(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハ曲げからのオフセット誤差を補償するｚ軸加速度計を提供する。【解決手段】第１プルーフマス４１１と、第２プルーフマス４１２と、第３プルーフマス４１３と、第４プルーフマス４１４とを備え、プルーフマス４１１、４１２、４１３、４１４は、ｚ軸加速度に応答してｘｙ平面外への回転を受けるシーソーとして構成される。プルーフマス４１１、４１２、４１３、４１４は、ねじれ可撓性の横懸架部４２１、４２２、４２３、４２４によって同じ中央アンカ点から懸架されている。ウェハ曲げによって出力信号にもたらされた誤差は、差動容量測定において自動的に補償することができる。【選択図】図４ａ
2020187118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス面内に第１プルーフマスと、第２プルーフマスと、第３プルーフマスと、第４プルーフマスと備え、さらに、前記デバイス面内に中央アンカ点を備え、横軸および縦軸は、前記デバイス面内にあり、前記中央アンカ点で互いに直角に交差している容量性微小機械加速度計であって、
前記第１プルーフマスは、前記縦軸の第１側に位置し、前記横軸と交差しており、前記第１プルーフマスの重心は、前記横軸からゼロでない第１縦距離のところにあり、前記第１プルーフマスは、前記横軸に沿って前記中央アンカ点から前記第１プルーフマスまで延びる第１横ねじれ可撓性懸架部によって前記中央アンカ点から懸架されており、
前記第２プルーフマスは、前記縦軸の第１側と反対である前記縦軸の第２側に位置し、前記横軸と交差しており、前記第２プルーフマスの重心は、前記横軸からからゼロでない第２縦距離のところにあり、前記第２プルーフマスは、前記横軸に沿って前記中央アンカ点から前記第２プルーフマスまで延びる第２横ねじれ可撓性懸架部によって前記中央アンカ点から懸架されており、
前記加速度計は、さらに、前記第１プルーフマスおよび前記第２プルーフマスの各々上における前記横軸の第１側に少なくとも１つの第１ロータセンシング電極と、前記第１プルーフマスおよび前記第２プルーフマスの各々上における前記横軸の第２側に少なくとも１つの第２ロータセンシング電極とを備え、前記横軸の第２側は、前記横軸の第１側と反対であり、
前記第３プルーフマスは、前記横軸の第１側に位置し、前記縦軸と交差しており、前記第３プルーフマスの重心は、前記縦軸からのゼロでない第１横距離のところにあり、前記第３プルーフマスは、前記縦軸に沿って前記中央アンカ点から前記第３プルーフマスまで延びる第１縦ねじれ可撓性懸架部によって前記中央アンカ点から懸架されており、
前記第４プルーフマスは、前記横軸の第２側に位置し、前記縦軸と交差しており、前記第４プルーフマスの重心は、前記縦軸からのゼロでない第２横距離のところにあり、前記第４プルーフマスは、前記縦軸に沿って前記中央アンカ点から前記第４プルーフマスまで延びる第２縦ねじれ可撓性懸架部によって前記中央アンカ点から懸架されており、
前記加速度計は、さらに、前記第３プルーフマスおよび前記第４プルーフマスの各々上における前記縦軸の第１側に少なくとも１つの第１ロータセンシング電極と、前記第３プルーフマスおよび前記第４プルーフマスの各々上における前記縦軸の第２側に少なくとも１つの第２ロータセンシング電極とを備え、
前記加速度計は、また、各第１ロータセンシング電極に隣接する少なくとも１つの固定ステータセンシング電極と、各第２ロータセンシング電極に隣接する少なくとも１つの固定ステータセンシング電極とを備え、
各ねじれ可撓性懸架部は、直列に連結された剛性梁および第１ねじりばねを備え、前記剛性梁の一端部は前記中央アンカ点に、他端部は前記第１ねじりばねに取り付けられており、前記第１ねじりばねの一端部は前記剛性梁に、他端部は対応する前記プルーフマスに取り付けられている
容量性微小機械加速度計。
【請求項２】
前記第１プルーフマス、前記第２プルーフマス、前記第３プルーフマスおよび前記第４プルーフマスは、すべて前記デバイス面内に同じ形状を有し、前記第１プルーフマスの重心は前記横軸の第１側にあり、前記第２プルーフマスの重心は前記横軸の第２側にあり、前記第３プルーフマスの重心は前記縦軸の第２側にあり、前記第４プルーフマスの重心は前記縦軸の第１側にあり、前記第１縦距離、前記第２縦距離、前記第１横距離および前記第２横距離はすべて等しい
