JPH10148643A - 加速度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極対向面積を広く、電極間距離は小さく形
成可能で検出感度の向上を図ることのできる加速度セン
サを得る。 【解決手段】 主面２０ａが凹凸を有する固定部２０
と、固定部２０の主面に対向する面が前記凹凸を転写し
た表面形状を有する可動部２５とを具備し、固定部２０
及び可動部２５の相互に対向する表面の一方に第１電極
としての下部電極２１が、他方に第２電極としての上部
電極２６が形成されており、前記下部電極２１と対向す
る前記上部電極表面が当該下部電極表面の凹凸を転写し
た表面形状を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のエアバッ
ク感知用等に使用される静電容量型の加速度センサ及び
その製造方法に係り、さらに詳しくはマイクロマシンニ
ング技術でウエハー状態で一括して多数個作製可能な加
速度センサ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の加速度センサとしては、
バルク材料を機械加工して製作されたバルク型センサが
使用されてきた。しかし、近年になりより低コスト高感
度を目指してマイクロマシンニング手法を用いた小型セ
ンサが開発され注目されている。

【０００３】例えば、センサ・アンド・アクチュエータ
（Sensor and Actuator）誌、１９９５年、Ａ５０号、
９３乃至９８頁には、シリコンを用いた静電容量型加速
度センサが報告されている。この静電容量型加速度セン
サは、図２１に示すように、固定部１及び可動部２に間
隔３μｍで５８μｍの深さの固定部電極３と可動部電極
４とが８８対向かい合って形成されており、そのような
深い溝を形成するのに等方性エッチング手法が使用され
ている。

【０００４】また、第１４回センサシンポジウム、テク
ニカルダイジェスト、１９９６年、の３１乃至３４頁に
は、めっき法を用いて形成された静電容量型加速度セン
サが報告されている。ここでは、図２２に示すセンサの
可動部１２を固定部１１となる基体から分離するための
犠牲層として蒸着された銅膜が使用されている。

【０００５】また、ＩＥＥＥマイクロ・エレクトロ・メ
カニカル・システム（Micro-Electro-Mechanical-Syste
m）会議プロシーデングス、１９９５年４３乃至４８頁
には、シリコンを加工して形成された垂直構造（縦型構
造）の櫛形電極を有する静電アクチュエータが開示され
ている。このアクチュエータはシリコン表面に形成され
た凹凸にポリシリコンの犠牲層を形成し、その犠牲層を
除去することで可動部を作製している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シリコンを
等方性エッチング手法で加工して形成される水平対向櫛
形電極を用いた図２１の如き静電容量型加速度センサで
は、電極対向面積は広く設計可能であるが、電極間距離
はエッチングにより形成されるために余り小さくはでき
なかった。また、平面内、すなわちＸ軸又はＹ軸方向の
加速度検出のみ可能で当該平面に垂直なＺ軸方向の加速
度検出は困難であった。

【０００７】これに対して、めっき法を用い犠牲層とし
て蒸着銅膜を用いた図２２の如き静電容量型加速度セン
サでは、例えば固定部１１及び可動部１２を垂直配置と
したとき、Ｚ軸方向の加速度を検出するが、固定部１１
及び可動部１２の表面にそれぞれ形成された電極の対向
面積が小さく感度が低い物しか製作できなかった。その
理由は、蒸着では凹凸面に対し均一の膜厚で成膜するこ
とができず、基体に凹凸を付けたのでは犠牲層の蒸着が
困難になるからである。

【０００８】また、垂直構造の櫛形電極を、シリコン基
板を用いてシリコンの加工成膜技術により形成する方法
は知られていたが、真空中での処理や高温処理を伴って
いるために高価であった。また、ポリシリコンを犠牲層
とした場合、犠牲層除去には犠牲層が形成された基体、
犠牲層上に形成された電極部も速度は遅いものの実質的
にエッチングしてしまう手法しかないために、下部から
のエッチングも利用しており、基板形状を転写している
とは言えず、また電極間距離も大きくなってしまう。

【０００９】本発明は以上のような問題を解決するため
に為されたものであり、電極対向面積を広く、電極間距
離は小さく形成可能で検出感度の向上を図ることのでき
る加速度センサ及びその製造方法を提供することを目的
とする。

