JP6585280B2 - Ｍｅｍｓの製造方法およびｍｅｍｓの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造方法およびＭＥＭＳの製造装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００４−２０９６２６号公報（特許文献１）がある。この公報には、３次元微細構造の作製方法が記載されている。この作製方法では、加工条件を制御下において、３次元構造体の設計３次元形状データを基に仮加工を行って試作構造体を作り、試作構造体の形状と設計形状との比較を行い、その差を修正するように加工条件を補正しつつ本加工を行っている。

特開２００４−２０９６２６号公報

ＭＥＭＳの製造技術として、ＴＡＴ（Turn Around Time）の短縮を実現することのできるＦＩＢ（Focused Ion Beam：集束イオンビーム）装置を用いた微細加工技術が有望視されている。しかし、ＭＥＭＳにおいて所望するデバイス特性を得るためには、ＦＩＢ装置を用いて製造したＭＥＭＳに対してさらに追加加工が必要となる場合がある。

この場合、従来は、作業者がＦＩＢ装置を操作してＭＥＭＳの形状を確認しながら追加加工を行っている。または、前記特許文献１に記載されているように、予め試作構造体を製造し、試作構造体の形状と設計形状との比較を行い、その差を修正するように加工条件を補正しつつ本加工を行っている。このため、ＦＩＢ装置を用いても、ＭＥＭＳの製造ＴＡＴの短縮が図れないという課題を有している。

上記課題を解決するために、本発明によるＭＥＭＳの製造方法は、基板の主面に予め準備された複数のＭＥＭＳの中から、要求特性の近傍領域の第１特性を有する第１ＭＥＭＳを抽出する工程と、第１ＭＥＭＳを直接加工して、要求特性を有する第２ＭＥＭＳを形成する工程と、を有する。

また、本発明によるＭＥＭＳの製造装置は、第１ＭＥＭＳを保持する試料ステージと、試料ステージ上の第１ＭＥＭＳに対してイオンビームを照射する照射光学系と、要求特性を有する第２ＭＥＭＳの特性と関連付けられたデータベースと、を備え、データベースに格納されたデータを基に、試料ステージ上の第１ＭＥＭＳを直接加工して、第２ＭＥＭＳを形成する。

本発明によれば、ＭＥＭＳの製造ＴＡＴを短縮することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

実施例１によるＭＥＭＳの製造方法を説明するフローチャートである。 実施例１による加速度センサの設計構造における構造・物性パラメータとデバイス特性との相関図である。 実施例１による加速度センサを製造する半導体ウェハの平面図である。 実施例１による加速度センサの一例を示す平面図である。 実施例１による加速度センサの他の例を示す平面図である。 実施例１によるデータベースに格納されているデータ構造の一例を示す図である。 実施例１による追加加工後の加速度センサの一例を示す平面図である。 実施例１による追加加工後の加速度センサの他の例を示す平面図である。 実施例１によるＭＥＭＳの製造装置を示す概略図である。 実施例１によるデバイス設計方法の手順の第１の例を示す図である。 実施例１によるデバイス設計方法の手順の第２の例を示す図である。 実施例２によるＭＥＭＳの製造方法を説明するフローチャートである。 実施例２による加速度センサの設計構造における構造・物性パラメータとデバイス特性との相関図である。 実施例２による部品データベースに格納されているバネ部材の部品番号、部品アドレスおよび部品仕様を示す図である。 実施例２による所望構造の加速度センサのプロセスフローの一例を示す図である。 実施例２による部材置き場に準備されたバネ部材および質量部材の一例を示す図である。 （ａ）は、実施例２による所望構造の加速度センサの製造工程を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。 （ａ）は、実施例２による所望構造の加速度センサの製造工程を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。 （ａ）は、実施例２による所望構造の加速度センサの製造工程を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。 実施例２によるバネ部材のプロセスレシピの一例を示す図である。 （ａ）は、実施例２による所望構造の加速度センサの製造工程を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。 実施例２による出発構造の加速度センサの加工時におけるプロセスレシピの一例を示す図である。 （ａ）は、実施例２による所望構造の加速度センサの製造工程を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。 （ａ）は、実施例２による所望構造の加速度センサの製造工程を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施例２による２つの部材を互いに接着する第１の方法を説明する断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施例２による２つの部材を互いに接着する第２の方法を説明する断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施例２による２つの部材を互いに接着する第３の方法を説明する断面図である。 実施例３による予め準備された部材の一例を示す斜視図である。 実施例３による出発構造の加速度センサの構成の一例を示す斜視図である。 （ａ）は、実施例４による予め準備された部材の一例を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。 （ａ）は、実施例４による予め準備された部材の切り出し方法の一例を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材（部位）が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、断面図と平面図が対応する場合においても、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。

本実施例１によるＭＥＭＳの製造方法について、図１〜図９を用いて説明する。本実施例１は、ＦＩＢ装置と、これを制御する装置である情報処理装置によって実施される。

図１は、本実施例１によるＭＥＭＳの製造方法を説明するフローチャートである。図２は、本実施例１による加速度センサの設計構造における構造パラメータ・物性パラメータ（以下、「構造・物性パラメータ」と呼ぶ。）とデバイス特性との相関図である。図３は、本実施例１による加速度センサを製造する半導体ウェハの平面図である。図４および図５はそれぞれ、本実施例１による加速度センサの一例および他の例を示す平面図である。図６は、本実施例１によるデータベースに格納されているデータ構造の一例を示す図である。図７および図８はそれぞれ、本実施例１による追加加工後の加速度センサの一例および他の例を示す平面図である。図９は、本実施例１によるＭＥＭＳの製造装置を示す概略図である。

本実施例１では、ＭＥＭＳとして加速度センサを例示するが、これに限定されるものではなく、ジャイロスコープ、マイクロフォンまたは圧力センサなどであってもよい。また、上記ＭＥＭＳは概ね、基板を加工することで作製するバルクＭＥＭＳと、基板の表面に堆積した膜を加工して作製する表面ＭＥＭＳとに分類することができるが、どちらのＭＥＭＳであってもよい。

以下、図１に示すフローチャートを参照しながら、本実施例１によるＭＥＭＳの製造方法について説明する。

（１）設計構造の準備
まず、情報処理装置は、図２に示す加速度センサの設計構造における構造・物性パラメータとデバイス特性との相関図ＣＣ１を準備する。

情報処理装置は、所望する加速度センサのデバイス特性として、例えば固有振動数を得るための構造・物性パラメータを必要とする場合は、加速度センサの支持梁のばね定数Ｋおよび可動部の質量Ｍを選択し、支持梁のばね定数Ｋと可動部の質量Ｍとから固有振動数ＣＦを計算して、図２に示す相関図ＣＣ１を作成する。

図２中に示す複数の黒丸は、支持梁のばね定数Ｋと可動部の質量Ｍとから予め計算により得られた固有振動数ＣＦを示す。

なお、ここでは、構造・物性パラメータとして、支持梁のばね定数Ｋおよび可動部の質量Ｍを選択したが、これに限定されるものではなく、例えば加速度センサの構成部材の寸法（厚さまたは幅）、密度、硬度、材料定数またはヤング率などを選択することもできる。また、パラメータ数も２つとは限らず、３つ以上の複数個であっても構わない。

（２）出発構造の抽出（相関図）
情報処理装置は、図２に示す相関図ＣＣ１から、要求仕様の固有振動数ＣＦｍの近傍にある設計仕様の固有振動数ＣＦｐを選択する。この場合、選択する設計仕様の固有振動数ＣＦｐは単数または複数であっても構わないが、ここでは、要求仕様の固有振動数ＣＦｍの近傍にある１つの設計仕様の固有振動数ＣＦｐを選択する場合を例示する。また、要求仕様の固有振動数ＣＦｍの近傍において、要求仕様の固有振動数ＣＦｍの最も近くに位置する設計仕様の固有振動数ＣＦｐを選択することが望ましい。

次に、情報処理装置は、選択された設計仕様の固有振動数ＣＦｐから、その固有振動数ＣＦｐが得られる支持梁のばね定数Ｋｐおよび可動部の質量Ｍｐを決定する。これにより、図２に示す相関図ＣＣ１において、情報処理装置は、要求仕様の固有振動数ＣＦｍを有する構造（以下、「所望構造」と呼ぶ。）の加速度センサＳＳｍに近似する、設計仕様の固有振動数ＣＦｐを有する構造（以下、「出発構造」と呼ぶ。）の加速度センサＳＳｐ０を選択することができる。

（３）出発構造の抽出（半導体ウェハ）
＜ステップ１：半導体ウェハの準備＞
まず、図３に示す半導体ウェハＳＷを準備する。半導体ウェハＳＷには、マトリックス状に区画形成された複数の半導体チップＳＣが形成されており、それぞれに加速度センサＳＳが予め形成されている。これら加速度センサＳＳは、特に限定されるものではないが、後述するＦＩＢ装置を用いて形成してもよい。

