JP2006138855A - 回転量計測装置とその製作方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の回転量計測装置は、基板上に一対の振動部を設けてなり、該振動部は静電振動体、該基板と連接される支持体、支持体と該静電振動体を相互に連接すると共に支持体上に固定する弾性体、及び基板上に設置され該一対の振動部と相互に対応してなる計測電極部より構成される。該一対の振動部は静電力により振動を生じ、コリオリ力の影響により回転が生じるとき、該一対の振動部を基板に垂直に揺れ動かし、該計測電極部と該静電振動体の電気容量の変化量を測定することにより該回転量が計測される。該回転量計測装置の製作方法は、一つの半導体製造プロセスマスクで完成することができ、製造プロセス中に異なるマスクの間に生じる誤差のある非対称な構造を合わせて計測結果に影響が生じること防ぐ。
【選択図】図1
Description
しかし、上述の2件の特許に掲載の技術は、非対称構造により生じる重心変化の問題は解決しているが、構造上マイクロ機製造プロセス技術によってその構造を縮小することが不可能である。
更に、本発明では、回転量計測装置を駆動時、重心の位置が決して変化しない設計を利用し、ノイズの低減を達成する回転量計測装置とその製作方法を提供することを目的とする。
また、本発明では、単一製造プロセスマスクが形成する複数軸の計測構造を利用し、製造プロセスの安定、コストの低下及び構造の精密化を達成する回転量計測装置とその製作方法を提供することを目的とする。
また、前記静電振動体は更に複数個の質量体を設けてなることが望ましく、該複数個の質量体は該静電振動体上に適当な間隔で排列され、該静電振動体の慣性運動を増加させる。
前記回転量計測装置は更に導電板体を設けてなることが望ましく、該導電板体は該計測電極部の下方に設置され該振動部と相互に連接される。
前記第一対振動部の二つの静電振動体は電気結合されていることが望ましい。
前記回転量計測装置は更に第二対振動部を設けてなることが望ましく、該第一対振動部と第二対振動部は直交し、該計測電極部は該基板上に設置されると共に該第一対振動部及び第二対振動部と相互に対応して設置される。該第一対振動部の該静電振動体と隣り合う該第二対振動部の該静電振動体の間は片側には相互に交錯するように排列される櫛型電極構造を備えてなる。該第一対振動部及び第二対振動部の二つの静電振動体は電気的に別れて接続される。
請求項2の発明は、前記静電振動体は更に複数の質量体を設けてなり、該複数の質量体は該静電振動体上に適当な間隔で配列され、該静電振動体の慣性運動を増加させることを特徴とした請求項1に記載の回転量計測装置である。
請求項3の発明は、導電板体を設けてなり、該導電板体は前記基板と前記計測電極部との間に設置されると共に前記該振動部と相互に連接されてなることを特徴とした、請求項1に記載の回転量計測装置である。
請求項4の発明は、第二対振動部を設けてなり、前記第一対振動部は第二対振動部と直交し、前記計測電極部は前記基板上に設置されると共に該第一対振動部及び該第二対振動部と相互に対応されてなることを特徴とした請求項1に記載の回転量計測装置である。
請求項5の発明は、前記第一対振動部の前記静電振動体と相互に隣接する前記第二対振動部の静電振動体との間に櫛型電極構造が相互に交錯して配列されて設けらることを特徴とした請求項4に記載の回転量計測装置である。
前記の少なくとも一対の静電振動構造上には、更に慣性陳列層が形成されることが望ましい。
前記基板と該第一導体層との間に、更に第三導体層が形成され、該第三導体層は該第二導体層と相互に連接されることが望ましい。
請求項7の発明は、前記一対の静電振動構造上に更に慣性陳列層を形成する段階を含めた、請求項6に記載の回転量計測装置の製作方法である。
請求項8の発明は、前記基板と第一導体層と間に更に第二導体層と相互に連接される第三導体層を形成する段階を含めた、請求項6に記載の回転量計測装置の製作方法である。
また、本発明の回転量計測装置の製作方法は、一つの半導体製造プロセスマスクで完成することができ、製造プロセス中に異なるマスクの間に生じる誤差のある非対称な構造を合わせて計測結果に影響が生じること防ぐことである。
以下、本発明の好適な回転量計(角速度・角加速度)測装置の実施例を、図面を参照して説明する。
図1に示すように、本発明の回転量計測装置の実施例の説明図である。該回転量(角速度・角加速度)計測装置2は、基板20上の第一対振動部21a、21b、第二対振動部22a、22b、計測電極部23、帰還電極部24より形成される。
そして、該第一対振動部21a、21bは該第二対振動部22a、22bと同構造であり、該第一対振動部21a、21bは、該第二対振動部22a、22bと直交する。
