JP4254220B2

JP4254220B2 - 電磁アクチュエータおよび力学量センサ

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Publication number: JP4254220B2
Application number: JP2002348698A
Authority: JP
Inventors: 加納　　一彦; 竹内　　幸裕
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2004181547A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁アクチュエータおよび力学量センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電磁駆動のスキャナが非特許文献１に開示されている。このスキャナを、図１６〜１９を用いて説明する。図１６において、レーザダイオード１００からのレーザビームをオプティカルスキャナ１０１に反射させ、その反射光をスクリーン１０２に照射する。このとき、オプティカルスキャナ１０１において反射光の向きが変更され、スキャンが行われる。オプティカルスキャナ１０１においては電磁石１０３が近傍に配置され、電磁石１０３には信号発生器１０４が接続されている。そして、信号発生器１０４からの信号により電磁石１０３が駆動して、図１７に示すように、外部からオプティカルスキャナ１０１に磁場を与えることにより、オプティカルスキャナ１０１の可動部１０５に設けたパーマロイ（強磁性体）１０６に対する引力・斥力により可動部１０５の向きを変更する。
【０００３】
オプティカルスキャナ１０１の詳細な構成を図１８，１９に示す。図１８の左側にオプティカルスキャナ１０１の正面図を示すとともに、図１８の右側にオプティカルスキャナ１０１の断面図を示し、さらに、図１９にオプティカルスキャナ１０１の背面図を示す。図１８，１９において、オプティカルスキャナ１０１はシリコン基板にて構成され、その一部を除去することにより、可動部（ミラー）１０５がトーションバー１０７にて外側の基板１０８に連結支持され、可動部（ミラー）１０５の裏面にはパーマロイ（強磁性体）１０６が配置されている。
【０００４】
このように、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）と呼ばれる微小機械は、シリコンウエハを用いた半導体プロセスで形成されることが多い。しかしながら、外部の電磁石１０３からオプティカルスキャナ１０１の可動部１０５を変位させると、電磁石１０３とパーマロイ１０６との正確な位置合わせが困難なため、パーマロイ１０６に安定した磁場を与えるのが困難になり、オプティカルスキャナ１０１の可動部１０５の変位（振動角度）が安定しないという問題点がある。また、オプティカルスキャナ１０１では可動部１０５の正確な変位検出が必須となるが、このような構成では変位検出が困難となる。
【０００５】
また、電磁駆動のアクチュエータとして他にも、図２０に示すものが知られている。図２０において、外部から磁場を与えるべく永久磁石１１０を基板１２０の近傍に配置し、配線１２１に電流Ｉを流すことにより長さＬでの磁界Ｂとの角度θにおいてローレンツ力
Ｆ＝Ｂ×Ｉ×ｓｉｎθ×Ｌ
にて可動部１２２を変位させる。このような構成とした場合にも永久磁石１１０にＳｍ−Ｃｏ等の希土類系のバルク（ボンド）磁石を用いているため、実装コストがかかり、また、永久磁石１１０の位置により基板１２０に加わる磁場が変化し、動作の再現性が悪いという問題点がある。
【０００６】
【非特許文献１】
IEEE optical MEMS 2001 P.9 Micromachined optical scanner for strings diameter measurement system
