JPH08304204A - Manufacture of diaphragm unit and pressure sensor using the unit - Google Patents

Manufacture of diaphragm unit and pressure sensor using the unit

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JPH08304204A
JPH08304204A JP7138597A JP13859795A JPH08304204A JP H08304204 A JPH08304204 A JP H08304204A JP 7138597 A JP7138597 A JP 7138597A JP 13859795 A JP13859795 A JP 13859795A JP H08304204 A JPH08304204 A JP H08304204A
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JP
Japan
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diaphragm
spacer
film
layer
optical fiber
Prior art date
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Pending
Application number
JP7138597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sanenori Kobashi
実紀 小橋
Keisuke Yamamoto
啓介 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Cable Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority to JP7138597A priority Critical patent/JPH08304204A/en
Publication of JPH08304204A publication Critical patent/JPH08304204A/en
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Abstract

PURPOSE: To provide a method for manufacturing a diaphragm unit for obtaining a flat diaphragm film which does not bend nor break and an optical fiber type pressure sensor the pressure sensitive section of which can be increased in size against the size of a sensor head. CONSTITUTION: A diaphragm unit D is formed by forming a through hole through a spacer 1 and joining a substrate 4 composed of a removing layer 4b and joining layer 4a to one surface of the spacer 1 with the joining layer 4a, and then, removing the removing layer 4b and a diaphragm film 3 is formed on the upper surface of the joining layer 4a or, after forming the through hole through the spacer 1, joining the joining layer 4a of a substrate composed of a diaphragm film layer and the joining layer 4a to one surface of the spacer 1. An optical fiber type pressure sensor is constituted by fixing the end face of an optical fiber to a transparent substrate with the spacer 1 of the diaphragm unit D in between.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、小型化の容易なダイヤ
フラムユニットの作製方法及び小型の光ファイバ−式圧
力センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a diaphragm unit which can be easily miniaturized and a compact optical fiber type pressure sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、細管内や人体内等の検査、作業に
利用できるマイクロマシン技術の研究開発が活発に行わ
れている。その中でダイヤフラムユニットは、膜を故意
に撓ませて力を取出し(マイクロポンプ等)たり、変位
を利用(マイクロバルブ等)したり、また外力(力、温
度などの変化)による膜の撓みや性質の変化を利用(マ
イクロセンサ)したりできる。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development of micromachine technology that can be used for inspection and work inside thin tubes and human bodies has been actively conducted. Among them, the diaphragm unit intentionally bends the membrane to extract force (micropump, etc.), uses displacement (microvalve, etc.), and bends the membrane due to external force (change in force, temperature, etc.) Changes in properties can be used (microsensors).

【0003】そして前記ダイヤフラムユニットの作製方
法として図3に示されるような方法が試みられている。
図3は従来のダイヤフラムユニットの作製方法であり、
ウェハ内に多数作製された内の1チップを拡大したもの
である。これに沿って詳述すると、スペ−サとなるシリ
コンウェハ1(図3(a))を加熱し表面に酸化膜2を
つけ(図3(b))、前記シリコンウェハ1の片面にダ
イヤフラム膜3を成膜し(図3(c))、これとは反対
の面に所定の形状にパタ−ニングを施す(図3
(d))。そしてシリコンの異方性エッチングによりシ
リコンウェハ1を加工することによりダイヤフラム膜3
とは反対の面からダイヤフラム膜3側の面に向け、断面
方形の孔の大きさが小さくなっていくように傾斜のある
空孔が設けられる(図3(e))。その後、酸化膜2を
除去して(図3(f))ダイシングによる素子化を行い
チップ化されたダイヤフラムユニットが作製される。こ
のような作製方法はダイヤフラムユニットの小型化や量
産化の点で優れている。
As a method of manufacturing the diaphragm unit, a method shown in FIG. 3 has been tried.
FIG. 3 shows a conventional method for manufacturing a diaphragm unit.
This is an enlargement of one chip out of a large number produced in a wafer. In detail along with this, a silicon wafer 1 (FIG. 3A) to be a spacer is heated and an oxide film 2 is attached to the surface (FIG. 3B), and a diaphragm film is formed on one surface of the silicon wafer 1. 3 is formed into a film (FIG. 3C), and the surface opposite to this is patterned into a predetermined shape (FIG. 3C).
(D)). Then, the diaphragm film 3 is processed by processing the silicon wafer 1 by anisotropic etching of silicon.
From the surface opposite to the surface toward the surface on the diaphragm membrane 3 side, holes having an inclination are provided so that the size of the hole having a rectangular cross section becomes smaller (FIG. 3E). After that, the oxide film 2 is removed (FIG. 3 (f)) to form an element by dicing to produce a chip-shaped diaphragm unit. Such a manufacturing method is excellent in terms of downsizing and mass production of the diaphragm unit.