請求項１に記載の容量性微小機械加速度計。
【請求項３】
前記第１プルーフマスの第１端部は、前記横軸の第１側にあり、第１垂直剛性結合要素によって前記縦軸の第２側にある前記第３プルーフマスの第１端部に結合されており、前記第２プルーフマスの第１端部は、前記横軸の第２側にあり、第２垂直剛性結合要素によって前記縦軸の第１側にある前記第４プルーフマスの第１端部に結合されている
請求項２に記載の容量性微小機械加速度計。
【請求項４】
前記第３プルーフマスの第１端部は、第３垂直剛性結合要素によって前記第２プルーフマスの第１端部に結合されており、前記第４プルーフマスの第１端部は、第４垂直剛性結合要素によって前記第１プルーフマスの第１端部に結合されている
請求項３に記載の容量性微小機械加速度計。
【請求項５】
前記第１プルーフマス、前記第２プルーフマス、前記第３プルーフマスおよび前記第４プルーフマスは各々、対応するねじれ可撓性懸架部の前記固定梁と平行に延びる凸部を備え、各ねじれ可撓性懸架部は、さらに、第２ねじりばねを備え、前記第２ねじりばねの一端部は前記固定梁に、他端部は前記凸部に取り付けられている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の容量性微小機械加速度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、微小電気機械（ＭＥＭＳ）加速度センサ、より詳細には、少なくとも基板面に垂直な方向の加速度を測定する加速度センサに関する。このようなセンサは、基板面の加速度を測定する他のセンサと組み合わせて３軸加速度計を形成してもよい。３軸加速度計は、電子安定性制御（ＥＳＰ／ＥＳＣ）、アンチロックブレーキ（ＡＢＳ）、電動パーキングブレーキ（ＥＰＢ）、ヒルスタートアシスト（ＨＳＡ）、電子制御サスペンション（ＥＣＳ）、ヘッドライトレベリング、またはエアバッグ配備などの自動車用途に使用されてもよい。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ加速度計は、通常、微小機械構造体がエッチングによって形成されるデバイスウェハを備える。デバイスウェハは、デバイス面を定義する。本開示では、デバイス面をｘｙ平面として示す。
【０００３】
デバイスウェハは薄いため、製造工程中、ハンドルウェハによって支持されてもよい。ハンドルウェハはまた、完成した加速度計部品の一部を形成してもよい。あるいは、デバイスウェハは、ハンドルウェハから、デバイスウェハを完成デバイス内で支持するパッケージングウェハまで搬送されてもよい。いずれの場合も、デバイスウェハ内の微小機械構造体は固定筐体に封入されてもよく、固定筐体内では、ハンドルウェハまたはパッケージングウェハがデバイスウェハの片側に筐体壁を形成し、キャッピングウェハがデバイスウェハの反対側に筐体壁を形成する。
【０００４】
図１ａは、ハンドルウェハ１６（パッケージングウェハであってもよい）に固定されたデバイスウェハ１１を備えるＭＥＭＳ加速度計を概略的に示す。デバイスウェハは部分可動デバイス構造体１１１を備え、この場合、部分可動デバイス構造体１１１は、図に示すｘｚ平面に垂直なｙ軸を中心に回転するシーソーである。部分可動デバイス構造体は、ロータとも呼ばれ得る。ＭＥＭＳ加速度計は、さらに、キャッピングウェハ１７を備える。キャッピングウェハおよび／またはハンドルウェハは、部分可動デバイス構造体１１１が動くことができる密閉空間１２を共に形成するように形作られている。ハンドルウェハは第１固定筐体壁１６１を形成し、キャッピングウェハは第２固定筐体壁１７１を形成している。アンカ１４は、第１固定筐体壁１６１からデバイスウェハ１１まで延び、デバイスウェハ１１の重量を支持している。
【０００５】
ＭＥＭＳ加速度計は、部分可動デバイス構造体の動きを検出するためのコンデンサを備えてもよい。これらのコンデンサは、通常、電線に接続されたコンデンサ電極を備える。部分可動デバイス構造体上に配置された電極はロータ電極と呼ばれてもよく、一方、デバイスウェハの固定部分または筐体壁上のいずれかに配置され得る固定電極はステータ電極と呼ばれてもよい。ステータ電極およびロータ電極は、図１ａに示すプレート１３１および１３２などの金属電極プレートを備えてもよい。あるいは、デバイスウェハが十分な導電性を有するシリコン基板である場合、ステータ電極およびロータ電極は、ウェハの特定の領域に電線を接続することによってシリコン基板内に直接形成されてもよい。
