(57)【要約】【課題】垂直方向の加速度及び水平方向の加速度を共に検出することができ、垂直方向の加速度を十分な感度で検出することができる静電容量型加速度センサを提供すること。【解決手段】第１及び第２のガラス基板１１，１８と、シリコン基板１６とにより構成されたキャビティ１７内で、揺動部材１６ａが被測定加速度により揺動する。揺動部材１６ａは導電体であるので、揺動部材１６ａが揺動することにより、第１及び第２固定電極１４，１９との間の静電容量が変化する。この変化を検知することにより加速度を測定することができる。揺動部材１６ａと第１及び第２固定電極１４，１９との間の第１及び第２静電容量、並びに第１及び第２固定電極１４，１９間の第３静電容量を検出するので、垂直方向及び水平方向の加速度をそれぞれ分離して求めることができる。【選択図】図１
2007093430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に背向する一対の主面の一方の主面上に形成された第１固定電極を有する第１基板と、加速度により変位する可動電極を有し、前記第１固定電極と所定の間隔をおいて前記可動電極が対向するように前記第１基板上に配置された第２基板と、第２固定電極を有し、前記可動電極と所定の間隔をおいて前記第２固定電極が対向するように前記第２基板上に配置された第３基板と、を具備し、前記可動電極と前記第１固定電極との間の第１静電容量、前記可動電極と前記第２固定電極との間の第２静電容量、及び前記第１固定電極と前記第２固定電極との間の、前記第１及び第２静電容量が直列に接続された容量である第３静電容量を検出することを特徴とする静電容量型加速度センサ。
【請求項２】
各基板の平面視方向で、前記第１固定電極及び前記第２固定電極の少なくとも一方が前記可動電極に対してずれた状態で配置されることを特徴とする請求項１記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項３】
前記第１固定電極、前記可動電極と電気的に接続する第１接続電極、及び前記第２基板を介して前記第２固定電極と電気的に接続する第２接続電極が、前記第１基板の前記一方の主面上に形成されており、前記第１基板は、前記第１固定電極、前記第１接続電極及び第２接続電極と、前記第１基板の他方の主面上に形成されたそれぞれの引き出し電極とを電気的に接続する導電部材を内部に有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項４】
前記第１及び第３基板がガラス基板であり、前記第２基板がシリコン基板であり、前記導電部材がシリコン製部材であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の静電容量型加速度センサ。
【請求項５】
前記ガラス基板と前記シリコン製部材との界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有することを特徴とする請求項４記載の静電容量型加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量を用いて加速度を検知する静電容量型加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型加速度センサは、可動電極である揺動部材を有する基板と、固定電極を有する基板とを、揺動部材と固定電極との間に所定の間隔を有するように接合することにより構成されている。この静電容量型加速度センサにおいては、揺動部材に加速度が加わると揺動部材が揺動し、これにより揺動部材と固定電極との間隔が変わる。この間隔の変化により揺動部材と固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を利用して加速度の変化を検出する。
【０００３】
従来の静電容量型加速度センサは、例えば図８に示すような構成を有する（特許文献１）。図８において、第１のガラス基板１には、固定電極２が形成されている。この固定電極２は分割して形成されている。この第１のガラス基板１上には、揺動部材であるシリコン錘３ａ及び梁部３ｂを有するシリコン基板３が接合されている。また、シリコン基板３上には、第２のガラス基板４が接合されている。図８に示す静電容量型加速度センサは、シリコン錘３ａが垂直方向と水平方向に移動可能であり、垂直方向の加速度と水平方向の加速度とを検出することができる。
