KR20070093807A - 가속도 센서의 구조 및 그 제조 방법 - Google Patents

가속도 센서의 구조 및 그 제조 방법 Download PDF

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아키히코 노무라
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오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤
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Abstract

(과제) 스토퍼 구조를 갖는 가속도 센서, 특히 미세 가공 프로세스에 의해 제조되는 스토퍼 구조를 갖는 가속도 센서에 있어서, 추와 스토퍼부가 접착되는 문제를 해결하는 것이 가능해지는 가속도 센서 및 가속도 센서의 제조 방법을 제공한다.
(해결 수단) 본 발명은, 추 고정부와, 그 추 고정부를 이간하여 둘러싸는 대좌 고정부와, 그 추 고정부와 그 대좌 고정부를 가요적으로 접속하는 빔부와, 그 추 고정부 및 그 빔부와 이간하여 그 대좌 고정부에 접속되는 스토퍼부를 갖는 제 1 기판과, 상기 추 고정부에 제 1 접속층을 개재하여 접속되고, 상기 스토퍼부와 이간하여 중첩되는 추부와, 상기 추부와 이간하여, 상기 대좌 고정부에 제 2 접속층을 개재하여 접속되는 대좌부와, 상기 스토퍼부와 이간하여, 그 스토퍼부와 상기 추부 사이의 그 추부에 형성되는 돌기부를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도 센서를 제공한다.
스토퍼부, 돌기부, 가속도 센서

Description

가속도 센서의 구조 및 그 제조 방법{THE STRUCTURE OF ACCELERATION SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
도 1 은, 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 사시도.
도 2 는, 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 상면도.
도 3 은, 동 도면 (a) 는 도 1 에서의 A-A' 단면도, 동 도면 (b) 는 도 1 에서의 B-B' 단면도, 동 도면 (c) 는 도 1 에서의 C 의 부분 확대도.
도 4 는, 동 도면 (a) 는 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 제 1 층 (101) 의 상면도, 동 도면 (b) 는 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 접속층 (102) 의 상면도, 동 도면 (c) 는 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 제 2 층 (103) 의 상면도.
도 5 는, 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 6 은, 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 관통공 (141) 의 레이아웃을 설명하는 도면.
도 7 은, 종래에 있어서의 가속도 센서의 사시도.
도 8 은, 종래에 있어서의 가속도 센서의 상면도.
도 9 는, 종래에 있어서의 가속도 센서의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 10 은, 종래에 있어서의 가속도 센서의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 11 은, 종래에 있어서의 가속도 센서의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 12 는, 종래에 있어서의 가속도 센서의 제조 방법을 설명하는 도면.
부호의 설명
101…제 1 층 102…접속층
103…제 2 층 110…대좌
111…대좌 고정부 112…대좌 접속부
113…대좌부 120…빔부
121…제 1 단부 122…제 2 단부
130…추 131…추 고정부
132…추 접속부 133…추부
140…스토퍼부 141…관통공
150…돌기부 151…파선
152…파선 401…제 1 홈부
501…단차 502…제 2 홈부
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2004-198243
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2004-294401
본 발명은, 가속도 센서에 관한 것으로서, 특히 미세 가공 프로세스에 의해 제조되는 가속도 센서에 있어서 제조시의 문제를 해소함과 함께, 형성된 가속도 센서의 내충격성의 향상을 가능하게 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 종래의 삼차원 가속도 센서는, 외부의 기판 등에 고정하는 대좌부와, 추부와, 가속도를 검지하는 검지부가 형성됨과 함께, 추부 및 대좌부를 가요적으로 접속하는 빔부에 의해 구성된다. 또, 종래의 삼차원 가속도 센서는, 크게 나누면 대좌부, 추부, 빔부 등이 형성된 복수의 층을 부착시킴으로써 형성되는 적층 구조체로 이루어지는 가속도 센서와, SOI (Silicon on Insulator) 등이 미리 적층되어 있는 적층 기판에 미세 가공 프로세스에 의해 추부 등을 가공함으로써 형성되는 적층 구조체로 이루어지는 가속도 센서가 있다.
본 발명은, 적층 기판에 미세 가공 프로세스를 실시하는 것에 의해 형성되는 삼차원 가속도 센서의 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 가속도 센서의 구조 및 제조 방법에 대해서, 도 7 ∼ 도 12 를 이용하여 설명한다.
도 7 은 종래의 가속도 센서의 사시도이고, 도 8 은 도 7 의 상면도이다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 종래의 가속도 센서는 3 층으로 이루어지는 적층 기판에 미세 가공 프로세스를 실시하는 것에 의해 형성된다. 여기에서는, 설명의 편의상, 위의 층으로부터 각각 제 1 층 (701), 접속층 (702), 제 2 층 (703) 으로 하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서「위」는 제 2 층측으 로부터 제 1 층측,「아래」는 제 1 층측으로부터 제 2 층측을 향하는 방향을 나타내는 것으로 하고, 상면 및 하면은 각층의 위의 면 및 아래의 면을 지시하는 것으로 한다. 또, 이하의 설명에 있어서「수직 방향」및「평행한 면」으로 표현을 했는데, 이것은 복수의 층을 첩착시킬 때의 접합면에 대해서 수직의 방향 및 평행한 면을 의미한다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 이 가속도 센서의 구조는, 틀 형상의 대좌 (710) 와, 대좌 (710) 각 변의 중앙부에 접속되는 빔부 (720) 와, 빔부 (720) 에 접속되는 추 (730) 와, 추 (730) 를 덮는 스토퍼부 (740) 를 가지고 있다. 또한, 도 8 에서는, 스토퍼부 (740) 에 가려지는 부분을 파선에 의해 보완하고 있다.
