JP2018040658A - センサー用基板、物理量検出センサー、加速度センサー、電子機器、移動体、およびセンサー用基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】センサー用基板としてのカンチレバー部101は、ベース部10と、ベース部10と接続されている可動部14と、可動部14の厚み方向からみた平面視において、ベース部10から可動部14に沿って延在する支持部としての腕部20と、前記平面視において、可動部14と腕部20との間に、所定の間隔G1にて形成されたギャップ部と、を有し、ギャップ部において、可動部14および腕部20の対向する面の各々には、ギャップ部に臨む側に頂部を有するエッチング残渣として形成された凸条部を有し、前記所定の間隔G1は、可動部14および腕部20のいずれか一方に形成された凸条部である第1凸条部と、他方に形成された凸条部である第2凸条部との頂部どうしの間隔であることを特徴とする。
【選択図】図5
Description
なお、上述の特許文献1および特許文献2の物理量検出センサーにおいて、ベース部、可動部、および支持部を有するセンサー用基板は、水晶やシリコンなどの単結晶材料をエッチング加工することにより一体に形成されている。
また、本適用例において、「凸条部」は、センサー用基板の形成材料として好適に用いられる水晶などの単結晶材料をウェットエッチングしたときの性質である「エッチング異方性」に起因して形成されるエッチング面の形状である。具体的に「凸条部」は、例えば水晶を、水酸化カリウム(KOH)などのアルカリ性水溶液によりウェットエッチングしてセンサー用基板の外形を形成する際に、水晶の各々の結晶軸方向のエッチング速度が異なる「エッチング異方性」のためにエッチング残渣として形成されるひれ状の異形部のことであり、「ひれ」と呼ばれることもある。
本適用例によれば、可動部と、ベース部から可動部に沿って延在する支持部との間に、所定の間隔を有するギャップ部が形成され、このギャップ部において、可動部および支持部の対向する面の各々には、エッチング残渣として突出する頂部を有する凸条部が形成される。このような構成のギャップ部をウェットエッチングにより形成する際に、エッチングマスクの開口幅を所定の幅にすることにより、対向する各凸条部の形状を所望の形状に制御して形成できることを発明者は見出した。このことから、ギャップ部の隙間を精度よく形成することが可能となる。
これにより、可動部と支持部との面内方向の衝撃が加わったときに、所定の間隔が精度よく形成されたギャップ部において、可動部が過度に変位した場合に、可動部を支持部で適切に規制する構造を実現できるので、センサー用基板の過度な変形やそれによる破損を抑止することが可能になる。したがって、耐衝撃性および検出精度の高い物理量検出センサーを構成することが可能なセンサー用基板を提供することができる。
これにより、可動部に衝撃が加わった場合に、可動部の過度な変位を支持部で適切に規制する構造を実現できるので、センサー用基板の過度な変形やそれによる破損を抑止することが可能なセンサー用基板を得ることができる。
本適用例の内壁面の組み合わせによれば、水晶などの単結晶材料をウェットエッチングしてセンサー用基板を形成する際に、まず、第2面側から開口幅の大きい方の第3の内壁面の組み合わせによる凹部を形成してから、第1面側から開口幅の小さい方の第1の内壁面の組み合わせによる凹部を形成して各凹部の凹底部分を貫通させることにより、ギャップ部の所定の間隔Wgの精度をより良くした状態にて第1凸条部および第2凸条部を形成することができる。
また、第2面側から先に凹部を形成する第3の内壁面の組み合わせは、頂部から1番目の面が、第2面と略平行な面であることから、第1面側から第1の内壁面の組み合わせの凹部を形成して第2面側から形成した凹部に貫通させる位置の範囲が比較的広くなる。これにより、第1面側に第1の内壁面の組み合わせを形成するためのエッチングレジストの開口の形成位置の許容範囲を広くできるので、第1面側および第2面側に形成するエッチングレジストのパターニング位置がずれる所謂「マスクずれ」による歩留り低下を軽減でき、製造マージンが大きくなるという効果が得られる。
また、センサー用基板の厚み方向の切り出し角度と、センサー用基板に搭載される例えば物理量検出素子などの検出素子(センサー)の厚み方向の切り出し角度とを、同じZカットにすることで線膨張係数(熱膨張率)を近似させることができる。線膨張係数が近似した材料が用いられることで、センサー用基板と、検出素子との周囲の温度変化に伴う両者間の熱応力が抑制され、熱応力を抑制した検出精度の高い物理量の測定を行うことが可能な物理量検出センサーを提供することが可能になる。
発明者等は、単結晶材料の第2面側をウェットエッチングすることにより第1の凹部を形成してから、第2面側と反対側の第1面側をウェットエッチングすることにより形成される第2の凹部の凹底部分を、第1の凹部に貫通させてギャップ部を形成する本適用例の製造方法において、各凹部を形成するために必要なエッチング深さdを、式(1)〜(3)のいずれかに代入して求められた第1パターン開口及び第2パターン開口の幅Wpの耐蝕膜パターンを形成し、これをエッチングマスクとしてウェットエッチングすることにより、第1凸条部および第2凸条部を含むギャップ部の所定の間隔Wgを精度よく形成することが可能となることを見出した。
