(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に対して弾性的に支持されている第１可動部と、
互いに同電位であり対向して配置される第１対向電極対と、前記第１対向電極対に対して所定のスライド方向に移動可能であって、前記第１対向電極対の間に配置される第１スライド電極を備える第１電極構造と、
前記第１電極構造の一部を押圧することで、前記スライド方向に関して、前記第１スライド電極を前記第１対向電極対に対してオフセットさせる押圧部材と、
互いに同電位であり対向して配置される第２対向電極対と、前記第２対向電極対に対して前記スライド方向に移動可能であって、前記第２対向電極対の間に配置される第２スライド電極を備える第２電極構造を備えており、
前記第１対向電極対および前記第１スライド電極の一方が、前記第１可動部に対して前記スライド方向に移動不能であって、
前記第２対向電極対および前記第２スライド電極の一方が、前記第１可動部に対して前記スライド方向に移動不能であって、
前記スライド方向に関して、前記第１スライド電極が前記第１対向電極対に対してオフセットして配置されており、前記第２スライド電極が前記第２対向電極対に対してオフセットせずに配置されており、
前記第１電極構造には、前記第１可動部の前記スライド方向への振動を開始させるための起動電圧が印加され、
前記第２電極構造には、前記第１可動部の前記スライド方向への振動を加振するための励振電圧が印加される、ＭＥＭＳ装置。
【請求項２】
前記基板が積層基板であって、
前記第１電極構造と前記第２電極構造が同一の層に形成されている、請求項１のＭＥＭＳ装置。
【請求項３】
前記基板に対して弾性的に支持されている第２可動部をさらに備えており、
前記第２対向電極対および前記第２スライド電極の他方が、前記第２可動部に対して前記スライド方向に移動不能である、請求項１または２のＭＥＭＳ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、ＭＥＭＳ装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、ＭＥＭＳ装置が開示されている。ＭＥＭＳ装置は、基板と、基板に対して弾性的に支持されている可動部と、互いに同電位であり対向して配置される対向電極対と、対向電極対に対して所定のスライド方向に移動可能であって、対向電極対の間に配置されるスライド電極を備える電極構造を備えている。対向電極対は、可動部に対してスライド方向に移動不能である。スライド方向に関して、スライド電極は対向電極対に対してオフセットして配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−９７１３９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装置で用いられている電極構造を、可動部をスライド方向に励振するアクチュエータに応用しようとする場合、以下のような問題が生じる。特許文献１のＭＥＭＳ装置で用いられている電極構造では、スライド電極は、スライド方向に関して、対向電極対に対してオフセットするとともに、対向電極対に対して傾斜して配置されている。このため、この電極構造において、対向電極対とスライド電極の間に励振電圧を印加すると、可動部はスライド方向に励振されるだけでなく、スライド方向に直交する方向にも励振されることになる。例えば、この電極構造を角速度センサにおいて可動部をスライド方向に励振するアクチュエータとして応用した場合、角速度に起因するコリオリ力はスライド方向に直交する方向に作用するため、角速度に起因する振動と電極構造に起因する振動が重畳してしまい、検出精度の低下を招いてしまう。
【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、対向電極対とスライド電極によって可動部を励振可能なＭＥＭＳ装置において、可動部が他軸に励振されること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装置は、基板と、基板に対して弾性的に支持されている第１可動部と、互いに同電位であり対向して配置される第１対向電極対と、第１対向電極対に対して所定のスライド方向に移動可能であって、第１対向電極対の間に配置される第１スライド電極を備える第１電極構造と、互いに同電位であり対向して配置される第２対向電極対と、第２対向電極対に対してスライド方向に移動可能であって、第２対向電極対の間に配置される第２スライド電極を備える第２電極構造を備えている。第１対向電極対および第１スライド電極の一方は、第１可動部に対してスライド方向に移動不能である。第２対向電極対および第２スライド電極の一方は、第１可動部に対してスライド方向に移動不能である。スライド方向に関して、第１スライド電極は第１対向電極対に対してオフセットして配置されており、第２スライド電極は第２対向電極対に対してオフセットせずに配置されている。
【０００７】
上記のＭＥＭＳ装置では、第１スライド電極が第１対向電極対に対してオフセットした第１電極構造に起動電圧を印加することで、第１可動部のスライド方向への振動を開始させることができる。第１可動部がスライド方向に振動を開始すると、第２電極構造において第２スライド電極が第２対向電極対に対してスライド方向に変位する。この変位が生じるタイミングに合わせて、第２電極構造に励振電圧を印加することで、第１可動部のスライド方向への振動を加振して、第１可動部をスライド方向に励振することができる。上記のＭＥＭＳ装置では、第２スライド電極は第２対向電極対に対してオフセットして配置する必要がないため、第２スライド電極が第２対向電極対に対して傾斜することがなく、従って第２電極構造に励振電圧を印加したときに、第１可動部がスライド方向に直交する方向に励振されることがない。第１可動部が他軸方向に励振されることを抑制することができる。なお、上記のＭＥＭＳ装置においては、第１スライド電極が第１対向電極対に対してオフセットして配置されるため、第１電極構造に起動電極を印加したときに、第１可動部がスライド方向に直交する方向にもわずかに振動を開始する場合がある。しかしながら、この振動は速やかに減衰し、その後は励振されることがないため、ＭＥＭＳ装置の動作に大きな影響を及ぼすものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１のＭＥＭＳ装置２の横断面図。
【図２】実施例１のＭＥＭＳ装置２のＩＩ−ＩＩ断面で見た縦断面図。
【図３】実施例１のＭＥＭＳ装置２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面で見た縦断面図。
【図４】実施例１のＭＥＭＳ装置２の動作を説明する要部断面図。
【図５】実施例１のＭＥＭＳ装置２の動作を説明する要部断面図。
【図６】実施例１のＭＥＭＳ装置２の動作を説明する要部断面図。
【図７】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の横断面図。
【図８】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面で見た縦断面図。
【図９】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の製造プロセスを説明する縦断面図。
【図１０】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の製造プロセスを説明する縦断面図。
【図１１】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の製造プロセスを説明する縦断面図。
【図１２】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の製造プロセスを説明する縦断面図。
【図１３】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の製造プロセスを説明する縦断面図。
【図１４】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の製造プロセスを説明する縦断面図。
【図１５】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の製造プロセスを説明する縦断面図。
【図１６】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の製造プロセスを説明する縦断面図。
【図１７】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の製造プロセスを説明する縦断面図。
【図１８】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の製造プロセスを説明する縦断面図。
【図１９】実施例２のＭＥＭＳ装置１０２の製造プロセスを説明する縦断面図。
【図２０】実施例３のＭＥＭＳ装置４０２の横断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書が開示するＭＥＭＳ装置は、第１電極構造の一部を押圧することで、スライド方向に関して、第１スライド電極を第１対向電極対に対してオフセットさせる押圧部材をさらに備えるように構成することができる。