また、半導体ウェハＳＷには、マトリックス状に区画形成された複数の半導体チップＳＣの位置情報を得るために、複数の半導体チップＳＣが形成されていない領域に位置認識用マークであるマークＭ１が形成されている。このマークＭ１を基準に、それぞれの半導体チップＳＣの位置情報は管理されている。本実施例１では、マークＭ１に最も近い位置にある半導体チップＳＣの位置情報として［行１、列１］を選択し、これをアドレス原点としている。

また、半導体ウェハＳＷに形成された複数の半導体チップＳＣは、図２に示した相関図ＣＣ１と対応するように形成されている。すなわち、複数の半導体チップＳＣにそれぞれ形成された加速度センサＳＳは、互いに支持梁のばね定数Ｋおよび可動部の質量Ｍが異なっている。例えば行（第１方向）に属する要素として、加速度センサＳＳを構成する支持梁のばね定数Ｋを選択し、行１から行６へ向かってバネ定数Ｋが順次小さくなる加速度センサＳＳが配置されている。同様に、列（第２方向）に属する要素として、加速度センサＳＳを構成する可動部の質量Ｍを選択し、列１から列５へ向かって質量Ｍが順次大きくなる加速度センサＳＳが配置されている。

本実施例１では、図２に示した相関図ＣＣ１と完全に対応するように、互いに支持梁のばね定数Ｋおよび可動部の質量Ｍが異なる複数の半導体チップＳＣを半導体ウェハＳＷに形成したが、これに限定されるものではなく、例えば上記相関図ＣＣ１に示した設計仕様よりも多くの半導体チップＳＣを形成してもよい。もちろん、構造・物性パラメータの等しい半導体チップＳＣが半導体ウェハＳＷに形成されていてもよい。

ここで、図４を用いて、加速度センサＳＳの構造について説明する。

加速度センサＳＳは、支持基板１に絶縁層を介して支持固定されている固定部２と、この固定部２に後述する可動部４を可動状態に支えている支持梁３と、この支持梁３に懸架され、加速度が印加された際にその加速度に追従して変位する可動部４と、この可動部４の変位量を検出する検出部Ｄ１とから構成されている。

検出部Ｄ１は、可動電極Ｄ１ａと固定電極Ｄ１ｂ，Ｄ１ｃとが並行平板状に配置され、それぞれ静電容量Ｃ１，Ｃ２を形成している。検出部Ｄ１は差動検出ができるように構成されており、例えば可動部４が変位した場合、静電容量が減少する静電容量Ｃ１と静電容量が増加する静電容量Ｃ２との変化（ΔＣ＝Ｃ２−Ｃ１）から差動検出することができる。

可動部４の変位に伴い静電容量の変化を、電気回路で差動検出することにより、印加された加速度を電圧信号として出力することができる。

ここで、加速度センサＳＳの固有振動数ｆ_０は下記式（１）で表される。

式（１）において、
ｆ_０：加速度センサＳＳの固有振動数
Ｍ：可動部４の質量
Ｋ：可動部４を懸架している支持梁３のばね定数
を示す。

従って、加速度センサＳＳの支持梁３のばね定数Ｋおよび可動部４の質量Ｍを設定すれば、加速度センサＳＳの所望する固有振動数ｆ_０を得ることができる。

さらに、加速度センサＳＳが形成されたそれぞれの半導体チップＳＣには、マークＭ２が形成されており、マークＭ２の位置情報は管理されている。マークＭ２は、例えば図４に示すように、加速度センサＳＳの可動部４に形成することができる。

また、図５に示すように、加速度センサＳＳが形成されたそれぞれの半導体チップＳＣに、複数のマークＭ２を形成することができる。複数のマークＭ２は、例えば支持基板１の主面上に形成された絶縁層および加速度センサＳＳの可動部４に形成することができる。本実施例１では、支持基板１は半導体ウェハＳＷに対応する。

マークＭ１，Ｍ２は、例えば半導体ウェハＳＷに複数の半導体チップ毎に加速度センサＳＳを形成した後に、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチングなどによって形成される。また、ＦＩＢ装置を用いて半導体チップＳＣまたは加速度センサＳＳに直接形成してもよい。

＜ステップ２：出発構造の加速度センサの抽出＞
前述したように、半導体ウェハＳＷには、マトリックス状に区画形成された複数の半導体チップＳＣが形成されており、複数の半導体チップＳＣにそれぞれ形成された加速度センサＳＳは、互いに支持梁のばね定数Ｋおよび可動部の質量Ｍが異なっている。

そこで、次に、「（２）出発構造の抽出（相関図）」工程において抽出された出発構造の加速度センサＳＳｐ０の支持梁のばね定数Ｋｐおよび可動部の質量Ｍｐに基づいて、ＦＩＢ装置は、半導体ウェハＳＷに形成された複数の半導体チップＳＣのなかから、出発構造の加速度センサＳＳｐが形成された半導体チップＳＣｐを抽出する。

なお、構造・物性パラメータの等しい半導体チップＳＣが半導体ウェハＳＷに形成されている場合、情報処理装置は、要求仕様に応じて構造・物性パラメータの等しい複数の半導体チップＳＣから１つを抽出して出発構造の半導体チップＳＣｐとしてもよい。この場合、情報処理装置は、相関図ＣＣ１を用いずに半導体チップＳＣｐを抽出してもよい。

（４）出発構造の加工
「（３）出発構造の抽出（半導体ウェハ）」工程で抽出された出発構造の加速度センサＳＳｐの支持梁のバネ定数Ｋｐおよび可動部の質量Ｍｐは、所望構造の加速度センサＳＳｍの支持梁のバネ定数Ｋｍおよび可動部の質量Ｍｍとはそれぞれ誤差があり、出発構造の加速度センサＳＳｐでは、要求仕様の固有振動数ＣＦｍを得ることはできない。

そこで、ＦＩＢ装置は、出発構造の加速度センサＳＳｐを直接加工（直接造形）して、所望構造の加速度センサＳＳｍを形成する。具体的には、ＦＩＢ装置は、例えば支持梁を切削してバネ定数Ｋｐを小さくする、または可動部に部材を追加して質量Ｍｐを大きくする。これにより、所望構造の加速度センサＳＳｍを形成することができる。

出発構造の加速度センサＳＳｐの加工は、例えば以下の手順に従って行うことができる。図６および図７を用いて、出発構造の加速度センサＳＳｐの加工手順の一例について説明する。

出発構造の加速度センサＳＳｐを加工する装置には、例えば後述するＦＩＢ装置を用いる。ＦＩＢ装置に備わるデータベース８６には、半導体ウェハＳＷに関する各種データが予め格納されている。

例えば図６に示すように、ウェハ番号１６１、チップ番号１６２、チップ位置（Ｘ，Ｙ）１６３、可動部の質量１６４、支持梁の幅１６５、可動部への質量追加可能領域１６６（マーク“＋”との位置関係）および支持梁の切削可能領域１６７（マーク“＋”との位置関係）が、データベース８６に格納されている。

まず、データベース８６において、「（２）出発構造の抽出（相関図）」工程で抽出された出発構造の加速度センサＳＳｐ０のアドレスから、出発構造の加速度センサＳＳｐが形成された半導体チップＳＣｐのチップ番号１６２およびチップ位置（Ｘ，Ｙ）１６３を取得する。

さらに、出発構造の加速度センサＳＳｐに付されたマークＭ２を基準とした、可動部への質量追加可能領域１６６（［Ｘ_１，Ｙ_１］−［Ｘ_２，Ｙ_２］）および支持梁の切削可能領域１６７（［ｘ_１，ｙ_１］−［ｘ_２，ｙ_２］、［ｘ_３，ｙ_３］−［ｘ_４，ｙ_４］、［ｘ_５，ｙ_５］−［ｘ_６，ｙ_６］、［ｘ_７，ｙ_７］−［ｘ_８，ｙ_８］）を取得する。

次に、データベース８６から取得した、出発構造の加速度センサＳＳｐが形成された半導体チップＳＣｐのチップ番号およびチップ位置（Ｘ，Ｙ）を基に、半導体ウェハＳＷを移動させて、出発構造の加速度センサＳＳｐをＦＩＢ装置の処理位置に置く。

半導体チップＳＣｐの位置は、半導体ウェハＳＷに形成されたマークＭ１を基準にして容易に抽出される。また、出発構造の加速度センサＳＳｐの加工位置は、半導体チップＳＣｐに形成されたマークＭ２を基準にして容易に抽出される。