【0004】また、前記ダイヤフラムユニットを光ファ
イバ式圧力センサに用いる場合、例えば前述のダイヤフ
ラムユニット作製方法のダイシングによる素子化の前
に、スペ−サのダイヤフラム膜のある面とは反対の面に
透明基板と光ファイバの位置決め用の案内板を取付け、
その後ダイシングを行い素子化し、前記案内板に光ファ
イバを固着し、圧力センサを作製する方法などがある。
なお、このような光ファイバ式圧力センサの場合前記ダ
イヤフラム膜は可撓性をもち光を反射することが可能な
可撓性反射膜である必要がある。
When the diaphragm unit is used in an optical fiber type pressure sensor, the spacer is transparent on the surface opposite to the surface on which the diaphragm film of the spacer is formed, for example, before forming the element by dicing in the above-mentioned diaphragm unit manufacturing method. Attach a guide plate for positioning the board and optical fiber,
After that, there is a method in which dicing is performed to form an element, an optical fiber is fixed to the guide plate, and a pressure sensor is manufactured.
In the case of such an optical fiber type pressure sensor, the diaphragm film needs to be a flexible reflective film having flexibility and capable of reflecting light.

【0005】そして前述のようにして作製された圧力セ
ンサは図4に示す構造を有している。即ち、センサ先端
より順にダイヤフラム膜13と、該ダイヤフラム膜13
側より他方に向けてテ−パ状に広がっていく孔を持った
スペ−サ11と、透明基板15と、案内板16と、光フ
ァイバ17とから構成されている。
The pressure sensor manufactured as described above has the structure shown in FIG. That is, the diaphragm film 13 and the diaphragm film 13 are sequentially arranged from the tip of the sensor.
It is composed of a spacer 11 having a taper-like hole extending from one side to the other, a transparent substrate 15, a guide plate 16, and an optical fiber 17.

【0006】前記のような構成の圧力センサの場合、そ
の動作を簡単に説明すると、送光と受光を兼ねる光ファ
イバ17からダイヤフラム膜13に向けて出射された光
は前記ダイヤフラム膜13によって反射され、その戻り
光が光ファイバ17に受光される。そして圧力により前
記ダイヤフラム膜13が撓むとそれに反射した戻り光は
変調して、光ファイバ17に受光される。この時の光の
変調を平常状態のときと比較演算することによって圧力
を検出することができる。
In the case of the pressure sensor having the above-mentioned structure, the operation thereof will be briefly described. Light emitted from the optical fiber 17 serving both as light sending and light receiving toward the diaphragm film 13 is reflected by the diaphragm film 13. The return light is received by the optical fiber 17. When the diaphragm film 13 is bent by the pressure, the return light reflected by the diaphragm film 13 is modulated and received by the optical fiber 17. The pressure can be detected by comparing the light modulation at this time with that in the normal state.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述のダイヤフラムユ
ニット作製方法によって得られたダイヤフラムユニット
では、ダイヤフラム膜を成膜後シリコンの異方性エッチ
ングを行うのでダイヤフラム膜に撓みや破れが生じると
いう問題が生じていた。またチップ化する前には部分的
にダイヤフラム膜がスペ−サとなるシリコンウェハから
剥離している場合も生じる。
In the diaphragm unit obtained by the above-mentioned diaphragm unit manufacturing method, since the diaphragm film is formed, anisotropic etching of silicon is performed, so that there is a problem that the diaphragm film is bent or broken. Was there. In addition, before the chips are formed, the diaphragm film may be partially peeled off from the silicon wafer serving as the spacer.

【0008】そして前記ダイヤフラムユニットを圧力セ
ンサに用いた場合には、前述の問題によるセンサ特性の
個体間によるばらつき、歩留りが悪いといった問題に加
えて、スペ−サの貫通孔などで形成される圧力基準室の
形状がダイヤフラム膜側に向けて小さくなっていること
により、実際に感圧部となる圧力基準室に露出したダイ
ヤフラム膜の大きさに対して、センサヘッド全体の大き
さが無用に大きくなってしまうといった問題があった。
When the diaphragm unit is used as a pressure sensor, in addition to the problems that the sensor characteristics vary among individuals due to the above-mentioned problems and the yield is poor, the pressure formed by a through hole of a spacer is also added. Since the shape of the reference chamber is smaller toward the diaphragm membrane side, the size of the entire sensor head is unnecessarily large compared to the size of the diaphragm membrane exposed in the pressure reference chamber, which is actually the pressure sensitive part. There was a problem that became.

【0009】従って本発明は、撓みや破れの無い平坦な
ダイヤフラム膜を得るためのダイヤフラムユニットの作
製方法、さらにはセンサヘッドの大きさに対する感圧部
の大きさを大きくするための光ファイバ式圧力センサを
提供することを目的とする。
Therefore, the present invention is directed to a method of manufacturing a diaphragm unit for obtaining a flat diaphragm film which is free from bending and tearing, and further, an optical fiber type pressure for increasing the size of the pressure sensitive portion with respect to the size of the sensor head. It is intended to provide a sensor.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のダイヤフラムユ
ニット作製方法は、(1)貫通孔を有するスペ−サに、
除去層と接合層の2層からなる基板の前記接合層側を接
合し、該基板の除去層を除去し、接合層上面にダイヤフ
ラム膜を成膜すること、(2)予め接合層となる基材に
ダイヤフラム膜層を成膜した積層体を形成しておき、こ
れを貫通孔を有するスペ−サに、前記積層体の接合層側
を接合することを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems The method of manufacturing a diaphragm unit of the present invention is (1) a spacer having a through hole,
Bonding the bonding layer side of a substrate composed of two layers of a removal layer and a bonding layer, removing the removal layer of the substrate, and forming a diaphragm film on the upper surface of the bonding layer; A laminate is formed by forming a diaphragm film layer on the material, and the joining layer side of the laminate is joined to a spacer having a through hole.