【００１０】
上記のＭＥＭＳ装置では、第１スライド電極を第１対向電極対に対してオフセットしない形状に形成した後に、押圧部材によって第１スライド電極を第１対向電極対に対してオフセットして配置することができる。
【００１１】
本明細書が開示するＭＥＭＳ装置は、基板が積層基板であり、第１電極構造と第２電極構造が同一の層に形成されているように構成することができる。
【００１２】
上記のＭＥＭＳ装置は、第１電極構造と第２電極構造を同一の層にそれぞれ形成した後に、押圧部材によって第１スライド電極を第１対向電極対に対してオフセットさせることで、製造することができる。製造プロセスを簡素化することができる。
【００１３】
本明細書が開示するＭＥＭＳ装置は、基板に対して弾性的に支持されている第２可動部をさらに備えており、第２対向電極対および第２スライド電極の他方が、第２可動部に対してスライド方向に移動不能であるように構成することができる。
【００１４】
上記のＭＥＭＳ装置では、第１電極構造に起動電圧を印加することで、第１可動部がスライド方向に振動を開始する。その後、第２電極構造に励振電圧を印加すると、第１可動部と第２可動部がスライド方向に逆相でそれぞれ励振される。このような構成とすることによって、外部への振動漏れを抑制することができる。励振のＱ値が向上し、小さい励振電圧で大きな振動を励振することができる。
【００１５】
（実施例１）
図１−図３に示す本実施例のＭＥＭＳ装置２は、第１基板４と、第２基板６が積層された積層基板８に形成されている。第１基板４は、単結晶シリコンからなるシリコン層１０と、酸化シリコンからなる酸化シリコン層１２と、導電性を付与された単結晶シリコンからなる導電シリコン層１４が順に積層された、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板である。第２基板６は、単結晶シリコンからなるシリコン基板である。以下の説明では、積層基板８の積層方向をＺ方向とし、積層基板８の面内方向をＸ方向およびＹ方向とする。また、以下の説明では、Ｚ方向の正方向を上方向といい、Ｚ方向の負方向を下方向という。本実施例のＭＥＭＳ装置２では、第１基板４の上方に第２基板６が積層されている。また、本実施例のＭＥＭＳ装置２では、シリコン層１０の上方に酸化シリコン層１２が積層されており、酸化シリコン層１２の上方に導電シリコン層１４が積層されている。
【００１６】
図１に示すように、導電シリコン層１４には、エッチングによって、枠部１６と、マス支持部１８と、直線梁部２０と、マス部２２と、第１可動電極部２４と、第２可動電極部２６と、第１固定電極部２８と、第１固定電極支持部３０と、第２固定電極部３２と、第２固定電極支持部３４が形成されている。マス支持部１８と、直線梁部２０と、マス部２２と、第１可動電極部２４と、第２可動電極部２６は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第１固定電極部２８と、第１固定電極支持部３０は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第２固定電極部３２と、第２固定電極支持部３４は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。
【００１７】
マス部２２は、導電シリコン層１４を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。図２、図３に示すように、マス部２２の下方の酸化シリコン層１２は、エッチングにより除去されている。図１に示すように、マス部２２のＸ方向負方向の端部であって、Ｙ方向の両端部には、２つの直線梁部２０が接続されている。２つの直線梁部２０は、それぞれＸ方向に沿って延びており、マス部２２とマス支持部１８の間を接続している。２つの直線梁部２０は、それぞれＸ方向およびＹ方向の剛性が高く、Ｚ方向の剛性が低い形状に形成されている。２つの直線梁部２０の下方の酸化シリコン層１２は、エッチングにより除去されている。マス支持部１８は、導電シリコン層１４を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。図２、図３に示すように、マス支持部１８は、下方の酸化シリコン層１２を介して、シリコン層１０に固定されている。
【００１８】
図１に示すように、マス部２２のＸ方向正方向の端部には、第１可動電極部２４と第２可動電極部２６が設けられている。第１可動電極部２４は、マス部２２からＸ方向に沿って延びる支持片２４ａと、支持片２４ａからＹ方向に沿って延びる電極片２４ｂを備えている。第１可動電極部２４の下方の酸化シリコン層１２は、エッチングにより除去されている。第２可動電極部２６は、マス部２２からＸ方向に沿って延びる支持片２６ａと、支持片２６ａからＹ方向に沿って延びる電極片２６ｂを備えている。第２可動電極部２６の下方の酸化シリコン層１２は、エッチングにより除去されている。
【００１９】
第１固定電極部２８は、第１固定電極支持部３０からＸ方向に沿って延びる支持板２８ａと、支持板２８ａからＸ方向に沿って延びる支持片２８ｂと、支持片２８ｂからＹ方向に沿って延びる電極片２８ｃを備えている。電極片２８ｃは、第１可動電極部２４の電極片２４ｂとマス部２２の間に配置されている。第１固定電極部２８の下方の酸化シリコン層１２は、エッチングにより除去されている。図２に示すように、第１固定電極支持部３０は、下方の酸化シリコン層１２を介して、シリコン層１０に固定されている。
【００２０】
第１可動電極部２４の電極片２４ｂとマス部２２は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、第１固定電極部２８の電極片２８ｃは、Ｚ方向をスライド方向として、第１可動電極部２４の電極片２４ｂとマス部２２に対してスライド方向に移動可能であって、第１可動電極部２４の電極片２４ｂとマス部２２の間に配置されるスライド電極を構成している。第１可動電極部２４の電極片２４ｂとマス部２２と第１固定電極部２８の電極片２８ｃは、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。
【００２１】
図１に示すように、第２固定電極部３２は、第２固定電極支持部３４からＸ方向に沿って延びる支持板３２ａと、支持板３２ａからＸ方向に沿って延びる支持片３２ｂと、支持片３２ｂからＹ方向に沿って延びる電極片３２ｃを備えている。電極片３２ｃは、対向電極である第２可動電極部２６の電極片２６ｂとマス部２２の間に配置されている、スライド電極である。第２固定電極部３２の下方の酸化シリコン層１２は、エッチングにより除去されている。図３に示すように、第２固定電極支持部３４は、下方の酸化シリコン層１２を介して、シリコン層１０に固定されている。
【００２２】
第２可動電極部２６の電極片２６ｂとマス部２２は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、第２固定電極部３２の電極片３２ｃは、Ｚ方向をスライド方向として、第２可動電極部２６の電極片２６ｂとマス部２２に対してスライド方向に移動可能であって、第２可動電極部２６の電極片２６ｂとマス部２２の間に配置されるスライド電極を構成している。第２可動電極部２６の電極片２６ｂとマス部２２と第２固定電極部３２の電極片３２ｃは、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。
【００２３】
図１に示すように、枠部１６は、導電シリコン層１４を上方から平面視したときに、マス支持部１８と、直線梁部２０と、マス部２２と、第１可動電極部２４と、第２可動電極部２６と、第１固定電極部２８と、第１固定電極支持部３０と、第２固定電極部３２と、第２固定電極支持部３４の周囲を覆う、長方形の枠形状に形成されている。図２、図３に示すように、枠部１６は、下方の酸化シリコン層１２を介して、シリコン層１０に固定されている。
【００２４】
図２、図３に示すように、第２基板６は、下面に凹部３６を備えている。凹部３６は、ＭＥＭＳ装置２を上方から平面視したときに、導電シリコン層１４の、マス支持部１８、直線梁部２０、マス部２２、第１可動電極部２４、第２可動電極部２６、第１固定電極部２８の支持片２８ｂおよび電極片２８ｃ、第２固定電極部３２の支持片３２ｂおよび電極片３２ｃを包含する範囲で形成されている。第２基板６は、導電シリコン層１４の枠部１６に接合されている。
【００２５】
第２基板６の下面において、導電シリコン層１４の第１固定電極部２８の支持板２８ａに対応する箇所には、押圧部材３８が形成されている。押圧部材３８は、第２基板６の下面に、例えばポリシリコンや金属等を積層することで形成されている。第２基板６を第１基板４に接合する際には、押圧部材３８が第１固定電極部２８の支持板２８ａを下方に押し下げるので、第１固定電極部２８の電極片２８ｃも下方に変位する。これによって、第１固定電極部２８の電極片２８ｃは、マス部２２および第１可動電極部２４の電極片２４ｂに対して、Ｚ方向にオフセットして配置される。なお、第２固定電極部３２の電極片３２ｃについては、マス部２２および第２可動電極部２６の電極片２６ｂに対して、Ｚ方向にオフセットせずに配置される。
【００２６】
