JPH102811A - 外力計測装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部から加わる加速度または角速度により、
円錐状可動部を全体的または部分的に変位させ、この変
位を検出して加速度または角速度の大きさを計測する。 【解決手段】 外力計測装置としての角速度計測装置１
は、中央部に支持柱３を介して円錐状可動部４が支持さ
れ、その開口部４Ａが凹陥穴となっている。また、シリ
コン基板２上には一の電極板５と他の電極板６が交互に
放射状に形成されている。円錐状可動部４の開口部４Ａ
を楕円となるように振動させた状態で、垂直軸の周りに
角速度が加わるとコリオリ力により振動の節となる部分
が楕円振動を行う。これを円錐状可動部４と電極板６と
の間の静電力で検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば加速度また
は角速度等の外力を検出できる外力計測装置およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、外力計測装置として、特開平７−
１２５７５号公報に示すものが知られている。

【０００３】この外力計測装置は角速度計測装置として
構成され、該角速度計測装置は、基板上にニッケルの電
解メッキで形成されたリングと、該リングを中心で支持
すべく、該リングの半径方向に位置して該リングと基板
との間に形成された半円状の８本の梁と、前記リングの
外周側に位置して等間隔で基板上に配設された１６個の
電極とから構成され、前記リングと各梁によって可動部
を形成している。また、前記リングは真円でその厚さは
均一に形成されている。このように構成される従来技術
による角速度計測装置では、リングと該各電極との間の
静電力を利用してリングの振動および変位を検出する。

【０００４】次に、リングの振動を利用した角速度計測
装置の動作原理について図２１および図２２に基づいて
説明する。

【０００５】まず、リングＲの外周の直径方向に位置し
た電極板とリングＲとの間に励振信号を入力する。これ
により、図２１のリングＲは二点鎖線で示す如く、左右
のＸ軸方向に楕円、前後のＹ軸方向に楕円となるような
振動を交互に発生する。このとき、Ｘ軸、Ｙ軸に対して
４５度ずれたリングＲの４個の点が励振振動の節Ｐ，
Ｐ，…となった振動を行う。

【０００６】そして、リングＲを振動させたままの状態
で、垂直軸Ｚの周りに角速度Ωを加えると、図２２に示
す如く、コリオリ力によってリングＲの各励振振動の節
Ｐとなった部分が、先に与えた振動と同じ周波数で振動
する。このとき、Ｘ軸、Ｙ軸とリングＲとの４個の交点
が検出振動の節Ｑ，Ｑ，…となった振動を行う。この結
果、節Ｐとなる位置の変位をリングＲと電極板間との静
電力により測定することにより、計測装置に加わる角速
度Ωの大きさを検出することができる。

【０００７】また、従来技術では、リングＲを支持する
梁を半円状に形成することによって、リングの径方向へ
の変化を起こし易いようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による外力計測装置では、リングＲを８本の梁を
介して基板に支持している。そして、リングＲを径方向
に変位させるために、これらの各梁は半円状に形成して
おり、強度的に劣っていた。このため、リングＲに衝撃
が加わった場合には、該各梁は、変形や破損を起こし易
い。この結果、計測装置の信頼性が低下するという問題
がある。

【０００９】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の第１の目的は、可動部の強度を
高めることによって、加速度または角速度等の外力を信
頼性を高めて検出できる外力計測装置を提供することに
ある。

【００１０】また、第２の目的は、円錐状可動部を有す
る外力計測装置を容易に形成できる外力計測装置の製造
方法を提供することにある。

【００１１】

【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、請求項１の発明による外力計測装置は、基板
と、該基板上に該基板から離間する方向に立設された支
持柱と、該支持柱の先端に設けられ、開口部が凹陥穴と
なった円錐状体に形成された円錐状可動部と、外力が加
わることによる該円錐状可動部の変位を検出する外力検
出手段とから構成したことにある。

【００１２】上記構成により、計測装置に外力が加わっ
たときには、円錐状可動部が部分的または全体的に変化
する。そこで、この変化を外力検出手段によって、例え
ば該円錐状可動部と各電極板との有効面積または離間寸
法の変位として検出することで、計測装置に加わる外力
の大きさを検出できる。

【００１３】請求項２の発明による外力計測装置は、基
板と、該基板上に該基板から離間する方向に立設された
支持柱と、該支持柱の先端に設けられ開口部が凹陥穴と
なった円錐状体に形成された円錐状可動部と、該円錐状
可動部の開口部に振動を発生させるために、該円錐状可
動部と前記基板上に設けられた一の電極板とによって形
成された振動発生手段と、該振動発生手段により円錐状
可動部の開口部に振動を発生させた状態で垂直軸周りに
角速度が加わったときに円錐状可動部の変位量を検出す
るために、該円錐状可動部と前記基板に設けられた他の
電極板とによって形成された変位検出手段とから構成し
たことにある。

