JPH10213441A - 外力検出装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外力を検出する検出部が収容された密閉室内
の酸素を除去することにより、密閉室内を十分に減圧さ
せ、検出部の検出感度を向上させる。 【解決手段】 ガラス基板５の凹陥部５Ｂ底部にジルコ
ニウムからなる酸素吸収用金属膜３２を蒸着して設け、
シリコン基板２とガラス基板５との陽極接合時に発生し
た酸素ガスを、該酸素吸収用金属膜３２により吸収す
る。また、酸素吸収用金属膜３２は外部から電流を印加
することにより自己発熱させることができる。封止後に
金属膜３２表面の酸化が限界であっても、自己発熱させ
ることにより、再活性化して密閉室６内の酸素ガスをよ
り吸収できる。密閉室６内を十分に減圧でき、角速度の
検出感度を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば加速度、角
速度等の外力を検出する外力検出装置に関し、特にガラ
ス基板とシリコン基板とを減圧雰囲気中で陽極接合する
ことにより、該ガラス基板とシリコン基板との間に形成
される密閉室内に検出部を収容するようにした外力検出
装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両等に作用する加速度、角速
度の検出や、カメラの手ぶれ検出等を行う外力検出装置
は、例えば、特開昭６２−１１８２６０号、特開平４−
２４２１１４号、特開平７−２４５４１６号公報等によ
り知られている。

【０００３】以下、従来技術による外力検出装置として
角速度検出装置を例に挙げ、図１０および図１１に基づ
いて説明する。

【０００４】１はマイクロマシニング技術により製造さ
れた角速度検出装置を示し、該角速度検出装置１は、基
台をなす高抵抗なシリコン基板２と、該シリコン基板２
上に形成された後述の角速度検出部３と、前記シリコン
基板２の外周に形成された枠部４を介して該角速度検出
部３を覆う蓋部となるガラス基板５とから構成され、前
記角速度検出部３と枠部４は低抵抗なシリコン材料によ
り形成されている。

【０００５】３は検出部としての角速度検出部を示し、
該角速度検出部３は導電性をもった低抵抗シリコン（例
えばポリシリコン）からなり、前記シリコン基板２上に
設けられている。また、該角速度検出部３は、図１０に
示すように回転軸Ｙ−Ｙの周りに角速度が作用したと
き、この回転軸Ｙ−Ｙ周りの角速度Ωを検出するもので
ある。

【０００６】４はシリコン基板２上の外周に位置して形
成された枠部で、該枠部４は、前記角速度検出部３と同
様の導電性を有する低抵抗シリコン（例えばポリシリコ
ン）によって、前記角速度検出部３を取り囲むようにし
てシリコン基板２上に設けられている。

【０００７】５はガラス材料からなるガラス基板を示
し、該ガラス基板５の下面は、後述する角速度検出部３
の電極支持部１０および前記枠部４と接合するための接
合面５Ａとなり、このガラス基板５の接合面５Ａ側の中
央には凹陥部５Ｂが形成されている。そして、該ガラス
基板５は、図１１に示すように、角速度検出部３および
枠部４と陽極接合され、シリコン基板２とガラス基板５
との間に密閉室６を画成している。また、該ガラス基板
５には４個の貫通するスルーホール５Ｃが穿設され、該
スルーホール５Ｃは後述の支持部７と電極支持部１０に
開口している。

【０００８】ここで、角速度検出部３の構成について説
明するに、７，７はシリコン基板２上に設けられた支持
部、８はシリコン基板２の表面から離間した状態で設け
られ、支持梁９，９，…を介して各支持部７に支持され
た振動子をそれぞれ示し、該振動子８は図１０中の矢示
Ａ方向、矢示Ｂ方向に変位可能となっている。また、該
振動子８の両側面には、くし状電極８Ａ，８Ａが設けら
れている。

【０００９】１０，１０は振動子８の両側に位置し、シ
リコン基板２上に設けられた電極支持部であり、該各電
極支持部１０の側面には、くし状電極１０Ａが設けら
れ、該各くし状電極１０Ａは、振動子８の各くし状電極
８Ａと離間した状態で噛合している。

【００１０】１１は振動子８の下側に位置してシリコン
基板２の表面に設けられた電極板を示し、該電極板１１
は、振動子８がコリオリ力により矢示Ｂ方向に変位した
ときに、その変位量を検出するものである。

【００１１】１２は前記電極板１１に接続された引出部
で、該引出部１２は前記電極板１１から延出された配線
部１２Ａと、該配線部１２Ａの上に設けられたパッド部
１２Ｂとから構成されている。

【００１２】また、１３はスルーホール５Ｃ内に充填さ
れた導電性ペーストで、該導電性ペースト１３は角速度
検出部３の支持部７と電極支持部１０とを外部の発振回
路、検出回路（いずれも図示せず）に接続するものであ
る。

【００１３】さらに、前記各支持部７，振動子８，各支
持梁９，各電極支持部１０は、例えば、Ｐ（リン），Ｂ
（ホウ素），Ｓｂ（アンチモン）等の不純物がドーピン
グされた低抵抗なポリシリコン膜をシリコン基板２上に
成膜し、このポリシリコン膜にエッチングを施すことに
より形成されるか、あるいは、ポリシリコン膜を形成し
た後に、このポリシリコン膜に上記不純物をドーピング
することにより、このポリシリコン膜を低抵抗化し、そ
の後、エッチング等により形成される。なお、前記枠部
４は、このポリシリコン膜にエッチングを施して角速度
検出部３を形成する際に、同時に形成される。

