JP2013040856A - 物理量センサー及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】検出感度を向上させることが可能な物理量センサーの提供。
【解決手段】加速度センサー１は、第１凹部１１が設けられたベース基板１０と、第１凹部１１の上方に配置され、支持部２３ａ，２３ｂにより第１凹部１１の深さ方向に揺動可能に支持されたセンサー部２１と、を備え、センサー部２１は、支持部２３ａ，２３ｂを境に第１部分２１Ａと第２部分２１Ｂとに区分され、第１部分２１Ａ及び第２部分２１Ｂに可動電極部を有し、且つ、第１部分２１Ａよりも質量が大きい第２部分２１Ｂには、少なくとも先端側に貫通孔２４が形成され、ベース基板１０は、第１凹部１１における可動電極部に対向する位置に固定電極部１２，１３を有し、且つ、固定電極部１２，１３よりもセンサー部２１の先端寄りであって、センサー部２１の先端側に対向する部分に、第１凹部１１よりも深い第２凹部１４が設けられている。
【選択図】図２
【解決手段】加速度センサー１は、第１凹部１１が設けられたベース基板１０と、第１凹部１１の上方に配置され、支持部２３ａ，２３ｂにより第１凹部１１の深さ方向に揺動可能に支持されたセンサー部２１と、を備え、センサー部２１は、支持部２３ａ，２３ｂを境に第１部分２１Ａと第２部分２１Ｂとに区分され、第１部分２１Ａ及び第２部分２１Ｂに可動電極部を有し、且つ、第１部分２１Ａよりも質量が大きい第２部分２１Ｂには、少なくとも先端側に貫通孔２４が形成され、ベース基板１０は、第１凹部１１における可動電極部に対向する位置に固定電極部１２，１３を有し、且つ、固定電極部１２，１３よりもセンサー部２１の先端寄りであって、センサー部２１の先端側に対向する部分に、第１凹部１１よりも深い第２凹部１４が設けられている。
【選択図】図２
Description
本発明は、物理量センサー及びこの物理量センサーを備えた電子機器に関する。
従来、物理量センサーとしては、固定部にトーションバネなどの弾性要素を介して可動電極が支持された構造を形成し、作用した外力などに応じて可動電極が固定電極に対して近づくまたは離れるようにして、これら電極間の静電容量の変化を検出することで加速度や角速度などの種々の物理量を検出できるようにした静電容量型センサーが知られている。
このような静電容量型センサーとして、２つの半導体ウエハー間の中空空間にトーション棒（トーションバネ）によって搖動可能に支持され、印加された加速度などの物理量でシーソー状に搖動（変位）する搖動台（質量部）により、垂直軸方向の物理量を検出するように構成された超小型機械的加速度センサーが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の超小型機械的加速度センサー（以下、加速度センサーという）は、静電容量型センサーである。これにより、上記加速度センサーは、下記の静電容量の一般式（１）から、検出感度を高めるためには、例えば、可動電極である搖動台と、搖動台に対向する固定電極である第１の電極との距離を近づけて静電容量を大きくし、搖動台の微小な変位に対しても静電容量が相当程度変化し、微小な加速度でも検出できるように構成する必要がある。
Ｃ＝εＳ／ｄ・・・・・・・・（１）
（静電容量をＣ、対向電極の面積をＳ、対向電極間の距離をｄ、誘電率をεとする。）
Ｃ＝εＳ／ｄ・・・・・・・・（１）
（静電容量をＣ、対向電極の面積をＳ、対向電極間の距離をｄ、誘電率をεとする。）
しかしながら、上記加速度センサーは、第１の電極（固定電極）が形成された第１の半導体ウエハーの表面が平坦であり、且つ搖動台が平板状に形成されている。
このことから、上記加速度センサーは、例えば、印加された加速度の慣性力により搖動台変位したときに、搖動台と第１の半導体ウエハーの表面との間に存在する気体の流動抵抗（スクイーズフィルムダンピング）により変位が抑制され、応答が遅くなり検出帯域が狭くなる虞がある。
また、上記加速度センサーは、静電気などに起因した帯電により搖動台が第１の半導体ウエハーの表面に貼り付く虞がある。
このことから、上記加速度センサーは、例えば、印加された加速度の慣性力により搖動台変位したときに、搖動台と第１の半導体ウエハーの表面との間に存在する気体の流動抵抗（スクイーズフィルムダンピング）により変位が抑制され、応答が遅くなり検出帯域が狭くなる虞がある。
また、上記加速度センサーは、静電気などに起因した帯電により搖動台が第１の半導体ウエハーの表面に貼り付く虞がある。
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］本適用例に係る物理量センサーは、第１凹部が設けられたベース基板と、前記第１凹部の上方に配置され、第１軸の方向に延びる支持部により前記第１凹部の深さ方向に揺動可能に支持されたセンサー部と、を備え、前記センサー部は、前記支持軸を境に第１部分と第２部分とに区分され、前記第１部分及び前記第２部分に可動電極部を有し、且つ、前記第１部分よりも前記第２部分は質量が大きく、前記第１部分および前記第２部分の少なくとも一方に貫通孔が設けられ、前記ベース基板は、前記可動電極部に平面視で重複する位置に固定電極部を有し、且つ、前記センサー部の先端に平面視で重複する位置に、前記第１凹部よりも深い第２凹部が設けられていることを特徴とする。
これによれば、物理量センサーは、センサー部の第２部分の先端側に貫通孔が形成され、ベース基板におけるセンサー部の第２部分の先端側に対向する部分に、第１凹部よりも深い第２凹部が設けられている。