本適用例のセンサー用基板の製造方法によれば、可動部と支持部との面内方向の衝撃が加わったときに、所定の間隔が精度よく形成されたギャップ部において、可動部が過度に変位した場合に、可動部を支持部で適切に規制する構造を実現できるので、センサー用基板の過度な変形やそれによる破損を抑止することが可能になる。したがって、耐衝撃性および検出精度の高い物理量検出センサーを構成することが可能なセンサー用基板を製造することができる。
本適用例のパターン開口の組み合わせによれば、水晶などの単結晶材料をウェットエッチングしてセンサー用基板を形成する際に、まず、第2面側から開口部の大きい方の第3の内壁面の組み合わせによる凹部を形成してから、第1面側から開口部の小さい方の第1の内壁面の組み合わせによる凹部を形成して各凹部の凹底部分を貫通させることにより、ギャップ部の所定の間隔Wgの精度をより良くした状態にて第1凸条部および第2凸条部を形成することができる。
また、第2面側から先に第1の凹部を形成する式(4)により算出される第1パターン開口の幅Wpによれば、形成される第1の凹部の凹底部分(底面)のうち、第2面と略平行な面が、上述した3つの式で形成される凹部のうちで最も大きく形成されることから、第1面側から式(5)による第2の凹部を形成して、その凹底部分を第1の凹部に貫通させる位置の範囲が比較的広くなる。これにより、第2面側に形成するエッチングレジストパターンと第1面側に形成するエッチングレジストパターンとの位置関係にずれが生じる所謂「マスクずれ」による歩留り低下が軽減でき、製造マージンが大きくなるという効果が得られる。
本適用例のパターン開口の組み合わせによれば、まず、第2面側から開口部の大きい方の第3の内壁面の組み合わせによる凹部を形成してから、第1面側から開口部の小さい方の第2の内壁面の組み合わせによる凹部を形成して各凹部の凹底部分を貫通させることにより、ギャップ部の所定の間隔Wgの精度を良くした状態にて第1凸条部および第2凸条部を形成することができるとともに、上記適用例の第1の内壁面の組み合わせによる凹部を用いた構成よりも、エッチング速度が速いことから製造効率がよいという効果が得られる。
[物理量検出センサー]
以下、実施形態1にかかる物理量検出センサーについて、図1、および図3を用いて説明する。
図1は、本実施形態にかかる物理量検出センサー100の構成を示す平面図である。図3は、物理量検出センサー100の構成を示す断面図であり、図1において線分A−A´で示す部分の断面図である。そして、図1、および図3では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。なお、Z軸は、重力が作用する方向を示す軸である。
なお、説明の便宜上、図1では、リッド103の図示を省略している。
本実施形態においては、Z軸方向から物理量検出センサー100を見ることを平面視として説明する。
ベース基板102は、凹部106を有し、物理量検出デバイス110が凹部106内に収容されている。ベース基板102の形状は、物理量検出デバイス110を凹部106内に収容することができれば、特に限定されない。
本実施形態において、ベース基板102としては、センサー用基板としてのカンチレバー部101やリッド103の熱膨張係数と一致、あるいは極力近い熱膨張係数を備えた材料によって形成され、本例では、セラミックを用いている。しかし、これに限定されること無く、水晶、ガラス、シリコン等の材料を用いてもよい。
また、平面視において、段差部108aの+Z軸方向の面には、後述する第1固定部30aに含まれた内部端子34aが設けられており、段差部108bの+Z軸方向の面には、後述する第1固定部30bに含まれた内部端子34bが設けられている。
次に、物理量検出デバイス110について、図1から図6を用いて説明する。図2は、図1において線分B−B’で示す部分が拡大された断面図である。図4は、図1の物理量検出センサー100が備えている物理量検出デバイス110の構成を示す斜視図である。図5は、物理量検出デバイス110が備えているセンサー用基板としてのカンチレバー部101を示す平面図である。
図6は、図5の線分d−dにおける部分断面図である。
そして、図2、および図4から図6では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。なお、Z軸は、重力が作用する方向を示す軸である。
物理量検出素子70は、カンチレバー部101の内底面109a側に配置され、一端部がベース部10に固定され、他端部が可動部14に固定されている。
カンチレバー部101は、ベース部10と、継手部12と、可動部14と、支持部としての腕部20(20a,20b,20c,20d)と、第1固定部30(30a,30b,30c,30d)と、突出部45a,45bとを有している。
可動部14は、主面14a,14bと交差する方向(Z軸方向)に加わる物理量、たとえば、加速度α1,α2(図3参照)に応じて、継手部12を支点(回転軸)として主面14a,14bと交差する方向(Z軸方向)に変位が可能である。
質量部80,82の形状としては板状であり、たとえば、図1に示すように、平面視において長手方向の一方の辺の一部が対向する辺側にくぼんだ凹型の形状が用いられているのが好適である。なお、質量部80,82の形状は、可動部14が所定の動作を行うことが可能であれば、上述した形状に限定されるものではない。
