JP2011196905A - Mems structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a MEMS structure which maintains a relative position relationship between a movable electrode and a fixed electrode even if a warp occurs on a supporting substrate.SOLUTION: An acceleration sensor 10 includes a supporting substrate 21, a displacement member 41, a movable electrode 51, a fixed electrode 52, a first beam 42, a first fixed part 43, a second beam 53, a second fixed part 54. The fixed electrode 52 is supported by the supporting substrate 21 via the second beam 53. The distance between the first fixed part 43 and the second fixed part 54 is shorter than the distance between the first fixed part 43 and the fixed electrode 52.

Description

本発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)構造体に関する。   The present invention relates to a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) structure.

半導体製造技術を利用して、特定の機能を発揮するMEMS構造体を形成する技術が開発されている。この種のMEMS構造体には、例えば、加速度、角速度又は圧力(音圧を含む)等の物理量を測定するためのセンサ、あるいは光学ミラー、あるいはステージを単軸又は複数軸で駆動するためのアクチュエータが提案されている。   A technique for forming a MEMS structure that exhibits a specific function using a semiconductor manufacturing technique has been developed. This type of MEMS structure includes, for example, a sensor for measuring a physical quantity such as acceleration, angular velocity or pressure (including sound pressure), an optical mirror, or an actuator for driving a stage with a single axis or multiple axes. Has been proposed.

MEMS構造体には、支持基板に対して相対変位可能な変位部が設けられている。例えば、MEMS構造体をセンサとして用いる場合、加速度、角速度又は圧力等の力を受けて支持基板に対して相対変位する変位部が必要とされる。また、MEMS構造体をアクチュエータとして用いる場合も、静電気力又は磁力等の力を伝えて支持基板に対して相対変位させる変位部が必要とされる。   The MEMS structure is provided with a displacement portion that can be displaced relative to the support substrate. For example, when a MEMS structure is used as a sensor, a displacement portion that receives a force such as acceleration, angular velocity, pressure, or the like and is displaced relative to the support substrate is required. Further, even when the MEMS structure is used as an actuator, a displacement portion that transmits a force such as an electrostatic force or a magnetic force to be displaced relative to the support substrate is required.

この種のMEMS構造体では、変位部に可動電極部が接続されており、その可動電極部に対向して支持基板に固定電極部が設けられていることが多い。可動電極部は、変位部の変位に依存して、支持基板に対して相対変位する。一方、固定電極部は、支持基板に剛に固定されており、支持基板に対して相対変位することを禁止されている。このため、可動電極部と固定電極部の間隔は、可動電極部の変位に依存して変動する。可動電極部と固定電極部を利用すると、可動電極部と固定電極部の間の静電容量から変位部の変位量を測定することができる。あるいは、可動電極部と固定電極部の間に静電引力を発生させ、変位部を駆動させることができる。この種のMEMS構造体を有する加速度センサの一例が、特許文献1に開示されている。   In this type of MEMS structure, a movable electrode portion is connected to the displacement portion, and a fixed electrode portion is often provided on the support substrate so as to face the movable electrode portion. The movable electrode portion is displaced relative to the support substrate depending on the displacement of the displacement portion. On the other hand, the fixed electrode portion is rigidly fixed to the support substrate and is prohibited from being displaced relative to the support substrate. For this reason, the interval between the movable electrode portion and the fixed electrode portion varies depending on the displacement of the movable electrode portion. When the movable electrode portion and the fixed electrode portion are used, the displacement amount of the displacement portion can be measured from the capacitance between the movable electrode portion and the fixed electrode portion. Or an electrostatic attraction can be generated between a movable electrode part and a fixed electrode part, and a displacement part can be driven. An example of an acceleration sensor having this type of MEMS structure is disclosed in Patent Document 1.

特開2004−294332号公報JP 2004-294332 A

特許文献1に開示されているように、変位部は、梁部を介して支持基板に固定されている。このため、変位部に接続されている可動電極部も、その梁部を介して支持基板に固定されている。この結果、可動電極部の存在位置と可動電極部が支持基板に固定される位置(すなわち、梁部が支持基板に固定される固定部)が離れて構成されている。一方、固定電極部は、可動電極部に対向するように配置され、その存在位置で支持基板に剛に固定されている。このため、この種のMEMS構造体では、可動電極部が支持基板に固定される位置と固定電極部が支持基板に固定される位置の間の距離が離れている。   As disclosed in Patent Document 1, the displacement portion is fixed to the support substrate via the beam portion. For this reason, the movable electrode part connected to the displacement part is also fixed to the support substrate via the beam part. As a result, the position where the movable electrode portion exists and the position where the movable electrode portion is fixed to the support substrate (that is, the fixed portion where the beam portion is fixed to the support substrate) are separated from each other. On the other hand, the fixed electrode portion is disposed so as to face the movable electrode portion, and is rigidly fixed to the support substrate at the position where the fixed electrode portion is present. For this reason, in this type of MEMS structure, the distance between the position where the movable electrode portion is fixed to the support substrate and the position where the fixed electrode portion is fixed to the support substrate is large.

一般的に、MEMS構造体を製造するときには、支持基板に対して熱ストレスが加わることが多い。このため、製造過程の熱ストレスによって支持基板に反りが発生することがある。可動電極部が支持基板に固定される位置と固定電極部が支持基板に固定される位置が離れていると、支持基板に反りが発生したときに、その反りに応じて可動電極部と固定電極部の相対的な位置関係が変動してしまう。可動電極部が支持基板に固定される位置と固定電極部が支持基板に固定される位置が離れていると、支持基板の反りの影響を受け易い。   Generally, when manufacturing a MEMS structure, thermal stress is often applied to a support substrate. For this reason, the support substrate may be warped due to thermal stress during the manufacturing process. If the position where the movable electrode portion is fixed to the support substrate and the position where the fixed electrode portion is fixed to the support substrate are separated, when the support substrate is warped, the movable electrode portion and the fixed electrode according to the warpage The relative positional relationship of the parts will fluctuate. If the position where the movable electrode portion is fixed to the support substrate and the position where the fixed electrode portion is fixed to the support substrate are separated from each other, the movable electrode portion is easily affected by the warp of the support substrate.

本明細書で開示される技術は、支持基板に反りが発生したとしても、可動電極部と固定電極部の相対的な位置関係が維持されるMEMS構造体を提供することを目的とする。   An object of the technology disclosed in the present specification is to provide a MEMS structure in which the relative positional relationship between the movable electrode portion and the fixed electrode portion is maintained even when the support substrate is warped.

本明細書で開示される技術では、可動電極部が支持基板に固定される位置と固定電極部が支持基板に固定される位置を近づけることを特徴としている。本明細書で開示される技術では、両者の位置を近づけるために、固定電極部が梁部を介して支持基板に固定されていることを特徴としている。固定電極部を支持する梁部は、可動電極部が支持基板に固定される位置に近づくように、固定電極部から伸びている。これにより、可動電極部が支持基板に固定される位置と固定電極部が支持基板に固定される位置を近づけることができる。両者の位置が近づけば、支持基板に反りが発生したとしても、可動電極部と固定電極部の相対的な位置関係が維持され、支持基板の反りの影響が緩和される。   The technique disclosed in this specification is characterized in that the position at which the movable electrode portion is fixed to the support substrate is brought closer to the position at which the fixed electrode portion is fixed to the support substrate. The technique disclosed in the present specification is characterized in that the fixed electrode portion is fixed to the support substrate via the beam portion in order to bring the both positions closer. The beam portion that supports the fixed electrode portion extends from the fixed electrode portion so as to approach a position where the movable electrode portion is fixed to the support substrate. Thereby, the position where the movable electrode part is fixed to the support substrate and the position where the fixed electrode part is fixed to the support substrate can be brought close to each other. If the positions of both are close, even if the support substrate is warped, the relative positional relationship between the movable electrode portion and the fixed electrode portion is maintained, and the influence of the warp of the support substrate is mitigated.

本明細書で開示されるMEMS構造体は、支持基板と、変位部と、可動電極部と、固定電極部と、第1梁部と、第1固定部と、第2梁部と、第2固定部とを備えている。変位部は、第1梁部を介して支持基板に支持されているとともに、少なくとも第1方向に沿って支持基板に対して相対変位可能である。第1方向は、支持基板に対して垂直方向でもよく、水平方向でもよい。可動電極部は、変位部に接続されているとともに、変位部の変位に依存して、少なくとも第1方向に沿って支持基板に対して相対変位可能である。可動電極部は、変位部に対して直接的に接続されていてもよく、他の部材を介して間接的に接続されていてもよい。例えば、可動電極部は、第1梁部を介して変位部に接続されていてもよい。固定電極部は、第2梁部を介して支持基板に支持されているとともに、可動電極部の変位に依存して、可動電極部との間隔が変動するように構成されている。固定電極部は、少なくとも第1方向に沿って支持基板に対して相対変位することを禁止されているのが望ましい。しかしながら、固定電極部は、可動電極部の変位に依存して、可動電極部との間隔が変動する限りにおいて、支持基板に対して相対変位してもよい。第1梁部は、第1固定部を介して支持基板に固定されている。第2梁部は、第2固定部を介して支持基板に固定されている。第1固定部と第2固定部は、共通の固定部であってもよい。第1固定部と第2固定部の間の距離は、第1固定部と固定電極部の間の距離よりも短い。この構成を有するMEMS構造体では、可動電極部が支持基板に対して第1固定部で固定されており、固定電極部が支持基板に対して第2固定部で固定されている。第2梁部を利用することによって、固定電極部が支持基板に固定される第2固定部を、可動電極部が支持基板に固定される第1固定部に近づけることができ、支持基板の反りの影響が緩和される。   The MEMS structure disclosed in the present specification includes a support substrate, a displacement part, a movable electrode part, a fixed electrode part, a first beam part, a first fixed part, a second beam part, and a second beam part. And a fixed portion. The displacement portion is supported by the support substrate via the first beam portion and is relatively displaceable with respect to the support substrate along at least the first direction. The first direction may be a direction perpendicular to the support substrate or a horizontal direction. The movable electrode portion is connected to the displacement portion and can be relatively displaced relative to the support substrate along at least the first direction depending on the displacement of the displacement portion. The movable electrode part may be directly connected to the displacement part, or may be indirectly connected via another member. For example, the movable electrode part may be connected to the displacement part via the first beam part. The fixed electrode portion is supported by the support substrate via the second beam portion, and is configured such that the distance from the movable electrode portion varies depending on the displacement of the movable electrode portion. It is desirable that the fixed electrode portion is prohibited from being displaced relative to the support substrate at least along the first direction. However, the fixed electrode portion may be displaced relative to the support substrate as long as the distance from the movable electrode portion varies depending on the displacement of the movable electrode portion. The first beam portion is fixed to the support substrate via the first fixing portion. The second beam portion is fixed to the support substrate via the second fixing portion. The first fixing part and the second fixing part may be a common fixing part. The distance between the first fixed part and the second fixed part is shorter than the distance between the first fixed part and the fixed electrode part. In the MEMS structure having this configuration, the movable electrode portion is fixed to the support substrate by the first fixed portion, and the fixed electrode portion is fixed to the support substrate by the second fixed portion. By using the second beam portion, the second fixed portion where the fixed electrode portion is fixed to the support substrate can be brought closer to the first fixed portion where the movable electrode portion is fixed to the support substrate, and the warp of the support substrate can be achieved. The effect of.

本明細書で開示されるMEMS構造体では、固定電極部が、複数の固定電極板と、その複数の固定電極板を連結する固定電極板連結部を有していてもよい。この場合、第2梁部が、固定電極板連結部に接続されているのが望ましい。従来のMEMS構造体の多くは、固定電極部の固定電極板連結部が支持基板に対して直接的に剛に固定されていた。本明細書で開示されるMEMS構造体では、この固定電極板連結部が第2梁部に接続されており、支持基板に対して浮遊している。本明細書で開示されるMEMS構造体は、従来のMEMS構造とは異なる形態を備えている。   In the MEMS structure disclosed in this specification, the fixed electrode portion may include a plurality of fixed electrode plates and a fixed electrode plate connecting portion that connects the plurality of fixed electrode plates. In this case, it is desirable that the second beam portion is connected to the fixed electrode plate connecting portion. In many conventional MEMS structures, the fixed electrode plate connecting portion of the fixed electrode portion is directly and rigidly fixed to the support substrate. In the MEMS structure disclosed in this specification, the fixed electrode plate connecting portion is connected to the second beam portion and floats with respect to the support substrate. The MEMS structure disclosed in the present specification has a different form from the conventional MEMS structure.

本明細書で開示されるMEMS構造体では、可動電極部と固定電極部が、第3梁部を介して接続されているのが望ましい。この場合、第3梁部は、可動電極部の変位に依存して、可動電極部と固定電極部の間隔が変動するように、第1方向のばね定数が小さく構成されているのが望ましい。可動電極部と固定電極部の間に第3梁部が設けられていても、その第3梁部の第1方向のばね定数が小さく構成されているので、可動電極部と固定電極部の間隔は、可動電極部の変位に依存して変動可能である。その一方で、可動電極部に対して第1方向とは異なる方向(回転方向を含む)の力が加わった場合、第3梁部を介して接続される固定電極部にもその力が伝達される。このため、第3梁部を介して接続されている可動電極部と固定電極部は、可動電極部に対して第1方向とは異なる方向(回転方向を含む)の力が加わったとしても、相対的な位置関係を維持することができる。   In the MEMS structure disclosed in the present specification, it is desirable that the movable electrode portion and the fixed electrode portion are connected via the third beam portion. In this case, it is desirable that the third beam portion has a small spring constant in the first direction so that the distance between the movable electrode portion and the fixed electrode portion varies depending on the displacement of the movable electrode portion. Even if the third beam portion is provided between the movable electrode portion and the fixed electrode portion, the spring constant in the first direction of the third beam portion is configured to be small, so the distance between the movable electrode portion and the fixed electrode portion Can vary depending on the displacement of the movable electrode portion. On the other hand, when a force in a direction (including the rotation direction) different from the first direction is applied to the movable electrode portion, the force is also transmitted to the fixed electrode portion connected via the third beam portion. The For this reason, even if a force in a direction (including the rotation direction) different from the first direction is applied to the movable electrode portion and the movable electrode portion and the fixed electrode portion connected via the third beam portion, The relative positional relationship can be maintained.

