(57)【要約】【課題】振動子の重心が平面内を安定して振動するように面外振動を抑制し、面内の安定した並進運動を可能とする。【解決手段】第１基板１１と、第１基板１１に形成された構造体形成層１３と、構造体形成層１３に形成された第２基板１５とで形成されたもので、構造体形成層１３の一部で形成された複数の支持部１０３−１〜４と、各支持部１０３−１〜４のそれぞれに一端側が支持されるように構造体形成層１３の一部で形成された支持弾性体１０２−１〜４と、各支持弾性体１０２−１〜４の他端側に支持されるように第１基板１１から第２基板１５までの一部で形成された第１、第２振動子１０１−１、２と、振動子の変位を検出して信号を出力する変位検出部とを備え、第１、第２振動子１０１−１、２の重心Ｇ１、Ｇ２と、各支持弾性体支持弾性体１０２−１〜４の支持部側および振動子側の支持点とが同一平面上に配置されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、前記第１基板に形成された構造体形成層と、前記構造体形成層に形成された第２基板とで形成されたもので、
前記構造体形成層の一部で形成された複数の支持部と、
前記各支持部のそれぞれに一端側が支持されるように前記構造体形成層の一部で形成された支持弾性体と、
前記各支持弾性体の他端側に支持されるように前記構造体形成層を含む前記第１基板から前記第２基板までの一部で形成された振動子と、
前記振動子の変位を検出して信号を出力する変位検出部とを備え、
前記振動子の重心と、前記各支持弾性体の前記支持部側および前記振動子側の支持点とが同一平面上に配置されている
ことを特徴とする慣性センサ。
【請求項２】
前記振動子に駆動電極が設けられ、
前記変位検出部に前記振動子の変位を静電容量として検出可能な検出電極を備え、
前記駆動電極の駆動作用点での力のベクトルと前記振動子の重心とが同一平面上に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
【請求項３】
前記振動子を一定の励振方向に振動させるための磁力線を発生する磁性体を備え、
前記磁性体の磁力線と前記駆動電極を流れる電流とにより発生するローレンツ力のベクトルと前記振動子の重心とが同一平面上に配置されている
ことを特徴とする請求項２記載の慣性センサ。
【請求項４】
前記駆動電極と対向した位置に前記振動子を一定の励振方向に振動させるための励振電極を備え、
前記駆動電極と前記励振電極とにより発生する静電引力のベクトルと前記振動子の重心とが同一平面上に配置されている
ことを特徴とする請求項２記載の慣性センサ。
【請求項５】
第１ストッパ層を介して構造体形成層が形成された第１基板を用意し、
前記構造体形成層で、複数の支持部と、前記各支持部のそれぞれに一端側が支持される支持弾性体と、前記各支持弾性体の他端側に支持される振動子とを形成する工程と、
前記構造体形成層に第２ストッパ層を介して第２基板を接合する工程と、
前記第１基板から前記第１ストッパ層まで部分的に除去するとともに、前記第２基板から前記第２ストッパ層まで部分的に除去することで、前記第１基板上に前記第１ストッパ層を介した前記構造体形成層の一部からなる複数の支持部と、前記各支持部のそれぞれに一端側が支持されるように前記構造体形成層の一部からなる支持弾性体と、前記各支持弾性体の他端側に支持されるように前記第１基板、前記第１ストッパ層、前記構造体形成層、前記第２ストッパ層および前記第２基板の一部からなる振動子とを形成する工程とを備え、
前記振動子の重心と前記各支持弾性体の前記支持部側および前記振動子側の支持点とが同一平面上に配置されるように形成する
ことを特徴とする慣性センサの製造方法。
【請求項６】
前記第２基板を前記第１基板側に接合した後、前記第２基板および前記第２ストッパ層を貫通して前記支持部となる領域に達する貫通電極を形成する
ことを特徴とする請求項５記載の慣性センサの製造方法。
【請求項７】
第１基板と、
前記第１基板の第１面とは反対面の第２面に第１ストッパ層を介して形成された構造体形成層の一部を除去加工してなる構造体と、
前記構造体における前記第１ストッパ層が形成されている面とは反対側の面に第２ストッパ層を介して第２面が接合された第２基板とを有し、
前記第１基板の第１面から前記第１ストッパ層までの一部が除去されるとともに、前記第２基板の第２面とは反対面の第１面から前記第２ストッパ層までの一部が除去される
ことを特徴とする構造体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子の並進運動を可能とした慣性センサおよびその製造方法および構造体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度検出装置のようなアクティブセンサをマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）で構成する場合、振動子を何らかの力で駆動させる必要があり、静電力やローレンツ力を用いた駆動方式のマイクロ電気機械システムが一般的には知られている（例えば、例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特に、ローレンツ力を駆動力に用いたマイクロ電気機械システムの振動子においては、プロセスのコンタミネーションなどの理由で、振動子やそれを支えるバネを形成してから、振動子を駆動させるための駆動電極の形成を行うことが多い。そのため、図１７（１）に示すように、駆動電極３０８により発生される駆動力Ｆが振動子３０１上部に作用して、図１７（２）に示すように、本来、振動子３０１を動かしたい並進運動方向（矢印ア方向）とは垂直方向の軸周りの回転運動（矢印イ方向）を誘発し、設計の駆動振動モード、駆動周波数、駆動振幅が得られないことがあった。また、駆動力の作用点が振動子３０１上部に作用することで回転運動を誘発し、設計の面内振動だけでなく、面外方向に分力が加わり面外振動の要素が大きくなる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５‐１９５５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、本来、振動子を動かしたい並進運動方向とは異なる方向の軸周りの回転運動を誘発し、設計の駆動振動モード、駆動周波数、駆動振幅が得られない点である。
【０００６】
本発明は、振動子の重心が平面内を安定して振動するように面外振動を抑制し、面内の安定した並進運動を可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る本発明は、第１基板と、前記第１基板に形成された構造体形成層と、前記構造体形成層に形成された第２基板とで形成されたもので、前記構造体形成層の一部で形成された複数の支持部と、前記各支持部のそれぞれに一端側が支持されるように前記構造体形成層の一部で形成された支持弾性体と、前記各支持弾性体の他端側に支持されるように前記構造体形成層を含む前記第１基板から前記第２基板までの一部で形成された振動子と、前記振動子の変位を検出して信号を出力する変位検出部とを備え、記振動子の重心と、前記各支持弾性体の前記支持部側および前記振動子側の支持点とが同一平面上に配置されていることを特徴とする慣性センサである。
【０００８】
請求項１に係る本発明では、振動子の重心と各支持弾性体の支持部側および振動子側の支持点とが同一平面上に配置されていることから、振動子が平面内で安定した併進運動をすることが可能になる。しかも、振動子は、支持弾性体が構成される構造体形成層と同一層で形成される構造体形成層の一部を含み、その構造体形成層の下部側が第１ストッパ層を介して第１基板の一部で形成され、その構造体形成層の上部側が第２ストッパ層を介して第２基板の一部で形成されていることから、第１基板および第２基板の厚さを調整することで、振動子の重心を、振動子を構成する構造体形成層に位置させることができる。したがって、振動子は、上記のように、平面内で安定した併進運動をすることになる。
【０００９】
請求項５に係る本発明は、第１ストッパ層を介して構造体形成層が形成された第１基板を用意し、前記構造体形成層で、複数の支持部と、前記各支持部のそれぞれに一端側が支持される支持弾性体と、前記各支持弾性体の他端側に支持される振動子とを形成する工程と、前記構造体形成層に第２ストッパ層を介して第２基板を接合する工程と、前記第１基板から前記第１ストッパ層まで部分的に除去するとともに、前記第２基板から前記第２ストッパ層まで部分的に除去することで、前記第１基板上に前記第１ストッパ層を介した前記構造体形成層の一部からなる複数の支持部と、前記各支持部のそれぞれに一端側が支持されるように前記構造体形成層の一部からなる支持弾性体と、前記各支持弾性体の他端側に支持されるように前記第１基板、前記第１ストッパ層、前記構造体形成層、前記第２ストッパ層および前記第２基板の一部からなる振動子とを形成する工程とを備え、前記振動子の重心と前記各支持弾性体の前記支持部側および前記振動子側の支持点とが同一平面上に配置されるように形成することを特徴とする慣性センサの製造方法である。
【００１０】
