WO2010032818A1 - Ｍｅｍｓセンサ及び検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】　３方向の加速度や角速度を検知でき、しかも全体が薄型でバランスの良いＭＥＭＳセンサを提供する。 【解決手段】　全体が長方形状のＭＥＭＳセンサ１であり、中央に第１の動作空間１５が、その右に第２の動作空間１６が、左に第３の動作空間１７が形成されている。第１の動作空間１５内には第１の可動体４１が設けられ、第１の可動体４１はＺ方向へ動作する。第２の動作空間１６内には第２の可動体２１が設けられ、第２の可動体２１はＹ方向へ動作する。第３の動作空間１７内には第３の可動体２１Ａが設けられ、第３の可動体２１ＡはＸ方向に動作する。各動作空間１５，１６，１７と各可動体２１，２１Ａ，４１は、第１の中心線Ｏ１に対して１８０度の回転対称で且つ左右対称形状である。

Description

ＭＥＭＳセンサ及び検出装置
　本発明は、シリコン（Silicon）層を加工するなどして形成された微細な構造のＭＥＭＳセンサに係り、特に、互いに直交する３方向へそれぞれ動作する可動体が共通の支持基板に支持されたＭＥＭＳセンサ及び検出装置に関する。
　ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）素子は、２枚のシリコン（Ｓｉ）ウエハがＳｉＯ2などの絶縁層を介して接合されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）層を微細加工することで形成される。ＭＥＭＳ素子は、ＳＯＩ層の一方のシリコンウエハが支持基板として使用され、他方のシリコンウエハがエッチングにより分離されて、可動体と、この可動体を動作できるように支持する支持部と、可動体の移動量を検知する検知部とが形成される。また必要に応じて可動体に駆動力を与える駆動部が形成される。
　ＳＯＩ層を加工する際に、可動体の支持部と支持基板との間の前記絶縁層が残されて支持部が支持基板に固定されるとともに、可動体の動作部分と支持基板との間の前記絶縁層が除去されて、可動体が支持基板上で動作自在に構成される。また、検知部や駆動部は、可動部と一体に動作する可動電極と、この可動電極との間で静電容量を形成する固定電極とで構成されるのが一般的であり、固定電極部はその支持部が前記絶縁層を介して支持基板に固定された状態となる。
　ＭＥＭＳ素子は、以下の特許文献１に記載されているようなマイクロリレーとして構成され、または加速度センサや振動型ジャイロあるいは圧力センサなどとして使用される。
　特許文献１に記載されているように、通常はＭＥＭＳ素子が単一の動作機能を有するものとして構成されて、１個のＭＥＭＳ素子がパッケージングされて使用される。
　したがって、例えば、ＭＥＭＳ素子を加速度センサや振動型ジャイロとして構成し、空間での直交する３方向の加速度または角速度の成分をそれぞれ検出しようとすると、同じ構造の３個の加速度センサや振動型ジャイロを用い、３個のセンサを直交軸であるＸ軸とＹ軸およびＺ軸のそれぞれに対応できる向きに設置してパッケージングすることが必要になる。または、加速度センサや振動型ジャイロを、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用にそれぞれ異なる構造のものとして個別に製造し、３種類のセンサを一緒にパッケージングして使用することが必要になる。
　このように、直交する３方向の加速度または角速度の成分を全て検出できるセンサは、１つのパッケージング内に３個の個別のセンサが収納されるものとなるため、構造が複雑でしかも大型になる。
　以下の特許文献２には、一対の振動子を備えて左右対称形状で構成された複合型のＭＥＭＳセンサが開示されている。しかし、このＭＥＭＳセンサは、一対の振動子が同じ方向へ動作するもので、一方の振動子の動作で加速度を検知し他方の振動子の動作で角加速度を検知するというものである。
　このように、従来は、直交する３方向の加速度または角速度を全て検知できるセンサを、平面的に配列した小型のものとして構成しようとする考えは存在していない。
特開２０００－３０７０１８号公報 特開２００６－１０５６９８号公報
　本発明は上記従来の課題を解決するものであり、単一の素子として平面的に構成でき、しかも直交する３方向の加速度や角速度を検知できるＭＥＭＳセンサ及び検査装置を提供することを目的としている。
　また、本発明は、同じ基板上に３つの別の機能を発揮する可動体を搭載でき、しかも、全体の構造が対称形状で全体としてバランスのとれた動作が可能であり、接合応力や動作時の反力による応力が全体にバランスよく作用することができるＭＥＭＳセンサ及び検査装置を提供することを目的としている。
　本発明のＭＥＭＳセンサは、支持基板とこれに平行な閉鎖部材との間に枠体層が設けられ、前記枠体層に、厚さ方向に貫通する３つの穴が形成され、３つの前記穴の周囲で、前記支持基板と前記枠体層および前記枠体層と前記閉鎖部材が接合されて、３つの前記穴のそれぞれによって、外部から密閉され且つ互いに区分された第１の動作空間と第２の動作空間および第３の動作空間が形成されており、
　前記第１の動作空間に第１の可動体が、前記第２の動作空間に第２の可動体が、前記第３の動作空間に第３の可動体が収納され、前記第１の可動体と前記第２の可動体および前記第３の可動体の主な動作方向が、互いに直交する３方向の別々の向きとなるように支持されているとともに、それぞれの前記動作空間内に、前記可動体の主な動作方向の移動量を検知する検知部が設けられており、
　前記第１の動作空間を挟んで一方の側に第２の動作空間が他方の側に第３の動作空間が配置されて３つの前記動作空間が一列に並び、前記第２の動作空間の平面形状と前記第３の動作空間の平面形状が等しく、３つの前記動作空間の平面形状は、前記第１の動作空間の中心を通り且つ前記支持基板の表面と直交する中心線に対して１８０度の回転対称形状であることを特徴とするものである。
　本発明のＭＥＭＳセンサは、同じ支持基板上に平面的に配置された３つの動作空間内にそれぞれ可動体が設けられ、３個の可動体で、空間内での直交する３方向の加速度を検知できるように構成されている。３方向の加速度を検知する３個の可動体が平面状に配列されているため、薄型で小型に構成できる。なお、それぞれの動作空間内に、可動体を振動させる駆動部を設けることで、振動型ジャイロを構成でき、３つの可動体により、直交する３方向の軸の周りの角速度の検出が可能になる。
　本発明のＭＥＭＳセンサは、全体が１８０度の回転対称形状であるため、３つの動作空間を区分している枠体層と支持基板との接合応力および枠体層と閉鎖部材との接合応力の偏りが少なくなり、センサ全体の反りなどが発生しにくくなる。
　本発明は、前記第２の可動体と前記第３の可動体は質量が同じであり、前記第１の可動体は、前記中心線を挟んで質量が左右対称であることが好ましい。
　上記のように可動体の質量を対称に分布させることで、全体としてバランスの良い動作を実現でき、例えば、可動体が動作したときの反作用で支持基板や枠体層に作用する応力の集中を避けることができ、長寿命化を実現できる。
　また、本発明は、前記第２の可動体と前記第３の可動体の主な動作方向は、前記支持基板の基板面と平行で且つ互いに直交する向きであり、前記第１の可動体の主な動作方向は、前記支持基板の基板面と垂直な向きである。
　上記のように、第１の可動体の動作方向が垂直方向で、第１の可動体を挟んで両側に位置する第２の可動体と第３の可動体の動作方向が平面方向であると、中心線を挟んで左右の動作バランスがとれるようになり、支持基板や枠体層に作用する応力の偏りや集中をさらに防止しやすくなる。
　本発明は、前記枠体層と前記可動体と前記可動体を主な動作方向へ移動自在に支持する支持部および前記検知部は、共通の層から分離されて形成されているものである。すなわち、２つのＳｉ層が絶縁層を介して接合されたＳＯＩ層が使用され、一方のＳｉ層が前記支持基板として使用され、他方のＳｉ層が機能層として使用され、この機能層から、前記枠体層と前記可動体と前記可動体を主な動作方向へ移動自在に支持する支持部および前記検知部が分離されて形成されているものである。
　本発明は、さらに前記枠体層には、隣り合う前記動作空間を連通させる連通路が形成されていることが好ましい。
　第１の動作空間と第２の動作空間および第３の動作空間は、内部の空気が排出された真空状態または真空に近い状態で外部から密閉される。この場合に、３つの動作空間内が連通路で互いに連通されていると、３つの動作空間内の圧力を同じにでき、すなわち真空度を同じにできる。また、第１の動作空間と第２の動作空間および第３の動作空間内に、アルゴンなどの不活性ガスが封入されて使用されることがあるが、この場合も、全ての動作空間が連通路で繋がっていると、それぞれの動作空間内での圧力のばらつきを防止できる。
