JP2010173008A - 回転錘構造体及びそれを用いたセンサ、並びにそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンカーの変位量を大きくとれ、しかも小型化が可能である回転錘構造体及びそれを用いたセンサ、並びにそれらの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の回転錘構造体は、一対の封止基板１１，１３と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体１及び回転軸体３を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体３の周りを回転可能である錘２と、を具備し、前記錘基板は、前記ベース層２１と、前記活性層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基板で構成されており、前記枠体の領域及び前記回転軸体の少なくとも一方の領域に対応する前記活性層は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）により作製された回転錘構造体、及びそれを備え、物理量を検出するセンサ、並びにそれらの製造方法に関する。

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センサが開発されている。このような力学量センサとして、例えば、特許文献１や特許文献２に開示された加速度センサがある。この加速度センサは、いずれも導電性の枠体内の開口部に設けられ、この開口部に導電性の錘が設けられており、この錘が枠体に対して梁を介して揺動可能に支持された構成を有する。この構成の加速度センサに加速度が加わると、錘が振動して枠体と接触して通電状態となり、これにより加速度を検出するようになっている。

特開平１１−２１８５４３号公報 特開平１１−１８３５１７号公報

従来の梁を用いてアンカー部を揺動可能にする構成においては、梁の長さが短いとアンカーの変位量が小さくなり、正確に物理量を検出することが難しい。一方、梁の長さが長いとセンサの大きさが大きくなってしまう。このため、アンカーの変位量を大きくとれ、しかも小型化が可能である錘構造体への要望が高まってきている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アンカーの変位量を大きくとれ、しかも小型化が可能である回転錘構造体及びそれを用いたセンサ、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の回転錘構造体は、一対の封止基板と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体及び回転軸体を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能である錘と、を具備し、前記錘基板は、前記ベース層と、前記活性層と、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基板で構成されており、前記枠体の領域及び前記回転軸体の少なくとも一方の領域に対応する前記活性層は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を有することを特徴とする。

本発明の回転錘構造体は、一対の封止基板と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体及び回転軸体を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能である錘と、を具備したＭＥＭＳ構造体であって、前記錘基板は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする抜け防止領域を有することを特徴とする。

これらの構成によれば、錘が枠体に対してフリーな状態で回転することができるので、アンカー部を梁で揺動可能に支持した構成に比べて錘の変位量を大きくとることができる。また、本構成においては、小型化しても錘の変位量を大きくとることが可能であり、小型化に適した構成である。

本発明の回転錘構造体においては、前記一対の封止基板の少なくとも一方の封止基板は、前記錘と接触する凸部を有することが好ましい。

本発明のセンサは、上記回転錘構造体と、前記回転錘構造における前記一対の封止基板の一方の封止基板及び前記錘に、互いに対向するように設けられた一対の検出部と、を具備することを特徴とする。

本発明のセンサにおいては、前記一対の検出部は、磁気センサと磁石とで構成されていることが好ましい。

本発明のセンサにおいては、前記一対の検出部は、一対の電極で構成されていることが好ましい。

本発明のセンサにおいては、前記一対の電極のうちの一つの電極を錘が兼ねることが好ましい。

本発明のセンサにおいては、前記検出部が設けられた一方の封止基板が前記錘と接触する凸部を有し、前記凸部の高さが前記検出部を構成する部材の高さよりも高いことが好ましい。

本発明の回転錘構造体の製造方法は、ベース層と、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基板の前記ベース層をエッチングして枠体領域、回転軸体領域及び錘領域を設ける工程と、前記ＳＯＩ基板の前記枠体領域及び前記回転軸体領域に第１封止基板を接合する工程と、前記活性層をエッチングして、前記活性層が平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、前記錘について前記ベース層と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能にする工程と、前記活性層に第２封止基板を接合する工程と、を具備することを特徴とする。

