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特開2024-147155慣性センサー、慣性計測装置、および慣性センサーの製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024147155
(43)【公開日】2024-10-16
(54)【発明の名称】慣性センサー、慣性計測装置、および慣性センサーの製造方法
(51)【国際特許分類】
G01P 15/08 20060101AFI20241008BHJP
G01P 15/125 20060101ALI20241008BHJP
【ＦＩ】
G01P15/08 102F
G01P15/125 Z
G01P15/08 101B
G01P15/08 102D
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023059986
(22)【出願日】2023-04-03
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】江口 芳和
(57)【要約】
【課題】スティッキングの欠損を抑制できる慣性センサーを提供すること。
【解決手段】支持基板１０と、支持基板１０の主面１７に設けられた第１固定電極１１と第２固定電極１２と、第１固定電極１１および第２固定電極１２に対して揺動可能に設けられた可動体２０と、主面１７に設けられた突起１５と、を備え、突起１５は、頂部に平坦面ｆ１を有し、根元部に主面１７に連続する凹状曲面ｃ２を有し、頂部と根元部との間の中間部に平坦斜面ｆ２を有する。
【選択図】図３Ａ
【解決手段】支持基板１０と、支持基板１０の主面１７に設けられた第１固定電極１１と第２固定電極１２と、第１固定電極１１および第２固定電極１２に対して揺動可能に設けられた可動体２０と、主面１７に設けられた突起１５と、を備え、突起１５は、頂部に平坦面ｆ１を有し、根元部に主面１７に連続する凹状曲面ｃ２を有し、頂部と根元部との間の中間部に平坦斜面ｆ２を有する。
【選択図】図３Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板の第１面に設けられた固定電極と、
前記固定電極に対して揺動可能に設けられた可動体と、
前記第１面に設けられた突起と、を備え、
前記突起は、頂部に平坦面を有し、根元部に前記第１面に連続する凹状曲面を有し、前記頂部と前記根元部との間の中間部に平坦斜面を有する、
慣性センサー。
前記基板の第１面に設けられた固定電極と、
前記固定電極に対して揺動可能に設けられた可動体と、
前記第１面に設けられた突起と、を備え、
前記突起は、頂部に平坦面を有し、根元部に前記第１面に連続する凹状曲面を有し、前記頂部と前記根元部との間の中間部に平坦斜面を有する、
慣性センサー。
【請求項2】
前記頂部は、前記平坦斜面と前記平坦面との間に凸状曲面をさらに有し、
前記可動体が前記突起に接触する場合、前記可動体は前記凸状曲面に接触する、
請求項１に記載の慣性センサー。
前記可動体が前記突起に接触する場合、前記可動体は前記凸状曲面に接触する、
請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項3】
前記突起の平面形状は、円形である、
請求項１に記載の慣性センサー。
請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項4】
前記突起の平面形状は、多角形である、
請求項１に記載の慣性センサー。
請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項5】
前記突起は、球台を含む、
請求項１に記載の慣性センサー。
請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項6】
前記突起の表面に設けられ、前記可動体と同電位とされる被覆電極と、を備える、
請求項１に記載の慣性センサー。
請求項１に記載の慣性センサー。
【請求項7】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の慣性センサーを備えた慣性計測装置。
【請求項8】
基板と、前記基板の第１面に設けられた固定電極と、前記固定電極に対して揺動可能に設けられた可動体と、前記第１面に設けられた突起と、を備えた慣性センサーの製造方法において、
前記慣性センサーの製造方法は、
前記基板をエッチングして、前記突起の第１の先駆体を形成する第１エッチング工程と、
前記第１の先駆体にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、
前記ハードマスクを用いて、前記第１の先駆体を等方性エッチングして、第２の先駆体を形成する第２エッチング工程と、
前記ハードマスクを除去するハードマスク除去工程と、
前記第２の先駆体を等方性エッチングして、前記突起を形成する第３エッチング工程と、を含む、
慣性センサーの製造方法。
前記慣性センサーの製造方法は、
前記基板をエッチングして、前記突起の第１の先駆体を形成する第１エッチング工程と、
前記第１の先駆体にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、
前記ハードマスクを用いて、前記第１の先駆体を等方性エッチングして、第２の先駆体を形成する第２エッチング工程と、
前記ハードマスクを除去するハードマスク除去工程と、
前記第２の先駆体を等方性エッチングして、前記突起を形成する第３エッチング工程と、を含む、
慣性センサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、慣性センサー、当該慣性センサーを備えた慣性計測装置、および慣性センサーの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
基板に対して揺動可能に設けられた可動体と、基板から可動体側に突出して設けられた突起と、突起に設けられ、可動体と同電位の被覆電極を有する慣性センサーが、特許文献１に記載されている。
突起は、可動体の過度の揺動を規制するストッパーである。突起は、可動体が過度に揺動した際に、可動体が突起に接触することによって、可動体のそれ以上の変位を規制する。
特許文献１に記載の慣性センサーでは、可動体が突起に接触した際に、可動体が突起に貼り付いてしまう現象、所謂「スティッキング」の発生を抑制するために、突起を、可動体と同電位の被覆電極で覆っている。
突起は、可動体の過度の揺動を規制するストッパーである。突起は、可動体が過度に揺動した際に、可動体が突起に接触することによって、可動体のそれ以上の変位を規制する。
特許文献１に記載の慣性センサーでは、可動体が突起に接触した際に、可動体が突起に貼り付いてしまう現象、所謂「スティッキング」の発生を抑制するために、突起を、可動体と同電位の被覆電極で覆っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－２１６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１の慣性センサーによっても、スティッキングの発生を完全に抑制することは難しく、スティッキングの抑制について、さらなる改善が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本願の一態様に係る慣性センサーは、基板と、前記基板の第１面に設けられた固定電極と、前記固定電極に対して揺動可能に設けられた可動体と、前記第１面に設けられた突起と、を備え、前記突起は、頂部に平坦面を有し、根元部に前記第１面に連続する凹状曲面を有し、前記頂部と前記根元部との間の中間部に平坦斜面を有する。
【0006】
本願の一態様に係る慣性計測装置は、上記に記載の慣性センサーを備える。
【0007】