次に、図７に示すように、ＦＩＢ装置は、支持梁の切削可能領域（［ｘ_１，ｙ_１］−［ｘ_２，ｙ_２］、［ｘ_３，ｙ_３］−［ｘ_４，ｙ_４］、［ｘ_５，ｙ_５］−［ｘ_６，ｙ_６］、［ｘ_７，ｙ_７］−［ｘ_８，ｙ_８］）を基に、出発構造の加速度センサＳＳｐの支持梁３を切削する。図７中、ハッチングを付した領域は、切削された領域である。さらに、ＦＩＢ装置は、可動部の質量追加可能領域（［Ｘ_１，Ｙ_１］−［Ｘ_２，Ｙ_２］）を基に、出発構造の加速度センサＳＳｐの可動部４に部材ＭＷを載置する。

支持梁３の切削量は、出発構造の加速度センサＳＳｐの支持梁３のバネ定数Ｋｐと所望構造の加速度センサＳＳｍの支持梁３のバネ定数Ｋｍとの差から容易に得ることができる。同様に、部材ＭＷの質量は、出発構造の加速度センサＳＳｐの可動部４の質量Ｍｐと所望構造の加速度センサＳＳｍの可動部４の質量Ｍｍとの差から容易に得ることができる。

これにより、所望構造の加速度センサＳＳｍを形成することができる。

ここで説明した出発構造の加速度センサＳＳｐの加工は、１つの半導体チップＳＣｐに１つのマークＭ２を付した加速度センサＳＳｐを対象としている。しかし、図８に示すように、１つの半導体チップＳＣｐに複数のマークＭ２を付した加速度センサＳＳｐにおいても同様に、加工を行うことができる。この場合は、支持梁３の切削位置および可動部４への部材ＭＷの載置位置をより正確に認識することができるので、所望構造の加速度センサＳＳｍを高精度に形成することができる。

出発構造の加速度センサＳＳｐの加工は、例えば図９に示すＦＩＢ装置を用いて行われる。

ＦＩＢ装置は、真空容器４１を有しており、真空容器４１内には、イオンを放出するイオン源３１、コンデンサレンズ３２、ビーム制限アパーチャ３３、イオンビーム走査偏向器３４およびアパーチャ回転機構３７などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。イオン源３１から放出されるイオンには、例えばガリウムイオンまたはキセノンイオンなどが含まれる。

また、電子銃７、電子銃７から放出する電子ビーム８を集束する電子レンズ９および電子ビーム走査偏向器１０などから構成される電子ビーム照射系が配置されている。さらに、試料１１、二次粒子検出器１２、試料ステージ１３、プローブ（マニュピレータ）１５および成膜する際のソースガス（堆積ガス）または切削の際のエッチングを促進するためのガスを真空容器４１に導入するガス源１７などが配置されている。ここで試料１１とは、例えば図２に示した複数の加速度センサＳＳが形成された半導体ウェハＳＷである。

また、ＦＩＢ装置を制御する装置として、試料ステージ制御装置１４、マニュピレータ制御装置１６、ガス源制御装置１８、二次粒子検出器制御装置１９、アパーチャ回転制御機構３８、イオン源制御装置８１、レンズ制御装置８２、計算処理装置８５およびデータベース８６を記憶する記憶装置などが配置されている。

試料ステージ１３は、試料載置面内の直交２方向への直線移動機構、試料載置面に垂直方向への直線移動機構、試料載置面内回転機構、および試料載置面内に傾斜軸を持つ傾斜機構を備え、これらの制御は計算処理装置８５からの指令によって試料ステージ制御装置１４で行われる。

また、計算処理装置８５は、装置ユーザが必要な情報を入力する情報入力手段、二次粒子検出器１２の検出信号を基に生成された画像、情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイなどを備える。

また、データベース８６は、例えば図６に示した半導体ウェハに形成された複数の加速度センサＳＳのデータなどの試料１１に関する各種データを格納している。さらに、データベース８６は、出発構造の加速度センサＳＳｐの加工時のプロセスフローおよびプロセスレシピなどの各種データを格納しており、出発構造の加速度センサＳＳｐを加工して、所望構造の加速度センサＳＳｍを形成する場合にも、データベース８６から必要な情報が出力される。

ＦＩＢ装置では、イオン源３１より放出されたイオンは、コンデンサレンズ３２および対物レンズによって試料１１上に集束される。なお、集束条件設定は計算処理装置８５への入力によってなされる。また、試料１１上に照射されるビーム径は、イオン源３１を光源とする試料１１上への結像と、レンズによる収差によって決定される。レンズによる収差は、ビーム制限アパーチャ３３の開口が大きくなると増大し、ビーム径の拡大となる。

（４−１）ＦＩＢ装置で直接エッチング、堆積
出発構造の加速度センサＳＳｐの支持梁を切削する場合は、ＦＩＢ装置が支持梁にイオンビームを照射して、直接エッチングすることにより、支持梁を所望の寸法に加工してもよい。また、可動部上へ部材を載置する場合は、ＦＩＢ装置が可動部にイオンビームを照射して可動部上に膜を堆積することにより、部材を直接形成してもよい。

（４−２）部材の選択、接続
可動部上へ部材を載置する場合、ＦＩＢ装置は、プローブ（マニュピレータ）１５を用いて、試料１１から切り出された部材または部材置き場に予め準備していた部材を選択し、選択した部材を可動部へ移送し、可動部上に部材を接続（接着、接合）してもよい。

（５）所望構造の完成
「（１）設計構造の準備」から「（４）出発構造の加工」の各工程を経ることにより、所望構造の加速度センサＳＳｍが完成する。

このうち、少なくとも「（３）出発構造の抽出（半導体ウェハ）」から「（５）所望構造の完成」の工程は、同一のＦＩＢ装置内において一連の処理として連続して行うことができる。具体的には、半導体ウェハＳＷに複数の加速度センサＳＳを形成する工程、相関図に基づいて半導体ウェハＳＷに形成された複数の加速度センサＳＳから出発構造の加速度センサＳＳｐを抽出する工程および出発構造の加速度センサＳＳｐを加工して所望構造の加速度センサＳＳｍを形成する工程は、同一のＦＩＢ装置内において連続して行われる。

＜デバイス設計方法＞
本実施例１によるＭＥＭＳのデバイス設計方法について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、デバイス設計方法の手順の第１の例を示す図である。図１１は、デバイス設計方法の手順の第２の例を示す図である。これらデバイス設計方法は、デバイス設計装置において実行される。

＜＜第１の例＞＞
本実施例１におけるデバイス設計方法の手順の第１の例では、図１０に示すように、デバイス設計の開始前に、事前作業として、設計データベースを構築する。この設計データベースには、デバイスの構造が特性と関連付けられて格納されている。この設計データベースは、設計者経験則に偏った解に陥らないように、製造可能範囲全体を網羅したシミュレーションの事前実行により作成したものである。

デバイス設計の開始後は、まず、要求仕様を入力する（工程Ｓ１）。この要求仕様には、特性と、この特性の範囲とを含む。この工程Ｓ１は、デバイス設計装置の入出力部を通じて行う。

そして、事前に構築した設計データベースから要求仕様に適合する構造の１つを抽出する（工程Ｓ２）。この工程Ｓ２は、デバイス設計装置の抽出部で行う。

次に、抽出した１つの構造が要求仕様の特性の範囲内か否かを判断する（工程Ｓ３）。この工程Ｓ３は、デバイス設計装置の判断部で行う。

工程Ｓ３の判断の結果、抽出した１つの構造が特性の範囲内の場合には、この抽出した１つの構造を出力する（工程Ｓ４）。この工程Ｓ４は、デバイス設計装置の入出力部を通じて行う。

一方、抽出した１つの構造が特性の範囲内ではない場合には、相関分析を行う（工程Ｓ５）。この相関分析では、抽出した１つの構造と特性との間の相関を分析し、チューニングパラメータを抽出する。この工程Ｓ５は、デバイス設計装置の分析部で行う。

そして、相関分析の結果、得られた構造とチューニングパラメータとを出力する（工程Ｓ６）。この工程Ｓ６は、デバイス設計装置の入出力部を通じて行う。

以上により、製造可能範囲全体を網羅したシミュレーションの事前実行により作成した設計データベースを活用したデバイス設計方法が終了となる。例えば工程Ｓ１で設計者により要求仕様が入力されると、工程Ｓ２〜Ｓ６は上述したデバイス設計装置において自動で行われる。

その後、工程Ｓ４で出力された構造については、詳細設計のシミュレーションを行う（工程Ｓ７）。また、工程Ｓ６で出力された構造については、この構造に対してチューニングパラメータで調整し、この調整した構造について詳細設計のシミュレーションを行う（工程Ｓ７）。この詳細設計のシミュレーションは、分析部で行ってもよいし、または外部装置で行ってもよい。詳細設計のシミュレーションを分析部で行う場合には、工程Ｓ２〜Ｓ７は上述したデバイス設計装置において自動で行われる。