【００１４】上記構成により、振動発生手段によって円
錐状可動部の開口部が振動を起こしている状態で、垂直
軸の周りに角速度が加わったときには、コリオリ力によ
って円錐状可動部の開口部のうち節となった部分が振動
する。そして、この節の変位量を変位検出手段で検出す
ることで、計測装置に加わる垂直軸周りの角速度の大き
さを検出できる。

【００１５】請求項３の発明による外力計測装置は、基
板と、該基板上に該基板から離間する方向に立設された
支持柱と、該支持柱の先端に設けられ開口部が凹陥穴と
なった円錐状体に形成された円錐状可動部と、外部から
加速度が加わったときに該円錐状可動部と基板との間の
変位を検出するために、該円錐状可動部と前記基板に設
けられた電極板とによって形成された変位検出手段とか
ら構成したことにある。

【００１６】上記構成により、計測装置に水平方向の加
速度が加わったときには、慣性力によって円錐状可動部
が基板に対して傾斜する。そして、この変位を変位検出
手段で検出することで、計測装置に加わる加速度の大き
さを検出できる。

【００１７】請求項４の発明による外力計測装置の製造
方法では、シリコン基板上に電極板となるパターンを酸
化膜により形成する酸化膜形成工程と、該酸化膜形成工
程で形成された酸化膜上にＰＳＧ膜による犠牲膜を形成
した上で、基板表面のうち円錐状可動部の支持柱となる
部分を除去した犠牲膜形成工程と、該犠牲膜形成工程で
形成された犠牲膜上と円錐状可動部の支持柱となる部分
にシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、該シリ
コン膜形成工程でシリコン膜が形成されたシリコン基板
を高温で熱処理を施すことにより、酸化膜で覆われた部
分を除くシリコン基板とシリコン膜を低抵抗化する熱処
理工程と、該熱処理工程で低抵抗化されたシリコン膜を
パターニングして可動部となる円板状体に形成する円板
状体形成工程と、該円板状体形成工程で形成された円板
状体とシリコン基板とから前記犠牲膜と酸化膜を除去す
ることにより、円板状体の外周を引張り応力によって持
ち上げて円錐状可動部を形成する可動部形成工程とから
構成したことにある。

【００１８】上記構成のうち、酸化膜形成工程、犠牲膜
形成工程、シリコン膜形成工程、熱処理工程、円板状体
形成工程までの処理により、シリコン基板の表面には電
極板が形成され、表面には酸化膜と犠牲膜を介して低抵
抗化したシリコン膜による円板状体が形成され、該円板
状体の中心は支持柱となって基板に固着されている。そ
して、最後の可動部形成工程により、円板状体とシリコ
ン基板とから犠牲膜と酸化膜とを除去することで、円板
状体はシリコン基板に対して作用する引張り応力によっ
て、外周が持ち上がって開口部が凹陥穴となった円錐状
可動部を形成することができる。

【００１９】請求項５の発明では、前記シリコン膜形成
工程で形成されるシリコン膜の表面には窒化シリコン膜
を形成したことにある。

【００２０】上記構成により、表面の窒化シリコン膜は
シリコン膜（円板状体）に対してその表面で引張り応力
を作用させ、最後の可動部形成工程によって円板状体と
シリコン基板とから犠牲膜と酸化膜とを除去したとき
に、円板状体の外周側を容易に持ち上げることができ、
円錐状可動部を形成できる。

【００２１】請求項６の発明による外力計測装置の製造
方法では、絶縁基板の表面のうち電極板となる部分と支
持柱となる部分に金属膜を形成する電極板形成工程と、
該電極板形成工程で形成された支持柱となる部分を除い
てレジストによる第１の犠牲膜を形成する第１の犠牲膜
形成工程と、該第１の犠牲膜形成工程により形成された
第１の犠牲膜上に金属膜を形成する金属膜形成工程と、
該金属膜形成工程により形成された金属膜上に可動部と
なる円板状体を形成するため、該円板状体の部分を除い
て第２の犠牲膜を形成する第２の犠牲膜形成工程と、該
第２の犠牲膜形成工程で形成された第２の犠牲膜と第１
の犠牲膜形成工程により形成された第１の犠牲膜とをメ
ッキ型として前記金属膜との間にメッキ処理を施すこと
により、外形が円形となった円板状体を形成する円板状
体形成工程と、該円板状体形成工程で形成された円板状
体と絶縁基板とから前記第１の犠牲膜、金属膜、第２の
犠牲膜を除去することにより、円板状体の外周を引張り
応力によって持ち上げて円錐状可動部を形成する可動部
形成工程とから構成したことにある。