図２、図３に示すように、シリコン層１０の下面にはバンプ４０、４２および４４が設けられている。バンプ４０は、シリコン層１０および酸化シリコン層１２を貫通する貫通電極４６を介して、導電シリコン層１４のマス支持部１８と導通している。図２に示すように、バンプ４２は、シリコン層１０および酸化シリコン層１２を貫通する貫通電極４８を介して、導電シリコン層１４の第１固定電極支持部３０と導通している。図３に示すように、バンプ４４は、シリコン層１０および酸化シリコン層１２を貫通する貫通電極５０を介して、導電シリコン層１４の第２固定電極支持部３４と導通している。
【００２７】
図１に示すように、ＭＥＭＳ装置２は、起動回路５２と交流電圧源５４に接続されて使用される。起動回路５２は、図２に示すバンプ４０とバンプ４２を介して、マス支持部１８と第１固定電極支持部３０の間に起動電圧を印加する。起動電圧は、例えば所定の大きさのパルス状の電圧である。交流電圧源５４は、図３に示すバンプ４０とバンプ４４を介して、マス支持部１８と第２固定電極支持部３４の間に励振電圧を印加する。励振電圧は、例えば所定の振幅の正弦波状の電圧である。
【００２８】
ＭＥＭＳ装置２の動作を説明する。図４はマス部２２がマス支持部１８に対して相対的に変位していない状態を示しており、図４の（ａ）はマス部２２と第１可動電極部２４の電極片２４ｂと第１固定電極部２８の電極片２８ｃの位置関係を示しており、図４の（ｂ）は、マス部２２と第２可動電極部２６の電極片２６ｂと第２固定電極部３２の電極片３２ｃの位置関係を示している。この状態から、起動回路５２がＭＥＭＳ装置２に起動電圧を印加すると、図４の（ａ）に示すマス部２２と第１可動電極部２４の電極片２４ｂと第１固定電極部２８の電極片２８ｃの間で静電引力が作用し、マス部２２と第１可動電極部２４に下向きの力が作用する。これによって、マス部２２がマス支持部１８に対して下方向に変位する。マス部２２は、Ｚ方向に弾性を有する直線梁部２０を介してマス支持部１８に支持されているので、その後はマス支持部１８に対してＺ方向に振動する。
【００２９】
マス部２２がマス支持部１８に対して下方向に変位すると、図５の（ａ）に示すように、マス部２２と第１可動電極部２４の電極片２４ｂが、第１固定電極部２８の電極片２８ｃに対して下方向に変位するとともに、図５の（ｂ）に示すように、マス部２２と第２可動電極部２６の電極片２６ｂが、第２固定電極部３２の電極片３２ｃに対して下方向に変位する。このタイミングで、交流電圧源５４がＭＥＭＳ装置２に励振電圧を印加すると、マス部２２と第２可動電極部２６の電極片２６ｂと第２固定電極部３２の電極片３２ｃの間で静電引力が作用し、マス部２２と第２可動電極部２６に上向きの力が作用する。これによって、マス部２２のマス支持部１８に対するＺ方向の振動が加振される。
【００３０】
マス部２２がマス支持部１８に対して上方向に変位すると、図６の（ａ）に示すように、マス部２２と第１可動電極部２４の電極片２４ｂが、第１固定電極部２８の電極片２８ｃに対して上方向に変位するとともに、図６の（ｂ）に示すように、マス部２２と第２可動電極部２６の電極片２６ｂが、第２固定電極部３２の電極片３２ｃに対して上方向に変位する。このタイミングで、交流電圧源５４がＭＥＭＳ装置２に励振電圧を印加すると、マス部２２と第２可動電極部２６の電極片２６ｂと第２固定電極部３２の電極片３２ｃの間で静電引力が作用し、マス部２２と第２可動電極部２６に下向きの力が作用する。これによって、マス部２２のマス支持部１８に対するＺ方向の振動が加振される。
【００３１】
上記のように、起動回路５２からの起動電圧の印加により開始されるマス部２２のＺ方向の振動を、交流電圧源５４からの励振電圧の印加により加振することで、マス部２２はマス支持部１８に対して大きく振動し続ける。交流電圧源５４の周波数を、マス部２２の共振周波数に近づけることによって、マス部２２を大きく振動させることができる。
【００３２】
図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、第１固定電極部２８の電極片２８ｃは、マス部２２および第１可動電極部２４の電極片２４ｂに対して、わずかに傾斜している。このため、マス部２２と第１可動電極部２４と第１固定電極部２８に励振電圧を印加してマス部２２を励振する場合、マス部２２はＺ方向に励振されるだけでなく、Ｘ方向にも励振される。これに対して、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示すように、第２固定電極部３２の電極片３２ｃは、マス部２２および第２可動電極部２６の電極片２６ｂに対して、傾斜していない。このため、マス部２２と第２可動電極部２６と第２固定電極部３２に励振電圧を印加してマス部２２を励振する場合、マス部２２はＺ方向のみに励振される。そこで、本実施例のＭＥＭＳ装置２では、マス部２２と第１可動電極部２４と第１固定電極部２８への起動電圧の印加によってマス部２２の振動を開始させ、その後はマス部２２と第２可動電極部２６と第２固定電極部３２への励振電圧の印加によってマス部２２を励振する。これによって、マス部２２をＺ方向にのみ励振することができる。なお、本実施例のＭＥＭＳ装置２でも、マス部２２と第１可動電極部２４と第１固定電極部２８への起動電圧の印加によって、マス部２２はＸ方向にもわずかに振動する。しかしながら、マス部２２のＸ方向の振動は速やかに減衰し、その後は励振されることがないので、マス部２２の動作に大きな影響を及ぼすことはない。
【００３３】
（実施例２）
図７、図８に示す本実施例のＭＥＭＳ装置１０２は、第１基板１０４と、第２基板１０６と、第３基板１０８が積層された積層基板１１０に形成されている。第１基板１０４は、単結晶シリコンからなるシリコン基板である。第２基板１０６は、酸化シリコンからなる酸化シリコン層１１２と、導電性を付与された単結晶シリコンからなる導電シリコン層１１４を備えている。第３基板１０８は、酸化シリコンからなる酸化シリコン層１１６と、単結晶シリコンからなるシリコン層１１８を備えている。以下の説明では、積層基板１１０の積層方向をＺ方向とし、積層基板１１０の面内方向をＸ方向およびＹ方向とする。また、以下の説明では、Ｚ方向の正方向を上方向といい、Ｚ方向の負方向を下方向という。本実施例のＭＥＭＳ装置１０２では、第１基板１０４の上方に第２基板１０６が積層されており、第２基板１０６の上方に第３基板１０８が積層されている。また、本実施例のＭＥＭＳ装置１０２では、第１基板１０４の上方に酸化シリコン層１１２が積層されており、酸化シリコン層１１２の上方に導電シリコン層１１４が積層されており、導電シリコン層１１４の上方に酸化シリコン層１１６が積層されており、酸化シリコン層１１６の上方にシリコン層１１８が積層されている。
【００３４】
図７に示すように、導電シリコン層１１４には、エッチングによって、枠部１２０と、マス支持部１２２、１２４、１２６、１２８と、折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６と、マス部１３８と、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６と、第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４と、第３可動電極部１５６、１５８と、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６と、第１固定電極支持部１６８、１７０、１７２、１７４と、第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２と、第２固定電極支持部１８４、１８６、１８８、１９０と、第３固定電極部１９２、１９４と、第３固定電極支持部１９６、１９８が形成されている。マス支持部１２２、１２４、１２６、１２８と、折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６と、マス部１３８と、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６と、第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４と、第３可動電極部１５６、１５８は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第１固定電極部１６０と、対応する第１固定電極支持部１６８は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第１固定電極部１６２、１６４、１６６と、対応する第１固定電極支持部１７０、１７２、１７４についても同様である。第２固定電極部１７６と、対応する第２固定電極支持部１８４は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第２固定電極部１７８、１８０、１８２と、対応する第２固定電極支持部１８６、１８８、１９０についても同様である。第３固定電極部１９２と、対応する第３固定電極支持部１９６は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第３固定電極部１９４と、対応する第３固定電極支持部１９８についても同様である。
【００３５】
