JP5560809B2 - Ｍｅｍｓ構造体 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)構造体に関する。

半導体製造技術を利用して、特定の機能を発揮するＭＥＭＳ構造体を形成する技術が開発されている。この種のＭＥＭＳ構造体には、例えば、加速度、角速度又は圧力（音圧を含む）等の物理量を測定するためのセンサ、あるいは光学ミラー、あるいはステージを単軸又は複数軸で駆動するためのアクチュエータが提案されている。

ＭＥＭＳ構造体には、支持基板に対して相対変位可能な変位部が設けられている。例えば、ＭＥＭＳ構造体をセンサとして用いる場合、加速度、角速度又は圧力等の力を受けて支持基板に対して相対変位する変位部が必要とされる。また、ＭＥＭＳ構造体をアクチュエータとして用いる場合も、静電気力又は磁力等の力を伝えて支持基板に対して相対変位させる変位部が必要とされる。

この種のＭＥＭＳ構造体では、変位部に可動電極部が接続されており、その可動電極部に対向して支持基板に固定電極部が設けられていることが多い。可動電極部は、変位部の変位に依存して、支持基板に対して相対変位する。一方、固定電極部は、支持基板に剛に固定されており、支持基板に対して相対変位することを禁止されている。このため、可動電極部と固定電極部の間隔は、可動電極部の変位に依存して変動する。可動電極部と固定電極部を利用すると、可動電極部と固定電極部の間の静電容量から変位部の変位量を測定することができる。あるいは、可動電極部と固定電極部の間に静電引力を発生させ、変位部を駆動させることができる。この種のＭＥＭＳ構造体を有する加速度センサの一例が、特許文献１に開示されている。

特開２００４−２９４３３２号公報

特許文献１に開示されているように、変位部は、梁部を介して支持基板に固定されている。このため、変位部に接続されている可動電極部も、その梁部を介して支持基板に固定されている。この結果、可動電極部の存在位置と可動電極部が支持基板に固定される位置（すなわち、梁部が支持基板に固定される固定部）が離れて構成されている。一方、固定電極部は、可動電極部に対向するように配置され、その存在位置で支持基板に剛に固定されている。このため、この種のＭＥＭＳ構造体では、可動電極部が支持基板に固定される位置と固定電極部が支持基板に固定される位置の間の距離が離れている。

一般的に、ＭＥＭＳ構造体を製造するときには、支持基板に対して熱ストレスが加わることが多い。このため、製造過程の熱ストレスによって支持基板に反りが発生することがある。可動電極部が支持基板に固定される位置と固定電極部が支持基板に固定される位置が離れていると、支持基板に反りが発生したときに、その反りに応じて可動電極部と固定電極部の相対的な位置関係が変動してしまう。可動電極部が支持基板に固定される位置と固定電極部が支持基板に固定される位置が離れていると、支持基板の反りの影響を受け易い。

本明細書で開示される技術は、支持基板に反りが発生したとしても、可動電極部と固定電極部の相対的な位置関係が維持されるＭＥＭＳ構造体を提供することを目的とする。

本明細書で開示される技術では、可動電極部が支持基板に固定される位置と固定電極部が支持基板に固定される位置を近づけることを特徴としている。本明細書で開示される技術では、両者の位置を近づけるために、固定電極部が梁部を介して支持基板に固定されていることを特徴としている。固定電極部を支持する梁部は、可動電極部が支持基板に固定される位置に近づくように、固定電極部から伸びている。これにより、可動電極部が支持基板に固定される位置と固定電極部が支持基板に固定される位置を近づけることができる。両者の位置が近づけば、支持基板に反りが発生したとしても、可動電極部と固定電極部の相対的な位置関係が維持され、支持基板の反りの影響が緩和される。

本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体は、支持基板と、変位部と、可動電極部と、固定電極部と、第１梁部と、第１固定部と、第２梁部と、第２固定部とを備えている。変位部は、第１梁部を介して支持基板に支持されているとともに、少なくとも第１方向に沿って支持基板に対して相対変位可能である。第１方向は、支持基板に対して垂直方向でもよく、水平方向でもよい。可動電極部は、変位部に接続されているとともに、変位部の変位に依存して、少なくとも第１方向に沿って支持基板に対して相対変位可能である。可動電極部は、変位部に対して直接的に接続されていてもよく、他の部材を介して間接的に接続されていてもよい。例えば、可動電極部は、第１梁部を介して変位部に接続されていてもよい。固定電極部は、第２梁部を介して支持基板に支持されているとともに、可動電極部の変位に依存して、可動電極部との間隔が変動するように構成されている。固定電極部は、少なくとも第１方向に沿って支持基板に対して相対変位することを禁止されているのが望ましい。しかしながら、固定電極部は、可動電極部の変位に依存して、可動電極部との間隔が変動する限りにおいて、支持基板に対して相対変位してもよい。第１梁部は、第１固定部を介して支持基板に固定されている。第２梁部は、第２固定部を介して支持基板に固定されている。第１固定部と第２固定部は、共通の固定部であってもよい。第１固定部と第２固定部の間の距離は、第１固定部と固定電極部の間の距離よりも短い。この構成を有するＭＥＭＳ構造体では、可動電極部が支持基板に対して第１固定部で固定されており、固定電極部が支持基板に対して第２固定部で固定されている。第２梁部を利用することによって、固定電極部が支持基板に固定される第２固定部を、可動電極部が支持基板に固定される第１固定部に近づけることができ、支持基板の反りの影響が緩和される。

本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体では、固定電極部が、複数の固定電極板と、その複数の固定電極板を連結する固定電極板連結部を有していてもよい。この場合、第２梁部が、固定電極板連結部に接続されているのが望ましい。従来のＭＥＭＳ構造体の多くは、固定電極部の固定電極板連結部が支持基板に対して直接的に剛に固定されていた。本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体では、この固定電極板連結部が第２梁部に接続されており、支持基板に対して浮遊している。本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体は、従来のＭＥＭＳ構造とは異なる形態を備えている。

本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体では、可動電極部と固定電極部が、第３梁部を介して接続されているのが望ましい。この場合、第３梁部は、可動電極部の変位に依存して、可動電極部と固定電極部の間隔が変動するように、第１方向のばね定数が小さく構成されているのが望ましい。可動電極部と固定電極部の間に第３梁部が設けられていても、その第３梁部の第１方向のばね定数が小さく構成されているので、可動電極部と固定電極部の間隔は、可動電極部の変位に依存して変動可能である。その一方で、可動電極部に対して第１方向とは異なる方向（回転方向を含む）の力が加わった場合、第３梁部を介して接続される固定電極部にもその力が伝達される。このため、第３梁部を介して接続されている可動電極部と固定電極部は、可動電極部に対して第１方向とは異なる方向（回転方向を含む）の力が加わったとしても、相対的な位置関係を維持することができる。

本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体では、第１方向が、支持基板に対して垂直方向であってもよい。この場合、固定電極部は、第１方向から観測したときに、一巡する分離溝によって支持基板から隔てられている。さらに、第２梁部は、第１方向から観測したときに、その分離溝を越えて伸びている。この構成を有するＭＥＭＳ構造体では、変位部が支持基板に対して垂直方向に相対変位可能であり、変位部自体が可動電極部として用いられている。変位部に対向して配置されている固定電極部は、分離溝を越えて伸びている第２梁によって周囲の支持基板に固定されている。この構成のＭＥＭＳ構造体によると、分離溝が設けられていることによって、固定電極部が支持基板に対して浮遊しており、支持基板の反りの影響が固定電極部に伝達されるのを緩和することができる。

