JP5176461B2 - 力学量センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，力学量を検出する力学量センサおよびその製造方法に関する。

半導体からなるトランデューサ構造体を一対のガラス基板で挟み込むようにそれぞれ接合して構成され，加速度および角速度を検出する力学量センサの技術が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００２−３５０１３８号公報

ここで，力学量センサの薄型化への要求が高まり，ガラス基板を薄くする必要が生じている。
しかしながら，ガラス基板を薄くするのは必ずしも容易でない。ガラス基板を例えば，２００μｍ以下とすると，脆弱になり，力学量センサの物理的強度の確保が困難となる。
上記に鑑み，本発明は，薄型化と物理的強度の確保との両立が図れる力学量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。

本発明の一態様に係る力学量センサは，開口を有する固定部と，この開口内に配置され，かつ前記固定部に対して変位する変位部と，前記固定部と前記変位部とを接続する接続部と，を有し，かつ平板状の第１の半導体材料から構成される第１の構造体と，前記変位部に接合される重量部と，前記重量部を囲んで配置され，かつ前記固定部に接合される台座と，を有し，第２の半導体材料から構成され，かつ前記第１の構造体に積層して配置される第２の構造体と，第１の材料からなる第１の板状体を有し，かつ前記固定部に接続されて前記第１の構造体に積層配置される第１の基体と，第２の材料からなる第２の板状体を有し，かつ前記台座に接続されて前記第２の構造体に積層配置される第２の基体と，を具備し，前記第１の基体と前記第２の基体の少なくとも何れか一方が，前記固定部または前記台座に接続される主面を被覆する絶縁層を有していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る力学量センサの製造方法は，第１の半導体材料からなる第１の層，絶縁材料からなる第２の層，および第２の半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる半導体基板の前記第１の層をエッチングして，開口を有する固定部と，この開口内に配置され，かつ前記固定部に対して変位する変位部と，前記固定部と前記変位部とを接続する接続部と，を有する第１の構造体を形成するステップと，第１の材料からなる第１の板状体およびこの第１の板状体の一対の主面の少なくとも一方を被覆する絶縁層を有する第１の基体の前記絶縁層を，前記固定部に陽極接合して前記第１の構造体に積層配置するステップと，前記変位部に接合される重量部と，前記重量部を囲んで配置され，かつ前記固定部に接合される台座と，を有する第２の構造体を前記第３の層をエッチングして形成するステップと，第２の材料からなる板状体を有する第２の基体を，前記台座に接合して前記第２の構造体に積層配置するステップと，を具備することを特徴とする。

本発明によれば，薄型化と物理的強度の確保との両立が図れる力学量センサおよびその製造方法を提供できる。

以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は力学量センサ１００を分解した状態を表す分解斜視図である。力学量センサ１００は，互いに積層して配置される第１の構造体１１０，接合部１２０，第２の構造体１３０，及び第１の基体１４０，第２の基体１５０を有する。
図２は，力学量センサ１００の一部（第一の構造体１１０，第２の構造体１３０）をさらに分解した状態を表す分解斜視図である。図３，図４，図５，図６はそれぞれ，第１の構造体１１０の上面図，接合部１２０の上面図，第２の構造体１３０の上面図，第２の構造体の下面図である。図７，図８，図９はそれぞれ，第１の基体１４０の下面図，第２の基体１５０の上面図，および第２の基体１５０の下面図である。図１０，図１１はそれぞれ，力学量センサ１００を図１のＢ−Ｂ及びＣ−Ｃに沿って切断した状態を表す断面図である。

力学量センサ１００は，それ単体，あるいは回路基板と組み合わされて（例えば，基板への搭載），電子部品として機能する。電子部品としての力学量センサ１００は，ゲーム機やモバイル端末機（例えば，携帯電話）等への搭載が可能である。なお，力学量センサ１００と，回路基板（回路基板上のＩＣ等の能動素子，配線用端子）は，ワイヤボンディング，フリップチップ等によって電気的に接続される。

力学量センサ１００は，加速度α，角速度ωの一方，または双方を測定できる。即ち，力学量は加速度α，角速度ωの一方，または双方を意味する。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向それぞれでの力Ｆ０ｘ，Ｆ０ｙ，Ｆ０ｚによる変位部１１２（後述する）の変位を検出することで，加速度αｘ，αｙ，αｚを測定できる。また，変位部１１２をＺ軸方向に振動させ，Ｙ，Ｘ軸方向それぞれでのコリオリ力Ｆｙ，Ｆｘによる変位部１１２の変位を検出することで，Ｘ，Ｙ軸方向それぞれの角速度ωｘ，ωｙを測定できる。このように，力学量センサ１００は，３軸の加速度αｘ，αｙ，αｚおよび２軸の角速度ωｘ，ωｙを測定できる。なお，この詳細は後述する。

第１の構造体１１０，接合部１２０，第２の構造体１３０，第１の基体１４０，第２の基体１５０は，その外周が例えば，５ｍｍの辺の略正方形状であり，これらの高さはそれぞれ，例えば，２０μｍ，２μｍ，６７５μｍ，５０μｍ，５０μｍである。
第１の構造体１１０，接合部１２０，第２の構造体１３０はそれぞれ，シリコン，酸化シリコン，シリコンから構成可能であり，力学量センサ１００は，シリコン／酸化シリコン／シリコンの３層構造をなすＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて製造可能である。第１の構造体１１０，第２の構造体１３０を構成するシリコンには，全体に例えばボロン等の不純物が含まれる導電性材料を使用することが好ましい。後述するように，第１の構造体１１０，第２の構造体１３０を不純物が含まれるシリコンで構成することにより，力学量センサ１００の配線を簡略にすることができる。本実施の形態では，第１の構造体１１０及び第２の構造体１３０に不純物が含まれるシリコンを使用している。

第１の構造体１１０は，外形が略正方形であり，固定部１１１（１１１ａ〜１１１ｃ），変位部１１２（１１２ａ〜１１２ｅ），接続部１１３（１１３ａ〜１１３ｄ），ブロック上層部１１４（１１４ａ〜１１４ｊ）から構成される。第１の構造体１１０は，半導体材料の膜をエッチングして開口１１４ａ〜１１４ｄ及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊを形成することで作成できる。

固定部１１１は，枠部１１１ａと突出部１１１ｂ，１１１ｃとに区分できる。枠部１１１ａは，外周，内周が共に略正方形の枠形状の基板である。突出部１１１ｂは，枠部１１１ａの内周のコーナー部に配置され，変位部１１２ｂに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき，０°方向に）突出する略正方形の基板である。突出部１１１ｃは，枠部１１１ａの内周のコーナー部に配置され，変位部１１２ｄに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき，１８０°方向に）突出する略正方形の基板である。枠部１１１ａと突出部１１１ｂ，１１１ｃは，一体的に構成されている。

変位部１１２は，変位部１１２ａ〜１１２ｅから構成される。変位部１１２ａは，外周が略正方形の基板であり，固定部１１１の開口の中央近傍に配置される。変位部１１２ｂ〜１１２ｅは，外周が略正方形の基板であり，変位部１１２ａを４方向（Ｘ軸正方向，Ｘ軸負方向，Ｙ軸正方向，Ｙ軸負方向）から囲むように接続，配置される。変位部１１２ａ〜１１２ｅはそれぞれ，接合部１２０によって後述の重量部１３２ａ〜１３２ｅと接合され，固定部１１１に対して一体的に変位する。

変位部１１２ａの上面は，駆動用電極Ｅ１（後述する）として機能する。この変位部１１２ａの上面の駆動用電極Ｅ１は，第１の基体１４０の下面に設置された後述する駆動用電極１４４ａと容量性結合し，この間に印加された電圧によって変位部１１２をＺ軸方向に振動させる。なお，この駆動の詳細は後述する。

