(57)【要約】【課題】  加速度などで移動する可動体の移動方向と移動距離を検知でき、しかも可動体の加工が容易で且つ動作バランスが良好なＭＥＭＳセンサを提供する。【解決手段】  ＳＯＩ基板の一方のシリコンウエハで支持基板を形成し、他方のシリコンウエハで可動体と可動電極４７ａ，４７ｂおよび固定電極５１ａ，５３ａが分離されて形成される。第１の可動電極４７ａと第１の固定電極５１ａはＺ２側に向く端部が同じ位置であり、第１の可動電極４７ａの長さが第１の固定電極５１ａよりも短い。第２の可動電極４７ｂと第２の固定電極５３ａは、Ｚ２方向に向く端部が同じ位置であり、第２の可動電極４７ｂの長さが第２の固定電極５３ａよりも長い。ただし、第１の可動電極４７ａの幅寸法が第２の可動電極４７ｂの幅寸法よりも小さく、第１の可動電極４７ａと第２の可動電極４７ｂの質量の差をなくしている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に、相反する第１の方向と第２の方向へ移動する可動体が支持され、前記可動体に、複数の第１の可動電極と複数の第２の可動電極とが設けられ、前記固定部に、前記第１の可動電極にそれぞれが対向する複数の第１の固定電極と、前記第２の可動電極にそれぞれが対向する複数の第２の固定電極が設けられたＭＥＭＳセンサにおいて、
前記第１の可動電極の移動方向の長さ寸法が前記第１の固定電極の前記長さ寸法よりも短く、前記第２の可動電極の移動方向の長さ寸法が前記第２の固定電極の前記移動方向の前記寸法よりも長く、
前記第１の可動電極の前記移動方向と直交する方向の幅寸法が、前記第２の可動電極の前記幅寸法よりも大きいことを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記可動体が前記第１の方向へ移動したとき、前記第２の可動電極と前記第２の固定電極の対向面積が変化し、前記第１の可動電極と前記第１の固定電極の対向面積が、変化せずまたは前記第２の可動電極と前記第２の固定電極の対向面積の変化よりもわずかであり、
前記可動体が前記第２の方向へ移動したとき、前記第１の可動電極と前記第１の固定電極の対向面積が変化し、前記第２の可動電極と前記第２の固定電極の対向面積が、変化せずまたは前記第１の可動電極と前記第１の固定電極の対向面積の変化よりもわずかである請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記第１の可動電極と前記第１の固定電極は、第２の方向の端部が同じ位置にあり、前記第２の可動電極と前記第２の固定電極は、第２の方向の端部が同じ位置にある請求項１または２記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記第１の可動電極と前記第２の可動電極は、断面積が互いに等しい請求項１ないし３のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
個々の前記第１の可動電極と個々の前記第２の可動電極は、質量が等しい請求項１ないし４のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
前記可動体には、複数の前記第１の可動電極が設けられた第１の検知領域と、複数の前記第２の可動電極が設けられた第２の検知領域が設けられており、前記第１の検知領域は、前記可動体の重心を挟んで、前記移動方向と直交する方向の一方の側に位置し、第２の検知領域は、他方の側に位置する請求項１ないし５のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
前記第１の検知領域に設けられた複数の前記第１の可動電極の集合体の重心と、前記第２の検知領域に設けられた複数の前記第２の可動電極の集合体の重心とが、前記可動体の重心から同じ距離にある請求項６記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
