JP5110105B2 - Ｍｅｍｓ構造体とその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)構造体とその製造方法に関する。
半導体製造技術を利用して、複数の層が積層する積層基板に特定の機能を発揮するＭＥＭＳ構造体を形成する技術が開発されている。この種のＭＥＭＳ構造体には、例えば、加速度、角速度又は圧力（音圧を含む）等の物理量を測定するためのセンサ、あるいは光学ミラー、あるいはステージを単軸又は複数軸で駆動するためのアクチュエータが提案されている。
ＭＥＭＳ構造体には、積層基板に対して相対変位可能な変位部が設けられている。例えば、ＭＥＭＳ構造体をセンサとして用いる場合、加速度、角速度又は圧力等の力を受けて積層基板に対して相対変位する変位部が必要とされる。また、ＭＥＭＳ構造体をアクチュエータとして用いる場合も、静電気力又は磁力等の力を伝えて積層基板に対して相対変位させる変位部が必要とされる。
特許文献１及び２には、ＭＥＭＳ構造体の一例として、加速度センサが開示されている。特許文献１及び２に開示される加速度センサの変位部は、バネ定数の小さい梁を介して積層基板に支持されており、積層基板に対して相対変位可能に構成されている。さらに、特許文献１及び２に開示される加速度センサはいずれも、その変位部に空間を介して対向する対向部を備えている。特許文献１では、対向部が検出用の固定電極として用いられている。特許文献２では、対向部が変位部の過剰な揺動を禁止する固定ストッパとして用いられている。固定電極及び固定ストッパはいずれも、ばね定数の大きい延長部を介して積層基板に固定されており、積層基板に対して相対変位することを禁止されている。このように、この種のＭＥＭＳ構造体では、様々な理由で、変位部に対向する対向部が必要とされている。
特開平２−１３４５７０号公報 特開２００４−３５４０７３号公報
ここで、エッチング技術を利用して積層基板を加工し、変位部と対向部を有するＭＥＭＳ構造体を形成する場合を考える。上記したように、対向部は、積層基板に対して相対変位することを禁止するために、ばね定数の大きい延長部を介して積層基板に固定されなければならない。このため、対向部と延長部に必要な形状に合わせて積層基板を一方の面から加工すると、変位部が形成される層にも、延長部に対応したばね定数の大きい部分が残ってしまう。したがって、変位部がそのばね定数の大きい部分を介して積層基板に固定され、変位部が積層基板に対して相対変位することができない。一方、変位部に必要な形状に合わせて積層基板を一方の面から加工すると、対向部が形成される層にばね定数の大きい延長部を形成することができず、対向部として機能させることができない。このため、特許文献１及び２では、変位部を形成するための単層と対向部を形成するための単層を別々に用意し、それぞれの単層を必要な形状に加工した後に、陽極接合又は高温熱処理による直接接合を利用して、単層同士を接合させている。
しかしながら、特許文献１及び２のように、変位部と対向部を予め加工すると、加工された単層には加工パターンに応じて剛性の弱い部分が存在してしまう。このため、変位部が形成された単層と対向部が形成された単層とを接合させると、接合時に加わるストレスによって、剛性の弱い部分が変形するという問題が発生してしまう。
本明細書で開示される技術は、積層基板を加工することによって、変位部と対向部を有するＭＥＭＳ構造体を製造する技術を提供することを目的としている。
本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体では、積層基板の表面と裏面のそれぞれからエッチング溝を加工し、変位部と対向部を形成することを特徴としている。変位部は、表面から加工されるエッチング溝によって輪郭の一部が形成され、裏面から加工されるエッチング溝によっても輪郭の一部が形成される。対向部は、いずれか一方の面から加工されるエッチング溝によって形成される。このように、積層基板の表面と裏面のそれぞれからエッチングすることで、必要とされる形状を有する変位部と対向部を積層基板に形成することができる。本明細書で開示される技術によると、接合技術を利用する必要がないので、製造時のストレスを低減することができ、高品質なＭＥＭＳ構造体を製造することができる。
本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体は、次のような形態的特徴を備えている。即ち、本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体では、第１層、第２層、第３層、第４層及び第５層がこの順で積層している。ＭＥＭＳ構造体は、積層部と変位部と第１延長部と第１対向部を備えている。積層部は、第１層、第２層、第３層、第４層及び第５層が積層した部位である。変位部は、第３層に形成されており、梁で支持されている。第１延長部は、第５層に形成されており、積層部から伸びている。第１対向部は、第５層に形成されており、第１延長部に接続されており、変位部に対向するとともに、変位部との間に空間が形成されている。本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体には、第１エッチング溝と第２エッチング溝が形成されている。第１エッチング溝は、第１層と第２層と第３層を貫通する。必要に応じて、第１エッチング溝は、第４層も貫通してもよいが、第５層は貫通しない。第２エッチング溝は、第５層と第４層と第３層を貫通する。必要に応じて、第２エッチング溝は、第２層を貫通してもよいが、第１層は貫通しない。第１エッチング溝は、積層方向から観測したときに、変位部の輪郭のうちの第１輪郭部を形成している。第２エッチング溝も、積層方向から観測したときに、変位部の輪郭のうちの第２輪郭部を形成している。さらに、積層方向から観測したときに、第１エッチング溝の少なくとも一部は、第１延長部と重複する範囲に設けられている。また、第１輪郭部の少なくとも一部は、第２輪郭部と重ならない。
上記ＭＥＭＳ構造体の第２エッチング溝は、少なくとも第１対向部と第１延長部が第５層に形成されるようなパターンを有している。このようなパターンを有する第２エッチング溝のみで積層基板を加工すると、変位部が形成される第３層にも第１延長部に対応したばね定数の大きい部分が形成される。上記ＭＥＭＳ構造体ではさらに、第１エッチング溝が形成されていることを特徴としている。その第１エッチング溝の少なくとも一部は、積層方向から観測したときに、第１延長部と重複する範囲に設けられている。これにより、第２エッチング溝のみでは第３層に残ってしまうバネ定数の大きい部分を第１エッチング溝によって加工することができる。上記ＭＥＭＳ構造体は、第１エッチング溝と第２エッチング溝を利用することによって、変位部と対向部を形成可能な形態であると評価できる。
本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体では、積層方向から観測したときに、第１エッチング溝のパターンと第２エッチング溝のパターンの組合せのパターンで囲まれる範囲に変位部が設けられているのが望ましい。このＭＥＭＳ構造体は、第１エッチング溝と第２エッチング溝を利用して、必要とされる形状に沿って加工された変位部と対向部を形成可能な形態であると評価できる。
本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体はさらに、第２延長部と第２対向部を備えているのが望ましい。第２延長部は、第１層に形成されており、積層部から伸びている。第２対向部は、第１層に形成されており、第２延長部に接続されており、変位部に対向するとともに、変位部との間に空間が形成されている。積層方向から観測したときに、第２エッチング溝の少なくとも一部は、第２延長部と重複する範囲に設けられている。このＭＥＭＳ構造体は、変位部に対して第１対向部と第２対向部の２つの対向部を備えることができる。
本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体では、第１層、第３層及び第５層が導電性であるのが望ましい。さらに、第２層及び第４層が絶縁性であるのが望ましい。この態様によると、変位部を可動電極とし、第１対向部及び／又は第２対向部を固定電極として用いることができる。
