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明細書 :三次元構造体及びセンサ

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第5975457号 (P5975457)
公開番号 特開2012-253082 (P2012-253082A)
登録日 平成28年7月29日(2016.7.29)
発行日 平成28年8月23日(2016.8.23)
公開日 平成24年12月20日(2012.12.20)
発明の名称または考案の名称 三次元構造体及びセンサ
国際特許分類 H01L  29/84        (2006.01)
FI H01L 29/84 Z
請求項の数または発明の数 7
全頁数 22
出願番号 特願2011-122592 (P2011-122592)
出願日 平成23年5月31日(2011.5.31)
審査請求日 平成26年5月8日(2014.5.8)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】503360115
【氏名又は名称】国立研究開発法人科学技術振興機構
【識別番号】592216384
【氏名又は名称】兵庫県
発明者または考案者 【氏名】笠井 一夫
【氏名】伊賀 友樹
【氏名】樋口 行平
【氏名】前中 一介
個別代理人の代理人 【識別番号】100127203、【弁理士】、【氏名又は名称】奈良 泰宏
審査官 【審査官】上田 智志
参考文献・文献 特開2010-117266(JP,A)
特開2010-005785(JP,A)
特開2006-300578(JP,A)
特開2012-127692(JP,A)
特開2010-078421(JP,A)
調査した分野 H01L 29/84
G01L 9/00
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、
前記絶縁体層は多孔層として形成されており、
前記絶縁体層の厚さが、10μmよりも大きいことを特徴とする三次元構造体。
【請求項2】
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よりも大きいものであり、
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。
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】
【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、前記絶縁体層は多孔層として形成されており、前記絶縁体層の厚さが、10μm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、絶縁体層を多孔層として形成し、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10μm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) 本発明の三次元構造体第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よりも大きいものであり、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ってもよい

【0013】
上記(2)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。また、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。さらに、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、SF(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C(クタフルオロシクロブタン)で重合物(CF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、SF(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、C(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 /cm)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)
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図5】
3
【図6】
4
【図7】
5
【図8】
6
【図9】
7
【図10】
8
【図4】
9