(57)【要約】【課題】プラス側への変位とマイナス側への変位に対して検出感度の差がなく、広い周波数範囲に対して測定が可能で、安価な加速度センサを提供する。【解決手段】加速度センサＡＳでは、シリコン基板１上にポリシリコンの慣性質量体２が形成されている。慣性質量体２は、４枚の検出プレート２３、２４等と接続されている。検出プレート２３、２４等の下方には、検出プレート２３、２４等の変位を検出する検出電極４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ等が設けられている。慣性質量体２の下方には、アクチュエーション電極５が設けられている。慣性質量体２を挟んで、そのアクチュエーション電極５と対向するように、固定電極６が配置されている。【選択図】図２
2014020955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面と交差する方向に変位する慣性質量体と、
前記慣性質量体の変位を差動容量の変化として検出するように配置された検出プレートおよび検出電極と、
前記慣性質量体を上下方向から挟み込む態様で、前記慣性質量体から下方と上方とに、前記慣性質量体が静止した状態でそれぞれ第１間隔をもって隔てられるように配置され、前記慣性質量体のダンピングを調整する１対のダンピング調整部と
を備えた、加速度センサ。
【請求項２】
前記１対のダンピング調整部は、
前記１対のダンピング調整部の一方のダンピング調整部としての、前記慣性質量体の下方に配置される第１電極と、
前記１対のダンピング調整部の他方のダンピング調整部としての、前記慣性質量体の上方に配置される第２電極と
を含む、請求項１記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記慣性質量体は導電性であり、
前記慣性質量体と前記第１電極との間および前記慣性質量体と前記第２電極との間にそれぞれ所定の電位を印加することにより生じる静電引力によって、前記慣性質量体を、静止状態の前記慣性質量体の位置に制御するサーボ機能を備えた、請求項２記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記検出プレートは前記慣性質量体に接続され、
前記検出電極は、前記慣性質量体が静止した状態で前記検出プレートとは第２間隔をもって隔てられて、前記検出プレートと対向するように配置され、
前記第１間隔は前記第２間隔よりも狭く設定された、請求項１〜３のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記検出プレートは前記慣性質量体に接続され、
前記検出電極は、前記慣性質量体が静止した状態で前記検出プレートとは第２間隔をもって隔てられて、前記検出プレートと対向するように配置され、
前記第１間隔は前記第２間隔よりも広く設定された、請求項１〜３のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記第１電極および前記第２電極はポリシリコンから形成された、請求項２記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記第１間隔は、前記第１間隔に相当する厚みの犠牲膜を除去することによって確保された、請求項１〜６のいずれかに記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加速度センサに関し、たとえば、自動車のエアバックシステム等に搭載される加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の加速度センサの一例（特許文献１）について説明する。基板の面外方向の加速度を検出する加速度センサにおいて、シリコン基板上に形成されたポリシリコンの慣性質量体は、リンク梁によって４枚の検出プレートに接続されている。その４枚の検出プレートは、ネジレ梁によって支持され、さらに、アンカーによって基板に接続されている。
【０００３】
検出プレートの下方の基板上には、検出プレートの変位を検出する検出電極が設けられている。基板面外方向に加速度が加わると、慣性質量体が面外方向に変位する。慣性質量体の面外変位は、ネジレ梁を中心とした検出プレートの回転変位にメカニカルに変換される。この回転変位によって、検出プレートと検出電極との距離が変化することで、検出プレートと検出電極間の静電容量が変化する。
【０００４】
検出電極は、ネジレ梁に対して対称になるように検出プレートの下方に配置されている。このため、ネジレ梁を挟んで一方の静電容量が増加すると、他方の静電容量は減少して、差動容量が形成される。静電容量は、容量−電圧変換回路によって加速度に比例する電圧に変換されて、加速度として検出される。慣性質量体の下方の基板上には、静電引力によって慣性質量体を変位させて、センサ故障を診断するアクチュエーション電極が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／１２５５１０号（図１９）
