JP2012026880A - 物理量センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 可動部を第１の開口幅にて適切に画定することができるとともに、スリット部にエッチング残りを生じさせることなく適切に幅細の前記スリット部を形成できる物理量センサ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】 第１の開口幅Ｔ１のエッチング面により画定された可動部を有する機能層と、前記可動部の変位を検知するための検知部とを備え、前記機能層には、前記第１の開口幅Ｔ１よりも狭い第２の開口幅Ｔ２のエッチング面から成るスリット部５２が形成され、前記スリット部５２の両側には、前記第１の開口幅Ｔ１が連続しており、前記スリット部５２の少なくとも一箇所に、前記第２の開口幅Ｔ２よりも開口幅Ｔ３が大きい幅広部５３が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、機能層からエッチングにより切り出して形成された可動部の変位量を検知し、これにより、外部から作用する加速度などの物理量の測定を可能とした物理量センサ及びその製造方法に関する。

例えば、物理量センサは、シリコン基板をエッチング処理して、所定方向に変位可能に支持された可動部（錘部）を備える。下記の特許文献１には、エッチング処理の際に生じるマイクロローディング効果による不具合について記載されている。すなわち、エッチングの際に、開口幅の広いパターン部と、開口幅の狭いパターン部との間にエッチングレート差が生じ、開口幅の広いパターンのほうが速く深さ方向にエッチングされる。

このため特許文献１では、エッチングする領域の開口幅が等しくなるように調整している。

しかしながら、センサの特性向上等のために、開口幅の一部を狭くしなければならない場合がある。例えば、特許文献２のように、幅の狭い開口部（特許文献２では、スリット部と記載されている）と、幅の広い開口部（特許文献２では、切欠部と記載されている）とが存在する構成では、上記したマイクロローディング効果による不具合が生じてしまう。すなわち特許文献２では、幅の広い開口部に合わせてエッチングを行えば、幅の狭い開口部の部分にエッチング残りが生じて不良品となり、また、幅の狭い開口部に合わせてエッチングを行えば、幅の広い開口部が余計に削られて、可動部の形状異常や形状ばらつきが生じて、安定した検出特性を得ることができない問題がある。

特許文献３は加速度センサに関する発明であり、筐体からの反作用を緩和する目的で振動板にスリット（特許文献３の符号２ｇ）を設けていることが開示されている。しかし特許文献３では基板をエッチングしてスリットを形成しているわけでない。しかも特許文献３に示されたスリットの形状を基板にエッチングしようとすると、従来と同様にエッチング残りが生じやすい。

特開２００２−３１８２４４号公報 特開２００７−２４６６８号公報 特開２００６−７８４４４号公報

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、可動部を第１の開口幅にて適切に画定することができるとともに、スリット部にエッチング残りを生じさせることなく適切に幅細の前記スリット部を形成できる物理量センサ及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明における物理量センサは、
第１の開口幅のエッチング面により画定された可動部を有する機能層と、前記可動部の変位を検知するための検知部とを備え、
前記機能層には、前記第１の開口幅よりも狭い第２の開口幅のエッチング面から成るスリット部が形成され、前記スリット部の両側には、前記第１の開口幅が連続しており、
前記スリット部の少なくとも一箇所に、前記第２の開口幅よりも開口幅が大きい幅広部が形成されていることを特徴とするものである。

これにより、可動部を画定するための第１の開口幅と、スリット部を形成するための前記第１の開口幅よりも狭い第２の開口幅とが混在する構成であっても、スリット部にエッチング残りや可動部の形状異常、形状のばらつき等が生じる不具合を抑制できる。よって、可動部を画定するための第１の開口幅よりも細いスリット部を有する構成において、センサを正常に動作させることができ、且つ安定した特性を有する物理量センサにできる。

本発明では、前記スリット部は、前記可動部の検出変位方向以外の方向への可動範囲を規制するための規制部であることが好ましい。規制部（スリット部）に部分的に幅広部を形成しており、幅広部を除いた部分では第２の開口幅を保つため規制部として適切に機能させることが可能である。
本発明では、前記幅広部は前記スリット部の中央に形成されることが好ましい。