本願の一態様に係る慣性センサーの製造方法は、基板と、前記基板の第１面に設けられた固定電極と、前記固定電極に対して揺動可能に設けられた可動体と、前記第１面に設けられた突起と、を備えた慣性センサーの製造方法において、前記慣性センサーの製造方法は、前記基板をエッチングして、前記突起の第１の先駆体を形成する第１エッチング工程と、前記第１の先駆体にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、前記ハードマスクを用いて、前記第１の先駆体を等方性エッチングして、第２の先駆体を形成する第２エッチング工程と、前記ハードマスクを除去するハードマスク除去工程と、前記第２の先駆体を等方性エッチングして、前記突起を形成する第３エッチング工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態１に係る慣性センサーの平面図。
【図4】慣性センサーの製造工程を説明するフローチャート。
【図6】製造過程における一態様を示す断面図。
【図7】製造過程における一態様を示す断面図。
【図8】製造過程における一態様を示す断面図。
【図9】製造過程における一態様を示す断面図。
【図10】製造過程における一態様を示す断面図。
【図11A】製造過程における一態様を示す平面図。
【図11B】製造過程における一態様を示す断面図。
【図12】製造過程における一態様を示す断面図。
【図13】製造過程における一態様を示す断面図。
【図14A】変形例１に係る突起の拡大断面図。
【図15】変形例２に係る突起の拡大平面図。
【図16】変形例に係る慣性センサーの製造工程を説明するフローチャート。
【図17】慣性計測装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図18】慣性センサーが実装された基板の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
また、以下では、説明の便宜上、互いに直交する、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の３軸を図示しており、軸方向を図示した矢印の先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」としている。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。また、以下では、Ｚ軸方向に見ることを「平面視」とし、Ｚ軸を含む断面に対してＹ軸方向から見ることを「断面視」とする。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
また、以下では、説明の便宜上、互いに直交する、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の３軸を図示しており、軸方向を図示した矢印の先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」としている。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。また、以下では、Ｚ軸方向に見ることを「平面視」とし、Ｚ軸を含む断面に対してＹ軸方向から見ることを「断面視」とする。
【0010】
さらに、以下の説明において、例えば基板に対して、「基板上に」との記載は、基板の上に接して配置される場合、基板の上に他の構造物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接して配置され、一部が他の構造物を介して配置される場合のいずれかを表すものとする。また、ある構成の上面との記載は、当該構成のＺ軸方向プラス側の面、例えば「支柱の上面」は支柱のＺ軸方向プラス側の面、を示すものとする。また、ある構成の下面との記載は、当該構成のＺ軸方向マイナス側の面、例えば「可動体の下面」は可動体のＺ軸方向マイナス側の面、を示すものとする。
【0011】
１．実施形態１
１．１．慣性センサーの構成
実施形態に係る慣性センサー１００の概略構成について、図１、図２Ａ、および図２Ｂを参照して説明する。なお、図１では、説明の便宜上、蓋体３０の図示を省略している。
図１は、実施形態１に係る慣性センサーを模式的に示す平面図である。図２Ａは、図１におけるＡ－Ａ線での断面図である。図２Ｂは、図１におけるＢ－Ｂ線での断面図である。
１．１．慣性センサーの構成
実施形態に係る慣性センサー１００の概略構成について、図１、図２Ａ、および図２Ｂを参照して説明する。なお、図１では、説明の便宜上、蓋体３０の図示を省略している。
図１は、実施形態１に係る慣性センサーを模式的に示す平面図である。図２Ａは、図１におけるＡ－Ａ線での断面図である。図２Ｂは、図１におけるＢ－Ｂ線での断面図である。
【0012】
本実施形態の慣性センサー１００は、可動体２０の変位に基づく静電容量の変化、換言すると、可動体２０の変位に基づく物理量の変化を検出する物理量センサーである。
慣性センサー１００は、例えば、加速度を測定する加速度センサー、いわゆる、静電容量型加速度センサーまたは静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサーに用いられる。例えば、慣性センサー１００としての加速度センサーは、鉛直方向の加速度を検出してもよい。
慣性センサー１００は、例えば、加速度を測定する加速度センサー、いわゆる、静電容量型加速度センサーまたは静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサーに用いられる。例えば、慣性センサー１００としての加速度センサーは、鉛直方向の加速度を検出してもよい。
【0013】
【0014】
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、支持基板１０は、凹状のキャビティー１６を有している。
キャビティー１６内の第１面としての主面１７上には、固定電極または検出電極としての第１固定電極１１および第２固定電極１２、被覆電極としてのダミー電極１３、支柱１４、および突起１５が設けられている。
キャビティー１６内の第１面としての主面１７上には、固定電極または検出電極としての第１固定電極１１および第２固定電極１２、被覆電極としてのダミー電極１３、支柱１４、および突起１５が設けられている。
【0015】
支柱１４は、可動体２０を、第１固定電極１１および第２固定電極１２上に所定の間隙を空けて、支持する。
突起１５は、支柱１４のＸ軸方向プラス側およびＸ軸方向マイナス側のそれぞれに、設けられる。突起１５は、支持基板１０の主面１７から可動体２０側に、換言すると、Ｚ軸方向プラス側に突出する。
突起１５は、支柱１４のＸ軸方向プラス側およびＸ軸方向マイナス側のそれぞれに、設けられる。突起１５は、支持基板１０の主面１７から可動体２０側に、換言すると、Ｚ軸方向プラス側に突出する。
【0016】
支柱１４および突起１５は、後述する製造方法によって、支持基板１０と一体に形成される。支持基板１０の材料は、特に限定されないが、本実施形態では、好適例として、絶縁性材料であるホウ珪酸ガラスからなるガラス基板を採用している。
【0017】
第１固定電極１１は、断面視において、支柱１４のＸ軸方向マイナス側に位置し、平面視において、可動体２０の第１質量部２１と重なる領域に設けられる。
第２固定電極１２は、断面視において、支柱１４のＸ軸方向プラス側に位置し、平面視において、可動体２０の第２質量部２２と重なる領域に設けられる。
第２固定電極１２は、断面視において、支柱１４のＸ軸方向プラス側に位置し、平面視において、可動体２０の第２質量部２２と重なる領域に設けられる。
【0018】
ダミー電極１３は、第１固定電極１１および第２固定電極１２以外の主面１７上に設けられている。ダミー電極１３は、突起１５の表面を覆うように設けられている。
ダミー電極１３のうち、可動体２０の第３質量部２３と対向する部分は、主面１７の凹部１７ｃに設けられている。凹部１７ｃは、主面１７において一段凹んだ部分であり、可動体２０の第３質量部２３が衝突しないように、逃げとして設けられた部分である。
ダミー電極１３のうち、可動体２０の第３質量部２３と対向する部分は、主面１７の凹部１７ｃに設けられている。凹部１７ｃは、主面１７において一段凹んだ部分であり、可動体２０の第３質量部２３が衝突しないように、逃げとして設けられた部分である。
