三次元構造体及びセンサ
【課題】センサデバイスと基板との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができるとともに、センサデバイスと基板との電気的な結合を切り離すことによるセンサデバイスと基板との間の電気絶縁性を従来よりも向上することのできる三次元構造体を提供する。
【解決手段】三次元構造体１００は、第１の基板１と、第１の基板１の一方の面に形成された絶縁体からなる多孔層２と、多孔層２において第１の基板１が形成されている側の面と反対側の面に形成された第２の基板３とを備え、多孔層２における各孔２ａの積層方向に対する断面形状が、正六角形状の孔２ａを複数個並べたハニカム形状を有し、多孔層２の厚さは、１μｍよりも大きくなっている。
【解決手段】三次元構造体１００は、第１の基板１と、第１の基板１の一方の面に形成された絶縁体からなる多孔層２と、多孔層２において第１の基板１が形成されている側の面と反対側の面に形成された第２の基板３とを備え、多孔層２における各孔２ａの積層方向に対する断面形状が、正六角形状の孔２ａを複数個並べたハニカム形状を有し、多孔層２の厚さは、１μｍよりも大きくなっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元構造体、及び、該三次元構造体を用いたセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記特許文献１に代表されるように、ハードマスクを用いることなく作製できる構造体の製造方法が公知となっている。なお、この特許文献１に開示されている構造体の製造方法は、無機ＳＯＧ（Spin-on glass）をマスクとして用いて、有機ＳＯＧをエッチングできるという特質、つまり、焼成すれば、酸化ケイ素となりうる２つの材料のエッチングレート比が異なるという特質、を利用して有機ＳＯＧを加工し、高温で焼成することにより、酸化ケイ素（ＳｉＸＯＹ）、例えば、ＳｉＯ２を有する構造体を形成するというものである。より具体的には、下記特許文献１の図１（ａ）に示されるように、基板１００の上に、有機ＳＯＧからなる第一の層１１０が形成され、その上にパターニングされた無機ＳＯＧからなる第二の層１２０が形成される。次に、下記特許文献１の図１（ｂ）に示されるように、無機ＳＯＧからなる第二の層１２０をマスクとして、有機ＳＯＧからなる第一の層１１０のエッチングが行なわれる。最後に、下記特許文献１の図１（ｃ）に示されるように、有機ＳＯＧからなる第一の層１１０と、無機ＳＯＧからなる第二の層１２０とを焼成して、酸化ケイ素２００（例えば、ＳｉＯ２）を有した構造体が製造されている。なお、下記特許文献１には、この酸化ケイ素２００、つまり、酸化膜用ＳＯＧの膜厚についての具体的な数値は示されていない。
【０００３】
ただし、市販の酸化膜用ＳＯＧ（東京応化工業（株）製 ＯＣＤ−Ｔ７（商品名）、アドビュクＳｉＯ２ ７００（商品名））では、酸化膜用ＳＯＧの最大膜厚が、それぞれ、０．５μｍ、０．１２μｍとなっていることから、無機ＳＯＧ及び有機ＳＯＧを用いて製造可能な酸化膜用ＳＯＧ膜厚の最大膜厚は１μｍが限界と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７８６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の酸化膜用ＳＯＧ（酸化ケイ素２００）上に、電極を含むセンサデバイスを設けた場合、ベースとなる基板１００で発生する寄生容量（素子構造に寄生して存在する意図しない静電容量）がセンサ感度を低下させる要因となる。したがって、センサデバイスと基板１００とを電気的に切り離す必要がある。
【０００６】
センサデバイスと基板１００とを電気的に切り離す手段として、比誘電率がシリコンより小さく、絶縁耐力の大きい酸化膜でセンサデバイスと基板１００とを切り離すことができるが、電気的な結合を少なくするためには酸化膜の厚さを厚くする必要がある。しかしながら、酸化膜の成膜には高温の条件が必要であり、高温で成膜し、室温に戻した場合、シリコン（Ｓｉ）と酸化膜（ＳｉＯ２）との線膨張率の差により、全体で反りが生じてしまう場合がある。これにより、センサを構成する構造物に歪みなどが生じることがあり、センサ感度の低下につながるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、センサデバイスと基板との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができるとともに、センサデバイスと基板との電気的な結合を切り離すことによるセンサデバイスと基板との間の電気絶縁性を従来よりも向上することのできる三次元構造体、及び、該三次元構造体を用いたセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１） 本発明の三次元構造体は、第１の基板と、前記第１の基板の一方の面に形成された絶縁体層と、前記絶縁体層において前記第１の基板が形成されている側の面と反対側の面に形成された第２の基板とを備え、前記絶縁体層の厚さが、１μｍよりも大きいことを特徴とするものである。
【０００９】
上記（１）の構成によれば、絶縁体層の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に電極を含むセンサデバイスを設けた場合に、センサデバイスと第１の基板との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。
【００１０】
更に、上記（１）の構成によれば、第２の基板において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に電極を含むセンサデバイスを設けた場合に、絶縁体層によって、センサデバイスと第１の基板との電気的な結合を切り離すことができるため、センサデバイスと第１の基板との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。
【００１１】
なお、本発明中の「絶縁体層の厚さ」は、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。本発明の三次元構造体において、絶縁体層の厚さを２０μｍ以上とした場合には、実用上、寄生容量がないとみなして使用することが可能な場合がある。
【００１２】
（２） 上記（１）の三次元構造体においては、前記絶縁体層は多孔層として形成されており、前記多孔層における各孔の積層方向に対する断面形状が、多角形状又は円形状であることが好ましい。
【００１３】
上記（２）の構成によれば、多孔層における各孔の積層方向に対する断面形状が、多角形状又は円形状である構造とすることで、第１の基板又は第２の基板と、多孔層との接触面積を小さくしつつ、多孔層の強度を確保した状態で、第１の基板又は第２の基板と、多孔層との熱膨張率の差による構造体全体の反りを抑制することができる。これにより、三次元構造体への局所的な応力集中を抑制することができる。
【００１４】
（３） 上記（２）の三次元構造体においては、前記多角形状は、三角形状、四角形状、及び、六角形状のいずれかであることが好ましい。
【００１５】
上記（３）の構成によれば、三次元構造体の用途又は使用状況に応じて、より具体的には、第１の基板又は第２の基板と、多孔層との接触面積を小さくする度合い等に応じて、多孔層の孔を種々の形状に形成することができる。
【００１６】
（４） 上記（２）又は（３）の三次元構造体においては、前記第１の基板と前記第２の基板とで前記孔のそれぞれを真空状態で封止していることが好ましい。
【００１７】
上記（４）の構成によれば、第１の基板と第２の基板とで孔のそれぞれを真空状態で封止することによって、外部からの熱伝達経路を断つことができ、三次元構造体の断熱性又は耐熱性を確保することができる。
【００１８】
なお、本発明の三次元構造体をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）フローセンサに適用した場合、より具体的には、多孔層において第２の基板が形成されている側の面にキャビティを形成し、該キャビティの開口端に第２の基板を介して測温体（サーモパイル）を配置したような場合には、多孔層の各孔、より具体的には、各孔と第２の基板とで囲まれた空間の断熱性を向上させることができ、上記キャビティと三次元構造体の外部との熱伝達経路がより確実に断たれることで、測温体の測温精度を向上させることができる点で特に有効である。
【００１９】
なお、本発明中の「真空状態で封止する」とは、例えば、三次元構造体の製造過程において、多孔層が形成された第１の基板と、第２の基板の前駆体層との位置を合わせた状態でチャンバー内に配置し、チャンバー内を例えば１０−３Ｐａ以下の減圧状態で維持することが含まれる。
【００２０】
（５） 本発明のセンサは、上記（１）〜（４）のいずれかの三次元構造体、可動電極層、及び、固定電極層を備えたセンサであって、前記第２の基板が、外部からの加速度に応じて弾性変形可能な梁部と、該梁部を介して前記絶縁体層に支持された錘部とを有し、前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に前記可動電極層が形成された可動部と、前記可動部と所定間隔をおいて対向する位置に設けられ、前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に前記固定電極層が形成された固定部とを備え、前記絶縁体層の積層方向をＺ軸とした際、前記絶縁体層が、前記可動部及び前記可動電極層をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動可能とする凹状のキャビティを備えていることを特徴とするものである。なお、例えば、前記センサに検知部を設け、前記可動部及び前記可動電極層に外部から加速度が作用した場合に、前記可動電極層と前記固定電極層との間に発生する静電容量の変化に基づいて、前記可動部と前記固定電極層とに作用した加速度の大きさ及び方向を検知するようにしてもよい。
【００２１】
上記（５）の構成によれば、絶縁体層の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板の可動部及び固定部において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面にそれぞれ可動電極層及び固定電極層を形成した場合に、可動電極層及び固定電極層と、第１の基板との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００２２】
更に、上記（５）の構成によれば、第２の基板（可動部及び固定部）と絶縁体層とによって、可動部において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に形成された可動電極層、及び、固定部において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に形成された固定電極層と、第１の基板との電気的な結合を切り離すことができるため、固定電極層及び可動電極層と、第１の基板との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００２３】
なお、本発明中の「固定電極層及び可動電極層」とは、例えば、その一部が櫛歯状に形成された固定電極層及び可動電極層が含まれる。
【００２４】
（６） 本発明のセンサは、上記（１）〜（４）のいずれかの三次元構造体、発熱用ヒータ、及び、前記発熱用ヒータを挟んで流体の上流側及び下流側にそれぞれ配置された一対の測温体を備えたセンサであって、前記絶縁体層が、前記第２の基板が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティを備え、前記第２の基板が、前記キャビティの開口端を覆う位置に形成され、前記キャビティ側の面と反対側の面に前記発熱用ヒータが配置される橋架部を備え、前記測温体のそれぞれが、前記第２の基板において前記絶縁体層側の面と反対側の面に配置されるとともに、前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、前記橋架部の内側に配置された温接点と、前記橋架部よりも外側に配置された冷接点とを備えていることを特徴とするものである。なお、例えば、前記センサに検知部を設け、上流側から下流側に向けて流体が移動した場合に、上流側の測温体の温接点が冷却されて降温し、一方、流体によって運ばれる熱で下流側の測温体の温接点が温度上昇する特性を利用して、検知部が、測温体の測温結果に基づいて、流体の流量を検知するようにしておいてもよい。
【００２５】
上記の構成（６）によれば、絶縁体層の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に一対の測温体を配置した場合に、各測温体と、第１の基板との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００２６】
更に、上記（６）の構成によれば、第２の基板と絶縁体層とによって、各測温体と、第１の基板との電気的な結合を切り離すことができるため、各測温体と、第１の基板との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００２７】
加えて、上記（６）の構成によれば、第１の基板と第２の基板とで多孔層の孔のそれぞれ、及び、キャビティを真空状態で封止することによって、各孔及びキャビティの断熱部としての性能を向上させることができる。この結果、第１の基板と第２の基板との熱伝達経路を断つことにより、各測温体へのセンサ全体の取り付け部からの熱伝達が防がれ、センサとしての検知精度を向上させることができる。
【００２８】
（７） 本発明のセンサは、上記（１）〜（４）のいずれかの三次元構造体、半導体材料からなる蓋部材、第１の固定電極層、及び、第２の固定電極層を備えたセンサであって、前記絶縁体層が、前記第２の基板が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティを備え、前記第２の基板が、前記キャビティの開口端を覆う位置に形成された橋架部を備え、前記蓋部材が、前記第２の基板における前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面において凹状に形成され、且つ、前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、少なくとも前記橋架部の全体を覆うように配置されるとともに、少なくとも外部と連通する連通孔を有しており、前記第１の固定電極層が、前記蓋部材において前記第２の基板が形成されている側の面と反対側の面に形成され、前記第２の固定電極層が、前記第２の基板において前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に形成されるとともに、前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、前記蓋部材よりも外側に配置されていることを特徴とするものである。なお、例えば、前記センサに検知部を設け、前記錘部に外部からの圧力が作用した場合に、前記第１の固定電極層と前記第２の固定電極層との間に発生する静電容量の変化に基づいて、前記橋架部に加わった圧力値を検知するようにしてもよい。
【００２９】
