JP5872450B2 - Ｍｅｍｓ構造体 - Google Patents

Description

本明細書は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造体に関する。

特許文献１に、第１層と、第１層上に積層された、第１層とは線膨張係数が異なる第２層と、第２層上に積層された、第２層とは線膨脹係数が異なる第３層を備える積層基板に形成されたＭＥＭＳ構造体が開示されている。このＭＥＭＳ構造体は、第１層に形成された基板部と、第２層に形成された中間固定部と、第３層に形成された上側固定部、連結部および可動部を備えている。このＭＥＭＳ構造体では、上側固定部は中間固定部を介して基板部に固定されており、可動部は連結部を介して上側固定部に固定されている。通常、このようなＭＥＭＳ構造体では、第１層、第２層および第３層を備える積層基板に対して、エッチング等の半導体加工技術を利用して各層を選択的に除去することで、基板部、中間固定部、上側固定部、連結部および可動部が形成される。

特開２０１１−２３７４０３号公報

上記のような積層基板は、製造時に高温での熱処理を経た後に常温まで冷却されている。このため、隣接する層の間の線膨脹係数の相違に起因して、積層基板には残留歪が存在する。積層基板の各層を選択的に除去する際に、この残留歪が解放されることで、連結部や可動部に、設計時に想定していない反りや応力集中を生じることがある。

例えば、第２層の線膨張係数が第３層の線膨脹係数よりも小さく、第３層が最外層である積層基板を用いる場合、上側固定部、連結部および可動部を直線的に接続して可動部を片持ち支持すると、積層基板の残留歪に起因して可動部の先端が跳ね上がるような反りを生じる。このような可動部の反りは、中間固定部に固定された上側固定部が残留歪の解放によって下に凸な形状に変形し、上側固定部の端面で大きなたわみ角が生じて、連結部と可動部が上方に傾斜することにより生じる。

このような可動部の反りを生じてしまうと、ＭＥＭＳ構造体を想定通りに動作させることができなくなってしまう。例えば、基板部に固定電極が形成されており、可動部にその固定電極と対向する可動電極が形成されている場合、可動部の先端が跳ね上がるような反りを生じると、固定電極と可動電極の間の距離が設計時の想定とは異なるものとなってしまう。可動部を両持ち支持する場合は、可動部の先端が跳ね上がるような反りは抑制されるものの、可動部や連結部に応力集中を生じてしまう。

本明細書は上記課題を解決する技術を提供する。本明細書では、隣接する層の線膨張係数が異なる積層基板に形成されるＭＥＭＳ構造体において、積層基板の残留歪の解放に起因する、可動部の先端が跳ね上がるような反りの発生や可動部または連結部への応力集中を防ぐことが可能な技術を提供する。

本明細書では、ＭＥＭＳ構造体を開示する。そのＭＥＭＳ構造体は、第１層と、第１層上に積層された、第１層とは線膨張係数が異なる第２層と、第２層上に積層された、第２層とは線膨脹係数が異なる第３層を備える積層基板に形成されている。そのＭＥＭＳ構造体は、第１層に形成された基板部と、第２層に形成された中間固定部と、第３層に形成された上側固定部、連結部および可動部を備えている。そのＭＥＭＳ構造体では、上側固定部は中間固定部を介して基板部に固定されている。そのＭＥＭＳ構造体では、可動部は連結部によって片持ち支持されている。そのＭＥＭＳ構造体では、連結部は上側固定部によって支持されている。そのＭＥＭＳ構造体では、可動部の支持方向に関して、可動部の先端から近い側の中間固定部の端部よりも可動部の先端から遠い位置で、連結部が上側固定部に接続している。

上記のＭＥＭＳ構造体では、可動部の支持方向に関して、可動部の先端から近い側の中間固定部の端部よりも可動部の先端から遠い位置で、連結部が上側固定部に接続している。積層基板の残留歪の解放によって上側固定部が下に凸な形状に変形した場合でも、上記のような連結部と上側固定部の接続位置においては、可動部の支持方向に関して、上側固定部に大きなたわみ角が生じない。従って、上記のＭＥＭＳ構造体によれば、積層基板の残留歪に起因して可動部の先端が跳ね上がるような反りの発生を抑制することができる。

上記のＭＥＭＳ構造体は、連結部がＬ字型形状を有しており、可動部の支持方向に直交する方向に関して、上側固定部の可動部に近い側の端面において、連結部が上側固定部に接続していることが好ましい。

上記のＭＥＭＳ構造体によれば、簡素な構成の連結部を用いて、可動部の先端が跳ね上がるような反りの発生を抑制することができる。

あるいは、上記のＭＥＭＳ構造体は、上側固定部が、平面視したときに連結部を挟んで配置された第１上側固定部と第２上側固定部を備えており、中間固定部が、第１上側固定部と第２上側固定部にそれぞれ対応して配置された第１中間固定部と第２中間固定部を備えており、第１上側固定部は第１中間固定部を介して基板部に固定されており、第２上側固定部は第２中間固定部を介して基板部に固定されており、連結部がＴ字型形状を有しており、可動部の支持方向に直交する方向に関して、第１上側固定部および第２上側固定部の可動部に近い側の端面において、連結部が第１上側固定部と第２上側固定部にそれぞれ接続していることが好ましい。

上記のＭＥＭＳ構造体によれば、簡素な構成の連結部を用いて、可動部の先端が跳ね上がるような反りの発生を抑制することができる。また、上記のＭＥＭＳ構造体によれば、可動部の支持方向周りの回転（ねじり）に対する高い剛性を確保することができる。

上記のＭＥＭＳ構造体は、可動部の支持方向に関して、上側固定部の中央近傍で、連結部が上側固定部に接続していることが好ましい。

可動部の支持方向に関して、上側固定部の中央近傍では、上側固定部が下に凸な形状に変形した場合でも、上側固定部のたわみ角はほぼゼロである。従って、上記のＭＥＭＳ構造体によれば、可動部の先端が跳ね上がるような反りの発生を抑制することができる。

あるいは、上記のＭＥＭＳ構造体は、可動部の支持方向に関して、可動部の先端から遠い側の上側固定部の端面で、連結部が上側固定部に接続していることが好ましい。

可動部の支持方向に関して、可動部の先端から遠い側の上側固定部の端面で、連結部と上側固定部を接続する場合、上側固定部が下に凸な形状に変形することで、可動部の先端が沈み込むような反りを生じる。上記のＭＥＭＳ構造体によれば、可動部の先端が跳ね上がるような反りの発生を確実に抑制することができる。

本明細書が開示する別のＭＥＭＳ構造体は、第１層と、第１層上に積層された、第１層とは線膨張係数が異なる第２層と、第２層上に積層された、第２層とは線膨張係数が異なる第３層を備える積層基板に形成されている。そのＭＥＭＳ構造体は、第１層に形成された基板部と、第２層に形成された中間固定部と、第３層に形成された上側固定部、連結部および可動部を備えている。上側固定部は中間固定部を介して基板部に固定されている。連結部は第１方向に伸びる第１梁部及び、第２方向に伸びる第２梁部を含んでいる。可動部は、第１梁部の第１方向側の一端と接している。第２梁部の第２方向とは反対側の一端は、上側固定部と接している。第１方向は第２方向とは異なっている。

上記のＭＥＭＳ構造体では、第１方向は、第２方向と直交しているように構成することができる。

上記のＭＥＭＳ構造体は、第２層に形成された第２中間固定部と、第３層に形成された第２上側固定部とを備え、第２上側固定部は第２中間固定部を介して基板部に固定されており、前記連結部は第３方向に伸びる第３梁部を含み、第３梁部の第３方向とは反対側の一端は、上側固定部と接しており、第３方向は第１方向とは異なり、第３方向は第２方向とは異なるように構成することができる。

上記のＭＥＭＳ構造体は、第１方向は、第２方向と直交しており、第１方向は、第３方向と直交しており、第２方向は、第３方向とは反対の方向であるように構成することができる。

上記のＭＥＭＳ構造体は、第２梁部の第２方向とは反対側の一端は、上側固定部の一端の中央近傍に接しているように構成することができる。

本明細書が開示する技術によれば、隣接する層の線膨張係数が異なる積層基板に形成されるＭＥＭＳ構造体において、積層基板の残留歪の解放に起因する、可動部の先端が跳ね上がるような反りの発生や可動部または連結部への応力集中を防ぐことができる。

