(57)【要約】【課題】装置の小型化を図ることができる加速度センサ及び加速度センサの製造方法を提供する。【解決手段】基板と、基板の表面とギャップを有しつつ対向配置された振動可能な錘部１１と、錘部１１を支持する弾性変形可能な梁部１２と、を備え、錘部１１の変位を検出して、その検出結果から加速度を測定する加速度センサ１において、錘部１１には錘部１１の振動とともに変位する可動電極１５，２２が設けられている一方、基板上には可動電極１５，２２と所定距離を空けた状態で対向する固定電極１６，２３が設けられ、少なくとも錘部１１は金属ガラスからな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】
基板と、
前記基板の表面とギャップを有しつつ対向配置された振動可能な錘部と、
該錘部を支持する弾性変形可能な梁部と、を備え、
前記錘部の変位を検出して、その検出結果から加速度を測定する加速度センサにおいて、
少なくとも前記錘部は金属性物質からなることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記錘部には前記錘部の振動とともに変位する可動電極が設けられている一方、前記基板上には前記可動電極と所定距離を空けた状態で対向する固定電極が設けられ、
前記金属性物質は金属ガラスからなることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記金属性物質は金属からなることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記梁部は、前記金属ガラスからなることを特徴とする請求項２記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記可動電極は、前記金属ガラスからなることを特徴とする請求項２記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記錘部には、一方向に向けて延出する第１可動電極と、前記一方向に直交する他方向に向けて延出する第２可動電極と、が設けられ、
前記基板上には、前記第１及び第２可動電極とそれぞれ所定距離を空けた状態で対向する第１及び第２固定電極が設けられるとともに、前記錘部と所定距離を空けた状態で対向する第３固定電極が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の加速度センサ。
【請求項７】
基板と、
前記基板の表面とギャップを有しつつ対向配置された振動可能な錘部と、
該錘部を支持する弾性変形可能な梁部と、を備え、
前記錘部の変位を検出して、その検出結果から加速度を測定する加速度センサの製造方法であって、
前記基板上に金属ガラスからなる前記錘部及び前記梁部を成膜する成膜工程と、
該成膜工程の後に、前記金属ガラスを加熱して前記錘部を平坦化させる熱処理工程とを有することを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項８】
前記熱処理工程は、前記梁部を圧縮する圧縮工程を有することを特徴とする請求項７記載の加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、加速度センサ及び加速度センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車の車両制御や、エアバッグ、ゲーム機、落下検出等、様々な分野において加速度センサが用いられている。これら加速度センサとしては、可撓性を有する梁部で錘部を吊り下げ支持したものがある。この加速度センサでは、錘部に何らかの力学量が外部から加えられたときに錘部が変位し、錘部の変位を検出して、その検出結果から加速度を測定する。錘部の変位を検出する方法としては、様々な方法が知られているが、その１つとして静電容量を利用した加速度センサが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、従来の加速度センサを示す断面図である。
図８に示すように、従来の加速度センサ１００は、基板１０１上にベース部１０２を介して設けられた可撓性を有する梁部１０３と、この梁部１０３に吊り下げ支持された錘部１０４とを備えている。また、梁部１０３を挟んで錘部１０４の反対側には、錘部１０４の変動に追従して変動する複数の可動電極１０５が設けられ、各可動電極１０５には固定電極１０６が対向配置されている。そして、複数の可動電極１０５及び各可動電極１０５に対向配置された各固定電極１０６により、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３軸の加速度を検出できるように構成されている。
