JP2010281789A - 静電型デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 陽極接合時に可動部とガラス基板とが接合するのを防止する。
【解決手段】 第１，第２のガラス基板２，３の間に、厚さ方向に変位可能な可動部６を備えたシリコン基板４を挟む。第２のガラス基板３のキャビティ３Ａ内には、可動部６と対向した固定電極９を設けると共に、可動部６と電気的に接続されて固定電極９を取囲む同電位電極１０を設ける。また、キャビティ３Ａの底面には、層間絶縁膜１１を挟んで固定電極９および同電位電極１０と対向した下地電極１２を設ける。下地電極１２は、固定電極９に接続された第１の電極部１２Ａと、同電位電極１０と接続された第２の電極部１２Ｂとを備える。そして、第２の電極部１２Ｂは固定電極９および同電位電極１０の間の隙間Ｇを覆い、隙間Ｇと対向した部分はシールド部１３を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば加速度センサ、角速度センサ等に好適に用いられる静電型デバイスに関する。

一般に、静電型デバイスとして、ガラス基板の表面にシリコン基板を設け、該シリコン基板に厚さ方向に変位可能な可動部を形成すると共に、ガラス基板に該可動部と対向した固定電極を設けた加速度センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。この加速度センサでは、可動部と固定電極との間の静電容量を検出することによって、センサに作用した加速度を検出する構成となっている。

また、特許文献１による加速度センサでは、ガラス基板には固定電極の周囲に位置して可動部と同電位となる同電位電極を設けている。これにより、ガラス基板とシリコン基板とを陽極接合するときに、可動部がガラス基板に接合するのを防止している。

特開平５−１７２８４６号公報

ところで、上述した特許文献１に記載された加速度センサでは、陽極接合時に可動部とガラス基板との間に生じる静電力を、同電位電極を用いて遮断している。しかし、固定電極と同電位電極とは、互いに絶縁する必要があるから、固定電極と同電位電極との間には隙間が生じると共に、該隙間にはガラス基板が露出する。このため、ガラス基板の露出している箇所と可動部との間には静電力が作用するから、陽極接合時にガラス基板の露出している箇所に可動部が接触して、可動部とガラス基板とが接合される虞れがある。

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、本発明の目的は、陽極接合時に可動部とガラス基板とが接合するのを防止することができる静電型デバイスを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、ガラス基板と、該ガラス基板に設けられ厚さ方向に変位可能な可動部を有するシリコン基板と、前記ガラス基板に設けられ前記可動部と対向した位置に配置された固定電極と、該固定電極と絶縁されて前記ガラス基板に設けられ前記可動部と同電位となる同電位電極とを備えた静電型デバイスに適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記固定電極と同電位電極との間には水平方向の隙間を形成し、前記固定電極および同電位電極のうち厚さ方向に対して前記可動部と反対側となる位置には、層間絶縁膜を挟んで前記固定電極および同電位電極と対向した下地電極を設け、該下地電極は、前記固定電極と同電位電極との間の隙間を覆い、前記固定電極および同電位電極のうちいずれか一方に電気的に接続されたシールド部を備える構成としたことにある。

請求項２の発明では、前記下地電極は、前記固定電極に電気的に接続された第１の電極部と、前記同電位電極に接続された第２の電極部とからなり、前記シールド部は、前記第１の電極部を用いて形成している。

請求項３の発明では、前記下地電極は、前記シールド部を含めた全体が前記同電位電極に接続されている。

また、請求項４の発明が採用する構成の特徴は、前記固定電極は、少なくともその周縁部分が絶縁膜を挟んで前記同電位電極と厚さ方向で重なり合う構成としたことにある。

請求項１の発明によれば、固定電極および同電位電極のうち厚さ方向に対して可動部と反対側となる位置には層間絶縁膜を挟んで対向した下地電極を設けると共に、該下地電極には、固定電極と同電位電極との間の隙間を覆うシールド部を形成した。このため、シールド部を固定電極および同電位電極のうちいずれか一方に電気的に接続することによって、シールド部を用いて陽極接合時に固定電極と同電位電極との間の隙間で生じる静電力を確実に遮断することができる。これにより、可動部とガラス基板との接合を防止して、製造時の歩留まりを向上することができる。

請求項２の発明によれば、固定電極に電気的に接続された第１の電極部を用いてシールド部を形成したから、固定電極の面積を実質的に大きくすることができる。これにより、固定電極およびシールド部と可動部との間の静電容量を大きくすることができ、可動部の変位の検出感度を高めることができる。

請求項３の発明によれば、下地電極はシールド部を含めた全体が同電位電極に接続される構成としたから、外部からのノイズを下地電極全体で遮断することができ、耐ノイズ性能を高めることができる。

また、請求項４の発明によれば、固定電極は少なくともその周縁部分が絶縁膜を挟んで同電位電極と厚さ方向で重なり合う構成としたから、固定電極および同電位電極でガラス基板を隙間なく覆うことができる。このため、陽極接合時にガラス基板と可動部との間に生じる電界を、固定電極および同電位電極で確実に遮断することができ、可動部とガラス基板との接合を防止して、製造時の歩留まりを向上することができる。

本発明の第１の実施の形態による加速度センサを示す分解斜視図である。 図１中の加速度センサを示す縦断面図である。 加速度センサを図２中の矢示III−III方向からみた断面図である。 固定電極、同電位電極等を図２中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。 第１のガラス基板接合工程により第１のガラス基板にシリコン基板を接合した状態を示す縦断面図である。 表面研磨工程によりシリコン基板の表面を研磨した状態を示す縦断面図である。 可動部形成工程によりシリコン基板に支持部、可動部、支持梁等を形成した状態を示す縦断面図である。 第２のガラス基板形成工程により第２のガラス基板に固定電極、同電位電極、下地電極等を形成した状態を示す縦断面図である。 第２のガラス基板接合工程によりシリコン基板に第２のガラス基板を接合する状態を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態による加速度センサを示す図２と同様な位置の縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態による加速度センサを示す図２と同様な位置の縦断面図である。 第４の実施の形態による角速度センサを第２のガラス基板を除いた状態で示す平面図である。 図１２中の角速度センサの要部を拡大して示す平面図である。 角速度センサを図１２中の矢示XIV−XIV方向からみた断面図である。 角速度センサを検出質量部がＺ軸方向に振動した状態で示す図１４と同様位置の断面図である。 第２のガラス基板を図１４中の矢示XVI−XVI方向からみた断面図である。 固定側検出電極および層間絶縁膜を省いた状態で第２のガラス基板を示す図１６と同様位置の断面図である。 角速度センサを示す模式的な説明図である。 角速度センサを駆動質量部が振動した状態で示す模式的な説明図である。 角速度センサの振動制御回路および角速度検出回路を示す回路構成図である。 本発明の第５の実施の形態による加速度センサを示す図２と同様な位置の縦断面図である。 変形例による加速度センサを示す図２と同様な位置の縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態による静電型デバイスを、添付図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１ないし図９は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、静電型デバイスとして加速度センサを例に挙げて述べる。

図中、加速度センサ１は、第１，第２のガラス基板２，３と、これらのガラス基板２，３に挟まれたシリコン基板４によって形成されている。ここで、ガラス基板２，３は、例えば絶縁性を有するガラス材料等からなり、数ミリ程度の大きさの四角形状に形成されている。

また、第２のガラス基板３のうちシリコン基板４と対向した裏面（対向面）側には、その中央部分に位置して厚さ方向に窪んだ四角形状のキャビティ３Ａが形成されている。そして、ガラス基板２，３の間には、キャビティ３Ａと対応した位置に後述の可動部６を収容する収容空間Ｓが画成されている。このとき、第２のガラス基板３は、収容空間Ｓを施蓋する蓋体を構成している。また、ガラス基板２，３およびシリコン基板４は、互いに直交する３軸方向をＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸としたときに、例えばＸ軸およびＹ軸に沿って水平方向に広がっている。

一方、シリコン基板４は、例えば導電性を有する低抵抗なシリコン材料を用いて形成されている。そして、シリコン基板４には、後述する支持部５、可動部６、支持梁７、電極支持部８が形成されている。

支持部５は、シリコン基板４に形成され、第１，第２のガラス基板２，３に接合されて固定されている。また、支持部５は、例えばガラス基板２，３の周縁に沿って延びる四角形の枠状に形成された支持枠部５Ａと、該支持枠部５Ａから中央側に向けて突出した連結固定部５Ｂとによって構成されている。

ここで、支持枠部５Ａは、可動部６、支持梁７等を取囲んでいる。そして、支持枠部５Ａは、数十μｍ程度の厚さ寸法を有し、ガラス基板２，３に接合されている。これにより、支持枠部５Ａは、ガラス基板２，３の間に可動部６等を収容する気密状態の収容空間Ｓを保持している。一方、連結固定部５Ｂは、例えばＸ軸方向の一側に配置されると共に、支持枠部５Ａに接続されている。

