JP2017111003A - MEMS device - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique that can suppress movable unit from being excited by other axis in MEMS devices exciting a movable unit by an opposing electrode pair and a slide electrode.SOLUTION: A MEMS device disclosed by the present specification comprises: a base plate; a first movable unit that is elastically supported with respect to the base plate; a first electrode structure that is provided with a first opposing electrode pair and a first slide electrode; and a second electrode structure that is provided with a second opposing electrode pair and a second slide electrode. One of the first opposing electrode pair and the first slide electrode is not movable in a slide direction with respect to the first movable unit. One of the second opposing electrode pair and the second slide electrode is not movable in the slide direction with respect to the first movable unit. Regarding the slide direction, the first slide electrode is arranged with the first slide electrode off-set to the first opposing electrode pair, and the second slide electrode is arranged without being off-set to the second opposing electrode pair.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書では、MEMS装置を開示する。   The present specification discloses a MEMS device.

特許文献1に、MEMS装置が開示されている。MEMS装置は、基板と、基板に対して弾性的に支持されている可動部と、互いに同電位であり対向して配置される対向電極対と、対向電極対に対して所定のスライド方向に移動可能であって、対向電極対の間に配置されるスライド電極を備える電極構造を備えている。対向電極対は、可動部に対してスライド方向に移動不能である。スライド方向に関して、スライド電極は対向電極対に対してオフセットして配置されている。   Patent Document 1 discloses a MEMS device. A MEMS device moves in a predetermined sliding direction with respect to a substrate, a movable part elastically supported with respect to the substrate, a counter electrode pair disposed at the same potential and facing each other, and the counter electrode pair It is possible to provide an electrode structure including a slide electrode disposed between the counter electrode pair. The counter electrode pair is immovable in the sliding direction with respect to the movable part. With respect to the slide direction, the slide electrode is arranged offset with respect to the counter electrode pair.

特開2013−97139号公報JP 2013-97139 A

特許文献1のMEMS装置で用いられている電極構造を、可動部をスライド方向に励振するアクチュエータに応用しようとする場合、以下のような問題が生じる。特許文献1のMEMS装置で用いられている電極構造では、スライド電極は、スライド方向に関して、対向電極対に対してオフセットするとともに、対向電極対に対して傾斜して配置されている。このため、この電極構造において、対向電極対とスライド電極の間に励振電圧を印加すると、可動部はスライド方向に励振されるだけでなく、スライド方向に直交する方向にも励振されることになる。例えば、この電極構造を角速度センサにおいて可動部をスライド方向に励振するアクチュエータとして応用した場合、角速度に起因するコリオリ力はスライド方向に直交する方向に作用するため、角速度に起因する振動と電極構造に起因する振動が重畳してしまい、検出精度の低下を招いてしまう。   When the electrode structure used in the MEMS device of Patent Document 1 is to be applied to an actuator that excites the movable part in the sliding direction, the following problems occur. In the electrode structure used in the MEMS device of Patent Document 1, the slide electrode is offset with respect to the counter electrode pair and is inclined with respect to the counter electrode pair with respect to the slide direction. Therefore, in this electrode structure, when an excitation voltage is applied between the counter electrode pair and the slide electrode, the movable part is excited not only in the sliding direction but also in a direction orthogonal to the sliding direction. . For example, when this electrode structure is applied as an actuator that excites a movable part in the sliding direction in an angular velocity sensor, the Coriolis force caused by the angular velocity acts in a direction perpendicular to the sliding direction, so the vibration caused by the angular velocity and the electrode structure The resulting vibrations are superimposed and the detection accuracy is reduced.

本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、対向電極対とスライド電極によって可動部を励振可能なMEMS装置において、可動部が他軸に励振されることを抑制することが可能な技術を提供する。   In this specification, the technique which solves said subject is provided. The present specification provides a technology capable of suppressing the excitation of the movable part to the other axis in the MEMS device capable of exciting the movable part by the counter electrode pair and the slide electrode.

本明細書が開示するMEMS装置は、基板と、基板に対して弾性的に支持されている第1可動部と、互いに同電位であり対向して配置される第1対向電極対と、第1対向電極対に対して所定のスライド方向に移動可能であって、第1対向電極対の間に配置される第1スライド電極を備える第1電極構造と、互いに同電位であり対向して配置される第2対向電極対と、第2対向電極対に対してスライド方向に移動可能であって、第2対向電極対の間に配置される第2スライド電極を備える第2電極構造を備えている。第1対向電極対および第1スライド電極の一方は、第1可動部に対してスライド方向に移動不能である。第2対向電極対および第2スライド電極の一方は、第1可動部に対してスライド方向に移動不能である。スライド方向に関して、第1スライド電極は第1対向電極対に対してオフセットして配置されており、第2スライド電極は第2対向電極対に対してオフセットせずに配置されている。   The MEMS device disclosed in this specification includes a substrate, a first movable portion elastically supported with respect to the substrate, a first counter electrode pair disposed at the same potential and facing each other, and a first The first electrode structure that is movable in a predetermined sliding direction with respect to the counter electrode pair and that includes the first slide electrode disposed between the first counter electrode pair is disposed at the same potential and opposite to each other. And a second electrode structure that is movable in the sliding direction with respect to the second counter electrode pair and includes a second slide electrode disposed between the second counter electrode pair. . One of the first counter electrode pair and the first slide electrode is immovable in the sliding direction with respect to the first movable part. One of the second counter electrode pair and the second slide electrode is immovable in the sliding direction with respect to the first movable part. With respect to the sliding direction, the first slide electrode is arranged offset with respect to the first counter electrode pair, and the second slide electrode is arranged without offset with respect to the second counter electrode pair.

上記のMEMS装置では、第1スライド電極が第1対向電極対に対してオフセットした第1電極構造に起動電圧を印加することで、第1可動部のスライド方向への振動を開始させることができる。第1可動部がスライド方向に振動を開始すると、第2電極構造において第2スライド電極が第2対向電極対に対してスライド方向に変位する。この変位が生じるタイミングに合わせて、第2電極構造に励振電圧を印加することで、第1可動部のスライド方向への振動を加振して、第1可動部をスライド方向に励振することができる。上記のMEMS装置では、第2スライド電極は第2対向電極対に対してオフセットして配置する必要がないため、第2スライド電極が第2対向電極対に対して傾斜することがなく、従って第2電極構造に励振電圧を印加したときに、第1可動部がスライド方向に直交する方向に励振されることがない。第1可動部が他軸方向に励振されることを抑制することができる。なお、上記のMEMS装置においては、第1スライド電極が第1対向電極対に対してオフセットして配置されるため、第1電極構造に起動電極を印加したときに、第1可動部がスライド方向に直交する方向にもわずかに振動を開始する場合がある。しかしながら、この振動は速やかに減衰し、その後は励振されることがないため、MEMS装置の動作に大きな影響を及ぼすものではない。   In the MEMS device described above, vibration in the sliding direction of the first movable portion can be started by applying a starting voltage to the first electrode structure in which the first slide electrode is offset with respect to the first counter electrode pair. . When the first movable portion starts to vibrate in the slide direction, the second slide electrode is displaced in the slide direction with respect to the second counter electrode pair in the second electrode structure. By applying an excitation voltage to the second electrode structure in accordance with the timing at which this displacement occurs, vibrations in the sliding direction of the first movable part can be excited to excite the first movable part in the sliding direction. it can. In the above MEMS device, since the second slide electrode does not need to be arranged offset with respect to the second counter electrode pair, the second slide electrode does not tilt with respect to the second counter electrode pair. When an excitation voltage is applied to the two-electrode structure, the first movable part is not excited in a direction orthogonal to the sliding direction. It is possible to suppress the first movable part from being excited in the other axis direction. In the above MEMS device, since the first slide electrode is offset with respect to the first counter electrode pair, when the activation electrode is applied to the first electrode structure, the first movable portion moves in the slide direction. There is a case where vibration is slightly started in a direction orthogonal to the direction. However, since this vibration is quickly attenuated and is not excited thereafter, it does not significantly affect the operation of the MEMS device.

実施例1のMEMS装置2の横断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the MEMS device 2 according to the first embodiment. 実施例1のMEMS装置2のII−II断面で見た縦断面図。The longitudinal cross-sectional view seen in the II-II cross section of the MEMS apparatus 2 of Example 1. FIG. 実施例1のMEMS装置2のIII−III断面で見た縦断面図。The longitudinal cross-sectional view seen in the III-III cross section of the MEMS apparatus 2 of Example 1. FIG. 実施例1のMEMS装置2の動作を説明する要部断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part for explaining the operation of the MEMS device 2 according to the first embodiment. 実施例1のMEMS装置2の動作を説明する要部断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part for explaining the operation of the MEMS device 2 according to the first embodiment. 実施例1のMEMS装置2の動作を説明する要部断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part for explaining the operation of the MEMS device 2 according to the first embodiment. 実施例2のMEMS装置102の横断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例2のMEMS装置102のVIII−VIII断面で見た縦断面図。The longitudinal cross-sectional view seen in the VIII-VIII cross section of the MEMS apparatus 102 of Example 2. FIG. 実施例2のMEMS装置102の製造プロセスを説明する縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing process for the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例2のMEMS装置102の製造プロセスを説明する縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing process for the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例2のMEMS装置102の製造プロセスを説明する縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing process for the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例2のMEMS装置102の製造プロセスを説明する縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing process for the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例2のMEMS装置102の製造プロセスを説明する縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing process for the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例2のMEMS装置102の製造プロセスを説明する縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing process for the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例2のMEMS装置102の製造プロセスを説明する縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing process for the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例2のMEMS装置102の製造プロセスを説明する縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing process for the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例2のMEMS装置102の製造プロセスを説明する縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing process for the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例2のMEMS装置102の製造プロセスを説明する縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing process for the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例2のMEMS装置102の製造プロセスを説明する縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view for explaining a manufacturing process for the MEMS device 102 according to the second embodiment. 実施例3のMEMS装置402の横断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a MEMS device 402 according to a third embodiment.

本明細書が開示するMEMS装置は、第1電極構造の一部を押圧することで、スライド方向に関して、第1スライド電極を第1対向電極対に対してオフセットさせる押圧部材をさらに備えるように構成することができる。   The MEMS device disclosed in this specification is configured to further include a pressing member that presses a part of the first electrode structure to offset the first slide electrode with respect to the first counter electrode pair in the sliding direction. can do.

上記のMEMS装置では、第1スライド電極を第1対向電極対に対してオフセットしない形状に形成した後に、押圧部材によって第1スライド電極を第1対向電極対に対してオフセットして配置することができる。   In the MEMS device, the first slide electrode is formed in a shape not offset with respect to the first counter electrode pair, and then the first slide electrode is offset with respect to the first counter electrode pair by the pressing member. it can.

本明細書が開示するMEMS装置は、基板が積層基板であり、第1電極構造と第2電極構造が同一の層に形成されているように構成することができる。   The MEMS device disclosed in this specification can be configured such that the substrate is a laminated substrate, and the first electrode structure and the second electrode structure are formed in the same layer.

上記のMEMS装置は、第1電極構造と第2電極構造を同一の層にそれぞれ形成した後に、押圧部材によって第1スライド電極を第1対向電極対に対してオフセットさせることで、製造することができる。製造プロセスを簡素化することができる。   The MEMS device can be manufactured by forming the first electrode structure and the second electrode structure in the same layer, and then offsetting the first slide electrode with respect to the first counter electrode pair by the pressing member. it can. The manufacturing process can be simplified.

本明細書が開示するMEMS装置は、基板に対して弾性的に支持されている第2可動部をさらに備えており、第2対向電極対および第2スライド電極の他方が、第2可動部に対してスライド方向に移動不能であるように構成することができる。   The MEMS device disclosed in this specification further includes a second movable portion that is elastically supported with respect to the substrate, and the other of the second counter electrode pair and the second slide electrode is the second movable portion. On the other hand, it can be configured to be immovable in the sliding direction.

上記のMEMS装置では、第1電極構造に起動電圧を印加することで、第1可動部がスライド方向に振動を開始する。その後、第2電極構造に励振電圧を印加すると、第1可動部と第2可動部がスライド方向に逆相でそれぞれ励振される。このような構成とすることによって、外部への振動漏れを抑制することができる。励振のQ値が向上し、小さい励振電圧で大きな振動を励振することができる。   In the MEMS device described above, the first movable portion starts to vibrate in the sliding direction by applying a starting voltage to the first electrode structure. Thereafter, when an excitation voltage is applied to the second electrode structure, the first movable portion and the second movable portion are excited in opposite phases in the sliding direction. By setting it as such a structure, the vibration leak to the exterior can be suppressed. The Q value of excitation is improved, and a large vibration can be excited with a small excitation voltage.

(実施例1)
図1−図3に示す本実施例のMEMS装置2は、第1基板4と、第2基板6が積層された積層基板8に形成されている。第1基板4は、単結晶シリコンからなるシリコン層10と、酸化シリコンからなる酸化シリコン層12と、導電性を付与された単結晶シリコンからなる導電シリコン層14が順に積層された、SOI(Silicon on Insulator)基板である。第2基板6は、単結晶シリコンからなるシリコン基板である。以下の説明では、積層基板8の積層方向をZ方向とし、積層基板8の面内方向をX方向およびY方向とする。また、以下の説明では、Z方向の正方向を上方向といい、Z方向の負方向を下方向という。本実施例のMEMS装置2では、第1基板4の上方に第2基板6が積層されている。また、本実施例のMEMS装置2では、シリコン層10の上方に酸化シリコン層12が積層されており、酸化シリコン層12の上方に導電シリコン層14が積層されている。
Example 1
The MEMS device 2 of this embodiment shown in FIGS. 1 to 3 is formed on a laminated substrate 8 in which a first substrate 4 and a second substrate 6 are laminated. The first substrate 4 includes an SOI (Silicon) in which a silicon layer 10 made of single crystal silicon, a silicon oxide layer 12 made of silicon oxide, and a conductive silicon layer 14 made of single crystal silicon provided with conductivity are sequentially stacked. on Insulator) substrate. The second substrate 6 is a silicon substrate made of single crystal silicon. In the following description, the lamination direction of the laminated substrate 8 is defined as the Z direction, and the in-plane directions of the laminated substrate 8 are defined as the X direction and the Y direction. In the following description, the positive direction in the Z direction is referred to as the upward direction, and the negative direction in the Z direction is referred to as the downward direction. In the MEMS device 2 of the present embodiment, the second substrate 6 is laminated above the first substrate 4. In the MEMS device 2 of this embodiment, the silicon oxide layer 12 is stacked above the silicon layer 10, and the conductive silicon layer 14 is stacked above the silicon oxide layer 12.

