(57)【要約】【課題】弾性表面波が摂動錘で反射・散乱されることを抑制し、信号／ノイズ比の高い弾性表面波式角速度センサを提供する。【解決手段】摂動錘６を絶縁材料により構成することで、摂動錘６と圧電基板３との界面が等電位に固定されないようにする。これにより、電気的な不連続を減少させることが可能となり、音響インピーダンスの不連続を減少させること、好ましくは無くすことが可能となる。したがって、摂動錘６による弾性表面波の反射・散乱を抑制することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板（３）にて構成された基板（２）と、
前記基板（２）に対して弾性表面波を発生させることにより、該基板（２）の所定領域に定在波を形成する駆動電極（７〜１０）と、
前記基板（２）の表面における前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記基板（２）に対して振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記基板（２）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）とを備え、
前記摂動錘（６）は、少なくとも前記基板（２）と接触する部分が絶縁材料により構成されていることを特徴とする弾性表面波角速度センサ。
【請求項２】
非圧電基板（４ａ）および該非圧電基板（４ａ）の上に形成された圧電膜（４ｂ）を有して構成された基板（２）と、
前記基板（２）に対して弾性表面波を発生させることにより、該基板（２）の所定領域に定在波を形成する駆動電極（７〜１０）と、
前記基板（２）の表面における前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記基板（２）に対して振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記基板（２）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）とを備え、
前記摂動錘（６）は、少なくとも前記基板（２）と接触する部分が絶縁材料により構成されていることを特徴とする弾性表面波角速度センサ。
【請求項３】
前記非圧電基板（４ａ）は半導体基板であることを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項４】
前記圧電膜（４ｂ）はＡｌＮであることを特徴とする請求項２または３に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項５】
前記摂動錘（６）に含まれる前記絶縁材料は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項６】
前記摂動錘（６）に含まれる前記絶縁材料は、樹脂材料であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項７】
前記摂動錘（６）に含まれる前記絶縁材料を構成する樹脂材料がポリイミドであることを特徴とする請求項６に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項８】
圧電基板（３）にて構成された基板（２）と、
前記基板（２）に対して弾性表面波を発生させることにより、該基板（２）の所定領域に定在波を形成する駆動電極（７〜１０）と、
前記基板（２）の表面における前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記基板（２）に対して振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記基板（２）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）と、
前記基板（２）のうち前記摂動錘（６）が配置される領域に配置された、前記基板（２）と接触する金属のコーナー部を前記摂動錘（６）のコーナー部の総数よりも少なくするシートメタル（３０）とを備え、
前記シートメタル（３０）にて前記複数の摂動錘（６）のうちの一部もしくは全部が連結され、該連結された領域において、前記摂動錘（６）または前記シートメタル（３０）と前記基板（１０）との界面が等電位化されていることを特徴とする弾性表面波角速度センサ。
【請求項９】
非圧電基板（４ａ）および該非圧電基板（４ａ）の上に形成された圧電膜（４ｂ）を有して構成された基板（２）と、
前記基板（２）に対して弾性表面波を発生させることにより、該基板（２）の所定領域に定在波を形成する駆動電極（７〜１０）と、
前記基板（２）の表面における前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記基板（２）に対して振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記基板（２）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）と、
前記基板（２）のうち前記摂動錘（６）が配置される領域に配置された、前記基板（２）と接触する金属のコーナー部を前記摂動錘（６）のコーナー部の総数よりも少なくするシートメタル（３０）とを備え、
前記シートメタル（３０）にて前記複数の摂動錘（６）のうちの一部もしくは全部が連結され、該連結された領域において、前記摂動錘（６）または前記シートメタル（３０）と前記基板（１０）との界面が等電位化されていることを特徴とする弾性表面波角速度センサ。
【請求項１０】
前記非圧電基板（４ａ）は半導体基板であることを特徴とする請求項９に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項１１】
前記圧電膜（４ｂ）はＡｌＮであることを特徴とする請求項１０または１０に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項１２】
前記駆動電極（７〜１０）は、互いに対向配置された櫛歯状の櫛歯電極（７ａ〜１０ａ）を備え、該櫛歯電極（７ａ〜１０ａ）同士が対向している部分において、該櫛歯電極（７ａ〜１０ａ）の長手方向と垂直方向に前記弾性表面波を発生させるようになっており、
前記シートメタル（３０）は、前記駆動電極（７〜１０）に備えられた前記櫛歯電極（７ａ〜１０ａ）と対向する辺を有し、該シートメタル（３０）のうち前記櫛歯電極（７ａ〜１０ａ）と対向する辺の長さ（Ｗ）が前記櫛歯電極（７ａ〜１０ａ）同士が対向する長手方向と対向する辺の長さ（Ｄ１）よりも大きくされていることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項１３】
前記検出器（１３〜１６）は、互いに対向配置された櫛歯状の櫛歯電極（１３ａ〜１６ａ）を備え、該櫛歯電極（１３ａ〜１６ａ）同士が対向している部分において、該櫛歯電極（１３ａ〜１６ａ）の長手方向と垂直方向から伝わる前記コリオリ力に基づく弾性波を検出し、
前記シートメタル（３０）は、前記検出器（１３〜１６）に備えられた前記櫛歯電極（１３ａ〜１６ａ）と対向する辺を有し、該シートメタル（３０）のうち前記櫛歯電極（１３ａ〜１６ａ）と対向する辺の長さ（Ｌ）が前記櫛歯電極（１３ａ〜１６ａ）同士が対向する長手方向と対向する辺の長さ（Ｄ２）よりも大きくされていることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項１４】
前記摂動錘（６）と前記駆動電極（７〜１０）および前記検出器（１３〜１６）が同じ導体材料で構成されていることを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項１５】
前記摂動錘（６）は、前記駆動電極（７〜１０）および前記検出器（１３〜１６）よりも厚くされていることを特徴とする請求項１４に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項１６】
前記シートメタル（３０）はＡｌ系材料にて構成されていることを特徴とする請求項８ないし１５のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項１７】
