JP2011108680A - Method of manufacturing multilayer substrate, method of manufacturing diaphragm, and method of manufacturing pressure sensor - Google Patents

Method of manufacturing multilayer substrate, method of manufacturing diaphragm, and method of manufacturing pressure sensor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a multilayer substrate suppressing a through-hole caused by crystal defects in a crystal substrate, to provide a method of manufacturing a diaphragm, and to provide a method of manufacturing a pressure sensor. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the multilayer substrate 400 includes: a process for of forming a junction layer 105 between substrates by bonding first and second crystal substrates 100, 200; and a process for of forming a thin part 205 by etching the first and/or second crystal substrates 100, 200 toward the junction layer 105. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、特に水晶基板の結晶欠陥に起因する貫通孔を抑制する積層基板の製造方法、ダイアフラムの製造方法、圧力センサーの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a laminated substrate, a method for manufacturing a diaphragm, and a method for manufacturing a pressure sensor, in particular, which suppress a through-hole caused by crystal defects in a quartz substrate.

被測定圧力を受圧して撓む可撓部を有する受圧手段としてのダイアフラムと、当該ダイアフラムの支持部に支持固定される感圧素子としての双音叉振動片とから構成される圧力センサーとして、特許文献1が開示されている。   Patented as a pressure sensor comprising a diaphragm as a pressure receiving means having a flexible part that receives and deflects the pressure to be measured, and a double tuning fork vibrating piece as a pressure sensing element supported and fixed to the support part of the diaphragm Document 1 is disclosed.

図9は圧力センサーの従来技術の説明図であり、(A)は圧力センサーの断面図であり、(B)は(A)のA−A矢視図である。特許文献1に開示されている圧力センサー1は、圧力を受圧したダイアフラム2が撓むと、その撓みに起因した力が支持部3を介して双音叉振動子4に伝達されて前記双音叉振動子4にも撓みが生じることによって、振動子の振動腕(ビーム)5方向に伸縮作用が生じる。この伸縮作用によって生じた内部応力により双音叉振動子4の共振周波数に変化が生じる。この共振周波数の変化を圧力の変化に変換することにより圧力変動を検出することができる。   FIG. 9 is an explanatory view of a conventional pressure sensor, (A) is a cross-sectional view of the pressure sensor, and (B) is an AA arrow view of (A). In the pressure sensor 1 disclosed in Patent Document 1, when the diaphragm 2 receiving pressure is bent, a force resulting from the bending is transmitted to the double tuning fork vibrator 4 via the support portion 3, and the double tuning fork vibrator The bending of 4 also causes an expansion / contraction action in the direction of the vibrating arm (beam) 5 of the vibrator. A change occurs in the resonance frequency of the double tuning fork vibrator 4 due to the internal stress generated by the stretching action. By converting the change in the resonance frequency into the change in pressure, the pressure fluctuation can be detected.

上記のように圧力センサーは、圧力の変化を検出できるため、気圧の変化を検出することで、その高度を検出することが可能である。PND(Personal Navigation Device)等のナビゲーションシステムに圧力センサーによる高度検出情報を用いることで、例えば建物の何階であるのか、立体交差の上下など平面的なGPS情報だけでは判別し難い高さ方向の位置情報に関して精度を向上させることができる。
また人のナビゲーションを行う場合、車などより精度良く高度を検出する必要がある。精度良く高度情報を検出するためには、圧力の変化を感度良く検出することが必要となる。
Since the pressure sensor can detect a change in pressure as described above, the altitude can be detected by detecting a change in atmospheric pressure. By using altitude detection information by a pressure sensor in a navigation system such as PND (Personal Navigation Device), it is difficult to determine the height direction that is difficult to determine with only planar GPS information such as the floor of a building, for example, the top and bottom of a three-dimensional intersection. The accuracy with respect to the position information can be improved.
In addition, when performing human navigation, it is necessary to detect altitude with higher accuracy than a car or the like. In order to detect altitude information with high accuracy, it is necessary to detect changes in pressure with high sensitivity.

特開2007−327922号公報JP 2007-327922 A

圧力センサーの感度を向上させる一つの方法として、ダイアフラムの面積を増加させる方法がある。ダイアフラムの面積を増加させると、ダイアフラムの変位量が増えることになり、ダイアフラムと接続された感圧素子により大きな力が加わり、微小な変化であっても大きな周波数変化として検知することが可能となる。   One method for improving the sensitivity of the pressure sensor is to increase the area of the diaphragm. When the area of the diaphragm is increased, the amount of displacement of the diaphragm increases, a large force is applied to the pressure-sensitive element connected to the diaphragm, and even a minute change can be detected as a large frequency change. .

しかしながら、ダイアフラムの面積を増加させると素子面積も増加してしまうため、ナビゲーションシステムのような小型化が要求されている携帯端末へ搭載させることを考慮すると望ましくない。   However, if the area of the diaphragm is increased, the element area is also increased. Therefore, it is not desirable in consideration of mounting on a portable terminal that is required to be downsized such as a navigation system.

一方、圧力センサーの感度を向上させるもう一つの方法として、ダイアフラムの厚みを薄くする方法がある。ダイアフラムの厚みを薄くすると、ダイアフラムの変位量が増えるため、ダイアフラムと接続された感圧素子により大きな力が加わり、微小な変化であっても大きな周波数変化として検知することが可能である。   On the other hand, as another method for improving the sensitivity of the pressure sensor, there is a method of reducing the thickness of the diaphragm. When the diaphragm thickness is reduced, the amount of displacement of the diaphragm increases, so that a large force is applied to the pressure-sensitive element connected to the diaphragm, and even a minute change can be detected as a large frequency change.

ここでダイアフラムの厚みを薄くする加工方法として、研磨加工、サンドブラスト加工、エッチング加工などが挙げられる。
通常、圧力センサーはダイアフラムに薄肉部と厚肉部を設けた凹凸構造となるため、研磨加工による加工は困難である。
Here, examples of processing methods for reducing the thickness of the diaphragm include polishing, sandblasting, and etching.
Usually, the pressure sensor has a concavo-convex structure in which a diaphragm is provided with a thin part and a thick part, and therefore processing by polishing is difficult.

またサンドブラスト加工では、ダイアフラムを薄く加工する場合、砥粒が基材へ衝突する衝撃で薄く形成させるダイアフラム自体が破損してしまい歩留まりが低下する問題がある。   In the sandblasting process, when the diaphragm is thinned, there is a problem in that the yield of the diaphragm is reduced because the diaphragm itself is damaged by the impact of the abrasive grains colliding with the base material.

一方、エッチング加工では、サンドブラストのような破損が生じず、凹凸を形成できるため、当該ダイアフラムの加工に適した方法である。しかしながら材料に存在するエッチチャンネルを拡充してしまう。ここでエッチチャンネルとは、Z軸方向に形成された線状欠陥が、基板表面に現れている箇所では、エッチング液に対する化学的強度が弱く、優先的にエッチングが進行して基板を貫通して形成された孔をいう。このため、ダイアフラムに貫通孔が発生して、ダイアフラムの内外が繋がってしまい、圧力変化を検出できなくなるという問題がある。   On the other hand, the etching process is suitable for the processing of the diaphragm because it does not cause damage like sandblasting and can form irregularities. However, the etch channel existing in the material is expanded. Here, the etch channel is a region where a linear defect formed in the Z-axis direction appears on the surface of the substrate, where the chemical strength against the etchant is weak, and etching progresses preferentially and penetrates the substrate. Refers to the formed hole. For this reason, a through-hole is generated in the diaphragm, the inside and outside of the diaphragm are connected, and there is a problem that a pressure change cannot be detected.

そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解決するため、水晶基板のエッチングによる貫通孔の発生を抑制させた積層基板の製造方法、ダイアフラムの製造方法、圧力センサーの製造方法を提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a laminated substrate, a method for manufacturing a diaphragm, and a method for manufacturing a pressure sensor in which the generation of through-holes due to etching of the quartz substrate is suppressed in order to solve the above-described problems of the prior art. It is aimed.

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]第1及び第2の水晶基板を接合し基板間に接合層を形成する工程と、前記第1又は/及び第2の水晶基板を前記接合層に向かってエッチングして薄肉部を形成する工程と、からなることを特徴とする積層基板の製造方法。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
Application Example 1 A step of bonding the first and second quartz crystal substrates to form a bonding layer between the substrates, and etching the first or / and second quartz crystal substrate toward the bonding layer to form a thin portion And a step of forming the laminated substrate.

上記方法により、第1及び第2の水晶基板の線状欠陥が重なることがなく、積層させた基板をエッチングしてもエッチチャンネルの拡充を接合層で止めることができる。従って第1及び第2の水晶基板を貫通する孔が形成されることがない。また第1及び第2の水晶基板は平板の基板状で接合しているため、接合時における応力により歪みや破損を防止することができる。   According to the above method, the linear defects of the first and second crystal substrates do not overlap, and the expansion of the etch channel can be stopped by the bonding layer even if the stacked substrates are etched. Therefore, a hole penetrating the first and second quartz substrates is not formed. Further, since the first and second quartz substrates are bonded in the form of a flat plate, distortion and breakage can be prevented by the stress at the time of bonding.

[適用例2]前記第1及び第2の水晶基板は直接接合により接合することを特徴とする適用例1に記載の積層基板の製造方法。
上記方法により、第1及び第2の水晶基板との基板間における熱膨張係数の差による温度特性の劣化を生じることがない。
Application Example 2 The method for manufacturing a laminated substrate according to Application Example 1, wherein the first and second crystal substrates are bonded by direct bonding.
By the above method, the temperature characteristics are not deteriorated due to the difference in thermal expansion coefficient between the first and second quartz crystal substrates.

[適用例3]前記接合層は、低融点ガラスを用いたことを特徴とする適用例1に記載の積層基板の製造方法。
上記方法により、水晶と熱膨張係数の略等しい低融点ガラスを用いるため第1及び第2の水晶基板の基板間における熱膨張係数の差による温度特性の劣化を生じることがない。
Application Example 3 The method for manufacturing a laminated substrate according to Application Example 1, wherein the bonding layer is made of low-melting glass.
According to the above method, since the low-melting glass having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the quartz crystal is used, the temperature characteristics are not deteriorated due to the difference in thermal expansion coefficient between the first and second quartz crystal substrates.

[適用例4]第1及び第2の水晶基板を接合し基板間に接合層を形成する工程と、前記第1及び第2の基板の枠部及び支持部に相当する領域をマスキングする工程と、前記第1又は/及び第2の水晶基板を前記接合層に向かってエッチングして可撓部を形成する工程と、からなることを特徴とするダイアフラムの製造方法。   Application Example 4 A step of bonding the first and second quartz crystal substrates to form a bonding layer between the substrates, a step of masking regions corresponding to the frame portion and the support portion of the first and second substrates, And a step of etching the first or / and second quartz substrate toward the bonding layer to form a flexible portion. A method of manufacturing a diaphragm, comprising:

上記方法により、第1及び第2の水晶基板の線状欠陥が重なることがなく、積層させた基板をエッチングしてもエッチチャンネルの拡充を接合層で止めることができる。従って第1及び第2の水晶基板を貫通する孔が形成されることがない。またダイアフラムの可撓部を容易に薄膜に形成することができ、検出感度を向上させることができる。また第1及び第2の水晶基板は平板の基板状で接合しているため、接合時における応力により歪みや破損を防止することができる。   According to the above method, the linear defects of the first and second crystal substrates do not overlap, and the expansion of the etch channel can be stopped by the bonding layer even if the stacked substrates are etched. Therefore, a hole penetrating the first and second quartz substrates is not formed. Moreover, the flexible part of a diaphragm can be easily formed in a thin film, and detection sensitivity can be improved. Further, since the first and second quartz substrates are bonded in the form of a flat plate, distortion and breakage can be prevented by the stress at the time of bonding.

[適用例5]前記第1及び第2の水晶基板は直接接合により接合することを特徴とする適用例4に記載のダイアフラムの製造方法。
上記方法により、第1及び第2の水晶基板の基板間における熱膨張係数の差による温度特性の劣化を生じることがない。従ってダイアフラムの感度を向上させることができる。
Application Example 5 The method for manufacturing a diaphragm according to Application Example 4, wherein the first and second crystal substrates are bonded by direct bonding.
By the above method, the temperature characteristics are not deteriorated due to the difference in thermal expansion coefficient between the first and second quartz crystal substrates. Therefore, the sensitivity of the diaphragm can be improved.

[適用例6]前記接合層は、低融点ガラスを用いたことを特徴とする適用例4に記載のダイアフラムの製造方法。
上記方法により、第1及び第2の水晶基板の基板間における熱膨張係数の差による温度特性の劣化を生じることがない。従ってダイアフラムの感度を向上させることができる。
[Application Example 6] The diaphragm manufacturing method according to Application Example 4, wherein the bonding layer is made of low-melting glass.
By the above method, the temperature characteristics are not deteriorated due to the difference in thermal expansion coefficient between the first and second quartz crystal substrates. Therefore, the sensitivity of the diaphragm can be improved.

[適用例7]適用例4ないし適用例6のいずれか1項に記載の製造方法により製造したダイアフラムの支持部と感圧素子の基部を接合して形成したことを特徴とする圧力センサーの製造方法。   [Application Example 7] Manufacture of a pressure sensor characterized in that it is formed by joining a support portion of a diaphragm manufactured by the manufacturing method according to any one of Application Examples 4 to 6 and a base portion of a pressure sensitive element. Method.

上記方法により、第1及び第2の水晶基板の線状欠陥が重なることがなく、積層させた基板をエッチングしてもエッチチャンネルの拡充を接合層で止めることができる。従って第1及び第2の水晶基板を貫通する孔が形成されることがない。またダイアフラムの可撓部を容易に薄膜に形成することができ、検出感度を向上させた圧力センサーが得られる。   According to the above method, the linear defects of the first and second crystal substrates do not overlap, and the expansion of the etch channel can be stopped by the bonding layer even if the stacked substrates are etched. Therefore, a hole penetrating the first and second quartz substrates is not formed. Further, the flexible portion of the diaphragm can be easily formed into a thin film, and a pressure sensor with improved detection sensitivity can be obtained.

本発明の積層基板の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the multilayer substrate of this invention. 積層基板の製造方法の変形例の説明図である。It is explanatory drawing of the modification of the manufacturing method of a laminated substrate. 化学的エッチング方法による水晶基板の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the quartz substrate by the chemical etching method. 単位面積当たりの線状欠陥数と重なり数の関係についての説明図である。It is explanatory drawing about the relationship between the number of the linear defects per unit area, and the number of overlapping. (A)は圧力センサーの基板の内側(凹部側)を上方から見た斜視図であり、(B)はダイアフラムの内側(支持部側)を上方から見た斜視図である。(A) is the perspective view which looked at the inner side (recessed part side) of the board | substrate of a pressure sensor from the upper direction, (B) is the perspective view which looked at the inner side (support part side) of the diaphragm from the upper direction. 圧力センサーの断面図である。It is sectional drawing of a pressure sensor. ダイアフラムの底面図である。It is a bottom view of a diaphragm. 本発明のダイアフラムの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the diaphragm of this invention. 圧力センサーの従来技術の説明図であり、(A)は圧力センサーの断面図であり、(B)は(A)のA−A矢視図である。It is explanatory drawing of the prior art of a pressure sensor, (A) is sectional drawing of a pressure sensor, (B) is an AA arrow directional view of (A).

