静電容量型圧力センサ
【課題】所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ること。
【解決手段】ガラス基板１１は、互いに対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、固定電極である電極１２が形成されている。電極１２の外側の周囲には、ギャップ保持部材である柱状体１３が設けられている。ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、可動電極である感圧ダイヤフラム１４ａを有するシリコン基板１４が接合されている。シリコン基板１４のガラス基板接合面側の凹部は、少なくとも電極１４を収容できる大きさを有しており、シリコン基板１４をガラス基板１１に接合することにより、空間部（ギャップ）１４ｃを構成する。すなわち、シリコン基板１４の凹部の側面１４ｄと感圧ダイヤフラム１４ａとにより空間部１４ｃを構成する。
【解決手段】ガラス基板１１は、互いに対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、固定電極である電極１２が形成されている。電極１２の外側の周囲には、ギャップ保持部材である柱状体１３が設けられている。ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、可動電極である感圧ダイヤフラム１４ａを有するシリコン基板１４が接合されている。シリコン基板１４のガラス基板接合面側の凹部は、少なくとも電極１４を収容できる大きさを有しており、シリコン基板１４をガラス基板１１に接合することにより、空間部（ギャップ）１４ｃを構成する。すなわち、シリコン基板１４の凹部の側面１４ｄと感圧ダイヤフラム１４ａとにより空間部１４ｃを構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンダイヤフラムを感圧部とする静電容量型圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この方式の圧力センサとしては、圧電素子を用いたピエゾ型圧力センサと静電容量型圧力センサがある。このなかで、消費電力が少なく、しかも温度に関して安定である静電容量型圧力センサが最近注目されている。
【０００３】
図９は、従来の静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。図中３１はシリコン基板を示す。シリコン基板３１の一方の主面上には、ガラス領域３２が形成されており、そのガラス領域３２が部分的にシリコン基板３１の厚さ方向に延在しており、シリコン基板３１を複数の領域に分離している。シリコン基板３１の一部３１ａが、ガラス領域３２から露出している。
【０００４】
シリコン基板の一部３１ａが露出している側の一方の主面上には、可動電極である感圧ダイヤフラム３４ａを有するシリコン基板３４が接合されている。感圧ダイヤフラム３４ａは、両面に凹部が形成されており、シリコン基板３１のガラス領域接合面側の凹部は空間部（ギャップ）３４ｂを構成する。この空間部３４ｂ内のガラス領域３２には、固定電極である電極３３が形成されている。したがって、感圧ダイヤフラム３４ａと電極３３との間に所定の静電容量が発生する。
【０００５】
この静電容量型圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム３４ａが圧力に応じて変形する。このときの静電容量の変化を検出することにより、圧力を検出することができる。
【０００６】
【特許文献１】特許第２５７４４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム３４ａをシリコンのエッチングにより形成する。したがって、感圧ダイヤフラム３４ａの形成の際のエッチングのばらつきにより、シリコン基板３４に形成される凹部の深さがばらつく。すなわち、シリコン基板３４の作製の際に、目的とする凹部の深さを得ることができない。このため、電極３３と感圧ダイヤフラム３４との間の距離が所望のものにならない。その結果、所定の静電容量型圧力センサの感度、すなわち圧力に対する静電容量の変化を得ることができない恐れがある。このため、静電容量型圧力センサの個体間で感度がばらついてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の静電容量型圧力センサは、ガラス基板上の電極と感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化により圧力変化を検出する静電容量型圧力センサであって、相互に対向する一対の主面を有するガラス基板と、前記ガラス基板の一方の主面上に設けられた電極と、前記ガラス基板との間に空間を有するように前記電極と所定の間隔をおいて位置し、被測定圧力により変形する感圧ダイヤフラムを有する、前記一方の主面上に設けられたシリコン基板と、前記空間内で前記一方の主面側から設けられ、前記電極の高さよりも高い位置で前記感圧ダイヤフラムの変形の支点となる間隔保持部材と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、電極と感圧ダイヤフラムとの間の距離にばらつきがあっても、間隔保持部材で支持された領域内においては所定の静電容量を安定して得ることができる。これにより、感圧ダイヤフラムと電極との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力を正確に検出することができる。その結果、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【００１１】
本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記間隔保持部材は、前記空間内のガラス基板上に前記感圧ダイヤフラムに接触する高さで設けられたことが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、感圧ダイヤフラムと固定電極との間の距離を間隔保持部材の厚みで制御することになる。間隔保持部材が感圧ダイヤフラムに接触するように設けられているので、ガラス基板、間隔保持部材及び感圧ダイヤフラムで空間を構成することができる。間隔保持部材は成膜工程により精度良く形成されるので、この空間は精度良く形成される。固定電極と感圧ダイヤフラムとの間の距離は、エッチングのばらつきにより個体差があるが、間隔保持部材の膜厚は精度良く設けることができるので、間隔保持部材で支持された領域内では空間部の間隔（ギャップ）が個体間でも変わらない。したがって、電極と感圧ダイヤフラムとの間の距離にばらつきがあっても、間隔保持部材で支持された領域内においては所定の静電容量を安定して得ることができる。
【００１３】
また、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、間隔保持部材は前記電極の周囲に導電性材料で構成されたことが好ましい。
【００１４】
この構成では、ガラス基板とシリコン基板との間の接合の際にアライメントずれがあっても、空間は正確に形成されているので、感圧ダイヤフラムと間隔保持部材と固定電極との間で静電容量が形成されるため、感圧ダイヤフラムと電極との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力を正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガラス基板上の電極と感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化を圧力変化として検出する静電容量型圧力センサにおいて、被測定圧力により変形する可動電極である感圧ダイヤフラムと、ガラス基板上に形成された固定電極との間の空間内に両者の間隔を保持する間隔保持部材を設けるので、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者らは、感圧ダイヤフラムの作製の際に生じるエッチングのばらつきや、シリコン基板とガラス基板との接合の際に生じる位置合わせずれにより起こる静電容量に関する影響に着目し、精度良く形成できる成膜工程を用いて間隔保持部材を形成して感圧ダイヤフラムと固定電極との間の間隔（ギャップ）を保持することで静電容量のばらつきを抑制することを見出し本発明をするに至った。
