(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ−Ｙセンサ平面において角速度のＸ成分およびＹ成分を測定するための２軸センサであって、
角速度のＸ成分を測定するための第１のサブセンサと、
角速度のＹ成分を測定するための第２のサブセンサと、を備え、
角速度のＸ成分を測定するための第１のサブセンサおよび角速度のＹ成分を測定するための第２のサブセンサは、２軸センサ内の単一の気密封止部内に格納されており、第１のサブセンサ、第２のサブセンサ、および気密封止部は、単一の基板上に統合されており、
第１のサブセンサおよび第２のサブセンサは、前記単一の気密封止部内において、第１のサブセンサと第２のサブセンサとの間の音響カップリングを減少させるためのバリアシールによって分離されている、２軸センサ。
【請求項２】
前記バリアシールは、前記単一の気密封止部内において第１のサブセンサおよび第２のサブセンサの両方に対する圧力の均一化を可能とするように形成された、１つ以上の管路を備える請求項１に記載の２軸センサ。
【請求項３】
バルクシリコン製造を用いて製造される請求項１に記載の２軸センサ。
【請求項４】
第１のサブセンサおよび第２のサブセンサが２軸センサの矩形のキャビティ内に格納されていることと、前記矩形のキャビティの上方に形成された膜を備えることと、を含む請求項１に記載の２軸センサ。
【請求項５】
前記キャビティにおいて前記膜を支持する１つ以上の柱を含む請求項４に記載の２軸センサ。
【請求項６】
２軸センサのフレームが懸架されるアンカーを前記キャビティ内に提供する１つ以上の柱を含む請求項５に記載の２軸センサ。
【請求項７】
２軸センサに関連し前記単一の気密封止部の下部を形成する基準ウエハの、ウエハレベルでの統合を支持する１つ以上の柱を含む請求項５に記載の２軸センサ。
【請求項８】
前記柱は、第１のサブセンサおよび第２のサブセンサに関連した機械部品の製造中に前記膜を一時的に支持する請求項５に記載の２軸センサ。
【請求項９】
感知モード周波数用の応力分離機構を含む請求項１に記載の２軸センサ。
【請求項１０】
応力分離機構は１つ以上のビームからなる請求項９に記載の２軸センサ。
【請求項１１】
２軸センサの製造中の頑健性のための応力分離機構を含む請求項１に記載の２軸センサ。
【請求項１２】
２軸センサの感知モード周波数は２軸センサの駆動モード周波数より低い請求項１に記載の２軸センサ。
【請求項１３】
第１のサブセンサおよび第２のサブセンサに関連した機械部品の運動を制限するための１つ以上のつまみまたは溝を備えるフレームを含む請求項１に記載の２軸センサ。
【請求項１４】
第１のサブセンサは、
ａ）次を含む第１の感知サブアセンブリ、すなわち、
ｉ）Ｘ−Ｙセンサ平面に平行であり、ほぼ平坦な第１のフレーム、
ｉｉ）Ｘ−Ｙセンサ平面に配置された第１の質量体、
ｉｉｉ）Ｘ−Ｙセンサ平面において第１の質量体の側方に配置された第２の質量体、および、
ｉｖ）第１のフレーム内において第１のフレームに接続され、第１の質量体および第２の質量体に接続されており、かつ、第１の質量体および第２の質量体がＸ−Ｙセンサ平面に垂直な反対の方向に移動するように強制する第１の結合部、を含む第１の感知サブアセンブリと、
ｂ）第１の感知サブアセンブリの第１の部分を駆動周波数で振動するように駆動する第１のアクチュエータと、
ｃ）角速度のＸ成分に応じた第１の感知サブアセンブリの第２の部分の運動を感知するための第１のトランスデューサと、
を含み、
第２のサブセンサは、
ａ）次を含む第２の感知サブアセンブリ、すなわち、
ｉ）Ｘ−Ｙセンサ平面に平行であり、ほぼ平坦な第２のフレーム、
ｉｉ）Ｘ−Ｙセンサ平面に配置された第３の質量体、
ｉｉｉ）Ｘ−Ｙセンサ平面において第３の質量体の側方に配置された第４の質量体、および、
ｉｖ）第２のフレーム内において第２のフレームに接続され、第３の質量体および第４の質量体に接続されており、かつ、第３の質量体および第４の質量体がＸ−Ｙセンサ平面に垂直な反対の方向に移動するように強制する第２の結合部、を含む第２の感知サブアセンブリと、
ｂ）第２の感知サブアセンブリの第１の部分を駆動周波数で振動するように駆動する第２のアクチュエータと、
ｃ）角速度のＹ成分に応じた第２の感知サブアセンブリの第２の部分の運動を感知するための第２のトランスデューサと、を含む
請求項１に記載の２軸センサ。
【請求項１５】
第１の結合部および第２の結合部は、所望されないＺ軸運動が存在する場合に２軸センサ内のつまみおよび溝によって側方運動が制限されるように設計されている請求項１４に
記載の２軸センサ。
【請求項１６】
第１の結合部および第２の結合部は１つ以上のビームを含む請求項１４に記載の２軸センサ。
【請求項１７】
第１、第２、第３および第４の質量体の駆動運動は間接的に感知される請求項１４に記載の２軸センサ。
【請求項１８】
第１、第２、第３および第４の質量体は間接的に作動される請求項１４に記載の２軸センサ。
【請求項１９】
１つ以上の分離した電極が第１、第２、第３および第４の質量体を間接的に作動させる請求項１８に記載の２軸センサ。
【請求項２０】
前記１つ以上の分離した電極は２軸センサに関連した端板に配置されている請求項１９に記載の２軸センサ。
【請求項２１】
第１のフレームおよび第２のフレームの運動を示差的に感知するように第１のフレームおよび第２のフレームに配置された１つ以上の電極を含む請求項１４に記載の２軸センサ。
【請求項２２】
２軸センサに関連した感知モード周波数の測定におけるセルフテストモード動作中に２軸センサのフレームを回転させる１つ以上のアクチュエータを含む請求項１に記載の２軸センサ。
【請求項２３】
前記１つ以上のアクチュエータの各々は静電アクチュエータである請求項２２に記載の２軸センサ。
【請求項２４】
前記静電アクチュエータのうちの１つ以上は平行板電極構成または櫛歯電極構成を利用する請求項２３に記載の２軸センサ。
【請求項２５】
第１のサブセンサおよび第２のサブセンサに関連した１つ以上の機械部品を電磁気干渉（ＥＭＩ）から遮蔽するための１つ以上の遮蔽部を含む請求項１に記載の２軸センサ。
【請求項２６】
第１のサブセンサおよび第２のサブセンサは５００Ｈｚより大きく分離した周波数にて動作する請求項１に記載の２軸センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角速度センサに関する。より詳細には、本発明は２つの振動プルーフマスを有する面内角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度の感知は、慣性センサを用いて実施されることが多い。慣性角速度センサは、概ね、センサが第１の運動をするように駆動し、第１の運動と感知される角速度との両方に応じたセンサの第２の運動を測定することによって機能する。
【０００３】
多くの場合、センサ内の質量体（通常、プルーフマスと呼ばれる）が、アクチュエータによって、振動するように駆動される。センサの回転によって、角速度（すなわち、回転速度）に比例し、かつ、プルーフマスの速度ベクトルに対する角速度ベクトルの向きに依存するコリオリ力が、振動する質量体に働く。コリオリ力、角速度ベクトルおよび運動量ベクトルは、相互に直交している。例えば、Ｙ軸の回りを回転するセンサ内においてＸ方向に移動するプルーフマスは、Ｚ方向のコリオリ力を感じる。同様に、Ｚ軸回りを回転するセンサ内においてＸ方向に移動するプルーフマスは、Ｙ方向のコリオリ力を感じる。最後に、Ｘ軸回りを回転するセンサ内においてＸ方向に移動するプルーフマスは、コリオリ力を感じない。プルーフマスに働くコリオリ力は、通常、コリオリ力に応じたセンサ内の運動の測定によって、間接的に感知される。
【０００４】
最近では、マイクロマシニング技術（ＭＥＭＳ技術としても知られている）の発展によって、様々なＭＥＭＳ角速度慣性センサが開発されている。ＭＥＭＳ技術は基本的に平面的な技術であり、面内運動を駆動するのに適切なＭＥＭＳアクチュエータは、面外運動を駆動するのに適切なＭＥＭＳアクチュエータと著しく異なる傾向にある。同様に、コリオリ力に応じた面内運動の測定に適切なＭＥＭＳセンサは、コリオリ力に応じた面外運動の測定に適切なＭＥＭＳセンサと著しく異なる傾向にある。この差は、構造的な差および性能的な差の両方である。
【０００５】
面内ＭＥＭＳ角速度センサは、上述の運動量、角速度およびコリオリ力の直交性のため、面内角速度成分を検出するには、面外運動を駆動するか、または面外運動を感知する必要がある。対照的に、面外ＭＥＭＳ角速度センサは、面外角速度成分を検出するために、直交する２つの面内運動を駆動し、感知することが可能である。ＭＥＭＳ技術の平面的な性質のため、面内ＭＥＭＳセンサおよび面外ＭＥＭＳセンサは著しく異なる傾向にある。
【０００６】
一部の既知の面内ＭＥＭＳ角速度センサは、２つのプルーフマスが振動するように駆動する。例えば、カルダッレリ（Ｃａｒｄａｒｅｌｌｉ）による特許文献１では、面内ＭＥＭＳセンサが教示されている。カルダッレリの配置では、装置平面はＹＺ平面である。第１の実施形態において、カルダッレリは、２つの質量体が±Ｙ方向（すなわち面内）に揺動することを教示している。Ｚ軸の回りの角速度によって、２つの質量体に対し、Ｘ方向のコリオリ力が生じる。２つの質量体は、その質量体に対するＸ方向の力によってＺ方向のトルクをジンバルに供給するように、Ｚ軸回りに回転可能なジンバルに取り付けられている。この２つの質量体は、反対向きの速度を有するように揺動するので、２つのコリオリ力によって、ジンバルに対してＺ軸の回りに正味のトルクが供給される。Ｚ軸回りのジンバルの運動が感知される。
【０００７】
第２の実施形態において、カルダッレリは、２つの質量体が±Ｘ方向（すなわち面外）
に揺動することを教示している。Ｚ軸の回りの角速度によって、２つの質量体に対し、Ｙ方向のコリオリ力が生じる。２つの質量体は、その質量体に対するＹ方向の力によってＺ方向のトルクをジンバルに供給するように、Ｚ軸回りに回転可能なジンバルに取り付けられている。この２つの質量体は、反対向きの速度を有するように揺動するので、２つのコリオリ力によって、ジンバルに対してＺ軸の回りに正味のトルクが供給される。Ｚ軸回りのジンバルの運動が感知される。