加速度センサ１００は、各可動電極１０５と各固定電極１０６との間に静電引力を発生させて、予め所定の入力波形で励振した状態になっている。この状態で、外部から加速度等の力を受けると、錘部１０４は梁部１０３を中心として捻れるように変位する。すると、各可動電極１０５と各固定電極１０６との間のギャップが変化して、各可動電極１０５と各固定電極１０６との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出し、加速度の大きさを測定している。
【非特許文献１】岡田和弘、「計測技術」、２５（１）、日本工業出版社、１９９７年１月、ｐ．５０−５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の加速度センサにあっては、静電容量の変化を高感度に検出するために、錘部をシリコンで形成することが一般的である。しかしながら、シリコンは、比重が小さく軽いため、シリコンで錘部を形成する場合には錘部の大きさを確保しなければならないという問題がある。特に、図８に示すような、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３軸の加速度検出を行う加速度センサ１００にあっては、Ｚ方向の検出を高感度に行うために、錘部１０４を大きくして錘部１０４の変位を確保しなければならない。その結果、装置の大型化に繋がってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、装置の小型化を図ることができる加速度センサ及び加速度センサの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る加速度センサは、基板と、前記基板の表面とギャップを有しつつ対向配置された振動可能な錘部と、該錘部を支持する弾性変形可能な梁部と、を備え、前記錘部の変位を検出して、その検出結果から加速度を測定する加速度センサにおいて、少なくとも前記錘部は金属性物質からなることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る加速度センサにおいては、錘部が金属性物質で構成されているため、従来のシリコンからなる錘部に比べて、比重が大きい。つまり、錘部を小さくしても錘部の重量を維持して錘部の変位を大きく確保することができるため、装置の小型化を図ることができる。
【０００８】
本発明に係る加速度センサは、上記加速度センサにおいて、前記錘部には前記錘部の振動とともに変位する可動電極が設けられている一方、前記基板上には前記可動電極と所定距離を空けた状態で対向する固定電極が設けられ、前記金属性物質は金属ガラスからなることを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、金属ガラスとはアモルファス合金の一種であり、組成が３元素以上の多元系であること、各原子の径が１２％以上異なること、各元素が化合物化しやすいことの３原則を有しており、靭性、剛性、バネ性、導電性が高いという特徴を有する。
本発明に係る加速度センサにおいては、金属性物質として金属ガラスを用いることで、従来のシリコンからなる錘部に比べて、比重が大きい。つまり、錘部を小さくしても錘部の重量を維持して錘部の変位を大きく確保することができるため、可動電極と固定電極との間における静電容量の変化が大きくなり、静電容量の変化を高感度に検出することができる。
また、内部応力も少ないため、錘部の反りや変形もない。そのため、可動電極と固定電極とのギャップが均一になり、静電容量の変化を高精度に検出することができる。
したがって、装置の小型化を図った上で、可動電極と、固定電極との間における静電容量の変化を高精度、かつ高感度に検出することができるため、高性能な加速度センサを実現することができる。
【００１０】
本発明に係る加速度センサは、上記加速度センサにおいて、前記金属性物質は金属からなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る加速度センサにおいては、金属性物質として金属を用いることで、従来のシリコンからなる錘部に比べて、比重が大きい。つまり、錘部を小さくしても錘部の重量を維持することができ、錘部の変位を大きく確保することができるため、装置の小型化を図ることができる。