実施例１のＭＥＭＳ構造体１０の平面図である。 実施例１のＭＥＭＳ構造体１０の図１のＡ−Ａ断面で見た縦断面図である。 比較例のＭＥＭＳ構造体４０の平面図である。 実施例２のＭＥＭＳ構造体５０の平面図である。 実施例２のＭＥＭＳ構造体５０の図４のＢ−Ｂ断面で見た縦断面図である。 実施例２の変形例のＭＥＭＳ構造体７０の平面図である。 実施例２の変形例のＭＥＭＳ構造体９０の平面図である。 実施例２の変形例のＭＥＭＳ構造体１２０の平面図である。 実施例３のＭＥＭＳ構造体１５０の平面図である。 実施例４のＭＥＭＳ構造体２００の平面図である。 実施例４の変形例のＭＥＭＳ構造体２２０の平面図である。 実施例５のＭＥＭＳ構造体２５０の平面図である。 実施例５のＭＥＭＳ構造体２５０の図１２のＣ−Ｃ断面で見た縦断面図である。 実施例６のＭＥＭＳ構造体２８０の平面図である。 実施例６のＭＥＭＳ構造体２８０の図１４のＤ−Ｄ断面で見た縦断面図である。 実施例７のＭＥＭＳ構造体３２０の平面図である。 実施例７のＭＥＭＳ構造体３２０の変形例の平面図である。

（実施例１）
図１および図２は、本実施例のＭＥＭＳ構造体１０を示している。ＭＥＭＳ構造体１０は、下側シリコン層１２と、酸化シリコン層１４と、上側シリコン層１６が順に積層された、ＳＯＩ基板１８に形成されている。

下側シリコン層１２には、基板部２０が形成されている。酸化シリコン層１４には、中間固定部２２が形成されている。上側シリコン層１６には、上側固定部２４と、連結部２６と、平板部２８が形成されている。

図１に示すように、上側固定部２４は、ＭＥＭＳ構造体１０を上方から平面視したときに略正方形状となるように形成されている。図２に示すように、上側固定部２４は中間固定部２２を介して基板部２０に固定されている。中間固定部２２は、ＭＥＭＳ構造体１０を上方から平面視したときに上側固定部２４と略同一形状となるように形成されており、上側固定部２４と重複する範囲に形成されている。

図１に示すように、連結部２６は、Ｙ方向（図１の上下方向）に沿って伸びるＹ方向梁部３０と、Ｘ方向（図１の左右方向）に沿って伸びるＸ方向梁部３２を備えている。連結部２６は、ＭＥＭＳ構造体１０を上方から平面視したときに略Ｌ字形状となるように形成されている。Ｘ方向梁部３２の長さは、Ｙ方向梁部３０の長さに比べて長い。Ｙ方向梁部３０は、上側固定部２４のＸ方向についての略中央の位置で、上側固定部２４のＹ方向についての端面に接続している。Ｘ方向梁部３２は、平板部２８のＹ方向についての略中央の位置で、平板部２８のＸ方向についての端面に接続している。

図１に示すように、平板部２８は、ＭＥＭＳ構造体１０を上方から平面視したときに、Ｘ方向に沿って伸びる略長方形状に形成されている。平板部２８は、支持方向をＸ方向として、連結部２６によって片持ち支持されている。平板部２８にＺ方向（図１の紙面垂直方向）の力が作用すると、連結部２６が撓んで、平板部２８は基板部２０に対して傾斜し、平板部２８の先端は基板部２０に対してＺ方向に変位する。例えば平板部２８の上面にミラーを設けて、アクチュエータ等により平板部２８を傾斜させることにより、ＭＥＭＳ構造体１０を光の反射角を調整可能な光偏向器として利用することができる。あるいは、平板部２８の先端近傍の下面に突起状の触針を設けて、アクチュエータ等により平板部２８を傾斜させて対象物の表面に触針を接触させ、このときの平板部２８の先端の変位量を計測することで、ＭＥＭＳ構造体１０を触針表面形状測定器として利用することもできる。

ＳＯＩ基板１８は、製造時に高温での熱処理を行った後、常温まで冷却されている。高温から常温まで冷却される際に、下側シリコン層１２、酸化シリコン層１４および上側シリコン層１６は、それぞれの線膨脹係数に応じて収縮する。下側シリコン層１２の線膨張係数は、４×１０^−６［℃^−１］である。酸化シリコン層１４の線膨張係数は、５×１０^−７［℃^−１］である。上側シリコン層１６の線膨脹係数は、４×１０^−６［℃^−１］である。このように、隣接する層の間の線膨張係数が相違するため、ＳＯＩ基板１８が高温から常温まで冷却される際の収縮の度合いも、各層で異なったものになる。このため、ＳＯＩ基板１８の各層には、このような収縮度合いの相違に伴う残留歪が生じる。ＳＯＩ基板１８を加工してＭＥＭＳ構造体１０を製造する際に、酸化シリコン層１４や上側シリコン層１６を選択的に除去することにより、各層の残留歪が解放されて、設計時に想定していない反りを生じることがある。

上側シリコン層１６では、高温から常温へ冷却する際に、下面側は酸化シリコン層１４により変形を拘束されるため、あまり収縮しない。しかしながら、上面側は、変形を拘束されていないので、大きく収縮する。このため、酸化シリコン層１４および上側シリコン層１６を選択的に除去して、中間固定部２２、上側固定部２４、連結部２６および平板部２８をそれぞれ形成すると、上側固定部２４では、下面側に比べて上面側が大きく収縮する態様の変形を生じ、図２のようなＺＸ面（平板部２８の支持方向とＳＯＩ基板１８の積層方向を含む面）で見たときに、下に凸な形状の反りを生じる。このため、上側固定部２４のＸ方向についての端面では、ＺＸ面で見たときに大きなたわみ角を生じることになる。この時、仮に図３に示す比較例のＭＥＭＳ構造体４０のように、Ｘ方向に沿って直線状に伸びる連結部４２を用いて、連結部４２の一端を平板部２８に接続し、連結部４２の他端を上側固定部２４のＸ方向についての端面に接続する構成とすると、上側固定部２４のＸ方向についての端面における大きなたわみ角に起因して、平板部２８の先端が跳ね上がるような反りを生じてしまう。

これに対して、図１に示す本実施例のＭＥＭＳ構造体１０では、Ｙ方向梁部３０とＸ方向梁部３２を有する略Ｌ字形状の連結部２６を介して、平板部２８を上側固定部２４に接続する構成としている。連結部２６は、上側固定部２４のＸ方向についての略中央で、上側固定部２４のＹ方向についての端面に接続している。このような構成とすると、連結部２６と上側固定部２４の接続箇所において、図２のようなＺＸ面で見たたわみ角はほぼゼロとなる。従って、本実施例のＭＥＭＳ構造体１０によれば、平板部２８の先端が跳ね上がるような反りを生じることがなく、設計時に想定した形状を確保することができる。なお、本実施例のＭＥＭＳ構造体１０では、上側固定部２４がＹＺ面で見たときに下に凸な形状に変形するので、連結部２６と上側固定部２４の接続箇所において、ＹＺ面での大きなたわみ角を生じる。しかしながら、Ｙ方向梁部３０の長さを十分に短くしておくことで、このたわみ角に起因する平板部２８の変位を小さく抑えることができる。

なお、本実施例のＭＥＭＳ構造体１０において、連結部２６のＸ方向梁部３２とＹ方向梁部３０が接続する箇所に丸みを持たせて、応力集中を緩和する形状とすることもできる。このような構成とすることで、応力集中を防ぐことができ、ＭＥＭＳ構造体１０の耐久性を向上することができる。

（実施例２）
図４および図５は、本実施例のＭＥＭＳ構造体５０を示している。ＭＥＭＳ構造体５０は、実施例１のＭＥＭＳ構造体１０と同様に、下側シリコン層１２と、酸化シリコン層１４と、上側シリコン層１６が順に積層された、ＳＯＩ基板１８に形成されている。

下側シリコン層１２には、基板部５２と、固定電極５４が形成されている。酸化シリコン層１４には、中間固定部５６が形成されている。上側シリコン層１６には、上側固定部５８と、連結部６０と、平板部６２が形成されている。

固定電極５４は、下側シリコン層１２に形成された基板部５２の上部のシリコンに、部分的に導電性を付与することにより形成されている。

図４に示すように、上側固定部５８は、ＭＥＭＳ構造体５０を上方から平面視したときに略正方形状となるように形成されている。図５に示すように、上側固定部５８は中間固定部５６を介して基板部５２に固定されている。中間固定部５６は、ＭＥＭＳ構造体５０を上方から平面視したときに上側固定部５８と略同一形状となるように形成されており、上側固定部５８と重複する範囲に形成されている。

図４に示すように、連結部６０は、Ｙ方向（図４の上下方向）に沿って伸びるＹ方向梁部６４と、Ｘ方向（図４の左右方向）に沿って伸びるＸ方向梁部６６を備えている。連結部６０は、ＭＥＭＳ構造体５０を上方から平面視したときに略Ｌ字形状となるように形成されている。Ｘ方向梁部６６の長さは、Ｙ方向梁部６４の長さに比べて長い。Ｙ方向梁部６４は、上側固定部５８のＸ方向についての略中央の位置で、上側固定部５８のＹ方向についての端面に接続している。Ｘ方向梁部６６は、平板部６２のＹ方向についての略中央の位置で、平板部６２のＸ方向についての端面に接続している。