【００１７】
すなわち、本発明の骨子は、ガラス基板上の電極と感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化により圧力変化を検出する静電容量型圧力センサにおいて、被測定圧力により変形する可動電極である感圧ダイヤフラムと、ガラス基板上に形成された固定電極との間の空間内に両者の間隔を保持する間隔保持部材を設けることにより、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることである。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、間隔保持部材が感圧ダイヤフラムに接触しない高さで設けられた場合について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。図２は、図１に示す静電容量型圧力センサの平面図である。図１においては、説明を簡単にするために、固定電極や可動電極に電気的に接続する配線を省略する。
【００１９】
図中１１はガラス基板を示す。ガラス基板１１は、互いに対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、固定電極である電極１２が形成されている。電極１２の外側の周囲には、間隔保持部材である柱状体１３が設けられている。
【００２０】
ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、被測定圧力により変形する可動電極である感圧ダイヤフラム１４ａを有するシリコン基板１４が接合されている。感圧ダイヤフラム１４ａは、シリコン基板１４の両面からエッチングなどによりそれぞれ凹部を形成することにより設けられている。シリコン基板１４のガラス基板接合面側の凹部は、少なくとも電極１４を収容できる大きさを有しており、シリコン基板１４をガラス基板１１に接合することにより、空間部（ギャップ）１４ｃを構成する。すなわち、感圧ダイヤフラム１４ａがガラス基板１１との間に空間を有するように、電極１２と所定の間隔をおいて位置し、シリコン基板１４の凹部の側面１４ｄと感圧ダイヤフラム１４ａとにより空間部１４ｃを構成する。これにより、感圧ダイヤフラム１４ａと電極１２との間に所定の間隔が設けられ、感圧ダイヤフラム１４ａと電極１２との間に静電容量が発生する。
【００２１】
ガラス基板１１の主面１１ｂとシリコン基板との界面は、高い密着性を有することが好ましい。ガラス基板１１の主面１１ｂ上にシリコン基板１４を搭載して、陽極接合処理を施すことにより、密着性を高くすることができる。これにより、感圧ダイヤフラム１４ａとガラス基板１１の主面１１ｂとの間で構成する空間部１４ｃ内の気密性を高く保つことができる。なお、陽極接合処理とは、所定の温度（例えば４００℃以下）で所定の電圧（例えば３００Ｖ〜１ｋＶ）を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発生して、界面で化学結合を起こさせる処理をいう。このような陽極接合を効率良く行うために、ガラス基板１１のガラス材料としては、少なくともナトリウムを含むガラス材料（例えばパイレックス（登録商標）ガラス）であることが好ましい。
【００２２】
柱状体１３は、図２から分かるように、ガラス基板１１の主面１１ｂ、シリコン基板１４の凹部側面１４ｄ及び感圧ダイヤフラム１４ａで構成される空間部１４ｃ内に設けられる。この柱状体１３は、円盤形状を有する電極１２の外側に、電極１２から所定の間隔をおいてリング状に設けられている。本実施の形態においては、柱状体１３はリング状に連続して設けられているが、本発明においては、柱状体１３は、電極１２から所定の間隔をおいて、電極１２の周りに複数個設けても良い。この場合、柱状体１３の作用を発揮させることを考慮すると、できるだけ多く設けることが好ましい。
【００２３】
柱状体１３は、空間部１４ｃ内のガラス基板１１上に設けられている。このとき、柱状体１３は、感圧ダイヤフラム１４ａに接触しない高さで設けられる。すなわち、柱状体１３の上面と感圧ダイヤフラム１４ａとの間は距離ｔ2だけ離れている。この距離ｔ2は、シリコン基板１４をエッチングする際のばらつきによりエッチング深さｔ1が変化することから、種々変化する値である。また、柱状体１３を構成する材料としては、プラスチック材料、酸化物材料などの絶縁性材料でも良く、アルミニウムのような金属材料などの導電性材料でも良い。
【００２４】
このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム１４ａとガラス基板１１上の電極１２との間に所定の静電容量を有する。この静電容量型圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム１４ａが圧力に応じて変形し、これにより、感圧ダイヤフラム１４ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム１４ａとガラス基板１１上の電極１２との間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることにより、圧力を検出することができる。
【００２５】
この構成においては、感圧ダイヤフラム１４ａが圧力を受けて距離ｔ2分だけ変位すると、感圧ダイヤフラム１４ａが柱状体１３に接触する。感圧ダイヤフラム１４ａがそれ以上の圧力を受けると、柱状体１３の内面１３ａと上面とでなす角部を支点として感圧ダイヤフラム１４ａが変形するようになる。柱状体１３と感圧ダイヤフラム１４ａとの間の距離ｔ2は、エッチングのばらつきにより個体差があるが、柱状体１３を精度良く設けることができるので、柱状体１３間の距離Ｄの領域では空間部１４ｃの間隔（ギャップ）が個体間でも変わらない。したがって、柱状体１３と感圧ダイヤフラム１４ａとの間の距離ｔ2にばらつきがあっても、柱状体１３間の距離Ｄの領域においては所定の静電容量を安定して得ることができる。このため、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力を正確に検出することができる。このように、本実施の形態においては、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【００２６】
本実施の形態においては、柱状体１３をガラス基板１１の主面１１ｂ上に設けた場合について説明しているが、本発明においては、柱状体１３が感圧ダイヤフラム１４ａに接触しない状態で、柱状体１３を電極１２上に設けても良い。この場合においても、柱状体１３間の距離Ｄの領域では空間部１４ｃの間隔（ギャップ）が個体間で変わらずに所定の静電容量を得ることができるので、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【００２７】
次に、本実施の形態の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。図３（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサのガラス基板側の製造を説明するための断面図である。また、図４（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサのシリコン基板側の製造を説明するための断面図である。