変位部１１２ｂ〜１１２ｅの上面は，変位部１１２のＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する検出用電極Ｅ１（後述する）としてそれぞれ機能する。この変位部１１２ｂ〜１１２ｅの上面の検出用電極は，第１の基体１４０の下面に設置された後述する検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅとそれぞれ容量性結合する（変位部１１２のｂ〜ｅのアルファベットと，検出用電極１４４のｂ〜ｅのアルファベットは，それぞれ順に対応している）。なお，この検出の詳細は後述する。

接続部１１３ａ〜１１３ｄは略長方形の基板であり，固定部１１１と変位部１１２ａとを４方向（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき，４５°，１３５°，２２５°，３１５°方向）で接続する。
接続部１１３ａ〜１１３ｄは，枠部１１１ａに近い側の領域では，台座１３１の突出部１３１ｃ（後述する）と接合部１２０によって接合されている。接続部１１３ａ〜１１３ｄのその他の領域，すなわち変位部１１２ａに近い側の領域では，対応する領域に突出部１３１ｃが形成されておらず，厚みが薄いため，可撓性を有している。接続部１１３ａ〜１１３ｄの枠部１１１ａに近い側の領域が，突出部１３１ｃと接合されているのは，大きな撓みにより接続部１１３ａ〜１１３ｄが損傷することを防止するためである。
接続部１１３ａ〜１１３ｄは，撓みが可能な梁として機能する。接続部１１３ａ〜１１３ｄが撓むことで，変位部１１２が固定部１１１に対して変位可能である。具体的には，変位部１１２が固定部１１１に対して，Ｚ正方向，Ｚ負方向に直線的に変位する。また，変位部１１２は，固定部１１１に対してＸ軸およびＹ軸を回転軸とする正負の回転が可能である。即ち，ここでいう「変位」には，移動および回転（Ｚ軸方向での移動，Ｘ，Ｙ軸での回転）の双方を含めることができる。

ブロック上層部１１４は，ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊから構成される。ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊは，略正方形の基板であり，固定部１１１の内周に沿い，かつ変位部１１２を周囲から囲むように配置される。

ブロック上層部１１４ｈ，１１４ａは，変位部１１２ｅの端面と対向する端面を有し，ブロック上層部１１４ｂ，１１４ｃは，変位部１１２ｂの端面と対向する端面を有し，ブロック上層部１１４ｄ，１１４ｅは，変位部１１２ｃの端面と対向する端面を有し，ブロック上層部１１４ｆ，１１４ｇは，変位部１１２ｄの端面と対向する端面を有している。図１に示すように，ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｈはそれぞれ，変位部１１２の８つの端面のうちの１つと対向する端面を有して，アルファベット順に右回りで配置されている。ブロック上層部１１４ｉ，ブロック上層部１１４ｊは，Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき，それぞれ９０°，２７０°の方向に配置される。

ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｈはそれぞれ，接合部１２０によって後述するブロック下層部１３４ａ〜１３４ｈと接合される（ブロック上層部１１４のａ〜ｈのアルファベットと，ブロック下層部１３４のａ〜ｈのアルファベットは，それぞれ順に対応している）。ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｈとブロック下層部１３４ａ〜１３４ｈがそれぞれ接合されたブロックは，後述する検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅに電源を供給するための配線の用途で用いられる。
ブロック上層部１１４ｉ，１１４ｊは，接合部１２０によって後述するブロック下層部１３４ｉ，１３４ｊとそれぞれ接合される。ブロック上層部１１４ｉ，１１４ｊとブロック下層部１３４ｉ，１３４ｊがそれぞれ接合されたブロックは，変位部１１２をＺ軸方向に振動させるための配線の用途で用いられる。なお，この詳細は後述する。

第２の構造体１３０は，外形が略正方形であり，台座１３１（１３１ａ〜１３１ｄ），重量部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ），およびブロック下層部１３４(１３４ａ〜１３４ｊ）から構成される。第２の構造体１３０は，半導体材料の基板をエッチングして開口１３３，ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊ，及びポケット１３５（後述する）を形成することで，作成可能である。なお，台座１３１と，ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊは，互いに高さがほぼ等しく，重量部１３２は，台座１３１及びブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊよりも高さが低い。重量部１３２と第２の基体１５０との間に間隙（ギャップ）を確保し，重量部１３２の変位を可能にするためである。台座１３１と，ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊと，重量部１３２は，それぞれ離間して配置される。

台座１３１は，枠部１３１ａと突出部１３１ｂ〜１３１ｄとに区分できる。
枠部１３１ａは，外周，内周が共に略正方形の枠形状の基板であり，固定部１１１の枠部１１１ａと対応した形状を有する。
突出部１３１ｂは，枠部１３１ａの内周のコーナー部に配置され，重量部１３２ｂに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき，０°方向に）突出する略正方形の基板であり，固定部１１１の突出部１１１ｂと対応した形状を有する。

突出部１３１ｃは，４つの略長方形の基板であり，Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき，４５°，１３５°，２２５°，３１５°方向に枠部１３１ａから重量部１３２ａに向かってそれぞれ突出し，一端が台座１３１の枠部１３１ａと接続され，他端は重量部１３２ａと離間して配置されている。突出部１３１ｃは，接続部１１３ａ〜１１３ｄと対応する領域のうち，枠部１３１ａ側の略半分の領域に形成されており，他の領域，すなわち，重量部１３２側の略半分の領域には形成されていない。

突出部１３１ｄは，枠部１３１ａの内周のコーナー部に配置され，重量部１３２ｄに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき，１８０°方向に）突出する略正方形の基板内に，この基板の表面と裏面とを貫通するポケット１３５（開口）が形成されたもので，固定部１１１の突出部１１１ｃと接合されている。

ポケット１３５は，高真空を維持するためのゲッター材料を配置する，例えば直方体形状の空間である。ポケット１３５の一方の開口端は接合部１２０によって蓋がされている。ポケット１３５の他方の開口端は第２の基体１５０によって大部分に蓋がされているが，重量部１３２寄りの一部は蓋がされておらず，この他方の開口端と重量部１３２等が形成されている開口１３３とは一部で通じている（図示せず）。

ゲッター材料は，真空封入された力学量センサ１００内の真空度を高める目的で残留気体を吸着するものである。これにより，変位部１１２（重量部１３２も）の振動の際の空気抵抗による影響を低減することができる。力学量センサ１００に用いられるゲッター材料としては，例えば，チタンとＺｒ−Ｖ−Ｆｅ合金との混合物（サエスゲッターズジャパン社製，商品名 非蒸発ゲッターＳｔ１２２）を用いることができる。

枠部１３１ａと突出部１３１ｂ〜１３１ｄは，一体的に構成されている。
台座１３１は，接合部１２０によって固定部１１１，及び接続部１１３ａ〜１１３ｄの所定の領域と接続される。

重量部１３２は，質量を有し，加速度α，角速度ωそれぞれに起因する力Ｆ０，コリオリ力Ｆを受ける重錘，あるいは作用体として機能する。即ち，加速度α，角速度ωが印加されると，重量部１３２の重心に力Ｆ０，コリオリ力Ｆが作用する。
重量部１３２は，略直方体形状の重量部１３２a〜１３２ｅに区分される。中心に配置された重量部１３２aに４方向から重量部１３２ｂ〜１３２ｅが接続され，全体として一体的に変位（移動，回転）が可能となっている。即ち，重量部１３２ａは，重量部１３２ｂ〜１３２ｅを接続する接続部として機能する。

重量部１３２ａ〜１３２ｅはそれぞれ，変位部１１２ａ〜１１２ｅと対応する略正方形の断面形状を有し，接合部１２０によって変位部１１２ａ〜１１２ｅと接合される。重量部１３２に加わった力Ｆ０，コリオリ力Ｆに応じて変位部１１２が変位し，その結果，加速度α，角速度ωの測定が可能となる。

