(57)【要約】【課題】振動センサで使用するための質量負荷型共振器を提供すること。【解決手段】少なくとも１つの実施形態では、質量負荷型共振器は、頂面、底面、および複数の側面を有する共通ベースを含む。さらに、複数の屈曲部が、共通ベースに取り付けられ、かつ、質量負荷型共振器が静止状態にあるときには、共通ベースの頂面の垂線から実質的に垂直に突出する。さらに、複数の屈曲部は、共通ベースの厚さよりも著しく小さい厚さを有する。【選択図】図１
2015219233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動センサで使用するための質量負荷型共振器（１００）であって、
頂面（１０４Ａ）、底面（１０４Ｂ）、および複数の側面（１０４Ｃ）を有する共通ベース（１０４）と、
前記共通ベース（１０４）に取り付けられ、かつ、前記質量負荷型共振器（１００）が静止状態にあるときには前記共通ベース（１０４）の前記頂面（１０４Ａ）の垂線（１０５）から実質的に垂直に突出する複数の屈曲部（１０２）であって、前記共通ベース（１０４）の厚さよりも著しく小さい厚さを有する、複数の屈曲部（１０２）と、
前記共通ベース（１０４）に取り付けられた複数の電極とを備え、前記複数の屈曲部（１０２）が、前記複数の電極に少なくとも１つの電場が印加されたときに前記質量負荷型共振器（１００）を２つの縮退モードに励起するように構成される、質量負荷型共振器（１００）。
【請求項２】
前記複数の屈曲部（１０２）が、頂部板に取り付けられ、前記頂部板が、前記共通ベース（１０４）に取り付けられる、請求項１に記載の質量負荷型共振器（１００）。
【請求項３】
質量負荷型共振器を構築するための方法であって、
第１のエッチング法を使用して、材料に複数の屈曲部をパターン形成するステップ（４０２）と、
第２のエッチング法を使用して、前記パターンに従って前記複数の屈曲部を解放するステップ（４０４）と、
第３のエッチング法を使用して共通ベースをパターン形成するステップであって、前記共通ベースが、頂面、底面、および複数の側面を有し、また、前記共通ベースが、前記複数の屈曲部の厚さよりも著しく大きい厚さを有し、また、前記複数の屈曲部が、前記共通ベースに取り付けられ、かつ、前記質量負荷型共振器が静止状態にあるときには前記共通ベースの前記頂面の垂線から実質的に垂直に突出する、ステップ（４０６）と、
第４のエッチング法を使用して、前記パターンに従って前記共通ベースを解放するステップ（４０８）と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]
政府のライセンス権
米国政府は、国防高等研究計画局（Ｄｅｆｅｎｓｅ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｐｒｏｊｅｃｔｓ  Ａｇｅｎｃｙ、ＤＡＲＰＡ）との政府契約第ＨＲ００１１−１１−Ｃ−００３６号の条件に定めるところにより、本発明における特定の権利を有しうる。
【０００２】
[0002]
関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２０１４年５月１６日に出願した米国仮特許出願第６１／９９４，５１５号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００３】
[0003]外部から印加された回転力を検知することが可能なコリオリ振動ジャイロスコープを含むがこれに限定されない様々な用途において、２つの共振モードを有する機械式共振器が振動センサとして使用されうる。コリオリ振動ジャイロスコープは、本明細書においては振動ジャイロスコープとも呼ばれる。例示的な振動ジャイロスコープでは、一方の共振モードの運動速度に作用する外部からの回転力が他方の共振モードに作用するコリオリの力を生じさせるように、２つの縮退共振が設定される。
【０００４】
