JP2002221461A - 圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力を容易に調整できるタッチモード圧力セ
ンサの提供。 【解決手段】 導電性を有するダイヤフラム（１３）
と、前記ダイヤフラムと対向する位置に設けられた電極
（１４）とを有し、前記ダイヤフラムが圧力を受けて前
記電極と直接或いは誘電体膜（１５）を介して接触し、
その接触面積の変化を検出して圧力を測定する圧力セン
サであって、前記電極が複数に分割された分割領域（２
５）を有することを特徴とする圧力センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タイヤやエンジ
ン、ボイラ、ポンプなどの気圧、水圧を測定する圧力セ
ンサに関し、特に用途に応じて容易に出力を調整した
り、製造工程に起因するセンサの出力のばらつきを容易
に低減できる圧力センサおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤフラム式圧力センサは、シリコン
等の高強度、高弾性材料の一部を薄いダイヤフラム状に
加工し、そのダイヤフラム内外の圧力差を、ダイヤフラ
ムのたわみから、ダイヤフラム表面に形成した電気回路
の抵抗変化又はダイヤフラムと近接して配置された他の
電極との間の静電容量の変化として検出する。シリコン
を加工して作製する圧力センサは、ウエハ上に一度に大
量のセンサ素子を同時に作製し、最終工程で各々の素子
に切断してセンサを製造することができるため、低コス
トでの大量生産に適している。ただし、ウエハから切り
出した個々の素子は、素子からの出力信号の増幅・変換
を担う周辺回路と接続されて初めて圧力の測定が可能に
なる。

【０００３】図７および図８に代表的な静電容量式圧力
センサを示す。この種の圧力センサは、例えば米国特許
第5,528,452号公報中に開示されている。図７（Ａ）は
センサの平面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）は電極形
状を示す底面図、図８は斜視図である。この圧力センサ
は、ガラス板からなる基体２上に、金属膜からなる電極
４と、この電極４を覆う誘電体膜５と、その誘電体膜５
を介して基体２に固定されたダイヤフラム３を有するシ
リコンからなる構造体１とを主として構成されている。
ダイヤフラム３は、構造体１の中央部分をエッチングし
て窪ませることで厚さ数μｍの長方形状に形成されてい
る。この構造体１は、基体２の電極４と誘電体膜５が形
成された面側に接合されており、この接合状態におい
て、ダイヤフラム３と誘電体膜５との間には数μｍ程度
の隙間８が形成されている。この隙間８は、図７（Ｂ）
に示すように外部と遮断されたキャビティを形成してい
る。多くの場合、キャビティ内は真空に保たれている。
基体２上の電極４は、誘電体膜５で覆われることによ
り、構造体１と電気的に絶縁状態になっている。従って
シリコンの構造体１全体を１つの電極と見れば、この構
造体１と電極４とはコンデンサを形成しており、外気圧
変動にともなうダイヤフラム３のたわみによってダイヤ
フラム３が誘電体膜５に接触し、その接触面積に応じて
ダイヤフラム３と電極４間の静電容量は変化する。ダイ
ヤフラム３に加わる圧力は、構造体１に接続して設けら
れた端子部６と電極４に接続して設けられた端子部７間
の静電容量の変化を検出することによって測定される。
基体２上の電極４は、ダイヤフラム３と対向する領域に
のみ形成することにより、浮遊容量を最小に抑え、圧力
変化を最も効率良く検出できる。

【０００４】上述した米国特許第5,528,452号公報に開
示された圧力センサは、ダイヤフラムがたわむことによ
って基体側電極上の誘電体膜と接触し、その接触面積の
変化を静電容量変化として検出する方式であり、同公報
中ではこれを「タッチモード」と称している。タッチモ
ード圧力センサは、他の静電容量式圧力センサに比べ高
感度で、耐圧力が高く、圧力と静電容量が直線関係を持
つなど多くの点で優れている。

