JP2002328115A - 光音響ガスセンサ用ガス拡散フィルタの製造方法 - Google Patents
光音響ガスセンサ用ガス拡散フィルタの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型の光音響ガスセンサに一体に組み込むに
好適な、特性の安定した光音響ガスセンサ用ガス拡散フ
ィルタの製造方法を提供する。 【解決手段】 Ｓi基板１１を一方の面から略垂直にエ
ッチングして光音響ガスセンサのキャビティをなす凹部
１２を形成すると共に、前記凹部の外側に位置する部位
を前記Ｓi基板を他方の面から略垂直にエッチングして
該Ｓi基板に所定の厚みの隔壁１８を形成し［第１の工
程］、次いで前記隔壁を除く所定領域をマスクして該隔
壁を陽極酸化してガス拡散フィルタをなすポーラスシリ
コン層１９を形成する［第２の工程］。
好適な、特性の安定した光音響ガスセンサ用ガス拡散フ
ィルタの製造方法を提供する。 【解決手段】 Ｓi基板１１を一方の面から略垂直にエ
ッチングして光音響ガスセンサのキャビティをなす凹部
１２を形成すると共に、前記凹部の外側に位置する部位
を前記Ｓi基板を他方の面から略垂直にエッチングして
該Ｓi基板に所定の厚みの隔壁１８を形成し［第１の工
程］、次いで前記隔壁を除く所定領域をマスクして該隔
壁を陽極酸化してガス拡散フィルタをなすポーラスシリ
コン層１９を形成する［第２の工程］。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光音響ガスセンサ
のキャビティに一体に組み込むに好適な光音響ガスセン
サ用ガス拡散フィルタの製造方法に関する。
のキャビティに一体に組み込むに好適な光音響ガスセン
サ用ガス拡散フィルタの製造方法に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】光音響ガスセンサは、特定種類の
ガスが特定波長の赤外線を吸収して熱膨張すると言う現
象を利用して、空気等の混合ガス中の特定種類のガス、
例えばＣＯ2の濃度を検出するものである。即ち、特定
波長を有し、経時的に強さが変化する赤外線を空気に照
射すると、空気中に存在するＣＯ2濃度が高い程、大き
な熱膨張・熱収縮が発生する。従ってこの現象を気圧
（音圧）の変化として検出すれば、これによって空気中
のＣＯ2濃度を検出することが可能となる。ちなみにこ
の種の光音響ガスセンサは、基本的には図５に示すよう
にガス（空気）が導入されるキャビティ１と、このキャ
ビティ１内に赤外線をパルス照射する光源２と、前記キ
ャビティ１の壁面の一部（天井面）をなして設けられて
キャビティ１内の音圧に感応するマイクロホン３とを備
えて構成される。
ガスが特定波長の赤外線を吸収して熱膨張すると言う現
象を利用して、空気等の混合ガス中の特定種類のガス、
例えばＣＯ2の濃度を検出するものである。即ち、特定
波長を有し、経時的に強さが変化する赤外線を空気に照
射すると、空気中に存在するＣＯ2濃度が高い程、大き
な熱膨張・熱収縮が発生する。従ってこの現象を気圧
（音圧）の変化として検出すれば、これによって空気中
のＣＯ2濃度を検出することが可能となる。ちなみにこ
の種の光音響ガスセンサは、基本的には図５に示すよう
にガス（空気）が導入されるキャビティ１と、このキャ
ビティ１内に赤外線をパルス照射する光源２と、前記キ
ャビティ１の壁面の一部（天井面）をなして設けられて
キャビティ１内の音圧に感応するマイクロホン３とを備
えて構成される。
【０００３】ところで最近、この種の光音響ガスセンサ
を、半導体デバイス製造技術を応用して小型化すること
が試みられている。例えばマイクロマシンニング技術を
用いて実現される小型の光音響ガスセンサにおいては、
上記キャビティ１は赤外光に対して透明なＳi基板をエ
ッチング加工して所定の空間部を形成して構成され、更
にキャビティ１内にガスを導入するガス通流路４を設け
た構造を有する。そしてこのガス通流路４には、通常、
ガス拡散フィルタ５が設けられる。このガス拡散フィル
タ５は、ガスの通流を制限することで、キャビティ１内
とその外部との間でのガス（空気）の通流（置換）を維
持しながら、前述した赤外光の吸収によるＣＯ2（ガ
ス）の熱膨張に応じて前記キャビティ１内の音圧を変化
させる役割を担う。
を、半導体デバイス製造技術を応用して小型化すること
が試みられている。例えばマイクロマシンニング技術を
用いて実現される小型の光音響ガスセンサにおいては、
上記キャビティ１は赤外光に対して透明なＳi基板をエ
ッチング加工して所定の空間部を形成して構成され、更
にキャビティ１内にガスを導入するガス通流路４を設け
た構造を有する。そしてこのガス通流路４には、通常、
ガス拡散フィルタ５が設けられる。このガス拡散フィル
タ５は、ガスの通流を制限することで、キャビティ１内
とその外部との間でのガス（空気）の通流（置換）を維
持しながら、前述した赤外光の吸収によるＣＯ2（ガ
ス）の熱膨張に応じて前記キャビティ１内の音圧を変化
させる役割を担う。
【０００４】即ち、このガス拡散フィルタ５は、次の２
つの役割を担う。その１つは、赤外線のパルス照射によ
りキャビティ１内に発生する急激な圧力変化（音圧）に
対して大きな気流抵抗体として作用し、キャビティ１内
を実質的に密閉状態に保ってその音圧がキャビティ１の
外部に伝わらないようにする機能である。他の１つは、
温度や気圧等の外部環境変化に起因するキャビティ１内
における緩慢な圧力変化（音圧）に対しては気流抵抗体
として作用することなく、逆にキャビティ１内を外気に
開放した状態に保つ機能である。
つの役割を担う。その１つは、赤外線のパルス照射によ
りキャビティ１内に発生する急激な圧力変化（音圧）に
