力学量検出センサ及びその製造方法
【課題】相対的に大きな力学量が加わっても、破損することなく被検知対象である傾斜を検知することができる力学量検出センサ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の力学量検出センサである傾斜センサは、基材上に立設された導電性の固定接点柱１１ｂと、前記基材上であって固定接点柱１１ｂの外側に設けられた枠体１１ａと、前記枠体１１ａに対して梁１１ｄを介して設けられ、前記枠体１１ａと前記固定接点柱１１ｂとの間で揺動可能である導電性の可動部材１１ｃと、を具備し、前記枠体１１ａ及び前記可動部材１１ｃは、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁１１ｄが設けられており、前記第１層が前記梁１１ｄの下方に部分的に延在部１１ｅを有することを特徴とする。
【解決手段】本発明の力学量検出センサである傾斜センサは、基材上に立設された導電性の固定接点柱１１ｂと、前記基材上であって固定接点柱１１ｂの外側に設けられた枠体１１ａと、前記枠体１１ａに対して梁１１ｄを介して設けられ、前記枠体１１ａと前記固定接点柱１１ｂとの間で揺動可能である導電性の可動部材１１ｃと、を具備し、前記枠体１１ａ及び前記可動部材１１ｃは、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁１１ｄが設けられており、前記第１層が前記梁１１ｄの下方に部分的に延在部１１ｅを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力学量検出センサ及びその製造方法に関し、例えば力学量は傾斜などに関わる。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アンカー部に梁を介して揺動可能に支持された錘を用いて力学量を検出する力学量検出センサが開発されている。このような力学量検出センサとして、例えば、特許文献１に開示された加速度センサがある。また、アンカー部に梁を介して揺動可能に支持された錘を用いて傾斜や振動を検出するセンサも開示されている（特許文献１）。このセンサは、図７に示すように、基材１の開口部１ａ内に螺旋状の支持アーム２を介して振動部（可動電極）３が揺動可能に支持されており、振動部３の中央の開口部３ａに感知部４（固定電極）が設けられている。このような構成のセンサが傾斜すると、螺旋状の支持アーム２に保持された振動部（可動電極）３が変位し、振動部３が感知部４に接触して通電状態となり、これにより傾斜を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】意匠登録第１３４００２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された構成においては、基本的に、振動部３は平面方向（図７における紙面向かって左右上下方向）に揺動するが、相対的に大きな力学量が加わると、鉛直方向（図７において紙面手前側−奥側方向）にも揺動すると考えられる。この場合において、支持アーム２の下側（図７において紙面奥側）には何も部材が存在しないために、支持アーム２が鉛直方向に大きく揺動した際に破損してしまう恐れがある。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、相対的に大きな力学量が加わっても、破損することなく被検知対象である力学量を検出することができる力学量検出センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の力学量検出センサは、基材上に枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体に対して揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする。
【０００７】
本発明の力学量検出センサは、基材上に立設された立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体と前記立設部材との間で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とから構成されており、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする。
【０００８】
本発明の力学量検出センサは、基材上に立設された複数の立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記立設部材を受ける凹部を外周面に有しており、前記凹部に前記立設部材が位置するように配置された状態で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする。
【０００９】
これらの構成によれば、梁の下方に第１層が延在しているので、相対的に大きな力学量が加わって、鉛直方向にも揺動しても、延在した部分が梁の鉛直方向の移動のストッパの役割を果たして、梁が鉛直方向に大きく揺動することを防止する。これにより、梁の破損を防止することができる。
【００１０】
本発明の力学量検出センサにおいては、前記枠体及び前記可動部材は、前記第１層であるベース層と、前記第２層である活性層と、前記ベース層及び前記活性層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板で構成されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の力学量検出センサの製造方法は、第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板の前記第１シリコン層をエッチングして立設部材領域、可動部材領域及び枠体領域を設ける工程と、前記ＳＯＩ基板の前記立設部材領域及び前記枠体領域にシリコン基板を接合する工程と、前記第２シリコン層をエッチングして立設部材領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、枠体、立設部材及び前記枠体と前記立設部材との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成する工程と、前記枠体及び前記立設部材にガラス−シリコン複合材で構成された基板を接合する工程と、を具備し、前記第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされることを特徴とする。
【００１２】
本発明の力学量検出センサの製造方法は、第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板の前記第２シリコン層をエッチングして前記第２シリコン層側の立設部材領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設ける工程と、前記枠体領域及び前記立設部材領域にガラス−シリコン複合材で構成された基板を接合する工程と、前記ＳＯＩ基板の前記第１シリコン層をエッチングして前記第１シリコン層側の立設部材領域、可動部材領域及び枠体領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、枠体、立設部材及び前記枠体と前記立設部材との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成する工程と、前記第１シリコン層の前記立設部材及び前記枠体にシリコン基板を接合する工程と、を具備し、前記第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされることを特徴とする。
【００１３】