図1に示すように、導電シリコン層14には、エッチングによって、枠部16と、マス支持部18と、直線梁部20と、マス部22と、第1可動電極部24と、第2可動電極部26と、第1固定電極部28と、第1固定電極支持部30と、第2固定電極部32と、第2固定電極支持部34が形成されている。マス支持部18と、直線梁部20と、マス部22と、第1可動電極部24と、第2可動電極部26は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第1固定電極部28と、第1固定電極支持部30は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第2固定電極部32と、第2固定電極支持部34は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。   As shown in FIG. 1, the conductive silicon layer 14 is etched into a frame portion 16, a mass support portion 18, a straight beam portion 20, a mass portion 22, a first movable electrode portion 24, and a second movable electrode. The electrode portion 26, the first fixed electrode portion 28, the first fixed electrode support portion 30, the second fixed electrode portion 32, and the second fixed electrode support portion 34 are formed. The mass support portion 18, the straight beam portion 20, the mass portion 22, the first movable electrode portion 24, and the second movable electrode portion 26 are integrally formed without a joint, and these are maintained at the same potential. ing. The first fixed electrode portion 28 and the first fixed electrode support portion 30 are integrally formed without a seam, and these are maintained at the same potential. The second fixed electrode portion 32 and the second fixed electrode support portion 34 are integrally formed without a seam, and these are maintained at the same potential.

マス部22は、導電シリコン層14を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。図2、図3に示すように、マス部22の下方の酸化シリコン層12は、エッチングにより除去されている。図1に示すように、マス部22のX方向負方向の端部であって、Y方向の両端部には、2つの直線梁部20が接続されている。2つの直線梁部20は、それぞれX方向に沿って延びており、マス部22とマス支持部18の間を接続している。2つの直線梁部20は、それぞれX方向およびY方向の剛性が高く、Z方向の剛性が低い形状に形成されている。2つの直線梁部20の下方の酸化シリコン層12は、エッチングにより除去されている。マス支持部18は、導電シリコン層14を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。図2、図3に示すように、マス支持部18は、下方の酸化シリコン層12を介して、シリコン層10に固定されている。   The mass portion 22 is formed in a rectangular shape when the conductive silicon layer 14 is viewed from above. As shown in FIGS. 2 and 3, the silicon oxide layer 12 below the mass portion 22 is removed by etching. As shown in FIG. 1, two straight beam portions 20 are connected to both ends of the mass portion 22 in the negative X direction and in the Y direction. The two straight beam portions 20 each extend along the X direction, and connect between the mass portion 22 and the mass support portion 18. The two straight beam portions 20 are each formed in a shape having high rigidity in the X direction and Y direction and low rigidity in the Z direction. The silicon oxide layer 12 below the two straight beam portions 20 is removed by etching. The mass support portion 18 is formed in a rectangular shape when the conductive silicon layer 14 is viewed from above. As shown in FIGS. 2 and 3, the mass support portion 18 is fixed to the silicon layer 10 via the lower silicon oxide layer 12.

図1に示すように、マス部22のX方向正方向の端部には、第1可動電極部24と第2可動電極部26が設けられている。第1可動電極部24は、マス部22からX方向に沿って延びる支持片24aと、支持片24aからY方向に沿って延びる電極片24bを備えている。第1可動電極部24の下方の酸化シリコン層12は、エッチングにより除去されている。第2可動電極部26は、マス部22からX方向に沿って延びる支持片26aと、支持片26aからY方向に沿って延びる電極片26bを備えている。第2可動電極部26の下方の酸化シリコン層12は、エッチングにより除去されている。   As shown in FIG. 1, a first movable electrode portion 24 and a second movable electrode portion 26 are provided at the end of the mass portion 22 in the positive X direction. The first movable electrode portion 24 includes a support piece 24a extending from the mass portion 22 along the X direction, and an electrode piece 24b extending from the support piece 24a along the Y direction. The silicon oxide layer 12 below the first movable electrode portion 24 is removed by etching. The second movable electrode portion 26 includes a support piece 26a extending from the mass portion 22 along the X direction and an electrode piece 26b extending from the support piece 26a along the Y direction. The silicon oxide layer 12 below the second movable electrode portion 26 is removed by etching.

第1固定電極部28は、第1固定電極支持部30からX方向に沿って延びる支持板28aと、支持板28aからX方向に沿って延びる支持片28bと、支持片28bからY方向に沿って延びる電極片28cを備えている。電極片28cは、第1可動電極部24の電極片24bとマス部22の間に配置されている。第1固定電極部28の下方の酸化シリコン層12は、エッチングにより除去されている。図2に示すように、第1固定電極支持部30は、下方の酸化シリコン層12を介して、シリコン層10に固定されている。   The first fixed electrode portion 28 includes a support plate 28a extending from the first fixed electrode support portion 30 along the X direction, a support piece 28b extending from the support plate 28a along the X direction, and the support piece 28b extending along the Y direction. The electrode piece 28c is extended. The electrode piece 28 c is disposed between the electrode piece 24 b of the first movable electrode portion 24 and the mass portion 22. The silicon oxide layer 12 below the first fixed electrode portion 28 is removed by etching. As shown in FIG. 2, the first fixed electrode support 30 is fixed to the silicon layer 10 via the lower silicon oxide layer 12.

第1可動電極部24の電極片24bとマス部22は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、第1固定電極部28の電極片28cは、Z方向をスライド方向として、第1可動電極部24の電極片24bとマス部22に対してスライド方向に移動可能であって、第1可動電極部24の電極片24bとマス部22の間に配置されるスライド電極を構成している。第1可動電極部24の電極片24bとマス部22と第1固定電極部28の電極片28cは、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。   The electrode piece 24b and the mass portion 22 of the first movable electrode portion 24 have the same potential as each other, and constitute a counter electrode pair that is disposed to face each other. Further, the electrode piece 28c of the first fixed electrode portion 28 is movable in the sliding direction with respect to the electrode piece 24b and the mass portion 22 of the first movable electrode portion 24, with the Z direction as the sliding direction. A slide electrode disposed between the electrode piece 24 b of the electrode portion 24 and the mass portion 22 is configured. The electrode piece 24b, the mass part 22, and the electrode piece 28c of the first fixed electrode part 28 of the first movable electrode part 24 constitute an electrode structure including a counter electrode pair and a slide electrode.

図1に示すように、第2固定電極部32は、第2固定電極支持部34からX方向に沿って延びる支持板32aと、支持板32aからX方向に沿って延びる支持片32bと、支持片32bからY方向に沿って延びる電極片32cを備えている。電極片32cは、対向電極である第2可動電極部26の電極片26bとマス部22の間に配置されている、スライド電極である。第2固定電極部32の下方の酸化シリコン層12は、エッチングにより除去されている。図3に示すように、第2固定電極支持部34は、下方の酸化シリコン層12を介して、シリコン層10に固定されている。   As shown in FIG. 1, the second fixed electrode portion 32 includes a support plate 32 a extending from the second fixed electrode support portion 34 along the X direction, a support piece 32 b extending from the support plate 32 a along the X direction, and a support An electrode piece 32c extending from the piece 32b along the Y direction is provided. The electrode piece 32 c is a slide electrode that is disposed between the electrode piece 26 b of the second movable electrode portion 26 that is a counter electrode and the mass portion 22. The silicon oxide layer 12 below the second fixed electrode portion 32 is removed by etching. As shown in FIG. 3, the second fixed electrode support portion 34 is fixed to the silicon layer 10 via the lower silicon oxide layer 12.

第2可動電極部26の電極片26bとマス部22は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、第2固定電極部32の電極片32cは、Z方向をスライド方向として、第2可動電極部26の電極片26bとマス部22に対してスライド方向に移動可能であって、第2可動電極部26の電極片26bとマス部22の間に配置されるスライド電極を構成している。第2可動電極部26の電極片26bとマス部22と第2固定電極部32の電極片32cは、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。   The electrode piece 26b and the mass portion 22 of the second movable electrode portion 26 are at the same potential as each other, and constitute a counter electrode pair disposed to face each other. The electrode piece 32c of the second fixed electrode portion 32 is movable in the sliding direction with respect to the electrode piece 26b of the second movable electrode portion 26 and the mass portion 22 with the Z direction as the sliding direction, and is second movable. A slide electrode disposed between the electrode piece 26b of the electrode portion 26 and the mass portion 22 is configured. The electrode piece 26b, the mass part 22, and the electrode piece 32c of the second fixed electrode part 32 of the second movable electrode part 26 constitute an electrode structure including a counter electrode pair and a slide electrode.

図1に示すように、枠部16は、導電シリコン層14を上方から平面視したときに、マス支持部18と、直線梁部20と、マス部22と、第1可動電極部24と、第2可動電極部26と、第1固定電極部28と、第1固定電極支持部30と、第2固定電極部32と、第2固定電極支持部34の周囲を覆う、長方形の枠形状に形成されている。図2、図3に示すように、枠部16は、下方の酸化シリコン層12を介して、シリコン層10に固定されている。   As shown in FIG. 1, when the conductive silicon layer 14 is viewed from above, the frame portion 16 has a mass support portion 18, a straight beam portion 20, a mass portion 22, a first movable electrode portion 24, In the shape of a rectangular frame that covers the periphery of the second movable electrode portion 26, the first fixed electrode portion 28, the first fixed electrode support portion 30, the second fixed electrode portion 32, and the second fixed electrode support portion 34. Is formed. As shown in FIGS. 2 and 3, the frame portion 16 is fixed to the silicon layer 10 via the lower silicon oxide layer 12.

図2、図3に示すように、第2基板6は、下面に凹部36を備えている。凹部36は、MEMS装置2を上方から平面視したときに、導電シリコン層14の、マス支持部18、直線梁部20、マス部22、第1可動電極部24、第2可動電極部26、第1固定電極部28の支持片28bおよび電極片28c、第2固定電極部32の支持片32bおよび電極片32cを包含する範囲で形成されている。第2基板6は、導電シリコン層14の枠部16に接合されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the second substrate 6 includes a recess 36 on the lower surface. When the MEMS device 2 is viewed in plan view from above, the concave portion 36 includes the mass support portion 18, the straight beam portion 20, the mass portion 22, the first movable electrode portion 24, the second movable electrode portion 26, and the like of the conductive silicon layer 14. The support piece 28b and the electrode piece 28c of the first fixed electrode portion 28 and the support piece 32b and the electrode piece 32c of the second fixed electrode portion 32 are formed. The second substrate 6 is bonded to the frame portion 16 of the conductive silicon layer 14.

第2基板6の下面において、導電シリコン層14の第1固定電極部28の支持板28aに対応する箇所には、押圧部材38が形成されている。押圧部材38は、第2基板6の下面に、例えばポリシリコンや金属等を積層することで形成されている。第2基板6を第1基板4に接合する際には、押圧部材38が第1固定電極部28の支持板28aを下方に押し下げるので、第1固定電極部28の電極片28cも下方に変位する。これによって、第1固定電極部28の電極片28cは、マス部22および第1可動電極部24の電極片24bに対して、Z方向にオフセットして配置される。なお、第2固定電極部32の電極片32cについては、マス部22および第2可動電極部26の電極片26bに対して、Z方向にオフセットせずに配置される。   On the lower surface of the second substrate 6, a pressing member 38 is formed at a location corresponding to the support plate 28 a of the first fixed electrode portion 28 of the conductive silicon layer 14. The pressing member 38 is formed by laminating, for example, polysilicon or metal on the lower surface of the second substrate 6. When the second substrate 6 is joined to the first substrate 4, the pressing member 38 pushes down the support plate 28a of the first fixed electrode portion 28, so that the electrode piece 28c of the first fixed electrode portion 28 is also displaced downward. To do. As a result, the electrode pieces 28 c of the first fixed electrode portion 28 are arranged offset in the Z direction with respect to the mass pieces 22 and the electrode pieces 24 b of the first movable electrode portion 24. Note that the electrode pieces 32 c of the second fixed electrode portion 32 are arranged without being offset in the Z direction with respect to the mass pieces 22 and the electrode pieces 26 b of the second movable electrode portion 26.

図2、図3に示すように、シリコン層10の下面にはバンプ40、42および44が設けられている。バンプ40は、シリコン層10および酸化シリコン層12を貫通する貫通電極46を介して、導電シリコン層14のマス支持部18と導通している。図2に示すように、バンプ42は、シリコン層10および酸化シリコン層12を貫通する貫通電極48を介して、導電シリコン層14の第1固定電極支持部30と導通している。図3に示すように、バンプ44は、シリコン層10および酸化シリコン層12を貫通する貫通電極50を介して、導電シリコン層14の第2固定電極支持部34と導通している。   As shown in FIGS. 2 and 3, bumps 40, 42 and 44 are provided on the lower surface of the silicon layer 10. The bump 40 is electrically connected to the mass support portion 18 of the conductive silicon layer 14 through the through electrode 46 penetrating the silicon layer 10 and the silicon oxide layer 12. As shown in FIG. 2, the bump 42 is electrically connected to the first fixed electrode support portion 30 of the conductive silicon layer 14 through the through electrode 48 that penetrates the silicon layer 10 and the silicon oxide layer 12. As shown in FIG. 3, the bump 44 is electrically connected to the second fixed electrode support portion 34 of the conductive silicon layer 14 through the through electrode 50 that penetrates the silicon layer 10 and the silicon oxide layer 12.

図1に示すように、MEMS装置2は、起動回路52と交流電圧源54に接続されて使用される。起動回路52は、図2に示すバンプ40とバンプ42を介して、マス支持部18と第1固定電極支持部30の間に起動電圧を印加する。起動電圧は、例えば所定の大きさのパルス状の電圧である。交流電圧源54は、図3に示すバンプ40とバンプ44を介して、マス支持部18と第2固定電極支持部34の間に励振電圧を印加する。励振電圧は、例えば所定の振幅の正弦波状の電圧である。   As shown in FIG. 1, the MEMS device 2 is used by being connected to an activation circuit 52 and an AC voltage source 54. The activation circuit 52 applies an activation voltage between the mass support portion 18 and the first fixed electrode support portion 30 via the bump 40 and the bump 42 illustrated in FIG. 2. The starting voltage is, for example, a pulse voltage having a predetermined magnitude. The AC voltage source 54 applies an excitation voltage between the mass support portion 18 and the second fixed electrode support portion 34 via the bumps 40 and the bumps 44 shown in FIG. The excitation voltage is, for example, a sinusoidal voltage having a predetermined amplitude.