前記第１の可動電極の前記移動方向と直交する方向の幅寸法が、前記第２の固定電極の前記幅寸法と同じであり、前記第２の可動電極の前記幅寸法が、前記第１の固定電極の前記幅寸法と同じである請求項１ないし７のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン（Silicon）層を加工するなどして形成されたＭＥＭＳセンサに係り、特に、可動電極と固定電極との対向面積の変化によって、可動体の移動量および移動方向を検知できるＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
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る。また、他方のシリコンウエハがエッチングにより分離されて、この他方のシリコンウエハにより、可動体と、この可動体を動作できるように支持する弾性支持部と、可動体と一緒に移動する可動電極と、支持基板側に固定される固定電極とが形成される。
【０００３】
可動体が、外部から与えられる加速度によって移動し、または駆動力が与えられて可動体が移動したときに、前記可動電極と固定電極との対向面積の変化に伴う静電容量の変化を検知することで、前記可動体の移動量を検知できる。
【０００４】
以下の特許文献１にはＭＥＭＳ加速度計が開示されている。このＭＥＭＳ加速度計は、外部からの加速度で上下に移動する可動部に可動電極が設けられている。固定部には可動電極に対向する２つ固定電極が設けられている。一方の固定電極は、前記可動電極よりも下方に位置してその一部が可動電極と対向しており、他方の固定電極は、前記可動電極よりも上方に位置してその一部が可動電極と対向している。
【０００５】
前記ＭＥＭＳ加速度計は、可動部が下方へ移動すると、可動電極と下側の固定電極との対向面積が増加する一方で可動電極と上側の固定電極との対向面積が減少する。可動部が上方へ移動すると、可動電極と下側の固定電極との対向面積が減少する一方で可動電極と上側の固定電極との対向面積が増加する。可動電極と下側の固定電極との間の静電容量の変化と、可動電極と上側の固定電極との間の静電容量の変化との差を求めることで、可動部が移動したときに大きな検知出力を得るとともに、可動部の移動方向も検知できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５００６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載されているように、固定電極を可動電極に対して上下にずらして配置すると、加速度計の上下の厚さ寸法が大きくなる。またＳＯＩ基板の一方のシリコンウエハから、可動部と可動電極および固定電極を切り出す構造において、２つの固定電極を上下にずらして形成するためには、シリコンウエハに対して、上下両面からのエッチング加工が必要になり、加工が非常に難しくなる。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、シリコンウエハなどの基板からの可動電極と固定電極の切り出しが容易であり、且つ可動部が動く方向によって異なる検知出力を得ることができ、しかも可動部の左右の質量バランスを維持して、安定した動きを実現できるＭＥＭＳセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、固定部に、相反する第１の方向と第２の方向へ移動する可動体が支持され、前記可動体に、複数の第１の可動電極と複数の第２の可動電極とが設けられ、前記固定部に、前記第１の可動電極にそれぞれが対向する複数の第１の固定電極と、前記第２の可動電極にそれぞれが対向する複数の第２の固定電極が設けられたＭＥＭＳセンサにおいて、
前記第１の可動電極の移動方向の長さ寸法が前記第１の固定電極の前記長さ寸法よりも短く、前記第２の可動電極の移動方向の長さ寸法が前記第２の固定電極の前記移動方向の前記寸法よりも長く、
