JPH08219795A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 角速度センサの振動板と基板との間に微小隙
間を確保する突起部を設け、製造時における固着を防止
する。 【構成】 基板３２上に振動板７が位置する部分に複数
個の突起部３４，３４，…を形成する。振動板７は各振
動発生部１１によって矢示Ａ1 ，Ａ2 方向に交互に振動
し、このときＹ軸回りの角速度が生じると、コリオリ力
によって振動板７は矢示Ｆ1 ，Ｆ2 方向に振動する。そ
して、この変位により角速度を検出する。また、各突起
部３４によって基板３２と振動板７との間には微小隙間
が常に確保でき、製造時における乾燥工程では、振動板
７と基板３２との間が密着して固着するのを防止でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両や航空機等
の回転方向、姿勢等を検出するのに用いて好適な角速度
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術による角速度センサを図１６な
いし図２５に基づいて述べる。

【０００３】図中、１は従来技術による角速度センサ、
２は該角速度センサ１の本体をなすように高抵抗を有す
る単結晶のシリコン材料によって長方形の板状に形成さ
れた基板をそれぞれ示し、該基板２の表面には酸化シリ
コンによる絶縁膜３が形成されている。

【０００４】４は基板２上にＰ，Ｂ，Ｓｂ等がドーピン
グされた低抵抗のポリシリコンによって形成された可動
部を示し、該可動部４は長手方向に対向して絶縁膜３を
介して設けられた一対の支持部５，５と、該各支持部５
の両端から中央部に向けて長手方向（Ｙ軸方向）に伸長
する４本の支持梁６，６，…と、該各支持梁６によって
支持された振動板７とからなり、Ｘ軸方向となる該振動
板７の左，右両側面には複数の電極板８Ａ，８Ａ，…
（５本）からなる可動側くし状電極８，８が突出形成さ
れている。また、各支持部５のみが基板２に固着され、
各支持梁６と振動板７は前記基板２から浮いた状態で保
持され、振動板７は基板２と平行となるように矢示Ａ1
，Ａ2 方向の横振動を起すようになっている。

【０００５】９，９は基板２上に振動板７を挟むように
絶縁膜３を介して設けられた一対の固定部を示し、該各
固定部９には前記可動側くし状電極８，８と対向する面
に電極板１０Ａ，１０Ａ，…（５本）を有する固定側く
し状電極１０が形成されている。

【０００６】１１，１１は振動発生手段となる振動発生
部を示し、該各振動発生部１１は可動側くし状電極８と
固定側くし状電極１０とから構成され、該電極８，１０
の電極板８Ａ，１０Ａとの間には隙間が形成されてい
る。ここで、可動側くし状電極８と各固定側くし状電極
１０との間に周波数ｆの振動駆動信号を印加すると、各
電極板８Ａ，１０Ａ間には静電力が発生し、この静電力
によって振動板７が矢示Ａ1 ，Ａ2 方向に同じ大きさで
交互に基板２と水平方向の振動を行うようになってい
る。

【０００７】１２は可動部４，固定部９等を上側から施
蓋するカバーを示し、該カバー１２はガラス材料，セラ
ミック，樹脂等の絶縁材料によって形成され、外部から
異物や液体が侵入するのを防止するようになっている。
また、該カバー１２の内側中央は凹状に形成され、その
内側に可動部４，固定部９等を収容するようになってい
る。さらに、該カバー１２の凹部中央には白金−金−ク
ロムまたはクロム−金等からなる検出用電極板１３が着
膜形成されている。

【０００８】１４は変位検出手段となる変位検出部を示
し、該変位検出部１４は振動板７と検出用電極板１３と
から構成され、前記振動板７と検出用電極板１３との離
間寸法の変位を、検出用電極板１３と振動板７との静電
容量の変化として検出するようになっている。

【０００９】このように構成される角速度センサ１にお
いては、各振動発生部１１に振動駆動信号を印加する
と、前記振動板７は矢示Ａ1 ，Ａ2 方向に同じ大きさで
交互に基板２に対して水平方向の振動を行い、この状態
でＹ軸周りに角速度Ωが加わると、互いに逆向きの高さ
方向にＦ1 ，Ｆ2 というコリオリ力（慣性力）が交互に
発生する。