MEMS装置2の動作を説明する。図4はマス部22がマス支持部18に対して相対的に変位していない状態を示しており、図4の(a)はマス部22と第1可動電極部24の電極片24bと第1固定電極部28の電極片28cの位置関係を示しており、図4の(b)は、マス部22と第2可動電極部26の電極片26bと第2固定電極部32の電極片32cの位置関係を示している。この状態から、起動回路52がMEMS装置2に起動電圧を印加すると、図4の(a)に示すマス部22と第1可動電極部24の電極片24bと第1固定電極部28の電極片28cの間で静電引力が作用し、マス部22と第1可動電極部24に下向きの力が作用する。これによって、マス部22がマス支持部18に対して下方向に変位する。マス部22は、Z方向に弾性を有する直線梁部20を介してマス支持部18に支持されているので、その後はマス支持部18に対してZ方向に振動する。   The operation of the MEMS device 2 will be described. 4 shows a state in which the mass portion 22 is not displaced relative to the mass support portion 18. FIG. 4A shows the mass portion 22, the electrode piece 24b of the first movable electrode portion 24, and the first piece. 4 shows the positional relationship of the electrode piece 28c of the first fixed electrode portion 28. FIG. 4B shows the electrode piece 26b of the mass portion 22, the second movable electrode portion 26, and the electrode piece 32c of the second fixed electrode portion 32. The positional relationship is shown. From this state, when the starting circuit 52 applies a starting voltage to the MEMS device 2, the mass part 22, the electrode piece 24 b of the first movable electrode part 24, and the electrode piece of the first fixed electrode part 28 shown in FIG. An electrostatic attractive force acts between 28c, and a downward force acts on the mass portion 22 and the first movable electrode portion 24. As a result, the mass portion 22 is displaced downward with respect to the mass support portion 18. The mass portion 22 is supported by the mass support portion 18 via the linear beam portion 20 having elasticity in the Z direction, and thereafter vibrates in the Z direction with respect to the mass support portion 18.

マス部22がマス支持部18に対して下方向に変位すると、図5の(a)に示すように、マス部22と第1可動電極部24の電極片24bが、第1固定電極部28の電極片28cに対して下方向に変位するとともに、図5の(b)に示すように、マス部22と第2可動電極部26の電極片26bが、第2固定電極部32の電極片32cに対して下方向に変位する。このタイミングで、交流電圧源54がMEMS装置2に励振電圧を印加すると、マス部22と第2可動電極部26の電極片26bと第2固定電極部32の電極片32cの間で静電引力が作用し、マス部22と第2可動電極部26に上向きの力が作用する。これによって、マス部22のマス支持部18に対するZ方向の振動が加振される。   When the mass portion 22 is displaced downward with respect to the mass support portion 18, as shown in FIG. 5A, the mass portion 22 and the electrode piece 24 b of the first movable electrode portion 24 are moved to the first fixed electrode portion 28. As shown in FIG. 5B, the mass piece 22 and the electrode piece 26 b of the second movable electrode portion 26 are replaced with the electrode pieces of the second fixed electrode portion 32. It is displaced downward with respect to 32c. At this timing, when the AC voltage source 54 applies an excitation voltage to the MEMS device 2, an electrostatic attractive force is generated between the mass portion 22, the electrode piece 26 b of the second movable electrode portion 26, and the electrode piece 32 c of the second fixed electrode portion 32. Acts, and an upward force acts on the mass portion 22 and the second movable electrode portion 26. Thereby, the vibration in the Z direction with respect to the mass support portion 18 of the mass portion 22 is vibrated.

マス部22がマス支持部18に対して上方向に変位すると、図6の(a)に示すように、マス部22と第1可動電極部24の電極片24bが、第1固定電極部28の電極片28cに対して上方向に変位するとともに、図6の(b)に示すように、マス部22と第2可動電極部26の電極片26bが、第2固定電極部32の電極片32cに対して上方向に変位する。このタイミングで、交流電圧源54がMEMS装置2に励振電圧を印加すると、マス部22と第2可動電極部26の電極片26bと第2固定電極部32の電極片32cの間で静電引力が作用し、マス部22と第2可動電極部26に下向きの力が作用する。これによって、マス部22のマス支持部18に対するZ方向の振動が加振される。   When the mass portion 22 is displaced upward with respect to the mass support portion 18, as shown in FIG. 6A, the mass pieces 22 and the electrode pieces 24 b of the first movable electrode portion 24 are moved to the first fixed electrode portion 28. As shown in FIG. 6 (b), the mass piece 22 and the electrode piece 26 b of the second movable electrode portion 26 are displaced from the electrode piece 28 c of the second fixed electrode portion 32. It is displaced upward with respect to 32c. At this timing, when the AC voltage source 54 applies an excitation voltage to the MEMS device 2, an electrostatic attractive force is generated between the mass portion 22, the electrode piece 26 b of the second movable electrode portion 26, and the electrode piece 32 c of the second fixed electrode portion 32. Acts, and a downward force acts on the mass portion 22 and the second movable electrode portion 26. Thereby, the vibration in the Z direction with respect to the mass support portion 18 of the mass portion 22 is vibrated.

上記のように、起動回路52からの起動電圧の印加により開始されるマス部22のZ方向の振動を、交流電圧源54からの励振電圧の印加により加振することで、マス部22はマス支持部18に対して大きく振動し続ける。交流電圧源54の周波数を、マス部22の共振周波数に近づけることによって、マス部22を大きく振動させることができる。   As described above, the mass portion 22 is mass-excited by applying the excitation in the Z direction of the mass portion 22 started by application of the activation voltage from the activation circuit 52 by application of the excitation voltage from the AC voltage source 54. The support portion 18 continues to vibrate greatly. By bringing the frequency of the AC voltage source 54 close to the resonance frequency of the mass portion 22, the mass portion 22 can be vibrated greatly.

図4(a)、図5(a)、図6(a)に示すように、第1固定電極部28の電極片28cは、マス部22および第1可動電極部24の電極片24bに対して、わずかに傾斜している。このため、マス部22と第1可動電極部24と第1固定電極部28に励振電圧を印加してマス部22を励振する場合、マス部22はZ方向に励振されるだけでなく、X方向にも励振される。これに対して、図4(b)、図5(b)、図6(b)に示すように、第2固定電極部32の電極片32cは、マス部22および第2可動電極部26の電極片26bに対して、傾斜していない。このため、マス部22と第2可動電極部26と第2固定電極部32に励振電圧を印加してマス部22を励振する場合、マス部22はZ方向のみに励振される。そこで、本実施例のMEMS装置2では、マス部22と第1可動電極部24と第1固定電極部28への起動電圧の印加によってマス部22の振動を開始させ、その後はマス部22と第2可動電極部26と第2固定電極部32への励振電圧の印加によってマス部22を励振する。これによって、マス部22をZ方向にのみ励振することができる。なお、本実施例のMEMS装置2でも、マス部22と第1可動電極部24と第1固定電極部28への起動電圧の印加によって、マス部22はX方向にもわずかに振動する。しかしながら、マス部22のX方向の振動は速やかに減衰し、その後は励振されることがないので、マス部22の動作に大きな影響を及ぼすことはない。   As shown in FIG. 4A, FIG. 5A, and FIG. 6A, the electrode piece 28c of the first fixed electrode portion 28 is opposite to the mass piece 22 and the electrode piece 24b of the first movable electrode portion 24. Slightly inclined. For this reason, when applying the excitation voltage to the mass portion 22, the first movable electrode portion 24, and the first fixed electrode portion 28 to excite the mass portion 22, the mass portion 22 is not only excited in the Z direction, Also excited in the direction. On the other hand, as shown in FIGS. 4B, 5B, and 6B, the electrode piece 32c of the second fixed electrode portion 32 includes the mass portion 22 and the second movable electrode portion 26. It is not inclined with respect to the electrode piece 26b. For this reason, when an excitation voltage is applied to the mass portion 22, the second movable electrode portion 26, and the second fixed electrode portion 32 to excite the mass portion 22, the mass portion 22 is excited only in the Z direction. Therefore, in the MEMS device 2 according to the present embodiment, the mass portion 22 starts to vibrate by applying the activation voltage to the mass portion 22, the first movable electrode portion 24, and the first fixed electrode portion 28. The mass portion 22 is excited by applying an excitation voltage to the second movable electrode portion 26 and the second fixed electrode portion 32. Thereby, the mass portion 22 can be excited only in the Z direction. In the MEMS device 2 of the present embodiment, the mass portion 22 also vibrates slightly in the X direction by applying the activation voltage to the mass portion 22, the first movable electrode portion 24, and the first fixed electrode portion 28. However, since the vibration of the mass portion 22 in the X direction is quickly attenuated and is not excited thereafter, the operation of the mass portion 22 is not greatly affected.

(実施例2)
図7、図8に示す本実施例のMEMS装置102は、第1基板104と、第2基板106と、第3基板108が積層された積層基板110に形成されている。第1基板104は、単結晶シリコンからなるシリコン基板である。第2基板106は、酸化シリコンからなる酸化シリコン層112と、導電性を付与された単結晶シリコンからなる導電シリコン層114を備えている。第3基板108は、酸化シリコンからなる酸化シリコン層116と、単結晶シリコンからなるシリコン層118を備えている。以下の説明では、積層基板110の積層方向をZ方向とし、積層基板110の面内方向をX方向およびY方向とする。また、以下の説明では、Z方向の正方向を上方向といい、Z方向の負方向を下方向という。本実施例のMEMS装置102では、第1基板104の上方に第2基板106が積層されており、第2基板106の上方に第3基板108が積層されている。また、本実施例のMEMS装置102では、第1基板104の上方に酸化シリコン層112が積層されており、酸化シリコン層112の上方に導電シリコン層114が積層されており、導電シリコン層114の上方に酸化シリコン層116が積層されており、酸化シリコン層116の上方にシリコン層118が積層されている。
(Example 2)
7 and 8 is formed on a laminated substrate 110 in which a first substrate 104, a second substrate 106, and a third substrate 108 are laminated. The first substrate 104 is a silicon substrate made of single crystal silicon. The second substrate 106 includes a silicon oxide layer 112 made of silicon oxide and a conductive silicon layer 114 made of single crystal silicon imparted with conductivity. The third substrate 108 includes a silicon oxide layer 116 made of silicon oxide and a silicon layer 118 made of single crystal silicon. In the following description, the stacking direction of the stacked substrate 110 is defined as the Z direction, and the in-plane directions of the stacked substrate 110 are defined as the X direction and the Y direction. In the following description, the positive direction in the Z direction is referred to as the upward direction, and the negative direction in the Z direction is referred to as the downward direction. In the MEMS device 102 of this embodiment, the second substrate 106 is stacked above the first substrate 104, and the third substrate 108 is stacked above the second substrate 106. In the MEMS device 102 of this embodiment, the silicon oxide layer 112 is stacked above the first substrate 104, and the conductive silicon layer 114 is stacked above the silicon oxide layer 112. A silicon oxide layer 116 is stacked above, and a silicon layer 118 is stacked above the silicon oxide layer 116.

図7に示すように、導電シリコン層114には、エッチングによって、枠部120と、マス支持部122、124、126、128と、折返し梁部130、132、134、136と、マス部138と、第1可動電極部140、142、144、146と、第2可動電極部148、150、152、154と、第3可動電極部156、158と、第1固定電極部160、162、164、166と、第1固定電極支持部168、170、172、174と、第2固定電極部176、178、180、182と、第2固定電極支持部184、186、188、190と、第3固定電極部192、194と、第3固定電極支持部196、198が形成されている。マス支持部122、124、126、128と、折返し梁部130、132、134、136と、マス部138と、第1可動電極部140、142、144、146と、第2可動電極部148、150、152、154と、第3可動電極部156、158は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第1固定電極部160と、対応する第1固定電極支持部168は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第1固定電極部162、164、166と、対応する第1固定電極支持部170、172、174についても同様である。第2固定電極部176と、対応する第2固定電極支持部184は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第2固定電極部178、180、182と、対応する第2固定電極支持部186、188、190についても同様である。第3固定電極部192と、対応する第3固定電極支持部196は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第3固定電極部194と、対応する第3固定電極支持部198についても同様である。   As shown in FIG. 7, the conductive silicon layer 114 is etched into a frame portion 120, mass support portions 122, 124, 126, and 128, folded beam portions 130, 132, 134, and 136, and a mass portion 138. , First movable electrode portions 140, 142, 144, 146, second movable electrode portions 148, 150, 152, 154, third movable electrode portions 156, 158, first fixed electrode portions 160, 162, 164, 166, first fixed electrode support portions 168, 170, 172, 174, second fixed electrode portions 176, 178, 180, 182; second fixed electrode support portions 184, 186, 188, 190; and third fixed Electrode portions 192 and 194 and third fixed electrode support portions 196 and 198 are formed. Mass support portions 122, 124, 126, 128, folded beam portions 130, 132, 134, 136, mass portions 138, first movable electrode portions 140, 142, 144, 146, second movable electrode portions 148, 150, 152, 154 and the third movable electrode portions 156, 158 are integrally formed without a joint, and these are maintained at the same potential. The first fixed electrode portion 160 and the corresponding first fixed electrode support portion 168 are integrally formed without a joint, and these are maintained at the same potential. The same applies to the first fixed electrode portions 162, 164, and 166 and the corresponding first fixed electrode support portions 170, 172, and 174. The second fixed electrode portion 176 and the corresponding second fixed electrode support portion 184 are integrally formed seamlessly, and these are maintained at the same potential. The same applies to the second fixed electrode portions 178, 180, and 182 and the corresponding second fixed electrode support portions 186, 188, and 190. The third fixed electrode portion 192 and the corresponding third fixed electrode support portion 196 are integrally formed without a joint, and these are maintained at the same potential. The same applies to the third fixed electrode portion 194 and the corresponding third fixed electrode support portion 198.

マス部138は、導電シリコン層114を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。図8に示すように、マス部138の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。図7に示すように、マス部138の四角には、折返し梁部130、132、134、136が接続されている。折返し梁部130、132、134、136はそれぞれ、マス部138からX方向に沿って延びる第1直線部と、第1直線部の端部からY方向に沿って延びる折返し部と、折返し部の端部からX方向に沿って延びてマス支持部122、124、126、128に接続する第2直線部を備えている。折返し梁部130、132、134、136はそれぞれ、X方向の剛性が高く、Y方向およびZ方向の剛性が低い形状に形成されている。折返し梁部130、132、134、136の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。マス支持部122、124、126、128はそれぞれ、導電シリコン層114を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。マス支持部122、124、126、128はそれぞれ、下方の酸化シリコン層112を介して、第1基板104に固定されている。   The mass portion 138 is formed in a rectangular shape when the conductive silicon layer 114 is viewed from above. As shown in FIG. 8, the silicon oxide layer 112 below the mass portion 138 is removed by etching. As shown in FIG. 7, folded beam portions 130, 132, 134, 136 are connected to the squares of the mass portion 138. The folded beam portions 130, 132, 134, 136 are respectively a first straight portion extending from the mass portion 138 along the X direction, a folded portion extending from the end of the first straight portion along the Y direction, and a folded portion A second linear portion extending from the end portion along the X direction and connected to the mass support portions 122, 124, 126, and 128 is provided. The folded beam portions 130, 132, 134, and 136 are each formed in a shape having high rigidity in the X direction and low rigidity in the Y direction and Z direction. The silicon oxide layer 112 below the folded beam portions 130, 132, 134, and 136 is removed by etching. The mass support portions 122, 124, 126, and 128 are each formed in a rectangular shape when the conductive silicon layer 114 is viewed from above. The mass support portions 122, 124, 126, and 128 are each fixed to the first substrate 104 via the lower silicon oxide layer 112.