【００２２】上記構成のうち、電極板形成工程、第１の
犠牲膜形成工程、金属膜形成工程、第２の犠牲膜形成工
程、円板状体形成工程までの処理により、基板の表面に
は電極板を形成し、第１の犠牲膜と第２の犠牲膜を介し
て可動部となる円板状体が形成され、円板状体の中心は
支持柱となって基板に固着されている。そして、最後の
可動部形成工程により、円板状体とシリコン基板とから
第１の犠牲膜と第２の犠牲膜と金属膜とを除去すること
で、円板状体はその表面に作用する引張り応力によっ
て、外周が持ち上がって開口部が凹陥穴となった円錐状
可動部を形成できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態を
添付図面に従って詳細に説明するに、図１ないし図２０
に本発明による実施例を示す。

【００２４】まず、図１ないし図１０に基づいて第１の
実施例を示すに、本実施例では外力計測装置として角速
度計測装置を例に挙げて説明する。

【００２５】図中、１は角速度計測装置、２は該角速度
計測装置１の基台となる単結晶のシリコン基板を示し、
該シリコン基板２上には、その中央部に設けれれた後述
の支持柱３を介して円錐状可動部４が支持され、また前
記シリコン基板２の表面には該円錐状可動部４と対向す
るように複数個の電極板５，６が形成されている。

【００２６】３は支持柱を示し、該支持柱３は基板２か
ら離間する方向に立設され、その先端側に位置した円錐
状可動部４を基板２から離間した状態で支持している。
また、該支持柱３は太く形成することにより、円錐状可
動部４の基板２に対する傾きを防止するようにしてい
る。

【００２７】４は円錐状可動部を示し、該円錐状可動部
４は、導電性部材により形成され、前記シリコン基板２
の中央部に位置した支持柱３の先端側に一体形成されて
いる。そして、本実施例による円錐状可動部４は、図３
に示すように、凹陥穴となる開口部４Ａを変形させて楕
円状に振動させるものである。

【００２８】５，５，…、６，６，…は電極板を示し、
該各電極板５，６はシリコン基板２の表面に放射状に交
互に４５度置きに合計８枚、長方形状に形成されてい
る。また、Ｘ軸方向とＹ軸方向の電極板が一の電極板５
となり、Ｘ軸方向とＹ軸方向に対して４５度ずれた電極
板が他の電極板６となっている。

【００２９】７，７，…は振動発生手段としての振動発
生部で、該各振動発生部７は、前記円錐状可動部４と一
の各電極板５とから構成されている。また、該各振動発
生部７のうち、直径方向に位置した各振動発生部７に同
時に同一位相の励振信号を入力すると、電極板５は対向
した円錐状可動部４の部分を吸引しようとする。しか
し、円錐状可動部４は太い支持柱３に支持されているか
ら、円錐状可動部４は基板２に対して傾斜せず該円錐状
可動部４は有効面積を拡げる方向に作用し、該円錐状可
動部４の開口部４Ａを楕円状に変形させる（図３参
照）。そして、Ｘ軸方向の各振動発生部７とＹ軸方向の
各振動発生部７に励振信号を交互に入力することによ
り、円錐状可動部４の開口部４には、Ｘ軸方向とＹ軸方
向に交互に楕円となる振動を発生する。

【００３０】８，８，…は変位検出手段としての変位検
出部で、該各変位検出部８は、円錐状可動部４と他の各
電極板６とから構成されている。また、各変位検出部８
は、前記各振動発生部７によって円錐状可動部４の開口
部４Ａが振動するときの節となる部分における変位を、
該電極板６に対向した円錐状可動部４の有効面積の変化
として検出ものである。

【００３１】９は引出し電極板を示し、該引出し電極板
９はシリコン基板２の表面に位置し、支持柱３からシリ
コン基板２の外周側に延びるように形成され、該引出し
電極板９は円錐状可動部４と外部とを電気的に接続する
ものである。なお、該引出し電極板９は、便宜上面積を
有するように図１および図２に記載したが、実際には電
極板５，６の面積に比べて極めて小さく形成されてい
る。

【００３２】本実施例による角速度計測装置１は、上述
の如き構成を有するもので、その検出動作においては従
来技術と同様に垂直軸Ｚの周りの角速度Ωの大きさを検
出することができる。

