WO2022224704A1 - 曲面支持構造体の製造方法、半球共振ジャイロスコープ - Google Patents

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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to curved support structures that can be used as hemispherically resonant gyroscopes.
  • a hemispherical resonant gyroscope is conventionally known as a gyroscope that detects angular velocity.
  • this type of hemispherical resonant gyroscope 9 includes a resonator 91 formed in a substantially hemispherical shape as a whole, a support portion 90 for supporting the resonator 91, and an outer side of the resonator 91.
  • a plurality of electrodes 92 are formed inside the resonator 91 and arranged in a ring, and a plurality of electrodes 93 are formed inside the resonator 91 and arranged in a ring.
  • the hemispherical resonant gyroscope 9 alternately uses a plurality of electrodes 92 or a plurality of electrodes 93 in the circumferential direction as either detection electrodes 92A, 93A or control electrodes 92B, 93B.
  • the resonator 91 resonates due to electrostatic attraction.
  • the resonance shape of the resonator 91 rotates according to the angular velocity, and the angular velocity is obtained by detecting the capacitance between the resonator 91 and the detection electrodes 92A and 93A. can be done.
  • a plurality of electrodes 94 (see FIG. 20) formed below the resonator 91 and arranged in a ring can also be used as detection electrodes and drive electrodes.
  • the performance is determined by the Q value of the resonator and the positional relationship between the electrodes.
  • Quartz or synthetic glass which has a low thermoelastic coefficient, is used as a resonator in order to increase the Q value of the resonator to reduce noise and improve performance.
  • the resonator is formed by processing quartz, synthetic glass, or the like, which are difficult-to-process materials and require high processing accuracy. Therefore, to form such a resonator, it is necessary to perform final adjustment of the shape by laser processing after mechanical polishing and cutting, resulting in a very high manufacturing cost.
  • a manufacturing method applying a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) process is proposed.
  • a manufacturing method of this type there is known a method of processing a quartz wafer into a shape called a wineglass shape or a bird bath shape by heating to a deformable temperature and applying suction or pressure.
  • the problem to be solved by the embodiments of the present invention is to provide a technology that can manufacture a curved surface support structure that can be used as a hemispherical resonant gyroscope at a lower cost.
  • a method for manufacturing a curved surface support structure is a method for manufacturing a curved surface support structure composed of an upper wafer and a lower wafer, in which the upper surface of the lower wafer is etched.
  • curved support structures that can be used as hemispherically resonant gyroscopes can be manufactured at a lower cost.
  • FIG. 4 is a flow chart showing a method for manufacturing a curved support structure according to an embodiment
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of a lower wafer having recesses formed therein
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of a lower wafer on which electrodes are formed
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 4
  • FIG. 4 is a plan view showing the structure of a lower wafer on which a sacrificial layer is formed
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 6
  • FIG. 4 is a bottom view showing the structure of an upper wafer on which electrodes are formed
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of a lower wafer having recesses formed therein
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2
  • FIG. 4 is a plan view
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line DD of FIG. 8;
  • FIG. 4 is a plan view showing an upper wafer and a lower wafer that are bonded together;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line EE of FIG. 10;
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view showing an upper wafer with a radially separated portion;
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view showing the upper and lower wafers vacuum-heated while the pressure in the chamber is less than the closed space;
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view showing the configuration of a curved support structure having an annular convex curved surface;
  • FIG. 4 is a cross-sectional perspective view showing the configuration of a curved support structure having an annular convex curved surface;
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view showing the upper and lower wafers vacuum-heated with the pressure in the chamber greater than the enclosed space;
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view showing the configuration of a curved support structure having an annular concave curved surface;
  • FIG. 4 is a cross-sectional perspective view showing the configuration of a curved surface support structure having an annular concave curved surface;
  • 1 is a schematic plan view showing the configuration of a conventional hemispherical resonant gyroscope;
  • FIG. 1 is a side sectional view showing the configuration of a conventional hemispherical resonant gyroscope;
  • FIG. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a curved surface support structure according to this embodiment. Details of each step will be described later.
  • a supporting portion forming step of forming a supporting portion for supporting the curved surface by etching is performed on the lower wafer (S101), and a first electrode forming step of forming a first electrode is performed. (S102), and a sacrificial layer coating process for performing coating patterning of the sacrificial layer is performed (S103). Further, a second electrode forming step of forming a second electrode is performed on the upper wafer (S104).
  • a bonding step of bonding the upper wafer and the lower wafer together by the sacrificial layer is performed (S105), and a radially outer separating step of separating the radially outer portion of the upper wafer. is performed (S106).
  • an equal-pressure heating step (S107) and a different-pressure heating step (S108) are performed in which vacuum heating is performed by a vacuum heating device having a chamber, and a sacrificial layer removing step (S109) is performed to remove the sacrificial layer.
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the lower wafer in which recesses are formed.
