JPH07502592A - マイクロメカニカル音叉角速度センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 名称　マイ　ロ　ニ　ル　セン　− ■咀０分■ この発明は、ジャイロスコープのような角速度センサーに関し、そして、さらに 詳しくは、単一のシリコン基板から作られる微小機構音叉角速度センサーに関す るものである。

光咀■背景 ジャイロスコープのような角速度センサーは、慣性ナビゲーシ１ンおよび慣性ガ イドシステムにおける主要なセンサーの一つとして機能して＋１）る。従来から 、ジャイロスコープは、回転ホイールジャイロスコープのような大形の機械装置 または数インチの他の大形のメタリックデバイスとして構成されている。

これらのタイプのデバイスは、サイズの制限、数多くの機械パーツによる信頼性 、精密機械許容誤差およびチューニングに関連する高いコストを含む種々の欠点 を有している。

ジャイロスコープに音叉を使用することは、これまで試みられて一部が、限られ た成功しか収めていない。これらのデバイスは、一つには、モーター共鳴振動数 をアウトプット共鳴振動数にチューニングするに要する努力と、また、別にその ようなデバイスの大形サイズによりコストがかかるものである。したがって、こ れらタイプのデバイスを大量生産することは、商檗的に実行可能であることが実 証されていない。

さらに、従来技術の音叉ジャイロスコープは、駆動軸を検知軸から分離または絶 縁できず、製造技術をますます難しく、複雑なものにしている。

ソリブトステートでマイクロマンンの音叉ジャイロスコープを製造する種々の試 みがなされているが、従来技術のデバイスは、り寸−ツで作られ、サイズも慨ね 中間的なものに留まる。さらに、精密製造、組み立て技術ならびに組み立てコス トがそのようなデバイスの成功の足機になっている。

立岨曵概！ この発明は、少なくとも一つの回転感知（検知）軸まわりの角回転を検出する集 積し、ダブル歯で、クローズエンドのマイクロメカニカル音叉ジャイロスコープ を特徴とする。そのようなジャイロスコープは、ビットが選択的ζこエツチング され、それにエツチングされていないシリコン構造体がサスペンドされている単 一のシリコン基板から製造される。

エツチングされていな〜）シリコン構造体は、第１の園内に配置され、少なくと も第１と第２の振動構造体を含む。第１と第２の振動構造体は、互−１に概ね隣 接し、平行に配置されている。第１と第２の振動構造体の各々は、関連した振動 構造体と一体の質量体を含む。

一つの実施例において、エツチングされていないシリコン構造体は、第１と第２ のフレキシブルなエレメントによりエツチングされたビットに懸架されていて、 該エレメントは、エツチングされて（１ないシリコン構造体が回転感知軸まわり を回転できるように、ジャイロスコープの回転感知軸と概ね直線的に配置されて 埴るものである。

エツチングされていないシリコン構造体は、これを少なくとも二つの電気的に絶 縁されているが、構造的には、結合しているセグメント（こ分けることができる 。各セグメントは、一つの振動構造体を含む。振動構造体は、励磁され、印加電 圧に呼応して、共鳴または非共鳴モードで感知軸に直交するモーター軸または駆 動軸に平行に振動する。

駆動手段は、第１と第２の振動構造体を励磁して、回転感知軸に直角な軸に平行 に、横方向振動させる。振動構造体の横方向振動は、回転感知軸まわりのジャイ ロスコープの角回転の発生による回転感知軸まわりのエツチングされて＋１１な いシリコン構造体の少なくとも一部の垂直または回転運動をもたらす。エツチン グされていないシリコン構造体の回転を感知する手段が、エツチングされていな いシリコン構造体の垂直または回転運動を感知するために、そして、エツチング されていないシリコン構造体に生ずる回転運動に比例する電圧を与えるために、 音叉ジャイロスコープによって検出される回転の角速度を指示するために設けら れる。

図面曵記述 本発明のこれら、および、他の特徴と利点は、図面をとりいれた以下の詳細な記 述を読むことにより、さらによく理解されるもので、図面において両図１は、本 発明の一つの実施例によるダブル歯のピボット回転するクローズドエンドの音叉 ジャイロスコープの略図的描写の平面図である；図２は、２−２ｍにそった図４ のジャイロスコープの断面回出ある；図３は、本発明による電気絶縁ギャップと 誘電ラブプノ四インドの拡大図である； 図４Ａ−図４０は、本発明によるジャイロスコープの絶縁ギャップの別の構造の 平面図である； 図５は、本発明の他の実施例によるオーブンエンドの音叉の略図的描写の平面図 である； 図６は、本発明の他の実施例によるピボットしていない音叉ジャイロスコープの 略図的描写の平面図である；図７は、７−７線にそった図６のジャイロスコープ のビームメンバーの断面図である； 図８Ａと図８Ｂは、本発明のジャイロスコープの振動構造体または歯を作る種々 の方法の略図的描写である；図９Ａと図９Ｂは他の測定器具と並んだ本発明の多 数の微小機械構造ジャイロスコープを含む３つの軸インストルメント測定ユニッ トの略図的描写である； 図１０は、１４ｐ！駆動および静電感知電子回路に適した本発明の一つの実施例 によるピボットするクローズエンドの音叉ジャイロスコープの略図的描写である ； 図１１は、図４０の電磁駆動および静電感知電子回路のより詳細な略図的描写で ある； 図１２は、静電駆動および感知電子回路を組み込んだ本発明の他の実施例による ツーピースのピボットするクローズエンド音叉の描写である；図１３は、図１２ の静電駆動および感知電子回路のより詳細な略図である； 図１４は、電磁駆動および静電感知電子回路を含む本発明の他の実施例によるノ ンビボッティング、クローズエンド音叉の略図的描写出ある；図１５は、本発明 の他の実施例によるクローズトループ再平衡回路を含む電磁駆動および静電感知 電子回路の略図である；図１６は、静電駆動および感知電子回路に適した本発明 による別のビボッティング音叉ジャイロスコープの略図的描写の平面図である； 図１７は、図１６の静電駆動および感知電子回路の略図である；図１８は、本発 明の音叉ジャイロスコープのための振動構造体の一つの実施例のより詳細な略図 ダイアグラムである；図１９は、本発明による音叉ジャイロスコープの振動構造 体と傾斜プレートとの間のギャップの別の実施例の図解である；図２０は、電磁 駆動および静電感知電子回路のための本発明によるビボッティング音叉ジャイロ スコープの他の実施例の略図的描写の平面図である；図２１は、図２０のジャイ ロスコープ用の電磁駆動および静電感知電子回路の略図である； １ｇ：１２２は、本発明の他の実施例によるサーフエース・ミクロマシン・ミク ロメカニカル音叉角速度センサーの断面回出ある；図２３は、本発明の他の実施 例によるミクロメカニカル音叉角速度センサーの積層化またはサンドイッチされ た構造の拡大断面図である；そして図２４は、本発明のミクロメカニカル音叉角 速度センサーの記述に役立つ断面図である。

光■Ω肛細五り江 図１には、本発明の一つの実施例による集積、ダブル歯、ビボッティング、クロ ーズドエンド音叉ジャイロスコープが示されている。音叉ジャイロスコープは、 単一のシリコン基板！Ｏから、選択的酸化物除去、除去した酸化物領域からの該 基板へのボロン拡散及び異方性エツチングを用いて超小型機械加工（マイクロマ シン）したものである。このような方法は、知られており、さらにここで記載し 、そして、ここに参考文献として組み入れるものである”半導体チップ・トラン スデユーサのための方法と装置”と題する出願人の並行出願である米国特許出願 第１４３，５１５号にも記載されている。

エッチは、拡散を停止し、後続の選択的異方性エツチングは、傾斜した側壁１６ をもつエッチピット１２を創る。エツチングされたビット１２の上にエツチング されていないシリコン構造体１４がサスペンドされる。

エツチングされていないシリコン構造体は、少なくとも第１セグメン）１８と第 ２セグメント２０を含む。第１セグメント１８と第２セグメント２０は、絶縁ギ ャップ２２．２４により互いに電気的に絶縁されている。該セグメンツは、誘電 へりジ鍔インド２６，２８　（点線で示す）の手段により、構造的に結合され、 これらは、該セグメンツを構造的に結合する一方電気的絶縁を保つ。

エツチングされないシリコン構造体１４は、さらに、第１振動構造体３８と第２ 振動構造体４０とを含む。第１、第２振動構造体３８．４０は、本発明による音 叉ジャイロスコープの二つの”歯”または”フォーク”を形成する。

第１Ｓ動構造体３８は、エツチングされないシリコン構造体の第１セグメント１ ８に結合されている一方、第２振動構造体４０は、エツチングされないシリコン 構造体の第２セグメント２０に結合されている。このように、二つの振動構造体 は、互いに電気的に絶縁されている。第１．第２　ｔＭｍｔｆａ造体３８，４０ は、励磁されて、共鳴モードで振動し、矢印４４で示すジャイロスコープの回転 感知またはインプツト軸に直角な矢印４２で示す軸に互いに平行に静電的に、ま たは、電磁的に駆動される。以下に詳細に述べる励起または駆動信号が該構造体 の各々に対し逆極性の正弦波電圧を印加することによって、二つの振動構造体を 軸４２に平行に駆動する。

しかしながら、より改良されたパフｔ−ランスには、該振動構造体の適当な部位 に付加的な質量体を付加することが望ましい。この部位は、通常、クローズエン ド音叉のセンターとオーブンエンド音叉の端部である。代表的には、該質量体は 、ジャイロスコープ構造に対する不要なトルクを避けるために、運動面にそって 対称であるべきものである。

かくして第１、第２の振動構造体３８．４０のオランレーティングまたはバイブ レーティング慣性は、第１１第２振動構造体それぞれに質量体４８゜５０を付加 することによって増加される。質量体４８．５０は、選択的ドーピングとその後 の異方性エツチングによって、エツチングされないシリコン構造体１４と共にシ リコンから作られる。ジャイロスコープの感度は、金、鉛または高密度の類似の 金属のブレーティング（めっき）により質量体４８．５０の重さを増やすことで 、さらに増加される。これらの金属および他の高密度金属は、また、化学蒸着に より質量体４８．５０に形成されたタブ領域５２．５４に近接またはその内部に 被着される。エツチングされないシリコン構造体の面における該ブレーティング の高さと、めっき領域とを適正に選択することによって、振動構造体の重心は、 たわみ体の市内に位置し、運動面に対する質量体をバランスする。