【０００８】
２つのプルーフマスが振動するように駆動する別の公知の面内ＭＥＭＳ角速度センサは、マッコール（ＭｃＣａｌｌ）らによる特許文献２により教示されている。マッコールらは、装置平面において側方に配置され、この面方向において互いに関して異なる位相で揺動する、接続されていない２つの質量体を有する面内ＭＥＭＳセンサを教示している。明確にするため、装置平面をＸＹ平面とし、揺動をＸ方向とする。センサがＹ軸回りに回転するとき、Ｚ方向のコリオリ力のため、質量体はＺ方向に振動する。質量体のＺ方向の振動が感知される。
【０００９】
カルダッレリおよびマッコールらのいずれのアプローチも、角速度の測定値から「コモンモード」の干渉を除去するという要請に動機付けられている。例えば、単一のプルーフマスを有する角速度センサは、感知されるコリオリ力と同じ方向の直線加速度を受ける場合、不正確な読取値を示すことがある。２つの質量体の場合、上述のものを含め、コリオリ力に応じるがコリオリ力と同じ方向の直線加速度にはほぼ応じない、様々な構成が可能である。通常、そのような構成は、その速度が常に等しく、かつ、反対向きであるように、２つの質量体を駆動することに依存している。等しく、かつ、反対向きの速度という条件からの逸脱は、コリオリ力に対する所望の応答を減少させるとともに、直線加速度に対する所望されない応答を増大するので、いずれも不利である。
【００１０】
しかしながら、実際には、２つの質量体を等しくかつ反対向きの速度によって駆動することは簡単でない。例えば、名目上同一で同一に取り付けられた２つの質量体は、実際には異なることがあるので、同じ作用によってこれら２つの質量体を作動させることによって、等しくかつ反対向きではない速度が供給される。同様にアクチュエータの効率も変動する傾向があるので、２つの質量体が同一で同一に取り付けられていたとしても、それら２つの質量体に接続されたアクチュエータの変動によって、やはり、等しくかつ反対向きではない速度が供給されることがある。同様に、アクチュエータに接続された回路が同一でない場合などもある。その結果、既知の２質量体面内角速度センサでは、一般に、２つの質量体の構成によって期待されるコモンモード除去が完全には達成されていない。
【特許文献１】米国特許第６，４８１，２８３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５０８，１２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の１つの目的は、反対方向に移動するように２つの質量体を機械的に強制することによってコモンモード除去を改良するために、測定精度の改良された面内角速度センサを提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、感知電子機器および駆動電子機器の垂直統合のために、費用の削減された角速度センサを提供することである。
本発明のさらなる目的は、低費用の気密パッケージを有する角速度センサを提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、より大きく、移動距離の増大したプルーフマスを提供するバルクＭＥＭＳ技術の使用のために、性能の改良された角速度センサを提供することであ
る。
【００１４】
本発明の別の目的は、質量体の移動距離を増大させるために、質量体に取り付けられたレバーアームを有し、ねじられた状態で取り付けられ、かつ、静電気学によって駆動される板の使用によって、性能が改良され、費用の削減された角速度センサを提供することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、Ｘ軸角速度センサおよびＹ軸角速度センサが同じ装置ダイ上に統合されている、低費用の２軸面内ジャイロスコープモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
一般に、一態様では、Ｘ−Ｙセンサ平面において角速度のＸ成分およびＹ成分を測定するための２軸センサについて記載する。この２軸センサは、角速度のＸ成分を測定するための第１のサブセンサおよび角速度のＹ成分を測定するための第２のサブセンサを備える。角速度のＸ成分を測定するための第１のサブセンサおよび角速度のＹ成分を測定するための第２のサブセンサは、２軸センサ内の単一の気密封止部内に格納されている。
【００１７】
特定の実施形態には、次の特徴のうちの１つ以上が含まれる。第１のサブセンサおよび第２のサブセンサは、単一の気密封止部内において、バリアシールによって分離されることが可能である。バリアシールは、第１のサブセンサと第２のサブセンサとの間の音響カップリング（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を減少させることが可能である。バリアシールは、単一の気密封止部内において第１のサブセンサおよび第２のサブセンサの両方に対する圧力の均一化を可能とするように形成された、１つ以上の管路を備えることが可能である。２軸センサはバルクシリコン製造を用いて製造されることが可能である。第１のサブセンサおよび第２のサブセンサは２軸センサの矩形のキャビティ内に格納されることが可能である。
【００１８】
２軸センサは、矩形のキャビティの上方に形成された膜をさらに備えることが可能である。２軸センサは、キャビティにおいて膜を支持する１つ以上の柱をさらに備えることが可能である。２軸センサは、２軸センサに関連し単一の気密封止部の下部を形成する基準ウエハの、ウエハレベルでの統合を支持する１つ以上の柱を備えることが可能である。この１つ以上の柱は、第１のサブセンサおよび第２のサブセンサに関連した機械部品の製造中に膜を一時的に支持することが可能である。２軸センサは、感知モード周波数用の応力分離機構をさらに備えることが可能である。応力隔離機構は１つ以上のビームを備えることが可能である。２軸センサは、２軸センサの製造中の頑健性のための応力分離機構をさらに備えることが可能である。２軸センサの感知モード周波数は２軸センサの駆動モード周波数より低いことが可能である。２軸センサは、第１のサブセンサおよび第２のサブセンサに関連した機械部品の運動を制限するための１つ以上のつまみまたは溝を備えるフレームをさらに備えることが可能である。
【００１９】
第１のサブセンサは、第１の感知サブアセンブリと、第１の感知サブアセンブリの第１の部分を駆動周波数で振動するように駆動する第１のアクチュエータと、角速度のＸ成分に応じた第１の感知サブアセンブリの第２の部分の運動を感知するための第１のトランスデューサと、を備えることが可能である。第２のサブセンサは、第２の感知サブアセンブリと、第２の感知サブアセンブリの第１の部分を駆動周波数で振動するように駆動する第２のアクチュエータと、角速度のＹ成分に応じた第２の感知サブアセンブリの第２の部分の運動を感知するための第２のトランスデューサと、を備えることが可能である。第１の結合部および第２の結合部は、所望されないＺ軸運動が存在する場合に２軸センサ内のつまみおよび溝によって側方運動が制限されるように設計されることが可能である。第１の
結合部および第２の結合部は１つ以上のビームを含むことが可能である。２軸センサに関連した第１、第２、第３および第４の質量の駆動運動は間接的に感知されることが可能である。第１、第２、第３および第４の質量は間接的に作動されることが可能である。
【００２０】
２軸センサは、第１、第２、第３および第４の質量を間接的に作動させるための１つ以上の分離した電極をさらに備えることが可能である。１つ以上の分離した電極は２軸センサに関連した端板に配置されることが可能である。２軸センサは、第１のフレームおよび第２のフレームの運動を示差的に感知するように第１のフレームおよび第２のフレームに配置された１つ以上の電極をさらに備えることが可能である。２軸センサは、セルフテストモードにおいて２軸ジャイロスコープに関連した共鳴を感知するようにＺ軸運動を駆動するように動作することが可能である。２軸センサは、第１のサブセンサおよび第２のサブセンサに関連した１つ以上の機械部品を電磁気干渉（ＥＭＩ）から遮蔽するための１つ以上の遮蔽部をさらに備えることが可能である。第１のサブセンサおよび第２のサブセンサは５００Ｈｚより大きく分離した周波数にて動作することが可能である。２軸センサは、２軸センサに関連した感知モード周波数の測定におけるセルフテストモード動作中に２軸センサのフレームを回転させる１つ以上のアクチュエータをさらに備えることが可能である。この１つ以上のアクチュエータの各々は静電アクチュエータであることが可能である。この静電アクチュエータのうちの１つ以上は平行板電極構成または櫛歯電極構成を利用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１には、本発明の一実施形態によるジャイロスコープウエハ２０の平面図を概略的に示す。図１の実施形態では、図上に示した様々な要素は、好適には単一のシリコンウエハから製造される。ジャイロスコープウエハ２０の機械的構成について最初に説明し、次にその動作について説明する。最後に、ジャイロスコープウエハ２０の製造について説明する。
【００２２】
機械的構成
図１の実施形態では、中心板２８がねじれヒンジ２８Ａによってフレーム３４に取り付けられており、これによって、中心板２８が図１上のＸ軸の回りを回転することが可能である。また、ヒンジ２８Ａは板２８に、Ｘ−Ｙ平面における公称位置に位置を回復させる性質を有する、回復トルクを提供することができる。プルーフマス２２はヒンジ５８によって中心板２８に取り付けられており、プルーフマス２４はヒンジ５６によって中心板２８に取り付けられている。中心板２８、プルーフマス２２およびプルーフマス２４が統合されたサブアセンブリは、プルーフマス２２および２４が必然的にＺ軸に沿って反対方向に移動するように、結合部を形成する。
【００２３】