これにより、物理量センサーは、例えば、印加された加速度の慣性力により支持部を支点（回転中心）にして、センサー部の第２部分が第１凹部の底面に近づく方向に揺動（変位）するときの、センサー部の第２部分と第１凹部の底面との間に存在する気体の流動抵抗を、貫通孔及び第２凹部がない場合と比較して、低減することができる。
この結果、物理量センサーは、例えば、加速度の印加によるセンサー部の変位がスムーズとなることから、応答が速くなり検出帯域を広くできる。
これにより、物理量センサーは、例えば、印加された加速度の慣性力により支持部を支点（回転中心）にして、センサー部の第２部分が第１凹部の底面に近づく方向に揺動（変位）するときの、センサー部の第２部分と第１凹部の底面との間に存在する気体の流動抵抗を、貫通孔及び第２凹部がない場合と比較して、低減することができる。
この結果、物理量センサーは、例えば、加速度の印加によるセンサー部の変位がスムーズとなることから、応答が速くなり検出帯域を広くできる。
また、物理量センサーは、センサー部の第２部分が第１部分よりも質量が大きい（重い）ことから、センサー部が第１部分と第２部分とでつり合うことなく、例えば、センサー部に印加される加速度に応じてセンサー部を効率的に変位（回動）させることができる。
この結果、物理量センサーは、加速度印加時の検出感度を、より向上させることができる。
この結果、物理量センサーは、加速度印加時の検出感度を、より向上させることができる。
［適用例２］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第２凹部内に導電部が設けられ、前記導電部は、前記可動電極部と接続されていることが好ましい。
これによれば、物理量センサーは、第２凹部内に導電部が設けられ、導電部と可動電極部とが接続されていることから、例えば、センサー部を反応性イオンエッチング等で加工する際に発生する電荷を、導電部を介してベース基板側からセンサー基板側へ逃がすことができる。
この結果、物理量センサーは、帯電によるセンサー部のベース基板への貼り付きを回避することができる。
この結果、物理量センサーは、帯電によるセンサー部のベース基板への貼り付きを回避することができる。
［適用例３］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記貫通孔は、前記第１軸の方向に帯状に複数並んでいることが好ましい。
これによれば、物理量センサーは、貫通孔が、第１軸の方向に帯状に複数並んでいることから、他の形状に比較して、センサー部の質量を確保しつつ、各貫通孔の内部空間を大きくすることができる。
この結果、物理量センサーは、センサー部の第２部分と第２凹部の底面との間に存在する気体の流動抵抗を更に低減することができる。
したがって、物理量センサーは、例えば、加速度の印加によるセンサー部の変位が更にスムーズとなることから、応答が速くなり検出帯域を更に向上させることができる。
この結果、物理量センサーは、センサー部の第２部分と第２凹部の底面との間に存在する気体の流動抵抗を更に低減することができる。
したがって、物理量センサーは、例えば、加速度の印加によるセンサー部の変位が更にスムーズとなることから、応答が速くなり検出帯域を更に向上させることができる。
［適用例４］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第１凹部は、前記センサー部の前記支持部から前記先端に向かうに連れて前記センサー部との空隙が大きくなるように設けられていることが好ましい。
これによれば、物理量センサーは、第１凹部が、センサー部の支持部側から先端側に向かうに連れてセンサー部との空隙が大きくなるように設けられていることから、センサー部の変位が小さい支持部側では、第１凹部の底面とセンサー部との空隙を小さくし、センサー部の変位が大きい先端側では、第１凹部の底面とセンサー部との空隙を大きくすることができる。
この結果、物理量センサーは、第１凹部の底面が、センサー部の変位が大きい先端側との空隙を基準にした平坦な平面で構成された場合よりも、検出感度を向上させることができる。
この結果、物理量センサーは、第１凹部の底面が、センサー部の変位が大きい先端側との空隙を基準にした平坦な平面で構成された場合よりも、検出感度を向上させることができる。
［適用例５］上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記ベース基板には、絶縁材料が用いられ、前記センサー部には、半導体材料が用いられていることが好ましい。
これによれば、物理量センサーは、ベース基板には絶縁材料が用いられ、センサー部には、半導体材料が用いられたことから、絶縁材料によってベース基板とセンサー部との間の絶縁分離を容易に行うことができる。
加えて、物理量センサーは、半導体材料である例えば、低抵抗のシリコンをセンサー部に用いることによって、センサー部と可動電極部とを一体化することができる。
これにより、物理量センサーは、センサー部に可動電極部を容易に設けることができる。
加えて、物理量センサーは、半導体材料である例えば、低抵抗のシリコンをセンサー部に用いることによって、センサー部と可動電極部とを一体化することができる。
これにより、物理量センサーは、センサー部に可動電極部を容易に設けることができる。
［適用例６］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の物理量センサーを備えたことを特徴とする。