本発明の集積、マイクロメカニカル音叉ジャイロスコープの重要な特徴は、その ようなデバイスをシングルのユニタリーなシリコン基板がら１１造する容易さで ある。ウエフ１−の表面に用いられるコンベンシーナルな周知のフォトリトグラ フ技術を利用することによって、質量体を高精度で位置させることができる。

一つの形式的な構造においては、エツチングされないシリコン構造体１４は、長 さが約８００ミクロン、幅５００ミクロンであり、質量体４８．５０は、輻約８ ０ミクロン、長さ約５０ミクロン、高さ約１５ミクロンで、重さは、約１．２ｘ ｌＯ−９ｋｇである。

第１１第２振動構造体またはフォークの軸４２に平行な方向におけるたわみ性は 、高さ対線のし／オが高いものを含むように、それらの外形を選ぶことで増進さ れる。一つの構造においては、各振動構造体は、幅約４ミクロン、高さ約１５ミ クロン、長さ約７００ミクロンである。約４ミクロンのギャップが二つの振動構 造体を最接近ポイントでそれらを分離している。

エツチングされないシリコン構造体１４は、フレキンプルなエレメントまたはピ ボット５６．５８によりエツチングされたビット１２の上にサスペンドされてい る。フレキシブルなエレメント５６．５８の各々の一端は、エツチングされない シリコン構造体１４の向かい合っている側面に取り付けられる。該フレキシブル なエレメントは、回転感知またはインプツト軸４４と概ね直線状になって配置さ れている。該フレキンプルなエレメントは、エツチングレジスタンスのためにＰ 型ドーパントでドープされているのが代表的であって、Ｐドープのフレキシブル エレメントとＮ型シリコン基板との間に形成されたＰＮ接合によりＮ型シリコン 基板１０とは電気的に絶縁されている。

エツチングされないシリコン構造体を区分けするボロン拡散と、周囲のシリコン をエツチングする後続の処理とで、シリコン結晶格子に収縮が生じ、該フレキシ ブルエレメントに強い引っ張り応力を発生させる。したがって、フレキシブルエ レメント５６．５８の第１の端部近（に配設されたテンシーン緩和ビーム６０． ６２がエツチングされないシリコン構造体に開口６４．６６をあけることで形成 されている。テノン１ン緩和ビーム６０．６２は、テンシーン緩和ビームが僅か に変形または弓なりになることで、高い引っ張り力によるストレスを緩和するも ので、これによりフレキンプルエレメント５６．５８のねじれ剛性を低下し、エ ツチングされないノリコン構造体１４の回転感度を増進させる。

テンション緩和ビームおよび、これの種々の実施例およびテンシーン緩和ビーム を用いた構造体の共鳴振動数をトリミングする方法は、本発明の譲受人に譲渡さ れた、”トリミング可能な共鳴振動数構造をもつマイクロメカニカルデバイスと これをトリミングする方法”と題する併願の米国特許出願第４７０゜９３８号に より詳細に記載されていて、これを参考文献として、ここに組み入れる。さらに 、第１と第２のテンシーン緩和ビーム６０．６２が本実施例に示されているが、 たわみ体における高（弓１つ張り力によるストレスを緩和するには、ただ一つの テンシーン緩和ビームで充分である。

本発明のジャイロスコープの動作の間、回転感知軸４４まわりのジャイロスコー プの角度回転は、横方向へ振動する構造体３８．４０に垂直なアウトφオブーブ レーンモーンロンを与える。このモーシーンは、エツチングされないシリコン構 造体またはプレート１４に、ねじれ運動を生じさせ、これによりエツチングされ ないシリコン構造体は、矢印６７に示すように、回転感知軸４４まわりを振動回 転連動するようになる。エツチングされないシリコン構造体１４のアウター領域 ６８．６９がジャイロスコープの”感知領域”として作用し、インプット角速度 からの回転運動を検出する。これらの”感知領域”は、不要な慣性作用をなくす ために、該構造体の他の部分よりも薄く、または、′ワツフル”タイプ構造にな っている。

一つの実施例において、エツチングされていないシリコン構造体１４の回転感知 軸４４を軸としての回転感知機能は、ブリッジ感知電極７０．７２により達成さ れ、他方、埋設された感知電極７４．７６を利用するノンエッチのシリコン構造 体１４の感知機能およびクローズトループ・リバランス機能も本発明により企図 されている。ブリッジ電ｌｌ１７０．７２は、シリコン基板１０からエツチング されたビット１２を越えてアウター領域６８．８９のエリアにおけるノンエッチ のシリコン構造体へ達している。

典型的には、ブリッジ電極７０．７２は、ノンエッチのシリコン構造体の上に約 ２〜ＩＯミクロンの間隔をお（１て位置している。該ブリッジ電極は、静電感知 電子回路７８に結合しており、該回路は、感知電極と隣接するノンエッチのシリ コン構造体との間の微分キャパシタンスを検知してノンエッチのシリコン構造体 の回転量を測定する。以下に詳しく述べる感知電子回路７８および駆動とりバラ ンス電子回路は、シリコン基板の上に、本発明の音叉ジャイロスコープと隣り合 りて形成されるか、または、ジャイロスコープから離されて配置される角速度イ ンプットの発生により、ピボット回動するエツチングされていないシリコン構造 体１４は、回転センシティブ軸４４を軸としてねじれ回転するが、これは、図２ に詳細に示してあり、そこには、回転センシティブ軸４４とコーリニアのフレキ シブルエレメント５６が示されている。エツチングされていないシリコン構造体 １４は、回転センンティブ軸４４まわりの角回転により、捻じれるように動かさ れ、ブリッジｅセンス電子回路７０から離れ、ブリッジ・センス電子回路７２に 接近する。該ブリッジ電子回路を形成する前に、シリコン基板１０の平らな面は 、熱処理酸化されて、誘電層８０が形成され、これは、ブリッジ電極を該基板か ら電気的に絶縁する。電極７４．７６のような一つ、または、それ以上のＰ＋ド ープされた埋設電極が設けられてもよい。

本発明のダブル歯で、クローズエンドのマイクロメカニカル音叉ジャイロスコー プの一部が図３の断面図で、さらに詳しく示されており、図３では、第１のエツ チングされていないシリコン構造体セグメント１８と取り付けられた第１の振動 構造体３８とを第２のエツチングされていないシリコン構造体セグメント２０お よび取り付けられた第２の振動構造体４ｏから電気的に絶縁する電気絶縁ギャッ プ２２が示されている。電気絶縁ギャップ２２は、エツチングされないシリコン 構造体を作るのに用いられるボロン拡散パターンに意図して設けられたギャップ により形成される。

ボロン拡散ステップの後で、異方性エツチングに先立って、厚さが約０．２〜２ ．０ミクロンの窒化シリコン層をまずデポジットして、誘電ラップシロインド２ ６を電気絶縁スロットの上に形成する。つぎに、厚さが０．５〜５ミクロンの二 酸化珪素層８２を窒化シリコン層に被着し、該誘電ラップジ−インドを強化する 。アンダーライのシリコン構造体における電気絶縁ギャップ２２０幅を約５ミク ロンまたは以下に縮小し、Ｖｉｍラップジ−インド２６を施すことにより、リジ ッドで、構造的に結合しているが、電気的には絶縁されているエツチングされて いないシリコン構造体になる。その後の異方性エツチングにより、該シリコン構 造体をアンダーカットし、電気絶縁ギャップ２２を形成する。

図１に示すように、絶縁ギャップ２２は、エツチングされていないシリコン構造 体１４においては、斜めになっている。本発明の音叉ジャイロスコープは、また 、図４Ａに示す直線のギャップ２２８１図４Ｂ、図４０に示す、ギャップ２２ａ よりも曲げ抵抗が大きい凹凸および非直線の絶縁ギャップ２２ｂ、２２ｃを含む ギャップの他の実施例をも企図している。

本発明による音叉ジャイロスコープの付加実施例は、図５に示されており、そこ では、ユニタリーのシリコン基板から作られたオーブンエンドの音叉が図示され ているものである。ジャイロスコープｌＯＯは、シリコンウェファから異方性エ ツチングされたエッチビット１０４の上に吊られたエツチングされないシリコン 構造体１０２を含む。

エツチングされていないシリコン構造体１０２は、リジッドな結合セグメント１ １０に結合している第１と第２の振動構造体または］寸−り１０６１１０８を含 んでいる。第２の対となっている振動構造体またはフｔ−り１１２゜１１４もま たリジッドな結合セグメント１１０に結合している。

第１１第２の振動構造体１０６．１０８およびリジッドな中央結合セグメント１ １０は、比較的深いボロン拡散により作られ、１よりも大きな高さ対線の比率を もつ構造となっている。この高さ対線の比率が高いことによって、第１と第２の 振動構造体の矢印１１Ｂ方向への振動は、好ましい振動になる。さらに、この実 施例によるジャイロスコープのパフォーマンスは、振動構造体１０６．１０８の 端部又はチップに質量体１１８，１２０を設けることで増進される。

駆動インプット電圧を突出している片持ち電極１２２，１２４へ印加すると、第 １と第２の振動構造体１０６，１０８は、矢印１１Ｂ方向へ振動する。　電極１ ２２．１２４は、構造体１１０を形成するのに用（またものと同じ拡散により形 成される。インプツト軸１２Ｂを軸とする角回転に呼応して、振動トルクがリジ ッドな中央セグメント１１０に加えられる。この振動トルクによって、高さ対線 のレシオが低い第２の対の振動構造体１１２，１１４は、デバイスの面に垂直で 、第１１第２の振動構造体１０６．１０８の矢印１１Ｂ方向における横方向振動 に垂直な縦方向に共鳴する。

第２セツトの振動構造体１１２．１１４の振動アンプリチュードは、角速度に比 例し、高周波アウト・オプ・フェーズ・シグナルをセンス・インプット１３４か ら埋設の電極１３０，１３２を介して振動構造体１１２．１１４へ送ることによ って、センス電子回路１２８により検知される。

該構造は、また、ボロン拡散によるストレスを緩和するテンシーン緩和ビーム１ ３８を形成する少なくとも一つの開口１３６を含む。さらに、半導体マテリアル は、Ｎ型であり、エツチングされないシリコン構造体１０２とブリッジ電極１２ ２，１２４は、Ｐ型であるから、全ての構造は、Ｐ型構造体とＮ型シリコンウェ ファ−との間に形成されたＰＮ接合によりシリコンウェファ−の本体から電気的 に絶縁されている。