【０００６】
制御ユニットは、１以上の静電容量をサンプリングすることによって加速度計からの出力信号を読むように構成されてもよい。可能であれば、差動静電容量をサンプリングすることがしばしば有利である。差動静電容量測定は、振動または測定される方向以外の方向の加速から生じ得る妨害容量性信号から加速度信号をより明確に分離することができるため、片側測定よりノイズが少ない。図１ａでは、差動静電容量測定は、例えば、ロータ１１１の左側のステータ電極１３２とロータ電極との間で測定された静電容量から、ロータ１１１の右側のステータ電極１３１とロータ電極との間で測定された静電容量を引くことによって行うことができる。
【０００７】
しかしながら、デバイスウェハ１１とハンドルウェハ１６との配置が機械的、熱的、または他の形態の応力によって変化し、その結果、デバイスウェハとハンドルウェハとが平行でなくなると、誤った差動測定信号が生じ得る。ハンドルウェハは、例えば、製造中に曲がる可能性があり、または、デバイスウェハをハンドルウェハに固定する支持部は、図１ｂに示すように、筐体壁に対してデバイスウェハ１１を傾ける変化を受ける可能性がある。このような構造変化は、応力に関連する多くの様々な変化が関与し得るが、本開示では、簡単にするためにそれらをすべて「ウェハ曲げ」と呼ぶ。
【０００８】
ウェハ曲げは、差動静電容量測定においてオフセット誤差を引き起こし得る。図１ｂから分かるように、アンカ１４およびデバイスウェハ１１が曲がることによって、部分可動デバイス構造体１１１の右側は、曲げがない場合よりもステータ電極１３１に接近し、一方、部分可動デバイス構造体１１１の左側は、曲げが生じない場合よりもステータ電極１３２から遠ざかる。これによって、これらの電極から測定された差動出力信号に系統的なオフセット誤差が生じる。
【０００９】
特許文献１は、追加のプラットフォームセンシング電極を導入することによってウェハ曲げからのオフセット誤差を補償するように設計された測定システムを備えたｚ軸加速度計を開示している。しかしながら、これは測定を複雑にし、追加の配線を必要とする。特許文献２は、共通軸を中心に回転する２つのシーソーを備えたｚ軸加速度計を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／３７７６４８号明細書
【特許文献２】欧州特許第２４７９５７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本開示の目的は、上記の欠点を緩和する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の目的は、独立クレームに記載することを特徴とする装置によって達成される。本開示の好ましい実施形態を従属クレームに開示する。
【００１３】
本開示は、２対のｚ軸シーソーが同じ中央アンカ点の両側から懸架される加速度計を提供する考えに基づく。この装置の利点は、１以上のシーソー対の静電容量を合計して差動出力信号にすることによって、ウェハ曲げによって出力信号に引き起こされるオフセットを低減できることである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
以下に、添付図面を参照しながら、好ましい実施形態によって本開示をより詳細に説明する。
【図１ａ】図１ａは、ウェハ曲げを示す図である。
【図１ｂ】図１ｂは、ウェハ曲げを示す図である。
【図２ａ】図２ａは、４つのプルーフマスを備えた加速度計を示す図である。
【図２ｂ】図２ｂは、同じ加速度計内のセンシングコンデンサを示す図である。
【図３ａ】図３ａも、４つのプルーフマスを備えた加速度計を示す図である。
【図３ｂ】図３ｂは、同じ加速度計内のセンシングコンデンサを示す図である。
【図４ａ】図４ａは、結合部を示す図である。
【図４ｂ】図４ｂは、結合部を示す図である。
【図５ａ】図５ａは、懸架部を示す図である。
