(57)【要約】【課題】本発明は製造が容易で、感度の極めて高い傾斜センサを提供しようとするものである。【解決手段】本発明は以上のような課題を解決するため、固定部１に対して変位する変位部２を有し、加速度によって変位部２が変位し、これに伴う固定部１と変位部２との間の静電容量の変化で変位部２の変位量を測定するようにしたもので、これによって感度を上げるには変移部２の質量を大きくすることで容易に対応可能である。また幅狭部４のバネ定数を小さくすることができ、これによっても感度を上げることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に対して変位する変位部を有し、重力加速度によって変位部が変位し、これに伴う固定部と変位部との間の静電容量の変化で変位部の変位量を測定するようにした傾斜センサ。
【請求項２】
変位部は固定部に対し幅狭部によって結合している請求項１記載の傾斜センサ。
【請求項３】
固定部と変位部及び幅狭部はそれぞれ一体に形成されている請求項２記載の傾斜センサ。
【請求項４】
単一の結晶板より固定部と変位部及び幅狭部はそれぞれ一体に形成されている請求項３記載の傾斜センサ。
【請求項５】
固定部と変位部及び幅狭部を有する複数の傾斜センサが互いに９０度の角度を有するように配置されている請求項４記載の傾斜センサ。
【請求項６】
結晶板は三方晶系の結晶より形成されている請求項４記載の傾斜センサ。
【請求項７】
結晶板はα水晶より形成されている請求項６記載の傾斜センサ。
【請求項８】
固定部と変位部及び幅狭部を有する傾斜センサ２個または３個の各々が互いに１２０度の角度を有するように配置されている請求項６あるいは請求項７記載の傾斜センサ。
【請求項９】
結晶板は立方晶系の結晶より形成されている請求項４記載の傾斜センサ。
【請求項１０】
結晶板はシリコンの結晶より形成されている請求項９記載の傾斜加速度度センサ。
【請求項１１】
固定部と変位部の対向部分に金属電極を有する請求項３記載の傾斜センサ。
【請求項１２】
結晶のX面に金属電極を設けた請求項９記載の傾斜センサ。
【請求項１３】
加速度により変位部が変位し、加速度によって静電容量が増加した側の静電容量部と、加速度によって静電容量が減少した側の静電容量の差から加速度を測定する請求項４記載の傾斜センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば半導体工場のウェハーのハンドリングや精密な加工を行う加工装置の傾きを精密に測定する傾斜センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
傾斜センサはレーザを用いたものや質点の変位量を測定するもの等があるが、質点の変位量を測定するものは構造が簡単で、小型のものに多く用いられている。
【０００３】
このような技術として例えば特許文献１及び特許文献２に開示されたものがある。
【特許文献１】特許公開平成６年第１６００９７号公報
【特許文献２】特開２００２−２４３７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されたものはジャイロのドリフトを抑制するもので、三角柱状の震動体１４の各面に圧電素子を設けたものである。
【０００５】
しかし特許文献１に記載のものは、三角柱状の震動体１４の震動を圧電素子で検出するものであり、極めて微小な加速度では三角柱状の震動体１４が大きく変位することはなく、それを圧電素子で検出するのも困難で微小な重力加速度の方向を検出するには適していないものである。
【０００６】
また特許文献２に開示されたものは加速度によって加わる応力が互いに逆である圧電素子を用いたもので圧電素子を含む発振回路の位相差を検出することによって感度を上げるようにしたものである。
【０００７】
しかしこれには、素子そのものの感度を上げるという考えはない。このため、極めて小さな加速度の方向の変化を検出して、例えば傾斜計に用いることは困難であるという問題がある。
本発明はそのような傾斜センサの一種であり、極めて検出感度が高くかつ容易に量産が可能なものを提供するものである。また、そのような傾斜センサを用いて極めて高感度の傾斜センサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本件発明は以上のような課題を解決するため、固定部に対して変位する変位部を有し、重力加速度の方向変動によって変位部が変位し、これに伴う固定部と変位部との間の静電容量の変化で変位部の変位量を測定するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の傾斜センサは上記の如く構成したので、感度を上げるには変移部の質量を大きくすることで容易に対応可能である。また幅狭部のバネ定数を小さくすることができ、これによっても感度を上げることができる。
