JP4277655B2 - 多軸磁気センサ装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の磁気センサ素子を備える多軸磁気センサ装置に関するものである。

従来、複数のセンサ素子を備える多軸センサ装置として、例えば多軸磁気センサ装置がある。その一例が非特許文献１に開示されている。

非特許文献１に示される磁気センサ装置は、２個のホール素子を有する磁気センサ装置であり、ｐ型のシリコン基板に溝が形成され、溝の対向する斜面に、それぞれホール素子であるｎ型の低濃度不純物拡散領域が形成されている。また、ホール素子に接続するｎ型の高濃度不純物拡散領域が、電極配線として、ポリシリコン膜の開口部からイオン注入により形成されている。

従って、磁界が印加されると、斜面に直角な方向の磁界成分が各ホール素子に印加されるので、バイアス電流が流れる各ホール素子では、夫々の磁界成分に比例する電圧が発生し、出力電圧として検出される。これにより、例えば、磁界の回転角を検出することができる。
Transducers 93', 1993 The 7th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, p.892-895

しかしながら、上述の磁気センサ装置の場合、従来のＩＣ製造技術とは異なり、特殊で複雑な加工が必要となる。具体的には、所定角度の傾斜面をもった深い溝（１００μｍ程度）を精度良く形成するために、焦点範囲の広いＥＢリソグラフィ技術を用い、数段階にフォーカスを変えて露光する必要がある。すなわち複雑な加工による溝形成が必要であるため、製造工程及び製造コストが増加する。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、溝形成を必要としない多軸磁気センサ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の多軸磁気センサ装置は、少なくとも１箇所の薄肉部を備えるダイアフラム構造の基板と、基板に設けられた複数の磁気センサ素子と、基板に接合された状態で、基板との間に減圧状態にある封止空間を形成する台座とを備え、少なくとも１個の磁気センサ素子が薄肉部に形成され、当該薄肉部が台座側に凹むことによって、複数の磁気センサ素子の形成面が互いに所定の角度をなしていることを特徴とする。

このように、本発明の多軸磁気センサ装置によると、ダイアフラム構造の基板と台座とにより構成される封止空間を減圧状態にし、薄肉部上部の雰囲気と薄肉部下部の封止空間との圧力差により、少なくとも１個の磁気センサ素子を備える薄肉部を台座側に凹ませている。すなわち、薄肉部に設けられた磁気センサ素子の形成面が基板表面に対して所定の角度をなしており、複数の磁気センサ素子の形成面が互いに所定の角度をなしている。従って、従来のように基板に複雑な加工により形成された溝を有していなくとも、本発明の多軸磁気センサ装置は同一基板上において異なる位相（多軸）を検出することができる。

尚、磁気センサ素子の形成面同士のなす所定の角度とは、好ましくは角度演算の容易な９０度であるが、少なくとも磁気センサ素子の形成面同士が同一平面にない状態にあれば良い。

また、複数の磁気センサ素子は、全てが同一の薄肉部に形成されていても良いし、異なる薄肉部に形成されていても良い。また、その一部が薄肉部ではない基板部位に形成されていても良い。

磁気センサ素子としては、例えば請求項２に記載のように、ホール素子を適用することができる。

請求項３に記載のように、基板がシリコン基板であり、台座がガラス台座であると良い。

この場合、多軸磁気センサ装置は一般的な圧力センサ装置と構成が同一となるので、その製造が容易となる。

請求項４に記載のように、封止空間の減圧状態が真空状態であると良い。

この場合、薄肉部上下の圧力差がより大きくなるので、薄肉部が台座側に凹みやすくなる。

請求項５に記載のように、薄肉部は、磁気センサ素子の形成されない領域に、所定深さの溝部を有すると良い。

このように、薄肉部が溝部を有すると、溝部の形成部位が他の薄肉部の部位よりも薄肉となるため、溝部の形成部位を起点として薄肉部を台座側に凹ませることができる。尚、溝部は、薄肉部を貫通しないように、薄肉部の上面及び下面の少なくとも一方に対して形成されていれば良く、溝部の個数は特に限定されるものでない。