重量部１３２ａ〜１３２ｅによって，重量部１３２を構成しているのは，力学量センサ１００の小型化と高感度化の両立を図るためである。力学量センサ１００を小型化（小容量化）すると，重量部１３２の容量も小さくなり，その質量が小さくなることから，角速度に対する感度も低下する。接続部１１３ａ〜１１３ｄの撓みを阻害しないように重量部１３２ｂ〜１３２ｅを分散配置することで，重量部１３２の質量を確保している。この結果，力学量センサ１００の小型化と高感度化の両立が図られる。

重量部１３２ａの裏面は，駆動用電極Ｅ１（後述する）として機能する。この重量部１３２ａの裏面の駆動用電極Ｅ１は，第２の基体１５０の上面に設置された後述する駆動用電極１５４ａと容量性結合し，この間に印加された電圧によって変位部１１２をＺ軸方向に振動させる。なお，この駆動の詳細は後述する。

重量部１３２ｂ〜１３２ｅの裏面は，変位部１１２のＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する検出用電極Ｅ１（後述する）としてそれぞれ機能する。この重量部１３２ｂ〜１３２ｅの裏面の検出用電極Ｅ１は，第２の基体１５０の上面に設置された後述する検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅとそれぞれ容量性結合する（重量部１３２のｂ〜ｅのアルファベットと，検出用電極１５４のｂ〜ｅのアルファベットは，それぞれ順に対応している）。なお，この検出の詳細は後述する。

ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊは，それぞれブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと対応する略正方形の断面形状を有し，接合部１２０によってブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと接合される。ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｈ及びブロック下層部１３４ａ〜１３４ｈを接合したブロックを，以下，それぞれ「ブロックａ〜ｈ」と称する。ブロックａ〜ｈは，それぞれ検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅに電源を供給するための配線の用途で用いられる。ブロック上層部１１４ｉ，１１４ｊ及びブロック下層部１３４ｉ，１３４ｊをそれぞれ接合したブロック（以下，それぞれ「ブロックｉ，ｊ」と称する）は，変位部１１２をＺ軸方向に振動させるための配線の用途で用いられる。なお，これらの詳細は後述する。

接合部１２０は，既述のように，第１，第２の構造体１１０，１３０を接続するものである。接合部１２０は，接続部１１３の所定の領域及び固定部１１１と，台座１３１とを接続する接合部１２１と，変位部１１２ａ〜１１２ｅと重量部１３２ａ〜１３２ｅを接続する接合部１２２（１２２ａ〜１２２ｅ）と，ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊとブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊを接続する接合部１２３（１２３ａ〜１２３ｊ）と，に区分される。接合部１２０は，これ以外の部分では，第１，第２の構造体１１０，１３０を接続していない。接続部１１３ａ〜１１３ｄの撓み，および重量部１３２の変位を可能とするためである。
なお，接合部１２１，１２２，１２３は，シリコン酸化膜をエッチングすることで構成可能である。

第１の構造体１１０と第２の構造体１３０とを必要な部分で導通させるため，導通部１６０〜１６２を形成している。
導通部１６０は，固定部１１１と台座１３１とを導通するものであり，固定部１１１の突出部１１１ｂ及び接合部１２１を貫通している。
導通部１６１は，変位部１１２と重量部１３２とを導通するものであり，変位部１１２ａ及び接合部１２２を貫通している。
導通部１６２は，ブロック上層部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｅ，１１４ｆ，１１４ｉとブロック下層部１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｅ，１３４ｆ，１３４ｉとをそれぞれ導通するものであり，ブロック上層部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｅ，１１４ｆ，１１４ｉ及び接合部１２３をそれぞれ貫通している。
導通部１６０〜１６２は，例えば，貫通孔の縁，壁面及び底部に，例えば，Ａｌのような金属層が形成されたものである。なお，貫通孔の形状は特に制限されないが，Ａｌ等のスパッタ等により金属層を効果的に形成できるため，導通部１６０〜１６２の貫通孔を上広の錐状の形状にすることが好ましい。

第１の基体１４０は，板状体１４０ａ，板状体１４０ａの表裏を覆う絶縁層１４０ｂ，１４０ｃから構成される。板状体１４０ａは，金属材料（例えば，Fe-Cr系合金等のステンレス合金，インバー，Fe-Ni系合金，Fe-Ni-Co系合金），または樹脂材料（例えば，ポリイミド）からなり，例えば，５０μｍの厚さを有する。絶縁層１４０ｂ，１４０ｃには，１，２μｍ〜数μｍ程度の厚さのガラス材料の膜を用いることができる。なお，陽極接合を考慮すると，このガラス材料は可動イオン（例えば，Ｎａ等のアルカリイオン）を含むことが必要となる。このガラス材料に，例えば，パイレックス（登録商標）ガラスを利用できる。

第１の基体１４０を板状体１４０ａ，絶縁層１４０ｂ，１４０ｃの積層構造とすることで，次の利点１）〜４）が得られる。ａ．第１の基体１４０全体をガラス材料で構成した場合，ｂ．第１の基体１４０全体を金属材料で構成した場合等と比較して，利点１）〜４）を説明する。

ａ．第１の基体１４０全体をガラス材料で構成した場合と比較した利点
利点１）薄型化と物理的強度の確保の両立が容易となる。板状体１４０ａに金属材料または樹脂材料を用いることで，第１の基体１４０を薄くしたときの強度が確保され，取り扱いが容易となる。
特に，後述する製造工程中で，大口径の半導体基板Ｗを用いる場合に，歩留まりの低下を防止できる。この場合，半導体基板Ｗ上に多数の第１の構造体１１０を形成し，この半導体基板Ｗと対応する大きさの第１の基体１４０を接合し，ダイシングすることで，多数の力学量センサ１００が作成される。薄型かつ大サイズの第１の基体１４０が用いられることから，第１の基体１４０がガラス材料の場合，製造工程中で破損し，歩留まりが低下する可能性がある。

利点２）変位部１１２と第１の基体１４０間の付着を防止できる。第１の基体１４０と第１の構造体１１０との陽極接合の際に，変位部１１２と第１の基体１４０が付着する可能性がある。陽極接合時に印加される電圧によって，変位部１１２と第１の基体１４０間に静電引力が発生し，変位部１１２と第１の基体１４０が付着する。第１の基体１４０を積層構造とし，絶縁層１４０ｃをガラス材料とすることで，第１の基体１４０全体をガラス材料とする場合より，薄型化が可能となる。第１の基体１４０が薄型化されることで，陽極接合時の印加電圧が低減され，変位部１１２と第１の基体１４０間の付着が防止される。この結果，力学量センサ１００の歩留まりが向上する。

・ここで，板状体１４０ａに金属等の導電性の材料を用いることで，陽極接合時の印加電圧がより低減され，変位部１１２と第１の基体１４０間の付着をより効果的に防止できる。板状体１４０ａに金属等の導電性の材料を用いると，板状体１４０ａ内は等電位に保たれ，第１の基体１４０に印加された電圧が絶縁層１４０ｃに有効に作用するからである。例えば，板状体１４０ａ，絶縁層１４０ｃからなる第１の基体１４０を陽極接合し，その後，必要に応じて，絶縁層１４０ｂを付加する。

利点３）微細加工が容易となる。板状体１４０ａにエッチング等による加工が容易な材料，例えば，金属を用いると，第１の基体１４０の微細加工による作成，即ち，力学量センサ１００の小型化が容易となる。

利点４）低価格化が図れる。一般に，薄型のガラス材料は比較的高価であり，これは，大口径化した場合に特に顕著となる。板状体１４０ａに例えば，金属材料を用い，スパッタリング等の薄膜技術で絶縁層１４０ｂ，１４０ｃを形成することで，比較的低価格で薄型かつ大口径の第１の基体１４０を作成できる。
なお，第１の構造体１１０に比較的厚いガラス材料を接合し，研磨することで，薄型の第１の基体１４０を得ることも考えられるが，研磨の手間を考慮すると，第１の基体１４０を積層構造とする方が安価となる可能性が大きい。

