(57)【要約】  低ノイズで高感度な加速度センサを提供する。具体的には、メンブレン層（ＭＬ）の表面（ＳＵＲ１）のうちの質量体（ＭＳ）の重量部（ＨＶＵ）に対応する領域には、第１個数の開口部ＯＰ１が形成され、メンブレン層（ＭＬ）の裏面（ＳＵＲ２）のうちの質量体（ＭＳ）の重量部（ＨＶＵ）に対応する領域には、第２個数の開口部（ＯＰ２）が形成されている。そして、開口部（ＯＰ１）と開口部（ＯＰ２）とが接続されて、メンブレン層（ＭＬ）に複数の貫通部が形成され、第１個数は、前記第２個数よりも多い。
2017046866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に形成された固定部と、
前記固定部の一方側に設けられた第１部分と前記固定部の他方側に設けられた第２部分とを有し、かつ、前記基板に形成され、前記基板の厚さ方向に変位可能な質量体と、
前記基板に形成され、かつ、前記固定部と前記質量体とを接続する梁と、
前記第１部分と対向する位置に配置された第１固定電極と、
前記第２部分と対向する位置に配置された第２固定電極と、
を備え、
前記基板の第１面は、前記第１固定電極および前記第２固定電極と対向する面であり、
前記基板の第２面は、前記第１面の反対側の面であり、
前記第１部分の第１重心と前記固定部の中心との間の距離に前記第１部分の質量を積算した値が、前記第２部分の第２重心と前記固定部の中心との間の距離に前記第２部分の質量を積算した値よりも大きい、加速度センサであって、
前記基板の前記第１面のうちの前記質量体の前記第１部分に対応する領域には、第１個数の第１開口部が形成され、
前記基板の前記第２面のうちの前記質量体の前記第１部分に対応する領域には、第２個数の第２開口部が形成され、
前記第１開口部と前記第２開口部とが接続されて、前記基板に複数の第１貫通部が形成され、
前記第１個数は、前記第２個数よりも多い、加速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記第１個数の前記第１開口部は、第１周期で配置され、
前記第２個数の前記第２開口部は、第２周期で配置されている、加速度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の加速度センサにおいて、
前記第２周期は、前記第１周期よりも大きい、加速度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の加速度センサにおいて、
前記第２周期は、前記第１周期の整数倍である、加速度センサ。
【請求項５】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記基板の前記第１面のうちの前記質量体の前記第２部分に対応する領域には、第３個数の第３開口部が形成され、
前記基板の前記第２面のうちの前記質量体の前記第２部分に対応する領域には、第４個数の第４開口部が形成され、
前記第３開口部と前記第４開口部とが接続されて、前記基板に複数の第２貫通部が形成され、
前記第３個数は、前記第４個数よりも多い、加速度センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の加速度センサにおいて、
前記第２個数は、前記第４個数よりも多い、加速度センサ。
【請求項７】
請求項５に記載の加速度センサにおいて、
前記第３個数の前記第３開口部は、第３周期で配置され、
前記第４個数の前記第４開口部は、第４周期で配置され、
前記第４周期は、前記第３周期よりも大きい、加速度センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の加速度センサにおいて、
前記第１個数の前記第１開口部は、第１周期で配置され、
前記第２個数の前記第２開口部は、第２周期で配置され
前記第４周期は、前記第２周期よりも大きい、加速度センサ。
【請求項９】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
平面視において、前記質量体の前記第１部分は、
前記第１固定電極と重なる重複部と、
前記第１固定電極と重ならない非重複部と、
を有し、
前記基板の前記第１面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の周期は、前記基板の前記第１面のうちの前記重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の周期よりも大きく、
前記基板の前記第１面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の周期は、前記基板の前記第２面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第２開口部の周期よりも大きい、加速度センサ。
【請求項１０】
基板と、
前記基板に形成された固定部と、
前記固定部の一方側に設けられた第１部分と前記固定部の他方側に設けられた第２部分とを有し、かつ、前記基板に形成され、前記基板の厚さ方向に変位可能な質量体と、
前記基板に形成され、かつ、前記固定部と前記質量体とを接続する梁と、
前記第１部分と対向する位置に配置された第１固定電極と、
前記第２部分と対向する位置に配置された第２固定電極と、
を備え、
前記基板の第１面は、前記第１固定電極および前記第２固定電極と対向する面であり、
前記基板の第２面は、前記第１面の反対側の面であり、
前記第１部分の第１重心と前記固定部の中心との間の距離に前記第１部分の質量を積算した値が、前記第２部分の第２重心と前記固定部の中心との間の距離に前記第２部分の質量を積算した値よりも大きい、加速度センサであって、
前記基板の前記第１面のうち、前記質量体の前記第１部分に対応する領域には、複数の第１開口部が形成され、
前記基板の前記第２面のうち、前記質量体の前記第１部分に対応する領域には、複数の第２開口部が形成され、
前記複数の第１開口部と前記複数の第２開口部とが接続されて、前記基板に複数の第１貫通部が形成され、
平面視において、少なくとも、前記複数の第２開口部のうちの一部の第２開口部の平面サイズは、前記複数の第１開口部のうちの一部の第１開口部の平面サイズよりも大きい、加速度センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記基板の前記第１面のうち、前記質量体の前記第２部分に対応する領域には、複数の第３開口部が形成され、
前記基板の前記第２面のうち、前記質量体の前記第２部分に対応する領域には、複数の第４開口部が形成され、
前記複数の第３開口部と前記複数の第４開口部とが接続されて、前記基板に複数の第２貫通部が形成され、
平面視において、前記複数の第４開口部のそれぞれの平面サイズは、前記複数の第３開口部のそれぞれの平面サイズよりも大きい、加速度センサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の加速度センサにおいて、
前記複数の第４開口部のそれぞれの平面サイズは、前記複数の第２開口部のそれぞれの平面サイズよりも大きい、加速度センサ。
【請求項１３】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
平面視において、前記質量体の前記第１部分は、
前記第１固定電極と重なる重複部と、
前記第１固定電極と重ならない非重複部と、
を有し、
前記基板の前記第１面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の平面サイズは、前記基板の前記第１面のうちの前記重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の平面サイズよりも大きい、加速度センサ。
【請求項１４】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
平面視において、前記質量体の前記第１部分は、
前記第１固定電極と重なる重複部と、
前記第１固定電極と重ならない非重複部と、
を有し、
前記基板の前記第１面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の平面サイズは、前記基板の前記第２面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第２開口部の平面サイズよりも大きい、加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサに関し、例えば、微小な振動加速度を検出する加速度センサに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１２−８８１２０号公報（特許文献１）には、重量部と軽量部とを備えるシーソ構造の物理量センサにおいて、軽量部に凹部を設けて、軽量部の質量を軽くする技術が記載されている。【０００３】
特開２０１３−１４０１４８号公報（特許文献２）には、重量部と軽量部とを備えるシーソ構造の加速度センサが記載されており、軽量部にオフセット（段差部）を設けることにより、軽量部の質量を軽くする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８８１２０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４０１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
反射法地震探査は、地表で衝撃波または連続波を発生させることにより、地下の反射面（音響インピーダンスの変化する境界面）から反射して地上に戻ってくる反射波を、地表に展開した受振器で測定し、解析して地下反射面の深度分布や地下構造を探査する方法である。例えば、この反射法地震探査は、石油や天然ガスの主な探査方法として広く利用されている。特に、次世代の反射法地震探査用センサ（受振器）として、重力加速度よりも遥かに微小な振動加速度を検知する加速度センサが注目されている。このような加速度センサを実用化するために、低ノイズで非常に高感度な加速度センサの開発が望まれている。
本発明の目的は、低ノイズで高感度な加速度センサを提供することにある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態における加速度センサは、基板と、基板に形成された固定部と、固定部の一方側に設けられた第１部分と固定部の他方側に設けられた第２部分とを有し、かつ、基板に形成され、基板の厚さ方向に変位可能な質量体とを備える。さらに、加速度センサは、基板に形成され、かつ、固定部と前記質量体とを接続する梁と、質量体の第１部分と対向する位置に配置された第１固定電極と、質量体の第２部分と対向する位置に配置された第２固定電極とを備える。ここで、基板の第１面は、第１固定電極および第２固定電極と対向する面であり、基板の第２面は、第１面の反対側の面である。そして、この加速度センサにおいて、第１部分の第１重心と固定部の中心との間の距離に第１部分の質量を積算した値が、第２部分の第２重心と固定部の中心との間の距離に第２部分の質量を積算した値よりも大きくなっている。このとき、基板の第１面のうちの質量体の第１部分に対応する領域には、第１個数の第１開口部が形成され、基板の第２面のうちの質量体の第１部分に対応する領域には、第２個数の第２開口部が形成されている。そして、第１開口部と第２開口部とが接続されて、基板に複数の第１貫通部が形成され、第１個数は、第２個数よりも多くなっている。また、一実施の形態における加速度センサは、平面視において、少なくとも、複数の第２開口部のうちの一部の第２開口部の平面サイズは、複数の第１開口部のうちの一部の第１開口部の平面サイズよりも大きくなっている。
【発明の効果】
【０００７】
一実施の形態によれば、低ノイズで高感度な加速度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】反射法弾性波探査の概要を示した地表の断面模式図である。
【図２】関連技術における加速度センサを構成するセンサエレメントの平面構成を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、質量体に貫通孔を設けることにより、質量体が気体からの抵抗を受けにくくなることを説明するための模式図である。
【図５】質量体と気体分子との相互作用によって、機械雑音が発生するメカニズムを説明するための模式図である。
【図６】本発明者が検討した検討例１における貫通孔のレイアウト構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。
【図７】本発明者が検討した検討例２における貫通孔のレイアウト構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。
【図８】本発明者が検討した検討例３における貫通孔のレイアウト構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。
【図９】電極面積を７５％に固定した条件で、貫通孔の径とピッチを変化させた場合における貫通孔の長さ（深さ）と粘性抵抗との関係を示すグラフである。
【図１０】実施の形態におけるセンサエレメントの構成を示す平面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図１２】（ａ）は、質量体の重量部に形成されている複数の開口部の配列を模式的に示す部分拡大平面図であり、（ｂ）は、質量体の重量部を部分的に示す部分拡大断面図である。
【図１３】（ａ）は、質量体の軽量部に形成されている複数の開口部の配列を模式的に示す部分拡大平面図であり、（ｂ）は、質量体の軽量部を部分的に示す部分拡大断面図である。
【図１４】実施の形態における加速度センサの動作を説明する回路ブロック図である。
【図１５】変形例１における重量部に形成されている開口部のレイアウト構成を示す模式図である。
【図１６】変形例２における重量部に形成されている開口部のレイアウト構成を示す模式図である。
【図１７】変形例３における重量部に形成されている開口部のレイアウト構成を示す模式図である。
【図１８】変形例４におけるセンサエレメントの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図１９】変形例５における軽量部に形成されている開口部のレイアウト構成を示す模式図である。
【図２０】変形例６における軽量部に形成されている開口部のレイアウト構成を示す模式図である。
【図２１】変形例７における軽量部に形成されている開口部のレイアウト構成を示す模式図である。