【００１４】このように構成される従来技術による角速
度検出装置では、振動子８のくし状電極８Ａと電極支持
部１０のくし状電極１０Ａとの間に駆動信号を印加し、
振動子８を矢示Ａ方向に振動させる。この状態で、角速
度検出装置に回転軸Ｙ−Ｙ周りの角速度Ωが作用する
と、振動子８にコリオリ力Ｆが作用し、このコリオリ力
Ｆの大きさに対応して振動子８が矢示Ｂ方向に変位す
る。これにより、振動子８と電極板１１との離間距離が
変化する。この離間距離の変化を、振動子８と電極板１
１との間の静電容量の変化により検出して容量電圧変換
回路により電圧に変換し、角速度の大きさを測定する。

【００１５】ここで、角速度Ωが作用したときに振動子
８に発生するコリオリ力Ｆは、下記の数１により算定さ
れる。

【００１６】

【数１】Ｆ＝２ｍＶΩ 但し、 ｍ：振動子８の質量 Ｖ：振動子８の矢示Ａ方向の振動速度 Ω：回転軸Ｙ−Ｙ周りの角速度

【００１７】また、前記数１から明らかなように、コリ
オリ力Ｆの大きさは、振動子８の振動速度に比例する。
従って、角速度が作用したときに生じるコリオリ力Ｆを
できるだけ大きくし、角速度の検出感度を向上させるた
めには、振動子８を大きな振幅で高速に振動させる必要
がある。

【００１８】ところが、角速度検出部３の振動子８は、
図１１に示すように、その幅寸法ａが例えば４００μｍ
程度であり、非常に微小に形成されている。このため、
該振動子８を空気中で振動させたのでは、空気のダンピ
ング作用により、振動子８を矢示Ａ方向に大きな振幅で
高速に振動させることができず、角速度の検出感度が低
下してしまう。また、空気中では、空気抵抗により振動
子８の振幅が小さくなるため、コリオリ力Ｆによる変位
も小さくなり、これによっても、角速度の検出感度が低
下する。

【００１９】そこで、シリコン基板２とガラス基板５と
を減圧雰囲気中で陽極接合することにより、密閉室６内
を減圧雰囲気とし、該密閉室６内に角速度検出部３を封
止することによって、角速度検出部３の振動子８を減圧
雰囲気中で高速に、かつ大きな振幅で振動させるように
している。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、角速度検出部３を密閉室６内に封止するた
めに、シリコン基板２とガラス基板５とを減圧雰囲気中
で陽極接合している。この陽極接合時に、ガラス基板５
から酸素ガスが発生し、この酸素ガスが密閉室６内に残
留することにより、密閉室６内の圧力が上昇してしま
う。このため、角速度検出部３の振動子８の振動が、残
留酸素ガスによって妨げられ、振動子８を高速に、大き
く振動させることができず、角速度の検出感度が低下す
るという問題がある。

【００２１】一方、真空パッケージ型のマイクロセンサ
技術においては、図１２に示すような酸素吸収部材２１
を用いて、シリコン板とガラス板との間に形成された空
間内に残留した酸素を吸収する手段が知られている（セ
ンサーズ アンド アクチュエーターズ Ａ，４３（１
９９４年）第２４３頁ないし第２４８頁「Ｓｅｎｓｏｒ
ｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ，４３（１９９
４）２４３−２４８」参照）。

【００２２】しかし、前記酸素吸収部材２１は、図１２
に示すように、ＮｉとＣｒからなる金属部材２２と、該
金属部材２２の外周側を包囲して設けられたＺｒ−Ｖ−
Ｆ合金とＴｉからなる被覆部材２３とから構成されてい
るが、該酸素吸収部材２１はサイズが大きく、構造が複
雑である。

【００２３】この結果、このような酸素吸収部材２１を
角速度検出装置１の密閉室６に配設すると、角速度検出
装置１のサイズが大きくなると共に、構成が複雑化し、
生産性が悪くなるという問題がある。

【００２４】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、検出部が収容された密閉室内の酸素を簡
単な構成によって除去することができ、該密閉室内を減
圧させることにより検出部の検出感度を向上させること
ができる外力検出装置およびその製造方法を提供するこ
とを目的としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１による外力検出装置は、シリコン基板
と、該シリコン基板に陽極接合して設けられたガラス基
板と、前記シリコン基板と該ガラス基板との間に形成さ
れた密閉室と、該密閉室内に収容され外力が作用したと
きの変位を検出する検出部とからなる外力検出装置にお
いて、前記密閉室内に位置して前記ガラス基板と前記シ
リコン基板のうち少なくともいずれか一方の基板の表面
に酸素吸収用金属膜を設け、該酸素吸収用金属膜は外部
から電流を印加することによって自己発熱し、前記密閉
室内の酸素を吸収する構造としたことを特徴としてい
る。

【００２６】このように構成することによって、シリコ
ン基板とガラス基板を陽極接合するときに、ガラス基板
から酸素が発生し、陽極接合後に、この酸素が密閉室内
に残留しても、該密閉室内の残留酸素を酸素吸収用金属
膜の酸化によって吸収することができる。

【００２７】しかも、シリコン基板とガラス基板とを陽
極接合した後であっても外部から電流を酸素吸収用金属
膜に印加し、該酸素吸収用金属膜を自己発熱して再活性
化することにより、密閉室内の残留酸素を改めて吸収す
ることができる。

