JP7452492B2 - 慣性センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元曲面を有する微小振動子を備える慣性センサおよびその製造方法に関する。

近年、車両の自動運転のシステム開発が進められており、この種のシステムでは、高精度の自己位置の推定技術が必要である。例えば、いわゆるレベル３の自動運転向けに、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systemの略）とＩＭＵ（Inertial Measurement Unitの略）とを備える自己位置推定システムの開発が進められている。ＩＭＵは、例えば、３軸のジャイロセンサと３軸の加速度センサから構成される６軸の慣性力センサである。将来的に、いわゆるレベル４以上の自動運転を実現するためには、現状よりもさらに高感度のＩＭＵが求められる。

このような高感度のＩＭＵを実現するためのジャイロセンサとしては、ＢＲＧ（Bird-bath Resonator Gyroscopeの略）が有力視されており、ワイングラスモードで振動する三次元曲面を有する微小振動子が実装基板に搭載されてなる。この微小振動子は、振動の状態を表すＱ値が１０^６以上に達するため、従来よりも高感度が見込まれる。

しかし、複数の電極部を有する実装基板に上記の微小振動子を接合して得られるＢＲＧは、搭載時に位置ズレが生じると、微小振動子と複数の電極部との距離のバラつきに起因する静電容量の差が生じてしまい、センサ精度が低下しうる。このような微小振動子と複数の電極部との距離のバラつきを抑制可能なＢＲＧとしては、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。

中国特許出願公開第１０５４２４０１９号明細書

特許文献１に記載のＢＲＧは、シリコンなどによりなる下部基板と、ホウケイ酸ガラスなどによりなる上部基板とが接合されてなると共に、上部基板が互いに独立した複数の電極部および微小振動子を有した構成となっている。また、このＢＲＧは、環状の溝が形成された下部基板に、後に上部基板となる平板状の板材を陽極接合し、減圧下で高温加熱を行うことで微小振動子を形成した後に、微小振動子と複数の電極部とをエッチングで分離することで得られる。これにより、微小振動子と複数の電極部との位置ズレが生じなくなり、当該位置ズレに起因する静電容量の差が抑制されたＢＲＧとなる。

しかし、特許文献１に記載のＢＲＧは、平板状の板材を下部基板に接合した後に、微小振動子を形成するため、微小振動子のうち下部基板側の裏面に導電膜を形成することができず、微小振動子と下部基板とを電気的に接続することが困難である。そのため、このＢＲＧは、微小振動子が外部電源により所定の電圧を印加したり、所定の電位に固定したりすることができない構造となっている。

本発明は、上記の点に鑑み、三次元曲面を有する微小振動子が互いに独立した複数の電極部に囲まれてなり、微小振動子と複数の電極部との距離バラつきの抑制および微小振動子と下部基板との電気的接続が両立した構造の慣性センサを提供することを目的とする。また、上記した構造の慣性センサの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の慣性センサは、慣性センサであって、台座部（２１）と、台座部を囲むエッチング溝（２２）と、エッチング溝を跨ぐ配線（２３）と、台座部を覆う下部金属膜（２４）とを有してなる下部基板（２）と、互いに独立した、微小振動子（４）、複数の電極部（５）およびパッド部（７）を有してなる上部基板（３）と、を備え、微小振動子は、三次元曲面とされた曲面部（４１）と、曲面部の頂点から内側に向かって凹むと共に、下部基板のうち台座部に接合された接合部（４２）と、曲面部のうち接合部とは反対側の端部に形成されたリム（４３）と、表面（４ａ）および裏面（４ｂ）を覆う導電膜（４４）とを有し、曲面部は、他の部材とは接触していない中空状態であり、リムは、複数の電極部と同一材料で構成され、かつ複数の電極部のなす仮想平面と同一の平面に位置すると共に、複数の電極部に距離を隔てて囲まれており、導電膜のうち接合部を覆う部分は、下部金属膜に電気的に接合されている。

これによれば、微小振動子、複数の電極部およびパッド部を有する上部基板と、台座部、エッチング溝、配線および下部金属膜を有する下部基板とが接合され、微小振動子が下部基板と電気的に接続された慣性センサとなる。そして、この慣性センサは、微小振動子の裏面に成膜された導電膜が下部基板の下部金属膜に接続されているため、下部基板２介した微小振動子の電位固定や所定の電圧印加が可能である。微小振動子のリムと複数の電極部とが同一材料で構成され、かつ同一平面上に位置し、微小振動子と複数の電極部との距離バラつきが生じていない。よって、この慣性センサは、微小振動子の電位固定や電圧印加が可能、かつ、微小振動子と複数の電極部との距離バラつきに起因する静電容量の差が抑制された構造となっている。