【図２２】非重複領域に形成されている開口部のレイアウト構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２３】非重複領域に形成されている開口部のレイアウト構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２４】開口部の径と粘性抵抗との関係を示すグラフである。
【図２５】非重複領域に形成されている開口部のレイアウト構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１０】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１１】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１２】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１３】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００１４】
本実施の形態における技術的思想は、加速度センサや角速度センサに代表される慣性センサに幅広く適用することができるが、以下では、特に、加速度センサを例に挙げて、本実施の形態における技術的思想を説明することにする。
＜加速度センサの適用分野例＞
【００１５】
加速度センサは、自動車の姿勢制御、スマートフォン、あるいは、ゲーム機等の幅広い分野で利用される。これらの分野で使用される加速度センサは、小型で数百Ｈｚ以下という低周波数帯域で、重力の数倍の大きさの加速度を検出することができる。
【００１６】
一方、近年において、加速度センサの利用分野は、上述した分野に限らず、地中の資源探査を目的とする分野にも拡大している。このような地中の資源探査分野において、物理探査の一種である反射法弾性波探査（反射法地震探査）は、人工的に地震波を発生させた後、地表に設置した受振器（加速度センサ）で地下から跳ね返ってくる反射波を捉えることにより、その結果を解析して地下構造を解明する技術である。
【００１７】
図１は、反射法弾性波探査の概要を示した地表の断面模式図である。図１において、地表ＧＮＤに設置された起振源ＶＢから地中に弾性波（図中の矢印）を伝播させた後、複数の地層の境界ＢＵＤ１や境界ＢＵＤ２で反射した弾性波を、地表ＧＮＤに設置された加速度センサ（受振器）ＡＳでセンシングする。一般的な起振源ＶＢは、地表に対して垂直方向に発振するため、鉛直方向に近い方向にＰ波が効率よく励振される。このため、反射法弾性波探査では、Ｐ波が用いられる。また、再び地表ＧＮＤに戻ってくる弾性波は、鉛直方向に近い方向から伝播してくるＰ波であるため、加速度センサＡＳは、鉛直方向の弾性振動を検知する必要がある。図１に示すように、様々な方向に励振された弾性波は、減衰の大きい地中を伝播し、複数の地層の境界ＢＵＤ１や境界ＢＵＤ２で反射し、再び減衰の大きい地中を伝搬して、広い領域に拡散して地表ＧＮＤに戻ってくる。
【００１８】
このように、反射法弾性波探査では、微弱な弾性振動を検知するため、加速度センサＡＳには、鉛直方向に高感度である必要がある。具体的に、微弱な弾性振動の加速度は、重力加速度よりも小さいため、反射法弾性波探査で使用される加速度センサには、重力加速度よりも小さな加速度を高感度に検出することが要求される。
＜関連技術における加速度センサ＞
【００１９】
まず、関連技術における加速度センサの構成について説明する。ここで、本明細書でいう「関連技術」は、新規に発明者が見出した課題を有する技術である。そして、「関連技術」は、公知である従来技術ではなく、新規な技術的思想の前提技術（未公知技術）を意図して記載された技術である。
【００２０】
図２は、関連技術における加速度センサを構成するセンサエレメントＳＥ（Ｒ）の平面構成を示す平面図である。図２に示すように、関連技術におけるセンサエレメントＳＥ（Ｒ）は、枠体ＦＲを有し、この枠体ＦＲの内部に設けられたキャビティＣＡＶに質量体ＭＳが配置されている。この質量体ＭＳの中央部近傍には、大きな開口部が形成されており、この開口部に内包されるように固定部ＦＵが配置されている。そして、質量体ＭＳと固定部ＦＵとは、一対の梁ＢＭで機械的に接続されている。具体的には、固定部ＦＵの中心を通り、ｙ方向に延在する線を仮想線ＡＸ１とすると、この仮想線ＡＸ１に沿って延在する梁ＢＭが設けられている。このとき、質量体ＭＳのうち、仮想線ＡＸ１の右側に位置する部位が重量部ＨＶＵであり、質量体ＭＳのうち、仮想線ＡＸ１の左側に位置する部位が軽量部ＬＴＵとなっている。そして、関連技術におけるセンサエレメントＳＥ（Ｒ）では、図２に示すように、仮想線ＡＸ１と重量部ＨＶＵの重心ＣＧ１との間のｘ方向の距離Ｌ１と重量部ＨＶＵの質量とを積算した値が、仮想線ＡＸ１と軽量部ＬＴＵの重心ＣＧ２との間のｘ方向の距離Ｌ２と軽量部ＬＴＵの質量とを積算した値よりも大きくなっている。これにより、シーソ構造のセンサエレメントＳＥ（Ｒ）が構成されることになる。さらに、関連技術におけるセンサエレメントＳＥ（Ｒ）では、図２に示すように、質量体ＭＳに複数の貫通孔ＴＨが形成されている。特に、質量体ＭＳを構成する重量部ＨＶＵおよび軽量部ＬＴＵの両方に同サイズからなる複数の貫通孔ＴＨが形成されている。
【００２１】
図２に示すように、梁ＢＭは、ｙ方向に延在し、梁ＢＭのｙ方向における一方の端部は、固定部ＦＵに接続されている一方、梁ＢＭのｙ方向における他方の端部は、質量体ＭＳに接続されている。このように構成されている梁ＢＭは、弾性変形によって、質量体ＭＳ側の端部が固定部ＦＵ側の端部に対してねじれることができるように構成されている。この結果、ｚ方向に加速度が印加されると、梁ＢＭのねじれ（弾性変形）が発生し、この梁ＢＭのねじれによって、質量体ＭＳは、仮想線ＡＸ１を回転軸として回転変位する。すなわち、関連技術におけるセンサエレメントＳＥ（Ｒ）は、ｚ方向の加速度に対応して、質量体ＭＳが仮想線ＡＸ１を中心として回転変位するシーソ構造となっている。
【００２２】
次に、図３は、図２のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図３に示すように、関連技術におけるセンサエレメントＳＥ（Ｒ）は、例えば、シリコンからなるベースＢＳと、シリコンからなるメンブレン層ＭＬと、シリコンからなるキャップＣＡＰを有している。具体的には、ベースＢＳには、凹部が形成されており、凹部が形成されたベースＢＳの表面には、例えば、酸化シリコン膜からなる絶縁膜が形成されている。そして、凹部が形成されたベースＢＳ上にメンブレン層ＭＬが配置されている。したがって、図３に示すように、ベースＢＳとメンブレン層ＭＬとの間には、ベースＢＳに形成された凹部に対応する隙間が介在するとともに、ベースＢＳとメンブレン層ＭＬとの接続部位は、ベースＢＳの表面に形成された絶縁膜によって電気的に絶縁されている。一方、図３に示すように、メンブレン層ＭＬ上には、凹部が形成されたキャップＣＡＰが配置されている。このことから、関連技術におけるセンサエレメントＳＥ（Ｒ）においては、ベースＢＳに形成された凹部とキャップＣＡＰに形成された凹部によってキャビティＣＡＶが設けられることになる。そして、メンブレン層ＭＬは、キャビティＣＡＶ内に配置されながら、ベースＢＳとキャップＣＡＰに挟まれるように配置される。
【００２３】
図３に示すように、メンブレン層ＭＬには、梁ＢＭおよび梁ＢＭと接続された質量体ＭＳが形成されており、特に、質量体ＭＳは、梁ＢＭの右側に配置された重量部ＨＶＵと、梁ＢＭの左側に配置された軽量部ＬＴＵとを有している。そして、重量部ＨＶＵと対向するキャップＣＡＰの表面には、固定電極ＦＥＬ１が形成され、軽量部ＬＴＵと対向するキャップＣＡＰの表面には、固定電極ＦＥＬ２が形成されている。これにより、関連技術においては、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵと固定電極ＦＥＬ１によって第１容量素子（第１容量）が形成され、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵと固定電極ＦＥＬ２によって第２容量素子（第２容量）が形成されることになる。この第１容量素子および第２容量素子のそれぞれは、センサエレメントＳＥ（Ｒ）を構成する質量体ＭＳがｚ方向に変位すると静電容量が変化する。すなわち、関連技術におけるセンサエレメントＳＥ（Ｒ）は、質量体ＭＳの変位を静電容量に変化として捉えることができる。つまり、関連技術における加速度センサは、ｚ方向の加速度に起因して質量体ＭＳがシーソ動作（ｚ方向の変位）し、この質量体ＭＳのｚ方向の変位を第１容量素子の静電容量の変化および第２容量素子の静電容量の変化として捉えることができるように構成されている。
【００２４】
ここで、関連技術におけるセンサエレメントＳＥ（Ｒ）では、シーソ構造を実現するために、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵの質量と質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵの質量とを相違させている。具体的には、図２に示すように、重量部ＨＶＵと軽量部ＬＴＵとの境界線である仮想線ＡＸ１を質量体ＭＳのｘ方向の中心線よりも軽量部ＬＴＵ側にずらして配置している。つまり、仮想線ＡＸ１上に位置する固定部ＦＵおよび梁ＢＭを質量体ＭＳのｘ方向の中心線よりも軽量部ＬＴＵ側にずらして配置している。この結果、関連技術におけるセンサエレメントＳＥ（Ｒ）では、軽量部ＬＴＵの質量を重量部ＨＶＵの質量よりも軽くすることができる。さらに、関連技術では、図３に示すように、重量部ＨＶＵに複数の貫通孔ＴＨを形成する一方、軽量部ＬＴＵには、複数の貫通孔ＴＨとともに、複数の貫通孔ＴＨを包含する大きな開口部ＯＰ（Ｒ）を形成している。この結果、軽量部ＬＴＵの質量は、大きな開口部ＯＰ（Ｒ）を形成している分だけ、さらに質量を軽くすることができる。つまり、関連技術において、軽量部ＬＴＵに設けている大きな開口部ＯＰ（Ｒ）は、軽量部ＬＴＵの質量を軽くする機能を有しているのである。以上のようにして、関連技術における加速度センサが構成されていることになる。
＜Ｓ／Ｎ比を向上する観点からの改善の検討＞
【００２５】
重力加速度よりも微小な加速度を検出する加速度センサには、高感度が要求される。具体的に、高感度の加速度センサを実現するということは、Ｓ／Ｎ比（シグナル／ノイズ比）の高い加速度センサを実現することを意味している。特に、シーソ構造の加速度センサにおいて、Ｓ／Ｎ比を向上するためには、例えば、以下の構成を考えることができる。
【００２６】
まず、第１には、微小な加速度に対して、大きなシーソ動作を実現することによって、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。具体的には、微小な加速度に起因する質量体ＭＳの回転力（トルク）を大きくすることにより、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。なぜなら、質量体ＭＳの回転力が大きくなるということは、微小な加速度に対する質量体ＭＳの変位が大きくなることを意味し、このことは、静電容量の変化が大きくなることを意味するからである。すなわち、微小な加速度に対応する静電容量の変化が大きくなればなるほど、加速度の検出信号（シグナル）が大きくなるからである。つまり、質量体ＭＳの回転力を大きくすることによって、静電容量の変化に基づく加速度の検出信号（シグナル）が大きくなり、これによって、Ｓ／Ｎ比を向上することができるのである。具体的に、質量体ＭＳの回転力を大きくするには、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵに加わる回転力と、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵに加わる回転力との差を大きくすることにより実現できる。より詳細に言えば、重量部ＨＶＵの回転力（トルク）は、回転軸と重量部ＨＶＵの重心との間の距離と重量部ＨＶＵの質量との積で表され、軽量部ＬＴＵの回転力（トルク）は、回転軸と軽量部ＬＴＵの重心との間の距離と軽量部ＬＴＵの質量との積で表される。このことから、質量体ＭＳ全体の回転力を大きくするためには、重量部ＨＶＵの質量と軽量部ＬＴＵの質量との差を大きくすること、および、回転軸と重心との間の距離の差を大きくすることにより実現することができる。したがって、加速度センサのＳ／Ｎ比を向上するためには、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵに加わる回転力と、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵに加わる回転力との差を大きくする構成が有用である。
【００２７】
次に、第２には、質量体ＭＳが配置されるキャビティ内に封止される気体の圧力を下げることが考えられる。なぜなら、キャビティ内に封止される気体の圧力を下げるということは、質量体ＭＳと気体との相互作用を低減できることを意味し、これによって、加速度に起因する質量体ＭＳの変位がキャビティ内に封止されている気体に基づく粘性抵抗によって減衰することを抑制できるからである。つまり、キャビティ内に封止される気体の圧力を下げるということは、加速度に起因する質量体ＭＳの変位が、気体によって妨げられにくくなることを意味し、これによって、質量体ＭＳの変位を確保できることになる。すなわち、キャビティ内に封止される気体の圧力が低くなればなるほど、質量体ＭＳの変位を妨げる抵抗力が小さくなることになり、これによって、微小な加速度に対応する質量体ＭＳの変位の大きさを確保することができ、このことは、微小な加速度に対応するシグナルの減衰を抑制できることを意味している。したがって、加速度センサのＳ／Ｎ比を向上するためには、キャビティ内に封止される気体の圧力を下げることによって、質量体ＭＳと気体との相互作用を低減できる構成が有用である。このように、加速度センサのＳ／Ｎ比を向上するためには、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵに加わる回転力と、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵに加わる回転力との差を大きくする構成が有用であるとともに、キャビティ内に封止される気体の圧力を下げることによって、質量体ＭＳと気体との相互作用を低減できる構成が有用であることがわかる。特に、本発明者は、加速度センサのＳ／Ｎ比を向上するために、質量体ＭＳと気体との相互作用を低減する観点に着目し、以下に示す詳細な検討を行なっているので、この点について説明する。