これらの方法によれば、絶縁層をエッチングするまでは、梁は絶縁層によって第１シリコン層に固定されている。これにより、ＳＯＩ基板の加工中に梁が可動して破損することを防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の力学量検出センサは、基材上に枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体に対して揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在している、あるいは、基材上に立設された立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体と前記立設部材との間で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在している、あるいは、基材上に立設された複数の立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記立設部材を受ける凹部を外周面に有しており、前記凹部に前記立設部材が位置するように配置された状態で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在しているので、相対的に大きな力学量が加わっても、破損することなく被検知対象である力学量を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る力学量検出センサを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る力学量検出センサの製造方法の一例を説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る力学量検出センサの製造方法の一例を説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る力学量検出センサの製造方法の他の例を説明するための図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る力学量検出センサの製造方法の他の例を説明するための図である。
【図６】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る力学量検出センサの他の例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿う断面図である。
【図７】従来の力学量検出センサの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態においては、力学量検出センサが傾斜センサである場合について説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る傾斜センサを示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図である。なお、図１（ａ）については、構成を説明するために、第３基板を透視して第１基板を図示している。
【００１７】
図１に示す傾斜センサは、枠体１１ａと、接点部材である固定接点柱１１ｂと、可動部材１１ｃと、枠体１１ａに対して可動部材１１ｃを揺動可能に支持する梁１１ｄとを有する第１基板１１を備えている。ここでは、第１基板１１として、導電性を持つシリコンを使ったＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いている。図１（ａ）に示すように、可動部材１１ｃは、梁１１ｄを介して枠体１１ａに支持されている。このように梁１１ｄがあることにより、傾斜がないときに、可動部材１１ｃを基準位置（いずれの固定接点柱１１ｂにも接触しない位置）に戻すことができる。ここでは、固定接点柱１１ｂ、可動部材１１ｃ及び梁１１ｄは、枠体１１ａの内側に位置しており、梁１１ｄが可動部材１１ｃを囲繞するように設けられている。このように梁１１ｄを可動部材１１ｃの外側に位置するように設けることにより、梁１１ｄの長さを長くして揺動による可動部材１１ｃの変位量を大きくすることができる。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、第１基板１１の一方の主面の枠体領域及び固定接点柱領域には、第２基板１２が接合されている。ここでは、第２基板１２として、シリコン基板を用いている。これにより、固定接点柱１１ｂは、第２基板１２を基材として、この基材上に立設されるように設けられている。第２基板１２において、第１基板１１の枠体１１ａの内側の領域であって固定接点柱１１ｂを立設する領域以外の領域には、凹部１２ａが設けられており、可動部材１１ｃが揺動した際に、可動部材１１ｃが第２基板１２に接触しないようになっている。なお、本実施の形態においては、第２基板１２に凹部１２ａを形成した構成について説明しているが、これに限定されず、可動部材１１ｃの厚さを薄くして、可動部材１１ｃが第２基板１２に接触しないように構成しても良い。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、第１基板１１の他方の主面の枠体領域及び固定接点柱領域には、第３基板１３が接合されている。ここでは、第３基板１３として、ガラス−シリコン複合材で構成された基板を用いている。このガラス−シリコン複合材で構成された基板は、まず、シリコン基板をエッチングして固定接点柱領域に突出部を形成し、その突出部をガラス基板に当接して加熱加圧して突出部をガラス基板に押し込み、ガラス基板の両主面を研磨してガラス基板の両主面でシリコン製部材（突出部に相当する部分）を露出させ、第１基板１１の接合領域に金属層を形成することにより作製することができる。
【００２０】
第３基板における第１基板１１の接合領域には、金属層１３ｄが形成されており、一方、第１基板１１における第３基板１３の接合領域（枠体領域、固定接点柱領域）にも、金属層１１ｆが形成されている。そして、金属層１１ｆ，１３ｄ同士を当接して接合する。第３基板１３において、第１基板１１の枠体１１ａの内側の領域であって固定接点柱１１ｂを立設する領域以外の領域には、凹部１３ｂが設けられており、可動部材１１ｃが揺動した際に、可動部材１１ｃが第３基板１３に接触しないようになっている。なお、本実施の形態においては、第３基板１３に凹部１３ｂを形成した構成について説明しているが、これに限定されず、可動部材１１ｃの厚さを薄くして、可動部材１１ｃが第３基板１３に接触しないように構成しても良い。
【００２１】
また、可動部材１１ｃ上にも金属層１１ｆが形成されている。これにより、可動部材１１ｃが固定接点柱１１ｂに接触した際に、可動部材１１ｃ上の金属層１１ｆと固定接点柱１１ｂ上の金属層とが接触することとなり、可動部材１１ｃと固定接点柱１１ｂとの間の導通の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
第３基板１３には、導電性部材（シリコン製部材）１３ａが埋設されており、第３基板１３の両主面で露出している。第３基板１３の第１基板１１側の主面において、導電性部材１３ａと電気的に接続するように金属層１３ｃが形成されている。この金属層１３ｃは、固定接点柱１１ｂと電気的に接続されている。また、第３基板１３の第１基板１１側の主面の反対側の主面（外界側の主面）において、導電性部材１３ａと電気的に接続するように金属層１３ｄが形成されている。
【００２３】
このような構成においては、図１（ａ）に示すように、固定接点柱１１ｂの外側に枠体１１ａが位置し、この枠体１１ａに対して梁１１ｄを介して枠体１１ａと固定接点柱１１ｂとの間（空隙１４）で揺動可能に可動部材１１ｃが設けられている。
【００２４】
枠体１１ａ及び可動部材１１ｃは、基材側の第１層（後述するベース層２１）と第１層よりも上層の第２層（後述する活性層２２）とを含み、第２層に梁１１ｄが設けられており、第１層が梁１１ｄの下方に部分的に延在する延在部１１ｅを有する。この延在部１１ｅは、図１（ｂ）に示すように、枠体１１ａ側から延在しても良く、可動部材１１ｃ側から延在しても良い。このように、梁１１ｄの下方に延在部１１ｅが存在することにより、相対的に大きな力学量が加わって、鉛直方向（図１（ｂ）において紙面上げ方向）にも揺動しても、延在部１１ｅが梁１１ｄの鉛直方向の移動のストッパの役割を果たして、梁１１ｄが鉛直方向に大きく揺動することを防止する。これにより、梁１１ｄの破損を防止することができる。
【００２５】
このような構成を有する傾斜センサが傾斜すると、可動部材１１ｃが揺動して可動部材１１ｃが固定接点柱１１ｂに接触した際に傾斜を検出する。この検出は、制御部（図示せず）で行う。すなわち、この傾斜センサは、可動部材１１ｃ及び固定接点柱１１ｂが導電性であり、固定接点柱１１ｂが金属層を介して制御部に電気的に接続されている。傾斜センサがある方向に傾斜すると、可動部材１１ｃが揺動して可動部材１１ｃが固定接点柱１１ｂに接触する。このとき、可動部材１１ｃに接触した固定接点柱１１ｂが可動部材１１ｃを介して導通状態となる。制御部において、この導通状態を検出することにより、傾斜を検知する。なお、制御部における導通状態の検出方法（検出回路）については特に制限はない。
【００２６】
次に、本発明に係る傾斜センサの製造方法の一例について説明する。
図２（ａ）〜（ｅ）及び図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る傾斜センサの製造方法の一例を説明するための図である。
【００２７】