腕部20aは、平面視において、腕部20aの先端と段差部108aとが重なっている位置の主面10b側に、第1固定部30aの設置領域を有している。第1固定部30aは、主面10b側に固定部接続端子36aと、接合材35と、段差部108aの内部端子34aとを含んで構成されている(図2参照)。また、固定部接続端子36aは、平面視において、接合材35を介して、内部端子34aと重なるように接続されている。
このことにより、腕部20a(カンチレバー部101)は、第1固定部30aを介して、段差部108a(ベース基板102)と接続されている。
腕部20bは、平面視において、腕部20bの先端と段差部108bとが重なっている位置の主面10b側に、第1固定部30bの設置領域を有している。第1固定部30bは、主面10b側に固定部接続端子36bと、接合材35と、段差部108bの内部端子34bとを含んで構成されている(構成は図2と略同一なため、図2を参照)。また、固定部接続端子36bは、平面視において、接合材35を介して、内部端子34bと重なるように接続されている。
このことにより、腕部20b(カンチレバー部101)は、第1固定部30bを介して、段差部108b(ベース基板102)と接続されている。
腕部20cは、平面視において、腕部20cの先端と段差部108aとが重なっている位置の主面10b側に、ベース接合材52の設置領域であるベース接合部50bを有している。ベース接合部50bに設けられているベース接合材52とベース接合部50bとを含んで、第1固定部30cは構成されている。
このことにより、腕部20c(カンチレバー部101)は、第1固定部30cを介して、段差部108a(ベース基板102)と接続されている。
腕部20dは、平面視において、腕部20dの先端と段差部108bとが重なっている位置の主面10b側に、ベース接合材52の設置領域であるベース接合部50aを有している。ベース接合部50aに設けられているベース接合材52とベース接合部50aとを含んで、第1固定部30dは構成されている。
このことにより、腕部20d(カンチレバー部101)は、第1固定部30dを介して、段差部108b(ベース基板102)と接続されている。
本説明では、平面視において、物理量検出素子70の2つの基部72の中心を通る第1の中心線L1と、第1の中心線L1と直交し、かつカンチレバー部101の中心を通る第2の中心線L2とを用いて説明する。
なお、説明の便宜上、図5の第1の中心線L1の+Y方向側を「上]、−Y方向側を「下」、第2の中心線L2の+X方向側を「左」、−X方向側を「右」という。
カンチレバー部101において、第2の中心線L2に対して、上側の領域を第1の領域S1、下側の領域を第2の領域S2、第1の中心線L1に対して、右側の領域を第3の領域S3、左側の領域を第4の領域S4とする。
第1の領域S1には、腕部20a、第1固定部30a、腕部20b、第1固定部30bが設けられ、第2の領域S2には、腕部20c、第1固定部30c、腕部20d、第1固定部30dが設けられている。
また、第3の領域S3には、腕部20b、第1固定部30b、腕部20d、第1固定部30dが設けられ、第4の領域S4には、腕部20a、第1固定部30a、腕部20c、第1固定部30cが設けられている。
ここで、第1固定部30aは、段差部108a(ベース基板102)と接続される主面10b側に、設けられている。第1固定部30aの固定部接続端子36aは、接合材35を介して、段差部108aの内部端子34aと平面視において重なるように接続されている。よって、段差部108aと、第1固定部30aとが接続される際に第1固定部30aは、主面10b側と、段差部108aとを選択的に接続させることができる。
なお、腕部20bの構造は、腕部20aと同一であるため、腕部20bの詳しい説明は省略する。また、第1固定部30bの構造も、第1固定部30aと同一であるため、第1固定部30bの詳しい説明は省略する。
なお、腕部20dの構造は、腕部20cと同一であるため、腕部20dの詳しい説明は省略する。また、第1固定部30dの構造も、第1固定部30cと同一であるため、第1固定部30bの詳しい説明は省略する。
図6は、図5の線分d−dにおける部分断面を拡大して示したものである。
図5に示すように、カンチレバー部101の厚み方向からみた平面視において、ベース部10から可動部14に沿って+Y方向に延在する支持部、即ち、腕部20aおよび腕部20bと可動部14との間には、可動部14または腕部20のいずれかに、可動部14と各腕部20a,20bとのX方向の間隔を所定の間隔G1に調整するための突出部45a,45bが設けられている。本実施形態では、可動部14に、腕部20a側に突出する突出部45aが形成され、腕部20bに、可動部14側に突出する突出部45bが形成されている。
可動部14に対して、所定の間隔G1の第1ギャップ部を介してベース部10に配置される腕部20aおよび腕部20bは、可動部のX方向の変位を規制する規制部40a,40bとして機能する。つまり、第1ギャップ部の所定の間隔G1は、可動部14のX方向両側(−X方向および+X方向)の過度な変位や、それによって破損するのを抑止するための、可動部14のX方向の変位の許容値を考慮して設定された間隔である。規制部40a,40bの作用については、後述する。
