(57)【要約】      （修正有）【課題】励振部とマス部が連結部材を介して連結されたＭＥＭＳデバイスにおいて、励振時のクロストークを抑制することが可能な技術を提供する。【解決手段】基板部と、基板部に対してＸ方向に振動する励振部６と、連結部材１４を介して励振部６に連結されたマス部１０を備えている。連結部材１４は、それぞれが励振部６とマス部１０を連結する一対の第１連結部１４ａと、一対の第１連結部１４ａの間を連結する第２連結部１４ｂを備えている。【選択図】図１
2015184252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部と、
基板部に対してＸ方向に振動する励振部と、
連結部材を介して励振部に連結されたマス部を備えており、
連結部材が、それぞれが励振部とマス部を連結する一対の第１連結部と、一対の第１連結部の間を連結する第２連結部を備える、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
第２連結部が、長手方向がＹ方向に沿った短冊状または棒状に形成されている、請求項１のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
第１層と、第１層よりも厚さが薄い第２層を備える積層構造上に形成されており、
マス部の少なくとも一部と、励振部の少なくとも一部が、第１層に形成されており、
一対の第１連結部と第２連結部が、第２層に形成されており、
一対の第１連結部のそれぞれが、マス部の少なくとも一部と、励振部の少なくとも一部の間を連結する、請求項１または２のＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、ＭＥＭＳデバイスを開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、基板部と、基板部に対してＸ方向に振動する励振部と、連結部材を介して励振部に連結されたマス部を備えるＭＥＭＳデバイスが開示されている。このＭＥＭＳデバイスでは、連結部材が、それぞれが励振部とマス部を連結する一対の連結部を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０３０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のＭＥＭＳデバイスでは、連結部材のねじりに対する剛性が低いため、マス部のＸ軸周りの回転運動の共振振動数が、マス部のＸ軸方向の並進運動の共振振動数に近いものとなる。このため、マス部のＸ軸方向の並進運動の共振振動数に近い振動数で、マス部をＸ方向に励振させると、マス部のＸ軸周りの回転運動も誘起されてしまう。このようなクロストークの影響が大きくなると、ＭＥＭＳデバイスに所期の動作をさせることが困難となる。
【０００５】
本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、励振部とマス部が連結部材を介して連結されたＭＥＭＳデバイスにおいて、励振時のクロストークを抑制することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示するＭＥＭＳデバイスは、基板部と、基板部に対してＸ方向に振動する励振部と、連結部材を介して励振部に連結されたマス部を備えている。そのＭＥＭＳデバイスでは、連結部材が、それぞれが励振部とマス部を連結する一対の第１連結部と、一対の第１連結部の間を連結する第２連結部を備えている。
【０００７】
上記のＭＥＭＳデバイスでは、連結部材のねじりに対する剛性が高められているため、マス部のＸ軸周りの回転運動の共振振動数を、マス部のＸ軸方向の並進運動の共振振動数から、大きく離すことができる。これにより、マス部をＸ軸方向に励振する際に、マス部のＸ軸周りの回転運動が誘起されることを抑制することができる。マス部を励振する際のクロストークを抑制することができる。
【０００８】
上記のＭＥＭＳデバイスは、第２連結部が、長手方向がＹ方向に沿った短冊状または棒状に形成されているように構成することができる。
【０００９】
第２連結部によって一対の第１連結部の間を剛に結合するほど、それだけ連結部材のねじりに対する剛性が高まるものの、連結部材のたわみに対する剛性も高まってしまう。上記のＭＥＭＳデバイスによれば、連結部材のたわみに対する剛性をそれほど高めることなく、連結部材のねじりに対する剛性を高めることができる。
【００１０】