図7に示すように、折返し梁部130、132、134、136の折返し部には、第1可動電極部140、142、144、146がそれぞれ設けられている。第1可動電極部140、142、144、146は、折返し梁部130、132、134、136からX方向に沿って延びる支持片と、支持片からY方向に沿って延びる電極片を備えている。図8に示すように、第1可動電極部140、142、144、146の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。   As shown in FIG. 7, first movable electrode portions 140, 142, 144, and 146 are provided in the folded portions of the folded beam portions 130, 132, 134, and 136, respectively. The first movable electrode portions 140, 142, 144, and 146 include support pieces that extend from the folded beam portions 130, 132, 134, and 136 along the X direction, and electrode pieces that extend from the support piece along the Y direction. . As shown in FIG. 8, the silicon oxide layer 112 below the first movable electrode portions 140, 142, 144, and 146 is removed by etching.

図7に示すように、マス部138のX方向の端部には、第2可動電極部148、150、152、154が設けられている。第2可動電極部148、150、152、154は、マス部138からX方向に沿って延びる支持片と、支持片からY方向に沿って延びる電極片を備えている。図8に示すように、第2可動電極部148、150、152、154の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。   As shown in FIG. 7, second movable electrode portions 148, 150, 152, and 154 are provided at the ends of the mass portions 138 in the X direction. The second movable electrode portions 148, 150, 152, and 154 include a support piece that extends from the mass portion 138 along the X direction and an electrode piece that extends from the support piece along the Y direction. As shown in FIG. 8, the silicon oxide layer 112 below the second movable electrode portions 148, 150, 152, and 154 is removed by etching.

図7に示すように、マス部138のY方向の端部には、第3可動電極部156、158が設けられている。第3可動電極部156、158は、マス部138からY方向に沿って延びる支持片と、支持片からX方向に沿って延びる電極片を備えている。第3可動電極部156、158の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。   As shown in FIG. 7, third movable electrode portions 156 and 158 are provided at the ends of the mass portions 138 in the Y direction. The third movable electrode portions 156 and 158 include a support piece extending from the mass portion 138 along the Y direction and an electrode piece extending from the support piece along the X direction. The silicon oxide layer 112 below the third movable electrode portions 156 and 158 is removed by etching.

図7に示すように、第1固定電極部160、162、164、166は、第1固定電極支持部168、170、172、174からX方向に沿って延びる支持板と、支持板からX方向に沿って延びる支持片と、支持片からY方向に沿って延びる電極片を備えている。第1固定電極部160、162、164、166の電極片と支持板はそれぞれ、互いに同電位であり、対向して配置されている。第1固定電極部160、162、164、166の電極片と支持板の間に、対応する第1可動電極部140、142、144、146の電極片が配置されている。図8に示すように、第1固定電極部160、162、164、166の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。また、第1固定電極支持部168、170、172、174は、下方の酸化シリコン層112を介して、第1基板104に固定されている。   As shown in FIG. 7, the first fixed electrode portions 160, 162, 164, 166 include a support plate extending along the X direction from the first fixed electrode support portions 168, 170, 172, 174, and the X direction from the support plate. And an electrode piece extending along the Y direction from the support piece. The electrode pieces and the support plates of the first fixed electrode portions 160, 162, 164, and 166 have the same potential, and are arranged to face each other. Corresponding electrode pieces of the first movable electrode portions 140, 142, 144, and 146 are disposed between the electrode pieces of the first fixed electrode portions 160, 162, 164, and 166 and the support plate. As shown in FIG. 8, the silicon oxide layer 112 below the first fixed electrode portions 160, 162, 164, and 166 is removed by etching. The first fixed electrode support portions 168, 170, 172, and 174 are fixed to the first substrate 104 through the lower silicon oxide layer 112.

第1固定電極部160の電極片と支持板は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、第1可動電極部140の電極片は、Z方向をスライド方向として、第1固定電極部160の電極片と支持板に対してスライド方向に移動可能であって、第1固定電極部160の電極片と支持板の間に配置されるスライド電極を構成している。第1固定電極部160の電極片と支持板と第1可動電極部140の電極片は、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。第1固定電極部162、164、166と、対応する第1可動電極部142、144、146についても同様である。   The electrode piece and the support plate of the first fixed electrode portion 160 have the same potential as each other, and constitute a counter electrode pair disposed to face each other. In addition, the electrode piece of the first movable electrode part 140 is movable in the sliding direction with respect to the electrode piece of the first fixed electrode part 160 and the support plate, with the Z direction as the sliding direction, and the first fixed electrode part 160. The slide electrode disposed between the electrode piece and the support plate is configured. The electrode piece and support plate of the first fixed electrode part 160 and the electrode piece of the first movable electrode part 140 constitute an electrode structure including a counter electrode pair and a slide electrode. The same applies to the first fixed electrode portions 162, 164, and 166 and the corresponding first movable electrode portions 142, 144, and 146.

図7に示すように、第2固定電極部176、178、180、182は、第2固定電極支持部184、186、188、190からX方向に沿って延びる支持板と、支持板からX方向に沿って延びる支持片と、支持片からY方向に沿って延びる電極片を備えている。第2固定電極部176、178、180、182の電極片と支持板はそれぞれ、互いに同電位であり、対向して配置されている。第2固定電極部176、178、180、182の電極片と支持板の間に、対応する第2可動電極部148、150、152、154の電極片が配置されている。図8に示すように、第2固定電極部176、178、180、182の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。また、第2固定電極支持部184、186、188、190は、下方の酸化シリコン層112を介して、第1基板104に固定されている。   As shown in FIG. 7, the second fixed electrode portions 176, 178, 180, and 182 include a support plate extending along the X direction from the second fixed electrode support portions 184, 186, 188, and 190, and the X direction from the support plate. And an electrode piece extending along the Y direction from the support piece. The electrode pieces and the support plates of the second fixed electrode portions 176, 178, 180, and 182 are each at the same potential and are arranged to face each other. Corresponding electrode pieces of the second movable electrode portions 148, 150, 152, and 154 are disposed between the electrode pieces of the second fixed electrode portions 176, 178, 180, and 182 and the support plate. As shown in FIG. 8, the silicon oxide layer 112 below the second fixed electrode portions 176, 178, 180, and 182 is removed by etching. The second fixed electrode support portions 184, 186, 188, and 190 are fixed to the first substrate 104 through the lower silicon oxide layer 112.

第2固定電極部176の電極片と支持板は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、第2可動電極部148の電極片は、Z方向をスライド方向として、第2固定電極部176の電極片と支持板に対してスライド方向に移動可能であって、第2固定電極部176の電極片と支持板の間に配置されるスライド電極を構成している。第2固定電極部176の電極片と支持板と第2可動電極部148の電極片は、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。第2固定電極部178、180、182と、対応する第2可動電極部150、152、154についても同様である。   The electrode pieces and the support plate of the second fixed electrode portion 176 are at the same potential as each other, and constitute a counter electrode pair disposed to face each other. Further, the electrode piece of the second movable electrode portion 148 is movable in the sliding direction with respect to the electrode piece of the second fixed electrode portion 176 and the support plate, with the Z direction as the sliding direction, and the second fixed electrode portion 176. The slide electrode disposed between the electrode piece and the support plate is configured. The electrode piece and the support plate of the second fixed electrode portion 176 and the electrode piece of the second movable electrode portion 148 constitute an electrode structure including a counter electrode pair and a slide electrode. The same applies to the second fixed electrode portions 178, 180, and 182 and the corresponding second movable electrode portions 150, 152, and 154.

図7に示すように、第3固定電極部192、194は、第3固定電極支持部196、198からY方向に沿って延びる支持片と、支持片からX方向に沿って延びる電極片を備えている。第3固定電極部192、194の電極片は、対応する第3可動電極部156、158の電極片とY方向に対向するように、それぞれ配置されている。第3固定電極部192、194の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。また、第3固定電極支持部196、198は、下方の酸化シリコン層112を介して、第1基板104に固定されている。   As shown in FIG. 7, the third fixed electrode portions 192 and 194 include a support piece extending along the Y direction from the third fixed electrode support portions 196 and 198, and an electrode piece extending along the X direction from the support piece. ing. The electrode pieces of the third fixed electrode portions 192 and 194 are respectively disposed so as to face the electrode pieces of the corresponding third movable electrode portions 156 and 158 in the Y direction. The silicon oxide layer 112 below the third fixed electrode portions 192 and 194 is removed by etching. The third fixed electrode support portions 196 and 198 are fixed to the first substrate 104 through the lower silicon oxide layer 112.

図7に示すように、枠部120は、マス支持部122、124、126、128と、折返し梁部130、132、134、136と、マス部138と、第1可動電極部140、142、144、146と、第2可動電極部148、150、152、154と、第3可動電極部156、158と、第1固定電極部160、162、164、166と、第1固定電極支持部168、170、172、174と、第2固定電極部176、178、180、182と、第2固定電極支持部184、186、188、190と、第3固定電極部192、194と、第3固定電極支持部196、198の周囲を覆う、長方形の枠形状に形成されている。図8に示すように、枠部120は、下方の酸化シリコン層112を介して、第1基板104に固定されている。   As shown in FIG. 7, the frame part 120 includes mass support parts 122, 124, 126, 128, folded beam parts 130, 132, 134, 136, a mass part 138, first movable electrode parts 140, 142, 144, 146, second movable electrode portions 148, 150, 152, 154, third movable electrode portions 156, 158, first fixed electrode portions 160, 162, 164, 166, and first fixed electrode support portion 168. , 170, 172, 174, second fixed electrode portions 176, 178, 180, 182, second fixed electrode support portions 184, 186, 188, 190, third fixed electrode portions 192, 194, and third fixed It is formed in a rectangular frame shape that covers the periphery of the electrode support portions 196 and 198. As shown in FIG. 8, the frame portion 120 is fixed to the first substrate 104 via the lower silicon oxide layer 112.

図8に示すように、第1基板104は、上面に凹部200を備えている。凹部200は、MEMS装置102を上方から平面視したときに、導電シリコン層114の、折返し梁部130、132、134、136と、マス部138と、第1可動電極部140、142、144、146と、第2可動電極部148、150、152、154と、第3可動電極部156、158と、第1固定電極部160、162、164、166の支持片および電極片と、第2固定電極部176、178、180、182の支持片および電極片と、第3固定電極部192、194の支持片および電極片を包含する範囲で形成されている。   As shown in FIG. 8, the first substrate 104 has a recess 200 on the upper surface. When the MEMS device 102 is viewed from above, the concave portion 200 includes the folded beam portions 130, 132, 134, and 136, the mass portion 138, and the first movable electrode portions 140, 142, and 144 of the conductive silicon layer 114. 146, the second movable electrode portions 148, 150, 152, 154, the third movable electrode portions 156, 158, the support pieces and electrode pieces of the first fixed electrode portions 160, 162, 164, 166, and the second fixed It is formed in a range including the support pieces and electrode pieces of the electrode portions 176, 178, 180, and 182 and the support pieces and electrode pieces of the third fixed electrode portions 192 and 194.

図8に示すように、第3基板108のシリコン層118は、下面に凹部202を備えている。凹部202は、MEMS装置102を上方から平面視したときに、第1基板104の凹部200と略同様の形状となる範囲で形成されている。第3基板108の酸化シリコン層116は、導電シリコン層114の、折返し梁部130、132、134、136と、マス部138と、第1可動電極部140、142、144、146と、第2可動電極部148、150、152、154と、第3可動電極部156、158と、第1固定電極部160、162、164、166の支持片および電極片と、第2固定電極部176、178、180、182と、第3固定電極部192、194に対応する範囲が、エッチングにより除去されている。第3基板108は、第2基板106の導電シリコン層114の枠部120に、酸化シリコン層116を接合することによって、第2基板106に接合されている。   As shown in FIG. 8, the silicon layer 118 of the third substrate 108 has a recess 202 on the lower surface. The concave portion 202 is formed in a range that is substantially the same shape as the concave portion 200 of the first substrate 104 when the MEMS device 102 is viewed from above. The silicon oxide layer 116 of the third substrate 108 includes the folded beam portions 130, 132, 134, and 136, the mass portion 138, the first movable electrode portions 140, 142, 144, and 146 of the conductive silicon layer 114, the second The movable electrode portions 148, 150, 152, 154, the third movable electrode portions 156, 158, the support pieces and electrode pieces of the first fixed electrode portions 160, 162, 164, 166, and the second fixed electrode portions 176, 178 , 180, 182 and the range corresponding to the third fixed electrode portions 192, 194 are removed by etching. The third substrate 108 is bonded to the second substrate 106 by bonding the silicon oxide layer 116 to the frame portion 120 of the conductive silicon layer 114 of the second substrate 106.