【００２８】
まず、図３（ａ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に、固定電極である電極１２を形成する。この場合、まず、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に電極材料であるクロムを被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜を露光・現像し、残存したレジスト膜をマスクとしてエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このとき、エッチング液としては、例えば硝酸第二セリウム＋過塩素酸＋水を用いる。
【００２９】
次いで、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ｂ上の電極１２の外側に柱状体１３を形成する。このとき、柱状体１３の高さは、後述するシリコン基板の空間部側の凹部１４ｄの深さよりも小さくなるように設定する。この場合、まず、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に柱状体１３の材料であるアルミニウムを被着し、その上にレジスト膜を形成し、柱状体形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜を露光・現像し、残存したレジスト膜をマスクとしてエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このとき、エッチング液としては、例えばリン酸＋酢酸＋水を用いる。
【００３０】
次いで、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１４の一方の主面に空間部用の凹部１４ｄを形成する。シリコン基板１４の凹部１４ｄは、ガラス基板１１上の電極１２を囲繞できる程度に電極１２よりも大きく形成する。この場合、例えばＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）の２０％液を用いて、６０℃で５〜８分程度エッチングすることによりシリコン基板１４に凹部１４ｄを形成する。このときのエッチング条件は、凹部１４ｄの深さが柱状体１３よりも大きくなるように設定する。
【００３１】
次いで、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１４の他方の主面にテーパ面１４ｅを有する凹部１４ｂを形成する。この場合、例えばＴＭＡＨの２０％液を用いて、９０℃で３００分程度エッチングすることによりシリコン基板１４に凹部１４ｂを形成する。これにより、シリコン基板１４に感圧ダイヤフラム１４ａが形成される。
【００３２】
なお、本実施の形態では、エッチングとしてウェットエッチングを用いた場合について説明しているが、エッチングとしてドライエッチングを用いても良い。
【００３３】
次いで、被測定圧力により変形する感圧ダイヤフラム１４ａを有するシリコン基板１４を、感圧ダイヤフラム１４ａが電極１２と所定の間隔をおいて位置するように、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に接合して図１に示す静電容量型圧力センサを得る。このとき、両面にそれぞれ凹部１４ｂ，１４ｄを有するシリコン基板１４を、テーパ面１４ｅを有する凹部１４ｂが上になるように、すなわちテーパ面１４ｅを有しない凹部１４ｄがガラス基板１１と対面するようにしてガラス基板１１の主面１１ｂ上に載置し、陽極接合処理を施す。このとき、シリコン基板１４及びガラス基板１１に対して、約３５０℃以下の加熱下で約５００Ｖ程度の電圧を印加することにより行う。これによりシリコン基板１４とガラス基板１１との間の界面での密着性がより高くなり、空間部１４ｃの気密性を向上させることができる。
【００３４】
このようにして得られた静電容量型圧力センサは、柱状体１３間の距離Ｄの領域では空間部１４ｃの間隔（ギャップ）が個体間で変わらずに所定の静電容量を得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【００３５】
図５は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサに配線を設けた構成を示す断面図である。この構成においては、空間部１４ｃ内のガラス基板１１上に形成された電極１２がシリコン基板１４の外側に引き出されて、固定電極用の端子１２ａを形成している。また、シリコン基板１４の上面には、可動電極用の端子１２ｂが形成されている。
【００３６】
このような端子１２ａを形成する場合、ガラス基板１１の配線引き出し領域にエッチングなどにより凹部を形成し、次いで固定電極用の電極材料を、凹部を含めてガラス基板１１上に被着する。電極材料を上述したようにしてパターニングした後に、配線引き出し領域上にガラス材料を被着する。また、端子１２ｂを形成する場合、図４（ｂ）に示すようにシリコン基板１４を加工した後に、シリコン基板１４の他方の主面１４ｆ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜を露光・現像し、残存したレジスト膜をマスクとしてエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００３７】
このように固定電極用端子１２ａ及び可動電極用端子１２ｂを形成することにより、外部機器と電気的に接続することができる。これらの固定電極用端子１２ａ及び可動電極用端子１２ｂを設ける場所は、図５に示す位置に限定されず、ガラス基板１１の主面１１ａ側に設けても良く、ガラス基板１１とシリコン基板１４の界面の位置に設けても良い。
【００３８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、間隔保持部材が感圧ダイヤフラムに接触するように設けられた場合について説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。なお、図６において、図１と同じ部分については図１と同じ符号を付して詳細な説明は省略する。図６においても、説明を簡単にするために、固定電極や可動電極に電気的に接続する配線を省略する。
【００３９】
ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、固定電極である電極１２が形成されている。電極１２の外側の周囲には、ギャップ保持部材である柱状体１５が設けられている。 柱状体１５は、実施の形態１と同様に、ガラス基板１１の主面１１ｂ、シリコン基板１４の凹部側面１４ｄ及び感圧ダイヤフラム１４ａで構成される空間部１４ｃ内に設けられる。この柱状体１５は、図２に示すように、円盤形状を有する電極１２の外側に、電極１２から所定の間隔をおいてリング状に設けられている。本実施の形態においては、柱状体１５はリング状に連続して設けられているが、本発明においては、柱状体１５は、電極１２から所定の間隔をおいて、電極１２の周りに複数個設けても良い。この場合、柱状体１５の作用を発揮させることを考慮すると、できるだけ多く設けることが好ましい。
【００４０】
柱状体１５は、空間部１４ｃ内のガラス基板１１上に設けられている。このとき、柱状体１５は、感圧ダイヤフラム１４ａに接触するように設けられる。また、柱状体１５を構成する材料としては、アルミニウムのような金属材料などの導電性材料を用いる。
【００４１】
このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム１４ａとガラス基板１１上の電極１２との間に所定の静電容量を有する。この静電容量型圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム１４ａが圧力に応じて変形する。これにより、感圧ダイヤフラム１４ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム１４ａとガラス基板１１上の電極１２との間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることにより、圧力を検出することができる。
【００４２】
この構成においては、感圧ダイヤフラム１４ａが圧力を受けると、柱状体１５の内面１５ａと上面とでなす角部を支点として感圧ダイヤフラム１４ａが変形するようになる。このように、柱状体１５は精度良く設けることができるので、柱状体１５間の距離Ｄの領域では空間部１４ｃの間隔（ギャップ）が個体間でも変わらない。したがって、柱状体１５間の距離Ｄの領域においては所定の静電容量を安定して得ることができる。したがって、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力を正確に検出することができる。このように、本実施の形態においては、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【００４３】
また、この構成によれば、柱状体１５が感圧ダイヤフラム１４ａに接触するように設けられ、しかも導電性材料で構成されているので、ガラス基板１１、柱状体１５及び感圧ダイヤフラム１４ａで空間部１４ｃを構成することができる。柱状体１５は成膜工程により精度良く形成されるので、この空間部１４ｃは精度良く形成される。このため、ガラス基板１１とシリコン基板１４との間の接合の際にアライメントずれがあっても、空間部１４ｃは正確に形成されているので、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力を正確に検出することができる。
【００４４】
上記構成を有する静電容量型圧力センサを製造する場合、シリコン基板１４の空間部側の凹部１４ｄの深さとほぼ同じ高さで柱状体１５を設けて、柱状体１５が感圧ダイヤフラム１４ａに接触させること以外は実施の形態１と同様に行う。
【００４５】
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
図７に示す装置を用いて、図１、図６及び図９に示す構成の静電容量型圧力センサにおける静電容量のばらつきについて調べた。図７は、静電容量型圧力センサの静電容量を測定するための装置の概略構成を示す図である。
【００４６】
図７に示す装置は、静電容量型圧力センサ２２を収容するチャンバ２１と、チャンバ２１内に供給する加圧ガスであるＮ2ガスの供給源であるＮ2ガス源２３と、静電容量型圧力センサ２２の可動電極及び固定電極に電気的接続して静電容量を測定するＬＣＲメータ２５とから主に構成されている。チャンバ２１とＮ2ガス源２３との間はガス供給管２４で連通しており、静電容量型圧力センサ２２とＬＣＲメータ２５との間は配線２６，２７で接続されている。
【００４７】
この装置内に図１に示す静電容量型圧力センサ（実施例１）、図６に示す静電容量型圧力センサ（実施例２）及び図９に示す静電容量型圧力センサ（従来例）を個別に載置し、Ｎ2ガス源２３からの加圧ガスの供給量を変えて圧力を徐々に高くしながら静電容量を測定した。このとき、それぞれの静電容量型圧力センサについてサンプル数３でそれぞれ測定した。その結果を図８に示す。
【００４８】
図８（ａ）は図９に示す静電容量型圧力センサ（従来例）の静電容量と圧力との関係を示す特性図である。この静電容量型圧力センサ（従来例）では、それぞれのサンプルについて同様に圧力に応じて静電容量が変化しているが、静電容量の絶対値が異なり（図中Ｘ）、静電容量がばらついていることが分かる。これは、それぞれのサンプルについてシリコン基板１４の空間部１４ｃ側の凹部１４ｄのエッチングにばらつきがあるからであると考えられる。
【００４９】
図８（ｂ）は図１に示す静電容量型圧力センサ（実施例１）の静電容量と圧力との関係を示す特性図である。この静電容量型圧力センサ（実施例１）では、低圧力でそれぞれのサンプルについて静電容量がばらついているが、ある圧力（図中Ｙ）からすべてのサンプルの静電容量の絶対値が揃って、静電容量がばらついていないことが分かる。これは、図８（ｂ）のＹの地点で、柱状体１３の内面１３ａと上面とでなす角部を支点として感圧ダイヤフラム１４ａが変形するようになったからであると考えられる。これにより、シリコン基板１４の空間部１４ｃ側の凹部１４ｄのエッチングのばらつきがあっても、柱状体１３間の距離Ｄの領域における空間部１４ｃの間隔が変わらず、静電容量はばらつかない。
【００５０】
図８（ｃ）は図６に示す静電容量型圧力センサ（実施例２）の静電容量と圧力との関係を示す特性図である。この静電容量型圧力センサ（実施例２）では、低圧力からすべてのサンプルの静電容量の絶対値が揃って、静電容量がばらついていないことが分かる。これは、低圧力から柱状体１５の内面１５ａと上面とでなす角部を支点として感圧ダイヤフラム１４ａが変形するようになったからであると考えられる。これにより、シリコン基板１４の空間部１４ｃ側の凹部１４ｄのエッチングのばらつきがあっても、柱状体１５間の距離Ｄの領域における空間部１４ｃの間隔が変わらず、静電容量はばらつかない。
【００５１】
本発明は上記実施の形態１，２に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態１，２で説明した数値や材質については特に制限はなく、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す静電容量型圧力センサの平面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサのガラス基板側の製造を説明するための断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサのシリコン基板側の製造を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサに配線を設けた構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図７】静電容量型圧力センサの静電容量を測定するための装置の概略構成を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、静電容量型圧力センサの静電容量と圧力との関係を示す特性図である。
【図９】従来の静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１ ガラス基板
１１ａ，１１ｂ 主面
１２ 電極
１２ａ，１２ｂ 端子
１３，１５ 柱状体
１３ａ，１５ａ 内面
１４ シリコン基板
１４ａ 感圧ダイヤフラム
１４ｂ，１４ｄ 凹部
１４ｃ 空間部
１４ｅ テーパ面
１４ｆ 上面
２１ チャンバ
２２ 静電容量型圧力センサ
２３ Ｎ2ガス源
２４ ガス供給管
２５ ＬＣＲメータ
２６，２７ 配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンダイヤフラムを感圧部とする静電容量型圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この方式の圧力センサとしては、圧電素子を用いたピエゾ型圧力センサと静電容量型圧力センサがある。このなかで、消費電力が少なく、しかも温度に関して安定である静電容量型圧力センサが最近注目されている。
【０００３】