本発明の積層基板の製造方法、ダイアフラムの製造方法、圧力センサーの製造方法の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
まず水晶基板をエッチングする際、線状欠陥による貫通孔(エッチチャンネル)の形成メカニズムについて説明する。図3は化学的エッチング方法による水晶基板の製造方法の説明図である。図3(1)に示す平板状の水晶基板80に薄肉部を形成する場合、図3(2)に示すように水晶基板80の一方の主面側80aの薄肉部以外の厚肉部に相当する領域をCr及びAu膜でメタライズした金属層81aを形成する。さらに水晶基板80の他方の主面80bの全面にCr及びAu膜でメタライズした金属層81bを形成する。次に図3(3)に示すように薄肉部に相当する領域をフッ化アンモニウムなどのエッチャントを用いてエッチングする。このとき図3(2)に示すように、水晶基板80の一方の主面80aの表面に露出している線状欠陥82がある場合、エッチング液に対する化学的強度が弱く、優先的にエッチングが進行して貫通孔(エッチチャンネル)83が形成される。図3(3)に示すような水晶基板80の両主面80a、80bに形成した金属膜を除去すると、水晶基板80には、一方の主面80aから他方の主面80bを貫通した貫通孔83が形成されてしまう。
Embodiments of a method for manufacturing a laminated substrate, a method for manufacturing a diaphragm, and a method for manufacturing a pressure sensor according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
First, a mechanism for forming a through hole (etch channel) due to a linear defect when a quartz crystal substrate is etched will be described. FIG. 3 is an explanatory view of a method for manufacturing a quartz substrate by a chemical etching method. When a thin portion is formed on the flat plate-like quartz substrate 80 shown in FIG. 3A, it corresponds to a thick portion other than the thin portion on one main surface side 80a of the quartz substrate 80 as shown in FIG. A metal layer 81a is formed by metallizing the region to be formed with a Cr and Au film. Further, a metal layer 81b metallized with a Cr and Au film is formed on the entire other main surface 80b of the quartz substrate 80. Next, as shown in FIG. 3C, a region corresponding to the thin portion is etched using an etchant such as ammonium fluoride. At this time, as shown in FIG. 3 (2), when there is a linear defect 82 exposed on the surface of one main surface 80a of the quartz substrate 80, the chemical strength against the etchant is weak and etching is preferentially performed. A through hole (etch channel) 83 is formed by proceeding. When the metal film formed on both main surfaces 80a and 80b of the quartz substrate 80 as shown in FIG. 3 (3) is removed, the quartz substrate 80 has a through-hole penetrating from one principal surface 80a to the other principal surface 80b. 83 will be formed.

ここで水晶の原石の育成条件や、育成後の原石にスェプト処理やアニール処理を行い、さらに選別を行うことによって線状欠陥が殆ど現れない水晶基板を製作することができる。このような水晶基板を用いることにより、エッチングによる貫通孔を抑制する方法も考えられる。しかしながらこのような水晶基板の製作にはコストがかかってしまう問題がある。   Here, a quartz substrate with almost no linear defects can be manufactured by subjecting the quartz raw stones to growth conditions, or by subjecting the grown raw stones to a sweeping treatment or an annealing treatment and further selecting them. By using such a quartz substrate, a method of suppressing the through hole due to etching is also conceivable. However, there is a problem in that manufacturing such a quartz substrate is costly.

そこで本発明では、線状欠陥が存在する安価な原石であっても、エッチングによるエッチチャンネルが生じない加工方法を提案するものである。
図1は本発明の積層基板の製造方法の説明図である。
In view of this, the present invention proposes a processing method in which an etch channel is not generated by etching even for an inexpensive rough having linear defects.
FIG. 1 is an explanatory view of a method for producing a laminated substrate according to the present invention.

まず図1(1)に示すような薄膜の第1の基板100と、厚肉の第2の基板200を接合する(図1(2))。本発明の第1及び第2の基板100,200はいずれもATカット等の角度で切断した人工水晶などの水晶基板を用いている。接合手段としては直接接合、プラズマ活性化接合、シロキサン接合等を用いることができる。   First, a thin first substrate 100 as shown in FIG. 1A and a thick second substrate 200 are bonded (FIG. 1B). The first and second substrates 100 and 200 of the present invention use quartz substrates such as artificial quartz cut at an angle such as AT cut. As the bonding means, direct bonding, plasma activated bonding, siloxane bonding, or the like can be used.

プラズマ活性化の場合、接合部材の接合面をプラズマを用いて表面処理した後に接合部材を貼り合わせて接合するものである。このような接合技術によれば、直接接合に比べて熱処理温度を低くした場合であっても高い接合強度を得ることができる。   In the case of plasma activation, the bonding surface of the bonding member is subjected to surface treatment using plasma, and then the bonding member is bonded and bonded. According to such a joining technique, even when the heat treatment temperature is lowered as compared with direct joining, a high joining strength can be obtained.

また、シロキサン接合の場合、接合部材同士を薄膜化されたガラス質物質を介して接合するものである。具体的には、第1の基板100上にシロキサン(Si−O)結合を含むランダムな原子構造を有するSi骨格と、このSi骨格に結合する脱離基とを有する接合膜104を形成し、この接合膜104を介して結合部材同士の接合を行うというものである。接合膜104に熱や圧縮といったエネルギーを付与することにより、Si骨格に結合された脱離基が脱離し、Si骨格に活性手が生ずる。接合膜104に生じた活性手同士の結合により、Si−O−Si結合が成され、接合部材に形成した2つの接合膜104は一体化され、強固な接合層105となる。   In the case of siloxane bonding, the bonding members are bonded to each other through a thin glassy material. Specifically, a bonding film 104 having a Si skeleton having a random atomic structure including a siloxane (Si—O) bond and a leaving group bonded to the Si skeleton is formed on the first substrate 100; The bonding members are bonded to each other through the bonding film 104. By applying energy such as heat and compression to the bonding film 104, the leaving group bonded to the Si skeleton is eliminated, and an active hand is generated in the Si skeleton. The bonding between the active hands generated in the bonding film 104 forms an Si—O—Si bond, and the two bonding films 104 formed on the bonding member are integrated to form a strong bonding layer 105.

図1(1)に示すように、第1及び第2の基板100,200には、複数の線状欠陥13,23がランダムに存在する。ここで本発明者はこのような基板同士を接合する際の線状欠陥が重なる確率について検討した。   As shown in FIG. 1 (1), a plurality of linear defects 13 and 23 are present randomly on the first and second substrates 100 and 200. Here, the present inventor examined the probability that the linear defects overlap when bonding such substrates.

図4は、単位面積当たりの線状欠陥数と重なり数の関係についての説明図である。グラフは、横軸に1平方センチメートル当たりの線状欠陥数を、縦軸に1平方センチメートル当たりの重なり数をそれぞれ表している。また四角印はエッチチャンネルの直径が3〜5μm、三角印はエッチチャンネルの直径が2〜4μmをそれぞれ表している。図示のように直径2〜4μm、3〜5μmのいずれも線状欠陥が100(個/cm)以下では線状欠陥の重なり数が0を示している。従って基板同士を接合した際、線状欠陥が重なってしまい、エッチング処理による貫通孔が生じる可能性が殆どないことがわかる。従って、線状欠陥が100(個/cm)以下の水晶基板を用いることが望ましい。 FIG. 4 is an explanatory diagram regarding the relationship between the number of linear defects per unit area and the number of overlaps. In the graph, the horizontal axis represents the number of linear defects per square centimeter, and the vertical axis represents the number of overlaps per square centimeter. The square mark represents the etch channel diameter of 3 to 5 μm, and the triangle mark represents the etch channel diameter of 2 to 4 μm. As shown in the figure, when the number of linear defects is 100 (pieces / cm 2 ) or less, both the diameters of 2 to 4 μm and 3 to 5 μm indicate zero overlap. Therefore, it can be seen that when the substrates are joined together, the linear defects overlap and there is almost no possibility of a through-hole due to the etching process. Therefore, it is desirable to use a quartz substrate having a linear defect of 100 (pieces / cm 2 ) or less.

