JP2014098705A - 二方向性平面外櫛駆動加速度計 - Google Patents
二方向性平面外櫛駆動加速度計 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】電気的に独立した２つのステータ歯のセットを備える二方向性平面外静電櫛駆動装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】ステータ櫛歯の第１のセット１３２は、ステータ櫛歯の第２セット１３６からずれており、ローター櫛歯１２４のセットが、ステータ櫛歯の両方のセットに挟み込まれる。ステータ櫛歯の第１セット１３２に付与される第１電圧は、ローター櫛歯１２４をステータ櫛歯の第１セット１３２の方に向けて引くように作用し、ステータ櫛歯の第２セット１３６に付与される第２電圧は、ローター櫛歯１２４をステータ櫛歯の第２セット１３６の方に向けて引くように作用する。これにより、機械的および電気的に独立な二方向動作が可能になる。
【選択図】図１
【解決手段】ステータ櫛歯の第１のセット１３２は、ステータ櫛歯の第２セット１３６からずれており、ローター櫛歯１２４のセットが、ステータ櫛歯の両方のセットに挟み込まれる。ステータ櫛歯の第１セット１３２に付与される第１電圧は、ローター櫛歯１２４をステータ櫛歯の第１セット１３２の方に向けて引くように作用し、ステータ櫛歯の第２セット１３６に付与される第２電圧は、ローター櫛歯１２４をステータ櫛歯の第２セット１３６の方に向けて引くように作用する。これにより、機械的および電気的に独立な二方向動作が可能になる。
【選択図】図１
Description
本発明は、二方向性平面外櫛駆動加速度計に関する。
平面外静電櫛駆動部は、ステータ櫛がローター櫛を一方向にだけ引くところに存在する
。これらのタイプの静電櫛駆動部は、ローター櫛をステータ櫛に対して二方向（上下方向
）に引く機能を備えていない。
。これらのタイプの静電櫛駆動部は、ローター櫛をステータ櫛に対して二方向（上下方向
）に引く機能を備えていない。
線形性および応答範囲を改善するために、平面外電極櫛駆動部の二方向駆動が望まれる
。二方向性櫛駆動部は、回転および直進の平面外加速度計、および多軸加速度計に応用さ
れる。
。二方向性櫛駆動部は、回転および直進の平面外加速度計、および多軸加速度計に応用さ
れる。
本発明は、プルーフマスを二方向に駆動するための平面外静電櫛駆動装置の一例を提供
する。この例示的な装置は、プルーフマス上のローター歯に近接して配置される、２つの
電気的に独立したステータ歯のセットを含む。
する。この例示的な装置は、プルーフマス上のローター歯に近接して配置される、２つの
電気的に独立したステータ歯のセットを含む。
例示的な実施形態において、プルーフマスは、一方の端部に複数のローター櫛歯を含む
。複数の第１ステータ櫛歯は、複数の第１ステータ櫛歯が複数のローター櫛歯からオフセ
ットするように、複数のローター櫛歯に挟み込まれる。さらに、複数の第２ステータ櫛歯
は、複数の第２ステータ櫛歯がローター櫛歯および複数の第１ステータ櫛歯の両方からオ
フセットするように、複数のローター櫛歯に挟み込まれる。
。複数の第１ステータ櫛歯は、複数の第１ステータ櫛歯が複数のローター櫛歯からオフセ
ットするように、複数のローター櫛歯に挟み込まれる。さらに、複数の第２ステータ櫛歯
は、複数の第２ステータ櫛歯がローター櫛歯および複数の第１ステータ櫛歯の両方からオ
フセットするように、複数のローター櫛歯に挟み込まれる。
本発明の一側面において、複数の第１ステータ櫛歯および第２ステータ櫛歯は、実質的
に互いに平面外方向になるように配置される。
本発明の他の側面において、平面外櫛駆動装置はコントローラに取り付けられる。コン
トローラから複数の第１ステータ櫛歯に付与される第１電圧が、ローター歯を複数の第１
ステータ櫛歯に向けて引くように作用する。コントローラから複数の第２ステータ櫛歯に
付与される第２電圧は、ローター歯を複数の第２ステータ櫛歯に向けて引くように作用し
、これは、複数の第１ステータ櫛歯により引かれるのと反対方向である。コントローラは
、容量ピックオフのような検出要素により検出されるプルーフマスの平面外加速度に応じ
て発生するプルーフマスの回転トルクによる力とバランスさせるために、複数の第１ステ
ータ櫛歯または複数の第２ステータ櫛歯に電圧を付与するように動作する。コントローラ
は、適正なバランス力を付与するために必要とされる電圧に基づいて加速度を決定するよ
うに機能する。
に互いに平面外方向になるように配置される。
本発明の他の側面において、平面外櫛駆動装置はコントローラに取り付けられる。コン
トローラから複数の第１ステータ櫛歯に付与される第１電圧が、ローター歯を複数の第１
ステータ櫛歯に向けて引くように作用する。コントローラから複数の第２ステータ櫛歯に
付与される第２電圧は、ローター歯を複数の第２ステータ櫛歯に向けて引くように作用し
、これは、複数の第１ステータ櫛歯により引かれるのと反対方向である。コントローラは
、容量ピックオフのような検出要素により検出されるプルーフマスの平面外加速度に応じ
て発生するプルーフマスの回転トルクによる力とバランスさせるために、複数の第１ステ
ータ櫛歯または複数の第２ステータ櫛歯に電圧を付与するように動作する。コントローラ
は、適正なバランス力を付与するために必要とされる電圧に基づいて加速度を決定するよ
うに機能する。
平面外櫛駆動部を製造する方法によれば、第１エッチングプロセスによりエッチング可
能な層からエッチング可能な材料が取り除かれて、エッチング可能な層に第１垂直チャネ
ルパターンが形成される。同一のエッチングプロセスにより、エッチング可能な層から追
