(57)【要約】【課題】振動子に対する電極の配置位置を工夫することで、角速度検出装置の振動子系に回転方向の振動を発生させることなく並進運動をさせることを可能とする。【解決手段】基板１０の表面に設けられた支持部１３−１，２に一方端が接続された支持弾性体１２−１，２によって、第１基板１０に対して変位可能な浮遊状態に支持された振動子１１と、振動子１１を一定の励振方向に振動させる磁性体１４と、振動子１１に設けられた電極１５とを備えた角速度検出装置１において、電極１５は、磁性体１４の磁力線Ｍと電極１５を流れる電流とにより発生する力Ｆの方向と、振動子１１および電極１５からなる振動子系の重心Ｇとが一致する位置に配置されているものである。【選択図】図１
2006119002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面に設けられた支持部と、
前記支持部に一方端が接続された支持弾性体と、
前記基板表面からある一定の間隔を有して浮遊した状態で前記支持弾性体の他方端に支持されたもので前記基板に対して変位可能な振動子と、
前記振動子を一定の励振方向に振動させる磁性体と、
前記振動子に設けられた電極と
を備えた角速度検出装置において、
前記電極は、前記磁性体の磁力線と前記電極を流れる電流とにより発生する力の方向と、前記振動子および前記電極からなる振動子系の重心とが一致する位置に配置されている
ことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】
前記磁性体より発生する磁力線と前記電極を流れる電流とによって発生する力が前記振動子に印加される位置と前記振動子系の重心とを結んだ直線と、前記振動子系が並進運動のみを行う際の振動子系の運動面との交差角が１．６度以内である
ことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い検出感度で２軸方向の角速度の同時検出が可能なマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）構成の角速度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
角速度検出装置のようなアクティブセンサをマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）で構成する場合、振動子を何らかの力で駆動させる必要があり、静電力やローレンツ力を用いた駆動方式の角速度検出装置が一般的には知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特に、ローレンツ力を駆動力に用いた角速度検出装置の振動子においては、プロセスのコンタミネーションなどの理由で、振動子やそれを支えるバネを形成してから、振動子を駆動させるための駆動電極の形成を行うことが多い。そのため、図１４（１）に示すように、駆動電極３０８により発生される駆動力Ｆが振動子３０１上部に作用して、図１４（２）に示すように、本来、振動子３０１を動かしたい並進運動方向（矢印ア方向）とは垂直方向の軸周りの回転運動（矢印イ方向）を誘発し、設計の駆動振動モード、駆動周波数、駆動振幅が得られないことがあった。
【０００４】
【特許文献１】特願２００３−４１１２６４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、本来動かしたい並進運動方向とは垂直方向の軸周りの回転運動が誘発されるために、設計の駆動振動モード、駆動周波数、駆動振幅等が得られない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板と、前記基板の表面に設けられた支持部と、前記支持部に一方端が接続された支持弾性体と、前記基板表面からある一定の間隔を有して浮遊した状態で前記支持弾性体の他方端に支持されたもので前記基板に対して変位可能な振動子と、前記振動子を一定の励振方向に振動させる磁性体と、前記振動子に設けられた電極とを備えた角速度検出装置において、前記電極は、前記磁性体の磁力線と前記電極を流れる電流とにより発生する力の方向と、前記振動子および前記電極からなる振動子系の重心とが一致する位置に配置されていることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の角速度検出装置は、電極は、磁性体の磁力線と電極を流れる電流とにより発生する力の方向と、振動子および電極からなる振動子系の重心とが一致する位置に配置されているため、振動子系の重心周りに回転方向の振動を発生することなく、並進運動を起こすことができるので、振動子は安定した並進運動をすることができる。このため、振動ノイズを低減することができるので、高感度なセンサ素子、アクチュエータとなる角速度検出装置を提供することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