請求項８に記載の慣性センサの製造方法は、慣性センサの製造方法であって、台座部（２１）と、台座部を囲むエッチング溝（２２）と、エッチング溝を跨ぐ配線（２３）と、台座部を覆う下部金属膜（２４）とを有してなる下部基板（２）を用意することと、平板状の板材（３０）を用意し、板材に環状の曲面部位（３０１）を形成した後、板材のうち曲面部位が突出する側の面である突出面とは反対側の面に上部金属膜（３１）を成膜することと、上部金属膜と下部金属膜とを接合し、板材と下部基板とを一体化することと、下部基板に接合された板材に曲面部位を囲む環状の貫通溝（６）を形成し、曲面部位を板材の他の部分と分離することと、貫通溝を形成した後に、板材のうち突出面に導電膜（３２、４４）を成膜することと、導電膜を成膜した後、板材のうち曲面部位の外周側に位置する外周部位（３０３）に貫通溝（６）を形成し、互いに電気的に独立した、複数の電極部（５）およびパッド部（７）を形成することと、を含む。

これによれば、微小振動子および複数の電極部を１つの板材で構成し、板材を下部基板に接合後に分離するため、微小振動子と複数の電極部との間に距離バラつきが生じない。また、板材のうち下部基板に接合する面に上部金属膜を成膜した後に、下部基板と板材とを接合し、微小振動子、電極部およびパッド部に分離するため、微小振動子と下部基板とが電気的に接続された構造の慣性センサを製造できる。よって、微小振動子の電位固定や電圧印加が可能、かつ微小振動子と複数の電極部との間の距離バラつきに起因する静電容量の差が生じない高精度の物理量センサを製造できる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態の慣性センサを示す斜視断面図である。 第１実施形態の慣性センサを示す上面レイアウト図である。 図２のIII-III間の断面を示す断面図である。 図２のIV-IV間の断面を示す断面図である。 図２のV-V間の断面を示す断面図である。 第１実施形態の慣性センサの製造工程のうち上部基板の用意工程を示す図である。 図６Ａに続く製造工程を示す図である。 図６Ｂに続く製造工程を示す図である。 図６Ｃに続く製造工程を示す図である。 図６Ｄに続く製造工程を示す図である。 図６Ｅに続く製造工程を示す図である。 図６Ｅの工程後の状態を示す上面レイアウト図である。 図６Ｆに続く製造工程を示す図である。 図６Ｇに続く製造工程を示す図である。 一度に複数の慣性センサを製造する場合における図６Ｉに続く製造工程を示す図である。 第２実施形態の慣性センサを示す断面図である。 第３実施形態の慣性センサを示す断面図である。 第４実施形態の慣性センサを示す上面レイアウト図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態の慣性センサ１について、図１～図５を参照して説明する。

図１では、慣性センサ１の構成を分かり易くするため、慣性センサ１のうち後述する下部基板２、上部基板３および微小振動子４の一部を省略しつつ、微小振動子４の断面構成を部分的に示している。

以下、説明の便宜上、図２に示すように、紙面における左右方向に沿った方向を「ｘ方向」と、同紙面上においてｘ方向に直交する方向を「ｙ方向」と、ｘｙ平面に対する法線方向を「ｚ方向」と、それぞれ称する。図３以降の図中のｘ、ｙ、ｚ方向は、図１のｘ、ｙ、ｚ方向にそれぞれ対応するものである。また、本明細書における「上」とは、図中のｚ方向に沿った方向であって、矢印側を意味し、「下」とは上の反対側を意味する。さらに、本明細書では、例えば図２等に示すように、ｚ方向上側から慣性センサ１を見た状態を「上面視」と称することがある。

〔基本構成〕
本実施形態の慣性センサ１は、例えば図１に示すように、下部基板２と、上部基板３とが接合されてなり、上部基板３が微小振動子４と、複数の電極部５と、複数のパッド部７とを備える構成となっている。慣性センサ１は、微小振動子４が略椀状の三次元曲面を有する曲面部４１と、曲面部４１の頂点から内側に凹んだ凹部とを備え、当該凹部が下部基板２に接合された接合部４２となっている。慣性センサ１は、曲面部４１が他の部材とは接触していない中空状態とされ、曲面部４１のうち接合部４２とは反対側の端部にリム４３を有し、リム４３が互いに独立した複数の電極部５に距離を隔てて囲まれている。慣性センサ１は、リム４３と複数の電極部５とがキャパシタを形成しており、キャパシタの静電容量の変化に基づいて、慣性センサ１に印加された角速度などの所定の物理量を検出する構成となっている。慣性センサ１は、例えば、ＢＲＧ構造のジャイロセンサであって、自動車等の車両に搭載される用途に適用されると好適であるが、勿論、他の用途にも適用されうる。