可動部６は、シリコン基板４に形成され、後述の支持梁７を用いて連結固定部５Ｂに支持されている。この可動部６は、ガラス基板２，３の中央側に配置され、厚さ方向（Ｚ軸方向）に変位可能な状態となっている。ここで、可動部６は、例えば四角形の平板状に形成され、支持部５よりも小さい厚さ寸法を有している。

そして、可動部６はガラス基板２，３と間隔をもって対面し、可動部６とガラス基板２，３との間にはそれぞれ隙間が形成されている。これにより、可動部６は、加速度による慣性力に応じて厚さ方向に変位する。また、可動部６は、支持部５等と一緒に低抵抗なシリコン材料を用いて形成され、後述の支持梁７を通じて連結固定部５Ｂに電気的に接続されている。これにより、可動部６は、厚さ方向の位置に応じて後述の固定電極９との間の静電容量が変化する可動側の検出電極を構成している。また、可動部６には、厚さ方向に貫通した複数の貫通孔６Ａが形成されている。

支持梁７は、可動部６と支持部５との間に例えば２本設けられ、厚さ方向に変位可能となるように可動部６を片持ち状態で支持している。これらの支持梁７は、例えばクランク状に屈曲した梁として形成され、ガラス基板２，３の間に位置して水平方向に延びると共に、これらのガラス基板２，３から垂直方向（厚さ方向）に離間している。

また、各支持梁７は、基端側が連結固定部５Ｂに連結され、先端側が可動部６に連結されている。そして、支持梁７は、可動部６がガラス基板２，３に向けて変位するときに、垂直方向に対して捩れ変形または撓み変形するものである。さらに、支持梁７は、例えば可動部６と同じ厚さ寸法を有している。これにより、支持梁７は、垂直方向に向けて容易に変形できる構成となっている。

電極支持部８は、シリコン基板４に形成され、支持部５と同様にガラス基板２，３に接合されて固定されている。但し、電極支持部８は、支持部５から離間し、支持部５と絶縁されている。また、電極支持部８は、例えば四角形の島状に形成され、Ｘ軸方向の他側に配置されている。そして、電極支持部８は、後述する固定電極９に電気的に接続されている。

固定電極９は、可動部６と対向する位置で第２のガラス基板３の裏面側に設けられている。この固定電極９は、ガラス基板３のキャビティ３Ａ内に配置されると共に、後述の下地電極１２および層間絶縁膜１１を挟んでガラス基板３のキャビティ３Ａの底面と対面している。また、固定電極９は、例えばプラチナ／クロム（Pt/Cr）、金／クロム（Au/Cr）、プラチナ／チタン（Pt/Ti）等の導電性の金属薄膜によって形成されている。

一方、固定電極９は、ほぼ全面に亘って可動部６と対面すると共に、Ｘ軸方向の他側に向けて延びる配線部９Ａを備えている。この配線部９Ａの先端は、電極支持部８に接触している。これにより、固定電極９は、電極支持部８を通じて後述する固定側引出電極１６に接続されている。そして、固定電極９は、厚さ方向に対する可動部６の変位を検出する固定側の検出電極を構成している。

同電位電極１０は、第２のガラス基板３の裏面側に設けられ、固定電極９と同様に層間絶縁膜１１の裏面に設けられている。この同電位電極１０は、例えば固定電極９と同じ導電性の金属薄膜を用いて形成され、後述の下地電極１２および層間絶縁膜１１を挟んでガラス基板３のキャビティ３Ａの底面と対面している。また、同電位電極１０は、固定電極９を取囲むＣ字状に形成されると共に、固定電極９との間には水平方向の隙間Ｇが形成されている。このため、同電位電極１０と固定電極９とは、互いに絶縁されている。

一方、同電位電極１０は、Ｘ軸方向の一側に向けて延びる配線部１０Ａを備えている。この配線部１０Ａの先端は、支持部５の連結固定部５Ｂに接触している。即ち、同電位電極１０は、支持部５、支持梁７を通じて可動部６に電気的に接続され、可動部６と同電位となっている。これにより、同電位電極１０は、陽極接合時に可動部６とガラス基板３との間に静電力が作用するのを防止し、可動部６がガラス基板３に付着して固定させるのを防止するスティッキング防止電極を構成している。また、同電位電極１０は、固定電極９と厚さ方向の同じ位置に配置され、固定電極９と一緒に可動部６側に露出した最表層電極層を形成している。

層間絶縁膜１１は、例えば酸化シリコン（SiO₂）、窒化シリコン（SiN）等の絶縁材料によって形成され、固定電極９と同電位電極１０からなる最表層電極層と後述の下地電極１２（下地電極層）との間に設けられている。ここで、層間絶縁膜１１は、ガラス基板３のキャビティ３Ａ内に設けられると共に、下地電極１２を全面に亘って覆っている。また、層間絶縁膜１１には、固定電極９と対向した位置に第１の貫通孔１１Ａが形成されると共に、同電位電極１０と対向した位置に第２の貫通孔１１Ｂが形成されている。

下地電極１２は、ガラス基板３のキャビティ３Ａの底面に設けられ、層間絶縁膜１１によって覆われている。この下地電極１２は、相互の間が絶縁された第１，第２の電極部１２Ａ，１２Ｂによって下地電極層を構成している。ここで、第１の電極部１２Ａは、固定電極９と対向した位置に配置され、例えば固定電極９よりも小さい面積をもって形成されている。そして、第１の電極部１２Ａは、第１の貫通孔１１Ａを通じて固定電極９に対して電気的に接続されている。

一方、第２の電極部１２Ｂは、同電位電極１０と対向した位置に配置され、同電位電極１０と同様にＣ字状に形成されている。また、第２の電極部１２Ｂは、第２の貫通孔１１Ｂを通じて同電位電極１０に対して電気的に接続されている。

そして、第２の電極部１２Ｂは、固定電極９と同電位電極１０との間の隙間Ｇを覆っている。これにより、第２の電極部１２Ｂのうち隙間Ｇと対向した部分はシールド部１３を構成し、該シールド部１３は、陽極接合時にガラス基板３と可動部６との間で発生する静電力を遮断し、可動部６がガラス基板３側に引き寄せられて付着するのを防止している。

ストッパ１４は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁材料によって形成され、固定電極９および同電位電極１０の裏面（露出面）にそれぞれ複数個設けられている。そして、ストッパ１４は、可動部６に向けて突出し、可動部６と固定電極９および同電位電極１０とが接触するのを防止し、これらが電気的に短絡するのを防止している。

可動側引出電極１５は、第２のガラス基板３のうち連結固定部５Ｂと対応した位置に配置され、連結固定部５Ｂおよび支持梁７を通じて可動部６に電気的に接続されている。そして、可動部用引出電極１５は、例えばレーザー加工、サンドブラスト法、マイクロブラスト法等を用いることによってガラス基板３に厚さ方向に貫通した信号用のビアホール（スルーホール）を穿設し、このスルーホール内に銅（Cu）、アルミニウム（Al）等の導電性の金属膜を設けることによって形成されている。

固定側引出電極１６は、第２のガラス基板３のうち電極支持部８と対応した位置に配置され、電極支持部８を通じて固定電極９に電気的に接続されている。そして、固定側引出電極１６は、可動側引出電極１５と同様に、基板２，３を貫通したスルーホール内に銅（Cu）等の導電性の金属膜を設けることによって形成されている。

また、引出電極１５，１６は、外部の検出回路等に接続される。そして、検出回路は、引出電極１５，１６間の静電容量に応じた信号を検出する。この検出信号の出力は可動部６の変位に応じて変化するから、検出回路は、この検出信号の出力を用いて、加速度センサ１に作用する加速度を検出することができる。

本実施の形態による加速度センサ１は上述のように構成されるもので、次にその作動について説明する。

まず、加速度センサ１に加速度が作用すると、可動部６は慣性力によってガラス基板２，３の厚さ方向に変位する。このとき、可動部６と固定電極９との間の静電容量Ｃ1が増加または減少する。このため、外部の検出回路は、引出電極１５，１６を用いて可動部６と固定電極９との間の静電容量Ｃ1に応じた信号を検出し、この検出信号を用いて、加速度センサ１に作用する加速度を検出する。

次に、図５ないし図９を参照しつつ、加速度センサ１の製造方法について説明する。

まず、図５に示す第１のガラス基板接合工程では、加工前のシリコン基板２１を用意する。そして、シリコン基板２１の裏面側にエッチング処理等を施して、凹陥部２１Ａを形成する。このとき、凹陥部２１Ａの露出面には、保護膜として例えばアルミニウム等からなる薄い金属膜を設ける構成としてもよい。そして、この状態で、例えば陽極接合法等を用いて、シリコン基板２１の裏面側を第１のガラス基板２に接合する。