【００１０】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の加速度センサは、第１電極と第２電極間の
静電容量変化を利用する構成において、前記第１電極表
面が凹凸を有し、前記第１電極と対向する前記第２電極
表面が当該第１電極表面の凹凸を転写した表面形状を有
することを特徴とするものである。

【００１２】前記加速度センサにおいて、前記第１電
極、第２電極の少なくとも一方が可動電極で、前記凹凸
が凹部としての凹溝と凸部としての凸条とからなり、該
凹溝及び凸条の長手方向に直角な方向に前記可動電極が
変位する構成としてもよい。

【００１３】また、前記凹凸の凹部のアスペクト比を
０.２以上１００以下に構成するとよい。

【００１４】フォトリソグラフィ技術により形成された
レジストによる凹凸部を有する基体上に前記第１電極及
び第２電極を設けた構成としてもよい。

【００１５】あるいは、フォトリソグラフィ技術により
形成された金属金型を用い転写法により形成された凹凸
部を有する樹脂で基体を構成し、該基体上に前記第１電
極及び第２電極を設けるようにしてもよい。

【００１６】あるいはまた、シリコンの等方性エッチン
グ技術により形成された凹凸部を有する基体上に前記第
１電極及び第２電極を設けるようにしてもよい。

【００１７】さらに、機械加工により形成された凹凸部
を有する基体上に前記第１電極及び第２電極を設けるよ
うにしてもよい。

【００１８】本発明に係る加速度センサの製造方法は、
凹凸を有する基体主面に第１電極を設けた後、該第１電
極上に前記主面に垂直方向で対向する第２電極を設ける
とともに、当該第２電極の表面形状を該第１電極表面の
凹凸を転写して形成することを特徴としている。

【００１９】前記加速度センサの製造方法において、前
記第１電極上に無電解めっき法により犠牲層となる金属
層を形成し、さらにその犠牲層上に無電解めっき法及び
／又は電解めっき法により前記第２電極を形成した後、
前記犠牲層をエッチングにより除去する構成としてもよ
い。

【００２０】また、前記犠牲層が無電解銅めっき膜であ
ってもよい。

【００２１】あるいは、前記第１電極を形成するシリコ
ン表面を酸化処理して犠牲層となる酸化シリコン膜を形
成し、前記第２電極の少なくとも前記第１電極近傍部分
を、前記酸化シリコン膜上に無電解めっき法により形成
したのち、前記犠牲層をエッチングにより除去する構成
としてもよい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る加速度センサ
及びその製造方法の実施の形態を図面に従って説明す
る。

【００２３】図１は本発明に係る加速度センサの第１の
実施の形態であって、主面２０ａが凹凸を有する固定部
２０と、固定部２０の主面に対向する面が前記凹凸を転
写した表面形状を有する可動部２５とを具備している。
可動部２５は細い梁構造等により所望の方向に微少移動
自在に固定部２０側に対して支持されている。固定部２
０及び可動部２５の相互に対向する表面の一方に第１電
極としての下部電極２１が、他方に第２電極としての上
部電極２６が形成されている（但し、図１では第１電極
としての下部電極２１が固定部に、第２電極としての上
部電極２６が可動部に形成されている場合を例示してい
る。）。従って、前記下部電極表面が凹凸を有し、前記
下部電極２１と対向する前記上部電極表面が当該下部電
極表面の凹凸を転写した表面形状を有している。そし
て、加速度が加わったときに固定部２０と可動部２５と
の間隔、すなわち下部電極２１と上部電極２６との間隔
が変動し、両電極間の静電容量が変化することを測定原
理として加速度検出を行う構成である。

【００２４】図２（Ａ）は下部電極２１の上面、同図
（Ｂ）は上部電極２６の下部電極２１に対向する面（底
面）を示しており、下部電極２１、上部電極２６の凹凸
は、凹部としての直線状の凹溝２１ａ，２６ａと凸部と
しての直線状の凸条２１ｂ，２６ｂとからなっている
（溝型構造となっている）。なお、図２中凸条部分に斜
線を施してある。そして、それらの凹溝及び凸条の長手
方向に直角な矢印Ｘ方向に可動部２５側の上部電極２６
が変位可能であり、また、必要な場合には、上下方向
（固定部２０の主面２０ａに垂直な方向）にも変位可能
とする。