【特許文献１】特開平８−６２２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図８に示す静電容量型加速度センサにおいては、垂直方向の加速度を検出する際に、シリコン錘３ａが固定電極２に接近する場合には、比較的感度良く加速度を検出することができるが、シリコン錘３ａが固定電極２から離れる場合には、感度が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、垂直方向の加速度及び水平方向の加速度を共に検出することができ、しかも垂直方向の加速度を十分な感度で検出することができる静電容量型加速度センサ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】
【０００６】
本発明の静電容量型加速度センサは、相互に背向する一対の主面の一方の主面上に形成された第１固定電極を有する第１基板と、加速度により変位する可動電極を有し、前記第１固定電極と所定の間隔をおいて前記可動電極が対向するように前記第１基板上に配置された第２基板と、第２固定電極を有し、前記可動電極と所定の間隔をおいて前記第２固定電極が対向するように前記第２基板上に配置された第３基板と、を具備し、前記可動電極と前記第１固定電極との間の第１静電容量、前記可動電極と前記第２固定電極との間の第２静電容量、及び前記第１固定電極と前記第２固定電極との間の、前記第１及び第２静電容量が直列に接続された容量である第３静電容量を検出することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、可動電極の上下に第１及び第２固定電極を配設しているので、垂直方向（厚さ方向）の加速度を検出することができると共に、水平方向（幅方向）の加速度も検出することができる。すなわち、可動電極と第１固定電極との間の第１静電容量と可動電極と第２固定電極との間の第２静電容量とから水平、垂直方向の合成された加速度を検出することができ、第１固定電極と第２固定電極との間の第３静電容量からは水平方向のみの加速度を検出することができる。これらの静電容量値から水平方向と垂直方向それぞれの加速度の成分を分離して求めることができる。
【０００８】
このとき、可動電極の上下に第１及び第２固定電極が配設されているので、可動電極が垂直方向においていずれの方向に揺動したとしても、いずれかの固定電極に可動電極が近づくことになる。したがって、可動電極に相対的に近い固定電極との間で静電容量を求めることにより、垂直方向における可動電極の揺動の向きに関係なく、十分な感度で垂直方向の加速度を検出することができる。
【０００９】
本発明の静電容量型加速度センサにおいては、各基板の平面視方向で、前記第１固定電極及び前記第２固定電極の少なくとも一方が前記可動電極に対してずれた状態で配置されることが好ましい。この構成によれば、可動電極が水平方向に変位するときに、第１固定電極及び可動電極間の対向面積と、第２固定電極及び可動電極間の対向面積とが変化する。この対向面積の変化を利用して、水平方向における可動電極の揺動の向きを検出することが可能となる。
【００１０】
本発明の静電容量型加速度センサにおいては、前記第１固定電極、前記可動電極と電気的に接続する第１接続電極、及び前記第２基板を介して前記第２固定電極と電気的に接続する第２接続電極が、前記第１基板の前記一方の主面上に形成されており、前記第１基板は、前記第１固定電極、前記第１接続電極及び第２接続電極と、前記第１基板の他方の主面上に形成されたそれぞれの引き出し電極とを電気的に接続する導電部材を内部に有することが好ましい。この構成によれば、外部への取り出し部となる引き出し電極を一つの面上に形成できるので、表面実装に適したデバイスとすることができる。
【００１１】
本発明の静電容量型加速度センサにおいては、前記第１及び第３基板がガラス基板であり、前記第２基板がシリコン基板であり、前記導電部材がシリコン製部材であることが好ましい。この場合において、前記ガラス基板と前記シリコン製部材との界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有することが好ましい。この構成によれば、ガラス基板とシリコン製部材との界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有するので、ガラス基板とシリコン製部材とが強固に接合されて、両者間の密着性が向上し、キャビティの気密性が向上する。