JP2007139581A - 力学量センサおよび力学量センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い検出感度を保持しつつ、より高い強度を有する力学量センサを構成する。
【解決手段】 角速度センサは、フレーム１１１、梁１１２、錘体１１３を有する可動部構造体１１、上部硝子基板１２、下部硝子基板１３から構成される。上部硝子基板１２には、固定電極１２１〜１２４が設けられ、固定電極１２１〜１２４と錘体１１３との間の静電容量の変化に基づいて錘体１１３の姿勢変化を検出する。可動部構造体１１は、これを構成するフレーム１１１、梁１１２、錘体１１３すべてが電鋳法を用いて金属部材により一体形成されている。電鋳材を電極に電着させて可動部構造体１１を形成する際の母型は、フォトリソグラフィ技術を用いて露光・現像処理が施されたレジスト材によって形成される。これにより、極めて精度の高い母型による電鋳処理が可能となるため、可動部構造体１１の製造精度を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば加速度や角速度などの力学量を検出する力学量センサおよび力学量センサの製造方法に関する。

ビデオカメラの手ぶれ補正装置や車載用のエアバッグ装置、ロボットの姿勢制御装置などの広い分野において、物体に作用する力学量を検出するための力学量センサが用いられている。
力学量センサの１つに半導体型加速度センサがある。これは、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術等のシリコン微細加工技術によって、可撓性を有する梁（バネ）と錘体（マス）を作製し、加速度が加わる錘体の慣性力による梁の変位を検出して加速度を検出するセンサである。
なお、梁の変位を電気的に検出する方法としては、例えば、一方の電極を梁に設定した静電容量素子の静電容量の変化を検出する方法や、梁に固定した圧電体の抵抗値の変化を検出する方法がある。

従来、このような加速度センサにおける感度を向上させ、個体間の精度や形状のばらつきを抑制する技術が下記の特許文献に提案されている。
特開平１１−２１１７４８号公報

特許文献１には、梁を構成する圧電体上にメッキにより金属層を形成し、この金属層上に電鋳法を用いて錘体やフレーム（支持体）を形成する技術が提案されている。
このように、電鋳法を用いることにより、錘体や支持体の形成部位や、錘体の質量等を正確に形成することができるため、個体間の精度や形状のばらつきを抑制することができる。
また、錘体をＳｉ（シリコン）よりも密度の高いＮｉ（ニッケル）などの金属部材によって形成することができるため、加速度センサにおける感度を容易に向上させることができる。

しかしながら、特許文献１に記載の加速度センサでは、梁として機能する部位に金属メッキを積層させることによって錘体を形成しているため、メッキの剥離等、梁と錘体との密着強度（接合強度）が問題となっていた。
そこで本発明は、力学量の高い検出感度を保持しつつ、より高い強度を有する力学量センサおよび力学量センサの製造方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、中空部を有するフレームと、錘と、前記錘を前記フレームの中空部で支持する梁と、が電着された金属により一体形成された構造体と、前記錘または前記梁の少なくとも一方と対向して配置された固定電極と、前記構造体と前記固定電極間の静電容量の変化を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された静電容量の変化から力学量の変化を検出する力学量検出手段と、を備えることにより前記目的を達成する。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記構造体を、フォトリソグラフィ技術を用いて形成された母型内に電着された金属により形成する。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記錘は、前記固定電極の形成面と直交する方向の長さが、前記フレームより短いことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、中空部を有するフレームと、錘と、前記錘を前記フレームの中空部で支持する梁と、を有する力学量センサの製造方法であって、第１の電極層を形成する第１のステップと、前記第１の電極層の表面に第１の感光性部材を塗布する第２のステップと、前記フレームおよび前記錘を形成するための領域を露光する第１のマスクを前記第１の感光性部材に重ね、第１の露光処理を行う第３のステップと、少なくとも前記フレームおよび前記錘の母型となる領域に第２の電極層を形成する第４のステップと、前記第２の電極層を含む前記第１の感光性部材の上面に、第２の感光性部材を塗布する第５のステップと、前記フレーム、前記錘および前記梁を形成するための領域を露光する第２のマスクを前記第２の感光性部材に重ね、第２の露光処理を行う第６のステップと、前記第１の感光性部材および第２の感光性部材の前記錘、前記フレームおよび前記梁を形成する領域を溶かし、露光領域を現像する第７のステップと、前記第７のステップで残された領域を母型として電鋳処理を行う第８のステップと、前記第８のステップにより形成された前記錘または前記梁の少なくとも一方と対向する位置に固定電極を配置する第９のステップと、前記錘と前記固定電極間の静電容量の変化を検出する検出手段、及び前記検出手段により検出された静電容量の変化を力学量に変換する変換手段を形成する第１０のステップと、を備えることにより前記目的を達成する。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、一部が前記第１のマスクにより遮光される領域と重複し、少なくともその表面に第３の電極層が形成された、前記錘の可動隙間形成するダミー領域を、前記第１の電極層上に形成する第１１のステップを備え、前記第２のステップは、前記第１の電極層および前記ダミー領域の表面に第１の感光性部材を塗布し、前記第８のステップは、前記第１の感光性部材、前記第２の感光性部材の露光領域および前記ダミー領域を母型として電鋳処理を行う。