【０００５】図９および図１０は、この圧力センサにお
いて、ダイヤフラムが電極上の誘電体膜と接する接触面
Ｔの広がる様子を、その断面（図９（Ａ）〜（Ｃ））お
よびダイヤフラム面（図１０）から模式的に示す図であ
る。これらの図に示すように、ダイヤフラム３に圧力が
加わると、最初、ダイヤフラム３の中心が直線状の領域
Ｔ−１で電極上の誘電体膜と接触する。圧力の上昇に伴
って、その線幅が広がるようにその接触面積は増大す
る。図１１に、この従来の圧力センサにおける静電容量
の圧力依存性を示す。タッチモード圧力センサの出力特
性、すなわち一定圧力を印加したときの静電容量と圧力
を変化させたときの容量変化の割合（感度）は、ダイヤ
フラムおよび電極の寸法、ダイヤフラムの厚さ、ダイヤ
フラムと基板上の電極との距離、電極上を被覆する誘電
体膜の厚さなどに依存する。圧力センサの製造において
これらの設計寸法を調整することにより広い範囲の圧力
測定に適応することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】圧力センサの応用分野
では測定圧力範囲のみならず制御や信号処理回路の要求
から出力特性を種々の仕様に合致させるため、多品種に
なりがちで、製造プロセスが繁雑になり、生産性が低か
った。また、ウエハ加工における面内不均一性や、バッ
チ間の加工不安定性などにより、個々のセンサ素子には
出力のばらつきが生じ、規格外品をスクリーニングした
り、信号処理回路の定数を調整して出力を安定化させた
りして対処していた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、タッチモード
圧力センサの出力を容易に調整でき、センサの製造プロ
セスを変更することなく、幅広い仕様に適応することが
できると同時に、センサの製造プロセスで生じるダイヤ
フラム厚やダイヤフラムと電極間の距離等の不可避な範
囲の分布に起因する出力のばらつきを修正することによ
り、規格外品のスクリーニングプロセスおよび信号処理
回路における調整を不要とすることができる手段を備え
た圧力センサを提供することを目的としている。すなわ
ち、本発明の圧力センサは、ダイヤフラムと対向する電
極を予め複数の部分に分割しておき、分割された各々の
電極を接続する回路をセンサ素子外部からレーザビーム
を照射して分断することによって、実質的に作動する電
極パターンを任意に変更し、形成されるコンデンサの電
極又は抵抗回路の面積を変化させ、センサ出力を調整す
ることができる。

【０００８】本発明の圧力センサは、導電性を有するダ
イヤフラム（１３）と、前記ダイヤフラムと対向する位
置に設けられた電極（１４）とを有し、前記ダイヤフラ
ムが圧力を受けて前記電極と直接或いは誘電体膜（１
５）を介して接触し、その接触面積の変化を検出して圧
力を測定する圧力センサであって、前記電極が複数に分
割された分割領域（２５）を有することを特徴としてい
る。本発明の圧力センサにおいて、前記ダイヤフラムと
電極とを誘電体膜を介して接触させ、ダイヤフラムと電
極の接触面積を両者間の静電容量を測定することによっ
て圧力を検出する構成とすることができる。本発明の圧
力センサにおいて、前記電極と前記ダイヤフラムとが直
接接触し、ダイヤフラムと接する電極部分が抵抗体とさ
れ、ダイヤフラムが電極の該抵抗体に接触して形成され
る回路の電気抵抗変化によって圧力を検出する構成とし
て良い。

【０００９】また、本発明の圧力センサの製造方法は、
上面側に電極を有する透明な基体と、導電性を有するダ
イヤフラムが設けられた構造体とを、前記電極と前記ダ
イヤフラムとが対向するように接合してなり、前記ダイ
ヤフラムが圧力を受けて前記電極と直接或いは誘電体膜
を介して接触し、その接触面積の変化を検出して圧力を
測定する圧力センサの製造方法であって、基体の上面に
複数に分割された分割領域を有する電極を成膜する工
程、および基体と構造体とを接合した後、ダイヤフラム
に所定の圧力を加えてセンサ出力をモニタしながら、あ
るいはセンサ出力の測定後、基体の裏面からレーザビー
ムを照射して、所望の出力が得られるように必要に応じ
て少なくとも１つの前記分割領域の電極を切り離す出力
調整工程を有することを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の圧力センサの一
形態を示し、図１（Ａ）は圧力センサの平面図、（Ｂ）
は側面断面図、（Ｃ）は電極形状を表すための底面図で
ある。この圧力センサ１０は、厚さ数μｍ程度の導電性
を有するダイヤフラム１３を設けた構造体１１と、金属
薄膜からなる電極１４とその上方を覆う誘電体膜１５が
設けられた基体１２とを、ダイヤフラム１３と電極１４
が対向しかつダイヤフラム１３と誘電体膜１５間にわず
かの、たとえば数μｍ程度の隙間１８を設けた状態で接
合して構成されている。