加的なエッチング可能な材料が取り除かれ、エッチング可能な層の一部を通る少なくとも
１つの垂直通路が形成される。パターンが形成されたエッチング可能な層の露出した面に
酸化物層が付与される。第２エッチングプロセスにより、少なくとも１つの垂直通路の底
部からさらなるエッチング可能な材料が取り除かれ、キャビティが形成され、垂直通路の
底部が酸化物層に接続される。酸化物層の除去により、垂直通路を取り巻く残りのエッチ
ング可能な層の部分は、ステータベースへの機械的接続部を除いて自立し、それにより、
少なくとも１つの第１ステータ櫛歯を形成する。エッチング可能な層をフリップし、ハン
ドル層に載せ、第２垂直チャネルパターンをエッチング形成することで、少なくとも１つ
の第２ステータ櫛歯が形成され、これは第１ステータ櫛歯から機械的および電気的に分離
されている。
能な層からエッチング可能な材料が取り除かれて、エッチング可能な層に第１垂直チャネ
ルパターンが形成される。同一のエッチングプロセスにより、エッチング可能な層から追
加的なエッチング可能な材料が取り除かれ、エッチング可能な層の一部を通る少なくとも
１つの垂直通路が形成される。パターンが形成されたエッチング可能な層の露出した面に
酸化物層が付与される。第２エッチングプロセスにより、少なくとも１つの垂直通路の底
部からさらなるエッチング可能な材料が取り除かれ、キャビティが形成され、垂直通路の
底部が酸化物層に接続される。酸化物層の除去により、垂直通路を取り巻く残りのエッチ
ング可能な層の部分は、ステータベースへの機械的接続部を除いて自立し、それにより、
少なくとも１つの第１ステータ櫛歯を形成する。エッチング可能な層をフリップし、ハン
ドル層に載せ、第２垂直チャネルパターンをエッチング形成することで、少なくとも１つ
の第２ステータ櫛歯が形成され、これは第１ステータ櫛歯から機械的および電気的に分離
されている。
２つの独立した制御されたステータ櫛のセットを含む静電櫛駆動部の利点は、櫛歯駆動
がローター櫛を平面外方向（上または下）のいずれにも引くことができる、ということで
ある。
がローター櫛を平面外方向（上または下）のいずれにも引くことができる、ということで
ある。
本発明の好ましい実施形態および代替実施形態が以下図面と共に以下に詳細に説明され
る。添付図面は以下の通りである。
る。添付図面は以下の通りである。
図１は、例示的な二方向平面外静電櫛駆動加速度計１００の一部の上面斜視図である。
二方向平面外静電櫛駆動部１００は、プルーフマス１０４、第１アンカー１０８、第２ア
ンカー１０９、屈曲部１１２、ステータ１２０、ローター歯１２４、ステータ歯の上方列
部１３２、およびステータ歯の下方列部１３６を含む。二方向平面外静電櫛駆動部１００
は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて製造される。
二方向平面外静電櫛駆動部１００は、プルーフマス１０４、第１アンカー１０８、第２ア
ンカー１０９、屈曲部１１２、ステータ１２０、ローター歯１２４、ステータ歯の上方列
部１３２、およびステータ歯の下方列部１３６を含む。二方向平面外静電櫛駆動部１００
は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて製造される。
プルーフマス１０４は、基板（図示せず）の上に吊り下げられ、プルーフマス１０４は
、図示の回転軸１１０について自由に回転できる。プルーフマス１０４は、第１アンカー
１０８および第２アンカー１０９から屈曲部１１２により吊り下げられる。第１アンカー
１０８および第２アンカー１０９は基板（図示せず）に接続される。屈曲部１１２は、プ
ルーフマス１０４のＸ軸およびＹ軸における移動を実質的に制限し、平面外加速度に応答
してＺ方向における回転（Ｙ軸を中心とする）を許容する。
、図示の回転軸１１０について自由に回転できる。プルーフマス１０４は、第１アンカー
１０８および第２アンカー１０９から屈曲部１１２により吊り下げられる。第１アンカー
１０８および第２アンカー１０９は基板（図示せず）に接続される。屈曲部１１２は、プ
ルーフマス１０４のＸ軸およびＹ軸における移動を実質的に制限し、平面外加速度に応答
してＺ方向における回転（Ｙ軸を中心とする）を許容する。
対称的に配置される複数のローター櫛歯１２４は、プルーフマス１０４の第１端部に沿
って形成される。また、対称的に配置される追加のローター櫛歯１２４を、プルーフマス
１０４の反対側の第２端部（図１には示していない）に沿って形成することができる。図
示の目的のため３つのローター櫛歯１２４が示されているが、実際にはより多くのロータ
ー櫛歯１２４を用いることができる。
って形成される。また、対称的に配置される追加のローター櫛歯１２４を、プルーフマス
１０４の反対側の第２端部（図１には示していない）に沿って形成することができる。図
示の目的のため３つのローター櫛歯１２４が示されているが、実際にはより多くのロータ
ー櫛歯１２４を用いることができる。
ステータ１２０はステータ櫛歯の２つの列部、すなわち上方ステータ櫛歯１３２および
下方ステータ櫛歯１３６を含む。追加的に、対称に配置される上方ステータ櫛歯１３２お
よび下方ステータ櫛歯１３６を、プルーフマス１０４の反対側の第２端部のところでロー
ター櫛歯１２４に近接して形成することができる（図１には示していない）。図示の目的
のため、４つの上方櫛歯１３２および１つの下方櫛歯１３６が示されているが、実際には
多くの櫛歯を用いることができる。
下方ステータ櫛歯１３６を含む。追加的に、対称に配置される上方ステータ櫛歯１３２お
よび下方ステータ櫛歯１３６を、プルーフマス１０４の反対側の第２端部のところでロー
ター櫛歯１２４に近接して形成することができる（図１には示していない）。図示の目的