本発明によれば、フレーム、錘および梁を電着された金属により一体形成することにより、錘に作用する力学量の検出感度を向上させると共に、フレーム、錘および梁の密着強度（接合強度）の低下を適切に抑制できる力学量センサを構成することができる。
また、本発明によれば、フレーム、錘および梁を形成する際に、フォトリソグラフィ（写真蝕刻）技術を用いて形成された母型を用いることにより、製造（形成）精度の高い力学量センサを構成することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１〜図７を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
物体に働く角速度を、梁１１２で支持された錘体（質量体）１１３の姿勢変化に基づいて検出する角速度センサである。
角速度センサは、フレーム１１１、梁１１２、錘体１１３が一体に形成された可動部構造体１１と、可動部構造体１１を挟み込むように配設された上部硝子基板１２および下部硝子基板１３から構成される。
錘体１１３の周部には、錘体１１３を可動状態に保持するための可動ギャップ（可動隙間）が設けられている。上部硝子基板１２および下部硝子基板１３は、可動ギャップを封止するようにフレーム１１１に固定されている。
また、上部硝子基板１２には、錘体１１３と対向する面に固定電極１２１〜１２４が設けられている。そして、角速度センサは、固定電極１２１〜１２４と錘体１１３との間の静電容量の変化、即ち、固定電極１２１〜１２４と錘体１１３との間隔（ギャップ長）の変化に基づいて錘体１１３の姿勢変化を検出する。

本実施の形態に係る角速度センサにおける可動部構造体１１は、これを構成するフレーム１１１、梁１１２、錘体１１３のすべてが電鋳法を用いて金属部材により一体形成されている。
電鋳材を電極に電着させて可動部構造体１１を形成する際の母型（電鋳型）は、フォトリソグラフィ（写真蝕刻）技術を用いて露光・現像処理が施されたレジスト材によって形成される。
これにより、極めて精度の高い母型による電鋳処理が可能となるため、可動部構造体１１の製造精度を向上させること、即ち、梁１１２や錘体１１３の形状・質量を高い精度で形成することができる。
Ｓｉ（シリコン）よりも高い密度を有する金属部材によって錘体１１３を形成することにより、検出感度を向上させることができる。さらに、本実施の形態に係る角速度センサでは、可動部構造体１１を一体形成するため、複数の部材を接合して形成する場合に生じる密着強度や位置決め精度の低下などの不具合を抑制することができる。

（２）実施形態の詳細
図１は、本実施の形態に係る角速度センサの概略構成を示した断面図である。
なお、本実施の形態では、力学量センサの一例として、角速度を検出する角速度センサについて説明する。
また、本実施の形態に係る角速度センサにおいては、センサを構成する基板の積層方向と同一方向を上下方向、即ちｚ軸（方向）と定義する。そして、このｚ軸を直交し、かつ互いの軸と直交する軸をｘ軸（方向）およびｙ軸（方向）と定義する。つまり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、それぞれ互いに直交する３軸となる。