  • 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2.
  • the supporting portion forming step is a step of forming a supporting portion 11 by forming an annular concave portion 10 in the lower wafer 1, as shown in FIGS.
  • the lower wafer 1 is a plate-shaped member made of a silicon compound such as synthetic quartz, silicon, Tempax glass, or low-expansion glass.
  • the concave portion 10 is formed on the upper surface by isotropic etching, and the radial outer surface 12, which is a plane lower in height than the apex of the supporting portion 11, is formed by etching on the radially outer side of the concave portion 10. be.
  • the height difference distance between the vertex of the support portion 11 and the radial outer surface 12 will be described in detail later.
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the lower wafer on which electrodes are formed.
  • 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 4.
  • the first electrode forming step is, as shown in FIGS. 4 and 5, a step of forming a plurality of first electrodes 13 made of refractory metal on the radial outer surface 12 of the lower wafer 1 .
  • the plurality of first electrodes 13 are formed on the radial outer surface 12 so as to be annularly arranged side by side so as to surround the recess 10 . Further, each of the plurality of first electrodes 13 has a connection line 131 extending radially outward.
  • FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the lower wafer on which the sacrificial layer is formed.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line CC of FIG.
  • liquid glass such as TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) or polysilazane is used as a sacrificial layer to form an annular coating pattern 3 covering the plurality of first electrodes 13. It is a process. This coating pattern is maintained in a semi-solid state until the bonding step, which will be described later.
  • FIG. 8 is a bottom view showing the configuration of the upper wafer on which electrodes are formed.
  • 9 is a cross-sectional view taken along line DD of FIG. 8.
  • the second electrode forming step is a step of forming a plurality of second electrodes 23 on the upper wafer 2, as shown in FIGS.
  • the upper wafer 2 like the lower wafer 1, is a plate-shaped member made of a silicon compound such as synthetic quartz, silicon, Tempax glass, or low-expansion glass.
  • a plurality of second electrodes 23 corresponding to the plurality of first electrodes 13 are formed on the bottom surface of the upper wafer 2 .
  • the plurality of second electrodes 23 are formed so as to be annularly arranged in parallel with the plurality of first electrodes 13 .
  • each of the plurality of second electrodes 23 is formed to be small enough to fit within the area of the first electrode 13 when superimposed on the corresponding first electrode 13.
  • the first electrode 13 may be formed smaller than the second electrode 23 .
  • the outer diameter surface 12 is formed such that the distance between the vertex of the support portion 11 and the outer diameter surface 12 is greater than the total distance of the thickness of the first electrode 13 and the thickness of the second electrode 23 . etched to As a result, a gap is formed between the first electrode 13 and the second electrode 23 which are overlaid by a bonding step which will be described in detail later.
  • FIG. 10 is a plan view showing the upper and lower wafers bonded together.
  • 11 is a cross-sectional view taken along line EE of FIG. 10.
  • the bottom surface of the upper wafer 2 and the top surface of the lower wafer 1 are placed so that the plurality of first electrodes 13 and the plurality of second electrodes 23 corresponding thereto overlap each other.
  • the upper wafer 2 and the lower wafer are fixed by pressure in a state where they are aligned by a double-sided aligner, and furthermore, by a vacuum heating device at 300 to 500° C. in an atmosphere of a predetermined cavity pressure P1.
  • the upper wafer 2 and the lower wafer 1 are bonded together by performing temporary baking.
  • the cavity pressure which is the pressure in the annular cavity C defined by the recess 10 in the lower wafer 1, the support part 11, the bottom surface of the upper wafer 2, and the coating pattern 3, becomes P1.
  • the upper wafer 2 and the lower wafer 1 are made of Tempax glass or silicon
  • the upper wafer 2 and the lower wafer 1 may be bonded together using an anodic bonding apparatus instead of the double-sided aligner. Regardless of which method is used, the alignment error can be suppressed to the semiconductor process level (5 ⁇ m or less) according to this bonding process.
  • FIG. 12 is a side sectional view showing the upper wafer with the radial portion separated. 12 shows a cross section corresponding to FIGS. 3, 5, 7 and 11, and shows a cut plane extending in the vertical direction and the horizontal direction in the drawing and passing through the support portion. It is a thing.
  • the radially outer separation step is a step of separating the radially outer portion of the upper wafer 2 by etching, as shown in FIG.
  • the radial outside indicates a portion of the upper wafer 2 located radially outside of the coating pattern 3 when the center of the supporting portion 11 is taken as the center of the circle.
  • the upper wafer 2 is deformed into a three-dimensional shape as will be described in detail later. Precise patterns of semiconductor processes can be applied, and high-cost laser cutting and polishing processes can be eliminated.
  • the edge of the upper wafer 2 may be formed at an acute angle by etching, the edge of the upper wafer 2 is rounded by heating in the equal pressure heating process and the different pressure heating process.