対して大きな気流抵抗体として作用し、キャビティ１内
を実質的に密閉状態に保ってその音圧がキャビティ１の
外部に伝わらないようにする機能である。他の１つは、
温度や気圧等の外部環境変化に起因するキャビティ１内
における緩慢な圧力変化（音圧）に対しては気流抵抗体
として作用することなく、逆にキャビティ１内を外気に
開放した状態に保つ機能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで従来、この種
のガス拡散フィルタ５としては、専ら、テフロン（登録
商標）系のものが用いられている。そしてこのガス拡散
フィルタ５をキャビティ１の一部をなすスペーサ等に組
み込んでいる。しかしながらこの種の多孔質体からなる
ガス拡散フィルタ５にあっては、そのフィルタ特性のバ
ラツキが大きいことが否めない。しかもキャビティ１
（ガス通流路４）への組み込み作業性も悪い。これ故、
センサ特性の安定した高品質な光音響ガスセンサを大量
生産する上で、如何にしてフィルタ特性の安定したガス
拡散フィルタを実現するかと言う点で大きな課題が残さ
れている。特にマイクロマシンニング技術を用いて小型
の光音響ガスセンサを実現する場合、そのガス拡散フィ
ルタを如何にして実現するかと言う課題がある。
のガス拡散フィルタ５としては、専ら、テフロン（登録
商標）系のものが用いられている。そしてこのガス拡散
フィルタ５をキャビティ１の一部をなすスペーサ等に組
み込んでいる。しかしながらこの種の多孔質体からなる
ガス拡散フィルタ５にあっては、そのフィルタ特性のバ
ラツキが大きいことが否めない。しかもキャビティ１
（ガス通流路４）への組み込み作業性も悪い。これ故、
センサ特性の安定した高品質な光音響ガスセンサを大量
生産する上で、如何にしてフィルタ特性の安定したガス
拡散フィルタを実現するかと言う点で大きな課題が残さ
れている。特にマイクロマシンニング技術を用いて小型
の光音響ガスセンサを実現する場合、そのガス拡散フィ
ルタを如何にして実現するかと言う課題がある。
【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、フィルタ特性の安定したガス拡
散フィルタを簡易に制御性良く量産することができ、小
型の光音響ガスセンサに一体に組み込むに好適な光音響
ガスセンサ用ガス拡散フィルタの製造方法を提供するこ
とにある。また本発明はガス拡散フィルタを一体に備え
た小型の光音響ガスセンサを提供することを目的とす
る。
たもので、その目的は、フィルタ特性の安定したガス拡
散フィルタを簡易に制御性良く量産することができ、小
型の光音響ガスセンサに一体に組み込むに好適な光音響
ガスセンサ用ガス拡散フィルタの製造方法を提供するこ
とにある。また本発明はガス拡散フィルタを一体に備え
た小型の光音響ガスセンサを提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る光音響ガスセンサ用ガス拡散フィルタ
の製造方法は、請求項１に記載するように Ｓi基板を一方の面から略垂直にエッチングして光
音響ガスセンサのキャビティをなす凹部を形成すると共
に、 前記凹部の外側に位置する部位を前記Ｓi基板を他
方の面から略垂直にエッチングして該Ｓi基板に所定の
厚みの隔壁を形成し［第１の工程］、 次いで前記隔壁を除く所定領域をマスクして該隔壁
を陽極酸化してガス拡散フィルタをなすポーラスシリコ
ン層を形成する［第２の工程］ことを特徴としている。
べく本発明に係る光音響ガスセンサ用ガス拡散フィルタ
の製造方法は、請求項１に記載するように Ｓi基板を一方の面から略垂直にエッチングして光
音響ガスセンサのキャビティをなす凹部を形成すると共
に、 前記凹部の外側に位置する部位を前記Ｓi基板を他
方の面から略垂直にエッチングして該Ｓi基板に所定の
厚みの隔壁を形成し［第１の工程］、 次いで前記隔壁を除く所定領域をマスクして該隔壁
を陽極酸化してガス拡散フィルタをなすポーラスシリコ
ン層を形成する［第２の工程］ことを特徴としている。
【０００８】即ち、本発明は、Ｓi基板におけるガス拡
散フィルタの形成部位を挟んで該Ｓi基板をその両面か
らそれぞれディープエッチングし、上記ガス拡散フィル
タの形成部位に所定の厚みの隔壁を形成する。そして前
記Ｓi基板の両面より上記隔壁を通して所定の電流を流
すことで該隔壁を陽極酸化し、この陽極酸化により隔壁
をなす部分のＳiだけをポーラス化してガス拡散フィル
タとすることを特徴としている。
散フィルタの形成部位を挟んで該Ｓi基板をその両面か
らそれぞれディープエッチングし、上記ガス拡散フィル
タの形成部位に所定の厚みの隔壁を形成する。そして前
記Ｓi基板の両面より上記隔壁を通して所定の電流を流
すことで該隔壁を陽極酸化し、この陽極酸化により隔壁
をなす部分のＳiだけをポーラス化してガス拡散フィル
タとすることを特徴としている。
【０００９】また本発明は請求項２に記載するように 前記Ｓi基板を一方の面から略垂直にエッチングし
て光音響ガスセンサのキャビティをなす凹部を形成する
際、同時に凹部の内壁面に対峙する部位を局部的に残す
ことで該凹部の内壁面に対峙する壁体を形成すると共
に、 その後、前記凹部の外側における前記壁体とは反対
側の部位を前記Ｓi基板を他方の面から略垂直にエッチ
ングして該Ｓi基板に所定の厚みの隔壁を形成した後
［第１の工程］、 前記隔壁を除く所定領域をマスクして該隔壁を陽極
酸化してガス拡散フィルタをなすポーラスシリコン層を
形成する［第２の工程］ようにしても良い。
て光音響ガスセンサのキャビティをなす凹部を形成する
際、同時に凹部の内壁面に対峙する部位を局部的に残す
ことで該凹部の内壁面に対峙する壁体を形成すると共
に、 その後、前記凹部の外側における前記壁体とは反対