이어서, 도 7, 도 9 ∼ 도 12 를 이용하여 종래의 가속도 센서의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 10(a), 도 11(a) 및 도 12(a) 는, 각 공정에 있어서의 도 7 의 A-A' 에서의 단면도이다. 도 10(b), 도 11(b) 및 도 12(b) 는, 각 공정에 있어서의 도 7 의 B-B' 에서의 단면도이다. 도 10(c), 도 11(c) 및 도 12(c) 는, 각 공정에 있어서의 제 1 층, 접속층 또는 제 2 층의 상면도이다. 이 가속도 센서의 제조 방법은, 제 1 층 (701), 접속층 (702) 및 제 2 층 (703) 의 3 층으로 이루어지는 적층 기판을 준비한다 (도 9). 이어서, 최상면의 빔부가 되는 부분에 피에조 저항 소자를 형성하고, 그 후 제 1 층을 도 10(c) 에 나타내는 바와 같은 형상으로 패터닝함으로써, 대좌 (710) 의 일부, 빔부 (720), 추 (730) 의 일부 및 스토퍼부 (740) 를 구획한다. 이때 A-A' 단면 및 B-B' 단면은 각각 도 10(a) 및 도 10(b) 가 된다. 이어서 하측으로부터 제 2 층을 도 11(c) 에 나타내는 바와 같은 형상으로 패터닝함으로써, 대좌 (710) 의 일부 및 추 (730) 의 일부를 구획한다. 이때 A-A' 단면 및 B-B' 단면은 각각 도 11(a) 및 도 11(b) 가 된다. 마지막으로 제 2 층을 도 12(c) 에 나타내는 바와 같은 형상으로 패터닝함으로써, 대좌 (710) 및 추 (730) 가 형성된다. 이때 A-A' 단면 및 B-B' 단면은 각각 도 12(a) 및 도 12(b) 가 된다. 이들 공정을 거쳐 종래의 가속도 센서가 완성한다.
이러한 공정을 이용하여 적층 기판에 미세 가공 프로세스에 의해 형성되는 가속도 센서로서, 예를 들어 특허 문헌 1 이 있다.
또, 고정 전극과 가동 전극 사이의 용량에 기초하여 가속도를 검출하는 가속도 센서에 있어서, 가동 전극과 고정 전극이 형성되는 기판의 접착을 방지하는 것을 개시하는 것으로서, 예를 들어 특허 문헌 2 가 있다.
스토퍼부를 일체 형성하는 가속도 센서에 있어서, 추와 스토퍼부를 이간하는 경우, 웨트 에칭을 실시하여, 추와 스토퍼부 사이에 존재하는 물질을 제거하는 것이 필요하다.
그러나, 미세화가 진행되는 오늘날에 있어서는 추와 스토퍼부의 간격이 좁기 때문에, 웨트 에칭에 이용한 약액의 세정을 실시했을 때에 추와 스토퍼부 사이에 세정액이 남아 버리는 경우가 있다. 그 때문에, 남은 세정액을 건조시킬 때, 세정액의 표면 장력에 의해 추와 스토퍼부가 접착되는, 소위 스티킹 효과가 발생함으로써 가속도 센서의 제조시에 문제가 발생하는 경우가 있었다.
또, 특허 문헌 2 에는 가동 전극과 기판 사이에 에칭 잔사를 형성하는 것이 개시되어 있는데, 스토퍼부를 일체 형성하는 가속도 센서에 있어서는, 추의 질량을 크게 하기 위해서 대좌와 추의 간격이 작고, 특허 문헌 2 에 기재되는 바와 같은 볼록부를 형성함으로써 에칭 잔사를 형성하는 방법을 본 발명에서 적용할 수 없다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이다. 상기 과제를 해결하는 데에 있어서, 본 발명의 가속도 센서 및 그 제조 방법은, 하기와 같은 특징을 가지고 있다.
본 발명의 가속도 센서는, 추 고정부와, 그 추 고정부를 이간하여 둘러싸는 대좌 고정부와, 그 추 고정부와 그 대좌 고정부를 가요적으로 접속하는 빔부와, 그 추 고정부 및 그 빔부와 이간하여 그 대좌 고정부에 접속되는 스토퍼부를 갖는 제 1 기판과, 상기 추 고정부에 제 1 접속층을 개재하여 접속되고, 상기 스토퍼부와 이간하여 중첩되는 추부와, 상기 추부와 이간하여, 상기 대좌 고정부에 제 2 접속층을 개재하여 접속되는 대좌부와, 상기 스토퍼부와 이간하여, 그 스토퍼부와 상기 추부 사이의 그 추부에 형성되는 돌기부를 가지고 있다.
본 발명의 가속도 센서의 제조 방법은, 제 1 기판과, 접속층을 개재하여 접속되는 제 2 기판으로 이루어지는 적층 기판을 준비하는 제 1 공정과, 상기 제 1 기판에, 추 고정부와 그 추 고정부를 이간하여 둘러싸는 대좌 고정부와, 그 추 고정부와 그 대좌 고정부를 접속하는 빔부와, 그 추 고정부 및 그 빔부와 이간하여 그 대좌 고정부에 접속되는 스토퍼부를 구획하는 제 1 홈부를 형성하는 제 2 공정과, 상기 제 2 기판에, 상기 스토퍼부와 이간하여 중첩되는 추부 및 그 추부와 이간하는 대좌부를 구획하는 제 2 홈부를 형성하는 제 3 공정과, 상기 접속층을, 상기 추 고정부와 상기 추부를 접속하는 제 1 접속층, 상기 대좌 고정부와 상기 대좌부를 접속하는 제 2 접속층 및 상기 스토퍼부와 이간하여 그 스토퍼부와 그 추부 사이의 그 추부에 형성되는 돌기부가 형성되도록 제거하는 제 4 공정을 가지고 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명의 가속도 센서 및 그 제조 방법에 관해서, 실리콘 기판 등의 종래 공지의 재료나 에칭 등의 종래 공지의 수단을 이용하는 경우가 있는데, 이 경우에는, 이들 재료 및 수단의 상세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
실시예 1
이하, 도 1 ∼ 도 6 을 이용하여, 본 발명의 실시예 1 에 관한 가속도 센서에 대해서 설명한다.