この方法によれば、錘が枠体に対してフリーな状態で回転することができる回転錘構造体を、錘の抜けを防止しながら製造することが可能である。

本発明のセンサの製造方法は、上記方法で得られた回転錘構造体における前記第１封止基板又は前記第２封止基板と、前記錘とに、互いに対向するように一対の検出部をそれぞれ設けることを特徴とする。

本発明の回転錘構造体は、一対の封止基板と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体及び回転軸体を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能である錘と、を具備し、前記錘基板は、前記ベース層と、前記活性層と、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基板で構成されており、前記枠体の領域及び前記回転軸体の領域に対応する前記活性層は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を有するので、アンカーの変位量を大きくとれ、しかも小型化が可能である。

本発明の実施の形態１に係る回転錘構造体の使用方法の一例を示す正面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る回転錘構造体の製造方法の一部を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る回転錘構造体の製造方法の一部を説明するための図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１に係る回転錘構造体の製造方法の一部を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る回転錘構造体の製造方法の他の例の一部を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る回転錘構造体の製造方法の他の例の一部を説明するための図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１に係る回転錘構造体の製造方法の他の例の一部を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るセンサの製造方法を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るセンサの製造方法の他の例を説明するための図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態２に係るセンサの回路を示す図であり、（ｂ）は、素子抵抗と傾斜角との間の関係を示す図であり、（ｃ）は、出力電圧と傾斜角との間の関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るセンサの回路を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態３に係るセンサを示す概略図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係るセンサの等価回路を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係るセンサの製造方法を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係るセンサの製造方法の他の例を説明するための図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態３に係るセンサの回路を示す図であり、（ｂ）は、静電容量と傾斜角との間の関係を示す図であり、（ｃ）は、出力電圧と傾斜角との間の関係を示す図である。 本発明の実施の形態３に係るセンサの回路を示す図である。

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。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、回転錘構造体について説明する。特に、錘基板が、平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする抜け防止領域を有することを特徴とするＭＥＭＳ構造体について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る回転錘構造体の使用方法の一例を示す正面図（平面図）である。図１に示す回転錘構造体は、開口部４を有する枠体１を備えている。この開口部４内には、回転軸体３が設けられており（図１の紙面手前側から奥側に延在する）、その回転軸体３の周りを回転可能である錘（アンカー部）２が設けられている。すなわち、錘２は、回転軸体３の周りを回転することにより、図１の紙面向かって左右方向に揺動可能になっている。なお、錘２は、枠体１にも支持されておらず、回転軸体３にも支持されておらず、フリーで回転可能な状態となっている。この回転錘構造体においては、錘２の抜け防止のための構成を有する。すなわち、図１において錘２の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域５を備えている。ここでは、後述するように、このオーバラップ領域５は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の活性層で構成されている。このように、オーバラップ領域５を錘２の外延にかかるように延在させることにより、錘２をフリーとしても錘２の抜けを防止することが可能となる。

このような回転錘構造体を図１の紙面向かって右側に９０度回転させると、開口部４内で錘２が回転して、図１の右側の図の状態となる。すなわち、回転錘構造体を右側に９０度回転させると、それに伴って開口部４の向きが変わる。この場合、開口部４が向かって左側に位置する。回転錘構造体を右側に９０度回転させると重力により錘２も右側に回転するが、開口部４が錘２の回転範囲を制限するものであるので、開口部４の最も右側の位置で錘２の回転が制約される。一方、回転錘構造体を図１の紙面向かって左側に９０度回転させると、開口部４内で錘２が回転して、図１の左側の図の状態となる。すなわち、回転錘構造体を左側に９０度回転させると、それに伴って開口部４の向きが変わる。この場合、開口部４が向かって右側に位置する。回転錘構造体を左側に９０度回転させると重力により錘２も左側に回転するが、開口部４が錘２の回転範囲を制限するものであるので、開口部４の最も左側の位置で錘２の回転が制約される。