図４に示すように、平板部６２は、ＭＥＭＳ構造体５０を上方から平面視したときに、Ｘ方向に沿って伸びる略長方形状に形成されている。平板部６２は、支持方向をＸ方向として、連結部６６によって片持ち支持されている。平板部６２にＺ方向（図４の紙面垂直方向）の力が作用すると、連結部６０が撓んで、平板部６２は基板部５２に対して傾斜し、平板部６２の先端は基板部５２に対してＺ方向に変位する。この際の変位量は、平板部６２に作用するＺ方向の力の大きさに応じたものとなる。平板部６２に作用するＺ方向の力が慣性力の場合には、変位量は平板部６２に作用するＺ方向の加速度に応じたものとなる。平板部６２のシリコンには、導電性が付与されている。平板部６２は可動電極部ということもできる。

図５に示すように、固定電極５４と平板部６２は、間隔を隔てて互いに対向して配置されている。固定電極５４と平板部６２の間には、静電容量が形成される。固定電極５４と平板部６２の間の静電容量は、両者の間の距離に応じたものとなる。このため、固定電極５４と平板部６２の間の静電容量を検出することで、基板部５２に対する平板部６２の変位量を検出することができる。基板部５２に対する平板部６２の変位量を検出することで、平板部６２に作用するＺ方向の力または加速度を検出することができる。本実施例のＭＥＭＳ構造体５０は、力センサまたは加速度センサとして利用することができる。

実施例１のＭＥＭＳ構造体１０と同様に、本実施例のＭＥＭＳ構造体５０でも、各層の線膨張係数の相違に起因して、残留歪の解放によって平板部６２の先端が跳ね上がるような反りの発生が問題となる。しかしながら、実施例１のＭＥＭＳ構造体１０と同様に、本実施例のＭＥＭＳ構造体５０では、Ｙ方向梁部６４とＸ方向梁部６６を有する略Ｌ字形状の連結部６０を介して、平板部６２を上側固定部５８に接続する構成としている。連結部６０は、上側固定部５８のＸ方向についての略中央で、上側固定部５８のＹ方向についての端面に接続している。このような構成とすると、連結部６０と上側固定部５８の接続箇所において、図５のようなＺＸ面で見たたわみ角はほぼゼロとなる。従って、本実施例のＭＥＭＳ構造体５０によれば、平板部６２の先端が跳ね上がるような反りを生じることがなく、設計時に想定した形状を確保することができる。

なお、平板部６２を支持する構造は、これ以外にも種々の構造を採用することができる。例えば、図６に示すＭＥＭＳ構造体７０のように、２つの上側固定部７２，７４と、連結部８２によって平板部６２を支持する構造としてもよい。上側固定部７２，７４は、ＭＥＭＳ構造体７０を平面視したときに連結部８２を挟んで配置されている。上側固定部７２，７４は、それぞれ酸化シリコン層１４に対応して形成された中間固定部（図示せず）を介して基板部５２に固定されている。連結部８２は、Ｙ方向（図６の上下方向）に沿って伸びるＹ方向梁部７６，７８と、Ｘ方向（図６の左右方向）に沿って伸びるＸ方向梁部８０を備えている。連結部８２は、ＭＥＭＳ構造体７０を上方から平面視したときに略Ｔ字形状となるように形成されている。Ｙ方向梁部７６，７８は、それぞれ上側固定部７２，７４のＸ方向についての略中央の位置で、上側固定部７２，７４のＹ方向についての端面に接続している。Ｘ方向梁部８０は、平板部６２のＹ方向についての略中央の位置で、平板部６２のＸ方向についての端面に接続している。平板部６２は、連結部８２によって、支持方向をＸ方向として、片持ち支持されている。

このような構造とした場合、上側固定部７２，７４のＹ方向梁部７６，７８との接続箇所では、ＺＸ面（平板部６２の支持方向と積層方向を含む面）で見た上側固定部７２，７４の残留歪に起因するたわみ角はほぼゼロである。従って、図６に示すＭＥＭＳ構造体７０によれば、平板部６２の先端が跳ね上がるような反りが発生することを抑制することができる。

また、図６に示すＭＥＭＳ構造体７０によれば、Ｙ方向梁部７６，７８に対して両端支持であるため、平板部６２のＸ軸周りの回転（ねじり）に対する剛性が、図４に示すＭＥＭＳ構造体５０よりも高い。従って、平板部６２にＸ軸周りのトルクが外乱として作用する場合であっても、平板部６２のＸ軸周りの回転（ねじり）を低減し、その影響を抑制することができる。

あるいは、図７に示すＭＥＭＳ構造体９０のように、４つの上側固定部９２，９４，９６，９８と、連結部１００によって平板部６２を支持する構造としてもよい。上側固定部９２，９４，９６，９８は、それぞれ酸化シリコン層１４に対応して形成された中間固定部（図示せず）を介して基板部５２に固定されている。連結部１００は、Ｙ方向（図７の上下方向）に沿って伸びるＹ方向梁部１０２，１０４，１０６，１０８と、Ｘ方向（図７の左右方向）に沿って伸びるＸ方向梁部１１０，１１２を備えている。連結部１００は、ＭＥＭＳ構造体９０を上方から平面視したときに、２つのＴ字が連結した形状となるように形成されている。Ｙ方向梁部１０２，１０４，１０６，１０８は、それぞれ上側固定部９２，９４，９６，９８のＸ方向についての略中央の位置で、上側固定部９２，９４，９６，９８のＹ方向についての端面に接続している。Ｘ方向梁部１１０は、平板部６２のＹ方向についての略中央の位置で、平板部６２のＸ方向についての端面に接続している。平板部６２は、連結部１００によって、支持方向をＸ方向として片持ち支持されている。

このような構造とした場合、上側固定部９２，９４，９６，９８のＹ方向梁部１０２，１０４，１０６，１０８との接続箇所では、ＺＸ面（平板部６２の支持方向と積層方向を含む面）で見た上側固定部９２，９４，９６，９８の残留歪に起因するたわみ角はほぼゼロである。従って、図７に示すＭＥＭＳ構造体９０によれば、平板部６２の先端が跳ね上がるような反りが発生することを抑制することができる。

また、図７に示すＭＥＭＳ構造体９０によれば、平板部６２のＸ軸周りの回転（ねじり）に対する剛性が、図４に示すＭＥＭＳ構造体５０よりも高い。従って、平板部６２にＸ軸周りのトルクが外乱として作用する場合であっても、平板部６２のＸ軸周りの回転（ねじり）を低減でき、その影響を抑制することができる。

さらに、図７に示すＭＥＭＳ構造体９０によれば、平板部６２のＹ軸周りの回転に対する剛性が、図６に示すＭＥＭＳ構造体７０よりも高い。従って、平板部６２にＹ軸周りのトルクが外乱として作用する場合であっても、平板部６２のＹ軸周りの回転（ねじり）を低減でき、その影響を抑制することができる。

あるいは、図８に示すＭＥＭＳ構造体１２０のように、３つの上側固定部１２２，１２４，１２６と、２つの連結部１２８，１３０によって平板部１３２を支持する構造としてもよい。図８に示すＭＥＭＳ構造体１２０の平板部１３２は、図４，図６，図７に示す平板部６２よりも幅広に形成されており、それに対応して、固定電極１３４も、図４，図６，図７に示す固定電極５４よりも幅広に形成されている。

図８に示すＭＥＭＳ構造体１２０の上側固定部１２２，１２４，１２６は、それぞれ酸化シリコン層１４に対応して形成された中間固定部（図示せず）を介して基板部５２に固定されている。連結部１２８は、Ｙ方向（図８の上下方向）に沿って伸びるＹ方向梁部１３６，１３８と、Ｘ方向（図８の左右方向）に沿って伸びるＸ方向梁部１４０を備えている。連結部１３０は、Ｙ方向に沿って伸びるＹ方向梁部１４２，１４４と、Ｘ方向に沿って伸びるＸ方向梁部１４６を備えている。連結部１２８，１３０は、ＭＥＭＳ構造体１２０を上方から平面視したときに、それぞれ略Ｔ字形状となるように形成されている。連結部１２８のＹ方向梁部１３６，１３８は、それぞれ上側固定部１２２，１２４のＸ方向についての略中央の位置で、上側固定部１２２，１２４のＹ方向についての端面に接続している。連結部１２８のＸ方向梁部１４０は、平板部１３２のＹ方向についての端部近傍の位置で、平板部１３２のＸ方向についての端面に接続している。連結部１３０のＹ方向梁部１４２，１４４は、それぞれ上側固定部１２４，１２６のＸ方向についての略中央の位置で、上側固定部１２４，１２６のＹ方向についての端面に接続している。連結部１３０のＸ方向梁部１４６は、平板部１３２のＹ方向についての端部近傍の位置で、平板部１３２のＸ方向についての端面に接続している。平板部１３２は、連結部１２８，２３０によって、支持方向をＸ方向として片持ち支持されている。

