JP3125520B2 - 加速度センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両等の加速度
を検出するのに好適に用いられる加速度センサおよびそ
の製造方法に関し、特に製造時の歩留りを向上できるよ
うにした加速度センサおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両等の加速度や回転方向を検
出するのに用いられる加速度センサは、電極板間の静電
容量を利用して検出するもので、例えば特開平３−９４
１６９号公報および特開昭６２−２３２１７１号公報等
によって知られている。

【０００３】しかし、これらの加速度センサは、固定部
と可動部との電極間の有効面積が小さくその離間寸法が
大きいために、検出感度が小さくなり高精度の加速度検
出を行うことができなかった。

【０００４】一方、例えば特開平４−１１５１６５号公
報に記載の加速度センサ（以下、「他の従来技術」とい
う）では、固定電極および可動電極にくし状電極を用
い、電極間の有効面積を大きくして検出感度を向上させ
るようにしている。

【０００５】そして、この他の従来技術による加速度セ
ンサは、一端がベースに固定され他端が水平方向に振動
可能な重りとなった片持梁と、該片持梁に一体形成され
た可動側のくし歯状電極部と、該可動側のくし歯状電極
部と非接触でかみ合わされた固定側のくし歯状電極部を
有し、前記ベースに固定されたくし歯状固定板とから構
成され、前記重りに加速度が加わったときに、可動側の
くし歯状電極部と固定側のくし歯状電極部との有効面積
を変化させ、この変化を静電容量として検出し、加速度
に応じた検出信号を得るものである。

【０００６】しかし、この他の従来技術では、シリコン
のエッチング加工技術を利用して各くし歯状電極部を形
成するときに、シリコンの一側面からのみエッチング処
理を施しているから、それぞれのエッチング面が傾いて
しまい、各電極部間の離間寸法を小さくすると、シリコ
ンの他側面部位で各電極部が接触してしまうことがあ
り、各電極部間の離間寸法を小さくできないという欠点
がある。

【０００７】即ち、シリコンウエハの厚さは数百μｍの
ものが通常使用され、この厚さをそのまま各電極部の厚
さ寸法とすると、先の理由によりエッチング面が傾いて
離間寸法を小さくすることが困難となる。一方、始めか
ら厚さが数１０μｍ程度に形成されたシリコンウエハを
用いることも考えられるが、この場合にはシリコンウエ
ハの強度が弱くなり、運搬時等に破損してしまう。

【０００８】そこで、上述した従来技術の問題を解消す
るために、本発明者は先に図１０ないし図２０に示す如
き加速度センサおよびその製造方法を検討した（以下、
「先行技術」という）。

【０００９】即ち、図１０ないし図２０において、１は
加速度センサ、２は絶縁基板としてのガラス基板を示
し、該ガラス基板２上には後述する固定部３，３および
可動部５が形成されている。また、該ガラス基板２には
矩形状の凹溝２Ａが形成され、該凹溝２Ａ上に位置する
可動部５の質量部８および可動側くし状電極９は矢示Ａ
方向（加速度が加わる方向）に変位可能となっている。

【００１０】３，３は低抵抗を有するシリコン材料によ
り形成された一対の固定部を示し、該各固定部３は前記
ガラス基板２の左，右に離間して位置し、それぞれ対向
する内側面には複数（例えば５枚）の薄板状の電極板４
Ａ，４Ａ，…が突出形成され、該各電極板４Ａは固定電
極としての固定側くし状電極４，４をそれぞれ構成して
いる。

【００１１】５は低抵抗を有するシリコン材料により形
成された可動部を示し、該可動部５は、前記ガラス基板
２の前，後に離間してガラス基板２に固着された支持部
６，６と、該各支持部６に梁７，７を介して支持され、
前記各固定部３の間に配設された質量部８と、該質量部
８から左，右方向にそれぞれ突出形成された複数（例え
ば５枚）の薄板状の電極板９Ａ，９Ａ，…を有する可動
側くし状電極９，９とから構成され、前記各梁７は質量
部８を矢示Ａ方向に変位させるように薄板状に形成され
ている。そして、前記各可動側くし状電極９の各電極板
９Ａは前記各固定側くし状電極４の各電極板４Ａと微小
隙間を介して互いに対向するようになっている。

