JP2021148796A - 機械的に分離された試験質量を有するｍｅｍｓ加速度計 - Google Patents

Abstract

【課題】加速度計出力における誤差を低減するように設計されたＭＥＭＳ（微小電気機械システム）加速度計を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ加速度計は、少なくとも２つの垂直軸に沿って動くことができる試験質量１０１と、少なくとも１つの測定構造とを含む。試験質量は、測定構造のセンス軸に沿って測定構造に機械的に結合され、それによって、センス軸に沿った試験質量の動きは、測定構造の可動部分を動かし、測定構造のセンス軸に垂直な１つまたは複数の軸に沿って測定構造から分離され、それによって、測定構造のセンス軸に垂直な試験質量の動きは、測定構造の可動部分を動かさない。【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）加速度計に関し、特に、加速度計出力における誤差を低減するように設計された加速度計に関する。

自律駆動をサポートするために使用する場合、ＭＥＭＳ加速度計は、正確度が高く、出力のノイズが少ない必要がある。電子安定性制御システムにおいて使用されているような高正確度の加速度計では、軸間干渉による不正確さを減らすために、一般に各センス軸、すなわち各センス軸の個別の試験質量の独立性が必要である。ただし、センス軸に個別の試験質量を使用すると、ＭＥＭＳシステムは一般に著しいサイズ制約を受けるため、各個別の試験質量の最大サイズが小さくなる。試験質量がより小さくなると、加速度計はノイズの影響をより受けやすくなる。スマートフォンにおいて使用されるものなど、他のＭＥＭＳ加速度計は、システムの複雑度（したがってコスト）を抑えるために、複数の軸に単一の試験質量を使用することが多い。上記の結果、より大きい試験質量を使用できるようになるが、当該加速度計は、軸間誤差および試験質量の寄生運動モードの影響を非常に受けやすく、当該加速度計の正確度が大幅に低下する。

本発明は、少なくとも２つの垂直軸に沿って動くことができる試験質量と、少なくとも１つの測定構造とを含むＭＥＭＳ加速度計を提供する。試験質量は、測定構造のセンス軸に沿って測定構造に機械的に結合され、それにより、センス軸に沿った試験質量の動きが、測定構造の可動部分を動かす。しかしながら、試験質量は、測定構造のセンス軸に垂直な１つまたは複数の軸に沿って測定構造から分離され、それにより、測定構造のセンス軸に垂直な試験質量の動きは、測定構造の可動部分を動かさない。したがって、センス軸に垂直な可動測定構造の寄生運動によって引き起こされる軸交差誤差が低減される。多軸加速度計では、これにより、軸交差誤差を導入することなく両方の軸に大型の試験質量を使用することがさらに可能になり、これによって加速度計の熱雑音性能が改善される。

本発明の第１の態様によれば、ＭＥＭＳ加速度計が提供される。加速度計は、
・基板平面を規定する基板と、
・少なくとも第１の軸および第２の軸に沿って基板に対して動くように構成された少なくとも１つの面内試験質量であって、第１の軸および第２の軸が基板平面に平行であり、互いに垂直である、少なくとも１つの面内試験質量と、
・第１の軸に平行な第１の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第１の測定構造であって、基板に対して可動な第１の可動測定構造を備える、第１の測定構造と
を備える。

加速度計は、少なくとも１つの面内試験質量が、第１の軸に沿った試験質量および第１の可動測定構造の動きを機械的に結合し、第２の軸に沿った試験質量および第１の可動測定構造の動きを機械的に分離する少なくとも１つのばねによって第１の可動測定構造に接続されるように構成される。

第１の可動測定構造は、第２の軸に沿った第１の可動測定構造および第１の固定支持構造の動きを機械的に結合し、第１の軸に沿った第１の可動測定構造および第１の固定支持構造の動きを機械的に分離する少なくとも１つのばねによって、第１の固定支持構造に接続することができる。

第１の測定構造はまた、基板に対して固定された第１の固定測定構造を備えることもできる。

第１の可動測定構造は、少なくとも１つの第１の可動電極を備えることができ、第１の固定測定構造は、少なくとも１つの第１の固定電極を備える。

第１の測定構造は、第１の軸に平行な少なくとも１つの面内試験質量の動きによって引き起こされる第１の固定コーム電極と第１の可動コーム電極との間の静電容量の変化を測定するように構成することができる。

少なくとも１つの第１の可動電極および少なくとも１つの第１の固定電極は、コーム電極であってもよく、コーム電極はコームキャパシタを形成する。

加速度計は、第２の軸に平行な第２の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第２の測定構造をさらに備えることができ、第２の測定構造は、基板に対して可動な第２の可動測定構造を備える。少なくとも１つの面内試験質量は、第２の軸に沿った試験質量および第２の可動測定構造の動きを機械的に結合し、第１の軸に沿った試験質量および第２の可動測定構造の動きを機械的に分離する少なくとも１つのばねによって第２の可動測定構造に接続される。

第２の測定構造はまた、基板に対して固定された第２の固定測定構造を備えることもできる。

第２の可動測定構造は、少なくとも１つの第２の可動電極を備えることができ、第２の固定測定構造は、少なくとも１つの第２の固定電極を備える。

第２の測定構造は、第２の軸に平行な少なくとも１つの面内試験質量の動きによって引き起こされる第２の固定コーム電極と第２の可動コーム電極との間の静電容量の変化を測定するように構成することができる。

少なくとも１つの第２の可動電極および少なくとも１つの第２の固定電極は、コーム電極であってもよく、コーム電極はコームキャパシタを形成する。

ばねは、各々がその長手方向軸に沿った圧縮に抵抗し、基板平面に平行な横軸に沿ったばねの屈曲を可能にするビームばねであってもよい。

各ビームばねはまた、基板平面に垂直な横軸に沿ったばねの屈曲に抵抗することができる。

ＭＥＭＳ加速度計は、基板またはキャップウェハに固定することができ、測定構造の測定軸に垂直な少なくとも１つの方向における可動測定構造の動きを制限する１つまたは複数のストッパをさらに備えることができる。

ＭＥＭＳ加速度計は、第１の軸に平行な第１の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第３の測定構造をさらに備えることができ、第３の測定構造は、基板に対して可動な第３の可動測定構造と、基板に対して固定された第３の固定測定構造とを備え、第３の測定構造は、ＭＥＭＳ加速度計の第１の測定構造とは反対の側に位置付けられ、第３の可動測定構造および第３の固定測定構造の配置構成は、第２の軸に平行であり、可動測定構造と固定測定構造との間に位置する反転中心軸を中心とした第１の可動測定構造および第１の固定測定構造の配置構成の反転である。

第１の可動測定構造および第３の可動測定構造は、中央ビームによって接続されて、一体型可動測定構造を形成することができる。

第１の可動測定構造および第３の可動測定構造の各々は、長手方向ビームであってもよく、中央ビームは、各長手方向ビームの中心から延在する横方向ビームであってもよく、長手方向ビームは第１の軸に平行に配置され、横方向ビームは第２の軸に平行に配置される。

第１の固定測定構造は、２つの第１の固定測定構造を備えてもよく、第３の固定測定構造は、２つの第３の固定測定構造を備え、第１の固定測定構造および第３の固定測定構造は、長手方向ビームの間に配置され、結果、第１の固定測定構造のうちの１つおよび第１の第３の固定測定構造のうちの１つは、中央ビームの各側に配置される。

一体型可動測定構造は、４つのばねによって少なくとも１つの面内試験質量に接続することができ、４つのばねの各々は、長手方向ビームの端部のうちの１つに配置される。

一体型可動測定構造は、４つのばねによって固定支持構造に接続することができ、４つのばねの各々は、長手方向ビームの端部のうちの１つに配置される。

第１の可動測定構造および第３の可動測定構造の各々は、長手方向ビームであってもよく、第１の固定測定構造および第３の固定測定構造は、第１の可動測定構造と第３の可動測定構造との間に位置してもよい。

第１の可動測定構造は、２つのばねによって少なくとも１つの面内試験質量に接続することができ、２つのばねの各々は、第１の可動測定構造の中心において、または第１の可動測定構造の中央２５％内で第１の可動測定構造に接続され、第３の可動測定構造は、２つのばねによって少なくとも１つの面内試験質量に接続され、２つのばねの各々は、第３の可動測定構造の中心において、または第３の可動測定構造の中央２５％内で第３の可動測定構造に接続される。

第１の可動測定構造は、２つのばねによって第１の固定支持構造に接続することができ、２つのばねの各々は、第１の可動測定構造の端部の１つに配置され、第３の可動測定構造は、２つのばねによって第３の固定支持構造に接続され、２つのばねの各々は、第３の可動測定構造の端部の１つに配置される。

第１の固定支持構造および第３の固定支持構造は、加速度計の中心にある共通のアンカー点に接続することができる。

第１の固定測定構造および第３の固定測定構造は、加速度計の中心にある共通のアンカー点に接続することができる。

ＭＥＭＳ加速度計は、第２の軸に平行な第２の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第４の測定構造をさらに備えることができ、第４の測定構造は、基板に対して可動な第４の可動測定構造と、基板に対して固定された第４の固定測定構造とを備え、第４の測定構造は、ＭＥＭＳ加速度計の第２の測定構造とは反対の側に位置付けられ、第４の可動測定構造および第４の固定測定構造の配置構成は、第１の軸に平行であり、可動測定構造と固定測定構造との間に位置する反転中心軸を中心とした第２の可動測定構造および第２の固定測定構造の配置構成の反転である。

第２の可動測定構造および第４の可動測定構造の各々は、長手方向ビームであってもよく、第２の固定測定構造および第４の固定測定構造は、第２の可動測定構造と第４の可動測定構造との間に位置してもよい。

第２の可動測定構造は、２つのばねによって少なくとも１つの面内試験質量に接続することができ、２つのばねの各々は、第１の可動測定構造の中心において、または第１の可動測定構造の中央２５％内で第１の可動測定構造に接続され、第４の可動測定構造は、２つのばねによって少なくとも１つの面内試験質量に接続され、２つのばねの各々は、第３の可動測定構造の中心において、または第３の可動測定構造の中央２５％内で第３の可動測定構造に接続される。

第２の可動測定構造は、２つのばねによって第１の固定支持構造に接続することができ、２つのばねの各々は、第２の可動測定構造の端部の１つに配置され、第４の可動測定構造は、２つのばねによって第３の固定支持構造に接続され、２つのばねの各々は、第４の可動測定構造の端部の１つに配置される。

第２の測定構造および第４の測定構造は、加速度計の対向する両側に配置することができ、結果、第１の測定構造および第３の測定構造は第２の測定構造と第４の測定構造との間に配置される。

少なくとも１つの面内試験質量は、ほぼ長方形の外周および中空中心を有することができ、測定構造、固定支持構造、およびばねは、少なくとも１つの面内試験質量の中空中心内に配置される。

加速度計は、少なくとも２つの面外試験質量をさらに備えることができ、面外試験質量は、基板平面に対して非平行に回転するように構成され、少なくとも２つの試験質量の結合重心は、加速度計の中心にある。

加速度計は、基板平面に対して非平行な少なくとも２つの面外試験質量の回転を検知するように構成された面外センス回路をさらに備えることができる。

面外センス回路は、各面外試験質量上に配置された１つまたは複数の可動電極と、基板に対して固定位置にある固定電極とを備えることができ、可動電極と固定電極はキャパシタを形成し、当該キャパシタの静電容量は、面外試験質量が回転軸を中心に回転するときに変化する。

各面外試験質量の重心は、その回転軸からオフセットすることができ、結果、
・面外軸の外部加速度が各試験質量の非対称質量に作用して、回転軸を中心とした試験質量の回転を引き起こし、
・基板平面に平行な第１の軸における外部加速度が、両方の試験質量の非対称質量および対称質量に作用して、基板平面に平行な試験質量の運動を引き起こす。

少なくとも２つの面外試験質量は、少なくとも１つの面内試験質量に回転可能に接続することができ、結果、基板平面に平行な少なくとも２つの面外試験質量の運動が、基板平面に平行な少なくとも１つの面内試験質量の運動を引き起こす。

少なくとも２つの面外試験質量が、ねじりばねを介して少なくとも１つの面内試験質量に接続することができ、ねじりばねは、基板平面に非平行な少なくとも２つの面外試験質量の回転を可能にし、少なくとも１つの面内試験質量に対する基板平面に平行な少なくとも２つの試験質量の動きに抵抗する。

少なくとも２つの面外試験質量は、少なくとも１つの面内試験質量に対してＭＥＭＳ加速度計の外側に向かって配置することができる。

面外面試験質量は、少なくとも１つの面内質量の外部にわたって延伸する２つのＣ字形シーソー試験質量を含むことができ、結果、２つのＣ字形面外試験質量は鏡像として配置され、試験質量は、面外軸の外部加速度に応答して反対方向に回転するように構成される。

２つのＣ字形面外試験質量は、少なくとも２つのばねによって結合することができ、少なくとも１つのばねがＣ字形の各端部に配置され、結果、ばねは、２つのＣ字形面外試験質量の反対方向の回転を可能にし、ただし、同じ方向における２つのＣ字形面外試験質量の回転に抵抗する。

第２のセンス回路は、シーソー試験質量上に配置された８つの電極と、シーソー試験質量の上方または下方に配置された８つの電極とを含むことができ、８つの間隙検出キャパシタが形成され、各キャパシタはシーソー試験質量電極の１つ、および、シーソー試験質量の上方または下方に配置された電極の１つから形成され、
・各試験質量上には４つの電極が位置し、
・各試験質量上で、第１の電極対がシーソー試験質量のＣ字形の第１の端部に位置し、第２の電極対がシーソー試験質量のＣ字形の第２の端部に位置し、
・各電極対内で、第１の電極はシーソー試験質量の回転軸からシーソー試験質量のＣ字形の中央に向かって配置され、第２の電極はシーソー試験質量の回転軸からシーソー試験質量のＣ字形の端部に向かって配置される。