次のように、結合部に追加の要素を組み込むことが好適である：第１の端板２６はヒンジ６０によってプルーフマス２２に取り付けられており、ねじれヒンジ２６Ａによってフレーム３４に取り付けられている；第２の端板３０はヒンジ５４によってプルーフマス２４に取り付けられており、ねじれヒンジ３０Ａによってフレーム３４に取り付けられている。ねじれヒンジ２６Ａ，３０Ａによって、それぞれ板２６，３０が図１上のＸ軸回りを回転することが可能となる。また、ねじれヒンジ２６Ａ，３０Ａは、それぞれ板２６，３０に、Ｘ−Ｙ平面における公称位置に板２６，３０の位置を回復させる性質を有する、回復トルクを提供することができる。
【００２４】
フレーム３４は、複数の屈曲部３２によって基部３６へ取り付けられている。屈曲部３２は、フレーム３４がその公称位置と異なる位置にＺ軸回りを回転するときに、フレーム３４に回復トルクを提供するように配置されている。図１には、フレーム３４の周辺に対称的に配置された、４つの屈曲部３２を示す。図１の構成など、フレーム３４の良好な機
械的支持を提供する対称的な屈曲部構成が好適であるが、本発明はそのような屈曲部構成を必要とするものではない。
【００２５】
基部３６に対するフレーム３４の回転は、フレーム３４と基部３６との間に配置されるとともにフレーム３４および基部３６に接続された容量性センサによって、感知可能である。これに代えて、フレーム３４が、フレーム３４と基部３６との間に配置されるとともにフレーム３４および基部３６に接続された静電アクチュエータを用いて、Ｚ軸回りに角振動するように駆動されることも可能である。そのような容量性センサおよび静電アクチュエータの技術においては様々な構成が知られており、多くの場合、特定の電極構成によっていずれかの機能が提供される。
【００２６】
基部３６に対するフレーム３４の相対的な角運動の感知または駆動に適切な２つの代表的な電極構成を、図５に３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃおよび４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃとして概略的に示す。これらのまたは同様の電極構成は、好適にはフレーム３４の周辺に対称的に配置される。本発明の実施は、特定の電極構成を必要とするものではない。
【００２７】
図１のフレーム３４内の要素（すなわち、質量体２２，２４、板２６，２８，３０を含む好適な結合部）は、ヒンジ２６Ａ，２８Ａ，３０Ａによってのみフレーム３４に取り付けられている。フレーム３４と質量体２２，２４との間には間隙が存在する。これらのヒンジの取付点以外では、フレーム３４と板２６，２８，３０との間にも間隙が存在する。これらの間隙は、結合部がフレーム３４と衝突することなく、その設計範囲を通じて運動することを可能とするのに充分なだけ大きい。図１には、これらの間隙を示していない。
【００２８】
図２には、本発明の一実施形態の断面図を概略的に示す。この断面図は、図１のジャイロスコープウエハ２０のＩ線に沿った断面図を含んでいる。図１のジャイロスコープウエハ２０は、好適には、図２に示すようにジャイロスコープウエハ２０がキャップウエハ４２と基準ウエハ４４との間に挟まれるように、キャップウエハ４２および基準ウエハ４４に付けられている。この構成では、キャップウエハ４２および基準ウエハ４４が周囲環境からジャイロスコープウエハ２０を保護するために結合することによって、センサの信頼性および頑丈性を増大させる。さらに、ジャイロスコープウエハ２０とウエハ４２，４４との間の接合は、運動質量体２２，２４などジャイロスコープウエハ２０の重要な要素と、周囲環境との間に気密バリアを提供するように行われることが可能である。
【００２９】
質量体２２，２４および板２６，２８，３０を含む結合部の運動は、図２、図１１ａおよび図１１ｂを関連させることによって最も良く認識される。図２上の点２６Ｂ，２８Ｂ，３０Ｂは、それぞれねじれヒンジ２６Ａ，２８Ａ，３０Ａと位置整合しているので、板２６，２８，３０は、図２の平面（Ｙ−Ｚ平面）において、それぞれ点２６Ｂ，２８Ｂ，３０Ｂの回りを回転することが可能である。この結合部の構成要素は、屈曲ヒンジ５４，５６，５８，６０によって一体に接続されており、隣接構成要素の相対移動は抑制されているが、Ｙ−Ｚ平面における隣接構成要素の相対的な回転は可能である。
【００３０】
したがって、質量体２２が図２上の＋Ｚ方向（すなわち、図２上では上）に移動するとき、板２８は点２８Ｂの回りを右回りに回転する。また、質量体２４は−Ｚ方向に移動することになり、板２６，３０は図１１ｂに示すように左回りに回転する。同様に、質量体２２が−Ｚ方向に移動するとき、板２８は左回りに回転し、質量体２４は＋Ｚ方向に移動し、板２６，３０は図１１ａに示すように右回りに回転する。換言すると、質量体２２、質量体２４および板２６，２８，３０によって形成された結合部では、質量体２２，２４が必然的にＺ軸に沿って反対方向に移動することが保証される。上述のように、フレーム３４と板２６との間や、フレーム３４と板３０との間には、間隙が存在する。このことは、図２より明らかである。
【００３１】
キャップウエハ４２および基準ウエハ４４は、図２に示すように、ジャイロスコープウエハ２０の基部３６へ取り付けられており、ジャイロスコープウエハ２０の他のいずれの構成要素とも接触していない。屈曲部３２およびフレーム３４はキャップウエハ４２とも基準ウエハ４４とも接触していないので、それらのウエハはフレーム３４のＺ軸回りの回転に干渉しない。基準ウエハ４４と基部３６との間の接続を、図２には４６として概略的に示す。接続４６は、基準ウエハ４４と基部３６との間の機械的接続と、基準ウエハ４４と基部３６との間の電気的接続との両方である。このように、基準ウエハ４４上の回路は、図５の電極３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃまたは電極４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃなど、ジャイロスコープウエハ２０上の感知／駆動手段に接続されている。
【００３２】
電極４８Ａ，４８Ｂは、基準ウエハ４４において板３０の下に配置される。電極４８Ａ，４８Ｂは、図２上に点３０Ｂとして示されている板３０の回転軸の、いずれかの側に配置される。同様に、電極５０Ａ，５０Ｂは板２８の下に配置され、電極５２Ａ，５２Ｂは板２６の下に配置されている。
【００３３】
図３には、図１の屈曲部３２の好適な構成のより詳細な平面図を概略的に示す。図３の構成では、屈曲部３２は、ばね３２’と、基部屈曲部マウント６６とからなる。図３に示すように、マウント６６に対するばね３２’の取付点は、マウント６６からばね３２’への（同様に、フレーム３４についてはフレーム３４からばね３２’への）表面応力のカップリングを減少させるためにマウント６６の中へ窪んでいる。
【００３４】
基部屈曲部マウント６６は、基部３６内の応力から屈曲部３２を機械的に分離するように作用する基部分離トレンチ４１Ａに、包囲されている。そのような応力は、パッケージング、接合またはその両方の処理や、熱膨張などの結果、キャップウエハ４２および基準ウエハ４４によって基部３６へ伝達されることがある。図３には、基部つまみ６２も示す。基部つまみ６２はフレーム溝６４に係合されている。フレーム溝６４は、図３に概略的に示すように、基部つまみ６２の幅より幾らか大きいため、フレーム３４は、基部つまみ６２がフレーム溝６４の壁と衝突するまでの一定の選択範囲内においてのみ、基部３６に対して回転可能である。この選択範囲は、選択範囲内の運動によって屈曲部３２が損傷を受けないことを保証するように選択される。このように、つまみ６２および溝６４の組み合わせによって、屈曲部３２が保護される。
【００３５】
屈曲部３２の好適な構成のさらなる詳細を、図４の断面図に示す。図４は、図３のＩＩ線に沿った断面図を含む。ＩＩ線は、ばね３２’の直近に隣接しているが、ばね３２’を切断していないため、図４には、断面としてばね３２’を示さない。一実施形態では、基部屈曲部マウント６６はキャップウエハ４２に付けられており、接続４６Ｂを介して基準ウエハ４４に接続されている。このように、屈曲部３２は、キャップウエハ４２および基準ウエハ４４に接続されており、基部３６から分離。これは、通常、キャップウエハ４２および基準ウエハ４４が基部３６より充分に厚く（ジャイロスコープウエハ２０の代表的な厚さは、５０マイクロメートルでしかない）、屈曲部３２を係留するために充分に大きな機械的剛性を提供するため、有利である。また、図４には、基準分離トレンチ４１Ｃおよびキャップ分離トレンチ４１Ｂも示す。基準分離トレンチ４１Ｃは、基準ウエハ４４の上面（すなわち、基準ウエハ４４において、基部３６に接合されている表面）に存在し得る応力から屈曲部３２を分離するように作用する。同様に、キャップ分離トレンチ４１Ｂは、キャップウエハ４２の底面（すなわち、キャップウエハ４２において、基部３６に接合されている表面）に存在し得る応力から屈曲部３２を分離するように作用する。屈曲部３２がばね３２’および基部マウント６６からなる図３および図４の屈曲部構成が好適であるが、本発明を実施するために必要なものではない。
【００３６】
図６には、ねじれヒンジ２６Ａおよび屈曲ヒンジ６０の好適な構成をより詳細に示す、ジャイロスコープウエハ２０の一部の拡大平面図を概略的に示す。図６に示すように、板２６は、ねじれヒンジ２６Ａによってフレーム３４に取り付けられている。ねじれヒンジ２６Ａの構成は、複数のねじれヒンジ２６Ａの中心同士を接続する軸の回りを板２６が回転することが可能であるようなものである。図６に示すように、ねじれヒンジ２６Ａの長さを増加させるために、板２６にスロットが形成される。これは、板２６の所与の回転に順応するためにねじれヒンジ２６Ａに必要な歪みを減少させるために行われる。
【００３７】