上記（７）の構成によれば、絶縁体層の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、蓋部材において前記第２の基板が形成されている側の面と反対側の面、及び、第２の基板において前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に、それぞれ、第１の固定電極層及び第２の固定電極層を形成した場合に、第１の固定電極層及び第２の固定電極層と、第１の基板との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００３０】
更に、上記（７）の構成によれば、第２の基板と絶縁体層とによって、蓋部材において第２の基板が形成されている側の面と反対側の面に形成された第１の固定電極層、及び、第２の基板において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に形成された第２の固定電極層と、第１の基板との電気的な結合を切り離すことができるため、第１の固定電極層及び第２の固定電極層と、第１の基板との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００３１】
なお、本発明中の「キャビティの開口端を覆う」とは、キャビティ内を外気に対して気密状態に保つこと、を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元構造体の概略図であって、（ａ）が上視図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ線の矢視断面図である。
【図２】三次元構造体の製造方法の一例を示す図である。
【図３】三次元構造体の製造工程で使用するフォトマスクのマスクパターンの一例を示す上視図である。
【図４】前駆体層にドライエッチングを実施した状態を示すＳＥＭ（顕微鏡写真）写真である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るセンサの概略図であって、（ａ）が斜視図、（ｂ）が電極パッドと検知部との接続関係を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るセンサの概略図であって、（ａ）が上視図、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ線の矢視断面図である。
【図７】センサの製造方法の一例を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るセンサの概略図であって、（ａ）が上視図、（ｂ）が（ａ）のＣ−Ｃ線の矢視断面図、（ｃ）が電極パッドと検知部との接続関係を示すブロック図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係るセンサの概略図であって、（ａ）が上視図、（ｂ）が（ａ）のＤ−Ｄ線の矢視断面図である。
【図１０】三次元構造体の製造工程で使用するマスクパターンの別の一例を示す上視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
＜第１実施形態＞
以下、図１〜図４を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る三次元構造体について説明する。
【００３４】
（第１実施形態に係る三次元構造体の構成）
図１（ａ），（ｂ）に示すように、三次元構造体１００は、第１の基板１と、多孔層（絶縁体層）２と、第２の基板３と、を備えているものである。なお、図１（ａ）においては、説明の都合上、多孔層２の外形を第２の基板３において多孔層２が形成されている側の面と反対側の面から透視した仮想線（点線）によって表している。
【００３５】
第１の基板１は、ケイ素などの半導体からなるものである。
【００３６】
多孔層２は、二酸化ケイ素などの絶縁体からなる層であり、第１の基板１の一方の面に形成されているものである。また、多孔層２は、ハニカム構造（Honeycomb）、つまり、正六角形状の孔２ａを複数個並べた蜂の巣状の構造を有しているものである。また、多孔層２の厚さは、１μｍよりも大きくなっている。なお、多孔層２の厚さは、３μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。
【００３７】
第２の基板３は、ケイ素などの半導体からなるものであり、多孔層２において第１の基板１が形成されている側の面と反対側の面に形成されているものである。
【００３８】
（第１実施形態に係る三次元構造体の製造方法）
次に、三次元構造体１００の製造方法の一例について、図２〜図４を用いて説明する。
【００３９】
まず、ベースとなるケイ素からなる板状材料（例えば、シリコンウェハー）を第１の基板１の前駆体層４として準備する（図２（ａ）参照）。
【００４０】
次に、前駆体層４の一方の面にハニカム状のドライエッチングを行い、第１の基板１を作成する（図２（ｂ）参照）。この工程では、まず、フォトマスクを製作する。このフォトマスクのマスクパターンは、図３に示すように、上記ハニカム構造を有している。正六角形状の孔の各辺の長さは１０．４μｍの寸法を有しており、孔において互いに対向する内壁面間の距離は１８μｍの寸法を有しており、互いに隣り合う孔の辺と辺との間の距離、つまり、残しパターン（ハニカム構造の枠）の幅厚は２μｍの寸法を有している。
【００４１】
次に、前駆体層４の一方の面にフォトレジストを塗布し、露光により現像液への溶解性が変化するフォトレジストの特性に基づき、フォトレジスタにフォトマスクの画像を転写する。続いて、ドライエッチングに用いる第１のガスとして、ＳＦ６（６フッ化硫黄）で深さ方向へのドライエッチング（以下、エッチステップ）と、第２のガスとして、フッ素系のＣ４Ｆ８（クタフルオロシクロブタン）で重合物（ＣＦ２）ｎによる側壁面の保護（以下、デボステップ）を行い、エッチステップとデボステップとを交互に繰り返してボッシュプロセスのドライエッチングを行う。ここでは、ハニカム構造において互いに隣り合う孔の間隔（幅厚）が２μｍとなるように維持しつつ、前駆体層４を所定の深さまでエッチングする。なお、以下に、エッチステップ及びデボステップの各レシピ（１），（２）を示す。
【００４２】
（１）エッチステップ−コイル電源；１５００Ｗ、エッチステップ時間；１．５秒、ＳＦ６（６フッ化硫黄）の流量；４００ｓｃｃｍ（standard cc/min）、エッチステップ時の圧力；５Ｐａ、プラテン電源；７０Ｗ（ｄｕｔｙ １０％、１００Ｈｚ)
（２）デボステップ−コイル電源；１５００Ｗ、デボステップ時間；１．５秒、Ｃ４Ｆ８（クタフルオロシクロブタン）の流量；４００ｓｃｃｍ（standard cc/min）、デボステップ時の圧力；１０Ｐａ、プラテン電源；０Ｗ
なお、上記ｓｃｃｍ（standard
cc/min）は、１気圧、０℃に換算した場合の流量を示している。
【００４３】
なお、上記各レシピ（１），（２）で、前駆体層４にドライエッチングを実施した状態を示すＳＥＭ写真を下記の図４に示す。図４に示すように、ハニカム構造において互いに隣り合う孔間の間隔（幅厚）は均一な２μｍの寸法を有している。
【００４４】
なお、ボッシュプロセスでのエッチング量の面内分布はマスクパターンのサイズにより異なるが、通常１〜５％の誤差範囲内に収めることが可能であり、本製造工程では、３％の誤差となった。また、前駆体層４に対する深さ方向のエッチング量の限度とてしては、残しパターンの幅等により異なるが、アスペクト比（深さ方向のエッチング量と残しパターン幅の比）を２０以上に確保することが可能である。つまり、残しパターン幅が２μｍの場合であれば、深さ方向のエッチング量（残しパターンの高さ）を４０μｍ
以上確保することが可能である。また、残しパターン幅の寸法、及び、アスペクト比等を考慮すれば、上記レシピ（１），（２）以外にも、コイル電源；１０００Ｗ〜２５００Ｗ、エッチステップ時間又はデボステップ時間；１秒〜８秒、エッチステップ時又はデボステップ時の圧力；３Ｐａ〜１５Ｐａ、プラテン電源；１５Ｗ〜１５０Ｗ（ｄｕｔｙ
５％〜３０％、６０Ｈｚ〜１００Ｈｚ)でのレシピを使用できる。
【００４５】
続いて、第１の基板１の一方の面に熱酸化処理を施す（図２（ｃ）参照）。この熱酸化は、ウェット酸化で、例えば１０００℃の温度条件下で３００分間実施される。これにより、図１（ｂ）に示す多孔層２が第１の基板１の一方の面に形成される。
【００４６】
そして、多孔層２と、第２の基板３の前駆体層５とを直接接合する（図２（ｄ）参照）。この接合は、多孔層２において第１の基板１が形成されている側の接合面と前駆体層５の一方の接合面とに、硫酸過水洗浄で水酸基を付着し、多孔層２と前駆体層５の各接合面を合わせ、表面間引力により接合する。また、この接合は、真空中での真空封止又は大気中での大気圧封止による加圧処理、及び、２００℃〜１０００℃の温度条件下での加熱処理によって行われる。より具体的に、多孔層２の孔２ａ内を真空状態で封止する場合には、多孔層２が形成された第１の基板１と、前駆体層５とをチャンバー（不図示）内に配置するとともに、チャンバー内を１０−３Ｐａ以下の減圧状態とし、多孔層２の孔２ａ内を大気圧で封止する場合には、多孔層２が形成された第１の基板１と、前駆体層５とをチャンバー内に配置するとともに、チャンバー内に窒素を０〜０．１５ＭＰａの加圧により導入し、４００℃の温度条件下、及び、２Ｍｐａの圧力条件下で、３０分間、多孔層２が形成された第１の基板１と、前駆体層５と、を加熱した後に、チャンバー内から取り出し、次に、大気雰囲気中で、１０００℃の温度条件下で、３０分の加熱処理が行われる。なお、加熱処理は、大気圧雰囲気下で実施する場合に限らず、真空炉を用いて実施可能である。
【００４７】
最後に、前駆体層５において多孔層２が形成されている側の面と反対側の面にＣＭＰ（chemical
Mechanical Polishing）等による研磨加工を施し、前駆体層５の不要な厚さ部分を取り除くことにより、第２の基板３を作成する（図２（ｅ）参照）。
【００４８】
上記構成によれば、多孔層２の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板３において多孔層２が形成されている側の面と反対側の面に電極を含むセンサデバイスを設けた場合に、センサデバイスと第１の基板１との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。
【００４９】
上記構成によれば、第２の基板３において多孔層２が形成されている側の面と反対側の面に電極を含むセンサデバイスを設けた場合に、第２の基板３と多孔層２とによって、センサデバイスと第１の基板１との電気的な結合を切り離すことができるため、センサデバイスと第１の基板１との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。
【００５０】
また、多孔層２における各孔２ａの積層方向に対する断面形状が、正六角形状の孔２ａを複数個並べた蜂の巣状の形状（ハニカム形状）を有することで、第１の基板１又は第２の基板３と、多孔層２との接触面積を小さくしつつ、多孔層２の強度を確保した状態で、第１の基１板又は第２の基板３と、多孔層２との熱膨張率の差による三次元構造体１００全体の反りを抑制することができる。これにより、三次元構造体１００への局所的な応力集中を抑制することができる。
【００５１】
また、多孔層２においてハニカム構造の枠を構成する残しパターンの面積を小さくでき、残しパターンの高さを大きくすることで、第１の基板１と第２の基板３とが大気圧（又は真空）の空間（孔２ａ）を介して向かい合う容積を大きくできるので、寄生容量低減の面からも有効である。
【００５２】
また、三次元構造体１００の製造プロセスにおいて、多孔層２が形成された第１の基板１と、第２の基板３の前駆体層５とをチャンバー内に配置するとともに、チャンバー内を１０−３Ｐａ以下の減圧状態とすることにより、第１の基板１と第２の基板３とで孔２ａのそれぞれを真空状態で封止することができるため、外部からの熱伝達経路を断つことができ、三次元構造体１００の断熱性又は耐熱性を確保することができる。
【００５３】
また、通常、前駆体層４の加工はリソグラフィ又は酸化膜エッチングという方法がとられる。酸化膜エッチングとして、フッサン系の溶液によるウェットエッチングが用いられるが、等方的なエッチングであるため、マスク下にサイドエッチが入り、設計されたマスクパターンよりも寸法が小さくなり、前駆体層４にマスクパターン通りの形状を再現できず、再現性、転写性、及び、制御性に乏しく、前駆体層４の残しパターン幅を小さくできない。また、前駆体層４に対するエッチングの深さが深くなるに連れて、垂直エッチング深さ×０．６〜０．８の大きさのサイドエッチが入り、この点からも、深さ方向のエッチング量が制限され、残しパターンの高さを大きくできない。更に、塩素系のガスを使ったドライエッチングによる別の方法もあるが、この方法ではある程度の異方性エッチングが可能であるが、選択性のあるマスクがなく、選択比が低いため、マスクの断面プロフィール通りのエッチング形状となってしまい、垂直方向のエッチングが難しい。また、選択比が小さいので、当然深掘りは不可能である。また、上記の両方法ともに、前駆体層４の面内におけるエッチング量の分布も良くない。この点、本実施形態の上記レシピ（１），（２）に基づいて、エッチステップとデボステップとを交互に繰り返してボッシュプロセスのドライエッチングによれば、高アスペクト比、残しパターン幅の微細化、パターン転写の精度、パターンの再現性、及び、制御性の全ての点で上記両方法よりも優れた前駆体層４の加工を実現できる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
次に、図５〜図７を用いて、本発明の第２実施形態に係るセンサについて説明する。なお、第１実施形態の部位１〜３と、本実施形態の部位２０１〜２０３とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。
【００５５】
（第２実施形態に係る静電容量型センサの構成）
本実施形態に係る静電容量型センサ１０００は、図５に示すように、第１実施形態と同様の三次元構造体２００と、固定電極層２０４と、可動電極層２０５と、検知部２０６とを備えているものである。
【００５６】
多孔層（絶縁体層）２０２は、図６（ｂ）に示すように、上記孔２ａと同様の孔２０２ａを複数個並べた蜂の巣状の構造（ハニカム構造）を有しているものである。また、多孔層２０２は、図６（ｂ）に示すように、第１の基板２０１において多孔層２０２が形成されている側の面に達する凹状のキャビティ２０２ｂを有しているものである。これにより、第２の基板２０３の後述する錘部２０７ａは、図５（ａ）及び図６（ａ），（ｂ）に示すＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動が可能となっている。なお、Ｚ軸方向は、三次元構造体２００（多孔層２０２）の積層方向を示している。
【００５７】
第２の基板２０３は、図５（ａ）に示すように、可動部２０７と、この可動部２０７と対向する位置にＹ軸方向に沿って所定間隔をおいて配置された一対の固定部２０８とを有して構成されている。
【００５８】
可動部２０７は、図５（ａ）に示すように、矩形枠状をなす錘部２０７ａと、この錘部２０７ａの両端部からＸ軸方向に細長い矩形枠状に延びるとともに、錘部２０７ａに作用した外部からの加速度に応じて弾性変形可能な４つの梁部２０７ｂと、各梁部２０７ｂの端部に形成された柱状のアンカ部２０７ｃと、錘部２０７ａの両端部からＹ軸方向に夫々櫛歯状に延びる各８本の細幅状の櫛歯部２０７ｄと、を有して構成されている。図５（ａ）に示すように、可動部２０７においては、錘部２０７ａが各梁部２０７ｂとアンカ部２０７ｃとによって多孔層２０２に支持された所謂両持ち状に浮いた状態となっている。
【００５９】
