JP5708222B2 - 力学量センサー - Google Patents

Description

本発明は、力学量センサーに関する。特に半導体力学量センサーに関する。

基板に形成されたアンカー（固定部）と、アンカーに接続され、曲線のみからなる渦巻き形状を有する可動ビーム（可動梁）と、可動ビームの先端に接続された可動電極と、可動電極の周囲に形成され基板に固定された固定電極とを有する加速度センサーが知られている（例えば、特許文献１参照。）。図１（ａ）は、このような従来技術に係る加速度センサーの上面図を示し、図１（ｂ）は、加速度センサーのＩ−Ｉ断面線における垂直断面図を示している。符号１１はアンカーであり、符号１２は可動ビームであり、符号１３は可動電極である。また、符号２１−２８は、固定電極である。また、符号３１は基板である。

このような加速度センサーに加速度が加わると、可動電極１３に力が加わることにより可動ビーム１２が変形し、可動電極１３と固定電極２１−２８のいずれかとが接触可能となる。可動電極１３と固定電極２１−２８のいずれかとが接触すると、可動電極１３は固定電極２１−２８のいずれかと導通し、アンカー１１から、可動ビーム１２および可動電極１３を介して、固定電極２１−２８のいずれかまでの電流経路が形成される。したがって、アンカー１１と固定電極２１−２８とに電圧を印加し、アンカー１１と固定電極２１−２８との間の電流を検出することにより、加速度が加わったことを検出することができる。

このような加速度センサーは、例えば、ガスの流量メータに内蔵され、地震の発生時にガスを止めたり、自動車に搭載され、衝突の際にエアクッションを動作させたりするために使用することができる。また、加速度センサーの可動電極１３が水平な状態から傾いた状態に変化したことを検出することもできる。

特開平１１−２４２０５２号公報

Ｂｒｉａｎ Ｐ． Ｏｃ’ｏｎｎｏｒ、"Ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇａｒａｐｈｉｃ Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｎ Ｄｕｃｔｉｌｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｍｏｖａｌ ｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ"、Ｍａｓｔｅｒ Ｔｈｅｓｉｓ、２００２年５月、Ｔｈｅ Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、Ｔｈｅ Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

従来技術に係る加速度センサーにおいては、大きな加速度が上下方向に加わると、可動１２ビームと可動電極１３とが上下方向に移動することとなる。これにより、図２（ａ）に示すように可動ビーム１２と可動電極１３とが基板３１と接触する場合がある。このため、可動ビーム１２と可動電極１３とのいずれかまたは両方が損傷する場合がある。また逆に、図２（ｂ）に示すように可動ビーム１２と可動電極１３とが上方に移動し、可動電極１３が固定電極２３に乗り上げてしまう場合がある。これにより、加速度センサーが正常に動作しなくなる場合がある。

従来技術に係る加速度センサーの上部に、基板などの構造物を設けて、可動ビーム１２および可動電極１３の変位を抑制することも行なわれているが、構造物との衝突により、可動ビーム１２と可動電極１３とのいずれかまたは両方が損傷するおそれがある。このため、可動ビーム１２自体の上方、下方への変位量を小さくするように設計する必要がある。

本発明は上記の実情のもとに想到されたものであり、可動ビームの上下方向の動きを抑制して、信頼性のより高い力学量センサーを得ることを目的とする。

本発明の一実施形態として、基板に固定されたアンカーおよび固定電極と、前記アンカーと前記固定電極との間において、前記基板から離れて形成され、前記固定電極と接触すると前記固定電極と導通する可動電極と、前記アンカーに一端が接続され、前記可動電極に他端が接続され、かつ前記基板から離れて形成され、複数の直線ビームを含むビームとを有し、前記アンカーと前記固定電極と前記可動電極と前記ビームとは、せん断弾性率が異方性を有する結晶面方位を主面とするシリコン単結晶により構成され、前記複数の直線ビームの長手方向は、せん断弾性率が最小値となる方向と異なっていることを特徴とする力学量センサーを提供する。

本発明によれば、直線ビームの長手方向を可動ビームの材料となる物質のせん断弾性率を考慮して設定する事によって、可動ビームの上下方向の動きを抑制することが可能となる。したがって、信頼性のより高い力学量センサーを提供することができる。

従来の加速度センサーの上面図と断面図 従来の加速度センサーの不具合を説明する図 本発明の一実施形態に係る力学量センサーの上面図 本発明の一実施形態に係る力学量センサーの断面図 直線ビームの撓みによる変形と捩れによる変形とを説明する図 シリコン単結晶のヤング率を示す図 シリコン単結晶のヤング率を示す図 シリコン単結晶のせん断弾性率を示す図 本発明の一実施形態に係る力学量センサーの上面図 本発明の一実施形態に係る力学量センサーの上面図 本発明の一実施形態に係る力学量センサーの上面図 本発明の一実施形態に係る力学量センサーの上面図 本発明の一実施形態に係る力学量センサーの上面図 本発明の一実施形態に係る力学量センサーの上面図 本発明の一実施形態に係る力学量センサーの上面図 本発明の一実施形態に係る力学量センサーのシミュレーションモデルの上面図 本発明の一実施形態に係る力学量センサーのシミュレーションモデルの上面図 従来の加速度センサーのシミュレーションモデルの上面図

以下、本発明を実施するための形態を説明する。なお、本発明は以下に説明する形態に限定されることはなく、種々変形を行なって実施することが可能である。また図面においては、上下、左右の縮尺を誇張して図示することにより、実際のものとは縮尺が異なる場合がある。

（実施形態１）
図３は、本発明の実施形態１に係る力学量センサーの上面図である。図３には、力学量センサーのアンカー３０１、可動電極３０２、アンカー３０１と可動電極３０２とを接続する４本のビーム、および固定電極３４１−３４８が示されている。図４は、図３のＩＩ−ＩＩ断面線における断面図である。図４には、基板１３１、アンカー３０１、固定電極３４１、３４４、直線ビーム（符号３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３１４で示されるものを含む）、および可動電極３０２が示されている。

図３を参照すると、アンカー３０１と可動電極３０２との間に、直線ビームとビーム接続部とにより構成されるビームが４本形成されている。４本のビームそれぞれは、ジグザグ形状に形成され、互いに略９０度の角をなして回転対称に形成されている。それぞれのビーム形状は九十九折り形状ということもできる。それぞれのビームの一端はアンカー３０１に接続され、他端は可動電極３０２に接続されている。アンカー３０１は略正方形であり、可動電極３０２は環状である。固定電極３４１−３４８は、可動電極３０２を取り囲んで配置されている。