前記摂動錘（６）を構成する材料と前記駆動電極（７〜１０）および前記検出器（１３〜１６）を構成する材料が異なる材料であることを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１つに記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項１８】
前記摂動錘（６）は、前記駆動電極（７〜１０）および前記検出器（１３〜１６）を構成する材料よりも密度が重い材料で構成された膜を含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項１９】
前記摂動錘（６）は、前記駆動電極（７〜１０）および前記検出器（１３〜１６）よりも厚くされていることを特徴とする請求項１８に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項２０】
前記摂動錘（６）はＷにて構成され、前記シートメタル（３０）、前記駆動電極（７〜１０）および前記検出器（１３〜１６）はＡｌ系材料にて構成されていることを特徴とする請求項１８または１９に記載の弾性表面波角速度センサ。
【請求項２１】
圧電基板（３）にて構成された基板（２）と、
前記基板（２）に対して弾性表面波を発生させることにより、該基板（２）の所定領域に定在波を形成する駆動電極（７〜１０）と、
前記基板（２）の表面における前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記基板（２）に対して振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記基板（２）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）とを備え、
前記摂動錘（６）は、少なくとも前記基板（２）と接触する部分が絶縁材料により構成されている弾性表面波角速度センサの製造方法であって、
前記基板（２）を用意する工程と、
前記基板（２）上に絶縁材料を成膜したのち、該絶縁材料をパターニングすることで前記摂動錘（６）を形成する工程と、
前記基板（２）の上に導体材料を成膜した後、該導体材料をパターニングすることで前記駆動電極（７〜１０）および前記検出器（１３〜１６）を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項２２】
非圧電基板（４ａ）および該非圧電基板（４ａ）の上に形成された圧電膜（４ｂ）を有して構成された基板（２）と、
前記基板（２）に対して弾性表面波を発生させることにより、該基板（２）の所定領域に定在波を形成する駆動電極（７〜１０）と、
前記基板（２）の表面における前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記基板（２）に対して振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記基板（２）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）とを備え、
前記摂動錘（６）は、少なくとも前記基板（２）と接触する部分が絶縁材料により構成されている弾性表面波角速度センサの製造方法であって、
前記非圧電基板（４ａ）の上に圧電膜（４ｂ）を形成した基板（２）を用意する工程と、
前記基板（２）上に絶縁材料を成膜したのち、該絶縁材料をパターニングすることで前記摂動錘（６）を形成する工程と、
前記基板（２）の上に導体材料を成膜した後、該導体材料をパターニングすることで前記駆動電極（７〜１０）および前記検出器（１３〜１６）を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項２３】
圧電基板（３）にて構成された基板（２）と、
前記基板（２）に対して弾性表面波を発生させることにより、該基板（２）の所定領域に定在波を形成する駆動電極（７〜１０）と、
前記基板（２）の表面における前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記基板（２）に対して振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記基板（２）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）と、
前記基板（２）のうち前記摂動錘（６）が配置される領域に配置された、前記基板（２）と接触する金属のコーナー部を前記摂動錘（６）のコーナー部の総数よりも少なくするシートメタル（３０）とを備え、
前記シートメタル（３０）にて前記複数の摂動錘（６）のうちの一部もしくは全部が連結され、該連結された領域において、前記摂動錘（６）または前記シートメタル（３０）と前記基板（１０）との界面が等電位化されている弾性表面波角速度センサの製造方法であって、
前記基板（２）を用意する工程と、
前記基板（２）上に導体材料（３１）を成膜したのち、該導体材料をパターニングすることで前記摂動錘（６）を形成する工程と、
前記基板（２）の上に導体材料（３２）を成膜した後、該導体材料をパターニングすることで前記シートメタル（３０）を形成する工程と、
前記基板（２）の上に導体材料（３２）を成膜した後、該導体材料をパターニングすることで前記駆動電極（７〜１０）および前記検出器（１３〜１６）を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項２４】
非圧電基板（４ａ）および該非圧電基板（４ａ）の上に形成された圧電膜（４ｂ）を有して構成された基板（２）と、
前記基板（２）に対して弾性表面波を発生させることにより、該基板（２）の所定領域に定在波を形成する駆動電極（７〜１０）と、
前記基板（２）の表面における前記定在波が形成される領域に配置され、該定在波により前記基板（２）に対して振動させられる複数の摂動錘（６）と、
前記基板（２）の上に形成され、前記摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）と、
前記基板（２）のうち前記摂動錘（６）が配置される領域に配置された、前記基板（２）と接触する金属のコーナー部を前記摂動錘（６）のコーナー部の総数よりも少なくするシートメタル（３０）とを備え、
前記シートメタル（３０）にて前記複数の摂動錘（６）のうちの一部もしくは全部が連結され、該連結された領域において、前記摂動錘（６）または前記シートメタル（３０）と前記基板（１０）との界面が等電位化されている弾性表面波角速度センサの製造方法であって、
前記非圧電基板（４ａ）の上に圧電膜（４ｂ）を形成した基板（２）を用意する工程と、
前記基板（２）上に導体材料を成膜したのち、該導体材料をパターニングすることで前記摂動錘（６）を形成する工程と、
前記基板（２）の上に導体材料（３２）を成膜した後、該導体材料をパターニングすることで前記シートメタル（３０）を形成する工程と、
前記基板（２）の上に導体材料（３２）を成膜した後、該導体材料をパターニングすることで前記駆動電極（７〜１０）および前記検出器（１３〜１６）を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする弾性表面波角速度センサの製造方法。
【請求項２５】
前記シートメタル（３０）の形成工程と前記駆動電極（７〜１０）および前記検出器（１３〜１６）の形成工程とを同時に行うことを特徴とする請求項２３または２４に記載の弾性表面波角速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波を用いて摂動錘を駆動振動させ、この摂動錘に対して加えられる加速度の検出を行う弾性表面波角速度センサ（以下、単に角速度センサという）およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１、２において、弾性表面波を用いて角速度の検出を行う角速度センサが提案されている。特許文献１、２に記載されている角速度センサは、共に、同一原理に基づいて角速度を検出するものであり、センサを構成するデバイスの構造としては、圧電単結晶基板上に金属配線で形成された駆動用の櫛歯電極、検出用の櫛歯電極、反射器および複数の摂動錘を備えたものを採用している。
【０００３】
図１７は、特許文献１に記載された角速度センサのレイアウト図である。この図に示すように、複数の摂動錘Ｊ１が整列配置された正方形領域の一辺と対向するように駆動用の櫛歯電極Ｊ２が配置され、さらに、その駆動用の櫛歯電極Ｊ２および複数の摂動錘Ｊ１を挟むように両側に反射器Ｊ３、Ｊ４が配置されている。つまり、複数の摂動錘Ｊ１により形成される正方形の相対する二辺と対向するように駆動用の櫛歯電極Ｊ２および反射器Ｊ３、Ｊ４が配置されることで、駆動用の櫛歯電極Ｊ２および反射器Ｊ３、Ｊ４からなる１つの弾性表面波デバイスが図１７中のｘ軸方向に並べられ、そのデバイスの伝播路上に複数の摂動錘Ｊ１が配置された構成となっている。
