特許 7090249 静電型デバイスを製造する製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-16

(45)【発行日】2022-06-24

(54)【発明の名称】静電型デバイスを製造する製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02N 1/00 20060101AFI20220617BHJP

【ＦＩ】

H02N1/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019106231

(22)【出願日】2019-06-06

(65)【公開番号】P2020202614

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2021-03-19

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）（１）平成３０年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ＩｏＴ推進のための横断技術開発プロジェクト／超高効率データ抽出機能を有する学習型スマートセンシングシステムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願、（２）平成３０年度、国立研究開発法人科学技術振興機構「戦略的創造研究推進事業／微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出／ＭＥＭＳ振動発電素子の製作と評価に関する研究」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000143949

【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】年吉 洋

(72)【発明者】

【氏名】本間 浩章

(72)【発明者】

【氏名】三屋 裕幸

【審査官】宮崎 賢司

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５２３８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２５０１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５１２５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１１５４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｎ １／００

Ｂ８１Ｂ ３／００

Ｂ８１Ｃ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同一の基板に形成された固定部、可動部および前記可動部を弾性支持する弾性支持部と、
前記基板の表裏両面の内の一方の面において、前記固定部および前記弾性支持部が互いに分離した状態で陽極接合されている第１のガラスパッケージと、
前記表裏両面の内の他方の面において前記固定部および前記弾性支持部が互いに分離した状態で陽極接合され、前記第１のガラスパッケージとの間に前記可動部が配置される密閉空間を形成する第２のガラスパッケージと、を備え、
前記固定部および前記可動部の少なくとも一部にエレクトレットが形成されていて、
前記第２のガラスパッケージには、前記固定部と接続され前記第２のガラスパッケージの外表面に露出する第１の電極と、前記弾性支持部と接続され前記第２のガラスパッケージの外表面に露出する第２の電極とが形成されている、静電型デバイスを製造する製造方法であって、
前記固定部、前記可動部および前記弾性支持部を前記基板に一体状態で形成し、
前記第１のガラスパッケージに前記基板を積層し、
前記第１のガラスパッケージと前記基板との間に陽極接合用電圧を印加して、前記固定部および前記弾性支持部を前記第１のガラスパッケージに陽極接合し、
前記基板をエッチングして前記固定部と前記弾性支持部とを互いに分離し、
前記第１のガラスパッケージが陽極接合された前記基板に前記第２のガラスパッケージを積層し、
前記弾性支持部と前記第２のガラスパッケージとの間に陽極接合用電圧を印加し、かつ、前記弾性支持部と前記固定部との間にエレクトレット化用電圧を印加して、前記固定部および前記弾性支持部を前記第２のガラスパッケージに陽極接合すると共に前記エレクトレットを形成し、
前記固定部と接続され前記第２のガラスパッケージの外表面に露出する第１の電極と、前記可動部と接続され前記第２のガラスパッケージの外表面に露出する第２の電極とを形成する、製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の製造方法において、
前記固定部には固定電極が形成され、
前記可動部には前記固定電極と対向する可動電極が形成され、
前記固定電極および前記可動電極の少なくとも一方に前記エレクトレットが形成され、
前記固定電極および前記可動電極が配置される前記密閉空間は真空状態とされる、製造方法。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の製造方法において、
前記固定部および前記弾性支持部と前記第２のガラスパッケージとの陽極接合は、真空状態において行われる、製造方法。

【請求項4】

請求項１から３までのいずれか一項に記載の製造方法において、
前記第１のガラスパッケージを、第１のガラス基板に被分割領域を介して非分離状態で複数形成し、
前記第２のガラスパッケージを、第２のガラス基板に被分割領域を介して非分離状態で複数形成し、
前記固定部、前記可動部および前記弾性支持部を含む機能要素を、同一の基板に被分割領域を介して非分離状態で複数形成し、
前記第１および第２のガラスパッケージが陽極接合された前記基板を前記被分割領域において分割する、製造方法。