本明細書で開示されるＭＥＭＳ構造体によると、可動電極部が支持基板に固定される第１固定部と固定電極部が支持基板に固定される第２固定部の間の距離を近づけることができ、支持基板に反りが発生したとしても、可動電極部と固定電極部の相対的な位置関係が維持される。

図１は、第１実施例の加速度センサの概略平面図を示す。 図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。 図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。 図４は、図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。 図５は、第１実施例の加速度センサにおいて、半導体下層が変形した場合を例示する。 図６は、第２実施例の加速度センサの概略平面図を示す。 図７は、第３実施例の加速度センサの概略平面図を示す。 図８は、図７のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。 図９は、図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。 図１０は、図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。 図１１は、第３実施例の加速度センサにおいて、半導体下層が変形した場合を例示する。 図１２は、第４実施例の加速度センサの概略平面図を示す。 図１３は、第５実施例の加速度センサの概略平面図を示す。 図１４は、図１３のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。 図１５は、図１３のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。 図１６は、図１３のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。 図１７は、第６実施例の加速度センサの概略平面図を示す。 図１８は、第７実施例のステージ駆動装置の概略平面図を示す。 図１９は、第８実施例の角速度センサの概略平面図を示す。

本明細書で開示される技術の特徴を整理しておく。
（特徴１）ＭＥＭＳ構造体は、支持基板と、その支持基板に固定されている第１固定部と、その第１固定部から伸びているとともに支持基板に対して浮遊している第１梁部と、その第１梁部に接続されているとともに支持基板に対して浮遊している変位部と、変位部に接続されているとともに支持基板に対して浮遊している可動電極部と、可動電極部に対向して配置されているとともに支持基板に対して浮遊している固定電極部と、固定電極部から伸びているとともに支持基板に対して浮遊している第２梁部と、第２梁部が接続されるとともに支持基板に固定されている第２固定部とを備える。
（特徴２）特徴１において、第２梁部は、固定電極部から第１固定部に接近する向きに伸びているのが望ましい。
（特徴３）特徴１において、第１梁部は少なくとも第１方向に対してばね定数が小さく、第２梁部は少なくともその第１方向に対してばね定数が大きいのが望ましい。
（特徴４）特徴１において、変位部自体が可動電極部を構成してもよい。この場合、支持基板が固定電極部として用いられるのが望ましい。
（特徴５）特徴４において、変位部が対向する支持基板の一部が分離溝によって周囲の支持基板から分離され、分離された支持基板の一部が対向電極部として用いられるのが望ましい。

以下、図面を参照して、各実施例を例示する。なお、各実施例において、実質的に同一の構成要素に関しては、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。

図１〜図４を参照して、加速度センサ１０を説明する。図１に、加速度センサ１０の概略平面図を示す。図２に、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。図３に、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。図４に、図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。

図２〜４に示されるように、加速度センサ１０は、半導体下層２０と絶縁層３０と半導体上層４０を加工することによって形成されている。半導体下層２０及び半導体上層４０は、不純物を高濃度に含んでおり、導電性を有する。一例では、半導体下層２０及び半導体上層４０の材料には、シリコン単結晶（Si）が用いられる。絶縁層３０は、半導体下層２０と半導体上層４０を電気的に絶縁している。一例では、絶縁層３０の材料には、酸化シリコン（SiO₂）が用いられる。

図１に示されるように、加速度センサ１０は、支持基板２１と変位部４１を備えている。支持基板２１は、半導体下層２０に形成されている。この例では、半導体下層２０は加工されておらず、半導体下層２０の全体が支持基板２１として用いられている。変位部４１は、半導体上層４０に形成されている。変位部４１と支持基板２１の間の絶縁層３０は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、変位部４１は、支持基板２１に対して浮遊している。変位部４１は、平面視したときに（ｚ軸方向から観測したときに）、略正方形状の形態を有している。変位部４１は、４つの角部近傍のそれぞれに設けられた第１梁部４２を介して支持基板２１に支持されている。

第１梁部４２は、半導体上層４０に形成されている。第１梁部４２と支持基板２１の間の絶縁層３０は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、第１梁部４２は支持基板２１に対して浮遊している。第１梁部４２は、一端が変位部４１の側面のうちの角部近傍に接続されており、他端が第１固定部４３に接続されている。第１固定部４３は、半導体下層２０と絶縁層３０と半導体上層４０が積層した部位である。第１梁部４２は、ｙ軸方向に沿って直線状に伸びている。第１梁部４２は、ｘ軸方向のばね定数が小さく、ｙ軸及びｚ軸方向のばね定数が大きい。このため、第１梁部４２は、ｘ軸方向に弾性変形し易く、ｙ軸及びｚ軸には弾性変形しにくい。これにより、第１梁部４２で支持される変位部４１は、第１梁部４２がｘ軸方向に弾性変形することによって、支持基板２１に対してｘ軸方向に相対変位することが可能である。

加速度センサ１０はさらに、検出電極部５０を備えている。検出電極部５０は、可動電極部５１と、その可動電極部５１に対向して配置される固定電極部５２を有している。可動電極部５１は、複数の可動電極板５１ａと、その複数の可動電極板５１ａを連結する可動電極板連結部５１ｂを有する。可動電極板５１ａ及び可動電極板連結部５１ｂはいずれも、半導体上層４０に形成されている。可動電極板５１ａと支持基板２１の間及び可動電極板連結部５１ｂと支持基板２１の間の絶縁層は除去されており、それぞれの間に空間が形成されている。これにより、可動電極板５１ａ及び可動電極板連結部５１ｂは、支持基板２１に対して浮遊している。可動電極板５１ａは、一端が可動電極板連結部５１ｂに接続されており、他端が自由端で構成されており、ｙ軸方向に沿って伸びている。可動電極板連結部５１ｂは、一端が変位部４１に接続されており、他端が自由端に構成されており、ｘ軸方向に沿って伸びている。可動電極部５１は、変位部４１がｘ軸方向に変位するのに追随して、支持基板２１に対してｘ軸方向に相対変位することができる。

固定電極部５２は、複数の固定電極板５２ａと、その複数の固定電極板５２ａを連結する固定電極板連結部５２ｂを有する。固定電極板５２ａ及び固定電極板連結部５２ｂはいずれも、半導体上層４０に形成されている。固定電極板５２ａと支持基板２１の間及び固定電極板連結部５２ｂと支持基板２１の間の絶縁層３０は除去されており、それぞれの間に空間が形成されている。これにより、固定電極板５２ａ及び固定電極板連結部５２ｂは、支持基板２１に対して浮遊している。固定電極板５２ａは、一端が固定電極板連結部５２ｂに接続されており、他端が自由端に構成されており、ｙ軸方向に沿って伸びている。固定電極板５２ａと可動電極板５１ａは、ｘ軸方向に対向している。固定電極部５２は、第２梁部５３を介して支持基板２１に支持されている。