【０００４】
また、複数の摂動錘Ｊ１により形成される正方形の相対する他の二辺と対向するように検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６が設けられると共に、その検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６および複数の摂動錘Ｊ１を挟むように両側に反射器Ｊ７、Ｊ８が配置されることで、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６および反射器Ｊ７、Ｊ８からなるもう１つの弾性表面波デバイスが図１７中のｙ軸方向に並べられ、そのデバイスの伝播路上に摂動錘Ｊ１が配置された構成となっている。
【０００５】
このように構成される角速度センサは、以下のように作動する。図１８に、角速度センサの駆動用の櫛歯電極Ｊ２による定在波の振動分布と摂動錘Ｊ１との関係とその角速度センサに発生するコリオリ力の説明図を示し、この図を参照して説明する。
【０００６】
駆動用の櫛歯電極Ｊ２に交流電圧を印加し、その駆動用の櫛歯電極Ｊ２のピッチで決まる共振周波数、たとえば１０ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの信号で駆動すると、弾性表面波が励起される。このとき、弾性表面波が反射器Ｊ３、Ｊ４で閉じ込められるため、弾性表面波の励振効率が向上していく。また、反射器Ｊ３、Ｊ４により、駆動用の櫛歯電極Ｊ２と反射器Ｊ４の間にある伝播路に定在波が生成される。
【０００７】
そして、複数の摂動錘Ｊ１のピッチが定在波の波長に合わせられており、各摂動錘Ｊ１それぞれが定在波の腹の部分に位置するようにパターニングされているため、摂動錘Ｊ１が定在波の最大振幅位置で振動する。なお、「定在波の腹」とは、基板面に垂直方向の振動成分が最大となる場所のことを意味している。
【０００８】
このとき、対角線上において隣接している各摂動錘Ｊ１が定在波の振幅の上下逆位相となる位置に配置されているため、図１８に示すように、摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１４と摂動錘Ｊ１５は逆位相振動する。
【０００９】
このような状態において、図中で、ｘ方向の回りに回転（角速度）Ωｘが加わった場合、摂動錘Ｊ１に振動速度に比例したコリオリ力による加速度ａ＝２ｖ×Ωがｙ方向に加わる。ｖとΩｘはベクトル量であるから、摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１４と摂動錘Ｊ１５に作用する力は逆位相となる。
【００１０】
また、コリオリ力によるそれぞれの摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１５で生じる加振力は、駆動定在波（ｘ方向）とは直行する向き（ｙ方向）に弾性波を励振することとなる。これらの摂動錘Ｊ１１〜Ｊ１５において駆動される弾性波は、摂動錘Ｊ１（たとえば、摂動錘Ｊ１１とＪ１２）がｙ方向に対し波長の整数倍で配置されるため、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６の空間に弾性波動が励振される。そして、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６と対向するように反射器Ｊ７、Ｊ８が設置されているため、コリオリ力によって励振された波によって定在波が励振される。この定在波の強さがコリオリ力に比例しているため、検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６で電圧または電荷を計測することにより、回転角速度を計測することが可能となる。
【特許文献１】特開平８−３３４３３０号公報
【特許文献２】米国特許第６５１６６６５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１、２に記載された角速度センサでは、駆動用の櫛歯電極Ｊ２で形成された弾性表面波が摂動錘Ｊ１で反射・散乱されるという問題がある。この散乱された弾性表面波は伝播方向を変え、一部は検出用の櫛歯電極Ｊ５、Ｊ６に到達し、検出される。つまり、本来のコリオリ力に基づく信号と重なってしまうのである。原理的に、この散乱波とコリオリ力が励起する弾性波とを分離検出する手法は考えられるが、コリオリ力が励起する弾性波に比べて摂動錘Ｊ１による散乱波の信号強度が高くなり、特に微小角速度を検出する場合には散乱波の信号強度が桁違いに高くなるため、実用上分離は困難となる。
【００１２】
また、この反射・散乱現象により、駆動用の櫛歯電極Ｊ２と二つの反射器Ｊ３、Ｊ４によって摂動錘Ｊ１が形成された領域に定在波が形成されるという問題がある。このように、摂動錘Ｊ１によって不要な反射が生じると、本来角速度検出の為に必要な定在波が立ち難くなる。
【００１３】
本発明は上記点に鑑みて、弾性表面波が摂動錘で反射・散乱されることを抑制できる角速度センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、摂動錘によって反射・散乱が生じる理由について検討を行った。摂動錘によって弾性表面波が反射・散乱されるメカニズムとして２つ考えられる。一点目は、形状的な不連続性に起因して発生していると考えられる。すなわち、弾性表面波は基板表面を伝播するため、基板表面に摂動錘が乗っていれば、その界面（摂動錘の端部）で反射が生じるのである。もう一点は、圧電反作用に起因して発生していると考えられる。摂動錘が金属材料の場合、当然基板との界面は等電位になる。圧電材料の表面電位が等電位に固定されると、表面電位が固定されない場合つまり基板表面が露出している部分に比べて、圧電材料の音響インピーダンスが変化する。したがって、基板材料の音響インピーダンスの不連続性が生じ、ここで反射が生じるのである。
【００１５】
そして、本発明者らがＦＥＭ解析により検証した結果、特に、上記のメカニズムのうち音響インピーダンスの不連続性による反射の寄与が大きいことが確認された。このような音響インピーダンスの不連続性による反射を抑制するためには、音響インピーダンスの不連続を減少させ、好ましくは無くすことが必要になる。これを実現するには、金属材料と圧電材料との界面が等電位化されることによる電気的な不連続を無くすことが考えられ、本発明者らは次の２つの手法を見出した。
【００１６】
１つは、摂動錘を絶縁材料により構成することである。もう１つは、複数の摂動錘が配置される領域を金属膜で覆うことである。
【００１７】
１つ目の手法のように摂動錘を絶縁材料により構成すれば、摂動錘と圧電材料との界面が等電位に固定されるということがなくなる。したがって、電気的な不連続を減少させることが可能となり、音響インピーダンスの不連続を減少させること、好ましくは無くすことが可能となる。一般には、摂動錘は、製造工程を簡素化するために、駆動用の櫛歯電極や検出用の櫛歯電極および反射器と同時に形成するため、金属となっているが、錘としての機能を果たせれば必ずしも金属である必要は無い。
【００１８】
また、２つ目の手法のように、複数の摂動錘が配置される領域を金属膜で覆うと、金属膜で覆われた部分をすべて等電位化することが可能となる。このため、摂動錘の下部と摂動錘が配置されていない周辺部との間での電気的な不連続を減少させることが可能となる。これにより、音響インピーダンスの不連続を減少させること、好ましくは無くすことが可能となる。
【００１９】
そこで、本発明では、圧電基板（３）にて構成された基板（２）と、基板（２）に対して弾性表面波を発生させることにより、該基板（２）の所定領域に定在波を形成する駆動電極（７〜１０）と、基板（２）の表面における定在波が形成される領域に配置され、該定在波により基板（２）に対して振動させられる複数の摂動錘（６）と、基板（２）の上に形成され、摂動錘（６）に対して角速度が印加されたときに発生するコリオリ力に基づく弾性波を検出する検出器（１３〜１６）とを備え、摂動錘（６）のうち少なくとも基板（２）と接触する部分が絶縁材料により構成することを第１の特徴としている。
【００２０】