【請求項5】

請求項１から４までのいずれか一項に記載の製造方法において、
前記固定部、前記可動部および前記弾性支持部から成るデバイス構成要素が、複数一体に形成されている基板と、前記基板を真空パッケージングする第１および第２のガラスパッケージと、を有する静電型デバイス中間体に個片化処理を施す、製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電型デバイス、静電型デバイス中間体およびそれらの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

環境振動からエネルギーを収穫するエナジーハーベスティング技術の一つとして、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動素子を用いて発電を行う手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。振動発電素子自体は、圧電素子や静電容量型素子を備え、それを環境振動の周波数で振動させると、その周波数に等しい周波数とその整数倍の周波数の交流電力を発生する素子である。振動発電素子は、微小振動への応答性向上、エレクトレット劣化防止のためチップ全体を真空パッケージに入れる必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－０８８７８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、振動発電素子は外部振動により変形する構造を有しているので周囲に空間を設けなければならず、振動発電素子が形成されたチップ全体をパッケージに収納していた。このように、振動発電素子チップを形成後に振動発電素子とは別に形成されたパッケージに振動発電素子チップを収納する構成であるため、パッケージを含む振動発電素子が大型化すると共に、コストアップを招く。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の第１の態様による静電型デバイスは、同一の基板に形成された固定部、可動部および前記可動部を弾性支持する弾性支持部と、前記基板の表裏両面の内の一方の面において、前記固定部および前記弾性支持部が互いに分離した状態で陽極接合されている第１のガラスパッケージと、前記表裏両面の内の他方の面において前記固定部および前記弾性支持部が互いに分離した状態で陽極接合され、前記第１のガラスパッケージとの間に前記可動部が配置される密閉空間を形成する第２のガラスパッケージと、を備え、前記固定部および前記可動部の少なくとも一部にエレクトレットが形成されていて、前記第２のガラスパッケージには、前記固定部と接続され前記第２のガラスパッケージの外表面に露出する第１の電極と、前記弾性支持部と接続され前記第２のガラスパッケージの外表面に露出する第２の電極とが形成されている。
本発明の第２の態様による製造方法は、前記固定部、前記可動部および前記弾性支持部を前記基板に一体状態で形成し、前記第１のガラスパッケージに前記基板を積層し、前記第１のガラスパッケージと前記基板との間に陽極接合用電圧を印加して、前記固定部および前記弾性支持部を前記第１のガラスパッケージに陽極接合し、前記基板をエッチングして前記固定部と前記弾性支持部とを互いに分離し、前記第１のガラスパッケージが陽極接合された前記基板に前記第２のガラスパッケージを積層し、前記弾性支持部と前記第２のガラスパッケージとの間に陽極接合用電圧を印加し、かつ、前記弾性支持部と前記固定部との間にエレクトレット化用電圧を印加して、前記固定部および前記弾性支持部を前記第２のガラスパッケージに陽極接合すると共に前記エレクトレットを形成し、前記固定部と接続され前記第２のガラスパッケージの外表面に露出する第１の電極と、前記可動部と接続され前記第２のガラスパッケージの外表面に露出する第２の電極とを形成する。
本発明の第３の態様による静電型デバイス中間体は、前記静電型デバイスの前記固定部、前記可動部および前記弾性支持部から成るデバイス構成要素が、複数一体に形成されている基板と、前記基板を真空パッケージングする第１および第２のガラスパッケージと、を有する。
本発明の第４の態様による製造方法は、前記静電型デバイス中間体に個片化処理を施して前記静電型デバイスを製造する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、静電型デバイスの小型化およびコスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、振動発電素子の平面図である。

【図2】図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】図３は、図１において第２ガラスパッケージを取り除いた場合の平面図を示したものである。