　このように、それぞれの動作空間の真空度を同じにでき、または内部圧力を同じにできると、圧力のばらつきに起因して支持基板や枠体層に作用する応力の偏り集中を防止でき、支持基板や枠体層の反りなどの問題が生じにくくなる。
　また本発明では、各動作空間内に設けられた各検知部は、出力側電極と入力側電極とを有し、前記出力側電極が各検知部に複数設けられており、
　各出力側電極は、前記閉鎖部材の表面に形成された絶縁層内に埋設された第１リード層を介して外部接続パッドと電気的に接続されており、
　少なくともいずれか１つの前記検知部では、複数の前記第１リード層のパターン長さが異なっており、パターン長さが長い前記第１リード層は、パターン長さが短い第１リード層に対して幅細で形成されていることが好ましい。これにより、各検知部において、各第１リード層と閉鎖部材間で生じる各寄生容量を一定に近づくように調整できる。
　あるいは本発明は、各動作空間内に設けられた各検知部は、出力側電極と入力側電極とを有し、前記出力側電極が各検知部に複数設けられており、
　各出力側電極は、前記閉鎖部材の表面に形成された絶縁層内に埋設された第１リード層を介して外部接続パッドと電気的に接続されており、
　各外部接続パッドの形成位置は、集積回路（ＩＣ）の端子部の位置に応じて設定されており、
　各検知部において各第１リード層と前記閉鎖部材間の寄生容量が一定に近づくように、各第１リード層の長さ及び幅が調整されているものである。
　また本発明における検出装置は、上記記載のＭＥＭＳセンサと、集積回路（ＩＣ）とを備え、各外部接続パッドの形成位置は、前記集積回路（ＩＣ）の端子部の位置に応じて設定されており、
　前記ＭＥＭＳセンサの各外部接続パッドと前記集積回路に設けられた各端子部とが導通接続されて差動出力を得ることを特徴とするものである。
　本発明のＭＥＭＳセンサは、第１の動作空間、第２の動作空間、及び第３の動作空間が一列に並んだ一方向に長い一体形状であり、例えば、外部素子の端子部の位置に応じて、各動作空間内に設けられる各検知部の位置自体を変動することができない。よって、例えば、端子部の位置に応じて、真ん中に位置する第１の動作空間付近に外部接続パッドをまとめて設けるような場合、両側に位置する第２の動作空間や第３の動作空間は、外部接続パッドの位置から距離的に離れるとともに、引き回しの関係上、各第１リード層のパターン長さが異なりやすい。しかしながら本発明では、各検知部での各第１リード層と閉鎖部材間で生じる各寄生容量を一定に近づくようにリード層の長さに応じてリード層の幅を調整しており、これにより高精度な差動出力を得ることができる。そして、本発明のＭＥＭＳセンサの構成によれば、どのような集積回路（ＩＣ）との接続にも適切に対応することが可能であり、集積回路（ＩＣ）側に規制を与えることなく、検出精度に優れた検出装置を製造することが可能である。
　本発明は、例えばＳＯＩを使用した薄くて平面的な単一のセンサでありながら、直交する３方向の加速度や３方向の軸周りの角速度の検出などが可能になる。また、内部に３つの動作空間を有しているが、それぞれの動作空間の平面形状が、中心線に対して対称形状であるため、枠体層と支持基板との接合部などにおいて接合応力の偏りが生じにくい。
　また全体としてバランスの良い動作を実現できるため、一部に応力が集中しづらくなって長寿命化を図りやすくなる。
本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサの各動作空間内の構造を支持基板を透視して示す平面図、 ＭＥＭＳセンサの断面図であり、図１をＩＩ－ＩＩ線で切断した断面図に相当している、 図１に示す第２の動作空間を拡大して示す平面図、 第２の動作空間の断面図であり、図３をＩＶ－ＩＶ線で切断した断面図に相当している、 図３においてＶで示す検知部の拡大平面図、 図３においてＶＩで示す検知部の拡大平面図、 図１に示すＭＥＭＳセンサの第１の動作空間内の構造を示す断面図、 （Ａ）は、図１においてＶＩＩＩで示す検知部を拡大して示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図、 （Ａ）は、図１においてＩＸで示す検知部を拡大して示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図、 （Ａ）（Ｂ）は、ＶＩＩＩで示す検知部とＩＸで示す検知部の別の実施の形態を示す断面図、 本実施形態におけるＭＥＭＳセンサを備えた検出装置の部分平面図、 別の実施形態を示す検査装置の平面図、 図１２に示すＭＥＭＳセンサの拡大平面図。
　図１は本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサを示すものであり、枠体層と、この枠体層内に配置された可動体ならびに検知部の構造を示す平面図、図２はＭＥＭＳセンサの全体の構造を示す縦断面図であり、図１をＩＩ－ＩＩ線で切断した断面図に相当している。図３は、図１に示すＭＥＭＳセンサの右側に配置された第２の動作空間内の構造を示す平面図である。図４は、図２に示すＭＥＭＳセンサの右側に配置された第２の動作空間の縦断面図であり、図３をＩＶ－ＩＶ線で切断した断面図に相当している。図５と図６は、図３に示す第２の動作空間内の検知部のＶ部とＶＩ部をそれぞれ拡大した平面図である。図７は、図２の中央部に配置された第１の動作空間内の構造を示す拡大断面図である。図８（Ａ）と図９（Ａ）は、第１の動作空間内に配置された検知部の構造を示すもので図１のＶＩＩＩ部とＩＸ部を夫々、拡大した平面図である。図８（Ｂ）と図９（Ｂ）は、それぞれ図８（Ａ）と図９（Ａ）の断面図である。
　図１に示すように、ＭＥＭＳセンサ１は、Ｘ方向が長辺でＹ方向が短辺の長方形状である。図２に示すように、ＭＥＭＳセンサ１は、支持基板２に機能層１０が積層され、機能層１０の一部分と支持基板２とが第１の絶縁層３を介して接合されている。支持基板２と機能層１０および第１の絶縁層３は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）層を微細加工して形成されている。ここで使用するＳＯＩ層は、２つのシリコンウエハが、絶縁層（Insulator）であるＳｉＯ2層を挟んで一体に接合されたものである。ＳＯＩ層の一方のシリコンウエハが、支持基板２として使用され、他方のシリコンウエハが機能層１０として使用されて、この機能層１０が微細加工されてそれぞれの機能部が分離されて形成される。また、ＳｉＯ2層の一部が残されて第１の絶縁層３となっている。
　図２に示すように、機能層１０には閉鎖部材４が重ねられて、機能層１０は支持基板２と閉鎖部材４との間で挟まれた構造となっている。閉鎖部材４は単独のＳｉ基板である。閉鎖部材４は、機能層１０との対向面に第２の絶縁層５が形成されており、この第２の絶縁層５の内部に導電体のパターンが埋設されてリード層が形成されている。このリード層が、機能層１０に形成される検出部の可動電極と固定電極などに個別に導通され、且つＭＥＭＳセンサ１の外部に設けられた通電パッドに導通されている。閉鎖部材４の第２の絶縁層５は、接合層６を介して、機能層１０の一部と接合されている。
　なお、閉鎖部材４は、Ｓｉの単独の基板に限られるものではなく、ガラス基板などであってもよい。あるいは検出回路などの各種回路が収納されたＩＣパッケージの表面が閉鎖部材４として使用され、機能層１０の一部が接合層６を介してＩＣパッケージの上面に接合されてもよい。この場合、第２の絶縁層５内に配置されるリード層は、ＩＣパッケージの上面に設けられた電極バンプなどに接続される。
　図１に示すように、ＳＯＩ層の一方のシリコンウエハで形成されている機能層１０は、その一部が分離されて枠体層１１が形成されている。枠体層１１の外形は、Ｘ方向に延びる一対の長辺１１ａ，１１ａとＹ方向に延びる一対の短辺１１ｂ，１１ｂを有する長方形状であり、前記長辺１１ａ，１１ａと短辺１１ｂ，１１ｂは、同じく長方形である支持基板２の長辺および短辺と一致している。
　図１に示すように、枠体層１１には第１の穴１２と第２の穴１３および第３の穴１４が形成されており、それぞれの穴１２，１３，１４は、枠体層１１を厚さ方向に貫通している。第１の穴１２は平面形状がＸ方向に細長い長方形であり、その長辺は枠体層１１の長辺１１ａ，１１ａと平行であり、短辺は、枠体層１１の短辺１１ｂ，１１ｂと平行である。第２の穴１３と第３の穴１４は、共に平面形状が正方形である。それぞれの穴１３，１４の辺は、前記長辺１１ａ，１１ａと短辺１１ｂ，１１ｂの双方に平行である。