固定部２０８は、図５（ａ）に示すように、上記錘部２０７ａの両端部からＹ軸方向に所定間隔をおいて位置する一対の細長い矩形枠状の基部２０８ａと、一対の基部２０８ａそれぞれの端部からＹ軸方向（内部側）に櫛歯状に延びる９本の細幅の櫛歯部２０８ｂとを有して構成されている。これらの櫛歯部２０８ｂは、上記各櫛歯部２０７ｄとＸ軸方向に所定間隔をおいて互いに隣り合って設けられている。
【００６０】
なお、本実施形態では、可動部２０７が、錘部２０７ａの両端部からＹ軸方向に夫々櫛歯状に延びる各８本の櫛歯部２０７ｄを有し、固定部２０８が、一対の基部２０８ａそれぞれの端部からＹ軸方向（内部側）に延びる９本の櫛歯部２０８ｂを有する例について述べたが、櫛歯部２０７ｄ及び櫛歯部２０８ｂの本数は、静電容量型センサ１０００で必要とされる感度に応じて適宜変更できる。ここで、変形例として、可動部２０７が、錘部２０７ａの両端部からＹ軸方向に夫々櫛歯状に延びる各７本以下、又は、各９本以上の櫛歯部２０７ｄを有していてもよく、固定部２０８が、一対の基部２０８ａそれぞれの端部からＹ軸方向（内部側）に延びる８本以下、又は、１０本以上の櫛歯部２０８ｂを有していてもよい。
【００６１】
固定電極層２０４は、Ａｌ、Ｃｕ、又はＰｔなどの金属からなる層であり、図５（ａ）に示すように、各固定部２０８において多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に形成されているものである。固定電極層２０４は、図６（ａ）に示すように、上記基部２０８ａにおいて多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に形成された電極配線用の電極パッド２０４ａと、上記櫛歯部２０８ｂに対応する位置に形成された櫛歯電極部２０４ｂと、を有している。
【００６２】
可動電極層２０５は、Ａｌ、Ｃｕ、又はＰｔなどの金属からなる層であり、図５（ａ）に示すように、可動部２０７において多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に形成されている。可動電極層２０５は、図６（ａ）に示すように、上記アンカ部２０７ｃにおいて多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に形成された電極配線用の電極パッド２０５ａと、上記櫛歯部２０７ｄにおいて多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に形成された櫛歯電極部２０５ｂと、を有している。
【００６３】
なお、上記の電極パッド２０４ａ、２０５ａは、平面的に四角形状に形成されるものでもよく、これ以外にも、例えば、三角形状等の多角形状若しくは円形状及び楕円形状等、種々の形状に形成できる。
【００６４】
検知部２０６は、図５（ｂ）に示すように、上記各電極パッド２０４ａ，２０５ａに接続されており、錘部２０７ａに外部からの加速度が作用した場合に、可動部２０７及び可動電極層２０５のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向への移動に応じて、櫛歯電極部２０４ｂ，２０５ｂの間に発生する静電容量の変化に基づいて、錘部２０７ａに作用した加速度の大きさ及び方向を検知するものである。検知部２０６は、静電容量の変化を電圧変化に変換して所定の出力に増幅するための容量−電圧変換部、フィルタ、及び、信号増幅部等が接続された構造を有しており、静電容量の変化を加速度の大きさ及び方向として取得することができる。
【００６５】
次に、静電容量型センサ１０００の動作について説明する。静電容量型センサ１０００では、櫛歯電極部２０４ｂ，２０５ｂの間にコンデンサが形成され、これらのコンデンサの静電容量が、錘部２０７ａに外部からの加速度が作用した場合に、可動部２０７及び可動電極層２０５のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向への移動に基づく櫛歯電極部２０５ｂの変位に応じて差動的に変化することになり、静電容量の変化を、錘部２０７ａに作用した加速度の大きさ及び方向として取得することができるものである。
【００６６】
（第２実施形態に係る静電容量型センサの製造方法）
次に、静電容量型センサ１０００の製造方法の一例について、図７を用いて説明する。
【００６７】
まず、第２の基板２０３において多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に、アルミニウム（Ａｌ）からなる固定電極層２０４及び可動電極層２０５の前駆体層２０９を蒸着又はスパッタ法などの方法を用いて形成する（図７（ａ）参照）。なお、図７（ａ）において、キャビティ２０２ｂ（図７（ｄ）参照）のすぐ脇にある多孔層２０２の側壁部は、略中央部分にキャビティ２０２ｂを形成するために、他の側壁部よりも横幅が予め厚くなっている。
【００６８】
次に、前駆体層２０９において第２の基板２０３が形成されている側の面と反対側の面にレジスト（図示せず）などのマスクパターンを形成した後、ウェットエッチング処理し、前駆体層２０９を固定電極層２０４及び可動電極層２０５の形状にパターニングする（図７（ｂ）参照）。これにより、固定電極層２０４及び可動電極層２０５が形成される。
【００６９】
続いて、第２の基板２０３において多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面側からのＤＥＥＰ ＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）によって、第２の基板２０３に可動部２０７及び固定部２０８を形成する（図７（ｃ）参照）。
【００７０】
最後に、可動部２０７の櫛歯部２０７ｄと固定部２０８の櫛歯部２０８ｂとの間（可動電極層２０５の櫛歯電極部２０５ｂと固定電極層２０４の櫛歯電極部２０４ｂとの間）に形成された隙間を利用したエッチングによって、多孔層２０２の略中央部分を除去する（図７（ｄ）参照）。これにより、多孔層２０２の略中央部分に凹状のキャビティ２０２ｂが形成される。
【００７１】
上記構成によれば、多孔層２０２の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板２０３の可動部２０７及び固定部２０８において多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面にそれぞれ可動電極層２０５及び固定電極層２０４を形成した場合に、可動電極層２０５及び固定電極層２０４と、第１の基板２０１との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、静電容量型センサ１０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、静電容量型センサ１０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００７２】
上記構成によれば、第２の基板２０３と多孔層２０２とによって、固定電極層２０４及び可動電極層２０５と、第１の基板２０１との電気的な結合を切り離すことができるため、固定電極層２０４及び可動電極層２０５と、第１の基板２０１との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、静電容量型センサ１０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、静電容量型センサ１０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００７３】
＜第３実施形態＞
次に、図８を用いて、本発明の第３実施形態に係るセンサについて説明する。なお、第１実施形態の部位１〜３と、本実施形態の部位３０１〜３０３とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。なお、図８（ａ）は、保護膜３０８を除去して、発熱用ヒータ３０４及びサーモパイル３０５，３０６を露出させた状態を示している。また、図８（ａ）中の矢印は、流体の流れる方向を示している。なお、図８（ａ）においては、説明の都合上、キャビティ３０２ｂの外形を第２の基板３０３において多孔層３０２が形成されている側の面と反対側の面から透視した仮想線（一点鎖線）によって表している。
【００７４】
（第３実施形態に係るＭＥＭＳフローセンサの構成）
本実施形態に係るＭＥＭＳフローセンサ２０００は、図８に示すように、第１実施形態と同様の三次元構造体３００と、発熱用ヒータ３０４と、一対のサーモパイル（測温体）３０５，３０６と、検知部３０７とを備えているものである。
【００７５】
多孔層（絶縁体層）３０２は、図８（ｂ）に示すように、上記孔２ａと同様の孔３０２ａを複数個並べた蜂の巣状の構造（ハニカム構造）を有しているものである。多孔層３０２の孔３０２ａ内は、１０−３Ｐａ以下の減圧状態で真空封止されている。これにより、各孔３０２ａの内部、より具体的に、各孔３０２ａと第２の基板２０３とで囲まれた空間は、キャビティ３０２ｂと三次元構造体３００の外部との熱伝達経路を断つ断熱部としての役割を有するものである。また、多孔層３０２は、図８（ｂ）に示すように、第２の基板３０３が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティ３０２ｂを有しているものである。キャビティ３０２ｂは、第１の基板３０１の側から第２の基板３０３の側に向かうに連れて幅が広くなる台形状に形成されているものである。
【００７６】
第２の基板３０３は、キャビティ３０２ｂの開口端を覆う位置に形成され、キャビティ３０２ｂが形成されている側の面と反対側の面に形成された薄膜状の橋架部３０３ａを有しているものである。橋架部３０３ａは、キャビティ３０２ｂによって多孔層３０２と断熱されている。
【００７７】
発熱用ヒータ３０４は、ポリシリコンなどの多結晶シリコンからなるものであって、図８（ａ）に示すように、その一端部が橋架部３０３ａの略中央部に配置されている。
【００７８】
サーモパイル３０５，３０６は、例えばポリシリコン／アルミニウムからなる熱電対によって構成されており、図８（ａ）に示すように、第２の基板３０３において多孔層３０２が形成されている側の面と反対側の面に配置されている。サーモパイル３０５，３０６は、発熱用ヒータ３０４を挟むようにして、流体の上流側と下流側の対称な位置にそれぞれ配置されている。サーモパイル３０５，３０６は、橋架部３０３ａの縁を横切るようにして配置されたポリシリコンからなる第１の細線３０５ａ，３０６ａと、アルミニウムからなる第２の細線３０５ｂ，３０６ｂとを有しているものである。図８（ａ）に示すように、第１の細線３０５ａ，３０６ａ及び第２の細線３０５ｂ，３０６ｂは、交互かつ平行に配線されている。
【００７９】
サーモパイル３０５は、図８（ａ）に示すように、橋架部３０３ａの内側において第１の細線３０５ａと第２の細線３０５ｂとの接続点として構成された温接点３０５ｃと、橋架部３０３ａの外側において第１の細線３０５ａと第２の細線３０５ｂとの接続点として構成された冷接点３０５ｄとを有しているものである。同様に、サーモパイル３０６は、図８（ａ）に示すように、橋架部３０３ａの内側において第１の細線３０６ａと第２の細線３０６ｂとの接続点として構成された温接点３０６ｃと、橋架部３０３ａの外側において第１の細線３０６ａと第２の細線３０６ｂとの接続点として構成された冷接点３０６ｄとを有しているものである。つまり、図８（ａ）に示すように、三次元構造体３００の積層方向から見た場合に、温接点３０５ｃ，３０６ｃは、橋架部３０３ａ（キャビティ３０２ｂ）の内側に配置されており、冷接点３０５ｄ，３０６ｄは、橋架部３０３ａ（キャビティ３０２ｂ）よりも外側に配置されている。これにより、温接点３０５ｃ，３０６ｃは、薄膜状の橋架部３０３ａにおいてキャビティ３０２ｂが形成されている側の面と反対側の面に配置されているので、熱容量が小さく、流体に触れると敏感に温度が変化するが、冷接点３０５ｄ，３０６ｄは、第２の基板３０３の橋架部３０３ａを除く厚膜部分において多孔層３０２が形成されている側の面と反対側の面に配置されているので、流体と接触しても温度が変化し難くなっている。
【００８０】
発熱用ヒータ３０４及び第１の細線３０５ａ，３０６ａには、１．０×１０１９（ions ／cm３）の燐（Ｐ）がドーピングされているものである。また、発熱用ヒータ３０４及びサーモパイル３０５，３０６は、保護膜３０８で覆われているものである。また、図８（ａ）〜（ｃ）中の各符号３０９〜３１１は、それぞれ、発熱用ヒータ３０４及びサーモパイル３０５，３０６を検知部３０７に電気配線を介して接続するための電極パッドを示している。
【００８１】
検知部３０７は、電極パッド３０９〜３１１を介して発熱用ヒータ３０４及びサーモパイル３０５，３０６のそれぞれと接続されており、発熱用ヒータ３０４に電流を流して発熱させながら、流体の移動に応じたサーモパイル３０５，３０６の出力電圧値の変化に基づき、流体の流量を検知するものである。
【００８２】
次に、ＭＥＭＳフローセンサ２０００の動作について説明する。ＭＥＭＳフローセンサ２０００では、流体の流れていない無風時には、サーモパイル３０５の出力電圧とサーモパイル３０６の出力電圧とは等しいが、図８（ａ）の矢印方向に、上流側から下流側に向けて流体が移動した場合、上流側のサーモパイル３０５の温接点３０５ｃは冷却されて降温し、出力電圧が小さくなる。一方、流体によって運ばれる熱で下流側のサーモパイル３０６の温接点３０６ｃは温度上昇し、出力電圧が大きくなる。従って、検知部３０７は、サーモパイル３０５，３０６の出力電圧値の変化に基づき、サーモパイル３０５，３０６の計測温度を演算することで、流体の流量を検知することができるものである。
【００８３】
上記構成によれば、多孔層３０２の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板３０３において多孔層３０２が形成されている側の面と反対側の面にサーモパイル３０５，３０６を配置した場合に、第２の細線３０５ｂ，３０６ｂと、第１の基板３０１との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、ＭＥＭＳフローセンサ２０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、ＭＥＭＳフローセンサ２０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００８４】
上記構成によれば、第２の基板３０３と多孔層３０２とによって、第２の細線３０５ｂ，３０６ｂと、第１の基板３０１との電気的な結合を切り離すことができるため、第２の細線３０５ｂ，３０６ｂと、第１の基板３０１との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、ＭＥＭＳフローセンサ２０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、ＭＥＭＳフローセンサ２０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００８５】
上記構成によれば、多孔層３０２の孔３０２ａ内が、１０−３Ｐａ以下の減圧状態で真空封止されているため、各孔３０２ａの断熱部としての性能を向上させることができる。これにより、キャビティ３０２ｂと三次元構造体３００の外部との熱伝達経路をより確実に断つことができ、サーモパイル３０５、３０６の出力電圧値の精度を向上させることができる点で特に有効である。
【００８６】
＜第４実施形態＞
