KR101166866B1 - 수평으로 배향된 구동 전극을 구비한 ｍｅｍｓ자이로스코프 - Google Patents

수평으로 배향된 구동 전극을 구비한 ｍｅｍｓ자이로스코프 Download PDF

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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

MEMS 자이로스코프에서 속도 바이어스 오차와 배율 인자 오차를 감소시키는 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 MEMS 액추에이터 소자는 하나 또는 그 이상의 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98, 140)을 포함하는 적어도 하나의 기판(68, 70)과, 상기 하나 또는 그 이상의 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98, 140)으로부터 인접하여 수직으로 이격되고 상기 액추에이터 소자의 모터 구동축을 따라 수평방향으로 앞뒤로 진동하는 가동 전극(64, 66)을 포함할 수 있다. 상기 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98, 140) 및/또는 가동 전극(64,66)은 상기 소자의 감지축(72)의 방향으로의 가동 전극(64, 66)의 변위로부터 발생하는 속도 바이어스 및 배율인자 오차를 제거하거나 감소시키도록 구성될 수 있다.

Description

수평으로 배향된 구동 전극을 구비한 ＭＥＭＳ 자이로스코프{MEMS GYROSCOPE WITH HORIZONTALLY ORIENTED DRIVE ELECTRODES}
정부 지원
본 발명은 DAAE 계약번호 제30-01-9-0100호의 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대하여 소정의 권리를 가질 수 있다.
본 발명은 일반적으로 반도체 제조와 마이크로 전기기계(MEMS)의 기술 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 수평 배향을 갖는 구동 전극을 이용하여 MEMS 소자에서 속도 바이어스 오차(rate bias errors)와 배율 인자 오차(scale factor errors)를 감소시키는 방법에 관한 것이다.
비평면 MEMS 자이로스코프(out-of-plane MEMS gyroscopes; OPG's)가 공진하는 관성 질량체에 작용하는 코리올리의 힘을 측정하는 것에 의하여 각회전을 결정하는데 사용된다. 전형적인 비평면 MEMS 자이로스코프는 하나 또는 그 이상의 실리콘 서스펜션 스프링(suspension spring)을 사용하여 일반적으로 유리인 기판에 기 계적으로 연결된 2개의 실리콘 관성 질량체를 포함한다. 기판쪽으로 에칭된 다수의 오목부는 실리콘 구조체의 선택된 부분이 소자의 내부 내에서 자유롭게 앞뒤로 움직일 수 있게 한다. 소정의 설계에서, 기판은 2개의 기판 사이에 관성 질량체를 끼우도록 실리콘 구조체의 상부 및 하부에 기판들이 제공될 수 있다. 기판(들) 상에 형성된 금속 도선 패턴이 다양한 전기적인 바이어스 전압과 신호 출력을 소자로 전달하기 위하여 사용될 수 있다.
많은 MEMS 자이로스코프을 위한 구동 시스템은 일반적으로 관성 질량체가 코리올리의 힘이 감지된 방향에 수직인 구동축을 따라 앞뒤로 진동하게 하는 다수의 구동 요소들 포함한다. 예를 들어, 소정의 설계에서, 구동 요소는 정전기 발동(electrostatic actuation)을 이용하여 전기에너지를 기계에너지로 변환하도록 다수의 깍지끼워진(interdigitated) 수직 콤 핑거(comb finger)를 포함할 수 있다. 이러한 구동 요소는, 예를 들어, 그 전문이 본 명세서에서 원용되는 탕(Tang) 등에게 허여된 미국등록특허 제5,025,346호에서 설명된다. 비평면 MEMS 자이로스코프에서, 깍지끼워진 콤 핑거는 큰 바이어스 또는 잘못된 각속도(angular rate) 출력 신호를 생성할 수 있다. 이러한 바이어스는 인접한 콤 핑거들 사이의 틈에서의 큰 전기장에 의해, 또는 전기장이 자이로스코프의 감지축(즉, 코리올리의 힘이 작용하는 축)을 따라 나타난다는 사실로부터 유발될 수 있다. 따라서, 가동 콤 핑거가 인접한 고정 콤 핑거 사이에서 정확하게 중심이 잡혀있지 않는 경우에 감지축을 따라 힘이 생성된다. 이 힘은 감지축을 따라 자이로스코프 관성 질량체의 이동을 생성하며, 이것은 자이로스코프의 각회전이 있는 경우에 코리올리의 힘에 의해 생성되는 이동과 구별되지 않는다. 또한, 감지 축을 따라 깍지끼워진 구동 콤 핑거에 의해 생성되는 힘들은 코리올리의 힘에 의해 생성되는 이동을 감지하기 위해 사용되는 감지 콤 전극의 커패시턴스를 변경시키며, 따라서 자이로스코프의 출력 신호를 변화시킨다. 그 결과, 단위 회전속도 당 자이로스코프 출력으로 정의되는 배율 인자에 오차가 발생된다.
본 발명은 수평 배향의 구동 전극을 갖는 MEMS 액추에이터 소자에 관한 것이며, MEMS 자이로스코프에서 속도 바이어스 오차(rate bias errors)와 배율 인자 오차(scale factor errors)를 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 MEMS 액추에이터 소자는 하나 이상의 수평 배향된 구동 전극(이하, "수평 구동 전극"이라 한다)을 갖는 적어도 하나의 기판과, 상기 하나 또는 그 이상의 수평 구동 전극으로부터 인접하여 수직으로 이격되고, 상기 액추에이터 소자의 모터 구동축을 따라 수평방향으로 앞뒤로 진동하는 가동 전극을 포함한다. 비평면 MEMS 자이로스코프 또는 기타 관성 감지 소자에 있어서, 가동 전극은 입력축 또는 속도축에 대한 자이로스크프의 움직임으로부터 발생하는 코리올리의 힘을 감지하기 위하여 사용될 수 있는 관성 질량체에 연결되거나 그와 통합하여 형성된다. 소정의 실시예에서, 상기 관성 질량체는 하나 또는 그 이상의 하부 수평 구동 전극을 포함하는 하부기판과 하나 또는 그 이상의 상부 수평 구동 전극을 포함하는 상부기판 사이에서 끼워질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 관성 질량체는 하나 또는 그 이상의 수평 구동 전극을 갖는 단일 기판(예를 들어, 상부 또는 하부 기판)에 수직으로 인접하여 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 모터 구동 전압은 상기 하나 또는 그 이상의 수평 구동 전극을 포함하여 상기 관성 질량체가 상기 소자의 감지축에 수직인 모터 구동축을 따라 앞뒤로 진동하게 한다.