水晶Zカット板は、X−Y平面の法線とZ軸がなす角度が0±10°の範囲とする。
ギャップ部において、水晶基板1の第2面1b側に形成される第3の内壁面の組み合わせ3CWは、可動部14側の第1凸条部4Aの頂部4aから第2面1b側に形成される面321、面322、面333、および面324の4つの面を含む第3の内壁面4Abと、頂部4aから第2面1b側に形成される面421、面422、および面423の3つの面を含む第4の内壁面5Abとで形成されている。このうち、第3の内壁面4Abおよび第4の内壁面5Abの各々の頂部4a,5aから1番目の面321,421は、第1面1aおよび第2面1bと略平行な面である。このような第3の内壁面の組み合わせ3CWは、3種類の内壁面の組み合わせのなかで開口部の幅(第2開口部8Aの開口幅W2)が最も大きく形成されるとともに、エッチング速度が最も速く製造効率がよい。なお、ギャップ部の形成において先に凹部を形成する第3の内壁面の組み合わせ3CWは、頂部4a,5aから1番目の面321,421が、第2面1bと略平行な面であることから、第1面1a側から第1の内壁面の組み合わせ1CWの凹部を形成して第2面1b側から形成した凹部に貫通させる位置の範囲が比較的広くなる。これにより、第1面1a側に第1の内壁面の組み合わせ1CWを形成するためのエッチングレジストの開口パターンの形成位置の許容範囲を広くできるので、第1面1a側および第2面1b側に形成するエッチングレジストのパターニング位置がずれる所謂「マスクずれ」による歩留り低下を軽減でき、製造マージンが大きくなるという効果が得られる。
規制部40a,40b(図1、図4〜図6参照)は、たとえば図1において、物理量検出センサー100のX軸方向に所定の大きさより大きい衝撃が加えられた場合、第1ギャップ部の所定の間隔G1(Wg)よりも大きくX軸方向に変位した可動部14と接触する。そのため、X軸方向の可動部14のX軸方向の両側方向(+X側および−X側)の変位は、規制部40a,40bによって所定の範囲内に規制される。これにより、可動部14のX軸方向の過度の変位によって生じる、物理量検出デバイス110(カンチレバー部101)過度な変位や、それによる破損や誤検出を抑制することができる。
したがって、耐衝撃性および検出精度の高い物理量検出センサー100を提供することができる。
図1、図3、および図4に示すように、物理量検出素子70は、2つの基部72(72a,72b)と、基部72a,72b間に設けられている振動梁部71(71a,71b)と、を有し、2つの基部72が、それぞれベース部10(主面10b)と、可動部14(主面14b)とに接続されることで、継手部12を跨いで設けられている。
本実施形態の物理量検出素子70は、たとえば、可動部14が物理量に応じて変位することで、振動梁部71a,71bに応力が生じ、振動梁部71a,71bに発生する物理量検出情報が変化する。換言すると、振動梁部71a,71bの振動周波数(共振周波数)が変化する。なお、本実施形態において物理量検出素子70は、2本の振動梁部71a,71bと、一対の基部72a,72bと、を有している双音叉素子(双音叉振動子)である。
引き出し電極は、たとえば、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属ワイヤー(図示省略)によって、ベース部10の主面10bに設けられている接続端子(図示省略)と電気的に接続されている。
ここで、本実施形態の物理量検出デバイス110の製造方法に係る、センサー用基板としてのカンチレバー部101の製造方法、特に、ギャップ部の形成方法について図面に沿って説明する。
図7A〜図7Mは、図6と同じ断面で示す部分断面図であり、本発明の前記ギャップ部を、ウェットエッチングを含むフォトリソグラフィー技術を適用して形成する過程を示している。
式(10)の関係にするように求めた第1パターン開口の幅Wp2を形成することにより、次工程の第1エッチングにて、第3の内壁面の組み合わせ3CWの形状を有する第2開口部8Aを形成することができる。なお、図7Bにおいて説明したフォトレジストパターン77pのフォトレジストパターン開口Wp2Mの幅は、第1パターン開口の幅Wp2に対応する幅、即ち、フォトレジストパターン開口Wp2Mに露出する耐蝕膜74bをエッチングして形成される第1パターン開口が幅Wp2となるように設定する。
なお、ここまで、第1耐蝕膜パターン74p上および耐蝕膜74a上のフォトレジストパターン77pおよびフォトレジスト層71aを除去してから第1エッチングを行う方法を説明したが、エッチング液の汚染等の問題がなければ、フォトレジストパターン77pおよびフォトレジスト層71aを残したまま第1エッチングを行うことも可能である。
次いで、第1面1a側のフォトレジストパターン78pおよび第2面1b側のフォトレジスト層78bを除去する(図7K)。ここで、上述したことと同様に、後工程の第2エッチングに用いるエッチング液の汚染等の影響がなければ、第2耐蝕膜パターン75p上および耐蝕膜75b上に、フォトレジストパターン78pおよび第2面1b側のフォトレジスト層78bを残したまま第2エッチングを行うことも可能である。
ここで、第2耐蝕膜パターン75pにより形成する第2パターン開口の幅Wp1は、次工程の第2エッチングにおける水晶基板1のエッチング深さをdとしたとき、次式(11)の関係にすることにより求めることができる。