このような構造とした場合、上側固定部１２２，１２４，１２６のＹ方向梁部１３６，１３８，１４２，１４４との接続箇所では、ＺＸ面（平板部１３２の支持方向と積層方向を含む面）で見た上側固定部１２２，１２４，１２６のたわみ角はほぼゼロである。従って、図８に示すＭＥＭＳ構造体１２０によれば、平板部１３２の先端が跳ね上がるような反りが発生することを抑制することができる。

また、図８に示すＭＥＭＳ構造体１２０によれば、平板部１３２のＸ軸周りの回転（ねじり）に対する剛性が、図４に示すＭＥＭＳ構造体５０や、図６に示すＭＥＭＳ構造体７０よりも高い。従って、平板部１３２にＸ軸周りのトルクが外乱として作用する場合であっても、その影響を抑制することができる。

さらに、図８に示すＭＥＭＳ構造体１２０によれば、平板部１３２と固定電極１３４の対向面積を大きくすることができる。可動電極である平板部１３２と固定電極１３４の間の静電容量の検出感度をより向上することができる。

なお、上記したＭＥＭＳ構造体５０，７０，９０，１２０においても、連結部６０，８２，１００，１２８，１３０でＸ方向の梁部とＹ方向の梁部が接続する箇所に丸みを持たせて、応力集中を緩和する形状とすることができる。このような構成とすることで、応力集中を防ぐことができ、ＭＥＭＳ構造体５０，７０，９０，１２０の耐久性を向上することができる。

（実施例３）
図９は、本実施例のＭＥＭＳ構造体１５０を示している。ＭＥＭＳ構造体１５０は、下側シリコン層と、酸化シリコン層と、上側シリコン層が順に積層されたＳＯＩ基板に形成されている。下側シリコン層には、基板部１５２が形成されている。

上側シリコン層には、可動マス部１５４が形成されている。可動マス部１５４は、ＭＥＭＳ構造体１５０を上方から平面視したときに、長方形状となるように形成されている。可動マス部１５４の四隅には、連結部１５８，１６２，１６６，１７０がそれぞれ接続されている。連結部１５８，１６２，１６６，１７０は、Ｘ方向（図９の左右方向）に沿って伸びるＸ方向梁部１５８ｂ，１６２ｂ，１６６ｂ，１７０ｂと、Ｙ方向（図９の上下方向）に沿って伸びるＹ方向梁部１５８ａ，１６２ａ，１６６ａ，１７０ａを備える、略Ｔ字形状の部材である。連結部１５８は、可動電極固定部１５６ａ，１５６ｂに接続している。連結部１６２は、可動電極固定部１６０ａ，１６０ｂに接続している。連結部１６６は、可動電極固定部１６４ａ，１６４ｂに接続している。連結部１７０は、可動電極固定部１６８ａ，１６８ｂに接続している。可動電極固定部１５６ａ，１５６ｂ，１６０ａ，１６０ｂ，１６４ａ，１６４ｂ，１６８ａ，１６８ｂは、酸化シリコン層に形成された中間固定部（図示せず）を介して基板部１５２に固定されている。可動マス部１５４のＸ方向についての両端面には、可動櫛歯電極１７２，１７４が形成されている。可動マス部１５４、連結部１５８，１６２，１６６，１７０、可動櫛歯電極１７２，１７４は、下方の酸化シリコン層が除去されている。

さらに上側シリコン層には、固定櫛歯電極１７６，１７８を備える固定電極支持部１８０，１８２が形成されている。固定櫛歯電極１７６は、可動櫛歯電極１７２に対してＹ方向に対向するように配置されている。固定櫛歯電極１７８は、可動櫛歯電極１７４に対してＹ方向に対向するように配置されている。固定電極支持部１８０は、固定電極固定部１９０ａ，１９０ｂと、連結部１８４によって支持されている。連結部１８４は、Ｘ方向に沿って伸びるＸ方向梁部１８４ｂと、Ｙ方向に沿って伸びるＹ方向梁部１８４ａを備える、略Ｔ字形状の部材である。固定電極支持部１８２は、固定電極固定部１８８ａ，１８８ｂと、連結部１８６によって支持されている。連結部１８６は、Ｘ方向に沿って伸びるＸ方向梁部１８６ｂと、Ｙ方向に沿って伸びるＹ方向梁部１８６ａを備える、略Ｔ字形状の部材である。固定電極固定部１９０ａ，１９０ｂ，１８８ａ，１８８ｂは、酸化シリコン層に形成された中間固定部（図示せず）を介して、基板部１５２に固定されている。固定櫛歯電極１７６，１７８、固定電極支持部１８０，１８２、連結部１８４，１８６は、下方の酸化シリコン層が除去されている。

連結部１５８，１６２，１６６，１７０のＸ方向梁部１５８ｂ，１６２ｂ，１６６ｂ，１７０ｂは、Ｙ方向の剛性が低く形成されている。従って、可動マス部１５４は基板部１５２に対してＹ方向に相対変位可能である。可動マス部１５４にＹ方向の慣性力が作用すると、連結部１５８，１６２，１６６，１７０のＸ方向梁部１５８ｂ，１６２ｂ，１６６ｂ，１７０ｂが撓んで、可動マス部１５４は基板部１５２に対してＹ方向に相対変位する。この際の変位量は、可動マス部１５４に作用する力の大きさに応じたものとなる。可動マス部１５４に作用するＹ方向の力が慣性力の場合には、変位量は可動マス部１５４に作用するＹ方向の加速度に応じたものとなる。

固定櫛歯電極１７６，１７８と可動櫛歯電極１７２，１７４には、それぞれ導電性が付与されている。固定櫛歯電極１７６と可動櫛歯電極１７２の間には、静電容量が形成される。固定櫛歯電極１７６と可動櫛歯電極１７２の間の静電容量は、両者の間の距離に応じたものとなる。同様に、固定櫛歯電極１７８と可動櫛歯電極１７４の間には、両者の間の距離に応じた静電容量が形成される。このため、固定櫛歯電極１７６，１７８と可動櫛歯電極１７２，１７４の間の静電容量を検出することで、基板部１５２に対する可動マス部１５４のＹ方向の変位量を検出することができる。基板部１５２に対する可動マス部１５４のＹ方向の変位量を検出することで、可動マス部１５４に作用するＹ方向の力または加速度を検出することができる。本実施例のＭＥＭＳ構造体１５０は、力センサまたは加速度センサとして利用することができる。

本実施例のＭＥＭＳ構造体１５０では、固定電極支持部１８０と固定櫛歯電極１７６は、Ｘ方向を支持方向として片持ち支持されている。また、固定電極支持部１８２と固定櫛歯電極１７８も、Ｘ方向を支持方向として片持ち支持されている。これらの部材について、先端が跳ね上がるような反りを生じてしまうと、固定櫛歯電極１７６，１７８と可動櫛歯電極１７２，１７４の間の対向面積が減少してしまい、検出感度の悪化を招いてしまう。しかしながら、本実施例のＭＥＭＳ構造体１５０では、Ｙ方向梁部１８４ａ，１８６ａとＸ方向梁部１８４ｂ，１８６ｂを有する略Ｔ字形状の連結部１８４，１８６を介して、固定電極支持部１８０，１８２を固定電極固定部１９０ａ，１９０ｂ，１８８ａ，１８８ｂに接続する構成としている。連結部１８４，１８６は、固定電極固定部１９０ａ，１９０ｂ，１８８ａ，１８８ｂのＸ方向についての略中央の位置で、固定電極固定部１９０ａ，１９０ｂ，１８８ａ，１８８ｂのＹ方向についての端面に接続している。このような構成とすることで、固定櫛歯電極１７６，１７８の先端が跳ね上がるような反りを生じることがなく、設計時に想定した対向面積を確保することができる。

（実施例４）
図１０は、本実施例のＭＥＭＳ構造体２００を示している。ＭＥＭＳ構造体２００は、下側シリコン層と、酸化シリコン層と、上側シリコン層が順に積層されたＳＯＩ基板に形成されている。

下側シリコン層には、基板部２０２と、固定電極部２０４が形成されている。酸化シリコン層には、中間固定部が形成されている。上側シリコン層には、上側固定部２０６と、連結部２０８と、平板部２１０が形成されている。

固定電極部２０４は、下側シリコン層に形成された基板部２０２の上部のシリコンに、部分的に導電性を付与することにより形成されている。

上側固定部２０６は、ＭＥＭＳ構造体２００を上方から平面視したときに略正方形状となるように形成されている。上側固定部２０６は中間固定部を介して基板部２０２に固定されている。中間固定部は、ＭＥＭＳ構造体２００を上方から平面視したときに上側固定部２０６と略同一形状となるように形成されており、上側固定部２０６と重複する範囲に形成されている。

連結部２０８は、Ｘ方向（図１０の左右方向）に沿って伸びる第１Ｘ方向梁部２１６と、Ｙ方向（図１０の上下方向）に沿って伸びるＹ方向梁部２１４と、Ｘ方向に沿って伸びる第２Ｘ方向梁部２１２を備えている。第２Ｘ方向梁部２１２は、上側固定部２０６のＸ方向についての平板部２１０から見て遠い側の端面で、上側固定部２０６に接続している。第１Ｘ方向梁部２１６は、平板部２１０のＹ方向についての略中央の位置で、平板部２１０のＸ方向についての端面に接続している。