Ｚ方向の加速度計の加速度は、二重微分測定を使用して、間隙検出キャパシタの静電容量の変化から測定することができる。

第１の可動測定構造は、２つのコーム電極を備えることができ、各コーム電極は、第１の可動測定構造から外方に反対方向に延在し、結果、コーム電極のフィンガが第２の軸に平行に延在する。

第１の可動測定構造は、第２の軸に平行に延在する横方向ビームと、第１の軸に平行に横方向ビームから外方に延在するように接合された２つの長手方向ビームとを備えることができ、結果、第１の軸に沿って延在する２つの長手方向ビーム間の間隙が存在する。

少なくとも１つの面内試験質量を第１の可動測定構造に接続するばねは、可動測定構造の横方向ビームに接続することができ、長手方向ビーム間の間隙内に配置される。

コーム電極のうちの１つは、各長手方向ビームに接続され、各長手方向ビームから外方に延在することができる。

加速度計は、２つの第１の固定測定構造をさらに備えることができ、固定測定構造は、その長手方向軸が互いに垂直かつ基板平面に平行に、加速度計の中心から外方に延在するビームを備える。

各第１の固定測定構造は、第１の軸に対して４５度の角度で加速度計の中心から外方に延在することができる。

第１の可動測定構造は、第１の固定測定構造の間に少なくとも部分的に配置することができる。

固定測定構造は、固定測定構造から第１の可動測定構造に向かって延在して２つのコームキャパシタを形成するコーム電極をさらに備えることができる。

第２の可動測定構造は、２つのコーム電極を備えることができ、各コーム電極は、第２の可動測定構造から外方に反対方向に延在し、結果、コーム電極のフィンガが第１の軸に平行に延在する。

第２の可動測定構造は、第１の軸に平行に延在する横方向ビームと、第２の軸に平行に横方向ビームから外方に延在するように接合された２つの長手方向ビームとを備えることができ、結果、第２の軸に沿って延在する２つの長手方向ビーム間の間隙が存在する。

少なくとも１つの面内試験質量を第２の可動測定構造に接続するばねは、可動測定構造の横方向ビームに接続することができ、長手方向ビーム間の間隙内に配置される。

コーム電極のうちの１つは、各長手方向ビームに接続することができ、各長手方向ビームから外方に延在することができる。

加速度計は、２つの第２の固定測定構造をさらに備えることができ、第２の固定測定構造は、その長手方向軸が互いに垂直かつ基板平面に平行に、加速度計の中心から外方に延在するビームを備える。

各第２の固定測定構造は、第２の軸に対して４５度の角度で加速度計の中心から外方に延在することができる。

第２の可動測定構造は、第２の固定測定構造の間に少なくとも部分的に配置することができる。

第２の固定測定構造は、第２の固定測定構造から第１の可動測定構造に向かって延在して２つのコームキャパシタを形成するコーム電極をさらに備えることができる。

ＭＥＭＳ加速度計は、第１の軸に平行な第１の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第３の測定構造をさらに備えることができ、第３の測定構造は、基板に対して可動な第３の可動測定構造と、基板に対して固定された２つの第３の固定測定構造とを備え、第３の測定構造は、ＭＥＭＳ加速度計の第１の測定構造とは反対の側に位置付けられ、第３の可動測定構造および第３の固定測定構造の配置構成は、ＭＥＭＳ加速度計の中心軸を中心とした第１の可動測定構造および第１の固定測定構造の配置構成の反転である。

ＭＥＭＳ加速度計は、第２の軸に平行な第２の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第４の測定構造をさらに備えることができ、第４の測定構造は、基板に対して可動な第４の可動測定構造と、基板に対して固定された２つの第４の固定測定構造とを備え、第４の測定構造は、ＭＥＭＳ加速度計の第２の測定構造とは反対の側に位置付けられ、第４の可動測定構造および第４の固定測定構造の配置構成は、ＭＥＭＳ加速度計の中心軸を中心とした第２の可動測定構造および第２の固定測定構造の配置構成の反転である。

第１の可動測定構造、第２の可動測定構造、第３の可動測定構造、および第４の可動測定構造の横方向ビームは、横方向ビームの外縁が正方形の周縁の一部を形成するように配置することができる。

少なくとも１つの面内試験質量は、加速度計が静止しているときに加速度計の中心に位置することができる。

第１の可動測定構造は、少なくとも１つのばねによって第１の固定支持構造に接続することができ、少なくとも１つのばねによって第２の固定支持構造に接続することができる。

第２の可動測定構造は、少なくとも１つのばねによって第１の固定支持構造に接続することができ、少なくとも１つのばねによって第３の固定支持構造に接続することができる。

第３の可動測定構造は、少なくとも１つのばねによって第３の固定支持構造に接続することができ、少なくとも１つのばねによって第４の固定支持構造に接続することができる。

第４の可動測定構造は、少なくとも１つのばねによって第４の固定支持構造に接続することができ、少なくとも１つのばねによって第２の固定支持構造に接続することができる。

第１の固定支持構造、第２の固定支持構造、第３の固定支持構造、および第４の固定支持構造は、それぞれ第１のアンカー点、第２のアンカー点、第３のアンカー点、および第４のアンカー点において基板に固定することができ、固定支持構造は、第１の軸に対して４５度の角度および第２の軸に対して４５度の角度で、アンカー点から加速度計の外部に向かって外方に延在することができる。

第１の固定支持構造は、第１の固定測定構造のうちの１つと第２の固定測定構造のうちの１つとの間に配置することができ、隣接する第１の固定測定構造および第２の固定測定構造に平行に延在することができる。

第２の固定支持構造は、第１の固定測定構造のうちの１つと第４の固定測定構造のうちの１つとの間に配置することができ、隣接する第１の固定測定構造および第４の固定測定構造に平行に延在することができる。

第３の固定支持構造は、第２の固定測定構造のうちの１つと第３の固定測定構造のうちの１つとの間に配置することができ、隣接する第２の固定測定構造および第３の固定測定構造に平行に延在することができる。

第４の固定支持構造は、第３の固定測定構造のうちの１つと第４の固定測定構造のうちの１つとの間に配置することができ、隣接する第３の固定測定構造および第４の固定測定構造に平行に延在することができる。

第１のばねが、各固定支持構造から固定支持構造の長手方向軸に沿って加速度計の角まで延在することができ、そこで、第１のばねに対して４５度の角度かつ互いに対して９０度の角度で第１のばねから外方に延在する第２のばねおよび第３のばねに接続され、第２のばねおよび第３のばねは隣接する可動測定構造に接続される。

本発明による２軸ＭＥＭＳ加速度計の第１の実施形態を示す図である。 本発明による２軸ＭＥＭＳ加速度計の第２の実施形態を示す図である。 本発明による２軸ＭＥＭＳ加速度計の第３の実施形態を示す図である。 本発明による３軸ＭＥＭＳ加速度計を示す図である。 図４の３軸ＭＥＭＳ加速度計の斜視図である。

図１は、本発明による２軸ＭＥＭＳ加速度計の第１の実施形態を示す。図１は、加速度計が上に形成される基板が紙面の平面、すなわちＸ−Ｙ平面と平行になるような、加速度計の上面図を示す。基板は、シリコン、または加速度計のＭＥＭＳ構造を形成するようにパターニングすることができる任意の他の適切な材料であってもよい。基板の上面は、ほぼ平坦であり、図１の紙面の平面に平行であり得る基板平面を画定する。基板平面は、以下でより詳細に説明するＭＥＭＳ構造と交差してもよく、またはＭＥＭＳ構造の上方もしくは下方に位置してもよい。基板平面の正確な垂直位置は重要ではなく、その向きのみが重要である。基板平面は、Ｘ−Ｙ平面に平行であり、その中に後述するＸ軸およびＹ軸が存在する。Ｘ軸およびＹ軸は、第１の軸および第２の軸として参照される場合もある。

加速度計は、加速度計構成要素の外側の周りに延在する試験質量１０１を含み、すなわち、試験質量１０１は、基板平面に平行な残りの加速度計構成要素を囲む。基板平面に平行な試験質量１０１のプロファイルは、加速度計構成要素を中に配置することができる中空中心を有する規則的な対称形状である。図１の具体的な例では、試験質量１０１は長方形である。試験質量は、基板平面に垂直な、すなわちＺ軸内の厚さを有する。試験質量１０１の厚さおよび垂直位置は、Ｚ軸における試験質量１０１の重心が、試験質量１０１が基板に対して動くことを可能にするばね構造（以下により詳細に説明する）に対して中心付けられるようなものである。したがって、基板平面内でのＭＥＭＳ加速度計の動きは、試験質量１０１を基板平面との平行から外れて回転させない。

上述したように、試験質量１０１は、複数のばねおよび介在構造によって基板に対して動くことができ、それによって試験質量は基板の上方に懸架される。図１に示す加速度計の右半分（すなわち、紙面の右半分）において、試験質量１０１は、ばね１１６ａおよび１１６ｂによって可動Ｙ軸測定構造１１２に接続されている。可動Ｙ軸測定構造１１２は浮動している、すなわち、基板に直接固定されておらず、したがって、可動Ｙ軸測定構造と１つまたは複数の基板アンカー点との間の介在構造によって許容されるように基板に対して動くことができる。ばね１１６ａおよび１１６ｂは、Ｙ軸に沿った試験質量１０１の動きが可動Ｙ軸測定構造１１２に強く機械的に結合され、一方で、Ｘ軸に沿った試験質量１０１の動きが可動Ｙ軸測定構造１１２に弱く機械的に結合されるかまたは分離されるように成形される。ばね１１６ａおよび１１６ｂの正確な形状および形態は、下記により詳細に説明される。結果、ばね１１６ａおよび１１６ｂは、試験質量１０１が可動Ｙ軸測定構造１１２に対してＸ軸に沿って動くことを可能にする一方で、試験質量１０１が可動Ｙ軸測定構造１１２に対してＹ軸に沿って動くことに抵抗する。したがって、試験質量１０１および可動Ｙ軸測定構造１１２は、Ｙ軸において機械的に結合され、Ｘ軸において機械的に分離されると考えられる。

可動Ｙ軸測定構造１１２は、次に、ばね１１７ａおよび１１７ｂによって固定支持構造１１５に接続される。ばね１１７ａおよび１１７ｂは、Ｘ軸に沿った可動Ｙ軸測定１１２構造の動きが固定支持構造１１５に強く機械的に結合され、一方で、Ｙ軸に沿った可動Ｙ軸測定構造１１２の動きが固定支持構造１１５に弱く機械的に結合されるかまたは分離されるように成形される。やはり、ばね１１７ａおよび１１７ｂの正確な形状および形態は、下記により詳細に説明される。結果、ばね１１７ａおよび１１７ｂは、可動Ｙ軸測定構造１１２が固定支持構造１１５に対してＹ軸に沿って動くことを可能にする一方で、可動Ｙ軸測定構造１１２が固定支持構造１１５に対してＸ軸に沿って動くのに抵抗する。したがって、可動Ｙ軸測定構造１１２および固定支持構造１１５は、Ｘ軸において機械的に結合され、Ｙ軸において機械的に分離されると考えられる。

固定支持構造１１５は、アンカー点（複数可）１２０を介して基板に接続される。したがって、固定支持構造は、基板に対して固定される。さらに、アンカー点から外方に延在する固定支持構造の本体およびアームは、固定支持構造の本体およびアームも固定されていると考えることができるように基板に対してわずかな量だけ動くように十分に剛性である。結果、試験質量は、ばね１１６ａ、１１６ｂ、可動Ｙ軸測定構造１１２、およびばね１１７ａ、１１７ｂを介して固定支持構造１１５および基板に接続される。ばね１１６ａおよび１１６ｂは、Ｘ軸において試験質量１０１および可動Ｙ軸測定構造１１２の動きが分離されることを可能にし、ばね１１７ａおよび１１７ｂは、Ｙ軸において可動Ｙ軸測定構造１１２および固定測定構造１１５（したがって、基板も）の動きが分離されることを可能にするため、試験質量１０１は、ばね１１６ａ、１１６ｂ、可動Ｙ軸測定構造１１２およびばね１１７ａ、１１７ｂによって、Ｘ軸およびＹ軸の両方において固定測定構造１１５（および基板）から分離される。

図１の加速度計の右半分に関して上述したのと同じ構造が、加速度計の左側で繰り返され、加速度計の中心垂直軸を中心として反転される。したがって、加速度計は、２つの可動Ｙ軸測定構造１１２と、２セットのばね１１６ａ、１１６ｂ、１１７ａおよび１１７ｂとを含む。加速度計は、左側のばね１１７ａおよび１１７ｂが接続される別個の固定支持構造１１５を含むことができ、固定支持構造は、加速度計の両側にわたって対称に延在する一体型要素であってもよい。

図１に示す加速度計の上半分（すなわち、紙面の上半分）において、試験質量１０１は、ばね１２６ａおよび１２６ｂによって可動Ｘ軸測定構造１２２に接続されている。可動Ｘ軸測定構造１２２は浮動している、すなわち、基板に直接固定されておらず、したがって、可動Ｘ軸測定構造と１つまたは複数の基板アンカー点との間の介在構造によって許容されるように基板に対して動くことができる。ばね１２６ａおよび１２６ｂは、Ｘ軸に沿った試験質量１０１の動きが可動Ｘ軸測定構造１２２に強く機械的に結合され、一方で、Ｙ軸に沿った試験質量１０１の動きが可動Ｘ軸測定構造１２２に弱く機械的に結合されるかまたは分離されるように成形される。ばね１２６ａおよび１２６ｂの正確な形状および形態は、下記により詳細に説明される。結果、ばね１２６ａおよび１２６ｂは、試験質量１０１が可動Ｘ軸測定構造１２２に対してＹ軸に沿って動くことを可能にする一方で、試験質量１０１が可動Ｘ軸測定構造１２２に対してＸ軸に沿って動くことに抵抗する。したがって、試験質量１０１および可動Ｘ軸測定構造１２２は、Ｘ軸において機械的に結合され、Ｙ軸において機械的に分離されると考えられる。