図１に示すように、角速度センサは、可動部構造体１１、上部硝子基板１２および下部硝子基板１３を備えている。詳しくは、可動部構造体１１を上部硝子基板１２および下部硝子基板１３によって上下方向から挟み込んだ３層構造となっている。
可動部構造体１１には、後述するフレーム１１１、梁１１２および錘体１１３が形成されている。
上部硝子基板１２および下部硝子基板１３における可動部構造体１１との対向面には、それぞれ錘体１１３の可動ギャップ（可動隙間）１２０、１３０が凹み形成されている。
また、錘体１１３の側面とフレーム１１１の内壁面との間には、可動ギャップ１００が設けられている。
そのため、上部硝子基板１２および下部硝子基板１３は、図１に示すように断面がコの字型の形状をしている。

上部硝子基板１２および下部硝子基板１３は、可動ギャップ１２０、１３０を封止するように接合されている。
なお、可動ギャップ１２０、１３０は真空状態を保持するように構成することが好ましい。可動ギャップ１２０、１３０を真空状態とすることにより錘体１１３が動作する際の空気抵抗を低減することができる。

図２は、可動部構造体１１側から見た上部硝子基板１２の平面図である。
上部硝子基板１２の凹み領域の底面部には、固定電極１２１〜１２４および駆動電極１２５が設けられている。
図２に示すように、上部硝子基板１２の凹み領域の中心部に方形の駆動電極１２５が配設され、この駆動電極１２５を取り囲んで９０°ごとに固定電極１２１〜１２４が配置されている。
詳しくは、台形状の固定電極１２１〜１２４における電極の平行をなす辺の短い方が、上部硝子基板１２の中心方向、即ち駆動電極１２５の中心方向に向くように、配設されている。

つまり、固定電極１２１と固定電極１２３、固定電極１２２と固定電極１２４は、それぞれｘ軸およびｙ軸上で対をなし、この対をなす電極同士は、錘体１１３の中心を軸として対向配置されている。
固定電極１２１〜１２４および駆動電極１２５は、導電材料（Ａｌ等）を蒸着するなどして形成されている。
なお、固定電極１２１〜１２４および駆動電極１２５は、図示しない配線を介して外部の信号処理回路と接続されている。

図３（ａ）は、上部硝子基板１２側から見た可動部構造体１１の平面図であり、図３（ｂ）は、可動部構造体１１の部分断面図および斜視図である。
なお、図１の断面図は、図３に示す線分Ａ−Ａ’の位置、即ちｘ軸方向における断面を示した図である。
可動部構造体１１は、Ｎｉ（ニッケル）などの単位体積当たりの質量（密度）が高い金属材から形成されている。この金属部材を後述する電鋳法によって厚く電着させることによって、フレーム１１１、梁１１２および錘体１１３が形成されている。なお、錘体１１３は、可動部として機能する。

フレーム１１１は、錘体１１３を囲むように可動部構造体１１の周縁部に設けられた中空状の固定部であり、可動部構造体１１の枠組みを構成する。このフレーム１１１、上部硝子基板１２および下部硝子基板１３によって、角速度センサのハウジング（外装体）が構成されている。
梁１１２は、錘体１１３の中心から放射方向に（フレーム１１１の方向に）十字方向に延びる４つの帯状の薄部材であり、可撓性を有している。
錘体１１３は、４つの梁１１２によってフレーム１１１の中空部に固定された質量体である。錘体１１３は、梁１１２の作用により、外部より加わる力により振動させたり、捩れる動きが可能となっている。

図１の説明に戻り、上部硝子基板１２および下部硝子基板１３は、可動部構造体１１の空隙（空間）を封止（密封）するように固定される。
上部硝子基板１２と可動部構造体１１、下部硝子基板１３と可動部構造体１１の接合は、例えば、接合面にＣｒ（クロム）などのアンカーメタル（下地金属）とＡｕ（金）を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。