本明細書で開示されるMEMS構造体では、第1方向が、支持基板に対して垂直方向であってもよい。この場合、固定電極部は、第1方向から観測したときに、一巡する分離溝によって支持基板から隔てられている。さらに、第2梁部は、第1方向から観測したときに、その分離溝を越えて伸びている。この構成を有するMEMS構造体では、変位部が支持基板に対して垂直方向に相対変位可能であり、変位部自体が可動電極部として用いられている。変位部に対向して配置されている固定電極部は、分離溝を越えて伸びている第2梁によって周囲の支持基板に固定されている。この構成のMEMS構造体によると、分離溝が設けられていることによって、固定電極部が支持基板に対して浮遊しており、支持基板の反りの影響が固定電極部に伝達されるのを緩和することができる。   In the MEMS structure disclosed in the present specification, the first direction may be a direction perpendicular to the support substrate. In this case, the fixed electrode portion is separated from the support substrate by a separation groove that makes a round when observed from the first direction. Furthermore, the second beam portion extends beyond the separation groove when observed from the first direction. In the MEMS structure having this configuration, the displacement portion can be relatively displaced in the direction perpendicular to the support substrate, and the displacement portion itself is used as the movable electrode portion. The fixed electrode portion arranged to face the displacement portion is fixed to the surrounding support substrate by a second beam extending beyond the separation groove. According to the MEMS structure having this configuration, the separation groove is provided, so that the fixed electrode portion is floating with respect to the support substrate, and the influence of the warp of the support substrate is transmitted to the fixed electrode portion. can do.

本明細書で開示されるMEMS構造体によると、可動電極部が支持基板に固定される第1固定部と固定電極部が支持基板に固定される第2固定部の間の距離を近づけることができ、支持基板に反りが発生したとしても、可動電極部と固定電極部の相対的な位置関係が維持される。   According to the MEMS structure disclosed in the present specification, the distance between the first fixed portion where the movable electrode portion is fixed to the support substrate and the second fixed portion where the fixed electrode portion is fixed to the support substrate may be reduced. Even if the support substrate is warped, the relative positional relationship between the movable electrode portion and the fixed electrode portion is maintained.

図1は、第1実施例の加速度センサの概略平面図を示す。FIG. 1 is a schematic plan view of the acceleration sensor of the first embodiment. 図2は、図1のA−A線に沿った断面図を示す。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 図3は、図1のB−B線に沿った断面図を示す。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG. 図4は、図1のC−C線に沿った断面図を示す。FIG. 4 is a sectional view taken along the line CC in FIG. 図5は、第1実施例の加速度センサにおいて、半導体下層が変形した場合を例示する。FIG. 5 illustrates a case where the semiconductor lower layer is deformed in the acceleration sensor of the first embodiment. 図6は、第2実施例の加速度センサの概略平面図を示す。FIG. 6 shows a schematic plan view of the acceleration sensor of the second embodiment. 図7は、第3実施例の加速度センサの概略平面図を示す。FIG. 7 is a schematic plan view of the acceleration sensor of the third embodiment. 図8は、図7のA−A線に沿った断面図を示す。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 図9は、図7のB−B線に沿った断面図を示す。FIG. 9 is a sectional view taken along line BB in FIG. 図10は、図7のC−C線に沿った断面図を示す。FIG. 10 is a sectional view taken along the line CC in FIG. 図11は、第3実施例の加速度センサにおいて、半導体下層が変形した場合を例示する。FIG. 11 illustrates a case where the semiconductor lower layer is deformed in the acceleration sensor of the third embodiment. 図12は、第4実施例の加速度センサの概略平面図を示す。FIG. 12 is a schematic plan view of the acceleration sensor of the fourth embodiment. 図13は、第5実施例の加速度センサの概略平面図を示す。FIG. 13 is a schematic plan view of the acceleration sensor of the fifth embodiment. 図14は、図13のA−A線に沿った断面図を示す。FIG. 14 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 図15は、図13のB−B線に沿った断面図を示す。FIG. 15 is a sectional view taken along line BB in FIG. 図16は、図13のC−C線に沿った断面図を示す。FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 図17は、第6実施例の加速度センサの概略平面図を示す。FIG. 17 is a schematic plan view of the acceleration sensor of the sixth embodiment. 図18は、第7実施例のステージ駆動装置の概略平面図を示す。FIG. 18 is a schematic plan view of the stage driving apparatus of the seventh embodiment. 図19は、第8実施例の角速度センサの概略平面図を示す。FIG. 19 is a schematic plan view of the angular velocity sensor of the eighth embodiment.

本明細書で開示される技術の特徴を整理しておく。
(特徴1)MEMS構造体は、支持基板と、その支持基板に固定されている第1固定部と、その第1固定部から伸びているとともに支持基板に対して浮遊している第1梁部と、その第1梁部に接続されているとともに支持基板に対して浮遊している変位部と、変位部に接続されているとともに支持基板に対して浮遊している可動電極部と、可動電極部に対向して配置されているとともに支持基板に対して浮遊している固定電極部と、固定電極部から伸びているとともに支持基板に対して浮遊している第2梁部と、第2梁部が接続されるとともに支持基板に固定されている第2固定部とを備える。
(特徴2)特徴1において、第2梁部は、固定電極部から第1固定部に接近する向きに伸びているのが望ましい。
(特徴3)特徴1において、第1梁部は少なくとも第1方向に対してばね定数が小さく、第2梁部は少なくともその第1方向に対してばね定数が大きいのが望ましい。
(特徴4)特徴1において、変位部自体が可動電極部を構成してもよい。この場合、支持基板が固定電極部として用いられるのが望ましい。
(特徴5)特徴4において、変位部が対向する支持基板の一部が分離溝によって周囲の支持基板から分離され、分離された支持基板の一部が対向電極部として用いられるのが望ましい。
The features of the technology disclosed in this specification will be summarized.
(Feature 1) A MEMS structure includes a supporting substrate, a first fixing portion fixed to the supporting substrate, and a first beam portion extending from the first fixing portion and floating with respect to the supporting substrate. A displacement portion connected to the first beam portion and floating relative to the support substrate, a movable electrode portion connected to the displacement portion and floating relative to the support substrate, and a movable electrode A fixed electrode portion that is disposed opposite to the support portion and floats with respect to the support substrate, a second beam portion that extends from the fixed electrode portion and floats with respect to the support substrate, and a second beam And a second fixing part that is connected to the support substrate.
(Feature 2) In Feature 1, it is desirable that the second beam portion extends from the fixed electrode portion in a direction approaching the first fixed portion.
(Feature 3) In Feature 1, it is desirable that the first beam portion has a small spring constant in at least the first direction, and the second beam portion has a large spring constant in at least the first direction.
(Feature 4) In Feature 1, the displacement part itself may constitute the movable electrode part. In this case, it is desirable that the support substrate is used as the fixed electrode portion.
(Feature 5) In Feature 4, it is desirable that a part of the support substrate facing the displacement part is separated from the surrounding support substrate by the separation groove, and a part of the separated support substrate is used as the counter electrode part.

以下、図面を参照して、各実施例を例示する。なお、各実施例において、実質的に同一の構成要素に関しては、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。   Hereinafter, each example is illustrated with reference to drawings. In each embodiment, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.

図1〜図4を参照して、加速度センサ10を説明する。図1に、加速度センサ10の概略平面図を示す。図2に、図1のA−A線に沿った断面図を示す。図3に、図1のB−B線に沿った断面図を示す。図4に、図1のC−C線に沿った断面図を示す。   The acceleration sensor 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic plan view of the acceleration sensor 10. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.

図2〜4に示されるように、加速度センサ10は、半導体下層20と絶縁層30と半導体上層40を加工することによって形成されている。半導体下層20及び半導体上層40は、不純物を高濃度に含んでおり、導電性を有する。一例では、半導体下層20及び半導体上層40の材料には、シリコン単結晶(Si)が用いられる。絶縁層30は、半導体下層20と半導体上層40を電気的に絶縁している。一例では、絶縁層30の材料には、酸化シリコン(SiO2)が用いられる。 As shown in FIGS. 2 to 4, the acceleration sensor 10 is formed by processing the semiconductor lower layer 20, the insulating layer 30, and the semiconductor upper layer 40. The semiconductor lower layer 20 and the semiconductor upper layer 40 contain impurities at a high concentration and have conductivity. In one example, silicon single crystal (Si) is used as the material of the semiconductor lower layer 20 and the semiconductor upper layer 40. The insulating layer 30 electrically insulates the semiconductor lower layer 20 and the semiconductor upper layer 40. In one example, the material of the insulating layer 30 is silicon oxide (SiO 2 ).

図1に示されるように、加速度センサ10は、支持基板21と変位部41を備えている。支持基板21は、半導体下層20に形成されている。この例では、半導体下層20は加工されておらず、半導体下層20の全体が支持基板21として用いられている。変位部41は、半導体上層40に形成されている。変位部41と支持基板21の間の絶縁層30は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、変位部41は、支持基板21に対して浮遊している。変位部41は、平面視したときに(z軸方向から観測したときに)、略正方形状の形態を有している。変位部41は、4つの角部近傍のそれぞれに設けられた第1梁部42を介して支持基板21に支持されている。   As shown in FIG. 1, the acceleration sensor 10 includes a support substrate 21 and a displacement portion 41. The support substrate 21 is formed on the semiconductor lower layer 20. In this example, the semiconductor lower layer 20 is not processed, and the entire semiconductor lower layer 20 is used as the support substrate 21. The displacement part 41 is formed in the semiconductor upper layer 40. The insulating layer 30 between the displacement part 41 and the support substrate 21 is removed, and a space is formed between them. Thereby, the displacement part 41 is floating with respect to the support substrate 21. The displacement part 41 has a substantially square shape when viewed in plan (when observed from the z-axis direction). The displacement part 41 is supported by the support substrate 21 via the first beam part 42 provided near each of the four corners.

第1梁部42は、半導体上層40に形成されている。第1梁部42と支持基板21の間の絶縁層30は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、第1梁部42は支持基板21に対して浮遊している。第1梁部42は、一端が変位部41の側面のうちの角部近傍に接続されており、他端が第1固定部43に接続されている。第1固定部43は、半導体下層20と絶縁層30と半導体上層40が積層した部位である。第1梁部42は、y軸方向に沿って直線状に伸びている。第1梁部42は、x軸方向のばね定数が小さく、y軸及びz軸方向のばね定数が大きい。このため、第1梁部42は、x軸方向に弾性変形し易く、y軸及びz軸には弾性変形しにくい。これにより、第1梁部42で支持される変位部41は、第1梁部42がx軸方向に弾性変形することによって、支持基板21に対してx軸方向に相対変位することが可能である。   The first beam portion 42 is formed in the semiconductor upper layer 40. The insulating layer 30 between the first beam portion 42 and the support substrate 21 is removed, and a space is formed between them. As a result, the first beam portion 42 is floating with respect to the support substrate 21. One end of the first beam portion 42 is connected to the vicinity of the corner portion of the side surface of the displacement portion 41, and the other end is connected to the first fixing portion 43. The first fixing portion 43 is a portion where the semiconductor lower layer 20, the insulating layer 30, and the semiconductor upper layer 40 are stacked. The first beam portion 42 extends linearly along the y-axis direction. The first beam portion 42 has a small spring constant in the x-axis direction and a large spring constant in the y-axis and z-axis directions. For this reason, the first beam portion 42 is easily elastically deformed in the x-axis direction and is hardly elastically deformed in the y-axis and the z-axis. Accordingly, the displacement portion 41 supported by the first beam portion 42 can be relatively displaced in the x-axis direction with respect to the support substrate 21 by the elastic deformation of the first beam portion 42 in the x-axis direction. is there.

加速度センサ10はさらに、検出電極部50を備えている。検出電極部50は、可動電極部51と、その可動電極部51に対向して配置される固定電極部52を有している。可動電極部51は、複数の可動電極板51aと、その複数の可動電極板51aを連結する可動電極板連結部51bを有する。可動電極板51a及び可動電極板連結部51bはいずれも、半導体上層40に形成されている。可動電極板51aと支持基板21の間及び可動電極板連結部51bと支持基板21の間の絶縁層は除去されており、それぞれの間に空間が形成されている。これにより、可動電極板51a及び可動電極板連結部51bは、支持基板21に対して浮遊している。可動電極板51aは、一端が可動電極板連結部51bに接続されており、他端が自由端で構成されており、y軸方向に沿って伸びている。可動電極板連結部51bは、一端が変位部41に接続されており、他端が自由端に構成されており、x軸方向に沿って伸びている。可動電極部51は、変位部41がx軸方向に変位するのに追随して、支持基板21に対してx軸方向に相対変位することができる。   The acceleration sensor 10 further includes a detection electrode unit 50. The detection electrode unit 50 includes a movable electrode unit 51 and a fixed electrode unit 52 disposed to face the movable electrode unit 51. The movable electrode portion 51 includes a plurality of movable electrode plates 51a and a movable electrode plate coupling portion 51b that couples the plurality of movable electrode plates 51a. Both the movable electrode plate 51 a and the movable electrode plate connecting portion 51 b are formed in the semiconductor upper layer 40. The insulating layers between the movable electrode plate 51a and the support substrate 21 and between the movable electrode plate connecting portion 51b and the support substrate 21 are removed, and a space is formed between them. Thereby, the movable electrode plate 51 a and the movable electrode plate connecting portion 51 b are floating with respect to the support substrate 21. One end of the movable electrode plate 51a is connected to the movable electrode plate connecting portion 51b, the other end is a free end, and extends along the y-axis direction. One end of the movable electrode plate coupling portion 51b is connected to the displacement portion 41, the other end is configured as a free end, and extends along the x-axis direction. The movable electrode portion 51 can be displaced relative to the support substrate 21 in the x-axis direction following the displacement of the displacement portion 41 in the x-axis direction.

