(57)【要約】【課題】  特に、小型化に対応でき、また、高い検出精度を得ることが出来るＭＥＭＳ傾斜センサを提供することを目的としている。【解決手段】  支持基板と、キャップ基板と、支持基板とキャップ基板の間に位置する中間層とを備える。中間層は、回動錘１１と、前記回動錘１１に形成された貫通孔に挿通され前記支持基板とキャップ基板に固定支持される回動軸１２と、を有し、回動錘１１は、重力方向に向けて回動可能に支持されている。回動錘１１には磁石８が設置され、回動錘１１の回動領域２２に対するキャップ基板の対向領域には、一対の磁気検出素子４，５が設置されている。ＭＥＭＳ傾斜センサ１を基準状態から時計方向あるいは反時計方向に回転させると、磁石８と近づく側の前記磁気検出素子は前記磁石８から外部磁界を受けることで電気特性が変化し、この電気特性変化に基づいて回転状態を知ることができる。【選択図】図１
2010175359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石と、前記磁石と非接触に配置され、前記磁石からの外部磁界を受けて電気特性が変化する磁気検出素子とを有してなるＭＥＭＳ傾斜センサにおいて、
第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の間に位置する中間層と、を有し、
前記中間層は、回動錘と、前記回動錘に形成された貫通孔に挿通され前記第１基板と前記第２基板に固定支持される回動軸と、を有し、前記回動錘は、重力方向に向けて回動可能に支持されており、
前記回動錘には前記磁石が設置され、前記回動錘の回動領域に対する前記第１基板の対向領域には、前記磁気検出素子が設置されており、
前記ＭＥＭＳ傾斜センサの基準状態では、回動軸の中心を通って重力方向に平行に引いた中心線の両側に、夫々、前記磁気検出素子が配置されており、
前記ＭＥＭＳ傾斜センサを前記基準状態から時計方向あるいは反時計方向に回転させると、前記回動錘が回動して重力方向に一定の姿勢を保ち、一方、前記磁気検出素子が時計方向あるいは反時計方向に回転し、このとき前記磁石と近づく側の前記磁気検出素子は前記磁石から外部磁界を受けることで電気特性が変化し、この電気特性変化に基づいて回転状態を知ることができることを特徴とするＭＥＭＳ傾斜センサ。
【請求項２】
前記第１基板の前記対向領域外に、前記磁気検出素子と電気回路を構成する固定抵抗用素子が設けられ、前記固定抵抗用素子は前記磁気検出素子と同じ素子構成である請求項１記載のＭＥＭＳ傾斜センサ。
【請求項３】
前記磁気検出素子は、感度軸方向からの外部磁界に対して電気抵抗値が変化する素子部を備え、
前記素子部は、第１磁性層と、第２磁性層とが非磁性層を介して積層された積層構造を有しており、
前記第１磁性層と前記第２磁性層は、共に前記外部磁界に対して磁化変動可能であり、
無磁場状態では、前記第１磁性層の磁化方向は、前記感度軸方向に直交する基準方向から前記感度軸方向のうち第１の方向に傾いており、前記第２磁性層の磁化方向は、前記基準方向から前記感度軸方向の前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に傾いており、前記第１磁性層の磁化方向と前記基準方向間の角度と、前記第２磁性層の磁化方向と前記基準方向間の角度とが、ほぼ同角度であり、前記第１磁性層の磁化方向と、前記第２磁性層の磁化方向との間の角度が９０度〜１８０度の範囲内であり、
前記素子部は、前記感度軸方向を長手方向とした細長形状で形成されており、前記ＭＥＭＳ傾斜センサを基準状態から時計方向あるいは反時計方向に回転させて、磁石と磁気検出素子とが対向状態になったとき、磁石の着磁方向と、前記素子部の長手方向とが一致するように、前記磁石及び前記素子部の配置が規制されている請求項１又は２に記載のＭＥＭＳ傾斜センサ。
【請求項４】
前記第１磁性層の磁化方向と、前記第２磁性層の磁化方向は、前記感度軸方向と平行な方向に向けて略反平行である請求項３記載のＭＥＭＳ傾斜センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術を用いて形成された傾斜センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献には、傾斜センサが開示されている。傾斜センサは、回動可能に支持された磁石と、前記磁石からの外部磁界を検知する検知手段を備える。
【０００３】