式(11)の関係にするように求めた第2パターン開口の幅Wp1を形成することにより、次工程の第2エッチングにて、第1の内壁面の組み合わせ1CWの形状を有する第1開口部6Aを形成し、第1エッチングで形成した第2面1b側の第2開口部8Aの底部(凹底部分)と貫通させることで、ギャップ部の所定の間隔Wgを精度よく形成できることを発明者等は見出した。
次に、物理量検出デバイス110の動作について、図3を用いて説明する。
図3では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。なお、Z軸は、重力が作用する方向を示す軸である。
図3において、たとえば、物理量検出デバイス110に、−Z軸方向に物理量としての加速度α1(重力方向に加えられる加速度)が加えられると、加速度α1に応じて、可動部14が継手部12を支点にして−Z軸方向に変位する。これにより、物理量検出素子70には、Y軸に沿って基部72aと、基部72bとに矢印β1(互いに離れる)方向の力(張力)が加えられ、振動梁部71a,71bには矢印β1方向の引っ張り応力が生じる。そのため、振動梁部71a,71bの振動周波数(共振周波数)は、高くなる。
このような物理量検出センサー100において、電子回路から内部端子34a,34b(図示省略)を経由して、物理量検出デバイス110の励振電極(図示省略)に駆動信号が与えられる。駆動信号が与えられると、物理量検出素子70の振動梁部71a,71bは、所定の周波数で屈曲振動(共振)する。そして、物理量検出センサー100は、印加される加速度α1,α2に応じて物理量検出素子70が変化する。変化することで物理量検出素子70から出力される共振周波数は、電子回路で増幅し、図示しない配線によって外部端子107a,107bから物理量検出センサー100の外部に出力される。
したがって、衝撃が加わったときに、カンチレバー部101や物理量検出素子70の過度な変位やそれによる破損が抑えられることが可能な耐衝撃性の高い物理量検出センサー100を提供することができる。
また、第1ギャップ部のギャップ長(G1,Wg)が設計値よりも小さくなることも抑えられるので、可動部の変位範囲が設定よりも小さく規制されてしまうことによって、設定された加速度などの物理量検出範囲を満足できなくなる不具合を回避できるので、検出精度の高い物理量検出センサー100を提供することが可能になる。
これにより、水晶基板をウェットエッチングしてカンチレバー部101の外形を形成する際に、第1凸条部4Aおよび第2凸条部5Aは所定の結晶軸方向(+X結晶軸方向)に形成されることから、各突出部45a,45bを同一方向に突出させて設けることにより、各々の第1ギャップ部の所定の間隔G1(Wg)を略均一に精度よく形成することができる。
この構成において、第2面1b側に開口部(第2開口部8A)を有する第3の内壁面の組み合わせ3CWは、本発明で発明者等が見出した3種類の内壁面の組み合わせのなかで開口部の開口幅(W2)が最も大きく形成されるとともに、エッチング速度が最も速く、また、第1面1a側に形成された第1開口部6Aの第1の内壁面の組み合わせ1CWは、3種類の内壁面の組み合わせの中で開口幅(W1)が最も小さく形成されるとともに、エッチング速度は最も遅く、エッチング形状の作り込み精度が最も高い。
このような内壁面の組み合わせによれば、水晶基板1をウェットエッチングしてギャップ部を有するカンチレバー部101(101A)を形成する際に、まず、第2面1b側から開口幅の大きい方の第3の内壁面の組み合わせ3CWによる凹部を形成してから、第1面側から開口幅の小さい方の第1の内壁面の組み合わせ1CWによる凹部を形成して各凹部の凹底部分を貫通させることにより、ギャップ部の所定の間隔Wg(G1)の精度をより良くした状態にて第1凸条部4Aおよび第2凸条部5Aを形成することができる。
また、第2面1b側から先に凹部を形成する第3の内壁面の組み合わせ3CWは、頂部4a,5aから1番目の面である面321および面421が、第2面1bと略平行な面であることから、第1面1a側から第1の内壁面の組み合わせ1CWの凹部を形成して第2面1b側から形成した凹部に貫通させる位置の範囲が比較的広くなる。これにより、第1面1a側に第1の内壁面の組み合わせ1CWの第1開口部6Aを形成するためのエッチングレジストの開口(第2パターン開口Wp1)の形成位置の許容範囲を広くできるので、第1面1a側および第2面1b側に形成するエッチングレジストのパターニング位置がずれる所謂「マスクずれ」による歩留り低下を軽減でき、製造マージンが大きくなるという効果が得られる。
これにより、Y軸方向からの結晶面の影響が抑えられ、カンチレバー部101の厚み方向からみた平面視において、突出部45a,45bに形成される第1凸条部4Aおよび第2凸条部5Aの壁面が所望の形状にて形成され、第1ギャップ部を所望のギャップ幅(所定の間隔)G1(Wg)にて精度よく形成できることを発明者は見出した。
また、水晶Zカット板は、その特性によりエッチング加工が比較的容易で、カンチレバー部101(101A)の第1ギャップ部などの外形をより精密に形成することができる。