これによれば、本構成の電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の物理量センサーを備えたことから、上記適用例のいずれか一例に記載された効果を奏する電子機器を提供できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図において、説明の便宜上、各構成要素の寸法比率は、実際と異なる。
（第１実施形態）
最初に、第１実施形態に係る物理量センサーの一例としての加速度センサーについて説明する。この加速度センサーは、Ｚ軸方向（厚さ方向）の加速度を検出することができる。
図１は、第１実施形態の加速度センサーの概略構成を示す模式斜視図である。図２は、図１の加速度センサーの模式平断面図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。
最初に、第１実施形態に係る物理量センサーの一例としての加速度センサーについて説明する。この加速度センサーは、Ｚ軸方向（厚さ方向）の加速度を検出することができる。
図１は、第１実施形態の加速度センサーの概略構成を示す模式斜視図である。図２は、図１の加速度センサーの模式平断面図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。
図１、図２に示すように、加速度センサー１は、ベース基板１０と、センサー基板２０と、を備えている。
ベース基板１０は、平面形状が略矩形であって、中央部に平面形状が略矩形の第１凹部１１が設けられている。ベース基板１０には、ガラスなどの絶縁材料を用いることが好ましい。例えば、ベース基板１０には、アルカリ金属イオン（可動イオン）を含むガラス（例えば、パイレックス（登録商標）ガラスのような硼珪酸ガラス）を用いることが好ましい。
なお、ベース基板１０には、高抵抗のシリコン材料を用いることも可能である。
ベース基板１０は、平面形状が略矩形であって、中央部に平面形状が略矩形の第１凹部１１が設けられている。ベース基板１０には、ガラスなどの絶縁材料を用いることが好ましい。例えば、ベース基板１０には、アルカリ金属イオン（可動イオン）を含むガラス（例えば、パイレックス（登録商標）ガラスのような硼珪酸ガラス）を用いることが好ましい。
なお、ベース基板１０には、高抵抗のシリコン材料を用いることも可能である。
センサー基板２０は、平面形状が略矩形であって、ベース基板１０の第１凹部１１が設けられた主面１０ａに接合されている。
センサー基板２０は、ベース基板１０の第１凹部１１の上方に配置された、平面形状が略矩形のセンサー部２１と、センサー部２１を囲む額縁状の枠部２２と、センサー部２１と枠部２２とを繋ぐ一対の梁状の支持部２３ａ，２３ｂと、を備えている。なお、枠部２２は、支持部２３ａ，２３ｂがベース基板１０に接合され、センサー部２１を確実に支持できる構成であれば、なくてもよい。
センサー部２１は、支持部２３ａ，２３ｂにより第１凹部１１の深さ方向（Ｚ軸方向）に揺動可能に支持されている。詳述すると、センサー部２１は、支持部２３ａ，２３ｂを通る軸線Ｂを回転中心にして、支持部２３ａ，２３ｂが弾性変形範囲内で捩れる（トーションバネ作用）ことによりＺ軸方向にシーソー状に回動可能に支持されている。
センサー基板２０は、ベース基板１０の第１凹部１１の上方に配置された、平面形状が略矩形のセンサー部２１と、センサー部２１を囲む額縁状の枠部２２と、センサー部２１と枠部２２とを繋ぐ一対の梁状の支持部２３ａ，２３ｂと、を備えている。なお、枠部２２は、支持部２３ａ，２３ｂがベース基板１０に接合され、センサー部２１を確実に支持できる構成であれば、なくてもよい。
センサー部２１は、支持部２３ａ，２３ｂにより第１凹部１１の深さ方向（Ｚ軸方向）に揺動可能に支持されている。詳述すると、センサー部２１は、支持部２３ａ，２３ｂを通る軸線Ｂを回転中心にして、支持部２３ａ，２３ｂが弾性変形範囲内で捩れる（トーションバネ作用）ことによりＺ軸方向にシーソー状に回動可能に支持されている。
センサー部２１は、支持部２３ａ，２３ｂ（軸線Ｂ）を境にして−Ｘ側の第１部分２１Ａと＋Ｘ側の第２部分２１Ｂとに区分されている。
センサー部２１は、第１部分２１Ａ及び第２部分２１Ｂの、ベース基板１０の第１凹部１１に対向する側に可動電極部を有している。
センサー部２１は、第１部分２１Ａと第２部分２１Ｂとで質量が異なる。詳述すると、第１部分２１Ａよりも第２部分２１Ｂの方がＸ軸方向の長さが長くなるように形成されている。そして、第１部分２１Ａよりも質量が大きい第２部分２１Ｂには、少なくとも先端側にＺ軸方向に貫通する貫通孔２４が形成されている。なお、本実施形態では、センサー部２１の全域に貫通孔２４が形成されている。
センサー部２１は、第１部分２１Ａ及び第２部分２１Ｂの、ベース基板１０の第１凹部１１に対向する側に可動電極部を有している。
センサー部２１は、第１部分２１Ａと第２部分２１Ｂとで質量が異なる。詳述すると、第１部分２１Ａよりも第２部分２１Ｂの方がＸ軸方向の長さが長くなるように形成されている。そして、第１部分２１Ａよりも質量が大きい第２部分２１Ｂには、少なくとも先端側にＺ軸方向に貫通する貫通孔２４が形成されている。なお、本実施形態では、センサー部２１の全域に貫通孔２４が形成されている。
貫通孔２４は、支持部２３ａ，２３ｂの延在方向（Ｙ軸方向）に延びる帯状（細長い長方形状）に形成されている。複数の貫通孔２４は、帯の幅方向であるＸ軸方向に並んで配置されている。
センサー基板２０には、低抵抗のシリコンなどの半導体材料を用いることが好ましい。