マス部１３８は、導電シリコン層１１４を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。図８に示すように、マス部１３８の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。図７に示すように、マス部１３８の四角には、折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６が接続されている。折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６はそれぞれ、マス部１３８からＸ方向に沿って延びる第１直線部と、第１直線部の端部からＹ方向に沿って延びる折返し部と、折返し部の端部からＸ方向に沿って延びてマス支持部１２２、１２４、１２６、１２８に接続する第２直線部を備えている。折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６はそれぞれ、Ｘ方向の剛性が高く、Ｙ方向およびＺ方向の剛性が低い形状に形成されている。折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。マス支持部１２２、１２４、１２６、１２８はそれぞれ、導電シリコン層１１４を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。マス支持部１２２、１２４、１２６、１２８はそれぞれ、下方の酸化シリコン層１１２を介して、第１基板１０４に固定されている。
【００３６】
図７に示すように、折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６の折返し部には、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６がそれぞれ設けられている。第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６は、折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６からＸ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＹ方向に沿って延びる電極片を備えている。図８に示すように、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。
【００３７】
図７に示すように、マス部１３８のＸ方向の端部には、第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４が設けられている。第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４は、マス部１３８からＸ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＹ方向に沿って延びる電極片を備えている。図８に示すように、第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。
【００３８】
図７に示すように、マス部１３８のＹ方向の端部には、第３可動電極部１５６、１５８が設けられている。第３可動電極部１５６、１５８は、マス部１３８からＹ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＸ方向に沿って延びる電極片を備えている。第３可動電極部１５６、１５８の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。
【００３９】
図７に示すように、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６は、第１固定電極支持部１６８、１７０、１７２、１７４からＸ方向に沿って延びる支持板と、支持板からＸ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＹ方向に沿って延びる電極片を備えている。第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の電極片と支持板はそれぞれ、互いに同電位であり、対向して配置されている。第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の電極片と支持板の間に、対応する第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６の電極片が配置されている。図８に示すように、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。また、第１固定電極支持部１６８、１７０、１７２、１７４は、下方の酸化シリコン層１１２を介して、第１基板１０４に固定されている。
【００４０】
第１固定電極部１６０の電極片と支持板は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、第１可動電極部１４０の電極片は、Ｚ方向をスライド方向として、第１固定電極部１６０の電極片と支持板に対してスライド方向に移動可能であって、第１固定電極部１６０の電極片と支持板の間に配置されるスライド電極を構成している。第１固定電極部１６０の電極片と支持板と第１可動電極部１４０の電極片は、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。第１固定電極部１６２、１６４、１６６と、対応する第１可動電極部１４２、１４４、１４６についても同様である。
【００４１】
図７に示すように、第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２は、第２固定電極支持部１８４、１８６、１８８、１９０からＸ方向に沿って延びる支持板と、支持板からＸ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＹ方向に沿って延びる電極片を備えている。第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２の電極片と支持板はそれぞれ、互いに同電位であり、対向して配置されている。第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２の電極片と支持板の間に、対応する第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４の電極片が配置されている。図８に示すように、第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。また、第２固定電極支持部１８４、１８６、１８８、１９０は、下方の酸化シリコン層１１２を介して、第１基板１０４に固定されている。
【００４２】
第２固定電極部１７６の電極片と支持板は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、第２可動電極部１４８の電極片は、Ｚ方向をスライド方向として、第２固定電極部１７６の電極片と支持板に対してスライド方向に移動可能であって、第２固定電極部１７６の電極片と支持板の間に配置されるスライド電極を構成している。第２固定電極部１７６の電極片と支持板と第２可動電極部１４８の電極片は、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。第２固定電極部１７８、１８０、１８２と、対応する第２可動電極部１５０、１５２、１５４についても同様である。
【００４３】
図７に示すように、第３固定電極部１９２、１９４は、第３固定電極支持部１９６、１９８からＹ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＸ方向に沿って延びる電極片を備えている。第３固定電極部１９２、１９４の電極片は、対応する第３可動電極部１５６、１５８の電極片とＹ方向に対向するように、それぞれ配置されている。第３固定電極部１９２、１９４の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。また、第３固定電極支持部１９６、１９８は、下方の酸化シリコン層１１２を介して、第１基板１０４に固定されている。
【００４４】
図７に示すように、枠部１２０は、マス支持部１２２、１２４、１２６、１２８と、折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６と、マス部１３８と、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６と、第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４と、第３可動電極部１５６、１５８と、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６と、第１固定電極支持部１６８、１７０、１７２、１７４と、第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２と、第２固定電極支持部１８４、１８６、１８８、１９０と、第３固定電極部１９２、１９４と、第３固定電極支持部１９６、１９８の周囲を覆う、長方形の枠形状に形成されている。図８に示すように、枠部１２０は、下方の酸化シリコン層１１２を介して、第１基板１０４に固定されている。
【００４５】