【図4】図４は、第１の工程を説明する図である。

【図5】図５は、第２の工程を説明する図である。

【図6】図６は、第３の工程を説明する図である。

【図7】図７は、第３の工程を説明する図である。

【図8】図８は、第４の工程を説明する図である。

【図9】図９は、第５の工程を説明する図である。

【図10】図１０は、第６の工程を説明する図である。

【図11】図１１は、第７の工程を説明する図である。

【図12】図１２は、第８の工程を説明する図である。

【図13】図１３は、第９の工程を説明する図である。

【図14】図１４は、第１０の工程を説明する図である。

【図15】図１５は、第１１の工程を説明する図である。

【図16】図１６は、第１２の工程を説明する図である。

【図17】図１７は、第１３の工程を説明する図である。

【図18】図１８は、第１４の工程を説明する図である。

【図19】図１９は、第１５の工程を説明する図である。

【図20】図２０は、第１６の工程を説明する図である。

【図21】図２１は、ウェハレベルで複数の振動発電素子を一括形成する場合の、Ｓｉ基板と下側のガラス基板との陽極接合工程を説明する図である。

【図22】図２２は、ウェハレベルで複数の振動発電素子を一括形成する場合の、上側のガラス基板の陽極接合工程を説明する図である。

【図23】図２３は、ウェハレベルで複数の振動発電素子を一括形成する場合の、ダイシングによる分離工程を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１，２は静電型デバイスである振動発電素子１の一例を示す図であり、図１は振動発電素子１の平面図であり、図２はＡ－Ａ断面を示す図である。振動発電素子１は、第１ガラスパッケージ１０と、第１ガラスパッケージ１０上に設けられた固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３を備えている。固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３はＳｉ基板２００に形成されており、固定部１１および弾性支持部１３の固定領域１３ａはガラス基板で形成された第１ガラスパッケージ１０上に陽極接合される。さらにＳｉ基板２００上には第２ガラスパッケージ１４が陽極接合されている。なお、図１の平面図では、固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３は第２ガラスパッケージ１４の下に隠れているので、それらを破線で示した。

【0009】

第２ガラスパッケージ１４には、固定部１１に接続している電極１４１と、弾性支持部１３に接続している電極１４２とが形成されている。電極１４１は第２ガラスパッケージ１４を貫通して固定部１１に接続されている。一方、電極１４２は、第２ガラスパッケージ１４を貫通して弾性支持部１３の固定領域１３ａに接続されている。

【0010】

第１ガラスパッケージ１０の内周面の中央部には凹部１０１が形成されている。第２ガラスパッケージ１４には、凹部１０１と対向する位置に凹部１４０が形成されている。弾性支持部１３によって弾性支持されている可動部１２は、凹部１４０と凹部１０１との間の密閉空間Ｓに配置されている。密閉空間Ｓは真空状態とされている。なお、第２ガラスパッケージ１４は、図１の凹部１４０を示す矩形破線の外側の領域が、固定部１１および固定領域１３ａに陽極接合されている。

【0011】

図３は、図１の振動発電素子１の第２ガラスパッケージ１４を取り除いた場合の平面図を示したものである。図３に示すように、左右一対の固定部１１には複数の櫛歯電極１１０がそれぞれ形成されている。一対の固定部１１間に配置された可動部１２にも、複数の櫛歯電極１２０が形成されている。櫛歯電極１２０は、櫛歯電極１１０と噛合するように対向配置されている。

【0012】

可動部１２は４組の弾性支持部１３により支持されており、振動発電素子１に外力が加わると、可動部１２が図示左右方向（ｘ方向）に振動する。各弾性支持部１３は、第１ガラスパッケージ１０上に固定された固定領域１３ａ、および、固定領域１３ａと可動部１２とを連結する弾性部１３ｂを備えている。

【0013】

図２に示したように固定部１１，可動部１２および弾性支持部１３はＳｉ基板２００から形成され、櫛歯電極１１０，１２０の表面にはＳｉＯ_２膜２０２が形成されている。ＳｉＯ_２膜２０２はカリウム等のアルカリ金属のイオンを含んでおり、このＳｉＯ_２膜２０２にエレクトレットが形成される。櫛歯電極１１０，１２０の少なくとも一方にはエレクトレットが形成されており、可動部１２が図示左右に振動して櫛歯電極１１０と櫛歯電極１２０との噛合量が変化することで発電が行われる。発電された電力は電極１４１，１４２を介して出力される。

【0014】

固定部１１と固定領域１３ａとは分離溝ｇ１により互いに分離されており、固定部１１と弾性支持部１３および可動部１２とは電気的に絶縁されている。なお、図３に示す分離溝ｇ２は、左右一対の固定部１１を電気的に分離するためのものである。