【００１１】この電極１４は、本例示では図２に示すよ
うに、全体的にはダイヤフラム１３と同じ長方形状であ
るが、その中央部に、幅方向に沿って平行に設けられた
複数の電極非成膜ラインによって区画された複数の帯状
の分割電極１９からなる分割領域２５を備えている。図
２の例示では、電極１４を中央部の８つの分割電極１９
からなる分割領域２５と、この分割領域２５の左右の電
極部分との合計１０個に分割してある。なお、電極１４
の分割形態は、本例示に限定されることなく、電極１４
を少なくとも２つ、好ましくは３つ以上に分割すれば良
く、分割個数、個々の分割電極１９の面積、分割領域２
５の面積等は、センサ出力に応じて適宜選択可能であ
る。

【００１２】個々の分割電極１９には、電極１４の幅方
向に沿って延出し、途中で直角に折曲して集合部分２４
まで延びる引き出し線２０が設けられている。前記集合
部分２４は、電極１４の一方側（図２の例示では右側の
電極部分）に接続されている。また前記分割領域２５に
よって左右に隔てられた電極１４部分は、バイパス部分
２３によって電気的に接続されている。さらに電極１４
は、その長手方向に沿って延びるフィードスルー部１７
ａを介して、基体１２の辺縁部に形成された端子部１７
と接続されている。分割電極１９を含む電極１４、引き
出し線２０、集合部分２４、フィードスルー部１７ａお
よび端子部１７は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔ
ｉなどの電極用材料として一般に使用される各種の金属
を、基体１２の表面に、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ
法、無電解メッキ法などの薄膜形成方法を用いて、好ま
しくは同時に作製される。

【００１３】分割領域２５によって隔てられた左右の電
極部分は、バイパス部分２３によって電気的に接続され
ている。また分割領域２５のそれぞれの分割電極１９
は、引き出し線２０及び集合部分２４を通して電極１４
と個別に接続されている。従って、個々の引き出し線２
０のいずれかを途中で破断させることによって、それに
接続された分割電極１９を電極１４と実質的に切り離し
た状態とすることができる。

【００１４】基体１２は、電極１４と電気的絶縁状態を
確保できるものであれば、その構成材料は特に限定され
ないが、本例示においては、後述するように基体１２の
裏面から上面側に向けてレーザビームを照射し、センサ
出力を調整する操作を行う関係上、透明な硬質基板、特
にガラス板が用いられる。

【００１５】電極１４を覆って基体１２上に成膜された
誘電体膜１５は、ガラス（石英ガラス）、セラミックな
どの絶縁材料を、スパッタ法、ＣＶＤ法などの薄膜形成
手段を用いて成膜することによって形成される。この誘
電体膜１５の厚さは、圧力センサ１０の必要とされる感
度に応じて適宜設定され、通常は０．１〜数μｍ程度と
される。誘電体膜１５は、集合部分２４に隣接した部分
（レーザ照射部２１）と、端子部１７の部分を除いて、
基体１２の上面全体に成膜される。レーザ照射部２１で
は、並列した多数本の引き出し線２０が露出した状態に
なっている。また誘電体膜１５上には、ダイヤフラム１
３を有する構造体１１側に接続される端子部１６が設け
られている。この端子部１６は、前述した電極１４や端
子部１７と同様の材料および同様の成膜法で形成可能で
ある。

【００１６】構造体１１のダイヤフラム１３は、たとえ
ば単結晶シリコンからなるウエハをエッチングして窪ま
せることによって形成されている。シリコンからなるウ
エハにダイヤフラム１３を形成するには、たとえば所望
の（ダイヤフラムの）厚さ分だけ高濃度に不純物を添加
した層をシリコン表面に形成しておき、ホウ素のような
不純物の高濃度ドーピングによるエッチストップ技術を
用いて行うことができる。ダイヤフラム１３の厚さ、お
よびダイヤフラム１３と誘電体膜１５間の隙間１８の高
さを規定するダイヤフラム下方側（基体１２との接合面
側）の窪み深さは、測定対象の負荷圧力範囲にセンサの
直線領域が合致するように適宜設定することができる。
ダイヤフラム１３の形状は、測定対象の負荷圧力範囲内
において圧力と静電容量の直線的な比例関係が得られれ
ば特に限定されず、長方形、正方形、円形などの形状と
することができ、本例示にあっては長方形としている。