【００１０】ここで、各振動発生部１１による振動板７
の水平方向の変位ｘと速度Ｖは、次の数１のようにな
る。

【００１１】

【数１】ｘ＝Ａｓｉｎ（（２πｆ）ｔ） Ｖ＝Ａ（２πｆ）ｃｏｓ（（２πｆ）ｔ） ただし、Ａ：振幅 ｆ：振動駆動信号の周波数

【００１２】さらに、コリオリ力Ｆ1 ，Ｆ2 は数２のよ
うになる。

【００１３】

【数２】Ｆ1 ＝Ｆ2 ＝２ｍΩＶ＝２ｍΩ×Ａ（２πｆ）
ｃｏｓ（（２πｆ）ｔ） ただし、ｍ：振動板７の質量

【００１４】そして、図１６および図１８に示すよう
に、振動板７は数２の力で上下に振動し、この振動板７
による振動変位を検出用電極板１３と振動板７との間の
静電容量の変化として検出し、角速度Ωを検出する。

【００１５】次に、図２０ないし図２５に基づいて前述
した角速度センサ１の製造方法について述べる。

【００１６】まず、絶縁膜製造工程では、図２０に示す
ような高抵抗なシリコン基板２１を用いて、該シリコン
基板２１の表面に酸化膜または窒化膜からなる絶縁膜２
２を着膜形成する（図２１参照）。なお、前記シリコン
基板２１には、通常直径７．５〜１５．５ｃｍ程度で、
厚さが３００μｍ程度のシリコンウェハが用いられ、角
速度センサ１を製造する際に、１枚のシリコンウェハか
ら複数個の角速度センサ１を一度に製造するようにして
いる。

【００１７】次に、犠牲層形成工程では、図２２に示す
ように、ＣＶＤ等の手段によって、リンドープＳｉＯ₂
膜からなる犠牲層２３をシリコン基板２１の絶縁膜２２
上に形成する。

【００１８】また、シリコン層形成工程では、図２３に
示すように、ＣＶＤ等の手段によって、ポリシリコン層
２４をシリコン基板２１上の絶縁膜２２または犠牲層２
３上に形成する。なお、前記ポリシリコン層２４はリン
等を拡散することにより低抵抗に形成されている。ま
た、エッチング処理によってパターニングし、前記ポリ
シリコン層２４に可動部４，固定部９等を分離形成す
る。

【００１９】さらに、犠牲層除去工程では、図２４に示
すように、ウェットエッチング等の手段によって犠牲層
２３を除去した後に、洗浄・乾燥する。

【００２０】上述した製造工程により、基板２１上に絶
縁膜２２を介してポリシリコン層２４による可動部４，
固定部８が形成される。さらに、図２５に示すように、
カバー接合工程では、カバー１２をシリコン基板２１上
に陽極接合または接着剤等によって接合することによ
り、角速度センサ１が完成する。

【００２１】このように形成される角速度センサ１にお
いては、図１６および図１８に示すように、振動板７は
数２のコリオリ力によって上，下に振動し、この振動板
７による振動変位を検出用電極板１３と振動板７との間
の静電容量の変化として検出し、角速度Ωを検出するよ
うになっている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した角
速度センサ１の製造方法では、図２４による犠牲層除去
工程後における乾燥工程で、シリコンの製造方法で通常
用いられる方法として、シリコン基板２１を高速に回転
させ水分を飛散させる（スピンドライ）方法が用いられ
ている。

【００２３】この方法は、シリコン基板２１の製造や、
フォトリソグラフィ工程等の際に良く用いられるもので
あり、この方法であると、犠牲層２３があった部分に入
り込んだ液体の表面張力があるために、水分が飛散する
過程でシリコン基板２１と振動板７との間の水が飛散せ
ずに蒸発して接着してしまうという危険性がある。

【００２４】そして、シリコン基板２１と振動板７とが
接着してしまうと、振動板７が可動せず角速度センサ１
として機能できず、歩留りを低下させてしまうという問
題がある。

【００２５】そこで、前述したスピンドライ方法による
不具合を解消するために、例えば、洗浄後、純水を融点
の高い好適な溶媒（例えば、２−メチル−２−プロパノ
ール）に置換させ、この溶媒を凍結させて固体にし、こ
の後真空装置に入れ固体を昇華させるという、凍結乾燥
という方法もある。