第3基板108の酸化シリコン層116の下面において、導電シリコン層114の第1固定電極部160、162、164、166の支持板に対応する箇所には、押圧部材204、206、208、210が形成されている。押圧部材204、206、208、210は、酸化シリコン層116の下面に、例えばポリシリコンや金属等を積層することで形成されている。第3基板108を第2基板106に接合する際には、押圧部材204、206、208、210が第1固定電極部160、162、164、166の支持板を下方に押し下げるので、第1固定電極部160、162、164、166の電極片も下方に変位する。これによって、第1可動電極部140、142、144、146の電極片は、第1固定電極部160、162、164、166の電極片と支持板に対して、Z方向にオフセットして配置される。なお、第2可動電極部148、150、152、154の電極片は、第2固定電極部176、178、180、182の電極片と支持板に対して、Z方向にオフセットせずに配置される。   On the lower surface of the silicon oxide layer 116 of the third substrate 108, pressing members 204, 206, 208, and 210 are provided at locations corresponding to the support plates of the first fixed electrode portions 160, 162, 164, and 166 of the conductive silicon layer 114. Is formed. The pressing members 204, 206, 208, and 210 are formed by laminating, for example, polysilicon or metal on the lower surface of the silicon oxide layer 116. When the third substrate 108 is joined to the second substrate 106, the pressing members 204, 206, 208, 210 push down the support plates of the first fixed electrode portions 160, 162, 164, 166 downward, so that the first fixing The electrode pieces of the electrode portions 160, 162, 164, and 166 are also displaced downward. Accordingly, the electrode pieces of the first movable electrode portions 140, 142, 144, and 146 are arranged offset in the Z direction with respect to the electrode pieces and the support plate of the first fixed electrode portions 160, 162, 164, and 166. The The electrode pieces of the second movable electrode portions 148, 150, 152, 154 are arranged without being offset in the Z direction with respect to the electrode pieces of the second fixed electrode portions 176, 178, 180, 182 and the support plate. The

図8に示すように、第1固定電極支持部168、170、172、174は、第1基板104および酸化シリコン層112を貫通する貫通電極212、214、216、218を介して、第1基板104の下面に形成されたバンプ220、222、224、226と導通している。第2固定電極支持部184、186、188、190は、第1基板104および酸化シリコン層112を貫通する貫通電極228、230、232、234を介して、第1基板104の下面に形成されたバンプ236、238、240、242と導通している。図示はしていないが、第3固定電極支持部196、198は、第1基板104および酸化シリコン層112を貫通する貫通電極を介して、第1基板104の下面に形成されたバンプと導通している。図示はしていないが、マス支持部122は、第1基板104および酸化シリコン層112を貫通する貫通電極を介して、第1基板104の下面に形成されたバンプと導通している。   As shown in FIG. 8, the first fixed electrode support portions 168, 170, 172, 174 pass through the first substrate 104 and the through electrodes 212, 214, 216, 218 penetrating the silicon oxide layer 112. The bumps 220, 222, 224, and 226 formed on the lower surface of 104 are electrically connected. The second fixed electrode support portions 184, 186, 188, and 190 are formed on the lower surface of the first substrate 104 via the through electrodes 228, 230, 232, and 234 that penetrate the first substrate 104 and the silicon oxide layer 112. The bumps 236, 238, 240, and 242 are electrically connected. Although not shown, the third fixed electrode support portions 196 and 198 are electrically connected to the bumps formed on the lower surface of the first substrate 104 through the through electrodes penetrating the first substrate 104 and the silicon oxide layer 112. ing. Although not shown, the mass support part 122 is electrically connected to a bump formed on the lower surface of the first substrate 104 through a through electrode penetrating the first substrate 104 and the silicon oxide layer 112.

図示はしていないが、MEMS装置102は、起動回路と、交流電圧源と、容量検出回路に接続されて使用される。起動回路は、マス支持部122と第1固定電極支持部168、170、172、174の間に起動電圧を印加する。起動電圧は、例えば所定の大きさのパルス状の電圧である。交流電圧源は、マス支持部122と第2固定電極支持部184、186、188、190の間に励振電圧を印加する。励振電圧は、例えば所定の振幅の正弦波状の電圧である。容量検出回路は、マス支持部122と第3固定電極支持部196の間の静電容量と、マス支持部122と第3固定電極支持部198の間の静電容量の差を検出する。   Although not shown, the MEMS device 102 is used by being connected to an activation circuit, an AC voltage source, and a capacitance detection circuit. The activation circuit applies an activation voltage between the mass support part 122 and the first fixed electrode support parts 168, 170, 172, 174. The starting voltage is, for example, a pulse voltage having a predetermined magnitude. The AC voltage source applies an excitation voltage between the mass support part 122 and the second fixed electrode support parts 184, 186, 188 and 190. The excitation voltage is, for example, a sinusoidal voltage having a predetermined amplitude. The capacitance detection circuit detects the difference between the capacitance between the mass support portion 122 and the third fixed electrode support portion 196 and the capacitance between the mass support portion 122 and the third fixed electrode support portion 198.

MEMS装置102の動作を説明する。実施例1のMEMS装置2と同様に、起動回路がMEMS装置102に起動電圧を印加すると、第1固定電極部160、162、164、166の電極片と、第1可動電極部140、142、144、146の電極片と、第1固定電極部160、162、164、166の支持板の間で静電引力が作用し、第1可動電極部140、142、144、146に下向きの力が作用する。これによって、マス部138がZ方向の振動を開始する。そして、交流電圧源がMEMS装置102に励振電圧を印加することで、第2固定電極部176、178、180、182の電極片と、第2可動電極部148、150、152、154の電極片と、第2固定電極部176、178、180、182の支持板の間に静電引力が作用し、第2可動電極部148、150、152、154に上向きおよび下向きに力が周期的に作用し、マス部138のZ方向の振動が加振される。これによって、マス部138がZ方向に励振される。   The operation of the MEMS device 102 will be described. Similar to the MEMS device 2 of the first embodiment, when the activation circuit applies the activation voltage to the MEMS device 102, the electrode pieces of the first fixed electrode portions 160, 162, 164, and 166, and the first movable electrode portions 140, 142, An electrostatic attractive force acts between the electrode pieces 144 and 146 and the support plates of the first fixed electrode portions 160, 162, 164, and 166, and a downward force acts on the first movable electrode portions 140, 142, 144, and 146. . As a result, the mass portion 138 starts to vibrate in the Z direction. Then, the AC voltage source applies an excitation voltage to the MEMS device 102, whereby the electrode pieces of the second fixed electrode portions 176, 178, 180, and 182 and the electrode pieces of the second movable electrode portions 148, 150, 152, and 154 are obtained. And electrostatic attraction acts between the support plates of the second fixed electrode portions 176, 178, 180, 182 and forces periodically act upward and downward on the second movable electrode portions 148, 150, 152, 154, The vibration in the Z direction of the mass portion 138 is excited. As a result, the mass portion 138 is excited in the Z direction.

マス部138がZ方向に振動している状態で、MEMS装置102にX軸周りの角速度が作用すると、マス部138にはY方向のコリオリ力が作用し、マス部138はY方向にも振動する。この際のマス部138のY方向の振動の振幅は、MEMS装置102に作用するX軸周りの角速度が大きいほど、大きなものとなる。マス部138がY方向に振動することで、第3可動電極部156、158と第3固定電極部192、194の間の静電容量がそれぞれ変化する。この際の静電容量の変化量は、マス部138のY方向の振動の振幅が大きいほど大きなものとなる。従って、マス支持部122と第3固定電極支持部196の間の静電容量の変化量や、マス支持部122と第3固定電極支持部198の間の静電容量の変化量を検出することによって、MEMS装置102に作用するX軸周りの角速度を検出することができる。なお、MEMS装置102では、マス支持部122と第3固定電極支持部196の間の静電容量と、マス支持部122と第3固定電極支持部198の間の静電容量の差を検出することによって、MEMS装置102に作用するX軸周りの角速度を精度よく検出することができる。   When an angular velocity around the X-axis acts on the MEMS device 102 in a state where the mass portion 138 vibrates in the Z direction, a Coriolis force in the Y direction acts on the mass portion 138, and the mass portion 138 also vibrates in the Y direction. To do. At this time, the amplitude of the vibration in the Y direction of the mass portion 138 increases as the angular velocity around the X axis acting on the MEMS device 102 increases. As the mass portion 138 vibrates in the Y direction, the capacitance between the third movable electrode portions 156 and 158 and the third fixed electrode portions 192 and 194 changes. The amount of change in capacitance at this time increases as the amplitude of vibration in the Y direction of the mass portion 138 increases. Therefore, the amount of change in capacitance between the mass support unit 122 and the third fixed electrode support unit 196 and the amount of change in capacitance between the mass support unit 122 and the third fixed electrode support unit 198 are detected. Thus, the angular velocity around the X axis acting on the MEMS device 102 can be detected. Note that the MEMS device 102 detects a difference between the capacitance between the mass support portion 122 and the third fixed electrode support portion 196 and the capacitance between the mass support portion 122 and the third fixed electrode support portion 198. Thus, the angular velocity around the X axis acting on the MEMS device 102 can be detected with high accuracy.

以下ではMEMS装置102の製造方法について説明する。まず、図9に示すように、導電性を付与された単結晶シリコンからなる導電シリコン層114を備える第2基板106を用意する。そして、第2基板106を熱酸化処理して、上面と下面にそれぞれ酸化シリコン層302、112を形成する。   Below, the manufacturing method of the MEMS apparatus 102 is demonstrated. First, as shown in FIG. 9, a second substrate 106 including a conductive silicon layer 114 made of single crystal silicon imparted with conductivity is prepared. Then, the second substrate 106 is thermally oxidized to form silicon oxide layers 302 and 112 on the upper surface and the lower surface, respectively.

次いで、図10に示すように、第2基板106の上面の酸化シリコン層302と、下面の酸化シリコン層112の一部を、エッチングにより除去する。   Next, as shown in FIG. 10, the silicon oxide layer 302 on the upper surface of the second substrate 106 and a part of the silicon oxide layer 112 on the lower surface are removed by etching.

次いで、図11に示すように、単結晶シリコンからなる第1基板104を用意する。   Next, as shown in FIG. 11, a first substrate 104 made of single crystal silicon is prepared.

次いで、図12に示すように、第1基板104の上面の一部を、エッチングにより除去する。これによって、凹部200が形成される。   Next, as shown in FIG. 12, a part of the upper surface of the first substrate 104 is removed by etching. Thereby, the recess 200 is formed.

次いで、図13に示すように、第1基板104の上面に、第2基板106の下面の酸化シリコン層112を接合する。   Next, as shown in FIG. 13, the silicon oxide layer 112 on the lower surface of the second substrate 106 is bonded to the upper surface of the first substrate 104.

次いで、図14に示すように、第2基板106の導電シリコン層114をエッチングによって選択的に除去する。これによって、枠部120と、マス支持部122、124、126、128と、折返し梁部130、132、134、136と、マス部138と、第1可動電極部140、142、144、146と、第2可動電極部148、150、152、154と、第3可動電極部156、158と、第1固定電極部160、162、164、166と、第1固定電極支持部168、170、172、174と、第2固定電極部176、178、180、182と、第2固定電極支持部184、186、188、190と、第3固定電極部192、194と、第3固定電極支持部196、198が形成される。   Next, as shown in FIG. 14, the conductive silicon layer 114 of the second substrate 106 is selectively removed by etching. Accordingly, the frame portion 120, the mass support portions 122, 124, 126, and 128, the folded beam portions 130, 132, 134, and 136, the mass portion 138, and the first movable electrode portions 140, 142, 144, and 146, , Second movable electrode portions 148, 150, 152, 154, third movable electrode portions 156, 158, first fixed electrode portions 160, 162, 164, 166, and first fixed electrode support portions 168, 170, 172. 174, second fixed electrode portions 176, 178, 180, 182; second fixed electrode support portions 184, 186, 188, 190; third fixed electrode portions 192, 194; and third fixed electrode support portion 196. 198 is formed.

次いで、図15に示すように、貫通電極212、214、216、218、228、230、232、234等と、バンプ220、222、224、226、236、238、240、242等を形成する。   Next, as shown in FIG. 15, through electrodes 212, 214, 216, 218, 228, 230, 232, 234 and the like, and bumps 220, 222, 224, 226, 236, 238, 240, 242 and the like are formed.

次いで、図16に示すように、単結晶シリコンからなるシリコン層118を備える第3基板108を用意する。そして、シリコン層118の下面に酸化シリコン層116を形成する。そして、酸化シリコン層116の下面にポリシリコンからなるポリシリコン層304を形成する。   Next, as shown in FIG. 16, a third substrate 108 including a silicon layer 118 made of single crystal silicon is prepared. Then, a silicon oxide layer 116 is formed on the lower surface of the silicon layer 118. Then, a polysilicon layer 304 made of polysilicon is formed on the lower surface of the silicon oxide layer 116.

次いで、図17に示すように、ポリシリコン層304をエッチングによって選択的に除去する。これによって、押圧部材204、206、208、210が形成される。   Next, as shown in FIG. 17, the polysilicon layer 304 is selectively removed by etching. Thereby, the pressing members 204, 206, 208, and 210 are formed.

次いで、図18に示すように、酸化シリコン層116をエッチングによって選択的に除去する。   Next, as shown in FIG. 18, the silicon oxide layer 116 is selectively removed by etching.

次いで、図19に示すように、シリコン層118の下面をエッチングによって選択的に除去する。これによって、凹部202が形成される。   Next, as shown in FIG. 19, the lower surface of the silicon layer 118 is selectively removed by etching. Thereby, the recess 202 is formed.

次いで、図8に示すように、第2基板106の導電シリコン層114の上面に第3基板108の酸化シリコン層116の下面を接合する。この際に、押圧部材204、206、208、210によって第1固定電極部160、162、164、166が下方に押し下げられて、第1可動電極部140、142、144、146の電極片が、第1固定電極部160、162、164、166の電極片と支持板に対して、Z方向にオフセットして配置される。以上の製造プロセスにより、MEMS装置102が製造される。   Next, as shown in FIG. 8, the lower surface of the silicon oxide layer 116 of the third substrate 108 is bonded to the upper surface of the conductive silicon layer 114 of the second substrate 106. At this time, the first fixed electrode portions 160, 162, 164, 166 are pushed downward by the pressing members 204, 206, 208, 210, and the electrode pieces of the first movable electrode portions 140, 142, 144, 146 are The first fixed electrode portions 160, 162, 164, and 166 are arranged with an offset in the Z direction with respect to the electrode pieces and the support plate. The MEMS device 102 is manufactured by the above manufacturing process.

(実施例3)
本実施例のMEMS装置402は、実施例2のMEMS装置102と同様に、第1基板104と、第2基板106と、第3基板108が積層された積層基板110に形成されている。第1基板104は、単結晶シリコンからなるシリコン基板である。第2基板106は、酸化シリコンからなる酸化シリコン層112と、導電性を付与された単結晶シリコンからなる導電シリコン層114を備えている。第3基板108は、酸化シリコンからなる酸化シリコン層116と、単結晶シリコンからなるシリコン層118を備えている。以下では、本実施例のMEMS装置402における第2基板106の構成について、詳細に説明する。
(Example 3)
Similar to the MEMS device 102 of the second embodiment, the MEMS device 402 of the present embodiment is formed on the laminated substrate 110 in which the first substrate 104, the second substrate 106, and the third substrate 108 are laminated. The first substrate 104 is a silicon substrate made of single crystal silicon. The second substrate 106 includes a silicon oxide layer 112 made of silicon oxide and a conductive silicon layer 114 made of single crystal silicon imparted with conductivity. The third substrate 108 includes a silicon oxide layer 116 made of silicon oxide and a silicon layer 118 made of single crystal silicon. Below, the structure of the 2nd board | substrate 106 in the MEMS apparatus 402 of a present Example is demonstrated in detail.