【００２８】
例えば、関連技術においては、図３に示すように、質量体ＭＳに貫通孔ＴＨを設けている。これにより、加速度に起因して質量体ＭＳが変位する際、質量体ＭＳは、キャビティ内に封止されている気体からの抵抗を受けにくくなる。具体的に、図４（ａ）および図４（ｂ）は、質量体に貫通孔を設けることにより、質量体が気体からの抵抗を受けにくくなることを説明するための模式図である。図４（ａ）において、キャビティＣＡＶには、固定電極ＦＥＬと、この固定電極ＦＥＬと対向するように質量体ＭＳが配置されており、キャビティＣＡＶの内部には、気体分子ＧＭが封止されている。そして、質量体ＭＳには、貫通孔ＴＨが設けられており、質量体ＭＳは、図４（ａ）の矢印の方向に変位可能なように構成されている。このとき、例えば、質量体ＭＳに加速度が加わって、質量体ＭＳが変位する場合を考える。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す状態から、質量体ＭＳが固定電極ＦＥＬに近づくように変位した状態を示す模式図である。図４（ｂ）に示すように、質量体ＭＳが変位する場合、質量体ＭＳには貫通孔ＴＨが設けられているため、気体分子ＧＭは、貫通孔ＴＨを通って移動することができる。このように、質量体ＭＳに設けられた貫通孔ＴＨは、気体分子ＧＭの通り道として機能することになり、これによって、質量体ＭＳが変位する際、質量体ＭＳは、気体分子ＧＭによる抵抗を受けにくくなり、スムーズに変位することが可能となる。すなわち、質量体ＭＳと気体との相互作用を低減する観点から、質量体ＭＳに貫通孔ＴＨを設ける構成は有用であることがわかる。
【００２９】
ただし、質量体ＭＳに貫通孔ＴＨを設けても、質量体ＭＳと気体分子ＧＭとの相互作用は存在し、質量体ＭＳと気体分子ＧＭとの相互作用によって、機械雑音（ブラウニアンノイズ）が発生する。つまり、加速度センサのＳ／Ｎ比を向上する観点から、質量体ＭＳに貫通孔ＴＨを設ける構成は有用であるが、質量体ＭＳと気体分子ＧＭとの相互作用によって、機械雑音が発生することを考慮すると、この機械雑音を低減することができれば、さらなる加速度センサのＳ／Ｎ比の向上を図ることができるのである。そこで、本発明者は、まず、質量体ＭＳと気体分子ＧＭとの相互作用によって、機械雑音が発生するメカニズムについて検討した。この結果、本発明者は、質量体ＭＳと気体分子ＧＭとの相互作用によって、機械雑音が発生するメカニズムについて新たな知見を見出したので、以下では、本発明者が見出した新たな知見について説明する。
＜本発明者が見出した新たな知見＞
【００３０】
図５は、質量体と気体分子との相互作用によって、機械雑音が発生するメカニズムを説明するための模式図である。図５において、質量体ＭＳに気体分子ＧＭが衝突すると、気体分子ＧＭは跳ね返るのではなく、質量体ＭＳの表面に付着する。そして、質量体ＭＳの表面に付着した気体分子ＧＭは、質量体ＭＳの表面を擦りながら移動し、質量体ＭＳに設けられた貫通孔ＴＨを通り抜ける。このとき、本発明者の検討によると、気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動する際の振動などによって、機械雑音が発生することが判明した。すなわち、気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動することが、機械雑音の雑音源となることを本発明者は新たに見出した。つまり、本発明者が見出した新たな知見は、質量体ＭＳの表面に付着した気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動する現象が機械雑音の雑音源となるというものである。したがって、本発明者が見出した新たな知見に基づくと、図５に示すように、気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動する距離Ｗが長くなると、機械雑音が大きくなるということになる。このことから、気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動する距離Ｗを短くすることができれば、機械雑音を低減することができ、これによって、加速度センサのＳ／Ｎ比を向上することができると考えられる。そこで、本発明者は、質量体ＭＳに貫通孔ＴＨを設けることを前提として、気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動する距離Ｗをなるべく短くできる貫通孔ＴＨのレイアウト構成について検討したので、以下では、この検討結果について説明することにする。
＜本発明者による検討＞
【００３１】
図６は、本発明者が検討した検討例１における貫通孔のレイアウト構成を示す模式図であり、図６（ａ）が平面図に対応し、図６（ｂ）が図６（ａ）のＡ−Ａ線での断面図に対応している。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、本発明者が検討した検討例１では、比較的大きなサイズの長方形からなる貫通孔ＴＨ（Ａ）を質量体ＭＳに形成している。このような検討例１の構成では、質量体ＭＳの表面積に占める複数の貫通孔ＴＨ（Ａ）の占有面積を大きくすることができる結果、貫通孔ＴＨ（Ａ）に達するまでに気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動する距離を短くすることができる。したがって、検討例１の構成では、気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動することに起因する機械雑音を低減することができ、これによって、加速度センサのＳ／Ｎ比を向上することができると考えられる。ところが、検討例１の構成では、複数の貫通孔ＴＨ（Ａ）の占有面積が大きくなる結果、質量体ＭＳの表面電極（可動電極）の面積が小さくなってしまうのである。すなわち、質量体ＭＳは、例えば、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、固定電極ＦＥＬに対向する可動電極としての機能も有している。そして、固定電極ＦＥＬと質量体ＭＳ（可動電極）から構成される容量素子の静電容量の変化によって、加速度が検出される。したがって、加速度の検出信号（シグナル）を大きくする観点からは、容量素子の静電容量の変化は大きい方が望ましく、容量素子の静電容量の変化を大きくするためには、容量素子の電極面積を大きくすることが望ましい。つまり、検出信号（シグナル）を大きくする観点からは、質量体ＭＳの表面電極（可動電極）の面積を大きくすることが望ましいのである。この点に関し、検討例１の構成では、貫通孔ＴＨ（Ａ）に達するまでに気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動する距離を短くすることができる一方、質量体ＭＳの表面電極の面積が小さくなってしまうのである。すなわち、検討例１の構成では、貫通孔ＴＨ（Ａ）に達するまでに気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動することに起因する機械雑音を低減できるものの、容量素子の静電容量の変化に基づく検出信号（シグナル）が小さくなってしまうのである。このことは、検討例１の構成では、雑音成分（ノイズ成分）を低減できるものの、信号成分（シグナル成分）が小さくなる結果、Ｓ／Ｎ比の大幅な向上を図ることが困難になることを意味している。
【００３２】
そこで、以下に示す検討例２における貫通孔のレイアウト構成が考えられる。図７は、本発明者が検討した検討例２における貫通孔のレイアウト構成を示す模式図であり、図７（ａ）が平面図に対応し、図７（ｂ）が図７（ａ）のＡ−Ａ線での断面図に対応している。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、本発明者が検討した検討例２では、質量体ＭＳに、図６（ａ）に示す検討例１の貫通孔ＴＨ（Ａ）よりも小さなサイズの貫通孔ＴＨ（Ｂ）を数多く形成している。これにより、本発明者が検討した検討例２においても、貫通孔ＴＨ（Ｂ）に達するまでに気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動する距離を短くすることができる。さらに、検討例２では、複数の貫通孔ＴＨ（Ｂ）の占有面積を検討例１よりも小さくできる結果、検討例２では、検討例１よりも質量体ＭＳの表面電極（可動電極）の面積を大きくすることができる。これにより、検討例２によれば、検討例１よりも機械雑音を低減できるとともに、容量素子の静電容量の変化に基づく検出信号（シグナル）も大きくすることができる。このことから、検討例２の構成では、雑音成分（ノイズ成分）を低減でき、かつ、検討例１よりも信号成分（シグナル成分）を大きくできる結果、検討例１よりもＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００３３】
さらに、図８は、本発明者が検討した検討例３における貫通孔のレイアウト構成を示す模式図であり、図８（ａ）が平面図に対応し、図８（ｂ）が図８（ａ）のＡ−Ａ線での断面図に対応している。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、本発明者が検討した検討例３では、質量体ＭＳに、図７（ａ）に示す検討例２の貫通孔ＴＨ（Ｂ）よりもさらに小さなサイズの貫通孔ＴＨ（Ｃ）を数多く形成している。これにより、本発明者が検討した検討例３においては、貫通孔ＴＨ（Ｂ）に達するまでに気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動する距離をさらに短くすることができる。また、検討例３においては、複数の貫通孔ＴＨ（Ｃ）の占有面積を検討例２と同じくしており、検討例３では、検討例２と同じ質量体ＭＳの表面電極（可動電極）の面積を有することができる。これにより、検討例３によれば、検討例２よりも機械雑音を低減できるとともに、容量素子の静電容量の変化に基づく検出信号（シグナル）を大きくすることができると考えることができる。ところが、実際には、検討例３の構成では、検討例２に比べて、機械雑音を低減することができないのである。以下に、この理由について説明する。
【００３４】
図８（ａ）に示すように、本発明者が検討した検討例３では、図７（ａ）に示す検討例２の貫通孔ＴＨ（Ｂ）よりもさらに小さなサイズの貫通孔ＴＨ（Ｃ）を数多く形成している。このため、一見すると、検討例３では、検討例２に比べて、質量体ＭＳの表面電極の面積を確保しながら、貫通孔ＴＨ（Ｂ）に達するまでに気体分子ＧＭが質量体ＭＳの表面を擦りながら移動する距離を短くすることができることから、Ｓ／Ｎ比を向上することができると考えられる。ところが、検討例３では、小さなサイズの貫通孔ＴＨ（Ｃ）を形成する結果、図８（ｂ）に示すように、貫通孔ＴＨ（Ｃ）のサイズに比べて、相対的に貫通長さが長くなる。このことは、検討例３の構成によれば、貫通孔ＴＨ（Ｃ）のアスペクト比（貫通長さ／幅）が高くなることを意味している。この場合、気体分子が貫通孔ＴＨ（Ｃ）を通り抜けにくくなることになる。すなわち、検討例３のように、貫通孔ＴＨ（Ｃ）のアスペクト比が高くなると、気体分子を通りやすさを示すコンダクタンスが小さくなるのである。言い換えれば、検討例３のように、貫通孔ＴＨ（Ｃ）のアスペクト比が高くなると、粘性抵抗が大きくなるのである。このように、検討例３では、貫通孔ＴＨ（Ｃ）の平面サイズを小さくすることにより、質量体ＭＳの電極面積を確保しながら、気体分子が質量体ＭＳの表面を擦りながら移動する距離を短くすることができる一方、貫通孔ＴＨ（Ｃ）のアスペクト比が高くなることによって、コンダクタンスが小さくなるのである。コンダクタンスが小さくなるということは、気体分子が貫通孔ＴＨ（Ｃ）を通りにくくなることを意味し、このことは、気体分子と質量体ＭＳとの相互作用が大きくなることを意味する。したがって、検討例３では、貫通孔ＴＨ（Ｃ）のアスペクト比が高くなることに起因するコンダクタンスの低下によって、気体分子と質量体ＭＳとの相互作用が大きくなる結果、機械雑音が増加することになるのである。
【００３５】
図９は、電極面積を７５％に固定した条件で、貫通孔の径とピッチ（図９の数字は、径／ピッチを示す）を変化させた場合における貫通孔の長さ（深さ）と粘性抵抗との関係を示すグラフである。図９に示すように、貫通孔の長さが充分に短い場合（＜１６０μｍ）では、貫通孔の径とピッチを小さくするほど粘性抵抗が小さくなることがわかる。つまり、貫通孔の径とピッチを小さくして、気体分子が質量体の表面を擦りながら移動する距離を短くすることによって、粘性抵抗が小さくなり、機械雑音が小さくなるという本発明者が見出した知見が裏付けられていることがわかる。一方、貫通孔の長さが１６０μｍを超えると、貫通孔の径が１５μｍの構成よりも、貫通孔の径が３０μｍの構成の場合の方が粘性抵抗は小さくなる。さらには、貫通孔の長さが８００μｍを超えると、貫通孔の径が３０μｍの構成よりも、貫通孔の径が４５μｍの構成の場合の方が粘性抵抗は小さくなる。この粘性抵抗の逆転現象は、質量体の表面と貫通孔の内部のそれぞれにおける気体分子との相互作用を考えることにより理解することができる。つまり、質量体の表面では、気体分子が質量体の表面を擦りながら移動する距離が短くなればなるほど、質量体と気体分子との相互作用が小さくなる。したがって、貫通孔の径とピッチを小さくすればするほど、質量体の表面における質量体と気体分子との相互作用は小さくなる。これに対し、貫通孔の内部では、貫通孔の径が小さく、貫通孔の長さが長いほど、コンダクタンスが小さくなり、質量体と気体分子との相互作用が大きくなる。このことから、貫通孔の径とピッチが小さく、かつ、貫通孔の長さが短い場合には、コンダクタンスの低下の影響は小さい一方、質量体の表面において、気体分子が質量体の表面を擦りながら移動する距離を短くすることができるので、全体的に質量体と気体分子との相互作用が小さくなる結果、粘性抵抗は小さくなる。ところが、貫通孔の径とピッチが小さくても、貫通孔の長さが長くなると、コンダクタンスが小さくなる影響が大きくなることから、全体的に質量体と気体分子との相互作用が大きくなる結果、粘性抵抗は大きくなる。このため、図９に示す粘性抵抗の逆転現象が生じるのである。したがって、例えば、Ｓ／Ｎ比を向上させるため、質量体の厚さを厚くして質量を重くする場合には、質量体に設けられる貫通孔の長さは長くなるため、図９に示す結果に基づくと、Ｓ／Ｎ比を向上させるためには、貫通孔の径とピッチだけでなく、貫通孔の長さに起因するコンダクタンスも考慮する必要があることがわかる。