本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体の１つの好ましい態様では、梁が、第３層に形成されていてもよい。この場合、梁が、積層方向から観測したときに、第１延長部と重複しない範囲に設けられているのが望ましい。また、第３層の厚みが、第１層及び第５層よりも薄いのが望ましい。第３層に形成される梁のばね定数を小さくすることができる。
本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体の他の１つの好ましい態様では、梁が、第１層及び第５層に形成されていてもよい。この場合、第１層に形成されている梁が、第２層と第１層が積層した第１連結部を介して変位部に接続されているのが望ましい。さらに、第５層に形成されている梁が、第４層と第５層が積層した第２連結部を介して変位部に接続されているのが望ましい。また、第１層及び第５層の厚みが、第３層よりも薄いのが望ましい。第１層及び第５層に形成される梁のばね定数を小さくすることができる。
本明細書で開示される技術によると、第１層、第２層、第３層、第４層及び第５層がこの順で積層したＭＥＭＳ構造体を製造する方法を提供することができる。本明細書で開示される製造方法は、第１層と第２層と第３層を貫通する第１エッチング溝を形成する第１工程と、第５層と第４層と第３層を貫通する第２エッチング溝を形成する第２工程と、第４層の一部を除去する第３工程を備えている。第１工程では、積層方向から観測したときに、第１エッチング溝が第３層に変位部の輪郭のうちの第１輪郭部を形成する。第２工程では、積層方向から観測したときに、第２エッチング溝が第３層に変位部の輪郭のうちの第２輪郭部を形成する。第３工程では、変位部と第５層の間の第４層を除去する。この製造方法によると、第５層の一部は、積層方向から観測したときに、第１エッチング溝を越えて変位部に対向するのが望ましい。さらに、第１輪郭部の少なくとも一部は、第２輪郭部と重ならない。
上記製造方法はさらに、変位部と第１層の間の第２層を除去する第４工程を備えているのが望ましい。第３工程と第４工程は、異なる工程であってもよく、同時に実施される共通工程であってもよい。この製造方法によると、第１層の一部は、積層方向から観測したときに、第２エッチング溝を越えて変位部に対向するのが望ましい。
本明細書で開示される技術によれば、エッチング技術を利用して、積層基板の表面と裏面から加工することにより、変位部と対向部を備えたＭＥＭＳ構造体を製造することができる。本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体は、接合技術を利用することなく製造され得るので、接合時のストレスに曝されることがない。
図１は、ＭＥＭＳ構造体の概略断面図を模式的に示す。 図２は、導電体上層の概略分解平面図を模式的に示す 図３は、導電体中間層の概略分解平面図を模式的に示す。 図４は、導電体下層の概略分解平面図を模式的に示す。 図５は、ＭＥＭＳ構造体の第１の製造過程を示す。 図６は、ＭＥＭＳ構造体の第２の製造過程を示す。 図７は、ＭＥＭＳ構造体の第３の製造過程を示す。 図８は、ＭＥＭＳ構造体の第４の製造過程を示す。 図９は、ＭＥＭＳ構造体の第５の製造過程を示す。 図１０は、ＭＥＭＳ構造体の他の一例の導電体上層の概略分解平面図を模式的に示す。 図１１は、ＭＥＭＳ構造体の他の一例の導電体中間層の概略分解平面図を模式的に示す。 図１２は、ＭＥＭＳ構造体の他の一例の導電体下層の概略分解平面図を模式的に示す。 図１３は、第１実施例の加速度センサの平面図を模式的に示す。 図１４は、図１３のＡ−Ａ線に対応した断面図を模式的に示す。 図１５は、図１３のＢ−Ｂ線に対応した断面図を模式的に示す。 図１６は、図１３のＣ−Ｃ線に対応した断面図を模式的に示す。 図１７は、第１実施例の加速度センサの導電体上層の分解平面図を模式的に示す。 図１８は、第１実施例の加速度センサの導電体中間層の分解平面図を模式的に示す。 図１９は、第１実施例の加速度センサの導電体下層の分解平面図を模式的に示す。 図２０は、第２実施例の加速度センサの平面図を模式的に示す。 図２１は、図２０のＡ−Ａ線に対応した断面図を模式的に示す。 図２２は、図２０のＢ−Ｂ線に対応した断面図を模式的に示す。 図２３は、図２０のＣ−Ｃ線に対応した断面図を模式的に示す。 図２４は、第２実施例の加速度センサの導電体上層の分解平面図を模式的に示す。 図２５は、第２実施例の加速度センサの導電体中間層の分解平面図を模式的に示す。 図２６は、第２実施例の加速度センサの導電体下層の分解平面図を模式的に示す。 図２７は、第３実施例の光学ミラー駆動装置の平面図を模式的に示す。 図２８は、図２７のＡ−Ａ線に対応した断面図を模式的に示す。 図２９は、図２７のＢ−Ｂ線に対応した断面図を模式的に示す。 図３０は、図２７のＣ−Ｃ線に対応した断面図を模式的に示す。 図３１は、図２７のＤ−Ｄ線に対応した断面図を模式的に示す。 図３２は、図２７のＥ−Ｅ線に対応した断面図を模式的に示す。 図３３は、第３実施例の光学ミラー駆動装置の導電体上層の分解平面図を模式的に示す。 図３４は、第３実施例の光学ミラー駆動装置の導電体中間層の分解平面図を模式的に示す。 図３５に、第３実施例の光学ミラー駆動装置の導電体下層の分解平面図を模式的に示す。
以下、図１〜図４を参照して、本明細書で開示される技術の特徴を備えたＭＥＭＳ構造体１を例示する。以下で説明されるＭＥＭＳ構造体１を利用すると、加速度センサ、角速度センサ又はマイクロフォンを構築することができる。また、ＭＥＭＳ構造体１を利用すると、光学ミラー又はステージを駆動させるアクチュエータを構築することもできる。
図１に、ＭＥＭＳ構造体１の概略断面図を模式的に示す。図２に、導電体上層６の概略分解平面図を模式的に示す。図３に、導電体中間層４の概略分解平面図を模式的に示す。図４に、導電体下層２の概略分解平面図を模式的に示す。なお、図２〜４のＡ−Ａ線に沿った断面が図１の断面図に対応している。
図１に示されるように、ＭＥＭＳ構造体１は、導電体下層２と絶縁体下層３と導電体中間層４と絶縁体上層５と導電体上層６を備えている。導電体下層２と導電体中間層４と導電体上層６の材料は、導電性であり、エッチング技術を利用して加工可能な材料であるのが望ましい。一例では、導電体下層２と導電体中間層４と導電体上層６の材料は、不純物を高濃度に含有するシリコン単結晶（Si）であるのが望ましい。絶縁体下層３と絶縁体上層５の材料は、絶縁性であり、エッチング技術を利用して加工可能な材料であるのが望ましい。一例では、絶縁体下層３と絶縁体上層５の材料は、酸化シリコン（SiO2）であるのが望ましい。ここで、一例では、導電体下層２が請求項の第１層に対応しており、絶縁体下層３が請求項の第２層に対応しており、導電体中間層４が請求項の第３層に対応しており、絶縁体上層５が請求項の第４層に対応しており、導電体上層６が請求項の第５層に対応している。
ＭＥＭＳ構造体１は、導電体下層２と絶縁体下層３と導電体中間層４と絶縁体上層５と導電体上層６が積層している積層部１ａと、導電体中間層４に形成されている変位部４ａと、導電体上層６に形成されている第１延長部６ａ及び第１対向部６ｂと、導電体下層２に形成されている第２延長部２ａ及び第２対向部２ｂを備えている。
変位部４ａ、延長部２ａ，６ａ及び対向部２ｂ，６ｂは積層基板の中心部位に配置されており、積層部１ａはその周囲に配置されている。積層部１ａは、枠部とも称される。変位部４ａは、図３に示されるように、導電体中間層４に形成されている４つの梁４ｂを介して積層部１ａに支持されている。梁４ｂは、一端が積層部１ａに接続されており、他端が変位部４ａに接続されており、ｘ軸方向に沿って伸びている。梁４ｂは、ｘ軸方向及びｙ軸方向にバネ定数が大きく、ｚ軸方向（以下、積層方向ともいう）にバネ定数が小さく構成されている。このため、梁４ｂは、積層方向に弾性変形することができる。これにより、変位部４ａは、積層部１ａに対して積層方向に相対変位可能に支持されている。