これら特許文献に記載された傾斜センサはいずれも機械的構成（メカ式）であり、傾斜センサの小型化を促進できず、製造コストが高くなる問題があった。また外乱磁場によっても誤作動を起こさず、検出精度を向上させることが必要であった。
【特許文献１】特開２００６−３００７８９号公報
【特許文献２】特開２００６−１２６０５９号公報
【特許文献３】特開２００７−１１８８６８号公報
【特許文献４】特開２００６−７８４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、小型化に対応でき、また、高い検出精度を得ることが出来るＭＥＭＳ傾斜センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、磁石と、前記磁石と非接触に配置され、前記磁石からの外部磁界を受けて電気特性が変化する磁気検出素子とを有してなるＭＥＭＳ傾斜センサにおいて、
第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の間に位置する中間層と、を有し、
前記中間層は、回動錘と、前記回動錘に形成された貫通孔に挿通され前記第１基板と前記第２基板に固定支持される回動軸と、を有し、前記回動錘は、重力方向に向けて回動可能に支持されており、
前記回動錘には前記磁石が設置され、前記回動錘の回動領域に対する前記第１基板の対向領域には、前記磁気検出素子が設置されており、
前記ＭＥＭＳ傾斜センサの基準状態では、回動軸の中心を通って重力方向に平行に引いた中心線の両側に、夫々、前記磁気検出素子が配置されており、
前記ＭＥＭＳ傾斜センサを前記基準状態から時計方向あるいは反時計方向に回転させると、前記回動錘が回動して重力方向に一定の姿勢を保ち、一方、前記磁気検出素子が時計方向あるいは反時計方向に回転し、このとき前記磁石と近づく側の前記磁気検出素子は前記磁石から外部磁界を受けることで電気特性が変化し、この電気特性変化に基づいて回転状態を知ることができることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明ではＭＥＭＳ技術を用いて、傾斜センサを構成したことで、小型化を図ることができ、また生産コストを低減できる。
【０００７】
本発明では、前記第１基板の前記対向領域外に、前記磁気検出素子と電気回路を構成する固定抵抗用素子が設けられ、前記固定抵抗用素子は前記磁気検出素子と同じ素子構成であることが好ましい。
【０００８】
このように、磁気検出素子及び固定抵抗用素子を全て同じ素子構成で形成できるので、製造効率を向上させることができ、また製造コストの低減をより効果的に図ることができる。また、仮に外乱磁場が作用しても、磁気検出素子及び固定抵抗用素子の電気特性変化は同じようになり、出力変動を抑制でき、誤作動が生じにくい。
【０００９】
また本発明では、前記磁気検出素子は、感度軸方向からの外部磁界に対して電気抵抗値が変化する素子部を備え、
前記素子部は、第１磁性層と、第２磁性層とが非磁性層を介して積層された積層構造を有しており、
前記第１磁性層と前記第２磁性層は、共に前記外部磁界に対して磁化変動可能であり、
無磁場状態では、前記第１磁性層の磁化方向は、前記感度軸方向に直交する基準方向から前記感度軸方向のうち第１の方向に傾いており、前記第２磁性層の磁化方向は、前記基準方向から前記感度軸方向の前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に傾いており、前記第１磁性層の磁化方向と前記基準方向間の角度と、前記第２磁性層の磁化方向と前記基準方向間の角度とが、ほぼ同角度であり、前記第１磁性層の磁化方向と、前記第２磁性層の磁化方向との間の角度が９０度〜１８０度の範囲内であり、
前記素子部は、前記感度軸方向を長手方向とした細長形状で形成されており、前記ＭＥＭＳ傾斜センサを基準状態から時計方向あるいは反時計方向に回転させて、磁石と磁気検出素子とが対向状態になったとき、磁石の着磁方向と、前記素子部の長手方向とが一致するように、前記磁石及び前記素子部の配置が規制されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記第１磁性層の磁化方向と、前記第２磁性層の磁化方向は、前記感度軸方向と平行な方向に向けて略反平行であることがより好ましい。
【００１１】