図８に示すように、第１基板１０４は、上面に凹部２００を備えている。凹部２００は、ＭＥＭＳ装置１０２を上方から平面視したときに、導電シリコン層１１４の、折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６と、マス部１３８と、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６と、第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４と、第３可動電極部１５６、１５８と、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の支持片および電極片と、第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２の支持片および電極片と、第３固定電極部１９２、１９４の支持片および電極片を包含する範囲で形成されている。
【００４６】
図８に示すように、第３基板１０８のシリコン層１１８は、下面に凹部２０２を備えている。凹部２０２は、ＭＥＭＳ装置１０２を上方から平面視したときに、第１基板１０４の凹部２００と略同様の形状となる範囲で形成されている。第３基板１０８の酸化シリコン層１１６は、導電シリコン層１１４の、折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６と、マス部１３８と、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６と、第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４と、第３可動電極部１５６、１５８と、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の支持片および電極片と、第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２と、第３固定電極部１９２、１９４に対応する範囲が、エッチングにより除去されている。第３基板１０８は、第２基板１０６の導電シリコン層１１４の枠部１２０に、酸化シリコン層１１６を接合することによって、第２基板１０６に接合されている。
【００４７】
第３基板１０８の酸化シリコン層１１６の下面において、導電シリコン層１１４の第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の支持板に対応する箇所には、押圧部材２０４、２０６、２０８、２１０が形成されている。押圧部材２０４、２０６、２０８、２１０は、酸化シリコン層１１６の下面に、例えばポリシリコンや金属等を積層することで形成されている。第３基板１０８を第２基板１０６に接合する際には、押圧部材２０４、２０６、２０８、２１０が第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の支持板を下方に押し下げるので、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の電極片も下方に変位する。これによって、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６の電極片は、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の電極片と支持板に対して、Ｚ方向にオフセットして配置される。なお、第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４の電極片は、第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２の電極片と支持板に対して、Ｚ方向にオフセットせずに配置される。
【００４８】
図８に示すように、第１固定電極支持部１６８、１７０、１７２、１７４は、第１基板１０４および酸化シリコン層１１２を貫通する貫通電極２１２、２１４、２１６、２１８を介して、第１基板１０４の下面に形成されたバンプ２２０、２２２、２２４、２２６と導通している。第２固定電極支持部１８４、１８６、１８８、１９０は、第１基板１０４および酸化シリコン層１１２を貫通する貫通電極２２８、２３０、２３２、２３４を介して、第１基板１０４の下面に形成されたバンプ２３６、２３８、２４０、２４２と導通している。図示はしていないが、第３固定電極支持部１９６、１９８は、第１基板１０４および酸化シリコン層１１２を貫通する貫通電極を介して、第１基板１０４の下面に形成されたバンプと導通している。図示はしていないが、マス支持部１２２は、第１基板１０４および酸化シリコン層１１２を貫通する貫通電極を介して、第１基板１０４の下面に形成されたバンプと導通している。
【００４９】
図示はしていないが、ＭＥＭＳ装置１０２は、起動回路と、交流電圧源と、容量検出回路に接続されて使用される。起動回路は、マス支持部１２２と第１固定電極支持部１６８、１７０、１７２、１７４の間に起動電圧を印加する。起動電圧は、例えば所定の大きさのパルス状の電圧である。交流電圧源は、マス支持部１２２と第２固定電極支持部１８４、１８６、１８８、１９０の間に励振電圧を印加する。励振電圧は、例えば所定の振幅の正弦波状の電圧である。容量検出回路は、マス支持部１２２と第３固定電極支持部１９６の間の静電容量と、マス支持部１２２と第３固定電極支持部１９８の間の静電容量の差を検出する。
【００５０】
ＭＥＭＳ装置１０２の動作を説明する。実施例１のＭＥＭＳ装置２と同様に、起動回路がＭＥＭＳ装置１０２に起動電圧を印加すると、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の電極片と、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６の電極片と、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の支持板の間で静電引力が作用し、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６に下向きの力が作用する。これによって、マス部１３８がＺ方向の振動を開始する。そして、交流電圧源がＭＥＭＳ装置１０２に励振電圧を印加することで、第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２の電極片と、第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４の電極片と、第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２の支持板の間に静電引力が作用し、第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４に上向きおよび下向きに力が周期的に作用し、マス部１３８のＺ方向の振動が加振される。これによって、マス部１３８がＺ方向に励振される。
【００５１】
マス部１３８がＺ方向に振動している状態で、ＭＥＭＳ装置１０２にＸ軸周りの角速度が作用すると、マス部１３８にはＹ方向のコリオリ力が作用し、マス部１３８はＹ方向にも振動する。この際のマス部１３８のＹ方向の振動の振幅は、ＭＥＭＳ装置１０２に作用するＸ軸周りの角速度が大きいほど、大きなものとなる。マス部１３８がＹ方向に振動することで、第３可動電極部１５６、１５８と第３固定電極部１９２、１９４の間の静電容量がそれぞれ変化する。この際の静電容量の変化量は、マス部１３８のＹ方向の振動の振幅が大きいほど大きなものとなる。従って、マス支持部１２２と第３固定電極支持部１９６の間の静電容量の変化量や、マス支持部１２２と第３固定電極支持部１９８の間の静電容量の変化量を検出することによって、ＭＥＭＳ装置１０２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、ＭＥＭＳ装置１０２では、マス支持部１２２と第３固定電極支持部１９６の間の静電容量と、マス支持部１２２と第３固定電極支持部１９８の間の静電容量の差を検出することによって、ＭＥＭＳ装置１０２に作用するＸ軸周りの角速度を精度よく検出することができる。
【００５２】
以下ではＭＥＭＳ装置１０２の製造方法について説明する。まず、図９に示すように、導電性を付与された単結晶シリコンからなる導電シリコン層１１４を備える第２基板１０６を用意する。そして、第２基板１０６を熱酸化処理して、上面と下面にそれぞれ酸化シリコン層３０２、１１２を形成する。
【００５３】
次いで、図１０に示すように、第２基板１０６の上面の酸化シリコン層３０２と、下面の酸化シリコン層１１２の一部を、エッチングにより除去する。
【００５４】
次いで、図１１に示すように、単結晶シリコンからなる第１基板１０４を用意する。
【００５５】
次いで、図１２に示すように、第１基板１０４の上面の一部を、エッチングにより除去する。これによって、凹部２００が形成される。
【００５６】
次いで、図１３に示すように、第１基板１０４の上面に、第２基板１０６の下面の酸化シリコン層１１２を接合する。
【００５７】