可動Ｘ軸測定構造１２２は、次に、ばね１２７ａおよび１２７ｂによって固定支持構造１１５に接続される。ばね１２７ａおよび１２７ｂは、Ｙ軸に沿った可動Ｘ軸測定１２２構造の動きが固定支持構造１１５に強く機械的に結合され、一方で、Ｘ軸に沿った可動Ｘ軸測定構造１２２の動きが固定支持構造１１５に弱く機械的に結合されるかまたは分離されるように成形される。やはり、ばね１２７ａおよび１２７ｂの正確な形状および形態は、下記により詳細に説明される。結果、ばね１２７ａおよび１２７ｂは、可動Ｘ軸測定構造１２２が固定支持構造１１５に対してＸ軸に沿って動くことを可能にする一方で、可動Ｘ軸測定構造１２２が固定支持構造１１５に対してＹ軸に沿って動くのに抵抗する。したがって、可動Ｘ軸測定構造１２２および固定支持構造１１５は、Ｙ軸において機械的に結合され、Ｘ軸において機械的に分離されると考えられる。

上記で説明したように、固定支持構造１１５は、アンカー点（複数可）１２０を介して基板に接続される。したがって、固定支持構造は、基板に対して固定される。結果、試験質量は、ばね１２６ａ、１２６ｂ、可動Ｘ軸測定構造１２２、およびばね１２７ａ、１２７ｂを介して固定支持構造１１５および基板に接続される。ばね１２６ａおよび１２６ｂは、Ｙ軸において試験質量１０１および可動Ｘ軸測定構造１２２の動きが分離されることを可能にし、ばね１２７ａおよび１２７ｂは、Ｘ軸において可動Ｘ軸測定構造１２２および固定測定構造１１５（したがって、基板も）の動きが分離されることを可能にするため、試験質量１０１は、ばね１２６ａ、１２６ｂ、可動Ｘ軸測定構造１２２およびばね１２７ａ、１２７ｂによって、Ｘ軸およびＹ軸の両方において固定測定構造１１５（および基板）から分離される。

図１の加速度計の上半分に関して上述したのと同じ構造が、加速度計の下半分で繰り返され、加速度計の中心水平軸を中心として反転される。したがって、加速度計は、２つの可動Ｘ軸測定構造１２２と、２セットのばね１２６ａ、１２６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂとを含む。加速度計は、下半分のばね１２７ａおよび１２７ｂが接続される別個の固定支持構造１１５を含むことができ、固定支持構造は、加速度計の上半分と下半分の両方にわたって（および左側と右側の両方にわたって）対称に延在する一体型要素であってもよい。

ばね１１６ａ、１１６ｂ、１１７ａ、１１７ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂはまた、Ｚ軸におけるばねの撓みを最小にするように、すなわち、可動Ｘ軸測定構造１２２および試験質量１０１のＺ軸における動きを防止するように成形される。好ましくは、ばね１１６ａ、１１６ｂ、１１７ａ、１１７ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂは、（Ｚ軸における）高さよりも（Ｘ軸またはＹ軸における）小さい幅を有する（ビームの長手方向軸に垂直な）矩形断面を有するビーム形状である。

代替形態として、直列のばねの数と同じ割合でばねを柔軟にする折り畳みばねが使用されてもよい。ばねアレイの幅は、軸交差方向の柔軟性を決定する。

さらなる代替形態として、ボックスばねが使用されてもよい。ボックスストリングは、折り畳みばねよりも軸交差方向に剛性であるが、測定軸においてもより剛性である。

ばねの長さは、アンカーから質量を分離する列内の他のすべてのばねと組み合わせて、ばね定数を制御するように、すなわち加速度計の加速度に対する機械的感度を制御するように設定される。

長手方向軸がＸ方向に延在するばね１１７ａ、１１７ｂ、１２６ａおよび１２６ｂの場合、ビーム形状のばねがＹ方向に容易に変形するように、Ｙ方向のビームの幅はより狭く、一方、Ｚ方向のビームの高さは、ばねのＺ方向の変形に抵抗する。さらに、ばねはビーム形状であり、すなわちＸ方向にほぼ直線を形成するため、ばね１１７ａ、１１７ｂ、１２６ａおよび１２６はＸ方向の変形に抵抗する。

長手方向軸がＹ方向に延在するばね１１６ａ、１１６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂの場合、ビーム形状のばねがＸ方向に容易に変形するように、Ｘ方向のビームの幅はより狭く、一方、Ｚ方向のビームの高さは、ばねのＺ方向の変形に抵抗する。さらに、ばねはビーム形状であり、すなわちＹ方向にほぼ直線を形成するため、ばね１１６ａ、１１６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂはＹ方向の変形に抵抗する。

ばねの形状はビーム形状として説明されているが、ばねがＸ方向またはＹ方向のうちの一方およびＺ方向における剛性の特性を、Ｘ方向またはＹ方向のうちの他方における相対的な緩みとともに示す限り、任意の適切な形状を使用することができる。

加速度計はまた、固定Ｙ軸測定構造１１１および固定Ｘ軸測定構造１２１を含む。固定Ｘ軸測定構造１２１は、好ましくは、固定支持構造１１５とともにアンカー点（複数可）１２０において基板に固定される。共通の中央アンカー点が、基板の熱的（または他の）変形が固定支持構造および固定Ｘ軸測定構造１２１の相対位置を変化させることを防止する。

固定Ｙ軸測定構造１１１は、アンカー点（複数可）１１０を介して基板に固定され、アンカー点（複数可）１１０は、Ｘ軸に沿ってアンカー点（複数可）１２０から分離されるが、依然として加速度計の中心Ｘ軸上に位置する。

コーム電極が、固定Ｙ軸測定構造１１１および可動Ｙ軸測定構造から延在する。同様に、コーム電極は、固定Ｘ軸測定構造１２１および可動Ｘ軸測定構造１２２から延在する。コーム電極は、固定測定構造および可動測定構造から外方に延在する複数のフィンガを画定し、結果、固定Ｘ軸測定構造および固定Ｙ軸測定構造から外方に延在するコーム電極のフィンガがそれぞれ可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造に向かって延在する。同様に、可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造から外方に延在するコーム電極のフィンガは、それぞれ固定Ｘ軸測定構造および固定Ｙ軸測定構造に向かって延在する。対向するコーム電極のフィンガは散在しており、直接電気的に接触していない。コーム電極はコームセンスキャパシタを形成し、コームセンスキャパシタは、固定Ｘ軸測定構造１２１に対する可動Ｘ軸測定構造１２２の動きを測定し、固定Ｙ軸測定構造に対する可動Ｙ軸測定構造１１２の動きを測定するために使用される。具体的には、固定Ｙ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造から延在するコームフィンガは、２つのコームセンスキャパシタ１１３および１１４を画定する。キャパシタ１１３は、図１に示すように、加速度計の上半分の固定Ｙ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造から延在するコームフィンガから形成される。キャパシタ１１４は、図１に示すように、加速度計の下半分の固定Ｙ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造から延在するコームフィンガから形成される。キャパシタ１１３におけるコームフィンガの配置構成は、キャパシタ１１４におけるコームフィンガの配置構成とは反対である。このように、加速度計がＹ方向に加速度を受けるときに、キャパシタ１１３のコームフィンガが互いに近づく場合、キャパシタ１１４のコーム歯は外方に動き、逆もまた同様である。

Ｘ軸コームセンスキャパシタ１２３および１２４についても同じ配置構成が提供される。キャパシタ１２３は、図１に示すように、加速度計の左半分の固定Ｘ軸測定構造および可動Ｘ軸測定構造から延在するコームフィンガから形成される。キャパシタ１２４は、図１に示すように、加速度計の右半分の固定Ｘ軸測定構造および可動Ｘ軸測定構造から延在するコームフィンガから形成される。キャパシタ１２３におけるコームフィンガの配置構成は、キャパシタ１２４におけるコームフィンガの配置構成とは反対である。このように、加速度計がＸ方向に加速度を受けるときに、キャパシタ１２３のコームフィンガが互いに近づく場合、キャパシタ１２４のコーム歯は外方に動き、逆もまた同様である。

ＭＥＭＳ加速度計に加えられる外部加速度に起因して試験質量１０１が基板に対して動くと、可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造も基板に対して、および固定Ｘ軸測定構造および固定Ｙ軸測定構造に対して動き、それによって、その動きに応答してセンスコームキャパシタの静電容量が変化する。

各コームセンスキャパシタのセンス軸は、キャパシタのコームフィンガの長手方向軸に対して垂直である。しかしながら、コームセンスキャパシタの静電容量は、センス軸に沿ったコームフィンガの相対運動と、センス軸に垂直なコームフィンガの相対運動の両方によって変化する。従来技術の加速度計では、複数のセンス軸に対して単一の試験質量を使用して軸交差誤差が導入されており、試験質量および可動測定構造が所与のセンスキャパシタのセンス軸から外方に動くと、センス軸コームがセンス軸に垂直に互いから外方に動くことによって引き起こされる静電容量の寄生変化に起因する誤差が生じる。

図１の加速度計は、以下の２つの方法で、すなわち、センス軸に垂直な試験質量１０１の動きから運動測定構造を機械的に分離ことによって、および、Ｘセンス軸とＹセンス軸の両方を中心として反転される各センス軸に対して４つのセンスコームキャパシタを使用することによって、この問題を解決する。

より具体的には、試験質量１０１が基板に対して動くと、試験質量１０１のＸ方向の任意の動きが、ばね１２６ａおよび１２６ｂによって可動Ｘ軸測定構造１２２に強く機械的に結合され、一方、試験質量１０１のＹ方向の動きは、可動Ｘ軸測定構造１２２に弱く結合されるかまたは分離される。すなわち、試験質量１０１のＸ方向の動きは、可動Ｘ軸測定構造１２２の対応する動きを引き起こし、一方、試験質量のＹ方向の動きは、可動Ｘ軸測定構造１２２のＹ方向の動きをまったくまたはほとんど引き起こさず、したがって、Ｙ方向の加速度によるＸ軸センスキャパシタ内の静電容量の変化をまったくまたはほとんど引き起こさない。

同様に、試験質量１０１のＹ方向の任意の動きが、ばね１１６ａおよび１１６ｂによって可動Ｙ軸測定構造１１２に強く機械的に結合され、一方、試験質量１０１のＸ方向の動きは、可動Ｙ軸測定構造１１２に弱く結合されるかまたは分離される。すなわち、試験質量１０１のＹ方向の動きは、可動Ｙ軸測定構造１１２の対応する動きを引き起こし、一方、試験質量のＸ方向の動きは、可動Ｙ軸測定構造１２２のＹ方向の動きをまったくまたはほとんど引き起こさず、したがって、Ｘ方向の加速度によるＹ軸センスキャパシタ内の静電容量の変化をまったくまたはほとんど引き起こさない。

さらに、上半分のＸ軸センスキャパシタのコームフィンガが互いに近づくにつれて、下半分のＸ軸センスキャパシタのコームフィンガが等量だけ離れ、逆もまた同様であるため、Ｙ方向における可動Ｘ軸測定構造１２２の任意の残りの動きは相殺される。

同様に、右側のＹ軸センスキャパシタのコームフィンガが互いに近づくにつれて、左側のＹ軸センスキャパシタのコームフィンガが等量だけ離れ、逆もまた同様であるため、Ｘ方向における可動Ｙ軸測定構造１１２の任意の残りの動きは相殺される。

さらに、コームセンスキャパシタ１１３、１１４および１２３、１２４におけるコームフィンガのこの配置構成は、二重微分容量測定を使用して、デバイスの製造中に欠陥によって生じる誤差を相殺することを可能にする。二重微分測定の使用は、下記で図４に関してより詳細に説明されるが、図１の実施形態にも等しく適用可能である。

さらなる改善として、図１の加速度計はまた、任意選択的に、基板に固定され得るストッパ１３０ａ〜ｄを含む。ストッパ１３０ａ〜ｄは、可動Ｘ軸測定構造１２２および可動Ｙ軸測定構造１１２に隣接して位置付けられる。ストッパ１３０ａ〜ｄは、基板平面に平行なセンス軸に垂直な少なくとも１つの方向における可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造の動きを制限する。ストッパ１３０ａ〜ｄは、可動Ｘ軸測定構造１２２および可動Ｙ軸測定構造１１２と試験質量１０１との間に位置するように示されている。したがって、ストッパ１３０ａ〜ｄは、センス軸に垂直な方向における、および、加速度計の外部に向かう可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造の動きを制限する。例えば、可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造と固定Ｘ軸測定構造および固定Ｙ軸測定構造または固定支持構造（複数可）１１５との間で、可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造に隣接して配置された、センス軸に垂直な方向、および、加速度計の内部に向かう可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造の動きを制限する追加のストッパも含まれてもよい。