具体的には、請求項６に記載のように、薄肉部における磁気センサ素子の形成領域よりも端部側に溝部が形成されていると、薄肉部が台座側に凹みやすくなる。すなわち、磁気センサ素子同士がなす角度の調整幅が大きくなり、形成位置によっては、磁気センサ素子同士の形成面のなす角を、角度演算の容易な略９０度とすることも可能である。

また、請求項７に記載のように、複数の磁気センサ素子が同一の薄肉部に形成され、薄肉部における複数の磁気センサ素子の形成領域間に溝部が形成されていると、薄肉部が溝部により分割され、溝部を有さない場合よりも平坦となる。従って、薄肉部が撓むことにより磁気センサ素子に生じるピエゾ効果を低減することができる。

請求項８に記載のように、磁気センサ素子を備える薄肉部がその表面に補強部材を有していると、圧力が印加されても磁気センサ素子を備える薄肉部は変形しないため、磁気センサ素子は圧力変動の影響のない出力値を出力することができる。

請求項９に記載のように、基板は、磁気センサ素子の形成されない薄肉部の領域に、圧力検出素子を備えても良い。

本発明の多軸磁気センサ装置の構成は、ダイアフラム構造を有する圧力センサと同一構成であるので、薄肉部に圧力検出素子を備えることで、圧力を検出することも可能となる。

尚、圧力検出素子によっては、薄肉部の一方の表面に圧力検出素子が設けられれば良いが、請求項１０に記載のように静電容量型の圧力検出素子の場合、薄肉部の下面に可動電極を有し、薄肉部の可動電極形成位置に対向する台座の位置に固定電極を有する構成とすることで、可動電極及び固定電極間の静電容量の変化から、印加された圧力を検出することができる。

また、圧力検出素子の形成位置は、請求項１１に記載のように、磁気センサ素子を備える薄肉部であっても良い。この場合、同一の薄肉部に磁気センサ素子と圧力検出素子とを備えるので、センサの体格を小型化することができる。尚、磁気センサ素子が圧力変動の影響を受ける場合、同一の薄肉部に設けられている圧力検出素子の検出結果に基づいて、磁気センサ素子の出力を補正すれば良い。

次に、多軸磁気センサ装置の製造方法としては、請求項１２に記載のように、少なくとも１箇所に薄肉部を備えるダイアフラム構造の基板を形成する工程と、少なくとも１個が薄肉部に形成されるように基板に複数の磁気センサ素子を形成する工程と、基板との間に封止空間を形成するように台座を基板に接合する接合工程とを備えている。そして、接合工程において、封止空間が減圧状態となるように台座を基板に接合することにより、薄肉部が台座側に凹んで、複数の磁気センサ素子の形成面が互いに所定の角度をなすことを特徴とする。

本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明の作用効果と同一であるので、その記載を省略する。

尚、請求項１２においては、基板に形成された薄肉部に対して磁気センサ素子を形成する手順を示したが、請求項１３に記載のように、基板に複数の磁気センサ素子を形成した後で、基板の一部をエッチング等により除去することにより、少なくとも１個の磁気センサ素子を備える薄肉部を形成しても良い。この場合の効果も、請求項１２に記載の発明の効果と同一である。

