JPH08278105A - 静電容量式センサ - Google Patents
静電容量式センサInfo
- Publication number
- JPH08278105A JPH08278105A JP10177195A JP10177195A JPH08278105A JP H08278105 A JPH08278105 A JP H08278105A JP 10177195 A JP10177195 A JP 10177195A JP 10177195 A JP10177195 A JP 10177195A JP H08278105 A JPH08278105 A JP H08278105A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- electrode
- tanx
- type sensor
- capacitance type
- Prior art date
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- Pending
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い信頼性を保ちながら高速応答性を実現で
きる静電容量式センサを提供する。 【構成】 受信電極が形成されたメインスケールと、送
信電極及び検出電極が形成されたスライダとが相対移動
可能に対向配置され、相対位置により変化する対向電極
間の静電容量を検出して変位測定を行う静電容量式セン
サであり、スライダは、ガラス基板２１を用いて、この
ガラス基板２１上に、ＴａＮｘ膜２０１とこれに積層形
成されたＴａ膜２０２とからなる積層構造の第１層電極
が形成され、層間絶縁膜２４を介して、ＴａＮｘ膜２０
３とこれに積層形成されたＴａ膜２０４とからなる積層
構造の第２層電極が形成されている。
きる静電容量式センサを提供する。 【構成】 受信電極が形成されたメインスケールと、送
信電極及び検出電極が形成されたスライダとが相対移動
可能に対向配置され、相対位置により変化する対向電極
間の静電容量を検出して変位測定を行う静電容量式セン
サであり、スライダは、ガラス基板２１を用いて、この
ガラス基板２１上に、ＴａＮｘ膜２０１とこれに積層形
成されたＴａ膜２０２とからなる積層構造の第１層電極
が形成され、層間絶縁膜２４を介して、ＴａＮｘ膜２０
３とこれに積層形成されたＴａ膜２０４とからなる積層
構造の第２層電極が形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、相対移動する第１，
第２のスケールを用いて、それらに形成された電極間の
容量変化より変位測定を行う静電容量式センサに関す
る。
第２のスケールを用いて、それらに形成された電極間の
容量変化より変位測定を行う静電容量式センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】電気的な変位測定器として、２枚のスケ
ールを相対移動させ、両スケールに形成された電極間の
容量変化を検出して変位測定を行う静電容量式センサが
知られている。この種の静電容量式センサは、ＮＣ加工
機等に用いられる大型の測長器から、携帯用のノギスや
リニアゲージ等の小型測長器まで広く利用されている。
ールを相対移動させ、両スケールに形成された電極間の
容量変化を検出して変位測定を行う静電容量式センサが
知られている。この種の静電容量式センサは、ＮＣ加工
機等に用いられる大型の測長器から、携帯用のノギスや
リニアゲージ等の小型測長器まで広く利用されている。
【０００３】小型の静電容量式センサでは、スケール基
材にガラス基板が用いられ、電極にはスパッタ等よる金
属薄膜が用いられる。例えば１〜１０μm といった分解
能を必要とするような変位センサの場合、リソグラフィ
技術を用いて高精度の電極パターンを形成している。
材にガラス基板が用いられ、電極にはスパッタ等よる金
属薄膜が用いられる。例えば１〜１０μm といった分解
能を必要とするような変位センサの場合、リソグラフィ
技術を用いて高精度の電極パターンを形成している。
【０００４】この種の静電容量式センサの微細ピッチの
電極の材料にＡｌ膜を用いると、電極中の異なる電位部
分が水滴等により、あるいは高湿度雰囲気等によりショ
ートして、陽極となる部分が腐食する、いわゆる電食が
生じる。この電食を防止するためには、保護膜が不可欠
になり、しかも保護膜の欠陥を防止するには数十μmと
いう厚い保護膜を必要とする。そこで近年、静電容量式
センサの電極材料として、Ａｌの代わって、ＴａやＴｉ
Ｓｉ2 といった高電食耐性を持つ材料を用いることも行
われている。
電極の材料にＡｌ膜を用いると、電極中の異なる電位部
分が水滴等により、あるいは高湿度雰囲気等によりショ
ートして、陽極となる部分が腐食する、いわゆる電食が
生じる。この電食を防止するためには、保護膜が不可欠
になり、しかも保護膜の欠陥を防止するには数十μmと
いう厚い保護膜を必要とする。そこで近年、静電容量式
センサの電極材料として、Ａｌの代わって、ＴａやＴｉ