このように、摂動錘（６）のうち少なくとも基板（２）と接触する部分を絶縁材料により構成している。このため、摂動錘（６）と基板（２）との界面が等電位に固定されるということがなくなる。したがって、電気的な不連続を減少させることが可能となり、音響インピーダンスの不連続を減少させること、好ましくは無くすことが可能となる。これにより、摂動錘（６）による弾性表面波の反射・散乱を抑制することが可能となる。
【００２１】
なお、ここでは基板（２）を圧電基板（３）にて構成する場合について説明したが、非圧電基板（４ａ）および該非圧電基板（４ａ）の上に形成された圧電膜（４ｂ）を有して構成された基板（２）としても良い。この場合、非圧電基板（４ａ）として半導体基板を用いると好ましい。このように、非圧電基板（４ａ）としてシリコン基板を用いると、シリコン基板上に検出回路などを作り込むことができるため、角速度センサと処理回路の１チップ化が可能になる。また、圧電膜（４ｂ）をＡｌＮで構成すると好ましい。このように圧電膜（４ｂ）をＡｌＮで構成すれば、通常のシリコンプロセスとの整合性も優れ、製造に用いる装置やプロセスの共有を図ることが可能となる。
【００２２】
また、摂動錘（６）に含まれる絶縁材料としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）またはシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）を挙げることができる。このように絶縁材料としてシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いれば、通常の半導体プロセスにて摂動錘（６）を形成することが可能となる。
【００２３】
また、摂動錘（６）に含まれる絶縁材料として樹脂材料を用いても良い。この場合、例えば、樹脂材料としてポリイミドを用いると好ましい。樹脂材料は密度は小さいが厚膜化が容易であるため、摂動錘（６）の重さを稼ぐことが可能となる。特に、電子デバイスで多用されているポリイミドは、耐熱性にも優れており、摂動錘（６）の材料として用いると有効である。
【００２４】
一方、本発明では、基板（２）のうち摂動錘（６）が配置される領域に配置された、基板（２）と接触する金属のコーナー部を摂動錘（６）のコーナー部の総数よりも少なくするシートメタル（３０）を備え、シートメタル（３０）にて複数の摂動錘（６）のうちの一部もしくは全部が連結され、該連結された領域において、摂動錘（６）またはシートメタル（３０）と基板（１０）との界面を等電位化することを第２の特徴としている。
【００２５】
このように、複数の摂動錘（６）が配置される領域をシートメタル（３０）で覆うと、シートメタル（３０）で覆われた部分をすべて等電位化することが可能となる。このため、摂動錘（６）の下部と摂動錘（６）が配置されていない周辺部との間での電気的な不連続を減少させることができ、音響インピーダンスの不連続を減少させること、好ましくは無くすことが可能となる。したがって、摂動錘（６）による弾性表面波の反射・散乱を抑制することが可能となる。
【００２６】
なお、ここでは基板（２）を圧電基板（３）にて構成する場合について説明したが、非圧電基板（４ａ）および該非圧電基板（４ａ）の上に形成された圧電膜（４ｂ）を有して構成された基板（２）としても良い。この場合、非圧電基板（４ａ）として半導体基板を用いると好ましい。このように、非圧電基板（４ａ）としてシリコン基板を用いると、シリコン基板上に検出回路などを作り込むことができるため、角速度センサと処理回路の１チップ化が可能になる。また、圧電膜（４ｂ）をＡｌＮで構成すると好ましい。このように圧電膜（４ｂ）をＡｌＮで構成すれば、通常のシリコンプロセスとの整合性も優れ、製造に用いる装置やプロセスの共有を図ることが可能となる。
【００２７】
また、本発明の第２の特徴においては、駆動電極（７〜１０）が、互いに対向配置された櫛歯状の櫛歯電極（７ａ〜１０ａ）を備え、該櫛歯電極（７ａ〜１０ａ）同士が対向している部分において、該櫛歯電極（７ａ〜１０ａ）の長手方向と垂直方向に弾性表面波を発生させる構成とされる場合、シートメタル（３０）のうち、駆動電極（７〜１０）に備えられた櫛歯電極（７ａ〜１０ａ）と対向する辺の長さ（Ｗ）が櫛歯電極（７ａ〜１０ａ）同士が対向する長手方向と対向する辺の長さ（Ｄ１）よりも大きくされるようにすると好ましい。
【００２８】
このようなサイズ関係とすると、駆動電極（７〜１０）で形成される弾性表面波がほぼ平面波で、その幅が駆動電極（７〜１０）とほぼ等しいことから、シートメタル３０のパターンのコーナー部で弾性表面波が散乱されることを防ぐことができ、より反射・散乱による影響を防ぐことが可能となる。
【００２９】
また、本発明の第２の特徴においては、検出器（１３〜１６）が、互いに対向配置された櫛歯状の櫛歯電極（１３ａ〜１６ａ）を備え、該櫛歯電極（１３ａ〜１６ａ）同士が対向している部分において、該櫛歯電極（１３ａ〜１６ａ）の長手方向と垂直方向から伝わるコリオリ力に基づく弾性波を検出するように構成される場合、シートメタル（３０）のうち検出器（１３〜１６）に備えられた櫛歯電極（１３ａ〜１６ａ）と対向する辺の長さ（Ｌ）が櫛歯電極（１３ａ〜１６ａ）同士が対向する長手方向と対向する辺の長さ（Ｄ２）よりも大きくなるようにすると好ましい。
【００３０】
このようなサイズ関係とすると、仮にシートメタル（３０）のコーナー部で弾性表面波が散乱しても、それが検出器（１３〜１６）に達し難くなるようにできる。このため、より反射・散乱による影響を防ぐことが可能となる。
【００３１】
また、本発明の第２の特徴においては、摂動錘（６）と駆動電極（７〜１０）および検出器（１３〜１６）が同じ導体材料で構成することができる。この場合、摂動錘（６）が駆動電極（７〜１０）および検出器（１３〜１６）よりも厚くされるようにすると、より錘としての機能を果たすことになるため好ましい。
【００３２】
また、シートメタル（３０）を半導体プロセスで多用されるＡｌ系の材料で構成すれば、通常の半導体プロセスと共用することが可能となる。
【００３３】
一方、本発明の第２の特徴においては、摂動錘（６）を構成する材料と駆動電極（７〜１０）および検出器（１３〜１６）を構成する材料とを異なる材料とすることもできる。この場合、摂動錘（６）を駆動電極（７〜１０）および検出器（１３〜１６）を構成する材料よりも密度が重い材料で構成された膜を含んだ構成とすると、より錘としての機能を果たすことになるため好ましい。また、この場合、摂動錘（６）を駆動電極（７〜１０）および検出器（１３〜１６）よりも厚くすることもできる。例えば、シートメタル（３０）、駆動電極（７〜１０）および検出器（１３〜１６）はＡｌ系材料にて構成する場合、摂動錘（６）の材料としては、一般の半導体プロセスとの整合性という観点から、既に実績のあるＷを用いることが効果的である。
【００３４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００３６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態の角速度センサ１を示したものであり、図１（ａ）は、角速度センサ１の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００３７】
図１（ｂ）に示すように、角速度センサ１は、基板２上にセンサ部を構成する各構成要素が備えられた構造となっている。本実施形態では、基板２として圧電基板３を用いている。圧電基板３は、例えば板厚が４００μｍ以上とされ、この圧電基板３上にセンサ部が形成されることにより角速度センサ１が構成されている。このような圧電基板３を構成する圧電材料としては、例えばニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどを用いることができる。
【００３８】
基板２の表面には、摂動錘６、定在波を発生させるための励振用の櫛歯電極（以下、励振用ＩＤＴという）７〜１０、反射器１１、１２および検出器としての役割を果たす検出用ＩＤＴ１３〜１６が備えられた構成とされている。
【００３９】
摂動錘６は、本実施形態では、絶縁材料にて構成されている。例えば、絶縁体としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）を用いれば、通常の半導体プロセスにて摂動錘６を形成することが可能となる。摂動錘６の膜厚は、例えば１〜数μｍ程度とされている。
【００４０】