本実施の形態においては、工程Ｓ１の要求仕様の入力から、工程Ｓ７の詳細設計のシミュレーションの終了までをデバイス設計方法の手順に含めてもよい。

＜＜第２の例＞＞
上述のデバイス設計方法の手順の第１の例では、工程Ｓ２において、事前に構築した設計データベースから要求仕様に適合した構造の１つを抽出する例を説明したが、以下の第２の例でも可能である。この第２の例を、図１１を用いて説明する。

本実施例１におけるデバイス設計方法の手順の第２の例でも、第１の例と同様に、図１１に示すように、デバイス設計の開始前に、事前作業として、設計データベースを構築する。この設計データベースには、デバイスの構造が特性と関連付けられて格納されている。

デバイス設計の開始後は、まず、要求仕様を入力する（工程Ｓ１１）。この要求仕様には、特性と、この特性の範囲とを含む。この工程Ｓ１１は、デバイス設計装置の入出力部を通じて行う。

そして、事前に構築した設計データベースから要求仕様に近い設計データを絞り込む（工程Ｓ１２）。要求特性に近い設計データは、特性空間で要求特性に対する所定の範囲内の設計データである。この工程Ｓ１２は、デバイス設計装置の抽出部で行う。

次に、絞り込んだ設計データについてクラスタ分析を行う（工程Ｓ１３）。このクラスタ分析では、特性−構造空間で設計データを分類して複数のクラスタを形成し、各クラスタ内の特徴を分析する。この工程Ｓ１３は、デバイス設計装置の分析部で行う。

さらに、クラスタ分析で形成された各クラスタ内の相関分析を行う（工程Ｓ１４）。この相関分析では、各クラスタ内で構造と特性との間の相関を分析し、チューニングパラメータを抽出する。この工程Ｓ１４は、デバイス設計装置の分析部で行う。

そして、相関分析の結果、得られた各クラスタ内の抽出データとチューニングパラメータとを出力する（工程Ｓ１５）。この工程Ｓ１５は、デバイス設計装置の入出力部を通じて行う。

以上の工程Ｓ１１〜Ｓ１５では、例えば工程Ｓ１１で設計者により要求仕様が入力されると、工程Ｓ１２〜Ｓ１５は上述したデバイス設計装置において自動で行われる。

その後、出力された各クラスタ内の抽出データとチューニングパラメータとを用いて、詳細設計のシミュレーションを行う（工程Ｓ１６）。詳細設計のシミュレーションは、各クラスタ内の抽出データによる構造に対してチューニングパラメータで調整し、この調整した構造について詳細設計のシミュレーションを行う。この詳細設計のシミュレーションは、分析部で行ってもよいし、または外部装置で行ってもよい。詳細設計のシミュレーションを分析部で行う場合には、工程Ｓ１２〜Ｓ１６は上述したデバイス設計装置において自動で行われる。

この第２の例では、複数のクラスタを形成して分析することで、局所解に陥りにくいという利点がある。例えば要求仕様に適合した１つの構造を抽出する場合、候補が１つの構造のみなので、局所解に陥る可能性がある。これに対して、第２の例のように、複数のクラスタを形成して分析することで、数通りの候補の中から所望の設計データやチューニングパラメータを選択することができるので、局所解に陥りにくい。

第２の例において、数通りの候補の中から所望の設計データやチューニングパラメータを選択する場合には、デバイス設計装置の抽出部で行ってもよいし、または、設計者の判断によって行ってもよい。

本実施例１では、出発構造の加速度センサＳＳｐの加工において、支持梁を切削してバネ定数Ｋｐを小さくし、可動部に部材を追加して質量Ｍｐを大きくする場合を例示したが、これ以外の態様も可能である。例えば支持梁および可動部を切削する、支持梁および可動部にそれぞれ部材を追加する、または支持梁に部材を追加し、可動部を切削してもよい。

このように、本実施例１では、予め構造・物性パラメータが互いに異なる各種ＭＥＭＳを半導体ウェハに形成しておき、このなかから、構造・物性パラメータとデバイス特性との相関図に基づいて、出発構造のＭＥＭＳを選択し、出発構造のＭＥＭＳを直接加工（直接造形）して所望構造のＭＥＭＳを形成している。これにより、ＭＥＭＳの製造ＴＡＴを短縮することができる。

本実施例１では、ＭＥＭＳとして加速度センサを例示したが、これに限定されるものではなく、ジャイロスコープ、マイクロフォンまたは圧力センサなどの他のセンサであってもよい。

上記センサは、加速度センサと同様に、可動部を有しており、可動部の特性は、バネと質量により決定される。例えばメンブレンの歪みを利用するマイクロフォンおよび圧力センサでは、メンブレンの剛性と質量が、それぞれバネと質量に対応する。従って、本実施例１において加速度センサを例に示した手法と同様な手法により、所望の構造のＭＥＭＳを短ＴＡＴで作製することができる。

また、ＭＥＭＳの作製工程が、バルクＭＥＭＳまたは表面ＭＥＭＳであってもセンサのデバイス特性を決定する要因は同じであるため、本実施例１に示した手法により、所望の構造のＭＥＭＳを短ＴＡＴで作製することができる。

本実施例２によるＭＥＭＳの製造方法について、図１２〜図２７を用いて説明する。本実施例２も、前述の実施例１と同様に、ＦＩＢ装置と情報処理装置によって実施される。図１２は、本実施例２によるＭＥＭＳの製造方法を説明するフローチャートである。図１３は、本実施例２による加速度センサの設計構造における構造・物性パラメータとデバイス特性との相関図である。図１４は、本実施例２による部品データベースに格納されているバネ部材の部品番号、部品アドレスおよび部品仕様を示す図である。図１５は、本実施例２による所望構造の加速度センサのプロセスフローの一例を示す図である。図１６は、本実施例２による材料置き場に準備されたバネ部材および質量部材の一例を示す図である。図１７、図１８、図１９、図２１、図２３および図２４は、本実施例２による所望構造の加速度センサの製造工程を示す図である。図２０は、本実施例２によるバネ部材のプロセスレシピの一例を示す図である。図２２は、本実施例２による出発構造の加速度センサの加工時におけるプロセスレシピの一例を示す図である。図２５、図２６および図２７は、本実施例２による２つの部材を互いに接着する方法の一例を説明する図である。

本実施例２では、ＭＥＭＳとして加速度センサを例示するが、これに限定されるものではなく、ジャイロスコープ、マイクロフォンまたは圧力センサなどであってもよい。また、上記ＭＥＭＳは概ね、基板を加工することで作製するバルクＭＥＭＳと、基板の表面に堆積した膜を加工して作製する表面ＭＥＭＳとに分類することができるが、どちらのＭＥＭＳであってもよい。

以下、図１２に示すフローチャートを参照しながら、本実施例２によるＭＥＭＳの製造方法について説明する。

（１）設計構造の準備
まず、情報処理装置は、図１３に示すＭＥＭＳの設計構造における構造・物性パラメータとデバイス特性との相関図ＣＣ２を準備する。

情報処理装置は、所望する加速度センサのデバイス特性として、例えば固有振動数を得るための構造・物性パラメータを必要とする場合は、加速度センサの支持梁のばね定数Ｋおよび可動部の質量Ｍを選択し、支持梁のばね定数Ｋと可動部の質量Ｍとから固有振動数ＣＦを計算して、図１３に示す相関図ＣＣ２を作成する。

図１３中に示す複数の黒丸は、支持梁のばね定数Ｋと可動部の質量Ｍとから予め計算により得られた固有振動数ＣＦを示す。

なお、ここでは、構造・物性パラメータとして、支持梁のばね定数Ｋおよび可動部の質量Ｍを選択したが、これに限定されるものではなく、例えば加速度センサの構成部材の寸法（厚さまたは幅）、密度、硬度、材料定数またはヤング率などを選択することもできる。

（２）出発構造の抽出（相関図）
情報処理装置は、図１３に示す相関図ＣＣ２から、要求仕様の固有振動数ＣＦｍの近傍にある設計仕様の固有振動数ＣＦｐを選択する。この場合、選択する設計仕様の固有振動数ＣＦｐは単数または複数であっても構わないが、ここでは、要求仕様の固有振動数ＣＦｍの近傍にある１つの設計仕様の固有振動数ＣＦｐを選択する場合を例示する。また、要求仕様の固有振動数ＣＦｍの近傍において、要求仕様の固有振動数ＣＦｍの最も近くに位置する設計仕様の固有振動数ＣＦｐを選択することが望ましい。