【0015】

（振動発電素子１の製造方法）
図４～図２０は、振動発電素子１の製造手順の一例を示す図である。図４に示す第１の工程では、Ｓｉ基板２００の表裏両面にＬＰ－ＣＶＤによりＳｉＮ膜２０１を成膜する。図５は第２の工程を説明する図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）はＡ－Ａ断面図である。第２の工程では、表面側のＳｉＮ膜２０１をドライエッチングによりエッチングして、電極１４１，１４２が形成される穴（後述する図１４（ａ）の穴１１１，１３１）を形成するためのパターンＰ１，Ｐ２と、分離溝ｇ１、ｇ２を形成するためのパターンＰ３，Ｐ４とを形成する。

【0016】

図６，７は第３の工程を説明する図であり、図６は平面図を示し、図７（ａ）はＡ－Ａ断面図、図７（ｂ）はＣ－Ｃ断面図、図７（ｃ）はＢ－Ｂ断面図を示す。第３の工程では、Ｓｉ基板２００の表面側に固定部１１，可動部１２および弾性支持部１３を形成するためのＡｌマスクパターン(不図示)を形成し、そのＡｌマスクパターンを用いたＤｅｅｐ－ＲＩＥによりＳｉ基板２００およびＳｉＮ膜２０１を貫通するようにエッチングする。このエッチングにより、固定部１１，可動部１２および弾性支持部１３における図６の図示領域Ｄに含まれる構造を形成する。具体的には、櫛歯電極１１０、２１０が形成されている部分の固定部１１および可動部１２、弾性支持部１３を形成する。図６の領域Ｄは、図２の凹部１４０が対向する領域を示している。

【0017】

図８は第４の工程を説明する図であり、図８（ａ）はＡ－Ａ断面図を、図８（ｂ）はＣ－Ｃ断面図を、図８（ｃ）はＢ－Ｂ断面図を示す。第４の工程では、分離溝ｇ１，ｇ２を形成するためのエッチングをＤｅｅｐ－ＲＩＥにより行う。分離溝ｇ１，ｇ２は、パターンＰ３，Ｐ４（図５参照）の位置に形成される。ただし、第４の工程では分離溝ｇ１，ｇ２で完全に分離させず、基板裏面側からＳｉ基板２００全体が一体に保たれる程度の深さまでエッチング（いわゆる、ハーフエッチング）する。

【0018】

図９は第５の工程を説明する図であり、図９（ａ）は平面図を、図９（ｂ）はＡ－Ａ断面図を示す。第５の工程では、Ｓｉ基板２００の露出面にカリウム等のアルカリ金属のイオンを含むＳｉＯ_２膜２０２を形成する。

【0019】

図１０は第６の工程を説明する図であり、図１０（ａ）は平面図を、図１０（ｂ）はＡ－Ａ断面図を示す。第６の工程では、まず、ＣＦ_４ガスを用いたＲＩＥにより、基板裏面側のＳｉＮ膜２０１を除去する。同様に、基板表面側のＳｉＮ膜２０１を除去する。

【0020】

図１１は第７の工程を説明する図であり、図１１（ａ）は平面図を、図１１（ｂ）は断面図を示す。第７の工程では、第１ガラスパッケージ１０を形成するためのガラス基板３００に凹部１０１を形成する。凹部１０１の底面と枠部１０３の端面との段差寸法Ｈ１は、振動する可動部１２が干渉しない寸法（例えば、数十μｍ）に設定される。ガラス基板３００には、陽極接合に用いられるガラス基板（例えば、ナトリウム含有のガラス基板）が用いられる。

【0021】

図１２は第８の工程を説明する図であり、図１２（ａ）は平面図を、図１２（ｂ）は断面図を示す。第８の工程では、第１ガラスパッケージ１０の裏面側にアルミ蒸着膜等のメタル層１０２ａを形成する。なお、裏面側のメタル層１０２ａは、陽極接合プロセス時の電界をガラス基板３００全面に分散させるために形成したものである。しかし、メタル層１０２ａが無くても陽極接合は可能なため、メタル層１０２ａは必須ではない。