上記のＭＥＭＳデバイスは、第１層と、第１層よりも厚さが薄い第２層を備える積層構造上に形成されており、マス部の少なくとも一部と、励振部の少なくとも一部が、第１層に形成されており、一対の第１連結部と第２連結部が、第２層に形成されており、一対の第１連結部のそれぞれが、マス部の少なくとも一部と、励振部の少なくとも一部の間を連結するように構成することができる。
【００１１】
一般に、連結部材が薄い層に形成されている場合、連結部材のねじりに対する剛性は低くなりがちである。上記のＭＥＭＳデバイスによれば、連結部材が薄い層に形成されている場合であっても、連結部材のねじりに対する剛性を高めることができる。マス部のＸ軸周りの回転運動の共振振動数を、マス部のＸ軸方向の並進運動の共振振動数から、大きく離して、励振時のクロストークを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１のＭＥＭＳデバイス２を模式的に示す平面図。
【図２】図１のＭＥＭＳデバイス２のＩＩ−ＩＩ断面図。
【図３】図１のＭＥＭＳデバイス２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。
【図４】実施例２のＭＥＭＳデバイス１０２を模式的に示す平面図。
【図５】図４のＭＥＭＳデバイス１０２のＶ−Ｖ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施例１）
図１−図３は、本実施例のＭＥＭＳデバイス２を示している。ＭＥＭＳデバイス２は、ＳＯＩ基板の各層の所定範囲をエッチングすることによって製造される。本実施例で用いるＳＯＩ基板は、３層構造であり、厚みが２００μｍのシリコン層（以下、下側シリコン層という）、厚みが３μｍの酸化シリコン層、および厚みが１５μｍのシリコン層（以下、上側シリコン層という）が、順に積層されている。下側シリコン層と上側シリコン層には、不純物の注入により導電性が付与されている。酸化シリコン層は、絶縁性である。なお、以下の説明では、ＳＯＩ基板の積層方向をＺ方向とし、ＳＯＩ基板の面内方向をＸ方向およびＹ方向とする。
【００１４】
ＭＥＭＳデバイス２は、主に、基板部４と、励振部６と、駆動部８と、マス部１０と、検出部１２と、連結部材１４を備えている。図１では、図示の明瞭化のため、基板部４は示されていない。基板部４は、下側シリコン層に形成された下側基板部と、酸化シリコン層に形成された中間基板部と、上側シリコン層に形成された上側基板部を備えている。下側基板部と上側基板部は、中間基板部を介して互いに固定されている。下側基板部、中間基板部および上側基板部は、同じ層においてＭＥＭＳデバイス２の他の構成要素が形成されている箇所とは、エッチングによって分離されている。
【００１５】
励振部６は、下側シリコン層に形成されている。本実施例では、２つの励振部６が、Ｘ方向（図１の左右方向）に、マス部１０を挟んで並んで配置されている。それぞれの励振部６は、下側シリコン層に形成されたＸばね１６を介して、下側シリコン層に形成された励振支持部１７に接続されている。Ｘばね１６は、いわゆるフォールデッドビームである。Ｘばね１６は、励振部６と励振支持部１７のＸ方向の相対変位に対する剛性が低く、Ｙ方向およびＺ方向の相対変位に対する剛性が高い形状に形成されている。励振部６、Ｘばね１６および励振支持部１７は、継ぎ目なく連続的に形成されている。励振支持部１７は、基板部４の中間基板部を介して、基板部４の上側基板部に固定されている。言い換えると、励振部６は、基板部４に対して、Ｘ方向に相対変位可能に支持されている。
【００１６】
励振部６のＸ方向の側面のうち、マス部１０に対向する側面とは反対側の側面には、可動櫛歯電極６ａが形成されている。可動櫛歯電極６ａは、下側シリコン層に形成されている。可動櫛歯電極６ａは、励振部６の側面から、Ｘ方向に伸びている。可動櫛歯電極６ａと励振部６は、継ぎ目なく連続的に形成されている。可動櫛歯電極６ａは、励振部６に対応して配置された駆動部８の側面に形成された固定櫛歯電極８ａと、互いに噛み合うような位置関係で配置されている。固定櫛歯電極８ａは、駆動部８の側面から、Ｘ方向に伸びている。駆動部８と固定櫛歯電極８ａは、いずれも下側シリコン層に形成されている。駆動部８と固定櫛歯電極８ａは、継ぎ目なく連続的に形成されている。駆動部８は、基板部４の中間基板部を介して、基板部４の上側基板部に固定されている。
【００１７】
マス部１０は、下側シリコン層に形成された下側マス部１８と、酸化シリコン層に形成された中間マス部２０と、上側シリコン層に形成された上側マス部２２を備えている。図１に示すように、下側マス部１８は、矩形の平板状に形成されており、その四隅に連結部材１４と接続するための接続部が形成されている。上側マス部２２は、いずれも矩形の平板上に形成されている。図２に示すように、下側マス部１８と上側マス部２２は、中間マス部２０を介して互いに固定されている。従って、下側マス部１８、中間マス部２０および上側マス部２２は、一体的に運動する。下側マス部１８と上側マス部２２は、貫通電極２４によって電気的に導通している。