また本発明では、前記スリット部は、前記可動部を変位可能に支持し前記機能層に設けられた固定部と前記可動部との間を画定する前記第１の開口幅に連続して形成されていることが好ましい。このとき、前記幅広部は、前記固定部側に向けて形成されていることが好ましい。これにより、スリット部に幅広部を形成した影響を、可動部側に及ばないようにできる。

また本発明では、前記スリット部は、第１の可動部と第２の可動部とに画定する前記第１の開口幅に連続して形成されている形態でもよい。例えば、前記第１の可動部は、高さ方向へ変位する錘部で、前記第２の可動部は、前記錘部に回動自在に連結された回動支持部である。このとき、前記幅広部は、前記第２の可動部側に向けて形成されていることが好ましい。これにより、スリット部に幅広部を形成した影響を、錘部側に及ばないようにでき、錘部の質量変化等を抑制でき、安定した特性を得ることができる。

また本発明は、第１の開口幅により画定された可動部を有する機能層と、前記可動部の変位を検知するための検知部とを備えて成る物理量センサの製造方法であって、
前記機能層を前記第１の開口幅によりエッチングして前記可動部を画定するとき、前記第１の開口幅にてエッチングするエッチング領域の一部を、前記第１の開口幅よりも狭い第２の開口幅からなり、両側に前記第１の開口部が連続するスリット部としてエッチングし、この際、前記スリット部の少なくとも一箇所を、前記第２の開口幅よりも開口幅が大きい幅広部としてエッチングすることを特徴とするものである。

これにより、スリット部全体のエッチングレートの低下を適切に抑制できる。よって可動部を画定するための第１の開口幅と、スリット部を形成するための前記第１の開口幅よりも狭い第２の開口幅とが混在する構成であっても、前記可動部を第１の開口幅にて適切に画定することができるとともに、前記スリット部にエッチング残りが生じる不具合を効果的に抑制することができる。このように本発明によれば、エッチング工程により前記可動部の形状異常や形状ばらつき等を引き起こすことなく、幅細のスリット部を、適切にエッチングにて形成することができる。

また本発明では、前記幅広部を前記スリット部の中央に形成することが好ましい。これにより、スリット部の中央部及び両側に幅の広い開口部分が存在することで、スリット部でのエッチングレートの低下をスリット部全体で適切に抑制でき、且つスリット部の中央から両側にかけてほぼ均一で且つ差の小さいエッチングレートとなるように調整することが出来る。

本発明の物理量センサによれば、可動部を画定するための第１の開口幅と、スリット部を形成するための前記第１の開口幅よりも狭い第２の開口幅とが混在する構成であっても、スリット部にエッチング残りや可動部の形状異常、形状のばらつき等が生じる不具合を抑制できる。よって、可動部を画定するための第１の開口幅よりも細いスリット部を有する構成において、センサを正常に動作させることができ、且つ安定した特性を有する物理量センサにできる。

また本発明の物理量センサの製造方法によれば、スリット部全体のエッチングレートの低下を適切に抑制できる。よって可動部を画定するための第１の開口幅と、スリット部を形成するための前記第１の開口幅よりも狭い第２の開口幅とが混在する構成であっても、前記可動部を第１の開口幅にて適切に画定することができるとともに、前記スリット部にエッチング残りが生じる不具合を効果的に抑制することができる。このように本発明によれば、エッチング工程により前記可動部の形状異常や形状ばらつき等を引き起こすことなく、幅細のスリット部を、適切にエッチングにて形成することができる。

本発明の第１実施形態における物理量センサの平面図、 図１に示す一部を拡大して示した部分拡大平面図、 図３（ａ）は、本実施形態におけるスリット部の部分拡大平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿ってスリット部を切断したときの部分拡大縦断面図（エッチングの途中工程を示す）、 図４（ａ）は、比較例におけるスリット部の部分拡大平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿ってスリット部を切断したときの部分拡大縦断面図（エッチングの途中工程を示す）、 図３（ａ）とは異なる形状の別の実施形態におけるスリット部の部分拡大平面図、 図１に示す物理量センサをＣ−Ｃ線に沿って切断し矢印方向から見た部分縦断面図、 本実施形態の物理量センサが無重力下で静止している状態を示す斜視図、 本実施形態の物理量センサが動作している状態を示す斜視図、 図１とは別の実施形態における物理量センサの平面図、 図１，図９とは別の実施形態における物理量センサの平面図。

