JP7255943B1

JP7255943B1 - Semiconductor pressure chip sensor

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Publication number: JP7255943B1
Application number: JP2022575427A
Authority: JP
Inventors: 英展新村; 啓二木戸; 通隆野口; 修田中
Original assignee: Kojima Instruments Inc
Current assignee: Kojima Instruments Inc
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2042-12-02
Also published as: WO2024116419A1

Abstract

応答性に優れ、しかも耐食性を有する半導体圧力チップセンサを提供する。半導体材料によって作製されているセンサ本体５と、センサ本体５に設けられた圧力センサ素子を有し、センサ本体５と、圧力センサ素子によって圧力を検出される流体との間には隔膜８を介在させている。A semiconductor pressure chip sensor having excellent responsiveness and corrosion resistance is provided. It has a sensor main body 5 made of a semiconductor material and a pressure sensor element provided in the sensor main body 5, and a diaphragm 8 is interposed between the sensor main body 5 and the fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element. I am letting

Description

この発明は半導体圧力チップセンサに関し、特に、応答性に優れた半導体圧力チップセンサに関する。 The present invention relates to a semiconductor pressure chip sensor, and more particularly to a semiconductor pressure chip sensor with excellent responsiveness.

微小電気機械システムという意味の英語「Micro Electro Mechanical Systems」の略称で、半導体のシリコン基板・ガラス基板・有機材料などに、機械要素部品のセンサ・アクチュエータ・電子回路などをひとまとめにしたミクロンレベル構造を持つデバイスであるＭＥＭＳが様々な技術分野で使用されている。 An abbreviation of "Micro Electro Mechanical Systems", which means a micro electro mechanical system. Micron-level structures that integrate mechanical element parts such as sensors, actuators, and electronic circuits on semiconductor silicon substrates, glass substrates, organic materials, etc. MEMS, which are devices that have a structure, are used in various technical fields.

ＭＥＭＳは、機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路を一つのシリコン基板、ガラス基板、有機材料などの上に微細加工技術によって集積化したデバイスを指す。プロセス上の制約や材料の違いなどにより、機械構造と電子回路が別のチップになる場合があるが、このようなハイブリッドの場合もＭＥＭＳという。 MEMS refers to devices in which mechanical elements, sensors, actuators, and electronic circuits are integrated on a single silicon substrate, glass substrate, organic material, or the like by microfabrication technology. Due to process restrictions and differences in materials, the mechanical structure and electronic circuits may be separate chips, but such hybrids are also called MEMS.

その製作には、ＬＩＧＡプロセスや半導体集積回路作製技術をはじめとして、立体形状や可動構造を形成するために犠牲層エッチングプロセスも用いられる。本来、ＭＥＭＳはセンサなどの既存のデバイスの代替を主な目的として研究開発が進められていたが、近年はＭＥＭＳにしか許されない環境下での実験手段として注目されている。例えば、電子顕微鏡の中は高真空で微小な空間だが、ＭＥＭＳならばその小ささと機械的性質を利用して電子顕微鏡下での実験を行うことができる。また、ＤＮＡや生体試料などのナノ・マイクロメートルの物質を操作・捕獲・分析するツールとしても活躍している。 In its manufacture, the sacrificial layer etching process is used to form a three-dimensional shape and a movable structure, as well as the LIGA process and semiconductor integrated circuit manufacturing technology. Originally, MEMS was researched and developed mainly for the purpose of replacing existing devices such as sensors, but in recent years, it has been attracting attention as an experimental means in an environment where only MEMS is permitted. For example, the inside of an electron microscope is a high-vacuum, minute space, but with MEMS, it is possible to perform experiments under an electron microscope by taking advantage of its small size and mechanical properties. It is also used as a tool for manipulating, capturing, and analyzing nano/micrometer materials such as DNA and biological samples.

現在、製品として市販されている物としては、インクジェットプリンタのヘッド、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロスコープ、プロジェクタ・写真焼付機等に利用されるＤＭＤ、３Ｄプリンターやレーザープロジェクタ等に使用されるガルバノメータなどがあり、徐々に応用範囲は拡大しつつある。 Products currently on the market include inkjet printer heads, pressure sensors, acceleration sensors, gyroscopes, DMDs used in projectors and photo printers, and galvanometers used in 3D printers and laser projectors. and its application range is gradually expanding.

例えば、特許文献１には、図２１に示すように、「圧力センサ素子３１と、前記圧力センサ素子と電気的に接続される配線構成体３２と、前記圧力センサ素子３１及び前記配線構成体３２を支持する基体３３と、前記基体に一体的に設けられたシール体３４と、制御素子３５を有し、前記基体３３は、上面３３ａと、下面３３ｂと、前記上面３３ａ及び前記下面３３ｂの間に位置する外周側面３３ｃとを備え、前記シール体３４は、弾性を有する樹脂又はゴムからなり、前記基体３３の前記外周側面より外側に延出する鍔部３６を備え、配線構成体３２は制御素子３５が実装される台座部３７と、圧力センサ素子３１及び制御素子３５に電気接続するための複数のセンサリード部３８と、基体３３に埋設され基体３３の内部で屈曲された複数のターミナル端子３９とから構成され、圧力センサ素子３１とセンサリード部３８がボンディングワイヤ４０により接続され、制御素子３５とターミナル端子３９がボンディングワイヤ４１により接続され、圧力センサ素子３１を保護する保護剤４２を有し、シール体３４は基体３３の上面３３ａに接着剤４３を介して接着固定されている半導体圧力センサ」が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses, as shown in FIG. , a sealing body 34 provided integrally with the base, and a control element 35, the base 33 having an upper surface 33a, a lower surface 33b, and a space between the upper surface 33a and the lower surface 33b. The sealing body 34 is made of elastic resin or rubber, and has a flange portion 36 extending outward from the outer peripheral side surface of the base 33, and the wiring structure 32 is a control A pedestal portion 37 on which the element 35 is mounted, a plurality of sensor lead portions 38 for electrically connecting to the pressure sensor element 31 and the control element 35, and a plurality of terminal terminals embedded in the base 33 and bent inside the base 33. 39, pressure sensor element 31 and sensor lead portion 38 are connected by bonding wire 40, control element 35 and terminal terminal 39 are connected by bonding wire 41, and protective agent 42 for protecting pressure sensor element 31 is provided. A semiconductor pressure sensor in which the seal member 34 is adhered and fixed to the upper surface 33a of the substrate 33 via an adhesive 43 is disclosed.