図９は、従来の静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。図中３１はシリコン基板を示す。シリコン基板３１の一方の主面上には、ガラス領域３２が形成されており、そのガラス領域３２が部分的にシリコン基板３１の厚さ方向に延在しており、シリコン基板３１を複数の領域に分離している。シリコン基板３１の一部３１ａが、ガラス領域３２から露出している。
【０００４】
シリコン基板の一部３１ａが露出している側の一方の主面上には、可動電極である感圧ダイヤフラム３４ａを有するシリコン基板３４が接合されている。感圧ダイヤフラム３４ａは、両面に凹部が形成されており、シリコン基板３１のガラス領域接合面側の凹部は空間部（ギャップ）３４ｂを構成する。この空間部３４ｂ内のガラス領域３２には、固定電極である電極３３が形成されている。したがって、感圧ダイヤフラム３４ａと電極３３との間に所定の静電容量が発生する。
【０００５】
この静電容量型圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム３４ａが圧力に応じて変形する。このときの静電容量の変化を検出することにより、圧力を検出することができる。
【０００６】
【特許文献１】特許第２５７４４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム３４ａをシリコンのエッチングにより形成する。したがって、感圧ダイヤフラム３４ａの形成の際のエッチングのばらつきにより、シリコン基板３４に形成される凹部の深さがばらつく。すなわち、シリコン基板３４の作製の際に、目的とする凹部の深さを得ることができない。このため、電極３３と感圧ダイヤフラム３４との間の距離が所望のものにならない。その結果、所定の静電容量型圧力センサの感度、すなわち圧力に対する静電容量の変化を得ることができない恐れがある。このため、静電容量型圧力センサの個体間で感度がばらついてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の静電容量型圧力センサは、ガラス基板上の電極と感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化により圧力変化を検出する静電容量型圧力センサであって、相互に対向する一対の主面を有するガラス基板と、前記ガラス基板の一方の主面上に設けられた電極と、前記ガラス基板との間に空間を有するように前記電極と所定の間隔をおいて位置し、被測定圧力により変形する感圧ダイヤフラムを有する、前記一方の主面上に設けられたシリコン基板と、前記空間内で前記一方の主面側から設けられ、前記電極の高さよりも高い位置で前記感圧ダイヤフラムの変形の支点となる間隔保持部材と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、電極と感圧ダイヤフラムとの間の距離にばらつきがあっても、間隔保持部材で支持された領域内においては所定の静電容量を安定して得ることができる。これにより、感圧ダイヤフラムと電極との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力を正確に検出することができる。その結果、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【００１１】
本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記間隔保持部材は、前記空間内のガラス基板上に前記感圧ダイヤフラムに接触する高さで設けられたことが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、感圧ダイヤフラムと固定電極との間の距離を間隔保持部材の厚みで制御することになる。間隔保持部材が感圧ダイヤフラムに接触するように設けられているので、ガラス基板、間隔保持部材及び感圧ダイヤフラムで空間を構成することができる。間隔保持部材は成膜工程により精度良く形成されるので、この空間は精度良く形成される。固定電極と感圧ダイヤフラムとの間の距離は、エッチングのばらつきにより個体差があるが、間隔保持部材の膜厚は精度良く設けることができるので、間隔保持部材で支持された領域内では空間部の間隔（ギャップ）が個体間でも変わらない。したがって、電極と感圧ダイヤフラムとの間の距離にばらつきがあっても、間隔保持部材で支持された領域内においては所定の静電容量を安定して得ることができる。
【００１３】
また、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、間隔保持部材は前記電極の周囲に導電性材料で構成されたことが好ましい。
【００１４】
この構成では、ガラス基板とシリコン基板との間の接合の際にアライメントずれがあっても、空間は正確に形成されているので、感圧ダイヤフラムと間隔保持部材と固定電極との間で静電容量が形成されるため、感圧ダイヤフラムと電極との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力を正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガラス基板上の電極と感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化を圧力変化として検出する静電容量型圧力センサにおいて、被測定圧力により変形する可動電極である感圧ダイヤフラムと、ガラス基板上に形成された固定電極との間の空間内に両者の間隔を保持する間隔保持部材を設けるので、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者らは、感圧ダイヤフラムの作製の際に生じるエッチングのばらつきや、シリコン基板とガラス基板との接合の際に生じる位置合わせずれにより起こる静電容量に関する影響に着目し、精度良く形成できる成膜工程を用いて間隔保持部材を形成して感圧ダイヤフラムと固定電極との間の間隔（ギャップ）を保持することで静電容量のばらつきを抑制することを見出し本発明をするに至った。
【００１７】
すなわち、本発明の骨子は、ガラス基板上の電極と感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化により圧力変化を検出する静電容量型圧力センサにおいて、被測定圧力により変形する可動電極である感圧ダイヤフラムと、ガラス基板上に形成された固定電極との間の空間内に両者の間隔を保持する間隔保持部材を設けることにより、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることである。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、間隔保持部材が感圧ダイヤフラムに接触しない高さで設けられた場合について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。図２は、図１に示す静電容量型圧力センサの平面図である。図１においては、説明を簡単にするために、固定電極や可動電極に電気的に接続する配線を省略する。
【００１９】
図中１１はガラス基板を示す。ガラス基板１１は、互いに対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、固定電極である電極１２が形成されている。電極１２の外側の周囲には、間隔保持部材である柱状体１３が設けられている。
【００２０】
ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、被測定圧力により変形する可動電極である感圧ダイヤフラム１４ａを有するシリコン基板１４が接合されている。感圧ダイヤフラム１４ａは、シリコン基板１４の両面からエッチングなどによりそれぞれ凹部を形成することにより設けられている。シリコン基板１４のガラス基板接合面側の凹部は、少なくとも電極１４を収容できる大きさを有しており、シリコン基板１４をガラス基板１１に接合することにより、空間部（ギャップ）１４ｃを構成する。すなわち、感圧ダイヤフラム１４ａがガラス基板１１との間に空間を有するように、電極１２と所定の間隔をおいて位置し、シリコン基板１４の凹部の側面１４ｄと感圧ダイヤフラム１４ａとにより空間部１４ｃを構成する。これにより、感圧ダイヤフラム１４ａと電極１２との間に所定の間隔が設けられ、感圧ダイヤフラム１４ａと電極１２との間に静電容量が発生する。
【００２１】
ガラス基板１１の主面１１ｂとシリコン基板との界面は、高い密着性を有することが好ましい。ガラス基板１１の主面１１ｂ上にシリコン基板１４を搭載して、陽極接合処理を施すことにより、密着性を高くすることができる。これにより、感圧ダイヤフラム１４ａとガラス基板１１の主面１１ｂとの間で構成する空間部１４ｃ内の気密性を高く保つことができる。なお、陽極接合処理とは、所定の温度（例えば４００℃以下）で所定の電圧（例えば３００Ｖ〜１ｋＶ）を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発生して、界面で化学結合を起こさせる処理をいう。このような陽極接合を効率良く行うために、ガラス基板１１のガラス材料としては、少なくともナトリウムを含むガラス材料（例えばパイレックス（登録商標）ガラス）であることが好ましい。
【００２２】
柱状体１３は、図２から分かるように、ガラス基板１１の主面１１ｂ、シリコン基板１４の凹部側面１４ｄ及び感圧ダイヤフラム１４ａで構成される空間部１４ｃ内に設けられる。この柱状体１３は、円盤形状を有する電極１２の外側に、電極１２から所定の間隔をおいてリング状に設けられている。本実施の形態においては、柱状体１３はリング状に連続して設けられているが、本発明においては、柱状体１３は、電極１２から所定の間隔をおいて、電極１２の周りに複数個設けても良い。この場合、柱状体１３の作用を発揮させることを考慮すると、できるだけ多く設けることが好ましい。
【００２３】
柱状体１３は、空間部１４ｃ内のガラス基板１１上に設けられている。このとき、柱状体１３は、感圧ダイヤフラム１４ａに接触しない高さで設けられる。すなわち、柱状体１３の上面と感圧ダイヤフラム１４ａとの間は距離ｔ2だけ離れている。この距離ｔ2は、シリコン基板１４をエッチングする際のばらつきによりエッチング深さｔ1が変化することから、種々変化する値である。また、柱状体１３を構成する材料としては、プラスチック材料、酸化物材料などの絶縁性材料でも良く、アルミニウムのような金属材料などの導電性材料でも良い。
【００２４】
このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム１４ａとガラス基板１１上の電極１２との間に所定の静電容量を有する。この静電容量型圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム１４ａが圧力に応じて変形し、これにより、感圧ダイヤフラム１４ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム１４ａとガラス基板１１上の電極１２との間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることにより、圧力を検出することができる。
【００２５】
この構成においては、感圧ダイヤフラム１４ａが圧力を受けて距離ｔ2分だけ変位すると、感圧ダイヤフラム１４ａが柱状体１３に接触する。感圧ダイヤフラム１４ａがそれ以上の圧力を受けると、柱状体１３の内面１３ａと上面とでなす角部を支点として感圧ダイヤフラム１４ａが変形するようになる。柱状体１３と感圧ダイヤフラム１４ａとの間の距離ｔ2は、エッチングのばらつきにより個体差があるが、柱状体１３を精度良く設けることができるので、柱状体１３間の距離Ｄの領域では空間部１４ｃの間隔（ギャップ）が個体間でも変わらない。したがって、柱状体１３と感圧ダイヤフラム１４ａとの間の距離ｔ2にばらつきがあっても、柱状体１３間の距離Ｄの領域においては所定の静電容量を安定して得ることができる。このため、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力を正確に検出することができる。このように、本実施の形態においては、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【００２６】
本実施の形態においては、柱状体１３をガラス基板１１の主面１１ｂ上に設けた場合について説明しているが、本発明においては、柱状体１３が感圧ダイヤフラム１４ａに接触しない状態で、柱状体１３を電極１２上に設けても良い。この場合においても、柱状体１３間の距離Ｄの領域では空間部１４ｃの間隔（ギャップ）が個体間で変わらずに所定の静電容量を得ることができるので、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【００２７】
次に、本実施の形態の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。図３（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサのガラス基板側の製造を説明するための断面図である。また、図４（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサのシリコン基板側の製造を説明するための断面図である。
【００２８】
まず、図３（ａ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に、固定電極である電極１２を形成する。この場合、まず、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に電極材料であるクロムを被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜を露光・現像し、残存したレジスト膜をマスクとしてエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このとき、エッチング液としては、例えば硝酸第二セリウム＋過塩素酸＋水を用いる。
【００２９】
次いで、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ｂ上の電極１２の外側に柱状体１３を形成する。このとき、柱状体１３の高さは、後述するシリコン基板の空間部側の凹部１４ｄの深さよりも小さくなるように設定する。この場合、まず、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に柱状体１３の材料であるアルミニウムを被着し、その上にレジスト膜を形成し、柱状体形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜を露光・現像し、残存したレジスト膜をマスクとしてエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このとき、エッチング液としては、例えばリン酸＋酢酸＋水を用いる。
【００３０】
次いで、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１４の一方の主面に空間部用の凹部１４ｄを形成する。シリコン基板１４の凹部１４ｄは、ガラス基板１１上の電極１２を囲繞できる程度に電極１２よりも大きく形成する。この場合、例えばＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）の２０％液を用いて、６０℃で５〜８分程度エッチングすることによりシリコン基板１４に凹部１４ｄを形成する。このときのエッチング条件は、凹部１４ｄの深さが柱状体１３よりも大きくなるように設定する。
