図1(a)は本実施形態における加速度センサ の平面図、図1(b)は、矢印A方向から見たビー� ��部の側面図、図1(c)は、高さ方向に加速度が 作用して変位したビーム部及び可動部の側面 図、図2は、ばね部、ビーム部、及び腕部の� �部を示す拡大斜視図、図3は図1(a)に示すB-B線 に沿って高さ方向に切断した切断面を矢印方 向から見た部分断面図、である。

 加速度センサ1は、図3に示すようにSOI(Silicon  on Insulator)基板2を用いて形成される。SOI基� ��2は、シリコン基板で形成された支持基板3� �、シリコン基板で形成されたSOI層(活性層)5� �、支持基板3とSOI層5の間に位置する例えばSiO ₂ で形成された酸化絶縁層4の積層構造である� �

 図1(a)に示すようにSOI層5には素子部13が形 成される。素子部13には、可動部(錘)6と、可� ��部6の変位量を検出するための検出部61,62、� ��び支持部8~11が形成される。可動部6は支持� �8~11を介してアンカ部21,23に支持されている� �可動部6や検出部61,62の下には図3に示す酸化� ��縁層4が形成されておらず支持基板3上に浮� �ているがアンカ部21~24は支持基板3上に酸化� �縁層4を介して固定支持されている。

 図1(a)に示す形態では、可動部6は、その� �外周面を囲んだ領域C(図1(a)では点線で示す)� ��矩形状で形成される。可動部6の左右方向(X1 方向、X2方向)の最外側面6a,6bの幅中心の位置� ��ら可動部6の中心O方向に向けて窪む凹部7が� ��成されている。

 そして凹部7の可動部6の中心O寄りの位置� ��第1アンカ部21と第2アンカ部23が設けられる� ��

 第1アンカ部21からはX2方向に延びる2本の� ��部25,26が設けられる。一方、第2アンカ部23� �らはX1方向に延びる2本の腕部27,28が設けられ る。図1(a)に示すように、第1アンカ部21から� �びる腕部25,26の間にはY1-Y2方向に所定間隔の� ��リット40が形成されている。また同様に、� �2アンカ部23から延びる腕部27,28の間にはY1-Y2� ��向に所定間隔のスリット41が形成されてい� �。

 これら腕部25~28は、支持基板3に酸化絶縁� ��4を介して支持されていてもよいし、酸化絶 縁層4が除去されて支持基板3上に浮いていて� ��よいが、腕部25~28は支持基板3上から浮いて� ��るほうが、例えば支持基板3が歪んだときに その歪みの影響を小さくでき好適である。

 図1(a)、図2に示すように、各腕部25~28のア ンカ部21,23側と反対側の端部には腕部25~28の� �寸法W2よりも細い幅寸法W1を有するアンカ側� ��ね部29が直線的に連設されている。腕部25~28 はアンカ側ばね部29よりも高剛性である。

 図2に示すようにアンカ側ばね部29は、そ� ��高さ寸法(厚さ寸法)H1が、幅寸法W1に比べて� ��い形状である。この実施形態では、アンカ� ��ばね部29の高さ寸法H1は腕部25~28の高さ寸法H 2と同じである。また、長さ寸法L2は幅寸法W1� ��りも大きい。アンカ側ばね部29の幅寸法W1は 0.8~2.0μm、長さ寸法L2は、50~100μm、高さ寸法H1� ��10~30μm程度である。

 図1(a)に示すように第1アンカ部21に設けら れた腕部25には、アンカ側ばね部29を介して� �可動部6の外周面6bの外側にて、Y2方向に平行 に延びる第1ビーム部30が連設されている。ま た図1(a)に示すように、第1アンカ部21に設け� �れた腕部26には、アンカ側ばね部29を介して� ��可動部6の外周面6bの外側にて、Y1方向に平� �に延びる第2ビーム部31が連設されている。� �た図1(a)に示すように第2アンカ部23に設けら� ��た腕部27には、アンカ側ばね部29を介して、 可動部6の外周面6aの外側にて、Y2方向に平行� ��延びる第3ビーム部32が連設されている。さ� ��に図1(a)に示すように、第2アンカ部23に設け られた腕部28には、アンカ側ばね部29を介し� �、可動部6の外周面6aの外側にて、Y1方向に平 行に延びる第4ビーム部33が連設されている。 図1(a)に示すように、各ビーム部30~33の後端部 30b~33b側がアンカ側ばね部29に接続される。