上記した構成の磁気検出素子であると、感度軸方向以外の外部磁界が作用しても、電気抵抗変化は小さく、外乱磁場耐性を向上させることができ、検出精度の向上を図ることが出来る。また、上記した構成の磁気検出素子であると、各磁気検出素子は、磁石の着磁方向が逆であってもほぼ同じ抵抗変化を示すため、磁石の着磁方向に関わらずほぼ同じ出力特性を得ることが出来る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＭＥＭＳ技術を用いて、傾斜センサを構成したことで、小型化を図ることができまた生産コストを低減できる。さらに外乱磁場耐性を向上させることができ、検出精度の向上を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本実施形態におけるＭＥＭＳ傾斜センサの透視正面図、図２は、図１に示すＡ−Ａ線から切断し矢印方向から見たＭＥＭＳ傾斜センサの断面図、図３は、図１の基準状態からＭＥＭＳ傾斜センサを時計方向に９０度回転させたときのＭＥＭＳ傾斜センサの透視正面図、図４は、図１の基準状態からＭＥＭＳ傾斜センサを反時計方向に９０度回転させたときのＭＥＭＳ傾斜センサの透視正面図、図５は、本実施形態における磁気検出素子の一例を示す正面図、図６は図５の素子部をＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、図７は、図６の磁気検出素子を構成する第１磁性層と第２磁性層の磁化関係を示す模式図、図８（ａ）は、感度軸方向に対して直交する方向から外部磁界（外乱磁場）が作用したときの磁気検出素子のＲＨ曲線、図８（ｂ）は、感度軸方向から外部磁界が作用したときの磁気検出素子のＲＨ曲線、図９は、ＭＥＭＳ傾斜センサの電気回路図、である。
【００１４】
図中のＸ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向、Ｚ１−Ｚ２方向は、互いに直交する関係となっている。
【００１５】
図１では、図２に示すキャップ基板（第１基板）２を削除して現れる中間層１５の形態を示している。ただし、キャップ基板２の裏面２ａに配置される磁気検出素子４，５及び固定抵抗用素子６，７については図示した。
【００１６】
図１，図２に示すＭＥＭＳ傾斜センサ１は、キャップ基板（第１基板）２と、支持基板（第２基板）３と、前記キャップ基板２と支持基板３の間に位置する中間層１５と、磁気検出素子４，５と、固定抵抗用素子６，７と、磁石８とを有して構成される。
【００１７】
キャップ基板２、支持基板３及び中間層１５は例えばシリコン基板で形成される。図２に示すように、支持基板３の表面３ａには凹部３ｂが形成されている。また、この凹部３ｂには突出形状のスティッキング防止部９が形成されている。
【００１８】
図１，図２に示すように、中間層１５は、枠体１０と、回動錘１１と、回動軸１２とに分離加工されている。図１，図２に示すように、回動錘１１は略扇形で形成されている。回動錘１１の曲率半径が大きい円弧部１１ａから離れた先端側（Ｘ１−Ｘ２方向への幅寸法が狭い側）には貫通孔１１ｂが形成されている。前記回動軸１２は、前記貫通孔１１ｂに挿通されている。回動軸１２と対向する部分の支持基板３は突出した状態であり、例えば、支持基板３と回動軸１２間は酸化絶縁層（ＳｉＯ2）１３を介して常温接合にて固定されている。あるいは、支持基板３と回動軸１２間がアルミニウムとゲルマニウム等の組み合わせによる共晶接合にて固定されていてもよい。
【００１９】
なお図２に示すように、枠体１０と支持基板３の間も上記と同様にして固定されている。回動錘１１の裏面に酸化絶縁層１３が形成されているが、この酸化絶縁層１３は形成されていなくてもよい。なお前記回動錘１１の裏面に酸化絶縁層１３を形成しておくことで、回動軸１１の質量を大きくできる。
【００２０】
図２に示すように、回動錘１１の表面１１ｃには磁石８が設置されている。図１に示す基準状態では、前記磁石８は、Ｚ１−Ｚ２方向に細長い棒形状であり、Ｘ１側がＳ極、Ｘ２側がＮ極となっている。磁石８の中心は、回動軸１２の中心を通って重力方向に平行に引いた中心線Ｃ−Ｃ上に一致している。磁石８は、回動錘１１の裏面に設けられてもよいが、磁石８と後述の磁気検出素子４，５とが対向したときに、磁石８から磁気検出素子４，５に適切に外部磁界を作用させるべく、磁石８を回動錘１１の表面１１ｃに設置することが好適である。
【００２１】
図２に示すように、キャップ基板２の裏面２ａは、支持基板３の表面３ａと同様に凹部２ｂが形成され、また突出形状のスティッキング防止部１４が設けられている。このスティッキング防止部１４の高さ寸法は、少なくとも、後述する磁気検出素子４，５の膜厚より厚く形成されなくてはならない。この実施形態では、前記キャップ基板２の裏面２ａの形状は、前記支持基板３の表面３ａの形状のミラーパターンである。また、キャップ基板２には、多数の微細な貫通孔３９が形成されている。
