(57)【要約】【課題】振動体と連成梁とを同じ層のシリコン基板を用いて形成する場合、振動体同士間であって連成梁が形成される領域には、連成梁以外の機能が形成できない。【解決手段】第１方向に駆動する駆動部と、第１方向に直交する第２方向に可動する検出部と、駆動部と検出部とを連結する弾性部材とからなるユニットを複数備え、第１ユニットの駆動部の上面と第２ユニットの駆動部の上面とは、第１ユニットの検出部および第２ユニットの検出部の上面と離間する連成梁により接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に駆動される駆動部（１００）と、
前記第１方向に直交する第２方向に可動する検出部（１０１）と、
前記駆動部（１００）と前記検出部（１０１）とを連結する弾性部材（１０１ｂ）とを各々有する第１ユニットと第２ユニットとを備え、
前記第１ユニットの駆動部（１００）の上面と前記第２ユニットの駆動部（１００）の上面とは、該第１ユニットの検出部（１０１）および該第２ユニットの検出部（１０１）の上面と離間する連成梁（１０４）により接続されることを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記連成梁（１０４）は、前記第１ユニットの前記駆動部（１００）の重心位置を含む部分に接続されるとともに、前記第２ユニットの前記駆動部（１００）の重心位置を含む部分に接続されることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記連成梁（１０４）が接続される前記第１ユニットの駆動部（１００）の上面に対向する下面と、該連成梁（１０４）が接続される前記第２ユニットの駆動部（１００）の上面に対向する下面とを接続する第２の連成梁（１０５）が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記連成梁（１０４）は、前記第１ユニットの駆動部（１００）と該連成梁（１０４）との接続点と、前記第２ユニットの駆動部（１００）と該連成梁（１０４）との接続点とを繋いでなる直線上において、前記第１方向に弾性を有するサブバネ部（３０１）を介して固定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記連成梁（１０４）およびサブバネ部（３０１）および前記第１ユニットの駆動部（１００）および前記第２ユニットの駆動部（１００）は電気的に導通していることを特徴とする請求項４に記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記連成梁（１０４）は前記第１方向に対して弾性を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項７】
前記連成梁（１０４）は前記第１方向に対して垂直な方向に屈曲した形状の部位を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記第１ユニットの駆動部（１００）と該第２ユニットの駆動部（１００）とを接続する連成梁（１０４１）とは別の連成梁（１０４２）により、前記第１ユニットの検出部（１０１）と前記第２ユニットの検出部（１０１）とが接続されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項９】
前記連成梁（１０４，１０５）の少なくとも一部が、前記第１方向に対して鋭角な方向に長い形状を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１０】
第１方向に駆動される駆動部（１００）と、
前記第１方向に直行する第２方向に可動する検出部（１０１）と、
前記駆動部（１００）と前記検出部（１０１）とを連結する弾性部材（１０１ｂ）とを各々有する第１ユニットと第２ユニットとを備え、
前記第１ユニットの検出部（１０１）の上面と前記第２ユニットの検出部（１０１）の上面とは，該第１ユニットの駆動部（１００）及び該第２ユニットの駆動部（１００）の上面と離間する連成梁（１０４）により接続されることを特徴とする角速度センサ。
【請求項１１】
前記連成梁（１０４）は、前記第１ユニットの前記検出部（１０１）の重心位置を含む部分に接続されるとともに、前記第２ユニットの前記検出部（１０１）の重心位置を含む部分に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の角速度センサ。
【請求項１２】
前記連成梁（１０４）が接続される前記第１ユニットの検出部（１０１）の上面に対向する下面と、該連成梁（１０４）が接続される前記第２ユニットの検出部（１０１）の上面に対向する下面とを接続する第２の連成梁（１０５）が設けられることを特徴とする請求項１０または１１に記載の角速度センサ。
【請求項１３】
前記連成梁（１０４）は、前記第１ユニットの検出部（１０１）と該連成梁（１０４）との接続点と、前記第２ユニットの検出部（１０１）と該連成梁（１０４）との接続点とを繋いでなる直線上において、前記第１方向に弾性を有するサブバネ部（３０１）を介して固定されることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１４】
前記連成梁（１０４）および前記サブバネ部（３０１）および前記第１ユニットの検出部（１０１）および前記第２ユニットの検出部（１０１）は電気的に導通していることを特徴とする請求項１３に記載の角速度センサ。
【請求項１５】
前記連成梁（１０４）は前記第２方向に対して弾性を有することを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１６】
前記連成梁（１０４）は前記第２方向に対して垂直な方向に屈曲した形状の部位を有することを特徴とする請求項１０ないし１５のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１７】
前記第１ユニットの検出部（１０１）と該第２ユニットの検出部（１０１）とを接続する連成梁（１０４２）とは別の連成梁（１０４１）により、前記第１ユニットの駆動部（１００）と前記第２ユニットの駆動部（１００）とが接続されることを特徴とする請求項１０ないし１６のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１８】
前記連成梁（１０４，１０５）の少なくとも一部が、前記第２方向に対して鋭角な方向に長い形状を有することを特徴とする請求項１０ないし１７のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項１９】
前記第１ユニットおよび前記第２ユニットは、前記第１方向および前記第２方向が成す面に対して平行な平面上に形成されていることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項２０】
前記第１ユニットおよび前記第２ユニットは、シリコンまたは金属または樹脂またはガラスまたはセラミックのいずれか、もしくはそれらが複合された材料からできていることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項２１】
前記駆動部（１００）と前記検出部（１０１）とは同一の第１素子形成層（３）により形成されるものであって、
少なくとも前記第１素子形成層（３）の前記駆動部（１００）と前記検出部（１０１）とが形成される領域に対向するよう第２素子形成層（５）が設けられ、
前記連成梁（１０４）は、前記第２素子形成層（５）に形成されるとともに、前記第１方向および前記第２方向に可動であることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項２２】
前記第１素子形成層（３）と、前記第２素子形成層（５）とにより封止空間内に、前記駆動部（１００）と前記検出部（１０１）と前記連成梁（１０４）とが封止されることを特徴とする請求項２１に記載の角速度センサ。
【請求項２３】
所定方向に振動可能な第１振動子（１０ａ）と、
前記所定方向に振動可能な第２振動子（１０ｂ）と、
前記第１振動子（１０ａ）と第２振動子（１０ｂ）との間を、前記所定方向に対して相対的に振動可能に接続する連成梁（１０４）とを有する角速度センサであって、
前記連成梁（１０４）は、第１固定ポスト（１０４ａ）と第２固定ポスト（１０４ａ）とバネ部（１０４ｅ）とからなり、
前記第１固定ポスト（１０４ａ）は、前記第１振動子（１０ａ）の表面において該第１振動子の厚み方向に延設され、
前記第２固定ポスト（１０４ａ）は、前記第２振動子（１０ｂ）の表面において該第２振動子の厚み方向に延設され、
前記バネ部（１０４ｅ）は、該第１振動子（１０ａ）と該第２振動子（１０ｂ）と離間しながら該第１固定ポスト（１０４ａ）と該第２固定ポスト（１０４ａ）とを接続するとともに、少なくとも前記所定方向に対して弾性を有することを特徴とする角速度センサ。
【請求項２４】
前記第１固定ポスト（１０４ａ）は前記第１振動子（１０ａ）の重心位置を含む部分に設けられており、
前記第２固定ポスト（１０４ａ）は前記第２振動子（１０ｂ）の重心位置を含む部分に設けられていることを特徴とする請求項２３に記載の角速度センサ。
【請求項２５】
前記第１振動子（１０ａ）および前記第２振動子（１０ｂ）は前記所定方向に長手方向を有する第１部位（１００ａ）と該第１部位の端部に接続される第２部位（１００ｂ）とを各々有し、
前記第１固定ポスト（１０４ａ）は前記第２振動子（１０ｂ）に近い側の前記第１振動子（１０ａ）の前記第２部位（１１０）に設置され、
前記第２固定ポスト（１０４ｂ）は前記第１振動子（１０ａ）に近い側の前記第２振動子（１０ｂ）の前記第２部位（１１０）に設置されることを特徴とする請求項２３に記載の角速度センサ。
【請求項２６】
前記連成梁（１０４）は、前記第１固定ポスト（１０４ａ）と、前記第２固定ポスト（１０４ｂ）とを繋いでなる直線上において、前記所定方向に弾性を有するサブバネ部（３０１）を介して固定されることを特徴とする請求項２３または２５に記載の角速度センサ。
【請求項２７】
前記連成梁（１０４）および前記サブバネ部（３０１）および前記第１振動子（１０ａ）および前記第２振動子（１０ｂ）は電気的に導通していることを特徴とする請求項２６に記載の角速度センサ。
【請求項２８】
前記連成梁（１０４）は前記所定方向に対して弾性を有することを特徴とする請求項２３ないし２７のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項２９】
前記第１振動子（１０ａ）および前記第２振動子（１０ｂ）は、前記所定方向に対して平行な同一平面上に形成されていることを特徴とする請求項２３ないし２８のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項３０】
前記第１振動子（１０ａ）および前記第２振動子（１０ｂ）は、シリコンまたは金属または樹脂またはガラスまたはセラミックのいずれか、もしくはそれらが複合された材料により形成されることを特徴とする請求項２３ないし２９のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項３１】