第２梁部５３は、半導体上層４０に形成されている。第２梁部５３と支持基板２１の間の絶縁層３０は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、第２梁部５３は、支持基板２１に対して浮遊している。第２梁部５３は、一端が固定電極板連結部５２ｂの側面に接続されており、他端が第２固定部５４に接続されている。第２固定部５４は、半導体下層２０と絶縁層３０と半導体上層４０が積層した部位である。第２梁部５３は、所謂片持ち梁の形態を有している。第２梁部５３は、ｙ軸方向に沿って直線状に伸びている部分と、ｘ軸方向に沿って直線状に伸びている部分を有する。第２梁部５３は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、第２梁部５３は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれにも弾性変形しにくい。これにより、第２梁部５３で支持される固定電極部５２は、固定電極としての役割を果たすことができる。

次に、加速度センサ１０の動作を説明する。加速度センサ１０では、ｘ軸方向の加速度が加わると、第１梁部４２が弾性変形し、変位部４１が支持基板２１に対してｘ軸方向に相対変位する。変位部４１の変位に追随して、可動電極部５１も支持基板２１に対して相対変位する。一方、固定電極部５２は、ｘ軸方向のばね定数の大きい第２梁部５３を介して第２固定部５４で支持基板２１に接続されているので、固定電極として機能する。このため、可動電極部５１の可動電極板５１ａと固定電極部５２の固定電極板５２ａの間の間隔は、ｘ軸方向に印加される加速度に応じて変動する。

例えば、第１固定部４３と第２固定部５４の間に容量検出回路が接続されていると、その容量検出回路を利用して、加速度に応じて変動する可動電極板５１ａと固定電極板５２ａの間の静電容量を測定することができる。これにより、その静電容量の変動から印加された加速度を換算することができる。

加速度センサ１０では、固定電極部５２が支持基板２１に対して浮遊しているとともに、第２梁部５３を介して支持基板２１に固定されていることを特徴としている。さらに、加速度センサ１０では、第２梁部５３が、固定電極部５２から第１固定部４３に近づくように伸びていることを特徴としている。より詳細には、第２梁部５３は、ｘ軸方向に伸びる部分とｙ軸方向に伸びる部分を有しており、これにより、固定電極部５２から第１固定部４３に向けてｘ軸方向とｙ軸方向のいずれにおいても接近している。この結果、加速度センサ１０では、第１固定部４３と第２固定部５４の間の距離が第１固定部４３と固定電極部５２の間の距離よりも短く構成されている。

図５に、半導体下層２０に反りが発生した場合を例示する。加速度センサ１０を製造する過程では、製造時の熱ストレスが半導体下層２０に加わることがあり、これにより、半導体下層２０に反りが発生することがある。この例では、半導体下層２０がｙ軸回りに変形した例である。図５に示されるように、加速度センサ１０では、半導体下層２０に反りが発生したとしても、可動電極部５１が支持基板２１に固定される第１固定部４３と固定電極部５２が支持基板２１に固定される第２固定部５４の間の距離が短く構成されているので、可動電極部５１と固定電極部５２の相対的な位置関係が維持されている。より詳細には、第１固定部４３と第２固定部５４の間の距離がｘ軸方向に接近しているので、ｙ軸回りに半導体下層２０が反ったとしても、可動電極部５１と固定電極部５２の相対的な位置関係が維持される。また、第１固定部４３と第２固定部５４の間の距離がｙ軸方向に接近しているので、ｘ軸回りに半導体下層２０が反ったとしても、可動電極部５１と固定電極部５２の相対的な位置関係が維持される。なお、第１梁部４２のｙ軸方向の長さと第２梁部５３のｙ軸方向の長さをほぼ等しくすることで、より可動電極部５１と固定電極部５２の相対的な位置関係を維持することができる。このように、加速度センサ１０では、第１固定部４３と第２固定部５４の間の距離が接近しているので、半導体下層２０の反りによる可動電極部５１と固定電極部５２の間の容量変化を緩和することができ、支持基板２１の反りに対して安定した特性を得ることができる。

図６を参照して、加速度センサ１００を説明する。加速度センサ１００は、ｘ軸方向に沿って配置されている一対のｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃと、ｙ軸方向に沿って配置されている一対のｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄを備えていることを特徴としている。ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃは、変位部４１を間に挟んでｘ軸方向に沿って対向している。ｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄは、変位部４１を間に挟んでｙ軸方向に沿って対向している。これらの検出電極部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄは、第１実施例と同様に、可動電極部５１と固定電極部５２を備えている。ここで、本実施例の固定電極部５２は、一対の第２梁部５３によって支持されている点（所謂、両持ち梁）で第１実施例（所謂、片持ち梁）と相違する。しかしながら、その他の点においては、これらの検出電極部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄは、第１実施例の検出電極部５０と実質的に共通の形態を備えている。

加速度センサ１００はさらに、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃと変位部４１の間に設けられているとともに変位部４１を支持基板２１に対して支持するｘ軸第１梁部１４２と、ｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄと変位部４１の間に設けられているとともに変位部４１を支持基板２１に対して支持するｙ軸第１梁部１４４を備えていることを特徴としている。

ｘ軸第１梁部１４２は、半導体上層４０に形成されている。ｘ軸第１梁部１４２と支持基板２１の間の絶縁層３０は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、ｘ軸第１梁部１４２は、支持基板２１に対して浮遊している。ｘ軸第１梁部１４２は、ｘばね梁１４２ａとｘ軸プレート１４２ｂとｙばね梁１４２ｃを有する。ｘばね梁１４２ａは、ｘ軸方向のばね定数が小さく、ｙ軸及びｚ軸方向のばね定数が大きい。このため、ｘばね梁１４２ａは、ｘ軸方向に弾性変形し易く、ｙ軸及びｚ軸方向には弾性変形しにくい。ｙばね梁１４２ｃは、ｙ軸方向のばね定数が小さく、ｘ軸及びｚ軸方向のばね定数が大きい。このため、ｙばね梁１４２ｃは、ｙ軸方向に弾性変形し易く、ｘ軸及びｚ軸方向には弾性変形しにくい。ｘ軸プレート１４２ｂは、ｘばね梁１４２ａとｙばね梁１４２ｃの双方を連結しており、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、ｘ軸プレート１４２ｂは、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれにも弾性変形しない。ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの可動電極部５１は、ｘ軸プレート１４２ｂに直接的に接続されており、ｘ軸プレート１４２ｂ及びｙばね梁１４２ｃを介して変位部４１に間接的に接続されている。

ｙ軸第１梁部１４４は、半導体上層４０に形成されている。ｙ軸第１梁部１４４と支持基板２１の間の絶縁層３０は除去されており、両者の間に空間が形成されている。ｙ軸第１梁部１４４は、支持基板２１に対して浮遊している。ｙ軸第１梁部１４４は、ｙばね梁１４４ａとｙ軸プレート１４４ｂとｘばね梁１４４ｃを有する。ｙばね梁１４４ａは、ｙ軸方向のばね定数が小さく、ｘ軸及びｚ軸方向のばね定数が大きい。このため、ｙばね梁１４４ａは、ｙ軸方向に弾性変形し易く、ｘ軸及びｚ軸方向には弾性変形しにくい。ｘばね梁１４４ｃは、ｘ軸方向のばね定数が小さく、ｙ軸及びｚ軸方向のばね定数が大きい。このため、ｘばね梁１４４ｃは、ｘ軸方向に弾性変形し易く、ｙ軸及びｚ軸方向には弾性変形しにくい。ｙ軸プレート１４４ｂは、ｙばね梁１４４ａとｘばね梁１４４ｃの双方を連結しており、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、ｙ軸プレート１４４ｂは、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれにも弾性変形しない。ｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄの可動電極部５１は、ｙ軸プレート１４４ｂに直接的に接続されており、ｙ軸プレート１４４ｂ及びｘばね梁１４４ｃを介して変位部４１に間接的に接続されている。