【００１８】
図１および図３に示すように、連結部材１４は、励振部６と、マス部１０の下側マス部１８の間を接続している。連結部材１４は、上側シリコン層に形成されている。連結部材１４はＨ字形状に形成されており、一対の第１連結部１４ａと、一対の第１連結部１４ａの間を連結する第２連結部１４ｂを備えている。一対の第１連結部１４ａはそれぞれ、長手方向がＸ方向に沿うように配置されている。第２連結部１４ｂは、長手方向がＹ方向に沿うように配置されている。一対の第１連結部１４ａと第２連結部１４ｂは、継ぎ目なく連続的に形成されている。一対の第１連結部１４ａのそれぞれの一方の端部は、酸化シリコン層に形成された中間連結部２５を介して、励振部６に固定されており、他方の端部は、酸化シリコン層に形成された中間連結部２７を介して、マス部１０の下側マス部１８に固定されている。連結部材１４と励振部６は、貫通電極２６によって電気的に導通している。連結部材１４とマス部１０の下側マス部１８は、貫通電極２８によって電気的に導通している。連結部材１４は、励振部６とマス部１０のＺ方向の相対変位に対する剛性が低く、Ｘ方向およびＹ方向の相対変位に対する剛性が高い形状に形成されている。連結部材１４は、ＸＹ面内で見たときに、マス部１０の重心を通ってＸ方向に伸びる中心軸Ａに対して対称となるように配置されている。
【００１９】
図１および図２に示すように、検出部１２は、下側シリコン層に形成された下側検出部３０と、上側シリコン層に形成された上側検出部３２を備えている。下側検出部３０は、マス部１０の上側マス部２２と対向するように配置されている。上側検出部３２は、マス部１０の下側マス部１８と対向するように配置されている。
【００２０】
１つの励振支持部１７（図１の右上の励振支持部１７）は、下側シリコン層に形成された下側中継部３４に接続されている。この励振支持部１７は、下側中継部３４と継ぎ目なく連続的に形成されている。下側中継部３４は、酸化シリコン層に形成された中間中継部を介して、上側シリコン層に形成された上側中継部３６に固定されている。下側中継部３４と上側中継部３６は、貫通電極３８によって電気的に導通している。上側中継部３６は、上側シリコン層に形成されたパッド配置部４０に接続されている。上側中継部３６とパッド配置部４０は、継ぎ目なく連続的に形成されている。パッド配置部４０は、基板部４の中間基板部を介して、基板部４の下側基板部に固定されている。パッド配置部４０の上面には、ワイヤボンディング用のパッド４２が形成されている。ＭＥＭＳデバイス２において、パッド４２は、励振支持部１７、Ｘばね１６、励振部６、連結部材１４、下側マス部１８および上側マス部２２と電気的に導通している。
【００２１】
駆動部８のそれぞれは、下側シリコン層に形成された下側中継部４４のそれぞれに接続されている。下側中継部４４のそれぞれは、駆動部８のそれぞれと継ぎ目なく連続的に形成されている。下側中継部４４は、酸化シリコン層に形成された中間中継部を介して、上側シリコン層に形成された上側中継部４６に固定されている。下側中継部４４と上側中継部４６は、貫通電極４８によって電気的に導通している。上側中継部４６は、上側シリコン層に形成されたパッド配置部５０に接続されている。上側中継部４６とパッド配置部５０は、継ぎ目なく連続的に形成されている。パッド配置部５０は、基板部４の中間基板部を介して、基板部４の下側基板部に固定されている。パッド配置部５０の上面には、ワイヤボンディング用のパッド５２が形成されている。ＭＥＭＳデバイス２において、パッド５２のそれぞれは、駆動部８のそれぞれと電気的に導通している。
【００２２】
下側検出部３０は、酸化シリコン層に形成された中間中継部を介して、上側シリコン層に形成された上側中継部５４に固定されている。下側検出部３０と上側中継部５４は、貫通電極５６によって電気的に導通している。上側中継部５４は、上側シリコン層に形成されたパッド配置部５８に接続されている。上側中継部５４とパッド配置部５８は、継ぎ目なく連続的に形成されている。パッド配置部５８は、基板部４の中間基板部を介して、基板部４の下側基板部に固定されている。パッド配置部５８の上面には、ワイヤボンディング用のパッド６０が形成されている。ＭＥＭＳデバイス２において、パッド６０は、下側検出部３０と電気的に導通している。
【００２３】