【００２６】しかし、この方法では、シリコン基板２１
と振動板７との間が固体となり、昇華により除去する表
面張力が働かず、接着を防止することができる。

【００２７】さらに、二酸化炭素の超臨界状態を利用し
て乾燥させる方法も知られている（Gregory T. Mullem
他 'Supercritical Carbon Dioxide Drying of Microst
ruc-tures' , Senser and Actuators(1993) ）。

【００２８】しかし、上記凍結乾燥は素子洗浄後に溶媒
（２−メチル−２−プロパノール）へ置換する工程にお
いて、一番重要な素子振動板７とシリコン基板２１との
空間が非常に狭い数μｍとなっているため、完全に置換
されるまでかなりの時間を費やす。例えば、空間が１μ
ｍで振動板７の大きさが５００μｍ角程度であった場合
には、数時間を要する場合もある。この溶媒の置換が不
十分であると、残った水が凍結せずその表面張力により
振動板７がシリコン基板２１に接着することが考えら
れ、以上のように作業手順が増え手間がかかるという問
題がある。

【００２９】さらに、臨界点を越えた状態を利用する乾
燥方法では、作業工程が増加すると共に、それ専用の装
置が必要となりコスト高となる等の問題がある。

【００３０】一方、完成した角速度センサ１において
も、基板２と振動板７との空間は数μｍ程度であるか
ら、センサの使用環境によっては外部からの振動等で接
着してしまうという問題がある。

【００３１】本発明は、上述した従来技術の問題に鑑み
なされたもので、本発明は洗浄工程、乾燥工程における
不良品の発生を防止でき、歩留りを向上できるように
し、かつ完成品の信頼性が向上した角速度センサを提供
することを目的としている。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明による角速度セン
サは、基板と、該基板に支持梁を介して支持され、該基
板に対して水平方向と垂直方向に振動可能に設けられた
振動板と、該振動板を前記基板に対し水平方向に振動さ
せる振動発生手段と、該振動発生手段によって前記振動
板に水平方向の振動を与えている状態で、コリオリ力に
よる該振動板の垂直方向への変位を検出する変位検出手
段とから構成する。

【００３３】そして、上述した課題を解決するために、
請求項１の発明が採用する構成の特徴は、互いに対向す
る前記基板と前記振動板との間には、少なくとも一方か
ら他方に向けて突出し、該基板と振動板との間に微小隙
間を確保する突起部を形成したことにある。

【００３４】請求項２の発明は、前記突起部を、前記基
板の表面に形成した絶縁膜をエッチングすることにより
形成したことにある。

【００３５】請求項３の発明は、前記基板には、前記振
動板を内側に収容するように施蓋するカバーを設け、該
カバーに前記変位検出手段を設けたことにある。

【００３６】請求項４の発明は、前記基板を単結晶のシ
リコン材料によって形成し、前記支持梁および振動板を
ポリシリコン材料によって形成したことにある。

【００３７】請求項５の発明は、前記基板上に前記突起
部を覆うように犠牲層を形成し、さらにリフローを施す
ことにある。

【００３８】

【作用】上記請求項１の構成によれば、振動発生手段に
より振動板に水平方向の振動が付与され、基板に対して
水平振動している振動板に、該振動板の振動軸を回転中
心とする角速度が加わると、該振動板はコリオリ力によ
って垂直方向にもれ振動する。一方、該振動板は変位検
出手段によって該振動板の変位を検出しているから、振
動板に加わる角速度を検出することができる。さらに、
乾燥工程で、振動板と基板との間に水が介在しても、突
起部によって各部材間には微小隙間が確保されるから、
振動板が基板に張り付いたり、乾燥工程による水の蒸発
に伴って接着するのを防止することができる。

【００３９】請求項２のように、前記基板の表面の絶縁
膜をエッチングして突起部を形成することにより、突起
部を簡単に形成することができる。

【００４０】請求項３のように、前記基板には、振動板
を内側に収容するように施蓋するカバーを設け、該カバ
ーに前記変位検出手段を設けたから、可動部と固定部と
を密閉空間内に収容でき、塵埃等の侵入を防止できると
共に、変位検出手段も容易に形成できる。

【００４１】請求項４のように、シリコン材料により基
板上にポリシリコン材料を膜形成し、該ポリシリコン膜
をエッチング等を行なうことにより、容易に支持梁、振
動板等を形成できる。