尚、磁気センサ素子としては、例えば請求項１４に記載のように、ホール素子を適用することができる。

また、請求項１５に記載のように、基板がシリコン基板であり、台座がガラス台座であることが好ましい。

この場合、多軸磁気センサ装置は一般的な圧力センサ装置と構成が同一となるので、通常のＩＣ製造技術を用いて製造することができる。

また、基板に不純物を注入して磁気センサ素子を形成することもできる。

請求項１６に記載のように、接合工程の前に、磁気センサ素子の形成されない薄肉部の領域に、所定深さの溝部を形成する工程をさらに備えても良い。

本発明の作用効果は、請求項５に記載の発明の作用効果と同一であるので、その記載を省略する。

請求項１７に記載のように、溝部の形成は、薄肉部の形成と同一工程として実施されても良い。

例えばエッチングにより薄肉部を形成する場合には、薄肉部の形成と同時に溝部を形成することができる。この場合、製造工程を簡素化することができる。

請求項１８に記載のように、溝部が薄肉部における磁気センサ素子の形成領域よりも端部側に形成されても良い。

本発明の作用効果は、請求項６に記載の発明の作用効果と同一であるので、その記載を省略する。

請求項１９に記載のように、複数の磁気センサ素子が同一の薄肉部に形成され、溝部が薄肉部における複数の磁気センサ素子の形成領域間に形成されても良い。

本発明の作用効果は、請求項７に記載の発明の作用効果と同一であるので、その記載を省略する。

請求項２０に記載のように、接合工程の後に、磁気センサ素子を備える薄肉部の表面に、当該薄肉部の形状を保持するための補強層を形成する工程をさらに備えても良い。

本発明の作用効果は、請求項８に記載の発明の作用効果と同一であるので、その記載を省略する。

請求項２１に記載のように、接合工程の前に、磁気センサ素子の形成されない薄肉部の領域に、圧力検出素子を形成する工程をさらに備えても良い。

本発明の多軸磁気センサ装置の構成は、ダイアフラム構造を有する圧力センサと同一構成であるので、薄肉部に圧力検出素子を形成することができる。すなわち、同一基板に磁気センサ素子と圧力検出素子を備える多軸磁気センサ装置を形成することができる。

尚、圧力検出素子によっては、薄肉部の一方の表面に圧力検出素子を形成すれば良いが、請求項２２に記載のように静電容量型の圧力検出素子の場合、圧力検出素子を形成する工程として、薄肉部の下面に可動電極を形成し、薄肉部の可動電極形成位置に対向する台座の部位に固定電極を形成する工程を備えれば良い。

圧力検出素子は、請求項２３に記載のように磁気センサ素子を備える薄肉部に形成されても良いし、磁気センサ素子を備える薄肉部とは異なる薄肉部に形成されても良い。

磁気センサ素子が圧力変動の影響を受ける場合、圧力検出素子の検出結果に基づいて磁気センサ素子の出力を補正することができる。

尚、磁気センサ素子を備える薄肉部に圧力検出素子も形成されると、磁気センサ装置の体格を小型化することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。尚、本実施形態においては、センサ素子としてホール素子を備える多軸磁気センサ装置を例にとり、以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における多軸磁気センサ装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は上面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。

図１（ｂ）に示すように、多軸磁気センサ装置１００は、基板１０と、当該基板１０に形成されたセンサ素子としてのホール素子２０と、基板１０に接合された台座３０とにより構成される。

基板１０はダイアフラム構造を有するシリコン基板であり、少なくとも１箇所の薄肉部１１を有している。そして、薄肉部１１の形成位置の下部に、後述する封止空間となる開口部１２を有している。本実施形態において、開口部１２は、基板１０の下面側において、図１（ａ）に破線にて示されるような矩形状の領域をもって開口されており、この開口面積が基板１０の上面側へ行くほど縮小され、所定厚さの薄肉部１１を残した状態で矩形状の領域となっている。従って、薄肉部１１は、基板１０の他の部位と比べて膜厚が薄く形成されており、それにより可撓性を有している。尚、図１（ａ）において、内側の破線で示される矩形領域を薄肉部１１の形成領域とする。また、その構成材料は、上記例に限定されるものではなく、ＳＯＩ基板やガラス基板等であっても良い。

ホール素子２０は、基板１０に複数個形成されており、その内の少なくとも１個が薄肉部１１に形成されている。本実施形態におけるホール素子２０は、上面側から基板１０に不純物を注入し、熱拡散させることにより形成されており、図１（ａ），（ｂ）に示すように、同一の薄肉部１１に２個のホール素子２０が形成されている。それ以外にも、インジウムアンチモンやガリウム砒素等の材料を用い、スパッタや蒸着等により形成されたものでも良い。

