(57)【要約】【課題】環状薄膜の振動子を用い電極配置を工夫することで、角速度の高い検出感度を得るとともに２軸方向の角速度の同時検出を可能とする。【解決手段】第１基板１１００の表面からある一定の間隔を有して浮動するもので、第１基板１１２３上に形成した支持部１１０５、１１０６に支持された支持弾性体（外側バネ１１０２および内側バネ１１０３）を介して設けた振動子１１０１と、その振動子１１０１を一定の励振方向に振動させる励振手段（磁石１１２４と駆動電極１１０８）と、励振手段により振動子１１０１を励振方向に振動させた状態で外部から角速度が作用したときに、その角速度に対して振動子１１０１が励振方向と直交する方向の変位を検出する変位検出手段（検出電極１１０９、電極１１２０）とを備え、振動子１１０１もしくは振動子１１０１を含む角速度検出部を電磁駆動により励振させるものである。【選択図】図１
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【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、
前記基板の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、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励振手段と、
前記励振手段により、前記振動子を励振方向に振動させた状態で外部から角速度が作用したときに、前記角速度に対して、前記振動子が励振方向と直交する方向の変位を検出する変位検出手段とを備え、
前記振動子もしくは前記振動子を含む角速度検出部を電磁駆動により励振させる
ことを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】
前記振動子に空間を介して対向して設けられた検出電極と、
前記基板と対向するもので前記検出電極が形成された第２基板とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項３】
前記振動子は一つの振動子からなり、
前記振動子の外縁から前記支持弾性体が複数配置される
ことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項４】
前記振動子は、環状の薄膜からなる一つの振動子からなり、振動子中心軸に対して回転振動するように駆動する
ことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項５】
前記振動子は、環状の薄膜からなる一つの振動子からなり、
前記支持弾性体は、前記振動子の外縁に接続された外側支持弾性体と、前記支持弾性体は前記振動子の内縁に接続された内側支持弾性体とからなり、
前記外側支持弾性体および前記内側支持弾性体はそれぞれ複数個からなる
ことを特徴とする請求項４記載の角速度検出装置。
【請求項６】
前記振動子は複数の振動子からなり、
前記各振動子の外縁から前記支持弾性体が複数配置され、
前記振動子間は前記基板に対して浮遊した状態に配置された支持弾性体により支持されている
ことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項７】
前記振動子は二つの振動子からなり、
前記電磁駆動は、
前記各振動子が互いに１８０°の位相差を持って振動する
ことを特徴とする請求項６記載の角速度検出装置。
【請求項８】
前記支持弾性体は、直線状からなる、もしくは少なくとも１箇所以上のくびれを有するものからなる
ことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項９】
前記励振手段は、前記振動子および前記振動子を含む角速度検出部を電磁駆動により励振させるもので、前記支持弾性体および前記振動子の一部に配置した電磁駆動を発生させる電極を有する
ことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項１０】
前記第１基板の少なくとも前記振動子側に掘り込み部が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項１１】
前記掘り込み部は、前記振動子に対向する位置に形成されている
ことを特徴とする請求項１０記載の角速度検出装置。
【請求項１２】
前記励振手段は、前記電磁駆動における電磁力を発生させるための磁石を備え、
前記磁石は、前記振動子もしくは前記振動子を含む角速度検出部の直下または直上に間隔を置いて配置される
ことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項１３】
前記磁石は前記基板内部に配置されている
ことを特徴とする請求項１２記載の角速度検出装置。
【請求項１４】
前記磁石は、前記基板の前記振動子側で前記振動子に対向する位置に形成した掘り込み部の内部に配置されている
ことを特徴とする請求項１２記載の角速度検出装置。
【請求項１５】
前記磁石は、前記基板の前記振動子に対向する位置に形成した前記基板を貫通する掘り込み部の内部に配置されている
ことを特徴とする請求項１２記載の角速度検出装置。
【請求項１６】
前記磁石は、前記基板とは別の第３基板に形成された状態で、前記基板の前記振動子に対向する位置に形成した前記基板を貫通する掘り込み部の内部に配置され、
前記基板と前記第３基板とが接合されている
ことを特徴とする請求項１２記載の角速度検出装置。
【請求項１７】
前記磁石は、前記第３基板に形成された掘り込み部に配置されている
ことを特徴とする請求項１６記載の角速度検出装置。
【請求項１８】
前記電磁駆動は、
前記支持弾性体および前記振動子の一部に配置した電極に交流電流を流すことで、前記振動子もしくは前記振動子を含む角速度検出部の上方および下方の少なくとも一方に配置した磁石で発生した磁力線に対し、前記振動子に垂直方向の振動を発生させる
ことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項１９】
前記変位検出手段は空間を介して対向する電極で構成され、
前記振動子に配置される前記電極は前記振動子に形成した掘り込み部内に形成される
ことを特徴とする請求項１記載の角速度検出装置。
【請求項２０】
前記振動子に配置される前記電極は、前記振動子面よりも前記掘り込み部の内部側に形成されている
ことを特徴とする請求項１９記載の角速度検出装置。
【請求項２１】
前記支持弾性体は、前記支持弾性体に配置される前記電極の表面が前記振動子の表面よりも前記基板側になるように形成されている
ことを特徴とする請求項１９記載の角速度検出装置。
【請求項２２】
前記支持弾性体は、前記支持弾性体に配置される前記電極の表面が前記振動子の表面よりも前記基板側になるように形成されている
ことを特徴とする請求項２０記載の角速度検出装置。
【請求項２３】
基板と、
前記基板の表面に固着して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、
前記基板の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、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励振手段と、
前記励振手段により、前記振動子を励振方向に振動させた状態で外部から角速度が作用したときに、前記角速度に対して、前記振動子が励振方向と直交する方向の変位を検出する変位検出手段とを備えた角速度検出装置の駆動方法であって、
前記振動子もしくは前記振動子を含む角速度検出部を電磁駆動により励振させ、
前記変位検出手段により、前記励振している前記振動子に外部から角速度が作用したときに、前記角速度に対して前記振動子が励振方向と直交する方向の変位を検出することで角速度を求める
ことを特徴とする角速度検出装置による角速度検出方法。
【請求項２４】
第１基板上に絶縁層を介して形成されたシリコン層上に絶縁膜を介して、振動子を励振させる駆動電極と振動子の変位を検出する検出電極とを形成する工程と、
前記シリコン層を用いて、環状の薄膜からなる振動子と、前記振動子の外側に一方端が接続される複数の外側支持弾性体と、前記外側支持弾性体の他方端が接続支持される外側支持部と、前記振動子の内側に一方端が接続される複数の内側支持弾性体と、前記内側支持弾性体の他方端が接続支持される内側支持部とを形成する工程と、
前記外側支持部によって前記外側支持弾性体の一方端が支持され、前記内側支持部によって前記内側支持弾性体の一方端が支持され、かつ、前記外側支持弾性体と前記振動子と前記内側支持弾性体とが前記第１基板に対して浮遊する状態となるように、前記絶縁層を除去する工程と、
前記振動子上に配設されている前記駆動電極および前記検出電極上に対向する位置に配置されるように第２基板に電極を形成する工程と、
前記電極が前記駆動電極および前記検出電極上に対向する位置に配置されるように、前記第１基板と前記第２基板とを接合する工程と、
励磁手段としての磁石を前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方に配置する工程と
を備えたことを特徴とする角速度検出装置の製造方法。
【請求項２５】
前記第１基板の少なくとも前記振動子側に掘り込み部を形成する
ことを特徴とする請求項２４記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項２６】
前記掘り込み部は、前記振動子に対向する位置に形成される
ことを特徴とする請求項２５記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項２７】
前記磁石は、前記振動子もしくは前記振動子を含む角速度検出部の直下または直上に間隔を置いて配置される
ことを特徴とする請求項２４記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項２８】
前記基板内部に前記磁石を配置する
ことを特徴とする請求項２４記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項２９】
前記基板の少なくとも前記振動子側に掘り込み部を形成し、
前記掘り込み部の内部に前記磁石を配置する
ことを特徴とする請求項２４記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項３０】
前記基板の前記振動子に対向する位置に前記基板を貫通する掘り込み部を形成し、
前記掘り込み部の内部に前記磁石を配置する
ことを特徴とする請求項２４記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項３１】
前記基板の前記振動子に対向する位置に前記基板を貫通する掘り込み部を形成し、
前記基板とは別の第３基板に前記磁石を形成し、
前記掘り込み部の内部に前記第３基板に形成された磁石を配置下後、前記基板と前記第３基板とを接合する
ことを特徴とする請求項２４記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項３２】
前記第３基板に形成された磁石は、前記第３基板に形成された掘り込み部に配置されている
ことを特徴とする請求項３１記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項３３】
前記変位検出手段は空間を介して対向する電極で形成し、
前記振動子に掘り込み部を形成した後、
前記掘り込み部内に前記絶縁膜を介して前記振動子に配置される前記電極を形成する
ことを特徴とする請求項２４記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項３４】
前記振動子に配置される前記電極は、前記振動子面よりも前記掘り込み部の内部側に形成される
ことを特徴とする請求項３３記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項３５】
前記変位検出手段は空間を介して対向する電極で形成し、
前記支持弾性体は、前記支持弾性体に配置される前記電極の表面が前記振動子の表面よりも前記基板側になるように形成される
ことを特徴とする請求項２４記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項３６】
第１基板上に絶縁層を介して形成されたシリコン層上に、絶縁膜を介して振動子を励振させる駆動電極と振動子の変位を検出する検出電極とを形成する工程と、
前記シリコン層を用いて、振動子と、前記振動子を浮遊状態に支持する支持弾性体とを形成する工程と、
前記支持弾性体の前記振動子を支持する側とは反対側の端部を支持する支持部を前記絶縁層で形成するとともに、前記支持弾性体と前記振動子とが前記第１基板に対して浮遊する状態となるように前記絶縁層を除去する工程と、
前記振動子上に配設されている前記駆動電極上および前記検出電極上のそれぞれの対向する位置に配置される電極を第２基板に形成する工程と、
前記電極が前記駆動電極上および前記検出電極上のそれぞれの対向する位置に配置されるように、前記第１基板と前記第２基板とを接合する工程と、
励磁手段としての磁石を前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方に配置する工程と
を備えたことを特徴とする角速度検出装置の製造方法。
【請求項３７】
前記第１基板の少なくとも前記振動子側に掘り込み部を形成する
ことを特徴とする請求項３６記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項３８】
前記掘り込み部は、前記振動子に対向する位置に形成される
ことを特徴とする請求項３７記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項３９】
前記磁石は、前記振動子もしくは前記振動子を含む角速度検出部の直下または直上に間隔を置いて配置される
ことを特徴とする請求項３６記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項４０】
前記基板内部に前記磁石を配置する
ことを特徴とする請求項３６記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項４１】
前記基板の少なくとも前記振動子側に掘り込み部を形成し、
前記掘り込み部の内部に前記磁石を配置する
ことを特徴とする請求項３６記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項４２】
前記基板の前記振動子に対向する位置に前記基板を貫通する掘り込み部を形成し、
前記掘り込み部の内部に前記磁石を配置する
ことを特徴とする請求項３６記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項４３】
前記基板の前記振動子に対向する位置に前記基板を貫通する掘り込み部を形成し、
前記基板とは別の第３基板に前記磁石を形成し、
前記掘り込み部の内部に前記第３基板に形成された磁石を配置下後、前記基板と前記第３基板とを接合する
ことを特徴とする請求項３６記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項４４】
前記第３基板に形成された磁石は、前記第３基板に形成された掘り込み部に配置されている
ことを特徴とする請求項４３記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項４５】
前記変位検出手段は空間を介して対向する電極で形成し、
前記振動子に掘り込み部を形成した後、
前記掘り込み部内に前記絶縁膜を介して前記振動子に配置される前記電極を形成する
ことを特徴とする請求項３６記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項４６】
前記振動子に配置される前記電極は、前記振動子面よりも前記掘り込み部の内部側に形成される
ことを特徴とする請求項４５記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項４７】
前記支持弾性体は、前記支持弾性体に配置される前記電極の表面が前記振動子の表面よりも前記基板側になるように形成される
ことを特徴とする請求項３６記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項４８】
第１基板上に、絶縁膜を介して振動子を励振させる駆動電極と振動子の変位を検出する検出電極とを形成する工程と、
前記第1基板を用いて、フレームと、振動子と、前記フレームに対して前記振動子を浮遊状態に支持する支持弾性体とを形成する工程と、
前記振動子上に配設されている前記駆動電極上および前記検出電極上のそれぞれの対向する位置に配置される電極を第２基板に形成する工程と、
前記電極が前記駆動電極上および前記検出電極上のそれぞれの対向する位置に配置されるように、前記フレームと前記第２基板とを接合する工程と、
前記振動子に対向する位置に掘り込み部を形成した第３基板を前記フレームに接合する工程と、
励磁手段としての磁石を前記第２基板および前記第３基板の少なくとも一方に配置する工程と
を備えたことを特徴とする角速度検出装置の製造方法。
【請求項４９】
前記第１基板はシリコン基板からなる
ことを特徴とする請求項４８記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項５０】
前記第３基板はシリコン基板からなる
ことを特徴とする請求項４８記載の角速度検出装置の製造方法。
【請求項５１】
前記掘り込み部内に、前記振動子側に前記掘り込み部の空間を残して前記磁石を形成する
ことを特徴とする請求項４８記載の角速度検出装置の製造方法。
【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角速度検出装置、角速度検出装置による角速度検出方法および角速度検出装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動型ジャイロセンサの一例として、図８１に示すような構成が開示されている。図８１（ａ）に斜視図を示し、図８１（ｂ）に模式的平面図を示す。図８１に示すように、基板１０には振動子１が配置されている。この振動子１はその両側から梁８に支持されてアンカー１３によって基板１０に取り付けられている。振動子１には櫛歯電極９Ａ、９Ｂが設けられている。また櫛歯電極９Ｂと間隔を介して櫛歯状の駆動電極２が基板１０に固定されて設けられている。さらに櫛歯電極９Ａと間隔を介して櫛歯状のモニタ電極３が基板１０に固定されて設けられている。駆動電極２は振動子１を基板１０に対して励振駆動させる電極であり、このような振動型ジャイロセンサでは、駆動電極２に印加されるＡＣ励振電圧によって振動子１を励振振動させる方式となっている。また、上記振動子１には、その中央側に櫛歯状の移動電極１１Ａ、１１Ｂが設けられている。これらの移動電極１１Ａ、１１Ｂと間隔を介して、基板１０に固定された櫛歯状の固定電極１２Ａ、１２Ｂが設けられている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
上記振動型ジャイロセンサでは、振動子１が前記駆動電極２によって図のＸ方向に励振駆動させられてＺ軸を中心として回転し、これら回転軸方向および励振方向の２方向に直交するＹ方向にコリオリ力が発生する。移動電極１１Ａ、１１Ｂと固定電極１２Ａ、１２Ｂとの組は、このコリオリ力を、移動電極１１Ａ、１１Ｂと固定電極１２Ａ、１２Ｂとの間の静電容量の変化に対応させて検出する検出電極として機能するものである。
【０００４】
また、電磁駆動方式の角速度検出装置の一例としては、以下の構成のものが開示されている。それは、シリコンの円盤形振動マスを備え、この円盤形振動マスには４本の矩形の支持バネを介して４隅のアンカー部で下部のガラス基板に接合されている。上記支持バネは共通可動電極となる円盤形振動マスからの電極引出し配線を兼ねている。円盤形振動マスの外周の直交した４箇所には静電アクチュエータの可動櫛歯電極が設けられ、それらに対向して、２本の固定櫛歯電極がガラス基板に固定されている。対向した固定櫛歯電極に交流電圧を印加して可動電極に往復振動を与え、中央の円盤形振動マスに回転振動を励起する。また円盤形振動マスとギャップ（空間）を介して静電容量を検出する下部電極が、扇形に４分割されて上記ガラス基板に設けられている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
上記角速度検出装置では、角速度を検出する場合、外部からの大きな衝撃により、振動子と振動子に対抗するように設置された検出用電極が接触する危険性がある。そのため振動子に絶縁性の突起物を設け、接触した際に振動子が破損しないような対策を施している。
【０００６】
また、別の電磁駆動方式の角速度検出装置としては、二つの矩形のシリコン薄膜からなる振動子を備え、各振動子同士はバネにより連結され、また上記連結された振動子の４隅には、それぞれ別の４本のバネにより支柱を介してガラス基板に支持されていて、各振動子上には、電磁駆動させるための電極が配設され、支柱に支持されるバネ上にはその電極に接続される引き出し配線が設けられていて、各振動子に空間を介して対向する位置には静電容量を検出するための対向検出電極が備えられているものがある。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１８３１７８号公報
【特許文献２】特開２０００−２９２１７４号公報
【非特許文献１】藤田孝之、波多野健大、水野卓也、前中一介、前田宗雄著  「回転振動形ジャイロスコープに関する基礎研究」電気学会論文集Ｅ  １１９巻  ８／９月号  １９９９年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、櫛歯電極を用いた静電容量検出型のジャイロスコ−プの場合、櫛歯動作の制限から大きな変位が取れないため、検出感度の向上には限界があることであり、検出感度を大きく取るために、駆動振動の振動振幅を大きく取ることができない点である。また櫛歯電極を用いた静電容量検出では構造上、１軸方向の角速度検出しかできないため、２軸方向以上の角速度検出が困難な点である。さらに、Ｚ軸方向の駆動振幅でＸ、Ｙ軸周りの角速度を検出する場合、振動子と、振動子に対抗するように設置された検出用電極間のギャップを少なくとも駆動振幅以上取る必要があるため、検出感度の低下が懸念される点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の角速度検出装置は、基板と、前記基板の表面に固着して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、前記基板の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、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励振手段と、前記励振手段により、前記振動子を励振方向に振動させた状態で外部から角速度が作用したときに、前記角速度に対して、前記振動子が励振方向と直交する方向の変位を検出する変位検出手段とを備え、前記振動子もしくは前記振動子を含む角速度検出部を電磁駆動により励振させることを最も主要な特徴とする。
【００１０】
本発明の角速度検出装置による角速度検出方法は、基板と、前記基板の表面に固着して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、前記基板の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、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励振手段と、前記励振手段により、前記振動子を励振方向に振動させた状態で外部から角速度が作用したときに、前記角速度に対して、前記振動子が励振方向と直交する方向の変位を検出する変位検出手段とを備えた角速度検出装置の駆動方法であって、前記振動子もしくは前記振動子を含む角速度検出部を電磁駆動により励振させ、前記変位検出手段により、前記励振している前記振動子に外部から角速度が作用したときに、前記角速度に対して前記振動子が励振方向と直交する方向の変位を検出することで角速度を求めることを最も主要な特徴とする。
【００１１】