  • the curved surface support structure manufactured by this manufacturing method is used as a hemispherical resonant gyroscope, the energy trapping effect is increased, and the Q value is improved.
  • 13 and 16 are side sectional views showing the upper and lower wafers vacuum-heated with the pressure inside the chamber being less than the closed space and the pressure inside the chamber being greater than the closed space, respectively. 13 and 16 show cross-sections of the same plane as in FIG.
  • the isobaric heating step is a step of vacuum heating the upper wafer 2 and the lower wafer 1 until they are softened, with the atmospheric pressure P2, which is the pressure in the chamber of the vacuum apparatus, being substantially the same as the cavity pressure P1.
  • the temperature in the chamber is 1200 to 1400° C. when the material of the upper wafer 2 and the lower wafer 1 is quartz, and 500 to 600° C. when they are Tempax glass.
  • the supporting portion 11 of the lower wafer 1 and the upper wafer 2 are fused and integrated, and the coating pattern 3 made of liquid glass and the lower wafer 1 and the upper wafer 2 are fused. As a result, the airtightness of the cavity C is enhanced.
  • the equal pressure heating process is omitted from this manufacturing method.
  • the atmospheric pressure P2 is made different from the cavity pressure P1, that is, the atmospheric pressure P2 is made smaller than the cavity pressure P1, or the atmospheric pressure P2 is made larger than the cavity pressure P1, and the upper wafer 2 and the lower wafer are heated. It is a step of vacuum heating until 1 is softened.
  • the temperature in the chamber is 1400 to 1700° C. when the material of the upper wafer 2 and the lower wafer 1 is quartz, and 600 to 700° C. when they are Tempax glass.
  • the cavity C expands, thereby partially deforming the upper wafer 2 and protruding upward along the annular shape.
  • 21 A of annular convex curved surfaces which make the curved surface shape which carries out are formed. Further, the portion of the upper wafer 2 that is fused to the annular coating pattern 3 is not deformed, and a flange portion 22 that protrudes radially outward from the end portion of the annular convex curved surface 21A is formed.
  • annular concave curved surface 21B having a curved surface shape protruding outward is formed.
  • the portion of the upper wafer 2 fused to the annular coating pattern 3 is not deformed, and the flange protrudes radially outward from the end of the annular concave curved surface 21B.
  • a portion 22 is formed.
  • the cavity pressure P1 and the atmospheric pressure By adjusting the pressure difference from P2, the temperature in the chamber during vacuum heating, the lifting time of the lifting mechanism in the vacuum heating device, etc., the thickness, height, curvature, etc. of the annular convex curved surface 21A and the annular concave curved surface 21B can be adjusted. can be as desired.
  • the liquid glass forming the coating pattern 3 has a composition close to that of quartz, and thus improves the airtightness in the cavity C. Poor chemical resistance.
  • the sacrificial layer removing step is a step of removing the coating pattern 3 formed of liquid glass by etching.
  • the coating pattern 3 denatured by vacuum heating has a faster etching rate than the other portions, so it can be selectively removed by etching.
  • a chemical that etches only the liquid glass forming the coating pattern 3 may be used.
  • the curved surface support structure 4A having an upwardly protruding annular convex curved surface 21A as shown in FIGS.
  • a curved support structure 4B having a curved surface 21B is manufactured.
  • the curved surface support structure 4A includes an annular convex curved surface 21A, a flange portion 22, a support portion 11 that supports the annular convex curved surface 21A at a substantially central position, a first electrode 13, and a second electrode 23.
  • the curved surface support structure 4B is different from the curved surface support structure 4A only in that it has an annular concave curved surface 21B instead of the annular convex curved surface 21A.
  • the manufacturing method described above it is possible to manufacture the curved support structures 4A and 4B that can be used as a hemispherical resonant gyroscope using an existing inexpensive process. Moreover, according to this manufacturing method, the annular convex curved surface 21A, the annular concave curved surface 21B, the support portion 11, and the first electrode 13 and the second electrode 23, which have a three-dimensional structure, are collectively formed. Therefore, no mechanical alignment is required in the manufacturing process, and when the curved support structures 4A and 4B are used as a hemispherical resonant gyroscope, a phenomenon that degrades performance due to positional deviation such as drift is prevented. be done.
  • the plurality of first electrodes 13 and the plurality of second electrodes 23 have been described as being annularly arranged. It is sufficient that the plurality of second electrodes 23 are arranged on the bottom surface of the upper wafer 2 so as to correspond to the plurality of first electrodes 13 .