【００１２】
本発明に係る加速度センサは、上記加速度センサにおいて、前記梁部が、前記金属ガラスからなることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る加速度センサにおいては、梁部が金属ガラスで構成されているため、梁部のバネ性を向上させることができる。これにより、梁部が弾性変形することで、梁部の弾性力に錘部が追従して錘部の変位を大きく確保することができる。そのため、可動電極と固定電極との間における静電容量の変化が大きくなる。したがって、加速度を高感度に検出することができる。
さらに、梁部が金属ガラスで構成されているため、梁部を錘部と一体形成することができる。よって、錘部及び梁部の製造が容易になり、製造効率を向上させることができる。
【００１４】
本発明に係る加速度センサは、上記加速度センサにおいて、前記可動電極が、前記金属ガラスからなることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明に係る加速度センサにおいては、可動電極が金属ガラスで構成されているため、可動電極と錘部とを一体形成することができ、製造効率を向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る加速度センサは、上記加速度センサにおいて、前記錘部には、一方向に向けて延出する第１可動電極と、前記一方向に直交する他方向に向けて延出する第２可動電極と、が設けられ、前記基板上には、前記第１及び第２可動電極とそれぞれ所定距離を空けた状態で対向する第１及び第２固定電極が設けられるとともに、前記錘部と所定距離を空けた状態で対向する第３固定電極が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明に係る加速度センサにおいては、錘部が金属ガラスにより構成されているため、錘部を第３固定電極に対向する可動電極として用いることができる。そして、各可動電極及び各可動電極に対向する各固定電極により、相互に直交する加速度を検出することができる。したがって、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３軸の加速度を検出可能な加速度センサを容易に製造することができる。
【００１８】
一方、本発明に係る加速度センサの製造方法は、基板と、前記基板の表面とギャップを有しつつ対向配置された振動可能な錘部と、該錘部を支持する弾性変形可能な梁部と、を備え、前記錘部の変位を検出して、その検出結果から加速度を測定する加速度センサの製造方法であって、前記基板上に金属ガラスからなる前記錘部及び前記梁部を成膜する成膜工程と、該成膜工程の後に、前記金属ガラスを加熱して前記錘部を平坦化させる熱処理工程を有することを特徴とするものである。
【００１９】
ここで、金属ガラスを加熱すると、金属ガラスは過冷却液体域と呼ばれる一定の温度領域において半固体状に軟化し、酸化物ガラス同様の粘性流動を示す。この過冷却液体域において、金属ガラスを変形させ、冷却することで、その変形を維持した状態で固定することができる（いわゆる、加熱変形法という）。この方法を用いることで、内部応力が緩和されるため、平面度の高い平面構造や、微細成形による三元構造が容易に作製可能である。
本発明に係る加速度センサの製造方法においては、熱処理工程において、金属ガラスを加熱することで金属ガラスが過冷却液体域を示すことになる。これにより、金属ガラスの加工が容易になり、成膜工程後の錘部を容易に平坦化させることができる。
【００２０】
本発明に係る加速度センサの製造方法は、上記加速度センサの製造方法において、前記熱処理工程は、前記梁部を圧縮する圧縮工程を有することを特徴とするものである。
【００２１】
本発明に係る加速度センサの製造方法においては、過冷却液体域において、梁部に対して圧縮力を作用させることで、その圧縮力に応じた形状に梁部を形成することができるため、梁部を所定の形状に容易に変形させることができる。これにより、バネ性の高い梁部を容易に形成することができるため、高感度な加速度センサを製造することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る加速度センサによれば、錘部を小さくしても錘部の重量を維持して錘部の変位を大きく確保することができるため、装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（加速度センサ）