上側検出部３２は、上側シリコン層に形成されたパッド配置部６２に接続されている。上側検出部３２とパッド配置部６２は、継ぎ目なく連続的に形成されている。パッド配置部６２は、基板部４の中間基板部を介して、基板部４の下側基板部に固定されている。パッド配置部６２の上面には、ワイヤボンディング用のパッド６４が形成されている。ＭＥＭＳデバイス２において、パッド６４は、上側検出部３２と電気的に導通している。
【００２４】
ＭＥＭＳデバイス２の動作について説明する。図１の右側の駆動部８に対応するパッド５２とパッド４２の間に駆動電圧を印加すると、図１の右側の励振部６の可動櫛歯電極６ａが対応する固定櫛歯電極８ａに引き込まれて、Ｘばね１６の弾性復元力に抗して励振部６とマス部１０が図１の右方向へ移動する。図１の右側の駆動部８に対応するパッド５２とパッド４２の間への駆動電圧の印加を停止すると、Ｘばね１６の弾性復元力により、励振部６とマス部１０はもとの位置へと戻る。逆に、図１の左側の駆動部８に対応するパッド５２とパッド４２の間に駆動電圧を印加すると、図１の左側の励振部６の可動櫛歯電極６ａが対応する固定櫛歯電極８ａに引き込まれて、Ｘばね１６の弾性復元力に抗して励振部６とマス部１０が図１の左方向へ移動する。図１の左側の駆動部８に対応するパッド５２とパッド４２の間への駆動電圧の印加を停止すると、Ｘばね１６の弾性復元力により、励振部６とマス部１０はもとの位置へと戻る。このように、図１の右側の駆動部８に対応するパッド５２とパッド４２の間、および図１の左側の駆動部８に対応するパッド５２とパッド４２の間で、交互に駆動電圧のオンオフを切り替えることで、マス部１０をＸ方向（図１の左右方向）に励振することができる。
【００２５】
マス部１０がＸ方向に振動している状態で、ＭＥＭＳデバイス２にＹ軸周りの角速度が作用すると、マス部１０にはＺ方向のコリオリ力が作用し、マス部１０はＺ方向に変位する。この時のマス部１０のＺ方向の変位量は、ＭＥＭＳデバイス２に作用するＹ軸周りの角速度の大きさに応じたものとなる。従って、マス部１０のＺ方向の変位量を検出することで、ＭＥＭＳデバイス２に作用するＹ軸周りの角速度の大きさを検出することができる。
【００２６】
ＭＥＭＳデバイス２では、マス部１０のＺ方向の変位量に応じて、マス部１０の下側マス部１８と検出部１２の上側検出部３２の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化は、パッド６４とパッド４２を介して検出することができる。また、ＭＥＭＳデバイス２では、マス部１０のＺ方向の変位量に応じて、マス部１０の上側マス部２２と検出部１２の下側検出部３０の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化は、パッド６０とパッド４２を介して検出することができる。これらの静電容量の変化を検出することで、マス部１０のＺ方向の変位量を検出し、それによってＭＥＭＳデバイス２に作用するＹ軸周りの角速度を検出することができる。すなわち、ＭＥＭＳデバイス２は、Ｙ軸周りの角速度を検出する角速度センサとして動作する。
【００２７】
マス部１０をＸ方向に励振させる際には、マス部１０のＸ方向の並進運動に対する共振振動数に近い振動数で励振すると、マス部１０のＸ方向の並進運動を大きくすることができる。これによって、マス部１０のＺ方向の変位量を大きくして、Ｙ軸周りの角速度の検出感度を向上することができる。
【００２８】
マス部１０をＸ方向に励振させる際には、連結部材１４にＸ軸周りのねじりが生じて、マス部１０のＸ軸周りの回転運動も誘起される、いわゆるクロストークの発生が問題となる。マス部１０のＸ軸周りの回転運動に対する共振振動数が、Ｘ方向の並進運動に対する共振振動数に近い場合、マス部１０のＸ方向の並進運動に対する共振振動数に近い振動数でマス部１０を励振すると、マス部１０のＸ軸周りで大きな回転運動が誘起されてしまい、Ｙ軸周りの角速度の検出感度を悪化させてしまう。
【００２９】
本実施例のＭＥＭＳデバイス２では、連結部材１４が、それぞれが励振部６と下側マス部１８を連結する一対の第１連結部１４ａと、一対の第１連結部１４ａの間を連結する第２連結部１４ｂを備えている。このような構成とすることによって、連結部材１４のねじりに対する剛性を高めることができ、マス部１０のＸ軸周りの回転運動に対する共振振動数を、Ｘ方向の並進運動に対する共振振動数から大きく離すことができる。このような構成とすることによって、マス部１０をＸ方向に励振する際のクロストークを抑制することができる。
【００３０】