板２６は屈曲ヒンジ６０によって質量体２２へ接続されている。屈曲ヒンジ６０の構成は、板２２が質量体２６に対して（また反対に、質量体２６が板２２に対して）傾斜可能であるようなものである。図６に示すように、板２６に対する質量体２２の所与の傾斜に順応するのに屈曲ヒンジ６０上に必要な歪みを減少させるために、屈曲ヒンジ６０の長さを増加させるように、質量体２２にスロットが形成される。
【００３８】
屈曲ヒンジ５８，５６，５４の構成は、好適には、屈曲ヒンジ６０について図６に示した構成と同様である。同様に、ねじれヒンジ２８Ａ，３０Ａの構成は、好適には、ねじれヒンジ２６Ａについて図６に示した構成と同様である。図６に示したヒンジ構成は、本発明の好適な一実施形態に関する。本発明の実施は、特定のヒンジ構成を必要とするものではない。
【００３９】
図１９には、本発明の一実施形態によるジャイロスコープウエハ２０の平面図を概略的に示す。図１９には、屈曲部３２に取り付けられたビーム分離屈曲部８０を概略的に示す。ビーム分離屈曲部８０は、基部３６に作用する応力から平面的な歪みのカップリングを減少させる。これらの応力は屈曲部３２に作用し、基本の感知モード周波数のシフトを生じる。ビーム分離屈曲部８０（最低１つのビームを含む）によって、屈曲部３２に取り付けられた機械系にコンプライアンスが提供され、屈曲部３２に働く応力が軽減される。適切な応力カップリング低減のため、複数のビームが設計されてよい。
【００４０】
また、図１９には、ねじれヒンジ２８Ａに取り付けられた製造屈曲部８１も概略的に示す。一実施形態では、製造屈曲部８１はジャイロスコープの製造を補助する。中心に配置されたねじれヒンジ２８Ａによって、質量体２２に対する結合部を通じて中心板２８が支持される。ジャイロスコープウエハ２０の製造に適切な一連の工程中、ジャイロスコープウエハ２０またはその一部に応力が働く場合がある。これらの応力は特定の部分に集中される場合がある。中心のねじれヒンジ２８Ａに対する製造屈曲部８１の取付によって、製造手順の全体を通じ、ヒンジ２８Ａの頑健性および統合性が改良される。代表的な製造工程は、ジャイロスコープウエハ２０の機械部品を形成する深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）である。ＤＲＩＥ処理は熱的に誘導される応力を働かせ、屈曲部が形成される領域に応力を集中させる性質を有する。
【００４１】
図１９に示すように、一実施形態では、ヒンジ５８’，６０’は分離した２つのヒンジに分割される。この実施形態では、結合部と質量体との間の運動の調和は、Ｙ軸回りの回転などの所望されない運動に対し、より多くの安定性を提供することによって改良される。加えて、屈曲部３２を単一のビームとして示しているが、所望されない運動に対し追加の安定性を提供するために、単一のビームと同じコンプライアンスを与える複数のビームが用いられてもよい。
【００４２】
図２０は、さらに本発明の機構についてさらに示すための、図１９のジャイロスコープウエハの一部の拡大図である。以下に提供するのは、図２０に示す参照の一覧である。
２６Ａ  ねじれヒンジ
２８Ａ  ねじれヒンジ
３２    ばね
３８Ａ  電極
３８Ｂ  容量的に移動変化を感知するための電極
３８Ｃ  示差的に３８Ｂからの移動変化を感知するための電極
３９    いずれも質量体２２，２４、結合部およびフレームに接続している電極３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ａとは異なる電位にあり得る基層の構造
５８’  分離した屈曲部
６０’  分離した屈曲部
６２’  フレーム上のつまみ
６４’  基部上のスロット／溝（６２，６４のものと相補的）
８０    フレーム共振モードを規定する屈曲部の応力分離部
８１    軸方向に抑制された屈曲部ビームを製造中のｉｎ−ｓｉｔｕ熱処理から緩和させるための応力分離部
８２    共振モードによりフレームを作動させるための構造
８３    駆動アセンブリにおけるつまみ
８４    駆動アセンブリにおける溝。
【００４３】
図２０に示すフレームつまみ６２’は、基部溝６４’と係合されている。一実施形態では、基部溝６４’はフレームつまみ６２’の幅より大きいので、フレーム３４は、フレームつまみ６２が基部溝６４の壁と衝突するまでの一定の選択範囲内においてのみ、基部３６に対して回転可能である。この選択範囲の運動は、選択範囲内の運動によって屈曲部３２が損傷を受けないことを保証するように選択される。このように、つまみ６２’および溝６４’の組み合わせによって、屈曲部３２に保護が提供される。
【００４４】
図２０に示すヒンジつまみ８３は、質量体溝８４と係合されている。一実施形態では、質量体溝８４はヒンジつまみ８３の幅より大きいので、質量体２２は、ヒンジつまみ８３が質量体溝８４の壁と衝突するまでの一定の選択範囲内においてのみ、移動可能である。この選択範囲は、選択範囲内の運動によって屈曲部２６Ａ，２８Ａ，５８’，６０’が損傷を受けないことを保証するように選択される。このように、つまみ８３および溝８４の組み合わせによって、屈曲部２６Ａ，２８Ａ，５８’，６０’が保護される。同様に、ヒンジつまみ８３が溝の形態を有し、質量体溝８４がつまみの形態を有することが可能である。このように、つまみおよび溝によって、同様に屈曲部２６Ａ，２８Ａ，５８’，６０’が保護される。
【００４５】
衝撃の例に見られるような非常に大きな加速度が存在する場合、機械的構造の生存性（ｓｕｒｖｉｖａｂｉｌｉｔｙ）は重要である。溝６４’，８４に沿ったつまみ６２’，８３は、一連の許容可能な運動を選択することによって、破損しがちな構造を保護する。これらの運動は、面内および面外の加速度によって誘導され、構造の質量体に慣性力を働かせる場合がある。ｚ加速度が存在する場合、優勢な慣性力は実質的に質量体２２，２４に作用する。結合部ならびにヒンジ５４，５８，６０およびねじれヒンジ２６Ａ，２８Ａ，３０Ａは、Ｚ加速度による質量体の運動が純粋にＺ方向にはならないように設計されている。質量体２２，２４はＸ軸の回りを回転し、かつ、Ｙ方向に移動するように設計されている。ジャイロスコープウエハの厚さおよびＸ軸回りの質量体の回転に関連して、複数のジャイロスコープウエハ構造間の適切な間隙の大きさを選択することによって、Ｚ加速度によって誘導される運動は制限される。図２１には、運動の制限を補助するとともに、ジャイロスコープウエハ２０の機械部品を保護する干渉を、概略的に示す。
【００４６】
動作
図１および図２の実施形態は２つの動作モードを有する。第１の好適な動作モードでは、質量体２２，２４は振動するように駆動され、Ｙ方向の角速度を測定するためにフレー
ム３４の運動が感知される。第２の動作モードでは、フレーム３４が振動するように駆動され、Ｙ方向の角速度を測定するために質量体２２，２４の運動が感知される。これらの２つの方法について、順番に説明する。
【００４７】
第１の好適な動作モードは、結合部を振動するように駆動するためのアクチュエータを含む。図１および図２の実施形態では、図２の電極４８Ａ，４８Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂによって、静電アクチュエータが提供される。電極４８Ａ，４８Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂは、静電的相互作用を介して板３０，２８，２６と相互作用する。この場合、電極と対応する板との間の電位差が増大すると、力が増大する。板２６，２８，３０は、通常、同じ電位に保持される。一般性を失うことなく、この電位を基準電位０とすることが可能である。
【００４８】
電極４８Ａ，４８Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂは、図２に示すように、好適には分離した電極である。この主な理由は、板と電極との間の静電的相互作用は引力（斥力ではなく）である傾向にあるためであり、各々の方向にトルクを提供するには、図２に示すように、回転軸の各々の側に電極要素が必要である。電極４８Ａ，４８Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂと、対応する板（それぞれ３０，２８，２６）との間の間隙は、板の所与の回転を得るのに必要な電圧を可能な限り減少させる一方、アクチュエータによる板の運動のために適切なクリアランスを依然として提供するように、好適には、製造の際に所定の間隙高さｄに精密に制御される。電極４８Ａ，４８Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂは、好適には、質量体２２，２４によって形成された結合部の振動モードを励起するように、協調的に電気的に駆動され、板２６，２８，３０はＺ方向（すなわち、面外方向）において質量体２２，２４の振動を互いにほぼ逆位相とする。この振動モードに対応する結合部の運動を、図１１ａおよび図１１ｂに概略的に示す。
【００４９】
また、図１にすべて示すように、板２６が質量体２２へ向かって延びるレバーアームを備え、板３０が質量体２４へ向かって延びるレバーアームを備え、板２８が質量体２２，質量体２４の両方へ向かって延びるレバーアームを備えることが好適である。板２６，２８，３０から延びるレバーアームによって、屈曲ヒンジ（５４，５６，５８，６０）と板の回転の軸（２６Ｂ，２８Ｂ，３０Ｂ）との間の距離が増大し、これによって、所与の板の回転によって提供される質量体２２，２４の変位が増大する。そのような移動変位の増大は、ジャイロスコープ性能を改良するため、より低費用で所望のレベルの性能を提供するため、またはその両方のために、非常に所望される。質量体２２，２４の移動の増大に順応するために、基準ウエハ４４において質量体２２，２４の下に、それぞれ凹部４５，４７が形成される。また、キャップウエハ４２も、ジャイロスコープウエハ２０の可動部分すべてを順応するのに充分な空間を可能とするように構成され、また、凹部（図示せず）を備えることが可能である。
【００５０】