ｂ．第１の基体１４０全体を金属材料で構成した場合と比較した利点
利点５）第１の構造体１１０との接続が容易となる。絶縁層１４０ｂにガラス材料を用いることで，第１の構造体１１０と第１の基体１４０を陽極接合で接続できる。第１の基体１４０全体を金属材料で構成した場合，第１の構造体１１０の接合部にメタライズ処理（金属材料のパターンを形成）を行い，金属材料同士を接合することになる。このメタライズ処理が不要となり，力学量センサ１００の製造工程が簡略化される。

ｃ．その他の利点
利点６）板状体１４０ａの表裏に絶縁層１４０ｂ，１４０ｃを配置することで，第１の基体１４０の反りが低減できる。板状体１４０ａの片面のみに，絶縁層を配置すると（例えば，スパッタリング等で成膜），板状体１４０ａと絶縁層の熱膨張率の相違等に起因する応力により，第１の基体１４０が反る可能性がある。板状体１４０ａの表裏に絶縁層１４０ｂ，１４０ｃを配置することで，板状体１４０ａの表裏の応力が打ち消し合い，第１の基体１４０の反りが低減される。

ここで，板状体１４０ａ，絶縁層１４０ｂ，１４０ｃ間に多結晶シリコン等の中間層を設けても良い。中間層を設けることで，板状体１４０ａ，絶縁層１４０ｂ，１４０ｃ間の密着強度の向上，および応力の緩和（第１の基体１４０の反りの低減）が可能となる。

第１の基体１４０は，略直方体の外形を有し，枠部１４１と底板部１４２とを有する。板状体１４０ａに略直方体状（例えば，縦横２．５ｍｍ，深さ５μｍ）の凹部１４３を形成し，絶縁層１４０ｂ，１４０ｃを配置することで，枠部１４１及び底板部１４２を有する第１の基体１４０が作成できる。

枠部１４１は，外周，内周が共に略正方形の枠形状の基板形状である。枠部１４１の外周は，固定部１１１の外周と一致し，枠部１４１の内周は，固定部１１１の内周よりも小さい。
底板部１４２は，外周が枠部１４１と略同一の略正方形の基板形状である。
第１の基体１４０に凹部１４３が形成されているのは，変位部１１２が変位するための空間を確保するためである。変位部１１２以外の第１の構造体１１０，すなわち固定部１１１及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊは，第１の基体１４０と，例えば陽極接合によって接合される。

底板部１４２上（第１の基体１４０の裏面上）には，変位部１１２と対向するように駆動用電極１４４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅが配置されている。駆動用電極１４４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは，いずれも導電性材料で構成することができる。駆動用電極１４４ａは，例えば十字形状で，変位部１１２ａに対向するように凹部１４３の中央近傍に形成されている。検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは，それぞれ略正方形で，駆動用電極１４４ａを４方向（Ｘ軸正方向，Ｘ軸負方向，Ｙ軸正方向，Ｙ軸負方向）から囲み，それぞれ順に変位部１１２ｂ〜１１２ｅと対向して配置される。駆動用電極１４４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは，それぞれ離間している。

駆動用電極１４４ａには，ブロック上層部１１４ｉの上面と電気的に接続される配線層Ｌ１が接続されている。検出用電極１４４ｂには，ブロック上層部１１４ｂの上面と電気的に接続される配線層Ｌ４，検出用電極１４４ｃには，ブロック上層部１１４ｅの上面と電気的に接続される配線層Ｌ５，検出用電極１４４ｄには，ブロック上層部１１４ｆの上面と電気的に接続される配線層Ｌ６，検出用電極１４４ｅには，ブロック上層部１１４ａの上面と電気的に接続される配線層Ｌ７がそれぞれ接続されている。

駆動用電極１４４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，及び配線層Ｌ１，Ｌ４〜Ｌ７の構成材料には，例えば，Ｎｄを含有するＡｌを用いることができる。
駆動用電極１４４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ等にＮｄ含有Ａｌを用いることで，後述する熱処理工程（第１の基体１４０又は第２の基体１５０の陽極接合や，ゲッター材料の活性化）の際に，駆動用電極１４４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ等にヒロックが発生することを抑制できる。ここでいうヒロックとは，例えば，半球状の突起物をいう。これにより，駆動用電極１４４ａと，変位部１１２ａの上面に形成された駆動用電極Ｅ１（駆動用電極１４４ａと容量性結合する）との間の距離や，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅと，変位部１１２ｂ〜１１２ｅの上面にそれぞれ形成された検出用電極Ｅ１（検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅとそれぞれ順に容量性結合する）との間の距離の寸法精度を高くすることができる。このように駆動用電極１４４ａ，Ｅ１間，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，Ｅ１間の寸法精度を高くできるので，その結果，静電容量値のばらつきを低減でき，製品間の特性のばらつきを抑えることが可能である。

第２の基体１５０は，板状体１５０ａ，板状体１５０ａの表裏を覆う絶縁層１５０ｂ，１５０ｃから構成される，略正方形の基板形状である。板状体１５０ａは，金属材料（例えば，Fe-Cr系合金等のステンレス合金，インバー，Fe-Ni系合金，Fe-Ni-Co系合金），または樹脂材料（例えば，ポリイミド）からなり，例えば，５０μｍの厚さを有する。絶縁層１５０ｂ，１５０ｃには，１，２μｍ〜数μｍ程度の厚さのガラス材料の膜を用いることができる。なお，陽極接合を考慮すると，このガラス材料は可動イオン（例えば，Ｎａ等のアルカリイオン）を含むことが必要となる。このガラス材料に，例えば，パイレックス（登録商標）ガラスを利用できる。

第２の基体１５０を板状体１５０ａ，絶縁層１５０ｂ，１５０ｃの積層構造とすることで，第１の基体１４０での利点１）〜６）に加えて，ａ．第２の基体１５０全体をガラス材料で構成した場合と比較して次の利点７），８）が得られる。
ａ．第２の基体１５０全体をガラス材料で構成した場合と比較した利点

利点７）重量部１３２と第２の基体１５０間の付着を防止できる。利点２）で説明したと同様，絶縁層１５０ｂをガラス材料とすることで，第２の基体１５０全体をガラス材料とする場合より，薄型化が可能となる。このため，第２の基体１５０と第２の構造体１３０との陽極接合時の印加電圧が低減され，重量部１３２と第２の基体１５０間の付着が防止される。この結果，力学量センサ１００の歩留まりが向上する。

・ここで，板状体１５０ａに金属等の導電性の材料を用いることで，陽極接合時の印加電圧がより低減され，重量部１３２と第２の基体１５０間の付着をより効果的に防止できる。板状体１５０ａに金属等の導電性の材料を用いると，板状体１５０ａ内は等電位に保たれ，第２の基体１５０に印加された電圧が絶縁層１５０ｂに有効に作用するからである。例えば，板状体１５０ａ，絶縁層１５０ｂからなる第２の基体１５０を陽極接合し，その後，必要に応じて，絶縁層１５０ｃを付加する。

利点８）第２の基体１５０への配線用端子Ｔの形成の精度の向上を図れる。第２の基体１５０全体をガラス材料で構成した場合，例えば，サンドブラストにより開口が形成され，この開口に配線用端子Ｔが形成される。これに対して，第２の基体１５０を積層構造とすることで，エッチングによる開口の形成が可能となり，開口，ひいては配線用端子Ｔの形成の精度の向上が図れる。この結果，配線用端子Ｔの配置の自由度が大きくなり，外部との接続が容易となる（配線の取り回しが容易）。なお，この利点は，既述の利点３）の微細加工の容易と対応する。

重量部１３２以外の第２の構造体１３０，すなわち台座１３１及びブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊは，第２の基体１５０と，例えば陽極接合によって接合される。重量部１３２は，台座１３１及びブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊよりも高さが低いため，第２の基体１５０と接合されない。重量部１３２と第２の基体１５０との間に間隙（ギャップ）を確保し，重量部１３２の変位を可能にするためである。