【図５ｂ】図５ｂは、懸架部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示では、デバイス面内に第１プルーフマスと、第２プルーフマスと、第３プルーフマスと、第４プルーフマスとを備える容量性微小機械加速度計について説明する。加速度計は、さらに、デバイス面内に中央アンカ点を備える。横軸および縦軸は、デバイス面内にあり、中央アンカ点で互いに直角に交差している。
【００１６】
第１プルーフマスは、縦軸の第１側に位置し、横軸と交差している。第１プルーフマスの重心は、横軸からゼロでない第１縦距離のところにある。第１プルーフマスは、横軸に沿って中央アンカ点から第１プルーフマスまで延びる第１横ねじれ可撓性懸架部によって中央アンカ点から懸架されている。
【００１７】
第２プルーフマスは、縦軸の第２側に位置し、横軸と交差している。縦軸の第２側は、縦軸の第１側と反対である。第２プルーフマスの重心は、横軸からからゼロでない第２縦距離のところにある。第２プルーフマスは、横軸に沿って中央アンカ点から第２プルーフマスまで延びる第２横ねじれ可撓性懸架部によって中央アンカ点から懸架されている。
【００１８】
加速度計は、さらに、第１プルーフマスおよび第２プルーフマスの各々上における横軸の第１側に少なくとも１つの第１ロータセンシング電極と、第１プルーフマスおよび第２プルーフマスの各々上における横軸の第２側に少なくとも１つの第２ロータセンシング電極とを備える。横軸の第２側は、横軸の第１側と反対である。
【００１９】
第３プルーフマスは、横軸の第１側に位置し、縦軸と交差している。第３プルーフマスの重心は、縦軸からのゼロでない第１横距離のところにある。第３プルーフマスは、縦軸に沿って中央アンカ点から第３プルーフマスまで延びる第１縦ねじれ可撓性懸架部によって中央アンカ点から懸架されている。
【００２０】
第４プルーフマスは、横軸の第２側に位置し、縦軸と交差している。第４プルーフマスの重心は、縦軸からのゼロでない第２横距離のところにある。第４プルーフマスは、縦軸に沿って中央アンカ点から第４プルーフマスまで延びる第２縦ねじれ可撓性懸架部によって中央アンカ点から懸架されている。
【００２１】
加速度計は、さらに、第３マスおよび第４マスの各々上における縦軸の第１側に少なくとも１つの第１ロータセンシング電極と、第３プルーフマスおよび第４プルーフマスの各々上における縦軸の第２側に少なくとも１つの第２ロータセンシング電極とを備える。
【００２２】
加速度計は、また、各第１ロータセンシング電極に隣接する少なくとも１つの固定ステータセンシング電極と、各第２ロータセンシング電極に隣接する少なくとも１つの固定ステータセンシング電極とを備える。
【００２３】
各ねじれ可撓性懸架部は、直列に連結された剛性梁および第１ねじりばねを備え、その結果、剛性梁の一端部は中央アンカ点に、他端部は第１ねじりばねに取り付けられており、第１ねじりばねの一端部は剛性梁に、他端部は対応するプルーフマスに取り付けられている。
【００２４】
本開示では、デバイス面を図示し、ｘｙ平面と呼ぶ。垂直ｚ軸はｘｙ平面に垂直である。プルーフマスの重心が垂直方向に動く回転運動を「面外」運動または「デバイス面外運動」と呼んでもよい。
【００２５】
横軸は示したｘ軸と平行であり、縦軸は示したｙ軸と平行である。縦軸は、中央アンカ点で横軸と交差し、横軸を互いに反対の第１側および第２側に分割している。逆に、横軸は、中央アンカ点で縦軸と交差し、縦軸を互いに反対の第１側および第２側に分割している。
【００２６】
本開示では、「デバイスウェハ」という用語は、加速度計の部分可動部分（プルーフマスおよび可撓性懸架部など）を形成する微小機械構造体を準備する本体を指す。構造体が完成した時、デバイスウェハの他の部分は、デバイス面内で部分可動部分を取り囲み得る支持本体を形成する。デバイスウェハは、例えばシリコンウェハであってもよい。部分可動部分は、ウェハをエッチングすることによってデバイスウェハから製造されてもよい。本開示では、「デバイスウェハ」という用語は、微小電気機械構造体が製造される構造体層を形成する薄い基板を指す。上述のように、デバイスウェハ基板は、通常、はるかにより厚い別個のハンドルウェハまたは支持ウェハからの構造的支持を必要とする。
【００２７】