図20に示すように、本実施例のMEMS装置402では、導電シリコン層114に、エッチングによって、内側マス支持部404、406、408、410と、内側折返し梁部412、414、416、418と、内側マス部420と、内側励振電極部422、424と、第1可動検出電極部426、428と、外側マス支持部430、432、434、436と、外側折返し梁部438、440、442、444と、外側マス部446と、外側励振電極部448、450と、可動起動電極部452、454と、第2可動検出電極部456、458と、第3可動検出電極部460、462と、第1固定検出電極部464、466と、第1固定検出電極支持部468、470と、固定起動電極部472、474と、固定起動電極支持部476、478と、第2固定検出電極部480、482と、第2固定検出電極支持部484、486と、第3固定検出電極部488、490と、第3固定検出電極支持部492、494と、枠部496が形成されている。内側マス支持部404、406、408、410と、内側折返し梁部412、414、416、418と、内側マス部420と、内側励振電極部422、424と、第1可動検出電極部426、428は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。外側マス支持部430、432、434、436と、外側折返し梁部438、440、442、444と、外側マス部446と、外側励振電極部448、450と、可動起動電極部452、454と、第2可動検出電極部456、458と、第3可動検出電極部460、462は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第1固定検出電極部464、466と、対応する第1固定検出電極支持部468、470は、それぞれ継ぎ目なく一体的に形成されており、それぞれ同電位に維持されている。固定起動電極部472、474と、対応する固定起動電極支持部476、478は、それぞれ継ぎ目なく一体的に形成されており、それぞれ同電位に維持されている。第2固定検出電極部480、482と、対応する第2固定検出電極支持部484、486は、それぞれ継ぎ目なく一体的に形成されており、それぞれ同電位に維持されている。第3固定検出電極部488、490と、対応する第3固定検出電極支持部492、494は、それぞれ継ぎ目なく一体的に形成されており、それぞれ同電位に維持されている。   As shown in FIG. 20, in the MEMS device 402 according to the present embodiment, the inner silicon support portions 404, 406, 408, 410 and the inner folded beam portions 412, 414, 416, 418 are etched into the conductive silicon layer 114 by etching. , Inner mass portion 420, inner excitation electrode portions 422, 424, first movable detection electrode portions 426, 428, outer mass support portions 430, 432, 434, 436, outer folded beam portions 438, 440, 442, 444, outer mass portion 446, outer excitation electrode portions 448 and 450, movable activation electrode portions 452 and 454, second movable detection electrode portions 456 and 458, third movable detection electrode portions 460 and 462, and 1 fixed detection electrode unit 464, 466, first fixed detection electrode support unit 468, 470, fixed activation electrode unit 472, 474, and fixed activation electrode support unit 476 478, second fixed detection electrode portions 480, 482, second fixed detection electrode support portions 484, 486, third fixed detection electrode portions 488, 490, third fixed detection electrode support portions 492, 494, a frame A portion 496 is formed. Inner mass support portions 404, 406, 408, 410, inner folded beam portions 412, 414, 416, 418, inner mass portion 420, inner excitation electrode portions 422, 424, and first movable detection electrode portions 426, 428. Are integrally formed without a seam, and these are maintained at the same potential. Outer mass support portions 430, 432, 434, 436, outer folded beam portions 438, 440, 442, 444, outer mass portions 446, outer excitation electrode portions 448, 450, movable activation electrode portions 452, 454, The second movable detection electrode portions 456 and 458 and the third movable detection electrode portions 460 and 462 are integrally formed without a joint, and these are maintained at the same potential. The first fixed detection electrode portions 464 and 466 and the corresponding first fixed detection electrode support portions 468 and 470 are integrally formed seamlessly, and are maintained at the same potential. The fixed starting electrode portions 472 and 474 and the corresponding fixed starting electrode support portions 476 and 478 are integrally formed with no joints, and are maintained at the same potential. The second fixed detection electrode portions 480 and 482 and the corresponding second fixed detection electrode support portions 484 and 486 are integrally formed seamlessly, and are maintained at the same potential. The third fixed detection electrode portions 488 and 490 and the corresponding third fixed detection electrode support portions 492 and 494 are integrally formed seamlessly, and are maintained at the same potential.

内側マス部420は、導電シリコン層114を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。内側マス部420の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。内側マス部420の四角には、内側折返し梁部412、414、416、418が接続されている。内側折返し梁部412、414、416、418はそれぞれ、内側マス部420からY方向に沿って延びる第1直線部と、第1直線部の端部からXY方向に沿って延びる折返し部と、折返し部の端部からY方向に沿って延びて内側マス支持部404、406、408、410に接続する第2直線部を備えている。内側折返し梁部412、414、416、418はそれぞれ、X方向の剛性が高く、Y方向およびZ方向の剛性が低い形状に形成されている。内側折返し梁部412、414、416、418の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。内側マス支持部404、406、408、410はそれぞれ、導電シリコン層114を上方から平面視したときに、正方形状に形成されている。内側マス支持部404、406、408、410はそれぞれ、下方の酸化シリコン層112を介して、第1基板104に固定されている。   The inner mass portion 420 is formed in a rectangular shape when the conductive silicon layer 114 is viewed from above. The silicon oxide layer 112 below the inner mass portion 420 is removed by etching. Inner folded beam portions 412, 414, 416, and 418 are connected to the squares of the inner mass portion 420. The inner folded beam portions 412, 414, 416, and 418, respectively, are a first straight portion extending from the inner mass portion 420 along the Y direction, a folded portion extending from the end of the first straight portion along the XY direction, and a folded portion. A second linear portion extending from the end of the portion along the Y direction and connected to the inner mass support portions 404, 406, 408, 410. The inner folded beam portions 412, 414, 416, and 418 are each formed in a shape having high rigidity in the X direction and low rigidity in the Y direction and Z direction. The silicon oxide layer 112 below the inner folded beam portions 412, 414, 416, and 418 is removed by etching. The inner mass support portions 404, 406, 408, 410 are each formed in a square shape when the conductive silicon layer 114 is viewed from above. The inner mass support portions 404, 406, 408, 410 are each fixed to the first substrate 104 via the lower silicon oxide layer 112.

内側マス部420のX方向の端部には、内側励振電極部422、424が設けられている。内側励振電極部422、424は、内側マス部420からX方向に沿って延びる支持片と、支持片からY方向に沿って延びる電極片を備えている。内側励振電極部422、424の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。   Inner excitation electrode portions 422 and 424 are provided at end portions of the inner mass portion 420 in the X direction. The inner excitation electrode portions 422 and 424 include a support piece extending from the inner mass portion 420 along the X direction and an electrode piece extending from the support piece along the Y direction. The silicon oxide layer 112 below the inner excitation electrode portions 422 and 424 is removed by etching.

内側マス部420のY方向の端部には、第1可動検出電極部426、428が設けられている。第1可動検出電極部426、428は、内側マス部420からY方向に沿って延びる支持片と、支持片からX方向に沿って延びる電極片を備えている。第1可動検出電極部426、428の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。   First movable detection electrode portions 426 and 428 are provided at the end of the inner mass portion 420 in the Y direction. The first movable detection electrode portions 426 and 428 include a support piece extending from the inner mass portion 420 along the Y direction and an electrode piece extending from the support piece along the X direction. The silicon oxide layer 112 below the first movable detection electrode portions 426 and 428 is removed by etching.

第1固定検出電極部464、466は、第1固定検出電極支持部468、470からY方向に沿って延びる支持片と、支持片からX方向に沿って延びる電極片を備えている。第1固定検出電極部464、466の電極片は、対応する第1可動検出電極部426、428の電極片と、Y方向に対向するように配置されている。第1固定検出電極部464、466の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。また、第1固定検出電極支持部468、470は、下方の酸化シリコン層112を介して、第1基板104に固定されている。   The first fixed detection electrode portions 464 and 466 include a support piece extending along the Y direction from the first fixed detection electrode support portions 468 and 470 and an electrode piece extending along the X direction from the support piece. The electrode pieces of the first fixed detection electrode portions 464 and 466 are arranged so as to face the corresponding electrode pieces of the first movable detection electrode portions 426 and 428 in the Y direction. The silicon oxide layer 112 below the first fixed detection electrode portions 464 and 466 is removed by etching. Further, the first fixed detection electrode support portions 468 and 470 are fixed to the first substrate 104 through the lower silicon oxide layer 112.

外側マス部446は、導電シリコン層114を上方から平面視したときに、内側マス支持部404、406、408、410と、内側折返し梁部412、414、416、418と、内側マス部420と、内側励振電極部422、424と、第1可動検出電極部426、428の周囲を囲う、長方形の枠形状に形成されている。外側マス部446の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。外側マス部446の外側の四角には、外側折返し梁部438、440、442、444が接続されている。外側折返し梁部438、440、442、444はそれぞれ、外側マス部446からY方向に沿って延びる第1直線部と、第1直線部の端部からX方向に沿って延びる折返し部と、折返し部の端部からY方向に沿って延びて外側マス支持部430、432、434、436に接続する第2直線部を備えている。外側折返し梁部438、440、442、444はそれぞれ、Y方向の剛性が高く、X方向およびZ方向の剛性が低い形状に形成されている。外側折返し梁部438、440、442、444の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。外側マス支持部430、432、434、436はそれぞれ、導電シリコン層114を上方から平面視したときに、正方形状に形成されている。外側マス支持部430、432、434、436はそれぞれ、下方の酸化シリコン層112を介して、第1基板104に固定されている。   The outer mass portion 446 includes the inner mass support portions 404, 406, 408, 410, the inner folded beam portions 412, 414, 416, 418, and the inner mass portion 420 when the conductive silicon layer 114 is viewed from above. The inner excitation electrode portions 422 and 424 and the first movable detection electrode portions 426 and 428 are formed in a rectangular frame shape. The silicon oxide layer 112 below the outer mass portion 446 has been removed by etching. Outer folded beam portions 438, 440, 442, and 444 are connected to the outer squares of the outer mass portion 446. The outer folded beam portions 438, 440, 442, and 444 are respectively a first straight portion that extends from the outer mass portion 446 along the Y direction, a folded portion that extends from the end of the first straight portion along the X direction, and a folded portion. A second linear portion extending from the end of the portion along the Y direction and connected to the outer mass support portions 430, 432, 434, 436. The outer folded beam portions 438, 440, 442, and 444 are each formed into a shape that has high rigidity in the Y direction and low rigidity in the X direction and Z direction. The silicon oxide layer 112 below the outer folded beam portions 438, 440, 442, 444 is removed by etching. The outer mass support portions 430, 432, 434, and 436 are each formed in a square shape when the conductive silicon layer 114 is viewed from above. The outer mass support portions 430, 432, 434, and 436 are each fixed to the first substrate 104 via the lower silicon oxide layer 112.

外側マス部446の内側には、外側励振電極部448、450が設けられている。外側励振電極部448、450は、外側マス部446からX方向に沿って延びる支持片と、支持片からY方向に沿って延びる電極片を備えている。外側マス部446と外側励振電極部448の電極片は、互いに同電位であり、対向して配置されている。外側マス部446と外側励振電極部448の電極片の間に、内側励振電極部422の電極片が配置されている。外側マス部446と外側励振電極部450の電極片は、互いに同電位であり、対向して配置されている。外側マス部446と外側励振電極部450の電極片の間に、内側励振電極部424の電極片が配置されている。外側励振電極部448、450の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。   Outside excitation electrode portions 448 and 450 are provided inside the outside mass portion 446. The outer excitation electrode portions 448 and 450 include a support piece extending along the X direction from the outer mass portion 446 and an electrode piece extending along the Y direction from the support piece. The electrode pieces of the outer mass portion 446 and the outer excitation electrode portion 448 are at the same potential and are disposed to face each other. Between the electrode pieces of the outer mass portion 446 and the outer excitation electrode portion 448, the electrode pieces of the inner excitation electrode portion 422 are arranged. The electrode pieces of the outer mass portion 446 and the outer excitation electrode portion 450 are at the same potential and are disposed to face each other. Between the electrode pieces of the outer mass portion 446 and the outer excitation electrode portion 450, the electrode pieces of the inner excitation electrode portion 424 are arranged. The silicon oxide layer 112 below the outer excitation electrode portions 448 and 450 is removed by etching.

外側マス部446と外側励振電極部448の電極片は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、内側励振電極部422の電極片は、Z方向をスライド方向として、外側マス部446と外側励振電極部448の電極片に対してスライド方向に移動可能であって、外側マス部446と外側励振電極部448の電極片の間に配置されるスライド電極を構成している。外側マス部446と外側励振電極部448の電極片と内側励振電極部422の電極片は、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。外側マス部446と外側励振電極部450と内側励振電極部424についても同様である。   The electrode pieces of the outer mass portion 446 and the outer excitation electrode portion 448 have the same potential as each other, and constitute a counter electrode pair that is disposed to face each other. Further, the electrode pieces of the inner excitation electrode portion 422 are movable in the sliding direction with respect to the electrode pieces of the outer mass portion 446 and the outer excitation electrode portion 448, with the Z direction as the slide direction. A slide electrode disposed between the electrode pieces of the excitation electrode portion 448 is configured. The electrode pieces of the outer mass portion 446 and the outer excitation electrode portion 448 and the electrode pieces of the inner excitation electrode portion 422 constitute an electrode structure including a counter electrode pair and a slide electrode. The same applies to the outer mass portion 446, the outer excitation electrode portion 450, and the inner excitation electrode portion 424.

外側マス部446の外側のX方向の端部には、可動起動電極部452、454が設けられている。可動起動電極部452、454は、外側マス部446からX方向に沿って延びる支持片と、支持片からY方向に沿って延びる電極片を備えている。可動起動電極部452、454の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。   Movable activation electrode portions 452 and 454 are provided at the end portion in the X direction outside the outer mass portion 446. The movable activation electrode portions 452 and 454 include a support piece extending along the X direction from the outer mass portion 446 and an electrode piece extending along the Y direction from the support piece. The silicon oxide layer 112 below the movable starting electrode portions 452 and 454 is removed by etching.

外側マス部446の外側のX方向の端部には、第2可動検出電極部456、458が設けられている。第2可動検出電極部456、458は、外側マス部446からX方向に沿って延びる支持片と、支持片からY方向に沿って延びる電極片を備えている。第2可動検出電極部456、458の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。   Second movable detection electrode portions 456 and 458 are provided at end portions in the X direction outside the outer mass portion 446. The second movable detection electrode portions 456 and 458 include a support piece extending along the X direction from the outer mass portion 446 and an electrode piece extending along the Y direction from the support piece. The silicon oxide layer 112 below the second movable detection electrode portions 456 and 458 is removed by etching.

外側マス部446の外側のY方向の端部には、第3可動検出電極部460、462が設けられている。第3可動検出電極部460、462は、外側マス部446からY方向に沿って延びる支持片と、支持片からX方向に沿って延びる電極片を備えている。第3可動検出電極部460、462の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。   Third movable detection electrode portions 460 and 462 are provided at end portions in the Y direction outside the outer mass portion 446. The third movable detection electrode portions 460 and 462 include a support piece extending along the Y direction from the outer mass portion 446 and an electrode piece extending along the X direction from the support piece. The silicon oxide layer 112 below the third movable detection electrode portions 460 and 462 is removed by etching.