この方法においては、第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板（第１基板１１）の前記第１シリコン層をエッチングして固定接点柱領域、可動部材領域及び枠体領域を設け、前記ＳＯＩ基板の前記固定接点柱領域及び前記枠体領域にシリコン基板（第２基板１２）を接合し、前記第２シリコン層をエッチングして固定接点柱領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設け、前記絶縁層をエッチングして、枠体、固定接点柱及び前記枠体と前記固定接点柱との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成し、前記枠体及び前記固定接点柱にガラス−シリコン複合材で構成された基板（第３基板１３）を接合する。この場合において、第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされる。
【００２８】
まず、第１基板１１を作製する工程について説明する。まず、第１シリコン層であるベース層２１と、第２シリコン層である活性層２２と、前記ベース層２１及び前記活性層２２に挟持された絶縁層２３と、を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を準備する。次いで、図２（ａ）に示すように、このＳＯＩ基板のベース層２１をフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工して固定接点柱領域２１ｂ、可動部材領域２１ｃ及び枠体領域２１ａを設ける。このとき、エッチングとしては、deepＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などを用いる。
【００２９】
次いで、図２（ｂ）に示すように、第２基板１２としてシリコン基板を準備し、可動部材１１ｃなどの接触を防止するために、シリコン基板を加工して凹部１２ａを形成する。次いで、図２（ｃ）に示すように、このシリコン基板１２を、凹部１２ａがベース層２１ａと対向するようにして、第１基板１１に接合する。次いで、図２（ｄ）に示すように、活性層２２に固定接点柱領域２２ｂ、可動部材領域２２ｃ、梁領域２２ｄ及び枠体領域２２ａを設けるために、活性層２２をフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工する。このとき、エッチングとしては、deepＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などを用いる。次いで、図２（ｅ）に示すように、絶縁層２３をエッチングして、枠体１１ａ、固定接点柱１１ｂ及び枠体１１ａと固定接点柱１１ｂとの間で梁１１ｄを介して揺動可能である可動部材１１ｃを形成する。この方法においては、絶縁層２３をエッチングするまでは、梁１１ｄは絶縁層２３によってベース層２１に固定されている。これにより、ＳＯＩ基板の加工中に梁１１ｄが可動して破損することを防止できる。
【００３０】
次いで、図３（ａ）に示すように、活性層２２の第３基板１３との接合領域（枠体１１，固定接点柱１１ｂ）及び可動部材１１ｃの領域に金属層１１ｆを形成する。具体的には、活性層２２上にスパッタリングにより金属材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。次いで、図３（ｂ）に示すように、ガラス−シリコン複合材で構成された第３基板１３を準備する。この第３基板１３は、例えば、シリコン基板の一方の主面にフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより導電性部材となる突出部を形成し、シリコン基板の突出部上にガラス基板を載せ、加熱しながら押圧してガラス基板に突出部を埋め込むようにして両基板を接合する。その後、得られた複合体の両主面を研磨して、導電性部材を両主面で露出させ、一方の主面側に、可動部材１１ｃなどの接触を防止するために、複合体を加工して凹部１３ｂを形成し、複合体の両主面に金属層１３ｄ，１３ｃを形成する。このとき、金属層１３ｃは、外側の主面に露出した導電性部材１３ａ上に設け、金属層１３ｄは、凹部１３ｂ側の主面に露出した導電性部材１３ａ上及び第１基板１１との接合領域上に設ける。具体的には、金属層１３ｃ，１３ｄは、複合体の一方の主面上にスパッタリングにより金属材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングすることにより形成する。
【００３１】
最後に、図３（ｃ）に示すように、第１基板１１と第３基板１３とを接合する。この場合、金属層１３ｄが第１基板１１に対向するようにして第１基板１１と第３基板１３とを接合する。このとき、陽極接合あるいは拡散接合により接合することが好ましい。このようにして、図１（ａ），（ｂ）に示す傾斜センサを得ることができる。
【００３２】
図４（ａ）〜（ｄ）及び図５（ａ），（ｂ）は、本発明に係る傾斜センサの製造方法の他の例を説明するための図である。
【００３３】
この方法においては、第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板（第１基板１１）の前記第２シリコン層をエッチングして前記第２シリコン層側の固定接点柱領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設け、前記枠体領域及び前記固定接点柱領域にガラス−シリコン複合材で構成された基板（第３基板１３）を接合し、前記ＳＯＩ基板の前記第１シリコン層をエッチングして前記第１シリコン層側の固定接点柱領域、可動部材領域及び枠体領域を設け、前記絶縁層をエッチングして、枠体、固定接点柱及び前記枠体と前記固定接点柱との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成し、前記第１シリコン層の前記固定接点柱及び前記枠体にシリコン基板（第２基板１２）を接合する。この場合において、第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされる。
【００３４】
まず、第１基板１１を作製する工程について説明する。まず、第１シリコン層であるベース層２１と、第２シリコン層である活性層２２と、前記ベース層２１及び前記活性層２２に挟持された絶縁層２３と、を有するＳＯＩ基板を準備する。次いで、図４（ａ）に示すように、このＳＯＩ基板の活性層２２をフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工して固定接点柱領域２２ｂ、可動部材領域２２ｃ、梁領域２２ｄ及び枠体領域２２ａを設ける。このとき、エッチングとしては、deepＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などを用いる。次いで、図４（ａ）に示すように、活性層２２の第３基板１３との接合領域（枠体領域２２ａ，固定接点柱領域２２ｂ）及び可動部材１１ｃの領域に金属層１１ｆを形成する。具体的には、活性層２２上にスパッタリングにより金属材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。
【００３５】
次いで、図４（ａ）に示すように、ガラス−シリコン複合材で構成された第３基板１３を準備する。この第３基板１３は、例えば、シリコン基板の一方の主面にフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより導電性部材となる突出部を形成し、シリコン基板の突出部上にガラス基板を載せ、加熱しながら押圧してガラス基板に突出部を埋め込むようにして両基板を接合する。その後、得られた複合体の両主面を研磨して、導電性部材を両主面で露出させ、一方の主面側に、可動部材１１ｃなどの接触を防止するために、複合体を加工して凹部１３ｂを形成し、複合体の両主面に金属層１３ｄ，１３ｃを形成する。このとき、金属層１３ｃは、外側の主面に露出した導電性部材１３ａ上に設け、金属層１３ｄは、凹部１３ｂ側の主面に露出した導電性部材１３ａ上及び第１基板１１との接合領域上に設ける。具体的には、金属層１３ｃ，１３ｄは、複合体の一方の主面上にスパッタリングにより金属材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングすることにより形成する。
【００３６】
次いで、図４（ｂ）に示すように、第１基板１１と第３基板１３とを接合する。この場合、金属層１３ｄが第１基板１１に対向するようにして第１基板１１と第３基板１３とを接合する。このとき、陽極接合あるいは拡散接合により接合することが好ましい。