次に、可動部構造体１１の製造方法について説明する。
図４は、本実施の形態に係る角速度センサにおける可動部構造体１１の製造工程を示した図である。なお、図４では、各工程における正面図、および正面図のα−α’断面における断面図を示す。
はじめに、図４（ａ）に示すように、ベース基板２０の片面に１層目電極２１を形成する。なお、ベース基板２０は、形成する可動部構造体１１よりも大きいサイズの、例えば、シリコン基板、硝子基板、ＳＵＳ基板など表面が平滑で剛性の高い部材によって構成されている。
また、１層目電極２１は、電鋳法により可動部構造体１１を形成する際の導電層として機能する部位であり、例えば、表面活性化後に無電解メッキ膜を形成したり、ＣｒとＡｕを真空蒸着（積層）やスパッタリングなどの手法を用いることによって形成することができる。なお、Ａｕの蒸着前に成膜されるＣｒは、密着性を向上するための下地として機能する。

次に、図４（ｂ）に示すように、１層目電極２１の表面にフォトレジスト（感光性樹脂）を均一の厚さに塗布して１層目レジスト２２を形成する。
なお、フォトレジスト材（レジスト材）として、ここではネガ型レジストを用いた例を示している。また、実際には、このレジスト塗布後にレジストを硬化させるための加熱処理（ベーク処理）などを実施するが、ここではその説明を省略する。
１層目レジスト２２を形成した後、図４（ｃ）に示すように、１層目マスク２３を合わせた状態で紫外線を照射して１層目の露光処理を施し、１層目マスク２３のパターンを転写する。
なお、１層目マスク２３のパターンは、錘体１１３が形成される部位に配置された方形のパターンと、フレーム１１１が形成される部位に配設された中空方形（方形枠）のパターンとから構成される。

１層目マスク２３のパターンの転写が終了した後、図４（ｄ）に示すように、前工程において紫外線に感光した領域（露光領域）に２層目電極２４を形成する。
２層目電極２４も１層目電極２１と同様に、例えば、表面活性化後の無電解メッキ膜を形成したり、ＣｒとＡｕを真空蒸着（積層）やスパッタリングなどの手法を用いることによって形成することができる。

次に、図４（ｅ）に示すように、２層目電極２４および１層目レジスト２２の表面にフォトレジストを塗布して２層目レジスト２５を形成する。
なお、２層目レジスト２５は、フォトレジストの塗布後の表面の高さが均一（平坦）になるように形成する。
２層目レジスト２５を形成した後、図４（ｆ）に示すように、２層目マスク２６を合わせた状態で紫外線を照射して２層目の露光処理を施し、２層目マスク２６のパターンを転写する。
なお、２層目マスク２６のパターンは、錘体１１３が形成される部位に配置された方形のパターンと、フレーム１１１が形成される部位に配設された中空方形（方形枠）のパターンと、梁１１２が形成される部位に配設された方形のパターンと、を組み合わせたパターンにより構成される。

２層目マスク２６のパターンの転写が終了した後、図４（ｇ）に示すように、１層目マスク２３および２層目マスク２６により感光しなかった部位（未露光部）のレジストを溶剤で溶かし、現像処理を施す。
現像処理が終了した後、図４（ｈ）に示すように、露光部の残ったレジスト領域を母型として電鋳処理を施す。
ここでは、母型の内部に１層目電極２１および２層目電極２４を陰極として、金属を厚く電着させる。即ち、母型の内部に厚メッキ２７を形成する。
なお、電着させる金属（電鋳材）は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）、Ａｕ（金）やこれらの合金などを用いる。