【００４２】請求項５のように、基板上に前記突起部を
覆うように犠牲層を形成し、さらにリフローを施すこと
により、犠牲層の表面がなだらかになり、振動板を形成
する際に突起部の形状が裏面に転写されることがなくな
るので、突起部の接続防止効果がより向上する。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１５に
基づいて説明する。

【００４４】まず、図１ないし図１１に本発明の第１の
実施例を示す。

【００４５】図中、３１は本実施例による角速度センサ
を示し、該角速度センサ３１は従来技術による角速度セ
ンサ１とほぼ同様に、後述する絶縁膜３３を有する基板
３２上に形成された一対の支持部５，５、支持梁６，６
を介して支持された振動板７を有する可動部４と、該可
動部４の振動板７を挟むように設けられた一対の固定部
９，９とからなり、前記振動板に振動を与える振動発生
部１１，１１は振動板７に形成された複数枚の電極板８
Ａ，８Ａ，…からなる可動側くし状電極８と、各固定部
９に形成された複数枚の電極板１０Ａ，１０Ａ，…から
なる固定側くし状電極１０とから構成されている。ま
た、基板３２上には検出用電極板１３を有するカバー１
２が前記可動部４，固定部９等を上側から施蓋するよう
に設けられ、前記検出用電極板１３と振動板７とによっ
て変位検出部１４（図２および図３参照）を構成するよ
うになっている。

【００４６】ここで、３２は本実施例による基板を示
し、該基板３２は高抵抗を有する単結晶のシリコン材料
によって長方形の板状に形成されている。

【００４７】３３は絶縁膜を示し、該絶縁膜３３は前記
基板３２の表面に酸化シリコンを膜状に形成し、その中
央部には基板３２上に絶縁膜３３のない空間部３３Ａと
なっている。

【００４８】３４，３４，…は複数個（例えば、５個）
の突起部を示し、該各突起部３４は前記基板３２の空間
部３３Ａ内に位置し、図１に示すような所定位置に、基
板３２から振動板７に向けて突出形成されている。ま
た、該各突起部３４は後述する絶縁膜３３をエッチング
する処理を施すことによって、空間部３３Ａと各突起部
３４とを形成するようになっている。

【００４９】次に、製造方法について、図４ないし図１
１に基づいて前述した角速度センサ３１の製造方法につ
いて述べる。

【００５０】まず、絶縁膜形成工程では、図４に示すよ
うな高抵抗なシリコン基板４１を用いて、該シリコン基
板４１の表面に酸化膜または窒化膜からなる絶縁膜４２
を着膜形成する（図５照）。なお、前記シリコン基板４
１にはシリコンウェハが用いられているから、１度の製
造工程で複数個の角速度センサ３１を製造できる。

【００５１】次に、絶縁膜パターンニング工程では、フ
ォトリソグラフィ技術を用いて、前記絶縁膜４２上に形
成したレジスト（図示せず）にパターン成形し、このと
き少なくとも振動部７に対応する部分に空間部３３Ａと
複数の突起部３４が形成されるようにパターンニングし
た後に、絶縁膜４２にエッチング処理を施す（図６参
照）。

【００５２】次に、犠牲層形成工程では、図７に示すよ
うに、ＣＶＤ等の手段によって、リンドープのＳｉＯ ₂
膜からなる犠牲層４３をシリコン基板４１の突起部３４
を覆うように成膜する。

【００５３】さらに、９５０度付近でリフローすること
により、各突起部３４によって凹凸になった犠牲層４３
の表面を溶解してなだらかな表面とする（図８参照）。

【００５４】また、シリコン層形成工程では、図９に示
すように、ＣＶＤ等の手段によって、ポリシリコン層４
４をシリコン基板４１上の絶縁膜４２またはリフロー層
４４上に形成する。なお、前記ポリシリコン層４４はリ
ン等を拡散することにより低抵抗に形成されている。ま
た、エッチング処理によってパターニングし、前記ポリ
シリコン層４４に可動部４，固定部９等を分離形成す
る。

【００５５】さらに、犠牲層除去工程では、図１０に示
すように、ＨＦ水溶液（濃度はＨ₂Ｏ：ＨＦ＝５０：
１）を用いたウェットエッチング等の手段によって犠牲
層４３を除去した後に、洗浄・乾燥工程を行う。