また、ホール素子２０は、薄肉部１１が台座３０側に凹んだ状態において、ホール素子２０の形成面同士のなす角が所定の角度となるような位置に形成されている。従って、ホール素子２０を１個のみ備える場合よりも、検出範囲が広い状態にある。本実施形態においては、図１（ｂ）に示すように、薄肉部１１が凹んだ状態において、同一の薄肉部１１に形成されたホール素子２０の形成面同士が所定の角度となるように、凹んだ頂点に対して対向する位置に２個のホール素子２０が形成されている。従って、２つのホール素子２０により、異なる２軸（例えばｘ，ｙ軸）を回転軸とする磁界を検出することができる。尚、２つのホール素子２０の形成面のなす角が９０度であると、２つのホール素子２０の出力電圧が、振幅がほぼ等しく９０度位相の異なる正弦波となり、回転する磁界の回転角を容易に計算することができる。従って、２つのホール素子２０の形成面同士がなす所定の角度とは、角度演算の容易な９０度であることが好ましい。しかしながら、少なくともホール素子２０の形成面同士が同一平面にない状態にあれば、複雑になるものの、角度演算により異なる２軸を回転軸とする磁界を検出することが可能である。本実施形態においては、演算用等の回路部（図示せず）が同一基板１０上に形成されている。

尚、基板１０に設けられた複数のホール素子２０は、その全てが本実施形態に示すように同一の薄肉部１１に形成されていても良いが、それ以外にも、異なる薄肉部１１に形成される構成であっても良い。また、その一部が薄肉部１１ではない基板１０の部位に形成される構成であっても良い。

台座３０はガラス台座であり、基板１０の開口側表面に接合されて基板１０の開口部１２を封止し、基板１０との間に封止空間４０を構成している。そして、封止空間４０は、雰囲気（大気）に対して減圧状態に保持されている。従って、雰囲気（大気）と封止空間４０との圧力差により、薄肉部１１は図１（ｂ）に示すように台座３０側に凹んだ状態となっており、薄肉部１１に設けられた２つのホール素子２０の形成面同士が互いに所定の角度をなしている。尚、封止空間４０の減圧状態は、少なくとも薄肉部１１が台座３０側に凹む程度、雰囲気（大気）よりも減圧された状態であれば良く、２つのホール素子２０の形成面が９０度の角度をなす圧力であればより好ましい。一般の構成では、真空状態であると、もっとも９０度に近い値となる。また、その構成材料は上記例に限定されるものではなく、基板１０の構成材料に応じて、基板１０との間に密な封止空間４０を構成できる材料であれば適用することができる。

このように、本実施形態における多軸磁気センサ装置１００は、従来の圧力センサの構造を利用し、封止空間４０を減圧状態に保持することで、薄肉部１１を基板１０の表面に対して台座３０側に凹ませている。すなわち、薄肉部１１に設けられた２つのホール素子２０の形成面同士が互いに所定の角度をなしている。従って、本発明の多軸磁気センサ装置１００は、従来のように複雑な加工により溝を形成し、その斜面にホール素子を形成しなくとも、同一基板２０上において、異なる位相（２軸）の磁界を検出することができる。

尚、図１（ａ），（ｂ）に示されるように、多軸磁気センサ装置１００に磁界Ｂ（基板１０の上面側から基板１０に垂直に）が印加されると、２つのホール素子２０に対して直角な方向の磁界成分が各ホール素子２０に印加される。そして、バイアス電流が流れる各ホール素子２０では、各磁界成分に比例する電圧が発生し、出力電圧として検出される。そして２つのホール素子２０の出力電圧に基づき、磁界Ｂの回転角が検出される。

次に、このように構成される多軸磁気センサ装置１００の製造方法の概略を、図２（ａ）〜（ｃ）に示す工程別断面図を用いて説明する。尚、図２（ａ）は、ホール素子２０を形成する工程を示す図、（ｂ）は基板１０に薄肉部１１を形成する工程を示す図、（ｃ）は台座３０を基板１０に接合する工程を示す図である。尚、図２（ｃ）は図１（ｂ）と同一である。