ジャイロスコープウエハ２０が角速度ΩｙでＹ軸の回りを回転するとき、質量体２２，２４はジャイロスコープウエハ２０の基準座標系において、振動するＸ方向のコリオリ力を経験する。質量体２２，２４に対するコリオリ力は、この２つの質量体がＺ軸に沿って反対方向に移動しているので、Ｘ軸に沿って反対方向である。質量体２２，２４に対するコリオリ力は、Ｚ軸回りのフレーム３４に対する振動トルクを誘導し、この振動トルクによってフレーム３４の角振動が決定される。フレーム３４の角振動の振幅はΩｙに依存する（理想的にはΩｙに比例する）ので、この振幅を測定することによって角速度Ωｙが測定される。
【００５１】
ジャイロスコープの感度を改良するために、ジャイロスコープ構造の機械的共振を利用することが好適である。したがって、質量体２２，２４を含む結合部を、基本の結合部共振モード周波数に等しいまたはほぼ等しい周波数で駆動することが好適である。好適には
、基本の結合部共振モード（すなわち、最低の周波数を有する機械的モード）は、図１１ａおよび図１１ｂに示すように質量体２２，２４の逆相振動に対応する。そのような対応は、結合部およびその支持屈曲部の設計中に保証されることが可能である。結合部固有周波数またはその近傍で駆動周波数を選択することによって、所与のアクチュエータ力によって提供される結合部の運動が増大する。
【００５２】
また、基本のフレーム共振モードがＺ軸回りのフレーム３４の剛体角振動に対応することを保証することも好適である。これは、フレーム３４および屈曲部３２の適切な設計によって可能である。さらに、フレーム基本周波数が結合部基本周波数より大きいことが好適である。これは、駆動周波数をフレーム３４の他のいずれの共振モードよりもフレーム３４の基本モードの周波数に近づけることによって、ジャイロスコープの動作と干渉し得るフレーム３４の高次の機械的モードの励起を最小化することで保証される。
【００５３】
この実施形態では、フレーム３４の角振動振幅はトランスデューサによって感知される。好適には、トランスデューサは、フレーム３４と基部３６との間に配置されるとともにフレーム３４および基部３６に接続された容量性センサである。そのような容量性センサに適切な２つの電極構成を図５に示す。３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃとして図５に示す構成を樹状（ｔｒｅｅ）構成と呼び、図５の４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを放射状（ｒａｄｉａｌ）構成と呼ぶ。矩形の構成に関しては、図２０に示すように、キャビティ縁部９０の周辺に沿ってトランスデューサを配置することが可能である。
【００５４】
樹状構成では、電極３８Ａはフレーム３４に取り付けられており、フレーム３４と共に移動するが、電極３８Ｂ，３８Ｃはいずれも基部３６へ取り付けられており、フレーム３４と共に移動しない。１つの電極３８Ａ、１つの電極３８Ｂおよび１つの電極３８Ｃからなる「単位局部セル」が、フレーム３４と基部３６との間の領域において、所望の通りに繰り返されることが可能である。２つのそのような「単位局部セル」を図５に示す。図２０には、複数の「単位局部セル」３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃを示す。一実施形態では、質量体２２，２４、ばね３２、フレーム３４および電極３８Ａを含むすべての可動構造がバルクシリコンから形成され、機械的に接続されている。この要素の集合的な群は同じ電位を共有する。したがって、感知電極３８Ｂ，３８Ｃを遮蔽するために電位遮蔽部３９Ａ，３９Ｂ（図２０に示す）を複数の領域に配置することが可能である。遮蔽部３９Ａは、電磁気干渉（ＥＭＩ）から電極３８Ｂ，３８Ｃを保護する。すべての可動構造の電位とほぼ等しい電位によって、所望されない手法では可動構造に作用し得る静電気力が最小化される。同様に、電磁気的・静電気的な妨害から基準ウエハ４４およびキャップウエハ４２の両方を保護するために、基準ウエハ４４およびキャップウエハ４２の両方の上に平面構造からなる遮蔽部のパターニングを行ってもよい。
【００５５】
戻って図５を参照すると、電気的には、複数の電極３８Ａはすべて互いに接続されており、複数の電極３８Ｂはすべて互いに接続されており、複数の電極３８Ｃはすべて互いに接続されている。したがって、２つのキャパシタ、すなわち、電極３８Ａ，３８Ｂ間のキャパシタＡＢと、電極３８Ａ，３８Ｃ間のキャパシタＡＣとが形成される。そのような、電極３８Ｂが電極３８Ｃに接続されていない構成は分離フィンガー（ｓｐｌｉｔ−ｆｉｎｇｅｒ）構成として知られている。フレーム３４の運動によってキャパシタＡＢ，ＡＣの静電容量は変化するので、回路を用いてこれらの静電容量を測定することで、フレーム３４の運動が感知される。電極３８Ａは、表面に垂直な軸の回りを巡るように配置されたフレーム３４からなる。「単位局部セル」では、３８Ｂ，３８Ｃが極めて接近することによって、寄生容量が等しくないために検出が損なわれ得る領域が最小化される。局部的な示差の対に接する領域は、ジャイロスコープウエハ２０の厚さの領域未満である。そのような回路は、好適には、基準ウエハ４４上に配置される。
【００５６】
同様に、放射状構成では、電極４０Ａはフレーム３４に取り付けられており、フレーム３４と共に移動するが、電極４０Ｂ，４０Ｃは基部３６へ取り付けられており、フレーム３４と共に移動しない。やはり、２つのキャパシタが形成され、回路（好適には、基準ウエハ４４に配置されている）を用いてこれらの静電容量を測定することによって、フレーム３４の運動が感知される。
【００５７】
図２０には、セルフテスト動作モード中にフレーム３４の回転を作動させるために使用可能な構造８２を示す。この性能によって、キャラクタリゼーションおよび品質保証測定のために、感知モード周波数が測定されることが可能となる。既知の電気信号の印加によって、計算されたトルクがリングに導入され、基部に垂直な軸の回りを巡るようにリングが移動する。作用を受ける質量体から生成されるトルクによって生じる回転を模したこの変位は、角速度によるコリオリ力である。リングの運動（または変位）は、１つ以上のセンサを較正するための感知モード周波数のキャラクタリゼーションに用いられる。一実施形態では、１つ以上のアクチュエータはセルフテスト動作モード中に符号（ｓｉｎｇ）を置き換えるために用いられる。アクチュエータは、図５に関連した上述の構成により構成される静電アクチュエータであることが可能である。例えば、静電アクチュエータは櫛歯（または分離フィンガー）電極構成を利用することも、平行板電極構成を利用することも可能である。
【００５８】
第２の動作モードでは、フレーム３４はＺ軸の回りを角振動するように駆動され、これによってＸ軸に沿った質量体２２，２４の反相振動が生じる。ジャイロスコープウエハ２０が角速度ΩｙでＹ軸の回りを回転するとき、フレーム３４の振動によって質量体２２，２４に対し振動するＺ方向のコリオリ力が誘導され、これによって、振動へ質量体２２，２４を含む結合部が設定される。結合部の振動の振幅はΩｙに依存する（理想的にはΩｙに比例する）ので、この振幅を測定することによって角速度Ωｙが測定される。
【００５９】
この第２の動作モードは第１の好適な動作モードに類似しているため、次の差異はあるが上述の説明を適用可能である。
１）第２の動作モードは、フレーム３４を角振動するように駆動するためのアクチュエータを含む。フレーム３４および基部３６に接続された静電アクチュエータは、フレーム３４を角振動するように駆動するための１つの適切な手段である。そのような静電アクチュエータは、図５の構成を含む様々な電極構成を有してよい。
【００６０】
２）第２の動作モードでは、その基本の共振周波数またはその近傍でフレームを駆動することが好適であり、また、結合部基本周波数がフレーム基本周波数より大きいことが好適である。
【００６１】
３）第２の動作モードは結合部の振動を感知するためのトランスデューサを含む。結合部に接続された容量性センサは適切なトランスデューサである。図２の電極４８Ａ，４８Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂによって、そのような容量性センサが提供される。電極５２Ａ，５２Ｂの上の板２６の運動は、電極５２Ａと板２６との間の静電容量を測定することと、電極５２Ｂと板２６との間の静電容量を測定することとによって感知される。板２８，３０の運動は同様に感知される。
【００６２】
両方の動作モードにおいて、本発明の一実施形態による角速度センサは、有利には、センサがさらされ得る任意の直線加速度によって誘導される誤差を減少させる。第１の動作モードでは、感知される運動はフレーム３４の角振動であり、センサの直線加速度は、そのような運動を誘導する性質を有しない。第２の動作モードでは、感知される運動は質量体２２，２４の逆位相振動であり、この場合も、感知される運動は直線加速度が誘導する性質を有する運動ではない。例えば、Ｚ方向の線形加速度は、質量体２２，２４の同相の
（逆相の反対）振動を誘導する性質を有する。
【００６３】
組立
好適な実施形態では、上述の構造および動作を有する回転角センサ（すなわち、ジャイロスコープ）は、マイクロマシニング技術（ＭＥＭＳ技術としても知られている）を用いて製造される。２つの形態のＭＥＭＳ技術、すなわち、バルクＭＥＭＳおよび表面ＭＥＭＳが知られている。バルクＭＥＭＳプルーフマス（すなわち、質量体２２，２４）は表面ＭＥＭＳプルーフマスより大きな質量を有することが可能であり、また、より大きな範囲の運動を有することが可能であるので、本発明にはバルクＭＥＭＳ技術が好適である。
【００６４】