【００２５】なお、ここで上部電極、下部電極とは向か
い合う２つの電極を区別するため、最初に形成される電
極を下部電極、その後に形成される電極を上部電極と便
宜上呼ぶものである。実際の動作環境において上部電極
が下部電極よりも下に位置したり、また２つの電極が左
右に位置する状態になっても一向に差し支えない。

【００２６】この加速度センサは、図３（Ａ）の固定部
２０側の下部電極２１上に、図３（Ｂ）の如く犠牲層２
３となる金属層を形成し、さらに犠牲層２３上に上部電
極２６を形成したのち、図３（Ｃ）のように前記犠牲層
２３を除去してギャップＧを形成することで作製するこ
とができる。なお、可動部２５は上部電極２６を所要の
肉厚に形成することで当該上部電極２６自体で構成する
ことができる。

【００２７】この加速度センサは、上下方向（図１の固
定部２０の主面２０ａに垂直な方向）に組合わされた下
部電極２１及び上部電極２６の櫛形電極の構造が、その
重要部分である。そして、それら２つの電極２１，２６
間のギャップＧは図３に示した犠牲層２３の膜厚により
決定される。このため従来は困難であった櫛形電極間の
小さなギャップが容易に精度良く実現可能である。例え
ば犠牲層厚を１μｍとすれば自動的に電極間ギャップは
１μｍとなる。

【００２８】櫛形電極を成す下部電極２１，上部電極２
６の対向部分が静電容量を決定し、さらに平面方向（固
定部２０の主面２０ａに平行な方向）の加速度を検出す
るためには、各電極表面の凹凸のアスペクト比は重要で
ある。好ましくは、凹部及び凸部共にアスペクト比は
０.２以上１００以下であり、前記範囲未満では前記平
面方向の加速度検出感度が悪く、前記範囲を越えると製
造が困難であり実用化が難しい。なお、凹部のアスペク
ト比は図３（Ａ）において、 アスペクト比＝（深さＤ）／（開口幅Ｗ） と定義し、凸部のアスペクト比は アスペクト比＝（高さＨ）／（基部幅Ｔ） と定義した。

【００２９】前記下部電極２１の凹凸は各種の方法によ
り形成される。

【００３０】例えば、ポジ型フォトレジストを用いマス
クを通して紫外線照射を行い、現像処理することで所望
の凸部をレジストで形成し、凸部を有する基体を作製す
ることや、全く同様にネガ型フォトレジストを用い所望
部分のレジストのみを溶解し凹部を形成した凹部を有す
る基体を作製することが可能である。

【００３１】また、シンクロトン放射光を用いたフォト
リソグラフィ技術はＬＩＧＡと呼ばれているが、特に一
般の紫外線等によるフォトリソグラフィに比べてアスペ
クト比の高いパターンニングが可能で本発明に好ましく
用いることができる。ＬＩＧＡにより形成された凹凸を
そのまま基体（基板）として用いることも勿論可能であ
るが、コストや量産性を考慮するとＬＩＧＡで出来た凹
凸を電気めっき等の手法で金型とし、その金型から樹脂
を用いて転写された樹脂モールド基体（基板）を用いる
ことが好ましい。特に、モールドする樹脂の中に予め無
電解めっき反応の触媒核となる金、銀、白金、パラジウ
ム、ニッケル等の貴金属微粒子を加えておくことで特別
の前処理無しで最初の無電解めっき膜が形成可能であ
る。また、上記貴金属に代えてカーボンブラック等の導
電性微粒子を加えておくことで、モールドされた樹脂そ
のものに導電性を付与することによって、直接電気めっ
きを施すことも可能である。

【００３２】さらに、フォトレジストでパターンニング
されたシリコン基体（基板）をＫＯＨ溶液中で等方性エ
ッチングすることでも凹凸部を有する基体（基板）が得
られる。