[0004]高性能振動ジャイロスコープの目的は、共振器の２つの共振モードが、長い共振減衰時間（ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｄｅｃａｙ  ｔｉｍｅ）（本明細書においては「リングダウン時間」とも呼ばれる）を有することである。リングダウン時間τは、τ＝Ｑ／（π＊ｆ）によって与えられ、式中、ｆは、共振周波数である。したがって、共振器のクオリティファクタ（Ｑ）が比較的一定に保たれうるのであれば、低い共振周波数を持つ共振器を設計することにより、長いリングダウン時間を得ることができる。しかし、低い共振周波数は通常、薄い共振器材料膜の使用を必要とし、薄い共振器材料膜は、高い機械的減衰を有する場合があり、したがって、より厚い膜で示されるＱよりも低い共振器Ｑを有する場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]振動センサで使用するための質量負荷型共振器を開示する。少なくとも１つの実施形態では、質量負荷型共振器は、頂面、底面、および複数の側面を有する共通ベースを含む。さらに、複数の屈曲部が、共通ベースに取り付けられ、かつ、質量負荷型共振器が静止状態にあるときには、共通ベースの頂面の垂線から実質的に垂直に突出する。さらに、複数の屈曲部は、共通ベースの厚さよりも著しく小さい厚さを有する。
【０００６】
[0006]各図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって範囲を限定するように考慮されるべきものではないという理解の下、添付の図面を使用して、さらなる特性および詳細とともに例示的な実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[0007]振動センサとして使用するための質量負荷型共振器の、例示的な一実施形態の図である。
【図２】[0008]より厚い多結晶ダイヤモンド膜がより高いクオリティファクタＱを提供する様子を示すグラフである。
【図３Ａ】[0009]図１に示した質量負荷型共振器のための共振モードの例を示す図である。
【図３Ｂ】[0009]図１に示した質量負荷型共振器のための共振モードの例を示す図である。
【図４】[0010]振動センサとして使用するための質量負荷型共振器の、例示的な構築方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0011]慣行に従い、記載された様々な特徴は、原寸に比例して描写されているのではなく、例示的な実施形態に関する特定の特徴を強調するように描写されている。
[0012]以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成しかつ説明に役立つ特定の実施形態を例示として示している添付の図面が参照される。しかし、他の実施形態を利用できること、ならびに論理的、機械的、および電気的な変更を行えることが理解されるべきである。さらに、図面および明細書において提示された方法は、個々のステップが実行されうる順序を限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味にとられるべきではない。
【０００９】
[0013]上述のように、低い共振周波数は通常、薄い共振器材料膜の使用を必要とし、薄い共振器材料膜は、高い機械的減衰を有する場合があり、したがって、より厚い膜で示されるＱよりも低い共振器Ｑを有する場合がある。本開示で説明される実施形態は、この問題を解決する。具体的には、実施形態は、質量負荷型共振器を作り出すために塊状本体を共振器の一部として含むことにより、高いＱファクタを維持しながらも、低い共振周波数を達成する。塊状本体は、本明細書においては共通ベースとも呼ばれる。結果として、共振器の共振周波数は低下されるが、高いＱファクタが維持される。
【００１０】
[0014]図１は、コリオリ振動ジャイロスコープを含むがこれに限定されない様々な用途において振動センサとして使用するための質量負荷型共振器１００の、例示的な一実施形態である。本明細書において論じられる振動ジャイロスコープは、微小電気機械システム（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ、ＭＥＭＳ）振動ジャイロスコープを一例として、様々なタイプの振動ジャイロスコープを含みうる。質量負荷型共振器１００はまた、本明細書においては「共振器」１００とも呼ばれる。共振器１００は、共通ベース１０４と、共通ベース１０４に取り付けられかつ共通ベース１０４を支持するように構成された、複数の屈曲部１０２とを含む。共振器１００のＱは、屈曲部１０２の材料特性によって決定される。より高いＱを提供するために、厚い屈曲部１０２が共振器１００に使用されうる。
【００１１】
[0015]図面に見られるように、共通ベース１０４は、頂面１０４Ａ、底面１０４Ｂ、および複数の側面１０４Ｃを有する。さらに、複数の屈曲部１０２は、共振器１００が静止状態にあるときには、共通ベース１０４の頂面１０４Ａの垂線１０５に対して実質的に垂直な方向に突出する。例示的な実施形態では、複数の屈曲部１０２の厚さは、共通ベース１０４の厚さよりも著しく薄くなる。