次に、図９を用いて、本発明の第４実施形態に係るセンサについて説明する。なお、第１実施形態の部位１〜３と、本実施形態の部位４０１〜４０３とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。なお、図９（ａ）においては、説明の都合上、キャビティ４０２ｂの外形を第２の基板４０３において多孔層４０２が形成されている側の面と反対側の面から透視した仮想線（点線）によって表している。同様に、図９（ａ）においては、説明の都合上、蓋部材４０４の各内壁面４０４ｂを蓋部材４０４において第１の固定電極層４０５が形成されている側の面から透視した仮想線（破線）によって表している。
【００８７】
（第４実施形態に係る静電容量型センサの構成）
本実施形態に係る静電容量型センサ３０００は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、第１実施形態と同様の三次元構造体４００と、蓋部材４０４と、第１の固定電極層４０５と、第２の固定電極層４０６と、検知部４０７とを備えているものである。
【００８８】
多孔層（絶縁体層）４０２は、図９（ｂ）に示すように、上記孔２ａと同様の孔４０２ａを複数個並べた蜂の巣状の構造（ハニカム構造）を有しているものである。また、多孔層４０２は、図９（ｂ）に示すように、第２の基板４０３が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティ４０２ｂを有しているものである。各孔４０２ａ及びキャビティ４０２ｂは、第１の基板４０１と第２の基板４０３とによって気密状態で封止されており、各孔４０２ａ及びキャビティ４０２ｂと、第２の基板４０３とで囲まれた各空間内は、蓋部材４０４に印加された圧力の検出に適した雰囲気環境（気密状態）で維持されている。
【００８９】
第２の基板４０３は、図９（ｂ）に示すように、一様な厚さの薄膜状に加工された平板として形成されている。また、第２の基板４０３は、図９（ａ）中に点線で示すキャビティ４０２ｂと同じ位置に形成された略中央部分（以下、橋架部という）を有しているものである。そして、該橋架部によって、キャビティ４０２ｂの開口端が覆われている。ここで、「キャビティ４０２ｂの開口端を覆う」とは、キャビティ４０２ｂ内を外気に対して気密状態に保つこと、を意味する。
【００９０】
蓋部材４０４は、ケイ素などの半導体材料からなるものであり、図９（ａ），（ｂ）に示すように、第２の基板４０３において多孔層４０２が形成されている側と反対側の面において凹状に形成されているものである。図９（ａ）に示すように、蓋部材４０４は、三次元構造体４００の積層方向から見た場合に、少なくとも橋架部（キャビティ４０２ｂ）の全体を覆うように配置されているものである。また、図９（ｂ）に示すように、蓋部材４０４の内部には、外部に連通するとともに、三次元構造体４００の積層方向に対して垂直方向に延びる略直方体状の連通孔４０４ａが形成されている。これにより、連通孔４０４ａの内部は、外気圧と等しい圧力で維持されている。また、図９（ｂ）に示すように、蓋部材４０４において連通孔４０４ａを両側から挟むようにして対向する一対の内壁面４０４ｂは、キャビティ４０２ｂよりも外側に設けられている。これにより、橋架部は、連通孔４０４ａの内部において、蓋部材４０４に妨げられることなく、三次元構造体４００の積層方向に沿う方向に移動可能となっている。
【００９１】
第１の固定電極層４０５は、Ａｌ、Ｃｕ、又はＰｔなどの金属からなる層であり、図９（ｂ）に示すように、蓋部材４０４において第２の基板４０３が形成されている側の面と反対側の面に形成されている。
【００９２】
第２の固定電極層４０６は、Ａｌ、Ｃｕ、又はＰｔなどの金属からなる層であり、図９（ｂ）に示すように、第２の基板４０３において多孔層４０２が形成されている側の面と反対側の面に形成されている。また、図９（ａ）に示すように、第２の固定電極層４０６は、三次元構造体４００の積層方向から見た場合に、蓋部材４０４よりも外側に配置されている
【００９３】
検知部４０７は、図９（ｂ）に示すように、第１の固定電極層４０５及び第２の固定電極層４０６に接続されており、連通孔４０４ａの内部圧力（外気圧）とキャビティ４０２ａの内部圧力との圧力差に基づく圧力変動に応じて、橋架部が三次元構造体４００の積層方向に沿ってキャビティ４０２ａに近づく側に凹み、或いは、キャビティ４０２ａから離れる側に凸状に膨らむことに伴い、蓋部材４０４と橋架部との距離が変化した際に、第１の固定電極層４０５と第２の固定電極層４０６との間に発生する静電容量の変化に基づいて、橋架部に作用した圧力値を検知するものである。検知部４０７は、静電容量の変化を電圧変化に変換して所定の出力に増幅するための容量−電圧変換部、フィルタ、及び、信号増幅部等が接続された構造を有しており、静電容量の変化を圧力値として取得することができる。
【００９４】
次に、静電容量型センサ３０００の動作について説明する。静電容量型センサ３０００では、第１の固定電極層４０５と第２の固定電極層４０６との間にコンデンサが形成され、このコンデンサの静電容量が、連通孔４０４ａの内部圧力（外気圧）とキャビティ４０２ａの内部圧力との圧力差に起因した橋架部の変位に応じて、差動的に変化することになり、静電容量の変化を、橋架部に作用した圧力値として取得することができるものである。
【００９５】
上記構成によれば、多孔層４０２の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、蓋部材４０４において第２の基板４０３が形成されている側の面と反対側の面、及び、第２の基板４０３において多孔層４０２が形成されている側の面と反対側の面に、それぞれ、第１の固定電極層４０５及び第２の固定電極層４０６を形成した場合に、第１の固定電極層４０５及び第２の固定電極層４０６と、第１の基板４０１との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、静電容量型センサ３０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、静電容量型センサ３０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００９６】
更に、上記構成によれば、第２の基板４０３と多孔層４０２とによって、蓋部材４０４において第２の基板４０３が形成されている側の面と反対側の面に形成された第１の固定電極層４０５、及び、第２の基板４０３において多孔層４０２が形成されている側の面と反対側の面に形成された第２の固定電極層４０６と、第１の基板４０１との電気的な結合を切り離すことができるため、第１の固定電極層４０５及び第２の固定電極層４０６と、第１の基板４０１との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、静電容量型センサ３０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、静電容量型センサ３０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００９７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。例えば、第１実施形態において、正六角形状の孔を複数個並べたハニカム構造を有するフォトマスクのマスクパターン（図３参照）に代えて、図１０に示す各マスクパターンのいずれかを三次元構造体の製造工程で使用してもよい。これにより、三次元構造体の用途又は使用状況に応じて、より具体的には、第１の基板１又は第２の基板３と、多孔層２との接触面積を小さくする度合い等に応じて、多孔層２の孔を種々の形状に形成することができる。なお、図１０（ａ）は、正方形（正四角形）状の孔を複数個並べた構造を有するフォトマスクのマスクパターンを示している。また、図１０（ｂ）は、正三角形状の孔を複数個並べた構造を有するフォトマスクのマスクパターンを示している。また、図１０（ｃ）は、真円形状の孔を複数個並べた構造を有するフォトマスクのマスクパターンを示している。
【００９８】
また、図１０（ｄ）は、長方形状の孔を複数個並べた構造を有するフォトマスクのマスクパターンを示している。このマスクパターンを使用した前駆体層４の加工によれば、第１の基板１において絶縁体層２が形成される側の面において、シリコンとして残る凸部分と、シリコンが掘られるトレンチ部分とが予め定められた比率で左右方向に連続的に並んだ凹凸状のトレンチ構造を形成することができる。なお、凸部分の幅（＝トレンチライン）と、トレンチ部分の幅（＝スペース）との比は、後の熱酸化工程（図２（ｃ）参照）が可能なように、例えば、１：１．１としておくことが好ましい。
【００９９】
また、第２実施形態では、可動電極層２０５と、この可動電極層２０５と対向する位置にＹ軸方向に沿って所定間隔をおいて配置された一対の固定電極層２０４との組み合わせによる３つの部位からなる櫛歯型電極層を用いて静電容量型センサ１０００を構成する例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、一対の可動電極層と固定電極層、つまり、２つの部位からなる電極層を用いて静電容量型センサを構成できる。これにより、部品点数を減らすことができ、静電容量型センサの製造コストを低減できる。
【０１００】
また、第２実施形態では、図７（ａ）〜（ｄ）に示す各工程を順に行うことにより、静電容量型センサ１０００を製造する例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、以下の工程（１）〜（５）、つまり、（１）第１の基板２０１に多孔層層２０２を形成する工程、（２）多孔層２０２及び第１の基板２０１の略中央部分にキャビティを貫通エッチングで形成する工程、（３）多孔層２０２に第２の基板２０３を接合する工程、（４）第２の基板２０３に固定電極層２０４及び可動電極層２０５を形成する工程、（５）第２の基板２０３を櫛歯形状にエッチングする工程、を順に行うことによっても静電容量型センサを製造できる。これにより、第１の基板２０１の略中央部分を貫通させることで、静電容量型センサ全体の軽量化（コンパクト化）を図ることができる。
【０１０１】
また、第３実施形態では、三次元構造体３００をＭＥＭＳフローセンサ２０００に適用する例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、三次元構造体３００を、検出対象の温度分布を画像化して表示する赤外線イメージセンサ等に適用してもよい。
【０１０２】
なお、上記各実施形態における三次元構造体は、センサにだけでなく、微小なアクチュエータの一部に使用することも可能であるとともに、その他の微小なデバイスの一部に用いることが可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１、２０１、３０１、４０１ 第１の基板
２、２０２、３０２、４０２ 多孔層（絶縁体層）
２ａ、２０２ａ、３０２ａ、４０２ａ 孔
３、２０３、３０３、４０３ 第２の基板
４、５、２０９ 前駆体層
１００、２００、３００、４００ 三次元構造体
２０２ｂ、３０２ｂ、４０２ｂ キャビティ
２０４ 固定電極層
２０４ａ、２０５ａ、３０９〜３１１ 電極パッド
２０４ｂ、２０５ｂ 櫛歯電極部
２０５ 可動電極層
２０６、３０７、４０７ 検知部
２０７ 可動部
２０７ 錘部
２０７ｂ 梁部
２０７ｃ アンカ部
２０７ｄ、２０８ｂ 櫛歯部
２０８ 固定部
２０８ａ 基部
３０３ａ 橋架部
３０４ 発熱用ヒータ
３０５、３０６ サーモパイル（測温体）
３０５ａ、３０５ｂ 第１の細線
３０５ｃ、３０６ｃ 温接点
３０５ｄ、３０６ｄ 冷接点
３０６ａ、３０６ｂ 第２の細線
３０８ 保護膜
４０４ 蓋部材
４０４ａ 連通孔
４０４ｂ 内壁面
４０５ 第１の固定電極層
４０６ 第２の固定電極層
１０００、３０００ 静電容量型センサ（センサ）
２０００ ＭＥＭＳフローセンサ（センサ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元構造体、及び、該三次元構造体を用いたセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記特許文献１に代表されるように、ハードマスクを用いることなく作製できる構造体の製造方法が公知となっている。なお、この特許文献１に開示されている構造体の製造方法は、無機ＳＯＧ（Spin-on glass）をマスクとして用いて、有機ＳＯＧをエッチングできるという特質、つまり、焼成すれば、酸化ケイ素となりうる２つの材料のエッチングレート比が異なるという特質、を利用して有機ＳＯＧを加工し、高温で焼成することにより、酸化ケイ素（ＳｉＸＯＹ）、例えば、ＳｉＯ２を有する構造体を形成するというものである。より具体的には、下記特許文献１の図１（ａ）に示されるように、基板１００の上に、有機ＳＯＧからなる第一の層１１０が形成され、その上にパターニングされた無機ＳＯＧからなる第二の層１２０が形成される。次に、下記特許文献１の図１（ｂ）に示されるように、無機ＳＯＧからなる第二の層１２０をマスクとして、有機ＳＯＧからなる第一の層１１０のエッチングが行なわれる。最後に、下記特許文献１の図１（ｃ）に示されるように、有機ＳＯＧからなる第一の層１１０と、無機ＳＯＧからなる第二の層１２０とを焼成して、酸化ケイ素２００（例えば、ＳｉＯ２）を有した構造体が製造されている。なお、下記特許文献１には、この酸化ケイ素２００、つまり、酸化膜用ＳＯＧの膜厚についての具体的な数値は示されていない。
【０００３】
ただし、市販の酸化膜用ＳＯＧ（東京応化工業（株）製 ＯＣＤ−Ｔ７（商品名）、アドビュクＳｉＯ２ ７００（商品名））では、酸化膜用ＳＯＧの最大膜厚が、それぞれ、０．５μｍ、０．１２μｍとなっていることから、無機ＳＯＧ及び有機ＳＯＧを用いて製造可能な酸化膜用ＳＯＧ膜厚の最大膜厚は１μｍが限界と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７８６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の酸化膜用ＳＯＧ（酸化ケイ素２００）上に、電極を含むセンサデバイスを設けた場合、ベースとなる基板１００で発生する寄生容量（素子構造に寄生して存在する意図しない静電容量）がセンサ感度を低下させる要因となる。したがって、センサデバイスと基板１００とを電気的に切り離す必要がある。
【０００６】
センサデバイスと基板１００とを電気的に切り離す手段として、比誘電率がシリコンより小さく、絶縁耐力の大きい酸化膜でセンサデバイスと基板１００とを切り離すことができるが、電気的な結合を少なくするためには酸化膜の厚さを厚くする必要がある。しかしながら、酸化膜の成膜には高温の条件が必要であり、高温で成膜し、室温に戻した場合、シリコン（Ｓｉ）と酸化膜（ＳｉＯ２）との線膨張率の差により、全体で反りが生じてしまう場合がある。これにより、センサを構成する構造物に歪みなどが生じることがあり、センサ感度の低下につながるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、センサデバイスと基板との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができるとともに、センサデバイスと基板との電気的な結合を切り離すことによるセンサデバイスと基板との間の電気絶縁性を従来よりも向上することのできる三次元構造体、及び、該三次元構造体を用いたセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１） 本発明の三次元構造体は、第１の基板と、前記第１の基板の一方の面に形成された絶縁体層と、前記絶縁体層において前記第１の基板が形成されている側の面と反対側の面に形成された第２の基板とを備え、前記絶縁体層の厚さが、１μｍよりも大きいことを特徴とするものである。
【０００９】