のため、４つの上方櫛歯１３２および１つの下方櫛歯１３６が示されているが、実際には
多くの櫛歯を用いることができる。
例示的な実施形態において、ステータ１２０は、上方ステータ櫛歯１３２および下方ス
テータ櫛歯１３６がローター歯１２４に対して固定位置に保持されるように基板（図示せ
ず）に接続される。ステータ櫛歯の２つの列部は、上方ステータ櫛歯１３２および下方ス
テータ櫛歯１３６を、ローター櫛歯１２４から分離するギャップ４００を備えるように、
ローター櫛歯１２４に挟み込まれる。ギャップ４００は少なくとも２つの機能を備える。
第１の機能として、ギャップ４００は、隣接するステータ櫛歯１３２、１３６とローター
櫛歯１２４との間の摩擦接触を取り除き、プルーフマス１０４がＺ軸に沿う線形加速に応
答して回転軸１００を中心に自由に回転するようにする。第２の機能として、ギャップ４
００により画定される隣接するステータ櫛歯１３２、１３６とローター櫛歯１２４との間
の分離により、ステータ櫛歯１３２または１３６の列部とローター櫛歯１２４との間に電
位差が付与されたときに容量が存在するようにする。
テータ櫛歯１３６がローター歯１２４に対して固定位置に保持されるように基板（図示せ
ず）に接続される。ステータ櫛歯の２つの列部は、上方ステータ櫛歯１３２および下方ス
テータ櫛歯１３６を、ローター櫛歯１２４から分離するギャップ４００を備えるように、
ローター櫛歯１２４に挟み込まれる。ギャップ４００は少なくとも２つの機能を備える。
第１の機能として、ギャップ４００は、隣接するステータ櫛歯１３２、１３６とローター
櫛歯１２４との間の摩擦接触を取り除き、プルーフマス１０４がＺ軸に沿う線形加速に応
答して回転軸１００を中心に自由に回転するようにする。第２の機能として、ギャップ４
００により画定される隣接するステータ櫛歯１３２、１３６とローター櫛歯１２４との間
の分離により、ステータ櫛歯１３２または１３６の列部とローター櫛歯１２４との間に電
位差が付与されたときに容量が存在するようにする。
ギャップ４００の容量は、対向するローター歯１２４とステータ歯１３２、１３６との
面が重なる面積の関数である。プルーフマス１０４はＺ軸に沿う線形加速度に応答して回
転することができるので、ローター歯１２４とステータ歯１３２、１３６との重なり合う
面積は変化する。重なり合う面積が変化すると、ギャップ４００の容量も変化する。この
容量の測定値は、プルーフマス１０４を適切な固定位置に維持するためにローター歯１２
４およびステータ歯１３２、１３６に付与する電圧レベルを決定するためのフィードバッ
クループ（図示せず）で用いられる。例示的な方法は、関連する米国特許出願第１２／３
５５５６１号明細書に教示されており、この内容は参照により本明細書に組み込まれる。
面が重なる面積の関数である。プルーフマス１０４はＺ軸に沿う線形加速度に応答して回
転することができるので、ローター歯１２４とステータ歯１３２、１３６との重なり合う
面積は変化する。重なり合う面積が変化すると、ギャップ４００の容量も変化する。この
容量の測定値は、プルーフマス１０４を適切な固定位置に維持するためにローター歯１２
４およびステータ歯１３２、１３６に付与する電圧レベルを決定するためのフィードバッ
クループ（図示せず）で用いられる。例示的な方法は、関連する米国特許出願第１２／３
５５５６１号明細書に教示されており、この内容は参照により本明細書に組み込まれる。
図２は、例示的な二方向平面外静電櫛駆動加速度計２００を示しており、この加速度計
２００は、平面外櫛駆動部１００、および線形駆動加速度計コントローラ２０２を含む。
線形駆動加速度計コントローラ２０２は、データインターフェースにより平面外櫛駆動部
１００に通信可能に連結される。線形駆動加速度計コントローラ２０２は、プロセッサシ
ステム２０４、メモリ２０８、加速度計制御インターフェース２１２、出力インターフェ
ース２１６、および通信バス２２０を含む。プロセッサシステム２０４、メモリ２０８、
加速度計制御インターフェース２１２、および出力インターフェース２１６は、通信バス
２２０に接続され、それにより上述の要素の間の連結を提供する。線形駆動加速度計コン
トローラ２０２の代替実施形態において、上述の要素は異なる方法で互いに通信可能に接
続されてもよい。たとえば、１つまたはそれ以上の上述の要は、プロセッサシステム２０
４に直接的に接続されてもよく、または、図示しない中間要素を介してプロセッサシステ
ム２０４に接続されてもよい。
２００は、平面外櫛駆動部１００、および線形駆動加速度計コントローラ２０２を含む。
線形駆動加速度計コントローラ２０２は、データインターフェースにより平面外櫛駆動部
１００に通信可能に連結される。線形駆動加速度計コントローラ２０２は、プロセッサシ
ステム２０４、メモリ２０８、加速度計制御インターフェース２１２、出力インターフェ
ース２１６、および通信バス２２０を含む。プロセッサシステム２０４、メモリ２０８、
加速度計制御インターフェース２１２、および出力インターフェース２１６は、通信バス
２２０に接続され、それにより上述の要素の間の連結を提供する。線形駆動加速度計コン
トローラ２０２の代替実施形態において、上述の要素は異なる方法で互いに通信可能に接
続されてもよい。たとえば、１つまたはそれ以上の上述の要は、プロセッサシステム２０
４に直接的に接続されてもよく、または、図示しない中間要素を介してプロセッサシステ
ム２０４に接続されてもよい。
線形駆動加速度計コントローラ２０２のメモリ２０８は、平面外櫛駆動部１００を制御
し、平面外櫛駆動部１００が受ける線形加速度を決定するためのデータおよびパラメータ
を格納する。加速度計制御インターフェース２１２は、平面外櫛駆動部１００に電気的に