本発明の角速度検出装置の第１製造方法は、第１基板上に絶縁層を介して形成されたシリコン層上に絶縁膜を介して、振動子を励振させる駆動電極と振動子の変位を検出する検出電極とを形成する工程と、前記シリコン層を用いて、環状の薄膜からなる振動子と、前記振動子の外側に一方端が接続される複数の外側支持弾性体と、前記外側支持弾性体の他方端が接続支持される外側支持部と、前記振動子の内側に一方端が接続される複数の内側支持弾性体と、前記内側支持弾性体の他方端が接続支持される内側支持部とを形成する工程と、前記外側支持部によって前記外側支持弾性体の一方端が支持され、前記内側支持部によって前記内側支持弾性体の一方端が支持され、かつ、前記外側支持弾性体と前記振動子と前記内側支持弾性体とが前記第１基板に対して浮遊する状態となるように、前記絶縁層を除去する工程と、前記振動子上に配設されている前記駆動電極および前記検出電極上に対向する位置に配置されるように第２基板に電極を形成する工程と、前記電極が前記駆動電極および前記検出電極上に対向する位置に配置されるように、前記第１基板と前記第２基板とを接合する工程と、励磁手段としての磁石を前記第１基板もしくは前記第２基板に配置する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。
【００１２】
本発明の角速度検出装置の第２製造方法は、前記基板の表面に固着して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、前記基板の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、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励振手段と、前記励振手段により、前記振動子を励振方向に振動させた状態で外部から角速度が作用したときに、前記角速度に対して、前記振動子が励振方向と直交する方向の変位を検出する変位検出手段と、前記振動子を電磁駆動により励振させるためのもので、前記支持弾性体および前記振動子の一部に電磁力を発生させるための電極とを備えた角速度検出装置の製造方法であって、前記変位検出手段は空間を介して対向する電極で形成し、前記振動子に形成する前記電極は、前記振動子に掘り込み部を形成した後、前記掘り込み部内に形成されることを最も主要な特徴とする。
【００１３】
本発明の角速度検出装置の第３製造方法は、第１基板上に絶縁膜を介して振動子を励振させる駆動電極と振動子の変位を検出する検出電極とを形成する工程と、前記第1基板を用いて、フレームと、振動子と、前記フレームに対して前記振動子を浮遊状態に支持する支持弾性体とを形成する工程と、前記振動子上に配設されている前記駆動電極上および前記検出電極上のそれぞれの対向する位置に配置される電極を第２基板に形成する工程と、前記電極が前記駆動電極上および前記検出電極上のそれぞれの対向する位置に配置されるように、前記フレームと前記第２基板とを接合する工程と、前記振動子に対向する位置に掘り込み部を形成した第３基板を前記フレームに接合する工程と、励磁手段としての磁石を前記第２基板および前記第３基板の少なくとも一方に配置する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の角速度検出装置は、磁石を用いた電磁駆動により、駆動振幅を大きく取ることができるため、角速度が印加された時に発生するコリオリ力に対応した変位を大きくとることができるという利点がある。また、駆動振動をＸ−Ｙ平面上に発生させることにより、変位検出手段の電極間隔を狭くすることができ、容量変化の大きな高感度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。また、支持弾性体を例えば４本の支持弾性体で構成し、それぞれを互いに９０度ずつずらして配置することにより電磁駆動配線となる駆動電極、変位検出手段となる検出電極の支持弾性体上への形成が可能となり、また振動子上に配設された駆動電極および検出電極に対向する２対の電極を配置することにより、１つの振動子を用いて２軸方向の角速度の同時検出が可能となるという利点がある。
【００１５】
本発明の角速度検出装置による角速度検出方法は、磁石を用いた電磁駆動により、駆動振幅を大きく取ることができるため、角速度が印加された時に発生するコリオリ力に対応した変位を大きくとることができるという利点がある。また、駆動振動をＸ−Ｙ平面上に発生させることにより、変位検出手段の電極間隔を狭くすることができるので、容量変化を大きくして、高感度な角速度検出ができるという利点がある。また、支持弾性体を例えば４本の支持弾性体で構成し、それぞれを互いに９０度ずつずらして配置することにより電磁駆動配線となる駆動電極、変位検出手段となる検出電極の支持弾性体上への形成が可能となり、また振動子上に配設された駆動電極および検出電極に対向する２対の電極を配置することにより、１つの振動子を用いて２軸方向の角速度の同時検出が可能となるという利点がある。
【００１６】
本発明の角速度検出装置の第１製造方法は、絶縁層上に形成したシリコン層を用いて振動子と同時に複数の外側支持弾性体および内側支持弾性体を形成することから、各支持弾性体によって振動子が第１基板に対して浮動状態で支持されるように形成できる。また、励磁手段として磁石を第１基板もしくは第２基板に設けることから、磁石を用いた電磁駆動により、駆動振幅を大きく取ることができる角速度検出装置が作製できる。このため、本発明の製造方法により製造された角速度検出装置では、角速度が印加された時に発生するコリオリ力に対応した変位を大きくとることができるという利点がある。また、駆動振動をＸ−Ｙ平面上に発生させることができ、第１基板と第２基板との間隔を調節して形成することにより、変位検出手段の電極間隔を狭くすることができ、容量変化の大きな高感度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。また、例えば４本の外側支持弾性体と４本の内側支持弾性体で構成し、それぞれを互いに９０度ずつずらして配置することにより電磁駆動配線となる駆動電極、変位検出手段となる検出電極の支持弾性体上への形成を可能とし、第２基板側に２対の電極を配置することにより、１つの振動子を用いて２軸方向の角速度の同時検出が可能となる構成を作製できるという利点がある。
【００１７】
本発明の角速度検出装置の第２製造方法は、変位検出手段は空間を介して対向する電極で形成し、振動子に形成する電極は、振動子に掘り込み部を形成した後、その掘り込み部内に形成されるため、振動子が振動した際に、変位検出手段を構成する電極同士が接触することがなくなるように形成でき、振動子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を提供できるという利点がある。
【００１８】
本発明の角速度検出装置の第３製造方法は、第１基板を用いて支持弾性体により浮遊状態に支持される振動子をフレームに形成した後、振動子に対向する位置に掘り込み部を形成した第３基板をフレームに接合することから、振動子が第３基板に接触、張り付きを起こすことが防止できるので、振動子の変位を大きくとることができ、それによって検出感度が高められ、振動子の変位を確実に検出することができる角速度検出装置を提供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】
【００１９】
高い検出感度を得るとともに、２軸方向の角速度の同時検出を可能にするという目的を、磁石を用いた電磁駆動として、駆動振動をＸ−Ｙ平面上に発生させることにより容量変化の大きな高感度が得られるとともに、電磁駆動電極（配線）を工夫することにより１つまたは複数の振動子を用いて２軸方向の角速度の同時検出が可能となる角速度検出装置、角速度検出装置による角速度検出方法および角速度検出装置の製造方法を実現した。
【実施例１】
【００２０】
本発明の角速度検出装置に係る一実施例を、図１によって説明する。図１は、本発明の角速度検出装置の基本構成を示すものである。また、図１（１）は図１（２）における電極より第１基板側を見た模式的平面図であり、図１（２）は図１（１）中のＡ−Ａ’線における模式的断面図である。なお、図１（１）および図１（２）の縮尺は必ずしも一致させていない。
【００２１】
図１に示すように、本発明の角速度検出装置１００１は、振動子１１０１を備えている。振動子１１０１は、例えば環状の薄膜で形成されている。上記振動子１１０１には、その外側に複数の支持弾性体として、図面では、外側バネ１１０２−１、１１０２−２、１１０２−３、１１０２−４の４本の外側バネ１１０２が配置されている。また、上記振動子１１０１の内側には、複数の支持弾性体として、図面では、内側バネ１１０３−１、１１０３−２、１１０３−３、１１０３−４の４本の内側バネ１１０３が配置されている。
【００２２】
上記外側バネ１１０２−１は、その一方端が振動子１１０１と接続し、他方端が支持部１１０５−１に接続支持されている。また、支持部１１０５−１は、絶縁層（図示せず）を介して第１基板１１００に固定されている。他の外側バネ１１０２−２、１１０２−３および１１０２−４も外側バネ１１０２−１と同様に、上記外側バネ１１０２−２、１１０２−３および１１０２−４は、それぞれの一方端が振動子１１０１と接続し、各他方端がそれぞれ支持部１１０５−２、１１０５−３および１１０５−４に接続支持されている。また、各支持部１１０５−２、１１０５−３および１１０５−４は、絶縁層１１２２を介して、第１基板１１００に固定されている。
【００２３】
また内側バネ１１０３−１は、その一方端が振動子１１０１と接続し、他方端が支持部１１０６−１に接続支持されている。また、支持部１１０６−１は、絶縁層（図示せず）を介して第１基板１１００に固定されている。他の内側バネ１１０３−２、１１０３−３および１１０３−４も内側バネ１１０３−１と同様に、上記内側バネ１１０３−２、１１０３−３および１１０３−４は、それぞれの一方端が振動子１１０１と接続し、各他方端がそれぞれ支持部１１０６−２、１１０６−３および１１０６−４に接続支持されている。また、各支持部１１０６−２、１１０６−３および１１０６−４は、絶縁層１１２２を介して、第１基板１１００に固定されている。
【００２４】
このように、外側バネ１１０２−１、１１０２−２、１１０２−３、１１０２−４はそれぞれ支持部１１０５−１、１１０５−２、１１０５−３、１１０５−４によって支えられており、内側バネ１１０３−１、１１０３−２、１１０３−３、１１０３−４は、それぞれ支持部１１０６−１、１１０６−２、１１０６−３、１１０６−４によって支えられており、振動子１０１、外側バネ１１０２−１、１１０２−２、１１０２−３、１１０２−４および、内側バネ１１０３−１、１１０３−２、１１０３−３、１１０３−４は、第１基板１１００から完全に浮動状態となっている。
【００２５】
また、上記振動子１１０１には、空気ダンピングを緩和するための貫通孔１１０４が複数設けられている。この貫通孔１１０４は、振動子１１０１上方に設けられる第２基板１２５との狭ギャップによるスクイーズ効果を低減させる。この第２基板１２００については後に説明する。
【００２６】
また、内側の支持部１１０６−２および外側の支持部１１０５−２を結ぶように内側バネ１１０３−２上、振動子１１０１上および外側バネ１１０２−２上を、外側バネ１１０２−２、振動子１１０１および内側バネ１１０３−２と間隔を置いて、すなわち絶縁膜１１０７を介して、電磁駆動させるための駆動電極１１０８−１が連続した状態に配設されている。
【００２７】
以下に、上記駆動電極１１０８−１の配設の一例をより詳細に、図２によって説明する。
【００２８】
図２に示すように、内側の支持部１１０６−２には内側バネ１１０３−２の一端が接続され、この内側バネ１１０３−２の他端は振動子１１０１の内側に接続されている。また振動子１１０１の外側には外側バネ１１０２−２の一端が接続され、この外側バネ１１０２−２の他端は外側の支持部１１０５−２に接続されている。上記内側の支持部１１０６−２、内側バネ１１０３−２、外側バネ１１０２−２、外側の支持部１１０５−２は、内側バネ１１０２−２と外側バネ１１０３−２との間に上記振動子１１０１を挟んでほぼ直線上に配置されている。また、上記内側の支持部１１０６−２、内側バネ１１０３−２、振動子１１０１、外側バネ１１０２−２、外側の支持部１１０５−２の各上面はほぼ同一高さに形成されている。このように上記内側の支持部１１０６−２、内側バネ１１０３−２、振動子１１０１、外側バネ１１０２−２、外側の支持部１１０５−２の各上面はほぼ同一高さに形成されることにより、その上に形成される絶縁膜１１０７、駆動電極１１０８−１を段差のない平面上に形成することができるので、絶縁膜１１０７、駆動電極１１０８−１の形成が容易になる。
【００２９】
上記内側の支持部１１０６−２、内側バネ１１０３−２、振動子１１０１、外側バネ１１０２−２、外側の支持部１１０５−２の各上面には絶縁膜１１０７が形成されている。さらに、上記内側の支持部１１０６−２上、内側バネ１１０３−２上、振動子１１０１上、外側バネ１１０２−２上、外側の支持部１１０５−２上には上記絶縁膜１１０７によって絶縁された駆動電極１１０８−１が形成されている。したがって、駆動電極１１０８−１は、内側の支持部１１０６−２、内側バネ１１０３−２、振動子１１０１、外側バネ１１０２−２および外側の支持部１１０５−２と絶縁された状態（直接接触しない状態）で内側の支持部１１０６−２上から外側の支持部１１０５−２上まで配設される。
【００３０】
上記内側バネ１１０３−２、上記外側バネ１１０２−２は、いずれも、平面視において、矩形波パルス波形のような形状に形成されている。また、各バネの屈曲部は図示されているように丸み（ラウンド）が形成されていることが好ましく、丸みが形成されていることにより、バネの耐久性が向上する。また、各バネ上に形成される駆動電極１１０８−１の屈曲部もバネと同様の理由により丸み（ラウンド）が形成されていることが好ましい。
【００３１】
一方、前記図１に示すように、外側の支持部１１０５−２、外側バネ１１０２−２、内側バネ１１０３−２、内側の支持部１１０６−２に対して、振動子１１０１の中心を通る中心軸に対して対称となるように外側の支持部１１０５−４上、外側バネ１１０２−４上、内側バネ１１０３−４上、内側の支持部１１０６−２上および振動子１１０１上にも駆動電極１１０８−２が上記同様に配設されている。
【００３２】
さらに、電磁駆動で振動子が動作したときに発生する誘導起電力を検出するために、本実施例においては、外側バネ１１０２−１上、内側バネ１１０３−１上およびそれらを結ぶように振動子１１０１上に検出電極１１０９−１が形成されている。または外側バネ１１０２−３上、内側バネ１１０３−３上およびそれらを結ぶように振動子１１０１上に検出電極１１０９−２を形成しても良く、または両方に検出電極１１０９−１、１１０９−２を形成してもよい。
【００３３】
また、本実施例では、外側バネ１１０２−２および内側バネ１１０３−２上に電磁駆動させるための駆動電極１１０８−１を配置するとともに、外側バネ１１０２−２および内側バネ１１０３−２に対して、上記振動子１１０１の中心軸に対して対称となる外側バネ１１０２−４および内側バネ１１０３−４上に電磁駆動させるための駆動電極１１０８−２を配置したが、外側バネ１１０２−１および内側バネ１１０３−１上に電磁駆動させるための駆動電極１１０８−１を配置するとともに、外側バネ１１０２−１および内側バネ１１０３−１に対して、上記振動子１１０１の中心軸に対して対称となる外側バネ１１０２−３および内側バネ１１０３−３上に電磁駆動させるための駆動電極１１０８−２を配置し、さらに電磁駆動で振動子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電極として、外側バネ１１０２−２上および内側バネ１１０３−２上に検出電極１１０９−１を配置するとともに外側バネ１１０２−４上および内側バネ１１０３−４上に検出電極１１０９−２を配置してもよい。
【００３４】
上記駆動電極１１０８−２、検出電極１１０９−１、１１０９−２は、前記図２によって説明した駆動電極１１０８−１と同様な構成とすることができる。
【００３５】
上記振動子１１０１上方には、空間を介して振動子１１０１に対向するように、容量変化を検出するための電極１２０１−１、１２０１−２、１２０１−３、１２０１−４が第２基板１２００に設置されている。各電極１２０１−１、１２０１−２、１２０１−３、１２０１−４は、例えば扇状に形成されており、電極１２０１−１と電極１２０１−３が上記振動子１１０１の中心軸に対して対称となるように、また電極１２０１−２と電極１２０１−４とが上記振動子１１０１の中心軸に対して対称となるよう設置されている。また、各電極１２０１−１、１２０１−２、１２０１−３、１２０１−４は、それぞれ振動子１１０１上の上記駆動電極１１０９−１、上記検出電極１１０８−１、上記駆動電極１１０９−２、上記検出電極１１０８−２と対向するように配置されている。
【００３６】
第１基板１１００の下部には電磁駆動を行うための磁石１１２４が設置されている。磁界は第１基板１１００に対して垂直となるような方向に配置される。なお、後に詳細に説明するが、上記磁石１１２４は、第２基板１２００上に設けてもよく、また基板１１００下面および第２基板１２００上面の両方に設けることもできる。また、上記磁石１１２４は薄型のものを用いて、第１基板１１００に埋め込むように形成することもでき、同様に第２基板１２００に埋め込むように形成することもできる。また、上記磁石１１２４は、振動子１１０１に対して、第１基板１１００、もしくは電極１２０１および第２基板１２００を介して対向する位置に設けることもできる。
【００３７】
上記角速度検出装置１００１では、磁石１１２４を用いた電磁駆動により、振動子１１０１の駆動振幅を大きく取ることができるため、角速度が印加された時に発生するコリオリ力に対応した変位を大きくとることができる。また、駆動振動を環状平板形状の上記振動子１１０１の主面であるＸ−Ｙ平面に発生させることにより、第２基板１２００と振動子１１０１との間隔を狭くすることができるので、変位検出手段の電極間隔、すなわち電極１２０１−１と検出電極１１０９−１との間隔、電極１２０１−３と検出電極１１０９−２との間隔も狭くすることができ、容量変化の大きな高感度角速度検出装置を提供することができる。さらに、４本のバネを互いに９０度ずつ異ならせて配置したことにより電磁駆動配線を可能とし、第２基板１２００側に２対の電極１２０１−１と電極１２０１−３および電極１２０１−２と電極１２０１−４を配置することにより、１つの振動子１１０１を用いて２軸方向同時の変位検出が可能となる。
【００３８】
次に、前記図１によって説明した本発明の角速度検出装置による角速度の検出方法を、図３によって説明する。
【００３９】
外側バネ１１０２−２上から振動子１１０１上を通って内側バネ１１０３−２上に設置された駆動電極１１０８−１中を、外側バネ１１０２−２側から内側バネ１１０３−２側に向かって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が外側バネ１１０２−２から内側バネ１１０３−２に向かって流れているとする。その際、駆動電極１１０８−１に対して振動子１１０１の中心軸を対称とする駆動電極１１０８−２に位相が１８０°ずれた電流Ｉ2を流す。この場合は、電流Ｉ2は外側バネ１１０２−４側から内側バネ１１０３−４側の方向へ流れる。
【００４０】
上記電流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。駆動電極１１０８−１、１１０８−２に電流Ｉ1、Ｉ2が流れると、第１基板１１００下部に配された磁石１２４からの磁界により、ロ−レンツ力ＦLが発生する。このロ−レンツ力ＦLは（１）式で表され、駆動電極１１０８−１、１１０８−２に直交する方向に誘起される。
【００４１】
ＦL＝ＩＢＬ  …（１）
【００４２】
上記（１）式中、Ｉは駆動電極に流れる電流、Ｂは磁束密度、Ｌは駆動電極の長さである。
【００４３】
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振動子１１０１に印加され、外側バネ１１０２−２および内側バネ１１０３−２が接続されている外側の支持部１１０５−２および内側の支持部１１０６−２を固定点とし、振幅運動を繰り返す。もう一方の外側バネ１１０２−４および内側バネ１１０３−４に接続されている外側の支持部１１０５−４および内側の支持部１１０６−４を固定点とし、１８０°の位相ずれを持ちながら振幅運動を繰り返す。このような動きにより、振動子１１０１は、その構造の中心を軸とし、ある振幅をもった回転振動Ｒが与えられることになる。その際、外部からＸ軸方向に角速度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。
【００４４】
ＦC＝２ｍｖΩ  …（２）
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
Ｙ軸周りのコリオリ力ＦCが発生すると振動子１１０１がＹ軸周りに振動する。その際、第２基板１２００側に設置された電極１２０１−２と振動子１１０１および電極１２０１−４と振動子１１０１との間に容量の変化が現れる。一方は第２基板１２００側の電極１２０１−２（もしくは１２０１−４）に近づく方向に振動子１１０１が傾き、もう一方は第２基板１２００側の電極１２０１−４（もしくは１２０１−２）に遠ざかる方向に振動子１１０１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。
【００４８】
ここで重要なことは、振動子１１０１の中心軸を対称として互いに対向するように第２基板１２００側の電極１２０１−２と電極１２０１−４が配置されていることである。角速度が印加されたときにはそれぞれの電極１２０１−２、電極１２０１−４と振動子１１０１間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。
【００４９】
上記においては、Ｘ軸周りへの角速度印加としたが、Ｙ軸周りへの角速度印加も同様であり、その際は、電極１２０１−１と１２０１−３と振動子１１０１間に発生した容量変化を検出することになる。
【００５０】
よって、上記角速度検出装置１００１の構造においては、１つの振動子１１０１を用いて２軸方向の角速度を同時に検出する構造となっている。
【００５１】
また、ロ−レンツ力ＦLを発生させた際、外側バネ１１０２−１、内側バネ１１０３−１上およびそれらを結ぶように振動子１１０１上に配設された検出電極１１０９−１には誘導起電力が発生する。同様に、外側バネ１１０２−３、内側バネ１１０３−３上およびそれらを結ぶように振動子１１０１上に配設された検出電極１１０９−２にも誘導起電力が発生する。これらの誘導起電力は、ロ−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、第２基板（図示せず）側の電極１２０１と振動子１１０１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。
【００５２】
本発明の角速度検出装置１００１においては、駆動振動を環状平板形状の上記振動子１１０１の主面であるＸ−Ｙ平面に発生させることにより、第２基板１２００と振動子１１０１との間隔を狭くすることができるので、変位検出手段の電極間隔、すなわち電極１２０１−１と検出電極１１０９−１との間隔、電極１２０１−３と検出電極１１０９−２との間隔も狭くすることができ、容量変化の大きな高感度角速度検出装置を提供することができる。
【実施例２】
【００５３】
次に、本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を、図４〜図１３の製造工程を示す模式的断面図および模式的平面図によって説明する。ここでは、一例として、上記実施例１の角速度検出装置の製造方法を説明する。
【００５４】
図４（ａ）に示すように、上部シリコン層１１５０−１と下部シリコン層１１５０−２との間に絶縁層１１２２を挟み込んでなるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１１５０を用いる。上記絶縁層１１２２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１１５０−２は、上記実施例１における第１基板１１００に相当する。以下、第１基板１１００として説明する。このＳＯＩ基板１１５０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、下部シリコン層１１５０−２表面にマスク層１１６０を形成する。このマスク層は、例えば、レジスト膜もしくは酸化シリコン膜等の絶縁膜で形成することができる。
【００５５】
まず、図４（ｂ）に示すように、上記マスク層１１６０がレジスト膜で形成されている場合、通常のリソグラフィー技術によりレジスト膜を露光した後、現像を行うことで、上記マスク層１１６０に第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パターン１１６２を形成する。またマスク層１１６０が酸化シリコン膜のような無機膜の場合には、通常のレジストをエッチングマスクに用いたエッチング技術により、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パターン１１６２を形成する。その後、上記マスク層１１６０をエッチングマスクに用いて第１基板１１００に第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１１５２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１１００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１１００を切り出す際の目印となるものである。