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Abstract

エッチングにより下ウエハの上面に環状の凹部を形成し、凹部の径外側の平面である径外面をエッチングして、径外面よりも高い頂点を有する支持部を凹部の略中央部に形成する支持部形成工程と、径外面に配される複数の第１電極を形成する第１電極形成工程と、複数の第１電極上に環状の塗布パターンを犠牲層として形成する犠牲層塗布工程と、上ウエハの底面に複数の第１電極に対応して配される複数の第２電極を形成する第２電極形成工程と、複数の第１電極と複数の第２電極とが重なるように上ウエハと下ウエハとを犠牲層を挟んで貼り合わせる貼り合わせ工程と、上ウエハにおいて第２電極よりも径外側に位置する径外部をエッチングにより分離する径外部分離工程と、キャビティ圧力と雰囲気圧力とを異ならせて、上ウエハ、下ウエハ、及び犠牲層を真空加熱する異圧加熱工程と、エッチングにより犠牲層を除去する犠牲層除去工程とを備えた。

Description

曲面支持構造体の製造方法、半球共振ジャイロスコープ
　本発明の実施形態は、半球共振ジャイロスコープとして利用可能な曲面支持構造体に関する。
　従来、角速度を検出するジャイロスコープとして、半球共振ジャイロスコープが知られている。図１９、図２０に示すように、この種の半球共振ジャイロスコープ９は、全体として略半球状に形成される共振子９１と、共振子９１を支持する支持部９０と、共振子９１の外側に形成されて環状に配された複数の電極９２、共振子９１の内側に形成されて環状に配された複数の電極９３を備える。
　半球共振ジャイロスコープ９は、複数の電極９２または複数の電極９３を周方向に互い違いに検出電極９２Ａ，９３Ａ、または制御電極９２Ｂ，９３Ｂのいずれかとして用いる。制御電極９２Ｂ，９３Ｂに制動電圧が印加されることによって静電引力により共振子９１が共振する。この状態において角速度が入力されると角速度に応じて共振子９１の共振形状が回転し、共振子９１と検出電極９２Ａ，９３Ａとの間の静電容量が検出されることによって、角速度を求めることができる。なお、共振子９１の下方に形成されて環状に配された複数の電極９４（図２０参照）を検出電極、駆動電極として用いることも可能である。
　このような半球共振ジャイロスコープにおいては、共振子のＱ値及び電極の位置関係によってその性能が決定される。共振子のＱ値を高めてノイズを低減して性能を向上させるため、熱弾性係数が低い石英や合成ガラスが共振子として用いられる。この場合、共振子は、石英や合成ガラスなどを加工することによって形成されるが、いずれも難加工材料であり、高い加工精度を要する。そのため、このような共振子の形成は、機械的な研磨、切削加工の後、レーザー加工により形状を最終調整する必要があり、製造コストが非常に高くなる。
　また、共振子の製造コストを下げるため、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）プロセスを応用する製造方法が提案される。この種の製造方法としては、変形可能な温度まで加熱して吸引または加圧することによって、石英ウエハをワイングラス形状またはバードバス形状と呼称される形状に加工する手法が知られている。
　しかしながら、この手法によれば、共振子の切り離しに、レーザー切断、研磨が必要であり、また、共振子を電極が形成された基板に接着剤などで貼り合わせる必要がある。このため、一般的なＭＥＭＳプロセスで用いられる半導体装置の位置合わせ精度には劣る傾向があり、製造される半球共振ジャイロスコープの性能が劣化してしまう。また、この手法によれば、バッチ処理ではないため、半球共振ジャイロスコープの製造コストが高くなる。
特開２０１６－１４８６５９号公報 米国特許第６４７４１６１号明細書 米国特許第７８３９０５９号明細書 米国特許第１０６１２９２５号明細書
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　本発明の実施形態が解決しようとする課題は、より低いコストで半球共振ジャイロスコープとして利用可能な曲面支持構造体を製造することができる技術を提供することである。
　上述した課題を解決するため、本実施形態に係る曲面支持構造体の製造方法は、上ウエハ及び下ウエハから構成される曲面支持構造体の製造方法であって、エッチングにより前記下ウエハの上面に環状の凹部を形成し、該凹部の径外側の平面である径外面をエッチングして、該径外面よりも高い頂点を有する支持部を該凹部の略中央部に形成する支持部形成工程と、前記径外面に環状に並置される複数の第１電極を形成する第１電極形成工程と、前記複数の第１電極上に環状の塗布パターンを犠牲層として形成する犠牲層塗布工程と、前記上ウエハの底面に前記複数の第１電極に対応して環状に並置される複数の第２電極を形成する第２電極形成工程と、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