次に、加速度センサ１００の動作を説明する。加速度センサ１００では、ｘ軸方向の加速度が加わると、ｘ軸第１梁部１４２のｘばね梁１４２ａとｙ軸第１梁部１４４のｘばね梁１４４ｃの双方が弾性変形し、変位部４１が支持基板２１に対してｘ軸方向に相対変位する。変位部４１の変位に追随して、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの可動電極部５１も支持基板２１に対して相対変位する。一方、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの固定電極部５２は、ｘ軸方向のばね定数の大きい第２梁部５３で支持されているので、ｘ軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ１００は、ｘ軸方向の加速度を検出することができる。

さらに、加速度センサ１００では、ｙ軸方向の加速度が加わると、ｘ軸第１梁部１４２のｙばね梁１４２ｃとｙ軸第１梁部１４４のｙばね梁１４４ａの双方が弾性変形し、変位部４１が支持基板２１に対してｙ軸方向に相対変位する。変位部４１の変位に追随して、ｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄの可動電極部５１も支持基板２１に対して相対変位する。一方、ｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄの固定電極部５２は、ｙ軸方向のばね定数が大きい第２梁部５３で支持されているので、ｙ軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ１００は、ｙ軸方向の加速度を検出することができる。加速度センサ１００は、ｘ軸とｙ軸の２軸の加速度を検出することができる。

加速度センサ１００でも、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの固定電極部５２が、支持基板２１に対して浮遊しているとともに第２梁部５３を介して支持基板２１に固定されている。さらに、ｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄの固定電極部５２も、支持基板２１に対して浮遊しているとともに第２梁部５３を介して支持基板２１に固定されている。この技術を利用して、加速度センサ１００でも、第１固定部４３と第２固定部５４の間の距離が第１固定部４３と固定電極部５２の間の距離よりも短く構成されている。これにより、加速度センサ１００では、半導体下層２０の反りに抗して、可動電極部５１と固定電極部５２の相対的な位置関係を維持させ、反りに対して安定した特性を得ることができる。また、加速度センサ１００では、第２梁部５３の固定方法が第１梁部１４２，１４４の固定方法と同様に両持ちで構成されている。このため、ｘ軸回り又はｙ軸回りに支持基板２１が反ったときに、第１梁部１４２，１４４と第２梁部５３の湾曲は同様な形状となり、両者の位置関係をより維持することができる。

図７〜図１０を参照して、加速度センサ２００を説明する。図７に、加速度センサ２００の概略平面図を示す。図８に、図７のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。図９に、図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。図１０に、図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。

加速度センサ２００は、ｘ軸方向に沿って配置されている一対のｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃを備えていることを特徴としている。これらのｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃは、第２実施例のｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃと実質的に共通の形態を備えている。

加速度センサ２００はさらに、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃと変位部４１の間に設けられているとともに変位部４１を支持基板２１に対して支持するｘ軸第１梁部２４２を備えていることを特徴としている。ｘ軸第１梁部２４２は、弾性変形する方向において第２実施例のｘ軸第１梁部１４２と相違する。

ｘ軸第１梁部２４２は、半導体上層４０に形成されている。ｘ軸第１梁部２４２と支持基板２１の間の絶縁層３０は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、ｘ軸第１梁部２４２は、支持基板２１に対して浮遊している。ｘ軸第１梁部２４２は、ｘばね梁２４２ａとｘ軸プレート２４２ｂとｚばね梁２４２ｃを有する。ｘばね梁２４２ａは、ｘ軸方向のばね定数が小さく、ｙ軸及びｚ軸方向のばね定数が大きい。このため、ｘばね梁２４２ａは、ｘ軸方向に弾性変形し易く、ｙ軸及びｚ軸方向には弾性変形しにくい。ｚばね梁２４２ｃは、ｚ軸方向のばね定数が小さく、ｘ軸及びｙ軸方向のばね定数が大きい。このため、ｚばね梁２４２ｃは、ｚ軸方向に弾性変形し易く、ｘ軸及びｙ軸方向には弾性変形しにくい。ｘ軸プレート２４２ｂは、ｘばね梁２４２ａとｚばね梁２４２ｃの双方を連結しており、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、ｘ軸プレート２４２ｂは、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれにも弾性変形しにくい。ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの可動電極部５１は、ｘ軸プレート２４２ｂに直接的に接続されており、ｘ軸プレート２４２ｂ及びｚばね梁２４２ｃを介して変位部４１に間接的に接続されている。

加速度センサ２００はさらに、ｚ軸検出電極部５０Ｅを備えていることを特徴としている。ｚ軸検出電極部５０Ｅは、可動電極部として用いられている変位部４１と、固定電極部として用いられているｚ軸固定電極板２２２で構成されている。ｚ軸固定電極板２２２は、半導体下層２０に形成されている。ｚ軸固定電極板２２２と変位部４１の間の絶縁層３０は除去されており、両者の間に空間が形成されている。ｚ軸固定電極板２２２は、ｚ軸方向から観測したときに、一巡する分離溝２２によって支持基板２１から隔てられている。これにより、ｚ軸固定電極板２２２は、支持基板２１に対して浮遊している。ｚ軸固定電極板２２２は、ｚ軸第２梁部２４５を介して支持基板２１に支持されている。ｚ軸固定電極板２２２は、ｚ軸方向から観測したときに、変位部４１と重複するとともに、変位部４１よりも幅広に形成されている。

ｚ軸第２梁部２４５は、半導体上層４０に形成されている。ｚ軸第２梁部２４５と支持基板２１及びｚ軸第２梁部２４５とｚ軸固定電極板２２２の間の絶縁層３０は除去されており、それぞれの間に空間が形成されている。これにより、ｚ軸第２梁部２４５は、支持基板２１及びｚ軸固定電極板２２２に対して浮遊している。ｚ軸第２梁部２４５は、一端がｚ軸固定電極板用固定部２４４を介してｚ軸固定電極板２２２に接続されており、他端が支持基板用固定部２４６（第２固定部の一例）を介して支持基板２１に接続されている。ｚ軸固定電極板用固定部２４４及び支持基板用固定部２４６は、半導体下層２０と絶縁層３０と半導体上層４０が積層した部位である。ｚ軸第２梁部２４５は、ｙ軸方向に沿って直線状に伸びている部分と、ｘ軸方向に沿って直線状に伸びている部分を有する。ｚ軸第２梁部２４５は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、ｚ軸第２梁部２４５は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれにも弾性変形しにくい。これにより、ｚ軸第２梁部２４５で支持されるｚ軸固定電極板２２２は、ｚ軸固定電極としての役割を果たすことができる。