請求項５に係る本発明では、振動子の重心と各支持弾性体の支持部側および振動子側の支持点とが同一平面上に配置されるように形成することから、振動子が平面内で安定した併進運動をすることが可能になる。しかも、振動子は、各支持弾性体が構成される同一の構造体形成層の一部で形成され、その構造体形成層の下部側が第１ストッパ層を介して第１基板の一部で形成され、その構造体の上部側が第２ストッパ層を介して第２基板の一部で形成されることから、第１基板および第２基板の厚さを調整することで、振動子の重心を、振動子を構成する構造体形成層に位置させるように形成することができる。したがって、振動子は、上記のように、平面内で安定した併進運動をするように形成される。
【００１１】
請求項７に係る本発明は、第１基板と、前記第１基板の第１面とは反対面の第２面に第１ストッパ層を介して形成された構造体形成層の一部を除去加工してなる構造体と、前記構造体における前記第１ストッパ層が形成されている面とは反対側の面に第２ストッパ層を介して第２面が接合された第２基板とを有し、前記第１基板の第１面から前記第１ストッパ層までの一部が除去されるとともに、前記第２基板の第２面とは反対面の第１面から前記第２ストッパ層までの一部が除去されることを特徴とする構造体基板である。
【００１２】
請求項７に係る本発明では、第１基板上に第１ストッパ層を介して形成された構造体形成層で、複数の支持部と、各支持部のそれぞれに一端側が支持される支持弾性体と、各支持弾性体の他端側に支持される振動子の一部とを構成することができ、また振動子は、第１基板の第１面から第１ストッパ層までの一部が除去されるとともに第２基板の第２面とは反対面の第１面から第２ストッパ層までの一部が除去されることで、各支持弾性体の他端側に支持されるように、第１基板、第１ストッパ層、構造体形成層、第２ストッパ層および第２基板の一部で構成することができる。また、構造体形成層の上下に第１基板および第２基板を有することから、第１基板および第２基板の厚さを調整することで、振動子を構成する構造体形成層に振動子の重心を配置させることが可能になるとともに、支持部、支持弾性体が同一層の構造体形成層で形成されることから、本発明の構造体基板は、並進運動の安定性に優れた慣性センサを構成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る本発明によれば、振動子系の重心周りに回転方向の振動を発生することなく、面外振動を抑制し、面内の安定した並進運動をすることができるため、振動ノイズを低減することができるので、高感度な慣性センサとなるという利点がある。また、振動子を構成する構造体形成層の上下に第１基板および第２基板が形成されているため、従来の振動子よりも第１基板および第２基板の分だけ振動子の質量を増すことができるので、高感度になり、かつダイナミックレンジが広くなるという利点がある。
【００１４】
請求項５に係る本発明によれば、振動子系の重心周りに回転方向の振動を発生することなく、面外振動を抑制し、面内の安定した並進運動をするように形成することができるため、振動ノイズを低減することができるので、高感度な慣性センサを形成できるという利点がある。また、振動子を構成する構造体形成層の上下にさらに第１基板および第２基板で振動子を形成するため、従来の振動子よりも第１基板および第２基板の分だけ振動子の質量を増すことができるので、高感度かつ広ダイナミックレンジの慣性センサを製造できるという利点がある。
【００１５】
請求項７に係る本発明によれば、併進運動の安定性に優れた慣性センサを構成することができるため、振動ノイズが低減された高感度な慣性センサを製造できるという利点がある。また、振動子を構成する構造体形成層の上下にさらに第１基板および第２基板で振動子を形成するため、従来の振動子よりも第１基板および第２基板の分だけ振動子の質量を増すことができるので、高感度かつ広ダイナミックレンジの慣性センサを製造できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の慣性センサの一実施の形態（第１実施例）を、図１の平面図および図２の図１中のＡ−Ａ線断面を示した概略構成断面図によって説明する。この第１実施例では、電磁駆動の慣性センサの一例を説明する。なお、図２の断面図は概略構成を示すものであり、図１の平面図の縮尺と一致させていない。
【００１７】
図１および図２に示すように、慣性センサ１は、第１基板１１と、この第１基板１１に第１ストッパ層１２を介して形成された構造体形成層１３と、この構造体形成層１３に第２ストッパ層１４を介して形成された第２基板１５とからなる構造体基板で形成されたものである。その第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体１３、第２ストッパ層１４および第２基板１５の一部で形成されたもので、例えば矩形（図１のように平面視した場合）の第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２とを、例えば並行に備えている。
【００１８】
上記第１基板１１、第２基板１５は例えばシリコン基板で形成され、上記第１ストッパ層１２、第２ストッパ層１４は、上記第１基板１１、第２基板１５とエッチング選択性を有する材料、例えば酸化膜もしくは窒化膜のような絶縁膜で形成され、上記構造体形成層１３は、例えばシリコン活性層で形成されている。上記基板構成では、例えば、第１基板１１、第１ストッパ層１２および構造体形成層１３にＳＯＩ（Silicon on insulator）基板を用いることができる。
【００１９】
上記第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−１とは、互いに向かい合う側の角部が支持弾性体１０２−５、１０２−６とによって連結されている。
【００２０】
上記第１振動子１０１−１と上記第２振動子１０１−２とが対向する側とは反対側には、第１振動子１０１−１とスリット１１１−１をおいて電極１０８−１が、上記構造体形成層１３で形成されているとともに、第２振動子１０１−２とスリット１１１−２をおいて電極１０８−２が、上記構造体形成層１３で形成されている。
【００２１】
第１振動子１０１−１の第２振動子１０１−２とは反対側の角部に対向する上記電極１０８−１の位置（電極１０８−１の両端）には、支持弾性体１０２−１、１０２−２の一端側が支持されている。また支持弾性体１０２−１、１０２−２の他端側は、それぞれ電極パッドとなる支持部１０３−１、１０３−２が設けられ、その支持部１０３−１、１０３−２がその上下に設けられている第１基板１１に第１ストッパ層１２を介して、また第２基板１５に第２ストッパ１４を介して支持固定されている。したがって、電極１０８−１は支持弾性部１０２−１、１０２−２および支持部１０３−１、１０３−２と一体に形成されていて、以下、支持弾性部１０２−１、１０２−２、支持部１０３−１、１０３−２も電極１０８−１とする。
【００２２】
同様に、第２振動子１０１−２の第１振動子１０１−１とは反対側の角部に対向する上記電極１０８−２の位置（電極１０８−２の両端）には、支持弾性体１０２−３、１０２−４の一端側が支持されている。また支持弾性体１０２−３、１０２−４の他端側は、それぞれ支持部１０３−３、１０３−４が設けられ、その支持部１０３−３、１０３−４が第１基板１１に第１ストッパ層１２を介して、また第２基板１５に第２ストッパ１４を介して支持固定されている。したがって、電極１０８−２は支持弾性部１０２−３、１０２−４および支持部１０３−３、１０３−４と一体に形成されていて、以下、支持弾性部１０２−３、１０２−４、支持部１０３−３、１０３−４も電極１０８−１とする。
【００２３】
また、上記支持弾性体１０２−１〜１０２−６は、図面ではＵ字形に形成されているが、ばねとしての機能を有する形状であれば、その形状は問わない。例えば、コ字型等に形成されていてもよい。
【００２４】
上記第１振動子１０１−１は、前記説明したように、下層より第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体形成層１３、第２ストッパ層１４および第２基板１５からなる積層体で形成されていて、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２とが対向する側とは反対側において構造体形成層１３の部分が他の構成部品より内部側に形成されている。その構造体形成層１３を内部側に凹ませた部分に、同一の構造体形成層１３からなる電極１０８−１が第１振動子１０１−１とスリット１１１−１を置いて形成されている。したがって、電極１０８−１は、その上部側が第１振動子１０１−１を構成する第２ストッパ層１４を介して第２基板１５に支持され、下部側が第１振動子１０１−１を構成する第１ストッパ層１２を介して第１基板１１に支持されている。したがって、この電極１０８−１と第１振動子１０１−１とは一緒に振動することになる。
【００２５】