しかしながら、図２１に示す半導体圧力センサは、防水構造を実現するために、基体３３と一体的に設けられた、弾性を有する樹脂又はゴムからなるシール体３４を有し、シール体３４は基体３３の外周側面より外側に延出する鍔部３６を備えているため、鍔部３６が容易に変形することで、正確な動作が困難で、応答性に劣るという不都合がある。 However, the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 21 has a sealing member 34 made of elastic resin or rubber integrally provided with the base 33 in order to realize a waterproof structure. Since the flange portion 36 extends outward from the outer peripheral side surface of the body, the flange portion 36 is easily deformed, making it difficult to perform an accurate operation, resulting in poor responsiveness.

特許第６３７３１０４号明細書Patent No. 6373104

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、応答性に優れ、しかも耐食性を有する半導体圧力チップセンサを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor pressure chip sensor that is excellent in responsiveness and corrosion resistance.

上記課題を解決するために、本発明の半導体圧力チップセンサは、半導体材料によって作製されているセンサ本体と、前記センサ本体に設けられた圧力センサ素子を有し、前記センサ本体と、前記圧力センサ素子によって圧力を検出される流体との間には耐薬品性素材を介在させたことを特徴としている。耐薬品性素材としては、耐酸性、耐アルカリ性及び耐有機溶剤性に優れているＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂が好ましい。 In order to solve the above problems, a semiconductor pressure chip sensor of the present invention has a sensor main body made of a semiconductor material and a pressure sensor element provided in the sensor main body, wherein the sensor main body and the pressure sensor A chemical-resistant material is interposed between the element and the fluid whose pressure is detected by the element. As the chemical-resistant material, fluorine resins such as PFA (perfluoroalkoxyalkane) and PTFE (polytetrafluoroethylene), which are excellent in acid resistance, alkali resistance and organic solvent resistance, are preferable.

本発明の半導体圧力チップセンサは、センサ本体と、センサ本体に設けられた圧力センサ素子によって圧力を検出される流体との間には耐薬品性素材を介在させたので、圧力を検出される流体が腐食性流体であっても、腐食されることもなく、高精度で高出力を得ることができる。 In the semiconductor pressure chip sensor of the present invention, a chemical-resistant material is interposed between the sensor body and the fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element provided in the sensor body. Even if is a corrosive fluid, it is not corroded, and high precision and high output can be obtained.

図１は、本発明の半導体圧力チップセンサの一実施形態を、圧力センサ素子によって圧力を検出される流体が流通する台座上に配置した状態を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a state in which an embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention is arranged on a pedestal through which a fluid whose pressure is detected by a pressure sensor element flows. 図２は、本発明の半導体圧力チップセンサの別の実施形態を、圧力センサ素子によって圧力を検出される流体が流通する台座上に配置した状態を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention placed on a pedestal through which fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element flows. 図３は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を、圧力センサ素子によって圧力を検出される流体が流通する台座上に配置した状態を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a state in which still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention is arranged on a pedestal through which fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element flows. 図４は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を、圧力センサ素子によって圧力を検出される流体が流通する台座上に配置した状態を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a state in which still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention is arranged on a pedestal through which fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element flows. 図５は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を、圧力センサ素子によって圧力を検出される流体が流通する台座上に配置した状態を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a state in which still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention is arranged on a pedestal through which fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element flows. 図６は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を、圧力センサ素子によって圧力を検出される流体が流通する台座上に配置した状態を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a state in which still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention is placed on a pedestal through which fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element flows. 図７（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサの一実施形態を示す平面図、図７（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサの別の実施形態を示す平面図、図７（ｃ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す平面図である。FIG. 7(a) is a plan view showing one embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention, FIG. 7(b) is a plan view showing another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention, FIG. c) is a plan view of yet another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; 図８（ａ）は、本発明の圧力センサ素子によって圧力を検出される流体が流通する台座の斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）において破線で示す部分（ａ－ａ´）の拡大断面図である。FIG. 8(a) is a perspective view of a pedestal through which a fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element of the present invention flows; is an enlarged cross-sectional view of. 図９（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサの一実施形態を示す、図７（ａ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図９（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサの一実施形態を示す、図７（ａ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。FIG. 9(a) is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 7(a), showing an embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention, and FIG. 9(b) is a semiconductor pressure chip sensor of the present invention. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line BB′ of FIG. 7A, showing an embodiment of FIG. 図１０（ａ）は、図９（ａ）の底部の一部の拡大図、図１０（ｂ）は、図９（ｂ）の底部の一部の拡大図である。10(a) is an enlarged view of part of the bottom of FIG. 9(a), and FIG. 10(b) is an enlarged view of part of the bottom of FIG. 9(b). 図１１（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサの別の実施形態を示す、図７（ｂ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図１１（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサの別の実施形態を示す、図７（ｂ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。FIG. 11(a) is a cross-sectional view taken along the line AA' of FIG. 7(b), showing another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention, and FIG. 11(b) is a semiconductor pressure chip sensor of the present invention. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB′ of FIG. 7B, showing another embodiment of the sensor; 図１２（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｃ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図１２（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｃ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。FIG. 12(a) is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 7(c), showing still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; 7C is a cross-sectional view taken along line BB′ of FIG. 7C, showing still another embodiment of the chip sensor. FIG. 図１３（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ａ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図１３（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ａ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。FIG. 13(a) is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 7(a), showing still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB' in FIG. 7A, showing still another embodiment of the chip sensor. 図１４（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｂ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図１４（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｂ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。FIG. 14(a) is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 7(b), showing still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB' in FIG. 7B, showing still another embodiment of the chip sensor. 図１５（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｃ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図１５（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｃ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。FIG. 15(a) is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 7(c), showing still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; 7C is a cross-sectional view taken along line BB′ of FIG. 7C, showing still another embodiment of the chip sensor. FIG. 図１６は、本発明のセンサ本体の一実施形態を示す平面図である。FIG. 16 is a plan view showing one embodiment of the sensor body of the present invention. 図１７は、ばね－質量－ダンパ系で構成される機械系のモデル図である。FIG. 17 is a model diagram of a mechanical system composed of a spring-mass-damper system. 図１８（ａ）は段落００３９に記載したような方法でピエゾアクチュエータの応答速度を調査した場合の比較例の調査結果を示す図、図１８（ｂ）は段落００３９に記載したような方法でピエゾアクチュエータの応答速度を調査した場合の本発明の実施例の調査結果を示す図である。FIG. 18(a) is a diagram showing the investigation results of a comparative example when the response speed of the piezo actuator is investigated by the method described in paragraph 0039, and FIG. FIG. 10 is a diagram showing the results of investigation of the embodiment of the present invention when investigating the response speed of the actuator; 図１９は、半導体の製造装置で使用される腐食性薬液が流通している配管内の流体の圧力を検出するために本発明の半導体圧力チップセンサを使用した一例を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing an example of using the semiconductor pressure chip sensor of the present invention to detect the pressure of fluid in a pipe through which corrosive chemicals used in semiconductor manufacturing equipment are distributed. 図２０は、半導体の製造装置で使用される腐食性薬液を、本発明の半導体圧力チップセンサの構成要素である耐薬品性素材に設けた直線状の空間部を流通させて、その腐食性薬液の圧力を検出する一例を示す図である。FIG. 20 shows that a corrosive chemical used in a semiconductor manufacturing apparatus is circulated through a linear space provided in a chemical-resistant material that is a component of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention, and the corrosive chemical is circulated. is a diagram showing an example of detecting the pressure of . 図２１は、特許文献１に記載された半導体圧力センサの断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view of the semiconductor pressure sensor described in Patent Document 1. FIG.