下部基板２は、例えば、主に半導体材料のＳｉ（シリコン）により構成されると共に、上部基板３のうち微小振動子４に接合される台座部２１と、台座部２１を囲む環状のエッチング溝２２と、配線２３と、下部金属膜２４とを有してなる。下部基板２は、例えば、Ｓｉ基板にＫＯＨやＴＭＡＨなどのアルカリ水溶液を用いたウエットエッチングにより円環状のエッチング溝２２を形成した後、スパッタリングなどの真空成膜法により、配線２３および下部金属膜２４を成膜することで得られる。下部基板２は、例えば図２に示すように、上面視にて、エッチング溝２２の外側に位置する領域を外周領域として、エッチング溝２２を跨いで台座部２１と外周領域とを繋ぐ配線２３が複数設けられている。

配線２３および下部金属膜２４は、例えば、基板側からＴｉ（チタン）、Ａｕ（金）がこの順で積層された積層膜とされ、真空成膜法で形成された後、フォトリソグラフィエッチング法などにより所定のパターン形状となっている。下部金属膜２４は、エッチング溝２２の底部以外の領域、すなわち、外周領域の一部および台座部２１を覆っている。配線２３は、エッチング溝２２の外側と内側とを跨ぐパターン形状とされ、下部金属膜２４のうち台座部２１を覆う部分と外周領域を覆う部分とを電気的に接続している。下部金属膜２４は、上部基板３のうち後述する上部金属膜３１に金属接合されており、実質的に上部金属膜３１と一体となっている。

なお、配線２３は、下部金属膜２４とは別工程で成膜されてもよく、この場合には、例えばＡｌ（アルミニウム）などの下部金属膜２４とは異なる導電性の金属材料により構成されてもよい。

上部基板３は、例えば、石英、ホウケイ酸ガラスなどの添加物含有のガラス、金属ガラス、シリコンやセラミック等の材料で構成される。上部基板３は、ワイングラスモードで振動可能な微小振動子４と、複数の電極部５と、複数のパッド部７とを有してなり、これらが分離溝６により互いに独立した構成となっている。上部基板３は、上記した材料によりなる平板状の板材を加工し、微小振動子４の部分を形成した後に下部基板２に接合した後に、微小振動子４、電極部５およびパッド部７をエッチングにより分離することで得られる。言い換えると、上部基板３を構成する微小振動子４、複数の電極部５およびパッド部７は、同一の材料により構成されている。この詳細については、後述する。

微小振動子４は、例えば、略半球形の三次元曲面の外形を有する曲面部４１と、環状曲面形状の曲面部４１の頂点側から半球の中心側に向かうように凹むと共に、下部基板２に接合される接合部４２と、リム４３とを備える。微小振動子４は、例えば図２に示すように、慣性センサ１が駆動していない状態においてリム４３と複数の電極部５３との間隔が等間隔となるように、リム４３が略円筒形状とされる。微小振動子４は、曲面部４１が椀状の三次元曲面を有することで、その振動のＱ値が例えば１０^６以上となっている。微小振動子４は、例えば、その厚みが２０μｍ～８０μｍといった具合の数十μｍの薄肉構成となっている。微小振動子４は、例えば、ｚ方向（すなわち高さ方向）の寸法が２．５ｍｍ、平面方向（すなわちｘｙ平面）の最大径が５ｍｍといったミリサイズの大きさとなっている。

微小振動子４は、例えば図３に示すように、外径が大きい面を表面４ａとし、外径が小さい面を裏面４ｂとして、表面４ａおよび裏面４ｂがいずれも導電膜４４により覆われており、これらが電気的に接続されている。つまり、微小振動子４は、外側の表面４ａだけでなく、内側である下部基板２側の裏面４ｂ、およびリム４３のうち表面４ａと裏面４ｂとを繋ぐ側面４ｃが導電膜４４に覆われている。

リム４３は、例えば図３や図４に示すように、複数の電極部５と同じ厚みであると共に、複数の電極部５と同じ高さ、すなわち複数の電極部５のなす平面と同一の平面上に位置している。これは、単一の板材から微小振動子４および複数の電極部５が形成され、これらが慣性センサ１の製造工程の途中で分離したことに起因している。この詳細については後述する。リム４３は、例えば図２に示すように、上面視にて、連続した円環形状とされると共に、複数の電極部５に囲まれている。

導電膜４４は、例えば、下部金属膜２４と同様の構成とされ、接合部４２のうち裏面４ｂ側を覆う部分が下部金属膜２４と金属接合されている。これにより、微小振動子４が下部基板２と電気的に接続され、後述するパッド部７およびこれに電気接続された配線２３を介して、微小振動子４に電圧印加や電位固定をすることが可能となっている。