第１プルーフマス、第２プルーフマス、第３プルーフマスおよび第４プルーフマスの各々は、ティータ−トッタとも呼ばれ得るシーソーを形成している。各シーソーは、面外回転でｚ軸方向の加速度に応答する。シーソーが互いに結合されていない場合、各シーソーの応答は他のシーソーの応答と無関係である。加速度計は、２以上のシーソーを互いに機械的に結合することによってよりロバストにすることができ、その結果、ｚ軸に沿った加速度に応答して一体となって動く。
【００２８】
各プルーフマスは、１つの軸（横軸または縦軸のいずれか）に沿って延びる懸架部から懸架されており、プルーフマス各々は、その軸上にない重心を有する。懸架部は、デバイスウェハから準備される。懸架部は、例えば、当該懸架部が延びる軸を中心とするらせん状のねじれを可能にするように構成することができる。懸架部を適切に寸法付けることによって、懸架部は、特定の大きさのｚ軸加速度に応答して、取り付けられたプルーフマス内の所定量の面外回転を可能にするように構成することができる。加速度計が垂直方向の加速度を受けると、第１プルーフマス、第２プルーフマス、第３プルーフマスおよび第４プルーフマスはデバイス面から傾く。懸架部のねじれ剛性は、センサが動作すると予想されるｚ軸加速度値の範囲内で適切な傾斜角が得られるように選択することができる。
【００２９】
プルーフマスの傾斜角は、センシング電極で容量的に測定することができる。センシング電極は、各プルーフマスに取り付けられた１組のロータ電極と、デバイスウェハの固定部分または加速度計を取り囲む固定筐体のどちらかに取り付けられた対応する１組のステータ電極とを備える。本明細書において、「ロータ」という用語は部分可動構造体を指し、「ステータ」という用語は固定構造体を指す。ロータ電極および隣接するステータ電極は、共にセンシングコンデンサを形成している。容量性測定は、傾斜角を決定するためにロータ電極とステータ電極との間で行うことができる。ｚ軸方向の加速度の大きさは、傾斜角から算出することができる。この加速度に比例する信号振幅を有する出力信号に連続測定が組み込まれてもよい。
【００３０】
［プルーフマス配置］
図２ａは、第１プルーフマス２１１、第２プルーフマス２１２、第３プルーフマス２１３および第４プルーフマス２１４を備えた加速度計を示す。これらの４つのプルーフマスの各々は、同じ中央アンカ点２４から懸架されている。横軸を２８と表示し、縦軸を２９と表示する。横軸の第１側が２８１であり、第２側が２８２であり、一方、縦軸の第１側が２９１であり、第２側が２９２である。第１プルーフマス２１１の重心を点２３１で示した。第１縦距離をＤ１で示す。他の３つのプルーフマスの重心は対応して参照番号２３２〜２３４で示し、第２縦距離はＤ２であり、第１横距離および第２横距離はそれぞれＤ３およびＤ４である。
【００３１】
示した実施形態では、第１プルーフマス、第２プルーフマス、第３プルーフマスおよび第４プルーフマス２１１〜２１４は、すべてデバイス面内に同じ形状を有する。第１プルーフマス２１１の重心２３１は横軸２８の第１側２８１にあり、第２プルーフマス２１２の重心２３２は横軸２８の第２側２８２にあり、第３プルーフマス２１３の重心２３３は縦軸２９の第２側２９２にあり、第４プルーフマス２１４の重心２３４は縦軸２９の第１側２９１にある。第１縦距離、第２縦距離、第１横距離および第２横距離はすべて等しい。
【００３２】
２２１は第１横懸架部であり、２２２は第２横懸架部である。２２３は第１縦懸架部であり、２２４は第２縦懸架部である。本開示の全体にわたって、これらの懸架部の長さを等しく示す。これは必要要件ではなく、任意選択の特徴である。場合によっては、４つの懸架部すべての等しいねじれ可撓性をなお維持しつつ、それらの長さは等しくないようにすることが望ましいことがある。懸架部のねじれ可撓性により、各プルーフマスは、デバイス面に垂直な加速度成分に応答して、対応する回転軸を中心にシーソーとして回転し得る。
【００３３】
センシングコンデンサは、各プルーフマスのシーソー運動を容量的に測定するために使用される。各プルーフマスの動きは、その回転軸（すなわち、横軸または縦軸のいずれか）の両側に配置された少なくとも２つの電極対によって、差動的に感知されてもよい。電極対は、上述したような、可動プルーフマス上のロータセンシング電極および固定構造体上のステータセンシング電極を備える。
【００３４】