前記連成梁（１０４，１０５）の少なくとも一部が、前記所定方向に対して鋭角な方向に長い形状を有することを特徴とする請求項２３ないし３０のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項３２】
前記第１振動子（１０ａ）と前記第２振動子（１０ｂ）とは同一の第１素子形成層（３）により形成されるものであって、
少なくとも前記第１素子形成層（３）の前記第１振動子（１０ａ）と前記第２振動子（１０ｂ）とが形成される領域に対向するよう第２素子形成層（５）が設けられ、
前記連成梁（１０４）は、前記第２素子形成層（５）に形成されるとともに、前記第１方向および前記第２方向に可動であることを特徴とする請求項２３ないし３１のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項３３】
前記第１素子形成層（３）と、前記第２素子形成層（５）とにより封止空間内に、前記第１振動子（１０ａ）と前記第２振動子（１０ｂ）と前記連成梁（１０４）とが封止されることを特徴とする請求項３２に記載の角速度センサ。
【請求項３４】
所定方向に振動可能な第１振動子（１０ａ）と、
前記所定方向に振動可能な第２振動子（１０ｂ）と、
前記第１振動子と第２振動子との間を、前記所定方向に対して相対的に振動可能に接続する第１連成梁（１０４）と第２連成梁（１０５）とを有する角速度センサであって、
前記第１連成梁（１０４）は、第１固定ポスト（１０４ａ）と第２固定ポスト（１０４ａ）と第１梁部（１０４ｂ）とからなり、
前記第２連成梁（１０５）は、第３固定ポスト（１０５ａ）と第４固定ポスト（１０５ａ）と第２梁部（１０５ｂ）とからなり、
前記第１固定ポスト（１０４ａ）は、前記第１振動子（１０ａ）の表面において該第１振動子の厚み方向に延設され、
前記第２固定ポスト（１０４ａ）は、前記第２振動子（１０ｂ）の表面において該第２振動子の厚み方向に延設され、
前記第３固定ポスト（１０５ａ）は、前記第１振動子（１０ａ）の裏面において該第１振動子の厚み方向に延設され、
前記第４固定ポスト（１０５ａ）は、前記第２振動子（１０ｂ）の裏面において該第２振動子の厚み方向に延設され、
前記第１バネ部（１０４ｅ）は、前記第１振動子（１０ａ）と前記第２振動子（１０ｂ）の表面と離間しながら前記第１固定ポスト（１０４ａ）と前記第２固定ポスト（１０４ａ）とを接続するとともに、前記所定方向に対して弾性を有し、
前記第２バネ部（１０５ｅ）は、前記第１振動子（１０ａ）と前記第２振動子（１０ｂ）の裏面と離間しながら前記第３固定ポスト（１０５ａ）と前記第４固定ポスト（１０５ａ）とを接続するとともに、前記所定方向に対して弾性を有することを特徴とする角速度センサ。
【請求項３５】
前記第１固定ポスト（１０４ａ）および前記第３固定ポスト（１０５ａ）は前記第１振動子（１０ａ）の重心位置を含む部分に設けられており、
前記第２固定ポスト（１０４ａ）および前記第４固定ポスト（１０５ａ）は前記第２振動子（１０ｂ）の重心位置を含む部分に設けられていることを特徴とする請求項３４に記載の角速度センサ。
【請求項３６】
前記第１振動子（１０ａ）および前記第２振動子（１０ｂ）は前記所定方向に長手方向を有する第１部位と該第１部位の端部に接続される第２部位とを各々有し、
前記第１固定ポスト（１０４ａ）は前記第２振動子（１０ｂ）に近い側の前記第１振動子（１０ａ）の前記第２部位（１１０）の表面側に設置され、
前記第２固定ポスト（１０４ａ）は前記第１振動子（１０ａ）に近い側の前記第２振動子（１０ｂ）の前記第２部位（１１１）の表面側に設置され、
前記第３固定ポスト（１０５ａ）は前記第２振動子（１０ｂ）に近い側の前記第１振動子（１０ａ）の前記第２部位（１１０）の裏面側に設置され、
前記第４固定ポスト（１０５ａ）は前記第１振動子（１０ａ）に近い側の前記第２振動子（１０ｂ）の前記第２部位（１１１）の裏面側に設置されることを特徴とする請求項３４または３５に記載の角速度センサ。
【請求項３７】
前記連成梁（１０４）は、シリコンまたは金属または樹脂またはガラスまたはセラミックのいずれかもしくはそれらが複合された材料により形成されることを特徴とする請求項１ないし３６のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項３８】
前記連成梁（１０４，１０５）は、弧状の形状を持つことを特徴とする請求項１ないし３７のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項３９】
前記連成梁（１０４，１０５）は、円弧状の形状を持つことを特徴とする請求項１ないし３７のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項４０】
第１方向に可動な駆動錘（１００）と、
前記第１方向に直交する第２方向に可動な検出錘（１０１）と、
前記駆動錘（１００）と検出錘（１０１）との間に設けられるとともに、前記駆動錘（１００）の第１方向への変位を受けて前記第１方向に可動し、かつ、前記検出錘（１０１）に第２方向への変位を伝達する中間錘（６００）とからなるセンサユニット（１０ａ，１０ｂ）を複数備え、さらに
一方の前記センサユニット（１０ａ，１０ｂ）の中間錘（６００）と、他方の前記センサユニット（１０ａ，１０ｂ）の中間錘（６００）とを接続する連成梁（１０４）を有する角速度センサであって、
前記連成梁（１０４）は、各前記センサユニット（１０ａ，１０ｂ）の前記駆動錘（１００）、または、各前記センサユニット（１０ａ，１０ｂ）の前記検出錘（１０１）、を飛び越えて、前記中間錘（６００）同士を接続することを特徴とする角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の振動子をもち、それぞれを連成振動させるための連成梁を持つ振動型角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動型角速度センサは、振動体を所定の振動方向（以下、駆動方向）に振動させた状態で，この駆動方向に垂直な軸に対する角速度が印加された場合、駆動方向と角速度の回転軸とのそれぞれに対して垂直な方向（以下、検出方向）に角速度に比例したコリオリ力が発生し、その力を検出して角速度を得るセンサである。
【０００３】
このコリオリ力を検出する方法として、コリオリ力を慣性力として検出する方法が知られている。すなわち、少なくとも検出方向に動くことができる錘部を設けて、コリオリ力が作用することにより生じる錘部の変位量を検出する方法である。
【０００４】
ところで、このような錘部は、錘部に作用するコリオリ力だけではなく、錘部に作用するコリオリ力とは関係がない加速度が印加された場合にも検出方向に変位する。このため、コリオリ力から角速度を得るためには、錘部の変位量のうち加速度に起因する変位成分とコリオリ力に起因する変位成分とを分離しなければならない。
【０００５】
このように、加速度に起因する変位成分と、コリオリ力に起因する成分すなわち角速度成分とを分離し、角速度成分を検出する方法として特許文献１が知られている。この特許文献１の振動型角速度センサは、二つの振動体の間を駆動方向に対して柔らかいバネ状の梁（連成梁）を設けることで機械的にカップリングしている。そして、これら二つの振動体を同一周波数且つ逆相（逆位相）で駆動振動させている。また、各振動体の内側には、振動体に接続されるとともに、検出方向に可動な検出錘が各々設けられている。すなわち振動体は、駆動方向への振動により駆動方向に変位し、検出錘は振動体の振動により駆動方向に変位するとともにコリオリ力に応じて検出方向にも変位する。
【０００６】
ここで、特許文献１の振動型角速度センサは、コリオリ力に起因する検出錘の変位量は、検出錘に印加された角速度および検出錘の駆動方向への振動速度に比例するという原理を利用している。特許文献１の振動型角速度センサは、それぞれの振動子を逆方向（逆相）に振動させる為、印加された角速度に対して、一方の検出錘は他方の検出錘に対して逆方向に変位する。従って、二つの振動子を逆相で振動させることで、逆相且つ駆動振動の周波数に同期したタイミングでコリオリ力を発生させている。一方、振動型角速度センサの検出方向へ加速度が印加された場合、二つの検出錘は駆動振動の周波数とは関係なく、駆動方向に同じ変位量だけ変位する。このため、二つの振動子の検出方向への変位量の差動成分を、駆動振動に同期したタイミングでサンプリングすることにより、コリオリ力に起因する成分と加速度に起因する成分とを分離している。
【特許文献１】特開２００７−１０１５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の場合、２つの振動子はシリコン基板により形成された平板型の振動子である。また、それら２つの振動体をつなぐ連成梁も振動子と同じ層のシリコン基板で形成されている。
【０００８】
しかしながら、このような振動子と連成梁とを同じ層のシリコン基板を用いて形成する場合、振動子同士間であって連成梁が形成される領域には、上記連成梁以外の機能（例えば振動子を振動せせるための駆動電極や、更なる連成梁等）が形成できないという課題がある。本発明は上記課題を解決することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、  請求項１に記載の発明は、第１方向に駆動される駆動部と、第１方向に直交する第２方向に可動する検出部と、駆動部と検出部とを連結する弾性部材とを各々有する第１ユニットと第２ユニットとを備え、第１ユニットの駆動部の上面と第２ユニットの駆動部の上面とは、第１ユニットの検出部および第２ユニットの検出部の上面と離間する連成梁により接続されることを特徴とする。
【００１０】
これにより、連成梁が形成される領域に、連成梁以外の機能である検出部を形成することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、連成梁は、第１ユニットの駆動部の重心位置を含む部分に接続されるとともに、第２ユニットの駆動部の重心位置を含む部分に接続されることを特徴とする。
【００１２】
連成梁の重量によって、第１ユニットの駆動部又は第２ユニットの駆動部が重力の作用方向に対して傾く可能性を低減することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、連成梁が接続される第１ユニットの駆動部の上面に対向する下面と、連成梁が接続される第２ユニットの駆動部の上面に対向する下面とを接続する第２の連成梁が設けられることを特徴とする。
【００１４】
これにより、第１ユニット及び第２ユニットの上面に接続される連成梁の反りを、第１ユニット及び第２ユニットの下面に接続される連成梁により相殺することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、連成梁は、第１ユニットの駆動部と連成梁との接続点と、第２ユニットの駆動部と連成梁との接続点とを繋いでなる直線上において、第１方向に弾性を有するサブバネ部を介して固定されることを特徴とする。
【００１６】
これにより、各駆動部を振動すべき第１方向に対して精度よく振動させることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、連成梁およびサブバネ部および第１ユニットの駆動部および第２ユニットの駆動部は電気的に導通していることを特徴とする。