【００３３】また、機械的に、例えば先の鋭いバイト等
で基板表面に溝を形成し、これによって凹凸部を有する
基体（基板）とすることも可能である。

【００３４】上述のようにして形成された凹凸部を有す
る基体に導電性があれば当該基体自体を下部電極として
利用でき、また基体に導電性が無い等の場合には、基体
上に下部電極２１を形成する。凹凸のある面に均一に成
膜することが好ましく、後述する犠牲層と同様の無電解
めっき法による成膜が特に好ましい。無電解めっき法は
非導電性基体上にも貴金属により触媒化処理を行うこと
で容易に成膜される。密着性向上のためには、触媒化処
理の前にシランカップリング剤を使用して基体に官能基
を導入する処理、エッチング等の化学的手法やサンドブ
ラスト等の物理的手法による表面粗化処理、真空プラズ
マ処理等の従来公知の手法が使用可能である。特に下部
電極として成膜する場合には導電性の高い無電解ニッケ
ルホウ素めっきが好ましい。

【００３５】下部電極２１と上部電極２６とのギャップ
を規定する犠牲層２３には無電解めっき法により成膜さ
れた膜又はシリコンの表面を酸化処理して形成した酸化
シリコン膜が使用される。無電解めっき法は化学反応に
よる析出のために複雑な形状の基体表面であったとして
も、その形状に従い均一な膜厚の成膜が可能である。こ
のため、下部電極２１のほぼ垂直な電極部分にも何の問
題もなく成膜される。また、比較的成膜速度が遅いため
に膜厚の制御が容易であり１μｍ以下の膜厚でも十分に
精度良く成膜できる。下部電極２１及び上部電極２６と
異なる金属で犠牲層２３は形成されており、最終的に選
択性のあるエッチャント（エッチング溶液）を用いて除
去される。例えば、電極２１，２６をニッケルとした場
合には銅が犠牲層２３として使用可能である。また電極
２１，２６を金とした場合にはニッケル、銅が犠牲層と
して使用される。

【００３６】上部電極２６は犠牲層２３上に無電解めっ
き法又は電気めっき法により、あるいは無電解めっき法
と電気めっき法とにより成膜される。

【００３７】上部電極形成後に犠牲層２３を除去するこ
とから上部電極２６には小さな貫通孔を複数箇所設けて
おくことが好ましい。また上部電極形成時に同時に可動
部２５を固定部２０に対して細い梁構造で支える梁、可
動部２５の上部電極２６と外部とのコンタクト用電極を
形成することが好ましい。さらに可動部２５である上部
電極２６が加速度によって動きやすい様に質量を持たせ
ることも大切であり、下部電極２１に比べて厚い膜が好
ましい。また、上部電極２６は下部電極２１に対向する
凹凸面以外の表面の凹凸を小さくすることも好ましいこ
とから、無電解ニッケルめっき膜や成膜速度が速くレベ
リング性（平坦性）の高い電気めっきが特に好ましい。
ニッケルの場合には特に無電解ニッケルリンめっきや電
鋳に広く使用されているスルファミンニッケル浴が好ま
しい。勿論、これら各種の膜を組み合わせても差し支え
ない。特にアスペクト比の大きな凹凸の場合には、無電
解めっき膜にて凹部分を充填した後に電気めっき膜にて
厚膜を形成することが好ましい。また特に上部電極とし
て導電性が高い膜が好ましいために無電解膜の中でも無
電解ニッケルホウ素膜を最初に成膜することが好まし
い。例えば、無電解ニッケルホウ素膜を１μｍ成膜した
上に、無電解ニッケルリン膜を１０μｍ、さらにスルフ
ァミン電気ニッケルめっき膜を５０μｍ形成することが
出来る。

【００３８】なお、前記基体を複数個形成したウエハー
上に無電解めっき膜を形成する場合には、ウエハーをス
ピンコーター上に固定してウエハーを回転させながら前
処理液、めっき液等をウエハー上に供給するスピンめっ
き法が好ましい。

【００３９】犠牲層エッチングにおいて、ニッケルを主
成分とする構造を残し犠牲層としての銅をエッチングす
る場合には水酸化ナトリウムに硫黄を加えて煮沸溶解し
た溶液、硝酸銅のアンモニア溶液、濃硝酸、濃過塩素酸
等が使用可能である。この際に５０ｋＨｚ以上の周波
数、特に好ましくは５００ｋＨｚ以上の高周波超音波を
犠牲層エッチングのための溶液中に印加することが好ま
しい。複数の波長の超音波を重複して印加することも可
能である。また、犠牲層エッチングを速やかに進めるた
めにエッチャントを連続的に吹き付けたり、スピンコー
ター上で回転させながらエッチャントを連続供給するこ
とも可能である。