【0022】

図１３に示す第９の工程では、固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３が形成されたＳｉ基板２００（図１０参照）の裏面側に、図１２に示したガラス基板から成る第１ガラスパッケージ１０を陽極接合する。ヒータ４０上に第１ガラスパッケージ１０を載置し、その第１ガラスパッケージ１０の上に固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３が形成されたＳｉ基板２００を積層する。ヒータ４０の温度は、ガラス基板中におけるナトリウムイオンの熱拡散が十分活発になる温度（例えば、５００℃以上）に設定される。陽極接合用電圧、すなわち、ヒータ４０を基準とするＳｉ基板２００の電圧Ｖ１は、例えば、４００Ｖ以上に設定される。

【0023】

シリコン基板（Ｓｉ基板２００）とガラス基板（第１ガラスパッケージ１０）とを陽極接合する場合には、シリコン基板とガラス基板との積層体を加熱しつつ、シリコン基板側を陽極として積層体に数百Ｖ程度の直流電圧を印加する。ガラス基板内のナトリウムイオンがマイナス電位側へ移動し、ガラス基板とシリコン基板との接合面のガラス基板側にＳｉＯ^－の空間電荷層（ナトリウムイオンが欠乏した層）が形成される。その結果、静電引力によりガラス基板とシリコン基板とが接合される。

【0024】

図１４は第１０の工程を説明する図であり、図１４（ａ）はＡ－Ａ断面図を、図１４（ｂ）はＣ－Ｃ断面図を、図１４（ｃ）はＢ-Ｂ断面図を示す。第１０の工程では、第１ガラスパッケージ１０に陽極接合されたＳｉ基板２００をＤｅｅｐ－ＲＩＥにより途中までエッチングすることにより、図８に示す非貫通の分離溝ｇ１、ｇ２をＳｉ基板２００の表裏に貫通した状態とする。これにより、固定部１１と可動部１２を弾性支持する弾性支持部１３とが完全に分離される。また、このエッチングにより、分離溝ｇ１、ｇ２が貫通状態となるだけではなく、電極１４１，１４２が形成される穴１１１、１３１も形成される。

【0025】

図１５は第１１の工程を説明する図であり、図１５（ａ）はＡ－Ａ断面図を、図１５（ｂ）はＣ－Ｃ断面図を、図１５（ｃ）はＢ-Ｂ断面図を示す。第１１の工程では、固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３が形成されたＳｉ基板２００の表面側に形成されたアルカリ金属のイオンを含むＳｉＯ_２膜２０２（図１４参照）を、ドライエッチングにより除去する。

【0026】

図１６は第１２の工程を説明する図であり、断面図を示す。第１２の工程では、第２ガラスパッケージ１４を形成するためのガラス基板３０１の表面側にアルミ蒸着膜等のメタル層１０２ｂを形成する。メタル層１０２ｂは、図１２に示した第１ガラスパッケージ１０のメタル層１０２ａの場合と同様の目的で形成されるものである。ガラス基板３０１には、ガラス基板３００と同様に陽極接合に用いられるガラス基板（例えば、ナトリウム含有のガラス基板）が用いられる。

【0027】

図１７は第１３の工程を説明する図であり、図１７（ａ）は断面図を示し、図１７（ｂ）は図１７（ａ）に示す基板の裏面側を示す図である。第１３の工程では、第２ガラスパッケージ１４を形成するためのガラス基板３０１に凹部１４０を形成する。凹部１４０の底面と枠部１４３の端面との段差寸法Ｈ２は、振動する可動部１２が干渉しない寸法（例えば、数十μｍ）に設定される。

【0028】

図１８は第１４の工程を説明する図であり、図１８（ａ）は平面図を、図１８（ｂ）は断面図を示す。第１４の工程では、図１７に示した第２ガラスパッケージ１４に、電極１４１，１４２を形成するための貫通孔１４４ａ，１４４ｂをサンドブラストにより形成する。