【００２２】
図２に示すように、回動軸１２及び枠体１０と対向する部分のキャップ基板２は突出した形状であり、キャップ基板２と回動軸１２及び枠体１０との間が例えば常温接合にて固定されている。なお上記したように共晶接合による固定であってもよい。
【００２３】
図２に示すように、回動軸１２はキャップ基板２と支持基板３とに両側から固定支持されている。
【００２４】
図１及び図２に示すように、回動錘１１に形成された貫通孔１１ｂと、回動軸１２との間には微小なクリアランスが設けられており、回動錘１１は、前記回動軸１２を回動中心として重力方向（図１のＺ１方向）に回動可能に支持されている。この実施形態におけるＭＥＭＳ傾斜センサ１は、図１の基準状態から９０度、時計方向、あるいは反時計方向に回転させたときに（図３、図４も参照）、回動錘１１が重力方向（Ｚ１方向）に向けて、図１の基準状態から９０度の回動を確保すべく、枠体１０の内壁形状が決められている。枠体１０の内壁形状が回動錘１１の回動領域２２を構成する。
【００２５】
さらに図１に示すように、図１の基準状態では、回動軸１２の中心を通って重力方向に平行に引いた中心線Ｃ−Ｃの両側に、第１磁気検出素子４と第２磁気検出素子５が配置されている。この実施形態では、第１磁気検出素子４及び第２磁気検出素子５はちょうど回動軸１２とＸ１−Ｘ２方向にて一直線上に並んだ位置関係にある。これら磁気検出素子４，５は、図１の基準状態からＭＥＭＳ傾斜センサ１を９０度、時計方向、あるいは反時計方向に回転させたときに（図３、図４も参照）、磁石８と対向する位置に設けられている。
【００２６】
第１磁気検出素子４及び第２磁気検出素子５は、図２に示すようにキャップ基板２の裏面２ａに設けられる。以下、磁気検出素子４，５の構成について説明する。
【００２７】
第１磁気検出素子４及び第２磁気検出素子５は、図５（図１と同様の基準状態での磁磁気検出素子の拡大正面図）に示すように、Ｚ１−Ｚ２方向に帯状に延びる素子部１９を備える。素子部１９のＸ１−Ｘ２方向における素子幅はＷ１で形成され、素子部１９のＺ１−Ｚ２方向における長さ寸法はＬ１で形成される。図５に示すように長さ寸法Ｌ１は素子幅Ｗ１より大きい。よって素子部１９はＺ１−Ｚ２方向を長手方向とした細長形状で形成される。
【００２８】
図５に示すように素子部１９は複数設けられ、各素子部１９はＸ１−Ｘ２方向に所定の間隔Ｔ１を空けて並設されている。
【００２９】
図５に示すように、各素子部１９のＺ１−Ｚ２方向における端部間は接続部２０により接続されている。接続部２０は非磁性導電材料による電極層で形成されたり、あるいはハードバイアス層等で形成される。磁気検出素子４，５は、素子部１９と接続部２０によりミアンダ形状で形成される。なお接続部２０は、図１に示すごとく、素子部１９と同じ層構成で形成され、素子部１９の層構成で一体化されたミアンダ形状であってもよい。ただし、かかる場合、接続部２０の位置も外部磁界を検知する感度領域になってしまうため、接続部２０の位置での感度を弱めるために図１に示すように湾曲形状で形成することが望ましい。
【００３０】
素子部１９は、図６に示す多層構造で形成される。図６に示すように素子部１９はキャップ基板２の裏面２ａ側からシード層３０、第１磁性層３１、非磁性層３２、第２磁性層３３及び保護層３４の順に積層される。シード層３０はＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒ等によって形成される。シード層３０は、各層の結晶配向性を整えるために設けられる層である。シード層３０は形成されなくてもよい。また、シード層３０とキャップ基板２の間には、Ｔａ等で形成される非磁性の下地層が形成されていてもよい。
【００３１】
第１磁性層３１は、Ｎｉ−Ｆｅ層３５、及びＣｏ−Ｆｅ層３６の順に積層されている。
非磁性層３２はＣｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。
【００３２】
第２磁性層３３は、Ｃｏ−Ｆｅ層３７及びＮｉ−Ｆｅ層３８の順に積層されている。
保護層３４は、例えばＴａで形成される。保護層３４の形成は必須でないが、形成したほうがよい。
【００３３】
図６に示すように第１磁性層３１と第２磁性層３３は非磁性層３２を介して積層されている。第１磁性層３１と第２磁性層３３は、共にＣｏ−Ｆｅ層３６，３７とＮｉ−Ｆｅ層３５，３８との積層構造である。そして図６に示すように第１磁性層３１を構成するＣｏ−Ｆｅ層３６と、第２磁性層３３を構成するＣｏ−Ｆｅ層３７とが非磁性層３２を介して対向している。