同様に、上記第２振動子１０１−２は、前記説明したように、下層より第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体形成層１３、第２ストッパ層１４および第２基板１５からなる積層体で形成されていて、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２とが対向する側とは反対側において構造体形成層１３の部分が他の構成部品より内部側に形成されている。その構造体形成層１３を内部側に凹ませた部分に、同一の構造体形成層１３からなる電極１０８−２が第２振動子１０１−２とスリット１１１−２を置いて形成されている。したがって、電極１０８−２は、その上部側が第２振動子１０１−２を構成する第２ストッパ層１４を介して第２基板１５に支持され、下部側が第１振動子１０１−１を構成する第１ストッパ層１２を介して第１基板１１に支持されている。したがって、この電極１０８−２と第２振動子１０１−２とは一緒に振動することになる。
【００２６】
上記支持部１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４は、それぞれ絶縁体である第１ストッパ層１２を介して第１基板１１に、また第２ストッパ層１４を介して第２基板１５に固定されている。また、支持弾性体１０２−１〜１０２−６は構造体形成層１３で形成されるが、その上部側の第２ストッパ層１４、第２基板１５は除去されていて、また下部側の第１ストッパ層１２、第１基板１１も除去されている。このため、支持弾性体１０２−１〜１０２−６は上下に自由に振動することができる。したがって、第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２は支持弾性体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４によって浮遊状態に支持されることになる。
【００２７】
そして、上記第１振動子１０１−１の重心Ｇ１、上記第２振動子１０１−２の重心Ｇ２、上各支持弾性体１０２−１〜１０２−４の各支持部１０３−１〜１０３−４側の支持点、支持弾性体１０２−１、２の第１振動子１０１−１側の支持点、および各支持弾性体１０２−３、４の第２振動子１０１−２側の支持点が、第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２が振動していない状態で、同一平面上に配置されている。
【００２８】
さらに、最外周には、上記第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体形成層１３、第２ストッパ層１４および第２基板１５からなる積層体で形成されたフレーム１２１が形成されている。このフレーム１２１の第１基板１１、第１ストッパ層１２、第２ストッパ層１４および第２基板１５は、上記支持部１０３−１〜支持部１０３−４の上下部に張り出して形成されていて、張り出した第１基板１１、第１ストッパ層１２、第２ストッパ層１４および第２基板１５によって、支持部１０３−１〜支持部１０３−４が固定されている。
【００２９】
また、第１基板１１の裏面側（第１振動子１０１−１等が形成されている側を表面側として）には、接着層１７を介して磁性体１６が形成されている。この磁性体１６は、上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２とある一定の間隔を有して配置されているもので、磁性体１６に対して変位可能な第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２を一定の励振方向に振動させるものである。上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２と上記磁性体１６との間隔は、例えば上記接着層１７の膜厚によって決定される。なお、後に説明するように、上記磁性体１６は、支持基板の裏面側に形成し、この支持基板の表面側を上記接着層１７に接着してもよい。
【００３０】
また、上記支持部１０３−１〜１０３−４上の第２ストッパ層１４および第２基板１５を貫通して、電極１０８−１、１０８−２に支持部１０３−１〜１０３−４、支持弾性体１０２−１〜１０２−４等を介して電気的に接続する取り出し電極１１８−１〜１１８―４が形成されている。この取り出し電極１１８−１〜１１８―４により外部より第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２を励振するための電流が電極１０８−１、１０８―２に流れるようになっている。そして上記電極１０８−１、１０８―２は、上記磁性体１６の磁力線Ｍと電極１０８−１、１０８―２を流れる電流（電流は断面図の紙面に対して垂直方向に流れる）とにより発生する力（ローレンツ力）Ｆの方向と、上記第１振動子１０１−１および上記電極１０８−１からなる第１振動子系の重心Ｇ１と、上記第２振動子１０１−２および上記電極１０８―２からなる第２振動子系の重心Ｇ２とが同一平面になる位置に配置されている。したがって、上記条件を満足するように、第１基板１１の厚み、第２基板１５の厚み、上記スリット１１１−１、１１１−２の幅、上記電極１０８−１、１０８―２の幅等が決定される。
【００３１】
上記フレーム部１２１を構成する第２基板１５上には、支持基板２００が形成されている。この支持基板２００は、例えばガラス基板もしくは絶縁膜を形成したシリコン基板で形成されている。また支持基板２００の上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２に対向する面には、振動子の変位を検出するための検出電極（変位検出部）２１０−１、２１０−２が形成されている。さらに各取り出し電極１１８−１〜１１８―４に接続するバンプ２１２−１〜２１２―４を形成した駆動電極２１１−１〜２１１―４が形成されている。
【００３２】
また、図３の概略構成断面図に示すように、上記磁性体１６は、支持基板３００の裏面側に形成し、この支持基板３００の表面側を上記接着層１７により第１基板１１に接着してもよい。上記磁性体１６は、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２等の振動子系を電磁的に駆動させるものであり、出力的な相違はあるものの動作として同様の結果が得られるので、例えば、上記支持基板３００を掘り込んでその内部に磁性体１６を設置したり、支持基板２００の上部に設置したり、また支持基板２００と支持基板３００の両方に磁性体１６を設置することも可能である。
【００３３】
また、上記第１、第２振動子１０１−１、１０１−２には、空気ダンピングを緩和するための貫通孔（図示せず）が複数設けられていてもよい。この貫通孔は、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２上方に設けられる上記支持基板２００との狭ギャップによるスクイーズ効果を低減させる。したがって、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２のバランスがとれるように均一に分布されるように形成されることが好ましい。
【００３４】
本発明の慣性センサ１では、第１振動子１０１−１の重心Ｇ１、第２振動子１０１−２の重心Ｇ２と、各支持弾性体１０２−１〜１０２−４の各支持される側の支持点とが同一平面上に配置されているため、第１振動子１０１−１と電極１０８−１からなる振動子系の重心Ｇ１周りに回転方向の振動、第２振動子１０１−２と電極１０８−２からなる振動子系の重心Ｇ２周りに回転方向の振動を発生することなく、面外振動を抑制し、面内の安定した並進運動をすることができる。このため、振動ノイズを低減することができるので、感度が向上するという利点がある。
【００３５】
また、電極１０８−１、１０８−２にかかるローレンツ力ベクトルと重心Ｇ１、Ｇ２が同一平面上になるように設定されている。すなわち、磁性体１６の磁力線Ｍと上記電極１０８−１を流れる電流（電流は図面に対して垂直方向に流れる）とにより発生する力（ローレンツ力）Ｆの方向と、上記第１振動子１０１−１および上記電極１０８−１からなる振動子系の重心Ｇ１とが一致するように設定されている。同様に、磁性体１６の磁力線と上記電極１０８−２を流れる電流（電流は断面図の紙面に対して垂直方向に流れる）とにより発生する力（ローレンツ力）の方向と、上記第２振動子１０１−２および上記電極１０８−２からなる振動子系の重心Ｇ２とが同一平面上に配置されるように設定されている。このように設定されるように、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の構造体形成層１３の上下に第１基板１１および第２基板１５が設けられている。これによって、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の質量を増すことができるので、高感度でダイナミックレンジの広い慣性センサを提供することができる。また、第１基板１１および第２基板１５の厚みを調整することで、電極１０８−１、１０８−２にかかるローレンツ力ベクトルと重心Ｇ１、Ｇ２が同一平面上になるように、容易に調整することができる。
【００３６】
次に、本発明の慣性センサの一実施の形態（第２実施例）を、図４の平面図および図５の図４中のＡ−Ａ線断面を示した概略構成断面図によって説明する。この第２実施例では、静電駆動の慣性センサの一例を説明する。なお、図５の断面図は概略構成を示すものであり、図４の平面図の縮尺と一致させていない。また前記第１実施例の構成と同様な部品には同一符号を付与した。