【0029】

図１９に示す第１５の工程では、図１５に示した固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３が形成されたＳｉ基板２００と第１ガラスパッケージ１０とを陽極接合した構成物Ｅの上に、図１８に示した第２ガラスパッケージ１４を陽極接合する。さらに、この陽極接合と同時に、櫛歯電極１１０，１２０のエレクトレット化も行われる。

【0030】

図１９に示すように、ヒータ４０上に第１ガラスパッケージ１０を下側にして構成物Ｅを載置し、構成物ＥのＳｉ基板２００の上に図１８に示した第２ガラスパッケージ１４を積層する。そして、ヒータ４０を基準とする弾性支持部１３および可動部１２の電圧はＶ２に設定され、ヒータ４０を基準とする固定部１１の電圧はＶ３に設定される。Ｓｉ基板２００と第２ガラスパッケージ１４との陽極接合と、櫛歯電極１１０，１２０のエレクトレット化とを同時に行うためには、第２ガラスパッケージ１４とＳｉ基板２００との間には陽極接合に必要な電圧Ｖ２が印加され、可動部１２と固定部１１との間にはエレクトレット化に必要な電圧（Ｖ３－Ｖ２）が印加される。例えば、Ｖ２＝４００Ｖ、Ｖ３＝７００Ｖに設定される。ヒータ４０の温度は、陽極接合およびエレクトレット化に必要な温度（例えば、５００℃以上）に設定される。

【0031】

図１９に示す陽極接合作業は真空チャンバ内で行われる。その結果、陽極接合後の凹部１４０と凹部１０１との間の密閉空間Ｓは真空状態とされる。

【0032】

図２０に示す第１６の工程では、図１９のように陽極接合した後に、第１ガラスパッケージ１０の下面に形成されたメタル層１０２ａおよび第２ガラスパッケージ１４の上面に形成されたメタル層１０２ｂを、ウェットエッチングにより除去する。図２０に示すように、固定部１１の穴１１１は第２ガラスパッケージ１４の貫通孔１４４ａと連通しており、弾性支持部１３の固定領域１３ａは第２ガラスパッケージ１４の貫通孔１４４ｂと連通している。

【0033】

次いで、第１７の工程では、図２０に示す穴１１１，１３１および貫通孔１４４ａ，１４４ｂの領域にスパッタや蒸着等により金属膜を形成することにより、図３に示した電極１４１，１４２を形成する。穴１１１および貫通孔１４４ａの領域に電極１４１が形成され、穴１３１および貫通孔１４４ｂの領域に電極１４２が形成される。以上のようにして、振動発電素子１が完成する。

【0034】

なお、上述した説明では、一つの振動発電素子１の図を用いて製造方法を説明したが、実際には、図２１～２３に示すように、ウェハレベルで複数の振動発電素子１を一括形成し、それをダイシング加工して個々の振動発電素子１に分離する。

【0035】

図２１に示すＳｉ基板２００は、上述した第６の工程の図１０（ｂ）に対応するものであり、ガラス基板３００は第８の工程の図１２（ｂ）に対応するものである。Ｓｉ基板２００の要素形成領域Ｆ１～Ｆ３には固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３がそれぞれ形成されており、ガラス基板３００の領域Ｆ１～Ｆ３には凹部１０１がそれぞれ形成されている。各要素形成領域Ｆ１～Ｆ３は被分割領域Ｊによってそれぞれ分離されている。Ｓｉ基板２００とガラス基板３００とは、図１３に示す第９の工程と同様に陽極接合される。陽極接合後、上述した第１０の工程と同様の処理を行って、非貫通の分離溝ｇ１、ｇ２をＳｉ基板２００の表裏に貫通した状態とすると共に、電極１４１，１４２が形成される穴１１１、１３１を形成する（図２２参照）。

【0036】

図２２に示す工程では、陽極接合されたＳｉ基板２００およびガラス基板３００のＳｉ基板２００側に、ガラス基板３０１が陽極接合される。Ｓｉ基板２００の各要素形成領域Ｆ１～Ｆ３には、振動発電素子のデバイス構成要素である固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３がそれぞれ形成されている。ガラス基板３０１の各要素形成領域Ｆ１～Ｆ３には、第２ガラスパッケージ１４の凹部１４０および貫通孔１４４ａ，１４４ｂがそれぞれ形成されている。Ｓｉ基板２００とガラス基板３０１とは、図１９に示す第１５の工程と同様に陽極接合される。さらに、この陽極接合と同時に、櫛歯電極１１０，１２０（付図示）のエレクトレット化も行われる。