図４を参照すると、アンカー３０１は基板１３１に固定されている。固定電極３４１、３４４も基板１３１に固定されている。他の固定電極３４２、３４３、３４６、３４７、３４８も基板１３１に固定されている。一方、４本のビーム（そのうちの１本のビームは、直線ビーム３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６を含む）および可動電極３０２は、基板１３１から離れている。可動電極７０２は、固定電極３４１−３４８と向き合い、対向している。

可動電極３０２に基板１３１と平行な力（図３の紙面に対して平行な方向の力）が加わると、ビームが変形することにより可動電極３０２が力の方向に向けて移動する。もし力の大きさが所定の大きさを超えると、可動電極３０２は、固定電極３４１−３４８のいずれか一以上と接触する。アンカー３０１、ビーム、可動電極３０２および固定電極３４１―３４８との材料を導電性とすると、アンカー３０１と固定電極３４１−３４８のいずれとの間にビームおよび可動電極３０２を介して電流経路ができる。電流経路の有無を検出することにより、可動電極３０２に所定の大きさを超えたという力学量を検出することができる。

４本のビームはそれぞれの形状が略同一であるので、そのうちの１本のビームについて図３および図４を参照して説明する。ビームは、アンカー接続部３０３と、直線ビーム３０４−３１６と、可動電極接続部３１７と、第１接続部３２１と、ビーム接続部３２２−３３３と、第２接続部３３４とを有する。

直線ビーム３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６は略平行に配置されている。直線ビーム３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６の順にアンカー３０１との距離が大きくなり、可動電極３０２との距離が小さくなっている。別の見方をすれば、直線ビーム３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６のそれぞれは、中心を同じとし、半径が異なる複数の同心円のいずれかに接するように配置されている。直線ビーム３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６のそれぞれと同心円との接点は略同一の直線上にある。また、この直線上にアンカー接続部３０３と可動電極接続部３１７とが配置されている。また、図３において、同心円の半径の大きさは略等差数列を形成しており、直線ビーム３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３１４の隣接する２つの直線ビームの間の距離は略等しい。ただし、本発明は、２つの直線ビームの間の距離が略等しいことに限定されるものではない。

アンカー接続部３０３の一端は、ビームの一端となる。アンカー接続部３０３の一端は、アンカー３０１に接続されている。アンカー接続部３０３の他端は、第１接続部３２１を介して、直線ビーム３０４の一端に接続されている。なお、アンカー接続部３０３が図３のように直線形状であれば、アンカー接続部３０３を直線ビームとすることができる。直線ビーム３０４の他端は、ビーム接続部３２２を介して、直線ビーム３０５の一端に接続されている。隣接する直線ビームは、対応するビーム接続部により接続されている。個々の接続関係については、その説明を省略する。直線ビーム３１６の他端は、第２接続部３３４を介して、可動電極接続部３１７の一端に接続されている。可動電極接続部３１７の他端は、可動電極３０２に接続されている。なお、可動電極接続部３１７が図３のように直線形状であれば、可動電極接続部３１７を直線ビームとすることができる。

一方、従来技術に係る加速度センサーのビームは、図１（ａ）に示すように曲線により構成された渦巻き形状であるため、以下に説明するシリコン単結晶の物性の異方性を利用して、可動ビームを設計することができなかった。

第１接続部３２１において、アンカー接続部３０３の他端と直線ビーム３０４の一端とが略垂直に接続されている。第２接続部３３４において、直線ビーム３１６の他端と可動電極接続部３１７の一端とが略垂直に接続されている。また、ビーム接続部３２２−３３３のそれぞれにおいて、隣接する直線ビームの一方の他端と他方の一端とが略垂直に接続されている。第１接続部３２１、ビーム接続部３２２−３３３および第２接続部３３４を順に見た場合、アンカー接続部３０３の他端から直線ビーム３０４の一端への方向、隣接する直線ビームの一方である長直線ビームの他端から他方である短直線ビームの一端への方向、および直線ビーム３１６の他端から可動電極接続部３１７の一端への方向は、右方および左方を交互に繰り返す。このため、本実施形態においては、ビームはジグザグ形状となっている。あるいはビームは九十九折り形状となっている。

図４に示すように、直線ビームの幅よりも直線ビームの高さを大きくすることにより、直線ビームが上下方向に撓む量を小さくすることができる。

なお、図３においては、アンカー３０１の形状は正方形であるが、アンカー３０１の形状は正方形に限定されることはなく、任意の形状とすることができる。例えば、楕円、あるいは、三角形、四角形などの多角形状とすることが可能である。また、図３においては１本のビームあたり１３本の直線ビームが示されているが、任意の本数の直線ビームを用いることができ、したがって、任意の数のビーム接続部を用いることができる。また、図３において、アンカー接続部３０３および可動電極接続部３１７は直線形状のビームとなっているが、曲線形状のビームであってもよい。

図３において、左下に方向αと方向βとが示されている。この方向αと方向βとは互いに直交する方向であり、図３の紙面に対して平行な方向である。本実施形態においては、シリコン単結晶の表面となる主面内における方向に応じてせん断弾性率が変化し、方向αと方向βはせん断弾性率が最小となる方向として指定されている。直線ビームの長手方向は、方向αと方向βと一致しないように設定される。主面（１００）面をとした場合には、後述するようにαは［１１０］であり、βはαと垂直な方向となる。なお、本発明ではビームを直線成分により構成することによって、従来の曲線状のビームに比べて方向αと方向βと一致しないように配置することが容易である。

主面内における方向に応じてヤング率が変化する場合には、せん断弾性率が最小となる方向を避けてヤング率が小さくなる方向を、直線ビームの長手方向とするとよい。なお、ここに、ヤング率はシリコン単結晶の主面に平行な方向におけるヤング率の値を意味し、せん断弾性率はシリコン単結晶の主面に垂直な方向のせん断弾性率の値をさす。