【００３６】
以上のことから、本発明者の検討結果に基づいて、以下のことを把握することができる。すなわち、本発明者の知見によると、加速度センサのＳ／Ｎ比を向上するためには、質量体の電極面積を確保しながら、気体分子が質量体の表面を擦りながら移動する距離を短くする構成が有用であり、この構成は、質量体に平面サイズの小さな貫通孔を数多く設けることにより実現できる。ところが、本発明者の検討によると、貫通孔の平面サイズを小さくしすぎると、貫通孔のアスペクト比が高くなることに起因してコンダクタンスが小さくなり、かえって、機械雑音が増加して、Ｓ／Ｎ比を向上することができなくなるのである。
【００３７】
特に、Ｓ／Ｎ比を向上するためには、質量体の質量を重くする構成が有用であるが、質量体の質量を重くするということは、質量体の厚さが厚くなることを意味し、このことは、貫通孔の平面サイズを小さくすると貫通孔のアスペクト比が高くなりやすいことを意味する。このように、加速度センサのＳ／Ｎ比を向上させるためには、質量体の電極面積を確保しながら、気体分子が質量体の表面を擦りながら移動する距離を短くすることを考慮するだけでは、不充分であり、貫通孔のアスペクト比が高くなることに起因するコンダクタンスの低下に基づく機械雑音の増加の影響も考慮する必要がある。そして、質量体の電極面積を確保しながら、気体分子が質量体の表面を擦りながら移動する距離を短くすることと、貫通孔におけるコンダクタンスの低下を抑制することとは、トレードオフの関係にある。このことから、質量体の電極面積を確保しながら、気体分子が質量体の表面を擦りながら移動する距離を短くするとともに、貫通孔におけるコンダクタンスの低下を抑制するためには工夫が必要となる。そこで、本実施の形態では、加速度センサのＳ／Ｎ比を向上する工夫を施している。具体的に、本実施の形態では、質量体の電極面積を確保しながら、気体分子が質量体の表面を擦りながら移動する距離を短くするとともに、貫通孔におけるコンダクタンスの低下を抑制するための工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について説明することにする。
＜実施の形態におけるセンサエレメントの構成＞
【００３８】
図１０は、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥの構成を示す平面図である。図１０において、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥは、枠体ＦＲを有し、この枠体ＦＲの内部に設けられたキャビティＣＡＶに質量体ＭＳが配置されている。この質量体ＭＳの中央部近傍には、大きな開口部が形成されており、この開口部に内包されるように固定部ＦＵが配置されている。そして、質量体ＭＳと固定部ＦＵとは、一対の梁ＢＭで機械的に接続されている。具体的には、固定部ＦＵの中心を通り、ｙ方向に延在する線を仮想線ＡＸ１とすると、この仮想線ＡＸ１に沿って延在する梁ＢＭが設けられている。このとき、質量体ＭＳのうち、仮想線ＡＸ１の右側に位置する部位が重量部ＨＶＵであり、質量体ＭＳのうち、仮想線ＡＸ１の左側に位置する部位が軽量部ＬＴＵとなっている。そして、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥでは、図１０に示すように、仮想線ＡＸ１と重量部ＨＶＵの重心ＣＧ１との間のｘ方向の距離Ｌ１と重量部ＨＶＵの質量とを積算した値が、仮想線ＡＸ１と軽量部ＬＴＵの重心ＣＧ２との間のｘ方向の距離Ｌ２と軽量部ＬＴＵの質量とを積算した値よりも大きくなっている。これにより、シーソ構造のセンサエレメントＳＥが構成されることになる。
【００３９】
さらに、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥには、図１０に示すように、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵの表面側に実線で示す複数の開口部ＯＰ１が形成されており、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵの裏面側に破線で示す複数の開口部ＯＰ２が形成されている。このとき、平面視において、少なくとも、複数の開口部ＯＰ２のそれぞれの平面サイズは、複数の開口部ＯＰ１のそれぞれの平面サイズよりも大きくなっている。そして、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２とは連通しており、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２によって、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵを貫通する貫通部が形成されていることになる。同様に、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥには、図１０に示すように、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵの表面側に実線で示す複数の開口部ＯＰ３が形成されており、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵの裏面側に破線で示す複数の開口部ＯＰ４が形成されている。このとき、平面視において、少なくとも、複数の開口部ＯＰ４のそれぞれの平面サイズは、複数の開口部ＯＰ３のそれぞれの平面サイズよりも大きくなっている。そして、開口部ＯＰ３と開口部ＯＰ４とは連通しており、開口部ＯＰ３と開口部ＯＰ４によって、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵを貫通する貫通部が形成されていることになる。ここで、重量部ＨＶＵの表面側に形成されている開口部ＯＰ１の平面サイズと、軽量部ＬＴＵの表面側に形成されている開口部ＯＰ３の平面サイズとは等しくなっている。一方、重量部ＨＶＵの裏面側に形成されている開口部ＯＰ２の平面サイズは、軽量部ＬＴＵの裏面側に形成されている開口部ＯＰ４の平面サイズよりも小さくなっている。言い換えれば、軽量部ＬＴＵの裏面側に形成されている開口部ＯＰ４の平面サイズは、重量部ＨＶＵの裏面側に形成されている開口部ＯＰ２の平面サイズよりも大きくなっている。
【００４０】
次に、図１０に示すように、梁ＢＭは、ｙ方向に延在し、梁ＢＭのｙ方向における一方の端部は、固定部ＦＵに接続されている一方、梁ＢＭのｙ方向における他方の端部は、質量体ＭＳに接続されている。このように構成されている梁ＢＭは、弾性変形によって、質量体ＭＳ側の端部が固定部ＦＵ側の端部に対してねじれることができるように構成されている。この結果、ｚ方向に加速度が印加されると、梁ＢＭのねじれ（弾性変形）が発生し、この梁ＢＭのねじれによって、質量体ＭＳは、仮想線ＡＸ１を回転軸として回転変位する。すなわち、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥは、ｚ方向の加速度に対応して、質量体ＭＳが仮想線ＡＸ１を中心として回転変位するシーソ構造となっている。
【００４１】
続いて、図１１は、図１０のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図１１に示すように、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥは、例えば、シリコンからなるベースＢＳと、シリコンからなるメンブレン層（基板）ＭＬと、シリコンからなるキャップＣＡＰを有している。具体的に、ベースＢＳには、凹部が形成されており、凹部が形成されたベースＢＳの表面には、例えば、酸化シリコン膜からなる絶縁膜が形成されている。そして、凹部が形成されたベースＢＳ上にメンブレン層ＭＬが配置されている。したがって、図１１に示すように、ベースＢＳとメンブレン層ＭＬとの間には、ベースＢＳに形成された凹部に対応する隙間が介在するとともに、ベースＢＳとメンブレン層ＭＬとの接続部位は、ベースＢＳの表面に形成された絶縁膜によって電気的に絶縁されている。
【００４２】
一方、図１１に示すように、メンブレン層ＭＬ上には、凹部が形成されたキャップＣＡＰが配置されている。このことから、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥでは、ベースＢＳに形成された凹部とキャップＣＡＰに形成された凹部によってキャビティＣＡＶが形成されることになる。そして、メンブレン層ＭＬは、キャビティＣＡＶ内に配置されながら、ベースＢＳとキャップＣＡＰに挟まれるように配置される。
【００４３】
図１１に示すように、メンブレン層ＭＬには、固定部（図１０参照）と、質量体ＭＳと、固定部と質量体ＭＳとを機械的に接続する梁ＢＭとが形成されている。この質量体ＭＳは、ｚ方向に変位可能なように構成されており、この質量体ＭＳは、梁ＢＭの右側に配置された重量部ＨＶＵと、梁ＢＭの左側に配置された軽量部ＬＴＵとを有している。そして、重量部ＨＶＵと対向するキャップＣＡＰの表面には、固定電極ＦＥＬ１が形成され、軽量部ＬＴＵと対向するキャップＣＡＰの表面には、固定電極ＦＥＬ２が形成されている。このとき、固定電極ＦＥＬ１のサイズ（面積）と固定電極ＦＥＬ２のサイズ（面積）とは等しくなっている。そして、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥには、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵと固定電極ＦＥＬ１によって第１容量素子（第１容量）が形成され、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵと固定電極ＦＥＬ２によって第２容量素子（第２容量）が形成されることになる。この第１容量素子および第２容量素子のそれぞれは、センサエレメントＳＥを構成する質量体ＭＳがｚ方向に変位すると静電容量が変化する。すなわち、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥは、質量体ＭＳの変位を静電容量に変化として捉えることができる。つまり、本実施の形態における加速度センサは、ｚ方向の加速度に起因して質量体ＭＳがシーソ動作（ｚ方向の変位）し、この質量体ＭＳのｚ方向の変位を第１容量素子の静電容量の変化および第２容量素子の静電容量の変化として捉えることができるように構成されている。
【００４４】
ここで、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥでは、シーソ構造を実現するために、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵの質量と質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵの質量とを相違させている。具体的には、図１０に示すように、重量部ＨＶＵと軽量部ＬＴＵとの境界線である仮想線ＡＸ１を質量体ＭＳのｘ方向の中心線よりも軽量部ＬＴＵ側にずらして配置している。つまり、仮想線ＡＸ１上に位置する固定部ＦＵおよび梁ＢＭを質量体ＭＳのｘ方向の中心線よりも軽量部ＬＴＵ側にずらして配置している。この結果、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥでは、軽量部ＬＴＵの質量を重量部ＨＶＵの質量よりも軽くすることができる。
【００４５】
図１１において、メンブレン層ＭＬを構成する面のうち、キャップＣＡＰに形成されている固定電極ＦＥＬ１および固定電極ＦＥＬ２と対向する面を表面ＳＵＲ１と定義し、この表面ＳＵＲ１の反対側の面を裏面ＳＵＲ２と定義している。そして、本実施の形態におけるメンブレン層ＭＬは、デバイス層ＤＬとハンドル層（サポート層）ＨＬとの積層構造から構成され、デバイス層ＤＬの厚さは、ハンドル層ＨＬの厚さよりも薄くなっている。言い換えれば、ハンドル層ＨＬの厚さは、デバイス層ＤＬの厚さよりも厚くなっている。
【００４６】
ここで、図１１に示すように、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵは、平面視において、固定電極ＦＥＬ１と重なる重複領域ＯＬＲと、固定電極ＦＥＬ１と重ならない非重複領域ＮＬＲとを有している。このとき、図１１に示すように、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１のうち、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵに対応する領域には、複数の開口部ＯＰ１が形成されている。言い換えれば、デバイス層ＤＬの露出面のうち、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵに対応する領域には、複数の開口部ＯＰ１が形成されている。一方、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２のうち、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵに対応する領域には、複数の開口部ＯＰ２が形成されている。言い換えれば、ハンドル層ＨＬの露出面のうち、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵに対応する領域には、複数の開口部ＯＰ２が形成されている。そして、複数の開口部ＯＰ１の個数は、複数の開口部ＯＰ２の個数よりも多く、かつ、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２は連通して、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵを貫通する貫通部を構成している。具体的な一例として、図１１に示すように、互いに隣り合う２個の開口部ＯＰ１に対して、１個の開口部ＯＰ２が対応しており、互いに隣り合う２個の開口部ＯＰ１と１個の開口部ＯＰ２とによって１つの貫通部が形成されている。この結果、図１１に示すように、開口部ＯＰ１の幅は、開口部ＯＰ２の幅よりも小さくなっている。言い換えれば、開口部ＯＰ２の幅は、開口部ＯＰ１の幅よりも大きくなっているということができる。
【００４７】