本発明による位置決め集積マイクロメカニカル音叉ジャイロスコープは、図６に 示されており、他のエレメンツの他に、第１と第２の振動構造体１５０．１５２ を含んでいる。各振動構造体は、第１と第２のビーム１５８，１５８に結合して いる質量体１５４のような質量体を含んでいる。該質量体とアタッチされたビー ムとは、スプリングのようにビームを伴う全体が振動し、質量体が振動ビームの センターに完全に位置せず、不要なトルクを発生する問題をなくす。

ピボットされていない構造の場合、該質屋体は、歯のセンターに配置される。読 み出しのために、ブリッジ電極（図示せず）が設けられて、該電極と検知領域１ ６０．１６２との間の容量を測定して、該質量体のモーラ１ンを検知する。

振動構造体１５０，１５２の縦横方向の振動は、図７に断面が示されているビー ム１６４のような形状にビームをすることで容易になる。ビーム１６４は、代表 的には、１よりも大きな高〜）高さ対線のアスペクト比率もつ第１と第２のセグ メント１６６．１６８を含む。該ビームのこれらのセフシーンの高いアスペクト 比率は、矢印１７４で示すデバイスの面内での横方向におけるフレキシビリティ を付加する一方、版面に対し垂直な縦方向のモーンロンに対する抵抗を増す。反 対に、セグメント１７０，１７２の高さ対線のレシオは、０．５または、それ以 下のオーダーの非常に低いものであり、矢印１７６で示した縦方向の運動を容易 にする。それが故に、ビームの高さ対線のレシオが低いと、面に平行な横方向の 動きに抵抗する。

音叉のフレキシブルな歯または振動構造体３８．４０のフレキシブルな歯または 振動構造体３８．４０を形成するために深いボロン拡散を使用するには、それら が−緒に拡散しないように、歯の間に３ミクロンのオーダーのはっきりとしたギ ャップが必要である。さらに、ボロンは、また、オリジナルのフォトリトグラフ のラインから外方へ拡散する。これが、所望の高さ対線の比率を制限し、または 、減らし、これで段歯を横方向にフレキシブルであるが、縦方向には剛直なもの にする。

本発明による音叉ジャイロスコープは、該振動構造体がデバイスの面に平行な共 振する好ましいモードをもつことを要求する。したがって、振動構造体の部分を 含む歯またはビームの高さは、それらの幅よりも高いことが好ましく、したがっ て、高いアスペクト比・ジオをもつ構造である。高いアスペクトレシオのビーム からなる振動構造体は、シリコンとシリコン酸化物におけるスロットを介する選 択的ボロン拡散、選択的エキタキシャル・パブクφフィリングおよび他のボロン 拡散でキャブピングし、その後におけるアスペクトレシオが１０：１までのビー ムを形成する異方性エツチングにより作ることができる。そのような方法は、′ トリミング可能な共鳴振動数をもつ集積マイクロケミカル振動ストリング加速度 計”と題する出願人の併願である米国特許出願第０７１５９９，１３１号に記載 されており、これは、ここに参考文献として組み入れられる。

アスペクトレシオを変えている歯またはビームを製造するために、いくつかの方 法を用−することができる。例えば、二つの比較的浅１１％Ｐ＋ボロン拡散部１ ８０，１８２、図８Ａ、がＮ基板１８３内に設けられる。スタンダードのＥＤＰ プロセスを用いる異方性エツチングで、アスペクトレシオが０．５のオーダーで あるＰ＋ボロンがドープされた領域１８０．１８２により概ね構成された二つの 歯またはビームが得られる。アスペクトレシオは非常に高いものではないが、そ のようなビームは、本発明による音叉のメインの振動構造体として、または、図 ７のビーム１６４のようなビームの低いアスペクトレシオの部分として有用であ る。

歯を作る方法の追加が図８Ｂに示されており、これは、ライン１８４により定め られた領域に非常に深いボロン拡散を施すことを含む。その後、プラズマ・エツ チングプロセスを用いて、エッチレジストを介して領域１８６内のボロンがドー プされたマテリアルをカットする。その後、ＥＤＰエッチが使用でき、これによ り高いアスペクトレシオをもつ歯ｔｓｓ、ｔｅａを残して該構造体をアンダーカ ットする。このプロセスで、アスペクトレシオを１〜４にすることがほぼ可能と なる。

本発明のマイクロメカニカル集積音叉ジャイロスコープの一つの特徴は、ジャイ ロスコープを含む半導体基板それ自体に駆動および感知電子回路を設けることが できることである。かくして、一つの集積パッケージがジャイロスコープと必要 な駆動および感知電子回路両者を含む。さらに、一方が他方に対し直角に配置さ れた二つのジャイロスコープを一つの基板に位はさせることができ、かくして、 二つのインプツト軸を一つの基板におくことを可能にする。さらに、本発明によ る第２の音叉ジャイロスコープ基板を第１の基板に垂直に配置することによって 、一つの冗長軸をもつ三軸音叉ジャイロスコープシステムを作ることができる。

例えば、装着ブロック３０２または他のデバイスに装着された第１のシリコン基 板３００、図９Ａ、は、矢印３０４，３０６で示す面内インプット軸が相互に直 交する第１と第２のジャイロスコープを含む。第１の基板３００の装着面に垂直 な面に第２の半導体基板３０８を装着することによって、矢印３１０に平行なイ ンブレーン台インプット軸をもつ第３のジャイロスコープが軸３０４に平行な一 つのインプツト軸３１２（冗長または使用されない）をもつ完全な三輪ジャイロ スコープシステムとなる。か（して、ただ二つの装着面で三軸ジャイロスコープ システムとするに充分である。

別の実施例においては、シリコン基板３２０、図９Ｂ、は、矢印３２４に平行な 基板３２０の平らな面に垂直なアウト・オプ・ブレーン・インプツト軸を有する 第１のジャイロスコープを含む。このようすｉジャイロスコープは、米国特許第 ４，５９８，５８５号に記載されている。さらに、それぞれがインブレーン・イ ンプツト軸をもつ、本発明によるジャイロスコープ３２６，３２８は、一つの半 導体基板上に三輪ジャイロスコープシステムを設ける。

該基板は、また、ここに参考文献として組み入れる″トリミング可能な共鳴振動 数をもつ集積マイクロケミカル振動ストリング加速度針”と題する出願人の併願 である米国特許出願第０７１５９９，１３１号に記載されている振動ストリング 加速度計のような第１と第２のインブレーン感知加速度計を含む。アウト・オプ ・ブレーン拳インプット軸を有する第３の加速度計３３４も含まれる。このよう な加速度計は、ここにまた参考文献として組み入れる”進歩したマイクロケミカ ル加速度計”と題する併願の米国特許出願第０７１５２８，０５１号に記載され ている。かくして、三つの直交するセンシング加速度計３３０，３３４をさらに 設けることで、駆動及び感知電子回路すべてを含んだフンブリートの三輪インス ツルメント測定ユニットが一つの基板３００の上に設けられる。

種々の駆動および感知電子回路ならびに多数の操作モードが本発明による音叉ジ ャイロスコープの種々の実施例に利用できる。例えば、音叉を電磁的にまたは静 電的に；オーブンループまたはクローズドルーズのいずれにおいても駆動し、検 知できる；そして、ジャイロスコープをセルフ振動するように設計でき、そこで は、電子ループを用いて音叉ジャイロスコープを広い温度範囲にわたり、そのナ チュラルまたは共ＩＯＳ動数に維持する。さらに、音叉ジャイロスコープをたわ み体で支持されたピボットするプレート上に作られるものか、または、ピボット しないデバイスが用いられるかの点を考慮しなければならない。

音叉ジャイロスコープの構造がピボットするものか、ピボットしな〜１ものかの 選択は、多くのファクターに依存する。例えば、ピボットする構造の利点は、音 叉の横方向振動がインプツト軸まわりのジャイロスコープの回転に起因するプレ ート上の垂直運動から分離されることである。音叉へのジャイロスコープの力は 、ピボットす志構造またはプレートへ伝達するから、それがために歯それら自体 の曲げ変形または垂直変形を検出する必要はない。したがって、歯は、読み出し に役立つマナーで、横方向振動および縦方向変形の二重の作用を果たす必要はな い。その代わり、縦方向運動がプレートまたはエツチングされないシリコン構造 体の角度変形に変えられ、それが故に、プレートをシリコンフレームに接続する たわみ体に依存するのみとなる。それが故に、たわみ体は、音叉と関係無く、正 確に、有利にデザインできる。

さらに、ピボットするジャイロスコープにおいて、プレート領域は、音叉よりも 任意に大きく作ることができ、これは、それがジャイロスコープ作用の一部に加 わらないからである。このことは、ピボットするジャイロスコープの読み出し感 度がピボットしない様式のものよりもずっと広いものであることを意味する。

ジャイロスコープ電子回路および構造形態の多数の可能な組み合わせのい（つか を図示説明のために以下に記載するが、さらにより多くのコンビネーシーンが本 発明により可能であり、期待されるものである。第１の例において、図１０にピ ボット（枢軸回動）するジャイロスコープ２００が電磁駆動電子回路２０２およ び静電感知電子回路２０４と共に図示されている。駆動電子回路２０２によって 、ＡＣ電圧が回転プレート２０８に結合しているたわみ体２２６に印加される。

プレート２０８は、たわみ体の一端から始まるが、該たわみ体の上ではない高導 電層またはワイヤ２１０を含む。ワイヤまたは導［！１２１０は、対称に分離し 、第１と第２の振動構造体またはフォーク２１２．２１４の上または中を通過し 、つ０で第２のたわみ体２１６で終わる１本のワイヤに再び合体する。

ついで第２のたわみ体２１６からのアウトプット２１８は、静電感知電子回路２ ０４にカップルされ、電圧がインプットレートに比例するアウトプット電圧シグ ナル２２０を発生する。このシグナルは、ついで周知のシグナル処理技術を用い て処理されて、ジャイロスコープ出力信号になる。