次に、情報処理装置は、選択された設計仕様の固有振動数ＣＦｐから、その固有振動数ＣＦｐが得られる支持梁のばね定数Ｋｐおよび可動部の質量Ｍｐを決定する。これにより、図１３に示す相関図ＣＣ２において、情報処理装置は、要求仕様の固有振動数ＣＦｍを有する所望構造の加速度センサＳＳｍに近似する、設計仕様の固有振動数ＣＦｐを有する出発構造の加速度センサＳＳｐ０を選択することができる。

（３）部品番号および部品仕様の抽出
部品データベースから、「（２）出発構造の抽出（相関図）」工程において抽出された出発構造の加速度センサＳＳｐ０の支持梁のバネ定数Ｋｐを有するバネ部材および可動部の質量Ｍｐを有する質量部材を抽出する。

図１４の部品データベース１４０には、予め部材置き場に準備されている各部材の部品名１４１、部品番号１４２、部品アドレス１４３、および部品仕様として寸法が格納されている。なお、部品仕様には、バネ定数および質量が含まれてもよい。図１４に示すように、部品データベース１４０には、部品番号１４２（ｋ１〜ｋ９）のバネ部材に関する各種データが収められている。質量部材、基板およびアンカーも同様である。

本実施例２では、一例として、部品データベースから、「（２）出発構造の抽出（相関図）」工程において抽出された出発構造の加速度センサＳＳｐ０の支持梁のバネ定数Ｋｐおよび可動部の質量Ｍｐのそれぞれに対応するバネ部材ｋ８および質量部材ｍ５を抽出する。同様に、基板ｓおよびアンカーａ２を抽出する。

（４）プロセスフロー作成
情報処理装置は、所望構造の加速度センサＳＳｍを形成するためのプロセスフローを作成する。図１５に、所望構造の加速度センサＳＳｍのプロセスフロー１５０の一例を示す。ここで、プロセスフロー１５０の作成は、その一部または全てをＦＩＢ装置の操作者が行なってもよい。

図１５に示すように、プロセスフロー１５０は、工程Ｎｏ．１５１、工程名１５２、部品名１５３、部品番号１５４、レイアウト層番号１５５、角度１５６およびプロセスレシピ番号１５７を含む。まず、情報処理装置は、出発構造の加速度センサＳＳｐを製造するための各種条件などをプロセスフロー１５０に入力する。

情報処理装置は、工程名１５２（基板、部品取得、部品接続）を入力し、さらに、各工程の仕様を入力する。各工程の仕様とは、部品番号１５４、レイアウト層番号１５５、角度１５６およびプロセスレシピ番号１５７などである。

例えば情報処理装置は、部材がアンカー、つまり部品名１５３がアンカーであれば、工程名１５２が部品取得である部品番号１５４にａ２を入力し、工程名１５２が部品接続であるレイアウト層番号１５５に１、角度１５６に０およびプロセスレシピ番号１５７に１４を入力する。

また、情報処理装置は、部材がバネ部材、つまり部品名１５３がバネであれば、工程名１５２が部品取得である部品番号１５４にｋ８を入力し、工程名１５２が部品接続であるレイアウト層番号１５５に２、角度１５６に０およびプロセスレシピ番号１５７に１２を入力する。

また、情報処理装置は、部材が質量部材、つまり部品名１５３が質量であれば、工程名１５２が部品取得である部品番号１５４にｍ５を入力し、工程名１５２が部品接続であるレイアウト層番号１５５に３、角度１５６に０およびプロセスレシピ番号１５７に２６を入力する。

次に、情報処理装置は、出発構造の加速度センサＳＳｐを加工して所望構造の加速度センサＳＳｍを形成するための各種条件をプロセスフロー１５０に入力する。

情報処理装置は、工程名１５２（構造加工）を入力し、さらに、レイアウト層番号１５５に４、プロセスレシピ番号１５７に１８を入力する。

（５）部品アドレスの確認
ＦＩＢ装置は、例えば図１４に示した部品データベース１４０から、バネ部材ｋ８の部品アドレス１４３を確認する。同様に、各部材の部品データベースから、質量部材ｍ５、基板ｓおよびアンカーａ２の部品アドレスを確認する。

各部材は、図１６に示すように、予め部材置き場に準備されている。例えばバネ定数Ｋが互いに異なる各種バネ部材および質量Ｍが互いに異なる各種質量部材が予め部材置き場に準備されている。さらに、図示は省略するが、各種基板および各種アンカーが準備されている。また、本実施例２では、９つのバネ部材および６つの質量部材を例示しているが、これに限定されるものではない。各部材の部品データベースの部品アドレスから、必要な部材の部材置き場における位置を容易に抽出することができる。

（６）部品採取および（７）部品接続
図１５に示すプロセスフロー１５０に従って、出発構造の加速度センサＳＳｐを組み立てる。すなわち、予め部材置き場に準備されている複数の部材の中から、部品アドレスに対応する位置にある部材を採取し、その部材を他の部材と接続することによって、出発構造の加速度センサＳＳｐを組み立てる。出発構造の加速度センサＳＳｐの組み立ては、例えば前述の実施例１において説明したＦＩＢ装置を用いて行われる。

まず、図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、ＦＩＢ装置は、基板ｓを部材置き場から採取し（「（６）部品採取」工程）、ステージＳＴ上に基板ｓを接続（搭載）する（図１５のプロセスフロー１５０の工程Ｎｏ．１）（「（７）部品接続」工程）。基板ｓは、ステージＳＴに設けられたステージ原点［Ｘ_０，Ｙ_０］を基準に搭載される。基板ｓは、シリコン基板ｓ１と、シリコン基板ｓ１の主面上に形成された絶縁膜ｓ２と、からなる。絶縁膜Ｓ２は、例えば酸化シリコンからなる。次に、ＦＩＢ装置は、全部品の接続が完了したかを判定し、完了していない場合、残りの部品に対して「（６）部品採取」工程と「（７）部品接続）」工程を繰り返す。

次に、図１８（ａ）および（ｂ）に示すように、ＦＩＢ装置は、アンカーａ２を部材置き場から採取し、基板ｓ上にアンカーａ２を接続する（図１５のプロセスフロー１５０の工程Ｎｏ．２＆Ｎｏ．３）。アンカーａ２は、プロセスレシピ番号１４に従って、基板ｓ上に接続される。アンカーａ２は、例えばレイアウト層番号１５５に数字である１に対応するレイアウトにより、ステージ原点［Ｘ_０，Ｙ_０］を基準にして接続位置が決定される。

次に、図１９（ａ）および（ｂ）に示すように、ＦＩＢ装置は、バネ部材ｋ８を部材置き場から採取し、アンカーａ２上にバネ部材ｋ８を接続する（図１５のプロセスフロー１５０の工程Ｎｏ．４＆Ｎｏ．５）。バネ部材ｋ８は、図２０に示すプロセスレシピ番号１２に従って、アンカーａ２上に接続される。バネ部材ｋ８は、例えばステージ原点［Ｘ_０，Ｙ_０］を基準にして、例えばレイアウト層番号１５５に数字である２に対応するレイアウトにより、バネ部材ｋ８の中心座標［Ｘ_ｋ，Ｙ_ｋ］を用いて接続位置が決定される。

次に、図２１（ａ）および（ｂ）に示すように、ＦＩＢ装置は、質量部材ｍ５を部材置き場から採取し、バネ部材ｋ８に質量部材ｍ５を接続する（図１５のプロセスフロー１５０の工程Ｎｏ．６＆Ｎｏ．７）。質量部材ｍ５は、プロセスレシピ番号２６に従って、バネ部材ｋ８に接続される。質量部材ｍ５は、例えばレイアウト層番号１５５に数字である３に対応するレイアウトにより、ステージ原点［Ｘ_０，Ｙ_０］を基準にして接続位置が決定される。

（８）出発構造の完成
図１５のプロセスフロー１５０の工程Ｎｏ．１から工程Ｎｏ．７によって、全部品の接続が完了すると、出発構造の加速度センサＳＳｐが完成する。

（９）出発構造の加工
「（８）出発構造の完成」工程で製造された出発構造の加速度センサＳＳｐのバネ部材ｋ８のバネ定数Ｋｐおよび質量部材ｍ５の質量Ｍｐは、所望構造の加速度センサＳＳｍの支持梁のバネ定数Ｋｍおよび可動部の質量Ｍｍとはそれぞれ誤差があり、出発構造の加速度センサＳＳｐでは、要求仕様の固有振動数ＣＦｍを得ることはできない。

そこで、出発構造の加速度センサＳＳｐを直接加工（直接造形）して、所望構造の加速度センサＳＳｍを形成する。具体的には、例えばバネ部材ｋ８を切削してバネ定数Ｋｐを小さくする、または質量部材ｍ５に部材を追加して質量Ｍｐを大きくする。これにより、所望構造の加速度センサＳＳｍを形成することができる。