以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において、様々な変更や修正が可能である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below based on embodiments. The embodiments described below are examples, and the present invention is not limited to the following embodiments, and various changes and modifications are possible without departing from the technical scope of the present invention.

本発明において、圧力センサ素子とは、「受圧部にダイアフラム(隔膜)を設け、ダイアフラムの表面上に歪ゲージを形成すると、ダイアフラムは圧力を受けることにより変形するので、これを利用して、この物理的な歪により生じる抵抗変化を電気信号に変換して圧力を検出する方式のもの」をいい、例えば、「抵抗に加わる応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗効果を利用して、感圧素子にはシリコン単結晶を用いてダイアフラムを構成し、４本のピエゾ抵抗を接続してホイートストンブリッジ回路を形成し、圧力を加えるとブリッジ回路に不均衡が生じ、出力端に電圧差が発生する。この電圧差はダイアフラムが受けた圧力に比例した出力電圧となるので、この出力電圧を検出する拡散型半導体センサ方式」や「金属（ステンレス鋼）のダイアフラム上に絶縁膜を介して薄膜ゲージ抵抗を形成すると、圧力を受けるとそのダイアフラムが変形することにより変化する薄膜ゲージ抵抗の抵抗値を検出することによって、圧力に比例した電圧信号が得られる。この電圧信号を検出する金属薄膜型センサ方式」など、上記の圧力検出方式を実行することができる様々な手段を本発明の圧力センサ素子として採用することができる。 In the present invention, the pressure sensor element is defined as "when a diaphragm (diaphragm) is provided in the pressure receiving portion and a strain gauge is formed on the surface of the diaphragm, the diaphragm is deformed by receiving pressure. A type that detects pressure by converting changes in resistance caused by physical strain into electrical signals. A single crystal silicon diaphragm is used for the pressure element, and four piezoresistors are connected to form a Wheatstone bridge circuit. Since this voltage difference becomes an output voltage proportional to the pressure applied to the diaphragm, the diffusion type semiconductor sensor method that detects this output voltage or the thin film gauge via an insulating film on the metal (stainless steel) diaphragm When a resistor is formed, a voltage signal proportional to the pressure is obtained by detecting the resistance value of the thin film gauge resistor, which changes due to the deformation of the diaphragm under pressure.The metal thin film sensor detects this voltage signal. Various means capable of executing the above-described pressure detection method, such as the "method", can be employed as the pressure sensor element of the present invention.

ところで、被測定流体には、工業装置の洗浄液として使用される腐食性薬液も存在する。半導体の製造等において、シリコンウエハの洗浄に用いられる超純水やエッチング処理に用いられる薬液は腐食性薬液であるから、半導体の製造装置に用いられる構成材料は腐食性薬液に耐える素材で構成されることが好ましい。 By the way, the fluid to be measured includes a corrosive chemical used as a cleaning liquid for industrial equipment. In the manufacture of semiconductors, the ultrapure water used for cleaning silicon wafers and the chemicals used for etching are corrosive chemicals. preferably.

図１において、１ａは本発明の半導体圧力チップセンサの一実施形態を示し、２はアルミブロックからなる台座、３は圧力センサ素子によって圧力を検出される流体が流通する管路を示す。図２において、１ｂは本発明の半導体圧力チップセンサの別の実施形態を示し、図３において、１ｃは本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示し、図４において、１ｄは本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示し、図５において、１ｅは本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示し、図６において、１ｆは本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す。 In FIG. 1, 1a indicates an embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention, 2 indicates a base made of an aluminum block, and 3 indicates a conduit through which a fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element flows. In FIG. 2, 1b shows another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention, in FIG. 3, 1c shows still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention, and in FIG. Fig. 5 shows yet another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; in Fig. 5, 1e shows still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; in Fig. 6, if is the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; 1 shows yet another embodiment of

図７（ａ）は、半導体圧力チップセンサ１ａと１ｄの平面図、図７（ｂ）は、半導体圧力チップセンサ１ｂと１ｅの平面図、図７（ｃ）は、半導体圧力チップセンサ１ｃと１ｆの平面図である。 7(a) is a plan view of semiconductor pressure chip sensors 1a and 1d, FIG. 7(b) is a plan view of semiconductor pressure chip sensors 1b and 1e, and FIG. 7(c) is a plan view of semiconductor pressure chip sensors 1c and 1f. is a plan view of the.

図８（ａ）において、台座２の中央には圧力センサ素子によって圧力を検出される流体が流通する孔４が開けられ、図８（ｂ）に示すように、管路３は孔４に通じており、管路３から孔４に至る経路は、略Ｌ字状を形成している。 In FIG. 8(a), a hole 4 is formed in the center of the pedestal 2 through which the fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element flows. , and the path from the conduit 3 to the hole 4 forms a substantially L shape.