【００１２】次に、図１２ないし図２０に先行技術によ
る加速度センサ１の製造方法について述べる。

【００１３】まず、図１２中の１１はシリコン板として
のシリコンウエハを示し、該シリコンウエハ１１は例え
ば直径７．５〜１５．５（ｃｍ），厚さ３００μｍ程度
の円板状に形成されている。

【００１４】次に、前記シリコンウエハ１１の一側面に
固定部３および可動部５を分離して形成するため、溝１
２以外の部分をマスキングした後に、第１のエッチング
工程によって、一側面から所定時間の間、ドライエッチ
ングとしてのＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）
またはウエットエッチングとしての異方性エッチングを
施し、図１３のように所定深さの溝１２を形成する。な
お、シリコンウエハ１１には図１８および図２０に示す
ように、複数個の加速度センサ１を一度に形成するため
に、溝１２はシリコンウエハ１１の一側面で全て連通す
るようになっている。

【００１５】一方、図１４に示すようにシリコンウエハ
１１と同じ大きさとなる円板状のガラス基板１３を用意
しておき、該ガラス基板１３の一側面にはガラスエッチ
ング（ガラスエッチング工程）を施すことにより、図１
５のような矩形状の凹部１３Ａ（凹溝２Ａ）を形成す
る。

【００１６】次に、図１６に示す接合工程では、前記第
１のエッチング工程で溝１２を図１３の如く形成したシ
リコンウエハ１１を一側面が下側に向くように反転さ
せ、凹部１３Ａが形成されたガラス基板１３の一側面に
シリコンウエハ１１の一側面を陽極接合させ、シリコン
ウエハ１１とガラス基板１３とを一体にする。

【００１７】さらに、図１７に示す第２のエッチング工
程では、シリコンウエハ１１の厚みを薄くするように、
該シリコンウエハ１１の他側面からＲＩＥまたはウエッ
トエッチングを施し、前記溝１２が貫通するまでエッチ
ングを行う（即ち、前記溝１２のレベルまでシリコンウ
エハ１１を上側から溶かして削除する）ことにより、加
速度センサ１となる固定部３および可動部５をガラス基
板１３上に複数個形成する（図１８および図２０参
照）。なお、可動部５では支持部６，６のみがガラス基
板１３上に固着され、梁７，７、質量部８および可動側
くし状電極９，９は前記凹部１３Ａ上に位置して、該質
量部８等は各梁７により矢示Ａ方向に移動可能になって
いる。

【００１８】そして、図２０に示すように、ガラス基板
１３上に形成された複数個の加速度センサ１をチップ
（５ｍｍ角）の大きさに点線の位置で切断することによ
って、一度の製造工程で加速度センサ１を例えば５２個
製造する。

【００１９】このように構成される先行技術の加速度セ
ンサ１は、外部から矢示Ａ方向の加速度が加わると、質
量部８が各支持部６に対し各梁７を介して変位し、可動
側くし状電極９の各電極板９Ａが固定側くし状電極４の
各電極板４Ａに対して接近または離間するので、このと
きの離間寸法の変位を静電容量の変化として外部の図示
しない信号処理回路に出力し、該信号処理回路ではこの
静電容量の変化に基づき前記加速度に応じた信号を出力
する。

【００２０】そして、この加速度センサ１では、可動側
くし状電極９および固定側くし状電極４の各電極板９
Ａ，４Ａの間で静電容量の変化として加速度を検出して
おり、該各電極板９Ａ，４Ａはそれぞれ電気的に並列接
続されているから、各電極板９Ａ，４Ａ間の静電容量を
それぞれ加算した値となる全体の静電容量から加速度を
検出でき、検出感度を高め、加速度の検出精度を向上さ
せることができる。