図１及び図２に示されるように、第１延長部６ａは、一端が積層部１ａに接続されており、他端が第１対向部６ｂに接続されている。第１延長部６ａは、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向のいずれにもバネ定数が大きく構成されており、弾性変形しない。このため、第１延長部６ａに接続されている第１対向部６ｂは、積層部１ａに対して相対変位することを禁止されている。第１対向部６ｂは、積層方向に沿って変位部４ａに対向している。第１対向部６ｂと変位部４ａの間の絶縁体上層５が除去されており、第１対向部６ｂと変位部４ａの間に空間が形成されている。第１対向部６ｂには、複数のエッチング材導入孔６ｃが形成されている。
図１及び図４に示されるように、第２延長部２ａは、一端が積層部１ａに接続されており、他端が第２対向部２ｂに接続されている。第２延長部２ａは、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向のいずれにもバネ定数が大きく構成されており、弾性変形しない。このため、第２延長部２ａに接続されている第２対向部２ｂは、積層部１ａに対して相対変位することを禁止されている。第２対向部２ｂは、積層方向に沿って変位部４ａに対向している。第２対向部２ｂと変位部４ａの間の絶縁体下層３が除去されており、第２対向部２ｂと変位部４ａの間に空間が形成されている。第２対向部２ｂには、複数のエッチング材導入孔２ｃが形成されている。
図１に示されるように、ＭＥＭＳ構造体１には、第１エッチング溝７ａと第２エッチング溝７ｂが形成されている。第１エッチング溝７ａは、導電体下層２と絶縁体下層３と導電体中間層４と絶縁体上層５を貫通して伸びている。第２エッチング溝７ｂは、導電体上層６と絶縁体上層５と導電体中間層４と絶縁体下層３を貫通して伸びている。
図２〜図４に示されるように、第１エッチング溝７ａは、積層方向から観測したときに、ｙ軸方向に沿って伸びている矩形状を有しており、変位部４ｂの輪郭の一部を形成する。また、第１エッチング溝７ａは、第２対向部２ｂと第２延長部２ａが導電体下層２に形成されるようなパターンを有している。さらに、第１エッチング溝７ａは、積層方向から観測したときに、第１延長部６ａの範囲と重複している。換言すれば、第１エッチング溝７ａは導電体上層６を貫通していないので、その非貫通部分が第１延長部６ａとして用いられている。
図２〜図４に示されるように、第２エッチング溝７ｂは、積層方向から観測したときに、略Ｕ字状（ｙ軸方向に沿って伸びている部分とｘ軸方向に沿って伸びている部分の組合せ）を有しており、変位部４ｂの輪郭の一部を形成する。また、第２エッチング溝７ｂは、第１対向部６ｂと第１延長部６ａが導電体上層６に形成されるようなパターンを有している。さらに、第２エッチング溝７ｂは、積層方向から観測したときに、第２延長部２ａの範囲と重複している。換言すれば、第２エッチング溝７ｂは導電体下層２を貫通していないので、その非貫通部分が第２延長部２ａとして用いられている。
図３に示されるように、変位部４ａは、第１エッチング溝７ａのパターンと第２エッチング溝７ｂのパターンの組合せのパターンで囲まれる範囲に設けられている。即ち、変位部４ａは、第１エッチング溝７ａのパターンと第２エッチング溝７ｂのパターンの組合せのパターンで形成されている。
次に、図１を参照する。ＭＥＭＳ構造体１は、変位部４ａと第１対向部６ｂと第２対向部２ｂを利用して、ある特定の機能を発揮させることができる。なお、第１対向部６ｂ又は第２対向部２ｂは、必要に応じて除去してもよい。
例えば、ＭＥＭＳ構造体１を静電容量型の加速度センサとして利用することができる。この場合、変位部４ａが可動電極として用いられ、第１対向部６ｂ及び第２対向部２ｂが固定電極として用いられる。また、第１対向部６ｂ及び第２対向部２ｂに、変位部４ａの変位量を検出可能な検出素子を設ければ、静電容量型ではない加速度センサを構築することもできる。
例えば、ＭＥＭＳ構造体１を静電容量型のアクチュエータとして利用することができる。この場合、変位部４ａがステージとして用いられ、第１対向部６ｂ及び第２対向部２ｂが駆動電極として用いられる。また、第１対向部６ｂ及び第２対向部２ｂに、変位部４ａを駆動可能な駆動素子を設ければ、静電容量型ではないアクチュエータを構築することもできる。このように、ＭＥＭＳ構造体１は、様々な用途で利用することができる。
次に、図５〜図９を参照し、ＨＭＥＴ構造体１を製造する方法を説明する。まず、図５に示されるように、導電体下層２と絶縁体下層３と導電体中間層４と絶縁体上層５と導電体上層６が積層した積層基板を用意する。
次に、図６に示されるように、異方性エッチング技術を利用して、導電体上層６を貫通する複数のエッチング材導入孔６ｃを形成する。複数のエッチング材導入孔６ｃは、第１対向部６ｂの形成範囲に対応して形成される。
次に、図７に示されるように、異方性エッチング技術を利用して、導電体上層６と絶縁体上層５と導電体中間層４を貫通する第２エッチング溝７ｂを形成する。第２エッチング溝７ｂは、絶縁体下層３及び導電体下層２を貫通しない。これにより、導電体下層２には、第２延長部２ａを残存させることができる。なお、この段階で、第２エッチング溝７ｂの内壁のうちの導電体上層６と絶縁体上層５の内壁を保護膜で被覆し、露出する導電体中間層４の内壁を選択的にエッチングしてもよい。これにより、導電体中間層４に形成される変位部４ａ及び／又は梁４ｂの共振振動数及び／又はばね定数を調整することが可能である。また、後述の実施例のように、導電体下層２と導電体上層６に梁を形成したい場合には、この技術を利用して、導電体中間層４に梁が残らないように除去することも可能である。
次に、図８に示されるように、異方性エッチング技術を利用して、導電体下層２を貫通する複数のエッチング材導入孔２ｃを形成する。複数のエッチング材導入孔２ｃは、第２対向部２ｂの形成範囲に対応して形成される。
次に、図９に示されるように、異方性エッチング技術を利用して、導電体下層２と絶縁体下層３と導電体中間層４を貫通する第１エッチング溝７ａを形成する。第１エッチング溝７ａは、絶縁体上層５及び導電体上層６を貫通しない。これにより、導電体上層６には、第１延長部６ａを残存させることができる。なお、この段階で、第１エッチング溝７ａの内壁のうちの導電体下層２と絶縁体下層３の内壁を保護膜で被覆し、露出する導電体中間層４の内壁を選択的にエッチングしてもよい。これにより、導電体中間層４に形成される変位部４ａの共振振動数を調整することが可能である。
最後に、絶縁体下層３及び絶縁体上層５を選択的にエッチングするエッチング材を用いて、絶縁体下層３及び絶縁体上層５の一部を除去する。これにより、変位部４ａと第１対向部６ｂの間の絶縁体上層５が除去され、変位部４ａと第１対向部６ｂの間に空間が形成される。さらに、変位部４ａと第２対向部２ｂの間の絶縁体下層３が除去され、変位部４ａと第２対向部２ｂの間にも空間が形成される。これにより、図１に示されるＭＥＭＳ構造体１が完成する。
ＭＥＭＳ構造体１は、積層基板の裏面から加工される第１エッチング溝７ａと、積層基板の表面から加工される第２エッチング溝７ａｂを備えていることを特徴としている。さらに、ＭＥＭＳ構造体１では、第１エッチング溝７ａのパターンと第２エッチング溝７ｂのパターンの組合せのパターンで変位部４ａが構成されていることを特徴としている。例えば、第２エッチング溝７ｂのパターンのみで積層基板を加工すると、導電体中間層４には、第１延長部６ａに対応したばね定数の大きい部分が残ることになる。第２エッチング溝７ｂのパターンのみの加工では、変位部４ａがそのばね定数の大きい部分を介して積層部１ａに固定されることから、変位部４ａが積層部１ａに対して相対変位することができない。同様に、第１エッチング溝７ａのパターンのみで積層基板を加工すると、導電体中間層４には、第２延長部２ａに対応したばね定数の大きい部分が残ることになる。第１エッチング溝７ｂのパターンのみの加工では、変位部４ａがそのばね定数の大きい部分を介して積層部１ａに固定されることから、変位部４ａが積層部１ａに対して相対変位することができない。ＭＥＭＳ構造体１では、第１エッチング溝７ａと第２エッチング溝７ｂを組合せることにより、導電体中間層４において、第１エッチング溝７ａを利用して第１延長部６ａに対応した部分を加工することができ、第２エッチング溝７ｂを利用して第２延長部２ａに対応した部分を加工することができる。ＭＥＭＳ構造体１は、第１エッチング溝７ａと第２エッチング溝７ｂの双方を有することにより、必要とされる形状に加工された変位部４ａと延長部２ａ，６ａと対向部２ｂ，６ｂを備えることができる。