【００１０】
また固定部と変位部および幅狭部を一体に形成する場合には、例えば水晶板等をエッチングすることで、上記各部を一度に構成することができ、生産性を高めることができる。
【００１１】
さらに三方晶系の結晶を用いて３つの固定部と変位部および幅狭部を一体に形成する場合には、それぞれが正確に１２０度ずつずれた点対称の位置となるものを容易に得ることができる。あるいは立方晶系の結晶を用いて４つの固定部と変位部および幅狭部を一体に形成する場合には、それぞれが正確に９０度ずつずれた点対称の位置となるものを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、固定部に対して変位する変位部を有し、重力加速度によって変位部が変位し、これに伴う固定部と変位部との間の静電容量の変化で変位部の変位量を測定するようにしたため、僅かの加速度によって変位部が変位し、その変位を固定部と変位部との間の重力加速度方向の変化で検出できるという作用を有する。
【実施例１】
【００１３】
以下本発明の傾斜センサの実施例について図に沿って詳細に説明する。本発明の傾斜センサは、基本的に図１に示す構造である。つまり水晶等の基板１をエッチング加工して固定部２及び変位部３が形成されている。
また固定部２と変位部３とは幅狭部４によって連結され、この幅狭部４も固定部２及び変位部３とともに１枚の基板１をエッチング加工して作られている。これによって固定部２と変位部３とに加速度が加わると、変位部３の質量によって幅狭部４が湾曲し、変位部３の下端が図１の矢印方向つまり左右に揺動する。
【００１４】
変位部３の下端には溝５が複数形成されており、この溝５内に挿入される櫛状の対向部６が固定部２に形成されている。さらに溝５の側面には図２に示すように変位電極７が形成されており、対向部６の側面には変位電極７と対向する固定電極８が形成されている。
【００１５】
また図１及び図２に示されるように、変位電極７と固定電極８にはそれぞれ導電薄膜９、１０が接続され、導電薄膜９，１０にはそれぞれ接続端子１１，１２が設けられている。
【００１６】
この実施例１の傾斜センサは重力加速度が加わると、幅狭部４が湾曲し変位部３の下端が図１の矢印方向のいずれかに変位する。これによって変位電極７と固定電極８の間隔が変化し、その間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出することによって変位電極７の変位量を検出することができ、変位部３の質量と幅狭部４のバネ定数によって傾斜センサに加わった傾斜角度を検出することができる。
【００１７】
次に本発明の実施例２について説明する。この実施例２のものは図３に示すように幅狭部４が長く形成され、より感度を鋭敏にしている。さらに溝５と櫛状の対向部６が５組形成されている。この溝５と対向部６には図示していないが図２と同様の変位電極７と固定電極８が形成され、変位電極７と固定電極８には導電薄膜９、１０が接続され、導電薄膜９，１０にはそれぞれ接続端子１１，１２が設けられている。
【００１８】
これによって、図４に示すように変位電極７と固定電極８によって構成される５つのコンデンサが並列に接続された状態となり、このコンデンサの並列回路は接続端子１１，１２によって外部と接続される。
【００１９】
この実施例２のものは、幅狭部４が長く形成され、かつ変位電極７と固定電極８の数が多いため、実施例１のものと比較して格段に感度を上げることができる。この実施例２では溝５と櫛状の対向部６が５組形成されているが、さらに数を増やしてもよい。
【００２０】
次に図５に示すように単一結晶基板１３に２つの検出部１４,１５が互いに９０度ずつ回転した関係となるように形成された実施例３を説明する。
【００２１】
たとえばシリコンのような立方晶系の結晶基板を使用し、エッチングによって２つの検出部１４,１５を作ると、それぞれの検出部は正確に９０度回転した点対象の位置に作ることができる。ここで各検出部１４,１５はそれぞれ図３に示す形状である。
【００２２】
この実施例３のものは、各検出部１４,１５は正確に９０度ずれており、基板１３の面と垂直な方向からの重力加速度の方向つまり傾斜角度であれば、どの方向からのものであっても、その方向と大きさを検出することが可能である。
【００２３】
次に図６に示すように水晶よりなる単一の基板１６に２つの検出部１７,１８が互いに１２０度ずれた関係となるように形成された実施例４を説明する。
【００２４】
水晶は三方晶系の結晶を構成する。このためにエッチングによって検出部１７，１８を作ると、それぞれの検出部１７，１８は正確に１２０度回転した点対象の位置に作られる。ここで各検出部１７，１８それぞれ図３に示す形状である。