【００１８】
これにより、サブバネ部と連成梁とを介して、各駆動部に駆動信号を印加することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、連成梁は第１方向に対して弾性を有することを特徴とする。
【００２０】
これにより、第１方向に駆動する駆動部間の連成をとることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、連成梁は第１方向に対して垂直な方向に屈曲した形状の部位を有することを特徴とする。
【００２２】
これにより、連成梁を第１方向に対して弾性を持つ梁構造とすることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、第１ユニットの駆動部と第２ユニットの駆動部とを接続する連成梁とは別の連成梁により、第１ユニットの検出部と第２ユニットの検出部とが接続されることを特徴とする。
【００２４】
これにより、検出部同士、および、駆動部同士を連成させることができる。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、連成梁の少なくとも一部が、第１方向に対して鋭角な方向に長い形状を有することを特徴とする。
【００２６】
これにより、鋭角を形作る第１方向に対して弾性を持つ連成梁を構成することができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、第１方向に駆動される駆動部と、第１方向に直行する第２方向に可動する検出部と、駆動部と検出部とを連結する弾性部材とを各々有する第１ユニットと第２ユニットとを備え、第１ユニットの検出部の上面と第２ユニットの検出部の上面とは，第１ユニットの駆動部及び第２ユニットの駆動部の上面と離間する連成梁により接続されることを特徴とする。
【００２８】
これにより、連成梁が形成される領域に、連成梁以外の機能である駆動部を形成することができる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、連成梁は、第１ユニットの検出部の重心位置を含む部分に接続されるとともに、第２ユニットの検出部の重心位置を含む部分に接続されていることを特徴とする。
【００３０】
連成梁の重量によって、第１ユニットの検出部または第２ユニットの検出部が重力の作用方向に対して傾く可能性を低減することができる。
【００３１】
請求項１２に記載の発明は、連成梁が接続される第１ユニットの検出部の上面に対向する下面と、連成梁が接続される第２ユニットの検出部の上面に対向する下面とを接続する第２の連成梁が設けられることを特徴とする。
【００３２】
これにより、第１ユニット及び第２ユニットの上面に接続される連成梁の反りを、第１ユニット及び第２ユニットの下面に接続される連成梁により相殺することができる。
【００３３】
請求項１３に記載の発明は、連成梁は、第１ユニットの検出部と連成梁との接続点と、第２ユニットの検出部と連成梁との接続点とを繋いでなる直線上において、第１方向に弾性を有するサブバネ部を介して固定されることを特徴とする。
【００３４】
これにより、各検出部を振動すべき第１方向に対して精度よく振動させることができる。
【００３５】
請求項１４に記載の発明は、連成梁およびサブバネ部および第１ユニットの検出部および第２ユニットの検出部は電気的に導通していることを特徴とする。
【００３６】
これにより、サブバネ部と連成梁とを介して、各検出部からの検出信号を取得することができる。
【００３７】
請求項１５に記載の発明は、連成梁は第２方向に対して弾性を有することを特徴とする。
【００３８】
これにより、第２方向に駆動する検出部間の連成をとることができる。
【００３９】
請求項１６に記載の発明は、連成梁は第２方向に対して垂直な方向に屈曲した形状の部位を有することを特徴とする。
【００４０】
これにより、連成梁を第２方向に対して弾性を持つ梁構造とすることができる。
【００４１】
請求項１７に記載の発明は、第１ユニットの検出部と第２ユニットの検出部とを接続する連成梁とは別の連成梁により、第１ユニットの駆動部と第２ユニットの駆動部とが接続されることを特徴とする。
【００４２】
これにより、検出部同士、および、駆動部同士を連成させることができる。
【００４３】
請求項１８に記載の発明は、連成梁の少なくとも一部が、第２方向に対して鋭角な方向に長い形状を有することを特徴とする。
【００４４】
これにより、鋭角を形作る第２方向に対して弾性を持つ連成梁を構成することができる。
【００４５】
請求項１９に記載の発明は、第１ユニットおよび第２ユニットは、第１方向および第２方向が成す面に対して平行な平面上に形成されていることを特徴とする。
【００４６】
これにより、第１方向および第２方向に対して、第１ユニットおよび第２ユニットが、それぞれが成す面に沿って振動可能なように構成することができる。
【００４７】
請求項２０に記載の発明は、第１ユニットおよび第２ユニットは、シリコンまたは金属または樹脂またはガラスまたはセラミックのいずれか、もしくはそれらが複合された材料からできていることを特徴とする。
【００４８】
これにより、電気伝導性や材質の硬さ、又は及び、作りやすさなどを考慮した材質を選択して第１ユニットおよび第２ユニットを構成することができる。
【００４９】
請求項２１に記載の発明は、駆動部と検出部とは同一の第１素子形成層により形成されるものであって、少なくとも第１素子形成層の駆動部と検出部とが形成される領域に対向するよう第２素子形成層が設けられ、連成梁は、第２素子形成層に形成されるとともに、第１方向および第２方向に可動であることを特徴とする。
【００５０】
これにより連成梁を、駆動部および検出部とは別の基板に形成することができるため、連成梁の設計形状の自由度を向上することができる。
【００５１】
請求項２２に記載の発明は、第１素子形成層と、第２素子形成層とにより封止空間内に、駆動部と検出部と連成梁とが封止されることを特徴とする。
【００５２】
これにより、駆動部と検出部などからなる可動部と固定部との間に、パーティクル等の異物が挟まることを防止することができる。
【００５３】
請求項２３に記載の発明は、所定方向に振動可能な第１振動子と、所定方向に振動可能な第２振動子と、第１振動子と第２振動子との間を、所定方向に対して相対的に振動可能に接続する連成梁とを有する角速度センサであって、連成梁は、第１固定ポストと第２固定ポストとバネ部とからなり、第１固定ポストは、第１振動子の表面において第１振動子の厚み方向に延設され、第２固定ポストは、第２振動子の表面において第２振動子の厚み方向に延設され、バネ部は、第１振動子と第２振動子と離間しながら第１固定ポストと第２固定ポストとを接続するとともに、少なくとも所定方向に対して弾性を有することを特徴とする。
【００５４】
これにより、連成梁が形成される平面を、第１振動子及び第２振動子が形成される平面と異ならせることができる。すなわち、連成梁が形成される領域の投射面上であって、第１振動子及び第２振動子が形成される平面に、第１振動子及び第２振動子とを接続する連成梁以外の機能を形成することができる。
【００５５】
請求項２４に記載の発明は、第１固定ポストは第１振動子の重心位置を含む部分に設けられており、第２固定ポストは第２振動子の重心位置を含む部分に設けられていることを特徴とする。
【００５６】
これにより、連成梁の重量によって、第１振動子又は第２振動子が重力の作用方向に対して傾く可能性を低減することができる。
【００５７】
請求項２５に記載の発明は、第１振動子および第２振動子は所定方向に長手方向を有する第１部位と第１部位の端部に接続される第２部位とを各々有し、第１固定ポストは第２振動子に近い側の第１振動子の第２部位に設置され、第２固定ポストは第１振動子に近い側の第２振動子の第２部位に設置されることを特徴とする。
【００５８】
これにより、連成梁の長さを短くすることができる。
請求項２６に記載の発明は、連成梁は、第１固定ポストと、第２固定ポストとを繋いでなる直線上において、所定方向に弾性を有するサブバネ部を介して固定されることを特徴とする。
【００５９】
これにより、各振動子を振動すべき所定方向に対して精度よく振動させることができる。
【００６０】
請求項２７に記載の発明は、連成梁およびサブバネ部および第１振動子および第２振動子は電気的に導通していることを特徴とする。
【００６１】
これにより、サブバネ部と連成梁とを介して、各振動子の信号を入出力することができる。
【００６２】
請求項２８に記載の発明は、連成梁は所定方向に対して弾性を有することを特徴とする。
【００６３】
これにより、所定方向に可動する第１振動子および第２振動子の連成をとることができる。
【００６４】
請求項２９に記載の発明は、第１振動子および第２振動子は、所定方向に対して平行な同一平面上に形成されていることを特徴とする。
【００６５】
これにより、所定方向に対して、第１振動子および第２振動子が、それぞれが成す面に沿って振動可能なように構成することができる。
【００６６】
請求項３０に記載の発明は、第１振動子および第２振動子は、シリコンまたは金属または樹脂またはガラスまたはセラミックのいずれか、もしくはそれらが複合された材料により形成されることを特徴とする。
【００６７】
これにより、電気伝導性や材質の硬さ、又は及び、作りやすさなどを考慮した材質を選択して第１ユニットおよび第２ユニットを構成することができる。
【００６８】
請求項３１に記載の発明は、連成梁の少なくとも一部が、所定方向に対して鋭角な方向に長い形状を有することを特徴とする。
【００６９】
これにより、鋭角を形作る第１方向に対して弾性を持つ連成梁を構成することができる。
【００７０】
請求項３２に記載の発明は、第１振動子と第２振動子とは同一の第１素子形成層により形成されるものであって、少なくとも第１素子形成層の第１振動子と第２振動子とが形成される領域に対向するよう第２素子形成層が設けられ、連成梁は、第２素子形成層に形成されるとともに、第１方向および第２方向に可動であることを特徴とする。
【００７１】
これにより連成梁を、各振動子とは別の基板に形成することができるため、連成梁の設計形状の自由度を向上することができる。
【００７２】
請求項３３に記載の発明は、第１素子形成層と、第２素子形成層とにより封止空間内に、第１振動子と第２振動子と連成梁とが封止されることを特徴とする。
【００７３】
これにより、各振動子を構成する可動部と固定部との間に、パーティクル等の異物が挟まることを防止することができる。
【００７４】
請求項３４に記載の発明は、所定方向に振動可能な第１振動子と、所定方向に振動可能な第２振動子と、第１振動子と第２振動子との間を、所定方向に対して相対的に振動可能に接続する第１連成梁と第２連成梁とを有する角速度センサであって、第１連成梁は、第１固定ポストと第２固定ポストと第１梁部とからなり、第２連成梁は、第３固定ポストと第４固定ポストと第２梁部とからなり、第１固定ポストは、第１振動子の表面において第１振動子の厚み方向に延設され、第２固定ポストは、第２振動子の表面において第２振動子の厚み方向に延設され、第３固定ポストは、第１振動子の裏面において第１振動子の厚み方向に延設され、第４固定ポストは、第２振動子の裏面において第２振動子の厚み方向に延設され、第１バネ部は、第１振動子と第２振動子の表面と離間しながら第１固定ポストと第２固定ポストとを接続するとともに、所定方向に対して弾性を有し、第２バネ部は、第１振動子と第２振動子の裏面と離間しながら第３固定ポストと第４固定ポストとを接続するとともに、所定方向に対して弾性を有することを特徴とする。