また、カンチレバー部101(101A)の厚み方向の切り出し角度と、物理量検出素子70の厚み方向の切り出し角度とを、同じZカットにすることで、線膨張係数(熱膨張率)を近似させることができる。したがって、カンチレバー部101と、物理量検出素子70との周囲の温度変化に伴う両者間の熱応力が抑制され、熱応力を抑制した検出精度の高い物理量の測定を行うことが可能な物理量検出センサー100を提供するのに寄与できる。
以下、上記実施形態の物理量検出センサー100における、センサー用基板としてのカンチレバー部101の変形例について、図面に沿って説明する。なお、上記実施形態と同じ構成については、同一符号を付して、重複する説明は省略する。
図8は、実施形態2に係るセンサー用基板としてのカンチレバー部101Bを、図6と同じ断面で示す部分断面図である。
水晶基板1の第1面1a側に形成される第2の内壁面の組み合わせ2CWの第1開口部6Bは、可動部14側の第1凸条部4Bの頂部4aから第1面1a側に形成された面131、面132、および面133の3つの面を含む第1の内壁面4Baと、支持部としての腕部20a側の第2凸条部5Bの頂部5aから第1面1a側に形成された面221、面222の2つの面からなる第2の内壁面5Baとを有して形成されている。このような第2の内壁面の組み合わせ2CWは、上述の第1の内壁面の組み合わせ1CWおよび第3の内壁面の組み合わせ3CWを含めた3種類の内壁面の組み合わせの中で、開口部の幅(第1開口部6Bの開口幅W1)が、第1の内壁面の組み合わせ1CWと第3の内壁面の組み合わせ3CWとの中間の幅を有している。このような第2の内壁面の組み合わせ2CWによる第1開口部6Bと、第2面1b側に形成された第3の内壁面の組み合わせ3CWによる第2開口部8Bとが水晶基板1の略中央で貫通して形成されたギャップ部は、可動部14側に形成された第1凸条部4Bと、腕部20a側に形成された第2凸条部5Bとを有し、第1凸条部4Bの頂部4aと、第2凸条部5Bの頂部5bとの間に所定の間隔Wgが形成されている。即ち、第1面1a側に形成された第1開口部6Bの開口幅W1と、第2面1b側に形成された第2開口部8Bの開口幅W2と、ギャップ部の所定の間隔Wgとは、Wg<W1<W2の関係である。
本実施形態において、式(12)により算出される第1パターン開口の幅Wpのマスクパターンをエッチングレジストとして、第2面1bをウェットエッチングすることにより形成される第1の凹部としての第2開口部8Bの形状は、実施形態1の第2開口部8Bと同じであり、開口幅W2が最も大きく、エッチング速度が最も速い。また、式(13)により算出される第2パターン開口の幅Wpのマスクパターンをエッチングレジストとして、第1面1aをウェットエッチングすることにより形成される第2の凹部としての第1開口部6Bは、開口幅が他の2式で形成される開口部の開口幅の中間の幅を有しエッチング速度、および、エッチング形状の作り込み精度についても、他の2式の間の位置づけとなる。
したがって、本実施形態の内壁面の組み合わせによれば、ギャップ部の所定の間隔Wgを精度よくした状態にて第1凸条部4Bおよび第2凸条部5Bを形成することができるとともに、実施形態1の第1の内壁面の組み合わせ1CWによる凹部としての第1開口部6A(図6参照)を用いた構成よりも、エッチング速度が速いことから製造効率がよいという効果が得られる。
図9は、実施形態3に係るカンチレバー部101Cを、図6と同じ断面で示す部分断面図である。以下の本実施形態の説明において、上記実施形態と同じ構成については、同一符号を付して、重複する説明は省略する。
本実施形態において、式(14)により算出される第1パターン開口の幅Wpのマスクパターンをエッチングレジストとして、第2面1bをウェットエッチングすることにより形成される第1の凹部としての第2開口部8Cの形状は、第2の内壁面の組み合わせ2CWの形状であり、開口幅W2が第1面1a側の第1開口部6Cの開口幅W1よりも大きく、エッチング速度が比較的速い。また、式(15)により算出される第2パターン開口の幅Wpのマスクパターンをエッチングレジストとして、第1面1aをウェットエッチングすることにより形成される第2の凹部としての第1開口部6Cは、開口幅W1が本発明の内壁面の組み合わせの中で最も小さく、エッチング速度は最も遅くなるため、エッチング形状の作り込み精度を最も高くすることができる。
したがって、本実施形態の内壁面の組み合わせによれば、比較的製造効率がよく、製造マージンを大きくしながら、ギャップ部の所定の間隔Wgが精度よく形成された第1凸条部4Cおよび第2凸条部5Cを形成することができる。
図10は、カンチレバー部の変形例1を、図6と同じ断面で示す部分断面図である。
このような第2の内壁面の組み合わせ2CWの形状を有する第1開口部6Dおよび第2開口部8Dが、水晶基板1の略中央で貫通して形成されたギャップ部は、可動部14側に形成された第1凸条部4Dの頂部4aと、腕部20a側に形成された第2凸条部5Dの頂部5aとの間に所定の間隔Wgが形成されている。ギャップ部の形状について詳述すると、水晶基板1の第2面1bに形成された第2開口部8Dは、可動部14側の第1凸条部4Dの頂部4aから第2面1bに向かって面321、面322、面323、および面324を有する第3の内壁面4Dbと、腕部20a側の第2凸条部5Dの頂部5aから第2面1bに向かって面421、面422、および面423を有する第4の内壁面5Dbとからなる第3の内壁面の組み合わせ3CWにて形成され、水晶基板1の第1面1aに形成された第1開口部6Dは、可動部14側の第1凸条部4Dの頂部4aから第1面1aに向かって面321、面322、面323、および面324を有する第1の内壁面4Daと、腕部20a側の第2凸条部5Dの頂部5aから第1面1aに向かって面421、面422、および面423を有する第2の内壁面5Dbとからなる第3の内壁面の組み合わせ3CWにて形成されている。