図１０〜図１２に、他の加工パターンで製造されるＭＥＭＳ構造体の一例を示す。図１０に、導電体上層６の概略平面図を模式的に示す。図１１に、導電体中間層４の概略平面図を模式的に示す。図１２に、導電体下層２の概略平面図を模式的に示す。なお、上述したＭＥＭＳ構造体１に係る図２〜４の加工パターンと共通する構成要素に関しては共通する符号を付し、その説明を省略する。
この加工パターンで製造されるＭＥＭＳ構造体は、図１０に示されるように、第１対向部６ｂが、ｙ軸方向に沿って配置された２つの第１延長部６ａを介して積層部１ａに接続されていることを特徴としている。このため、第１対向部６ｂが積層部１ａに対して相対変位することをより確実に禁止することができる。また、この加工パターンで製造されるＭＥＭＳ構造体では、図１１に示されるように、積層部１ａが、周囲積層部１ｃと絶縁分離積層部１ｂに区画されていることを特徴としている。さらに、梁４ｂは、絶縁分離積層部１ｂに接続されていることを特徴としている。
図１１に示されるように、周囲積層部１ｃの導電体中間層４と絶縁分離積層部１ｂの導電体中間層４は、第１エッチング溝７ａと第２エッチング溝７ｂによって隔てられている。このため、変位部４ａは、梁４ｂを介して絶縁分離積層部１ｂの導電体中間層４に電気的に接続されているものの、周囲積層部１ｃの導電体中間層４には電気的に絶縁されている。例えば、この絶縁分離積層部１ｂに接続される配線を配設すれば、絶縁分離積層部１ｂを介して変位部４ａに対して電気的な接続を形成することができる。絶縁分離積層部１ｂを設けることによって、変位部４ａに接続される導電体中間層４を制限することができ、変位部４ａと対向部２ｂ，６ｂの間に寄生する容量成分を低減することができる。
以下、図面を参照して、上記ＭＥＭＳ構造体１を製造する技術を用いて製造される加速度センサ１０を説明する。図１３に、加速度センサ１０の平面図を模式的に示す。図１４に、図１３のＡ−Ａ線に対応した断面図を模式的に示す。図１５に、図１３のＢ−Ｂ線に対応した断面図を模式的に示す。図１６に、図１３のＣ−Ｃ線に対応した断面図を模式的に示す。また、図１７に、導電体上層６０の分解平面図を模式的に示す。図１８に、導電体中間層４０の分解平面図を模式的に示す。図１９に、導電体下層２０の分解平面図を模式的に示す。
図１４〜図１６に示されるように、加速度センサ１０は、導電体下層２０と絶縁体下層３０と導電体中間層４０と絶縁体上層５０と導電体上層６０を備えている。導電体下層２０と導電体中間層４０と導電体上層６０の材料は、不純物を高濃度に含有するシリコン単結晶（Si）である。絶縁体下層３０と絶縁体上層５０の材料は、酸化シリコン（SiO2）である。
図１６に示されるように、加速度センサ１０は、導電体下層２０と絶縁体下層３０と導電体中間層４０と絶縁体上層５０と導電体上層６０が積層している積層部１０ａと、導電体中間層４０に形成されている変位部４０ａと、導電体上層６０に形成されている第１延長部６０ａ及び第１対向部６０ｂと、導電体下層２０に形成されている第２延長部２０ａ及び第２対向部２０ｂを備えている。
変位部４０ａ、延長部２０ａ，６０ａ及び対向部２０ｂ，６０ｂは積層基板の中心部位に配置されており、積層部１０ａはその周囲に配置されている。積層部１０ａは、枠部とも称される。図１４及び図１８に示されるように、変位部４０ａは、導電体中間層４０に形成されている４つの梁４０ｂを介して積層部１０ａに支持されている。梁４０ｂは、一端が積層部１０ａに接続されており、他端が変位部４０ａに接続されており、ｘ軸方向に沿って伸びている。梁４０ｂは、ｘ軸方向及びｙ軸方向にバネ定数が大きく、ｚ軸方向（以下、積層方向ともいう）にバネ定数が小さく構成されている。このため、梁４０ｂは、積層方向に弾性変形することができる。これにより、変位部４０ａは、積層部１０ａに対して積層方向に相対変位可能に支持されている。
図１６及び図１７に示されるように、第１延長部６０ａは、一端が積層部１０ａに接続されており、他端が第１対向部６０ｂに接続されている。第１延長部６０ａは、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向のいずれにもバネ定数が大きく構成されており、弾性変形しない。このため、第１延長部６０ａに接続されている第１対向部６０ｂは、積層部１０ａに対して相対変位することを禁止されている。第１対向部６０ｂは、積層方向に沿って変位部４０ａに対向している。第１対向部６０ｂと変位部４０ａの間の絶縁体上層５０が除去されており、第１対向部６０ｂと変位部４０ａの間に空間が形成されている。第１対向部６０ｂには、複数のエッチング材導入孔６０ｃが形成されている。
図１６及び図１９に示されるように、第２延長部２０ａは、一端が積層部１０ａに接続されており、他端が第２対向部２０ｂに接続されている。第２延長部２０ａは、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向のいずれにもバネ定数が大きく構成されており、弾性変形しない。このため、第２延長部２０ａに接続されている第２対向部２０ｂは、積層部１０ａに対して相対変位することを禁止されている。第２対向部２０ｂは、積層方向に沿って変位部４０ａに対向している。第２対向部２０ｂと変位部４０ａの間の絶縁体下層３０が除去されており、第２対向部２０ｂと変位部４０ａの間に空間が形成されている。第２対向部２０ｂには、複数のエッチング材導入孔２０ｃが形成されている。
図１６に示されるように、加速度センサ１０には、第１エッチング溝７０ａと第２エッチング溝７０ｂが形成されている。第１エッチング溝７０ａは、導電体下層２０と絶縁体下層３０と導電体中間層４０と絶縁体上層５０を貫通して伸びている。第２エッチング溝７０ｂは、導電体上層６０と絶縁体上層５０と導電体中間層４０と絶縁体下層３０を貫通して伸びている。
図１７〜図１９に示されるように、第１エッチング溝７０ａは、積層方向から観測したときに、ｙ軸方向に沿って伸びている矩形状を有しており、変位部４０ａの輪郭の一部を形成する。また、第１エッチング溝７０ａは、第２対向部２０ｂと第２延長部２０ａが導電体下層２０に形成されるようなパターンを有している。さらに、積層方向から観測したときに、第１エッチング溝７０ａは、第１延長部６０ａの範囲と重複している。換言すれば、第１エッチング溝７０ａは導電体上層６０を貫通していないので、その非貫通部分が第１延長部６０ａとして用いられている。
図１７〜図１９に示されるように、第２エッチング溝７０ｂは、積層方向から観測したときに、略Ｕ字状（ｙ軸方向に沿って伸びている部分とｘ軸方向に沿って伸びている部分の組合せ）を有しており、変位部４０ａの輪郭の一部を形成する。また、第２エッチング溝７０ｂは、第１対向部６０ｂと第１延長部６０ａが導電体上層６０に形成されるようなパターンを有している。さらに、積層方向から観測したときに、第２エッチング溝７０ｂは、第２延長部２０ａの範囲と重複している。換言すれば、第２エッチング溝７０ｂは導電体下層２０を貫通していないので、その非貫通部分が第２延長部２０ａとして用いられている。
図１８に示されるように、導電体中間層４０の変位部４０ａは、積層方向から観測したときに、第１エッチング溝７０ａのパターンと第２エッチング溝７０ｂのパターンの組合せのパターンで囲まれる範囲に設けられている。即ち、変位部４０ａは、第１エッチング溝７０ａのパターンと第２エッチング溝７０ｂのパターンの組合せのパターンで形成されている。
図１３に示されるように、加速度センサ１０はさらに、下層用電極取出し部８２と上層用電極取出し部８４と中間層用電極取出し部８６を備えている。下層用電極取出し部８２は、下層用貫通電極８２ａと下層用絶縁分離溝８２ｂを有する。上層用電極取出し部８４は、上層用電極８４を有する。中間層用電極取出し部８６は、中間層用貫通電極８６ａと中間層用絶縁分離溝８６ｂを有する。