次に図1(3)に示すように、エッチングしない領域、即ち第1の基板100の一方の主面100aと、第2の基板200の厚肉部に相当する領域に、スパッタや蒸着等によりCr膜及び、Cr膜を被膜した上にAu膜を被膜した金属層102を形成する。   Next, as shown in FIG. 1 (3), a region not to be etched, that is, one main surface 100a of the first substrate 100 and a region corresponding to the thick portion of the second substrate 200 are formed by sputtering, vapor deposition, or the like. A Cr film and a metal layer 102 coated with an Au film on the Cr film are formed.

そして図1(4)に示すように、積層基板400の薄肉部205に相当する領域をエッチングする処理を行い、厚肉部204を形成する。このとき、第1及び第2の基板100,200の間には接合層105が形成されているため、第2の基板200の線状欠陥に対して優先的にエッチングが進行しても接合層105がエッチングストップ層として機能して、エッチチャンネルの拡充が生じることがなく、第1及び第2の基板100,200を貫通する貫通孔が形成されることがない。また第1及び第2の基板100,200の線状欠陥13,23は、接合時に互いに重ならない位置にあるため、優先的にエッチングが進行しても対向する基板でエッチングを止めることができる。従ってエッチチャンネルの拡充が生じることがない。   Then, as shown in FIG. 1 (4), a process corresponding to the thin portion 205 of the laminated substrate 400 is etched to form the thick portion 204. At this time, since the bonding layer 105 is formed between the first and second substrates 100 and 200, the bonding layer is used even if the etching progresses preferentially with respect to the linear defect of the second substrate 200. 105 functions as an etching stop layer, and the expansion of the etch channel does not occur, and the through-hole penetrating the first and second substrates 100 and 200 is not formed. Further, since the linear defects 13 and 23 of the first and second substrates 100 and 200 are in positions that do not overlap each other at the time of bonding, the etching can be stopped on the opposing substrates even if etching progresses preferentially. Therefore, the expansion of the etch channel does not occur.

次に図1(4)に示す積層基板400の露出している金属層102をヨウ化カリウム、硝酸等により除去する処理を行う。これにより、積層基板400に薄肉部205を形成することができる(図1(5))。   Next, a process of removing the exposed metal layer 102 of the multilayer substrate 400 shown in FIG. 1 (4) with potassium iodide, nitric acid, or the like is performed. Thereby, the thin part 205 can be formed in the laminated substrate 400 (FIG. 1 (5)).

上記方法によれば、第1及び第2の基板の線状欠陥が重なることがなく、積層させた基板をエッチングしてもエッチチャンネルの拡充を接合層で止めることができる。また第1及び第2の基板との基板間における熱膨張係数の差による温度特性の劣化を生じることがない。   According to the above method, the linear defects of the first and second substrates do not overlap, and the expansion of the etch channel can be stopped by the bonding layer even when the stacked substrates are etched. Further, there is no deterioration in temperature characteristics due to the difference in thermal expansion coefficient between the first and second substrates.

図2は積層基板の製造方法の変形例の説明図である。図1に示す第1及び第2基板の接合方法のように、第1及び第2の基板との基板間における熱膨張係数の差による温度特性の劣化を生じることがない接合方法として接合層に低融点ガラス層を用いる方法がある。   FIG. 2 is an explanatory view of a modified example of the method for manufacturing a laminated substrate. As in the bonding method of the first and second substrates shown in FIG. 1, the bonding layer is a bonding method that does not cause deterioration of temperature characteristics due to the difference in thermal expansion coefficient between the first and second substrates. There is a method using a low-melting glass layer.

図2(1)に示すように、板厚が略等しい第1及び第2の基板101,201を用意して、第1の基板101の一方の主面に接合層105aとなる鉛、ビスマス、銀、バナジウムの酸化物などからなる低融点ガラス層106をスクリーン印刷等により形成する。なお接合層は、第1及び第2の基板101,201などの水晶基板と熱膨張係数が等しく、接合後も応力を伝達することなく強固に固定できる材料であればよい。   As shown in FIG. 2 (1), first and second substrates 101, 201 having substantially the same thickness are prepared, and lead, bismuth, which becomes a bonding layer 105a on one main surface of the first substrate 101, A low-melting glass layer 106 made of silver, vanadium oxide or the like is formed by screen printing or the like. The bonding layer may be any material that has the same thermal expansion coefficient as that of the quartz substrate such as the first and second substrates 101 and 201 and can be firmly fixed without transmitting stress after bonding.

図2(2)に示すように第1及び第2の基板101,201を加熱溶融して接合し、接合基板401を形成する。接合基板401は、第1及び第2の基板101,201間に接合層105aとなる低融点ガラス層106を挟んだ構成となる。   As shown in FIG. 2B, the first and second substrates 101 and 201 are heated and melted and bonded to form a bonded substrate 401. The bonding substrate 401 has a configuration in which a low-melting glass layer 106 serving as the bonding layer 105 a is sandwiched between the first and second substrates 101 and 201.

図2(3)に示すように、第2の基板201上の厚肉部に相当する領域にスパッタや蒸着等によりCr膜及び、Cr膜を被膜した上にAu膜を被膜した金属層102を形成する。金属層102の形成は、第2の基板201の一方の主面に全面金属層を形成した後、レジスト膜でマスクして金属層を除去する方法、或いは予め形成位置以外をマスクして金属層を形成する方法であってもよい。   As shown in FIG. 2 (3), a Cr film and a metal layer 102 coated with an Au film on a Cr film and a Cr film coated on a region corresponding to the thick part on the second substrate 201 by sputtering or vapor deposition are formed. Form. The metal layer 102 is formed by forming a metal layer entirely on one main surface of the second substrate 201 and then removing the metal layer by masking with a resist film, or by previously masking the metal layer other than the formation position. It may be a method of forming.

図2(4)に示すように、積層基板401の薄肉部205となる領域をエッチングする処理を行い、厚肉部204を形成する。このとき、第1及び第2の基板101,201の間には接合層105aが形成されているため、第1又は第2の基板101,201の線状欠陥に対して優先的にエッチングが進行しても接合層105aがエッチングストップ層として機能して、エッチチャンネルの拡充が生じることがなく、第1及び第2の基板101,201を貫通する貫通孔が形成されることがない。また第1及び第2の基板101,201の線状欠陥13,23は、接合時に互いに重ならない位置にあるため、優先的にエッチングが進行しても対向する基板でエッチングを止めることができる。従ってエッチチャンネルの拡充が生じることがない。   As shown in FIG. 2 (4), a process for etching a region to be the thin portion 205 of the multilayer substrate 401 is performed to form the thick portion 204. At this time, since the bonding layer 105a is formed between the first and second substrates 101 and 201, etching progresses preferentially with respect to the linear defects of the first or second substrate 101 and 201. Even in this case, the bonding layer 105a functions as an etching stop layer, and the expansion of the etch channel does not occur, and the through hole penetrating the first and second substrates 101 and 201 is not formed. Further, since the linear defects 13 and 23 of the first and second substrates 101 and 201 are in positions that do not overlap each other at the time of bonding, the etching can be stopped on the opposing substrates even if the etching progresses preferentially. Therefore, the expansion of the etch channel does not occur.