前記第１の可動電極の前記移動方向と直交する方向の幅寸法が、前記第２の可動電極の前記幅寸法よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のＭＥＭＳセンサは、第１の可動電極と第１の固定電極の移動方向の長さを変え、第２の可動電極と第２の固定電極の移動方向の長さを変えたことで、可動体が動いたときに、第１の可動電極と第１の固定電極との間の静電容量の変化と、第２の可動電極と第２の固定電極との間の静電容量の変化とが互いに相違するようになり、双方の静電容量の変化から、可動体の移動量を検知できるとともに移動方向も認識できる。
【００１１】
本発明のように、第１の可動電極および第２の可動電極と、第１の固定電極および第２の固定電極の長さを変えた構造では、従来のように固定電極を上下にずらして配置するものに比べて、高さ寸法を小さくできる。また、短い可動電極の幅寸法を大きくし、長い可動電極の幅寸法を小さくすることで、第１の可動電極と第２の可動電極の質量の差を小さくでき、好ましくは質量の差を無くすことができて、可動体の重量バランスの崩れを防止できる。そのため、加速度センサとして使用したときは、与えられた加速度に応じて可動体が安定して動作でき、振動型ジャイロなどとして使用したときは、外部からの駆動力によって可動体が安定して動作できるようになる。
【００１２】
本発明は、前記可動体が前記第１の方向へ移動したとき、前記第２の可動電極と前記第２の固定電極の対向面積が変化し、前記第１の可動電極と前記第１の固定電極の対向面積が、変化せずまたは前記第２の可動電極と前記第２の固定電極の対向面積の変化よりもわずかであり、
前記可動体が前記第２の方向へ移動したとき、前記第１の可動電極と前記第１の固定電極の対向面積が変化し、前記第２の可動電極と前記第２の固定電極の対向面積が、変化せずまたは前記第１の可動電極と前記第１の固定電極の対向面積の変化よりもわずかである。
【００１３】
また、本発明は、前記第１の可動電極と前記第１の固定電極は、第２の方向の端部が同じ位置にあり、前記第２の可動電極と前記第２の固定電極は、第２の方向の端部が同じ位置にある構造が好ましい。
【００１４】
上記のように、第１の可動電極と第１の固定電極の端部を揃え、第２の可動電極と第２の固定電極の端部を揃えることで、可動電極と固定電極の加工を一方の側からのみ行うことができ、製造が容易になる。
【００１５】
本発明は、前記第１の可動電極と前記第２の可動電極は、断面積が互いに等しいことが好ましい。また、個々の前記第１の可動電極と個々の前記第２の可動電極は、体積ならびに質量が等しい。
【００１６】
上記の構造では、第１の可動電極と第２の可動電極の質量の差を無くすことができ、または、質量の差を微小にでき、可動体の重量バランスを確保できるようになる。
【００１７】
本発明は、例えば、前記可動体には、複数の前記第１の可動電極が設けられた第１の検知領域と、複数の前記第２の可動電極が設けられた第２の検知領域が設けられており、前記第１の検知領域は、前記可動体の重心を挟んで、前記移動方向と直交する方向の一方の側に位置し、第２の検知領域は、他方の側に位置するものである。
【００１８】
この場合に、前記第１の検知領域に設けられた複数の前記第１の可動電極の集合体の重心と、前記第２の検知領域に設けられた複数の前記第２の可動電極の集合体の重心とが、前記可動体の重心から同じ距離にあることが好ましい。
【００１９】
第１の検知領域の重心と第２の検知領域の重心とを、可動体の重心から均一な位置に配置することで、可動体をバランスよく動作させることができるようになる。
【００２０】
また、本発明は、前記第１の可動電極の前記移動方向と直交する方向の幅寸法が、前記第２の固定電極の前記幅寸法と同じであり、前記第２の可動電極の前記幅寸法が、前記第１の固定電極の前記幅寸法と同じであることが好ましい。
【００２１】