極とが重なるように前記上ウエハと前記下ウエハとを前記犠牲層を挟んで貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記貼り合わせ工程後、前記上ウエハにおいて前記第２電極よりも径外側に位置する径外部をエッチングにより分離する径外部分離工程と、前記径外部分離工程後、前記上ウエハ、前記下ウエハ、及び前記犠牲層により画成されるキャビティ内の圧力と雰囲気圧力とを異ならせて、前記上ウエハ、前記下ウエハ、及び前記犠牲層を真空加熱する異圧加熱工程と、前記異圧加熱工程後、エッチングにより前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程とを備える。
　本発明の実施形態によれば、より低いコストで半球共振ジャイロスコープとして利用可能な曲面支持構造体を製造することができる。
実施形態に係る曲面支持構造体の製造方法を示すフローチャートである。 凹部が形成された下ウエハの構成を示す平面図である。 図２のＡ－Ａ線断面図である。 電極が形成された下ウエハの構成を示す平面図である。 図４のＢ－Ｂ線断面図である。 犠牲層が形成された下ウエハの構成を示す平面図である。 図６のＣ－Ｃ線断面図である。 電極が形成された上ウエハの構成を示す底面図である。 図８のＤ－Ｄ線断面図である。 貼り合わされた上ウエハ及び下ウエハを示す平面図である。 図１０のＥ－Ｅ線断面図である。 径外部が分離された上ウエハを示す側断面図である。 チャンバ内の圧力が密閉空間より小さい状態で真空加熱された上ウエハ及び下ウエハを示す側断面図である。 環状凸曲面を有する曲面支持構造体の構成を示す側断面図である。 環状凸曲面を有する曲面支持構造体の構成を示す断面斜視図である。 チャンバ内の圧力が密閉空間より大きい状態で真空加熱された上ウエハ及び下ウエハを示す側断面図である。 環状凹曲面を有する曲面支持構造体の構成を示す側断面図である。 環状凹曲面を有する曲面支持構造体の構成を示す断面斜視図である。 従来の半球共振ジャイロスコープの構成を示す概略平面図である。 従来の半球共振ジャイロスコープの構成を示す側断面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
（曲面支持構造体の製造方法）
　実施形態に係る曲面支持構造体の製造方法について概略的に説明する。図１は、本実施形態に係る曲面支持構造体の製造方法を示すフローチャートである。なお、各工程の詳細については後述する。
　図１に示すように、まず、下ウエハに対して、曲面を支持する支持部をエッチングにより形成する支持部形成工程が実施され（Ｓ１０１）、第１電極を形成する第１電極形成工程が実施され（Ｓ１０２）、犠牲層の塗布パターンニングを行う犠牲層塗布工程が実施される（Ｓ１０３）。また、上ウエハに対して、第２電極を形成する第２電極形成工程が実施される（Ｓ１０４）。
　犠牲層塗布工程、第２電極形成工程が実施された後、上ウエハと下ウエハとを犠牲層により貼り合わせる貼り合わせ工程が実施され（Ｓ１０５）、上ウエハの径外部を分離する径外部分離工程が実施される（Ｓ１０６）。
　径外部分離工程後、チャンバを備える真空加熱装置により真空加熱を行う等圧加熱工程（Ｓ１０７）、異圧加熱工程（Ｓ１０８）が実施され、犠牲層を除去する犠牲層除去工程（Ｓ１０９）が実施されることによって、半球共振ジャイロスコープとして利用可能な曲面支持構造体が製造される。
（支持部形成工程）
　支持部形成工程について説明する。図２は、凹部が形成された下ウエハの構成を示す平面図である。図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。
　支持部形成工程は、図２、図３に示すように、下ウエハ１に環状の凹部１０を形成することによって、支持部１１を形成する工程である。下ウエハ１は、合成石英、シリコン、テンパックスガラス、低膨張ガラスなどのケイ素化合物から製造された板状部材である。支持部形成工程においては、その上面に等方エッチングにより凹部１０が形成されるとともに、凹部１０の径外側に支持部１１の頂点よりも高さが低い平面である径外面１２がエッチングにより形成される。なお、支持部１１の頂点と径外面１２との高低差距離については後に詳述する。
（第１電極形成工程）
　第１電極形成工程について説明する。図４は、電極が形成された下ウエハの構成を示す平面図である。図５は、図４のＢ－Ｂ線断面図である。
　第１電極形成工程は、図４、図５に示すように、下ウエハ１における径外面１２に高融点金属からなる複数の第１電極１３を形成する工程である。複数の第１電極１３は、径外面１２において、凹部１０を囲うように環状に並置されるように形成される。また、複数の第１電極１３のそれぞれは、径外側に延在する接続線路１３１を有する。
　（犠牲層塗布工程）
　犠牲層塗布工程について説明する。図６は、犠牲層が形成された下ウエハの構成を示す平面図である。図７は、図６のＣ－Ｃ線断面図である。