次に、本発明の加速度センサを図１，２に基づいて説明する。
なお、以下に示す各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならせてある。
【００２４】
図１は、加速度センサの平面図である。また、図２は加速度センサの断面図であり、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
図１，２に示すように、加速度センサ１は、基板（図２参照）１０と、基板１０上に設けられた錘部１１と、梁部１２とを備えている。基板１０は、シリコン等からなる矩形平板状の部材であり、検出可能範囲の加速度に起因する慣性力を受けても、加速度の検出に影響を及ぼすような変形や振動が発生しないような剛性を有している。
【００２５】
基板１０上には、後述する金属ガラス（金属性物質）からなる複数（例えば、４個）のポスト１３ａ〜１３ｄが設けられている。各ポスト１３ａ〜１３ｄは、基板１０の表面に対して垂直に立ち上がるように設けられた角柱形状のものであり、錘部１１の周囲を取り囲むように配置されている。具体的には、Ｘ方向に沿う方向を長手方向とする２個のポスト１３ａ，１３ｃと、Ｙ方向に沿う方向を長手方向とする２個のポスト１３ｂ，１３ｄとが錘部１１を挟んでそれぞれ対になって配置されている。
【００２６】
各ポスト１３ａ〜１３ｄの先端には、それぞれ金属ガラスからなる梁部１２の一端が連結されている。各梁部１２は、一端から他端に向かう延出方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）に複数回屈曲されて折り重なったバネ形状に形成されている。これにより、各梁部１２は、Ｘ，Ｙ、Ｚ方向の３軸方向に対して弾性変形可能に構成されている。
【００２７】
錘部１１は、金属ガラスからなる矩形（正方形）平板状の部材であり、梁部１２に一体形成されている。具体的に、錘部１１は、そのＸ方向及びＹ方向に沿う２軸の両側が、それぞれ一対の梁部１２の他端に連結されており、基板１０の表面にギャップを有しつつ対向配置されている。これにより、錘部１１は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３軸方向に対して振動可能に構成されている。
【００２８】
錘部１１のＹ方向に沿う一方の側面には、金属ガラスからなる第１可動電極１４が錘部１１に一体形成されている。第１可動電極１４は、錘部１１のＹ方向に沿う側面に直交するＸ方向に向けて延出する複数の電極片１５を備えている。各電極片１５は、それぞれが平行に延出しており、複数の電極片１５により櫛歯状の第１可動電極１４として構成されている。
また、基板１０上には、第１可動電極１４と所定距離を空けた状態で対向する第１固定電極１６が設けられている。第１固定電極１６は、平面視矩形状のベース部１７と、このベース部１７からＹ方向に向けて延出する延出部１８とを備えている。延出部１８の長手方向に沿う側面には、この側面から錘部１１のＹ方向に沿う側面に直交して延出する複数の電極片１９が形成されている。各電極片１９は、上述した第１可動電極１４の電極片１５間に挟まれるように配置されており、それら１つ１つが所定のギャップを空けて互い違いに配置されている。そして、これら第１可動電極１４と第１固定電極１６とにより、錘部１１のＹ方向における変位を検出する第１検出部２０として構成されている。
【００２９】
一方、錘部１１のＸ方向に沿う側面には、金属ガラスからなる第２可動電極２１が錘部１１に一体形成されている。第２可動電極２１は、錘部１１のＸ方向に沿う側面に直交するＹ方向に向けて延出する複数の電極片２２を備えている。各電極片２２は、それぞれが平行に延出しており、複数の電極片２２により櫛歯状の第２可動電極２１として構成されている。
また、基板１０上には、第２可動電極２１と所定距離を空けた状態で対向する第２固定電極２３が設けられている。第２固定電極２３は、平面視矩形状のベース部２４と、このベース部２４からＸ方向に向けて延出する延出部２５とを備えている。延出部２５の長手方向に沿う側面には、この側面から錘部１１のＸ方向に沿う側面に直交して延出する複数の電極片２６が形成されている。各電極片２６は、上述した第２可動電極２１の電極片２２間に挟まれるように配置されており、それら１つ１つが所定のギャップを空けて互い違いに配置されている。そして、これら第２可動電極２１と第２固定電極２３とにより、錘部１１のＸ方向における変位を検出する第２検出部２７として構成されている。