【００５６】
次に図４（ｃ）に示すように、上部シリコン層１１５０−１を所望の膜厚となるようＳＯＩ基板１１５０の上部シリコン層１１５０−１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１１５０−１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１１５０−１を有するＳＯＩ基板を用意しても良い。
【００５７】
次に図５（ｄ）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１１５０−１を加工して陽極接合のフレ−ム１１５３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、振動子の膜厚が決定される。
【００５８】
次に、図５（ｅ）および図６に示すように、上部シリコン層１１５０−１上に絶縁膜１１０７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１１０７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１１０７−１を形成するとともに、振動子のストッパとなる絶縁膜１１０７−２を形成する。この絶縁膜１１０７−２は、後の工程で形成される振動子に設けられる孔の形成位置と重ならないように配置されている。上記絶縁膜１１０７は、電極と下部シリコン層１１５０−２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１１０７−２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。なお、図５（ｅ）は図６中のＢ−Ｂ’線における断面図であるが、図５（ｅ）および図６の縮尺は必ずしも一致させていない。
【００５９】
次に、図５（ｆ）および図７に示すように、上記絶縁膜１１０７−１（図７では図示せず）上にロ−レンツ力印加のための駆動電極（配線）１１０８−１、１１０８−２および誘導起電力検出のための検出電極（配線）１１０９−１、１１０９−２（図５（ｆ）では図示せず）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。なお、図５（ｆ）は図７中のＣ−Ｃ’線における断面図であるが、図５（ｆ）および図７の縮尺は必ずしも一致させていない。
【００６０】
次に、図８（ｇ）および図９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１１０１、振動子１１０１の外周部分を支持する外側バネ１１０２−１、１１０２−２、１１０２−３、１１０２−４、上記外周部分を支持する外側バネ１１０２−１、１１０２−２、１１０２−３、１１０２−４をそれぞれ支持する支持部１１０５−１、１１０５−２、１１０５−３、１１０５−４、振動子１１０１の内周部分を支持する内側バネ１１０３−１、１１０３−２、１１０３−３、１１０３−４、上記内側バネ１１０３−１、１１０３−２、１１０３−３、１１０３−４をそれぞれ支持する支持部１１０６−１、１１０６−２、１１０６−３、１１０６−４を形成する。また陽極接合のためのフレーム１１５３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１１０１を形成するエッチング加工において、振動子１１０１に多数の貫通孔１１０４を形成することが好ましい。この貫通孔１１０４の配置は、振動子１１０１の面内を小区画に区切った場合、各区画において貫通孔１１０４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の平面図では絶縁膜１１０７の図示は省略した。また、図８（ｇ）は図９中のＤ−Ｄ’線における断面図であるが、図８（ｇ）および図９の縮尺は必ずしも一致させていない。
【００６１】
この結果、絶縁膜１１０７を介して駆動電極１１０８−１を載せた状態で、支持部１１０５−２、外側バネ１１０２−２、振動子１１０１、内側バネ１１０３−２および支持部１１０６−２が形成され、絶縁膜１１０７を介して駆動電極１１０８−２を載せた状態で、支持部１１０５−４、外側バネ１１０２−４、振動子１１０１、内側バネ１１０３−４および支持部１１０６−４上が形成される。また絶縁膜１１０７を介して検出電極１１０９−１を載せた状態で、支持部１１０５−１、外側バネ１１０２−１、振動子１１０１、内側バネ１１０３−１および支持部１１０６−１が形成され、絶縁膜１１０７を介して検出電極１１０９−２を載せた状態で、支持部１１０５−３、外側バネ１１０２−３、振動子１１０１、内側バネ１１０３−３および支持部１１０６−３が形成される。
【００６２】
最後に、図８（ｈ）および図１０に示すように、絶縁層１１２２をエッチングにより除去する。その際、各支持部１１０５−１、１１０５−２、１１０５−３、１１０５−４および各支持部１１０６−１、１１０６−２、１１０６−３、１１０６−４の下部の絶縁層１１２２およびフレーム１１５３の下部の絶縁層１１２２は残して、第１基板１１００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１１０１、この振動子１１０１を支持する外側バネ１１０２−１、１１０２−２、１１０２−３、１１０２−４および内側バネ１１０３−１、１１０３−２、１１０３−３、１１０３−４が浮動状態に形成される。なお、図８（ｈ）は図１０中のＥ−Ｅ’線における断面図であるが、図８（ｈ）および図１０の縮尺は必ずしも一致させていない。
【００６３】
次に、第２基板の作製方法を以下に説明する。
【００６４】
図１１（ａ）に示すように、第２基板１２００に電極（配線）材料層１２０７を電子ビ−ム蒸着により形成する。上記第２基板１２００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。
【００６５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、電解めっき法により、上記電極材料層１２０７表面にコンタクト部１２０８を形成する。このコンタクト部１２０８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電解めっき法を用いたが無電解めっき法でも形成できる。
【００６６】
次に、図１１（ｃ）および図１２の電極のレイアウト図に示すように、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１２０７をパターニングして、第２基板１２００側の電極１２０１−１、１２０１−２、１２０１−３、１２０１−４および引き出し電極１２０１−５を形成する。すなわち、電極１２０１−２、１２０１−４は、電極１２０１−１、１２０１−３に対して９０°回転した位置に配置される。なお、平面図中の２点鎖線は、振動子１１０１の配置位置を示す。なお、図１１（ｃ）は図１２中のＦ−Ｆ’線における断面図であるが、図１１（ｃ）および図１２の縮尺は必ずしも一致させていない。
【００６７】
次に、第１基板と第２基板の組立方法を図１３によって説明する。
【００６８】
次に、図１３（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１２００とシリコンからなるフレーム１１５３を接合させる。その際、支持部１１０５−２、１１０５−４および支持部１１０６−２、１１０６−４上に形成されているもので、ロ−レンツ力を発生させる駆動電極１１０８−１、１１０８−２のパッド部、および支持部１１０５−１、１１０５−３および支持部１１０６−１、１１０６−３上に形成されているもので、電磁駆動で振動子が動作したときに発生する誘導起電力を検出する検出電極１１０９−１、１１０９−２〔前記図１０参照〕のパッド部に対して上記コンタクト部２０８をコンタクトさせる。
【００６９】
次に、図１３（ｂ）に示すように、第１基板１１００側および第２基板１２００を例えば矢印で示す部分をダイシングによりカットし、個別チップを形成する。
【００７０】
最後に、図１３（ｃ）に示すように、第１基板１１００の下部に磁石１１２４を形成し、例えばワイヤーボンディングにより、引き出し電極１１２０−５よりワイヤ−１２１１を引き出して、角速度検出装置１００１のチップが作製される。
【００７１】
本発明の角速度検出装置の製造方法は、絶縁層１１２２上に形成した上部シリコン層１２０１−１を用いて振動子１１０１と同時に外側バネ１１０２−１〜１１０２−４、内側バネ１１０３−１〜１１０３−４を形成することから、各バネによって振動子が支持されるように形成できる。また、励磁手段として磁石を設けることから、磁石を用いた電磁駆動により、駆動振幅を大きく取ることができる角速度検出装置が製造される。このため、本発明の製造方法により製造された角速度検出装置では、角速度が印加された時に発生するコリオリ力に対応した変位を大きくとることができるという利点がある。また、駆動振動をＸ−Ｙ平面上に発生させることができ、フレーム１１５３を構成する上部シリコン層１２０１−１の厚さを調節して形成することにより、変位検出手段の電極間隔を狭くすることができ、容量変化の大きな高感度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。４本の外側バネ１１０２−１〜１１０２−４および内側バネ１１０３−１〜１１０３−４のそれぞれを互いに９０度ずつずらして配置することにより電磁駆動配線となる駆動電極１１０８−１、１１０８−２、検出電極１１０９−１、１１０９−２の形成を可能とし、第２基板１２００側に２対の電極１２０１−１〜１２０１−４を配置することにより、１つの振動子１１０１を用いて２軸方向の角速度の同時検出が可能となる構成を製造できるという利点がある。
【実施例３】
【００７２】
次に、上記実施例１および実施例２で説明した内側バネおよび外側バネの形状について、別の構成を図１４〜図１６によって説明する。ここでは、代表して、外側バネ１１０２と内側バネ１１０３を示すが、上記説明した外側バネ１１０２−１と内側バネ１１０３−１、外側バネ１１０２−２と内側バネ１１０３−２、外側バネ１１０２−３と内側バネ１１０３−３、外側バネ１１０２−４と内側バネ１１０３−４も同様の構成を採用することができる。
【００７３】
図１４に示すように、内側バネ１１０３および外側バネ１１０２は、いずれも、平面視において、波線状に形成されている。この折れる回数は１回または複数回でもよい。また、各バネの屈曲部は図示されているように丸み（ラウンド）が形成されていることが好ましく、丸みが形成されていることにより、バネの耐久性が向上する。また、各バネ上に形成される駆動電極（図示せず）の屈曲部もバネと同様の理由により丸み（ラウンド）が形成されていることが好ましい。
【００７４】
図１５に示すように、内側バネ１１０３および外側バネ１１０２は、いずれも、平面視において、半弧状部１１０３Ｒ、１１０２Ｒを複数有するとともに、隣接する半弧状部１０３Ｒ端が交互に接続部１１０３Ｃによって連続して接続され、隣接する半弧状部１１０２Ｒ端が交互に接続部１１０２Ｃによって連続して接続され、振動子１１０１側の半弧状部１１０３Ｒ−１、１１０２Ｒ−１の一端はそれぞれ接続部１１０３Ｃ−１、１１０２Ｃ−１を介して振動子１１０１に接続され、支持部１１０５側の半弧状部１１０２Ｒ−２の一端は接続部１１０２Ｃ−２を介して支持部１１０５に接続され、支持部１１０６側の半弧状部１１０３Ｒ−２の一端は接続部１１０３Ｃ−２を介して支持部１１０６に接続されているものである。また、各バネの屈曲部は図示されているように丸み（ラウンド）が形成されていることが好ましく、丸みが形成されていることにより、バネの耐久性が向上する。また、各バネ上に形成される駆動電極（図示せず）の屈曲部もバネと同様の理由により丸み（ラウンド）が形成されていることが好ましい。また、上記半弧状部は、例えば振動子１１０１の外周もしくは内周に沿った半弧状に形成することができる。
【００７５】
図１６に示すように、内側バネ１１０３および外側バネ１１０２は、いずれも、平面視において、折れ線状に形成することができる。この折れる回数は１回または複数回でもよい。その際、上記内側バネ１１０３は振動子１１０１の内側の円弧形状に対して垂直方向（法線方向）に配置されることが好ましく、また上記外側バネ１１０２は、振動子１１０１の外側の円弧形状に対して垂直方向（法線方向）に配置されることが好ましい。これは、上記内側バネ１１０３上および上記外側バネ１１０２上に形成される電極が振動子１１０１の変位を大きくとらえることができるためである。また、各バネの屈曲部は図示されているように丸み（ラウンド）が形成されていることが好ましく、丸みが形成されていることにより、バネの耐久性が向上する。また、各バネ上に形成される駆動電極（図示せず）の屈曲部もバネと同様の理由により丸み（ラウンド）が形成されていることが好ましい。
【００７６】
上記図２および図１４〜図１６によって説明したような構成の如く、バネの総延長を長く形成することにより、バネの変位幅を大きく確保することができる。このため、振動子１０１の変位を大きく取ることができ、角速度の検出精度の向上が期待できる。
【実施例４】
【００７７】
前記実施例１では、前記図１に示したように、磁石１１２４をシリコンからなる第１基板１１００の下部、すなわち、第１基板１１００からみて第２基板１２００とは反対側の第１基板１１００下面に配置したが、図１７（ａ）に示すように、磁石１１２４を、ガラス基板からなる第２基板１２００側上部、すなわち、第２基板１２００からみて第１基板１１００側とは反対側の第２基板１２００上面に配置してもよい。
【００７８】
また、図１７（ｂ）に示すように、磁石１１２４を、ガラス基板からなる第２基板１２００側上部、すなわち、第２基板１２００からみて第１基板１１００側とは反対側の第２基板１２００上面に埋め込むように配置してもよい。
【００７９】
また、図１７（ｃ）に示すように、磁石１１２４を、ガラス基板からなる第１基板１１００側下部、すなわち、第１基板１１００からみて第２基板１２００側とは反対側の第１基板１１００下面に埋め込むように配置してもよい。
【００８０】
また、図１８（ｄ）に示すように、磁石１１２４を、ガラス基板からなる第２基板１２００側上部、すなわち、第２基板１２００からみて第１基板１１００側とは反対側の第２基板１２００上面に配置するとともに、ガラス基板からなる第１基板１１００側下部、すなわち、第１基板１１００からみて第２基板１２００側とは反対側の第１基板１１００下面に配置してもよい。
【００８１】
また、図１８（ｅ）に示すように、磁石１１２４を、ガラス基板からなる第２基板１２００側上部、すなわち、第２基板１２００からみて第１基板１１００側とは反対側の第２基板１２００上面に埋め込むように配置するとともに、およびガラス基板からなる第１基板１１００側下部、すなわち、第１基板１１００からみて第２基板１２００側とは反対側の第１基板１１００下面に埋め込むように配置してもよい。
【００８２】
また、上記各構成の磁石１１２４は、図１８（ｆ）および図１９（ｇ）に示すように、磁石１１２４自体を薄膜化しても同様の結果が得られる。すなわち、前記図１８および図１９で説明した磁石１１２４を薄膜化して用いることができる。
【００８３】
上記いずれの構成においても、振動子１１０１に対向する位置に配置されることが求められる。
【実施例５】
【００８４】
本発明の角速度検出装置に係る第２実施例を、図２０の平面図および図２１の図２０におけるＡ−Ａ線断面図によって説明する。また、図２０は図２１における電極より第１基板側を見た模式的平面図であり、図２１は図３中のＡ−Ａ’線における模式的断面図である。なお、図２１は駆動電極を検出電極に置き換えることによって図２０中のＢ−Ｂ’線における模式的断面図と同様になる。また図２１の断面図は概略構成を示すものであり、図２０の平面図の縮尺と一致させていない。
【００８５】
図２０および図２１に示すように、本発明の角速度検出装置１００３は、振動子１３０１を備えている。振動子１３０１は、例えば環状の薄膜で形成されている。上記振動子１３０１には、その外側に複数の支持弾性体として、図面では、外側バネ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、１３０２−４の４本のバネ１３０２が配置されている。また、上記振動子１３０１の内側には、複数の支持弾性体として、図面では、内側バネ１３０３−１、１３０３−２、１３０３−３、１３０３−４の４本のバネ１３０３が配置されている。
【００８６】
上記外側バネ１３０２−１は、その一方端が振動子１３０１と接続し、他方端が支持部１３０５−１に接続支持されている。また、支持部１３０５−１は、絶縁層（図示せず）を介して第１基板１３００に固定されている。他の外側バネ１３０２−２、１３０２−３および１３０２−４も外側バネ１３０２−１と同様に、上記外側バネ１３０２−２、１３０２−３および１３０２−４は、それぞれの一方端が振動子１３０１と接続し、各他方端がそれぞれ支持部１３０５−２、１３０５−３および１３０５−４に接続支持されている。また、各支持部１３０５−２、１３０５−３および１３０５−４は、絶縁層１３２２を介して、第１基板１３００に固定されている。
【００８７】
また内側バネ１３０３−１は、その一方端が振動子１３０１と接続し、他方端が支持部１３０６−１に接続支持されている。また、支持部１３０６−１は、絶縁層（図示せず）を介して第１基板１３００に固定されている。他の内側バネ１３０３−２、１３０３−３および１３０３−４も内側バネ１３０３−１と同様に、上記内側バネ１３０３−２、１３０３−３および１３０３−４は、それぞれの一方端が振動子１３０１と接続し、各他方端がそれぞれ支持部１３０６−２、１３０６−３および１３０６−４に接続支持されている。また、各支持部１３０６−２、１３０６−３および１３０６−４は、絶縁層１３２２を介して、第１基板１３００に固定されている。
【００８８】
このように、外側バネ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、１３０２−４はそれぞれ支持部１３０５−１、１３０５−２、１３０５−３、１３０５−４によって支えられており、内側バネ１３０３−１、１３０３−２、１３０３−３、１３０３−４は、それぞれ支持部１３０６−１、１３０６−２、１３０６−３、１３０６−４によって支えられており、振動子１３０１、外側バネ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、１３０２−４および、内側バネ１３０３−１、１３０３−２、１３０３−３、１３０３−４は、第１基板１３００から完全に浮動状態となっている。
【００８９】
また、上記振動子１３０１には、空気ダンピングを緩和するための貫通孔１３０４が複数設けられている。この貫通孔１３０４は、振動子１３０１上方に設けられる第２基板１４００の電極１４２０−１〜１４２０−４（一部は図示省略）との狭ギャップによるスクイーズ効果を低減させる。この第２基板１４００については後に説明する。
【００９０】
本発明の角速度検出装置１００３では、上記外側バネ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、１３０２−４の電極形成面および上記内側バネ１３０３−１、１３０３−２、１３０３−３、１３０３−４の電極形成面は、上記振動子１３０１の上面より第１基板１３００側に低く形成されている。また上記振動子１３０１の電極形成部は、振動子１３０１の上面の一部を掘り込んで形成された堀り込み部１３１１−１、１３１１−２、１３１１−３、１３１１−４で形成されている。
【００９１】
また、内側の支持部１３０６−２および外側の支持部１３０５−２を結ぶように内側バネ１３０３−２上、振動子１３０１の堀り込み部１３１１−２内および外側バネ１３０２−２上を、外側バネ１３０２−２、振動子１３０１および内側バネ１３０３−２と間隔を置いて、すなわち絶縁膜１３０７を介して、電磁駆動させるための駆動電極１３０８−１が連続した状態に配設されている。
【００９２】
以下に、上記駆動電極１３０８−１の配設の一例をより詳細に、図２２によって説明する。
【００９３】
図２２に示すように、内側の支持部１３０６−２には内側バネ１３０３−２の一端が接続され、この内側バネ１３０３−２の他端は振動子１３０１の内側に接続されている。また振動子１３０１の外側には外側バネ１３０２−２の一端が接続され、この外側バネ１３０２−２の他端は外側の支持部１３０５−２に接続されている。上記内側の支持部１３０６−２、内側バネ１３０３−２、外側バネ１３０２−２、外側の支持部１３０５−２は、内側バネ１３０２−２と外側バネ１３０３−２との間に上記振動子１３０１を挟んでほぼ直線上に配置されている。また、上記内側の支持部１３０６−２上面、内側バネ１３０３−２上面、振動子１３０１に形成された掘り込み部１３１１−２の底面、外側バネ１３０２−２上面、外側の支持部１３０５−２上面はほぼ同一高さに形成されている。このように上記内側の支持部１３０６−２上面、内側バネ１３０３−２上面、振動子１３０１に形成された掘り込み部１３１１−２の底面、外側バネ１３０２−２上面、外側の支持部１３０５−２上面がほぼ同一高さに形成されることにより、その上に形成される絶縁膜１３０７、駆動電極１３０８−１を段差のない平面上に形成することができるので、絶縁膜１３０７、駆動電極１３０８−１の形成が容易になる。なお、絶縁膜１３０７は振動子１３０１上にも形成されている。また、振動子１３０１に形成される孔１３０４の図示は省略した。
【００９４】
上記内側の支持部１３０６−２上面、内側バネ１３０３−２上面、振動子１３０１に形成された掘り込み部１３１１−２の底面、外側バネ１３０２−２上面および外側の支持部１３０５−２上面には絶縁膜１３０７が形成されている。さらに、上記内側の支持部１３０６−２上面、内側バネ１３０３−２上面、振動子１３０１に形成された掘り込み部１３１１−２の底面、外側バネ１３０２−２上面および外側の支持部１３０５−２上面には上記絶縁膜１３０７によって絶縁された駆動電極１３０８−１が形成されている。したがって、駆動電極１３０８−１は、内側の支持部１３０６−２、内側バネ１３０３−２、振動子１３０１、外側バネ１３０２−２および外側の支持部１３０５−２と絶縁された状態（直接接触しない状態）で内側の支持部１３０６−２上から外側の支持部１３０５−２上まで配設される。
【００９５】
上記内側バネ１３０３−２、上記外側バネ１３０２−２は、いずれも、平面視において、矩形波パルス波形のような形状に形成されている。また、各バネの屈曲部は図示されているように丸み（ラウンド）が形成されていることが好ましく、丸みが形成されていることにより、バネの耐久性が向上する。また、各バネ上に形成される駆動電極１３０８−１の屈曲部もバネと同様の理由により丸み（ラウンド）が形成されていることが好ましい。上記内側バネ１３０３−２、上記外側バネ１３０２−２は、図２２によって説明した形状に限定されることはなく、振動子１３０１を浮動状態に支持するものであれば、種々のバネ形態を採用することができる。
【００９６】
一方、前記図２０および図２１に示すように、外側の支持部１３０５−２、外側バネ１３０２−２、内側バネ１３０３−２、内側の支持部１３０６−２に対して、振動子１３０１の中心を通る中心軸に対して対称となるように外側の支持部１３０５−４上、外側バネ１３０２−４上、内側バネ１３０３−４上、内側の支持部１３０６−２上および振動子１３０１上にも駆動電極１３０８−２が上記同様に配設されている。
【００９７】
さらに、電磁駆動で振動子が動作したときに発生する誘導起電力を検出するために、本実施例においては、外側バネ１３０２−１上、内側バネ１３０３−１上およびそれらを結ぶように振動子１３０１上に検出電極１３０９−１が形成されている。または外側バネ１３０２−３上、内側バネ１３０３−３上およびそれらを結ぶように振動子１３０１上に検出電極１３０９−２を形成しても良く、または両方に検出電極１３０９−１、１３０９−２を形成してもよい。
【００９８】
また、本実施例では、外側バネ１３０２−２および内側バネ１３０３−２上に電磁駆動させるための駆動電極１３０８−１を配置するとともに、外側バネ１３０２−２および内側バネ１３０３−２に対して、上記振動子１３０１の中心軸に対して対称となる外側バネ１３０２−４および内側バネ１３０３−４上に電磁駆動させるための駆動電極１３０８−２を配置したが、外側バネ１３０２−１および内側バネ１３０３−１上に電磁駆動させるための駆動電極１３０８−１を配置するとともに、外側バネ１３０２−１および内側バネ１３０３−１に対して、上記振動子１３０１の中心軸に対して対称となる外側バネ１３０２−３および内側バネ１３０３−３上に電磁駆動させるための駆動電極１３０８−２を配置し、さらに電磁駆動で振動子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電極として、外側バネ１３０２−２上および内側バネ１３０３−２上に検出電極１３０９−１を配置するとともに外側バネ１３０２−４上および内側バネ１３０３−４上に検出電極１３０９−２を配置してもよい。