【００３４】
第１磁性層３１及び第２磁性層３３は、共に同じ磁性材料で形成されることが好ましい。これにより第１磁性層３１及び第２磁性層３３のＭｓ・ｔ（Ｍｓは飽和磁化、ｔは膜厚）の調整を行いやすい。
【００３５】
第１磁性層３１と第２磁性層３３は、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ以外の磁性材料で形成されてもよい。また、各磁性層３１，３３は単層構造であっても積層構造であってもどちらでもよい。
【００３６】
ただし図６のように、各磁性層３１，３３がＮｉ−Ｆｅ層３５，３８とＣｏ−Ｆｅ層３６，３７の積層構造で形成され、Ｃｏ−Ｆｅ層３６，３７が非磁性層３２を介して対向した形態であることが好ましい。これにより、熱を加えたときにＮｉＦｅが非磁性層３２へ拡散するのを抑制できる。
【００３７】
第１磁性層３１と第２磁性層３３は共に外部磁界に対して磁化変動可能となっている。すなわちＧＭＲ素子の固定磁性層のように磁化固定されていない。
【００３８】
本実施形態では、素子部１９の長手方向（図１、図５、図６の基準状態ではＺ１−Ｚ２方向）が、感度軸方向である。
【００３９】
図７に示すように、無磁場状態（外部磁界が作用していない状態）では、第１磁性層３１の磁化方向Ｆ１が、感度軸方向に対して直交する基準方向から感度軸方向のうち第１の方向に傾いており、第２磁性層３３の磁化方向Ｆ２が、前記基準方向から前記感度軸方向の前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に傾いている。このとき、前記第１磁性層３１の磁化方向Ｆ１と基準方向間の角度θ１と、前記第２の磁性層３３の磁化方向Ｆ２と基準方向間の角度θ２とがほぼ同角度である。そして、第１磁性層３１の磁化方向Ｆ１と第２磁性層３３の磁化方向Ｆ２間の角度θ３は、９０度〜１８０度の範囲内となっている。
【００４０】
図６に示すように、本実施形態では、無磁場状態では、第１磁性層３１の磁化方向Ｆ１と、第２磁性層３３の磁化方向Ｆ２とが、感度軸方向に向けて、略反平行となっていることが好ましい。
【００４１】
ここで「略反平行」とは、第１磁性層３１の磁化方向Ｆ１と第２磁性層３３の磁化方向Ｆ２間の角度θ３（鈍角）が１５０度〜１８０度の範囲内を意味する。
【００４２】
第１磁性層３１と第２磁性層３３との間にはＲＫＫＹ相互作用による結合磁界が生じている。
【００４３】
図８（ａ）は、図６の積層構造を備える磁気検出素子に対して感度軸方向の直交方向から外部磁界を作用させたときの抵抗変化を示し、図８（ｂ）は、図６の積層構造を備える磁気検出素子に対して感度軸方向から外部磁界を作用させたときの抵抗変化を示す。図８では、−５０Ｏｅから＋５０Ｏｅの範囲内での抵抗変化を示している。
【００４４】
実験は、素子幅Ｗ１を３μｍ（アスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）は１００）とした１つの素子部１９を用いて行った。また、無磁場状態（外部磁界が０Ｏｅ）での第１磁性層３１の磁化方向Ｆ１と第２磁性層３３の磁化方向Ｆ２との間の角度θ３（鈍角）が、約１８０度であった。
【００４５】
図８（ａ）に示すように感度軸方向と異なる方向からの外部磁界（外乱磁場）に対してはあまり抵抗値が変化しない。
【００４６】
一方、図８（ｂ）に示すように無磁場状態（外部磁界が０Ｏｅ）から感度軸方向に外部磁界を大きくしていくと、外部磁界と、ＲＫＫＹ相互作用による結合磁界とにより、第１磁性層３１の磁化方向Ｆ１と第２磁性層３３の磁化方向Ｆ２とが反平行になり抵抗値が最大値に達する。さらに感度軸方向への外部磁界を大きくしていくと、反平行状態が崩れ、第１磁性層３１の磁化方向Ｆ１と第２磁性層３３の磁化方向Ｆ２とが平行状態に近づき、抵抗値が徐々に低下する。
【００４７】
図８（ｂ）に示すように、感度軸方向の第１の方向（例えばプラス値の方向）と第２の方向（例えばマイナス値の方向）のどちらの外部磁界に対してもほぼ同様のＲＨ特性を有している。
【００４８】
図１に示すように、第１磁気検出素子４及び第２磁気検出素子５は、前記回動錘１１の回動領域２２に対するキャップ基板２の対向領域に設けられる。このとき、磁気検出素子４，５は、キャップ基板２の表面に設けてもよいが、その場合は、磁気検出素子４，５と磁石８間の距離が離れることで、磁石８から磁気検出素子４，５に作用する外部磁界が弱まったり、また磁気検出素子４，５の表面側に新たに蓋部を設ける必要がある。よって、磁気検出素子４，５は、キャップ基板２の裏面２ａに設けることが好適である。