【特許文献２】特開２０１０−６６２３１号公報（図２）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Y.Hirata, N.Konno, T.Tokunaga, M.Tsugai and H.Fukumoto “A new z-axis capacitive accelerometer with high impact durability”, Digest of Technical Papers Transducers'99, Denver, pp.1158-1161, June 21-25, 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の加速度センサでは、慣性質量体とアクチュエーション電極の距離は非常に狭い。このため、慣性質量体が基板側に変位する場合は、基板と慣性質量体間のダンピング（エアーダンピング）により抗力を受けることになる。一方、慣性質量体が基板と反対側に変位する場合は、エアーダンピングによる抗力が小さくなる。
【０００８】
このため、基板に作用する入力加速度と検出されるセンサ出力加速度との関係では、基板に対して上向きの加速度が作用する場合（プラス側）には、センサ出力加速度が入力加速度よりも小さくなる。一方、基板に対して下向きの加速度が作用する場合（マイナス側）には、センサ出力加速度は入力加速度と同じである。したがって、従来の加速度センサでは、特に、エアーダンピングによる抗力が大きくなる高周波、高加速度領域において、慣性質量体の変位がプラス側とマイナス側とで異なり、加速度を正確に測定することができないという問題点がある。
【０００９】
これに対して、特許文献２では、狭ギャップを有するキャップ構造が提案されているが、このキャップ構造では、検出プレートに作用するエアーダンピングによる抗力が過剰となり、検出できる周波数範囲が狭くなるという問題点がある。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、プラス側への変位とマイナス側への変位に対して検出感度の差がなく、広い周波数範囲に対して測定が可能で、安価な加速度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る加速度センサは、基板と慣性質量体と検出プレートおよび検出電極と１対のダンピング調整部とを備えている。慣性質量体は基板の表面と交差する方向に変位する。検出プレートおよび検出電極は、慣性質量体の変位を差動容量の変化として検出するように配置されている。１対のダンピング調整部は、慣性質量体を上下方向から挟み込む態様で、慣性質量体から下方と上方とに、慣性質量体が静止した状態でそれぞれ第１間隔をもって隔てられるように配置され、慣性質量体のダンピングを調整する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、検出精度が高く、検出できる周波数範囲の広い加速度センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る加速度センサの平面図である。
【図２】同実施の形態において、図１に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】同実施の形態において、加速度センサの動作を説明するための第１の状態を示す断面図である。
【図４】同実施の形態において、加速度センサの動作を説明するための第２の状態を示す断面図である。
【図５】比較例に係る加速度センサの平面図である。
【図６】図５に示す断面線ＶＩ−ＶＩにおける断面図である。
【図７】同実施の形態において、理想的な加速度センサの感度と入力加速度周波数との関係を示す図である。
【図８】比較例に係る加速度センサにおける、入力加速度および加速度センサの出力と時間との関係を示す図である。
【図９】比較例に係る加速度センサにおける、加速度センサの感度と入力加速度周波数との関係を示す図である。
【図１０】同実施の形態において、同実施の形態に係る加速度センサの感度と入力加速度周波数との関係を、比較例に係る加速度センサの感度と入力加速度周波数との関係とともに示す図である。
【図１１】同実施の形態において、サーボ制御を示すブロック図である。
【図１２】同実施の形態において、加速度センサの動作を説明するための第１の図である。
【図１３】同実施の形態において、加速度センサの動作を説明するための第２の図である。
【図１４】同実施の形態において、加速度センサのサーボ制御を示す図である。
【図１５】同実施の形態において、加速度センサの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１６】同実施の形態において、図１５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１７】同実施の形態において、図１６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１８】同実施の形態において、図１７に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１９】同実施の形態において、図１８に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２０】同実施の形態において、図１９に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２１】同実施の形態において、図２０に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態２に係る加速度センサの断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態３に係る加速度センサの断面図である。