また、第2の内壁面の組み合わせ2CWによる第1開口部6Dおよび第2開口部8D共に、エッチング速度が比較的速いこと、および、各開口部(凹部)の凹底部分の貫通位置が比較的広くとれることから、第1パターン開口および第2パターン開口を形成する際のマスク位置合わせの許容範囲が比較的広くなるので、製造マージンを大きくできる効果が得られる。
図11は、カンチレバー部の変形例2を、図6と同じ断面で示す部分断面図である。
このような第1の内壁面の組み合わせ1CWの形状を有する第1開口部6Eおよび第2開口部8Eが、水晶基板1の略中央で貫通して形成されたギャップ部は、可動部14側に形成された第1凸条部4Eの頂部4aと、腕部20a側に形成された第2凸条部5Eの頂部5aとの間に所定の間隔Wgが形成されている。
ギャップ部の形状について詳述すると、水晶基板1の第2面1bに形成された第2開口部8Eは、可動部14側の第1凸条部4Eの頂部4aから第2面1bに向かって面111、面112、および面113を有する第3の内壁面4Ebと、腕部20a側の第2凸条部5Eの頂部5aから第2面1bに向かう面211を有する第4の内壁面5Ebとからなる第1の内壁面の組み合わせ1CWにて形成され、水晶基板1の第1面1aに形成された第1開口部6Eは、可動部14側の第1凸条部4Dの頂部4aから第1面1aに向かって面111、面112、および面113を有する第1の内壁面4Eaと、腕部20a側の第2凸条部5Eの頂部5aから第1面1aに向かう面211を有する第2の内壁面5Ebとからなる第1の内壁面の組み合わせ1CWにて形成されている。
特に、本変形例の第1の内壁面の組み合わせ1CWによる第1開口部6Eおよび第2開口部8E共に、エッチング速度が本発明の3種類の内壁面の組み合わせのなかで最も遅く、そのため、ギャップ部の第1凸条部4Eおよび第2凸条部5Eを形成する精度を高くすることが可能であるため、より精度の高いギャップ部の所定のギャップWp(G1)を形成することができる。
次いで、本発明の一実施形態にかかる物理量検出センサー100を適用した実施例について、図面に沿って説明する。
図12Aは、物理量検出センサー100が搭載されているビデオカメラを示す斜視図、図12Bは、物理量検出センサー100が搭載されている携帯電話を示す斜視図であり、図13は、物理量検出センサー100が搭載されている移動体である自動車を示す斜視図である。
図12A,図12Bに示すように、電子機器としてのビデオカメラ500、および携帯電話600は、本実施形態にかかる物理量検出センサー100が搭載されている。
最初に、図12Aに示すビデオカメラ500は、受像部501と、操作部502と、音声入力部503と、表示ユニット504と、が搭載されている。このビデオカメラ500は、物理量検出センサー100を備えており、たとえば、3つの物理量検出センサー100を備えていれば、X軸、Y軸、Z軸(不図示)の3方向の物理量、たとえば、加速度あるいは傾斜等を検出して、手ぶれ等を補正する機能を発揮できる。これにより、ビデオカメラ500は、鮮明な動画映像を記録することができる。
次に、物理量検出センサー100を用いた移動体について説明する。図13に示すように、移動体700は自動車であって、物理量検出センサー100が搭載されていている。移動体700において、物理量検出センサー100は、車体701に搭載されている電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)703に内蔵されている。電子制御ユニット703は、たとえば、物理量検出センサー100が加速度センサーや傾斜センサーとして車体701の状態を検出することにより、移動体700の姿勢や移動状況等を把握し、サスペンション704、およびタイヤ702等の制御を的確に行うことができる。これにより、移動体700は、安全で安定した移動をすることができる。
Claims (17)
- ベース部と、
前記ベース部と接続されている可動部と、
前記可動部の厚み方向からみた平面視において、前記ベース部から前記可動部に沿って延在する支持部と、
前記平面視において、前記可動部と前記支持部との間に、所定の間隔にて形成されたギャップ部と、を有し、
前記ギャップ部において、前記可動部および前記支持部の対向する面の各々には、前記ギャップ部に臨む側に頂部を有するエッチング残渣として形成された凸条部を有し、
前記所定の間隔は、前記可動部および前記支持部のいずれか一方に形成された前記凸条部である第1凸条部の頂部と、他方に形成された前記凸条部である第2凸条部の頂部との間隔であることを特徴とするセンサー用基板。 - 請求項1に記載のセンサー用基板において、
前記支持部は、前記平面視において前記可動部の延在方向の両側にそれぞれ配置され、
前記ギャップ部は、前記可動部の延在方向の前記両側にそれぞれ形成されていることを特徴とするセンサー用基板。 - 請求項1または2に記載のセンサー用基板において、