Ｓｉ2 といった高電食耐性を持つ材料を用いることも行
われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一方、静電容量式セン
サの高速応答性に対する要求から、電極材料の低抵抗化
が望まれている。しかし、高電食耐性を持つＴｉＳｉ2
膜は、ガラス基板上で熱処理が行える範囲では抵抗率が
５００μΩ・cmと高い。またＴａ膜の場合も、通常のＡ
ｒスパッタによる成膜では、抵抗率が１７０〜２００μ
Ω・cmであって、高速応答化の要求に十分に応えること
ができない。
サの高速応答性に対する要求から、電極材料の低抵抗化
が望まれている。しかし、高電食耐性を持つＴｉＳｉ2
膜は、ガラス基板上で熱処理が行える範囲では抵抗率が
５００μΩ・cmと高い。またＴａ膜の場合も、通常のＡ
ｒスパッタによる成膜では、抵抗率が１７０〜２００μ
Ω・cmであって、高速応答化の要求に十分に応えること
ができない。
【０００６】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、高い信頼性を保ちながら高速応答性を実現でき
る静電容量式センサを提供することを目的としている。
もので、高い信頼性を保ちながら高速応答性を実現でき
る静電容量式センサを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、それぞれに
複数の電極が配列形成された第１，第２のスケールが相
対移動可能に対向配置され、相対位置により変化する対
向電極間の静電容量を検出して変位測定を行う静電容量
式センサにおいて、前記第１，第２のスケールの少なく
とも一方は、ガラス基板を用いて構成され、このガラス
基板上に形成された電極がＴａＮｘ膜又はＷ膜とこれに
積層形成されたＴａ膜とからなる積層構造を有すること
を特徴としている。
複数の電極が配列形成された第１，第２のスケールが相
対移動可能に対向配置され、相対位置により変化する対
向電極間の静電容量を検出して変位測定を行う静電容量
式センサにおいて、前記第１，第２のスケールの少なく
とも一方は、ガラス基板を用いて構成され、このガラス
基板上に形成された電極がＴａＮｘ膜又はＷ膜とこれに
積層形成されたＴａ膜とからなる積層構造を有すること
を特徴としている。
【０００８】この発明はまた、それぞれに複数の電極が
配列形成された第１，第２のスケールが相対移動可能に
対向配置され、相対位置により変化する対向電極間の静
電容量を検出して変位測定を行う静電容量式センサにお
いて、前記第１，第２のスケールの少なくとも一方は、
ガラス基板を用いて、このガラス基板上にＴａＮｘ膜に
よる電極が形成されていることを特徴としている。
配列形成された第１，第２のスケールが相対移動可能に
対向配置され、相対位置により変化する対向電極間の静
電容量を検出して変位測定を行う静電容量式センサにお
いて、前記第１，第２のスケールの少なくとも一方は、
ガラス基板を用いて、このガラス基板上にＴａＮｘ膜に
よる電極が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
【作用】ＴａＮｘ膜は、反応性ガスとしてＮ2 を微量に
添加したＡｒ＋Ｎ2 スパッタに形成される。Ａｒガスの
みのスパッタによるＴａは通常結晶構造が単純立方構造
となるが、反応性スパッタによるＴａＮｘ膜は体心立方
構造となり、抵抗率６０〜７０μΩ・cmが得られる。電
食耐性はＴａ膜と変わらない。従って、ＴａＮｘ膜を用
いて電極を形成することにより、信頼性が高く且つ高速
応答性に優れた静電容量式センサが得られる。
添加したＡｒ＋Ｎ2 スパッタに形成される。Ａｒガスの
みのスパッタによるＴａは通常結晶構造が単純立方構造
となるが、反応性スパッタによるＴａＮｘ膜は体心立方
構造となり、抵抗率６０〜７０μΩ・cmが得られる。電
食耐性はＴａ膜と変わらない。従って、ＴａＮｘ膜を用
いて電極を形成することにより、信頼性が高く且つ高速
応答性に優れた静電容量式センサが得られる。
【００１０】また、体心立方構造のＴａＮｘ膜上にＴａ
膜を連続的に積層形成すると、Ｔａ膜は下地ＴａＮｘ膜
の結晶構造を引き継いで体心立方構造になり、この積層
電極は２０〜３０μΩ・cmと更に低抵抗化される。従っ
て、ＴａＮｘ膜とＴａ膜の積層構造電極を用いると、更
に信頼性が高く且つ高速応答性に優れた静電容量式セン
サが得られる。ＴａＮｘ膜に代わって、同様に体心立方
構造であるＷ膜を下地としてＴａ膜を積層した電極を用
いても、同様の効果が得られる。
膜を連続的に積層形成すると、Ｔａ膜は下地ＴａＮｘ膜
の結晶構造を引き継いで体心立方構造になり、この積層
電極は２０〜３０μΩ・cmと更に低抵抗化される。従っ
て、ＴａＮｘ膜とＴａ膜の積層構造電極を用いると、更
に信頼性が高く且つ高速応答性に優れた静電容量式セン
サが得られる。ＴａＮｘ膜に代わって、同様に体心立方
構造であるＷ膜を下地としてＴａ膜を積層した電極を用
いても、同様の効果が得られる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１はこの発明の一実施例に係る静電容量式