【図２４】同実施の形態において、加速度センサの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図２５】同実施の形態において、図２４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２６】同実施の形態において、図２５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２７】同実施の形態において、図２６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２８】同実施の形態において、図２７に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図２９】同実施の形態において、図２８に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図３０】本発明の実施の形態４に係る加速度センサの断面図である。
【図３１】同実施の形態において、加速度センサの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図３２】同実施の形態において、図３１に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図３３】同実施の形態において、図３２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図３４】同実施の形態において、図３３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図３５】同実施の形態において、図３４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図３６】同実施の形態において、図３５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
実施の形態１に係る加速度センサについて説明する。図１および図２に示すように、加速度センサＡＳでは、シリコン基板１上にポリシリコンの慣性質量体２が形成されている。慣性質量体２は、リンク梁３１、３２、３３、３４によって、４枚の検出プレート２１、２２、２３、２４と接続されている。その４枚の検出プレート２１〜２４は、ネジレ梁１１、１２、１３、１４によって支持され、アンカー９１、９２、９３、９４によって基板に接続されている。
【００１５】
検出プレート２１〜２４の下方のシリコン基板１上には、検出プレート２２〜２４の変位を検出する検出電極が設けられている。検出プレート２１の下方には、検出電極４１ａ、４１ｂが設けられ、検出プレート２２の下方には、検出電極４２ａ、４２ｂが設けられている。また、検出プレート２３の下方には、検出電極４３ａ、４３ｂが設けられ、検出プレート２４の下方には、検出電極４４ａ、４４ｂが設けられている。
【００１６】
また、慣性質量体２の下方のシリコン基板１上には、静電引力によって慣性質量体２を変位させセンサ故障を診断するアクチュエーション電極５が設けられている。慣性質量体２を挟んで、そのアクチュエーション電極５と対向するように、固定電極６が配置されている。固定電極６は、慣性質量体２の外周部分に沿ってその外周部分を覆うように配置されている。
【００１７】
上述した加速度センサＡＳでは、シリコン基板１の面外方向に加速度が加わると、慣性質量体２が面外方向（ＸＹ面と交差する方向、たとえばＺ軸方向）に変位する。慣性質量体２の面外変位はネジレ梁１１、１２、１３、１４を中心とした検出プレート２１、２２、２３、２４の回転変位にメカニカルに変換される。この回転変位により、検出プレート２１、２２、２３、２４と検出電極４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂとの距離が変化するので、検出プレート２１、２２、２３、２４と検出電極４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂと間の静電容量が変化する。
【００１８】
なお、検出ユニット１０と検出ユニット２０とがＹ軸方向に対して対称に配置され、検出ユニット３０と検出ユニット４０とがＹ軸方向に対して対称に配置されていることで、検出対象でない方向の加速度に対する感度が抑えられて、角速度や角加速度などの慣性力の影響を受けにくくなる。
【００１９】
また、ネジレ梁３１は、アンカー９１およびアンカー９３を通る線分を挟んで一方の側に配置され、ネジレ梁３３は、その線分を挟んで他方の側に配置されている。ネジレ梁３２は、アンカー９２およびアンカー９４を通る線分を挟んで一方の側に配置され、ネジレ梁３４は、その線分を挟んで他方の側に配置されている。これにより、シリコン基板１反りなどによって、検出プレートのゼロ点位置が平行位置より回転変位した場合に、検出容量の変化は打ち消し合って一定値となるため、ゼロ点出力変動を抑え、精度良く加速度を検出できる。
【００２０】
静電容量の変化による加速度の検出について、もう少し詳しく説明する。検出電極４１ａ、４１ｂは、ネジレ梁１１に対して対称に配置され、検出電極４２ａ、４２ｂは、ネジレ梁１２に対して対称に配置されている。また、検出電極４３ａ、４３ｂは、ネジレ梁１３に対して対称に配置され、検出電極４４ａ、４４ｂは、ネジレ梁１４に対して対称に配置されている。
【００２１】
これにより、たとえば、ネジレ梁１１、１２、１３、１４に対して、一方の側に位置する検出電極４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａのそれぞれと対応する検出プレート２１、２２、２３、２４との間の静電容量が増加すると、他方の側に位置する検出電極４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂのそれぞれと対応する検出プレート２１、２２、２３、２４との間の静電容量が減少して、差動容量が形成されることになる。