次に図2(4)に示すような積層基板401の露出している金属層102をヨウ化カリウム、硝酸等により金属層102を除去する処理を行う。これにより、積層基板401に薄肉部205を形成することができる(図2(5))。   Next, a process of removing the metal layer 102 from the exposed metal layer 102 of the multilayer substrate 401 as shown in FIG. 2D with potassium iodide, nitric acid, or the like is performed. Thereby, the thin part 205 can be formed in the laminated substrate 401 (FIG. 2 (5)).

上記変形例の方法によれば、第1及び第2の基板の線状欠陥が重なることがなく、積層させた基板をエッチングしてもエッチチャンネルの拡充を接合層で止めることができる。また第1及び第2の基板との基板間における熱膨張係数の差による温度特性の劣化を生じることがない。   According to the method of the above-described modification, the linear defects of the first and second substrates do not overlap, and the expansion of the etch channel can be stopped by the bonding layer even when the stacked substrates are etched. Further, there is no deterioration in temperature characteristics due to the difference in thermal expansion coefficient between the first and second substrates.

なお図1に示す第1及び第2の基板100,200の接合層に図2に示す低融点ガラス層を適用することもできる。また図2に示す第1及び第2の基板101,201の接合方法に図1に示す直接接合、プラズマ活性化接合、シロキサン接合等を適用することもできる。   Note that the low-melting glass layer shown in FIG. 2 can also be applied to the bonding layer of the first and second substrates 100 and 200 shown in FIG. Further, direct bonding, plasma activated bonding, siloxane bonding, or the like shown in FIG. 1 can be applied to the bonding method of the first and second substrates 101 and 201 shown in FIG.

次に本発明のダイアフラムの製造方法及び圧力センサーの製造方法について以下説明する。
図5は本発明の圧力センサーの分解斜視図である。(A)は基板の内側(凹部側)を上方から見た斜視図であり、(B)はダイアフラムの内側(支持部側)を上方から見た斜視図である。図6は圧力センサーの断面図である。図7はダイアフラムの底面図である。図示のように本発明の圧力センサー10は、基板20と、枠付き振動子30と、ダイアフラム(受圧手段)40とを有している。
Next, the manufacturing method of the diaphragm and the manufacturing method of the pressure sensor of the present invention will be described below.
FIG. 5 is an exploded perspective view of the pressure sensor of the present invention. (A) is the perspective view which looked at the inner side (recess side) of the board | substrate from the upper direction, (B) is the perspective view which looked at the inner side (support part side) of the diaphragm from the upper direction. FIG. 6 is a cross-sectional view of the pressure sensor. FIG. 7 is a bottom view of the diaphragm. As shown in the figure, the pressure sensor 10 of the present invention includes a substrate 20, a vibrator 30 with a frame, and a diaphragm (pressure receiving means) 40.

なお本実施形態の基板20と、枠付き振動子30と、ダイアフラム(受圧手段)40は熱膨張係数の差による温度特性の劣化などを考慮して、同質材料となる水晶基板を用いている。   The substrate 20, the framed vibrator 30, and the diaphragm (pressure receiving means) 40 of this embodiment use a quartz substrate made of a homogeneous material in consideration of deterioration of temperature characteristics due to a difference in thermal expansion coefficient.

基板20は、枠付き振動子30の圧電振動片31を収容する内部空間Sを密封するためのパッケージ或いはリッドとしての役割を果たす部材である。基板20は、図5又は図6に示すように、その内側に凹部22が形成されており、この凹部22の開口側の周縁の環状囲繞部となる端面24に、枠付き振動子30の枠状部32と、ダイアフラム40の枠部42と順に積層して接合することで、凹部22の内側が密封された内部空間Sとなる。   The substrate 20 is a member that serves as a package or lid for sealing the internal space S that houses the piezoelectric vibrating piece 31 of the framed vibrator 30. As shown in FIG. 5 or FIG. 6, the substrate 20 has a recess 22 formed on the inner side thereof, and an end surface 24 serving as an annular surrounding portion on the peripheral side on the opening side of the recess 22 has a frame of the framed vibrator 30. By stacking and joining the shape portion 32 and the frame portion 42 of the diaphragm 40 in order, the inner space S in which the inside of the recess 22 is sealed is formed.

そして図5に示す基板20の主面外形は、水晶結晶軸のX軸方向に並行して延びる2本の辺と水晶結晶軸のY方向に並行して延びる2本の辺とからなる略四角形状(すなわち略長方形)である。   The main surface outline of the substrate 20 shown in FIG. 5 is a substantially square shape composed of two sides extending in parallel with the X-axis direction of the crystal crystal axis and two sides extending in parallel with the Y-direction of the crystal crystal axis. The shape (ie, substantially rectangular).

なお、図示されていないが、基板20の外部に露出した面には電極端子が設けられており、この電極端子は図示しない導電パターンを介して圧電振動片31との間で信号の入出力を行うようになっている。   Although not shown, an electrode terminal is provided on the surface exposed to the outside of the substrate 20, and this electrode terminal inputs / outputs a signal to / from the piezoelectric vibrating piece 31 via a conductive pattern (not shown). To do.

感圧素子を構成する枠付き振動子30は、枠状部32及びこの枠状部32と接続された双音叉型の圧電振動片31とを有している。そして枠付き振動子30は、圧電材料として例えば水晶をエッチングして形成されている。また図5に示す枠状部32の外形は、X軸方向に並行して延びる2本の辺とY軸方向に延びる2本の辺とからなる略矩形形状である。   The framed vibrator 30 constituting the pressure sensitive element includes a frame-shaped portion 32 and a double tuning fork type piezoelectric vibrating piece 31 connected to the frame-shaped portion 32. The vibrator 30 with a frame is formed by etching, for example, quartz as a piezoelectric material. The outer shape of the frame-shaped portion 32 shown in FIG. 5 is a substantially rectangular shape including two sides extending in parallel with the X-axis direction and two sides extending in the Y-axis direction.

圧電振動片31は、本実施形態の場合、加えられた力に対して周波数の変化が大きく、圧力を感度よく検出できる双音叉振動片を用いている。すなわち双音叉振動片は、屈曲振動モードを有する振動片であって、図5に示すように2つの音叉型振動片の自由端側の端面どうしを対向させて結合させた構造を有しており、互いに並行にY軸方向に長手方向が延びる2本の振動腕34,35と、この振動腕34,35の長手方向の両端に接続され、振動腕34,35と一列に並んだ2つの基部36とを有している。前記振動腕34,35は一方の基部36から他方の基部36に向かって伸びている。双音叉型振動子は、その感圧部(振動腕34,35)である前記2つの振動腕34,35に引張り応力(伸長応力)あるいは圧縮応力が印加されると、その共振周波数が印加される応力にほぼ比例して変化するという特性を有している。   In the case of this embodiment, the piezoelectric vibrating piece 31 uses a double tuning fork vibrating piece that has a large frequency change with respect to an applied force and can detect pressure with high sensitivity. That is, the double tuning fork vibrating piece is a vibrating piece having a bending vibration mode, and has a structure in which the end faces on the free end sides of two tuning fork type vibrating pieces are opposed to each other as shown in FIG. Two vibrating arms 34 and 35 extending in the longitudinal direction in the Y-axis direction in parallel to each other, and two bases connected to both ends in the longitudinal direction of the vibrating arms 34 and 35 and aligned with the vibrating arms 34 and 35 36. The vibrating arms 34 and 35 extend from one base portion 36 toward the other base portion 36. When a tensile stress (extension stress) or a compressive stress is applied to the two vibrating arms 34 and 35, which are pressure-sensitive portions (vibrating arms 34 and 35) of the double tuning fork vibrator, the resonance frequency is applied. It has a characteristic that it changes almost in proportion to the stress.