各図に示す物理量センサに関しては、Ｙ方向が左右方向であり、Ｙ１方向が左方向でＹ２方向が右方向、Ｘ方向が前後方向であり、Ｘ１方向が前方でＸ２方向が後方である。また、Ｙ方向とＸ方向の双方に直交する方向が上下方向（Ｚ方向；高さ方向）である。

図１に示す物理量センサ１は、例えば、長方形の平板であるシリコン基板（機能層）を有して形成されている。すなわち、シリコン基板に、各部材の形状に対応する平面形状のレジスト層を形成し、レジスト層が存在していない部分で、シリコン基板をディープＲＩＥ（ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング）のエッチング工程で切断することで、各部材を分離している。したがって、物理量センサ１を構成する各部材は、シリコン基板の表面と裏面の厚みの範囲内で構成されている。図７に示すように、物理量センサ１が無重力下で静止状態のときに、表面全体と裏面全体が夫々、同一面上に位置しており、表面及び裏面から突出する部分がない。なお、物理量センサ１は通常の使用状態のときは地上にあるため、地球の重力の影響で静止状態であっても若干変位をしている。

物理量センサ１は微小であり、例えば長方形の長辺１ａ，１ｂの長さ寸法は１ｍｍ以下であり、短辺１ｃ，１ｄの長さ寸法は０．８ｍｍ以下である。さらに、厚み寸法は０．１ｍｍ以下である。

図１や図７に示すように、物理量センサ１は、長方形の長辺１ａ，１ｂおよび短辺１ｃ，１ｄで囲まれた外枠部分が可動部２である。長辺１ａ，１ｂの延びる方向が前後方向であり、短辺１ｃ，１ｄの延びる方向が左右方向である。

図１や図７に示すように、可動部２は、高さ方向（Ｚ）に平行に変位する錘部（第１の可動部）２ａと、錘部２ａの内側に設けられた回動支持部（第２の可動部）３，４，１４，１５とを有して構成される。図１，図２に示すように回動支持部３，４の平面形状はクランク状で形成されている。

図１に示すように第１の回動支持部３は、前方（Ｘ１）に延びる連結腕３ａと、後方（Ｘ２）に延びる脚部３ｂとが一体に形成されている。また図１に示すように第２の回動支持部４は、後方（Ｘ２）に延びる連結腕４ａと、前方（Ｘ１）に延びる脚部４ｂとが一体に形成されている。

連結腕３ａ，４ａ及び脚部３ｂ，４ｂは各アンカ部（固定部）５〜７から離れる方向であって、前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に平行に所定の幅寸法にて延出する形状で形成されている。

図１に示すように、可動部２の内側には、中央アンカ部５、左側アンカ部６及び右側アンカ部７が設けられている。各アンカ部５〜７は、左右方向（Ｙ）に所定の間隔を空けて設けられる。中央アンカ部５、左側アンカ部６及び右側アンカ部７の前後方向（Ｘ）の幅寸法は略同一である。

各アンカ部５〜７は図６（図６は図１に示すＣ−Ｃ線に沿って切断し矢印方向から見た部分縦断面図である。ただし図６にはアンカ部５のみが図示されている）に示すように、支持基板１０に酸化絶縁層（ＳｉＯ₂層）２５を介して固定支持される。支持基板１０は例えばシリコン基板である。酸化絶縁層２５は、可動部２と対向する位置には設けられていない。支持基板１０、酸化絶縁層２５、及び図１に示す可動部２及びアンカ部５〜７等を構成するシリコン基板（機能層）は、例えばＳＯＩ基板である。

図１に示すように、第１の回動支持部３の連結腕３ａの先端部と錘部２ａとが連結部１１ａにおいて回動自在に連結されており、第２の回動支持部４の連結腕４ａの先端部と錘部２ａとが連結部１１ｂにおいて回動自在に連結されている。

また図１に示すように、第１の回動支持部３の連結腕３ａは、左側アンカ部６と支点連結部１２ｂ、及び、中央アンカ部５と支持連結部１２ａにおいて回動自在に連結されている。また図１に示すように、第２の回動支持部４の第１連結腕４ａは、右側アンカ部７と支点連結部１３ｂ、及び、中央アンカ部５と支持連結部１３ａにおいて回動自在に連結されている。