【００１７】基板１２の誘電体膜１５とダイヤフラム１
３との間に形成される隙間１８は、電極１４とダイヤフ
ラム１３よりも一回り大きい長方形状に構造体１１下面
を窪ませて形成されている。この隙間１８の高さ、すな
わち誘電体膜１５とダイヤフラム１３間の寸法は、ダイ
ヤフラム１３の寸法（長さ、幅および厚さ）に応じて適
宜選択される。本例示において、隙間１８内は、ダイヤ
フラム１３が圧力に応じて誘電体膜１５側に接触し易い
ように内部が真空とされている。

【００１８】この圧力センサ１０において、ダイヤフラ
ム１３に加わる圧力を測定するには、ダイヤフラム１３
と電極１４間に交流電圧を印加して、その共振周波数ま
たはインピーダンス変化を検出してダイヤフラム１３に
加わる圧力を測定する。本発明の圧力センサ１０は、電
極１４に、多数の分割電極１９を設け、それぞれの分割
電極１９と電極１４とを結ぶ引き出し線２０を切断する
ことによって、その分割電極１９を電極１４から切り離
してセンサ出力を調整することが可能である。特に透明
な基体１２を用い、引き出し線２０が集中している部分
の誘電体膜１５を除去してレーザ照射部２１を設けたこ
とによって、電極１４と誘電体１５を形成した基体１２
上にダイヤフラム１３を形成した構造体１１を接合して
圧力センサ１０を作製した後、基体１２の裏面側からレ
ーザ照射部２１にレーザビーム２６を照射し、引き出し
線２０を溶断することが可能となる。

【００１９】次に、図３および図４を参照して、本発明
による圧力センサの製造方法の一例を、図１および２に
示した圧力センサ１０の製造方法に適用した場合を例と
して説明する。本発明の製造方法は、透明な基体１２の
上面に複数に分割された分割領域２５を有する電極１４
を成膜する工程、および基体１２と構造体１１とを接合
した後、ダイヤフラム１３に所定の圧力を加えてセンサ
出力をモニタしながら、あるいはセンサ出力の測定後、
基体１２の裏面からレーザビーム２６を照射して、所望
の出力が得られるように必要に応じて少なくとも１つの
分割領域２５の分割電極１９を切り離す出力調整工程を
有することを特徴としている。

【００２０】透明基体１２の上面に複数に分割された分
割領域２５を有する電極１４を成膜する工程は、Ａｌ、
Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉなどの電極用材料として
一般に使用される各種の金属を、基体１２の表面に、蒸
着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、無電解メッキ法などの薄
膜形成方法を用いて成膜することによって行われる。電
極１４の形状は、基体１２表面の電極非成膜部をマスク
で覆い、電極形成部のみに金属膜を成膜する方法、或い
は基体１２の一面に均一に金属膜を成膜後、フォトリソ
グラフィ手法を用いて所望の形状にエッチングする方法
によりパターン形成することができる。分割領域２５を
含む電極１４、端子部１７およびフィードスルー部１７
ａは、同時に形成可能である。

【００２１】次に、集合部分２４に隣接した電極中央よ
りの部分（レーザ照射部２１）と、端子部１７の部分を
除いて、基体１２の上面全体にガラス、セラミックなど
の絶縁材料を、スパッタ法、ＣＶＤ法などの薄膜形成手
段を用いて成膜して誘電体膜１５を形成して電極１４を
覆う。次に、この誘電体膜１５上に、ダイヤフラム１３
を有する構造体１１側に接続される端子部１６を成膜す
る。

【００２２】ダイヤフラム１３を構造体１１に形成する
には、たとえば所望の厚さ分だけ高濃度に不純物を添加
した層をシリコン表面に形成しておき、ホウ素のような
不純物の高濃度ドーピングによるエッチストップ技術を
用いて行われる。次に、前記透明基体１２の誘電体膜１
５上に、ダイヤフラム１３を設けた構造体１１とを、電
極１４とダイヤフラム１３とが対向するように接合す
る。

【００２３】次に、所望のセンサ出力が得られるよう
に、必要に応じて少なくとも１つの分割領域２５の分割
電極１９を切り離す出力調整工程を行う。分割電極１９
の切り離しを実施する場合、圧力センサ１０を加圧室内
に入れて所定の圧力を加え、センサ出力をモニタしなが
ら、図４に示すように、透明な台２７上に置いた基体１
２の裏面側から、レーザ照射部２１にレーザビーム２６
を照射して引き出し線２０を切断（溶断）する。レーザ
ビーム２６としては、炭酸ガスレーザなどが好適に用い
られる。

