JP2007071677A - コンバインドセンサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】角速度と２軸の加速度とを同時検出可能な振動体を用いたセンサ構造を提供する。振動体の加工誤差に起因する個体差を許容するセンサ構造を提供する。耐衝撃性の高いセンサ構造を提供する。
【解決手段】振動可能な状態で基板上に支持された４個のおよそ同形状の振動体からなる音叉振動する振動ユニットを２組設け、その振動ユニットの振動軸が互いに直交するように振動体を配置する。各振動体は１対の検出手段および振動の周波数を調整する調整手段を備え、各振動体が相互干渉無いように各々独立に支持された支持構造を備えたコンバインドセンサである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基板上に形成された振動体に関し、特に基板の厚み方向の軸周りに印加される１軸の角速度（ヨーレート）と基板の面内方向に印加される２軸の加速度とを検出するためのセンサを構成する振動体に関する。さらには、それを用いたコンバインドセンサに関する。

基板面内の２軸方向および基板の厚み方向の軸周りに印加される角速度をそれぞれ検出するために、振動体を適用した角速度センサ構造は特開平１１−６４００２に記載されている。本公知例では、振動体が多角形の各辺に位置する部分に設置され、各々の振動体が梁で連結された一体化構造が示されている。そして、連結された振動体は中央に配置されたポストのみで支持され、基板から浮いた状態にある。基板の厚み方向の軸周りに印加される角速度を検出するための検出手段は連結振動体の中央に位置し、印加角速度に対応したコリオリ力による変位を連結された振動体の回転変位に伴う容量変化として検出する。

また、特開平７−２１８２６８号公報では、基板面内の２軸の周りに印加された角速度を検出するための振動体を用いた角速度センサ構造が示されている。本公知例では、振動体は印加角速度によって発生するコリオリ力を容易に検出するために、振動体同士がたわみスプリングにより連結され、そして一体化された構造が開示されている。この構造において、コリオリ力に対応した変位は、振動体の下部に形成された検出電極によって容量変化として電気的に検出される。

特開平１１−６４００２号公報 特開平７−２１８２６８号公報

上記記載の特許文献１および特許文献２に記載された角速度のセンサ構造は、例えば、基板面内の２軸周りのような複数の軸周りに印加される角速度の検出を可能とする。しかしながら、基板の厚み方向の軸周りに印加される角速度（ヨーレート）と同時に基板の面内に印加される２軸の加速度を検出するためのコンバインドセンサ構造や手段に関しての記載がない。

次に、特許文献１に記載の角速度センサでは、各振動体の形状のばらつき、すなわち振動体に個体差があった場合、振動形態がお互いに干渉する。従って、本文献に記載の角速度センサでは、各振動体が所望の最適な振動形態や振動振幅を得ることは難しい。なぜなら、先に述べたように、各振動体が梁により互いに連結された構造であり、振動が互いに干渉するからである。本構造で角速度を精度よく高感度に検出するためには、すくなくとも各振動体の形状を同じにし、振動状態を理想的に同じにしなければならない。実際に振動体を製作する上では、加工で生じる振動体の個体差を無視することはできない。従って、個体差を許容する構造を考慮することは必要不可欠である。しかし、本文献の構造のセンサは、加工の誤差で生じる振動体の個体差を許容しない構造であると考えられる。さらに、本文献のセンサでは各振動体の振動特性を独立して切り分けて調整することができないので、各振動体が所望の振動特性を得て、理想的なセンサの検出感度を得ることは困難である。

さらに、梁で連結された各振動体は、中央に位置するポストでのみ支持され中空に浮いている状態である。この構造は安定性に欠ける支持構造である。センサの外部からの衝撃力に対して耐性が低い。仮に衝撃力が大きい場合、振動体を支持している基板に振動体が衝突し振動体が壊れる可能性が高い。

一方、特許文献２に記載の角速度センサは、各振動体がたわみスプリングにより連結された構造であるので、特許文献１と同様に、各振動体の個体差により互いの振動が干渉し各振動体は所望の振動形態・振動振幅を得にくい構造である。従って、特許文献２の構造においても、振動体の個体差の許容範囲が狭い角速度センサ構造であると言える。

本発明の目的は、第一に、基板の厚み方向の軸周りに印加される角速度（ヨーレート）と基板の面内の２軸に印加される加速度とを同時に検出できる振動体を用いたコンバインドセンサの構造を提供することである。第二に、振動体の個体差に起因した相互に影響を及ぼす振動の干渉を受け難いと同時に、振動体の個体差を容易に調整可能で、所望の振動特性を容易に得ることが可能な振動体構造およびそれを用いたコンバインドセンサを提供することである。第三に、センサの外部からの外乱である衝撃に対して強い、すなわち耐衝撃性が高いコンバインドセンサ構造を提供することにある。

上記第一の目的を達成する手段は、４個の振動体を有し、各振動体は振動方向が互いに交差する振動ユニットを少なくとも２つ有するとともに、各振動体の振動方向と直交する方向に対向して配置された１対の検出手段を有し、 各振動体は、互いに振動の干渉がないように各々独立に前記基板に支持されたコンバインドセンサである。
上記第二の目的を達成する手段は、４個の各振動体は振動の周波数を調整するための調整手段を有し、さらに振動の周波数を検出する振動検出手段を有するコンバインドセンサである。

上記第三の目的を達成する手段は、各振動体はガラスを挟んで積層されたシリコン基板から構成され、シリコン基板は面方位｛１１１｝のシリコン基板からなり、各振動体はシリコン基板に溝を形成することで振動可能な状態で支持されているコンバインドセンサである。

本発明によれば、基板の面内方向に音叉振動する２個の振動体から構成される振動ユニットが２組あり、それらの振動方向が交差するので、基板の厚み方向の軸周りに印加される１軸の角速度と基板の面内に印加される２軸の加速度とを検出することができる。

また、振動ユニットを構成する各振動体が互いに独立に支持された構造であるため、その振動体の特性差すなわち個体差に基づく振動の相互干渉を排除することができる。さらに、振動体に個体差があった場合でも、各振動体に振動の状態すなわち振動の周波数を適宜モニタできる振動検出手段と振動体の梁剛性を変えて振動の周波数を調整する手段である電圧印加手段が独立して備わっているので、各振動体の特性を相互干渉無く独立して調整することが可能である。すなわち、本発明のコンバインドセンサは、それを構成する振動体の個体差を容易に調整し、所望の最適な振動特性を得やすい構造である。従って、センサの検出感度を容易に向上させることが可能である。