【００３７】
図４および図５に示すように、慣性センサ２は、第１基板１１と、この第１基板１１の第１面とは反対面の第２面に第１ストッパ層１２を介して形成された構造体形成層１３と、この構造体形成層１３に第２ストッパ層１４を介して第２面が接合された第２基板１５とからなる構造体基板で形成されたものである。その第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体１３、第２ストッパ層１４および第２基板１５の一部で形成されたもので、例えば矩形（図４のように平面視した場合）の第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２とを、例えば並行に備えている。
【００３８】
上記第１基板１１、第２基板１５は例えばシリコン基板で形成され、上記第１ストッパ層１２、第２ストッパ層１４は、上記第１基板１１、第２基板１５とエッチング選択性を有する材料、例えば酸化膜もしくは窒化膜のような絶縁膜で形成され、上記構造体形成層１３は、例えばシリコン活性層で形成されている。上記基板構成では、例えば、第１基板１１、第１ストッパ層１２および構造体形成層１３にＳＯＩ（Silicon on insulator）基板を用いることができる。
【００３９】
上記第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−１とは、互いに向かい合う側の角部が支持弾性体１０２−５、１０２−６とによって連結されている。この第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２および振動子間の支持弾性体１０２−５、１０２−６は、例えば、構造体形成層１３により一体に形成されている。
【００４０】
上記第１振動子１０１−１は、前記説明したように、下層より第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体形成層１３、第２ストッパ層１４および第２基板１５からなる積層体で形成されていて、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２とが対向する側とは反対側において構造体形成層１３の部分が他の構成部品より内部側に形成されている。その構造体形成層１３を内部側に凹ませた部分に、同一の構造体形成層１３からなるもので、上記第１振動子１０１−１を電磁駆動させるための電極１０８−１が第１振動子１０１−１とスリット１１１−１を間にして形成されている。したがって、電極１０８−１は、その上部側が第１振動子１０１−１を構成する第２ストッパ層１４を介して第２基板１５に支持され、下部側が第１振動子１０１−１を構成する第１ストッパ層１２を介して第１基板１１に支持されている。したがって、この電極１０８−１と第１振動子１０１−１とは一緒に振動することになる。
【００４１】
同様に、上記第２振動子１０１−２は、前記説明したように、下層より第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体形成層１３、第２ストッパ層１４および第２基板１５からなる積層体で形成されていて、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２とが対向する側とは反対側において構造体形成層１３の部分が他の構成部品より内部側に形成されている。その構造体形成層１３を内部側に凹ませた部分に、同一の構造体形成層１３からなるもので、電磁駆動で第２振動子１０１−２が動作したときに発生する誘導起電力を検出するためのモニタ電極となる電極１０８−２が第２振動子１０１−２とスリット１１１−２を間にして形成されている。したがって、電極１０８−２は、その上部側が第２振動子１０１−２を構成する第２ストッパ層１４を介して第２基板１５に支持され、下部側が第１振動子１０１−１を構成する第１ストッパ層１２を介して第１基板１１に支持されている。したがって、この電極１０８−２と第２振動子１０１−２とは一緒に振動することになる。
【００４２】
第１振動子１０１−１の第２振動子１０１−２とは反対側の角部に対向する上記電極１０８−１の位置（電極１０８−１の両端）には、支持弾性体１０２−１、１０２−２の一端側が支持されている。また支持弾性体１０２−１、１０２−２の他端側は、それぞれ電極パッドとなる支持部１０３−１、１０３−２が設けられ、この支持部１０３−１、１０３−２がその上下に設けられている第１基板１１に第１ストッパ層１２を介して、また第２基板１５に第２ストッパ１４を介して支持固定されている。したがって、電極１０８−１は支持弾性部１０２−１、１０２−２および支持部１０３−１、１０３−２と一体に形成されていて、以下、支持弾性部１０２−１、１０２−２、支持部１０３−１、１０３−２も電極１０８−１とする。
【００４３】
同様に、第２振動子１０１−２の第１振動子１０１−１とは反対側の角部に対向する上記電極１０８−２の位置（電極１０８−２の両端）には、支持弾性体１０２−３、１０２−４の一端側が支持されている。また支持弾性体１０２−３、１０２−４の他端側は、それぞれ支持部１０３−３、１０３−４が設けられ、その支持部１０３−３、１０３−４がその上下に設けられている第１基板１１に絶縁体である第１ストッパ層１２を介して、また第２基板１５に絶縁体である第２ストッパ１４を介して支持固定されている。したがって、電極１０８−２は支持弾性部１０２−３、１０２−４および支持部１０３−３、１０３−４と一体に形成されていて、以下、支持弾性部１０２−３、１０２−４、支持部１０３−３、１０３−４も電極１０８−１とする。
【００４４】
上記支持弾性体１０２−５には、例えばその中間部に支持部１０３−５が形成され、同様に上記支持弾性体１０２−６には、例えばその中間部に支持部１０３−６が形成され、各支持部１０３−５、１０３−６は、その上下に設けられている第１基板１１に絶縁体である第１ストッパ層１２を介して、また第２基板１５に絶縁体である第２ストッパ１４を介して支持固定されている。この支持部１０３−５、１０３−６は、角速度を検出する電極として上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２を用いるための取り出し電極となるものである。
【００４５】
また、上記各支持弾性体１０２−１〜１０２−６は構造体形成層１３で形成されるが、その上部側の第２ストッパ層１４、第２基板１５は除去されていて、また下部側の第１ストッパ層１２、第１基板１１も除去されている。このため、支持弾性体１０２−１〜１０２−６は上下に自由に振動することができる。したがって、第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２は、各支持弾性体１０２−１〜１０２−６によって浮遊状態に支持されることになる。また、各支持弾性体１０２−１〜１０２−６は、ばねとしての機能を有する形状であれば、その形状は問わない。例えば、平面レイアウト的に見て例えばコ字形状、Ｕ字形状もしくは矩形波形状に形成されている。
【００４６】
そして、上記第１振動子１０１−１の重心Ｇ１、上記第２振動子１０１−２の重心Ｇ２、上各支持弾性体１０２−１〜１０２−４の各支持部１０３−１〜１０３−４側の支持点、支持弾性体１０２−１、２の第１振動子１０１−１側の支持点、および各支持弾性体１０２−３、４の第２振動子１０１−２側の支持点が、第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２が振動していない状態で、同一平面上に配置されている。
【００４７】
上記支持部１０３−１、１０３−２には、スリット１１１−３、１１１−４を介して対向電極部１０４−１が形成されている。同様に、上記支持部１０３−３、１０３−４には、スリット１１１−５、１１１−６を介して対向電極部１０４−２が形成されている。これらの対向電極部１０４−１、１０４−２は、次に説明するフレーム１２１を構成する構造体形成層１３と別体に形成されていてもよく、一体に形成されていてもよい。一体に形成されている場合には、対向電極部１０４−１と対向電極部１０４−２とが電気的に分離されるように、例えばフレーム１２１を構成する構造体形成層１３にスリット（図示せず）を形成しておく。
【００４８】
さらに、最外周には、上記第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体形成層１３、第２ストッパ層１４および第２基板１５からなる積層体で形成されたフレーム１２１が形成されている。このフレーム１２１の第１基板１１、第１ストッパ層１２、第２ストッパ層１４、第２基板１５は、上記支持部１０３−１〜支持部１０３−４および対向電極部１０４−１、１０４−２の上下部に張り出して形成されていて、張り出した第１基板１１、第１ストッパ層１２、第２ストッパ層１４および第２基板１５によって、支持部１０３−１〜支持部１０３−４および対向電極部１０４−１、１０４−２が固定されている。
【００４９】