　図１と図２に示すように、第１の穴１２の中心（図心、重心）を通って支持基板２の基板面に垂直な線を第１の中心線Ｏ１とし、同じく第２の穴１３および第３の穴１４の中心（図心、重心）を通って支持基板２の基板面に垂直な線を、それぞれ第２の中心線Ｏ２および第３の中心線Ｏ３としている。第１の穴１２と第２の穴１３および第３の穴１４は、それぞれの中心線Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３が、Ｘ方向に直線状に並ぶように配置されている。
　図１に示すように、第１の穴１２は第１の中心線Ｏ１に対して１８０度の回転対称形状であり、且つ第１の中心線Ｏ１を通ってＹ方向に延びる線を挟んで左右方向（Ｘ１－Ｘ２方向）に線対称形状である。また、第２の穴１３と第３の穴１４も、第１の中心線Ｏ１に対して１８０度の回転対称形状であり、且つ第１の中心線Ｏ１を通ってＹ方向に延びる線に対して左右方向に線対称形状である。
　図１と図２に示す実施の形態は、枠体層１１の長辺１１ａ，１１ａおよび短辺１１ｂ，１１ｂも、第１の中心線Ｏ１に対して１８０度の回転対称であり且つ第１の中心線Ｏ１を通りＹ方向に延びる線を挟んで左右方向に線対称形状である。
　支持基板２と枠体層１１との対面部では、ＳＯＩ層のＳｉＯ2層の一部が残された第１の絶縁層３によって枠状絶縁層３ａが形成されている。枠状絶縁層３ａは、支持基板２と枠体層１１との対面部の全域（図１でハッチングで示す領域）に形成されている。ただし、実際には、選択的なエッチングで、第１の絶縁層３以外の部分のＳｉＯ2層を除去するときに、各穴１２，１３，１４の外周部分で枠状絶縁層３ａの一部が除去されるが、本明細書では、各穴１２，１３，１４の周縁部で枠状絶縁層３ａの一部が欠落している状態を含めて、支持基板２と枠体層１１との対面部の全域に枠状絶縁層３ａが形成されている、と表現している。
　図１に示すように、第１の穴１２と第２の穴１３および第３の穴が、第１の中心線Ｏ１を介して対称形状であり、且つ枠体層１１の長辺１１ａ，１１ａと短辺１１ｂ，１１ｂも第１の中心線Ｏ１を介して対称形状であるため、枠状絶縁層３ａの形成領域も、第１の中心線Ｏ１に対して１８０度の回転対称形状であり、且つ枠状絶縁層３ａの形成領域は、第１の中心線Ｏ１を通ってＹ方向に延びる線に対して左右に対称形状である。
　枠状絶縁層３ａの形成領域が第１の中心線Ｏ１に対して対称形状であるため、ＳＯＩ層のＳｉＯ2層の一部で形成された枠状絶縁層３ａとシリコンウエハで形成された支持基板２との間の接合応力が、第１の中心線Ｏ１を挟んで左右で均等に作用するようになり、応力の偏りによって支持基板２に局部的に大きな反りが発生するような現象を防止しやすい。
　なお、図１に示すように、第１の穴１２と第２の穴１３および第３の穴１４の開口パターンが、第１の中心線Ｏ１に対して対称であれば、枠体層１１の外辺の形状が、第１の中心線Ｏ１に対して厳密に対称ではなくても、枠状絶縁層３ａの形状を第１の中心線Ｏ１に対してほぼ対称形状にでき、絶縁層と支持基板２との間の応力の分布を均一にできる効果を奏することができる。
　閉鎖部材４の対向面に形成された第２の絶縁層５と機能層１０とを部分的に接合している接合層６は、機能層１０の一部である検知部の可動電極や固定電極に通電可能なように構成された金属接合層である。この金属接合層は、第２の絶縁層５の表面と機能層１０の表面の一方に形成された金属層と他方に形成された金属層を共晶接合または拡散接合させたものである。この場合、例えば一方の金属層がアルミニウムであり、他方の金属層がゲルマニウムなどである。なお、前記接合層６として接着剤層を使用することも可能である。
　図２に示すように、前記接合層６の一部がシール接合層６ａとなり、このシール接合層６ａによって、枠体層１１と閉鎖部材４の第２の絶縁層５とが接合されている。シール接合層６ａは、第１の穴１２の周囲全周を囲み、第２の穴１３の周囲全周と第３の穴１４のそれぞれの周囲全周を囲むように形成されている。支持基板２と枠体層１１との間では、第１の穴１２と第２の穴１３および第３の穴１４のそれぞれの周囲全周が前記枠状絶縁層３ａで接合されている。この枠状絶縁層３ａとシール接合層６ａとで各穴の周縁部がシールされた結果、第１の穴１２の内部は外部から閉鎖された第１の動作空間１５となる。同様に、第２の穴１３の内部が外部から閉鎖された第２の動作空間１６となり、第３の穴１４の内部が外部から閉鎖された第３の動作空間１７となる。
　なお、前記シール接合層６ａが形成された領域のパターンも、第１の中心線Ｏ１に対して１８０度の対称形状であり、且つ第１の中心線Ｏ１を通りＹ方向に延びる線に対して左右対称形状であることが好ましい。このように、第１の穴１２と第２の穴１３および第３の穴１４の形状を第１の中心線Ｏ１に対して対称形状とし、枠状絶縁層３ａとシール接合層６ａも第１の中心線Ｏ１に対して対称形状とすることにより、枠体層１１と支持基板２との接合応力ならびに枠体層１１と閉鎖部材４との接合応力を左右に均等にでき、応力の偏りを防止して、歪みの発生を抑制しやすくなる。
　このＭＥＭＳセンサ１は、第１の動作空間１５に設けられた第１の可動体４１の動作により、支持基板２の基板面と直交する向きのＺ方向の加速度を検知できる。また、第２の動作空間１６に設けられた第２の可動体２１の動作により、支持基板２の基板面と平行なＹ方向の加速度を検知でき、第３の動作空間１７に設けられた第３の可動体２１Ａの動作によりＺ方向とＹ方向に直交するＸ方向の加速度を検知できる。
　まず、図３ないし図６を参照して、第２の動作空間１６内の構造を説明する。
　図３と図４に示すように、第２の動作空間１６内には、第２の可動体２１と、第２の可動体２１をＹ１－Ｙ２方向に動作自在に支持する支持部である支持腕部２２，２４および弾性支持部２６，２７，２８，２９が設けられ、さらに検知部などの機能部が設けられている。これらの各機能部は、前記枠体層１１と共に、機能層１０となる１枚のシリコンウエハからエッチング工程で分離されて形成されたものである。
　図３と図４に示すように、第２の動作空間１６では、枠体層１１に開口した正方形の第２の穴１３の内側に第２の可動体２１が設けられている。また、第２の中心線Ｏ２よりもＸ１側に、Ｙ１－Ｙ２方向に延びる支持腕部２２が設けられている。支持腕部２２には、第２の中心線Ｏ２に接近した位置に四角形の支持導通部２３が一体に形成されている。第２の中心線Ｏ２よりもＸ２側には、Ｙ１－Ｙ２方向に延びる支持腕部２４が設けられている。支持腕部２４には、第２の中心線Ｏ２に接近した位置に四角形の支持導通部２５が一体に形成されている。
　第２の可動体２１は、Ｘ１側の支持腕部２２とＸ２側の支持腕部２４との間に挟まれている。Ｘ１側に設けられた支持腕部２２のＹ１側の端部と第２の可動体２１とが弾性支持部２６を介して一体に連結され、支持腕部２２のＹ２側の端部と第２の可動体２１とが弾性支持部２７を介して一体に連結されている。Ｘ２側に設けられた支持腕部２４のＹ１側の端部と第２の可動体２１とが弾性支持部２８を介して一体に連結され、支持腕部２４のＹ２側の端部と第２の可動体２１とが弾性支持部２８を介して一体に連結されている。
　図４に示すように、支持腕部２２と一体の支持導通部２３の一方の面は、第１の絶縁層３の一部である支持絶縁層３ｂによって、支持基板２の基板面に接合されている。支持導通部２３の他方の面は、前記接合層６のひとつである支持接合層６ｂによって、閉鎖部材４の表面の第２の絶縁層５に接合されている。同様に、他方の支持導通部２５も、支持絶縁層３ｂを介して支持基板２に接合され、支持接合層６ｂによって第２の絶縁層５に接合されている。
　支持導通部２３，２５は、支持絶縁層３ｂと支持接合層６ｂとで上下から挟まれて固定されているが、それ以外の部分である第２の可動体２１と支持腕部２２，２４および弾性支持部２６，２７，２８，２９は、支持基板２と接合されておらず、また第２の絶縁層５とも接合されていない。図３に示すように、弾性支持部２６，２７，２８，２９は、第２の可動体２１および支持腕部２２，２４とともにシリコンウエハで一体に形成されたものであり、薄肉で長手方向がＸ方向に延びるミアンダパターンとなるように形成されている。この弾性支持部２６，２７，２８，２９のＹ１－Ｙ２方向への撓み変形によって、第２の可動体２１は、主にＹ１－Ｙ２方向へ移動できる。また、第２の可動体２１は、弾性支持部２６，２７，２８，２９の拘束力によってＸ１－Ｘ２方向へは動きにくくなっている。
　図３に示すように、第２の可動体２１のＹ１側には、左側の側部からＸ１方向へ向けて直線的に延びる複数の可動電極２１ｂが一体に形成されている。図５に示すように、複数の可動電極２１ｂは一定の幅寸法で互いに平行にＸ１方向に延びている。また、第２の可動体２１のＹ１側には、右側の側部からＸ２方向へ向けて直線的に延びる複数の可動電極２１ａが一体に形成されている。この可動電極２１ａは一定の幅寸法で互いに平行にＸ２方向へ延びている。