前記ギャップ部において、前記センサー用基板の第1面側の開口部である第1開口部の前記所定の間隔と同じ方向の開口幅をW1とし、前記センサー用基板の前記第1面と反対側の第2面側の開口部である第2開口部の前記所定の間隔と同じ方向の開口幅をW2とし、前記所定の間隔をWgとしたとき、Wg<W1<W2の関係であることを特徴とするセンサー用基板。 - 請求項3に記載のセンサー用基板において、
前記第1凸条部の前記頂部から前記第1面側に形成される第1の内壁面、および、前記第2凸条部の前記頂部から前記第1面側に形成される第2の内壁面、の少なくとも一方は複数の面を含み、
前記第1凸条部の前記頂部から前記第2面側に形成される第3の内壁面、および、前記第2凸条部の前記頂部から前記第2面側に形成される第4の内壁面、の少なくとも一方は複数の面を含むことを特徴とするセンサー用基板。 - 請求項4に記載のセンサー用基板において、
前記ギャップ部における、前記第1の内壁面と前記第2の内壁面との組み合わせ、および、前記第3の内壁面と前記第4の内壁面との組み合わせ、のいずれかの内壁面の組み合わせは、
一方の内壁面は3つの面を含み、他方の内壁面は1つの面からなる第1の内壁面の組み合わせと、
一方の内壁面は3つの面を含み、他方の内壁面は2つの面を含む第2の内壁面の組み合わせと、
一方の内壁面は4つの面を含み、他方の内壁面は3つの面を含み、前記一方の内壁面および前記他方の内壁面の前記頂部から1番目の面は、前記第1面または前記第2面と略平行な面である第3の内壁面の組み合わせと、のうちのいずれかの内壁面の組み合わせであることを特徴とするセンサー用基板。 - 請求項5に記載のセンサー用基板において、
前記第2面側が前記第3の内壁面の組み合わせであり、前記第1面側が前記第1の内壁面の組み合わせであることを特徴とするセンサー用基板。 - 請求項5に記載のセンサー用基板において、
前記第2面側が前記第3の内壁面の組み合わせであり、前記第1面側が前記第2の内壁面の組み合わせであることを特徴とするセンサー用基板。 - 請求項5に記載のセンサー用基板において、
前記第2面側が前記第2の内壁面の組み合わせであり、前記第1面側が前記第1の内壁面の組み合わせであることを特徴とするセンサー用基板。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載のセンサー用基板において、
Zカットで切り出された水晶Zカット板を用いて形成され、前記第1凸条部および前記第2凸条部のいずれか一方の前記頂部が、前記水晶Zカット板のX結晶軸方向に突出していることを特徴とするセンサー用基板。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載のセンサー用基板と、
一端部が前記ベース部に固定され、他端部が前記可動部に固定され、物理量を検出する物理量検出素子と、
を備えることを特徴とする物理量検出センサー。 - 請求項10に記載の物理量検出センサーを備え、該物理量検出センサーにより加速度が計測されることを特徴とする加速度センサー。
- 請求項10に記載の物理量検出センサーが搭載されていることを特徴とする電子機器。
- 請求項10に記載の物理量検出センサーが搭載されていることを特徴とする移動体。
- ベース部と、
前記ベース部と接続されている可動部と、
前記可動部の厚み方向からみた平面視において、前記ベース部から前記可動部に沿って延在する支持部と、
前記平面視において、前記可動部と前記支持部との間に、所定の間隔にて形成されたギャップ部と、を有し、
前記ギャップ部において、前記可動部および前記支持部の対向する面の各々には、前記ギャップ部に臨む側に頂部を有するエッチング残渣として形成された凸条部を有し、
前記所定の間隔は、前記可動部および前記支持部のいずれか一方に形成された前記凸条部である第1凸条部と、他方に形成された前記凸条部である第2凸条部との前記頂部どうしの間隔であるセンサー用基板の製造方法であって、
基板形成材料の表面に耐蝕膜を形成することと、
前記耐蝕膜の上にフォトレジスト層を形成し、且つ、前記表面のうち一方の第2面側の前記フォトレジスト層をパターニングし、露出した前記耐蝕膜を除去して、前記基板形成材料の表面の一部を露出させて第1パターン開口を形成することと、
前記第1パターン開口内に露出した前記基板形成材料の表面をウェットエッチングして、前記基板形成材料に第1の凹部を形成する第1エッチングと、
少なくとも前記第1の凹部の内面を保護膜で被覆することと、
前記第2面と反対側の第1面側の前記耐蝕膜の上に前記フォトレジスト層をパターニングし、露出した前記耐蝕膜を除去して、前記基板形成材料の表面の一部を露出させて第2パターン開口を形成することと、
前記第2パターン開口内に露出した前記基板形成材料の表面をウェットエッチングし、形成される第2の凹部の凹底部を前記第1の凹部に貫通させて前記ギャップ部を形成する第2エッチングと、を含み、
前記第1パターン開口および前記第2パターン開口の前記所定の間隔と同じ方向の幅をWp、前記第1エッチングまたは前記第2エッチングにおける前記基板形成材料のエッチング深さをdとし、可動部の変位量の限界値をWgmaxとしたとき、次式(1)〜(3)のいずれかの関係にすることを特徴とするセンサー用基板の製造方法。
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