【0011】そして(1)、(2)において、スペ−サ
と接合層とを接合した後、ダイヤフラム膜とスペ−サと
の間に残留している接合層によって、前記ダイヤフラム
膜の撓みを利用する場合にダイヤフラム膜が撓まないま
たは撓み量が少なく感度不良である場合などは、前記接
合層のうちスペ−サの開口部に露出している部分につい
て除去することが好適である。
In (1) and (2), after the spacer and the bonding layer are bonded, the bending of the diaphragm film is utilized by the bonding layer remaining between the diaphragm film and the spacer. In such a case, if the diaphragm film does not bend or the amount of bending is small and the sensitivity is poor, it is preferable to remove the portion of the bonding layer exposed in the opening of the spacer.

【0012】(1)において前記基板が除去層と接合層
の2層からなっている理由は、微小な構造体においては
ダイヤフラム膜と既に貫通孔が設けられたスペ−サとの
均一な接合は困難であるため、まずスペ−サとの接合を
容易にする接合層を設ける必要がある。そしてこの接合
層は最終的なダイヤフラムユニットにおいて、ダイヤフ
ラム膜とともに用いるか、またはスペ−サの開口部に露
出している部分を除去されることから、前者においては
可撓性を有する必要があり、後者では容易に除去できる
必要がある。これらを満足するには前記接合層はできる
だけ薄い方がよく、さらに用途によりダイヤフラム膜を
も薄くする必要がある場合はこれらの2層を組み合わせ
て用いることが極めて困難である。
In (1), the reason that the substrate is composed of two layers, that is, the removal layer and the bonding layer, is that in a minute structure, uniform bonding between the diaphragm film and the spacer already provided with the through-hole is required. Since it is difficult, it is necessary to first provide a bonding layer that facilitates bonding with the spacer. Since this bonding layer is used together with the diaphragm film in the final diaphragm unit or the part exposed at the opening of the spacer is removed, it is necessary for the former to have flexibility, The latter needs to be easily removable. In order to satisfy these, it is preferable that the bonding layer is as thin as possible, and it is extremely difficult to use these two layers in combination when the diaphragm film needs to be thin depending on the application.

【0013】そのため予め除去層を設けた2層構造とし
ており、接合後、不用部分である除去層を取り除き接合
層上にダイヤフラム膜を成膜することで接合層及びダイ
ヤフラム膜がともに薄い場合であって、さらにスペ−サ
に貫通孔を設けた後においてもダイヤフラムユニットを
作製することができる。
Therefore, a two-layer structure in which a removal layer is provided in advance is used, and after joining, the removal layer, which is an unnecessary portion, is removed and a diaphragm film is formed on the joining layer, so that both the joining layer and the diaphragm film are thin. Thus, the diaphragm unit can be manufactured even after the through hole is further provided in the spacer.

【0014】(2)において前記積層体がダイヤフラム
膜層と接合層の2層からなっている理由は、微小な構造
体においてはダイヤフラム膜と既に貫通孔が設けられた
スペ−サとの均一な接合は困難であるため、ダイヤフラ
ム膜とスペ−サとの均一な接合を容易にするためダイヤ
フラム膜と接合層の2層構造の積層体としている。
In (2), the reason that the laminated body is composed of two layers, that is, a diaphragm film layer and a bonding layer, is because in a minute structure, the diaphragm film and the spacers already provided with through holes are uniform. Since bonding is difficult, a laminated body having a two-layer structure of the diaphragm film and the bonding layer is formed in order to facilitate uniform bonding between the diaphragm film and the spacer.

【0015】前記スペ−サとしては貫通孔を設けること
ができれば良く特に制限はないが、前記スペ−サをシリ
コンとした場合、異方性エッチングなどの半導体技術に
より貫通孔を形成することができ、ダイヤフラムユニッ
トを小型化とともに同時に多数形成することができる点
でも好ましい。
The spacer is not particularly limited as long as it can form a through hole, but when the spacer is silicon, the through hole can be formed by a semiconductor technique such as anisotropic etching. It is also preferable in that the diaphragm unit can be miniaturized and a large number of diaphragm units can be simultaneously formed.