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、安定した磁場を付与して動作の安定化を図ることができる電磁アクチュエータおよび力学量センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電磁アクチュエータは、主表面に開口する凹部を有する半導体基板と、同凹部の開口部に配置され、半導体基板に梁を介して連結支持される可動部と、この可動部の表面に梁を結ぶ線から重心が偏倚して配置された第１の強磁性体と、半導体基板の裏面に配置されて磁化された第２の強磁性体と、半導体基板の主表面の凹部の外縁部に絶縁膜を介して配置されて、周期的に変化する電流が通電される配線とを備える。
【０００９】
よって、図１６の従来技術においては、電磁石１０３とパーマロイ１０６との正確な位置合わせが困難であり（パーマロイ１０６に安定した磁場を与えるのが困難になり）、可動部１０５の変位（振動角度）が安定しない。これに対し本発明では、半導体基板の裏面に第２の強磁性体を配置しているので安定した磁場を与えることができ、動作の安定化を図ることができる。
【００１０】
また、図２０の従来技術においては、永久磁石１１０にＳｍ−Ｃｏ等の希土類系のバルク（ボンド）磁石を用いているため、実装コストがかかり、また、永久磁石１１０の位置により基板１２０に加わる磁場が変化し、動作の再現性が悪い。これに対し本発明では、半導体基板の裏面に第２の強磁性体を配置しているので、実装コストを低減することができるとともに、安定した磁場を付与して動作の安定化を図ることができる。
【００１１】
請求項２に記載の電磁アクチュエータにおいては、可動部は半導体基板に連結される梁も含めて絶縁膜によって形成されてなり、配線と第１の強磁性体とは同一の平面上に存在するようにしている。
また、請求項３に記載の電磁アクチュエータにおいては、半導体基板の主表面には絶縁膜と半導体層と絶縁膜との積層体が設けられてなるとともに、可動部も同半導体基板に連結される梁を含めてこれら積層体によって形成されてなり、配線と第１の強磁性体とは、共にこれら積層体の絶縁膜上の同一の平面上に存在するようにしている。
【００１２】
請求項４に記載のように、第２の強磁性体は、第１の強磁性体よりも保磁力の大きい磁性体材料からなるようにするとよい。
【００１４】
請求項５に記載のように、半導体基板の上面から可動部の上面にかけて、同可動部の変位を検出する配線が梁を介して延設されてなるようにすると、可動部の変位検出を行うことが可能となり、高精度な制御を行うことができる。
【００１５】
請求項６に記載のように、第１の強磁性体は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの内の少なくとも１つを含む金属、またはこれらＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏの少なくとも１つを含む合金からなるようにし、請求項７に記載のように、第２の強磁性体は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの内の少なくとも１つを含む合金からなるようにするとよい。
【００１６】
請求項８に記載の力学量センサは、主表面に開口する凹部を有する半導体基板と、半導体基板における凹部の開口部に配置され、同半導体基板に梁を介して連結支持される可動部と、この可動部の表面に梁を結ぶ線から重心が偏倚して配置された第１の強磁性体と、半導体基板の裏面に配置されて磁化された第２の強磁性体と、同半導体基板の主表面の凹部の外縁部に絶縁膜を介して配置されて、可動部の力学量的変位に伴なう第１の強磁性体と第２の強磁性体による磁界の変化に誘起された電流が流れる配線とを備える。よって、半導体基板の裏面に第２の強磁性体を配置しているので、安定した磁場を付与して動作の安定化を図ることができるとともに、実装コストを低減することができる。
【００１７】
請求項９に記載の力学量センサにおいては、可動部は半導体基板に連結される梁も含めて絶縁膜によって形成されてなり、配線と第１の強磁性体とは同一の平面上に存在するようにしている。
また、請求項１０に記載の力学量センサにおいては、半導体基板の主表面には絶縁膜と半導体層と絶縁膜との積層体が設けられてなるとともに、可動部も半導体基板に連結される梁を含めてこれら積層体によって形成されてなり、配線と第１の強磁性体とは、共にこれら積層体の絶縁膜上の同一の平面上に存在するようにしている。
【００１８】
請求項１１に記載のように、第２の強磁性体は、第１の強磁性体よりも保磁力の大きい磁性体材料からなるようにするとよい。