接続される。
し、平面外櫛駆動部１００が受ける線形加速度を決定するためのデータおよびパラメータ
を格納する。加速度計制御インターフェース２１２は、平面外櫛駆動部１００に電気的に
接続される。
動作に関して、図１のＺ軸に沿う平面外線形加速は、吊り下げられたプルーフマス１０
４の回転を追尾する。しかし、制御ループ（図示せず）は、線形加速度計により発生する
ねじれ力を打ち消す、ステータ１２０とプルーフマス１０４に外部的に発生させる電位差
を与える。付与される電位は、線形加速度計が受ける力を相殺し、プルーフマス１０４を
固定位置に維持する。正味の効果は、プルーフマス１０４が実質的に固定されるというも
のである。
４の回転を追尾する。しかし、制御ループ（図示せず）は、線形加速度計により発生する
ねじれ力を打ち消す、ステータ１２０とプルーフマス１０４に外部的に発生させる電位差
を与える。付与される電位は、線形加速度計が受ける力を相殺し、プルーフマス１０４を
固定位置に維持する。正味の効果は、プルーフマス１０４が実質的に固定されるというも
のである。
図３において、例示的な二方向平面外静電櫛駆動部１００は、ローター歯１２４、上方
ステータ歯１３２、下方ステータ歯１３６、上方ステータ歯ベース１２１、下方ステータ
歯ベース１２２、および上方／下方ステータ歯ギャップ４０４を含む。複数の上方ステー
タ歯１３２は上方ステータベース１２１に堅固に取り付けられ、複数の下方ステータ歯１
３６は下方ステータベース１２２に堅固に取り付けられる。上方および下方のステータ歯
１３２、１３６は、上方／下方ステータ歯ギャップ４０４により分離されて上下に実質的
に積み重ねられる。上方ステータ歯１３２および下方ステータ歯１３６の長さおよび幅の
寸法、実質的に互いに類似しており、また、上方および下方のステータ歯１３２、１３６
は実質的に垂直に整列される。
ステータ歯１３２、下方ステータ歯１３６、上方ステータ歯ベース１２１、下方ステータ
歯ベース１２２、および上方／下方ステータ歯ギャップ４０４を含む。複数の上方ステー
タ歯１３２は上方ステータベース１２１に堅固に取り付けられ、複数の下方ステータ歯１
３６は下方ステータベース１２２に堅固に取り付けられる。上方および下方のステータ歯
１３２、１３６は、上方／下方ステータ歯ギャップ４０４により分離されて上下に実質的
に積み重ねられる。上方ステータ歯１３２および下方ステータ歯１３６の長さおよび幅の
寸法、実質的に互いに類似しており、また、上方および下方のステータ歯１３２、１３６
は実質的に垂直に整列される。
ローター歯１２４は、積み重ねられた上方および下方のステータ歯１３２、１３６のセ
ットに挟み込まれるように配置および位置決めされる。上方および下方のステータ歯１３
２、１３６の実質的なアライメントは、ローター歯１２４が、ローター歯１２４と上方お
よび下方のステータ歯１３２、１３６との間の最小ギャップを備えるように、ステータ歯
に挟み込まれることを可能にする。
ットに挟み込まれるように配置および位置決めされる。上方および下方のステータ歯１３
２、１３６の実質的なアライメントは、ローター歯１２４が、ローター歯１２４と上方お
よび下方のステータ歯１３２、１３６との間の最小ギャップを備えるように、ステータ歯
に挟み込まれることを可能にする。
Ｚ軸方向に測定する上方および下方のステータ歯１３２、１３６の厚さは、上方ステー
タ歯１３２と下方ステータ歯１３６との間で変化させることができ、あるいは同一として
もよい。
タ歯１３２と下方ステータ歯１３６との間で変化させることができ、あるいは同一として
もよい。
上方ステータ歯ベース１２１および下方ステータ歯ベース１２２は、垂直ギャップ１２
３が上方および下方ステータベース１２１、１２２を分離しているが、実質的に互いに連
結されている。垂直ギャップ１２３、上方／下方ステータ歯ギャップ４０４と組み合わせ
て、上方および下方のステータベース１２１、１２２を全ての点で分離し、上方および下
方のステータベース１２１、１２２の間の機械的および電気的な分離を維持する。上方お
よび下方のステータベース１２１、１２２は、ハウジング基板要素への機械的および電気
的な接続部を備える。
３が上方および下方ステータベース１２１、１２２を分離しているが、実質的に互いに連
結されている。垂直ギャップ１２３、上方／下方ステータ歯ギャップ４０４と組み合わせ
て、上方および下方のステータベース１２１、１２２を全ての点で分離し、上方および下
方のステータベース１２１、１２２の間の機械的および電気的な分離を維持する。上方お
よび下方のステータベース１２１、１２２は、ハウジング基板要素への機械的および電気
的な接続部を備える。
上方ステータ歯１３２と下方ステータ歯１３６との間の電気的分離により、ステータ歯
１３２、１３６の各列の極性を独立に制御することが可能になる。それゆえ、たとえば、
上方ステータ歯１３２上の電位は、ローター歯１２４を上方に引くために用いることがで
き、また、下方ステータ歯１３６に、ローター歯１２４を反対に下方に引くように電荷を
与えることができる。
１３２、１３６の各列の極性を独立に制御することが可能になる。それゆえ、たとえば、
上方ステータ歯１３２上の電位は、ローター歯１２４を上方に引くために用いることがで
き、また、下方ステータ歯１３６に、ローター歯１２４を反対に下方に引くように電荷を
与えることができる。
図４において、二方向平面外静電櫛駆動部１００の上方および下方のステータ歯１３２
、１３６は、上方／下方ステータ歯ギャップ４０４により視認できるように分離されてい
る。上方／下方ステータ歯ギャップ４０４は、上方ステータ歯１３２の列と下方ステータ
歯１３６の列との間の電気的分離を維持する。