【００４０】また、無電解めっきをめっき浴に浸漬して
行う場合には同様に超音波をめっき浴に印加して行うこ
とが好ましい。

【００４１】図１及び図２に示した櫛形電極の対をなす
下部電極２１と上部電極２６とを組み合わせた加速度セ
ンサは、櫛形電極の凹溝及び凸条の長手方向に直角な方
向の加速度を感度良く検出可能であるが、櫛形電極の対
からなる検出素子を同一平面内で互いに異なる方向に２
個配置することで、Ｘ軸方向及びこれに直交するＹ軸方
向の加速度を感知することが可能である。

【００４２】しかし、表面凹凸の形状を溝型でなくＸ，
Ｙ軸方向に等方的な形状、例えば図４の本発明の第２の
実施の形態に示すような角柱状凸部を持つ下部電極３１
及びこれを転写した角柱状凹部を持つ上部電極３６を組
み合わせた構造とすることで、Ｘ，Ｙの両方向に対して
同じ検出感度を有する加速度センサが製造可能である。
勿論、この際には固定部と可動部とを連結している梁の
構造をＸ，Ｙ軸方向に同じ構造とする。ここで、図４
（Ａ）は下部電極３１の上面、同図（Ｂ）は上部電極３
６の下部電極３１に対向する面（底面）を示しており、
下部電極３１が固定部の主面から突出した角柱状凸部３
１ａを有し、可動部を構成する上部電極３６は角柱状凸
部３１ａを転写した角柱状凹部３６ａを有している。な
お、図４中凸部分に斜線を施してある。

【００４３】同様に、図５の本発明の第３の実施の形態
に示すような円柱状凸部を持つ下部電極４１及びこれを
転写した円柱状凹部を持つ上部電極４６を組み合わせた
構造とした場合にも、表面凹凸の形状がＸ，Ｙ軸方向に
等方的な形状となるため、Ｘ，Ｙの両方向に対して同じ
検出感度を有する加速度センサが製造可能である。この
場合にも固定部と可動部とを連結している梁の構造を
Ｘ，Ｙ軸方向に同じ構造とする。ここで、図５（Ａ）は
下部電極４１の上面、同図（Ｂ）は上部電極４６の下部
電極４１に対向する面（底面）を示しており、下部電極
４１が固定部の主面から突出した円柱状凸部４１ａを有
し、可動部を構成する上部電極４６は円柱状凸部４１ａ
を転写した円柱状凹部４６ａを有している。なお、図５
中凸部分に斜線を施してある。

【００４４】さらに、第１乃至第３の実施の形態に示し
た加速度センサでは、上下電極の水平平面対向部分の面
積を大きくし、梁の構造を変えることで、Ｚ軸方向の加
速度検出も可能である。すなわち、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸の
いずれかの方向、又はその複合方向の加速度を１つの素
子で検出可能である。勿論、Ｘ，Ｙ，Ｚのそれぞれの加
速度成分を分離して検出する場合には、Ｚ軸方向検出の
目的で、従来の平面対向電極を同時に基体上に形成する
ことも容易である。これらの加速度検出素子の２個から
３個をウエハー上の相互に近い場所に形成し、ウエハー
からそれらの検出素子を分離する際に素子群として１枚
の基板として切り出すことで容易に２軸、３軸の加速度
センサが実現可能である。例えば、図６はＸ軸方向の加
速度検出素子Ｄx、Ｙ軸方向の加速度検出素子Ｄy、及び
Ｚ軸方向の加速度検出素子Ｄzを１個の基板１５上に形
成した例である。

【００４５】また、勿論半導体素子を基板上に予め形成
しておくことも可能である。この場合には、基板はシリ
コンであることが望ましい。また加速度センサ基板をシ
リコン基板と陽極接合等の手法で張り合わせることも勿
論可能である。