音叉ノヤイロスコープ２００は、また、ｍｌｌ１２２２ａ、２２２ｂ、２２４ａ 、２２４ｂおよび２２６ａ、２２６ｂを備えている。電極は、プレート２０８の 下（埋設Ｗ１極）またはプレート２０８の上（ブリッジ電極）のいずれかで配置 されており、該プレートの両側にそって対称にアレンジされている。該電極は、 クローズドモードの場合、プレートにトルクを与える為に、そして、プレートの 角度移動を検知するのに用いられる。誘電絶縁ギャップ２２８．２３０が設けら れて、プレート２０日上のポテンシャル電圧傾度をなくす。

電磁駆動および静電感知電子回路２０２，２０４のさらに詳細な略図描写が　図 １１に示されており、そこでは、電圧源２３２からのＡＣ駆動電電圧、がレジス タ２３４を介して音叉２１２，２１４とプレート２０８へ印加され、これらすべ ては、シグナルバス２３６で示されている。代表的にはｔ−ｔｏＫｈ２で１〜１ ０ボルトの駆動電圧Ｅ、によって音叉２１２，２１４が横方向に振動する。励起 電圧源２３８が代表的には、０．１〜ＩＭｈｚで１ボルトの励起電圧Ｅ、を供給 し、これが基準信号として機能し、インプットレートによっての感知軸、あわり のプレート２０８の回転運動を示す。インバートされた信号とインバートされな い信号とが音叉構造の両側に印加される。デバイスをクローズドモードで動作さ せたくないときは、二つのトルクおよびバイアス電圧Ｅ□、■３、およびＥ、、 Ｖ、　、２４０−２４６それぞれを提供して、以下に詳しく説明するように、プ レートの回転運動を位相内で、および、音叉の振動に直角にリバランスする。

該回路の動作は、たわみ体２１６からの出力２１８が演算増幅器２４８のフィー ドバック回路により仮想接地へドライブされるた事実に従う。角速度により傾斜 プレート２０８が変形する。該傾むきは、インプツト軸に角速度がある場合、ジ ャイロスコピックフォースから傾斜プレートへ加えられるトルクにより引き起こ される。該プレートの傾きは、図示されているような電極２２２　ａ　＋２２２ ｂ、２２４ａ、２２４ｂ、２２６ａおよび２２６ｂからなる容量センサーシステ ムにより測定される。該ｍ＋は、また、リバランスループが以下に述べるように 用いられるときのように、該プレートを外方向ヘトルクするのにも用いられる。

傾斜プレートの回転の角度は、−セットの電極をＥ　ｘ　ｒ高周波ＡＣシグナル で励起することで検知される。音叉の振動周波数ＷＸに関し該シグナルを復調器 ２５０を用いて復調し、エンベロープまたは変調シグナルｅｏ２がリカバーされ 、傾斜角度に比例した電圧を与える。この電圧は、ジャイロスコープがオープン モードで作動するとき、インプットレートに比例するか、または、ジャイロスコ ープがクローズトループモードで作動するとき、該電圧は、上記電極により傾斜 プレートをリバランスするシグナルを与えるのに用〜１られる。

該トルク電圧は、調整システムにより傾斜プレートにかかるトルクに比例し、該 システムは、下記の式における関係を用いて、キャパシタに対するスケアーの低 いフォース−電圧関係をリニア電圧−トルク関係にコンバートする。

＠＊＊＊＊＝−Ｅ１１　：　ｅｔｉｉｂ＝Ｅｗ　（１）ｅｉｚ４ｍ＝−ＥＴＩ　 Ｖ　ｌ　：　ｅｔ２ｍｂ＝Ｅｔ＋−Ｖ　１　（２）ｅｉ＊ｅａ＝　Ｅｖｔ　Ｖ２ 　；　６ｚ２ｓｂ＝Ｅｔ＊　Ｖ２　（３）ＳＴ”　（ｅｔｔ２ａ２　ｅａ□ｚｂ ２　）　＋（ｅｘ２４−２−ｅｔａａｂ２　）　（４）＋　（ｅｔｉｓａ２　Ｌ ｉ５２゜２） ＳＴ＝Ｅ、２　−　Ｅ、２　＋　（ＥＴＩ−Ｖｌ）２−（ＥＴＩ−Ｖｌ）”＋　 （Ｅｒａ　Ｖｔ　）　”　−（ＥＴ２　Ｖｔ　）　”　（５）ＳＴ＝＋４ＥＴＩ Ｖ’ｌ　＋４ＥＴ２Ｖ２　（６）駆動と検知の両者に静電感知電子回路を使用す る本発明による音叉ジャイロスコープは、ピボッティングｅクローズドエンド音 叉ジャイロスコープ２５２によりｒＸＪＩ２に図示されている。該ジャイロスコ ープは、各半休がギャップとラブダ′）ｗインド２５Ｂ、２５Ｂにより電気的に 絶縁されている二つの半休からなるプレート２５４を含む。この実施例において 、インバートされた、及び、インバートされていない電圧がたわみ体に印加され る。インバートされた、及び、インバートされていない電圧は、図１３のキャパ シタＣｆによって示されている容量にみえる音叉構造体を横方向に振動させる。

電磁電子回路を記載した前記の実施例におけるように、励起電圧Ｅ、ならびに代 表的には５ボルトのバイアス電圧Ｂが設けられる。キャパシタＣ３ａ−Ｃ５ｂを アクロスする電圧（Ｖ）は、以下の式７−１２により示される。

Ｖｏ、、＝　（−Ｅ、−Ｅ、−Ｂ）−（−Ｖ、’）　（７）Ｖｅ、、＝　（−Ｅ 、−Ｅ、−Ｂ）−（−Ｖ、）　（８）Ｖ、、、＝　（Ｅ、＋Ｅ、＋Ｂ）−（−Ｖ 、）　（９）Ｖａｉｂ　＝　（ＥＴ　＋Ｅ、＋Ｂ）−（−ｖ、）　（１０）Ｖ。

、、　＝−（Ｅ、　＋Ｅ、　＋Ｂ）　（１１）■。。＝　（Ｅ、＋Ｅ、＋Ｂ）　 （１２）ジャイロスコープにより測定されたトルク（ＳＴ）は、式１３−１５に より示される。

ＳＴ＋　＝　［−ＥＴ　＋ＥＸ＋Ｂ）　十Ｖ、）］　２−　［（Ｅｒ　＋Ｅ、＋ Ｂ）＋Ｖｌ　１２＝−４Ｖｌ　［Ｅｌ　＋Ｅ、＋Ｂ］　（１３）ＳＴ２　＝　ｃ −ａｔ　＋Ｅ、　十Ｂ）　＋（Ｖ２　］　２−　［（Ｅｒ　十Ｅオ＋Ｂ）＋Ｖ、 コ２＝−４Ｖ２　［Ｅ、　十Ｅ、＋Ｂ］　（＋　４）ＳＴ＝ＳＴ＋　＋ＳＴ２　 ＝−４［Ｖ、Ｂ＋Ｖ２　Ｂ）＋ＥＴ　（Ｖｌ　＋Ｖ１　）＋Ｅｗ　（Ｖ１＋■２ ）コ　（１５） 本発明の音叉ジャイロスコープの追加実施例は、図１４のクローズドエンドで、 ピボットしないマイクロメカニカル音叉ジャイロスコープ２６０として図示され ているものである。インプツト軸を軸とする角度回転がプレートに傾斜または回 転を生じさせる図１０と図１２に関連して前記したピボットするプレート・ジャ イロスコープと対照的に、ピボットしないジャイロスコープにおける音叉は、そ の一方のフォークが上方向の力を、他方のフォークが下方向の力を受ける。かく して、ピボットしない音叉ジャイロスコープ２６０は、ＡＣ電圧源（Ｅｆ　）２ ６Ｂにより駆動される二つの平行な振動構造体またはフォーク２６２゜２６４を 含む。該電圧が該音叉を該構造体の市内で横方向へ振動させる。矢印２６８によ り示したジャイロスコープのインプツト軸まわりの角回転が横方向に垂直な縦方 向に音叉を振動させる。

角回転または読み出しは、電極２７０，２７２のような歯のよまたは下の一つ、 または、それ以上の電極により、そして、前記した回路に類似した図示の回路を 用いて静電的に達成される。

前記したように、本発明の音叉ジャイロスコープと電子回路は、二つのモード、 即ち、クローズループまたはオープンループで動作することができる。図１０と 図１１とに関連して記載した回路は、オープンループモードのものである。クロ ーズトループ回路は、ボブクス２７４で示され、そこでは、４つのインプット、 即ちＥ、、（ＷｖＯまたは振動周波数、角度Ｏ）、Ｅｒｘ　（Ｗｖ９０または振 動周波数、角度９ｏ）、Ｖｌおよび■３である。ジャイロスコープからのアウト プット２７６は、ＡＣシグナル、変調されたキャリアである。ついで、このシグ ナルは、該キャリアをストリップアウトする励起シグナルＥ、に対しｔｌ！ｌ器 ／フ器用フィルターキャリア２フ８復調およびフィルターされる。これがジャイ ロスコープの角速度に比例するアンプリチュードをもつ振動周波数においてＡＣ シグナル２８０を発生する。ついで、該シグナルは、増幅８２Ｂ２によりＡＣ増 幅され、復調器／フィルター２８４により、角度Ｏにおける振動周波数に対し、 および、復調器／フィルター２８６により、角度９０における振動周波数に対し 、再び復調され、フィルターされる。ついで、復調器／フィルター２８４，２８ ６からのアウトプットシグナルが１１４Ｂされ、これでジャイロスコープのイン プツトヘフィードバックされる末梢およびジャイロスコープ信号２８８．２９０ それぞれが提供され、その結果、該プレートは、両位相においてＡＣゼロに維持 される。ジャイロスコープ信号アウトプット２９０は、電圧が角度インプットレ ートに比例する所望のジャイロスコープ出力である。

図１５に関連して記載した回路は、音叉または振動構造体の振動周波数がピボッ トするジャイロスコーププレートの自然周波数に等しくないときに利用される。

該電子回路は、また、音叉の振動周波数がジャイロスコーププレートの自然周波 数に等し〜１ときに動作するように過当にモディファイできる。そのような変更 は、当業者に周知である。

本発明のマイクロメカニカル音叉ジャイロスコープの追加実施例が図１６に示さ れている。このような実施例は、デバイスの感［４最高にした一Ｎ場合に選ばれ る。このゴールに連するめには、ピボットする傾斜すｉプレート３５４にかかる ジャイロスコープトルクを最大にしたいものである。