出発構造の加速度センサＳＳｐの加工は、例えば以下の手順に従って行うことができる。

ＦＩＢ装置は、完成した出発構造の加速度センサＳＳｐに対して、図１５のプロセスフロー１５０の工程Ｎｏ．８の構造加工を実施する。この際、図２２に示すプロセスレシピ番号１８を用いる。出発構造の加速度センサＳＳｐの組み立ておよび加工は、同一のＦＩＢ装置内において、一連の処理として連続して行うことができる。

（９−１）ＦＩＢ装置で直接エッチング、堆積
図２３（ａ）および（ｂ）に示すように、ＦＩＢ装置は、出発構造の加速度センサＳＳｐのバネ部材ｋ８を切削する。図２３（ａ）中、ハッチングで示す領域が切削した領域である。切削する領域は、出発構造の加速度センサＳＳｐのバネ部材ｋ８の切削可能領域（［ｘ_１，ｙ_１］−［ｘ_２，ｙ_２］、［ｘ_３，ｙ_３］−［ｘ_４，ｙ_４］）を元にして、例えばレイアウト層番号１５５に数字である４に対応するレイアウトにより、ステージ原点［Ｘ_０，Ｙ_０］を基準して設定される。

さらに、図２４（ａ）および（ｂ）に示すように、ＦＩＢ装置は、他のプロセスレシピに従って、出発構造の加速度センサＳＳｐの質量部材ｍ５上に部材ＭＷを追加する。部材ＭＷを追加する領域は、質量部材ｍ５の質量追加可能領域（［Ｘ_１，Ｙ_１］−［Ｘ_２，Ｙ_２］）を元にして、例えばレイアウト層番号１５５に数字である４に対応するレイアウトにより、ステージ原点［Ｘ_０，Ｙ_０］を基準して設定される。設定された質量追加領域へイオンビームと堆積ガスを直接照射して、出発構造の加速度センサＳＳｐの質量部材ｍ５上に部材を直接成膜する。

これにより、所望構造の加速度センサＳＳｍを形成することができる。

（９−２）部材の選択、接続
実施例１と同様に、質量部材ｍ５に部材ＭＷを追加する場合、ＦＩＢ装置は、部材ＭＷを選択し、選択した部材ＭＷを質量部材ｍ５へ移送し、質量部材ｍ５上に部材ＭＷを接続してもよい。

ところで、ＦＩＢ装置を用いて質量部材ｍ５に部材ＭＷを追加する場合は、通常、イオンビームの照射による反応でカーボンとなるガス原料を吹き付けつつイオンビームを固定部分に照射する方法が採用される。しかし、この方法では、振動などが加わる可能性のある加速度センサでは、固定部分の強度が不足する懸念がある。

そこで、本実施例２では、振動などの外乱を受けても加速度センサが破壊されない十分な固定強度を有する接着方法を用いた。

図２５（ａ）および（ｂ）は、本実施例２による第１部材と第２部材とを接着する第１の方法を説明する断面図である。図２５（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、第１部材ＭＷ１（例えば質量部材ｍ５）の上面に直方体の第２部材ＭＷ２（例えば部材ＭＷ）を固定する場合の断面図、および第１部材ＭＷ１（例えば質量部材ｍ５）の上面に一部欠けのある第２部材ＭＷ２（例えば部材ＭＷ）を固定する場合の断面図である。

ＦＩＢ装置において、第１部材ＭＷ１にイオンビームを照射して、第１部材ＭＷ１の上面に所定の深さを有する溝部ＴＲを形成する。この際、溝部ＴＲの平面視における寸法が、第１部材ＭＷ１に接着される第２部材ＭＷ２の平面視における寸法よりも大きく、その差が０μｍより大きく、かつ、１μｍ以下となるように、溝ＴＲは形成される。

次に、ＦＩＢ装置は、マニュピレータ１５（図９参照）を用いて、第２部材ＭＷ２を第１部材ＭＷ１の溝部ＴＲが形成された位置に移送し、溝部ＴＲへ落とし込む。

次に、ＦＩＢ装置は、イオンビームを照射すると同時に、イオンビームの照射による反応でカーボンとなるガス原料を照射して、カーボン層ＣＡにより第１部材ＭＷ１と第２部材ＭＷ２との互いの接触面を接着する。上記反応により生じたカーボンの純度は、９９．９％以上となることが好ましい。

これにより、溝部ＴＲを形成せずに、第１部材ＭＷ１の上面に第２部材ＭＷ２を接着した場合よりも、第１部材ＭＷ１と第２部材ＭＷ２との接触面積が増大するので、所望する第１部材ＭＷ１と第２部材ＭＷ２との接着強度を得ることができる。

図２６（ａ）および（ｂ）は、本実施例２による第１部材と第２部材とを接着する第２の方法を説明する断面図である。図２６（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、第１部材ＭＷ１（例えば質量部材ｍ５）の上面に直方体の第２部材ＭＷ２（例えば部材ＭＷ）を固定する場合の断面図、および第１部材ＭＷ１（例えば質量部材ｍ５）の上面に一部欠けのある第２部材ＭＷ２（例えば部材ＭＷ）を固定する場合の断面図である。

ＦＩＢ装置において、マニュピレータ１５（図９参照）を用いて、保持体ＳＭを第１部材ＭＷ１の上面の所定の位置に移送し、イオンビームを照射すると同時に、イオンビームの照射による反応でカーボンとなるガス原料を照射して、カーボン層ＣＡにより第１部材ＭＷ１と保持体ＳＭとの互いの接触面を接着する。上記反応により生じたカーボンの純度は、９９．９％以上となることが好ましい。この際、保持体ＳＭは、後の工程で第１部材ＭＷ１に固定される第２部材ＭＷ２の位置を考慮して第１部材ＭＷ１の上面に接着される。また、保持体ＳＭは単数または複数であってもよい。

次に、ＦＩＢ装置は、マニュピレータ１５を用いて、第２部材ＭＷ２を第１部材ＭＷ１の上面の保持体ＳＭに囲まれた所定の位置に移送し、その保持体ＳＭに囲まれた位置へ落とし込む。

次に、ＦＩＢ装置は、イオンビームを照射すると同時に、イオンビームの照射による反応でカーボンとなるガス原料を照射して、カーボン層ＣＡにより保持体ＳＭと第２部材ＭＷ２および第１部材ＭＷ１と第２部材ＭＷ２との互いの接触面を接着する。上記反応により生じたカーボンの純度は、９９．９％以上となることが好ましい。

これにより、保持体ＳＭを用いずに、第１部材ＭＷ１の上面に第２部材ＭＷ２を接着した場合よりも、第１部材ＭＷ１と第２部材ＭＷ２との接触箇所が増大するので、所望する第１部材ＭＷ１と第２部材ＭＷ２との接着強度を得ることができる。

図２７（ａ）および（ｂ）は、本実施例２による第１部材と第２部材とを接着する第３の方法を説明する断面図である。図２７（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、第１部材ＭＷ１（例えば質量部材ｍ５）の上面に直方体の第２部材ＭＷ２（例えば部材ＭＷ）を固定する場合の断面図、および第１部材ＭＷ１（例えば質量部材ｍ５）の上面に一部欠けのある第２部材ＭＷ２（例えば部材ＭＷ）を固定する場合の断面図である。

ＦＩＢ装置において、マニュピレータ１５（図９参照）を用いて、第２部材ＭＷ２を第１部材ＭＷ１の上面の所定の位置に移送し、イオンビームを照射すると同時に、イオンビームの照射による反応でカーボンとなるガス原料を照射して、カーボン層ＣＡにより第１部材ＭＷ１と第２部材ＭＷ２との互いの接触面を接着する。上記反応により生じたカーボンの純度は、９９．９％以上となることが好ましい。

次に、ＦＩＢ装置は、第２部材ＭＷ２の下部の側面および第２部材ＭＷ２が接着された周囲の第１部材ＭＷ１の上面にイオンビームを照射して、プラズマエッチングにより第２部材ＭＷ２の下部の側面および第２部材ＭＷ２が接着された周囲の第１部材ＭＷ１の上面を粗面化する。

次に、ＦＩＢ装置は、イオンビームを照射すると同時に、イオンビームの照射による反応でカーボンとなるガス原料を照射して、カーボン層ＣＡにより第１部材ＭＷ１と第２部材ＭＷ２との互いの接触面を接着する。上記反応により生じたカーボンの純度は、９９．９％以上となることが好ましい。また、第１部材ＭＷ１と第２部材ＭＷ２との接着に用いたカーボン層ＣＡが膜形状の場合は、第１部材ＭＷ１および第２部材ＭＷ２の表面粗さは、上記反応により生じたカーボンの粒径と同程度にすることが望ましい。

