【手続補正書】
【提出日】平成26年12月5日(2014.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振体部材、
それぞれの横方向容量性絶縁ギャップおよび縦方向容量性絶縁ギャップによって、それぞれが容量的に前記共振体部材に結合された、第１および第２の電極、
を含む単一プルーフ・マス２軸ジャイロスコープ装置であって、
前記第１の電極の前記横方向容量性絶縁ギャップおよび前記縦方向容量性絶縁ギャップの一方の幅が、前記第２の電極の同様の絶縁ギャップの幅よりも実質的に小さい、装置。
【請求項２】
共振体部材が中心構造に接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
共振体部材が、該共振体部材を中心構造に接続する少なくとも１つの支持部材によって支持されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
共振体部材が環形体である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
共振体部材が多角形体である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
第１の電極は、第１の縦方向容量性絶縁ギャップよりも実質的に小さい第１の横方向容量性絶縁ギャップによって、共振体部材に容量的に結合されており、第２の電極は、第２の横方向容量性絶縁ギャップよりも実質的に小さい第２の縦方向容量性絶縁ギャップによって、共振体部材に容量的に結合されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
横方向容量性絶縁ギャップと縦方向容量性絶縁ギャップの少なくとも一方が、非導電材料で構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
第１の電極が駆動電極であり、第２の電極が検出電極である、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
面内駆動モード、該面内駆動モードと直交する第１の直交面外検出モード、ならびに前記第１の直交面外検出モードおよび前記面内駆動モードに直交する、第２の直交面外検出モードを使用するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
第２の電極が、面外モードのアンチノードの上に画定された４つの検出電極を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
面内駆動モードが、面外モードのアンチノードと位置合わせされたアンチノードを有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
第１の面外モードのアンチノードが、第２の面外モードのノードと位置合わせされており、第２の面外モードのアンチノードが第１の面外モードのノードと位置合わせされている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
面内駆動モード、第１の直交面外検出モード、および第２の直交面外検出モードの周波数がモード整合されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
共振体が、面内駆動モードおよび２つの面外検出モード用の共振周波数が特定の周波数に位置する、モード整合条件において動作する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
面内駆動モードおよび２つの面外検出モードに対する共振周波数が、特定の動作周波数内で、約３ｄＢの帯域幅内に位置している、モード整合に近い条件において、共振体が動作される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
面内駆動モードのアンチノードに位置する、面内周波数同調電極をさらに含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１７】
約９０°互いに隔てられた４つの面外周波数同調電極をさらに含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１８】
第１の横方向容量性絶縁ギャップが約２００ｎｍである、請求項６に記載の装置。
【請求項１９】
第２の縦方向容量性絶縁ギャップが約３００ｎｍである、請求項６に記載の装置。
【請求項２０】
第１の縦方向容量性絶縁ギャップおよび第２の横方向容量性絶縁ギャップが、約５μｍである、請求項６に記載の装置。
【請求項２１】
直交相殺電極をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
共振体部材が、異方性基板で構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
第１の電極が、異方性基板の＜１００＞方向と＜１１０＞方向の少なくとも一方に位置する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
共振体部材が、等方性基板で構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
共振体を起動するように構成された第１の電極が、（１００）シリコン基板によって使用されるときに、異方性基板の＜１００＞方向と＜１１０＞方向の少なくとも一方に位置する、請求項６に記載の装置。
【請求項２６】
共振体が、該共振体の共振モードを誘起し、検出するように構成された、少なくとも１つの圧電層を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
少なくとも１つの圧電層が、共振体と、該共振体を支持する支持構造の少なくとも一方の表面に取り付けられている、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
少なくとも１つの周波数同調電極をさらに含み、該周波数同調電極は、共振体部材と実質的にモード整合するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
周波数同調電極が、容量性絶縁ギャップによって、共振体部材の面内駆動モードのアンチノードから隔てられている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
周波数同調電極が、容量性絶縁ギャップによって、共振体の面外モードのアンチノードから隔てられている、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
容量性絶縁ギャップが空気を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
共振体部材、および
横方向容量性絶縁ギャップと縦方向容量性絶縁ギャップとによって、それぞれが共振体部材に容量的に結合されている、複数の電極
を含む、単一プルーフ・マス２軸ジャイロスコープ装置であって、
第１の電極を前記共振体部材に容量的に結合する少なくとも１つの絶縁ギャップの幅が、第２の電極を前記共振体部材に容量的に結合する少なくとも１つの絶縁ギャップの幅よりも実質的に小さい、前記装置。
【請求項３３】