【００３７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、ベース層２１に固定接点柱領域２１ｂ、可動部材領域２１ｃ及び枠体領域２１ａを設けるために、ベース層２１をフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工する。このとき、エッチングとしては、deepＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などを用いる。次いで、図４（ｄ）に示すように、絶縁層２３をエッチングして、枠体１１ａ、固定接点柱１１ｂ及び枠体１１ａと固定接点柱１１ｂとの間で梁１１ｄを介して揺動可能である可動部材１１ｃを形成する。この方法においては、絶縁層２３をエッチングするまでは、梁１１ｄは絶縁層２３によってベース層２１に固定されている。これにより、ＳＯＩ基板の加工中に梁１１ｄが可動して破損することを防止できる。
【００３８】
次いで、図５（ａ）に示すように、第２基板１２としてシリコン基板を準備し、可動部材１１ｃなどの接触を防止するために、シリコン基板を加工して凹部１２ａを形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、このシリコン基板１２を、凹部１２ａがベース層２１ａと対向するようにして、第１基板１１に接合する。このようにして、図１（ａ），（ｂ）に示す傾斜センサを得ることができる。
【００３９】
図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係る傾斜センサの他の例を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿う断面図である。本発明は、図６に示す構成を有する傾斜センサ、すなわち、基材上に立設された導電性の複数の固定接点柱と、前記基材上であって前記固定接点柱の外側に設けられた枠体と、前記固定接点柱を受ける凹部を外周面に有しており、前記凹部に前記固定接点柱が位置するように配置された状態で揺動可能である導電性の可動部材と、を具備する構成にも適用することができる。
【００４０】
図６（ａ）に示す傾斜センサにおいて、可動部材１１ｃは、固定接点柱１１ｂを受ける凹部１１ｇをその外周面に有している。その凹部１１ｇには、固定接点柱１１ｂが位置するようになっている。すなわち、固定接点柱１１ｂ間に可動部材１１ｃが延在している。可動部材１１ｃは、この状態で揺動可能である。したがって、このような配置構成においては、傾斜センサが傾斜して可動部材１１ｃが揺動したときに、固定接点柱１１ｂが可動部材１１ｃの凹部１１ｇに嵌り込むようにして可動部材１１ｃが２つの固定接点柱１１ｂで受けられる。このため、可動部材１１ｃの凹部１１ｇで固定接点柱１１ｂを確実に受けることができ、可動部材１１ｃを固定接点柱１１ｂで確実に保持することができる。このように、可動部材１１ｃを固定接点柱１１ｂで確実に保持して、可動部材１１ｃが２つの固定接点柱１１ｂに接触した際に傾斜を検出するので、被検知対象とならないセンサ内での動き（チャタリング）では傾斜を検知せず、安定して被検知対象である傾斜を検知することができる。
【００４１】
この場合においても、第１層が梁１１ｄの下方に部分的に延在する延在部１１ｅを有する。この延在部１１ｅは、枠体１１ａ側から延在しても良く、可動部材１１ｃ側から延在しても良い。このように、梁１１ｄの下方に延在部１１ｅが存在することにより、相対的に大きな力学量が加わって、鉛直方向（図６（ｂ）において紙面上げ方向）にも揺動しても、延在部１１ｅが梁１１ｄの鉛直方向の移動のストッパの役割を果たして、梁１１ｄが鉛直方向に大きく揺動することを防止する。これにより、梁１１ｄの破損を防止することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、凹部１１ｇの外周が平面視で円弧であり、固定接点柱１１ｂの外周が平面視で円である場合について説明しているが、凹部１１ｇの外周の平面視形状や固定接点柱１１ｂの外周の平面視形状はこれに限定されない。また、図６（ａ）においては、固定接点柱１１ｂが等間隔で正方形状に配置された場合について説明している。この場合には、９０度毎の傾斜方向を検出することが可能となる。本発明はこれに限定されず、固定接点柱１１ｂの配置間隔、配置形状、配置本数を変えることにより、それに応じて種々の傾斜方向を検出することができる。
【００４３】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。上記実施の形態においては、力学量検出センサが傾斜センサである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、力学量検出センサが加速度センサや振動センサである場合にも適用することができる。また、上記実施の形態においては、ガラス基板とシリコン基板を用いた場合について説明しているが、本発明においては、ガラス基板やシリコン基板以外の基板を用いても良い。また、センサにおける電極や各層の材質については本発明の効果を逸脱しない範囲で適宜設定することができる。また、上記実施の形態で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、携帯端末などの小型デバイスに搭載可能な傾斜センサに有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１１ 第１基板
１１ａ 枠体
１１ｂ 固定接点柱
１１ｃ 可動部材
１１ｄ 梁
１１ｅ 延在部
１１ｆ，１３ｃ，１３ｄ 金属層
１１ｇ，１２ａ，１３ｂ 凹部
１２ 第２基板
１３ 第３基板
１３ａ 導電性部材
１４ 空隙
２１ ベース層
２２ 活性層
２３ 絶縁層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力学量検出センサ及びその製造方法に関し、例えば力学量は傾斜などに関わる。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アンカー部に梁を介して揺動可能に支持された錘を用いて力学量を検出する力学量検出センサが開発されている。このような力学量検出センサとして、例えば、特許文献１に開示された加速度センサがある。また、アンカー部に梁を介して揺動可能に支持された錘を用いて傾斜や振動を検出するセンサも開示されている（特許文献１）。このセンサは、図７に示すように、基材１の開口部１ａ内に螺旋状の支持アーム２を介して振動部（可動電極）３が揺動可能に支持されており、振動部３の中央の開口部３ａに感知部４（固定電極）が設けられている。このような構成のセンサが傾斜すると、螺旋状の支持アーム２に保持された振動部（可動電極）３が変位し、振動部３が感知部４に接触して通電状態となり、これにより傾斜を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】意匠登録第１３４００２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された構成においては、基本的に、振動部３は平面方向（図７における紙面向かって左右上下方向）に揺動するが、相対的に大きな力学量が加わると、鉛直方向（図７において紙面手前側−奥側方向）にも揺動すると考えられる。この場合において、支持アーム２の下側（図７において紙面奥側）には何も部材が存在しないために、支持アーム２が鉛直方向に大きく揺動した際に破損してしまう恐れがある。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、相対的に大きな力学量が加わっても、破損することなく被検知対象である力学量を検出することができる力学量検出センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の力学量検出センサは、基材上に枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体に対して揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする。
【０００７】
本発明の力学量検出センサは、基材上に立設された立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体と前記立設部材との間で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とから構成されており、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする。
【０００８】