固定起動電極部472、474は、固定起動電極支持部476、478からX方向に沿って延びる支持板と、支持板からX方向に沿って延びる支持片と、支持片からY方向に沿って延びる電極片を備えている。固定起動電極部472、474の電極片と支持板は、互いに同電位であり、対向して配置されている。固定起動電極部472、474の電極片と支持板の間に、対応する可動起動電極部452、454の電極片が配置されている。固定起動電極部472、474の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。また、固定起動電極支持部476、478は、下方の酸化シリコン層112を介して、第1基板104に固定されている。固定起動電極部472、474の支持板は、それぞれ、押圧部材498、500によって下方に押し下げられている。   The fixed activation electrode portions 472 and 474 extend from the fixed activation electrode support portions 476 and 478 along the X direction, a support piece extending along the X direction from the support plate, and the support piece extending along the Y direction. An electrode piece is provided. The electrode pieces of the fixed activation electrode portions 472 and 474 and the support plate are at the same potential and are arranged to face each other. Corresponding electrode pieces of movable starting electrode portions 452 and 454 are arranged between the electrode pieces of fixed starting electrode portions 472 and 474 and the support plate. The silicon oxide layer 112 below the fixed activation electrode portions 472 and 474 is removed by etching. The fixed activation electrode support portions 476 and 478 are fixed to the first substrate 104 via the lower silicon oxide layer 112. The support plates of the fixed activation electrode portions 472 and 474 are pressed downward by the pressing members 498 and 500, respectively.

固定起動電極部472の電極片と支持板は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、可動起動電極部452の電極片は、Z方向をスライド方向として、固定起動電極部472の電極片と支持板に対してスライド方向に移動可能であって、固定起動電極部472の電極片と支持板の間に配置されるスライド電極を構成している。固定起動電極部472の電極片と支持板と可動起動電極部452の電極片は、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。固定起動電極部474と可動起動電極部454についても同様である。   The electrode piece and the support plate of the fixed activation electrode portion 472 are at the same potential, and constitute a counter electrode pair arranged to face each other. The electrode piece of the movable starting electrode portion 452 is movable in the sliding direction with respect to the electrode piece of the fixed starting electrode portion 472 and the support plate, with the Z direction as the sliding direction. And a slide electrode disposed between the support plate and the support plate. The electrode pieces and the support plate of the fixed starting electrode portion 472 and the electrode pieces of the movable starting electrode portion 452 constitute an electrode structure including a counter electrode pair and a slide electrode. The same applies to the fixed starting electrode portion 474 and the movable starting electrode portion 454.

第2固定検出電極部480、482は、第2固定検出電極支持部484、486からX方向に沿って延びる支持片と、支持片からY方向に沿って延びる電極片を備えている。第2固定検出電極部480、482の電極片は、第2可動検出電極部456、458の電極片とX方向に対向するように配置されている。第2固定検出電極部480、482の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。また、第2固定検出電極支持部484、486は、下方の酸化シリコン層112を介して、第1基板104に固定されている。   The second fixed detection electrode portions 480 and 482 include a support piece extending along the X direction from the second fixed detection electrode support portions 484 and 486 and an electrode piece extending along the Y direction from the support piece. The electrode pieces of the second fixed detection electrode portions 480 and 482 are arranged to face the electrode pieces of the second movable detection electrode portions 456 and 458 in the X direction. The silicon oxide layer 112 below the second fixed detection electrode portions 480 and 482 is removed by etching. The second fixed detection electrode support portions 484 and 486 are fixed to the first substrate 104 through the lower silicon oxide layer 112.

第3固定検出電極部488、490は、第3固定検出電極支持部492、494からY方向に沿って延びる支持片と、支持片からX方向に沿って延びる電極片を備えている。第3固定検出電極部488、490の電極片は、第3可動検出電極部460、462の電極片とY方向に対向するように配置されている。第3固定検出電極部488、490の下方の酸化シリコン層112は、エッチングにより除去されている。また、第3固定検出電極支持部492、494は、下方の酸化シリコン層112を介して、第1基板104に固定されている。   The third fixed detection electrode portions 488 and 490 include a support piece extending along the Y direction from the third fixed detection electrode support portions 492 and 494 and an electrode piece extending along the X direction from the support piece. The electrode pieces of the third fixed detection electrode portions 488 and 490 are arranged so as to face the electrode pieces of the third movable detection electrode portions 460 and 462 in the Y direction. The silicon oxide layer 112 below the third fixed detection electrode portions 488 and 490 is removed by etching. The third fixed detection electrode support portions 492 and 494 are fixed to the first substrate 104 through the lower silicon oxide layer 112.

MEMS装置402は、内側マス部420の質量と外側マス部446の質量が略等しくなるように形成されている。また、MEMS装置402は、内側折返し梁部412、414、416、418のZ方向のバネ定数と外側折返し梁部438、440、442、444のZ方向のバネ定数が略等しくなるように形成されている。さらに、MEMS装置402は、内側折返し梁部412、414、416、418のY方向のバネ定数と外側折返し梁部438、440、442、444のX方向のバネ定数が略等しくなるように形成されている。従って、内側マス部420のZ方向の振動の共振周波数は、外側マス部446のZ方向の共振周波数に略等しい。また、内側マス部420のY方向の振動の共振周波数は、外側マス部446のX方向の振動の共振周波数に略等しい。   The MEMS device 402 is formed such that the mass of the inner mass portion 420 and the mass of the outer mass portion 446 are substantially equal. The MEMS device 402 is formed such that the spring constant in the Z direction of the inner folded beam portions 412, 414, 416, and 418 is substantially equal to the spring constant in the Z direction of the outer folded beam portions 438, 440, 442, and 444. ing. Further, the MEMS device 402 is formed such that the Y-direction spring constant of the inner folded beam portions 412, 414, 416, and 418 and the X-direction spring constant of the outer folded beam portions 438, 440, 442, and 444 are substantially equal. ing. Accordingly, the resonance frequency of the vibration in the Z direction of the inner mass portion 420 is substantially equal to the resonance frequency of the outer mass portion 446 in the Z direction. Further, the resonance frequency of the vibration in the Y direction of the inner mass portion 420 is substantially equal to the resonance frequency of the vibration in the X direction of the outer mass portion 446.

図示はしていないが、第1固定検出電極支持部468、470、固定起動電極支持部476、478、第2固定検出電極支持部484、486、第3固定検出電極部488、490、内側マス支持部404、外側マス支持部430はそれぞれ、第1基板104および酸化シリコン層112を貫通する貫通電極を介して、第1基板104の下面に形成されたバンプと導通している。   Although not shown, the first fixed detection electrode support portions 468 and 470, the fixed activation electrode support portions 476 and 478, the second fixed detection electrode support portions 484 and 486, the third fixed detection electrode portions 488 and 490, the inner mass The support portion 404 and the outer mass support portion 430 are electrically connected to bumps formed on the lower surface of the first substrate 104 through through electrodes that penetrate the first substrate 104 and the silicon oxide layer 112, respectively.

図示はしていないが、MEMS装置402は、起動回路と、交流電圧源と、第1容量検出回路と、第2容量検出回路と、第3容量検出回路に接続されて使用される。起動回路は、外側マス支持部430と固定起動電極支持部476、478の間に起動電圧を印加する。起動電圧は、例えば所定の大きさのパルス状の電圧である。交流電圧源は、内側マス支持部404と外側マス支持部430の間に励振電圧を印加する。励振電圧は、例えば所定の振幅の正弦波状の電圧である。第1容量検出回路は、内側マス支持部404と第1固定検出電極支持部468の間の静電容量と、内側マス支持部404と第1固定検出電極支持部470の間の静電容量の差を検出する。第2容量検出回路は、外側マス支持部430と第2固定検出電極支持部484の間の静電容量と、外側マス支持部430と第2固定検出電極支持部486の間の静電容量の差を検出する。第3容量検出回路は、外側マス支持部430と第3固定検出電極支持部492の間の静電容量と、外側マス支持部430と第3固定検出電極支持部494の間の静電容量をそれぞれ検出する。   Although not shown, the MEMS device 402 is used by being connected to an activation circuit, an AC voltage source, a first capacitance detection circuit, a second capacitance detection circuit, and a third capacitance detection circuit. The activation circuit applies an activation voltage between the outer mass support part 430 and the fixed activation electrode support parts 476 and 478. The starting voltage is, for example, a pulse voltage having a predetermined magnitude. The AC voltage source applies an excitation voltage between the inner mass support portion 404 and the outer mass support portion 430. The excitation voltage is, for example, a sinusoidal voltage having a predetermined amplitude. The first capacitance detection circuit includes a capacitance between the inner mass support portion 404 and the first fixed detection electrode support portion 468, and a capacitance between the inner mass support portion 404 and the first fixed detection electrode support portion 470. Detect the difference. The second capacitance detection circuit includes a capacitance between the outer mass support 430 and the second fixed detection electrode support 484 and a capacitance between the outer mass support 430 and the second fixed detection electrode support 486. Detect the difference. The third capacitance detection circuit calculates the capacitance between the outer mass support portion 430 and the third fixed detection electrode support portion 492 and the capacitance between the outer mass support portion 430 and the third fixed detection electrode support portion 494. Detect each.

MEMS装置402の動作を説明する。実施例1のMEMS装置2や実施例2のMEMS装置102と同様に、起動回路がMEMS装置402に起動電圧を印加すると、固定起動電極部472、474の電極片と、可動起動電極部452、454の電極片と、固定起動電極部472、474の支持板の間に静電引力が作用し、可動起動電極部452、454に下向きの力が作用して、外側マス部446がZ方向の振動を開始する。この際に、内側マス部420に対して外側マス部446が相対的にZ方向に変位するので、外側マス部446および外側励振電極部448の電極片が内側励振電極部422の電極片に対して相対的に変位する。このタイミングに合わせて、交流電圧源がMEMS装置402に励振電圧を印加することで、外側マス部446および外側励振電極部448の電極片にZ方向の力が作用するとともに、内側励振電極部422の電極片にZ方向の反力が作用することで、内側マス部420と外側マス部446は逆相でZ方向に振動する。この際に、内側マス部420の質量と外側マス部446の質量が略等しいので、互いの振動が相殺されて外部に振動漏れを生じることがない。従って、振動Q値を極めて高くすることができ、小さな励振電圧で大きなZ方向の振動を励振することができる。なお、この際の外側マス部446のZ方向の振動の様子は、第3容量検出回路が、外側マス支持部430と第3固定検出電極支持部492の間の静電容量と、外側マス支持部430と第3固定検出電極支持部494の間の静電容量をそれぞれ検出することによって、モニタすることができる。   The operation of the MEMS device 402 will be described. Similar to the MEMS device 2 of the first embodiment and the MEMS device 102 of the second embodiment, when the starting circuit applies a starting voltage to the MEMS device 402, the electrode pieces of the fixed starting electrode portions 472 and 474, the movable starting electrode portion 452, An electrostatic attractive force acts between the electrode pieces of 454 and the support plates of the fixed activation electrode portions 472 and 474, a downward force acts on the movable activation electrode portions 452 and 454, and the outer mass portion 446 vibrates in the Z direction. Start. At this time, the outer mass portion 446 is displaced in the Z direction relative to the inner mass portion 420, so that the electrode pieces of the outer mass portion 446 and the outer excitation electrode portion 448 are displaced from the electrode pieces of the inner excitation electrode portion 422. Are relatively displaced. In accordance with this timing, the AC voltage source applies an excitation voltage to the MEMS device 402, whereby a force in the Z direction acts on the electrode pieces of the outer mass portion 446 and the outer excitation electrode portion 448, and the inner excitation electrode portion 422. As a reaction force in the Z direction acts on the electrode piece, the inner mass portion 420 and the outer mass portion 446 vibrate in the Z direction in opposite phases. At this time, since the mass of the inner mass portion 420 and the mass of the outer mass portion 446 are substantially equal, mutual vibrations are canceled and vibration leakage does not occur outside. Therefore, the vibration Q value can be extremely increased, and a large vibration in the Z direction can be excited with a small excitation voltage. Note that the vibration of the outer mass portion 446 in the Z direction at this time is determined by the third capacitance detection circuit, the capacitance between the outer mass support portion 430 and the third fixed detection electrode support portion 492, and the outer mass support. It is possible to monitor by detecting the electrostatic capacitance between the part 430 and the third fixed detection electrode support part 494, respectively.

内側マス部420と外側マス部446が逆相でZ方向に振動している状態で、MEMS装置402にX軸周りの角速度が作用すると、内側マス部420と外側マス部446のそれぞれにY方向のコリオリ力が作用する。この際に、外側マス部446は、Y方向の剛性が高い外側折返し梁部438、440、442、444によって支持されているので、Y方向に振動しない。これに対して、内側マス部420は、Y方向の剛性が低い内側折返し梁部412、414、416、418によって支持されているので、Y方向に振動する。この際の、内側マス部420のY方向の振動の振幅は、MEMS装置402に作用するX軸周りの角速度が大きいほど、大きなものとなる。内側マス部420がY方向に振動することで、第1可動検出電極部426、428と、対応する第1固定検出電極部464、466の間の静電容量が変化する。この際の静電容量の変化量は、内側マス部420のY方向の振動の振幅が大きいほど大きなものとなる。従って、内側マス支持部404と第1固定検出電極支持部468の間の静電容量の変化量や、内側マス支持部404と第1固定検出電極支持部470の間の静電容量の変化量を検出することによって、MEMS装置402に作用するX軸周りの角速度を検出することができる。なお、MEMS装置402では、内側マス支持部404と第1固定検出電極支持部468の間の静電容量と、内側マス支持部404と第1固定検出電極支持部470の間の静電容量の差を検出することによって、MEMS装置402に作用するX軸周りの角速度を精度よく検出することができる。   When an angular velocity around the X axis acts on the MEMS device 402 in a state where the inner mass portion 420 and the outer mass portion 446 are oscillating in the Z direction in opposite phases, the Y direction is applied to each of the inner mass portion 420 and the outer mass portion 446. Coriolis force acts. At this time, the outer mass portion 446 is supported by the outer folded beam portions 438, 440, 442, and 444 having high rigidity in the Y direction, and thus does not vibrate in the Y direction. On the other hand, since the inner mass portion 420 is supported by the inner folded beam portions 412, 414, 416, and 418 having low rigidity in the Y direction, it vibrates in the Y direction. At this time, the amplitude of the vibration in the Y direction of the inner mass portion 420 becomes larger as the angular velocity around the X axis acting on the MEMS device 402 becomes larger. As the inner mass portion 420 vibrates in the Y direction, the capacitance between the first movable detection electrode portions 426 and 428 and the corresponding first fixed detection electrode portions 464 and 466 changes. The amount of change in capacitance at this time increases as the amplitude of vibration in the Y direction of the inner mass portion 420 increases. Therefore, the amount of change in capacitance between the inner mass support 404 and the first fixed detection electrode support 468 and the amount of change in capacitance between the inner mass support 404 and the first fixed detection electrode support 470. By detecting this, the angular velocity around the X-axis acting on the MEMS device 402 can be detected. In the MEMS device 402, the capacitance between the inner mass support portion 404 and the first fixed detection electrode support portion 468, and the capacitance between the inner mass support portion 404 and the first fixed detection electrode support portion 470. By detecting the difference, the angular velocity around the X axis acting on the MEMS device 402 can be detected with high accuracy.