角速度検出装置の振動子系に回転方向の振動を発生させることなく並進運動をさせるという目的を、振動子に対する電極の配置位置を工夫することで、新たな部品の付加をすることなく実現した。
【実施例１】
【０００９】
本発明の角速度検出装置に係る第１実施例を、図１の概略構成断面図によって説明する。
【００１０】
図１に示すように、角速度検出装置１は、基板１０と、基板１０の表面に設けられた支持部１２−１、１２−２と、支持部１２−１、１２−２に一方端が接続された支持弾性体１３−１、１３−２と、上記基板１０の表面からある一定の間隔を有して浮遊した状態で上記支持弾性体１３−１、１３−２の各他方端に支持されたもので、上記基板１１に対して変位可能な振動子１１と、振動子１１を一定の励振方向に振動させる磁性体１４と、上記振動子１１の一方側に絶縁膜１６を介して設けられた電極１５とを備えたものである。上記電極１５は上記振動子１１の一側方に形成された掘り込み部１１Ｓ上に形成されている。そして上記電極１５は、上記磁性体１４の磁力線Ｍと電極１５を流れる電流（電流は図面に対して垂直方向に流れる）とにより発生する力（ローレンツ力）Ｆの方向と、上記振動子１１および上記電極１５からなる振動子系の重心Ｇとが一致する位置に配置されている。したがって、上記条件を満足するように、上記掘り込み部１１Ｓの深さと上記電極１５の厚さ等が決定される。
【００１１】
次に、上記実施例１の構成の角速度検出装置１について、有限要素法を用いて、振動の形態をシミュレーションした。その結果を図２に示す。図２では、縦軸にＺ方向への変位ｄｚに対するＸ方向への変位ｄｘの比＝ｄｚ／ｚｘ（％）を示し、横軸にローレンツ力Ｆの振動子１１への印加位置と振動子系の重心Ｇとを通る直線と水平面Ｈとの角度（ｄｅｇ．）を示す。
【００１２】
図２に示すように、ローレンツ力Ｆの振動子１１への印加位置と振動子系の重心Ｇとを通る直線と水平面Ｈとの角度が１．６度以内であれば、Ｚ方向への変位ｄｚに対するＸ方向への変位ｄｘの比＝ｄｚ／ｚｘが１％以下となり、ほとんど回転方向の振動が起こらないようになる。したがって、磁性体１４より発生する磁力線Ｍと電極１５を流れる電流とによって発生する力Ｆが振動子１１に印加される位置と振動子系の重心Ｇとを結んだ直線が、上記振動子系が並進運動のみを行う際の振動子系の運動面（水平面Ｈ）との交差角θが１．６度以内であることが必要なことがわかる。一方、上記交差角θが１．６度よりも大きい場合には、Ｚ方向への変位ｄｚに対するＸ方向への変位ｄｘの比＝ｄｚ／ｚｘが１％を超えることになり、並進運動をする振動子系の重心Ｇ周りに回転運動が顕著に生じるようになるので、振動ノイズが大きくなり、検出感度が低下するという不具合を生じることになる。
【００１３】
本発明の角速度検出装置１は、電極１５は、磁性体１４の磁力線Ｍと電極１５を流れる電流とにより発生する力Ｆの方向と、振動子１１および電極１５からなる振動子系の重心Ｇとが一致する位置に配置されているため、振動子系の重心Ｇ周りに回転方向の振動を発生することなく、並進運動を起こすことができるので、振動子１１は安定した並進運動をすることができる。このため、センサ信号に対する振動ノイズを低減することができるので、振動のリニアリティを向上させることができ、高感度なセンサ素子、アクチュエータとなる角速度検出装置１を提供することができるという利点がある。
【実施例２】
【００１４】
次に、本発明の角速度検出装置に係る第２実施例を、図３の概略構成断面図によって説明する。
【００１５】
図３に示すように、基本的な構成は、前記実施例１と同様であり、角速度検出装置２は、基板１０と、基板１０の表面に設けられた支持部１２−１、１２−２と、支持部１２−１、１２−２に一方端が接続された支持弾性体１３−１、１３−２と、上記基板１０の表面からある一定の間隔を有して浮遊した状態で上記支持弾性体１３−１、１３−２の各他方端に支持されたもので、上記基板１１に対して変位可能な振動子１１と、振動子１１を一定の励振方向に振動させる磁性体１４と、上記振動子１１の一方側に絶縁膜１６を介して設けられた電極１５とを備えたものである。上記電極１５は、前記磁性体１４の磁力線Ｍと電極１５を流れる電流（電流は図面に対して垂直方向に流れる）とにより発生する力（ローレンツ力）Ｆの方向と、上記振動子１１および上記電極１５からなる振動子系の重心Ｇとが一致する位置に配置されている。この第２実施例では第１実施例と異なり、上記電極１５は上記振動子１１の側壁部分に形成された溝１１Ｔ内に埋め込まれた状態に形成されている。したがって、上記条件を満足するように、上記溝１１Ｔの形成位置と上記電極１５の厚さ等が決定される。
【００１６】