【0016】前記基板の除去層としても特に制限はない
が後工程で除去することから接合層や、スペ−サなどの
他の構成部材に影響することなく容易に除去できること
が望ましい。具体的にはシリコンをウェットエッチング
により除去することが既存の半導体プロセスを使用でき
好適である。
There is no particular limitation on the removal layer of the substrate, but it is desirable that the removal layer can be easily removed without affecting the other components such as the bonding layer and the spacer since it is removed in a later step. Specifically, it is preferable to remove silicon by wet etching because existing semiconductor processes can be used.

【0017】また前記スペ−サと接合層との接合は微小
な構造体を作製するためには陽極接合法により接合する
ことが望ましい。そして陽極接合法を用いる場合には前
記接合層にはナトリウムを含有したガラス、例えばパイ
レックスガラス(コ−ニング社、商品名)、SD2(H
OYA社、商品名)などを用いることが望ましい。
Further, it is desirable that the spacer and the bonding layer are bonded by an anodic bonding method in order to manufacture a minute structure. When the anodic bonding method is used, glass containing sodium in the bonding layer, for example, Pyrex glass (trade name of Corning Co.), SD2 (H
It is desirable to use OYA Co., Ltd., etc.).

【0018】さらにダイヤフラム膜層についてはダイヤ
フラムユニットの用途に応じて材料を選択すればよく、
例えばマイクロポンプなどのようにダイヤフラム膜を稼
動させて用いる場合には、加熱することで変形するよう
な材料(例えば熱膨張率の異なる材料を組み合わせたバ
イメタル、バイモルフや形状記憶合金など)や電圧を印
加することにより歪みを生じる圧電材料などを用いるこ
とが望ましく、またマイクロ光ファイバ圧力センサとし
て用いる場合には光を反射することができる材料である
ことが必要である。
Further, for the diaphragm membrane layer, the material may be selected according to the application of the diaphragm unit,
For example, when operating a diaphragm membrane such as a micropump, a material (such as a bimetal, bimorph or shape memory alloy that combines materials with different coefficients of thermal expansion) that deforms when heated and a voltage are applied. It is desirable to use a piezoelectric material or the like that is distorted when applied, and a material that can reflect light when used as a micro optical fiber pressure sensor.

【0019】さらに接合層を接合するスペ−サの面につ
いては、スペ−サの貫通孔がテ−パを有している際には
ダイヤフラムユニットの小型化及びダイヤフラムユニッ
ト全体の大きさに対するダイヤフラム膜の可動範囲を大
きくすることができ(例えばこのダイヤフラムユニット
を用いて圧力センサとする場合に感圧部を大きくでき
る)ことから前記スペ−サのテ−パを有する貫通孔の開
口部の大きい側の面に接合することが好適である。
Further, regarding the surface of the spacer for bonding the bonding layer, when the through hole of the spacer has a taper, the diaphragm unit is downsized and the diaphragm film is larger than the entire diaphragm unit. Since the movable range of the spacer can be increased (for example, the pressure sensing portion can be increased when the diaphragm unit is used as a pressure sensor), the larger side of the opening of the through hole having the spacer of the spacer can be obtained. It is preferable to bond to the surface.

【0020】そして前記ダイヤフラムユニットを利用し
た光ファイバ圧力センサは、前述のようにして作製され
たダイヤフラムユニットのスペ−サを挟んでダイヤフラ
ム膜のある面とは反対の面に透明基板を、さらに該透明
基板を挟んでダイヤフラム膜に対向するように前記透明
基板と光ファイバ端面とが固着された光ファイバとから
なる。
In the optical fiber pressure sensor using the diaphragm unit, a transparent substrate is further provided on the surface opposite to the surface having the diaphragm film sandwiching the spacer of the diaphragm unit manufactured as described above. The transparent substrate and the end face of the optical fiber are fixed to each other so as to face the diaphragm film with the transparent substrate interposed therebetween.

【0021】また光ファイバ圧力センサにダイヤフラム
膜を用いる場合は光を反射することが可能な可撓性反射
膜であることが必要であり、該可撓性反射膜としては可
撓性を有するとともに光を反射することができればよい
が、例えば性質の劣化の少ない安定な材料例えば金、シ
リコン、チタン、白金、Pdなど各種金属が好ましい。
When a diaphragm film is used for the optical fiber pressure sensor, it must be a flexible reflective film capable of reflecting light, and the flexible reflective film has flexibility. It is sufficient that it can reflect light, but stable materials such as gold, silicon, titanium, platinum, Pd, and various metals with less deterioration of properties are preferable.

【0022】[0022]

【作用】前記手段を用いることによりダイヤフラムユニ
ット作製においてダイヤフラム膜の成膜がシリコンの異
方性エッチングの後に行われることになり、撓みや破れ
が生じることなく平坦なダイヤフラム膜を作製すること
ができる。また前記ダイヤフラムユニットを圧力センサ
に用いた場合においては、センサの特性を安定にでき歩
留りも向上されるとともにダイヤフラムユニットにダイ
ヤフラム膜を成膜する面も空孔部作製後に選択できるた
めに同じセンサヘッドの大きさで感圧部を大きく、また
は同じ感圧部の大きさでセンサヘッドを小さくすること
も可能となる。
By using the above means, the diaphragm film is formed after the anisotropic etching of silicon in the manufacture of the diaphragm unit, and a flat diaphragm film can be manufactured without causing bending or tearing. . Further, when the diaphragm unit is used for a pressure sensor, the characteristics of the sensor can be stabilized, the yield is improved, and the surface on which the diaphragm film is formed on the diaphragm unit can be selected after the formation of the holes, so that the same sensor head is used. It is also possible to make the pressure-sensitive portion larger by the size of 1, or make the sensor head smaller by the same size of the pressure-sensitive portion.