これにより、第１部材ＭＷ１および第２部材ＭＷ２の表面の一部を粗面化しない場合よりも、第１部材ＭＷ１と第２部材ＭＷ２とのカーボンが付着する面積が増大するので、所望する第１部材ＭＷ１と第２部材ＭＷ２との接着強度を得ることができる。

（１０）所望構造の完成
「（１）設計構造の準備」から「（９）出発構造の加工」の各工程を経ることにより、所望構造の加速度センサＳＳｍが完成する。

このうち、少なくとも「（５）部品アドレスの確認」から「（１０）所望構造の完成」の工程は、同一のＦＩＢ装置内において一連の処理として連続して行うことができる。具体的には、プロセスフローおよびプロセスレシピに基づいて部品採取と部品接続とを繰り返し行うことにより出発構造の加速度センサＳＳｐを形成する工程および出発構造の加速度センサＳＳｐを加工して所望構造の加速度センサＳＳｍを形成する工程は同一のＦＩＢ装置内において連続して行われる。

ＦＩＢ装置のデータベース（例えば図９に示すＦＩＢ装置のデータベース８６）には、部品データベース１４０（図１４参照）、プロセスフロー１５０（図１５参照）およびプロセスレシピ（図２０および図２２参照）などの各種データが格納されており、これら各種データに基づいて、「（６）部品採取」、「（７）部品接続」および「（８）出発構造の完成」の各工程が実施される。

このように、本実施例２では、予め構造・物性パラメータが互いに異なる各部材を準備しておき、このなかから、構造・物性パラメータとデバイス特性との相関図に基づいて、各部材を抽出し、接続して出発構造のＭＥＭＳを形成し、さらに、出発構造のＭＥＭＳを直接加工（直接造形）して所望構造のＭＥＭＳを形成している。これにより、ＭＥＭＳの製造ＴＡＴを短縮することができる。

本実施例２では、ＭＥＭＳとして加速度センサを例示したが、これに限定されるものではなく、ジャイロスコープ、マイクロフォンまたは圧力センサなどのセンサであってもよい。

上記センサは、加速度センサと同様に、可動部を有しており、可動部の特性は、バネと質量により決定される。例えばメンブレンの歪みを利用するマイクロフォンおよび圧力センサでは、メンブレンの剛性と質量が、それぞれバネと質量に対応する。したがって、本実施例２において加速度センサを例に示した手法と同様な手法により、所望の構造のＭＥＭＳを短ＴＡＴで作製できる。

また、ＭＥＭＳの作製工程が、バルクＭＥＭＳまたは表面ＭＥＭＳであってもセンサのデバイス特性を決定する要因は同じであるため、本実施例２に示した手法により、所望の構造のＭＥＭＳを短ＴＡＴで作製できる。

本実施例３によるＭＥＭＳの製造方法について、図２８および図２９を用いて説明する。図２８は、本実施例３による予め準備された部材の一例を示す斜視図である。図２９は、本実施例３による出発構造の加速度センサの構成の一例を示す斜視図である。

本実施例３でも、ＭＥＭＳとして加速度センサを例示するが、これに限定されるものではなく、ジャイロスコープ、マイクロフォンまたは圧力センサなどであってもよい。また、上記ＭＥＭＳは概ね、基板を加工することで作製するバルクＭＥＭＳと、基板の表面に堆積した膜を加工して作製する表面ＭＥＭＳに分類することができるが、どちらのＭＥＭＳであってもよい。

前述の実施例２では、予め部材置き場に複数の部材を準備しておき、ＦＩＢ装置は、プロセスフローに従って、部品番号と部品アドレスとを対応させて、その複数の部材の中から、所望する部材を採取し、接続することによって、出発構造の加速度センサＳＳｐを組み立てた（前述の実施例２の「（６）部品採取」工程、「（７）部品接続」工程および「（８）出発構造の完成」工程参照）。

これに対して、本実施例３では、部材置き場に同一の構造・物性パラメータを有する複数の単位ブロックを準備しておき、ＦＩＢ装置が、プロセスフローに従って、部材置き場からの単位ブロックの採取と、接続とを繰り返すことによって、出発構造の加速度センサＳＳｐを組み立てる。本実施例３におけるプロセスフローは、前述の実施例２におけるプロセスフロー（図１５参照）とほぼ同じである。

まず、図２８に示すように、予め部材置き場に、複数の単位ブロックＵＢを準備する。ここでは、１種類の単位ブロックＵＢを準備したが、複数種類の単位ブロックを準備してもよい。

次に、プロセスフロー（前述の実施例２の「（６）部品採取」工程）に従って、ＦＩＢ装置は、予め部材置き場に準備されていた複数の単位ブロックＵＢの中から、１つの単位ブロックＵＢをマニュピレータＭＡにより採取する。

そして、図２９に示すように、プロセスフロー（前述の実施例２の「（７）部品接続」工程）に従って、ＦＩＢ装置は、単位ブロックＵＢを基板ｓまたはすでに基板ｓに接続されている単位ブロックＵＢに接続する。ＦＩＢ装置が、プロセスフローに従って、単位ブロックＵＢの部品取得および部品接続を繰り返し行うことにより、出発構造の加速度センサＳＳｐが完成する（前述の実施例２の「（８）出発構造の完成」工程）。

加速度センサＳＳｐは、シリコン基板ｓ１と、シリコン基板ｓ１の主面上に形成された絶縁膜ｓ２と、からなる基板ｓを備える。さらに、基板ｓ上に、互いに離間して配置され、それぞれ複数の単位ブロックＵＢからなる２つのアンカー部ＢＡと、２つのアンカー部ＢＡの間の基板ｓ上に、２つのアンカー部ＢＡから互いに離間して配置された、複数の単位ブロックＵＢからなる第２電極ＢＭ２と、を備える。さらに、第２電極ＢＭ２の上方に、第２電極ＢＭ２と離間して第１電極ＢＭ１が配置されており、この第１電極ＢＭ１は、２つのアンカー部ＢＡにそれぞれ繋がる２つのバネ部ＢＳによって支えられている。

複数の単位ブロックＵＢの接続には、例えば静電気または熱処理などが採用される。また、例えば基板ｓ上に単位ブロックＵＢを接続する場合などには、前述の実施例２において説明した接着方法（図２５、図２６および図２７参照）を採用することもできる。この接着方法を採用することにより、振動などの外乱を受けても破壊されない十分な固定強度を有する所望構造の加速度センサＳＳｍを実現することができる。

その後は、例えば前述の実施例２の「（９）出発構造の加工」工程とほぼ同様にして、ＦＩＢ装置が出発構造の加速度センサＳＳｐを加工することにより、所望構造の加速度センサＳＳｍが完成する。

このように、本実施例３によれば、予め準備する部材が単位ブロックＵＢだけであり、また、この単位ブロックＵＢの組み立てによって出発構造のＭＥＭＳを形成できるので、ＭＥＭＳを容易に製造することができる。

本実施例３では、ＭＥＭＳとして加速度センサを例示したが、これに限定されるものではなく、ジャイロスコープ、マイクロフォンまたは圧力センサなどの他のセンサであってもよい。

上記センサは、加速度センサと同様に、可動部を有しており、可動部の特性は、バネと質量により決定される。例えばメンブレンの歪みを利用するマイクロフォンおよび圧力センサでは、メンブレンの剛性と質量が、それぞれバネと質量に対応する。したがって、本実施例３において加速度センサを例に示した手法と同様な手法により、所望の構造のＭＥＭＳを短ＴＡＴで作製できる。

また、ＭＥＭＳの作製工程が、バルクＭＥＭＳまたは表面ＭＥＭＳであってもセンサのデバイス特性を決定する要因は同じであるため、本実施例３に示した手法により、所望の構造のＭＥＭＳを短ＴＡＴで作製できる。

本実施例４によるＭＥＭＳの製造方法について、図３０および図３１を用いて説明する。図３０（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本実施例４による予め準備された部材の一例を示す平面図および断面図である。図３１（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本実施例４による予め準備された部材の切り出し方法の一例を示す平面図および断面図である。

例えば前述の実施例１で用いる部材、前述の実施例２で用いるバネ部材および質量部材などの部材、並びに前述の実施例３で用いる単位ブロックなどは、必要とされた時にＦＩＢ装置において新たに製造することが可能であるが、ＭＥＭＳの製造ＴＡＴをより短縮するために、ＦＩＢ装置を用いて、予め部材置き場に所望の部材または単位ブロックなどを製造しておくことが望ましい。