【００３３】即ち、図３および図４に示すように、例え
ばＸ軸方向に位置した一対の振動発生部７に励振信号を
入力する。これにより、円錐状可動部４の開口部４Ａ
は、図３中の二点鎖線で示すように、Ｘ軸方向に楕円、
Ｙ軸方向に楕円となるような振動を発生する。この際、
開口部４Ａの振動は、Ｘ軸、Ｙ軸の軸線に対して４５度
ずれた開口部４Ａの４点が励振振動の節Ｐ，Ｐ，…とな
った振動となる。

【００３４】そして、開口部４Ａを振動させた状態のま
ま、垂直軸Ｚの周りに角速度Ωを加えると、コリオリ力
によって開口部４Ａの各励振振動の節Ｐとなっていた部
分が、先に与えた振動と同じ周波数で振動する。この
際、開口部４Ａの振動は、Ｘ軸、Ｙ軸と開口部４Ａとの
交点が検出振動の節Ｑ，Ｑ，…となった振動を行い、こ
の振動の振幅は角速度Ωの大きさに比例したものとな
る。

【００３５】一方、前記各変位検出部８は、励振振動の
節Ｐとなる位置の電極板６に対する円錐状可動部４の有
効面積の変化を静電容量の変化として検出するものであ
るから、該各変位検出部８により角速度計測装置１に加
わる角速度Ωの大きさを検出することができる。

【００３６】次に、角速度計測装置１の製造方法につい
て図５ないし図１０に基づいて説明する。

【００３７】まず、図５の酸化膜形成工程では、シリコ
ン基板２の表面に電極板５，６と引出し電極板９を形成
したマスクによって、電極板５，６，９の部分を除いた
パターンを熱酸化処理によって酸化膜１１（ＳｉＯ₂ ）
として形成する。

【００３８】次に、図６の犠牲膜形成工程では、酸化膜
形成工程でシリコン基板２の表面に形成された酸化膜１
１上に減圧ＣＶＤ法によってＰＳＧ（リン・ケイ素ガラ
ス）膜の犠牲膜１２を形成し、シリコン基板２の表面の
うち円錐状可動部４の支持柱３となる部分（即ち、シリ
コン基板２の中央部）をパターンニングしてこの部分の
ＰＳＧ膜を除去する。

【００３９】さらに、図７のシリコン膜形成工程では、
犠牲膜形成工程で形成された犠牲膜１２の表面と円錐状
可動部４の支持柱３の部分に減圧ＣＶＤ法によって多結
晶シリコン膜１３を形成する。

【００４０】次に、図８の熱処理工程では、この状態の
まま１０００〜１２００℃の高温で処理することによ
り、犠牲膜１２の材料となるＰＳＧ中のＰイオンがシリ
コン基板２の表面と多結晶シリコン膜１３に拡散してシ
リコン基板２の酸化膜１１でパターニングされた部分と
多結晶シリコン膜１３の抵抗値を下げる。この結果、多
結晶シリコン膜１３を低抵抗化すると共に、シリコン基
板２の表面のうち、酸化膜１１に覆われていない部分は
拡散電極による複数個の電極板５，６と引出し電極板９
となる。

【００４１】さらに、図９の円板状体形成工程では、前
記多結晶シリコン膜１３をパターニングし、該多結晶シ
リコン膜１３の外周を除去して円錐状可動部４となる円
板状体１４に形成する。また、該円板状体１４の表面に
は引張り応力が発生する。

【００４２】そして、最後の図１０に示す可動部形成工
程では、円板状体１４とシリコン基板２とから犠牲膜１
２と酸化膜１１とをＨＦ水溶液によるエッチング処理に
よって除去する。これにより、低抵抗化した円板状体１
４の表面はシリコン基板２に対して引張り応力を持って
いるから、円板状体１４の下側の犠牲膜１２がエッチン
グ処理によって該円板状体１４の外周側から内側に向け
て徐々に除去されると、該円板状体１４の外周から順に
浮いて上に反り上がる。この結果、開口部４Ａが凹陥穴
となった円錐状可動部４を形成することができる。

【００４３】かくして、本実施例による角速度計測装置
１では、円錐状可動部４を円錐状に形成すると共に、シ
リコン基板２の表面には、該円錐状可動部４と対向する
ように各振動発生部７をなす一の電極板５と、変位検出
部８をなす他の電極板６とを所定の位置に形成したか
ら、前述したように、各振動発生部７に励振信号を入力
することにより、円錐状可動部４の開口部４Ａに４個の
励振振動の節Ｐを有する振動を安定させて発生させるこ
とができる。