　第２の可動体２１のＹ２側には、左側の側部からＸ１方向へ向けて複数の可動電極２１ｄが一体に形成されている。図６に示すように、複数の可動電極２１ｄは一定の幅寸法で互いに平行でＸ１方向へ向けて直線的に延びている。また、第２の可動体２１のＹ２側には、右側の側部からＸ２方向へ向けて複数の可動電極２１ｃが一体に形成されている。この右側の可動電極２１ｃは一定の幅寸法で互いに平行でありＸ２方向へ向けて直線的に延びている。
　支持腕部２２と一体に形成された前記支持導通部２３と、支持腕部２４と一体に形成された前記支持導通部２５との少なくとも一方が、金属接合部である支持接合層６ｂを介して、第２の絶縁層５の内部に設けられたリード層と導通している。前記各可動電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、リード層を介して検出回路に接続されている。
　図３に示すように、第２の動作空間１６内では、前記第２の可動体２１のさらに内側に、シリコンウエハから分離された第１の固定部３１と第２の固定部３２が設けられている。第１の固定部３１は、第２の中心線Ｏ２よりもＹ１側に設けられており、第１の固定部３１には、第２の中心線Ｏ２に接近する位置に四角形の支持導通部３３が一体に形成されている。第２の固定部３２は、第２の中心線Ｏ２よりもＹ２側に設けられており、第２の固定部３２には、第２の中心線Ｏ２に接近する位置に四角形の支持導通部３４が一体に形成されている。
　図４に示すように、第１の固定部３１と一体の支持導通部３３は、第１の絶縁層３であるＳｉＯ2層を残すことで形成された支持絶縁層３ｃを介して支持基板２に接合されている。また、閉鎖部材４に形成された第２の絶縁層５と支持導通部３３とが接合層６のひとつである支持接合層６ｃによって接合されている。第１の固定部３１は、支持導通部３３が支持絶縁層３ｃと支持接合層６ｃとで挟まれて固定されているが、それ以外の部分は、支持基板２から離れており、また第２の絶縁層５からも離れている。同様に、第２の固定部３２と一体の支持導通部３４は、支持絶縁層３ｃを介して支持基板２に接合され、支持接合層６ｃを介して閉鎖部材４の第２の絶縁層５に接合されている。ただし、第２の固定部３２は、支持導通部３４以外の部分が、支持基板２および第２の絶縁層５の双方から離れている。
　図３に示すように、第１の固定部３１は、支持導通部３３からＹ１方向に直線的に延びる電極支持部３１ａを有している。電極支持部３１ａのＸ１側には、複数の固定電極３１ｂが一体に形成されており、電極支持部３１ａのＸ２側には、複数の固定電極３１ｃが一体に形成されている。図５には、一方の固定電極３１ｃが示されている。複数の固定電極３１ｃはいずれも一定の幅寸法でＸ２方向へ直線的に延びている。それぞれの固定電極３１ｃは、第２の可動体２１に一体に形成された複数の可動電極２１ｂの間に入り込んでおり、それぞれの固定電極３１ｃは、可動電極２１ｂに対してＹ１側へ距離δ１を空けて対向している。電極支持部３１ａからＸ１方向に延びる固定電極３１ｂも同様に、それぞれの可動電極２１ａの間に入り込んでおり、それぞれの固定電極３１ｂは、可動電極２１ａに対してＹ１側へ距離δ１を空けて対向している。
　第２の固定部３２には、支持導通部３４からＹ２方向へ延びる電極支持部３２ａが一体に形成されている。電極支持部３２ａには、Ｘ１方向へ直線的に延びる複数の固定電極３２ｂと、Ｘ２方向へ直線的に延びる複数の固定電極３２ｃが設けられている。図６には、Ｘ２方向に延びる固定電極３２ｃが示されている。複数の固定電極３２ｃは、第２の可動体２１に形成された複数の可動電極２１ｄの間に入り込んでおり、それぞれの固定電極３１ｃは、可動電極２１ｄに対してＹ２方向へ距離δ２を空けて対向している。電極支持部３２ａからＸ１方向へ延びる複数の固定電極３２ｂも同様に、それぞれの可動電極２１ｃの間に入り込んでおり、固定電極３２ｂは、可動電極２１ｃに対してＹ２方向へ距離δ２を空けて対向している。
　第１の固定部３１の支持導通部３３は、金属接合層である支持接合層６ｃに接続されているため、前記固定電極３１ｂ，３１ｃは、前記支持接合層６ｃを介して、第２の絶縁層５の内部のリード層に接続されている。同様に、第２の固定部３２の支持導通部３４も支持接合層６ｃに接続されており、前記固定電極３２ｂ，３２ｃは、支持接合層６ｃを介して第２の絶縁層５の内部のリード層に接合されている。そして、それぞれのリード層は検出回路に接続されている。
　図３に示すように、第２の動作空間１６を形成している第２の穴１３は四角形であり、第２の可動体２１は第２の中心線Ｏ２に対して１８０度の回転対称形状であり、支持腕部２２，２４も第２の中心線Ｏ２に対して１８０度の回転対称形状である。また、支持導通部２３と２５および支持導通部３３と３４の配置も第２の中心線Ｏ２に対して１８０度の回転対称である。また、Ｙ１側の弾性支持部２６，２８とＹ２側の弾性支持部２７，２９も、第２の中心線Ｏ２に対して１８０度の回転対称形状である。
　ＭＥＭＳセンサ１の第２の動作空間１６は、Ｙ１方向またはＹ２方向の加速度に反応する。例えば、ＭＥＭＳセンサ１にＹ１方向への加速度が作用すると、その反作用により第２の可動体２１がＹ２方向へ移動する。このとき、図５に示す可動電極２１ｂと固定電極３１ｃとの対向距離δ１が広がって、可動電極２１ｂと固定電極３１ｃとの間の静電容量が低下する。これはＸ１側の可動電極２１ａと固定電極３１ｂとの間でも同じである。
　一方、第２の可動体２１がＹ２方向へ移動すると、図６に示す可動電極２１ｄと固定電極３１ｃとの対向距離δ２が狭くなって、可動電極２１ｄと固定電極３１ｃとの間の静電容量が増大する。これは、Ｘ１側の可動電極２１ｃと固定電極３２ｂとの間でも同じである。
　上記の可動電極と固定電極の間の静電容量の減少と増大を電気回路で検出し、対向距離δ１の増大による出力の変化と対向距離δ２の減小による出力の変化との差を求めることにより、Ｙ１方向へ作用した加速度の変化や加速度の大きさを大きな出力で検知することができる。
　第２の動作空間１６では、それぞれの可動電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、それぞれの固定電極３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃとの対向部で、静電容量検知式の検知部が構成されている。
　図１と図２に示す第３の動作空間１７の内部の構造は、図３と図４に示す第２の動作空間１６の内部の構造を、第２の中心線Ｏ２を介して９０度回転させたものと全く同じである。
　図１と図２に示すように、第３の動作空間１７内に設けられた第３の可動体２１Ａは、図３に示す第２の可動体２１を第２の中心線Ｏ２を介して９０度回転させたものと全く同じである。第３の動作空間１７では、第３の可動体２１Ａが、第３の中心線Ｏ３を通ってＹ方向に延びる線を挟んで左右方向（Ｘ１－Ｘ２方向）へ線対称形状である。第３の動作空間１７内には、Ｘ１－Ｘ２方向に延びる支持腕部２２Ａ，２４Ａが設けられている。この支持腕部２２Ａ，２４Ａは、図３に示す支持腕部２２，２４を９０度回転させたものと同じである。
　図１に示すように、支持腕部２２Ａと一体の支持導通部２３Ａと、支持腕部２４Ａと一体の支持導通部２５Ａは、第３の中心線Ｏ３を挟んでＹ１側とＹ２側に配置されている。支持導通部２３Ａ，２５ＡのＺ１側の面は、第１の絶縁層３の一部である支持絶縁層３ｂを介して支持基板２に接合されている。また支持導通部２３Ａ，２５ＡのＺ２側の面は、支持接合層６ｂを介して、閉鎖部材４の第２の絶縁層５に接合されている。
　支持腕部２２Ａ，２４Ａと第３の可動体２１Ａとの間には、弾性支持部が設けられている。弾性支持部は、図３に示す弾性支持部２６，２７，２８，２９の向きを９０度回転させたものと同じである。この弾性支持部によって、第３の可動体２１Ａは、Ｘ１－Ｘ２方向へ移動自在でＹ１－Ｙ２方向へ拘束されて支持されている。
　第３の可動体２１Ａには、図３に示したのと同じ可動電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが一体に形成されており、可動電極はＹ１－Ｙ２方向へ直線的に延びている。
　第３の動作空間１７内には、第１の固定部３１Ａと第２の固定部３２Ａが設けられている。第１の固定部３１Ａは支持導通部３３ＡからＸ２方向に延び、第２の固定部３２Ａは支持導通部３４ＡからＸ１方向へ延びている。図２に示すように、支持導通部３３Ａ，３４Ａは、第１の絶縁層３である支持絶縁層３ｃ，３ｃによって支持基板２に接合され、接合層６である支持接合層６ｃ，６ｃによって閉鎖部材４の第２の絶縁層５に接合されている。
　第１の固定部３１Ａと第２の固定部３２Ａには、Ｙ１－Ｙ２方向に延びる固定電極が一体に形成されている。第３の可動体２１Ａに形成された可動電極と、前記固定電極との対向状態は、図５と図６に示した第２の動作空間１６内での電極間の対向状態を９０度回転させたものに等しい。