【0023】[0023]

【実施例】以下図面に基づいて本発明の一実施例を詳細
に説明する。図1は本発明のダイヤフラムユニット作製
方法の一実施例を示すウェハ上に多数作製されるダイヤ
フラムユニット1チップ分の拡大断面図であり、以下こ
れに沿って説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of one chip of a diaphragm unit manufactured on a wafer, showing an embodiment of the method for manufacturing a diaphragm unit according to the present invention.

【0024】図1(a)はスペ−サとして用いるシリコ
ンウェハ1を加熱し、表面に酸化膜2を設けた状態を示
している。そしてこの片面を所定の形状にパタ−ニング
し(図1(b))、シリコンの異方性エッチングにより
シリコンウェハ1を加工、その後、酸化膜2を除去する
ことによりシリコンウェハ1に貫通孔が作製される(図
1(c))。
FIG. 1A shows a state in which a silicon wafer 1 used as a spacer is heated and an oxide film 2 is provided on the surface thereof. Then, this one surface is patterned into a predetermined shape (FIG. 1B), the silicon wafer 1 is processed by anisotropic etching of silicon, and then the oxide film 2 is removed to form a through hole in the silicon wafer 1. It is produced (FIG. 1 (c)).

【0025】そして除去層となるシリコンウェハ4bに
接合層となるナトリウムを含有したガラス4aを蒸着し
たシリコンウェハ4bとナトリウムを含有したガラス4
aの2層からなる基板4のナトリウムを含有したガラス
層4a側と、シリコンウェハ1の開口部の大きい側の面
とを陽極接合法により接合し(図1(d))、前記基板
4のシリコンウェハ4bをエッチングにより除去し、後
工程においてダイヤフラム膜3を成膜するための基板と
なるナトリウムを含有したガラス4aのみを残す(図1
(e))。
Then, a silicon wafer 4b in which a glass 4a containing sodium serving as a bonding layer is vapor-deposited on a silicon wafer 4b serving as a removal layer and a glass 4 containing sodium
The sodium-containing glass layer 4a side of the substrate 4 consisting of two layers of a and the surface of the silicon wafer 1 on the side where the opening is large are joined by the anodic bonding method (FIG. 1 (d)), and the substrate 4 The silicon wafer 4b is removed by etching, leaving only the glass 4a containing sodium that will serve as a substrate for forming the diaphragm film 3 in a later step (see FIG. 1).
(E)).

【0026】残った基板4のナトリウムを含有したガラ
ス4a上にダイヤフラム膜3となる金を成膜し(図1
(f))、シリコンウェハ1の開口部に露出したナトリ
ウムを含有したガラス4aを除去することによりダイヤ
フラムユニットが形成される(図1(g))。
Gold is formed as the diaphragm film 3 on the remaining glass 4a containing the substrate 4 (see FIG. 1).
(F)), The diaphragm 4 is formed by removing the glass 4a containing sodium exposed at the opening of the silicon wafer 1 (FIG. 1 (g)).

【0027】なお、通常は図1(b)においてシリコン
ウェハ1に多数の貫通孔ができるようにパタ−ニングを
施すことにより、シリコンウェハ1上に多数のダイヤフ
ラムユニットを形成し、後にダイシングにより切断して
チップ化する方法が採用される。
Incidentally, in FIG. 1 (b), usually, the silicon wafer 1 is patterned so as to have a large number of through holes, so that a large number of diaphragm units are formed on the silicon wafer 1 and then cut by dicing. Then, a method of chipping is adopted.

【0028】そして前記チップ化する前の2インチのシ
リコンウェハ上に形成されたダイヤフラム膜は目視では
極めて平坦であり、また膜の破れもみられなかった。
The diaphragm film formed on the 2-inch silicon wafer before being made into chips was visually extremely flat, and the film was not broken.