ロータセンシング電極およびステータセンシング電極は、それぞれプルーフマス上および固定構造体上に堆積した導電材料の領域を備えてもよい。あるいは、プルーフマスまたは固定構造体がシリコンなどの適度に導電性のある材料からなる場合、センシング電極は、電気測定のためにプルーフマス／固定構造体の所与の部位を配線することによって形成されてもよい。
【００３５】
図１ａおよび図１ｂのように、ステータセンシング電極が準備される固定構造体は、デバイスウェハを取り囲む筐体の壁であってもよい。あるいは、ステータセンシング電極は、デバイスウェハ自体内に準備されてもよい。これらの選択肢の１つ目だけを以下に詳細に述べる。
【００３６】
少なくとも１つの固定ステータセンシング電極は、少なくとも１つの第１ロータセンシング電極および少なくとも１つの第２ロータセンシング電極の各々に垂直に隣接している。ステータセンシング電極の領域は、第１ロータセンシング電極および第２ロータセンシング電極の領域より大きくてもよいし、小さくてもよい。図２ｂは、加速度計内のこれらの電極対の配置を示す。各第１ロータセンシング電極およびそれに対応する固定ステータセンシング電極の第１重複領域２５１１、２５１２、２５１３、２５１４をプルーフマス上に示す。同様に、各第２ロータセンシング電極およびそれに対応する固定ステータセンシング電極の第２重複領域２５２１、２５２２、２５２３、２５２４をプルーフマス上に示す。言いかえれば、第１センシングコンデンサは第１重複領域２５１１〜２５１４に形成されており、第２センシングコンデンサは第２重複領域２５２１〜２５２４に形成されている。
【００３７】
プラス記号およびマイナス記号は差動測定原理を示す。ｚ方向の加速度に比例した差動出力信号は、例えば、すべての第１センシングコンデンサ（第１重複領域の電極対）から測定された静電容量を合計し、この合計から、すべての第２センシングコンデンサ（第２重複領域の電極対）から測定されたすべての静電容量の合計を引くことによって得られてもよい。これは、Ｓ＝２５１１＋２５１２＋２５１３＋２５１４−２５２１−２５２２−２５２３−２５２４と記載することができ、上式において、Ｓは出力信号である。
【００３８】
示した加速度計は、以下の理由でウェハ曲げに対してロバストである。簡略化された形態では、ウェハ曲げは、デバイスウェハが、例えば横軸を中心とする曲げを招くことなく縦曲げ軸を中心に曲がる、またはその逆の工程として想定され得る。中央のアンカ点が支持ウェハに対して縦方向に傾くことなく横方向に傾く場合、同様の影響が生じる。これらの場合、第１プルーフマス２１１からその垂直に隣接する固定ステータ電極までの距離は、例えば、ウェハ曲げが起こる前より大きくなる場合があり、これはセンシングコンデンサの差動出力２５１１−２５２１に系統的誤差（オフセットと呼んでもよい）をもたらす。
【００３９】
ほとんどの場合、曲がったウェハは、小さな加速度計部品の境界内において傾斜面であると事実上考えることができる。曲げ半径は、通常、加速度計の横寸法または縦寸法よりはるかに大きいため、曲がったウェハでもそれらの寸法内ではほぼ平面である。
【００４０】
曲げが加速度計の境界内において平面傾斜として近似することができるならば、第２プルーフマス２１２からその垂直に隣接するステータ電極までの距離は、ウェハが曲がる時に増加した第１プルーフマス２１１までの距離とほぼ同じ量だけ減少する。
【００４１】
第２シーソーＢ５１２からその垂直に隣接するステータ電極までの距離のこの減少は、差動出力２５１２−２５２２にも系統的誤差をもたらす。しかしながら、横軸および／または縦軸に対する容量性電極の対称性によって、差動静電容量値２５１１−２５２１の増加（または減少）は対応する差動静電容量値２５１２−２５２２の増加（減少）によって補償されるため、加速度計の出力信号はウェハ曲げに実質的に影響を受けないままであり得、その結果、合成された出力信号に誤ったオフセットは残らない。
【００４２】
さらに、曲げ軸が横方向の場合、第３プルーフマス２１３および第４プルーフマス２１４は垂直方向逆向きに変位するため、これらのプルーフマス上で行われる容量性測定において同じ曲げ補償が起こる。少なくとも曲げ半径が加速度計の寸法よりはるかに大きければ、この場合も、差動静電容量２５１３＋２５１４−２５２３−２５２４の合計はほぼ一定のままである。
【００４３】