そのため、対流やパーティクルなどの影響を受けにくくなり、安定して加速度を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の静電容量型加速度センサによれば、相互に背向する一対の主面の一方の主面上に形成された第１固定電極を有する第１基板と、加速度により変位する可動電極を有し、前記第１固定電極と所定の間隔をおいて前記可動電極が対向するように前記第１基板上に配置された第２基板と、第２固定電極を有し、前記可動電極と所定の間隔をおいて前記第２固定電極が対向するように前記第２基板上に配置された第３基板と、を具備し、前記可動電極と前記第１固定電極との間の第１静電容量、前記可動電極と前記第２固定電極との間の第２静電容量、及び前記第１固定電極と前記第２固定電極との間の、前記第１及び第２静電容量が直列に接続された容量である第３静電容量を検出するので、垂直方向（厚さ方向）、水平方向の加速度をそれぞれ分離して求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る静電容量型加速度センサの概略構成を示す断面図である。図２は、図１に示す静電容量型加速度センサを示す平面図（各基板の平面視方向から見た図）である。
【００１４】
図中１１は第１のガラス基板を示す。第１のガラス基板１１は、相互に対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。第１のガラス基板１１には、シリコンで構成された島状体（シリコン製部材）１２ａ〜１２ｃが埋設されている。島状体１２ａは、主面１１ａ上に形成され、後述するシリコン基板１６と電気的に接続する接続電極１３ａと、主面１１ｂ上に形成された引き出し電極１５ａとを電気的に接続する導電部材である。島状体１２ｂは、主面１１ａ上に形成された固定電極１５と、主面１１ｂ上に形成された引き出し電極１５ｂとを電気的に接続する導電部材である。島状体１２ｃは、主面１１ａ上に形成され、後述する固定電極１９とシリコン基板１６を介して電気的に接続する接続電極１３ｂと、主面１１ｂ上に形成された引き出し電極１５ｃとを電気的に接続する導電部材である。なお、この島状体１２ａ〜１２ｃの形成については後述する。
【００１５】
第１のガラス基板１１の主面１１ａには、島状体１２ａ，１２ｃの一方の露出部分とそれぞれ電気的に接続するように接続電極１３ａ，１３ｂが形成されている。また、第１のガラス基板１１の主面１１ａには、島状体１２ｂの一方の露出部分と電気的に接続するように固定電極１４が形成されている。ガラス基板１１の主面１１ｂには、島状体１２ａの他方の露出部分と電気的に接続するように引き出し電極１５ａが形成されており、島状体１２ｂの他方の露出部分と電気的に接続するように引き出し電極１５ｂが形成されており、島状体１２ｃの他方の露出部分と電気的に接続するように引き出し電極１５ｃが形成されている。このように引き出し電極１５ａ〜１５ｃが同一の主面１１ｂ上に設けられていることにより、外部機器への接続が容易となる。
【００１６】
第１のガラス基板１１の主面１１ａ上には、可動電極である揺動部材１６ａと、揺動部材１６ａを支持するカンチレバー１６ｂとを有するシリコン基板１６が接合されている。この揺動部材１６ａは、可動電極として被測定加速度により揺動する。シリコン基板１６は、第１のガラス基板１１の主面１１ａと第１接合部１６ｃで接合されている。第１のガラス基板１１とシリコン基板１６とは、揺動部材１６ａが第１固定電極１４と所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で第１接合部１６ｃで接合される。
【００１７】
シリコン基板１６上には、第２のガラス基板１８が配置されている。この第２のガラス基板１８の一方の主面上には、第２固定電極１９が形成されている。第２のガラス基板１８は、シリコン基板１６の第２接合部１６ｄで接合されている。第２のガラス基板１８とシリコン基板１６とは、揺動部材１６ａが第２固定電極１９と所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で第２接合部１６ｄで接合される。このように、第２のガラス基板１８と、シリコン基板１６と、第１のガラス基板１１とにより構成されたキャビティ１７内で揺動部材１６ａが揺動するように構成される。揺動部材１６ａと第１固定電極１４との間、及び揺動部材１６ａと第２固定電極１９との間に静電容量が発生する。