図５は、ヤング率およびせん断弾性率と直線ビームの左右の撓み量および捩れ量との関係を説明する図である。図５（ａ）では、説明のため一つの直線ビームを図示している。上述したように実際には複数の直線ビームがビーム接続部により接続されている。直線ビームの長手方向の長さをＬとし、上下方向の長さである高さをｔとし、長手方向と上下方向との両方に直交する方向の長さである幅をｗとする。このとき、複数の直線ビームをビームに対して水平方向に力Ｐが加わるとする。すると、各直線ビームは水平方向に変位するとともに、複数の直線ビームで構成されるビームでは捻れによって上下方向に変位する。長手方向の周りに加わるトルクをＴとする。このとき、直線ビームの水平方向の変位量ｕと捩れ量θとのそれぞれは、図５（ｂ）に示される式により計算される。ここに、Ｅは、水平方向（図５の紙面に対して左右の方向）のヤング率の値であり、Ｇは、上下方向（図５の紙面に対して上下の方向）のせん断弾性率である。

図５（ｂ）に示されるように、水平方向の変位量ｕと捩れ量θは、それぞれ、ヤング率Ｅとせん断弾性率Ｇとに反比例する。ビームの上下方向の変位に寄与する捻れ量θを小さくするには、せん断弾性率Ｇを大きい値とするとよい。さらに可動電極３０２の水平方向の変位量を確保しつつ、可動電極３０２の上下方向の変位量を小さくするには、ヤング率を小さくし、かつせん断弾性率を大きくなるようにするとよい。

図６は、非特許文献１のＦｉｇｕｒｅ２．７の引用である。シリコンの結晶格子における面方向［１００］、［０１０］および［００１］を、３つの直交する座標軸に対応させ、ヤング率の大きさを原点からの距離により示すグラフである。

面方向［１００］、［０１０］および［００１］ならびにその逆方向においてヤング率が最小になっている。よって、直線ビームの長手方向を［１００］、［０１０］および［００１］ならびにその逆方向と平行となる形成した場合は、ビームの水平方向の変形量を最も大きくすることができる。

図７は、主面の結晶面方位が（１００）であるシリコン単結晶のヤング率の大きさを表すグラフである。このグラフは、図６に示す立体を、原点と面方向［１００］および［０１０］とを含む平面で切断した断面に対応している。

図８は、主面の結晶面方位が（１００）であるシリコン単結晶のせん断弾性率の大きさのグラフを示す。図８によれば、面方向［１００］および［０１０］ならびにその逆方向において、せん断弾性率が最大となることがわかる。

主面の結晶面方位が（１００）であるシリコン単結晶を用いる場合には、直線ビームの長手方向は、面方向［１００］または［０１０］に一致するように設定することが好ましい。結晶面方位が（１００）であるシリコンウェーハの場合において、劈開面の方向は［１１０］に沿う。また、結晶面方位が（１００）であるシリコンウェーハでは、劈開面の方向［１１０］はせん断弾性率が最大となる方向と４５度の角度をなし、かつせん断弾性率が最小となる方向と一致する。直線ビームを劈開面の方向［１１０］に一致させないようにすることで、劈開による破損を抑制しつつ上下方向への変位を抑制することができる。劈開による破損を抑制する観点から、［１１０］に対して３度〜８７度の範囲にある方向に直線ビームの長手方向を設定するのが好ましい。直線ビームの長手方向をヤング率が最小となり、かつせん断弾性率が最大となる方向である面方向［１００］および［０１０］と同じにするのがさらに好ましい。

なお、シリコンウェーハなどのシリコン単結晶の主面内においてヤング率とせん断弾性率とのいずれか又は両方が異方性を備えるのは、（１００）である場合に限定されず、例えば（１１０）である場合も知られている。

本実施形態に係る力学量センサーの製造方法は次の通りである。少なくとも上面が絶縁性である基板上に、シリコンの膜を配置する。例えば、シリコンウェーハをシリコンの膜として基板上に貼り合わせたり、シリコン単結晶を形成したりする。また、基板は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であってもよく、ＳＯＩ基板の活性層を、ここでいうシリコンの膜とすることができる。

このシリコンの膜を上方からエッチングを行なうことにより、シリコンの膜を固定電極３４１−３４８、アンカー３０１、ビームおよび可動電極３０２の形状とする。その後、シリコンの膜の横方向からサイドエッチングを行ない、ビームおよび可動電極３０２を基板より切り離し、図３および図４に示す構造を得ることができる。

（シミュレーションの結果）
本実施形態に係る力学量センサーについて、アンカー３０１および可動電極３０２の形状および大きさを一定とし、長直線ビーム間の距離、直線ビームの厚さ、直線ビームの幅、シリコンの膜の上面の結晶面方位、ビームの本数、直線ビームが、結晶面方位が（１００）であるシリコンウェーハの劈開面（１１０）となす角のそれぞれを変化させた場合について、水平方向に１Ｇの加速度を加えたときにおける可動電極の水平方向の変位量と上下方向に１Ｇの加速度を加えたときにおける可動電極の上下方向の変位量とを、有限要素法によるシミュレーションによって求めた。水平方向とは、図３の紙面に対して水平な方向であり、図４の紙面に対して左右の方向であり、上下方向とは、図３の紙面に対して垂直な方向であり、図４の紙面に対して上下の方向である。

長直線ビーム間の距離は、５０μｍ、１００μｍ、または１５０μｍと変化させた。直線ビームの厚さは、５０μｍ、１００μｍ、または１５０μｍと変化させた。直線ビームの幅は、５μｍ、１０μｍ、または１５μｍと変化させた。ビームの本数は、２本または４本と変化させた。シリコンの膜の上面の結晶面方位は、（１００）面、（１１０）面、または（１１１）面と変化させた。直線ビームが劈開面となす角は、０度、３０度、１５度、または４５度と変化させた。

（長直線ビーム間の距離を変化させた場合の可動電極の変位量について）
直線ビームの厚さを５０μｍ、直線ビームの幅を５μｍ、シリコンの膜の上面の結晶面方位を（１００）面、ビーム本数を４、直線ビームが結晶面となす角を４５度と固定し、長直線ビーム間の距離を５０μｍ、１００μｍ、または１５０μｍと変化させた場合の可動電極の変位量は表１の通りとなった。
ここに、「変位量の比」とは、水平方向変位量に対する垂直方向変位量の比である（以下においても同じ。）。変位量の比が小さいほど、水平方向変位量に対する垂直方向変位量が小さくなることとなる。したがって、ビームの水平方向の移動量に比較して垂直方向の移動量が小さいことを示す。したがって、変位量の比が小さいほど、本発明の課題の解決のためには、好ましいこととなる。