수평 구동 전극 및/또는 관성 질량체는 상기 감지축의 방향으로의 상기 관성 질량체의 정적 및 동적 변위로 부터 발생하는 속도 바이어스 오차 및/또는 배율 인자를 제거하거나 감시시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 소정의 실시예에서, 상기 감지축을 따라 발생하는 상기 관성 질량체의 작은 변위가 시스템의 정전기 에너지를 변경하지 않고, 이에 따라 감지축의 방향으로 정전기력을 유도하지 않도록, 수평 구동 전극은 상기 관성 질량체의 대응하는 부분보다 상기 감지축의 방향으로 더 넓게 형성될 수 있다. 이 대신에, 상기 감지축을 따라 발생하는 힘은 상기 관성 질량체의 대응하는 부분의 폭을 상기 수평 구동 전극의 대응하는 부분의 폭보다 더 크게함으로써 제거될 수 있다. 본 명세서에 설명된 다른 특징과 더불어 구동 전극의 수평 배향은 정전기 액추에이터를 채용한 다양한 MEMS 소자에서 힘을 더욱 정밀하게 배향하는데 사용될 수 있다.
도 1은 다수의 수직 콤 구동 구성요소를 갖는 예시적인 비평면 MEMS 자이로스코프의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 MEMS 액추에이터 소자를 갖는 MEMS 자이로스코프의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 선 3-3에 대한 예시적인 자이로스코프의 단면도이다.
도 4는 상이한 길이의 수평 구동 전극들을 갖는 다른 MEMS 자이로스코프를 도시한 측면 단면도이다.
도 4는 단일 기판 구조를 갖는 다른 MEMS 자이로스코프를 도시한 측면 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 MEMS 액추에이터 소자를 갖는 MEMS 자이로스코프의 개략적인 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 MEMS 액추에이터 소자를 갖는 MEMS 자이로스코프의 개략적인 평면도이다.
다음의 실시예는 다른 도면에 있는 유사한 구성요소가 유사한 형태의 도면 부를 갖는 도면을 참조하여 이해될 수 있다. 척도에 따라 작도될 필요가 없는 도면은 선택된 실시예를 도시하며, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니다. 구축, 치수 및 재질에 대한 예가 다양한 구성요소들에 대하여 예시되었으나, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제공된 다수의 예가 사용 가능한 적합한 대체물을 가진다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 비평면 MEMS 자이로스코프에 관하여 도시된 다양한 도면이 설명되지만, 본 명세서의 다양한 장치 및 방법은 정전기 액추에이터를 채용한 다른 MEMS 소자에서도 사용될 수 있다는 것이 이해 될 수 있을 것이다.
도 1을 참조하여, 다수의 수직 콤 구동 구성요소를 갖는 종래의 예시적인 비평면 MEMS 자이로스코프(10)가 설명될 것이다. 예시적인 진동형 속도 자이로스코프(vibratory-type rate gyroscope)인 자이로스코프(10)는 자이로스코프(10)의 감지축(18)에 수직인 축을 따라 하부 기판(16) 상부에서 앞뒤로 각각 진동하는 제1 관성 질량체(12) 및 제2 관성 질량체(14)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)는 상기 하부 기판(16)에 접착된 실리콘 구조물로부터 형성될 수 있으며, 상기 실리콘 구조물의 선택된 부분이 움직일 수 있게 하는 다수의 오목부(recess) 및/또는 메사(mesa)를 포함할 수 있다.
소정의 설계에서, 자이로스코프(10)는 제조된 실리콘 구조물의 상부에 형성된 상부 기판(미도시)을 더 포함할 수 있다. 하부 기판(16)과 같이, 상부 기판은 자이로스코프(10)의 내부에서 관성 질량체가 움직일 수 있게 하는 다수의 오목부 및/또는 메사를 포함할 수 있다. 상기 하부 기판(16)과 상부 기판이 사용될 때, 원한다면 상기 하부 기판(16)과 상부 기판은 두 기판의 평면에 수직으로 강화된 구조적 전기적 대칭을 제공하는데 이용될 수 있는 샌드위치 구조물을 형성할 수 있다.
좌/우 화살표(20) 세트로 표시된 바와 같이, 제1 관성 질량체(12)는 하부 기판(16) 상부에서 고정되어 있는 제1 콤 구동 전극(22) 세트와 제1 모터 픽오프(motor pickoff) 콤(24) 세트 사이에서 앞뒤로 진동할 수 있다. 유사한 방식으로, 제2 관성 질량체(14)는 제2 콤 구동 전극(26) 세트와 제2 모터 픽오프 콤(28) 세트 사이의 상기 하부 기판(16) 상부에서 앞뒤로 진동할 수 있으나, 좌우 화살표(30) 세트로 표시된 바와 같이, 제1 관성 질량체(12)와 180˚의 위상차를 갖는다.
상기 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)는 화살표(20, 30)로 표시되는 모터 구동 축을 따라 제1 및 제2 관성 질량체의 움직임을 제한하는 작용을 하는 하나 또는 그 이상의 서스펜션 스프링을 사용하여 하부 기판(16)에 기계적으로 연결된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 관성 질량체(12)는 제1 단부(34)에서 제1 관성 질량체(12)에 연결되고 제2 단부(36)에서 다수의 실리콘 교차빔(38, 40)에 연결된 4개의 제1 서스펜션 스프링(32) 세트를 이용하여 상기 하부 기판(16)에 고정되거나 아니면 연결될 수 있다. 유사한 방식으로, 제2 관성 질량체(14)는 제1 단부(44)에서 제2 관성 질량체(14)에 연결되고 제2 단부(46)에서 제1 및 제2 실리콘 교차빔(38, 40)에 연결된 4개의 제2 서스펜션 스프링(42) 세트를 이용하여 상기 하부 기판(16)에 고정되거나 아니면 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 실리콘 교차빔(38, 40)은 다수의 서스펜션 스프링(48)과 지지 부재(50)를 통하여 하부 기판(16)에 연결될 수 있으며, 감지축(18)의 방향에 수직인 축을 따라 발생하는 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)의 진동 구동 움직임을 더 제한하는데 사용될 수 있다.