複数の電極部５は、上面視にて、互いに距離を隔てつつ、微小振動子４のリム４３を取り囲むように配置されている。複数の電極部５は、例えば図４に示すように、下部基板２側の一面５ａに上部金属膜３１が形成されると共に、上部金属膜３１と下部金属膜２４とが接合されることで、下部基板２に固定されている。複数の電極部５は、一部がエッチング溝２２から台座部２１側に向かって突き出ており、下部基板２から距離を隔てた中空状態となっている。言い換えると、複数の電極部５は、下部基板２との接合面よりも平面サイズが大きくなっており、後述する電極膜５１の成膜において、下部基板２のうち意図しない領域に金属膜が成膜され、意図しない導通が生じることを抑制する構成となっている。

複数の電極部５は、下部基板２とは反対側の他面５ｂ、および一面５ａと他面５ｂとを繋ぐ壁面５ｃに電極膜５１が成膜されている。複数の電極部５は、電極膜５１のうち壁面５ｃを覆う部分が、導電膜４４のうちリム４３の側面４ｃを覆う部分と対向することでキャパシタを構成している。複数の電極部５は、例えば、他面５ｂ側に図示しない金属ワイヤがワイヤボンディングにより接続され、図示しない外部電源により所定の電位の印加やリム４３との静電容量の検出が可能とされる。

なお、複数の電極部５の数、配置、サイズや形状等については、図２に示す例に限定されるものではなく、適宜変更されてもよい。また、電極膜５１は、導電膜４４と同一工程で成膜されるため、導電膜４４と同じ構成とされる。

分離溝６は、上部基板３のうち微小振動子４と複数の電極部５およびパッド部７との間、隣接する電極部５同士の間、および電極部５とパッド部７との間に設けられた貫通溝である。分離溝６は、例えば、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etchingの略）などの任意のドライエッチング法により形成される。

なお、下部基板２のうち外周領域であって分離溝６に位置する部分は、例えば図５に示すように、分離溝６の形成に伴って下部金属膜２４が除去され、基材が剥き出しの状態となっている。言い換えると、下部基板２の外周領域のうち電極部５およびパッド部７から露出する部分は、基材が外部に露出した状態となっている。これにより、複数の電極部５およびパッド部７は、電気的に独立した状態となっている。

複数のパッド部７は、配線２３を介して台座部２１を覆う下部金属膜２４および微小振動子４の導電膜４４に電気的に接続されており、微小振動子４の導電膜４４の電圧印加や電位固定に用いられる。複数のパッド部７は、複数の電極部５と同様に、下部基板２側の面に上部金属膜３１が、その反対面にパッド電極膜７２が、それぞれ成膜されており、上部金属膜３１が下部金属膜２４に接合されることで下部基板２に固定されている。複数のパッド部７は、貫通溝であるパッド溝７１が形成されると共に、パッド溝７１の壁面がパッド電極膜７２に覆われている。複数のパッド部７は、パッド電極膜７２が、パッド溝７１の底部において、下部金属膜２４のうち配線２３が接続されたものに接続されている。複数のパッド部７は、例えば、図示しない金属ワイヤがワイヤボンディングにより接続されており、図示しない外部電源により微小振動子４の導電膜４４の電位制御が可能な構成となっている。

なお、パッド電極膜７２は、導電膜４４よび電極膜５１と同一工程で成膜されるため、これらと同一の構成とされる。

以上が、本実施形態の慣性センサ１の基本的な構成である。

〔製造方法〕
次に、本実施形態の慣性センサ１の製造方法について、図６Ａ～図６Ｊを参照して説明する。

まず、例えば図６Ａに示すように、石英などによりなる平板状の板材３０を用意する。この板材３０は、後の上部基板３を構成する部材である。なお、ここでは、慣性センサ１の製造工程を分かり易くするため、１つの板材３０および下部基板２を用いて、１つの慣性センサ１を製造する場合を代表例として説明するが、これに限定されるものではなく、一度に複数の慣性センサ１を製造することも可能である。

続いて、図６Ｂに示すように、板材３０に三次元曲面形状を形成するための型Ｍおよび型Ｍを冷却するための冷却体Ｃを用意する。型Ｍは、例えば、板材３０に三次元曲面形状を形成する際のスペースとなる円環状の凹部Ｍ１と、凹部Ｍ１の中心において、凹部Ｍ１の深さ方向に沿って延設され、加工時に板材３０の一部を支える支柱部Ｍ２とを備える。支柱部Ｍ２は、型Ｍのうち凹部Ｍ１の外側部分と同じ高さとなっている。型Ｍは、凹部Ｍ１の底面に貫通孔Ｍ１１が形成されている。冷却体Ｃは、型Ｍが嵌め込まれる嵌め込み部Ｃ１と、嵌め込み部Ｃ１の底面に排気用の排気口Ｃ１１とを備え、板材３０を加工する際に型Ｍを冷却する役割を果たす。板材３０は、型Ｍの凹部Ｍ１の全域を覆うように配置される。