【００４６】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００４７】実施例１ ３インチ径厚さ０.７mmのコーニング社製７０５７ガラ
ス基板をフッ酸による無電解めっき前処理を行った後に
フォトレジストとしてのヘキスト社製ポジ型レジストＡ
Ｚをスピンコートした。プリベーク後、紫外線露光機に
てライン（凸部となる部分）、スペース（凹部となる部
分）に対し、それぞれ幅１５μｍ、長さ１.５mm角のラ
イン及びスペースパターンを露光、現像した。その後、
ポストベークを行い、図７及び図８のように、そのレジ
ストパターンが形成されたガラスウエハーを基板とし
た。ガラス基板５０上に形成された凸条５０ａをなすレ
ジスト高さは６０μｍであった。

【００４８】このようにレジストによって主面に凸条５
０ａを形成した固定部となる基板５０を、シランカップ
リング剤、塩化第一錫溶液、硝酸銀溶液、塩化パラジウ
ム溶液で順次、無電解めっきの前処理としての活性化処
理を行い、図９及び図１０の如く中性無電解ニッケルホ
ウ素めっき浴（上村工業社製ＢＥＬニッケル）中にて膜
厚１μｍの無電解ニッケル膜を下部電極５１として成膜
した。さらに、無電解銅めっき浴（上村工業社製スルカ
ップ）を用いて、図１１及び図１２のように膜厚２μｍ
の無電解銅膜を犠牲層５３として下部電極５１の上に成
膜した。

【００４９】これらの無電解めっき及びその前処理はウ
エハーをスピンコーター上に固定し、回転数２ｒｐｍか
ら５００ｒｐｍで回転させながら薬液をウエハー上に供
給して処理を行った。

【００５０】リリース部分（後工程で上部電極、梁等を
設ける領域）、及び下部電極として必要な部分をレジス
トパターンでカバーした後に、エッチング処理を行い不
要部分の金属層を除去した。そして、レジストカバーを
剥離後、スパッタ法により厚さ０.００５μｍのチタ
ン、さらにその上に０.０５μｍのニッケルを全面に成
膜した。

【００５１】その上に、上部電極及び梁となる部分、電
極取り出し部をレジストを用いパターンニングした（後
述する上部電極等の形成のためのニッケル膜を成膜しな
い部分にレジストが残るようにする。）。再び、この基
板に対してシランカップリング剤、塩化第一錫溶液、硝
酸銀溶液、塩化パラジウム溶液で順次、無電解めっきの
前処理としての活性化処理を行った後に、無電解ニッケ
ルホウ素めっき浴（上村工業社製ＢＥＬニッケル）中に
て膜厚１５μｍの無電解ニッケル膜を成膜した。この無
電解めっき膜により下部電極５１の櫛形の凹部分は充填
された。さらに、電解スルファミンニッケルめっき浴を
用い電流密度６Ａ／ｄｍ²にて膜厚５０μｍのニッケル
膜を成膜した。これらの膜厚１５μｍの無電解めっきに
よるニッケル膜と膜厚５０μｍの電解めっきによるニッ
ケル膜は可動部となる上部電極５６、上部電極５６を加
速度を受けた際に移動可能な如く支える細い梁５７及び
電極取り出し部５８となる部分である（図１３参照）。

【００５２】前記レジストを剥離後に、アルゴンガス中
でミリング処理を行いレジストの下にあったスパッタ法
により成膜した前記チタン及びニッケル膜を除去した。
この結果、図１３及び図１４のように、下部電極５１の
上に犠牲層５３を介在させて上部電極５６及び細い梁５
７が形成され、さらにガラス基板５０上に直接的に電極
取り出し部５８が形成された構造が得られる。なお、図
１４の断面図の如く上部電極５６は膜厚１５μｍの無電
解ニッケル膜５６ａ、膜厚５０μｍの電解めっきによる
ニッケル膜５６ｂの複層構造であり、犠牲層５３を効率
良く除去できるように小さな貫通孔５９が多数形成され
ている。

【００５３】そして、硝酸銅のアンモニア溶液を用いて
超音波を印加しながら図１５及び図１６の如く犠牲層５
３の銅膜を除去した。なお、エッチャントは１０分毎に
新しいものに交換した。水洗、アルコール置換処理の後
に真空乾燥器を用い乾燥した。このようにして下部電極
５１に対し、その凹凸を転写した上部電極５６が犠牲層
の除去で形成されたギャップＧを介して対向した構造と
した。その後、ウエハーから加速度センサとなる個々の
素子毎にワイヤーソーにより切断分離し、下部電極５１
の電極取り出し部及び上部電極５６の電極取り出し部５
８にそれぞれリード線を接続した。このように製作され
た加速度センサを実施例１とする。