代替的または付加的に、デバイスは、試験質量／構造および隣接する構造の相対運動を防止するために、試験質量または他の構造から延在する相対ストッパを含むことができる。

代替的に、ストッパは、試験質量１０１の外側に位置付けられ、基板に固定されてもよい。

さらに、ストッパは、基板に取り付けられることに加えて、またはその代わりに、デバイスのキャップウェハに取り付けられてもよい。

図２は、本発明による２軸ＭＥＭＳ加速度計の第２の実施形態を示す。図１の加速度計と同様に、図２の加速度計は、加速度計構成要素の外側の周りに延在する試験質量２０１を含み、すなわち、試験質量２０１は、基板平面に平行な残りの加速度計構成要素を囲む。基板平面に平行な試験質量２０１のプロファイルは、加速度計構成要素を中に配置することができる中空中心を有する規則的な対称形状である。図２の具体的な例では、試験質量２０１は長方形である。試験質量は、基板平面に垂直な、すなわちＺ軸内の厚さを有する。試験質量２０１の厚さおよび垂直位置は、Ｚ軸における試験質量２０１の重心が、試験質量２０１が基板に対して動くことを可能にするばね構造（以下により詳細に説明する）に対して中心付けられるようなものである。したがって、基板平面内でのＭＥＭＳ加速度計の動きは、試験質量２０１を基板平面との平行から外れて回転させない。

試験質量２０１は、複数のばねおよび介在構造によって基板に対して動くことができ、それによって試験質量は基板の上方に懸架される。図２に示す加速度計の右半分（すなわち、紙面の右半分）において、試験質量２０１は、ばね２１６ａおよび２１６ｂによって可動Ｙ軸測定構造２１２に接続されている。可動Ｙ軸測定構造２１２は浮動している、すなわち、基板に直接固定されておらず、したがって、可動Ｙ軸測定構造２１２と１つまたは複数の基板アンカー点との間の介在構造によって許容されるように基板に対して動くことができる。ばね２１６ａおよび２１６ｂは、Ｙ軸に沿った試験質量２０１の動きが可動Ｙ軸測定構造２１２に強く機械的に結合され、一方で、Ｘ軸に沿った試験質量２０１の動きが可動Ｙ軸測定構造２１２に弱く機械的に結合されるかまたは分離されるように成形される。ばね２１６ａおよび２１６ｂの正確な形状および形態は、図１のばね１１６ａ、１１６ｂ、１１７ａ、１１７ｂ、１２６ａ、１２７６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂに関して上述したのと同じである。

結果、ばね２１６ａおよび２１６ｂは、試験質量２０１が可動Ｙ軸測定構造２１２に対してＸ軸に沿って動くことを可能にする一方で、試験質量２０１が可動Ｙ軸測定構造２１２に対してＹ軸に沿って動くことに抵抗する。したがって、試験質量２０１および可動Ｙ軸測定構造２１２は、Ｙ軸において機械的に結合され、Ｘ軸において機械的に分離されると考えられる。

可動Ｙ軸測定構造２１２は、次に、ばね２１７ａおよび２１７ｂによって固定支持構造２１５に接続される。ばね２１７ａおよび２１７ｂは、Ｘ軸に沿った可動Ｙ軸測定２１２構造の動きが固定支持構造２１５に強く機械的に結合され、一方で、Ｙ軸に沿った可動Ｙ軸測定構造２１２の動きが固定支持構造２１５に弱く機械的に結合されるかまたは分離されるように成形される。ここでも、ばね２１７ａおよび２１７ｂの正確な形状および形態は、図１のばね１１６ａ、１１６ｂ、１１７ａ、１１７ｂ、１２６ａ、１２７６ｂ、１２７ａおよび１２７ｂに関して上述したのと同じである。

結果、ばね２１７ａおよび２１７ｂは、可動Ｙ軸測定構造２１２が固定支持構造２１５に対してＹ軸に沿って動くことを可能にする一方で、可動Ｙ軸測定構造２１２が固定支持構造２１５に対してＸ軸に沿って動くのに抵抗する。したがって、可動Ｙ軸測定構造２１２および固定支持構造２１５は、Ｘ軸において機械的に結合され、Ｙ軸において機械的に分離されると考えられる。

固定支持構造２１５は、アンカー点（複数可）２２０を介して基板に接続される。したがって、固定支持構造は、基板に対して固定される。さらに、アンカー点２２０から外方に延在する固定支持構造２１５の本体およびアームは、固定支持構造の本体およびアームも固定されていると考えることができるように基板に対してわずかな量だけ動くように十分に剛性である。結果、試験質量は、ばね２１６ａ、２１６ｂ、可動Ｙ軸測定構造２１２、およびばね２１７ａ、２１７ｂを介して固定支持構造２１５および基板に接続される。ばね２１６ａおよび２１６ｂは、Ｘ軸において試験質量２０１および可動Ｙ軸測定構造２１２の動きが分離されることを可能にし、ばね２１７ａおよび２１７ｂは、Ｙ軸において可動Ｙ軸測定構造２１２および固定測定構造２１５（したがって、基板も）の動きが分離されることを可能にするため、試験質量２０１は、ばね２１６ａ、２１６ｂ、可動Ｙ軸測定構造２１２およびばね２１７ａ、２１７ｂによって、Ｘ軸およびＹ軸の両方において固定測定構造２１５（および基板）から分離される。

図２の加速度計の右半分に関して上述したのと同じ構造が、加速度計の左側で繰り返され、加速度計の中心垂直軸を中心として反転される。したがって、加速度計は、２つの可動Ｙ軸測定構造２１２と、２セットのばね２１６ａ、２１６ｂ、２１７ａおよび２１７ｂとを含む。図２の加速度計は、左側ばね２１７ａおよび２１７ｂが接続された別個の固定支持構造２１５を含み、加速度計の中心には、２つの固定支持構造２１５が固定された２セットのアンカー点２２０の間に間隙がある。

図１の加速度計とは対照的に、図２の加速度計は、９０度回転した文字「Ｈ」のような形状の単一の一体型可動Ｘ軸測定構造２２２を含む。Ｈ字形の可動Ｘ軸測定構造２２２の中心バーは、加速度計の中心のアンカー点２２０間の間隙を通って延在し、結果、Ｈ字形の可動Ｘ軸測定構造２２２の側部バーの各々は、アンカー点２２０の対向する両側にあり、すなわち、一方は紙面に見られるようにアンカー点２２０の「上方」にあり、一方は紙面に見られるようにアンカー点２２０の「下方」にある。

図２に示す加速度計およびＨ字形の可動Ｘ軸測定構造２２２の上半分（すなわち、紙面の上半分）において、試験質量２０１は、ばね２２６ａおよび２２６ｂによって可動Ｘ軸測定構造２２２に接続されている。可動Ｘ軸測定構造２２２は浮動している、すなわち、基板に直接固定されておらず、したがって、可動Ｘ軸測定構造２２２と１つまたは複数の基板アンカー点との間の介在構造によって許容されるように基板に対して動くことができる。ばね２２６ａおよび２２６ｂは、Ｘ軸に沿った試験質量２０１の動きが可動Ｘ軸測定構造２２２に強く機械的に結合され、一方で、Ｙ軸に沿った試験質量２０１の動きが可動Ｘ軸測定構造２２２に弱く機械的に結合されるかまたは分離されるように成形される。ばね２２６ａおよび２２６ｂの正確な形状および形態は、図１のばねならびにばね２１６ａ、２１６ｂ、２１７ａおよび２１７ｂについて上述したものと同じである。結果、ばね２２６ａおよび２２６ｂは、試験質量２０１が可動Ｘ軸測定構造２２２に対してＹ軸に沿って動くことを可能にする一方で、試験質量２０１が可動Ｘ軸測定構造２２２に対してＸ軸に沿って動くことに抵抗する。したがって、試験質量２０１および可動Ｘ軸測定構造２２２は、Ｘ軸において機械的に結合され、Ｙ軸において機械的に分離されると考えられる。

可動Ｘ軸測定構造２２２は、次に、ばね２２７ａおよび２２７ｂによって固定支持構造２１５に接続される。図２に示すように、ばね２２７ａは可動Ｘ軸測定構造２２２を左手側の固定支持構造に接続し、一方、ばね２２７ｂは可動Ｘ軸測定構造２２２を右手側の固定支持構造２１５に接続した。ばね２２７ａおよび２２７ｂは、Ｙ軸に沿った可動Ｘ軸測定２２２構造の動きが固定支持構造２１５に強く機械的に結合され、一方で、Ｘ軸に沿った可動Ｘ軸測定構造２２２の動きが固定支持構造２１１５に弱く機械的に結合されるかまたは分離されるように成形される。ここでも、ばね２２７ａおよび２２７ｂの正確な形状および形態は、図１のばねおよび図２の他のばねについて上述したものと同じである。結果、ばね２２７ａおよび２２７ｂは、可動Ｘ軸測定構造２２２が固定支持構造２１５に対してＸ軸に沿って動くことを可能にする一方で、可動Ｘ軸測定構造２２２が固定支持構造２１５に対してＹ軸に沿って動くのに抵抗する。したがって、可動Ｘ軸測定構造２２２および固定支持構造２１５は、Ｙ軸において機械的に結合され、Ｘ軸において機械的に分離されると考えられる。

上記で説明したように、固定支持構造２１５は、アンカー点２２０を介して基板に接続される。したがって、固定支持構造は、基板に対して固定される。結果、試験質量２０１は、ばね２２６ａ、２２６ｂ、可動Ｘ軸測定構造２２２、およびばね２２７ａ、２２７ｂを介して固定支持構造２１５および基板に接続される。ばね２２６ａおよび２２６ｂは、Ｙ軸において試験質量２０１および可動Ｘ軸測定構造２２２の動きが分離されることを可能にし、ばね２２７ａおよび２２７ｂは、Ｘ軸において可動Ｘ軸測定構造２２２および固定測定構造２１５（したがって、基板も）の動きが分離されることを可能にするため、試験質量２０１は、ばね２２６ａ、２２６ｂ、可動Ｘ軸測定構造２２２およびばね２２７ａ、２２７ｂによって、Ｘ軸およびＹ軸の両方において固定測定構造２１５（および基板）から分離される。

図１の加速度計の上半分に関して上述したのと同じ構造が、加速度計の下半分で繰り返され、加速度計の中心水平軸を中心として反転される。したがって、加速度計は、Ｈ字形の可動Ｘ軸測定構造２２２および固定支持構造２１５に接続された第２のセットのばね２２６ａ、２２６ｂ、２２７ａおよび２２７ｂを含む。

長手方向軸がＸ方向に延在するばね２１７ａ、２１７ｂ、２２６ａおよび２２６ｂ、ビーム形状のばねがＹ方向に容易に変形するように、Ｙ方向のビームの幅はより狭く、一方、Ｚ方向のビームの高さは、ばねのＺ方向の変形に抵抗する。さらに、ばねはビーム形状であり、すなわちＸ方向にほぼ直線を形成するため、ばね２１７ａ、２１７ｂ、２２６ａおよび２２６はＸ方向の変形に抵抗する。

長手方向軸がＹ方向に延在するばね２１６ａ、２１６ｂ、２２７ａおよび２２７ｂの場合、ビーム形状のばねがＸ方向に容易に変形するように、Ｘ方向のビームの幅はより狭く、一方、Ｚ方向のビームの高さは、ばねのＺ方向の変形に抵抗する。さらに、ばねはビーム形状であり、すなわちＹ方向にほぼ直線を形成するため、ばね２１６ａ、２１６ｂ、２２７ａおよび２２７ｂはＹ方向の変形に抵抗する。

ばねの形状はビーム形状として説明されているが、ばねがＸ方向またはＹ方向のうちの一方およびＺ方向における剛性の特性を、Ｘ方向またはＹ方向のうちの他方における相対的な緩みとともに示す限り、任意の適切な形状を使用することができる。

図２の加速度計はまた、固定Ｙ軸測定構造２１１および固定Ｘ軸測定構造２２１を含む。固定Ｘ軸測定構造２２１は、好ましくは、固定支持構造２１５とともにアンカー点２２０において基板に固定される。図２の加速度計は、４つの固定Ｘ軸測定構造２２１を含む。４つの固定Ｘ軸測定構造２２１は、Ｈ字形の可動Ｘ軸測定構造の中央バーの対向する両側に各対が位置する２つの対に分割することができる。固定Ｘ軸測定構造２２１の各対内で、固定Ｘ軸測定構造２２１は、固定支持構造２１５の対向する両側に位置する。

固定Ｙ軸測定構造２１１は、アンカー点２１０を介して基板に固定され、アンカー点２１０は、Ｘ軸に沿ってアンカー点２２０から分離されるが、依然として加速度計の中心Ｘ軸上に位置する。

コーム電極が、固定Ｙ軸測定構造２１１および可動Ｙ軸測定構造２１２から延在する。同様に、コーム電極は、固定Ｘ軸測定構造２２１および可動Ｘ軸測定構造２２２から延在する。

コーム電極は、図１に関してセンスキャパシタ１１３、１１４、１２３および１２４について上述したのと同じ方法で、コームセンスキャパシタ２１３、２１４、２２３および２２４を形成する。

ＭＥＭＳ加速度計に加えられる外部加速度に起因して試験質量２０１が基板に対して動くと、可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造も基板に対して、および固定Ｘ軸測定構造および固定Ｙ軸測定構造に対して動き、それによって、その動きに応答してセンスコームキャパシタの静電容量が変化する。

本発明は、以下の３つの方法において、すなわち、センス軸に垂直な試験質量２０１の動きから運動測定構造を機械的に分離すること、センス軸を中心として反転される、センス軸ごとに２つのセンスコームキャパシタを使用すること、ならびに、Ｚ軸を中心とした構造の回転の固有周波数と比較してＸおよびＹ方向における構造（すなわち、試験質量２０１および可動測定構造２１２、２２２）の振動の異なる固有周波数を生成することによって、寄生容量に起因する誤差、すなわち、図１に関して上述した軸交差誤差、ならびに、試験質量および測定構造の回転によって引き起こされる寄生容量に起因する誤差を低減する問題を解決する。