振動腕34,35はY軸方向に細長く、その表面に設けられた励振電極39aにより駆動電圧を印加されて屈曲振動する部分であり、この部分にY軸方向に伸張及び/又は圧縮するようにストレス或いはテンションがかかると、周波数が変化する部分である。したがってその周波数変化を検知することで圧力変化を感知することができる。   The vibrating arms 34 and 35 are elongated in the Y-axis direction, and are portions that are flexibly oscillated by applying a driving voltage by an excitation electrode 39a provided on the surface thereof, and are extended and / or compressed in this direction in the Y-axis direction. This is the part where the frequency changes when stress or tension is applied. Therefore, a pressure change can be detected by detecting the frequency change.

圧電振動片31は、力の検出方向を検出軸として設定し、圧電振動片31の前記一対の基部36の並ぶ方向は、前記検出軸と平行関係にある。双音叉型圧電振動子の場合は、梁(ビーム)の伸びる方向と検出軸とが平行関係になっている。   The piezoelectric vibrating piece 31 sets the detection direction of force as a detection axis, and the direction in which the pair of base portions 36 of the piezoelectric vibrating piece 31 are arranged is parallel to the detection axis. In the case of a double tuning fork type piezoelectric vibrator, the beam extending direction and the detection axis are in parallel relation.

基部36は、圧電振動片31をダイアフラム40に固定するための両端部であり、さらに本実施形態の場合、振動腕34,35と外部との間で信号の入出力を行うための中継となる電極39bを有する部分でもある。   The base portion 36 is both end portions for fixing the piezoelectric vibrating piece 31 to the diaphragm 40. Further, in the case of this embodiment, the base portion 36 is a relay for inputting and outputting signals between the vibrating arms 34 and 35 and the outside. It is also a portion having the electrode 39b.

後述するダイアフラム40の支持部45側の表面には、上述の中継となる電極39bと導通するための引出電極39cを有しており、この引出電極39cは、入出力電極39dを介して上述した基板20に設けられた端子と電気的に接続している。   The surface of the diaphragm 40, which will be described later, on the support portion 45 side has an extraction electrode 39c that is electrically connected to the above-described relay electrode 39b. The extraction electrode 39c is described above via the input / output electrode 39d. It is electrically connected to terminals provided on the substrate 20.

枠状部32は、基板20の凹部とともに圧電振動片31を収容する内部空間Sを形成する部材であり、かつ、ダイアフラム40の枠部42に積層し固定する部材である。具体的には、枠状部32は少なくとも振動腕34,35との間に空間を有しており、圧電振動片31の両端の基部36に接続部38を介して連結されると共に、圧電振動片31及び接続部38と一体的に形成されている。すなわち、本実施形態の場合、枠状部32、接続部38と圧電振動片31とは、1枚の水晶ウェハから、例えばフォトリソ技術とエッチング技法とを利用して形成されている。   The frame portion 32 is a member that forms an internal space S that accommodates the piezoelectric vibrating reed 31 together with the concave portion of the substrate 20, and is a member that is stacked and fixed on the frame portion 42 of the diaphragm 40. Specifically, the frame-shaped portion 32 has a space between at least the vibrating arms 34 and 35, and is connected to the base portions 36 at both ends of the piezoelectric vibrating piece 31 via the connecting portions 38, and the piezoelectric vibration. It is formed integrally with the piece 31 and the connecting portion 38. That is, in the case of this embodiment, the frame-shaped part 32, the connection part 38, and the piezoelectric vibrating piece 31 are formed from one crystal wafer using, for example, a photolithography technique and an etching technique.

接続部(梁)38は基部36よりも細い形状である。すなわち接続部38は、基部36とダイアフラム40の支持部45と接合した後は、振動腕34,35の撓みを阻害するものとなるので存在しないほうが好ましく、このため本実施形態では、枠付き振動子30とダイアフラム40とを接合する際に、基部36と支持部45とを位置合わせして接合できる程度に細く形成している。   The connecting portion (beam) 38 is thinner than the base portion 36. That is, it is preferable that the connecting portion 38 does not exist after the base portion 36 and the support portion 45 of the diaphragm 40 are joined, because the connecting portion 38 hinders the flexure of the vibrating arms 34 and 35. When the child 30 and the diaphragm 40 are joined, the base portion 36 and the support portion 45 are formed so thin that they can be aligned and joined.

そして接続部38は、一対の基部36が結ぶ方向(Y軸方向)、すなわち接続部38と基部36とからなる部分と、枠状部32のX軸方向に延びる枠辺との間には、それらの厚み方向に貫通した貫通孔38aが設けられている。このように接続部38を細く構成し、かつ貫通孔38aを設けた構成とすることにより、図6に示すように外部から被測定圧力Pをダイアフラム40の受圧面43で受圧したときに、圧電振動片31の振動腕34,35が一対の基部36が並ぶ方向(Y軸方向)へ伸縮し易くし、そのY軸方向への伸縮を接続部38が阻害してしまう事態を防止することができる。   And the connection part 38 is between the direction (Y-axis direction) which a pair of base part 36 connects, ie, the part which consists of the connection part 38 and the base part 36, and the frame edge extended in the X-axis direction of the frame-shaped part 32. A through hole 38a penetrating in the thickness direction is provided. By thus configuring the connecting portion 38 to be thin and providing the through hole 38a, when the pressure P to be measured is received by the pressure receiving surface 43 of the diaphragm 40 as shown in FIG. The vibrating arms 34 and 35 of the vibrating piece 31 can be easily expanded and contracted in the direction in which the pair of base portions 36 are arranged (Y-axis direction), and the situation where the connecting portion 38 hinders the expansion and contraction in the Y-axis direction can be prevented. it can.

なお接続部38は、各基部36の幅方向(すなわち図の基部どうしを結ぶY軸方向と直交するX軸方向)の両端から、それぞれ幅方向に沿って、互いに離間するように延びて形成された梁としている。この梁は、Y軸方向の撓みを阻害しないようにY軸方向に枠に対して交差している(図5では直交させた接続部38を示している)。   The connecting portions 38 are formed so as to extend away from each other along the width direction from both ends in the width direction of each base portion 36 (that is, the X-axis direction orthogonal to the Y-axis direction connecting the base portions in the drawing). It is a beam. This beam intersects the frame in the Y-axis direction so as not to hinder the deflection in the Y-axis direction (FIG. 5 shows a connecting portion 38 that is orthogonal).

このような梁の構成により枠付き振動子30の構成(剛性)がY軸方向に沿った中心線を境に左右対称となる。そしてこのような左右対称の構成により、圧電振動子の撓み量がY軸方向に沿った中心線を境に左右均等となるので、ダイアフラム40から圧電振動片31に伝達された力を2本の振動腕34,35に等しく分配することができる。   With such a beam configuration, the configuration (rigidity) of the framed vibrator 30 is symmetric with respect to the center line along the Y-axis direction. With such a symmetric configuration, the amount of bending of the piezoelectric vibrator becomes equal to the left and right with respect to the center line along the Y-axis direction, so that the force transmitted from the diaphragm 40 to the piezoelectric vibrating piece 31 is reduced to two. The vibration arms 34 and 35 can be equally distributed.

さらに、この接続部38は振動漏れを軽減するために、できるだけ振動腕34,35から離れた位置に形成することが好ましく、図示のように基部36の振動腕側34,35と反対側の端部における幅方向の両端に接続されている。
圧電振動子の振動腕34,35に形成された励振電極39aは接続部(梁)上に形成された引き出し電極39cを介して外枠に形成した端子電極と電気的に接続されている。
Further, in order to reduce vibration leakage, the connecting portion 38 is preferably formed at a position as far away from the vibrating arms 34 and 35 as possible, and as shown in FIG. Are connected to both ends in the width direction of the portion.
Excitation electrodes 39a formed on the vibrating arms 34 and 35 of the piezoelectric vibrator are electrically connected to terminal electrodes formed on the outer frame via lead electrodes 39c formed on connection portions (beams).