【0037】

図２３（ａ）に示す工程では、図２２のガラス基板３００に形成されていたメタル層１０２ａおよびガラス基板３０１に形成されていたメタル層１０２ｂをウェットエッチングにより除去し、その後、穴１１１および貫通孔１４４ａの領域に電極１４１を形成し、穴１３１および貫通孔１４４ｂの領域に電極１４２を形成する。図２３（ｂ）に示す工程では、Ｓｉ基板２００およびガラス基板３００，３０１が一体とされた基板（すなわち、静電型デバイス中間体）をダイシングにより被分割領域Ｊにおいて分割し、個別の振動発電素子１にそれぞれ分離する。このように、複数の振動発電素子１を一括で形成した後にダイシング加工により分離することで、生産のスループット向上が図れ、コスト低減を図ることができる。

【0038】

上述した実施の形態の作用効果をまとめると以下のようになる。
（１）静電型デバイスである振動発電素子１は、図１～３に示すように、同一のＳｉ基板２００に形成された固定部１１、可動部１２および可動部１２を弾性支持する弾性支持部１３と、Ｓｉ基板２００の表裏両面の内の一方の面において、固定部１１および弾性支持部１３が互いに分離した状態で陽極接合されている第１ガラスパッケージ１０と、表裏両面の内の他方の面において固定部１１および弾性支持部１３が互いに分離した状態で陽極接合され、第１ガラスパッケージ１０との間に可動部１２が配置される密閉空間Ｓを形成する第２ガラスパッケージ１４と、を備え、固定部１１および可動部１２の少なくとも一部にエレクトレットが形成されていて、第２ガラスパッケージ１４には、固定部１１と接続され第２ガラスパッケージ１４の外表面に露出する電極１４１と、弾性支持部１３と接続され第２ガラスパッケージ１４の外表面に露出する電極１４２とが形成されている。

【0039】

同一のＳｉ基板２００から形成される固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３の固定領域１３ａの一方の面に第１ガラスパッケージ１０を陽極接合すると共に、他方の面に第２ガラスパッケージ１４を陽極接合することで、第１ガラスパッケージ１０および第２ガラスパッケージ１４は固定部１１および弾性支持部１３を分離した状態で支持する支持台として機能すると共に、可動部１２が配置される密閉空間Ｓを有するパッケージとしても機能する。この構成の場合、図１９で説明したような第２ガラスパッケージ１４の陽極接合とエレクトレット化とを同時に行うことが可能であり、また、第１ガラスパッケージ１０が支持台とパッケージとを兼用しているので、高スループットおよびコスト低減を図ることができる。

【0040】

また、第１ガラスパッケージ１０および第２ガラスパッケージ１４の縁領域が固定部１１および固定領域１３ａに陽極接合されて密閉空間Ｓが封止される構造であるので、第２ガラスパッケージ１４に電極１４１、１４２を形成することで、図１の平面図におけるガラスパッケージ１０，１４の大きさ（すなわち面積）を、振動発電素子１の機能要素（固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３）が占める面積と同一とすることができる。

【0041】

なお、上述した振動発電素子１では、固定部１１，可動部１２および弾性支持部１３をＳｉ基板２００により形成し、固定部１１および弾性支持部１３をガラス基板により形成されたガラスパッケージ１０，１４でパッケージする構成とした。そのため、高価なＳＯＩ基板を用いて形成される静電型デバイスに比べてコスト低減を図ることができる。上述した説明では基板２００をシリコン基板としたが、電気伝導性を有し、ガラス基板との線膨張係数が十分に一致すれば、シリコン基板に限らずその他のガラス基板やシリコン薄膜を成膜したガラス基板などを用いても良い。