【００７５】
これにより、第１連成梁もしくは第２連成梁いずれか一方への反りを、他方の梁部により相殺することができる。
【００７６】
請求項３５に記載の発明は、第１固定ポストおよび第３固定ポストは第１振動子の重心位置を含む部分に設けられており、第２固定ポストおよび第４固定ポストは第２振動子の重心位置を含む部分に設けられていることを特徴とする。
【００７７】
連成梁の重量によって、第１振動子または第２振動子が重力の作用方向に対して傾く可能性を低減することができる。
【００７８】
請求項３６に記載の発明は、第１振動子および第２振動子は所定方向に長手方向を有する第１部位と第１部位の端部に接続される第２部位とを各々有し、第１固定ポストは第２振動子に近い側の第１振動子の第２部位の表面側に設置され、第２固定ポストは第１振動子に近い側の第２振動子の第２部位の表面側に設置され、第３固定ポストは第２振動子に近い側の第１振動子の第２部位の裏面側に設置され、第４固定ポストは第１振動子に近い側の第２振動子の第２部位の裏面側に設置されることを特徴とする。
【００７９】
これにより、連成梁の長さを短くすることができる。
【００８０】
請求項３７に記載の発明は、連成梁は、シリコンまたは金属または樹脂またはガラスまたはセラミックのいずれかもしくはそれらが複合された材料により形成されることを特徴とする。
【００８１】
これにより、電気伝導性や材質の硬さ、又は及び、作りやすさなどを考慮した材質を選択して連成梁を構成することができる。
【００８２】
請求項３８に記載の発明は、連成梁は、弧状の形状を持つことを特徴とする。
【００８３】
これにより、ワイヤボンディングなどの工程を使って錘同士を接続し、連成梁として構成することができる。
【００８４】
請求項３９に記載の発明は、連成梁は、円弧状の形状を持つことを特徴とする。
【００８５】
これにより、円弧状の形状の効果により、その円弧が形成する面内のあらゆる方向に弾性を持つ連成梁を構成することができる。
【００８６】
請求項４０に記載の発明は、第１方向に可動な駆動錘と、第１方向に直交する第２方向に可動な検出錘と、駆動錘と検出錘との間に設けられるとともに、駆動錘の第１方向への変位を受けて第１方向に可動し、かつ、検出錘に第２方向への変位を伝達する中間錘とからなるセンサユニットを複数備え、さらに一方のセンサユニットの中間錘と、他方のセンサユニットの中間錘とを接続する連成梁を有する角速度センサであって、連成梁は、各センサユニットの駆動錘、または、各センサユニットの検出錘、を飛び越えて、中間錘同士を接続することを特徴とする。
【００８７】
これにより、第１方向、及び、第２方向に振動する中間錘同士を連成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８８】
以下、実施例１から実施例１１を用いて、本発明を実施するための最良の形態を述べる。
［実施例１］
図１〜４を用いて、実施例１について説明する。
【００８９】
図１に本実施例における角速度センサの上面図を示す。この図１に示すように、基板層１に検出梁固定部２０５によって一端を固定された検出梁２０６に支持された複数の検出錘１０１がある。この検出錘１０１は、図１に示す検出方向に対しては変位可能であるが、図１に示す駆動方向（検出方向に直交）に対しては変位しないように、検出梁２０６によって支持されるものである。
【００９０】
検出錘１０１は、検出方向の変位を検出できるよう駆動方向に突出した可動検出電極２０４ａを備える。この可動検出電極２０４ａは、検出錘１０１が変位する検出方向において、基板層１に固定された検出電極固定部２０３から駆動方向に突出した固定検出電極２０４ｂと面対向するように配置されている。検出錘１０１が検出方向に変位すると、可動検出電極２０４ａと固定検出電極２０４ｂとの間隔が変化し、それに伴い可動検出電極２０４ａと固定検出電極２０４ｂとの間の静電容量が変化する。この静電容量の変化量を検出することにより、検出方向における検出錘１０１の変位量を得ることができる。なお、既存のＣ／Ｖ変換回路等を用いることで、この静電容量値の変化を電圧値として取り出すことが可能である。以下、可動検出電極２０４ａと固定検出電極２０４ｂとを合わせて、検出電極２０４と呼ぶ。
【００９１】
また、検出錘１０１に駆動梁１０１ｂで支持された駆動錘１００を設ける。この駆動錘１００は、駆動方向に弾性を有する駆動梁１０１ｂによって検出錘１０１に支持されているため、検出錘１０１に対して相対的に駆動方向へ変位可能である。更に望ましくは検出方向に対しては変位しない構造となっている。
【００９２】
更に、角速度センサは、駆動錘１００を駆動方向に振動させるために駆動力を発生させる櫛歯型の駆動電極２０２を備える。この駆動電極２０２は、駆動錘１００から駆動方向に突出した可動駆動電極２０２ａと、駆動電極固定部２０１ａに設置され駆動方向に突出した固定駆動電極２０２ｂとで構成され、互いに駆動方向にかみ合わせられた櫛歯型の構造をしている。そして、可動駆動電極２０２ａと固定駆動電極２０２ｂとの間に電位差を与えることで静電引力が発生し、駆動錘１００は固定駆動電極２０２ｂ側に引き寄せられる。駆動錘１００の駆動方向に対して、駆動錘１００の両側にこの駆動電極２０２を配置し、交互に電位差を加えるとこの駆動錘１００はより効率的に駆動方向に振動するようになる。以下、駆動錘１００と検出錘１０１とからなる可動部分を振動子と呼び、固定駆動電極２０２ｂと固定検出電極２０４ｂとからなる非可動部分を固定部と呼ぶ。
【００９３】
駆動錘１００が駆動方向に振動、すなわち速度を持っている時に、駆動方向および検出方向に対して互いに垂直な軸（図２に示す回転方向）を回転中心とする角速度が印加された場合に、駆動錘１００の振動速度と角速度の値に比例した量のコリオリ力が検出方向に発生する（駆動錘１００と検出錘１０１とが検出方向に変位する）。したがって、コリオリ力を大きくするためには振動速度を大きくするためには駆動錘１００を振動させる周波数を駆動錘１００の持つ固有の共振周波数で振動させると良い。このように、駆動錘１００を固有の共振周波数で振動させた場合、駆動錘１００が最大の振幅で振動する（＝同時に振動速度が大きくなる）ため、結果的にコリオリ力が大きくなることになる。コリオリ力が大きくなることで、検出錘１０１の変位が増加し、検出電極２０４の容量変化量が増え、検出精度がよくなる。すなわち、角速度センサのＳ／Ｎが向上する。
【００９４】
ただし、この検出錘１０１は構造上、コリオリ力だけでなく外部から検出方向に成分を持つ加速度が印加されるとその加速度によっても変位する。その加速度による変位はコリオリ力による変位にとってはノイズ成分となるためセンサの検出精度の悪化につながる。そのため、容量変化を検出する回路には同期検波回路を用いるのが一般的である。この回路は、コリオリ力が駆動錘１００の速度のタイミング、すなわち駆動周波数に同期して発生する、という特徴を利用した回路で、検出方向の容量変化を表す出力信号から駆動錘１００の駆動周波数に同期した信号のみを取り出す。これにより、駆動の共振周波数以外の周波数成分を持つ加速度（ノイズ成分）の信号を除去できる。しかしながら、この同期検波回路をもってしても、駆動周波数と同じ周波数成分をもつ加速度信号（ノイズ）は取り除くことはできない。そこで、本実施例１では、更に前述の駆動錘１００と検出錘１０１からなる振動子１０ａ，１０ｂと、固定部と、振動子を固定部に支持する検出梁２０６および駆動梁１０１ｂとからなるユニットを２つ組み合わせることで、その加速度成分を除去する方法を採用している。
【００９５】
本実施例１における角速度センサは、独立した駆動錘１００と検出錘１０１とをそれぞれ備えたユニットを２つ備える。そして、それぞれのユニットの駆動錘１００を逆相で振動方向に振動させる。すなわち一方の振動錘１００の振動方向は、他方の振動錘１００の振動方向に対して逆向きになるので、一方のユニットの振動錘１００に作用するコリオリ力の検出方向は、他方のユニットの振動錘１００に作用するコリオリ力の検出方向に対して逆向きに発生するようになる。このため検出錘１０１の変位は、それぞれが検出方向に対して逆方向になり、検出電極２０４の容量変化の信号が逆相で発生する。一方、角速度センサに作用する外部からの加速度成分は、検出方向も含めて必ず同じ方向に作用する。そこで、差動回路を用いて各ユニットの検出信号の差動を取ることにより、同相成分である加速度成分は引き算されて除去され、コリオリ力の成分を抽出することができる。
【００９６】
この差動回路を利用する場合には、各ユニットの検出電極２０４からの検出信号に含まれるコリオリ力の成分、すなわち駆動錘１００の駆動周波数が同期していることが必要である。例えば、両ユニットそれぞれの駆動錘１００や駆動梁１０１ｂを同一に設計しても、製造プロセス上のばらつき等で必ずしも設計通りに同一の出来上がりとはならない。すなわち、両ユニットの駆動錘１００を、全く同一の共振周波数を持つ振動体として作ることは困難である。
【００９７】
上記の各ユニットの振動体の共振周波数を全く同一にすることが困難であるとの点を鑑みて、本実施例１では、２つの駆動錘１００を、駆動方向に弾性を持つ連成梁１０４で機械的にカップリングさせている。連成とは、カップリング対象同士を、互いに逆相に振動する共振振動モードをもつようにすることである。これにより本実施例１においては、連成梁１０４で繋がった形となった２つの駆動錘１００が、互いに逆相に振動する共振振動モードをもつようにする。すなわち、共振振動モードの周波数で駆動錘１００を駆動すると２つの駆動錘１００は同一周波数でかつ逆相で共振振動をする。
【００９８】
当構成により両ユニットの各駆動錘１００を同一周波数でかつ逆相で共振振動させることで、両コリオリ力に起因する各ユニットの検出錘１０１の変位量の絶対値が等しくなるため、前述の差動回路により外部からの加速度成分（ノイズ）とコリオリ力とを正確に分離することができる。
【００９９】
ここで、この連成梁１０４は、各駆動錘１００に接続する固定ポスト１０４ａと、一端が固定ポストに接続された梁部１０４ｂと、両端が梁部１０４ｂに接続された中央部バネ形状部１０４ｅとからなる。すなわち連成梁１０４は、固定ポスト１０４ａ−梁部１０４ｂ−中央部バネ形状部１０４ｅ−梁部１０４ｂ−固定ポスト１０４ａの順番で、各駆動錘１００を接続している。
【０１００】
固定ポスト１０４ａは、駆動錘１００や検出錘１０１を構成する層（後述の素子形成層３）から上面方向（後述のシリコン酸化膜層２の方向ではない方向）に突出する。すなわち固定ポスト１０４ａは、素子形成層３の上に積層された層により形成されている。
【０１０１】