本発明の角速度検出装置２は、実施例１で説明した利点があるとともに、上下対称な構造となることによって、振動子１１からの反力も水平方向となり、余計なモーメントを生じないという利点がある。
【実施例３】
【００１７】
次に、本発明の角速度検出装置に係る具体的な一実施例を、図４の平面図および図５の図４におけるＡ−Ａ線断面図によって説明する。なお、図５の断面図は概略構成を示すものであり、図４の平面図の縮尺と一致させていない。
【００１８】
図４および図５に示すように、角速度検出装置３は、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２を並行に備えている。この第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２はともに矩形の薄膜からなり、一例としてシリコン層で形成されている。上記第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−１とは、互いに向かい合う側の角部が支持弾性体１０２−５、１０２−６とによって連結され、第１振動子１０１−１の第２振動子１０１−２とは反対側の角部分には支持弾性体１０２−１、１０２−２の一端側によって支持されている。また支持弾性体１０２−１、１０２−２の他端側は、それぞれ支持部１０３−１、１０３−２に支持固定されている。また、第２振動子１０１−２の第１振動子１０１−１とは反対側の角部分には支持弾性体１０２−３、１０２−４の一端側によって支持されている。また支持弾性体１０２−３、１０２−４の他端側は、それぞれ支持部１０３−３、１０３−４に支持固定されている。上記支持弾性体１０２−１〜６は、それぞれが例えば板バネで構成され、例えばシリコン層からなり、例えばＵ字形に形成されている。上記支持部１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４は、それぞれ絶縁体１２２を介して第１基板１００に固定されている。したがって、第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２は支持弾性体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４によってのみ支持されていて、第１基板１００に対して完全に浮動状態に配置されている。
【００１９】
本発明の角速度検出装置３では、上記支持弾性体１０２−１〜１０２−４の電極形成面は、上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の上面より第１基板１００側に低く形成されている。また上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の電極形成部は、第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２の上面の一部を掘り込んで形成された堀り込み部１１１−１、１１１−２に形成されている。
【００２０】
上記第１振動子１０１−１の堀り込み部１１１−１には、支持部１０２−１から支持弾性体１０２−１、第１振動子１０１−１の掘り込み部１１１−１、支持弾性体１０２−２を通り支持部１０３−２に至るものでこの第１振動子１０１−１を電磁駆動させるための電極１０８−１が絶縁膜１０７を介して配設されている。同様に、上記第２振動子１０１−２の堀り込み部１１１−２には、支持部１０２−３から支持弾性体１０２−３、第１振動子１０１−２の掘り込み部１１１−２、支持弾性体１０２−４を通り支持部１０３−４に至るものでこの第２振動子１０１−２を電磁駆動させるための電極１０８−２が絶縁膜１０７を介して配設されている。
【００２１】
上記駆動電極１０８−１は、後に説明する磁性体１２４の磁力線と上記駆動電極１０８−１を流れる電流（電流は図面に対して垂直方向に流れる）とにより発生する力（ローレンツ力）の方向と、上記第１振動子１０１−１および上記駆動電極１０８−１からなる振動子系の重心とが一致する位置に配置されている。同様に、上記駆動電極１０８−２は、後に説明する磁性体１２４の磁力線と上記駆動電極１０８−２を流れる電流（電流は図面に対して垂直方向に流れる）とにより発生する力（ローレンツ力）の方向と、上記第１振動子１０１−２および上記駆動電極１０８−２からなる振動子系の重心とが一致する位置に配置されている。
【００２２】
また、上記第１、第２振動子１０１−１、１０１−２には、空気ダンピングを緩和するための貫通孔１０４が複数設けられている。この貫通孔１０４は、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２上方に設けられる第２基板２００との狭ギャップによるスクイーズ効果を低減させる。したがって、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２のバランスがとれるように均一に分布されるように形成されることが好ましい。この第２基板２００については次に説明する。