【００３１】
次いで、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１４の他方の主面にテーパ面１４ｅを有する凹部１４ｂを形成する。この場合、例えばＴＭＡＨの２０％液を用いて、９０℃で３００分程度エッチングすることによりシリコン基板１４に凹部１４ｂを形成する。これにより、シリコン基板１４に感圧ダイヤフラム１４ａが形成される。
【００３２】
なお、本実施の形態では、エッチングとしてウェットエッチングを用いた場合について説明しているが、エッチングとしてドライエッチングを用いても良い。
【００３３】
次いで、被測定圧力により変形する感圧ダイヤフラム１４ａを有するシリコン基板１４を、感圧ダイヤフラム１４ａが電極１２と所定の間隔をおいて位置するように、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に接合して図１に示す静電容量型圧力センサを得る。このとき、両面にそれぞれ凹部１４ｂ，１４ｄを有するシリコン基板１４を、テーパ面１４ｅを有する凹部１４ｂが上になるように、すなわちテーパ面１４ｅを有しない凹部１４ｄがガラス基板１１と対面するようにしてガラス基板１１の主面１１ｂ上に載置し、陽極接合処理を施す。このとき、シリコン基板１４及びガラス基板１１に対して、約３５０℃以下の加熱下で約５００Ｖ程度の電圧を印加することにより行う。これによりシリコン基板１４とガラス基板１１との間の界面での密着性がより高くなり、空間部１４ｃの気密性を向上させることができる。
【００３４】
このようにして得られた静電容量型圧力センサは、柱状体１３間の距離Ｄの領域では空間部１４ｃの間隔（ギャップ）が個体間で変わらずに所定の静電容量を得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【００３５】
図５は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサに配線を設けた構成を示す断面図である。この構成においては、空間部１４ｃ内のガラス基板１１上に形成された電極１２がシリコン基板１４の外側に引き出されて、固定電極用の端子１２ａを形成している。また、シリコン基板１４の上面には、可動電極用の端子１２ｂが形成されている。
【００３６】
このような端子１２ａを形成する場合、ガラス基板１１の配線引き出し領域にエッチングなどにより凹部を形成し、次いで固定電極用の電極材料を、凹部を含めてガラス基板１１上に被着する。電極材料を上述したようにしてパターニングした後に、配線引き出し領域上にガラス材料を被着する。また、端子１２ｂを形成する場合、図４（ｂ）に示すようにシリコン基板１４を加工した後に、シリコン基板１４の他方の主面１４ｆ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜を露光・現像し、残存したレジスト膜をマスクとしてエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００３７】
このように固定電極用端子１２ａ及び可動電極用端子１２ｂを形成することにより、外部機器と電気的に接続することができる。これらの固定電極用端子１２ａ及び可動電極用端子１２ｂを設ける場所は、図５に示す位置に限定されず、ガラス基板１１の主面１１ａ側に設けても良く、ガラス基板１１とシリコン基板１４の界面の位置に設けても良い。
【００３８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、間隔保持部材が感圧ダイヤフラムに接触するように設けられた場合について説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。なお、図６において、図１と同じ部分については図１と同じ符号を付して詳細な説明は省略する。図６においても、説明を簡単にするために、固定電極や可動電極に電気的に接続する配線を省略する。
【００３９】
ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、固定電極である電極１２が形成されている。電極１２の外側の周囲には、ギャップ保持部材である柱状体１５が設けられている。 柱状体１５は、実施の形態１と同様に、ガラス基板１１の主面１１ｂ、シリコン基板１４の凹部側面１４ｄ及び感圧ダイヤフラム１４ａで構成される空間部１４ｃ内に設けられる。この柱状体１５は、図２に示すように、円盤形状を有する電極１２の外側に、電極１２から所定の間隔をおいてリング状に設けられている。本実施の形態においては、柱状体１５はリング状に連続して設けられているが、本発明においては、柱状体１５は、電極１２から所定の間隔をおいて、電極１２の周りに複数個設けても良い。この場合、柱状体１５の作用を発揮させることを考慮すると、できるだけ多く設けることが好ましい。
【００４０】
柱状体１５は、空間部１４ｃ内のガラス基板１１上に設けられている。このとき、柱状体１５は、感圧ダイヤフラム１４ａに接触するように設けられる。また、柱状体１５を構成する材料としては、アルミニウムのような金属材料などの導電性材料を用いる。
【００４１】
このような構成を有する静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラム１４ａとガラス基板１１上の電極１２との間に所定の静電容量を有する。この静電容量型圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム１４ａが圧力に応じて変形する。これにより、感圧ダイヤフラム１４ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム１４ａとガラス基板１１上の電極１２との間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることにより、圧力を検出することができる。
【００４２】
この構成においては、感圧ダイヤフラム１４ａが圧力を受けると、柱状体１５の内面１５ａと上面とでなす角部を支点として感圧ダイヤフラム１４ａが変形するようになる。このように、柱状体１５は精度良く設けることができるので、柱状体１５間の距離Ｄの領域では空間部１４ｃの間隔（ギャップ）が個体間でも変わらない。したがって、柱状体１５間の距離Ｄの領域においては所定の静電容量を安定して得ることができる。したがって、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力を正確に検出することができる。このように、本実施の形態においては、所定のセンサ感度を有する静電容量型圧力センサをばらつきなく得ることができる。
【００４３】
また、この構成によれば、柱状体１５が感圧ダイヤフラム１４ａに接触するように設けられ、しかも導電性材料で構成されているので、ガラス基板１１、柱状体１５及び感圧ダイヤフラム１４ａで空間部１４ｃを構成することができる。柱状体１５は成膜工程により精度良く形成されるので、この空間部１４ｃは精度良く形成される。このため、ガラス基板１１とシリコン基板１４との間の接合の際にアライメントずれがあっても、空間部１４ｃは正確に形成されているので、感圧ダイヤフラム１５ａと電極１４との間で正確に静電容量を検知することができ、静電容量の変化に対応する圧力を正確に検出することができる。
【００４４】
上記構成を有する静電容量型圧力センサを製造する場合、シリコン基板１４の空間部側の凹部１４ｄの深さとほぼ同じ高さで柱状体１５を設けて、柱状体１５が感圧ダイヤフラム１４ａに接触させること以外は実施の形態１と同様に行う。
【００４５】
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