　第３の動作空間１７内は、Ｘ１－Ｘ２方向の加速度に反動して動作する。ＭＥＭＳセンサ１にＸ１方向またはＸ２方向の加速度が作用すると、慣性力により第３の可動体２１Ａが、加速度の作用方向と反対方向に移動し、そのときの移動量が、可動電極と固定電極とが対向した検知部での静電容量の変化として検出される。
　次に、第１の動作空間１５内の構造を説明する。
　図１と図２および図７に示す第１の動作空間１５内の各機能部は、ＳＯＩ層の一方のシリコンウエハから枠体層１１と共に分離されて形成されたものである。
　第１の動作空間１５内では、枠体層１１の第１の穴１２の内側に第１の可動体４１が設けられている。図１に示すように、第１の可動体４１には、第１の中心線Ｏ１よりもＸ１側に右質量部４１ＡがＸ２側に左質量部４１Ｂがそれぞれ一体に形成され、右質量部４１Ａと左質量部４１Ｂとの間に連結部４１Ｃが一体に形成されている。第１の中心線Ｏ１は連結部４１Ｃに位置している。第１の可動体４１は、第１の中心線Ｏ１に対して１８０度の回転対称形状であり、且つ第１の中心線Ｏ１を通りＹ方向に延びる線を挟んで左右に線対称形状である。
　第１の可動体４１の連結部４１ＣのＹ１側とＹ２側に隣接する位置に、支持導通部４２，４２が設けられている。第１の可動体４１の右質量部４１Ａの外側にはコの字形状の右リンク部４３Ａが設けられ、左質量部４１Ｂの外側には左リンク部４３Ｂが設けられている。支持導通部４２，４２と右リンク部４３Ａおよび左リンク部４３Ｂは、第１の可動体４１と共に、機能層１０のシリコンウエハから分離されて形成されている。
　図１に示すように、右リンク部４３ＡのＸ２側の２箇所の端部は、それぞれヒンジ部４４Ａ，４４Ａを介して前記支持導通部４２，４２に回動自在に連結されており、左リンク部４３ＢのＸ１側の２箇所の端部は、それぞれヒンジ部４４Ｂ，４４Ｂを介して前記支持導通部４２，４２に回動自在に連結されている。さらに、右リンク部４３ＡのＸ２側の２箇所の端部と、左リンク部４３ＢのＸ１側の２箇所の端部は、連結ヒンジ部４５，４５によって互いに回動自在に連結されている。第１の可動体４１の右質量部４１ＡのＸ１側の端部と、右リンク部４３Ａは、ヒンジ部４６Ａ，４６Ａを介して回動自在に連結されており、左質量部４１ＢのＸ２側の端部と左リンク部４３Ｂは、ヒンジ部４６Ｂ，４６Ｂを介して回動自在に連結されている。
　ヒンジ部４４Ａ，４４Ｂ，４５，４６Ａ，４６Ｂは、シリコンウエハで円柱状または角柱状に形成されており、弾性的に捻り変形可能であり、外力が作用しないときは、弾性力によって捻りの無い状態に復元する。
　図７に示すように、それぞれの支持導通部４２，４２のＺ１側に向く面は、第１の絶縁層３の一部である支持絶縁層３ｄによって支持基板２に接合されている。支持導通部４２，４２のＺ２側に向く面は、接合層６の一部である支持接合層６ｄによって、閉鎖部材４の第２の絶縁層５に接合されている。
　支持導通部４２，４２は、支持絶縁層３ｄと支持接合層６ｄとで挟まれて固定されているが、第１の可動体４１と、右リンク部４３Ａおよび左リンク部４３Ｂは、支持基板２と第２の絶縁層５のそれぞれの表面から離れている。よって、図７に示すように、右リンク部４３Ａがヒンジ部４４Ａを支点として反時計方向へ回動し、左リンク部４３Ｂがヒンジ部４４Ｂを支点として時計方向へ回動することで、第１の可動体４１がＺ１方向へ移動することが可能である。逆に、前記ヒンジ部４４Ａとヒンジ部４４Ｂが図７と反対方向へ回動することで、第１の可動体４１がＺ２方向へ移動することが可能となっている。
　また、Ｚ方向への外力が作用していないときは、それぞれのヒンジ部がねじり変形しない状態に復元するため、第１の可動体４１は、第１の動作空間１５内においてＺ１方向とＺ２方向へ移動しない中立位置にある。
　なお、図７では、図示の都合上、第１の動作空間１５における支持基板２と第２の絶縁層５とのＺ方向の間隔が、図４に示す第２の動作空間１６よりも広く図示されているが、実際には、第１の動作空間１５と第２の動作空間１６および第３の動作空間１７とで、内部空間のＺ方向の間隔が同じである。また、第１の可動体４１のＺ方向の厚さ寸法は、第２の可動体２１と第３の可動部２１Ａの厚さ寸法と全く同じである。
　図８（Ａ）に拡大して示すように、第１の可動体４１の右質量部４１Ａには、Ｙ１側の側部からＹ２方向へ直線的に延びる複数の可動電極４７ａが一体に形成されている。同様に、右質量部４１Ａには、Ｙ２側の側部からＹ１方向へ直線的に延びる複数の可動電極４７ａが一体に形成されている。図９（Ａ）に拡大して示すように、第１の可動体４１の左質量部４１Ｂには、Ｙ１側の側部からＹ２方向へ直線的に延びる複数の可動電極４７ｂが一体に形成されている。同様に、左質量部４１Ｂには、Ｙ２側の側部からＹ１方向へ向けて直線的に延びる複数の可動電極４７ｂが一体に形成されている。
　前記支持導通部４２，４２のＺ２側の面は、接合層６のひとつである支持接合層６ｄを介して、第２の絶縁層５内のリード層に接続されている。したがって、第１の可動体４１と一体に形成されているそれぞれの可動電極４７ａ，３７ｂは、右リンク部４３Ａおよび左リンク部４３Ｂおよび支持導通部４２，４２を経て、さらに前記支持接合層６ｄを介して前記リード層に導通している。
　図１に示すように、第１の可動体４１の内部には、右固定部５１と左固定部５３が第１の可動体４１から分離されて形成されている。右固定部５１は第１の中心線Ｏ１よりも右側に位置し、左固定部５３は第１の中心線Ｏ１よりも左側に位置している。右固定部５１には、第１の中心線Ｏ１に接近する位置に四角形の支持導通部５２が一体に形成されており、左固定部５３には、第１の中心線Ｏ１に接近する位置に四角形の支持導通部５４が一体に形成されている。
　図２に示すように、支持導通部５２と支持導通部５４のＺ１側の面は、それぞれ第１の絶縁層３である支持絶縁層３ｅ，３ｅによって支持基板２に接合されている。支持導通部５２と支持導通部５４のＺ２側の面は、それぞれ接合層６のひとつである支持接合層６ｅ，６ｅによって、閉鎖部材４の第２の絶縁層５に接合されている。ただし、右固定部５１と左固定部５３は、支持導通部５２，５４以外の部分が支持基板２と第２の絶縁層５から離れている。
　図８（Ａ）に示すように、右固定部５１には、Ｙ１方向とＹ２方向の双方に延びる複数の固定電極５１ａが一体に形成されている。図９（Ａ）に示すように、左固定部５３には、Ｙ１方向とＹ２方向の双方に延びる複数の固定電極５３ａが一体に形成されている。右側の固定電極５１ａは、支持導通部５２と支持接合層６ｅを介して、第２の絶縁層５内のリード層に接合されており、左側の固定電極５３ａも、支持導通部５４と支持接合層６ｅを介して、第２の絶縁層５内のリード層に接合されている。
　図８（Ａ）と図９（Ａ）に示すように、複数の右側の固定電極５１ａおよび複数の左側の固定電極５３ａは、一定の幅寸法でＹ１方向とＹ２方向へ直線的に延び、且つ平行に形成されている。また、図８（Ｂ）と図９（Ｂ）に示すように、右側の固定電極５１ａと左側の固定電極５３ａは、Ｚ方向の厚さ寸法が同じであり、且つＺ方向の同じ高さ位置に形成されている。
　図８（Ｂ）に示すように、第１の可動体４１の右質量部４１Ａに一体に形成されている可動電極４７ａは、Ｚ方向の厚さ寸法が固定電極５１ａの厚さ寸法と等しいが、第１の可動体４１がＺ方向の中立位置にあるとき、可動電極４７ａは、固定電極５１ａよりもδ３だけＺ１方向にずれた位置にある。図９（Ｂ）に示すように、第１の可動体４１の左質量部４１Ｂに一体に形成されている可動電極４７ｂは、Ｚ方向の厚さ寸法が、左側の固定電極５３ａと同じであるが、第１の可動体４１がＺ方向の中立位置にあるとき、可動電極４７ｂは、固定電極５３ａよりもδ４だけＺ２方向へ位置ずれしている。図８（Ｂ）に示すずれ量δ３と図９（Ｂ）に示すずれ量δ４は等しい。
　第１の動作空間１５はＺ方向への加速度に反応することができる。例えば、ＭＥＮＳセンサ１にＺ２方向の加速度が作用すると、その反作用で、図７に示すように第１の可動体４１がＺ１方向へ移動する。このとき、図８（Ｂ）に示す検知部では、右質量部４１Ａの可動電極４７ａが矢印で示すようにＺ１方向へ移動し、可動電極４７ａと固定電極５１ａとの対向面積が低下し、よって可動電極４７ａと固定電極５１ａとの間の静電容量が低下する。一方、図９（Ｂ）に示す検知部では、左質量部４１Ｂの可動電極４７ｂがＺ１方向へ移動し、可動電極４７ｂと固定電極５３ａの対向面積が増加して静電容量が大きくなる。
　図示しない検出回路では、図８に示す検出部での静電容量の低下に基づく出力と、図９に示す検出部での静電容量の増加に基づく出力との差を算出することで、Ｚ２方向へ作用した加速度の大きさや変化を大きな出力で認識できる。逆に、Ｚ１方向の加速度が作用すると、第１の可動体４１が中立位置よりもＺ２方向へ移動する。このとき、図８（Ａ）に示す検知部では、可動電極４７ａと固定電極５１ａとの間の静電容量が増加し、逆に図９（Ｂ）に示す検知部では、可動電極４７ｂと固定電極５３ａとの間の静電容量が低下する。