【００２０】
請求項１２に記載のように、第１の強磁性体は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの内の少なくとも１つを含む金属、またはこれらＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏの少なくとも１つを含む合金からなるようにし、請求項１３に記載のように、第２の強磁性体は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの内の少なくとも１つを含む合金からなるようにするとよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２２】
図１には、本実施形態における磁気アクチュエータを示す。詳しくは、図１の上側にアクチュエータの平面図を示すとともに、図１の下側にアクチュエータの断面図を示す。また、図２には、アクチュエータの斜視図を示す。本アクチュエータは、光スキャナ用アクチュエータであり、図１６における符号１０１，１０３に示す部材に代わるものとして使用する。
【００２３】
シリコン基板（単結晶シリコン基板）１は四角板状をなしている。本実施形態においては、シリコン基板１の上面を主表面１ａとし、その反対の面である下面を裏面１ｂとしている。シリコン基板１の上面（主表面）１ａにおける中央部には凹部２が形成され、シリコン基板１は主表面１ａに開口する凹部２を有する構成となっている。シリコン基板１の上面１ａにおける凹部２の開口部は四角形状をなしている。また、シリコン基板１の上面には絶縁膜３が形成されている。絶縁膜３として、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を用いている。凹部２の開口部に位置する絶縁膜３には透孔（スリット）４ａ，４ｂが形成され、この透孔４ａ，４ｂにより可動部５と梁６ａ，６ｂとが区画形成されている。詳しくは、四角形状をなす凹部２の開口部において対向する辺から帯状の梁６ａ，６ｂが直線的に延び、この梁６ａ，６ｂの先端部に可動部５が連結支持されている。可動部５は四角形状をなし、対向する辺の中心部において梁６ａ，６ｂと連結されている。
【００２４】
このように、シリコン基板１における凹部２の開口部に可動部５が配置され、この可動部５は、図３（ａ）に示すように、梁（トーションバー）６ａ，６ｂにより連結支持され、両持ち梁構造をなしている。そして、図１および図３（ｂ）に示すように、梁６ａ，６ｂを結ぶ線Ｌ１を中心にして可動部５が正逆方向に回動することができるようになっている。ここで、透孔４ａ，４ｂの形状、即ち、可動部５および梁６ａ，６ｂの形状（縦横寸法）により、可動部５の捩じり角が決まる。
【００２５】
図１に示すように、可動部５（絶縁膜）の上面において梁６ａ，６ｂを結ぶ線Ｌ１よりも左側の部位には第１の強磁性体７が配置されている。第１の強磁性体７は薄膜よりなり、四角形状をなしている。ここで、第１の強磁性体７の配置位置として、可動部５における梁（トーションバー）６ａ，６ｂを結ぶ線Ｌ１から所定量ΔＬだけズラしており、これにより第１の強磁性体７は可動部５の重心Ｏ１からズレていることになる。即ち、第１の強磁性体７は、平面構造において可動部５の変位中心Ｌ１に対し重心Ｏ１が不一致の状態で配置されている。このように第１の強磁性体７をオフセット配置して、線Ｌ１を中心にして回動する力を可動部５に与えるようにしている。
【００２６】
また、可動部５（絶縁膜）の上面において梁６ａ，６ｂを結ぶ線Ｌ１上を含めて右側の部位には反射膜８が形成されている。反射膜８として金属膜、具体的にはアルミ薄膜を用いている。
【００２７】
凹部２の開口部よりも外側における絶縁膜３の上には配線（導体）９が延設されている。配線９は帯状をなし、凹部２のまわりを一周するようにパターニングされ、駆動コイルを構成している。配線９の端部にはパッド１０ａ，１０ｂが形成されている。そして、パッド１０ａ，１０ｂを通して配線９に正弦波電流を流すことができるようになっている。
【００２８】