【００２２】
図３に示すように、シリコン基板１に上向きの加速度（矢印Ｙ１）が作用した場合には、たとえば、検出プレート２３と検出電極４３ａとの間の静電容量Ｃ２および検出プレート２４と検出電極４４ａとの間の静電容量Ｃ２が増加する一方、検出プレート２３と検出電極４３ｂとの間の静電容量Ｃ１および検出プレート２４と検出電極４４ｂとの間の静電容量Ｃ１が減少する。
【００２３】
図４に示すように、シリコン基板１に下向きの加速度（矢印Ｙ２）が作用した場合には、たとえば、検出プレート２３と検出電極４３ａとの間の静電容量Ｃ２および検出プレート２４と検出電極４４ａとの間の静電容量Ｃ２が減少する一方、検出プレート２３と検出電極４３ｂとの間の静電容量Ｃ１および検出プレート２４と検出電極４４ｂとの間の静電容量Ｃ１が増加する。静電容量の変化は、容量−電圧変換回路によって加速度に比例する電圧に変換され加速度として検出される。
【００２４】
上述した加速度センサＡＳでは、慣性質量体２を上下方向から挟み込む態様で、アクチュエーション電極５と固定電極６とが配置されている。これにより、慣性質量体２の上下方向の変位に対してエアーダンピング効果が得られる。このことについて、比較例を交えて説明する。
【００２５】
図５および図６に示すように、比較例に係る加速度センサでは、固定電極６が形成されていない点を除いて、図１および図２に示す加速度センサの構成と同様である。このため、同一部材については参照番号を１００番台として付し、必要である場合を除いてその説明を繰り返さないこととする。
【００２６】
比較例に係る加速度センサの共振周波数を１５ＫＨｚとし、検出周波数の上限が１０ＫＨｚの検出周波数範囲を有しているとする。まず、理想的な感度周波数特性を図７に示す。図７に示すように、感度（検出感度）は、検出周波数範囲において一定であり、検出周波数範囲を超えると、高周波領域では速やかに減衰することが望ましい。
【００２７】
比較例に係る加速度センサでは、慣性質量体１０２とアクチュエーション電極１０５（シリコン基板１０１）との間の距離が狭い。このため、慣性質量体１０２がシリコン基板１０１側に変位する場合には、シリコン基板１０１と慣性質量体１０２との間のエアーダンピングによる抗力を受けることになる。一方、慣性質量体１０２がシリコン基板１０１側とは反対側に変位する場合には、エアーダンピングによる抗力は相対的に小さい。
【００２８】
この場合における、入力加速度（作用する加速度）とセンサ出力加速度との関係を図８に示す。図８において、縦軸のプラス側は、シリコン基板に上向きの加速度が作用する場合である。このとき、慣性質量体１０２はシリコン基板１０１側に変位する。一方、縦軸のマイナス側は、シリコン基板に下向きの加速度が作用する場合である。このとき、慣性質量体１０２はシリコン基板１０１側とは反対の側に変位する。
【００２９】
図８に示すように、シリコン基板に上向きの加速度が作用する場合には、センサ出力加速度が入力加速度よりも小さくなる。シリコン基板に下向きの加速度が作用する場合には、センサ出力加速度と入力加速度とは同じである。したがって、特に、エアーダンピングによる抗力が大きくなる、高周波領域または高加速度領域において、慣性質量体の変位がプラス側に変位する場合とマイナス側に変位する場合とで異なり、加速度を精度よく検出することができないことがある。
【００３０】
発明者らは、シリコン基板１０１と慣性質量体１０２との間のエアーダンピングによる抗力をなくそうとして、慣性質量体１０２に空気が通過する穴を設けた加速度センサを作製して、入力加速度周波数と感度との関係を評価した。その結果を図９に示す。図９に示すように、エアーダンピングによる抗力をなくすと、慣性質量体１０２自体の弾性変形共振周波数（慣性質量体の共振周波数）においてピークが認められ、感度が一定である検出周波数範囲が狭くなってしまうことが判明した。また、慣性質量体の共振周波数付近では、慣性質量体１０２の変位が大きくなって、慣性質量体１０２がシリコン基板１０１に衝突してしまうという不具合が発生することが判明した。
【００３１】
比較例に対して実施の形態に係る加速度センサでは、慣性質量体２の上方に固定電極６が配置される一方、慣性質量体２の下方にアクチュエーション電極５が配置されている。慣性質量体２の下方側では、慣性質量体２とシリコン基板１との間のエアーダンピングによる抗力を受け、慣性質量体２の上方側では、慣性質量体２とシリコン基板１との間のエアーダンピングによる抗力を受けることになる。これにより、図９に示されるような、慣性質量体の共振が発生することがなくなり、図７に示される、理想的な入力加速度周波数と感度との関係が得られる。
【００３２】
固定電極が配置されている加速度センサと固定電極が配置されていない加速度センサとについて、入力加速度周波数と感度との関係を解析した結果を図１０に示す。図１０に示すように、固定電極が配置されていない加速度センサでは、慣性質量体の共振周波数付近においてピークが求められるのに対して、固定電極が配置されている、実施の形態に係る加速度センサでは、慣性質量体の共振によるピークは、ダンピング効果によって抑えられていることがわかる。
【００３３】