より具体的には、試験質量２０１が基板に対して動くと、試験質量２０１のＸ方向の任意の動きが、４つのばね２２６ａ、２２６ｂによって可動Ｘ軸測定構造２２２に強く機械的に結合され、試験質量２０１のＹ方向の動きは、可動Ｘ軸測定構２２２に弱く結合されるかまたは分離される。すなわち、試験質量１０１のＸ方向の動きは、可動Ｘ軸測定構造２２２の対応する動きを引き起こし、一方、試験質量２０１のＹ方向の動きは、可動Ｘ軸測定構造２２２のＹ方向の動きをまったくまたはほとんど引き起こさず、したがって、Ｙ方向の加速度によるＸ軸センスキャパシタ内の静電容量の変化をまったくまたはほとんど引き起こさない。

同様に、試験質量２０１のＹ方向の任意の動きが、ばね１１６ａおよび１１６ｂによって可動Ｙ軸測定構造２１２に強く機械的に結合され、一方、試験質量２０１のＸ方向の動きは、可動Ｙ軸測定構造２１２に弱く結合されるかまたは分離される。すなわち、試験質量２０１のＹ方向の動きは、可動Ｙ軸測定構造２１２の対応する動きを引き起こし、一方、試験質量のＸ方向の動きは、可動Ｙ軸測定構造２２２のＹ方向の動きをまったくまたはほとんど引き起こさず、したがって、Ｘ方向の加速度によるＹ軸センスキャパシタ内の静電容量の変化をまったくまたはほとんど引き起こさない。

さらに、上半分のＸ軸センスキャパシタのコームフィンガが互いに近づくにつれて、下半分のＸ軸センスキャパシタのコームフィンガが等量だけ離れ、逆もまた同様であるため、Ｙ方向における可動Ｘ軸測定構造２２２の任意の残りの動きは相殺される。

同様に、右側のＹ軸センスキャパシタのコームフィンガが互いに近づくにつれて、左側のＹ軸センスキャパシタのコームフィンガが等量だけ離れ、逆もまた同様であるため、Ｘ方向における可動Ｙ軸測定構造２１２の任意の残りの動きは相殺される。

さらに、図１に関して上述したように、センスキャパシタ２１３、２１４、２２３および２２４の配置構成は、二重微分測定の使用を可能にし、これは、製造上の欠陥および位置ずれに起因する誤差原因を相殺する。

最後に、図１のデバイスと比較した試験質量の構造および可動測定構造へのその接続の変化に起因して、構造（すなわち、試験質量２０１および可動測定構造２１２、２２２）の回転の固有振動数は、Ｘ軸およびＹ軸における試験質量２０１および可動測定構造２１２、２２２の振動の固有振動数よりも著しく高い。したがって、回転の結果としてキャパシタによって生成される寄生信号をフィルタリング除去することがより容易になり、Ｘ軸およびＹ軸加速度測定の正確度が向上する。

図１の加速度計と同様に、図２の加速度計もまた、基板に固定されたストッパ２３０ａ〜ｄを含むことができる。ストッパ２３０ａ〜ｄは、可動Ｘ軸測定構造２２２および可動Ｙ軸測定構造２１２に隣接して位置付けられる。ストッパ２３０ｂおよび２３０ｄは、可動Ｘ軸測定構造２２２のＹ軸に沿った両方向の動きを制限する。ストッパ２３０ａおよび２３０ｃは、各可動Ｙ軸測定構造のＹ軸に沿って垂直な少なくとも１つの方向の動きを制限する。ストッパ２３０ａ〜ｄは、可動Ｘ軸測定構造２２２および可動Ｙ軸測定構造２１２と試験質量２０１との間に位置するように示されている。例えば、可動Ｙ軸測定構造２１２と固定Ｙ軸測定構造２１１または固定支持構造２１５との間で、可動Ｙ軸測定構造２１２に隣接して配置された、センス軸に垂直な方向、および、加速度計の内部に向かう可動Ｙ軸測定構造２１２の動きを制限する追加のストッパも含まれてもよい。

図３は、本発明による２軸ＭＥＭＳ加速度計の第３の実施形態を示す。図３は、加速度計が上に形成される基板が紙面の平面、すなわちＸ−Ｙ平面と平行になるような、加速度計の上面図を示す。基板は、シリコン、または加速度計のＭＥＭＳ構造を形成するようにパターニングすることができる任意の他の適切な材料であってもよい。基板の上面は、ほぼ平坦であり、図３の紙面の平面に平行であり得る基板平面を画定する。基板平面は、以下でより詳細に説明するＭＥＭＳ構造と交差してもよく、またはＭＥＭＳ構造の上方もしくは下方に位置してもよい。基板平面の正確な垂直位置は重要ではなく、その向きのみが重要である。

加速度計は、加速度計内の中央に配置された試験質量３０１を含む。試験質量は、図３では十字形として示されているが、試験質量が他の構成要素と衝突することなくデバイスの中心内の必要な範囲内で動くことを可能にする任意の形状を使用することができる。

試験質量３０１は、複数のばねおよび介在構造によって加速度計内で基板に対して動くことができ、それによって試験質量は基板の上方に懸架される。試験質量３０１は、ばね３１６ａによって可動Ｘ軸測定構造３１２ａに接続され、ばね３１６ｂによって可動Ｙ軸測定構造３１２ｂに接続されている。ばね３１６ａおよび３１６ｂは、試験質量から外方に互いに対して９０度の角度で延在し、同じ長さを有する。可動Ｘ軸測定構造３１２ａおよび可動Ｙ軸測定構造３１２ｂは同じ形状を有するが、可動Ｙ軸測定構造３１２ｂは、可動Ｘ軸測定構造３１２ａを９０度反時計回りに回転したものである。

可動Ｘ軸測定構造３１２ａから、ばね３１７ａが、ばね３１６ａからデバイスの角に向かって９０度の角度で延在する。可動Ｙ軸測定構造３１２ｂから、ばね３１７ｂが、ばね３１６ｂからデバイスの、ばね３１７ａと同じ角に向かって９０度の角度で延在する。ばね３１７ａおよび３１７ｂは、デバイスの角で合流して接合される。したがって、ばね３１６ａ、３１６ｂ、３１７ａおよび３１７ｂは、四辺形の辺上に位置する。

ばね３１７ａおよび３１７ｂが合流するデバイスの角から、別のばね３１８がデバイスの中心に向かって延在し、そこで固定支持構造３１５に接合され、固定支持構造はアンカー点３２０において基板に固定される。固定構造３１５は、アンカー点３２０から、ばね３１７ａおよび３１７ｂが合流するデバイスの角に向かって延在する。

この同じ構造が、加速度計デバイスの中心の周りで４回対称に繰り返される。しかしながら、反復構造の縁部を形成するばね３１６ａおよび３１６ｂならびに可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造は、必ずしも複製されない。代わりに、１つの角のバネ３１６ａが、隣接する角のバネ３１６ｂの機能も果たし、以下同様である。したがって、試験質量３０１から上述のように２つの可動Ｘ軸測定構造３１２ａおよび２つの可動Ｙ軸測定構造３１２ｂへと延在する合計４つのばねがある。

このようにして、試験質量は、ばね３１８、３１７ａおよび３１７ｂ、可動Ｘ軸測定構造３１２ａおよび可動Ｙ軸測定構造３１２、ならびにばね３１６ａおよび３１６ｂを介してアンカー点３２０から懸架される。ばねは、図１および図２に関して上述したように、ばねがそれらの長手方向軸に垂直かつＸ−Ｙ平面に平行に容易に変形し、一方、Ｚ方向の変形に抵抗し、それらの長手方向軸に沿った変形に抵抗するように、ビームとして成形される。

結果として、試験質量は、ばねの容易な横方向変形によって設定される境界内で、Ｘ−Ｙ平面に平行に自由に動く。しかしながら、可動Ｘ軸測定構造は、ばね３１６ａによって試験質量３０１のＸ軸運動にのみ機械的に結合される。Ｘ軸に沿った試験質量３０１の動きは、Ｘ方向に延在するそれらの長手方向軸に沿ったばね３１６ａの変形に対する抵抗に起因して、可動Ｘ軸測定構造３１２ａに機械的に結合される。しかしながら、Ｙ軸に沿った試験質量３０１の動きは、Ｙ方向におけるばね３１６ａの容易な変形に起因して、可動Ｘ軸測定構造３１２ａに弱く結合されるか、または機械的に分離される。

同様に、可動Ｙ軸測定構造は、ばね３１６ｂによって試験質量３０１のＹ軸運動にのみ機械的に結合される。Ｙ軸に沿った試験質量３０１の動きは、Ｙ方向に延在するそれらの長手方向軸に沿ったばね３１６ｂの変形に対する抵抗に起因して、可動Ｙ軸測定構造３１２ｂに機械的に結合される。しかしながら、ｘ軸に沿った試験質量３０１の動きは、Ｘ方向におけるばね３１６ｂの容易な変形に起因して、可動Ｙ軸測定構造３１２ｂに弱く結合されるか、または機械的に分離される。

加速度計はまた、固定Ｘ軸測定構造３１１ａおよび固定Ｙ軸測定構造３１１ｂを含む。固定Ｘ軸測定構造３１１ａは、好ましくは、アンカー点３２１ａにおいて基板に固定される。固定Ｘ軸測定構造３１１ａは、アンカー点からデバイスの外部に向かって、固定支持構造３１５に平行に斜めに延在する。固定Ｙ軸測定構造３１１ｂは、好ましくは、アンカー点３２１ｂにおいて基板に固定される。固定Ｙ軸測定構造３１１ｂは、アンカー点からデバイスの外部に向かって、固定支持構造３１５および固定Ｘ軸測定構造３１１ａに平行に斜めに延在する。

コーム電極３１３ａが、固定Ｘ軸測定構造３１１ａからＹ方向に（すなわち、固定Ｘ軸測定構造３１１ａに対して４５度の角度で）延在し、コーム電極３１４ａが可動Ｘ軸測定構造３１２ａからＹ方向に（可動Ｙ軸測定構造から９０度の角度で）延在する。同様に、コーム電極３１３ｂが固定Ｙ軸測定構造３１１ｂからＸ方向に（固定Ｙ軸測定構造３１１ｂから４５度の角度で）延在し、コーム電極１１４ｂが可動Ｙ軸測定構造３１２ｂからＸ方向に（可動Ｙ軸測定構造３１２ｂから９０度の角度で）延在する。コーム電極１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａおよび１１４ｂは、固定測定構造および可動測定構造から外方に延在する複数のフィンガを画定し、結果、コーム電極１１３ａおよび１１３ｂのフィンガが固定Ｘ軸測定構造および固定Ｙ軸測定構造から外方に、それぞれ可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造に向かって延在する。同様に、コーム電極１１４ａおよび１１４ｂのフィンガが、可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造から外方に、それぞれ固定Ｘ軸測定構造および固定Ｙ軸測定構造に向かって延在する。対向するコーム電極のフィンガは散在しており、直接電気的に接触していない。

コーム電極はコームセンスキャパシタを形成し、コームセンスキャパシタは、固定Ｘ軸測定構造３１１ａに対する可動Ｘ軸測定構造３１２ａの動きを測定し、固定Ｙ軸測定構造に対する可動Ｙ軸測定構造３１２ｂの動きを測定するために使用される。

各コームセンスキャパシタのセンス軸は、キャパシタのコームフィンガの長手方向軸に対して垂直である。しかしながら、コームセンスキャパシタの静電容量は、センス軸に沿ったコームフィンガの相対運動と、センス軸に垂直なコームフィンガの相対運動の両方によって変化する。従来技術の加速度計では、複数のセンス軸に対して単一の試験質量を使用して軸交差誤差が導入されており、試験質量および可動測定構造が所与のセンスキャパシタのセンス軸から外方に動くと、センス軸コームがセンス軸に垂直に互いから外方に動くことによって引き起こされる静電容量の寄生変化に起因する誤差が生じる。

図３の加速度計は、以下の２つの方法で、すなわち、センス軸に垂直な試験質量３０１の動きから測定構造の動きを機械的に分離ことによって、および、センス軸を中心として反転される各センス軸に対して２つのセンスコームキャパシタを使用することによって、この問題を解決する。

より具体的には、試験質量３０１が基板に対して動くと、試験質量３０１のＸ方向の任意の動きが、ばね３１６ａによって可動Ｘ軸測定構造３１２ａに強く機械的に結合され、一方、試験質量３０１のＹ方向の動きは、可動Ｘ軸測定構造３１２ａに弱く結合されるかまたは分離される。すなわち、試験質量３０１のＸ方向の動きは、可動Ｘ軸測定構造３１２ａの対応する動きを引き起こし、一方、試験質量のＹ方向の動きは、可動Ｘ軸測定構造３１２ａのＹ方向の動きをまったくまたはほとんど引き起こさず、したがって、Ｙ方向の加速度によるＸ軸センスキャパシタ内の静電容量の変化をまったくまたはほとんど引き起こさない。

同様に、試験質量３０１のＹ方向の任意の動きが、ばね３１６ｂによって可動Ｙ軸測定構造３１２ｂに強く機械的に結合され、一方、試験質量３０１のＸ方向の動きは、可動Ｙ軸測定構造３１２ｂに弱く結合されるかまたは分離される。すなわち、試験質量３０１のＹ方向の動きは、可動Ｙ軸測定構造３１２ｂの対応する動きを引き起こし、一方、試験質量のＸ方向の動きは、可動Ｙ軸測定構造３１２ｂのＹ方向の動きをまったくまたはほとんど引き起こさず、したがって、Ｘ方向の加速度によるＹ軸センスキャパシタ内の静電容量の変化をまったくまたはほとんど引き起こさない。