【００４９】
また図１に示すように、固定抵抗用素子６，７は、前記キャップ基板２の前記対向領域外に設けられる。固定抵抗用素子６，７は第１磁気検出素子４及び第２磁気検出素子５と同じ素子構成で形成される（図５，図６参照）。ただし、固定抵抗用素子６，７は、上記のように、キャップ基板２の対向領域外に設けられ、次に説明するＭＥＭＳ傾斜センサ１を回転動作させても、磁石８と固定抵抗用素子６，７が対向することは無く、磁石８からの外部磁界を受けない。よって固定抵抗用素子６，７を磁気検出素子４，５と同じ素子構成で形成しても、磁石８の回動動作に伴う電気抵抗変化をほぼ無くすことが出来る。そして、磁気検出素子４，５及び固定抵抗用素子６，７により図９に示すブリッジ回路が構成されている。
【００５０】
続いて本実施形態のＭＥＭＳ傾斜センサ１による回転検出原理について説明する。
図１の基準状態から、図３のように、ＭＥＭＳ傾斜センサ１を時計方向に９０度回転させる。すると、回動錘１１は回動軸１２を回動中心として回動して、重力方向に一定の姿勢を保つ。
【００５１】
磁気検出素子４，５はキャップ基板２に固定されているため、ＭＥＭＳ傾斜センサ１を基準状態から時計方向に９０度、回転させると、磁気検出素子４，５も基準状態から時計方向に９０度回転する。そのため、図３に示すように、常に重力方向に向いた姿勢を保つ回動錘１１と、基準状態から時計方向に９０度回転した第２磁気検出素子５とが対向した状態になる。このとき、第２磁気検出素子５を構成する素子部１９（図５も参照）の長手方向（感度軸方向）に磁石８の着磁方向が一致するため、前記第２磁気検出素子５の感度軸方向へ向けて前記磁石８から外部磁界が作用し、図８（ｂ）で説明したＲＨ特性により第２磁気検出素子５の電気抵抗値が低下する。
【００５２】
一方、図３の回転状態では、固定抵抗素子として機能する固定抵抗用素子６，７のみならず、磁石８から離れる側の第１磁気検出素子４も外部磁界を受けないため電気抵抗値は変化しない。よって、図９のブリッジ回路からは、第２磁気検出素子５の電気抵抗変化に基づく差動出力が得られ、この差動出力に基づいて、ＭＥＭＳ傾斜センサ１が９０度、時計方向に回転したことを検知することが出来る。
【００５３】
続いて、ＭＥＭＳ傾斜センサ１を基準状態から反時計方向に９０度、回転させると、磁気検出素子４，５も基準状態から反時計方向に９０度回転する。そのため、図４に示すように、常に重力方向に向いた姿勢を保つ回動錘１１と、基準状態から反時計方向に９０度回転した第１磁気検出素子４とが対向した状態になる。このとき、第１磁気検出素子４を構成する素子部１９（図５も参照）の長手方向（感度軸方向）に磁石８の着磁方向が一致するため、前記第１磁気検出素子４の感度軸方向へ向けて前記磁石８から外部磁界が作用し、図８（ｂ）で説明したように第１磁気検出素子４の電気抵抗値が低下する。
【００５４】
一方、図４の回転状態では、固定抵抗素子として機能する固定抵抗用素子６，７のみならず、磁石８から離れる側の第２磁気検出素子５も外部磁界を受けないため電気抵抗値は変化しない。よって、図９のブリッジ回路からは、第１磁気検出素子４の電気抵抗変化に基づく差動出力が得られ、この差動出力に基づいて、ＭＥＭＳ傾斜センサ１が９０度、反時計方向に回転したことを検知することが出来る。
【００５５】
本実施形態では、図１，図２に示すように、ＭＥＭＳ技術を用いてＭＥＭＳ傾斜センサ１を形成したことで従来に比べて傾斜センサの小型化を図ることができ、また製造コストを低減することが可能である。
【００５６】
また本実施形態では、図５ないし図８の構成及び特性を備える磁気検出素子４，５を用いている。すなわち図６に示すように、外部磁界に対して磁化変動可能な第１磁性層３１及び第２磁性層３３とが非磁性層３２を介して対向する素子部１９を備え、無磁場状態では、第１磁性層３１の磁化方向Ｆ１と第２磁性層３３の磁化方向Ｆ２とが図７に示す関係を備え、前記素子部１９は感度軸方向を長手方向とした細長形状で形成されている。このため図８に示すように、感度軸方向からの外部磁界に対して電気抵抗が大きく変動し、一方、感度軸方向とは異なる方向からの外部磁界（外乱磁場）に対してはさほど抵抗変化しないＲＨ特性を備える。
【００５７】
そして図３，図４に示すように、磁石８と磁気検出素子４，５とが対向するとき、磁石８の着磁方向と、磁気検出素子４，５を構成する素子部１９の長手方向（感度軸方向）とが一致するように、図１に示す基準状態での磁石８及び磁気検出素子４，５の配置を規制する。