【００２１】また、先行技術による加速度センサ１の製
造方法においては、例えば厚さ３００μｍのシリコンウ
エハ１１を第２のエッチング工程で数１０μｍ程度まで
薄くすることによって、固定部３および可動部５等を分
離して形成しており、第１のエッチング工程で形成され
る溝１２の深さ寸法に基づき固定部３，可動部５等の厚
さ寸法が決められるから、溝１２の深さ寸法を調整する
ことによって、各電極板４Ａ，９Ａの有効面積を調整す
ることができる。また、シリコンウエハ１１の一側面お
よび他側面に対して第１および第２のエッチング工程で
それぞれエッチング処理を行っているから、シリコンウ
エハ１１の厚さをガラス基板１３上で薄くでき、くし状
電極４，９の各電極板４Ａ，９Ａの離間寸法を微小隙間
として確保できる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した先
行技術では、第２のエッチング工程において、シリコン
ウエハ１１のエッチング速度が各加速度センサ１の該当
部位でばらついた場合に、速く溝１２が貫通するところ
と貫通しないところとができる。そして、この第２のエ
ッチング工程では、溝１２のうち、速く貫通したところ
からエッチング剤（ＲＩＥの場合にはプラズマ、ウエッ
トエッチングの場合にはエッチング液）が他の加速度セ
ンサ１の部分に溝１２を介して浸入してしまう。

【００２３】即ち、図１９に示すように前，後に位置し
た加速度センサ１，１を例に挙げると、各加速度センサ
１間には仕切りはなく、一方の加速度センサ１側から他
方の加速度センサ１側にエッチング剤が矢示Ｂ方向に浸
入すると、他方の加速度センサ１側ではエッチング剤が
過剰に供給され、薄板状に形成された電極板４Ａ，９Ａ
および梁７等を破壊または変形するという問題がある。
これによって、シリコンウエハ１１から製造される複数
の加速度センサ１，１，…のうち、ほとんどの加速度セ
ンサ１が不良品となり、歩留りが悪化し、生産性を著し
く低下させるという問題がある。

【００２４】本発明は上述した先行技術の問題に鑑みな
されたもので、例えばシリコンウエハから加速度センサ
を製造するときの歩留りを向上し、生産性を大幅に高め
ることができるようにした加速度センサおよびその製造
方法を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明による加速度センサは、絶縁基板と、該
絶縁基板上に設けられ、シリコン板をエッチング処理す
ることにより互いに分離して形成された固定部および可
動部とを備え、該固定部には固定電極を一体に形成し、
前記可動部には、該固定電極と微小隙間を介して対向す
る可動電極と、外部からの加速度により該可動電極を固
定電極に対して接近，離間させる質量部と、該質量部に
梁を介して連結され、該質量部および可動電極を前記絶
縁基板上で変位可能に支持する支持部とを一体に形成す
ることによって構成される。そして、本発明が採用する
構成の特徴は、前記絶縁基板上には、前記固定部および
可動部を周囲から取囲むガードを形成したことにある。

【００２６】この場合、前記可動部の可動電極は、質量
部からくし状に突出する複数の電極板によって形成し、
前記固定部の固定電極は、該可動電極の各電極板に対し
て微小隙間を介して対向するくし状の複数の電極板によ
って形成することが望ましい。

【００２７】また、本発明による加速度センサの製造方
法は、シリコン板に一側面からエッチング処理を施し、
固定部と可動部とを分離するための溝をシリコン板の一
側面に形成する第１のエッチング工程と、前記シリコン
板に前記溝を形成した後に、該シリコン板の他側面が上
側になるように該シリコン板を反転し、該シリコン板の
一側面を絶縁基板上に接合する接合工程と、前記シリコ
ン板を絶縁基板上に接合した状態で、前記シリコン板の
他側面からエッチング処理を施し、前記シリコン板に固
定部と可動部とを分離して形成する第２のエッチング工
程とを含み、前記第１のエッチング工程ではシリコン板
の一側面に前記固定部および可動部を周囲から取囲むよ
うにガード用溝を形成し、前記第２のエッチング工程で
は前記固定部および可動部の周囲に位置して該固定部お
よび可動部から分離され、前記絶縁基板上に接合された
ガードを形成したことにある。