図９（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサの一実施形態を示す、図７（ａ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図９（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサの一実施形態を示す、図７（ａ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。図９（ａ）（ｂ）において、５はセンサ本体、６はシリコン基板、７はセンサ本体５を押える押え部材、８は隔膜、９は空間、１０は後記する図１６に示すセンサ本体を構成する圧力センサ素子に電気的に接続されるリード線、１１は押え部材を締め付ける螺子、１２はワッシャである。センサ本体５は、管路３から孔４を経て流通する流体の圧力を、隔膜８を介して測定することができる。 FIG. 9(a) is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 7(a), showing an embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention, and FIG. 9(b) is a semiconductor pressure chip sensor of the present invention. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line BB′ of FIG. 7A, showing an embodiment of FIG. 9(a) and 9(b), 5 is a sensor body, 6 is a silicon substrate, 7 is a pressing member that presses the sensor body 5, 8 is a diaphragm, 9 is a space, and 10 constitutes a sensor body shown in FIG. 16 described later. 11 is a screw for tightening the pressing member; and 12 is a washer. The sensor body 5 can measure the pressure of fluid flowing from the conduit 3 through the hole 4 via the diaphragm 8 .

本発明の半導体圧力チップセンサを半導体の製造装置に用いる場合、隔膜８を構成する素材は耐薬品性素材（腐食性薬液に耐える素材）であることが好ましい。この耐薬品性素材としては、耐酸性、耐アルカリ性及び耐有機溶剤性に優れているＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂が好ましい。 When the semiconductor pressure chip sensor of the present invention is used in a semiconductor manufacturing apparatus, the material forming the diaphragm 8 is preferably a chemical-resistant material (a material that can withstand corrosive chemicals). As the chemical resistant material, fluorine resins such as PFA (perfluoroalkoxyalkane) and PTFE (polytetrafluoroethylene), which are excellent in acid resistance, alkali resistance and organic solvent resistance, are preferable.

図１１（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサの別の実施形態を示す、図７（ｂ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図１１（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサの別の実施形態を示す、図７（ｂ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。図１１（ａ）（ｂ）が図９（ａ）（ｂ）と異なる点は、押え部材７ａの形状が押え部材７と相違し、空間９ａの形状が空間９と相違する点である。 FIG. 11(a) is a cross-sectional view taken along the line AA' of FIG. 7(b), showing another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention, and FIG. 11(b) is a semiconductor pressure chip sensor of the present invention. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB′ of FIG. 7B, showing another embodiment of the sensor; 11A and 11B differ from FIGS. 9A and 9B in that the shape of the holding member 7a is different from that of the holding member 7, and the shape of the space 9a is different from that of the space 9. FIG.

図１２（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｃ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図１２（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｃ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。図１２（ａ）（ｂ）が図９（ａ）（ｂ）と異なる点は、押え部材７ｂの形状が押え部材７と相違
し、空間９ｂの形状が空間９と相違する点である。FIG. 12(a) is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 7(c), showing still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; 7C is a cross-sectional view taken along line BB′ of FIG. 7C, showing still another embodiment of the chip sensor. FIG. 12A and 12B differ from FIGS. 9A and 9B in that the shape of the pressing member 7b is different from that of the pressing member 7, and the shape of the space 9b is different from that of the space 9. FIG.

図１３（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ａ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図１３（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ａ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。図１３（ａ）（ｂ）が図９（ａ）（ｂ）と異なる点は、押え部材７ｃの高さが押え部材７より少しだけ高い点である。 FIG. 13(a) is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 7(a), showing still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB' in FIG. 7A, showing still another embodiment of the chip sensor. 13(a) and 13(b) differ from FIGS. 9(a) and 9(b) in that the height of the pressing member 7c is slightly higher than that of the pressing member 7. FIG.

図１４（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｂ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図１４（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｂ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。図１４（ａ）（ｂ）が図１１（ａ）（ｂ）と異なる点は、押え部材７ｄの高さが押え部材７ａより少しだけ高い点である。 FIG. 14(a) is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 7(b), showing still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB' in FIG. 7B, showing still another embodiment of the chip sensor. 14(a) and 14(b) differ from FIGS. 11(a) and 11(b) in that the height of the pressing member 7d is slightly higher than that of the pressing member 7a.

図１５（ａ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｃ）のＡ－Ａ´矢視断面図、図１５（ｂ）は、本発明の半導体圧力チップセンサのさらに別の実施形態を示す、図７（ｃ）のＢ－Ｂ´矢視断面図である。図１５（ａ）（ｂ）が図１２（ａ）（ｂ）と異なる点は、押え部材７ｅの高さが押え部材７ｂより少しだけ高い点である。 FIG. 15(a) is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 7(c), showing still another embodiment of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention; 7C is a cross-sectional view taken along line BB′ of FIG. 7C, showing still another embodiment of the chip sensor. FIG. 15A and 15B differ from FIGS. 12A and 12B in that the height of the pressing member 7e is slightly higher than that of the pressing member 7b.

図１６は、本発明のセンサ本体の一実施形態を示す平面図である。図１６に示すように、本実施形態に係るセンサ本体２１は、シリコン基板２２に形成されたダイアフラム２３と、ダイアフラム２３の歪みに応じて抵抗値が変化する複数のピエゾ素子領域Ｐ１～Ｐ４を有する。シリコン基板２２としては、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いることができる。一般的な半導体製造プロセスでは、シリコン単結晶の基板の表面に回路が形成されるが、回路中にあるトランジスタソースやドレインから基板のシリコンに向けて電流が流れるリーク電流が大きな問題となっている。ＳＯＩでは、シリコンウェハをシリコン基板－絶縁膜－シリコン膜の３層構造に加工し、表面のシリコン膜に通常の製造プロセスで回路を形成する。下層のシリコン基板との間に絶縁膜があることによりリーク電流を減らすことができる。 FIG. 16 is a plan view showing one embodiment of the sensor body of the present invention. As shown in FIG. 16, the sensor main body 21 according to this embodiment has a diaphragm 23 formed on a silicon substrate 22 and a plurality of piezoelectric element regions P1 to P4 whose resistance values change according to the distortion of the diaphragm 23. . As the silicon substrate 22, for example, an SOI (Silicon on Insulator) substrate can be used. In general semiconductor manufacturing processes, circuits are formed on the surface of a silicon single crystal substrate, and leakage current, which flows from the transistor sources and drains in the circuit toward the silicon substrate, is a major problem. . In SOI, a silicon wafer is processed into a three-layer structure of silicon substrate-insulating film-silicon film, and circuits are formed on the silicon film on the surface by a normal manufacturing process. Leakage current can be reduced by the presence of an insulating film between it and the underlying silicon substrate.