このような回転錘構造体においては、錘２が枠体４に対してフリーな状態で回転することができるので、アンカー部を梁で揺動可能に支持した構成に比べて錘２の変位量を大きくとることができる。また、本構成においては、小型化しても錘２の変位量を大きくとることが可能であり、小型化に適した構成である。なお、本実施の形態においては、錘２を略扇形形状とした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、扇形形状以外の形状の錘を用いても良い。例えば、回転軸体３（支点）から重心の位置が遠い形状（例えば、錨形形状）の錘を用いても良い。このような形状を用いることにより、回転によるモーメント量を大きくすることが可能となる。

次に、本実施の形態に係る回転錘構造体の製造方法の一例について説明する。
図２（ａ），（ｂ）、図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１に係る回転錘構造体の製造方法の一例を説明するための図である。

この方法においては、ベース層と、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基板の前記ベース層をエッチングして枠体領域、回転軸体領域及び錘領域を設け、前記ＳＯＩ基板の前記枠体領域及び前記回転軸体領域に第１封止基板を接合し、前記活性層をエッチングして、前記活性層が平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を設け、前記絶縁層をエッチングして、前記ベース層と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能にし、前記活性層に第２封止基板を接合する。

まず、第１封止基板を作製する工程について説明する。図２（ａ）に示すように、第１封止基板１１を準備する。第１封止基板１１としては、ガラス基板やシリコン基板などを用いることができる。次いで、図２（ｂ）に示すように、第１封止基板の一方の主面１１ａに凹部１１ｂを形成し、その凹部１１ｂ内に凸部１１ｃを設ける。凹部１１ｂを設けることにより、錘２が揺動した際に、錘２が第１封止基板１１に接触しないようにすることができる。すなわち、錘２が揺動した際には、凸部１１ｃに接触する。このような凸部１１ｃを設けることにより、錘基板の錘が第１封止基板と面接触してスティッキングを起こすことを防止することができる。この凸部１１ｃの高さは、凹部１１ｂの深さよりも小さく設定することが望ましい。また、凸部１１ｃの数については特に制限はない。

次いで、錘基板を作製する工程について説明する。図３（ａ）に示すように、ベース層２１と、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３（ｂ）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枠体領域２１ａ、回転軸体領域２１ｂ及び錘領域２１ｃ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、ＳＯＩ基板の枠体領域２１ａ及び回転軸体領域２１ｂに第１封止基板１１を接合する。このようにして、第１封止基板１１の凹部１１ｂにＳＯＩ基板の錘領域２１ｃが位置するようになる。次いで、図４（ｂ）に示すように、活性層２２をエッチングして、活性層２２が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域２２ａ，２２ｂを設ける。領域２２ａは、枠体領域２１ａに対応する活性層の領域と、錘領域２１ｃとオーバラップする領域とを含む。また、領域２２ｂは、回転軸体２１ｂに対応する領域と、錘領域２１ｃとオーバラップする領域とを含む。この錘領域２１ｃとオーバラップする領域を設けることにより、本構成において錘の抜けを防止することができる。

次いで、図４（ｃ）に示すように、絶縁層２３をエッチングして、錘２についてベース層２１と分離した状態で回転軸体３の周りを回転可能にする。ここで、絶縁層２３をエッチングする際、サイドエッチにより錘２がリリースされる。したがって、領域２２ａ，２２ｂの幅は、領域２２ａ，２２ｂが絶縁層２３を介してベース層２１に支持された状態で錘２をリリースできる幅に設定することが好ましい。次いで、図４（ｄ）に示すように、活性層２２に第２封止基板１３を接合する。第２封止基板１３としては、ガラス基板やシリコン基板などを用いることができる。第２封止基板１３の一方の主面に凹部１３ａを形成する。凹部１３ａを設けることにより、活性層２２が第２封止基板１３に接触しないようにすることができる。なお、図４（ｄ）は、図１に示すＩＶＤ−ＩＶＤ線に沿う断面図である。