連結部材１４の形状、特に第２連結部１４ｂの形状は、上記のものに限られるものではない。例えば、連結部材１４は、一対の第１連結部１４ａの間を連結する複数の第２連結部１４ｂを備えていてもよい。あるいは、第２連結部１４ｂは、ＸＹ面内で見たときに、マス部１０の重心を通ってＸ方向に伸びる中心軸Ａに対して対称となる形状である限りにおいて、折れ線形状や曲線形状で形成されていてもよい。なお、第２連結部１４ｂによって一対の第１連結部１４ａの間を剛に結合するほど、それだけ連結部材１４のねじりに対する剛性が高まるものの、連結部材１４のＺ方向のたわみに対する剛性、すなわち励振部６とマス部１０のＺ方向の相対変位に対する剛性も高まってしまう。上記の実施例のように、上側連結部材１４ｂを長手方向がＹ方向に沿うように配置された短冊状または棒状とすることで、連結部材１４のＺ方向のたわみに対する剛性をそれほど高めることなく、連結部材１４のねじりに対する剛性を高めることができる。
【００３１】
（実施例２）
図４、図５は本実施例のＭＥＭＳデバイス１０２を示している。実施例１のＭＥＭＳデバイス２と同様に、本実施例のＭＥＭＳデバイス１０２は、ＳＯＩ基板の各層の所定範囲をエッチングすることによって製造される。本実施例で用いるＳＯＩ基板は、３層構造であり、厚みが２００μｍのシリコン層（以下、下側シリコン層という）、厚みが３μｍの酸化シリコン層、および厚みが１５μｍのシリコン層（以下、上側シリコン層という）が、順に積層されている。下側シリコン層と上側シリコン層には、不純物の注入により導電性が付与されている。酸化シリコン層は、絶縁性である。なお、以下の説明では、ＳＯＩ基板の積層方向をＺ方向とし、ＳＯＩ基板の面内方向をＸ方向およびＹ方向とする。
【００３２】
ＭＥＭＳデバイス１０２は、主に、基板部１０４と、励振部１０６と、駆動部１０８と、第１マス部１１０と、第１検出部１１２と、第２マス部１１４と、第２検出部１１６と、下側連結部材１１８と、上側連結部材１２０を備えている。図４では、図示の明瞭化のため、基板部１０４の大部分は示されていない。また、本実施例では、ワイヤボンディング用のパッドについては図示および説明を省略する。
【００３３】
基板部１０４は、下側シリコン層に形成された下側基板部と、酸化シリコン層に形成された中間基板部と、上側シリコン層に形成された上側基板部を備えている。下側基板部と上側基板部は、中間基板部を介して互いに固定されている。下側基板部、中間基板部および上側基板部は、同じ層においてＭＥＭＳデバイス１０２の他の構成要素が形成されている箇所とは、エッチングによって分離されている。
【００３４】
励振部１０６は、下側シリコン層に形成されている。本実施例では、２つの励振部１０６が、Ｘ方向（図４の左右方向）に、第１マス部１１０および第２マス部１１４を挟んで並んで配置されている。それぞれの励振部１０６は、下側シリコン層に形成されたＸばね１２１を介して、下側シリコン層に形成された励振支持部１２２に接続されている。Ｘばね１２１は、いわゆるフォールデッドビームである。Ｘばね１２１は、励振部１０６と励振支持部１２２のＸ方向の相対変位に対する剛性が低く、Ｙ方向およびＺ方向の相対変位に対する剛性が高い形状に形成されている。励振部１０６、Ｘばね１２１および励振支持部１２２は、継ぎ目なく連続的に形成されている。励振支持部１２２は、基板部１０４の中間基板部を介して、基板部１０４の上側基板部に固定されている。言い換えると、励振部１０６は、基板部１０４に対して、Ｘ方向に相対変位可能に支持されている。
【００３５】
励振部１０６のＸ方向の側面のうち、第１マス部１１０および第２マス部１１４に対向する側面とは反対側の側面には、可動櫛歯電極１０６ａが形成されている。可動櫛歯電極１０６ａは、下側シリコン層に形成されている。可動櫛歯電極１０６ａは、励振部１０６の側面から、Ｘ方向に伸びている。可動櫛歯電極１０６ａと励振部１０６は、継ぎ目なく連続的に形成されている。可動櫛歯電極１０６ａは、励振部１０６に対応して配置された駆動部１０８の側面に形成された固定櫛歯電極１０８ａと、互いに噛み合うような位置関係で配置されている。固定櫛歯電極１０８ａは、駆動部１０８の側面から、Ｘ方向に伸びている。駆動部１０８と固定櫛歯電極１０８ａは、いずれも下側シリコン層に形成されている。駆動部１０８と固定櫛歯電極１０８ａは、継ぎ目なく連続的に形成されている。駆動部１０８は、基板部１０４の中間基板部を介して、基板部１０４の上側基板部に固定されている。
【００３６】