センサの要部構成を示す。第１のスケールであるメイン
スケール１と第２のスケールであるスライダ２が所定間
隔をもって図のｘ方向に相対移動可能に対向配置され
る。メインスケール１は、ガラス基板１１を用いて、こ
の上に互いに噛み合う櫛歯状パターンをなす受信電極１
２ａ，１２ｂを配設して構成されている。スライダ２
は、やはりガラス基板２１を用いて、この上にメインス
ケール１上の受信電極１２ａ，１２ｂと対向して容量結
合する送信電極２２と検出電極２３とを形成して構成さ
れている。
説明する。図１はこの発明の一実施例に係る静電容量式
センサの要部構成を示す。第１のスケールであるメイン
スケール１と第２のスケールであるスライダ２が所定間
隔をもって図のｘ方向に相対移動可能に対向配置され
る。メインスケール１は、ガラス基板１１を用いて、こ
の上に互いに噛み合う櫛歯状パターンをなす受信電極１
２ａ，１２ｂを配設して構成されている。スライダ２
は、やはりガラス基板２１を用いて、この上にメインス
ケール１上の受信電極１２ａ，１２ｂと対向して容量結
合する送信電極２２と検出電極２３とを形成して構成さ
れている。
【００１２】スライダ２上の送信電極２２は、位相が４
５°ずつずれた８相の送信信号が印加される微細ピッチ
の電極群からなる。これらの送信電極２２からメインス
ケール１上の受信電極１２ａ，１２ｂに容量結合により
伝達される信号が、更にスライダ２上の検出電極２３に
容量結合により伝達される。各受信電極１２ａ，１２ｂ
の電極ピッチが基準スケールピッチである。スケール移
動に伴って検出電極２３には、送信電極２２のピッチと
受信電極１２ａ，１２ｂのピッチに応じて変化する静電
容量変化を反映した信号が検出され、この出力信号を処
理することにより変位が求められる。
５°ずつずれた８相の送信信号が印加される微細ピッチ
の電極群からなる。これらの送信電極２２からメインス
ケール１上の受信電極１２ａ，１２ｂに容量結合により
伝達される信号が、更にスライダ２上の検出電極２３に
容量結合により伝達される。各受信電極１２ａ，１２ｂ
の電極ピッチが基準スケールピッチである。スケール移
動に伴って検出電極２３には、送信電極２２のピッチと
受信電極１２ａ，１２ｂのピッチに応じて変化する静電
容量変化を反映した信号が検出され、この出力信号を処
理することにより変位が求められる。
【００１３】スライダ２側は例えば、送信電極２２及び
検出電極２３が形成された面と反対側の面に電気回路を
搭載してモジュール化される。このとき微細ピッチの送
信電極２２及び検出電極２３はスパッタとリソグラフィ
によりパターン形成される。送信電極２２は実際には、
図１の信号線で示した送信信号供給部を含めて二層の電
極配線構造とされる。その二層の電極配線のコンタクト
部断面を拡大して示すと、図２のようになっている。
検出電極２３が形成された面と反対側の面に電気回路を
搭載してモジュール化される。このとき微細ピッチの送
信電極２２及び検出電極２３はスパッタとリソグラフィ
によりパターン形成される。送信電極２２は実際には、
図１の信号線で示した送信信号供給部を含めて二層の電
極配線構造とされる。その二層の電極配線のコンタクト
部断面を拡大して示すと、図２のようになっている。
【００１４】ガラス基板２１には、ＴａＮｘ膜２０１と
Ｔａ膜２０２の積層膜による第１層電極が形成される。
第１層電極が形成された基板上は層間絶縁膜２４により
覆われる。この層間絶縁膜２４にコンタクト孔が開けら
れ、再度ＴａＮｘ膜２０３とＴａ膜２０４の積層膜によ
る第２層電極が形成される。層間絶縁膜２４には、Ｓｉ
Ｏ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ポリイミド等が用いら
れる。
Ｔａ膜２０２の積層膜による第１層電極が形成される。
第１層電極が形成された基板上は層間絶縁膜２４により
覆われる。この層間絶縁膜２４にコンタクト孔が開けら
れ、再度ＴａＮｘ膜２０３とＴａ膜２０４の積層膜によ
る第２層電極が形成される。層間絶縁膜２４には、Ｓｉ
Ｏ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ポリイミド等が用いら
れる。
【００１５】具体的に、ＴａＮｘ膜とＴａ膜の積層膜に
よる電極は、次のようにして形成される。スパッタ装置
にガラス基板を装着し、スパッタガスとしてＡｒ、反応
性ガスとしてＮ2 を導入してスパッタを行う。このとき
導入するＮ2 ガスは、Ａｒガスに対して１％程度あるい
はそれ以下に流量比を制御する。これにより、ＴａＮｘ
膜が得られる。所定膜厚のＴａＮｘ膜が得られた後、Ｎ
2 ガス供給を止めて、引き続きＡｒのみによりスパッタ
を行い、Ｔａ膜を積層形成する。そしてこの積層膜をリ
ソグラフィ工程を経てパターニングする。
よる電極は、次のようにして形成される。スパッタ装置
にガラス基板を装着し、スパッタガスとしてＡｒ、反応
性ガスとしてＮ2 を導入してスパッタを行う。このとき
導入するＮ2 ガスは、Ａｒガスに対して１％程度あるい
はそれ以下に流量比を制御する。これにより、ＴａＮｘ