このようにして、本構成の回転錘構造体は、一対の封止基板１１，１３と、前記一対の封止基板１１，１３間に配置されるように前記一対の封止基板１１，１３にそれぞれ接合され、枠体１及び回転軸体３を備えた錘基板（ＳＯＩ基板）と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板１１，１３間において前記回転軸体３の周りを回転可能である錘２と、を具備し、前記枠体の領域２２ａ及び前記回転軸体の領域２２ｂに対応する前記活性層は、平面視において前記錘２の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を有する。このように一対の封止基板１１，１３で封止することによりパッケージの長期信頼性を得ることができる。なお、封止基板と錘基板とを接合する場合において、シリコン基板とガラス基板の接合については陽極接合を用いることが望ましい。

次に、本実施の形態に係る回転錘構造体の製造方法の他の例について説明する。
図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１に係る回転錘構造体の製造方法の他の例を説明するための図である。

まず、第１封止基板を作製する工程について説明する。図５（ａ）に示すように、第１封止基板１４を準備する。第１封止基板１４としては、シリコン基板などを用いることができる。次いで、図５（ｂ）に示すように、第１封止基板の一方の主面１４ａに凹部１４ｂを形成し、その凹部１４ｂ内に凸部１４ｃを設ける。凹部１４ｂを設けることにより、錘２が揺動した際に、錘２が第１封止基板１４に接触しないようにすることができる。すなわち、錘２が揺動した際には、凸部１４ｃに接触する。このような凸部１４ｃを設けることにより、錘基板の錘が第１封止基板と面接触してスティッキングを起こすことを防止することができる。この凸部１４ｃの高さは、凹部１４ｂの深さよりも小さく設定することが望ましい。また、凸部１４ｃの数については特に制限はない。次いで、図５（ｃ）に示すように、第１封止基板１４を熱酸化して全体に熱酸化膜１４ｄを形成する。

次いで、錘基板を作製する工程について説明する。図６（ａ）に示すように、ベース層２１と、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６（ｂ）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枠体領域２１ａ、回転軸体領域２１ｂ及び錘領域２１ｃ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７（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板の枠体領域２１ａ及び回転軸体領域２１ｂに第１封止基板１４を接合する。このようにして、第１封止基板１４の凹部１４ｂにＳＯＩ基板の錘領域２１ｃが位置するようになる。次いで、図７（ｂ）に示すように、活性層２２をエッチングして、活性層２２が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域２２ａ，２２ｂを設ける。領域２２ａは、枠体領域２１ａに対応する活性層の領域と、錘領域２１ｃとオーバラップする領域とを含む。また、領域２２ｂは、回転軸体２１ｂに対応する領域と、錘領域２１ｃとオーバラップする領域とを含む。この錘領域２１ｃとオーバラップする領域を設けることにより、本構成において錘の抜けを防止することができる。

次いで、図７（ｃ）に示すように、絶縁層２３をエッチングして、錘２についてベース層２１と分離した状態で回転軸体３の周りを回転可能にする。さらに、エッチングを進めて、第１封止基板１４の熱酸化膜１４ｄもエッチングする。エッチングガスは、エッチングされた活性層２２の領域から本構成内に侵入するので、内部の熱酸化膜もエッチングされる。このようにして、第１封止基板１４とベース層２１との間の熱酸化膜以外の熱酸化膜１４ｄは除去される。ここで、絶縁層２３をエッチングする際、サイドエッチにより錘２がリリースされる。したがって、領域２２ａ，２２ｂの幅は、領域２２ａ，２２ｂが絶縁層２３を介してベース層２１に支持された状態で錘２をリリースできる幅に設定することが好ましい。

次いで、図７（ｄ）に示すように、活性層２２に第２封止基板１３を接合する。第２封止基板１３としては、ガラス基板やシリコン基板などを用いることができる。第２封止基板１３の一方の主面に凹部１３ａを形成する。凹部１３ａを設けることにより、活性層２２が第２封止基板１３に接触しないようにすることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、実施の形態１の回転錘構造体を磁気検知式センサに用いた場合について説明する。なお、ここでは、センサが傾斜センサである場合について説明する。