また、実施の形態に係る加速度センサでは、センサ出力に応じて検出プレートが、加速度センサに加速度が作用していない状態における検出プレートの静止位置（ゼロ点）になるように、サーボ制御が可能である。すなわち、慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間および慣性質量体２と固定電極６との間にそれぞれ所定の電位を印加することによって、それぞれの間に静電引力を発生させて、検出プレートの位置がゼロ点になるように制御することができ、検出精度を上げることができる。このことについて、加速度センサの動作を交えて説明する。
【００３４】
まず、サーボ制御のブロック図を図１１に示す。加速度センサ（センサ素子ＳＥ）では、上述したように、加速度は検出プレートと検出電極との間の静電容量の変化（差動容量）に基づいて求められる。ここで、図１２および図１３に示すように、検出プレート２１〜２４（図１参照）を検出プレートＤＰで代表させ、検出電極４１ａ、４１ｂ〜４４ａ、４４ｂ（図１参照）を検出電極ＤＥ１、ＤＥ２で代表させる。
【００３５】
検出プレートＤＰの位置がゼロ点の場合の検出プレートＤＰと検出電極ＤＥ１、ＤＥ２との間の間隔（ギャップ）をｄとする。そして、シリコン基板１に上向きの加速度が作用した場合の慣性質量体の下方への変位をｕとする。このときの検出プレートＤＰと検出電極ＤＥ１との間の容量を静電容量Ｃ１とし、検出プレートＤＰと検出電極ＤＥ２との間の容量を静電容量Ｃ２とすると、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２とは、以下の式１および式２によって表わされる。
【００３６】
Ｃ１＝ε・Ｓ／ｕ・ｌｏｇ{ｄ／（ｄ−ｕ）}    （式１）
Ｃ２＝ε・Ｓ／ｕ・ｌｏｇ{（ｄ＋ｕ）／ｄ}    （式２）
ここで、Ｓは検出電極ＤＥ１、ＤＥ２の面積であり、εは誘電率である。
【００３７】
図１１に示される静電容量の変化は、静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２の容量変化であり、差動静電容量の変化は、回路基板ＣＢにおける容量電圧変換回路により、以下の式３によって変位ｕに比例する電圧Ｖｏｕｔに変換される。
【００３８】
Ｖｏｕｔ＝Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）・Ｖｓ
≒Ｖｓ／２＋{Ｖｓ／（４・ｄ）}・ｕ    （式３）
検出プレートＤＰの変位ｕは加速度に比例する。図１４に示すように、慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間と、慣性質量体２と固定電極６との間に、それぞれ所定のサーボ電圧８を印加して静電引力によって、変位ｕが変動しないように制御される。すなわち、Ｖｏｕｔが変動しないように制御される。また、サーボ電圧は、加速度の関数となる。このため、印加したサーボ電圧は加速度に変換されて、検出された加速度の数値が出力される（図１１参照）。
【００３９】
次に、上述した加速度センサの製造方法の一例について説明する。まず、図１５に示すように、シリコン基板１の表面を覆うように、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等の絶縁膜５０が形成される。次に、絶縁膜５０を覆うように、ポリシリコン膜８０が形成される。次に、そのポリシリコン膜８０をパターニングすることによって、ポリシリコン膜８０からなるアクチュエーション電極５、検出電極４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ等が形成される。
【００４０】
次に、アクチュエーション電極５、検出電極４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ等を覆うように、たとえば、リン酸ガラス等の第１の犠牲膜５１（図１６参照）が形成される。次に、固定電極が配置される領域に位置する第１の犠牲膜５１の部分に、たとえばドライエッチング等の処理を施すことによって、図１６に示すように、絶縁膜５０の表面を露出する開口５１ａが形成される。
【００４１】
次に、開口５１ａを埋め込む態様で第１の犠牲膜５１を覆うように、導電性のポリシリコン膜８１（図１７参照）が形成される。次に、その導電性のポリシリコン膜８１に、たとえばドライエッチング等の処理を施すことにより、図１７に示すように、慣性質量体２、検出プレート２３、２４等が形成される。また、開口５１ａでは、固定電極の一部となるポリシリコン膜８１がパターニングされる。
【００４２】
次に、慣性質量体２、検出プレート２３、２４等を覆うように、リン酸ガラス等の第２の犠牲膜５２（図１８参照）が形成される。次に、固定電極が配置される領域に位置する第２の犠牲膜５２の部分に、たとえばドライエッチング等の処理を施すことによって、図１８に示すように、ポリシリコン膜８１の表面を露出させる。次に、図１９に示すように、第２の犠牲膜５２を覆うように導電性のポリシリコン膜８２が形成される。
【００４３】
次に、その導電性のポリシリコン膜８２をパターニングすることによって、図２０に示すように、固定電極６が形成される。固定電極６は、導電性のポリシリコン膜８１、８２によって形成されている。次に、図２１に示すように、所定のエッチング条件のもとで、第２の犠牲膜５２および第１の犠牲膜５１が選択的に除去される。こうして、加速度センサの主要部分が完成する。
【００４４】