【００２８】請求項２に係る発明は、酸素吸収用金属膜
を、基板の表面に金属を蒸着することにより設ける構成
としたことにある。

【００２９】これにより、例えば、スパッタ、電子ビー
ム蒸着等の手段を用いて、酸素吸収用金属膜を前記基板
に容易に設けることができると共に、酸素吸収用金属膜
を薄膜形成することができる。

【００３０】請求項３に係る発明は、酸素吸収用金属膜
を、ジルコニウム，モリブデン，アルミ，チタン，バナ
ジウム，タンタル，タングステンの中から選択された金
属によって構成したことにある。

【００３１】上述した、ジルコニウム，モリブデン，ア
ルミ，チタン，バナジウム，タンタル，タングステンの
金属は、高温になるほど活発に酸化する性質を有する。
これにより、上記金属からなる酸素吸収用金属膜は、常
温ではほとんど酸化せず、シリコン基板とガラス基板を
陽極接合するときの温度では、酸化がやや促進される。
さらに、該酸素吸収用金属膜は、シリコン基板とガラス
基板を陽極接合するときの温度よりも高く、かつ、ガラ
スの軟化点温度よりも低い温度では、活発に酸化するよ
うになる。

【００３２】従って、シリコン基板とガラス基板とを陽
極接合した後に、該シリコン基板とガラス基板をガラス
の軟化点温度よりも低い温度に加熱し、密閉室内に設け
られた酸素吸収用金属膜を活発に酸化させることによ
り、密閉室内の酸素を該酸素吸収用金属膜によって吸収
することができ、密閉室内を減圧することができる。

【００３３】請求項４に係る発明では、シリコン基板
を、導電性をもった低抵抗なシリコン材料によって形成
したことにある。

【００３４】このように、シリコン基板を低抵抗なシリ
コン材料によって形成することにより、該シリコン基板
とガラス基板との接合に陽極接合を用いることができ
る。

【００３５】請求項５による外力検出装置の製造方法
は、シリコン基板に外力を検出する検出部を形成する検
出部形成工程と、ガラス基板の接合面に凹陥部を形成す
る凹陥部形成工程と、該凹陥部形成工程により形成され
た前記ガラス基板の凹陥部内面に酸素吸収用金属膜を形
成する金属膜形成工程と、前記酸素吸収用金属膜を形成
したガラス基板の凹陥部内に前記検出部が収容されるよ
うに導電性基板の接合面とガラス基板の接合面とを衝合
させ、該導電性基板と該ガラス基板とを減圧雰囲気中で
接合温度まで加熱して陽極接合する接合工程と、該接合
工程により前記導電性基板とガラス基板とを接合した後
に、密閉室内に位置した酸素を吸収するために、前記酸
素吸収用金属膜に外部から電流を印加して自己発熱させ
る金属膜発熱工程とから構成している。

【００３６】上記構成の如く、検出部形成工程では、シ
リコン基板に検出部を形成する。一方、凹陥部形成工程
では、ガラス基板の接合面に凹陥部を形成し、金属膜形
成工程では、該ガラス基板の凹陥部内面に酸素吸収用金
属膜を蒸着させる。

【００３７】次いで、接合工程では、ガラス基板の凹陥
部内に検出部が収容されるようにシリコン基板の接合面
とガラス基板の接合面とを衝合させ、シリコン基板とガ
ラス基板とを減圧雰囲気中で接合温度まで加熱して陽極
接合する。このとき、ガラス基板から酸素が発生し、シ
リコン基板とガラス基板との間に形成された密閉室内
に、この酸素が封じ込まれるて残留しようとするが、こ
の残留しようとする酸素を酸素吸収用金属膜の酸化によ
って吸収し、密閉空間内を減圧させる。

【００３８】また、金属膜発熱工程では、酸素吸収用金
属膜に外部から電流を印加して該金属膜を自己発熱させ
ることにより、例えば酸素吸収用金属膜の表面が酸化し
てしまって酸素ガスの吸収が限界となったときでも、該
酸素吸収用金属膜を再活性化して酸素を吸収することが
でき、密閉室内をより一層減圧できる。

【００３９】請求項６に係る発明は、さらに、前記接合
工程により接合された前記シリコン基板とガラス基板と
を前記接合温度よりも高く、ガラス基板の軟化点温度よ
りも低い温度に加熱し、前記シリコン基板とガラス基板
との間に形成された密閉室内の酸素を前記酸素吸収用金
属膜の酸化により吸収する酸素吸収工程とを含むことを
特徴としている。

【００４０】これにより、酸素吸収工程では、陽極接合
されたシリコン基板とガラス基板を接合温度よりも高
く、ガラス基板の軟化点温度よりも低い温度に加熱する
ことにより、密閉室内の酸素を、酸素吸収用金属膜の酸
化をさらに促進させることにより吸収し、密閉室内をよ
り一層減圧させる。ここで、シリコン基板とガラス基板
との接合温度よりも高く、ガラス基板の軟化点温度より
も低い温度は、例えば４００度〜８００度程度の温度で
ある。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態を
添付図面に従って詳細に説明する。ここで、図１ないし
図９は本発明による実施例を示すに、本実施例では外力
検出装置として角速度検出装置を例に挙げて説明する。