【0029】さらに前述のように作製されたダイヤフラ
ムユニットを用いて圧力センサを得る場合、その作製方
法として、例えばまだチップ化される前のウェハ状態の
ダイヤフラムユニットのスペ−サのダイヤフラム膜(光
ファイバ式圧力センサではダイヤフラム膜である必要が
ある)が成膜されている面とは反対側の面に透明ガラス
基板を陽極接合により接合し、この透明ガラス基板の反
対面に前記スペ−サのシリコンウェハ部分と同一構造の
案内板(前記ダイヤフラムユニットの作製方法の図1
(a)〜図1(c)によって作製される)を陽極接合に
より接合し、ダイシングにより切断されチップ化された
後、前記案内板に光ファイバを挿入、光ファイバと透明
ガラス基板とを固着する。
Further, when a pressure sensor is obtained by using the diaphragm unit manufactured as described above, as a manufacturing method thereof, for example, a diaphragm film (optical fiber of a spacer of a diaphragm unit of a diaphragm unit in a wafer state before being made into chips) is used. Type pressure sensor must be a diaphragm film) A transparent glass substrate is bonded to the surface opposite to the surface on which the film is formed by anodic bonding, and the silicon of the spacer is formed on the opposite surface of the transparent glass substrate. A guide plate having the same structure as the wafer portion (see the manufacturing method of the diaphragm unit shown in FIG.
(A) to FIG. 1 (c) are joined by anodic bonding, cut by dicing and made into chips, and then an optical fiber is inserted into the guide plate to fix the optical fiber and the transparent glass substrate. .

【0030】こうして得られた光ファイバ式圧力センサ
を図2に示す。この図について詳述すると、前述のダイ
ヤフラムユニットの作製方法によりスペ−サ21の開口
部の大きい側にダイヤフラム膜23となる金の膜が設け
られ、その後、接合層24であるナトリウムを含有した
ガラスのうちのスペ−サ21の開口部に露出している部
分を除去したダイヤフラムユニットと、該ダイヤフラム
ユニットのダイヤフラム膜23のある面とは反対の面に
設けられた透明ガラス基板25と、該透明ガラス基板2
5のダイヤフラムユニットとは反対側の面に、テ−パを
有する貫通孔をもち該貫通孔の開口部の小さい側を接合
した案内板26とからなるセンサヘッドと、前記案内板
26の貫通孔内で前記透明ガラス基板25と固着された
光ファイバ27とからなる光ファイバ式圧力センサであ
る。
The optical fiber type pressure sensor thus obtained is shown in FIG. Referring to this figure in detail, a gold film to be the diaphragm film 23 is provided on the larger side of the opening of the spacer 21 by the above-described method of manufacturing the diaphragm unit, and then the glass containing sodium as the bonding layer 24 is provided. Of the diaphragm 21 from which the portion exposed to the opening of the spacer 21 is removed, the transparent glass substrate 25 provided on the surface of the diaphragm unit opposite to the surface having the diaphragm film 23, and the transparent Glass substrate 2
5, a sensor head comprising a guide plate 26 having a through hole having a taper on the side opposite to the diaphragm unit, and the smaller side of the opening of the through hole is joined, and the through hole of the guide plate 26. It is an optical fiber type pressure sensor consisting of the transparent glass substrate 25 and an optical fiber 27 fixed inside.

【0031】次に本発明の実施例及び従来例の具体的な
寸法例について示す。 [実施例]前述の実施例の寸法例として外径125μm
の光ファイバを用いた場合について示す。センサヘッド
全体の外径寸法は幅375μm、奥行き375μm、高
さ約350μmであり、各センサヘッド構成部材の厚さ
(センサヘッドの寸法における高さ方向)はダイヤフラ
ム膜23が1μm、接合層であるナトリウムを含有した
ガラス24が0.2μm、スペ−サ21が100μm、
透明ガラス基板25が150μm、案内板26が100
μmである。さらに圧力基準室の形状はダイヤフラム膜
側が275μm×275μmの方形、透明ガラス基板2
5側が130μm×130μmの方形、高さが100μ
mであり、案内板26の貫通孔は透明ガラス基板25側
が130μm×130μm、開放部(センサヘッド端
部)側が275μm×275μmである。
Next, specific dimension examples of the embodiment of the present invention and the conventional example will be described. [Example] As an example of the dimensions of the above-mentioned example, the outer diameter is 125 μm.
The case of using the optical fiber of is shown. The outer diameter of the entire sensor head is 375 μm in width, 375 μm in depth, and 350 μm in height. The thickness of each sensor head constituent member (the height direction in the dimension of the sensor head) is 1 μm in the diaphragm film 23 and the bonding layer. Glass 24 containing sodium is 0.2 μm, spacer 21 is 100 μm,
Transparent glass substrate 25 150 μm, guide plate 26 100
μm. Furthermore, the shape of the pressure reference chamber is a square of 275 μm × 275 μm on the diaphragm film side, and the transparent glass substrate 2
5 side is a square of 130μm × 130μm, height is 100μ
The through hole of the guide plate 26 is 130 μm × 130 μm on the transparent glass substrate 25 side and 275 μm × 275 μm on the open portion (sensor head end portion) side.