【００２８】

【作用】上述の如く、絶縁基板上には固定部および可動
部を周囲から取囲むガードを形成することにより、個々
の加速度センサをそれぞれのガードで仕切ることができ
るから、エッチング剤（プラズマまたはエッチング液）
が一方の加速度センサ部分から他方の加速度センサの固
定部および可動部等に浸入するのを防止でき、エッチン
グ速度のばらつきによる不具合を確実に解消することが
できる。

【００２９】また、前記可動部の可動電極および固定部
の固定電極をくし状の電極として形成することにより、
電極間の有効面積を大きくでき、それぞれの電極板を微
小隙間を介して対向させることができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図９に基
づいて説明する。なお、実施例では前述した先行技術と
同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略す
るものとする。

【００３１】図中、３１は本実施例による加速度センサ
を示し、該加速度センサ３１は先行技術による加速度セ
ンサ１とほぼ同様に構成され、絶縁基板としてのガラス
基板２上には後述する固定部３２，３２および可動部３
４等が一体的に形成されている。

【００３２】３２，３２は固定部を示し、該各固定部３
２は固定電極としての固定側くし状電極３３，３３を有
してガラス基板２の左，右に離間して形成され、それぞ
れ対向する内側面に複数の薄板状の電極板３３Ａ，３３
Ａ，…が突出されている。

【００３３】３４は可動部を示し、該可動部３４は、ガ
ラス基板２の前，後に離間して配設された支持部３５，
３５と、該各支持部３５に梁３６，３６を介して支持さ
れ、前記各固定部３２間に配設された質量部３７と、該
質量部３７から左，右方向に突出形成された薄板状の電
極板３８Ａ，３８Ａ，…を有する可動側くし状電極３
８，３８とを一体的に形成することによって構成されて
いる。

【００３４】３９は本実施例のガードを示し、該ガード
３９はガラス基板２上に位置し、前記各固定部３２およ
び可動部３４を周囲から取囲むようにシリコン材により
矩形状に形成され、高さは各固定部３２および可動部３
４とほぼ同じ高さになっている。

【００３５】本実施例の加速度センサ３１は上述の如き
構成を有するもので、次に、図３ないし図９を参照し
て、当該加速度センサ３１の製造方法について述べる。

【００３６】まず、シリコン板としてのシリコンウエハ
４１には一側面に溝４２およびガード３９を形成するガ
ード用溝４３以外の部分をマスキングした後に、第１の
エッチング工程によって、一側面から所定時間の間、ド
ライエッチングとしてのＲＩＥ（リアクティブイオンエ
ッチング）またはウエットエッチングとしての異方性エ
ッチングを施し、図４のように所定深さの溝４２および
ガード用溝４３を形成する。なお、各加速度センサ３１
となる固定部３２，可動部３４が形成される溝４２は、
ガード用溝４３によりそれぞれ取囲まれるようになって
いる。

【００３７】次に、図５に示す接合工程では、図４のシ
リコンウエハ４１を一側面が下側を向くように反転さ
せ、一側面に凹部１３Ａを有するガラス基板１３上にシ
リコンウエハ４１の一側面を陽極接合してシリコンウエ
ハ４１とガラス基板１３とを一体にする。

【００３８】さらに、図６に示す第２のエッチング工程
では、シリコンウエハ４１の他側面からＲＩＥまたはウ
エットエッチングを施し、前記溝４２およびガード用溝
４３が貫通するまでエッチングを行う（即ち、図５に点
線で示す厚さＴのレベルまでシリコンウエハ４１を上側
から溶かして削除する）ことにより、加速度センサ３１
となる固定部３２，可動部３４およびガード３９をガラ
ス基板１３上に複数個形成する（図７および図９参
照）。この後に、ガラス基板１３を図７の点線に沿って
切断することにより加速度センサ３１を複数個製造す
る。