【００２３】
上記第１基板１００上には、フレーム部１２１を介して第２基板２００が形成されている。この第２基板２００は、例えばガラス基板で形成されている。また第２基板２００の上記第１基板１００と対向する面の上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２に対向する位置には、対向電極２１０−１、２１０−２が形成されている。
【００２４】
また、上記第１基板１００下には電磁駆動を起こすための磁石１２４が配置されている。したがって、この磁石１２４により第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２等の振動子系が電磁的に駆動される。上記磁石１２４は、出力的な相違はあるものの動作として同様の結果が得られるので、例えば、第１基板１００を掘り込んでその内部に磁石１２４を設置したり、第２基板２００の上部に設置したり、また第１基板１００と第２基板２００の両方に磁石を設置することも可能である。
【００２５】
次に、振動子、支持弾性体等の振動系の別形態について、図６の概略構成平面図によって説明する。この実施例２は、実施例１において、振動子１０１に接続される支持弾性体１０２−１〜１０２−４および振動子間の支持弾性体１０２−５、１０２−６の接続位置が異なるものである。なお、前記実施例１の構成と同様な部品には同一符号を付与した。
【００２６】
図６に示すように、第１基板（図示せず）に平行に、第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２を並行に備えられている。
【００２７】
この第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２はともに矩形の薄膜からなり、一例としてシリコン層で形成されている。上記第１振動子１０１−１と第２振動子１０１−２とは、互いに向かい合う側の辺の両端が振動子間の支持弾性体１０２−５、１０２−６とによって連結され、第１振動子１０１−１の第２振動子１０１−２とは反対側の辺の両端には支持弾性体１０２−１、１０２−２の一端側によって支持されている。また支持弾性体１０２−１、１０２−２の他端側は、それぞれ支持部１０３−１、１０３−２に支持固定されている。
【００２８】
また、第２振動子１０１−２の第１振動子１０１−１とは反対側の辺の両端には支持弾性体１０２−３、１０２−４の一端側によって支持されている。また支持弾性体１０２−３、１０２−４の他端側は、それぞれ支持部１０３−３、１０３−４に支持固定されている。
【００２９】
上記支持弾性体１０２−１〜４、振動子間の支持弾性体１０２−５、１０２−６は、それぞれが例えば板ばねで構成され、例えばシリコン層からなり、平面レイアウト的に見て例えばコ字形状、Ｕ字形状もしくは矩形波形状に形成されている。上記支持部１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４、１０３−５、１０３−６は、それぞれ絶縁体１３１を介して第１基板（図示せず）に固定されている。したがって、第１振動子１０１−１および第２振動子１０１−２は支持弾性体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４、振動子間の支持弾性体１０２−５、１０２−６によって支持されていて、第１基板（図示せず）に対して完全に浮動状態に配置されている。
【００３０】
また、上記支持部１０３−１上から支持弾性体１０２−１上、第１振動子１０１−１の端辺部に形成した溝（図示せず）内、支持弾性体１０２−２上を通り支持部１０３−２上に至るもので、上記第１振動子１０１−１を電磁駆動させるための電極１０６−１が絶縁膜１０５−１を介して導電性の配線として形成されている。同様に、上記支持部１０３−３上から支持弾性体１０２−３上、第２振動子１０１−２の端辺部に形成した溝（図示せず）内、支持弾性体１０２−４上を通り支持部１０３−４上に至るもので、上記電磁駆動で第２振動子１０１−２が動作したときに発生する誘導起電力を検出するためのモニタ電極となる電極１０６−２が絶縁膜１０５−２を介して導電性の配線として形成されている。そして、上記支持弾性体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４の上面は図示していない上記溝の低部と同等の高さに形成されている。さらに、角速度を検出する電極として上記第１振動子１０１−１、第２振動子１０１−２を用いるために、例えば、第２振動子１０１−２にシリコンからなる支持弾性体１０２−３を介して接続される導電性パッド１０６−３が支持部１０３−３上に形成されている。この導電性パッド１０６−３は同支持部１０３−３上に形成される電極１０６−２とは絶縁膜１０５−２によって電気的に絶縁されている。