【0032】[比較例]前述した従来例において外径1
25μmの光ファイバを用いた場合についての寸法例を
示す。センサヘッド全体の外径寸法は幅375μm、奥
行き375μm、高さ約350μmであり、各センサヘ
ッド構成部材の厚さ(センサヘッドの寸法における高さ
方向)はダイヤフラム膜13が1μm、熱酸化膜層12
が0.6μm、スペ−サ11が100μm、透明ガラス
基板15が150μm、案内板16が100μmであ
る。さらに圧力基準室の形状はダイヤフラム膜側が13
0μm×130μmの方形、透明ガラス基板15側が2
75μm×275μmの方形、高さが100μmであ
り、案内板16の貫通孔は透明ガラス基板25側が13
0μm×130μm、開放部(センサヘッド端部)側が
275μm×275μmである。
[Comparative Example] In the above-mentioned conventional example, the outer diameter is 1
An example of dimensions when using a 25 μm optical fiber is shown. The outer diameter of the entire sensor head is 375 μm in width, 375 μm in depth, and 350 μm in height. The thickness of each sensor head constituent member (height direction in the dimension of the sensor head) is 1 μm in the diaphragm film 13 and thermal oxide film layer. 12
Is 0.6 μm, the spacer 11 is 100 μm, the transparent glass substrate 15 is 150 μm, and the guide plate 16 is 100 μm. Furthermore, the shape of the pressure reference chamber is 13 on the diaphragm membrane side.
0μm × 130μm square, transparent glass substrate 15 side is 2
It has a square shape of 75 μm × 275 μm and a height of 100 μm. The through hole of the guide plate 16 is 13 on the transparent glass substrate 25 side.
0 μm × 130 μm, and 275 μm × 275 μm on the open side (end of the sensor head).

【0033】これらの圧力センサについてセンサ特性を
0.1MPaの圧力を負荷して50個のセンサについて
評価したところ、従来のダイヤフラムユニットの作製方
法により得られたダイヤフラムユニットを用いて作製さ
れた圧力センサでは、センサの個体間の特性は平均受光
強度は約1.2μWであり、標準偏差が0.302と個
体差が大きかったのに対して、本発明の圧力センサでは
平均受光強度は約1.2μWであり、標準偏差が0.0
5と個体差は小さかった。
When the sensor characteristics of these pressure sensors were evaluated by applying a pressure of 0.1 MPa to 50 sensors, a pressure sensor manufactured using the diaphragm unit obtained by the conventional method for manufacturing the diaphragm unit was used. In the characteristics of the sensors, the average received light intensity is about 1.2 μW, and the standard deviation is 0.302, which is a large individual difference, whereas the pressure sensor of the present invention has an average received light intensity of about 1.20. 2 μW with a standard deviation of 0.0
There was little individual difference with 5.

【0034】また前記測定条件においてセンサの分解能
等の精度については従来の圧力センサでは0.01MP
aであったのに対し、本発明の圧力センサでは0.00
2MPaであり、センサの分解能等の精度は5倍となっ
た。
The accuracy of the resolution of the sensor under the above measurement conditions is 0.01MP in the conventional pressure sensor.
In contrast, the pressure sensor of the present invention is 0.00
It was 2 MPa, and the accuracy of the sensor resolution and the like became five times.

【0035】また本発明のダイヤフラムユニットの作製
方法は上述のような光ファイバ式圧力センサのみでな
く、前述のマイクロポンプやマイクロバルブ等にも採用
することができ、この場合にも動作の安定したダイヤフ
ラムユニットを供給できる。また、ダイヤフラム膜をス
ペ−サの開口部の大きい側に取付けた場合、ダイヤフラ
ム膜の動作範囲を大きくすることができる。
Further, the method of manufacturing the diaphragm unit of the present invention can be applied not only to the above-mentioned optical fiber type pressure sensor but also to the above-mentioned micropump, microvalve, etc., and in this case as well, the operation is stable. A diaphragm unit can be supplied. Further, when the diaphragm film is attached to the larger side of the opening of the spacer, the operating range of the diaphragm film can be increased.

【0036】[0036]

【発明の効果】ダイヤフラムユニットの作製においてス
ペ−サに貫通孔を設けた後にダイヤフラム膜を作製する
ことによって撓みや破れのない平坦な膜を作製すること
ができ、歩留りが向上し、チップ間の個体差を減少する
ことができる。また、ダイヤフラム膜をスペ−サの開口
部の大きい側に作製することによってダイヤフラムユニ
ットの大きさに対するダイヤフラム膜の可動範囲を大き
くすることができる。
In the production of the diaphragm unit, by forming the diaphragm film after forming the through holes in the spacer, it is possible to form a flat film without bending or tearing, improving the yield, and improving the yield between chips. Individual differences can be reduced. Further, by making the diaphragm film on the larger side of the opening of the spacer, the movable range of the diaphragm film with respect to the size of the diaphragm unit can be increased.

【0037】またこのようにして得られたダイヤフラム
ユニットを圧力センサに用いることによってセンサ特性
の個体差がなくなるとともに歩留りも減少できる。また
本発明のダイヤフラムユニット作製方法により圧力セン
サのセンサヘッドの大きさを大きくすることなく感圧部
(ダイヤフラム膜)を大きくすることができるので従来
の圧力センサと同サイズで分解能等の精度を上げること
が可能であり、また従来と同じ分解能等の精度で圧力セ
ンサを小型化することが可能である。
Further, by using the diaphragm unit thus obtained for the pressure sensor, individual differences in sensor characteristics are eliminated and the yield can be reduced. Further, since the pressure sensing portion (diaphragm membrane) can be increased without increasing the size of the sensor head of the pressure sensor by the method of manufacturing the diaphragm unit of the present invention, the accuracy of resolution and the like can be increased with the same size as the conventional pressure sensor. It is also possible to downsize the pressure sensor with the same accuracy as the conventional one.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のダイヤフラムユニットの作製方法の1
チップ分を拡大した断面図である。
FIG. 1 is a first method of manufacturing a diaphragm unit of the present invention.
It is sectional drawing which expanded the chip part.