【００４２】まず、第１の実施例を図１ないし図７に基
づいて説明する。なお、本実施例では前述した従来技術
の構成要素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。

【００４３】３１は本実施例による角速度検出装置を示
し、該角速度検出装置３１は従来技術による角速度検出
装置１とほぼ同様に構成されるものの、該角速度検出装
置３１の密閉室６内には後述する酸素吸収用金属膜３２
が形成されている。

【００４４】３２は密閉室６内に設けられた酸素吸収用
金属膜を示し、該酸素吸収用金属膜３２は、図２に示す
ように、ガラス基板５の凹陥部５Ｂの底面（内面）にジ
グザグ状に形成され、その両端は電極パッド３２Ａとな
ってスルーホール５Ｃに延びている。また、該酸素吸収
用金属膜３２はジグザグ状に形成することにより、電気
的に抵抗を持たせ、外部から電流を印加することで熱を
発生する自己発熱機能を持たせている。

【００４５】さらに、該酸素吸収用金属膜３２は、ジル
コニウム（Ｚｒ），モリブデン（Ｍｏ），アルミ（Ａ
ｌ），チタン（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），タンタル
（Ｔａ），タングステン（Ｗ）の中から選択された金
属、例えば、ジルコニウムにより構成され、該酸素吸収
用金属膜３２は、面積を広く、断面積が狭くなるように
形成されている。

【００４６】また、該酸素吸収用金属膜３２は、後述す
るようにして、シリコン基板２とガラス基板５とを陽極
接合した後に、密閉室６内に残留した酸素ガスを吸収す
るものである。

【００４７】ここで、酸素吸収用金属膜３２を構成する
ジルコニウムは、高温になるほど活発に酸化する性質を
有する。これにより、該酸素吸収用金属膜３２は、常温
ではほとんど酸化しない。また、酸素吸収用金属膜３２
は、シリコン基板２とガラス基板５とを陽極接合すると
きの温度、例えば３００度〜４００度程度（以下、「接
合温度」という）で酸化が促進し、密閉室６内の酸素ガ
スを吸収するようになる。さらに、該酸素吸収用金属膜
３２は、シリコン基板２とガラス基板５を陽極接合する
ときの温度よりも高く、かつ、ガラス基板５の軟化点温
度よりも低い温度、例えば４００度〜８００度程度（以
下、「酸化活性化温度」という）では、さらに活発に酸
化するようになり、密閉室６内の酸素ガスを多量に吸収
するようになる。

【００４８】なお、酸素吸収用金属膜３２を、ジルコニ
ウムに限らず、アルミ，チタン，バナジウム，タンタ
ル，モリブデン，タングステンによって構成してもよ
い。これらの金属は、ジルコニウムと同様に、高温にな
るほど活発に酸化する性質を有するため、酸素吸収用金
属膜３２をこれらの金属によって構成した場合でも、酸
素吸収用金属膜３２をジルコニウムで構成した場合と同
様の性質を持つ。

【００４９】本実施例による角速度検出装置３１は上述
したような構成を有するもので、次に、その製造方法を
図３ないし図７に基づいて説明する。

【００５０】まず、角速度検出部形成工程では、図３に
示すように、エッチング等の手段を用いてシリコン基板
２に角速度検出部３および枠部４を形成する。即ち、シ
リコン基板２上の所定の位置に電極板１１を薄膜形成し
た後、電極板１１上に犠牲層（図示せず）を成膜する。
次いで、この犠牲層の上に、ポリシリコン膜を成膜した
後、導電性を与えるためにＰ（リン），Ｂ（ホウ素），
Ｓｂ（アンチモン）等の不純物をドーピングして低抵抗
化する。この状態で低抵抗なポリシリコン膜にエッチン
グを施し、角速度検出部３の振動子８，各電極支持部１
０等および枠部４を形成する。その後、前記犠牲層を溶
かして除去する。

【００５１】凹陥部形成工程では、図４に示すように、
ガラス基板５にエッチングを施し、ガラス基板５の接合
面５Ａに凹陥部５Ｂを形成し、さらに、サンドブラス
ト、エッチング、レーザー等によってスルーホール５Ｃ
を形成する。

【００５２】そして、金属膜形成工程では、図５に示す
ように、例えばスパッタ、電子ビーム蒸着等の手段を用
いて、ガラス基板５の凹陥部５Ｂ底面にジルコニウム薄
膜を蒸着させた後、このジルコニウム薄膜を、例えばフ
ォトリソグラフィー等の手段を用いて、図２に示す形状
に成形し、酸素吸収用金属膜３２を形成する。

【００５３】接合工程では、図６に示すように、酸素吸
収用金属膜３２が設けられたガラス基板５を、上，下が
逆になるように回転させ、ガラス基板５の凹陥部５Ｂ内
に角速度検出部３が収容されるように、シリコン基板２
上に設けられた角速度検出部３の電極支持部１０および
枠部４をガラス基板５の接合面５Ａに衝合させる。

【００５４】そして、これらを減圧雰囲気中で接合温度
まで加熱しつつ、シリコン基板２、ガラス基板５に例え
ば１０００Ｖ程度の電圧を印加し、角速度検出部３の電
極支持部１０および枠部４とガラス基板５とを陽極接合
する。これにより、角速度検出部３は密閉室６内に封止
される。