表１によれば、長直線ビーム間の距離が小さくなるほど、変位量の比が小さくなる。したがって、長直線ビーム間距離は小さいのが好ましい。ただし、長直線ビーム間距離が５０μｍより小さくなると、シリコンの膜を上方からエッチングする際に、長直線ビームを形成することが困難となると考えられる。したがって、長直線ビーム間の距離は、５０μｍ以上、１５０μｍ以下が好ましい。より好ましくは５０μｍ以上、１００μｍ以下とするとよい。

（直線ビームの厚さを変化させた場合の可動電極の変位量について）
長直線ビーム間の距離を１００μｍ、シリコンの膜の上面の結晶面方位を（１００）メイン、ビーム本数を４、直線ビームが劈開面となす角を４５度と固定し、直線ビームの厚さを５０μｍ、１００μｍ、または１５０μｍと変化させた場合の可動電極の変位量は表２の通りとなった。

表２によれば、直線ビームの厚さが大きくなるほど、変位量の比が小さくなる。したがて、直線ビームの厚さは大きいのが好ましい。ただし、直線ビームの厚さが１５０μｍより大きくなると、シリコンの膜を上方からエッチングする際のアスペクト比が大きくなり、直線ビームを形成することが困難となると考えられる。したがって、直線ビームの厚さは、５０μｍ以上、１５０μｍ以下が好ましい。より好ましくは１００μｍ以上、１５０μｍ以下とするとよい。

（直線ビーム幅を変化させた場合の可動電極の変位量について）
長直線ビーム間距離を１００μｍ、直線ビームの厚さを５０μｍ、シリコンの膜の上面の結晶面方位を（１００）面、ビーム本数を４、直線ビームが劈開面となす角を４５度と固定し、直線ビームの幅を５μｍ、１０μｍ、または１５μｍと変化させた場合の可動電極の変位量は表３の通りとなった。

表３によれば、直線ビームの幅が小さくなるほど、変位量の比が小さくなる。したがって、直線ビームの幅は小さいのが好ましい。ただし、直線ビームの幅が５μｍより小さくなると、シリコンの膜を上方からのエッチングが困難となると考えられる。したがって、直線ビームの幅は、５μｍ以上、１０μｍ以下が好ましい。

（シリコンの膜の上面の結晶の面方位を変化させた場合の可動電極の変位量について）
長直線ビーム間距離を１００μｍ、直線ビームの厚さを５０μｍ、直線ビームの幅を５μｍ、ビーム本数を４、直線ビームが劈開面となす角を４５度と固定し、シリコンの膜の上面の結晶の面方位を（１００）面、（１１０）面、または（１１１）面と変化させた場合の可動電極の変位量は表４の通りとなった。

表４によれば、面方位は（１００）面が好ましく、次に（１１０）面が好ましいこととなった。面方位（１１１）面が変位量の比が最も大きくなるのは、面方位（１００）面、（１１０）面、（１１１）面の中では、ヤング率（主面に平行な方向におけるヤング率）が最も大きく、せん断弾性率（主面に垂直な方向のせん断弾性率）が最も小さいからである。また、面方位（１１１）面はそれぞれの異方性はないため、どの角度（劈開面となす角度）に直線ビームを形成しても変位量の比は小さくならない。

（ビーム本数を変化させた場合の可動電極の変位量について）
長直線ビーム間距離を１００μｍ、直線ビームの厚さを５０μｍ、直線ビームの幅を５μｍ、シリコンの膜の上面の結晶の面方位を（１００）面、直線ビームが劈開面となす角を４５度と固定し、ビーム本数を２または４と変化させた場合の可動電極の変位量は表５の通りとなった。ビーム本数が２本の場合には、２本のビームは略１８０°の角をなすようにした。

表５によれば、ビーム本数が少ないほど、変位量の比が小さくなる。したがって、ビーム本数は少ないのが好ましい。ただし、ビーム本数が２の場合には、ビームと９０度の角をなす方向における可動電極の傾きを抑制することが困難であると考えられるので、ビーム本数は３または４が好ましいと考えられる。

（直線ビームが劈開面となす角を変化させた場合の可動電極の変位量について）
長直線ビーム間距離を１００μｍ、直線ビームの厚さを５０μｍ、直線ビームの幅を５μｍ、シリコンの膜の上面の結晶面方位を（１００）面、ビーム本数を４、直線ビームが劈開面となす角を０度、１５度、３０度、４５度と変化させた場合の可動電極の変位量は表６の通りとなった。

表６によれば、直線ビームが劈開面となす角が４５度に近づくほど、変位量の比が小さくなる。したがって、直線ビームが劈開面となす角は４５度であることが好ましい。

（まとめ）
以上のシミュレーションの結果をまとめると、長直線ビーム間距離は小さいのが好ましく（例えば５０μｍ以上１５０μｍ以下）、直線ビームの厚さは大きいのが好ましく（例えば１００μｍ以上１５０μｍ以下）、直線ビームの幅は小さいのが好ましく（例えば５μｍ以上１０μｍ以下）、シリコンの膜の上面の結晶方位は（１００）面が好ましく、ビーム本数は３または４が好ましく、直線ビームが劈開面となす角は４５度であることが好ましい。

（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２に係る力学量センサーの上面図である。本実施形態に係る力学量センサーのアンカー９０１、可動電極９０２、アンカー９０１と可動電極９０２とを接続するビーム、および固定電極９２１−９２８を有する。アンカー９０１と可動電極９０２との間に、直線ビームとビーム接続部とにより構成されるビームが４本形成されている。４本のビームそれぞれは、同じ向きに巻いている渦巻き形状に形成されている。それぞれのビームの一端はアンカー９０１に接続され、他端は可動電極９０２に接続されている。アンカー９０１は略正方形であり、可動電極９０２は環状の形状となっている。固定電極９２１−９２８は、可動電極９０２を取り囲んで配置されている。本実施形態と、実施形態１との違いは、本実施形態においては、ビームの形状が渦巻き形状となっている点である。アンカー９０１および固定電極９２１−９２８が基板に固定され、ビームおよび可動電極９０２が基板から離れている点、可動電極９０２が固定電極９２１−９２８と向き合い、対向している点は実施形態１と同じである。そこで、実施形態１と同じ点についての説明は以下、省略する。

４本のビームは形状が略同一なので、そのうちの一本のビームについて説明する。ビームは、アンカー接続部９０３と、直線ビーム９０４−９０７と、接続部９０８、ビーム接続部９０９―９１１とを有する。