次いで、図１４に示すように、第２基板１０６の導電シリコン層１１４をエッチングによって選択的に除去する。これによって、枠部１２０と、マス支持部１２２、１２４、１２６、１２８と、折返し梁部１３０、１３２、１３４、１３６と、マス部１３８と、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６と、第２可動電極部１４８、１５０、１５２、１５４と、第３可動電極部１５６、１５８と、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６と、第１固定電極支持部１６８、１７０、１７２、１７４と、第２固定電極部１７６、１７８、１８０、１８２と、第２固定電極支持部１８４、１８６、１８８、１９０と、第３固定電極部１９２、１９４と、第３固定電極支持部１９６、１９８が形成される。
【００５８】
次いで、図１５に示すように、貫通電極２１２、２１４、２１６、２１８、２２８、２３０、２３２、２３４等と、バンプ２２０、２２２、２２４、２２６、２３６、２３８、２４０、２４２等を形成する。
【００５９】
次いで、図１６に示すように、単結晶シリコンからなるシリコン層１１８を備える第３基板１０８を用意する。そして、シリコン層１１８の下面に酸化シリコン層１１６を形成する。そして、酸化シリコン層１１６の下面にポリシリコンからなるポリシリコン層３０４を形成する。
【００６０】
次いで、図１７に示すように、ポリシリコン層３０４をエッチングによって選択的に除去する。これによって、押圧部材２０４、２０６、２０８、２１０が形成される。
【００６１】
次いで、図１８に示すように、酸化シリコン層１１６をエッチングによって選択的に除去する。
【００６２】
次いで、図１９に示すように、シリコン層１１８の下面をエッチングによって選択的に除去する。これによって、凹部２０２が形成される。
【００６３】
次いで、図８に示すように、第２基板１０６の導電シリコン層１１４の上面に第３基板１０８の酸化シリコン層１１６の下面を接合する。この際に、押圧部材２０４、２０６、２０８、２１０によって第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６が下方に押し下げられて、第１可動電極部１４０、１４２、１４４、１４６の電極片が、第１固定電極部１６０、１６２、１６４、１６６の電極片と支持板に対して、Ｚ方向にオフセットして配置される。以上の製造プロセスにより、ＭＥＭＳ装置１０２が製造される。
【００６４】
（実施例３）
本実施例のＭＥＭＳ装置４０２は、実施例２のＭＥＭＳ装置１０２と同様に、第１基板１０４と、第２基板１０６と、第３基板１０８が積層された積層基板１１０に形成されている。第１基板１０４は、単結晶シリコンからなるシリコン基板である。第２基板１０６は、酸化シリコンからなる酸化シリコン層１１２と、導電性を付与された単結晶シリコンからなる導電シリコン層１１４を備えている。第３基板１０８は、酸化シリコンからなる酸化シリコン層１１６と、単結晶シリコンからなるシリコン層１１８を備えている。以下では、本実施例のＭＥＭＳ装置４０２における第２基板１０６の構成について、詳細に説明する。
【００６５】
図２０に示すように、本実施例のＭＥＭＳ装置４０２では、導電シリコン層１１４に、エッチングによって、内側マス支持部４０４、４０６、４０８、４１０と、内側折返し梁部４１２、４１４、４１６、４１８と、内側マス部４２０と、内側励振電極部４２２、４２４と、第１可動検出電極部４２６、４２８と、外側マス支持部４３０、４３２、４３４、４３６と、外側折返し梁部４３８、４４０、４４２、４４４と、外側マス部４４６と、外側励振電極部４４８、４５０と、可動起動電極部４５２、４５４と、第２可動検出電極部４５６、４５８と、第３可動検出電極部４６０、４６２と、第１固定検出電極部４６４、４６６と、第１固定検出電極支持部４６８、４７０と、固定起動電極部４７２、４７４と、固定起動電極支持部４７６、４７８と、第２固定検出電極部４８０、４８２と、第２固定検出電極支持部４８４、４８６と、第３固定検出電極部４８８、４９０と、第３固定検出電極支持部４９２、４９４と、枠部４９６が形成されている。内側マス支持部４０４、４０６、４０８、４１０と、内側折返し梁部４１２、４１４、４１６、４１８と、内側マス部４２０と、内側励振電極部４２２、４２４と、第１可動検出電極部４２６、４２８は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。外側マス支持部４３０、４３２、４３４、４３６と、外側折返し梁部４３８、４４０、４４２、４４４と、外側マス部４４６と、外側励振電極部４４８、４５０と、可動起動電極部４５２、４５４と、第２可動検出電極部４５６、４５８と、第３可動検出電極部４６０、４６２は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。第１固定検出電極部４６４、４６６と、対応する第１固定検出電極支持部４６８、４７０は、それぞれ継ぎ目なく一体的に形成されており、それぞれ同電位に維持されている。固定起動電極部４７２、４７４と、対応する固定起動電極支持部４７６、４７８は、それぞれ継ぎ目なく一体的に形成されており、それぞれ同電位に維持されている。第２固定検出電極部４８０、４８２と、対応する第２固定検出電極支持部４８４、４８６は、それぞれ継ぎ目なく一体的に形成されており、それぞれ同電位に維持されている。第３固定検出電極部４８８、４９０と、対応する第３固定検出電極支持部４９２、４９４は、それぞれ継ぎ目なく一体的に形成されており、それぞれ同電位に維持されている。
【００６６】
内側マス部４２０は、導電シリコン層１１４を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。内側マス部４２０の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。内側マス部４２０の四角には、内側折返し梁部４１２、４１４、４１６、４１８が接続されている。内側折返し梁部４１２、４１４、４１６、４１８はそれぞれ、内側マス部４２０からＹ方向に沿って延びる第１直線部と、第１直線部の端部からＸＹ方向に沿って延びる折返し部と、折返し部の端部からＹ方向に沿って延びて内側マス支持部４０４、４０６、４０８、４１０に接続する第２直線部を備えている。内側折返し梁部４１２、４１４、４１６、４１８はそれぞれ、Ｘ方向の剛性が高く、Ｙ方向およびＺ方向の剛性が低い形状に形成されている。内側折返し梁部４１２、４１４、４１６、４１８の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。内側マス支持部４０４、４０６、４０８、４１０はそれぞれ、導電シリコン層１１４を上方から平面視したときに、正方形状に形成されている。内側マス支持部４０４、４０６、４０８、４１０はそれぞれ、下方の酸化シリコン層１１２を介して、第１基板１０４に固定されている。
【００６７】
内側マス部４２０のＸ方向の端部には、内側励振電極部４２２、４２４が設けられている。内側励振電極部４２２、４２４は、内側マス部４２０からＸ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＹ方向に沿って延びる電極片を備えている。内側励振電極部４２２、４２４の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。
【００６８】
内側マス部４２０のＹ方向の端部には、第１可動検出電極部４２６、４２８が設けられている。第１可動検出電極部４２６、４２８は、内側マス部４２０からＹ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＸ方向に沿って延びる電極片を備えている。第１可動検出電極部４２６、４２８の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。
【００６９】
第１固定検出電極部４６４、４６６は、第１固定検出電極支持部４６８、４７０からＹ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＸ方向に沿って延びる電極片を備えている。第１固定検出電極部４６４、４６６の電極片は、対応する第１可動検出電極部４２６、４２８の電極片と、Ｙ方向に対向するように配置されている。第１固定検出電極部４６４、４６６の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。また、第１固定検出電極支持部４６８、４７０は、下方の酸化シリコン層１１２を介して、第１基板１０４に固定されている。
【００７０】
外側マス部４４６は、導電シリコン層１１４を上方から平面視したときに、内側マス支持部４０４、４０６、４０８、４１０と、内側折返し梁部４１２、４１４、４１６、４１８と、内側マス部４２０と、内側励振電極部４２２、４２４と、第１可動検出電極部４２６、４２８の周囲を囲う、長方形の枠形状に形成されている。外側マス部４４６の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。外側マス部４４６の外側の四角には、外側折返し梁部４３８、４４０、４４２、４４４が接続されている。外側折返し梁部４３８、４４０、４４２、４４４はそれぞれ、外側マス部４４６からＹ方向に沿って延びる第１直線部と、第１直線部の端部からＸ方向に沿って延びる折返し部と、折返し部の端部からＹ方向に沿って延びて外側マス支持部４３０、４３２、４３４、４３６に接続する第２直線部を備えている。外側折返し梁部４３８、４４０、４４２、４４４はそれぞれ、Ｙ方向の剛性が高く、Ｘ方向およびＺ方向の剛性が低い形状に形成されている。外側折返し梁部４３８、４４０、４４２、４４４の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。外側マス支持部４３０、４３２、４３４、４３６はそれぞれ、導電シリコン層１１４を上方から平面視したときに、正方形状に形成されている。外側マス支持部４３０、４３２、４３４、４３６はそれぞれ、下方の酸化シリコン層１１２を介して、第１基板１０４に固定されている。