図７ａ〜ｄ、図８ａ〜ｄ、図９ａ，ｂ、図１０ａ，ｂには、本発明の一実施形態を製造するのに適切な代表的な製造手順を概略的に示す。図７ａ〜ｄには、キャップウエハ４２を製造するのに適切な一連の工程を概略的に示す。図７ａでは、キャップウエハ４２に裏面位置整合マーク７２のパターニングが行われる。位置整合マーク７２は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて製造可能である。図７ａから図７ｂへ移る際、キャップウエハ４２において位置整合マーク７２に面していない表面は洗浄され、次いで、酸化物層７０を生成するように熱的に酸化される。酸化物層７０は、好適には約０．５マイクロメートルの厚さであり、キャップウエハ４２を含水周囲環境において高温（例えば、１０００℃より高温）まで加熱することによって製造可能である。図７ｂから図７ｃへ移る際、図７ｃに概略的に示すように、リソグラフによって酸化物層７０のパターニングが行われる。図７ｃから図７ｄへ移る際、キャップウエハ４２において酸化物層７０によって保護されていない材料は、約１００マイクロメートルの深さまでエッチングが行われる。深堀りＲＩＥ（ＤＲＩＥ）は、この工程に適切なエッチング方法である。一般に、酸化物層７０によって保護されていない材料には、例えば、プラズマを用いる反応性イオンエッチングを含む様々な技術によって、またはウェット化学エッチングによって、エッチングが行われてよい。大量・低費用製造に好適な方法は、ウェット化学エッチングなど、バッチ向きの処理である。処理のこの時点において、キャップウエハ４２は図２に示す構成を有する。エッチングの後、キャップウエハ４２は融着に備え洗浄される。適切な洗浄工程には、高温（例えば、３００℃より高温）のアッシング工程および過酸化硫黄化合物（ｓｕｌｆｕｒｉｃ  ｐｅｒｏｘｉｄｅ）浸漬が含まれる。用いられる洗浄法は、パターニングの行われた酸化物層７０を損わずにいる必要がある。
【００６５】
図７ｅ，ｆは、ウェット化学薬品を用いるシリコンエッチングのシリコンキャップウエハに対する特性を示す。図７ｅには、シリコンキャップウエハの平面図を示す。図７ｆには、図７ｅのシリコンキャップウエハのＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。エッチングは、特定の結晶学的な平面に沿って、優先的に発生する。シリコンキャップウエハにおけるほぼ矩形状の開口によって、シリコンキャップウエハの製造において低費用・高生産性が可能となる。一実施形態では、シリコンキャップウエハにおける凹部（すなわち開口部）は２つの機能を提供する。第１に、凹部の存在によって、自立したサブアセンブリが移動することの可能な場所が規定される。第２に、凹部の深さによって、ジャイロスコープのプルーフマスの運動が順応される。ＥＤＰ，ＫＯＨ，ＴＭＡＨなどのウェット化学薬品は、特徴的な結晶依存性エッチングによる一般的なエッチング液である。一実施形態では、＜１００＞の結晶指数を有するシリコンキャップウエハの平坦なエッジに平行なエッジおよび垂直なエッジは、そのエッジから突出するテーパ状のエッジを有する充分に制御されたエッジを示す。
【００６６】
図８ａ〜ｄには、ジャイロスコープウエハ２０を製造するのに適切な一連の工程を概略的に示す。ジャイロスコープウエハ２０は、好適には極低ＴＴＶ（ｔｏｔａｌ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）ウエハである。ジャイロスコープウエハ２０は、図８ａに示すように、過酸化硫黄化合物浸漬を用いて洗浄され、次いで、キャップウエハ４２
上のパターニングの行われた酸化物層７０に融着される。図７〜１０の処理手順において、ジャイロスコープウエハ２０に対するキャップウエハ４２の接合は、ジャイロスコープウエハ２０に対する基準ウエハ４４の接合より前の加工段階で行われる。したがって、ジャイロスコープウエハ２０にキャップウエハ４２を接合するには、以下に限定されるものではないが、共晶金属接合、ガラス接合、はんだ接合、金共晶接合、Ｓｉ−ＳｉＯ２融着およびＳｉ−Ｓｉ融着を含む、比較的高温の接合処理が好適である。図８ａから図８ｂへ移る際、ジャイロスコープウエハ２０は、通常、約５００マイクロメートルの厚さから約４０マイクロメートルの厚さまで薄化される。従来の研削および研磨は、この薄化工程を実行するのに適切な方法である。ジャイロスコープウエハ２０の薄化は一様に行われることが可能であるが、ジャイロスコープウエハ２０のうち質量体２２，２４となる領域が、ジャイロスコープウエハ２０の他の部分より厚くなるように行われることも可能である。厚さの増加は、それによって質量体２２，２４の質量が増加するので、有益である。
【００６７】
一実施形態では、質量体２２，２４および他のジャイロスコープ構造構成要素（屈曲部３２、板２６，２８，３０およびフレーム３４を含む）は、図８ｂに示すように、膜領域７３の基部３６から懸架されている。図１８ａおよび図１８ｂには、それぞれジャイロスコープウエハの断面図および平面図を示す。詳細には、図１８ａには、図１８ｂのジャイロスコープウエハのＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。
【００６８】
図１８ａに示すように、一実施形態では、柱７５は膜領域７３に配置されている。ほぼ矩形の凹部（シリコンキャップウエハの）内の柱７５によって、ジャイロスコープウエハ２０の薄化処理の一様性が改良される。薄化処理には、薄化処理中に膜領域７３に対し垂直の力を加える研削および研磨が含まれる場合がある。その結果、膜領域７３は支持されていないため、膜領域７３を通じた所望されない厚さ変動が生じることがある。図１８ｂに示すように、一実施形態では、質量体２２，２４などの重要領域を通じた一様性を改良するために、解放可能な柱７７を用いて質量体２２，２４などの構造を支持する。柱７５，７７の製造は、キャップウエハ４２における凹部２７の形成中に行うことが可能である。柱７５，７７は、酸化物層７０によって保護された凹部２７内の領域によって得られる。これらの柱は、ジャイロスコープウエハ２０、基準ウエハ４４およびキャップウエハ４２の薄化処理中ならびに最終組立中に、機械的な支持を提供する。また、柱７５，７７は、凹部２７の内部や凹部２７の周辺エッジの基部上に配置され得る基部屈曲部マウント６６として作用することができる。一実施形態では、柱７８は、２軸センサ内の単一の気密封止部の下部を形成する、２軸センサに関連した基準ウエハのウエハレベルでの統合を支持するように備えられる。さらに、２軸センサは、フレーム（例えば、フレーム３４）が懸架されている２軸センサのキャビティ内に基部またはアンカーを提供する柱７９を備えることが可能である。
【００６９】
戻って図８ｂを参照する。ジャイロスコープウエハ２０が薄化された後、リソグラフによるパターニングおよび続くエッチングによって、図８ｂに示すスタンドオフ７１が形成される。ＫＯＨエッチングは、この工程に適切である。スタンドオフ７１の目的は、図２の電極４８Ａ，Ｂ，５０Ａ，Ｂ，５２Ａ，Ｂなどのアクチュエータ電極の、対応する板（すなわち、それぞれ板３０，２８，２６）からの垂直間隔ｄを精密に決定することである。
【００７０】
図８ｂから図８ｃへ移る際、ジャイロスコープウエハ２０上にパターン層４６’が堆積される。好適には、パターン層４６’は、堆積に次いでパターニングの行われる（例えば、リソグラフと続くエッチングとによって）Ｇｅ層である。また、好適には、パターン層４６’は、図５に示す種類であり得る、フレーム３４と基部３６との間の電極を形成する。これに代えて、フレーム３４と基部３６との間の電極が、パターン層４６’の堆積とは別の工程により形成されることも可能である。
【００７１】
図８ｃから図８ｄへ移る際、ジャイロスコープウエハ２０の機械部品は、ジャイロスコープウエハ２０を通じたエッチングによって形成される。エッチングの行われるパターンは、フォトリソグラフによって形成可能である。２マイクロメートルの線幅および２マイクロメートルの間隔がこのエッチングには適切であり、エッチングは酸化物層７０で停止する。シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）アンチ・フッティング・エンハンスメントを用いる深堀りＲＩＥは、この工程に適切なエッチング方法である。このエッチングを、高アスペクト比のフィーチャを生成するのに適切なエッチング処理とともに行うことが好適である。図８ｄのエッチングが行われた後、図１〜４および図６に示すジャイロスコープウエハ２０の機械部品すべてが形成される。これらの部品には、質量体２２，２４、板２６，２８，３０、屈曲部３２、フレーム３４およびヒンジ２６Ａ，２８Ａ，３０Ａ，５４，５６，５８，６０が含まれる。簡単のため、図８ｄには板２８および質量体２２，２４しか示していない。
【００７２】
図９ａ，ｂには、基準ウエハ４４を製造するのに適切な一連の工程を概略的に示す。図９ａでは、基準ウエハ４４の活性領域を概略的に７４として示す。活性領域７４には、ジャイロスコープウエハ２０と電気的に接触する領域や、ジャイロスコープウエハ２０を駆動するための回路およびジャイロスコープウエハ２０によって提供される出力信号を感知するための回路を含む。そのような回路は、好適には従来のシリコンＣＭＯＳ回路である。好適な実施形態では、従来のＣＭＯＳ処理により堆積される金属の最後の層は、結合金属としての使用に適切な金属層である。また、金属のこの上部の層は、図９ａに概略的に示す電極４８Ａ，Ｂ，５０Ａ，Ｂ，５２Ａ，Ｂ（図９ｂには電極５０Ａ，Ｂのみを示す）および結合パッド７６を形成する。図９ａから図９ｂへ移る際、基準ウエハ４４において凹部４５，４７が形成される。凹部４５，４７は、好適には、ＤＲＩＥを用いて、約１００ミクロンの深さまで製造される。
【００７３】
図１０ａ，ｂには、ジャイロスコープウエハ２０、基準ウエハ４４およびキャップウエハ４２の最終組立に適切な一連の工程を概略的に示す。図１０ａでは、示すように、基準ウエハ４４は、ジャイロスコープウエハ２０上のパターン層４６’と基準ウエハ４４上の結合パッド７６との間の位置整合された金属−金属結合を介して、ジャイロスコープウエハ２０に取り付けられている。図７〜１０の処理手順において、ジャイロスコープウエハ２０に対する基準ウエハ４４の接合は、ジャイロスコープウエハ２０に対するキャップウエハ４２の接合より後の加工段階で行われる。したがって、ジャイロスコープウエハ２０に基準ウエハ４４を接合するには、以下に限定されるものではないが、共晶金属接合、アルミニウム−ゲルマニウム接合、はんだ接合、インジウム−金接合およびポリマー接合を含む、比較的低温の接合処理が好適である。