本実施の形態の傾斜センサは、回転錘構造体と、前記回転錘構造における前記一対の封止基板の一方の封止基板及び前記錘に、互いに対向するように設けられた一対の検出部と、で主に構成されている。ここで、一対の検出部は、磁気センサと磁石とで構成されている。

図８（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るセンサの製造方法を説明するための図である。図８に示す構成においては、第２封止基板１３及び錘２にそれぞれ一対の検出部を設けている。具体的には、第２封止基板１３のＳＯＩ基板に対向する面に磁気センサ２０を設け、錘２における磁気センサ２０と対向する領域に磁石１５を設けている。また、第２封止基板１３のＳＯＩ基板対向面には、電極パッド１７が設けられており、磁気センサ２０と電極パッド１７との間には配線１６が設けられている。これにより、磁気センサ２０の出力を外部に引き出すことができる。図８に示す構成において、磁気センサ２０を第２封止基板１３に設け、磁石１５を錘２に設けた場合について説明しているが、磁気センサ２０を錘２に設け、磁石１５を第２封止基板１３に設けても良い。磁気センサ２０の出力を外部に引き出す観点から図８に示す配置が好ましい。磁気センサ２０としては、例えば、ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistance）素子などを用いることができる。

このような傾斜センサを製造する場合においては、実施の形態１と同様にして、第１封止基板及びＳＯＩ基板（錘基板）を作製し、ＳＯＩ基板の枠体領域２１ａ及び回転軸体領域２１ｂに第１封止基板１１を接合する。次いで、図８（ａ）に示すように、活性層２２をエッチングして、活性層２２が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域２２ａ，２２ｂ、並びに磁石１５を設ける領域２２ｃを設ける。そして、領域２２ｃ上に磁気センサ２０を形成する。次いで、図８（ａ）に示すように、第２封止基板１３の一方の主面に凹部１３ａを形成し、磁石１５と対向する領域に磁気センサ２０を設け、さらに電極パッド１７及び配線１６を形成する。次いで、絶縁層２３をエッチングして、錘２についてベース層２１と分離した状態で回転軸体３の周りを回転可能にする。次いで、図８（ｂ）に示すように、活性層２２に第２封止基板１３を接合する。

図９（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る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９に示す構成においては、第１封止基板１３及び錘２にそれぞれ一対の検出部を設けている。具体的には、第１封止基板１１のＳＯＩ基板に対向する面に磁気センサ２０を設け、錘２における磁気センサ２０と対向する領域に磁石１５を設けている。また、第１封止基板１１のＳＯＩ基板対向面には、電極パッド１７が設けられており、磁気センサ２０と電極パッド１７との間には配線１６が設けられている。これにより、磁気センサ２０の出力を外部に引き出すことができる。図９に示す構成において、磁気センサ２０を第１封止基板１１に設け、磁石１５を錘２に設けた場合について説明しているが、磁気センサ２０を錘２に設け、磁石１５を第１封止基板１１に設けても良い。磁気センサ２０の出力を外部に引き出す観点から図９に示す配置が好ましい。磁気センサ２０としては、例えば、ＧＭＲ素子などを用いることができる。

このような傾斜センサを製造する場合においては、実施の形態１と同様にして、第１封止基板を作製し、凹部１１ｂの磁石１５と対向する領域に磁気センサ２０を設け、さらに電極パッド１７及び配線１６を形成する。次いで、実施の形態１と同様にして、ＳＯＩ基板（錘基板）を作製し、ベース層２１の錘領域２１ｃの磁気センサ２０と対向する領域に磁石１５を設ける。次いで、ＳＯＩ基板の枠体領域２１ａ及び回転軸体領域２１ｂに第１封止基板１１を接合する。次いで、図９（ａ）に示すように、活性層２２をエッチングして、活性層２２が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域２２ａ，２２ｂを設ける。次いで、図９（ａ）に示すように、第２封止基板１３の一方の主面に凹部１３ａを形成し、次いで、絶縁層２３をエッチングして、錘２についてベース層２１と分離した状態で回転軸体３の周りを回転可能にする。次いで、図９（ｂ）に示すように、活性層２２に第２封止基板１３を接合する。