また図１に示す実施形態では、左側アンカ部６の後方（Ｘ２）に、錘部２ａ及び左側アンカ部６と分離して形成された第３の回動支持部１４が設けられ、右側アンカ部７の前方（Ｘ１）に、錘部２ａ及び右側アンカ部７と分離して形成された第４の回動支持部１５が設けられている。

図１に示すように第３の回動支持部１４の先端部と錘部２ａとは、連結部１６ａにおいて、回動自在に連結されている。また、第４の回動支持部１５の先端部と錘部２ａとは、連結部１６ｂにおいて、回動自在に連結されている。また図１に示すように、第３の回動支持部１４と左側アンカ部６とは、支点連結部１７ａにおいて、回動自在に連結されている。また第４の回動支持部１５と右側アンカ部７とは、支点連結部１７ｂにおいて、回動自在に連結されている。

図１に示すように、第１の回動支持部３の連結腕３ａと第３の回動支持部１４との間が連結部１８ａを介して連結されている。また図１に示すように、第２の回動支持部４の連結腕４ａと第４の回動支持部１５との間が連結部１８ｂを介して連結されている。

各連結部部１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ及び各支点連結部１２ａ，１３ａ，１３ｂ，１７ｂは、シリコン基板をエッチングにて幅細に切り出すことで、ばね性を有するトーションバー（ばね部）で構成される。

図６に示すように、物理量センサ１には、錘部２ａと高さ方向にて離れた一方に支持基板１０と他方に配線基板３０が設けられる。図６に示すように配線基板３０の表面には、固定電極３０ａが設けられている。配線基板３０はシリコン基板の表面に絶縁層３０ｂが形成された構成であり、固定電極３０ａは、前記絶縁層上に導電性金属材料をスパッタしまたはメッキすることで形成されている。

また図６に示すように、各アンカ部５〜７と配線基板３０間は金属の接合層５０により接合されている。接合層５０は例えばＡｌ−Ｇｅの共晶接合層である。接合層５０から配線基板３０の絶縁層３０ｂの内部に配線層５１が形成され、前記配線層５１は外部に引き出される。

この物理量センサ１は、無重力の状態で外部から力（加速度等）が作用していないときに、それぞれの支点連結部および連結部に設けられたトーションバー（ばね部）の弾性復元力により、図７に示すように、全ての部分の表面が同一平面となった状態を維持している。但し、地上で物理量センサ１を実際に使用する際は、実際は地球の重力の影響で、外部から重力以外の力（加速度）が作用していなくても錘部２ａは若干変位をしている。

物理量センサ１に外部から例えば加速度が与えられると、加速度は、錘部２ａ及び各アンカ部５〜７に作用する。このとき、錘部２ａは慣性力によって絶対空間内で留まろうとし、その結果、各アンカ部５〜７に対して錘部２ａが加速度の作用方向と逆の方向へ相対的に移動する。そして図８に示すように、錘部２ａは慣性力により図７の静止状態の位置から高さ方向へ向けて変位すべく、第１の回動支持部３が支点連結部１２ａ、１２ｂを中心に高さ方向に回動し、第２の回動支持部４が支点連結部１３ａ，１３ｂを中心として高さ方向に回動し、第３の回動支持部１４が支点連結部１７ａを中心として高さ方向に回動し、第４の回動支持部１５が支点連結部１７ｂを中心として高さ方向に回動する。この回動動作時、各連結部１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ及び支点連結部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ、１７ａ，１７ｂに設けられたトーションバーは捩れ変形する。

本実施形態の錘部２ａの支持機構により錘部２ａを高さ方向（Ｚ）に効果的に平行移動させることが出来る。

また本実施形態では、物理量変化により、脚部３ｂ，４ｂが、錘部２ａの変位方向とは逆方向に飛び出す構造となっている。この脚部３ｂ，４ｂは、錘部２ａが図６に示す支持基板１０の表面１０ａに当接するよりも先に、脚部３ｂ，４ｂの先端部が配線基板３０の表面（ストッパ面）３０ａに当接し、錘部２ａの高さ方向への変位を抑制する。

このように図１の実施形態では、錘部２ａの変位方向とは逆方向に変位する脚部３ｂ，４ｂを設け、可動部２の高さ方向（Ｚ）への変位を抑制するストッパ機構を設けている。

本実施形態では図２に示すように、錘部２ａと各回動支持部３，４，１４，１５の間、及び各回動支持部３，４，１４，１５と各アンカ部５，６，７の間が、第１の開口幅Ｔ１（一箇所のみ表記）からなる画定部５６に画定されている。画定部５６の両側面は、エッチング面である。