次に、図６に示す表面研磨工程では、例えば図５中に二点鎖線で示す位置までシリコン基板２１の表面側に研削、研磨処理を施し、シリコン基板２１を薄く加工する。これにより、例えば数十μｍ程度の厚さ寸法をもったシリコン基板２２が形成される。その後、シリコン基板２２の表面には、連結固定部５Ｂおよび電極支持部８となる位置に導電性の金属薄膜からなるコンタクト部２３を形成する。具体的には、コンタクト部２３は、例えば厚さが８０ｎｍのプラチナと厚さが２０ｎｍのクロムを積層したプラチナ／クロムの金属薄膜によって形成されている。そして、コンタクト部２３は、固定電極９および連結固定部５Ｂに強く密着した密着層を形成し、同電位電極１０と電極支持部８との電気的な接続を高めるものである。

次に、図７に示す可動部形成工程では、シリコン基板２２の表面にフォトレジスト等を塗布して、所定のパターニングを行い、支持部５、可動部６、支持梁７等に対応した位置にマスクを形成する。この状態で、シリコン基板２２が貫通するまでシリコン基板２２の表面からエッチング処理を施し、シリコン基板２２のうち不要な部分を除去する。これにより、支持部５、可動部６および支持梁７を備えたシリコン基板４が形成される。なお、シリコン基板２２の凹陥部２１Ａに保護膜を形成した場合には、シリコン基板２２のエッチング処理の後に、保護膜を除去するための他のエッチング処理を行う。そして、可動部形成工程が終了すると、可動部６は厚さ方向に変位可能な状態となる。

一方、図８に示す第２のガラス基板形成工程では、加速度センサ１の第２のガラス基板３となる絶縁性のガラス基板２４を用意する。そして、ガラス基板２４の裏面には、例えばクロム（Cr）、金（Au）等の金属マスクを通じてバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたエッチング処理を行う。これにより、ガラス基板２４の裏面には、キャビティ３Ａが形成される。次に、キャビティ３Ａの底面に、例えばスパッタ、蒸着法等を用いてクロム、チタン等の導電性の金属薄膜を形成し、該金属薄膜にパターニングを施して下地電極１２を形成する。

その後、下地電極１２を覆って例えば酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁材料からなる層間絶縁膜１１を形成する。このとき、層間絶縁膜１１にも、パターニングを施して下地電極１２の第１，第２の電極部１２Ａ，１２Ｂと対応した位置に貫通孔１１Ａ，１１Ｂをそれぞれ形成する。さらに、層間絶縁膜１１の裏面には、プラチナ／クロム等の導電性の金属薄膜を形成し、該金属薄膜にパターニングを施すことによって固定電極９および同電位電極１０を形成する。このとき、固定電極９は貫通孔１１Ａを通じて第１の電極部１２Ａに電気的に接続され、同電位電極１０は貫通孔１１Ｂを通じて第２の電極部１２Ｂに電気的に接続される。以上の工程によって、固定電極９、同電位電極１０、下地電極１２等を備えた第２のガラス基板３が形成される。

次に、図９に示す第２のガラス基板接合工程では、シリコン基板４に第２のガラス基板３を積み重ねた状態で、これらを陽極接合法を用いて接合する。具体的には、シリコン基板４の表面に第２のガラス基板３の裏面側を接触させた状態で、これらの第１，第２のガラス基板２，３およびシリコン基板４を例えば導電性金属材料からなる一対の電極治具２５Ａ，２５Ｂの間に挟む。

このとき、第１のガラス基板２の裏面には電極治具２５Ａによって電圧源２６から正側の電圧Ｖ＋が印加されるから、この電圧Ｖ＋は第１のガラス基板２内の抵抗Ｒを通じてシリコン基板４に供給される。このため、シリコン基板４は、抵抗Ｒ分だけ電位が下がるが、シリコン（Si）全体に亘って正の電位で、かつ同電位となる。一方、第２のガラス基板３の表面には電極治具２５Ｂによって電圧源２６から負側の電圧Ｖ−（例えばグランド電圧）が印加されるから、これにより、シリコン基板４と第２のガラス基板３との間に静電力が作用して強く引き付け合い、支持部５および電極支持部８は第２のガラス基板３に接合される。

この結果、第１，第２のガラス基板２，３間には気密状態の収容空間Ｓが画成されると共に、収容空間Ｓ内には可動部６が配置される。そして、可動部６は、厚さ方向に変位可能な状態でガラス基板２，３の固定電極９と対向した位置に配置される。また、固定電極９、同電位電極１０とコンタクト部２３とは、陽極接合時の静電力によって例えば互いのプラチナが強く押付けられて接触する。これにより、固定電極９は電極支持部８に電気的に接続され、同電位電極１０は連結固定部５Ｂに電気的に接続される。

最後に、第２のガラス基板２のうち連結固定部５Ｂおよび電極支持部８と対応した位置にスルーホールを形成し、このスルーホール内に銅（Cu）、アルミニウム（Al）等の導電性の金属膜を設ける。これにより、可動部６に接続された可動側引出電極１５と、固定電極９に接続された固定側引出電極１６とがそれぞれ形成され、加速度センサ１が完成する（図２参照）。

然るに、固定電極９はシリコン基板４の電極支持部８に接続され、同電位電極１０はシリコン基板４の連結固定部５Ｂに接続されている。このため、シリコン基板４に第２のガラス基板３を接合する陽極接合時（第２のガラス基板接合工程）に、シリコン基板４と第２のガラス基板３との間に電位差が生じても、固定電極９および同電位電極１０は可動部６と同じ電位となる。この結果、可動部６と固定電極９との間の静電容量Ｃ1に静電力が作用することはないのに加え、可動部６と同電位電極１０との間の静電容量Ｃ2に静電力が作用することもない。

一方、従来技術のように、下地電極１２を設けない場合には、固定電極９と同電位電極１０との間の隙間Ｇでガラス基板３が露出するから、陽極接合時にこの隙間Ｇの部分と可動部６との間の静電容量Ｃ3には静電力が作用する。このとき、可動部６はその厚さ方向に変位可能に形成されるので、僅かな力が作用したときでも容易に変形する傾向がある。さらに、電極治具２５Ｂを下側に配置した状態、即ち第２のガラス基板３を裏返した状態で陽極接合を行うこともあり、この場合には可動部６はその重さによってガラス基板３側に近付く。このため、従来技術では、可動部６がガラス基板３側に変位して隙間Ｇの部分でガラス基板３に接合される虞れがあった。

これに対し、本実施の形態では、固定電極９および同電位電極１０と層間絶縁膜１１を介して対向した下地電極１２を設け、該下地電極１２によって隙間Ｇを覆う構成とした。このとき、下地電極１２は固定電極９および同電位電極１０のいずれかに電気的に接続されているから、下地電極１２も可動部６と同じ電位となっている。このため、下地電極１２によって隙間Ｇの部分での陽極接合時の電界を遮断することができるから、可動部６とガラス基板３との接合を防止することができる。

かくして、本実施の形態では、第２のガラス基板３には固定電極９および同電位電極１０と層間絶縁膜１１を挟んで対向した下地電極１２を設けると共に、該下地電極１２には、固定電極９と同電位電極１０との間の隙間Ｇを覆うシールド部１３を形成した。このため、シールド部１３を同電位電極１０に電気的に接続することによって、シールド部１３を用いて陽極接合時に固定電極９と同電位電極１０との間の隙間Ｇで生じる静電力を確実に遮断することができる。これにより、可動部６とガラス基板３との接合を防止して、製造時の歩留まりを向上することができる。

次に、図１０は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、下地電極のうち固定電極に電気的に接続された第１の電極部を用いてシールド部を形成したことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態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。

第２の実施の形態による加速度センサ３１は、第１の実施の形態による加速度センサ１とほぼ同様に、第１，第２のガラス基板２，３と、これらのガラス基板２，３に挟まれたシリコン基板４とによって形成されている。そして、シリコン基板４には、支持部５、可動部６、支持梁７等が形成されると共に、第２のガラス基板３には、固定電極９および同電位電極１０が設けられている。

下地電極３２は、ガラス基板３のキャビティ３Ａの底面に設けられ、層間絶縁膜１１によって覆われている。この下地電極３２は、相互の間が絶縁された第１，第２の電極部３２Ａ，３２Ｂによって下地電極層を構成している。ここで、第１の電極部３２Ａは、固定電極９と対向した位置に配置され、例えば固定電極９よりも大きい面積をもって形成されている。そして、第１の電極部３２Ａは、第１の貫通孔１１Ａを通じて固定電極９に対して電気的に接続されている。

一方、第２の電極部３２Ｂは、同電位電極１０と対向した位置に配置され、同電位電極１０と同様にＣ字状に形成されている。また、第２の電極部３２Ｂは、第２の貫通孔１１Ｂを通じて同電位電極１０に対して電気的に接続されている。