【００４４】一方、各変位検出部８では、垂直軸周りに
角速度Ωが加わったときにコリオリ力により生じる開口
部４Ａの励振振動の節Ｐにおける変位を、他の電極板６
と円錐状可動部４との有効面積の変化として検出するよ
うにしているから、計測装置１に加わる垂直軸Ｚの周り
に作用する角速度Ωの大きさを検出できる。

【００４５】また、本実施例による角速度計測装置１
は、円錐状可動部４を円錐状に形成し、該円錐状可動部
４を支持柱３によってシリコン基板２に支持する簡単な
構造であるから、従来技術のような半円状の梁をなくす
ことができ、衝撃に対する強度を高めることができる。
この結果、角速度計測装置１の寿命を延ばし、検出精度
に対する信頼性を高めることができる。

【００４６】さらに、前述した製造方法に示す可動部形
成工程のように、低抵抗化した円板状体１４の下側に位
置した犠牲膜１２等を除去することにより、該円板状体
１４の引張り応力を利用して円錐状可動部４を形成す
る。これにより、複雑なエッチング処理を行うことな
く、容易に円錐状可動部４を製造することができ、角速
度計測装置１のコスト低減を図ることができる。

【００４７】次に、図１１および図１２に本発明による
第２の実施例を示す。なお、本実施例では前述した第１
の実施例による角速度計測装置１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。

【００４８】また、本実施例の特徴は、第１の実施例に
よる角速度計測装置１の製造方法のうち、図１１のよう
に、シリコン膜形成工程によって形成された円錐状可動
部４となる多結晶シリコン膜１３の表面に減圧ＣＶＤ法
によって窒化シリコン膜１４′を形成したことにある。

【００４９】かくして、このように構成される本実施例
の角速度計測装置１では、角速度計測装置１の製造方法
における最後の可動部形成工程において、図１２に示す
如く、犠牲膜１２と酸化膜１１をＨＦ水溶液でエッチン
グ処理して除去することにより、開口部４Ａが凹陥穴で
外側が円錐状となった円錐状可動部４を形成する。この
とき、本実施例では、多結晶シリコン膜からなる円板状
体１４の表面に窒化シリコン膜１４′を形成しているか
ら、該多結晶シリコン膜１３のシリコン基板２に対する
引張り応力を大きくできる。この結果、円錐状可動部４
を第１の実施例の製造方法よりも容易に形成することが
でき、該角速度計測装置１の製造工程における歩留を高
めることができる。

【００５０】さらに、図１３ないし図２０は本発明によ
る第３の実施例を示すに、本実施例では外力計測装置と
して加速度計測装置を例に挙げて説明する。なお、本実
施例では前述した第１の実施例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。

【００５１】図中、２１は加速度計測装置、２２は該加
速度計測装置２１の基台となる絶縁基板を示し、該基板
２２上には、その中央部に固着された支持柱２３を介し
て支持された開口部２４Ａが凹陥穴となった円錐状可動
部２４と、前記基板２２の表面には該円錐状可動部２４
と対向するように放射状に８枚配設された電極板２５
と、前記支持柱２３と外部を接続するために前記基板２
２上に形成された引出し電極板２６とから構成されてい
る。

【００５２】そして、前記支持柱２３は第１の実施例に
よる支持柱３よりも小径に形成されているから、図１３
および図１４に示すように、横方向から加速度ａが加わ
ったときには二点鎖線で示すように、円錐状可動部２４
を斜めに変位させるようになっている。

【００５３】さらに、２７は変位検出手段となる変位検
出部を示し、該変位検出部２７は前記円錐状可動部２４
と各電極板２５とにより構成され、該各変位検出部２７
は、加速度ａによって円錐状可動部２４が基板２２に対
して傾斜したときの、該円錐状可動部２４と基板２２と
の離間寸法を静電容量の変化として検出する。

【００５４】このように、本実施例による加速度計測装
置２１では、計測装置２１に加わる加速度ａによって支
持柱２３を支点として円錐状可動部２４を傾かせること
ができ、この円錐状可動部２４の傾きを、支持柱２３に
対して放射状に形成された変位検出部２７により離間寸
法の変位として検出するようにしたから、加速度計測装
置２１に加わる加速度ａの大きさを正確に検出すること
ができる。