下の式１６に示すように、本発明による音叉ジャイロスコープの慣性のすべてが 音叉または振動する歯それら自体に集中すれば、インプットレートが作用したと きに生ずるジャイロスコープトルクは、式１６に示され、この式では、１１は、 音叉が振動するときのインプツト軸（Ｉ８）まわりの慣性モーメントにおける変 化である。

ジャイｏス＝＋ビブク・トルク＝　Ｉ　１　ｗｔ　Ｗ　ｃｏｓ　Ｗ＋　ｔ　（１ ６）■８ １＋＝ＤＩ＋＋＝２Ｍｒ　Ｄｒ； ｗｌは、歯の周波数 ｔは、時間 ＷＩＩは、インプットレート Ｍは、音叉の質量；そして ｒは、Ｙ軸にそった歯の変形である。

ｒは、音叉の歯の変形であるから、版画は、版画の所定の変形のためのジャイロ スコピックトルクを最大にするために、可能なかぎり離して位置させるべきであ る。異なった表現をすれば、ジャイロスコビックアクシ１ンからの該−への力は 、所定の歯の変形に対しフィックスされて〜するから、したがって、両歯を回転 軸から可能な限り離すことによって、傾斜プレートへのトルクは、最大になる。

実際のジャイロスコピックトルクが大きければ、角運動量を増やし、その結果、 ユニットレートインプット当たりのボルトを高め、シグナルレベルを上げ、ブラ ウンノイズに対するジャイロスコープの感度を減じ、かくしてジャイロスコープ と電子回路の構造設計を容易にする。

図１６に示すように、簡略化のために単純な横棒Ｆ、Ｇで示した振動歯３５０， ３５２は、傾斜する、または、ピボットするプレート３５４のエツジぎりぎりに 配置されて〜する。版画は、誘電またはＰ−Ｎ絶ｍ領域３５６ａ〜３５６ｄによ りチルトプレートの他の部分と電気的に絶縁されている。版画は、ワイヤ３５８ により接続されており、該ワイヤは、構造体の他の部分と誘電的に絶縁されいこ れもまた構造体の他の部分と誘電的に絶縁されているインプットたわみ体ピボッ ト３６０　（Ｅ）に接続している。ワイヤ３５８により、各振動する歯３５０． ３５２にコモンインプット電圧Ｅ、が印加される。

これもまた誘電的に絶縁されたアウトプットたわみ体ピボット３６２は、以下に 詳しく述べように、演算増幅器３６４のインプット接続点（Ｎ）に接続する。か （して、チルトプレート３５４のポテンシャルは、演算増幅器インプット接続点 （Ｎ）のそれにドライブされ、ついで、それは、演算増幅９１３６４のフィード バック配列により仮憇接地へドライブされる。

インプットたわみ体３６０　（Ｅ）へ正弦（シヌソイダル）電圧（Ｅ。

）を印加すると、歯とチルトプレートとの間の電位差により、歯３５０，３５２ と隣接するチルトプレート３５４との間に静電的力が発生する。この電圧電位差 が印加電圧、印加電圧の周波数および両歯の機械的特性に応じたアンプリチュー ドで版画を振動する。

必要な歯の駆動電圧を最小にするために、最も望ましいことは、版画をそれらの 共鳴振動数で駆動することである。これを達成するためには、版画により動かさ れる移動距離を測定しなければならない。これは、Ｅ、　Ｎ、ＩとＥ。

で形成されたループを含む添付の図１７に示された回路によって達成される。

この回路において、代表的なものが３〜１ＯＫＨｚである歯の共鳴振動数よりも 遥かに高い１ｏＯＫＨｚよりも大きな周波数が代表的なものであるＡＣ電圧Ｅｘ ｔが図示のように印加される。このＡＣシグナルは、キャリアとして使用され、 歯の振動で変調される。

Ｃ１と付された静電容量は、歯のギャップのキャパシタンスである。

キャパシタンスＣ１における変化は、歯の移動のファンクシ１ンである。かくし て、演算増幅器３６４０出力電圧は、歯のキャパシタンスＣ１に比例し、演算増 幅器の出力電圧位置ける変化は、歯のキャパシタンスＣ−こ同じように比例する 。演算増幅器の出力は、歯のキャパシタンスのファンクシ詐ンであるから、該出 力は、歯の位置を示すのに用いることができる。これは、歯の励起周波数Ｗ。に 関して演算増幅器の出力３６６を復調することでなされる。復調器の出力（＋） ３６８は、フィードバックネットワーク３７０により適当にモディファイされて 、歯の電圧Ｅ、になる。これによって、歯は、それらの共鳴振動数で振動する。

１〜１０ボルトが代表的なものである固定されたバイアス電圧Ｂ１は、また、歯 の電圧Ｅ１と歯の振動周波数Ｅ。に加算されて、前記フォース特性を線形にする ジャイロスコープのインプツト軸にそうインプットレートの結果として、チルト プレート３５８は、矢印３７２で示されているインプツト軸を軸として、該イン プットレートに比例する振動角度で振動する。ついで、チルトプレートの振動の この角度または置を測定しなければならない。これは、チルトプレート３５８の 上を走る（ブリッジ）する、または、下位にある（埋設）検知電極３７４．３７ ６によってなされる。検知電極は、図１７の回路図においては接続点Ａ、Ｂとし て示されている。

１００Ｋ）ｌｚに等しいか、または、これより高いものが代表的である周波数ｗ ０．で、Ｍ振動周波数よりもはるかに高くいが、歯の励起周波数ｗ、、１とは異 なるＡＣ励起電圧Ｅ８．がアプライされる。ＭＡＣ励起電圧電圧、は、一つの検 知電極に直接に印加され、他の電極についてはインバートされる。

チルトプレートがレベルにあるとき、即ち、インプット角速度が存在しないとき 、二つの検知電極とチルトプレートとの間のキャパシタンスは、等し４、したが って、演算増幅器３６４からのアウトプットはない。インプット角速度の結果と して、プレートが傾くと、キャパシタンスＣ□とＣＩｌ＊とはディフアレンシャ ルに変化し、それが故に、キャパシタンスにおける差に比例する電圧が演算増幅 器３６４により発生する。演算増幅器３６４の出力は、歯の励起周波数Ｗ０．に ついて復調器３７８により復調され、出力信号３８０を生じ、これは、プレート の傾き角度のファンクシ冒ンであり、したがって、インプット角速度の７１ンク シーンである。

さらに、接続点ＣとＤが付されたトルク電極３８２．３８４が設けられて、リバ ランストルクをチルトプレートに作用させることを可能にする。図１７に示すよ うに、リバランス電圧ＥＲと線形化バイアスＢ。は、加算され、トルク電極へ印 加される。

いま上記した実施例にお（１て、説明は、歯が単純な横棒として示されたジャイ ロスコープに概ね絞られた。しかしながら、好ましい実施例においては、そのよ うな構造は、振動構造体に望まし〜１効率を与えるものではない。最も効率的な 振動構造体は、水平方向、即ち、デバイスの面内でフレキシブルである一方、回 転方向および垂直方向には剛直でなければならない。

したがって、本発明のピボットするマイクロメカニカル音叉の好ましい実施例は 、”スプリングのように作用する４つの歯４０４ａ〜４０４ｄによりてチルトプ レート４０２に取り付けられた質量体４００を含む図１８に示されている歯の構 造を含む。矢印４０６で示されている容量的ギャップが質量体と隣接プレート４ ０２との間に形成されている。歯４０４８〜４０４ｄは、アスペクトレシオが高 いビームであって、該質量体を軸４０８に平行に振動させる以外になんの機能も 有していない。そのような振動構造体の振動周波数は、この支持の歯４０４８〜 ４０４ｄと中央の質量体とのファンクシ１ンである。支持の歯の質量は、無視で きる。これが、支持する歯またはスプリングのマルチモードの振動により発生す る不要な作用を除く。さらに、支持する歯が横方向を除き、すべての方向におい て、歯が縦方向にリジツドであることは、縦方向、即ち、アウト・オブ舎ブレー ンまたは回転方向の両者の他の共鳴になんらのＩＩＩＢもないことを意味する。

このアプローチは、絶縁の所望のプリンシパルによるものであり、各構造エレメ ントに一つのファンクシ替ンを要求する。さらに、４つの支持する歯の構造によ って、質量のアンバランスによる作用をミニマムにする最大の回転強度が与えら れる。

容量的ギャップ４０６は、単純な平行の構造で形成されるが、他の実施例は、図 ４９に示すような間に挟まれるようなギャップ構造を含む。

本発明によるピボットするマイクロメカニカル音叉の追加実施例を図２０に示す もので、その例は、図１６に示したピボットする音叉ジャイロスコープに類似し ているが、電磁駆動および静電感知、リバランストルク電子回路を用いるのに適 している。この実施例において、簡略化のために再び単純な横棒として図示され ている歯４１０のような振動する歯が二つの導電電極４１２．４１４の間に配置 されている。版画は、版画とチルトプレートの隣接導電領域とを流れる電流の方 向を適正にコントロールすることにより電磁的に駆動される。

電流の流れ方向は、図２１の略図ダイアダラムに最もよく示されている。そのよ うな構造を作るには、版画を充分にドープして充分な電流がながれるようにする 。さもなければ、電気的に絶縁された金属化層を版画のトップに被着する。同様 に、振動する歯に近接したチルトプレートの領域を同じようにドープするか、ま たは、電気的に絶縁された金属化層を含ませる。静電感知・トルク電極は、図１ ７に関連して記載したものと類似のものである。

発明のスペシフィックな特徴が図面に示されたり、示されなかったりしているが 、これは、本発明によりそれぞれの特徴を他の特徴のいずれか、または、すべて に組み合わせるのに便利であるからである。さらに、本マイクロメカニカル音叉 角速度センサーの構造は、構造に関してはユニタリーシリコン基板および異方性 エツチングを記載したが、これは、本発明を限定するものではない。

例えば、上記したノリコンバルクマイクロマシニングおよび’Ａ方性ｘ−ッチン グ技術に加えて、本発明の角速度センサーとしてジンバルにおける振動構造体の 構造とファプリケージ寥ンとが各種の他の技術により作られる。これらは、Ｐ十 領域としてのボロン拡散後に周囲のシリコンをリアクティブ・イオンエツチング することにより、振動およびジンバル部分を構成し、異方性エツチングにより後 処理される広い構造体の輪郭を形成することを含む、シリコン基板フ１の上にポ リシリコンを選択的に付与する場合、デバイスは、マテリアルの表面から作り上 げられや。さらに、ボンド技術を用いて、シリコン、ガラスおよびクォーツを用 いて積層構造またはサンドイッチ構造を作ることもできる。