【００９９】
上記駆動電極１３０８−２、検出電極１３０９−１、１３０９−２は、前記図２２によって説明した駆動電極１３０８−１と同様な構成とすることができる。
【０１００】
上記振動子１３０１上方には、空間を介して振動子１３０１に対向するように、容量変化を検出するための電極１４２０−１、１４２０−２、１４２０−３、１４２０−４が第２基板１４００に設置されている。各電極１４２０−１、１４２０−２、１４２０−３、１４２０−４は、例えば扇状に形成されており、電極１４２０−１と電極１４２０−３が上記振動子１３０１の中心軸に対して対称となるように、また電極１４２０−２と電極１４２０−４とが上記振動子１３０１の中心軸に対して対称となるよう設置されている。また、各電極１４２０−１、１４２０−２、１４２０−３、１４２０−４は、それぞれ振動子１３０１上の上記駆動電極１３０９−１、上記検出電極１３０８−１、上記駆動電極１３０９−２、上記検出電極１３０８−２と対向するように配置されている。上記第２基板４００は第１基板１３００に絶縁膜１３２２を介して形成されたフレーム１３２１に接合されている。
【０１０１】
第１基板１３００の下部には電磁駆動を行うための磁石１３２４が設置されている。磁界は第１基板１３００に対して垂直となるような方向に配置される。なお、後に詳細に説明するが、上記磁石１３２４は、第２基板１４００上に設けてもよく、また第１基板１３００下面および第２基板１４００上面の両方に設けることもできる。また、上記磁石１３２４は薄型のものを用いて、第１基板１３００に埋め込むように形成することもでき、同様に第２基板１４００に埋め込むように形成することもできる。また、上記磁石１３２４は、振動子１３０１に対して、第１基板１３００を介して対向する位置に、もしくは電極１４２０および第２基板１４００を介して対向する位置に設けることもできる。
【０１０２】
上記角速度検出装置１００３では、磁石１３２４を用いた電磁駆動により、振動子１３０１の駆動振幅を大きく取ることができるため、角速度が印加された時に発生するコリオリ力に対応した変位を大きくとることができる。また、駆動振動を環状平板形状の上記振動子１３０１の主面であるＸ−Ｙ平面に発生させることにより、第２基板１４００と振動子１３０１との間隔を狭くすることができるので、変位検出手段の電極間隔、すなわち電極１４２０−１と検出電極１３０９−１との間隔、電極１４２０−３と検出電極１３０９−２との間隔も狭くすることができ、容量変化の大きな高感度角速度検出装置を提供することができる。さらに、４本のバネを互いに９０度ずつ異ならせて配置したことにより電磁駆動配線を可能とし、第２基板１４００側に２対の電極１４２０−１と電極１４２０−３および電極１４２０−２と電極１４２０−４を配置することにより、１つの振動子１３０１を用いて２軸方向同時の変位検出が可能となる。
【０１０３】
電極が配置される領域に掘り込み部を設けた上記角速度検出装置による角速度の検出方法は、前記図３によって説明した角速度の検出方法と同様である。
【０１０４】
したがって、本発明の角速度検出装置１００３においては、駆動振動を環状平板形状の上記振動子１３０１の主面であるＸ−Ｙ平面に発生させることにより、第２基板１４００と振動子１３０１との間隔を狭くすることができるので、変位検出手段の電極間隔、すなわち電極１４２０−１と検出電極１３０９−１との間隔、電極１４２０−３と検出電極１３０９−２との間隔も狭くすることができ、容量変化の大きな高感度角速度検出装置を提供することができる。
【０１０５】
また、前記図３によって説明した実施例と同様に、ロ−レンツ力を発生させるための駆動電極１３０８−１や、１８０°対象に設置されている駆動電極１３０８−２、また、誘導起電力を取り出すための検出電極１３０９−１、１３０９−２等が、外部からの大きな衝撃により、振動子１３０１上部に設置された電極（対向電極）１４２０に接触する可能性があるということである。駆動電極１３０８−１、１３０８−２には、数ｍＡの電流を流す必要があるため、容量変化を検出する電極１４２０に過度の電流が流れ込むと、その先に接続されている微小容量検出用アンプを損傷させる可能性がある。そこで、本発明おいては、振動子１３０１の電極配線部分に掘り込み部１３１１−１〜１３１１−４を形成し、駆動電極１３０８−１、１３０８−２、検出電極１３０９−１、１３０９−２の厚みと絶縁層１３０７厚みとの合計が掘り込み部１３１１−１〜１３１１−４の深さよりも厚くならないように形成されており、振動子１３０１が大きな衝撃によって電極１４２０に接触するようなことがあっても駆動電極１３０８−１、１３０８−２、検出電極１３０９−１、１３０９−２が接触しないような構造となっている。また、第１基板１３００側から見て、バネ１３０２−２、１３０３−２に形成されている駆動電極１３０８−１、バネ１３０２−４、１３０３−４に形成されている駆動電極１３０８−２、バネ１３０２−１、１３０３−１に形成されている検出電極１３０９−１、バネ１３０２−３、１３０３−３に形成されている検出電極１３０９−２が振動子１３０１上面（第２基板１４００に対向する面）の高さよりも低くなるよう各バネ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、１３０２−４、１３０３−１、１３０３−２、１３０３−３、１３０３−４が形成されているため、各バネ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、１３０２−４、１３０３−１、１３０３−２、１３０３−３、１３０３−４についても駆動電極１３０８−１、１３０８−２、検出電極１３０９−１、１３０９−２が電極１４２０に接触しないようになっている。
【実施例６】
【０１０６】
次に、本発明の角速度検出装置の製造方法に係る第２実施例を、図２３〜図２８の製造工程を示す模式的断面図および模式的平面図によって説明する。ここでは、一例として、上記実施例１の構成の角速度検出装置の製造方法を説明する。
【０１０７】
図２３（ａ）に示すように、上部シリコン層１３５０−１と下部シリコン層１３５０−２との間に絶縁層１３２２を挟み込んでなるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１３５０を用いる。上記絶縁層１３２２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１３５０−２は、上記実施例１における第１基板１３００に相当する。以下、第１基板１３００として説明する。このＳＯＩ基板１３５０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１３００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１３００を切り出す際の目印となるものである。
【０１０８】
次に、図２３（ｂ）に示すように、上部シリコン層１３５０−１を所望の膜厚となるようＳＯＩ基板１３５０の上部シリコン層１３５０−１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１３５０−１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１３５０−１を有するＳＯＩ基板を用意しても良い。
【０１０９】
次に、図２３（ｃ）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１３５０−１を加工して陽極接合のフレ−ム１３５３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、振動子の膜厚が決定される。
【０１１０】
次に、図２４（ｄ）および図２５に示すように、上部シリコン層１３５０−１に振動子の形成領域に電極を配置するための掘り込み部１３１１−１、１３１１−２、１３１１−３、１３１１−４を形成する。それと同時に外側バネおよび内側バネの形成領域を上記掘り込み部１３１１−１、１３１１−２、１３１１−３、１３１１−４の底面と同等の高さに形成する。すなわち、少なくとも、振動子の電極形成面および内側バネの電極形成面および外側バネの電極形成面は、上記振動子の上面より第１基板１３００側に低く形成されている。その深さは、電極形成面に絶縁膜を介して電極を形成した際に、電極の上面が振動子の上面より出ない深さとする。なお、図２４（ｄ）は図２５中のＢ−Ｂ’線における断面図であるが、図２４（ｄ）および図２５の縮尺は必ずしも一致させていない。
【０１１１】
次に、図２４（ｅ）に示すように、上部シリコン層１３５０−１上に絶縁膜１３０７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１３０７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１３０７−１を形成するとともに、振動子のストッパとなる絶縁膜１３０７−２を形成する。この絶縁膜１３０７−２は、後の工程で形成される振動子に設けられる孔の形成位置と重ならないように配置されている。上記絶縁膜１３０７は、電極と上部シリコン層１３５０−１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１３０７−２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。
【０１１２】
次に、図２４（ｆ）および図２６に示すように、上記絶縁膜１３０７−１（図２６では図示せず）上にロ−レンツ力印加のための駆動電極（配線）１３０８−１、１３０８−２および誘導起電力検出のための検出電極（配線）１３０９−１、１３０９−２（図２４（ｆ）では図示せず）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。なお、図２４（ｆ）は図２６中のＣ−Ｃ’線における断面図であるが、図２４（ｆ）および図２６の縮尺は必ずしも一致させていない。
【０１１３】
次に、図２７（ｇ）および図２８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ーム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１３０１、振動子１３０１の外周部分を支持する外側バネ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、１３０２−４、上記外周部分を支持する外側バネ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、１３０２−４をそれぞれ支持する支持部１３０５−１、１３０５−２、１３０５−３、１３０５−４、振動子１３０１の内周部分を支持する内側バネ１３０３−１、１３０３−２、１３０３−３、１３０３−４、上記内側バネ１３０３−１、１３０３−２、１３０３−３、１３０３−４をそれぞれ支持する支持部１３０６−１、１３０６−２、１３０６−３、１３０６−４を形成する。また陽極接合のためのフレーム１３５３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１３０１を形成するエッチング加工において、振動子１３０１に多数の貫通孔１３０４を形成することが好ましい。この貫通孔１３０４の配置は、振動子１３０１の面内を小区画に区切った場合、各区画において貫通孔１３０４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２８の平面図では絶縁膜１３０７の図示は省略した。また、図２７（ｇ）は図２７中のＤ−Ｄ’線における断面図であるが、図２７（ｇ）および図２８の縮尺は必ずしも一致させていない。
【０１１４】
この結果、絶縁膜１３０７を介して駆動電極１３０８−１を載せた状態で、支持部１３０５−２、外側バネ１３０２−２、振動子１３０１、内側バネ１３０３−２および支持部１３０６−２が形成され、絶縁膜１３０７を介して駆動電極１３０８−２を載せた状態で、支持部１３０５−４、外側バネ１３０２−４、振動子１３０１、内側バネ１３０３−４および支持部１３０６−４上が形成される。また絶縁膜１３０７を介して検出電極１３０９−１を載せた状態で、支持部１３０５−１、外側バネ１３０２−１、振動子１３０１、内側バネ１３０３−１および支持部１３０６−１が形成され、絶縁膜１３０７を介して検出電極１３０９−２を載せた状態で、支持部１３０５−３、外側バネ１３０２−３、振動子１３０１、内側バネ１３０３−３および支持部１３０６−３が形成される。
【０１１５】
最後に、図２７（ｈ）および前記図２８に示すように、絶縁層１３２２をエッチングにより除去する。その際、各支持部１３０５−１、１３０５−２、１３０５−３、１３０５−４および各支持部１３０６−１、１３０６−２、１３０６−３、１３０６−４の下部の絶縁層１３２２およびフレーム１３５３の下部の絶縁層１３２２は残して、第１基板１３００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１３０１、この振動子１３０１を支持する外側バネ１３０２−１、１３０２−２、１３０２−３、１３０２−４および内側バネ１３０３−１、１３０３−２、１３０３−３、１３０３−４が浮動状態に形成される。なお、図２７（ｈ）は前記図２７（ｇ）と同位置における断面図である。
【０１１６】
次に、第２基板の作製方法を以下に説明する。
【０１１７】
図２９（ａ）に示すように、第２基板１４００に電極（配線）材料層１４０７を電子ビ−ム蒸着により形成する。上記第２基板１４００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。
【０１１８】
次に、図２９（ｂ）に示すように、無電解めっき法により、上記電極材料層１４０７表面にコンタクト部１４０８を形成する。このコンタクト部１４０８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（図示せず）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。
【０１１９】
次に、図２９（ｃ）および図３０の電極のレイアウト図に示すように、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１４０７〔前記図２９の（ｂ）参照〕をパターニングして、第２基板１４００側の電極１４２０−１、１４２０−２、１４２０−３、１４２０−４および引き出し電極１４２０−５を形成する。すなわち、電極１４２０−２、１４２０−４は、電極１４２０−１、１４２０−３に対して９０°回転した位置に配置される。なお、平面図中の２点鎖線は、振動子１３０１の配置位置を示す。なお、図２９（ｃ）は図２１中のＦ−Ｆ’線における断面図であるが、図２９（ｃ）および図３０の縮尺は必ずしも一致させていない。
【０１２０】
次に、第１基板と第２基板の組立方法を図３１によって説明する。
【０１２１】
次に、図３１（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１４００とシリコンからなるフレーム１３５３を接合させる。その際、支持部１３０５−２、１３０５−４および支持部１３０６−２、１３０６−４上に形成されているもので、ロ−レンツ力を発生させる駆動電極１３０８−１、１３０８−２のパッド部、および支持部１３０５−１、１３０５−３および支持部１３０６−１、１３０６−３上に形成されているもので、電磁駆動で振動子が動作したときに発生する誘導起電力を検出する検出電極１３０９−１、１３０９−２〔前記図２８参照〕のパッド部に対して上記コンタクト部１４０８をコンタクトさせる。
【０１２２】
次に、図示はしないが、第１基板１３００側および第２基板１４００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３１（ｂ）に示すように、第１基板１３００の下部に磁石１３２４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１４２０−５よりを引き出してた部分にワイヤーボンディングを行い、角速度検出装置１００３のチップが作製される。
【０１２３】
本発明の角速度検出装置の製造方法は、絶縁層１３２２上に形成した上部シリコン層１３５０−１を用いて振動子１３０１と同時に外側バネ１３０２−１〜１３０２−４、内側バネ１３０３−１〜１３０３−４を形成することから、各バネによって振動子が支持されるように形成できる。また、励磁手段として磁石を設けることから、磁石を用いた電磁駆動により、駆動振幅を大きく取ることができる角速度検出装置が製造される。このため、本発明の製造方法により製造された角速度検出装置では、角速度が印加された時に発生するコリオリ力に対応した変位を大きくとることができるという利点がある。また、駆動振動をＸ−Ｙ平面上に発生させることができ、フレーム１３５３を構成する上部シリコン層１３５０−１の厚さを調節して形成することにより、変位検出手段の電極間隔を狭くすることができ、容量変化の大きな高感度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。４本の外側バネ１３０２−１〜１３０２−４および内側バネ１３０３−１〜１３０３−４のそれぞれを互いに９０度ずつずらして配置することにより電磁駆動配線となる駆動電極１３０８−１、１３０８−２、検出電極１３０９−１、１３０９−２の形成を可能とし、第２基板１４００側に２対の電極１４２０−１〜１４２０−４を配置することにより、１つの振動子１３０１を用いて２軸方向の角速度の同時検出が可能となる構成を製造できるという利点がある。
【０１２４】
本発明の角速度検出装置の製造方法は、振動子１３０１に形成する駆動電極１３０８−１、１３０８−２、検出電極１３０９−１、１３０９−２は、振動子１３０１に掘り込み部１３１１−１、１３１１−２、１３１１−３、１３１１−４を形成した後、その掘り込み部部１３１１−１、１３１１−２、１３１１−３、１３１１−４内に形成されるため、振動子１３０１が振動した際に、駆動電極１３０８−１、１３０８−２および検出電極１３０９−１、１３０９−２が電極１４２０−１、１４２０−２、１４２０−３、１４２０−４と接触することがなくなるように形成でき、振動子１３０１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１００３を提供できるという利点がある。また、上記第２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１００３を形成することができる。
【実施例７】
【０１２５】
本発明の角速度検出装置に係る一実施例を、図３２の要部平面レイアウト図、図３３の図３２におけるＡ−Ａ’線断面図、図３４の図３２におけるＢ−Ｂ’線断面図、図３５の図３２におけるＣ−Ｃ’線断面図および図３６の要部拡大図によって説明する。なお、図３３〜図３５の各断面図は概略構成を示すものであり、図３２の平面レイアウト図の縮尺と一致させてはいない。
【０１２６】
図３２〜図３６に示すように、角速度検出装置２００１は、第１振動子２１０１−１と第２振動子２１０１−２を並行に備えている。この第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２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２１０１−１と第２振動子２１０１−２とは、互いに向かい合う側の角部が支持弾性体２１０２−５、２１０２−６とによって連結され、第１振動子２１０１−１の第２振動子２１０１−２とは反対側の角部分には支持弾性体２１０２−１、２１０２−２の一端側によって支持されている。また支持弾性体２１０２−１、２１０２−２の他端側は、それぞれ支持部２１０３−１、２１０３−２に支持固定されている。また、第２振動子２１０１−２の第１振動子２１０１−１とは反対側の角部分には支持弾性体２１０２−３、２１０２−４の一端側によって支持されている。また支持弾性体２１０２−３、２１０２−４の他端側は、それぞれ支持部２１０３−３、２１０３−４に支持固定されている。上記支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６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、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２１０３−１、２１０３−２、２１０３−３、２１０３−４は、それぞれ絶縁体２１３１を介して第１基板２１００に固定されている。したがって、第１振動子２１０１−１および第２振動子２１０１−２は支持弾性体２１０２−１、２１０２−２、２１０２−３、２１０２−４によって支持されていて、第１基板２１００に対して完全に浮動状態に配置されている。
【０１２７】
また、上記支持部２１０３−１上から支持弾性体２１０２−１上、第１振動子２１０１−１の端辺部上、支持弾性体２１０２−２上を通り支持部２１０３−２上に至るもので、上記第１振動子２１０１−１を電磁駆動させるための電極２１０６−１が絶縁膜２１０５−１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２１０３−３上から支持弾性体２１０２−３上、第２振動子２１０１−２の端辺部上、支持弾性体２１０２−４上を通り支持部２１０３−４上に至るもので、上記電磁駆動で第２振動子２１０１−２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２１０６−２が絶縁膜２１０５−２を介して導電性の配線として形成されている。さらに、角速度を検出する電極として上記第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２を用いるために、例えば、第２振動子２１０１−２にシリコンからなる支持弾性体２１０２−３を介して接続される導電性パッド２１０６−３が支持部２１０３−３上に形成されている。この導電性パッド２１０６−３は同支持部２１０３−３上に形成される電極２１０６−２とは絶縁膜２１０５−２によって電気的に絶縁されている。
【０１２８】
また、上記電極２１０６−１、２１０６−２の両端に連続して、上記電極２１０６−１、２１０６−２の両端における上記支持部２１０３−１、２１０３−２、２１０３−３、２１０３−４上のそれぞれには、電極パッド２１０７−１、２１０７−２、２１０７−３、２１０７−４が形成されている。
【０１２９】
なお、図面では、第１基板２１００と第２基板２２００とを陽極接合により接合する際に用いる陽極接合フレーム２１２１、同電位配線２１２２、２１２３が形成されている。
【０１３０】
また、上記第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２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２１０１−１、２１０１−２上方に設けられる第２基板２２００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２１０１−１、２１０１−２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。
【０１３１】
上記のような構成が第１基板２１００に形成されている。
【０１３２】
次に、上記第２基板２２００について説明する。上記第２基板２２００は、例えばガラス基板で形成されている。
【０１３３】
この第２基板２２００には、容量変化を検出するための電極が形成されている。上記第２基板２２００の上記第１基板２１００と対向する面の上記第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２に対向する位置に検出電極２２０１−１、２２０１−２が形成されている。また、上記第２基板２２００の上記第１基板２１００と対向する面の上記支持弾性体２１０２−１、２１０２−２、２１０２−３、２１０２−４、２１０２−５、２１０２−６に対向する位置に検出電極２２０２−１、２２０２−２、２２０２−３、２２０２−４、２２０２−５、２２０２−６が形成されている。
【０１３４】
また、上記第２基板２２００には、検出電極２２０１−１、２２０１−２、検出電極２２０２−１、２２０２−３、２２０２−５、および上記第１基板２１００と第２基板２２００を接合したときに上記電極パッド２１０７−１、２１０７−３、上記導電性パッド２１０６−３に対向する上記第２基板２２００の位置から、それぞれ上記第１基板２１００側に形成された同電位配線２１２２側に引き出される引き出し電極２２１１−１、２２１１−２、２２１２−１、２２１２−３、２２１２−５、および引き出し電極２２１７−１、２２１７−３、引き出し電極２２１６が形成されている。