これにより、加速度センサー１は、可動電極部とセンサー部２１とが一体化される（センサー部２１全域が可動電極部となる）。
センサー基板２０には、低抵抗のシリコンなどの半導体材料を用いることが好ましい。
これにより、加速度センサー１は、可動電極部とセンサー部２１とが一体化される（センサー部２１全域が可動電極部となる）。
ベース基板１０は、第１凹部１１においてセンサー部２１の第１部分２１Ａ及び第２部分２１Ｂの可動電極部に対向する位置に固定電極部１２，１３を有している。固定電極部１２，１３は、平面形状が略矩形であって互いに等面積であり、平面視において、支持部２３ａ，２３ｂ（軸線Ｂ）に対して線対称形状となっている。
なお、センサー部２１の複数の貫通孔２４は、固定電極部１２，１３に対向する部分では、平面視において、支持部２３ａ，２３ｂ（軸線Ｂ）に対して線対称形状となるように配置されている。これにより、加速度センサー１は、センサー部２１の第１部分２１Ａと第２部分２１Ｂとにおいて、可動電極部と固定電極部１２，１３との対向面積が等しくなるように構成されている。
なお、センサー部２１の複数の貫通孔２４は、固定電極部１２，１３に対向する部分では、平面視において、支持部２３ａ，２３ｂ（軸線Ｂ）に対して線対称形状となるように配置されている。これにより、加速度センサー１は、センサー部２１の第１部分２１Ａと第２部分２１Ｂとにおいて、可動電極部と固定電極部１２，１３との対向面積が等しくなるように構成されている。
ベース基板１０は、固定電極部１３よりもセンサー部２１の第２部分２１Ｂの先端寄り（＋Ｘ方向）であって、センサー部２１の第２部分２１Ｂの先端側に対向する部分に、第１凹部１１に接し、平面形状が略矩形の第２凹部１４が設けられている。
ここで、主面１０ａから第２凹部１４の底面１４ａまでの深さＤ２は、主面１０ａから第１凹部１１の底面１１ａまでの深さＤ１よりも深くなっている（Ｄ２＞Ｄ１）。
ここで、主面１０ａから第２凹部１４の底面１４ａまでの深さＤ２は、主面１０ａから第１凹部１１の底面１１ａまでの深さＤ１よりも深くなっている（Ｄ２＞Ｄ１）。
第２凹部１４の底面１４ａには、平面形状が略矩形の導電部１５が設けられ、導電部１５は、図示しない配線を経由してセンサー部２１の可動電極部と接続されている（可動電極部と接続されているセンサー基板２０の枠部２２とも接続されている）。なお、導電部１５と固定電極部１２，１３とは、互いに電気的に独立して形成されている。
なお、図１、図２（ａ）、後述の図５（ａ）において、固定電極部１２，１３、導電部１５には、説明の便宜上、ハッチングを施してある。
なお、図１、図２（ａ）、後述の図５（ａ）において、固定電極部１２，１３、導電部１５には、説明の便宜上、ハッチングを施してある。
固定電極部１２，１３及び導電部１５の構成材料としては、導電性を有するものであれば、特に限定されず、各種電極材料を用いることができる。具体的には、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ3Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｓｂ含有ＳｎＯ2、Ａｌ含有ＺｎＯなどの酸化物（透明電極材料）、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、またはこれらを含む合金などが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
固定電極部１２，１３及び導電部１５の形成方法（成膜方法）としては、特に限定されないが、例えば、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティングなどの乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキなどの湿式メッキ法、溶射法、薄膜の接合などが挙げられる。
固定電極部１２，１３及び導電部１５の形成方法（成膜方法）としては、特に限定されないが、例えば、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティングなどの乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキなどの湿式メッキ法、溶射法、薄膜の接合などが挙げられる。
ベース基板１０及びセンサー基板２０の形状形成には、フォトリソグラフィー、エッチングなどの技術が用いられ、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などにより垂直エッチング加工をすることで、例えば、ベース基板１０の第１凹部１１、第２凹部１４の内壁面や、センサー部２１の側面、貫通孔２４の内面が、センサー部２１の主面と垂直になるように形成される。
反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を備えたエッチング装置による加工方法を用いることができる。
反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を備えたエッチング装置による加工方法を用いることができる。
加速度センサー１は、ベース基板１０にアルカリ金属イオン（可動イオン）を含むガラス（例えば、パイレックス（登録商標）ガラスのような硼珪酸ガラス）を用い、センサー基板２０にシリコン材料を用いることにより、両者を陽極接合法（ベース基板１０とセンサー基板２０とを密着させ、約４００℃の温度下で約１ＫＶの電圧を印加し、両者の境界面近傍に静電引力を生じさせて両者を共有結合によって接合する方法）により接合することができる。