자이로스코프(10) 구동 시스템은 화살표(20, 30)로 표시된 방향으로 관성 질량체(12, 14)를 정전기적으로 구동하는데 사용될 수 있는 다수의 깍지끼워진 콤 핑거(interdigitated comb finger)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 예시적인 자이로스코프(10)에서, 제1 콤 구동 전극(22) 세트는 제1 관성 질량체(12)에 연결된 다수의 수직 콤 핑거에 깍지끼워진 다수의 수직 콤 핑거를 각각 포함할 수 있다. 다음에는, 제2 콤 구동 전극(26) 세트는 제2 관성 질량체(14)에 연결된 다수의 수직 콤 핑거에 깍지끼워진 다수의 수직 콤 핑거를 각각 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 제1 및 제2 콤 구동 전극(22, 26) 각각은 7개의 콤 구동 핑거를 갖는 것으로 도시되지만, 원한다면 더 많거나 적은 콤 구동 전극이 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
모터 구동 전압(Vd(t))은 제1 및 제2 콤 구동 전극(22, 26) 세트에 인가될 수 있으며, 이에 따라 깍지끼워진 인접한 각 콤 핑거 사이의 공간 내에서 콤 핑거가 서로에 대하여 움직이게 하는 정전기력을 유도한다. 모터 구동 전압(Vd(t))은 제1 및 제2 콤 구동 전극(22, 26)에 전달되는 전하를 가변하기 위하여 시변 전압 신호를 출력할 수 있으며, 이는 서스펜션 스프링(32, 42)과 함께 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)가 하부 기판(16)의 상부에서 앞뒤로 진동하게 한다. 일반적으로, 원하는 바에 따라 다른 원하는 주파수가 사용될 수 있지만, 모터 구동 전압(Vd(t))은 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)의 모터 모드의 공진 주파수에서 정전기력을 생성한다. 관성 질량체(12, 14)의 모터 모드 공진 움직임은 도 1에서 화살표(20, 30)로 표시된 모터 구동축을 따른 서로 반대 방향으로의 2개의 관성 질량체(12, 14)의 움직임을 포함한다.
관성 질량체(12, 14)의 변위를 검출하고 측정하기 위해서, 다수의 모터 픽오프 콤(24, 28)이 콤 구동 전극 각각의 반대방향에 더 제공될 수 있다. 제1 및 제2 콤 구동 전극(22, 26)과 함께, 모터 픽오프 콤(24, 28) 각각은 해당 관성 질량체(12, 14)에 연결된 다수의 콤 핑거에 깍지끼워진 다수의 콤 핑거를 포함한다. 실시에 있어서, 깍지끼워진 콤 핑거의 상대적 변위에 의해 유도되는 정전기 전하에서의 변화를 측정함으로써 관성 질량체 변위를 측정하기 위하여 DC 모터 픽오프 바이어스 전압(Vp)이 모터 픽오프 콤(24, 28) 각각에 인가될 수 있다.
제1 및 제2 감지 콤(52, 54) 세트는 입력축 또는 속도축(56)에 대하여 자이로스코프 움직임에 따라 감지축(18)의 방향으로 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)의 변위를 검출하고 측정하기 위한 감지 시스템의 일부로서 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 감지 콤(52, 54) 세트 각각은 각 해당 관성 질량체(12, 14)의 일부(58, 60)에 연결된 외측으로 향하는 콤 핑거에 깍지끼워진 내측으로 향하는 다수의 콤 핑거를 포함할 수 있다. 감지 콤(52, 54)은 감지축(18)을 따라 발생하는 관성 질량체(12, 14)의 미세한 변위가 깍지끼워진 콤 핑거 사이의 커패시턴스의 변화를 생성하도록 구성될 수 있다.
감지 콤(52, 54) 각 세트에 인가되는 감지 바이어스 전압(Vs)과 결합되는 이러한 커패시턴스 변화는 감지축(18)을 따라 관성 질량체(12, 14)의 움직임을 감지할 수 있게 한다. 소정의 설계에서, 감지 콤(52, 54) 각 세트에 인가된 감지 바이어스 전압(Vs)의 극성은 감지 바이어스 전압(Vs)이 속도 신호로 가장할 수 있는 전류를 생성하는 것을 방지하기 위하여 인접한 감지 콤(52, 54) 세트 사이에서 반전되거나 교번될 수 있다. 동작하는 동안, 관성 질량체(12, 14)의 모터 움직임과 관련된 자이로스코프(10)의 각회전(angular rotation)은 속도축(56)에 수직이고 감지축(18)의 방향과 평행한 코리올리의 힘을 생성한다. 이러한 코리올리의 힘은 감지축(18)을 따라 관성 질량체(12, 14)의 움직임을 검출할 수 있으며, 그 다음, 감지축(18)을 따라 깍지끼워진 콤 핑거의 움직임으로부터 감지 콤(52, 54)에 유도되는 전하 신호 또는 전류를 검출하고 측정하는 것에 의해 감지될 수 있다. 다음으로, 감지 신호는 감지된 전하 신호 또는 전류를 코리올리의 힘을 나타내는 속도 신호로 변환하는데 사용될 수 있는 전하 증폭기 및/또는 기타 감지 회로로 공급된다.