次に、加速度センサ２００の動作を説明する。加速度センサ２００では、ｘ軸方向の加速度が加わると、ｘ軸第１梁部２４２のｘばね梁２４２ａが弾性変形し、変位部４１が支持基板２１に対してｘ軸方向に相対変位する。変位部４１の変位に追随して、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの可動電極部５１も支持基板２１に対して相対変位する。一方、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの固定電極部５２は、ｘ軸方向のばね定数の大きい第２梁部５３で支持されているので、ｘ軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ２００は、ｘ軸方向の加速度を検出することができる。なお、変位部４１のｘ軸方向の変位幅は、ｚ軸方向から観測したときに、ｚ軸固定電極板２２２の存在範囲を超えないのが望ましい。これにより、変位部４１がｘ軸方向に変位しても、ｚ軸検出電極部５０Ｅには、静電容量の変化が発生しない。

さらに、加速度センサ２００では、ｚ軸方向の加速度が加わると、ｘ軸第１梁部２４２のｚばね梁２４２ｃが弾性変形し、変位部４１が支持基板２１に対してｚ軸方向に相対変位する。一方、ｚ軸固定電極板２２２は、ｚ軸方向のばね定数の大きいｚ軸第２梁部２４５で支持されているので、ｚ軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ２００は、ｚ軸方向の加速度を検出することができる。加速度センサ２００は、ｘ軸とｚ軸の２軸の加速度を検出することができる。

加速度センサ２００では、ｚ軸固定電極板２２２が支持基板２１に対して浮遊しているとともに、ｚ軸第２梁部２４５を介して支持基板２１に支持されていることを特徴としている。さらに、加速度センサ２００では、ｚ軸第２梁部２４５が、ｚ軸固定電極部板２２２から第１固定部４３に近づくように伸びていることを特徴としている。より詳細には、ｚ軸第２梁部２４５は、ｘ軸方向に伸びる部分とｙ軸方向に伸びる部分を有しており、これにより、ｚ軸固定電極板２２２から第１固定部４３に向けてｘ軸方向とｙ軸方向のいずれにおいても接近している。この結果、加速度センサ２００では、第１固定部４３と支持基板用固定部２４６の間の距離が第１固定部４３とｚ軸固定電極板２２２の間の距離よりも短く構成されている。

図１１に、半導体下層２０に反りが発生した場合を例示する。加速度センサ２００を製造する過程では、製造時の熱ストレスが半導体下層２０に加わることがあり、これにより、半導体下層２０に反りが発生することがある。この例では、半導体下層２０がｙ軸回りに変形した例である。図５に示されるように、加速度センサ２００では、半導体下層２０に反りが発生したとしても、ｚ軸固定電極板２２２が分離溝２２によって分離されているので、半導体下層２０の反りの影響がｚ軸固定電極板２２２に伝達されることが緩和されている。さらに、加速度センサ２００では、第１固定部４３と支持基板用固定部２４６の間の距離が接近しているので、半導体下層２０に反りが発生したとしても、半導体下層２０に反りに抗して、変位部４１とｚ軸固定電極板２２２の相対的な位置関係を維持させることができる。そのため、支持基板２１の反りによる変位部４１とｚ軸固定電極板２２２の間の容量変化が小さく、安定した加速度検知が可能となる。

図１２を参照して、加速度センサ３００を説明する。加速度センサ３００は、一対のｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃと、一対のｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄと、ｚ軸検出電極部５０Ｅを備えていることを特徴としている。ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃ及びｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄは、第２実施例のｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃ及びｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄと実質的に共通の形態を備えている。ｚ軸検出電極部５０Ｅは、第３実施例のｚ軸検出電極部５０Ｅと実質的に共通の形態を備えている。

加速度センサ３００はさらに、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃと変位部４１の間に設けられているとともに変位部４１を支持基板２１に対して支持するｘ軸第１梁部３４２と、ｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄと変位部４１の間に設けられているとともに変位部４１を支持基板２１に対して支持するｙ軸第１梁部３４４と、ｚ軸固定電極板２２２を支持基板２１に対して支持するｚ軸第２梁部２４５を備えていることを特徴としている。ｚ軸第２梁部２４５は、第３実施例のｚ軸第２梁部２４５と実質的に共通の形態を備えている。

ｘ軸第１梁部３４２は、半導体上層４０に形成されている。ｘ軸第１梁部３４２と支持基板２１の間の絶縁層３０は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、ｘ軸第１梁部３４２は、支持基板２１に対して浮遊している。ｘ軸第１梁部３４２は、ｘばね梁３４２ａとｘ軸プレート３４２ｂとｙｚばね梁３４２ｃを有する。ｘばね梁３４２ａは、ｘ軸方向のばね定数が小さく、ｙ軸及びｚ軸方向のばね定数が大きい。このため、ｘばね梁３４２ａは、ｘ軸方向に弾性変形し易く、ｙ軸及びｚ軸には弾性変形しにくい。ｙｚばね梁３４２ｃは、ｙ軸及びｚ軸方向のばね定数が小さく、ｘ軸方向のばね定数が大きい。このため、ｙｚばね梁３４２ｃは、ｙ軸及びｚ軸方向に弾性変形し易く、ｘ軸方向には弾性変形しにくい。ｘ軸プレート３４２ｂは、ｘばね梁３４２ａとｙｚばね梁３４２ｃの双方を連結しており、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、ｘ軸プレート３４２ｂは、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれにも弾性変形しにくい。ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの可動電極部５１は、ｘ軸プレート３４２ｂに直接的に接続されており、ｘ軸プレート３４２ｂ及びｙｚばね梁３４２ｃを介して変位部４１に間接的に接続されている。

ｙ軸第１梁部３４４は、半導体上層４０に形成されている。ｙ軸第１梁部３４４と支持基板２１の間の絶縁層３０は除去されており、両者の間に空間が形成されている。これにより、ｙ軸第１梁部３４４は、支持基板２１に対して浮遊している。ｙ軸第１梁部３４４は、ｙばね梁３４４ａとｙ軸プレート３４４ｂとｘｚばね梁３４４ｃを有する。ｙばね梁３４４ａは、ｙ軸方向のばね定数が小さく、ｘ軸及びｚ軸方向のばね定数が大きい。このため、ｙばね梁３４４ａは、ｙ軸方向に弾性変形し、ｘ軸及びｚ軸方向には弾性変形しない。ｘｚばね梁３４４ｃは、ｘ軸及びｚ軸方向のばね定数が小さく、ｙ軸方向のばね定数が大きい。このため、ｘｚばね梁３４４ｃは、ｘ軸及びｚ軸方向に弾性変形し、ｙ軸方向には弾性変形しにくい。ｙ軸プレート３４４ｂは、ｙばね梁３４４ａとｘｚばね梁３４４ｃの双方を連結しており、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、ｙ軸プレート３４４ｂは、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれにも弾性変形しにく。ｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄの可動電極部５１は、ｙ軸プレート３４４ｂに直接的に接続されており、ｙ軸プレート３４４ｂ及びｘｚばね梁３４４ｃを介して変位部４１に間接的に接続されている。