【００５６】上述した製造工程により、基板４１上に絶
縁膜４２を介してポリシリコン層４４による可動部４，
固定部９が形成される。さらに、図１１に示すように、
カバー接合工程では、カバー１２をシリコン基板４１上
に陽極接合または接着剤等によって接合することによ
り、角速度センサ３１が完成する。

【００５７】このように形成される角速度センサ３１に
おいては、従来技術と同様に、振動板７は前述した数２
のコリオリ力によって上，下に振動し、この振動板７に
よる振動変位を検出用電極板１３と振動板７との間の静
電容量の変化として検出し、角速度Ωを検出するように
なっている。

【００５８】然るに、本実施例では、絶縁膜４２をエッ
チングすることにより複数個の突起部３４を形成したか
ら、ＨＦ水溶液によるウェットエッチングを行なって犠
牲層４３を除去した後の、乾燥工程で振動板７と基板３
２との間に水が介在しても、各突起部３４の先端が振動
板７に当接して微小隙間を確保することができ、この微
小隙間から水を逃すことにより、振動板７と基板３２と
が張り付いたり、乾燥工程で水の蒸発に伴って接近し、
これらが分離不可能に固着されてしまうのを確実に防止
することができる。

【００５９】この結果、本実施例によれば、角速度セン
サ３１の不良品を著しく削減し、歩留りを大幅に向上す
ることができる。

【００６０】また、本実施例のような角速度センサ３１
の構造にすることによって、乾燥工程では、凍結乾燥や
二酸化炭素の超臨界状態を利用して乾燥させる方法に比
べて一番コストが安く、作業が簡単なスピンドライ方法
を採用することができ、角速度センサ３１のコストを低
減することができる。

【００６１】さらに、シリコン基板４１に犠牲層４３を
形成する犠牲層形成工程と、ポリシリコン層４４を形成
するシリコン層形成工程との間に、犠牲層４３をリフロ
ーして表面がなだらかになるリフロー工程を行なうこと
により、犠牲層４３上に形成されるポリシリコン４４と
該犠牲層４３との接触面をほぼフラットにすることがで
き、ポリシリコン４４即ち振動板７の下面をほぼ水平面
とすることができ、突起部３４との接触面積を先端部分
のみで小さくでき、確実に振動板７と基板３２との間に
微小隙間を形成することができる。

【００６２】一方、このリフロー工程を行なわない場合
には、突起部３４の形状がポリシリコン４４の下面にも
形成され、振動板７と突起部３４との接触面積が先端部
分と側面となってしまい、突起部３４と振動板７とを固
着してしまう虞れがあり、これをリフロー処理によって
確実に回避することができる。

【００６３】次に、図１２に本発明による第２の実施例
を示すに、本実施例による角速度センサ５１の特徴は、
突起部５２を振動板７から基板３２側に向けて突出形成
したことにある。なお、前述した第１の実施例と同一の
構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するもの
とする。

【００６４】然るに、本実施例による角速度センサ５１
においても、前述した第１の実施例と同様の作用効果を
得ることができる。

【００６５】さらに、図１３に本発明による第３の実施
例を示すに、本実施例による角速度センサ６１の特徴
は、基板３２から振動板７に向けて突出形成された突起
部６２と、振動板７から基板３２に向けて突出形成され
た突起部６３とを形成し、各突起部６２，６３を交互に
配置したことにある。なお、前述した第１の実施例と同
一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する
ものとする。

【００６６】然るに、本実施例による角速度センサ６１
においても、前述した第１の実施例と同様の作用効果を
得ることができる。

【００６７】次に、図１４および図１５は第４の実施例
を示すに、本実施例の特徴は振動板を一対有し、該各振
動板が音叉振動する角速度センサとしたことにある。な
お、前述した第１の実施例と同一の構成要素に同一の符
号を付し、その説明を省略するものとする。

【００６８】図中、７１は本実施例による角速度センサ
を示し、該角速度センサ７１は、高抵抗を有するシリコ
ン材料によって形成され、絶縁膜７３が着膜形成された
基板７２と、該基板７２上にはポリシリコン材料を半導
体微細加工技術を利用して加工することによって形成さ
れた後述の音叉振動子７７，固定部８３，８４，８４か
ら大略構成されている。

【００６９】７４は低抵抗のポリシリコンによって形成
された可動部を示し、該可動部７４は長手方向に対向し
て絶縁膜７３を介して設けられた後述する一対の支持部
７５，７５と、該各支持部７５に支持梁７６を介して支
持され、振動板７８，７８を有する枠状の音叉振動子７
７，７７とから大略構成されている。

