JPH09257828A

JPH09257828A - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH09257828A
Application number: JP6338996A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Matsumoto; 朋子松本; Hiroshi Shibatani; 博志柴谷; Tadashi Sugihara; 忠杉原
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】温度依存性がなく、しかも構造が簡単で故障
が少ない高感度な加速度センサーを提供する。【解決手段】加速度により変位する錘部１２と距離を
おいて位置するシリコン製の部材（例えば、上下カバー
６，８）を有し、この部材には、錘部１２に向けて光を
照射する光出射手段１８が設けてある。また、錘部１２
で反射した反射光を検出する受光手段２０が、この部材
に一体に形成してある。錘部１２と梁部１４と支持部
（例えば、フレーム１０）とをシリコン基板から一体に
形成し、その厚さ方向に部材（上下カバー６，８等）を
位置させると薄型化ができる。錘部１２の検出位置に反
射膜１６を設けると、光の利用効率の面で好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的手段により加速
度を検出する加速度センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等に搭載される加速度センサーと
して、従来多くの種類が知られている。例えば、図９に
示すようなピエゾ抵抗器を用いた片持梁式の加速度セン
サーがある。この加速度センサーは、３×２ｍｍ平面の
小型なセンサーで、その錘部と梁部と支持部とは一体に
シリコンで構成され、水酸化カリウムを用いたエッチン
グ（食刻）により形成されている。このセンサの梁部に
はピエゾ抵抗器が配設されている。この加速度センサで
は、加速度により錘部が変位するにつれて梁部が撓むと
ピエゾ抵抗器の抵抗が変化するので、その抵抗の変化を
加速度として検出する。

【０００３】また、光を用いた加速度センサとしては、
図１０に示すようなものが提案されている（特開平６−
５０９８４号公報）。この加速度センサは、第１光ファ
イバａの端部がフレームｂから梁部ｃを通って錘部ｄに
固定され、フレームｂ上には第２光ファイバｅが第１光
ファイバａと向かい合わせに配置されている。この加速
度センサでは、錘部ｄに加速度が加わると、この加速度
に応じた量で第１光ファイバａも変位する。したがっ
て、第１光ファイバａから光を照射しておけば、受光側
の第２光ファイバｅで光の変動を加速度として検出でき
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ピ
エゾ抵抗器を用いた加速度センサは、ピエゾ抵抗器の抵
抗体自体の温度依存性が高い上、梁部構成材の熱による
膨張や収縮の影響を受けやすく、温度による補正が必要
であるという問題がある。

【０００５】また、上記光を用いた加速度センサは、第
１光ファイバａが梁部ｃから錘部ｄにかけて横たわるよ
うに配置されているため、第１光ファイバａが梁部ｃの
撓みに悪影響を及ぼし、加速度の高感度検出を阻害する
という問題があるほか、第１光ファイバａと第２光ファ
イバｅの位置ずれが起きたときは調整が困難であるとい
う問題もある。

【０００６】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、温度依存性がなく、しかも構造が簡単で故障が少な
い高感度な加速度センサーを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した従来技術の問題
点を解決し、上記目的を達成するために、本発明の加速
度センサは、加速度により変位する錘部と距離をおいて
位置するシリコン製の部材を有し、このシリコン製の部
材には、錘部に向けて光を照射する光出射手段が設けて
あるとともに、錘部で反射した反射光を検出する受光手
段が、この部材に一体に形成してあることを特徴とす
る。

【０００８】光出射手段からの光は、錘部で反射した
後、受光手段に入射し検出される。錘部が加速度により
変位すると、例えば、錘部の反射面が角度変化し、受光
手段側の反射光の到達点（光点）がずれる。この光点の
ずれを直接に、或いは光量変化として検出すれば、加速
度に対応したパラメータの検出ができる。

【０００９】本発明では、錘部に臨むシリコン製の部材
に、光出射手段や受光手段が設けられており、特に受光
手段はシリコンに一体形成されていることから、受光手
段を取り付ける必要がなく位置決めが容易である。ま
た、半導体の微細加工技術が使用できて当該加速度セン
サの小型化が図れ、信頼性も高い。さらに、本発明によ
り、他の半導体センサやマイクロマシン等の機能部品と
複合させた小型の高機能センサを実現することも可能と
なる。