固定電極部52は、複数の固定電極板52aと、その複数の固定電極板52aを連結する固定電極板連結部52bを有する。固定電極板52a及び固定電極板連結部52bはいずれも、半導体上層40に形成されている。固定電極板52aと支持基板21の間及び固定電極板連結部52bと支持基板21の間の絶縁層30は除去されており、それぞれの間に空間が形成されている。これにより、固定電極板52a及び固定電極板連結部52bは、支持基板21に対して浮遊している。固定電極板52aは、一端が固定電極板連結部52bに接続されており、他端が自由端に構成されており、y軸方向に沿って伸びている。固定電極板52aと可動電極板51aは、x軸方向に対向している。固定電極部52は、第2梁部53を介して支持基板21に支持されている。   The fixed electrode portion 52 includes a plurality of fixed electrode plates 52a and a fixed electrode plate connecting portion 52b that connects the plurality of fixed electrode plates 52a. Both the fixed electrode plate 52 a and the fixed electrode plate connecting portion 52 b are formed in the semiconductor upper layer 40. The insulating layer 30 between the fixed electrode plate 52a and the support substrate 21 and between the fixed electrode plate connecting portion 52b and the support substrate 21 is removed, and a space is formed between them. As a result, the fixed electrode plate 52 a and the fixed electrode plate connecting portion 52 b are floating with respect to the support substrate 21. One end of the fixed electrode plate 52a is connected to the fixed electrode plate connecting portion 52b, the other end is configured as a free end, and extends along the y-axis direction. The fixed electrode plate 52a and the movable electrode plate 51a face each other in the x-axis direction. The fixed electrode portion 52 is supported on the support substrate 21 via the second beam portion 53.

第2梁部53は、半導体上層40に形成されている。第2梁部53と支持基板21の間の絶縁層30は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、第2梁部53は、支持基板21に対して浮遊している。第2梁部53は、一端が固定電極板連結部52bの側面に接続されており、他端が第2固定部54に接続されている。第2固定部54は、半導体下層20と絶縁層30と半導体上層40が積層した部位である。第2梁部53は、所謂片持ち梁の形態を有している。第2梁部53は、y軸方向に沿って直線状に伸びている部分と、x軸方向に沿って直線状に伸びている部分を有する。第2梁部53は、x軸、y軸及びz軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、第2梁部53は、x軸、y軸及びz軸方向のいずれにも弾性変形しにくい。これにより、第2梁部53で支持される固定電極部52は、固定電極としての役割を果たすことができる。   The second beam portion 53 is formed in the semiconductor upper layer 40. The insulating layer 30 between the second beam portion 53 and the support substrate 21 is removed, and a space is formed between them. As a result, the second beam portion 53 is floating with respect to the support substrate 21. The second beam portion 53 has one end connected to the side surface of the fixed electrode plate connecting portion 52 b and the other end connected to the second fixed portion 54. The second fixing portion 54 is a portion where the semiconductor lower layer 20, the insulating layer 30, and the semiconductor upper layer 40 are stacked. The second beam portion 53 has a so-called cantilever form. The second beam portion 53 has a portion extending linearly along the y-axis direction and a portion extending linearly along the x-axis direction. The second beam portion 53 has a large spring constant in the x-axis, y-axis, and z-axis directions. For this reason, the second beam portion 53 is not easily elastically deformed in any of the x-axis, y-axis, and z-axis directions. Thereby, the fixed electrode portion 52 supported by the second beam portion 53 can serve as a fixed electrode.

次に、加速度センサ10の動作を説明する。加速度センサ10では、x軸方向の加速度が加わると、第1梁部42が弾性変形し、変位部41が支持基板21に対してx軸方向に相対変位する。変位部41の変位に追随して、可動電極部51も支持基板21に対して相対変位する。一方、固定電極部52は、x軸方向のばね定数の大きい第2梁部53を介して第2固定部54で支持基板21に接続されているので、固定電極として機能する。このため、可動電極部51の可動電極板51aと固定電極部52の固定電極板52aの間の間隔は、x軸方向に印加される加速度に応じて変動する。   Next, the operation of the acceleration sensor 10 will be described. In the acceleration sensor 10, when acceleration in the x-axis direction is applied, the first beam portion 42 is elastically deformed, and the displacement portion 41 is relatively displaced with respect to the support substrate 21 in the x-axis direction. Following the displacement of the displacement portion 41, the movable electrode portion 51 is also displaced relative to the support substrate 21. On the other hand, the fixed electrode portion 52 functions as a fixed electrode because it is connected to the support substrate 21 by the second fixed portion 54 via the second beam portion 53 having a large spring constant in the x-axis direction. For this reason, the distance between the movable electrode plate 51a of the movable electrode portion 51 and the fixed electrode plate 52a of the fixed electrode portion 52 varies according to the acceleration applied in the x-axis direction.

例えば、第1固定部43と第2固定部54の間に容量検出回路が接続されていると、その容量検出回路を利用して、加速度に応じて変動する可動電極板51aと固定電極板52aの間の静電容量を測定することができる。これにより、その静電容量の変動から印加された加速度を換算することができる。   For example, if a capacitance detection circuit is connected between the first fixed portion 43 and the second fixed portion 54, the movable electrode plate 51a and the fixed electrode plate 52a that vary according to acceleration using the capacitance detection circuit. Can be measured. Thereby, the applied acceleration can be converted from the fluctuation of the capacitance.

加速度センサ10では、固定電極部52が支持基板21に対して浮遊しているとともに、第2梁部53を介して支持基板21に固定されていることを特徴としている。さらに、加速度センサ10では、第2梁部53が、固定電極部52から第1固定部43に近づくように伸びていることを特徴としている。より詳細には、第2梁部53は、x軸方向に伸びる部分とy軸方向に伸びる部分を有しており、これにより、固定電極部52から第1固定部43に向けてx軸方向とy軸方向のいずれにおいても接近している。この結果、加速度センサ10では、第1固定部43と第2固定部54の間の距離が第1固定部43と固定電極部52の間の距離よりも短く構成されている。   The acceleration sensor 10 is characterized in that the fixed electrode portion 52 is floating with respect to the support substrate 21 and is fixed to the support substrate 21 via the second beam portion 53. Further, the acceleration sensor 10 is characterized in that the second beam portion 53 extends from the fixed electrode portion 52 so as to approach the first fixed portion 43. More specifically, the second beam portion 53 has a portion extending in the x-axis direction and a portion extending in the y-axis direction, and thereby the x-axis direction from the fixed electrode portion 52 toward the first fixed portion 43. And both in the y-axis direction. As a result, in the acceleration sensor 10, the distance between the first fixed portion 43 and the second fixed portion 54 is configured to be shorter than the distance between the first fixed portion 43 and the fixed electrode portion 52.

図5に、半導体下層20に反りが発生した場合を例示する。加速度センサ10を製造する過程では、製造時の熱ストレスが半導体下層20に加わることがあり、これにより、半導体下層20に反りが発生することがある。この例では、半導体下層20がy軸回りに変形した例である。図5に示されるように、加速度センサ10では、半導体下層20に反りが発生したとしても、可動電極部51が支持基板21に固定される第1固定部43と固定電極部52が支持基板21に固定される第2固定部54の間の距離が短く構成されているので、可動電極部51と固定電極部52の相対的な位置関係が維持されている。より詳細には、第1固定部43と第2固定部54の間の距離がx軸方向に接近しているので、y軸回りに半導体下層20が反ったとしても、可動電極部51と固定電極部52の相対的な位置関係が維持される。また、第1固定部43と第2固定部54の間の距離がy軸方向に接近しているので、x軸回りに半導体下層20が反ったとしても、可動電極部51と固定電極部52の相対的な位置関係が維持される。なお、第1梁部42のy軸方向の長さと第2梁部53のy軸方向の長さをほぼ等しくすることで、より可動電極部51と固定電極部52の相対的な位置関係を維持することができる。このように、加速度センサ10では、第1固定部43と第2固定部54の間の距離が接近しているので、半導体下層20の反りによる可動電極部51と固定電極部52の間の容量変化を緩和することができ、支持基板21の反りに対して安定した特性を得ることができる。   FIG. 5 illustrates a case where warpage occurs in the semiconductor lower layer 20. In the process of manufacturing the acceleration sensor 10, thermal stress at the time of manufacture may be applied to the semiconductor lower layer 20, which may cause warpage of the semiconductor lower layer 20. In this example, the semiconductor lower layer 20 is deformed around the y axis. As shown in FIG. 5, in the acceleration sensor 10, even when the semiconductor lower layer 20 is warped, the first fixed portion 43 and the fixed electrode portion 52 that fix the movable electrode portion 51 to the support substrate 21 are the support substrate 21. Since the distance between the second fixed portions 54 fixed to the short is configured to be short, the relative positional relationship between the movable electrode portion 51 and the fixed electrode portion 52 is maintained. More specifically, since the distance between the first fixed portion 43 and the second fixed portion 54 is close to the x-axis direction, even if the semiconductor lower layer 20 is warped around the y-axis, the movable electrode portion 51 is fixed. The relative positional relationship of the electrode part 52 is maintained. In addition, since the distance between the first fixed portion 43 and the second fixed portion 54 is close to the y-axis direction, even if the semiconductor lower layer 20 warps around the x-axis, the movable electrode portion 51 and the fixed electrode portion 52. The relative positional relationship is maintained. Note that the relative positional relationship between the movable electrode portion 51 and the fixed electrode portion 52 can be further increased by making the length of the first beam portion 42 in the y-axis direction substantially equal to the length of the second beam portion 53 in the y-axis direction. Can be maintained. As described above, in the acceleration sensor 10, since the distance between the first fixed portion 43 and the second fixed portion 54 is close, the capacitance between the movable electrode portion 51 and the fixed electrode portion 52 due to the warp of the semiconductor lower layer 20. The change can be relaxed, and stable characteristics can be obtained with respect to the warp of the support substrate 21.

図6を参照して、加速度センサ100を説明する。加速度センサ100は、x軸方向に沿って配置されている一対のx軸検出電極部50A,50Cと、y軸方向に沿って配置されている一対のy軸検出電極部50B,50Dを備えていることを特徴としている。x軸検出電極部50A,50Cは、変位部41を間に挟んでx軸方向に沿って対向している。y軸検出電極部50B,50Dは、変位部41を間に挟んでy軸方向に沿って対向している。これらの検出電極部50A,50B,50C,50Dは、第1実施例と同様に、可動電極部51と固定電極部52を備えている。ここで、本実施例の固定電極部52は、一対の第2梁部53によって支持されている点(所謂、両持ち梁)で第1実施例(所謂、片持ち梁)と相違する。しかしながら、その他の点においては、これらの検出電極部50A,50B,50C,50Dは、第1実施例の検出電極部50と実質的に共通の形態を備えている。   The acceleration sensor 100 will be described with reference to FIG. The acceleration sensor 100 includes a pair of x-axis detection electrode portions 50A and 50C arranged along the x-axis direction and a pair of y-axis detection electrode portions 50B and 50D arranged along the y-axis direction. It is characterized by being. The x-axis detection electrode portions 50A and 50C face each other along the x-axis direction with the displacement portion 41 interposed therebetween. The y-axis detection electrode portions 50B and 50D face each other along the y-axis direction with the displacement portion 41 interposed therebetween. These detection electrode portions 50A, 50B, 50C, and 50D include a movable electrode portion 51 and a fixed electrode portion 52, as in the first embodiment. Here, the fixed electrode portion 52 of the present embodiment is different from the first embodiment (so-called cantilever beam) in that it is supported by a pair of second beam portions 53 (so-called cantilever beams). However, in other respects, these detection electrode portions 50A, 50B, 50C, and 50D have substantially the same form as the detection electrode portion 50 of the first embodiment.

加速度センサ100はさらに、x軸検出電極部50A,50Cと変位部41の間に設けられているとともに変位部41を支持基板21に対して支持するx軸第1梁部142と、y軸検出電極部50B,50Dと変位部41の間に設けられているとともに変位部41を支持基板21に対して支持するy軸第1梁部144を備えていることを特徴としている。   The acceleration sensor 100 further includes an x-axis first beam portion 142 that is provided between the x-axis detection electrode portions 50A and 50C and the displacement portion 41 and supports the displacement portion 41 with respect to the support substrate 21, and a y-axis detection. A y-axis first beam portion 144 that is provided between the electrode portions 50 </ b> B and 50 </ b> D and the displacement portion 41 and supports the displacement portion 41 with respect to the support substrate 21 is provided.

x軸第1梁部142は、半導体上層40に形成されている。x軸第1梁部142と支持基板21の間の絶縁層30は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、x軸第1梁部142は、支持基板21に対して浮遊している。x軸第1梁部142は、xばね梁142aとx軸プレート142bとyばね梁142cを有する。xばね梁142aは、x軸方向のばね定数が小さく、y軸及びz軸方向のばね定数が大きい。このため、xばね梁142aは、x軸方向に弾性変形し易く、y軸及びz軸方向には弾性変形しにくい。yばね梁142cは、y軸方向のばね定数が小さく、x軸及びz軸方向のばね定数が大きい。このため、yばね梁142cは、y軸方向に弾性変形し易く、x軸及びz軸方向には弾性変形しにくい。x軸プレート142bは、xばね梁142aとyばね梁142cの双方を連結しており、x軸、y軸及びz軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、x軸プレート142bは、x軸、y軸及びz軸方向のいずれにも弾性変形しない。x軸検出電極部50A,50Cの可動電極部51は、x軸プレート142bに直接的に接続されており、x軸プレート142b及びyばね梁142cを介して変位部41に間接的に接続されている。   The x-axis first beam portion 142 is formed in the semiconductor upper layer 40. The insulating layer 30 between the x-axis first beam portion 142 and the support substrate 21 is removed, and a space is formed between them. As a result, the x-axis first beam portion 142 is floating with respect to the support substrate 21. The x-axis first beam portion 142 includes an x-spring beam 142a, an x-axis plate 142b, and a y-spring beam 142c. The x spring beam 142a has a small spring constant in the x-axis direction and a large spring constant in the y-axis and z-axis directions. For this reason, the x spring beam 142a is easily elastically deformed in the x axis direction, and is not easily elastically deformed in the y axis direction and the z axis direction. The y spring beam 142c has a small spring constant in the y-axis direction and a large spring constant in the x-axis and z-axis directions. For this reason, the y spring beam 142c is easily elastically deformed in the y-axis direction, and is not easily elastically deformed in the x-axis and z-axis directions. The x-axis plate 142b connects both the x-spring beam 142a and the y-spring beam 142c, and has a large spring constant in the x-axis, y-axis, and z-axis directions. For this reason, the x-axis plate 142b does not elastically deform in any of the x-axis, y-axis, and z-axis directions. The movable electrode portions 51 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C are directly connected to the x-axis plate 142b and indirectly connected to the displacement portion 41 via the x-axis plate 142b and the y spring beam 142c. Yes.