【図2】本発明のダイヤフラムユニットの作製方法によ
り得られたダイヤフラムユニットを用いた光ファイバ式
圧力センサの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical fiber type pressure sensor using a diaphragm unit obtained by the method for manufacturing a diaphragm unit of the present invention.

【図3】従来のダイヤフラムユニットの作製方法の1チ
ップ分を拡大した断面図である。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of one chip of a conventional method for manufacturing a diaphragm unit.

【図4】従来のダイヤフラムユニットの作製方法により
得られたダイヤフラムユニットを用いた光ファイバ式圧
力センサの断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical fiber type pressure sensor using a diaphragm unit obtained by a conventional method for manufacturing a diaphragm unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、21 スペ−サ 2,12 熱酸化膜 3,13,23 ダイヤフラム膜 4 基板 4a、24a 接合層 4b 除去層 15,25 透明基板 16,26 案内板 17,27 光ファイバ D ダイヤフラムユニット 1, 11, 21 Spacer 2,12 Thermal oxide film 3,13,23 Diaphragm film 4 Substrate 4a, 24a Bonding layer 4b Removal layer 15,25 Transparent substrate 16,26 Guide plate 17,27 Optical fiber D Diaphragm unit

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 貫通孔を有するスペ−サに、除去層と接
合層の2層からなる基板の前記接合層側を接合し、該基
板の除去層を除去し、接合層上面にダイヤフラム膜を成
膜することを特徴とするダイヤフラムユニットの作製方
法。
1. A spacer having a through hole is bonded to the bonding layer side of a substrate having two layers of a removal layer and a bonding layer, the removal layer of the substrate is removed, and a diaphragm film is formed on the upper surface of the bonding layer. A method for manufacturing a diaphragm unit, which comprises forming a film.
【請求項2】 予め接合層となる基材にダイヤフラム膜
層を成膜した積層体を形成しておき、これを貫通孔を有
するスペ−サに、前記積層体の接合層側を接合すること
を特徴とするダイヤフラムユニットの作製方法。
2. A laminate in which a diaphragm film layer is formed on a base material to be a joining layer in advance, and the joining layer side of the laminate is joined to a spacer having a through hole. A method for manufacturing a diaphragm unit, comprising:
【請求項3】 スペ−サと接合層とを接合した後、接合
層のうちスペ−サの開口部に露出している部分を除去す
ることを特徴とする請求項1及び2記載のダイヤフラム
ユニットの作製方法。
3. The diaphragm unit according to claim 1, wherein after the spacer and the bonding layer are bonded together, the part of the bonding layer exposed in the opening of the spacer is removed. Of manufacturing.
【請求項4】 貫通孔がテ−パを有しており、スペ−サ
と接合層との接合を前記貫通孔の開口部の大きい側の面
にすることを特徴とする請求項1及び2記載のダイヤフ
ラムユニットの作製方法。
4. The through hole has a taper, and the spacer and the bonding layer are bonded to each other on a surface of the through hole having a larger opening. A method for manufacturing the described diaphragm unit.
【請求項5】 貫通孔がシリコンの異方性エッチングに
より形成されることを特徴とする請求項1及び2記載の
ダイヤフラムの作製方法。
5. The method of manufacturing a diaphragm according to claim 1, wherein the through hole is formed by anisotropic etching of silicon.
【請求項6】 接合層がナトリウムを含有したガラスで
あることを特徴とする請求項1及び2記載のダイヤフラ
ムの作製方法。
6. The method for producing a diaphragm according to claim 1, wherein the bonding layer is glass containing sodium.
【請求項7】 テ−パのある圧力基準室となる孔をもつ
スペ−サと、該スペ−サの開口部の大きい側の面に設け
たダイヤフラム膜と、前記スペ−サのダイヤフラム膜の
ある面とは反対側の面に付設した透明基板と、前記スペ
−サと透明基板を挟んでダイヤフラム膜と対向するよう
に前記透明基板と光ファイバ端面とが固着された光ファ
イバとからなることを特徴とする光ファイバ−式圧力セ
ンサ。
7. A spacer having a hole serving as a pressure reference chamber having a taper, a diaphragm film provided on a surface of the spacer on the side of a large opening, and a diaphragm film of the spacer. A transparent substrate attached to a surface opposite to a certain surface, and an optical fiber in which the transparent substrate and the end face of the optical fiber are fixed so as to face the diaphragm film with the spacer and the transparent substrate interposed therebetween. An optical fiber-type pressure sensor.
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