図２（ａ）に示すように、先ず、基板１０として例えば｛１００｝面方位のｐ型シリコン基板を準備し、基板１０の薄肉部１１となる領域に２個のホール素子２０を形成する。本実施形態においては、基板１０の所定領域に、燐（Ｐ）等のｎ型不純物をイオン注入し、イオン注入後、活性化のための熱処理を行って、ｎ型の低濃度不純物拡散領域を形成し、ホール素子２０とした。

ホール素子２０形成後、フォトリソグラフィにより、基板１０に薄肉部１１を形成する。本実施形態においては、エッチングマスクとして図示しない窒化シリコン膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）を形成し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等により、上記窒化シリコン膜に設けた開口部から、基板１０をエッチングする。この時、｛１００｝面から基板１０を所定深さエッチングすると、｛１１１｝面方位の斜面が優先的に現れる開口部１２が形成される。そして、エッチング後、燐酸（Ｈ₃ＰＯ₄）等を用いて、表面の窒化シリコン膜を除去する。これにより図２（ｂ）に示すように、薄肉部１１及び｛１１１｝面方位の斜面を持つ開口部１２を有するダイアフラム構造の基板１０が形成される。

薄肉部１１形成後、減圧雰囲気において、基板１０の開口面に台座３０としてのガラス台座を陽極接合し、減圧状態の封止空間４０を形成する。そして、封止空間４０を形成後、大気雰囲気に配置することにより、薄肉部１１が台座３０側に凹み、本実施形態に示す多軸磁気センサ装置１００が形成される。

このように、本実施形態における多軸磁気センサ装置１００の製造方法によると、ダイアフラム構造を有する従来の圧力センサ装置の製造工程を活用することができる。従って、ＥＢリソグラフィ技術等の複雑な加工により溝部を形成し、その斜面にホール素子２０を形成しなくとも、多軸磁気センサ装置１００を容易に製造することができる。

尚、薄肉部１１の凹み状態は、薄肉部１１の面積、厚さ、重量、及び雰囲気と封止空間４０内の圧力差により決定される。従って、上述の製造工程において、基板１０のエッチング深さ、薄肉部１１の形状、及び接合時の減圧の度合いには注意が必要である。

また、本実施形態においては、基板１０がシリコン基板であり、ホール素子２０の形成後に薄肉部１１を形成する例を示した。しかしながら、基板１０の構成材料及びホール素子２０の形成方法によっては、薄肉部１１の形成後にホール素子２０を形成しても良い。

また、本実施形態において、２つのホール素子２０が、ともに同一の薄肉部１１に形成される例を示した。しかしながら、図３に示すように、２つのホール素子２０の内、一方が薄肉部１１に形成され、他方が薄肉部１１の形成領域でない基板１０の部位に形成される構成であっても良い。この場合も、２つのホール素子２０の形成面同士が所定の角度をなすことができるので、多軸磁気センサ装置１００は、２つの異なる位相を検出することができる。尚、図３は、本実施形態における多軸磁気センサ装置１００の変形例を示す概略断面図であり、図１（ｂ）に対応している。

また、図４に示すように、基板１０が複数の薄肉部１１を有し、異なる薄肉部１１に２つのホール素子２０がそれぞれ形成される構成であっても良い。この場合も、２つのホール素子２０の形成面同士が所定の角度をなすことができるので、多軸磁気センサ装置１００は、２つの異なる位相を検出することができる。しかしながら、センサの体格が大きくなるため、同一の薄肉部１１に２つのホール素子２０が形成されている構成の方が好ましい。尚、図４は、本実施形態における多軸磁気センサ装置１００の変形例を示す概略断面図であり、図１（ｂ）に対応している。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図５に基づいて説明する。図５は、本実施形態における多軸磁気センサ装置１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は上面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面における断面図である。尚、図５は、第１の実施形態で示した図１（ａ），（ｂ）に対応している。

第２の実施の形態における多軸磁気センサ装置１００は、第１の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

第２の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、薄肉部１１に溝部を有する点である。

本実施形態における多軸磁気センサ装置１００は、薄肉部１１の形成領域内において、ホール素子２０の形成されない領域に所定深さの溝部５０を有している。従って、溝部５０の形成部位が他の部位よりも薄肉であるので、薄肉部１１は溝部５０の形成部位を起点として、台座３０側に凹むこととなる。尚、このような溝部５０は、基板１０がシリコン基板の場合、エッチングすることにより容易に形成することができる。