【００１８】
シリコン基板１６における揺動部材１６ａは、シリコン基板１６の両面からエッチングなどによりそれぞれ凹部を形成することにより設けられている。また、カンチレバー１６ｂと揺動部材１６ａとをシリコン基板１６に形成する場合には、例えばマイクロマシニングマシン技術を応用したエッチングにより行う。このようにシリコン基板１６に凹部を形成して、第１及び第２のガラス基板１１，１８との間で構成するキャビティ１７に揺動部材１６ａを配置することにより、揺動部材１６ａと第１固定電極１４との間、及び揺動部材１６ａと第２固定電極との間に静電容量が発生する。
【００１９】
第１のガラス基板１１と島状体１２ａ〜１２ｃとの界面は、高い密着性を有することが好ましい。後述するように、これらの界面は、加熱下において島状体１２ａ〜１２ｃを第１のガラス基板１１に押し込むことにより形成される。このような方法により得られた界面でも高い密着性を発揮できるが、島状体１２ａ〜１２ｃを第１のガラス基板１１に押し込んだ後に、陽極接合処理を施すことにより、密着性をより高くすることができる。陽極接合処理とは、所定の温度（例えば４００℃以下）で所定の電圧（例えば３００Ｖ〜１ｋＶ）を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発生して、界面で共有結合を起こさせる処理をいう。この界面での共有結合は、シリコンのＳｉ原子とガラスに含まれるＳｉ原子との間のＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合である。したがって、このＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合により、シリコンとガラスとが強固に接合して、両者間の界面で非常に高い密着性を発揮する。このような陽極接合を効率良く行うために、第１のガラス基板１１のガラス材料としては、ナトリウムなどのアルカリ金属を含むガラス材料（例えばパイレックス（登録商標）ガラス）であることが好ましい。
【００２０】
第１のガラス基板１１と島状体１２ａ〜１２ｃとの界面、第１のガラス基板１１の主面１１ａとシリコン基板１６の第１接合部１６ｃとの界面、第２のガラス基板１８とシリコン基板１６の第２接合部１６ｄとの界面は、高い密着性を有することが好ましい。これらの界面は、陽極接合処理を施すことにより、密着性をより高くすることができる。これにより、揺動部材１６ａと第１及び第２のガラス基板１１，１８との間で構成するキャビティ１７内の気密性を高く保つことができる。
【００２１】
このような構成を有する静電容量型加速度センサにおいては、第１及び第２のガラス基板１１，１８と、シリコン基板１６とにより構成されたキャビティ１７内で、揺動部材１６ａが被測定加速度により揺動する。揺動部材１６ａは導電体であるので、揺動部材１６ａが揺動することにより、第１及び第２固定電極１４，１９との間の静電容量が変化する。この変化を検知することにより加速度を測定することができる。このとき、揺動部材１６ａの上下に固定電極１４，１９を配設しているので、図１に示すＸ方向（垂直方向：厚さ方向）の加速度を検出することができると共に、図２に示すＹ方向（水平方向：幅方向）の加速度も検出することができる。すなわち、揺動部材１６ａと第１固定電極１４との間の第１静電容量、揺動部材１６ａと第２固定電極１９との間の第２静電容量、及び第１固定電極１４と第２固定電極１９との間の第３静電容量を検出し、これらの静電容量値からＸ方向及びＹ方向の加速度を分離して検出することができる。
【００２２】
また、このとき、揺動部材１６ａの上下に固定電極１４，１９が配設されているので、揺動部材１６ａが垂直方向においていずれの方向に揺動したとしても、いずれかの固定電極１４，１９に揺動部材１６ａが近づくことになる。したがって、揺動部材１６ａに相対的に近い固定電極との間で静電容量を求めることにより、揺動部材１６ａの揺動の向きに関係なく、垂直方向の加速度を十分な感度で検出することができる。
【００２３】
また、このような構成を有する静電容量型加速度センサにおいては、図２に示すように、平面視方向から見て、第１固定電極１４及び第２固定電極１９の少なくとも一方が揺動部材１６ａに対してずれた状態で配置される。この場合、揺動部材１６ａが図２に示すＹ方向に移動するときに、第１固定電極１４及び揺動部材１６ａ間の第１対向面積と、第２固定電極１９及び揺動部材１６ａ間の第２対向面積とが変化する。この第１及び第２対向面積の変化は直線的であり、第１対向面積が単調増加すると第２対向面積が単調減少し、第１対向面積が単調減少すると第２対向面積が単調増加する。したがって、この単調増加／減少の直線の傾きを検知することにより、水平方向における揺動部材１６ａの揺動の向きを検出することが可能となる。