また、振動体がガラスを挟んで積層接合されたシリコン基板から構成され、振動体を支持するシリコン基板の面方位が｛１１１｝のシリコン基板であるので、振動体の下部に位置するシリコン基板に十分深い溝を溝深さを制御して形成することができる。この溝を形成することで、振動体は基板面内方向および基板面外方向に振動自在な状態で各々独立に支持される。従って、センサの外乱である衝撃力が予期せずに与えられても、振動体が支持基板にぶつかることを回避することができる。従って、本発明を用いれば、耐衝撃性の高いセンサを提供することができる。

以下では、本発明のコンバインドセンサの実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明のコンバインドセンサのセンサ構造概念図である。図１には、コンバインドセンサを構成するセンサ素子である振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが示されている。前記の各振動体は互いに同じ構成、構造である。従って、振動体１ａを用いて本発明のコンバインドセンサの構成および動作を説明する。

振動体１ａは４個のばね５ａにて面内のｘ軸、ｙ軸および面外のｚ軸方向に振動可能な状態で支持されている。なぜなら、ばね５ａの一端は支持基板に結合した固定部となるアンカー部６に結合されているからである。他の振動体１ｂ、１ｃ、１ｄも同様に支持されている。振動体１ａには、それを振動させるための振動発生手段２ａがｙ軸方向に対向して形成されている。また、印加角速度に比例して発生するコリオリ力による変位を検出するための検出手段３ａがｘ軸方向に対向して形成されている。この結果、振動発生手段２ａの２つを結ぶ軸方向と検出手段３の２つを結ぶ軸方向とは交差、特にここでは直交する。さらに、振動発生手段２ａにて発生する振動の周波数を制御するための振動調整手段４ａが、この場合振動体１ａの四隅に形成されている。この振動調整手段４ａは電圧を印加することでｘ軸方向に静電力を発生させる。この結果、振動調整手段４ａはｙ軸方向への振動のしやすさ、すなわちばね５ａのｙ軸方向のばね剛性（定数）を変化させることができる。

振動体１ａは他の振動体１ｂ、１ｃ、１ｄと互いに干渉しないように独立してばねにて支持されている。つまり、振動体１ａで発生した振動は他の振動体１ｂ、１ｃ、１ｄに影響を及ぼさない。このように、本発明のコンバインドセンサには４つの振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄがあり、それらは互いに独立してアンカー部６に支持されている。

振動体１ａは、図示のようにｙ軸方向に振動する。また振動体１ｂも振動体１ａと同様にｙ軸方向に振動する。ここで、振動体１ａおよび振動体１ｂに形成された振動発生手段は、振動体１ａと振動体１ｂとがｙ軸方向に音叉振動するように振動を同期させる。音叉振動は互いの振動の位相が反転していることを言う。この場合を例にとれば、振動体１ａがｙ軸の正方向に向かう場合、振動体１ｂはｙ軸の負方向に向かい、一方、振動体１ａがｙ軸の負方向に向かう場合、振動体１ｂはｙ軸の正方向に向かう。この場合の各振動体の速さは同じである。振動体１ａと振動体１ｂとは一つの振動ユニットを形成する。振動体１ｃと振動体１ｄとにも同様なことが言える。すなわち、振動体１ｃと振動体１ｄとはｘ軸方向に音叉振動し、それらは一つの振動ユニットを形成する。ここで明らかなように、振動体１ａと振動体１ｂとからなる振動ユニットの振動軸は、振動体１ｃと振動体１ｄとからなる振動ユニットの振動軸と直交する。

各振動体の振動方向は２通り考えられる。第一に、各振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄがセンサの中央に位置する支持基板６に向かって接近し、その後遠ざかる振動方法が考えられる。この場合、具体的には、振動体１ａがｙ軸の負方向に向かって動作する場合、振動体１ｂはｙ軸の正方向、振動体１ｃはｘ軸の負方向、振動体１ｄはｘ軸の正方向に向かって動作する。第二に、一つの振動ユニットではセンサの中央に位置する支持基板に結合したアンカー部６に向かって接近するが、もう一方は離れる方向に動作する。例えば、振動体１ａがｙ軸の負方向そして振動体１ｂがｙ軸の正方向に動作する場合、振動体１ｃはｘ軸の正方向そして振動体１ｄはｘ軸の負方向に動作する。

なお、振動発生手段２は振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを共振振動させるようにする。この場合に、振動振幅すなわち振動速さが最大になり、角速度に比例したコリオリ力による変位を最大にすることが可能であるからである。このように、振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは共振周波数で常にｙ軸方向またはｘ軸方向に振動するようにする。

振動体１ａにおいて、ｙ軸方向の共振周波数をω_ｙ、ｘ軸方向の共振周波数をω_ｘとする。ｙ軸方向が振動体を加振する加振方向であり、ｘ軸方向が角速度に比例したコリオリ力が印加される検出方向である。この場合、これらの共振周波数の差が２〜４％になるようにばね５ａの構造を与え、必要に応じて振動調整手段４ａにより振動体の共振周波数をこの範囲になるように調整する。このとき加振方向の共振周波数ω_ｙが検出方向の共振周波数ω_ｘよりも小さいほうが好ましい。他の振動体においても同様に調整を行う。

次に、図１で示したコンバインドセンサに適用される振動体１ａの具体的な構造について説明する。図２は第一の実施例である振動体１ａを示す上面図である。

この振動体１ａは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をドライエッチングすることにより形成される。ここでは、ＳＯＩウエハのデバイス層（活性層）側のシリコン基板は面方位｛１００｝のシリコン基板であり、ハンドル層側のシリコン基板は面方位（１１１）のシリコン基板である。振動体１ａはデバイス層をＤｅｅｐ ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）することにより形成される。面方位｛１００｝のシリコン基板のオリエンテーションフラットは方位が＜１１０＞であり、面方位（１１１）のシリコン基板のオリエンテーションフラットは方位が[−１１０]である。本ＳＯＩ基板はこれらのオリエンテーションフラットの方向が一致するように積層されており、そのインシュレーター層は膜厚０．３μｍの熱酸化膜である。さらに、各面方位のシリコン基板の抵抗率はおよそ０．００１Ωｃｍ〜０．０１Ωｃｍが適している。このような基板上に形成される振動体１ａは、静電引力によって共振振動し、印加角速度に比例して発生するコリオリ力による変位を静電容量の変化によって検出する機能を備える。