同様に、図１１に示すように、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１のうち、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵに対応する領域には、複数の開口部ＯＰ３が形成されている。言い換えれば、デバイス層ＤＬの露出面のうち、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵに対応する領域には、複数の開口部ＯＰ３が形成されている。一方、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２のうち、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵに対応する領域には、複数の開口部ＯＰ４が形成されている。言い換えれば、ハンドル層ＨＬの露出面のうち、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵに対応する領域には、複数の開口部ＯＰ４が形成されている。そして、複数の開口部ＯＰ３の個数は、複数の開口部ＯＰ４の個数よりも多く、かつ、開口部ＯＰ３と開口部ＯＰ４は連通して、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵを貫通する貫通部を構成している。具体的な一例として、図１１に示すように、互いに隣り合う２個の開口部ＯＰ３に対して、１個の開口部ＯＰ４が対応しており、互いに隣り合う２個の開口部ＯＰ３と１個の開口部ＯＰ４とによって１つの貫通部が形成されている。この結果、図１１に示すように、開口部ＯＰ３の幅は、開口部ＯＰ４の幅よりも小さくなっている。言い換えれば、開口部ＯＰ４の幅は、開口部ＯＰ３の幅よりも大きくなっているということができる。さらに、重量部ＨＶＵの裏面ＳＵＲ２に形成されている開口部ＯＰ２と、軽量部ＬＴＵの裏面ＳＵＲ２に形成されている開口部ＯＰ４とに着目すると、開口部ＯＰ２の幅は、開口部ＯＰ４の幅よりも小さくなっている。言い換えれば、開口部ＯＰ４の幅は、開口部ＯＰ２の幅よりも大きくなっている。さらに、開口部ＯＰ２の個数は、開口部ＯＰ４の個数よりも多くなっている。
【００４８】
次に、図１２（ａ）は、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵに形成されている複数の開口部ＯＰ１および複数の開口部ＯＰ２の配列を模式的に示す部分拡大平面図である。一方、図１２（ｂ）は、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵを部分的に示す部分拡大断面図である。
【００４９】
図１２（ａ）において、複数の開口部ＯＰ１は、アレイ状に配置されており、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれに周期的に配置されている。具体的に、図１２（ａ）に示すように、複数の開口部ＯＰ１は、ｘ方向に「ピッチＰｘｄ１」で配置され、かつ、ｙ方向に「ピッチＰｙｄ１」で配置されている。ここで、「ピッチＰｘｄ１」は、図１２（ａ）に示すように、ｘ方向において、互いに隣り合う開口部ＯＰ１の中心間の距離として定義される。同様に、「ピッチＰｙｄ１」は、図１２（ａ）に示すように、ｙ方向において、互いに隣り合う開口部ＯＰ１の中心間の距離として定義される。
【００５０】
また、図１２（ａ）において、複数の開口部ＯＰ２も、アレイ状に配置されており、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれに周期的に配置されている。具体的に、図１２（ａ）に示すように、複数の開口部ＯＰ２は、ｘ方向に「ピッチＰｘｈ１」で配置され、かつ、ｙ方向に「ピッチＰｙｈ１」で配置されている。ここで、「ピッチＰｘｈ１」は、図１２（ａ）に示すように、ｘ方向において、互いに隣り合う開口部ＯＰ２の間の中心間の距離として定義される。同様に、「ピッチＰｙｈ１」は、図１２（ａ）に示すように、ｙ方向において、互いに隣り合う開口部ＯＰ２の間の中心間の距離として定義される。
【００５１】
このとき、図１２（ａ）に示すように、ｘ方向において、複数の開口部ＯＰ２の配列周期は、複数の開口部ＯＰ１の配列周期よりも大きくなっており、例えば、複数の開口部ＯＰ２の配列周期は、複数の開口部ＯＰ１の配列周期の整数倍となっている。つまり、本実施の形態において、「ピッチＰｘｈ１」は、「ピッチＰｘｄ１」よりも大きく、例えば、「ピッチＰｘｈ１」は、「ピッチＰｘｄ１」の整数倍となっている。
【００５２】
続いて、図１２（ｂ）において、開口部ＯＰ１は、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１に形成され、かつ、開口部ＯＰ２は、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２に形成されていることがわかる。ここで、本明細書でいう「開口部ＯＰ１」とは、平坦な（面一な）表面ＳＵＲ１に形成された凹部を意味し、特に、図１２（ｂ）に示すように、本実施の形態における「開口部ＯＰ１」は、デバイス層ＤＬを貫通する貫通孔と見なすことができる。同様に、本明細書でいう「開口部ＯＰ２」とは、平坦な（面一な）裏面ＳＵＲ２に形成された凹部を意味し、特に、図１２（ｂ）に示すように、本実施の形態における「開口部ＯＰ２」は、ハンドル層ＨＬを貫通する貫通孔と見なすことができる。なお、本明細書でいう「開口部ＯＰ１」および「開口部ＯＰ２」は、平坦な表面ＳＵＲ１および裏面ＳＵＲ２を前提として形成された部位であり、例えば、段差形状（ステップ形状）は「開口部」と解釈することはできず、本明細書でいう「開口部」から除外されるものである。
【００５３】
続いて、図１３（ａ）は、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵに形成されている複数の開口部ＯＰ３および複数の開口部ＯＰ４の配列を模式的に示す部分拡大平面図である。一方、図１３（ｂ）は、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵを部分的に示す部分拡大断面図である。
【００５４】
図１３（ａ）において、複数の開口部ＯＰ３は、アレイ状に配置されており、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれに周期的に配置されている。具体的に、図１３（ａ）に示すように、複数の開口部ＯＰ３は、ｘ方向に「ピッチＰｘｄ２」で配置され、かつ、ｙ方向に「ピッチＰｙｄ２」で配置されている。ここで、「ピッチＰｘｄ２」は、図１３（ａ）に示すように、ｘ方向において、互いに隣り合う開口部ＯＰ３の中心間の距離として定義される。同様に、「ピッチＰｙｄ２」は、図１３（ａ）に示すように、ｙ方向において、互いに隣り合う開口部ＯＰ３の中心間の距離として定義される。
【００５５】
また、図１３（ａ）において、複数の開口部ＯＰ４も、アレイ状に配置されており、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれに周期的に配置されている。具体的に、図１３（ａ）に示すように、複数の開口部ＯＰ４は、ｘ方向に「ピッチＰｘｈ２」で配置され、かつ、ｙ方向に「ピッチＰｙｈ２」で配置されている。ここで、「ピッチＰｘｈ２」は、図１３（ａ）に示すように、ｘ方向において、互いに隣り合う開口部ＯＰ４を平行移動して重なる距離として定義される。同様に、「ピッチＰｙｈ２」は、図１３（ａ）に示すように、ｙ方向において、互いに隣り合う開口部ＯＰ４を平行移動して重なる距離として定義される。
【００５６】
このとき、図１３（ａ）に示すように、ｘ方向において、複数の開口部ＯＰ４の配列周期は、複数の開口部ＯＰ３の配列周期よりも大きくなっており、例えば、複数の開口部ＯＰ４の配列周期は、複数の開口部ＯＰ３の配列周期の整数倍となっている。つまり、本実施の形態において、「ピッチＰｘｈ２」は、「ピッチＰｘｄ２」よりも大きく、例えば、「ピッチＰｘｈ２」は、「ピッチＰｘｄ２」の整数倍となっている。
【００５７】
続いて、図１３（ｂ）において、開口部ＯＰ３は、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１に形成され、かつ、開口部ＯＰ４は、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２に形成されていることがわかる。ここで、本明細書でいう「開口部ＯＰ３」とは、平坦な（面一な）表面ＳＵＲ１に形成された凹部を意味し、特に、図１３（ｂ）に示すように、本実施の形態における「開口部ＯＰ３」は、デバイス層ＤＬを貫通する貫通孔と見なすことができる。同様に、本明細書でいう「開口部ＯＰ４」とは、平坦な（面一な）裏面ＳＵＲ２に形成された凹部を意味し、特に、図１３（ｂ）に示すように、本実施の形態における「開口部ＯＰ４」は、ハンドル層ＨＬを貫通する貫通孔と見なすことができる。なお、本明細書でいう「開口部ＯＰ３」および「開口部ＯＰ４」は、平坦な表面ＳＵＲ１および裏面ＳＵＲ２を前提として形成された部位であり、例えば、段差形状（ステップ形状）は「開口部」と解釈することはできず、本明細書でいう「開口部」から除外されるものである。
＜実施の形態における加速度センサの動作＞
【００５８】
本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥは、上記のように構成されており、以下に、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥを構成要素に含む加速度センサの動作について説明する。
【００５９】
図１４は、本実施の形態における加速度センサの動作を説明する回路ブロック図である。図１４において、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とがセンサエレメントＳＥと接続されている。このとき、入力端子ＩＮ１と接続されている可変容量ＶＣＡＰ１は、例えば、図１１に示すセンサエレメントＳＥの重量部ＨＶＵからなる可動電極と固定電極ＦＥＬ１とからなる第１容量素子に対応し、入力端子ＩＮ２と接続されている可変容量ＶＣＡＰ２は、例えば、図１１に示すセンサエレメントＳＥの軽量部ＬＴＵからなる可動電極と固定電極ＦＥＬ２とからなる第２容量素子に対応する。そして、可変容量ＶＣＡＰ１と可変容量ＶＣＡＰ２との接続ノード（端子Ａ）は、ＣＶ変換部１０と接続されている。具体的に、可変容量ＶＣＡＰ１と可変容量ＶＣＡＰ２との接続ノード（中間ノード）（端子Ａ）は、例えば、シングルエンドオペアンプから構成されるチャージアンプＣＡＭＰの反転入力端子と接続されている。そして、チャージアンプＣＡＭＰの非反転入力端子には、固定電位ＶＢ（約０．６Ｖ）が印加される。さらに、チャージアンプＣＡＭＰの反転入力端子とＣＶ変換部１０の出力端子との間には、帰還容量Ｃｆが接続されている。そして、ＣＶ変換部１０の後段には、ＡＤ変換部１１が接続され、ＡＤ変換部１１の後段には、同期検波部１２が接続されている。さらに、同期検波部１２の後段には、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１３が接続され、このＬＰＦ１３の後段に出力端子ＯＵＴが接続されている。以上のようにして、本実施の形態における加速度センサの回路ブロックが構成されていることになる。
【００６０】
まず、図１４に示すように、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２に、それぞれ１８０°位相の異なる逆位相の変調信号が印加される。例えば、原理的には、変調信号を印加しなくても加速度に起因する可変容量での容量変化を検出することにより、加速度を検出することは可能である。ただし、加速度に対応した可変容量での容量変化に基づく検出信号は、低周波信号であるため、１／ｆノイズの影響を受けやすくなる。すなわち、加速度に対応した可変容量での容量変化に基づく検出信号をそのまま使用する構成では、１／ｆノイズが大きくなる結果、Ｓ／Ｎ比が劣化して、加速度センサの検出感度が低下することになる。そこで、本実施の形態１では、変調信号を使用している。この場合、加速度に対応した可変容量での容量変化に基づく検出信号が変調信号で変調されて高周波信号となるため、１／ｆノイズを受けにくくなるのである。つまり、高周波信号では、低周波信号よりも１／ｆノイズが小さくなることから、Ｓ／Ｎ比を向上できる結果、加速度センサの検出感度を向上することができるのである。このような理由から、本実施の形態では、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに変調信号を印加している。
【００６１】
続いて、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに互いに逆位相の変調信号を印加する理由について説明する。図１４において、可変容量ＶＣＡＰ１と可変容量ＶＣＡＰ２の静電容量を「Ｃ」とする。そして、加速度が印加されて、質量体Ｍの重量部ＨＶＵが＋ｚ方向に変位し、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵが−ｚ方向に変位して、可変容量ＶＣＡＰ１の静電容量が「Ｃ＋ΔＣ」に増加する一方、可変容量ＶＣＡＰ２の静電容量が「Ｃ−ΔＣ」に減少するとする。この場合、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに互いに逆位相の変調信号が印加されている場合、可変容量ＶＣＡＰ１には、Ｑ１＝（Ｃ＋ΔＣ）Ｖの電荷が蓄積される一方、可変容量ＶＣＡＰ２には、Ｑ２＝−（Ｃ−ΔＣ）Ｖの電荷が蓄積される。したがって、可変容量ＶＣＡＰ１と可変容量ＶＣＡＰ２の組み合わせでの電荷移動量は、（Ｃ＋ΔＣ）Ｖ−（Ｃ−ΔＣ）Ｖ＝２ΔＣＶとなる。つまり、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに互いに逆位相の変調信号が印加されている場合には、可変容量ＶＣＡＰ１の静電容量「Ｃ」と可変容量ＶＣＡＰ２の静電容量を「Ｃ」とがキャンセルされて、電荷移動量には、加速度に起因する容量変化（ΔＣ）の成分だけ含まれることになる。この結果、電荷移動量において、加速度に起因する容量変化（ΔＣ）とは無関係な静電容量「Ｃ」がキャンセルされる結果、容量変化（ΔＣ）に対応する電荷移動量が取り出されるため、加速度センサの検出感度を向上することができるのである。このような理由から、本実施の形態では、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに互いに逆位相の変調信号を印加している。
【００６２】