一方、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６は、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等の金属またはそれを含む合金、例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、ＴｉＷ等の合金によって構成されている。これらを不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等で形成すれば、角速度センサ１の製造を半導体プロセスにて行う場合に、形成時の金属汚染を防止することができる。これら励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６は、例えば１μｍ以下の膜厚とされている。
【００４１】
摂動錘６は、図１（ａ）に示すように、例えば上面形状が四角形（例えば正方形）で構成され、複数個備えられている。そして、複数個の摂動錘６が千鳥状に配置されることで、複数個の摂動錘６が配置された領域の外縁形状が略正方形とされている。具体的には、複数の摂動錘６は、これら複数の摂動錘６が構成する略正方形の相対する二辺（具体的には図中Ｙ軸方向）と平行な複数列に並べられ、例えば各列が励振用ＩＤＴ７により生成される定在波の腹の位置となるように、例えば各列の間隔が定在波の波長λと同じもしくはその半分となるように設定されている。
【００４２】
励振用ＩＤＴ７〜１０は、複数の摂動錘６が構成する略正方形の相対する二辺（具体的には紙面左右の二辺）と対向するように配置され、複数の摂動錘６の両側に１組ずつ配置されている。具体的には、励振用ＩＤＴ７と励振用ＩＤＴ８を組として、この組が摂動錘６に対して紙面左側に配置されている。また、励振用ＩＤＴ９と励振用ＩＤＴ１０を組として、この組が摂動錘６に対して紙面右側に配置されている。これら励振用ＩＤＴ７〜１０には、例えばボンディングワイヤなどにより構成される駆動電圧印加ラインを通じて、駆動電源から駆動電圧が印加されるようになっており、この駆動電圧の印加により励振用ＩＤＴ７〜１０を図１（ａ）、（ｂ）のｚ軸方向（つまり基板垂直方向）に振動させられるようになっている。
【００４３】
励振用ＩＤＴ７、８は、これらが一対となって一組の駆動電極を構成するものである。これら励振用ＩＤＴ７、８は、共に、摂動錘６のうちｙ軸と平行な一辺と対向する複数の櫛歯部７ａ、８ａと、これら複数の櫛歯部７ａ、８ａを連結する連結部７ｂ、８ｂを有して構成されている。この励振用ＩＤＴ７、８は、互いの櫛歯部７ａ、８ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部７ａ、８ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部７ａ、８ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部７ｂ、８ｂが櫛歯部７ａ、８ａを挟んで反対側に配置され、連結部７ｂが各櫛歯部７ａの紙面上方側の端部と接続され、連結部８ｂが各櫛歯部８ａの紙面下方側の端部と接続されている。
【００４４】
一方、励振用ＩＤＴ９、１０も同様であり、これらが一対となって一組の駆動電極を構成している。これら励振用ＩＤＴ９、１０は、共に、摂動錘６のうちｙ軸と平行な他の一辺（つまり励振用ＩＤＴ７、８が配置される側とは反対側の一辺）と対向する複数の櫛歯部９ａ、１０ａと、これら複数の櫛歯部９ａ、１０ａを連結する連結部９ｂ、１０ｂを有して構成されている。この励振用ＩＤＴ９、１０は、互いの櫛歯部９ａ、１０ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部９ａ、１０ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部９ａ、１０ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部９ｂ、１０ｂが櫛歯部９ａ、１０ａを挟んで反対側に配置され、連結部９ｂが各櫛歯部９ａの紙面上方側の端部と接続され、連結部１０ｂが各櫛歯部１０ａの紙面下方側の端部と接続されている。
【００４５】
反射器１１、１２は、それぞれ、複数の摂動錘６および励振用ＩＤＴ７〜１０を挟んだ両側に配置されいる。これら反射器１１、１２は、励振用ＩＤＴ７〜１０における櫛歯部７ａ〜１０ａと対向するように図１中のｙ軸方向に沿って延設されている。
【００４６】
検出用ＩＤＴ１３、１４は、これらが一対となって一組の検出器を構成するものである。これら検出用ＩＤＴ１３、１４は、共に、摂動錘６のうちｘ軸と平行な一辺と対向する複数の櫛歯部１３ａ、１４ａと、これら複数の櫛歯部１３ａ、１４ａを連結する連結部１３ｂ、１４ｂを有して構成されている。この検出用ＩＤＴ１３、１４は、互いの櫛歯部１３ａ、１４ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部１３ａ、１４ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部１３ａ、１４ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部１３ｂ、１４ｂが櫛歯部１３ａ、１４ａを挟んで反対側に配置され、連結部１３ｂが各櫛歯部１３ａの紙面左側の端部と接続され、連結部１４ｂが各櫛歯部１４ａの紙面右側の端部と接続されている。
【００４７】
一方、検出用ＩＤＴ１５、１６も同様であり、これらが一対となって一組の検出器を構成する。これら検出用ＩＤＴ１５、１６は、共に、摂動錘６のうちｘ軸と平行な他の一辺（つまり検出用ＩＤＴ１３、１４が配置される側とは反対側の一辺）と対向する複数の櫛歯部１５ａ、１６と、これら複数の櫛歯部１５ａ、１６ａを連結する連結部１５ｂ、１６ｂを有して構成されている。この検出用ＩＤＴ１５、１６は、互いの櫛歯部１５ａ、１６ａが等間隔に一本ずつ交互に、つまり互いの櫛歯部１５ａ、１６ａが噛み合うように配置されることで、各櫛歯部１５ａ、１６ａが１本ずつ対向配置されている。そして、各連結部１５ｂ、１６ｂが櫛歯部１５ａ、１６ａを挟んで反対側に配置され、連結部１５ｂが各櫛歯部１５ａの紙面右側の端部と接続され、連結部１６ｂが各櫛歯部１６ａの紙面左側の端部と接続されている。
【００４８】
このようなセンサ部を有した構造により、本実施形態の角速度センサ１が構成されている。
【００４９】
続いて、本実施形態の角速度センサ１の作動について説明する。図２は、本実施形態の角速度センサ１に対して角速度が印加された場合の摂動錘６などの様子を示した拡大模式図である。
【００５０】
本実施形態の角速度センサ１におけるセンサ部の駆動は、励振用ＩＤＴ７〜１０に対して駆動電圧を印加することにより行う。例えば、励振用ＩＤＴ７、９に対して＋Ｂ［Ｖ］、励振用ＩＤＴ８、１０に対して−Ｂというように、励振用ＩＤＴ７、９と励振用ＩＤＴ８、１０に対してＢ［Ｖ］の振幅の交流電圧の位相を半周期ずらして印加する。これにより、励振用ＩＤＴ７〜１０がｚ軸方向に振動し、ｘ軸方向に弾性表面波が生成される。
【００５１】
弾性表面波を効率よく生成できる交流電圧の周期（共振周波数）は、主に励振用ＩＤＴ７〜１０の間隔や圧電基板３の物性により決まる。このため、これらに基づいて交流電圧の周期を例えば数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚに調整することで、弾性表面波を励起することができる。
【００５２】
このとき、通常、伝搬路には進行波が励起されるが、励振用ＩＤＴ９、１０または反射器１１、１２により表面弾性波が伝搬路中に閉じ込められ、伝搬路に定在波が生成される。この定在波の腹の位置に複数の摂動錘６の各列が配置されているため、定在波の振幅を大きくすることができる。
【００５３】
ここで、ｘ軸を回転軸とする角速度Ωが加わった場合、１つの摂動錘６の質量をｍ、摂動錘６の振動速度をｖ、摂動錘６の振幅をｒ、共振周波数をω（＝２πｆ）とすると、摂動錘６に対してｙ軸方向にコリオリ力Ｆ＝２ｍｖΩが働く。なお、ｖ＝ｒω、ω＝２πｆである。
【００５４】
また、定在波の振動は駆動電圧の周波数と同じ周期の振動となる。このため、コリオリ力Ｆは、ｙ軸の＋方向と−方向に周期的に振動する。このコリオリ力Ｆにより、複数の摂動錘６を挟んでｙ軸方向両側に配置された検出用ＩＤＴ１３〜１６の方向に弾性波が励起される。その弾性波の振動振幅を検出用ＩＤＴ１３〜１６の電気信号（電圧または電荷）に変換することで角速度を測定することが可能となる。