上記（１）の構成によれば、絶縁体層の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に電極を含むセンサデバイスを設けた場合に、センサデバイスと第１の基板との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。
【００１０】
更に、上記（１）の構成によれば、第２の基板において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に電極を含むセンサデバイスを設けた場合に、絶縁体層によって、センサデバイスと第１の基板との電気的な結合を切り離すことができるため、センサデバイスと第１の基板との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。
【００１１】
なお、本発明中の「絶縁体層の厚さ」は、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。本発明の三次元構造体において、絶縁体層の厚さを２０μｍ以上とした場合には、実用上、寄生容量がないとみなして使用することが可能な場合がある。
【００１２】
（２） 上記（１）の三次元構造体においては、前記絶縁体層は多孔層として形成されており、前記多孔層における各孔の積層方向に対する断面形状が、多角形状又は円形状であることが好ましい。
【００１３】
上記（２）の構成によれば、多孔層における各孔の積層方向に対する断面形状が、多角形状又は円形状である構造とすることで、第１の基板又は第２の基板と、多孔層との接触面積を小さくしつつ、多孔層の強度を確保した状態で、第１の基板又は第２の基板と、多孔層との熱膨張率の差による構造体全体の反りを抑制することができる。これにより、三次元構造体への局所的な応力集中を抑制することができる。
【００１４】
（３） 上記（２）の三次元構造体においては、前記多角形状は、三角形状、四角形状、及び、六角形状のいずれかであることが好ましい。
【００１５】
上記（３）の構成によれば、三次元構造体の用途又は使用状況に応じて、より具体的には、第１の基板又は第２の基板と、多孔層との接触面積を小さくする度合い等に応じて、多孔層の孔を種々の形状に形成することができる。
【００１６】
（４） 上記（２）又は（３）の三次元構造体においては、前記第１の基板と前記第２の基板とで前記孔のそれぞれを真空状態で封止していることが好ましい。
【００１７】
上記（４）の構成によれば、第１の基板と第２の基板とで孔のそれぞれを真空状態で封止することによって、外部からの熱伝達経路を断つことができ、三次元構造体の断熱性又は耐熱性を確保することができる。
【００１８】
なお、本発明の三次元構造体をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）フローセンサに適用した場合、より具体的には、多孔層において第２の基板が形成されている側の面にキャビティを形成し、該キャビティの開口端に第２の基板を介して測温体（サーモパイル）を配置したような場合には、多孔層の各孔、より具体的には、各孔と第２の基板とで囲まれた空間の断熱性を向上させることができ、上記キャビティと三次元構造体の外部との熱伝達経路がより確実に断たれることで、測温体の測温精度を向上させることができる点で特に有効である。
【００１９】
なお、本発明中の「真空状態で封止する」とは、例えば、三次元構造体の製造過程において、多孔層が形成された第１の基板と、第２の基板の前駆体層との位置を合わせた状態でチャンバー内に配置し、チャンバー内を例えば１０−３Ｐａ以下の減圧状態で維持することが含まれる。
【００２０】
（５） 本発明のセンサは、上記（１）〜（４）のいずれかの三次元構造体、可動電極層、及び、固定電極層を備えたセンサであって、前記第２の基板が、外部からの加速度に応じて弾性変形可能な梁部と、該梁部を介して前記絶縁体層に支持された錘部とを有し、前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に前記可動電極層が形成された可動部と、前記可動部と所定間隔をおいて対向する位置に設けられ、前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に前記固定電極層が形成された固定部とを備え、前記絶縁体層の積層方向をＺ軸とした際、前記絶縁体層が、前記可動部及び前記可動電極層をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動可能とする凹状のキャビティを備えていることを特徴とするものである。なお、例えば、前記センサに検知部を設け、前記可動部及び前記可動電極層に外部から加速度が作用した場合に、前記可動電極層と前記固定電極層との間に発生する静電容量の変化に基づいて、前記可動部と前記固定電極層とに作用した加速度の大きさ及び方向を検知するようにしてもよい。
【００２１】
上記（５）の構成によれば、絶縁体層の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板の可動部及び固定部において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面にそれぞれ可動電極層及び固定電極層を形成した場合に、可動電極層及び固定電極層と、第１の基板との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００２２】
更に、上記（５）の構成によれば、第２の基板（可動部及び固定部）と絶縁体層とによって、可動部において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に形成された可動電極層、及び、固定部において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に形成された固定電極層と、第１の基板との電気的な結合を切り離すことができるため、固定電極層及び可動電極層と、第１の基板との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００２３】
なお、本発明中の「固定電極層及び可動電極層」とは、例えば、その一部が櫛歯状に形成された固定電極層及び可動電極層が含まれる。
【００２４】
（６） 本発明のセンサは、上記（１）〜（４）のいずれかの三次元構造体、発熱用ヒータ、及び、前記発熱用ヒータを挟んで流体の上流側及び下流側にそれぞれ配置された一対の測温体を備えたセンサであって、前記絶縁体層が、前記第２の基板が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティを備え、前記第２の基板が、前記キャビティの開口端を覆う位置に形成され、前記キャビティ側の面と反対側の面に前記発熱用ヒータが配置される橋架部を備え、前記測温体のそれぞれが、前記第２の基板において前記絶縁体層側の面と反対側の面に配置されるとともに、前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、前記橋架部の内側に配置された温接点と、前記橋架部よりも外側に配置された冷接点とを備えていることを特徴とするものである。なお、例えば、前記センサに検知部を設け、上流側から下流側に向けて流体が移動した場合に、上流側の測温体の温接点が冷却されて降温し、一方、流体によって運ばれる熱で下流側の測温体の温接点が温度上昇する特性を利用して、検知部が、測温体の測温結果に基づいて、流体の流量を検知するようにしておいてもよい。
【００２５】
上記の構成（６）によれば、絶縁体層の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に一対の測温体を配置した場合に、各測温体と、第１の基板との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００２６】
更に、上記（６）の構成によれば、第２の基板と絶縁体層とによって、各測温体と、第１の基板との電気的な結合を切り離すことができるため、各測温体と、第１の基板との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００２７】
加えて、上記（６）の構成によれば、第１の基板と第２の基板とで多孔層の孔のそれぞれ、及び、キャビティを真空状態で封止することによって、各孔及びキャビティの断熱部としての性能を向上させることができる。この結果、第１の基板と第２の基板との熱伝達経路を断つことにより、各測温体へのセンサ全体の取り付け部からの熱伝達が防がれ、センサとしての検知精度を向上させることができる。
【００２８】
（７） 本発明のセンサは、上記（１）〜（４）のいずれかの三次元構造体、半導体材料からなる蓋部材、第１の固定電極層、及び、第２の固定電極層を備えたセンサであって、前記絶縁体層が、前記第２の基板が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティを備え、前記第２の基板が、前記キャビティの開口端を覆う位置に形成された橋架部を備え、前記蓋部材が、前記第２の基板における前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面において凹状に形成され、且つ、前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、少なくとも前記橋架部の全体を覆うように配置されるとともに、少なくとも外部と連通する連通孔を有しており、前記第１の固定電極層が、前記蓋部材において前記第２の基板が形成されている側の面と反対側の面に形成され、前記第２の固定電極層が、前記第２の基板において前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に形成されるとともに、前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、前記蓋部材よりも外側に配置されていることを特徴とするものである。なお、例えば、前記センサに検知部を設け、前記錘部に外部からの圧力が作用した場合に、前記第１の固定電極層と前記第２の固定電極層との間に発生する静電容量の変化に基づいて、前記橋架部に加わった圧力値を検知するようにしてもよい。
【００２９】
上記（７）の構成によれば、絶縁体層の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、蓋部材において前記第２の基板が形成されている側の面と反対側の面、及び、第２の基板において前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に、それぞれ、第１の固定電極層及び第２の固定電極層を形成した場合に、第１の固定電極層及び第２の固定電極層と、第１の基板との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００３０】
更に、上記（７）の構成によれば、第２の基板と絶縁体層とによって、蓋部材において第２の基板が形成されている側の面と反対側の面に形成された第１の固定電極層、及び、第２の基板において絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に形成された第２の固定電極層と、第１の基板との電気的な結合を切り離すことができるため、第１の固定電極層及び第２の固定電極層と、第１の基板との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、センサの感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、センサとしての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００３１】
なお、本発明中の「キャビティの開口端を覆う」とは、キャビティ内を外気に対して気密状態に保つこと、を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元構造体の概略図であって、（ａ）が上視図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ線の矢視断面図である。
【図２】三次元構造体の製造方法の一例を示す図である。
【図３】三次元構造体の製造工程で使用するフォトマスクのマスクパターンの一例を示す上視図である。
【図４】前駆体層にドライエッチングを実施した状態を示すＳＥＭ（顕微鏡写真）写真である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るセンサの概略図であって、（ａ）が斜視図、（ｂ）が電極パッドと検知部との接続関係を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るセンサの概略図であって、（ａ）が上視図、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ線の矢視断面図である。
【図７】センサの製造方法の一例を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るセンサの概略図であって、（ａ）が上視図、（ｂ）が（ａ）のＣ−Ｃ線の矢視断面図、（ｃ）が電極パッドと検知部との接続関係を示すブロック図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係るセンサの概略図であって、（ａ）が上視図、（ｂ）が（ａ）のＤ−Ｄ線の矢視断面図である。
【図１０】三次元構造体の製造工程で使用するマスクパターンの別の一例を示す上視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
＜第１実施形態＞
以下、図１〜図４を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る三次元構造体について説明する。
【００３４】
（第１実施形態に係る三次元構造体の構成）
図１（ａ），（ｂ）に示すように、三次元構造体１００は、第１の基板１と、多孔層（絶縁体層）２と、第２の基板３と、を備えているものである。なお、図１（ａ）においては、説明の都合上、多孔層２の外形を第２の基板３において多孔層２が形成されている側の面と反対側の面から透視した仮想線（点線）によって表している。
【００３５】
第１の基板１は、ケイ素などの半導体からなるものである。
【００３６】
多孔層２は、二酸化ケイ素などの絶縁体からなる層であり、第１の基板１の一方の面に形成されているものである。また、多孔層２は、ハニカム構造（Honeycomb）、つまり、正六角形状の孔２ａを複数個並べた蜂の巣状の構造を有しているものである。また、多孔層２の厚さは、１μｍよりも大きくなっている。なお、多孔層２の厚さは、３μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。
【００３７】
第２の基板３は、ケイ素などの半導体からなるものであり、多孔層２において第１の基板１が形成されている側の面と反対側の面に形成されているものである。
【００３８】
（第１実施形態に係る三次元構造体の製造方法）
次に、三次元構造体１００の製造方法の一例について、図２〜図４を用いて説明する。
【００３９】
まず、ベースとなるケイ素からなる板状材料（例えば、シリコンウェハー）を第１の基板１の前駆体層４として準備する（図２（ａ）参照）。
【００４０】
次に、前駆体層４の一方の面にハニカム状のドライエッチングを行い、第１の基板１を作成する（図２（ｂ）参照）。この工程では、まず、フォトマスクを製作する。このフォトマスクのマスクパターンは、図３に示すように、上記ハニカム構造を有している。正六角形状の孔の各辺の長さは１０．４μｍの寸法を有しており、孔において互いに対向する内壁面間の距離は１８μｍの寸法を有しており、互いに隣り合う孔の辺と辺との間の距離、つまり、残しパターン（ハニカム構造の枠）の幅厚は２μｍの寸法を有している。