上述した加速度センサの製造方法では、慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間隔（間隔Ａ）は、第１の犠牲膜５１の膜厚によって調整される。また、慣性質量体２と固定電極６との間隔（間隔Ｂ）は、第２の犠牲膜５２の膜厚によって調整される。これにより、間隔Ａおよび間隔Ｂを、精度よく合わせる（揃える）ことができる。また、加速度センサを製造するための製造装置としては、特殊な製造装置は不要であり、既存の製造装置を用いて製造することができ、精度が高く、検出周波数範囲の広い加速度センサを安価に製造することができる。
【００４５】
実施の形態２
実施の形態２に係る加速度センサについて説明する。図２２に示すように、加速度センサＡＳには、慣性質量体２および検出プレート２３，２４等を封止する態様で、上部キャップ７が設けられている。上部キャップ７は、ガラスまたは絶縁膜付きのシリコン基板から形成されている。慣性質量体２の上方の、慣性質量体２と対向する上部キャップ７の部分に固定電極６が配置されている。固定電極６は、慣性質量体２の外周部分に沿ってその外周部分を覆うように配置されている。
【００４６】
慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間隔（距離）と、慣性質量体２と固定電極６との間隔（距離）とは、同じ間隔に設定されている。また、検出プレート２３、２４と上部キャップ７との間隔（距離）は、慣性質量体２と上部キャップの部分（固定電極６が配置されている部分）との間隔（距離）よりも長い間隔が確保されている。これにより、検出プレート２３、２４と上部キャップ７とのエアーダンピング効果が抑えられることになる。なお、これ以外の構成については、図１および図２に示す加速度センサと同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を繰り返さないこととする。
【００４７】
上述した加速度センサでは、慣性質量体２の上方に固定電極６が配置される一方、慣性質量体２の下方にアクチュエーション電極５が配置されている。これにより、実施の形態１において説明したように、慣性質量体の共振が発生することがなくなり、理想的な入力加速度周波数と感度（検出感度）との関係が得られる（図７参照）。
【００４８】
また、実施の形態１において説明した加速度センサと同様に、慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間と、慣性質量体２と固定電極６との間に、それぞれ所定のサーボ電圧８を印加してサーボ制御することで、検出精度と周波数範囲を拡大させることができる。
【００４９】
さらに、上述した加速度センサは、実施の形態１において説明した製造方法において、固定電極のためのポリシリコン膜を形成する工程を、上部キャップを加工する工程に替えて製造することができ、比較的安価に製造することができる。
【００５０】
実施の形態３
実施の形態３に係る加速度センサについて説明する。図２３に示すように、加速度センサＡＳでは、慣性質量体２が静止した状態で、慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間隔と、慣性質量体２と固定電極６との間隔が、同じ間隔Ｌに設定されている。また、慣性質量体２（検出プレート）が静止している状態で、検出プレート２３，２４等と検出電極４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ等との間隔が間隔Ｄに設定されている。この加速度センサでは、間隔Ｌは間隔Ｄよりも狭く設定されている。なお、これ以外の構成については、図１および図２に示す加速度センサと同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を繰り返さないこととする。
【００５１】
上述した加速度センサでは、間隔Ｌが間隔Ｄよりも狭く設定されていることで、慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間のダンピング効果および慣性質量体２と固定電極６との間のダンピング効果が、間隔Ｌと間隔Ｄとが同じ場合のダンピング効果に比べて高められて、検出周波数範囲のより広い加速度センサを得ることができる。
【００５２】
また、慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間と、慣性質量体２と固定電極６との間に、それぞれ所定のサーボ電圧を印加し静電引力によってサーボ制御させる場合には、間隔Ｌが狭い分、同じ静電引力をより低い電圧をもって発生させることができ、低電圧で動作せることができる。これにより、高電圧に耐える制御回路が不要になり、安価なサーボ制御可能な加速度センサを得ることができる。
【００５３】
次に、上述した加速度センサの製造方法の一例について説明する。まず、前述した図１５に示す工程の後、アクチュエーション電極５、検出電極４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ等を覆うように、たとえば、リン酸ガラス等の第１の犠牲膜５１（図２４参照）が形成される。第１の犠牲膜５１の膜厚は、検出プレート２３、２４等と対応する検出電極４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ等との間隔Ｄ（図２３参照）に相当する。
【００５４】
次に、固定電極が配置される領域に位置する第１の犠牲膜５１の部分と、慣性質量体が配置される領域に位置する第１の犠牲膜５１の部分とに、たとえばドライエッチング等の処理を施すことによって、図２４に示すように、絶縁膜５０の表面を露出する開口５１ａが形成され、アクチュエーション電極５を露出する開口５１ｂが形成される。
【００５５】