【００５５】このとき、角速度検出部３の電極支持部１
０および枠部４とガラス基板５とを陽極接合したときに
発生した酸素ガスは、密閉室６内に封じ込まれて残留し
ようとするが、この残留しようとする酸素を酸素吸収用
金属膜３２の酸化によって吸収し、密閉室６内を減圧さ
せることができる。

【００５６】また、角速度検出部３の各電極支持部１
０、支持部７、酸素吸収用金属膜３２の電極パッド３２
Ａは、ガラス基板５のスルーホール５Ｃを介して外部の
回路に接続されている。

【００５７】さらに、酸素吸収工程では、図７に示すよ
うに、陽極接合されたシリコン基板２とガラス基板５
を、接合温度よりも高く、かつガラス基板５の軟化点温
度よりも低い温度に加熱し、図７中の矢示に示す如く、
密閉室６内の酸素ガスを酸素吸収用金属膜３２の酸化に
よりさらに吸収し、密閉室６内をさらに減圧させる。

【００５８】最後に、銀等を主成分とした導電性ペース
ト１３を前記スルーホール５Ｃに充填し、導電性ペース
ト１３は電極支持部１０と支持部７並びに酸素吸収用金
属膜３２の電極パッド３２Ａに電気的に接合する。

【００５９】一方、金属膜発熱工程は、前述した酸素吸
収工程を省略して行ったり、または酸素吸収工程の後に
行うもので、密閉室６内の酸素ガスが吸収できていない
ときに、外部から電流を印加して酸素吸収用金属膜３２
を自己発熱させることにより、熱拡散によって表面の酸
素を金属膜３２の内部に吸収できる。これにより、金属
膜３２を再活性化することができ、該金属膜３２の表面
で再度酸素吸収を行うことができる。

【００６０】本実施例による角速度検出装置３１は、こ
のように製造される。なお、本実施例による角速度検出
装置３１の動作は、前述した従来技術による角速度検出
装置１と同様であるため省略する。

【００６１】然るに、本実施例によれば、角速度検出部
３が収容される密閉室６内に酸素吸収用金属膜３２を設
けることにより、シリコン基板２とガラス基板５とを陽
極接合するときに発生して密閉室６内に残留しようとす
る酸素ガスを、該酸素吸収用金属膜３２で吸収すること
ができ、密閉室６内を減圧させることができる。

【００６２】また、本実施例では、酸素吸収工程におい
て、陽極接合されたシリコン基板２とガラス基板５を接
合温度よりも高く、しかもガラス基板５の軟化点温度よ
りも低い温度に加熱し、密閉室６内の酸素ガスを、酸素
吸収用金属膜３２を活発に酸化させることによって多量
に吸収することができ、密閉室６内の圧力を大幅に減圧
させることができる。

【００６３】さらに、本実施例による酸素吸収用金属膜
３２は、その形状をジグザグ状にしているから、金属膜
発熱工程によって、外部からの電流印加によって該金属
膜３２に自己発熱させる機能を持たせている。このた
め、前記酸素吸収工程によって、該酸素吸収用金属膜３
２の表面が酸化してしまって酸素ガスの吸収が限界とな
ったときでも、金属膜３２を自己発熱させることによ
り、熱拡散によって表面の酸素を金属膜３２の内部に吸
収できる。これにより、金属膜３２を再活性化すること
ができ、該金属膜３２の表面で再度酸素吸収を行うこと
ができる。

【００６４】従って、角速度検出装置３１を製造時に、
酸化吸収工程を施すとしても、酸素吸収用金属膜３２で
密閉室６内の酸素を確実に吸収できず、密閉室６内が目
標の真空度に達しない場合がある。この場合には、金属
膜発熱工程によって、該酸素吸収用金属膜３２に外部か
ら電流を印加して自己発熱させることにより、残留ガス
を吸収することができる。

【００６５】これにより、角速度検出部３を最適な減圧
雰囲気中に封止することができ、角速度検出部３の振動
子８の振動が、酸素ガスによって妨げられるのを防止す
ることができる。従って、振動子８を高速に、かつ大き
な振幅で振動させることができ、角速度の検出感度を向
上させることができる。

【００６６】また、本実施例によれば、酸素吸収用金属
膜３２を単一の金属材料によって構成することにより、
酸素吸収用金属膜３２の構造を極めて簡単なものとする
ことができ、かつ、酸素吸収用金属膜３２を微細な薄膜
としてガラス基板５に蒸着させることが可能となる。こ
れにより、角速度検出装置３１の小型化を図ることがで
きる。

【００６７】さらに、本実施例によれば、酸素吸収用金
属膜３２は密閉室６内に簡単に設けることができる。即
ち、金属膜形成工程において、例えばスパッタ、電子ビ
ーム蒸着等の手段を用いて、ガラス基板５の凹陥部５Ｂ
底面にジルコニウム薄膜を蒸着させ、このジルコニウム
薄膜を、例えばフォトリソグラフィー等の手段を用いて
成形するだけで、酸素吸収用金属膜３２を簡単に形成す
ることができる。これにより、角速度検出装置３１の生
産性の悪化、コストの上昇を防止できる。

【００６８】一方、酸素吸収用金属膜３２は、製造後に
外部から電流を印加することにより自己発熱して再活性
化できるから、角速度検出装置３１の使用過程で密閉室
６内に発生した酸素ガスを確実に吸収することができ
る。これにより、角速度検出装置３１の密閉室６内を常
に一定の真空度に保つことができ、該角速度検出装置３
１の検出感度の信頼性を高めることができる。