次に、加速度センサ３００の動作を説明する。加速度センサ３００では、ｘ軸方向の加速度が加わると、ｘ軸第１梁部３４２のｘばね梁３４２ａとｙ軸第１梁部３４４のｘｚばね梁３４４ｃが弾性変形し、変位部４１が支持基板２１に対してｘ軸方向に相対変位する。変位部４１の変位に追随して、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの可動電極部５１も支持基板２１に対して相対変位する。一方、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの固定電極部５２は、ｘ軸方向のばね定数の大きい第２梁部５３で支持されているので、ｘ軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ１００は、ｘ軸方向の加速度を検出することができる。

また、加速度センサ３００では、ｙ軸方向の加速度が加わると、ｘ軸第１梁部３４２のｙｚばね梁３４２ｃとｙ軸第１梁部３４４のｙばね梁３４４ａが弾性変形し、変位部４１が支持基板２１に対してｙ軸方向に相対変位する。変位部４１の変位に追随して、ｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄの可動電極部５１も支持基板２１に対して相対変位する。一方、ｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄの固定電極部５２は、ｙ軸方向のばね定数の大きい第２梁部５３で支持されているので、ｙ軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ３００は、ｙ軸方向の加速度を検出することができる。

さらに、加速度センサ３００では、ｚ軸方向の加速度が加わると、ｘ軸第１梁部３４２のｙｚばね梁３４２ｃとｙ軸第１梁部３４４のｘｚばね梁３４４ｃが弾性変形し、変位部４１が支持基板２１に対してｚ軸方向に相対変位する。一方、ｚ軸固定電極板２２２は、ｚ軸方向のばね定数の大きいｚ軸第２梁部２４５で支持されているので、ｚ軸固定電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ３００は、ｚ軸方向の加速度を検出することができる。加速度センサ３００は、ｘ軸とｙ軸とｚ軸の３軸の加速度を検出することができる。

図１３〜図１５を参照して、加速度センサ４００を説明する。図１３に、加速度センサ４００の概略平面図を示す。図１４に、図１３のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。図１５に、図１３のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。図１６に、図１３のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。

加速度センサ４００は、一対のｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃと、ｚ軸検出電極部５０Ｅを備えていることを特徴としている。ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃは、固定電極部５２の固定電極板連結部が幅広で構成されているものの、第２実施例のｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃと実質的に共通の形態を備えている。ｚ軸検出電極部５０Ｅは、第３実施例のｚ軸検出電極部５０Ｅと実質的に共通の形態を備えている。

加速度センサ４００はさらに、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃと変位部４１の間に設けられているとともに変位部４１を支持基板２１に対して支持するｘ軸第１梁部２４２と、ｚ軸固定電極板２２２を支持基板２１に対して支持するｚ軸第２梁部２４５を備えていることを特徴としている。ｘ軸第１梁部２４２は、第３実施例のｘ軸第１梁部２４２と実質的に共通の形態を備えている。ｚ軸第２梁部２４５は、第３実施例のｚ軸第２梁部２４５と実質的に共通の形態を備えている。

加速度センサ４００はさらに、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの可動電極部５１と固定電極部５２の間に設けられている連結部４１０を備えていることを特徴としている。連結部４１０は、３つの突出部４１１，４１２，４１３と、第３梁部４１４，４１５を有する。突出部４１１，４１２，４１３は、半導体下層２０と絶縁層３０と半導体上層４０が積層した部位である。突出部４１１，４１３は、ｘ軸第１梁部２４２のｘ軸プレート２４２ｂからｘ軸方向に突出しており、その先端にｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの可動電極部５１が接続されている。突出部４１２は、固定電極部５２の固定電極板連結部５２ｂからｘ軸方向に突出している。第３梁部４１４，４１５は、半導体下層２０に形成されている。第３梁部４１４は、突出部４１１と突出部４１２を連結している。第３梁部４１５は、突出部４１２と突出部４１３を連結している。これにより、連結部４１０は、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの可動電極部５１と固定電極部５２の間を連結している。第３梁部４１４，４１５は、ｘ軸方向のばね定数が小さく、ｙ軸及びｚ軸方向のばね定数が大きい。このため、第３梁部４１４，４１５は、ｘ軸に弾性変形し、ｙ軸及びｚ軸方向には弾性変形しない。

加速度センサ４００はさらに、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの固定電極部５２を支持する第２梁部４５３が、ｚ軸方向のばね定数が小さく、ｘ軸及びｙ軸方向のばね定数が大きいことを特徴としている。このため、第２梁部４５３は、ｚ軸に弾性変形し易く、ｘ軸及びｙ軸方向には弾性変形しにくい。

次に、加速度センサ４００の動作を説明する。加速度センサ４００では、ｘ軸方向の加速度が加わると、ｘ軸第１梁部２４２のｘばね梁２４２ａが弾性変形し、変位部４１が支持基板２１に対してｘ軸方向に相対変位する。変位部４１の変位に追随して、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの可動電極部５１も支持基板２１に対して相対変位する。一方、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの固定電極部５２は、ｘ軸方向にばね定数の大きい第２梁部４５３で支持されているので、ｘ軸固定電極としての役割を果たすことができる。なお、連結部４１０の第３梁部４１４，４１５は、ｘ軸方向のばね定数が小さいので、変位部４１のｘ軸方向の並進力は、固定電極部５２に伝わらない。これにより、加速度センサ４００は、ｘ軸方向の加速度を検出することができる。

さらに、加速度センサ４００では、ｚ軸方向の加速度が加わると、ｘ軸第１梁部２４２のｚばね梁２４２ｃが弾性変形し、変位部４１が支持基板２１に対してｚ軸方向に相対変位する。一方、ｚ軸固定電極板２２２は、ｚ軸方向のばね定数の大きいｚ軸第２梁部２４５で支持されているので、ｚ軸御ｋ低電極としての役割を果たすことができる。これにより、加速度センサ４００は、ｚ軸方向の加速度を検出することができる。加速度センサ４００は、ｘ軸とｚ軸の２軸の加速度を検出することができる。

加速度センサ４００では、変位部４１がｚ軸方向に変位すると、ｘ軸第１梁部２４２のｘ軸プレート２４２ｂには、ｚばね梁２４２ｃを介してｙ軸回りの回転力が加わる。このため、ｘ軸プレート２４２ｂに接続されているｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの可動電極部５１もｙ軸回りの回転力を受ける。この回転力は、第３梁部４１４，４１５を介してｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの固定電極部５２にも伝達される。ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃの固定電極部５２は、ｚ軸方向のばね定数が小さい第２梁部４５３で支持されているので、ｙ軸回りに回転可能である。このため、可動電極部５１と固定電極部５２の双方がｙ軸回りに回転することで、相対的な位置関係がより維持され、安定した特性を得ることができる。さらに、変位部４１がｚ軸方向に変位したときにおいても、可動電極部５１と固定電極部５２の双方がｙ軸回りに回転することにより、可動電極部５１と固定電極部５２の相対的な位置関係が維持され、他軸感度を低減することができる。第３梁部４１４，４１５は２本以上の並列梁で構成されているので、ｙ軸回りの回転剛性を高くすることができ、第３梁部４１４，４１５の回転角度を等しく保つことができ、可動電極部５１と固定電極部５２の相対的な位置関係をより効果的に維持することができる。

図１７を参照して、加速度センサ５００を説明する。加速度センサ５００は、一対のｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃと、一対のｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄと、ｚ軸検出電極部５０Ｅを備えていることを特徴としている。ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃとｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄは、第２実施例のｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃとｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄと実質的に共通の形態を備えている。ｚ軸検出電極部５０Ｅは、第３実施例のｚ軸検出電極部５０Ｅと実質的に共通の形態を備えている。