次に、第１の犠牲膜５１を覆うように、第１の犠牲膜５１よりも薄い犠牲膜５３（図２５参照）が形成される。犠牲膜５３の膜厚は、アクチュエーション電極５と慣性質量体２との間隔Ｌ（図２３参照）に相当する。次に、図２５に示すように、開口５１ｂ内に位置する犠牲膜５３を残して、他の領域に位置する犠牲膜の部分が除去される。
【００５６】
次に、開口５１ａ、５１ｂを埋め込む態様で第１の犠牲膜５１を覆うように、導電性のポリシリコン膜８１（図２６参照）が形成される。次に、その導電性のポリシリコン膜８１に、たとえばドライエッチング等の処理を施すことにより、図２６に示すように、慣性質量体２、検出プレート２３、２４等が形成される。また、開口５１ａでは、固定電極の一部となるポリシリコン膜８１がパターニングされる。
【００５７】
次に、慣性質量体２、検出プレート２３、２４等を覆うように、リン酸ガラス等の第２の犠牲膜５２（図２７参照）が形成される。次に、固定電極が配置される領域に位置する第２の犠牲膜５２の部分に、たとえばドライエッチング等の処理を施すことによって、図２７に示すように、ポリシリコン膜８１の表面を露出させる。次に、第２の犠牲膜５２を覆うように導電性のポリシリコン膜８２（図２８参照）が形成される。
【００５８】
次に、その導電性のポリシリコン膜８２をパターニングすることによって、図２８に示すように、固定電極６が形成される。固定電極６は、導電性のポリシリコン膜８１、８２によって形成されている。次に、図２９に示すように、所定のエッチング条件のもとで、第２の犠牲膜５２、犠牲膜５３および第１の犠牲膜５１が選択的に除去される。こうして、加速度センサの主要部分が完成する。
【００５９】
上述した加速度センサの製造方法では、慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間隔Ｌは、犠牲膜５３の膜厚によって決定される。また、検出プレート２３、２４等と対応する検出電極４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ等との間隔Ｄは、第１の犠牲膜５１の膜厚によって決定される。これにより、間隔Ｌおよび間隔Ｄを、容易に精度よく形成することができる。さらに、実施の形態１において述べたように、検出周波数範囲が広く精度の高い加速度センサを、既存の製造装置を用いて安価に製造することができる。
【００６０】
実施の形態４
実施の形態４に係る加速度センサについて説明する。図３０に示すように、加速度センサＡＳでは、慣性質量体２が静止した状態で、慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間隔と、慣性質量体２と固定電極６との間隔が、同じ間隔Ｌに設定されている。また、慣性質量体２（検出プレート）が静止している状態で、検出プレート２３，２４等と検出電極４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ等との間隔が間隔Ｄに設定されている。この加速度センサＡＳでは、間隔Ｌは間隔Ｄよりも広く設定されている。なお、これ以外の構成については、図１および図２に示す加速度センサと同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を繰り返さないこととする。
【００６１】
上述した加速度センサでは、間隔Ｌが間隔Ｄよりも広く設定されている。これにより、慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間と、慣性質量体２と固定電極６との間に、それぞれ所定のサーボ電圧を印加し静電引力によってサーボ制御させる場合に、印加するサーボ電圧の範囲を、間隔Ｌと間隔Ｄとが同じ場合や間隔Ｌが間隔Ｄよりも狭く設定されている場合に比べて、より広く設定することができる。その結果、検出精度の高い加速度センサを得ることができる。
【００６２】
次に、上述した加速度センサの製造方法の一例について説明する。まず、前述した図１５に示す工程の後、アクチュエーション電極５、検出電極４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ等を覆うように、たとえば、リン酸ガラス等の第１の犠牲膜５１（図３１参照）が形成される。第１の犠牲膜５１の膜厚は、検出プレート２３、２４等と対応する検出電極４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ等との間隔Ｄ（図３０参照）に相当する。
【００６３】
次に、固定電極が配置される領域に位置する第１の犠牲膜５１の部分と、慣性質量体が配置される領域に位置する第１の犠牲膜５１の部分とに、たとえばドライエッチング等の処理を施すことによって、図３１に示すように、絶縁膜５０の表面を露出する開口５１ａが形成され、アクチュエーション電極５を露出する開口５１ｂが形成される。
【００６４】
次に、第１の犠牲膜５１を覆うように、第１の犠牲膜５１よりも厚い犠牲膜５３（図３２参照）が形成される。犠牲膜５３の膜厚は、アクチュエーション電極５と慣性質量体２との間隔Ｌ（図３０参照）に相当する。次に、図３２に示すように、開口５１ｂから突出する犠牲膜５３を残して、他の領域に位置する犠牲膜の部分が除去される。
【００６５】
次に、開口５１ａ、５１ｂを埋め込む態様で第１の犠牲膜５１を覆うように、導電性のポリシリコン膜８１（図３３参照）が形成される。次に、その導電性のポリシリコン膜８１に、たとえばドライエッチング等の処理を施すことにより、図３３に示すように、慣性質量体２、検出プレート２３、２４等が形成される。また、開口５１ａでは、固定電極の一部となるポリシリコン膜８１がパターニングされる。