図７に示す装置を用いて、図１、図６及び図９に示す構成の静電容量型圧力センサにおける静電容量のばらつきについて調べた。図７は、静電容量型圧力センサの静電容量を測定するための装置の概略構成を示す図である。
【００４６】
図７に示す装置は、静電容量型圧力センサ２２を収容するチャンバ２１と、チャンバ２１内に供給する加圧ガスであるＮ2ガスの供給源であるＮ2ガス源２３と、静電容量型圧力センサ２２の可動電極及び固定電極に電気的接続して静電容量を測定するＬＣＲメータ２５とから主に構成されている。チャンバ２１とＮ2ガス源２３との間はガス供給管２４で連通しており、静電容量型圧力センサ２２とＬＣＲメータ２５との間は配線２６，２７で接続されている。
【００４７】
この装置内に図１に示す静電容量型圧力センサ（実施例１）、図６に示す静電容量型圧力センサ（実施例２）及び図９に示す静電容量型圧力センサ（従来例）を個別に載置し、Ｎ2ガス源２３からの加圧ガスの供給量を変えて圧力を徐々に高くしながら静電容量を測定した。このとき、それぞれの静電容量型圧力センサについてサンプル数３でそれぞれ測定した。その結果を図８に示す。
【００４８】
図８（ａ）は図９に示す静電容量型圧力センサ（従来例）の静電容量と圧力との関係を示す特性図である。この静電容量型圧力センサ（従来例）では、それぞれのサンプルについて同様に圧力に応じて静電容量が変化しているが、静電容量の絶対値が異なり（図中Ｘ）、静電容量がばらついていることが分かる。これは、それぞれのサンプルについてシリコン基板１４の空間部１４ｃ側の凹部１４ｄのエッチングにばらつきがあるからであると考えられる。
【００４９】
図８（ｂ）は図１に示す静電容量型圧力センサ（実施例１）の静電容量と圧力との関係を示す特性図である。この静電容量型圧力センサ（実施例１）では、低圧力でそれぞれのサンプルについて静電容量がばらついているが、ある圧力（図中Ｙ）からすべてのサンプルの静電容量の絶対値が揃って、静電容量がばらついていないことが分かる。これは、図８（ｂ）のＹの地点で、柱状体１３の内面１３ａと上面とでなす角部を支点として感圧ダイヤフラム１４ａが変形するようになったからであると考えられる。これにより、シリコン基板１４の空間部１４ｃ側の凹部１４ｄのエッチングのばらつきがあっても、柱状体１３間の距離Ｄの領域における空間部１４ｃの間隔が変わらず、静電容量はばらつかない。
【００５０】
図８（ｃ）は図６に示す静電容量型圧力センサ（実施例２）の静電容量と圧力との関係を示す特性図である。この静電容量型圧力センサ（実施例２）では、低圧力からすべてのサンプルの静電容量の絶対値が揃って、静電容量がばらついていないことが分かる。これは、低圧力から柱状体１５の内面１５ａと上面とでなす角部を支点として感圧ダイヤフラム１４ａが変形するようになったからであると考えられる。これにより、シリコン基板１４の空間部１４ｃ側の凹部１４ｄのエッチングのばらつきがあっても、柱状体１５間の距離Ｄの領域における空間部１４ｃの間隔が変わらず、静電容量はばらつかない。
【００５１】
本発明は上記実施の形態１，２に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態１，２で説明した数値や材質については特に制限はなく、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す静電容量型圧力センサの平面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサのガラス基板側の製造を説明するための断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサのシリコン基板側の製造を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る静電容量型圧力センサに配線を設けた構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【図７】静電容量型圧力センサの静電容量を測定するための装置の概略構成を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、静電容量型圧力センサの静電容量と圧力との関係を示す特性図である。
【図９】従来の静電容量型圧力センサの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１ ガラス基板
１１ａ，１１ｂ 主面
１２ 電極
１２ａ，１２ｂ 端子
１３，１５ 柱状体
１３ａ，１５ａ 内面
１４ シリコン基板
１４ａ 感圧ダイヤフラム
１４ｂ，１４ｄ 凹部
１４ｃ 空間部
１４ｅ テーパ面
１４ｆ 上面
２１ チャンバ
２２ 静電容量型圧力センサ
２３ Ｎ2ガス源
２４ ガス供給管
２５ ＬＣＲメータ
２６，２７ 配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上の電極と感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化により圧力変化を検出する静電容量型圧力センサであって、
相互に対向する一対の主面を有するガラス基板と、前記ガラス基板の一方の主面上に設けられた電極と、前記ガラス基板との間に空間を有するように前記電極と所定の間隔をおいて位置し、被測定圧力により変形する感圧ダイヤフラムを有する、前記一方の主面上に設けられたシリコン基板と、前記空間内で前記一方の主面側から設けられ、前記電極の高さよりも高い位置で前記感圧ダイヤフラムの変形の支点となる間隔保持部材と、を具備することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項２】
前記間隔保持部材は、前記空間内の前記感圧ダイヤフラムに接触するように設けられたことを特徴とする請求項１記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項３】
前記間隔保持部材が前記電極の周囲に導電性材料で構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項１】
ガラス基板上の電極と感圧ダイヤフラムとの間の静電容量の変化により圧力変化を検出する静電容量型圧力センサであって、
相互に対向する一対の主面を有するガラス基板と、前記ガラス基板の一方の主面上に設けられた電極と、前記ガラス基板との間に空間を有するように前記電極と所定の間隔をおいて位置し、被測定圧力により変形する感圧ダイヤフラムを有する、前記一方の主面上に設けられたシリコン基板と、前記空間内で前記一方の主面側から設けられ、前記電極の高さよりも高い位置で前記感圧ダイヤフラムの変形の支点となる間隔保持部材と、を具備することを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項２】
前記間隔保持部材は、前記空間内の前記感圧ダイヤフラムに接触するように設けられたことを特徴とする請求項１記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項３】
前記間隔保持部材が前記電極の周囲に導電性材料で構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電容量型圧力センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２９８０２（Ｐ２００６−２９８０２Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０４６３６（Ｐ２００４−２０４６３６）
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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