第２の基体１５０の上面上には，重量部１３２と対向するように駆動用電極１５４ａ，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅが配置されている。駆動用電極１５４ａ，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは，いずれも導電性材料で構成することができる。駆動用電極１５４ａは，例えば十字形状で，重量部１３２ａに対向するように第２の基体１５０の上面の中央近傍に形成されている。検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは，それぞれ略正方形で，駆動用電極１５４ａを４方向（Ｘ軸正方向，Ｘ軸負方向，Ｙ軸正方向，Ｙ軸負方向）から囲み，それぞれ順に重量部１３２ｂ〜１３２ｅに対向して配置される。駆動用電極１５４ａ，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは，それぞれ離間している。

駆動用電極１５４ａには，ブロック下層部１３４ｊの裏面と電気的に接続される配線層Ｌ２が接続されている。
検出用電極１５４ｂには，ブロック下層部１３４ｃの裏面と電気的に接続される配線層Ｌ８，検出用電極１５４ｃには，ブロック下層部１３４ｄの裏面と電気的に接続される配線層Ｌ９，検出用電極１５４ｄには，ブロック下層部１３４ｇの裏面と電気的に接続される配線層Ｌ１０，検出用電極１５４ｅには，ブロック下層部１３４ｈの裏面と電気的に接続される配線層Ｌ１１がそれぞれ接続されている。

駆動用電極１５４ａ，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ，及び配線層Ｌ２，Ｌ８〜Ｌ１１の構成材料には，例えば，Ｎｄを含有するＡｌを用いることができる。
駆動用電極１５４ａ，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅにＮｄ含有Ａｌを用いることで，後述する熱処理工程（第２の基体１５０の陽極接合や，ゲッター材料の活性化）の際に，駆動用電極１５４ａ，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ等にヒロックが発生することを抑制できる。これにより，駆動用電極１５４ａと，重量部１３２ａの下面に形成された駆動用電極Ｅ１（駆動用電極１５４ａと容量性結合する）との間の距離や，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅと，重量部１３２ｂ〜１３２ｅの上面にそれぞれ形成された検出用電極Ｅ１（検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅとそれぞれ順に容量性結合する）との間の距離の寸法精度を高くすることができる。このように駆動用電極１５４ａ，Ｅ１間，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ，Ｅ１間の寸法精度を高くできるので，その結果，静電容量値のばらつきを低減でき，製品間の特性のばらつきを抑えることが可能である。

第２の基体１５０には，第２の基体１５０を貫通する配線用端子Ｔ（Ｔ１〜Ｔ１１）が設けられており，力学量センサ１００の外部から駆動用電極１４４ａ，１５４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅへの電気的接続を可能としている。

配線用端子Ｔ１の上端は，台座１３１の突出部１３１ｂの裏面に接続されている。配線用端子Ｔ２〜Ｔ９は，それぞれブロック下層部１３４ａ〜１３４ｈの裏面に接続されている（配線用端子Ｔ２〜Ｔ９のＴ２〜Ｔ９の番号順と，ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｈの１３４ａ〜１３４ｈのアルファベット順とは，それぞれ対応している）。配線用端子Ｔ１０，Ｔ１１は，それぞれブロック下層部１３４ｉ，１３４ｊの裏面に接続されている。

配線用端子Ｔは，図１０，図１１に示すように，例えば貫通孔の縁，壁面及び底部に，例えばＡｌ等の金属膜が形成されたものである。なお，板状体１５０ａが金属の場合，板状体１５０ａと配線用端子Ｔ間を絶縁するため，貫通孔の側面に絶縁層１７１が配置される。配線用端子Ｔは，外部回路と，例えばワイヤボンディングで接続するための接続端子として使用できる。
なお，図１〜図１１では，第１の構造体１１０，接合部１２０，第２の構造体１３０の見やすさを考慮して，第２の基体１５０が下に配置されるように図示している。配線用端子Ｔと外部回路とを，例えばワイヤボンディングで接続する場合には，力学量センサ１００の第２の基体１５０を例えば上になるように配置して容易に接続することができる。

（力学量センサ１００の動作，配線）
力学量センサ１００の配線，及び電極について説明する。
図１２は，図１０に示す力学量センサ１００における６組の容量素子を示す断面図である。図１１では，電極として機能する部分をハッチングで示している。なお，図１１では６組の容量素子を図示しているが，前述したように力学量センサ１００には，１０組の容量素子が形成される。
１０組の容量素子の一方の電極は，第１の基体１４０に形成された駆動用電極１４４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，及び第２の基体１５０に形成された駆動電極１５４ａ，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅである。
１０組の容量素子のもう一方の電極は，変位部１１２ａの上面の駆動用電極Ｅ１，変位部１１２ｂ〜１１２ｅの上面にそれぞれ形成された検出用電極Ｅ１，重量部１３２ａの下面の駆動用電極Ｅ１，及び重量部１３２ｂ〜１３２ｅの下面にそれぞれ形成された検出用電極Ｅ１である。すなわち，変位部１１２及び重量部１３２を接合したブロックは，１０組の容量性結合の共通電極として機能する。第１の構造体１１０及び第２の構造体１３０は，導電性材料（不純物が含まれるシリコン）から構成されているため，変位部１１２及び重量部１３２を接合したブロックは，電極として機能することができる。

コンデンサーの容量は，電極間の距離に反比例するため，変位部１１２の上面及び重量部１３２の下面に駆動用電極Ｅ１や検出用電極Ｅ１があるものと仮定している。すなわち，駆動用電極Ｅ１や検出用電極Ｅ１は，変位部１１２の上面や，重量部１３２の下面の表層に別体として形成されているわけではない。変位部１１２の上面や，重量部１３２の下面が駆動用電極Ｅ１や検出用電極Ｅ１として機能する。

第１の基体１４０に形成された駆動用電極１４４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは，それぞれ順に，配線層Ｌ１，Ｌ４〜Ｌ７を介してブロック上層部１１４ｉ，１１４ｂ，１１４ｅ，１１４ｆ，１１４ａと電気的に接続されている。また，ブロック上層部１１４ｉ，１１４ｂ，１１４ｅ，１１４ｆ，１１４ａとブロック下層部１３４ｉ，１３４ｂ，１３４ｅ，１３４ｆ，１３４ａとはそれぞれ導通部１６２で導通されている。
第２の基体１５０に形成された駆動用電極１５４ａ，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは，それぞれ順に，配線層Ｌ２，Ｌ８〜Ｌ１１を介してブロック下層部１３４ｊ，１３４ｃ，１３４ｄ，１３４ｇ，１３４ｈと電気的に接続されている。

したがって，これらの駆動用電極１４４ａ，１５４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅに対する配線は，ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊの下面に接続すればよい。配線用端子Ｔ２〜Ｔ９は，それぞれブロック下層部１３４ａ〜１３４ｈの下面に配置され，配線用端子Ｔ１０，Ｔ１１は，それぞれブロック下層部１３４ｉ，１３４ｊの下面に配置されている。

以上より，配線用端子Ｔ２〜Ｔ１１は，それぞれ順に，検出用電極１４４ｅ，１４４ｂ，１５４ｂ，１５４ｃ，１４４ｃ，１４４ｄ，１５４ｄ，１５４ｅ，駆動用電極１４４ａ，１５４ａと電気的に接続されている。

駆動用電極Ｅ１，検出用電極Ｅ１は，変位部１１２の上面及び重量部１３２の下面からそれぞれなっている。変位部１１２及び重量部１３２は，導通部１６１で導通されており，いずれも導電性材料で構成されている。台座１３１及び固定部１１１は，導通部１６０で導通されており，いずれも導電性材料で構成されている。変位部１１２と接続部１１３と固定部１１１は，導電性材料により一体的に構成されている。したがって，駆動用電極Ｅ１，検出用電極Ｅ１に対する配線は，台座１３１の下面に接続すればよい。配線用端子Ｔ１は，台座１３１の突出部１３１ｂの下面に配置されており，配線用端子Ｔ１は，駆動用電極Ｅ１，検出用電極Ｅ１と電気的に接続されている。