次いで、例えば、板材３０に向けてトーチＴから火炎Ｆを吹きかけ、板材３０を溶融させる。このとき、型Ｍの凹部Ｍ１は、図示しない真空機構により冷却体Ｃの排気口Ｃ１１を通じて真空引きされている。これにより、板材３０のうち溶融した部分は、凹部Ｍ１の底面に向かって引き延ばされると共に、その中心周辺領域が支柱部Ｍ２により支えられた状態となる。その後、板材３０の加熱をやめて冷却することで、板材３０は、略半球形の三次元曲面形状とされた曲面部位３０１と、曲面部位３０１の中心近傍で凹むと共に、支柱部Ｍ２の先端面に追従する凹部位３０２とが形成される。また、板材３０は、凹部Ｍ１の外側に位置する部分が、曲面部位３０１の外周端に位置し、平坦形状とされた外周部位３０３となる。

その後、例えば図６Ｃに示すように、板材３０を型Ｍから取り外し、板材３０のうち曲面部位３０１が突出する側の面を突出面３０ａとし、その反対面３０ｂに、例えば、スパッタリング、蒸着等の真空成膜プロセスにより上部金属膜３１を成膜する。上部金属膜３１は、例えば、板材３０の反対面３０ｂの全域に成膜される。

そして、例えば図６Ｄに示すように、台座部２１、エッチング溝２２、配線２３および下部金属膜２４を備える下部基板２を用意する。下部基板２は、エッチング溝２２の一部領域を除き、配線２３または下部金属膜２４に覆われている。この下部基板２は、例えば、次のような工程で得られる。まず、Ｓｉ基板を用意し、ＫＯＨやＴＭＡＨなどのアルカリ水溶液を用いたウエットエッチングにより円環状のエッチング溝２２となる部分を形成する。エッチング後、Ｓｉ基板にスパッタによる成膜を用いたリフトオフ法により、所定のパターン形状とされた配線２３および下部金属膜２４を成膜する。このような工程により、Ｓｉ基板は、エッチング溝２２、配線２３および下部金属膜２４を備える構成の下部基板２となる。

続けて、例えば図６Ｅに示すように、板材３０の凹部位３０２と下部基板２の台座部２１、および外周部位３０３と下部基板２の外周領域とを接触させ、上部金属膜３１と下部金属膜２４とを常温接合により接合する。例えば、上部金属膜３１および下部金属膜２４を基材側からＴｉ、Ａｕの積層構成とし、これらのＡｕ層同士を常温で接触させ、Ａｕ原子を拡散／再配列させることにより、上部金属膜３１および下部金属膜２４を一体化させ、接合することが可能である。

次いで、外周部位３０３のうち曲面部位３０１に隣接する領域、および後ほどパッド部７として分離する領域にＤＲＩＥなどのドライエッチングにより板材３０を貫通する貫通溝を形成する。これにより、例えば図６Ｆに示すように、板材３０のうち曲面部位３０１および凹部位３０２であった部分は、環状の貫通溝、すなわち分離溝６により外周部位３０３から切り離され、微小振動子４を構成する。また、後ほどパッド部７として分離する領域に形成された貫通溝は、パッド溝７１となる。

なお、上記のエッチング工程では、パッド部７と配線２３との電気的接続の観点から、下部金属膜２４を除去しない程度に留めておく。また、このエッチング工程直後では、板材３０のうち外周部位３０３は、例えば図６Ｇに示すように、まだ一体化された状態となっており、電極部５とパッド部７とが分離していない。

その後、図６Ｈに示すように、板材３０の突出面３０ａ側における全域に、スパッタリング等の真空成膜法により、導電膜４４および金属膜３２を成膜する。金属膜３２と導電膜４４は同一構成とされた導電性の膜であるが、本明細書では、区別のため、便宜上、微小振動子４を覆う膜を「導電膜４４」と、外周部位３０３を覆う膜を「金属膜３２」と称している。

そして、例えば図６Ｉに示すように、ＤＲＩＥなどのドライエッチングにより、外周部位３０３に複数の貫通溝、すなわち分離溝６を形成し、外周部位３０３を複数の電極部５と複数のパッド部７とに分離する。このエッチング工程では、下部金属膜２４を除去し、下部基板２の基材を露出させる。これにより、板材３０は、微小振動子４、電極部５およびパッド部７を有する上部基板３となる。また、複数の電極部５それぞれ、および電極部５とパッド部７とは、例えば図２に示す構造となり、互いに電気的に独立した状態となる。