一方、シリコン基板１の下面（裏面）１ｂには第２の強磁性体１１が全面に形成されている。第２の強磁性体１１は薄膜よりなる。第２の強磁性体１１は、磁場を発生させるためのものであり、磁化されている。つまり、第２の強磁性体１１は永久磁石として機能する。
【００２９】
可動部５に配する第１の強磁性体７の材質は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの内の少なくとも１つを含む金属、または、合金である。また、基板裏面１ｂに配する第２の強磁性体１１の材質は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの内の少なくとも１つを含む合金である。
【００３０】
次に、磁気アクチュエータの作用を説明する。
今、配線９に電流を流さないときを考える。このとき、基板裏面１ｂに配した第２の強磁性体（永久磁石）１１に対して可動部５に配した第１の強磁性体７は磁化されていない。よって、第１の強磁性体７は第２の強磁性体（永久磁石）１１に吸引される方向にしか力が働かず、一方向に変位して止まってしまう。
【００３１】
この状態から配線９に正弦波電流を流す。すると、いわゆるアンペールの右ねじの法則（電流を右ねじの進む向きに流すと、右ねじをまわす向きの磁界ができる）により、第１の強磁性体７が電磁石として機能し、かつ、第１の強磁性体７における上・下面がＮ極・Ｓ極で反転する。このＮ極・Ｓ極の反転動作の周期は、流す正弦波電流の周期である。第１の強磁性体７の上・下面でのＮ極・Ｓ極の反転動作により引力と斥力が周期的に発生する。つまり、第２の強磁性体（永久磁石）１１の上面がＳ極であった場合において、第１の強磁性体７の下面がＮ極となると引力が発生し、また、第１の強磁性体７の下面がＳ極となると斥力が発生する。
【００３２】
このように配線９に正弦波電流を流すことにより、梁（トーションバー）６ａ，６ｂにより可動部５が、図４に示すように、正逆方向に回動する動作を繰り返す。この可動部５における正逆方向の回動動作に伴ない反射膜８の向きが変更される。これにより、図５に示すように、反射膜８に照射されたレーザビームの向きが変更（光路が変更）されてスキャンが行われる。
【００３３】
なお、第１の強磁性体７の代わりに、可動部５において配線（導体）を形成しても同じような動作を行わせることができるが、可動部５を回動するためには配線に非常に大きな電流を流す必要があり、このため配線が発熱する。可動部５は熱容量的にも小さく、熱がこもりやすくそれ自体の温度が上昇してしまう。温度が上昇すると、可動部５を構成する材料の物性値が変化し、梁（トーションバー）６ａ，６ｂのバネ定数が変化し、共振周波数で可動部５を回動動作させた場合、周波数が変動してしまう。このような理由により、駆動用配線を可動部５に形成するのは好ましくない。
【００３４】
次に、磁気アクチュエータの製作方法について、図６，７を用いて説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、ウエハ状のシリコン基板（シリコンウエハ）１を用意し、シリコン基板１の上面（主表面）１ａに、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜３を全面に形成する。そして、図６（ｂ）に示すように、絶縁膜３の上に、可動部５を繰り返し正逆方向に回動する（励振する）ための配線９およびパッド１０ａ，１０ｂ、薄膜の第１の強磁性体７、反射膜８を、それぞれパターニングする。
【００３５】
引き続き、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板１上の絶縁膜３に対し所定領域をエッチング除去して透孔４ａ，４ｂを形成する。これにより、可動部５および梁６ａ，６ｂが区画形成される。そして、図７（ａ）に示すように、アルカリ系のエッチング液を用いて絶縁膜３の透孔４ａ，４ｂからその下側のシリコン基板１に対し異方性エッチングを行い、凹部２を形成する。
【００３６】
その後、図７（ｂ）に示すように、シリコン基板１の裏面１ｂに薄膜の第２の強磁性体１１を形成する。さらに、ダイシングカット、強磁性体７，１１の磁化等を行う。これにより、磁気アクチュエータが完成する。
【００３７】