【００７０】７５，７５は支持部を示し、該各支持部７
５は絶縁膜７３を介して前記基板７２上の前後方向に離
間して設けられ、該各支持部７５には前後方向に向けて
伸長する４本の支持梁７６，７６，…が一体形成されて
いる。

【００７１】７７は各支持梁７６を介して支持された枠
状の音叉振動子を示し、該音叉振動子７７は、左右方向
に離間して設けられた一対の振動板７８，７８と、該各
振動板７８の左，右両側面に形成され、それぞれ左右方
向に伸長する振動側くし状部７９，７９と、前記各振動
板７８から前後方向両側に向けて伸長する８本の第１の
腕部８０，８０，…と、各第１の腕部８０の先端側と前
記支持梁７６の先端側とを連結して左右方向に伸びる第
２の腕部８１，８１とからなる。また、前記各振動板７
８には上下方向に貫通するスルホール８２，８２，…が
設けられ、該各振動板７８が上下方向に変位するときの
空気抵抗を低減する。

【００７２】８３，８４，８４は基板７２上に絶縁膜７
３を介して固着された固定部を示し、該固定部８３は前
記振動板７８の間（即ち基板７２の中央部）に位置して
設けられ、各固定部８４は基板７２の左右両側に位置し
て設けられている。また、中央部に位置した該固定部８
３の左，右両側面には、前記各振動板７８の振動側くし
状部７９に対向し、該振動側くし状部７９と隙間を介し
て噛合う固定側くし状部８５，８５が形成されている。
一方、前記各固定部８４の内側側面には、前記各振動板
７８の振動側くし状部７９に対向し、該振動側くし状部
７９と隙間を介して噛合う固定側くし状部８６，８６が
それぞれ形成されている。

【００７３】８７，８７は固定部８３を挟んで左右の振
動板７８，７８との間に設けられた振動発生手段として
の振動発生部を示し、該各振動発生部８７は各振動側く
し状部７９と各固定側くし状部８５とから構成されてい
る。そして、各振動側くし状部７９と各固定側くし状部
８５とに振動駆動信号が印加されると、これらの間に発
生する静電力によって各振動板７８が矢示Ａ1 ，Ａ2 方
向に振動する。

【００７４】一方、８８，８８は振動板７８，７８と固
定部８４，８４との間にそれぞれ設けられた振動発生手
段としての振動発生部を示し、該各振動発生部８８は振
動側くし状部７９と固定側くし状部８６から構成されて
いる。そして、各振動側くし状部７９と固定側くし状部
８６とに振動駆動信号が印加されると、これらの間に発
生する静電力によっても各振動板７８が矢示Ａ1 ，Ａ2
方向に振動する。

【００７５】８９，８９は音叉振動子７７の各振動板７
８上にそれぞれ設けられた一対の振動側電極板を示し、
該各振動側電極板８９は各振動板７８に絶縁膜を介して
形成されている。また、該各振動側電極板８９にはリー
ド線を介して外部の信号処理回路（いずれも図示せず）
に接続され、該振動側電極板８９は後述する検出用電極
板９１との間の静電容量を検出するようになっている。
なお、該各振動側電極板８９に接続されたリード線は、
各第２の腕部８１，各第１の腕部８０および支持梁７６
等の上側表面にパターニングされており、各支持部７５
を介して外部の信号処理回路に接続されている。

【００７６】９０は基板７２を上側から施蓋するように
設けられたカバーを示し、該カバー９０はその内側に前
記音叉振動子７７，固定部８３，８４，８４等を収容
し、外部から異物や液体が侵入するのを防止する。

【００７７】９１，９１は図１５に示すようにカバー９
０の内部側に位置し、前記各振動側電極板８９と対向す
る位置に配設された検出用電極板を示し、該各検出用電
極板９１は該振動側電極板８９によって変位検出手段と
なる変位検出部９２を構成し、該変位検出部９２は前述
した信号処理回路に接続され、前記振動側電極板８９と
検出用電極板９１との間の静電容量を検出するようにな
っている。

【００７８】９３，９３，…は本実施例による突起部を
示し、該各突起部９３は基板７２から各振動板７８に向
けて複数個突出形成され、振動板７８が基板７２に密着
するのを防止している。

