(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイアフラム部を有する第一基板に振動子を備えてなる振動式圧力センサであって、
前記第一基板は、シリコン基板と表面シリコン層の間にシリコン酸化膜を挿入した構造のＳＯＩ基板であり、
前記ダイアフラム部は、前記第一基板の一方の主面から凸状を成す部位を有しており、
前記ダイアフラム部の厚み方向において中心に位置する中立面は、前記シリコン基板に内在され、
前記ダイアフラム部の前記凸状を成す部位は、前記表面シリコン層からなり、
前記振動子は、前記凸状をなす部位に内在されている、
ことを特徴とする振動式圧力センサ。
【請求項２】
前記第一基板は、前記ダイアフラム部の外周域に位置する支持部を有しており、
前記支持部のうち、前記第一基板の他方の主面からなる部位は、第二基板に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の振動式圧力センサ。
【請求項３】
ダイアフラム部を有する第一基板に振動子を備えてなる振動式圧力センサの製造方法であって、
前記第一基板がシリコン基板と表面シリコン層の間にシリコン酸化膜を挿入した構造のＳＯＩ基板となるように形成する工程と、
前記ダイアフラム部を構成する前記第一基板の一方の主面に凸状を成す部位を形成する工程と、
前記ダイアフラム部の厚み方向において中心に位置する中立面が前記シリコン基板に内在されるように形成する工程と、
前記ダイヤフラム部の前記凸状を成す部位が前記表面シリコン層からなるように形成する工程と、
前記振動子が前記凸状を成す部位に内在されるように前記振動子を形成する工程と、
を含むことを特徴とする振動式圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイアフラム構造を有する振動式圧力センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微圧レンジのセンサにおいては、圧力感度を高くするためにダイアフラムを薄くしてダイアフラムを変形し易くする手法が取られる。特許文献１には、振動式圧力センサにおいて、ダイアフラムを研磨とエッチングを用いて形成する構造が提案されている。この構造によりダイアフラムの高精度の薄型化が可能になる。
【０００３】
図４５に示す振動式圧力センサ６００は、図４６に示すピエゾ抵抗式圧力センサ７００に比べ、差圧に対するセンサの感度が約４倍あり、温度や静圧といった外乱による信号の変化も小さく、再現性および長期安定性に非常に優れたセンサである。
【０００４】
本発明者らは、振動式圧力センサについて、図４７に示すようなシミュレーションモデルを用いて、ダイアフラム６２０の厚さと、振動子に加わる歪との関係についてシミュレーションを行った。その結果を図４８に示す。図４８のグラフにおいて、横軸はダイアフラム径ａ（一定）をダイアフラム厚さｔで除した値であり、縦軸は歪［単位：με］である。
【０００５】
図４８から明らかなように、ダイアフラム径が一定であるとき、ダイアフラム厚さを薄くしていくと（横軸において左側から右側に移行すると）、ある程度まで（図４８において４０→４５付近まで）は歪が大きくなる傾向を示す（すなわち感度が向上する）。ところが、さらにダイアフラム厚さを薄くしていくと（図４８において５０以上の領域になると）、逆に歪は小さくなることが分かった（すなわち感度が低下する）。
【０００６】
このように、ダイアフラム６２０を薄くすることにより、感度を向上することができる領域には限界があることが、上記シミュレーション結果から明らかとなった。
本発明者らは、上記シミュレーション結果より、「ダイアフラムを単に薄くしただけでは、図４９に示すように、振動子６３０はやがてダイアフラム６２０の中立面（曲げ応力が０の境界面）６２５に重なるようになり、その結果、逆に感度が低下してしまう。」ことに原因があると考察した。
【０００７】
図４６に示すように、ピエゾ抵抗式圧力センサ７００は、シリコン層７１０の表層部に（「ピエゾ抵抗の潜り込み」は表面から深くても０．２μｍ程度の範囲内）不純物イオンを注入して抵抗部（ピエゾ抵抗）７２０を形成する。ゆえに、ダイアフラムを数十μｍオーダーで薄くしても、中立面は抵抗部（ピエゾ抵抗）７２０から十分に離れた位置にあるので、抵抗部（ピエゾ抵抗）７２０が中立面に重なり、影響を及ぼす虞はない。
【０００８】
これに対して、図４５に示すように、振動式圧力センサ６００は、振動子６３０が高真空のシェルに入った立体構造（ダイアフラムの厚さ方向に２０μｍ程度の構造体）のため、その中心がシリコン層６１０表面から深い位置（「振動子の潜り込み」は表面から数十μｍ程度下方の位置）に、ダイアフラムの振動子６３０が形成される。ゆえに、ダイアフラムを薄くしていくと、振動子６３０に対して中立面が急激に近づき、そして究極は重なる位置となるため、振動子６３０は中立面の影響を回避できなくなる。
【０００９】
