JP2007279000A - Potential sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触で測定対象物の電位を測定することのできる電位センサであって、特に、半導体製造技術を利用して製造される電位センサに関する。 The present invention relates to a potential sensor that can measure the potential of an object to be measured in a non-contact manner, and particularly relates to a potential sensor manufactured using semiconductor manufacturing technology.
従来、複写機の感光ドラムや半導体製造ラインのウェーハ等の測定対象物の電位を測定するために、電位センサが使用されている。 Conventionally, a potential sensor is used to measure the potential of a measurement object such as a photosensitive drum of a copying machine or a wafer of a semiconductor production line.
図5及び図6に示されているように、この種の従来の電位センサ1は、ベースプレート2と、プレス成形されてベースプレート2に片持ち梁状に取り付けられる振動体3とにより概略構成されており、該振動体3の先端部には、前記測定対象物に対向するように検知電極4が設けられている。また、振動体3には、圧電素子(図示せず)が設けられており、該圧電素子は発振回路(図示せず)に接続されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, this type of conventional potential sensor 1 is roughly configured by a
そして、このように構成された電位センサ1において、前記発振装置からの駆動信号が前記圧電素子に供給されると、該圧電素子が歪み、振動体3が振動すると共に、検知電極4が振動する。この検知電極4が振動することにより、検知電極3と前記測定対象物との間の距離が周期的に変動し、この距離の周期的な変動により、検知電極3と前記測定対象物との間に発生する静電容量が周期的に変化する。この結果、検知電極3に電荷が誘起され、交流信号が発生し、この交流信号に基づき、前記測定対象物の電位を測定する(例えば、特許文献1又は2参照)。
しかしながら、上記した従来の電位センサ1においては、振動体3がプレス加工により成形されるようになっているため、少なくとも、0.1〜0.3mm程度の板厚が必要となる。また、ベースプレート2によって振動体3を安定性良く支持するためには、ベースプレート2は振動体3の数十倍程度の質量を有している必要がある。このようなことから、従来の電位センサ1では、小型化、軽量化が図り難いといった問題があった。
However, in the above-described conventional potential sensor 1, since the vibrating body 3 is formed by press working, a plate thickness of at least about 0.1 to 0.3 mm is required. Further, in order to stably support the vibrating body 3 by the
また、前記圧電素子は、振動体3とは別個に製造され、振動体3に接着されるようになっているため、部品点数が増加すると共に、接着工程が必要となる。したがって、電位センサの製造に非常に手間が掛かると共に、設計・製造の自由度が低いといった問題があった。 Further, since the piezoelectric element is manufactured separately from the vibrating body 3 and is bonded to the vibrating body 3, the number of parts is increased and an adhesion process is required. Therefore, there are problems that it takes much time to manufacture the potential sensor, and the degree of freedom in design and manufacturing is low.
さらに、上記した従来の技術を使用して、ベースプレート2に複数個の振動体3を配列させた場合には、各振動体3間においてハウリングや干渉が発生し、動作が不安定になるおそれがあった。また、この場合には、各振動体3間の距離を十分にとる必要があると共に、各振動体3を支持するベースプレート2の質量を大きくする必要があるため、電位センサが大型化するといった問題があった。
Further, when a plurality of vibrating bodies 3 are arranged on the
さらにまた、上記した特許文献1に記載の電位センサにおいては、ベースプレート2の質量を幾分減少させることはできるが、検知電極4の可動範囲が小さくなり、センサとしての感度が低下するといった問題があった。
Furthermore, in the potential sensor described in Patent Document 1, the mass of the
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、小型軽量化及び感度の向上を図ると共に、製造を容易にし、設計・製造の自由度を高めることのできる電位センサを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a potential sensor capable of reducing the size and weight and improving sensitivity, facilitating manufacture, and increasing the degree of freedom in design and manufacture. It is intended.