上記のように、可動電極と固定電極を同じ形状となるように加工することで、可動電極と固定電極を同種のエッチング工程などで均一な形状で加工できるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、可動体が動作したときの移動量や移動方向などを高精度に検知できるようになる。また、第１の可動電極と第２の可動電極との質量の差を少なくでき、または質量の差をなくして、可動体をバランスよく動作させることが可能になる。また、可動電極と固定電極を一方向からのみ加工することが可能であり、製造が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のＭＥＭＳセンサの実施の形態を示すものであり、最上部の支持基板を除去して示す平面図、
【図２】図１に示すＭＥＭＳセンサをＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図、
【図３】（Ａ）は図１に示すＭＥＭＳセンサの第１の検知領域の一部であるＩＩＩ部を拡大して示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線の断面図、
【図４】（Ａ）は図１に示すＭＥＭＳセンサの第２の検知領域の一部であるＩＶ部を拡大して示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線の断面図、
【図５】可動体が第１の方向（Ｚ１方向）へ移動した動作状態を示し、（Ａ）は第１の可動電極と第１の固定電極とを示す断面図、（Ｂ）は第２の可動電極と第２の固定電極とを示す断面図、
【図６】可動体が第２の方向（Ｚ２方向）へ移動したときの動作状態を示し、（Ａ）は第１の可動電極と第１の固定電極とを示す断面図、（Ｂ）は第２の可動電極と第２の固定電極とを示す断面図、
【図７】可動電極と固定電極のさらに好ましい配置を示す断面図、
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図２に示すように、ＭＥＭＳセンサ１は、最上部に支持基板２が位置し、この支持基板２の下側に機能層１０が設けられ、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。
【００２５】
図２に示すように、機能層１０の下側に閉鎖部材４が重ねられて、機能層１０が支持基板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。また、機能層１０の一部は、接合層６を介して第２の絶縁層５に接合されている。
【００２６】
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。
【００２７】
図１に示すように、シリコンウエハで形成されている前記機能層１０は、その外側の枠状部分が枠体層１１である。機能層１０の中央部には枠体層１１を上下方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に貫通する動作空間１２が形成され、この動作空間１２の内部に、前記機能層１０の一部を分離して形成された各機能部が形成されている。この機能部は、可動体４１およびこれと一体の第１の可動電極４７ａと第２の可動電極４７ｂ、可動体４１を上下に動作自在に支持する左リンク部４３Ａと右リンク部４３Ｂ、前記リンク部４３Ａ，４３Ｂを回動自在に支持する支持導通部４２，４２、固定導通部５２，５４と固定電極支持部５１，５３、前記固定電極支持部５１，５３と一体に形成された第１の固定電極５３ａと第２の固定電極５３ｂなどである。
【００２８】
図１に示すように、動作空間１２の内部で分離して形成された可動体４１は、Ｘ１側に左質量部４１ＡがＸ２側に右質量部４１Ｂがそれぞれ一体に形成され、左質量部４１Ａと右質量部４１Ｂとの間に連結部４１Ｃが一体に形成されている。図１には可動体４１の重心（図心）Ｇが示されている。
【００２９】