図９に示す構成においては、第１封止基板１１にスティッキング防止用の凸部１１ｃが設けられると共に、検出部である磁気センサ２０が設けられる。磁石１５と磁気センサ２０とは接触しないように配置する必要があるので、凸部１１ｃの高さは磁気センサ２０の高さよりも高いことが望ましい。

図８及び図９に示す傾斜センサの傾斜角リニア出力の回路を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）から分かるように、この傾斜センサにおいては、錘２が回転することによる磁石１５の変位により、磁石１５と磁気センサ２０との間の磁場が変わり、それに起因する抵抗値の変化を電圧として取り出すことができる。本発明のセンサにおいては、回転錘構造体の錘の変位量が大きいので、大きな出力を取り出すことが可能となる。図１０（ａ）に示す回路における磁気センサ２０の抵抗変化は図１０（ｂ）に示すようになる。すなわち、センサの傾斜角（錘２の変位量）に応じて抵抗値がリニアに変化する。したがって、図１０（ｂ）のリニアな領域を傾斜角検知範囲とすることにより、センサの出力電圧から傾斜角を求めることができる。すなわち、図１０（ｃ）に示す関係に基づいて傾斜角を求めることができる。

また、図８及び図９に示す傾斜センサを図１１に示すような回路とすることにより、ディジタル的な方向検知用の回路にすることができる。図１１に示す回路において、４５°傾斜時のアンプ出力Ｖoutを傾斜方向判定の閾値にすることにより、右傾斜と左傾斜の２方向（水平を入れて３方向）の検知を行うことができる。このような回路構成において、閾値設定を多くすることにより、傾斜角分解能を上げることができる。なお、図１１に示す回路においては、傾斜方向（３方向）毎にＨｉ／Ｌｏｗ信号を出力する端子を設けているが、２進数でコード化して出力することにより、出力端子数を減らすこともできる。

（実施の形態３）
本実施の形態においては、実施の形態１の回転錘構造体を静電容量式センサに用いた場合について説明する。なお、ここでは、センサが傾斜センサである場合について説明する。

本実施の形態の傾斜センサは、回転錘構造体と、前記回転錘構造における前記一対の封止基板の一方の封止基板及び前記錘に、互いに対向するように設けられた一対の検出部と、で主に構成されている。ここで、一対の検出部は、一対の電極で構成されている。静電容量式センサにおいては、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、一対の固定電極１８ａ，１８ｂと、可動電極１９とが対向しており、可動電極１９が移動することにより、固定電極１８ａ，１８ｂとの間の対向面積が変わる。すなわち、可動電極１９が移動することにより、固定電極１８ａと可動電極１９との間の静電容量と、固定電極１８ｂと可動電極１９との間の静電容量とが変化する。この静電容量の変化を用いて傾斜を検知する。

図１３（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係るセンサの製造方法を説明するための図である。図１３に示す構成においては、第２封止基板１３及び錘２にそれぞれ一対の検出部を設けている。具体的には、第２封止基板１３のＳＯＩ基板に対向する面に固定電極１８ａ，１８ｂを設け、錘２における固定電極１８ａ，１８ｂと対向する領域に可動電極１９を設けている。また、第２封止基板１３のＳＯＩ基板対向面には、電極パッド１７が設けられており、固定電極１８ａ，１８ｂと電極パッド１７との間には配線１６が設けられている。これにより、固定電極１８ａ，１８ｂの出力を外部に引き出すことができる。図１３に示す構成において、一対の固定電極１８ａ，１８ｂを第２封止基板１３に設け、可動電極１９を錘２に設けた場合について説明しているが、一対の電極を錘２に設け、一つの電極を第２封止基板１３に設けても良い。