図１６では、ダイアフラム２３の領域を破線で示している。ダイアフラム２３の平面視は４辺を有する略四角形に構成される。略四角形には、四角形の隅部が僅かに丸みを帯びている形状や、四角形の隅部が斜めに面取りされている形状が含まれる。 In FIG. 16, the area of the diaphragm 23 is indicated by dashed lines. When viewed from above, the diaphragm 23 has a substantially rectangular shape with four sides. The substantially quadrangular shape includes a quadrangular shape with slightly rounded corners and a quadrangular shape with obliquely chamfered corners.

本実施形態では、複数のピエゾ素子領域Ｐ１～Ｐ４として、第１ピエゾ素子領域Ｐ１、第２ピエゾ素子領域Ｐ２、第３ピエゾ素子領域Ｐ３および第４ピエゾ素子領域Ｐ４の４つが設けられている。ここで、ピエゾ素子領域Ｐ１～Ｐ４とは、複数のピエゾ素子要素によって構成される外接矩形領域のことをいう。 In this embodiment, as the plurality of piezo element regions P1 to P4, a first piezo element region P1, a second piezo element region P2, a third piezo element region P3 and a fourth piezo element region P4 are provided. Here, the piezo element regions P1 to P4 refer to circumscribing rectangular regions composed of a plurality of piezo element elements.

第１ピエゾ素子領域Ｐ１と第２ピエゾ素子領域Ｐ２とは、第１出力端子２４を介して直列接続される。第３ピエゾ素子領域Ｐ３と第４ピエゾ素子領域Ｐ４とは、第２出力端子２５を介して直列接続される。また、第１ピエゾ素子領域Ｐ１と第３ピエゾ素子領域Ｐ３とは、入力端子２６を介して接続される。第２ピエゾ素子領域Ｐ２と第４ピエゾ素子領域Ｐ４とは、接地端子２７を介して接続される。 The first piezo element region P1 and the second piezo element region P2 are connected in series via the first output terminal 24 . The third piezo element region P3 and the fourth piezo element region P4 are connected in series via the second output terminal 25 . Also, the first piezo element region P1 and the third piezo element region P3 are connected via an input terminal 26. As shown in FIG. The second piezo element region P2 and the fourth piezo element region P4 are connected via a ground terminal 27. As shown in FIG.

このような第１ピエゾ素子領域Ｐ２、第２ピエゾ素子領域Ｐ２、第３ピエゾ素子領域Ｐ３および第４ピエゾ素子領域Ｐ４によってフルブリッジ回路が構成される。すなわち、第１ピエゾ素子領域Ｐ１の特性と第４ピエゾ素子領域Ｐ４の特性とは等しく、第２ピエゾ素子領域Ｐ２の特性と第３ピエゾ素子領域Ｐ３の特性とは等しく、第１ピエゾ素子領域Ｐ１の特性と第２ピエゾ素子領域Ｐ２の特性とは異なっている。 A full bridge circuit is configured by the first piezo element region P2, the second piezo element region P2, the third piezo element region P3 and the fourth piezo element region P4. That is, the characteristics of the first piezo element region P1 and the characteristics of the fourth piezo element region P4 are the same, the characteristics of the second piezo element region P2 and the characteristics of the third piezo element region P3 are the same, and the characteristics of the first piezo element region P1 are different from the characteristics of the second piezo element region P2.

そして、ダイアフラム２３の平面視形状が略四角形の場合、ダイアフラム２３の平面視において、第１ピエゾ素子領域Ｐ１と第４ピエゾ素子領域Ｐ４とがダイアフラム２３の対向する２辺のそれぞれの略中央部に配置され、第２ピエゾ素子領域Ｐ２と第３ピエゾ素子領域Ｐ３とがダイアフラム２３の対向する他の２辺のそれぞれの略中央部に配置される。 In the case where the diaphragm 23 has a substantially quadrangular shape in plan view, the first piezo element region P1 and the fourth piezo element region P4 are located substantially at the centers of the two opposing sides of the diaphragm 23 in the plan view of the diaphragm 23. The second piezo element region P2 and the third piezo element region P3 are arranged substantially at the centers of the other two opposite sides of the diaphragm 23, respectively.

第１出力端子２４、第２出力端子２５、入力端子２６および接地端子２７は、いずれもシリコン基板２２のダイアフラム２３の外側の領域に形成される。第１出力端子２４、第２出力端子２５、入力端子２６および接地端子２７のそれぞれには接続配線２８が設けられ、この接続配線２８を介して各ピエゾ素子領域Ｐ１～Ｐ４が導通接続される。 The first output terminal 24 , the second output terminal 25 , the input terminal 26 and the ground terminal 27 are all formed in a region outside the diaphragm 23 of the silicon substrate 22 . A connection wiring 28 is provided to each of the first output terminal 24, the second output terminal 25, the input terminal 26, and the ground terminal 27, and the piezoelectric element regions P1 to P4 are electrically connected via the connection wiring 28. FIG.

このダイアフラム２３に圧力が印加され、ダイアフラム２３が歪む（変位する）と、その歪みに応じて第１ピエゾ素子領域Ｐ１、第２ピエゾ素子領域Ｐ２、第３ピエゾ素子領域Ｐ３および第４ピエゾ素子領域Ｐ４のそれぞれの抵抗値が変化し、４つのピエゾ素子領域Ｐ１～Ｐ４によって形成されたブリッジ回路の中点電位が変化する。 When pressure is applied to the diaphragm 23 and the diaphragm 23 is distorted (displaced), the first piezo element region P1, the second piezo element region P2, the third piezo element region P3 and the fourth piezo element region P3 are formed according to the distortion. Each resistance value of P4 changes, and the midpoint potential of the bridge circuit formed by the four piezo element regions P1 to P4 changes.