また、第１基板１１の裏面側（第１振動子１０１−１等が形成されている側を表面側として）には、例えば接着層１７を介して支持基板３００が形成されている。
【００５０】
また、上記支持部１０３−１〜１０３−４上の第２ストッパ層１４および第２基板１５を貫通して、電極１０８−１、１０８−２に支持部１０３−１〜１０３−４、支持弾性体１０２−１〜１０２−４等を介して電気的に接続する取り出し電極１１８−１〜１１８―４が形成されている。この取り出し電極１１８−１〜１１８―４により外部より第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２を励振するための電流が電極１０８−１、１０８―２に流れるようになっている。そして上記電極１０８−１、１０８―２に印加される電圧により発生する静電引力Ｆｓの方向と、上記第１振動子１０１−１および上記電極１０８−１からなる第１振動子系の重心Ｇ１と、上記第２振動子１０１−２および上記電極１０８―２からなる第２振動子系の重心Ｇ２とが同一平面上に位置するように配置されている。したがって、上記条件を満足するように、第１基板１１の厚み、第２基板１５の厚み、上記スリット１１１−１、１１１−２の幅、上記電極１０８−１、１０８―２の幅等が決定される。
【００５１】
上記フレーム部１２１を構成する第２基板１５上には、支持基板２００が形成されている。この支持基板２００は、例えばガラス基板もしくは絶縁膜を形成したシリコン基板で形成されている。また支持基板２００の上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２に対向する面には、振動子の変位を検出するための検出電極（変位検出部）２１０−１、２１０−２が形成されている。さらに各取り出し電極１１８−１〜１１８―４に接続するバンプ２１２−１〜２１２―４を形成した駆動電極２１１−１〜２１１―４が形成されている。
【００５２】
また、上記第１、第２振動子１０１−１、１０１−２には、空気ダンピングを緩和するための貫通孔（図示せず）が複数設けられていてもよい。この貫通孔は、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２上方に設けられる上記支持基板２００との狭ギャップによるスクイーズ効果を低減させる。したがって、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２のバランスがとれるように均一に分布されるように形成されることが好ましい。
【００５３】
本発明の慣性センサ２では、第１振動子１０１−１の重心Ｇ１、第２振動子１０１−２の重心Ｇ２と、各支持弾性体１０２−１〜１０２−４の各支持される側の支持点とが同一平面上に配置されているため、第１振動子１０１−１と電極１０８−１からなる振動子系の重心Ｇ１周りに回転方向の振動、第２振動子１０１−２と電極１０８−２からなる振動子系の重心Ｇ２周りに回転方向の振動を発生することなく、面外振動を抑制し、面内の安定した並進運動をすることができる。このため、振動ノイズを低減することができるので、感度が向上するという利点がある。
【００５４】
また、電極１０８−１、１０８−２にかかる静電引力ベクトルと重心Ｇ１、Ｇ２が同一平面上になるように設定されている。これによって、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２は安定した並進運動を起こすようになる。また、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の構造体形成層１３の上下に第１基板１１および第２基板１５が設けられている。これによって、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の質量を増すことができるので、高感度でダイナミックレンジの広い慣性センサを提供することができる。また、第１基板１１および第２基板１５の厚みを調整することで、電極１０８−１、１０８−２にかかる静電引力ベクトルと重心Ｇ１、Ｇ２が同一平面上になるように、容易に調整することができる。
【００５５】
上記慣性センサ１、２では、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２は、上記のように、平面内で安定した併進運動をすることが可能になる。よって、振動ノイズを低減することができるので、高感度な慣性センサ１、２となるという利点がある。また、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２を構成する構造体形成層１３の上下に第１基板１１および第２基板１５が形成されているため、従来の振動子よりも第１基板１１および第２基板１５の分だけ第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の質量を増すことができるので、高感度になり、かつダイナミックレンジが広くなるという利点がある。
【００５６】
また、上記慣性センサ１、２では、２つの振動子の変位容量を計算することで、角速度を検出することができる。それぞれの検出電極と振動子間に発生する容量変化量が異なるが、並進加速度が印加された際には、発生する容量変化量は異ならないため、差分を取っても容量差が生じない。よって、角速度印加の時に発生する加速度成分を除去できる構造となっている。さらに２つの振動子の変位容量の和を計算することで、加速度を検出することができる。
【００５７】
次に、本発明の慣性センサの製造方法の一実施の形態（第１実施例）を、図７〜図１３の製造工程断面図によって説明する。なお、前記本発明の慣性センサ１の構成と同様な部品には同一符号を付与した。また、この製造方法の説明で用いた断面図は前記図１のＡ−Ａ線断面と同位置でみた断面図である。
【００５８】
図６に示すように、第１基板１１上に絶縁膜からなる第１ストッパ層１２、構造体形成層１３を積層した基板を用いる。一例として、上記第１基板１１には例えばシリコン基板を用い、上記第１ストッパ層１２には酸化シリコン層を用い、上記構造体形成層１３にはシリコン活性層を用いる。したがって、上記第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体形成層１３が積層された基板としてＳＯＩ（Silicon on insulator）基板１０を用いることができる。また、第２基板１５として例えばシリコン基板を用意する。
【００５９】
次に、図７に示すように、第２基板１５の第１基板１１側の接合面に第２ストッパ層１４として酸化シリコン層を、例えば熱酸化法もしくは化学的気相成長（ＣＶＤ）法で形成する。
【００６０】
また第１基板１１側においては、通常のレジスト塗布、リソグラフィー技術によるレジスト膜からなるエッチングマスクの形成、そのエッチングマスクを用いたエッチング加工（例えばＤＲＩＥ：反応性イオンエッチング）により、構造体形成層１３をエッチングして、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の構造体形成層部分を並行に形成するとともに、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２間を接続する支持弾性体１０２−５、１０２−６を形成する。また、第１振動子１０１−１の第２振動子１０１−２側とは反対側の側部にスリット１１１−１を設けて電極１０８−１を形成するとともに、この電極１０８−１の両端に一端側が接続する支持弾性体１０２−１、１０２−２、この支持弾性体１０２−１、１０２−２の他端側に接続する支持体１０３−１、１０３−２を形成する。また第２振動子１０１−２の第１振動子１０１−１側とは反対側の側部にスリット１１１−２を設けて電極１０８−２を形成するとともに、この電極１０８−２の両端に一端側が接続する支持弾性体１０２−３、１０２−４、この支持弾性体１０２−３、１０２−４の他端側に接続する支持体１０３−３、１０３−４を形成する。さらに最外周部にフレーム１２１の構造体形成層１３部分を形成する。上記構造体形成層１３からなる各構成部品は同時に加工形成される。以下、図面中、括弧内に記載した符号は、当該図面に記載した部材に対して図面手前側に対向して形成される部材の符号であって、その部材は図面に記載した部材と同様の部材である。
【００６１】
なお、上記図４、図５によって説明した上記第２実施例の慣性センサ２を製造する場合には、上記構造体形成層を加工する際に、上記支持部１０３−１、１０３−２に対してスリット１１１−３、１１１−４を介して対向電極部１０４−１を形成するとともに、上記支持部１０３−３、１０３−４に対してスリット１１１−５、１１１−６を介して対向電極部１０４−２を形成する。さらに、支持弾性体１０２−５、１０２−６に連続する支持部１０３−５、１０３−６を形成する。なお、支持部、対抗電極部等の符号は慣性センサ２の説明で用いた符号を付した。
【００６２】
次に、図８に示すように、第２基板１５側に形成した第２ストッパ層１４と上記エッチング加工を施した構造体形成層１３とを貼り合わせる。この接合方法には、例えば、貼り合わせ表面を親水化した後に貼り合わせるシリコン直接接合方法を用いる。また、プラズマ活性化による低温接合、アルゴン（Ａｒ）イオンビームによる常温接合などを用いてもよい。このとき第２基板１５側はパターニングされていないため、精密なアライメントは不要となる。