次に、図４（ｉ）に示すように、厚メッキ２７の母型からはみ出した部位を削り、表面の凹凸を平坦化する研磨処理を行う。この厚メッキ２７の研磨処理には、例えば、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法を用いて行う。
ＣＭＰ法とは、シリカ粒子を含む液状のスラリ（研磨液）を流しながら、スピンドルに張り付けた基板の表面を、回転テーブルに表面の研磨パッドを接触させて研磨する研磨方法である。
そして、厚メッキ２７の研磨処理が終了した後、図４（ｊ）に示すように、厚メッキ２７、即ち電着層を母型から剥離する。
本実施の形態では、このようにして、厚メッキ２７からなる可動部構造体１１を形成する。
本実施の形態では、レジストは全てネガ型のものを使用したが、ポジ型のものを使用するようにしてもよい。この場合は、マスクは全て、図示したものと反転したパターンとなる。ネガ型、あるいはポジ型レジストのどちらかを使用するかは、レジストの成膜条件や転写の精度などに起因するが、それぞれ最適なものを選択することが可能である。

次に、このような構成を有する角速度センサにおける角速度の検出動作について説明する。
角速度センサは、上部硝子基板１２の駆動電極１２５と錘体１１３との間に交流電圧を印加し、両者間に作用する静電力により錘体１１３を上下（ｚ軸方向）に振動させる。
錘体１１３を振動させるために印加する交流電圧の周波数、即ち錘体１１３の振動周波数は、錘体１１３が共振振動する３ｋＨｚ程度の共振周波数ｆに設定されている。
このように、錘体１１３を共振周波数ｆで振動させることにより、錘体１１３の大きな変位量を得ることができる。
なお、本実施の形態では、可動部構造体１１の電位が接地（ＧＮＤ）レベルに設定されている。

速度ｖで振動している質量ｍの錘体１１３の周りに角速度Ωが加わると、錘体１１３の中心には、“Ｆ＝２ｍｖΩ”のコリオリ力Ｆが、錘体１１３の運動方向に対して直交する方向に発生する。
このコリオリ力Ｆが発生すると、錘体１１３にねじれが加わり錘体１１３の姿勢が変化する。即ち、錘体１１３の振動の運動方向と直交する面に対して、錘体１１３が傾く。この錘体１１３の姿勢の変化（傾き、ねじれ量）を検出することによって、作用する角速度の向きや大きさを検出するようになっている。

錘体１１３の姿勢の変化は、上部硝子基板１２に設けられた固定電極１２１〜１２４と、可動電極として機能する錘体１１３の上面（上部硝子基板１２との対向面）との間の静電容量の変化を検出することによって行う。
つまり、固定電極１２１〜１２４と錘体１１３における可動電極との距離の変化を検出することによって錘体１１３の各軸方向における姿勢の変化を検出する。

なお、電極間の静電容量は、静電容量／電圧変換（Ｃ／Ｖ変換）回路を用いて電気的に検出することができる。このＣ／Ｖ変換回路は、外部に設けられた信号処理回路に形成されている。
検出された錘体１１３の姿勢の変化（傾斜方向、傾斜度合い等）に基づいて発生したコリオリ力Ｆを検出する。
そして、検出されたコリオリ力Ｆに基づいて、角速度Ωを算出（導出）する。つまり、錘体１１３の姿勢の変化量を角速度に変換する。

本実施の形態によれば、上述したように、可動部構造体１１を電鋳（電着加工処理）によって形成することにより、フレーム１１１、梁１１２、錘体１１３のすべての部位を高い精度に形成することができる。
また、従来のように、錘体１１３のみを電鋳によって形成するのではなく、梁１１２やフレーム１１１も電鋳によって一体形成できるため、梁１１２や錘体１１３における上部硝子基板１２との対向面を容易に可動側の電極（可動電極）として機能させることができる。さらに、この可動電極の電位をフレーム１１１から容易に外部の信号処理回路へ引き出すことができる。

（変形例）
次に、本実施の形態に係る角速度センサの変形例について説明する。
この変形例に示す角速度センサでは、図１に示す角速度センサにおいて下部硝子基板１３に設けられている可動ギャップ１３０の代わりに、可動部構造体１１’に可動ギャップ１１０が設けられている。
図５は、本実施の形態に係る角速度センサの変形例の概略構成を示した断面図である。
また、図６は、変形例における可動部構造体１１’の部分断面図および斜視図である。
なお、ここでは、上述した図１に示す加速度センサと同様の構成を有する部位には同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。