ダイアフラム40は外部と内部空間Sとを仕切って、外部から受けた圧力Pを圧電振動片31に伝達する部材である。ダイアフラム40は、微細な圧力Pを伝達できるように薄膜状の可撓部41と、可撓部41を囲む枠部42を有している。またダイアフラム40は、可撓部41の受圧面43の面とは反対側の密閉側の主面(他方の主面)44に支持部45を有している。
枠部42は、薄肉の可撓部41よりも厚肉に形成し、前述の枠付き振動子30の枠状部32と基板20とを順に積層し接合している。
The diaphragm 40 is a member that partitions the outside and the internal space S and transmits the pressure P received from the outside to the piezoelectric vibrating piece 31. The diaphragm 40 has a thin film-like flexible part 41 and a frame part 42 surrounding the flexible part 41 so that a fine pressure P can be transmitted. The diaphragm 40 has a support portion 45 on the main surface (the other main surface) 44 on the side opposite to the pressure receiving surface 43 of the flexible portion 41.
The frame portion 42 is formed to be thicker than the thin flexible portion 41, and the frame-like portion 32 of the above-described framed vibrator 30 and the substrate 20 are sequentially laminated and bonded.

ダイアフラム40は、枠部42が枠付き振動子30の枠状部32を介して基板20の開口側の端面24と接合して固定されるようになっているため、枠状部32の熱膨張係数と同様の熱膨張係数を有する材料で形成されている。
ここで本発明のダイアフラム40は、図7に示すように可撓部41で最も変位量が大きい箇所を密閉側の主面44の中心Cとしている。
The diaphragm 40 is configured such that the frame portion 42 is fixedly bonded to the end surface 24 on the opening side of the substrate 20 via the frame-shaped portion 32 of the vibrator 30 with the frame, so that the thermal expansion of the frame-shaped portion 32 is performed. It is made of a material having a thermal expansion coefficient similar to that of the coefficient.
Here, in the diaphragm 40 of the present invention, as shown in FIG. 7, the position where the displacement amount is the largest in the flexible portion 41 is the center C of the main surface 44 on the sealed side.

支持部45a,45bは、前記密閉側の主面44の中心Cを挟むように受圧面となる可撓部41の密閉側の主面44に一対形成している。支持部45a,45bは、圧電振動片31の基部36を接合する台座となる。支持部45a,45bにより支持固定された圧電振動片31を密閉側の主面44の中心Cを跨ぐように配置することにより、感圧部である振動腕34,35に最も大きなストレスが作用し、圧力変動の検出感度を向上させることができる。   A pair of support portions 45a and 45b is formed on the main surface 44 on the sealed side of the flexible portion 41 that serves as a pressure receiving surface so as to sandwich the center C of the main surface 44 on the sealed side. The support portions 45 a and 45 b serve as a pedestal for joining the base portion 36 of the piezoelectric vibrating piece 31. By placing the piezoelectric vibrating reed 31 supported and fixed by the supporting portions 45a and 45b so as to straddle the center C of the main surface 44 on the sealed side, the greatest stress acts on the vibrating arms 34 and 35 as pressure-sensitive portions. The detection sensitivity of pressure fluctuation can be improved.

上記構成によるダイアフラムの製造方法について以下説明する。図8は本発明のダイアフラムの製造方法の説明図である。
まず図8(1)に示すようなダイアフラムを構成する薄膜の第1の基板103と、厚肉の第2の基板203を接合する(図8(2))。接合手段としては直接接合、プラズマ活性化接合、シロキサン接合等を用いることができる。
A method for manufacturing the diaphragm having the above configuration will be described below. FIG. 8 is an explanatory diagram of the diaphragm manufacturing method of the present invention.
First, the thin film first substrate 103 constituting the diaphragm as shown in FIG. 8A and the thick second substrate 203 are bonded (FIG. 8B). As the bonding means, direct bonding, plasma activated bonding, siloxane bonding, or the like can be used.

図8(1)に示すように、第1及び第2の基板103,203には、複数の線状欠陥13,23がランダムに存在するが、エッチチャンネルが100(個/cm)以下の水晶基板を用いた場合には線状欠陥の重なり数が0となり、基板同士を接合した際、線状欠陥が重なってしまい、エッチング処理による貫通孔が生じる可能性が殆どない。 As shown in FIG. 8A, the first and second substrates 103 and 203 have a plurality of linear defects 13 and 23 at random, but the etch channel is 100 (pieces / cm 2 ) or less. When a quartz substrate is used, the number of overlapping linear defects becomes 0, and when the substrates are joined together, the linear defects overlap and there is almost no possibility of forming a through hole due to the etching process.

次に図8(3)に示すように、エッチングしない領域、即ち第1の基板103の一方の主面100aと、第2の基板200の枠部と支持部に相当する領域に、スパッタや蒸着等によりCr膜及び、Cr膜を被膜した上にAu膜を被膜した金属層102を形成する。   Next, as shown in FIG. 8 (3), sputtering or vapor deposition is performed in a region that is not etched, that is, one main surface 100 a of the first substrate 103 and a region corresponding to the frame portion and the support portion of the second substrate 200. Then, a Cr film and a metal layer 102 coated with an Au film on the Cr film are formed.

そして図8(4)に示すように、積層基板403の薄肉部となる可撓部41に相当する領域をエッチングする処理を行い、枠部42及び支持部45を形成する。このとき、第1及び第2の基板103,203の間には接合層105が形成されているため、第2の基板203の線状欠陥に対して優先的にエッチングが進行しても接合層105がエッチングストップ層として機能して、エッチチャンネルの拡充が生じることがなく、第1及び第2の基板103,203を貫通する貫通孔が形成されることがない。また第1及び第2の基板103,203の線状欠陥13,23は、接合時に互いに重ならない位置にあるため、優先的にエッチングが進行しても対向する基板でエッチングを止めることができる。従ってエッチチャンネルの拡充が生じることがない。   Then, as shown in FIG. 8 (4), the frame portion 42 and the support portion 45 are formed by performing a process of etching a region corresponding to the flexible portion 41 that is a thin portion of the multilayer substrate 403. At this time, since the bonding layer 105 is formed between the first and second substrates 103 and 203, the bonding layer can be used even if etching progresses preferentially to the linear defects of the second substrate 203. 105 functions as an etching stop layer, and the expansion of the etch channel does not occur, and a through-hole penetrating the first and second substrates 103 and 203 is not formed. Further, since the linear defects 13 and 23 of the first and second substrates 103 and 203 are in positions that do not overlap each other at the time of bonding, the etching can be stopped on the opposing substrates even if the etching proceeds preferentially. Therefore, the expansion of the etch channel does not occur.

次に図8(4)に示す積層基板403の露出している金属層102をヨウ化カリウム、硝酸等により除去する処理を行う。これにより、ダイアフラム40に薄肉の可撓部41を形成することができる(図8(5))。   Next, a process of removing the exposed metal layer 102 of the multilayer substrate 403 shown in FIG. 8D with potassium iodide, nitric acid, or the like is performed. Thereby, the thin flexible part 41 can be formed in the diaphragm 40 (FIG. 8 (5)).

上記方法によれば、第1及び第2の基板の線状欠陥が重なることがなく、積層させた基板をエッチングしてもエッチチャンネルの拡充を接合層で止めることができる。また第1及び第2の基板との基板間における熱膨張係数の差による温度特性の劣化を生じることがない。   According to the above method, the linear defects of the first and second substrates do not overlap, and the expansion of the etch channel can be stopped by the bonding layer even when the stacked substrates are etched. Further, there is no deterioration in temperature characteristics due to the difference in thermal expansion coefficient between the first and second substrates.