梁部１０４ｂは、固定ポスト１０４ａと中央部バネ形状部１０４ｅとを接続する部材であって、素子形成層３の延設方向と同じ方向（駆動方向）に沿って延びる部材である。また、この梁部１０４ｂは、回転方向には剛体であり、かつ、重量が軽いことが望ましい。このため、梁部１０４ｂの回転方向側の厚みを、検出方向の幅よりも厚くすることで、回転方向の剛性を高めつつ、重量を軽減している。また、梁部１０４ｂの投射面上には、検出錘１０１や駆動電極固定部２０１ａや固定検出電極２０４ｂが存在している。換言すれば、梁部１０４ｂは、検出錘１０１や駆動電極固定部２０１ａや固定検出電極２０４ｂとの間に間隙を有しつつ、検出錘１０１や駆動電極固定部２０１ａや固定検出電極２０４ｂを飛び越えた形状となっている。
【０１０２】
中央部バネ形状部１０４ｅは、両端が各梁部１０４ｂに接続されるとともに、駆動方向および検出方向に弾性を有するものである。この中央部バネ形状部１０４ｅはロの字形状のバネであって、特にロの字を構成する各辺のうち検出方向側の辺よりも駆動方向側の辺を長くしてある。一般に、駆動振動による駆動錘１００の駆動方向への変位量は、コリオリ力による駆動錘１００の検出方向への変位量よりも大きい。このため駆動方向への変位量に対応するよう、駆動方向への弾性に影響を与えるロの字を構成する検出方向側の辺を長くして、中央部バネ形状部１０４ｅを駆動方向へ変形しやすくしている。また、中央部バネ形状部１０４ｅの投射面上には、検出電極固定部２０３が存在している。換言すれば、中央部バネ形状部１０４ｅは、検出電極固定部２０３との間に間隙を有しつつ、検出電極固定部２０３を飛び越えた形状となっている。
【０１０３】
このような連成梁１０４は、駆動錘１００や検出錘１０１を構成する層とは別の層で作ると良い。この場合、前述の通り、連成梁１０４（特に梁部１０４ｂと中央部バネ形状部１０４ｅ）で駆動電極２０２や検出錘１０１などを跨ぐ構造とすることができるため、連成梁１０４の下部にある駆動電極２０２や検出錘１０１などを、連成梁１０４に妨げられることなく構成することができる。
【０１０４】
また、連成梁１０４は少なからず質量を持っているため、連成梁１０４を駆動錘１００に取り付けた場合、連成梁１０４の重量（重力）が作用する方向に駆動錘１００が沈む（＝駆動錘１００が基板層１の延設方向に対して傾く）ことが考えられる。それぞれの駆動錘１００に設置される固定ポスト１０４ａがその駆動錘１００の重心位置を含む部分に設置すると良い。このように、連成梁１０４を駆動錘１００の重心に接続すれば、それぞれの駆動錘１００の重心部分で連成梁１０４を支えることで、駆動錘１００の傾きを抑える効果が得られる。
【０１０５】
このように、本実施例１の構造に関する第１の効果は、２つの駆動錘１００を同一周波数かつ逆相で安定的に振動させることができる点である。
【０１０６】
構造に関する第２の効果は、連成梁１０４が、駆動電極固定部２０１ｂおよび検出錘１０１および検出電極固定部２０３を跨いで、両駆動錘１００同士を接続できるため、連成梁１０４を設けるにあたりそれら駆動電極固定部２０１ｂおよび検出錘１０１および検出電極固定部２０３を分割したり、削減したりする必要がない点である。
【０１０７】
構造に関する第３の効果は、両ユニットの各振動子１０ａ、１０ｂの駆動錘１００の重心同士を接続しているため、連成梁１０４の荷重は駆動錘１００の重心に印加されている。すなわち、駆動錘１００が連成梁１０４の重量によって重力が作用する方向に対して傾く可能性を低減している。駆動錘１００が傾いた場合は、駆動錘１００の振動する方向が、駆動方向からずれ、振動振幅の減少や駆動方向以外の振動成分の発生により検出信号にノイズ成分として現れ、結果的にセンサの検出精度を悪化させる。駆動錘１００が傾かないように重心位置で連成梁１０４を接続することで、このような検出精度の悪化を低減することができる。
【０１０８】
次に本実施例１における角速度センサ１の製造方法について図２、図３（ａ）〜（ｉ）および図４（ａ）〜（ｇ）を用いて述べる。
【０１０９】
図２は図１のＡ−Ａ線での断面図であって、完成した状態の角速度センサを示す。この図２に示すように、本実施例１ではＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）で用いられるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハ、すなわち単結晶シリコンの基板層１上に駆動錘１００等の素子を形成する単結晶シリコンの素子形成層３をシリコン酸化膜層２を介して貼り合わせたもの、を用いている。そして、後述する製造工程でＳＯＩウエハ５の素子形成層３をフォト・エッチング工程で所望の形状に形成し、可動する部分の下部のシリコン酸化膜層２をエッチングで取り除いている。
【０１１０】
以下、製造工程について詳細に説明をする。図３（ａ）に示す工程は、ＳＯＩウエハ５を準備する工程である。ＳＯＩウエハ５の素子形成層３および基板層１はシリコン単結晶であり、それらがシリコン酸化膜層２を介して貼りあわされている。素子形成層３には、後述する第４工程において、前述の駆動錘１００や検出錘１０１、検出電極２０４、駆動電極２０２などの素子構造が形成される。またシリコン酸化膜層２は犠牲層としても使われる。
【０１１１】
図３（ｂ）に示す第２工程では、まずＳＯＩ基板５の素子形成層３の上面にレジスト層５０３を塗布する。
【０１１２】
図３（ｃ）に示す第３工程では、第２工程に続き、フォト工程を用いて駆動錘１００や検出錘１０１など形状を残したい箇所以外のレジスト層５０３を取り除いたパターンに成形する。そのパターンは出来上がり寸法との間に一定の誤差が生じるので、後述のエッチング工程の能力に従った寸法に調整される。
【０１１３】
図３（ｄ）に示す第４工程では、第３工程の後、例えばプラズマエッチング処理などにより、素子形成層３に駆動錘１００や検出錘１０１などを形成する。
【０１１４】
図３（ｅ）に示す第５工程では、第４工程の後、表面に残ったレジスト層５０３を取り除く。
【０１１５】
図３（ｆ）に示す第６工程では、シリコン酸化膜層２をエッチングで取り除く。この時、エッチングの条件やパターンサイズを調整することにより基板層１に素子形成層３を固定したい部分にシリコン酸化膜層２の一部を残すことができる。具体的にはこのシリコン酸化膜層２のエッチングはフッ酸などシリコン酸化膜２を除去することのできる溶液を用いる。
【０１１６】
図３（ｇ）に示す第７工程では、第６工程の次に行われる工程であって、第４工程や第６工程でエッチングした部分に充填材５０４を充填する。この充填剤５０４は後の第１６工程においてすべて取り除かれるため、エッチングや昇華によって除去できる材料を使用する。例えば有機系のレジスト材、あるいはポリイミド系の材質よりなるものであれば、酸素プラズマ中（つまり、ドライ雰囲気中）で簡単に除去できるため好適である。また、後に形成する連成梁１０４の厚さ方向の寸法精度を良くするために、充填材５０４の表面を平滑化する。
【０１１７】
図３（ｈ）に示す第８工程では、第７工程で設けた充填材５０４の上部にレジスト５０５を塗布する。
【０１１８】
図３（ｉ）に示す第９工程では、レジスト５０５へ連成梁１０４とそれぞれ連結される振動子１０ａ，１０ｂの駆動錘１００を接続する部分のレジスト５０５をフォト工程などで除去する。
【０１１９】
図４（ａ）に示す第１０工程では、連成梁１０４の固定ポスト１０４ａに対応するように充填材５０４をエッチングしてコンタクトホール５０５ａを形成する。
【０１２０】
図４（ｂ）に示す第１１工程では、レジスト５０５を除去する。
【０１２１】
図４（ｃ）に示す第１２工程では、第１１工程の後に、連成梁１０４を形成するポリシリ層５０６を積層工程などで、充填材５０４の上に形成する。なお、ポリシリ層５０６の代わりに、金属の蒸着やメッキによって金属層を形成することでも可能である。
【０１２２】
図４（ｄ）に示す第１３工程では、第１２工程の後に、ポリシリ層５０６の上にレジスト層５０７を設置し、連成梁１０４の梁部１０４ａの形に合わせた形状にレジスト層５０７をフォト工程等で成形する。
図４（ｅ）に示す第１４工程では、第１３工程で成形したレジスト層５０７をマスクとしてエッチングを行い、連成梁１０４を形成するポリシリ層５０６を部分的に除去して、連成梁１０４を形成する。
【０１２３】
図４（ｆ）に示す第１５工程では、連成梁１０４の上部に残ったレジスト層５０７を除去する。
【０１２４】
図４（ｇ）に示す第１６工程では、充填材５０４を除去して、駆動錘１００や検出錘１０１を可動状態にする。この後、駆動電極２０２や検出電極２０４に電位を与えたり、信号を取り出したりするためのアルミ電極パッド等の形成工程を経て角速度センサが完成する。
【０１２５】
上記製造方法はあくまで一例であって、他の方法を用いても良い。また、説明の都合上、図３と図４とに分けて説明を行ったが、図３（ｉ）と図４（ａ）との間で製造プロセスを分けることを示唆するものではない。
【０１２６】
両振動子１０ａ，１０ｂを含む各ユニットを形成する素子形成層３とは別の層であるポリシリ層５０６に連成梁１０４を形成する本実施例１の製法に関する第１の効果を述べる。第１の効果は、連成梁１０４を両振動子１０ａ，１０ｂの形成と同じくＭＥＭＳプロセスを基本とした工程で形成することができるため、連成梁１０４を両駆動錘１００に位置精度を良く接続することができる点である。
【０１２７】
また、製法に関する第２の効果は、駆動錘１００、検出錘１０１等の可動部分を一度可動状態にした後に、更に充填材５０４でこれらを固定してから、連成梁１０４を形成するため、連成梁１０４を形成する際に駆動錘１００、検出錘１０１等の可動部分や電極が、他の部分、たとえば固定部などに固着する可能性を抑制することができる点である。
［実施例２］
図５〜６を用いて、実施例２について説明する。
【０１２８】
図５に実施例２における角速度センサの上面図を示す。また、図６は図５におけるＢ−Ｂ線での断面図を示す。
【０１２９】
図５に示すように、基板層１に駆動梁固定部２０７によって一端を固定された駆動梁１０１ｂに支持された駆動錘１００がある。この駆動錘１００は、その駆動梁１０１ｂによって図示の駆動方向に対しては変位可能であるが、図示の検出方向に対しては変位しない。
【０１３０】
駆動錘１００は、駆動方向に駆動錘１００を振動させるために駆動力を発生させる櫛歯型の駆動電極２０２を備える。この駆動電極２０２は、駆動錘１００から駆動方向に突出した可動駆動電極２０２ａと、駆動電極固定部２０１ａに設置され駆動方向に突出した固定駆動電極２０２ｂとで構成され、互いに駆動方向にかみ合わせられた櫛歯型の構造をしている。そして、可動駆動電極２０２ａと固定駆動電極２０２ｂとの間に電位差を与えることで静電引力が発生し、駆動錘１００は固定駆動電極２０２ｂ側に引き寄せられる。駆動錘１００の駆動方向に対して、駆動錘１００の両側にこの駆動電極２０２を配置し、交互に電位差を加えるとこの駆動錘１００はより効率的に駆動方向に振動するようになる。
【０１３１】
また、駆動錘１００に検出梁２０６で支持された検出錘１０１を設ける。この検出錘１０１は、検出方向に弾性を有する検出梁２０６によって支持されているため、駆動錘１００に対して相対的に検出方向へ変位可能である。更に望ましくは、駆動錘１００に対して相対的に駆動方向に対しては変位しない構造となっている。
【０１３２】