【００１２】
[0016]図２は、共振器として使用される例示的な材料である多結晶ダイヤモンド膜が、膜厚が大きくなるにつれてより高いＱをもたらす様子を示すグラフである。より具体的には、１／Ｑが、異なる厚さの多結晶ダイヤモンド膜に対する周波数の関数としてグラフ化されている。多結晶ダイヤモンド膜の厚さには、１．１マイクロメートル、２．９マイクロメートル、３．１マイクロメートル、および４．５マイクロメートルが含まれる。点線は、外れ値を除外した、示されたデータに対する線形近似である。グラフから分かるように、１．１マイクロメートルの厚さの多結晶ダイヤモンド膜は、２．９〜４．５マイクロメートルのダイヤモンド厚の共振器よりもおおよそ５倍大きい減衰（１／Ｑ）を示す。したがって、例示的な実施形態では、共振器１００により高いＱをもたらすために、より厚い屈曲部１０２、例えば２．９マイクロメートルよりも厚い屈曲部が、共振器１００に使用されうる。
【００１３】
[0017]屈曲部１０２に使用することができる材料は、機械損失が少ない任意の材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、屈曲部１０２は、共通ベース１０４と同じ材料で作られうる。そうした実施形態のうちのいくつかの実施形態では、屈曲部１０２および共通ベース１０４を同一の材料塊からパターン形成することが含まれうる。他の実施形態では、屈曲部１０２は、共通ベース１０４とは異なる材料で作られうる。屈曲部１０２が共通ベース１０４とは異なる材料で作られる実施形態では、屈曲部１０２は、共通ベース１０４上に堆積された膜とされる場合があり、また他の実施形態では、屈曲部１０２は、所望の厚さまで薄くされて共通ベース１０４に貼り付けられたバルク材料とされる場合がある。いくつかの材料は、バルク形態において同等の寸法の堆積膜よりもより高いＱを示しうるので、バルク材料を使用することが有益な場合がある。高い機械的Ｑに適切な微細構造は、通常、バルクガラスを高温で焼なましすることによってのみ得られるので、超低膨張ガラス（約５％のＴｉＯ２を含むＳｉＯ２）が当該の材料となる。バルク材料を薄くすることによって作られた屈曲部は、通常、薄膜を堆積することによって形成された屈曲部よりも厚みがあり、そのため、低い共振周波数を得るためには、大きな質量が必要とされる。いくつかの実施形態では、複数の屈曲部１０４が頂部板に取り付けられ、次いでこの頂部板が共通ベース１０４に取り付けられうる。いくつかの実施形態では、頂部板および屈曲部１０４は単一の材料片から作られて屈曲部１０４が材料にパターン形成されるので、複数の屈曲部１０４が頂部板に取り付けられる。いくつかの実施形態では、屈曲部材料および頂部板は、共通ベースに融着されうる。他のいくつかの実施形態では、屈曲部材料は、ガラスフリットなどの接着剤を使用して共通ベースに接着されうる。
【００１４】
[0018]屈曲部１０２に使用することができる材料のいくつかの例には、ダイヤモンド、単結晶シリコン、溶融石英、シリコン、および超低膨張ガラスが含まれる。さらに、屈曲部１０２の厚さは、多様であってもよい。しかし、この厚さは、共振器１００のクオリティファクタ、Ｑに影響を及ぼすので、屈曲部１０２の厚さは、所望されるＱに応じて選択されうる。屈曲部１０２にダイヤモンドが使用される実施形態では、屈曲部１０２の厚さのいくつかの例は、おおよそ５〜１５マイクロメートルとされうる。超低膨張ガラスが使用されるいくつかの実施形態では、屈曲部１０２の厚さは、おおよそ１０〜５０マイクロメートル厚とされうる。しかし、これらは例に過ぎず、限定を意図するものではない。
【００１５】
[0019]上述のように、屈曲部１０２が厚くなるほど、共振器１００の共振周波数が高くなる。厚い屈曲部１０２に伴う高い共振周波数に対抗するためには、図１に示されるように、屈曲部１０２の厚さよりも著しく大きい厚さを有する共通ベース１０４が共振器１００に含まれる。その結果、共振器１００の共振周波数は低減される。共振器１００の共振周波数が低減されるのは、共振周波数は１／√ｍに比例するので、質量が増大するにつれて共振周波数が低減するためである。共通ベース１０４を共振器１００に組み込むことにより、共振器１００の共振周波数「ｆ」を１桁分低減させることができ、それにより共振器のリングダウン時間が延長される。
【００１６】