続けて、例えば、下部基板２を図示しない回路基板等に搭載し、上部基板３の複数の電極部５それぞれにワイヤボンディングをし、回路基板等と上部基板３の複数の電極部５およびパッド部７とを電気的に接続する。最後に、例えば、下部基板２あるいは下部基板２が取り付けられる部材に図示しないキャップ材を真空環境で取り付け、微小振動子４を図示しないキャップ材で覆われてなる内部空間に気密封止を行う。このような工程により、実施形態に係る慣性センサ１を製造することができる。

なお、１つの板材３０および１つの下部基板２により複数の慣性センサ１を製造する場合も、基本的に上記と同様の工程でなし得る。この場合には、図６Ｉの工程の後、例えば図６Ｊに示すように、レーザダイシングなどの任意の方法により、複数の慣性センサ１に個片化する。

以上が、本実施形態の慣性センサ１の基本的な製造方法である。

微小振動子４と複数の電極部５とを別部材で構成し、複数の電極部５を有する基板に微小振動子４を搭載する従来の方法は、微小振動子４をマウントする際における位置ズレにより、微小振動子４と複数の電極部５との間に距離のバラつきが生じるおそれがあった。このような距離のバラつきが生じると、微小振動子４と複数の電極部５との間に静電容量の差が生じてしまい、センサ精度が低下してしまう。

また、特許文献１に記載の製造方法の場合、下部基板に接合した平板状の板材に振動子を形成した後、振動子と電極とを分離するため、振動子のマウント工程がなく、振動子と電極との距離バラつきは生じない。しかし、この場合、下部基板および板材を例えば９００℃程度の高温で加熱し、振動子を形成するため、下部基板の耐熱温度を超える融点の材料（例えば石英では１７００℃など）により振動子を構成することができず、振動子の材料が制限されてしまう。また、この高温振動子と下部基板とが電気的に接続されないため、振動子の電位固定や電圧印加をすることができない構造となってしまう。

これに対して、本実施形態の製造方法によれば、微小振動子４および複数の電極部５を１つの板材３０で構成し、板材３０を下部基板２に接合後に分離するため、微小振動子４と複数の電極部５との間に距離バラつきが生じない。また、板材３０のうち下部基板２に接合する面に上部金属膜３１を成膜した後に、下部基板２と板材３０とを接合し、微小振動子４、電極部５およびパッド部７に分離するため、微小振動子４と下部基板２とが電気的に接続された構造の慣性センサ１となる。そのため、微小振動子４の電位固定や電圧印加が可能、かつ微小振動子４と複数の電極部５との間の距離バラつきに起因する静電容量の差が生じず、高精度の物理量センサを製造できる。

また、この製造方法によれば、微小振動子４のリム４３は、複数の電極部５のなす仮想平面と同じ平面上に位置し、その厚みが複数の電極部５と同一となる。これにより、上下方向、すなわちz方向におけるリム４３と複数の電極部５との位置ズレやこれに起因する寄生容量の発生が生じない。そのため、微小振動子４の駆動面（すなわち側面４ｃ）における上下方向の静電引力をキャンセルでき、信号処理を簡素化できる構造の慣性センサ１となる。さらに、微小振動子４を直接把持する必要がなく、微小振動子４や導電膜４４の傷付き、Ｑ値が低下することを抑制できる。

本実施形態の慣性センサ１は、微小振動子４、複数の電極部５およびパッド部７を有する上部基板３と、台座部２１、エッチング溝２２、配線２３および下部金属膜２４を有する下部基板２とが接合され、微小振動子４が下部基板２と電気的に接続されている。そして、この慣性センサ１は、微小振動子４の表面４ａおよび裏面４ｂに導電膜４４が成膜され、導電膜４４が下部基板２の下部金属膜２４に接続されているため、微小振動子４の電位固定や所定の電圧印加が可能である。また、１つの板材から微小振動子４、電極部５およびパッド部７が分離成形されているため、微小振動子４のリム４３と複数の電極部５とが同一材料で構成され、かつ同一平面上に位置し、微小振動子４と複数の電極部５との距離バラつきが生じない。したがって、この慣性センサ１は、微小振動子４の電位固定や電圧印加が可能、かつ、微小振動子４と複数の電極部５との距離バラつきに起因する静電容量の差が抑制され、高精度の物理量センサとなっている。

（第２実施形態）
第２実施形態の慣性センサ１について、図７を参照して説明する。

本実施形態の慣性センサ１は、例えば図７に示すように、リム４３の側面４ｃおよびこれに向き合う複数の電極部５の側面が傾斜したテーパー形状となっている点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。