【００６３】
次に、図９に示すように、取り出し電極を形成する位置、例えば図面では支持部１０３−１〜１０３−４上の第２基板１５および第２ストッパ層１４に貫通孔１１７−１〜１１７−４を形成する。この貫通孔１１７−１〜１１７−４は、例えば第２基板１５をディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）で加工し、第２基板１５に形成した貫通孔１１７−１〜１１７−４底部の第２ストッパ層１４を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で除去して形成される。その後、貫通孔１１７−１〜１１７−４内部にバリアメタル層（図示せず）を形成した後、例えばスパッタリング法もしくは蒸着法によって銅メッキシード層（図示せず）を形成する。そして、貫通孔１１７−１〜１１７−４を埋め込むように、銅メッキを施す。その後、第２基板１５上の余剰な銅メッキ層、バリアメタル層等を、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）により除去する。これによって、貫通孔１１７−１〜１１７−４内にバリアメタル層を介して銅からなる取り出し電極１１８−１〜１１８−４が形成される。
【００６４】
上記取り出し電極１１８−１〜１１８−４の形成方法としては、上記方法の他に、例えば、貫通孔１１７−１〜１１７−４の側壁に絶縁膜（図示せず）を形成した後、異方性エッチングで底面の絶縁膜を除去する。その後、貫通孔１１７−１〜１１７−４内にポリシリコンを埋め込むことで取り出し電極１１８−１〜１１８−４を形成することもできる。また、上記取り出し電極１１８−１〜１１８−４を形成する工程において、対向電極部１０４−１、１０４−２にも上記取り出し電極１１８−１〜１１８−４と同様なる取り出し電極（図示せず）が形成される。
【００６５】
次に、図１０に示すように、第１振動子１０１−１と電極１０８−１および第２振動子１０１−２と電極１０８−２とが第１ストッパ層１２を介して第１基板１１で接続されるようにして第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２を構成する第１基板１１および第１ストッパ層１２の部分が独立した状態になるように、また支持弾性体１０２−１〜１０２−６の部分およびその周辺部の第１基板１１および第１ストッパ層１２が除去されるように、また支持体１０３−１〜１０３−４を支持する第１ストッパ層１２および第１基板１１が残されるように、およびフレーム部１２１を構成する第１ストッパ層１２および第１基板１１が残されるように、上記第１基板１１、第１ストッパ層１２をエッチング加工する。このエッチング加工は、例えば第１基板１１のエッチング加工をディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）で行い、第１ストッパ層１２のエッチング加工をドライエッチングもしくはウエットエッチングで行う。このように第１ストッパ層１２を第１基板１１のエッチングのエッチングストッパ層として用いることで、構造体形成層１３をエッチングしてしまうことが防止できる。さらに、第１ストッパ層１２のエッチングでは構造体形成層１３に対してエッチング選択性の高いエッチングを行うことができるので、エッチング精度が高められる。
【００６６】
次に、図１１に示すように、第１振動子１０１−１と電極１０８−１および第２振動子１０１−２と電極１０８−２とが第２ストッパ層１４を介して第２基板１５で接続されるようにして第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２を構成する第２基板１５および第２ストッパ層１４の部分が独立した状態になるように、また支持弾性体１０２−１〜１０２−６の部分およびその周辺部の第２基板１５および第２ストッパ層１４が除去されるように、また支持体１０３−１〜１０３−４を支持する第２ストッパ層１４および第２基板１５が残されるように、およびフレーム部１２１を構成する第２ストッパ層１４および第２基板１５が残されるように、上記第２基板１５、第２ストッパ層１４をエッチング加工する。このエッチング加工は、例えば第２基板１５のエッチング加工をディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）で行い、第２ストッパ層１４のエッチング加工をドライエッチングもしくはウエットエッチングで行う。このように第２ストッパ層１４を第２基板１５のエッチングのエッチングストッパ層として用いることで、構造体形成層１３をエッチングしてしまうことが防止できる。さらに、第２ストッパ層１４のエッチングでは構造体形成層１３に対してエッチング選択性の高いエッチングを行うことができるので、エッチング精度が高められる。
【００６７】
次に、図１２に示すように、第１基板１１の裏面（第１ストッパ層１２が形成された面とは反対側の面）に磁性体１６を接着層１７で接着する。この接着層１７には、接着剤、ダイボンドペースト、ダイボンドフィルムなどを用いることができる。磁性体１６には、例えば永久磁石を用いることができる。
【００６８】
もしくは、図１３に示すように、上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２に対向する面には、振動子の変位を検出するための検出電極（変位検出部）２１０−１、２１０−２が形成された支持基板２００を用意し、上記フレーム部１２１を構成する第２基板１５上に、支持基板２００を接合する。この支持基板２００には、例えばガラス基板もしくは絶縁膜を形成したシリコン基板を用いる。また、第１基板１１の裏面側に支持基板３００の表面側を接合して、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２等が形成されている内部を気密封止する。そして、この支持基板３００の裏面側に磁性体１６を設置してもよい。この磁性体１６は、例えば接着剤、ダイボンドペースト、ダイボンドフィルムなどを用い支持基板３００に貼り付ける。また、図示はしないが、上記磁性体１６は、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２等の振動子系を電磁的に駆動させるものであり、出力的な相違はあるものの動作として同様の結果が得られるので、例えば、上記支持基板３００の表面もしくは裏面を掘り込んでその内部に磁性体１６を設置したり、支持基板２００の上部に設置したり、また支持基板２００と支持基板３００の両方に磁性体１６を設置することも可能である。なお、上記図４、図５によって説明した上記第２実施例の慣性センサ２を製造する場合には、磁性体１６は設けない。
【００６９】
上記製造方法では、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の各重心と各支持弾性体１０２−１〜１０２−４の支持部１０３−１〜１０３−４側および上記振動子側の支持点とが同一平面上に配置されるように形成することから、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２が平面内で安定した併進運動をすることが可能になる。しかも、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２は、各支持弾性体１０２−１〜１０２−４が構成される同一の構造体形成層１３の一部で形成され、その構造体形成層１３の下部側が第１ストッパ層１２を介して第１基板１１の一部で形成され、その構造体形成層１３の上部側が第２ストッパ層１４を介して第２基板１５の一部で形成されることから、第１基板１１および第２基板１５の厚さを調整することで、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の各重心を、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２を構成する構造体形成層１３の中心に位置させるように形成することができる。したがって、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２は、上記のように、平面内で安定した併進運動をするように形成される。
【００７０】
よって、振動子系の重心周りに回転方向の振動を発生することなく、面外振動を抑制し、面内の安定した並進運動をするように形成することができるため、振動ノイズを低減することができるので、高感度な慣性センサを形成できるという利点がある。また、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２を構成する構造体形成層１３の上下にさらに第１基板１１および第２基板１５で第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の一部を形成するため、従来の振動子よりも第１基板１１および第２基板１５の分だけ第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の質量を増すことができるので、高感度かつ広ダイナミックレンジの慣性センサを製造できるという利点がある。