平板部２１０は、ＭＥＭＳ構造体２００を上方から平面視したときに、Ｘ方向に沿って伸びる略長方形状に形成されている。平板部２１０は、連結部２０８によって、支持方向をＸ方向として片持ち支持されている。平板部２１０にＺ方向（図１０の紙面垂直方向）の力が作用すると、連結部２０８が撓んで、平板部２１０は基板部２０２に対して傾斜し、平板部２１０の先端は基板部２０２に対してＺ方向に変位する。この際の変位量は、平板部２１０に作用するＺ方向の力の大きさに応じたものとなる。平板部２１０に作用するＺ方向の力が慣性力の場合には、変位量は平板部２１０に作用するＺ方向の加速度に応じたものとなる。平板部２１０のシリコンには、導電性が付与されている。平板部２１０は可動電極部ということもできる。

固定電極部２０４と平板部２１０は、Ｚ方向に間隔を隔てて互いに対向して配置されている。固定電極部２０４と平板部２１０の間には、静電容量が形成される。固定電極部２０４と平板部２１０の間の静電容量は、両者の間の距離に応じたものとなる。このため、固定電極部２０４と平板部２１０の間の静電容量を検出することで、基板部２０２に対する平板部２１０のＺ方向の変位量を検出することができる。基板部２０２に対する平板部２１０のＺ方向の変位量を検出することで、平板部２１０に作用するＺ方向の力または加速度を検出することができる。本実施例のＭＥＭＳ構造体２００は、力センサまたは加速度センサとして利用することができる。

本実施例のＭＥＭＳ構造体２００では、連結部２０８を介して、平板部２１０を上側固定部２０６に接続する構成としている。連結部２０８は、Ｘ方向に関して、平板部２１０の先端から遠い側の上側固定部２０６の端面に接続している。このような構成とすると、残留歪の解放により、連結部２０８と上側固定部２０６の接続箇所では、ＺＸ面（平板部２１０の支持方向と積層方向を含む面）で見たときに、第２Ｘ方向梁部２１２とＹ方向梁部２１４の接続部を上方に跳ね上げるようなたわみ角が生じ、その結果、Ｙ方向梁部２１４と第１Ｘ方向梁部２１６の接続部では、平板部２１０を下方に傾斜させるようなたわみ角が生じる。従って、本実施例のＭＥＭＳ構造体２００によれば、平板部２１０の先端が跳ね上がるような反りを生じることを確実に防ぐことができる。さらに、本実施例のＭＥＭＳ構造体２００によれば、平板部２１０と固定電極部２０４の間の距離を、酸化シリコン層の厚みよりも小さくすることができる。高感度なセンサを実現することができる。

なお、平板部２１０を支持する構造は、これ以外にも種々の構造を採用することができる。例えば図１１に示すＭＥＭＳ構造体２２０のように、２つの上側固定部２２２ａ，２２２ｂと、連結部２２４によって平板部２１０を支持する構造としてもよい。上側固定部２２２ａ，２２２ｂは、ＭＥＭＳ構造体２２０を平面視したときに連結部２２４を挟んで配置されている。上側固定部２２２ａ，２２２ｂは、それぞれ酸化シリコン層に対応して形成された中間固定部（図示せず）を介して基板部２０２に固定されている。連結部２２４は、Ｘ方向（図１１の左右方向）に沿って伸びる第１Ｘ方向梁部２３０と、Ｙ方向（図１１の上下方向）に沿って伸びるＹ方向梁部２２８ａ，２２８ｂと、Ｘ方向に沿って伸びる第２Ｘ方向梁部２２６ａ，２２６ｂを備えている。第２Ｘ方向梁部２２６ａ，２２６ｂは、上側固定部２２２ａ，２２２ｂのＸ方向についての平板部２１０から見て遠い側の端面で、上側固定部２２２ａ，２２２ｂに接続している。第１Ｘ方向梁部２３０は、平板部２１０のＹ方向についての略中央の位置で、平板部２１０のＸ方向についての端面に接続している。平板部２１０は、連結部２２４によって、支持方向をＸ方向として、片持ち支持されている。

このような構造とした場合、上側固定部２２２ａ，２２２ｂの第２Ｘ方向梁部２２６ａ，２２６ｂとの接続箇所では、残留歪の解放により、ＺＸ面（平板部２１０の支持方向と積層方向を含む面）で見たときに、平板部２１０と連結部２２４を下方に傾斜させるようなたわみ角が生じる。従って、図１１に示すＭＥＭＳ構造体２２０によれば、平板部２１０の先端が跳ね上がるような反りが発生することを確実に防ぐことができる。さらに、本実施例のＭＥＭＳ構造体２２０によれば、平板部２１０と固定電極部２０４の間の距離を、酸化シリコン層の厚みよりも小さくすることができる。高感度なセンサを実現することができる。

また、図１１に示すＭＥＭＳ構造体２２０によれば、平板部２１０のＸ軸周りの回転（ねじり）に対する剛性が、図１０に示すＭＥＭＳ構造体２００よりも高い。従って、平板部２１０にＸ軸周りのトルクが外乱として作用する場合であっても、その影響を抑制することができる。

図１１に示すＭＥＭＳ構造体２２０では、第１Ｘ方向梁部２３０が第２Ｘ方向梁部２２６ａ，２２６ｂよりも長く形成されている。このような構成とすることによって、平板部２１０の先端を下方に大きく沈み込ませることができる。

図１１に示すＭＥＭＳ構造体２２０では、第２Ｘ方向梁部２２６ａ，２２６ｂは短く形成されているので、第２Ｘ方向梁部２２６ａ，２２６ｂの剛性が確保されている。第２Ｘ方向梁部２２６ａ，２２６ｂの長さは、上側固定部２２２ａ，２２２ｂの下方の中間固定部の端部から、１μｍ〜５０μｍ程度とすることが好ましい。

（実施例５）
図１２および図１３は、本実施例のＭＥＭＳ構造体２５０を示している。ＭＥＭＳ構造体２５０は、シリコンで形成された基板部２５２を備えている。基板部２５２の上方には、酸化シリコンで形成された中間固定部２５４を介して、シリコン層で形成された第１副基板部２５６が積層されている。また、基板部２５２の上方には、位置決めスペーサ２５８を介して、シリコンで形成された第２副基板部２６０が積層されている。中間固定部２５４はパターニングされており、第１副基板部２５６の第２副基板部２６０から遠い側の領域に形成されており、第１副基板部２５６の第２副基板部２６０から近い側の領域には形成されていない。

第１副基板部２５６の上方には、酸化シリコンで形成された中間固定部２６４ａ，２６４ｂを介して、上側固定部２６６ａ，２６６ｂが積層されている。上側固定部２６６ａ，２６６ｂには連結部２６８が接続されている。連結部２６８は、平板部２７０に接続している。上側固定部２６６ａ，２６６ｂ、連結部２６８、平板部２７０は、いずれもシリコンで形成されている。平板部２７０には導電性が付与されている。平板部２７０は可動電極ということもできる。

第２副基板部２６０の上方には、第２副基板部２６０の上部のシリコンに部分的に導電性を付与することで固定電極２６２が形成されている。固定電極２６２は平板部２７０と対向して配置されている。

上側固定部２６６ａ，２６６ｂは、ＭＥＭＳ構造体２５０を上方から平面視したときに略正方形状となるように形成されている。上側固定部２６６ａ，２６６ｂは中間固定部２６４ａ，２６４ｂを介して第１副基板部２５６に固定されている。中間固定部２６４ａ，２６４ｂは、ＭＥＭＳ構造体２５０を上方から平面視したときに上側固定部２６６ａ，２６６ｂと略同一形状となるように形成されており、上側固定部２６６ａ，２６６ｂと重複する範囲に形成されている。

連結部２６８は、平板部２１０のＸ方向（図１２の左右方向）についての端面と、上側固定部２６６ａ，２６６ｂのＸ方向についての平板部２７０から見て遠い側の端面を接続している。平板部２１０は、連結部２６８によって、支持方向をＸ方向として片持ち支持されている。平板部２１０は、ＭＥＭＳ構造体２５０を平面視したときに、Ｘ方向に沿って伸びる略長方形状に形成されている。

平板部２７０にＺ方向（図１２の紙面垂直方向）の力が作用すると、連結部２６８が撓んで、平板部２７０は基板部２５２に対して傾斜し、平板部２５２の先端は基板部２５２に対してＺ方向に変位する。この際の変位量は、平板部２７０に作用するＺ方向の力の大きさに応じたものとなる。平板部２７０に作用するＺ方向の力が慣性力の場合には、変位量は平板部２７０に作用するＺ方向の加速度に応じたものとなる。