第１マス部１１０は、下側シリコン層に形成された第１枠マス１２４と、下側シリコン層に形成された２つの可動枠１２６を備えている。第１枠マス１２４は、Ｘ方向に沿う２つの辺と、Ｙ方向に沿う２つの辺を有する枠形状に形成されている。２つの可動枠１２６は、Ｙ方向（図４の上下方向）に、第１枠マス１２４を挟んで並んで配置されている。第１枠マス１２４と可動枠１２６は、下側シリコン層に形成されたＸばね１２８を介して接続されている。Ｘばね１２８は、第１枠マス１２４と可動枠１２６のＸ方向の相対変位に対する剛性が低く、Ｙ方向およびＺ方向の相対変位に対する剛性が高い形状に形成されている。第１枠マス１２４と、Ｘばね１２８と、可動枠１２６は、継ぎ目なく連続的に形成されている。可動枠１２６は、下側シリコン層に形成されたＹばね１３０を介して、下側シリコン層に形成された第１マス支持部１３２に接続されている。Ｙばね１３０および第１マス支持部１３２は、可動枠１２６の内側に配置されている。Ｙばね１３０は、可動枠１２６と第１マス支持部１３２のＹ方向の相対変位に対する剛性が低く、Ｘ方向およびＺ方向の相対変位に対する剛性が高い形状に形成されている。可動枠１２６と、Ｙばね１３０と、第１マス支持部１３２は、継ぎ目なく連続的に形成されている。第１マス支持部１３２は、基板部１０４の中間基板部を介して、基板部１０４の上側基板部に固定されている。言い換えると、可動枠１２６は、基板部１０４に対して、Ｙ方向に相対変位可能に支持されている。
【００３７】
下側連結部材１１８は、励振部１０６と、第１マス部１１０の第１枠マス１２４の間を接続している。下側連結部材１１８は、下側シリコン層に形成されている。下側連結部材１１８は、励振部１０６と第１枠マス１２４のＹ方向の相対変位に対する剛性が低く、Ｘ方向およびＺ方向の相対変位に対する剛性が高い形状に形成されている。励振部１０６と、下側連結部材１１８と、第１枠マス１２４は、継ぎ目なく連続的に形成されている。下側連結部材１１８は、ＸＹ面内で見たときに、第１マス部１１０の重心を通ってＸ方向に伸びる中心軸Ａに対して対称となるように配置されている。
【００３８】
第２マス部１１４は、下側シリコン層に形成された第２枠マス１３４と、下側シリコン層に形成された下側マス部１３６と、上側シリコン層に形成された上側マス部１３８を備えている。第２枠マス１３４は第１枠マス１２４の内側に配置されている。第２枠マス１３４は、Ｘ方向に沿う２つの辺と、Ｙ方向に沿う２つの辺を有する枠形状に形成されている。下側マス部１３６は第２枠マス１３４の内側に配置されている。下側マス部１３６は、下側シリコン層に形成されたＸばね１４０を介して、第２枠マス１３４に接続されている。Ｘばね１４０は、第２枠マス１３４と下側マス部１３６のＸ方向の相対変位に対する剛性が低く、Ｙ方向およびＺ方向の相対変位に対する剛性が高い形状に形成されている。第２枠マス１３４と、Ｘばね１４０と、下側マス部１３６は、継ぎ目なく連続的に形成されている。図５に示すように、下側マス部１３６は、酸化シリコン層に形成された中間マス部１３７を介して、上側マス部１３８に固定されている。下側マス部１３６と上側マス部１３８は、貫通電極１４２によって電気的に導通している。上側マス部１３８には、上側シリコン層に形成されたＺばね１４４の一端が接続されている。上側マス部１３８とＺばね１４４は、継ぎ目なく一体的に形成されている。Ｚばね１４４の他端は、基板部１０４の中間基板部を介して、基板部１０４の下側基板部に固定されている。Ｚばね１４４は、上側マス部１３８と基板部１０４のＺ方向の相対変位に対する剛性が低く、Ｘ方向およびＹ方向の相対変位に対する剛性が高い形状に形成されている。言い換えると、上側マス部１３８と下側マス部１３６は、基板部１０４に対して、Ｚ方向に相対変位可能に支持されている。本実施例では、第２マス部１１４は、ＸＹ面内で見たときに、第２マス部１１４の重心の位置が第１マス部１１０の重心の位置とほぼ一致するように、配置されている。
【００３９】
上側連結部材１２０は、励振部１０６と、第２マス部１１４の第２枠マス１３４の間を接続している。上側連結部材１２０は、上側シリコン層に形成されている。上側連結部材１２０はＨ字形状に形成されており、一対の第１連結部１２０ａと、一対の第１連結部１２０ａの間を連結する第２連結部１２０ｂを備えている。一対の第１連結部１２０ａはそれぞれ、長手方向がＸ方向に沿うように配置されている。第２連結部１２０ｂは、長手方向がＹ方向に沿うように配置されている。一対の第１連結部１２０ａと第２連結部１２０ｂは、継ぎ目なく連続的に形成されている。一対の第１連結部１２０ａのそれぞれの一方の端部は、酸化シリコン層に形成された中間連結部を介して、励振部１０６に固定されており、他方の端部は、酸化シリコン層に形成された中間連結部を介して、第２枠マス１３４に固定されている。上側連結部材１２０と励振部１０６は、貫通電極１４６によって電気的に導通している。上側連結部材１２０と第２枠マス１３４は、貫通電極１４８によって電気的に導通している。上側連結部材１２０は、励振部１０６と第２枠マス１３４のＺ方向の相対変位に対する剛性が低く、Ｘ方向およびＹ方向の相対変位に対する剛性が高い形状に形成されている。上側連結部材１２０は、ＸＹ面内で見たときに、第２マス部１１４の重心を通ってＸ方向に伸びる中心軸Ａに対して対称となるように配置されている。