【００３９】このように形成されるガード３９は、図
７，図８および図９に示す如く、各加速度センサ３１
（固定部３２および可動部３４）間をそれぞれ仕切るよ
うにして取囲んでいる。この結果、第２のエッチング工
程でエッチング速度にばらつきが生じ、一方の加速度セ
ンサ３１の溝４２が貫通する前に他方の加速度センサ３
１の溝４２が貫通した場合でも、この他方の加速度セン
サ３１からのエッチング剤が一方の加速度センサ３１に
浸入するのをガード３９によって確実に防止でき、この
エッチング剤を個々の加速度センサ３１内に封じ込めて
おくことが可能となる。

【００４０】従って、本実施例によれば、ガード３９に
より各加速度センサ３１を個別に仕切るようにしたか
ら、第２のエッチング工程でエッチング速度のばらつき
により、他方の加速度センサ３１側から一方の加速度セ
ンサ３１内にエッチング剤が過剰に供給されてしまうの
を確実に防止でき、当該加速度センサ３１の固定部３
２，可動部３４がこのときのエッチング剤で損傷される
のを効果的に防止できる。これにより、当該加速度セン
サ３１の製造工程における歩留りを高めることができ、
加速度センサ３１の生産性を大幅に向上できる。

【００４１】なお、前記実施例では、図１に示すよう
に、加速度センサ３１の周囲にガード３９を残すものと
して述べたが、本発明はこれに限らず、ガード３９はガ
ラス基板１３の切断時に加速度センサ３１から切り落と
してもよい。また、ガード３９を高くしてカバーを接合
して加速度センサ３１をパッケージ化することも可能で
あり、この場合には、第２のエッチング工程時でガード
３９の部分をマスキングし、ガード用溝４３のみをエッ
チングして貫通させればよい。さらに、ガード用溝４３
を２本ずつ形成し、各加速度センサ３１毎にそれぞれ別
個にガード３９を形成するようにしてもよい。

【００４２】また、前記実施例では、第１および第２の
エッチング工程において、ドライエッチングまたはウエ
ットエッチングのいずれかを選択するものとして述べた
が、特に、加工精度の面からみればドライエッチングを
用いるのがよく、コスト面からみればウエットエッチン
グを用いるのがよい。

【００４３】さらに、前記実施例の加速度センサ３１
は、固定部３２の固定電極を固定側くし状電極３３と
し、可動部３４の可動電極を可動側くし状電極３８と
し、各電極板３３Ａ，３８Ａを微小隙間を介して対向さ
せるものとして述べたが、本発明はこれに限らず、一般
的な絶縁基板と、該絶縁基板上に基端側が固定され、自
由端側に可動電極となる質量部を有する可動部と、質量
部の移動方向に固定電極となる固定部を形成した加速度
センサに用いてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明では、絶縁基
板上に固定部および可動部を周囲から取囲むガードを形
成し、該ガードによって各加速度センサを仕切るように
したから、当該加速度センサの製造時にエッチング剤が
一方の加速度センサから他方の加速度センサ側へと浸入
するのを確実に防止でき、当該加速度センサ内にエッチ
ング剤が過剰に供給されて固定部および可動部等の損傷
を防止し、製造時の歩留りを効果的に向上でき、生産性
を大幅に高めることができる。

【００４５】また、前記可動部の可動電極および固定部
の固定電極をそれぞれ複数の電極板からくし状に形成す
れば、電極間の有効面積を確実に大きくすることがで
き、加速度に対する静電容量の変化を大きくでき、加速
度センサとしての検出感度を向上させることができる。

【００４６】さらに、本発明の製造方法によれば、絶縁
基板上にシリコン板より形成された固定部および可動部
の厚さを薄くでき、該固定部の固定電極および可動部の
可動電極との離間寸法を微小隙間として確実に確保でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による加速度センサを示す平面
図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向からみた縦断面図であ
る。

【図３】加速度センサの固定部，可動部およびガードを
形成するために用いるシリコンウエハの縦断面図であ
る。

【図４】第１のエッチング工程によりシリコンウエハの
一側面に溝を形成した状態を示す縦断面図である。

【図５】図４による第１のエッチング工程に続く接合工
程により、シリコンウエハの一側面とガラス基板とを接
合させた状態を示す縦断面図である。

【図６】図５による接合工程に続く第２のエッチング工
程により、シリコンウエハに固定部，可動部およびガー
ドを形成した状態を示す図７中の矢示VI−VI方向からみ
た縦断面図である。