【0019】
第１固定電極１１、第２固定電極１２、およびダミー電極１３の材料としては、例えば、Ｐｔ（プラチナ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、または、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの導電膜を採用することができる。
【0020】
可動体２０は、梁部２５を有し、加速度が加わった際に、梁部２５を中心として、梁部２５の軸線方向まわりに揺動する。すなわち、梁部２５は、可動体２０の回転軸または揺動軸としての機能を有する。
【0021】
突起１５は支持基板１０の主面１７に設けられている。突起１５は、可動体２０が過度の振れ幅で揺動することを規制するストッパーである。例えば、可動体２０に測定範囲を超えるような大きな加速度が加わった場合、可動体２０は大きく振れて、可動体２０の下面が突起１５に接触する。そして、可動体２０の下面が突起１５に接触すると、可動体２０は、それ以上の振れ幅で揺動することが制限される。
【0022】
また、突起１５は、可動体２０が支持基板１０の主面１７に接触することを防止する。上述したような可動体２０の過度の揺動は、突起１５によって制限される。より具体的には、突起１５は、可動体２０が揺動した際に、第１固定電極１１または第２固定電極１２よりも先に、可動体２０に接触するように設けられている。それゆえ、可動体２０が過度に揺動して、可動体２０の先端部分が支持基板１０の主面１７に衝突することは、回避される。
【0023】
可動体２０の先端部分が、支持基板１０の主面１７に衝突した際の衝突エネルギーは、可動体２０の下面が、突起１５に衝突した時の衝突エネルギーよりも大きい。したがって、突起１５を有することで、可動体２０の破損を回避ないし抑制することができる。
【0024】
突起１５は、第１質量部２１と対向して重なる領域および第２質量部２２と対向して重なる領域のそれぞれに設けられる。各突起１５は、支持基板１０の主面１７から第１質量部２１または支持基板１０の主面１７から第２質量部２２に向かって突出する。
【0025】
可動体２０は、支持部２４を含む。可動体２０は、支持部２４によって、支柱１４に固定され、支持基板１０と連結される。
図１に示すように、支持部２４は、平面視でＨ形状に設けられる。支持部２４は、梁部２５を挟んで設けられ、Ｙ軸方向に長い長方形の部分と、長方形の中央と梁部２５とを連結する部分とを有する。
図１に示すように、支持部２４は、平面視でＨ形状に設けられる。支持部２４は、梁部２５を挟んで設けられ、Ｙ軸方向に長い長方形の部分と、長方形の中央と梁部２５とを連結する部分とを有する。
【0026】
梁部２５は、中央の部分が、支持部２４に支持される。また、梁部２５は、支持部２４に支持された部分からＹ軸方向プラス側およびＹ軸方向マイナス側に延在する部分を有する。梁部２５において、Ｙ軸方向に延在する部分は、梁部２５の軸線方向に延在する部分であり、回転軸または揺動軸として機能する。
【0027】
梁部２５は、支持部２４および支柱１４を介して、可動体２０全体を、支持基板１０に対して揺動可能に支持している。換言すると、梁部２５は、ねじりばねとしての機能を有し、梁部２５の軸線方向を、回転軸または揺動軸として、可動体２０を、梁部２５まわりに揺動可能に支持している。
【0028】
可動体２０は、連結部２８を含む。連結部２８は、梁部２５と、第１質量部２１および第２質量部２２とを接続する。連結部２８は、梁部２５と第１質量部２１および第２質量部２２との間において、梁部２５と交差する交差方向、すなわち、Ｘ軸方向に設けられている。
【0029】
可動体２０は、第１可動体２０ａと第２可動体２０ｂとを有する。
第１可動体２０ａは、梁部２５の中心線ＣＬ２からＸ軸方向マイナス側の領域であり、第２可動体２０ｂは、中心線ＣＬ２からＸ軸方向プラス側の領域である。中心線ＣＬ２は、梁部２５の回転軸または揺動軸と一致する。なお、中心線ＣＬ２は、梁部２５の回転中心または揺動中心と、平面視で重なっている。
第１可動体２０ａは、梁部２５の中心線ＣＬ２からＸ軸方向マイナス側の領域であり、第２可動体２０ｂは、中心線ＣＬ２からＸ軸方向プラス側の領域である。中心線ＣＬ２は、梁部２５の回転軸または揺動軸と一致する。なお、中心線ＣＬ２は、梁部２５の回転中心または揺動中心と、平面視で重なっている。
【0030】
第１可動体２０ａは、梁部２５からＸ軸方向マイナス側に向かって順に設けられた、第１質量部２１と第３質量部２３とを有する。
第２可動体２０ｂは、第２質量部２２を有する。
第２可動体２０ｂは、第２質量部２２を有する。
【0031】
可動体２０は、梁部２５を回転軸または揺動軸として揺動可能である。可動体２０が、梁部２５を支点としてシーソー揺動、換言すれば、交互に傾倒することで、第１質量部２１と第１固定電極１１との間隙、および第２質量部２２と第２固定電極１２との間隙が変化する。なお、間隙は、距離で言い換えることができる。
【0032】
慣性センサー１００は、可動体２０の変位に基づく物理量を検出する。具体的には、可動体２０の傾倒に応じて、第１質量部２１と第１固定電極１１との間に生じる静電容量Ｃ１の変化および第２質量部２２と第２固定電極１２との間で生じる静電容量Ｃ２の変化を検出する。後述する慣性計測装置３０００は、慣性センサー１００が検出した静電容量Ｃ１の変化および静電容量Ｃ２の変化によって、加速度を求めることができる。
【0033】
可動体２０に鉛直方向の加速度、例えば重力加速度が加わった場合、第１可動体２０ａと第２可動体２０ｂの各々に力のモーメントと称される回転力が生じる。
【0034】
ここで、第１可動体２０ａの回転力、例えば、第１可動体２０ａを、梁部２５を支点として反時計回りに回転させる力と、第２可動体２０ｂの回転力、例えば、第２可動体２０ｂを、梁部２５を支点として時計回りに回転させる力と、が均衡した場合を考える。この場合、可動体２０の傾きに変化が生じないため、慣性センサー１００は、静電容量Ｃ１の変化および静電容量Ｃ２の変化を検出することができない。
【0035】
したがって、慣性センサー１００は、静電容量Ｃ１の変化および静電容量Ｃ２の変化を検出できるように、鉛直方向の加速度が加わった時に、可動体２０に所定の傾きが生じるように、設計されている。具体的には、第１可動体２０ａは、第３質量部２３を有し、梁部２５は、可動体２０のＸ軸方向の重心から外れた位置に配置されている。
【0036】
第１可動体２０ａは、第３質量部２３を有するため、中心線ＣＬ２から第１可動体２０ａの端面までの距離Ｒａと、中心線ＣＬ２から第２可動体２０ｂの端面までの距離Ｒｂとが異なる。したがって、第１可動体２０ａと第２可動体２０ｂとは、互いに異なる質量を有する。
【0037】
このように、第１可動体２０ａと第２可動体２０ｂとの質量を異ならせることにより、可動体２０に鉛直方向の加速度が加わった時に生じる、第１可動体２０ａの回転力と第２可動体２０ｂの回転力とを不均衡にすることができる。これにより、慣性センサー１００に鉛直方向の加速度が加わった時、可動体２０は、傾倒する。
【0038】
可変静電容量としての静電容量Ｃ１は、第１質量部２１と第１固定電極１１との間隙に応じて静電容量が変化し、可変静電容量としての静電容量Ｃ２は、第２質量部２２と第２固定電極１２との間隙に応じて静電容量が変化する。
【0039】
例えば、可動体２０が支持基板１０に対して水平の場合、静電容量Ｃ１，Ｃ２は、互いに略等しい静電容量値となる。静電容量Ｃ１の静電容量値と静電容量Ｃ２の静電容量値とが等しくなるように、可動体２０が支持基板１０に対して水平の場合、第１質量部２１と第１固定電極１１との重なり合う面積と、第２質量部２２と第２固定電極１２との重なり合う面積と、が等しく、また、第１質量部２１と第１固定電極１１との間隙と、第２質量部２２と第２固定電極１２との間隙と、が等しくなるように構成されている。
【0040】