[구조］
이하, 도 1 ∼ 도 4 를 이용하여, 본 발명의 실시예 1 에 관한 가속도 센서의 구조에 대해서 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 사시도이다. 도 2 는, 도 1 에 나타내는 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 상면도 이다. 도 3 은, 도 1 에 나타내는 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 단면도 및 부분 확대도를 나타내는 것으로서, 도 3(a) 는, 도 1 의 A-A' 에 있어서의 단면도이고, 도 3(b) 는, 도 1 의 B-B' 에 있어서의 단면도이고, 도 3(c) 는, 도 1 의 C 에 있어서의 부분 확대도이다. 또, 도 4 는 도 1 에 나타내는 본 발명의 가속도 센서를 구성하는 각층의 상면도이고, 도 4(a) 는 최상층인 제 1 층 (101) 의 상면도, 도 4(b) 는 제 1 층 (101) 의 하방에 위치하는 접속층 (102) 의 상면도, 및 도 4(c) 는 접속층 (102) 의 하방에 위치하는 제 2 층 (103) 의 상면도이다.
본 발명의 실시예 1 에 관한 가속도 센서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 층 (101), 접속층 (102) 및 제 2 층 (103) 이 이 순서로 적층되고, 또한, 각각의 각 상면이 동일 방향이 되도록 적층된, 3 층으로 이루어지는 적층 기판에 의해 구성된다. 또, 본 발명의 실시예 1 에 관한 가속도 센서는, 대좌 (110) 와, 빔부 (120) 와, 추 (130) 와, 스토퍼부 (140) 와, 돌기부 (150) 를 가지고 있다.
대좌 (110) 는, 제 1 층 (101) 에 형성되는 대좌 고정부 (111) 와, 접속층 (102) 에 형성되는 대좌 접속부 (112 ; 제 2 접속층) 와, 제 2 층 (103) 에 형성되는 대좌부 (113) 에 의해 구성되는 적층 구조체이다. 또, 대좌 (110) 는, 상면 및 하면을 갖는 방형상의 적층 기판의 상면과 하면에 걸쳐서 관통공이 형성된 형상을 갖는다. 바꿔 말하면, 대좌 (110) 는 관통공을 구획하는 내벽이 형성된 형상을 갖는다. 대좌 (110) 의 최상층인 대좌 고정부 (111) 는, 후술하는 빔부 (120) 의 제 1 단부 (121) 와 접속된다.
빔부 (120) 는, 대좌 고정부 (111) 의 내벽에 접속되는 제 1 단부 (121) 와, 후술하는 추 (130) 에 접속되는 제 2 단부 (122) 를 갖는다. 또한 빔부 (120) 는, 가요성을 갖고, 빔부 (120) 상에는 가속도에 의해 빔부 (120) 가 변형되었을 때에 빔부 (120) 의 변형을 검지하는 피에조 저항 소자가 형성된다 (도시 생략).
추 (130) 는, 제 1 층 (101) 에 형성되는 추 고정부 (131) 와, 접속층 (102) 에 형성되는 추 접속부 (132 ; 제 1 접속층) 와, 제 2 층 (103) 에 형성되는 추부 (133) 에 의해 구성되는 적층 구조체이다. 추 고정부 (131) 는, 상기 서술한 빔부 (120) 의 제 2 단부 (122) 가 접속되는 부분을 포함한다.
스토퍼부 (140) 는, 대좌 고정부 (111) 의 내벽으로서 상기 서술한 빔부 (120) 의 제 1 단부와 접속되는 부분과는 이간한 부분에 형성된다. 여기서 스토퍼부 (140) 에는 복수의 관통공 (141) 이 형성된다.
돌기부 (150) 는, 스토퍼부 (140) 와 추부 (133) 사이로서 추부 (133) 상에 형성된다. 돌기부 (150) 는 스토퍼부 (140) 측에 선단을 갖는 사각추상으로 형성된다. 돌기부 (150) 가 스토퍼부 (140) 에 충돌함으로써 추 (130) 의 변위량을 제어할 수 있다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 본 발명의 가속도 센서의 상면도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 1 층 (101) 과 접속층 (102) 과 제 2 층 (103) 에 형성된 추 (130) 와, 스토퍼부 (140) 는 상면측으로부터 보면 서로 중첩되어 있다. 여기에서는 설명의 편의상, 제 1 층 (101) 에 의해 가려지는 부분을 파선에 의해 보완하고 있는 곳도 있다.
추 (130) 를 구성하는 추 접속부 (132) 는, 추 접속부 (132) 의 상면의 형상이 추 고정부 (131) 의 상면의 형상과 동일한 형상이 되도록 형성된다. 추부 (133) 는, 추부 (133) 를 상면측으로부터 보았을 경우의 면적이 추 고정부 (131) 를 상면측으로부터 보았을 경우의 면적보다도 커지도록 형성된다. 이때 추 고정부 (131) 와 추부 (133) 를 상면측으로부터 중첩하면 추 고정부 (131) 는 추부 (133) 에 완전하게 중첩되도록 형성되는 부분과 추부 (133) 만의 부분으로 구성된다. 또한, 추 (130) 는, 빔부 (120) 의 주변에 빔부 (120) 와는 이간하고, 대좌 (110) 를 향해 돌출한 부분을 갖는다. 즉, 추 (130) 는, 빔부 (120) 의 제 1 단부 (121) 와 제 2 단부 (122) 의 거리를 크게 하기 위해서, 제 1 단부 (121) 가 접속되는 대좌 (110) 와 제 2 단부 (122) 가 접속되는 추 (130) 의 거리를 가능한 한 크게 함과 함께, 추 (130) 의 질량을 크게 하기 위해서, 대좌 (110) 와 빔부 (120) 에 의해 둘러싸이는 공간 내에 대좌 (110) 및 빔부 (120) 에 이간하여, 대좌 (110) 방향으로 가능한 한 돌출시키도록 형성된다.