【００５５】また、複数の変位検出部２７で変位を検出
した場合には、それぞれの比率によって加速度ａが大き
さのみでなくその方向も算出することができる。

【００５６】次に、加速度計測装置２１の製造方法につ
いて図１５ないし図２０に基づいて説明する。

【００５７】まず、図１５の電極板形成工程では、金属
薄膜をパターニングすることにより、絶縁基板２２の表
面に電極板２５と引出し電極板２６とを形成する。

【００５８】次に、図１６の第１の犠牲膜形成工程で
は、支持柱２３となる部分を除いてレジストによる第１
の犠牲膜３１を形成する。

【００５９】さらに、図１７の金属膜形成工程では、該
第１の犠牲膜形成工程により形成された第１の犠牲膜３
１上に金属薄膜３２を全面に蒸着する。

【００６０】また、図１８の第２の犠牲膜形成工程で
は、円錐状可動部２４の外形を設定する第２の犠牲膜３
３をレジストによって形成する。

【００６１】さらに、図１９の円板状体形成工程では、
第２の犠牲膜形成工程で形成された第２の犠牲膜３３と
第１の犠牲膜形成工程で形成された第１の犠牲膜３１と
をメッキ型として前記金属薄膜３２と金属薄膜からなる
引出し電極板２６（支持柱２３）との間に電解メッキ処
理を施すことによりＮｉ，Ｃｕ，…等の金属材料によっ
て、円板状体３４を形成する。

【００６２】そして、最後の図２０に示す可動部形成工
程では、円板状体３４と基板２２とから第１の犠牲膜３
１と第２の犠牲膜３３と金属薄膜３２とを除去する。こ
れにより、円板状体３４はその表面に引張り応力が作用
しているから、下側に位置した第１の犠牲膜３１が外周
側から内側に向けて徐々に除去されると、該円板状体３
４は外周から順に浮いて上に反り上がる。この結果、開
口部２４Ａが凹陥穴となった円錐状可動部２４を形成す
ることができる。

【００６３】かくして、本実施例による加速度計測装置
２１では、円錐状可動部２４を加速度ａによって傾け、
この傾斜による該円錐状可動部２４と基板２２との離間
寸法を変位検出部２７によって検出するようにしたか
ら、簡単な構造で計測装置２１に加わる加速度の大きさ
を検出することができる。

【００６４】また、本実施例による加速度計測装置２１
の製造方法においても、第１の実施例と同様に、円板状
の金属表面に発生する引張り応力を利用して円板状体３
４から円錐状可動部２４を形成するようにしたから、容
易に円錐状可動部２４を形成することができ、安価で信
頼性の高い加速度計測装置２１を構成できる。

【００６５】なお、前記各実施例では、第３の実施例で
述べた加速度計測装置２１を第１の実施例による製造方
法で製造しても、第１の実施例で述べた角速度計測装置
１を第３の実施例による製造方法で製造してもよいこと
は勿論である。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の本発明に
よれば、計測装置に外力が加わったときには、円錐状可
動部が部分的または全体的に変化し、この変化を外力検
出手段によって該円錐状可動部と各電極板との間の有効
面積または離間寸法の変位として検出することで、計測
装置に加わる外力の大きさを検出できる。また、円錐状
可動部は支持柱によって支持される簡単な構造であるか
ら、衝撃が生じたときでも、該円錐状可動部や支持柱を
破損するのを防止でき、信頼性を高めることができる。

【００６７】請求項２の発明では、振動発生手段によっ
て円錐状可動部の開口部が４個の節を中心とした振動を
起こしている状態で、垂直軸のりに角速度が加わったと
きには、コリオリ力によって円錐状可動部の開口部のう
ち節となった部分が励振信号の周波数で変位する。そし
て、この節の変位量を変位検出手段で検出することによ
り、計測装置に加わる垂直軸周りの角速度の大きさを検
出できる。そして、外力計測装置を角速度計測装置とし
て構成すると共に、円錐状可動部は支持柱によって支持
される簡単な構造であるから、強度を高め、信頼性を高
めることができる。

【００６８】請求項３の発明では、計測装置に水平方向
の加速度が加わったときには、慣性力によって円錐状可
動部が基板に対して傾斜する。そして、この変位を変位
検出手段で検出することで、計測装置に加わる加速度の
大きさを検出できる。そして、外力計測装置を加速度計
測装置として構成できると共に、円錐状可動部は支持柱
によって支持される簡単な構造であるから、強度を高
め、信頼性を向上できる。

【００６９】請求項４の発明による製造方法では、酸化
膜形成工程、犠牲膜形成工程、シリコン膜形成工程、熱
処理工程、円板状体形成工程までの処理により、シリコ
ン基板の表面には、酸化膜と犠牲膜を介して低抵抗化し
たシリコン膜からなる円板状体を形成し、最後の可動部
形成工程では、犠牲膜と酸化膜を除去し、円板状体はシ
リコン基板に対して作用する引張り応力によって、外周
が持ち上がって開口部が凹陥穴となった円錐状可動部を
形成することができ、円錐状可動部の形成が容易とな
り、計測装置を安価に製造することができる。