上記した目的を達成するため、本発明に係る電位センサは、半導体基板から成るベース部材と、該ベース部材に対して半導体製造技術により片持ち梁状に形成された振動体と、該振動体の先端部表面に半導体製造技術により形成された検知電極と、前記振動体の表面に半導体製造技術により形成された圧電素子とを備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a potential sensor according to the present invention includes a base member made of a semiconductor substrate, a vibrating body formed in a cantilever shape with respect to the base member by a semiconductor manufacturing technique, It is characterized by comprising a detection electrode formed by a semiconductor manufacturing technique on the surface of the tip portion and a piezoelectric element formed by a semiconductor manufacturing technique on the surface of the vibrating body.
この構成により、小型軽量化を図ることができると共に量産性の向上を図ることができ、さらに、検知電極の可動範囲を小さくすることもなく、センサとしての感度の向上を図ることができる。 With this configuration, it is possible to reduce the size and weight, improve mass productivity, and further improve the sensitivity of the sensor without reducing the movable range of the detection electrode.
また、本発明に係る電位センサにおいて、前記ベース部材は、前記振動体の基端側のみに設けられていてもよい。 In the potential sensor according to the present invention, the base member may be provided only on the base end side of the vibrating body.
この構成により、さらなる小型軽量化を図ることができる。 With this configuration, further reduction in size and weight can be achieved.
さらに、本発明に係る電位センサにおいて、前記ベース部材は、前記振動体の基端側に設けられていると共に、該振動体の左右いずれか一方側に設けられており、L字型平面形状を成していてもよい。 Furthermore, in the potential sensor according to the present invention, the base member is provided on the base end side of the vibrating body, and is provided on either the left or right side of the vibrating body, and has an L-shaped planar shape. It may be made.
この構成により、電位センサを実装する時に平面度が取りやすくなるため、実装作業をより容易且つ確実に行うことができる。 With this configuration, the flatness can be easily obtained when the potential sensor is mounted, so that the mounting operation can be performed more easily and reliably.
さらにまた、本発明に係る電位センサにおいて、前記ベース部材は、前記振動体の基端側に設けられていると共に、該振動体の左右両側及び先端側の三方を取り囲むように設けられており、矩形環状を成していてもよい。 Furthermore, in the potential sensor according to the present invention, the base member is provided on the proximal end side of the vibrating body, and is provided so as to surround the left and right sides and the distal end side of the vibrating body, A rectangular ring may be formed.
この構成により、電位センサを実装する時にさらに平面度が取りやすくなるため、実装作業をより一層容易且つ確実に行うことができる。 With this configuration, it is easier to obtain flatness when the potential sensor is mounted, so that the mounting operation can be performed more easily and reliably.
本発明によれば、電位センサが半導体製造技術により製造されるため、小型軽量化を図ることができると共に、量産性の向上を図ることができ、さらに、感度の向上を図ることができる。 According to the present invention, since the potential sensor is manufactured by a semiconductor manufacturing technique, it is possible to reduce the size and weight, improve mass productivity, and further improve sensitivity.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図1は本実施の形態に係る電位センサを示す斜視図、図2は本実施の形態に係る電位センサの別の例を示す斜視図、図3は本実施の形態に係る電位センサのさらに別の例を示す斜視図、図4は本実施の形態に係る電位センサのさらに別の例を示す斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a perspective view showing a potential sensor according to this embodiment, FIG. 2 is a perspective view showing another example of the potential sensor according to this embodiment, and FIG. 3 is a potential sensor according to this embodiment. FIG. 4 is a perspective view showing still another example of the potential sensor according to the present embodiment.