磁石の形成の際には、強磁性体１１を成膜した後、外部から非常に強力な磁場をその膜に印加することにより、強磁性体を磁化する。磁性体では、保磁力が大きい場合、その磁化したときの磁場を保存しようとするが、保磁力が小さい場合、磁場を保存しようとしないので、磁力が小さくなる。この特性を利用し、基板裏面１ｂに配する第２の強磁性体１１には保磁力の大きいものを、また、可動部５に配する第１の強磁性体７には保磁力の小さいものを形成する。この特性を利用することにより、可動部５に配する第１の強磁性体７は、外部配線（コイル）９により容易にＮ極・Ｓ極に反転し、小さな電流で大きな力を取り出すことができる。
【００３８】
以上のように本実施形態の電磁アクチュエータは下記の特徴を有する。
（イ）図１に示すごとく、半導体基板としてのシリコン基板１での凹部２の開口部において梁（トーションバー）６ａ，６ｂにより連結支持された可動部５と、可動部５に配置された第１の強磁性体７と、シリコン基板１の裏面１ｂに配置された第２の強磁性体１１と、シリコン基板１の主表面１ａにおいて絶縁膜３を介して配置され、周期的に変化する電流を流すことにより第１の強磁性体７を磁化させて第２の強磁性体１１との間での引力・斥力によって可動部５を変位させる配線９と、を備えた。
【００３９】
よって、図１６〜図１９の従来技術においては、電磁石１０３とパーマロイ１０６との正確な位置合わせが困難であり、パーマロイ１０６に安定した磁場を与えるのが困難になり、可動部１０５の変位（振動角度）が安定しなかった。これに対し本実施形態では、シリコン基板１の裏面１ｂに第２の強磁性体１１を配置しているので安定した磁場を与えることができ、可動部５の動作の安定化を図ることができる。また、図２０の従来技術においては、永久磁石１１０にＳｍ−Ｃｏ等の希土類系のバルク（ボンド）磁石を用いているため、実装コストがかかり、また、永久磁石１１０の位置により基板１２０に加わる磁場が変化し、動作の再現性が悪かった。これに対し本実施形態では、シリコン基板１の裏面１ｂに第２の強磁性体１１を配置しているので、実装コストを低減することができるとともに、安定した磁場を付与して可動部５の駆動動作の安定化を図ることができる（動作の再現性に優れたものとすることができる）。
（ロ）図１の配線９は、シリコン基板１の主表面１ａでの凹部２の開口部の外側、即ち、固定部において配置した。よって、安定して可動部５を変位させることができる。
（ハ）第１の強磁性体７および第２の強磁性体１１の材質として、第１の強磁性体７の保磁力よりも第２の強磁性体１１の保磁力の方が大きいものを用いたので、実用上好ましい。
（ニ）第１の強磁性体７は、平面構造において可動部５の変位中心Ｌ１に対し重心Ｏ１が不一致の状態で配置されているので、実用上好ましい。
【００４０】
なお、配線９に正弦波電流を流す代わりにパルス電流を流してもよい。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４１】
図８は、本実施形態における電磁アクチュエータの縦断面図である。本実施形態においてはＳＯＩ基板２０を用いている。ＳＯＩ基板２０は、半導体基板としてのシリコン基板２１の上に絶縁膜としての埋め込みシリコン酸化膜２２を介して半導体層としての薄膜シリコン層２３を配置したものである。薄膜シリコン層２３の上面には絶縁膜２４が形成されている。絶縁膜２４としてシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を用いている。シリコン基板２１の主表面２１ａには凹部２が形成されている。凹部２の開口部において、埋め込みシリコン酸化膜２２と薄膜シリコン層２３と絶縁膜２４との積層体を貫通する透孔４ａ，４ｂが形成され、これにより梁と可動部５が区画形成されている。可動部５には第１の強磁性体７および反射膜８が配置されている。また、シリコン基板２１の裏面２１ｂには第２の強磁性体１１が配置されている。
【００４２】
さらに、シリコン基板２１の主表面２１ａには配線９が凹部２の開口部の外側において配置されている。ここで、配線９は、シリコン基板２１の主表面２１ａに、埋め込みシリコン酸化膜（絶縁膜）２２と薄膜シリコン層（半導体層）２３と絶縁膜２４との積層体を介して配置されている。つまり、図１では配線９はシリコン基板１の主表面１ａに単層の絶縁膜３を介して配置されていたが、図８では配線９は積層体（２２，２３，２４）を介して配置されている。