直線ビーム９０４−９０７は隣接する直線ビームが互いにビーム接続部９０９−９１１のいずれかを介して略垂直に配置されている。直線ビーム９０４、９０５、９０６、９０７の順にアンカー９０１との距離が大きくなり、可動電極９０２との距離が小さくなっている。別の見方をすれば、直線ビーム９０４、９０５、９０６、９０７のそれぞれは中心を同じとし、半径が異なる複数の同心円のいずれかに接している。同心円の中心と、直線ビーム９０４、９０５、９０６、９０７のそれぞれと同心円との接点と、を結ぶ線分は、直線ビームの同心円との接点を結ぶ隣接する線分が略垂直となっている。

アンカー接続部９０３の一端は、ビームの一端となる。アンカー接続部９０３の他端は、接続部９０８を介して、直線ビーム９０４の一端に接続されている。直線ビーム９０４の他端は、ビーム接続部９０９を介して、直線ビーム９０５の一端に接続されている。直線ビーム９０５の他端は、ビーム接続部９１０を介して、直線ビーム９０６の一端に接続されている。直線ビーム９０６の他端は、ビーム接続部９１１を介して、直線ビーム９０７の一端に接続されている。直線ビーム９０７の他端は、ビームの他端となる。直線ビーム９０７の他端は、可動電極９０２に接続されている。

接続部９０８において、アンカー接続部９０３の他端と直線ビーム９０４の一端とが略垂直に接続されている。ビーム接続部９０９−９１１のそれぞれにおいて、隣接する直線ビームの一方の他端と他方の一端とが略垂直に接続されている。接続部９０８、ビーム接続部９０９、９１０、９１１を順にたどる場合、アンカー接続部９０３の他端から直線ビーム９０４の一端への方向、隣接する直線ビームの一方の他端から他方の一端への方向は、右方のみである。このため、本実施形態においては、ビームは渦巻き形状となっている。なお、接続部９０８、ビーム接続部９０９、９１０、９１１を順にたどる場合、アンカー接続部９０３の他端から直線ビーム９０４の一端への方向、隣接する直線ビームの一方の他端から他方の一端への方向が左方のみであってもよい。

（シミュレーションの結果）
本実施形態に係る力学量センサーについて、アンカー９０１および可動電極９０２の形状および大きさを一定とし、平行に隣接する直線ビーム間の距離、直線ビームの厚さ、直線ビームの幅、シリコンの膜の上面の結晶面方位、ビームの本数、直線ビームが劈開面となす角のそれぞれを変化させた場合について、水平方向に１Ｇの加速度を加えたときにおける可動電極の水平方向の変位量と上下方向に１Ｇの加速度を加えたときにおける可動電極の上下方向の変位量とを、実施形態１と同様の有限要素法によるシミュレーションによって求めた。

平行に隣接する直線ビーム間の距離は、１００μｍ、２００μｍ、または３００μｍと変化させた。直線ビームの厚さは、５０μｍ、１００μｍ、または１５０μｍと変化させた。直線ビームの幅は、５μｍ、１０μｍ、または１５μｍと変化させた。ビームの本数は、２本または４本と変化させた。シリコンの膜の上面の結晶面方位は、（１００）面、（１１０）面、または（１１１）面と変化させた。直線ビームが劈開面となす角は、０度、１５度、１５度または４５度と変化させた。

（直線ビーム間距離を変化させた場合の可動電極の変位量について）
直線ビームの厚さを５０μｍ、直線ビームの幅を５μｍ、シリコンの膜の上面の結晶面方位を（１００）面、ビーム本数を４、直線ビームが劈開面となす角を４５度と固定し、隣接する平行な直線ビーム間の距離を１００μｍ、２００μｍまたは３００μｍと変化させた場合の可動電極の変位量は表７の通りとなった。

表７によれば、隣接する平行な直線ビーム間の距離が大きくなるほど、変位量の比が小さくなる。したがって、隣接する平行な直線ビーム間の距離は大きいのが好ましい。ただし、隣接する平行な直線ビーム間の距離が３００μｍになると、水平方向変位量が極端に小さくなり、物理量センサーの感度が低下すると考えられる。したがって、隣接する平行な直線ビーム間の距離は、１００μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。

（直線ビームの厚さを変化させた場合の可動電極の変位量について）
直線ビーム間距離を２００μｍ、シリコンの膜の上面の結晶面方位を（１００）面、ビーム本数を４、直線ビームが劈開面となす角を４５度と固定し、直線ビームの厚さを５０μｍ、１００μｍ、または１５０μｍと変化させた場合の可動電極の変位量は表８の通りとなった。

表８によれば、直線ビームの厚さが大きくなるほど、変位量の比が小さくなる。したがって、直線ビームの厚さは大きいのが好ましい。ただし、直線ビームの厚さが１５０μｍより大きくなると、シリコンの膜の上面からのエッチングのアスペクト比が大きくなり、エッチングが困難となると考えられる。したがって、直線ビームの厚さは１５０μｍ以下が好ましい。

（直線ビームの幅を変化させた場合の可動電極の変位量について）
隣接する平行な直線ビーム間距離を２００μｍ、直線ビームの厚さを５０μｍ、シリコンの膜の上面の結晶の面方位を（１００）面、ビーム本数を４、直線ビームが劈開面となす角を４５度と固定し、直線ビーム間の幅を５μｍ、１０μｍ、または１５μｍと変化させた場合の可動電極の変位量は表９の通りとなった。

表９によれば、直線ビームの幅が小さくなるほど、変位量の比が小さくなる。したがって、直線ビームの幅は小さいのが好ましい。ただし、直線ビームの幅が５μｍより小さくなると、エッチングが困難となると考えられる。したがって直線ビームの幅は５μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。

（シリコンの膜の上面の結晶面方位を変化させた場合の可動電極の変位量について）
隣接する平行な直線ビーム間距離を２００μｍ、直線ビームの厚さを５０μｍ、直線ビーム間の幅を５μｍ、ビーム本数を４、直線ビームが劈開面となす角を４５度と固定し、シリコンの膜の上面の結晶面方位を（１００）面、（１１０）面、または（１１１）面と変化させた場合の可動電極の変位量は表１０の通りとなった。