本実施の形態に係る電位センサ10は、シリコンウェーハ等の半導体基板から成るベース部材11と、ベース部材11に対して片持ち梁状に設けられた振動体12とから概略構成されている。
The
図1に示されているように、ベース部材11は、振動体12の基端側にのみ設けられて矩形状を成しており、0.5mm程度の板厚を有している。振動体12は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等の半導体製造技術を利用して製造されており、板厚を1〜10μm程度にまで薄くすることができる。これにより、本実施の形態の電位センサ10は、パッケージ化された状態において、縦5mm程度、横5mm程度、高さ2μm程度の外形サイズとなり、従来の電位センサと比べて、1/100程度にまで小型化を図ることができる。
As shown in FIG. 1, the
また、振動体12には、測定対象物に対向するように先端部表面に検知電極13が形成されていると共に、表面に沿って第1圧電素子14及び第2圧電素子15がそれぞれ直線状に形成されており、これらの圧電素子14,15は発振回路(図示せず)に接続されている。そして、前記検知電極13と第1圧電素子14及び第2圧電素子15は、それぞれ、スパッタ法やゾルゲル法等の半導体製造技術によって、振動体12上に直接、部品の一部として製造されるようになっている。これにより、電位センサ10の製造過程において、接着工程を省くことができるため、電位センサ10の製造が容易になり、耐環境性等の特性の向上及び安定性を高めることができると共に、電位センサの設計及び製造の自由度を高めることができる。
In addition, the
そして、このような構成を備えた電位センサ10は、次のように動作する。
The
先ず、前記発振装置からの駆動信号が第1圧電素子14及び第2圧電素子15に供給されると、該各圧電素子14,15が歪み、振動体12が振動すると共に、検知電極13が振動する。この検知電極13が振動することにより、検知電極13と前記測定対象物との間の距離が周期的に変動し、この距離の周期的な変動により、検知電極13と前記測定対象物との間に発生する静電容量が周期的に変化する。この結果、検知電極13に電荷が誘起され、交流信号が発生する。そして、この交流信号は、前記測定対象物の電位に比例するため、この交流信号によって、前記測定対象物の電位を測定することができる
上記したように本発明の実施の形態に係る電位センサ10によれば、電位センサ10が半導体製造技術により製造されるようになっているため、小型軽量化を図ることができると共に量産性の向上を図ることができ、さらに、検知電極13の可動範囲を小さくすることもなく、センサとしての感度の向上を図ることができる。また、振動体12のみならず、パッケージ全体を半導体製造技術により製造することもでき、その場合には、エンドユーザによる電位センサ10の実装作業が一段と容易且つ確実にできるようになる。
First, when a drive signal from the oscillation device is supplied to the first
さらに、この電位センサ10では、アレイ構造設計を行うことが可能であり、図2に示すように、小型軽量化を図りつつ、複数の振動体12a,12b,12cを一つのベース部材11に同時に配列させることができるようになる。したがって、半導体製造ラインにおけるウェーハ表面の電位測定等、直線状や面上の複数の測定箇所において連続的に電位測定を行う必要のある用途に対しても柔軟に適用することが可能となり、用途の拡大化を図ることができる。
Furthermore, in this
なお、上記した実施の形態において、ベース部材11は矩形状を成しているが、これは単なる例示に過ぎず、例えば、図3に示すように、ベース部材11’を振動体12の基端側と該振動体12の左右いずれか一方側(図2では右側)に設けることによりL字型平面形状に形成したり、或いは、例えば、図4に示すように、振動体12の基端側と該振動体12の左右両側及び先端側の三方を取り囲むように設けることによるベース部材11”を矩形環状に形成したりする等、各種変更が可能である。
In the above-described embodiment, the
10 電位センサ
11 ベース部材
12 振動体
13 検査電極
14 第1圧電素子
15 第2圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該ベース部材に対して半導体製造技術により片持ち梁状に形成された振動体と、
該振動体の先端部表面に半導体製造技術により形成された検知電極と、
前記振動体の表面に半導体製造技術により形成された圧電素子と、
を備えていることを特徴とする電位センンサ。 A base member made of a semiconductor substrate;
A vibrating body formed in a cantilever shape by semiconductor manufacturing technology with respect to the base member;
A sensing electrode formed by semiconductor manufacturing technology on the surface of the tip of the vibrator;
A piezoelectric element formed on the surface of the vibrating body by a semiconductor manufacturing technique;
A potential sensor characterized by comprising:
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