【００３１】
また、上記電極１０６−１、１０６−２の両端に連続して、上記電極１０６−１、１０６−２の両端における上記支持部１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４上のそれぞれには、電極パッド１０７−１、１０７−２、１０７−３、１０７−４が形成されている。
【００３２】
また、上記第１、第２振動子１０１−１、１０１−２には、空気ダンピングを緩和するための貫通孔（図示せず）が複数設けられていてもよい。この貫通孔は、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２上方に設けられる第２基板（図示せず）との狭ギャップによるスクイーズ効果を低減させる。したがって、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２のバランスがとれるように均一に分布されるように形成されることが好ましい。
【００３３】
上記図６によって説明した振動系の構成では、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２の電極配線部分に掘り込み部１１１−１、１１１−２を形成し、電極１０８−１、１０８−２の厚みと絶縁層１０７厚みの合計が堀り込み部１１１−１、１１１−２の深さよりも厚くならないように形成されており、第１、第２振動子１０１−１、１０１−２が大きな衝撃によって対向電極２１０−１、２１０−２に接触するようなことがあっても、対向電極２１０−１、２１０−２に電極１０８−１、１０８−２が接触しないような構造となっている。また、第１基板１００側からみて、支持弾性体１０２−１〜１０２−４に形成されている電極１０８−１、１０８−２の高さが第１、第２振動子１０１−１、１０１−２の高さよりも低くなるよう支持弾性体１０２−１〜１０２−４が形成されているため、支持弾性体１０２−１〜１０２−４についても、電極１０８−１、１０８−２が対向電極２１０−１、２１０−２〔前記図５参照〕に接触しないようになっている。
【００３４】
次に、一例として、上記図６によって説明した振動系を有する角速度検出装置の動作原理を説明する。なお、第１基板側の構成は前記図６に基づき、第２基板側の構成は前記図５に基づく。
【００３５】
上記角速度検出装置３は、電極１０６−１にはある周期を持った電流が流れる。例えばある時点で電流Ｉ1が電極１０６−１を電極パッド１０７−１から電極パッド１０７−２に向かって流れているとする。その際、電極１０６−２に位相が１８０°ずれた電流Ｉ2を流す。電流Ｉ1、Ｉ2は周期性を持っているので、別の時点では、流れる方向が逆になることもある。電極１０６−１に電流が流れると、第１基板１００の下部に設けられた磁石１２４からの磁界により、ローレンツ力ＦLがｘ方向に発生する。
【００３６】
ローレンツ力ＦLは下記の式で現され、配線に直交する方向にその力が誘起される。
【００３７】
ＦL＝ＩＢＬ  …（１）
【００３８】
上記（１）式中、Ｉは駆動電極となる電極１０６−１に流れる電流、Ｂは磁束密度、Ｌは電極１０６−１の長さである。
【００３９】
ロ−レンツ力ＦLは印加される電流Ｉ1、Ｉ2と同じ周期性をもって第１、第２振動子１０１−１、１０１−２に印加され、第１振動子部１０１−１は、支持弾性体１０２−１および支持弾性体１０２−２に接続されている支持部１０３−１および支持部１０３−２を固定点とし、振幅運動を繰り返す。もう一方の第２振動子１０１−２は支持弾性体１０２−３および支持弾性体１０２−４に接続されている支持部１０３−３および支持部１０３−４を固定点とし、位相ずれ（例えば１８０°の位相ずれ）を持ちながら振幅運動を繰り返す。その際、外部からＹ軸まわりに角速度Ωが与えられると、振動方向に直行した方向にコリオリ力ＦCが発生する。このコリオリ力ＦCは（２）式で表される。
【００４０】
ＦC＝２ｍｖΩ  …（２）
【００４１】
上記（２）式中、ｍは振動子の質量、ｖは駆動方向の振動速度、Ωは外部から印加される角速度である。
【００４２】
コリオリ力ＦCで発生した変位を大きく取るためには、質量ｍ、駆動角振動数ωＸ、駆動変位Ｘｍ（ωＸおよびXmは駆動振動速度vの対応パラメタ-)を大きく取る必要がある。電磁駆動の場合、従来技術のような静電駆動で必要な櫛歯電極を必要としないため、大きな変位を取ることが可能となる。
【００４３】