側の部位を前記Ｓi基板を他方の面から略垂直にエッチ
ングして該Ｓi基板に所定の厚みの隔壁を形成した後
［第１の工程］、 前記隔壁を除く所定領域をマスクして該隔壁を陽極
酸化してガス拡散フィルタをなすポーラスシリコン層を
形成する［第２の工程］ようにしても良い。
【００１０】この際、請求項３に記載するように 更に前記凹部がなすキャビティ内の前記ガス拡散フ
ィルタをなすポーラスシリコン層およびキャビティの赤
外光導入窓を除く面に、ＡuやＡl等の赤外光反射膜をコ
ーティングし［第３の工程］、キャビティ内に照射され
た赤外光を該キャビティ内において多重反射させる構造
としておくことが好ましい。
ィルタをなすポーラスシリコン層およびキャビティの赤
外光導入窓を除く面に、ＡuやＡl等の赤外光反射膜をコ
ーティングし［第３の工程］、キャビティ内に照射され
た赤外光を該キャビティ内において多重反射させる構造
としておくことが好ましい。
【００１１】尚、前記第２の工程における陽極酸化によ
るポーラスシリコン層の形成は、例えば前記Ｓi基板の
両面における非エッチング面をそれぞれマスクし、この
Ｓi基板をフッ酸溶液中に浸漬すると共に該Ｓi基板の周
囲を液密にシールして該Ｓi基板の両面間でのフッ酸溶
液の接触を防ぎ、この状態で前記Ｓi基板の両面間に所
定の電流を通電して行うようにすれば良い。ちなみにＳ
i基板自体はフッ酸によりエッチングされ難いので、陽
極酸化電流が流れ難くなるように、例えばその片面に耐
フッ酸性の絶縁膜をコーティングしておき、この状態で
陽極酸化処理を行うようにすれば良い。
るポーラスシリコン層の形成は、例えば前記Ｓi基板の
両面における非エッチング面をそれぞれマスクし、この
Ｓi基板をフッ酸溶液中に浸漬すると共に該Ｓi基板の周
囲を液密にシールして該Ｓi基板の両面間でのフッ酸溶
液の接触を防ぎ、この状態で前記Ｓi基板の両面間に所
定の電流を通電して行うようにすれば良い。ちなみにＳ
i基板自体はフッ酸によりエッチングされ難いので、陽
極酸化電流が流れ難くなるように、例えばその片面に耐
フッ酸性の絶縁膜をコーティングしておき、この状態で
陽極酸化処理を行うようにすれば良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態に係る光音響ガスセンサ用ガス拡散フィルタの製
造方法について説明する。この光音響ガスセンサ用ガス
拡散フィルタは、光音響ガスセンサにおけるキャビティ
１またはその一部をなすスペーサ等に一体に形成され
る。このキャビティ（スペーサ）１は、例えば図１に示
すようにＳi基板（Ｓiウェハ）１１をエッチングする等
のマイクロマシンニング技術を用いて、複数個一括して
大量に製作される。
施形態に係る光音響ガスセンサ用ガス拡散フィルタの製
造方法について説明する。この光音響ガスセンサ用ガス
拡散フィルタは、光音響ガスセンサにおけるキャビティ
１またはその一部をなすスペーサ等に一体に形成され
る。このキャビティ（スペーサ）１は、例えば図１に示
すようにＳi基板（Ｓiウェハ）１１をエッチングする等
のマイクロマシンニング技術を用いて、複数個一括して
大量に製作される。
【００１３】本発明に係る光音響ガスセンサ用のガス拡
散フィルタは、このようなキャビティ（スペーサ）１の
製造過程において、該キャビティ（スペーサ）１と一体
に形成されるもので、概略的にはキャビティ（スペー
サ）１の壁面におけるガス拡散フィルタの形成部位を陽
極酸化し、当該部位をポーラス化してガス拡散フィルタ
をなすポーラスシリコン層とすることを特徴としてい
る。
散フィルタは、このようなキャビティ（スペーサ）１の
製造過程において、該キャビティ（スペーサ）１と一体
に形成されるもので、概略的にはキャビティ（スペー
サ）１の壁面におけるガス拡散フィルタの形成部位を陽
極酸化し、当該部位をポーラス化してガス拡散フィルタ
をなすポーラスシリコン層とすることを特徴としてい
る。
【００１４】図２は本発明の第１の実施形態に係るガス
拡散フィルタの製造工程を段階的に分解して示してい
る。この図２を参照してガス拡散フィルタの製造方法に
ついて説明すると、先ず図２(ａ)に示すように、例えば
厚みが１ｍｍのＳi基板１１の両面にＳiＮX膜等の耐フ
ッ酸性絶縁膜からなる保護膜１２,１３を設ける。そし
て図２(ｂ)に示すようにＳi基板１１の下面側の保護膜
（ＳiＮX膜）１３上にレジスト膜１４を形成し、このレ
ジスト膜１４をパターニングした後、このレジスト膜１
４をマスクとして前記保護膜（ＳiＮX膜）１３に、例え
ば２ｍｍ角の正方形状をなす開口を形成する。この保護
膜（ＳiＮX膜）１３に開口する穴の形状は、該Ｓi基板
１１に形成しようとするキャビティ１の大きさに応じて
決定される。
拡散フィルタの製造工程を段階的に分解して示してい
る。この図２を参照してガス拡散フィルタの製造方法に
ついて説明すると、先ず図２(ａ)に示すように、例えば
厚みが１ｍｍのＳi基板１１の両面にＳiＮX膜等の耐フ
ッ酸性絶縁膜からなる保護膜１２,１３を設ける。そし
て図２(ｂ)に示すようにＳi基板１１の下面側の保護膜
（ＳiＮX膜）１３上にレジスト膜１４を形成し、このレ
ジスト膜１４をパターニングした後、このレジスト膜１
４をマスクとして前記保護膜（ＳiＮX膜）１３に、例え
ば２ｍｍ角の正方形状をなす開口を形成する。この保護
膜（ＳiＮX膜）１３に開口する穴の形状は、該Ｓi基板
１１に形成しようとするキャビティ１の大きさに応じて
決定される。
【００１５】しかる後、上記保護膜（ＳiＮX膜）１３を
マスクとして前記Ｓi基板１１をその裏面側から垂直方
向にディープエッチングし、図２(ｃ)に示すようにＳi
基板１１の裏面側にキャビティ１をなす凹部１５を形成
する［第１の工程］。この凹部１５は、その底面に０.
