に記載のMEMSデバイスの製造方法。 Forming the lower electrode;
Forming the first anchor hole, the second anchor hole, and further the third anchor hole and the fourth anchor hole;
The first drive arm, the second drive arm, a third anchor portion disposed in the third anchor hole, and an extension of the first drive arm and the second drive arm in succession to the third anchor portion. A third drive arm extending in a direction perpendicular to the direction of movement; a fourth anchor portion disposed in the fourth anchor hole; and an extension of the third drive arm continuous to the fourth anchor portion. Forming a fourth drive arm extending in a direction parallel to the direction and facing each other;
The step of calculating the median of the electrical characteristics from the electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm, and the difference between the electrical characteristics of the first drive arm and the second drive arm and the median A process of calculating;
Calculating a median of electrical characteristics from the electrical characteristics of the third driving arm and the fourth driving arm;
The method for manufacturing a MEMS device according to claim 5, further comprising a step of calculating a difference between an electrical characteristic of each of the third driving arm and the fourth driving arm and the median value.
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| JP2009237014A JP2011083844A (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | Evaluation method for mems device, and manufacturing method for mems device |
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