そして、第１の電極部３２Ａは、固定電極９と同電位電極１０との間の隙間Ｇを覆っている。これにより、第１の電極部３２Ａのうち隙間Ｇと対向した部分は、隙間Ｇの位置でガラス基板３と可動部６との間の電界を遮断するシールド部３３を構成している。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、固定電極９に電気的に接続された第１の電極部３２Ａを用いてシールド部３３を形成したから、固定電極９の面積を実質的に大きくすることができる。これにより、固定電極９およびシールド部３３と可動部６との間の静電容量を大きくすることができ、可動部６の変位の検出感度を高めることができる。

次に、図１１は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、下地電極は、シールド部を含めた全体が同電位電極に接続される構成としたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態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。

第３の実施の形態による加速度センサ４１は、第１の実施の形態による加速度センサ１とほぼ同様に、第１，第２のガラス基板２，３と、これらのガラス基板２，３に挟まれたシリコン基板４とによって形成されている。そして、シリコン基板４には、支持部５、可動部６、支持梁７等が形成されると共に、第２のガラス基板３には、固定電極９および同電位電極１０が設けられている。

層間絶縁膜４２は、第１の実施の形態による層間絶縁膜１１とほぼ同様に形成され、後述の下地電極４３を覆ってガラス基板３のキャビティ３Ａ内に設けられている。そして、層間絶縁膜４２は固定電極９と同電位電極１０と下地電極４３との間に位置すると共に、層間絶縁膜４２には、同電位電極１０と対応した位置に貫通孔４２Ａが形成されている。

下地電極４３は、ガラス基板３のキャビティ３Ａの底面に設けられ、層間絶縁膜１１によって覆われている。この下地電極４３は、例えばキャビティ３Ａの底面全体を覆う単一の金属薄膜によって形成されている。そして、下地電極４３は、固定電極９よりも大きい面積をもって形成され、固定電極９および同電位電極１０と対向している。また、下地電極４３は、その全体が貫通孔４２Ａを通じて同電位電極１０に対して電気的に接続されている。そして、下地電極４３は、固定電極９と同電位電極１０との間の隙間Ｇを覆っている。これにより、下地電極４３のうち隙間Ｇと対向した部分はシールド部４４を構成している。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、下地電極４３はシールド部４４を含めた全体が同電位電極１０に接続される構成としたから、外部からのノイズを下地電極４３全体で遮断することができ、固定電極９にノイズが混入するのを防止して、耐ノイズ性能を高めることができる。

次に、図１２ないし図２０は本発明による第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、静電型デバイスとして２軸周りの角速度を検出することができる角速度センサに適用する構成としたことにある。

図において、角速度センサ５１は、第１，第２のガラス基板５２，５３と、これらのガラス基板５２，５３に挟まれたシリコン基板５４によって形成されている。そして、角速度センサ５１は、後述する駆動質量部５６〜５９、連結梁６０、接続部６１〜６４、駆動梁６５〜６８、振動発生部６９〜７２、検出質量部７４〜７７、検出梁７８〜８１、変位検出部８２〜８５、振動モニタ部９１〜９４等によって構成されている。

第１のガラス基板５２は、角速度センサ５１のベース部分を構成している。そして、ガラス基板５２は、ガラス材料を用いて四角形の平板状に形成され、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸方向のうち、例えばＸ軸およびＹ軸方向に沿って水平に延びている。

第２のガラス基板５３は、ガラス材料を用いて四角形の板状に形成され、陽極接合によってシリコン基板５４に接合されている。このガラス基板５３は、駆動質量部５６〜５９、連結梁６０、接続部６１〜６４、駆動梁６５〜６８等を施蓋する蓋体を構成している。また、ガラス基板５３には、検出質量部７４〜７７等との対向面（裏面）側に、略円形状に凹陥したキャビティ５３Ａが形成されている。そして、キャビティ５３Ａは、駆動質量部５６〜５９、連結梁６０、接続部６１〜６４、駆動梁６５〜６８、検出質量部７４〜７７、検出梁７８〜８１、振動発生部６９〜７２および振動モニタ部９１〜９４と対向した位置に設けられている。これにより、駆動質量部５６〜５９、検出質量部７４〜７７は、ガラス基板５３に接触することなく、振動変位することができる。

シリコン基板５４は、例えば導電性を有する低抵抗なシリコン材料を用いて形成されている。また、シリコン基板５４には、エッチング加工を施すことによって、支持部５５、駆動質量部５６〜５９、連結梁６０、接続部６１〜６４、駆動梁６５〜６８、駆動用ランド７３、検出質量部７４〜７７、検出梁７８〜８１、検出用ランド８６、振動モニタ部９１〜９４、モニタ用ランド９５、シールドランド９６等が形成されている。そして、シリコン基板５４は、例えば陽極接合によって第１，第２のガラス基板５２，５３に接合されている。

なお、シリコン基板５４に角速度センサ５１全体を取囲む封止枠を形成し、該封止枠を用いて可動部分となる支持部５５、駆動質量部５６〜５９、連結梁６０、接続部６１〜６４、駆動梁６５〜６８等を減圧雰囲気中に封止する構成としてもよい。

支持部５５は、ガラス基板５２の表面に設けられている。また、支持部５５は、ガラス基板５２のうち角隅側の４箇所にそれぞれ配置されている。そして、４つの支持部５５に取囲まれたガラス基板５２の中央側部分には、駆動質量部５６〜５９、検出質量部７４〜７７等が第１のガラス基板５２から浮いた状態で設けられている。また、後述する振動発生部６９〜７２の可動側駆動電極６９Ａ〜７２Ａ、変位検出部８２〜８５の可動側検出電極となる検出質量部７４〜７７等は、支持部５５を介してグランドに接続されている。

駆動質量部５６〜５９は、ガラス基板５２の表面と隙間をもって対向し、中心部（中心点Ｏ）に対して点対称な位置に配置されている。また、駆動質量部５６〜５９は、中心点Ｏを取囲む周方向に対して９０°毎に互いに等間隔で配置されている。このため、Ｘ軸側駆動質量部５６，５７は、Ｘ軸に沿って配置され、中心点Ｏを挟んで互いに対向している。一方、Ｙ軸側駆動質量部５８，５９は、Ｘ軸と直交したＹ軸に沿って配置され、中心点Ｏを挟んで互いに対向している。

また、駆動質量部５６〜５９は、例えば略五角形の枠状に形成されている。ここで、Ｘ軸側駆動質量部５６，５７は、Ｘ軸方向の内側部位が中心点Ｏに向けて突出し、中心点Ｏに近付くに従って幅寸法（Ｙ軸方向寸法）が徐々に小さくなっている。同様に、Ｙ軸側駆動質量部５８，５９は、Ｙ軸方向の内側部位が中心点Ｏに向けて突出し、中心点Ｏに近付くに従って幅寸法（Ｘ軸方向寸法）が徐々に小さくなっている。また、駆動質量部５６〜５９の内径側の突出部分（頂点部分）には、中心点Ｏに向けて突出した接続用腕部５６Ａ〜５９Ａが設けられている。このとき、接続用腕部５６Ａ〜５９Ａは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれの方向にも撓み変形しないように、高い剛性を有している。そして、接続用腕部５６Ａ〜５９Ａの先端部位が、例えば駆動質量部５６〜５９がＸ−Ｙ平面上で振動するときの支点となっている。

連結梁６０は、中心点Ｏを取囲む環状に形成され、駆動質量部５６〜５９を互いに連結する。具体的には、連結梁６０は、例えば略円形の細長い枠状に形成され、Ｘ軸方向の両端側部位およびＹ軸方向の両端側部位がそれぞれ接続用腕部５６Ａ〜５９Ａの先端に接続されている。そして、駆動質量部５６〜５９がガラス基板５２と水平な状態で中心点Ｏを取囲む周方向に駆動振動したときに、連結梁６０全体が楕円形状となるように撓み変形する（図１９参照）。これにより、連結梁６０は、各駆動質量部５６〜５９の駆動振幅および位相が一致するように調整する。なお、連結梁６０は、円形に限らず、例えば四角形、８角形等の多角形状に形成してもよい。

接続部６１〜６４は、図１２および図１３に示すように、中心点Ｏを中心として放射状に延び、連結梁６０に接続されている。また、接続部６１〜６４は、周方向で隣合う２つの駆動質量部５６〜５９の間にそれぞれ位置して、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。このため、接続部６１は駆動質量部５６，５８の間に配置されると共に、接続部６２は駆動質量部５７，５９の間に配置され、これらの接続部６１，６２は、Ｘ軸に対して４５°傾斜した軸線上に位置して互いに対向している。同様に、接続部６３は駆動質量部５６，５９の間に配置されると共に、接続部６４は駆動質量部５７，５８の間に配置され、これらの接続部６３，６４は、Ｘ軸に対して−４５°傾斜した軸線上に位置して互いに対向している。これにより、接続部６１，６２と接続部６３，６４とは、互いに直交している。そして、接続部６１〜６４は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれの方向にも撓み変形しないように、高い剛性を有している。