３〜０.５μｍ程度の厚みを残す深さを有するものとし
て形成される。
マスクとして前記Ｓi基板１１をその裏面側から垂直方
向にディープエッチングし、図２(ｃ)に示すようにＳi
基板１１の裏面側にキャビティ１をなす凹部１５を形成
する［第１の工程］。この凹部１５は、その底面に０.
３〜０.５μｍ程度の厚みを残す深さを有するものとし
て形成される。
【００１６】次いで前記Ｓi基板１１の表面側にレジス
ト膜１６を形成し、このレジスト膜１６をパターニング
する。このパターニングは、前述した凹部１５に対向す
る部位を覆い、且つ凹部１５の大きさよりも若干広い領
域を保護膜（ＳiＮX膜）１２を残すべく、例えば３ｍｍ
角の正方形状の領域を除く部位のレジスト膜１６を除去
することによって行われる。しかる後、このレジスト膜
１６をマスクとして図２(ｄ)に示すように前記保護膜
（ＳiＮX膜）１２を、選択的に除去する。
ト膜１６を形成し、このレジスト膜１６をパターニング
する。このパターニングは、前述した凹部１５に対向す
る部位を覆い、且つ凹部１５の大きさよりも若干広い領
域を保護膜（ＳiＮX膜）１２を残すべく、例えば３ｍｍ
角の正方形状の領域を除く部位のレジスト膜１６を除去
することによって行われる。しかる後、このレジスト膜
１６をマスクとして図２(ｄ)に示すように前記保護膜
（ＳiＮX膜）１２を、選択的に除去する。
【００１７】そしてこの保護膜（ＳiＮX膜）１２をマス
クとして、前記Ｓi基板１１をその表面側から垂直方向
にディープエッチングし、図２(ｅ)に示すようにＳi基
板１１の表面側に前記キャビティ１をなす凹部１５の外
側に位置付けて凹部１７を形成する［第１の工程］。こ
の凹部１７は、Ｓi基板１１によって形成されるキャビ
ティ１に対するガス通流路をなすものである。またこの
凹部１７によって前記キャビティをなす凹部１５との間
に所定の厚みの隔壁１８が形成される。ちなみにこの隔
壁１８の厚みは、前述した保護膜（ＳiＮX膜）１２,1３
がなすマスクのパターン形状により規定されるもので、
ガス拡散フィルタとして要求されるフィルタ長に応じて
設定される。尚、上記凹部１５と凹部１７の形成順序を
逆にしても良いことは言うまでもない。
クとして、前記Ｓi基板１１をその表面側から垂直方向
にディープエッチングし、図２(ｅ)に示すようにＳi基
板１１の表面側に前記キャビティ１をなす凹部１５の外
側に位置付けて凹部１７を形成する［第１の工程］。こ
の凹部１７は、Ｓi基板１１によって形成されるキャビ
ティ１に対するガス通流路をなすものである。またこの
凹部１７によって前記キャビティをなす凹部１５との間
に所定の厚みの隔壁１８が形成される。ちなみにこの隔
壁１８の厚みは、前述した保護膜（ＳiＮX膜）１２,1３
がなすマスクのパターン形状により規定されるもので、
ガス拡散フィルタとして要求されるフィルタ長に応じて
設定される。尚、上記凹部１５と凹部１７の形成順序を
逆にしても良いことは言うまでもない。
【００１８】しかる後、前述した保護膜（ＳiＮX膜）１
２,１３を残したまま、該Ｓi基板１１をフッ酸溶液中に
浸漬して前記隔壁１８を陽極酸化する［第２の工程］。
この陽極酸化は、図２(ｆ)にその概念を示すようにＳi
基板１１の両面にそれぞれ存在するフッ酸溶液が互いに
接触することがないように、例えばＳi基板１１の周面
を液密にシールし、前記フッ酸溶液中の前記Ｓi基板１
１の両面にそれぞれ設けた一対の電極間に所定密度の電
流を通電することによっなされる。
２,１３を残したまま、該Ｓi基板１１をフッ酸溶液中に
浸漬して前記隔壁１８を陽極酸化する［第２の工程］。
この陽極酸化は、図２(ｆ)にその概念を示すようにＳi
基板１１の両面にそれぞれ存在するフッ酸溶液が互いに
接触することがないように、例えばＳi基板１１の周面
を液密にシールし、前記フッ酸溶液中の前記Ｓi基板１
１の両面にそれぞれ設けた一対の電極間に所定密度の電
流を通電することによっなされる。
【００１９】するとこの電流は、保護膜（ＳiＮX膜）１
２,１３にて覆われた部位においてはＳi基板１１が絶縁
されているので、上記保護膜（ＳiＮX膜）１２,１３が
存在しない隔壁１８部分を通して流れる。この結果、図
２(ｇ)に示すように隔壁１８をなすＳi部分が局部的に
陽極酸化されてポーラス化されて多孔質のポーラスシリ
コン層１９となる。尚、上記隔壁１８を陽極酸化するに
際して、その陽極酸化条件によっては光を照射しながら
電流を通電するようにしても良い。また隔壁１８を陽極
酸化する場合、凹部１７の内壁面をマスクしなくても、
その陽極酸化電流がその内壁面を介して流れることが殆
どないので、凹部１７（ガス通流路）の内壁面までが陽
極酸化される虞はない。このようにしてポーラスシリコ
ン層１９として形成された隔壁１８が、キャビティ１を
形成したＳi基板１１に一体に形成された所定の厚みの
したガス拡散フィルタとして用いられる。
２,１３にて覆われた部位においてはＳi基板１１が絶縁
されているので、上記保護膜（ＳiＮX膜）１２,１３が
存在しない隔壁１８部分を通して流れる。この結果、図
２(ｇ)に示すように隔壁１８をなすＳi部分が局部的に
陽極酸化されてポーラス化されて多孔質のポーラスシリ
コン層１９となる。尚、上記隔壁１８を陽極酸化するに
際して、その陽極酸化条件によっては光を照射しながら