具体的には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、２つのホール素子２０が形成された薄肉部１１において、開口部１２に面する側のホール素子２０の形成領域よりも端部側（図５においては、溝部５０の端部が薄肉部１１の端部と重なった状態）に、環状に溝部５０が形成されている。従って、薄肉部１１の重量を支える部分が他の部位よりも薄肉であるので、薄肉部１１が第１の実施形態よりも台座３０側に凹み易くなる。すなわち、ホール素子２０の形成面同士のなす角度の調整幅が大きくなる。この場合、ホール素子２０の形成位置によっては、ホール素子２０の形成面同士のなす角度を検出軸の角度演算の容易な略９０度の構成とすることも可能である。尚、図５（ａ）において、便宜上、溝部５０を太線の点線で図示している。

また、ホール素子２０の形成領域よりも端部側に形成される溝部５０は、その深さにより薄肉部１１の凹み状態が変化する。また、深すぎても、薄肉部１１が強度的に不安定となる。従って、薄肉部１１の強度信頼性を保持できる範囲で、２つのホール素子２０の形成面が互いに所定角度をなすように、溝部５０の深さは設定される。

また、溝部５０は、２つのホール素子２０の形成領域を分割するように、上述の環状部位に連結して、２つのホール素子２０間にも形成されている。この場合、薄肉部１１が台座３０側に凹んだ状態において、薄肉部１１は、第１の実施形態よりも撓みが小さくなり、平坦となる。従って、薄肉部１１が撓むことによりホール素子２０に生じるピエゾ効果の影響を低減することができ、ホール素子２０の検出精度を向上できる。

また、本実施形態において、溝部５０が、薄肉部１１の開口部１２に面する側に形成されている例を示した。しかしながら、溝部５０は薄肉部１１の上面（ホール素子２０形成面）及び下面（開口部１２側）の少なくとも一方に形成されていれば良い。

また、本実施形態において、溝部５０が、全て連結して形成されている例を示した。しかしながら、独立した溝部５０が同一の薄肉部１１に複数形成される構成であっても良いし、スリット状に溝部５０が形成される構成であっても良い。

また、本実施形態において、溝部５０が、薄肉部１１のホール素子２０の形成領域よりも端部側とホール素子２０間とに形成されている例を示した。しかしながら、溝部５０は、図６に示すように、薄肉部１１のホール素子２０の形成領域よりも端部側のみに形成されていても良いし、図７に示すように、２つのホール素子２０の形成領域を分割するように、ホール素子２０間のみに形成されていても良い。尚、図６及び図７は、本実施形態の変形例を示す平面図である。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。

本実施形態において、多軸センサ装置の一例として、多軸磁気センサ装置１００を示した。しかしながら、それ以外にも、複数のセンサ素子を備える多軸センサ装置であれば本発明を適用することができる。

また、本実施形態において、２つのホール素子２０が基板１０に形成される例を示した。しかしながら、本発明の多軸センサ装置は、複数のセンサ素子を備えるものであれば適用が可能である。例えば、図８に示すように、同一の薄肉部１１に３つのホール素子２０を備える構成であっても良い。図８は本実施形態の変形例を示す平面図であり、図１（ａ）に対応している。この場合、３つのホール素子２０により、ｘ，ｙ，ｚ軸方向の磁界をそれぞれ検出できるので、多軸磁気センサ装置１００を位置センサとして適用することができる。

また、本実施形態において、多軸磁気センサ装置１００は、ホール素子２０のみを有していた。しかしながら、本実施形態に示す多軸磁気センサ装置１００の構造は、圧力センサ装置の構造と略同一であるので、ホール素子２０とともに圧力検出素子を備えても良い。図９に示すように、２つのホール素子２０が形成された薄肉部１１に、例えばピエゾ抵抗型の圧力検出素子６０を有しても良い。図９は本実施形態の変形例を示す平面図であり、図１（ａ）に対応している。この場合、圧力検出素子６０の抵抗変化から圧力を検出することができる。尚、本構成の場合、同一の薄肉部１１にホール素子２０と圧力検出素子６０とを備えるので、センサ装置１００の体格が小型化される。