【００６９】なお、第１の実施例において、枠部４が角
速度検出部３と同様の導電性を有する低抵抗シリコンか
らなるものを図示したが、本発明はこれに限らず、図８
の変形例に示すように、シリコン基板２に角速度検出部
３を配置する凹部２Ａをエッチングによって形成し、こ
のエッチングによるシリコン基板２の残留部分を枠部
４′として形成してもよい。

【００７０】次に、本発明の第２の実施例による外力検
出装置として角速度検出装置を例に挙げ、図９に基づい
て説明する。本実施例の特徴は、外力検出装置を、検出
部が設けられたシリコン基板の一側に第１のガラス基板
を陽極接合して設けると共に、該シリコン基板の他側に
第２のガラス基板を陽極接合して設ける構成としたこと
にある。

【００７１】４１は本実施例による角速度検出装置であ
る。４２は角速度検出装置４１の一部を構成するシリコ
ン基板としてのシリコン基板を示し、該シリコン基板４
２は、シリコン材料により形成され、該シリコン基板４
２は導電性を与えるために、Ｐ（リン），Ｂ（ホウ
素），Ｓｂ（アンチモン）等の不純物をドーピングして
低抵抗化してある。また、該シリコン基板４２の上面
は、一側接合面としての上側接合面４２Ａとなり、該シ
リコン基板４２の下面は、他側接合面としての下側接合
面４２Ｂとなっている。

【００７２】４３はシリコン基板４２の上側に陽極接合
して設けられた第１のガラス基板としての上側ガラス基
板を示し、該上側ガラス基板４３は、ガラス材料により
形成され、該上側ガラス基板４３の接合面４３Ａには、
凹陥部４３Ｂが設けられている。また、該上側ガラス基
板４３には６個のスルーホール４３Ｃが穿設されてい
る。

【００７３】４４はシリコン基板４２の下側に陽極接合
して設けられた第２のガラス基板としての下側ガラス基
板を示し、該下側ガラス基板４４はガラス材料により形
成され、該下側ガラス基板４４の接合面４４Ａには、凹
陥部４４Ｂが設けられている。

【００７４】４５は密閉室としての密閉収容室であり、
前記シリコン基板４２の上側および下側にそれぞれ陽極
接合された上側ガラス基板４３と下側ガラス基板４４と
の間に構成されている。

【００７５】４６は密閉収容室４５内に設けられた検出
部としての角速度検出部を示し、該角速度検出部４６
は、前述した第１の実施例によるものと同様に、コリオ
リ力を利用して角速度を検出するもので、くし状電極４
７Ａ，４７Ａを有する振動子４７と、振動子４７の両側
に設けられ、くし状電極４８Ａを有する一対の電極支持
部４８，４８と、上側ガラス基板４３の凹陥部４３Ｂ底
面に設けられた電極板４９等とから構成されている。

【００７６】５０は密閉収容室４５内に設けられた酸素
吸収用金属膜を示し、該酸素吸収用金属膜５０は、下側
ガラス基板４４の凹陥部４４Ｂ底面に蒸着されている。
また、該酸素吸収用金属膜５０は、前述した第１の実施
例によるものと同様に、ジルコニウムからなる微細な薄
膜によってジグザグ状に形成されている。

【００７７】さらに、５１はスルーホール４３Ｃ内に充
填された導電性ペーストである。

【００７８】本実施例による角速度検出装置４１は上述
したような構成を有するもので、次に、その製造方法に
ついて説明する。

【００７９】まず、第１の凹陥部形成工程では、上側ガ
ラス基板４３にエッチングを施し、上側ガラス基板４３
の接合面４３Ａに凹陥部４３Ｂを形成する。その後、該
上側ガラス基板４３の凹陥部４３Ｂ底面に電極板４９を
形成する。

【００８０】一方、検出部形成工程では、エッチング等
の手段を用いてシリコン基板４２に角速度検出部４６を
形成する。

【００８１】そして、第１の接合工程では、電極板４９
が設けられた上側ガラス基板４３の接合面４３Ａと、角
速度検出部４６が設けられたシリコン基板４２の上側接
合面４２Ａとを陽極接合する。

【００８２】次いで、第２の凹陥部形成工程では、下側
ガラス基板４４にエッチングを施し、下側ガラス基板４
４の接合面４４Ａに凹陥部４４Ｂを形成する。

【００８３】さらに、金属膜形成工程で、例えばスパッ
タ、電子ビーム蒸着等の手段を用いて、下側ガラス基板
４４の凹陥部４４Ｂ底面にジルコニウム薄膜を蒸着させ
た後、このジルコニウム薄膜を、例えばフォトリソグラ
フィー等の手段を用いて成形し、酸素吸収用金属膜５０
を形成する。

【００８４】次いで、第２の接合工程で、上側ガラス基
板４３が接合されたシリコン基板４２の下側接合面４２
Ｂと、酸素吸収用金属膜５０が設けられた下側ガラス基
板４４の接合面４４Ａとを陽極接合する。これにより、
図９に示すように、角速度検出部４６が密閉収容室４５
内に封止される。なお、この段階で、密閉収容室４５内
には、陽極接合時に発生した酸素ガスが封じ込まれて残
留しようとするが、この残留しようとする酸素を酸素吸
収用金属膜５０の酸化によって吸収し、密閉収容室４５
内を減圧させる。