微小振動子４は、本実施形態では、リム４３の側面４ｃが傾斜面となっており、表面４ａ側の端部よりも裏面４ｂの端部が電極部５に向かって突き出たテーパー形状となっている。これにより、リム４３の側面４ｃにおける導電膜４４の成膜が容易な形状となり、導電膜４４の表面４ａおよび裏面４ｂの接続がより容易となるため、下部基板２を介した微小振動子４への電気接続が安定する効果が得られる。

また、ｘｙ平面と側面４ｃとのなす角度のうち鋭角のものをテーパー角度として、テーパー角度は、導電膜４４の成膜安定性の観点から、少なくとも曲面部４１の最大傾斜の角度以下とされることが好ましい。ここでいう「曲面部４１の傾斜の角度」とは、曲面部４１のうち表面４ａとｘｙ平面とのなす角度のうち鋭角のものを意味する。これにより、側面４ｃには微小振動子４の表面４ａと同程度の膜質の導電膜４４が形成され、裏面４ｂとの電気接続が安定する効果が得られる。

複数の電極部５のうちリム４３と向き合う側面部分は、本実施形態では、リム４３の側面４ｃと同様のテーパー形状となっており、そのテーパー角度についても側面４ｃと同程度となっている。これは、分離溝６のうち微小振動子４と、複数の電極部５およびパッド部７とを隔てる部分が、同一のエッチング工程により形成されることに起因している。テーパー形状およびテーパー角度については、ドライエッチングの条件調整により適宜変更されうる。

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られる慣性センサ１となると共に、以下の効果も得られる。

（１）微小振動子４のリム４３の側面４ｃにおける導電膜４４の成膜がより安定し、表面４ａおよび裏面４ｂの導電膜４４の接続、ひいては下部基板２と微小振動子４との電気的接続がより安定する。

（第３実施形態）
第３実施形態の慣性センサ１について、図８を参照して説明する。

本実施形態の慣性センサ１は、例えば図８に示すように、微小振動子４のうち接合部４２に表面４ａと裏面４ｂとを繋ぐ貫通孔４５が形成されている点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。

微小振動子４は、本実施形態では、接合部４２に表面４ａと裏面４ｂとを繋ぐ貫通孔４５を有すると共に、貫通孔４５の壁面が導電膜４４に覆われた構成となっている。貫通孔４５は、例えば、分離溝６のうち微小振動子４と、複数の電極部５およびパッド部７とを隔てる部分を形成する工程で同時に形成される。貫通孔４５の壁面は、例えば図８に示すように、断面視にてテーパー形状となっている。貫通孔４５の壁面とｘｙ平面とのなす角度は、導電膜４４の成膜性の観点から、曲面部４１の最大傾斜の角度以下とされることが好ましい。

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られる慣性センサ１となると共に、以下の効果も得られる。

（１）微小振動子４のリム４３の側面４ｃに加えて、貫通孔４５の壁面にも導電膜４４が成膜され、表面４ａおよび裏面４ｂの導電膜４４の接続がさらに容易となり、ひいては下部基板２と微小振動子４との電気的接続がより安定する。

（第４実施形態）
第４実施形態の慣性センサ１について、図９を参照して説明する。

本実施形態の慣性センサ１は、例えば図９に示すように、上面視にて、微小振動子４のリム４３と複数の電極部５とが交互に突き出た櫛歯構造となっている点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。

複数の電極部５のうち一部の電極部５は、本実施形態では、対向するリム４３に向かって突き出た第１突出部５２を備える突出電極となっている。残りの電極部５は、第１突出部５２を有しない通常電極となっている。複数の電極部５は、例えば、通常電極と突出電極とが交互に配置され、突出電極が隣接しない構成となっている。

微小振動子４は、本実施形態では、リム４３の一部が対向する電極部５に向かって延設され、突き出た複数の第２突出部４６を有した構成となっている。第２突出部４６は、リム４３のうち通常電極と対向する部分に形成されている。これにより、微小振動子４および複数の電極部５は、上面視にて、第１突出部５２と第２突出部４６とが互い違いに配置された櫛歯構造となっている。

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られる慣性センサ１となると共に、以下の効果も得られる。

（１）微小振動子４と複数の電極部５とが櫛歯構造であることで、上記各実施形態に比べて、微小振動子４および複数の電極部５の間の静電容量が増大し、さらに高精度の慣性センサ１となる。