、１３６は、上方／下方ステータ歯ギャップ４０４により視認できるように分離されてい
る。上方／下方ステータ歯ギャップ４０４は、上方ステータ歯１３２の列と下方ステータ
歯１３６の列との間の電気的分離を維持する。
下方ステータ歯１３６の各々は、通路４０８が存在し、これは上方／下方ステータ歯ギ
ャップ４０４を下方ステータ歯１３６の外側面に接続する。通路４０８は、平面外静電櫛
駆動部１００の製造を可能にするために存在し、特に、エッチングプロセスにより上方／
下方ステータ歯ギャップ４０４を分離することを可能にするために存在する。製造のある
ステップの間、予め存在する通路４０８は、エッチング剤が下方ステータ歯１３６の各々
を通り、まだ存在していない上方および下方ステータ歯１３２、１３６を分離する内部領
域に到達できるようにする。各上方ステータ歯１３２のために２つの下方ステータ歯１３
６が示されているけれど、図４のより狭い下方ステータ歯１３６は、これらが下方ステー
タベース１２１に取り付けられるところで電気的および機械的に接続されている。
ャップ４０４を下方ステータ歯１３６の外側面に接続する。通路４０８は、平面外静電櫛
駆動部１００の製造を可能にするために存在し、特に、エッチングプロセスにより上方／
下方ステータ歯ギャップ４０４を分離することを可能にするために存在する。製造のある
ステップの間、予め存在する通路４０８は、エッチング剤が下方ステータ歯１３６の各々
を通り、まだ存在していない上方および下方ステータ歯１３２、１３６を分離する内部領
域に到達できるようにする。各上方ステータ歯１３２のために２つの下方ステータ歯１３
６が示されているけれど、図４のより狭い下方ステータ歯１３６は、これらが下方ステー
タベース１２１に取り付けられるところで電気的および機械的に接続されている。
図５−１から図５−３は、図１の二方向平面外静電櫛駆動部１００の部品の部分透視図
である。図５−１において、複数のローター歯１２４は、プルーフマス１０４に固く取り
付けられている。図５−２において、上方ステータ歯１３２は上方ステータベース１２１
に固く取り付けられている。図５−３において、下方ステータ歯１３６は、下方ステータ
ベース１２２に固く取り付けられている。通路４０８は、下方ステータ歯１３６の下面か
ら、まだ形成されていない分割される上方および下方ステータ歯１３２、１３６の内部領
域にエッチング剤が侵入するのを可能にする。
である。図５−１において、複数のローター歯１２４は、プルーフマス１０４に固く取り
付けられている。図５−２において、上方ステータ歯１３２は上方ステータベース１２１
に固く取り付けられている。図５−３において、下方ステータ歯１３６は、下方ステータ
ベース１２２に固く取り付けられている。通路４０８は、下方ステータ歯１３６の下面か
ら、まだ形成されていない分割される上方および下方ステータ歯１３２、１３６の内部領
域にエッチング剤が侵入するのを可能にする。
図６−１から図６−１９は、例示的な二方向平面外櫛駆動部の製造のための例示的プロ
セスフロー４９０を示し、段階的に、断面図および斜視図で示されている。これらの断面
図および斜視図は表示的なものであり、断面図および斜視図は互いに必ずしも整合してい
るわけではないことに注意されたい。
セスフロー４９０を示し、段階的に、断面図および斜視図で示されている。これらの断面
図および斜視図は表示的なものであり、断面図および斜視図は互いに必ずしも整合してい
るわけではないことに注意されたい。
例示的なプロセスフロー４９０は、剥き出しのシリコンオンインシュレータウェハ５０
０から始まり、これは、シリコン層５０４、絶縁層５０８、および典型的にはシリコン層
５０４と同一の材料で形成される第１ハンドル層５１２を含む。図６−１に示されるよう
に、第１酸化物層５１６がシリコン層５０４に付与される。第１酸化物層５１６は、ＭＥ
ＭＳ製造技術において知られているプロセスを用いて、実質的に第１酸化物エッチングに
おいてパターン形成される。
０から始まり、これは、シリコン層５０４、絶縁層５０８、および典型的にはシリコン層
５０４と同一の材料で形成される第１ハンドル層５１２を含む。図６−１に示されるよう
に、第１酸化物層５１６がシリコン層５０４に付与される。第１酸化物層５１６は、ＭＥ
ＭＳ製造技術において知られているプロセスを用いて、実質的に第１酸化物エッチングに
おいてパターン形成される。
図６−２において、第２酸化物層５２０が第１酸化物層５１６上に形成される。予めパ
ターン形成された第１酸化物層５１６上への第２酸化物層５２０の堆積は、単一酸化物層
厚さの領域５２９と二重酸化物層厚さの領域５３０を形成する。第１フォトレジスト層５
２４が第２酸化物層５２０上に形成される。第１フォトレジスト層５２４は、スクリーン
印刷または、ＭＥＭＳ製造技術において一般的な他の方法で実質的にパターン形成される
。
ターン形成された第１酸化物層５１６上への第２酸化物層５２０の堆積は、単一酸化物層
厚さの領域５２９と二重酸化物層厚さの領域５３０を形成する。第１フォトレジスト層５
２４が第２酸化物層５２０上に形成される。第１フォトレジスト層５２４は、スクリーン
印刷または、ＭＥＭＳ製造技術において一般的な他の方法で実質的にパターン形成される
。
図６−３において、第１および第２の酸化物層５１６、５２０は、第１フォトレジスト
層５２４（図示せず）を通して第２エッチングにより除去される。酸化物層の第２エッチ
ングの後、第１フォトレジスト層５２４（図示せず）は除去される。第１フォトレジスト
層５２４（図示せず）により保護された領域において、図６−２の酸化物層付与の工程で
形成された単一の酸化物層厚さ領域５２９および二重酸化物層厚さ領域５３０が残る。
層５２４（図示せず）を通して第２エッチングにより除去される。酸化物層の第２エッチ