本発明の力学量検出センサは、基材上に立設された複数の立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記立設部材を受ける凹部を外周面に有しており、前記凹部に前記立設部材が位置するように配置された状態で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする。
【０００９】
これらの構成によれば、梁の下方に第１層が延在しているので、相対的に大きな力学量が加わって、鉛直方向にも揺動しても、延在した部分が梁の鉛直方向の移動のストッパの役割を果たして、梁が鉛直方向に大きく揺動することを防止する。これにより、梁の破損を防止することができる。
【００１０】
本発明の力学量検出センサにおいては、前記枠体及び前記可動部材は、前記第１層であるベース層と、前記第２層である活性層と、前記ベース層及び前記活性層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板で構成されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の力学量検出センサの製造方法は、第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板の前記第１シリコン層をエッチングして立設部材領域、可動部材領域及び枠体領域を設ける工程と、前記ＳＯＩ基板の前記立設部材領域及び前記枠体領域にシリコン基板を接合する工程と、前記第２シリコン層をエッチングして立設部材領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、枠体、立設部材及び前記枠体と前記立設部材との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成する工程と、前記枠体及び前記立設部材にガラス−シリコン複合材で構成された基板を接合する工程と、を具備し、前記第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされることを特徴とする。
【００１２】
本発明の力学量検出センサの製造方法は、第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板の前記第２シリコン層をエッチングして前記第２シリコン層側の立設部材領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設ける工程と、前記枠体領域及び前記立設部材領域にガラス−シリコン複合材で構成された基板を接合する工程と、前記ＳＯＩ基板の前記第１シリコン層をエッチングして前記第１シリコン層側の立設部材領域、可動部材領域及び枠体領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、枠体、立設部材及び前記枠体と前記立設部材との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成する工程と、前記第１シリコン層の前記立設部材及び前記枠体にシリコン基板を接合する工程と、を具備し、前記第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされることを特徴とする。
【００１３】
これらの方法によれば、絶縁層をエッチングするまでは、梁は絶縁層によって第１シリコン層に固定されている。これにより、ＳＯＩ基板の加工中に梁が可動して破損することを防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の力学量検出センサは、基材上に枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体に対して揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在している、あるいは、基材上に立設された立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体と前記立設部材との間で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在している、あるいは、基材上に立設された複数の立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記立設部材を受ける凹部を外周面に有しており、前記凹部に前記立設部材が位置するように配置された状態で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在しているので、相対的に大きな力学量が加わっても、破損することなく被検知対象である力学量を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る力学量検出センサを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る力学量検出センサの製造方法の一例を説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る力学量検出センサの製造方法の一例を説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る力学量検出センサの製造方法の他の例を説明するための図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る力学量検出センサの製造方法の他の例を説明するための図である。
【図６】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る力学量検出センサの他の例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿う断面図である。
【図７】従来の力学量検出センサの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態においては、力学量検出センサが傾斜センサである場合について説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る傾斜センサを示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図である。なお、図１（ａ）については、構成を説明するために、第３基板を透視して第１基板を図示している。
【００１７】
図１に示す傾斜センサは、枠体１１ａと、接点部材である固定接点柱１１ｂと、可動部材１１ｃと、枠体１１ａに対して可動部材１１ｃを揺動可能に支持する梁１１ｄとを有する第１基板１１を備えている。ここでは、第１基板１１として、導電性を持つシリコンを使ったＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いている。図１（ａ）に示すように、可動部材１１ｃは、梁１１ｄを介して枠体１１ａに支持されている。このように梁１１ｄがあることにより、傾斜がないときに、可動部材１１ｃを基準位置（いずれの固定接点柱１１ｂにも接触しない位置）に戻すことができる。ここでは、固定接点柱１１ｂ、可動部材１１ｃ及び梁１１ｄは、枠体１１ａの内側に位置しており、梁１１ｄが可動部材１１ｃを囲繞するように設けられている。このように梁１１ｄを可動部材１１ｃの外側に位置するように設けることにより、梁１１ｄの長さを長くして揺動による可動部材１１ｃの変位量を大きくすることができる。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、第１基板１１の一方の主面の枠体領域及び固定接点柱領域には、第２基板１２が接合されている。ここでは、第２基板１２として、シリコン基板を用いている。これにより、固定接点柱１１ｂは、第２基板１２を基材として、この基材上に立設されるように設けられている。第２基板１２において、第１基板１１の枠体１１ａの内側の領域であって固定接点柱１１ｂを立設する領域以外の領域には、凹部１２ａが設けられており、可動部材１１ｃが揺動した際に、可動部材１１ｃが第２基板１２に接触しないようになっている。なお、本実施の形態においては、第２基板１２に凹部１２ａを形成した構成について説明しているが、これに限定されず、可動部材１１ｃの厚さを薄くして、可動部材１１ｃが第２基板１２に接触しないように構成しても良い。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、第１基板１１の他方の主面の枠体領域及び固定接点柱領域には、第３基板１３が接合されている。ここでは、第３基板１３として、ガラス−シリコン複合材で構成された基板を用いている。このガラス−シリコン複合材で構成された基板は、まず、シリコン基板をエッチングして固定接点柱領域に突出部を形成し、その突出部をガラス基板に当接して加熱加圧して突出部をガラス基板に押し込み、ガラス基板の両主面を研磨してガラス基板の両主面でシリコン製部材（突出部に相当する部分）を露出させ、第１基板１１の接合領域に金属層を形成することにより作製することができる。