ここで、加速度センサー１の動作について説明する。
図３は、加速度センサーの動作について説明する模式断面図であり、Ｚ軸方向に物理量としての加速度が印加された状態を表している。
図３は、加速度センサーの動作について説明する模式断面図であり、Ｚ軸方向に物理量としての加速度が印加された状態を表している。
図３に示すように、加速度センサー１は、例えば、センサー部２１の主面と直交する＋Ｚ方向に加速度Ｇが印加されると、慣性力によって、センサー部２１が軸線Ｂ回りにシーソー状に回転（回動）し、ベース基板１０に対して傾斜する。
詳述すると、加速度センサー１は、センサー部２１の第１部分２１Ａが固定電極部１２から離れるとともに、センサー部２１の第２部分２１Ｂが固定電極部１３に近づく。
このとき、固定電極部１２とセンサー部２１の第１部分２１Ａ（可動電極部）との空隙Ｓ１は大きくなり、固定電極部１３とセンサー部２１の第２部分２１Ｂ（可動電極部）との空隙Ｓ２は小さくなることから、第１部分２１Ａ及び固定電極部１２間の静電容量は小さくなり、第２部分２１Ｂ及び固定電極部１３間の静電容量は大きくなる。
したがって、加速度センサー１は、センサー部２１の第１部分２１Ａと固定電極部１２との空隙Ｓ１で発生する静電容量と、センサー部２１の第２部分２１Ｂと固定電極部１３との空隙Ｓ２で発生する静電容量との違い（差動容量）から、Ｃ−Ｖ変換することで得られる電圧波形を求めることにより、加速度センサー１に加わる加速度を検出することができる。
詳述すると、加速度センサー１は、センサー部２１の第１部分２１Ａが固定電極部１２から離れるとともに、センサー部２１の第２部分２１Ｂが固定電極部１３に近づく。
このとき、固定電極部１２とセンサー部２１の第１部分２１Ａ（可動電極部）との空隙Ｓ１は大きくなり、固定電極部１３とセンサー部２１の第２部分２１Ｂ（可動電極部）との空隙Ｓ２は小さくなることから、第１部分２１Ａ及び固定電極部１２間の静電容量は小さくなり、第２部分２１Ｂ及び固定電極部１３間の静電容量は大きくなる。
したがって、加速度センサー１は、センサー部２１の第１部分２１Ａと固定電極部１２との空隙Ｓ１で発生する静電容量と、センサー部２１の第２部分２１Ｂと固定電極部１３との空隙Ｓ２で発生する静電容量との違い（差動容量）から、Ｃ−Ｖ変換することで得られる電圧波形を求めることにより、加速度センサー１に加わる加速度を検出することができる。
このとき、センサー部２１の複数の貫通孔２４の内部空間は、それぞれ、センサー部２１の回動に際し、空隙Ｓ１または空隙Ｓ２に存在する気体（例えば、空気、または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス）を流動させる流路となる。
これにより、加速度センサー１は、センサー部２１の回動に際し、空隙Ｓ１または空隙Ｓ２に存在する気体を複数の貫通孔２４を通じて逃すことができる。
これにより、加速度センサー１は、センサー部２１の回動に際し、空隙Ｓ１または空隙Ｓ２に存在する気体を複数の貫通孔２４を通じて逃すことができる。
加えて、加速度センサー１は、ベース基板１０における固定電極部１３よりもセンサー部２１の第２部分２１Ｂの先端寄り（＋Ｘ方向）であって、センサー部２１の第２部分２１Ｂの先端側に対向する部分に、第１凹部１１よりも深い第２凹部１４が設けられている。
これにより、加速度センサー１は、センサー部２１の回動に際し、センサー部２１の第２部分２１Ｂの先端側と第２凹部１４の底面１４ａとの間に存在する気体の圧縮の度合いが、第２凹部１４がない場合（第１凹部１１のみの場合）と比較して緩和される（低くなる）。
これらにより、加速度センサー１は、センサー部２１の第２部分２１Ｂの先端側と第２凹部１４の底面１４ａとの間に存在する気体の流動抵抗が低減される。
この結果、加速度センサー１は、加速度の印加によるセンサー部２１の変位（回動）がスムーズとなる。
これにより、加速度センサー１は、センサー部２１の回動に際し、センサー部２１の第２部分２１Ｂの先端側と第２凹部１４の底面１４ａとの間に存在する気体の圧縮の度合いが、第２凹部１４がない場合（第１凹部１１のみの場合）と比較して緩和される（低くなる）。
これらにより、加速度センサー１は、センサー部２１の第２部分２１Ｂの先端側と第２凹部１４の底面１４ａとの間に存在する気体の流動抵抗が低減される。
この結果、加速度センサー１は、加速度の印加によるセンサー部２１の変位（回動）がスムーズとなる。
上述したように、第１実施形態の加速度センサー１は、センサー部２１の第２部分２１Ｂの少なくとも先端側に貫通孔２４が形成され、ベース基板１０におけるセンサー部２１の第２部分２１Ｂの先端側に対向する部分に、第１凹部１１よりも深い第２凹部１４が設けられている。
これにより、加速度センサー１は、例えば、印加された加速度の慣性力により支持部２３ａ，２３ｂ（軸線Ｂ）を回転中心にして、センサー部２１の第２部分２１Ｂが変位するときの、センサー部２１の第２部分２１Ｂと第１凹部１１の底面１１ａ及び第２凹部１４の底面１４ａとの間に存在する気体の流動抵抗を、貫通孔２４及び第２凹部１４がない場合と比較して、低減することができる。
この結果、加速度センサー１は、加速度の印加によるセンサー部２１の変位がスムーズとなることから、加速度の検出帯域を広くできる。