コリオリ力ＦCが発生すると第１、第２振動子１０１−１、１０１−２がＺ軸方向に振動する。その際、第２基板２００側に設置された検出電極２１０−１と第１振動子１０１−１および検出電極２１０−２と第２振動子１０１−２との間に容量の変化が現れる。一方は第２基板２００に近づく方向に振動子が傾き、もう一方は遠ざかる方向に振動子が傾く。その容量差分を検出することで、印加される角速度を算出する。
【００４４】
ここで重要なことは、角速度Ωが印加されたときには検出電極２１０−１と第１振動子１０１−１および検出電極２１０−２と第２振動子１０１−２に発生する容量変化量が異なるが、並進加速度が印加された際には、発生する容量変化量は異ならないため、差分を取っても容量差が生じない。よって、角速度印加の時に発生する加速度成分を除去できる構造となっている。
【００４５】
また、ローレンツ力ＦLを発生させた際、第２振動子１０１−２上に形成された電極２１０６−２には誘導起電力が発生する。この誘導起電力は、ローレンツ力ＦLと同じ周期を持って発生している。容量変化を読み取る際、検出電極２１０−１、２１０−２と第１、第２振動子１０１−１、１０１−２間に搬送波を乗せ、容量変化により発生した電流を増幅することにより実際の信号を取り出す。搬送波は同期検波により除去され、また駆動波に関しても誘導起電力の周期成分で検波することにより、角速度に対応した直流信号を取り出すことができる。
【実施例４】
【００４６】
上記角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を、図７〜図１３の概略構成断面図および平面図によって説明する。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、上部シリコン層１５０−１と下部シリコン層１５０−２との間に絶縁層１２２を挟み込んでなるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１５０を用いる。上記絶縁層１２２は、例えば酸化シリコン膜（ＳｉＯ2）で形成されている。ここで、下部シリコン層１５０−２は、上記実施例１における第１基板１００に相当する。以下、第１基板１００として説明する。このＳＯＩ基板１５０で振動子および支持弾性体（例えばバネ）を形成する。さらに、図示はしないが、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術とにより、第２基板（図示せず）との位置合わせに用いるアライメントマ−クおよびダイシングラインとなるマーク（図示せず）を形成する。これは、後に説明するシリコン基板からなる第１基板１００と第２基板（図示せず）との陽極接合時のアライメントおよび第１基板１００を切り出す際の目印となるものである。
【００４８】
次に、上部シリコン層１５０−１を所望の膜厚となるようＳＯＩ基板１５０の上部シリコン層１５０−１側の全面をエッチングする。このエッチング方法はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いたウエットエッチングや化学的もしくは物理的ドライエッチで行うことができる。また、上部シリコン層１５０−１の所望の膜厚が予めわかっているならば、所望の膜厚の上部シリコン層１５０−１を有するＳＯＩ基板を用意しても良い。
【００４９】
次に、図７（ｂ）に示すように、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術とによって、上部シリコン層１５０−１を加工して陽極接合のフレ−ム部１２１を形成する。このエッチング方法はテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いたウエットエッチングや化学的もしくは物理的ドライエッチで行うことができる。このエッチングにおいて、振動子の膜厚および支持弾性体の膜厚が決定される。
【００５０】
次に、図８（ｃ）に示すように、上部シリコン層１５０−１に掘り込み部１１１−１、１１１−２の形成、同時に支持弾性体（例えばバネ）および支持部となる部分も掘り込み部１１１−１、１１１−２と同様にエッチングする。
【００５１】
次に、図８（ｄ）示すように、上部シリコン層１５０−１上に絶縁膜１０７を形成した後、リソグラフィー技術、エッチング技術等を用いて上記絶縁膜１０７をパターニングして、振動子の形成予定領域上の一部、バネの形成予定領域上および支持部の形成予定領域上に絶縁膜１０７−１を形成するとともに、振動子のストッパとなる絶縁膜１０７−２を形成する。この絶縁膜１０７は、掘り込み部１１１−１、１１１−２の側壁にも形成されてもよい。上記絶縁膜１０７は、電極と下部シリコン層２０１−２との絶縁性を保持できるものであれば何でも良い。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）や窒化シリコン（ＳｉＮ）などで形成することができる。また、振動子の形成予定領域上にも絶縁膜１０７−２を形成することから、振動子と第２基板側電極の接触時の絶縁性も保持できるようになる。