ングの後、第１フォトレジスト層５２４（図示せず）は除去される。第１フォトレジスト
層５２４（図示せず）により保護された領域において、図６−２の酸化物層付与の工程で
形成された単一の酸化物層厚さ領域５２９および二重酸化物層厚さ領域５３０が残る。
図６−４および図６−５において、パターン形成された第１および第２酸化物層５１６
、５２０に第２フォトレジスト層５３１が付与される。第２フォトレジスト層５３１は、
二重酸化物層厚さ領域５３０およびこれらの間の露出したシリコン５０４の領域の近くが
保護されるようにパターン形成される。単一酸化物層厚さ領域５２９、および各単一酸化
物層厚さ領域５２９の側部上の露出したシリコンの領域近くは、露出される。次に、第２
フォトレジスト層５３１または第１酸化物層５１６で保護されていないシリコン層５０４
の領域は、第１時間の深堀イオンエッチング（ＦＲＩＥ）によりシリコン層５０４の厚さ
の約２分の１の深さまで除去される。このステップは、ローター歯１２４を下方ステータ
歯１３６から終局的に分離するギャップ４００の部分をエッチング形成する。
、５２０に第２フォトレジスト層５３１が付与される。第２フォトレジスト層５３１は、
二重酸化物層厚さ領域５３０およびこれらの間の露出したシリコン５０４の領域の近くが
保護されるようにパターン形成される。単一酸化物層厚さ領域５２９、および各単一酸化
物層厚さ領域５２９の側部上の露出したシリコンの領域近くは、露出される。次に、第２
フォトレジスト層５３１または第１酸化物層５１６で保護されていないシリコン層５０４
の領域は、第１時間の深堀イオンエッチング（ＦＲＩＥ）によりシリコン層５０４の厚さ
の約２分の１の深さまで除去される。このステップは、ローター歯１２４を下方ステータ
歯１３６から終局的に分離するギャップ４００の部分をエッチング形成する。
図６−６および図６−７において、第２フォトレジスト層５３１（図示せず）が除去さ
れ、それゆえ、二重酸化物層厚さ領域５３０およびこれらの間の露出シリコン５０４領域
が露出される。次に、単一または二重シリコン酸化物層５１６、５２０により保護されて
いないシリコン層５０４の領域は、シリコン層５０４の厚さの約２分の１を除去するのに
十分な時間にわたって第２時間ＤＲＩＥに露出される。シリコン層５０４の厚さの半分の
深さまで予めエッチングされたギャップ４００（図６−４）に関して、ギャップ４００の
深さは、絶縁層５０８のところまで進行する。第２フォトレジスト層５３１で保護されて
いたシリコン層５０４の領域に関して、第２時間ＤＲＩＥは、シリコン層５０４を、シリ
コン層５０４の厚さの約２分の１の深さまで除去する。このステップは、下方ステータ歯
１３６の通路４０８を形成し、エッチング剤が上方／下方ステータ歯ギャップ４０４へア
クセスできるようにする。この第２時間ＤＲＩＥにおいて、上方ステータ歯ベース１２１
を下方ステータ歯ベース１２２から終局的に分離する垂直ギャップ１２３の深さの２分の
１がエッチングされることになる。
れ、それゆえ、二重酸化物層厚さ領域５３０およびこれらの間の露出シリコン５０４領域
が露出される。次に、単一または二重シリコン酸化物層５１６、５２０により保護されて
いないシリコン層５０４の領域は、シリコン層５０４の厚さの約２分の１を除去するのに
十分な時間にわたって第２時間ＤＲＩＥに露出される。シリコン層５０４の厚さの半分の
深さまで予めエッチングされたギャップ４００（図６−４）に関して、ギャップ４００の
深さは、絶縁層５０８のところまで進行する。第２フォトレジスト層５３１で保護されて
いたシリコン層５０４の領域に関して、第２時間ＤＲＩＥは、シリコン層５０４を、シリ
コン層５０４の厚さの約２分の１の深さまで除去する。このステップは、下方ステータ歯
１３６の通路４０８を形成し、エッチング剤が上方／下方ステータ歯ギャップ４０４へア
クセスできるようにする。この第２時間ＤＲＩＥにおいて、上方ステータ歯ベース１２１
を下方ステータ歯ベース１２２から終局的に分離する垂直ギャップ１２３の深さの２分の
１がエッチングされることになる。
図６−８において、第１酸化物層５１６および第２酸化物層５２０（図示せず）は、第
３酸化物エッチングに曝される。第３酸化物エッチングは、一定時間のエッチングである
。単一酸化物層の領域５２９において、第１酸化物層５１６が完全に除去され、シリコン
層５０４を露出させる。二重酸化物層厚さ領域５３０において、第２酸化物層５２０が除
去され、第１酸化物層５１６が露出される。
３酸化物エッチングに曝される。第３酸化物エッチングは、一定時間のエッチングである
。単一酸化物層の領域５２９において、第１酸化物層５１６が完全に除去され、シリコン
層５０４を露出させる。二重酸化物層厚さ領域５３０において、第２酸化物層５２０が除
去され、第１酸化物層５１６が露出される。
図６−９において、残っている第１酸化物層５１６およびシリコン層５０４の露出され
た領域に第３酸化物層５６０が付与される。第３酸化物層５６０は、水平面おより垂直面
に堆積されるように均一に付与される。
た領域に第３酸化物層５６０が付与される。第３酸化物層５６０は、水平面おより垂直面
に堆積されるように均一に付与される。
図６−１０において、第３酸化物層５６０は第４酸化物エッチングに曝される。第４酸
化物エッチングは、時間性および方向性エッチングである。単一酸化物層厚さ領域５２９
において、第１酸化物層５１６は全体が除去され、シリコン層５０４が再度露出される。
二重酸化物層厚さ領域５３０の領域において、第３酸化物層５６０が除去され、第１酸化
物層５１６が再度露出される。ギャップ４００の底部における単一酸化物層５６０が除去
され、絶縁層５０８を露出させる。通路４０８の底部における第１酸化物層５１６は除去