ダイアフラム２３に圧力が付与されたときの変位は、一対の第１ピエゾ素子領域Ｐ１および第４ピエゾ素子領域Ｐ４に対しては圧縮方向に作用して抵抗値が小さくなるように働き、対向する一対の第２ピエゾ素子領域Ｐ２および第３ピエゾ素子領域Ｐ３に対しては引っ張り方向に作用して抵抗値が大きくなるように働く。 The displacement when pressure is applied to the diaphragm 23 acts on the pair of first piezo element region P1 and the fourth piezo element region P4 in the compression direction to reduce the resistance value. The second piezoelectric element region P2 and the third piezoelectric element region P3 are acted in a pulling direction to increase the resistance value.

このように、第１ピエゾ素子領域Ｐ１、第２ピエゾ素子領域Ｐ３、第３ピエゾ素子領域Ｐ３および第４ピエゾ素子領域Ｐ４のそれぞれに作用する圧縮方向および引っ張り方向の力によって変化する抵抗値により変位する中点電位が、センサ本体１のセンサ出力となる。第１出力端子２４、第２出力端子２５、入力端子２６および接地端子２７から前記リード線１０が導出されて、増幅器（図示せず）を介して制御器（図示せず）に接続されている。 In this way, the displacement is caused by the resistance value that changes depending on the compressive and tensile forces acting on the first piezo element region P1, the second piezo element region P3, the third piezo element region P3, and the fourth piezo element region P4, respectively. A midpoint potential is the sensor output of the sensor main body 1 . The lead wire 10 is led out from the first output terminal 24, the second output terminal 25, the input terminal 26 and the ground terminal 27 and connected to a controller (not shown) via an amplifier (not shown). .

ところで、ピエゾアクチュエータの応答速度Ｓは、その共振周波数ｆにより決まり、下式（１）で求められる。
Ｓ＝１／（３ｆ）（１）
従って、応答速度Ｓを早く（応答時間を短く）するためには、共振周波数ｆを小さくすればよいことになる。By the way, the response speed S of the piezo actuator is determined by its resonance frequency f, and is obtained by the following equation (1).
S=1/(3f) (1)
Therefore, in order to increase the response speed S (shorten the response time), the resonance frequency f should be decreased.

そこで、ピエゾアクチュエータの共振周波数（ｆ）を求めるために、図１７に示すように、ばね（ｋ）－質量（ｍ）－ダンパ系（ｄ）で構成される機械系でモデル化すると、以下の微分方程式（２）が得られる。
外力ｆ（ｔ）＝ｍ（ｄ^２ｘ／ｄｔ^２）＋ｄ（ｄｘ／ｄｔ）＋ｋｘ（２）
上式で、ｍは質量、ｄは粘性減衰係数、ｋは、ばね定数である。
いま、ｆ（ｔ）＝０として、（２）式の一般解を求めると、
ｘ＝Ｃ_１ｅ^{－ζωｎｔ＋（ζ２－１ωｎｔ）１／２}＋Ｃ_２ｅ^{－ζωｎｔ－（ζ２－１ωｎｔ）１／２}
Ｃ_１、Ｃ_２は定数、ζ＝ｄ／ｄ_ｃ、ωｎ＝（ｋ／ｍ）^１／２、ｄ_ｃ＝２（ｍｋ）^１／２となる。Therefore, in order to obtain the resonance frequency (f) of the piezo actuator, as shown in FIG. A differential equation (2) is obtained.
External force f(t)=m( ^d2x / ^dt2 )+d(dx/dt)+kx (2)
where m is the mass, d is the viscous damping coefficient, and k is the spring constant.
Now, if f(t)=0 and the general solution of equation (2) is obtained,
x=C ₁ e ^{-ζωnt+(ζ2-1ωnt)1/2} +C ₂ e ^{-ζωnt-(ζ2-1ωnt)1/2}
C ₁ and C ₂ are constants, ζ=d/d _c , ωn=(k/m) ^1/2 , and d _c =2(mk) ^1/2 .

従って、ｆ＝ωｎ／２π＝（ｋ／ｍ）^１／２／２πであるから、応答速度Ｓを早く（応答時間を短く）するため、共振周波数ｆを小さくするためには、質量ｍを大きくすればよいことになる。例えば、センサ本体５に樹脂等を被覆すれば、質量ｍを大きくすることができるので、ピエゾアクチュエータの応答速度を早く（応答時間を短く）することができる可能性がある。さらに、本発明の半導体圧力チップセンサを半導体の製造装置に用いる場合、半導体の製造装置では腐食性薬液が使用されるので、センサ本体５は腐食性薬液に耐えることが好ましい。そこで、センサ本体５の全周に１００μｍの厚さのフッ素系樹脂の被覆を施したものの耐薬品性を調査したが、センサ本体５の全周に１００μｍの厚さのフッ素系樹脂の被覆を施しただけのものは腐食性薬液に腐食されることが分かった。本発明は、センサ本体と、前記センサ本体に設けられた圧力センサ素子によって圧力を検出される流体との間には耐薬品性素材を介在させたことを特徴としているが、この耐薬品性素材はセンサ本体にとっては障害物であるとも言える。耐薬品性素材の厚みが大きくなると歪量が小さくなるので、センサ本体の感度を低下させ、場合によっては、耐薬品性素材が介在することによって圧力を検出できなくなる可能性がある。Therefore, since f=ωn/2π=(k/m) ^1/2 /2π, in order to increase the response speed S (shorten the response time) and to decrease the resonance frequency f, the mass m must be increased. You should do it. For example, if the sensor main body 5 is coated with a resin or the like, the mass m can be increased, which may increase the response speed (shorten the response time) of the piezo actuator. Furthermore, when the semiconductor pressure chip sensor of the present invention is used in a semiconductor manufacturing apparatus, the semiconductor manufacturing apparatus uses corrosive chemicals, so the sensor body 5 should preferably withstand corrosive chemicals. Therefore, the chemical resistance of the sensor main body 5 covered with a 100 μm-thick fluororesin coating was investigated. It was found that the only one was corroded by the corrosive chemical solution. The present invention is characterized in that a chemical-resistant material is interposed between the sensor body and the fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element provided in the sensor body. can be said to be an obstacle for the sensor itself. As the thickness of the chemical-resistant material increases, the amount of strain decreases, which reduces the sensitivity of the sensor body, and in some cases, there is a possibility that pressure cannot be detected due to the presence of the chemical-resistant material.