【００７４】
図１０ａにおける板２８と電極５０Ａ，５０Ｂとの間の分離ｄは、スタンドオフ７１およびパターン層４６’の厚さ合計によって決定されるので、スタンドオフ７１の高さを選択することによって、精密に制御（または予め決定）されることが可能である。他の電極（例えば、電極４８Ａ，Ｂおよび電極５２Ａ，Ｂ）と、その対応する板（例えば、それぞれ板３０，２６）との間の分離も、同じように決定され、通常、全ての板が、同じ所定の距離ｄによって、その対応する電極から分離されている。図７〜１０の処理手順にはジャイロスコープウエハ２０上にのみ形成されているスタンドオフ７１を示すが、板と電極との間の分離を規定するために、基準ウエハ４４上にのみスタンドオフを形成すること、またはジャイロスコープウエハ２０および基準ウエハ４４の両方にスタンドオフを形成することが可能である。図１０ａから図１０ｂへ移る際、材料がエッチングによってキャップウエハ４２から除かれて、上方から活性領域７４に到達することが可能となる。このエッチングはＤＲＩＥによって行われることが可能である。上方から活性領域７４に到達することを可能とすることによって、図１０ｂの角速度センサに対し電気的な接続が行われる
。
【００７５】
基準ウエハ４４は、好適には金属−金属接合を介してジャイロスコープウエハ２０に取り付けられており、気密とされることが可能である。同様に、ジャイロスコープウエハ２０は、好適には融着によってキャップウエハ４２に取り付けられており、これも気密とされることが可能である。その結果、基準ウエハ４４、ジャイロスコープウエハ２０およびキャップウエハ４２からなるアセンブリ全体は、ジャイロスコープ要素（質量体２２，２４など）と周囲環境との間に気密バリアを提供することが可能である。
【００７６】
様々なジャイロスコープ市場の幾つかの性能仕様を満たすには、一部の場合、気密バリアによって提供されるエンクロージャ内の圧力を低下させることが有利である（例えば、大気圧より有意に低い０．１３３Ｐａ（約１ｍＴｏｒｒ）。このようにして、エンクロージャに充満する空気（または他の気体）による質量体２２，２４の運動に対する抵抗は、好適に減少される。これに代えて、運動に対する空気抵抗を低減するために、質量体２２，２４（および結合部の他の可動部品）に穴を提供することが可能である。他の場合、気密のエンクロージャの内に大気圧より大きな圧力を与えることが所望されることがある。
【００７７】
この図７ａ〜ｄ、図８ａ〜ｄ、図９ａ〜ｂおよび図１０ａ〜ｂについての説明によって、本発明の好適な一実施形態を製造するのに適切な代表的な一連の工程の概略的な概要が提供される。したがって、上述の単一のステップは本発明の実施にとって不可欠なものでない。さらに、上述の工程のうちの大部分は、上述において言及していないが、半導体処理技術において公知である代替の方法を用いて実行可能である。より一般的には、詳細な説明全体は、一般に、限定ではなく例としてのものである。次に、本発明の実施形態のさらなる例を、簡潔に記載する。
【００７８】
図１２は、本発明の一実施形態による基準ウエハ上の電極の構成の概略的な平面図である。図１２を見ると、質量体２２，２４および板２６，２８，３０は示されていないので、結合部のそれらの要素の下の電極を見ることが可能である。図１２の構成では、上述のように、電極４８Ａ，Ｂ，５０Ａ，Ｂ，５２Ａ，Ｂは、それぞれ板３０，２８，２６を駆動するように作用する。加えて、図１２の構成では、質量体の運動、より一般的には、結合部の運動を感知するための電極５１Ａ，５１Ｂが提供される。この電極の構成では、回路によって電極４８Ａ，５２Ｂが結合部の運動を感知することが可能となる。駆動感知電極５１Ａ，Ｂの機能は、端板２６，３０の回転運動を感知する４８Ａ，５２Ｂによって実行される。同様に、電極５２Ａ，４８Ｂは、回路により結合部の運動を感知するように構成可能である。電極５１Ａ，５１Ｂによって提供される信号は、有利には、結合部アクチュエータを駆動する回路によって用いられることが可能である。例えば、このように結合部の運動を感知することによって、駆動回路がその基本の機械共振周波数にて結合部を精密に駆動することが可能となる。
【００７９】
図２２には、本発明の一実施形態による、端板２６と、端板２６の運動を感知するための分離電極５２Ｃ，５２Ｄの平面図を示す。図２２に示すように感知電極を再構成することが好適な場合がある。図１２に示す構成と比較して、感知電極５２Ｂは２つの（分離した）電極５２Ｃ，５２Ｄへと再構成される。端板２６を、電極５２Ｃ，Ｄに対するその相対的な位置を特定するように示す。この実施形態では、感知電極５２Ｃ，５２Ｄは、傾斜している端板２６の示唆的な感知を行うように配置される。２つの分離電極５２Ｃ，５２Ｄの相対的な大きさは、フレーム（図示せず）から傾斜運動を除去するように選択される。結果的に、電極の感知から生成される信号は、純粋に板の傾斜による。次いで、この情報が、質量体２２，２４の振動の振幅を制御するために、フィードバックループへ組み込まれる。
【００８０】
戻って図１２を参照すると、電極５２Ａ，４８Ｂは、結合部を板２６，３０の外側へ駆動することによって作動させるように構成され得る。図２３には、図１２の電極５２Ａを電極５２Ｃ〜Ｆで置き換えた実施形態を示す。電極５２Ｃ，５２Ｄは電気的に接続される。同様に、電極対５２Ｅ，５２Ｆは一緒に接続される。分離した駆動の目的は、時間を通じて端板２６において一定のトルクを得ることである。この時間を通じて平均的な一定のトルクの影響は、コリオリ力に誘導される回転速度が測定される駆動周波数においては全く観察されない。図２４には、電極対５２Ｃ，Ｄおよび５２Ｅ，Ｆに対し位相の異なる２つの入力を形成する、端板２６上に生成される一定のトルクを示す図を示す。
【００８１】
図１３には、本発明の一実施形態による統合型の２軸ジャイロスコープの平面図を概略的に示す。図１３の構成では、Ｙ軸サブセンサ２０ＹおよびＸ軸サブセンサ２０Ｘは、好適には単一のシリコンチップ２１上に製造される。サブセンサ２０Ｘ，２０Ｙは、好適には図１および図２に関連して記載したようなセンサであり、図１３の構成によって、有利には、統合型の角速度センサによる２軸の感知が提供される。そのような統合によって、統合されていない２つの１軸センサと比較して、大幅に費用が低減される。一実施形態では、Ｘ軸サブセンサ２０ＸおよびＹ軸サブセンサ２０Ｙは、別個の周波数で動作される。この実施形態では、すべての基本周波数（４つ）は５００Ｈｚより大きく分離されている。各軸速度センサは２つの基本周波数、すなわち、駆動質量体モードおよびフレーム感知モードを有する。２軸ジャイロスコープは、隣接している２つの速度センサを備える。異なる周波数で動作することによって、クロストークが軽減される。加えて、２軸ジャイロスコープは、単一の気密封止リング２３によって気密封止されることが可能である。この単一の気密封止リング２３は、上述の製造技術を通じて形成されることが可能である。
【００８２】
図１７には、本発明の一実施形態による統合型の２軸ジャイロスコープ１７００の別の実施形態を示す。図１７の構成では、Ｙ軸サブセンサ２０ＹおよびＸ軸サブセンサ２０Ｘは、単一の気密封止リング２３によって提供される気密封止エンクロージャ内において、バリアシール１７０２によって分離されている。バリアシール１７０２は、一方の共鳴感知要素から他方の共鳴感知要素への音響カップリングを減少させる。すなわち、バリアシール１７０２は、Ｙ軸サブセンサ２０ＹとＸ軸サブセンサ２０Ｘとの間の音響カップリングを減少させる。したがって、２軸ジャイロスコープは、角速度の測定精度を改良することが可能である。一実施形態では、Ｙ軸サブセンサ２０ＹおよびＸ軸サブセンサ２０Ｘの両方に対する圧力の均一化を可能とするように、バリアシール１７０２内に管路２５Ａ，２５Ｂが形成される。
【００８３】
図１４ａおよび図１４ｂには、所望されない運動のコモンモード除去をさらに提供する本発明の一実施形態の平面図を概略的に示す。図１４ａおよび図１４ｂの構成は、２つのフレーム、すなわち、フレーム３４Ａおよびフレーム３４Ｂを含む。図１において質量体２２，２４がフレーム３４内に配置されているのとほぼ同じように、質量体２２Ａ，２４Ａはフレーム３４Ａ内に配置され、質量体２２Ｂ，２４Ｂはフレーム３４Ｂ内に配置される。図１４ａおよび図１４ｂの質量体２２Ａ，Ｂ，２４Ａ，Ｂは、質量体２４Ａ，２２Ｂが同位相で振動するように駆動される。質量体２２Ｂ，２４Ｂは、質量体２２Ａ，２４Ａのように、逆位相で運動するように結合されている。
【００８４】
フレーム３４Ａ，３４Ｂは屈曲部３２によって互いに接続され、複数の屈曲部３２によって基部３６’に接続されている。図１４ａおよび図１４ｂに示す屈曲部構成は例であり、本発明は他の屈曲部構成を用いても実施可能である。フレーム３４Ａ，３４Ｂの同位相の回転は同じ大きさの逆位相回転よりも屈曲部３２を伸展させるため、屈曲部３２によるフレーム３４Ａのフレーム３４Ｂに対する接続は、フレーム３４Ａ，３４Ｂの逆位相回転に対し同位相回転を抑制する性質を有する。
【００８５】
図１４ａのセンサが図１４ａのＹ軸の回りを回転するとき（または、図１４ｂのセンサが図１４ｂのＹ軸の回りを回転するとき）、フレーム３４Ａ，３４Ｂに与えられるＺ方向のトルクは逆位相である。この理由は、フレーム３４Ａ，３４Ｂ内の２つの結合部が互いに対して逆位相で運動しているためである。対照的に、図１４ａおよび図１４ｂのセンサの角加速度によって、フレーム３４Ａ，３４Ｂの同位相回転が生じる。したがって、図１４ａおよび図１４ｂのセンサは、Ｚ軸回りの角加速度による擬似信号を除外することが可能である。これは、図１の実施形態の提供しない性能である。図１４ａおよび図１４ｂにおけるフレーム３４Ａ，３４Ｂの回転は、上述のように（例えば容量性センサによって）感知されることが可能である。
【００８６】