【００２０】
第３基板における第１基板１１の接合領域には、金属層１３ｄが形成されており、一方、第１基板１１における第３基板１３の接合領域（枠体領域、固定接点柱領域）にも、金属層１１ｆが形成されている。そして、金属層１１ｆ，１３ｄ同士を当接して接合する。第３基板１３において、第１基板１１の枠体１１ａの内側の領域であって固定接点柱１１ｂを立設する領域以外の領域には、凹部１３ｂが設けられており、可動部材１１ｃが揺動した際に、可動部材１１ｃが第３基板１３に接触しないようになっている。なお、本実施の形態においては、第３基板１３に凹部１３ｂを形成した構成について説明しているが、これに限定されず、可動部材１１ｃの厚さを薄くして、可動部材１１ｃが第３基板１３に接触しないように構成しても良い。
【００２１】
また、可動部材１１ｃ上にも金属層１１ｆが形成されている。これにより、可動部材１１ｃが固定接点柱１１ｂに接触した際に、可動部材１１ｃ上の金属層１１ｆと固定接点柱１１ｂ上の金属層とが接触することとなり、可動部材１１ｃと固定接点柱１１ｂとの間の導通の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
第３基板１３には、導電性部材（シリコン製部材）１３ａが埋設されており、第３基板１３の両主面で露出している。第３基板１３の第１基板１１側の主面において、導電性部材１３ａと電気的に接続するように金属層１３ｃが形成されている。この金属層１３ｃは、固定接点柱１１ｂと電気的に接続されている。また、第３基板１３の第１基板１１側の主面の反対側の主面（外界側の主面）において、導電性部材１３ａと電気的に接続するように金属層１３ｄが形成されている。
【００２３】
このような構成においては、図１（ａ）に示すように、固定接点柱１１ｂの外側に枠体１１ａが位置し、この枠体１１ａに対して梁１１ｄを介して枠体１１ａと固定接点柱１１ｂとの間（空隙１４）で揺動可能に可動部材１１ｃが設けられている。
【００２４】
枠体１１ａ及び可動部材１１ｃは、基材側の第１層（後述するベース層２１）と第１層よりも上層の第２層（後述する活性層２２）とを含み、第２層に梁１１ｄが設けられており、第１層が梁１１ｄの下方に部分的に延在する延在部１１ｅを有する。この延在部１１ｅは、図１（ｂ）に示すように、枠体１１ａ側から延在しても良く、可動部材１１ｃ側から延在しても良い。このように、梁１１ｄの下方に延在部１１ｅが存在することにより、相対的に大きな力学量が加わって、鉛直方向（図１（ｂ）において紙面上げ方向）にも揺動しても、延在部１１ｅが梁１１ｄの鉛直方向の移動のストッパの役割を果たして、梁１１ｄが鉛直方向に大きく揺動することを防止する。これにより、梁１１ｄの破損を防止することができる。
【００２５】
このような構成を有する傾斜センサが傾斜すると、可動部材１１ｃが揺動して可動部材１１ｃが固定接点柱１１ｂに接触した際に傾斜を検出する。この検出は、制御部（図示せず）で行う。すなわち、この傾斜センサは、可動部材１１ｃ及び固定接点柱１１ｂが導電性であり、固定接点柱１１ｂが金属層を介して制御部に電気的に接続されている。傾斜センサがある方向に傾斜すると、可動部材１１ｃが揺動して可動部材１１ｃが固定接点柱１１ｂに接触する。このとき、可動部材１１ｃに接触した固定接点柱１１ｂが可動部材１１ｃを介して導通状態となる。制御部において、この導通状態を検出することにより、傾斜を検知する。なお、制御部における導通状態の検出方法（検出回路）については特に制限はない。
【００２６】
次に、本発明に係る傾斜センサの製造方法の一例について説明する。
図２（ａ）〜（ｅ）及び図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る傾斜センサの製造方法の一例を説明するための図である。
【００２７】
この方法においては、第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板（第１基板１１）の前記第１シリコン層をエッチングして固定接点柱領域、可動部材領域及び枠体領域を設け、前記ＳＯＩ基板の前記固定接点柱領域及び前記枠体領域にシリコン基板（第２基板１２）を接合し、前記第２シリコン層をエッチングして固定接点柱領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設け、前記絶縁層をエッチングして、枠体、固定接点柱及び前記枠体と前記固定接点柱との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成し、前記枠体及び前記固定接点柱にガラス−シリコン複合材で構成された基板（第３基板１３）を接合する。この場合において、第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされる。
【００２８】
まず、第１基板１１を作製する工程について説明する。まず、第１シリコン層であるベース層２１と、第２シリコン層である活性層２２と、前記ベース層２１及び前記活性層２２に挟持された絶縁層２３と、を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を準備する。次いで、図２（ａ）に示すように、このＳＯＩ基板のベース層２１をフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工して固定接点柱領域２１ｂ、可動部材領域２１ｃ及び枠体領域２１ａを設ける。このとき、エッチングとしては、deepＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などを用いる。
【００２９】
次いで、図２（ｂ）に示すように、第２基板１２としてシリコン基板を準備し、可動部材１１ｃなどの接触を防止するために、シリコン基板を加工して凹部１２ａを形成する。次いで、図２（ｃ）に示すように、このシリコン基板１２を、凹部１２ａがベース層２１ａと対向するようにして、第１基板１１に接合する。次いで、図２（ｄ）に示すように、活性層２２に固定接点柱領域２２ｂ、可動部材領域２２ｃ、梁領域２２ｄ及び枠体領域２２ａを設けるために、活性層２２をフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工する。このとき、エッチングとしては、deepＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などを用いる。次いで、図２（ｅ）に示すように、絶縁層２３をエッチングして、枠体１１ａ、固定接点柱１１ｂ及び枠体１１ａと固定接点柱１１ｂとの間で梁１１ｄを介して揺動可能である可動部材１１ｃを形成する。この方法においては、絶縁層２３をエッチングするまでは、梁１１ｄは絶縁層２３によってベース層２１に固定されている。これにより、ＳＯＩ基板の加工中に梁１１ｄが可動して破損することを防止できる。
【００３０】
次いで、図３（ａ）に示すように、活性層２２の第３基板１３との接合領域（枠体１１，固定接点柱１１ｂ）及び可動部材１１ｃの領域に金属層１１ｆを形成する。具体的には、活性層２２上にスパッタリングにより金属材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。次いで、図３（ｂ）に示すように、ガラス−シリコン複合材で構成された第３基板１３を準備する。この第３基板１３は、例えば、シリコン基板の一方の主面にフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより導電性部材となる突出部を形成し、シリコン基板の突出部上にガラス基板を載せ、加熱しながら押圧してガラス基板に突出部を埋め込むようにして両基板を接合する。その後、得られた複合体の両主面を研磨して、導電性部材を両主面で露出させ、一方の主面側に、可動部材１１ｃなどの接触を防止するために、複合体を加工して凹部１３ｂを形成し、複合体の両主面に金属層１３ｄ，１３ｃを形成する。このとき、金属層１３ｃは、外側の主面に露出した導電性部材１３ａ上に設け、金属層１３ｄは、凹部１３ｂ側の主面に露出した導電性部材１３ａ上及び第１基板１１との接合領域上に設ける。具体的には、金属層１３ｃ，１３ｄは、複合体の一方の主面上にスパッタリングにより金属材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングすることにより形成する。
【００３１】