以上のことを前提として、本実施の形態における加速度センサの動作について説明する。図１４において、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２に、それぞれ１８０°位相の異なる逆位相の変調信号を印加する。ここで、加速度が加わることにより、可変容量ＶＣＡＰ１の静電容量が「Ｃ＋ΔＣ」に増加する一方、可変容量ＶＣＡＰ２の静電容量が「Ｃ−ΔＣ」に減少するとする。
【００６３】
この結果、まず、可変容量ＶＣＡＰ１と可変容量ＶＣＡＰ２の組み合わせでの電荷移動量は、（Ｃ＋ΔＣ）Ｖ−（Ｃ−ΔＣ）Ｖ＝２ΔＣＶとなり、帰還容量Ｃｆの静電容量を「Ｃｆ」とすると、ＣＶ変換部１０から「２ΔＣＶ／Ｃｆ」で示されるアナログ電圧信号が出力される。
【００６４】
そして、アナログ電圧信号は、ＡＤ変換部１１でデジタル電圧信号に変換される。その後、同期検波部１２で復調信号が抽出される。続いて、同期検波部１２で復調された復調信号は、ＬＰＦ（低周波数帯域通過フィルタ）１４を通過することにより、最終的に、加速度に対応した加速度信号（検出信号）が出力端子ＯＵＴから出力されることになる。
【００６５】
以上のようにして、本実施の形態における加速度センサによれば、ｚ方向の加速度を検出することができる。なお、例えば、ｚ方向を鉛直方向とすれば、本実施の形態における加速度センサによって、反射法弾性波探査で使用される重力加速度よりも小さな加速度を検出することができる。
＜実施の形態におけるセンサエレメントの製造方法＞
【００６６】
次に、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥの製造方法について、図１１を参照しながら簡単に説明する。図１１において、まず、絶縁層を挟んだデバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬとを有するメンブレン層ＭＬとなる基板を用意する。そして、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、メンブレン層ＭＬに質量体ＭＳ、梁ＢＭおよび固定部（図示せず）を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１側からエッチングすることにより、デバイス層ＤＬに開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ３を形成する。このとき、デバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬで挟まれた絶縁層がエッチングストッパとして機能する。次に、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１側にキャップＣＡＰを接合した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２側からハンドル層ＨＬをエッチングする。これにより、ハンドル層ＨＬに開口部ＯＰ２および開口部ＯＰ４を形成する。このとき、デバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬで挟まれた絶縁層がエッチングストッパとして機能する。そして、露出する絶縁層を除去した後、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２側にベースＢＳを接合する。このようにして、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥを製造することができる。
＜実施の形態における特徴＞
【００６７】
続いて、本実施の形態における特徴点について説明する。例えば、図１０に示すように、本実施の形態における第１特徴点は、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵにおいて、質量体ＭＳの裏面に形成されている開口部ＯＰ２と、質量体ＭＳの表面に形成されている開口部ＯＰ１とが連通していることを前提として、開口部ＯＰ２の平面サイズが、開口部ＯＰ１の平面サイズよりも大きい点にある。別の言い方をすれば、本実施の形態における第１特徴点は、図１１に示すように、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵにおいて、質量体ＭＳの裏面に形成されている開口部ＯＰ２と、質量体ＭＳの表面に形成されている開口部ＯＰ１とが連通していることを前提として、複数の開口部ＯＰ１の個数が、複数の開口部ＯＰ２の個数よりも多い点にある。これにより、図１１に示すように、メンブレン層ＭＬのデバイス層ＤＬに形成されている開口部ＯＰ１の幅が小さくなり、かつ、メンブレン層ＭＬのハンドル層ＨＬに形成されている開口部ＯＰ２の幅が大きくなる。つまり、本実施の形態における第１特徴点によれば、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵを貫通する貫通部が、互いに連通する幅の異なる開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２とから構成されることになる。例えば、質量体ＭＳの深さによって貫通部の幅が変化する構成を「変調」というとすると、本実施の形態における第１特徴点は、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵを貫通する貫通部が、「変調」しているということができる。特に、図１１に示す開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２から構成される貫通部のように、質量体ＭＳの深さによって貫通部の幅が「デジタル的」に変化する場合、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵを貫通する貫通部が、デジタル的に「変調」していると表現できる。
【００６８】
以上のことから、本実施の形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。すなわち、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１側においては、平面サイズの小さな開口部ＯＰ１が多数形成されていることから、気体分子が質量体ＭＳの表面ＳＵＲ１を擦りながら移動する距離を短くすることができる。このことは、機械雑音の雑音源を低減できることを意味する。さらに、平面サイズの小さな開口部ＯＰ１が形成されているのは、メンブレン層ＭＬのうちの薄いデバイス層ＤＬである。したがって、開口部ＯＰ１のアスペクト比が高くなることを抑制できる。このため、開口部ＯＰ１において、気体分子が開口部ＯＰ１を通り抜ける際のコンダクタンスの低下を抑制することができる。一方、本実施の形態では、図１１に示すように、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２側においては、平面サイズの大きな開口部ＯＰ２が形成されている。このことから、特に、Ｓ／Ｎ比を向上する観点から、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵの質量を大きくするためにメンブレン層ＭＬのうちのハンドル層ＨＬの厚さを厚くしても、開口部ＯＰ２の平面サイズが大きいことから、アスペクト比が高くなることを抑制できる。このことは、気体分子が開口部ＯＰ２を通り抜ける際のコンダクタンスの低下を抑制できることを意味する。したがって、本実施の形態における第１特徴点によれば、メンブレン層ＭＬのうちの薄いデバイス層ＤＬに平面サイズの小さな開口部ＯＰ１を形成することにより、気体分子が質量体ＭＳの表面ＳＵＲ１を擦りながら移動する距離を短くできる構成を実現できる。さらに、本実施の形態における第１特徴点によれば、メンブレン層ＭＬのうちの厚いハンドル層ＨＬに平面サイズの大きな開口部ＯＰ２を形成することにより、気体分子が開口部ＯＰ２を通り抜ける際のコンダクタンスの低下を抑制できる構成を実現できる。この結果、本実施の形態における第１特徴点によれば、気体分子が質量体ＭＳの表面ＳＵＲ１を擦りながら移動する距離を短くできる構成と、気体分子が開口部ＯＰ２を通り抜ける際のコンダクタンスの低下を抑制できる構成との組み合わせを実現することができ、これによって、加速度センサの大幅なＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。さらに、本実施の形態における第１特徴点によれば、メンブレン層ＭＬのうちのハンドル層ＨＬを厚くしても、コンダクタンスの低下を抑制することができることから、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵの質量を大きくすることができ、この点からも、本実施の形態における加速度センサによれば、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができることになる。すなわち、本実施の形態における第１特徴点は、メンブレン層ＭＬのうちのハンドル層ＨＬの厚さを厚くする構成に適用して特に有効であることがわかる。具体的には、例えば、図９の「Ｆ」で示す直線が、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥの構成を表している。図９から明らかなように、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥによれば、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の組み合わせからなる貫通部（図９の貫通孔に相当）の長さが長くなっても、最も粘性抵抗が小さくなっている。このことは、本実施の形態におけるセンサエレメントＳＥによれば、図９に示す直線の中で最も機械雑音を低減できることを意味し、さらに、質量体ＭＳの質量が大きくなるほど、本実施の形態の有用性が高まることになる。したがって、本実施の形態によれば、質量体に単一サイズの貫通孔を設ける構成からでは得ることができないＳ／Ｎ比の大幅な向上を図ることができる。
【００６９】
本実施の形態における第１特徴点を実現するために、図１１に示すように、メンブレン層ＭＬは、薄いデバイス層ＤＬと厚いハンドル層ＨＬとの積層構造から構成されることになる。これにより、薄いデバイス層ＤＬにサイズの小さな開口部ＯＰ１を形成し、かつ、厚いハンドル層ＨＬにサイズの大きな開口部ＯＰ２を形成することができる。つまり、本実施の形態では、互いにサイズの異なる開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２とによって、メンブレン層ＭＬを貫通する貫通部を形成することから、メンブレン層ＭＬをデバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬとの積層構造から形成しているのである。なぜなら、メンブレン層ＭＬをデバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬの積層構造とすることにより、例えば、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１側からのパターニングによって、複数の開口部ＯＰ１を形成する一方、メンブレンＭＬの裏面ＳＵＲ２側からのパターニングによって、複数の開口部ＯＰ２を形成することができるからである。なお、図１１に示すように、デバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬの間には絶縁層が介在しており、この絶縁層は、デバイス層ＤＬからのエッチングのエッチングストッパとして機能するとともに、ハンドル層ＨＬからのエッチングのエッチングストッパとしても機能する。このように、本実施の形態１における第１特徴点は、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵを貫通する貫通部が、互いに連通する幅の異なる開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２とから構成されている点にあるが、この第１特徴点を実現するために、メンブレン層ＭＬをデバイス層ＤＬと、ハンドル層ＨＬと、デバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬとに挟まれる絶縁層とから構成する点にも特徴点があると言える。なぜなら、絶縁層を介在させたデバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬの積層構造からメンブレン層ＭＬを構成することにより、第１特徴点の構成を容易に実現可能となるからである。つまり、絶縁層を介在させたデバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬの積層構造からメンブレン層ＭＬを形成することは、本実施の形態における第１特徴点の構成を容易に実現する技術的意義を有しているということができる。
【００７０】
続いて、本実施の形態における第２特徴点は、例えば、図１１に示すように、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵにおいて、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２に複数の開口部ＯＰ４を形成する点にある。例えば、図３に示す関連技術のように、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵにおいて、メンブレン層ＭＬの裏面に大きな１つの開口部ＯＰ（Ｒ）を形成することが考えられる。なぜなら、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵは、できるだけ質量を軽くしたいことから、関連技術のように、大きな１つの開口部ＯＰ（Ｒ）を形成することによって、軽量部ＬＴＵの質量を軽くすることができるからである。このように、軽量部ＬＴＵの質量を軽くする観点だけに着目した場合には、図３に示す関連技術のように、大きな１つの開口部ＯＰ（Ｒ）を形成することが望ましいと考えることができる。ところが、本実施の形態では、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵの質量を軽くする観点だけでなく、メンブレン層ＭＬの加工の容易性も考慮すると、図１１に示す本実施の形態のように、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２に複数の開口部ＯＰ４を形成することが望ましいのである。