さらに、上半分のＸ軸センスキャパシタのコームフィンガが互いに近づくにつれて、下半分のＸ軸センスキャパシタのコームフィンガが等量だけ離れ、逆もまた同様であるため、Ｙ方向における可動Ｘ軸測定構造３１２ａの任意の残りの動きは相殺される。

同様に、右側のＹ軸センスキャパシタのコームフィンガが互いに近づくにつれて、左側のＹ軸センスキャパシタのコームフィンガが等量だけ離れ、逆もまた同様であるため、Ｘ方向における可動Ｙ軸測定構造３１２ｂの任意の残りの動きは相殺される。

さらなる改善として、図１の加速度計はまた、任意選択的に、基板に固定されるストッパ３３０ａ〜ｄを含む。ストッパ３３０ａ〜ｄは、可動Ｘ軸測定構造３１２ａおよび可動Ｙ軸測定構造３１２ｂに隣接して位置付けられる。ストッパ３３０ａ〜ｄは、センス軸に垂直な可動Ｘ軸測定構造および可動Ｙ軸測定構造の動きを制限する。ストッパ３３０ａ〜ｄの対は、各可動Ｘ軸測定構造３１２ａおよび可動Ｙ軸測定構造３１２ｂに隣接して配置され、測定構造の各側に１つのストッパがある。したがって、ストッパ３３０ａ〜ｄは、センスキャパシタのセンス軸に垂直な方向における可動Ｘ軸測定構造３１２ａおよび可動Ｙ軸測定構造３１２ｂの動きを制限する。

図４は、本発明による３軸ＭＥＭＳ加速度計を示す。図４は、２つのＺ軸試験質量４１０ａおよび４１０ｂによって囲まれた図２の２軸加速度計４０１を示す。代替的に、加速度計４０１は、図１の加速度計であってもよい。２軸加速度計構造４０１および質量４１０ａ、４１０ｂ（静止時）は、一般に、基板平面に平行な同じ平面内にある。試験質量４１０ａ、４１０ｂはシーソー試験質量であり、シーソー試験質量４１０ａおよび４１０ｂが回転軸ＲＡａおよびＲＡｂを中心にして基板平面の平行外に回転することができるように、２軸加速度計４０１の試験質量に回転可能に結合される。

シーソー試験質量４１０ａおよび４１０ｂは２軸加速度計の試験質量４０１に接続されているため、試験質量４１０ａおよび４１０ｂも基板に対して基板平面に平行に自由に動くことができる。したがって、両方のシーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの全質量が、２軸加速度計の試験質量としても機能する。結果として、２軸加速度計の試験質量４０１は、図１および図２の実施形態と比較してサイズを縮小することができる。さらに、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂと試験質量４０１との組み合わせ試験質量が、基板平面に平行な、すなわちＸおよびＹ方向の加速度の測定に使用されるため、ＸおよびＹ加速度測定値は、例えば熱雑音など、試験質量の望ましくない振動によって引き起こされるノイズの影響をはるかに受けにくい。

シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂは、ねじりばね４１１ａ〜ｄを介して２軸加速度計試験質量４０１に接続されており、当該接続により、回転軸ＲＡａ、ＲＡｂを中心としてシーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂを基板平面から外方に回転させることが可能である。シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂは、おおよそＣ字形またはＵ字形であり、シーソー試験質量４１０ｂがシーソー試験質量４１０ａの鏡像になり、試験質量４１０ａ、４１０ｂがともに２軸加速度計４０１の外側まわりに延伸し、２軸加速度計４０１を囲むように配置される。

シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂは等しいサイズであり、ねじりばね（ならびに、したがって、回転軸ＲＡａおよびＲＡｂ）は、２軸加速度計４０１の中心Ｙ軸に関して対称に配置される。ねじりばね４１１ａ〜ｄは、２軸加速度計４０１の重心と同じ基板平面上の高さで、基板平面に平行に位置付けられる。静止時に、シーソー試験質量４１０ａおよび４１０ｂの重心もまた、ねじりばね４１１ａ〜ｄおよび２軸加速度計４０１の重心と同じ基板平面上の高さに位置する。しかしながら、基板平面に平行に、シーソー試験質量４１０ａの重心は、その回転軸ＲＡａからオフセットされ、シーソー試験質量４１０ｂの重心は、試験質量４１０ａの回転軸ＲＡａからのオフセットとは反対方向に、基板平面に平行にその回転軸ＲＡｂから等しくオフセットされる。したがって、Ｚ軸加速度の下で、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂは基板平面の平行外に回転し、この運動は、Ｚ軸加速度を決定するための測定値とすることができる。

シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂは、各々が非対称質量および対称質量を規定すると考えることができる。対称質量は、質量がシーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの小さい側の２倍である（すなわち、小さい側の質量に、小さい側と平衡する大きい側からの等しい質量を加えた質量）。非対称質量は、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの残りの質量、すなわち、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの回転軸ＲＡａ、ＲＡｂを中心とした回転を引き起こす、Ｚ方向の外部加速度（すなわち、測定対象の加速度計パッケージに加えられる加速度）によって作用される試験質量の部分である。試験質量の回転によって引き起こされる試験質量４１０ａの重心の位置の変化は、その回転によって引き起こされる質量４１０ｂの中心の位置の等しい反対の変化によってオフセットされるため、両方のシーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの結合重心は、シーソー試験質量が基板平面の平行外で回転する場合であっても、面内構造４０１の重心とともに加速度計の中心に位置する。

シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂは、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの隣接する端部に位置するばね４１２ａおよび４１２ｂによってともに結合される。ばね４１２ａおよび４１２ｂは、シーソー試験質量４１０ａおよび４１０ｂの端部が基板平面に対して平行に互いから外方に相対的に動くことを可能にするが、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの端部が基板平面に垂直に、すなわちＺ方向に互いから外方に相対的に動くことには抵抗する。このようにして、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂは、一般に、回転軸ＲＡａおよびＲＡｂを中心として反対方向に自由に回転する。すなわち、シーソー試験質量４１０ａは時計回りに回転し、シーソー試験質量４１０ｂは反時計回りに回転し、または逆もまた同様である。なぜなら、当該回転により、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの端部が、基板平面に平行に互いから外方に、または互いに向かって動くためである。しかしながら、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの同じ方向（すなわち、両方とも時計回り、または両方とも反時計回り）における回転は、当該回転がシーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの端部の、基板平面に垂直な相対運動を引き起こすため、ばね４１２ａ、４１２ｂによって抵抗される。当該結合により、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂが外部角加速度に応じて動くことが防止され、当該事例において、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂは同じ方向に回転するが、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂが、基板平面に垂直な線形加速度に応答して運動することは依然として可能であり、結果、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂは反対方向に回転する。

シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの運動は容量的に測定される。シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの回転は好ましくは、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの上方または下方に位置する平行板電極を有する間隙検出キャパシタによって測定され、または、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂ上に位置する可動電極および２軸加速度計試験質量４０１上に位置する静止電極を有するコームキャパシタによって測定することができる。

間隙検出キャパシタが使用される場合、電極４３０ａ〜ｄがシーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂ上に形成され、対応する電極が、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの上方または下方で基板および／またはキャップウェハ（図示せず）上に形成される。電極４３０ａおよび４３０ｂは、シーソー試験質量４１０ａのＣ字形の端部に位置している。同様に、電極４３０ｃおよび４３０ｄは、シーソー試験質量４１０ｂのＣ字形の端部に位置している。シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂが基板平面の平面外で回転すると、電極４３０ａ〜ｄと、基板および／またはキャップウェハ上の対応する電極との間の間隙は、回転の程度に応じて増加または減少し、それによって間隙検出キャパシタの測定静電容量が変化し、これを使用してデバイスのＺ軸加速度を導出することができる。

任意選択的に、シーソー試験質量４１０ａおよび４１０ｂは、さらなる電極４３１ａ〜ｄを備えてもよい。電極４３１ａは、回転軸ＲＡａおよびねじりばね４１１ａの電極４３０ａとは反対の側で、試験質量４１０ａのＣ字形状の電極４３０ａと同じ側に配置されている。同様に、電極４３１ｂは、回転軸ＲＡａおよびねじりばね４１１ｂの電極４３０ｂとは反対の側で、試験質量４１０ａのＣ字形状の電極４３０ｂと同じ側に配置されている。

電極４３１ｃは、回転軸ＲＡｂおよびねじりばね４１１ｃの電極４３０ｃとは反対の側で、試験質量４１０ｂのＣ字形状の電極４３０ｃと同じ側に配置されている。同様に、電極４３１ｄは、回転軸ＲＡｂおよびねじりばね４１１ｄの電極４３０ｄとは反対の側で、試験質量４１０ｂのＣ字形状の電極４３０ｄと同じ側に配置されている。

電極４３０ａ〜ｄと同様に、電極４３１ａ〜ｄに対する対応電極が、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの上方または下方の基板および／またはキャップウェハ（図示せず）上に形成される。

シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂは２軸加速度計の試験質量４０１に接続されているため、試験質量４１０ａ、４１０ｂは、試験質量４０１と同様に、基板に対して基板平面に平行に自由に動くことができる。理想的な条件では、電極４３０ａ〜ｄおよび４３１ａ〜ｄから形成されたキャパシタが使用されて、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの、基板平面の平行外の（すなわち、Ｚ方向の）動きが測定されるとき、基板平面に平行なシーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの運動は、電極４３０ａ〜ｄおよび４３１ａ〜ｄと、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの上方／下方の対応する電極との間の重なり合う面積が変化しない限り、すなわち、電極４３０ａ〜ｄ、４３１ａ〜ｄまたはシーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの上方および／または下方にあるプレート電極が十分に広い面積をカバーする場合、面外静電容量測定に影響を与えない。

実際には、電極４３０ａ〜ｄ、４３１ａ〜ｄおよびシーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの上方／下方の対応する電極の位置整合は、例えば、製造中のキャップウェハの不完全な位置整合、または動作中のデバイスへの応力に起因して、完全に平行でない場合がある。そのような条件下で、基板平面に平行な試験質量４１０ａ、４１０ｂの運動は、電極４３０ａ〜４３０ｂおよび１８１〜１８４から形成された個々のキャパシタの各々によって測定される個々の静電容量の変化を引き起こし得る。ただし、静電容量の変化の単一および二重の微分測定は、任意の当該変化を相殺する。

例えば、対応する電極がキャップウェハ上にあり、キャップウェハが位置整合されておらず、結果、左側のキャップウェハ電極が、シーソー試験質量電極４３１ｃ、４３１ｄに対するよりもシーソー試験質量電極４３１ａ、４３１ｂに対してより近い場合、シーソー試験質量のＸ方向における運動は、不整合に起因して、電極がともに近くにまたはさらに離れて動かされるときに静電容量の変化をもたらす。同様に、対応する電極がキャップウェハ上にあり、キャップウェハが位置整合されておらず、結果、下側のキャップウェハ電極が、シーソー試験質量電極４３０ａ、４３１ａ、４３０ｃ、４３１ｃに対するよりもシーソー試験質量電極４３０ｂ、４３１ｂ、４３０ｄ、４３１ｄに対してより近い場合、シーソー試験質量のＹ方向における運動は、不整合に起因して、電極がともに近くにまたはさらに離れて動かされるときに静電容量の変化をもたらす。上記効果は、Ｚ方向の偽りの加速を示す望ましくない信号を生成することになる。

ただし、静電容量は以下の式に従って測定することができる。

（Ｃ４３１ａ−Ｃ４３０ａ）＋（Ｃ４３１ｂ−Ｃ４３０ｂ）＋（Ｃ４３１ｃ−Ｃ４３０ｃ）＋（Ｃ４３１ｄ−Ｃ４３０ｄ）
ここで、Ｃ４３１ａは、電極４３１ａおよびシーソー試験質量４１０ａの上方／下方の当該電極の対応する電極などから形成されるキャパシタの静電容量の変化を示す。各単一の微分、例えばＣ４３１ａ〜Ｃ４３０ａ内で、電極１７１から形成されたキャパシタの静電容量は、電極１７２から形成されたキャパシタと等しくＹ方向の動きによって影響を受けるため、シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂのＹ方向における運動に起因する静電容量の任意の変化は相殺される。

シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂのＸ方向の動きは、電極４３０ａおよび４３１ａの各々によって形成されるキャパシタ間の静電容量の変化、ならびに電極４３０ｃおよび４３１ｃの各々によって形成されるキャパシタ間の静電容量の変化に等しい差を引き起こす。ただし、各二重微分、すなわち、（Ｃ４３１ａ−Ｃ４３０ａ）＋（Ｃ４３１ｃ−Ｃ４３０ｃ）は（Ｃ４３１ａ−Ｃ４３０ａ）−（Ｃ４３０ｃ−Ｃ４３１ｃ）に書き換えることができ、したがって、Ｘ方向の運動による誤差も相殺される。

したがって、各シーソー試験質量４１０ａ、４１０ｂの反対の回転方向と結合された、回転軸ＲＡａおよびＲＡａのいずれかの側における電極４３０ａ〜ｄおよび４３１ａ〜ｄの配置は、Ｚ軸検知に使用されるキャパシタの静電容量の任意の望ましくない変化が自動的かつ効率的に相殺されることを可能にする。