以上のように，第１の構造体１１０，及び第２の構造体１３０を導電性材料（不純物が含まれるシリコン）で構成しているので，ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊ，及びブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊが接合されたブロックａ〜ｊに配線としての機能をもたせることができ，容量素子に対する配線を簡略にすることが可能である。

力学量センサ１００による加速度および角速度の検出の原理を説明する。
（１）変位部１１２の振動
駆動用電極１４４ａ，Ｅ１間に電圧を印加すると，クーロン力によって駆動用電極１４４ａ，Ｅ１が互いに引き合い，変位部１１２（重量部１３２も）はＺ軸正方向に変位する。また，駆動用電極１５４ａ，Ｅ１間に電圧を印加すると，クーロン力によって駆動用電極１５４ａ，Ｅ１が互いに引き合い，変位部１１２（重量部１３２も）はＺ軸負方向に変位する。即ち，駆動用電極１４４ａ，Ｅ１間，駆動用電極１５４ａ，Ｅ１間への電圧印加を交互に行うことで，変位部１１２（重量部１３２も）はＺ軸方向に振動する。この電圧の印加は正又は負の直流波形（非印加時も考慮するとパルス波形），半波波形等を用いることができる。

なお，駆動用電極１４４ａ，Ｅ１（変位部１１２ａの上面），駆動用電極１５４ａ，Ｅ１（重量部１３２ａの下面）は振動付与部として，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅ，Ｅ１（変位部１１２ｂ〜１１２ｅの上面，重量部１３２ｂ〜１３２ｅの下面）は変位検出部として機能する。

変位部１１２の振動の周期は電圧を切り換える周期で決まってくる。この切換の周期は変位部１１２の固有振動数にある程度近接していることが好ましい。変位部１１２の固有振動数は，接続部１１３の弾性力や重量部１３２の質量等で決定される。変位部１１２に加えられる振動の周期が固有振動数に対応しないと，変位部１１２に加えられた振動のエネルギーが発散されてエネルギー効率が低下する。

なお，駆動用電極１４４ａ，Ｅ１間，又は駆動用電極１５４ａ，Ｅ１間のいずれか一方のみに，変位部１１２の固有振動数の１／２の周波数の交流電圧を印加してもよい。

（２）加速度に起因する力の発生
重量部１３２（変位部１１２）に加速度αが印加されると重量部１３２に力Ｆ０が作用する。具体的には，Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向それぞれの加速度αｘ，αｙ，αｚに応じて，Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の力Ｆ０ｘ（＝ｍ・αｘ），Ｆ０ｙ（＝ｍ・αｙ），Ｆ０ｚ（＝ｍ・αｚ）が重量部１３２に作用する（ｍは，重量部１３２の質量）。その結果，変位部１１２にＸ，Ｙ方向への傾き，およびＺ方向への変位が生じる。このように，加速度αｘ，αｙ，αｚによって変位部１１２にＸ，Ｙ，Ｚ方向の傾き（変位）が生じる。

（３）角速度に起因するコリオリ力の発生
重量部１３２（変位部１１２）がＺ軸方向に速度ｖｚで移動しているときに角速度ωが印加されると重量部１３２にコリオリ力Ｆが作用する。具体的には，Ｘ軸方向の角速度ωｘおよびＹ軸方向の角速度ωｙそれぞれに応じて，Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｘ）およびＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｙ）が重量部１３２に作用する（ｍは，重量部１３２の質量）。

Ｘ軸方向の角速度ωｘによるコリオリ力Ｆｙが印加されると，変位部１１２にＹ方向への傾きが生じる。このように，角速度ωｘ，ωｙに起因するコリオリ力Ｆｙ，Ｆｘによって変位部１１２にＹ方向，Ｘ方向の傾き（変位）が生じる。

（４）変位部１１２の変位の検出
以上のように，加速度αおよび角速度ωによって，変位部１１２の変位（傾き）が生じる。検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅによって，変位部１１２の変位を検出することができる。

変位部１１２にＺ正方向の力Ｆ０ｚが印加されると，検出用電極Ｅ１（変位部１１２ｃの上面），１４４ｃ間および検出用電極Ｅ１（変位部１１２ｅの上面），１４４ｅ間の距離は共に小さくなる。この結果，検出用電極Ｅ１（変位部１１２ｃの上面），１４４ｃ間および検出用電極Ｅ１（変位部１１２ｅの上面），１４４ｅ間の容量は共に大きくなる。即ち，検出用電極Ｅ１と検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ間の容量の和（あるいは，検出用電極Ｅ１と検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ間の容量の和）に基づいて，変位部１１２のＺ方向の変位を検出し，検出信号として取り出すことができる。

一方，変位部１１２にＹ正方向の力Ｆ０ｙまたはコリオリ力Ｆｙが印加されると，駆動用電極Ｅ１（変位部１１２ｃの上面），１４４ｃ間，検出用電極Ｅ１（重量部１３２ｅの下面），１５４ｅ間の距離は小さくなり，検出用電極Ｅ１（変位部１１２ｅの上面），１４４ｅ間，検出用電極Ｅ１（重量部１３２ｃの下面），１５４ｃ間の距離は大きくなる。この結果，検出用電極Ｅ１（変位部１１２ｃの上面），１４４ｃ間，検出用電極Ｅ１（重量部１３２ｅの下面），１５４ｅ間の容量は大きくなり，検出用電極Ｅ１（変位部１１２ｅの上面），１４４ｅ間，検出用電極Ｅ１（重量部１３２ｃの下面），１５４ｃ間の容量は小さくなる。即ち，検出用電極Ｅ１と検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅとの間の容量の差に基づいて，変位部１１２のＸ，Ｙ方向の傾きの変化を検出し，検出信号として取り出すことができる。

以上のように，検出用電極Ｅ１，１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅによって変位部１１２のＸ方向，Ｙ方向への傾きおよびＺ方向への変位を検出する。

（５）検出信号からの加速度，角速度の抽出
検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅ，Ｅ１から出力される信号には，加速度αｘ，αｙ，αｚ，角速度ωｘ，ωｙに起因する成分の双方が含まれる。これらの成分の相違を利用して，加速度および角速度を抽出できる。

重量部１３２（質量ｍ）に加速度αが印加されたときの力Ｆα（＝ｍ・α）は重量部１３２の振動には依存しない。即ち，検出信号中の加速度成分は，重量部１３２の振動に対応しない一種のバイアス成分である。一方，重量部１３２（質量ｍ）に角速度ωが印加されたときの力Ｆω（＝２・ｍ・ｖｚ・ω）は重量部１３２のＺ軸方向の速度ｖｚに依存する。即ち，検出信号中の角速度成分は，重量部１３２の振動に対応して周期的に変化する一種の振幅成分である。

具体的には，検出信号の周波数分析によって，変位部１１２の振動数より低周波のバイアス成分（加速度），変位部１１２の振動数と同様の振動成分（角速度）を抽出する。この結果，力学量センサ１００によるＸ，Ｙ，Ｚ方向（３軸）の加速度αｘ，αｙ，αｚ，およびＸ，Ｙ方向（２軸）の角速度ωｘ，ωｙの測定が可能となる。

（力学量センサ１００の作成）
力学量センサ１００の作成工程につき説明する。
図１３は，力学量センサ１００の作成手順の一例を表すフロー図である。また，図１４Ａ〜図１４Ｉは，図１３の作成手順における力学量センサ１００の状態を表す断面図である（図１に示す力学量センサ１００をＣ−Ｃで切断した断面に相当する）。図１４Ａ〜図１４Ｉは，図１１の力学量センサ１００を上下逆に配置したものに対応する。

（１）半導体基板Ｗの用意（ステップＳ１０，および図１４Ａ）
図１４Ａに示すように，第１，第２，第３の層１１，１２，１３の３層を積層してなる半導体基板Ｗを用意する。