駆動梁６５〜６８は、接続部６１〜６４の先端にそれぞれ設けられ、接続部６１〜６４と支持部５５との間を接続している。ここで、駆動梁６５〜６８は、例えば２本の折返した梁を互いに対向して配置することによって構成され、接続部６１〜６４と直交した方向に延びた細長い枠状に形成されている。そして、駆動梁６５〜６８は、接続部６１〜６４が長さ方向に変位したときに、枠内の空間が拡大、縮小するように撓み変形する。これにより、駆動梁６５〜６８は、連結梁６０が撓み変形するときに、各接続部６１〜６４を長さ方向に変位可能に支持する。

振動発生部６９〜７２は、駆動質量部５６〜５９をそれぞれ駆動振動する駆動手段を構成している。そして、振動発生部６９〜７２は、駆動質量部５６〜５９の外径側に取付けられた可動側駆動電極６９Ａ〜７２Ａと、ガラス基板５２上の駆動用ランド７３に取付けられた固定側駆動電極６９Ｂ〜７２Ｂとによって構成されている。

ここで、可動側駆動電極６９Ａは、例えば駆動質量部５６から中心点Ｏを中心とする径方向外側に向けて放射状に延びた３つの櫛歯状電極によって構成され、該櫛歯状電極には長さ方向に間隔をもって複数の電極板が配置されている。そして、可動側駆動電極６９Ａは、駆動質量部５６のうちＹ軸方向の一側に配置されている。

また、可動側駆動電極７０Ａも、可動側駆動電極６９Ａと同様に、例えば駆動質量部５７から中心点Ｏを中心とする径方向外側に向けて放射状に延びた３つの櫛歯状電極によって構成されている。但し、可動側駆動電極７０Ａは、駆動質量部５７のうちＹ軸方向の他側に配置されている。これにより、可動側駆動電極６９Ａと可動側駆動電極７０Ａとは、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。

一方、可動側駆動電極７１Ａは、例えば駆動質量部５８から中心点Ｏを中心とする径方向外側に向けて放射状に延びた２つの櫛歯状電極によって構成され、該櫛歯状電極には長さ方向に間隔をもって複数の電極板が配置されている。そして、可動側駆動電極７１Ａは、駆動質量部５８のうちＸ軸方向の一側に配置されている。

また、可動側駆動電極７２Ａも、可動側駆動電極７１Ａと同様に、例えば駆動質量部５９から中心点Ｏを中心とする径方向外側に向けて放射状に延びた２つの櫛歯状電極によって構成されている。但し、可動側駆動電極７２Ａは、駆動質量部５９のうちＸ軸方向の他側に配置されている。これにより、可動側駆動電極７１Ａと可動側駆動電極７２Ａとは、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。

また、固定側駆動電極６９Ｂ〜７２Ｂは、可動側駆動電極６９Ａ〜７２Ａと平行な状態で径方向外側に向けて延びた櫛歯状電極によって構成されている。そして、可動側駆動電極６９Ａ〜７２Ａの電極板と固定側駆動電極６９Ｂ〜７２Ｂの電極板とは、互いに隙間をもって噛合している。

また、固定側駆動電極６９Ｂ〜７２Ｂは、それぞれガラス基板５２に固定された４つの駆動用ランド７３に取付けられ、電気的に接続されている。このとき、４つの駆動用ランド７３は、例えば駆動梁６７，６８に接続された支持部５５を挟んだ位置に設けられ、支持部５５の幅方向（周方向）の両側に配置されている。これにより、固定側駆動電極６９Ｂ〜７２Ｂおよび駆動用ランド７３も、可動側駆動電極６９Ａ〜７２Ａと同様に、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。

そして、固定側駆動電極６９Ｂ，７０Ｂに同じ駆動信号（電圧信号等）を印加すると、可動側駆動電極６９Ａ，７０Ａと固定側駆動電極６９Ｂ，７０Ｂとの間には、Ｙ軸に沿って互いに逆方向の駆動力Ｆ1，Ｆ2（静電力）が発生する。これにより、駆動質量部５６，５７は、互いに逆位相でＹ軸方向に振動する。

一方、固定側駆動電極７１Ｂ，７２Ｂに同じ駆動信号（電圧信号等）を印加すると、可動側駆動電極７１Ａ，７２Ａと固定側駆動電極７１Ｂ，７２Ｂとの間には、Ｘ軸に沿って互いに逆方向の駆動力Ｆ3，Ｆ4（静電力）が発生する。これにより、駆動質量部５８，５９は、互いに逆位相でＸ軸方向に振動する。

さらに、振動発生部６９〜７２は、周方向で隣合う駆動質量部５６〜５９が逆位相となる状態で、４つの駆動質量部５６〜５９を中心部を取囲む周方向に向けて振動させる。このため、駆動質量部５６，５８が近付くときには、残余の駆動質量部５７，５９は互いに近付き、駆動質量部５６，５８と駆動質量部５７，５９とは互いに遠ざかる。一方、駆動質量部５６，５９が近付くときには、残余の駆動質量部５７，５８は互いに近付き、駆動質量部５６，５９と駆動質量部５７，５８とは互いに遠ざかる。

検出質量部７４〜７７は、駆動質量部５６〜５９の内部に位置して駆動質量部５６〜５９にそれぞれ設けられている。また、検出質量部７４〜７７は、駆動質量部５６〜５９と相似な略五角形の板状に形成されている。さらに、検出質量部７４〜７７は、径方向外側に向けて突出した接続用突出部７４Ａ〜７７Ａを備えている。そして、検出質量部７４〜７７は、接続用突出部７４Ａ〜７７Ａおよび後述の検出梁７８〜８１を介して駆動質量部５６〜５９に接続され、ガラス基板５２の表面と隙間をもって対向している。そして、検出質量部７４〜７７は、厚さ方向に変位可能な可動部を構成している。

検出梁７８〜８１は、検出質量部７４〜７７よりも径方向外側に位置して検出質量部７４〜７７と駆動質量部５６〜５９との間に設けられ、検出質量部７４〜７７をガラス基板５２の厚さ方向に変位可能に支持している。また、検出梁７８〜８１は、中心点Ｏを取囲む周方向に向けて延び、検出質量部７４〜７７がガラス基板５２の厚さ方向に変位するときに、捩れ変形する捩れ支持梁を用いて形成されている。具体的には、検出梁７８〜８１は、折返し状態でＵ字状に折れ曲がった細長い板状の梁によって形成されている。

そして、検出梁７８，７９は、駆動質量部５６，５７内に位置してＹ軸方向に延び、長さ方向の中央部分に検出質量部７４，７５の接続用突出部７４Ａ，７５Ａが取付けられている。また、検出梁８０，８１は、駆動質量部５８，５９内に位置してＸ軸方向に延び、長さ方向の中央部分に検出質量部７６，７７の接続用突出部７６Ａ，７７Ａが取付けられている。これにより、検出質量部７４〜７７は中心点Ｏに近い径方向内側部分が自由端となるから、検出梁７８〜８１は片持ち状態で検出質量部７４〜７７を支持する。

そして、Ｘ軸周りの角速度Ω1が作用したときには、Ｙ軸方向に振動する駆動質量部５６，５７には、角速度Ω1に応じてＺ軸方向（ガラス基板５２の厚さ方向）に向かうコリオリ力Ｆxが発生する。このとき、検出梁７８，７９は検出質量部７４，７５をＺ軸方向に変位可能に支持しているから、検出質量部７４，７５は、角速度Ω1に応じてＺ軸方向に振動する。

一方、Ｙ軸周りの角速度Ω2が作用したときには、Ｘ軸方向に振動する駆動質量部５８，５９には、角速度Ω2に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリ力Ｆyが発生する。このとき、検出梁８０，８１は検出質量部７６，７７をＺ軸方向に変位可能に支持しているから、検出質量部７６，７７は、角速度Ω2に応じてＺ軸方向に振動する。

変位検出部８２〜８５は、検出質量部７４〜７７が第２のガラス基板５３の厚さ方向に変位するのを検出する変位検出手段を構成している。また、変位検出部８２〜８５は、可動側検出電極としての検出質量部７４〜７７と、第２のガラス基板５３に設けられた例えば導体薄膜からなる固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａとによって構成されている。ここで、検出質量部７４〜７７と固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａとは、Ｚ軸方向で互いに対向している。

また、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａは、ガラス基板５３に固定された固定電極を構成すると共に、後述の下地電極８９および層間絶縁膜８８を挟んでガラス基板５３のキャビティ５３Ａの底面と対面している。また、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａは、検出質量部７４〜７７と対面した位置にそれぞれ配置されると共に、ガラス基板５２，５３に固定された４つの検出用ランド８６に電気的に接続されている。このとき、４つの検出用ランド８６は、駆動質量部５６〜５９の径方向外側に配置されている。これにより、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａおよび検出用ランド８６も、検出質量部７４〜７７と同様に、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。