前記重心Ｇを通ってＹ１−Ｙ２方向に延びる線上に支持導通部４２，４２が設けられている。左質量部４１Ａの外側にはコの字形状の左リンク部４３Ａが設けられ、右質量部４１Ｂの外側には右リンク部４３Ｂが設けられている。
【００３０】
図１に示すように、左リンク部４３ＡのＸ２側の２箇所の端部は、それぞれヒンジ部４４Ａ，４４Ａを介して支持導通部４２，４２に回動自在に連結されており、右リンク部４３ＢのＸ１側の２箇所の端部は、それぞれヒンジ部４４Ｂ，４４Ｂを介して支持導通部４２，４２に回動自在に連結されている。左リンク部４３ＡのＸ２側の２箇所の端部と、右リンク部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。さらに、左質量部４１ＡのＸ１側の端部と左リンク部４３Ａは、ヒンジ部４６Ａ，４６Ａを介して回動自在に連結されており、右質量部４１ＢのＸ２側の端部と右リンク部４３Ｂは、ヒンジ部４６Ｂ，４６Ｂを介して回動自在に連結されている。
【００３１】
ヒンジ部４４Ａ，４４Ｂ，４５，４６Ａ，４６Ｂは、機能層１０を形成しているシリコンウエハの一部を加工して円柱状または角柱状に形成されたトーションバーであり、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。
【００３２】
図２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によって支持基板２に接合されて固定されており、支持導通部４２，４２のＺ２側に向く面は、接合層６によって、閉鎖部材４の第２の絶縁層５に接合されて固定されている。接合層６は導電性材料で形成されており、支持導通部４２と導通されているとともに、第２の絶縁層５の内部に設けられた導電体のリードパターンに個別に導通されている。
【００３３】
支持導通部４２，４２は、第１の絶縁層３と接合層６とで挟まれて固定されているが、可動体４１と、左リンク部４３Ａおよび右リンク部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２に示すように、左リンク部４３Ａがヒンジ部４４Ａを支点として時計方向へ回動し、右リンク部４３Ｂがヒンジ部４４Ｂを支点として反時計方向へ回動することで、第１の可動体４１が第１の方向である上方（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２に示す向きと逆の向きへ回動することで、第１の可動体４１が第２の方向である下方（Ｚ２方向）へ移動することが可能である。
【００３４】
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、可動体４１は、動作空間１２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。このとき、左リンク部４３Ａと右リンク部４３Ｂは、支持基板２の下面および第２の絶縁層５の上面と平行な姿勢となる。
【００３５】
図１に示すように、動作空間１２の内部では、前記重心Ｇを挟んで左側に第１の検知領域２１が、右側に第２の検知領域２２が設けられている。第１の検知領域２１と第２の検知領域２２は、重心Ｇを挟んで左右に対称に配置されている。
【００３６】
図１に示すように、重心Ｇと第１の検知領域２１との間には四角形状の固定導通部５２が設けられており、この固定導通部５２から第１の検知領域２１の内部向けてＸ１方向に延びる固定電極支持部５１が一体に形成されている。固定導通部５２と固定電極支持部５１は、機能層１０であるシリコンウエハから、可動体４１などとともに分離して形成されている。図示省略されているが、固定導通部５２のＺ１側の面は、図２に示した支持導通部４２と同様に第１の絶縁層３を介して支持基板２の下面に固定されている。また、固定導通部５２のＺ２側の面は、図２に示した支持導通部４２と同様に導電性の接合層６を介して第２の絶縁層５に固定されている。また、接合層６を介して、固定導通部５２が、第２の絶縁層５の内部の導電体のリードパターンに導通されている。
【００３７】