例えば、本発明によるマイクロメカニカルな音叉角速度センサーを作る他の方法 は、選択的異方性エツチング技術に関連して前記したようなトップダウンに構造 体を形成することと対照的に、音叉角速度センサーを構成する構造をビルドアッ プする表面マイクロマシニングプロセスを含む。

図２２に示すように、この実施例の音叉角速度センサー６００は、まず、シリコ ンである基板５０２を供給して作られる。窒化珪素の薄い層５０４が基板５０２ に被着され、該基板をその後の処理から保護する。

つぎに、犠牲となる層５１０を該基板に被着する。歯と基板との間にギャップま たはアンダーカットする部分を一時的に残すようにパターン化する。

該犠牲になる層は、厚さが約２ミクロンの化学蒸着ガラス層を含む。該ＣＶＤガ ラス犠牲層は、バッフ１−されたＨＦ水エッチ溶液中で急速にエツチングされる ついで、ポリシリコンの厚い層５１２が犠牲層５１０の上にデポジットされ、そ の上面が酸化される。酸化表面は、パターン化され、マスクとして用いられて、 ポリシリコン層５１２をプラズマエツチングし、音叉角速度センサーの歯５１６ ａ、５１６ｂおよび、版画を基板に結合するたわみ体のみを残す。オープエンド の歯の場合、二つのたわみ体が設けられ、一方がたわみ体の二つの端部に接近し ている。ついで犠牲層５１０がエツチングされて除かれ、歯をアンダーカットし 、リリーズする。この方法を使用することで歯のアスペクトレシオが１〜４とな り、その他の構造も達成される。

さらに、デバイスの下のＰ／Ｎ接合として、読み出し電極を設けることもでき、 これは、犠牲層５１０の下に薄い金属化層または薄いポリシコン層として作られ る。

本発明のまた他の実施例は、積層化またはサンドイツチ化の方法を用いて音叉角 速度の製造を考慮している。図２３に示すように、音叉角速度センサー５２０は 、ビーム層５２４が被着され、さらにトップの電極層５２６が上に重ねられたベ ースの電極層５２２を含む。この技術によれば、マイクロメカニカル音叉角速度 センサーの本実施例においては、既知の多数のエツチング技術の一つまたは薄い ウェファを介して完全にエツチングする将来発見される技術を用いて、ビーム層 ５２４を作ることができる。酸化またはめっきされたスペーサー５２８ａ〜５２ ８ｄがビーム層５２４の近傍に設けられて、音叉を前記したように振動させ、回 転させる。電極５３０，５３２が上側の電極層５２６と下側の電極層５２２それ ぞれに含まれる。該電極は、シリコン層の場合、ドープされたりコン領域を、ま た、ガラス層またはクォーツ層の場合は、デポジットされた金属化電極を含むも のである。周知のウェブ１−ボンド技術が用いられて、該複数のウェファまたは 複数の層を共に接合する。

ジンバル状の対の振動構造体を実現する、これらの、および、他の構造ならびに 製造技術は、図２４を参照することで認識できる。そこに示すように、追加の質 量体をもつ、または、もたない第１と第２の振動バンド５４０，５４２がジンバ ルリング５４４へ、または、その内部に固定され、該リングは、中央ゾーン５４ ８内に位置するたわみ体５４６を介して囲んでいるプレートまたはプラットフォ ームに取り付けられている。

第１の実施例において、エレメント５４０，５４２，５４４および５４６は、ボ ロン拡散により作られ、該エレメンツは、異方性エツチングにより周囲の半導体 からリリーズされる。

別の実施例において、エレメンツ５４０，５４２．５４４および５４６を含む該 表面の大部分は、ボロンドープされている。ついで反応性イオンエッチ（ＲＩ　 Ｅ）で深いビットを侵食し、高いアスペクトレシオ（高さ対線）をもつエレメン ツ５４０，５４２．５４４および５４６を作り、ついでエツチングで下面を遊離 する。

また別の実施例においては、エレメンツ５４０，５４２，５４４および５４６を 含む層が下側のシリコン基板５５２の上の酸化層５５０を覆うポリシリコンとし て成長している。ついで周囲のシリコンをＲＩＥエツチングし、該酸化層を化学 的に除去して該エレメンツ５４０，５４２，５４４および５４６を構成する。

別の実施例においては、エレメンツ５４０，５４２，５４４および５４６をＲＩ Ｅエッチに曝し、ついでボロンでドープする。その後のエッチで所望の構造にす る。

第５の実施例においては、エレメンツ５４０，５４２，５４４，５４６は、フォ トレジスト層および／または酸化層に形成されたノぐターンまわりと、該パター ン上に蒸着され、つ〜１でそれを化学的に除去してリングくル構造にする。