振動体１ａは４個のばね５ａにて支持されている。ばね５ａはその一端が振動体１ａに結合され、もう一端は支持基板に結合されたアンカー部６に接続されている。アンカー部６の破線で示した部分が下地の支持基板に接続されている。それ以外の振動体１ａおよびばね５ａは、下地の支持基板から浮いた状態にある。従って、振動体１ａはｘ軸、ｙ軸方向だけでなくｚ軸方向にも振動可能な状態で支持固定されているということができる。このばね５ａはｘ軸方向およびｙ軸方向に伸びた梁をつなぎ構成される屈曲構造の梁である。ここで、このばね５ａはアスペクト比が５以上の梁であるので、ｚ軸方向のばね剛性は残りの２軸のばね剛性よりも非常に高い。この１本の梁はｘ軸方向およびｙ軸方向のばねの機能を備えると考えてよい。この４本の梁で振動体１ａを支持することで、振動体１ａは図１に記載の４本のばね５ａで支持されていることと等価になる。

振動体１ａは静電力によって振動、加振される。その振動発生手段２ａはｙ軸方向に対向するように設けられた１対の櫛歯電極である。櫛歯というのは、図のように振動体１ａに一体で形成され、ｙ軸方向に伸びた１５個の歯（凸部）と勘合するように形成された１５個の受け部（凹部）を併せて言う。この歯と受け部とは電気的に接続されてはいないので、歯と連結した振動体１ａと受け部とに電圧を印加すると、歯と受け部との間にｙ軸方向に平行な静電引力が発生する。なお、この場合の歯の個数はこの限りではなく、それよりも多く形成してもよいし、少なく形成してもよい。受け部が形成された島には、破線で示す部分が下地の支持基板に接続されている固定部である。従って、受け部が形成された島は可動しない。櫛歯電極に静電引力が発生した場合、振動体１ａは受け部が形成された島に吸引される。この吸引をある周期で行うことで振動体１ａを振動させることができる。

振動体１ａを静電引力によって振動させる方法を詳細に説明する。はじめに、振動体１ａをおよそ０．０１Ｖの電位に保つ。次に、ｙ軸正方向に形成された櫛歯構造体からなる振動発生手段２ａに、すなわち櫛歯の受け部が形成された島にＶ_ｄｃ＋Ｖ_０ｓｉｎωｔの交流電圧を印加する。さらに、ｙ軸負方向に形成された同構造の振動発生手段２ａに、すなわち櫛歯の受け部が形成された島にＶ_ｄｃ−Ｖ_０ｓｉｎωｔ交流電圧を印加する。この結果、電位差の高いほうに振動体１ａは周波数ωで吸引され、結果としてｙ軸方向に振動する。このときの振動振幅は最大とするのが良く、そのため振動体１ａは共振周波数で振動するように周波数ωを与えてあげることが好ましい。

ここで、振動体１ａのｙ軸方向の共振周波数をω_ｙ、ｘ軸方向の共振周波数をω_ｘとする。ｘ軸方向が角速度に比例したコリオリ力が印加される検出方向である。この場合、これらの共振周波数の差が２〜４％になるようにばね５ａの梁構造を与えるほうがよい。この共振周波数差であれば、ｙ軸方向の振動エネルギーがｘ軸方向に漏れる、いわゆるメカニカルカップリングによる不要振動を誘発することはない。さらに、後に説明する振動調整手段４ａにより、振動体１ａの共振周波数を必要に応じてこの範囲になるように電圧を印加して調整する。予め加振方向の共振周波数ω_ｙが検出方向の共振周波数ω_ｘよりも小さいほうが好ましい。

振動発生手段２ａの横に形成された合計４つの振動検出手段７ａは、振動発生手段２と同様な櫛歯構造である。振動発生手段２ａと同様に、破線部分は下地の支持基板に接続固定されている部分を示す。これらの振動検出手段７ａは、櫛歯電極の容量変化を観察することで振動体１ａの振動状態を観察するために用いる。振動体１が共振周波数ω_ｙで駆動されているかを判断するために、振動検出手段７ａは用いられる。

振動体１ａにはｘ軸方向に対向して１対設けられた検出手段３ａがある。破線部分は下地の支持基板に接続固定されている部分を示す。この検出手段３ａにて、ｚ軸周りに印加された角速度に比例して発生するコリオリ力によるｘ軸方向の変位およびｘ軸方向に印加される加速度によるｘ軸方向の変位が検出される。検出手段３ａは図のような櫛歯構造で、振動体１ａのｘ軸方向の変位つまり静電容量変化を高感度でセンシングするために、各々の櫛歯が櫛歯の受け部の一方に偏って設けられた構造になっている。このような構造にすることで、櫛歯と櫛歯の受け部との一方のギャップ間隔が小さくなる。キャパシタの容量は距離に反比例するので、元のギャップ間隔が狭くなるほど微小な変位が印加されたときの容量変化が相対的に大きくなる。逆に、ギャップ間隔が大きいほどギャップ変化に対する感度が相対的に低下するので、ギャップ間隔が大きい部分の静電容量変化はおよそ変化がない。従って、櫛歯を櫛歯の受け部の中央に位置させるよりも偏らせ、一方のギャップ間隔をできるだけ小さくするほうがｘ軸方向に発生する微小変位に対する感度が向上する。

検出手段３ａの横に設けられた４個の櫛歯構造体は振動調整手段４ａである。破線部分は下地の支持基板に接続固定されている部分を示す。これらの振動調整手段４ａに電圧を印加することで、振動体１ａと振動調整手段４ａとの間にｘ軸方向の静電引力が発生する。この結果、振動調整手段４ａは、ｙ軸方向の振動しやすさ、すなわちｙ軸方向のばね剛性を変えることができる。つまり、４本の梁から構成されるｙ軸方向のばね剛性（定数）を変えることができる。この４個の振動調整手段４ａは振動体１ａにのみ印加され他の振動体には影響を及ぼさない。従って、振動調整手段４ａに電圧を印加するだけで、振動体１ａの振動状態、すなわち振動の共振周波数ω_ｙを独立して変化させることができる。