관성 질량체(12, 14)가 제1 및 제2 콤 구동 전극(22, 26)에 연결된 콤 구동 핑거에 잘못 정렬된다면, 속도 바이어스 오차 또는 배율 인자 오차가 주로 자이로스코프(10)의 감지축(18)을 따라 배향된 전기장이 감지축(18)을 따라 관성 질량체(12, 14) 상에 힘을 생성하는 곳에 발생할 수 있다. 제1 및 제2 콤 구동 전극(22, 26)에 인가된 모터 구동 전압이 의미가 있거나(즉, 수 볼트 또는 그 이상) 그리고/또는 깍지끼워진 인접한 콤 핑거 사이의 간격이 작을 경우(즉, 2 내지 3 μm)에 이러한 힘에 의해 생성되는 속도 바이어스 오차 또는 배율 인자 오차가 중대해 질 수 있다.
콤 구동 핑거의 오정렬에 의해 생성되는 감지축 힘의 원인은 다음과 같이 이해될 수 있다. 감지축을 따라 구동 전극에 의해 생성되는 정전기력에 대한 일반적인 표현은 다음과 같다.
Figure 112007007745105-pct00001
상기 수학식 1은 수직 또는 수평 구동 전극에 적용된다. 수학식 1에서, Fy는 구동 전극(들)에 의해 감지축을 따라 생성되는 정전기력이며, Cd는 고정 구동 전극 (들)과 가동 전극 사이의 커패시턴스이며, y(t)는 이상적인 정적 위치에 대한 감지축에 따른 가동 전극의 변위이며, Vd(t)는 구동 전극(들)과 가동 전극 사이에 인가되는 전압차이다.
작은 y(t)에 대해서, 상기 수학식 1은 다음과 같이 근사한다.
Figure 112007007745105-pct00002
상기 수학식 2는 전형적인 MEMS 자이로스코프의 양호한 근사식이다. 수학식 2에서, y=0은 가동 전극의 이상적인 정적 위치를 말한다. y=0일 때, 일반적으로 가동 전극의 위치는 ∂Cd/∂y|y=0이 0이 되도록 고정 구동 전극(들)의 위치에 상대적으로 높은 정도의 대칭을 갖는다. 가동 및 고정 전극의 오정렬은 0이 아닌 y(t)의 값으로 나타난다. 수학식 2로부터 0이 아닌 ∂2Cd/∂y2|y= 0와 조합되는 0이 아닌 y(t)는 감지축을 따라 힘을 생성하는 것을 알 수 있다. 비평면 자이로스코프에서의 수직 콤 구동 전극에 대하여, 깍지끼워진 콤 핑거 사이의 작은 간격과 그에 따라 생성되는 감지축을 따른 큰 전기장 때문에 ∂2Cd/∂y2|y=0 는 상당히 크다. 따라서, 수학식 2에 따르면, 작은 변위 y(t)는 수직 배향을 가진 구동 콤이 사용되는 경우에 감지축을 따라 상당한 Fy를 생성할 수 있다.
콤 구동 전극은 콤 구동 핑거의 정적 감지축 변위 또는 모터 주파수에서 가변하는 구동 콤 핑거의 동적 감지축 변위에 의하여 속도 바이어스를 생성할 수 있다. 전형적인 비평면 MEMS 자이로스코프는 2개의 관성 질량체 사이의 차동 감지축 변위가 속도 바이어스에 기여하도록 설계된다. 이러한 차동 변위는 모드 변위로 칭해질 수 있다. 감지 모드 변위의 정적 요소는 감지 모드에 인가된 정적인 힘으로부터 발생한다. 이러한 정적 힘은 패키지 스트레스, 열 팽창으로 인한 불일치, 실리콘 서스펜션 불일치 또는 모터 전안(Vd(t))과 관련되지 않은 기타 영향으로부터 유발될 수 있다.
감지 모드 변위의 동적 요소는 당업계에서 대체로 직각 위상(guadrature) 움직임으로 알려진 것으로 구성된다. 직각 위상 움직임은 모터 주파수에 있으며, 코리올리의 힘에 의해 생성되는 감지 모드 변위와 90˚ 위상차가 난다. 이러한 동적움직임은 일반적으로 실리콘 스프링 견고성 불일치, 모터 구동력 오정렬 등과 결합된 모터 구동 측을 따른 모터 구동력으로부터 발생한다.
직각 위상 움직임에 따른 원하지 않는 속도 바이어스를 감소하기 위해서, 많은 종래 자이로스코프가 복잡한 오차 보정 방법을 채용하였다. 예를 들어 클라크 등에 허여된 미국 등록 특허 제6,067,858호에 개시된 한 방법에서, 직각 위상 움직임을 제거하는 정전기력을 제공하기 위하여 부가적인 전극을 사용하는 직각 위상 움직임 재균형 기술이 채용된다. 이와 같은 방법이 관성 질량체의 동적 감지 모드 움직임을 감소하는데 사용될 수 있지만, 이러한 기술은 관성 질량체의 동적 감지축 변위 때문에 발생하는 속도 바이어스를 제거하지 않는다. 그 결과, 많은 비평면 MEMS 자이로스코프가 움직임에 있어서의 민감한 변화를 검출 및/또는 측정하는 성능이 제한된다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 MEMS 액추에이터 소자를 채용한 비평면 자이로스코프(62)의 개략적인 평면도가 설명될 것이다.
예시적인 진동형 속도 자이로스코프인 자이로스코프(62)는 자이로스코프(62)의 감지축(72)에 수직인 구동 평면을 따라 하부 기판(68)과 상부 기판(70)(도 3 참조) 사이에서 수평방향의 앞뒤로 각각 진동하는 제1 관성 질량체(64) 및 제2 관성 질량체(66)를 포함한다. 도 2에 도시된 특정한 도면에서, 자이로스코프(62)의 내부 구조물을 더 상세히 보여주기 위해서 상부 기판(70)이 제거되어 도시된다. 따라서, 다양한 구성요소가 하부 기판(68)에 대해서만 설명되지만, 원한다면 상부 기판(70) 또한 본 명세서에 설명된 하나 또는 그 이상의 구성요소를 포함할 수 있다.