y軸第1梁部144は、半導体上層40に形成されている。y軸第1梁部144と支持基板21の間の絶縁層30は除去されており、両者の間に空間が形成されている。y軸第1梁部144は、支持基板21に対して浮遊している。y軸第1梁部144は、yばね梁144aとy軸プレート144bとxばね梁144cを有する。yばね梁144aは、y軸方向のばね定数が小さく、x軸及びz軸方向のばね定数が大きい。このため、yばね梁144aは、y軸方向に弾性変形し易く、x軸及びz軸方向には弾性変形しにくい。xばね梁144cは、x軸方向のばね定数が小さく、y軸及びz軸方向のばね定数が大きい。このため、xばね梁144cは、x軸方向に弾性変形し易く、y軸及びz軸方向には弾性変形しにくい。y軸プレート144bは、yばね梁144aとxばね梁144cの双方を連結しており、x軸、y軸及びz軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、y軸プレート144bは、x軸、y軸及びz軸方向のいずれにも弾性変形しない。y軸検出電極部50B,50Dの可動電極部51は、y軸プレート144bに直接的に接続されており、y軸プレート144b及びxばね梁144cを介して変位部41に間接的に接続されている。   The y-axis first beam portion 144 is formed in the semiconductor upper layer 40. The insulating layer 30 between the y-axis first beam portion 144 and the support substrate 21 is removed, and a space is formed between them. The y-axis first beam portion 144 is floating with respect to the support substrate 21. The y-axis first beam portion 144 includes a y-spring beam 144a, a y-axis plate 144b, and an x-spring beam 144c. The y spring beam 144a has a small spring constant in the y-axis direction and a large spring constant in the x-axis and z-axis directions. For this reason, the y spring beam 144a is easily elastically deformed in the y-axis direction and is not easily elastically deformed in the x-axis and z-axis directions. The x spring beam 144c has a small spring constant in the x-axis direction and a large spring constant in the y-axis and z-axis directions. For this reason, the x spring beam 144c is easily elastically deformed in the x-axis direction and is not easily elastically deformed in the y-axis and z-axis directions. The y-axis plate 144b connects both the y-spring beam 144a and the x-spring beam 144c, and has a large spring constant in the x-axis, y-axis, and z-axis directions. For this reason, the y-axis plate 144b does not elastically deform in any of the x-axis, y-axis, and z-axis directions. The movable electrode portions 51 of the y-axis detection electrode portions 50B and 50D are directly connected to the y-axis plate 144b and indirectly connected to the displacement portion 41 via the y-axis plate 144b and the x spring beam 144c. Yes.

次に、加速度センサ100の動作を説明する。加速度センサ100では、x軸方向の加速度が加わると、x軸第1梁部142のxばね梁142aとy軸第1梁部144のxばね梁144cの双方が弾性変形し、変位部41が支持基板21に対してx軸方向に相対変位する。変位部41の変位に追随して、x軸検出電極部50A,50Cの可動電極部51も支持基板21に対して相対変位する。一方、x軸検出電極部50A,50Cの固定電極部52は、x軸方向のばね定数の大きい第2梁部53で支持されているので、x軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ100は、x軸方向の加速度を検出することができる。   Next, the operation of the acceleration sensor 100 will be described. In the acceleration sensor 100, when acceleration in the x-axis direction is applied, both the x-spring beam 142a of the x-axis first beam portion 142 and the x-spring beam 144c of the y-axis first beam portion 144 are elastically deformed, and the displacement portion 41 is It is displaced relative to the support substrate 21 in the x-axis direction. Following the displacement of the displacement portion 41, the movable electrode portions 51 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C are also displaced relative to the support substrate 21. On the other hand, since the fixed electrode portion 52 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C is supported by the second beam portion 53 having a large spring constant in the x-axis direction, it can serve as an x-axis fixed electrode. Thereby, the acceleration sensor 100 can detect acceleration in the x-axis direction.

さらに、加速度センサ100では、y軸方向の加速度が加わると、x軸第1梁部142のyばね梁142cとy軸第1梁部144のyばね梁144aの双方が弾性変形し、変位部41が支持基板21に対してy軸方向に相対変位する。変位部41の変位に追随して、y軸検出電極部50B,50Dの可動電極部51も支持基板21に対して相対変位する。一方、y軸検出電極部50B,50Dの固定電極部52は、y軸方向のばね定数が大きい第2梁部53で支持されているので、y軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ100は、y軸方向の加速度を検出することができる。加速度センサ100は、x軸とy軸の2軸の加速度を検出することができる。   Furthermore, in the acceleration sensor 100, when acceleration in the y-axis direction is applied, both the y-spring beam 142c of the x-axis first beam portion 142 and the y-spring beam 144a of the y-axis first beam portion 144 are elastically deformed, and the displacement portion 41 is displaced relative to the support substrate 21 in the y-axis direction. Following the displacement of the displacement portion 41, the movable electrode portions 51 of the y-axis detection electrode portions 50B and 50D are also relatively displaced with respect to the support substrate 21. On the other hand, since the fixed electrode portion 52 of the y-axis detection electrode portions 50B and 50D is supported by the second beam portion 53 having a large spring constant in the y-axis direction, it can serve as a y-axis fixed electrode. Thereby, the acceleration sensor 100 can detect acceleration in the y-axis direction. The acceleration sensor 100 can detect two-axis accelerations of an x-axis and a y-axis.

加速度センサ100でも、x軸検出電極部50A,50Cの固定電極部52が、支持基板21に対して浮遊しているとともに第2梁部53を介して支持基板21に固定されている。さらに、y軸検出電極部50B,50Dの固定電極部52も、支持基板21に対して浮遊しているとともに第2梁部53を介して支持基板21に固定されている。この技術を利用して、加速度センサ100でも、第1固定部43と第2固定部54の間の距離が第1固定部43と固定電極部52の間の距離よりも短く構成されている。これにより、加速度センサ100では、半導体下層20の反りに抗して、可動電極部51と固定電極部52の相対的な位置関係を維持させ、反りに対して安定した特性を得ることができる。また、加速度センサ100では、第2梁部53の固定方法が第1梁部142,144の固定方法と同様に両持ちで構成されている。このため、x軸回り又はy軸回りに支持基板21が反ったときに、第1梁部142,144と第2梁部53の湾曲は同様な形状となり、両者の位置関係をより維持することができる。   Also in the acceleration sensor 100, the fixed electrode portions 52 of the x-axis detection electrode portions 50 </ b> A and 50 </ b> C are floating with respect to the support substrate 21 and are fixed to the support substrate 21 via the second beam portion 53. Further, the fixed electrode portions 52 of the y-axis detection electrode portions 50 </ b> B and 50 </ b> D are also floating with respect to the support substrate 21 and are fixed to the support substrate 21 via the second beam portion 53. Using this technique, the acceleration sensor 100 is also configured such that the distance between the first fixed portion 43 and the second fixed portion 54 is shorter than the distance between the first fixed portion 43 and the fixed electrode portion 52. Thereby, in the acceleration sensor 100, the relative positional relationship between the movable electrode part 51 and the fixed electrode part 52 can be maintained against the warp of the semiconductor lower layer 20, and a stable characteristic against the warp can be obtained. Further, in the acceleration sensor 100, the fixing method of the second beam portion 53 is constituted by both ends like the fixing method of the first beam portions 142 and 144. For this reason, when the support substrate 21 is warped around the x axis or the y axis, the first beam portions 142 and 144 and the second beam portion 53 are curved in the same shape, and the positional relationship between the two is further maintained. Can do.

図7〜図10を参照して、加速度センサ200を説明する。図7に、加速度センサ200の概略平面図を示す。図8に、図7のA−A線に沿った断面図を示す。図9に、図7のB−B線に沿った断面図を示す。図10に、図7のC−C線に沿った断面図を示す。   The acceleration sensor 200 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows a schematic plan view of the acceleration sensor 200. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 9 shows a cross-sectional view along the line BB in FIG. FIG. 10 is a sectional view taken along the line CC in FIG.

加速度センサ200は、x軸方向に沿って配置されている一対のx軸検出電極部50A,50Cを備えていることを特徴としている。これらのx軸検出電極部50A,50Cは、第2実施例のx軸検出電極部50A,50Cと実質的に共通の形態を備えている。   The acceleration sensor 200 includes a pair of x-axis detection electrode portions 50A and 50C arranged along the x-axis direction. These x-axis detection electrode portions 50A and 50C have substantially the same form as the x-axis detection electrode portions 50A and 50C of the second embodiment.

加速度センサ200はさらに、x軸検出電極部50A,50Cと変位部41の間に設けられているとともに変位部41を支持基板21に対して支持するx軸第1梁部242を備えていることを特徴としている。x軸第1梁部242は、弾性変形する方向において第2実施例のx軸第1梁部142と相違する。   The acceleration sensor 200 further includes an x-axis first beam portion 242 that is provided between the x-axis detection electrode portions 50A and 50C and the displacement portion 41 and supports the displacement portion 41 with respect to the support substrate 21. It is characterized by. The x-axis first beam portion 242 is different from the x-axis first beam portion 142 of the second embodiment in the direction of elastic deformation.

x軸第1梁部242は、半導体上層40に形成されている。x軸第1梁部242と支持基板21の間の絶縁層30は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、x軸第1梁部242は、支持基板21に対して浮遊している。x軸第1梁部242は、xばね梁242aとx軸プレート242bとzばね梁242cを有する。xばね梁242aは、x軸方向のばね定数が小さく、y軸及びz軸方向のばね定数が大きい。このため、xばね梁242aは、x軸方向に弾性変形し易く、y軸及びz軸方向には弾性変形しにくい。zばね梁242cは、z軸方向のばね定数が小さく、x軸及びy軸方向のばね定数が大きい。このため、zばね梁242cは、z軸方向に弾性変形し易く、x軸及びy軸方向には弾性変形しにくい。x軸プレート242bは、xばね梁242aとzばね梁242cの双方を連結しており、x軸、y軸及びz軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、x軸プレート242bは、x軸、y軸及びz軸方向のいずれにも弾性変形しにくい。x軸検出電極部50A,50Cの可動電極部51は、x軸プレート242bに直接的に接続されており、x軸プレート242b及びzばね梁242cを介して変位部41に間接的に接続されている。   The x-axis first beam portion 242 is formed in the semiconductor upper layer 40. The insulating layer 30 between the x-axis first beam portion 242 and the support substrate 21 is removed, and a space is formed between them. Thereby, the x-axis first beam portion 242 is floated with respect to the support substrate 21. The x-axis first beam portion 242 includes an x-spring beam 242a, an x-axis plate 242b, and a z-spring beam 242c. The x spring beam 242a has a small spring constant in the x-axis direction and a large spring constant in the y-axis and z-axis directions. For this reason, the x spring beam 242a is easily elastically deformed in the x-axis direction and is not easily elastically deformed in the y-axis and z-axis directions. The z spring beam 242c has a small spring constant in the z-axis direction and a large spring constant in the x-axis and y-axis directions. For this reason, the z spring beam 242c is easily elastically deformed in the z-axis direction and is not easily elastically deformed in the x-axis and y-axis directions. The x-axis plate 242b connects both the x spring beam 242a and the z spring beam 242c, and has a large spring constant in the x-axis, y-axis, and z-axis directions. For this reason, the x-axis plate 242b is not easily elastically deformed in any of the x-axis, y-axis, and z-axis directions. The movable electrode portions 51 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C are directly connected to the x-axis plate 242b and indirectly connected to the displacement portion 41 via the x-axis plate 242b and the z spring beam 242c. Yes.