스토퍼부 (140) 는, 방형상의 대좌 고정부 (111) 의 인접하는 2 변에 걸쳐서 형성되고, 상면측으로부터 보았을 경우에 추 (130) 의 추 고정부 (131) 와 추부 (133) 가 중첩되는 부분으로부터 이간하여 추부 (133) 만의 부분과 중첩되도록 형성된다. 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서는 스토퍼부 (140) 가 대좌 고정부 (111) 의 인접하는 2 변을 포함하는 삼각형상으로 형성되어 있지만, 추부 (133) 와 서로 중첩되는 형상이면 스토퍼부 (140) 의 형상은 이것에 한정되지 않는다. 또, 스토퍼부 (140) 는 4 지점에 형성되고, 각 스토퍼부에는 복수의 관통공 (141) 이 형성되어 있다.
돌기부 (150) 는, 상면측으로부터 보아 스토퍼부 (140) 에 형성되는 복수의 관통공 (141) 사이에 형성되도록 한다. 이에 의해 돌기부 (150) 의 선단이 스토퍼부 (140) 에 접촉 가능해진다. 따라서, 돌기부 (150) 의 높이를 조절함으로써 추 (130) 의 변위량을 제어할 수 있고, 지나치게 큰 가속도에 의해 빔부가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 3(a) 는, 도 1 에 나타내는 본 발명의 가속도 센서의 A-A' 에 있어서의 단면도이고, A-A' 단면에 있어서는 대좌 (110) 와, 빔부 (120) 와, 추부 (133) 와, 스토퍼부 (140) 와, 돌기부 (150) 가 나타나 있다. 도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, 대좌 (110) 는, 대좌 고정부 (111) 와 대좌 접속부 (112) 와 대좌부 (113) 에 의해 구성된다. 추부 (133) 는 대좌 (110) 로부터 이간하여 대좌 (110) 내에 배치된다. 또, 대좌부 (113) 의 두께보다도 추부 (113) 의 두께가 8 ∼ 15㎛ 얇게 형성되어 있다. 이것은, 추 (130) 의 수직 방향으로의 변위량을 확보하기 위해서 설정하는 것으로서, 필요에 따라 적절하게 설정된다. 스토퍼부 (140) 는, 추부 (133) 의 일부를 덮도록 대좌 고정부 (111) 로부터 빔부 (120) 를 향해서 나온 형상이 된다. 돌기부 (150) 는 추부 (133) 의 스토퍼부 (140) 에 덮인 부분에 형성된다.
도 3(b) 는, 도 1 에 나타내는 본 발명의 가속도 센서의 B-B' 에 있어서의 단면도이고, B-B' 에 있어서는 대좌 (110) 와, 빔부 (120) 와, 추 (130) 가 나타나 있다. 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, 대좌 (110) 는, 대좌 고정부 (111) 와 대좌 접속부 (112) 와 대좌부 (113) 에 의해 구성된다. 추 (130) 는, 추 고정부 (131) 와 추 접속부 (132) 와 추부 (133) 에 의해 구성된다. 빔부 (120) 는 대좌 고정부 (111) 의 내벽에 접속하는 제 1 단부와 추 고정부 (131) 에 접속하는 제 2 단부에 의해 구성된다.
도 3(c) 는, 도 1 에 나타내는 본 발명의 가속도 센서의 C 에 있어서의 부분 확대도이고, 추 (130) 와 돌기부 (150) 가 나타나 있다. 도 3(c) 에 나타내는 바와 같이, 돌기부 (150) 는, 추 (130) 의 추 고정부 (131) 및 추 접속부 (132) 와는 중첩되지 않은 부분의 추부 (133) 에 형성된다. 또, 도 3(c) 에 나타내는 직선의 파선부 (151) 는, 그 바로 상방에 스토퍼부 (140) 의 단부가 형성되는 것을 나타내고 있다. 추부 (133) 에 있어서, 추 고정부 (131) 및 추 접속부 (132) 는 중첩되지 않은 부분으로서, 직선상의 파선부 (151) 로부터 돌기부 (150) 가 형성되는 측의 상방은, 스토퍼부 (140) 에 의해 가려져 있다. 또한, 도 3(c) 에 나타내는 원형의 파선부 (152) 는, 스토퍼부 (140) 에 형성된 관통공 (141) 에 대응하는 영역을 나타내는 것이다. 즉, 원형의 파선부 (152) 는, 그 바로 상방에 스토퍼부 (140) 에 형성된 관통공 (141) 이 배치되는 것을 나타내고 있다. 도 3(c) 에 나타내는 바와 같이, 본원 발명의 실시예 1 에 관한 가속도 센서에 있어서, 돌기부 (150) 는, 스토퍼부 (140) 의 관통공 (141) 에 대응하는 복수의 원형의 파선부 (152) 에 둘러싸이도록 배치된다. 또, 본원 발명의 실시예 1 에 있어서, 돌기부 (150) 는 사각추이고, 각각 4 개의 원형상의 파선부 (152) 에 둘러싸여 있다.