電極は、上記した絶縁技術およびブリッジ電極または埋設電極構造を用いて作ら れることができる。

当業者によるモデイフイケーン１ンおよびＩＩ換は、以下の請求の範囲によるを 除いて限定されない本発明の範囲内にあべきものと認められて然るべきものであ る。

ＦＩＧ、４Ｅ Ａｌｌ　／１５１１１１１１１１５　ｒｏｌｌ　１１１１　ＩＩ／ＭｌρＩＩ　 Ｉｔ／ｆｆ１ｌ　ｌＮｐＨｆｌｌｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも第１の回転感知軸を軸とする角回転を検出する集積、マイクロメ カニカル音叉ジャイロスコープであって、以下の構成からなるもの：選択的にピ ットがエッチングされ、その上に、エッチングされないシリコン構造体が支えら れているシリコン基板；前記第１のノンエッチのシリコン構造体は、第１の面内 にあって、互いに概ね近接し、平行に配置されている少なくとも第１と第２の振 動構造体を含むもの； 前記第１と第２の振動構造体を励起し、これらを前記回転感知軸に直角で、前記 第１の面にある軸にそって横方向へ振動させるためのもので、前記第１と第２の 振動構造体の前記横方向の振動が前記第１の回転感知軸を軸として、前記ジャイ ロスコープが角回転すると、前記ノンエッチのシリコン構造体の少なくとも一部 部分の第２の面に平行で、前記第１の面に直角な縦運動を同時に起こす駆動手段 ；および、 前記ノンエッチのシリコン構造体の少なくとも部分の前記同時の縦運動を感知し 、前記感知した縦連動に比例する電圧出力信号を発生する手段であって、前記電 圧出力信号が前記ジャイロスコープにより検出された角回転を示す手段。 ２．前記第１の回転感知軸を軸として前記ジャイロスコープが角回転すると、前 記第１と第２の振動構造体の前記横方向振動により、前記第１と第２の振動構造 体が同時に縦方向へ動く構成の請求の範囲１のジャイロスコープ。 ３．前記第１と第２の振動構造体は、第１と第２のオープンエンドの音叉を含み 、；そして 前記前記第１と第２のオープエンドの音叉は、前記シリコン構造体に第１の端部 が結合されて、前記エッチングされたピットの上に架設されている請求の範囲１ のシステム。 ４．前記第１と第２の音叉の各々は、前記第１と第２の音叉それぞれの第２の端 部に近接配置された質量体を含み、前記質量体と前記第１、第２の音叉とは、前 記エッチされたピットの上に架設されている請求の範囲３のシステム。 ５．前記第１、第２の振動構造体は、第１と第２のクローズドエンドの振動構造 体を含む請求の範囲１のジャイロスコープ。 ６．前記第１のクローズドエンドの振動構造体は、前記シリコン基板の第１の領 域に結合された第１の端部と、前記シリコン基板の第２の領域に結合された第２ の端部とを含み、前記第２の領域は、前記第１の領域に概ね向き合って位置して おり；そして 前記第２のクローズドエンド振動構造体は、前記第１のクローズドエンド振動構 造体に平行に配置され、前記シリコン基板の第２の領域に結合された第１の端部 を含み、前記前記第２の領域は、前記第１の領域に概ね向き合って位置している 請求の範囲５のジャイロスコープ。 ７．前記第１と第２のクローズドエンド振動構造体の各々は、前記第１と第２の クローズドエンド振動構造体の各々の長さ方向中央ポイント当たりに配置されて いる質量体を含む請求の範囲６のジャイロスコープ。 ８．前記質量体の各々は、カウンターウエイトが配置されたシリコン質量体であ る請求の範囲７のジャイロスコープ。 ９．前記カウンターウエイトは、金、タングステンおよび鉛を含む高密度グルー プから選ばれたものである請求の範囲８のジャイロスコープ。 １０．前記シリコン質量体の各々は、前記第１の振動構造体と第２の振動構造体 それぞれに一体である請求の範囲８のジャイロスコープ。 １１．前記第１と第２のクローズドエンドの振動構造体の各々の前記質量体は、 前記第１の面内の重心を含む請求の範囲７のジャイロスコープ。 １２．前記第１と第２のクローズドエンド振動構造体が以下を含む請求の範囲５ のジャイロスコープ； 第１と第２の支持ビームの各々の第１の端部が前記シリコン基板の第２の領域に 結合され、第２の端部が前記質量体の第１の領域に結合されている第１と第２の 支持ビーム；および 第３と第４の支持ビームの各々の第１の端部が前記シリコン基板の第２の領域に 結合され、第２の端部が前記質量体の第２の領域に結合されており、前記質量体 の前記第２の領域と前記シリコン基板の前記第２の領域が前記質量体の前記第１ の領域と前記シリコン基板の前記第１の領域それぞれに対して向き合っている第 ３と第４の支持ビーム。 １３．前記支持ビームの各々は、第１の部分と第２の部分とを含み、前記第１の 部分が前記第１の端部に近接され、前記シリコン基板に結合されているもので； そして 前記第２の部分は、前記第２の端部に近接され、前記質量体に結合されている請 求の範囲１２のジャイロスコープ。 １４．前記支持ビームの各々の前記第２の部分の各々は、前記支持ビームの各々 の前記第１の部分の各々の高さ対幅の比率より大きな高さ対幅の比率を含む請求 の範囲１３のジャイロスコープ。 １５．前記支持ビームの前記第１の部分の各々の高さ対幅の比率は、０．１〜１ の範囲から選ばれるものである請求の範囲１４のジャイロスコープ。 １６．前記支持ビームの各々の前記第２の部分の各々の高さ対幅の比率は、１〜 １０の範囲から選はれるものである請求の範囲１４のジャイロスコープ。 １７．以下を含む請求の範囲１のジャイロスコープ：前記エッチングされていな いシリコン構造体を前記基板に結合し、そして、前記エッチングされていないシ リコン構造体を選択的にエッチングされたピットの上に架設する第１と第２のフ レキシルなエレメントであって、該フレキシブルなエレメントの各々は、前記基 板と前記エッチングされていないシリコン構造体と一体であり、前記第１の回転 感知軸と概ね同一直線上で、同一面に配置され、前記エッチングされていないシ リコン構造体を前記第１の回転感知軸まわりを回転させるようにする第１と第２ のフレキシルなエレメント；前記シリコン基板の第１の領域に結合された第１の 端部と、前記エッチングされていないシリコン構造体の第１の側に結合された第 ２の端部とを含む前記第１のフレキシブルなエレメント；前記シリコン基板の前 記第１の領域と前記フレキシブルなエレメントに向き合っている前記シリコン基 板の第２の領域に結合された第１の端部と、前記エッチングされていないシリコ ン構造体の第１の側に向き合っている前記エッチングされないシリコン構造体の 第２の側に結合された第２の端部とを含む前記第２のフレキシブルなエレメント ；第１と第２のセグメントを含み、前記第１のセグメントが前記第２のセグメン トと構造的に結合しているが、電気的に絶縁されている前記エッチングされてい ないシリコン構造体；前記第１のセグメントの第１の領域に結合された第１の端 部と、前記第１のセグメントの第２の領域に結合された第２の端部とを含み、前 記第２の領域は、前記第１の領域と概ね向き合っている前記第１の振動構造体； 前記第２のセグメントの第１の領域に結合された第１の端部と、前記第２のセグ メントの第２の領域に結合された第２の端部とを含み、前記第２の領域は、前記 第１の領域と概ね向き合っている前記第２の振動構造体；上記構成において、前 記駆動手段は、動作して前記第１と第２の振動構造体を励起し、これらを前記第 １の回転感知軸に直角な軸と同じ面で、該軸にそって横方向へ振動させ、前記第 １と第２の振動構造体の前記振動が、前記第１の回転感知軸を軸として、前記ジ ャイロスコープが角回転すると、前記ノンエッチのシリコン構造体を前記回転感 知軸を軸として回転させるようにする前記駆動手段； 上記構成において、前記ノンエッチのシリコン構造体の回転を感知し、前記ノン エッチのシリコン構造体の回転運動に比例する電圧出力信号を提供し、前記電圧 出力信号が前記ジャイロスコープにより検出された角速度を示すものである前記 感知手段。 １８．前記エッチングされていないシリコン構造体と前記シリコン基板との間の 引張力のストレス緩和を行う手段を含む請求の範囲１７のジャイロスコープ１９ ．前記ストレス緩和の前記手段が、所定の長さと幅を有し、前記エッチングされ ていないシリコン構造体に配設されている開口によって形成された少なくとも一 つのテンション緩和ビームを含み、前記少なくとも一つのテンション緩和ビーム は、前記第１と第２のフレキシブルなエレメントの少なくとも一つの第２の端部 に結合されている請求の範囲１８のジャイロスコープ。 ２０．所定の長さと幅を持ち、前記第１と第２のフレキシブルなエレメントの他 方の第２の端部に結合している第２のテンション緩和ビームを形成する第２の開 口をさらに含む請求の範囲１９のジャイロスコープ。 ２１．前記少なくとも一つのテンション緩和ビームが高さ対幅の比率が高いもの である請求の範囲１９のジャイロスコープ。 ２２．前記高さ対幅の比率が少なくとも２対１である請求の範囲２１のジャイロ スコープ。 ２３．前記第１と第２のセグメントは、ラップジョイントにより構造的に結合さ れ、電気的に絶縁されている請求の範囲１７のジャイロスコープ。 ２４．前記第１と第２のセグメントは、誘電絶縁領域により構造的に結合され、 電気的に絶縁されている請求の範囲１７のジャイロスコープ。 ２５．前記駆動手段が前記第１と第２の振動構造体にシヌソイダル電圧を印加す る請求の範囲１のジャイロスコープ。 ２６．前記第１の振動構造体に所定の瞬間に印加される前記シヌソイダル電圧は 、前記第２の振動構造体に所定の瞬間に印加される前記シヌソイダル電圧と逆の 極性を有している請求の範囲２５のジャイロスコープ。 ２７．回転を感知する前記手段は、少なくとも一つの感知電極を含む請求の範囲 １のジャイロスコープ。 ２８．前記少なくとも一つの感知電極は、前記シリコン基板に結合された少なく とも一つのブリッジ電極を含む請求の範囲２７のジャイロスコープ。 ２９．前記少なくとも一つのブリッジ電極は、前記シリコン基板から電気的に絶 縁されている請求の範囲２８のジャイロスコープ。 ３０．前記少なくとも一つの感知電極は、少なくとも一つの埋設電極を含む清流 の範囲２７のジャイロスコープ。 ３１．回転を感知する前記手段は、前記エッチングされていないシリコン構造体 の回転を静電的に感知する静電感知手段を含む請求の範囲１のジャイロスコープ 。 ３２．前記静電感知手段が、前記エッチングされないシリコン構造体と少なくと も一つの感知電極との間の微分キャパシタンスを測定する手段を含む請求の範囲 ３１のジャイロスコープ。 ３３．前記第１と第２のセグメントが前記第１と第２のセグメントの他の領域よ りも質量が低い領域を含む請求の範囲１４のジャイロスコープ。 ３４．質量が低い前記領域は、ワッフルタイプ構造に構成されている請求の範囲 ３３のジャイロスコープ。 ３５．前記シリコン基板は、第２のエッチングされないシリコン構造体を上位に 架設した選択的にエッチングされた第２のピットをさらに含み、前記第２のエッ チングされないシリコン構造体は、第３と第４の振動構造体を含み、これらが第 １のマイクロメカニカル音叉ジャイロスコープと同じ面に配置され、前記第１の 音叉ジャイロスコープと同じ面で、しかも直交するよう向きになっている少なく とも第２の集積マイクロメカニカル音叉ジャイロスコープを形成し、前記第１の 回転感知軸と同じ面にあって、概ね直角になっている第２の回転感知軸まわりの 角回転を検知するものである請求の範囲１のジャイロスコープ。 ３６．前記第１の面に直交する面に配置されて、前記第１と第２の回転感知軸に 直交する第３の回転感知軸まわりの角回転を検知する第３の集積マイクロメカニ カル音叉ジャイロスコープをさらに含む請求の範囲３５のジャイロスコープ３７ ．以下を含む請求の範囲３５のジャイロスコープ：第１と第２の音叉ジャイロス コープの面に直角で、第１と第２の音叉ジャイロスコープの回転感知軸に対し直 交する第３の回転感知軸をもつ第３のジャイロスコープ；および、 前記第１，第２，第３の回転感知軸それぞれにそう加速度を検知し、前記第１、 第２、第３のジャイロスコープにそって一つのシリコン基板の上に３つの軸イン スツルメント測定ユニットを形成する第１、第２および第３の加速度計。 ３８．前記駆動手段は、電磁駆動手段を含む請求の範囲１のジャイロスコープ。 ３９．前記駆動手段は、静電駆動手段を含む請求の範囲１のジャイロスコープ。 ４０．前記駆動手段は、駆動電圧を前記第１と第２の振動構造体に印加する少な くとも一つの第１と第２の電極を含む請求の範囲３９のジャイロスコープ。 ４１．