【００８５】そして、酸素吸収工程で、陽極接合された
シリコン基板４２、上側ガラス基板４３および下側ガラ
ス基板４４を、接合温度よりも高く、またガラス基板４
３，４４の軟化点温度よりも低い温度に加熱し、密閉収
容室４５内の酸素ガスを酸素吸収用金属膜５０の酸化に
よりさらに吸収し、密閉収容室４５内を、さらに大幅に
減圧させる。

【００８６】一方、金属膜発熱工程は、前述した酸素吸
収工程を省略して行ったり、または酸素吸収工程の後に
行うもので、密閉収容室４５内の酸素ガスが吸収できて
いないときに、外部から電流を酸素吸収用金属膜５０に
印加して該金属膜５０を自己発熱させる。これにより、
熱拡散によって表面の酸素を金属膜５０の内部に吸収
し、金属膜５０を再活性化させて、該金属膜５０の表面
で再度酸素吸収を行うことができる。

【００８７】このようにして、角速度検出装置４１は製
造される。なお、本実施例による角速度検出装置４１の
動作は、前述した従来技術による角速度検出装置１と同
様であるため省略する。

【００８８】かくして、本実施例によっても、密閉収容
室４５内に設けられた酸素吸収用金属膜５０により、密
閉収容室４５内の酸素ガスを吸収して密閉収容室４５内
を減圧することができる。さらに、酸素吸収用金属膜５
０を自己発熱させることで、該金属膜５０を再活性化す
ることができ、前述した第１の実施例と同様の効果を得
ることができる。

【００８９】なお、前記各実施例による酸素吸収用金属
膜３２（５０）は、電気的に抵抗を持たせて自己発熱さ
せるために、ジグザグ状に形成したが、本発明はこれに
限らず、うず巻き状、螺旋状でもよく、要は金属膜に電
気的抵抗を持たせる形状であればよい。

【００９０】また、前記各実施例では、ガラス基板５
（４４）の凹陥部５Ｂ（４４Ｂ）に酸素吸収用金属膜３
２（５０）を設けるものとして説明したが、本発明はこ
れに限らず、シリコン基板２（４２）に酸素吸収用金属
膜を蒸着して設けてもよい。

【００９１】また、前記各実施例では、酸素吸収用金属
膜３２（５０）をガラス基板５（４３，４４）に蒸着す
るものとしたが、本発明はこれに限らず、酸素吸収用金
属膜３２（５０）をガラス基板５（４３，４４）に溶着
または塗着してもよい。

【００９２】また、前記各実施例では、外力検出装置と
して角速度検出装置３１（４１）を例示したが、本発明
はこれに限らず、加速度検出装置にも適用できる。

【００９３】さらに、前記各実施例では、角速度検出装
置３１（４１）の製造方法において、接合工程と酸素吸
収工程の両方を含むものを例に挙げて説明したが、本発
明はこれに限らず、酸素吸収工程は必ずしも必須ではな
く、金属膜発熱工程のみでもよい。

【００９４】

【発明の効果】以上詳述したとおり、請求項１に係る発
明によれば、密閉室内に位置してガラス基板とシリコン
基板のうち少なくともいずれか一方の基板の表面に、外
部から電流を印加することにより自己発熱する機能を有
する酸素吸収用金属膜を設け、密閉室内の酸素を該酸素
吸収用金属膜によって吸収する構成としたから、検出部
を最適な減圧雰囲気中に封止することができ、外力の検
出感度を向上させることができる。しかも、酸素吸収用
金属膜は、外部から電流が印加することにより自己発熱
して再活性化させることができるから、封止後であって
も密閉室内の酸素を確実に吸収することができる。

【００９５】請求項２に係る発明によれば、酸素吸収用
金属膜を、前記基板の表面に金属を蒸着することにより
設ける構成としたから、外力検出装置の製造過程におい
て、基板に酸素吸収用金属膜を蒸着するという簡単な手
段で、密閉室内の酸素を酸素吸収用金属膜で吸収でき、
密閉室内を減圧することができる。これにより、外力検
出装置の生産性の悪化、コストの上昇を防止でき、か
つ、外力検出装置の検出性能を高めることができる。ま
た、酸素吸収用金属膜を微細な薄膜として設けることが
でき、角速度検出装置の小型化を図ることができる。

【００９６】請求項３に係る発明によれば、酸素吸収用
金属膜を、ジルコニウム，モリブデン，アルミ，チタ
ン，バナジウム，タンタル，タングステンの中から選択
された金属で形成したから、酸素吸収用金属膜の酸化に
よって、密閉室内の酸素を酸素吸収用金属膜で吸収する
ことができ、密閉室を減圧することができると共に、該
酸素吸収用金属膜を基板に蒸着して設けることができ、
該酸素吸収用金属膜を薄膜化することができる。

【００９７】請求項４に係る発明は、シリコン基板を、
低抵抗なシリコン材料によって形成したから、シリコン
基板とガラス基板との接合に、陽極接合を用いることが
できる。

【００９８】請求項５による外力検出装置の製造方法に
よれば、金属膜形成工程において、ガラス基板の凹陥部
内面に酸素吸収用金属膜を蒸着し、ぞの後、接合工程に
おいて、シリコン基板とガラス基板とを減圧雰囲気中で
陽極接合する温度まで加熱して陽極接合することによ
り、ガラス基板から発生して密閉室内に残留しよとする
酸素を、酸素吸収用金属膜によって吸収することがで
き、密閉室内を減圧させることができる。