加速度センサ200はさらに、z軸検出電極部50Eを備えていることを特徴としている。z軸検出電極部50Eは、可動電極部として用いられている変位部41と、固定電極部として用いられているz軸固定電極板222で構成されている。z軸固定電極板222は、半導体下層20に形成されている。z軸固定電極板222と変位部41の間の絶縁層30は除去されており、両者の間に空間が形成されている。z軸固定電極板222は、z軸方向から観測したときに、一巡する分離溝22によって支持基板21から隔てられている。これにより、z軸固定電極板222は、支持基板21に対して浮遊している。z軸固定電極板222は、z軸第2梁部245を介して支持基板21に支持されている。z軸固定電極板222は、z軸方向から観測したときに、変位部41と重複するとともに、変位部41よりも幅広に形成されている。   The acceleration sensor 200 further includes a z-axis detection electrode unit 50E. The z-axis detection electrode part 50E is composed of a displacement part 41 used as a movable electrode part and a z-axis fixed electrode plate 222 used as a fixed electrode part. The z-axis fixed electrode plate 222 is formed in the semiconductor lower layer 20. The insulating layer 30 between the z-axis fixed electrode plate 222 and the displacement portion 41 is removed, and a space is formed between them. The z-axis fixed electrode plate 222 is separated from the support substrate 21 by a separation groove 22 that makes a round when observed from the z-axis direction. Thereby, the z-axis fixed electrode plate 222 is floating with respect to the support substrate 21. The z-axis fixed electrode plate 222 is supported on the support substrate 21 via the z-axis second beam portion 245. The z-axis fixed electrode plate 222 overlaps with the displacement portion 41 and is formed wider than the displacement portion 41 when observed from the z-axis direction.

z軸第2梁部245は、半導体上層40に形成されている。z軸第2梁部245と支持基板21及びz軸第2梁部245とz軸固定電極板222の間の絶縁層30は除去されており、それぞれの間に空間が形成されている。これにより、z軸第2梁部245は、支持基板21及びz軸固定電極板222に対して浮遊している。z軸第2梁部245は、一端がz軸固定電極板用固定部244を介してz軸固定電極板222に接続されており、他端が支持基板用固定部246(第2固定部の一例)を介して支持基板21に接続されている。z軸固定電極板用固定部244及び支持基板用固定部246は、半導体下層20と絶縁層30と半導体上層40が積層した部位である。z軸第2梁部245は、y軸方向に沿って直線状に伸びている部分と、x軸方向に沿って直線状に伸びている部分を有する。z軸第2梁部245は、x軸、y軸及びz軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、z軸第2梁部245は、x軸、y軸及びz軸方向のいずれにも弾性変形しにくい。これにより、z軸第2梁部245で支持されるz軸固定電極板222は、z軸固定電極としての役割を果たすことができる。   The z-axis second beam portion 245 is formed in the semiconductor upper layer 40. The insulating layer 30 between the z-axis second beam portion 245 and the support substrate 21 and the z-axis second beam portion 245 and the z-axis fixed electrode plate 222 is removed, and a space is formed therebetween. As a result, the z-axis second beam portion 245 floats with respect to the support substrate 21 and the z-axis fixed electrode plate 222. One end of the z-axis second beam portion 245 is connected to the z-axis fixed electrode plate 222 via the z-axis fixed electrode plate fixing portion 244, and the other end is connected to the support substrate fixing portion 246 (the second fixing portion of the second fixing portion). The support substrate 21 is connected via an example). The z-axis fixed electrode plate fixing portion 244 and the support substrate fixing portion 246 are portions where the semiconductor lower layer 20, the insulating layer 30, and the semiconductor upper layer 40 are stacked. The z-axis second beam portion 245 has a portion extending linearly along the y-axis direction and a portion extending linearly along the x-axis direction. The z-axis second beam portion 245 has a large spring constant in the x-axis, y-axis, and z-axis directions. For this reason, the z-axis second beam portion 245 is hardly elastically deformed in any of the x-axis, y-axis, and z-axis directions. Accordingly, the z-axis fixed electrode plate 222 supported by the z-axis second beam portion 245 can serve as a z-axis fixed electrode.

次に、加速度センサ200の動作を説明する。加速度センサ200では、x軸方向の加速度が加わると、x軸第1梁部242のxばね梁242aが弾性変形し、変位部41が支持基板21に対してx軸方向に相対変位する。変位部41の変位に追随して、x軸検出電極部50A,50Cの可動電極部51も支持基板21に対して相対変位する。一方、x軸検出電極部50A,50Cの固定電極部52は、x軸方向のばね定数の大きい第2梁部53で支持されているので、x軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ200は、x軸方向の加速度を検出することができる。なお、変位部41のx軸方向の変位幅は、z軸方向から観測したときに、z軸固定電極板222の存在範囲を超えないのが望ましい。これにより、変位部41がx軸方向に変位しても、z軸検出電極部50Eには、静電容量の変化が発生しない。   Next, the operation of the acceleration sensor 200 will be described. In the acceleration sensor 200, when acceleration in the x-axis direction is applied, the x spring beam 242 a of the x-axis first beam portion 242 is elastically deformed, and the displacement portion 41 is relatively displaced with respect to the support substrate 21 in the x-axis direction. Following the displacement of the displacement portion 41, the movable electrode portions 51 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C are also displaced relative to the support substrate 21. On the other hand, since the fixed electrode portion 52 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C is supported by the second beam portion 53 having a large spring constant in the x-axis direction, it can serve as an x-axis fixed electrode. Thereby, the acceleration sensor 200 can detect the acceleration in the x-axis direction. It is desirable that the displacement width of the displacement portion 41 in the x-axis direction does not exceed the existence range of the z-axis fixed electrode plate 222 when observed from the z-axis direction. Thereby, even if the displacement part 41 displaces to a x-axis direction, the change of an electrostatic capacitance does not generate | occur | produce in the z-axis detection electrode part 50E.

さらに、加速度センサ200では、z軸方向の加速度が加わると、x軸第1梁部242のzばね梁242cが弾性変形し、変位部41が支持基板21に対してz軸方向に相対変位する。一方、z軸固定電極板222は、z軸方向のばね定数の大きいz軸第2梁部245で支持されているので、z軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ200は、z軸方向の加速度を検出することができる。加速度センサ200は、x軸とz軸の2軸の加速度を検出することができる。   Further, in the acceleration sensor 200, when acceleration in the z-axis direction is applied, the z spring beam 242 c of the x-axis first beam portion 242 is elastically deformed, and the displacement portion 41 is relatively displaced in the z-axis direction with respect to the support substrate 21. . On the other hand, since the z-axis fixed electrode plate 222 is supported by the z-axis second beam portion 245 having a large spring constant in the z-axis direction, it can serve as a z-axis fixed electrode. Thereby, the acceleration sensor 200 can detect the acceleration in the z-axis direction. The acceleration sensor 200 can detect two-axis accelerations of the x axis and the z axis.

加速度センサ200では、z軸固定電極板222が支持基板21に対して浮遊しているとともに、z軸第2梁部245を介して支持基板21に支持されていることを特徴としている。さらに、加速度センサ200では、z軸第2梁部245が、z軸固定電極部板222から第1固定部43に近づくように伸びていることを特徴としている。より詳細には、z軸第2梁部245は、x軸方向に伸びる部分とy軸方向に伸びる部分を有しており、これにより、z軸固定電極板222から第1固定部43に向けてx軸方向とy軸方向のいずれにおいても接近している。この結果、加速度センサ200では、第1固定部43と支持基板用固定部246の間の距離が第1固定部43とz軸固定電極板222の間の距離よりも短く構成されている。   The acceleration sensor 200 is characterized in that the z-axis fixed electrode plate 222 floats with respect to the support substrate 21 and is supported by the support substrate 21 via the z-axis second beam portion 245. Further, the acceleration sensor 200 is characterized in that the z-axis second beam portion 245 extends from the z-axis fixed electrode portion plate 222 so as to approach the first fixed portion 43. More specifically, the z-axis second beam portion 245 has a portion extending in the x-axis direction and a portion extending in the y-axis direction, whereby the z-axis fixed electrode plate 222 is directed to the first fixing portion 43. Therefore, they are close in both the x-axis direction and the y-axis direction. As a result, the acceleration sensor 200 is configured such that the distance between the first fixing portion 43 and the support substrate fixing portion 246 is shorter than the distance between the first fixing portion 43 and the z-axis fixed electrode plate 222.

図11に、半導体下層20に反りが発生した場合を例示する。加速度センサ200を製造する過程では、製造時の熱ストレスが半導体下層20に加わることがあり、これにより、半導体下層20に反りが発生することがある。この例では、半導体下層20がy軸回りに変形した例である。図5に示されるように、加速度センサ200では、半導体下層20に反りが発生したとしても、z軸固定電極板222が分離溝22によって分離されているので、半導体下層20の反りの影響がz軸固定電極板222に伝達されることが緩和されている。さらに、加速度センサ200では、第1固定部43と支持基板用固定部246の間の距離が接近しているので、半導体下層20に反りが発生したとしても、半導体下層20に反りに抗して、変位部41とz軸固定電極板222の相対的な位置関係を維持させることができる。そのため、支持基板21の反りによる変位部41とz軸固定電極板222の間の容量変化が小さく、安定した加速度検知が可能となる。   FIG. 11 illustrates a case where warpage occurs in the semiconductor lower layer 20. In the process of manufacturing the acceleration sensor 200, thermal stress during manufacturing may be applied to the semiconductor lower layer 20, which may cause warpage of the semiconductor lower layer 20. In this example, the semiconductor lower layer 20 is deformed around the y axis. As shown in FIG. 5, in the acceleration sensor 200, even if the semiconductor lower layer 20 is warped, the z-axis fixed electrode plate 222 is separated by the separation groove 22. Transmission to the fixed shaft electrode plate 222 is mitigated. Further, in the acceleration sensor 200, since the distance between the first fixing portion 43 and the support substrate fixing portion 246 is close, even if warpage occurs in the semiconductor lower layer 20, the semiconductor lower layer 20 is resisted against warpage. The relative positional relationship between the displacement portion 41 and the z-axis fixed electrode plate 222 can be maintained. Therefore, the capacitance change between the displacement portion 41 and the z-axis fixed electrode plate 222 due to the warp of the support substrate 21 is small, and stable acceleration detection is possible.

図12を参照して、加速度センサ300を説明する。加速度センサ300は、一対のx軸検出電極部50A,50Cと、一対のy軸検出電極部50B,50Dと、z軸検出電極部50Eを備えていることを特徴としている。x軸検出電極部50A,50C及びy軸検出電極部50B,50Dは、第2実施例のx軸検出電極部50A,50C及びy軸検出電極部50B,50Dと実質的に共通の形態を備えている。z軸検出電極部50Eは、第3実施例のz軸検出電極部50Eと実質的に共通の形態を備えている。   The acceleration sensor 300 will be described with reference to FIG. The acceleration sensor 300 includes a pair of x-axis detection electrode portions 50A and 50C, a pair of y-axis detection electrode portions 50B and 50D, and a z-axis detection electrode portion 50E. The x-axis detection electrode portions 50A and 50C and the y-axis detection electrode portions 50B and 50D have substantially the same form as the x-axis detection electrode portions 50A and 50C and the y-axis detection electrode portions 50B and 50D of the second embodiment. ing. The z-axis detection electrode unit 50E has substantially the same form as the z-axis detection electrode unit 50E of the third embodiment.

加速度センサ300はさらに、x軸検出電極部50A,50Cと変位部41の間に設けられているとともに変位部41を支持基板21に対して支持するx軸第1梁部342と、y軸検出電極部50B,50Dと変位部41の間に設けられているとともに変位部41を支持基板21に対して支持するy軸第1梁部344と、z軸固定電極板222を支持基板21に対して支持するz軸第2梁部245を備えていることを特徴としている。z軸第2梁部245は、第3実施例のz軸第2梁部245と実質的に共通の形態を備えている。   The acceleration sensor 300 further includes an x-axis first beam portion 342 that is provided between the x-axis detection electrode portions 50A and 50C and the displacement portion 41 and supports the displacement portion 41 with respect to the support substrate 21, and a y-axis detection. A y-axis first beam portion 344 provided between the electrode portions 50B and 50D and the displacement portion 41 and supporting the displacement portion 41 with respect to the support substrate 21 and a z-axis fixed electrode plate 222 with respect to the support substrate 21. It is characterized by having a z-axis second beam portion 245 to be supported. The z-axis second beam portion 245 has a form substantially common to the z-axis second beam portion 245 of the third embodiment.

x軸第1梁部342は、半導体上層40に形成されている。x軸第1梁部342と支持基板21の間の絶縁層30は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、x軸第1梁部342は、支持基板21に対して浮遊している。x軸第1梁部342は、xばね梁342aとx軸プレート342bとyzばね梁342cを有する。xばね梁342aは、x軸方向のばね定数が小さく、y軸及びz軸方向のばね定数が大きい。このため、xばね梁342aは、x軸方向に弾性変形し易く、y軸及びz軸には弾性変形しにくい。yzばね梁342cは、y軸及びz軸方向のばね定数が小さく、x軸方向のばね定数が大きい。このため、yzばね梁342cは、y軸及びz軸方向に弾性変形し易く、x軸方向には弾性変形しにくい。x軸プレート342bは、xばね梁342aとyzばね梁342cの双方を連結しており、x軸、y軸及びz軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、x軸プレート342bは、x軸、y軸及びz軸方向のいずれにも弾性変形しにくい。x軸検出電極部50A,50Cの可動電極部51は、x軸プレート342bに直接的に接続されており、x軸プレート342b及びyzばね梁342cを介して変位部41に間接的に接続されている。   The x-axis first beam portion 342 is formed in the semiconductor upper layer 40. The insulating layer 30 between the x-axis first beam portion 342 and the support substrate 21 is removed, and a space is formed between them. As a result, the x-axis first beam portion 342 is floating with respect to the support substrate 21. The x-axis first beam portion 342 includes an x-spring beam 342a, an x-axis plate 342b, and a yz spring beam 342c. The x spring beam 342a has a small spring constant in the x-axis direction and a large spring constant in the y-axis and z-axis directions. For this reason, the x spring beam 342a is easily elastically deformed in the x axis direction, and is not easily elastically deformed in the y axis and the z axis. The yz spring beam 342c has a small spring constant in the y-axis and z-axis directions and a large spring constant in the x-axis direction. For this reason, the yz spring beam 342c is easily elastically deformed in the y-axis and z-axis directions, and is hardly elastically deformed in the x-axis direction. The x-axis plate 342b connects both the x-spring beam 342a and the yz-spring beam 342c, and has a large spring constant in the x-axis, y-axis, and z-axis directions. For this reason, the x-axis plate 342b is not easily elastically deformed in any of the x-axis, y-axis, and z-axis directions. The movable electrode portions 51 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C are directly connected to the x-axis plate 342b and indirectly connected to the displacement portion 41 via the x-axis plate 342b and the yz spring beam 342c. Yes.

y軸第1梁部344は、半導体上層40に形成されている。y軸第1梁部344と支持基板21の間の絶縁層30は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、y軸第1梁部344は、支持基板21に対して浮遊している。y軸第1梁部344は、yばね梁344aとy軸プレート344bとxzばね梁344cを有する。yばね梁344aは、y軸方向のばね定数が小さく、x軸及びz軸方向のばね定数が大きい。このため、yばね梁344aは、y軸方向に弾性変形し、x軸及びz軸方向には弾性変形しない。xzばね梁344cは、x軸及びz軸方向のばね定数が小さく、y軸方向のばね定数が大きい。このため、xzばね梁344cは、x軸及びz軸方向に弾性変形し、y軸方向には弾性変形しにくい。y軸プレート344bは、yばね梁344aとxzばね梁344cの双方を連結しており、x軸、y軸及びz軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、y軸プレート344bは、x軸、y軸及びz軸方向のいずれにも弾性変形しにく。y軸検出電極部50B,50Dの可動電極部51は、y軸プレート344bに直接的に接続されており、y軸プレート344b及びxzばね梁344cを介して変位部41に間接的に接続されている。   The y-axis first beam portion 344 is formed in the semiconductor upper layer 40. The insulating layer 30 between the y-axis first beam portion 344 and the support substrate 21 is removed, and a space is formed between them. As a result, the y-axis first beam portion 344 is floating with respect to the support substrate 21. The y-axis first beam portion 344 includes a y-spring beam 344a, a y-axis plate 344b, and an xz spring beam 344c. The y spring beam 344a has a small spring constant in the y-axis direction and a large spring constant in the x-axis and z-axis directions. For this reason, the y spring beam 344a is elastically deformed in the y-axis direction and is not elastically deformed in the x-axis and z-axis directions. The xz spring beam 344c has a small spring constant in the x-axis and z-axis directions and a large spring constant in the y-axis direction. For this reason, the xz spring beam 344c is elastically deformed in the x-axis and z-axis directions and is hardly elastically deformed in the y-axis direction. The y-axis plate 344b connects both the y-spring beam 344a and the xz-spring beam 344c and has a large spring constant in the x-axis, y-axis, and z-axis directions. For this reason, the y-axis plate 344b is not easily elastically deformed in any of the x-axis, y-axis, and z-axis directions. The movable electrode portions 51 of the y-axis detection electrode portions 50B and 50D are directly connected to the y-axis plate 344b and indirectly connected to the displacement portion 41 via the y-axis plate 344b and the xz spring beam 344c. Yes.