【００４１】
次に、前駆体層４の一方の面にフォトレジストを塗布し、露光により現像液への溶解性が変化するフォトレジストの特性に基づき、フォトレジスタにフォトマスクの画像を転写する。続いて、ドライエッチングに用いる第１のガスとして、ＳＦ６（６フッ化硫黄）で深さ方向へのドライエッチング（以下、エッチステップ）と、第２のガスとして、フッ素系のＣ４Ｆ８（クタフルオロシクロブタン）で重合物（ＣＦ２）ｎによる側壁面の保護（以下、デボステップ）を行い、エッチステップとデボステップとを交互に繰り返してボッシュプロセスのドライエッチングを行う。ここでは、ハニカム構造において互いに隣り合う孔の間隔（幅厚）が２μｍとなるように維持しつつ、前駆体層４を所定の深さまでエッチングする。なお、以下に、エッチステップ及びデボステップの各レシピ（１），（２）を示す。
【００４２】
（１）エッチステップ−コイル電源；１５００Ｗ、エッチステップ時間；１．５秒、ＳＦ６（６フッ化硫黄）の流量；４００ｓｃｃｍ（standard cc/min）、エッチステップ時の圧力；５Ｐａ、プラテン電源；７０Ｗ（ｄｕｔｙ １０％、１００Ｈｚ)
（２）デボステップ−コイル電源；１５００Ｗ、デボステップ時間；１．５秒、Ｃ４Ｆ８（クタフルオロシクロブタン）の流量；４００ｓｃｃｍ（standard cc/min）、デボステップ時の圧力；１０Ｐａ、プラテン電源；０Ｗ
なお、上記ｓｃｃｍ（standard
cc/min）は、１気圧、０℃に換算した場合の流量を示している。
【００４３】
なお、上記各レシピ（１），（２）で、前駆体層４にドライエッチングを実施した状態を示すＳＥＭ写真を下記の図４に示す。図４に示すように、ハニカム構造において互いに隣り合う孔間の間隔（幅厚）は均一な２μｍの寸法を有している。
【００４４】
なお、ボッシュプロセスでのエッチング量の面内分布はマスクパターンのサイズにより異なるが、通常１〜５％の誤差範囲内に収めることが可能であり、本製造工程では、３％の誤差となった。また、前駆体層４に対する深さ方向のエッチング量の限度とてしては、残しパターンの幅等により異なるが、アスペクト比（深さ方向のエッチング量と残しパターン幅の比）を２０以上に確保することが可能である。つまり、残しパターン幅が２μｍの場合であれば、深さ方向のエッチング量（残しパターンの高さ）を４０μｍ
以上確保することが可能である。また、残しパターン幅の寸法、及び、アスペクト比等を考慮すれば、上記レシピ（１），（２）以外にも、コイル電源；１０００Ｗ〜２５００Ｗ、エッチステップ時間又はデボステップ時間；１秒〜８秒、エッチステップ時又はデボステップ時の圧力；３Ｐａ〜１５Ｐａ、プラテン電源；１５Ｗ〜１５０Ｗ（ｄｕｔｙ
５％〜３０％、６０Ｈｚ〜１００Ｈｚ)でのレシピを使用できる。
【００４５】
続いて、第１の基板１の一方の面に熱酸化処理を施す（図２（ｃ）参照）。この熱酸化は、ウェット酸化で、例えば１０００℃の温度条件下で３００分間実施される。これにより、図１（ｂ）に示す多孔層２が第１の基板１の一方の面に形成される。
【００４６】
そして、多孔層２と、第２の基板３の前駆体層５とを直接接合する（図２（ｄ）参照）。この接合は、多孔層２において第１の基板１が形成されている側の接合面と前駆体層５の一方の接合面とに、硫酸過水洗浄で水酸基を付着し、多孔層２と前駆体層５の各接合面を合わせ、表面間引力により接合する。また、この接合は、真空中での真空封止又は大気中での大気圧封止による加圧処理、及び、２００℃〜１０００℃の温度条件下での加熱処理によって行われる。より具体的に、多孔層２の孔２ａ内を真空状態で封止する場合には、多孔層２が形成された第１の基板１と、前駆体層５とをチャンバー（不図示）内に配置するとともに、チャンバー内を１０−３Ｐａ以下の減圧状態とし、多孔層２の孔２ａ内を大気圧で封止する場合には、多孔層２が形成された第１の基板１と、前駆体層５とをチャンバー内に配置するとともに、チャンバー内に窒素を０〜０．１５ＭＰａの加圧により導入し、４００℃の温度条件下、及び、２Ｍｐａの圧力条件下で、３０分間、多孔層２が形成された第１の基板１と、前駆体層５と、を加熱した後に、チャンバー内から取り出し、次に、大気雰囲気中で、１０００℃の温度条件下で、３０分の加熱処理が行われる。なお、加熱処理は、大気圧雰囲気下で実施する場合に限らず、真空炉を用いて実施可能である。
【００４７】
最後に、前駆体層５において多孔層２が形成されている側の面と反対側の面にＣＭＰ（chemical
Mechanical Polishing）等による研磨加工を施し、前駆体層５の不要な厚さ部分を取り除くことにより、第２の基板３を作成する（図２（ｅ）参照）。
【００４８】
上記構成によれば、多孔層２の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板３において多孔層２が形成されている側の面と反対側の面に電極を含むセンサデバイスを設けた場合に、センサデバイスと第１の基板１との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。
【００４９】
上記構成によれば、第２の基板３において多孔層２が形成されている側の面と反対側の面に電極を含むセンサデバイスを設けた場合に、第２の基板３と多孔層２とによって、センサデバイスと第１の基板１との電気的な結合を切り離すことができるため、センサデバイスと第１の基板１との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。
【００５０】
また、多孔層２における各孔２ａの積層方向に対する断面形状が、正六角形状の孔２ａを複数個並べた蜂の巣状の形状（ハニカム形状）を有することで、第１の基板１又は第２の基板３と、多孔層２との接触面積を小さくしつつ、多孔層２の強度を確保した状態で、第１の基１板又は第２の基板３と、多孔層２との熱膨張率の差による三次元構造体１００全体の反りを抑制することができる。これにより、三次元構造体１００への局所的な応力集中を抑制することができる。
【００５１】
また、多孔層２においてハニカム構造の枠を構成する残しパターンの面積を小さくでき、残しパターンの高さを大きくすることで、第１の基板１と第２の基板３とが大気圧（又は真空）の空間（孔２ａ）を介して向かい合う容積を大きくできるので、寄生容量低減の面からも有効である。
【００５２】
また、三次元構造体１００の製造プロセスにおいて、多孔層２が形成された第１の基板１と、第２の基板３の前駆体層５とをチャンバー内に配置するとともに、チャンバー内を１０−３Ｐａ以下の減圧状態とすることにより、第１の基板１と第２の基板３とで孔２ａのそれぞれを真空状態で封止することができるため、外部からの熱伝達経路を断つことができ、三次元構造体１００の断熱性又は耐熱性を確保することができる。
【００５３】
また、通常、前駆体層４の加工はリソグラフィ又は酸化膜エッチングという方法がとられる。酸化膜エッチングとして、フッサン系の溶液によるウェットエッチングが用いられるが、等方的なエッチングであるため、マスク下にサイドエッチが入り、設計されたマスクパターンよりも寸法が小さくなり、前駆体層４にマスクパターン通りの形状を再現できず、再現性、転写性、及び、制御性に乏しく、前駆体層４の残しパターン幅を小さくできない。また、前駆体層４に対するエッチングの深さが深くなるに連れて、垂直エッチング深さ×０．６〜０．８の大きさのサイドエッチが入り、この点からも、深さ方向のエッチング量が制限され、残しパターンの高さを大きくできない。更に、塩素系のガスを使ったドライエッチングによる別の方法もあるが、この方法ではある程度の異方性エッチングが可能であるが、選択性のあるマスクがなく、選択比が低いため、マスクの断面プロフィール通りのエッチング形状となってしまい、垂直方向のエッチングが難しい。また、選択比が小さいので、当然深掘りは不可能である。また、上記の両方法ともに、前駆体層４の面内におけるエッチング量の分布も良くない。この点、本実施形態の上記レシピ（１），（２）に基づいて、エッチステップとデボステップとを交互に繰り返してボッシュプロセスのドライエッチングによれば、高アスペクト比、残しパターン幅の微細化、パターン転写の精度、パターンの再現性、及び、制御性の全ての点で上記両方法よりも優れた前駆体層４の加工を実現できる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
次に、図５〜図７を用いて、本発明の第２実施形態に係るセンサについて説明する。なお、第１実施形態の部位１〜３と、本実施形態の部位２０１〜２０３とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。
【００５５】
（第２実施形態に係る静電容量型センサの構成）
本実施形態に係る静電容量型センサ１０００は、図５に示すように、第１実施形態と同様の三次元構造体２００と、固定電極層２０４と、可動電極層２０５と、検知部２０６とを備えているものである。
【００５６】
多孔層（絶縁体層）２０２は、図６（ｂ）に示すように、上記孔２ａと同様の孔２０２ａを複数個並べた蜂の巣状の構造（ハニカム構造）を有しているものである。また、多孔層２０２は、図６（ｂ）に示すように、第１の基板２０１において多孔層２０２が形成されている側の面に達する凹状のキャビティ２０２ｂを有しているものである。これにより、第２の基板２０３の後述する錘部２０７ａは、図５（ａ）及び図６（ａ），（ｂ）に示すＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動が可能となっている。なお、Ｚ軸方向は、三次元構造体２００（多孔層２０２）の積層方向を示している。
【００５７】
第２の基板２０３は、図５（ａ）に示すように、可動部２０７と、この可動部２０７と対向する位置にＹ軸方向に沿って所定間隔をおいて配置された一対の固定部２０８とを有して構成されている。
【００５８】
可動部２０７は、図５（ａ）に示すように、矩形枠状をなす錘部２０７ａと、この錘部２０７ａの両端部からＸ軸方向に細長い矩形枠状に延びるとともに、錘部２０７ａに作用した外部からの加速度に応じて弾性変形可能な４つの梁部２０７ｂと、各梁部２０７ｂの端部に形成された柱状のアンカ部２０７ｃと、錘部２０７ａの両端部からＹ軸方向に夫々櫛歯状に延びる各８本の細幅状の櫛歯部２０７ｄと、を有して構成されている。図５（ａ）に示すように、可動部２０７においては、錘部２０７ａが各梁部２０７ｂとアンカ部２０７ｃとによって多孔層２０２に支持された所謂両持ち状に浮いた状態となっている。
【００５９】
固定部２０８は、図５（ａ）に示すように、上記錘部２０７ａの両端部からＹ軸方向に所定間隔をおいて位置する一対の細長い矩形枠状の基部２０８ａと、一対の基部２０８ａそれぞれの端部からＹ軸方向（内部側）に櫛歯状に延びる９本の細幅の櫛歯部２０８ｂとを有して構成されている。これらの櫛歯部２０８ｂは、上記各櫛歯部２０７ｄとＸ軸方向に所定間隔をおいて互いに隣り合って設けられている。
【００６０】
なお、本実施形態では、可動部２０７が、錘部２０７ａの両端部からＹ軸方向に夫々櫛歯状に延びる各８本の櫛歯部２０７ｄを有し、固定部２０８が、一対の基部２０８ａそれぞれの端部からＹ軸方向（内部側）に延びる９本の櫛歯部２０８ｂを有する例について述べたが、櫛歯部２０７ｄ及び櫛歯部２０８ｂの本数は、静電容量型センサ１０００で必要とされる感度に応じて適宜変更できる。ここで、変形例として、可動部２０７が、錘部２０７ａの両端部からＹ軸方向に夫々櫛歯状に延びる各７本以下、又は、各９本以上の櫛歯部２０７ｄを有していてもよく、固定部２０８が、一対の基部２０８ａそれぞれの端部からＹ軸方向（内部側）に延びる８本以下、又は、１０本以上の櫛歯部２０８ｂを有していてもよい。
【００６１】
固定電極層２０４は、Ａｌ、Ｃｕ、又はＰｔなどの金属からなる層であり、図５（ａ）に示すように、各固定部２０８において多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に形成されているものである。固定電極層２０４は、図６（ａ）に示すように、上記基部２０８ａにおいて多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に形成された電極配線用の電極パッド２０４ａと、上記櫛歯部２０８ｂに対応する位置に形成された櫛歯電極部２０４ｂと、を有している。
【００６２】
可動電極層２０５は、Ａｌ、Ｃｕ、又はＰｔなどの金属からなる層であり、図５（ａ）に示すように、可動部２０７において多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に形成されている。可動電極層２０５は、図６（ａ）に示すように、上記アンカ部２０７ｃにおいて多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に形成された電極配線用の電極パッド２０５ａと、上記櫛歯部２０７ｄにおいて多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に形成された櫛歯電極部２０５ｂと、を有している。
【００６３】
なお、上記の電極パッド２０４ａ、２０５ａは、平面的に四角形状に形成されるものでもよく、これ以外にも、例えば、三角形状等の多角形状若しくは円形状及び楕円形状等、種々の形状に形成できる。
【００６４】
検知部２０６は、図５（ｂ）に示すように、上記各電極パッド２０４ａ，２０５ａに接続されており、錘部２０７ａに外部からの加速度が作用した場合に、可動部２０７及び可動電極層２０５のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向への移動に応じて、櫛歯電極部２０４ｂ，２０５ｂの間に発生する静電容量の変化に基づいて、錘部２０７ａに作用した加速度の大きさ及び方向を検知するものである。検知部２０６は、静電容量の変化を電圧変化に変換して所定の出力に増幅するための容量−電圧変換部、フィルタ、及び、信号増幅部等が接続された構造を有しており、静電容量の変化を加速度の大きさ及び方向として取得することができる。
【００６５】
次に、静電容量型センサ１０００の動作について説明する。静電容量型センサ１０００では、櫛歯電極部２０４ｂ，２０５ｂの間にコンデンサが形成され、これらのコンデンサの静電容量が、錘部２０７ａに外部からの加速度が作用した場合に、可動部２０７及び可動電極層２０５のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向への移動に基づく櫛歯電極部２０５ｂの変位に応じて差動的に変化することになり、静電容量の変化を、錘部２０７ａに作用した加速度の大きさ及び方向として取得することができるものである。
【００６６】
（第２実施形態に係る静電容量型センサの製造方法）
次に、静電容量型センサ１０００の製造方法の一例について、図７を用いて説明する。
【００６７】
まず、第２の基板２０３において多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面に、アルミニウム（Ａｌ）からなる固定電極層２０４及び可動電極層２０５の前駆体層２０９を蒸着又はスパッタ法などの方法を用いて形成する（図７（ａ）参照）。なお、図７（ａ）において、キャビティ２０２ｂ（図７（ｄ）参照）のすぐ脇にある多孔層２０２の側壁部は、略中央部分にキャビティ２０２ｂを形成するために、他の側壁部よりも横幅が予め厚くなっている。
【００６８】
次に、前駆体層２０９において第２の基板２０３が形成されている側の面と反対側の面にレジスト（図示せず）などのマスクパターンを形成した後、ウェットエッチング処理し、前駆体層２０９を固定電極層２０４及び可動電極層２０５の形状にパターニングする（図７（ｂ）参照）。これにより、固定電極層２０４及び可動電極層２０５が形成される。