　図１０（Ａ）（Ｂ）は、固定電極５１ａ，５３ａと可動電極４７ａ，４７ｂの形状の別の実施の形態を示している。
　図１０（Ａ）に示すように、右側の固定電極５１ａよりも、可動電極４７ａのＺ１方向の長さ寸法が大きい。図１０（Ｂ）に示すように、左側の固定電極５３ａは、可動電極４７ｂよりもＺ１方向の長さ寸法が大きい。すなわち、右側の固定電極５１ａと左側の可動電極４７ｂが同じ寸法で、右側の固定電極５３ａと左側の可動電極４７ａと同じ寸法である。第１の可動体４１がＺ方向の中立位置にあるとき、固定電極５１ａ、可動電極４７ａ、固定電極５３ａおよび可動電極４７ｂ、は全てＺ２側の端部がＺ方向で同じ高さである。
　第１の可動体４１がＺ１方向へ移動すると、図１０（Ａ）に示す右側の固定電極５１ａと可動電極４７ａとの対向面積が減少するが、図１０（Ｂ）に示す左側の固定電極５３ａと可動電極４７ｂとの対向面積は変化しない。逆に第１の可動体４１が、Ｚ２方向へ移動すると、右側の固定電極５１ａと可動電極４７ａとの対向面積が変化せず、左側の固定電極５３ａと可動電極４７ｂとの対向面積が減少する。
　図示しない検出回路で、図１０（Ａ）に示す検出部での静電容量に基づく出力と、図１０（Ｂ）に示す検出部での静電容量に基づく出力との差を算出することで、図１方向およびＺ２方向へ作用した加速度の大きさや変化を、環境温度の変化などに影響を受けずに認識できる。
　図１１は本実施形態におけるＭＥＭＳセンサを備えた検出装置の部分平面図を示す。なお図１１のＭＥＭＳセンサは、支持基板を透視して示したものである。また図１１は図１に示すＭＥＭＳセンサを基に作成したものであり、図１１では、説明するに重要なＭＥＭＳセンサの支持導通部の箇所を図示し、各支持導通部の周囲の構成部については省略した。図１や図３等も引用しながら図１１を説明する。
　既に説明したように、図１のように、第１の動作空間１５に設けられた第１の可動体４１は、例えばＺ方向の加速度を検知するものであり、第２の動作空間１６に設けられた第２の可動体２１はＹ方向の加速度を検知するものであり、第３の動作空間１７に設けられた第３の可動体２１ＡはＸ方向の加速度を検知するものである。
　移動量は、加速度が作用することで可動体が移動すると、それに伴い可動電極と固定電極間に作用する静電容量の変化として検出される。
　図１，図１１に示す第１の動作空間１５内に形成される支持導通部５２は、固定電極５１ａを備える右固定部５１と一体に形成され、支持導通部５４は、固定電極５３ａを備える左固定部５３と一体に形成される。前記支持導通部５２，５４はいずれも出力電極として機能しており、閉鎖部材４側に設けられた第２の絶縁層５内（図２参照）に埋設された第１リード層７０，７１に接続されている。なお図１１では、リード層の平面位置を明確にすべく前記リード層を実線で示している。また、第１の動作空間１５内に形成された２つの支持導通部４２，４２により第１の可動体４１が支えられている。第１の可動体４１に可動電極が設けられる。そして一方の支持導通部４２が入力電極として、閉鎖部材４側に設けられた第２の絶縁層５内の第２リード層７２に接続されている。
　また図１，図３，図１１に示す第２の動作空間１６内に形成される支持導通部３３は、固定電極３１ｂ，３１ｃを備える第１の固定部３１が一体に形成され、支持導通部３４は、固定電極３２ｂ，３２ｃを備える第２の固定部３２が一体に形成される。前記支持導通部３３，３４はいずれも出力電極として機能しており、閉鎖部材４側に設けられた第２の絶縁層５内の第１リード層７３，７４に接続されている。また、第２の動作空間１６内に形成された２つの支持導通部２３，２５により第２の可動体２１が支えられている。第２の可動体２１に可動電極が設けられる。そして一方の支持導通部２５が入力電極として、閉鎖部材４側に設けられた第２の絶縁層５内の第２リード層７５に接続されている。
　また、図１，図１１に示す第３の動作空間１７内に形成される支持導通部３３Ａは、固定電極を備える第１の固定部３１Ａと一体に形成され、支持導通部３４Ａは、固定電極を備える第２の固定部３２Ａと一体に形成される。前記支持導通部３３Ａ，３４Ａはいずれも出力電極として機能しており、閉鎖部材４側に設けられた第２の絶縁層５内の第１リード層７６，７７に接続されている。また、第３の動作空間１７内に形成された２つの支持導通部２３Ａ，２５Ａにより第３の可動体２１Ａが支えられている。第３の可動体２１Ａには可動電極が設けられる。そして一方の支持導通部２３Ａが入力電極として、閉鎖部材４側に設けられた第２の絶縁層５内の第２リード層７８に接続されている。
　図１１に示すように各リード層はＹ１方向に引き延ばされて、閉鎖部材４のＹ１側にてＸ１－Ｘ２方向に所定の間隔を空けて配置された各外部接続パッド８０～８８に電気的に接続されている。
　前記外部接続パッド８０～８８の並びは、検出回路を備える集積回路（ＩＣ）１００の端子部９０～９８の並びにしたがって決定される。図１１に示す実施形態では、集積回路（ＩＣ）１００側の各端子部９０～９８とＹ１－Ｙ２方向にて略対向するように前記外部接続パッド８０～８８が間隔を空けてＸ１－Ｘ２方向に一列に配置される。
　そして略対向する各外部接続パッド８０～８８と各端子部９０～９８間が例えばワイヤボンディングにより導通接続されている。
　図１１に示す構成では、集積回路（ＩＣ）１００側の端子部９０～９８の並びに対応すべく、各外部接続パッド８０～８８が第１の動作空間１５付近のＹ１側にまとまって設けられる。このとき、第１の動作空間１５内に設けられる出力電極としての支持導通部５２，５４から外部接続パッド８３，８５までの直線距離はほぼ同じとなり、第１リード層７０，７１のパターン長さが変わらないように調整できる。
　一方、図１１に示す構成では、第２の動作空間１６内に設けられた出力電極としての支持導通部３３，３４と外部接続パッド８６，８８間の直線距離が異なりやすく、さらにパターンを引き回す関係上、第１リード層７３，７４は異なるパターン長さで設計される。第３の動作空間１７でも同様である。
　そして第２の動作空間１６内において、出力電極と接続される第１リード層７３，７４のパターン長さが異なると、第１リード層７３，７４と閉鎖部材４間で生じる寄生容量が異なる問題が生じる。
　本実施形態では、出力電極である支持導通部３３，３４に接続されている外部接続パッド８６，８８から得られた出力は、集積回路（ＩＣ）１００で差動出力として得ることができるが、上記のように、第１リード層７３，７４と閉鎖部材４間で生じる寄生容量が異なると、前記差動出力を得るときに寄生容量分を相殺できず、高精度な差動出力を得ることが出来ないという問題があった。あるいは、集積回路（ＩＣ）１００側で前記寄生容量を考慮してオフセット量を設定しなければならなかった。
　そこで本実施形態では第１リード層７３，７４のパターン長さが異なるように設計されても、第１リード層７３，７４と閉鎖部材４間で生じる寄生容量を一定に近づけるように、パターン長さが長い第１リード層７４の幅を細くし、一方、パターン長さが短い第１リード層７３の幅を太くした。これにより、従来に比べて、第１リード層７３，７４と閉鎖部材４間で生じる寄生容量を一定に近づけることができ、高精度な差動出力を得ることが可能になる。
　上記のリード層の幅の調整は、各検知部で行われる。すなわち図１１の構成では、第１の動作空間１５内に設けられた出力電極としての支持導通部５２，５４と接続される第１リード層７０，７１はほぼ同じパターン長さで調整されるので、幅をほぼ同じに設定できる。
　このように本実施形態では、ＭＥＭＳセンサの外部接続パッド８０～８８を、集積回路（ＩＣ）１００側の端子部９０～９８の位置に応じて配置することで各検知部で第１リード層のパターン長さが異なっても第１リード層の幅を調整することで、高精度な差動出力を得ることが可能になる。本実施形態のＭＥＭＳセンサの構成によれば、どのような集積回路（ＩＣ）１００との接続にも適切に対応することが可能であり、集積回路（ＩＣ）１００側に規制を与えることなく、検出精度に優れた検出装置を製造することが可能である。
　図１２は別の実施形態を示す検査装置の平面図である。なお図１２の平面図は、パッケージの蓋側を取り外して示したものである。図１３は図１２に示すＭＥＭＳセンサの拡大平面図である。また、図１２，図１３に示すＭＥＭＳセンサは、支持基板を透視して示したものであり、且つ、リード層の形成位置を明確にすべく前記リード層を実線で示している。
　図１２に示す検査装置１１０は、集積回路（ＩＣ）１１１と、ＭＥＭＳセンサ１１２とがパッケージ化された構成である。