次に、加速度センサ300の動作を説明する。加速度センサ300では、x軸方向の加速度が加わると、x軸第1梁部342のxばね梁342aとy軸第1梁部344のxzばね梁344cが弾性変形し、変位部41が支持基板21に対してx軸方向に相対変位する。変位部41の変位に追随して、x軸検出電極部50A,50Cの可動電極部51も支持基板21に対して相対変位する。一方、x軸検出電極部50A,50Cの固定電極部52は、x軸方向のばね定数の大きい第2梁部53で支持されているので、x軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ100は、x軸方向の加速度を検出することができる。   Next, the operation of the acceleration sensor 300 will be described. In the acceleration sensor 300, when acceleration in the x-axis direction is applied, the x-spring beam 342a of the x-axis first beam portion 342 and the xz spring beam 344c of the y-axis first beam portion 344 are elastically deformed, and the displacement portion 41 is supported by the support substrate. 21 is relatively displaced in the x-axis direction. Following the displacement of the displacement portion 41, the movable electrode portions 51 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C are also displaced relative to the support substrate 21. On the other hand, since the fixed electrode portion 52 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C is supported by the second beam portion 53 having a large spring constant in the x-axis direction, it can serve as an x-axis fixed electrode. Thereby, the acceleration sensor 100 can detect acceleration in the x-axis direction.

また、加速度センサ300では、y軸方向の加速度が加わると、x軸第1梁部342のyzばね梁342cとy軸第1梁部344のyばね梁344aが弾性変形し、変位部41が支持基板21に対してy軸方向に相対変位する。変位部41の変位に追随して、y軸検出電極部50B,50Dの可動電極部51も支持基板21に対して相対変位する。一方、y軸検出電極部50B,50Dの固定電極部52は、y軸方向のばね定数の大きい第2梁部53で支持されているので、y軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ300は、y軸方向の加速度を検出することができる。   In the acceleration sensor 300, when acceleration in the y-axis direction is applied, the yz spring beam 342c of the x-axis first beam portion 342 and the y spring beam 344a of the y-axis first beam portion 344 are elastically deformed, and the displacement portion 41 is It is displaced relative to the support substrate 21 in the y-axis direction. Following the displacement of the displacement portion 41, the movable electrode portions 51 of the y-axis detection electrode portions 50B and 50D are also relatively displaced with respect to the support substrate 21. On the other hand, since the fixed electrode portion 52 of the y-axis detection electrode portions 50B and 50D is supported by the second beam portion 53 having a large spring constant in the y-axis direction, it can serve as a y-axis fixed electrode. Thereby, the acceleration sensor 300 can detect acceleration in the y-axis direction.

さらに、加速度センサ300では、z軸方向の加速度が加わると、x軸第1梁部342のyzばね梁342cとy軸第1梁部344のxzばね梁344cが弾性変形し、変位部41が支持基板21に対してz軸方向に相対変位する。一方、z軸固定電極板222は、z軸方向のばね定数の大きいz軸第2梁部245で支持されているので、z軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ300は、z軸方向の加速度を検出することができる。加速度センサ300は、x軸とy軸とz軸の3軸の加速度を検出することができる。   Further, in the acceleration sensor 300, when acceleration in the z-axis direction is applied, the yz spring beam 342c of the x-axis first beam portion 342 and the xz spring beam 344c of the y-axis first beam portion 344 are elastically deformed, and the displacement portion 41 is It is displaced relative to the support substrate 21 in the z-axis direction. On the other hand, since the z-axis fixed electrode plate 222 is supported by the z-axis second beam portion 245 having a large spring constant in the z-axis direction, it can serve as a z-axis fixed electrode. Thereby, the acceleration sensor 300 can detect acceleration in the z-axis direction. The acceleration sensor 300 can detect three-axis accelerations of the x axis, the y axis, and the z axis.

図13〜図15を参照して、加速度センサ400を説明する。図13に、加速度センサ400の概略平面図を示す。図14に、図13のA−A線に沿った断面図を示す。図15に、図13のB−B線に沿った断面図を示す。図16に、図13のC−C線に沿った断面図を示す。   The acceleration sensor 400 will be described with reference to FIGS. FIG. 13 shows a schematic plan view of the acceleration sensor 400. FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.

加速度センサ400は、一対のx軸検出電極部50A,50Cと、z軸検出電極部50Eを備えていることを特徴としている。x軸検出電極部50A,50Cは、固定電極部52の固定電極板連結部が幅広で構成されているものの、第2実施例のx軸検出電極部50A,50Cと実質的に共通の形態を備えている。z軸検出電極部50Eは、第3実施例のz軸検出電極部50Eと実質的に共通の形態を備えている。   The acceleration sensor 400 includes a pair of x-axis detection electrode portions 50A and 50C and a z-axis detection electrode portion 50E. The x-axis detection electrode portions 50A and 50C have substantially the same form as the x-axis detection electrode portions 50A and 50C of the second embodiment, although the fixed electrode plate connecting portion of the fixed electrode portion 52 is configured to be wide. I have. The z-axis detection electrode unit 50E has substantially the same form as the z-axis detection electrode unit 50E of the third embodiment.

加速度センサ400はさらに、x軸検出電極部50A,50Cと変位部41の間に設けられているとともに変位部41を支持基板21に対して支持するx軸第1梁部242と、z軸固定電極板222を支持基板21に対して支持するz軸第2梁部245を備えていることを特徴としている。x軸第1梁部242は、第3実施例のx軸第1梁部242と実質的に共通の形態を備えている。z軸第2梁部245は、第3実施例のz軸第2梁部245と実質的に共通の形態を備えている。   The acceleration sensor 400 further includes an x-axis first beam portion 242 that is provided between the x-axis detection electrode portions 50A and 50C and the displacement portion 41 and supports the displacement portion 41 with respect to the support substrate 21, and a z-axis fixed. A z-axis second beam portion 245 that supports the electrode plate 222 with respect to the support substrate 21 is provided. The x-axis first beam portion 242 has a form substantially common to the x-axis first beam portion 242 of the third embodiment. The z-axis second beam portion 245 has a form substantially common to the z-axis second beam portion 245 of the third embodiment.

加速度センサ400はさらに、x軸検出電極部50A,50Cの可動電極部51と固定電極部52の間に設けられている連結部410を備えていることを特徴としている。連結部410は、3つの突出部411,412,413と、第3梁部414,415を有する。突出部411,412,413は、半導体下層20と絶縁層30と半導体上層40が積層した部位である。突出部411,413は、x軸第1梁部242のx軸プレート242bからx軸方向に突出しており、その先端にx軸検出電極部50A,50Cの可動電極部51が接続されている。突出部412は、固定電極部52の固定電極板連結部52bからx軸方向に突出している。第3梁部414,415は、半導体下層20に形成されている。第3梁部414は、突出部411と突出部412を連結している。第3梁部415は、突出部412と突出部413を連結している。これにより、連結部410は、x軸検出電極部50A,50Cの可動電極部51と固定電極部52の間を連結している。第3梁部414,415は、x軸方向のばね定数が小さく、y軸及びz軸方向のばね定数が大きい。このため、第3梁部414,415は、x軸に弾性変形し、y軸及びz軸方向には弾性変形しない。   The acceleration sensor 400 further includes a connecting portion 410 provided between the movable electrode portion 51 and the fixed electrode portion 52 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C. The connecting portion 410 has three projecting portions 411, 412, 413 and third beam portions 414, 415. The protrusions 411, 412, and 413 are portions where the semiconductor lower layer 20, the insulating layer 30, and the semiconductor upper layer 40 are stacked. The projecting portions 411 and 413 project from the x-axis plate 242b of the x-axis first beam portion 242 in the x-axis direction, and the movable electrode portions 51 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C are connected to the tips thereof. The protruding portion 412 protrudes in the x-axis direction from the fixed electrode plate connecting portion 52 b of the fixed electrode portion 52. The third beam portions 414 and 415 are formed in the semiconductor lower layer 20. The third beam portion 414 connects the protruding portion 411 and the protruding portion 412. The third beam portion 415 connects the protruding portion 412 and the protruding portion 413. Thereby, the connection part 410 has connected between the movable electrode part 51 and the fixed electrode part 52 of x-axis detection electrode part 50A, 50C. The third beam portions 414 and 415 have small spring constants in the x-axis direction and large spring constants in the y-axis and z-axis directions. For this reason, the third beam portions 414 and 415 are elastically deformed in the x-axis and are not elastically deformed in the y-axis and z-axis directions.

加速度センサ400はさらに、x軸検出電極部50A,50Cの固定電極部52を支持する第2梁部453が、z軸方向のばね定数が小さく、x軸及びy軸方向のばね定数が大きいことを特徴としている。このため、第2梁部453は、z軸に弾性変形し易く、x軸及びy軸方向には弾性変形しにくい。   In the acceleration sensor 400, the second beam portion 453 that supports the fixed electrode portion 52 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C has a small spring constant in the z-axis direction and a large spring constant in the x-axis and y-axis directions. It is characterized by. For this reason, the second beam portion 453 is easily elastically deformed in the z-axis and hardly elastically deformed in the x-axis and y-axis directions.

次に、加速度センサ400の動作を説明する。加速度センサ400では、x軸方向の加速度が加わると、x軸第1梁部242のxばね梁242aが弾性変形し、変位部41が支持基板21に対してx軸方向に相対変位する。変位部41の変位に追随して、x軸検出電極部50A,50Cの可動電極部51も支持基板21に対して相対変位する。一方、x軸検出電極部50A,50Cの固定電極部52は、x軸方向にばね定数の大きい第2梁部453で支持されているので、x軸固定電極としての役割を果たすことができる。なお、連結部410の第3梁部414,415は、x軸方向のばね定数が小さいので、変位部41のx軸方向の並進力は、固定電極部52に伝わらない。これにより、加速度センサ400は、x軸方向の加速度を検出することができる。   Next, the operation of the acceleration sensor 400 will be described. In the acceleration sensor 400, when acceleration in the x-axis direction is applied, the x spring beam 242 a of the x-axis first beam portion 242 is elastically deformed, and the displacement portion 41 is relatively displaced with respect to the support substrate 21 in the x-axis direction. Following the displacement of the displacement portion 41, the movable electrode portions 51 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C are also displaced relative to the support substrate 21. On the other hand, since the fixed electrode portion 52 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C is supported by the second beam portion 453 having a large spring constant in the x-axis direction, it can serve as an x-axis fixed electrode. Since the third beam portions 414 and 415 of the connecting portion 410 have a small spring constant in the x-axis direction, the translational force in the x-axis direction of the displacement portion 41 is not transmitted to the fixed electrode portion 52. Thereby, the acceleration sensor 400 can detect acceleration in the x-axis direction.

さらに、加速度センサ400では、z軸方向の加速度が加わると、x軸第1梁部242のzばね梁242cが弾性変形し、変位部41が支持基板21に対してz軸方向に相対変位する。一方、z軸固定電極板222は、z軸方向のばね定数の大きいz軸第2梁部245で支持されているので、z軸御k低電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ400は、z軸方向の加速度を検出することができる。加速度センサ400は、x軸とz軸の2軸の加速度を検出することができる。   Further, in the acceleration sensor 400, when acceleration in the z-axis direction is applied, the z spring beam 242c of the x-axis first beam portion 242 is elastically deformed, and the displacement portion 41 is relatively displaced in the z-axis direction with respect to the support substrate 21. . On the other hand, since the z-axis fixed electrode plate 222 is supported by the z-axis second beam portion 245 having a large spring constant in the z-axis direction, it can serve as a z-axis control k-low electrode. Thereby, the acceleration sensor 400 can detect acceleration in the z-axis direction. The acceleration sensor 400 can detect two-axis accelerations of the x axis and the z axis.