このような傾斜センサを製造する場合においては、実施の形態１と同様にして、第１封止基板及びＳＯＩ基板（錘基板）を作製し、ＳＯＩ基板の枠体領域２１ａ及び回転軸体領域２１ｂに第１封止基板１１を接合する。次いで、図１３（ａ）に示すように、活性層２２をエッチングして、活性層２２が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域２２ａ，２２ｂ、並びに可動電極１９の領域を設ける。次いで、図１３（ａ）に示すように、第２封止基板１３の一方の主面に凹部１３ａを形成し、可動電極１９と対向する領域に一対の固定電極１８ａ，１８ｂを設け、さらに電極パッド１７及び配線１６を形成する。次いで、絶縁層２３をエッチングして、錘２についてベース層２１と分離した状態で回転軸体３の周りを回転可能にする。次いで、図１３（ｂ）に示すように、活性層２２に第２封止基板１３を接合する。

図１４（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る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１４に示す構成においては、第１封止基板１３及び錘２にそれぞれ一対の検出部を設けている。具体的には、第１封止基板１１のＳＯＩ基板に対向する面に一対の固定電極１８ａ，１８ｂを設け、錘２を可動電極としている（可動電極を錘が兼ねている）。また、第１封止基板１１のＳＯＩ基板対向面には、電極パッド１７が設けられており、固定電極１８ａ，１８ｂと電極パッド１７との間には配線１６が設けられている。これにより、固定電極１８ａ，１８ｂの出力を外部に引き出すことができる。

このような傾斜センサを製造する場合においては、実施の形態１と同様にして、第１封止基板を作製し、凹部１１ｂの錘２と対向する領域に一対の固定電極１８ａ，１８ｂを設け、さらに電極パッド１７及び配線１６を形成する。次いで、実施の形態１と同様にして、ＳＯＩ基板（錘基板）を作製する。次いで、ＳＯＩ基板の枠体領域２１ａ及び回転軸体領域２１ｂに第１封止基板１１を接合する。次いで、図１４（ａ）に示すように、活性層２２をエッチングして、活性層２２が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域２２ａ，２２ｂを設ける。次いで、図１４（ａ）に示すように、第２封止基板１３の一方の主面に凹部１３ａを形成し、次いで、絶縁層２３をエッチングして、錘２についてベース層２１と分離した状態で回転軸体３の周りを回転可能にする。次いで、図１４（ｂ）に示すように、活性層２２に第２封止基板１３を接合する。

図１４に示す構成においては、第１封止基板１１にスティッキング防止用の凸部１１ｃが設けられると共に、検出部である固定電極１８ａ，１８ｂが設けられる。可動電極である錘２と固定電極１８ａ，１８ｂとは接触しないように配置する必要があるので、凸部１１ｃの高さは固定電極１８ａ，１８ｂの高さ（厚さ）よりも高いことが望ましい。

図１３及び図１４に示す傾斜センサの傾斜角リニア出力の回路を図１５（ａ）に示す。図１５（ａ）から分かるように、この傾斜センサにおいては、錘２が回転することによる可動電極１９の変位により、可動電極１９と固定電極１８ａ，１８ｂとの間の対向面積が変わり、それに起因する静電容量の変化を電圧として取り出すことができる。本発明のセンサにおいては、回転錘構造体の錘の変位量が大きいので、大きな出力を取り出すことが可能となる。図１５（ａ）に示す回路における静電容量は図１５（ｂ）に示すようになる。すなわち、センサの傾斜角（錘２の変位量）に応じて静電容量がリニアに変化する。したがって、図１５（ｂ）のリニアな領域を傾斜角検知範囲とすることにより、センサの出力電圧から傾斜角を求めることができる。すなわち、図１５（ｃ）に示す関係に基づいて傾斜角を求めることができる。