また、多軸磁気センサ装置１００は、図１０に示すように、圧力検出素子６０として、ホール素子２０が２個形成されている薄肉部１１の下面に可動電極６０ａを有し、当該可動電極６０ａの形成位置に対向する台座３０の部位に固定電極６０ｂを有しても良い。図１０は、本実施形態の変形例を示す断面図である。この場合、可動電極６０ａ及び固定電極６０ｂ間の静電容量の変化から圧力を検出することができる。本構成も、同一の薄肉部１１にホール素子２０と圧力検出素子６０を構成する可動電極６０ａとを備えるので、センサ装置１００の体格が小型化される。尚、薄肉部１１に圧力が印加されると、図９及び図１０に示すホール素子２０は圧力変動の影響を受ける。従って、圧力検出素子６０の出力に基づいて、ホール素子２０の出力を補正すると良い。

尚、本実施形態において示したホール素子２０は、使用環境の圧力変化によってピエゾ効果の影響を受ける。従って、多軸磁気センサ装置１００を圧力が変化する環境において使用する場合には、図１１に示すように、ホール素子２０を備える薄肉部１１を樹脂等の補強部材７０により補強して使用すると良い。この場合、圧力が印加されてもホール素子２０を備える薄肉部１１は変形しないため、ホール素子２０は圧力変動の影響のない出力値を出力することができる。すなわち、磁界の変化を高精度に検出することができる。

本発明の第１の実施における多軸磁気センサ装置の概略構成を示し、（ａ）は上面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。 多軸磁気センサ装置の製造工程を示す工程別断面図であり、（ａ）はホール素子形成工程、（ｂ）は薄肉部形成工程、（ｃ）は接合工程を示す図である。 第１実施形態の変形例を示す断面図である。 第１実施形態の変形例を示す断面図である。 第２の実施形態における多軸磁気センサ装置の概略構成を示し、（ａ）は上面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面における断面図である。 第２実施形態の変形例を示す断面図である。 第２実施形態の変形例を示す断面図である。 本実施形態の変形例を示す平面図である。 本実施形態の変形例を示す平面図である。 本実施形態の変形例を示す断面図である。 本実施形態の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０・・・基板
１１・・・薄肉部
１２・・・開口部
２０・・・ホール素子（センサ素子）
３０・・・台座
４０・・・封止空間
５０・・・溝部
６０・・・圧力検出素子
１００・・・多軸磁気センサ装置（多軸センサ装置）

Claims (23)