加速度センサ400では、変位部41がz軸方向に変位すると、x軸第1梁部242のx軸プレート242bには、zばね梁242cを介してy軸回りの回転力が加わる。このため、x軸プレート242bに接続されているx軸検出電極部50A,50Cの可動電極部51もy軸回りの回転力を受ける。この回転力は、第3梁部414,415を介してx軸検出電極部50A,50Cの固定電極部52にも伝達される。x軸検出電極部50A,50Cの固定電極部52は、z軸方向のばね定数が小さい第2梁部453で支持されているので、y軸回りに回転可能である。このため、可動電極部51と固定電極部52の双方がy軸回りに回転することで、相対的な位置関係がより維持され、安定した特性を得ることができる。さらに、変位部41がz軸方向に変位したときにおいても、可動電極部51と固定電極部52の双方がy軸回りに回転することにより、可動電極部51と固定電極部52の相対的な位置関係が維持され、他軸感度を低減することができる。第3梁部414,415は2本以上の並列梁で構成されているので、y軸回りの回転剛性を高くすることができ、第3梁部414,415の回転角度を等しく保つことができ、可動電極部51と固定電極部52の相対的な位置関係をより効果的に維持することができる。   In the acceleration sensor 400, when the displacement portion 41 is displaced in the z-axis direction, a rotational force about the y-axis is applied to the x-axis plate 242b of the x-axis first beam portion 242 via the z spring beam 242c. For this reason, the movable electrode portions 51 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C connected to the x-axis plate 242b also receive a rotational force around the y-axis. This rotational force is transmitted to the fixed electrode portions 52 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C via the third beam portions 414 and 415. Since the fixed electrode portion 52 of the x-axis detection electrode portions 50A and 50C is supported by the second beam portion 453 having a small spring constant in the z-axis direction, it can rotate around the y-axis. For this reason, when both the movable electrode part 51 and the fixed electrode part 52 rotate around the y-axis, the relative positional relationship is further maintained, and stable characteristics can be obtained. Further, even when the displacement part 41 is displaced in the z-axis direction, the movable electrode part 51 and the fixed electrode part 52 are rotated relative to each other by rotating both the movable electrode part 51 and the fixed electrode part 52 around the y-axis. The positional relationship is maintained, and the sensitivity of other axes can be reduced. Since the third beam portions 414 and 415 are composed of two or more parallel beams, the rotational rigidity around the y-axis can be increased, and the rotation angles of the third beam portions 414 and 415 can be kept equal. The relative positional relationship between the movable electrode portion 51 and the fixed electrode portion 52 can be more effectively maintained.

図17を参照して、加速度センサ500を説明する。加速度センサ500は、一対のx軸検出電極部50A,50Cと、一対のy軸検出電極部50B,50Dと、z軸検出電極部50Eを備えていることを特徴としている。x軸検出電極部50A,50Cとy軸検出電極部50B,50Dは、第2実施例のx軸検出電極部50A,50Cとy軸検出電極部50B,50Dと実質的に共通の形態を備えている。z軸検出電極部50Eは、第3実施例のz軸検出電極部50Eと実質的に共通の形態を備えている。   The acceleration sensor 500 will be described with reference to FIG. The acceleration sensor 500 includes a pair of x-axis detection electrode portions 50A and 50C, a pair of y-axis detection electrode portions 50B and 50D, and a z-axis detection electrode portion 50E. The x-axis detection electrode portions 50A and 50C and the y-axis detection electrode portions 50B and 50D have substantially the same form as the x-axis detection electrode portions 50A and 50C and the y-axis detection electrode portions 50B and 50D of the second embodiment. ing. The z-axis detection electrode unit 50E has substantially the same form as the z-axis detection electrode unit 50E of the third embodiment.

加速度センサ500はさらに、x軸検出電極部50A,50Cと変位部41の間に設けられているとともに変位部41を支持基板21に対して支持するx軸第1梁部342と、y軸検出電極部50B,50Dと変位部41の間に設けられているとともに変位部41を支持基板21に対して支持するy軸第1梁部344と、z軸固定電極板222を支持基板21に対して支持するz軸第2梁部245を備えていることを特徴としている。x軸第1梁部342とy軸第1梁部344とz軸第2梁部245はそれぞれ、第4実施例のx軸第1梁部342とy軸第1梁部344とz軸第2梁部245と実質的に共通の形態を備えている。   The acceleration sensor 500 further includes an x-axis first beam portion 342 that is provided between the x-axis detection electrode portions 50A and 50C and the displacement portion 41 and supports the displacement portion 41 with respect to the support substrate 21, and a y-axis detection. A y-axis first beam portion 344 provided between the electrode portions 50B and 50D and the displacement portion 41 and supporting the displacement portion 41 with respect to the support substrate 21 and a z-axis fixed electrode plate 222 with respect to the support substrate 21. It is characterized by having a z-axis second beam portion 245 to be supported. The x-axis first beam portion 342, the y-axis first beam portion 344, and the z-axis second beam portion 245 are respectively the x-axis first beam portion 342, the y-axis first beam portion 344, and the z-axis number of the fourth embodiment. The two beam portions 245 have substantially the same form.

加速度センサ500はさらに、各検出電極部50A,50B,50C,50Dと各第1梁部342,344の間に設けられている連結部410を備えていることを特徴としている。連結部410は、第5実施例の連結部410と実質的に共通の形態を備えている。   The acceleration sensor 500 further includes a connecting portion 410 provided between the detection electrode portions 50A, 50B, 50C, and 50D and the first beam portions 342 and 344. The connection part 410 has a form substantially common to the connection part 410 of the fifth embodiment.

加速度センサ500は、半導体下層20の反りの影響及び変位部41がz軸方向に変位したときに生じる回転力の影響の双方を緩和するとともに、3軸方向の加速度を検出することができる。   The acceleration sensor 500 can reduce both the influence of the warp of the semiconductor lower layer 20 and the influence of the rotational force generated when the displacement portion 41 is displaced in the z-axis direction, and can detect the acceleration in the triaxial direction.

図18を参照して、ステージ駆動装置600を説明する。ステージ駆動装置600は、変位部41をx軸方向に駆動させるアクチュエータとして用いられる。ステージ駆動装置600は、支持基板21と、変位部41(ステージ)と、一対の駆動電極部60A,60Bを備えていることを特徴としている。支持基板21と変位部41と第1梁部42と第1固定部43は、第1実施例の支持基板21と変位部41と第1梁部42と第1固定部43と実質的に共通の形態を備えている。   The stage driving apparatus 600 will be described with reference to FIG. The stage driving device 600 is used as an actuator that drives the displacement unit 41 in the x-axis direction. The stage driving device 600 includes a support substrate 21, a displacement portion 41 (stage), and a pair of driving electrode portions 60A and 60B. The support substrate 21, the displacement portion 41, the first beam portion 42, and the first fixing portion 43 are substantially the same as the support substrate 21, the displacement portion 41, the first beam portion 42, and the first fixing portion 43 of the first embodiment. It has the form.

一対の駆動電極部60A,60Bは、変位部41を間に挟んでx軸方向に沿って対向している。一例では、駆動電極部60Aが変位部41の変位量を検出し、駆動電極部60Bが変位部41に駆動力を印加する。駆動電極部60Aで検出される検出結果に基づいて、駆動電極部60Bが制御され、変位部41が目標位置に正確に駆動される。なお、駆動電極部60Aが変位部41に駆動力を印加し、駆動電極部60Bが変位部41の変位量を検出してもよい。   The pair of drive electrode portions 60A and 60B face each other along the x-axis direction with the displacement portion 41 interposed therebetween. In one example, the drive electrode portion 60 </ b> A detects the amount of displacement of the displacement portion 41, and the drive electrode portion 60 </ b> B applies a driving force to the displacement portion 41. Based on the detection result detected by the drive electrode unit 60A, the drive electrode unit 60B is controlled, and the displacement unit 41 is accurately driven to the target position. Alternatively, the drive electrode unit 60A may apply a driving force to the displacement unit 41, and the drive electrode unit 60B may detect the displacement amount of the displacement unit 41.

駆動電極部60A,60Bは、可動電極部651と、その可動電極部651に対向して配置される固定電極部652を有している。可動電極部651は、複数の可動電極板651aを有する。可動電極板651aは、一端が変位部41に接続されており、他端が自由端で構成されており、x軸方向に沿って伸びている。   The drive electrode portions 60 </ b> A and 60 </ b> B have a movable electrode portion 651 and a fixed electrode portion 652 disposed to face the movable electrode portion 651. The movable electrode portion 651 has a plurality of movable electrode plates 651a. One end of the movable electrode plate 651a is connected to the displacement portion 41, the other end is a free end, and extends along the x-axis direction.

固定電極部652は、複数の固定電極板652aと、その複数の固定電極板652aを連結する固定電極板連結部652bを有する。固定電極板652aは、一端が固定電極板連結部652bに接続されており、他端が自由端に構成されており、x軸方向に沿って伸びている。固定電極板652aと可動電極板651aは、y軸方向に対向している。固定電極部652は、第2梁部653を介して支持基板21に支持されている。   The fixed electrode portion 652 includes a plurality of fixed electrode plates 652a and a fixed electrode plate connecting portion 652b that connects the plurality of fixed electrode plates 652a. One end of the fixed electrode plate 652a is connected to the fixed electrode plate coupling portion 652b, the other end is configured as a free end, and extends along the x-axis direction. The fixed electrode plate 652a and the movable electrode plate 651a face each other in the y-axis direction. The fixed electrode portion 652 is supported on the support substrate 21 via the second beam portion 653.

第2梁部653は、一端が固定電極板連結部652bに接続されており、他端が第2固定部654に接続されている。第2梁部653は、y軸方向に沿って直線状に伸びている部分と、x軸方向に沿って直線状に伸びている部分を有する。第2梁部653は、x軸、y軸及びz軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、第2梁部653は、x軸、y軸及びz軸方向のいずれにも弾性変形しにくい。これにより、第2梁部653で支持される固定電極部652は、固定電極としての役割を果たすことができる。   The second beam portion 653 has one end connected to the fixed electrode plate connecting portion 652 b and the other end connected to the second fixed portion 654. The second beam portion 653 has a portion extending linearly along the y-axis direction and a portion extending linearly along the x-axis direction. The second beam portion 653 has a large spring constant in the x-axis, y-axis, and z-axis directions. For this reason, the second beam portion 653 is hardly elastically deformed in any of the x-axis, y-axis, and z-axis directions. Accordingly, the fixed electrode portion 652 supported by the second beam portion 653 can serve as a fixed electrode.

次に、ステージ駆動装置600の動作を説明する。ステージ駆動装置600では、駆動電極部60Aの可動電極板651aと固定電極板652aの間に容量検出回路が接続され、駆動電極部60Bの可動電極板651aと固定電極板652aの間に振幅制御回路を介して駆動信号生成回路が接続される。駆動信号生成回路から振幅制御回路を介して直流電圧が印加されると、駆動電極部60Bの可動電極板651aと固定電極板652aの間に静電引力が発生し、変位部41がx軸方向に駆動する。駆動電極部60Aは、容量検出回路を利用して、変位部41のx軸方向の変位量を可動電極板651aと固定電極板652aの間の静電容量の変化から検出している。この容量検出回路の検出結果は、駆動信号生成回路にフィードバックされ、駆動信号生成回路は上記検出結果に基づいて駆動信号生を生成する。振幅制御回路は、駆動信号に基づいて変位部41の変位量が目標値となるように直流電圧を制御する。これらの構成により、ステージ駆動装置600は、変位部41を目標位置に正確に駆動させることができる。   Next, the operation of the stage driving device 600 will be described. In the stage drive device 600, a capacitance detection circuit is connected between the movable electrode plate 651a and the fixed electrode plate 652a of the drive electrode portion 60A, and an amplitude control circuit is connected between the movable electrode plate 651a and the fixed electrode plate 652a of the drive electrode portion 60B. A drive signal generation circuit is connected via When a DC voltage is applied from the drive signal generation circuit via the amplitude control circuit, an electrostatic attractive force is generated between the movable electrode plate 651a and the fixed electrode plate 652a of the drive electrode portion 60B, and the displacement portion 41 is moved in the x-axis direction. To drive. The drive electrode portion 60A detects the amount of displacement of the displacement portion 41 in the x-axis direction from the change in capacitance between the movable electrode plate 651a and the fixed electrode plate 652a using a capacitance detection circuit. The detection result of the capacitance detection circuit is fed back to the drive signal generation circuit, and the drive signal generation circuit generates a drive signal raw based on the detection result. The amplitude control circuit controls the DC voltage based on the drive signal so that the displacement amount of the displacement unit 41 becomes a target value. With these configurations, the stage driving device 600 can accurately drive the displacement unit 41 to the target position.

ステージ駆動装置600では、固定電極部652が支持基板21に対して浮遊しているとともに、第2梁部653を介して支持基板21に固定されていることを特徴としている。さらに、ステージ駆動装置600では、第2梁部653が、固定電極部652から第1固定部43に近づくように伸びていることを特徴としている。より詳細には、第2梁部653は、x軸方向に伸びる部分とy軸方向に伸びる部分を有しており、これにより、固定電極部652から第1固定部43に向けてx軸方向とy軸方向のいずれにおいても接近している。この結果、ステージ駆動装置600では、第1固定部43と第2固定部54の間の距離が第1固定部43と固定電極部52の間の距離よりも短く構成されている。   The stage driving device 600 is characterized in that the fixed electrode portion 652 floats with respect to the support substrate 21 and is fixed to the support substrate 21 via the second beam portion 653. Further, the stage driving device 600 is characterized in that the second beam portion 653 extends from the fixed electrode portion 652 so as to approach the first fixed portion 43. More specifically, the second beam portion 653 has a portion extending in the x-axis direction and a portion extending in the y-axis direction, and thereby the x-axis direction from the fixed electrode portion 652 toward the first fixed portion 43. And both in the y-axis direction. As a result, in the stage driving device 600, the distance between the first fixed portion 43 and the second fixed portion 54 is configured to be shorter than the distance between the first fixed portion 43 and the fixed electrode portion 52.