【００２４】
次に、本実施の形態の静電容量型加速度センサの製造方法について説明する。図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）、図５は、本発明の実施の形態に係る静電容量型加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【００２５】
まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板１６を準備する。不純物としては、ｎ型不純物でも良く、ｐ型不純物でも良い。濃度としては、例えば０．０１Ω・ｃｍ程度とする。このシリコン基板１６の両方の主面をエッチングして、図３（ａ）に示すように、揺動部材１６ａと第１及び第２固定電極１４，１９との間のそれぞれの間隔を制御する凹部１６ｅを形成する。この場合、シリコン基板１６を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する。そして、シリコン酸化膜上にレジスト膜を形成し、凹部１６ｅ形成領域以外にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして形成した開口部を有するシリコン酸化膜をマスクとしてシリコン基板１６をエッチングして凹部１６ｅを設ける。エッチングとしては、ドライエッチングでも良く、ウェットエッチングでも良い。ただし、ウェットエッチングの場合には、エッチングレートに差が出るようにシリコン基板１６の表面の結晶面を規定して異方性エッチングすることが好ましい。
【００２６】
次いで、図３（ｂ）に示すように、凹部１６ｅにおいて、薄肉部１６ｇに相当する領域に凹部１６ｆを形成する。このとき、マスクであるシリコン酸化膜がシリコン基板１６の主面及び凹部１６ｅにおける揺動部材形成予定領域上に残存するようにし、このマスクを介してシリコン基板１６をエッチングする。次いで、このシリコン基板１６の一方の薄肉部１６ｇをエッチングして、図３（ｃ）に示すように、揺動部材１６ａ及びカンチレバー１６ｂを形成する。このとき、マスクであるシリコン酸化膜が一方の薄肉部（エッチングで除去される薄肉部）以外の領域上に残存するようにし、このマスクを介してシリコン基板１６をエッチングする。
【００２７】
次いで、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板２０を準備し、このシリコン基板２０をエッチングして、図４（ａ）に示すように、島状体１２ａ〜１２ｃに対応する突出部２０ａを形成する。次いで、突出部２０ａを形成したシリコン基板２０上に第１のガラス基板１１を置く。さらに、真空下で、このシリコン基板２０及び第１のガラス基板１１を加熱し、図４（ａ）に示すように、シリコン基板２０を第１のガラス基板１１に押圧して突出部２０ａを第１のガラス基板１１の主面１１ｂに押し込んで、シリコン基板２０と第１のガラス基板１１とを接合する。このときの温度は、シリコンの融点以下であって、ガラスが変形可能である温度（例えば、ガラスの軟化点温度以下）が好ましい。例えば加熱温度は約６００℃である。
【００２８】
さらに、シリコン基板２０の突出部２０ａと第１のガラス基板１１との界面での密着性をより高めるために、陽極接合処理をすることが好ましい。この場合、シリコン基板２０及び第１のガラス基板１１にそれぞれ電極をつけて、約４００℃以下の加熱下で約３００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加することにより行う。これにより界面での密着性がより高くなり、静電容量型加速度センサのキャビティ１７の気密性を向上させることができる。
【００２９】
次いで、図４（ｂ）に示すように、第１のガラス基板１１の主面１１ａ側を研磨処理することにより島状体１２ａ〜１２ｃを主面１１ａで部分的に露出させる。これにより、第１のガラス基板１１に島状体１２ａ〜１２ｃが埋め込まれた状態となる。さらに、図４（ｂ）に示すように、第１のガラス基板１１の主面１１ｂ側を研磨処理することにより、島状体１２ａ〜１２ｃが第１のガラス基板１１の両面から部分的に露出する。このようにしてシリコン製部材を埋め込んだ第１のガラス基板１１を作製する。