【００７９】このように構成される本実施例の角速度セ
ンサ７１においては、各支持部７５，各支持梁７６およ
び音叉振動子７７をポリシリコンによって一体形成する
ことによって、各支持梁７６および音叉振動子７７を基
板７２上に浮遊した状態で支持しているから、支持梁７
６および各腕部８０，８１の張力により、各振動板７８
は左右方向（基板７２に対して水平方向）と上下方向
（垂直方向）に振動可能となっている。

【００８０】次に、本実施例による角速度センサ７１の
角速度検出動作について述べるに、まず、各振動発生部
８７，８８に振動駆動信号を印加すると、各振動側くし
状部７９と各固定側くし状部８５との間、各振動側くし
状部７９と各固定側くし状部８６との間に静電力が生
じ、各振動板７８が図中の矢示Ａ1 ，Ａ2 のように互い
に逆方向に同じ大きさで音叉振動する。この状態で、音
叉軸Ｙ−Ｙを軸中心に角速度Ωで回転すると、各振動板
７８には音叉軸Ｙ−Ｙに直交する方向にコリオリ力Ｆ1
，Ｆ2 （慣性力）が発生する。また、このコリオリ力
Ｆ1 ，Ｆ2 によって振動板７８にもれ振動が生じるた
め、各振動側電極板８９と対向する各検出用電極板９１
との間の離間距離が変化し、これにより両者間の静電容
量が変化する。これを角速度の検出信号として外部の信
号処理回路に出力する。

【００８１】そして、本実施例による角速度センサ７１
においては、前述した第１の実施例と同様に、製造工程
における振動板７８と基板７２との固着を防止できる等
の作用効果を得ることができる。

【００８２】なお、前記第４の実施例においても、前述
した第２，３の実施例のように、突起部９３の位置は振
動板７８側または、振動板７８、基板７２側に形成する
ようにしてもよいことは勿論である。

【００８３】また、前記各実施例では、振動発生手段と
変位検出手段とは、静電力を利用したが、本発明はこれ
に限らず、圧電体等を用いて振動発生と変位検出を行な
うようにしてもよい。

【００８４】さらに、前記各実施例では、絶縁膜３３
（７３）を酸化膜によって形成した場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、窒化膜，酸化膜＋窒化膜で
構成するようにしてもよい。

【００８５】また、前記各実施例では、突起部３４（５
２、６２，６３，９３）を５個形成するようにしたが、
１個，２個，３個，４個、６個，…でもよいが、本発明
では、先端面積が大きい突起部において個数を増やした
場合には、従来技術の接触面積とほぼ同一となったとき
には突起部と振動板７とが固着して本発明の効果は低減
し、一方、先端面積が小さい突起部において個数を減ら
した場合には、振動板７が傾斜して基板３２と固着する
虞れがあるため、突起部の数と先端部の面積の関係か
ら、振動板７の面積と基板３２との距離によって設定す
る必要がある。

【００８６】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、振動発生手段により振動が付与され、基板に対し
て水平振動している振動板に、該振動板の振動軸を回転
中心とする角速度が加わると、該振動板はコリオリ力に
よって垂直方向にもれ振動し、該振動板の変位は変位検
出手段によって検出されるから、振動板に加わる角速度
を検出することができる。さらに、角速度センサの製造
方法のうち、乾燥工程において、振動板と基板との間に
水が介在した場合でも、振動板と基板とのうち、少なく
とも一方から他方に向けて突起部を形成したから、該突
起部によって各部材間に微小隙間を確保することがで
き、振動板が基板に張り付いたり、乾燥工程による水の
蒸発に伴って接着するのを防止することができ、不良品
を削減し、歩留りを向上することができる。

【００８７】請求項２では、前記基板の表面の絶縁膜を
エッチングして突起部を形成することにより、製造工程
の途中で突起部を簡単に形成することができる。

【００８８】請求項３では、前記基板には、振動板を内
側に収容するように施蓋するカバーを設け、該カバーに
前記変位検出手段を設けたから、可動部と固定部とを密
閉空間内に収容でき、塵埃等の侵入を防止できると共
に、変位検出手段も容易に形成できる。

【００８９】請求項４では、シリコン材料により基板上
にポリシリコン材料を膜形成し、該ポリシリコン膜をエ
ッチング等を行なうことにより、シリコンのエッチング
技術（マイクロマシニング技術）を用いて容易に支持
梁、振動板等を形成することができる。