　犠牲層塗布工程は、図６、図７に示すように、犠牲層として、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ　Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、ポリシラザンなどの液体ガラスにより、複数の第１電極１３を覆う環状の塗布パターン３を形成する工程である。なお、この塗布パターンは、後述する貼り合わせ工程まで半固体状態に保持される。
（第２電極形成工程）
　第２電極形成工程について説明する。図８は、電極が形成された上ウエハの構成を示す底面図である。図９は、図８のＤ－Ｄ線断面図である。
　第２電極形成工程は、図８、図９に示すように、上ウエハ２に複数の第２電極２３を形成する工程である。上ウエハ２は、下ウエハ１と同様に、合成石英、シリコン、テンパックスガラス、低膨張ガラスなどのケイ素化合物から製造された板状部材である。第２電極形成工程においては、複数の第１電極１３のそれぞれに対応する複数の第２電極２３が上ウエハ２の底面に形成される。ここで、複数の第２電極２３は、複数の第１電極１３と同様に環状に並置されるように形成される。
　また、本実施形態において、複数の第２電極２３のそれぞれは、対応する第１電極１３と重ね合わされた場合、この第１電極１３の領域内に収まるように小さく形成されるものとするが、第１電極１３を第２電極２３よりも小さく形成しても良い。このように第１電極１３または第２電極２３の一方を、他方の領域内に収まるように形成することによって、貼り合わせ工程において生じ得る位置ずれの影響を低減することができる。
　また、支持部形成工程において、径外面１２は、支持部１１の頂点と径外面１２との距離が第１電極１３の厚みと、第２電極２３の厚みとを合わせた距離よりも大きくなるようにエッチングされる。これによって、後に詳述する貼り合わせ工程により重ねられた第１電極１３と第２電極２３との間に間隙が形成される。
（貼り合わせ工程）
　貼り合わせ工程について説明する。図１０は、貼り合わされた上ウエハ及び下ウエハを示す平面図である。図１１は、図１０のＥ－Ｅ線断面図である。
　貼り合わせ工程は、図１０、図１１に示すように、複数の第１電極１３とこれらに対応する複数の第２電極２３とが重なるように上ウエハ２の底面と下ウエハ１の上面とを貼り合わせる工程である。この貼り合わせ工程においては、両面アライナーにより上ウエハ２と下ウエハとが位置合わせされた状態において加圧による固定がなされ、更に所定のキャビティ圧力Ｐ１の雰囲気中で３００～５００℃で真空加熱装置による仮焼成がなされることによって、上ウエハ２と下ウエハ１とが貼り合わせられる。この際、下ウエハ１における凹部１０、支持部１１、上ウエハ２の底面、塗布パターン３により画成された環状のキャビティＣ内の圧力であるキャビティ圧力はＰ１となる。
　なお、上ウエハ２及び下ウエハ１がテンパックスガラスまたはシリコンから成る場合には、両面アライナーに代えて陽極接合装置を用いて上ウエハ２と下ウエハ１とが貼り合わせられても良い。いずれの方法を用いた場合であっても、本貼り合わせ工程によれば、アライメント誤差を半導体プロセスレベル（５ｕｍ以下）に抑えることができる。
（径外部分離工程）
　径外部分離工程について説明する。図１２は、径外部が分離された上ウエハを示す側断面図である。なお、図１２は、図３、図５、図７、図１１に対応する断面を示すものであり、図中における上下方向及び左右方向に延在し、支持部を通る平面による切断面を示すものである。
　径外部分離工程は、図１２に示すように、上ウエハ２における径外部をエッチングにより分離する工程である。ここで、径外部は、上ウエハ２において、支持部１１の中心を円心とした場合に塗布パターン３よりも径外側に位置する部分を示す。
　異圧加熱工程によれば、後に詳述するように上ウエハ２は３次元形状に変形されるが、異圧加熱工程に先立って、平面状の上ウエハ２に対してエッチングを行うことにより、半導体プロセスの精密なパターンを応用することができるとともに、高いコストが掛かるレーザー切断工程や研磨工程を不要とすることができる。
　なお、上ウエハ２の端部にはエッチングにより鋭角に形成される部分が生じ得るが、等圧加熱工程及び異圧加熱工程により加熱されることにより、上ウエハ２の端部は丸められる。これによって、本製造方法により製造された曲面支持構造体が半球共振ジャイロスコープとして利用された場合、エネルギー閉じ込め効果が高くなるためＱ値が向上する。
（等圧加熱工程及び異圧加熱工程）
　等圧加熱工程及び異圧加熱工程について説明する。図１３、図１６は、それぞれ、チャンバ内の圧力が密閉空間より小さい状態、チャンバ内の圧力が密閉空間より大きい状態で真空加熱された上ウエハ及び下ウエハを示す側断面図である。なお、図１３、１６は、図１２と同様の平面による切断面を示すものである。