振動体１ａには多数の貫通孔８ａが設けられている。この貫通孔８ａは、振動体１ａを基板から浮いた状態を容易に作り出すために必要であり、振動体１ａの下層に位置するインシュレーター層９およびハンドル基板１０をエッチングし溝１１を容易に形成するために必要である。下層に位置するインシュレーター層９およびハンドル基板１０がエッチングされ溝１１があるので、振動体１ａがｘ軸およびｙ軸に対して振動自在な状態で支持されることが可能となる。

図３は図２に示された振動体１ａのａ−ａ’断面を示す断面図である。振動体１ａは、先にも述べたように、ＳＯＩ基板から形成される。振動体１ａおよび振動発生手段２ａが形成されている基板がデバイス層である。振動発生手段２ａは熱酸化膜からなるインシュレーター層９を介してハンドル基板１０に接合されている。ハンドル基板１０の裏面側の表面には、金属膜１２が形成されている。振動体１ａの下には溝１１が形成されており、この溝１１により振動体１ａが振動自在な状態にある。ここで、金属膜１２は、Ａｕ／Ｃｒ膜、Ａｕ／Ｔｉ膜、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ膜、Ａｌ膜、Ｗ膜、ＷＳい膜、ＭｏＳｉ膜が適当と考えられ、それらを複合させた膜でもよい。また、金属膜であれば他の膜でもよい。

図４は図２に示された振動体１ａのｂ−ｂ’断面を示す断面図である。振動体１ａに設けられた貫通孔８ａを介して、振動体１ａの下に位置するインシュレーター層９およびハンドル基板１０をエッチングし、溝１１を形成する。溝１１が形成されているため振動体１ａが浮いた状態で支持されている。検出手段３ａはインシュレーター層９を介してハンドル基板１０に固定されている。

図５は図２に示された振動体１ａのｃ−ｃ’断面を示す断面図である。ばね５ａを形成する梁と振動体１ａを支持するためのアンカー部６の断面構造を示す。図のように、アンカー部６ａはインシュレーター層９を介してハンドル基板１０に固定されている。エッチングにて形成された溝１１は、ばね５ａを基板より浮かせて形成するのに貢献している。

図６は図２に示した振動体１ａを図１に示した振動体の配置と同様な形態で配置したコンバインドセンサの全体上面図である。各振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄはｘ軸およびｙ軸に振動自在な状態で各々振動が干渉することなく支持され、固定されている。各振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが位置する中央に共通振動発生手段１３が設けられている。振動体１ａおよび１ｂは、ひとつの振動ユニットを構成する要素であり、共通振動発生手段１３そして振動発生手段２ａおよび２ｂによりｙ軸方向に音叉振動する。一方、振動体１ｃおよび１ｄは、もうひとつの振動ユニットを構成する要素であり、共通振動発生手段１３そして振動発生手段２ｃおよび２ｄによりｘ軸方向に音叉振動する。このときの振動は、各振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに設けられた振動検出手段７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄによりそれぞれ独立して振動状態、すなわち共振周波数をモニタすることができる。

この振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを静電引力によって音叉振動させる方法を説明する。はじめに、振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄをおよそ０．０１Ｖの電位に保つ。次に、４箇所の櫛歯の受け部が連結した共通振動発生手段１３にＶ_ｄｃ＋Ｖ_０ｓｉｎωｔの交流電圧を印加する。さらに、共通振動発生手段１３に対向して設けられ、櫛歯の受け部が形成された振動発生手段２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにＶ_ｄｃ−Ｖ_０ｓｉｎωｔ交流電圧を印加する。この結果、電位差の高いほうに各振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは周期的に吸引され、結果として周波数ωで振動する。振動体１ａおよび振動体１ｂはｙ軸方向に、振動体１ｃおよび振動体１ｄはｘ軸方向に周波数ωで振動する。この場合、振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、はじめは共通振動発生手段１３に吸引されて共通振動発生手段１３方向に動き、次にそれと反対方向に吸引されて動く。このときの周波数ωは最大速度、最大変位を得るために共振周波数とすることがよい。共振周波数で駆動させるために、各振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに設けられた振動検出手段７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを用いて振動の周波数をモニタし、共振周波数で駆動するように制御回路にフィードバックすることがよい。

仮に、各振動体に加工による誤差に起因した個体差があった場合、その個体差による振動のずれ、すなわち加振振動の共振周波数のずれが生じる。本コンバインドセンサでは、各振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄがそれぞれ独立して支持されており、さらにその振動体ごとに独立して振動調整手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄがある。従って、他の振動体に影響を及ぼすことなく、個々の振動体の個体差、すなわち各振動体の共振周波数を調整することができる。調整により変化した共振周波数は、振動検出手段７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを用いることで把握することができる。振動検出手段７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄから得た信号を基に振動調整手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに印加する電圧が決定され、各振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの各共振周波数を一致させることができる。このようにして、各振動体の共振周波数を一致させ、本コンバインドセンサの検出特性を理想的な状態に維持することができる。従って、本構成のコンバインドセンサでは、所望の振動特性を容易に得ることができる。

次にこの構成のコンバインドセンサにおいて角速度および加速度の検出方法について説明する。それぞれの振動体が各軸の一方向に振動していることを考える。例えば、振動体１ａは速度ｖでｙ軸の正方向に動作し、振動体１ｂは速度ｖでｙ軸の負方向に動作し、振動体１ｃは速度ｖでｘ軸正方向に動作し、振動体１ｄは速度ｖでｘ軸負方向に動作しているとする。このとき角速度Ωがｚ軸周りに加わると、角速度Ωに比例したコリオリ力である２ｍｖΩが図６に示す方向にそれぞれの振動体に印加される。このときのｍは振動体の質量を表す。従って、このコリオリ力により振動方向と直交する方向である検出方向に形成された、各振動体の検出手段３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを形成する櫛歯の間隔が変化する。この結果、図示のように容量がΔＣ、−ΔＣで変化する。これらの容量変化分を差動増幅して２ΔＣの容量変化成分を各振動体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄで得ることができる。さらに、音叉振動を構成する振動ユニットごとに加算すると４ΔＣの容量変化成分を取り出すことができる。そして、各振動ユニットで得られた容量変化分を合計した８ΔＣの容量変化分を角速度Ωに比例して値として取り出すことができる。実際には、各検出手段３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄで取り出した容量を容量−電圧（Ｃ−Ｖ）変換し、コリオリ力による変位成分を電圧変化成分ΔＶとして取り出す。取り出した信号を加算し、８ΔＶを取り出す。この信号を加振信号の共振周波数で同期検波し、角速度Ωに対応したＤＣ電圧変化成分得る。このようにして角速度Ωの検出をする。