【００７１】
以下に、この理由について説明する。すなわち、図１１に示すように、メンブレン層ＭＬを構成するハンドル層ＨＬにおいて、重量部ＨＶＵに開口部ＯＰ２を形成し、かつ、軽量部ＬＴＵに開口部ＯＰ４を形成する。このとき、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、ハンドル層ＨＬをパターニングすることにより、開口部ＯＰ２および開口部ＯＰ４を同時に形成する。ここで、例えば、図３に示す関連技術のように、重量部ＨＶＵに形成される貫通孔ＴＨと、軽量部ＬＴＵに形成される開口部ＯＰ（Ｒ）のサイズが大幅に相違すると、以下に示す不都合が生じることになる。つまり、エッチング技術におけるエッチングレートは、加工する貫通孔ＴＨや開口部ＯＰ（Ｒ）のサイズに大きく依存する。例えば、大きな開口部ＯＰ（Ｒ）のエッチングレートは大きくなる一方、小さなサイズの貫通孔ＴＨのエッチングレートは小さくなる。この結果、関連技術のように、サイズが大きく異なる貫通孔ＴＨと開口部ＯＰ（Ｒ）とを同時にエッチングする場合、エッチングレートに大きな差が生じる。具体的には、サイズの小さな貫通孔ＴＨよりも、サイズの大きな開口部ＯＰ（Ｒ）のエッチングが速く進むことになる。このことから、サイズの小さな貫通孔ＴＨのエッチングを完了するまでエッチングを実施する場合、サイズの大きな開口部ＯＰ（Ｒ）では、オーバーエッチングが生じることになる。特に、図３に示す関連技術では、開口部ＯＰ（Ｒ）のエッチングを停止させるエッチングストッパとなる層が存在しないことから、オーバーエッチングが生じると、設計値の深さを超える開口部ＯＰ（Ｒ）が形成されてしまうことになるとともに、オーバーエッチングによるダメージも受けやすくなる。このことから、関連技術は、メンブレン層ＭＬの加工の容易性の観点から改善の余地が存在する技術ということができる。
【００７２】
ここで、図１１に示す本実施の形態においても、軽量部ＬＴＵの質量を軽くする観点から、軽量部ＬＴＵに形成される開口部ＯＰ４のサイズは、重量部ＨＶＵに形成される開口部ＯＰ２のサイズよりも大きい。ただし、本実施の形態における軽量部ＬＴＵには、図３に示す関連技術のように、１つの大きな開口部ＯＰ（Ｒ）を形成するのではなく、複数の開口部ＯＰ４を形成している。このことから、本実施の形態における軽量部ＬＴＵに形成される開口部ＯＰ４のサイズは、関連技術における軽量部ＬＴＵに形成される１つの大きな開口部ＯＰ（Ｒ）のサイズよりも小さくなる。このことは、本実施の形態によれば、軽量部ＬＴＵに形成される開口部ＯＰ４のサイズと、重量部ＨＶＵに形成される開口部ＯＰ２のサイズの差が小さくなることを意味する。したがって、本実施の形態によれば、ハンドル層ＨＬに開口部ＯＰ２と開口部ＯＰ４とを同時に形成する際、エッチングレートの差を小さくすることができる。このため、軽量部ＬＴＵに形成される開口部ＯＰ４でのオーバーエッチングが抑制されることになり、オーバーエッチングに起因するダメージを抑制することができる。さらには、本実施の形態によれば、デバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬとの間にエッチングストッパとして機能する絶縁層が形成されているため、オーバーエッチングに起因する開口部ＯＰ４の深さの設計値からのずれを防止することができる。すなわち、本実施の形態によれば、質量体ＭＳの軽量部ＬＴＵにおいて、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２に複数の開口部ＯＰ４を形成するという第２特徴点と、絶縁層を介したデバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬとの積層構造からメンブレン層ＭＬを形成する点との相乗効果によって、オーバーエッチングを抑制することができるのである。
＜変形例１（重量部）＞
【００７３】
図１５は、本変形例１における重量部ＨＶＵに形成されている開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２のレイアウト構成を示す模式図である。図１５に示す本変形例１では、開口部ＯＰ２のｘ方向の「ピッチＰｘｈ１」は、開口部ＯＰ１のｘ方向の「ピッチＰｘｄ１」の４倍の値に設定されている。一方、開口部ＯＰ２のｙ方向の「ピッチＰｙｈ１」は、開口部ＯＰ１のｙ方向の「ピッチＰｙｄ１」の２倍の値に設定されている。このように、ピッチの比がｘ方向とｙ方向で異なっていても、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。
＜変形例２（重量部）＞
【００７４】
図１６は、本変形例２における重量部ＨＶＵに形成されている開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２のレイアウト構成を示す模式図である。図１６に示す本変形例２では、開口部ＯＰ２のｘ方向の「ピッチＰｘｈ１」は、開口部ＯＰ１のｘ方向の「ピッチＰｘｄ１」の２倍の値に設定されている。一方、開口部ＯＰ２のｙ方向の「ピッチＰｙｈ１」は、開口部ＯＰ１のｙ方向の「ピッチＰｙｄ１」と同じ値（１倍）に設定されている。このように、ピッチの比がｘ方向とｙ方向のいずれか一方のみで２以上の整数倍である場合においても実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。
＜変形例３（重量部）＞
【００７５】
図１７は、本変形例３における重量部ＨＶＵに形成されている開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２のレイアウト構成を示す模式図である。図１７に示す本変形例３では、開口部ＯＰ２のｘ方向の「ピッチＰｘｈ１」は、開口部ＯＰ１のｘ方向の「ピッチＰｘｄ１」の３倍の値に設定されている。一方、開口部ＯＰ２のｙ方向の「ピッチＰｙｈ１」は、開口部ＯＰ１のｙ方向の「ピッチＰｙｄ１」と同じ値（１倍）に設定されている。そして、本変形例３では、開口部ＯＰ１の平面形状が円形形状となっており、また、開口部ＯＰ２の平面形状が三角形形状となっている。このように、開口部ＯＰ１の平面形状と開口部ＯＰ２の平面形状は、正方形に限定されることはなく、三角形形状、長方形形状、多角形形状や円形形状であっても、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。
＜変形例４＞
【００７６】
図１８は、本変形例４におけるセンサエレメントＳＥの一部を拡大して示す拡大断面図である。図１８に示すように、本変形例４におけるセンサエレメントＳＥでは、メンブレン層ＭＬがデバイス層ＤＬとハンドル層ＨＬ１とハンドル層ＨＬ２の３層構造から構成されている。この場合、デバイス層ＤＬに形成されている開口部ＯＰ１のサイズよりも、ハンドル層ＨＬ１に形成されている開口部２Ａのサイズは大きく、かつ、ハンドル層ＨＬ１に形成されている開口部２Ａのサイズよりも、ハンドル層ＨＬ２に形成されている開口部２Ｂのサイズは大きくなっている。そして、開口部ＯＰ１と開口部２Ａと開口部２Ｂとは、互いに連通しており、これによって、メンブレン層ＭＬを貫通する貫通部が形成されていることになる。このように構成されている本変形例４におけるセンサエレメントＳＥにおいても、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、本変形例４におけるメンブレン層ＭＬは、例えば、実施の形態１と同様に、デバイス層とハンドル層ＨＬ１から構成される積層構造体に開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２を形成し、かつ、ハンドル層ＨＬ２から構成される単層構造体に開口部ＯＰ３を形成した後、積層構造体と単層構造体とを貼り合せることにより形成することができる。
＜変形例５（軽量部）＞
【００７８】
図１９は、本変形例５における軽量部ＬＴＵに形成されている開口部ＯＰ３および開口部ＯＰ４のレイアウト構成を示す模式図である。図１９に示す本変形例５では、開口部ＯＰ４のｘ方向の「ピッチＰｘｈ２」は、開口部ＯＰ３のｘ方向の「ピッチＰｘｄ２」の４倍の値に設定されている。一方、開口部ＯＰ４のｙ方向の「ピッチＰｙｈ２」は、開口部ＯＰ３のｙ方向の「ピッチＰｙｄ２」の２倍の値に設定されている。このように、ピッチの比がｘ方向とｙ方向で異なっていても、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。
＜変形例６（軽量部）＞
【００７９】
図２０は、本変形例６における軽量部ＬＴＵに形成されている開口部ＯＰ３および開口部ＯＰ４のレイアウト構成を示す模式図である。図２０に示す本変形例６では、開口部ＯＰ４のｘ方向の「ピッチＰｘｈ２」は、開口部ＯＰ３のｘ方向の「ピッチＰｘｄ２」の３倍の値に設定されている。一方、開口部ＯＰ４のｙ方向の「ピッチＰｙｈ２」は、開口部ＯＰ３のｙ方向の「ピッチＰｙｄ２」の２倍の値に設定されている。このように、ピッチの比がｘ方向とｙ方向で異なっていても、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。
＜変形例７（軽量部）＞
【００８０】
図２１は、本変形例７における軽量部ＬＴＵに形成されている開口部ＯＰ３および開口部ＯＰ４のレイアウト構成を示す模式図である。図２１に示す本変形例７では、開口部ＯＰ４のｘ方向の「ピッチＰｘｈ２」は、開口部ＯＰ３のｘ方向の「ピッチＰｘｄ２」の３倍の値に設定されている。一方、開口部ＯＰ４のｙ方向の「ピッチＰｙｈ２」は、開口部ＯＰ３のｙ方向の「ピッチＰｙｄ２」と同じ値（１倍）に設定されている。そして、本変形例７では、開口部ＯＰ３の平面形状が正方形形状となっており、また、開口部ＯＰ４の平面形状が多角形形状となっている。このように、開口部ＯＰ１の平面形状と開口部ＯＰ２の平面形状は、正方形に限定されることはなく、三角形形状、長方形形状、多角形形状や円形形状であっても、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。
＜重量部の非重複領域の構成＞
【００８１】
例えば、図１１に示すように、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵは、固定電極ＦＥＬ１と平面的に重なる重複領域ＯＬＲと、固定電極ＦＥＬ１と平面的に重ならない非重複領域ＮＬＲとを有している。すなわち、重複領域ＯＬＲは、容量素子として機能する領域であり、非重複領域ＮＬＲは、容量素子として機能しない領域である。
【００８２】
ここで、例えば、重複領域ＯＬＲに形成されている開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２のレイアウト構成と、重複領域ＯＬＲに形成されている開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２のレイアウト構成とを同一とすることができる。具体的に、図１２は、重複領域ＯＬＲに形成されている開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２のレイアウト構成を示す模式図である。図１２において、開口部ＯＰ２のｘ方向の「ピッチＰｘｈ１」は、開口部ＯＰ１のｘ方向の「ピッチＰｘｄ１」の２倍の値に設定されている。一方、開口部ＯＰ２のｙ方向の「ピッチＰｙｈ１」も、開口部ＯＰ１のｙ方向の「ピッチＰｙｄ１」の２倍の値に設定されている。同様に、図２２は、非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２のレイアウト構成を示す模式図である。特に、図２２（ａ）は平面図であり、図２２（ｂ）は断面図である。図２２（ａ）において、開口部ＯＰ２のｘ方向の「ピッチＰｘｈ３」は、開口部ＯＰ１のｘ方向の「ピッチＰｘｄ３」の２倍の値に設定されている。一方、開口部ＯＰ２のｙ方向の「ピッチＰｙｈ３」も、開口部ＯＰ１のｙ方向の「ピッチＰｙｄ３」の２倍の値に設定されている。このように、容量素子の機能の有無に関係なく、重複領域ＯＬＲと非重複領域ＮＬＲとを同一のレイアウト構成にすることができる。
＜変形例８（重量部の非重複領域）＞
【００８３】
例えば、質量体ＭＳの重量部ＨＶＵにおいて、重複領域ＯＬＲに形成されている開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２のレイアウト構成と、重複領域ＯＬＲに形成されている開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２のレイアウト構成とを異なるレイアウト構成とすることもできる。具体的に、図２３は、非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ１Ａおよび開口部ＯＰ２のレイアウト構成を示す模式図である。特に、図２３（ａ）は平面図であり、図２３（ｂ）は断面図である。図２３（ａ）において、開口部ＯＰ２のｘ方向の「ピッチＰｘｈ３」は、開口部ＯＰ１Ａのｘ方向の「ピッチＰｘｄ３」と同じ値（１倍）に設定されている。同様に、開口部ＯＰ２のｙ方向の「ピッチＰｙｈ３」も、開口部ＯＰ１Ａのｙ方向の「ピッチＰｙｄ３」と同じ値（１倍）に設定されている。
【００８４】
ここで、本変形例８では、図２３（ａ）および図２３（ｂ）に示すように、開口部ＯＰ１Ａのサイズは、開口部ＯＰ２のサイズよりも大きくなっている。すなわち、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１のうちの非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ１Ａのサイズは、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２のうちの非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ２のサイズよりも大きくなっている。さらに、図２３と図１２とを比較すると分かるように、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１のうちの非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ１Ａのサイズは、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１のうちの重複領域ＯＬＲに形成されている開口部ＯＰ１の平面サイズよりも大きくなっている。
【００８５】