【００７０】請求項５の発明では、円錐状可動部となる
多結晶シリコン膜の表面に窒化シリコン膜を形成するこ
とにより、表面の窒化シリコン膜はシリコン膜からなる
円板状体に対してその表面で引張り応力を作用させ、最
後の可動部形成工程によって、円錐状可動部の外周側を
容易に持ち上げることができ、円錐状可動部を容易に形
成でき、製造工程における歩留を向上することができ
る。

【００７１】請求項６の発明による製造方法では、電極
板形成工程、第１の犠牲膜形成工程、金属膜形成工程、
第２の犠牲膜形成工程、円板状体形成工程までの処理に
より、基板の表面には、第１の犠牲膜と金属膜と第２の
犠牲膜を介して円板状体が形成され、最後の可動部形成
工程では、第１の犠牲膜と金属膜と第２の犠牲膜とを除
去し、平板状体はその表面に作用する引張り応力によっ
て、外周が持ち上がって開口部が凹陥穴となった円錐状
可動部を容易に形成でき、計測装置を安価に製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例による角速度計測装置を示す斜視
図である。

【図２】図１に示す角速度計測装置を上面からみた平面
図である。

【図３】円錐状可動部の励振振動を開口部からみた説明
図である。

【図４】円錐状可動部の検出振動を開口部からみた説明
図である。

【図５】酸化膜形成工程によってシリコン基板の表面に
酸化膜を形成した状態を示す縦断面図である。

【図６】次の犠牲膜形成工程で、シリコン基板の表面に
ＰＳＧによる犠牲膜を形成した状態を示す縦断面図であ
る。

【図７】次のシリコン膜形成工程で、犠牲膜上と可動部
の支持柱となる部分に多結晶シリコン膜を形成した状態
を示す縦断面図である。

【図８】次の熱処理工程で、シリコン基板の表面と多結
晶シリコン膜にＰイオンを拡散させ、シリコン基板の表
面に電極板を形成すると共に多結晶シリコン膜を低抵抗
化した状態を示す縦断面図である。

【図９】次の円板状体形成工程で、多結晶シリコン膜を
パターニングして円板状体を形成した状態を示す縦断面
図である。

【図１０】次の可動部形成工程で、円板状体とシリコン
基板とから犠牲膜と酸化膜とを除去することで円板状体
を円錐状可動部として形成した状態を示す縦断面図であ
る。

【図１１】第２の実施例による角速度計測装置におい
て、多結晶シリコン膜からなる円板状体の表面に窒化シ
リコン膜を形成した状態を示す縦断面図である。

【図１２】第２の実施例による角速度計測装置におい
て、可動部形成工程により犠牲膜と酸化膜とを除去する
ことで円板状体を円錐状可動部として形成した状態を示
す縦断面図である。

【図１３】第３の実施例による加速度計測装置を示す斜
視図である。

【図１４】図１３に示す加速度計測装置を上面からみた
平面図である。

【図１５】電極板形成工程で、基板の表面に電極板を形
成した状態を示す縦断面図である。

【図１６】次の第１の犠牲膜形成工程で、円錐状可動部
の支持柱の部分を除いて第１の犠牲膜を形成した状態を
示す縦断面図である。

【図１７】次の金属膜形成工程で、第１の犠牲膜上に金
属薄膜を形成した状態を示す縦断面図である。

【図１８】次の第２の犠牲膜形成工程で、円板状体のメ
ッキ型となる第２の犠牲膜を形成した状態を示す縦断面
図である。

【図１９】次の円板状体形成工程で、前記金属薄膜との
間に電解メッキを施して円板状体を形成した状態を示す
縦断面図である。

【図２０】次の可動部形成工程で、円板状体と基板とか
ら第１の犠牲膜と金属薄膜と第２の犠牲膜とを除去する
ことで円板状体を円錐状可動部として形成した状態を示
す縦断面図である。