膜が得られる。所定膜厚のＴａＮｘ膜が得られた後、Ｎ
2 ガス供給を止めて、引き続きＡｒのみによりスパッタ
を行い、Ｔａ膜を積層形成する。そしてこの積層膜をリ
ソグラフィ工程を経てパターニングする。
【００１６】この様な方法で得られる積層電極は、Ｔａ
Ｎｘ膜が体心立方構造となり、積層されるＴａ膜も下地
の結晶構造を引き継いで体心立方構造となる。この結
果、この積層電極の抵抗率は、２０〜３０μΩ・cm程度
になる。これは、単純立方構造の通常のＴａ膜の抵抗率
１７０〜２００μΩ・cmに比べて、大幅に低抵抗化され
たことになる。
Ｎｘ膜が体心立方構造となり、積層されるＴａ膜も下地
の結晶構造を引き継いで体心立方構造となる。この結
果、この積層電極の抵抗率は、２０〜３０μΩ・cm程度
になる。これは、単純立方構造の通常のＴａ膜の抵抗率
１７０〜２００μΩ・cmに比べて、大幅に低抵抗化され
たことになる。
【００１７】なおメインスケール１上の受信電極１２
ａ，１２ｂは、直接電気回路につながらないから、電食
や抵抗は問題にならず、従ってこの実施例の場合Ｃｒ電
極を用いている。
ａ，１２ｂは、直接電気回路につながらないから、電食
や抵抗は問題にならず、従ってこの実施例の場合Ｃｒ電
極を用いている。
【００１８】以上のようにスライダ側にＴａＮｘ／Ｔａ
電極構造を用いることにより、この実施例の静電容量セ
ンサは、電食耐性に優れ、しかも高速応答性に優れたも
のとなる。
電極構造を用いることにより、この実施例の静電容量セ
ンサは、電食耐性に優れ、しかも高速応答性に優れたも
のとなる。
【００１９】図３は、別の電極構造例である。この実施
例では、図２と異なり、第１層電極をＴａＮｘ膜３０１
単層とし、第２層電極も同様にＴａＮｘ膜３０２単層と
している。ＴａＮｘ膜３０１，３０２の形成法は図２の
場合と同様の反応性スパッタ法であり、その他の構造も
図２と同様である。この実施例でも、電極の抵抗率は６
０〜７０μΩ・cm程度になり、優れた電食耐性と高速応
答性が得られる。
例では、図２と異なり、第１層電極をＴａＮｘ膜３０１
単層とし、第２層電極も同様にＴａＮｘ膜３０２単層と
している。ＴａＮｘ膜３０１，３０２の形成法は図２の
場合と同様の反応性スパッタ法であり、その他の構造も
図２と同様である。この実施例でも、電極の抵抗率は６
０〜７０μΩ・cm程度になり、優れた電食耐性と高速応
答性が得られる。
【００２０】また、図２の実施例において、積層電極構
造の下地をＴａＮｘ膜に代わって、Ｗ膜とすることがで
きる。この場合も、Ｗ膜が低抵抗の体心立方構造とな
り、Ｗ膜に積層されるＴａ膜が体心立方構造となって、
同様に優れた電食耐性と高速応答性を示す静電容量式セ
ンサが得られる。
造の下地をＴａＮｘ膜に代わって、Ｗ膜とすることがで
きる。この場合も、Ｗ膜が低抵抗の体心立方構造とな
り、Ｗ膜に積層されるＴａ膜が体心立方構造となって、
同様に優れた電食耐性と高速応答性を示す静電容量式セ
ンサが得られる。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、ス
ケール基材にガラス基板を用い、ＴａＮｘ膜単層の電極
構造又は、ＴａＮｘ膜又はＷ膜とこれに積層形成された
Ｔａ膜とからなる積層構造電極を用いることにより、静
電容量式センサの電食耐性及び高速応答性を優れたもの
とすることができる。
ケール基材にガラス基板を用い、ＴａＮｘ膜単層の電極
構造又は、ＴａＮｘ膜又はＷ膜とこれに積層形成された
Ｔａ膜とからなる積層構造電極を用いることにより、静
電容量式センサの電食耐性及び高速応答性を優れたもの
とすることができる。
【図１】 この発明の一実施例による静電容量式センサ
を示す。
を示す。
【図２】 同実施例のスライダ側電極構造を示す。
【図３】 他の実施例のスライダ側電極構造を示する
１…メインスケール、２…スライダ、１１…ガラス基
板、１２ａ，１２ｂ…受信電極、２１…ガラス基板、２
２…送信電極、２３…検出電極、２４…層間絶縁膜、２
０１，２０３…ＴａＮｘ膜、２０２，２０４…Ｔａ膜、
３０１，３０２…ＴａＮｘ膜。
板、１２ａ，１２ｂ…受信電極、２１…ガラス基板、２
２…送信電極、２３…検出電極、２４…層間絶縁膜、２
０１，２０３…ＴａＮｘ膜、２０２，２０４…Ｔａ膜、
３０１，３０２…ＴａＮｘ膜。
Claims (2)
- 【請求項１】 それぞれに複数の電極が配列形成された
第１，第２のスケールが相対移動可能に対向配置され、
相対位置により変化する対向電極間の静電容量を検出し
て変位測定を行う静電容量式センサにおいて、 前記第１，第２のスケールの少なくとも一方は、ガラス
基板を用いて構成され、このガラス基板上に形成された
電極がＴａＮｘ膜又はＷ膜とこれに積層形成されたＴａ
膜とからなる積層構造を有することを特徴とする静電容
量式センサ。 - 【請求項２】 それぞれに複数の電極が配列形成された
第１，第２のスケールが相対移動可能に対向配置され、
相対位置により変化する対向電極間の静電容量を検出し
て変位測定を行う静電容量式センサにおいて、 前記第１，第２のスケールの少なくとも一方は、ガラス
基板を用いて、このガラス基板上にＴａＮｘ膜による電