図５に示すように、変形例に示す角速度センサは、可動部構造体１１’を上部硝子基板１２および下部硝子基板１３’によって上下方向から挟み込んだ３層構造となっている。
可動部構造体１１’における、錘体１１３’の底面（下部硝子基板１３’との対向面）と下部硝子基板１３’との間には、錘体１１３’の可動ギャップ１１０が設けられている。
つまり、錘体１１３’の底面（下部硝子基板１３’との対向面）は、フレーム１１１’の下部硝子基板１３’が配設されている位置よりも高い位置（上部硝子基板１２よりの位置）に配設されている。

また、フレーム１１１’の内壁面における下部硝子基板１３’側の端部には、切り欠き溝１１４が形成されている。なお、この切り欠き溝１１４のｚ軸方向の高さは、可動ギャップ１１０のｚ軸方向の高さに相当する。
上部硝子基板１２および下部硝子基板１３’は、可動ギャップ１２０、１１０を封止するように接合されている。

次に、変形例における可動部構造体１１’の製造方法について説明する。
図７は、変形例に示す角速度センサにおける可動部構造体１１’の製造工程を示した図である。なお、図７では、各工程における正面図、および正面図のβ−β’断面における断面図を示す。
はじめに、図７（ａ）に示すように、ベース基板３０の片面に１層目電極３１を形成する。なお、ベース基板３０は、形成する可動部構造体１１’よりも大きいサイズの方形の基板によって構成されている。
また、１層目電極３１は、電鋳法により可動部構造体１１’を形成する際の導電層として機能する部位であり、例えば、表面活性化後の無電解メッキ膜を形成したり、アルミニウムを蒸着（積層）させたりすることによって形成することができる。

次に、図７（ｂ）に示すように、１層目電極３１の表面にフォトレジスト（感光性樹脂）を均一の厚さに塗布して犠牲層として機能させる１層目レジスト３２を形成する。
１層目レジスト３２を形成した後、図７（ｃ）に示すように、１層目マスク３３を合わせた状態で紫外線を照射して１層目の露光処理を施し、１層目マスク３３のパターンを転写する。
なお、１層目マスク３３のパターンは、フレーム１１１’における切り欠き溝１１４の形成領域（フレーム１１１’における下部硝子基板１３’側の段差部）に配設された中空方形（方形枠）のパターンとから構成される。
１層目マスク３３のパターンの転写が終了した後、図７（ｄ）に示すように、前工程において紫外線に感光した領域に２層目電極３４を形成する。

なお、可動部構造体１１’における可動ギャップ１１０の高さ（ｚ軸方向の厚み）が小さく（薄く）、２層目電極３４のみで十分に相当する高さ（厚み）を保持することができる場合には、犠牲層（１層目レジスト３２）によって厚みを稼がずに、２層目電極３４のみで対応するようにしてもよい。
但し、この場合も、可動ギャップ１１０を形成する領域、即ち内側の２層目電極３４は、フレーム１１１’の形成領域にくい込む（はみ出す）ように設ける。
即ち、錘体１１３’を電鋳により形成する際の電極となる２層目電極３４の領域は、２層目マスク３６により露光される領域と一部が重なるように設ける。
また、２層目電極３４のみで可動ギャップ１１０の領域を形成する場合、２層目電極３４は、可動部構造体１１’を構成する電鋳材（例えば、Ｎｉ）と異なり、かつ、最終的にエッチング処理等で除去可能な金属（例えば、Ｃｕ）によって形成する。
可動ギャップ１１０を形成する犠牲層（１層目レジスト３２）は、ダミー領域（底上げ領域）として機能する。