각 관성 질량체(64, 66)는 서로 마주보는 제1 및 제2 단부(74, 76)와, 마주보는 제1 및 제2 측부(78, 80)를 각각 갖는 실질적으로 평면의 구조물로부터 형성될 수 있다. 도 2의 예시적인 실시예에서, 각 관성 질량체(64, 66)는 각 해당 단부(74)에 형성되고 제1 관성 질량체(64)의 다수의 구동 분절부(drive tine)(84, 86) 및 제2 관성 질량체(66)의 다수의 구동 분절부(88, 90)를 형성하는 내측으로 향하는 노치(notch)(82)를 포함한다. 관성 질량체(64, 66)는 포토리소그라피 및 능동 이온 에칭과 같은 당업계에 잘 알려진 반도체 생산 기술을 사용하여 실리콘 또 는 기타 적합한 물질로부터 형성될 수 있다.
도 2에 더 도시될 수 있는 바와 같이, 자이로스코프(62)는 관성 질량체(64, 66)를 화살표(100, 102)로 표시된 모터 구동축을 따라 서로 180˚ 위상차를 가지면서 앞뒤로 진동시키는데 사용될 수 있는 다수의 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98)을 더 포함할 수 있다. 도 2의 예시적인 실시예에서, 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98)은 자이로스코프(62)의 하부 및 상부 기판(68, 70)에 실질적으로 수평방향의 평면에서 배향된다.
수평 구동 전극(92, 94, 96, 98)은 하부 기판(68)의 표면 상에 또는 기판(68)의 내부에 고정될 수 있으며, 감지축(72)을 따라 발생하는 관성 질량체(64, 66)의 작은 변위가 구동 커패시턴스에서의 부수하는 변화를 발생시키지 않도록 해당 구동 분절부(84, 86, 88, 90)의 대응하는 폭보다 감지축(72)의 방향으로 더 넓게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상술한 수학식 1에 관련하여 이해되는 바와 같이, 이러한 구성은 감지축(72)의 방향으로 각 관성 질량체(64, 66)의 변위로부터 유발되는 속도 바이어스를 제거하거나 줄이는데 사용될 수 있다. 2개의 수평 구동 전극(92, 94 및 96, 98)이 도 2의 예시적인 실시예에서 특별히 도시되지만, 더 많거나 더 적은 수의 수평 구동 전극이 채용되는 다른 실시예가 고려될 수 있다.
시변 모터 구동 전압(Vd(t))은 각 해당 관성 질량체(64, 66)의 전압에 비례하여 수평 구동 전극의 각 세트(92, 94 및 96, 98)에 인가될 수 있으며, 이에 따라, 관성 질량체(64, 66)가 모터 구동축을 따라 하부 기판(68)의 상부에서 앞뒤로 진동하게 하는 구동 분절부(84, 86, 88, 90)와 대응하는 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98) 사이의 정전기력을 유도한다. 도 2에 도시된 자이로스코프(10)의 모터 움직임을 시작하기 이전의 정상 위치에서, 구동 분절부(84, 86, 88, 90)는 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98) 표면의 일부에 중첩될 수 있다. 원한다면, 도 1에 도시된 것에 유사한 서스펜션 스프링(104, 106) 세트가 각 관성 질량체(64, 66)가 영점을 통과할 때 복원력을 제공하면서 관성 질량체(64, 66)의 움직임을 더 제한하기 위해 사용될 수 있다. 원한다면, 도 2에 도시된 교차빔(108, 110), 서스펜션 스프링(112) 및 지지 부재(114)과 같은 다른 구성요소가 더 제공될 수 있다. 소정의 실시예에서, 원하는 바에 따라 다른 원하는 주파수가 사용될 수 있지만, 모터 구동 전압(Vd(t))은 제1 및 제2 관성 질량체(64, 66)의 모터 모드의 공진 주파수에서 정전기력을 생성한다.
도 2의 예시적인 실시예에서, 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98)은 서로가 전기적으로 각각 분리되어 있는 분할된 구동 전극(92, 96 및 96, 98)을 형성하는 분할 구조를 갖는다. 모터 구동 전압(Vd(t))이 각 속도 감지 전자소자에 전류를 인가하는 것을 방지하기 위하여, 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98)에 인가된 모터 구동 전압(Vd(t))의 극성이 반전될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 양의 모터 구동 전압(+Vd(t))이 제1 관성 질량체(64)의 좌측 하부에 있는 수평 구동 전극(94)에 인가되는 반면, 음의 모터 구동 전압(-Vd(t))이 제1 관성 질량체(64)의 좌측 상부에 있는 수평 구동 전극(92)에 인가될 수 있다. 유사한 방식으로, 음의 모터 구동 전압(-Vd(t))이 제2 관성 질량체(66)의 우측 하부에 있는 수평 구동 전극(98)에 인가되는 반면, 양의 모터 구동 전압(+Vd(t))이 제2 관성 질량체(66)의 우측 상부에 있는 수평 구동 전극(96)에 인가될 수 있다. 이러한 방법으로 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98) 각각에 대한 극성을 반전함으로써, 0의 순전하량이 관성 질량체(64, 66)에 제공될 수 있어, 인가된 모터 구동 전압(Vd(t))이 각속도 감지 전자소자에 전류를 인가하는 것을 방지한다. 그러나, 다른 구성도 가능하다는 것을 이해하여야 한다.
관성 질량체(64, 66)의 변위를 검출하고 측정하기 위해, 다수의 모터 픽오프 콤(115, 117)이 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98) 각각의 반대 방향에 더 제공될 수 있다. 도 1에 따라 전술한 모터 픽오프 콤(24, 28)과 함께, 모터 픽 오프 콤(115, 117) 각각은 해당 관성 질량체(64, 66)에 연결된 다수의 콤 핑거에 깍지끼워진 다수의 콤 핑거를 포함할 수 있다. 실시에 있어서, DC 모터 바이어스 전압(Vp)이 깍지끼워진 콤 핑거의 상대적 변위에 의해 유도되는 정전기 전하에서의 변화를 측정함으러써 관성 질량체 변위 측정을 하기 위하여 모터 픽오프 콤(115, 117) 각각에 인가될 수 있다. 소정의 실시예에서, 원한다면, 모터 픽오프 콤(115, 117) 각각에 인가된 모터 픽오프 바이어스 전압(Vp)의 극성이 반전될 수 있다.