【００１０】ここで、シリコン製の部材とは、変位可能
な錘部に対し、その動きを邪魔しないように距離をおい
て位置する固定のシリコン部材又は部分をいう。例え
ば、加速度センサを単体で構成させた場合に錘部保護の
ために設けたシリコン製カバ−、或いは高機能センサに
おいては他の機能部品と共有するシリコン部分等が、広
くこれに該当する。

【００１１】本発明は、加速度による錘部の変位を光学
的に検出するため、従来のピエゾ抵抗器の抵抗体にくら
べ、検出器自体の温度依存性が比較的に小さいものを使
用できる。また、検出器が変位部位と非接触なことか
ら、その熱による膨張や収縮の悪影響を受けない。従っ
て、変位検出の精度が極めてよい。さらに、錘部にはな
んら付加的な部品を配設しなくてもよいので、錘部の動
きを拘束することがなく、感度が良好である上、構造が
簡単で故障が少ない。

【００１２】錘部と梁部と支持部とをシリコン基板から
一体に形成し、上記シリコン製の部材を錘部の厚さ方向
に位置させると、半導体微細加工による小型化、特に薄
型化が図れ信頼性も増し、この意味で好ましい。この場
合の前記シリコン製の部材は、支持部に設けた２枚のカ
バーの何れか一方で構成させるとよい。

【００１３】受光手段としては、光点のずれを直接測定
できる意味で、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）が望まし
い。光出射手段を、シリコン製の部材に外側から埋め込
み或いは外付けにすると、組み付けや角度づけが容易で
ある。この場合、シリコンは赤外線透過性であるので、
光出射手段からの光は赤外線を含む必要がある。

【００１４】また、錘部の検出位置に反射膜を設ける
と、光の利用効率の面で好ましい。

【００１５】

【本発明の実施の形態】上記したように、本加速度セン
サは、受光手段が一体に組込まれ光出射手段を取付けた
シリコン製の部材を有している。このシリコン製の部材
は、先に定義ししたように、変位可能な錘部に対し、そ
の動きを邪魔しないように距離をおいて位置する固定の
シリコン部材又は部分をいい、これが設けてある目的を
問わない。例えば、錘部保護のためのシリコン製カバー
或いは他の機能部品と共有するシリコン部分など、広く
これに該当する。

【００１６】以下、加速度センサを単体で構成させた場
合を例に、本発明に係る加速度センサを図面を参照しな
がら具体的に説明する。第１実施形態図１は本発明の加
速度センサの一例を示すもので、（Ａ）は概略断面構造
図、（Ｂ）はセンサ本体の平面図（上面図）である。

【００１７】この加速度センサ２は、センサ本体４と、
これを上下から挟んで覆うシリコン製のカバー（上カバ
ー６及び下カバー８）とを具備する。センサ本体４は、
支持部（例えば、上下カバー６，８が取付け可能な枠状
のフレーム１０）と、フレーム１０の内方に位置する錘
部１２と、この錘部１２をフレーム１０の内周壁に接続
して錘部１２を支持する梁部１４とからなる。

【００１８】錘部１２は、加速度により支持部（フレー
ム１０）を支点として、厚さ方向（図１（Ａ）において
上下方向）に変位する質量体である。これを弾性変形可
能に支える梁部１４の大きさや支持位置は、その材質や
錘部１２の質量を考慮して、梁部１４の機械的強度に問
題がない範囲で出来るだけ錘部１２の変位（より詳しく
は、錘部１２外面の角度変化）が大きくなるように設計
してある。この図示例では、錘部１２の一辺中央におけ
る厚み方向上端側で、梁部１４を介して錘部１２を支持
している。

【００１９】センサ本体４の材質は、特に限定はない
が、例えばシリコン単結晶で一体に形成される。また、
錘部１２，梁部１４，支持部１０の大きさや形状にも限
定はない。さらに、支持構造も図示例に限定されない。
錘部１２外面の角度変化が大きくなるという意味では、
図示ような片持梁式が望ましい。とはいっても、梁部１
４の個数や位置が図示例に限る訳ではない。

【００２０】本実施形態では、図１（Ａ）に示すよう
に、変位方向側の面（例えば、上面）で錘部１２の変位
を光学的に検出する。検出箇所は、この図示例に限定さ
れず下面であってもよい。この図示した支持構造におけ
る検出箇所は、変位が大きいという意味で、錘部１２の
自由端面１２ａ（支持されている面と反対側の面）に近
いほどよい。