【００４３】
なお、図８において符号２５で示す部材は絶縁膜（ＳｉＯ₂）であり、凹部２をエッチングにて形成する際に薄膜シリコン層２３がエッチングされてしまうのを防止するためのものである。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４４】
図９は、本実施形態における電磁アクチュエータの平面図である。図１０は、図２に代わる本実施形態における電磁アクチュエータの斜視図である。
本実施形態においては、シリコン基板１の主表面１ａにおいて、可動部５の変位を検出するための配線（導体）３０を延設している。詳しくは、絶縁膜３の上において、一方の梁（６ａ）から可動部５を通り他方の梁（６ｂ）に抜ける配線３０を形成している。また、配線３０の両端部にパッド３１ａ，３１ｂを形成している。
【００４５】
そして、基板裏面１ｂに配した強磁性体（永久磁石）１１からの磁場と、配線９に正弦波電流を流すことによる磁場と、可動部５の動きにより、変位検出用配線３０に流れる電流は変化する。この電流をモニタリングすることにより可動部５の位置（回動角度）を検出することができる。
【００４６】
このようにして検出した実際の可動部５の位置（回動角度）から、目標の可動部５の位置（回動角度）となるようにフィードバックをかけて、より高精度な可動部５の回動動作を行わせることができる。
【００４７】
以上のごとく、シリコン基板１の主表面１ａにおいて可動部５の変位を検出する配線３０を延設したので、可動部５の変位検出を行うことにより、高精度な制御を行うことができる。
（比較例）
次に、比較例について上記第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４８】
図１１には本比較例における電磁アクチュエータの平面図を示す。図１２には、図２に代わる本比較例における電磁アクチュエータの斜視図を示す。第１の実施形態では、回転運動を行わせるアクチュエータであった。これ対し本比較例では上下運動を行わせるアクチュエータである。
【００４９】
図１２に示すように、シリコン基板１に形成した凹部２の開口部を絶縁膜４０で覆い、メンブレン構造としている。凹部２の開口部における絶縁膜４０の上に第１の強磁性体４１が配置されている。図１１に示すように、第１の強磁性体４１は、凹部２の開口部における中央部に配置されている。即ち、第１の強磁性体４１は、平面構造において可動部５の変位中心Ｏ２に対し重心Ｏ１が一致している状態で配置されている。さらに、絶縁膜４０の上には帯状の配線（導体）４２が第１の強磁性体４１のまわりに渦巻き状に延設され、配線４２の両端部にはパッド４３ａ，４３ｂが形成されている。
【００５０】
そして、配線４２に交流電流を流すことにより、凹部２の開口部における可動部５（絶縁膜）を上下運動させる。このような構成にすることでスピーカとして用いることができる。
【００５１】
なお、図１１に代わる構成として、図１３に示すように、正方形の凹部２の開口部においてその中心部に長方形の第１の強磁性体４１を配置してもよい。この場合にも、第１の強磁性体４１は、平面構造において可動部５の変位中心Ｏ２に対し重心Ｏ１が一致している状態で配置されていることになる。
【００５２】
また、図１１に代わる構成として、図１４に示すように、正方形の凹部２の開口部においてその左側に長方形の第１の強磁性体４１を配置してもよい。この場合には、第１の強磁性体４１は、平面構造において可動部５の変位中心Ｏ２に対し重心Ｏ１が不一致の状態で配置されている（距離ｄ１だけズレている）。
【００５３】
これまでの各実施の形態あるいは比較例においては磁気アクチュエータとして用いる場合について説明してきたが、磁気アクチュエータではなく力学量センサとして用いることもできる。例えば、比較例に示した構成においてはセンサとしてマイクロフォンに応用することができる。
【００５４】
詳しくは、センサとして用いる場合には以下のようにする。
図１５に示すように、基板裏面１ｂの強磁性体１１のまわりに磁力線が現れる。この磁力線の一部は可動部５に配した強磁性体７に向かう。そして、可動部５の回動に伴ない強磁性体７の位置も変化し、磁界の向きが変わることになる。一方、配線９は、シリコン基板１の主表面１ａにおいて絶縁膜３を介して配置され、この配線９を用いて、力学量の動的な変化による可動部５の変位に伴なう第１と第２の強磁性体７，１１による磁界の変化を電圧または電流の変化として検出する。