도 4 는 도 1 에 나타내는 본 발명의 가속도 센서를 구성하는 각층의 상면도이고, 도 4(a) 는 최상층인 제 1 층 (101) 의 상면도를 나타낸다. 도 4(a) 에 나타내는 본 발명의 실시예 1 에 관한 가속도 센서의 제 1 층 (101) 은, 실리콘을 재료로 하는 두께 3 ∼ 8㎛ 의 기판이다. 제 1 층 (101) 은, 대좌 (110) 의 대좌 고정부 (111) 와, 빔부 (120) 와, 추 (130) 의 추 고정부 (131) 와, 스토퍼부 (140) 에 의해 구성된다. 또, 대좌 고정부 (111) 와, 빔부 (120) 와, 추 고정부 (131) 와, 스토퍼부 (140) 는, 제 1 층 (101) 에 폭 10 ∼ 25㎛ 의 제 1 홈부 (401) 를 형성함으로써 구획된다고도 바꾸어 말할 수 있다. 즉, 실제로는 이들에 명확한 경계선은 존재하지 않고, 설명의 편의상 각각의 기능에 의해 제 1 층 (101) 을 각각의 부분으로 분할한 것이다. 즉, 대좌 고정부 (111) 는 제 1 층 (101) 에 있어서, 대좌 접속부 (112) 를 개재하여 대좌부 (113) 를 접속하고 있는 부분, 추 고정부 (131) 는 제 1 층 (101) 에 있어서, 추 접속부 (132) 를 개재하여 추부 (133) 를 접속하고 있는 부분, 빔부 (120) 는 제 1 층 (101) 에 있어서, 가속도에 따라 휘는 기능을 갖는 부분, 스토퍼부 (140) 는 제 1 층 (101) 에 있어서, 추 (130) 의 수직 방향에 대한 변위량을 제한하는 기능을 갖는 부분을 각각 가리키고 있는 것이다.
도 4(b) 는 제 1 층 (101) 의 하방에 위치하는 접속층 (102) 의 상면도를 나타낸다. 도 4(b) 에 나타내는 본 발명의 실시예 1 에 관한 가속도 센서의 접속층 (102) 은, 두께 1 ∼ 3㎛ 의 실리콘 산화막이다. 접속층 (102) 은, 대좌 (110) 의 대좌 접속부 (112) 와, 추 (130) 의 추 접속부 (132) 와, 돌기부 (150) 에 의해 구성된다. 대좌 접속부 (112) 는 대좌 고정부 (111) 와 대좌부 (113) 를 접속하는 것이고, 추 접속부 (132) 는 추 고정부 (131) 와 추부 (133) 를 접속하는 것이다. 돌기부 (150) 는, 추 고정부 (131) 및 추 접속부 (132) 와 중첩되지 않는 부분의 추부 (133) 상에 형성되어 있다. 본 발명의 실시예 1 에 관한 가속도 센서에 있어서는, 추 고정부 (131) 및 추 접속부 (132) 와 중첩되지 않는 부분이 4 지점 있고, 각각에 복수개의 돌기부 (150) 가 형성되어 있다. 본원 발명의 가속도 센서는 추 (130) 가 3 차원적으로 변위되기 때문에, 단수인 경우에는 4 지점 중 1 지점이 스토퍼부 (140) 와 충돌하는 상황도 생각할 수 있고, 1 개의 돌기부 (150) 에 응력이 집중되는 경우에는 스토퍼부 (140) 가 파손되는 것을 생각할 수 있다. 스토퍼부 (140) 가 파손되었을 경우에는, 추 (130) 의 변위량에 제한이 없어지기 때문에 과도한 가속도가 가해졌을 경우에 과도한 변위에 의해 빔부 (120) 가 파손되어 버리는 문제가 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, 돌기부 (150) 는 응력을 분산시키기 위해서 1 지점에 복수 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 특허 문헌 2 에 있어서는, 상면측으로부터 본 평면도에 있어서 1 조의 볼록부를 면적이 넓어지는 방향으로 형성하고 있다. 이에 의해, 평면적으로 넓어진 볼록부가 형성된 부분에, 평면에 대해서 수직인 방향으로 돌출하는 하나의 에칭 잔사를 형성하는 구성으로 되어 있다. 그러나, 도 7 에 기재된 가속도 센서의 구조에 새롭게 상면측으로부터 본 평면도에 있어서 복수의 볼록부를 면적이 넓어지는 방향으로 형성하기 위해서는, 추의 면적을 작게 변경하여 형성해야 한다. 즉, 추의 중량을 줄여 감도를 희생하지 않으면 달성할 수 없기 때문에 이러한 구성을 취하는 것은 곤란하다. 이와 같이, 도 7 에 기재된 가속도 센서의 구조에 있어서는, 평면도에 있어서 면적이 넓어지는 방향에 볼록부를 형성함으로써 평면에 대해서 수직인 방향으로 복수의 돌기부 (150) 를 형성하는 것은 곤란하다. 본 발명에 있어서는, 볼록부와 같은 새로운 구성을 늘리지 않고 복수의 돌기부 (150) 를 형성하는 것이 가능하다. 또, 상면측으로부터 본 평면도에 있어서, 돌기부 (150) 는 추 (130) 에 형성되는 위치와 동위치가 되는 스토퍼부 (140) 에는 형성되지 않는 것이 바람직하다. 이것은, 각각의 돌기부 (150) 의 선단끼리가 접촉하게 되어, 수직 방향의 가속도가 주어졌을 경우에는 각각의 돌기부 (150) 가 선단으로부터 어긋나도록 변위되어 버리기 때문이다. 이에 의해, 추 (130) 의 변위가 가속도 이외의 요인에 의해 일어나기 때문에 정확한 가속도의 측정에 지장을 초래할 우려가 발생한다. 따라서, 돌기부 (150) 는, 추 (130) 에 형성되는 돌기부 (150) 와 평면도에 있어서 동위치의 스토퍼부 (140) 에는 형성되지 않는 것이 바람직하다. 이것은, 상기 기술한 우려가 발생하지 않는 정도의 에칭 잔사가 스토퍼부 (140) 에 형성되는 것을 방해하는 것은 아니다. 또한, 돌기부 (150) 가 추 (130) 에 형성되지 않고, 스토퍼부 (140) 에 형성되어도 된다. 이 경우에도 공정 수를 늘리지 않고 돌기부 (150) 를 형성할 수 있다.