해당 관성 질량체(64, 66) 각각의 내부에 배치된 감지 콤 고정 부(anchor)(116, 118)가 세트 입력축 또는 속도축(120)에 대한 자이로스코프 움직임에 따라 감지축(72)의 방향으로 관성 질량체(64, 66)의 편향(deflection)을 검출 및/또는 측정하기 위한 감지 시스템의 일부로서 제공될 수 있다. 소정의 실시예에서, 감지 콤 고정부(116, 118)는 원하는 바에 따라 소자에 하드 그라운드(hard-ground) 되거나 가상접지를 유지할 수 있는 하부 기판(68)에 배치된 접지층(122)(도 3 참조) 상에 형성될 수 있다. 감지 콤 고정부(116)로부터 외측으로 연장하는 다수의 제1 콤 핑거(124)는 제1 관성 질량체(64)의 일부(128)로부터 내측으로 연장된 다수의 제1 콤 핑거(126)와 깍지끼워질 수 있다. 유사한 방식으로, 감지 콤 고정부(118)로부터 외측으로 연장하는 다수의 제2 콤 핑거(130)는 제2 관성 질량체(66)의 일부(134)로부터 내측으로 연장된 다수의 제2 콤 핑거(132)와 깍지끼워질 수 있다. 도 2의 예시적인 실시예에서, 감지 콤 핑거(124, 126 및 130, 132)는 감지축(72)을 따라 발생하는 관성 질량체(64, 66)의 움직임이 감지 콤 고정부(116, 118)와 대응하는 관성 질량체(64, 66) 사이의 커패시턴스 변화를 발생시키도록 각 감지 콤 고정부(116, 118) 상에서 서로 옵셋될 수 있다. 도 2에 도시된 예시적인 감지 콤 고정부(116, 118) 각각이 측면 부분에 배치된 4개의 핑거(128, 134)를 더하여 8개의 콤 핑거를 포함하고 있지만, 감지 콤 핑거의 다른 개수 및/또는 배치가 원하는 바에 따라 사용될 수 있다는 것을 이해해야만 한다.
감지 바이어스 전압(Vs)은 모터 움직임 방향에 수직으로 감지축(72)을 따라 깍지끼워진 콤 핑거(124, 126 및 130, 132)의 상대적 이동을 감지하기 위하여 각각 의 감지 콤 고정부(116, 118) 및/또는 관성 질량체(64, 66)에 인가될 수 있다. 소정의 실시예에서, 감지 콤 고정부(116, 118) 각각은 감지 바이어스 전압(Vs)이 소정의 필요한 속도 신호로 인가되는 것을 방지하기 위하여 원하는 방법으로 반전되고 옵셋된 분할된 부재 각각에 인가되는 감지 바이어스 전압(Vs)의 극성을 가진 분할된 구성을 각각 가질 수 있다. 실시에 있어서, 코리올리의 힘에 의하여 생성된 관성 질량체 움직임은 감지 바이어스 전압(Vs)이 인가될 때 감지 콤 고정부(116, 118) 및/또는 관성 질량체(64, 66)에 유도되는 전류를 측정하는 것에 의하여 감지될 수 있다.
도 2의 예시적인 실시예에서 2개의 관성 질량체(64, 66)가 도시되었지만, 자이로스코프(62)는 더 많거나 더 적은 수의 관성 질량체를 채용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 소정의 실시예에서, 자이로스코프(62)는 2개의 관성 질량체를 가진 2개의 세트를 포함할 수 있으며, 이 경우 각 세트는 서로 180˚ 위상차를 가지고 앞뒤로 움직인다. 또한, 본 명세서에서 예시된 다양한 구동 구성요소들이 비평면 자이로스코프에서의 사용을 위한 MEMS 액추에이터 소자의 부품으로서 도시되지만, 액추에이터 소자는 평면 자이로스코프, 가속도계, 튜닝 포크, 마이크로 미러 또는 기타 이와 유사한 소자와 같은 다른 MEMS 소자로 구현될 수 있다.
도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 예시적인 자이로스코프(62)를 도시한 측면 단면도이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 관성 질량체(66)는 자이로스코프(62)의 내측 부분(136) 내에서 하부 기판(68)과 상부 기판(70) 사이에 자유롭게 지지된다. 관성 질량체(66)의 상부면(138)은 관성 질량체(66) 상부에서 제1 간격(G1)을 형성하는 상부 수평 구동 전극(142)의 하부면(140)에 평행하게 또는 실질적으로 평행할 수 있다. 유사한 방식으로, 관성 질량체(66)의 하부면(144)은 관성 질량체(66) 하부에서 제2 간격(G2)을 형성하는 하부 수평 구동 전극(96)의 상부면(146)에 평행하게 또는 실질적으로 평행할 수 있다. 간격(G1, G2)의 치수는 원하는 바에 따라 모터 구동 전압(Vd(t))에 의해 유도되는 정전기력을 증가 또는 감소시키기 위하여 가변될 수 있다. 소정의 실시예에서, 간격(G1, G2)의 치수는 0.5 μm 내지 8 μm의 범위, 더욱 구체적으로는 2 μm 내지 4 μm의 범위 내에 있을 수 있으며, 이보다 더 작거나 더 큰 치수가 채용될 수 있다. 적어도 소정의 실시예에서, 다른 구성이 가능하지만, 제1 간격(G1)의 치수가 제2 간격(G2)의 치수와 유사하거나 동일하도록 관성 질량체(66)는 하부 및 상부 기판(68, 70) 사이의 중앙에 배치될 수 있다. 원한다면, 유사한 구성이 다른 관성 질량체(64) 상에 제공될 수 있다.