【００５４】実施例２ シンクロトン放射光露光を用い、深さ０.５mm、幅１０
０μｍの溝を１００μｍ毎に形成した図１７の如き凹凸
領域を有するアクリル樹脂（ＰＭＭＡ樹脂）構造体６０
を形成した。この凹凸部分が加速度センサの垂直対向
（縦型対向）電極部となる。なお、樹脂中には予めカー
ボン粉末を混練しておき導電性を付与した。この構造体
６０を電気ニッケルめっきを用い電鋳で型取りした。さ
らに、この型を金型として予め白金粉末を混練したポリ
カーボネート樹脂をモールドし凹凸付きの基板とした。
この基板を前述した実施例１と同様に無電解ニッケルホ
ウ素めっき浴にて膜厚１μｍの無電解ニッケル膜を下部
電極として成膜し、以下実施例１と同様に製作した加速
度センサを実施例２とする。

【００５５】実施例３ シリコンウエハーに対してＫＯＨ溶液中で等方性エッチ
ングを用い深さ３０μｍ、幅１０μｍの溝を１０μｍ間
隔で形成した部分を設け、図１８の基板７０を作製し
た。この基板表面の一部をｐ型ドープ処理した後、さら
に酸化処理して酸化膜７１を形成し、下部電極パターン
ニングをした後、犠牲層成膜工程以降を前述した実施例
１と同様に製作した加速度センサを実施例３とする。

【００５６】実施例４ コーニング社製７０５７ガラス基板上に、図１９の如く
バイトにより深さ０.５mm、幅０.１mmの溝を０.３mm毎
に形成した部分を設けた。この基板８０を無電解めっき
前処理前にスパッタ法により厚さ０.００５μｍのチタ
ン、さらにその上に０.０５μｍのニッケルを密着強度
向上のために形成した後、前述した実施例１と同様に基
板前処理工程以降を製作した加速度センサを実施例４と
する。

【００５７】比較例１ 実施例１と同様だが、最初の凹凸形成の工程でレジスト
膜厚を１０μｍ、ライン幅、スペース幅、それぞれ１０
０μｍとしたライン及びスペースパターンを露光し、以
下同様に製作した加速度センサを比較例１とする。

【００５８】上記の実施例及び比較例の加速度センサを
加速度計に取り付け、−１ｇから１ｇの範囲で測定し
た。実施例１，２，３，４及び比較例１の感度はそれぞ
れ１０.３ｐＦ／ｇ、１７.８ｐＦ／ｇ、１３.６ｐＦ／
ｇ、１１.６ｐＦ／ｇ、０.４４ｐＦ／ｇであった。以上
の結果から本発明の各実施例の効果は明瞭である。

【００５９】なお、上記各実施例では、基板（基体）に
対して一定溝幅の凹部を形成した場合（従って、これを
転写した側は一定幅を持つ凸部となる）で説明したが、
図２０に示すように、基板（基体）９０に対して深さに
従って溝幅が変化した凹部９１を形成した場合（従っ
て、これを転写した側は高さに従って幅が変化した凸部
となる）等でも本発明は適用可能である。

【００６０】以上本発明の実施の形態及び実施例につい
て説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく
請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能
なことは当業者には自明であろう。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極対向面積を広く、電極間距離は小さく形成可能で検
出感度の向上を図ることのできる加速度センサ及びその
製造方法を実現可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であって上下電極部
分の概略構成を示す正断面図である。

【図２】第１の実施の形態における下部電極及び上部電
極の凹溝及び凸条の配置を示す説明図である。

【図３】第１の実施の形態の場合の製造工程の概略を示
す説明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態における下部電極及
び上部電極の凹凸配置を示す説明図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態における下部電極及
び上部電極の凹凸配置を示す説明図である。