【００２４】図３は、レーザ照射部２１において、レー
ザビーム２６により引き出し線２０を切断した状態を示
すものである。図３（Ａ）は、レーザビーム２６によっ
て４本の引き出し線２０を切断したレーザ切断部２２を
形成した状態であり、この状態では分割領域２５の８つ
の分割電極１９のうちの左側４つの分割電極１９が、電
極１４と切り離され、実質的に作動しなくなる。図３
（Ｂ）は８本の引き出し線２０のうちの７本を切断した
レーザ切断部２２を形成した状態であり、この状態では
分割領域２５の８つの分割電極１９のうちの右側の１つ
のみが電極として作動する。図３（Ｃ）は、レーザ切断
を実行しない状態を示している。

【００２５】図３に示すように、レーザ照射部２１にお
いて、分割電極１９の引き出し線２０を必要に応じて必
要な本数だけ切断することによって、実質的に作動する
電極１４の面積や形状を適宜に選択でき、それによって
センサ出力を適宜に調整することが可能となる。たとえ
ば、圧力センサに所定の圧力を加えつつ、センサ出力を
モニタしながら、余剰のセンサ出力が発生しているセン
サについて、幾つかの分割電極１９を切り離し、実質的
な電極面積を減少させ、センサ出力の過剰分を減じるよ
うにセンサ出力を均等化する出力調整操作を行うことに
よって、出力のばらつきの小さい製品を製造することが
でき、製品歩留まりを大幅に減少することが可能とな
る。また、特定圧力範囲測定用に設計された圧力センサ
を製造するプロセスにおいて、幾つかの分割電極１９を
絶縁状態とすることでセンサ出力を変えて、前記特定圧
力範囲と異なる圧力範囲測定用のセンサを製造すること
ができる。従って、多品種の圧力範囲測定用のセンサを
同じ製造ラインで作製することができ、多品種の圧力セ
ンサを製造する際の生産性を大幅に向上させことができ
る。

【００２６】図５は、本発明の圧力センサの他の例を示
す図である。本例示による圧力センサは、前述した圧力
センサ１０におけると同様のダイヤフラム１３を設けた
構造体１１を用いるが、基体１２側の電極１４に代え
て、ダイヤフラム１３に直接接触する抵抗部３５を有す
る電極３１を形成した基体３０を用い、圧力を受けてた
わんだダイヤフラム１３が、電極３１の抵抗部３５に接
触し、ダイヤフラム１３と抵抗部３５を介する回路の電
気抵抗の変化を測定することで、ダイヤフラム１３に加
わる圧力を測定する方式（電気抵抗検出式）になってい
る。

【００２７】図６は、本例示による電気抵抗検出式の圧
力センサの電極３１を示す図である。この電極３１は、
平行に延びる２本の導体部３２と、それら導体部３２の
一端側を接続するように設けられたニクロム合金などの
比抵抗の大きい合金の薄膜からなる抵抗部３５（分割領
域）とから構成されている。それぞれの導体部３２の他
端側は、外方に向けて直角に折曲した端子部になってい
る。抵抗部３５は、平行な複数本のスリットによって複
数の（図６の例示では８本の）分割抵抗部３６（分割電
極）からなっている。それぞれの分割抵抗部３６の両端
は、前記導体部３２に電気的に接続している。導体部３
２はＡｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉなどの金属薄
膜で形成される。基体３０表面に導体部３２と抵抗部３
５を形成するには、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、無
電解メッキ法などの薄膜形成方法を用いて導体部３２と
抵抗部３５を順次成膜することによって作製される。導
体部３２および抵抗部３５の形状は、基体３０表面の電
極非成膜部をマスクで覆い、電極形成部のみに金属膜を
成膜する方法、或いは基体３０の一面に均一に金属膜を
成膜後、フォトリソグラフィ手法を用いて所望の形状に
エッチングする方法によりパターン形成することができ
る。

【００２８】透明な基体３０の上面に形成された導体部
３２および抵抗部３５の上には、センサ出力取り出しの
ために両方の導体部３２の端子部と、ダイヤフラム１３
が接触する抵抗部３５を除いて絶縁膜が積層形成され
る。シリコンからなる構造体１１は、この絶縁膜を介し
て基体３０に接合される。