【００５５】
これにより、電磁アクチュエータの場合と同様に、シリコン基板１の裏面１ｂに第２の強磁性体１１を配置しているので、安定した磁場を付与して可動部５の変位のセンシング動作の安定化を図ることができる。また、シリコン基板１の裏面１ｂに第２の強磁性体１１を配置しているので、実装コストを低減することができる。
【００５６】
検出対象として、圧力（振動）、流れ、加速度、角速度を挙げることができる。
力学量センサとして用いる場合においても、配線９は、シリコン基板１の主表面１ａでの凹部２の開口部の外側において配置されていると、可動部５の変位を安定化することができる。
【００５７】
力学量センサとして用いる場合におけるその他の構成についても、これまで説明してきたアクチュエータとして用いる場合と同様にして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における磁気アクチュエータを示す図。
【図２】磁気アクチュエータの斜視図。
【図３】（ａ），（ｂ）は可動部の構造を示す平面図。
【図４】磁気アクチュエータの斜視図。
【図５】可動部の動作を示す斜視図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は磁気アクチュエータの製造工程を示す図。
【図７】（ａ），（ｂ）は磁気アクチュエータの製造工程を示す図。
【図８】第２の実施の形態における磁気アクチュエータの縦断面図。
【図９】第３の実施の形態における磁気アクチュエータの平面図。
【図１０】磁気アクチュエータの斜視図。
【図１１】比較例における磁気アクチュエータの平面図。
【図１２】同比較例における磁気アクチュエータの斜視図。
【図１３】同比較例における磁気アクチュエータの平面図。
【図１４】同比較例における磁気アクチュエータの平面図。
【図１５】力学量センサの斜視図。
【図１６】スキャナを示す図。
【図１７】従来技術を説明するための図。
【図１８】従来技術を説明するための図。
【図１９】従来技術を説明するための図。
【図２０】従来技術を説明するための斜視図。
【符号の説明】
１…シリコン基板、１ａ…主表面、１ｂ…裏面、２…凹部、３…絶縁膜、５…可動部、６ａ，６ｂ…梁、７…第１の強磁性体、９…配線、１１…第２の強磁性体、２０…ＳＯＩ基板、２１…シリコン基板、２２…埋め込みシリコン酸化膜、２３…薄膜シリコン層、２４…絶縁膜、３０…配線、４０…絶縁膜、４１…第１の強磁性体、４２…配線。

Claims

主表面（１ａ）に開口する凹部（２）を有する半導体基板（１）と、
前記半導体基板（１）における前記凹部（２）の開口部に配置され、同半導体基板（１）に梁（６ａ，６ｂ）を介して連結支持される可動部（５）と、
前記可動部（５）の表面に前記梁（６ａ，６ｂ）を結ぶ線（Ｌ１）から重心（Ｏ１）が偏倚して配置された第１の強磁性体（７）と、
前記半導体基板（１）の裏面（１ｂ）に配置されて磁化された第２の強磁性体（１１）と、
前記半導体基板（１）の主表面（１ａ）の前記凹部（２）の外縁部に絶縁膜（３）を介して配置されて、周期的に変化する電流が通電される配線（９）と、
を備えたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
請求項１に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記可動部（５）は前記半導体基板（１）に連結される梁（６ａ，６ｂ）も含めて前記絶縁膜（３）によって形成されてなり、前記配線（９）と前記第１の強磁性体（７）とは同一の平面上に存在することを特徴とする電磁アクチュエータ。