そして、検出質量部７４〜７７がＺ軸方向に振動したときには、検出質量部７４〜７７と固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａとの間の距離が変化する。これにより、検出質量部７４〜７７と固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａとの間の静電容量Ｃs1〜Ｃs4も変化する。このため、変位検出部８２〜８５は、検出質量部７４〜７７のＺ軸方向の変位量を検出質量部７４〜７７と固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａとの間の静電容量Ｃs1〜Ｃs4の変化によって検出する。

同電位電極８７は、第２のガラス基板５３の裏面側に設けられ、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａと同様に層間絶縁膜８８の裏面に設けられている。この同電位電極８７は、例えば固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａと同じ導体薄膜を用いて形成され、後述の下地電極８９および層間絶縁膜８８を挟んでガラス基板５３のキャビティ５３Ａの底面と対面している。また、同電位電極８７は、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａを取囲む略十字状に形成されると共に、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａとの間には隙間Ｇが形成されている。このため、同電位電極８７と固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａとは、互いに絶縁されている。

一方、同電位電極８７は、径方向外側に位置して周方向に延びる配線部８７Ａを備えている。この配線部８７Ａの先端は、支持部５５に接触している。即ち、同電位電極８７は、支持部５５、駆動梁６５〜６８、連結梁６０、駆動質量部５６〜５９、検出梁７８〜８１等を通じて検出質量部７４〜７７に電気的に接続され、検出質量部７４〜７７と同電位となっている。これにより、同電位電極８７は、陽極接合時に検出質量部７４〜７７とガラス基板５３との間に静電力が作用するのを防止し、検出質量部７４〜７７がガラス基板５３に固着するのを防止するスティッキング防止電極を構成している。また、同電位電極８７は、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａと厚さ方向の同じ位置に配置され、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａと一緒に検出質量部７４〜７７側に露出した最表層電極層を形成している。

層間絶縁膜８８は、絶縁材料を用いて形成され、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａおよび同電位電極８７と後述の下地電極８９との間に設けられている。ここで、層間絶縁膜８８は、ガラス基板５３のキャビティ５３Ａ内に設けられると共に、下地電極８９を全面に亘って覆っている。また、層間絶縁膜８８には、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａと対向した位置に第１の貫通孔８８Ａが形成されると共に、同電位電極８７と対向した位置に第２の貫通孔８８Ｂが形成されている。

下地電極８９は、ガラス基板５３のキャビティ５３Ａの底面に設けられ、層間絶縁膜８８によって覆われている。この下地電極８９は、相互の間が絶縁された第１，第２の電極部８９Ａ，８９Ｂによって下地電極層を構成している。ここで、第１の電極部８９Ａは、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａと対向した位置にそれぞれ配置され、例えば固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａよりも小さい面積をもって形成されている。そして、第１の電極部８９Ａは、第１の貫通孔８８Ａを通じて固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａに対して電気的にそれぞれ接続されている。

一方、第２の電極部８９Ｂは、同電位電極８７と対向した位置に配置され、同電位電極８７と同様に略十字状に形成されている。また、第２の電極部８９Ｂは、第２の貫通孔８８Ｂを通じて同電位電極８７に対して電気的に接続されている。

そして、第２の電極部８９Ｂは、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａと同電位電極８７との間の隙間Ｇを覆っている。これにより、第２の電極部８９Ｂのうち隙間Ｇと対向した部分はシールド部９０を構成し、該シールド部９０は、隙間Ｇの位置でガラス基板５３と検出質量部７４〜７７との間の電界を遮断している。

振動モニタ部９１〜９４は、駆動質量部５６〜５９の振動方向の変位を検出するモニタ手段を構成している。そして、振動モニタ部９１〜９４は、駆動質量部５６〜５９の外径側に取付けられた可動側モニタ電極９１Ａ〜９４Ａと、ガラス基板５２上のモニタ用ランド９５に取付けられた固定側モニタ電極９１Ｂ〜９４Ｂとによって構成されている。

ここで、可動側モニタ電極９１Ａ〜９４Ａは、振動発生部６９〜７２の可動側駆動電極６９Ａ〜７２Ａとほぼ同様に駆動質量部５６〜５９から径方向外側に向けて放射状に延びた３つの櫛歯状電極によって構成されている。但し、可動側モニタ電極９１Ａ，９２Ａは、駆動質量部５６，５７を挟んで可動側駆動電極６９Ａ，７０ＡとはＹ軸方向の反対側に配置されている。同様に、可動側モニタ電極９３Ａ，９４Ａは、駆動質量部５８，５９を挟んで可動側駆動電極７１Ａ，７２ＡとはＸ軸方向の反対側に配置されている。

また、固定側モニタ電極９１Ｂ〜９４Ｂは、可動側モニタ電極９１Ａ〜９４Ａと平行な状態で径方向外側に向けて延びた櫛歯状電極によって構成されている。そして、可動側モニタ電極９１Ａ〜９４Ａの電極板と固定側モニタ電極９１Ｂ〜９４Ｂの電極板とは、互いに隙間をもって噛合している。

また、固定側モニタ電極９１Ｂ〜９４Ｂは、それぞれガラス基板５２に固定された４つのモニタ用ランド９５に取付けられ、電気的に接続されている。このとき、４つのモニタ用ランド９５は、例えば駆動梁６５，６６に接続された支持部５５を挟んだ位置に設けられ、支持部５５の幅方向（周方向）の両側に配置されている。そして、可動側モニタ電極９１Ａ〜９４Ａ、固定側モニタ電極９１Ｂ〜９４Ｂおよびモニタ用ランド９５は、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。

ここで、駆動質量部５６，５７がＹ軸方向に変位したときには、可動側モニタ電極９１Ａ，９２Ａと固定側モニタ電極９１Ｂ，９２Ｂとの間の静電容量Ｃm1，Ｃm2が変化する。また、駆動質量部５８，５９がＸ軸方向に変位したときには、可動側モニタ電極９３Ａ，９４Ａと固定側モニタ電極９３Ｂ，９４Ｂとの間の静電容量Ｃm3，Ｃm4が変化する。このため、振動モニタ部９１〜９４は、この静電容量Ｃm1〜Ｃm4の変化によって駆動質量部５６〜５９の振動状態をモニタする。

なお、周方向で隣合う駆動質量部５６〜５９が逆位相となる状態で４つの駆動質量部５６〜５９が振動したときには、振動モニタ部９１〜９４の静電容量Ｃm1〜Ｃm4は、同期して変化する構成となっている。

シールドランド９６は、４つの検出用ランド８６の周方向の両側に位置して、ガラス基板５２上に合計８個設けられている。ここで、各シールドランド９６は、駆動用ランド７３と検出用ランド８６との間に配置されると共に、モニタ用ランド９５と検出用ランド８６との間に配置されている。また、８つのシールドランド９６は、中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されている。

そして、シールドランド９６は、ランド７３，８６，９５と電気的に絶縁した状態で設けられ、例えばグランドに接続されている。これにより、シールドランド９６は、検出用ランド８６の周囲を電気的にシールド（遮断）し、検出用ランド８６の変位検出信号に対して駆動用ランド７３側の駆動信号およびモニタ用ランド９５のモニタ信号が干渉するのを防止している。

引出電極９７は、例えばレーザー加工、サンドブラスト法、マイクロブラスト法等を用いることによってガラス基板５３に厚さ方向に貫通した信号用のビアホール（スルーホール）を穿設し、このスルーホール内に導電性の金属膜を設けることによって形成されている。また、引出電極９７は、支持部５５および各ランド７３，８６，９５，９６と対応した位置にそれぞれ形成されている。これにより、振動発生部６９〜７２、変位検出部８２〜８５および振動モニタ部９１〜９４は、引出電極９７を通じて後述する振動制御回路１０１および角速度検出回路１１１等に接続されている。

次に、図２０を参照しつつ、駆動質量部５６〜５９の振動状態を制御する振動制御回路１０１について説明する。振動制御回路１０１は、振動モニタ部９１〜９４によるモニタ信号Ｖmを用いて振動発生部６９〜７２に出力する駆動信号Ｖdを制御する。そして、振動制御回路１０１は、Ｃ−Ｖ変換回路１０２、増幅器１０３、ＡＧＣ回路１０４、駆動信号発生回路１０５等によって構成されている。

Ｃ−Ｖ変換回路１０２は振動モニタ部９１〜９４の出力側に接続されている。そして、Ｃ−Ｖ変換回路１０２は、振動モニタ部９１〜９４の静電容量Ｃm1〜Ｃm4の変化を電圧変化に変換し、これらの電圧変化をモニタ信号Ｖmとして出力する。そして、このモニタ信号Ｖmは、Ｃ−Ｖ変換回路１０２の出力側に接続された増幅器１０３によって増幅され、ＡＧＣ回路１０４に向けて出力される。