実際、ウェハ曲げが１つの曲げ軸のみを中心に起こる理由はないかもしれず、たとえそのように起こったとしても、その軸が正確に縦方向または横方向である理由はないかもしれない。曲げ軸は、デバイス面内の任意の方向を向き得、ウェハ曲げは、実際、単一の曲げ軸をデバイス面内に特定することができないバブルの三次元形状を示す可能性がある。ウェハ曲げがこれらの非理想的形状で起こる場合、曲げ補償は完全には上手くいかないことがある。それでも、上記装置を用いると、縦軸および／または横軸に沿って少なくとも部分的に曲げが起こる場合、より複雑なウェハ曲げによって出力信号にもたらされるオフセットは、なお出力信号において少なくとも部分的に補償される。
【００４４】
図２ｂに示すように、第１プルーフマス２１１上の第１重複領域２５１１は、横軸２８に対して第１プルーフマス２１１上の第２重複領域２５２１と鏡映対称であってもよい。領域２５１１はまた、縦軸２９に対して第２プルーフマス２１２上の第２重複領域２５２２と鏡映対称、第１対角軸２６に対して第３プルーフマス２１３上の第２重複領域２５２３と鏡映対称、第２対角軸２７に対して第４プルーフマス２１４上の第２重複領域２５２４と鏡映対称であってもよい。第２プルーフマス、第３プルーフマスおよび第４プルーフマス上の第１重複領域２５１２〜２５１４は、第２重複領域２５２１〜２５２４との同様の４つの鏡映対称性を示してもよい。次いで、第２重複領域２５２１〜２５２４は、また、第１重複領域２５１１〜２５１４の各々に対する同様の４つの鏡映対称性を示す。この対称性によって、曲げ軸が対角線の場合でも曲げ補償が容易になる。
【００４５】
図３ａは、参照番号３１１〜３１４、３２１〜３２４、３３１〜３３４、３４、３８および３９が図２ａの参照番号２１１〜２１４、２２１〜２２４、２３１〜２３４、２４、２８および２９に対応する別の実施形態を示す。プルーフマス３１１〜３１４は、すべてデバイス面内に同じ形状を有する。第１プルーフマス３１１および第２プルーフマス３１２は、図２ａと同様に並べられているが、第３プルーフマス３１３および第４プルーフマス３１４は、反対方向を向いている。
【００４６】
言いかえれば、第１プルーフマス３１１の重心３３１は横軸３８の第１側３８１にあり、第２プルーフマス３１２の重心３３２は、先程のように横軸３８の第２側３８２にある。しかしながら、第３プルーフマス３１３の重心３３３は、ここでは縦軸３９の第１側３９１にあり、第４プルーフマス３１４の重心３３４は、その代わりに縦軸３９の第２側３９２にある。第１縦距離、第２縦距離、第１横距離および第２縦距離は、この場合もすべて等しい。
【００４７】
図３ｂは、図３ａの実施形態におけるセンシング電極の配置を示す。参照番号３５１１〜３５１４および３５２１〜３５２４は、それぞれ図２ｂの参照番号２５１１〜２５１４および２５２１〜２５２４に対応している。差動出力信号は、前の例と同様に、これらのセンシングコンデンサの出力信号から合計することができる。ウェハ曲げの影響は、曲げ軸が横方向または縦方向の場合は、この出力信号において補償することができるが、曲げ軸が対角線の場合は、センシングコンデンサが対角軸に対する対称性に欠くため補償することができない。
【００４８】
［プルーフマス同士の結合］
上述のように、プルーフマスは、相互連結されたシーソーを形成するように互いに結合されてもよい。マス同士の結合が垂直方向において十分に剛性を有する場合、加速度計がｚ軸に沿った加速を受けると、マスは同時に強制的に面外回転を受ける。これにより、プルーフマス同士および／またはそれらの懸架部同士の構造の違いによる測定誤差のリスクが減る。このような違いは、製造工程における小さな不具合がもたらし得ることがある。
【００４９】
図４ａは、第１結合実施形態を示す。参照番号４１１〜４１４、４２１〜４２４、４８、４８１〜４８２、４９および４９１〜４９２は、それぞれ図２ａの参照番号２１１〜２１４、２２１〜２２４、２８、２８１〜２８２、２９および２９１〜２９２に対応している。第１プルーフマス４１１の第１端部４１１１は、横軸４８の第１側４８１にあり、第１プルーフマス４１１のこの第１端部４１１１は、第１垂直剛性結合要素４６１によって第３プルーフマス４１３の第１端部４１３１に結合されている。第１端部４１３１は、縦軸４９の第２側４９２にある。第２プルーフマス４１２の第１端部４１２１は、横軸４８の第２側４８２にある。第２プルーフマス４１２のこの第１端部４１２１は、第２垂直剛性結合要素４６２によって第４プルーフマス４１４の第１端部４１４１に結合されている。第１端部４１４１は、縦軸４９の第１側４９１にある。