また、図１３及び図１４に示す傾斜センサを図１６に示すような回路とすることにより、ディジタル的な方向検知用の回路にすることができる。図１６に示す回路において、４５°傾斜時のアンプ出力Ｖoutを傾斜方向判定の閾値にすることにより、右傾斜と左傾斜の２方向（水平を入れて３方向）の検知を行うことができる。このような回路構成において、閾値設定を多くすることにより、傾斜角分解能を上げることができる。なお、図１６に示す回路においては、傾斜方向（３方向）毎にＨｉ／Ｌｏｗ信号を出力する端子を設けているが、２進数でコード化して出力することにより、出力端子数を減らすこともできる。

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、本発明の回転錘構造体を磁気検知式センサや静電容量式センサに用いた場合について説明しているが、本発明の回転錘構造体は、光学式センサに用いても良い。例えば、一対の検出部として発光素子と受光素子を用い、発光素子と受光素子との間で錘が回転するように回転錘構造体を配置し、発光素子と受光素子との間の光のシャッタとして錘を用いることにより、光学式センサとして応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。

本発明は、携帯端末などの小型デバイスに搭載可能なセンサに有用である。

１ 枠体
２ 錘
３ 回転軸体
４ 開口部
５ オーバラップ領域
１１，１４ 第１封止基板
１１ａ，１４ａ 主面
１１ｂ，１４ｂ，１３ａ 凹部
１１ｃ，１４ｃ 凸部
１３ 第２封止基板
１４ｄ 熱酸化膜
１５ 磁石
１６ 配線
１７ 電極パッド
１８ａ，１８ｂ 固定電極
１９ 可動電極
２０ 磁気センサ
２１ ベース層
２１ａ 枠体領域
２１ｂ 回転軸体領域
２１ｃ 錘領域
２２ 活性層
２３ 絶縁層

Claims (10)

1. 一対の封止基板と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体及び回転軸体を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能である錘と、を具備し、前記錘基板は、前記ベース層と、前記活性層と、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基板で構成されており、前記枠体の領域及び前記回転軸体の少なくとも一方の領域に対応する前記活性層は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を有することを特徴とする回転錘構造体。
2. 一対の封止基板と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体及び回転軸体を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能である錘と、を具備したＭＥＭＳ構造体であって、前記錘基板は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする抜け防止領域を有することを特徴とする回転錘構造体。
3. 前記一対の封止基板の少なくとも一方の封止基板は、前記錘と接触する凸部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転錘構造体。
4. 請求項１記載の回転錘構造体と、前記回転錘構造における前記一対の封止基板の一方の封止基板及び前記錘に、互いに対向するように設けられた一対の検出部と、を具備することを特徴とするセンサ。
5. 前記一対の検出部は、磁気センサと磁石とで構成されていることを特徴とする請求項４記載のセンサ。
6. 前記一対の検出部は、一対の電極で構成されていることを特徴とする請求項４記載のセンサ。
7. 前記一対の電極のうちの一つの電極を錘が兼ねることを特徴とする請求項６記載のセンサ。
8. 前記検出部が設けられた一方の封止基板が前記錘と接触する凸部を有し、前記凸部の高さが前記検出部を構成する部材の高さよりも高いことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載のセンサ。
9. ベース層と、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基板の前記ベース層をエッチングして枠体領域、回転軸体領域及び錘領域を設ける工程と、前記ＳＯＩ基板の前記枠体領域及び前記回転軸体領域に第１封止基板を接合する工程と、前記活性層をエッチングして、前記活性層が平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、前記錘について前記ベース層と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能にする工程と、前記活性層に第２封止基板を接合する工程と、を具備することを特徴とする回転錘構造体の製造方法。
10. 請求項９記載の方法で得られた回転錘構造体における前記第１封止基板又は前記第２封止基板と、前記錘とに、互いに対向するように一対の検出部をそれぞれ設けることを特徴とするセンサの製造方法。

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