【０１３５】
さらに、上記第２基板２２００には、検出電極２２０２−２、２２０２−４、２２０２−６、および上記第１基板２１００と第２基板２２００を接合したときに上記電極パッド２１０７−２、２１０７−４に対向する上記第２基板２２００の位置から、それぞれ上記第１基板２１００側に形成された同電位配線２１２３側に引き出される引き出し電極２２１２−２、２２１２−４、２２１２−６、および引き出し電極２２１７−２、２２１７−４が形成されている。
【０１３６】
上記陽極接合フレーム２１２１には、第１基板２１００と第２基板２２００とを対向させて接合させた際に、上記陽極接合フレーム２１２１と上記引き出し電極２２１１−１、２２１１−２、２２１２−１〜６、２２１６、２２１７−１〜２２１７−４が接触しないように、窪み２１２１−１が形成されている。この窪み２１２１−１は各引き出し電極に対応して形成されるが、引き出し電極２２１６、２２１７−３のように接近して形成されている場合には、一つの窪みに二つの引き出し電極２２１６、２２１７−３を配置している。また上記窪み２１２１−１は陽極接合フレーム２１２１を完全に除去して形成することもでき、また引き出し電極が形成される位置を部分的に除去して形成することもできる。図面では完全に除去した場合を示した。
【０１３７】
上記引き出し電極２２１７−１、２２１７−２、２２１７−３、２２１７−４の電極パッド２１０７−１、２１０７−２、２１０７−３、２１０７−４側の端部および上記引き出し電極２２１６の導電性パッド２１０６−３側の端部には、それぞれ支柱電極２２１８−１、２２１８−２、２２１８−３、２２１８−４、２２１８−５が形成されている。上記支柱電極２２１８−１、２２１８−２、２２１８−３、２２１８−４、２２１８−５は、例えば金メッキにより形成される。上記支柱電極２２１８−１、２２１８−２、２２１８−３、２２１８−４、２２１８−５は、単体であってもよく、もしくは一つの電極パッドもしくは導電性パッドに対して複数個形成されたものであってもよい。
【０１３８】
上記のような構成が第２基板２２００に形成されている。
【０１３９】
上記第１基板２１００と上記第２基板２２００とは、例えば、陽極接合法によって、陽極接合フレーム２１２１と第２基板２２００とを陽極接合されている。その際、シリコンで形成されている同電位配線２１２２、２１２３も第２基板２２００と陽極接合されている。
【０１４０】
しかし、上記陽極接合後は陽極接合フレーム２１２１と同電位配線２１２２、２１２３間は、例えばダイシングによって切断され、同電位配線２１２２、２１２３に共通に接続されたそれぞれの引き出し電極２２１１−１、２２１１−２、２２１２−１〜２２１２−６、２２１６、２２１７−１〜２２１７−４を完全に電気的に独立にされている。
【０１４１】
上記第１基板２１００の下面（振動子が形成されている側とは反対側の面）には、磁石２１２４が配設されている。本実施例の容量検出型センサの角速度センサは、上記磁石２１２４により電磁的に駆動される。したがって、上記磁石２１２４は、後述する第２基板２２００側に設けることもできる。この場合も、第１基板２１００下面側に設けた場合と同様なる動作が得られる。
【０１４２】
次に、本発明の角速度検出装置２００１の動作原理を説明する。
【０１４３】
上記角速度検出装置２００１は、電極２１０６−１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２１０６−１を電極パッド２１０７−１から電極パッド２１０７−２に向かって流れているとする。その際、電極２１０６−２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２１０６−１に電流が流れると、第１基板２１００の下部に設けられた磁石２１２４からの磁界により、ローレンツ力ＦLがｘ方向に発生する。
【０１４４】
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。
【０１４５】
ＦL＝ＩＢＬ  …（１）
【０１４６】
上記（１）式中、Ｉは駆動電極となる電極２１０６−１に流れる電流、Ｂは磁束密度、Ｌは電極１０６−１の長さである。
【０１４７】
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２１０１−１、２１０１−２に印加され、第１振動子部２１０１−１は、支持弾性体２１０２−１および支持弾性体２１０２−２に接続されている支持部２１０３−１および支持部２１０３−２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２１０１−２は支持弾性体２１０２−３および支持弾性体２１０２−４に接続されている支持部２１０３−３および支持部２１０３−４を固定点とし、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。
【０１４８】
ＦC＝２ｍｖΩ  …（２）
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
コリオリ力ＦCが発生すると第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２がＺ軸方向に振動する。その際、第２基板２２００側に設置された検出電極２２０１−１と第１振動子２１０１−１および検出電極２２０１−２と第２振動子２１０１−２との間に容量の変化が現れる。一方は第２基板２２００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。
【０１５２】
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２２０１−１と第１振動子２１０１−１および検出電極２２０１−２と第２振動子２１０１−２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。
【０１５３】
また、ローレンツ力ＦLを発生させた際、第２振動子２１０１−２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２２０１−１、２２０１−２と第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２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。
【０１５４】
上記角速度検出装置における角速度の検出方式について、図３７のブロック図を用いて説明する。なお、図３７に係わる説明において、角速度検出装置の構成部品には前記図３２〜図３６によって説明したのと同様な符号を付与している。
【０１５５】
図３７に示すように、第２基板２２００側の検出電極２２０１−１および２２０１−２に搬送信号を１８０°の位相差を持って印加する。キャリア周波数は第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２の固有振動数よりも５倍〜１００倍高いところに設定すると良い。外部から角速度が印加された際、２つの第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２で構成されるキャパシタに容量差分ΔＣが生じる。その差分を電流Ｉとして取り出す。電流Ｉはキャパシタ容量差分ΔＣ、キャリア周波数およびキャリア電圧の積に比例する。初段増幅器（ＡＭＰ）１１０でその信号を増幅する。その後、キャリア信号を除去するために、キャリア信号と同じ周波数の信号を増幅した信号に入力し同期検波器１２０で同期検波を行う。ローパスフィルター１３０で第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２の固有周波数よりも高い周波数ノイズを除去し、中間アンプ１４０で再び信号増幅を行う。次に第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２の固有周波数を除去するために誘導起電力を取り出す電極２１０６−２から信号を取り出し位相を９０°変化させて、増幅した信号に入力し、再び同期検波器１５０で同期検波を行う。ローパスフィルター１６０で角速度成分のみを取り出す。容量差分は角速度に比例するので、差分検出ができればそれが角速度となる。
【０１５６】
上記角速度の検出方法は、振動子が一つの構成の角速度検出装置、例えば前記第１実施例で記載した円盤型の振動子を備えた角速度検出装置、後に説明する矩形状の振動子を一つ備えた角速度検出装置にも、同様にして適用することができる。
【実施例８】
【０１５７】
次に、本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を、図３８〜図５０によって説明する。図３８〜図４０、図４６、図４９では、前記図３２のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表し、図４１〜図４５、図４７、図４８、図５０は平面レイアウト図を示す。なお、断面図は平面レイアウト図のＡ−Ａ’線断面を示し、断面図と平面レイアウト図との縮尺は必ずしも一致させていない。
【０１５８】
図３８（１）は、前記図１のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表している。図３８（１）に示すように、第１基板２１００上に絶縁体２１３１を介してシリコン層２１４１が形成されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２１４０を用いる。上記絶縁体２１３１は酸化シリコン（ＳｉＯ2）層で形成される。また、第１基板２１００の裏面にはマスク２１５１を形成しておく。
【０１５９】
次に、図３８（２）に示すように、マスク２１５１をエッチングマスクに用いたエッチング加工により、第１基板２１００の裏面側にアライメントマークおよびダイシングライン２１２７を形成する。これは、第１基板２１００と後に説明する第２基板との陽極接合時のアライメントおよび第１、第２基板を切り出す際のマークとなるものである。
【０１６０】
次に、図３８（３）に示すように、シリコン層２１４１が所望の膜厚となるよう基板表面をエッチングする。上記エッチング方法は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）もしくは水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液をエッチング液に用いたウエットエッチによる。もしくは、化学的ドライエッチング、物理的ドライエッチで行うこともできる。また、所望の膜厚が予めわかっているならば、そのようなＳＯＩ基板を用意しても良い。
【０１６１】
次に、図３９（４）および図４１の平面レイアウト図に示すように、シリコン層２１４１をエッチング加工して、後に形成される振動子、支持部、支持弾性体等の形成領域を囲むように、陽極接合フレーム２１２１を形成する。このとき、上記シリコン層２１４１を用いて、陽極接合フレーム２１２１の外側に、陽極接合フレーム２１２１と所望の間隔を置いて陽極接合フレーム２１２１を挟むように同電位配線２１２２、２１２３を形成する。次いで、陽極接合フレーム２１２１内の振動子、支持部、支持弾性体等の形成領域のシリコン層２１４１を所望の厚さになるまでエッチング加工する。上記各エッチング加工は、マスクにレジストマスクを用いることができ、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）もしくは水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液をエッチング液に用いたウエットエッチによる。もしくは、化学的ドライエッチング、物理的ドライエッチで行うこともできる。このエッチングによって、後に形成される振動子および支持弾性体の各膜厚が決定される。
【０１６２】
次に、図３９（５）および図４２の平面レイアウト図に示すように、上記シリコン層２１４１上で、後に形成される第１、第２振動子上の一部、支持弾性体上および支持部上に絶縁膜２１０５−１、２１０５−２を形成する。絶縁膜２１０５−１、２１０５−２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）もしくはそれらの積層膜で形成される。この絶縁膜は、下地のシリコン層２１４１と絶縁膜２１０５−１、２１０５−２上に形成される電極との絶縁性が保持できるものであれば何でも良い。また、絶縁膜２１０５−１、２１０５−２の形成方法は、リフトオフ方を用いて形成することもでき、または全面に絶縁膜を形成した後にリソグラフィー技術とエッチング技術とによって上記絶縁膜を加工して形成することもできる。
【０１６３】
次に、図３９（６）および図４３の平面レイアウト図に示すように、上記絶縁膜２１０５−１上にローレンツ力を印加するのための導電性の配線となる電極２１０６−１、上記絶縁膜２１０５−２上に誘導起電力を検出するための導電性を有する配線となる電極２１０６−２を形成するとともに、シリコン層２１４１上における支持弾性体の電極取り出し位置となる領域に導電性パッド２１０６−３を形成する。また、同時に、電極２１０６−１、２１０６−２の両端となる位置で、後に形成される支持部上に電極パッド２１０７−１〜２１０７−４を形成する。上記電極材料には、金、白金、クロムの三層金属材料を用いる。もしくは、金、白金、チタンの三層金属材料、金とクロム、白金とクロム、金とチタンおよび白金とチタンなどの二層金属材料を用いることができ、また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ることができる。また、上記クロムや上記チタンの代わりに銅を用いることができる。上記電極材料は、例えば電子ビーム蒸着法により形成することができる。また本実施例においては、リフトオフ法により電極を形成したが、金属材料層を成膜した後、ウエットエッチングやドライエッチングによって金属材料層を加工することで電極形成を行っても良い。また、金属材料膜の成膜方法は、電子ビーム蒸着法の他に、スパッタリング法やＣＶＤ法を用いることもできる。
【０１６４】
次に、図４０（７）および図４４の平面レイアウト図に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術（例えば反応性イオンエッチング）とを用いて、上記シリコン層２１４１を加工し、第１振動子部２１０１−１、第２振動子２１０１−２、支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６、支持部２１０３−１〜２１０３−４を形成するとともに、陽極接合フレーム２１２１、同電位配線２１２２、２１２３等を完成させる。上記第１振動子部２１０１−１、第２振動子２１０１−２、支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６、支持部２１０３−１〜２１０３−４を形成するとともに、陽極接合フレーム２１２１、同電位配線２１２２、２１２３等の配置位置は前記図３２〜図３６によって説明した通りである。
【０１６５】
次に、図４０（８）および図４５の平面レイアウト図に示すように、上記支持部２１０３−１〜２１０３−４、陽極接合フレーム２１２１および同電位配線２１２２、２１２３の下部の絶縁体２１３１のみを残して、その他の絶縁体２１３１を、例えばエッチングにより除去する。その結果、第１振動子部２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６が形成される。また、支持部２１０３−１〜２１０３−４は、絶縁体２１３１を介して第１基板２１００に固定される。
【０１６６】
次に、第２基板２２００側の作製方法を説明する。
【０１６７】
図４６（９）に示すように、ガラス基板からなる第２基板２２００を用意する。次いで、例えば電子ビーム蒸着法により、第２基板２２００に配線電極層２２２０を形成する。配線電極層２２２０には、金、白金、クロムの三層金属材料を用いることができる。もしくは、金、白金、チタンの三層金属材料を用いることができ、または、金とクロム、白金とクロム、金とチタン、白金とチタン等の組み合わせの二層金属材料を用いることができる。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ることもできる。また、クロムやチタンの代わりに銅を用いることもできる。また、成膜方法は、電子ビーム蒸着法に限定されず、スパッタリング法やＣＶＤ法を採用することもできる。
【０１６８】
次に、図４６（１０）および図４７の平面レイアウト図に示すように、無電解めっき法により、配線電極層２２２０表面に支柱電極２２１８−１、２２１８−２、２２１８−３、２２１８−４、２２１８−５を形成する。この支柱電極２２１８−１、２２１８−２、２２１８−３、２２１８−４、２２１８−５は、前記図４５によって説明した第１基板２１００側に形成された電極パッド２１０７−１〜２１０７−４および導電性パッド２１０６−３と、次の工程で形成される引き出し電極とを接続させるためのものである。また、上記支柱電極２２１８−１、２２１８−２、２２１８−３、２２１８−４、２２１８−５は、単体で形成してもよく、もしくは一つの電極パッドもしくは導電性パッドに対して複数個を形成してもよい。上記支柱電極２２１８−１、２２１８−２、２２１８−３、２２１８−４、２２１８−５を一つの電極パッドもしくは導電性パッドに対して複数個を形成した場合、陽極接合時に上記支柱電極２２１８−１、２２１８−２、２２１８−３、２２１８−４、２２１８−５がバネ状に屈曲し、適度な張力をもって電極パッド２１０７−１〜２１０７−４および導電性パッド２１０６−３と接続することができる。引き出し電極と電極パッドおよび導電性パッドとの接続には、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、上記支柱電極２２１８−１、２２１８−２、２２１８−３、２２１８−４、２２１８−５を用いる本方法の場合、第２基板に過度な応力をかけることも無く、また、作製方法もきわめて簡単である。本実施例においては、上記支柱電極２２１８−１、２２１８−２、２２１８−３、２２１８−４、２２１８−５の形成に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。
【０１６９】
次に、図４６（１１）および図４８の平面レイアウト図に示すように、上記配線電極層２２２０をエッチング加工することにより、上記第２基板２２００と上記第１基板２１００とを対向させて接合した際に、上記第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２〔前記図４５参照〕と対向する位置に検出電極２２０１−１、２２０１−２を形成するとともに、上記支持弾性体２１０２−１、２１０２−２、２１０２−３、２１０２−４、２１０２−５、２１０２−６〔前記図４５参照〕と対向する位置に検出電極２２０２−１、２２０２−２、２２０２−３、２２０２−４、２２０２−５、２２０２−６を形成する。それと同時に、上記検出電極２２０１−１、２２０１−２、検出電極２２０２−１、２２０２−３、２２０２−５に連続して形成されるもので、上記同電位配線２１２２〔前記図１３参照〕側にそれぞれ引き出される引き出し電極２２１１−１、２２１１−２、２２１２−１、２２１２−３、２２１２−５を形成するとともに、上記電極パッド２１０７−１、２１０７−３、上記導電性パッド２１０６−３と対向する位置から上記同電位配線２１２２側にそれぞれ引き出される引き出し電極２２１７−１、２２１７−３、引き出し電極２２１６を形成する。さらに、検出電極２２０２−２、２２０２−４、２２０２−６に連続して形成されるもので、上記同電位配線２１２３〔前記図４５参照〕側にそれぞれ引き出される引き出し電極２２１２−２、２２１２−４、２２１２−６を形成するとともに、上記電極パッド２１０７−２、２１０７−４と対向する位置から上記同電位配線２１２３側にそれぞれ引き出される引き出し電極２２１７−２、２２１７−４を形成する。
【０１７０】
次に、第１基板２１００と第２基板２２００との組立方法を示す。
【０１７１】
図４９（１２）および図５０の平面レイアウト図に示すように、陽極接合法により、第２基板２２００と陽極接合フレーム２１２１とを接合させる。その際、ローレンツ力を発生させる電極２１０６−１の両端に形成された電極パッド２１０７−１、２１０７−２および電磁駆動で振動子が動作したときに発生する誘導起電力を検出する電極２１０６−２の両端に形成された電極パッド２１０７−３、２１０７−４および導電性パッド２１０６−３に支柱電極２２１８−１、２２１８−２、２２１８−３、２２１８−４、２２１８−５をそれぞれに接続させる。さらに、上記引き出し電極２２１１−１、２２１１−２、２２１２−１、２２１２−３、２２１２−５、２２１７−１、２２１７−３、２２１６を上記同電位配線２１２２に接続させるとともに、引き出し電極２２１２−２、２２１２−４、２２１２−６、２２１７−２、２２１７−４を上記同電位配線２１２３に接続させる。これによって、陽極接合時には、第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２、支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６、検出電極２２０１−１、２２０１−２、２２０２−１〜２２０２−６等が同電位となり、第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２が検出電極２２０１−１、２２０１−２に張り付くのが防止される。
【０１７２】
次に、ダイシングによって、第１基板２１００および第２基板２２００を所望の大きさに切断して、個別チップを形成する。この切断は、例えば陽極接合フレーム２１２１の外周に沿って行うことができる。したがって、このダイシング時に、上記同電位配線２１２２に接続される引き出し電極２２１１−１、２２１１−２、２２１２−１、２２１２−３、２２１２−５、２２１７−１、２２１７−３、２２１６は、同電位配線２１２２より切断され、それぞれ別個のものとなる。また、上記ダイシング時には、上記同電位配線１２３に接続される引き出し電極２２１２−２、２２１２−４、２２１２−６、２２１７−２、２２１７−４は、同電位配線２１２３より切断され、それぞれ別個のものとなる。
【０１７３】
次に、図４９（１３）に示すように、第１基板２１００の下部に磁石２１２４を配置する。その後、引き出し電極２２１１−１、２２１１−２、２１２−１、２２１２−２、２２１２−３、２１２−４、２１２−５よりワイヤー（図示せず）を引き出して、角速度検出装置のチップが作製される。
【０１７４】
なお、上記角速度検出装置２００１の製造方法における陽極接合では、引き出し電極により振動子の電位と検出電極の電位を同電位にすることで、振動子と検出電極間の静電引力を大きくすることなく、陽極接合を安定的に行える領域となる印加電圧で陽極接合を行うことがでる。この結果、振動子の第２基板側への張り付き不良を発生させることなく、安定した陽極接合が行えるので、振動子と検出電極間の間隔を狭めて、センサ感度を高めることが可能になる。
【０１７５】
上記説明したように、本発明の角速度検出装置の製造方法により本発明の角速度検出装置が形成される。
【０１７６】
すなわち、本発明の角速度検出装置２００１は、第１基板２１００と、この第１基板２１００の表面に設けられた支持部２１０３−１〜２１０３−４と、各支持部２１０３−２１〜１０３−４に一方端が接続された支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６と、第１基板２１００表面からある一定の間隔を有して浮遊した状態で支持弾性体支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６の他方端に支持され、第１基板２１００に対して変位可能な第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２と、各第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２の変位を検出するもので第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２に空間を介して対向して設けられた検出電極２２０１−１、２２０１−２と、第１基板２１００と対向するもので検出電極２２０１−１、２２０１−２が形成された第２基板２２００とを備えたものであって、主要な構成としては、第１基板２１００と第２基板２２００とを接着させる際に第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２および検出電極２２０１−１、２２０１−２を同電位にするもので、上記第１、第２振動子２１０１−１、２１０１−２から支持弾性体２１０２−１〜２１０２−４の電極パッド２１０７−１〜２１０７−４から導出された引き出し電極２２１７−１〜２２１７−４と前記検出電極２２０１−１、２２０１−２から導出された引き出し電極２２１１−１、２２１１−２とを備えたものである。