（他の実施形態）
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範疇や思想範囲に入るものである。

例えば、慣性センサ１は、微小振動子４が貫通孔４５を有すると共に、リム４３の側面４ｃがテーパー形状とされた構成であってもよいし、貫通孔４５を有しつつ、複数の電極部５と共に櫛歯構造であってもよい。このように、慣性センサ１は、上記各実施形態を可能な範囲内で適宜組み合わせた構成とされてもよい。

２・・・下部基板、２１・・・台座部、２２・・・エッチング溝、２３・・・配線、
２４・・・下部金属膜、３・・・上部基板、３０・・・板材、３０１・・・曲面部位、
３０３・・・外周部位、３１・・・上部金属膜、４・・・微小振動子、４ａ・・・表面、
４ｂ・・・裏面、４ｃ・・・側面、４１・・・曲面部、４２・・・接合部、
４３・・・リム、４４・・・導電膜、４５・・・貫通孔、４６・・・第２突出部、
５・・・電極部、５２・・・第１突出部、６・・・分離溝、７・・・パッド部、
７１・・・パッド溝

Claims (8)

1. 慣性センサであって、
   台座部（２１）と、前記台座部を囲むエッチング溝（２２）と、前記エッチング溝を跨ぐ配線（２３）と、前記台座部を覆う下部金属膜（２４）とを有してなる下部基板（２）と、
   互いに独立した、微小振動子（４）、複数の電極部（５）およびパッド部（７）を有してなる上部基板（３）と、を備え、
   前記微小振動子は、三次元曲面とされた曲面部（４１）と、前記曲面部の頂点から内側に向かって凹むと共に、前記下部基板のうち前記台座部に接合された接合部（４２）と、前記曲面部のうち前記接合部とは反対側の端部に形成されたリム（４３）と、表面（４ａ）および裏面（４ｂ）を覆う導電膜（４４）とを有し、
   前記曲面部は、他の部材とは接触していない中空状態であり、
   前記リムは、複数の前記電極部と同一材料で構成され、かつ複数の前記電極部のなす仮想平面と同一の平面に位置すると共に、複数の前記電極部に距離を隔てて囲まれており、
   前記導電膜のうち前記接合部を覆う部分は、前記下部金属膜に電気的に接合されている、慣性センサ。
2. 複数の前記電極部は、分離溝（６）により隔てられ、互いに電気的に独立している、請求項１に記載の慣性センサ。
3. 前記パッド部は、貫通溝であるパッド溝（７１）を備え、前記パッド溝の底部において前記配線を介して前記下部金属膜と電気的に接続されている、請求項１または２に記載の慣性センサ。
4. 前記リムのうち前記表面と前記裏面とを繋ぐ側面（４ｃ）は、前記裏面の側の端部が前記表面の側の端部よりも前記電極部に突き出たテーパー形状である、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の慣性センサ。
5. 前記微小振動子は、前記接合部に貫通孔（４５）を有し、
   前記貫通孔の壁面は、前記導電膜に覆われており、
   前記下部金属膜は、前記貫通孔の前記壁面を覆う前記導電膜に電気的に接続されている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の慣性センサ。
6. 前記上部基板は、石英により構成されている、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の慣性センサ。
7. 複数の前記電極部のうち一部の前記電極部は、前記リムに向かって突き出る第１突出部（５２）を有する突出電極であり、
   前記リムのうち複数の前記電極部であって、前記突出電極とは異なる前記電極部に向き合う部分は、前記突出電極とは異なる前記電極部に向かって突き出る第２突出部（４６）となっており、
   前記微小振動子および複数の前記電極部は、前記第１突出部と前記第２突出部とが互い違いで配置された櫛歯構造となっている、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の慣性センサ。
8. 慣性センサの製造方法であって、
   台座部（２１）と、前記台座部を囲むエッチング溝（２２）と、前記エッチング溝を跨ぐ配線（２３）と、前記台座部を覆う下部金属膜（２４）とを有してなる下部基板（２）を用意することと、
   平板状の板材（３０）を用意し、前記板材に環状の曲面部位（３０１）を形成した後、前記板材のうち前記曲面部位が突出する側の面である突出面とは反対側の面に上部金属膜（３１）を成膜することと、
   前記上部金属膜と前記下部金属膜とを接合し、前記板材と前記下部基板とを一体化することと、
   前記下部基板に接合された前記板材に前記曲面部位を囲む環状の貫通溝（６）を形成し、前記曲面部位を前記板材の他の部分と分離することと、
   前記貫通溝を形成した後に、前記板材のうち前記突出面に導電膜（３２、４４）を成膜することと、
   前記導電膜を成膜した後、前記板材のうち前記曲面部位の外周側に位置する外周部位（３０３）に貫通溝（６）を形成し、互いに電気的に独立した、複数の電極部（５）およびパッド部（７）を形成することと、を含む、慣性センサの製造方法。

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