【００２１】本実施形態では、この検出箇所を反射膜１
６で被膜してある。反射膜の材質及び大きさや膜厚に、
特に限定はない。また、センサ本体４が高反射率の材料
で構成されている場合等では、反射膜１６は省略しても
よい。上カバー６と下カバー８の内側面には、それぞれ
錘部１２が厚み方向に変位したときに当たらないように
凹み６ａ，８ａが中央に大きく形成され、周辺の肉厚部
がフレーム１０に固着されている。これにより錘部１２
は、上下カバー６，８とで封入されている。

【００２２】錘部１２に臨む上カバー６の肉薄部には、
反射膜１６に向けて光を照射する光出射手段１８と、反
射膜１６で反射した光（反射光）を受光する受光手段２
０とが配設してある。光出射手段１８としては、例えば
光ファイバ、より詳しくは外部の光源（不図示）から光
を誘導し放出する光ファイバの端部を用いることができ
る。図１ではこれらを外側からフレーム１０内に所定角
度で差し込み、光ファイバ端面を錘部１２上面の反射膜
１６方向に臨ませている。

【００２３】受光手段２０は、シリコン製の上カバー６
に直接作り込んである受光素子、例えばＣＣＤ（電荷結
合デバイス）である。そして、光出射手段１８からの光
が、反射膜１６により反射されて他方の受光手段２０に
入射するように、これらの位置出しがしてある。

【００２４】本発明では、光出射手段１８及び受光手段
２０の種類について、種々の変形が考えられる。近年で
は小型の半導体レーザーや発光ダイオードが供給されて
おり、これらを光出射手段１８として、例えば上カバー
６の凹み６ａ底面（内側面）に配設することができる。

【００２５】受光手段２０としては、ＣＣＤの他に、例
えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等を上カバ
ー６又は下カバー８に作り込むことができる。直接的な
作り込みが可能であれば、ＣｄＳやＣｄＳｅ等の光導電
効果を利用したものであっても構わない。

【００２６】光出射手段１８及び受光手段２０の配置
は、図示例に限定されない。勿論、光出射手段１８と受
光手段２０は、位置が逆であってもよいし下カバー８に
あってもよい。また、光出射手段１８及び受光手段２０
を上カバー６の外側に配し、シリコンを介して行う変位
検出も可能である。この場合、シリコン単結晶は可視光
は通さず赤外線を通すので、光出射手段１８からの光
は、少なくとも赤外線を含んでいる必要がある。この種
の検出方法では、波長がおよそ１μｍ以上の光束のみ変
位検出に有用であり、光利用効率の面からは、赤外線を
発する発光素子や赤外線に受光感度のピークを持つ受光
素子を選択することが望ましい。このような加速度セン
サでは、カバーにはなんら穴を設ける必要がなく、受光
手段２０の作り込みも平坦な外側面に行うので容易であ
る。

【００２７】本発明の加速度センサにより、錘部１２の
変位を測定する方法を具体的に説明する。図２に示すよ
うに、錘部１２が変位しない無加速度状態（実線で示
す）では光出射手段１８からの光束Ｌが錘部１２の反射
膜１６で反射しＰ１に達するが、図中一点鎖線で示した
如く、加速度による錘部１２の変位により錘部１２の面
がΔθだけ傾斜すると、反射光がΔθの２倍ほど角度変
化して、その到達点Ｐ２がＰ１からΔｄだけずれる。こ
の反射光の到達点（以下、光点ともいう）のずれを受光
手段２０によって検出すれば、錘部１２の変位を測定で
きる。

【００２８】ＣＣＤのように多数の小さな受光素子を集
積化した受光手段２０では、光点のずれ量Δｄを直接測
定できる。その他（例えば、フォトダイオードやフォト
トランジスタ等）の場合では、無加速度状態で反射受光
量が最大となるように受光手段２０を配置し、光束Ｌの
反射面の角度変化にともなう受光量の低下を検出するこ
とにより、錘部１２の変位を測定する。また、光束Ｌの
反射面での角度変化にともなって反射光が横切るように
受光手段２０を配置し、受光量とその増減方向により錘
部１２の変位を測定してもよい。