図５は、回転軸ＲＡａ、ＲＡｂ、ならびに面内ＸおよびＹ軸に沿ったシーソー試験質量５１０ａ、５１０ｂの動きを示す、図４に示す３軸加速度計の斜視図を示す。

以下は、添付文書において特許請求され得るまたはされ得ない本発明の実施形態のリストである。

１．ＭＥＭＳ加速度計であって、
基板平面を規定する基板と、
少なくとも第１の軸および第２の軸に沿って基板に対して動くように構成された少なくとも１つの面内試験質量であって、第１の軸および第２の軸が基板平面に平行であり、互いに垂直である、少なくとも１つの面内試験質量と、
第１の軸に平行な第１の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第１の測定構造であって、基板に対して可動な第１の可動測定構造を備える、第１の測定構造と
を備え、
少なくとも１つの面内試験質量が、第１の軸に沿った少なくとも１つの面内試験質量および第１の可動測定構造の動きを機械的に結合し、第２の軸に沿った少なくとも１つの面内試験質量および第１の可動測定構造の動きを機械的に分離する少なくとも１つのばねによって第１の可動測定構造に接続されることを特徴とする、ＭＥＭＳ加速度計。

２．第１の可動測定構造は、第２の軸に沿った第１の可動測定構造および第１の固定支持構造の動きを機械的に結合し、第１の軸に沿った第１の可動測定構造および第１の固定支持構造の動きを機械的に分離する少なくとも１つのばねによって、第１の固定支持構造に接続される、請求項１に記載のＭＥＭＳ加速度計。

３．第１の測定構造はまた、基板に対して固定された第１の固定測定構造も備える、実施形態１または２に記載のＭＥＭＳ加速度計。

４．第１の可動測定構造は、少なくとも１つの第１の可動電極を備え、第１の固定測定構造は、少なくとも１つの第１の固定電極を備える、実施形態３に記載のＭＥＭＳ加速度計。

５．第１の測定構造は、第１の軸に平行な少なくとも１つの面内試験質量の動きによって引き起こされる少なくとも１つの第１の固定電極と少なくとも１つの第１の可動電極との間の静電容量の変化を測定するように構成されている、実施形態４に記載のＭＥＭＳ加速度計。

６．少なくとも１つの第１の可動電極および少なくとも１つの第１の固定電極は、コーム電極であり、コーム電極はコームキャパシタを形成する、実施形態４または５に記載のＭＥＭＳ加速度計。

７．加速度計は、
第２の軸に平行な第２の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第２の測定構造をさらに備え、第２の測定構造は、基板に対して可動な第２の可動測定構造を備え、
少なくとも１つの面内試験質量が、第２の軸に沿った少なくとも１つの面内試験質量および第２の可動測定構造の動きを機械的に結合し、第１の軸に沿った少なくとも１つの面内試験質量および第２の可動測定構造の動きを機械的に分離する少なくとも１つのばねによって第２の可動測定構造に接続されることを特徴とする、実施形態１〜６のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

８．第２の測定構造はまた、基板に対して固定された第２の固定測定構造も備える、実施形態７に記載のＭＥＭＳ加速度計。

９．第２の可動測定構造は、少なくとも１つの第２の可動電極を備え、第２の固定測定構造は、少なくとも１つの第２の固定電極を備える、実施形態８に記載のＭＥＭＳ加速度計。

１０．第２の測定構造は、第２の軸に平行な少なくとも１つの面内試験質量の動きによって引き起こされる第２の固定コーム電極と第２の可動コーム電極との間の静電容量の変化を測定するように構成されている、実施形態９に記載のＭＥＭＳ加速度計。

１１．少なくとも１つの第２の可動電極および少なくとも１つの第２の固定電極は、コーム電極であり、コーム電極はコームキャパシタを形成する、実施形態９または１０に記載のＭＥＭＳ加速度計。

１２．ばねは、各々がその長手方向軸に沿った圧縮に抵抗し、基板平面に平行な横軸に沿ったばねの屈曲を可能にするビームばねである、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

１３．各ビームばねはまた、基板平面に垂直な横軸に沿ったばねの屈曲に抵抗する、実施形態１２に記載のＭＥＭＳ加速度計。

１４．ＭＥＭＳ加速度計は、基板またはキャップウェハに固定することができ、測定構造の測定軸に垂直な少なくとも１つの方向における可動測定構造の動きを制限する１つまたは複数のストッパをさらに備える、実施形態１〜１３のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

１５．ＭＥＭＳ加速度計は、第１の軸に平行な第１の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第３の測定構造をさらに備え、第３の測定構造は、基板に対して可動な第３の可動測定構造と、基板に対して固定された第３の固定測定構造とを備え、第３の測定構造は、ＭＥＭＳ加速度計の第１の測定構造とは反対の側に位置付けられ、第３の可動測定構造および第３の固定測定構造の配置構成は、第２の軸に平行であり、可動測定構造と固定測定構造との間に位置する反転中心軸を中心とした第１の可動測定構造および第１の固定測定構造の配置構成の反転である、実施形態３〜１４のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

１６．第１の可動測定構造および第３の可動測定構造は、中央ビームによって接続されて、一体型可動測定構造を形成する、実施形態１５に記載のＭＥＭＳ加速度計。

１７．第１の可動測定構造および第３の可動測定構造の各々は、長手方向ビームであり、中央ビームは、各長手方向ビームの中心から延在する横方向ビームであり、長手方向ビームは第１の軸に平行に配置され、横方向ビームは第２の軸に平行に配置される、実施形態１６に記載のＭＥＭＳ加速度計。

１８．第１の固定測定構造は、２つの第１の固定測定構造を備え、第３の固定測定構造は、２つの第３の固定測定構造を備え、第１の固定測定構造および第３の固定測定構造は、長手方向ビームの間に配置され、結果、第１の固定測定構造のうちの１つおよび第１の第３の固定測定構造のうちの１つは、中央ビームの各側に配置される、実施形態１７に記載のＭＥＭＳ加速度計。

１９．一体型可動測定構造は、４つのばねによって少なくとも１つの面内試験質量に接続され、４つのばねの各々は、長手方向ビームの端部のうちの１つに配置される、実施形態１７または１８に記載のＭＥＭＳ加速度計。

２０．一体型可動測定構造は、４つのばねによって固定支持構造に接続され、４つのばねの各々は、長手方向ビームの端部のうちの１つに配置される、実施形態１７〜１９のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

２１．第１の可動測定構造および第３の可動測定構造の各々は、長手方向ビームであり、第１の固定測定構造および第３の固定測定構造は、第１の可動測定構造と第３の可動測定構造との間に位置する、実施形態１５に記載のＭＥＭＳ加速度計。

２２．第１の可動測定構造は、２つのばねによって少なくとも１つの面内試験質量に接続され、２つのばねの各々は、第１の可動測定構造の中心において、または第１の可動測定構造の中央２５％内で第１の可動測定構造に接続され、第３の可動測定構造は、２つのばねによって少なくとも１つの面内試験質量に接続され、２つのばねの各々は、第３の可動測定構造の中心において、または第３の可動測定構造の中央２５％内で第３の可動測定構造に接続される、実施形態２１に記載のＭＥＭＳ加速度計。

２３．第１の可動測定構造は、２つのばねによって第１の固定支持構造に接続され、２つのばねの各々は、第１の可動測定構造の端部の１つに配置され、第３の可動測定構造は、２つのばねによって第３の固定支持構造に接続され、２つのばねの各々は、第３の可動測定構造の端部の１つに配置される、実施形態２０〜２２のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

２４．第１の固定支持構造および第３の固定支持構造は、加速度計の中心にある共通のアンカー点に接続される、実施形態２３に記載のＭＥＭＳ加速度計。

２５．第１の固定測定構造および第３の固定測定構造は、加速度計の中心にある共通のアンカー点に接続される、実施形態２４に記載のＭＥＭＳ加速度計。

２６．ＭＥＭＳ加速度計は、第２の軸に平行な第２の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第４の測定構造をさらに備え、第４の測定構造は、基板に対して可動な第４の可動測定構造と、基板に対して固定された第４の固定測定構造とを備え、第４の測定構造は、ＭＥＭＳ加速度計の第２の測定構造とは反対の側に位置付けられ、第４の可動測定構造および第４の固定測定構造の配置構成は、第１の軸に平行であり、可動測定構造と固定測定構造との間に位置する反転中心軸を中心とした第２の可動測定構造および第２の固定測定構造の配置構成の反転である、実施形態７〜２５のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

２７．第２の可動測定構造および第４の可動測定構造の各々は、長手方向ビームであり、第２の固定測定構造および第４の固定測定構造は、第２の可動測定構造と第４の可動測定構造との間に位置する、実施形態２６に記載のＭＥＭＳ加速度計。

２８．第２の可動測定構造は、２つのばねによって少なくとも１つの面内試験質量に接続され、２つのばねの各々は、第１の可動測定構造の中心において、または第１の可動測定構造の中央２５％内で第１の可動測定構造に接続され、第４の可動測定構造は、２つのばねによって少なくとも１つの面内試験質量に接続され、２つのばねの各々は、第３の可動測定構造の中心において、または第３の可動測定構造の中央２５％内で第３の可動測定構造に接続される、実施形態２７に記載のＭＥＭＳ加速度計。

２９．第２の可動測定構造は、２つのばねによって第１の固定支持構造に接続され、２つのばねの各々は、第２の可動測定構造の端部の１つに配置され、第４の可動測定構造は、２つのばねによって第３の固定支持構造に接続され、２つのばねの各々は、第４の可動測定構造の端部の１つに配置される、実施形態２６〜２８のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

３０．第２の測定構造および第４の測定構造は、加速度計の対向する両側に配置され、第１の測定構造および第３の測定構造は第２の測定構造と第４の測定構造との間に配置される、実施形態２６〜２９のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

３１．少なくとも１つの面内試験質量は、ほぼ長方形の外周および中空中心を有し、測定構造、固定支持構造、およびばねは、少なくとも１つの面内試験質量の中空中心内に配置される、実施形態１〜３０のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

３２．少なくとも２つの面外試験質量をさらに備え、面外試験質量は、基板平面に対して非平行に回転するように構成され、少なくとも２つの試験質量の結合重心は、加速度計の中心にある、実施形態１〜３１のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

３３．加速度計は、基板平面に対して非平行な少なくとも２つの面外試験質量の回転を検知するように構成された面外センス回路をさらに備える、実施形態３２に記載のＭＥＭＳ加速度計。

３４．面外センス回路は、各面外試験質量上に配置された１つまたは複数の可動電極と、基板に対して固定位置にある固定電極とを備え、可動電極と固定電極はキャパシタを形成し、当該キャパシタの静電容量は、面外試験質量が回転軸を中心に回転するときに変化する、実施形態３３に記載のＭＥＭＳ加速度計。

３５．各面外試験質量の重心は、その回転軸からオフセットされ、結果、
面外軸の外部加速度が各試験質量の非対称質量に作用して、回転軸を中心とした試験質量の回転を引き起こし、
基板平面に平行な第１の軸における外部加速度が、両方の試験質量の非対称質量および対称質量に作用して、基板平面に平行な試験質量の運動を引き起こす、実施形態３２〜３４のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

３６．少なくとも２つの面外試験質量は、少なくとも１つの面内試験質量に回転可能に接続され、結果、基板平面に平行な少なくとも２つの面外試験質量の運動が、基板平面に平行な少なくとも１つの面内試験質量の運動を引き起こす、実施形態３１〜３５のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

３７．少なくとも２つの面外試験質量が、ねじりばねを介して少なくとも１つの面内試験質量に接続され、ねじりばねは、基板平面に対して非平行な少なくとも２つの面外試験質量の回転を可能にし、少なくとも１つの面内試験質量に対する基板平面に平行な少なくとも２つの試験質量の動きに抵抗する、実施形態３６に記載のＭＥＭＳ加速度計。

３８．少なくとも２つの面外試験質量は、少なくとも１つの面内試験質量に対してＭＥＭＳ加速度計の外側に向かって配置される、実施形態３２〜３７のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

３９．面外面試験質量は、少なくとも１つの面内質量の外部にわたって延伸する２つのＣ字形シーソー試験質量を含み、結果、２つのＣ字形面外試験質量は鏡像として配置され、試験質量は、面外軸の外部加速度に応答して反対方向に回転するように構成される、実施形態３８に記載のＭＥＭＳ加速度計。

４０．２つのＣ字形面外試験質量は、少なくとも２つのばねによって結合され、少なくとも１つのばねがＣ字形の各端部に配置され、結果、ばねは、２つのＣ字形面外試験質量の反対方向の回転を可能にし、ただし、同じ方向における２つのＣ字形面外試験質量の回転に抵抗する、実施形態３９に記載のＭＥＭＳ加速度計。

４１．第２のセンス回路は、シーソー試験質量上に配置された８つの電極と、シーソー試験質量の上方または下方に配置された８つの電極とを含み、８つの間隙検出キャパシタが形成され、各キャパシタはシーソー試験質量電極の１つ、および、シーソー試験質量の上方または下方に配置された電極の１つから形成され、
各試験質量上には４つの電極が位置し、
各試験質量上で、第１の電極対がシーソー試験質量のＣ字形の第１の端部に位置し、第２の電極対がシーソー試験質量のＣ字形の第２の端部に位置し、
各電極対内で、第１の電極はシーソー試験質量の回転軸からシーソー試験質量のＣ字形の中央に向かって配置され、第２の電極はシーソー試験質量の回転軸からシーソー試験質量のＣ字形の端部に向かって配置される、実施形態３３〜４０のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

４２．Ｚ方向の加速度計の加速度は、二重微分測定を使用して、間隙検出キャパシタの静電容量の変化から測定される、実施形態４１に記載のＭＥＭＳ加速度計。

４３．第１の可動測定構造は、２つのコーム電極を備え、各コーム電極は、第１の可動測定構造から外方に反対方向に延在し、結果、コーム電極のフィンガが第２の軸に平行に延在する、実施形態１〜１４のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