そこで、本発明者は、図８（ａ）（ｂ）に示す管路３に５００ｋＰａの圧力の空気を流入させ、孔４を経て、半導体圧力チップセンサで圧力を検出した場合において、図９（ａ）（ｂ）に示すセンサ本体５に被覆を施さなかった場合（本発明の実施例）と、センサ本体５の全周に１００μｍの厚さの同上フッ素系樹脂の被覆を施し、隔膜８が存在しないもの（比較例）について、応答速度を調査した。この場合、隔膜８はＰＴＦＥであり、センサ本体５の最薄部の厚さは０．２５ｍｍ、隔膜８の厚さｔ（図９（ａ）（ｂ）参照、センサ本体５と、センサ本体５に設けられた圧力センサ素子によって圧力を検出される流体との距離）は０．５ｍｍである。前記隔膜８の厚さ０．５ｍｍは、後記する図１９の配管２９または図２０の直線状の空間部３０に、高圧の腐食性薬液を流通させた場合、センサ本体５が高圧の腐食性薬液によって腐食されない限界厚であり、隔膜８の厚さｔが０．５ｍｍ未満であれば、センサ本体５は高圧の腐食性薬液によって腐食される可能性がある。半導体の製造装置で使用される腐食性薬液としては、過酸化水素、硫酸、水酸化アンモニウム、フッ化水素、塩酸、高温純水、イソプロピルアルコール、オゾン水、硝酸、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等があるが、センサ本体５が高圧のこれら腐食性薬液によって腐食されないようにするためには、隔膜８の厚さｔは０．５ｍｍ以上であることが好ましい。一方、隔膜８の厚みが大きくなると歪量が小さくなり、センサ本体５の感度を低下させるので、隔膜８の厚さｔは１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。 Therefore, the present inventor made air with a pressure of 500 kPa flow into the conduit 3 shown in FIGS. a) A case where the sensor main body 5 was not coated (an embodiment of the present invention) shown in a) and (b), and a 100 μm-thick fluorocarbon resin coating was applied to the entire circumference of the sensor main body 5, and the diaphragm 8 was The response speed was investigated for those that did not exist (comparative example). In this case, the diaphragm 8 is made of PTFE, the thickness of the thinnest part of the sensor main body 5 is 0.25 mm, and the thickness t of the diaphragm 8 (see FIGS. The distance from the fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element provided in ) is 0.5 mm. The thickness of the diaphragm 8 of 0.5 mm is such that when a high-pressure corrosive chemical is passed through a pipe 29 shown in FIG. 19 or a straight space 30 shown in FIG. If the thickness t of the diaphragm 8 is less than 0.5 mm, the sensor main body 5 may be corroded by the high-pressure corrosive chemical. Corrosive chemicals used in semiconductor manufacturing equipment include hydrogen peroxide, sulfuric acid, ammonium hydroxide, hydrogen fluoride, hydrochloric acid, high-temperature pure water, isopropyl alcohol, ozone water, nitric acid, and tetramethylammonium hydroxide. However, in order to prevent the sensor main body 5 from being corroded by these high-pressure corrosive chemicals, the thickness t of the diaphragm 8 is preferably 0.5 mm or more. On the other hand, if the thickness of the diaphragm 8 increases, the amount of strain decreases and the sensitivity of the sensor main body 5 decreases.

図１８（ａ）は段落００３９に記載したような方法でピエゾアクチュエータの応答速度を調査した場合の比較例の調査結果を示し、図１８（ｂ）は段落００３９に記載したような方法でピエゾアクチュエータの応答速度を調査した場合の本発明の実施例の調査結果を示す。図１８（ａ）（ｂ）の縦軸は管路３に流通させた空気の圧力を示し、図１８（ａ）（ｂ）の横軸は、リード線１０から図示しない配線を経て、図示しない測定器で測定した応答時間（管路３に５００ｋＰａの圧力の空気を流入させた時から当該測定器で５００ｋＰａの圧力を検知した時までの経過時間）を示す。図１８（ａ）も図１８（ｂ）も、図中の実線は左端から一定時間のあいだ、ほぼ一定（ゼロ）であり、ある時点において急激に立ち上がり、やがて一定値（５００ｋＰａ）に達する。しかし、図１８（ｂ）の方が図１８（ａ）より急峻な立ち上がりを示している。すなわち、図１８（ｂ）の方が図１８（ａ）より応答速度が早いことを示している。この場合、図１８（ｂ）に示す本発明の実施例の応答時間は７０ミリ秒であり、図１８（ａ）に示す比較例の応答時間は４５０ミリ秒であった。このように、調査前の予想に反し、センサ本体５に樹脂の被覆を施さず、圧力を検出される流体とのあいだにセンサ本体５が腐食しない限界厚の極薄隔膜を介在させるという、画期的な着想に基づく極めてシンプルな構造の本発明の実施例によれば、ＦＡ業界で一般的に採用されている応答時間（４００～５００ミリ秒）の約１／６～１／７という、極めて短い応答時間（極めて速い応答速度）で圧力を検出できることが分かる。 FIG. 18(a) shows the investigation results of a comparative example when the response speed of the piezo actuator is investigated by the method described in paragraph 0039, and FIG. 4 shows the results of investigations of the examples of the present invention when investigating the response speed of the . The vertical axes in FIGS. 18(a) and 18(b) indicate the pressure of the air circulated in the conduit 3, and the horizontal axes in FIGS. The response time measured by the measuring device (elapsed time from when air with a pressure of 500 kPa was introduced into the pipeline 3 to when the pressure of 500 kPa was detected by the measuring device) is shown. In both FIGS. 18(a) and 18(b), the solid line in the figure is almost constant (zero) from the left end for a certain period of time, rises sharply at a certain point, and eventually reaches a constant value (500 kPa). However, FIG. 18(b) shows a steeper rise than FIG. 18(a). That is, FIG. 18(b) shows that the response speed is faster than that of FIG. 18(a). In this case, the response time of the example of the present invention shown in FIG. 18(b) was 70 milliseconds, and the response time of the comparative example shown in FIG. 18(a) was 450 milliseconds. In this way, contrary to expectations before the survey, the sensor main body 5 is not coated with resin, and an ultra-thin diaphragm with a critical thickness that does not corrode the sensor main body 5 is interposed between the sensor main body 5 and the fluid whose pressure is to be detected. According to the embodiment of the present invention, which has a very simple structure based on a temporary idea, the response time (400 to 500 milliseconds) generally adopted in the FA industry is about 1/6 to 1/7. It can be seen that the pressure can be detected with an extremely short response time (extremely fast response speed).