図１５に示されるように、下層用貫通電極８２ａは、積層部１０ａに設けられており、導電体上層６０、絶縁体上層５０、導電体中間層４０及び絶縁体下層３０を貫通して導電体下層２０に接触している。下層用絶縁分離溝８２ｂは、積層部１０ａに設けられており、導電体上層６０、絶縁体上層５０及び導電体中間層４０を貫通して絶縁体下層３０に接触している。下層用絶縁分離溝８２ｂは、積層方向から観測したときに、下層用貫通電極８２ａの周囲を一巡している。
図１６に示されるように、上層用電極８４は、積層部１０ａに設けられており、導電体上層６０上に形成されている。なお、上層用電極８４が形成される位置は、導電体上層６０上であれば特に限定されない。
図１５に示されるように、中間層用貫通電極８６ａは、積層部１０ａに設けられており、導電体上層６０及び絶縁体上層５０を貫通して導電体中間層４０に接触している。中間層用絶縁分離溝８６ｂは、積層部１０ａに設けられており、導電体上層６０を貫通して絶縁体上層５０に接触している。中間層用絶縁分離溝８６ｂは、積層方向から観測したときに、中間層用貫通電極８６ａの周囲を一巡している。
下層用貫通電極８２ａと中間層用貫通電極８６ａの間に、図示しない第１の容量検出回路が接続される。上層用電極８４と中間層用貫通電極８６ａの間に、図示しない第２の容量検出回路が接続される。第１容量検出回路と第２容量検出回路は、図示しない差分検出回路に接続されている。
次に、図１４〜図１６を参照して、加速度センサ１０の動作を説明する。加速度センサ１０では、変位部４０ａが可動電極として用いられており、第１対向部６０ｂ及び第２対向部２０ｂが固定電極として用いられている。すなわち、加速度センサ１０では、変位部４０ａと第１対向部６０ｂの間に第１検出電極部が構成されており、変位部４０ａと第２対向部２０ｂの間に第２検出電極部が構成されている。
加速度センサ１０では、紙面上向きの加速度が加わると、変位部４０ａが第１対向部６０ｂ及び第２対向部２０ｂに対して紙面下向きに相対変位する。これにより、第１検出電極部の電極間距離が増加し、第２検出電極部の電極間距離が減少する。第１検出電極部の対向面積及び距離を、第２検出電極部の対向面積及び距離と一致させておけば、第１検出電極部の初期位置の静電容量と第２検出電極部の初期位置の静電容量を一致させることができる。したがって、第１検出電極部と第２検出電極部の静電容量の差を算出すると、初期位置の静電容量が相殺され、静電容量の変化分のみを抽出することができる。加速度センサ１０は、差動式の加速度センサを構築しており、加速度を高感度に測定することができる。
以下、加速度センサ１０の他の特徴を記載する。
（１）導電体中間層４０の厚みが、導電体下層２０及び導電体上層６０よりも薄く形成されている。これにより、梁４０ｂの積層方向のばね定数が小さく、第１延長部６０ａ及び第２延長部２０ａの積層方向のばね定数を大きくすることができる。また、変位部４０ａの重心に対して梁４０ｂを対称の位置関係に配置することができる。この結果、変位部４ａは積層部１０ａに対して良好に相対変位し、第１対向部６０ｂ及び第２対向部２０ｂは積層部１０ｂに対して相対変位することが禁止される。
（２）絶縁体下層３０と絶縁体上層５０の厚みが一致している。変位部４０ａと第１対向部６０ｂの間の距離と変位部４０ａと第２対向部２０ｂの間の距離を一致させることができる。
以下、図面を参照して、上記ＭＥＭＳ構造体１を製造する技術を用いて製造される加速度センサ１００を説明する。図２０に、加速度センサ１００の平面図を模式的に示す。図２１に、図２０のＡ−Ａ線に対応した断面図を模式的に示す。図２２に、図２０のＢ−Ｂ線に対応した断面図を模式的に示す。図２３に、図２０のＣ−Ｃ線に対応した断面図を模式的に示す。また、図２４に、導電体上層１６０の分解平面図を模式的に示す。図２５に、導電体中間層１４０の分解平面図を模式的に示す。図２６に、導電体下層１２０の分解平面図を模式的に示す。
図２１〜図２３に示されるように、加速度センサ１００は、導電体下層１２０と絶縁体下層１３０と導電体中間層１４０と絶縁体上層１５０と導電体上層１６０を備えている。導電体下層１２０と導電体中間層１４０と導電体上層１６０の材料は、不純物を高濃度に含有するシリコン単結晶（Si）である。絶縁体下層１３０と絶縁体上層１５０の材料は、酸化シリコン（SiO2）である。
図２３に示されるように、加速度センサ１００は、導電体下層１２０と絶縁体下層１３０と導電体中間層１４０と絶縁体上層１５０と導電体上層１６０が積層している積層部１００ａと、導電体中間層１４０に形成されている変位部１４０ａと、導電体上層１６０に形成されている第１延長部１６０ａ及び第１対向部１６０ｂと、導電体下層１２０に形成されている第２延長部１２０ａ及び第２対向部１２０ｂを備えている。
変位部１４０ａ、延長部１２０ａ，１６０ａ及び対向部１２０ｂ，１６０ｂは積層基板の中心部位の配置されており、積層部１００ａはその周囲に配置されている。積層部１００ａは、枠部とも称される。図２１及び図２６に示されるように、変位部１４０ａは、導電体下層１２０に形成されている４つの第１梁１２０ｄを介して積層部１００ａに支持されている。図２１に示されるように、第１梁１２０ｄは、一端が積層部１００ａに接続されており、他端が第１連結部１２２を介して変位部１４０ａに接続されており、ｘ軸方向に伸びている。第１連結部１２２は、絶縁体下層１３０と導電体下層１２０が積層した部位であり、第２対向部１２０ｂからは分離されている。第１梁１２０ｄは、ｘ軸方向及びｙ軸方向にバネ定数が大きく、ｚ軸方向（以下、積層方向ともいう）にバネ定数が小さく構成されている。このため、第１梁１２０ｄは、積層方向に弾性変形することができる。図２０、図２１及び図２４に示されるように、変位部１４０ａは、導電体上層１６０に形成されている４つの第２梁１６０ｄを介して積層部１００ａに支持されている。図２１に示されるように、第２梁１６０ｄは、一端が積層部１００ａに接続されており、他端が第２連結部１６２を介して変位部１４０ａに接続されており、ｘ軸方向に伸びている。第２連結部１６２は、絶縁体上層１５０と導電体上層１６０が積層した部位であり、第１対向部１６０ｂからは分離されている。第２梁１６０ｄは、ｘ軸方向及びｙ軸方向にバネ定数が大きく、ｚ軸方向（以下、積層方向ともいう）にバネ定数が小さく構成されている。このため、第２梁１６０ｄは、積層方向に弾性変形することができる。これにより、第１梁１６０ｄ及び第２梁１２０ｄで支持された変位部１４０ａは、積層部１００ａに対して積層方向に相対変位可能に支持されている。なお、第１梁１２０ｄと第２梁１６０ｄとは、積層方向から観測したときに、形成範囲が一致している。
図２３及び図２４に示されるように、第１延長部１６０ａは、一端が積層部１００ａに接続されており、他端が第１対向部１６０ｂに接続されている。第１延長部１６０ａは、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向のいずれにもバネ定数が大きく構成されており、弾性変形しない。このため、第１延長部１６０ａに接続されている第１対向部１６０ｂは、積層部１００ａに対して相対変位することを禁止されている。第１対向部１６０ｂは、積層方向に沿って変位部１４０ａに対向している。第１対向部１６０ｂと変位部１４０ａの間の絶縁体上層１５０が除去されており、第１対向部１６０ｂと変位部１４０ａの間に空間が形成されている。第１対向部１６０ｂには、複数のエッチング材導入孔１６０ｃが形成されている。図２３及び図２６に示されるように、第２延長部１２０ａは、一端が積層部１００ａに接続されており、他端が第２対向部１２０ｂに接続されている。第２延長部１２０ａは、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向のいずれにもバネ定数が大きく構成されており、弾性変形しない。このため、第２延長部１２０ａに接続されている第２対向部１２０ｂは、積層部１００ａに対して相対変位することを禁止されている。第２対向部１２０ｂは、積層方向に沿って変位部１４０ａに対向している。第２対向部１２０ｂと変位部１４０ａの間の絶縁体下層１３０が除去されており、第２対向部１２０ｂと変位部１４０ａの間に空間が形成されている。第２対向部１２０ｂには、複数のエッチング材導入孔１２０ｃが形成されている。