図３（Ａ）には、第１の検知領域２１の一部であるＩＩＩ部が拡大して示されている。図３（Ａ）に示すように、第１の検知領域２１では、左質量部４１Ａに、そのＹ１側の縁部から前記固定電極支持部５１に向けてＹ２方向に直線的に延びる複数の第１の可動電極４７ａが一体に形成されている。複数の第１の可動電極４７ａは互いに平行に延びており、Ｘ１−Ｘ２方向へ一定のピッチで配列している。また、詳しくは図示されていないが、左質量部４１ＡのＹ２側の端部から前記固定電極支持部５１に向けてＹ１方向へ直線的に延びる複数の第１の可動電極４７ａが一体に形成されている。この第１の可動電極４７ａも互いに平行でありＸ１−Ｘ２方向へ一定のピッチで配列している。
【００３８】
第１の検知領域２１の内部には、固定部である前記固定電極支持部５１のＹ１側の縁部と一体に形成されてＹ１方向に延びる複数の第１の固定電極５１ａと、固定電極支持部５１のＹ２側の縁部と一体に形成されてＹ２方向に延びる複数の第１の固定電極５１ａとが一体に形成されている。それぞれの第１の固定電極５１ａはＸ１−Ｘ２方向へ一定のピッチで配列している。
【００３９】
図３（Ａ）に示すように、固定電極支持部５１からＹ１方向に延びる第１の固定電極５１ａは、Ｙ２方向へ延びる前記第１の可動電極４７ａと第１の可動電極４７ａとの間に入り込んでいる。同様に、固定電極支持部５１からＹ２方向へ延びる第１の固定電極５１ａも、Ｙ１方向に延びる前記第１の可動電極４７ａと第１の可動電極４７ａとの間に延びている。
【００４０】
重心Ｇの右側に設けられた第２の検知領域２２は、第１の検知領域２１と左右対称の構造である。重心Ｇと第２の検知領域２２との間には固定導通部５４が設けられ、固定導通部５４からＸ２方向へ固定電極支持部５３が一体に延びている。固定導通部５４は、前記固定導通部５２と同様に、第１の絶縁層３に接合されているとともに、接合層６を介して第２の絶縁層５に接合されており、接合層６を介して第２の絶縁層５の内部の導電体のリードパターンに導通されている。
【００４１】
図４（Ａ）に示すように、右質量部４１Ｂには、Ｙ１側の縁部から固定電極支持部５３に向けて一体に延びる複数の第２の可動電極４７ｂと、Ｙ２側の縁部から固定電極支持部５３に向けて一体に延びる複数の第２の可動電極４７ｂが設けられている。それぞれの第２の可動電極４７ｂは互いに平行でありＸ１−Ｘ２方向へ一定のピッチで配列している。
【００４２】
固定部である固定電極支持部５３には、Ｙ１方向へ一体に延びる複数の第２の固定電極５３ａと、Ｙ２方向へ一体に延びる複数の第２の固定電極５３ａが設けられている。それぞれの第２の固定電極５３ａは互いに平行で、Ｘ１−Ｘ２方向へ一定のピッチで配列している。図４（Ａ）に示すように、それぞれの第２の固定電極５３ａは、隣り合う第２の可動電極４７ｂと第２の可動電極４７ｂとの間に入り込んでいる。
【００４３】
図３（Ｂ）に示すように、第１の可動電極４７ａと第１の固定電極５１ａは、第２の方向（Ｚ２方向）に向く端部が同じ位置にあり、第１の可動電極４７ａのＺ２側に向く端面と第１の固定電極５１ａのＺ２側に向く端面は同一面上に位置している。第１の可動電極４７ａと第１の固定電極５１ａは、移動方向である第１の方向（Ｚ１方向）への長さ寸法が相違しており、第１の可動電極４７ａの長さ寸法Ｈ１が、第１の固定電極５１ａの長さ寸法Ｈ２よりも短い。ただし、移動方向と直交する方向であるＸ１−Ｘ２方向の幅寸法に関しては、第１の可動電極４７ａの幅寸法Ｗ１の方が、第１の固定電極５１ａの幅寸法Ｗ２よりも大きい。
【００４４】
図４（Ｂ）に示すように、第２の可動電極４７ｂと第２の固定電極５３ａは、第２の方向（Ｚ２方向）に向く端部が同じ位置にあり、第２の可動電極４７ｂのＺ２側に向く端面と第２の固定電極５３ａのＺ２側に向く端面は同一面上に位置している。第２の可動電極４７ｂと第２の固定電極５３ａは、移動方向である第１の方向（Ｚ１方向）への長さ寸法が相違しており、第２の可動電極４７ｂの長さ寸法Ｈ３が、第２の固定電極５３ａの長さ寸法Ｈ４よりも長い。ただし、第２の可動電極４７ｂの幅寸法Ｗ３の方が、第２の固定電極５３ａの幅寸法Ｗ４よりも小さい。