도 4(c) 는 접속층 (102) 의 하방에 위치하는 제 2 층 (103) 의 상면도를 나타낸다. 도 4(c) 에 나타내는 본 발명의 실시예 1 에 관한 가속도 센서의 제 2 층 (103) 은, 실리콘을 재료로 하는 두께 200 ∼ 400㎛ 의 기판이다. 제 2 층 (103) 은, 대좌 (110) 의 대좌부 (113) 와, 추 (130) 의 추부 (133) 에 의해 구성 되는데, 상기 기술한 바와 같이 대좌부 (113) 의 두께보다도 추부 (133) 의 두께가 1 ∼ 15㎛ 얇게 형성되어 있기 때문에, 제 2 층 (103) 의 두께는 대좌부 (113) 의 두께에 동일하다.
본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서는 도 4(a) ∼ 도 4(c) 에 나타내는 제 1 층 (101), 접속층 (102) 및 제 2 층 (103) 의 각층을 적층한 구조로 되어 있다. 대좌 (110) 는, 제 1 층 (101) 의 대좌 고정부 (111) 와 접속층 (102) 의 대좌 접속부 (112) 와 제 2 층 (103) 의 대좌부 (113) 에 의해 구성되고, 추 (130) 는, 제 1 층의 추 고정부 (131) 와 접속층 (102) 의 추 접속부 (132) 와 제 2 층 (103) 의 추부 (133) 에 의해 구성되어 있다. 또, 빔부 (120) 는 대좌 (110) 의 대좌 고정부 (111) 와 추 (130) 의 추 고정부 (131) 를 가요적으로 접속하고, 스토퍼부 (140) 는, 추 (130) 의 추부 (133) 의 일부를 덮도록 형성된다. 돌기부 (150) 는, 스토퍼부 (140) 로 덮인 추부 (133) 상에 형성된다.
본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서에 의하면, 스토퍼부 (140) 에 가려지는 추부 (133) 상에 돌기부 (150) 를 갖기 때문에, 스토퍼부 (140) 에 대해서 점으로 접할 수 있기 때문에 스티킹 효과를 막고, 스토퍼부 (140) 와 추 (130) 가 접합되는 문제를 해소할 수 있다. 또, 복수의 돌기부 (150) 를 형성함으로써, 스토퍼부 (140) 와 돌기부 (150) 가 충돌할 때에 응력을 분산할 수 있기 때문에, 스토퍼부 (140) 가 파손되는 경우가 없고, 내충격성을 저하시키는 경우는 없다. 또한, 돌기부 (150) 의 높이를 조절함으로써 추 (130) 의 수직 방향으로의 변위량을 조정할 수 있다.
［제조 방법］
이하, 도 4 ∼ 도 6 을 이용하여 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 실시예에서는, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 층 (101), 접속층 (102), 제 2 층 (103) 을 적층한 SOI 기판을 이용한다. 제 1 층 (101), 접속층 (102), 제 2 층 (103) 은 각각 상면 및 하면을 갖고, 각각의 상면이 동일 방향에서 적층된다. 도 5(b) ∼ 도 5(e) 는, 도 1 의 A-A' 단면에 있어서의 형성 공정을 나타낸다. 도 6(a) ∼ 도 6(d) 는, 후술하는 관통공 (141) 의 레이아웃 및 형성되는 돌기부 (150) 의 형상을 나타낸다.
도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 층 (101) 에 있어서 반도체 회로 형성 프로세스를 이용하여 빔부 상에 배치되도록 피에조 저항 소자를 형성하고 (도시 생략), 제 1 층 (101) 의 상면도가 도 4(a) 가 되도록 제 1 홈부 (401) 를 형성한다. 제 1 홈부 (401) 는, 이방성 에칭에 의해 형성되고, 대좌 고정부 (111), 빔부 (120), 추 고정부 (131), 스토퍼부 (140) 가 구획되도록 형성된다. 여기서, 제 1 홈부 (401) 를 형성함과 동시에 스토퍼부 (140) 에 복수의 관통공 (141) 을 형성한다. 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서에는 4 개의 스토퍼부 (140) 가 형성되지만, 그 각각에 복수의 관통공 (141) 을 형성함으로써, 복수의 돌기부 (150) 가 형성된다. 복수의 관통공 (141) 은, 스토퍼부 (140) 의 바로 아래에 형성되는 접속층 (102) 을 효율적으로 에칭하기 위해서 형성되지만, 이 관통공 (141) 의 배치를 변경하는 것, 또는 에칭 조건을 변경함으로써 돌기부 (150) 가 형성된다.
이어서 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 층 (103) 의 하면에 단차 (501) 를 형성한다. 단차 (501) 는 깊이가 8 ∼ 15㎛ 로 설정되고, 추부 (133) 의 두께를 대좌부 (113) 의 두께보다 얇게 하는 목적으로 형성된다. 따라서, 제 2 층 (103) 에 형성되는 단차 (501) 의 일부가 추부 (133) 가 되고, 제 2 층 (103) 의 단차 (501) 가 형성되지 않은 부분이 대좌부 (113) 가 된다. 이 공정은, 본원 발명의 가속도 센서를 탑재하는 부재의 구조에 따라서는 생략 가능하다. 즉, 가속도 센서를 탑재하는 부재에 있어서, 예를 들어 추 (130) 의 바로 아래에 패임이 형성되어 있는 구조이면, 이 공정을 실시하지 않아도 추 (130) 가 하방으로 변위될 수 있게 된다. 이와 같이 가속도 센서가 탑재되는 부재의 구조에 의해 추 (130) 가 하방으로 변위되는 것이 가능한 경우에는 본 공정을 생략하는 것이 가능하다.