図２２及び図２３に示されるように、加速度センサ１００には、第１エッチング溝１７０ａと第２エッチング溝１７０ｂが形成されている。第１エッチング溝１７０ａは、導電体下層１２０と絶縁体下層１３０と導電体中間層１４０と絶縁体上層１５０を貫通して伸びている。第２エッチング溝１７０ｂは、導電体上層１６０と絶縁体上層１５０と導電体中間層１４０と絶縁体下層１３０を貫通して伸びている。なお、図２２に示されるように、第１エッチング溝１７０ａと第２エッチング溝１７０ｂの形成範囲が重複している部位では、結果として、導電体下層１２０と絶縁体下層１３０と導電体中間層１４０と絶縁体上層１５０と導電体上層１６０を貫通する貫通孔が形成されている。
図２４〜図２６に示されるように、第１エッチング溝１７０ａは、積層方向から観測したときに、略Ｕ字状（ｙ軸方向に沿って伸びている部分とｘ軸方向に沿って伸びている部分の組合せ）を有しており、変位部１４０ａの輪郭の一部を形成する。また、第１エッチング溝１７０ａは、第２対向部１２０ｂと第２延長部１２０ａが導電体下層１２０に形成されるようなパターンを有している。さらに、第１エッチング溝１７０ａの一部は、積層方向から観測したときに、第１延長部１６０ａの範囲と重複している。換言すれば、第１エッチング溝１７０ａの一部は、導電体上層１６０を貫通していないので、その非貫通部分が第１延長部１６０ａとして用いられている。
図２４〜図２６に示されるように、第２エッチング溝１７０ｂは、積層方向から観測したときに、略Ｕ字状（ｙ軸方向に沿って伸びている部分とｘ軸方向に沿って伸びている部分の組合せ）を有しており、変位部１４０ａの輪郭の一部を形成する。また、第２エッチング溝１７０ｂは、第１対向部１６０ｂと第１延長部１６０ａが導電体上層１５０に形成されるようなパターンを有している。さらに、第２エッチング溝１７０ｂの一部は、積層方向から観測したときに、第２延長部１２０ａの範囲と重複している。換言すれば、第２エッチング溝１７０ｂの一部は、導電体下層１２０を貫通していないので、その非貫通部分が第２延長部１２０ａとして用いられている。
図２５に示されるように、導電体中間層１４０の変位部１４０ａは、積層方向から観測したときに、第１エッチング溝１７０ａのパターンと第２エッチング溝１７０ｂのパターンの組合せのパターンで囲まれる範囲に設けられている。即ち、変位部１４０ａは、第１エッチング溝１７０ａのパターンと第２エッチング溝１７０ｂのパターンの組合せのパターンで形成されている。
図２０に示されるように、加速度センサ１００はさらに、下層用電極取出し部１８２と上層用電極取出し部１８４と中間層用電極取出し部１８６を備えている。下層用電極取出し部１８２は、下層用貫通電極１８２ａと下層用絶縁分離溝１８２ｂを有する。上層用電極取出し部１８４は、上層用電極１８４を有する。中間層用電極取出し部１８６は、中間層用貫通電極１８６ａと中間層用絶縁分離溝１８６ｂを有する。
図２２に示されるように、下層用貫通電極１８２ａは、積層部１００ａに設けられており、導電体上層１６０、絶縁体上層１５０、導電体中間層１４０及び絶縁体下層１３０を貫通して導電体下層１２０に接触している。下層用絶縁分離溝１８２ｂは、積層部１００ａに設けられており、導電体上層１６０、絶縁体上層１５０及び導電体中間層１４０を貫通して絶縁体下層１３０に接触している。下層用絶縁分離溝１８２ｂは、積層方向から観測したときに、下層用貫通電極１８２ａの周囲を一巡している。
図２４に示されるように、上層用電極１８４は、積層部１００ａに設けられており、導電体上層１６０上に形成されている。なお、上層用電極１８４が形成される位置は、導電体上層１６０上であれば特に限定されない。
図２２に示されるように、中間層用貫通電極１８６ａは、積層部１００ａに設けられており、導電体上層１６０及び絶縁体上層１５０を貫通して導電体中間層１４０に接触している。中間層用絶縁分離溝１８６ｂは、積層部１００ａに設けられており、導電体上層１６０を貫通して絶縁体上層１４０に接触している。中間層用絶縁分離溝１８６ｂは、積層方向から観測したときに、中間層用貫通電極１８６ａの周囲を一巡している。
下層用貫通電極１８２ａと中間層用貫通電極１８６ａの間に、図示しない第１の容量検出回路が接続される。上層用電極１８４と中間層用貫通電極１８６ａの間に、図示しない第２の容量検出回路が接続される。第１容量検出回路と第２容量検出回路は、図示しない差分検出回路に接続されている。
次に、図２１〜図２３を参照して、加速度センサ１００の動作を説明する。加速度センサ１００では、変位部１４０ａが可動電極として用いられており、第１対向部１６０ｂ及び第２対向部１２０ｂが固定電極として用いられている。すなわち、加速度センサ１００では、変位部１４０ａと第１対向部１６０ｂの間に第１検出電極部が構成されており、変位部１４０ａと第２対向部１２０ｂの間に第２検出電極部が構成されている。
加速度センサ１００では、紙面上向きの加速度が加わると、変位部１４０ａが第１対向部１６０ｂ及び第２対向部１２０ｂに対して紙面下向きに相対変位する。これにより、第１検出電極部の電極間距離が増加し、第２検出電極部の電極間距離が減少する。第１検出電極部の対向面積及び距離を、第２検出電極部の対向面積及び距離と一致させておけば、第１検出電極部の初期位置の静電容量と第２検出電極部の初期位置の静電容量を一致させることができる。したがって、両者の静電容量の差を算出すると、初期位置の静電容量が相殺され、静電容量の変化分のみを抽出することができる。加速度センサ１００は、差動式の加速度センサを構築しており、加速度を高感度に測定することができる。
以下、加速度センサ１００の他の特徴を記載する。
（１）導電体中間層１４０の厚みが、導電体下層１２０及び導電体上層１５０よりも厚く形成されている。これにより、変位部１４０ａの重量を増大させながら、第１梁１２０ｄ及び第２梁１６０ｄの積層方向のばね定数を小さくすることができる。加速度センサ１００の感度を向上させることができる。
（２）絶縁体下層１３０と絶縁体上層１５０の厚みが一致している。変位部１４０ａと第１対向部１６０ｂの間の距離と変位部１４０ａと第２対向部１２０ｂの間の距離を一致させることができる。
（３）変位部１４０ａの重心に対して第１梁１２０ｄと第２梁１６０ｄを対象の位置関係に配置することができる。このため、変位部１４０ａは、第１対向部１６０ｂと第２対向部１２０ｂに対して良好に相対変位することができる。
（４）図２１、図２４及び図２６に示されるように、積層方向から観測したときに、第１梁１２０ｄと第２梁１６０ｄの形成範囲が一致しているものの、導電体中間層１４０に対応した構造が形成されていない。これは、[００３６]で説明したように、第２エッチング溝１７０ｂを形成するときに、導電体中間層１４０を選択的にエッチングすることで可能である。
以下、図面を参照して、上記ＭＥＭＳ構造体１を製造する技術を用いて製造される光学ミラー駆動装置２００を説明する。図２７に、光学ミラー駆動装置２００の平面図を模式的に示す。図２８に、図２７のＡ−Ａ線に対応した断面図を模式的に示す。図２９に、図２７のＢ−Ｂ線に対応した断面図を模式的に示す。図３０に、図２７のＣ−Ｃ線に対応した断面図を模式的に示す。図３１に、図２７のＤ−Ｄ線に対応した断面図を模式的に示す。図３２に、図２７のＥ−Ｅ線に対応した断面図を模式的に示す。また、図３３に、導電体上層２６０の分解平面図を模式的に示す。図３４に、導電体中間層２４０の分解平面図を模式的に示す。図３５に、導電体下層２２０の分解平面図を模式的に示す。
図２８〜図３２に示されるように、光学ミラー駆動装置２００は、導電体下層２２０と絶縁体下層２３０と導電体中間層２４０と絶縁体上層２５０と導電体上層２６０を備えている。導電体下層２２０と導電体中間層２４０と導電体上層２６０の材料は、不純物を高濃度に含有するシリコン単結晶（Si）である。絶縁体下層２３０と絶縁体上層２５０の材料は、酸化シリコン（SiO2）である。