　以下では、ＭＥＭＳセンサ１１２の構成が図１や図１１と異なる点を説明する。図１２，図１３では、第１の動作空間１５内に出力電極として機能する支持導通部１１３～１１６が４つ分離して形成され、且つ、各支持導通部１１３～１１６に支持される固定部１１７～１２０が夫々、形成されている。図１２，図１３では、支持導通部１１３と、支持導通部１１６に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部１１７，１２０が、可動電極と同じ位置関係になっており、また、支持導通部１１４と、支持導通部１１５に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部１１８，１１９が、可動電極と同じ位置関係になっている。
　また、第２の動作空間１６内でも出力電極として機能する支持導通部１２１～１２４が４つ分離して形成され、且つ、各支持導通部１２１～１２４に支持される固定部１２５～１２８が夫々、形成されている。図１２，図１３では、支持導通部１２１と、支持導通部１２４に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部１２５，１２８が、可動電極と同じ位置関係になっており、また、支持導通部１２２と、支持導通部１２３に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部１２６，１２７が、可動電極と同じ位置関係になっている。
　また、第３の動作空間１７内でも出力電極として機能する支持導通部１３０～１３３が４つ分離して形成され、且つ、各支持導通部１３０～１３３に支持される固定部１３４～１３７が夫々、形成されている。図１２，図１３では、支持導通部１３０と、支持導通部１３３に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部１３４，１３７が、可動電極と同じ位置関係になっており、また、支持導通部１３１と、支持導通部１３２に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部１３５，１３６が、可動電極と同じ位置関係になっている。
　図１２に示すように、ＭＥＭＳセンサ１１２側の外部接続パッド８０～８８は、集積回路（ＩＣ）１１１側の端子部９０～９８と略対向配置されている。両側に位置する外部接続パッド及び端子部はグランド電極である。そして図１２に示すように、各外部接続パッド８０～８８と各端子部９０～９８とが導通接続されている。
　図１３に示すように、第１の動作空間１５では、支持導通部１１３と支持導通部１１６とが第１リード層１４０にて接続されている。また、支持導通部１１４と支持導通部１１５とが第１リード層１４１にて接続されている。
　また図１３に示すように、第２の動作空間１６では、支持導通部１２１と支持導通部１２４とが第１リード層１４２にて接続されている。また、支持導通部１２２と支持導通部１２３とが第１リード層１４３にて接続されている。
　また図１３に示すように、第３の動作空間１７では、支持導通部１３０と支持導通部１３３とが第１リード層１４４にて接続されている。また、支持導通部１３１と支持導通部１３２とが第１リード層１４５にて接続されている。
　図１３に示す実施形態では、各検知部に設けられた２本の第１リード層が異なるパターン長さで設計される。第１の動作空間１５内では、第１リード層１４１のパターン長さは、第１リード層１４０のパターン長さより長くなる。図１３では、固定部を４つに分断し、しかも可動電極との間で同じ位置関係にある固定部をクロス関係に配置したため、一方の第１リード層１４１を他方の第１リード層１４０に対して迂回させるべく引き回した分だけ長さ寸法に違いが生じる。第２の動作空間１６内では、第１リード層１４３のパターン長さが、第１リード層１４２のパターン長さよりも長くなっている。また第３の動作空間１７内では、第１リード層１４４のパターン長さが、第１リード層１４５のパターン長さよりも長くなっている。
　図１３の実施形態では、各第１リード層全体の幅を調整せず、一部の幅だけ調整して、具体的には各第１リード層の支持導通部間の接続パターン部間の幅だけを調整して、各第１リード層と閉鎖部材４間に生じる寄生容量を調整している。
　すなわち図１３に示すように外部接続パッド８０，８２，８３，８５，８６，８７から手前に位置する支持導通部まで延びる第１リード層１４０，１４１，１４２，１４３，１４４，１４５の幅はほぼ一定となっているが、第１の動作空間１５内では、パターン長さが短い第１リード層１４０の支持導通部１１３，１１６間における接続パターン部１４０ａの幅を、パターン長さが長い第１リード層１４１の支持導通部１１４，１１５間における接続パターン部１４１ａの幅より太くしている。また第２の動作空間１６内では、パターン長さが短い第１リード層１４２の支持導通部１２１，１２４間における接続パターン部１４２ａの幅を、パターン長さが長い第１リード層１４３の支持導通部１２２，１２３間における接続パターン部１４３ａの幅より太くしている。また第３の動作空間１７内では、パターン長さが短い第１リード層１４５の支持導通部１３１，１３２間における接続パターン部１４５ａの幅を、パターン長さが長い第１リード層１４４の支持導通部１３０，１３３間における接続パターン部１４４ａの幅より太くしている。
　図１３の実施形態では、第１リード層全体の幅を変えずに一部だけ変更して寄生容量を調整しているので、微量な調整も簡単且つ適切に行うことが出来る。また図１３の実施形態は、幅広の接続パターン部１４０ａ，１４２ａ，１４５ａの幅がほぼ一定になり、他の幅細の部分も各第１リード層においてほぼ一定になるように、各第１リード層のパターン長さを調整している。これにより各幅広のパターン部分、各幅細のパターン部分を夫々、各第１リード層にて同じ値に設定できるため、各第１リード層のパターン形成を簡単且つ適切に行うことが可能である。
　次に、ＭＥＭＳセンサの製造方法を説明する。
　ＭＥＭＳセンサ１の製造方法は、まず、絶縁層を介して２枚のシリコンウエハが接合されたＳＯＩ層を使用して支持基板２と機能層１０とを製造する。機能層１０を形成するために、ＳＯＩ層の一方のシリコンウエハの表面にレジスト層を形成する。レジスト層は、第１の穴１２、第２の穴１３および第３の穴１４を有する枠体層１１のパターンとなるように形成する。さらに、第１の動作空間１５と第２の動作空間１６および第３の動作空間１７内の、第１の可動体４１、第２の可動体２１および第３の可動体２１Ａさらに可動電極や固定電極や支持導通部などの各種機能部となる部分もレジスト層で覆う。レジスト層から露出している部分でシリコンウエハの一部を、高密度プラズマを使用した深堀ＲＩＥなどのイオンエッチング手段で除去することで、枠体層１１および各機能部が互いに分離されて形成される。
　このとき、枠体層１１および、それぞれの支持導通部２３,２５,３３,３４,２３Ａ，２５Ａ，３３Ａ，３４Ａ，４２，５２，５４を除く全ての領域に、前記深堀ＲＩＥによって、多数の微細孔を形成しておく。図５と図６には、第２の可動体２１および可動電極２１ｂ，２１ｄに形成された微細孔２１ｅおよび固定電極３１ｃ，３２ｃに形成された微細孔３１ｄ，３２ｄが図示されている。図８（Ａ）と図９（Ａ）には、第１の可動体４１の右質量部４１Ａに形成された微細孔４１ｅと左質量部４１Ｂに形成された微細孔４１ｅ、ならびに固定電極５１ａに形成された微細孔５１ｄと固定電極５３ａに形成された微細孔５３ｄがそれぞれ図示されている。
　深堀ＲＩＥなどによってシリコンウエハをエッチング加工した後に、シリコンを溶解せずに絶縁層のＳｉＯ2層を溶解できる選択性の等方性エッチング処理を行う。このときエッチングガスまたはエッチング液は、シリコンウエハの前記各部を分離した溝内に浸透し、さらに前記微細孔内に浸透して、ＳｉＯ2層の一部が除去される。
　その結果、枠体層１１および、それぞれの支持導通部２３,２５,３３,３４,２３Ａ，２５Ａ，３３Ａ，３４Ａ，４２，５２，５４と、支持基板２の表面との間のみ、枠状絶縁層３ａおよび支持絶縁層３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅが残され、それ以外の部分で絶縁層（ＳｉＯ2層）が除去される。
　ＳＯＩ層を使用して加工した支持基板２は、厚さ寸法が０．２～０．７ｍｍ程度、機能層１０の厚さ寸法は１０～３０μｍ程度、枠状絶縁層３ａおよび支持絶縁層３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの厚さは１～３μｍ程度である。
　閉鎖部材４に形成される第２の絶縁層５は、無機絶縁層であり、スパッタ工程またはＣＶＤ工程で形成される。無機絶縁層としては、シリコンウエハとの熱膨張係数の差が、接合層６を構成する導電性金属とシリコンウエハの熱膨張係数の差よりも小さい材料が選択される。好ましくは、シリコンウエハとの熱膨張係数の差が比較的小さいＳｉＯ2またはＳｉＮが使用される。