【００４０】
第１検出部１１２は、下側シリコン層に形成された固定電極１５０と、下側シリコン層に形成された固定電極支持部１５２を備えている。固定電極１５０および固定電極支持部１５２は、可動枠１２６の内側に配置されている。固定電極１５０は、固定電極支持部１５２からＸ方向に伸びており、可動枠１２６からＸ方向に伸びる可動電極１５４とＹ方向に対向するように配置されている。固定電極１５０と固定電極支持部１５２は、継ぎ目なく連続的に形成されている。固定電極支持部１５２は、基板部１０４の中間基板部を介して、基板部１０４の上側基板部に固定されている。
【００４１】
第２検出部１１６は、下側シリコン層に形成された下側検出部１５６と、上側シリコン層に形成された上側検出部１５８と、下側シリコン層に形成された下側支持部１６０を備えている。下側検出部１５６は、第２枠マス１３４の内側に配置されており、下側支持部１６０は、第１枠マス１２４の外側に配置されている。
【００４２】
下側検出部１５６は、上側マス部１３８と対向するように配置されている。下側検出部１５６は、Ｘ方向の両端において、基板部１０４の中間基板部を介して、基板部１０４の上側基板部に固定されている。
【００４３】
上側検出部１５８は、下側マス部１３６と対向するように配置されている。上側検出部１５８は、第１枠マス１２４と第２枠マス１３４を跨ぐように配置されている。上側検出部１５８は、酸化シリコン層に形成された中間支持部を介して、下側支持部１６０に固定されている。上側検出部１５８と下側支持部１６０は、貫通電極１６２によって電気的に導通している。下側支持部１６０は、基板部１０４の中間基板部を介して、基板部１０４の上側基板部に固定されている。
【００４４】
ＭＥＭＳデバイス１０２の動作について説明する。実施例１のＭＥＭＳデバイス２と同様に、本実施例のＭＥＭＳデバイス１０２においても、図４の右側の駆動部１０８と左側の駆動部１０８に交互に駆動電圧を印加することで、励振部１０６がＸ方向（図４の左右方向）に励振し、これによって第１マス部１１０と第２マス部１１４もＸ方向に励振される。
【００４５】
第１マス部１１０および第２マス部１１４がＸ方向に振動している状態で、ＭＥＭＳデバイス１０２にＺ軸周りの角速度が作用すると、第１マス部１１０および第２マス部１１４にはＹ方向のコリオリ力が作用する。この際に、第２マス部１１４はＹ方向への変位が拘束されているが、第１マス部１１０はＹ方向への変位が許容されているため、第１マス部１１０のみがＹ方向に変位する。この時の第１マス部１１０のＹ方向の変位量は、ＭＥＭＳデバイス１０２に作用するＺ軸周りの角速度の大きさに応じたものとなる。従って、第１マス部１１０のＹ方向への変位量を検出することで、ＭＥＭＳデバイス１０２に作用するＺ軸周りの角速度の大きさを検出することができる。
【００４６】
ＭＥＭＳデバイス１０２では、第１マス部１１０のＹ方向への変位量に応じて、第１マス部１１０の可動電極１５４と第１検出部１１２の固定電極１５０の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出することで、第１マス部１１０のＹ方向への変位量を検出し、それによってＭＥＭＳデバイス１０２に作用するＺ軸周りの角速度を検出することができる。すなわち、ＭＥＭＳデバイス１０２は、Ｚ軸周りの角速度を検出する角速度センサとして動作する。
【００４７】
第１マス部１１０および第２マス部１１４がＸ方向に振動している状態で、ＭＥＭＳデバイス１０２にＹ軸周りの角速度が作用すると、第１マス部１１０および第２マス部１１４にはＺ方向のコリオリ力が作用する。この際に、第１マス部１１０はＺ方向への変位が拘束されているが、第２マス部１１４はＺ方向への変位が許容されているため、第２マス部１１４のみがＺ方向に変位する。この時の第２マス部１１４のＺ方向の変位量は、ＭＥＭＳデバイス１０２に作用するＹ軸周りの角速度の大きさに応じたものとなる。従って、第２マス部１１４のＺ方向への変位量を検出することで、ＭＥＭＳデバイス１０２に作用するＹ軸周りの角速度の大きさを検出することができる。
【００４８】