図２８〜図３２に示されるように、光学ミラー駆動装置２００は、導電体下層２２０と絶縁体下層２３０と導電体中間層２４０と絶縁体上層２５０と導電体上層２６０が積層している積層部２００ａと、導電体中間層２４０に形成されている変位部２４０ａを備えている。積層部２００ａは、変位部２４０ａが配置されている中心部位の周囲に設けられており、枠部とも称される。変位部２４０ａは、図３４に示されるように、光学ミラー設置部２４２と、光学ミラー設置部２４２からｘ軸方向に沿って伸びているｘ軸突出部２４３と、光学ミラー設置部２４２からｙ軸方向に沿って伸びている一対のｙ軸突出部２４４，２４６を備えている。
変位部２４０ａは、図２８に示されるように、導電体中間層２４０に形成されている梁２４１を介して積層部２００ａに支持されている。梁２４１は、一端が積層部２００ａに接続されており、他端が変位部２４０ａに接続されており、ｘ軸方向に伸びている。梁２４１は、ｚ軸方向（以下、積層方向ともいう）にバネ定数が小さく、ｘ軸回りの捩りばね定数も小さく構成されている。このため、梁２４１は、積層方向に弾性変形するとともに、ｘ軸回りにも弾性変形することができる。
図２７〜図２９に示されるように、光学ミラー駆動装置２００は、光学ミラー設置部２４２上に設けられた光学ミラー２９０を備えている。光学ミラー２９０の材料には、アルミニウム又は金を用いることができる。光学ミラー２９０上の絶縁体上層２５０及び導電体上層２６０が除去されており、光学ミラー２９０の反射面が外部に露出している。
図２７及び図２８に示されるように、光学ミラー駆動装置２００は、導電体上層２６０に形成されている参照電極用対向部２６４と、その参照電極用対向部２６４上に設けられている参照電極２８５を備えている。参照電極用対向部２６４は、積層方向から観測したときに、ｙ軸方向に沿って伸びており、変位部２４０ａのｘ軸突出部２４３の一部を覆うように設けられている。参照電極用対向部２６４は、積層方向に沿ってｘ軸突出部２４３に対向している。参照電極用対向部２６４とｘ軸突出部２４３の間の絶縁体上層２５０が除去されており、参照電極用対向部２６４とｘ軸突出部２４３の間に空間が形成されている。光学ミラー駆動装置２００は、参照電極用対向部２６４とｘ軸突出部２４３の間の静電容量から変位部２４０ａの傾きを検出し、変位部２４０ａの駆動をフィードバック制御することができる。
光学ミラー駆動装置２００は、変位部２４０ａをｙ軸回りに回転させるための第１駆動部２９１と、変位部２４０ａをｘ軸回りに回転させるための一対の第２駆動部２９２，２９３を備えている。第１駆動部２９１は、変位部２４０ａのｘ軸突出部２４３に対応して設けられている。一対の第２駆動部２９２，２９３はそれぞれ、変位部２４０ａの一対のｙ軸突出部２４４，２４６に対応して設けられている。第１駆動部２９１と第２駆動部２９２，２９３の構造は、実質的に共通している。以下では、第１駆動部２９１を詳細に説明し、第２駆動部２４４，２４６の詳細な説明は省略する。
図２７，図２８及び図３０に示されるように、第１駆動部２９１は、導電体上層２６０に形成されている第１延長部２６３ａ及び第１対向部２６３ｂと、第１対向部２６３上に設けられている第１駆動電極２８４ｃを備えている。第１延長部２６３ａは、一端が積層部２００ａに接続されており、他端が第１対向部２６３ｂに接続されている。第１延長部２６３ａは、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向のいずれにもバネ定数が大きく構成されており、弾性変形しない。このため、第１延長部２６３ａに接続されている第１対向部２６３ｂは、積層部２００ａに対して相対変位することを禁止されている。第１対向部２６３ｂは、積層方向に沿ってｘ軸突出部２４３に対向している。第１対向部２６３ｂとｘ軸突出部２４３の間の絶縁体上層２５０が除去されており、第１対向部２６３ｂとｘ軸突出部２４３の間に空間が形成されている。図２７に示されるように、第１対向部２６３ｂは、積層方向から観測したときに、ｙ軸方向に沿って伸びており、ｘ軸突出部２４３の一部を覆うように設けられている。
図２８及び図３０に示されるように、第１駆動部２９１はさらに、導電体下層２２０に形成されている第２延長部２２３ａ及び第２対向部２２３ｂを備えている。第２延長部２２３ａは、一端が積層部２００ａに接続されており、他端が第２対向部２２３ｂに接続されている。第２延長部２２３ａは、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向のいずれにもバネ定数が大きく構成されており、弾性変形しない。このため、第２延長部２２３ａに接続されている第２対向部２２３ｂは、積層部２００ａに対して相対変位することを禁止されている。第２対向部２２３ｂは、積層方向に沿ってｘ軸突出部２４３に対向している。第２対向部２２３ｂとｘ軸突出部２４３の間の絶縁体下層２３０が除去されており、第２対向部２２３ｂとｘ軸突出部２４３の間に空間が形成されている。
図２７、図２９、図３０及び図３２に示されるように、第２駆動部２９２，２９３も、第１駆動部２９１と同様に、導電体上層２６０に形成されている第１延長部２６１ａ，２６２ａ及び第１対向部２６１ｂ，２６２ｂと、第１対向部２６１ｂ，２６２ｂ上に設けられている駆動電極２８４ａ，２８４ｂと、導電体下層２２０に形成されている第２延長部２２１ａ，２２２ａ及び第２対向部２２１ｂ，２２２ｂを備えている。
図２８、図２９、図３０及び図３２に示されるように、光学ミラー駆動装置２００には、第１エッチング溝２７０ａと第２エッチング溝２７０ｂが形成されている。第１エッチング溝２７０ａは、導電体下層２２０と絶縁体下層２３０と導電体中間層２４０と絶縁体上層２５０を貫通して伸びている。第２エッチング溝２７０ｂは、導電体上層２６０と絶縁体上層２５０と導電体中間層２４０と絶縁体下層２３０を貫通して伸びている。
図３３〜図３５に示されるように、第１エッチング溝２７０ａは、積層方向から観測したときに、矩形状の複数個が分散した形態を有しており、変位部２４０ａの輪郭の一部を形成している。また、第１エッチング溝２７０ａは、第１駆動部２９１及び第２駆動部２９２，２９３において、第２対向部２２１ｂ，２２２ｂ，２２３ｂと第２延長部２２１ａ，２２２ａ，２２３ａが導電体下層２２０に形成されるようなパターンを有している。さらに、第１エッチング溝２７０ａは、積層方向から観測したときに、第１駆動部２９１及び第２駆動部２９２，２９３の第１延長部２６１ａ，２６２ａ，２６３ａの範囲と重複している。換言すれば、第１エッチング溝２７０ａは、導電体上層２６０を貫通していないので、その非貫通部分が第１駆動部２９１及び第２駆動部２９２，２９３の第１延長部２６１ａ，２６２ａ，２６３ａとして用いられている。
図３３〜図３５に示されるように、第２エッチング溝２７０ｂは、積層方向から観測したときに、変位部２４０ａと駆動部２９１，２９２，２９３を取囲むような形態を有しており、変位部２４０ａの輪郭の一部を形成している。また、第２エッチング溝２７０ｂは、第１駆動部２９１及び第２駆動部２９２，２９３において、第１対向部２６１ｂ，２６２ｂ，２６３ｂと第１延長部２６１ａ，２６２ａ，２６３ａが導電体上層２５０に形成されるようなパターンを有している。さらに、第２エッチング溝２７０ｂは、積層方向から観測したときに、第２延長部２２１ａ，２２２ａ，２２３ａの範囲と重複している。換言すれば、第２エッチング溝２７０ｂは、導電体下層２２０を貫通していないので、その非貫通部分が第２延長部２２１ａ，２２２ａ，２２３ａとして用いられている。
図３４に示されるように、導電体中間層２４０の変位部２４０ａは、積層方向から観測したときに、第１エッチング溝２７０ａのパターンと第２エッチング溝２７０ｂのパターンの組合せのパターンで囲まれる範囲に設けられている。即ち、変位部２４０ａは、第１エッチング溝２７０ａのパターンと第２エッチング溝２７０ｂのパターンの組合せのパターンで形成されている。
図２７に示されるように、光学ミラー駆動装置２００はさらに、３つの下層用電極取出し部２８１，２８２，２８３と、中間層用電極取出し部２８６を備えている。下層用電極取出し部２８１，２８２，２８３はいずれも、下層用貫通電極２８１ａ，２８２ａ，２８３ａと下層用絶縁分離溝２８ｂ，２８２ｂ，２８３ｂを有する。中間層用電極取出し部２８６は、中間層用貫通電極２８６ａと中間層用絶縁分離溝２８６ｂを有する。