上記の状態においてさらにｘ軸方向に加速度ａ_ｘ、ｙ軸方向に加速度ａ_ｙが印加される場合を考える。これらの加速度により、各振動体にはｍａ_ｘの力がｘ軸方向に加わり、ｍａ_ｙの力がｙ軸方向に加わる。これらの力により各振動体に形成された検出手段３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄには加速度によって生じた容量変化成分がコリオリ力によって生じる容量変化成分に加えられる。仮に加速度ａ_ｘにより生じる容量変化成分をΔＣ_ｘ、加速度により生じる容量変化成分ａ_ｙをΔＣ_ｙとする。振動体１ａのｘ軸正方向に形成された検出手段３ａには合わせてΔＣ＋ΔＣ_ｘの容量変化が発生する。ｘ軸負方向に形成された検出手段３ａには合わせて−ΔＣ−ΔＣ_ｘの容量変化が発生する。これらを差動増幅すると、振動体１ａでの容量変化は２（ΔＣ＋ΔＣ_ｘ）となる。同様にして、振動体１ｂに発生する容量変化は２（ΔＣ―ΔＣ_ｘ）となる。これらの容量を加算すると角速度Ωに比例した容量変化４ΔＣが得られる。一方これらの容量を差動増幅すると加速度ａ_ｘに比例した容量変化である４ΔＣ_ｘが得られる。従って、振動体１ａおよび１ｂで構成される振動ユニットにより、ｘ軸方向に印加される加速度ａ_ｘは振動体の容量変化成分をモニタすることにより検出することができる。次に、前記と同様にして加速度ａ_ｙを検出する。振動体１ｃのｙ軸正方向に形成された検出手段３ｃには合わせて−ΔＣ＋ΔＣ_ｙの容量変化が発生する。ｙ軸負方向に形成された検出手段３ｃには合わせてΔＣ−ΔＣ_ｘの容量変化が発生する。これらを差動増幅すると、振動体１ｃでの容量変化は２（ΔＣ―ΔＣ_ｙ）となる。同様にして、振動体１ｄに発生する容量変化は２（ΔＣ＋ΔＣ_ｙ）となる。これらの容量を加算すると角速度Ωに比例した容量変化４ΔＣが得られる。一方これらの容量を差動増幅すると加速度ａ_ｙに比例した容量変化である４ΔＣ_ｙが得られる。従って、振動体１ｃおよび１ｄで構成される振動ユニットにより、ｙ軸方向に印加される加速度ａ_ｙは振動体の容量変化成分をモニタすることにより検出することができる。実際には、得られた容量を容量−電圧（Ｃ−Ｖ）変換し、電圧変化成分ΔＶとして取り出す。この信号を加振信号の共振周波数で同期検波し、角速度Ωに対応したＤＣ電圧変化成分または加速度ａ_ｘ、ａ_ｙに対応したＤＣ電圧変化成分を得る。

以上の方法を用いることにより、本発明のコンバインドセンサにて、ｚ軸周りに印加される角速度Ωと基板面内２軸に加わる加速度ａ_ｘおよび加速度ａ_ｙをそれぞれ検出することが可能になる。

図７は本発明における第二の実施例であるコンバインドセンサを構成する振動体１ａを示す上面図である。振動体１ａは第一の実施例と同様にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をドライエッチングすることにより形成される。第一の実施例と異なる構成に関して記述する。第二の実施例では、ｘ軸方向の振動とｙ軸方向との振動を明確に分離させるために振動分離板１４ａを設けた。振動分離板１４ａにはｘ軸方向のばねとなるｘ軸方向ばね梁１５ａｘおよびｙ軸方向のばねとなるｙ軸方向ばね梁１５ａｙが接続されている。図のように、一つの振動分離板１４ａに４つのｘ軸方向ばね梁１５ａｘそして２つのｙ軸方向ばね梁１５ａｙが接続されている。また、振動分離板１４ａには貫通孔８ａが形成され、振動分離板１４ａの下層がエッチング除去されている。従って、この振動分離板１４ａも振動体１ａと同様に基板から浮いた状態でアンカー部６を固定端として支持されている。さらに振動分離板１４ａの一方向には櫛歯の歯が形成され、櫛歯構造からなる検出手段３ａが形成されている。

ここで、振動分離板１４ａの役割について説明する。この場合、振動体１ａはｙ軸方向にやわらかい梁であるｙ軸方向ばね梁１５ａｙで支持されているので、容易にｙ軸方向に共振周波数ω_ｙで振動する。この際、振動分離板１４ａに接続されたｘ軸方向ばね梁１５ａｘはｘ軸方向と平行に設けられているので、この梁のｙ軸方向のばね剛性は非常に大きく、その結果、この梁はｙ軸方向に屈曲しない。従って、振動分離板１４ａはｙ軸方向に振動しないと言える。一方、ｚ軸周りに角速度が印加されると、コリオリ力はｘ軸方向に発生する。つまり、振動分離板１４ａに印加されるコリオリ力の向きは矢印で示す方向である。ｘ軸方向ばね梁１５ａｘはｘ軸方向にはやわらかいので、容易にｘ軸方向にたわむ。従って、印加されたコリオリ力により振動分離板１４ａはｘ軸方向に容易に動作する。このように振動分離板１４ａは各ばね梁１５ａｘ、１５ａｙによって支持されているので、振動を意図して分離することができる。振動分離板１４ａは、ある一方の振動が他方の軸に漏れて意図せず連成振動する、いわゆるメカニカルカップリングを抑制することに貢献する。実施例１と同様な構造で振動体１ａに形成された検出手段３ａから得られる容量変化の他に、分離されたコリオリ力のみよる変位を検出できる検出手段３ａから得られる容量変化を合わせることで、振動体１ａの角速度に対する検出感度を向上させることができる。