【００７１】
次に、本発明の構造体基板の一実施の形態（実施例）を、図１４の概略構成断面図によって説明する。
【００７２】
図１４に示すように、構造体基板６は、第１基板１１と、この第１基板１１の第１面１１Ａとは反対面の第２面１１Ｂに第１ストッパ層１２を介して構造体形成層１３の一部を除去加工してなる構造体２１が形成されている。この構造体２１は、例えば複数の構造体からなる。上記第１基板１１は、例えばシリコン基板からなり、上記第１ストッパ層は絶縁膜からなる。例えば、この絶縁膜には、酸化シリコン膜もしくは窒化シリコン膜で形成される。また、上記構造体形成層１３は、例えばシリコン活性層で形成されている。
【００７３】
構造体基板６を用いて、例えば前記慣性センサ１を構成する場合、上記構造体２１として、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の構造体形成層部分を並行に形成するとともに、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２との間を接続する支持弾性体１０２−５、１０２−６を形成する。また、第１振動子１０１−１の第２振動子１０１−２側とは反対側の側部にスリット１１１−１を設けて電極１０８−１を形成するとともに、この電極１０８−１の両端に一端側が接続する支持弾性体１０２−１、１０２−２、この支持弾性体１０２−１、１０２−２の他端側に接続する支持体１０３−１、１０３−２を形成する。また第２振動子１０１−２の第１振動子１０１−１側とは反対側の側部にスリット１１１−２を設けて電極１０８−２を形成するとともに、この電極１０８−２の両端に一端側が接続する支持弾性体１０２−３、１０２−４、この支持弾性体１０２−３、１０２−４の他端側に接続する支持体１０３−３、１０３−４を形成する。さらに最外周部にフレーム１２１の構造体形成層１３部分を形成することができる。なお、前記慣性センサ２を構成する場合には、上記支持部１０３−１、１０３−２に対してスリット１１１−３、１１１−４を介して対向電極部１０４−１を形成するとともに、上記支持部１０３−３、１０３−４に対してスリット１１１−５、１１１−６を介して対向電極部１０４−２も形成する。
【００７４】
上記構造体２１における第１ストッパ層１２が形成されている面とは反対側の面に第２ストッパ層１４を介して第２面１５Ｂが接合された第２基板１５が形成されている。上記第２ストッパ層１４は、絶縁膜からなる。例えば、この絶縁膜には、酸化シリコン膜もしくは窒化シリコン膜で形成される。上記第１基板１１は、例えばシリコン基板からなる。この第１基板１１と第２基板１５は同一種の基板を用いることができる。また第１ストッパ層１２と第２ストッパ層１４は同一材料で形成することができ、または異なる材料で形成することもできる。また、第１ストッパ層１２と第２ストッパ層１４は同一膜厚で形成することができる。例えば、構造体基板６を用いて慣性センサの振動子等を形成する場合、第１基板１１と第２基板１５の膜厚を同一膜厚にし、さらに第１ストッパ層間１２と第２ストッパ層１４の膜厚を同一膜厚とすることで、構造体形成層１３を中心にして上下のバランスのとれた振動子を形成することが可能になる。
【００７５】
そして、上記構造体基板６は、上記第１基板１１の第１面１１Ａから第１ストッパ層１２までの一部が除去されるとともに、第２基板１５の第２面１５Ｂとは反対面の第１面１５Ａから第２ストッパ層１４までの一部が除去されることで、前記図１、図２によって説明した慣性センサ１を構成することができる。
【００７６】
上記構造体基板６では、第１基板１１上に第１ストッパ層１２を介して形成された構造体形成層１３で、複数の支持部１０３−１〜１０３−４と、各支持部１０３−１〜１０３−４のそれぞれに一端側が支持される支持弾性体１０２−１〜１０２−４と振動子間の支持弾性体１０２−５、１０２−６、支持弾性体１０２−１〜１０２−４の他端側に支持される第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の一部とを構成することができる。また第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２は、第１基板１１の第１面から第１ストッパ層１２までの一部が除去されるとともに第２基板１５の第２面とは反対面の第１面から第２ストッパ層１４までの一部が除去されることで、支持弾性体１０２−１〜１０２−４の他端側に支持されるように、第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体形成層１３、第２ストッパ層１４および第２基板１５の一部で構成することができる。また、構造体形成層１３の上下に第１基板１１および第２基板１５を有することから、第１基板１１および第２基板１５の厚さを調整することで、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２を構成する構造体形成層１３に第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の重心を配置させることが可能になるとともに、支持部１０３−１〜１０３−４、支持弾性体１０２−１〜１０２−６が同一層の構造体形成層１３で形成されることから、本発明の構造体基板６は、並進運動の安定性に優れた慣性センサを構成することができる。
【００７７】
このように、併進運動の安定性に優れた慣性センサを構成することができるため、振動ノイズが低減された高感度な慣性センサを製造できるという利点がある。また、第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２では、構造体形成層１３の上下に第１基板１１および第２基板１５が形成されているため、従来の振動子よりも第１基板１１および第２基板１５の分だけ振動子の質量を増すことができるので、高感度かつ広ダイナミックレンジの慣性センサを製造できるという利点がある。
【００７８】
次に、上記構造体基板６の製造方法を、図１５の製造工程断面図によって説明する。
【００７９】
図１５（１）に示すように、第１基板１１上に絶縁膜からなる第１ストッパ層１２、構造体形成層１３を積層した基板を用いる。一例として、上記第１基板１１には例えばシリコン基板を用い、上記第１ストッパ層１２には絶縁膜である酸化シリコン層を用い、上記構造体形成層１３にはシリコン活性層を用いる。したがって、上記第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体形成層１３が積層された基板としてＳＯＩ（Silicon on insulator）基板１０を用いることができる。
【００８０】
上記ＳＯＩ基板１０は、スマートカット法、ＳＩＭＯＸ法などいかなる公知のＳＯＩウエハ、貼り合わせ技術を用いたＳＯＩ基板でも適用できる。また第２基板１５には、後に説明する工程で第２ストッパ層となる酸化シリコン膜を形成した後に第２基板１５の厚さが第１基板１１の厚さと同等になるような厚さのシリコン基板を用いる。
【００８１】
また、第２基板１５として例えばシリコン基板を用意する。
【００８２】
次に、図１５（２）に示すように、第２基板１５に第２ストッパ層となる酸化シリコン膜２２を形成する。この酸化シリコン膜２２は、例えば、熱酸化法によって、第２基板１５の表面を熱酸化することにより酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を生成することで形成される。この酸化シリコン膜の形成では、上記第１ストッパ層１２の膜厚と同等の膜厚となるように酸化条件を調整する。酸化方法はドライ酸化もしくはウエット酸化のどちらを適用してもよい。
【００８３】
また、上記第１基板１１側の構造体形成層１３を加工して、構造体２１を形成する。
【００８４】
例えば、前記慣性センサ１を形成するのであれば、前記図１４によって説明したのと同様に、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の構造体形成層部分を並行に形成するとともに、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２間を接続する支持弾性体１０２−５、１０２−６を形成する。第１振動子１０１−１の第２振動子１０１−２側とは反対側の側部にスリット１１１−１を設けて電極１０８−１を形成するとともに、この電極１０８−１の両端に一端側が接続する支持弾性体１０２−１、１０２−２、この支持弾性体１０２−１、１０２−２の他端側に接続する支持体１０３−１、１０３−２を形成する。一方、第２振動子１０１−２の第１振動子１０１−１側とは反対側の側部にスリット１１１−２を設けて電極１０８−２を形成するとともに、この電極１０８−２の両端に一端側が接続する支持弾性体１０２−３、１０２−４、この支持弾性体１０２−３、１０２−４の他端側に接続する支持体１０３−３、１０３−４を形成する。さらに最外周部にフレーム１２１の構造体形成層１３部分を形成することで、上記構造体２１を形成する。なお、前記慣性センサ２を構成する場合には、上記支持部１０３−１、１０３−２に対してスリット１１１−３、１１１−４を介して対向電極部１０４−１を形成するとともに、上記支持部１０３−３、１０３−４に対してスリット１１１−５、１１１−６を介して対向電極部１０４−２も形成する。