電流を通電するようにしても良い。また隔壁１８を陽極
酸化する場合、凹部１７の内壁面をマスクしなくても、
その陽極酸化電流がその内壁面を介して流れることが殆
どないので、凹部１７（ガス通流路）の内壁面までが陽
極酸化される虞はない。このようにしてポーラスシリコ
ン層１９として形成された隔壁１８が、キャビティ１を
形成したＳi基板１１に一体に形成された所定の厚みの
したガス拡散フィルタとして用いられる。
【００２０】その後、例えばＳi基板１１の光学フィル
タ（図示しない）を形成する裏面側をエッチング処理
し、ダイシング等によって前記Ｓi基板（Ｓiウェハ）１
１から個々のチップを切り出すことにより、ガス拡散フ
ィルタを一体に備えた複数の光音響セルが求められる。
尚、この際、前述した保護膜（ＳiＮX膜）１２,１３を
除去しておくようにしても良い。
タ（図示しない）を形成する裏面側をエッチング処理
し、ダイシング等によって前記Ｓi基板（Ｓiウェハ）１
１から個々のチップを切り出すことにより、ガス拡散フ
ィルタを一体に備えた複数の光音響セルが求められる。
尚、この際、前述した保護膜（ＳiＮX膜）１２,１３を
除去しておくようにしても良い。
【００２１】かくして上述した如くしてＳi基板１１の
キャビティ１をなす壁面に、Ｓiをポーラス化したガス
拡散フィルタ（ポーラスシリコン層１９）を一体に形成
してなるガス拡散フィルタの製造方法によれば、非常に
簡易にして効率的にガス拡散フィルタを作ることができ
る。しかもＳi基板１１における隔壁１９の陽極酸化に
よるポーラス化は、電流密度等の陽極酸化条件の制御だ
けで、その多孔度を再現性良く制御することができる。
従ってＳi基板１１のディープエッチングによる隔壁１
９の厚み管理（制御）と相まって、所要とするフィルタ
特性（圧力損失特性）を有するガス拡散フィルタを、高
品質に量産性良く製造することができる。特にＳi基板
１１に対するマイクロマシンニング技術により、キャビ
ティ１と一体にガス拡散フィルタを製作することができ
るので、光音響ガスセンサの小型化を図る上で極めて好
適である等の利点がある。
キャビティ１をなす壁面に、Ｓiをポーラス化したガス
拡散フィルタ（ポーラスシリコン層１９）を一体に形成
してなるガス拡散フィルタの製造方法によれば、非常に
簡易にして効率的にガス拡散フィルタを作ることができ
る。しかもＳi基板１１における隔壁１９の陽極酸化に
よるポーラス化は、電流密度等の陽極酸化条件の制御だ
けで、その多孔度を再現性良く制御することができる。
従ってＳi基板１１のディープエッチングによる隔壁１
９の厚み管理（制御）と相まって、所要とするフィルタ
特性（圧力損失特性）を有するガス拡散フィルタを、高
品質に量産性良く製造することができる。特にＳi基板
１１に対するマイクロマシンニング技術により、キャビ
ティ１と一体にガス拡散フィルタを製作することができ
るので、光音響ガスセンサの小型化を図る上で極めて好
適である等の利点がある。
【００２２】尚、本発明に係るガス拡散フィルタの製造
方法は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて
光音響ガスセンサを実現する場合にも同様に適用するこ
とができる。この場合には、例えば図３(ａ)に示すよう
にＳiＯ2膜２１を介して、その両面にＳi層２２,２３を
それぞれ設けたはＳＯＩ基板２０を準備し、このＳＯＩ
基板２０の両面にＳiＮX膜２４,２５をそれぞれ形成す
る。そして図３(ｂ)に示すようにレジスト膜２６を用い
てＳiＮX膜２５をパターニングし、このＳiＮX膜２５を
マスクとして図３(ｃ)に示すように裏面側のＳi層２２
をＳiＯ2膜２１に達するまでディープエッチングし、キ
ャビティ１をなす凹部２６を形成する［第１の工程］。
方法は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて
光音響ガスセンサを実現する場合にも同様に適用するこ
とができる。この場合には、例えば図３(ａ)に示すよう
にＳiＯ2膜２１を介して、その両面にＳi層２２,２３を
それぞれ設けたはＳＯＩ基板２０を準備し、このＳＯＩ
基板２０の両面にＳiＮX膜２４,２５をそれぞれ形成す
る。そして図３(ｂ)に示すようにレジスト膜２６を用い
てＳiＮX膜２５をパターニングし、このＳiＮX膜２５を
マスクとして図３(ｃ)に示すように裏面側のＳi層２２
をＳiＯ2膜２１に達するまでディープエッチングし、キ
ャビティ１をなす凹部２６を形成する［第１の工程］。
【００２３】次いで図３(ｄ)に示すように上面側のＳi
ＮX膜２４をレジスト膜２８を用いてパターニングし、
このレジスト膜２８をマスクとして図３(ｅ)に示すよう
に前記凹部２６の上方部を除いて表面側のＳi層２３を
ＳiＯ2膜２１に達するまでディープエッチングする。次
いで図３(ｆ)に示すようにＳiＯ2膜２１を選択的に除去
した後、図３(ｇ)に示すように前記キャビティ１の外側
にガス通流路をなす凹部２９を形成する［第２の工
程］。この凹部２９の形成により、先の実施形態と同様
に前記キャビティ１をなす凹部２６との間に所定の厚み
をなす隔壁３０を形成する。
ＮX膜２４をレジスト膜２８を用いてパターニングし、
このレジスト膜２８をマスクとして図３(ｅ)に示すよう