【００７１】
外側マス部４４６の内側には、外側励振電極部４４８、４５０が設けられている。外側励振電極部４４８、４５０は、外側マス部４４６からＸ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＹ方向に沿って延びる電極片を備えている。外側マス部４４６と外側励振電極部４４８の電極片は、互いに同電位であり、対向して配置されている。外側マス部４４６と外側励振電極部４４８の電極片の間に、内側励振電極部４２２の電極片が配置されている。外側マス部４４６と外側励振電極部４５０の電極片は、互いに同電位であり、対向して配置されている。外側マス部４４６と外側励振電極部４５０の電極片の間に、内側励振電極部４２４の電極片が配置されている。外側励振電極部４４８、４５０の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。
【００７２】
外側マス部４４６と外側励振電極部４４８の電極片は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、内側励振電極部４２２の電極片は、Ｚ方向をスライド方向として、外側マス部４４６と外側励振電極部４４８の電極片に対してスライド方向に移動可能であって、外側マス部４４６と外側励振電極部４４８の電極片の間に配置されるスライド電極を構成している。外側マス部４４６と外側励振電極部４４８の電極片と内側励振電極部４２２の電極片は、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。外側マス部４４６と外側励振電極部４５０と内側励振電極部４２４についても同様である。
【００７３】
外側マス部４４６の外側のＸ方向の端部には、可動起動電極部４５２、４５４が設けられている。可動起動電極部４５２、４５４は、外側マス部４４６からＸ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＹ方向に沿って延びる電極片を備えている。可動起動電極部４５２、４５４の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。
【００７４】
外側マス部４４６の外側のＸ方向の端部には、第２可動検出電極部４５６、４５８が設けられている。第２可動検出電極部４５６、４５８は、外側マス部４４６からＸ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＹ方向に沿って延びる電極片を備えている。第２可動検出電極部４５６、４５８の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。
【００７５】
外側マス部４４６の外側のＹ方向の端部には、第３可動検出電極部４６０、４６２が設けられている。第３可動検出電極部４６０、４６２は、外側マス部４４６からＹ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＸ方向に沿って延びる電極片を備えている。第３可動検出電極部４６０、４６２の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。
【００７６】
固定起動電極部４７２、４７４は、固定起動電極支持部４７６、４７８からＸ方向に沿って延びる支持板と、支持板からＸ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＹ方向に沿って延びる電極片を備えている。固定起動電極部４７２、４７４の電極片と支持板は、互いに同電位であり、対向して配置されている。固定起動電極部４７２、４７４の電極片と支持板の間に、対応する可動起動電極部４５２、４５４の電極片が配置されている。固定起動電極部４７２、４７４の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。また、固定起動電極支持部４７６、４７８は、下方の酸化シリコン層１１２を介して、第１基板１０４に固定されている。固定起動電極部４７２、４７４の支持板は、それぞれ、押圧部材４９８、５００によって下方に押し下げられている。
【００７７】
固定起動電極部４７２の電極片と支持板は、互いに同電位であり、対向して配置される、対向電極対を構成している。また、可動起動電極部４５２の電極片は、Ｚ方向をスライド方向として、固定起動電極部４７２の電極片と支持板に対してスライド方向に移動可能であって、固定起動電極部４７２の電極片と支持板の間に配置されるスライド電極を構成している。固定起動電極部４７２の電極片と支持板と可動起動電極部４５２の電極片は、対向電極対とスライド電極を備える電極構造を構成している。固定起動電極部４７４と可動起動電極部４５４についても同様である。
【００７８】
第２固定検出電極部４８０、４８２は、第２固定検出電極支持部４８４、４８６からＸ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＹ方向に沿って延びる電極片を備えている。第２固定検出電極部４８０、４８２の電極片は、第２可動検出電極部４５６、４５８の電極片とＸ方向に対向するように配置されている。第２固定検出電極部４８０、４８２の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。また、第２固定検出電極支持部４８４、４８６は、下方の酸化シリコン層１１２を介して、第１基板１０４に固定されている。
【００７９】
第３固定検出電極部４８８、４９０は、第３固定検出電極支持部４９２、４９４からＹ方向に沿って延びる支持片と、支持片からＸ方向に沿って延びる電極片を備えている。第３固定検出電極部４８８、４９０の電極片は、第３可動検出電極部４６０、４６２の電極片とＹ方向に対向するように配置されている。第３固定検出電極部４８８、４９０の下方の酸化シリコン層１１２は、エッチングにより除去されている。また、第３固定検出電極支持部４９２、４９４は、下方の酸化シリコン層１１２を介して、第１基板１０４に固定されている。
【００８０】
ＭＥＭＳ装置４０２は、内側マス部４２０の質量と外側マス部４４６の質量が略等しくなるように形成されている。また、ＭＥＭＳ装置４０２は、内側折返し梁部４１２、４１４、４１６、４１８のＺ方向のバネ定数と外側折返し梁部４３８、４４０、４４２、４４４のＺ方向のバネ定数が略等しくなるように形成されている。さらに、ＭＥＭＳ装置４０２は、内側折返し梁部４１２、４１４、４１６、４１８のＹ方向のバネ定数と外側折返し梁部４３８、４４０、４４２、４４４のＸ方向のバネ定数が略等しくなるように形成されている。従って、内側マス部４２０のＺ方向の振動の共振周波数は、外側マス部４４６のＺ方向の共振周波数に略等しい。また、内側マス部４２０のＹ方向の振動の共振周波数は、外側マス部４４６のＸ方向の振動の共振周波数に略等しい。
【００８１】
図示はしていないが、第１固定検出電極支持部４６８、４７０、固定起動電極支持部４７６、４７８、第２固定検出電極支持部４８４、４８６、第３固定検出電極部４８８、４９０、内側マス支持部４０４、外側マス支持部４３０はそれぞれ、第１基板１０４および酸化シリコン層１１２を貫通する貫通電極を介して、第１基板１０４の下面に形成されたバンプと導通している。
【００８２】
図示はしていないが、ＭＥＭＳ装置４０２は、起動回路と、交流電圧源と、第１容量検出回路と、第２容量検出回路と、第３容量検出回路に接続されて使用される。起動回路は、外側マス支持部４３０と固定起動電極支持部４７６、４７８の間に起動電圧を印加する。起動電圧は、例えば所定の大きさのパルス状の電圧である。交流電圧源は、内側マス支持部４０４と外側マス支持部４３０の間に励振電圧を印加する。励振電圧は、例えば所定の振幅の正弦波状の電圧である。第１容量検出回路は、内側マス支持部４０４と第１固定検出電極支持部４６８の間の静電容量と、内側マス支持部４０４と第１固定検出電極支持部４７０の間の静電容量の差を検出する。第２容量検出回路は、外側マス支持部４３０と第２固定検出電極支持部４８４の間の静電容量と、外側マス支持部４３０と第２固定検出電極支持部４８６の間の静電容量の差を検出する。第３容量検出回路は、外側マス支持部４３０と第３固定検出電極支持部４９２の間の静電容量と、外側マス支持部４３０と第３固定検出電極支持部４９４の間の静電容量をそれぞれ検出する。
【００８３】