【００５２】
次に、上記絶縁膜１０７−１上に電極（ローレンツ印加のための配線および誘導起電力検出のための配線）１０８−１、１０８−２を形成する。配線材料は電子線蒸着法により形成した。本実施例においては、配線のパターニングは、リフトオフ法により行うことができ、またはリソグラフィー技術によりマスクを作製した後にそのマスクを用いたウエットエッチングもしくはドライエッチングによって行うこともできる。また本実施例においては、配線材料として、金、白金、クロムの三層金属材料を用いたが、金、白金、チタンの三層金属材料、金とクロム、金と白金、金とチタンなどの二層金属材料や、チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いても良い。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いても良い。また形成方法はスパッタ法やＣＶＤ法を用いることができる。
【００５３】
次に、図９（ｅ）および図１０に示すように、通常のリソグラフィー技術により、振動子、バネ、陽極接合のためのフレ−ム部を形成するマスクを作製し、そのマスクを用いたエッチング技術により、振動子１０１−１、１０１−２、振動子１０１−１、１０１−２を支持する支持弾性体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４、振動子１０１−１、１０１−２を連結する支持弾性体１０２−５、１０２−６、支持弾性体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４をそれぞれ支持する支持部１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４を形成する。また陽極接合のためのフレ−ム部１２１を形成する。上記エッチングは、例えば反応性イオンエッチングを用いることができる。この振動子３０１を形成するエッチング加工において、振動子１０１−１、１０１−２に多数の貫通孔１０４を形成することが好ましい。この貫通孔１０４の配置は、振動子１０１−１、１０１−２の面内を小区画に区切った場合、各区画において貫通孔１０４の形成密度が均等な密度分布を持つような配置であれば、ランダムな配置であっても良く、または等間隔に配置されたものであっても良い。なお、図９（ｅ）は図１０中のＤ−Ｄ’線における断面図であるが、図９（ｅ）および図１０の縮尺は必ずしも一致させていない。
【００５４】
次に、図９（ｆ）に示すように、絶縁層１２２をエッチングにより除去する。その際、各支持部１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４の下部の絶縁層１２２およびフレ−ム部１２１の下部の絶縁層１２２は残して、第１基板１００と接続させる。他の部分は中空構造となる。これにより振動子１０１−１、１０１−２、支持弾性体１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４、１０２−５、１０２−６〔前記図１０参照〕が浮動状態に形成される。
【００５５】
次に、第２基板の作製方法を以下に説明する。
【００５６】
図１１（ａ）に示すように、第２基板２００に電極（配線）材料層２１０を電子ビ−ム蒸着により形成する。上記第２基板２００には、例えばガラス基板を用いることができる。上記電極材料としては、金、白金、クロムの三層金属材料を用いることができ、さらに金、白金、チタンの三層金属材料、金とクロム、金と白金、白金とクロム、金とチタン、白金とチタンなどの二層金属材料を用いることができ、上記チタンの代わりに窒化チタンとチタンとの積層材料を用いても良い。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いても良い。また形成方法はスパッタ法やＣＶＤ法を用いても良い。
【００５７】
次に、図１１（ｂ）に示すように、無電解めっき法により、上記電極材料層２０７表面にコンタクト部２２０を形成する。このコンタクト部２２０は、例えば金めっきにより形成されるもので、陽極接合後の第１基板〔前記図９（ｋ）参照〕側の電極とのコンタクトを取るものである。したがって、陽極接合後の第１基板に形成される電極のコンタクト部に対向する位置に形成される。本実施例においては無電解めっき法を用いたが電解めっき法でも形成できる。
【００５８】
次に、図１１（ｃ）に示すように、リソグラフィー技術によって電極形成のためのマスクを形成した後、そのマスクを用いたエッチング技術によって、上記電極材料層２１０をパターニングして、第２基板２００側の対向電極２１０−１、２１０−２および引き出し電極２１０−３、２１０−４を形成する。