【００５８】
これにより、図３、図４に示すように、磁石８と磁気検出素子４，５とが略対向状態のときに、磁気検出素子４，５に感度軸方向からの外部磁界が作用して図８（ｂ）に示すように電気抵抗値が低下し、図９の電気回路からの差動出力により、ＭＥＭＳ傾斜センサ１が略９０度、時計方向あるいは反時計方向に回転したことを検知することが可能である。
【００５９】
図５ないし図８の構成及び特性を備える磁気検出素子４，５を用いることで、図８（ａ）に示すように外部磁界が感度軸方向と異なる方向から作用しても、磁気検出素子４，５の電気抵抗値はあまり変化しない。したがって、外乱磁場耐性を向上させることができ誤作動を抑制できる。また、図１の基準状態からＭＥＭＳ傾斜センサ１を回転させて、図３あるいは図４の９０度回転に至る途中段階で、磁石８から磁気検出素子４，５に外部磁界が作用しても、その外部磁界の方向は感度軸方向とは異なっているので、抵抗値変化は小さく、回転していることを検知せず、図３、図４に示すように、磁気検出素子４，５と磁石８とが略対向状態になることで、大きな電気抵抗変化が生じて、回転状態を検知できる。すなわち、回転検知は、磁気検出素子４，５と磁石８とが略対向状態のときと決められるため、回転検出精度の向上を図ることが出来る。また、図５ないし図８の構成及び特性を備える磁気検出素子４，５は、図８（ｂ）に示すように、感度軸方向からの外部磁界が第１の方向（例えばプラス値）であっても第２の方向（例えばマイナス値）であってもほぼ同じ電気抵抗変化を示す。したがって、図５ないし図８の構成及び特性を備える磁気検出素子４，５を用いれば、図１に示す磁石８の着磁方向と逆の着磁方向であっても、ほぼ同じ出力特性を得ることが出来る。また換言すれば、磁石８の着磁方向を考慮しなくてよいため、磁石８の設置工程を容易にできる。
【００６０】
なお、本実施形態では、磁気検出素子４，５として、図５ないし図８の構成及び特性を備える素子以外に、磁気抵抗効果（ＭＲ効果）を利用した磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）や、ホール素子等であってもよい。
【００６１】
ただし、ＭＲ素子を用いた場合、膜面方向からの外部磁界の作用により電気抵抗値が変化するため、図３，図４のように、磁気検出素子４，５と磁石８とが略対向状態でなくても、磁石８からの外部磁界が磁気検出素子４，５に作用すれば、磁気検出素子４，５の電気抵抗値は変動しやすく、よって、外乱磁場耐性や検出精度は図５ないし図８の構成及び特性を備える磁気検出素子４，５のほうが勝ると考えられる。また、磁気検出素子４には例えば、プラス側の外部磁界が作用すると電気抵抗値が変化し、一方、マイナス側の外部磁界が作用すると電気抵抗値が変化しないＭＲ素子の構成を用い、磁気検出素子５には、磁気検出素子４と反対のＲＨ特性を持つＭＲ素子の構成を用いることができる。しかしながら、係る場合は、磁気検出素子４と磁気検出素子５とを別々に形成しなければならず、プロセス数が増加する問題がある。また、磁石８の着磁方向を反対にできず一定方向に決まっているため、磁石８の設置工程の容易化を図ることが出来ない。
【００６２】
また、ホール素子を用いた場合、膜面垂直方向からの外部磁界を適切にホール素子に作用させるべく、磁石８の膜厚を厚くしなければならず、ＭＥＭＳ傾斜センサ１の薄型化を促進できない問題がある。
【００６３】
以上により、図１に示す構造のＭＥＭＳ傾斜センサ１には、図５ないし図８の構成及び特性を備える磁気検出素子４，５を用いることが好適である。
【００６４】
また本実施形態では、固定抵抗用素子６，７を磁気検出素子４，５と同じ素子構成で形成している。よって、磁気検出素子４，５と固定抵抗用素子６，７とをキャップ基板２の裏面２ａに同時に形成できるため、製造効率を向上させることができ、製造コストの低減をより効果的に図ることが出来る。また仮に外乱磁場が作用して電気抵抗値が変化しても、全ての磁気検出素子４，５及び固定抵抗用素子６，７が同じ電気抵抗変化を示すため、出力変動は小さく、誤作動を生じにくい構成にできる。
【００６５】
次に図１０を用いて図１のＭＥＭＳ傾斜センサ１の製造方法を説明する。図１０の各図は製造工程中におけるＭＥＭＳ傾斜センサ１の断面図である。
【００６６】
図１０（ａ）の工程では、シリコン基板より成る支持基板３の表面３ａに、凹部３ｂ、スティッキング防止部９を形成する。また、図１０（ｅ）の酸化絶縁層（犠牲層）を除去するときに、支持基板３の表面３ａを保護すべく、薄い酸化絶縁層を成膜しておいてもよい。