該振動部21aは静電振動体211、支持体212、及び弾性体213を備えてなる。該静電振動体211は導体にてなる。該支持体212は、該静電振動体211の重心に設置されると共に該基板20と相互に連接される。該弾性体213は該静電振動体211と相互に連接すると共に該支持体212上に固定され、該静電振動体211を該基板20上で宙に浮かせると共に該基板20と相互の距離を一定にする。該弾性体213は、該静電振動体211が第一方向6に沿って振動を繰り返し、慣性運動を発生させると共に、該静電振動体211が第一方向6に直交する第二方向9に沿った振動をすることを防ぐことを目的としている。
該長竿状体の縦横比構造は、該静電振動体211の第一方向6に沿った振動を制御可能であり、支持構造の強度が配慮されている。本実施例中、該静電振動体211は該弾性体213と該支持体212の連接箇所及び該弾性体213と該静電振動体211の連接箇所を結ぶ線を中心線とし対称に構成する。
該質量体214は導体材料と半導体材料の内一つを選択可能であり、本実施例中は、該複数個の質量体214の材料は金属類内の金(Au)を選択している。この外、該静電振動体211の側面には、帰還櫛型体215を設けてなる。
図2は振動部21aを例とし、該静電振動体は該導電板体25に連接されることを説明しているが、図2の該導電板体は、図中に示されるように領域形状に制限するものではない。該第一対振動部21a、21b及び該第二対振動部22a、22bを駆動し易くする為、該振動部21aは振動部21bと電気的に連接され、該振動部22aは振動部22bと電気的に連接される。
まず、基板311(20)上に第一導体層312を形成する(図3参照)。次に、第一導体層312上に絶縁層321を形成、続いて第一導体層312上の一部の絶縁層321を取り除き凹溝331を形成する(図4参照)。そして、該絶縁層321上に犠牲層341を形成し該凹溝331を覆蓋する(図5参照)。
該凹溝の覆蓋する一部の犠牲層341を取り除き接触孔351を形成する(図6参照)。
次に、該犠牲層341上に第二導体層361を形成し接触孔351を覆蓋する(図7参照)。第二導体層361の一部を取り除き、少なくとも一対の静電振動構造371(21a、21b、25)を形成する(図8参照)。静電振動構造371上に少なくとも一つの慣性陳列層381(214)を形成する(図9参照)。最後に、該犠牲層341を取り除く(図10参照)。こうして、静電振動構造371や慣性陳列層381を該基板311上で宙に浮かせる強固な構造を簡単に製造することができ、かつ、熱膨張係数の違いにより該静電振動体が変形してしまうことを避けることができる。また、製造プロセスの安定、コストの低下及び精密な構造を的確に製造することができる。
図11〜図19は、本発明の実施例の制作段階のフロー説明図である。
まず、基板40(20)上に第三導体層41を形成し、絶縁層42で覆蓋する(図11参照)。続いて、絶縁層42上に第一導体層43を形成する(図12参照)。第一導体層43上に絶縁層44で覆蓋し、該絶縁層44上方一部の絶縁層材料を取り除き凹溝441を形成する(図13参照)。該絶縁層44上に犠牲層45を形成し該凹溝441を覆蓋する(図14参照)。該凹溝441を覆蓋する犠牲層の一部を取り除き、該第三導体層41の一部を露出させ、接触空洞(孔)451を形成する(図15参照)。
続いて、該犠牲層45上に第二導体層46を形成し該接触空洞(孔)451を覆蓋し、該第二導体層46と該第三導体層41を相互に連接させる(図16参照)。該第二導体層46の一部分をエッチングして、静電振動構造48(21a、21b、25)を形成する(図17、図18参照)。更に該静電振動構造48上に少なくとも一つの上部に凸部を有する慣性陳列層47(214)を形成する(図18参照)。最後は、該犠牲層45を取り除き、該静電振動構造48を基板40上に浮かせる強固な構造(図19)を簡単に製造することができ、かつ、熱膨張係数の違いにより該静電振動体が変形してしまうことを避けることができる。製造プロセスの安定、コストの低下及び精密な構造を的確に製造することができる。
本実施例中、該犠牲層45は光学用合成石英ガラス材料を選択してなり、該絶縁層42、44は一酸化ケイ素材料を選択している。該慣性陳列層47は導体材料及び半導体材料のどちらか一つを選択可能であり、本実施例では金(Au)を選択している。
図20に示すように、該回転量計測装置2は二つの軸の回転量を計測でき、本実施例中はX軸とY軸の回転量をΩxとΩyとする。該第一対振動部21a、21bは正電荷を備えてなり、第二対振動部22a、22bは負電荷を備えてなる時、該振動部21aは振動部22aとの間に静電吸引力が生じ、該振動部21bは振動部22bとの間に静電吸引力が生じる。反対に該第一振動部21a、21bが正電荷を備えてなり、第二対振動部22a、22bも正電荷を備えてなる場合は、該振動部21aは該振動部22aと静電反発力が生じ、該振動部21bは振動部22bと間に静電反発力が生じる。