これにより、本変形例８によれば、非重複領域ＮＬＲにおいて、気体分子が質量体の表面ＳＵＲ１を擦りながら移動する距離を短くできる。すなわち、電極面積を確保することを考慮しなければ、気体分子が質量体の表面ＳＵＲ１を擦りながら移動する距離を短くするには、開口部ＯＰ１Ａのサイズを大きくすることが有効なのである。具体的に、図２４は、開口部の径と粘性抵抗との関係を示すグラフである。図２４に示すように、開口部の径を大きくすると、粘性抵抗が小さくなることがわかる。したがって、開口部の径を大きくする構成は、Ｓ／Ｎ比を向上する観点から有効な構成であることがわかる。
【００８６】
ただし、重複領域ＯＬＲは、容量素子として機能する領域であることから、電極面積を確保する観点から、開口部ＯＰ１のサイズを大きくすることが困難となる。これに対し、非重複領域ＮＬＲは、容量素子として機能しない領域であることから、電極面積の低下を考慮することなく、開口部ＯＰ１Ａのサイズを大きくすることができるのである。
【００８７】
この結果、本変形例８によれば、開口部ＯＰ１Ａのサイズを大きくすることができるため、非重複領域ＮＬＲにおいて、気体分子が質量体の表面ＳＵＲ１を擦りながら移動する距離を効果的に短くすることができる。したがって、本変形例８によれば、Ｓ／Ｎ比の大幅な向上を図ることができる。
＜変形例９（重量部の非重複領域）＞
【００８８】
図２５は、非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ１Ｂおよび開口部ＯＰ２のレイアウト構成を示す模式図である。特に、図２５（ａ）は平面図であり、図２５（ｂ）は断面図である。図２５（ａ）において、開口部ＯＰ１Ｂのｘ方向の「ピッチＰｘｄ３」は、開口部ＯＰ２のｘ方向の「ピッチＰｘｈ３」の２倍の値に設定されている。同様に、開口部ＯＰ１Ｂのｙ方向の「ピッチＰｙｄ３」は、開口部ＯＰ２のｙ方向の「ピッチＰｙｈ３」の２倍の値に設定されている。
【００８９】
ここで、本変形例９では、図２５（ａ）および図２５（ｂ）に示すように、開口部ＯＰ１Ｂのサイズは、開口部ＯＰ２のサイズよりも大きくなっている。すなわち、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１のうちの非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ１Ｂのサイズは、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２のうちの非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ２のサイズよりも大きくなっている。さらに、図２５と図１２とを比較すると分かるように、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１のうちの非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ１Ｂのサイズは、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１のうちの重複領域ＯＬＲに形成されている開口部ＯＰ１の平面サイズよりも大きくなっている。
【００９０】
さらに、本変形例９では、図１２と図２５を比較するとわかるように、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１のうちの非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ１Ｂの周期は、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１のうちの重複領域ＯＬＲに形成されている開口部ＯＰ１の周期よりも大きくなっている。さらに、図２５から分かるように、メンブレン層ＭＬの表面ＳＵＲ１のうちの非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ１Ｂの周期は、メンブレン層ＭＬの裏面ＳＵＲ２のうちの非重複領域ＮＬＲに形成されている開口部ＯＰ２の周期よりも大きくなっている。
【００９１】
これにより、本変形例９によれば、開口部ＯＰ１Ｂのサイズを大きくすることができるため、非重複領域ＮＬＲにおいて、気体分子が質量体の表面ＳＵＲ１を擦りながら移動する距離を効果的に短くすることができる。したがって、本変形例９によれば、Ｓ／Ｎ比の大幅な向上を図ることができる。
【００９２】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００９３】
前記実施の形態では、ベースＢＳ、キャップＣＡＰおよびメンブレン層（基板）ＭＬの材料として、シリコンを使用する例について説明した。この場合、シリコンが安価で加工が容易であるため、製造コストを削減できる利点を得ることができる。ただし、前記実施の形態における技術的思想は、これに限らず、シリコンの替わりにガラスやセラミックスや金属を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００９４】
ＢＭ  梁
ＢＳ  ベース
ＣＡＰ  キャップ
ＣＧ１  重心
ＣＧ２  重心
ＦＥＬ１  固定電極
ＦＥＬ２  固定電極
ＦＵ  固定部
ＨＶＵ  重量部
ＬＴＵ  軽量部
ＭＬ  メンブレン層
ＭＳ  質量体
ＯＰ１  開口部
ＯＰ２  開口部
ＳＵＲ１  表面
ＳＵＲ２  裏面
【図１】
2017046866.tif 000003
【図２】
2017046866.tif 000004
【図３】
2017046866.tif 000005
【図４】
2017046866.tif 000006
【図５】
2017046866.tif 000007
【図６】
2017046866.tif 000008
【図７】
2017046866.tif 000009
【図８】
2017046866.tif 000010
【図９】
2017046866.tif 000011
【図１０】
2017046866.tif 000012
【図１１】
2017046866.tif 000013
【図１２】
2017046866.tif 000014
【図１３】
2017046866.tif 000015
【図１４】
2017046866.tif 000016
【図１５】
2017046866.tif 000017
【図１６】
2017046866.tif 000018
【図１７】
2017046866.tif 000019
【図１８】
2017046866.tif 000020
【図１９】
2017046866.tif 000021
【図２０】
2017046866.tif 000022
【図２１】
2017046866.tif 000023
【図２２】
2017046866.tif 000024
【図２３】
2017046866.tif 000025
【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年2月1日(2018.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に形成された固定部と、
前記固定部の一方側に設けられた第１部分と前記固定部の他方側に設けられた第２部分とを有し、かつ、前記基板に形成され、前記基板の厚さ方向に変位可能な質量体と、
前記基板に形成され、かつ、前記固定部と前記質量体とを接続する梁と、
前記第１部分と対向する位置に配置された第１固定電極と、
前記第２部分と対向する位置に配置された第２固定電極と、
を備え、
前記基板の第１面は、前記第１固定電極および前記第２固定電極と対向する面であり、
前記基板の第２面は、前記第１面の反対側の面であり、
前記第１部分の第１重心と前記固定部の中心との間の距離に前記第１部分の質量を積算した値が、前記第２部分の第２重心と前記固定部の中心との間の距離に前記第２部分の質量を積算した値よりも大きい、加速度センサであって、
前記基板の前記第１面のうちの前記質量体の前記第１部分に対応する領域には、第１個数の第１開口部が形成され、
前記基板の前記第２面のうちの前記質量体の前記第１部分に対応する領域には、第２個数の第２開口部が形成され、
前記第１開口部と前記第２開口部とが接続されて、前記基板に複数の第１貫通部が形成され、
前記第１個数は、前記第２個数よりも多い、加速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記第１個数の前記第１開口部は、第１周期で配置され、
前記第２個数の前記第２開口部は、第２周期で配置されている、加速度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の加速度センサにおいて、
前記第２周期は、前記第１周期よりも大きい、加速度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の加速度センサにおいて、
前記第２周期は、前記第１周期の整数倍である、加速度センサ。
【請求項５】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記基板の前記第１面のうちの前記質量体の前記第２部分に対応する領域には、第３個数の第３開口部が形成され、
前記基板の前記第２面のうちの前記質量体の前記第２部分に対応する領域には、第４個数の第４開口部が形成され、
前記第３開口部と前記第４開口部とが接続されて、前記基板に複数の第２貫通部が形成され、
前記第３個数は、前記第４個数よりも多い、加速度センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の加速度センサにおいて、
前記第２個数は、前記第４個数よりも多い、加速度センサ。
【請求項７】
請求項５に記載の加速度センサにおいて、
前記第３個数の前記第３開口部は、第３周期で配置され、
前記第４個数の前記第４開口部は、第４周期で配置され、
前記第４周期は、前記第３周期よりも大きい、加速度センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の加速度センサにおいて、
前記第１個数の前記第１開口部は、第１周期で配置され、
前記第２個数の前記第２開口部は、第２周期で配置され
前記第４周期は、前記第２周期よりも大きい、加速度センサ。
【請求項９】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
平面視において、前記質量体の前記第１部分は、
前記第１固定電極と重なる重複部と、
前記第１固定電極と重ならない非重複部と、
を有し、
前記基板の前記第１面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の周期は、前記基板の前記第１面のうちの前記重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の周期よりも大きく、
前記基板の前記第１面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の周期は、前記基板の前記第２面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第２開口部の周期よりも大きい、加速度センサ。
【請求項１０】
基板と、
前記基板に形成された固定部と、
前記固定部の一方側に設けられた第１部分と前記固定部の他方側に設けられた第２部分とを有し、かつ、前記基板に形成され、前記基板の厚さ方向に変位可能な質量体と、
前記基板に形成され、かつ、前記固定部と前記質量体とを接続する梁と、
前記第１部分と対向する位置に配置された第１固定電極と、
前記第２部分と対向する位置に配置された第２固定電極と、
を備え、
前記基板の第１面は、前記第１固定電極および前記第２固定電極と対向する面であり、
前記基板の第２面は、前記第１面の反対側の面であり、
前記第１部分の第１重心と前記固定部の中心との間の距離に前記第１部分の質量を積算した値が、前記第２部分の第２重心と前記固定部の中心との間の距離に前記第２部分の質量を積算した値よりも大きい、加速度センサであって、
前記基板の前記第１面のうち、前記質量体の前記第１部分に対応する領域には、複数の第１開口部が形成され、前記質量体の前記第２部分に対応する領域には、複数の第３開口部が形成され、
前記基板の前記第２面のうち、前記質量体の前記第１部分に対応する領域には、複数の第２開口部が形成され、前記質量体の前記第２部分に対応する領域には、複数の第４開口部が形成され、
前記複数の第１開口部と前記複数の第２開口部とが接続されて、前記基板に複数の第１貫通部が形成され、
前記複数の第３開口部と前記複数の第４開口部とが接続されて、前記基板に複数の第２貫通部が形成され、
平面視において、少なくとも、前記複数の第２開口部のうちの一部の第２開口部の平面サイズは、前記複数の第１開口部のうちの一部の第１開口部の平面サイズよりも大きく、前記複数の第４開口部のそれぞれの平面サイズは、前記複数の第３開口部のそれぞれの平面サイズよりも大きい、加速度センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
前記複数の第４開口部のそれぞれの平面サイズは、前記複数の第２開口部のそれぞれの平面サイズよりも大きい、加速度センサ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
平面視において、前記質量体の前記第１部分は、
前記第１固定電極と重なる重複部と、
前記第１固定電極と重ならない非重複部と、
を有し、
前記基板の前記第１面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の平面サイズは、前記基板の前記第１面のうちの前記重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の平面サイズよりも大きい、加速度センサ。
【請求項１３】
請求項１０に記載の加速度センサにおいて、
平面視において、前記質量体の前記第１部分は、
前記第１固定電極と重なる重複部と、
前記第１固定電極と重ならない非重複部と、
を有し、
前記基板の前記第１面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第１開口部の平面サイズは、前記基板の前記第２面のうちの前記非重複部に対応する領域に形成されている第２開口部の平面サイズよりも大きい、加速度センサ。
【国際調査報告】
2017046866.tif 000028
2017046866.tif 000029
2017046866.tif 000030
2017046866.tif 000031