동작하는 동안, 하부 및 상부 수평 구동 전극(96, 142)에 인가된 모터 구동 전압(Vd(t))은 화살표(148)에 의해 표시된 바와 같이 각 간격(G1, G2) 사이에 하부 및 상부 수평 구동 전극(96, 142)과의 중첩을 증가시키는 방향으로 관성 질량체(66)가 끌어당기는 정전기 전하 또는 정전기력을 유도할 수 있다. 하부 및 상부 수평 구동 전극(96, 142)이 모두 사용되었기 때문에, 관성 질량체(66)에 작용하는 상부방향 및/또는 하부방향의 힘은 구조물의 수직 대칭구조 때문에 효과적으로 상 쇄될 수 있다. 소정의 실시예에서, 관성 질량체(66)가 가상 접지에서 유지되는 동안, 접지층(122)은 하드 그라운드 될 수 있다. 대신에, 원한다면, 관성 질량체(66)가 자이로스코프(62)에 하드 그라운드 될 수 있는 반면에, 접치층(122)이 가상 접지를 유지할 수 있다.
도 4는 도 2의 선 3-3을 따라 예시적인 자이로스코프(62)를 도시한 측면 단면도이나, 다른 길이의 수평 구동 전극(96, 142)을 갖는다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상부 구동 전극(142) 및 관성 질량체(66)는 L1의 길이만큼 중첩될 수 있다. 유사한 방식으로, 하부 구동 전극(96) 및 관성 질량체(66)는 길이(L2)만큼 중첩될 수 있다. 소정의 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 치수(L2)는 하부 수평 구동 전극(96) 및 관성 질량체(66)의 중첩부분을 상부 수평 구동 전극(142) 및 관성 질량체(66)보다 더 많이 제공할 수 있도록 치수(L1)보다 더 길게 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 치수(L1)는 상부 수평 구동 전극(142) 및 관성 질량체(66)의 중첩부분을 하부 수평 구동 전극(96) 및 관성 질량체(66)보다 더 많이 제공할 수 있도록 치수(L2)보다 더 길게 형성될 수 있다.
치수(G1, G2, L1 및 L2)는 원하는 방법으로 소자의 성능을 달리하기 위해 조정될 수 있다. 예를 들어, 소정의 실시예에서, 치수(G1, G2, L1 및 L2)는 모터 구동축을 따라 원하는 힘을 무시하지 않으면서 관성 질량체(66)에 대하여 거의 0의 수직방향의 힘을 가지도록 선택될 수 있다. 이와 같은 목적을 위하여, 관성 질량 체(66)에서의 잉여 스트레스로부터 발생하는 G1 및 G2의 원하지 않는 변경이 있는 때에 관성 질량체(66) 상의 상부방향 및 하부방향의 힘을 균형잡기 위하여 L1 및 L2가 선택될 수 있다. 원한다면, 유사한 배열이 다른 관성 질량체(64) 및/또는 수평 구동 전극(92, 94)에 대하여 제공될 수 있다.
도 5는 도 2의 선 3-3을 따라 예시적인 자이로스코프(62)를 도시한 측면 단면도이나, 단일 기판 구조물을 갖는다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 관성 질량체(66)는 도 3에 따라 전술한 방법에 유사하게 자이로스코프(62)의 하부 기판(68) 위로만 형성될 수 있다. 예를 들어, 소정의 실시예에서, 관성 질량체(66)의 하부면(144)은 하부 수평 구동 전극(96)의 상부면(146)과 평행 하거나 또는 실질적으로 평행할 수 있으며, 소정의 예시적인 실시예에서 0.5 μm 내지 8 μm의 범위, 더욱 구체적으로는 2 μm 내지 4 μm의 범위 내에 있을 수 있는 간격(G)만큼 하부 수평 구동 전극(96)의 상부면(146)으로부터 이격될 수 있다. 도 5의 예시적인 실시예가 자이로스코프(62)의 상부 기판 구조물을 제거한 것을 도시하지만, 자이로스코프(62)의 하부 기판 구조물이 제거된 반대의 구성이 채용될 수 있ㄷ는 것을 이해해야 한다.
단일 기판 구조물이 채용되는 경우, 모터 구동 전압(Vd(t))은 화살표(148) 방향으로 관성 질량체(66)가 움직일 때 관성 질량체(66)에 하부쪽으로의 수직방향의 힘을 생성할 수 있다. 그러나, 모터 구동력의 주파수가 일반적으로 관성 질량체(66)의 공진 모드 수직 움직임 성분과 다르기 때문에, 그 결과에 따른 수직 변위 가 비교적 작다. 대조적으로, 모터 구동력이 일반적으로 모터 공진 주파수에 있기 때문에, 방향(148)을 따라 발생하는 관성 질량체(66)의 변위는 원하는 바와 같이 비교적 크다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 수평 구동 소자를 채용한 MEMS 자이로스코프(150)의 개략적인 평면도이다. 자이로스코프(150)는 상이한 도면에서 유사한 구성요소가 유사한 방식의 도면 부호를 갖는 도 2에 관해 전술된 자이로스코프(62)와 유사할 수 있다. 도 6에 도시된 예시적인 실시예에서, 자이로스코프(150)는 감지축(72)의 방향으로 구동 분절부(82, 84, 86, 88)의 해당 폭보다 더 작은 폭을 각각 갖는 다수의 분할된 수평 구동 전극(152, 154, 156, 158)을 포함한다. 본 명세의의 다른 실시예와 함께, 수평 구동 전극(152, 154, 156, 158)은 하부 기판(68)의 표면 상에 또는 기판(68)의 내부에서 고정될 수 있으며, 도 2에 관하여 전술된 방법과 유사한 방법으로 모터 구동 축을 따라 관성 질량체(64, 66)를 앞뒤로 진동시키는데 사용될 수 있다. 실시예 있어서, 예를 들어, 감치축(72) 방향으로 관성 질량체의 변위로부터 발생하는 속도 바이어스 및/또는 배율 인자 오차를 제거하거나 감소시키는데 사용될 수 있다.