【００５５】
このようにして角速度の測定を行うに際し、本実施形態では摂動錘６を絶縁材料により構成している。このため、摂動錘６と圧電基板３との界面が等電位に固定されるということがなくなる。したがって、電気的な不連続を減少させることが可能となり、音響インピーダンスの不連続を減少させること、好ましくは無くすことが可能となる。これにより、摂動錘６による弾性表面波の反射・散乱を抑制することが可能となる。したがって、角速度センサ１の精度を向上させることができる。
【００５６】
なお、上述したように、一般には、摂動錘は金属材料で構成されるが、これは製造工程を簡素化するためであり、錘としての機能を果たせれば必ずしも金属である必要は無い。摂動錘６を例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜によって構成する場合、シリコン酸化膜の密度が２２００ｋｇ／ｍ3、シリコン窒化膜の密度が３１００ｋｇ／ｍ3であり、金属材料として一般的に用いられているアルミニウム（Ａｌ）の密度２７００ｋｇ／ｍ3と同等である。つまり、従来と同じ膜厚で摂動錘６を形成すれば、錘としての機能を果たし、同等の感度とすることが可能となる。
【００５７】
次に、本実施形態の角速度センサ１の製造方法について説明する。図３に、本実施形態の角速度センサ１の製造工程の断面図を示し、この図を参照して説明する。
【００５８】
まず、図３（ａ）に示す工程では、基板２として、例えば４００μｍ以上の膜厚の圧電基板３を用意する。そして、この基板２の表面に、例えば１〜数μｍの膜厚のシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜などで構成された絶縁膜２０を形成する。次に、図３（ｂ）に示す工程では、絶縁膜２０の上に摂動錘６の形成予定領域のみを覆うマスク（図示せず）を用いて絶縁膜２０をウェットエッチングもしくはドライエッチングによりパターニングし、摂動錘６を形成する。例えば、絶縁膜２０をシリコン酸化膜で構成する場合にはフッ酸、シリコン窒化膜で構成する場合にはリン酸が有効である。
【００５９】
続く、図３（ｃ）に示す工程では、摂動錘６および基板２の表面を覆うように、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等の金属、またはそれを含む合金、たとえば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ、ＴｉＷ等で構成された導体膜２１を例えば１μｍ以下の膜厚で成膜する。一般的に、励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６のための材料には軽い方が有効であるため、ＡｌやＴｉ等を用いるのが好ましく、特にＡｌを用いた場合、通常の半導体プロセスと共用することも可能となる。
【００６０】
そして、図３（ｄ）に示す工程では、導体膜２１の表面に励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６の形成予定領域を覆うマスク（図示せず）を配置した後、導体膜２１をウェットエッチングもしくはドライエッチングによりパターニングすることで、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する。例えば導体膜２１をＡｌで構成する場合には、リン酸を用いることができる。
【００６１】
この後の工程に関しては図示しないが、ワイヤボンディングなどを行うことで、駆動電圧印加ラインやＧＮＤラインを形成したり、励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６と接続される配線等を形成することで、本実施形態の角速度センサ１が完成する。
【００６２】
（第１実施形態の変形例）
（１）上記第１実施形態では、基板２を圧電基板３にて構成する場合について説明したが、圧電基板３以外であっても構わない。図４は、圧電基板３以外により基板２を構成した場合の角速度センサ１の断面図である。この図に示すように、基板２を非圧電基板４ａおよび非圧電基板４ａの表面に形成した圧電膜４ｂにて構成し、その上に摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６が備えられた構成とされていても良い。
【００６３】
例えば、非圧電基板４ａとしてはシリコン基板等を用いることができ、圧電膜４ｂとしてはＰＺＴ、ＺｎＯ、ＡｌＮなどを用いることができる。特に、非圧電基板４ａとしてシリコン基板を用いると、シリコン基板上に検出回路などを作り込むことができるため、角速度センサ１と処理回路の１チップ化が可能になる。また、圧電膜４ｂをＡｌＮで構成すれば、通常のシリコンプロセスとの整合性も優れ、製造に用いる装置やプロセスの共有を図ることが可能となる。その場合、処理回路の形成工程の一部を用いて角速度センサ１を作り込むことも可能である。すなわち、処理回路における絶縁膜（シリコン酸化膜やシリコン窒化膜）の形成工程により摂動錘６を作り込み、処理回路における配線（例えばＡｌ配線）形成工程により励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成することができる。
【００６４】
なお、ここでは非圧電基板４ａの上に圧電膜４ｂを形成する場合について説明したが、これらの間に他の膜を配置しても構わない。
【００６５】
（２）また、上記第１実施形態では、摂動錘６を絶縁材料で構成する場合について説明したが、摂動錘６の全体を絶縁材料で構成する必要はない。図５は、摂動錘６を絶縁材料と導体材料との組み合わせにより構成した場合の角速度センサ１の断面図である。この図に示すように、摂動錘６のうち圧電基板３と接する部分に関しては絶縁材料で構成された第１膜６ａとし、その上に導体材料で構成された第２膜６ｂを備えている。このように、摂動錘６の一部が導体材料で構成されていたとしても、その導体材料が圧電基板３と接しないような構造であれば構わない。このような導体材料で構成される第２膜６ｂを形成する場合、より摂動錘６の重さを重くすることが可能となるため、センサ感度向上を図ることが可能となる。このような第２膜６ｂとしては、例えば、上述した導体膜２１を用いることができる。
【００６６】
なお、第２膜６ｂを導体材料とすることによる影響は皆無ではないため、絶縁材料で構成される第１膜６ａの膜厚を厚くすればするほど、その影響を小さくできるため、第１膜６ａの膜厚をできるだけ厚くすることが望ましい。
【００６７】
（３）また、このように摂動錘６を絶縁材料と導体材料との組み合わせにより構成する場合に関しても、図４に示したように、圧電基板３とではなく非圧電基板４ａおよび圧電膜４ｂによる基板２を用いても良い。
【００６８】
また、摂動錘６における絶縁材料の部分として、ポリイミド等の樹脂材料を用いても良い。樹脂材料は密度は小さいが厚膜化が容易であるため、摂動錘６の重さを稼ぐことが可能となる。特に、電子デバイスで多用されているポリイミドは、耐熱性にも優れており、摂動錘６の材料として用いると有効である。
【００６９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、複数の摂動錘が配置される領域を金属膜で覆うことで、金属膜で覆われた部分をすべて等電位化する。なお、本実施形態の角速度センサ１の基本構成は第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００７０】
図６は、本実施形態の角速度センサ１を示したものであり、図６（ａ）は、角速度センサ１の斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００７１】
本実施形態では、摂動錘６を導体材料、具体的には不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等の金属またはそれを含む合金、たとえばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ、ＴｉＷ等で構成している。
【００７２】