次に上記構成による圧力センサー10の製造方法は、ダイアフラム40の支持部45と感圧素子となる枠付き振動子30の基部36を接着剤などの接合部材で接合する。さらに枠付き振動子30の枠状部32を基板20とダイアフラム40とで挟んで接着剤などの接合部材で接合し三層構造としている。具体的に圧力センサー10は、ダイアフラム40と枠付き振動子30と基板20を、圧電振動片のカット角に合わせた材料、一例としてZ軸に対して垂直に切り出したZ板の水晶であって熱膨張係数αが略等しい材料を用いる。そして図6に示すように、ダイアフラム40と枠付き振動子30の間と、枠付き振動子30と基板20の間に接着部材60として無機接着剤を用いる。これにより硬化した後に所定の硬度が得られるため、CI値が良好となる。また接着部分の応力の緩和が少なくなり、経年劣化が少ない。或いはまた接着部材60として熱膨張係数αをダイアフラム等の材質と合わせた接着剤を用いてもよい。これにより温度特性を良好にできる。   Next, in the manufacturing method of the pressure sensor 10 having the above-described configuration, the support portion 45 of the diaphragm 40 and the base portion 36 of the framed vibrator 30 serving as a pressure-sensitive element are bonded with a bonding member such as an adhesive. Further, the frame-like portion 32 of the vibrator 30 with the frame is sandwiched between the substrate 20 and the diaphragm 40 and joined by a joining member such as an adhesive to form a three-layer structure. Specifically, the pressure sensor 10 is a material of a diaphragm 40, a vibrator 30 with a frame, and a substrate 20 matched to the cut angle of a piezoelectric vibrating piece, for example, a Z-plate quartz crystal cut perpendicularly to the Z axis. A material having substantially the same thermal expansion coefficient α is used. As shown in FIG. 6, an inorganic adhesive is used as an adhesive member 60 between the diaphragm 40 and the framed vibrator 30 and between the framed vibrator 30 and the substrate 20. As a result, a predetermined hardness is obtained after curing, so that the CI value is good. In addition, the stress at the bonded portion is less relaxed and the deterioration over time is small. Alternatively, an adhesive having a thermal expansion coefficient α combined with a material such as a diaphragm may be used as the adhesive member 60. Thereby, temperature characteristics can be improved.

このような本発明の圧力センサーの製造方法によれば、第1及び第2の基板の線状欠陥が重なることがなく、積層させた基板をエッチングしてもエッチチャンネルの拡充を接合層で止めることができる。従って第1及び第2基板を貫通する孔が形成されることがない。またダイアフラムの可撓部を容易に薄膜に形成することができ、検出感度を向上させた圧力センサーが得られる。   According to such a pressure sensor manufacturing method of the present invention, the linear defects of the first and second substrates do not overlap, and the expansion of the etch channel is stopped by the bonding layer even when the stacked substrates are etched. be able to. Therefore, a hole penetrating the first and second substrates is not formed. Further, the flexible portion of the diaphragm can be easily formed into a thin film, and a pressure sensor with improved detection sensitivity can be obtained.

1………圧力センサー、2………ダイアフラム、3………支持部、4………双音叉振動子、5………振動腕、10………圧力センサー、13………線状欠陥、20………基板、22………凹部、23………線状欠陥、24………端面、30………枠付き振動子、31………圧電振動片、32………枠状部、34,35………振動腕、36………基部、38………接続部、40………ダイアフラム、41………可撓部、42………枠部、43………受圧面、44………密閉側の主面、45………支持部、60………接着部材、80………水晶基板、82………線状欠陥、83………貫通孔、100,101,103………第1の基板、102………金属層、105………接合層、106………低融点ガラス層、200,201,203………第2の基板、204………厚肉部、205………薄肉部、400,401………積層基板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......... Pressure sensor, 2 ......... Diaphragm, 3 ......... Support part, 4 ......... Double tuning fork vibrator, 5 ......... Vibrating arm, 10 ...... Pressure sensor, 13 ......... Linear defect 20 ......... Substrate, 22 ......... Recess, 23 ......... Linear defect, 24 ......... End face, 30 ......... Framed vibrator, 31 ......... Piezoelectric vibrating piece, 32 ......... Frame shape 34, 35 ......... vibrating arm, 36 ......... base, 38 ......... connecting part, 40 ......... diaphragm, 41 ......... flexible part, 42 ......... frame, 43 ......... pressure receiving , 44... Main surface on the sealed side, 45... Support, 60... Adhesive member, 80... Quartz substrate, 82 ... Linear defects, 83. 101, 103 ......... First substrate, 102 ......... Metal layer, 105 ......... Joint layer, 106 ......... Low melting point glass layer, 200, 201, 203 ......... No. Substrate, 204 ......... thick portion, 205 ......... thin portion, 400 and 401 ......... laminated substrate.

Claims (7)

第1及び第2の水晶基板を接合し基板間に接合層を形成する工程と、
前記第1又は/及び第2の水晶基板を前記接合層に向かってエッチングして薄肉部を形成する工程と、
からなることを特徴とする積層基板の製造方法。
Bonding the first and second quartz substrates and forming a bonding layer between the substrates;
Etching the first or / and second quartz substrate toward the bonding layer to form a thin portion;
A method for producing a laminated substrate comprising:
前記第1及び第2の水晶基板は直接接合により接合することを特徴とする請求項1に記載の積層基板の製造方法。   The method for manufacturing a laminated substrate according to claim 1, wherein the first and second crystal substrates are bonded by direct bonding. 前記接合層は、低融点ガラスを用いたことを特徴とする請求項1に記載の積層基板の製造方法。   The method for manufacturing a laminated substrate according to claim 1, wherein the bonding layer is made of low-melting glass. 第1及び第2の水晶基板を接合し基板間に接合層を形成する工程と、
前記第1及び第2の基板の枠部及び支持部に相当する領域をマスキングする工程と、
前記第1又は/及び第2の水晶基板を前記接合層に向かってエッチングして可撓部を形成する工程と、
からなることを特徴とするダイアフラムの製造方法。
Bonding the first and second quartz substrates and forming a bonding layer between the substrates;
Masking areas corresponding to the frame and support portions of the first and second substrates;
Etching the first or / and second quartz substrate toward the bonding layer to form a flexible portion;
A process for producing a diaphragm, comprising:
前記第1及び第2の水晶基板は直接接合により接合することを特徴とする請求項4に記載のダイアフラムの製造方法。   The diaphragm manufacturing method according to claim 4, wherein the first and second quartz substrates are joined by direct joining. 前記接合層は、低融点ガラスを用いたことを特徴とする請求項4に記載のダイアフラムの製造方法。   The diaphragm manufacturing method according to claim 4, wherein the bonding layer is made of low-melting glass. 請求項4ないし請求項6のいずれか1項に記載の製造方法により製造したダイアフラムの支持部と感圧素子の基部を接合して形成したことを特徴とする圧力センサーの製造方法。   A method for manufacturing a pressure sensor, comprising: a diaphragm supporting portion manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 4 to 6; and a base portion of a pressure sensitive element.
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JP2014115208A (en) * 2012-12-11 2014-06-26 Seiko Epson Corp Mems element, electronic device, altimeter, electronic apparatus and moving body

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014115210A (en) * 2012-12-11 2014-06-26 Seiko Epson Corp Mems element, electronic device, altimeter, electronic apparatus and moving body
JP2014115209A (en) * 2012-12-11 2014-06-26 Seiko Epson Corp Mems element, electronic device, altimeter, electronic apparatus and moving body
JP2014115208A (en) * 2012-12-11 2014-06-26 Seiko Epson Corp Mems element, electronic device, altimeter, electronic apparatus and moving body

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