【００２９】光点のずれ量Δｄが大きい場合は、その方
向に受光手段２０を複数個配置すると検出レンジを広く
できる。単一の受光手段２０内で、複数のフォトダイオ
ードやフォトトランジスタ等を配置することによって
も、同様な効果が得られる。また、ＣＣＤの中央に、或
いは受光手段２０を複数個並べた中点に、無加速状態の
受光位置を設定しておけば、錘部１２の上下方向双方の
変位に対応できる。

【００３０】つぎに、加速度センサ２の製造方法につい
て説明する。図３，４は、センサ本体４の各製造過程を
示す概略断面構造図である。なお、このセンサ本体４の
製造過程を示す図３，４では、便宜上、シリコンウェー
ハに単一の大きなセンサ本体４が作られるように描いて
あるが、実際は、例えば一辺が２．０〜５．０ｍｍほど
のセンサ本体４を単位として、これを数多くシリコンウ
ェーハにバッチ処理で作り込み、最後にダイシングで切
り離す方法が採られる。

【００３１】まず、図３（Ａ）で、（１１０）面のシリ
コンウェーハ３０を準備する。シリコンウェーハ３０の
厚みは、たとえば５００μｍ程度である。シリコンウェ
ーハ３０周面に酸化シリコン膜等のエッチングマスク材
３２ａを成膜した後、同図（Ｂ）に示すように、前記フ
レーム１０と錘部１２の境界部に裏面側から開口したエ
ッチングマスク３２を形成する。

【００３２】同図（Ｃ）で、梁部１４の厚みを残して、
水酸化カリウム（ＫＯＨ）によるウェット又はＶａｐｏ
ｒエッチングを行う。このＫＯＨによるエッチングは、
シリコンの結晶方位を利用した異方性エッチングであ
り、横方向にはエッチングが進まず垂直に切り立った
（１１１）面が得られる。なお、本実施形態では、錘部
１２の側面は検出面でないことから、エッチングマスク
３２をドライエッチング耐性の高い材料で構成し、この
図３（Ｃ）のエッチングをドライで行ってもよい。

【００３３】同様な理由から、次に行う梁部１４以外の
残存部分の除去も、本実施形態ではドライエッチングで
行う。具体的には、エッチングマスク３２を除去後、ま
ず図３（Ｄ）で、例えば酸化シリコンなどの膜３４を被
膜した後、少なくともシリコンウェーハ３０の上部側
に、Ｎｉ等から構成されるドライエッチングマスク材３
６ａを被膜する（同図（Ｅ））。本実施形態では、この
下層側の膜３４は、上層側のドライエッチングマスク材
３６ａとシリコンとの密着性向上等のために設けられ
る。従って、両者の密着性が確保できれば、省略しても
よい。つぎに、図４（Ｆ）に示すように、先に図３
（Ｃ）でエッチングした部分のうち梁部１４以外が開口
するように、例えば両面マスクアライナー等で位置合わ
せを行いドライエッチングマスク材３６ａをパターンニ
ングして、ドライエッチングマスク３６を形成する。そ
の後、このドライエッチングマスク３６の開口部を介し
て下層側の膜３４を開口し、ドライエッチングを施せ
ば、梁部１４以外の残存部分を上下に貫通させることが
できる。図４（Ｆ），（Ｇ），（Ｉ）の右側には、ドラ
イエッチングマスク３６の開口部内の変化を上面から見
た図で示している。

【００３４】ドライエッチングマスク３６，膜３４を順
次除去し（同図（Ｉ））、全面にＡｕ等の反射膜１６を
被膜すればセンサ本体４が完成する（同図（Ｊ））。な
お、検出位置周囲のみに反射膜１６を形成したい場合
は、その後、部分的に反射膜１６をレジスト等でマスク
し、他を除去すればよい。

【００３５】一方、上下カバー６，８の形成では、特に
図示しないが、まず、所定厚さのシリコンウェーハを用
意し、このウェーハの中央部に凹み６ａ，８ａをエッチ
ングなどにより形成し、所定位置に受光手段２０を常法
に従って形成する。その後は、上下カバー６，８の周辺
部に残った厚肉部をフレーム１０に陽極接合などの手段
により接合するとともに、所定の光出射手段１８を配設
すれば、当該加速度センサ２が完成する。