【図６】本発明において３素子の加速度センサを構成し
た場合を示す説明図である。

【図７】本発明の実施例１の場合において、凸条をレジ
ストで形成した基板を示す斜視図である。

【図８】同断面図である。

【図９】本発明の実施例１の場合において、凹凸部を有
する基板上に下部電極を成膜した状態を示す斜視図であ
る。

【図１０】同断面図である。

【図１１】本発明の実施例１の場合において、凹凸部を
有する基板上に犠牲層を成膜した状態を示す斜視図であ
る。

【図１２】同断面図である。

【図１３】本発明の実施例１の場合において、凹凸部を
有する基板上に上部電極及びその他の構造部分を成膜し
た状態を示す斜視図である。

【図１４】同断面図である。

【図１５】本発明の実施例１の場合において、犠牲層の
除去、リリースした後の状態を示すを示す斜視図であ
る。

【図１６】同断面図である。

【図１７】本発明の実施例２において用いる基板を示す
断面図である。

【図１８】本発明の実施例３において用いる基板を示す
断面図である。

【図１９】本発明の実施例４において用いる基板を示す
断面図である。

【図２０】本発明で使用可能な凹凸部を有する基板の変
形例を示す断面図である。

【図２１】従来のＸ軸方向の加速度センサの電極部分の
構成を示す平面図である。

【図２２】従来のＺ軸方向の加速度センサの電極部分の
構成を示す正断面図である。

【符号の説明】

１，１１，２０ 固定部 ２，１２，２５ 可動部 ３ 固定部電極 ４ 可動部電極 ２１，３１，４１，５１ 下部電極 ２３，５３ 犠牲層 ２６，３６，４６，５６ 上部電極 １５，５０，７０，８０，９０ 基板 ５７ 梁 ５８ 電極取り出し部 ５９ 貫通孔 ６０ 構造体 ７１ 酸化膜

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１電極と第２電極間の静電容量変化を
   利用した加速度センサにおいて、前記第１電極表面が凹
   凸を有し、前記第１電極と対向する前記第２電極表面が
   当該第１電極表面の凹凸を転写した表面形状を有するこ
   とを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記第１電極、第２電極の少なくとも一
   方が可動電極で、前記凹凸が凹部としての凹溝と凸部と
   しての凸条とからなり、該凹溝及び凸条の長手方向に直
   角な方向に前記可動電極が変位する請求項１記載の加速
   度センサ。
3. 【請求項３】 前記凹凸の凹部のアスペクト比が０.２
   以上１００以下である請求項１又は２記載の加速度セン
   サ。
4. 【請求項４】 フォトリソグラフィ技術により形成され
   たレジストによる凹凸部を有する基体上に前記第１電極
   及び第２電極を設けてなる請求項１，２又は３記載の加
   速度センサ。
5. 【請求項５】 フォトリソグラフィ技術により形成され
   た金属金型を用い転写法により形成された凹凸部を有す
   る樹脂で基体を構成し、該基体上に前記第１電極及び第
   ２電極を設けてなる請求項１，２又は３記載の加速度セ
   ンサ。
6. 【請求項６】 シリコンの等方性エッチング技術により
   形成された凹凸部を有する基体上に前記第１電極及び第
   ２電極を設けてなる請求項１，２又は３記載の加速度セ
   ンサ。
7. 【請求項７】 機械加工により形成された凹凸部を有す
   る基体上に前記第１電極及び第２電極を設けてなる請求
   項１，２又は３記載の加速度センサ。
8. 【請求項８】 凹凸を有する基体主面に第１電極を設け
   た後、該第１電極上に前記主面に垂直方向で対向する第
   ２電極を設けるとともに、当該第２電極の表面形状を該
   第１電極表面の凹凸を転写して形成することを特徴とす
   る加速度センサの製造方法。
9. 【請求項９】 前記第１電極上に無電解めっき法により
   犠牲層となる金属層を形成し、さらにその犠牲層上に無
   電解めっき法及び／又は電解めっき法により前記第２電
   極を形成したのち、前記犠牲層をエッチングにより除去
   する請求項８記載の加速度センサの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記犠牲層が無電解銅めっき膜である
    請求項９記載の加速度センサの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記第１電極を形成するシリコン表面
    を酸化処理して犠牲層となる酸化シリコン膜を形成し、
    前記第２電極の少なくとも前記第１電極近傍部分を、前
    記酸化シリコン膜上に無電解めっき法により形成した
    後、前記犠牲層をエッチングにより除去する請求項８記
    載の加速度センサの製造方法。