検出錘１０１は、検出方向の変位を検出できるよう駆動方向に突出した可動検出電極２０４ａを備える。この可動検出電極２０４ａは、検出錘１０１が変位する検出方向において、基板層１に固定された検出電極固定部２０３から駆動方向に突出した固定検出電極２０４ｂと面対向するように配置されている。検出錘１０１が検出方向に変位すると、可動検出電極２０４ａと固定検出電極２０４ｂとの間隔が変化し、それに伴い可動検出電極２０４ａと固定検出電極２０４ｂとの間の静電容量が変化する。この静電容量の変化量を検出することによって、検出方向における検出錘１０１の変位量を得ることができる。なお、既存のＣ／Ｖ変換回路等を用いることで、この静電容量値の変化を電圧値として取り出すことが可能である。
【０１３３】
詳細な動作説明は前述した実施例１と同等のため省略するが、実施例１同様に本実施例２の構成でも外部加速度成分を除去するためにこれらのユニットを２つ有する。そして、これら各ユニットの検出錘１０１及び駆動錘１００からなる振動子１０ａ，１０ｂの駆動方向への振動を機械的カップリングにより同一周波数でかつ逆相で振動させるための連成梁１０４を備える。ここでもこの連成梁１０４は、駆動錘１００や検出錘１０１などとは別の層で作られる。また、連成梁１０４は、実施例１と同様に連成梁１０４は、固定ポスト１０４ａ−梁部１０４ｂ−中央部バネ形状部１０４ｅ−梁部１０４ｂ−固定ポスト１０４ａの順番で、カップリング対象を接続している。但し、本実施例２と実施例１とは、カップリング対象が異なり、本実施例２では連成梁１０４は各検出錘１０１を接続している。
【０１３４】
このため本実施例２では、いずれの振動子１０ａ，１０ｂも重心位置が駆動錘１００上に存在せず、検出錘１０１の中心部分にある。この場合、検出錘１０１は駆動錘１００に対して検出梁２０６駆動方向には変位しない構造であるため、駆動方向へ駆動錘１００と共に振動する。このため検出錘１０１の中心、すなわち振動子１０ａ，１０ｂの重心位置同士を連成梁１０４で繋いでも、実施例１と同様な連成梁１０４の効果が得られる。
【０１３５】
また、角速度が加わった際はコリオリ力によって、それぞれの検出錘１０１が検出方向に沿って逆方向へ変位するため、連成梁１０４（中央部バネ形状部１０４ｅ）には少なくとも駆動方向と同時に検出方向へも弾性的に検出錘１０１同士を連結する機能が必要となる。例えば、図５のように連成梁１０４を折り返しバネを組み合わせた形状とすることで、連成梁１０４は駆動方向と検出方向にそれぞれ弾性を持つものとなる。すなわち、中央部バネ形状部１０４ｅは、駆動方向に弾性を有する梁部と、検出方向に弾性を有する梁部とを別々に有している。これにより、前述の実施例１に比べて駆動方向の弾性と検出方向の弾性とを別々に設計することができるとともに、実施例１に比べて検出方向への弾性を下げることができる。
【０１３６】
また、検出錘１０１を連成梁１０４の機械的カップリングで接続するという構造は以下のようなメリットも生む。すなわち、２つの振動子１０ａ，１０ｂが振動する駆動周波数が逆相振動モードの共振周波数で同一になるのと同様に、２つの検出錘１０１の検出方向に振動する固有振動数がやはり同様に逆振動モードの同一共振周波数を持つようになり、コリオリ力による検出錘１０１の変位量を同じ振幅にできるという点である。
【０１３７】
ところで、ある固有の共振振動周波数を持つ物体に力が作用する際には、その共振周波数と作用する力の周波数との比によって物体が変位する量が変わるという一般的な特性がある。これを角速度センサで考えると、検出錘１０１に作用するコリオリ力に置き換えることができる。前述のように、コリオリ力は、検出錘１０１の振動する周波数に同期して現れる。２つの検出錘１０１の変位量は検出電極２０４の容量変化として捉えられ、外部からの加速度成分をキャンセルするために差動を取っている。２つの検出錘１０１のコリオリ力による変位量に差があると、それがオフセットとして現れ、角速度センサの感度変動の要因となる。よって、２つの検出錘１０１の共振周波数が同じであるほうが望ましく、連成梁１０４により検出錘１０１同士を接続する構成を採る本実施例２のメリットは、２つの振動子１０ａ，１０ｂ間の駆動方向と同時に検出方向の共振をそれぞれ同じにすることができ、検出錘１０１のコリオリ力による変位量を同じにすることができる点である。
［実施例３］
図７〜８を用いて、実施例３について説明する。
【０１３８】
図７に実施例３における角速度センサの上面図を示す。また、図８は図７におけるＣ−Ｃ線での断面図を示す。
【０１３９】
実施例１および実施例２においては、連成梁１０４の質量に起因する基板の延設方向における振動子１０ａ，１０ｂの傾きを抑えるため、連成梁１０４とそれぞれの振動子１０ａ，１０ｂの接続点を、振動子１０ａ，１０ｂの重心位置にしていた。
【０１４０】
しかし、図７に示すように、接続したい対象、ここでは駆動錘１００同士を接続したい場合には、それらが最も近くなる部分同士を最短距離の連成梁１０４で接続してもよい。
【０１４１】
ここで、駆動錘１００は、駆動方向に沿った第１部位１００ａと、この第１部位１００ａの端部に接続された第２部位１００ｂとにより構成されている。そして、図６に示すように、振動子１０ａの第２部位１００ｂの端面のうち、他方の振動子１０ｂに近い側の端面には、延長部１００ｃが設けられている。この振動子１０ａの延長部１００ｃと、振動子１０ｂの延長部１００ｃとは、連成梁１０４により接続されている。
【０１４２】
この場合、実施例１や実施例２に比べて連成梁１０４の質量を少なくすることができるため、振動子１０ａ，１０ｂが回転方向に沿った方向に垂れ下がることを抑えることができる。
【０１４３】
このような配置は、連成梁１０４の質量による振動子１０ａ，１０ｂの傾きが重心位置に取り付けていなくても問題にならない場合に特に有効である。
［実施例４］
図９〜１０を用いて、実施例４について説明する。
【０１４４】
図９に実施例４における角速度センサの上面図を示す。また、図１０は図９におけるＤ−Ｄ間での断面図を示す。
【０１４５】
実施例４では、実施例２の構造に加えて、振動子１０ａ，１０ｂに取り付けられている連成梁１０４に対して、振動子１０ａ，１０ｂの反対側の面にも、同一の構造の裏面連成梁１０５を設置したものである。さらに、裏面連成梁１０５を設置するために、少なくともその裏面連成梁１０５が設置される部分の基板層１を除去している。
【０１４６】
基板層１の裏面連成梁１０５の設置部分の除去は、裏面連成梁１０５を形成する前に、基板層１の素子形成層３に対して逆面側に、取り除きたい部分以外のところをレジスト等で保護した後に、ウエットエッチ等で除去し、残った貼合わせ酸化膜層２をドライエッチ等で除去することでなされる。さらに、しかる後に連成梁１０４と同等の工程で裏面連成梁１０５を形成することができる。
【０１４７】
本実施例４に関する効果は、例えば実施例２などにおいて振動子１０ａ，１０ｂと連成梁１０４とを異なる材質で作製した場合、熱膨張係数の違いにより温度変化によって振動子１０ａ，１０ｂが連成梁１０４に引っ張られ（もしくは押され）て反ってしまうことが考えられる。そうすると、振動錘１００の振動方向に対する振動の方向にズレが生じ振動ロスが発生する。更には、検出方向にも振動成分が発生すると、それがノイズ信号となって検出信号に重畳しセンサの検出精度を損なう可能性がある。すなわち、検出振動又は駆動振動が、基板層１の延設方向に沿ってなされない可能性がある。
【０１４８】
そこで、実施例４のように連成梁１０４と同一構造の裏面連成梁１０５を設置することで、熱膨張係数の違いによる連成梁１０４からの応力を裏面連成梁１０５の応力で相殺し、振動子１０ａ，１０ｂの反りを抑制することができる効果がある。
【０１４９】
なお、連成梁１０４と裏面連成梁１０５は同じ形状，重量であると、さらに上記効果を奏することができる。また、連成梁１０４と接続対象（振動子１０ａ，１０ｂ）との接続点の真裏に、裏面連成梁１０５と接続対象（振動子１０ａ，１０ｂ）との接続点が設けられると、さらに上記効果を奏することができる。
［実施例５］
図１１を用いて、実施例５について説明する。
【０１５０】
本実施例５では、実施例１に加えて、少なくとも連成梁１０４の１つの固定ポスト１０４ａから更に連成梁１０４を延伸して、駆動方向および検出方向に変形可能なバネ部３０１の一端と接続している。また、更にそのバネ部３０１の他端を基板層１に固定された連成梁固定部３０２に接続している。連成梁固定部３０２には、連成梁固定部３０２にてワイヤボンディング等で電気的な接続ができるよう、ボンディングパッド３０３を設ける。
【０１５１】
本実施例５に関する効果は、駆動錘１００を駆動電極２０２で発生させる静電気力により振動させる際、駆動錘１００側に取り付けられた可動駆動電極２０２ｂと固定駆動電極２０２ａの間に電圧差を発生させる必要がある。したがって、可動駆動電極２０２ｂすなわち駆動錘１００に電圧を印加する仕組みが必要である。従来の技術では検出梁固定部２０５にアルミボンディングパッドなどを設置し、そこからワイヤボンディングを通じて電圧を供給するという方法が一般的に取られている。検出梁固定部２０５から検出梁２０６、検出錘１０１、駆動梁１０１ｂと通ってきた電流は駆動梁１０１ｂの付け根から駆動錘１００に向かって電位の分布を形成する。理想的には可動駆動電極２０２ｂへの電荷分布は均一であるのが望ましい。駆動錘１００には電気的に導体な材質で作られているが少なからずシート抵抗を持っているので、なるべく対称な位置から電圧の印加をすることが望ましい。そのためには従来方式では検出梁固定部２０５の４つの部分すべてから同じ電圧を印加するようワイヤボンディングを施す必要がある。これでは、アルミボンディングパッドの数が増え、ワイヤボンディングの数もそれだけ多く必要となりセンサが大型化してしまう。
【０１５２】
それに対して本実施例５の構造では、駆動錘１００の重心位置、すなわち中心部分から電圧を印加できるため、可動駆動電極２０２ｂの電位の分布をほぼ均一にすることができる上、ボンディングパッド３０３は少なくとも１つで済むため、チップの小型化が可能となる。
【０１５３】
更に、本実施例５の構造では、連成梁１０４を駆動方向側に延設して、バネ部３０１を介して、振動子１０ａ，１０ｂが一直線上に基板層１に固定されている。これにより、駆動振動の振動方向が本来振動すべき固定部に対する駆動方向に対して精度よく振動するようになる。これはバネ部３０１が駆動方向に対して弾性を持っているため、駆動方向により動きやすいよう駆動錘１００の振動をさせるためである。従って、前述の実施例１と同等以上に、検出精度を向上することができる。
［実施例６］
図１２〜図１４を用いて実施例６について説明する。
【０１５４】
本実施例６は、両ユニットが形成されてなる同一基板に対向するキャップ基板側に連成梁１０４が形成されている点で、前述の各実施例と異なる。なお、前述の各実施例と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例６における説明を省略する。
【０１５５】
図１２は実施例１における図１に相当する。図１３は、図１２のＥ−Ｅ線における断面図であって実施例１における図２に相当する。この図１２に示すように、本実施例６の角速度センサは、センサエレメントが形成されたＳＯＩ基板５と、このＳＯＩ基板５に対向するように設けられたキャップ基板４とを接合する、所謂ＷＬＰ（ウェハー・レベル・パッケージ）により構成させている。すなわち、両ユニットや、連成梁１０４は、ＳＯＩ基板５の基板層１と、キャップ基板４との間に封止された構造である。また、この封止空間が真空又は減圧された空間となっている。なお、ユニットや連成梁１０４の構造に関しては、図１２の形状以外にも、前述の各実施例における構造を採用することができる。