【００３６】本発明は、上記説明に限定されるものでは
ない。例えば、上記例ではシリコンでセンサ本体４を一
体に形成したが、水晶やＭｇＯ等の他の材料で構成して
もよく、更にシリコンウェーハに窒化シリコンや酸化シ
リコン等の膜を形成し、この膜を梁部１４として残存さ
せるようにしてもよい。

【００３７】第２実施形態上述した第１実施形態では、
シリコン製の上カバー６又は下カバー８に、凹み６ａ，
８ａを形成し、この底面等に受光手段２０を作り込むこ
ととした。しかし、上記第１実施形態で、現在のリソグ
ラフィ技術を用いる限り、ウェーハの凹部分にフォトダ
イオード等は形成できても、微細パターン形成が必要な
ＣＣＤ等を作り込みことには困難性を伴う。すなわち、
微細加工を行うためには、通常、レジストを薄く均一に
塗布する必要があるが、これを凹部内で行うには限界が
ある。

【００３８】本第２実施形態は、このような実情を考慮
し、上下カバー６，８として平坦な板状のものを使用し
た場合である。図５は、本実施形態に係る加速度センサ
の一例を示す概略断面構造図である。図示のように、上
下カバー６，８を平坦化したことに伴い、センサ本体４
側では、錘部１２の変位空間を確保するため、その分だ
けフレーム１０が錘部１２より厚く形成されている。

【００３９】このような構成のセンサ本体４の形成は、
第１実施形態の製法を示す図３に先立って、フレーム１
０と錘部１２及び梁部１４との段差を設けるためのマス
ク形成及びエッチングの工程を挿入することにより達成
できる。すなわち、用意したシリコンウェーハ周囲に酸
化シリコン膜などを成膜し、これをフレーム１０部分を
残して上下に開口させ、この開口した酸化シリコン膜等
をマスクにＫＯＨによる異方性エッチングを施す。本実
施形態では、図５に示すように錘部１２の上面（下面で
も可）で変位検出を行うので、このエッチングは鏡面を
得るため、ＫＯＨによる異方性エッチングが望ましい。

【００４０】その後は、第１実施形態と同様な方法によ
り、センサ本体４の形成を行う。本実施形態における上
下カバー６，８の形成は、シリコンウェーハにＣＣＤ等
の受光手段２０を形成した後、所定サイズで切り出すだ
けでよい。従って、平坦な面に受光手段２０の形成が行
え、微細加工が容易であるといった特徴がある。

【００４１】なお、反射膜１６，光出射手段１８，受光
手段２０の構成や位置関係、及び錘部１２の検出原理等
は、先に説明した第１実施形態と同様であり、ここでの
説明は省略する。第３実施形態本実施形態は、錘部１２
の自由端面１２ａを検出面とした場合である。ここでの
説明は、第１実施形態と同様なセンサ本体４や上下カバ
ー６，８において、検出面を異にする場合を述べるが、
第２実施形態の構成でも、同様にして自由端面１２ａで
の検出は可能である。

【００４２】図６は、本実施形態に係る加速度センサの
一例を示す概略断面構造図である。同図に示すように、
錘部１２の自由端面１２ａが反射膜１６で被膜され、上
下カバー６，８の一方側に光出射手段１８が、他方側に
受光手段２０が設けられてる。なお、反射膜１６，光出
射手段１８，受光手段２０の構成や位置関係、及び錘部
１２の検出原理等は、先に説明した第１実施形態と同様
であり、ここでの説明は省略する。

【００４３】第１実施形態の説明では、自由端面１２ａ
をドライエッチングによる加工で形成できるとした。す
なわち、図３（Ｃ）の裏面側からのエッチングは、ドラ
イエッチングでもよいとした。また、同図（Ｄ）〜
（Ｇ）では、酸化シリコンなどの膜３４をドライエッチ
ングマスク３６の密着性向上等のために設け、この膜３
４及びドライエッチングマスク３６を、梁部１４となる
部分を残して開口した後、ドライエッチングを施して上
下を貫通させるとした。

【００４４】これに対し、本実施形態では、自由端面１
２ａは、検出面であることからセンサ本体４の製造過程
で鏡面にすることが望ましく、この場合、少なくとも自
由端面１２ａ部分は、ＫＯＨによる異方性エッチングで
形成する必要がある。すなわち、図３（Ｃ）の裏面側か
らのエッチングは、ＫＯＨによる異方性エッチングで行
う。