　シール接合層６ａおよび各支持接合層６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅを形成する接合層６は、機能層１０の表面に形成された導電性金属層と、第２の絶縁層の表面に形成された導電性金属層とを共晶接合または拡散接合させることで形成される。
　共晶接合または拡散接合が可能な金属の組み合わせは、アルミニウム－ゲルマニウム、アルミニウム－亜鉛、金－シリコン、金－インジウム、金－ゲルマニウム、金－錫などである。
　機能層１０と閉鎖部材４とが接合される際に、第１の動作空間１５と第２の動作空間１６および第３の動作空間１７の内部が脱気されて真空状態または真空状態に近い低圧に設定される。これにより、閉鎖された動作空間内で、第１の可動体４１と第２の可動体２１および第３の可動体２１Ａが、空気のダンパー効果で減衰させられることなく動作できる。または、第１の動作空間１５と第２の動作空間１６および第３の動作空間１７内にアルゴンなどの不活性ガスが封入されることもある。
　ここで、図１と図３に示すように、第１の動作空間１５と第２の動作空間１６との間を仕切っている枠体層１１に貫通穴である連通路６１が形成されて、第１の動作空間１５と第２の動作空間１６の内部が連通されている。また、第１の動作空間１５と第３の動作空間１７との間を仕切っている枠体層１１に貫通穴である連通路６２が形成されて、第１の動作空間１５と第３の動作空間１７の内部空間が連通されている。
　したがって、各動作空間内を真空状態または真空状態に近い低圧状態とするときに、第１の動作空間１５と第２の動作空間１６および第３の動作空間１７内で真空度の差（圧力の差）が発生するのを避けることができる。同様に、内部のアルゴンガスなどを封入する際も、第１の動作空間１５と第２の動作空間１６および第３の動作空間１７内で内部の圧力の差を無くすことができる。第１の動作空間１５と第２の動作空間１６と第３の動作空間１７内の内部の圧力の差を無くすことで、内部圧力の偏りによる応力の偏りや集中を避けることができ、反りなどの発生を抑制できるようになる。
　図１と図２に示すＭＥＭＳセンサ１は、直交する３方向の加速度を、可動電極と固定電極との間の静電容量の変化として検知できる。３方向の加速度の検知が可能であるにもかかわらず、平面的な構造であるため、マザー基板への取付けなどが容易であり、各種機器の小型化に寄与できる。
　また、第１の動作空間１５と第２の動作空間１６および第３の動作空間１７が、図１に示す第１の中心線Ｏ１を介して対称形状で、枠体層１１も第１の中心線Ｏ１を介して対象であるため、各部分の接合応力を左右均等にでき、一部だけの極端な反りなどを防止しやすい。
　また、第１の可動体４１、第２の可動体２１および第３の可動体２１Ａの質量分布も、第１の中心線Ｏ１を中心として回転対象で、且つ左右に線対称であるため、動作部分も全体としてバランスのとれたものとなり、動作反力による応力が一箇所に集中するのを防止できるようになる。
１、１１２　ＭＥＭＳセンサ
２　支持基板
３　第１の絶縁層
３ａ　枠状絶縁層
３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ　支持絶縁層
４　閉鎖部材
５　第２の絶縁層
６　接合層
６ａ　シール接合層
６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ　支持接合層
１０　機能層
１１　枠体層
１２　第１の穴
１３　第２の穴
１４　第３の穴
１５　第１の動作空間
１６　第２の動作空間
１７　第３の動作空間
２１　第２の可動体
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ　可動電極
２２，２４　支持腕部
２３，２５　支持導通部
３１，３２　固定部
３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃ　固定電極
２１Ａ　第３の可動体
４１　第１の可動体
４２　支持導通部
４３Ａ　右リンク部
４３Ｂ　左リンク部
４７ａ，４７ｂ　可動電極
５１，５３　固定部
５１ａ，５３ａ　固定電極
７０，７１，７３，７４，７６，７７，１４０～１４５　第１リード層
８０～８８　外部接続パッド
９０～９８　端子部
１００、１１１　集積回路（ＩＣ）
１１０　検査装置
１１３～１１６、１２１～１２４、１３０～１３３　支持導通部
１１７～１２０、１２５～１２８、１３４～１３７　固定部

Claims (9)

  1. 　支持基板とこれに平行な閉鎖部材との間に枠体層が設けられ、前記枠体層に、厚さ方向に貫通する３つの穴が形成され、３つの前記穴の周囲で、前記支持基板と前記枠体層および前記枠体層と前記閉鎖部材が接合されて、３つの前記穴のそれぞれによって、外部から密閉され且つ互いに区分された第１の動作空間と第２の動作空間および第３の動作空間が形成されており、
    　前記第１の動作空間に第１の可動体が、前記第２の動作空間に第２の可動体が、前記第３の動作空間に第３の可動体が収納され、前記第１の可動体と前記第２の可動体および前記第３の可動体の主な動作方向が、互いに直交する３方向の別々の向きとなるように支持されているとともに、それぞれの前記動作空間内に、前記可動体の主な動作方向の移動量を検知する検知部が設けられており、
    　前記第１の動作空間を挟んで一方の側に第２の動作空間が他方の側に第３の動作空間が配置されて３つの前記動作空間が一列に並び、前記第２の動作空間の平面形状と前記第３の動作空間の平面形状が等しく、３つの前記動作空間の平面形状は、前記第１の動作空間の中心を通り且つ前記支持基板の表面と直交する中心線に対して１８０度の回転対称形状であることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
  2. 　前記第２の可動体と前記第３の可動体は質量が同じであり、前記第１の可動体は、前記中心線を挟んで質量が左右対称である請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
  3. 　前記第２の可動体と前記第３の可動体の主な動作方向は、前記支持基板の基板面と平行で且つ互いに直交する向きであり、前記第１の可動体の主な動作方向は、前記支持基板の基板面と垂直な向きである請求項１または２記載のＭＥＭＳセンサ。
  4. 　前記枠体層と前記可動体と前記可動体を主な動作方向へ移動自在に支持する支持部および前記検知部は、共通の層から分離されて形成されている請求項１または２記載のＭＥＭＳセンサ。
  5. 　２つのＳｉ層が絶縁層を介して接合されたＳＯＩ層が使用され、一方のＳｉ層が前記支持基板として使用され、他方のＳｉ層が機能層として使用され、この機能層から、前記枠体層と前記可動体と前記可動体を主な動作方向へ移動自在に支持する支持部および前記検知部が分離されて形成されている請求項３記載のＭＥＭＳセンサ。
  6. 　前記枠体層には、隣り合う前記動作空間を連通させる連通路が形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
  7. 　各動作空間内に設けられた各検知部は、出力側電極と入力側電極とを有し、前記出力側電極が各検知部に複数設けられており、
    　各出力側電極は、前記閉鎖部材の表面に形成された絶縁層内に埋設された第１リード層を介して外部接続パッドと電気的に接続されており、
    　少なくともいずれか１つの前記検知部では、複数の前記第１リード層のパターン長さが異なっており、パターン長さが長い前記第１リード層は、パターン長さが短い第１リード層に対して幅細で形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
  8. 　各動作空間内に設けられた各検知部は、出力側電極と入力側電極とを有し、前記出力側電極が各検知部に複数設けられており、
    　各出力側電極は、前記閉鎖部材の表面に形成された絶縁層内に埋設された第１リード層を介して外部接続パッドと電気的に接続されており、
    　各外部接続パッドの形成位置は、集積回路（ＩＣ）の端子部の位置に応じて設定されており、
    　各検知部において各第１リード層と前記閉鎖部材間の寄生容量が一定に近づくように、各第１リード層の長さ及び幅が調整されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
  9. 　請求項７又は８に記載のＭＥＭＳセンサと、集積回路（ＩＣ）とを備え、各外部接続パッドの形成位置は、前記集積回路（ＩＣ）の端子部の位置に応じて設定されており、
    　前記ＭＥＭＳセンサの各外部接続パッドと前記集積回路に設けられた各端子部とが導通接続されて差動出力を得ることを特徴とする検出装置。
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