表１０によれば、面方位は（１００）面が好ましく、次に（１１０）面が好ましいこととなった。面方位（１１１）面が変位量の比が最も大きくなるのは、上述したように、面方位（１００）面、（１１０）面、（１１１）面の中では、ヤング率が最も大きく、せん断弾性率が最も小さいからである。また、面方位（１１１）面はそれぞれの異方性はなく、どの角度に直線ビームを形成しても変位量の比が小さくならない。

（ビーム本数を変化させた場合の可動電極の変位量について）
隣接する平行な直線ビーム間距離を２００μｍ、直線ビームの厚さを５０μｍ、直線ビーム間の幅を５μｍ、シリコンの膜の上面の結晶面方位を（１００）面、直線ビームが劈開面となす角を４５度と固定し、ビーム本数を２または４と変化させた場合の可動電極の変位量は表１１の通りとなった。

表１１によれば、ビーム本数が大きいほど、変位量の比が小さくなる。したがって、ビーム本数は大きいのが好ましく、例えば、４本とするのがよい。

（直線ビームが劈開面となす角を変化させた場合の可動電極の変位量について）
隣接する平行な直線ビーム間距離を２００μｍ、直線ビームの厚さを５０μｍ、直線ビーム間の幅を５μｍ、シリコンの膜の上面の結晶面方位を（１００）面、ビーム本数を４、直線ビームが劈開面となす角を０度、１５度、３０度または４５度と変化させた場合の可動電極の変位量は表１２の通りとなった。

表１２によれば、直線ビームが劈開面となす角が４５度に近いほど、変位量の比が小さくなる。したがって、直線ビームが劈開面となす角は４５度であることが好ましい。

（まとめ）
以上のシミュレーションの結果をまとめると、ビーム間距離は大きいのが好ましく（例えば１００μｍ以上２００μｍ以下）、直線ビームの厚さは大きいのが好ましく（例えば１００μｍ以上１５０μｍ以下）、直線ビームの幅は小さいのが好ましく（例えば５μｍ以上１０μｍ以下）、シリコンの膜の上面の結晶の面方位は（１００）面が好ましく、ビーム本数は４以上が好ましく、直線ビームが劈開面となす角は４５度であることが好ましい。

なお、実施形態１および実施形態２において、隣接する直線ビームが互いに垂直に接続されているので、直線ビーム方向は２つである。このため、水平方向の変位を求める際に、直線ビームの方向によって変位量が異なるようにも思える。しかし、直線ビームの方向に対して、０度、１５度、３０度の方向に力を加えるシミュレーションを行なったが、水平方向の移動量は０．１０７％の違いが生じるだけであった。したがって、水平方向の可動電極の変位には異方性はないと考えられる。

また、直線ビームが劈開面となす角は、４５度に限定されることはない。シミュレーションの結果として掲載しなかったが、直線ビームが劈開面となす角が３度以上８７度以上あれば実用上問題ないと考えられる結果が得られた。

（種々の変形例）
以下、上述した本発明の実施形態に係る力学量センサーの変形例を説明する。

図１０は、第１の変形例に係る力学量センサーのアンカー１００１、ビーム、可動電極１００２および固定電極１０４１−１０４８の上面図である。図１０には、実施形態１のように、アンカーと可動電極との間に、直線ビームとビーム接続部とにより構成されるジグザグ形状あるいは九十九折り形状のビームが４本示されている。

図１０には、４本のビームのうち、１本のビームの各部分についてアンカー接続部として符号１００３を付し、接続部として符号１０２１を付し、直線ビームとして符号１００４−１０１７を付し、ビーム接続部として１０２２−１０３４を付した。これらの接続関係は、実施形態１と同様なので説明を省略する。

なお、図１０において直線ビームの長手方向は上下方向、左右方向と一致しているが、これは本変形例の特徴を見やすくするなどのためであり、図１０の下部に示されるように例えば、αとβとが［１００］と［０１０］とである場合に、直線ビームの長手方向は、αとβと異なり、ヤング率とせん断弾性率とのいずれかまたは両方が大きくなる方向となっている（第２の変形例、第４の変形例、第５の変形例、第６の変形例においても同様である）。

本変形例では、可動電極１００２の形状が実施形態１と異なり、ビームが配置される部分において可動電極１００２が一部切り欠かれた凸部分１０３５、１０３６の間にビームが配置されていることが特徴の一つとなっている。これにより、可動電極の質量を大きくすることができ、小さな加速度でも可動電極大きな変位を生じさせることができ、力学量センサーの感度を上げることができる。

特に、本変形例では、直線ビーム１００６、１００８、１０１０、１０１２、１０１４の長さは略同一となり、直線ビーム１００５、１００９、１０１３が略同一直線の上に配置され、直線ビーム１００７、１０１１、１０１５も別の略同一直線の上に配置されている。これにより、ビーム接続部１００３から直線ビーム１０１６までのビームを挟む可動電極の内側の凸部分１０３６、１０３５の大きさを大きくすることができ、可動電極の質量を大きくすることができる。これにより小さな加速度でも可動電極に大きな変位を生じさせることができ、力学量センサーの感度を上げることができる。

図１１は、第２の変形例に係る力学量センサーのアンカー１１０１、ビーム、可動電極１１０２および固定電極１１４１−１１４８の上面図である。図１１には、実施形態１に示したように、アンカー１１０１と可動電極１１０２との間に、直線ビームとビーム接続部とにより構成されるジグザグ形状あるいは九十九折り形状のビームが４本示されている。本変形例では、可動電極１１０２は、略正方形に略円形の開口が設けられ、開口の部分にビームが配置されている。開口は略円形である必要はなく、略正方形などの矩形であってもよいし、任意の形状とすることもできる。

図１１には、４本のビームのうち、１本のビームの各部分についてアンカー接続部として符号１１０３を付し、接続部として符号１１２１を付し、直線ビームとして符号１１０４−１１１５を付し、ビーム接続部として１１２２−１１３２を付した。これらの接続関係は、実施形態１と同様なので説明を省略する。

本変形例では、可動電極は円環形状ではなく、矩形状、特に正方形の形状となっている。これにより、可動電極が固定電極に接触した場合の接触面積を大きくすることができ、物理量の検出をより確実に行なうことができる。ビームは、ジグザグ形状あるいは九十九折り形状の代わりに、図６に示すように、渦巻き形状とすることもできる。

また、本変形例では、可動電極は円環形状ではなく、矩形状となっているので、図１０のように、可動電極の内部に凸形状の部分を設けなくても、可動電極の質量を大きくすることが可能となる。