図８は、図７で示した振動分離板１４ａを備えた第二の実施例である振動体１ａを含む、振動体１ｂ、振動体１ｃ、振動体１ｄから成るコンバインドセンサを表す上面図である。振動体１ｂには振動分離板１４ｂ、振動体１ｃには振動分離板１４ｃ、振動体１ｄには振動分離板１４ｄが備わっている。本コンバインドセンサの動作そしてｚ軸周りの角速度およびｘ軸、ｙ軸方向の加速度の検出原理は、図６を用いて説明した第一の実施例の場合と同様である。

図９は本発明の第三の実施例であるコンバインドセンサを構成する振動体１ａを表す上面図である。第三の実施例は第二の実施例を基に構成されている。すなわち、振動分離板１４ａを備える構造である。第二の実施例と異なる構成は、振動体１ａに形成されていた櫛歯構造からなる検出手段３ａを無くし、その代わりに振動調整手段４ａを対向させて１対設けたこと、そして振動調整手段４ａの横に４つの振動検出手段７ａを設けたことである。それ以外の構成は、第二の実施例の振動体１ａと同様である。従って、第三の実施例における振動体１ａの振動動作原理と角速度および加速度検出原理は、第二の実施例と同様である。第二の実施例で示した図８のコンバインドセンサの構成と同じく第三の振動体を４個配置することにより、本発明の第三のコンバインドセンサを形成することができる。

図１０は本発明の第四の実施例であるコンバインドセンサを構成する振動体１ａを表す上面図である。第四の実施例は同じく第二の実施例を基に構成されている。すなわち、振動分離板１４ａを備える構造である。第二の実施例と異なる構成は、振動体１ａに形成されていた櫛歯構造からなる振動発生手段２ａを分割し、分割された振動発生手段２ａの間に振動検出手段７ａを設けたことである。それ以外の構成は、第二の実施例の振動体１ａと同様である。従って、第四の実施例における振動体１ａの振動動作原理と角速度および加速度検出原理は、第二の実施例と同様である。第二の実施例で示した図８のコンバインドセンサの構成と同じく第四の振動体を４個配置することにより、本発明の第四のコンバインドセンサを形成することができる。

図１１は本発明の第五の実施例であるコンバインドセンサを構成する振動体１ａを表す上面図である。振動体１ａは第一の実施例と同様にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をドライエッチングすることにより形成される。ＳＯＩウエハのデバイス層（活性層）側のシリコン基板は面方位｛１００｝のシリコン基板であり、ハンドル層側のシリコン基板は面方位（１１１）のシリコン基板である。面方位｛１００｝のシリコン基板のオリエンテーションフラットは方位が＜１１０＞であり、面方位（１１１）のシリコン基板のオリエンテーションフラットは方位が[−１１０]である。本ＳＯＩ基板はこれらのオリエンテーションフラットの方向が一致するように積層されており、そのインシュレーター層は膜厚０．５μｍの熱酸化膜である。さらに、各面方位のシリコン基板の抵抗率はおよそ０．００１Ωｃｍ〜０．０１Ωｃｍが適している。

代替案として上記で述べたＳＯＩウエハは、デバイス層（活性層）側のシリコン基板およびハンドル層側のシリコン基板はともに面方位｛１００｝のシリコン基板であってもよい。この場合、面方位｛１００｝の各シリコン基板におけるオリエンテーションフラットの方位は＜１１０＞とし、これらのオリエンテーションフラットの方向が一致するように積層される。その際、インシュレーター層は膜厚２．０〜４．０μｍの熱酸化膜または膜厚２．０〜１０．０μｍのＴＥＯＳ−ＣＶＤで形成されるシリコン酸化膜である。さらに、シリコン基板の抵抗率はおよそ０．００１Ωｃｍ〜０．０１Ωｃｍが適している。

ここでは、前記の各実施例と異なる構成に関して主に記述する。振動体１ａはおよそ正方形の振動マスにｘ軸方向に互いに逆向きの方向に伸びた二つの振動発生梁２６と、ｙ軸方向に互いに逆向きの方向に伸びたＴ字形状の二つの検出梁２７とを備えている。各振動発生梁２６には静電引力を発生させ振動体１ａを矢印のようにｙ軸方向に振動させる手段である振動発生手段２ａが振動発生梁２６に対向して配置される。Ｔ字形状の検出梁２７には、印加角速度に対して発生するコリオリ力による変位とｘ軸方向に印加される加速度に対する変位を測定するための検出手段３ａが形成される。この図においてはＴ字形状の検出梁２７のｙ軸のプラス方向に１つそしてｙ軸のマイナス方向に２つの検出手段３ａが形成される。このような構成の検出手段３ａは各検出梁２７に形成される。２つの振動発生梁２６と２つの検出梁２７とが連結されて構成される振動体１ａは振動のマスであり，それには多数の貫通孔８ａが設けられている。この貫通孔８ａは、振動体１ａの下層に位置するインシュレーター層９およびハンドル基板１０をエッチングし、振動体１ａを基板から浮いた状態にさせるのに大きく寄与する。このような構成の振動体１ａは振動発生手段２ａによりｙ軸方向にその共振周波数で振動する。このような振動マスである振動体１ａはｘ軸方向に伸びた梁を折り曲げた構造で連結し、さらにｙ軸方向に伸びた梁を折り曲げた構造で連結して構成される複数の梁を連結して構成される４つの振動のばね５ａによって，面内および面外にも振動自在な状態支持されている。ばね５ａの一端は基板に固定されたアンカー部であるため上記のような状態で振動体１ａが支持される。さらに、振動体１ａには振動の状態すなわち振動の共振周波数をモニタするための振動検出手段７ａが４つ形成されている。また、振動の共振周波数を変化させる手段である振動調整手段４ａが合計で６つ形成されている。上記で説明した振動発生手段２ａ、検出手段３ａ、振動調整手段４ａ、振動検出手段７ａはいずれも櫛歯構造である。振動発生手段２ａおよび振動調整手段４ａは電圧を印加することによる静電引力を発生させる手段であり、一方検出手段３ａは櫛歯のギャップが変化することによる静電容量の変化をモニタすることでコリオリ力または加速度による変位すなわち印加角速度および角速度を検出することができる。さらに、振動検出手段７ａは櫛歯のオーバーラップ長の変化による静電容量の変化をモニタすることで振動の状態すなわち共振周波数をモニタする。振動検出手段７ａにより得られた周波数を基にして振動調整手段４ａに印加すべき電圧が規定され、その規定された電圧を印加することで共振周波数が調整される。第五の実施例における振動体１ａの振動動作原理と角速度および加速度検出原理は、第二の実施例と同様である。第二の実施例で示した図８のコンバインドセンサの構成と同じく第五の振動体を４個配置することにより、本発明の第五のコンバインドセンサを形成することができる。