このような「振動子の潜り込み」が異なることに起因して、ピエゾ抵抗式圧力センサに比べて振動式圧力センサは、ダイアフラムを薄くしただけでは歪感度を得ることが難しく、たとえ研磨によってダイアフラムを高精度に薄くできたとしても、振動子の歪感度の向上を図ることが困難になる、という課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−４４６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、振動子が配置されている表面からの深さと同じ厚さ以下まで、ダイアフラムを薄型化させても、振動子の歪感度を向上させることが可能な、振動式圧力センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の振動式圧力センサは、ダイアフラム部を有する第一基板に振動子を備えてなる振動式圧力センサであって、前記第一基板は、シリコン基板と表面シリコン層の間にシリコン酸化膜を挿入した構造のＳＯＩ基板であり、前記ダイアフラム部は、前記第一基板の一方の主面から凸状を成す部位を有しており、前記ダイアフラム部の厚み方向において中心に位置する中立面は、前記シリコン基板に内在され、前記ダイアフラム部の前記凸状を成す部位は、前記表面シリコン層からなり、前記振動子は、前記凸状をなす部位に内在されている、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の振動式圧力センサは、請求項１において、前記第一基板は、前記ダイアフラム部の外周域に位置する支持部を有しており、前記支持部のうち、前記第一基板の他方の主面からなる部位は、第二基板に接合されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の振動式圧力センサの製造方法は、ダイアフラム部を有する第一基板に振動子を備えてなる振動式圧力センサの製造方法であって、前記第一基板がシリコン基板と表面シリコン層の間にシリコン酸化膜を挿入した構造のＳＯＩ基板となるように形成する工程と、前記ダイアフラム部を構成する前記第一基板の一方の主面に凸状を成す部位を形成する工程と、前記ダイアフラム部の厚み方向において中心に位置する中立面が前記シリコン基板に内在されるように形成する工程と、前記ダイヤフラム部の前記凸状を成す部位が前記表面シリコン層からなるように形成する工程と、前記振動子が前記凸状を成す部位に内在されるように前記振動子を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
第一基板にシリコン基板と表面シリコン層との間にシリコン酸化膜を挿入した構造のＳＯＩ基板を用い、ダイアフラム部に、前記表面シリコン層からなる凸状を成す部位を設け、ダイアフラム部の厚み方向において中心に位置する中立面を前記シリコン基板に内在させ、振動子は前記凸状を成す部位に内在させている。この構造によれば、様々なダイアフラム部の厚さに対して、ダイアフラム部の中立面から振動子を離して配置することができる。そして、振動子は、シリコン酸化膜の存在によって、シリコン基板に内在する中立面から隔離された状態となる。ゆえに、請求項１に記載の発明によれば、振動子が配置されている表面からの深さと同じ厚さまで、ダイアフラム部の薄型化を図った場合においても、振動子の歪感度を向上させることが可能であり、また、振動子の歪み感度に影響する凸状の厚さはシリコン酸化膜上面から凸状上面までの一定な距離となり、均一な厚さに制御できるので、振動子の歪み感度ばらつきを一段と低減することが可能な、振動式圧力センサが得られる。
【００２０】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
第一基板は、前記ダイアフラム部の外周域に位置する支持部を有しており、前記支持部のうち、前記第一基板の他方の主面からなる部位は、第二基板に接合されていることで、第一基板と第二基板との間に所定の隙間が形成される。ゆえに、請求項２に記載の発明によれば、この所定の隙間により、異物の混入によるダイアフラムの可動範囲が制限されることなく、且つ振動子の振動によって励起されるダイアフラム共振に対して、流体によって制動作用を有する振動式圧力センサが得られる。
【００２１】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
第一基板にシリコン基板と表面シリコン層との間にシリコン酸化膜を挿入した構造のＳＯＩ基板を用い、ダイアフラム部を構成する第一基板の一方の主面に凸状を成す部位を、表面シリコン層からなるように形成し、ダイアフラム部の厚み方向において中心に位置する中立面がシリコン基板に内在されるように形成し、さらに、凸状を成す部位に内在されるように振動子を形成している。ゆえに、請求項３に記載の発明によれば、ダイアフラムを薄型化させて振動子の歪み感度を向上させ、加えて、振動子の歪み感度ばらつきを一段と低減させることが可能な振動式圧力センサを容易にかつ安定に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の振動式圧力センサの一構成例（第一実施形態）を示す模式図。
【図２】図１において、振動子とダイアフラム部の中立面との関係を示す模式図。
【図３】図１において、振動子部分を拡大して示す模式図。
【図４】図１において、ダイアフラム部の応力集中箇所を示す図。
【図５】図１において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図６】図１において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図７】図１において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図８】図１において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図９】図１において、凸部の他の配置例を示す模式図。
【図１０】図１に示す振動式圧力センサの製造工程の一例を示す模式図。
【図１１】接着剤にボイドが発生する様子を示す図。
【図１２】本発明の振動式圧力センサの他の一構成例（第二実施形態）を示す模式図。
【図１３】図１２において、振動子とダイアフラム部の中立面との関係を示す模式図。