【００４５】
第１の検知領域２１に設けられた第１の可動電極４７ａの数と第２の検知領域２２に設けられた第２の可動電極４７ｂの数は同じであり、それぞれの第１の可動電極４７ａのＹ１−Ｙ２方向の長さ寸法と、それぞれの第２の可動電極４７ｂのＹ１−Ｙ２方向の長さ寸法とが同じである。また、図３（Ｂ）に示す第１の可動電極４７ａの断面積（Ｈ１×Ｗ１）と、図４（Ｂ）に示す第２の可動電極４７ｂの断面積（Ｈ３×Ｗ３）とが同じである。したがって、第１の検知領域２１に設けられた第１の可動電極４７ａの体積ならびに質量の総和と、第２の検知領域２２に設けられた第２の可動電極４７ｂの体積ならびに質量の総和が同じである。
【００４６】
図３（Ｂ）に示す第１の可動電極４７ａと図４（Ｂ）に示す第２の固定電極５３ａとでは、長さ寸法と幅寸法とが同じである（Ｈ１＝Ｈ４、Ｗ１＝Ｗ４）。また、図３（Ｂ）に示す第１の固定電極５１ａと図４（Ｂ）に示す第２の可動電極４７ｂとでは、長さ寸法と幅寸法とが同じである（Ｈ２＝Ｈ３、Ｗ２＝Ｗ３）。
【００４７】
また、図３（Ｂ）に示す第１の可動電極４７ａおよび第１の固定電極５１ａのそれぞれのＺ２側に向く端面と、図４（Ｂ）に示す第２の可動電極４７ｂおよび第２の固定電極５３ａのそれぞれのＺ２側に向く端面も、互いに同一面上に位置している。
【００４８】
図３（Ａ）（Ｂ）の構造では、機能層１０であるシリコンウエハをＺ１側からエッチングなどで加工するのみで、第１の可動電極４７ａと第１の固定電極５１ａ、および第２の可動電極４７ｂと第２の固定電極５３ａを形成できる。Ｚ２側からの加工で不要であるため、製造工程が容易である。
【００４９】
第１の検知領域２１に設けられた第１の可動電極４７ａと第２の検知領域２２に設けられた第２の固定電極５３ａの断面形状が同じであり、第１の検知領域２１に設けられた第１の固定電極５１ａと第２の検知領域２２に設けられた第２の可動電極４７ｂの断面形状が同じである。そのため、機能層１０のシリコンウエハを加工するときに、第１の検知領域２１と第２の検知領域２２とで、加工条件やエッチングレートを同じにでき、加工が容易であり且つ加工後の品質を安定させることができる。
【００５０】
前記ＭＥＭＳセンサを加速度センサとして使用すると、Ｚ方向への加速度の方向と大きさを検知することができる。ＭＥＮＳセンサ１に第２の方向であるＺ２方向の加速度が作用すると、その反作用で、図２に示すように、可動体４１がＺ１方向へ移動する。このとき、図５（Ａ）に示すように、第１の検知領域２１で、第１の可動電極４７ａがＺ１方向へ移動するが、第１の可動電極４７ａと第１の固定電極５１ａとの対向面積は変化しない。一方、図５（Ｂ）に示すように、第２の検知領域２２で、第２の可動電極４７ｂがＺ１方向へ移動するため、第２の可動電極４７ｂと第２の固定電極５３ａとの対向面積が減少する。
【００５１】
逆に、ＭＥＭＳセンサ１に第１の方向（Ｚ１方向）に向く加速度が与えられると、可動体４１がＺ２方向へ移動する。このとき、図６（Ａ）に示すように、第１の検知領域２１では、第１の可動電極４７ａがＺ２方向へ移動して、第１の可動電極４７ａと第１の固定電極５１ａの対向面積が減少する。一方、図６（Ｂ）に示すように、第２の検知領域２２では、第２の可動電極４７ｂがＺ２方向へ移動しても、第２の可動電極４７ｂと第２の固定電極５３ａとの対向面積は変化しない。
【００５２】
したがって、検出回路において、第１の可動電極４７ａと第１の固定電極５１ａとの第１の静電容量の変化と、第２の可動電極４７ｂと第２の固定電極５３ａとの第２の静電容量の変化の双方を監視し、例えば、第１の静電容量の検出値と、第２の静電容量の検出値との差を求めることで、可動体４１の移動方向と移動距離を知ることができ、加速度の向きと大きさを検知することができる。また、第１の静電容量と第２の静電容量の差を求めることで、温度などの使用環境が変動しても、誤差の少ない検出が可能である。