４４．第１の可動測定構造は、第２の軸に平行に延在する横方向ビームと、第１の軸に平行に横方向ビームから外方に延在するように接合された２つの長手方向ビームとを備え、結果、第１の軸に沿って延在する２つの長手方向ビーム間の間隙が存在する、実施形態４３に記載のＭＥＭＳ加速度計。

４５．少なくとも１つの面内試験質量を第１の可動測定構造に接続するばねは、可動測定構造の横方向ビームに接続され、長手方向ビーム間の間隙内に配置される、実施形態４４に記載のＭＥＭＳ加速度計。

４６．コーム電極の１つが、各長手方向ビームに接続され、各長手方向ビームから外方に延在する、実施形態４５に記載のＭＥＭＳ加速度計。

４７．２つの第１の固定測定構造をさらに備え、固定測定構造は、その長手方向軸が互いに垂直かつ基板平面に平行に、加速度計の中心から外方に延在するビームを備える、実施形態４３〜４６のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

４８．各第１の固定測定構造は、第１の軸に対して４５度の角度で加速度計の中心から外方に延在する、実施形態４７に記載のＭＥＭＳ加速度計。

４９．第１の可動測定構造は、第１の固定測定構造の間に少なくとも部分的に配置される、実施形態４８に記載のＭＥＭＳ加速度計。

５０．固定測定構造は、固定測定構造から第１の可動測定構造に向かって延在して２つのコームキャパシタを形成するコーム電極をさらに備える、実施形態４９に記載のＭＥＭＳ加速度計。

５１．第２の可動測定構造は、２つのコーム電極を備え、各コーム電極は、第２の可動測定構造から外方に反対方向に延在し、結果、コーム電極のフィンガが第１の軸に平行に延在する、実施形態７〜１４のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

５２．第２の可動測定構造は、第１の軸に平行に延在する横方向ビームと、第２の軸に平行に横方向ビームから外方に延在するように接合された２つの長手方向ビームとを備え、結果、第２の軸に沿って延在する２つの長手方向ビーム間の間隙が存在する、実施形態５１に記載のＭＥＭＳ加速度計。

５３．少なくとも１つの面内試験質量を第２の可動測定構造に接続するばねは、可動測定構造の横方向ビームに接続され、長手方向ビーム間の間隙内に配置される、実施形態５２に記載のＭＥＭＳ加速度計。

５４．コーム電極の１つが、各長手方向ビームに接続され、各長手方向ビームから外方に延在する、実施形態５３に記載のＭＥＭＳ加速度計。

５５．加速度計は、２つの第２の固定測定構造をさらに備え、第２の固定測定構造は、その長手方向軸が互いに垂直かつ基板平面に平行に、加速度計の中心から外方に延在するビームを備える、実施形態５１〜５４のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

５６．各第２の固定測定構造は、第２の軸に対して４５度の角度で加速度計の中心から外方に延在する、実施形態５５に記載のＭＥＭＳ加速度計。

５７．第２の可動測定構造は、第２の固定測定構造の間に少なくとも部分的に配置される、実施形態５６に記載のＭＥＭＳ加速度計。

５８．第２の固定測定構造は、第２の固定測定構造から第１の可動測定構造に向かって延在して２つのコームキャパシタを形成するコーム電極をさらに備える、実施形態５７に記載のＭＥＭＳ加速度計。

５９．ＭＥＭＳ加速度計は、第１の軸に平行な第１の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第３の測定構造をさらに備え、第３の測定構造は、基板に対して可動な第３の可動測定構造と、基板に対して固定された２つの第３の固定測定構造とを備え、第３の測定構造は、ＭＥＭＳ加速度計の第１の測定構造とは反対の側に位置付けられ、第３の可動測定構造および第３の固定測定構造の配置構成は、ＭＥＭＳ加速度計の中心軸を中心とした第１の可動測定構造および第１の固定測定構造の配置構成の反転である、実施形態４３〜５８のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

６０．ＭＥＭＳ加速度計は、第２の軸に平行な第２の測定軸に沿った試験質量の動きを測定するための第４の測定構造をさらに備え、第４の測定構造は、基板に対して可動な第４の可動測定構造と、基板に対して固定された２つの第４の固定測定構造とを備え、第４の測定構造は、ＭＥＭＳ加速度計の第２の測定構造とは反対の側に位置付けられ、第４の可動測定構造および第４の固定測定構造の配置構成は、ＭＥＭＳ加速度計の中心軸を中心とした第２の可動測定構造および第２の固定測定構造の配置構成の反転である、実施形態５１〜５９のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

６１．第１の可動測定構造、第２の可動測定構造、第３の可動測定構造、および第４の可動測定構造の横方向ビームは、横方向ビームの外縁が正方形の周縁の一部を形成するように配置される、実施形態６０に記載のＭＥＭＳ加速度計。

６２．少なくとも１つの面内試験質量は、加速度計が静止しているときに加速度計の中心に位置する、実施形態４３〜６１のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

６３．第１の可動測定構造は、少なくとも１つのばねによって第１の固定支持構造に接続され、少なくとも１つのばねによって第２の固定支持構造に接続される、実施形態４３〜６２のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

６４．第２の可動測定構造は、少なくとも１つのばねによって第１の固定支持構造に接続され、少なくとも１つのばねによって第３の固定支持構造に接続される、実施形態６３に記載のＭＥＭＳ加速度計。

６５．第３の可動測定構造は、少なくとも１つのばねによって第３の固定支持構造に接続され、少なくとも１つのばねによって第４の固定支持構造に接続される、実施形態６４に記載のＭＥＭＳ加速度計。

６６．第４の可動測定構造は、少なくとも１つのばねによって第４の固定支持構造に接続され、少なくとも１つのばねによって第２の固定支持構造に接続される、実施形態６５に記載のＭＥＭＳ加速度計。

６７．第１の固定支持構造、第２の固定支持構造、第３の固定支持構造、および第４の固定支持構造は、それぞれ第１のアンカー点、第２のアンカー点、第３のアンカー点、および第４のアンカー点において基板に固定され、固定支持構造は、第１の軸に対して４５度の角度および第２の軸に対して４５度の角度で、アンカー点から加速度計の外部に向かって外方に延在する、実施形態６６に記載のＭＥＭＳ加速度計。

６８．第１の固定支持構造は、第１の固定測定構造のうちの１つと第２の固定測定構造のうちの１つとの間に配置され、隣接する第１の固定測定構造および第２の固定測定構造に平行に延在し、
第２の固定支持構造は、第１の固定測定構造のうちの１つと第４の固定測定構造のうちの１つとの間に配置され、隣接する第１の固定測定構造および第４の固定測定構造に平行に延在し、
第３の固定支持構造は、第２の固定測定構造のうちの１つと第３の固定測定構造のうちの１つとの間に配置され、隣接する第２の固定測定構造および第３の固定測定構造に平行に延在し、
第４の固定支持構造は、第３の固定測定構造のうちの１つと第４の固定測定構造のうちの１つとの間に配置され、隣接する第３の固定測定構造および第４の固定測定構造に平行に延在する、実施形態６７に記載のＭＥＭＳ加速度計。

６９．第１のばねが、各固定支持構造から固定支持構造の長手方向軸に沿って加速度計の角まで延在し、そこで、第１のばねに対して４５度の角度かつ互いに対して９０度の角度で第１のばねから外方に延在する第２のばねおよび第３のばねに接続され、第２のばねおよび第３のばねは隣接する可動測定構造に接続される、実施形態６３〜６８のいずれか１つに記載のＭＥＭＳ加速度計。

Claims (15)

1. ＭＥＭＳ加速度計であって、
   基板平面を規定する基板と、
   少なくとも第１の軸および第２の軸に沿って前記基板に対して動くように構成された少なくとも１つの面内試験質量であって、前記第１の軸および前記第２の軸が前記基板平面に平行であり、互いに垂直である、少なくとも１つの面内試験質量と、
   前記第１の軸に平行な第１の測定軸に沿った前記試験質量の動きを測定するための第１の測定構造であって、前記第１の測定構造は、前記基板に対して可動な第１の可動測定構造を備える、第１の測定構造と、
   前記第２の軸に平行な第２の測定軸に沿った前記試験質量の動きを測定するための第２の測定構造であって、前記第２の測定構造は、前記基板に対して可動な第２の可動測定構造を備える、第２の測定構造と、
   前記第２の測定軸に沿った前記試験質量の動きを測定するための第３の測定構造であって、前記第３の測定構造は、前記基板に対して可動な第３の可動測定構造を備える、第３の測定構造と
   を備え、
   前記少なくとも１つの面内試験質量は、前記第１の軸に沿った前記少なくとも１つの面内試験質量および前記第１の可動測定構造の動きを機械的に結合し、前記第２の軸に沿った前記少なくとも１つの面内試験質量および前記第１の可動測定構造の動きを機械的に分離する少なくとも１つのばねによって前記第１の可動測定構造に接続され、
   前記第１の可動測定構造は、２つの長手方向ビームを備え、前記２つの長手方向ビームは、各長手方向ビームの中央から延在する中央横方向ビームによって接続され、前記長手方向ビームは、前記第１の軸に平行に配置され、前記中央横方向ビームは、前記第２の軸に平行に配置され、
   前記第１の可動測定構造は、前記第２の測定構造と前記第３の測定構造との間に位置し、結果、前記第２の測定構造および前記第３の測定構造は、前記第１の可動測定構造の対抗する両側に位置する、ＭＥＭＳ加速度計。
2. 前記第１の可動測定構造は、前記第２の軸に沿った前記第１の可動測定構造および少なくとも１つの第１の固定支持構造の動きを機械的に結合し、前記第１の軸に沿った前記第１の可動測定構造および前記少なくとも１つの第１の固定支持構造の動きを機械的に分離する少なくとも１つのばねによって、前記少なくとも１つの第１の固定支持構造に接続される、請求項１に記載のＭＥＭＳ加速度計。
3. 前記第１の測定構造はまた、前記基板に対して固定された第１の固定測定構造も備える、請求項１または２に記載のＭＥＭＳ加速度計。
4. 前記第１の可動測定構造は第１の可動電極を備え、前記第１の固定測定構造は第１の固定電極を備え、前記第１の測定構造は、前記第１の軸に平行な前記少なくとも１つの面内試験質量の運動によって引き起こされる、前記第１の固定電極と前記第１の可動電極との間の静電容量の変化を測定するように構成される、請求項３に記載のＭＥＭＳ加速度計。
5. 前記第１の固定測定構造は、前記第１の可動測定構造の前記長手方向ビームの間に位置する、請求項３または４に記載のＭＥＭＳ加速度計。
6. 前記第１の固定測定構造は、前記第１の固定測定構造のうちの少なくとも１つが前記中央ビームの各側に位置するように配置される、請求項５に記載のＭＥＭＳ加速度計。
7. 前記第１の可動測定構造は、４つのばねによって前記少なくとも１つの面内試験質量に接続され、前記４つのばねの各々は、前記長手方向ビームの端部のうちの１つに配置される、請求項５または６に記載のＭＥＭＳ加速度計。
8. 前記第１の可動測定構造は、４つのばねによって前記固定支持構造に接続され、前記４つのばねの各々は、前記長手方向ビームの端部のうちの１つに配置される、請求項２および請求項５〜７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ加速度計。
9. 前記第１の可動測定構造は、前記加速度計が静止しているときに前記加速度計の中心に配置される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ加速度計。
10. 前記少なくとも１つの面内試験質量は、前記第２の軸に沿った前記少なくとも１つの面内試験質量および前記第２の可動測定構造の動きを機械的に結合し、前記第１の軸に沿った前記少なくとも１つの面内試験質量および前記第２の可動測定構造の動きを機械的に分離する少なくとも１つのばねによって前記第２の可動測定構造に接続され、前記少なくとも１つの面内試験質量は、前記第２の軸に沿った前記少なくとも１つの面内試験質量および前記第３の可動測定構造の動きを機械的に結合し、前記第１の軸に沿った前記少なくとも１つの面内試験質量および前記第３の可動測定構造の動きを機械的に分離する少なくとも１つのばねによって前記第３の可動測定構造に接続される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ加速度計。
11. 前記第２の測定構造は、前記基板に対して固定された第２の固定測定構造も備え、前記第３の測定構造は、前記基板に対してやはり固定された第３の固定測定構造も備える、請求項１０に記載のＭＥＭＳ加速度計。
12. 前記第２の可動測定構造は少なくとも１つの第２の可動電極を備え、前記第２の固定測定構造は少なくとも１つの第２の固定電極を備え、結果、第２の固定コーム電極および第２の可動コーム電極によって形成されるキャパシタの静電容量は、前記第２の軸に平行な前記少なくとも１つの面内試験質量の動きとともに変化し、
    前記第３の可動測定構造は少なくとも１つの第３の可動電極を備え、前記第３の固定測定構造は少なくとも１つの第３の固定電極を備え、結果、前記第３の可動電極と前記第３の固定電極とによって形成されるキャパシタの静電容量は、前記第２の軸に平行な前記少なくとも１つの面内試験質量の動きとともに変化する、請求項１１に記載のＭＥＭＳ加速度計。
13. 前記ばねは、各々が前記ばねの長手方向軸に沿った圧縮に抵抗し、前記基板平面に平行な横軸に沿った前記ばねの屈曲を可能にするビームばねである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ加速度計。
14. 各ビームばねはまた、前記基板平面に垂直な横軸に沿った前記ばねの屈曲に抵抗する、請求項１２に記載のＭＥＭＳ加速度計。
15. 前記ＭＥＭＳ加速度計は、前記基板またはキャップウェハに固定することができ、前記測定構造の測定軸に垂直な少なくとも１つの方向における前記可動測定構造の動きを制限する１つまたは複数のストッパをさらに備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ加速度計。

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