【実施例９】
【０１７７】
次に、本発明の角速度検出装置に係る一実施例を、図５１の平面図および図５２の図５１におけるＡ−Ａ線断面図によって説明する。この実施例では、二つの振動子を有する角速度検出装置において、電極を埋め込んだ構造の一例を示す。なお、図５２の断面図は概略構成を示すものであり、図５１の平面図の縮尺と一致させていない。
【０１７８】
図５１および図５２に示すように、角速度検出装置２００３は、第１振動子２３０１−１と第２振動子２３０１−２を並行に備えている。この第１振動子２３０１−１、第２振動子２３０１−２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２３０１−１と第２振動子２３０１−１とは、互いに向かい合う側の角部が支持弾性体２３０２−５、２３０２−６とによって連結され、第１振動子２３０１−１の第２振動子２３０１−２とは反対側の角部分には支持弾性体２３０２−１、２３０２−２の一端側によって支持されている。また支持弾性体２３０２−１、２３０２−２の他端側は、それぞれ支持部２３０３−１、２３０３−２に支持固定されている。また、第２振動子２３０１−２の第１振動子２３０１−１とは反対側の角部分には支持弾性体２３０２−３、２３０２−４の一端側によって支持されている。また支持弾性体２３０２−３、１０２−４の他端側は、それぞれ支持部２３０３−３、２３０３−４に支持固定されている。上記支持弾性体２３０２−１〜２３０２−６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２３０３−１、２３０３−２、２３０３−３、２３０３−４は、それぞれ絶縁体２１２２を介して第１基板２３００に固定されている。したがって、第１振動子２３０１−１および第２振動子２３０１−２は支持弾性体２３０２−１、２３０２−２、２３０２−３、２３０２−４によってのみ支持されていて、第１基板２３００に対して完全に浮動状態に配置されている。
【０１７９】
本発明の角速度検出装置２００３では、上記支持弾性体２３０２−１〜２３０２−４の電極形成面は、上記第１振動子２３０１−１、第２振動子２３０１−２の上面より第１基板２３００側に低く形成されている。また上記第１振動子２３０１−１、第２振動子２３０１−２の電極形成部は、第１振動子２３０１−１、第２振動子２３０１−２の上面の一部を掘り込んで形成された堀り込み部２３１１−１、２３１１−２で形成されている。
【０１８０】
上記第１振動子２３０１−１の堀り込み部２３１１−１には、支持部２３０２−１から支持弾性体２３０２−１、第１振動子２３０１−１の掘り込み部２３１１−１、支持弾性体２３０２−２を通り支持部２３０３−２に至るものでこの第１振動子２３０１−１を電磁駆動させるための電極２３０８−１が絶縁膜２３０７を介して配設されている。同様に、上記第２振動子２３０１−２の堀り込み部２３１１−２には、支持部２３０２−３から支持弾性体２３０２−３、第１振動子２３０１−２の掘り込み部２３１１−２、支持弾性体２３０２−４を通り支持部２３０３−４に至るものでこの第２振動子２３０１−２を電磁駆動させるための電極２３０８−２が絶縁膜２３０７を介して配設されている。
【０１８１】
また、上記第１、第２振動子２３０１−１、２３０１−２には、空気ダンピングを緩和するための貫通孔２３０４が複数設けられている。この貫通孔２３０４は、第１、第２振動子２３０１−１、２３０１−２上方に設けられる第２基板２４００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２３０１−１、２３０１−２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２４００については次に説明する。
【０１８２】
上記第１基板２３００上には、フレーム２３２１を介して第２基板２４００が形成されている。この第２基板２４００は、例えばガラス基板で形成されている。また第２基板２４００の上記第１基板２３００と対向する面の上記第１振動子２３０１−１、第２振動子２３０１−２に対向する位置には、対向電極２４２０−１、２４２０−２が形成されている。
【０１８３】
次に、上記角速度検出装置２００３の角速度の検出原理を説明する。角速度の検出原理は、第１、第２振動子２３０１−１、２３０１−２をロ−レンツ力によりＸ方向に振動させ、外部から角速度が印加された時に、コリオリ力を伴って、Ｚ方向へ第１、第２振動子２３０１−１、２３０１−２が動くときの第１、第２振動子２３０１−１、２３０１−２とそれに対向する対向電極２４２０−１、２４２０−２との間の容量変化を検出するものである。対向電極２４２０−１、２４２０−２は、ガラス基板からなる第２基板２４００下部に設置されており、シリコン側に形成されたフレーム２４２１とガラス基板からなる第２基板２４００を陽極接合させることにより、対向電極２４２０−１、２４２０−２を設置させる。ロ−レンツ力は、第１基板２３００下部に設置された磁石２３２４から発生する磁界に対して、電極２３０８−１、２３０８−２に、ある周波数の電流を流すことで、電流の印加方向に対して直行方向に発生する。磁界はＺ軸方向にＮ極またはＳ極が向くように磁石２３２４を設置する。本実施例では、磁石を第１基板２３００下部に設置したが、第２基板２４００上部に設置しても同様の結果が得られる。
【０１８４】
また、ロ−レンツ力を発生させた際、第２振動子２３０１−２上に配線された電極には誘導起電力が発生する。この誘導起電力は、ロ−レンツ力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、第２基板２４００側の対向電極２４２０−１、２４２０−２と第１、第２振動子２３０１−１、２３０１−２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。
【０１８５】
ここで問題となるのが、ロ−レンツ力を発生させるための電極２３０８−１、２３０８−２が、外部からの大きな衝撃により、第１、第２振動子２３０１−１、２３０１−２上方に対向するように設置された対向電極２４２０−１、２４２０−２に接触する可能性があるということである。電極２３０８−１、２３０８−２には、数ｍＡの電流を流す必要があるため、容量変化を検出する対向電極２４２０に過度の電流が流れ込むと、その先に接続されている微小容量検出用アンプを損傷させる可能性がある。そこで、本発明おいては、第１、第２振動子２３０１−１、２３０１−２の電極配線部分に掘り込み堀り込み部２３１１−１、２３１１−２を形成し、電極２３０８−１、２３０８−２の厚みと絶縁層２３０７厚みの合計が堀り込み部２３１１−１、２３１１−２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２３０１−１、２３０１−２が大きな衝撃によって対向電極２４２０−１、２４２０−２に接触するようなことがあっても、対向電極２４２０−１、２４２０−２に電極２３０８−１、２３０８−２が接触しないような構造となっている。また、第１基板２３００側からみて、支持弾性体２３０２−１〜２３０２−４に形成されている電極２３０８−１、２３０８−２の高さが第１、第２振動子２３０１−１、２３０１−２の高さよりも低くなるよう支持弾性体２３０２−１〜２３０２−４が形成されているため、支持弾性体２３０２−１〜２３０２−４についても、電極２３０８−１、２３０８−２が対向電極２４２０−１、２４２０−２に接触しないようになっている。
【実施例１０】
【０１８６】
本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を、図５３〜図５９の概略構成断面図および平面図によって説明する。
【０１８７】
図５３（ａ）に示すように、上部シリコン層２３５０−１と下部シリコン層２３５０−２との間に絶縁層２３２２を挟み込んでなるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２３５０を用いる。上記絶縁層２３２２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２３５０−２は、上記実施例１における第１基板２３００に相当する。以下、第１基板２３００として説明する。このＳＯＩ基板２３５０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２３００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２３００を切り出す際の目印となるものである。
【０１８８】
次に、上部シリコン層２３５０−１を所望の膜厚となるようＳＯＩ基板２３５０の上部シリコン層２３５０−１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２３５０−１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２３５０−１を有するＳＯＩ基板を用意しても良い。
【０１８９】
次に図５３（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２３５０−１を加工して陽極接合のフレーム２３２１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、振動子の膜厚が決定される。
【０１９０】
図５４（ｃ）に示すように、上部シリコン層２３５０−１に掘り込み部２３１１−１、２３１１−２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２３１１−１、２３１１−２と同様にエッチングする。
【０１９１】
次に、図５４（ｄ）示すように、上部シリコン層２３５０−１上に絶縁膜２３０７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２３０７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２３０７−１を形成するとともに、振動子のストッパとなる絶縁膜２３０７−２を形成する。この絶縁膜２３０７は、掘り込み部２３１１−１、２３１１−２の側壁にも形成されてもよい。上記絶縁膜２３０７は、電極と下部シリコン層２３５０−２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２３０７−２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。
【０１９２】
次に、上記絶縁膜２３０７−１上に電極（配線）２３０８−１、２３０８−２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。
【０１９３】
次に、図５５（ｅ）および図５６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ーム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２３０１−１、２３０１−２、振動子２３０１−１、２３０１−２を支持するバネ２３０２−１、２３０２−２、２３０２−３、２３０２−４、振動子２３０１−１、２３０１−２を連結するバネ２３０２−５、２３０２−６、バネ２３０２−１、２３０２−２、２３０２−３、２３０２−４をそれぞれ支持する支持部２３０３−１、２３０３−２、２３０３−３、２３０３−４を形成する。また陽極接合のためのフレーム２３２１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２３０１を形成するエッチング加工において、振動子２３０１−１、２３０１−２に多数の貫通孔２３０４を形成することが好ましい。この貫通孔２３０４の配置は、振動子２３０１−１、２３０１−２の面内を小区画に区切った場合、各区画において貫通孔２３０４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５５（ｅ）は図５６中のＤ−Ｄ’線における断面図であるが、図５５（ｅ）および図５６の縮尺は必ずしも一致させていない。
【０１９４】
次に、図５５（ｆ）に示すように、絶縁層２３２２をエッチングにより除去する。その際、各支持部２３０３−１、２３０３−２、２３０３−３、２３０３−４の下部の絶縁層２３２２およびフレーム２３２１の下部の絶縁層２３２２は残して、第１基板２３００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２３０１−１、２３０１−２、バネ２３０２−１、２３０２−２、２３０２−３、２３０２−４、２３０３−５、２３０３−６〔前記図５６参照〕が浮動状態に形成される。
【０１９５】
次に、第２基板の作製方法を以下に説明する。
【０１９６】
図５７（ａ）に示すように、第２基板２４００に電極（配線）材料層２４０７を電子ビ−ム蒸着により形成する。上記第２基板２４００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。
【０１９７】
次に、図５７（ｂ）に示すように、無電解めっき法により、上記電極材料層２４０７表面にコンタクト部２４０８を形成する。このコンタクト部２４０８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５５（ｆ）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。
【０１９８】
次に、図５７（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（図示せず）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２４０７をパターニングして、第２基板２４００側の対向電極２４２０−１、２４２０−２および引き出し電極２４２０−３、２４２０−４を形成する。
【０１９９】
次に、第１基板と第２基板の組立方法を説明する。
【０２００】
次に、図５８（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２４００とシリコンからなるフレーム２３２１を接合させる。その際、支持部２３０３−１、２３０３−２および支持部２３０３−３、２３０３−４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２３０８−１および電極２３０８−２のパッド部に対して上記コンタクト部２４０８をコンタクトさせる。
【０２０１】
次に、図示はしないが、第１基板２３００側および第２基板２４００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５９（ｂ）に示すように、第１基板２３００の下部に磁石２３２４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２４２０−３、２４２０−４よりを引き出して、角速度検出装置２００３のチップが作製される。
【０２０２】
本発明の角速度検出装置の製造方法では、振動子２３０１−１、２３０１−２に形成する電極２３０８−１、２３０８−２は、振動子２３０１−１、２３０１−２に掘り込み部２３１１−１、２３１１−２を形成した後、その掘り込み部部２３１１−１、２３１１−２内に形成されるため、振動子２３０１−１、２３０１−２が振動した際に、電極２３０８−１、２３０８−２は変位検出手段を構成する対向電極２４２０−１、２４２０−２と接触することがなくなるように形成でき、振動子２３０１−１、２３０１−２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２００３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２００３を形成することができる。
【実施例１１】
【０２０３】
次に、本発明の角速度検出装置に係る一実施例として、一つの振動子を有する角速度センサを、図６０の要部平面レイアウト図、図６１の図６０におけるＡ−Ａ’線断面図、図６２の図６０におけるＢ−Ｂ’線断面図および図６３の要部拡大図によって説明する。なお、図６１〜図６２の各断面図は概略構成を示すものであり、図６０の平面レイアウト図の縮尺と一致させてはいない。
【０２０４】
図６０〜図６３に示すように、角速度検出装置３００１は、振動子３１０１を備えている。この振動子３１０１は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。上記振動子３１０１は、その各角部が支持弾性体３１０２−１、３１０２−２、３１０２−３、３１０２−４の一端側によって支持されている。また支持弾性体３１０２−１、３１０２−２、３１０２−３、３１０２−４の他端側は、それぞれ支持部３１０３−１、３１０３−２、３１０３−３、３１０３−４に支持固定されている。上記支持弾性体３１０２−１〜３１０２−４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、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３１０３−１、３１０３−２、３１０３−３、３１０３−４は、それぞれ絶縁体３１３１を介して第１基板３１００に固定されている。したがって、振動子３１０１は支持弾性体３１０２−１、３１０２−２、３１０２−３、３１０２−４によって支持されていて、第１基板３１００に対して完全に浮動状態に配置されている。
【０２０５】
また、上記支持部３１０３−１上から支持弾性体３１０２−１上、振動子３１０１の端辺部上、支持弾性体３１０２−２上を通り支持部３１０３−２上に至るもので、上記振動子３１０１を電磁駆動させるための電極３１０６−１が絶縁膜３１０５−１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３１０３−３上から支持弾性体３１０２−３上、振動子３１０１の端辺部上、支持弾性体３１０２−４上を通り支持部３１０３−４上に至るもので、上記電磁駆動で振動子３１０１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３１０６−２が絶縁膜３１０５−２を介して導電性の配線として形成されている。さらに、角速度を検出する電極として上記振動子３１０１を用いるために、例えば、振動子３１０１にシリコンからなる支持弾性体３１０２−３を介して接続される導電性パッド３１０６−３が支持部３１０３−３上に形成されている。この導電性パッド３１０６−３は同支持部３１０３−３上に形成される電極３１０６−２とは絶縁膜３１０５−２によって電気的に絶縁されている。
【０２０６】
また、上記電極３１０６−１、３１０６−２の両端に連続して、上記電極３１０６−１、３１０６−２の両端における上記支持部３１０３−１、３１０３−２、３１０３−３、３１０３−４上のそれぞれには、電極パッド３１０７−１、３１０７−２、３１０７−３、３１０７−４が形成されている。
【０２０７】
なお、図面では、第１基板３１００と第２基板３２００とを陽極接合により接合する際に用いる陽極接合フレーム３１２１、同電位配線３１２２、３１２３が形成されている。
【０２０８】
また、上記振動子３１０１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、振動子３１０１上方に設けられる第２基板３２００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、振動子３１０１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。
【０２０９】
上記のような構成が第１基板３１００に形成されている。
【０２１０】
次に、上記第２基板３２００について説明する。上記第２基板３２００は、例えばガラス基板で形成されている。
【０２１１】
この第２基板３２００には、容量変化を検出するための電極が形成されている。上記第２基板３２００の上記第１基板３１００と対向する面の上記振動子３１０１に対向する位置に検出電極３２０１が形成されている。また、上記第２基板３２００の上記第１基板３１００と対向する面の上記支持弾性体３１０２−１、３１０２−２、３１０２−３、３１０２−４に対向する位置に検出電極３２０２−１、３２０２−２、３２０２−３、３２０２−４が形成されている。
【０２１２】
また、上記第２基板３２００には、検出電極３２０１、検出電極３２０２−１、３２０２−３、および上記第１基板３１００と第２基板３２００を接合したときに上記電極パッド３１０７−１、３１０７−３、上記導電性パッド３１０６−３に対向する上記第２基板３２００の位置から、それぞれ上記第１基板３１００側に形成された同電位配線３１２２側に引き出される引き出し電極３２１１、３２１２−１、３２１２−３、および引き出し電極３２１７−１、３２１７−３、引き出し電極３２１６が形成されている。
【０２１３】
さらに、上記第２基板３２００には、検出電極３２０２−２、３２０２−４、および上記第１基板３１００と第２基板３２００を接合したときに上記電極パッド３１０７−２、３１０７−４に対向する上記第２基板３２００の位置から、それぞれ上記第１基板３１００側に形成された同電位配線３１２３側に引き出される引き出し電極３２１２−２、３２１２−４、および引き出し電極３２１７−２、３２１７−４が形成されている。
【０２１４】
上記陽極接合フレーム３１２１には、第１基板３１００と第２基板３２００とを対向させて接合させた際に、上記陽極接合フレーム３１２１と上記引き出し電極３２１１、３２１２−１〜３２１２−４、３２１６、３２１７−１〜３２１７−４が接触しないように、窪み３１２１−１が形成されている。この窪み３１２１−１は各引き出し電極に対応して形成されるが、引き出し電極３２１６、３２１７−３のように接近して形成されている場合には、一つの窪みに二つの引き出し電極３２１６、３２１７−３を配置している。また上記窪み３１２１−１は陽極接合フレーム３１２１を完全に除去して形成することもでき、また引き出し電極が形成される位置を部分的に除去して形成することもできる。図面では完全に除去した場合を示した。
【０２１５】
上記引き出し電極３２１７−１、３２１７−２、３２１７−３、３２１７−４の電極パッド３１０７−１、３１０７−２、３１０７−３、３１０７−４側の端部および上記引き出し電極３２１６の導電性パッド３１０６−３側の端部には、それぞれ支柱電極３２１８−１、３２１８−２、３２１８−３、３２１８−４、３２１８−５が形成されている。上記支柱電極３２１８−１、３２１８−２、３２１８−３、３２１８−４、３２１８−５は、例えば金メッキにより形成される。上記支柱電極３２１８−１、３２１８−２、３２１８−３、３２１８−４、３２１８−５は、単体であってもよく、もしくは一つの電極パッドもしくは導電性パッドに対して複数個形成されたものであってもよい。
【０２１６】
上記第１基板３１００と上記第２基板３２００とを接合する際には、陽極接合法によって、陽極接合フレーム３１２１と第２基板３２００とを陽極接合させる。その際、シリコンで形成されている同電位配線３１２２、３１２３も第２基板３２００と陽極接合される。
【０２１７】
上記陽極接合後は陽極接合フレーム３１２１と同電位配線３１２２、３１２３間は、例えばダイシングによって切断し、同電位配線３１２２、３１２３に共通に接続されたそれぞれの引き出し電極３２１１、３２１２−１〜３２１２−４、３２１６、３２１７−１〜３２１７−４を完全に電気的に独立にされる。
【０２１８】
上記第１基板３１００の下面（振動子が形成されている側とは反対側の面）には、磁石３１２４が配設されている。本実施例の容量検出型センサの角速度センサは、上記磁石３１２４により電磁的に駆動される。したがって、上記磁石３１２４は、後述する第２基板３２００側に設けることもできる。この場合も、第１基板３１００下面側に設けた場合と同様なる動作が得られる。
【０２１９】
次に、上記角速度検出装置３００１の製造方法を説明する。この製造方法は、基本的には前記実施例８で説明した角速度検出装置の製造方法と同様である。前記実施例８で説明した角速度検出装置の製造方法と異なる工程は、振動子は一つのみ形成する点、振動子同士を接続する部分の構成は形成しない点の２点である。その他の工程は、実施例８で説明した角速度検出装置の製造方法と同様である。
【実施例１２】
【０２２０】
実施例１２として、本発明の角速度検出装置に係る一実施例を、図６４の要部平面レイアウト図、図６５の図６４におけるＡ−Ａ’線断面図、図６６の図６４におけるＢ−Ｂ’線断面図、図６７の図６４におけるＣ−Ｃ’線断面図および前記図３６によって説明する。なお、図６５〜図６８の各断面図は概略構成を示すものであり、図６４の平面レイアウト図の縮尺と一致させてはいない。
【０２２１】