また図２に示すように、第１の開口幅Ｔ１の画定部５６に連続して、第１の開口幅Ｔ１よりも狭い第２の開口幅Ｔ２（一箇所のみ表記）のエッチング面からなる複数のスリット部５２が形成されている。図２に示す各スリット部５２は、画定部５６としてのエッチング領域のライン上に形成されており、各スリット部５２の長さ方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の両側に前記画定部５６が連続している。

各スリット部５２は、錘部２ａの検出変位方向（図１の実施形態では高さ方向（Ｚ））以外の方向への可動範囲を規制するための規制部として機能する。すなわち各スリット部５２は、錘部２ａが平面（Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向から成る平面）の方向に可動するのを極力、抑えるために設けられている。

図２では、各スリット部５２は左右方向（Ｙ１−Ｙ２）に直線状に延びる第１の開口幅Ｔ１の一部分をＴ２に細くして形成されている。よって左右方向（Ｙ１−Ｙ２）に延びる各スリット部５２により、錘部２ａの前後方向（Ｘ１−Ｘ２）への可動範囲を小さくすることができる。なお、錘部２ａの左右方向（Ｙ１−Ｙ２）への可動範囲は、各連結部１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ及び支点連結部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ、１７ａ，１７ｂに設けられたトーションバー（図２の太く図示された部分がトーションバーである）の形状により、もともと小さいため（左右方向に動きにくいため）、この実施形態では、左右方向（Ｙ１−Ｙ２）に対する可動範囲を規制するための規制部を形成していない。ただし、左右方向（Ｙ１−Ｙ２）に対する可動範囲を規制するための規制部を設けてもよい。

図２に示すように、各スリット部５２には一部に、第２の開口幅Ｔ２よりも開口幅が大きい幅広部５３が形成されている。

図３（ａ）は、スリット部（規制部）５２の拡大平面図、図３（ｂ）は、スリット部５２を図３（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿って切断した切断面を示す部分縦断面図であり、スリット部におけるエッチングレートを説明するための説明図である。

図３（ａ）に示すように、第２の開口幅Ｔ２のエッチング面からなるスリット部５２の長さ方向（Ｙ１−Ｙ２）の中央部に最大開口幅Ｔ３のエッチング面からなる幅広部５３が形成されている。幅広部５３の最大開口幅Ｔ３は小さすぎても、スリット部５２にエッチング残りが生じやすくなり、また最大開口幅Ｔ３は大きすぎても、アンカ部５〜７や可動部２の面積が減少して、特性変化や、アンカ部５〜７を介した各シリコン基板間の接合強度が低下する等の問題が生じやすくなる。よって、幅広部５３の最大開口幅Ｔ３は、第１の開口幅Ｔ１／２〜第１の開口幅Ｔ１程度とすることが好適である。また図３（ａ）に示すように、スリット部５２は、第１の開口幅Ｔ１の幅中心からＹ１−Ｙ２方向に沿って延出しており、幅広部５３の突き出し先端５３ａをちょうど、第１の開口幅Ｔ１の片側の開口側面（エッチング面）５４とＹ１−Ｙ２方向にて一致させることで、幅広部５３を第１の開口幅Ｔ１よりも外側に突き出させることなく、それでいて、適度に大きい開口幅Ｔ３にて幅広部５３を形成でき好適である。

なお、第１の開口幅Ｔ１は、２〜４μｍ、第２の開口幅Ｔ２は、０．５〜１．５μｍ程度であり、第２の開口幅Ｔ２は、第１の開口幅Ｔ１の１／２〜１／４程度の大きさである。

また、スリット部５２の長さ寸法（Ｙ１−Ｙ２方向）Ｌ１は、１０〜１５μｍ程度であり、幅広部５３の長さ寸法Ｌ２は、３〜５μｍ程度であり、幅広部５３の長さ寸法Ｌ２は、スリット部５２の長さ寸法Ｌ１に対して、１／３〜１／４程度の大きさである。