本実施例４による部材置き場に予め準備された複数の部材ＰＭは、図３０（ａ）および（ｂ）に示すように、ランナーＰＲを介して固定部ＰＣに固定されている。固定部ＰＣ、ランナーＰＲおよび部材ＰＭは、例えばシリコンからなる一体の構造体として形成されており、この一体の構造体は、固定部ＰＣにおいて、基板ＰＳ上に形成された絶縁膜ＩＬと繋がっている。絶縁膜ＩＬは、例えば酸化シリコンからなる。固定部ＰＣは、絶縁膜ＩＬと接触して形成されるが、ランナーＰＲおよび部材ＰＭと基板ＰＳとの間には、絶縁膜ＩＬは形成されておらず、ランナーＰＲおよび部材ＰＭは、基板ＰＳから離れている。

次に、図３１（ａ）および（ｂ）に示すように、ＦＩＢ装置は、マニュピレータＭＡで部材ＰＭを支えながら、ランナーＰＲと部材ＰＭとの接続部分であるゲートＰＧにイオンビームを照射して、固定部ＰＣから部材ＰＭを切断する。

その後は、部材ＰＭを出発構造のＭＥＭＳ、例えば出発構造の加速度センサＳＳｐの加工または組み立てに用いる。具体的には、前述の実施例１では、ＦＩＢ装置は、例えば切り出した部材ＭＷを可動部４に追加する（「（４）出発構造の加工」工程）。また、前述の実施例２では、ＦＩＢ装置は、例えば切り出したバネ部材ｋ８および質量部材ｍ５を組み立てる（「（６）部品採取」工程および「（７）部品接続」工程）あるいは切り出した部材ＭＷをバネ部材ｋ８または質量部材ｍ５に追加する（「（９）出発構造の加工」工程）。また、前述の実施例３では、ＦＩＢ装置は、例えば切り出した単位ブロックＵＢを組み立てる。

このように、本実施例４では、ＦＩＢ装置を用いて予め部材置き場に複数の部材を形成しておき、ＦＩＢ装置において出発構造のＭＥＭＳを加工する際または出発構造のＭＥＭＳを組み立てる際に、必要な部材を部材置き場から採取しているので、ＭＥＭＳの製造ＴＡＴを短縮することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１ 支持基板
２ 固定部
３ 支持梁
４ 可動部
７ 電子銃
８ 電子ビーム
１４ 試料ステージ制御装置
１６ マニュピレータ制御装置
１８ ガス源制御装置
１９ 二次粒子検出器制御装置
３１ イオン源
８１ イオン源制御装置
８２ レンズ制御装置
８５ 計算処理装置
８６ データベース
ａ２ アンカー
ｋ８ バネ部材
ｍ５ 質量部材
ＣＣ１，ＣＣ２ 相関図
ＣＦ 固有振動数
ＣＦｍ 要求仕様の固有振動数
ＣＦｐ 設計仕様の固有振動数
Ｍ１，Ｍ２ マーク
ＭＷ 部材
ＳＣ，ＳＣｐ 半導体チップ
ＳＭ 保持体
ＳＳ，ＳＳｍ，ＳＳｐ，ＳＳｐ０ 加速度センサ
ＵＢ 単位ブロック

Claims (15)

1. 以下の工程を含むＭＥＭＳの製造方法：
   （ａ）ＭＥＭＳのパラメータとデバイス特性との相関図を準備する工程；
   （ｂ）前記相関図に対応するパラメータおよびデバイス特性をそれぞれ有する複数のＭＥＭＳを予め基板の主面に形成する工程；
   （ｃ）前記相関図の中から、要求特性の近傍領域の第１特性を選択する工程；
   （ｄ）前記基板の主面に予め準備された前記複数のＭＥＭＳの中から、前記相関図に基づいて前記第１特性を有する第１ＭＥＭＳを抽出する工程；
   （ｅ）前記第１ＭＥＭＳを直接加工して、前記要求特性を有する第２ＭＥＭＳを形成する工程。
2. 請求項１記載のＭＥＭＳの製造方法において、
   前記（ｂ）工程の前記複数のＭＥＭＳは、互いに異なるパラメータを有し、
   前記（ｅ）工程では、前記第１ＭＥＭＳに形成された位置マークを基準にして、前記第１ＭＥＭＳの加工位置が特定される、ＭＥＭＳの製造方法。
3. 請求項１記載のＭＥＭＳの製造方法において、
   前記（ｂ）工程の前記複数のＭＥＭＳは、互いに異なるパラメータを有し、
   前記（ｅ）工程では、前記第１ＭＥＭＳの一部を切削する、前記第１ＭＥＭＳ上に部材を接着する、および前記第１ＭＥＭＳ上に膜を堆積する、のうち少なくとも１つを含む、ＭＥＭＳの製造方法。
4. 請求項１記載のＭＥＭＳの製造方法において、
   前記（ｂ）工程の前記複数のＭＥＭＳは、互いに異なるパラメータを有し、
   前記パラメータは、構造パラメータおよび物性パラメータの少なくとも一方である、ＭＥＭＳの製造方法。
5. 請求項１記載のＭＥＭＳの製造方法において、
   前記（ｂ）工程の前記複数のＭＥＭＳは、互いに異なるパラメータを有し、
   前記複数のＭＥＭＳは、支持梁および可動部を備える加速度センサであり、
   前記パラメータは、前記支持梁のバネ定数および前記可動部の質量である、ＭＥＭＳの製造方法。
6. 以下の工程を含むＭＥＭＳの製造方法：
   （ａ）ＭＥＭＳのパラメータとデバイス特性との相関図を準備する工程；
   （ｂ）前記相関図に対応するパラメータを持つ複数の部材を予め準備する工程；
   （ｃ）前記相関図の中から、要求特性の近傍領域の第１特性を選択する工程；
   （ｄ）予め準備された前記複数の部材の中から、前記相関図に基づいて、複数の構成部材を選択する工程；
   （ｅ）基板の主面上に前記複数の構成部材を組み立てることにより、要求特性の近傍領域の第１特性を有する第１ＭＥＭＳを形成する工程；
   （ｆ）前記第１ＭＥＭＳを直接加工して、前記要求特性を有する第２ＭＥＭＳを形成する工程。
7. 請求項６記載のＭＥＭＳの製造方法において、
   前記（ｅ）工程では、前記基板に形成された位置マークを基準にして、前記複数の構成部材が組み立てられ、
   前記（ｆ）工程では、前記位置マークを基準にして、前記第１ＭＥＭＳの加工位置が特定される、ＭＥＭＳの製造方法。
8. 請求項６記載のＭＥＭＳの製造方法において、
   前記（ｆ）工程では、前記第１ＭＥＭＳの一部を切削する、前記第１ＭＥＭＳ上に部材を接着する、および前記第１ＭＥＭＳ上に膜を堆積する、のうち少なくとも１つを含む、ＭＥＭＳの製造方法。
9. 請求項６記載のＭＥＭＳの製造方法において、
   前記複数の構成部材は、カーボンにより互いに接着する、ＭＥＭＳの製造方法。
10. 請求項６記載のＭＥＭＳの製造方法において、
    前記複数の部材は、互いに異なる構造パラメータおよび物性パラメータの少なくとも一方を有している、ＭＥＭＳの製造方法。
11. 請求項６記載のＭＥＭＳの製造方法において、
    前記複数の部材は、同一の構造パラメータおよび物性パラメータを有している、ＭＥＭＳの製造方法。
12. 請求項６記載のＭＥＭＳの製造方法において、
    前記第１ＭＥＭＳは、アンカー、支持梁および可動部を備える加速度センサであり、
    前記アンカー、前記支持梁および前記可動部はそれぞれ１つの前記構成部材から成る、ＭＥＭＳの製造方法。
13. 第１ＭＥＭＳを保持する試料ステージと、
    前記試料ステージ上の前記第１ＭＥＭＳに対してイオンビームを照射する照射光学系と、
    前記第１ＭＥＭＳの前記試料ステージ上の位置および特性と関連付けられた第１データベースと、
    要求特性を有する第２ＭＥＭＳの特性と関連付けられた第２データベースと、
    を備え、
    前記第１データベースおよび前記第２データベースにそれぞれ格納されたデータを基に、前記試料ステージ上の前記第１ＭＥＭＳの中から前記要求特性に近いＭＥＭＳを抽出し、当該ＭＥＭＳを直接加工して、前記第２ＭＥＭＳを形成する、ＭＥＭＳの製造装置。
14. 請求項１３記載のＭＥＭＳの製造装置において、
    前記イオンビームを照射して前記第１ＭＥＭＳを切削する、または前記イオンビームを照射して前記第１ＭＥＭＳ上に膜を堆積する、ＭＥＭＳの製造装置。
15. 請求項１３記載のＭＥＭＳの製造装置において、
    前記イオンビームを照射するとともに、前記イオンビームの照射による反応でカーボンとなるガス原料を照射して前記第１ＭＥＭＳ上に部材を接着する、ＭＥＭＳの製造装置。

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