【００９９】次いで、接合工程では、ガラス基板の凹陥
部内に検出部が収容されるようにシリコン基板の接合面
とガラス基板の接合面とを衝合させ、シリコン基板とガ
ラス基板とを減圧雰囲気中で接合温度まで加熱して陽極
接合する。このとき、ガラス基板から酸素が発生し、シ
リコン基板とガラス基板との間に形成された密閉室内
に、この酸素が封じ込まれるて残留しようとするが、こ
の残留しようとする酸素を酸素吸収用金属膜の酸化によ
って吸収し、密閉空間内を減圧することができる。

【０１００】さらに、前記接合工程により接合された後
に、密閉室内に位置した酸素を吸収するために、酸素吸
収用金属膜に外部から電流を印加して自己発熱させる金
属膜発熱工程を設ける構成としたから、例えば酸素吸収
用金属膜の表面が酸化してしまって酸素ガスの吸収が限
界となったときでも、該酸素吸収用金属膜に電流を外部
から印加して該金属膜を自己発熱させることにより、該
酸素吸収用金属膜を再活性化して酸素を吸収することが
でき、密閉室内をより一層減圧させることができる。

【０１０１】請求項６の発明によれば、前記接合工程に
より接合されたシリコン基板とガラス基板とを前記接合
温度よりも高く、ガラス基板の軟化点温度よりも低い温
度に加熱し、シリコン基板とガラス基板との間に形成さ
れた密閉室内の酸素を酸素吸収用金属膜の酸化により吸
収する酸素吸収工程を設ける構成としたから、酸素吸収
用金属膜の酸化をさらに促進させ、密閉室内の酸素を酸
素吸収用金属膜の酸化によりさらに吸収でき、密閉室内
をより一層減圧させることができる。

【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検出装置を
示す断面図である。

【図２】ガラス基板上に形成された酸素吸収用金属膜を
拡大して示す平面図である。

【図３】角速度検出部形成工程を示す断面図である。

【図４】凹陥部形成工程を示す断面図である。

【図５】金属膜形成工程を示す断面図である。

【図６】接合工程を示す断面図である。

【図７】酸素吸収工程を示す断面図である。

【図８】第１の実施例による変形例を示す角速度検出装
置の断面図である。

【図９】本発明の第２の実施例による角速度検出装置を
示す断面図である。

【図１０】従来技術による角速度検出装置を示す分解斜
視図である。

【図１１】図１０中の角速度検出装置をシリコン基板に
ガラス基板を接合した状態で矢示XI−XI方向からみた断
面図である。

【図１２】従来技術による酸素吸収部材を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

３，４６ 角速度検出部（検出部） ４，４′ 枠部 ５，４３，４４ ガラス基板 ６ 密閉室 ３１，４１ 角速度検出装置（外力検出装置） ３２，５０ 酸素吸収金属膜 ４２ シリコン基板（シリコン基板） ４５ 密閉収容室（密閉室）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板と、該シリコン基板に陽極
   接合して設けられたガラス基板と、前記シリコン基板と
   該ガラス基板との間に形成された密閉室と、該密閉室内
   に収容され外力が作用したときの変位を検出する検出部
   とからなる外力検出装置において、 前記密閉室内に位置して前記ガラス基板と前記シリコン
   基板のうち少なくともいずれか一方の基板の表面に酸素
   吸収用金属膜を設け、該酸素吸収用金属膜は外部から電
   流を印加することによって自己発熱し、前記密閉室内の
   酸素を吸収する構造としたことを特徴とする外力検出装
   置。
2. 【請求項２】 前記酸素吸収用金属膜は、前記基板の表
   面に金属を蒸着することにより設けてなる請求項１に記
   載の外力検出装置。
3. 【請求項３】 前記酸素吸収用金属膜は、ジルコニウ
   ム，モリブデン，アルミ，チタン，バナジウム，タンタ
   ル，タングステンの中から選択された金属である請求項
   １または２に記載の外力検出装置。
4. 【請求項４】 前記シリコン基板は、導電性をもった低
   抵抗な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記載の外力検出装置。
5. 【請求項５】 シリコン基板に外力を検出する検出部を
   形成する検出部形成工程と、 ガラス基板の接合面に凹陥部を形成する凹陥部形成工程
   と、 該凹陥部形成工程により形成された前記ガラス基板の凹
   陥部内面に酸素吸収用金属膜を形成する金属膜形成工程
   と、 前記酸素吸収用金属膜を形成したガラス基板の凹陥部内
   に前記検出部が収容されるように導電性基板の接合面と
   ガラス基板の接合面とを衝合させ、該導電性基板と該ガ
   ラス基板とを減圧雰囲気中で接合温度まで加熱して陽極
   接合する接合工程と、 該接合工程により前記導電性基板とガラス基板とを接合
   した後に、密閉室内に位置した酸素を吸収するために、
   前記酸素吸収用金属膜に外部から電流を印加して自己発
   熱させる金属膜発熱工程とからなる外力検出装置の製造
   方法。
6. 【請求項６】 前記接合工程により接合された前記シリ
   コン基板とガラス基板とを前記接合温度よりも高く、ガ
   ラス基板の軟化点温度よりも低い温度に加熱し、前記導
   電性基板とガラス基板との間に形成された密閉室内の酸
   素を前記酸素吸収用金属膜の酸化により吸収する酸素吸
   収工程とを含む請求項５記載の外力検出装置の製造方
   法。