最後に、図３（ｃ）に示すように、第１基板１１と第３基板１３とを接合する。この場合、金属層１３ｄが第１基板１１に対向するようにして第１基板１１と第３基板１３とを接合する。このとき、陽極接合あるいは拡散接合により接合することが好ましい。このようにして、図１（ａ），（ｂ）に示す傾斜センサを得ることができる。
【００３２】
図４（ａ）〜（ｄ）及び図５（ａ），（ｂ）は、本発明に係る傾斜センサの製造方法の他の例を説明するための図である。
【００３３】
この方法においては、第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板（第１基板１１）の前記第２シリコン層をエッチングして前記第２シリコン層側の固定接点柱領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設け、前記枠体領域及び前記固定接点柱領域にガラス−シリコン複合材で構成された基板（第３基板１３）を接合し、前記ＳＯＩ基板の前記第１シリコン層をエッチングして前記第１シリコン層側の固定接点柱領域、可動部材領域及び枠体領域を設け、前記絶縁層をエッチングして、枠体、固定接点柱及び前記枠体と前記固定接点柱との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成し、前記第１シリコン層の前記固定接点柱及び前記枠体にシリコン基板（第２基板１２）を接合する。この場合において、第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされる。
【００３４】
まず、第１基板１１を作製する工程について説明する。まず、第１シリコン層であるベース層２１と、第２シリコン層である活性層２２と、前記ベース層２１及び前記活性層２２に挟持された絶縁層２３と、を有するＳＯＩ基板を準備する。次いで、図４（ａ）に示すように、このＳＯＩ基板の活性層２２をフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工して固定接点柱領域２２ｂ、可動部材領域２２ｃ、梁領域２２ｄ及び枠体領域２２ａを設ける。このとき、エッチングとしては、deepＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などを用いる。次いで、図４（ａ）に示すように、活性層２２の第３基板１３との接合領域（枠体領域２２ａ，固定接点柱領域２２ｂ）及び可動部材１１ｃの領域に金属層１１ｆを形成する。具体的には、活性層２２上にスパッタリングにより金属材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。
【００３５】
次いで、図４（ａ）に示すように、ガラス−シリコン複合材で構成された第３基板１３を準備する。この第３基板１３は、例えば、シリコン基板の一方の主面にフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより導電性部材となる突出部を形成し、シリコン基板の突出部上にガラス基板を載せ、加熱しながら押圧してガラス基板に突出部を埋め込むようにして両基板を接合する。その後、得られた複合体の両主面を研磨して、導電性部材を両主面で露出させ、一方の主面側に、可動部材１１ｃなどの接触を防止するために、複合体を加工して凹部１３ｂを形成し、複合体の両主面に金属層１３ｄ，１３ｃを形成する。このとき、金属層１３ｃは、外側の主面に露出した導電性部材１３ａ上に設け、金属層１３ｄは、凹部１３ｂ側の主面に露出した導電性部材１３ａ上及び第１基板１１との接合領域上に設ける。具体的には、金属層１３ｃ，１３ｄは、複合体の一方の主面上にスパッタリングにより金属材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングすることにより形成する。
【００３６】
次いで、図４（ｂ）に示すように、第１基板１１と第３基板１３とを接合する。この場合、金属層１３ｄが第１基板１１に対向するようにして第１基板１１と第３基板１３とを接合する。このとき、陽極接合あるいは拡散接合により接合することが好ましい。
【００３７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、ベース層２１に固定接点柱領域２１ｂ、可動部材領域２１ｃ及び枠体領域２１ａを設けるために、ベース層２１をフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工する。このとき、エッチングとしては、deepＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などを用いる。次いで、図４（ｄ）に示すように、絶縁層２３をエッチングして、枠体１１ａ、固定接点柱１１ｂ及び枠体１１ａと固定接点柱１１ｂとの間で梁１１ｄを介して揺動可能である可動部材１１ｃを形成する。この方法においては、絶縁層２３をエッチングするまでは、梁１１ｄは絶縁層２３によってベース層２１に固定されている。これにより、ＳＯＩ基板の加工中に梁１１ｄが可動して破損することを防止できる。
【００３８】
次いで、図５（ａ）に示すように、第２基板１２としてシリコン基板を準備し、可動部材１１ｃなどの接触を防止するために、シリコン基板を加工して凹部１２ａを形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、このシリコン基板１２を、凹部１２ａがベース層２１ａと対向するようにして、第１基板１１に接合する。このようにして、図１（ａ），（ｂ）に示す傾斜センサを得ることができる。
【００３９】
図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係る傾斜センサの他の例を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿う断面図である。本発明は、図６に示す構成を有する傾斜センサ、すなわち、基材上に立設された導電性の複数の固定接点柱と、前記基材上であって前記固定接点柱の外側に設けられた枠体と、前記固定接点柱を受ける凹部を外周面に有しており、前記凹部に前記固定接点柱が位置するように配置された状態で揺動可能である導電性の可動部材と、を具備する構成にも適用することができる。
【００４０】
図６（ａ）に示す傾斜センサにおいて、可動部材１１ｃは、固定接点柱１１ｂを受ける凹部１１ｇをその外周面に有している。その凹部１１ｇには、固定接点柱１１ｂが位置するようになっている。すなわち、固定接点柱１１ｂ間に可動部材１１ｃが延在している。可動部材１１ｃは、この状態で揺動可能である。したがって、このような配置構成においては、傾斜センサが傾斜して可動部材１１ｃが揺動したときに、固定接点柱１１ｂが可動部材１１ｃの凹部１１ｇに嵌り込むようにして可動部材１１ｃが２つの固定接点柱１１ｂで受けられる。このため、可動部材１１ｃの凹部１１ｇで固定接点柱１１ｂを確実に受けることができ、可動部材１１ｃを固定接点柱１１ｂで確実に保持することができる。このように、可動部材１１ｃを固定接点柱１１ｂで確実に保持して、可動部材１１ｃが２つの固定接点柱１１ｂに接触した際に傾斜を検出するので、被検知対象とならないセンサ内での動き（チャタリング）では傾斜を検知せず、安定して被検知対象である傾斜を検知することができる。
【００４１】
この場合においても、第１層が梁１１ｄの下方に部分的に延在する延在部１１ｅを有する。この延在部１１ｅは、枠体１１ａ側から延在しても良く、可動部材１１ｃ側から延在しても良い。このように、梁１１ｄの下方に延在部１１ｅが存在することにより、相対的に大きな力学量が加わって、鉛直方向（図６（ｂ）において紙面上げ方向）にも揺動しても、延在部１１ｅが梁１１ｄの鉛直方向の移動のストッパの役割を果たして、梁１１ｄが鉛直方向に大きく揺動することを防止する。これにより、梁１１ｄの破損を防止することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、凹部１１ｇの外周が平面視で円弧であり、固定接点柱１１ｂの外周が平面視で円である場合について説明しているが、凹部１１ｇの外周の平面視形状や固定接点柱１１ｂの外周の平面視形状はこれに限定されない。また、図６（ａ）においては、固定接点柱１１ｂが等間隔で正方形状に配置された場合について説明している。この場合には、９０度毎の傾斜方向を検出することが可能となる。本発明はこれに限定されず、固定接点柱１１ｂの配置間隔、配置形状、配置本数を変えることにより、それに応じて種々の傾斜方向を検出することができる。