加速度センサ５００はさらに、ｘ軸検出電極部５０Ａ，５０Ｃと変位部４１の間に設けられているとともに変位部４１を支持基板２１に対して支持するｘ軸第１梁部３４２と、ｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄと変位部４１の間に設けられているとともに変位部４１を支持基板２１に対して支持するｙ軸第１梁部３４４と、ｚ軸固定電極板２２２を支持基板２１に対して支持するｚ軸第２梁部２４５を備えていることを特徴としている。ｘ軸第１梁部３４２とｙ軸第１梁部３４４とｚ軸第２梁部２４５はそれぞれ、第４実施例のｘ軸第１梁部３４２とｙ軸第１梁部３４４とｚ軸第２梁部２４５と実質的に共通の形態を備えている。

加速度センサ５００はさらに、各検出電極部５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄと各第１梁部３４２，３４４の間に設けられている連結部４１０を備えていることを特徴としている。連結部４１０は、第５実施例の連結部４１０と実質的に共通の形態を備えている。

加速度センサ５００は、半導体下層２０の反りの影響及び変位部４１がｚ軸方向に変位したときに生じる回転力の影響の双方を緩和するとともに、３軸方向の加速度を検出することができる。

図１８を参照して、ステージ駆動装置６００を説明する。ステージ駆動装置６００は、変位部４１をｘ軸方向に駆動させるアクチュエータとして用いられる。ステージ駆動装置６００は、支持基板２１と、変位部４１（ステージ）と、一対の駆動電極部６０Ａ，６０Ｂを備えていることを特徴としている。支持基板２１と変位部４１と第１梁部４２と第１固定部４３は、第１実施例の支持基板２１と変位部４１と第１梁部４２と第１固定部４３と実質的に共通の形態を備えている。

一対の駆動電極部６０Ａ，６０Ｂは、変位部４１を間に挟んでｘ軸方向に沿って対向している。一例では、駆動電極部６０Ａが変位部４１の変位量を検出し、駆動電極部６０Ｂが変位部４１に駆動力を印加する。駆動電極部６０Ａで検出される検出結果に基づいて、駆動電極部６０Ｂが制御され、変位部４１が目標位置に正確に駆動される。なお、駆動電極部６０Ａが変位部４１に駆動力を印加し、駆動電極部６０Ｂが変位部４１の変位量を検出してもよい。

駆動電極部６０Ａ，６０Ｂは、可動電極部６５１と、その可動電極部６５１に対向して配置される固定電極部６５２を有している。可動電極部６５１は、複数の可動電極板６５１ａを有する。可動電極板６５１ａは、一端が変位部４１に接続されており、他端が自由端で構成されており、ｘ軸方向に沿って伸びている。

固定電極部６５２は、複数の固定電極板６５２ａと、その複数の固定電極板６５２ａを連結する固定電極板連結部６５２ｂを有する。固定電極板６５２ａは、一端が固定電極板連結部６５２ｂに接続されており、他端が自由端に構成されており、ｘ軸方向に沿って伸びている。固定電極板６５２ａと可動電極板６５１ａは、ｙ軸方向に対向している。固定電極部６５２は、第２梁部６５３を介して支持基板２１に支持されている。

第２梁部６５３は、一端が固定電極板連結部６５２ｂに接続されており、他端が第２固定部６５４に接続されている。第２梁部６５３は、ｙ軸方向に沿って直線状に伸びている部分と、ｘ軸方向に沿って直線状に伸びている部分を有する。第２梁部６５３は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれのばね定数も大きい。このため、第２梁部６５３は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向のいずれにも弾性変形しにくい。これにより、第２梁部６５３で支持される固定電極部６５２は、固定電極としての役割を果たすことができる。

次に、ステージ駆動装置６００の動作を説明する。ステージ駆動装置６００では、駆動電極部６０Ａの可動電極板６５１ａと固定電極板６５２ａの間に容量検出回路が接続され、駆動電極部６０Ｂの可動電極板６５１ａと固定電極板６５２ａの間に振幅制御回路を介して駆動信号生成回路が接続される。駆動信号生成回路から振幅制御回路を介して直流電圧が印加されると、駆動電極部６０Ｂの可動電極板６５１ａと固定電極板６５２ａの間に静電引力が発生し、変位部４１がｘ軸方向に駆動する。駆動電極部６０Ａは、容量検出回路を利用して、変位部４１のｘ軸方向の変位量を可動電極板６５１ａと固定電極板６５２ａの間の静電容量の変化から検出している。この容量検出回路の検出結果は、駆動信号生成回路にフィードバックされ、駆動信号生成回路は上記検出結果に基づいて駆動信号生を生成する。振幅制御回路は、駆動信号に基づいて変位部４１の変位量が目標値となるように直流電圧を制御する。これらの構成により、ステージ駆動装置６００は、変位部４１を目標位置に正確に駆動させることができる。

ステージ駆動装置６００では、固定電極部６５２が支持基板２１に対して浮遊しているとともに、第２梁部６５３を介して支持基板２１に固定されていることを特徴としている。さらに、ステージ駆動装置６００では、第２梁部６５３が、固定電極部６５２から第１固定部４３に近づくように伸びていることを特徴としている。より詳細には、第２梁部６５３は、ｘ軸方向に伸びる部分とｙ軸方向に伸びる部分を有しており、これにより、固定電極部６５２から第１固定部４３に向けてｘ軸方向とｙ軸方向のいずれにおいても接近している。この結果、ステージ駆動装置６００では、第１固定部４３と第２固定部５４の間の距離が第１固定部４３と固定電極部５２の間の距離よりも短く構成されている。

この結果、ステージ駆動装置６００では、半導体下層２０に反りが発生したとしても、可動電極部６５１が支持基板２１に固定される第１固定部４３と固定電極部６５２が支持基板２１に固定される第２固定部６５４の間の距離が短く構成されているので、ステージ駆動装置６００では、可動電極部６５１と固定電極部６５２の相対的な位置関係が維持される。ステージ駆動装置６００では、第１固定部４３と第２固定部６５４の間の距離が接近しているので、半導体下層２０の反りの影響を緩和することができる。そのため、可動電極部６５１と固定電極部６５２の電極がずれないので、ｘ軸方向に安定した駆動と安定した変位検出が可能となり、安定したステージの駆動が実現できる。

図１９を参照して、角速度センサ７００を説明する。角速度センサ７００は、一対の検出電極部５０Ｂ，５０Ｄを備えていることを特徴としている。検出電極部５０Ｂ，５０Ｄは、第２実施例のｙ軸検出電極部５０Ｂ，５０Ｄと実質的に共通の形態を備えている。

角速度センサ７００はさらに、一対の駆動電極部６０Ａ，６０Ｂを備えていることを特徴としている。駆動電極部６０Ａ，６０Ｂは、第６実施例の駆動電極部６０Ａ，６０Ｂと実質的に同一の形態を備えている。