そして、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の摂動錘６が配置された領域、具体的には外縁形状が略正方形とされている領域全域がシートメタル３０にて覆われた構成とされている。図７は、本実施形態の角速度センサ１の上面レイアウト図である。この図に示すように、シートメタル３０のうち励振用ＩＤＴ７〜１０の複数の櫛歯部７ａ〜１０ａと対向する辺の長さＷが、励振用ＩＤＴ７、８の複数の櫛歯部７ａ、８ａもしくは励振用ＩＤＴ９、１０の複数の櫛歯部９ａ、１０ａが互いに対向している部分の長さＤ１と同等にされている。また、シートメタル３０のうち検出用ＩＤＴ１３〜１６の複数の櫛歯部１３ａ〜１６ａと対向する辺の長さＬが、励振用ＩＤＴ１３、１４の複数の櫛歯部１３ａ、１４ａもしくは励振用ＩＤＴ１５、１６の複数の櫛歯部１５ａ、１６ａが互いに対向している部分の長さＤ２と同等にされている。
【００７３】
このシートメタル３０は、導体材料にて構成されている。本実施形態の場合、シートメタル３０を上述した励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を形成する材料で形成しており、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等の金属またはそれを含む合金、例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、ＴｉＷ等の合金により構成している。
【００７４】
このように、複数の摂動錘６が配置される領域をシートメタル３０で覆うと、シートメタル３０で覆われた部分をすべて等電位化することが可能となる。このため、摂動錘６の下部と摂動錘６が配置されていない周辺部との間での電気的な不連続を減少させることができ、音響インピーダンスの不連続を減少させること、好ましくは無くすことが可能となる。したがって、摂動錘６による弾性表面波の反射・散乱を抑制することが可能となる。したがって、角速度センサ１の精度を向上させることができる。
【００７５】
続いて、本実施形態の角速度センサ１の製造方法について説明する。図８に、本実施形態の角速度センサ１の製造工程の断面図を示し、この図を参照して説明する。
【００７６】
まず、図８（ａ）に示す工程では、基板２として、例えば４００μｍ以上の膜厚の圧電基板３を用意する。そして、この基板２の表面に、導体膜３１を形成する。このとき、第１導体膜３１として、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等の金属またはそれを含む合金、たとえばＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ、ＴｉＷ等を用いることができるが、半導体プロセスで多用されるＡｌ系の材料を用いると、通常の半導体プロセスと共用することが可能となる。
【００７７】
次に、図８（ｂ）に示す工程では、導体膜３１の上に摂動錘６の形成予定領域のみを覆うマスク（図示せず）を用いて導体膜３１をウェットエッチングもしくはドライエッチングによりパターニングし、摂動錘６を形成する。例えば、導体膜３１をＡｌで構成する場合にはリン酸が有効である。
【００７８】
続く、図８（ｃ）に示す工程では、摂動錘６および基板２の表面を覆うように、不純物がドーピングされたＰｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｕ等の金属、またはそれを含む合金、たとえば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ、ＴｉＷ等で構成された第２導体膜３２を例えば１μｍ以下の膜厚で成膜する。一般的に、励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６のための材料には軽い方が有効であるため、ＡｌやＴｉ等を用いるのが好ましく、特にＡｌを用いた場合、通常の半導体プロセスと共用することも可能となる。
【００７９】
そして、図８（ｄ）に示す工程では、第２導体膜３２の表面に励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２、検出用ＩＤＴ１３〜１６およびシートメタル３０の形成予定領域を覆うマスク（図示せず）を配置した後、導体膜２１をウェットエッチングもしくはドライエッチングによりパターニングすることで、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２、検出用ＩＤＴ１３〜１６およびシートメタル３０を形成する。例えば導体膜３２をＡｌで構成する場合には、リン酸を用いることができる。
【００８０】
この後の工程に関しては図示しないが、ワイヤボンディングなどを行うことで、駆動電圧印加ラインやＧＮＤラインを形成したり、励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６と接続される配線等を形成することで、本実施形態の角速度センサ１が完成する。
【００８１】
なお、第１、第２導体膜３１、３２を同材料で形成しても別材料で形成しても構わないが、これらを同材料とする場合、摂動錘６は厚く、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２、検出用ＩＤＴ１３〜１６はそれよりも薄くするのが効果的である。摂動錘６を厚くすることで重くできるため、センサ感度を向上させることができ、励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６を薄くすることにより、弾性表面波の伝搬への影響を小さくすることが可能となる。
【００８２】
また、第１導体膜３１と第２導体膜３２とを別材料とする場合、摂動錘６を構成するための第１導体膜３１の方が励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２、検出用ＩＤＴ１３〜１６を構成するための第２導体膜３２よりも高密度の材料とするのが好ましい。例えば、第１導体膜３１をＷ、Ａｕ、Ｐｔなどで構成すると良いが、一般の半導体プロセスとの整合性という観点からは、既に実績のあるＷを用いることが効果的である。一方、第２導体膜３２としては、Ａｌ系材料を用いると良い。勿論、このような別材料を用いる場合にも、摂動錘６は厚く、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２、検出用ＩＤＴ１３〜１６はそれよりも薄くするのが効果的である。
【００８３】
（第２実施形態の変形例）
（１）上記第２実施形態では、基板２を圧電基板３にて構成する場合について説明したが、ここでも図４の構造と同様に、圧電基板３以外であっても構わない。図９は、圧電基板３以外により基板２を構成した場合の角速度センサ１の断面図である。この図に示すように、基板２を非圧電基板４ａおよび非圧電基板４ａの表面に形成した圧電膜４ｂにて構成し、その上に摂動錘６、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２および検出用ＩＤＴ１３〜１６を備えると共に、摂動錘６の形成された領域全域を覆うようにシートメタル３０を備えた構成とすることができる。これにより、図４の構造と同様の効果を得ることができる。なお、この場合にも、非圧電基板４ａと圧電膜４ｂの間に他の膜を配置しても構わない。
【００８４】
（２）また、上記第２実施形態では、摂動錘６を導体材料で構成する場合について説明したが、摂動錘６を絶縁材料で構成しても良い。ただし、この場合にはシートメタル３０よりも下側に摂動錘６が配置されると、圧電基板３とシートメタル３０とが接触する部分が等電位化され、結局電気的な不連続が生じるため、摂動錘６をシートメタル３０の上側に配置する必要がある。このような構造は以下に示す工程により製造できる。
【００８５】
図１０は、シートメタル３０の上側に摂動錘６を配置した場合の角速度センサ１の製造工程を示した断面図である。まず、図１０（ａ）に示すように圧電基板３からなる基板２の上に上述した第２導体膜３２と同様の構成の導体膜３３を成膜したのち、図１０（ｂ）に示すように導体膜３３をパターニングし、励振用ＩＤＴ７〜１０、反射器１１、１２、検出用ＩＤＴ１３〜１６およびシートメタル３０を形成する。この場合、シートメタル３０は、圧電基板３のうち摂動錘６が配列される領域全域に平面的に均一に備えられた状態となる。続いて、図１０（ｃ）に示すように摂動錘６を形成するための絶縁膜３４を成膜したのち、図１０（ｄ）に示すように絶縁膜３４をパターニングして摂動錘６を形成する。このような製造工程により、上記構造の角速度センサ１を製造できる。
【００８６】
（３）さらに、摂動錘６を積層構造にしても構わない。図１１および図１２は、摂動錘６を積層構造とした場合の角速度センサ１の断面図である。