 図1(a)、図2に示すように各ビーム部30~33の 幅寸法W3は、アンカ側ばね部29の幅寸法W1より も大きい。よって各ビーム部30~33は、アンカ� ��ばね部29よりも高剛性である。

 各ビーム部30~33の高さ寸法(厚さ寸法)は、 アンカ側ばね部29の高さ寸法H1、腕部の高さ� �法H2と略同一であり、各ビーム部30~33は、支� ��基板3上で浮いている。この実施形態では、 図1(a)に示すように、各ビーム部30~33の長さ寸 法L1は、各ビーム部30~33の先端部30a~33aが、可� ��部6の各角とX1-X2方向にてほぼ対向する長さ� ��形成されている。そして、各ビーム部30~33� �先端部30a~33aと可動部6の四つ角近傍間が直線 的に延びる可動部側ばね部34を介して連結さ� ��ている。可動部側ばね部34の幅寸法や高さ� �法(厚さ寸法)は、アンカ側ばね部29の幅寸法W 1及び高さ寸法H1とほぼ同じである。ビーム部 30~33の幅寸法W3は10~30μm、長さ寸法L1は、300~600 μm、高さ寸法は10~30μm程度である。

 このように可動部6と第1アンカ部21及び第 2アンカ部23の間は、腕部25~28、アンカ側ばね� ��29、ビーム部30~33及び可動部側ばね部34より� ��る支持部8~11により連結されている。

 アンカ側ばね部29及び可動部側ばね部34は 、いずれも高さ方向(厚み方向)に撓み難い。� ��って、図1(b)のように、高さ方向(Z方向)に加 速度が作用していない初期状態では、各ビー ム部30~33はY1-Y2方向に平行であり高さ方向に� �位していない。

 図1(b)に示す初期状態から例えば加速度に 伴う力(慣性力)が可動部6に対して下方向に作 用すると、可動部側ばね部34及びアンカ側ば� ��部29は捩れ、図1(c)に示すように、各ビーム� ��30~33の後端部30b~33b側を回転中心として、各� ��ーム部30~33の先端部30a~33bが同じ変位量にて� ��方向に向けて回動変位する。すなわちビー� ��部30~33の先端部30a~33aのほうが、後端部30b~33b よりも下方向に変位する。ビーム部30~33の剛� ��は高いため、ビーム部30~33自体が例えば曲� �ったり捩れたりはほとんどせず、ビーム部30 ~33は直方体形状を保ちながら、ばね部29,34の� ��れにより高さ方向に変位する。このように� ��ね部29,34の捩れ、及び、各ビーム部30~33の先 端部30a~33aの高さ方向への変位により、可動� �6が、支持基板3の上面3a(図3参照)と平行な状� ��を維持しつつ下方向に向けて移動する(高さ 方向に平行移動する)。

 図1(a)に示すように、可動部6のY1-Y2方向に 向く最外周面6c,6dの幅中心の位置から可動部6 の中心Oに向けて所定間隔のスリット43,44が設 けられている。スリット43,44よりも内側の可� ��部には検出部61,62を構成する固定電極57,58を 設置するに必要な大きさの空間19が設けられ� ��いる。

 図1(a)に示すように、空間19には、可動部6 の中心O方向に凹む凹部19aが形成され、この� �部19a内に、第3アンカ部22及び第4アンカ部24� �設置される。第3アンカ部22からは2本の腕部5 0,51(兼固定電極)がY2方向に延びている。また� ��第4アンカ部24からは2本の腕部52,53(兼固定電 極)がY1方向に延びている。腕部50,51間、及び� ��部52,53間には夫々、X1-X2方向に所定間隔のス リット54,55が形成されている。腕部50、51間及 び腕部52,53間に形成された各スリット54,55は� �可動部6に形成されたスリット43,44と空間的� �連続して可動部6の外側に開放されている。