【００３０】
次いで、図４（ｃ）に示すように、第１のガラス基板１１の主面１１ａ上に、島状体１２ａ〜１２ｃとそれぞれ電気的に接続するように接続電極１３ａ，１３ｂ及び第１固定電極１４を形成する。この場合、まず、第１のガラス基板１１の主面１１ａ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００３１】
さらに、図４（ｃ）に示すように、第１のガラス基板１１の主面１１ｂ上に、島状体１２ａ〜１２ｃとそれぞれ電気的に接続するように引き出し電極１５ａ〜１５ｃを形成する。この場合、まず、第１のガラス基板１１の主面１１ｂ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００３２】
次いで、第２のガラス基板１８上に第２固定電極１９を形成する。この場合、まず、第２のガラス基板１８の主面上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００３３】
次いで、被測定加速度により揺動する揺動部材１６ａを有するシリコン基板１６を、揺動部材１６ａが第１固定電極１４と所定の間隔をおいて位置するように第１のガラス基板１１の主面１１ａ上に接合する。すなわち、第１のガラス基板１１の主面１１ａとシリコン基板１６の第１接合部１６ｃとが接合される。このとき、シリコン基板１６及び第１のガラス基板１１に対して、約４００℃以下の加熱下で約５００Ｖ程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板１６と第１のガラス基板１１との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ１７の気密性を向上させることができる。
【００３４】
次いで、第２のガラス基板１８を、揺動部材１６ａが第２固定電極１９と所定の間隔をおいて位置するようにシリコン基板１６に接合する。すなわち、第２のガラス基板１８とシリコン基板１６の第２接合部１６ｄとが接合される。このとき、シリコン基板１６及び第２のガラス基板１８に対して、約４００℃以下の加熱下で約５００Ｖ程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板１６と第２のガラス基板１８との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ１７の気密性を向上させることができる。なお、上述した方法は一例であり、ガラス基板とシリコン基板とを接合した後に、シリコン基板をエッチングしてカンチレバーを作製しても良い。
【００３５】
このようにして得られた静電容量型加速度センサにおいては、第１固定電極１４が島状体１２ｂを介して引き出し電極１５ｂと電気的に接続されており、第２固定電極１９がシリコン基板１６、接続電極１３ｂ及び島状体１２ｃを介して引き出し電極１５ｃと電気的に接続されており、揺動部材１６ａが接続電極１３ａ及び島状体１２ａを介して引き出し電極１５ａと電気的に接続されている。したがって、揺動部材１６ａと第１固定電極１４との間で検知された第１静電容量の変化の信号は、島状体１２ａ，１２ｂを介して引き出し電極１５ａ，１５ｂから取得することができる。揺動部材１６ａと第２固定電極１９との間で検知された第２静電容量の変化の信号は、島状体１２ａ，１２ｃを介して引き出し電極１５ａ，１５ｃから取得することができる。第１固定電極１４と第２固定電極１９との間で検知された第３静電容量の変化の信号は、島状体１２ｂ，１２ｃを介して引き出し電極１５ｂ，１５ｃから取得することができる。これらの信号に基づいて測定加速度を算出することができる。
【００３６】
このように、本実施の形態に係る静電容量型加速度センサによれば、揺動部材１６ａの上下に第１及び第２固定電極１４，１９を配設しているので、垂直方向（厚さ方向）の加速度を検出することができると共に、水平方向（幅方向）の加速度も検出することができる。このとき、揺動部材１６ａの上下に第１及び第２固定電極１４，１９が配設されているので、揺動部材１６ａが垂直方向においていずれの方向に揺動したとしても、いずれかの固定電極に揺動部材１６ａが近づくことになる。したがって、揺動部材１６ａに相対的に近い固定電極との間で静電容量を求めることにより、垂直方向における揺動部材１６ａの揺動の向きに関係なく、十分な感度で垂直方向の加速度を検出することができる。さらに、本実施の形態に係る静電容量型加速度センサによれば、加速度センサの揺動部材１６ａが真空中に配置されるので、揺動部材１６ａがパーティクルや対流の影響を受けず、正確に加速度を検出することができる。