이어서 도 5(d) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 층 (103) 의 상면도가 도 4(c) 가 되도록 제 2 홈부 (502) 를 형성한다. 제 2 홈부 (502) 는, 이방성 에칭에 의해 형성되고, 대좌부 (113) 와 추부 (133) 가 구획되도록 형성된다.
이어서 도 5(e) 에 나타내는 바와 같이, 접속층 (102) 을, 대좌 고정부 (111) 와 대좌부 (113) 를 접속하는 대좌 접속부 (112 ; 제 2 접속층), 추 고정부 (131) 와 추부 (133) 를 접속하는 추 접속부 (132 ; 제 1 접속층) 및 스토퍼부 (140) 와 이간하여 스토퍼부 (140) 와 추부 (133) 사이의 추부 (133) 에 형성되는 돌기부 (150) 가 형성되도록 제거한다. 대좌 접속부 (112) 와 추 접속부 (132) 와 돌기부 (150) 를 형성하는 공정은 웨트 에칭에 의해 형성되고, 웨트 에칭에 사용되는 에칭액이 제 1 홈부 (401), 제 2 홈부 (502) 및 관통공 (141) 을 통해서 접속층 (102) 에 도달하여, 접속층 (102) 이 제거된다. 이때 웨트 에칭은 등방성 에칭인 점에서, 에칭액이 접한 부분으로부터 전체 방향으로, 또한 등거리로 접속층 (102) 을 제거해 가기 때문에, 복수의 관통공 (141) 으로부터의 거리가 먼 부분이 되는 복수의 관통공 (141) 간의 추부 (133) 측에 돌기부 (150) 가 형성되게 된다. 이에 의해 돌기부 (150) 는 관통공 (141) 의 바로 아래에 형성되지 않기 때문에, 수직 방향으로 추 (130) 가 변위했을 경우에 돌기부 (150) 는 스토퍼부 (140) 에 접촉하게 된다. 또, 웨트 에칭을 조절함으로써 돌기부 (150) 의 높이를 조절할 수 있기 때문에, 접속층 (102) 의 두께에 관계 없이 수직 방향으로의 변위량을 조정할 수 있다. 에칭 조건에 대해서는, 약액은, 접속층 (102) 은 실리콘 산화막에 의해 형성되기 때문에 산화막에 선택비를 갖는 것을 적절하게 선택한다. 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 접속층 (102) 은 1 ∼ 3㎛ 이고, 웨트 에칭의 시간을 약 70분으로 설정함으로써 돌기부 (150) 가 형성된 가속도 센서를 얻을 수 있다. 여기서 비교로서 종래의 가속도 센서의 제조 방법에서는 웨트 에칭의 시간을 약 80분으로 하면 돌기부 (150) 가 형성되지 않은 가속도 센서를 형성할 수 있다. 즉, 돌기부 (150) 가 형성되지 않은 가속도 센서를 형성하기 위한 웨트 에칭의 시간보다 약 10 ∼ 13％ 의 시간을 단축함으로써 돌기부 (150) 가 형성된다. 또한, 에칭 시간은 총시간을 나타낸 것이고, 복수회의 웨트 에칭에 의해 형성되는 경우이어도 된다. 복수회의 웨트 에칭에 공정을 나누 는 것에 의해, 제거된 실리콘 산화막을 없앰과 함께 반응한 약액을 바꿈으로써 웨트 에칭이 촉진된다. 나아가, 각 웨트 에칭의 공정 전에 계면 활성제에 적시는 공정을 추가해도 된다. 계면 활성제에 담금으로써 약액 및 세정액의 표면 장력을 저감시켜, 미세한 부분에도 효율적으로 약액을 두루 미치게 함과 함께, 미세한 부분의 세정을 효율적으로 실시할 수 있다.
이상의 공정에 의해 본 발명의 가속도 센서가 완성된다. 또한 도 6 에 있어서 관통공 (141) 의 레이아웃에 대해서 설명한다. 스토퍼부 (140) 에 형성되는 관통공 (141) 은, 그 배치에 의해 형성되는 돌기부 (150) 의 위치 및 형상이 변화한다. 본 발명의 실시예 1 에 있어서 형성되는 돌기부 (150) 는, 도 6(a) 에 나타내는 관통공 (141) 의 레이아웃에 의해 형성된다. 이것은 관통공 (141) 의 배치를 사각형의 각각의 모퉁이에 대응하는 위치에 등간격이 되도록 배열한 것이다. 이때, 관통공 (141) 의 직경의 크기는 3 ∼ 4㎛ 로 설정되고, 관통공끼리의 간격은 5.5 ∼ 4.5㎛ 로 설정된다. 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 관통공 (141) 의 레이아웃은, 관통공의 직경의 크기와 관통공끼리의 간격의 합계가 8.5㎛ 로 설정되어 있다. 전체의 레이아웃은, 임의로 2 개의 관통공을 설정하고, 이들을 묶는 제 1 가상 직선에 대해서 2 개의 관통공의 일방을 90 도의 각도를 가지고 통과하는 제 2 가상 직선을 상정하고, 제 2 가상 직선상에 새로운 관통공을 설정한다. 이때 새로운 관통공도 또한, 관통공의 직경의 크기와 관통공끼리의 간격의 합계가 일정해지도록 설정된다. 이들의 순서를 반복함으로써 전체의 레이아웃이 완성된다. 이에 의해 돌기부 (150) 는 사각추 형상으로 형성된다. 도 6(b) ∼ 도 6(d) 에 관해서는 도 6(a) 를 응용한 것으로서, 도 6(b) 는 관통공 (141) 의 배치를 삼각형의 등간격이 되도록 배열한 것이고, 도 6(c) 는 관통공 (141) 의 배치를 육각형이 되도록 배치한 것이며, 도 6(d) 는 관통공 (141) 의 배치를 팔각형이 되도록 배치한 것이다. 도 6(a) 에서는, 제 1 가상 직선과 제 2 가상 직선이 이루는 각도가 90 도였지만, 예를 들어 도 6(b) 에서는 60 도로, 도 6(c) 에서는 120 도로, 도 6(d) 에서는 135 도로 설정하여 관통공의 레이아웃을 실시하면 된다. 이에 의해, 돌기부 (150) 는, 도 6(b) 에서는 삼각추 형상으로, 도 6(c) 에서는 육각추 형상으로, 도 6(d) 에서는 팔각추 형상으로 형성된다. 