 図1(a)に示すように、第3アンカ部22から延 びる2本の腕部50,51から、可動部6に形成され� �空間19内にて、夫々X1方向、及びX2方向に延� �、X1-X2方向に所定の間隔を空けて並設された 櫛歯状の第1固定電極57が形成されている。ま た図1(a)に示すように、第4アンカ部24から延� �る2本の腕部52,53から、可動部6に形成された� ��間19内にて、夫々X1方向及びX2方向に延び、X 1-X2方向に所定の間隔を空けて並設された櫛� �状の第2固定電極58が形成されている。

 図1(a)に示すように、空間19内には、第1固 定電極57と交互に且つ間隔を空けて並設され� ��第1可動電極59が、可動部6と一体的に形成さ れている。また図1(a)に示すように空間19内に は、第2固定電極58と交互に且つ間隔を空けて 並設された第2可動電極60が、可動部6と一体� �に形成されている。

 図1(a)に示す第1固定電極57と第1可動電極59 とで第1検出部61が構成され、図1(a)に示す第2� ��定電極58と第2可動電極60とで第2検出部62が� �成される。

 第1検出部61と第2検出部62の具体的構成及び� ��出原理を以下で説明する。
 図10では、可動電極59、60及び固定電極57、58 を厚み方向から切断した断面形状で示してい るが、可動電極と固定電極を区別しやすいよ うに可動電極59,60のみを斜線で示している。

 図10に示すように、第1可動電極59、第1固� ��電極57、第2可動電極60及び第2固定電極58は� �て同じ高さ寸法(厚さ寸法)で形成される。図 10(a)(b)に示すように、初期状態では、第1可動 電極59の上面と第2固定電極58の上面が同位置� ��あり、第2可動電極60の上面と第1固定電極57� ��上面とが同位置で且つ第1可動電極59及び第2 固定電極58に対して低い位置にずれて配置さ� ��ている。

 図10(a)に示すように、可動電極59、60が下� ��向に移動すると、第1検出部61では、第1可動 電極59と第1固定電極57との対向面積は増大す� ��ため、静電容量は増大する。一方、第2検出 部62では、第2可動電極60と第2固定電極58との� ��向面積は減少するため、静電容量は減少す� ��。

 次に、図10(b)に示すように、可動電極59、 60が上方向に移動すると、第1検出部61では、� ��1可動電極59と第1固定電極57との対向面積は� ��少するため、静電容量は減少する。一方、� ��2検出部62では、第2可動電極60と第2固定電極 58との対向面積が増大するため、静電容量は� ��大する。

 固定電極57、58の電位、及び可動電極59、60� �電位は、第1アンカ部21、第3アンカ部22及び� �4アンカ部24との接続位置から引き出された� �線層70,71,72(図1(a)参照)を介して夫々取り出さ れ、第1検出部61及び第2検出部62の静電容量の 差動出力を得ることが出来る。この差動出力 に基づき、可動部6の移動距離及び移動方向� �知ることができる。
 なお、図10に示す櫛歯状電極構造は一例で� �り、他の形態であってもよい。

 図1(a)に示すように、配線層70は、第1アン カ部21から延びる2本の腕部25,26間のスリット4 0を通って素子部13の外側に引き出されている 。この実施形態では、図3に示すように配線� �70は、第1アンカ部21との接続位置から酸化絶 縁層4上に形成されている。

 また図1(a)に示すように、配線層71は、第3 アンカ部22から延びる2本の腕部50,51間のスリ� ��ト54及び可動部6に形成されたスリット44を� �って素子部13の外側に引き出されている。こ の配線層71も配線層70と同様にアンカ部との� �続位置から例えば酸化絶縁層4上に引き出し� ��成される。

 また図1(a)に示すように、配線層72は、第4 アンカ部24から延びる2本の腕部52,53間のスリ� ��ト55及び可動部6に形成されたスリット43を� �って素子部13の外側に引き出されている。こ の配線層72も配線層70と同様にアンカ部との� �続位置から例えば酸化絶縁層4上に引き出し� ��成される。