【００２５】
この実施例４のものは、各検出部１７，１８は正確に１２０度ずれており、基板１６の面と垂直な方向からの重力加速度の方向つまり傾斜角であれば、どの方向からのものであっても、その方向と大きさを検出することが可能である。
【００２６】
さらに、この実施例４のように、３個の検出部１７，１８，１９を正確に１２０度ずれて配置することにより、さらに性能の高いセンサを構成することができる。
【００２７】
以上説明の実施例３のものは正確に９０度ずれた２つの検出部１４，１５を有し、実施例４のものは正確に１２０度ずつずれた２つまたは３つの検出部１７，１８,１９を有している。よって実施例３のものも、実施例４のものも、それぞれの検出部のデータより、どの方向から重力加速度の方向が加わったのか知ることができる。
【００２８】
よって重力加速度の大きさと方向から、傾斜角を知ることができる。このため、本発明の傾斜センサを応用して精密な傾斜センサを得ることができる。
【００２９】
さらに、精度の高いセンサを実現するための構成例である実施例５を図７に示す。図２と同様の第１の静電容量を構成する電極７−１，８−１に加えて、第２の静電容量を構成する電極７−２，８−２を設ける。加速度により変位部が矢印方向に変位すると、第１の静電容量は増加し第２の静電容量は減少する。この第１の静電容量から第２の静電容量を差し引いた結果から加速度を検出することで、温度や検出すべき加速度以外の外乱に対して安定で精度の高いセンサが実現できる。
【００３０】
さらには、このように２組の静電容量の差から加速度を検出するセンサにおいて、その製造を容易にし安価なセンサを提供する実施例６の構成を図８に示す。図７においては７−１と７−２、また８−１と８−２の各々の電極を分離する必要があるが、微細な構造部での電極の分離には高度な製造技術が要求される。図８で微細部において電極を分離する必要がない構成を説明する。
【００３１】
変位部電極９−１と固定部電極１０−１で構成される第１の静電容量部、また変位部電極９−２と固定部電極１０−２で構成される第２の静電容量部から成る。第１の静電容量部では５−１−１の隙間に比べて５−１−２の隙間を十分に大きくしてあるために、第１の静電容量は実質的に５−１−１の隙間で決定される。したがって、変位部の電極は分離する必要がなく、固定部の電極も分離する必要がない。同様に、５−２−１に比べて５−２−２の隙間を十分に大きくしてあるために、第２の静電容量は５−２−１の隙間で決定される。９−１と９−２、および１０−１と１０−２は微細部ではない部分で分離する構成にする。
【００３２】
加速度により変位部が矢印方向に変位したとき、第１の静電容量は増加し第２の静電容量は減少する。この第１の静電容量から第２の静電容量を差し引いた結果から加速度を検出できる。
【００３３】
このような構成にすることで、微細部分で電極を分離する必要がなくなるので製造が容易になり安価なセンサを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、量産性に優れ、半導体の製造プロセスを用いて量産可能で高感度な傾斜センサを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の傾斜センサの実施例１を示す正面図である。
【図２】本発明の傾斜センサの一部を示す拡大正面図である。
【図３】本発明の傾斜センサの実施例２を示す正面図である。
【図４】本発明の傾斜センサの等価回路を示す回路図である。
【図５】本発明の傾斜センサの実施例３を示す正面図である。
【図６】本発明の傾斜センサの実施例４を示す正面図である。
【図７】本発明の傾斜センサの実施例５を示す拡大正面図である。
【図８】本発明の傾斜センサの実施例６を示す拡大正面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    基板
２    固定部
３    変位部
４    幅狭部
５    溝
６    対向部
７    変位電極
８    固定電極
９，１０    導電薄膜
１１，１２    接続端子
１３    基板
１４，１５    検出部
１６    基板
１７，１８，１９    検出部
【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】
2006145505.tif 000008
【図７】
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【図８】
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