固定電極２６２と平板部２７０は、Ｚ方向に間隔を隔てて互いに対向して配置されている。固定電極２６２と平板部２７０の間には、静電容量が形成される。固定電極２６２と平板部２７０の間の静電容量は、両者の間の距離に応じたものとなる。このため、固定電極２６２と平板部２７０の間の静電容量を検出することで、基板部２５２に対する平板部２７０のＺ方向の変位量を検出することができる。基板部２５２に対する平板部２７０のＺ方向の変位量を検出することで、平板部２７０に作用するＺ方向の力または加速度を検出することができる。本実施例のＭＥＭＳ構造体２５０は、力センサまたは加速度センサとして利用することができる。

本実施例のＭＥＭＳ構造体２５０を製造する際には、中間固定部２５４と第１副基板部２５６の線膨張係数が相違しているため、残留歪の解放によって、第１副基板部２５６は下に凸な形状に変形し、第１副基板部２５６の第２副基板部２６０に近い側の端部が上方に跳ね上がるような反りを生じる。この第１副基板部２５６の反りによって、平板部２７０も上方に持ち上げられてしまう。

しかしながら、本実施例のＭＥＭＳ構造体２５０では、連結部２６８を介して、平板部２７０を上側固定部２６６ａ，２６６ｂに接続する構成としている。連結部２６８は、Ｘ方向に関して、平板部２７０の先端から遠い側の上側固定部２６６ａ，２６６ｂの端面に接続している。このような構成とすると、残留歪の解放により、連結部２６８と上側固定部２６６ａ，２６６ｂの接続箇所では、ＺＸ面（平板部２７０の支持方向と積層方向を含む面）で見たときに、連結部２６８と平板部２７０を下方に傾斜させるようなたわみ角が生じる。このため、第１副基板部２５６に対して、平板部２７０の先端が下方へ沈み込むような反りを生じる。このように、本実施例のＭＥＭＳ構造体２５０によれば、残留歪の解放による第１副基板部２５６の上方への反りの影響を、残留歪の解放による平板部２７０の下方への反りによって相殺することができる。可動電極である平板部２７０と固定電極２６２の間の距離を、設計時の想定通りのものとすることができる。

（実施例６）
図１４および図１５は、本実施例のＭＥＭＳ構造体２８０を示している。ＭＥＭＳ構造体２８０は、シリコンで形成された基板部２８２を備えている。基板部２８２の上方には、酸化シリコンで形成された中間固定部２８４を介して、シリコンで形成された第１副基板部２８６が積層されている。また、基板部２８２の上方には、位置決めスペーサ２８８を介して、シリコンで形成された第２副基板部２９０が積層されている。中間固定部２８４はパターニングされており、第１副基板部２８６の第２副基板部２９０から遠い側の領域に形成されており、第１副基板部２８６の第２副基板部２９０から近い側の領域には形成されていない。

第１副基板部２８６の上方には、酸化シリコンで形成された中間固定部２９４ａ，２９４ｂを介して、上側固定部２９６ａ，２９６ｂが積層されている。上側固定部２９６ａ，２９６ｂには連結部２９８が接続されている。連結部２９８は、固定電極支持部３００に接続している。固定電極支持部３００のＸ方向についての第２副基板部２９０に近い側の端面には、固定櫛歯電極３０２が形成されている。上側固定部２９６ａ，２９６ｂ、連結部２９８、固定電極支持部３００および固定櫛歯電極３０２は、いずれもシリコンで形成されている。固定櫛歯電極３０２には導電性が付与されている。

第２副基板部２９０の中央には、深掘りエッチングによって第２副基板部２９０から分離された可動マス部２９２が形成されている。可動マス部２９２は、支持梁部３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄによって、第２副基板部２９０に支持されている。支持梁部３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄは、Ｙ方向の剛性が低く形成されている。このため、可動マス部２９２は第２副基板部２９０に対してＹ方向に相対変位可能である。

可動マス部２９２の上方には、酸化シリコンで形成された中間固定部３０４ａ，３０４ｂを介して、上側固定部３０６ａ，３０６ｂが積層されている。上側固定部３０６ａ，３０６ｂには連結部３０８が接続されている。連結部３０８は、可動電極支持部３１０に接続している。可動電極支持部３１０のＸ方向についての第１副基板部２８６に近い側の端面には、可動櫛歯電極３１２が形成されている。上側固定部３０６ａ，３０６ｂ、連結部３０８、可動電極支持部３１０および可動櫛歯電極３１２は、いずれもシリコンで形成されている。可動櫛歯電極３１２には導電性が付与されている。

可動マス部２９２にＹ方向（図１４の上下方向）の力が作用すると、支持梁部３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄが撓んで、可動マス部２９２は基板部２８２に対してＹ方向に変位する。この際の変位量は、可動マス部２９２に作用するＹ方向の力の大きさに応じたものとなる。可動マス部２９２に作用するＹ方向の力が慣性力の場合には、変位量は可動マス部２９２に作用するＹ方向の加速度に応じたものとなる。

固定櫛歯電極３０２と可動櫛歯電極３１２は、Ｙ方向に対向するように配置されている。固定櫛歯電極３０２と可動櫛歯電極３１２の間には、静電容量が形成される。固定櫛歯電極３０２と可動櫛歯電極３１２の間の静電容量は、両者の間の距離に応じたものとなる。このため、固定櫛歯電極３０２と可動櫛歯電極３１２の間の静電容量を検出することで、基板部２８２に対する可動マス部２９２のＹ方向の変位量を検出することができる。基板部２８２に対する可動マス部２９２のＹ方向の変位量を検出することで、可動マス部２９２に作用するＹ方向の力または加速度を検出することができる。本実施例のＭＥＭＳ構造体２８０は、力センサまたは加速度センサとして利用することができる。

本実施例のＭＥＭＳ構造体２８０を製造する際には、中間固定部２８４と第１副基板部２８６の線膨張係数が相違しているため、残留歪の解放によって、第１副基板部２８６は下に凸な形状に変形し、第１副基板部２８６の第２副基板部２９０に近い側の端部が上方に跳ね上がるような反りを生じる。この第１副基板部２８６の反りによって、固定電極支持部３００および固定櫛歯電極３０２も上方に持ち上げられてしまう。

しかしながら、本実施例のＭＥＭＳ構造体２８０では、連結部２９８を介して、固定電極支持部３００を上側固定部２９６ａ，２９６ｂに接続する構成としている。連結部２９８は、Ｘ方向に関して、固定櫛歯電極３０２の先端から遠い側の上側固定部２９６ａ，２９６ｂの端面に接続している。このような構成とすると、残留歪の解放により、連結部２９８と上側固定部２９６ａ，２９６ｂの接続箇所では、ＺＸ面（固定電極支持部３００の支持方向と積層方向を含む面）で見たときに、連結部２９８と固定電極支持部３００と固定櫛歯電極３０２を下方に傾斜させるようなたわみ角が生じる。このため、第１副基板部２８６に対して、固定櫛歯電極３０２の先端が下方へ沈み込むような反りを生じる。このように、本実施例のＭＥＭＳ構造体２８０によれば、残留歪の解放によって第１副基板部２８６が上方への反りを生じても、残留歪の解放による固定櫛歯電極３０２の下方への反りによって相殺することができ、この結果、固定櫛歯電極３０２を基板部２８２に対して平行とすることができる。

また、本実施例のＭＥＭＳ構造体２８０では、連結部３０８を介して、可動電極支持部３１０を可動マス部２９２に接続する構成としている。連結部３０８は、上側固定部３０６ａ，３０６ｂのＸ方向についての略中央の位置で、上側固定部３０６ａ，３０６ｂのＹ方向についての端面に接続している。このような構成とすることにより、残留歪の解放によって可動櫛歯電極３１２の先端が跳ね上がるような反りの発生を抑制することができ、この結果、可動櫛歯電極３１２を基板部２８２に対して平行とすることができる。このため、固定櫛歯電極３０２と可動櫛歯電極３１２が、互いに平行となって、櫛歯電極同士が均一に対向するため、高精度な測定が可能となる。

さらに本実施例のＭＥＭＳ構造体２８０では、図１５に示すように、固定櫛歯電極３０２のＺ方向（積層方向）の厚みが、可動櫛歯電極３１２のＺ方向の厚みに比べて、大きくなるように形成されている。これにより、残留歪の解放に伴い固定櫛歯電極３０２や可動櫛歯電極３１２の位置や角度がわずかに変動した場合でも、固定櫛歯電極３０２と可動櫛歯電極３１２の対向面積を一定に保つことができる。

（実施例７）
図１６は、本実施例のＭＥＭＳ構造体３２０を示している。ＭＥＭＳ構造体３２０は、下側シリコン層と、酸化シリコン層と、上側シリコン層が順に積層されたＳＯＩ基板に形成されている。下側シリコン層には、基板部３２２が形成されている。