これにより、加速度センサー１は、例えば、印加された加速度の慣性力により支持部２３ａ，２３ｂ（軸線Ｂ）を回転中心にして、センサー部２１の第２部分２１Ｂが変位するときの、センサー部２１の第２部分２１Ｂと第１凹部１１の底面１１ａ及び第２凹部１４の底面１４ａとの間に存在する気体の流動抵抗を、貫通孔２４及び第２凹部１４がない場合と比較して、低減することができる。
この結果、加速度センサー１は、加速度の印加によるセンサー部２１の変位がスムーズとなることから、加速度の検出帯域を広くできる。
また、加速度センサー１は、センサー部２１の第２部分２１Ｂが第１部分２１Ａよりも質量が大きい（重い）ことから、センサー部２１が第１部分２１Ａと第２部分２１Ｂとでつり合うことなく、センサー部２１に印加される加速度に応じてセンサー部２１を効率的に回転（回動）させることができる。
この結果、加速度センサー１は、加速度印加時の検出感度を、より向上させることができる。
この結果、加速度センサー１は、加速度印加時の検出感度を、より向上させることができる。
また、加速度センサー１は、センサー部２１の貫通孔２４が、支持部２３ａ，２３ｂの延在方向（Ｙ軸方向）に延びる帯状（細長い長方形状）に形成され、複数の貫通孔２４が帯の幅方向（Ｘ軸方向）に並んでいることから、他の形状と比較して、センサー部２１の質量を確保しつつ、各貫通孔２４の内部空間を大きくすることができる。
この結果、加速度センサー１は、センサー部２１の回動に際し、センサー部２１の第２部分２１Ｂと第１凹部１１の底面１１ａ及び第２凹部１４の底面１４ａとの間に存在する気体の流動抵抗を更に低減することができる。
したがって、加速度センサー１は、加速度の印加によるセンサー部２１の変位が更にスムーズとなることから、加速度の検出帯域を更に向上させることができる。
この結果、加速度センサー１は、センサー部２１の回動に際し、センサー部２１の第２部分２１Ｂと第１凹部１１の底面１１ａ及び第２凹部１４の底面１４ａとの間に存在する気体の流動抵抗を更に低減することができる。
したがって、加速度センサー１は、加速度の印加によるセンサー部２１の変位が更にスムーズとなることから、加速度の検出帯域を更に向上させることができる。
また、加速度センサー１は、第２凹部１４内に導電部１５が設けられ、導電部１５と可動電極部（可動電極部と接続されているセンサー基板２０の枠部２２）とが接続されていることから、例えば、センサー部２１を含むセンサー基板２０を反応性イオンエッチング等で加工する際に発生する電荷を、導電部１５を介してベース基板１０側からセンサー基板２０側に逃がすことができる。
この結果、加速度センサー１は、帯電によるセンサー部２１のベース基板１０への貼り付きを回避できる。
この結果、加速度センサー１は、帯電によるセンサー部２１のベース基板１０への貼り付きを回避できる。
ここで、図を用いて、センサー部２１の貼り付きについて詳述する。図４は、センサー部の貼り付きについて説明する模式断面図であり、図４（ａ）は導電部がない場合を示す断面図、図４（ｂ）は本実施形態のように導電部がある場合を示す断面図である。
図４（ａ）に示すように、ベース基板１０に導電部１５がない場合には、シリコンを用いたセンサー基板２０を反応性イオンエッチング等で加工し、センサー部２１を形成した時に、ベース基板側に電荷が溜まりセンサー部２１とベース基板１０との間に電位差が生じる。これにより、導電部１５がない場合には、センサー部２１がベース基板１０に貼り付く虞がある。
これに対し、図４（ｂ）に示すように、本実施形態では、ベース基板１０の第２凹部１４内に設けられた導電部１５とセンサー基板２０とを、互いに電気的に接続されている状態（具体的には、導電部１５から主面１０ａまで延びた配線が、センサー基板２０の枠部２２になる部分に接している状態）で反応性イオンエッチング等によりセンサー部２１を形成する。
これにより、本実施形態では、反応性イオンエッチング時に発生した電荷を、導電部１５を介してベース基板１０側からセンサー基板２０側に逃がすことができる。
この結果、本実施形態では、反応性イオンエッチング時に電荷が溜まるのを低減することができ、センサー部２１を形成したときに、センサー部２１とベース基板１０（導電部１５）とが同電位となり、センサー部２１がベース基板１０に貼り付くことを回避できる。
これにより、本実施形態では、反応性イオンエッチング時に発生した電荷を、導電部１５を介してベース基板１０側からセンサー基板２０側に逃がすことができる。
この結果、本実施形態では、反応性イオンエッチング時に電荷が溜まるのを低減することができ、センサー部２１を形成したときに、センサー部２１とベース基板１０（導電部１５）とが同電位となり、センサー部２１がベース基板１０に貼り付くことを回避できる。
また、加速度センサー１は、ベース基板１０に硼珪酸ガラスなどのガラスが用いられ、センサー部２１にシリコンなどの半導体材料が用いられたことから、絶縁性を有するガラスによってベース基板１０とセンサー部２１との間の絶縁分離を容易に行うことができる。
加えて、加速度センサー１は、半導体材料である低抵抗のシリコンをセンサー部２１に用いることによって、センサー部２１と可動電極部とを一体化することができる。
これにより、加速度センサー１は、センサー部２１に可動電極部を容易に設けることができる。
加えて、加速度センサー１は、半導体材料である低抵抗のシリコンをセンサー部２１に用いることによって、センサー部２１と可動電極部とを一体化することができる。