【００５０】
第１結合要素４６１および第２結合要素４６２は、所望の結合部に適した任意の形状のものであってもよい。それらは、十分な垂直剛性を確保するためにｚ方向に厚くてもよい。プルーフマスの面外回転が結合要素にねじれ力を与える可能性があるため、第１結合要素４６１および第２結合要素４６２は、ある程度のねじれ可撓性を有する取付部で各プルーフマスに取り付けられてもよい。
【００５１】
図４ｂは第２結合実施形態を示し、第２結合実施形態では、図４ａに既に示した結合に加え、第３プルーフマスの第１端部４１３１は、第３垂直剛性結合要素４６３によって第２プルーフマスの第１端部４１２１に結合されており、第４プルーフマスの第１端部４１４１は、第４垂直剛性結合要素４６４によって第１プルーフマスの第１端部４１１１に結合されている。
【００５２】
また、隣接するプルーフマスの第２端部を互いに結合することも可能であり、各プルーフマスの第２端部はその第１端部の反対側である。
【００５３】
［懸架部］
図５ａは、第１懸架実施形態を示す。参照番号５１１〜５１４および５４は、それぞれ図２ａの参照番号２１１〜２１４および２４に対応している。参照番号５６１および５７１は、共に図２ａの参照番号２２１に対応している。同様に、参照番号５６２＋５７２、５６３＋５７３および５６４＋５７４は、それぞれ図２ａの参照番号２２２、２２３および２２４に対応している。言いかえれば、ねじれ可撓性懸架部は、図２ａでは１つの参照番号で示したが、図５ａでは、ねじれ可撓性懸架部は、直列に連結された剛性梁（５６１〜５６４）および第１ねじりばね（５７１〜５７４）を備える。剛性梁（５６１〜５６４）の一端部は中央アンカ点（５４）に、他端部は第１ねじりばね（５７１〜５７４）に取り付けられている。第１ねじりばね（５７１〜５７４）の一端部は剛性梁（５６１〜５６４）に、他端部は対応するプルーフマス（５１１〜５１４）に取り付けられている。剛性梁５６１〜５６４は、それぞれ第１剛性梁、第２剛性梁、第３剛性梁および第４剛性梁と呼んでもよい。
【００５４】
ねじりばねが縦に曲がり得るような第１ねじりばね５７１〜５７４の寸法の場合、図５ａに示した懸架部は外乱に影響を受けやすい可能性がある。加速度計が外部振動を受ける場合、プルーフマス５１１〜５１４は、剛性梁５６１〜５６４の先端を中心にｘｙ平面内で（時計回りに／反時計回りに）振動し得る。このような振動への加速度計の感度は、プルーフマスの寸法と、所与のｚ軸加速度レベルがもたらすであろう角度振れの程度とに（すなわち、第１ねじりばね５７１〜５７４から要求されるねじりばね定数に）依存する。
【００５５】
図５ｂは、プルーフマスの望ましくない時計回りまたは反時計回りの動きに影響を受けにくい代替懸架部を示す。見やすいように、参照番号は、第１プルーフマス５１１の懸架部にのみ付したが、他の３つのプルーフマスも同じ懸架部によって懸架されている。第１プルーフマス、第２プルーフマス、第３プルーフマスおよび第４プルーフマスは各々、対応するねじれ可撓性懸架部の固定梁５６１と平行に延びる凸部５１１１を備える。各ねじれ可撓性懸架部は、さらに、第２ねじりばね５７２を備える。第２ねじりばね５７２の一端部は固定梁５６１に、他端部は当該凸部５１１１に取り付けられている。
【００５６】
図５ｂに示した懸架部は、図５ａに示した単一のねじりばねよりはるかに大きなトルクでｘｙ平面内のプルーフマスの時計回り／反時計回りの回転を抑えることができる。図５ｂが示すように、各プルーフマスからの凸部５１１１は、中央アンカ点５４ぎりぎりのところまで延びてもよい。次いで、第２ねじりばね５７２は、固定梁５６１の固定された端部のぎりぎりのところに取り付けることができる。あるいは、凸部５１１１は固定梁５６１より短くてもよく、第２ねじりばね５７２は固定梁５６１の中央側に取り付けられてもよい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【外国語明細書】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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