[0020]さらに、共通ベース１０４の質量は、それぞれ実施形態で異なっていてもよいが、共振器１００の共振周波数を実質的に低くするように選択される。共通ベース１０４の質量は、共振器１００の共振周波数を決定することになるので、共通ベース１０４の質量は、それ相応に、すなわち、やはり共振器１００の共振周波数に影響を及ぼすことになる屈曲部１０２の厚さと併せて、選択されうる。具体的には、共通ベース１０４をより大きくすると、他の全てのことが不変であるならば、共振器１００の共振周波数はより低くなる。その結果、一般に、屈曲部１０２を厚くすると、共振器１００の共振周波数を所望の低い共振周波数まで低減するために、共通ベース１０４をより大質量にすることが必要になる。したがって、屈曲部１０２の厚さおよび材料は、共通ベース１０４の質量に関連して決定される。
【００１７】
[0021]例示的な実施形態では、共通ベース１０４の厚さおよび質量、ならびに屈曲部１０２の厚さおよび材料特性は、共振器１００の共振周波数が２ｋｈｚ未満になるように、すなわち、周囲振動よりも大きい共振周波数になるように選択される。いくつかの実施形態では、この共振周波数は、約３００ミクロン厚から２ｍｍ厚の共通ベースの厚さに相当しうるが、この場合もやはり、共振周波数は、屈曲部１０２の厚さおよび材料特性、ならびに共通ベース１０４の作製に使用される材料の密度に依存する。
【００１８】
[0022]屈曲部１０２と同様に、様々な材料で共通ベース１０４を構成することができる。上述のように、いくつかの実施形態では、共通ベース１０４は屈曲部１０２と同じ材料で作られ、また、他の実施形態では、共通ベース１０４は屈曲部１０２とは異なる材料で作られうる。したがって、共通ベース１０４は、屈曲部１０２が作られた材料のうちの任意の材料で作ることができる。いくつかの例には、ダイヤモンド、単結晶シリコン、溶融石英、シリコン、および超低膨張ガラスが含まれるが、これらに限定されない。
【００１９】
[0023]図３Ａ〜３Ｂは、図１に示された共振器１００のための共振モードの例である。図３Ａ〜３Ｂでは、振器１００のための２つの共振モードが、各図に１つ示されている。図３Ａ〜３Ｂにおける領域１０６は、ゼロに近い全変位量を有し、領域１０８は、最大の変位量を有する。２つのモードは、共通ベース１０４の振り子運動から成り、最大の振り子偏位運動が領域１０８で生じている。例示的な実施形態では、２つのモードは、同一の共振周波数を有する。全角度でのジャイロスコープ動作では、２つのモードの相対振幅は、時間とともに変動して、印加された外部からの回転力の軸を中心とした揺動軸の歳差運動をもたらしうる。
【００２０】
[0024]いくつかの実施形態では、屈曲部１０２は、頂部板に固着されうる。いくつかの実施形態では、固定損失を減少させかつジャイロスコープ出力の振動感度を最小限に抑えるために、塊状の各本体が逆位相で発振するように、２つ以上の質量負荷型共振器が屈曲部によって接続されうる。
【００２１】
[0025]当業者には知られているように、コリオリの効果に起因する物体の加速度は、以下の式、ａｃｏｒ＝２Ｖ×Ωによって判定され、式中、Ｖは、動いている物体の速度であり、Ωは、ある軸の周りでの動いている物体の回転速度である。いくつかの実施形態では、共振器１００に速度Ｖを誘発するのに使用するために、共振器１００の頂部１００ａおよび底部１００ｂ上に電極（図示せず）が配置されうる。他のいくつかの実施形態では、共振器１００を励起して共振器１００に速度Ｖを誘発するのに使用するために、共振器１００の頂部の頂部１００ａおよび底部１００ｃの表面上に電極（図示せず）が配置されうる。電極（図示せず）は、共振器１００上に導電性の膜を堆積させることによって形成されうる。図３Ａでは、共振器１００上の電極（図示せず）に静電気力を印加することにより、共振器１００のｘ軸を中心として速度が誘発されている。
【００２２】
[0026]上述のように、図３Ａでは、共振器１００の速度は、ｘ軸を中心として誘発されており、図３Ａで分かるように、共振器１００の中心における変位量はほぼゼロなので、縞模様１０６によって示された共振器１００の中央部分から離れるにつれて、ｘ軸に沿って変位量が増大する。共振器１００に速度が誘発され、次いで共振器１００がｚ軸を中心として回転された場合、コリオリの効果により、式ａｃｏｒ＝２Ｖ×Ωに従って、また図３Ｂに示されるように、ｙ軸を中心とした加速度が誘発されることになる。すなわち、図３Ａにおいて、共振器１００は、ｚ軸を中心として回転され、それにより共振器は、共振器１００をｙ軸を中心として加速させるコリオリの力を受けている。図３Ｂで分かるように、共振器１００の中心における変位量はほぼゼロなので、ｙ軸に沿って、また、共振器１００の中央部分から離れるにつれて、変位量は増大する。
【００２３】