に前記凹部２６の上方部を除いて表面側のＳi層２３を
ＳiＯ2膜２１に達するまでディープエッチングする。次
いで図３(ｆ)に示すようにＳiＯ2膜２１を選択的に除去
した後、図３(ｇ)に示すように前記キャビティ１の外側
にガス通流路をなす凹部２９を形成する［第２の工
程］。この凹部２９の形成により、先の実施形態と同様
に前記キャビティ１をなす凹部２６との間に所定の厚み
をなす隔壁３０を形成する。
【００２４】しかる後、このＳＯＩ基板２０を、図３
(ｈ)に示すようにフッ酸溶液中に浸漬し、先の実施形態
と同様にして前記ＳＯＩ基板２０の両面間に所定密度の
電流を通電して前記隔壁３０を形成しているＳiを陽極
酸化する［第３の工程］。そして上記隔壁３０を図３
(ｉ)に示すようにポーラス化し、ガス拡散フィルタをな
るポーラスシリコン層３１とする。
(ｈ)に示すようにフッ酸溶液中に浸漬し、先の実施形態
と同様にして前記ＳＯＩ基板２０の両面間に所定密度の
電流を通電して前記隔壁３０を形成しているＳiを陽極
酸化する［第３の工程］。そして上記隔壁３０を図３
(ｉ)に示すようにポーラス化し、ガス拡散フィルタをな
るポーラスシリコン層３１とする。
【００２５】このようにしてＳＯＩ基板２０を用いて光
音響ガスセンサを製作する場合においても、この光音響
ガスセンサと一体にガス拡散フィルタを容易に製作する
ことができ、先の実施形態と同様な効果が奏せられる。
またこの実施形態においてはＳＯＩ基板２０を構成する
ＳiＯ2膜２１を利用してＳi層２３のディープエッチン
グを容易に深さ制御することができるので、つまりＳi
Ｏ2膜２１をエッチングストップ層として用いることが
できるので、その製造管理の容易化を図り得る等の効果
も奏せられる。またＳiＯ2膜２１にてエッチングストッ
プした面は、光学的に十分な鏡面となるので、残された
Ｓi層２３を光学フィルタとして使用するのに好適であ
る。
音響ガスセンサを製作する場合においても、この光音響
ガスセンサと一体にガス拡散フィルタを容易に製作する
ことができ、先の実施形態と同様な効果が奏せられる。
またこの実施形態においてはＳＯＩ基板２０を構成する
ＳiＯ2膜２１を利用してＳi層２３のディープエッチン
グを容易に深さ制御することができるので、つまりＳi
Ｏ2膜２１をエッチングストップ層として用いることが
できるので、その製造管理の容易化を図り得る等の効果
も奏せられる。またＳiＯ2膜２１にてエッチングストッ
プした面は、光学的に十分な鏡面となるので、残された
Ｓi層２３を光学フィルタとして使用するのに好適であ
る。
【００２６】ところで上述した如くしてＳi基板１１ま
たはＳＯＩ基板２０をディープエッチングして隔壁１
８,３０を形成し、この隔壁１８,３０を陽極酸化してポ
ーラスシリコン層１９,３１からなるガス拡散フィルタ
を製作するに際して、キャビティ１の内側の上記ガス拡
散フィルタに対峙する部位に、光反射膜形成用の壁体を
設けておくことも有用である。
たはＳＯＩ基板２０をディープエッチングして隔壁１
８,３０を形成し、この隔壁１８,３０を陽極酸化してポ
ーラスシリコン層１９,３１からなるガス拡散フィルタ
を製作するに際して、キャビティ１の内側の上記ガス拡
散フィルタに対峙する部位に、光反射膜形成用の壁体を
設けておくことも有用である。
【００２７】この場合には、図４にその製造工程を分解
して示すように、Ｓi基板１１をその裏面側からディー
プエッチングしてキャビティ１をなす凹部１５を形成す
るに先立ち、先ず図４(ｃ)に示すようにＳi基板１１を
その裏面側から浅くエッチングして浅い凹部１５ａを形
成する。そして再度、このＳi基板１１の裏面側に、図
４(ｄ)に示すようにレジスト膜１４ａを形成し、このレ
ジスト膜１４ａをマスクとしてＳi基板１１をその裏面
側から深くエッチングし、図４(ｆ)に示すようにキャビ
ティ１をなす凹部１５を形成する。同時に、この凹部１
５内に光反射膜形成用の壁体４０を形成する。
して示すように、Ｓi基板１１をその裏面側からディー
プエッチングしてキャビティ１をなす凹部１５を形成す
るに先立ち、先ず図４(ｃ)に示すようにＳi基板１１を
その裏面側から浅くエッチングして浅い凹部１５ａを形
成する。そして再度、このＳi基板１１の裏面側に、図
４(ｄ)に示すようにレジスト膜１４ａを形成し、このレ
ジスト膜１４ａをマスクとしてＳi基板１１をその裏面
側から深くエッチングし、図４(ｆ)に示すようにキャビ
ティ１をなす凹部１５を形成する。同時に、この凹部１
５内に光反射膜形成用の壁体４０を形成する。
【００２８】その後、先の実施形態と同様にしてＳi基
板１１を、その表面側からディープエッチングして図４
(ｇ)に示すようにガス通流路をなす凹部１７を形成し、
キャビティ１をなす凹部１５との間に所定の厚みの隔壁
１８を形成する。そして図４(ｈ)に示すように上記隔壁
１８を陽極酸化し、隔壁１８をポーラス化する。この場
合、隔壁１８を通過した電流は、Ｓi基板１１の裏面側
のフッ酸溶液中に流れ込むので、前述した壁体４０まで
が陽極酸化されることはない。この結果、ガス通流路を
なす凹部１７と、キャビティ１をなす凹部１５と間の隔
壁１８だけがガス拡散フィルタをなすポーラスシリコン
層１９となる。
板１１を、その表面側からディープエッチングして図４