角速度センサ７００はさらに、各駆動電極部６０Ａ，６０Ｂと変位部４１の間に設けられているとともに変位部４１を支持基板２１に対して支持するｘ軸第１梁部１４２を備えていることを特徴としている。ｘ軸第１梁部１４２は、第２実施例のｘ軸第１梁部１４２と実質的に共通の形態を備えていることを特徴としている。なお、角速度センサ７００では、ｘ軸第１梁部１４２のｘ軸プレート１４２ｂに駆動電極部６０Ａ，６０Ｂの可動電極板６５１ａが接続されている。

次に、角速度センサ７００の動作を説明する。角速度センサ７００では、駆動電極部６０Ａに容量検出回路が接続され、駆動電極部６０Ｂに振幅制御回路を介して自励振回路が接続される。自励振回路から振幅制御回路を介して交流電圧が印加されると、駆動電極部６０Ｂの可動電極板６５１ａと固定電極板６５２ａの間に静電引力が発生し、変位部４１がｘ軸方向に励振する。駆動電極部６０Ａは、容量検出回路を利用して、変位部４１のｘ軸方向の励振振幅を可動電極板６５１ａと固定電極板６５２ａの静電容量の変化から検出している。この容量検出回路の検出結果は、自励振回路にフィードバックされ、自励振回路は上記検出結果に基づいて自励振信号を生成する。振幅制御回路は、自励振信号に基づいて変位部４１の励振振幅が一定となるように交流電圧を制御する。これらの構成により、角速度センサ７００は、常時適切な周波数で適切な励振振幅で変位部４１をｘ軸方向に励振することができる。

変位部４１が励振方向（ｘ軸方向）に励振している状態で回転軸方向（ｚ軸方向）の角速度が変位部４１に加わると、変位部４１の励振方向（ｘ軸方向）と角速度の回転軸方向（ｚ軸方向）の両方に直交する検出方向（ｙ軸方向）にコリオリ力が発生する。変位部４１は、このコリオリ力を受けて検出方向（ｙ軸方向）に振動する。

変位部４１が検出方向（ｙ軸方向）に振動すると、検出電極部５０Ｂ，５０Ｄの可動電極部５１も検出方向（ｙ軸方向）に振動する。検出電極部５０Ｂ，５０Ｄには容量検出回路が接続されており、その容量検出回路によって、検出電極部５０Ｂ，５０Ｄの静電容量の変動を検出し、その検出結果を同期検波回路に供給する。同期検波回路は、静電容量の変動のうち自励振回路が生成する交流電圧の周期と一致するものを抽出する。コリオリ力による変位部４１の振動の周期は、自励振回路による変位部４１の励振の周期と一致し、位相がπ／２進むので、抽出された静電容量の変動は、コリオリ力による変位部４１の振動を反映している。同期検波回路はさらに、抽出された静電容量の変動から角速度を換算し、角速度表示部に供給する。角速度表示部は、入力した角速度を表示する。角速度センサ７００は、このような手順を経て、変位部４１に印加されたｚ軸方向を回転軸とする角速度を正確に検出することができる。角速度センサ７００も、支持基板２１の反りの影響が低減されているので、安定した励振とコリオリ力検知が可能となり、正確な角速度検知が可能となる。

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。

２１：支持基板
４１：変位部
４２：第１梁部
４３：第１固定部
５０：検出電極部
５１：可動電極部
５２：固定電極部
５３：第２梁部
５４：第２固定部

Claims (4)

1. ＭＥＭＳ構造体であって、
   支持基板と、変位部と、可動電極部と、固定電極部と、第１梁部と、第１固定部と、第２梁部と、第２固定部と、第３梁部とを備えており、
   前記変位部は、前記第１梁部を介して前記支持基板に支持されているとともに、少なくとも第１方向に沿って前記支持基板に対して相対変位可能であり、
   前記可動電極部は、前記変位部に接続されているとともに、前記変位部の変位に依存して、少なくとも前記第１方向に沿って前記支持基板に対して相対変位可能であり、
   前記固定電極部は、前記第２梁部を介して前記支持基板に支持されているとともに、前記可動電極部の変位に依存して、前記可動電極部との間隔が変動するように構成されており、
   前記第１梁部は、前記第１固定部を介して前記支持基板に固定されており、
   前記第２梁部は、前記第２固定部を介して前記支持基板に固定されており、
   前記第１固定部と前記第２固定部の間の距離は、前記第１固定部と前記固定電極部の間の距離よりも短く、
   前記可動電極部と前記固定電極部は、前記第３梁部を介して接続されており、
   前記第３梁部は、前記可動電極部の変位に依存して前記可動電極部と前記固定電極部の間隔が変動するように、前記第１方向のばね定数が小さく構成されているＭＥＭＳ構造体。
2. 前記固定電極部は、複数の固定電極板と、その複数の固定電極板を連結する固定電極板連結部を有しており、
   前記第２梁部が、前記固定電極板連結部に接続されている請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
3. ＭＥＭＳ構造体であって、
   支持基板と、変位部と、可動電極部と、固定電極部と、第１梁部と、第１固定部と、第２梁部と、第２固定部とを備えており、
   前記変位部は、前記第１梁部を介して前記支持基板に支持されているとともに、少なくとも第１方向に沿って前記支持基板に対して相対変位可能であり、
   前記可動電極部は、前記変位部に接続されているとともに、前記変位部の変位に依存して、少なくとも前記第１方向に沿って前記支持基板に対して相対変位可能であり、
   前記固定電極部は、前記第２梁部を介して前記支持基板に支持されているとともに、前記可動電極部の変位に依存して、前記可動電極部との間隔が変動するように構成されており、
   前記第１梁部は、前記第１固定部を介して前記支持基板に固定されており、
   前記第２梁部は、前記第２固定部を介して前記支持基板に固定されており、
   前記第１固定部と前記第２固定部の間の距離は、前記第１固定部と前記固定電極部の間の距離よりも短く、
   前記第１方向は、前記支持基板に対して垂直方向であり、
   前記固定電極部が形成されている層と前記支持基板が形成されている層が同一であり、
   前記固定電極部は、前記第１方向から観測したときに、一巡する分離溝によって前記支持基板から隔てられており、
   前記第２梁部は、前記第１方向から観測したときに、前記分離溝を越えて伸びているＭＥＭＳ構造体。
4. ＭＥＭＳ構造体であって、
   支持基板と、変位部と、可動電極部と、固定電極部と、第１梁部と、第１固定部と、第２梁部と、第２固定部と、第３梁部とを備えており、
   前記変位部は、前記第１梁部を介して前記支持基板に支持されているとともに、少なくとも第１方向に沿って前記支持基板に対して相対変位可能であり、
   前記可動電極部は、前記変位部に接続されているとともに、前記変位部の変位に依存して、少なくとも前記第１方向に沿って前記支持基板に対して相対変位可能であり、
   前記固定電極部は、前記第２梁部を介して前記支持基板に支持されているとともに、前記可動電極部の変位に依存して、前記可動電極部との間隔が変動するように構成されており、
   前記第１梁部は、前記第１固定部を介して前記支持基板に固定されており、
   前記第２梁部は、前記第２固定部を介して前記支持基板に固定されており、
   前記可動電極部と前記固定電極部は、前記第３梁部を介して接続されており、
   前記第３梁部は、前記可動電極部の変位に依存して前記可動電極部と前記固定電極部の間隔が変動するように、前記第１方向のばね定数が小さく構成されているＭＥＭＳ構造体。

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