図６４〜図６７および前記図３６に示すように、本実施例の角速度検出装置２００５は、第１基板２１０２１００における第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２に対向する領域に掘り込み部２１３０が形成されている点で、前記実施例７（前記図３２〜図３６）で説明した角速度検出装置２００１と異なる以外、前記実施例７（前記図３２〜図３６）で説明したのと同様に、第１基板２１００には、第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２、支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６、支持部２１０３−１〜２１０３−６、絶縁膜２１０５−１〜２１０５−２、電極２１０６−１〜２１０６−２、導電性パッド２１０６−３、電極パッド２１０７−１〜２１０７−４、陽極接合フレーム２１２１、窪み２１２１−１、同電位配線２１２２、２１２３が形成されており、第２基板２２００には、検出電極２２０１−１〜２２０１−２、検出電極２２０２−１〜２２０２−６、引き出し電極２２１１−１、２２１１−２、引き出し電極２２１２−１〜２２１２−６、引き出し電極２２１６、引き出し電極２２１７−１〜２２１７−４、支柱電極２２１８−１〜２２１８−５が形成されている。また、上記第１基板２１００の下面（振動子が形成されている側とは反対側の面）には、磁石２１２４が配設されている。本実施例の容量検出型センサの角速度センサは、上記磁石２１２４により電磁的に駆動される。したがって、上記磁石２１２４は、後述する第２基板２２００側に設けることもできる。この場合も、第１基板２１００下面側に設けた場合と同様なる動作が得られる。
【０２２２】
本実施例の角速度検出装置２００５は、第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６は第１基板２１００上で浮動状態であるために、外部からの衝撃によりＺ軸方向に変位する。ＳＯＩ基板を用いた場合や、薄膜で振動子や支持弾性体を作製した場合など、第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６と第１基板２１００との間のギャップは、通常０．３μｍ〜５μｍと狭いため、貼りつく現象が容易に起こることがあるが、本実施例の角速度検出装置２００５は、第１基板２１００における第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２に対向する領域に掘り込み部２１３０が形成されていることから、第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２が振動した際に、第１基板２１００に張り付くことが無くなる。特にＳＯＩ基板では、第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６の裏面および第１基板２１００の表面が鏡面であるため、一度貼り付きを起こすと表面静電力により剥がれ難い。そのため動作時に重大な支障をきたすという問題が解決できる。よって、磁石を用いた電磁駆動により、駆動振幅を大きく取ることができるため、角速度が印加された時に発生するコリオリ力に対応した変位を大きくとることができる。また、駆動振動をＸ−Ｙ平面上に発生させることにより、第１基板２１００および第２基板２２００と、第１振動子２１０１−１および第２振動子２１０１−２との間隔を狭くすることができ、容量変化の大きな高感度な角速度検出装置を提供することができる。また可動部分の直下に掘り込み部２１００−１を設けることでＺ方向の衝撃に対して貼り付きを起こすことなく安定な動作を得ることができる。
【０２２３】
上記実施例１０で説明した第１基板に掘り込み部を形成する構成は、前記各実施例で説明した角速度検出装置にも、同様に適用することができる。
【実施例１３】
【０２２４】
実施例１３として、本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を、図６８の概略構成断面図によって説明する。ここでは、一例として、前記実施例８で説明した二つの振動子を有する構成の角速度検出装置の製造方法に適用した例を説明する。
【０２２５】
前記図３８〜図５０によって説明した製造方法において、前記図４０（８）および前記図４５の平面レイアウト図に示すように、上記支持部２１０３−１〜２１０３−４、陽極接合フレーム２１２１および同電位配線２１２２、２１２３の下部の絶縁体２１３１のみを残して、その他の絶縁体２１３１を、例えばエッチングにより除去する。その結果、第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体２１０２−１〜２１０２−６が形成される。また、支持部２１０３−１〜２１０３−４は、絶縁体２１３１を介して第１基板２１００に固定される。次いで、図６８の概略構成断面図に示すように、第１基板２１００の裏面側より第１基板２１００の上記第１振動子２１０１−１および第２振動子２１０１−２および支持弾性体（図示せず）に対向する領域に掘り込み部２１３０を形成するエッチングを行う。ここでは、掘り込み部２１３０は貫通孔として形成した。なお、上記絶縁体２１３１のエッチングに先だって上記掘り込み部２１３０の形成を行ってよい。その後、前記実施例８で説明したのと同様に、第２基板を作製する、第１基板と第２基板とを接合する、第１基板の裏面側に掘り込み部を覆うように磁石を張り付ける等の工程を行えばよい。
【０２２６】
本実施例の角速度検出装置の製造方法では、第１基板２１００における第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２に対向する領域に掘り込み部２１３０が形成されることから、第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２が振動した際に、第１基板２１００に張り付くことが無くなる。このため、磁石を用いた電磁駆動により、駆動振幅を大きく取ることができるため、角速度が印加された時に発生するコリオリ力に対応した変位を大きくとることができる。また、駆動振動をＸ−Ｙ平面上に発生させることにより、第１基板２１００および第２基板２２００と、第１振動子２１０１−１および第２振動子２１０１−２との間隔を狭くすることができ、容量変化の大きな高感度な角速度検出装置を提供することができる。また可動部分の直下に掘り込み部２１００−１を設けることでＺ方向の衝撃に対して貼り付きを起こすことなく安定な動作を得ることができる。
【０２２７】
また、図６９に示すように、予め別の基板２１７０（例えばシリコン基板）に掘り込み部２１７５を形成しておき、その基板２１７０を、第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２等のシリコン構造体を形成した第１基板２１００に貼り付けて形成することも可能である。この場合、シリコン構造体を形成する第１基板２１００にはＳＯＩ基板の代わりにシリコン基板を用いることもできる。このような構成であっても、上記同様な効果が得られる。上記別の基板２１７０は、ガラス基板を用いることもできる。
【０２２８】
上記実施例１１で説明した第１基板に掘り込み部を形成する製造方法は、前記各実施例で説明した角速度検出装置の製造方法にも、同様に適用することができる。
【実施例１４】
【０２２９】
実施例１４として、本発明の角速度検出装置に係る第１実施例を、図７０の概略構成断面図によって説明する。ここでは、一例として、前記実施例１２で説明した二つの振動子を有する構成の角速度検出装置に適用した例を説明する。
【０２３０】
図７０に示すように、角速度検出装置２００６は、前記実施例１２の構成の角速度検出装置２００５において、第１基板２１００の掘り込み部２１３０の下部側（第１基板２１００の裏面側）に、別の第３基板２１５０により固定された磁石２１２４を挿入し、第１基板２１００と第３基板２１５０とを接合（例えば陽極接合）して、上記磁石２１２４上部に掘り込み部２１３０の空間を残したものである。この場合、磁石２１２４は上記掘り込み部２１３０に挿入可能な大きさに形成されたものを用いる。したがって、磁石２１２４は掘り込み部２１３０に嵌挿可能な大きさもしくは掘り込み部２１３０よりも小さい大きさに形成されている。
【０２３１】
また、上記磁石２１２４は上記掘り込み部２１３０の深さより薄く形成されている。そして、磁石２１２４は掘り込み部２１３０内において第１基板２１００の裏面側に形成されている。したがって、磁石２１２４の上面側（振動子側）には、掘り込み部２１３０上部の空間が存在する。よって、第１振動子部２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体（図示せず）が磁石２１２４に接触もしくは張り付くことが確実に防止できる。
【０２３２】
次に、実施例１４として、本発明の角速度検出装置に係る第２実施例を、図７１の概略構成断面図によって説明する。
【０２３３】
図７１に示すように、第２実施例の角速度検出装置２００７は、前記実施例１２の構成の角速度検出装置２００５において、第１基板２１００の掘り込み部２１３０の下部側（第１基板２１００の裏面側）に、磁石２１２４を挿入するためのもので、上記掘り込み部２１３０よりも大きい掘り込み部２１４０が第１基板２１００に掘り込み部２１３０が残るように形成され、その掘り込み部２１４０の内部に磁石２１２４を挿入して固定したものである。したがって、第１基板２１００の裏面側からみて、掘り込み部２１４０と掘り込み部２１３０は階段状に形成されることになる。また、磁石２１２４は、上記掘り込み部２１３０より大きく、上記掘り込み部２１４０に挿入可能な大きさに形成されたものを用いる。したがって、磁石２１２４は、上記掘り込み部２１３０より大きく、掘り込み部２１４０に嵌挿可能な大きさもしくは掘り込み部２１４０よりも小さい大きさに形成されている。このため、掘り込み部２１４０に磁石２１２４を配置しても、上記磁石２１２４上部に掘り込み部２１３０の空間が確実に残されるという利点がある。よって、第１振動子部２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体（図示せず）が磁石２１２４に接触もしくは張り付くことが確実に防止できる。
【０２３４】
また、図示はしないが、上記磁石２１２４は、第３基板に固定されたものであってもよい。この場合には、磁石２１２４自体を第１基板２１００に固着する必要は無く、上記掘り込み部２１４０内に磁石２１２４が挿入され、第１基板２１００と第３基板とが接合（例えば陽極接合）されればよい。
【０２３５】
次に、実施例１４として、本発明の角速度検出装置に係る第３実施例を、図７２の概略構成断面図によって説明する。
【０２３６】
図７２に示すように、角速度検出装置２００８は、実施例１２の構成の角速度検出装置２００５において、第１基板２１００の掘り込み部２１３０の下部側（第１基板２１００の裏面側）に、別の第３基板２１５０に形成された磁石２１２４を挿入し、第１基板２１００と第３基板２１５０とを接合（例えば陽極接合）して、上記磁石２１２４上部に掘り込み部２１３０の空間を残したものである。上記磁石２１２４は、上記第３基板２１５０に形成された掘り込み部２１５２内に、磁石２１２４上部が第３基板２１５０表面より突き出るように形成されたもので、上記掘り込み部２１３０に挿入可能な大きさに形成されている。したがって、磁石２１２４は掘り込み部２１３０に嵌挿可能な大きさもしくは掘り込み部２１３０よりも小さい大きさに形成されている。
【０２３７】
また、上記磁石２１２４は、その上面側（振動子側）に掘り込み部２１３０上部の空間が存在するように、厚さが選択され、上記のごとく配置されている。よって、第１振動子部２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体（図示せず）が磁石２１２４に接触もしくは張り付くことが確実に防止できる。
【０２３８】
また、上記構成の角速度検出装置２００８では、第３基板２１５０に形成した掘り込み部２１５２の深さ分だけ、第１実施例の構成の磁石よりも磁石２２１４の厚さを増やすことができるので、大きな磁力を容量検出部分に与えることができる。よって、検出精度の向上が図れる。。
【０２３９】
次に、実施例１４として、本発明の角速度検出装置に係る第４実施例を、図７３の概略構成断面図によって説明する。
【０２４０】
図７３に示すように、角速度検出装置２００９は、前記実施例１２の構成の角速度検出装置２００５において、第１基板２１００の掘り込み部２１３０の下部側（第１基板２１００の裏面側）に、別の第３基板２１５０により固定された磁石２１２４を挿入し、第１基板２１００と第３基板２１５０とを接合（例えば陽極接合）して、上記磁石２１２４上部に掘り込み部２１３０の空間を残したものである。この場合、磁石２１２４は上記掘り込み部２１３０に挿入可能な大きさに形成されたものを用いる。したがって、磁石２１２４は掘り込み部２１３０に嵌挿可能な大きさもしくは掘り込み部２１３０よりも小さい大きさに形成されている。他方、第２基板２２００にも掘り込み部２２３０が形成され、その掘り込み部２２３０に磁石２２２４が埋め込まれている。
【０２４１】
上記構成の角速度検出装置２００９では、第２基板２２００にも磁石２２２４を埋め込む構成を採用したことにより、磁石２２２４に形成した分だけ、大きな磁力を容量検出部分に与えることができるので、検出精度の向上が図れる。
【０２４２】
また、第２基板２２００に磁石２２２４を埋め込む構成は、上記第４実施例で説明した上記第１実施例への適用のみならず、上記第２実施例、第３実施例の構成にも適用できる。
【０２４３】
上記各実施例において、第３基板を用いる場合には、その第３基板は、シリコン基板もしくはガラス基板を用いることができる。また、磁石を掘り込み部内に固着することができる場合には、第１基板に第３基板を接合する必要は無く、磁石が形成された第３基板を磁石から剥離してもよい。
【０２４４】
上記第１、第２、第４実施例の角速度検出装置では、基板内部のみに磁石が配置されるので、磁石分だけ角速度検出装置の厚さを薄くすることができる。すなわち、角速度検出装置の薄型化が図れるという利点がある。
【０２４５】
また、上記第１〜第４実施例の角速度検出装置では、基板内部に磁石が配置されることで、振動子を含む構造体の電磁駆動部分と磁石との距離が近くなり、十分な磁束密度を得ることができ、振動子を駆動することができるという利点がある。また、磁石上部側（振動子側）には掘り込み部の空間が確保されているので、振動子や電極が磁石側に接触や付着することを防止することができる。これにより、信頼性の高い角速度検出装置を提供することができるという利点が得られる。
【０２４６】
上記実施例１４で説明した基板内部に磁石を配置する構成は、前記各実施例１〜１１で説明した角速度検出装置にも、同様に適用することができる。
【実施例１５】
【０２４７】
実施例１５として、本発明の角速度検出装置の製造方法に係る第１実施例を、図７４の製造工程断面図によって説明する。ここでは、一例として、前記実施例１２で説明した二つの振動子を有する構成の角速度検出装置に適用した例を説明する。
【０２４８】
図７４（１）に示すように、前記実施例１３で説明したように、第１基板２１００の第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体（図示せず）に対向する位置に、第１基板２１００を貫通する掘り込み部２１３０を形成する。この掘り込み部２１３０は、例えばエッチングもしくはサンドブラスト等により形成することができる。なお、上記掘り込み部２１３０加工は、振動子等を形成するための絶縁体の除去工程前に行うこともできる。
【０２４９】
その後、図７４（２）に示すように、この掘り込み部２１３０に第３基板２１５０により固定された磁石２１２４を挿入し、第１基板２１００と第３基板２１５０とを接合（例えば陽極接合）する。このとき、上記磁石２１２４上部には掘り込み部２１３０の空間が残るようにする。そのため、上記磁石２１２４は上記掘り込み部２１３０の深さより薄く形成されているものを用いる。また、磁石２１２４は上記掘り込み部２１３０に挿入可能な大きさに形成されたものを用いる。すなわち、磁石２１２４は掘り込み部２１３０に嵌挿可能な大きさもしくは掘り込み部２１３０よりも小さい大きさに形成されているものを用いる。
【０２５０】
上記製造方法によれば、磁石２１２４の上面側（振動子側２１０１）には、掘り込み部２１３０上部の空間が存在する。よって、第１振動子部２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体（図示せず）が磁石２１２４に接触もしくは張り付くことが確実に防止できる。
【０２５１】
次に、実施例１５として、本発明の角速度検出装置の製造方法に係る第２実施例を、図７５の製造工程断面図によって説明する。
【０２５２】
図７５（１）に示すように、前記第１実施例において、第１基板２１００の第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体（図示せず）に対向する位置に掘り込み部２１３０を形成した後、第１基板２１００に上記掘り込み部２１３０よりも大きい掘り込み部２１４０が第１基板２１００に掘り込み部２１３０の上部が残るように形成する。したがって、第１基板２１００の裏面側からみて、掘り込み部２１４０と掘り込み部２１３０は階段状に形成されることになる。この掘り込み部２１３０、２１４０は、例えばエッチングもしくはサンドブラスト等により形成することができる。なお、上記掘り込み部２１３０、２１４０加工は、振動子等を形成するための絶縁体の除去工程前に行うこともできる。
【０２５３】
その後、図７５（２）に示すように、上記掘り込み部２１４０の内部に磁石２１２４を挿入して固定する。また、磁石２１２４は、上記掘り込み部２１３０より大きく、上記掘り込み部２１４０に挿入可能な大きさに形成されたものを用いる。したがって、磁石２１２４は、上記掘り込み部２１３０より大きく、掘り込み部２１４０に嵌挿可能な大きさもしくは掘り込み部２１４０よりも小さい大きさに形成されているものである。このため、掘り込み部２１４０に磁石２１２４を配置しても、上記磁石２１２４上部に掘り込み部２１３０の空間が確実に残されるという利点がある。よって、第１振動子部２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体（図示せず）が磁石２１２４に張り付くことが確実に防止できる。なお、上記第１実施例と同様に、磁石２１２４は第３基板に固定されたものを用い、第３基板を第１基板２１００に接合してもよい。また、磁石２１２４を第１基板２１００の掘り込み部２１４０に固着した後、磁石２１２４から第３基板を剥離してもよい。
【０２５４】
次に、実施例１５として、本発明の角速度検出装置の製造方法に係る第３実施例を、図７６および図７７の製造工程断面図によって説明する。
【０２５５】
図７６（１）に示すように、前記実施例１３で説明したように、第１基板２１００の第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体（図示せず）に対向する位置に第１基板２１００を貫通する掘り込み部２１３０を形成する。この掘り込み部２１３０は、例えばエッチングもしくはサンドブラスト等により形成することができる。なお、上記掘り込み部２１３０加工は、振動子等を形成するための絶縁体の除去工程前に行うこともできる。
【０２５６】
次に、図７６（２）に示すように、また、第３基板２１５０に掘り込み部２１５２を形成する。その際、上記第１基板２１００に第３基板２１５０を接合したときに、上記第１基板２１００に形成した掘り込み部２１３０に第３基板２１５０の掘り込み部２１５２が一致するように、上記掘り込み部２１５２を形成する。この掘り込み部２１５２は、例えばエッチングもしくはサンドブラスト等により形成することができる。
【０２５７】
次いで、図７７（３）に示すように、上記第３基板２１５０の掘り込み部２１５２に磁石２１２４を固着する。
【０２５８】
次に、図７７（４）に示すように、第１基板２１００の掘り込み部２１３０の下部側（第１基板２１００の裏面側）に、上記第３基板２１５０に形成された磁石２１２４を挿入し、第１基板２１００と第３基板２１５０とを接合（例えば陽極接合）する。このとき、上記磁石２１２４上部に掘り込み部２１３０の空間を残された状態とする。したがって、上記磁石２１２４は、掘り込み部２１３０の深さと掘り込み部２１５２の深さの和より薄いものが選択される。また、上記磁石２１２４は、掘り込み部２１３０に嵌挿可能な大きさもしくは掘り込み部２１３０よりも小さい大きさに形成されている。
【０２５９】
上記製造方法では、上記磁石２１２４上面側（振動子側）に掘り込み部２１３０上部の空間が存在することから、第１振動子部２１０１−１、第２振動子２１０１−２および支持弾性体（図示せず）が磁石２１２４に接触もしくは張り付くことが確実に防止できる。
【０２６０】
また、第３基板２１５０に形成した掘り込み部２１５２の深さ分だけ、磁石２１２４の厚さを増やすことができるので、大きな磁力を容量検出部分に与えることができる。よって、検出精度の向上が図れる。。
【０２６１】
次に、実施例１５として、本発明の角速度検出装置の製造方法に係る第４実施例を、図７８の概略構成断面図によって説明する。
【０２６２】
この第４実施例は、第２基板２２００に磁石を設置する製造方法である。なお、第１基板内に磁石を設ける製造方法は、上記説明した製造方法によればよいので、ここでは、第２基板に磁石を形成する製造方法のみを説明する。
【０２６３】
図７８（１）に示すように、第２基板２２００の配線を形成する面とは反対側の面で第１振動子２１０１−１、第２振動子２１０１−２〔図７８（２）参照〕および支持弾性体（図示せず）に対応する位置に、磁石を埋め込む掘り込み部２２３０を形成するためのレジストパターン２２４０を形成した後、このレジストパターン２２４０をマスクに用いて第２基板２２００をエッチングし、掘り込み部２２３０を形成する。上記エッチング方法はフッ酸（ＨＦ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いたウエットエッチング、化学的ドライエッチング、物理的ドライエッチ等で行うことができる。上記エッチング深さは磁石の厚み以上であれば、磁石厚さと同等もしくはそれ以上であってもよい。
【０２６４】
その後は、前記説明した第２基板２２００の形成プロセスを行えばよい。そして、第１基板と第２基板とを組み立てた後、図７８（２）に示すように、第２基板２２００の掘り込み部２２３０に磁石２２２４を固着する。この磁石２２２４の固着は第１基板２１００側に磁石２１２４を設置する工程と前後してもかまわない。
【０２６５】
上記構成の角速度検出装置の製造方法では、第２基板２２００にも磁石２２２４を埋め込むことにより、磁石２２２４を形成した分だけ、大きな磁力を容量検出部分に与えることができるので、検出精度の向上が図れる。
【０２６６】
また、第２基板２２００に磁石２２２４を埋め込む構成は、上記第４実施例で説明した上記第１実施例への適用のみならず、上記第２実施例、第３実施例の構成にも適用できる。
【０２６７】
上記掘り込み部に磁石を埋め込む各製造方法の実施例において、第３基板を用いる場合には、その第３基板は、シリコン基板もしくはガラス基板を用いることができる。また、磁石を掘り込み部内に固着することができる場合には、第１基板に第３基板を接合する必要は無く、磁石が形成された第３基板を磁石から剥離してもよい。
【０２６８】
上記第１、第２、第４実施例の角速度検出装置の製造方法では、基板内部のみに磁石が配置されるので、磁石分だけ角速度検出装置の厚さを薄くすることができる。すなわち、角速度検出装置の薄型化が図れるという利点がある。
【０２６９】
また、上記第１〜第４実施例の角速度検出装置の製造方法では、基板内部に磁石が配置されることで、振動子を含む構造体の電磁駆動部分と磁石との距離が近くなり、十分な磁束密度を得ることができ、振動子を駆動することができるという利点がある。また、磁石上部側（振動子側）には掘り込み部の空間が確保されているので、振動子や電極が磁石側に接触や付着することを防止することができる。これにより、信頼性の高い角速度検出装置を提供することができるという利点が得られる。さらに、第１基板に掘り込み部を形成するプロセスと兼ねることで、プロセスを増やすことなく磁石を基板内部に埋め込むことができるので、角速度検出装置の厚さを薄く形成することができる。
【実施例１６】
【０２７０】
次に、本発明の角速度検出装置の製造方法に係る実施例１６の一例を、図７９の概略構成断面図によって説明する。
【０２７１】
次に、本発明の角速度検出装置の製造方法に係る一実施例を、図７９によって説明する。
【０２７２】
図７９（１）に示すように、第１基板２５００にシリコン基板を用いる。
【０２７３】
次に、図７９（２）に示すように、例えばレジストマスク（図示せず）を用いたエッチング加工により、第１基板２５００のフレームが形成される領域を除いた表面領域を所望の膜厚となるようエッチングする。上記エッチング方法は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）もしくは水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液をエッチング液に用いたウエットエッチによる。もしくは、化学的ドライエッチング、物理的ドライエッチで行うこともできる。また、所望の膜厚が予めわかっているならば、そのような基板を用意しても良い。