上側シリコン層には、可動マス部３２４が形成されている。可動マス部３２４は、ＭＥＭＳ構造体３２０を上方から平面視したときに、略Ｈ字形状となるように形成されている。可動マス部３２４の四隅には、連結部３２６，３２８，３３０，３３２がそれぞれ接続されている。連結部３２６，３２８，３３０，３３２は、可動マス部３２４からＸ方向（図１６の左右方向）に沿って伸びる第１Ｘ方向梁部３２６ａ，３２８ａ，３３０ａ，３３２ａと、第１Ｘ方向梁部３２６ａ，３２８ａ，３３０ａ，３３２ａに接続された可動板３２６ｂ，３２８ｂ，３３０ｂ，３３２ｂと、可動板３２６ｂ，３２８ｂ，３３０ｂ，３３２ｂからＸ方向に沿って伸びる第２Ｘ方向梁部３２６ｃ，３２８ｃ，３３０ｃ，３３２ｃと、第２Ｘ方向梁部３２６ｃ，３２８ｃ，３３０ｃ，３３２ｃの端部からＹ方向（図１６の上下方向）に沿って伸びるＹ方向梁部３２６ｄ，３２８ｄ，３３０ｄ，３３２ｄを備えている。第１Ｘ方向梁部３２６ａ，３２８ａ，３３０ａ，３３２ａと第２Ｘ方向梁部３２６ｃ，３２８ｃ，３３０ｃ，３３２ｃは、略同じ長さで形成されており、互いに平行となるように隣接して配置されている。Ｙ方向梁部３２６ｄ，３２８ｄ，３３０ｄ，３３２ｄは可動電極固定部３３４，３３６，３３８，３４０に接続している。可動電極固定部３３４，３３６，３３８，３４０は、酸化シリコン層に形成された中間固定部（図示せず）を介して基板部３２２に固定されている。可動マス部３２４のＹ方向の端面（図１６の下方の端面）には、可動櫛歯電極３４４が形成されている。可動マス部３２４には、全面にわたって、エッチングホール３４２ａが形成されている。また、可動板３２６ｂ，３２８ｂ，３３０ｂ，３３２ｂには、エッチングホール３４２ｂが形成されている。可動マス部３２４、連結部３２６，３２８，３３０，３３２、可動櫛歯電極３４４は、エッチングによって下方の酸化シリコン層が除去されている。

上側シリコン層には、固定櫛歯電極３４６を備える櫛歯電極支持部３４８が形成されている。固定櫛歯電極３４６は、可動櫛歯電極３４４と噛み合うような位置関係で配置されている。櫛歯電極支持部３４８は、酸化シリコン層に形成された中間固定部（図示せず）を介して、基板部３２２に固定されている。固定櫛歯電極３４６は、下方の酸化シリコン層が除去されている。

下側シリコン層には、エッチングによって基板部３２２から分離された固定電極３５０が形成されている。固定電極３５０は、可動マス部３２４とＺ方向に対向するように配置されている。固定電極３５０のＸ方向の両端は、酸化シリコン層に形成された中間固定部（図示せず）を介して、上側シリコン層に形成された固定電極支持部３５２，３５４に固定されている。固定電極支持部３５２，３５４は、酸化シリコン層に形成された中間固定部（図示せず）を介して、基板部３２２に固定されている。固定電極３５０と一方の固定電極支持部３５４の接続部分には、上側シリコン層から酸化シリコン層を貫通して下側シリコン層まで達する貫通電極３５６が設けられている。貫通電極３５６によって、固定電極３５０と固定電極支持部３５４は電気的に接続されている。

固定櫛歯電極３４６と可動櫛歯電極３４４の間に電圧を印加すると、固定櫛歯電極３４６と可動櫛歯電極３４４の対向面積が増大するように、可動マス部３２４が櫛歯電極支持部３４８に向けて引き寄せられる。従って、固定櫛歯電極３４６と可動櫛歯電極３４４の間に励振電圧発生器（図示せず）によって周期的に電圧を印加することで、可動マス部３２４を基板部３２２に対してＹ方向に励振することができる。

可動マス部３２４がＹ方向に振動している状態で、ＭＥＭＳ構造体３２０にＸ軸周りの角速度が作用すると、可動マス部３２４にＺ方向のコリオリ力が作用し、可動マス部３２４は基板部３２２に対してＺ方向に変位する。この際の変位量は、可動マス部３２４に作用するコリオリ力の大きさ、言い換えるとＭＥＭＳ構造体３２０に作用するＸ軸周りの角速度の大きさに応じたものとなる。可動マス部３２４が基板部３２２に対してＺ方向に変位すると、可動マス部３２４と固定電極３５０の間の静電容量が変化する。従って、可動マス部３２４と固定電極３５０の間の静電容量の変化を容量検出回路（図示せず）によって検出することで、可動マス部３２４の基板部３２２に対するＺ方向の変位量を検出することができ、ＭＥＭＳ構造体３２０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、容量検出回路による検出結果は、表示部（図示せず）によって表示させることができる。

本実施例のＭＥＭＳ構造体３２０では、可動マス部３２４を支持する連結部３２６，３２８，３３０，３３２が、いわゆるフォールディッド型（折返し型）ビームとなっている。仮に連結部３２６，３２８，３３０，３３２を、ストレート型ビームとして形成した場合、可動マス部３２４のＹ方向の変位量が大きくなると、連結部３２６，３２８，３３０，３３２を構成する部材に引張応力が作用し、連結部３２６，３２８，３３０，３３２のＹ方向のばね定数が変化してしまう。本実施例のように、連結部３２６，３２８，３３０，３３２をフォールディッド型ビームとして形成すると、可動マス部３２４のＹ方向の変位に追随して可動板３２６ｂ，３２８ｂ，３３０ｂ，３３２ｂもＹ方向に変位するため、可動マス部３２４部のＹ方向の変位量が大きくなっても、連結部３２６，３２８，３３０，３３２を構成する第１Ｘ方向梁部３２６ａ，３２８ａ，３３０ａ，３３２ａ、第２Ｘ方向梁部３２６ｃ，３２８ｃ，３３０ｃ，３３２ｃには引張応力がほとんど作用せず、連結部３２６，３２８，３３０，３３２のＹ方向のばね定数はほとんど変化しない。検出感度の高い角速度センサを実現することができる。

本実施例のＭＥＭＳ構造体３２０によれば、積層基板の残留歪の解放に起因する、可動板３２６ｂ，３２８ｂ，３３０ｂ，３３２ｂや可動マス部３２４のＺ方向の反り上がりを抑制することができる。これにより、可動マス部３２４と固定電極３５０の間の間隔が一定に保たれ、高精度な角速度センサを実現することができる。また、積層基板の残留歪の解放に起因する可動マス部３２４や連結部３２６，３２８，３３０，３３２への応力集中を抑制することができる。

本実施例のＭＥＭＳ構造体３２０では、Ｙ方向梁部３２６ｄ，３２８ｄ，３３０ｄ，３３２ｄの形状について、Ｙ方向の長さがＸ方向の長さよりも短くなるように形成されている。また、Ｙ方向梁部３２６ｄ，３２８ｄ，３３０ｄ，３３２ｄのＹ方向の長さは、第２Ｘ方向梁部３２６ｃ，３２８ｃ，３３０ｃ，３３２ｃのＸ方向の長さに比べて、十分に短くなるように形成されている。このような構成とすることによって、第２Ｘ方向梁部３２６ｃ，３２８ｃ，３３０ｃ，３３２ｃのＺ方向の剛性を高めて、積層基板の残留歪の解放に起因する可動マス部３２４や連結部３２６，３２８，３３０，３３２のＺ方向の反り上がりを抑制することができる。

本実施例のＭＥＭＳ構造体３２０では、Ｙ方向梁部３２６ｄ，３２８ｄ，３３０ｄ，３３２ｄが可動電極固定部３３４，３３６，３３８，３４０に対して、Ｘ方向の中央近傍で接続している。可動電極固定部３３４，３３６，３３８，３４０の下方の中間固定部は、酸化シリコン層のエッチングの際に内側に退行しているが、Ｙ方向梁部３２６ｄ，３２８ｄ，３３０ｄ，３３２ｄは、Ｘ方向に関して、可動電極固定部３３４，３３６，３３８，３４０の中間固定部が残存している範囲に接続されている。このような構成とすることで、可動電極固定部３３４，３３６，３３８，３４０のＸ方向の端部（中間固定部が残存していない部分）の上反りの影響によって連結部３２６，３２８，３３０，３３２がＺ方向に反り上がってしまうことを抑制することができる。

なお、図１７に示すように、Ｙ方向梁部３２６ｄ，３２８ｄ，３３０ｄ，３３２ｄにエッチングホール３４２ｃを形成してもよい。このような構成とすることで、Ｙ方向梁部３２６ｄ，３２８ｄ，３３０ｄ，３３２ｄの下方の酸化シリコン層を精度良く均一にエッチングすることが可能となる。Ｙ方向梁部３２６ｄ，３２８ｄ，３３０ｄ，３３２ｄのビーム長が正確に規定され、安定したばね定数を実現することができる。

なお、上記ではＭＥＭＳ構造体３２０を角速度センサとして具現化した場合について説明したが、同様の構成によって、加速度センサや、変位センサ、角度センサとして具現化することもできる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、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。