され、シリコン層５０４を露出させる。垂直面上の第３酸化物層５６０は除去されない。
化物エッチングは、時間性および方向性エッチングである。単一酸化物層厚さ領域５２９
において、第１酸化物層５１６は全体が除去され、シリコン層５０４が再度露出される。
二重酸化物層厚さ領域５３０の領域において、第３酸化物層５６０が除去され、第１酸化
物層５１６が再度露出される。ギャップ４００の底部における単一酸化物層５６０が除去
され、絶縁層５０８を露出させる。通路４０８の底部における第１酸化物層５１６は除去
され、シリコン層５０４を露出させる。垂直面上の第３酸化物層５６０は除去されない。
図６−１１および図６−１２において、第１酸化物層５１６および第３酸化物層５６０
で保護されていないシリコン層５０４の領域は、第３ＤＲＩＥに曝される。第３ＤＲＩＥ
は時間性および等方性である。エッチングの等方性により、シリコン層５０４の露出領域
の水平面および垂直面の両方からシリコンが除去される。以前に第１酸化物層５１６によ
りキャップされていた単一酸化物層厚さ領域５２９において露出されるシリコン層５０４
に関し、シリコン層５０４の厚さはわずかに減少する。このステップは、最後のローター
歯１２４の高さを減少させる。通路４０８の底部において露出されるシリコン層５０４に
関して、シリコン層５０４は、第３酸化物層５６０の後ろ側へ水平方向にエッチングされ
る。このステップは、上方／下方ステータ歯ギャップ４０４を形成し、このギャップは最
終的に機械的および電気的に、ステータ歯の上方および下方の列１３２、１３６を分離す
る。
で保護されていないシリコン層５０４の領域は、第３ＤＲＩＥに曝される。第３ＤＲＩＥ
は時間性および等方性である。エッチングの等方性により、シリコン層５０４の露出領域
の水平面および垂直面の両方からシリコンが除去される。以前に第１酸化物層５１６によ
りキャップされていた単一酸化物層厚さ領域５２９において露出されるシリコン層５０４
に関し、シリコン層５０４の厚さはわずかに減少する。このステップは、最後のローター
歯１２４の高さを減少させる。通路４０８の底部において露出されるシリコン層５０４に
関して、シリコン層５０４は、第３酸化物層５６０の後ろ側へ水平方向にエッチングされ
る。このステップは、上方／下方ステータ歯ギャップ４０４を形成し、このギャップは最
終的に機械的および電気的に、ステータ歯の上方および下方の列１３２、１３６を分離す
る。
図６−１３において、第１酸化物層５１６（図示せず）および第３酸化物層５６０（図
示せず）の残っている部分は、第４酸化物エッチングによりパターン形成されたシリコン
層５０４から除去される。
示せず）の残っている部分は、第４酸化物エッチングによりパターン形成されたシリコン
層５０４から除去される。
図６−１４において、パターン形成されたシリコンオンインシュレータウェハ５００は
、フリップされガラスウェハ５８８に結合される。ガラスウェハ５８８は、ウェハ空隙領
域５９２を備え、これは、シリコン層５０４のパターン形成された部分へ空隙を提供し、
特に、ローター歯１２４および下方ステータ歯１３６の領域において空隙を提供する。次
にハンドル層５１２（図示せず）が除去され、以前にハンドル層５１２（図示せず）に面
していた絶縁層５０８の面を露出させる。次に、絶縁層５０８は第６酸化物エッチングに
よりパターン形成され、縁チャネル５９６の領域においてシリコン層５０４を露出させる
。ここで、上方ステータ歯１３２は、最終的に下方ステータ歯１３６から分離させる。ま
た、垂直ギャップ１２３が最終的に上方および下方のステータ歯ベース１２１、１２２（
図示せず）を分離するところのシリコン層５０４を露出させる。
、フリップされガラスウェハ５８８に結合される。ガラスウェハ５８８は、ウェハ空隙領
域５９２を備え、これは、シリコン層５０４のパターン形成された部分へ空隙を提供し、
特に、ローター歯１２４および下方ステータ歯１３６の領域において空隙を提供する。次
にハンドル層５１２（図示せず）が除去され、以前にハンドル層５１２（図示せず）に面
していた絶縁層５０８の面を露出させる。次に、絶縁層５０８は第６酸化物エッチングに
よりパターン形成され、縁チャネル５９６の領域においてシリコン層５０４を露出させる
。ここで、上方ステータ歯１３２は、最終的に下方ステータ歯１３６から分離させる。ま
た、垂直ギャップ１２３が最終的に上方および下方のステータ歯ベース１２１、１２２（
図示せず）を分離するところのシリコン層５０４を露出させる。
図６−１５および図６−１６において、第４時間性非等方性ＤＲＩＥは、シリコン層５
０４を通して一部の深さまでエッチングし、縁チャネル５９６および垂直ギャップ１２３
を深くする。次に第３フォトレジスト層５７０が絶縁層５０８に形成される。第３フォト
レジスト層５７０は、最終的にローター歯１２４およびギャップ４００の上に位置する絶
縁層５０８を露出するようにパターン形成される。
０４を通して一部の深さまでエッチングし、縁チャネル５９６および垂直ギャップ１２３
を深くする。次に第３フォトレジスト層５７０が絶縁層５０８に形成される。第３フォト
レジスト層５７０は、最終的にローター歯１２４およびギャップ４００の上に位置する絶
縁層５０８を露出するようにパターン形成される。
図６−１７および図６−１８において、第７酸化物エッチングが、第３フォトレジスト
層５７０をパターン形成することで露出された絶縁層５０８の領域に施される。このステ
ップは、第３フォトレジスト層５７０で保護されていない絶縁層５０８を除去する。次に
、シリコン層５０４は第５ＤＲＩＥに曝される。第５ＤＲＩＥは時間性であるが等方性で
はない。このステップは、ローター歯１２４の高さを減少させ、図６−６−および図６−