[0027]上で論じたように共振器１００の速度を誘発するために共振器１００上に配置された電極（図示せず）は、共振器の運動によって誘発された電極の変動静電容量を測定することにより、共振器１００の運動を検知するための容量検知電極としても使用することができる。これらの変動静電容量から、共振器１００が受けたコリオリの加速度を導出することができ、それにより、上で論じた式ａｃｏｒ＝２Ｖ×Ωに従って、ｚ軸を中心とした回転速度がもたらされる。いくつかの実施形態では、容量検知電極（図示せず）は、共振器１００に速度を誘発する電極とは別の電極のセットとされうる。
【００２４】
[0028]図４は、振動センサのための質量負荷型共振器を構築するための例示的な方法４００の流れ図である。方法４００は、第１のエッチング法を使用して、材料に複数の屈曲部をパターン形成するステップ（ブロック４０２）を含む。複数の屈曲部をパターン形成するために使用される材料は、多結晶ダイヤモンド、単結晶シリコン、溶融石英、超低膨張ガラス、およびシリコンなどの、図１〜３Ｂで上で論じられた材料のうちの１つ、またはそれらの材料の組み合わせとすることができる。
【００２５】
[0029]いくつかの実施形態では、屈曲部のパターンは、上記の図１、３Ａ〜３Ｂにおける共振器１００に見られる屈曲部１０２の設計と同様のものとされうる。他の屈曲部のパターンも使用することができ、共振器の所望される周波数およびクオリティファクタＱに依存する。
【００２６】
[0030]いくつかの実施形態では、第１のエッチング法はドライエッチング法とされ、また、いくつかの実施形態では、第１のエッチング法はウェットエッチング法とされうる。ドライエッチング法の例には、反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）、ディープ反応性イオンエッチング（ｄｅｅｐ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ、ＤＲＩＥ）、プラズマエッチング、スパッタエッチング、および気相エッチングが含まれるが、これらに限定されない。ウェットエッチングの例には、含水水酸化カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、ＫＯＨ）エッチング、フッ化水素（ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ、ＨＦ）エッチング、および緩衝酸化物エッチング（ｂｕｆｆｅｒｅｄ  ｏｘｉｄｅ  ｅｔｃｈｉｎｇ、ＢＯＥ）が含まれるが、これらに限定されない。しかし、これらは例に過ぎず、限定を意図するものではない。例示的な実施形態では、第１のエッチング法は、ドライエッチング法の酸素反応性エッチング（ＲＩＥ）である。
【００２７】
[0031]方法４００は、第２のエッチング法を使用して、パターンに従って複数の屈曲部を解放するステップをさらに含む。第２のエッチング法は、第１のエッチング法に関して上で論じられたエッチング法のうちの任意のものを含むことができるが、それらに限定されない。例示的な実施形態では、共通ベースがシリコンウェハで作られている場合、第３のエッチング法は、パターン形成された屈曲部の底側に付着したシリコンを除去するために、含水水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を使用する。
【００２８】
[0032]方法４００はさらに、第３のエッチング法を使用して共通ベースをパターン形成するステップであって、共通ベースが、頂面、底面、および複数の側面を有し、また共通ベースが、複数の屈曲部の厚さよりも著しく大きい厚さを有し、複数の屈曲部が、共通ベースに取り付けられ、かつ、質量負荷型共振器が静止状態にあるときには共通ベースの頂面の垂線から実質的に垂直に突出する、ステップ（ブロック４０６）を含む。第３のエッチング法は、第１のエッチング法に関して上で論じられたエッチング法のうちの任意のものを含むことができるが、それらに限定されない。例示的な実施形態では、共通ベースがシリコンウェハで作られている場合、第２のエッチング法は、シリコンウェハの大部分をエッチングするために、ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）で構成されうる。同様に、共通ベースの形状は、上で論じられた共通ベース１０４の形状のうちの任意のものを含むことができるが、それらに限定されない。
【００２９】