이와 같이, 관통공 (141) 의 레이아웃을 변경함으로써 돌기부 (150) 의 형상을 제어할 수 있다. 또한, 여기에서는 도시하고 있지는 않지만, 관통공 (141) 의 레이아웃에 의해 더욱 원추에 가까운 형상으로 하는 것도 가능하다. 또, 도 6(a) ∼ 도 6(d) 에 도시하는 부분 A 는, 돌기부 (150) 가 형성되는 최소 단위의 관통공 (141) 군을 나타내는 것이고, 도 6(a) ∼ 도 6(d) 에 나타내는 바와 같이 추부 (133) 의 전체면에 형성되는 것이 아니고, 국소적으로 최소 단위의 관통공 (141) 군 A 를 적절하게 선택한 위치에 형성해도 된다. 또한, 돌기부 (150) 의 형상은, 측면이 많은 형상일수록, 관통공 (141) 이 많기 때문에 에칭 속도가 빠르고, 효율적으로 에칭을 실시할 수 있지만, 관통공 (141) 이 많기 때문에 스토퍼부 (140) 의 내충격성이 낮아진다. 돌기부 (150) 의 형상은, 측면의 수가 적은 형상일수록, 관통공 (141) 이 적기 때문에 스토퍼부 (140) 의 내충격성이 낮아지는 경우는 없지만, 에칭 속도가 늦어져 버린다. 이들의 장단을 감안하여 돌기부 (150) 의 형상은 사각추 형상인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예 1 에 있어서의 가속도 센서의 제조 방법에 의하면, 복수의 관통공 (141) 간의 추부 (133) 측에 복수의 돌기부 (150) 가 형성됨으로 인해, 웨트 에칭에 이용한 약액의 세정을 실시한 후에 건조시킬 때, 추 (130) 와 스토퍼부 (140) 가 접착되는 것을 방지할 수 있다. 또, 복수의 돌기부 (150) 가 형성됨으로 인해 접속층 (102) 의 막두께에 의존하지 않고 추 (130) 의 수직 방향으로의 변위량을 조정할 수 있다.
이상, 본 발명에 대해서 실시예를 이용하여 설명했는데, 본 발명은 실시예의 범위에 한정되는 것이 아니고, 각 청구항에 기재된 기술적 사상의 범위 내에 있어서, 적절하게 변경 가능한 것은 말할 필요도 없다.
본 발명의 가속도 센서에 의하면, 스토퍼부와 추부 사이의 추부측에 돌기부가 형성되는 것에 의해, 가속도 센서를 제조할 때의 스티킹 효과를 방지하여, 스토퍼부와 추부가 접합되는 문제를 해소할 수 있다. 또, 공정 수를 늘리지 않고, 돌기부 이외에 부가적 형상을 추가시키지 않고 형성할 수 있다.

Claims (8)

  1. 추 고정부와, 그 추 고정부를 이간하여 둘러싸는 대좌 고정부와, 그 추 고정부와 그 대좌 고정부를 가요적으로 접속하는 빔부와, 그 추 고정부 및 그 빔부와 이간하여 그 대좌 고정부에 접속되는 스토퍼부를 갖는 제 1 기판과,
    상기 추 고정부에 제 1 접속층을 개재하여 접속되고, 상기 스토퍼부와 이간하여 중첩되는 추부와,
    상기 추부와 이간하여, 상기 대좌 고정부에 제 2 접속층을 개재하여 접속되는 대좌부와,
    상기 스토퍼부와 이간하여, 그 스토퍼부와 상기 추부 사이의 그 추부에 형성되는 돌기부를 갖는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 접속층과 상기 제 2 접속층과 상기 돌기부는 동일한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스토퍼부는 복수의 관통공을 갖고, 상기 돌기부는 상기 추부의 그 복수의 관통공에 대응하는 복수의 영역 사이에 배치되도록 복수 형성되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 돌기부는 그 돌기부의 주위에 배치되는 상기 복수의 영역의 수에 대응한 다각추인 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 돌기부는 사각추인 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  6. 제 1 기판과, 접속층을 개재하여 접속되는 제 2 기판으로 이루어지는 적층 기판을 준비하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 기판에, 추 고정부와, 그 추 고정부를 이간하여 둘러싸는 대좌 고정부와, 그 추 고정부와 그 대좌 고정부를 접속하는 빔부와, 그 추 고정부 및 그 빔부와 이간하여 그 대좌 고정부에 접속되는 스토퍼부를 구획하는 제 1 홈부를 형성하는 제 2 공정과,
    상기 제 2 기판에, 상기 스토퍼부와 이간하여 중첩되는 추부 및 그 추부와 이간하는 대좌부를 구획하는 제 2 홈부를 형성하는 제 3 공정과,
    상기 접속층을, 상기 추 고정부와 상기 추부를 접속하는 제 1 접속층, 상기 대좌 고정부와 상기 대좌부를 접속하는 제 2 접속층 및 상기 스토퍼부와 이간하여 그 스토퍼부와 그 추부 사이의 그 추부에 형성되는 돌기부가 형성되도록 제거하는 제 4 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가속도 센서의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 4 공정은, 웨트 에칭에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 공정은, 스토퍼부에 복수의 관통공을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 제 4 공정은, 상기 돌기부가 상기 추부의 상기 복수의 관통공에 대응하는 영역간에 복수 형성되는 공정인 것을 특징으로 하는 가속도 센서의 제조 방법.
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