次に、本発明のコンバインドセンサを構成する振動体１ａを製作する方法を、図１２を用いて説明する。本振動体１ａはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて形成される。ここでは、ＳＯＩウエハのデバイス層１６のシリコン基板は面方位｛１００｝のシリコン基板であり、ハンドル層１０のシリコン基板は面方位（１１１）のシリコン基板である。振動体１ａはデバイス層１６をＤｅｅｐ ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）することにより形成される。面方位｛１００｝のシリコン基板のオリエンテーションフラットは方位が＜１１０＞であり、面方位（１１１）のシリコン基板のオリエンテーションフラットは方位が[−１１０]である。本ＳＯＩ基板はこれらのオリエンテーションフラットが一致するように積層されており、そのインシュレーター層９は膜厚０．３μｍの熱酸化膜である。さらに、各面方位のシリコン基板の抵抗率はおよそ０．００１Ωｃｍ〜０．０１Ωｃｍが適している。

工程ａ）ＳＯＩ基板を熱酸化し、その基板の表面に表面熱酸化膜１８（ＳｉＯ_２膜）および裏面熱酸化膜１９を形成する。次に、スパッタリングにて熱酸化膜の表面にアルミ薄膜１７を成膜する。この場合、成膜方法としてスパッタリングの他に蒸着を用いてもよい。その後、ホトリソグラフィとホトリソグラフィで得たレジストマスクパターンをマスクにしたエッチングにより、振動体１ａのマスクパターン２０を形成する。このマスクパターン２０はアルミ薄膜１７と表面熱酸化膜１８との２層膜構造である。最後に、レジストマスクパターンを酸素プラズマで除去する。ホトリソグラフィとは、レジストを本基板にスピンコートした後、そのレジストにホトマスクに形成された振動体１ａのパターンを転写する工程を言う。この工程の中では、レジストのベーク、露光・現像を行う。アルミ薄膜１７はりん酸＋酢酸＋硝酸＋水からなるエッチング液でエッチングを行い、表面熱酸化膜１８はフロン系のガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）にてエッチングされる。

工程ｂ）工程ａ）で得たマスクパターン２０をマスクとしてデバイス層１６をシリコンのＤｅｅｐ ＲＩＥにてエッチングしトレンチ溝２１を形成すると同時に、振動体形成用シリコン構造体２２を形成する。シリコンのＤｅｅｐ ＲＩＥとは、ＳＦ_６ガスによるシリコンの等方性エッチングとＣ_４Ｆ_８ガスによる溝側面保護のためのポリマー膜形成とを繰り返してトレンチ溝を形成するエッチング方法を言う。この手法は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を用いるので、ＩＣＰ−ＲＩＥとも言われる。Ｄｅｅｐ ＲＩＥ後、酸素プラズマによるアッシングを行い、アルミ薄膜１７を除去する。

工程ｃ）ＲＣＡ洗浄を行った後、熱酸化を行い、トレンチ溝２１の溝側面に側面熱酸化膜２３を形成する。
工程ｄ）Ｃ_４Ｆ_８ガスによるポリマー膜の成膜を行う。これにより、基板表面に均一にポリマー膜が成膜される。

工程ｅ）この後、同じＣ_４Ｆ_８ガスを用い、ＩＣＰを用いたＳｉＯ_２のトレンチエッチングを行う。このトレンチエッチングではＳｉＯ_２をエッチングするために、２００Ｗ以上の高バイアスを基板に印加する。このバイアスによって加速されたイオンが基板の表面に衝突し、ポリマー膜は即座に除去される。しかし、トレンチ溝２１の側面に形成されたポリマー膜２４にはイオン衝撃が直接加わらないので、溝側面に形成されたポリマー膜２４がエッチングされることはない。従って、異方性のＳｉＯ_２トレンチエッチングが可能となる。このトレンチエッチングにより、トレンチ溝２１の底面にあるインシュレーター層９をエッチングすることができる。先に述べたように、事前にポリマー膜を成膜することによりトレンチ溝２１の側面はポリマー膜２４で保護されているので、熱酸化膜がエッチングされることはない。インシュレーター層９がエッチングされた後、酸素プラズマによりポリマー膜２４を除去する。次に、シリコンのＤｅｅｐ ＲＩＥを行い、ハンドル基板１０をエッチングし、ハンドル基板内溝２５を形成する。この場合のエッチング量は５〜３０μｍが適当である。この値は、製作する振動体１ａの耐衝撃性を考慮して決定される。

工程ｆ）ＲＣＡ洗浄を行う。次に、濃度２５％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を用いたシリコンの異方性エッチング行う。ハンドル基板１０の面方位が（１１１）であり、そのオリエンテーションフラットの方位が[−１１０]であるので、異方性エッチングが進むと図のように振動体形成用シリコン構造体２２の下に位置する部分に溝１１が形成される。

工程ｇ）ＢＨＦ（フッ酸＋フッ化アンモニウムの混合水溶液）を用いて基板表面にあるシリコンの酸化膜を除去する。その後、ＩＰＡ蒸気乾燥を行い、振動体１ａを基板より浮かせた状態で形成する。最後に、ハンドル基板１０の表面に金属膜１２をスパッタリングまたは蒸着にて形成する。

ここで、溝１１の深さはハンドル基板内溝２５を形成したときに決定する。理由は、ハンドル基板は面方位（１１１）のシリコン基板であるので、ＴＭＡＨを用いたシリコンの異方性エッチングでは、基板の厚み方向へのエッチングは見かけ上進行しない。逆に横方向のエッチングのみが顕著に現れる。これはオリエンテーションフラットの方位を[−１１０]に指定したためである。従って、溝１１の深さ制御はハンドル基板内溝２５の深さ制御で達成される。先に、この深さは５〜３０μｍが適当であると述べたが、基板の厚み方向に印加される衝撃力が大きければそれを勘案し、振動体１ａがハンドル基板１０に衝突しないことを見積もったハンドル基板内溝２５の深さを決定すればよい。このように、振動体１ａの下に位置する溝１１の深さを任意に制御することができるので、振動体１ａを構成要素とする本発明のコンバインドセンサは耐衝撃性が高いと言える。