また、例えば、可動体２０に鉛直方向の加速度が加わり、可動体２０が傾倒すると、静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２は、可動体２０の傾倒に応じて、静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２の各静電容量値が変化する。可動体２０が傾倒した場合、第１質量部２１と第１固定電極１１との間隙と、第２質量部２２と第２固定電極１２との間隙と、が異なるため、静電容量Ｃ１の静電容量値と静電容量Ｃ２の静電容量値とは異なる。
【0041】
可動体２０は、複数の開口２６を有する。開口２６は、可動体２０が揺動する際に、気体の粘性により生じるダンピングを低減するために設けられる。なお、ダンピングは、可動体２０の動きを止めようとする働き、または、流動抵抗で言い換えることができる。
【0042】
本実施形態において、第１質量部２１、第２質量部２２、および第３質量部２３は、それぞれ格子状に貫通する正方形の開口２６を有する。開口２６を有することによって、可動体２０のダンピングが低減され、加速度の検出感度は向上する。なお、複数の開口２６は、個々に異なる形状であってもよい。また、開口２６を配置する位置や数量も自由に設定することができる。
【0043】
このような可動体２０の材料は、特に限定されないが、本実施形態では、好適例として、導電性材料であるシリコンを採用している。可動体２０に導電性材料を用いることで、第１質量部２１と第２質量部２２とに電極としての機能を持たせることができる。なお、可動体２０に非電導性の基板を用いて、第１質量部２１および第２質量部２２を非導電性の基板の上に設けられた導電性の電極層によって形成してもよい。
【0044】
次に、突起１５の配置について説明する。
図１に示すように、本実施形態では、突起１５は、第１質量部２１と重なる２カ所と、第２質量部２２と重なる２カ所との合計４カ所に、１個ずつ、合計４個設けられている。なお、突起１５を設ける箇所は、４カ所に限定されない。突起１５は、２カ所、６カ所、または８カ所以上に設けてもよい。
図１に示すように、本実施形態では、突起１５は、第１質量部２１と重なる２カ所と、第２質量部２２と重なる２カ所との合計４カ所に、１個ずつ、合計４個設けられている。なお、突起１５を設ける箇所は、４カ所に限定されない。突起１５は、２カ所、６カ所、または８カ所以上に設けてもよい。
【0045】
突起１５は、梁部２５に並行な直線上に、２個ずつ設けられている。これにより、可動体２０と突起１５とが接触した際に受ける衝撃を分散することができる。
また、梁部２５に並行な直線上に設けられた２個の突起１５の中心は、中心線ＣＬ１に対して線対称の距離Ｒ２の位置に設けられている。ここで、中心線ＣＬ１は、梁部２５の軸線方向であるＹ軸方向において可動体２０を２等分する。これにより、第１質量部２１およびまたは第２質量部２２が突起１５に接触した際、可動体２０の姿勢を安定させることができる。
また、梁部２５に並行な直線上に設けられた２個の突起１５の中心は、中心線ＣＬ１に対して線対称の距離Ｒ２の位置に設けられている。ここで、中心線ＣＬ１は、梁部２５の軸線方向であるＹ軸方向において可動体２０を２等分する。これにより、第１質量部２１およびまたは第２質量部２２が突起１５に接触した際、可動体２０の姿勢を安定させることができる。
【0046】
突起１５の中心は、梁部２５の回転中心と重なる中心線ＣＬ２に対して線対称の距離Ｒ１の位置に設けられている。同じ高さの突起１５を梁部２５に対して線対称に設けることで、梁部２５を中心に揺動する第１質量部２１の最大揺動角と、第２質量部２２の最大揺動角とを同じにすることができる。これにより、慣性センサー１００の物理量を検出する精度を向上させることができる。なお、揺動角は、回転角で言い換えることができる。
【0047】
このような突起１５は、２行２列をなす４つの開口２６の中心に対応する位置に設けられている。換言すると、突起１５は、開口２６と一致しない位置に設けられている。これにより、突起１５が開口２６の端部と接触することにより第１質量部２１および第２質量部２２が破損することを抑制することができる。また、突起１５は、開口２６と接触しない位置に設けられていることが好ましい。
【0048】
１．２．突起の構成
次に、突起１５の構造について、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明する。
図３Ａは、図２Ａにおいて、破線で囲った範囲IIIの突起１５の拡大断面図である。図３Ｂは、図３Ａに対応する突起１５の拡大平面図であり、突起１５をＺ軸方向プラス側からＺ軸方向マイナス側に見た平面図である。
次に、突起１５の構造について、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明する。
図３Ａは、図２Ａにおいて、破線で囲った範囲IIIの突起１５の拡大断面図である。図３Ｂは、図３Ａに対応する突起１５の拡大平面図であり、突起１５をＺ軸方向プラス側からＺ軸方向マイナス側に見た平面図である。
【0049】
突起１５は、支持基板１０と一体に設けられており、本実施形態において、突起１５の直径は、およそ３～１５μｍである。
突起１５は、頂部と、根元部と、頂部と根元部との間の中間部とを有する。
突起１５は、頂部と、根元部と、頂部と根元部との間の中間部とを有する。
【0050】
頂部は、突起１５の頂上部分に対応する。頂部は、平坦面ｆ１を有する。平坦面ｆ１は、主面１７に平行な平面である。
根元部は、突起１５の裾野又は麓の部分に対応する。根元部は、凹状曲面ｃ２を有する。凹状曲面ｃ２は、主面１７から頂部に向かって緩やかに立ち上がるように傾斜した凹状の曲面である。
中間部は、平坦斜面ｆ２を有する。平坦斜面ｆ２は、傾斜した平面である。
また、頂部は、凸状曲面ｃ１を有する。凸状曲面ｃ１は、平坦面ｆ１と中間部の平坦斜面ｆ２との間をつなぐ部分であり、平坦面ｆ１と平坦斜面ｆ２との間を緩やかにつなぐ凸状の曲面を有する。
根元部は、突起１５の裾野又は麓の部分に対応する。根元部は、凹状曲面ｃ２を有する。凹状曲面ｃ２は、主面１７から頂部に向かって緩やかに立ち上がるように傾斜した凹状の曲面である。
中間部は、平坦斜面ｆ２を有する。平坦斜面ｆ２は、傾斜した平面である。
また、頂部は、凸状曲面ｃ１を有する。凸状曲面ｃ１は、平坦面ｆ１と中間部の平坦斜面ｆ２との間をつなぐ部分であり、平坦面ｆ１と平坦斜面ｆ２との間を緩やかにつなぐ凸状の曲面を有する。
【0051】
本実施形態では、突起１５の根元部に、凹状曲面ｃ２を有するため、凹状曲面を有さないものよりも根元部の面積、すなわち、突起１５の底面積が広い。したがって、突起１５に可動体２０が衝突しても、衝突した際の衝撃力を支持基板１０に広く分散させることができる。
また、突起１５の根元部が、凹状曲面ｃ２であるため、突起１５と主面１７との間に明確な境界がない。したがって、突起１５と主面１７との間に角等の明確な境界がある場合に比べて、突起１５に可動体２０が衝突しても、衝突した際の衝撃力が、突起１５と主面１７との境界に集中しない。
このように、本実施形態では、突起１５に可動体２０が衝突した際の衝撃力を広く分散させることができるので、突起１５が剥がれたり、割れたり、などして欠損しまうことを回避ないし抑制することができる。
また、突起１５の根元部が、凹状曲面ｃ２であるため、突起１５と主面１７との間に明確な境界がない。したがって、突起１５と主面１７との間に角等の明確な境界がある場合に比べて、突起１５に可動体２０が衝突しても、衝突した際の衝撃力が、突起１５と主面１７との境界に集中しない。
このように、本実施形態では、突起１５に可動体２０が衝突した際の衝撃力を広く分散させることができるので、突起１５が剥がれたり、割れたり、などして欠損しまうことを回避ないし抑制することができる。
【0052】
ここで、突起１５の欠損がすると、可動体２０は、第１固定電極１１または第２固定電極１２と接触する。この場合、可動体２０は、突起１５と衝突する場合よりも、より広い面積またはより多い個所で、第１固定電極１１または第２固定電極１２と接触するため、容易にスティッキングを発生してしまう。
しかし、本実施形態によれば、突起１５の欠損が回避または抑制されるため、スティッキングの発生も抑制することができる。