この結果、ステージ駆動装置600では、半導体下層20に反りが発生したとしても、可動電極部651が支持基板21に固定される第1固定部43と固定電極部652が支持基板21に固定される第2固定部654の間の距離が短く構成されているので、ステージ駆動装置600では、可動電極部651と固定電極部652の相対的な位置関係が維持される。ステージ駆動装置600では、第1固定部43と第2固定部654の間の距離が接近しているので、半導体下層20の反りの影響を緩和することができる。そのため、可動電極部651と固定電極部652の電極がずれないので、x軸方向に安定した駆動と安定した変位検出が可能となり、安定したステージの駆動が実現できる。   As a result, in the stage driving apparatus 600, even if the semiconductor lower layer 20 is warped, the first fixed portion 43 and the fixed electrode portion 652 where the movable electrode portion 651 is fixed to the support substrate 21 are fixed to the support substrate 21. Since the distance between the second fixed portions 654 is configured to be short, in the stage driving apparatus 600, the relative positional relationship between the movable electrode portion 651 and the fixed electrode portion 652 is maintained. In the stage driving device 600, since the distance between the first fixing portion 43 and the second fixing portion 654 is close, the influence of the warp of the semiconductor lower layer 20 can be mitigated. Therefore, since the electrodes of the movable electrode portion 651 and the fixed electrode portion 652 do not deviate, stable driving in the x-axis direction and stable displacement detection are possible, and stable stage driving can be realized.

図19を参照して、角速度センサ700を説明する。角速度センサ700は、一対の検出電極部50B,50Dを備えていることを特徴としている。検出電極部50B,50Dは、第2実施例のy軸検出電極部50B,50Dと実質的に共通の形態を備えている。   The angular velocity sensor 700 will be described with reference to FIG. The angular velocity sensor 700 includes a pair of detection electrode portions 50B and 50D. The detection electrode portions 50B and 50D have substantially the same form as the y-axis detection electrode portions 50B and 50D of the second embodiment.

角速度センサ700はさらに、一対の駆動電極部60A,60Bを備えていることを特徴としている。駆動電極部60A,60Bは、第6実施例の駆動電極部60A,60Bと実質的に同一の形態を備えている。   The angular velocity sensor 700 further includes a pair of drive electrode portions 60A and 60B. The drive electrode portions 60A and 60B have substantially the same form as the drive electrode portions 60A and 60B of the sixth embodiment.

角速度センサ700はさらに、各駆動電極部60A,60Bと変位部41の間に設けられているとともに変位部41を支持基板21に対して支持するx軸第1梁部142を備えていることを特徴としている。x軸第1梁部142は、第2実施例のx軸第1梁部142と実質的に共通の形態を備えていることを特徴としている。なお、角速度センサ700では、x軸第1梁部142のx軸プレート142bに駆動電極部60A,60Bの可動電極板651aが接続されている。   The angular velocity sensor 700 further includes an x-axis first beam portion 142 that is provided between the drive electrode portions 60A and 60B and the displacement portion 41 and supports the displacement portion 41 with respect to the support substrate 21. It is a feature. The x-axis first beam portion 142 has a feature that is substantially common to the x-axis first beam portion 142 of the second embodiment. In the angular velocity sensor 700, the movable electrode plates 651a of the drive electrode portions 60A and 60B are connected to the x-axis plate 142b of the first x-axis beam portion 142.

次に、角速度センサ700の動作を説明する。角速度センサ700では、駆動電極部60Aに容量検出回路が接続され、駆動電極部60Bに振幅制御回路を介して自励振回路が接続される。自励振回路から振幅制御回路を介して交流電圧が印加されると、駆動電極部60Bの可動電極板651aと固定電極板652aの間に静電引力が発生し、変位部41がx軸方向に励振する。駆動電極部60Aは、容量検出回路を利用して、変位部41のx軸方向の励振振幅を可動電極板651aと固定電極板652aの静電容量の変化から検出している。この容量検出回路の検出結果は、自励振回路にフィードバックされ、自励振回路は上記検出結果に基づいて自励振信号を生成する。振幅制御回路は、自励振信号に基づいて変位部41の励振振幅が一定となるように交流電圧を制御する。これらの構成により、角速度センサ700は、常時適切な周波数で適切な励振振幅で変位部41をx軸方向に励振することができる。   Next, the operation of the angular velocity sensor 700 will be described. In the angular velocity sensor 700, a capacitance detection circuit is connected to the drive electrode unit 60A, and a self-excited circuit is connected to the drive electrode unit 60B via an amplitude control circuit. When an AC voltage is applied from the self-excited circuit through the amplitude control circuit, an electrostatic attractive force is generated between the movable electrode plate 651a and the fixed electrode plate 652a of the drive electrode unit 60B, and the displacement unit 41 is moved in the x-axis direction. Excited. The drive electrode portion 60A detects the excitation amplitude in the x-axis direction of the displacement portion 41 from the change in electrostatic capacitance of the movable electrode plate 651a and the fixed electrode plate 652a using a capacitance detection circuit. The detection result of the capacitance detection circuit is fed back to the self-excitation circuit, and the self-excitation circuit generates a self-excitation signal based on the detection result. The amplitude control circuit controls the AC voltage so that the excitation amplitude of the displacement unit 41 is constant based on the self-excitation signal. With these configurations, the angular velocity sensor 700 can always excite the displacement portion 41 in the x-axis direction with an appropriate excitation amplitude at an appropriate frequency.

変位部41が励振方向(x軸方向)に励振している状態で回転軸方向(z軸方向)の角速度が変位部41に加わると、変位部41の励振方向(x軸方向)と角速度の回転軸方向(z軸方向)の両方に直交する検出方向(y軸方向)にコリオリ力が発生する。変位部41は、このコリオリ力を受けて検出方向(y軸方向)に振動する。   When an angular velocity in the rotation axis direction (z-axis direction) is applied to the displacement portion 41 while the displacement portion 41 is excited in the excitation direction (x-axis direction), the excitation direction (x-axis direction) and the angular velocity of the displacement portion 41 Coriolis force is generated in the detection direction (y-axis direction) orthogonal to both the rotation axis direction (z-axis direction). The displacement part 41 receives this Coriolis force and vibrates in the detection direction (y-axis direction).

変位部41が検出方向(y軸方向)に振動すると、検出電極部50B,50Dの可動電極部51も検出方向(y軸方向)に振動する。検出電極部50B,50Dには容量検出回路が接続されており、その容量検出回路によって、検出電極部50B,50Dの静電容量の変動を検出し、その検出結果を同期検波回路に供給する。同期検波回路は、静電容量の変動のうち自励振回路が生成する交流電圧の周期と一致するものを抽出する。コリオリ力による変位部41の振動の周期は、自励振回路による変位部41の励振の周期と一致し、位相がπ/2進むので、抽出された静電容量の変動は、コリオリ力による変位部41の振動を反映している。同期検波回路はさらに、抽出された静電容量の変動から角速度を換算し、角速度表示部に供給する。角速度表示部は、入力した角速度を表示する。角速度センサ700は、このような手順を経て、変位部41に印加されたz軸方向を回転軸とする角速度を正確に検出することができる。角速度センサ700も、支持基板21の反りの影響が低減されているので、安定した励振とコリオリ力検知が可能となり、正確な角速度検知が可能となる。   When the displacement portion 41 vibrates in the detection direction (y-axis direction), the movable electrode portions 51 of the detection electrode portions 50B and 50D also vibrate in the detection direction (y-axis direction). Capacitance detection circuits are connected to the detection electrode portions 50B and 50D. The capacitance detection circuits detect fluctuations in the capacitance of the detection electrode portions 50B and 50D, and supply the detection results to the synchronous detection circuit. The synchronous detection circuit extracts a change that coincides with the cycle of the AC voltage generated by the self-excited circuit from among the fluctuations in capacitance. The period of vibration of the displacement part 41 due to the Coriolis force coincides with the period of excitation of the displacement part 41 by the self-excitation circuit, and the phase advances by π / 2. 41 vibrations are reflected. The synchronous detection circuit further converts the angular velocity from the extracted capacitance fluctuation and supplies it to the angular velocity display unit. The angular velocity display unit displays the input angular velocity. The angular velocity sensor 700 can accurately detect the angular velocity having the rotation axis in the z-axis direction applied to the displacement unit 41 through such a procedure. In the angular velocity sensor 700, since the influence of the warp of the support substrate 21 is reduced, stable excitation and Coriolis force detection are possible, and accurate angular velocity detection is possible.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

21:支持基板
41:変位部
42:第1梁部
43:第1固定部
50:検出電極部
51:可動電極部
52:固定電極部
53:第2梁部
54:第2固定部
21: support substrate 41: displacement part 42: first beam part 43: first fixed part 50: detection electrode part 51: movable electrode part 52: fixed electrode part 53: second beam part 54: second fixed part

Claims (4)

MEMS構造体であって、
支持基板と、変位部と、可動電極部と、固定電極部と、第1梁部と、第1固定部と、第2梁部と、第2固定部とを備えており、
前記変位部は、前記第1梁部を介して前記支持基板に支持されているとともに、少なくとも第1方向に沿って前記支持基板に対して相対変位可能であり、
前記可動電極部は、前記変位部に接続されているとともに、前記変位部の変位に依存して、少なくとも前記第1方向に沿って前記支持基板に対して相対変位可能であり、
前記固定電極部は、前記第2梁部を介して前記支持基板に支持されているとともに、前記可動電極部の変位に依存して、前記可動電極部との間隔が変動するように構成されており、
前記第1梁部は、前記第1固定部を介して前記支持基板に固定されており、
前記第2梁部は、前記第2固定部を介して前記支持基板に固定されており、
前記第1固定部と前記第2固定部の間の距離は、前記第1固定部と前記固定電極部の間の距離よりも短いMEMS構造体。
A MEMS structure comprising:
A support substrate, a displacement portion, a movable electrode portion, a fixed electrode portion, a first beam portion, a first fixing portion, a second beam portion, and a second fixing portion;
The displacement portion is supported by the support substrate via the first beam portion and is relatively displaceable with respect to the support substrate along at least a first direction.
The movable electrode portion is connected to the displacement portion and can be relatively displaced with respect to the support substrate along at least the first direction depending on the displacement of the displacement portion,
The fixed electrode portion is supported by the support substrate via the second beam portion, and is configured such that the distance from the movable electrode portion varies depending on the displacement of the movable electrode portion. And
The first beam portion is fixed to the support substrate via the first fixing portion,
The second beam portion is fixed to the support substrate via the second fixing portion,
A MEMS structure in which a distance between the first fixing part and the second fixing part is shorter than a distance between the first fixing part and the fixed electrode part.
前記固定電極部は、複数の固定電極板と、その複数の固定電極板を連結する固定電極板連結部を有しており、
前記第2梁部が、前記固定電極板連結部に接続されている請求項1に記載のMEMS構造体。
The fixed electrode portion has a plurality of fixed electrode plates and a fixed electrode plate connecting portion for connecting the plurality of fixed electrode plates,
The MEMS structure according to claim 1, wherein the second beam portion is connected to the fixed electrode plate coupling portion.
前記可動電極部と前記固定電極部は、第3梁部を介して接続されており、
前記第3梁部は、前記可動電極部の変位に依存して前記可動電極部と前記固定電極部の間隔が変動するように、前記第1方向のばね定数が小さく構成されている請求項1又は2に記載のMEMS構造体。
The movable electrode part and the fixed electrode part are connected via a third beam part,
2. The third beam portion is configured to have a small spring constant in the first direction so that an interval between the movable electrode portion and the fixed electrode portion varies depending on a displacement of the movable electrode portion. Or the MEMS structure of 2.
前記第1方向は、前記支持基板に対して垂直方向であり、
前記固定電極部は、前記第1方向から観測したときに、一巡する分離溝によって前記支持基板から隔てられており、
前記第2梁部は、前記第1方向から観測したときに、前記分離溝を越えて伸びている請求項1に記載のMEMS構造体。
The first direction is a direction perpendicular to the support substrate;
The fixed electrode part is separated from the support substrate by a separation groove that makes a round when observed from the first direction;
2. The MEMS structure according to claim 1, wherein the second beam portion extends beyond the separation groove when observed from the first direction.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015224930A (en) * 2014-05-27 2015-12-14 株式会社豊田中央研究所 MEMS device

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08114622A (en) * 1994-10-14 1996-05-07 Hitachi Ltd Full-mode packaging-type acceleration sensor
JPH08320339A (en) * 1995-05-25 1996-12-03 Nippondenso Co Ltd Semiconductor dynamic-quantity sensor
JPH102911A (en) * 1996-06-14 1998-01-06 Hitachi Ltd Capacitive sensor and system using it
JPH10111312A (en) * 1996-09-27 1998-04-28 Robert Bosch Gmbh Micro mechanical constituent element
JP2000097708A (en) * 1998-09-18 2000-04-07 Denso Corp Angular velocity sensor and its manufacture
JP2009229189A (en) * 2008-03-21 2009-10-08 Denso Corp Capacitive physical quantity sensor
US20090320596A1 (en) * 2006-12-19 2009-12-31 Johannes Classen Acceleration sensor with comb-shaped electrodes
JP2010078425A (en) * 2008-09-25 2010-04-08 Mitsubishi Electric Corp Acceleration sensor
JP2010164564A (en) * 2009-01-13 2010-07-29 Robert Bosch Gmbh Sensor device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08114622A (en) * 1994-10-14 1996-05-07 Hitachi Ltd Full-mode packaging-type acceleration sensor
JPH08320339A (en) * 1995-05-25 1996-12-03 Nippondenso Co Ltd Semiconductor dynamic-quantity sensor
JPH102911A (en) * 1996-06-14 1998-01-06 Hitachi Ltd Capacitive sensor and system using it
JPH10111312A (en) * 1996-09-27 1998-04-28 Robert Bosch Gmbh Micro mechanical constituent element
JP2000097708A (en) * 1998-09-18 2000-04-07 Denso Corp Angular velocity sensor and its manufacture
US20090320596A1 (en) * 2006-12-19 2009-12-31 Johannes Classen Acceleration sensor with comb-shaped electrodes
JP2009229189A (en) * 2008-03-21 2009-10-08 Denso Corp Capacitive physical quantity sensor
JP2010078425A (en) * 2008-09-25 2010-04-08 Mitsubishi Electric Corp Acceleration sensor
JP2010164564A (en) * 2009-01-13 2010-07-29 Robert Bosch Gmbh Sensor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015224930A (en) * 2014-05-27 2015-12-14 株式会社豊田中央研究所 MEMS device

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