(ｇ)に示すようにガス通流路をなす凹部１７を形成し、
キャビティ１をなす凹部１５との間に所定の厚みの隔壁
１８を形成する。そして図４(ｈ)に示すように上記隔壁
１８を陽極酸化し、隔壁１８をポーラス化する。この場
合、隔壁１８を通過した電流は、Ｓi基板１１の裏面側
のフッ酸溶液中に流れ込むので、前述した壁体４０まで
が陽極酸化されることはない。この結果、ガス通流路を
なす凹部１７と、キャビティ１をなす凹部１５と間の隔
壁１８だけがガス拡散フィルタをなすポーラスシリコン
層１９となる。
【００２９】しかる後、Ｓi基板１１の裏面側の斜め下
方から、図４(ｊ)に示すようにＡuやＡl等を蒸着または
スパッタリングすれば、壁体４０の内側面に数μｍ厚の
赤外光反射膜４１が形成される。この際、前記キャビテ
ィ１の内壁面の一部をなすポーラス化された隔壁１８
（ポーラスシリコン層１９）は、壁体４０により上記Ａ
uやＡl等のソースから遮蔽されるので、当該部分に赤外
光反射膜４１が形成されることはない。即ち、隔壁１８
（ポーラスシリコン層１９）と凹部１５の上面に形成す
る赤外光導入窓部をなす面とを除いて、キャビティ１の
内壁面の全域に赤外光反射膜４１を形成することが可能
となる。
方から、図４(ｊ)に示すようにＡuやＡl等を蒸着または
スパッタリングすれば、壁体４０の内側面に数μｍ厚の
赤外光反射膜４１が形成される。この際、前記キャビテ
ィ１の内壁面の一部をなすポーラス化された隔壁１８
（ポーラスシリコン層１９）は、壁体４０により上記Ａ
uやＡl等のソースから遮蔽されるので、当該部分に赤外
光反射膜４１が形成されることはない。即ち、隔壁１８
（ポーラスシリコン層１９）と凹部１５の上面に形成す
る赤外光導入窓部をなす面とを除いて、キャビティ１の
内壁面の全域に赤外光反射膜４１を形成することが可能
となる。
【００３０】このような赤外光反射膜４１を備えた構成
の光音響ガスセンサによれば、キャビティ１に照射され
た赤外光を該キャビティ１内において多重反射させて閉
じこめることができるので、光音響ガスセンサのガス検
出感度を高める上で好都合である。しかもこのようにし
てキャビティ１の内部に赤外光反射膜４１を設けるとい
えども、壁体４０によってガス拡散フィルタをなす隔壁
１８（ポーラスシリコン層１９）面への赤外光反射膜４
１の形成を阻止するので、ガス拡散フィルタの機能を損
なうことがない。従ってガス拡散フィルタを一体に備え
た実用性の高い光音響ガスセンサを実現することが可能
となる。特に小型の光音響ガスセンサを実現する上で、
小型でフィルタ性能の安定した高品質なガス拡散フィル
タを実現するに極めて好適である。
の光音響ガスセンサによれば、キャビティ１に照射され
た赤外光を該キャビティ１内において多重反射させて閉
じこめることができるので、光音響ガスセンサのガス検
出感度を高める上で好都合である。しかもこのようにし
てキャビティ１の内部に赤外光反射膜４１を設けるとい
えども、壁体４０によってガス拡散フィルタをなす隔壁
１８（ポーラスシリコン層１９）面への赤外光反射膜４
１の形成を阻止するので、ガス拡散フィルタの機能を損
なうことがない。従ってガス拡散フィルタを一体に備え
た実用性の高い光音響ガスセンサを実現することが可能
となる。特に小型の光音響ガスセンサを実現する上で、
小型でフィルタ性能の安定した高品質なガス拡散フィル
タを実現するに極めて好適である。
【００３１】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば陽極酸化により形成するポーラ
スシリコン層１８,３０の多孔度は、その陽極酸化条件
を制御することで容易に、しかも精度良く調整可能であ
り、またそのフィルタ長についてもＳi基板１１のエッ
チングにより容易に調整可能である。従ってキャビティ
１の大きさ（内容積）や、ガス拡散フィルタに要求され
るフィルタ特性（圧力損失）等に応じて、Ｓi基板１１
のエッチングや陽極酸化の条件をそれぞれ制御し、ポー
ラスシリコン層１８,３０の多孔度や厚みを最適設定す
るようにすれば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することができる。
るものではない。例えば陽極酸化により形成するポーラ
スシリコン層１８,３０の多孔度は、その陽極酸化条件
を制御することで容易に、しかも精度良く調整可能であ
り、またそのフィルタ長についてもＳi基板１１のエッ
チングにより容易に調整可能である。従ってキャビティ
１の大きさ（内容積）や、ガス拡散フィルタに要求され
るフィルタ特性（圧力損失）等に応じて、Ｓi基板１１
のエッチングや陽極酸化の条件をそれぞれ制御し、ポー
ラスシリコン層１８,３０の多孔度や厚みを最適設定す
るようにすれば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、小
型の光音響ガスセンサを実現する上で必要な、小型で特
性の安定した高品質なガス拡散フィルタを簡易に製造す
ることができる。しかも光音響ガスセンサのキャビティ
をなすＳi基板に該キャビティと一体にガス拡散フィル
タを設けることができるので、その実用的利点が多大で
ある。しかもＳiウェハ上において複数のガス拡散フィ
ルタを一括して量産することもできるので、その製造コ