【００６９】
続いて、第２の基板２０３において多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面側からのＤＥＥＰ ＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）によって、第２の基板２０３に可動部２０７及び固定部２０８を形成する（図７（ｃ）参照）。
【００７０】
最後に、可動部２０７の櫛歯部２０７ｄと固定部２０８の櫛歯部２０８ｂとの間（可動電極層２０５の櫛歯電極部２０５ｂと固定電極層２０４の櫛歯電極部２０４ｂとの間）に形成された隙間を利用したエッチングによって、多孔層２０２の略中央部分を除去する（図７（ｄ）参照）。これにより、多孔層２０２の略中央部分に凹状のキャビティ２０２ｂが形成される。
【００７１】
上記構成によれば、多孔層２０２の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板２０３の可動部２０７及び固定部２０８において多孔層２０２が形成されている側の面と反対側の面にそれぞれ可動電極層２０５及び固定電極層２０４を形成した場合に、可動電極層２０５及び固定電極層２０４と、第１の基板２０１との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、静電容量型センサ１０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、静電容量型センサ１０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００７２】
上記構成によれば、第２の基板２０３と多孔層２０２とによって、固定電極層２０４及び可動電極層２０５と、第１の基板２０１との電気的な結合を切り離すことができるため、固定電極層２０４及び可動電極層２０５と、第１の基板２０１との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、静電容量型センサ１０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、静電容量型センサ１０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００７３】
＜第３実施形態＞
次に、図８を用いて、本発明の第３実施形態に係るセンサについて説明する。なお、第１実施形態の部位１〜３と、本実施形態の部位３０１〜３０３とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。なお、図８（ａ）は、保護膜３０８を除去して、発熱用ヒータ３０４及びサーモパイル３０５，３０６を露出させた状態を示している。また、図８（ａ）中の矢印は、流体の流れる方向を示している。なお、図８（ａ）においては、説明の都合上、キャビティ３０２ｂの外形を第２の基板３０３において多孔層３０２が形成されている側の面と反対側の面から透視した仮想線（一点鎖線）によって表している。
【００７４】
（第３実施形態に係るＭＥＭＳフローセンサの構成）
本実施形態に係るＭＥＭＳフローセンサ２０００は、図８に示すように、第１実施形態と同様の三次元構造体３００と、発熱用ヒータ３０４と、一対のサーモパイル（測温体）３０５，３０６と、検知部３０７とを備えているものである。
【００７５】
多孔層（絶縁体層）３０２は、図８（ｂ）に示すように、上記孔２ａと同様の孔３０２ａを複数個並べた蜂の巣状の構造（ハニカム構造）を有しているものである。多孔層３０２の孔３０２ａ内は、１０−３Ｐａ以下の減圧状態で真空封止されている。これにより、各孔３０２ａの内部、より具体的に、各孔３０２ａと第２の基板２０３とで囲まれた空間は、キャビティ３０２ｂと三次元構造体３００の外部との熱伝達経路を断つ断熱部としての役割を有するものである。また、多孔層３０２は、図８（ｂ）に示すように、第２の基板３０３が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティ３０２ｂを有しているものである。キャビティ３０２ｂは、第１の基板３０１の側から第２の基板３０３の側に向かうに連れて幅が広くなる台形状に形成されているものである。
【００７６】
第２の基板３０３は、キャビティ３０２ｂの開口端を覆う位置に形成され、キャビティ３０２ｂが形成されている側の面と反対側の面に形成された薄膜状の橋架部３０３ａを有しているものである。橋架部３０３ａは、キャビティ３０２ｂによって多孔層３０２と断熱されている。
【００７７】
発熱用ヒータ３０４は、ポリシリコンなどの多結晶シリコンからなるものであって、図８（ａ）に示すように、その一端部が橋架部３０３ａの略中央部に配置されている。
【００７８】
サーモパイル３０５，３０６は、例えばポリシリコン／アルミニウムからなる熱電対によって構成されており、図８（ａ）に示すように、第２の基板３０３において多孔層３０２が形成されている側の面と反対側の面に配置されている。サーモパイル３０５，３０６は、発熱用ヒータ３０４を挟むようにして、流体の上流側と下流側の対称な位置にそれぞれ配置されている。サーモパイル３０５，３０６は、橋架部３０３ａの縁を横切るようにして配置されたポリシリコンからなる第１の細線３０５ａ，３０６ａと、アルミニウムからなる第２の細線３０５ｂ，３０６ｂとを有しているものである。図８（ａ）に示すように、第１の細線３０５ａ，３０６ａ及び第２の細線３０５ｂ，３０６ｂは、交互かつ平行に配線されている。
【００７９】
サーモパイル３０５は、図８（ａ）に示すように、橋架部３０３ａの内側において第１の細線３０５ａと第２の細線３０５ｂとの接続点として構成された温接点３０５ｃと、橋架部３０３ａの外側において第１の細線３０５ａと第２の細線３０５ｂとの接続点として構成された冷接点３０５ｄとを有しているものである。同様に、サーモパイル３０６は、図８（ａ）に示すように、橋架部３０３ａの内側において第１の細線３０６ａと第２の細線３０６ｂとの接続点として構成された温接点３０６ｃと、橋架部３０３ａの外側において第１の細線３０６ａと第２の細線３０６ｂとの接続点として構成された冷接点３０６ｄとを有しているものである。つまり、図８（ａ）に示すように、三次元構造体３００の積層方向から見た場合に、温接点３０５ｃ，３０６ｃは、橋架部３０３ａ（キャビティ３０２ｂ）の内側に配置されており、冷接点３０５ｄ，３０６ｄは、橋架部３０３ａ（キャビティ３０２ｂ）よりも外側に配置されている。これにより、温接点３０５ｃ，３０６ｃは、薄膜状の橋架部３０３ａにおいてキャビティ３０２ｂが形成されている側の面と反対側の面に配置されているので、熱容量が小さく、流体に触れると敏感に温度が変化するが、冷接点３０５ｄ，３０６ｄは、第２の基板３０３の橋架部３０３ａを除く厚膜部分において多孔層３０２が形成されている側の面と反対側の面に配置されているので、流体と接触しても温度が変化し難くなっている。
【００８０】
発熱用ヒータ３０４及び第１の細線３０５ａ，３０６ａには、１．０×１０１９（ions ／cm３）の燐（Ｐ）がドーピングされているものである。また、発熱用ヒータ３０４及びサーモパイル３０５，３０６は、保護膜３０８で覆われているものである。また、図８（ａ）〜（ｃ）中の各符号３０９〜３１１は、それぞれ、発熱用ヒータ３０４及びサーモパイル３０５，３０６を検知部３０７に電気配線を介して接続するための電極パッドを示している。
【００８１】
検知部３０７は、電極パッド３０９〜３１１を介して発熱用ヒータ３０４及びサーモパイル３０５，３０６のそれぞれと接続されており、発熱用ヒータ３０４に電流を流して発熱させながら、流体の移動に応じたサーモパイル３０５，３０６の出力電圧値の変化に基づき、流体の流量を検知するものである。
【００８２】
次に、ＭＥＭＳフローセンサ２０００の動作について説明する。ＭＥＭＳフローセンサ２０００では、流体の流れていない無風時には、サーモパイル３０５の出力電圧とサーモパイル３０６の出力電圧とは等しいが、図８（ａ）の矢印方向に、上流側から下流側に向けて流体が移動した場合、上流側のサーモパイル３０５の温接点３０５ｃは冷却されて降温し、出力電圧が小さくなる。一方、流体によって運ばれる熱で下流側のサーモパイル３０６の温接点３０６ｃは温度上昇し、出力電圧が大きくなる。従って、検知部３０７は、サーモパイル３０５，３０６の出力電圧値の変化に基づき、サーモパイル３０５，３０６の計測温度を演算することで、流体の流量を検知することができるものである。
【００８３】
上記構成によれば、多孔層３０２の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、第２の基板３０３において多孔層３０２が形成されている側の面と反対側の面にサーモパイル３０５，３０６を配置した場合に、第２の細線３０５ｂ，３０６ｂと、第１の基板３０１との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、ＭＥＭＳフローセンサ２０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、ＭＥＭＳフローセンサ２０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００８４】
上記構成によれば、第２の基板３０３と多孔層３０２とによって、第２の細線３０５ｂ，３０６ｂと、第１の基板３０１との電気的な結合を切り離すことができるため、第２の細線３０５ｂ，３０６ｂと、第１の基板３０１との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、ＭＥＭＳフローセンサ２０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、ＭＥＭＳフローセンサ２０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００８５】
上記構成によれば、多孔層３０２の孔３０２ａ内が、１０−３Ｐａ以下の減圧状態で真空封止されているため、各孔３０２ａの断熱部としての性能を向上させることができる。これにより、キャビティ３０２ｂと三次元構造体３００の外部との熱伝達経路をより確実に断つことができ、サーモパイル３０５、３０６の出力電圧値の精度を向上させることができる点で特に有効である。
【００８６】
＜第４実施形態＞
次に、図９を用いて、本発明の第４実施形態に係るセンサについて説明する。なお、第１実施形態の部位１〜３と、本実施形態の部位４０１〜４０３とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。なお、図９（ａ）においては、説明の都合上、キャビティ４０２ｂの外形を第２の基板４０３において多孔層４０２が形成されている側の面と反対側の面から透視した仮想線（点線）によって表している。同様に、図９（ａ）においては、説明の都合上、蓋部材４０４の各内壁面４０４ｂを蓋部材４０４において第１の固定電極層４０５が形成されている側の面から透視した仮想線（破線）によって表している。
【００８７】
（第４実施形態に係る静電容量型センサの構成）
本実施形態に係る静電容量型センサ３０００は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、第１実施形態と同様の三次元構造体４００と、蓋部材４０４と、第１の固定電極層４０５と、第２の固定電極層４０６と、検知部４０７とを備えているものである。
【００８８】
多孔層（絶縁体層）４０２は、図９（ｂ）に示すように、上記孔２ａと同様の孔４０２ａを複数個並べた蜂の巣状の構造（ハニカム構造）を有しているものである。また、多孔層４０２は、図９（ｂ）に示すように、第２の基板４０３が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティ４０２ｂを有しているものである。各孔４０２ａ及びキャビティ４０２ｂは、第１の基板４０１と第２の基板４０３とによって気密状態で封止されており、各孔４０２ａ及びキャビティ４０２ｂと、第２の基板４０３とで囲まれた各空間内は、蓋部材４０４に印加された圧力の検出に適した雰囲気環境（気密状態）で維持されている。
【００８９】
第２の基板４０３は、図９（ｂ）に示すように、一様な厚さの薄膜状に加工された平板として形成されている。また、第２の基板４０３は、図９（ａ）中に点線で示すキャビティ４０２ｂと同じ位置に形成された略中央部分（以下、橋架部という）を有しているものである。そして、該橋架部によって、キャビティ４０２ｂの開口端が覆われている。ここで、「キャビティ４０２ｂの開口端を覆う」とは、キャビティ４０２ｂ内を外気に対して気密状態に保つこと、を意味する。
【００９０】
蓋部材４０４は、ケイ素などの半導体材料からなるものであり、図９（ａ），（ｂ）に示すように、第２の基板４０３において多孔層４０２が形成されている側と反対側の面において凹状に形成されているものである。図９（ａ）に示すように、蓋部材４０４は、三次元構造体４００の積層方向から見た場合に、少なくとも橋架部（キャビティ４０２ｂ）の全体を覆うように配置されているものである。また、図９（ｂ）に示すように、蓋部材４０４の内部には、外部に連通するとともに、三次元構造体４００の積層方向に対して垂直方向に延びる略直方体状の連通孔４０４ａが形成されている。これにより、連通孔４０４ａの内部は、外気圧と等しい圧力で維持されている。また、図９（ｂ）に示すように、蓋部材４０４において連通孔４０４ａを両側から挟むようにして対向する一対の内壁面４０４ｂは、キャビティ４０２ｂよりも外側に設けられている。これにより、橋架部は、連通孔４０４ａの内部において、蓋部材４０４に妨げられることなく、三次元構造体４００の積層方向に沿う方向に移動可能となっている。
【００９１】
第１の固定電極層４０５は、Ａｌ、Ｃｕ、又はＰｔなどの金属からなる層であり、図９（ｂ）に示すように、蓋部材４０４において第２の基板４０３が形成されている側の面と反対側の面に形成されている。
【００９２】
第２の固定電極層４０６は、Ａｌ、Ｃｕ、又はＰｔなどの金属からなる層であり、図９（ｂ）に示すように、第２の基板４０３において多孔層４０２が形成されている側の面と反対側の面に形成されている。また、図９（ａ）に示すように、第２の固定電極層４０６は、三次元構造体４００の積層方向から見た場合に、蓋部材４０４よりも外側に配置されている
【００９３】
検知部４０７は、図９（ｂ）に示すように、第１の固定電極層４０５及び第２の固定電極層４０６に接続されており、連通孔４０４ａの内部圧力（外気圧）とキャビティ４０２ａの内部圧力との圧力差に基づく圧力変動に応じて、橋架部が三次元構造体４００の積層方向に沿ってキャビティ４０２ａに近づく側に凹み、或いは、キャビティ４０２ａから離れる側に凸状に膨らむことに伴い、蓋部材４０４と橋架部との距離が変化した際に、第１の固定電極層４０５と第２の固定電極層４０６との間に発生する静電容量の変化に基づいて、橋架部に作用した圧力値を検知するものである。検知部４０７は、静電容量の変化を電圧変化に変換して所定の出力に増幅するための容量−電圧変換部、フィルタ、及び、信号増幅部等が接続された構造を有しており、静電容量の変化を圧力値として取得することができる。
【００９４】
次に、静電容量型センサ３０００の動作について説明する。静電容量型センサ３０００では、第１の固定電極層４０５と第２の固定電極層４０６との間にコンデンサが形成され、このコンデンサの静電容量が、連通孔４０４ａの内部圧力（外気圧）とキャビティ４０２ａの内部圧力との圧力差に起因した橋架部の変位に応じて、差動的に変化することになり、静電容量の変化を、橋架部に作用した圧力値として取得することができるものである。
【００９５】