図１９は、半導体の製造装置で使用される腐食性薬液が流通している配管内の流体圧力を検出するために本発明の半導体圧力チップセンサを使用した一例を示す。図１９において、直線状の配管２９内を矢視で示すように、左から右に腐食性薬液は流通している。この配管２９内を流通している腐食性薬液である流体の圧力を、間隙２９ａを介して、センサ本体５に設けられた圧力センサ素子で検出することができる。図１９に示すように、隔膜８の下面には段差、隙間及びシール部がなく、隔膜８には接着剤や接合部材が使用されていないので、異物は発生せず、異物が蓄積・滞留しにくく、本発明の半導体圧力チップセンサで圧力を検出される流体の高度の清浄度を確保することができる。 FIG. 19 shows an example of using the semiconductor pressure chip sensor of the present invention to detect fluid pressure in a pipe through which corrosive chemicals used in semiconductor manufacturing equipment flow. In FIG. 19, the corrosive chemical flows through the straight pipe 29 from left to right as indicated by arrows. The pressure of the fluid, which is a corrosive chemical liquid, flowing through the pipe 29 can be detected by the pressure sensor element provided in the sensor main body 5 through the gap 29a. As shown in FIG. 19, the lower surface of the diaphragm 8 has no steps, gaps, or seals, and the diaphragm 8 does not use an adhesive or a bonding member. Therefore, it is possible to ensure a high degree of cleanliness of the fluid whose pressure is detected by the semiconductor pressure chip sensor of the present invention.

図２０は、本発明の半導体圧力チップセンサの別の使用例を示す。図２０において、隔膜８に断面円形の直線状の空間部３０を設け、直線状の空間部３０内を矢視で示すように、左から右に腐食性薬液を流通させた場合、直線状の空間部３０を流通している腐食性薬液である流体の圧力を、センサ本体５に設けられた圧力センサ素子で検出することができる。しかも、図２０の使用例では、図１９に示す間隙２９ａに相当するものがないので、隔膜８の下面には段差、隙間及びシール部がなく、隔膜８には接着剤や接合部材が使用されておらず、隔膜８の下面は完全な面一であるから、異物は発生せず、異物が蓄積・滞留することもなく、図１９の場合に比べて、本発明の半導体圧力チップセンサで圧力を検出される流体の清浄度をさらに高く、極限レベルの清浄度に引き上げることができる。 FIG. 20 illustrates another use of the semiconductor pressure chip sensor of the present invention. In FIG. 20, when a linear space 30 having a circular cross section is provided in the diaphragm 8 and a corrosive chemical solution is allowed to circulate from left to right in the linear space 30 as shown by an arrow, a linear space 30 is formed. A pressure sensor element provided in the sensor main body 5 can detect the pressure of the fluid, which is a corrosive chemical solution, flowing through the space 30 . Moreover, in the usage example of FIG. 20, since there is no gap 29a shown in FIG. Since the lower surface of the diaphragm 8 is completely flush, no foreign matter is generated and no foreign matter accumulates or stays. , the cleanliness of the detected fluid can be raised to even higher and extreme levels of cleanliness.

なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、上記の例では略四角形のダイアフラム２３について説明したが、略四角形以外の多角形であってもよい。また、複数のピエゾ素子領域はダイアフラム２３の中心を直交する軸上に対称に配置される場合のほか、ダイアフラム２３の中心を交差（非直交）する軸上に配置されるものであってもよい。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の構成例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。 Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to these examples. For example, although the diaphragm 23 having a substantially rectangular shape has been described in the above example, it may have a polygonal shape other than a substantially rectangular shape. Further, the plurality of piezo element regions may be arranged symmetrically on an axis orthogonal to the center of the diaphragm 23, or may be arranged on an axis intersecting (non-orthogonal) the center of the diaphragm 23. . In addition, additions, deletions, and design changes made by those skilled in the art to the above-described embodiments, and combinations of features of the configuration examples of the embodiments, are also included in the gist of the present invention. is included in the scope of the present invention as long as it has

以上、説明したように、本発明の半導体圧力チップセンサは、様々な工業分野において有用であり、特に、半導体の製造装置に用いられる流体の圧力測定において有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the semiconductor pressure chip sensor of the present invention is useful in various industrial fields, and is particularly useful in pressure measurement of fluids used in semiconductor manufacturing equipment.

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ半導体圧力チップセンサ
２台座
３管路
４孔
５センサ本体
６シリコン基板
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ押え部材
８隔膜
９充填材
１０リード線
１１螺子
１２ワイヤ
２１センサ本体
２２シリコン基板
２３ダイアフラム
２４第１出力端子
２５第２出力端子
２６入力端子
２７接地端子
２８接続配線
２９配管
３０直線状の空間部
Ｐ１第１ピエゾ素子領域
Ｐ２第２ピエゾ素子領域
Ｐ３第３ピエゾ素子領域
Ｐ４第４ピエゾ素子領域1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f semiconductor pressure chip sensor 2 pedestal 3 conduit 4 hole 5 sensor main body 6 silicon substrate 7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e pressing member 8 diaphragm 9 filler 10 lead wire 11 Screw 12 Wire 21 Sensor body 22 Silicon substrate 23 Diaphragm 24 First output terminal 25 Second output terminal 26 Input terminal 27 Ground terminal 28 Connection wire 29 Pipe 30 Linear space P1 First piezo element area P2 Second piezo element area P3 Third piezo element region P4 Fourth piezo element region

Claims

a sensor body made of a semiconductor material; and a pressure sensor element provided in the sensor body. Between the sensor body and the fluid whose pressure is detected by the pressure sensor element, a chemical-resistant material is provided. In a semiconductor pressure chip sensor with A semiconductor pressure chip sensor characterized by:

A linear space is provided on the lower side of the sensor body so as to be in contact with the flat surface of the diaphragm, and a fluid whose pressure is to be detected is circulated in the linear space along the flat surface of the diaphragm. 2. The semiconductor pressure chip sensor of claim 1, wherein :

3. A semiconductor pressure chip sensor according to claim 1, wherein said chemical resistant material is perfluoroalkoxyalkane or polytetrafluoroethylene.