【００５９】
次に、第１基板と第２基板の組立方法を説明する。
【００６０】
次に、図１２（ａ）に示すように、陽極接合法により、ガラス基板からなる第２基板２００とシリコンからなるフレ−ム部１２１を接合させる。その際、支持部１０３−１、１０３−２および支持部１０３−３、１０３−４上に形成されているもので、ロ−レンツ力を発生させる電極１０８−１および電極１０８−２のパッド部に対して上記コンタクト部２２０をコンタクトさせる。その際、例えば金製の支柱（図示せず）を用いる。この金製の支柱は、無電界めっき方によって各電極のパッド毎に複数配置するように形成される。これにより、陽極接合時に金製の支柱がばね状に屈曲し、適度なテンションをもって第２基板２００側と接続することができる。なお、スプリングコンタクトや、金バンプを用いる接続方法もあるが、上記金製の支柱を用いるコンタクト方法の場合、ガラス基板である第２基板２００に過度な応力をかけることも無く、また、作製方法も極めて簡単である。また、本実施例においては無電解めっき法を用いたが電解めっき法でも形成できる。
【００６１】
次に、図示はしないが、第１基板１００側および第２基板２００をダイシングによりカットし、個別チップを形成する。最後に、図１３（ｂ）に示すように、第１基板１００の下部に磁石１２４を形成し、図示はしないが、例えばワイヤーボンディングにより、引き出し電極２１０−３、２１０−４よりを引き出して、角速度検出装置１のチップが作製される。
【００６２】
本発明の角速度検出装置の製造方法では、振動子１０１−１、１０１−２に形成する電極１０８−１、１０８−２は、振動子１０１−１、１０１−２に掘り込み部１１１−１、１１１−２を形成した後、その掘り込み部部１１１−１、１１１−２内に形成されるため、振動子１０１−１、１０１−２が振動した際に、電極１０８−１、１０８−２は変位検出手段を構成する対向電極２１０−１、２１０−２と接触することがなくなるように形成でき、振動子１０１−１、１０１−２の変位の検出が確実に行うことができる角速度検出装置３を提供できるという利点がある。また、上記第１実施例で説明したような作用効果を生じる角速度検出装置を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の角速度検出装置および角速度検出装置の製造方法は、角速度センサ素子に適用することができ、また、その他各種センサ（加速度、圧力、角速度、分子系…）やアクチュエータ、光学素子（ミラーや導波路）などにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の角速度検出装置に係る第１実施例を示した模式的断面図である。
【図２】Ｚ方向への変位ｄｚに対するＸ方向への変位ｄｘの比＝ｄｚ／ｚｘ（％）と、ローレンツ力の振動子への印加位置と振動子系の重心とを通る直線と水平面との角度との関係図である。
【図３】本発明の角速度検出装置に係る第２実施例を示した模式的断面図である。
【図４】本発明の角速度検出装置に係る具体例を示した概略構成平面図である。
【図５】本発明の角速度検出装置に係る具体例を示した概略構成断面図である。
【図６】本発明の角速度検出装置に係る別の振動系の一例を示した概略構成平面図である。
【図７】本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。
【図８】本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。
【図９】本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。
【図１０】本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成平面図である。
【図１１】本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。
【図１２】本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。
【図１３】本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を示した概略構成断面図である。
【図１４】従来の角速度検出装置の課題を説明する図面である。
【符号の説明】
【００６５】
１…角速度検出装置、１０…基板、１１…振動子、１２−１，１２−２…支持弾性体、１３−１，１３−２…支持部、Ｆ…力、Ｇ…振動子系の重心、Ｍ…磁力線
【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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