これにより、加速度センサー１は、センサー部２１に可動電極部を容易に設けることができる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る加速度センサーについて説明する。第２実施形態の加速度センサーは、上述した第１実施形態の加速度センサーの第１凹部が、階段状に形成された構成である。
次に、第２実施形態に係る加速度センサーについて説明する。第２実施形態の加速度センサーは、上述した第１実施形態の加速度センサーの第１凹部が、階段状に形成された構成である。
図５は、第２実施形態の加速度センサーの概略構成を示す模式平断面図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。なお、第１実施形態との共通部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図５に示すように、加速度センサー２は、ベース基板１０の第１凹部１１１が、センサー部２１の支持部２３ａ，２３ｂ（軸線Ｂ）側から先端側に向かうに連れてセンサー部２１との空隙が大きくなるように階段状に形成されている。
具体的には、加速度センサー２は、センサー部２１の支持部２３ａ，２３ｂ（軸線Ｂ）側における第１凹部１１１の底面１１１ｂとの空隙が、センサー部２１の先端側における第１凹部１１１の底面１１１ａとの空隙よりも小さくなるように、第１凹部１１１の底面１１１ａと底面１１１ｂとが段差を有して形成されている。
換言すれば、加速度センサー２は、ベース基板１０の主面１０ａから第１凹部１１１の底面１１１ｂまでの深さＤ３が、ベース基板１０の主面１０ａから第１凹部１１１の底面１１１ａまでの深さＤ１よりも浅くなるように形成されている（Ｄ３＜Ｄ１）。
具体的には、加速度センサー２は、センサー部２１の支持部２３ａ，２３ｂ（軸線Ｂ）側における第１凹部１１１の底面１１１ｂとの空隙が、センサー部２１の先端側における第１凹部１１１の底面１１１ａとの空隙よりも小さくなるように、第１凹部１１１の底面１１１ａと底面１１１ｂとが段差を有して形成されている。
換言すれば、加速度センサー２は、ベース基板１０の主面１０ａから第１凹部１１１の底面１１１ｂまでの深さＤ３が、ベース基板１０の主面１０ａから第１凹部１１１の底面１１１ａまでの深さＤ１よりも浅くなるように形成されている（Ｄ３＜Ｄ１）。
これによれば、加速度センサー２は、シーソー状に回動するセンサー部２１の変位が小さい支持部２３ａ，２３ｂ側では、第１凹部１１１の底面１１１ｂとセンサー部２１との空隙（Ｄ３）を小さくし、センサー部２１の変位が大きい先端側では、第１凹部１１１の底面１１１ａとセンサー部２１との空隙（Ｄ１）を大きくすることができる。
この結果、加速度センサー２は、第１凹部１１１の底面１１１ｂが、センサー部２１の変位が大きい先端側との空隙（Ｄ１）を基準にした平坦な平面（底面１１１ａ）で構成された場合（Ｄ３＝Ｄ１）よりも、センサー部２１（可動電極部）及び固定電極部１２，１３間の静電容量を大きくすることが可能となることから、第１実施形態と比較して、検出感度を更に向上させることができる。
この結果、加速度センサー２は、第１凹部１１１の底面１１１ｂが、センサー部２１の変位が大きい先端側との空隙（Ｄ１）を基準にした平坦な平面（底面１１１ａ）で構成された場合（Ｄ３＝Ｄ１）よりも、センサー部２１（可動電極部）及び固定電極部１２，１３間の静電容量を大きくすることが可能となることから、第１実施形態と比較して、検出感度を更に向上させることができる。
なお、図５において、固定電極部１２，１３は、それぞれ底面１１１ａから底面１１１ｂに跨って一体で設けられているが、底面１１１ａの部分と底面１１１ｂの部分とに分割して設けてもよい。
これにより、加速度センサー２は、固定電極部１２，１３がそれぞれ一体の場合に起こり得る段差部分における静電容量の検出誤差の発生を回避できることから、静電容量の変化をより高精度に検出することが可能となる。
なお、ベース基板１０の第１凹部１１１は、階段状に代えて斜面状に形成されていてもよく、上記と同様の効果を奏することができる。
これにより、加速度センサー２は、固定電極部１２，１３がそれぞれ一体の場合に起こり得る段差部分における静電容量の検出誤差の発生を回避できることから、静電容量の変化をより高精度に検出することが可能となる。
なお、ベース基板１０の第１凹部１１１は、階段状に代えて斜面状に形成されていてもよく、上記と同様の効果を奏することができる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る上記各実施形態の加速度センサーを備えた電子機器について説明する。
次に、第３実施形態に係る上記各実施形態の加速度センサーを備えた電子機器について説明する。
図６は、加速度センサーを備えた電子機器としてのモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
図６に示すように、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を有する表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター１１００には、加速度センサー１が内蔵されている。
なお、パーソナルコンピューター１１００には、加速度センサー１に代えて加速度センサー２が内蔵されていてもよい。
図６に示すように、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を有する表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター１１００には、加速度センサー１が内蔵されている。