【００３７】
ここで、本発明に係る静電容量型加速度センサにより、垂直方向の加速度及び水平方向の加速度を検出する方法について説明する。本静電容量型加速度センサにおいては、揺動部材１６ａと第１固定電極１４との間の第１静電容量Ａ、揺動部材１６ａと第２固定電極１９との間の第２静電容量Ｂ、及び第１固定電極１４と第２固定電極１９との間の第３静電容量Ｃを検出し、これらの静電容量Ａ〜Ｃから垂直方向及び水平方向の加速度を検出する。
【００３８】
図６は、本発明の実施の形態に係る静電容量型力学量センサにおける可動電極−固定電極間の静電容量の変化を示す図である。図６において、○印（静電容量Ａ）は可動電極である揺動部材１６ａと第１固定電極１４との間の距離を示し、□印（静電容量Ｂ）は可動電極である揺動部材１６ａと第２固定電極１９との間の距離を示し、△印（静電容量Ｃ）は第１及び第２固定電極１４，１９間の距離を示す。図６から分かるように、静電容量Ａは電極間距離が大きくなるにつれて減少している。すなわち、揺動部材１６ａと第１固定電極１４との間の距離が小さいと静電容量Ａが大きく、揺動部材１６ａと第１固定電極１４との間の距離が大きいと静電容量Ａが小さい。特に、静電容量Ａについては、揺動部材１６ａと第１固定電極１４との間の距離が小さい場合に静電容量変化の割合が大きく、感度が良いと考えられる。また、静電容量Ｂは電極間距離が大きくなるにつれて増加している。すなわち、揺動部材１６ａと第２固定電極１９との間の距離が小さい（揺動部材１６ａと第１固定電極１４との間の距離が大きい）と静電容量Ｂが大きく、揺動部材１６ａと第２固定電極１９との間の距離が大きい（揺動部材１６ａと第１固定電極１４との間の距離が小さい）と静電容量Ｂが小さい。特に、静電容量Ｂについては、揺動部材１６ａと第２固定電極１９との間の距離が小さい場合に静電容量変化の割合が大きく、感度が良いと考えられる。なお、静電容量Ｃは第１及び第２固定電極１４，１９間での容量であり、静電容量Ａと静電容量Ｂの直列容量であるので一定となる。
【００３９】
このように、揺動部材１６ａの上下に固定電極１４，１９を配設した構成であるので、垂直方向における加速度を検出する場合においては、揺動部材１６ａが近づいた固定電極との間の静電容量を監視することにより、揺動部材１６ａの揺動の向きに拘りなく十分な感度で加速度を検出することができる。すなわち、揺動部材１６ａが第１固定電極１４側に揺動したとき（図１において下向きに揺動したとき）には、静電容量Ａに基づいて加速度を算出し、揺動部材１６ａが第２固定電極１９側に揺動したとき（図１において上向きに揺動したとき）には、静電容量Ｂに基づいて加速度を算出する。これにより、揺動部材１６ａの揺動の向きが垂直方向のいずれの方向においても十分な感度で加速度を検出することができる。
【００４０】
図７は、本発明の実施の形態に係る静電容量型力学量センサにおける可動電極−固定電極間の対向面積に対する静電容量の変化を示す図である。図７において、○印（静電容量Ａ）は可動電極である揺動部材１６ａと第１固定電極１４とが対向する面積を示し、□印（静電容量Ｂ）は可動電極である揺動部材１６ａと第２固定電極１９とが対向する面積を示し、△印（静電容量Ｃ）は揺動部材１６ａと第１固定電極１４とが対向する面積及び揺動部材１６ａと第２固定電極１９とが対向する面積の和を示す。図７から分かるように、静電容量Ａは対向面積が大きくなるにつれて単調に増加している。すなわち、揺動部材１６ａと第１固定電極１４とが対向する面積が小さいと静電容量Ａが小さく、揺動部材１６ａと第１固定電極１４とが対向する面積が大きいと静電容量Ａが大きい。また、静電容量Ｂは対向面積が大きくなるにつれて単調に減少している。すなわち、揺動部材１６ａと第２固定電極１９とが対向する面積が小さいと静電容量Ｂが大きく、揺動部材１６ａと第２固定電極１９とが対向する面積が大きいと静電容量Ｂが小さい。なお、静電容量Ｃは揺動部材１６ａと第１固定電極１４とが対向する面積及び揺動部材１６ａと第２固定電極１９とが対向する面積の和が大きいと大きくなる。
【００４１】