図１２は、第３の変形例に係る力学量センサーのアンカー１２０１、ビーム、可動電極１２０２および固定電極１２３１−１２３８の上面図である。図１２には、アンカー１２０１と可動電極１２０２との間に、直線ビームとビーム接続部とにより構成されるジグザグ形状あるいは九十九折り形状のビームが４本示されている。

４本のビームは形状が略同一であるので、そのうちの１本のビームについて説明する。ビームは、直線ビーム１２０３−１２１１とビーム接続部１２２１−１２２８とを有する。直線ビーム１２０３の一端はアンカー１２０１に接続され、他端はビーム接続部１２０３により、鋭角をなして直線ビーム１２０４の一端に接続されている。直線ビーム１２０４の他端はビーム接続部１２２２により、鋭角をなして直線ビーム１２０５の一端に接続されている。直線ビーム１２０５の他端はビーム接続部１２２３により鋭角をなして直線ビーム１２０６の一端に接続されている。直線ビーム１２０６の他端は、ビーム接続部１２２４により鋭角をなして直線ビーム１２０７の一端に接続されている。直線ビーム１２０７の他端は、ビーム接続部１２２５により鋭角をなして直線ビーム１２０８の一端に接続されている。直線ビーム１２０８の他端は、ビーム接続部１２２６により鋭角をなして直線ビーム１２０９の一端に接続されている。直線ビーム１２０９の他端は、ビーム接続部１２２７により鋭角をなして直線ビーム１２１０の一端に接続されている。直線ビーム１２１０の他端はビーム接続部１２２８により直線ビーム１２１１の一端に接続されている。直線ビーム１２１１の他端は可動電極１２０２に接続されている。

ビーム接続部１２２１、１２２２、１２２３、１２２４、１２２５、１２２６、１２２７、１２２８を順に見た場合、隣接する直線ビームの一方の他端から他方の一端への方向は、右方および左方を交互に繰り返す。このため、本変形例においては、ビームはジグザグ形状あるいは九十九折り形状となっている。

別の見方をすれば、アンカー１２０１との距離が大きくなるにしたがって、直線ビーム１２０３−１２１１の長さが大きくなっている。アンカー１２０１から離れるにしたがってより長い直線ビームを配置するスペースが得られるので、水平方向への変位が大きいビームが得られる。

本変形例では、上述の実施形態、変形例と異なり、隣接する直線ビームが略垂直に接続されていない。これにより、直線ビームの本数を減らすことができる。

図１３は、第４の変形例に係る力学量センサーのアンカー１３０１、ビーム、可動電極１３０２および固定電極１３２１−１３２８の上面図である。図１３には、アンカー１３０１と可動電極１３０２との間に、直線ビームとビーム接続部とにより構成されるジグザグ形状あるいは九十九折り状の形状のビームが４本示されている。

４本のビームは形状が略同一であるので、そのうちの１本のビームについて説明する。ビームは、アンカー接続部１３０３と、第１接続部１３１１と、直線ビーム１３０４−１３０８と、第２接続部１３１６と、可動電極接続部１３０９と、ビーム接続部１３１２−１３１５とを有する。アンカー接続部１３０３の一端はアンカー１３０１に接続され、他端は、第１接続部１３１１を介して直線ビーム１３０４の一端に接続されている。直線ビーム１３０４の他端はビーム接続部１３１２を介して直線ビーム１３０５の一端に接続されている。直線ビーム１３０５の他端は、ビーム接続部１３１３を介して直線ビーム１３０６の一端に接続されている。直線ビーム１３０６の他端は、ビーム接続部１３１４を介して直線ビーム１３０７の一端に接続されている。直線ビーム１３０７の他端は、ビーム接続部１３１５を介して直線ビーム１３０８の一端に接続されている。直線ビーム１３０８の他端は、第２接続部１３１６を介して可動電極接続部１３０９の一端に接続されている。可動電極接続部１３０９の他端は可動電極１３０２に接続されている。

本変形例では、直線ビーム１３０４、１３０５、１３０６、１３０７、１３０８の順にアンカー１３０１との距離が大きくなり、可動電極１３０２との距離が小さくなる。別の見方をすれば、直線ビーム１３０４、１３０５、１３０６、１３０７、１３０８は、実施形態１と同様に、中心が同じであり半径が異なる複数の同心円のいずれかに接する。また、直線ビーム１３０４、１３０５、１３０６、１３０７、１３０８と同心円のいずれかとの接点は同一の直線上にある。

実施形態１と本変形例との違いは、ビーム接続部１３１２−１３１５が、中心角が略１８０度の円弧の形状となっている点である。これにより、ビーム接続部が接続する直線ビームは略平行となっている。ただし、本変形例において、ビーム接続部の形状は、中心角が略１８０度の円弧の形状に限られることはなく、例えば中心角は１８０度より小さくてもよい。また、円弧である必要はなく、放物線などの任意の曲線とすることができる。

また、第１接続部１３１１、第２接続部１３１６は円弧や曲線の形状となっていてもよい。

本変形例では、曲線形状のビーム接続部が用いられていることにより、ビームが変形した際にビーム接続部に加わる応力を分散させることができ、ビームの破損を防止することができる。

図１４は、第５の変形例に係る力学量センサーのアンカー１４０１、ビーム、可動電極１４０２および固定電極１４２１−１４２８の上面図である。図１４には、実施形態１と同様に、アンカー１４０１と可動電極１４０２との間に、直線ビームとビーム接続部とにより構成されるジグザグ形状あるいは九十九折り形状のビームが４本示されている。

図１４においては、４本のビームのうち、１本のビームの各部分についてアンカー接続部として符号１４０３、直線ビームとして符号１４０５−１４１３、接続部として符号１４２１、ビーム接続部として符号１４２２−１４３０を付した。これらの接続関係は、実施形態１と同様なので説明を省略する。

本変形例では、実施形態１として説明した内容と異なり、直線ビーム１４０５−１４１３の幅が異なり、アンカー１４０１に近い直線ビームほど幅が大きくなっている。これにより、ビームが変形した際に、アンカーとビームとが接続されている部分に加わる応力による破損を防止することができる。同様に、可動電極に近い部分の幅をアンカーに近い部分よりも大きくすることにより、可動電極とビームとが接続されている部分に加わる応力による破損を防止することができる。また、アンカーと可動電極との中間の位置の幅を、アンカーまたは可動電極に近い位置の幅よりも小さくすることもできる。これにより、力学量センサーの感度を調整することができる。