【０２７４】
次に、第１基板２５００をエッチング加工して、後に形成される振動子、支持部、支持弾性体等の形成領域を囲むように、陽極接合フレーム２５２１を形成する。このとき、上記第１基板２５００を用いて、陽極接合フレーム２５２１の外側に、陽極接合フレーム２５２１と所望の間隔を置いて陽極接合フレーム２５２１を挟むように同電位配線（図示せず）を形成する。次いで、陽極接合フレーム２５２１内の振動子、支持部、支持弾性体等の形成領域の第１基板２５００を所望の厚さになるまでエッチング加工する。上記各エッチング加工は、マスクにレジストマスクを用いることができ、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）もしくは水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液をエッチング液に用いたウエットエッチによる。もしくは、化学的ドライエッチング、物理的ドライエッチで行うこともできる。このエッチングによって、後に形成される振動子および支持弾性体の各膜厚が決定される。この工程は、前記実施例８の図３９（４）によって説明した工程において、シリコン層を第１基板２５００としたものと同様である。
【０２７５】
次に、図７９（３）に示すように、上記第１基板２５００上で、後に形成される第１、第２振動子上の一部、支持弾性体上および支持部上に絶縁膜２５０５−１、２５０５−２を形成する。絶縁膜２５０５−１、２５０５−２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）もしくはそれらの積層膜で形成される。この絶縁膜は、下地の第１基板２５００と絶縁膜２５０５−１、２５０５−２上に形成される電極との絶縁性が保持できるものであれば何でも良い。また、絶縁膜２５０５−１、２５０５−２の形成方法は、リフトオフ方を用いて形成することもでき、または全面に絶縁膜を形成した後にリソグラフィー技術とエッチング技術とによって上記絶縁膜を加工して形成することもできる。この工程は、前記実施例８の図３９（５）によって説明した工程において、シリコン層を第１基板２５００としたものと同様である。
【０２７６】
次に、図７９（４）に示すように、上記絶縁膜２５０５−１上にローレンツ力を印加するのための導電性の配線となる電極２５０６−１、上記絶縁膜２５０５−２上に誘導起電力を検出するための導電性を有する配線となる電極２１０６−２を形成するとともに、第１基板２５００上における支持弾性体の電極取り出し位置となる領域に導電性パッド２５０６−３を形成する。また、同時に、電極２５０６−１、２５０６−２の両端となる位置で、後に形成される支持部上に電極パッド（図示せず）を形成する。上記電極材料には、金、白金、クロムの三層金属材料を用いる。もしくは、金、白金、チタンの三層金属材料、金とクロム、白金とクロム、金とチタンおよび白金とチタンなどの二層金属材料を用いることができ、また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ることができる。また、上記クロムや上記チタンの代わりに銅を用いることができる。上記電極材料は、例えば電子ビーム蒸着法により形成することができる。また本実施例においては、リフトオフ法により電極を形成したが、金属材料層を成膜した後、ウエットエッチングやドライエッチングによって金属材料層を加工することで電極形成を行っても良い。また、金属材料膜の成膜方法は、電子ビーム蒸着法の他に、スパッタリング法やＣＶＤ法を用いることもできる。
【０２７７】
次に、図７９（５）に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術（例えば反応性イオンエッチング）とを用いて、上記第１基板２５００を加工し、第１振動子部２５０１−１、第２振動子２５０１−２、支持弾性体（図示せず）、支持部２５０３−１〜２５０３−２を形成するとともに、陽極接合フレーム２５２１、同電位配線（図示せず）等を完成させる。上記第１振動子部２５０１−１、第２振動子２５０１−２、支持弾性体（図示せず）を形成するとともに、陽極接合フレーム２５２１、同電位配線（図示せず）等の配置位置は前記実施例７および前記実施例８によって説明した通りである。この結果、陽極接合フレーム２５２１に支持弾性体（図示せず）より浮遊状態に支持された第１振動子部２５０１−１および第２振動子２５０１−２が形成される。なお、図示はしていないが、各構成部品は上記支持弾性体や引き出し電極等の支持部材によって陽極接合フレーム２５２１に支持されている。
【０２７８】
次に、第３基板を作製する。この第３基板の製造方法を図８０の概略構成断面図によって説明する。
【０２７９】
図８０（１）に示すように、第３基板２７００にシリコン基板を用いる。次に、例えばレジストマスク（図示せず）を用いたエッチング加工により、第３基板２７００に掘り込み部２７１０を形成する。この掘り込み部２７１０は、その後の工程で、第３基板２７００を振動子等が形成されたフレームに接合させた際に、第１振動子２５０１−１、第２振動子２５０１−２、各振動子を浮遊した状態に支持する支持弾性体（図示せず）等〔前記図７９（５）参照〕が振動した際に、第３基板２７００に接触しないように、例えば第１振動子２５０１−１、第２振動子２５０１−２に対向する位置の上記第３基板２７００に形成される。上記エッチング方法は、反応性イオンエッチングを用いることができる。もしくは、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）もしくは水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液をエッチング液に用いたウエットエッチを用いることもできる。もしくは、その他の化学的ドライエッチング、物理的ドライエッチで行うこともできる。また、上記掘り込み部２７１０は穴形状であっても第３基板２７００を貫通する形状のものであってもよい。上記掘り込み部２７１０が穴形状の場合、すなわち貫通しない場合には、上記掘り込み部２７１０の深さは、上記第３基板２７００を上記振動子等が形成されたフレームに接合した後、上記第１振動子部２５０１−１、第２振動子２５０１−２、支持弾性体（図示せず）等〔前記図７９（５）参照〕が振動して第３基板２７００の掘り込み部２７１０底部に接触しない深さに形成されることが必要である。
【０２８０】
図８０（２）に示すように、上記第３基板２７００に形成した上記掘り込み部２７１０を上記陽極接合フレーム２５２１側にして、上記第３基板２７００を上記陽極接合フレーム２５２１に接合させる。
【０２８１】
なお、上記第３基板２７００は、シリコン基板を用いたが、第３基板２７００の表面に酸化膜が形成されていてもよい。この場合には、上記掘り込み部２７１０を形成する際には酸化膜とともにシリコン基板がエッチングされ、実施例上記掘り込み部２７１０が形成される。そして、基板の接合では、第３基板２７００表面に形成されている酸化膜表面に上記陽極接合フレーム２５２１が接合されることになる。このように、シリコン基板に酸化膜を挟み込んだ状態に形成することも可能である。
【０２８２】
次に、図示はしないが、第２基板を作製する。この第２基板は、前記実施例８によって説明した第２基板と同様な製造方法により製造することができる。次に、上記第１基板２５００と第２基板とを接合して組立工程を行う。このようにして、角速度検出装置が形成される。
【０２８３】
上記角速度検出装置の製造方法では、上記実施例８で説明した角速度検出装置の製造方法と同様なる効果を得ることができる。
【０２８４】
上記実施例１５で説明した基板内部に磁石を配置する製造方法は、前記各実施例で説明した角速度検出装置の製造方法にも、同様に適用することができる。
【０２８５】
前記各実施例で説明したような環状型の薄膜を用いた振動子を有する角速度検出装置の製造方法、一つもしくは複数の矩形状の振動子を有する角速度検出装置の製造方法にも同様に、基板に掘り込み部を形成する構成、その掘り込み部に磁石を配置する構成は適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０２８６】
本発明の角速度検出装置、角速度検出装置による角速度検出方法および角速度検出装置の製造方法は、携帯機器のような小型機器等に省スペースで角速度検出装置を搭載するという用途にも適用できる。また、加速度センサ、圧力センサについても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２８７】
【図１】本発明の角速度検出装置（実施例１）に係る一実施例を示す図面であり、図１（１）は概略構成平面図であり図１（２）は図１（１）中のＡ−Ａ’線における模式的断面図である。
【図２】支持弾性体の形状の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の角速度検出装置の角速度検出方法を説明する概略構成平面図である
【図４】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例２）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例２）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例２）に係る一実施例を示す模式的平面図である。
【図７】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例２）に係る一実施例を示す模式的平面図である。
【図８】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例２）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図９】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例２）に係る一実施例を示す模式的平面図である。
【図１０】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例２）に係る一実施例を示す模式的平面図である。
【図１１】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例２）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図１２】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例２）に係る一実施例を示す模式的平面図である。
【図１３】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例２）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図１４】支持弾性体の形状（実施例３）の一例を示す模式的平面図である。
【図１５】支持弾性体の形状（実施例３）の一例を示す模式的平面図である。
【図１６】支持弾性体の形状（実施例３）の一例を示す模式的平面図である。
【図１７】本発明の角速度検出装置（実施例４）に係る別の一実施例を示す模式的断面図である。
【図１８】本発明の角速度検出装置（実施例４）に係る別の一実施例を示す模式的断面図である。
【図１９】本発明の角速度検出装置（実施例４）に係る別の一実施例を示す模式的断面図である。
【図２０】本発明の角速度検出装置（実施例５）に係る一実施例を示す概略構成平図である。
【図２１】本発明の角速度検出装置（実施例５）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図２２】支持弾性体の形状（実施例５）の一例を示す平面図である。
【図２３】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例６）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図２４】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例６）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図２５】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例６）に係る一実施例を示す概略構成平面図である。
【図２６】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例６）に係る一実施例を示す概略構成平面図である。
【図２７】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例６）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図２８】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例６）に係る一実施例を示す概略構成平面図である。
【図２９】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例６）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図３０】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例６）に係る一実施例を示す概略構成平面図である。
【図３１】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例６）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図３２】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例７）に係る一実施例を示した要部平面レイアウト図である。
【図３３】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例７）に係る一実施例を示した図３２におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図３４】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例７）に係る一実施例を示した図３２におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【図３５】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例７）に係る一実施例を示した図３２におけるＣ−Ｃ’線断面図である。
【図３６】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例７）に係る一実施例を示した要部拡大図である。
【図３７】本発明の角速度検出装置の検出方法（実施例７）に係る一実施例を示したブロック図である。
【図３８】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図３２のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表す概略構成断面図である。
【図３９】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図３２のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表す概略構成断面図である。
【図４０】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図３２のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表す概略構成断面図である。
【図４１】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図７（４）の平面レイアウト図である。
【図４２】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図３９（５）の平面レイアウト図である。
【図４３】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図３９（６）の平面レイアウト図である。
【図４４】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図４０（７）の平面レイアウト図である。
【図４５】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図４０（８）の平面レイアウト図である。
【図４６】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図３２のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表す概略構成断面図である。
【図４７】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図４６（１０）の平面レイアウト図である。
【図４８】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図４６（１１）の平面レイアウト図である。
【図４９】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図３２のＡ−Ａ’線断面と同位置の断面を表す概略構成断面図である。
【図５０】本発明の角速度検出装置の具体的な製造工程（実施例８）を示す図面であり、図１７４９（１２）の平面レイアウト図である。
【図５１】本発明の角速度検出装置（実施例９）に係る一実施例を示す概略構成平面図である。
【図５２】本発明の角速度検出装置（実施例９）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図５３】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１０）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図５４】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１０）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図５５】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１０）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図５６】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１０）に係る一実施例を示す概略構成平図である。
【図５７】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１０）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図５８】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１０）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図５９】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１０）に係る一実施例を示す模式的断面図である。
【図６０】本発明の角速度検出装置（実施例１１）に係る一実施例を示した要部平面レイアウト図である。
【図６１】本発明の角速度検出装置（実施例１１）に係る一実施例を示した図６０におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図６２】本発明の角速度検出装置（実施例１１）に係る一実施例を示した図６０におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６３】本発明の角速度検出装置（実施例１１）に係る一実施例を示した要部拡大図である。
【図６４】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１２）に係る一実施例を示した要部平面レイアウト図である。
【図６５】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１２）に係る一実施例を示した図６４におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図６６】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１２）に係る一実施例を示した図６４におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６７】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１２）に係る一実施例を示した図６４におけるＣ−Ｃ’線断面図である。
【図６８】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１３）に係る一実施例を示した概略構成断面図である。
【図６９】本発明の角速度検出装置（実施例１３）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図７０】本発明の角速度検出装置（実施例１４）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図７１】本発明の角速度検出装置（実施例１４）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図７２】本発明の角速度検出装置（実施例１４）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図７３】本発明の角速度検出装置（実施例１４）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図７４】本発明の角速度検出装置（実施例１４）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図７５】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１５）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図７６】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１５）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図７７】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１５）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図７８】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１５）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図７９】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１６）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図８０】本発明の角速度検出装置の製造方法（実施例１６）に係る一実施例を示す概略構成断面図である。
【図８１】従来の角速度検出装置を示す斜視図および模式的断面図である。
【符号の説明】
【０２８８】
１００１…角速度検出装置、１１０１…振動子、１１０２−１，１１０２−２，１１０２−３，１１０２−４…支持弾性体（外側バネ）、１１０３−１，１１０３−２，１１０３−３，１１０３−４…支持弾性体（内側バネ）、１１０５−１，１１０５−２，１１０５−３，１１０５−４，１１０６−１，１１０６−２，１１０６−３，１１０６−４…支持部、１１０８−１，１１０８−２…駆動電極、１１０９−１，１１０９−２…検出電極、１１００…第１基板、１１２４…磁石
【図１】
2005195574.tif 000003
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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