【図７】図６による第２のエッチング工程により、ガラ
ス基板上に形成された固定部，可動部およびガードを示
す平面図である。

【図８】図７中の矢示VIII−VIII方向からみた縦断面図
である。

【図９】ガラス板上にシリコンウエハにより固定部，可
動部およびガードを形成した状態を示す平面図である。

【図１０】先行技術による加速度センサを示す平面図で
ある。

【図１１】図１０中の矢示XI−XI方向からみた縦断面図
である。

【図１２】加速度センサの固定部および可動部を形成す
るために用いるシリコンウエハの縦断面図である。

【図１３】第１のエッチング工程によりシリコンウエハ
の一側面に溝を形成した状態を示す縦断面図である。

【図１４】加速度センサのガラス基板を示す縦断面図で
ある。

【図１５】ガラスエッチング工程によりガラス基板に凹
溝を形成した状態を示す縦断面図である。

【図１６】図１３による第１のエッチング工程および図
１５によるガラスエッチング工程に続く接合工程によ
り、シリコンウエハの一側面とガラス基板とを接合させ
た状態を示す縦断面図である。

【図１７】図１６による接合工程に続く第２のエッチン
グ工程により、シリコンウエハに固定部および可動部を
形成した状態を示す図１８中の矢示XVII−XVII方向から
みた縦断面図である。

【図１８】図１７による第２のエッチング工程により、
ガラス基板上に形成された固定部および可動部を示す平
面図である。

【図１９】図１８中の矢示XIX −XIX 方向からみた縦断
面図である。

【図２０】ガラス板上にシリコンウエハにより固定部お
よび可動部を形成した状態を示す平面図である。

【符号の説明】

２（１３） ガラス基板（絶縁基板） ３１ 加速度センサ ３２ 固定部 ３３ 固定側くし状電極（固定電極） ３４ 可動部 ３５ 支持部 ３６ 梁 ３７ 質量部 ３８ 可動側くし状電極（可動電極） ３９ ガード ４１ シリコンウエハ（シリコン板） ４２ 溝 ４３ ガード用溝

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板と、該絶縁基板上に設けられ、
   シリコン板をエッチング処理することにより互いに分離
   して形成された固定部および可動部とを備え、該固定部
   には固定電極を一体に形成し、前記可動部には、該固定
   電極と微小隙間を介して対向する可動電極と、外部から
   の加速度により該可動電極を固定電極に対して接近，離
   間させる質量部と、該質量部に梁を介して連結され、該
   質量部および可動電極を前記絶縁基板上で変位可能に支
   持する支持部とを一体に形成してなる加速度センサにお
   いて、前記絶縁基板上には、前記固定部および可動部を
   周囲から取囲むガードを形成したことを特徴とする加速
   度センサ。
2. 【請求項２】 前記可動部の可動電極は質量部からくし
   状に突出する複数の電極板によって形成し、前記固定部
   の固定電極は該可動電極の各電極板に対して微小隙間を
   介して対向するくし状の複数の電極板によって形成して
   なる請求項１記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】 シリコン板に一側面からエッチング処理
   を施し、固定部と可動部とを分離するための溝をシリコ
   ン板の一側面に形成する第１のエッチング工程と、前記
   シリコン板に前記溝を形成した後に、該シリコン板の他
   側面が上側になるように該シリコン板を反転し、該シリ
   コン板の一側面を絶縁基板上に接合する接合工程と、前
   記シリコン板を絶縁基板上に接合した状態で、前記シリ
   コン板の他側面からエッチング処理を施し、前記シリコ
   ン板に固定部と可動部とを分離して形成する第２のエッ
   チング工程とを含み、前記第１のエッチング工程ではシ
   リコン板の一側面に前記固定部および可動部を周囲から
   取囲むようにガード用溝を形成し、前記第２のエッチン
   グ工程では前記固定部および可動部の周囲に位置して該
   固定部および可動部から分離され、前記絶縁基板上に接
   合されたガードを形成してなる加速度センサの製造方
   法。