【００９０】請求項５では、基板上に突起部を覆うよう
に犠牲層を形成し、さらにリフローを施したので、犠牲
層の表面がなだらかになり、振動板を形成する際に突起
部の形状が裏面に転写されることがなくなるので、突起
部の接着防止効果がより向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による角速度センサをカ
バーの一部を破断にして示す斜視図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向からみた縦断面図であ
る。

【図３】図１中の矢示III −III 方向からみた縦断面図
である。

【図４】角速度センサの製造工程に用いられるシリコン
基板を示す縦断面図である。

【図５】シリコン基板に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工
程を示す縦断面図である。

【図６】絶縁膜形成工程に続く絶縁膜パターンニング工
程を示す縦断面図である。

【図７】絶縁膜パターンニング工程に続く犠牲層形成工
程を示す縦断面図である。

【図８】犠牲層形成工程に続くリフロー工程を示す縦断
面図である。

【図９】リフロー工程に続くシリコン層形成工程を示す
縦断面図である。

【図１０】シリコン層形成工程に続く犠牲層除去工程を
示す縦断面図である。

【図１１】シリコン基板にカバーを接合する前の状態を
示す縦断面図である。

【図１２】本発明の第２の実施例による角速度センサを
示す縦断面図である。

【図１３】本発明の第３の実施例による角速度センサを
示す縦断面図である。

【図１４】本発明の第４の実施例による角速度センサを
カバーの一部を破断にして示す斜視図である。

【図１５】図１４中の矢示XV−XV方向からみた縦断面図
である。

【図１６】従来技術による角速度センサをカバーの一部
を破断にして示す斜視図である。

【図１７】図１６中の角速度センサを上面からみた平面
図である。

【図１８】図１７中の矢示XVIII −XVIII 方向からみた
縦断面図である。

【図１９】図１７中の矢示XIX −XIX 方向からみた縦断
面図である。

【図２０】角速度センサの製造工程に用いられるシリコ
ン基板を示す縦断面図である。

【図２１】シリコン基板に絶縁膜を形成する絶縁膜形成
工程を示す縦断面図である。

【図２２】絶縁膜形成工程に続く犠牲層形成工程を示す
縦断面図である。

【図２３】犠牲層形成工程に続くシリコン層形成工程を
示す縦断面図である。

【図２４】シリコン層形成工程に続く犠牲層除去工程を
示す縦断面図である。

【図２５】シリコン基板にカバーを接合する前の状態を
示す縦断面図である。

【符号の説明】

３１，５１，６１，７１ 角速度センサ ３２，７２ 基板 ３３，７３ 絶縁膜 ６，７６ 支持梁 ７，７８ 振動板 １１，８７，８８ 振動発生部（振動発生手段） １２，９０ カバー １４，９２ 変位検出部（変位検出手段） ３４，５２，６２，６３，９３ 突起部

フロントページの続き (72)発明者 厚地 健一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 田中 克彦 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板に支持梁を介して支持さ
   れ、該基板に対して水平方向と垂直方向に振動可能に設
   けられた振動板と、該振動板を前記基板に対し水平方向
   に振動させる振動発生手段と、該振動発生手段によって
   前記振動板に水平方向に振動を与えている状態で、コリ
   オリ力による該振動板の垂直方向への変位を検出する変
   位検出手段とからなる角速度センサにおいて、互いに対
   向する前記基板と前記振動板との間には、少なくとも一
   方から他方に向けて突出し、該基板と振動板との間に微
   小隙間を確保する突起部を形成したことを特徴とする角
   速度センサ。
2. 【請求項２】 前記突起部は、前記基板の表面に形成し
   た絶縁膜をエッチングすることにより形成してなる請求
   項１記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】 前記基板には、前記振動板を内側に収容
   するように施蓋するカバーを設け、該カバーに前記変位
   検出手段を設けてなる請求項１または２記載の角速度セ
   ンサ。
4. 【請求項４】 前記基板を単結晶のシリコン材料によっ
   て形成し、前記支持梁および振動板をポリシリコン材料
   によって形成してなる請求項１，２または３記載の角速
   度センサ。
5. 【請求項５】 前記基板上には、前記突起部を覆うよう
   に犠牲層を形成し、さらにリフローを施してなる請求項
   １，２，３または４記載の角速度センサ。