本発明のコンバインドセンサのセンサ構造概念図である。 第一の実施例であるコンバインドセンサを構成する振動体を表す上面図である。 第一の実施例である振動体のａ−ａ’断面を示す断面図である。 第一の実施例である振動体のｂ−ｂ’断面を示す断面図である。 第一の実施例である振動体のｃ−ｃ’断面を示す断面図である。 第一の実施例である振動体を４つ用いて、コンバインドセンサとして構成したときの全体構成図である。 第二の実施例であるコンバインドセンサを構成する振動体を表す上面図である。 第二の実施例である振動体を４つ用いて、コンバインドセンサとして構成したときの全体構成図である。 第三の実施例であるコンバインドセンサを構成する振動体を表す上面図である。 第四の実施例であるコンバインドセンサを構成する振動体を表す上面図である。 第五の実施例であるコンバインドセンサを構成する振動体を表す上面図である。 振動体を形成するためのプロセスフロー図である。

符号の説明

１ａ 振動体、１ｂ 振動体、１ｃ 振動体、１ｄ 振動体、２ａ 振動発生手段、２ｂ 振動発生手段、２ｃ 振動発生手段、２ｄ 振動発生手段、３ａ 検出手段、３ｂ 検出手段、３ｃ 検出手段、３ｄ 検出手段、４ａ 振動調整手段、４ｂ 振動調整手段、４ｃ 振動調整手段、４ｄ 振動調整手段、５ａ ばね、５ｂ ばね、５ｃ ばね、５ｄ ばね、６ アンカー部、７ａ 振動検出手段、８ａ 貫通孔、９ インシュレーター層、１０ ハンドル基板、１１ 溝、１２ 金属膜、１３ 共通振動発生手段、１４ａ 振動分離板、１４ｂ 振動分離板、１４ｃ 振動分離板、１４ｄ 振動分離板、１５ａｘ ｘ軸方向ばね梁、１５ａｙ ｙ軸方向ばね梁、１６ デバイス層、１７ アルミ薄膜、１８ 表面熱酸化膜、１９ 裏面熱酸化膜、２０ マスクパターン、２１ トレンチ溝、２２ 振動体形成用シリコン構造体、２３ 側面熱酸化膜、２４ ポリマー膜、２５ ハンドル基板内溝、２６ 振動発生梁、２７ 検出梁

Claims (7)

1. 基板の水平面内２軸に印加される加速度と前記２軸に対して垂直な軸周りに印加される角速度とを検出するコンバインドセンサにおいて、
   前記基板の面内または面外に振動可能な状態で基板上に支持されたすくなくとも４個の振動体を有し、
   前記４個の振動体の各振動体は
   振動方向が互いに交差する振動ユニットを少なくとも２つ有するとともに、
   前記４個の振動体で各振動体の振動方向と直交する方向に対向して配置された１対の検出手段を有し、
   さらに、前記４個の振動体の各振動体は、互いに振動の干渉がないように各々独立に前記基板に支持されたことを特徴とするコンバインドセンサ。
2. 基板の水平面内２軸に印加される加速度と前記２軸に対して垂直軸周りに印加される加速度とを検出するコンバインドセンサにおいて、
   前記基板の面内または面外に振動可能な状態で基板上に支持されたすくなくとも４個の振動体を有し、
   前記４個の振動体の各振動体は振動方向が互いに面内で交差する振動ユニットを少なくとも２つ有するとともに、
   前記４個の振動体の各振動体は、前記角速度および加速度を検出するための面内振動方向に伸びた、前記振動体の重心を通り前記面内振動方向に直交する面内の軸に対して線対称で互いに対向して配置された一対のＴ字形状の検出梁を有し、
   さらに前記４個の振動体の各振動体は、前記面内の軸の方向に伸びた、前記振動体の重心を通り前記面内の振動方向に平行な面内の振動軸に対して線対称で互いに対向する位置に配置された一対の振動発生梁を有し、
   前記検出梁は検出手段を有し、
   前記振動発生梁は振動発生手段を有し、
   さらに、前記４個の振動体の各振動体は、前記面内の振動方向とそれに直交する面内の方向とに伸びた複数の連結梁を有し、前記連結梁により互いに振動の干渉がないように各々独立に前記基板に支持されたことを特徴とするコンバインドセンサ。
3. 請求項１において、
   前記振動体を振動させるための共通の加振手段を有することを特徴とするコンバインドセンサ。
4. 請求項１又は２において、
   前記振動体は前記振動ユニットの振動方向が互いに直交するように配置された振動体であることを特徴とするコンバインドセンサ。
5. 請求項１又は２において、
   前記振動体はガラスを挟んで積層されたシリコン基板から構成され、
   前記振動体を支持するシリコン基板は面方位｛１１１｝のシリコン基板からなり、
   前記振動体は前記面方位のシリコン基板に溝を形成することで振動可能な状態で支持されていることを特徴とするコンバインドセンサ。
6. 請求項１又は２において、前記４個の振動体の各振動体は振動の周波数を調整するための調整手段を有し、さらに振動の周波数を検出する振動検出手段を有することを特徴とするコンバインドセンサ。
7. 互いに振動の干渉がないように各々独立に支持された振動体からなるコンバインドセンサの製造方法であって、
   ＳＯＩウエハにシリコンのドライエッチングをするためのマスク材を前記ＳＯＩウエハの表面に形成する工程と、前記マスク材を用いてシリコンのドライエッチングを行いトレンチ溝を形成する工程と、前記ＳＯＩウエハの表面にシリコンの熱酸化膜を形成する工程と、前記トレンチ溝の側面にポリマー皮膜を形成する工程と、前記トレンチ溝の底面の熱酸化膜をエッチングする工程と、前記ＳＯＩウエハの前記振動体を支持するシリコン基板にドライエッチングによって溝を形成する工程と、シリコンの異方性エッチングにより前記振動体を支持する前記シリコン基板をエッチングし、前記振動体の下に溝を設ける工程とを含み、これらの工程から成るコンバインドセンサの製造方法。
   

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