【００３０】
さらに、錘部１１及び梁部１２の下面には、アルミ等からなるエッチングストップ層３６が形成されている。このエッチングストップ層３６は、錘部１１及び梁部１２と略同形状を有する平板状のものであり、第３固定電極２８と所定距離を空けた状態で対向する第３可動電極として構成されている。
さらに、基板１０の表面であって、エッチングストップ層３６の下面との対向位置には、アルミ等の導電性材料からなる第３固定電極２８が設けられている。この第３固定電極２８は、錘部１１と略同形状に形成された平板状のものであり、錘部１１の下面とギャップを有しつつ配置されている。そして、エッチングストップ層３６と第３固定電極２８とにより、錘部１１のＺ方向における変位を検出する第３検出部２９として構成されている。
【００３１】
このように、本実施形態の加速度センサ１では、第１〜第３検出部２０，２７，２９により相互に直交する方向の加速度を検出できるように構成されている。すなわち、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３軸の加速度が検出可能に構成されている。なお、上述した各可動電極１４，２１及び、エッチングストップ層３６と各固定電極１６，２３，２８は、図示しない電気回路を介して外部電源に接続されている。
【００３２】
ここで、上述した錘部１１及び梁部１２、ポスト１３ａ〜１３ｄ、各可動電極１４，２１、固定電極１６，２３，２８は、ともに金属ガラスにより構成されている。金属ガラスとは、アモルファス合金の一種であり、組成が３元素以上の多元系であること、各原子の径が１２％以上異なること、各元素が化合物化しやすいことの３原則を有しており、靭性、剛性、バネ性、導電性が高いという特徴を有する。このような金属ガラスの材料として、具体的には、ＰｄＣｕＳｉや、ＣｕＺｒＴｉ等が挙げられる。
【００３３】
次に、作用を説明する。
まず、図示しない電気回路を介して各可動電極１４，２１及びエッチングストップ層３６と、各可動電極１４，２１及びエッチングストップ層３６に対向する各固定電極１６，２３，２８とを、予め所定の入力波形で励振させておく。具体的には、図示しない外部電源から各可動電極１４，２１及びエッチングストップ層３６と、各固定電極１６，２３，２８とに電圧を印加し、各可動電極１４，２１及びエッチングストップ層３６と、各固定電極１６，２３，２８とに静電引力を発生させる。
【００３４】
この状態で、加速度センサ１が外部から加速度を受けると、加速度を受けた方向に沿って梁部１２が弾性変形し、梁部１２の弾性変形に追従するように錘部１１が振動する。これにより、エッチングストップ層３６及び錘部１１に一体形成された各可動電極１４，２１と、各固定電極１６，２３，２８とが相対移動する。具体的には、錘部１１及び各可動電極１４，２１の電極片１５，２２と、各固定電極１６，２３，２８の電極片１９，２６とが接近離間する。
【００３５】
すると、各可動電極１４，２１及びエッチングストップ層３６と、各固定電極１６，２３，２８との間のギャップが変化し、各可動電極１４，２１及びエッチングストップ層３６と、各固定電極１６，２３，２８との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出して、加速度に対応する電気信号に変換する。これにより、加速度センサ１が受けた加速度を測定することができるようになっている。
【００３６】
（加速度センサの製造方法）
次に、本実施形態の加速度センサの製造方法について説明する。図３〜７は、加速度センサの工程図である。図３〜５は、図１のＡ−Ａ’線に相当する断面図を示しており、図６は図４（ａ）の工程に相当する加速度センサの平面図、図７は後述する圧縮工程の工程図を示している。
本実施形態の加速度センサ１（図１参照）は、半導体製造技術をベースにした高精度三次元加工技術を用いて、高機能デバイスをμサイズで作製する、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて製造される。具体的には、ＭＥＭＳ技術のうち、基板上において薄膜の成膜、フォトリソグラフィ、エッチングを繰り返すことで高機能デバイスを作製する、いわゆる表面マイクロマシニング技術を用いて製造される。
【００３７】