ＭＥＭＳ装置４０２の動作を説明する。実施例１のＭＥＭＳ装置２や実施例２のＭＥＭＳ装置１０２と同様に、起動回路がＭＥＭＳ装置４０２に起動電圧を印加すると、固定起動電極部４７２、４７４の電極片と、可動起動電極部４５２、４５４の電極片と、固定起動電極部４７２、４７４の支持板の間に静電引力が作用し、可動起動電極部４５２、４５４に下向きの力が作用して、外側マス部４４６がＺ方向の振動を開始する。この際に、内側マス部４２０に対して外側マス部４４６が相対的にＺ方向に変位するので、外側マス部４４６および外側励振電極部４４８の電極片が内側励振電極部４２２の電極片に対して相対的に変位する。このタイミングに合わせて、交流電圧源がＭＥＭＳ装置４０２に励振電圧を印加することで、外側マス部４４６および外側励振電極部４４８の電極片にＺ方向の力が作用するとともに、内側励振電極部４２２の電極片にＺ方向の反力が作用することで、内側マス部４２０と外側マス部４４６は逆相でＺ方向に振動する。この際に、内側マス部４２０の質量と外側マス部４４６の質量が略等しいので、互いの振動が相殺されて外部に振動漏れを生じることがない。従って、振動Ｑ値を極めて高くすることができ、小さな励振電圧で大きなＺ方向の振動を励振することができる。なお、この際の外側マス部４４６のＺ方向の振動の様子は、第３容量検出回路が、外側マス支持部４３０と第３固定検出電極支持部４９２の間の静電容量と、外側マス支持部４３０と第３固定検出電極支持部４９４の間の静電容量をそれぞれ検出することによって、モニタすることができる。
【００８４】
内側マス部４２０と外側マス部４４６が逆相でＺ方向に振動している状態で、ＭＥＭＳ装置４０２にＸ軸周りの角速度が作用すると、内側マス部４２０と外側マス部４４６のそれぞれにＹ方向のコリオリ力が作用する。この際に、外側マス部４４６は、Ｙ方向の剛性が高い外側折返し梁部４３８、４４０、４４２、４４４によって支持されているので、Ｙ方向に振動しない。これに対して、内側マス部４２０は、Ｙ方向の剛性が低い内側折返し梁部４１２、４１４、４１６、４１８によって支持されているので、Ｙ方向に振動する。この際の、内側マス部４２０のＹ方向の振動の振幅は、ＭＥＭＳ装置４０２に作用するＸ軸周りの角速度が大きいほど、大きなものとなる。内側マス部４２０がＹ方向に振動することで、第１可動検出電極部４２６、４２８と、対応する第１固定検出電極部４６４、４６６の間の静電容量が変化する。この際の静電容量の変化量は、内側マス部４２０のＹ方向の振動の振幅が大きいほど大きなものとなる。従って、内側マス支持部４０４と第１固定検出電極支持部４６８の間の静電容量の変化量や、内側マス支持部４０４と第１固定検出電極支持部４７０の間の静電容量の変化量を検出することによって、ＭＥＭＳ装置４０２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、ＭＥＭＳ装置４０２では、内側マス支持部４０４と第１固定検出電極支持部４６８の間の静電容量と、内側マス支持部４０４と第１固定検出電極支持部４７０の間の静電容量の差を検出することによって、ＭＥＭＳ装置４０２に作用するＸ軸周りの角速度を精度よく検出することができる。
【００８５】
内側マス部４２０と外側マス部４４６が逆相でＺ方向に振動している状態で、ＭＥＭＳ装置４０２にＹ軸周りの角速度が作用すると、内側マス部４２０と外側マス部４４６のそれぞれにＸ方向のコリオリ力が作用する。この際に、内側マス部４２０は、Ｘ方向の剛性が高い内側折返し梁部４１２、４１４、４１６、４１８によって支持されているので、Ｙ方向に振動しない。これに対して、外側マス部４４６は、Ｘ方向の剛性が低い外側折返し梁部４３８、４４０、４４２、４４４によって支持されているので、Ｘ方向に振動する。この際の、外側マス部４４６のＸ方向の振動の振幅は、ＭＥＭＳ装置４０２に作用するＹ軸周りの角速度が大きいほど、大きなものとなる。外側マス部４４６がＸ方向に振動することで、第２可動検出電極部４５６、４５８と、対応する第２固定検出電極部４８０、４８２の間の静電容量が変化する。この際の静電容量の変化量は、外側マス部４４６のＸ方向の振動の振幅が大きいほど大きなものとなる。従って、外側マス支持部４３０と第２固定検出電極支持部４８４の間の静電容量の変化量や、外側マス支持部４３０と第２固定検出電極支持部４８６の間の静電容量の変化量を検出することによって、ＭＥＭＳ装置４０２に作用するＹ軸周りの角速度を検出することができる。なお、ＭＥＭＳ装置４０２では、外側マス支持部４３０と第２固定検出電極支持部４８４の間の静電容量と、外側マス支持部４３０と第２固定検出電極支持部４８６の間の静電容量の差を検出することによって、ＭＥＭＳ装置４０２に作用するＹ軸周りの角速度を精度よく検出することができる。
【００８６】
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。
【００８７】
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】
【００８８】
２      ：ＭＥＭＳ装置；４      ：第１基板；６      ：第２基板；８      ：積層基板；１０    ：シリコン層；１２    ：酸化シリコン層；１４    ：導電シリコン層；１６    ：枠部；１８    ：マス支持部；２０    ：直線梁部；２２    ：マス部；２４    ：第１可動電極部；２４ａ  ：支持片；２４ｂ  ：電極片；２６    ：第２可動電極部；２６ａ  ：支持片；２６ｂ  ：電極片；２８    ：第１固定電極部；２８ａ  ：支持板；２８ｂ  ：支持片；２８ｃ  ：電極片；３０    ：第１固定電極支持部；３２    ：第２固定電極部；３２ａ  ：支持板；３２ｂ  ：支持片；３２ｃ  ：電極片；３４    ：第２固定電極支持部；３６    ：凹部；３８    ：押圧部材；４０    ：バンプ；４２    ：バンプ；４４    ：バンプ；４６    ：貫通電極；４８    ：貫通電極；５０    ：貫通電極；５２    ：起動回路；５４    ：交流電圧源；１０２  ：ＭＥＭＳ装置；１０４  ：第１基板；１０６  ：第２基板；１０８  ：第３基板；１１０  ：積層基板；１１２  ：酸化シリコン層；１１４  ：導電シリコン層；１１６  ：酸化シリコン層；１１８  ：シリコン層；１２０  ：枠部；１２２  ：マス支持部；１２４  ：マス支持部；１２６  ：マス支持部；１２８  ：マス支持部；１３０  ：折返し梁部；１３２  ：折返し梁部；１３４  ：折返し梁部；１３６  ：折返し梁部；１３８  ：マス部；１４０  ：第１可動電極部；１４２  ：第１可動電極部；１４４  ：第１可動電極部；１４６  ：第１可動電極部；１４８  ：第２可動電極部；１５０  ：第２可動電極部；１５２  ：第２可動電極部；１５４  ：第２可動電極部；１５６  ：第３可動電極部；１５８  ：第３可動電極部；１６０  ：第１固定電極部；１６２  ：第１固定電極部；１６４  ：第１固定電極部；１６６  ：第１固定電極部；１６８  ：第１固定電極支持部；１７０  ：第１固定電極支持部；１７２  ：第１固定電極支持部；１７４  ：第１固定電極支持部；１７６  ：第２固定電極部；１７８  ：第２固定電極部；１８０  ：第２固定電極部；１８２  ：第２固定電極部；１８４  ：第２固定電極支持部；１８６  ：第２固定電極支持部；１８８  ：第２固定電極支持部；１９０  ：第２固定電極支持部；１９２  ：第３固定電極部；１９４  ：第３固定電極部；１９６  ：第３固定電極支持部；１９８  ：第３固定電極支持部；２００  ：凹部；２０２  ：凹部；２０４  ：押圧部材；２０６  ：押圧部材；２０８  ：押圧部材；２１０  ：押圧部材；２１２  ：貫通電極；２１４  ：貫通電極；２１６  ：貫通電極；２１８  ：貫通電極；２２０  ：バンプ；２２２  ：バンプ；２２４  ：バンプ；２２６  ：バンプ；２２８  ：貫通電極；２３０  ：貫通電極；２３２  ：貫通電極；２３４  ：貫通電極；２３６  ：バンプ；２３８  ：バンプ；２４０  ：バンプ；２４２  ：バンプ；３０２  ：酸化シリコン層；３０４  ：ポリシリコン層；４０２  ：ＭＥＭＳ装置；４０４  ：内側マス支持部；４０６  ：内側マス支持部；４０８  ：内側マス支持部；４１０  ：内側マス支持部；４１２  ：内側折返し梁部；４１４  ：内側折返し梁部；４１６  ：内側折返し梁部；４１８  ：内側折返し梁部；４２０  ：内側マス部；４２２  ：内側励振電極部；４２４  ：内側励振電極部；４２６  ：第１可動検出電極部；４２８  ：第１可動検出電��部；４３０  ：外側マス支持部；４３２  ：外側マス支持部；４３４  ：外側マス支持部；４３６  ：外側マス支持部；４３８  ：外側折返し梁部；４４０  ：外側折返し梁部；４４２  ：外側折返し梁部；４４４  ：外側折返し梁部；４４６  ：外側マス部；４４８  ：外側励振電極部；４５０  ：外側励振電極部；４５２  ：可動起動電極部；４５４  ：可動起動電極部；４５６  ：第２可動検出電極部；４５８  ：第２可動検出電極部；４６０  ：第３可動検出電極部；４６２  ：第３可動検出電極部；４６４  ：第１固定検出電極部；４６６  ：第１固定検出電極部；４６８  ：第１固定検出電極支持部；４７０  ：第１固定検出電極支持部；４７２  ：固定起動電極部；４７４  ：固定起動電極部；４７６  ：固定起動電極支持部；４７８  ：固定起動電極支持部；４８０  ：第２固定検出電極部；４８２  ：第２固定検出電極部；４８４  ：第２固定検出電極支持部；４８６  ：第２固定検出電極支持部；４８８  ：第３固定検出電極部；４９０  ：第３固定検出電極部；４９２  ：第３固定検出電極支持部；４９４  ：第３固定検出電極支持部；４９６  ：枠部；４９８  ：押圧部材；５００  ：押圧部材
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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