次に、図７（ｅ）に示すように、２層目電極３４および１層目レジスト３２の表面にフォトレジストを塗布して２層目レジスト３５を形成する。
なお、２層目レジスト３５は、フォトレジストの塗布後の表面の高さが均一（平坦）になるように形成する。
２層目レジスト３５を形成した後、図７（ｆ）に示すように、２層目マスク３６を合わせた状態で紫外線を照射して２層目の露光処理を施し、２層目マスク３６のパターンを転写する。
なお、２層目マスク３６のパターンは、錘体１１３’が形成される部位に配置された方形のパターンと、切り欠き溝１１４の形成部位を除くフレーム１１１’が形成される部位に配設された中空方形（方形枠）のパターンと、から構成される。

２層目マスク３６のパターンの転写が終了した後、図７（ｇ）に示すように、前工程において紫外線に感光した領域に３層目電極３７を形成する。
次に、図７（ｈ）に示すように、３層目電極３７および２層目レジスト３５の表面にフォトレジストを塗布して３層目レジスト３８を形成する。
なお、３層目レジスト３８は、フォトレジストの塗布後の表面の高さが均一（平坦）になるように形成する。

３層目レジスト３８を形成した後、図７（ｉ）に示すように、３層目マスク３９を合わせた状態で紫外線を照射して３層目の露光処理を施し、３層目マスク３９のパターンを転写する。
なお、３層目マスク３９のパターンは、錘体１１３’が形成される部位に配置された方形のパターンと、フレーム１１１’が形成される部位に配設された中空方形（方形枠）のパターンと、梁１１２が形成される部位に配設された方形のパターンと、を組み合わせたパターンにより構成される。

３層目マスク３９のパターンの転写が終了した後、図７（ｊ）に示すように、１層目マスク３３、２層目マスク３６および３層目マスク３９により感光されなかった部位（未露光部）のレジストを溶剤で溶かし、現像処理を施す。
現像処理が終了した後、図７（ｋ）に示すように、露光部の残ったレジスト領域を母型として電鋳処理を施す。
ここでは、母型の内部に１層目電極３１、２層目電極３４および３層目電極３７を陰極として、金属を厚く電着させる。即ち、母型の内部に厚メッキ４０を形成する。
なお、電着させる金属（電鋳材料）は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）、Ａｕ（金）やこれらの合金などを用いる。

次に、図７（ｌ）に示すように、厚メッキ４０の母型からはみ出した部位を削り、表面の凹凸を平坦化する研磨処理を行う。
そして、厚メッキ４０の研磨処理が終了した後、図７（ｍ）に示すように、厚メッキ４０、即ち電着層を母型から剥離する。
このようにして、厚メッキ４０からなる可動部構造体１１’を形成する。

変形例に示す角速度センサでは、可動部構造体１１’の母型を形成する際、２層目マスク３６を合わせる２層目の露光を、錘体１１３’および梁１１２の形成領域よりも若干広めに行う。
このように露光領域を設定することにより、最終的に電鋳処理を行う際に、下方から順に析出（電着）した電鋳材が、図７（ｋ）の破線部Ａに示すように、２層目電極３４に接触し易くなる。
これにより、電鋳処理時における２層目電極３４の導通を安定して確保する（取る）ことができる。
なお、このように露光領域を設定することにより、フレーム１１１’における切り欠き溝１１４が形成される。

なお、上述したような、フレーム１１１、梁１１２、錘体１１３を電鋳法を用いて一体形成した可動部構造体１１を利用可能な力学量センサは、角速度センサに限定されるものではない。
例えば、上述した角速度センサにおける錘体１１３の駆動手段を省き、加速度センサとして機能させることも可能である。
加速度センサとして機能させる場合には、上述した角速度センサと同様に、錘体１１３の姿勢の変化を検出し、検出された錘体１１３の姿勢の変化（傾斜方向、傾斜度合い等）に基づいて錘体１１３に作用する加速度を算出（導出）する。つまり、錘体１１３の姿勢の変化量を加速度に変換する。