【０１５６】
ここで、キャップ基板４について説明する。図１３に示すように、キャップ基板４は、両ユニットが形成されるＳＯＩ基板５と同様にＳＯＩ基板を加工したものである。そして、連成梁１０４は、このキャップ基板４のシリコン酸化膜層４２及び素子形成層４３により形成されるキャップ基板側固定ポスト１０４ｄと、支持バネ部１０４ｆを介してキャップ側固定ポスト１０４ｄと梁部１０４ｂとを接続する支持梁部１０４ｃと、キャップ基板４の素子形成層４３により形成される梁部１０４ｂと、梁部１０４ｂとＳＯＩ基板５（駆動錘１００）との間に設けられる固定ポスト１０４ａとからなる。
【０１５７】
連成梁１０４は、駆動錘１００同士を接続する場合であっても、検出錘１０１を接続する場合であっても、駆動方向および検出方向に弾性を有する必要がある。そこで、図１３に示すように、中央部バネ形状部１０４ｅおよび梁部１０４ｂおよび支持梁部１０４ｃと、キャップ基板４の基板層４１との間のキャップ基板側の酸化膜層４２を除去することで、連成梁１０４がキャップ基板４の延設方向に沿うように、駆動方向および検出方向に弾性を有するようにしている。
【０１５８】
次に、この連成梁１０４がキャップ基板４にどのように支持されているかを説明する。図１４は、図１３のＦ−Ｆ線における断面からキャップ基板側を見た上面図である。この図１４に示すように、連成梁１０４は、キャップ基板４の固定ポスト１０４ｄによりキャップ基板の基板層４１に固定されている。すなわち、キャップ基板４の固定ポスト１０４ｄに相当する箇所は、ＳｉＯ２層が除去されていない。一方、支持バネ部１０４ｆ、および、梁部１０４ｂ、および、支持梁部１０４ｃとキャップ基板４の基板層４１との間には空間が設けられている。すなわち、支持バネ部１０４ｆ、および、梁部１０４ｂ、および、支持梁部１０４ｃに相当する箇所（キャップ基板４の基板層４１）の酸化膜層４２は除去されており、この除去された空間が空間となっている。さらに、キャップ基板４の素子形成層４３のうち、連成梁１０４の周囲には、連成梁絶縁空間１０４ｇが設けられている。これにより、支持バネ部１０４ｆと支持梁部１０４ｃと梁部１０４ｂとは、キャップ基板４の延設方向に可動な状態で、キャップ基板４に支持されている。
【０１５９】
ところで、コリオリ力が作用すると両駆動錘１００が互いに逆方向への変位するため、一方の固定ポスト１０４ａは検出方向のプラス方向へ、一方の固定ポスト１０４ａは検出方向のマイナス方向へ変位する。そこで、図１４では、支持バネ部１０４ｆは、中央部バネ形状部１０４ｅと同様に弾性を有している。このため駆動錘１００又は検出錘１０１の振動が、固定ポスト１０４ａを通じて支持バネ部１０４ｆ及び中央部バネ形状部１０４ｅを駆動方向及び検出方向に撓ませる。なお、図１４では、支持梁部１０４ｃは一方向への弾性を有する形状となっているが、梁部１０４ｂのように２方向への弾性を有する形状、例えば折り返しバネ形状としても良い。
【０１６０】
次に、ＳＯＩ基板５とキャップ基板４との接合について説明する。キャップ基板４の素子形成層４３の周辺部１０３ｂであって、ＳＯＩ基板５と接合した際にＳＯＩ基板５の可動部分（両振動子１０ａ，１０ｂ）に相当しない箇所に、低融点ガラスからなる接着層４４ａを形成する。また、同時に、キャップ基板側の素子形成層４３からなるキャップ基板側固定ポスト１０４ｄの表面上であって、ＳＯＩ基板側の連成をさせる対象（駆動部又は検出部）に相当する箇所にも低融点ガラスからなる接着層４４ｂを形成する。このＳＯＩ基板側の連成をさせる対象（駆動部又は検出部）に相当する箇所に塗布された低融点ガラスが、連成梁１０４と連成対象とを接続する固定ポスト１０４ａとなる。なお、この低融点ガラスからなる固定ポスト１０４は、前述の実施例１のように連成対象の重心に設けられても良いし、実施例２のように連成対象のうち互いに近い側同士を接続するように設けられても良い。また、位置決め精度の都合上、固定ポスト１０４と梁部１０４ｂとが接続する箇所は、梁部１０４ｂが太くなっていることが望ましい。
【０１６１】
このように、キャップ基板側に連成梁１０４を設けることで、前述の各実施例の効果を奏するとともに、振動子１０ａ，１０ｂを封止した構造とすることができる。連成梁１０４を設ける場合、可動部分とＳＯＩ基板側の基板層１との間の微小空間に加えて、連成梁１０４と接続対象（振動子）との間にも微小空間が発生する。このような微小空間に、ダイシング時のパーティクル等が挟まってしまうと、正常な検出ができなくなる可能性がある為、キャップ基板４を用いて、可動部分とＳＯＩ基板側の基板層１との間の微小空間、及び、連成梁１０４と接続対象との間にも微小空間の両方を封止することで、パーティクル等による不具合の可能性を減らすことができる。
【０１６２】
また、連成梁１０４の弾性係数を、中央部バネ形状部１０４ｅと支持バネ部１０４ｆの両方で調整をすることができる為、弾性係数の設計自由度を高めることができる。
【０１６３】
なお、図示していないが、キャップ基板とＳＯＩ基板５とを貼り合せた（連成梁１０４と連成対象とを接続した）後にダイシングすれば、ダイシング時のパーティクルが封止空間内に入ることが無い為、微小空間にパーティクルが挟まるという不具合を防止することができる。
【０１６４】
また、接着層４４ｂは、連成梁１０４と各ユニットの固定部とを離間させるスペーサの役割と、連成梁１０４と連成をさせる対象（駆動部又は検出部）とを接続させる接続部材としての役割を有するものであれば、低融点ガラスでなくても良い。
【０１６５】
接着層４４ｂとしてＳｉＯ２を用いて、連成梁１０４と連成対象（駆動部又は検出部）とを接続した場合、連成梁１０４と連成対象とを絶縁することができる。また、接着層４４ｂとしてアルミ等の導電性部材を用いて、連成梁１０４と連成対象（駆動部又は検出部）とを接続した場合、連成梁１０４と連成対象とを導通することができる。この場合キャップ基板側固定ポスト１０４ｄと接続する貫通電極をキャップ基板４の基板層４１に設けると、キャップ基板４の基板層側から駆動信号の印加や検出信号の取り出しを行うことができる。なお、接着層４４ｂとしてのＳｉＯ２と連成対象としてのシリコンとは直接接合により接続することが可能である。同様に接着層４４ｂとしてのアルミと連成対象としてのシリコンとは直接接合により接続することが可能である。
［実施例７］
図１５を用いて実施例７について説明する。この実施例７は連成梁１０４の具体的な形状についての例である。
【０１６６】
本実施例７では、図１５に示すように、連成梁１０４は、２つの振動子１０ａ，１０ｂの厚み方向へ弧状に形成されている。この弧状の連成梁１０４は図１５に示す駆動方向および検出方向に弾性的に２つの振動子１０ａ，１０ｂを連結しており、機械的にカップリングさせることで、駆動方向および検出方向について振動子を同一周波数で逆相振動のモードを実現できる。
【０１６７】
この弧状の連成梁１０４の振動子１０ａ，１０ｂでの固定部は、振動子１０ａ，１０ｂの重心を含む位置であるのがより望ましい。それは前出の理由と同様、連成梁１０４の重量により振動子１０ａ，１０ｂが傾くことによるセンサ出力の精度悪化を防ぐことができる。
【０１６８】
この形状の連成梁１０４は、前記のＭＥＭＳプロセスを使った連成梁形成方向に因らず、もっと簡易的にボンディングワイヤで連結するという方法でも実現できる。
［実施例８］
図１６を用いて実施例８について説明する。この実施例８は連成梁１０４の具体的な形状についての例である。
【０１６９】
本実施例８では、図１６に示すように連成梁１０４の中央部バネ形状部１０４ｅの形状を、基板層１の延設方向に平行な面上において、円形状にしている。この円形状の中央部バネ形状部１０４ｅを持つ連成梁１０４は図１６に示す駆動方向および検出方向に弾性的に２つの振動子１０ａ，１０ｂを連結しており、機械的にカップリングさせることで、駆動方向および検出方向について振動子を同一周波数で逆相振動のモードを実現できる。
【０１７０】
また、中央部バネ形状部１０４ｅは図示の真円形でなく検出方向に長い楕円形もしくは駆動方向に長い楕円形でもよい。楕円形にすることで、駆動方向と検出方向のそれぞれに対する連成梁１０４が振動子１０ａ，１０ｂを連結する硬さを自由に設定することができる。例えば、検出方向に長い楕円形にした場合は、駆動方向の連成梁１０４が２つの振動子１０ａ，１０ｂを連結する硬さがやわらかくなる。それによるメリットは、楕円形状にすると振動子１０ａ，１０ｂが駆動方向および検出方向に変位する場合の連成梁１０４の連結している硬さを自由に変えることで、振動子１０ａ，１０ｂの駆動方向および検出方向の振動モードの周波数をある程度自由にコントロールできることである。これにより、駆動梁１０２や検出梁２０６と合わせて振動子１０ａ，１０ｂの周波数設計ができるようになる。
［実施例９］
図１７を用いて実施例８について説明する。この実施例９は連成梁１０４の具体的な形状についての例である。
【０１７１】
本実施例９では、図１７に示すように連成梁１０４の中央部バネ形状部１０４ｅの形状を、基板層１の延設方向に平行な面上において、菱形状としている。この菱形状の中央部バネ形状部１０４ｅを持つ連成梁１０４は図１７に示す駆動方向および検出方向に弾性的に２つの振動子１０ａ，１０ｂを連結しており、機械的にカップリングさせることで、駆動方向および検出方向について振動子を同一周波数で逆相振動のモードを実現できる。
【０１７２】
また、中央部バネ形状部１０４ｅの延設方向とたとえば駆動方向とが成す角度が図１７に示すような４５°でなく、その角度を０〜９０°（鋭角値）の範囲内で自由に設定してもよい。中央部バネ形状部１０４ｅをその様な形状にすることで、駆動方向と検出方向のそれぞれに対する連成梁１０４が振動子１０ａ，１０ｂを連結する硬さを自由に設定することができる。例えば、中央部バネ形状部１０４ｅの延設部分と駆動方向とが成す角度を４５°以上とした場合は、駆動方向の連成梁１０４が２つの振動子１０ａ，１０ｂを連結する硬さがやわらかくなる。
【０１７３】
それによるメリットは、実施例８と同様振動子１０ａ，１０ｂが駆動方向および検出方向に変位する場合の連成梁１０４の連結している硬さを自由に変えることで、振動子１０ａ，１０ｂの駆動方向および検出方向の振動モードの周波数をある程度自由にコントロールできることである。これにより、駆動梁１０２や検出梁２０６と合わせて振動子１０ａ，１０ｂの周波数設計ができるようになる。
［実施例１０］
図１８〜図１９を用いて実施例１０について説明する。
【０１７４】
本実施例１０は、一方の振動子１０ａの駆動錘１００と他方の振動子１０ａの駆動錘１００とを接続する駆動用連成梁１０４１と、一方の振動子１０ａの検出錘１０１と他方の振動子１０ａの検出錘１０１とを接続する検出用連成梁１０４２の両方を有している点で、前述の各実施例と異なる。
【０１７５】
図１８は実施例１における図１に相当する。図１９は、図１８のＧ−Ｇ線における断面図であって実施例１における図２に相当する。この図１８に示すように、本実施例１０の駆動用連成梁１０４１は、実施例１における連成梁１０４と同じ構造である。
【０１７６】