第１，第２，第３の層１１，１２，１３はそれぞれ，第１の構造体１１０，接合部１２０，第２の構造体１３０を構成するための層であり，ここでは，不純物が含まれるシリコン，酸化シリコン，不純物が含まれるシリコンからなる層とする。
不純物が含まれるシリコン／酸化シリコン／不純物が含まれるシリコンという３層の積層構造をもった半導体基板Ｗは，不純物が含まれるシリコン基板上にシリコン酸化膜を積層した基板と，不純物が含まれるシリコン基板とを接合後，後者の不純物が含まれるシリコン基板を薄く研磨することで作成できる（いわゆるＳＯＩ基板）。

ここで，不純物が含まれるシリコン基板は，例えば，チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造において，ボロンをドープすることにより製造できる。
シリコンに含まれる不純物としては，例えばボロンを挙げることができる。ボロンが含まれるシリコンとしては，例えば，高濃度のボロンを含み，抵抗率が０．００１〜０．０１Ω・ｃｍのものを使用できる。

なお，ここでは第１の層１１と第３の層１３とを同一材料（不純物が含まれるシリコン）によって構成するものとするが，第１，第２，第３の層１１，１２，１３のすべてを異なる材料によって構成してもよい。

（２）第１の構造体１１０の作成（第１の層１１のエッチング，ステップＳ１１，および図１４Ｂ）
第１の層１１をエッチングすることにより，開口１１５を形成し，第１の構造体１１０を形成する。即ち，第１の層１１に対して浸食性を有し，第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法を用いて，第１の層１１の所定領域（開口１１５ａ〜１１５ｄ）に対して，第２の層１２の上面が露出するまで厚み方向にエッチングする。

第１の層１１の上面に，第１の構造体１１０に対応するパターンをもったレジスト層を形成し，このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直下方に侵食する。このエッチング工程では，第２の層１２に対する浸食は行われないので，第１の層１１の所定領域（開口１１５ａ〜１１５ｄ）のみが除去される。
図１４Ｂは，第１の層１１に対して，上述のようなエッチングを行い，第１の構造体１１０を形成した状態を示す。

（３）接合部１２０の作成（第２の層１２のエッチング，ステップＳ１２，および図１４Ｃ）
第２の層１２をエッチングすることにより，接合部１２０を形成する。即ち，第２の層１２に対しては浸食性を有し，第１の層１１および第３の層１３に対しては浸食性を有しないエッチング方法により，第２の層１２に対して，その露出部分から厚み方向および層方向にエッチングする。

このエッチング工程では，別途，レジスト層を形成する必要はない。即ち，第１の層１１の残存部分である第１の構造体１１０が，第２の層１２に対するレジスト層として機能する。エッチングは，第２の層１２の露出部分に対してなされる。

第２の層１２に対するエッチング工程（ステップＳ１２）では，次の２つの条件を満たすエッチング法を行う必要がある。第１の条件は，厚み方向とともに層方向への方向性をもつことであり，第２の条件は，酸化シリコン層に対しては浸食性を有するが，シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。
第１の条件は，不要な部分に酸化シリコン層が残存して重量部１３２の変位の自由度を妨げることがないようにするために必要な条件である。第２の条件は，既に所定形状への加工が完了しているシリコンからなる第１の構造体１１０や第３の層１３に浸食が及ばないようにするために必要な条件である。

第１，第２の条件を満たすエッチング方法として，バッファド弗酸（例えば，ＨＦ＝５．５ｗｔ％，ＮＨ_４Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。また，ＣＦ_４ガスとＯ_２ガスとの混合ガスを用いたＲＩＥ法によるドライエッチングも適用可能である。

（４）導通部１６０〜１６２の形成（ステップＳ１３，および図１４Ｄ）
導通部１６０〜１６２の形成は，次のａ，ｂのようにして行われる。
ａ．錐状貫通孔の形成
第１の構造体１１０及び第２の層１２の所定の箇所をウエットエッチングし，第２の層１２まで貫通するような錘状貫通孔を形成する。エッチング液としては，第１の構造体１１０のエッチングでは，例えば，２０％ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いることができ，第２の層１２のエッチングでは，例えば，バッファド弗酸（例えば，ＨＦ＝５．５ｗｔ％，ＮＨ_４Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）を用いることができる。

ｂ．金属層の形成
第１の構造体１１０の上面及び錐状貫通孔内に，例えばＡｌを蒸着法やスパッタ法等により堆積させて，導通部１６０〜１６２を形成する。第１の構造体１１０の上面に堆積した不要な金属層（導通部１６０〜１６２の上端の縁（図示せず）の外側の金属層）はエッチングで除去する。

（５）第１の基体１４０の接合（ステップＳ１４，および図１４Ｅ）
１）第１の基体１４０の作成
次の手順ａ〜ｃにより第１の基体１４０を形成できる。
ａ．凹部１４３を有する板状体１４０ａの作成
板状体１４０ａが金属材料の場合，例えば，溶液（例えば，FeCl_３の水溶液）によるエッチングにより凹部１４３を形成できる。板状体１４０ａが樹脂材料の場合，例えば，アルカリアミド系のエッチング液により凹部１４３を形成できる。
ｂ．板状体１４０ａの表裏に絶縁層１４０ｂ，１４０ｃを形成する。
例えば，スパッタリングにより，板状体１４０ａ上に可動イオンを含むガラス材料を成膜して，絶縁層１４０ｂ，１４０ｃを形成する。
ｃ．駆動用電極１４４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，及び配線層Ｌ１，Ｌ４〜Ｌ７の形成
駆動用電極１４４ａ，検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，及び配線層Ｌ１，Ｌ４〜Ｌ７を，例えばＮｄを含むＡｌからなるパターンによって，第１の基体１４０の所定の位置に形成する。

２）半導体基板Ｗと第１の基体１４０の接合
半導体基板Ｗと第１の基体１４０とを，例えば陽極接合により接合する。
図１４Ｅは，半導体基板Ｗと第１の基体１４０とを接合した状態を示す。

（６）第２の構造体１３０の作成（第３の層１３のエッチング，ステップＳ１５，および図１４Ｆ〜図１４Ｇ）
第２の構造体１３０の作成は，次のａ〜ｃのようにして行われる。
ａ．ギャップ１７２の形成（図１４Ｆ）
第３の層１３の上面に，重量部１３２の形成領域及びその近傍を除いてレジスト層を形成し，このレジスト層で覆われていない露出部分（重量部１３２の形成領域及びその近傍）を垂直下方へと侵食させる。この結果，重量部１３２の形成される領域の上部に重量部１３２の変位を可能とするためのギャップ１７２が形成される。

ｂ．第２の構造体１３０の形成（図１４Ｇ）
第３の層１３をエッチングすることにより，開口１３３，ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊ，及びポケット１３５を形成し，第２の構造体１３０を形成する。即ち，第３の層１３に対して浸食性を有し，第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法により，第３の層１３の所定領域（開口１３３）に対して，厚み方向へのエッチングを行う。

第３の層１３の上面に，第２の構造体１３０に対応するパターンをもったレジスト層を形成し，このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直下方に侵食する。
図１４Ｈは，第３の層１３に対して，上述のようなエッチングを行い，第２の構造体１３０を形成した状態を示す。

以上の製造プロセスにおいて，第１の構造体１１０を形成する工程（ステップＳ１１）と，第２の構造体１３０を形成する工程（ステップＳ１５）では，以下のようなエッチング法を行う必要がある。
第１の条件は，各層の厚み方向への方向性を持つことである，第２の条件は，シリコン層に対しては浸食性を有するが，酸化シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。

第１の条件を満たすエッチング方法として，誘導結合型プラズマエッチング法（ＩＣＰエッチング法：Inductively-Coupled Plasma Etching Method ）を挙げることができる。このエッチング法は，垂直方向に深い溝を掘る際に効果的な方法であり，一般に，ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）と呼ばれているエッチング方法の一種である。
この方法では，材料層を厚み方向に浸食しながら掘り進むエッチング段階と，掘った穴の側面にポリマーの壁を形成するデポジション段階と，を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側面は，順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため，ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。