上記構成によれば、多孔層４０２の厚さを、従来の酸化膜用ＳＯＧで限界と考えられる最大膜厚１μｍよりも大きくすることで、蓋部材４０４において第２の基板４０３が形成されている側の面と反対側の面、及び、第２の基板４０３において多孔層４０２が形成されている側の面と反対側の面に、それぞれ、第１の固定電極層４０５及び第２の固定電極層４０６を形成した場合に、第１の固定電極層４０５及び第２の固定電極層４０６と、第１の基板４０１との間に発生する寄生容量を従来よりも抑制することができる。これにより、静電容量型センサ３０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、静電容量型センサ３０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００９６】
更に、上記構成によれば、第２の基板４０３と多孔層４０２とによって、蓋部材４０４において第２の基板４０３が形成されている側の面と反対側の面に形成された第１の固定電極層４０５、及び、第２の基板４０３において多孔層４０２が形成されている側の面と反対側の面に形成された第２の固定電極層４０６と、第１の基板４０１との電気的な結合を切り離すことができるため、第１の固定電極層４０５及び第２の固定電極層４０６と、第１の基板４０１との間の電気絶縁性を従来よりも向上させることができる。これにより、静電容量型センサ３０００のセンサ感度を低下させる要因となる寄生容量による影響を従来よりも抑制でき、静電容量型センサ３０００としての検知精度を従来よりも向上させることができる。
【００９７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。例えば、第１実施形態において、正六角形状の孔を複数個並べたハニカム構造を有するフォトマスクのマスクパターン（図３参照）に代えて、図１０に示す各マスクパターンのいずれかを三次元構造体の製造工程で使用してもよい。これにより、三次元構造体の用途又は使用状況に応じて、より具体的には、第１の基板１又は第２の基板３と、多孔層２との接触面積を小さくする度合い等に応じて、多孔層２の孔を種々の形状に形成することができる。なお、図１０（ａ）は、正方形（正四角形）状の孔を複数個並べた構造を有するフォトマスクのマスクパターンを示している。また、図１０（ｂ）は、正三角形状の孔を複数個並べた構造を有するフォトマスクのマスクパターンを示している。また、図１０（ｃ）は、真円形状の孔を複数個並べた構造を有するフォトマスクのマスクパターンを示している。
【００９８】
また、図１０（ｄ）は、長方形状の孔を複数個並べた構造を有するフォトマスクのマスクパターンを示している。このマスクパターンを使用した前駆体層４の加工によれば、第１の基板１において絶縁体層２が形成される側の面において、シリコンとして残る凸部分と、シリコンが掘られるトレンチ部分とが予め定められた比率で左右方向に連続的に並んだ凹凸状のトレンチ構造を形成することができる。なお、凸部分の幅（＝トレンチライン）と、トレンチ部分の幅（＝スペース）との比は、後の熱酸化工程（図２（ｃ）参照）が可能なように、例えば、１：１．１としておくことが好ましい。
【００９９】
また、第２実施形態では、可動電極層２０５と、この可動電極層２０５と対向する位置にＹ軸方向に沿って所定間隔をおいて配置された一対の固定電極層２０４との組み合わせによる３つの部位からなる櫛歯型電極層を用いて静電容量型センサ１０００を構成する例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、一対の可動電極層と固定電極層、つまり、２つの部位からなる電極層を用いて静電容量型センサを構成できる。これにより、部品点数を減らすことができ、静電容量型センサの製造コストを低減できる。
【０１００】
また、第２実施形態では、図７（ａ）〜（ｄ）に示す各工程を順に行うことにより、静電容量型センサ１０００を製造する例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、以下の工程（１）〜（５）、つまり、（１）第１の基板２０１に多孔層層２０２を形成する工程、（２）多孔層２０２及び第１の基板２０１の略中央部分にキャビティを貫通エッチングで形成する工程、（３）多孔層２０２に第２の基板２０３を接合する工程、（４）第２の基板２０３に固定電極層２０４及び可動電極層２０５を形成する工程、（５）第２の基板２０３を櫛歯形状にエッチングする工程、を順に行うことによっても静電容量型センサを製造できる。これにより、第１の基板２０１の略中央部分を貫通させることで、静電容量型センサ全体の軽量化（コンパクト化）を図ることができる。
【０１０１】
また、第３実施形態では、三次元構造体３００をＭＥＭＳフローセンサ２０００に適用する例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、三次元構造体３００を、検出対象の温度分布を画像化して表示する赤外線イメージセンサ等に適用してもよい。
【０１０２】
なお、上記各実施形態における三次元構造体は、センサにだけでなく、微小なアクチュエータの一部に使用することも可能であるとともに、その他の微小なデバイスの一部に用いることが可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１、２０１、３０１、４０１ 第１の基板
２、２０２、３０２、４０２ 多孔層（絶縁体層）
２ａ、２０２ａ、３０２ａ、４０２ａ 孔
３、２０３、３０３、４０３ 第２の基板
４、５、２０９ 前駆体層
１００、２００、３００、４００ 三次元構造体
２０２ｂ、３０２ｂ、４０２ｂ キャビティ
２０４ 固定電極層
２０４ａ、２０５ａ、３０９〜３１１ 電極パッド
２０４ｂ、２０５ｂ 櫛歯電極部
２０５ 可動電極層
２０６、３０７、４０７ 検知部
２０７ 可動部
２０７ 錘部
２０７ｂ 梁部
２０７ｃ アンカ部
２０７ｄ、２０８ｂ 櫛歯部
２０８ 固定部
２０８ａ 基部
３０３ａ 橋架部
３０４ 発熱用ヒータ
３０５、３０６ サーモパイル（測温体）
３０５ａ、３０５ｂ 第１の細線
３０５ｃ、３０６ｃ 温接点
３０５ｄ、３０６ｄ 冷接点
３０６ａ、３０６ｂ 第２の細線
３０８ 保護膜
４０４ 蓋部材
４０４ａ 連通孔
４０４ｂ 内壁面
４０５ 第１の固定電極層
４０６ 第２の固定電極層
１０００、３０００ 静電容量型センサ（センサ）
２０００ ＭＥＭＳフローセンサ（センサ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板の一方の面に形成された絶縁体層と、
前記絶縁体層において前記第１の基板が形成されている側の面と反対側の面に形成された第２の基板とを備え、
前記絶縁体層の厚さが、１μｍよりも大きいことを特徴とする三次元構造体。
【請求項２】
前記絶縁体層は多孔層として形成されており、
前記多孔層における各孔の積層方向に対する断面形状が、多角形状又は円形状であることを特徴とする請求項１に記載の三次元構造体。
【請求項３】
前記多角形状が、三角形状、四角形状、及び、六角形状のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の三次元構造体。
【請求項４】
前記第１の基板と前記第２の基板とで前記孔のそれぞれを真空状態で封止していることを特徴とする請求項２又は３に記載の三次元構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元構造体、可動電極層、及び、固定電極層を備えたセンサであって、
前記第２の基板が、
外部からの加速度に応じて弾性変形可能な梁部と、該梁部を介して前記絶縁体層に支持された錘部とを有し、前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に前記可動電極層が形成された可動部と、
前記可動部と所定間隔をおいて対向する位置に設けられ、前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に前記固定電極層が形成された固定部とを備え、
前記絶縁体層の積層方向をＺ軸とした際、前記絶縁体層が、
前記可動部及び前記可動電極層をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動可能とする凹状のキャビティを備えていることを特徴とするセンサ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元構造体、発熱用ヒータ、及び、前記発熱用ヒータを挟んで流体の上流側及び下流側にそれぞれ配置された一対の測温体を備えたセンサであって、
前記絶縁体層が、
前記第２の基板が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティを備え、
前記第２の基板が、
前記キャビティの開口端を覆う位置に形成され、前記キャビティが形成されている側の面と反対側の面に前記発熱用ヒータが配置される橋架部を備え、
前記測温体のそれぞれが、前記第２の基板において前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に配置されるとともに、
前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、前記橋架部の内側に配置された温接点と、前記橋架部よりも外側に配置された冷接点とを備えていることを特徴とするセンサ。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元構造体、半導体材料からなる蓋部材、第１の固定電極層、及び、第２の固定電極層を備えたセンサであって、
前記絶縁体層が、
前記第２の基板が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティを備え、
前記第２の基板が、
前記キャビティの開口端を覆う位置に形成された橋架部を備え、
前記蓋部材が、
前記第２の基板における前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面において凹状に形成され、且つ、前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、少なくとも前記橋架部の全体を覆うように配置されるとともに、少なくとも外部と連通する連通孔を有しており、
前記第１の固定電極層が、
前記蓋部材において前記第２の基板が形成されている側の面と反対側の面に形成され、
前記第２の固定電極層が、
前記第２の基板において前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に形成されるとともに、前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、前記蓋部材よりも外側に配置されていることを特徴とするセンサ。
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板の一方の面に形成された絶縁体層と、
前記絶縁体層において前記第１の基板が形成されている側の面と反対側の面に形成された第２の基板とを備え、
前記絶縁体層の厚さが、１μｍよりも大きいことを特徴とする三次元構造体。
【請求項２】
前記絶縁体層は多孔層として形成されており、
前記多孔層における各孔の積層方向に対する断面形状が、多角形状又は円形状であることを特徴とする請求項１に記載の三次元構造体。
【請求項３】
前記多角形状が、三角形状、四角形状、及び、六角形状のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の三次元構造体。
【請求項４】
前記第１の基板と前記第２の基板とで前記孔のそれぞれを真空状態で封止していることを特徴とする請求項２又は３に記載の三次元構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元構造体、可動電極層、及び、固定電極層を備えたセンサであって、
前記第２の基板が、
外部からの加速度に応じて弾性変形可能な梁部と、該梁部を介して前記絶縁体層に支持された錘部とを有し、前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に前記可動電極層が形成された可動部と、
前記可動部と所定間隔をおいて対向する位置に設けられ、前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に前記固定電極層が形成された固定部とを備え、
前記絶縁体層の積層方向をＺ軸とした際、前記絶縁体層が、
前記可動部及び前記可動電極層をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動可能とする凹状のキャビティを備えていることを特徴とするセンサ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元構造体、発熱用ヒータ、及び、前記発熱用ヒータを挟んで流体の上流側及び下流側にそれぞれ配置された一対の測温体を備えたセンサであって、
前記絶縁体層が、
前記第２の基板が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティを備え、
前記第２の基板が、
前記キャビティの開口端を覆う位置に形成され、前記キャビティが形成されている側の面と反対側の面に前記発熱用ヒータが配置される橋架部を備え、
前記測温体のそれぞれが、前記第２の基板において前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に配置されるとともに、
前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、前記橋架部の内側に配置された温接点と、前記橋架部よりも外側に配置された冷接点とを備えていることを特徴とするセンサ。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元構造体、半導体材料からなる蓋部材、第１の固定電極層、及び、第２の固定電極層を備えたセンサであって、
前記絶縁体層が、
前記第２の基板が形成されている側の面に形成された凹状のキャビティを備え、
前記第２の基板が、
前記キャビティの開口端を覆う位置に形成された橋架部を備え、
前記蓋部材が、
前記第２の基板における前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面において凹状に形成され、且つ、前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、少なくとも前記橋架部の全体を覆うように配置されるとともに、少なくとも外部と連通する連通孔を有しており、
前記第１の固定電極層が、
前記蓋部材において前記第２の基板が形成されている側の面と反対側の面に形成され、
前記第２の固定電極層が、
前記第２の基板において前記絶縁体層が形成されている側の面と反対側の面に形成されるとともに、前記三次元構造体の積層方向から見た場合に、前記蓋部材よりも外側に配置されていることを特徴とするセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２５３０８２（Ｐ２０１２−２５３０８２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２２５９２（Ｐ２０１１−１２２５９２）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（５９２２１６３８４）兵庫県 (258)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（５９２２１６３８４）兵庫県 (258)
【Ｆターム（参考）】
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