[0033]例示的な実施形態では、共通ベースの厚さおよび質量、ならびに屈曲部の厚さおよび材料特性は、共振器の共振周波数が２ｋｈｚ未満になるように、すなわち、周囲振動数よりも大きい共振周波数になるようにパターン形成される。いくつかの実施形態では、この共振周波数は、約３００ミクロン厚から２ｍｍ厚の共通ベースの厚さに相当しうるが、この場合もやはり、共振周波数は、屈曲部１０２の厚さおよび材料特性、ならびに共通ベース１０４の作製に使用される材料の密度に依存する。
【００３０】
[0034]いくつかの実施形態では、共通ベースは、屈曲部と同じ材料からパターン形成されうる。他の実施形態では、屈曲部および共通ベースは、異なる材料で作られうる。例えば、共通ベースが屈曲部とは異なる材料で作られている場合、方法４００は、共通ベースの１つの側上に、またはパターン形成およびエッチングのプロセスによりそれから共通ベースの寸法が実質的に画定される基板材料上に、屈曲部材料を堆積させるステップを含みうる。屈曲部材料の堆積は、熱フィラメント化学蒸気堆積（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）を含むがこれに限定されない様々な方法で行うことができる。いくつかの実施形態では、屈曲部は、頂部板に取り付けられ、次いで頂部板は、共通ベースに取り付けられうる。いくつかの実施形態では、頂部板および屈曲部が単一の材料片から作られて屈曲部が材料にパターン形成されるので、複数の屈曲部が頂部板に取り付けられる。いくつかの実施形態では、屈曲部材料および頂部板は、共通ベースに融着されうる。いくつかの実施形態では、屈曲部材料は、ガラスフリットなどの接着剤を使用して共通ベースに接着されうる。共通ベースが屈曲部とは異なる材料である１つの例では、共通ベースはシリコンで作られ、屈曲部は多結晶ダイヤモンドで作られうる。しかし、これは例に過ぎず、限定を意図するものではない。上記のように、複数の屈曲部および共通ベースに対して使用される材料のタイプは、すなわちそれらが同一の材料であれ異なる材料であれ、エッチング法に伴って、共通ベースがどのようにして複数の屈曲部に取り付けられるかを決定する。
【００３１】
[0035]さらに、方法４００は、第４のエッチング法を使用して、パターンに従って共通ベースを解放するステップ（ブロック４０８）を含む。第４のエッチング法は、第１のエッチング法に関して上で論じられたエッチング法のうちの任意のものを含むことができるが、それらに限定されない。例示的な実施形態では、共通ベースがシリコンウェハで作られている場合、第４のエッチング法は、含水ＫＯＨ溶液でシリコンをエッチングするステップで構成されうる。いくつかの実施形態では、屈曲部を解放する第３のエッチング法は、共通ベースを解放する第４のエッチング法と同一とされうる。
【００３２】
[0036]この方法４００により、複数の質量負荷型共振器を同時に作製することができ、それにより質量負荷型共振器の製造費用が削減される。
[0037]例示の実施形態
例１は、振動センサで使用するための質量負荷型共振器であって、頂面、底面、および複数の側面を有する共通ベースと、共通ベースに取り付けられ、かつ、質量負荷型共振器が静止状態にあるときには共通ベースの頂面の垂線にから実質的に垂直に突出する複数の屈曲部であって、共通ベースの厚さよりも著しく小さい厚さを有する複数の屈曲部とを備える、質量負荷型共振器を含む。
【００３３】
[0038]例２は、共通ベースおよび複数の屈曲部が単一の材料片からパターン形成される、例１の質量負荷型共振器を含む。
[0039]例３は、複数の屈曲部が頂部板に取り付けられ、頂部板が共通ベースに取り付けられる、例１〜２のいずれかの質量負荷型共振器を含む。
【００３４】
[0040]例４は、複数の屈曲部および頂部板が単一の材料片からパターン形成される、例３の質量負荷型共振器を含む。
[0041]例５は、共通ベースに取り付けられた複数の電極をさらに備え、複数の屈曲部が、複数の電極に少なくとも１つの電場が印加されたときに質量負荷型共振器を２つの縮退モードに励起するように構成される、例１〜４のいずれかの質量負荷型共振器を含む。
【００３５】
[0042]例６は、複数の屈曲部が機械損失の少ない材料で構成される、例１〜５のいずれかの質量負荷型共振器を含む。
[0043]例７は、２キロヘルツよりも大きい共振周波数を有する、例１〜６のいずれかの質量負荷型共振器を含む。
【００３６】
[0044]例８は、複数の屈曲部が以下の材料、すなわちダイヤモンド、単結晶シリコン、溶融石英、シリコン、もしくは超低膨張ガラスのうちの１つまたは複数で実質的に構成される、例１〜７のいずれかの質量負荷型共振器を含む。