また、幅広部５３は各スリット部５２に対して図２，図３（ａ）に示すように一箇所であってもよいし、図５に示すように複数箇所に設けてもよい。幅広部５３の個数や大きさに関しては、スリット部５２の第２の開口幅Ｔ２及び長さ寸法Ｌ１から計算したアスペクト比等に基づいて規定することが可能である。ちなみに、スリット部５２のアスペクト比（長さ寸法Ｌ１／第２の開口幅Ｔ２）は、１０〜２０程度であり、アスペクト比が大きくなればそれだけ、幅広部５３の個数を増やしたり幅広部５３の大きさを大きくする等の調整を行う。また、幅広部５３は、スリット部５２の長さ寸法Ｌ１に対して均等割りした位置に設けることが望ましい。よって図２，図３（ａ）に示すように、各スリット部５２に一箇所だけ幅広部５３を設ける場合には、各スリット部５２の長さ寸法Ｌ１の中央部に設けることが好ましい。

また幅広部５３の開口面（エッチング面）５３ｂの形状は図３では凸曲面状であるが、図５のように、矩形状に形成することも可能である。ただし凸曲面状としたほうが、スリット部５５の長さ方向へのエッチングレート分布をなだらかにできる。

図４（ａ）には、比較例におけるスリット部５５が図示されている。図４（ａ）に示すようにスリット部５５は、画定部５６を構成する第１の開口幅Ｔ１よりも狭い第２の開口幅Ｔ２で形成されるが、図３（ａ）と異なって、第２の開口幅Ｔ２よりも広い開口幅Ｔ３の幅広部５３は設けられていない。

図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線より切断した部分縦断面図であり、エッチング工程の途中状態を示している。第１の開口幅Ｔ１からなる画定部５６及び第２の開口幅Ｔ２からなるスリット部５５をエッチングしていくと、開口幅の広い画定部５６でのエッチングレートはスリット部５５よりも速く、既に図４（ｂ）に示すシリコン基板（機能層）５７の深さ位置Ｄ１までエッチングが進んでいる。一方、開口幅の狭いスリット部５５は、画定部５６よりもエッチングレートが遅く、特にスリット部５５の長さ方向（Ｙ１−Ｙ２）の中心に向うほど、エッチングレートが遅くなる。このため、スリット部５５の中央では、シリコン基板（機能層）５７の深さ位置Ｄ２（深さ位置Ｄ１から最も遠い位置）までしかエッチングが進行していない。比較例では、画定部５６とスリット部５５との間でのエッチングレート差が大きいために、画定部５６が第１の開口幅Ｔ１でエッチングし終わった状態でも、依然としてスリット部５５の下方位置にはエッチング残りが生じた状態となる。スリット部５５は第１の開口幅Ｔ１で形成された画定部５６に連続してスリット部５５自体も画定部５６の一部を構成しているから、スリット部５５にエッチング残りが生じると、適切に可動部２を切り出すことができず、不良品となる。あるいは、スリット部５５にエッチング残りが生じないエッチング条件で行うと、画定部５６がより長くエッチング工程に曝されて余計に削られる等、可動部２の形状異常や形状ばらつきを生じさせる原因となる。

これに対して本実施形態のようにスリット部（規制部）５２の一部に、第２の開口幅Ｔ２よりも広い開口幅Ｔ３を有する幅広部５３を設けることで、スリット部５２全体のエッチングレートの低下を適切に抑制することができ、図３（ｂ）に示すように、開口幅の広い画定部５６でのエッチングによる深さ位置Ｄ１と、開口幅の狭いスリット部５２でのエッチングによる深さ位置Ｄ３（深さ位置Ｄ１から見て最も遠い位置）との差を図４に示す比較例に比べて小さくすることができる。

本実施形態では、スリット部５２の長さ方向（Ｙ１−Ｙ２）の両側に第１の開口幅Ｔ１からなる画定部５６が連続して形成されている。よってスリット部５２の両側付近５２ａ，５２ａでのエッチングレートは、第１の開口幅Ｔ１による速いエッチングレートにつられて比較的速くなる。更に本実施形態では、スリット部５２に少なくとも一箇所、第２の開口幅Ｔ２よりも開口幅Ｔ３が広い幅広部５３を形成したことで、幅広部５３の速いエッチングレートにつられてその両側に位置する幅の狭い第２の開口幅Ｔ２からなる部分のエッチングレートが速まり、スリット部５２全体としてのエッチングレートを図４に示す比較例に比べて速くできるのである。