【００２９】本例示による電気抵抗検出式の圧力センサ
は、両方の導体部３２の端子部間に簡単な電気抵抗検出
器を接続し、これによって測定される回路内の電気抵抗
の変化、或いは電流又は電圧出力の変化をモニタするこ
とで、ダイヤフラム１３に加わる圧力を測定することが
できる。回路内の電気抵抗の変化、或いは電流又は電圧
出力の変化を測定するには、定電圧電源と電流計、或い
は定電流電源と電圧計などの組み合わせが使用でき、さ
らに必要に応じてそれらの測定結果を表示し又は記録す
るための機器を加えた簡単な測定装置によって測定可能
である。この電気抵抗検出式の圧力センサに加わる圧力
と回路の電気抵抗の関係を説明すると、ダイヤフラム１
３に圧力が加わっていないか、又はダイヤフラム１３が
回路に接しない程度の微小な圧力が加わった状態では、
ダイヤフラム１３と回路とが接触しておらず、回路の電
気抵抗は、初期設定値のままである。なお、電気抵抗の
初期設定値は、抵抗部３５の材質や寸法、或いは後述す
るレーザビームを用いる調整操作によって制御可能であ
る。ダイヤフラム１３外部の圧力（気圧や水圧）が上昇
すると、ダイヤフラム１３がたわみ、その先端が回路の
抵抗部３５上に接する。ダイヤフラム１３は、抵抗部３
５の材料よりも電気抵抗が小さい材料からなるので、抵
抗部３５にダイヤフラム１３が接触すると、その接触幅
に応じて回路の短絡が生じ、その結果回路の電気抵抗が
低下する。また、ダイヤフラム１３が回路に接する接触
部分は、たとえば図１０に示すように圧力の上昇に伴っ
てその接触幅を漸次広げていく。従って、ダイヤフラム
１３が抵抗部３５に接触した後は、圧力の上昇に比例し
て電気抵抗が直線的に減少する。

【００３０】この電気抵抗検出式の圧力センサは、複数
の分割抵抗部３６を有する抵抗部３５に、図４に示すと
同様に基体３０の裏面側から抵抗部３５が露出している
ダイヤフラム接触部分３３（レーザ照射部）にレーザビ
ームを照射し、必要に応じて少なくとも１本の分割抵抗
部３６を切断することによって、センサ出力を調整する
ことができる。たとえば、圧力センサに所定の圧力を加
え、且つセンサ出力（回路の電気抵抗の変化）をモニタ
しながら、余剰のセンサ出力が発生しているセンサにつ
いて、幾つかの分割抵抗部３６を切断することで実質的
な抵抗部３５の面積を減少させ、センサ出力を均等化す
ることによって、出力のばらつきの小さい製品を製造す
ることができ、製品歩留まりを大幅に減少することが可
能となる。また、特定圧力範囲測定用に設計された圧力
センサを製造するプロセスにおいて、幾つかの分割抵抗
部３６を切断することでセンサ出力を変えて、前記特定
圧力範囲と異なる圧力範囲測定用のセンサを製造するこ
とができる。従って、多品種の圧力範囲測定用のセンサ
を同じ製造ラインで作製することができ、多品種の圧力
センサを製造する際の生産性を大幅に向上させことがで
きる。以下、実施例によって本発明の効果を明確にす
る。

【００３１】

【実施例】実施例１ ０．４ｍｍ×１．５ｍｍの長方形ダイヤフラムを持った
静電容量式圧力センサを作製した。このセンサは、単結
晶シリコンからなる構造体とガラス板からなる基体を接
合した構造になっており（米国特許第5,528,452号公報
参照）、ダイヤフラムを第１の電極、基体上に成膜した
電極を第２の電極として、その間の静電容量変化を測定
する。ここで前記米国特許公報中の記載に従い、ダイヤ
フラムの寸法を長辺、短辺比３：１以上の長方形とする
ことにより、タッチモードにおける圧力に対する静電容
量の直線的依存性を得ることができる。