しかし、本実施形態によれば、突起１５の欠損が回避または抑制されるため、スティッキングの発生も抑制することができる。
【0053】
また、突起１５の頂部は、凸状曲面ｃ１を有するため、頂部の端が角になっている場合よりも、突起１５に可動体２０が衝突した際の衝撃力を緩やかに受け止めることができる。したがって、突起１５が剥がれたり、割れたり、などして欠損することを回避ないし抑制することができる。
【0054】
また、突起１５の頂部は、平坦面ｆ１を有するため、裾野の部分を広くしても突起１５の高さを低く抑えることができる。したがって、薄型の慣性センサー１００とすることができる。
【0055】
突起１５は、ダミー電極１３によって被覆されている。ダミー電極１３は、薄膜であるため、ダミー電極１３の上面は、突起１５の形状を忠実に転写する。したがって、突起１５をダミー電極１３で被覆しても、突起１５の作用効果が損なわれることはない。
【0056】
ダミー電極１３は、図示しない接続配線を介して可動体２０と電気的に接続されており、ダミー電極１３は、可動体２０と同電位になっている。また、ダミー電極１３は、第１固定電極１１および第２固定電極１２と電気的に絶縁されている。
【0057】
突起１５を、可動体２０と同電位であるダミー電極１３で覆うことにより、可動体２０と突起１５とは同電位となり、これらの間に静電引力が実質的に生じない。したがって、可動体２０が突起１５に貼り付くスティッキングを抑制することができる。
【0058】
１．３．慣性センサーおよび突起の製造方法
次に、慣性センサー１００および突起１５の製造方法について、図４から図１３を参照して説明する。
図４は、慣性センサー１００の製造工程を説明するフローチャートである。図５は、図４のステップＳ１である支持基板形成工程の詳細な工程を示すフローチャートであり、特に、突起１５の製造方法を説明するフローチャートである。図６から図１３は、慣性センサー１００の各製造工程における断面図または平面図であり、断面図は、図２Ａと同様の位置における断面を示す。
次に、慣性センサー１００および突起１５の製造方法について、図４から図１３を参照して説明する。
図４は、慣性センサー１００の製造工程を説明するフローチャートである。図５は、図４のステップＳ１である支持基板形成工程の詳細な工程を示すフローチャートであり、特に、突起１５の製造方法を説明するフローチャートである。図６から図１３は、慣性センサー１００の各製造工程における断面図または平面図であり、断面図は、図２Ａと同様の位置における断面を示す。
【0059】
【0060】
ステップＳ１１では、ガラス基板をエッチングする。
用意したガラス基板をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで、図６に示すように、凹部１７ｃを含む主面１７を有する凹状のキャビティー１６と、主面１７に支柱１４および突起１５ａとを備えた支持基板１０を形成する。本実施形態において、突起１５ａは、第１の先駆体に対応する。
突起１５ａの断面形状は、矩形である。また、図示しないが、突起１５ａの上面の平面形状は、円である。したがって、突起１５ａの立体形状は、円柱である。
用意したガラス基板をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで、図６に示すように、凹部１７ｃを含む主面１７を有する凹状のキャビティー１６と、主面１７に支柱１４および突起１５ａとを備えた支持基板１０を形成する。本実施形態において、突起１５ａは、第１の先駆体に対応する。
突起１５ａの断面形状は、矩形である。また、図示しないが、突起１５ａの上面の平面形状は、円である。したがって、突起１５ａの立体形状は、円柱である。
【0061】
ステップＳ１２では、ハードマスク４０を形成する。
支持基板１０の上面全体に、ハードマスク４０を成膜した後、図７に示すように、突起１５ａの上面にハードマスク４０が残り、突起１５ａの側面および主面１７が露出するように、ハードマスク４０をパターニングする。なお、ハードマスク４０は、支柱１４の上面およびキャビティー１６を囲む壁の上面にも残る。
支持基板１０の上面全体に、ハードマスク４０を成膜した後、図７に示すように、突起１５ａの上面にハードマスク４０が残り、突起１５ａの側面および主面１７が露出するように、ハードマスク４０をパターニングする。なお、ハードマスク４０は、支柱１４の上面およびキャビティー１６を囲む壁の上面にも残る。
【0062】
ハードマスク４０は、次のステップＳ１３で実施するエッチングに対して耐性を有する。ハードマスク４０は、例えば、タングステンシリサイドまたは窒化チタンを含む金属材料を成膜した後、パターニングすることで形成できる。なお、ハードマスク４０の材料や形成方法は、その機能を発揮することができれば、特に限定されない。
【0063】
ステップＳ１３では、等方性エッチングを行う。
等方性エッチングによって、突起１５ａの側面および主面１７がエッチングされる。この工程によって、突起１５ａは、図８に示した突起１５ｂのように形状を変える。本実施形態において、突起１５ｂは、第２の先駆体に対応する。
等方性エッチングによって、突起１５ａの側面および主面１７がエッチングされる。この工程によって、突起１５ａは、図８に示した突起１５ｂのように形状を変える。本実施形態において、突起１５ｂは、第２の先駆体に対応する。
【0064】
ステップＳ１４では、ハードマスク４０を除去する。
図９に示すように、ここまでの工程によって、突起１５ｂは、平坦面ｆ１ａ、平坦斜面ｆ２ａ、および凹状曲面ｃ２ａを有する形状に形成される。平坦面ｆ１ａは頂部の平坦面ｆ１に対応する部分であり、平坦斜面ｆ２ａは中間部の平坦斜面ｆ２に対応する部分であり、凹状曲面ｃ２ａは、根元部の凹状曲面ｃ２に対応する部分である。
図９に示すように、ここまでの工程によって、突起１５ｂは、平坦面ｆ１ａ、平坦斜面ｆ２ａ、および凹状曲面ｃ２ａを有する形状に形成される。平坦面ｆ１ａは頂部の平坦面ｆ１に対応する部分であり、平坦斜面ｆ２ａは中間部の平坦斜面ｆ２に対応する部分であり、凹状曲面ｃ２ａは、根元部の凹状曲面ｃ２に対応する部分である。
【0065】
ステップＳ１５では、２回目の等方性エッチングを行う。
この工程では、突起１５ｂが、さらにエッチングされる。この工程によって、図１０に示すように、突起１５が形成される。凸状曲面ｃ１が形成されるまで、突起１５ｂをエッチングすることで、平坦面ｆ１、凸状曲面ｃ１、平坦斜面ｆ２、および凹状曲面ｃ２を有する突起１５を形成する。
この工程では、突起１５ｂが、さらにエッチングされる。この工程によって、図１０に示すように、突起１５が形成される。凸状曲面ｃ１が形成されるまで、突起１５ｂをエッチングすることで、平坦面ｆ１、凸状曲面ｃ１、平坦斜面ｆ２、および凹状曲面ｃ２を有する突起１５を形成する。
【0066】
ステップＳ２では、固定電極としての第１固定電極１１および第２固定電極１２を形成する。なお、この工程では、被覆電極としてのダミー電極１３も形成する。
支持基板１０の主面１７上に、スパッタ法等により導電膜を成膜した後、導電膜をパターニングすることで第１固定電極１１、第２固定電極１２、およびダミー電極１３を形成する。
これにより、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、支持基板１０のキャビティー１６内の主面１７上に第１固定電極１１、第２固定電極１２、およびダミー電極１３を設ける。
支持基板１０の主面１７上に、スパッタ法等により導電膜を成膜した後、導電膜をパターニングすることで第１固定電極１１、第２固定電極１２、およびダミー電極１３を形成する。
これにより、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、支持基板１０のキャビティー１６内の主面１７上に第１固定電極１１、第２固定電極１２、およびダミー電極１３を設ける。
【0067】
ステップＳ３では、図１２に示すように、支持基板１０とシリコン基板２０ｓとを接合する。支持基板１０とシリコン基板２０ｓとの接合には、陽極接合等の直接接合、又は接着剤や金属、低融点ガラス等を用いた間接接合を用いることができる。
【0068】