図１５は、第６の変形例に係る物理量センサーのアンカー１５０１、ビーム、可動電極１５１１−１５１８の上面図である。図１５においては、実施形態２と同様に、アンカーと可動電極との間に、直線ビームとビーム接続部とにより構成される渦巻き形状のビームが４本示されている。

本変形例では、隣接する平行な直線ビーム間の距離が一様ではない。すなわち、間隔１５０２、間隔１５０３、間隔１５０４の順序で大きさが小さくなっている。このようにビーム間の距離を変化させることにより、ビームの変形量を制御し、力学量センサーの感度を調整することができる。

以上、本発明の一実施形態の変形例をいくつか説明したが、本発明は、これらの変形例に限定されることはなく、これらの変形例をさらに変形して実施することもできる。また、複数の変形例の特徴を組み合わせて実施することもできる。例えば、アンカーの形状は正三角形、正方形、正六角形である必要はない。また、可動電極が環状の形状となっていること、ビームが３〜６本であること、固定電極が８個である必要はなく、種々に変形することができる。

また、本発明の実施形態、変形例に係る力学量センサーは、傾き等を検知することができ、種々の力学量を検出することが可能である。

（直線ビームを用いる場合と曲線のビームを用いる場合との比較）
本発明の一実施形態においては、直線ビームを用いている。直線ビームを用いることにより、ヤング率、せん断弾性係数が大きくなる方向に直線ビームを配置することができる。一方、図１に示す従来技術に係る加速度センサーでは曲線のビームが用いられるので、ヤング率、せん断弾性係数の異方性を利用することができない。以下では、直線ビームを用いる場合と曲線のビームを用いる場合との比較をするために、シミュレーションを行なった結果について説明する。

図１６は、本発明の実施形態に係る第１のモデル（実施形態２に対応）のアンカー、ビームおよび可動電極の上面図であり、図１７は、本発明の実施形態に係る第２のモデル（実施形態１に対応）のアンカー、ビームおよび可動電極の上面図であり、図１８は、従来技術に係る第３のモデルのアンカー、ビームおよび可動電極の上面図である。

第１〜３のモデルに共通なパラメータは次の通りである。アンカー、ビームおよび可動電極は、厚さが５０μｍのシリコンであり、ビームの幅は１５μｍである。また、可動電極は、外周の形状が、半径Ｒが１６８５μｍとなる円である。これをまとめると表１３のようになる。

第１のモデルにおいて、可動電極は、一辺の長さＬが２２００μｍの正方形の開口を有し、アンカーは、一辺の長さＳが４００μｍの正方形の形状をしている。また、ビームを４本形成し、それぞれのビームは直線形状のアンカー接続部と４本の直線ビームを有し、アンカー接続部および４本の直線ビームの隣接するものは略９０度の角をなし、ビーム全体は渦巻き形状となっている。また、隣接する平行な直線ビーム間の距離Ｄは２００μｍである。また、直線ビームは、劈開面に対して４５度をなしている。

第２のモデルにおいて、可動電極は、半径Ｌ／２が１３８５μｍの開口を有し、アンカーは、一辺の長さＳが４００μｍの正方形の形状をしている。また、ビームを４本形成し、直線ビームのうち、長直線ビーム間の距離Ｄは１００μｍである。また、直線ビームは、劈開面に対して４５度をなしている。

第３のモデルにおいて、可動電極は、半径Ｌ／２が１３８５μｍの開口を有し、アンカーは、半径が７００μｍの円形状を有している。また、ビームは１本の渦巻き形状であり、ビーム間の距離Ｄが１４０μｍとなる渦巻き形状である。

以上説明した第１のモデル、第２のモデル、第３のモデルのパラメータを示すと表１４のようになる（表１３に示したものを除く）。

以上のモデルに対して、一辺の長さの平均が１０μｍの三角錐を用いた有限要素法により、水平方向と垂直方向とのそれぞれに１Ｇの加速度を加えた場合の、可動電極の変位量を計算した。その結果は、以下に示す表１５となった。

表１５に示されるように、直線ビームを有する第１のモデルおよび第２のモデルのいずれにおいても、従来の曲線のビームのみを有する第３のモデルよりも、変動量の比は小さくなっている。すなわち、本発明の実施形態に係る力学量センサーにおいては、水平方向に対する垂直方向の変位量は、従来技術に係る加速度センサーよりも相対的に小さくなり、課題が解決されることがわかる。

３０１ アンカー
３４１−３４８ 固定電極
３０２ 可動電極
３０５−３１６ 直線ビーム
３２３−３３３ ビーム接続部

Claims (7)

1. 基板に固定されたアンカーおよび固定電極と、
   前記アンカーと前記固定電極との間において、前記基板から離れて形成され、前記固定電極と接触すると前記固定電極と導通する可動電極と、
   前記アンカーに一端が接続され、前記可動電極に他端が接続され、かつ前記基板から離れて形成され、複数の直線ビームを含むビームとを有し、
   前記アンカーと前記固定電極と前記可動電極と前記ビームとは、せん断弾性率が異方性を有する結晶面方位を主面とするシリコン単結晶により構成され、前記複数の直線ビームの長手方向は、せん断弾性率が最小値となる方向と異なっていることを特徴とする力学量センサー。
2. 前記主面の結晶面方位は、（１００）面または（１１０）面であることを特徴とする請求項１に記載の力学量センサー。
3. 前記複数の直線ビームの長手方向は、前記シリコン単結晶の劈開面に対して３度以上８７度以下の角度を成すことを特徴とする請求項１または２に記載の力学量センサー。
4. 前記シリコン単結晶は、前記主面と平行な方向においてヤング率が異方性を有し、
   前記複数の直線ビームの長手方向は、ヤング率が最小値となり、かつ前記主面と垂直な方向においてせん断弾性率が最大値となる方向に一致することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の力学量センサー。
5. 前記複数の直線ビームは、前記アンカーを中心とする複数の同心円を仮定したときに、該同心円に接するように配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の力学量センサー。
6. 前記ビームは、九十九折形状であることを特徴とする請求項５に記載の力学量センサー。
7. 前記ビームは、直線により構成された渦巻き形状であることを特徴とする請求項５記載の力学量センサー。