【００４５】また、図４（Ｇ）の上下の貫通工程では、
ドライエッチングとＫＯＨによる異方性エッチングとの
組み合わせで行うとよい。なぜなら、全てをＫＯＨによ
りエッチングすると錘部１２の角がとれ、錘部１２が小
さい場合やエッチング量が多い場合では自由端面１２ａ
の平坦部分が得にくい一方、全てをドライエッチングで
行うと鏡面が得にくいからである。

【００４６】具体的には、図４（Ｆ）でドライエッチン
グマスク３６を形成後、次の同図（Ｇ）では、錘部１２
の自由端面１２ａ部分のみ開口する不図示のパターンを
用いて、ドライエッチングマスク３６の開口部を介して
膜３４を一部除去する。次に、同図（Ｈ）で、この自由
端面１２ａ部分のみＫＯＨによる異方性エッチングを施
して上下を貫通させる。ドライエッチングマスク３６の
開口部を介して膜３４の残り部分を除去し、最後にドラ
イエッチングを全面に施すと、この上下の貫通工程が終
了する。このように、本製法における酸化シリコンなど
の膜３４は、ドライエッチングマスク３６の密着性向上
のためだけでなく、２度目のＫＯＨエッチング用のエッ
チングマスクとして機能する。

【００４７】その後は、第１実施形態と同様な方法によ
り、センサ本体４の形成を行う。本実施形態の加速度セ
ンサは、上記したように製造工程か多少複雑になるもの
の、錘部１２の変位が最も大きい自由端面１２ａを検出
することから、高感度であるといった特徴を有してい
る。

【００４８】ここで、反射膜１６を錘部１２の自由端面
１２ａにのみ形成する製法例を、図７に沿って簡単に述
べておく。図７は、図４の（Ｉ），（Ｊ）工程に対応す
る。上述した方法で図４（Ｈ）まで行い、ドライエッチ
ングマスク３６を除去した後、図７（Ｋ）に示すよう
に、酸化シリコンなどの膜３４を更に厚く積んでエッチ
ング部分を充填し、自由端面１２ａ寄りに開口する選択
マスクパターン３８を形成して（同図（Ｌ））、この選
択マスクパターン３８をマスクに自由端面１２ａのシリ
コンを露出させる（同図（Ｍ））。

【００４９】その後、この露出シリコン面に反射膜１６
の組成金属を選択被膜するか、全面に反射膜１６を被膜
した後、膜３４の除去時に自由端面１２ａに反射膜１６
を残して他を除去（リフトオフ）すれば、同図（Ｎ）の
如く、反射膜１６の部分形成を行うことができる。

【００５０】他方、自由端面１２ａを含む錘部１２の側
面や、これに対面するフレーム１０の内側の側面部分に
も反射膜１６を残してもよければ、もっと簡単な方法を
採り得る。すなわち、図４（Ｊ）の後に、全ての貫通部
分や凹部をレジストや絶縁膜等で埋め込み、これをエッ
チバック（全面異方性エッチング）した後、表裏面側の
Ａｕ等をエッチングし、埋込んだ部分のレジストや絶縁
膜等を除去すればよい。

【００５１】第４実施形態本実施形態は、上記第３実施
形態と同じ自由端面反射型の他の例である。図８に示す
ように、本実施形態では、光出射手段１８を設ける側の
上カバー６又は下カバー８の少なくとも一方について、
その凹み６ａ（又は８ａ）の側面を傾斜面６ｂ（又は８
ｂ）にしてある。

【００５２】上下カバー６，８はシリコン製なので、周
知のように（１００）面ウェーハをＫＯＨ等を用いてエ
ッチングすると所定角度（水平面に対して５４．７４
°）の（１１１）面が得られる。この所定角度の（１１
１）面を利用すれば光出射手段１８の角度出しが容易と
なる。