【0042】

（２）上述した静電型デバイスは振動発電素子１であって、固定部１１には櫛歯電極１１０が固定電極として形成され、可動部１２には櫛歯電極１１０と対向する櫛歯電極１２０が可動電極として形成され、櫛歯電極１１０および櫛歯電極１２０の少なくとも一方にエレクトレットが形成され、ガラスパッケージ１０，１４の間に形成される密閉空間Ｓは真空状態とされ、固定部１１に対する可動部１２の変位により櫛歯電極１１０と櫛歯電極１２０との静電容量が変化して発電を行う。

【0043】

上述のようなガラスパッケージ１０，１４を採用することで、振動発電素子１の小型化を図れる。さらに、櫛歯電極１１０および櫛歯電極１２０が真空状態の密閉空間Ｓ内に配置されるので、エレクトレットの劣化防止を図ることができる。また、可動部１２は真空状態の密閉空間Ｓ内で振動するので、可動部１２が空気のような気体中で振動する場合と比べ、粘性抵抗による振動の減衰を防止することができる。

【0044】

（３）上述した静電型デバイスを製造するための静電型デバイス製造方法では、固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３をＳｉ基板２００に一体状態で形成し、第１ガラスパッケージ１０にＳｉ基板２００を積層し、第１ガラスパッケージ１０とＳｉ基板２００との間に陽極接合用電圧（図１３の電圧Ｖ１）を印加して、固定部１１および弾性支持部１３を第１ガラスパッケージ１０に陽極接合し、Ｓｉ基板２００をエッチングして固定部１１と弾性支持部１３とを互いに分離し、第１ガラスパッケージ１０が陽極接合されたＳｉ基板２００に第２ガラスパッケージ１４を積層し、弾性支持部１３と第２ガラスパッケージ１４との間に陽極接合用電圧（図１９の電圧Ｖ２）を印加し、かつ、弾性支持部１３と固定部１１との間にエレクトレット化用電圧（図１９の電圧＝Ｖ３－Ｖ２）を印加して、固定部１１および弾性支持部１３を第２ガラスパッケージ１４に陽極接合すると共にエレクトレットを形成し、固定部１１と接続され第２ガラスパッケージ１４の外表面に露出する電極１４１と、可動部１２と接続され第２ガラスパッケージ１４の外表面に露出する電極１４２とを形成する。

【0045】

第２ガラスパッケージ１４の陽極接合とエレクトレット化とを同時に行うことができるので、高スループットを達成することができ、コスト低減を図ることができる。

【0046】

（４）また、固定部１１および弾性支持部１３と第２ガラスパッケージ１４との陽極接合を真空状態で行うことで、櫛歯電極１１０、１２０が配置される密閉空間Ｓは真空状態とされ、エレクトレットの劣化防止を図ることができる。

【0047】

さらに、図２１～２３に示したように、第１ガラスパッケージ１０をガラス基板３００に被分割領域Ｊを介して非分離状態で複数形成し、第２ガラスパッケージ１４をガラス基板３０１に被分割領域Ｊを介して非分離状態で複数形成し、固定部１１、可動部１２および弾性支持部１３を含む機能要素を、同一のＳｉ基板２００に被分割領域Ｊを介して非分離状態で複数形成し、第１および第２ガラスパッケージ１０，１４が陽極接合されたＳｉ基板２００を被分割領域Ｊにおいて分割する。このように、複数の振動発電素子１を一括で形成した後にダイシング加工により分離することで、生産のスループット向上が図れ、コスト低減を図ることができる。

【0048】

本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。例えば、上述した実施の形態では、静電型デバイスである振動発電素子１を例に説明したが、振動発電素子１に限らず、特許文献１に記載のようなアクチュエータやセンサ等にも適用することができる。

【符号の説明】

【0049】

１…振動発電素子、１０…第１ガラスパッケージ、１１…固定部、１２…可動部、１３…弾性支持部、１３ａ…固定領域、１３ｂ…弾性部、１４…第２ガラスパッケージ、４０…ヒータ、１１０，１２０…櫛歯電極、１４１，１４２…電極、２００…Ｓｉ基板、３００，３０１…ガラス基板、Ｆ１～Ｆ３…要素形成領域、Ｊ…被分割領域、Ｓ…密閉空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】