なお、パーソナルコンピューター１１００には、加速度センサー１に代えて加速度センサー２が内蔵されていてもよい。
図７は、加速度センサーを備えた電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
図７に示すように、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、加速度センサー１が内蔵されている。
なお、携帯電話機１２００には、加速度センサー１に代えて加速度センサー２が内蔵されていてもよい。
図７に示すように、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、加速度センサー１が内蔵されている。
なお、携帯電話機１２００には、加速度センサー１に代えて加速度センサー２が内蔵されていてもよい。
図８は、加速度センサーを備えた電子機器としてのデジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、図８には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。
また、このデジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
このようなデジタルスチルカメラ１３００には、加速度センサー１が内蔵されている。
なお、デジタルスチルカメラ１３００には、加速度センサー１に代えて加速度センサー２が内蔵されていてもよい。
また、このデジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
このようなデジタルスチルカメラ１３００には、加速度センサー１が内蔵されている。
なお、デジタルスチルカメラ１３００には、加速度センサー１に代えて加速度センサー２が内蔵されていてもよい。
このような構成の電子機器は、加速度センサー１または加速度センサー２を備えることから、上記各実施形態に記載の効果を奏する優れた電子機器となり得る。
なお、上記加速度センサーを備えた電子機器は、図６のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図７の携帯電話機、図８のデジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、各種ナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーターなどに適用することができる。
なお、上記加速度センサーを備えた電子機器は、図６のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図７の携帯電話機、図８のデジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、各種ナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーターなどに適用することができる。
１，２…物理量センサーとしての加速度センサー、１０…ベース基板、１０ａ…主面、１１…第１凹部、１１ａ…底面、１２，１３…固定電極部、１４…第２凹部、１４ａ…底面、１５…導電部、２０…センサー基板、２１…センサー部、２１Ａ…第１部分、２１Ｂ…第２部分、２２…枠部、２３ａ，２３ｂ…支持部、２４…貫通孔、１１１…第１凹部、１１１ａ，１１１ｂ…底面、Ｂ…軸線。
Claims (6)
- 第１凹部が設けられたベース基板と、
前記第１凹部の上方に配置され、第１軸の方向に延びる支持部により前記第１凹部の深さ方向に揺動可能に支持されたセンサー部と、を備え、
前記センサー部は、前記支持軸を境に第１部分と第２部分とに区分され、前記第１部分及び前記第２部分に可動電極部を有し、
且つ、前記第１部分よりも前記第２部分は質量が大きく、前記第１部分および前記第２部分の少なくとも一方に貫通孔が設けられ、
前記ベース基板は、前記可動電極部に平面視で重複する位置に固定電極部を有し、
且つ、前記センサー部の先端に平面視で重複する位置に、前記第１凹部よりも深い第２凹部が設けられていることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項１に記載の物理量センサーにおいて、
前記第２凹部内に導電部が設けられ、
前記導電部は、前記可動電極部と接続されていることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項１または請求項２に記載の物理量センサーにおいて、
前記貫通孔は、前記第１軸の方向に帯状に複数並んでいることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
前記第１凹部は、前記センサー部の前記支持部から前記先端に向かうに連れて前記センサー部との空隙が大きくなるように設けられていることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
前記ベース基板には、絶縁材料が用いられ、
前記センサー部には、半導体材料が用いられていることを特徴とする物理量センサー。 - 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の物理量センサーを備えたことを特徴とする電子機器。
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