請求項１に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記半導体基板の主表面（２１ａ）には絶縁膜（２２）と半導体層（２３）と絶縁膜（２４）との積層体が設けられてなるとともに、前記可動部（５）も前記半導体基板に連結される梁（６ａ，６ｂ）を含めてこれら積層体によって形成されてなり、前記配線（９）と前記第１の強磁性体（７）とは、共にこれら積層体の絶縁膜（２４）上の同一の平面上に存在することを特徴とする電磁アクチュエータ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記第２の強磁性体（１１）は、前記第１の強磁性体（７）よりも保磁力の大きい磁性体材料からなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記半導体基板の上面から前記可動部（５）の上面にかけて、同可動部（５）の変位を検出する配線（３０）が前記梁（６ａ，６ｂ）を介して延設されてなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記第１の強磁性体（７）は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの内の少なくとも１つを含む金属、またはこれらＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏの少なくとも１つを含む合金からなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータにおいて、
前記第２の強磁性体（１１）は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの内の少なくとも１つを含む合金からなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
主表面（１ａ）に開口する凹部（２）を有する半導体基板（１）と、
前記半導体基板（１）における前記凹部（２）の開口部に配置され、同半導体基板（１）に梁（６ａ，６ｂ）を介して連結支持される可動部（５）と、
前記可動部（５）の表面に前記梁（６ａ，６ｂ）を結ぶ線（Ｌ１）から重心（Ｏ１）が偏倚して配置された第１の強磁性体（７）と、
前記半導体基板（１）の裏面（１ｂ）に配置されて磁化された第２の強磁性体（１１）と、
前記半導体基板（１）の主表面（１ａ）の前記凹部（２）の外縁部に絶縁膜（３）を介して配置されて、前記可動部（５）の力学量的変位に伴なう前記第１の強磁性体（７）と前記第２の強磁性体（１１）とによる磁界の変化に誘起された電流が流れる配線（９）と、
を備えたことを特徴とする力学量センサ。
請求項８に記載の力学量センサにおいて、
前記可動部（５）は前記半導体基板（１）に連結される梁（６ａ，６ｂ）も含めて前記絶縁膜（３）によって形成されてなり、前記配線（９）と前記第１の強磁性体（７）とは同一の平面上に存在することを特徴とする力学量センサ。
請求項８に記載の力学量センサにおいて、
前記半導体基板の主表面（２１ａ）には絶縁膜（２２）と半導体層（２３）と絶縁膜（２４）との積層体が設けられてなるとともに、前記可動部（５）も前記半導体基板に連結される梁（６ａ，６ｂ）を含めてこれら積層体によって形成されてなり、前記配線（９）と前記第１の強磁性体（７）とは、共にこれら積層体の絶縁膜（２４）上の同一の平面上に存在することを特徴とする力学量センサ。
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の力学量センサにおいて、
前記第２の強磁性体（１１）は、前記第１の強磁性体（７）よりも保磁力の大きい磁性体材料からなることを特徴とする力学量センサ。
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の力学量センサにおいて、
前記第１の強磁性体（７）は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの内の少なくとも１つを含む金属、またはこれらＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏの少なくとも１つを含む合金からなることを特徴とする力学量センサ。
請求項８〜１２のいずれか１項に記載の力学量センサにおいて、
前記第２の強磁性体（１１）は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの内の少なくとも１つを含む合金からなることを特徴とする力学量センサ。