まず、図３（ａ）に示すように、基板１０上に第３固定電極２８を形成する。具体的には、スパッタ法や真空蒸着法等により基板１０の全面にアルミ等からなるメタル層（不図示）を成膜した後、メタル層上にフォトリソグラフィ技術により露光・現像した図示しないレジストマスクを形成する。そして、レジストマスクを介してドライエッチングを行うことで、メタル層をパターニングして上述した形状の第３固定電極２８に形成する。なお、上述したレジストマスクは感光性ポリイミド等を採用することが可能である。
【００３８】
次に、図３（ｂ）に示すように、第３固定電極２８が形成された基板１０上に樹脂層３３を形成する。具体的には、スピンコート法により基板１０の全面にポリイミド等の樹脂材料を塗布する。
そして、図３（ｃ）に示すように、上述したポスト１３ａ〜１３ｄ及び第１固定電極１６、第２固定電極２３（図１参照）を形成すべき領域の樹脂層３３を除去して開口部３３ａを形成する。具体的に、樹脂層３３の構成材料として、感光性ポリイミド等の感光性樹脂材料を用いる場合には、フォトリソグラフィ技術により露光、現像した樹脂層を介してドライエッチングを行うことで、開口部３３ａが形成される。また、樹脂層３３の構成材料として、感光性樹脂材料以外の樹脂材料を用いる場合には、開口部３３ａを形成すべき領域の樹脂層３３に対してエキシマレーザを照射することで、開口部３３ａが形成される。なお、エキシマレーザの波長は２４８ｎｍ程度が好ましい。
【００３９】
次に、基板１０上にポスト１３ａ〜１３ｄ及び第１固定電極１６、第２固定電極２３を形成する。具体的には、まず図３（ｄ）に示すように、スパッタ法等により基板１０の全面に金属ガラス膜３５を成膜する。そして、樹脂層３３上に形成された金属ガラス膜３５の表面をポリッシングして開口部３３ａ内に成膜された金属ガラス膜３５のみを残存させる。
これにより、図４（ａ），図６に示すように、所定形状のポスト１３ａ〜１３ｄ及び第１固定電極１６、第２固定電極２３（図１参照）が形成される。なお、図６では、説明を分かり易くするため、樹脂層３３の記載は省略する。このように、本実施形態では、ポスト１３ａ〜１３ｄ及び第１固定電極１６、第２固定電極２３を金属ガラスにより一体形成することができるため、製造が容易になり、製造効率を向上させることができる。
【００４０】
次に、図４（ｂ）に示すように、樹脂層３３上にエッチングストップ層３６を形成する。具体的には、スパッタ法や真空蒸着法等により基板１０の全面にアルミ等からなるメタル層（不図示）を成膜した後、メタル層上にフォトリソグラフィ技術により露光・現像した図示しないレジストマスクを形成する。そして、レジストマスクを介してドライエッチングを行うことで、メタル層をパターニングして所定形状のエッチングストップ層３６を形成する。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示すように、エッチングストップ層３６が形成された基板１０上にポリイミド等の樹脂材料からなる樹脂層３７を形成する。具体的には、まずスピンコート法により基板１０の全面に樹脂材料を塗布する。
そして、図４（ｄ）に示すように、樹脂層３７にエキシマレーザを照射し、錘部１１及び梁部１２、第１可動電極１４、第２可動電極２１（図１参照）を形成すべき領域の樹脂層３７を除去して開口部３７ａを形成する。なお、エキシマレーザの波長は２４８ｎｍ程度が好ましい。波長が２４８ｎｍのエキシマレーザを用いると、アブレーションにより錘部１１及び梁部１２、第１可動電極１４、第２可動電極２１（図１参照）を形成すべき領域の樹脂層３７が効率良く除去される。この時、樹脂層３３と樹脂層３７との間にエッチングストップ層３６が形成されているため、このエッチングストップ層３６より下層（例えば、樹脂層３３やポスト１３ａ〜１３ｄ）にエキシマレーザが透過せず、樹脂層３７を所定の深さだけ除去することができる。
【００４２】
次に、図５（ａ）に示すように、開口部３７ａが形成された基板１０上に錘部１１及び梁部１２、可動電極１４，２１を形成する。具体的には、まずスパッタ法等により基板１０の全面に金属ガラス膜３９を成膜する（成膜工程）。
そして、図５（ｂ）に示すように、金属ガラス膜３９の表面をポリッシングして開口部３７ａ内に成膜された金属ガラス膜３９のみを残存させる。
【００４３】
次に、金属ガラス膜３９を加熱する熱処理工程を行う。
ここで、上述した金属ガラスを加熱すると、金属ガラスは過冷却液体域と呼ばれる一定の温度領域において半固体状に軟化し、酸化物ガラス同様の粘性流動を示す。この過冷却液体域において、金属ガラスを変形させ、冷却することで、変形を維持した状態で固定することができる（いわゆる、加熱変形法という）。この方法を用いることで、内部応力の緩和が緩和されるため、平面度の高い平面構造や、微細成形による三元構造が容易に作製可能である。