本実施の形態に係る角速度センサの概略構成を示した断面図である。 可動部構造体側から見た上部硝子基板の平面図である。 （ａ）は、上部硝子基板側から見た可動部構造体の平面図であり、（ｂ）は、可動部構造体の部分断面図および斜視図である。 本実施の形態に係る角速度センサにおける可動部構造体の製造工程を示した図である。 本実施の形態に係る角速度センサの変形例の概略構成を示した断面図である。 変形例における可動部構造体の部分断面図および斜視図である。 変形例における可動部構造体の製造工程を示した図である。

符号の説明

１１ 可動部構造体
１２ 上部硝子基板
１３ 下部硝子基板
２０ ベース基板
２１ １層目電極
２２ １層目レジスト
２３ １層目マスク
２４ ２層目電極
２５ ２層目レジスト
２６ ２層目マスク
２７ 厚メッキ
３０ ベース基板
３１ １層目電極
３２ １層目レジスト
３３ １層目マスク
３４ ２層目電極
３５ ２層目レジスト
３６ ２層目マスク
３７ ３層目電極
３８ ３層目レジスト
３９ ３層目マスク
４０ 厚メッキ
１００ 可動ギャップ
１１０ 可動ギャップ
１１１ フレーム
１１２ 梁
１１３ 錘体
１１４ 切り欠き溝
１２０ 可動ギャップ
１２１〜１２４ 固定電極
１２５ 駆動電極
１３０ 可動ギャップ

Claims (5)

1. 中空部を有するフレームと、錘と、前記錘を前記フレームの中空部で支持する梁と、が電着された金属により一体形成された構造体と、
   前記錘または前記梁の少なくとも一方と対向して配置された固定電極と、
   前記構造体と前記固定電極間の静電容量の変化を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された静電容量の変化から力学量の変化を検出する力学量検出手段と、
   を備えたことを特徴とする力学量センサ。
2. 前記構造体は、フォトリソグラフィ技術を用いて形成された母型内に電着された金属により形成されていることを特徴とする請求項１記載の力学量センサ。
3. 前記錘は、前記固定電極の形成面と直交する方向の長さが、前記フレームより短いことを特徴とする請求項１記載の力学量センサ。
4. 中空部を有するフレームと、錘と、前記錘を前記フレームの中空部で支持する梁と、を有する力学量センサの製造方法であって、
   第１の電極層を形成する第１のステップと、
   前記第１の電極層の表面に第１の感光性部材を塗布する第２のステップと、
   前記フレームおよび前記錘を形成するための領域を露光する第１のマスクを前記第１の感光性部材に重ね、第１の露光処理を行う第３のステップと、
   少なくとも前記フレームおよび前記錘の母型となる領域に第２の電極層を形成する第４のステップと、
   前記第２の電極層を含む前記第１の感光性部材の上面に、第２の感光性部材を塗布する第５のステップと、
   前記フレーム、前記錘および前記梁を形成するための領域を露光する第２のマスクを前記第２の感光性部材に重ね、第２の露光処理を行う第６のステップと、
   前記第１の感光性部材および第２の感光性部材の前記錘、前記フレームおよび前記梁を形成する領域を溶かし、露光領域を現像する第７のステップと、
   前記第７のステップで残された領域を母型として電鋳処理を行う第８のステップと、
   前記第８のステップにより形成された前記錘または前記梁の少なくとも一方と対向する位置に固定電極を配置する第９のステップと、
   前記錘と前記固定電極間の静電容量の変化を検出する検出手段、及び前記検出手段により検出された静電容量の変化を力学量に変換する変換手段を形成する第１０のステップと、
   を備えたことを特徴とする力学量センサの製造方法。
5. 一部が前記第１のマスクにより遮光される領域と重複し、少なくともその表面に第３の電極層が形成された、前記錘の可動隙間形成するダミー領域を、前記第１の電極層上に形成する第１１のステップを備え、
   前記第２のステップは、前記第１の電極層および前記ダミー領域の表面に第１の感光性部材を塗布し、
   前記第８のステップは、前記第１の感光性部材、前記第２の感光性部材の露光領域および前記ダミー領域を母型として電鋳処理を行うことを特徴とする請求項４記載の力学量センサの製造方法。

Images