【図２１】従来技術による角速度計測装置の励振振動を
示す説明図である。

【図２２】従来技術による角速度計測装置の検出振動を
示す説明図である。

【符号の説明】

１ 角速度計測装置（外力計測装置） ２ シリコン基板 ３，２３ 支持柱 ４，２４ 円錐状可動部 ５ 一の電極板 ６ 他の電極板 ７ 振動発生部（振動発生手段） ８，２７ 変位検出部（変位検出手段） ９，２６ 引出し電極板 １１ 酸化膜 １２ 犠牲膜 １３ 多結晶シリコン膜 １４，３４ 円板状体 １４′ 窒化シリコン膜 ２１ 加速度計測装置（外力計測装置） ２２ 基板 ２５ 電極板 ３１ 第１の犠牲膜 ３２ 金属薄膜 ３３ 第２の犠牲膜 Ｐ 励振振動の節 Ｑ 検出振動の節

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板上に該基板から離間する
   方向に立設された支持柱と、該支持柱の先端に設けら
   れ、開口部が凹陥穴となった円錐状体に形成された円錐
   状可動部と、外力が加わることによる該円錐状可動部の
   変位を検出する外力検出手段とから構成してなる外力計
   測装置。
2. 【請求項２】 基板と、該基板上に該基板から離間する
   方向に立設された支持柱と、該支持柱の先端に設けられ
   開口部が凹陥穴となった円錐状体に形成された円錐状可
   動部と、該円錐状可動部の開口部に振動を発生させるた
   めに、該円錐状可動部と前記基板上に設けられた一の電
   極板とによって形成された振動発生手段と、該振動発生
   手段により円錐状可動部の開口部に振動を発生させた状
   態で垂直軸周りに角速度が加わったときに円錐状可動部
   の変位量を検出するために、該円錐状可動部と前記基板
   に設けられた他の電極板とによって形成された変位検出
   手段とから構成してなる外力計測装置。
3. 【請求項３】 基板と、該基板上に該基板から離間する
   方向に立設された支持柱と、該支持柱の先端に設けられ
   開口部が凹陥穴となった円錐状体に形成された円錐状可
   動部と、外部から加速度が加わったときに該円錐状可動
   部と基板との間の変位を検出するために、該円錐状可動
   部と前記基板に設けられた電極板とによって形成された
   変位検出手段とから構成してなる外力計測装置。
4. 【請求項４】 シリコン基板上に電極板となるパターン
   を酸化膜により形成する酸化膜形成工程と、 該酸化膜形成工程で形成された酸化膜上にＰＳＧ膜によ
   る犠牲膜を形成した上で、基板表面のうち円錐状可動部
   の支持柱となる部分を除去した犠牲膜形成工程と、 該犠牲膜形成工程で形成された犠牲膜上と円錐状可動部
   の支持柱となる部分にシリコン膜を形成するシリコン膜
   形成工程と、 該シリコン膜形成工程でシリコン膜が形成されたシリコ
   ン基板を高温で熱処理を施すことにより、酸化膜で覆わ
   れた部分を除くシリコン基板とシリコン膜を低抵抗化す
   る熱処理工程と、 該熱処理工程で低抵抗化されたシリコン膜をパターニン
   グして可動部となる円板状体に形成する円板状体形成工
   程と、 該円板状体形成工程で形成された円板状体とシリコン基
   板とから前記犠牲膜と酸化膜を除去することにより、円
   板状体の外周を引張り応力によって持ち上げて円錐状可
   動部を形成する可動部形成工程とからなる外力計測装置
   の製造方法。
5. 【請求項５】 前記シリコン膜形成工程で形成されるシ
   リコン膜の表面には窒化シリコン膜を形成してなる請求
   項４記載の外力計測装置の製造方法。
6. 【請求項６】 絶縁基板の表面のうち電極板となる部分
   と支持柱となる部分に金属膜を形成する電極板形成工程
   と、 該電極板形成工程で形成された支持柱となる部分を除い
   てレジストによる第１の犠牲膜を形成する第１の犠牲膜
   形成工程と、 該第１の犠牲膜形成工程により形成された第１の犠牲膜
   上に金属膜を形成する金属膜形成工程と、 該金属膜形成工程により形成された金属膜上に可動部と
   なる円板状体を形成するため、該円板状体の部分を除い
   て第２の犠牲膜を形成する第２の犠牲膜形成工程と、 該第２の犠牲膜形成工程で形成された第２の犠牲膜と第
   １の犠牲膜形成工程により形成された第１の犠牲膜とを
   メッキ型として前記金属膜との間にメッキ処理を施すこ
   とにより、外形が円形となった円板状体を形成する円板
   状体形成工程と、 該円板状体形成工程で形成された円板状体と絶縁基板と
   から前記第１の犠牲膜、金属膜、第２の犠牲膜を除去す
   ることにより、円板状体の外周を引張り応力によって持
   ち上げて円錐状可動部を形成する可動部形成工程とから
   なる外力計測装置の製造方法。