도 7은 단일 수평 구동 전극 구조물을 채용한 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 수평 구동 소자를 채용한 MEMS 자이로스코프(160)의 개략적인 평면도이다. 자이로스코프(160)는 상이한 도면에서 유사한 구성요소가 유사한 방식의 도면 부호를 갖는 도 2에 관해 전술된 자이로스코프(62)와 유사할 수 있다. 그러나, 도 7에 도시된 예시적인 실시예에서, 단일 수평 구동 전극(162, 164)이 하부 기판(68) 및/또는 상부 기판(70) 사이에서 관성 질량체를 앞뒤로 진동시키기 위하여 해당 관성 질량체(66) 각각에 인접하여 제공될 수 있다. 각 관성 질량체(64, 66)는 수평 구동 전극(162, 164)의 일부와 중접할 수 있는 단일 구동 분절부(166, 168)를 포함할 수 있다. 소정의 실시예에서, 다른 구성이 가능하지만, 수평 구동 전극(162, 164) 및/또는 구동 전극(166, 168)은 실질적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예와 함께, 제1 및 제2 수평 구동 전극(162, 164)은 하부 기판(68)의 표면 또는 하부 기판(68) 내부에서 고정될 수 있으며, 감지축(72)의 방향으로 관성 질량체(64, 66)의 변위로부터 발생하는 속도 바이어스 오차 및/또는 배율 인자 오차를 제거하거나 감소시키기 위하여 각 해당 구동 분절체(166, 168)의 대응하는 폭보다 감지축(72)의 방향으로 더 넓을 수 있다. 대신에, 수평 구동 전극(162, 164)을 대응하는 구동 분절체(166, 168)의 폭보다 감지축(72)의 방향으로 더 좁게 함으로써 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
시변 모터 구동 전압(Vd(t))이 수평 구동 전극(162, 164) 각각에 인가될 수 있으며, 각 관성 질량체(64, 66)의 중첩된 부분 사이에 관성 질량체(64, 66)가 하부 기판(68) 상부에서 앞뒤로 진동하게 하는 정전기력을 유도한다. 모터 구동 전압(Vd(t))이 감지 시스템으로 인가되는 것을 방지하기 위하여, 각 수평 구동 전극(162, 164)에 인가되는 모터 구동 전압(Vd(t)) 신호의 극성이 반전되거나 옵셋될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 음의 모터 구동 전압(-Vd(t))이 제2 관성 질량체(66)를 구동하기 위해 사용되는 수평 구동 전극(164)에 인가되는 반면, 양의 모터 구동 전압(+Vd(t)) 신호가 제1 관성 질량체(64)을 구동하기 위해 사용되는 수평 구동 전극(162)에 인가될 수 있다. 또한, 원한다면 반대의 구성이 채용될 수 있다.
본 발명의 여러 가지 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다른 실시예들이 첨부된 특허청구범위의 범위 내에서 실시될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에 의해 다루어진 본 발명의 많은 이점들은 전술한 실시예에서 설명되었다. 많은 관점에서, 이 명세서는 단지 예시적인 것을 이해하여야 한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 세부 사항, 특히 구성부분에 대한 형상, 크기 및 배열에서 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (70)

  1. MEMS 액추에이터 소자에 있어서,
    적어도 하나의 기판으로서, 상기 적어도 하나의 기판의 표면 상에 하나 또는 그 이상의 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98)을 포함하는 상기 적어도 하나의 기판(68, 70); 및
    상기 하나 또는 그 이상의 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98)으로부터 인접하여 수직으로 이격되고, 모터의 구동축(100, 102)을 따라 수평방향으로 진동하는 가동 전극(84);
    을 포함하고,
    상기 MEMS 액추에이터 소자의 감지축(72)은 상기 적어도 하나의 기판의 표면에 평행한,
    MEMS 액추에이터 소자.
  2. MEMS 액추에이터 소자에 있어서,
    적어도 하나의 하부 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98)을 갖는 하부 기판(68);
    적어도 하나의 상부 수평 구동 전극(142)을 갖는 상부 기판(70); 및
    상기 적어도 하나의 상부 및 하부 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98)에 수직으로 인접한 상기 상부 및 하부 기판(68, 70)의 내부 공간(136) 내에서 진동하는 가동 관성 질량체(64, 66);
    를 포함하고,
    상기 하부 수평 구동 전극(96)은 상면(146)을 가지며, 상기 상부 수평 구동 전극(142)은 하면(140)을 가지며, 상기 MEMS 액추에이터 소자의 감지축(72)은 상기 하면(146) 및 상기 하면(140) 중 적어도 하나에 평행한,
    MEMS 액추에이터 소자.
  3. 적어도 하나의 기판으로서, 상기 적어도 하나의 기판의 표면 상에 하나 또는 그 이상의 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98)을 갖는 상기 적어도 하나의 기판(68, 70);
    상기 하나 또는 그 이상의 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98) 각각에 수직으로 인접한 공간에서 진동하는 관성 질량체(64, 66);
    상기 하나 또는 그 이상의 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98) 각각에 전하를 유도하는 모터 구동 전압원; 및
    상기 적어도 하나의 기판(68, 70)의 표면에 평행한 감지축(72)을 따라 상기 관성 질량체(64, 66)의 움직임을 감지하는 감지 콤 핑거(124, 126, 130, 132);
    을 포함하는 MEMS 자이로스코프(62).
  4. MEMS 자이로스코프에서 속도 바이어스 오차(rate bias errors) 및 배율 인자 오차(scale factor errors) 중 어느 하나 또는 그 양자를 감소시키는 방법에 있어서,
    수직으로 이격된 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98) 세트와 상기 수직으로 이격된 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98) 세트 사이에서 진동하는 관성 질량체(64, 66)를 구비한 MEMS 액추에이터 소자를 제공하는 단계;
    상기 수직으로 이격된 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98) 세트 각각에 모터 구동 전압을 인가하는 단계; 및
    상기 MEMS 액추에이터 소자의 감지축(72)을 따라 상기 관성 질량체(64, 66)의 움직임을 감지하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 수직으로 이격된 수평 구동 전극(92, 94, 96, 98)은 상면(146)을 갖는 적어도 하나의 하부 수평 구동 전극(96)과, 하면(460)을 갖는 적어도 하나의 상부 수평 구동 전극(142)을 포함하고,
    상기 MEMS 액추에이터 소자의 감지축(72)은 상기 상면(146) 및 상기 하면(140) 중 적어도 하나에 평행한,
    방법.
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