にて表され、
(記号1)
は慣性座標系統の速度を表し、
(記号2)
は角速度の測定値を表す。
該第一対振動部21a、21b及び該第二対振動部22a、22bは静電力が生む
振動によって速度(記号1)
が提供され、このように、該計測装置2は角速度の影響を受ける時に転向力を生じるのである。
図21は、本発明の実施例の回転量(角速度・角加速度)計測装置がX軸の回転量を受けた時に振動部の該第一対振動部が受ける転向力を示した図である。
該第一対振動部21a、21b及び第二対振動部22a、22b静電力を受けて駆動し振動している状態下で、該計測装置2がX軸方向に回転する角速度の影響を受ける時、該第一対振動部21a、21bは基板20に垂直に揺れ動き、該第一対振動部21a、21bが揺れ動くことにより、該第一対振動部21a、21bと該計測電極部23の距離が変化し、該第一対振動部21a、21bと該計測電極部23の間の電気容量に変化が生じ、この時、該計測回路部26を通して電気容量の変化量ΔC1、ΔC2を測定でき、回路信号を通じて回転量(角速度・角加速度)の大きさへ反映することができる。
図22は、本発明の回転量(角速度・角加速度)計測装置の他の実施例の図である。該第一対振動部21a、21bを振動させる為、振動部が設ける櫛型電極構造216の位置に固定電極1を設置してなる。本実施例中、該第一対振動部21a、21bは相互に接続され、該二つ固定電極1も相互に接続される。
よって、交流電圧を該第一対振動部21a、21bへ入圧し、直流電圧を固定電極1へ入力するだけで、該第一対振動部21a、21bを駆動させ第一方向6へ沿って振動させ、一次元の回転量が測定可能である。
2 回転量計測装置
20 基板
21a、21b 第一対振動部
211、211’静電振動体
212 支持体
213 弾性体
2130 竿状体
2131〜2134 長竿状体
214 質量体
215 215’帰還櫛型体
216 静電櫛型体
22a、22b 第二対振動部
221、221’静電振動体
225、225’帰還櫛型体
23 計測電極部
24 帰還電極部
241 櫛型電極構造
25 導電板体
26 計測回路部
27 駆動回路部
311 基板
312 第一導体層
321 絶縁層
331 凹溝
341 犠牲層
351 接触孔
361 第二導体層
371 静電振動構造
381 慣性陳列層
40 基板
41 第三導体層
42 絶縁層
43 第一導体層
44 絶縁層
441 凹溝
45 犠牲層
451 接触空洞
46 第二導体層
47 慣性陳列層
48 静電振動構造
5 静電力
6 第一方向
7 転向力
8 帰還制御回路
9 第二方向
Claims (8)
- 第一対振動部、静電振動体、支持体、弾性体、計測電極部から構成され、
前記第一対振動部は基板上に対称に設置されてなり、該振動部は静電振動体を設けてなり、
前記支持体は前記基板と相互に連接されてなり、
前記弾性体は前記静電振動体と相互に連接されると共に該支持体上に固定され、該静電振動体に該基板と一定の間隔を持たせてなり、
前記計測電極部は該基板上に設置されると共に該第一対振動部と相互に対応されてなることを特徴とした、回転量計測装置。 - 前記静電振動体は更に複数の質量体を設けてなり、該複数の質量体は該静電振動体上に適当な間隔で配列され、該静電振動体の慣性運動を増加させることを特徴とした、請求項1に記載の回転量計測装置。
- 導電板体を設けてなり、該導電板体は前記基板と前記計測電極部との間に設置されると共に前記該振動部と相互に連接されてなることを特徴とした、請求項1に記載の回転量計測装置。
- 第二対振動部を設けてなり、前記第一対振動部は第二対振動部と直交し、前記計測電極部は前記基板上に設置されると共に該第一対及び該第二対振動部と相互に対応されてなることを特徴とした、請求項1に記載の回転量計測装置。
- 前記第一対振動部の前記静電振動体と相互に隣接する前記第二対振動部の静電振動体との間に櫛型電極構造が相互に交錯して配列されて設けられることを特徴とした、請求項4に記載の回転量計測装置。
- 基板上に第一導体層を形成し、該第一導体層上に絶縁層を形成し、第一導体層上の絶縁層の一部を取り除いて凹溝を形成し、該絶縁層上に犠牲層を形成し該凹溝を覆蓋し、凹溝を覆蓋する犠牲層の一部を取り除いて接触孔を形成し、犠牲層上に第二導体層を形成し接触孔を覆蓋し、蓋第二導体層の一部を取り除いて一対の静電振動構造を形成し、犠牲層を除去する段階にて構成される回転量計測装置の製作方法。
- 前記一対の静電振動構造上に更に慣性陳列層を形成する段階を含めた、請求項6に記載の回転量計測装置の製作方法。
- 前記基板と第一導体層と間に更に第二導体層と相互に連接される第三導体層を形成する段階を含めた、請求項6に記載の回転量計測装置の製作方法。
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