　等圧加熱工程は、真空装置のチャンバ内の圧力である雰囲気圧力Ｐ２をキャビティ圧力Ｐ１と略同一として、上ウエハ２及び下ウエハ１を軟化するまで真空加熱する工程である。等圧加熱工程において、チャンバ内の温度は、上ウエハ２及び下ウエハ１の材質が石英である場合には１２００～１４００℃であり、テンパックスガラスである場合には５００～６００℃とする。等圧加熱工程によれば、下ウエハ１の支持部１１と上ウエハ２とが融着して一体となり、また、液体ガラスからなる塗布パターン３と下ウエハ１及び上ウエハ２とが融着して、キャビティＣの気密性が高くなる。なお、下ウエハ１と上ウエハ２との融着、塗布パターン３と下ウエハ１及び上ウエハ２との融着は異圧加熱工程によっても生じるため、等圧加熱工程は本製造方法から省略することもできる。
　異圧加熱工程は、雰囲気圧力Ｐ２をキャビティ圧力Ｐ１と異ならせて、即ち雰囲気圧力Ｐ２をキャビティ圧力Ｐ１より小さくするか、または雰囲気圧力Ｐ２をキャビティ圧力Ｐ１より大きくして、上ウエハ２及び下ウエハ１を軟化するまで真空加熱する工程である。異圧加熱工程において、チャンバ内の温度は、上ウエハ２及び下ウエハ１の材質が石英である場合には１４００～１７００℃であり、テンパックスガラスである場合には６００～７００℃とする。
　異圧加熱工程において雰囲気圧力Ｐ２をキャビティ圧力Ｐ１より小さくした場合、図１３に示すように、キャビティＣが膨張することによって、上ウエハ２の一部が変形して、環状に沿って上方に突出する曲面状をなす環状凸曲面２１Ａが形成される。また、上ウエハ２において環状の塗布パターン３と融着された部分は変形せず、環状凸曲面２１Ａの端部から径外方向に突出するフランジ部２２が形成される。
　一方、異圧加熱工程において雰囲気圧力Ｐ２をキャビティ圧力Ｐ１より大きくした場合、図１６に示すように、キャビティＣが収縮することによって、上ウエハ２の一部が変形して、環状に沿って下方に突出する曲面状をなす環状凹曲面２１Ｂが形成される。また、環状凸曲面２１Ａが形成される場合と同様に、上ウエハ２において環状の塗布パターン３と融着された部分は変形せず、環状凹曲面２１Ｂの端部から径外方向に突出するフランジ部２２が形成される。
　雰囲気圧力Ｐ２をキャビティ圧力Ｐ１より小さくした場合の異圧加熱工程、または異圧加熱工程において雰囲気圧力Ｐ２をキャビティ圧力Ｐ１より大きくした場合の異圧加熱工程のいずれにおいても、キャビティ圧力Ｐ１と雰囲気圧力Ｐ２との圧力差、真空加熱中のチャンバ内の温度、真空加熱装置内の昇降機構の昇降時間などを調節することによって、環状凸曲面２１Ａ、環状凹曲面２１Ｂの厚み、高さ、曲率などを所望のものとすることができる。
　また、異圧加熱工程において、塗布パターン３を形成する液体ガラスは、その組成が石英に近づくため、キャビティＣ内の気密性を向上させるが、上ウエハ２及び下ウエハ１の材料と比較して耐薬品性が悪い状態となる。
（犠牲層除去工程）
　犠牲層除去工程について説明する。図１４、図１５は、それぞれ、環状凸曲面を有する曲面支持構造体の構成を示す側断面図、断面斜視図である。図１７、図１８は、それぞれ、環状凹曲面を有する曲面支持構造体の構成を示す側断面図、断面斜視図である。なお、図１４、図１５、図１７及び図１８は、いずれも、図１２、図１３と同様の平面による切断面を示すものである。
　犠牲層除去工程は、液体ガラスにより形成される塗布パターン３をエッチングにより除去する工程である。真空加熱により変性された塗布パターン３は、他の部分と比較してエッチレートが早いため、エッチングにより選択的に除去可能となっている。なお、犠牲層除去工程においては、塗布パターン３を形成する液体ガラスのみをエッチングする薬剤が用いられても良い。
　犠牲層除去工程によれば、図１４、図１５に示すような上方に突出する環状凸曲面２１Ａを有する曲面支持構造体４Ａ、または、図１７、図１８に示すような下方に突出する環状凹曲面２１Ｂを有する曲面支持構造体４Ｂが製造される。曲面支持構造体４Ａは、環状凸曲面２１Ａと、フランジ部２２と、環状凸曲面２１Ａを略中心位置で支持する支持部１１と、第１電極１３と、第２電極２３とを備える。また、曲面支持構造体４Ｂは、環状凸曲面２１Ａに代えて環状凹曲面２１Ｂを備える点のみが曲面支持構造体４Ａとは異なる。
　以上に説明した製造方法によれば、既存の安価なプロセスを用いて、半球共振ジャイロスコープとして利用可能な曲面支持構造体４Ａ，４Ｂを製造することができる。また、本製造方法によれば、３次元構造を有する環状凸曲面２１Ａ、環状凹曲面２１Ｂ、及び支持部１１と、第１電極１３、第２電極２３とが一括形成される。このため、製造工程において機械的な位置合わせが不要であり、また、曲面支持構造体４Ａ，４Ｂを半球共振ジャイロスコープとして用いた場合、ドリフトなどの位置ズレの影響によって性能を劣化させる現象が防止される。
　なお、本実施形態においては、複数の第１電極１３及び複数の第２電極２３が環状に並置されるものとして説明したが、複数の第１電極１３は、径外面１２に配されていればよく、また、複数の第２電極２３は、複数の第１電極１３に対応して、上ウエハ２の底面に配されていれば良い。