【００５３】一方、自由端面１２ａが垂直のままだと、
上下カバー６，８の凹み６ａ，８ａ形状を変えても、受
光手段２０の配置スペース確保が難しい。この場合、図
示のように、自由端面１２ａ側も傾斜面にするとよい。
このためには、例えば（１００）面ウェーハを用い、予
め梁部１４となるべき部分に高濃度でホウ素等をドープ
する。その後、先に説明した図３（Ｂ）と同様な方法で
フレーム１０と錘部１２との境界部を開口したマスクパ
ターン３２を形成した後、ＫＯＨによるエッチングによ
り、水平線から所定角度傾斜した溝を形成することがで
きる。このとき梁部１４は、不純物をドープしたことで
選択的にエッチングされないため残存し、図８に示した
断面形状のセンサ本体４を得ることができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の加速
度センサによれば、受光手段を取り付ける必要がないば
かりか、これを基準に他の光学手段（例えば、光出射手
段や反射膜）の位置決めが容易である。

【００５５】また、シリコン製の加速度センサに適した
構造を有し、半導体微細加工技術を用いて当該センサの
小型化、高信頼性が図れる。さらに、錘部の変位を光学
的に検出するので、梁部にはなんらの部品を付ける必要
がなく、梁部の撓みを阻害することがなく、高感度であ
る。しかも、環境温度が高くなっても低くなっても影響
を受けることがなく精度に優れ、構造が簡単で故障も少
ないため、振動の多い自動車用として特に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る加速度センサの一
例を示すもので、（Ａ）は概略断面構造図、（Ｂ）はセ
ンサ本体の平面図（上面図）である。

【図２】錘部の変位を検出する様子を示す説明図であ
る。

【図３】図１の加速度センサの製造過程の一部を示す概
略断面図である。

【図４】図３に続く同製法過程の一部を示す概略断面図
である。

【図５】本発明の第２実施形態に係る加速度センサの一
例を示す概略断面構造図である。

【図６】本発明の第３実施形態に係る加速度センサの一
例を示す概略断面構造図である。

【図７】反射膜を部分形成する場合の概略断面図で、図
４の（Ｉ），（Ｊ）に対応する。

【図８】本発明の第４実施形態に係る加速度センサの一
例を示す概略断面構造図である。

【図９】従来のピエゾ抵抗器を用いた加速度センサの一
例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であ
る。

【図１０】従来の光学型加速度センサの一例を示す斜視
図である。

【符号の説明】２…加速度センサ、４…センサ本体、６…上カバー（カ
バー，シリコン製の部材）、８…下カバー（カバー，シ
リコン製の部材）、６ａ，８ａ…凹み、６ｂ，８ｂ…傾
斜面、１０…フレーム（支持部）、１２…錘部、１２ａ
…自由端面、１４…梁部、１６…反射膜、１８…光出射
手段、２０…受光手段、３０…シリコンウェーハ、３２
…エッチングマスク、３４…酸化シリコンなどの膜、３
６…ドライエッチングマスク、３８…選択マスクパター
ン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加速度により変位する錘部と、該錘部に
距離をおいて位置するシリコン製の部材とを有し、該シ
リコン製の部材には、錘部に向けて光を照射する光出射
手段が設けてあるとともに、光出射手段から出射されて
錘部で反射した反射光を検出する受光手段が、該部材に
一体に形成してある加速度センサ。
【請求項２】前記錘部の他に、弾性変形可能な梁部
と、該梁部を介して錘部を支持する支持部とを備え、こ
れら錘部と梁部と支持部とは、前記シリコン製の部材と
は別のシリコン基板から一体に形成したものである請求
項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】前記支持部には、前記錘部と梁部とを囲
む２枚のカバーを設け、該２枚のカバーのうち少なくと
も何れか一方が、前記シリコン製の部材で構成してある
請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項４】前記受光手段は、電荷結合デバイスであ
る請求項１〜３のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項５】前記光射出手段は、外部の光源から光フ
ァイバ内を誘導されてきた光を放出する該光ファイバー
の端部である請求項１〜４のいずれか１項に記載の加速
度センサ。
【請求項６】前記光射出手段は、前記シリコン製の部
材に外側から埋め込まれ或いは外付けされており、該光
出射手段からの光には赤外線を含む請求項１〜５のいず
れか１項に記載の加速度センサ。
【請求項７】前記錘部には、前記光出射手段からの光
が反射する錘部表面を少なくとも含む位置に、反射膜が
設けてある請求項１〜６のいずれか１項に記載の加速度
センサ。
【請求項８】前記光出射手段により照射され錘部で反
射した光について、該反射光が前記受光手段に当たる光
点の位置又は光量の変化から前記錘部の変位を求め、こ
れにより加速度を検出する請求項１〜７のいずれか１項
に記載の加速度センサ。