【００４３】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。上記実施の形態においては、力学量検出センサが傾斜センサである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、力学量検出センサが加速度センサや振動センサである場合にも適用することができる。また、上記実施の形態においては、ガラス基板とシリコン基板を用いた場合について説明しているが、本発明においては、ガラス基板やシリコン基板以外の基板を用いても良い。また、センサにおける電極や各層の材質については本発明の効果を逸脱しない範囲で適宜設定することができる。また、上記実施の形態で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、携帯端末などの小型デバイスに搭載可能な傾斜センサに有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１１ 第１基板
１１ａ 枠体
１１ｂ 固定接点柱
１１ｃ 可動部材
１１ｄ 梁
１１ｅ 延在部
１１ｆ，１３ｃ，１３ｄ 金属層
１１ｇ，１２ａ，１３ｂ 凹部
１２ 第２基板
１３ 第３基板
１３ａ 導電性部材
１４ 空隙
２１ ベース層
２２ 活性層
２３ 絶縁層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体に対して揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする力学量検出センサ。
【請求項２】
基材上に立設された立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体と前記立設部材との間で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする力学量検出センサ。
【請求項３】
基材上に立設された複数の立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記立設部材を受ける凹部を外周面に有しており、前記凹部に前記立設部材が位置するように配置された状態で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする力学量検出センサ。
【請求項４】
前記枠体及び前記可動部材は、前記第１層であるベース層と、前記第２層である活性層と、前記ベース層及び前記活性層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の力学量検出センサ。
【請求項５】
第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板の前記第１シリコン層をエッチングして立設部材領域、可動部材領域及び枠体領域を設ける工程と、前記ＳＯＩ基板の前記立設部材領域及び前記枠体領域にシリコン基板を接合する工程と、前記第２シリコン層をエッチングして立設部材領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、枠体、立設部材及び前記枠体と前記立設部材との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成する工程と、前記枠体及び前記立設部材にガラス−シリコン複合材で構成された基板を接合する工程と、を具備し、前記第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされることを特徴とする力学量検出センサの製造方法。
【請求項６】
第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板の前記第２シリコン層をエッチングして前記第２シリコン層側の立設部材領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設ける工程と、前記枠体領域及び前記立設部材領域にガラス−シリコン複合材で構成された基板を接合する工程と、前記ＳＯＩ基板の前記第１シリコン層をエッチングして前記第１シリコン層側の立設部材領域、可動部材領域及び枠体領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、枠体、立設部材及び前記枠体と前記立設部材との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成する工程と、前記第１シリコン層の前記立設部材及び前記枠体にシリコン基板を接合する工程と、を具備し、前記第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされることを特徴とする力学量検出センサの製造方法。
【請求項１】
基材上に枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体に対して揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする力学量検出センサ。
【請求項２】
基材上に立設された立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記枠体に対して梁を介して設けられ、前記枠体と前記立設部材との間で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする力学量検出センサ。
【請求項３】
基材上に立設された複数の立設部材と、前記基材上であって前記立設部材の外側に設けられた枠体と、前記立設部材を受ける凹部を外周面に有しており、前記凹部に前記立設部材が位置するように配置された状態で揺動可能である可動部材と、を具備し、前記枠体及び前記可動部材は、前記基材側の第１層と前記第１層よりも上層の第２層とを含み、前記第２層に前記梁が設けられており、前記第１層が前記梁の下方に部分的に延在していることを特徴とする力学量検出センサ。
【請求項４】
前記枠体及び前記可動部材は、前記第１層であるベース層と、前記第２層である活性層と、前記ベース層及び前記活性層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の力学量検出センサ。
【請求項５】
第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板の前記第１シリコン層をエッチングして立設部材領域、可動部材領域及び枠体領域を設ける工程と、前記ＳＯＩ基板の前記立設部材領域及び前記枠体領域にシリコン基板を接合する工程と、前記第２シリコン層をエッチングして立設部材領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、枠体、立設部材及び前記枠体と前記立設部材との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成する工程と、前記枠体及び前記立設部材にガラス−シリコン複合材で構成された基板を接合する工程と、を具備し、前記第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされることを特徴とする力学量検出センサの製造方法。
【請求項６】
第１シリコン層と、第２シリコン層と、前記第１シリコン層及び前記第２シリコン層に挟持された絶縁層と、を有するＳＯＩ基板の前記第２シリコン層をエッチングして前記第２シリコン層側の立設部材領域、可動部材領域、梁領域及び枠体領域を設ける工程と、前記枠体領域及び前記立設部材領域にガラス−シリコン複合材で構成された基板を接合する工程と、前記ＳＯＩ基板の前記第１シリコン層をエッチングして前記第１シリコン層側の立設部材領域、可動部材領域及び枠体領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、枠体、立設部材及び前記枠体と前記立設部材との間で梁を介して揺動可能である可動部材を形成する工程と、前記第１シリコン層の前記立設部材及び前記枠体にシリコン基板を接合する工程と、を具備し、前記第１シリコン層は、前記梁の下方に部分的に延在するようにエッチングされることを特徴とする力学量検出センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１８６５９２（Ｐ２０１０−１８６５９２Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６７０（Ｐ２００９−２８６７０）
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１０日（２００９．２．１０）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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