ステップＳ４では、シリコン基板２０ｓを加工して、開口２６を有する可動体２０を形成する。
シリコン基板２０ｓを、例えば、研削機を用いて研削し、所定の厚さに薄膜化する。その後、シリコン基板２０ｓをフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで可動体２０を形成する。
例えば、シリコン基板２０ｓは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いたボッシュプロセスによってエッチングすることができる。これにより、図１３に示すように、開口２６、支持部２４および梁部２５を含む可動体２０を、支柱１４上に固定された状態で形成することができる。
シリコン基板２０ｓを、例えば、研削機を用いて研削し、所定の厚さに薄膜化する。その後、シリコン基板２０ｓをフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで可動体２０を形成する。
例えば、シリコン基板２０ｓは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いたボッシュプロセスによってエッチングすることができる。これにより、図１３に示すように、開口２６、支持部２４および梁部２５を含む可動体２０を、支柱１４上に固定された状態で形成することができる。
【0069】
ステップＳ５では、可動体２０を封止する。
支持基板１０に蓋体３０を接合して、支持基板１０および蓋体３０によって形成される空間に可動体２０を収容する。
支持基板１０と蓋体３０とは、例えば、陽極接合や接着剤等を用いて接合する。
以上により、図２Ａおよび図２Ｂに示した慣性センサー１００が得られる。なお、本実施形態では、第１固定電極１１および第２固定電極１２以外の主面１７上に、シリコン基板２０ｓと同電位のダミー電極１３を形成しているため、封止工程で陽極接合を用いた場合でも、可動体２０が静電力により支持基板１０に貼り付くことを防止することができる。
支持基板１０に蓋体３０を接合して、支持基板１０および蓋体３０によって形成される空間に可動体２０を収容する。
支持基板１０と蓋体３０とは、例えば、陽極接合や接着剤等を用いて接合する。
以上により、図２Ａおよび図２Ｂに示した慣性センサー１００が得られる。なお、本実施形態では、第１固定電極１１および第２固定電極１２以外の主面１７上に、シリコン基板２０ｓと同電位のダミー電極１３を形成しているため、封止工程で陽極接合を用いた場合でも、可動体２０が静電力により支持基板１０に貼り付くことを防止することができる。
【0070】
１．４．変形例
前述した突起１５の実施形態は多様に変形され得る。突起１５の具体的な変形の態様を以下に例示する。
前述した突起１５の実施形態は多様に変形され得る。突起１５の具体的な変形の態様を以下に例示する。
【0071】
１．４．１．変形例１
図１４Ａは、変形例１に係る突起１５１の拡大断面図であり、図３Ａと同様の範囲を拡大した図である。図１４Ｂは、図１４Ａに対応する突起１５１の拡大平面図であり、突起１５１をＺ軸方向プラス側からＺ軸方向マイナス側に見た平面図である。
図１４Ａは、変形例１に係る突起１５１の拡大断面図であり、図３Ａと同様の範囲を拡大した図である。図１４Ｂは、図１４Ａに対応する突起１５１の拡大平面図であり、突起１５１をＺ軸方向プラス側からＺ軸方向マイナス側に見た平面図である。
【0072】
突起１５１は、平坦面ｆ１、凸状曲面ｃ１、および凹状曲面ｃ２を有する。また、突起１５１は、平坦斜面ｆ２を有さない。このような突起１５１は、ステップＳ１５の等方性エッチングの処理時間を長くすることで形成することができる。換言すると、突起１５１は、平坦斜面ｆ２が消失するまで、等方性エッチングを行った形状である。
【0073】
突起１５１の平面形状は、楕円である。なお、突起１５１の平面形状は、突起１５と同様に、円であってもよい。
また、突起１５１は、頂部が平坦面ｆ１であるため、頂部が、凸形状のものよりも突起１５１の高さを低くすることができる。したがって、慣性センサー１００の厚みを薄くすることができる。
また、突起１５１は、頂部が平坦面ｆ１であるため、頂部が、凸形状のものよりも突起１５１の高さを低くすることができる。したがって、慣性センサー１００の厚みを薄くすることができる。
【0074】
１．４．２．変形例２
図１５は、変形例２に係る突起１５２の拡大平面図である。
突起１５２の平面形状は、角の丸まった四角形である。また、突起１５２の平面形状は、三角形または五角形以上の多角形であってもよい。なお、多角形は、等方性エッチングによって、角の丸まった多角形となる。
図１５は、変形例２に係る突起１５２の拡大平面図である。
突起１５２の平面形状は、角の丸まった四角形である。また、突起１５２の平面形状は、三角形または五角形以上の多角形であってもよい。なお、多角形は、等方性エッチングによって、角の丸まった多角形となる。
【0075】
突起１５２は、平坦面ｆ１、凸状曲面ｃ１、平坦斜面ｆ２、および凹状曲面ｃ２を有する。なお、突起１５２は、変形例１と同様に、平坦斜面ｆ２を無くした形状としてもよい。
【0076】
１．４．３．変形例３
上述した突起１５，１５１，１５２は、頂部が球台であってもよい。中間部と根元部は、上述した実施形態と同様の形状に形成する。中間部の平坦斜面ｆ２は、変形例１のように無くてもよい。
上述した突起１５，１５１，１５２は、頂部が球台であってもよい。中間部と根元部は、上述した実施形態と同様の形状に形成する。中間部の平坦斜面ｆ２は、変形例１のように無くてもよい。
【0077】
１．４．４．変形例４
図１６は、変形例に係る慣性センサー１００の製造工程を説明するフローチャートである。この製造工程は、図５に示したフローチャートを簡略化したものである。
この実施形態では、ステップＳ１１において、円柱形状の突起１５ａを形成した後、ハードマスク４０を形成することなく、ステップＳ１３の等方性エッチングを行う。
図１６は、変形例に係る慣性センサー１００の製造工程を説明するフローチャートである。この製造工程は、図５に示したフローチャートを簡略化したものである。
この実施形態では、ステップＳ１１において、円柱形状の突起１５ａを形成した後、ハードマスク４０を形成することなく、ステップＳ１３の等方性エッチングを行う。
【0078】
この実施形態では、ハードマスク４０を用いることなく、突起１５ａを等方性エッチングすることのみで、突起１５を形成する。したがって、ハードマスク４０を用いて突起１５を形成する場合よりも、突起１５の形状の制御が難しい。
しかし、この実施形態によっても、平坦面ｆ１、凸状曲面ｃ１、平坦斜面ｆ２、および凹状曲面ｃ２を有する突起１５を形成することができる。なお、変形例１と同様に、平坦斜面ｆ２はなくしてもよい。
しかし、この実施形態によっても、平坦面ｆ１、凸状曲面ｃ１、平坦斜面ｆ２、および凹状曲面ｃ２を有する突起１５を形成することができる。なお、変形例１と同様に、平坦斜面ｆ２はなくしてもよい。
【0079】
以上、述べたとおり、本実施形態の慣性センサー１００は、基板としての支持基板１０と、支持基板１０の第１面としての主面１７に設けられた固定電極としての第１固定電極１１および第２固定電極１２と、第１固定電極１１および第２固定電極１２に対して揺動可能に設けられた可動体２０と、主面１７に設けられた突起１５と、を備え、突起１５は、頂部に平坦面ｆ１を有し、根元部に主面１７に連続する凹状曲面ｃ２を有し、頂部と根元部との間の中間部に平坦斜面ｆ２を有する。
【0080】
このように、突起１５は、根元部に主面１７に連続する凹状曲面ｃ２を有するため、可動体２０が突起１５に接触したとても、突起１５が主面１７から剥がれる等して、欠損することを回避ないし抑制できる。よって、突起１５が欠損することによって、スティッキングの発生リスクが高くなることを回避ないし抑制することができる。
さらには、頂部は、平坦面ｆ１を有するため、根元部に凹状曲面ｃ２を有することで、裾野の部分が広くなったとしても、突起１５の高さを低く抑えることができる。したがって、慣性センサー１００の厚みを薄くすることができる。