図３（ａ）に示すように、幅広部５３をスリット部５２の中央に形成すれば、スリット部５２の中央部及びその両側に幅の広い開口部分が存在することで、スリット部５２でのエッチングレートの低下をスリット部５２全体で適切に抑制でき、且つスリット部５２の中央から両側にかけてほぼ均一で且つ差の小さいエッチングレートとなるように調整することが出来る。

以上により本実施形態では、可動部２を画定するための第１の開口幅Ｔ１よりも細いスリット部５２を有する構成において、スリット部５２にエッチング残りや可動部２の形状異常、形状ばらつき等が生じる不具合を抑制でき、センサを正常に動作させることができ、且つ安定した特性を有する物理量センサ１にできる。

本実施形態におけるスリット部５２は、可動部２の一部を構成する錘部２ａが、検出変位方向（高さ方向）以外の方向に可動するのを抑制する規制部として設けられるが、本実施形態では、スリット部５２に部分的に幅広部５３を形成しており、幅広部５３を除いた部分では第２の開口幅Ｔ２を保っている。よってスリット部５２に幅広部５３を設けても、規制部として適切に機能させることが出来る。

図１，図２に示すように、いくつかのスリット部５２は、アンカ部５〜７と、可動部２の一部を構成する各回動支持部３，４，１４，１５との間を画定する第１の開口幅Ｔ１に連続して形成されている（図１に示す点線の円Ｓ１〜Ｓ６の位置に形成される）。このとき、各スリット部５２に形成される幅広部５３は、アンカ部５〜７側に向けて形成されていることが好適である。アンカ部５〜７は、図６に示すように支持基板１０との間で酸化絶縁層２５を介して固定支持される部分である。よって、幅広部５３をアンカ部５〜７側に向けて形成することで、アンカ部５〜７の面積が多少小さくなり、よって、各アンカ部５〜７と支持基板１０間に位置する酸化絶縁層２５の面積も小さくなるが、このとき、各アンカ部５〜７を支持基板１０に安定して固定できる面積を保つことができれば特に問題はない。

また図１，図２に示すように、残りのスリット部５２は、錘部２ａ（第１の可動部）と各回動支持部３，４（第２の可動部）とに画定する第１の開口幅Ｔ１に連続して形成されている（図１に示す点線の円Ｓ７〜Ｓ１０の位置に形成される）。このとき、各スリット部５２に形成される幅広部５３は、各回動支持部３，４側に向けて形成されていることが好適である。これにより、スリット部５２に幅広部５３を形成した影響を、錘部２ａ側に及ばないようにでき、錘部２ａの質量変化等を抑制でき、安定した特性を得ることができる。

図１〜図３に示すスリット部５２は、他の実施形態にも適用できる。
図９は、図１とは別の実施形態における物理量センサ６０の平面図を示す。

図９の物理量センサ６０では、シリコン基板（機能層）６０ａにディープＲＩＥにより、アンカ部６１，６２と、複数の回動支持部（第２の可動部）６３〜６６と、錘部（第１の可動部）６７とが分離して形成されている。図９に示すように、各アンカ部６１，６２と、各回動支持部６３〜６６との間、及び各回動支持部６３〜６６と錘部６７との間が、ばね部６８ａ〜６８ｈを介して回動自在に連結されている。

この実施形態でも図１と同様に錘部６７は高さ方向に変位する。ただし図２の実施形態では図１と異なって脚部３ｂ，４ｂが形成されていない。

図９に示す点線の丸Ｓ１１〜Ｓ１４で囲んだ位置に図２に示す幅広部５３を備えたスリット部５２が、第１の開口幅Ｔ１からなる画定部５６に連続して形成されている。

上記の図１や図９に示す物理量センサは、いずれも錘部が高さ方向に変位する構成であったが、錘部（可動部）が平面の方向に変位し、その変位量を検出する物理量センサにおいても本実施形態を適用することが出来る。

図１０は図１、図９とは別の実施形態における物理量センサ７０の平面図を示す。
図１０では物理量センサ７０を構成するシリコン基板（機能層）７１に、ディープＲＩＥにより、アンカ部（固定部の一部を構成する）７２，７３と、アンカ部７２，７３から一体に延びる支持腕部（固定部の一部を構成する）７４，７５と、錘部７６とが分離して形成される。錘部７６には一体に櫛歯状の可動電極７６ａ（一本の可動電極にのみ符号を付した）が形成されている。錘部７６と、支持腕部７４，７５の間がばね部７７〜８０により連結されている。