【００４４】
上述した加熱変形法を用いて、錘部１１及び第１可動電極１４及び第２可動電極２１の形成領域に形成された金属ガラス膜３９を平坦化させる。具体的には、金属ガラス膜３９までが形成された基板１０をホットプレート（不図示）上に載置して約２００℃程度に加熱し、金属ガラス膜３９を過冷却液体域に保持する。そして、図示しない押圧プレートにより金属ガラス膜３９の表面を押圧することで、金属ガラス膜３９の下層に形成されたエッチングストップ層３６等の表面に倣って金属ガラス膜３９が平坦化される。
熱処理工程において、金属ガラス膜３９を過冷却液体域に保持することで、金属ガラス膜３９を比較的低温で軟化させることができる。これにより、金属ガラス膜３９の加工が容易になり、成膜工程後の錘部１１（図１参照）を容易に平坦化させることができる。
【００４５】
続いて、金属ガラス膜３９を過冷却液体域に保持した状態で、梁部１２の形成領域に形成された金属ガラス膜３９を圧縮する（圧縮工程）。図７（ａ）に示すように、圧縮工程では、プレス装置４０を用いて梁部１２の形成領域に成膜された金属ガラス膜３９を圧縮する。プレス装置４０は、波型形状の凹凸が形成された一対の成型部４１ａ，４１ｂを備えている。
【００４６】
そして、図７（ｂ）に示すように、一対の成型部４１ａ，４１ｂにより、梁部１２の形成領域に形成された金属ガラス膜３９を、その幅方向の両側から挟み込む。すると、過冷却液体域に保持された金属ガラス膜３９は、プレス装置４０から作用する圧縮力の大きさに応じて変形するため、成型部４１ａ，４１ｂの形状に倣って延伸する。
圧縮工程において、金属ガラス膜３９を過冷却液体域に保持した状態で、梁部１２（図１参照）に対して圧縮力を作用させることで、その圧縮力に応じた形状に梁部１２を形成することができるため、梁部１２を所定の形状に容易に変形させることができる。これにより、バネ性の高い梁部１２を容易に形成することができるため、錘部１１の変位をより大きく確保することができるため、高感度な加速度センサ１を製造することができる。
【００４７】
なお、熱処理工程では、ポスト１３ａ〜１３ｄと各梁部１２との連結も同時に行う。このように、本実施形態では、錘部１１及び梁部１２、可動電極１４，２１を金属ガラスにより一体形成することができるため、製造が容易になり、製造効率を向上させることができる。
【００４８】
そして、熱処理工程を終了した後、基板１０を冷却して金属ガラス膜３９を固定する。これにより、所定形状の錘部１１及び梁部１２、第１可動電極１４、第２可動電極２１が形成される。その後、ウェットエッチング等を用いて錘部１１の周囲や下層に形成された樹脂層３３，３７を除去する。
以上により、本実施形態の加速度センサ（図１，２参照）１が完成する。
【００４９】
このように、本実施形態の加速度センサ１の製造方法では、上述した表面マイクロマシニング技術を用いてポスト１３ａ〜１３ｄ、固定電極１６，２３と、錘部１１、梁部１２、可動電極１４，２１とをそれぞれ金属ガラスにより一括形成することができるため、Ｘ，Ｙ、Ｚ方向の３軸方向を検出可能な加速度センサ１を容易に製造することができる。
【００５０】
したがって、本実施形態によれば、錘部１１が金属ガラスで構成されているため、従来のシリコンからなる錘部に比べて、比重が大きい。つまり、錘部１１を小さくしても錘部１１の重量を維持して錘部１１の変位を大きく確保することができるため、各可動電極１４，２１と各固定電極１６，２３，２８との間における静電容量の変化が大きくなる。これにより、静電容量の変化を高感度に検出することができる。また、内部応力も少ないため、錘部の反りや変形もない。そのため、各可動電極１４，２１と各固定電極１６，２３，２８とのギャップが均一になり、静電容量の変化を高精度に検出することができる。
さらに、梁部１２も金属ガラスで構成されているため、梁部１２のバネ性を向上させることができる。これにより、梁部１２が弾性変形することで、梁部１２の弾性力に錘部１１が追従するため、錘部１１の変位をより大きく確保することができる。
また、各可動電極１４，２１も金属ガラスで構成されているため、導電性の高い可動電極１４，２１を形成することができ、静電容量の変化をより高感度に検出することができる。
したがって、装置の小型化を図った上で、各可動電極１４，２１及びエッチングストップ層３６と、各固定電極１６，２３，２８との間における静電容量の変化を高精度、かつ高感度に検出することができるため、高性能な加速度センサ１を実現することができる。