図３１に示されるように、下層用貫通電極２８３ａは、積層部２００ａに設けられており、導電体上層２６０、絶縁体上層２５０、導電体中間層２４０及び絶縁体下層２３０を貫通して導電体下層２２０に接触している。下層用絶縁分離溝２８３ｂは、積層部２００ａに設けられており、導電体上層２６０、絶縁体上層２５０及び導電体中間層２４０を貫通して絶縁体下層２３０に接触している。下層用絶縁分離溝２８３ｂは、積層方向から観測したときに、下層用貫通電極２８３ａの周囲を一巡している。
図３５に示されるように、３つの駆動部２９１，２９２，２９３の第２対向部２２１ｂ，２２２ｂ，２２３ｂのそれぞれは、導電体下層２２０に形成された溝によって区画されている配線層２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃに接続されている。配線層２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃは、周囲の導電体下層２２０から電気的に絶縁されている。これにより、下層用電極取出し部２８１，２８２，２８３はそれぞれ、配線層２２１ｃ，２２２ｃ，２２３ｃを介して駆動部２９１，２９２，２９３の第２対向部２２１ｂ，２２２ｂ，２２３ｂに電気的に接続することができる。
図３１に示されるように、中間層用貫通電極２８６ａは、積層部２００ａに設けられており、導電体上層２６０及び絶縁体上層２５０を貫通して導電体中間層２４０に接触している。中間層用絶縁分離溝２８６ｂは、積層部２００ａに設けられており、導電体上層２６０を貫通して絶縁体上層２５０に接触している。中間層用絶縁分離溝２８６ｂは、積層方向から観測したときに、中間層用貫通電極２８６ａの周囲を一巡している。
次に、光学ミラー駆動装置２００の動作を説明する。光学ミラー駆動装置２００では、第１駆動部２９１を利用して、光学ミラー２９０をｙ軸回りに回転させることができる。さらに、光学ミラー駆動装置２００では、一対の第２駆動部２９２，２９３を利用して、光学ミラー２９０をｘ軸回りに回転させることができる。光学ミラー駆動装置２００では、変位部２４０ａに対して駆動電極２８４ａ，２８４ｂが対象の位置関係に配置されているので、精度の高い位置測定と駆動が可能である。光学ミラー駆動装置２００は、２軸駆動式であり、広い光学角が実現されている。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
１ａ，１０ａ，１００ａ，２００ａ：積層部
２，２０，１２０，２２０：導電体下層
２ａ，２０ａ，１２０ａ，２２１ａ，２２２ａ，２２３ａ：第２延長部
２ｂ，２０ｂ，１２０ｂ，２２１ｂ，２２２ｂ，２２３ｂ：第２対向部
３，３０，１３０，２３０：絶縁体下層
４，４０，１４０，２４０：導電体中間層
４ａ，４０ａ，１４０ａ，２４０ａ：変位部
４ｂ，４０ｂ，１２０ｄ，１６０ｄ，２４１：梁
５，５０，１５０，２５０：絶縁体上層
６，６０，１６０，２６０：導電体上層
６ａ，２０ａ，１２０ａ，２６１ａ，２６２ａ，２６３ａ：第１延長部
６ｂ，６０ｂ，１６０ｂ，２６１ｂ，２６２ｂ，２６３ｂ：第１対向部
７ａ，７０ａ，１７０ａ，２７０ａ：第１エッチング溝
７ｂ，７０ｂ，１７０ｂ，２７０ｂ：第２エッチング溝
１２２，１６２：連結部

Claims (13)

  1. 第１層、第２層、第３層、第４層及び第５層がこの順で積層したＭＥＭＳ構造体であって、
    前記第１層、前記第２層、前記第３層、前記第４層及び前記第５層が積層している積層部と、
    前記第３層に形成されており、梁で支持されている変位部と、
    前記第５層に形成されており、前記積層部から伸びている第１延長部と、
    前記第５層に形成されており、前記第１延長部に接続されており、前記変位部に対向するとともに、前記変位部との間に空間が形成されている第１対向部と、を備えており、
    前記第１層と前記第２層と前記第３層を貫通する第１エッチング溝が形成されており、
    前記第５層と前記第４層と前記第３層を貫通する第２エッチング溝が形成されており、
    積層方向から観測したときに、前記第１エッチング溝は前記変位部の輪郭のうちの第１輪郭部を形成しており、
    積層方向から観測したときに、前記第２エッチング溝は前記変位部の輪郭のうちの第２輪郭部を形成しており、
    積層方向から観測したときに、前記第１エッチング溝の少なくとも一部は、前記第１延長部と重複する範囲に設けられており、
    前記第１輪郭部の少なくとも一部は、前記第２輪郭部と重ならないＭＥＭＳ構造体。
  2. 積層方向から観測したときに、前記第１エッチング溝のパターンと前記第２エッチング溝のパターンの組合せのパターンで囲まれる範囲に前記変位部が設けられている請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
  3. 前記第１層に形成されており、前記積層部から伸びている第２延長部と、
    前記第１層に形成されており、前記第２延長部に接続されており、前記変位部に対向するとともに、前記変位部との間に空間が形成されている第２対向部と、をさらに備えており、
    積層方向から観測したときに、前記第２エッチング溝の少なくとも一部は、前記第２延長部と重複する範囲に設けられている請求項１又は２に記載のＭＥＭＳ構造体。
  4. 前記第１層、前記第３層及び前記第５層が導電性であり、
    前記第２層及び前記第４層が絶縁性である請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ構造体。
  5. 前記梁が、前記第３層に形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ構造体。
  6. 前記梁が、積層方向から観測したときに、前記第１延長部と重複しない範囲に設けられている請求項５に記載のＭＥＭＳ構造体。
  7. 前記第３層の厚みが、前記第１層及び第５層よりも薄い請求項５又は６に記載のＭＥＭＳ構造体。
  8. 前記梁が、前記第１層及び前記第５層に形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ構造体。
  9. 前記第１層に形成されている前記梁が、前記第２層と前記第１層が積層した第１連結部を介して前記変位部に接続されており、
    前記第５層に形成されている前記梁が、前記第４層と前記第５層が積層した第２連結部を介して変位部に接続されている請求項８に記載のＭＥＭＳ構造体。
  10. 前記第１層及び第５層の厚みが、前記第３層よりも薄い請求項８又は９に記載のＭＥＭＳ構造体。
  11. 第１層、第２層、第３層、第４層及び第５層がこの順で積層したＭＥＭＳ構造体を製造する方法であって、
    前記第１層と前記第２層と前記第３層を貫通する第１エッチング溝を形成する第１工程と、
    前記第５層と前記第４層と前記第３層を貫通する第２エッチング溝を形成する第２工程と、
    前記第４層の一部を除去する第３工程と、を備えており、
    前記第１工程では、積層方向から観測したときに、前記第１エッチング溝が前記第３層に変位部の輪郭のうちの第１輪郭部を形成しており、
    前記第２工程では、積層方向から観測したときに、前記第２エッチング溝が前記第３層に変位部の輪郭のうちの第２輪郭部を形成しており、
    前記第３工程では、前記変位部と前記第５層の間の前記第４層を除去しており、
    前記第５層の一部は、積層方向から観測したときに、前記第１エッチング溝を越えて前記変位部に対向し、
    前記第１輪郭部の少なくとも一部は、前記第２輪郭部と重ならない製造方法。
  12. 前記変位部と前記第１層の間の前記第２層を除去する第４工程をさらに備えており、
    前記第１層の一部は、積層方向から観測したときに、前記第２エッチング溝を越えて前記変位部に対向する請求項１１に記載の製造方法。
  13. 前記第３工程と前記第４工程は、同時に実施される請求項１２に記載の製造方法。
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