内側マス部420と外側マス部446が逆相でZ方向に振動している状態で、MEMS装置402にY軸周りの角速度が作用すると、内側マス部420と外側マス部446のそれぞれにX方向のコリオリ力が作用する。この際に、内側マス部420は、X方向の剛性が高い内側折返し梁部412、414、416、418によって支持されているので、Y方向に振動しない。これに対して、外側マス部446は、X方向の剛性が低い外側折返し梁部438、440、442、444によって支持されているので、X方向に振動する。この際の、外側マス部446のX方向の振動の振幅は、MEMS装置402に作用するY軸周りの角速度が大きいほど、大きなものとなる。外側マス部446がX方向に振動することで、第2可動検出電極部456、458と、対応する第2固定検出電極部480、482の間の静電容量が変化する。この際の静電容量の変化量は、外側マス部446のX方向の振動の振幅が大きいほど大きなものとなる。従って、外側マス支持部430と第2固定検出電極支持部484の間の静電容量の変化量や、外側マス支持部430と第2固定検出電極支持部486の間の静電容量の変化量を検出することによって、MEMS装置402に作用するY軸周りの角速度を検出することができる。なお、MEMS装置402では、外側マス支持部430と第2固定検出電極支持部484の間の静電容量と、外側マス支持部430と第2固定検出電極支持部486の間の静電容量の差を検出することによって、MEMS装置402に作用するY軸周りの角速度を精度よく検出することができる。   When an angular velocity around the Y axis acts on the MEMS device 402 in a state where the inner mass portion 420 and the outer mass portion 446 are oscillating in the Z direction in opposite phases, the X direction is applied to each of the inner mass portion 420 and the outer mass portion 446. Coriolis force acts. At this time, the inner mass portion 420 is supported by the inner folded beam portions 412, 414, 416, and 418 having high rigidity in the X direction, and thus does not vibrate in the Y direction. On the other hand, since the outer mass portion 446 is supported by the outer folded beam portions 438, 440, 442, and 444 having low rigidity in the X direction, the outer mass portion 446 vibrates in the X direction. At this time, the amplitude of the vibration in the X direction of the outer mass portion 446 becomes larger as the angular velocity around the Y axis acting on the MEMS device 402 becomes larger. As the outer mass portion 446 vibrates in the X direction, the capacitance between the second movable detection electrode portions 456 and 458 and the corresponding second fixed detection electrode portions 480 and 482 changes. The amount of change in capacitance at this time increases as the amplitude of vibration in the X direction of the outer mass portion 446 increases. Therefore, the amount of change in capacitance between the outer mass support 430 and the second fixed detection electrode support 484 and the amount of change in capacitance between the outer mass support 430 and the second fixed detection electrode support 486. By detecting the angular velocity, the angular velocity around the Y axis acting on the MEMS device 402 can be detected. Note that in the MEMS device 402, the capacitance between the outer mass support 430 and the second fixed detection electrode support 484 and the capacitance between the outer mass support 430 and the second fixed detection electrode support 486 are reduced. By detecting the difference, the angular velocity around the Y axis acting on the MEMS device 402 can be accurately detected.

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。   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.

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。   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.

2 :MEMS装置;4 :第1基板;6 :第2基板;8 :積層基板;10 :シリコン層;12 :酸化シリコン層;14 :導電シリコン層;16 :枠部;18 :マス支持部;20 :直線梁部;22 :マス部;24 :第1可動電極部;24a :支持片;24b :電極片;26 :第2可動電極部;26a :支持片;26b :電極片;28 :第1固定電極部;28a :支持板;28b :支持片;28c :電極片;30 :第1固定電極支持部;32 :第2固定電極部;32a :支持板;32b :支持片;32c :電極片;34 :第2固定電極支持部;36 :凹部;38 :押圧部材;40 :バンプ;42 :バンプ;44 :バンプ;46 :貫通電極;48 :貫通電極;50 :貫通電極;52 :起動回路;54 :交流電圧源;102 :MEMS装置;104 :第1基板;106 :第2基板;108 :第3基板;110 :積層基板;112 :酸化シリコン層;114 :導電シリコン層;116 :酸化シリコン層;118 :シリコン層;120 :枠部;122 :マス支持部;124 :マス支持部;126 :マス支持部;128 :マス支持部;130 :折返し梁部;132 :折返し梁部;134 :折返し梁部;136 :折返し梁部;138 :マス部;140 :第1可動電極部;142 :第1可動電極部;144 :第1可動電極部;146 :第1可動電極部;148 :第2可動電極部;150 :第2可動電極部;152 :第2可動電極部;154 :第2可動電極部;156 :第3可動電極部;158 :第3可動電極部;160 :第1固定電極部;162 :第1固定電極部;164 :第1固定電極部;166 :第1固定電極部;168 :第1固定電極支持部;170 :第1固定電極支持部;172 :第1固定電極支持部;174 :第1固定電極支持部;176 :第2固定電極部;178 :第2固定電極部;180 :第2固定電極部;182 :第2固定電極部;184 :第2固定電極支持部;186 :第2固定電極支持部;188 :第2固定電極支持部;190 :第2固定電極支持部;192 :第3固定電極部;194 :第3固定電極部;196 :第3固定電極支持部;198 :第3固定電極支持部;200 :凹部;202 :凹部;204 :押圧部材;206 :押圧部材;208 :押圧部材;210 :押圧部材;212 :貫通電極;214 :貫通電極;216 :貫通電極;218 :貫通電極;220 :バンプ;222 :バンプ;224 :バンプ;226 :バンプ;228 :貫通電極;230 :貫通電極;232 :貫通電極;234 :貫通電極;236 :バンプ;238 :バンプ;240 :バンプ;242 :バンプ;302 :酸化シリコン層;304 :ポリシリコン層;402 :MEMS装置;404 :内側マス支持部;406 :内側マス支持部;408 :内側マス支持部;410 :内側マス支持部;412 :内側折返し梁部;414 :内側折返し梁部;416 :内側折返し梁部;418 :内側折返し梁部;420 :内側マス部;422 :内側励振電極部;424 :内側励振電極部;426 :第1可動検出電極部;428 :第1可動検出電極部;430 :外側マス支持部;432 :外側マス支持部;434 :外側マス支持部;436 :外側マス支持部;438 :外側折返し梁部;440 :外側折返し梁部;442 :外側折返し梁部;444 :外側折返し梁部;446 :外側マス部;448 :外側励振電極部;450 :外側励振電極部;452 :可動起動電極部;454 :可動起動電極部;456 :第2可動検出電極部;458 :第2可動検出電極部;460 :第3可動検出電極部;462 :第3可動検出電極部;464 :第1固定検出電極部;466 :第1固定検出電極部;468 :第1固定検出電極支持部;470 :第1固定検出電極支持部;472 :固定起動電極部;474 :固定起動電極部;476 :固定起動電極支持部;478 :固定起動電極支持部;480 :第2固定検出電極部;482 :第2固定検出電極部;484 :第2固定検出電極支持部;486 :第2固定検出電極支持部;488 :第3固定検出電極部;490 :第3固定検出電極部;492 :第3固定検出電極支持部;494 :第3固定検出電極支持部;496 :枠部;498 :押圧部材;500 :押圧部材 2: MEMS device; 4: First substrate; 6: Second substrate; 8: Multilayer substrate; 10: Silicon layer; 12: Silicon oxide layer; 14: Conductive silicon layer; 16: Frame portion; 20: straight beam part; 22: mass part; 24: first movable electrode part; 24a: support piece; 24b: electrode piece; 26: second movable electrode part; 26a: support piece; 26b: electrode piece; 28a: support piece; 28c: electrode piece; 30: first fixed electrode support part; 32: second fixed electrode part; 32a: support plate; 32b: support piece; 32c: electrode 34: 2nd fixed electrode support part; 36: Recessed part; 38: Pressing member; 40: Bump; 42: Bump; 44: Bump; 46: Through electrode; 48: Through electrode; 50: Through-electrode; 52: Start-up circuit; 54: AC voltage source; 102: MEMS device; 104: First substrate; 106: Second substrate; 108: Third substrate; 110: Multilayer substrate; 112: Silicon oxide layer; 114: conductive silicon layer; 116: silicon oxide layer; 118: silicon layer; 120: frame portion; 122: mass support portion; 124: mass support portion; 126: mass support portion; 128: mass support portion; 132: Folded beam part; 134: Folded beam part; 136: Folded beam part; 138: Mass part; 140: First movable electrode part; 142: First movable electrode part; 144: First movable electrode part; 148: second movable electrode part; 148: second movable electrode part; 152: second movable electrode part; 154: second movable electrode part; 15 158: third movable electrode portion; 158: third movable electrode portion; 160: first fixed electrode portion; 162: first fixed electrode portion; 164: first fixed electrode portion; 166: first fixed electrode portion; 170: first fixed electrode support portion; 172: first fixed electrode support portion; 174: first fixed electrode support portion; 176: second fixed electrode portion; 178: second fixed electrode portion; : 182: second fixed electrode part; 184: second fixed electrode support part; 186: second fixed electrode support part; 188: second fixed electrode support part; 190: second fixed electrode support part 192: third fixed electrode portion; 194: third fixed electrode portion; 196: third fixed electrode support portion; 198: third fixed electrode support portion; 200: recessed portion; 202: recessed portion; 204: pressing member; Press member; 20 216: Through electrode; 216: Through electrode; 218: Through electrode; 218: Through electrode; 220: Bump; 222: Bump; 224: Bump; 226: Bump; 228: Through electrode; 230: Through electrode; 232: Through electrode; 234: Through electrode; 236: Bump; 238: Bump; 240: Bump; 242: Bump; 302: Silicon oxide layer; 304: Polysilicon layer; 402: MEMS device; 406: inner mass support portion; 408: inner mass support portion; 410: inner mass support portion; 412: inner folded beam portion; 414: inner folded beam portion; 416: inner folded beam portion; 418: inner side Folded beam portion; 420: inner mass portion; 422: inner excitation electrode portion; 424: inner excitation 426: first movable detection electrode unit; 428: first mass detection electrode unit; 430: outer mass support unit; 432: outer mass support unit; 434: outer mass support unit; 436: outer mass support unit; 440: Outer folded beam portion; 442: Outer folded beam portion; 444: Outer folded beam portion; 446: Outer mass portion; 448: Outer excitation electrode portion; 450: Outer excitation electrode portion; 452: Movable Start electrode part; 454: Moveable start electrode part; 456: Second move detection electrode part; 458: Second move detection electrode part; 460: Third move detection electrode part; 462: Third move detection electrode part; 1 fixed detection electrode part; 466: first fixed detection electrode part; 468: first fixed detection electrode support part; 470: first fixed detection electrode support part; 472: fixed activation electrode part; 47 476: fixed starting electrode support part; 478: fixed starting electrode support part; 480: second fixed detection electrode part; 482: second fixed detection electrode part; 484: second fixed detection electrode support part; 486: second fixed detection electrode support; 488: third fixed detection electrode; 490: third fixed detection electrode; 492: third fixed detection electrode support; 494: third fixed detection electrode support; 496: Frame part; 498: pressing member; 500: pressing member

Claims (4)

基板と、
前記基板に対して弾性的に支持されている第1可動部と、
互いに同電位であり対向して配置される第1対向電極対と、前記第1対向電極対に対して所定のスライド方向に移動可能であって、前記第1対向電極対の間に配置される第1スライド電極を備える第1電極構造と、
互いに同電位であり対向して配置される第2対向電極対と、前記第2対向電極対に対して前記スライド方向に移動可能であって、前記第2対向電極対の間に配置される第2スライド電極を備える第2電極構造を備えており、
前記第1対向電極対および前記第1スライド電極の一方が、前記第1可動部に対して前記スライド方向に移動不能であって、
前記第2対向電極対および前記第2スライド電極の一方が、前記第1可動部に対して前記スライド方向に移動不能であって、
前記スライド方向に関して、前記第1スライド電極が前記第1対向電極対に対してオフセットして配置されており、前記第2スライド電極が前記第2対向電極対に対してオフセットせずに配置されている、MEMS装置。
A substrate,
A first movable part elastically supported with respect to the substrate;
A first counter electrode pair having the same potential and arranged opposite each other, and movable in a predetermined sliding direction with respect to the first counter electrode pair, and disposed between the first counter electrode pair A first electrode structure comprising a first slide electrode;
A second counter electrode pair having the same potential and disposed opposite each other, and a second counter electrode pair movable between the second counter electrode pair in the sliding direction and disposed between the second counter electrode pair. A second electrode structure having two slide electrodes,
One of the first counter electrode pair and the first slide electrode is immovable in the slide direction with respect to the first movable part,
One of the second counter electrode pair and the second slide electrode is immovable in the slide direction with respect to the first movable part,
With respect to the sliding direction, the first slide electrode is disposed offset with respect to the first counter electrode pair, and the second slide electrode is disposed without being offset with respect to the second counter electrode pair. A MEMS device.
前記第1電極構造の一部を押圧することで、前記スライド方向に関して、前記第1スライド電極を前記第1対向電極対に対してオフセットさせる押圧部材をさらに備える、請求項1のMEMS装置。   The MEMS device according to claim 1, further comprising a pressing member that presses a part of the first electrode structure to offset the first slide electrode with respect to the first counter electrode pair in the sliding direction. 前記基板が積層基板であって、
前記第1電極構造と前記第2電極構造が同一の層に形成されている、請求項2のMEMS装置。
The substrate is a laminated substrate;
The MEMS device according to claim 2, wherein the first electrode structure and the second electrode structure are formed in the same layer.
前記基板に対して弾性的に支持されている第2可動部をさらに備えており、
前記第2対向電極対および前記第2スライド電極の他方が、前記第2可動部に対して前記スライド方向に移動不能である、請求項1から3の何れか一項のMEMS装置。
A second movable part elastically supported with respect to the substrate;
4. The MEMS device according to claim 1, wherein the other of the second counter electrode pair and the second slide electrode is immovable in the slide direction with respect to the second movable portion. 5.
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