複数の電極のうちの一方の電極の横方向容量性絶縁ギャップの幅が、複数の電極のうちの他方の電極のそれよりも実質的に小さい、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
複数の電極のうちの一方の電極の縦方向容量性絶縁ギャップの幅が、複数の電極のうちの他方の電極のそれよりも実質的に小さい、請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
複数の電極のうちの一方の電極の縦方向容量性絶縁ギャップが、複数の電極のうちの他方の電極の横方向容量性絶縁ギャップの幅と実質的に異なる幅を有する、請求項３２に記載の装置。
【請求項３６】
Ａ）頂面および側面を有する共振体部材を形成すること、
Ｂ）前記側方電極を前記共振体部材の前記頂面から隔てている第１の縦方向容量性絶縁ギャップよりも実質的に小さい、第１の横方向容量性絶縁ギャップによって、前記共振体部材の前記側面から隔てられている、側方電極を形成すること、および
Ｃ）前記頂部電極を前記共振体部材の前記側面から隔てている第２の横方向容量性絶縁ギャップよりも実質的に小さい、第２の縦方向容量性絶縁ギャップによって、前記共振体部材の前記頂面から隔てられている、頂部電極を形成すること
を含む、単一プルーフ・マス２軸ジャイロスコープ装置の製作方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
詳細な説明
本明細書の技術は、同時２軸のピッチ／ロールレート検出（例えば、ｘ軸およびｙ軸）用の、単一プルーフ・マス２軸ジャイロスコープデバイスの設計、製作、および特性評価を目的としている。このジャイロスコープは、既存のジャイロスコープよりも、通常、１桁から３桁高い周波数で動作する。このデバイスの高い動作周波数と高い品質係数によって、ブラウンノイズフロア（Brownian noise floor）が低周波数の対比物よりも数桁、低下し、それによってデバイスは、１００ｋＨｚに近づき、それを超える動作帯域幅を維持しながら、高い解像度を維持することが可能になる。開示するデバイスは、増大した感度に対して、１つの面内共振モードと２つの面外共振モード、または２つの面内共振モードと１つの面外共振モードの組合せを利用することができる。これらの共振モードは、ほぼ同一の周波数においてモード整合される。プロセス変動が存在する中で高い製造歩留まりを実現するために、開示のデバイスは、各共振モードに対して広帯域周波数の可同調性を保持することができる。ＨＡＲＰＳＳ（high aspect-ratio combined poly- and single-crystal silicon micromachining）プロセスの修正版を使用して、デバイス周波数可同調性を拡大、強化し、面内駆動モードと面外検出共振モードとの信号隔離を改善し、検出電極へ供給される直交信号成分（quadrature signal component）の絶対値を最小化する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
共振子本体１０２は、中心構造１０１を包囲するように寸法決めされた環形体としてもよい。態様によっては、この環形体は、円形であるか、またはその対称軸に対して周期的に繰り返された構造としてもよい。共振子本体１０２を中心構造１０１に接続する、支持構造１４０には、アスペクト比における制限がなくてもよい。さらに、図１に示されるように、支持構造１４０内の穿孔を、製作プロセスに応じて導入してもよく、またしなくてもよい。さらに、このジャイロスコープは、１００ｋＨｚよりも高い周波数において動作させてもよく、この共振周波数は、共振子本体１０２の半径方向寸法および厚さに応じて、共振周波数１０ＭＨｚに到達することが可能である。共振子本体１０２は、ほぼ同一の値である、面内共振モードおよび面外共振モードを、さらに含んでもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
面内駆動モードおよび面外検出モードの周波数は、特定のデバイス寸法に整合するように設計される。しかしながら、製作プロセスにおける欠陥により生じる不可避のプロセス変動およびその結果としての初期周波数分離とともに、ＳＯＩウェハなどの基板の厚さおよび横方向寸法の変動に対処するために、面内周波数同調電極１１６、１１８および面外周波数同調電極１２６、１２８、１３６、１３８が、製作プロセス中に選択的に画定される。面内駆動モードのアンチノードに位置する、２つの駆動同調電極１１６、１１８は、駆動モード周波数を、面外検出モード周波数への影響を最小にして、同調する。面外検出モード同調に対して、Ωｘ同調電極１２６、１２８およびΩｙ同調電極１３６、１３８は、９０度離して配列して、バランスのとれた静電力を発揮させてもよい。様々な態様において、周波数同調は、モード整合または近接モード整合（near-mode matching）のために使用される。少なくとも１つの周波数同調電極は、共振本体１０２の面内駆動モードのアンチノード（複数を含む）におけるサブミクロン横断（または水平）容量性絶縁ギャップによって、共振子本体１０２と隔ててもよく、少なくとも１つの周波数同調電極は、共振子本体１０２の面外モード（複数を含む）のアンチノードにおけるサブミクロン縦方向容量性絶縁ギャップによって共振子本体１０２と隔ててもよい。上述のように、周波数同調は、横／厚さバイアスおよび／またはそれらの組合せにおけるプロセス変動下での周波数分離に対処するように工夫されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
モード間の干渉を最小にして各共振モードを同調するために、縦方向容量性エアギャップおよび横方向容量性エアギャップの大きさが、注意深く選択される。頂部ｘ軸レート検出／同調電極１２２、１２４，１２６、１２８およびｙ軸レート検出／同調電極１３２、１３４、１３６、１３８は、それぞれ、共振子１０２に対して、約３００ｎｍの狭い縦方向容量性エアギャップを有する。様々な態様において、縦方向容量性エアギャップは、５０ｎｍから５μｍの間の範囲とすることができる。さらに、頂部ｘ軸レート検出／同調電極１２２、１２４、１２６、１２８、およびｙ軸レート検出／同調電極１３２、１３４、１３６、１３８は、共振子１０２から約５μｍの比較的広い横方向エアギャップサイズを有する。様々な態様において、頂部電極における横方向エアギャップは５００ｎｍから５０μｍの範囲とすることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図８は、本開示の様々な態様による、２軸環形ジャイロスコープの厚さおよび横変動に対するＡＮＳＹＳシミュレーションのグラフ表現である。プロセス変動の下で、駆動および検出モードの周波数シフトを予測するために、プロセス・バイアスモデル（process-biased model）を使用して、ＡＮＳＹＳシミュレーションを実行した。面外検出モードと面内駆動モードの間の周波数差のシミュレーションから、図8に示されるように、＋２．１５ｋＨｚ／０．１μｍの厚さ変動と、−５．３３ｋＨｚ／０．１μｍの横方向寸法変動があることがわかった。基板厚さ変動は、プロット８００に示されるように、横方向バイアスを与えることによって、オフセットさせることができるが、大きな静電的同調の機会を有することが、製造歩留まりを向上させるために望ましい。