さらには、頂部は、平坦面ｆ１を有するため、根元部に凹状曲面ｃ２を有することで、裾野の部分が広くなったとしても、突起１５の高さを低く抑えることができる。したがって、慣性センサー１００の厚みを薄くすることができる。
【0081】
本実施形態の慣性センサー１００において、頂部は、平坦斜面ｆ２と平坦面ｆ１との間に凸状曲面ｃ１をさらに有し、可動体２０が突起１５に接触する場合、可動体２０は凸状曲面ｃ１に接触する。
このように、突起１５の頂部は、凸状曲面ｃ１を有するため、頂部の端が角になっている場合よりも、突起１５に可動体２０が衝突した際の衝撃力を緩やかに受け止めることができる。したがって、突起１５が剥がれたり、割れたり、などして欠損することを回避ないし抑制することができる。
このように、突起１５の頂部は、凸状曲面ｃ１を有するため、頂部の端が角になっている場合よりも、突起１５に可動体２０が衝突した際の衝撃力を緩やかに受け止めることができる。したがって、突起１５が剥がれたり、割れたり、などして欠損することを回避ないし抑制することができる。
【0082】
本実施形態の慣性センサー１００において、突起１５の平面形状は、円形である。
このように、突起１５の平面形状が、円形であるため、根元部に凹状曲面ｃ２を有することで、裾野の部分が広くなる。したがって、突起１５の剥がれを抑制することができる。
このように、突起１５の平面形状が、円形であるため、根元部に凹状曲面ｃ２を有することで、裾野の部分が広くなる。したがって、突起１５の剥がれを抑制することができる。
【0083】
本実施形態の慣性センサー１００において、突起１５２の平面形状は、多角形である。
このように、突起１５２の平面形状を、多角形とすることで、パターンの自由度を向上させることができる。したがって、機種ごとに突起１５の平面形状を最適化して、剥がれ難い突起１５を実現することができる。
また、生産工程内の管理が容易になる。例えば、触針方式で突起１５２の高さを測定する場合、一般的には２次元測定となるが、突起１５２の平面形状が多角形なので、触針位置が、Ｘ、Ｙ方向に変動しても突起高さを正確に測定できる。
このように、突起１５２の平面形状を、多角形とすることで、パターンの自由度を向上させることができる。したがって、機種ごとに突起１５の平面形状を最適化して、剥がれ難い突起１５を実現することができる。
また、生産工程内の管理が容易になる。例えば、触針方式で突起１５２の高さを測定する場合、一般的には２次元測定となるが、突起１５２の平面形状が多角形なので、触針位置が、Ｘ、Ｙ方向に変動しても突起高さを正確に測定できる。
【0084】
本実施形態の慣性センサー１００において、突起１５は、球台を含む。
このように、突起１５は、球台を含むため、突起１５に可動体２０が衝突した際の衝撃力を緩やかに受け止めることができる。したがって、突起１５が、剥がれたり、割れたり、などして欠損することを回避ないし抑制することができる。
このように、突起１５は、球台を含むため、突起１５に可動体２０が衝突した際の衝撃力を緩やかに受け止めることができる。したがって、突起１５が、剥がれたり、割れたり、などして欠損することを回避ないし抑制することができる。
【0085】
本実施形態の慣性センサー１００は、さらに、突起１５の表面に設けられ、可動体２０と同電位とされる被覆電極としての、ダミー電極１３を備える。
このように、突起１５を、可動体２０と同電位とされるダミー電極１３で覆うことにより、可動体２０と突起１５とは同電位となり、これらの間に静電引力が実質的に生じない。したがって、可動体２０が突起１５に貼り付くスティッキングを抑制することができる。
このように、突起１５を、可動体２０と同電位とされるダミー電極１３で覆うことにより、可動体２０と突起１５とは同電位となり、これらの間に静電引力が実質的に生じない。したがって、可動体２０が突起１５に貼り付くスティッキングを抑制することができる。
【0086】
本実施形態の慣性センサー１００の製造方法は、基板としての支持基板１０と、支持基板１０の第１面としての主面１７に設けられた固定電極としての第１固定電極１１および第２固定電極１２と、第１固定電極１１および第２固定電極１２に対して揺動可能に設けられた可動体２０と、主面１７に設けられた突起１５と、を備えた慣性センサー１００の製造方法において、慣性センサー１００の製造方法は、支持基板１０をエッチングして、突起１５の第１の先駆体としての突起１５ａを形成する第１エッチング工程としてのステップＳ１１と、突起１５ａにハードマスク４０を形成するハードマスク形成工程としてのステップＳ１２と、ハードマスク４０を用いて、突起１５ａを等方性エッチングして、第２の先駆体としての突起１５ｂを形成する第２エッチング工程としてのステップＳ１３と、ハードマスク４０を除去するハードマスク除去工程としてのステップＳ１４と、突起１５ｂを等方性エッチングして、突起１５を形成する第３エッチング工程としてのステップＳ１５と、を含む。
【0087】
このように本実施形態の慣性センサー１００の製造方法では、支持基板１０をエッチングすることで、突起１５ａを形成した後、ハードマスク４０を用いて等方性エッチングすることで、突起１５ｂを形成した後、ハードマスク４０を除去した上で、さらに、突起１５ｂを等方性エッチングすることで、突起１５を形成する。
したがって、突起１５の根元部に、主面１７に連続する凹状曲面ｃ２を形成することができるため、可動体２０が突起１５に接触したとても、突起１５が主面１７から剥がれる等して、欠損することを回避ないし抑制できる。
さらには、突起１５の頂部に、平坦面ｆ１を形成するため、根元部に凹状曲面ｃ２を形成することで、裾野の部分が広くなったとしても、突起１５の高さを低く抑えることができる。したがって、薄型の慣性センサー１００とすることができる。
したがって、突起１５の根元部に、主面１７に連続する凹状曲面ｃ２を形成することができるため、可動体２０が突起１５に接触したとても、突起１５が主面１７から剥がれる等して、欠損することを回避ないし抑制できる。
さらには、突起１５の頂部に、平坦面ｆ１を形成するため、根元部に凹状曲面ｃ２を形成することで、裾野の部分が広くなったとしても、突起１５の高さを低く抑えることができる。したがって、薄型の慣性センサー１００とすることができる。
【0088】
２．実施形態２
２．１．慣性計測装置の概要
次に、図１７および図１８を参照して、慣性センサー１００を備えた慣性計測装置３０００について、説明する。
図１７は、本実施形態に係る慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）の概略構成を示す分解斜視図である。図１８は、慣性計測装置３０００に搭載され、慣性センサーが実装された基板の斜視図である。
２．１．慣性計測装置の概要
次に、図１７および図１８を参照して、慣性センサー１００を備えた慣性計測装置３０００について、説明する。
図１７は、本実施形態に係る慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）の概略構成を示す分解斜視図である。図１８は、慣性計測装置３０００に搭載され、慣性センサーが実装された基板の斜視図である。
【0089】
慣性計測装置３０００は、自動車、ロボット、スマートホン、携帯型の活動量計などの被装着装置に搭載され、被装着装置の姿勢や、挙動などを検出する装置として用いられる。
【0090】
図１７に示すように、慣性計測装置３０００は、アウターケース３０１、接合部材３１０、センサーモジュール３２５を含み、アウターケース３０１の内部３０３に、接合部材３１０を介在させて、センサーモジュール３２５を篏合または挿入した構成となっている。
【0091】
アウターケース３０１は、外形が直方体で蓋のない箱状の容器であり、その内部３０３は、底壁３０５と側壁３０４とで囲まれた内部空間となっている。アウターケース３０１の材質は、例えば、アルミニウムである。なお、亜鉛やステンレスなど他の金属や、樹脂、または、金属と樹脂の複合材などを用いても良い。
【0092】
アウターケース３０１の外形は、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、それぞれ通し孔３０２が形成されている。通し孔３０２は、被装着装置に、慣性計測装置３０００を取り付ける際に用いる。