極が形成されていることを特徴とする静電容量式セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10177195A JPH08278105A (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | 静電容量式センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10177195A JPH08278105A (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | 静電容量式センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08278105A true JPH08278105A (ja) | 1996-10-22 |
Family
ID=14309489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10177195A Pending JPH08278105A (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | 静電容量式センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08278105A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6492911B1 (en) | 1999-04-19 | 2002-12-10 | Netzer Motion Sensors Ltd. | Capacitive displacement encoder |
| WO2015139403A1 (zh) * | 2014-03-19 | 2015-09-24 | 重庆理工大学 | 基于单排多层结构的电场式时栅直线位移传感器 |
| US9995602B2 (en) | 2013-11-29 | 2018-06-12 | Chongqing University Of Technology | Time grating linear displacement sensor based on alternating light field |
| US10274813B2 (en) | 2015-05-19 | 2019-04-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement detecting apparatus, lens barrel, and image pickup apparatus |
| US10359299B2 (en) | 2014-05-09 | 2019-07-23 | Chongqing University Of Technology | Electric field type time-grating angular displacement sensors |
-
1995
- 1995-04-03 JP JP10177195A patent/JPH08278105A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6492911B1 (en) | 1999-04-19 | 2002-12-10 | Netzer Motion Sensors Ltd. | Capacitive displacement encoder |
| US9995602B2 (en) | 2013-11-29 | 2018-06-12 | Chongqing University Of Technology | Time grating linear displacement sensor based on alternating light field |
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| JP2016538554A (ja) * | 2014-03-19 | 2016-12-08 | 重慶理工大学 | 単列多層構造に基づく電界式タイムグレーティング直線変位センサ |
| US10495488B2 (en) | 2014-03-19 | 2019-12-03 | Chongqing University Of Technology | Electric field time-grating linear displacement sensors based on single row multilayer structure |
| US10359299B2 (en) | 2014-05-09 | 2019-07-23 | Chongqing University Of Technology | Electric field type time-grating angular displacement sensors |
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