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、出願時の請求項に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するものであり、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。

１０ ＭＥＭＳ構造体；１２ 下側シリコン層；１４ 酸化シリコン層；１６ 上側シリコン層；１８ ＳＯＩ基板；２０ 基板部；２２ 中間固定部；２４ 上側固定部；２６ 連結部；２８ 平板部；３０ Ｙ方向梁部；３２ Ｘ方向梁部；４０ ＭＥＭＳ構造体；４２ 連結部；５０ ＭＥＭＳ構造体；５２ 基板部；５４ 固定電極；５６ 中間固定部；５８ 上側固定部；６０ 連結部；６２ 平板部；６４ Ｙ方向梁部；６６ Ｘ方向梁部；６６ 連結部；７０ ＭＥＭＳ構造体；７２，７４ 上側固定部；７６，７８ Ｙ方向梁部；８０ Ｘ方向梁部；８２ 連結部；９０ ＭＥＭＳ構造体；９２，９４，９６，９８ 上側固定部；１００ 連結部；１０２，１０４，１０６，１０８ Ｙ方向梁部；１１０，１１２ Ｘ方向梁部；１２０ ＭＥＭＳ構造体；１２２，１２４，１２６ 上側固定部；１２８，１３０ 連結部；１３２ 平板部；１３４ 固定電極；１３６，１３８，１４２，１４４ Ｙ方向梁部；１４０，１４６ Ｘ方向梁部；１５０ ＭＥＭＳ構造体；１５２ 基板部；１５４ 可動マス部；１５６ａ，１５６ｂ，１６０ａ，１６０ｂ，１６４ａ，１６４ｂ，１６８ａ，１６８ｂ 可動電極固定部；１５８，１６２，１６６，１７０ 連結部；１５８ａ，１６２ａ，１６６ａ，１７０ａ Ｙ方向梁部；１５８ｂ，１６２ｂ，１６６ｂ，１７０ｂ Ｘ方向梁部；１７２，１７４ 可動櫛歯電極；１７６，１７８ 固定櫛歯電極；１８０，１８２ 固定電極支持部；１８４，１８６ 連結部；１８４ａ，１８６ａ Ｙ方向梁部；１８４ｂ，１８６ｂ Ｘ方向梁部；１８８ａ，１８８ｂ，１９０ａ，１９０ｂ 固定電極固定部；２００ ＭＥＭＳ構造体；２０２ 基板部；２０４ 固定電極部；２０６ 上側固定部；２０８ 連結部；２１０ 平板部；２１２ 第２Ｘ方向梁部；２１４ Ｙ方向梁部；２１６ 第１Ｘ方向梁部；２２０ ＭＥＭＳ構造体；２２２ａ，２２２ｂ 上側固定部；２２４ 連結部；２２６ａ，２２６ｂ 第２Ｘ方向梁部；２２８ａ，２２８ｂ Ｙ方向梁部；２３０ 第１Ｘ方向梁部；２５０ ＭＥＭＳ構造体；２５２ 基板部；２５２ 平板部；２５４ 中間固定部；２５６ 第１副基板部；２５８ 位置決めスペーサ；２６０ 第２副基板部；２６２ 固定電極；２６４ａ，２６４ｂ 中間固定部；２６６ａ，２６６ｂ 上側固定部；２６８ 連結部；２７０ 平板部；２８０ ＭＥＭＳ構造体；２８２ 基板部；２８４ 中間固定部；２８６ 第１副基板部；２８８ 位置決めスペーサ；２９０ 第２副基板部；２９２ 可動マス部；２９４ａ，２９４ｂ 中間固定部；２９６ａ，２９６ｂ 上側固定部；２９８ 連結部；３００ 固定電極支持部；３０２ 固定櫛歯電極；３０４ａ，３０４ｂ 中間固定部；３０６ａ，３０６ｂ 上側固定部；３０８ 連結部；３１０ 可動電極支持部；３１２ 可動櫛歯電極；３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄ 支持梁部；３２０ ＭＥＭＳ構造体；３２２ 基板部；３２４ 可動マス部；３２６，３２８，３３０，３３２ 連結部；３２６ａ，３２８ａ，３３０ａ，３３２ａ 第１Ｘ方向梁部；３２６ｂ，３２８ｂ，３３０ｂ，３３２ｂ 可動板；３２６ｃ，３２８ｃ，３３０ｃ，３３２ｃ 第２Ｘ方向梁部；３２６ｄ，３２８ｄ，３３０ｄ，３３２ｄ Ｙ方向梁部；３３４，３３６，３３８，３４０ 可動電極固定部；３４２ａ，３４２ｂ，３４２ｃ エッチングホール；３４４ 可動櫛歯電極；３４６ 固定櫛歯電極；３４８ 櫛歯電極支持部；３５０ 固定電極；３５２，３５４ 固定電極支持部；３５６ 貫通電極

Claims (10)

1. 第１層と、
   第１層上に積層された、第１層とは線膨張係数が異なる第２層と、
   第２層上に積層された、第２層とは線膨張係数が異なる第３層を備える積層基板に形成されたＭＥＭＳ構造体であって、
   第１層に形成された基板部と、
   第２層に形成された中間固定部と、
   第３層に形成された上側固定部、連結部および可動部を備えており、
   上側固定部は中間固定部を介して基板部に固定されており、
   連結部は第１方向に伸びる第１梁部、第２方向に伸びる第２梁部および第４方向に伸びる第４梁部を含み、
   第１梁部の第１方向とは反対側の端部は、上側固定部に接しており、
   第１梁部の第１方向側の端部は、第２梁部の第２方向とは反対側の端部に接しており、
   第４梁部の第４方向側の端部は、可動部に接しており、
   第２方向は、可動部から離れる方向であり、
   第４方向は、可動部に近づく方向であり、
   第１方向、第２方向および第４方向はそれぞれ異なる方向である、
   ＭＥＭＳ構造体。
2. 第１梁部の長さは、第２梁部および第４梁部の長さよりも短い、
   請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
3. 第１方向は、第４方向と直交しており、
   第２方向は、第４方向とは反対の方向である、
   請求項１または２に記載のＭＥＭＳ構造体。
4. 連結部は、第３方向に伸びる第３梁部を含み、
   第３梁部の第３方向とは反対側の端部は、第２梁部の第２方向側の端部に接しており、
   第３梁部の第３方向側の端部は、第４梁部の第４方向とは反対側の端部に接している、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ構造体。
5. 第２層に形成された第２中間固定部と、
   第３層に形成された第２上側固定部と、
   をさらに備え、
   第２上側固定部は第２中間固定部を介して基板部に固定されており、
   連結部は、第６方向に伸びる第６梁部および第７方向に伸びる第７梁部を含み、
   第７梁部の第７方向とは反対側の端部は、第２上側固定部に接しており、
   第６梁部の第６方向とは反対側の端部は、第７梁部の第７方向側の端部と接しており、
   第６方向は、可動部から離れる方向であり、
   第４方向、第６方向および第７方向はそれぞれ異なる方向である、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ構造体。
6. 第７梁部の長さは、第４梁部および第６梁部の長さよりも短い、
   請求項５に記載のＭＥＭＳ構造体。
7. 第７方向は、第４方向と直交しており、
   第６方向は、第４方向とは反対の方向である、
   請求項５または６に記載のＭＥＭＳ構造体。
8. 連結部は、第５方向に伸びる第５梁部を含み、
   第５梁部の第５方向とは反対側の端部は、第６梁部の第６方向側の端部に接しており、
   第５梁部の第５方向側の端部は、第４梁部の第４方向とは反対側の端部に接している、
   請求項５乃至７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ構造体。
9. 第７梁部は、第１梁部に対し第４梁部を軸として線対称な位置に配置され、
   第６梁部は、第２梁部に対し第４梁部を軸として線対称な位置に配置され、
   第５梁部は、第３梁部に対し第４梁部を軸として線対称な位置に配置され、
   第２上側固定部は、上側固定部に対し第４梁部を軸として線対称な位置に配置される、
   請求項８に記載のＭＥＭＳ構造体。
10. 第１層と、
    第１層上に積層された、第１層とは線膨張係数が異なる第２層と、
    第２層上に積層された、第２層とは線膨張係数が異なる第３層を備える積層基板に形成されたＭＥＭＳ構造体であって、
    第１層に形成された基板部と、
    第２層に形成された中間固定部と、
    第３層に形成された上側固定部、連結部および可動部を備えており、
    上側固定部は中間固定部を介して基板部に固定されており、
    可動部は連結部によって片持ち支持されており、
    連結部は上側固定部によって支持されており、
    可動部の支持方向に関して、可動部の先端から近い側の中間固定部の端部よりも可動部の先端から遠い位置で、連結部が上側固定部に接続しており、
    連結部がＬ字形状を有しており、
    可動部の支持方向に直交する方向に関して、上側固定部の可動部に近い側の端面において、連結部が上側固定部に接続しているＭＥＭＳ構造体。

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