アウターケース３０１の内部３０３は、側壁３０４、底壁３０５、および接合面３０６とで囲まれた空間となっている。
アウターケース３０１の内部３０３は、側壁３０４、底壁３０５、および接合面３０６とで囲まれた空間となっている。
【0093】
センサーモジュール３２５は、インナーケース３２０と、基板３１５とから構成されている。
基板３１５には、慣性センサー１００が組み込まれた加速度検出ユニット１や外部接続用のコネクター３１６などが実装されている。
基板３１５には、慣性センサー１００が組み込まれた加速度検出ユニット１や外部接続用のコネクター３１６などが実装されている。
【0094】
インナーケース３２０は、基板３１５を支持する部材であり、アウターケース３０１の内部３０３に収まる形状となっている。インナーケース３２０の厚さ、換言すると、Ｚ軸方向の高さは、アウターケース３０１の上面３０７から接合面３０６までの高さと、同等か、それよりも、低くなっている。インナーケース３２０の材質には、アウターケース３０１と同様の材質を用いることができる。
インナーケース３２０の下面には、基板３１５との接触を防止するための凹部３３１やコネクター３１６を露出させるための開口３２１が形成されている。
インナーケース３２０の下面には、基板３１５との接触を防止するための凹部３３１やコネクター３１６を露出させるための開口３２１が形成されている。
【0095】
図１８を参照して、慣性センサー１００が実装された基板３１５の構成について説明する。
図１８に示すように、基板３１５は、複数のスルーホールが形成された多層基板であり、ガラスエポキシ基板を用いている。なお、ガラスエポキシ基板に限定するものではなく、例えば、コンポジット基板やセラミック基板などのリジット基板を用いても良い。
図１８に示すように、基板３１５は、複数のスルーホールが形成された多層基板であり、ガラスエポキシ基板を用いている。なお、ガラスエポキシ基板に限定するものではなく、例えば、コンポジット基板やセラミック基板などのリジット基板を用いても良い。
【0096】
基板３１５の上面および側面には、コネクター３１６、加速度検出ユニット１、および角速度センサー３１７ｘ，３１７ｙ，３１７ｚなどが実装されている。
加速度検出ユニット１は、慣性センサー１００を搭載し、Ｚ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである。
コネクター３１６は、プラグ型のコネクターであり、Ｘ軸方向に等ピッチで配置された二列の接続端子を備えている。本実施形態では、一列１０ピンで二列の合計２０ピンの接続端子を備えるが、接続端子の数は、設計仕様に応じて適宜変更しても良い。
加速度検出ユニット１は、慣性センサー１００を搭載し、Ｚ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーである。
コネクター３１６は、プラグ型のコネクターであり、Ｘ軸方向に等ピッチで配置された二列の接続端子を備えている。本実施形態では、一列１０ピンで二列の合計２０ピンの接続端子を備えるが、接続端子の数は、設計仕様に応じて適宜変更しても良い。
【0097】
角速度センサー３１７ｚは、Ｚ軸方向における１軸の角速度を検出するジャイロセンサーである。好適例として、水晶を振動子として用い、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を検出する振動ジャイロセンサーを用いている。なお、振動ジャイロセンサーに限定するものではなく、振動子としてセラミックや、シリコンを用いたセンサーを用いても良い。
【0098】
また、基板３１５のＸ軸方向の側面には、実装面がＸ軸と直交するように、Ｘ軸方向における１軸の角速度を検出する角速度センサー３１７ｘが実装されている。同様に、基板３１５のＹ軸方向の側面には、実装面がＹ軸と直交するように、Ｙ軸方向における１軸の角速度を検出する角速度センサー３１７ｙが実装されている。
【0099】
なお、角速度センサー３１７ｘ，３１７ｙ，３１７ｚは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の軸ごとの三つの角速度センサーを用いる構成に限定するものではなく、３軸の角速度が検出可能なセンサーであれば良く、例えば、一つのデバイスまたはパッケージで３軸の角速度が検出可能なセンサーデバイスを用いても良い。
【0100】
加速度検出ユニット１は、Ｚ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーであるが、Ｘ軸方向またはＹ軸方向を測定するものであってもよい。また、複数の慣性センサー１００を搭載して、二軸方向、例えばＺ軸方向とＹ軸方向、Ｚ軸方向とＸ軸方向など、あるいは、三軸方向、すなわち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の加速度を検出するものとしてもよい。
【0101】
基板３１５の下面には、制御部としての制御ＩＣ３１９が実装されている。
制御ＩＣ３１９は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、Ａ／Ｄコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測装置３０００の各部を制御する。記憶部には、加速度、および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、基板３１５には、その他にも複数の電子部品が実装されている。
制御ＩＣ３１９は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、Ａ／Ｄコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測装置３０００の各部を制御する。記憶部には、加速度、および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、基板３１５には、その他にも複数の電子部品が実装されている。
【0102】
このような慣性計測装置３０００によれば、慣性センサー１００を含む加速度検出ユニット１を用いているため、耐衝撃性に優れ、信頼性を向上させた慣性計測装置３０００を提供することができる。
【0103】
以上、述べたとおり、本実施形態の慣性センサー１００を備えた慣性計測装置３０００によれば、実施形態１の効果に加え、信頼性の高い慣性計測装置を提供することができる。
【0104】
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。また、本発明の各部の構成は、上述の実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成に置換でき、また、任意の構成を付加できる。
【符号の説明】
【0105】
１…加速度検出ユニット、１０…支持基板、１１…第１固定電極、１２…第２固定電極、１３…ダミー電極、１４…支柱、１５，１５ａ，１５ｂ，１５１，１５２…突起、１６…キャビティー、１７…主面、１７ｃ…凹部、２０…可動体、２０ａ…第１可動体、２０ｂ…第２可動体、２０ｓ…シリコン基板、２１…第１質量部、２２…第２質量部、２３…第３質量部、２４…支持部、２５…梁部、２６…開口、２８…連結部、３０…蓋体、４０…ハードマスク、１００…慣性センサー、３０１…アウターケース、３０２…通し孔、３０３…内部、３０４…側壁、３０５…底壁、３０６…接合面、３０７…上面、３１０…接合部材、３１５…基板、３１６…コネクター、３１７ｘ，３１７ｙ，３１７ｚ…角速度センサー、３１９…制御ＩＣ、３２０…インナーケース、３２１…開口、３２５…センサーモジュール、３３１…凹部、３０００…慣性計測装置、ｆ１…平坦面、ｆ２…平坦斜面、ｃ１…凸状曲面、ｃ２…凹状曲面、Ｃ１，Ｃ２…静電容量、ＣＬ１，ＣＬ２…中心線、Ｒ１，Ｒ２…距離。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】