【００６７】
次に図１０（ｂ）の工程では、シリコン基板からなる中間層１５を用意する。中間層１５の裏面全体に酸化絶縁層（ＳｉＯ2）１３が形成されている。また、中間層１５の表面に図１に示す磁石８を設置する。そして、支持基板３と中間層１５とを酸化絶縁層１３を介して例えば常温接合にて固定する。
【００６８】
次に図１０（ｃ）の工程では、中間層１５をエッチングして、枠体１０、回動錘１１及び回動軸１２にパターン加工する。
【００６９】
次に図１０（ｄ）の工程では、裏面２ａに、凹部２ｂ、スティッキング防止部１４が形成され、且つ磁気検出素子４，５及び固定抵抗用素子６，７が設置されたキャップ基板２を、中間層１５の枠体１０及び回動軸１２に例えば常温接合にて固定する。また図１０（ｄ）に示すように、キャップ基板２に微細な貫通孔３９を形成しておく。
【００７０】
そして図１０（ｅ）の工程では、回動軸１２と支持基板３間の酸化絶縁層１３、及び枠体１０と支持基板３間の酸化絶縁層１３を残して他の酸化絶縁層１３が除去されるように、エッチングガスやエッチング液を貫通孔３９に通してエッチングにより前記酸化絶縁層１３を除去する。このとき、図１０（ｅ）に示すように回動錘１１の裏面にも一部、酸化絶縁層１３が残される。
【００７１】
ＭＥＭＳ傾斜センサ１は、携帯電話、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、自動車、自動二輪車等に搭載できるが、特に用途を限定するものでない。
【００７２】
また図１のＭＥＭＳ傾斜センサ１の構成では、図３、図４に示すように、ちょうど図１の基準状態からＭＥＭＳ傾斜センサ１を９０度、時計方向あるいは反時計方向に回転させることで、回転状態を検知できる構成であるが、検知される回転角度は磁気検出素子４，５の設置位置により任意に設定できる。このとき、図５ないし図８の構成及び特性を備える磁気検出素子４，５を用いる場合、回転検知角度になったら、磁気検出素子４，５と磁石８とが対向状態になり、磁石８の着磁方向と磁気検出素子４，５の素子部１９の長手方向（感度軸方向）とが一致するように、磁気検出素子４，５の設置位置及び向きを回転検知角度に合わせて調整することが必要である。
【００７３】
また、図１では、中心線Ｃ−Ｃの両側に一つずつ磁気検出素子４，５を設置しているが、磁気検出素子４，５の設置数は任意に決定できる。例えば、回転検知角度を３０度、６０度、９０度とする場合には、夫々の回転検知角度に合わせて、左右両側に３個ずつ磁気検出素子４，５を設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本実施形態におけるＭＥＭＳ傾斜センサの透視正面図、
【図２】図１に示すＡ−Ａ線から切断し矢印方向から見たＭＥＭＳ傾斜センサの断面図、
【図３】図１の基準状態からＭＥＭＳ傾斜センサを時計方向に９０度回転させたときのＭＥＭＳ傾斜センサの透視正面図、
【図４】図１の基準状態からＭＥＭＳ傾斜センサを反時計方向に９０度回転させたときのＭＥＭＳ傾斜センサの透視正面図、
【図５】本実施形態における磁気検出素子の一例を示す正面図、
【図６】図５の素子部をＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印方向から見た部分拡大断面図、
【図７】図６の磁気検出素子を構成する第１磁性層と第２磁性層の磁化関係を示す模式図、
【図８】図８（ａ）は、感度軸方向に対して直交する方向から外部磁界（外乱磁場）が作用したときの磁気検出素子のＲＨ曲線、図８（ｂ）は、感度軸方向から外部磁界が作用したときの磁気検出素子のＲＨ曲線、
【図９】ＭＥＭＳ傾斜センサの電気回路図、
【図１０】本実施形態のＭＥＭＳ傾斜センサの製造方法を示す工程図（断面図）、
【符号の説明】
【００７５】
１  ＭＥＭＳ傾斜センサ
２  キャップ基板
３  支持基板
４、５  磁気検出素子
６、７  固定抵抗用素子
８  磁石
９、１４  スティッキング防止部
１１  回動錘
１２  回動軸
１３  酸化絶縁層
１５  中間層
１９  素子部
２２  回動領域
３１  第１磁性層
３２  非磁性層
３３  第２磁性層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010175359.tif 000010
【図９】
2010175359.tif 000011
【図１０】
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