 本実施形態の特徴的構成について説明する� ��
 図1(a)に示すように、アンカ部には可動部6� �支持する第1アンカ部21及び第2アンカ部23と� �固定電極57,58を夫々支持する第3アンカ部22及 び第4アンカ部24とが設けられる。

 図1(a)に示すようにアンカ部21~24の全ては� ��動部6の最外周を囲んだ領域Cよりも内側に� �置している。これにより、例えば応力の影� �を受けて支持基板3が変形しても、各アンカ� ��21~24から可動部6や検出部等の各素子部分に� ��播される歪みの影響を小さくできる。特に� ��素子部13を構成する可動部6下や可動電極下� ��みならず固定電極や支持部8~11を構成する腕 部25~28、50~53の下にも絶縁層がなく支持基板3� ��から浮いていることが好適である。

 以上により歪みによる可動電極59,60と固� �電極57,58との相対位置の変化を小さくでき、 出力のばらつきを小さくでき優れた検出精度 を得ることが出来る。また、図1(a)に示すよ� �に、各アンカ部21~24を可動部6の中心Oから一� ��の範囲内の中央領域に集約させることで、� ��り歪みの影響を小さくでき、検出精度を向� ��させることが可能になる。

 また図1(a)に示すように、第1検出部61及び 第2検出部62と電気的に接続される配線層70~72� ��、アンカ部21,22,24との接続位置から可動部6� ��アンカ部21,22,24から延びる2本の腕部間に形� ��されたSOI層5が除去されて成るスリット40、4 3,44,54,55を通って可動部6の外側にまで引き出� ��れている。すなわち本実施形態では、アン� ��部21~24を可動部6の最外周で囲まれた領域Cよ りも内側に集約させても、配線層70~72をアン� ��部21~24との接続位置から表面をつたって形� �でき、各アンカ部21~24に低負荷な状態で配線 を接続することが出来る。また、多層配線基 板等を用いる必要もないので、製造費も抑え ることが出来る。

 なおスリット40、43,44,54,55の間隔は、例え ば10~30μm程度であるが、本実施形態で言うス� ��ットとは、2つの対向する壁面間の空間を指 し、配線層を可動部6の内側から外側にSOI層� �除去された表面(例えば酸化絶縁層4の表面)� �つたって引き出すために設けた空間はスリ� �トである。

 また図1(a)のように櫛歯状電極構造におい て、可動部6には、可動部6の最外周を囲んだ� ��域Cよりも内側に、固定電極57,58を設けるた� ��の空間19が設けられている。そしてこの空� �19内に固定電極57,58を支持する第3アンカ部22� ��び第4アンカ部24が設けられ、可動部6の最外 周面から空間19に連続するスリット43、44が設 けられている。またこの実施形態では、アン カ部22,24から2本の腕部がスリット54,55を介し� ��延出している。そして配線層71,72は、空間19 及びスリット43、44,54,55を通って素子部13の外 側に引き出されている。このような構成とす ることで、固定電極の形成空間を利用して、 配線層71,72を可動部6の内側に設けられたアン カ部22,24との接続位置から容易に素子部13の� �側に引き出すことが出来る。また第1アンカ� ��21にはスリット40を備える2本の腕部25,26を形 成し、このスリット40に配線層70を通して素� �部13の外部に引き出している。例えば腕部25� ��26は無くてもよいが、可動部6の内側に第1ア ンカ部21及び第2アンカ部23があるので、可動� ��6に対する支持部8~11を可動部6の外側に設け� ��可動部6を外側で安定して支持するには、第 1アンカ部21及び第2アンカ部22に高剛性の腕部 を設け、この腕部を可動部6の中心Oから離れ� ��方向に引き出すことが好適である。そして� ��の腕部にスリット40を設けることで、配線� �70をスリット40に通して素子部13の外部に簡� �且つ適切に引き出すことが可能になる。