少なくとも第１の回転感知軸を軸とする角回転を検出する集積、マイクロ メカニカル音叉ジャイロスコープであって、以下の構成からなるもの：選択的に ビットがエッチングされ、その上に、エッチングされないシリコン構造体が架設 されているシリコン基板；前記エッチングされないシリコン構造体を前記基板に 結合し、そして、前記エッチングされていないシリコン構造体を選択的にエッチ ングされたピットの上に架設する第１と第２のフレキシルなエレメントであって 、該フレキシブルなエレメントの各々は、前記基板と前記エッチングされていな いシリコン構造体と一体であり、前記回転感知軸と概ね同一直線上で、同一面に 配置され、前記エッチングされていないシリコン構造体を前記回転感知軸まわり を回転させるようにする第１と第２のフレキシルなエレメント；前記シリコン基 板の第１の領域に結合された第１の端部と、前記エッチングされていないシリコ ン構造体の第１の側に結合された第２の端部とを含む前記第１のフレキシブルな エレメント；前記シリコン基板の前記第１の領域と前記フレキシブルなエレメン トに向き合っている前記シリコン基板の第２の領域に結合された第１の端部と、 前記エッチングされていないシリコン構造体の第１の側に向き合っている前記エ ッチングされないシリコン構造体の第２の側に結合された第２の端部とを含む前 記第２のフレキシブルなエレメント；第１と第２の振動構造体を含み、前記第１ と第２の振動構造体は、互いに概ね平行に配置され、前記第１と第２の振動構造 体は、関連の振動構造体と一体の質量体を含む前記エッチングされないシリコン 構造体； 前記エッチングされないシリコン構造体の第１の領域に結合された第１の端部と 、前記エッチングされないシリコン構造体の第２の領域に結合された第２の端部 とを含み、前記第２の領域は、前記第１の領域と概ね向き合っている前記第１の 振動構造体； 前記エッチングされないシリコン構造体の第３の領域に結合された第１の端部と 、前記エッチングされないシワコン構造体の第４の領域に結合された第２の端部 とを含み、前記第４の領域は、前記第３の領域と概ね向き合っている前記第２の 振動構造体； 前記第１と第２の振動構造体を励起し、これらを前記回転感知軸に直角で、同じ 面にある軸にそって振動させるように動作し、前記第１と第２の振動構造体の振 動が前記第１の回転感知軸を軸として、前記ジャイロスコープが角回転すると、 前記ノンエッチのシリコン構造体を前記回転感知軸軸として回転運動させる駆動 手段；および、 前記ノンエッチのシリコン構造体の回転を感知し、前記ノンエッチのシリコン構 造体の回転に比例する電圧出力信号を発生する手段であって、前記電圧出力信号 が前記ジャイロスコープにより検出された角回転を示す手段。 ４２．少なくとも第１の回転感知軸を軸とする角回転を検出するピボットする集 積、マイクロメカニカル音叉ジャイロスコープであって、以下の構成からなるも の： 選択的にピットがエッチングされ、その上に、エッチングされないシリコン構造 体が架設されているシリコン基板；前記エッチングされないシリコン構造体を前 記基板に結合し、そして、前記エッチングされていないシリコン構造体を選択的 にエッチングされたピットの上に架設する第１と第２のフレキシルなエレメント であって、該フレキシブルなエレメントの各々は、前記基板と前記エッチングさ れていないシリコン構造体と一体であり、前記回転感知軸と概ね同一直線上に配 置され、前記エッチングされていないシリコン構造体を前部回転感知軸まわりを 回転させるようにする第１と第２のフレキシルなエレメント； 前記シリコン基板の第１の領域に結合された第１の端部と、前記エッチングされ ていないシリコン構造体の第１の側に結合された第２の端部とを含む前記第１の フレキシブルなエレメント；前記シリコン基板の前記第１の領域と前記第１のフ レキシブルなエレメントに向き合っている前記シリコン基板の第２の領域に結合 された第１の端部と、前記エッチングされていないシリコン構造体の第２の側に 結合された第２の端部とを含む前記第２のフレキシブルなエレメント；第１と第 ２のセグメントを含み、前記第１のセグメントが前記第２のセグメントと構造的 に結合しているが、電気的に絶縁されている前記エッチングされていないシリコ ン構造体； 第１と第２の振動構造体をさらに含み、前記第１と第２の振動構造体は、互いに 概ね平行に配置され、前記第１と第２の振動構造体の各々は、関連の振動構造体 に一体の質量体を含む前記エッチングされたいシリコン構造体；前記第１のセグ メントの第１の領域に結合された第１の端部と、前記第１のセグメントの第２の 領域に結合された第２の端部とを含み、前記第２の領域は、前記第１の領域と概 ね向き合っている前記第１の振動構造体；前記第２のセグメントの第１の領域に 結合された第１の端部と、前記第２のセグメントの第２の領域に結合された第２ の端部とを含み、前記第２の領域は、前記第１の領域と概ね向き合っている前記 第２の振動構造体；前記第１と第２の振動構造体を励起し、これらを前記回転感 知軸に直角で、同じ面にある軸にそって振動させるように動作し、前記第１と第 ２の振動構造体の振動が前記第１の回転感知軸を軸として、前記ジャイロスコー プが角回転すると、前記ノンエッチのシリコン構造体を前記回転感知軸軸として 回転運動させる駆動手段：および、 前記ノンエッチのシリコン構造体の回転を感知し、前記ジャイロスコープにより 検出された角回転を示すために、前記ノンエッチのシリコン構造体の回転運動に 比例する電圧出力信号を発生する手段。 ４３．前記回転感知軸を軸とする前記ジャイロスコープの角回転の発生と感知に 応じた前記回転感知軸を軸とする前記エッチングされたいシリコン構造体の回転 運動を感知し、反作用し、ゼロにするために、前記手段に応答するリバランス手 段をさに含む請求の範囲１７のジャイロスコープ。 ４４．前記回転感知軸を軸とする前記ジャイロスコープの角回転の発生と感知に 応じた前記回転感知軸を軸とする前記エッチングされないシリコン構造体の回転 運動を感知し、反作用し、ゼロにするために、前記手段に応答するリバランス手 段をさに含む請求の範囲４１のジャイロスコープ。 ４５．前記回転感知軸を軸とする前記ジャイロスコープの角回転の発生と感知に 応じた前記回転感知軸を軸とする前記エッチングされたいシリコン構造体の回転 運動を感知し、反作用し、ゼロにするために、前記手段に応答するリバランス手 段をさに含む請求の範囲４２のジャイロスコープ。 ４６．少なくとも第１の回転感知軸を軸とする角回転を検知するマイクロメカニ カル音叉ジャイロスコープであって、以下を備えるもの：角速度感知構造体を架 設したベース領域を含む基板；第１の面内に配置され、少なくとも第１と第２の 振動構造体を含み、前記第１と第２の振動構造体が互いに概ね近接し、平行に配 設されている前記角速度感知構造体；前記第１と第２の振動構造体を励起し、こ れらを前記回転感知軸に直角で、前記第１の面にある軸にそって横方向へ振動さ せるためのもので、前記少なくとも第１と第２の振動構造体の前記横方向の振動 が前記第１の回転感知軸を軸として、前記ジャイロスコープが角回転すると、前 記第１の面に直角な第２の面に平行な方向に前記角速度感知構造体の少なくとも 一部を同時に縦運動させる駆動手段；および、 前記角速度感知構造体の少なくとも一部の前記同時の縦運動を感知し、前記感知 した同時の縦運動に比例する電圧出力信号を発生する手段であって、前記電圧出 力信号が前記ジャイロスコープにより検出された角回転量を示す手段４７．前記 第１と第２の振動構造体が第１と第２のオープンエンド振動構造体を含む請求の 範囲４６のジャイロスコープであり：そこにおいては、前記第１と第２のオープ ンエンド振動構造体の各々が第１の端部に近接されて結合され、前記基板に結合 された前記第１の端部により前記ベース領域の上に架設されているもの。 ４８．前記第１と第２の振動構造体が第１と第２のクローズドエンド振動構造体 を含む請求の範囲４６のジャイロスコープであり：そこにおいては、前記第１の クローズドエンド振動構造体が前記基板の第１の領域に結合された第１の端部と 、前記基板の第２の領域に結合された第２の端部とを含み、前記第２の領域は、 前記第１の領域と概ね向き合っているもの；および、 そこにおいては、前記第２のクローズドエンド振動構造体が前記第１のクローズ ドエンド振動構造体と平行に配設され、前記基板の前記第１の領域に結合された 第１の端部と、前記基板の前部第２の領域に結合された第２の端部とを含むもの 。 ４９．前記第１と第２のクローズドエンド振動構造体の各々が前記第１と第２の クローズドエンド振動構造体の各々の概ね長さ方向中央ポイントあたりに記設さ れている質量体を含む請求の範囲４８のジャイロスコープ。 ５０．さらに以下を含む請求の範囲４６のジャイロスコープ：前記角速度感知構 造体を前記基板に結合し、前記角速度感知構造体を前記基板のベースの上に架設 する第１と第２のフレキシブルなエレメントであり、前記フレキシブルなエレメ ントは、前記基板および前記角速度感知構造体と一体であり、前記第１の回転感 知軸と概ね同じ直線上で、同じ面に配設されているもの； 前記基板の第１の領域に結合された第１の端部と、前記角速度感知構造体の第１ の側に結合されている第２の端部を含む前記第１のフレキシブルなエレメント； 前記基板の前記第１の領域と前記第１のフレキシブルなエレメントとに向き合っ ている前記基板の第２の領域に結合している第１の端部と、前記角速度感知構造 体の第２の側に結合している第２の端部とを含む前記第２のフレキシブルなエレ メント； 第１と第２のセグメントを有し、前記第１のセグメントは、前記第２のセグメン トと構造的に結合し、電気的に絶縁しているものを含む前記角速度感知構造体； 前記第１のセグメントの第１の領域に結合している第１の端部と、前記第１のセ グメントの第２の領域に結合している第２の端部とを含み、前記第２の領域は、 前記第１の領域と概ね向き合っている前記第１の振動構造体；前記第２のセグメ ントの第１の領域に結合している第１の端部と、前記第２のセグメントの第２の 領域に結合している第２の端部とを含み、前記第２の領域は、前記第１の領域と 概ね向き合っている前記第２の振動構造体；そこにおいて、前記駆動手段は、動 作して前記第１と第２の振動構造体を励起し、これらを前記第１の回転感知軸に 直角な軸と同じ面で、該軸にそって横方向へ振動させ、前記第１と第２の振動構 造体の前記振動が、前記第１の回転感知軸を軸として、前記ジャイロスコープが 角回転すると、前記角速度感知構造体を前記第１と第２のフレキシブルなエレメ ントと回転感知軸を軸として回転運動させるようにする前記駆動手段；およびそ こにおいて、前記角速度感知構造体の回転を感知し、前記角速度感知構造体の感 知された回転運動に比例する電圧出力信号を提供し、前記電圧出力信号が前記ジ ャイロスコープにより検出された角回転の量を示すものである前記感知手段。 ５１．表面が研磨されたマイクロメカニカル角速度センサーを前記ジャイロスコ ープが含む請求の範囲４６のジャイロスコープ；そして、そこにおいては、前記 基板と前記角速度感知構造体とは、ポリシコンからなるものであること。 ５２．前記基板は、少なくとも第１と第２の層を含み、前記第１の層は、前記基 板のベースを含み、前記第２の層は、前記第１の層の上に配置され、前記基板ベ ース領域の上に架設されている前記角速度感知構造体を含む請求の範囲４６のジ ャイロスコープ。 ５３．前記基板は、前記第２の層の上に配置された第３の層をさらに含み、前記 第３の層は、前記角速度感知構造体の縦運動を感知するために、前記角速度感知 構造体の上に配置された少なくとも一つの電極を含む請求の範囲５２のジャイロ スコープ。 ５４．少なくとも第１の回転感知軸を軸とする角回転を検知するマイクロメカニ カル音叉ジャイロスコープで、下記を含むもの：フレームで、そこから角速度感 知構造体がサスペンドされているフレーム； 第１の面に正合し、少なくとも第１と第２の振動構造体を含み、前記第１と第２ の振動構造体は、互いに概ね近接し、平行に配置されている前記角速度感知構造 体； 前記フレームをプラットフォ−ムから支持するフレキシブルなリンケージ； 前記第１と第２の振動構造体を励起し、これらを前記回転感知軸に直角な軸にそ い、そして同じ面で、横方向へ振動させ、前記少なくとも第１と第２の振動構造 体の前記横振動が、前記第１の回転感知軸を軸とする前記ジャイロスコープの角 回転に応答して、前記第１の軸を軸として、前記フレームを回転させる駆動手段 ；および前記フレームの回転に比例する電圧出力信号を堤供し、前記電圧出力信 号が前記ジャイロスコープにより検出された角回転の量を示すものである手段。