【００３２】ガラス板からなる基体上にダイヤフラムと
同寸法（０．４ｍｍ×１．５ｍｍ）の長方形の電極をダ
イヤフラムと対向する位置に形成した。電極の材料とし
てＣｒを用い、全面にスパッタ法を用いて成膜した後、
フォトリソグラフィ手法を用いてエッチングして図２に
示す形状に形成した。この電極１４は、図２に示すよう
に電極の長手方向を１０分割し、中央部に８つの分割電
極１９からなる分割領域２５と、該分割領域の両側の電
極部分とを備えている。各々の分割電極１９からの引き
出し線２０は集合部分２４に集合させた。電極１４はフ
ィードスルー部１７ａによって構造体１１のキャビティ
外の端子部１７に接続されている。この電極パターン形
成後、電極表面にガラス膜を０．４μｍの厚さにスパッ
タ法によって成膜し、誘電体膜を形成した。但し、端子
部１７および集合部分２４に隣接した一部（レーザ照射
部２１）のみは、フォトリソグラフィ手段によって誘電
体膜を除去した。レーザ照射部２１は、レーザビーム２
６を照射して加熱することにより引き出し線のＣｒ膜の
溶断を容易にしている。絶縁被膜上には構造体側の信号
取り出し用の端子部１６を形成した。

【００３３】ダイヤフラムとの間隔が６μｍとなるよう
に段差を設け、ダイヤフラムの厚さを６μｍとしたシリ
コン構造体を作製し、前述した基体上に真空中で接合
し、タッチモード静電容量式圧力センサ素子を作製し
た。作製したセンサを加圧容器に入れ、１Ｍｐａの圧力
を印加したときの静電容量を測定したところ、平均３０
ｐＦであったが、最大値４０ｐＦと最小値２５ｐＦの間
には１５ｐＦの開きがあった。図１２は、平均的な特性
を示したセンサをＡ、高い容量を示したセンサをＢ、低
い容量のセンサをＣとして測定した各々のセンサについ
ての圧力に対する容量の依存性を示す。本実施例の場
合、上記の容量分布は、主としてウエハ内でのダイヤフ
ラム厚と電極膜を被覆するガラス膜の膜圧のばらつきが
影響していることが判明した。

【００３４】個々のセンサについて加圧時の静電容量を
測定した後、測定データに基づきセンサ素子の出力調整
を行った。図４に示すように、センサのガラス基板側か
らレーザ照射部に炭酸ガスレーザを照射し、所定の回路
を溶断した。すなわち静電容量の大きなセンサについて
は、その過剰分に相当する回路を切断し（図３
（Ｂ））、最も静電容量の小さなセンサに出力を揃え
た。この出力調整操作によって、センサの静電容量分布
を極めて狭い範囲におさめることができた。図１３は、
前述した出力調整後の各センサＡ〜Ｃの圧力に対する容
量の依存性を示す。図３および図４に示すレーザ加工
は、センサを配置するステージを移動又はレーザビーム
を走査することにより達成される。全てのセンサについ
て静電容量を低い方へ合わせこむため、ガラス膜（誘電
体膜）の膜圧を変化させるなどして調整後の容量値が仕
様に合致するように設定しておくことが望ましい。

【００３５】上記の方法を用い、複数の電極からの引き
出し線を溶断することにより電極面積を減じ、一定の条
件で作製したセンサ素子の静電容量を広い範囲で変化さ
せることが可能であるため、プロセスを変更すること無
く幅広い仕様に対応したセンサを容易に製造できるた
め、センサ製造プロセスを簡略化でき、生産性を著しく
向上することが可能である。

【００３６】実施例２ 実施例１で作製した圧力センサの電極を、図６に示すよ
うに、ガラス板からなる基体上に、Ｃｒ膜からなる導体
部３２と、細いスリットによって８つに分割した分割抵
抗部３６からなる抵抗部３５とを備えた電極３１をパタ
ーン形成した。抵抗部３５は、ニクロム合金で作製し
た。この電極を覆うようにガラス絶縁膜を成膜し、ダイ
ヤフラムとの接触面上および２つの端子部上のみを除去
した。このように電極と絶縁膜を形成した基体に、実施
例１と同様に作製したシリコン構造体を接合し、電気抵
抗検出式の圧力センサを作製した。この圧力センサは、
実施例１でのレーザビームによる出力調整操作と同じ
く、必要に応じて少なくとも１つの分割抵抗部をレーザ
ビームで溶断することによって、センサ出力を調整する
ことができた。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧力セン
サは、ダイヤフラムと対向する電極に分割領域を設けた
構成とし、分割された各々の電極を接続する回路をセン
サ外部からレーザビームを照射して分断することによっ
て、実質的に作動する電極パターンを任意に変更し、形
成されるコンデンサの電極又は抵抗回路の面積を変化さ
せ、センサ出力（静電容量式の場合は静電容量、電気抵
抗式の場合は電気抵抗）を調整することができるので、
製造された圧力センサに出力調整操作を行うことによっ
て出力のばらつきの小さい製品を製造することができ、
製品歩留まりを大幅に減少することが可能となる。ま
た、特定圧力範囲測定用に設計された圧力センサを製造
するプロセスにおいて、幾つかの分割電極を切断するこ
とでセンサ出力を変え、前記特定圧力範囲と異なる圧力
範囲測定用のセンサを製造することができる。従って、
多品種の圧力範囲測定用のセンサを同じ製造ラインで作
製することができ、多品種の圧力センサを製造する際の
生産性を大幅に向上させことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の圧力センサの一例を示し、（Ａ）は
圧力センサの平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は電極の
形状を示した底面図である。