７で始まり図６−１５および図６−１６で拡張されるる垂直ギャップ１２３を完成させ、
上方および下方のステータ歯ベース１２１、１２２を分離させる。この操作は、上方ステ
ータ歯１３２および上方ステータ歯ベース１２１を、下方ステータ歯１３６（図示せず）
および下方ステータ歯ベース１２２から機械的および電気的に完全に分離させる。
層５７０をパターン形成することで露出された絶縁層５０８の領域に施される。このステ
ップは、第３フォトレジスト層５７０で保護されていない絶縁層５０８を除去する。次に
、シリコン層５０４は第５ＤＲＩＥに曝される。第５ＤＲＩＥは時間性であるが等方性で
はない。このステップは、ローター歯１２４の高さを減少させ、図６−６−および図６−
７で始まり図６−１５および図６−１６で拡張されるる垂直ギャップ１２３を完成させ、
上方および下方のステータ歯ベース１２１、１２２を分離させる。この操作は、上方ステ
ータ歯１３２および上方ステータ歯ベース１２１を、下方ステータ歯１３６（図示せず）
および下方ステータ歯ベース１２２から機械的および電気的に完全に分離させる。
図６−１９において、第３フォトレジスト層５７０（図示せず）および絶縁層５０８（
図示せず）の残っている部分は完全に除去される。
図示せず）の残っている部分は完全に除去される。
Claims (3)
- 平面外静電櫛駆動加速度計であって、前記加速度計は、
プルーフマス（１０４）と、
前記プルーフマスの端部に位置する複数のローター櫛歯（１２４）と
前記複数のローター櫛歯にはさみこまれる、第１の複数のステータ櫛歯（１３２）と、
前記複数のローター櫛歯にはさみこまれる、第２の複数のステータ櫛歯（１３６）と、
を有し、前記第１および第２の複数のステータ櫛歯は互いに電気的に分離されており、前
記第１および第２の複数のステータ櫛歯は単一の材料層から形成され、
前記第１の複数のステータ櫛歯の少なくとも１つの櫛歯は、平面外方向において、前記
第２の複数のステータ櫛歯の少なくとも１つの櫛歯に実質的に整合し、
前記第１の複数のステータ櫛歯の少なくとも一部は、第１面において実質的に同一方向
に整合して第１列部を形成し、
前記第２の複数のステータ櫛歯の少なくとも一部は、第２面おいて実質的に同一方向に
整合して第２列部を形成し、
前記第１列部を形成する前記第１の複数のステータ櫛歯、および前記第２列部を形成す
る前記第２の複数のステータ櫛歯は、実質的に互いに整合しており、
前記第１面および前記第２面は実質的に平行であり、
前記第１列部を形成する前記第１の複数のステータ櫛歯、および前記第２列部を形成す
る前記第２の複数のステータ櫛歯は、空間により分離される、加速度計。 - 請求項１に記載の加速度計であって、前記第１の複数のステータ櫛歯は上方ステータ歯
ベースに支持され、前記第２の複数のステータ櫛歯は下方ステータ歯ベースに支持され、
前記上方および下方のステータ歯ベースは機械的および電気的に分離されており、前記上
方および下方のステータ歯ベースは実質的に同一の厚さであり、前記上方および下方のス
テータ歯ベースは、前記第１面および前記第２面に垂直な方向において幾何学的に平行で
あり、第１ギャップが、前記複数のローター櫛歯と前記第１の複数のステータ櫛歯との間
に第１キャパシタンスを画定し、第２ギャップが、前記複数のローター櫛歯と前記第２の
複数のステータ櫛歯との間に第２キャパシタンスを画定し、前記プルーフマスの線形平面
外加速度が、前記第１キャパシタンスおよび前記第２キャパシタンスを変化させる前記プ
ルーフマスの回転軸を中心とするトルクを発生させ、第１電圧が、前記第１の複数のステ
ータ櫛歯が前記ローター櫛歯を前記第１の複数のステータ櫛歯に向けて引くように付与さ
れ、第２電圧が、前記第２の複数のステータ櫛歯が前記ローター櫛歯を前記第２の複数の
ステータ櫛歯に向けて反対方向に引くように実質的に付与される、加速度計。 - 櫛駆動部を製造する方法であって、前記方法は、
ローター歯およびステータ歯の第１部分を露出させるために第１非等方性エッチングを
実行するステップと、
前記ローター歯の残りの部分、前記ステータ歯の外縁部、および前記ステータ歯の前記
第１部分における複数の通路を露出させるために第２非等方性エッチングを実行するステ
ップと、
各ステータ歯の第１部分を、各ステータ歯の第２部分から分離するために第１等方性エ
ッチングを実行して、ステータ歯の第１列部およびステータ歯の第２列部を形成するステ
ップと、
ステータ歯の前記第１列部および前記第２列部のベースを部分的に分離するために、第
３非等方性エッチングを実行するステップと、
ステータ歯の前記第１列部および前記第２列部のベースを分離するために、第４非等方
性エッチングを実行するステップと、を有する方法。
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|---|---|---|---|
| US12/492,915 US8418555B2 (en) | 2009-06-26 | 2009-06-26 | Bidirectional, out-of-plane, comb drive accelerometer |
| US12/492,915 | 2009-06-26 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| US8505380B2 (en) * | 2010-02-19 | 2013-08-13 | Honeywell International Inc. | Out-of plane comb-drive accelerometer |
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