　本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１　下ウエハ
２　上ウエハ
３　塗布パターン
４Ａ，４Ｂ　曲面支持構造体
１０　凹部
１１　支持部
１２　径外面
１３　第１電極
２３　第２電極
２１Ａ　環状凸曲面
２１Ｂ　環状凹曲面
２２　フランジ部

Claims (7)

  1. 　上ウエハ及び下ウエハから構成される曲面支持構造体の製造方法であって、
    　エッチングにより前記下ウエハの上面に環状の凹部を形成し、該凹部の径外側の平面である径外面をエッチングして、該径外面よりも高い頂点を有する支持部を該凹部の略中央部に形成する支持部形成工程と、
    　前記径外面に配される複数の第１電極を形成する第１電極形成工程と、
    　前記複数の第１電極上に環状の塗布パターンを犠牲層として形成する犠牲層塗布工程と、
    　前記上ウエハの底面に前記複数の第１電極に対応して配される複数の第２電極を形成する第２電極形成工程と、
    　前記複数の第１電極と前記複数の第２電極とが重なるように前記上ウエハと前記下ウエハとを前記犠牲層を挟んで貼り合わせる貼り合わせ工程と、
    　前記貼り合わせ工程後、前記上ウエハにおいて前記第２電極よりも径外側に位置する径外部をエッチングにより分離する径外部分離工程と、
    　前記径外部分離工程後、前記上ウエハ、前記下ウエハ、及び前記犠牲層により画成されるキャビティ内の圧力と雰囲気圧力とを異ならせて、前記上ウエハ、前記下ウエハ、及び前記犠牲層を真空加熱する異圧加熱工程と、
    　前記異圧加熱工程後、エッチングにより前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程と
    　を備える曲面支持構造体の製造方法。
  2. 　前記径外部分離工程後、前記異圧加熱工程に先立って、前記キャビティ内の圧力と雰囲気圧力とを同等として、前記上ウエハ、前記下ウエハ、及び前記犠牲層を真空加熱する等圧加熱工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の曲面支持構造体の製造方法。
  3. 　前記上ウエハ及び前記下ウエハはケイ素化合物からなり、
    　前記塗布パターンは液体ガラスにより形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の曲面支持構造体の製造方法。
  4. 　前記異圧加熱工程は、前記雰囲気圧力を前記キャビティ内の圧力よりも小さくして真空加熱を行うことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の曲面支持構造体の製造方法。
  5. 　前記異圧加熱工程は、前記雰囲気圧力を前記キャビティ内の圧力よりも大きくして真空加熱を行うことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の曲面支持構造体の製造方法。
  6. 　前記複数の第１電極は、前記径外面に環状に並置され、
    　前記複数の第２電極は、前記上ウエハの底面に前記複数の第１電極に対応して環状に並置されることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の曲面支持構造体の製造方法。
  7. 　上ウエハ及び下ウエハから製造される半球共振ジャイロスコープであって、
    　エッチングにより前記下ウエハの上面に環状の凹部を形成し、該凹部の径外側の平面である径外面をエッチングして、該径外面よりも高い頂点を有する支持部を該凹部の略中央部に形成する支持部形成工程と、
    　前記径外面に配される複数の第１電極を形成する第１電極形成工程と、
    　前記複数の第１電極上に環状の塗布パターンを犠牲層として形成する犠牲層塗布工程と、
    　前記上ウエハの底面に前記複数の第１電極に対応して配される複数の第２電極を形成する第２電極形成工程と、
    　前記複数の第１電極と前記複数の第２電極とが重なるように前記上ウエハと前記下ウエハとを前記犠牲層を挟んで貼り合わせる貼り合わせ工程と、
    　前記貼り合わせ工程後、前記上ウエハにおいて前記第２電極よりも径外側に位置する径外部をエッチングにより分離する径外部分離工程と、
    　前記径外部分離工程後、前記上ウエハ、前記下ウエハ、及び前記犠牲層により画成されるキャビティ内の圧力と雰囲気圧力とを異ならせて、前記上ウエハ、前記下ウエハ、及び前記犠牲層を真空加熱する異圧加熱工程と、
    　前記異圧加熱工程後、エッチングにより前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程とによって製造された半球共振ジャイロスコープ。
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