1. 少なくとも１箇所の薄肉部を備えるダイアフラム構造の基板と、
   前記基板に設けられた複数の磁気センサ素子と、
   前記基板に接合された状態で、前記基板との間に減圧状態にある封止空間を形成する台座とを備え、
   少なくとも１個の前記磁気センサ素子が前記薄肉部に形成され、当該薄肉部が前記台座側に凹むことによって、複数の前記磁気センサ素子の形成面が互いに所定の角度をなしていることを特徴とする多軸磁気センサ装置。
2. 前記磁気センサ素子はホール素子であることを特徴とする請求項１に記載の多軸磁気センサ装置。
3. 前記基板はシリコン基板であり、前記台座はガラス台座であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多軸磁気センサ装置。
4. 前記封止空間内は真空状態にあることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の多軸磁気センサ装置。
5. 前記薄肉部は、前記磁気センサ素子の形成されない領域に、所定深さの溝部を有することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の多軸磁気センサ装置。
6. 前記溝部は、前記薄肉部における前記磁気センサ素子の形成領域よりも端部側に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の多軸磁気センサ装置。
7. 複数の前記磁気センサ素子が同一の前記薄肉部に形成され、前記溝部は、前記薄肉部における複数の前記磁気センサ素子の形成領域間に形成されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の多軸磁気センサ装置。
8. 前記磁気センサ素子を備える前記薄肉部は、印加された圧力により変形しないように、その表面が補強部材により補強されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の多軸磁気センサ装置。
9. 前記基板は、前記磁気センサ素子の形成されない前記薄肉部の領域に、圧力検出素子を備えることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の多軸磁気センサ装置。
10. 前記圧力検出素子として、前記基板は、前記薄肉部の下面に可動電極を有し、前記台座は、前記薄肉部の前記可動電極形成位置に対向する位置に固定電極を有し、前記可動電極及び前記固定電極間の静電容量の変化から、印加された圧力が検出されることを特徴とする請求項９に記載の多軸磁気センサ装置。
11. 前記圧力検出素子は、前記磁気センサ素子を備える前記薄肉部に形成されていることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の多軸磁気センサ装置。
12. 少なくとも１箇所に薄肉部を備えるダイアフラム構造の基板を形成する工程と、
    少なくとも１個が前記薄肉部に形成されるように、前記基板に複数の磁気センサ素子を形成する工程と、
    前記基板との間に封止空間を形成するように、台座を前記基板に接合する接合工程とを備える多軸磁気センサ装置の製造方法であって、
    前記接合工程において、前記封止空間が減圧状態となるように前記台座を前記基板に接合することにより、前記薄肉部が前記台座側に凹んで、複数の前記磁気センサ素子の形成面が互いに所定の角度をなすことを特徴とする多軸磁気センサ装置の製造方法。
13. 基板に複数の磁気センサ素子を形成する工程と、
    前記基板の一部を除去し、少なくとも１個の前記磁気センサ素子の形成領域を含む所定領域を薄肉部とする工程と、
    前記基板との間に封止空間を形成するように、台座を前記基板に接合する接合工程とを備える多軸磁気センサ装置の製造方法であって、
    前記接合工程において、前記封止空間が減圧状態となるように前記台座を前記基板に接合することにより、前記薄肉部が前記台座側に凹んで、複数の前記磁気センサ素子の形成面が互いに所定の角度をなすことを特徴とする多軸磁気センサ装置の製造方法。
14. 前記磁気センサ素子はホール素子であることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の多軸磁気センサ装置の製造方法。
15. 前記基板はシリコン基板であり、前記台座はガラス台座であることを特徴とする請求項１２〜１４いずれか１項に記載の多軸磁気センサ装置の製造方法。
16. 前記接合工程の前に、前記磁気センサ素子の形成されない前記薄肉部の領域に、所定深さの溝部を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２〜１５いずれか１項に記載の多軸磁気センサ装置の製造方法。
17. 前記溝部の形成は、前記薄肉部の形成と同一工程として実施されることを特徴とする請求項１６に記載の多軸磁気センサ装置の製造方法。
18. 前記溝部は、前記薄肉部における前記磁気センサ素子の形成領域よりも端部側に形成されることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の多軸磁気センサ装置の製造方法。
19. 複数の前記磁気センサ素子は同一の前記薄肉部に形成され、前記溝部は、前記薄肉部における複数の前記磁気センサ素子の形成領域間に形成されることを特徴とする請求項１６〜１８いずれか１項に記載の多軸磁気センサ装置の製造方法。
20. 前記接合工程の後に、前記磁気センサ素子を備える前記薄肉部の表面に、当該薄肉部の形状を保持するための補強層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２〜１９いずれか１項に記載の多軸磁気センサ装置の製造方法。
21. 前記接合工程の前に、前記磁気センサ素子の形成されない前記薄肉部の領域に、圧力検出素子を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２〜１９いずれか１項に記載の多軸磁気センサ装置の製造方法。
22. 前記圧力検出素子を形成する工程として、前記薄肉部の下面に可動電極を形成し、前記薄肉部の前記可動電極形成位置に対向する前記台座の部位に固定電極を形成する工程を備えることを特徴とする請求項２１に記載の多軸磁気センサ装置の製造方法。
23. 前記圧力検出素子は、前記磁気センサ素子を備える前記薄肉部に形成されることを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載の多軸磁気センサ装置の製造方法。

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