ＡＧＣ回路１０４の出力側は、駆動信号Ｖdを出力する駆動信号発生回路１０５に接続されている。そして、ＡＧＣ回路１０４は、モニタ信号Ｖmが一定となるようにゲインを調整する。また、駆動信号発生回路１０５は、増幅器１０６を介して振動発生部６９〜７２に接続される。これにより、駆動信号発生回路１０５は、振動発生部６９〜７２に対して互いに駆動信号Ｖdを入力し、振動発生部６９〜７２は、周方向で隣合う駆動質量部５６〜５９が互いに逆位相となる状態で、駆動質量部５６〜５９を振動させる。

次に、２軸周り（Ｘ軸およびＹ軸周り）の角速度Ω1，Ω2を検出する角速度検出回路１１１（角速度検出手段）について説明する。角速度検出回路１１１は、変位検出部８２〜８５による変位検出信号Ｖx，Ｖyを振動モニタ部９１〜９４によるモニタ信号Ｖmを用いて同期検波し、駆動質量部５６〜５９に作用する角速度Ω1，Ω2を検出する。そして、角速度検出回路１１１は、例えばＣ−Ｖ変換回路１１２〜１１５、差動増幅器１１６，１２０、同期検波回路１１７，１２１等によって構成されている。

Ｃ−Ｖ変換回路１１２〜１１５は、変位検出部８２〜８５の静電容量Ｃs1，Ｃs2，Ｃs3，Ｃs4の変化を電圧変化に変換し、これらの電圧変化を予備的な変位検出信号Ｖs1，Ｖs2，Ｖs3，Ｖs4としてそれぞれ出力する。

ここで、隣合う駆動質量部５６〜５９が互いに逆位相で振動している状態で、Ｘ軸周りの角速度Ω1が作用したときには、検出質量部７４，７５は互いに逆位相でＺ軸方向に変位する。このとき、予備的な変位検出信号Ｖs1と変位検出信号Ｖs2は互いに逆位相となる。

このため、差動増幅器１１６は、Ｃ−Ｖ変換回路１１２，１１３の出力側に接続され、これらの予備的な変位検出信号Ｖs1，Ｖs2の差から最終的な変位検出信号Ｖxを演算する。

同期検波回路１１７の入力側は、差動増幅器１１６に接続されると共に、位相シフト回路１０７を介してＡＧＣ回路１０４に接続されている。また、同期検波回路１１７の出力側には、角速度信号を取り出すための低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１８が接続されると共に、ＬＰＦ１１８の出力側にはゲインおよびオフセットを調整するための調整回路１１９が接続されている。ここで、位相シフト回路１０７は、ＡＧＣ回路１０４を介して出力されるモニタ信号Ｖmの位相を９０°シフトさせた位相シフト信号Ｖm′を出力する。これにより、同期検波回路１１７は、変位検出信号Ｖxから位相シフト信号Ｖm′を用いて同期検波し、ＬＰＦ１１８、調整回路１１９を介してＸ軸周りの角速度Ω1に応じた角速度信号を出力する。

一方、隣合う駆動質量部５６〜５９が互いに逆位相で振動している状態で、Ｙ軸周りの角速度Ω2が作用したときには、検出質量部７６，７７は互いに逆位相でＺ軸方向に変位する。このとき、予備的な変位検出信号Ｖs3と変位検出信号Ｖs4は互いに逆位相となる。

このため、差動増幅器１２０は、Ｃ−Ｖ変換回路１１４，１１５の出力側に接続され、これらの予備的な変位検出信号Ｖs3，Ｖs4の差から最終的な変位検出信号Ｖyを演算する。これにより、同期検波回路１２１は、同期検波回路１１７と同様に、変位検出信号Ｖyから位相シフト信号Ｖm′を用いて同期検波し、ＬＰＦ１２２、調整回路１２３を介してＹ軸周りの角速度Ω2に応じた角速度信号を出力する。

第４の実施の形態による角速度センサ５１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

まず、Ｘ軸周りの角速度Ω1を検出する場合について説明する。外部の振動制御回路１０１から駆動用ランド７３に駆動信号Ｖdを入力すると、駆動信号Ｖdは振動発生部６９〜７２の固定側駆動電極６９Ｂ〜７２Ｂに印加される。これにより、駆動質量部５６，５７にはＹ軸方向の静電引力が作用し、駆動質量部５６，５７はＹ軸方向に振動する。一方、駆動質量部５８，５９にはＸ軸方向の静電引力が作用し、駆動質量部５８，５９はＸ軸方向に振動する。そして、周方向で隣合う駆動質量部５６〜５９は、互いに逆位相で振動する。

駆動質量部５６〜５９が振動している状態でＸ軸周りの角速度Ω1が作用すると、Ｙ軸方向に振動する駆動質量部５６，５７には、角速度Ω1に応じて、以下の数１に示すコリオリ力Ｆxが作用する。一方、Ｘ軸方向に振動する駆動質量部５８，５９には、コリオリ力は作用しない。これにより、検出質量部７４，７５は、コリオリ力ＦxによってＺ軸方向に変位し、角速度Ω1に応じて振動する。

このため、変位検出部８２，８３は、検出質量部７４，７５のＺ軸方向の変位に応じて検出質量部７４，７５と固定側検出電極８２Ａ，８３Ａとの間の静電容量Ｃs1，Ｃs2が変化する。このとき、角速度検出回路１１１のＣ−Ｖ変換回路１１２，１１３は、静電容量Ｃs1，Ｃs2の変化を予備的な変位検出信号Ｖs1，Ｖs2に変換する。そして、差動増幅器１１６は、変位検出信号Ｖs1，Ｖs2の差に基づいて、Ｘ軸周りの角速度Ω1に応じた最終的な変位検出信号Ｖxを出力する。同期検波回路１１７は、変位検出信号Ｖxから位相シフト信号Ｖm′と同期した信号を検波する。これにより、角速度検出回路１１１は、Ｘ軸周りの角速度Ω1に応じた角速度信号を出力する。

次に、Ｙ軸周りの角速度Ω2を検出する場合について説明する。外部の振動制御回路１０１から駆動用ランド７３に駆動信号Ｖdを入力し、駆動質量部５６〜５９を振動させる。この振動状態でＹ軸周りの角速度Ω2が作用すると、Ｘ軸方向に振動する駆動質量部５８，５９には、角速度Ω2に応じて、以下の数２に示すコリオリ力Ｆyが作用する。一方、Ｙ軸方向に振動する駆動質量部５６，５７には、コリオリ力は作用しない。これにより、検出質量部７６，７７は、コリオリ力ＦyによってＺ軸方向に変位し、角速度Ω2に応じて振動する。

このため、変位検出部８４，８５は、検出質量部７６，７７のＺ軸方向の変位に応じて検出質量部７６，７７と固定側検出電極８４Ａ，８５Ａとの間の静電容量Ｃs3，Ｃs4が変化する。このとき、角速度検出回路１１１のＣ−Ｖ変換回路１１４，１１５は、静電容量Ｃs3，Ｃs4の変化を変位検出信号Ｖs3，Ｖs4に変換する。そして、差動増幅器１２０は、変位検出信号Ｖs3，Ｖs4の差に基づいて、Ｙ軸周りの角速度Ω2に応じた変位検出信号Ｖyを出力する。同期検波回路１２１は、変位検出信号Ｖyから位相シフト信号Ｖm′と同期した信号を検波する。これにより、角速度検出回路１１１は、Ｙ軸周りの角速度Ω2に応じた角速度信号を出力する。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、４つの駆動質量部５６〜５９は中心点Ｏに対して点対称な位置に配置されているから、２つの駆動質量部５６，５７は中心点Ｏを挟んでＸ軸方向の両側に配置することができ、２つの駆動質量部５８，５９は中心点Ｏを挟んでＹ軸方向の両側に配置することができる。また、周方向で隣合う駆動質量部５６〜５９は互いに逆位相で振動する。

これにより、Ｘ軸周りの角速度Ω1が作用したときには、Ｙ軸方向に振動する駆動質量部５６，５７にはＺ軸方向に向かうコリオリ力Ｆxを発生させることができる。このため、角速度Ω1が作用したときには、検出質量部７４，７５はＺ軸方向に変位して振動する。従って、この振動を変位検出部８２，８３を用いて検出することによって、Ｘ軸周りの角速度Ω1を検出することができる。

一方、Ｙ軸周りの角速度Ω2が作用したときには、Ｘ軸方向に振動する駆動質量部５８，５９にはＺ軸方向に向かうコリオリ力Ｆyを発生させることができる。このため、角速度Ω2が作用したときには、検出質量部７６，７７はＺ軸方向に変位して振動する。従って、この振動を変位検出部８４，８５を用いて検出することによって、Ｙ軸周りの角速度Ω2を検出することができる。これにより、単一の角速度センサ５１を用いて、ガラス基板５２と水平な２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）周りに作用する角速度Ω1，Ω2を検出することができる。