一方，第２の条件を満たすエッチングを行うには，酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するエッチング材料を用いればよい。例えば，エッチング段階では，ＳＦ_６ガス，およびＯ_２ガスの混合ガスを，デポジション段階では，Ｃ_４Ｆ_８ガスを用いることが考えられる。

（７）第２の基体１５０の接合（ステップＳ１６，および図１４Ｈ）
１）第２の基体１５０の作成
次の手順ａ〜ｃにより第２の基体１５０を形成できる。

ａ．板状体１５０ａの表裏に絶縁層１５０ｂ，１５０ｃを形成する。
例えば，スパッタリングにより，板状体１５０ａ上に可動イオンを含むガラス材料を成膜して，絶縁層１５０ｂ，１５０ｃを形成する。

ｂ．駆動用電極１５４ａ，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ，及び配線層Ｌ２，Ｌ８〜Ｌ１１の形成
駆動用電極１５４ａ，検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ，及び配線層Ｌ２，Ｌ８〜Ｌ１１を，例えばＮｄを含むＡｌからなるパターンによって，第１の基体１４０の所定の位置に形成する。

ｃ．貫通孔１７３の形成
第２の基体１５０をエッチングすることにより，配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成するための上広の貫通孔１７３を所定の箇所に１１個形成する。さらに，板状体１５０ａが金属材料の場合，貫通孔１７３の側面を絶縁層１７１（例えば，ガラス等の無機材料，ポリイミド等の有機材料の層）で被覆し，配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１同士の短絡を防止する。ガラスの被覆には，例えば，スパッタリングを利用できる。ポリイミドの被覆には，例えば，スピンコートを利用できる。

２）半導体基板Ｗと第２の基体１５０の接合
ポケット１３５にゲッター材料（例えばサエスゲッターズジャパン社製，商品名 非蒸発ゲッターＳｔ１２２）を入れて，第２の基体１５０と半導体基板Ｗとを，例えば陽極接合により接合する。
図１４Ｉは，半導体基板Ｗと第２の基体１５０とを接合した状態を示す。

（８）配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の形成（ステップＳ１７，および図１４Ｉ）
第２の基体１５０の上面及び貫通孔１７３内に，例えば，Ｃｒ層，Ａｕ層の順に金属層を蒸着法やスパッタ法等により形成する。不要な金属層（配線用端子Ｔの上端の縁の外側の金属層）をエッチングにより除去し，配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成する。

（９）半導体基板Ｗ，第１の基体１４０，第２の基体１５０のダイシング（ステップＳ１８および図１１）
例えば，４００℃の熱処理によってポケット１３５中のゲッター材料を活性化した後，互いに接合された半導体基板Ｗ，第１の基体１４０，及び第２の基体１５０にダイシングソー等で切れ込みを入れて，個々の力学量センサ１００に分離する。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば，力学量センサ１００では，第１の構造体１１０及び第２の構造体１３０に，導電性材料（不純物が含まれるシリコン）を用いた場合を例に説明したが，必ずしも全体がすべて導電性材料で構成されている必要はない。少なくとも，駆動用電極Ｅ１，検出用電極Ｅ１や，配線用端子Ｔ１０とブロック上層部１１４ｉの上面との間を導通する部分等のような必要な部分が導電性材料によって構成されていてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る力学量センサを分解した状態を表す分解斜視図である。 図１の力学量センサを分解した状態を表す分解斜視図である。 第１の構造体の上面図である。 接合部の上面図である。 第２の構造体の上面図である。 第２の構造体の下面図である。 第１の基体の下面図である。 第２の基体の上面図である。 第２の基体の下面図である。 図１のＢ−Ｂに沿って切断した状態を表す断面図である。 図１のＣ−Ｃに沿って切断した状態を表す断面図である。 図１０に示す力学量センサにおける６組の容量素子を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る力学量センサの作成手順の一例を表すフロー図である。 図１３の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。 図１３の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。 図１３の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。 図１３の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。 図１３の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。 図１３の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。 図１３の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。 図１３の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。 図１３の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。

符号の説明

１００力学量センサ
１１０ 第１の構造体
１１１ 固定部
１１１ａ 枠部
１１１ｂ，１１１ｃ 突出部
１１２（１１２ａ-１１２ｅ） 変位部
１１３（１１３ａ-１１３ｄ） 接続部
１１４（１１４ａ-１１４ｊ） ブロック上層部
１１５（１１５ａ-１１５ｄ） 開口
１２０−１２３ 接合部
１３０ 第２の構造体
１３１ 台座
１３１ａ 枠部
１３１ｂ〜１３１ｄ 突出部
１３２（１３２ａ-１３３ｅ） 重量部
１３３ 開口
１３４（１３４ａ-１３４ｊ） ブロック下層部
１３５ ポケット
１４０第１の基体
１４０ａ 板状体
１４０ｂ，１４０ｃ 絶縁層
１４１ 枠部
１４２ 底板部
１４３ 凹部
１４４ａ 駆動用電極
１４４ｂ-１４４ｅ 検出用電極
１５０ 第２の基体
１５０ａ 板状体
１５０ｂ，１５０ｃ 絶縁層
１５４ａ 駆動用電極
１５４ｂ-１５４ｅ 検出用電極
１６０-１６２ 導通部
１７１ 絶縁層
１７２ ギャップ
１７３ 貫通孔
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４-Ｌ１１ 配線層
Ｔ１-Ｔ１１ 配線用端子
Ｅ１ 駆動用電極，検出用電極

Claims (4)

1. 開口を有する固定部と，この開口内に配置され，かつ前記固定部に対して変位する変位部と，前記固定部と前記変位部とを接続する接続部と，を有し，かつ平板状の第１の半導体材料から構成される第１の構造体と，
   前記変位部に接合される重量部と，前記重量部を囲んで配置され，かつ前記固定部に接合される台座と，を有し，第２の半導体材料から構成され，かつ前記第１の構造体に積層して配置される第２の構造体と，
   前記固定部に接続されて前記第１の構造体に積層配置される第１の基体と，
   前記台座に接続されて前記第２の構造体に積層配置される第２の基体と，を具備し，
   前記第１，第２の基体の少なくとも何れかが，順に積層される，第1のガラス材料層と，金属材料層と，第２のガラス材料層と，を有し，この第1のガラス材料層が，前記固定部または前記台座に接続されることを特徴とする力学量センサ。
2. 前記第１，第２の基体の少なくとも何れかが，陽極接合により前記第１，第２の構造体に接続される
   ことを特徴とする請求項１記載の力学量センサ。
3. 第１の半導体材料からなる第１の層，絶縁材料からなる第２の層，および第２の半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる半導体基板の前記第１の層をエッチングして，開口を有する固定部と，この開口内に配置され，かつ前記固定部に対して変位する変位部と，前記固定部と前記変位部とを接続する接続部と，を有する第１の構造体を形成するステップと，
   順に積層される，第１のガラス材料層と，金属材料層と，第２のガラス材料層と，を有する第１の基体の前記第１のガラス材料層を，前記固定部に陽極接合して前記第１の構造体に積層配置するステップと，
   前記変位部に接合される重量部と，前記重量部を囲んで配置され，かつ前記固定部に接合される台座と，を有する第２の構造体を前記第３の層をエッチングして形成するステップと，
   第２の基体を，前記台座に接合して前記第２の構造体に積層配置するステップと，
   を具備することを特徴とする力学量センサの製造方法。
4. 前記第２の基体が，順に積層される，第１のガラス材料層と，金属材料層と，第２のガラス材料層と，を有し，
   前記第２の構造体に積層配置するステップにおいて，前記第２の基体の前記第１のガラス材料層が前記台座に陽極接合される，
   ことを特徴とする請求項３記載の力学量センサの製造方法。

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