ストを下げることができる等の工業上の利点も多大であ
る。
型の光音響ガスセンサを実現する上で必要な、小型で特
性の安定した高品質なガス拡散フィルタを簡易に製造す
ることができる。しかも光音響ガスセンサのキャビティ
をなすＳi基板に該キャビティと一体にガス拡散フィル
タを設けることができるので、その実用的利点が多大で
ある。しかもＳiウェハ上において複数のガス拡散フィ
ルタを一括して量産することもできるので、その製造コ
ストを下げることができる等の工業上の利点も多大であ
る。
【図１】本発明の実施形態に係る光音響ガスセンサ用ガ
ス拡散フィルタの製造方法を説明するためのもので、Ｓ
i基板（Ｓiウェハ）上における光音響ガスセンサの一括
製造の概念を示す図。
ス拡散フィルタの製造方法を説明するためのもので、Ｓ
i基板（Ｓiウェハ）上における光音響ガスセンサの一括
製造の概念を示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るガス拡散フィル
タの製造過程を分解して示す図。
タの製造過程を分解して示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るガス拡散フィル
タの製造過程を分解して示す図。
タの製造過程を分解して示す図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るガス拡散フィル
タの製造過程を分解して示す図。
タの製造過程を分解して示す図。
【図５】光音響ガスセンサの概略的な構造を示す図。
【符号の説明】 １１ Ｓi基板 １２,１３ 保護膜（ＳiＮX膜） １４,１６ レジスト膜 １５ 凹部（キャビティ） １７ 凹部（ガス通流路） １８ 隔壁 １９ ポーラスシリコン層（ガス拡散フィルタ） ２０ ＳＯＩ基板 ２１ ＳiＯ2膜 ２２,２３ Ｓi層 ２４,２５ ＳiＮX膜 ２６,２８ レジスト膜 ２７ 凹部（キャビティ） ２９ 凹部（ガス通流路） ３０ 隔壁 ３１ ポーラスシリコン層（ガス拡散フィルタ） ４０ 壁体 ４１ 赤外光反射膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木原 隆 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会 社山武内 Ｆターム(参考） 2G047 AA01 BC15 CA04 GB32 GD02
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｓi基板を一方の面から略垂直にエッチ
ングして光音響ガスセンサのキャビティをなす凹部を形
成すると共に、前記凹部の外側に位置する部位を前記Ｓ
i基板を他方の面から略垂直にエッチングして該Ｓi基板
に所定の厚みの隔壁を形成する第１の工程と、 前記隔壁を除く所定領域をマスクして該隔壁を陽極酸化
してガス拡散フィルタをなすポーラスシリコン層を形成
する第２の工程とを具備したことを特徴とする光音響ガ
スセンサ用ガス拡散フィルタの製造方法。 - 【請求項２】 Ｓi基板を一方の面から略垂直にエッチ
ングして光音響ガスセンサのキャビティをなす凹部およ
びこの凹部の内壁面に対峙する壁体を形成すると共に、
前記凹部の外側における前記壁体とは反対側の部位を前
記Ｓi基板を他方の面から略垂直にエッチングして該Ｓi
基板に所定の厚みの隔壁を形成する第１の工程と、 前記隔壁を除く所定領域をマスクして該隔壁を陽極酸化
してガス拡散フィルタをなすポーラスシリコン層を形成
する第２の工程とを具備したことを特徴とする光音響ガ
スセンサ用ガス拡散フィルタの製造方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載の光音響ガスセンサ用ガ
ス拡散フィルタの製造方法において、 更に前記凹部がなすキャビティ内の前記ガス拡散フィル
タをなすポーラスシリコン層および赤外光導入窓部を除
く面に赤外光反射膜をコーティングする第３の工程を備
えることを特徴とする光音響ガスセンサ用ガス拡散フィ
ルタの製造方法。 - 【請求項４】 前記第２の工程は、前記Ｓi基板の両面
における非エッチング面をそれぞれマスクし、このＳi
基板をフッ酸溶液中に浸漬すると共に該Ｓi基板の周囲
を液密にシールして該Ｓi基板の両面間でのフッ酸溶液
の接触を防ぎ、この状態で前記Ｓi基板の両面間に所定
の電流を通電して行われるものである請求項１〜３のい
ずれかに記載の光音響ガスセンサ用ガス拡散フィルタの
製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001132480A JP2002328115A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 光音響ガスセンサ用ガス拡散フィルタの製造方法 |
| PCT/JP2002/004284 WO2002088697A1 (en) | 2001-04-27 | 2002-04-26 | Production method for photoacoustic gas sensor-use gas diffusion filter |
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