【図２】 同じ圧力センサの電極形状を示す要部拡大図
である。

【図３】 同じ圧力センサにおける出力調整工程を説明
する要部拡大図である。

【図４】 同じ圧力センサにおける出力調整工程を説明
する側面断面図である。

【図５】 本発明の圧力センサの別な例を示す底面図で
ある。

【図６】 同じ圧力センサの電極形状を示す要部拡大図
である。

【図７】 従来の圧力センサを示し、（Ａ）は圧力セン
サの平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は電極の形状を示
した底面図である。

【図８】 従来の圧力センサの斜視図である。

【図９】 従来の圧力センサの作動状態を示し、（Ａ）
はダイヤフラム接触前の状態を示す側面図、（Ｂ）は接
触状態を示す側面図、（Ｃ）は電極形状を表した底面図
である。

【図１０】 従来の圧力センサにおいて、圧力上昇に伴
うダイヤフラムの接触面積の増加の様子を模式的に示す
概略図である。

【図１１】 従来の圧力センサにおける圧力と静電容量
の関係を示すグラフである。

【図１２】 実施例の結果を示し、Ａは平均的な特性を
示した圧力センサ、Ｂは高い容量を示した圧力センサ、
Ｃは低い容量を示した圧力センサのそれぞれの圧力と静
電容量の関係を示すグラフである。

【図１３】 出力調整後の前記センサＡ〜Ｃの圧力と静
電容量の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０……圧力センサ、１１……構造体、１２……基体、
１３……ダイヤフラム、１４……電極、１５……誘電体
膜、１９……分割電極、２０……引き出し線、２１……
レーザ照射部、２４……集合部分、２５……分割領域、
２６……レーザビーム、３０……基体、３１……電極、
３５……抵抗部（分割領域）、３６……分割抵抗部（分
割電極）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 敏 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 西村 仁 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Ｆターム(参考） 2F055 AA12 AA21 BB20 CC02 DD05 EE25 FF43 GG12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性を有するダイヤフラム（１３）
   と、前記ダイヤフラムと対向する位置に設けられた電極
   （１４）とを有し、前記ダイヤフラムが圧力を受けて前
   記電極と直接或いは誘電体膜（１５）を介して接触し、
   その接触面積の変化を検出して圧力を測定する圧力セン
   サであって、前記電極が複数に分割された分割領域（２
   ５）を有することを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記ダイヤフラムと電極とを誘電体膜を
   介して接触させ、ダイヤフラムと電極の接触面積を両者
   間の静電容量を測定することによって圧力を検出するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記電極と前記ダイヤフラムとが直接接
   触し、ダイヤフラムと接する電極部分が抵抗体とされ、
   ダイヤフラムが電極の該抵抗体に接触して形成される回
   路の電気抵抗変化によって圧力を検出することを特徴と
   する請求項１に記載の圧力センサ。
4. 【請求項４】 上面側に電極を有する透明な基体と、導
   電性を有するダイヤフラムが設けられた構造体とを、前
   記電極と前記ダイヤフラムとが対向するように接合して
   なり、前記ダイヤフラムが圧力を受けて前記電極と直接
   或いは誘電体膜を介して接触し、その接触面積の変化を
   検出して圧力を測定する圧力センサの製造方法であっ
   て、基体の上面に複数に分割された分割領域を有する電
   極を成膜する工程、および基体と構造体とを接合した
   後、ダイヤフラムに所定の圧力を加えてセンサ出力をモ
   ニタしながら、あるいはセンサ出力の測定後、基体の裏
   面からレーザビームを照射して、所望の出力が得られる
   ように必要に応じて少なくとも１つの分割領域の電極を
   切り離す出力調整工程を有することを特徴とする圧力セ
   ンサの製造方法。