更に、図１０に示すように、シリコン基板（機能層）７１に、ディープＲＩＥにより、アンカ部８１，８２と、各アンカ部８１，８２に一体に形成され、可動電極７６ａと交互に配置される櫛歯状の固定電極８３（一本の固定電極にのみ符号を付した）が、前記錘部７６と分離して形成されている。

この実施形態では、Ｙ１方向またはＹ２方向の加速度を検知する加速度センサとして使用することができる。そして、図１０に示すように、錘部７６が、検出変位方向（Ｙ１−Ｙ２）以外の方向に可動するのを抑制するために、Ｙ１−Ｙ２方向に沿う第１の開口幅Ｔ１からなる画定部８４に連続して、第１の開口幅Ｔ１よりも狭い第２の開口幅Ｔ２（図３（ａ）参照）からなるスリット部８５が形成されている。スリット部８５には少なくとも一箇所に第２の開口幅Ｔ２よりも広い開口幅から成る幅広部８６が形成されている。

本実施形態における幅広部を有するスリット部は、可動部（錘部）の検出変位方向以外の方向への可動を規制するための規制部として設けられることが好ましいが、規制部以外にスリット部が形成される場合にでも適用できる。

本実施形態は加速度センサのみならず角速度センサ、衝撃センサ等、物理量センサ全般に適用可能である。

Ｔ１ 第１の開口幅
Ｔ２ 第２の開口幅
Ｔ３ 幅広部の開口幅
１、６０ 物理量センサ
２ 可動部
２ａ、６７，７６ 錘部
３、４、１４、１５、６３〜６６ 回動支持部
５、６、７，６１、６２、７２、７３，８１、８２ アンカ部
１０ 支持基板
２５ 酸化絶縁層
３０ 配線基板
５２、８５ スリット部
５３ 幅広部
５６、８４ 画定部
５７、６０ａ、７１ シリコン基板（機能層）

Claims (10)

1. 第１の開口幅のエッチング面により画定された可動部を有する機能層と、前記可動部の変位を検知するための検知部とを備え、
   前記機能層には、前記第１の開口幅よりも狭い第２の開口幅のエッチング面から成るスリット部が形成され、前記スリット部の両側には、前記第１の開口幅が連続しており、
   前記スリット部の少なくとも一箇所に、前記第２の開口幅よりも開口幅が大きい幅広部が形成されていることを特徴とする物理量センサ。
2. 前記スリット部は、前記可動部の検出変位方向以外の方向への可動範囲を規制するための規制部である請求項１記載の物理量センサ。
3. 前記幅広部は前記スリット部の中央に形成される請求項１または２に記載の物理量センサ。
4. 前記スリット部は、前記可動部を変位可能に支持し前記機能層に設けられた固定部と前記可動部との間を画定する前記第１の開口幅に連続して形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理量センサ。
5. 前記幅広部は、前記固定部側に向けて形成されている請求項４記載の物理量センサ。
6. 前記スリット部は、第１の可動部と第２の可動部とに画定する前記第１の開口幅に連続して形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量センサ。
7. 前記第１の可動部は、高さ方向へ変位する錘部で、前記第２の可動部は、前記錘部に回動自在に連結された回動支持部である請求項６記載の物理量センサ。
8. 前記幅広部は、前記第２の可動部側に向けて形成されている請求項７記載の物理量センサ。
9. 第１の開口幅により画定された可動部を有する機能層と、前記可動部の変位を検知するための検知部とを備えて成る物理量センサの製造方法であって、
   前記機能層を前記第１の開口幅によりエッチングして前記可動部を画定するとき、前記第１の開口幅にてエッチングするエッチング領域の一部を、前記第１の開口幅よりも狭い第２の開口幅からなり、両側に前記第１の開口部が連続するスリット部としてエッチングし、この際、前記スリット部の少なくとも一箇所を、前記第２の開口幅よりも開口幅が大きい幅広部としてエッチングすることを特徴とする物理量センサの製造方法。
10. 前記幅広部を前記スリット部の中央に形成する請求項９記載の物理量センサの製造方法。

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