【００８７】
図１１に示すように、摂動錘６の上面を覆うようにシートメタル３０を形成する場合において、図５と同様、摂動錘６を第１膜６ａと第２膜６ｂの積層構造としている。この場合、第１膜６ａに関しては導体材料としなければならないが、第２膜６ｂに関しては導体材料であっても絶縁材料であっても構わない。
【００８８】
また、図１２に示すように、摂動錘６と基板２との間にシートメタル３０を配置する場合において、図５と同様、摂動錘６を第１膜６ａと第２膜６ｂの積層構造としている。この場合、第１膜６ａと第２膜６ａは、双方共に導体材料であっても絶縁材料であっても構わない。このため、処理回路などの他の部分の製造工程と兼用することで、摂動錘６の形成工程の簡略化を図ることが可能となる。
【００８９】
（４）上記第２実施形態に対して、シートメタル３０のサイズを変更しても構わない。図１３、図１４は、シートメタル３０のサイズを変更したときの角速度センサ１の上面レイアウト図である。
【００９０】
図１３に示すように、シートメタル３０のうち励振用ＩＤＴ７〜１０の複数の櫛歯部７ａ〜１０ａと対向する辺の長さＷが、励振用ＩＤＴ７、８の複数の櫛歯部７ａ、８ａもしくは励振用ＩＤＴ９、１０の複数の櫛歯部９ａ、１０ａが互いに対向している部分の長さＤ１よりも長くなるようにすることができる。このようなサイズ関係とすると、励振用ＩＤＴ７〜１０で形成される弾性表面波がほぼ平面波で、その幅が励振用ＩＤＴ７〜１０とほぼ等しいことから、シートメタル３０のパターンのコーナー部で弾性表面波が散乱されることを防ぐことができ、より反射・散乱による影響を防ぐことが可能となる。
【００９１】
また、図１４に示すように、シートメタル３０のうち検出用ＩＤＴ１３〜１６の複数の櫛歯部１３ａ〜１６ａと対向する辺の長さＬが、検出用ＩＤＴ１３、１４の複数の櫛歯部１３ａ、１４ａもしくは検出用ＩＤＴ１５、１６の複数の櫛歯部１５ａ、１６ａが互いに対向している部分の長さＤ２よりも長くなるようにすることができる。このようなサイズ関係とすると、仮にシートメタル３０のコーナー部で弾性表面波が散乱しても、それが検出用ＩＤＴ７〜１０に達し難くなるようにできる。このため、より反射・散乱による影響を防ぐことが可能となる。
【００９２】
勿論、図１３、図１４を組み合わせ、長さＷ＞長さＤ１、長さＬ＞長さＤ２の双方を満たす関係としても良い。ただし、これらのようにシートメタル３０のサイズを大きくすると、角速度センサ１を構成するチップの面積増大に繋がるため、最適化の設計が必要である。
【００９３】
（５）上記第２実施形態では、１つのシートメタル３０により摂動錘６が配置される領域全域を覆うような構成としているが、必ずしも１つとしなくても良い。図１５、図１６は、複数のシートメタル３０により摂動錘６が配置される領域を覆うようにした角速度センサ１の上面レイアウト図である。
【００９４】
図１５に示すように、励振用ＩＤＴ７〜１０における複数の櫛歯部７ａ〜１０ａの長手方向と平行な方向に延設された複数の線状、つまりストライプ状のシートメタル３０により複数の摂動錘６が覆われている。摂動錘６での弾性表面波の散乱が特に問題になるのは摂動錘６のコーナー部である。このため、摂動錘６のコーナー部が含まれるようなパターンでシートメタル３０を形成すれば、弾性表面波の散乱を抑制することが可能となる。したがって、シートメタル３０をストライプ状のパターンにしても良い。
【００９５】
ただし、ストライプ状のパターンによる弾性表面波の反射現象も発生するため、これを考慮した設計とするのが好ましい。なお、このようにシートメタル３０をストライプ状のパターンとする場合にも、各ストライプの長さが励振用ＩＤＴ７〜１０の複数の櫛歯部１３ａ〜１６ａと対向する辺の長さよりも長くなるようにすると、上記図１３の構造と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
また、図１６に示すように、複数の摂動錘６が配置される領域を例えば四角形で構成される複数の領域に分割したものとすることもできる。このような構造とした場合、シートメタル３０のコーナー部が弾性表面波の伝搬路中に存在することになるため、散乱抑制の効果は第２実施形態よりも小さくなるが、複数の摂動錘６のコーナー部の数よりも少ないため、コーナー部の数が減った分だけ散乱の総量を減らすことが可能となる。
【００９７】
（他の実施形態）
また、上記各実施形態では、駆動電極や検出器を櫛歯状の励振用ＩＤＴ７〜１０や検出用ＩＤＴ１３〜１６にて構成したが、駆動電極や検出器として機能するものであればどのような形状であっても構わない。また、駆動電極として複数の摂動錘６の一方側に配置された励振用ＩＤＴ７、８だけでなく、複数の摂動錘６の他方側に配置された励振用ＩＤＴ９、１０も備えた構成としている。これも単なる一例であり、少なくとも一方にのみ駆動電極が配置されていれば良い。
【００９８】
また、上記各実施形態では、角速度センサ１を構成する各部の材料や膜厚等のサイズの一例を挙げて説明したが、ここで示した材料や膜厚は単なる一例であり、適宜変更可能である。特に、各部の膜厚等のサイズは、発生させたい定在波の波長等によって設定されるものであるため、角速度センサ１の仕様などにより変更されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態にかかる角速度センサの斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１に示す角速度センサに対して角速度が印加された場合の摂動錘などの様子を示した拡大模式図である。
【図３】図１に示す角速度センサの製造工程の断面図である。
【図４】第１実施形態の変形例にかかる角速度センサであって、圧電基板以外により基板を構成した場合の角速度センサの断面図である。
【図５】第１実施形態の変形例にかかる角速度センサであって、摂動錘を絶縁材料と導体材料との組み合わせにより構成した場合の角速度センサの断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第２実施形態にかかる角速度センサの斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図６に示す角速度センサの上面レイアウト図である。
【図８】図６に示す角速度センサの製造工程の断面図である。
【図９】第２実施形態の変形例にかかる角速度センサであって、圧電基板以外により基板を構成した場合の角速度センサの断面図である。
【図１０】第２実施形態の変形例にかかる角速度センサであって、シートメタルの上側に摂動錘を配置した場合の角速度センサの製造工程を示した断面図である。
【図１１】第２実施形態の変形例にかかる角速度センサであって、摂動錘を積層構造とした場合の角速度センサの断面図である。
【図１２】第２実施形態の変形例にかかる角速度センサであって、摂動錘を積層構造とした場合の角速度センサの断面図である。
【図１３】第２実施形態の変形例にかかる角速度センサであって、シートメタルのサイズを変更したときの角速度センサの上面レイアウト図である。
【図１４】第２実施形態の変形例にかかる角速度センサであって、シートメタルのサイズを変更したときの角速度センサの上面レイアウト図である。
【図１５】第２実施形態の変形例にかかる角速度センサであって、複数のシートメタルにより摂動錘が配置される領域を覆うようにした角速度センサの上面レイアウト図である。
【図１６】第２実施形態の変形例にかかる角速度センサであって、複数のシートメタルにより摂動錘が配置される領域を覆うようにした角速度センサの上面レイアウト図である。
【図１７】従来の角速度センサのレイアウト図である。
【図１８】角速度センサの駆動用の櫛歯電極による定在波の振動分布と摂動マスとの関係とその角速度センサに発生するコリオリ力の説明図である。
【符号の説明】
【０１００】
１…角速度センサ、２…基板、３…圧電基板、４ａ…非圧電基板、４ｂ…圧電膜、
６…摂動錘、６ａ…第１膜、６ｂ…第２膜、７ａ〜１０ａ…櫛歯部、
７ｂ〜１０ｂ…連結部、１１、１２…反射器、１３〜１６…検出用ＩＤＴ、
１３ａ〜１６ａ…櫛歯部、１３ｂ〜１６ｂ…連結部、２０、３４…絶縁膜、
２１、３１〜３３…導体膜、３０…シートメタル
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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