【００５３】
前記ＭＥＭＳセンサ１では、第１の可動電極４７ａと第２の可動電極４７ｂの長さを変え、第１の固定電極５１ａと第２の固定電極５３ａの長さを変えることで、可動体４１の移動方向の検知などが可能になる。しかも、Ｚ１方向からの加工のみ可動電極と固定電極を形成できる。そして、第１の検知領域２１と第２の検知領域２２とで、可動電極の質量の総和をほぼ一致させているため、可動体４１に不要なモーメントが作用せず、可動体４１を安定させて上下に移動させることができる。
【００５４】
図７は、可動電極と固定電極のさらに好ましい配置を示す断面図である。この形態では、図１に示す重心ＧよりもＸ１側に配置される第１の検知領域２１Ａにおいて、重心Ｇに最も近い位置にある電極が第１の可動電極４７ａであり、Ｘ１方向に向けて次に、第１の固定電極５１ａ、第１の可動電極４７ａ、第１の固定電極５１ａ、・・・、の順で並んでいる。重心ＧよりもＸ２側に配置されている第２の検知領域２２Ａにおいては、重心Ｇに最も近い位置にある電極が第２の可動電極４７ｂであり、Ｘ１方向に向けて次に、第２の固定電極５３ａ、第２の可動電極４７ｂ、第２の固定電極５３ａ、・・・、の順で並んでいる。
【００５５】
そして、全ての第１の可動電極４７ａの重心Ｇからの距離Ｌａ，Ｌｂ，・・・と、全ての第２の可動電極４７ｂの重心Ｇからの距離Ｌａ，Ｌｂ，・・・が同じである。
【００５６】
すなわち、第１の検知領域２１Ａでの可動電極と固定電極の配置の順番と、第２の検知領域２２Ａでの可動電極と固定電極の配置の順番が、重心Ｇを挟んで左右に対称であり、可動電極の重量の配置も重心Ｇを挟んで左右に対称である。
【００５７】
したがって、第１の検知領域２１Ａに設けられた全ての第１の可動電極４７ａの質量の総和の重心と、第２の検知領域２２Ａに設けられた全ての第２の可動電極４７ｂの質量の総和の重心を、可動体４１の前記重心Ｇから同じ距離離れた位置に設定できる。すなわち、第１の検知領域２１Ａの可動電極の重心と、第２の検知領域２２Ａの可動電極の重心とを、電極１ピッチ分のずれもなく、重心Ｇから同じ位置にできる。そのために、可動体４１がＺ１−Ｚ２方向へ動くときに、余分なモーメントが作用することがなく、安定した動作を実現しやすくなる。
【００５８】
なお、本発明では、図５に示すように、可動体４１がＺ１方向へ移動したときに、第１の可動電極４７ａが第１の固定電極５１ａからややＺ１方向へ突出するなどして、第１の可動電極４７ａと第１の固定電極５１ａとの対向面積がやや減少してもよい。ただし、第１の可動電極４７ａと第１の固定電極５１ａとの対向面積の変化が、第２の可動電極４７ｂと第２の固定電極５３ａとの対向面積の変化よりもわずかであれば、可動体４１の移動方向を識別して、その移動距離を検知することができる。これは第２の検知領域２２においても同じである。
【００５９】
また、本発明のＭＥＭＳセンサは、加速度センサなど他のセンサとしても使用できる。また、可動体４１を外部からの振動でＹ１−Ｙ２方向へ移動させ、Ｚ１−Ｚ２方向のコリオリの力を検知して振動型ジャイロとしても使用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１  ＭＥＭＳセンサ
２  支持基板
３  第１の絶縁層
４  閉鎖部材
５  第２の絶縁層
６  接合層
１０  機能層
１１  枠体層
１２  動作空間
２１，２１Ａ  第１の検知領域
２２，２２Ａ  第２の検知領域
４１  可動体
４１Ａ  左質量部
４１Ｂ  右質量部
４２  支持導通部
４３Ａ  左リンク部
４３Ｂ  右リンク部
４７ａ  第１の可動電極
４７ｂ  第２の可動電極
５２，５４  固定導通部
５１，５３  固定電極支持部
５１ａ  第１の固定電極
５３ａ  第２の固定電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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