以下、本実施例１０特有の検出用連成梁１０４２について説明する。検出用連成梁１０４２は、一方の振動子１０ａの検出錘１０１と他方の振動子１０ｂの検出錘１０１とを接続するものである。この検出用連成梁１０４２は、駆動方向および検出方向に弾性を有している。このため、検出錘１０１にコリオリ力が印加された場合、一方の振動子１０ａの検出錘１０１が変位する方向と真反対の方向に、他方の振動子１０ｂの検出錘１０１が変位する。すなわち、検出用連成梁１０４２は、前述の実施例２に記載された検出錘１０１同士を接続した連成梁１０４と同様の連成機能を有する。
【０１７７】
なお、この検出用連成梁１０４２は、振動子１０ａ，１０ｂを構成する素子形成層３をエッチング加工して形成されている。すなわち、この検出用連成梁１０４２は、実施例１の図３（ａ）〜（ｆ）における可動部分の形成工程において、振動子１０ａ，１０ｂと同時に形成されるものである。
【０１７８】
このように、駆動用連成梁１０４１を、検出用連成梁１０４２とは別の層で形成することにより、駆動錘１００同士、及び、検出錘１０１同士が連成動作を行う構造とすることができる。すなわち、振動子１０ａ，１０ｂが形成される層と同じ層において検出用連成梁１０４２が形成される領域に、検出用連成梁１０４２以外の機能を有する部位（駆動用連成梁１０４１）を形成することができる。
【０１７９】
このような構成を有する本実施例１０の角速度センサは、前述の実施例１および２の両方の効果を奏するとともに、検出振動及び駆動振動にかかる連成機能（駆動用連成梁１０４１及び検出用連成梁１０４２）が同じ半導体プロセスにて形成されるため、両連成梁の製造精度が高く実施例１および２以上の検出精度を得ることが可能である。
【０１８０】
なお、本実施例１０と実施例６とを組み合わせて、振動子１０ａ，１０ｂとは別の層に形成する連成梁（駆動用連成梁１０４１）をＷＬＰのキャップ基板内に形成しても良い。
【０１８１】
また、前述の実施例２のように、検出用連成梁１０４２を振動子１０ａ，１０ｂが形成される層とは別の層で形成する構成においては、駆動用連成梁１０４１を振動子１０ａ，１０ｂが形成される層と同じ層で形成しても良い。
［実施例１１］
図２０〜図２１を用いて実施例１１について説明する。図２０は角速度センサの上面図であり、図２１は図２０の連成梁１０４を除去した場合の上面図である。
【０１８２】
本実施例１１の角速度センサは、前述の実施例２の構成に加えて、外側の駆動錘１００と内側の検出錘１０１との間に、中間錘６００が形成されている点と、この一方の振動子１０ａの中間錘６００と他方の振動子１０ｂの中間錘６００とが連成梁１０４により接続されている点が特徴である。
【０１８３】
駆動錘１００は、一端が駆動梁固定部２０７に固定された駆動梁２０６により、駆動方向に変位可能に支持されている。そして、駆動錘１００の内側に接続され検出方向に弾性を有する駆動側中間梁６０１を介して、中間錘６００が支持されている。中間錘６００の内側には、中間錘６００の内側に接続され駆動方向に弾性を有する検出側中間梁６０２を介して、検出錘１０１が支持されている。検出錘１０１は、検出方向に弾性を有する検出梁１０１ｂを介して検出梁固定部２０５に支持されている。すなわち、中間錘６００は検出方向及び駆動方向に可動であり、検出錘１０１は検出方向に可動であり、駆動錘１００は駆動方向に可動な構成となっている。また、駆動梁固定部２０７−駆動梁２０６−駆動錘１００−駆動用中間梁６０１−中間錘６００−検出用中間梁６０２−検出錘１０１−検出梁１０１ｂ−検出梁固定部２０５の順番で接続され、駆動錘外側の駆動梁固定部２０７と、駆動錘内側の検出梁固定部２０５とにより各錘が支持されている構成となっている。
【０１８４】
以下、この角速度センサの検出動作について説明する。駆動錘１００の駆動方向に沿った駆動振動は、中間錘６００に伝達され、この中間錘６００を駆動方向に振動させる。この時、検出錘１０１は、検出梁固定部２０５に固定され検出方向に弾性を有する（望ましくは駆動方向には弾性を有さない）検出梁１０１ｂに接続されているため、駆動方向には振動しない。
【０１８５】
このように中間錘６００が駆動振動している際に、回転方向への角速度が印加されると、駆動錘１００及び中間錘６００にコリオリ力が発生する。この時、駆動錘１００は、駆動梁固定部２０７に固定され駆動方向に弾性を有する（望ましくは検出方向には弾性を有さない）駆動梁２０６に接続されているため検出方向には振動しないが、検出方向に弾性を有する駆動用中間梁６０１に支持された中間錘６００は検出方向に振動する。そして、この中間錘６００の検出方向への変位は、駆動方向に弾性を有する（望ましくは検出方向には弾性を有さない）検出用中間梁６０２を介して検出錘１０１に伝達される。そして、検出方向に弾性を有する検出梁１０１ｂに支持された検出錘１０１は検出方向に変位する。この検出錘１０１の変位を検出電極２０４で検出することにより、コリオリ力を検出することができる。
【０１８６】
さらに、本実施例１１では、一方の振動子１０ａの中間錘６００と、他方の振動子１０ｂの中間錘６００とが、検出方向及び駆動方向に弾性を有する連成梁１０４により接続されている。より具体的には、四角枠形状の中間錘６００の各枠の中点（中心）付近に、連成梁１０４の固定ポスト１０４ａが設けられる。このように錘が枠形状である場合には、全固定ポスト１０４ａを繋いでなる平面の重心位置と錘の重心位置とが重なるように固定ポスト１０４ａを配置すれば、錘の重心位置に固定ポスト１０４ａを設けた場合と同様の作用効果を奏することができる。
【０１８７】
これらの構成により、前述の各実施例と同様、両振動子における中間錘６００の変位を連成することができる。このため、前述の各実施例と同様の効果を奏することができる。
【０１８８】
また、連成梁１０４を振動子１０ａ，１０ｂと同じ平面上に形成する場合に比べて、チップサイズを低減できるとともに、従来のように駆動錘１００をコの字形状にして連成梁１０４を設ける必要がないため、駆動錘１００の剛性を向上することができる。
［その他の実施例］
前述の実施例１〜１０においては、駆動錘１００が枠形状であり駆動錘１００の内側に検出錘１０１が存在する構成、又は、検出錘１０１が枠形状であり検出錘１０１の内側に駆動錘１００が存在する構成、を例に説明をおこなったが、必ずしも外周側の錘が枠形状でなくても良い。例えば、Ｈ型であっても良いし、コの字型であっても良い。
【０１８９】
各実施例を任意に組み合わせることも可能である。例えば実施例４の構成（表面、裏面の両方に連成梁を接続）と実施例１０（両検出錘同士を連成するとともに、両駆動錘同士を連成する構造）とを組み合わせるなどしても良い。
【０１９０】
また、例えば実施例４の構成（表面、裏面の両方に連成梁を接続）と実施例１０（両検出錘同士を連成するとともに、両駆動錘同士を連成する構造）とを組み合わせるなどしても良い。
【０１９１】
図５のような折り返しバネを組み合わせた中央部バネ形状部１０４ｅ、または、図１６のような円形状、または、図１７のような菱形状を図１、図７、図１１、図１２、図１８、図２０に適用しても良い。
【０１９２】
図１０のように、素子形成層３の表裏に連成梁１０４を設置する構成を図１、図７、図１１、図１２、図１６、図１７、図１８、図２０に適用しても良い。
【０１９３】
図１２のように、キャップ基板４に連成梁１０４を設置する構成を図５、図１１、図１６、図１７、図１８、図２０に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１９４】
【図１】本発明の第１の実施例に係わる角速度センサの概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係わる角速度センサ、特に連成梁部の製造方法を示す工程図であって、第１工程から第９工程を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係わる角速度センサ、特に連成梁部の製造方法を示す工程図であって、第１０工程から第１６工程を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係わる角速度センサの概略平面図である。
【図６】図５中のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係わる角速度センサの概略平面図である。
【図８】図５中のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】本発明の第４の実施例に係わる角速度センサの概略平面図である。
【図１０】図９中のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施例に係わる角速度センサの概略平面図である。
【図１２】本発明の第６の実施例に係わる角速度センサの概略平面図である。
【図１３】図１２中のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４】本発明の第６の実施例に係わる角速度センサの概略平面図のうち特に連成梁形状を表した図である。
【図１５】本発明の第７の実施例に係わる角速度センサの概略鳥瞰図のうち特に連成梁形状を表した図である。
【図１６】本発明の第８の実施例に係わる角速度センサの概略平面図である。
【図１７】本発明の第９の実施例に係わる角速度センサの概略平面図である。
【図１８】本発明の第１０の実施例に係わる角速度センサの概略平面図である。
【図１９】図１８中のＧ−Ｇ断面図である。
【図２０】本発明の第１１の実施例に係わる角速度センサの概略平面図である。
【図２１】図２０から連成梁を除去した角速度センサの概略平面図である。
【符号の説明】
【０１９５】
１…基板層
２…シリコン酸化膜
３…素子形成層
４…キャップ基板
４１…キャップ基板の基板層
４２…キャップ基板のシリコン酸化膜層
４３…キャップ基板の素子形成層
１０ａ・１０ｂ…振動子
１００…駆動錘
１０１…検出錘、
１００ａ…第１部位
１００ｂ…第２部位
１００ｃ…延長部
１０１ｂ…駆動梁
１０３ａ・１０３ｂ…周辺部
１０４・１０５…連成梁
１０４ａ・１０５ａ…固定ポスト
１０４ｂ・１０５ｂ…梁部
１０４ｃ…支持梁部
１０４ｄ…キャップ基板側固定ポスト
１０４ｅ・１０５ｅ…中央部バネ形状部
１０４ｆ…支持バネ部
１０４ｇ…連成梁絶縁空間
２０１ａ・２０１ｂ…駆動電極固定部
２０２…駆動電極
２０２ａ…固定駆動電極
２０２ｂ…可動駆動電極
２０３…検出電極固定部
２０４…検出電極
２０４ａ…可動検出電極
２０４ｂ…固定検出電極
２０５…検出梁固定部
２０６…検出梁
２０７…駆動梁固定部
３０１…バネ部
３０２…連成梁固定部
３０３…ボンディングパッド
５００…素子形成層
５０１…シリコン酸化膜
５０２…基板層
５０３・５０５…レジスト
５０４…充填材
６００…中間錘
６０１…駆動側中間梁
６０２…検出側中間梁
１０４１…駆動用連成梁
１０４２…検出用連成梁
【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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【図２１】
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