したがって、いずれかの静電容量Ａ，Ｂの変化を監視することにより、水平方向における揺動部材１６ａの揺動の向きを検出することができる。これにより、水平方向における加速度を検出することができる。例えば、静電容量Ａを監視すれば、揺動部材１６ａが第１固定電極１４側に揺動したとき（図２において下向きに揺動したとき）に傾きが正となり、揺動部材１６ａが第２固定電極１９側に揺動したとき（図２において上向きに揺動したとき）に傾きが負となる。一方、静電容量Ｂを監視すれば、揺動部材１６ａが第１固定電極１４側に揺動したとき（図２において下向きに揺動したとき）に傾きが負となり、揺動部材１６ａが第２固定電極１９側に揺動したとき（図２において上向きに揺動したとき）に傾きが正となる。これにより、水平方向における揺動部材１６ａの揺動の向きを検出することができる。
【００４２】
実際に加速度を検出する場合においては、まず、静電容量Ｃが変化しているかどうかを測定する。そして、静電容量Ｃが変化していれば、揺動部材１６ａが水平方向成分を含んで揺動していると判断して、図７に示す特性曲線に基づいて水平方向における加速度を求め、揺動の向きを求める。さらに、静電容量Ａ，Ｂから静電容量Ｃの寄与分を差し引き、垂直方向の加速度成分を分離して求める。一方、静電容量Ｃが変化していなければ、揺動部材１６ａが垂直方向だけに揺動していると判断して、図６に示す特性曲線に基づいて垂直方向における加速度を求める。このように、本発明に係る静電容量型加速度センサは、可動電極である揺動部材１６ａの上下に固定電極をそれぞれ配設する構造を有するので、垂直方向の加速度と水平方向の加速度とを分離して検出することができる。
【００４３】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態においては、可動電極及び固定電極が略矩形状である場合について説明しているが、本発明においては、これに限定されず、可動電極を櫛歯形状に形成し、可動電極に対向する固定電極を前記櫛歯形状に合わせて形成するようにしても良い。これにより、より感度良く加速度を検出することができる。また、上記実施の形態で説明した数値や材質については特に制限はない。また、上記実施の形態で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、例えばエアバックや携帯機器の落下検知などに用いる静電容量型加速度センサに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係る静電容量型加速度センサの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す静電容量型加速度センサを示す平面図（平面視方向から見た図）である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量型加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る静電容量型加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る静電容量型加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る静電容量型力学量センサにおける可動電極−固定電極間の静電容量の変化を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る静電容量型力学量センサにおける可動電極−固定電極間の対向面積に対する静電容量の変化を示す図である。
【図８】従来の静電容量型加速度センサの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１，１８  ガラス基板
１１ａ，１１ｂ  主面
１２ａ〜１２ｃ  島状体
１３ａ，１３ｂ  接続電極
１４，１９  固定電極
１５ａ〜１５ｃ  引き出し電極
１６，２０  シリコン基板
１６ａ  揺動部材
１６ｂ  カンチレバー
１６ｃ，１６ｄ  接合部
１６ｅ，１６ｆ  凹部
１６ｇ  薄肉部
１７  キャビティ
【図１】
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【図２】
2007093430.tif 000004
【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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