【００３７】
[0045]例９は、共通ベースが以下の材料、すなわちダイヤモンド、単結晶シリコン、溶融石英、シリコン、もしくは超低膨張ガラスのうちの１つまたは複数で実質的に構成される、例１〜８のいずれかの質量負荷型共振器を含む。
【００３８】
[0046]例１０は、第１のエッチング法を使用して、材料に複数の屈曲部をパターン形成するステップと、第２のエッチング法を使用して、パターンに従って複数の屈曲部を解放するステップと、第３のエッチング法を使用して共通ベースをパターン形成するステップであって、共通ベースが、頂面、底面、および複数の側面を有し、また、共通ベースが、複数の屈曲部の厚さよりも著しく大きい厚さを有し、また、複数の屈曲部が、共通ベースに取り付けられ、かつ、質量負荷型共振器が静止状態にあるときには共通ベースの頂面の垂線から実質的に垂直に突出するステップと、第４のエッチング法を使用して、パターンに従って共通ベースを解放するステップとを含む、質量負荷型共振器を構築するための方法を含む。
【００３９】
[0047]例１１は、複数の屈曲部および共通ベースが単一の材料片からパターン形成される、例１０の方法を含む。
[0048]例１２は、頂部板をパターン形成するステップであって、複数の屈曲部が頂部板に取り付けられ、また、複数の屈曲部および頂部板が単一の材料片からパターン形成されるステップと、頂部板を共通ベースに取り付けるステップとをさらに含む、例１０〜１１のいずれかの方法を含む。
【００４０】
[0049]例１３は、頂部板を共通ベースに取り付けるステップが、屈曲部材料および頂部板材料を共振器の１つの側上に堆積するステップか、または頂部板を共振器に接着するステップを含む、例１２の方法を含む。
【００４１】
[0050]例１４は、第１のエッチング法および第２のエッチング法が同一のエッチング法である、例１０〜１３のいずれかの方法を含む。
[0051]例１５は、第３のエッチング法および第４のエッチング法が同一のエッチング法である、例１０〜１４のいずれかの方法を含む。
【００４２】
[0052]例１６は、第１のエッチング法、第２のエッチング法、第３のエッチング法、および第４のエッチング法が、以下のエッチング法、すなわち、反応性イオンエッチング、ディープ反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、スパッタエッチング、気相エッチング、含水水酸化カリウムエッチング、フッ化水素エッチング、または緩衝酸化物エッチングのうちの１つである、例１０〜１５のいずれかの方法を含む。
【００４３】
[0053]例１７は、質量負荷型共振器が２キロヘルツよりも大きい共振周波数を有する、例１０〜１６のいずれかの方法を含む。
[0054]例１８は、支持板、および質量負荷型共振器を備える質量負荷型共振器ジャイロスコープであって、質量負荷型共振器が、頂面、底面、および複数の側面を有する共通ベースと、共通ベースに取り付けられ、かつ、質量負荷型共振器が静止状態にあるときには共通ベースの頂面の垂線から実質的に垂直に突出する複数の屈曲部であって、共通ベースの厚さよりも著しく小さい厚さを有する複数の屈曲部と、質量負荷型共振器に取り付けられた複数の電極とを含み、複数の屈曲部が、複数の電極に少なくとも１つの電場が印加されたときに質量負荷型共振器を２つの退縮モードに励起するように構成される、質量負荷型共振器ジャイロスコープを含む。
【００４４】
[0055]例１９は、共通ベースおよび複数の屈曲部が単一の材料片からパターン形成される、例１８の質量負荷型共振器ジャイロスコープを含む。
[0056]例２０は、複数の屈曲部が頂部板に取り付けられ、頂部板が共通ベースに取り付けられ、また、複数の屈曲部および頂部板が単一の材料片からパターン形成される、例１８〜１９のいずれかの質量負荷型共振器ジャイロスコープを含む。
【００４５】
[0057]本明細書では特定の実施形態について図示され説明されたが、示された特定の実施形態が同じ目的を達成するように意図された任意の構成で置換されうることが、当業者には理解されるであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。
【図１】
2015219233.tif 000003
【図４】
2015219233.tif 000004
【図２】
2015219233.tif 000005
【図３Ａ】
2015219233.tif 000006
【図３Ｂ】
2015219233.tif 000007
【外国語明細書】
2015219233000001.pdf