【００６６】
次に、慣性質量体２、検出プレート２３、２４等を覆うように、リン酸ガラス等の第２の犠牲膜５２（図３４参照）が形成される。次に、図３４に示すように、固定電極が配置される領域に位置する第２の犠牲膜５２の部分に、たとえばドライエッチング等の処理を施すことによって、ポリシリコン膜８１の表面を露出させる。次に、第２の犠牲膜５２を覆うように導電性のポリシリコン膜８２（図３５参照）が形成される。
【００６７】
次に、その導電性のポリシリコン膜８２をパターニングすることによって、図３５に示すように、固定電極６が形成される。固定電極６は、導電性のポリシリコン膜８１、８２によって形成されている。次に、図３６に示すように、所定のエッチング条件のもとで、第２の犠牲膜５２、犠牲膜５３および第１の犠牲膜５１が選択的に除去される。こうして、加速度センサの主要部分が完成する。
【００６８】
上述した加速度センサの製造方法では、慣性質量体２とアクチュエーション電極５との間隔Ｌは、犠牲膜５３の膜厚によって決定される。また、検出プレート２３、２４等と対応する検出電極４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ等との間隔Ｄは、第１の犠牲膜５１の膜厚によって決定される。これにより、間隔Ｌおよび間隔Ｄを、容易に精度よく形成することができる。さらに、実施の形態１において述べたように、検出周波数範囲が広く精度の高い加速度センサを、既存の製造装置を用いて安価に製造することができる。
【００６９】
なお、上述した各実施の形態では、１対のダンピング調整部として、サーボ制御に使用するためのアクチュエーション電極５および固定電極６を例に挙げて説明した。１対のダンピング調整部としては、慣性質量体２の上下方向のダンピング効果を得ることができれば、アクチュエーション電極５および固定電極６のような導電性の部材に限られるものではない。
【００７０】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、自動車のエアバックシステム等をはじめ、加速度を検出するのに有効に利用される。
【符号の説明】
【００７２】
１  基板、２  慣性質量体、５  アクチュエーション電極、６  固定電極、７  上部キャップ、８  サーボ電位、８ａ  サーボ電位、８ｂ  サーボ電位、１０  第１の検出ユニット、１１  第１ネジレ梁、１２  第２ネジレ梁、１３  第３ネジレ梁、１４  第４ネジレ梁、１５  絶縁膜、２０  第２の検出ユニット、２１、２２、２３、２４  検出プレート、３０  第３の検出ユニット、３１、３２、３３、３４  リンク梁、４０  第４の検出ユニット、４１ａ、４１ｂ  検出電極、４２ａ、４２ｂ  検出電極、４３ａ、４３ｂ  検出電極、４４ａ、４４ｂ  検出電極、５０  絶縁膜、５１  第１の犠牲層、５１ａ  開口、５１ｂ  開口、５２  第２の犠牲層、５３  犠牲層、８０  ポリシリコン配線、８１  ポリシリコン膜、８２  ポリシリコン膜、９１〜９４  アンカー、ＡＳ  加速度センサ、ＳＥ  センサ素子、ＣＢ  制御回路部、ＤＥ１  検出電極、ＤＥ２  検出電極、ＤＰ  検出プレート、Ｙ１、Ｙ２  矢印。
【図１】
2014020955.tif 000003
【図２】
2014020955.tif 000004
【図３】
2014020955.tif 000005
【図４】
2014020955.tif 000006
【図５】
2014020955.tif 000007
【図６】
2014020955.tif 000008
【図７】
2014020955.tif 000009
【図８】
2014020955.tif 000010
【図９】
2014020955.tif 000011
【図１０】
2014020955.tif 000012
【図１１】
2014020955.tif 000013
【図１２】
2014020955.tif 000014
【図１３】
2014020955.tif 000015
【図１４】
2014020955.tif 000016
【図１５】
2014020955.tif 000017
【図１６】
2014020955.tif 000018
【図１７】
2014020955.tif 000019
【図１８】
2014020955.tif 000020
【図１９】
2014020955.tif 000021
【図２０】
2014020955.tif 000022
【図２１】
2014020955.tif 000023
【図２２】
2014020955.tif 000024
【図２３】
2014020955.tif 000025
【図２４】
2014020955.tif 000026
【図２５】
2014020955.tif 000027
【図２６】
2014020955.tif 000028
【図２７】
2014020955.tif 000029
【図２８】
2014020955.tif 000030
【図２９】
2014020955.tif 000031
【図３０】
2014020955.tif 000032
【図３１】
2014020955.tif 000033
【図３２】
2014020955.tif 000034
【図３３】
2014020955.tif 000035
【図３４】
2014020955.tif 000036
【図３５】
2014020955.tif 000037
【図３６】
2014020955.tif 000038