さらに、図１の実施形態は正味０の直線運動量を有し、駆動された結合部において０でない正味の角運動量を有するが、図１４ａおよび図１４ｂの実施形態は駆動された結合部において正味０の直線運動量および角運動量を有する。センサパッケージに対する振動の移動は、駆動された結合部が正味０の直線運動量または角運動量を有する時間を減少させる性質を有するので、図１４ａおよび図１４ｂの実施形態では、図１の実施形態と比較して、パッケージ振動が減少される。振動の減少によって、バイアス誤差および直角位相誤差などの測定誤差を減少させることが可能である。
【００８７】
図１４ａおよび図１４ｂの実施形態によって提供されるＺ方向の角加速度のコモンモード除去の利益を最大化するには、フレーム３４Ａ，３４Ｂがほぼ同じ形状を有し、フレーム３４Ａ，３４Ｂの内の結合部がほぼ同じ構成および向きを有することが好適である。このレベルの対称性によって、Ｙ方向の角速度に応じた、ほぼ等しく反対向きの運動が提供され、これによって、Ｙ方向の角速度に応じない運動（例えば、Ｚ方向の角加速度による運動）の除去が最大化される。
【００８８】
図１５には、フレーム３４および基部３６が円形でなく矩形である、本発明の代替の一実施形態を概略的に示す。図１５のフレーム３４内では、図１の実施形態と同様に、質量体２２，２４は一緒に板２６，２８，３０に結合されている。また、図１の実施形態におけるように、質量体２２，２４および板２６，２８，３０を含む結合部は、好適には静電アクチュエーター（図１５には示さず）によって振動するように駆動される。図１５の実施形態のＹ軸回りの回転によって、質量体２２，２４に対しＸ方向のコリオリ力が誘導される。フレーム３４は複数の屈曲部３２によって基部３６へ接続されており、これによって、フレーム３４が基部３６に対して移動することが可能となる。Ｙ軸回りのセンサの角速度に応じた質量体２２，２４に対するＸ方向のコリオリ力は、フレーム３４を基部３６に対してＸ方向に移動させる性質を有する。フレーム３４と基部３６との間の相対運動は、好適には図１５に概略的に示した容量性センサ１００に感知される。
【００８９】
図１５のフレーム３４および屈曲部３２の構成によって、フレーム３４の回転は全体的に抑制され、Ｙ方向の角速度に応じたＸ方向へのフレーム３４の変形が感知される。図１５のフレーム３４および屈曲部３２の代替の構成も用いることが可能であり、これによって、Ｘ方向の変形が抑制され（例えば、フレーム３４をより堅くすることによって）、フレーム３４の回転が感知される。
【００９０】
図１６ａおよび図１６ｂには、フレーム３４と基部３６との間の屈曲部３２の代替構成の例を示す。図１６ａには、図１に示した屈曲部３２の構成に対して４５度だけ回転した屈曲部３２の構成を示す。図１６ｂには、フレーム３４と基部３６との間に対称的に配置された３つの屈曲部３２の構成を示す。当然のことながら、本発明は、感知される角速度に応じてフレーム３４が基部３６に対して移動することを可能とする、フレーム３４と基部３６との間の屈曲部の任意の構成によって実施可能である。
【００９１】
上述の本発明の実施形態の詳細な説明では、結合部を振動するように駆動する、静電アクチュエータであるアクチュエータを開示した。結合部を振動するように駆動する代替のアクチュエータには、次に限定されないが、電磁気アクチュエータ、圧電アクチュエータおよび熱アクチュエータが含まれる。また、上述の説明では、フレーム３４の角振動を感知するための、容量性センサであるトランスデューサを開示した。フレーム３４の角振動を感知するための代替のトランスデューサには、次に限定されないが、電磁気センサ、ピエゾ抵抗センサおよび圧電センサが含まれる。
【００９２】
上述の本発明の実施形態の上記の詳細な説明では、フレーム３４を角振動するように駆動する、静電アクチュエータであるアクチュエータを開示した。フレーム３４を振動するように駆動するための代替アクチュエータは、次に限定されないが、電磁気アクチュエータ、圧電アクチュエータおよび熱アクチュエータが含まれる。また、上述の説明では、結合部の角振動を感知するための、容量性センサであるトランスデューサを開示した。結合部の振動を感知するための代替のトランスデューサには、次に限定されないが、電磁気センサ、ピエゾ抵抗センサおよび圧電センサが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の一実施形態によるジャイロスコープウエハの概略的な平面図。
【図２】図１のジャイロスコープウエハのＩ線に沿った断面図。
【図３】好適な屈曲構成の詳細を示す概略的な平面図。
【図４】図３の屈曲構成のＩＩ線に沿った概略的な断面図。
【図５】本発明による使用に適切な２つの電極構成の概略図。
【図６】図１のジャイロスコープウエハの一部の概略的な拡大図。
【図７ａ】本発明の一実施形態によるキャップウエハを製造するための工程の概略的な図。
【図７ｂ】本発明の一実施形態によるキャップウエハを製造するための工程の概略的な図。
【図７ｃ】本発明の一実施形態によるキャップウエハを製造するための工程の概略的な図。
【図７ｄ】本発明の一実施形態によるキャップウエハを製造するための工程の概略的な図。
【図７ｅ】本発明の一実施形態によるキャップウエハを製造するための工程の概略的な図。
【図７ｆ】本発明の一実施形態によるキャップウエハを製造するための工程の概略的な図。
【図８ａ】本発明の一実施形態によるキャップウエハおよびジャイロスコープウエハからなるアセンブリを製造するための工程の概略図。
【図８ｂ】本発明の一実施形態によるキャップウエハおよびジャイロスコープウエハからなるアセンブリを製造するための工程の概略図。
【図８ｃ】本発明の一実施形態によるキャップウエハおよびジャイロスコープウエハからなるアセンブリを製造するための工程の概略図。
【図８ｄ】本発明の一実施形態によるキャップウエハおよびジャイロスコープウエハからなるアセンブリを製造するための工程の概略図。
【図９ａ】本発明の一実施形態による基準ウエハを製造するための工程の概略図。
【図９ｂ】本発明の一実施形態による基準ウエハを製造するための工程の概略図。
【図１０ａ】本発明の一実施形態による、キャップウエハ、ジャイロスコープウエハおよび基準ウエハからなるアセンブリを製造するための工程の概略図。
【図１０ｂ】本発明の一実施形態による、キャップウエハ、ジャイロスコープウエハおよび基準ウエハからなるアセンブリを製造するための工程の概略図。
【図１１ａ】図２の構成が動作時にどのように運動するかを示す概略図。
【図１１ｂ】図２の構成が動作時にどのように運動するかを示す概略図。
【図１２】本発明の一実施形態による基準ウエハ上の電極の構成の概略図。
【図１３】本発明の２軸の一実施形態の概略図。
【図１４ａ】４つのプルーフマスを有する本発明の実施形態の概略図。
【図１４ｂ】４つのプルーフマスを有する本発明の実施形態の概略図。
【図１５】矩形のフレームを有する本発明の一実施形態の概略図。
【図１６ａ】（図１の構成に加え）やはり本発明を実施するのに適切である、他の２つの屈曲構成の概略図。
【図１６ｂ】（図１の構成に加え）やはり本発明を実施するのに適切である、他の２つの屈曲構成の概略図。
【図１７】本発明の２軸の一実施形態の概略図。
【図１８ａ】本発明の一実施形態により柱を備えるジャイロスコープウエハの断面図。
【図１８ｂ】本発明の一実施形態により柱を備えるジャイロスコープウエハの平面図。
【図１９】本発明の一実施形態によるジャイロスコープウエハの概略的な平面図。
【図２０】図１９のジャイロスコープウエハの一部の拡大図。
【図２１】一実施形態によるジャイロスコープの機械部品の運動を制限することを補助する干渉の概略図。
【図２２】本発明の一実施形態による質量体の運動を感知するための端板および電極の平面図。
【図２３】本発明の一実施形態による質量体の運動を感知するための端板および電極の平面図。
【図２４】時間を通じて端板上に生成されるトルクを示す図。
【図１】
0005567272.tif 000002
【図２】
0005567272.tif 000003
【図３】
0005567272.tif 000004
【図４】
0005567272.tif 000005
【図５】
0005567272.tif 000006
【図６】
0005567272.tif 000007
【図７ａ】
0005567272.tif 000008
【図７ｂ】
0005567272.tif 000009
【図７ｃ】
0005567272.tif 000010
【図７ｄ】
0005567272.tif 000011
【図７ｅ】
0005567272.tif 000012
【図７ｆ】
0005567272.tif 000013
【図８ａ】
0005567272.tif 000014
【図８ｂ】
0005567272.tif 000015
【図８ｃ】
0005567272.tif 000016
【図８ｄ】
0005567272.tif 000017
【図９ａ】
0005567272.tif 000018
【図９ｂ】
0005567272.tif 000019
【図１０ａ】
0005567272.tif 000020
【図１０ｂ】
0005567272.tif 000021
【図１１ａ】
0005567272.tif 000022
【図１１ｂ】
0005567272.tif 000023
【図１２】
0005567272.tif 000024
【図１３】
0005567272.tif 000025
【図１４ａ】
0005567272.tif 000026
【図１４ｂ】
0005567272.tif 000027
【図１５】
0005567272.tif 000028
【図１６ａ】
0005567272.tif 000029
【図１６ｂ】
0005567272.tif 000030
【図１７】
0005567272.tif 000031
【図１８Ａ】
0005567272.tif 000032
【図１８Ｂ】
0005567272.tif 000033
【図１９】
0005567272.tif 000034
【図２０】
0005567272.tif 000035
【図２１】
0005567272.tif 000036
【図２２】
0005567272.tif 000037
【図２３】
0005567272.tif 000038
【図２４】
0005567272.tif 000039