 図4は、図1(a)とは別の実施形態における� �速度センサ100の平面図、図5は、図4に示す加 速度センサ100をD-D線に沿って高さ方向に切断 し矢印方向から見た部分断面図、図6は、図4� ��示す加速度センサ100をE-E線に沿って高さ方� ��に切断し矢印方向から見た部分断面図、図7 は、図4に示す加速度センサ100をF-F線に沿っ� �高さ方向に切断し矢印方向から見た部分断� �図、である。

 図4に示す構造では、第1アンカ部21及び第 2アンカ部23の夫々から延びる各腕部101,102,110, 111が可動部6の外周に沿うように略L字型で形� ��されている。また各腕部101,102,110,111は、夫� ��、略E字状で形成されたばね部120を介して可 動部6を支持している。

 図4、図7に示すように、第1アンカ部21か� �延びる2本の腕部101,102の間には所定間隔のス リット146が形成され、スリット146内には、酸 化絶縁層4を介してSOI層が残されてなるリブ� �145が形成されている。そしてリブ部145上に� �線層130が形成されている。リブ部145は配線� �130下の全体に形成されている。

 また、図4には、可動部6のY1側に位置する 最外周面にスリット121が形成されており、可 動部6にはスリット121よりも内側に固定電極14 4を形成するための空間が設けられている。� �た、可動部6のY2側に位置する最外周面にス� �ット122が形成されており、可動部6にはスリ� ��ト122よりも内側に固定電極144を形成するた� ��の空間が形成されている。

 図4に示すように、可動部6の内側に形成� �れた空間には第3アンカ部22及び第4アンカ部2 4が形成され、各アンカ部22,24から2本の腕部12 3~126が延出して形成されている。また腕部123, 124の間、及び腕部125,126の間には所定間隔の� �リット127,128が形成され、各スリット127,128は 、可動部6に形成されたスリット121,122と空間� ��に連続して外部にまで露出するスリットが� ��成されている。

 図4、5、図6に示すように、スリット127,121 には、酸化絶縁層4を介してSOI層が残されて� �るリブ部140が形成されている。そしてリブ� �140上に配線層129が形成されている。リブ部14 0は配線層129下の全体に形成されている。ま� �図4,図5に示すように、スリット122,128を通っ� ��外部に引き出された配線層131も同様にリブ� ��141上に形成される。リブ部の幅寸法は、5~20 μm程度である。

 このようにリブ部上に配線層129~131を形成 することで、配線層129~131をアンカ部表面と� �じSOI層の表面に形成できるので配線層129~131� ��適切且つ容易に接続不良等起こすことなく� ��成できる。またリブ部140,141,145の下には絶� �層4が残されて支持基板3に固定支持されてい るので、リブ部140,141,145を支持基板3上にしっ かり固定できる。よって振動等によっても配 線層129~131が不用意に動くといった問題がな� �電気的安定性を向上させることができる。

 次に図8に示す他の実施形態では、可動部 6の最外周面を囲む領域Gの内側に複数のアン� ��部150~155,158,159が集約され、アンカ部150~155に ばね部157が連設され、図1(a)や図4と異なって� ��ね部157により腕部を介さずに直接、可動部6 を領域Gよりも内側にて支持している。

 図9に示す他の実施形態は、X軸方向及びY� ��方向対応型の加速度センサ160である。図9に 示す櫛歯状の可動電極162,164と固定電極161,163� ��がX軸検知用で、櫛歯状の可動電極166,167と� �定電極165,168とがY軸検知用である。図9でも� �可動部6の最外周面を囲む領域Hの内側にアン カ部170~178が設けられる。

 また図8,図9に示すように、アンカ部との� ��続位置から素子部180,181の外側に向けて延出 する配線層182~189は、素子部180,181に形成され� ��スリット190~196を通って素子部180,181の外方� �延出している。

 上記した本実施形態の加速度センサはX軸 検知用、Y軸検知用、及びZ軸検知用の個々の� ��知用として、あるいは図9のような2軸以上� �検知用として用いられる。

 本実施形態では櫛歯状電極以外にも適用で� ��るが、特に櫛歯状電極の構成に効果的に適� ��できる。
 本実施形態は加速度センサのみならず角速� ��センサ等にも適用可能である。