【００５１】
そして、各可動電極１４，２１及びエッチングストップ層３６と、各可動電極１４，２１に対向する各固定電極１６，２３，２８とにより、相互に直交する加速度を検出することができる。したがって、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３軸の加速度を検出可能な加速度センサ１を容易に製造することができる。
【００５２】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態においては、金属性物質として、金属ガラスを用いた場合について説明したが、アルミ等の金属を用いることも可能である。この構成においても、従来のシリコンからなる錘部に比べて、錘部を小さくしても錘部の重量を維持することができる。これにより、錘部の変位を大きく確保することができるため、装置の小型化を図ることができる。
また、本実施形態においては、錘部、梁部、可動電極、固定電極、ポストの全てを金属ガラスにより構成する場合について、説明したが、少なくとも錘部が金属ガラスにより構成されていればよい。金属ガラス以外の材料としては、シリコン等を用いることが可能である。
また、本実施形態においては、錘部のＸ方向及びＹ方向に沿う側面を互いに直交する２方向に配置された４本の梁部によって支持する構成としたが、錘部の角部をそれぞれ支持するように梁部を配置しても３軸方向の加速度を検出することができる。また、梁部を４本以上配置してもよい。
【００５３】
また、本実施形態においては、加速度センサが、３軸方向の加速度を検出できるようにした構成の例で説明したが、１軸方向、２軸方向の加速度を検出する構成に変形してもよい。例えば、一対の梁部を用いて錘部の一方向を支持する構成であれば、１軸方向の加速度を検出することができる。
【００５４】
また、本実施形態においては、錘部及び梁部の下面にエッチングストップ層を形成した場合について説明したが、エッチングストップ層を設けない構成を採用することも可能である。この構成によれば、上述したように錘部は金属ガラスからなり、その錘部自体が導電性を有するため、第３固定電極と所定距離を空けた状態で対向する第３可動電極として錘部を構成することができる。これにより、錘部と第３固定電極とにより、錘部のＺ方向における変位を検出する第３検出部として構成することが可能である。そして、第１，２可動電極及びエッチングストップ層と、第１，２可動電極及びエッチングストップ層に対向する各固定電極により、相互に直交する加速度を検出することができる。したがって、製造プロセスを簡素化した上で、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３軸の加速度を検出可能な加速度センサを容易に製造することができる。
【００５５】
また、本実施形態においては、錘部の平面視形状が正方形であり、各梁部の形状が同一である場合の例で説明したが、例えば、錘部の平面視形状は、例えば円形状等、適宜瀬一計変更が可能である。
さらに、梁部の形状及び圧縮方法は、適宜設計変更が可能である。これにより、容易に梁部の弾性率を決定することができる。
また、本実施形態においては、梁部とポストとをそれぞれ別の工程で形成したが、梁部とポストとを一体形成することも可能である。具体的には、梁部を過冷却液体域に保持した状態で、梁部の一端を基板に向けて屈曲形成し、基板の表面に梁部の一端を連結することで製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態における加速度センサの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図３】加速度センサの工程図である。
【図４】加速度センサの工程図である。
【図５】加速度センサの工程図である。
【図６】図４（ａ）に相当する加速度センサの平面図である。
【図７】圧縮工程を示す工程図である。
【図８】従来の加速度センサを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…加速度センサ  １０…基板  １１…錘部  １２…梁部  １４…第１可動電極  １６…第１固定電極  ２１…第２可動電極  ２３…第２固定電極  ２８…第３固定電極
【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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