【００８５】
次に、図１５（３）に示すように、上記ＳＯＩ基板１０と酸化シリコン膜２２を形成した第２基板１５とを洗浄して貼り合わせる。貼り合わせ温度は、例えば２０℃〜２００℃の範囲内とした。また、上記洗浄工程では、ＳＯＩ基板１０の表面と第２基板１５の表面に親水性に保たせる処理をした。この処理では、例えばＳＣ１（アンモニア過水：水酸化アンモニウム＋過酸化水素水）洗浄によりＯＨ基で終端できるようにした。その後、ＳＯＩ基板１０と酸化シリコン膜２２を形成した第２基板１５とを貼り合せて構造体基板６を形成し、この構造体基板６に熱処理を施して、ＳＯＩ基板１０の構造体形成層１３と第２基板１５の酸化シリコン膜２２との接合強度を高めた。この熱処理の処理温度は、一例として、７００℃から１２００℃の範囲内に設定した。
【００８６】
次に、図１５（４）に示すように、第１基板１１側に貼り合わせた第２基板１５の第１基板１１側の面を除く全面に形成されている酸化シリコン膜２２を剥離し、第１基板１１側ｍｐ酸化シリコン膜２２を残す。この剥離処理は、例えばウエットエッチングもしくはドライエッチングにより行う。この結果、第１基板１１上に形成された第１ストッパ層１２と、第２基板１５に形成された酸化シリコン膜２２からなる第２ストッパ層１４とに、構造体形成層１３からなる構造体２１が挟み込まれてなる構造体基板６が形成される。この構造体基板６の第１基板１１と第２基板１５とは同一の厚さに形成され、第１ストッパ層１２と第２ストッパ層１４とは同一の厚さに形成されている。
【００８７】
次に、上記構造体基板６の別の製造方法を、図１６の製造工程断面図によって説明する。
【００８８】
図１６（１）に示すように、第１基板１１上に絶縁膜からなる第１ストッパ層１２、構造体形成層１３を積層した基板を用いる。一例として、上記第１基板１１には例えばシリコン基板を用い、上記第１ストッパ層１２には絶縁膜である酸化シリコン層を用い、上記構造体形成層１３にはシリコン活性層を用いる。したがって、上記第１基板１１、第１ストッパ層１２、構造体形成層１３が積層された基板としてＳＯＩ（Silicon on insulator）基板１０を用いることができる。
【００８９】
上記ＳＯＩ基板１０は、スマートカット法、ＳＩＭＯＸ法などいかなる公知のＳＯＩウエハ、貼り合わせ技術を用いたＳＯＩ基板でも適用できる。また第２基板１５には、後に説明する工程で第２ストッパ層となる酸化シリコン膜を形成した後に第２基板１５の厚さが第１基板１１の厚さと同等になるような厚さのシリコン基板を用いる。
【００９０】
また、第２基板１５として例えばシリコン基板を用意する。
【００９１】
次に、図１６（２）に示すように、ＳＯＩ基板１０の全面に第２ストッパ層となる酸化シリコン膜２３を形成する。この酸化シリコン膜２３は、例えば、熱酸化法によって、ＳＯＩ基板１０の表面を熱酸化することにより酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を生成することで形成される。この酸化シリコン膜の形成では、上記第１ストッパ層１２の膜厚と同等の膜厚となるように酸化条件を調整する。酸化方法はドライ酸化もしくはウエット酸化のどちらを適用してもよい。
【００９２】
次に、図示はしないが、構造体形成層１３上の酸化シリコン膜２３側から構造体形成層１３を加工して、所望の構造体２１を得る。
【００９３】
例えば、前記慣性センサ１を形成するのであれば、前記図１４によって説明したのと同様に、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の構造体形成層部分を並行に形成するとともに、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２間を接続する支持弾性体１０２−５、１０２−６を形成する。第１振動子１０１−１の第２振動子１０１−２側とは反対側の側部にスリット１１１−１を設けて電極１０８−１を形成するとともに、この電極１０８−１の両端に一端側が接続する支持弾性体１０２−１、１０２−２、この支持弾性体１０２−１、１０２−２の他端側に接続する支持体１０３−１、１０３−２を形成する。一方、第２振動子１０１−２の第１振動子１０１−１側とは反対側の側部にスリット１１１−２を設けて電極１０８−２を形成するとともに、この電極１０８−２の両端に一端側が接続する支持弾性体１０２−３、１０２−４、この支持弾性体１０２−３、１０２−４の他端側に接続する支持体１０３−３、１０３−４を形成する。さらに最外周部にフレーム１２１の構造体形成層１３部分を形成することで、上記構造体２１を形成する。なお、前記慣性センサ２を構成する場合には、上記支持部１０３−１、１０３−２に対してスリット１１１−３、１１１−４を介して対向電極部１０４−１を形成するとともに、上記支持部１０３−３、１０３−４に対してスリット１１１−５、１１１−６を介して対向電極部１０４−２も形成する。
【００９４】
次に、図１６（３）に示すように、上記酸化シリコン膜２３を形成したＳＯＩ基板１０と第２基板１５とを洗浄して貼り合わせる。貼り合わせ温度は、例えば２０℃〜２００℃の範囲内とした。また、上記洗浄工程では、酸化シリコン膜２３表面と第２基板１５表面に親水性に保たせる処理をした。この処理では、例えばＳＣ１（アンモニア過水：水酸化アンモニウム＋過酸化水素水）洗浄によりＯＨ基で終端できるようにした。その後、ＳＯＩ基板１０に形成された酸化シリコン膜２３と第２基板１５とを貼り合せた。そして、熱処理を施して、ＳＯＩ基板１０の酸化シリコン膜２３と第２基板１５との接合強度を高めた。この熱処理の処理温度は、一例として、７００℃から１２００℃の範囲内に設定した。
【００９５】
次に、図１６（４）に示すように、第２基板１５に貼り合わせた第１基板１１の第２基板１５側の面を除く全面に形成されている酸化シリコン膜２３を剥離する。この剥離処理は、例えばウエットエッチングもしくはドライエッチングにより行う。この結果、第１基板１１上に形成された第１ストッパ層１２と、第２基板１５側に形成された酸化シリコン膜２３からなる第２ストッパ層１４とに、構造体形成層１３からなる構造体２１が挟み込まれてなる構造体基板６が形成される。この構造体基板６の第１基板１１と第２基板１５とは同一の厚さに形成され、第１ストッパ層１２と第２ストッパ層１４とは同一の厚さに形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の慣性センサに係る一実施の形態（第１実施例）を示した平面図である。
【図２】本発明の慣性センサに係る一実施の形態（第１実施例）を示した図面で、図１中のＡ−Ａ線断面を示した概略構成断面図である。
【図３】慣性センサの第１実施例の変形例を示した概略構成断面図図である。
【図４】本発明の慣性センサに係る一実施の形態（第２実施例）を示した平面図である。
【図５】本発明の慣性センサに係る一実施の形態（第２実施例）を示した図面で、図４中のＡ−Ａ線断面を示した概略構成断面図である。
【図６】本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図７】本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図８】本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図９】本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１０】本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１１】本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１２】本発明の慣性センサの製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１３】慣性センサの製造方法に係る第１実施例の変形例を示した製造工程断面図である。
【図１４】本発明の構造体基板に係る一実施の形態（実施例）を示した概略構成断面図である。
【図１５】構造体基板の製造方法を示した製造工程断面図である。
【図１６】構造体基板の別の製造方法を示した製造工程断面図である。
【図１７】従来の慣性センサの課題を説明する図面である。
【符号の説明】
【００９７】
１…慣性センサ、１１…第１基板、１２…第１ストッパ層、１３、構造体形成層、１４…第２ストッパ層、１５…第２基板、１０１−１…１振動子、１０１−２…第２振動子、１０２−１〜１０２−６…支持弾性体、１０３−１〜１０３−４…支持部、Ｇ１、Ｇ２…重心
【図１】
2008145385.tif 000003
【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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