また、角速度センサ５１は、２軸周りの角速度Ω1，Ω2を検出するため、水平方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向）および垂直方向（Ｚ軸方向）に対する検出質量部７４〜７７等の自由度が大きく、検出質量部７４〜７７等を含めた可動部分全体が厚さ方向に変位し易い。このため、第２のガラス基板５３をシリコン基板５４に陽極接合するときには、検出質量部７４〜７７等がガラス基板５３に付着して接合され易い傾向がある。これに対し、本実施の形態では、ガラス基板５３には、同電位電極８７に加えて下地電極８９を設けたから、同電位電極８７や下地電極８９のシールド部９０等によってガラス基板５３と検出質量部７４〜７７との間の電界を確実に遮断することができ、検出質量部７４〜７７の接合を防止して生産時の歩留まりを向上することができる。

なお、前記第４の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、下地電極８９のうち同電位電極８７に接続された第２の電極部８９Ｂを用いてシールド部９０を形成した。しかし、本発明はこれに限らず、第２の実施の形態のように、第１の電極部８９Ａを用いてシールド部を形成してもよく、第３の実施の形態のように、下地電極８９全体を同電位電極８７に接続する構成としてもよい。

また、前記第４の実施の形態では、本発明を２軸周りの角速度Ω1，Ω2を検出する角速度センサ５１に適用した場合について説明したが、１軸周りの角速度を検出する角速度センサに適用してもよい。

次に、図２１は本発明による第５の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、固定電極の周縁部分が絶縁膜を挟んで同電位電極に重なり合う構成としたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態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。

第５の実施の形態による加速度センサ１３１は、第１の実施の形態による加速度センサ１とほぼ同様に、第１，第２のガラス基板２，３と、これらのガラス基板２，３に挟まれたシリコン基板４とによって形成されている。そして、シリコン基板４には、支持部５、可動部６、支持梁７等が形成されると共に、第２のガラス基板３には、後述の固定電極１３２および同電位電極１３４が設けられている。

固定電極１３２は、第１の実施の形態による固定電極９とほぼ同様に構成され、導電性の金属薄膜を用いて略四角形状に形成され、固定側の検出電極を構成している。この固定電極１３２は、可動部６と対向する位置で第２のガラス基板３のキャビティ３Ａ内に配設されている。また、固定電極１３２は、Ｘ軸方向の他側に向けて延びる配線部１３２Ａを備え、該配線部１３２Ａを用いて電極支持部８に電気的に接続されている。

ここで、固定電極１３２のうち可動部６との対面した裏面側は、ほぼ全面に亘って可動部６と対面している。一方、固定電極１３２のうち第２のガラス基板３と対向した表面側は、後述の絶縁膜１３３を挟んでキャビティ３Ａの底面と対向している。そして、固定電極１３２は、その周縁部分が絶縁膜１３３を挟んで後述する同電位電極１３４と重なり合っている。

絶縁膜１３３は、第１の実施の形態による層間絶縁膜１１と同様に、絶縁材料を用いた薄膜によって形成され、第２のガラス基板３のキャビティ３Ａ内に設けられている。また、絶縁膜１３３は、後述の同電位電極１３４を全面に亘って覆うと共に、その裏面側に固定電極１３２が設けられている。

同電位電極１３４は、第２のガラス基板３の裏面側に設けられ、第２のガラス基板３のキャビティ３Ａ内に配置されている。この同電位電極１３４は、Ｘ軸方向の一側に向けて延びる配線部１３４Ａを備え、該配線部１３４Ａを用いて連結固定部５Ｂに電気的に接続されている。そして、同電位電極１３４は、厚さ方向に対してキャビティ３Ａの底面と絶縁膜１３３との間に配置されている。

また、同電位電極１３４は、例えば固定電極１３２を取囲むＣ字状または四角形の枠状に形成されると共に、その一部が固定電極１３２の周縁部分と重なり合った重複部１３４Ｂを構成している。このとき、同電位電極１３４と固定電極１３２との間には絶縁膜１３３が介在するから、同電位電極１３４と固定電極１３２とは、絶縁膜１３３によって互いに絶縁されている。そして、同電位電極１３４は、固定電極１３２と一緒にキャビティ３Ａの底面を隙間なく覆っている。これにより、同電位電極１３４は、第２のガラス基板３と可動部６との間の電界を遮断している。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、固定電極１３２と同電位電極１３４とを絶縁膜１３３を挟んで重ね合わせる構成としたから、第１の実施の形態のように下地電極を設けることなく、固定電極１３２と同電位電極１３４によってガラス基板３のうち可動部６との対向部分を全面に亘って隙間なく覆うことができる。

なお、第５の実施の形態では、同電位電極１３４は、固定電極１３２の周縁部分だけに重なり合う構成としたが、例えば同電位電極１３４をキャビティ３Ａの底面全体に設けることによって、固定電極１３２の全体に対して重なり合う構成としてもよい。この場合、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、第５の実施の形態では、絶縁膜１３３は、同電位電極１３４を全面に亘って覆う構成したが、例えば図２２に示す変形例による加速度センサ１３１′のように、固定電極１３２′と同電位電極１３４′とが重なり合う部分にだけ絶縁膜１３３′を設ける構成としてもよい。この場合、同電位電極１３４′の重複部１３４Ｂ′は、固定電極１３２′よりも厚さ方向に対して可動部６側に配置する構成としてもよい。

また、第５の実施の形態では、静電型デバイスとして加速度センサ１３１に適用した場合を例に挙げて説明したが、例えば第４の実施の形態による角速度センサ５１に適用してもよい。

また、前記各実施の形態では、第２のガラス基板３，５３に固定電極９，１３２、固定側検出電極８２Ａ〜８５Ａ、同電位電極１０，８７，１３４等を設ける構成としたが、第１，第２のガラス基板の両方に固定電極を設ける構成としてもよい。また、前記各実施の形態では、シリコン基板４，５４の厚さ方向の両側に第１のガラス基板２，５２と第２のガラス電極３，５３とを設ける構成としたが、固定電極が設けられない第１のガラス基板２，５２はガラス材料を用いて形成する必要はなく、シリコン等の他の材料からなる基板を用いる構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、静電型デバイスとして、加速度センサ１，３１，４１，１３１および角速度センサ５１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、厚さ方向に変位可能な可動部と、該可動部と対向した固定電極を備える構成であれば、アクチュエータ、スイッチ等の各種の素子に適用することができる。

１，３１，４１，１３１，１３１′ 加速度センサ（静電型デバイス）
２ 第１のガラス基板
３ 第２のガラス基板
５ 支持部
６ 可動部
７ 支持梁
９，１３２，１３２′ 固定電極
１０，８７，１３４，１３４′ 同電位電極
１１，４２，８８ 層間絶縁膜
１２，３２，４３，８９ 下地電極
１２Ａ，３２Ａ，８９Ａ 第１の電極部
１２Ｂ，３２Ｂ，８９Ｂ 第２の電極部
１３，３３，４４，９０ シールド部
５１ 角速度センサ（静電型デバイス）
７４〜７７ 検出質量部（可動部）
８２Ａ〜８５Ａ 固定側検出電極（固定電極）
１３３，１３３′ 絶縁膜

Claims (4)

1. ガラス基板と、該ガラス基板に設けられ厚さ方向に変位可能な可動部を有するシリコン基板と、前記ガラス基板に設けられ前記可動部と対向した位置に配置された固定電極と、該固定電極と絶縁されて前記ガラス基板に設けられ前記可動部と同電位となる同電位電極とを備えた静電型デバイスにおいて、
   前記固定電極と同電位電極との間には水平方向の隙間を形成し、
   前記固定電極および同電位電極のうち厚さ方向に対して前記可動部と反対側となる位置には、層間絶縁膜を挟んで前記固定電極および同電位電極と対向した下地電極を設け、
   該下地電極は、前記固定電極と同電位電極との間の隙間を覆い、前記固定電極および同電位電極のうちいずれか一方に電気的に接続されたシールド部を備える構成としたことを特徴とする静電型デバイス。
2. 前記下地電極は、前記固定電極に電気的に接続された第１の電極部と、前記同電位電極に接続された第２の電極部とからなり、
   前記シールド部は、前記第１の電極部を用いて形成してなる請求項１に記載の静電型デバイス。
3. 前記下地電極は、前記シールド部を含めた全体が前記同電位電極に接続される構成としてなる請求項１に記載の静電型デバイス。
4. ガラス基板と、該ガラス基板に設けられ厚さ方向に変位可能な可動部を有するシリコン基板と、前記ガラス基板に設けられ前記可動部と対向した位置に配置された固定電極と、該固定電極と絶縁されて前記ガラス基板に設けられ前記可動部と同電位となる同電位電極とを備えた静電型デバイスにおいて、
   前記固定電極は、少なくともその周縁部分が絶縁膜を挟んで前記同電位電極と厚さ方向で重なり合う構成としたことを特徴とする静電型デバイス。

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