ＭＥＭＳデバイス１０２では、第２マス部１１４のＺ方向への変位量に応じて、第２マス部１１４の下側マス部１３６と第２検出部１１６の上側検出部１５８の間の静電容量が変化する。また、ＭＥＭＳデバイス１０２では、第２マス部１１４のＺ方向への変位量に応じて、第２マス部１１４の上側マス部１３８と第２検出部１１６の下側検出部１５６の間の静電容量が変化する。これらの静電容量の変化を検出することで、第２マス部１１４のＺ方向の変位量を検出し、それによってＭＥＭＳデバイス１０２に作用するＹ軸周りの角速度を検出することができる。すなわち、ＭＥＭＳデバイス１０２は、Ｙ軸周りの角速度を検出する角速度センサとして動作する。
【００４９】
第１マス部１１０および第２マス部１１４をＸ方向に励振させる際には、第１マス部１１０および第２マス部１１４のＸ方向の並進運動に対する共振振動数に近い振動数で励振すると、第１マス部１１０および第２マス部１１４のＸ方向の並進運動を大きくすることができる。これによって、第１マス部１１０のＹ方向の変位量および第２マス部１１４のＺ方向の変位量を大きくして、Ｚ軸周りの角速度およびＹ軸周りの角速度の検出感度を向上することができる。
【００５０】
第２マス部１１４をＸ方向に励振させる際には、上側連結部材１２０にＸ軸周りのねじりが生じて、第２マス部１１４のＸ軸周りの回転運動も誘起される、いわゆるクロストークの発生が問題となる。第２マス部１１４のＸ軸周りの回転運動に対する共振振動数が、Ｘ方向の並進運動に対する共振振動数に近い場合、第２マス部１１４のＸ軸周りの回転運動も大きなものとなってしまい、Ｙ軸周りの角速度の検出感度を悪化させてしまう。
【００５１】
本実施例のＭＥＭＳデバイス１０２では、上側連結部材１２０が、それぞれが励振部１０６と第２枠マス１３４を連結する一対の第１連結部１２０ａと、一対の第１連結部１２０ａの間を連結する第２連結部１２０ｂを備えている。このような構成とすることによって、上側連結部材１２０のねじりに対する剛性を高めて、第２マス部１１４のＸ軸周りの回転運動に対する共振振動数を、Ｘ方向の並進運動に対する共振振動数から大きく離すことができる。このような構成とすることによって、第２マス部１１４をＸ方向に励振する際のクロストークを抑制することができる。
【００５２】
上側連結部材１２０の形状、特に第２連結部１２０ｂの形状は、上記のものに限られるものではない。例えば、上側連結部材１２０は、一対の第１連結部１２０ａの間を連結する複数の第２連結部１２０ｂを備えていてもよい。あるいは、第２連結部１２０ｂは、ＸＹ面内で見たときに、第２マス部１１４の重心を通ってＸ方向に伸びる中心軸Ａに対して対称となる形状である限りにおいて、折れ線形状や曲線形状で形成されていてもよい。なお、上記の実施例のように、上側連結部材１２０を長手方向がＹ方向に沿うように配置された短冊状または棒状とすることで、上側連結部材１２０のＺ方向のたわみに対する剛性をそれほど高めることなく、上側連結部材１２０のねじりに対する剛性を高めることができる。
【００５３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５４】
２：ＭＥＭＳデバイス、４：基板部、６：励振部、６ａ：可動櫛歯電極、８：駆動部、８ａ：固定櫛歯電極、１０：マス部、１２：検出部、１４：連結部材、１４ａ：第１連結部、１４ｂ：第２連結部、１７：励振支持部、１８：下側マス部、２０：中間マス部、２２：上側マス部、２４：貫通電極、２５：中間連結部、２６：貫通電極、２７：中間連結部、２８：貫通電極、３０：下側検出部、３２：上側検出部、３４：下側中継部、３６：上側中継部、３８：貫通電極、４０：パッド配置部、４２：パッド、４４：下側中継部、４６：上側中継部、４８：貫通電極、５０：パッド配置部、５２：パッド、５４：上側中継部、５６：貫通電極、５８：パッド配置部、６０：パッド、６２：パッド配置部、６４：パッド、１０２：ＭＥＭＳデバイス、１０４：基板部、１０６：励振部、１０６ａ：可動櫛歯電極、１０８：駆動部、１０８ａ：固定櫛歯電極、１１０：第１マス部、１１２：第１検出部、１１４：第２マス部、１１６：第２検出部、１１８：下側連結部材、１２０：上側連結部材、１２０ａ：第１連結部、１２０ｂ：第２連結部、１２２：励振支持部、１２４：第１枠マス、１２６：可動枠、１３２：第１マス支持部、１３４：第２枠マス、１３６：下側マス部、１３７：中間マス部、１３８：上側マス部、１４２：貫通電極、１４６：貫通電極、１４８：貫通電極、１５０：固定電極、１５２：固定電極支持部、１５４：可動電極、１５６：下側検出部、１５８：上側検出部、１６０：下側支持部、１６２：貫通電極
【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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