【図１４】図１２において、振動子部分を拡大して示す模式図。
【図１５】図１２において、ダイアフラム部の応力集中箇所を示す図。
【図１６】図１２において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図１７】図１２において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図１８】図１２において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図１９】図１２において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図２０】図１２において、凸部の他の配置例を示す模式図。
【図２１】図１２に示す振動式圧力センサの製造工程の一例を示す模式図。
【図２２】接着剤にボイドが発生する様子を示す図。
【図２３】本発明の振動式圧力センサの他の一構成例（第三実施形態）を示す模式図。
【図２４】図２３において、振動子とダイアフラム部の中立面との関係を示す模式図。
【図２５】図２３において、振動子部分を拡大して示す模式図。
【図２６】図２３において、ダイアフラム部の応力集中箇所を示す図。
【図２７】図２３において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図２８】図２３において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図２９】図２３において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図３０】図２３において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図３１】図２３において、凸部の他の配置例を示す模式図。
【図３２】図２３に示す振動式圧力センサの製造工程の一例を示す模式図。
【図３３】接着剤にボイドが発生する様子を示す図。
【図３４】本発明の振動式圧力センサの他の一構成例（第四実施形態）を示す模式図。
【図３５】図３４において、振動子とダイアフラム部の中立面との関係を示す模式図。
【図３６】図３４において、振動子部分を拡大して示す模式図。
【図３７】図３４において、ダイアフラム部の応力集中箇所を示す図。
【図３８】図３４において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図３９】図３４において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図４０】図３４において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図４１】図３４において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図。
【図４２】図３４において、凸部の他の配置例を示す模式図。
【図４３】図３４に示す振動式圧力センサの製造工程の一例を示す模式図。
【図４４】接着剤にボイドが発生する様子を示す図。
【図４５】振動式圧力センサの一例を示す模式図。
【図４６】ピエゾ抵抗式圧力センサの一例を示す模式図。
【図４７】シミュレーションに用いた振動式圧力センサモデルを示す模式図。
【図４８】従来の振動式圧力センサについてシミュレーション結果を示す図。
【図４９】従来の振動式圧力センサにおいて、振動子とダイアフラム部の中立面との関係を示す模式図。
【図５０】本発明の振動式圧力センサの他の一構成例（第五実施形態）を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に図面を参照しながら、以下に実施形態及び具体例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されるものではない。
【００２４】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態の構成例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図２及び図３は図１の要部拡大断面図であり、図２は振動子とダイアフラム部の中立面との関係を、図３は振動子部分を、それぞれ示している。
本発明の振動式圧力センサ１００は、ダイアフラム部１１２を有する第一基板（センサ基板）１１０に振動子１１１を備えてなる。
【００２５】
図１において、センサ基板１１０は、シリコン（Ｓｉ）からなり、その一方の面側に振動子１１１が内在して設けられ、他方の面がダイアフラム部１１２に相当する厚さに研磨後、凹部１１５が形成されている。
【００２６】
ダイアフラム部１１２の厚みは、センサ基板１１０の厚みからセンサ基板１１０の上面の凹部１２１と下面の凹部１１５のエッチング量を引いた値により決定される。
そのため、ダイアフラム部１１２の厚みの精度は、研削研磨の数μｍの精度とエッチングのサブμｍの精度の和で表され、結果として数μｍの精度での加工精度を有する。
【００２７】
また、センサ基板１１０の凹部１１５のエッチングに、等方性エッチングを用いて、丸み６５０を付けることにより、ダイアフラム部１１２の応力集中を分散できる。その結果、センサの破壊耐圧が増加する。
凹部１１５は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等により形成される。
【００２８】
この凹部１１５は、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングする必要が無いため、サブμｍ〜数１０μｍ以下の隙間を精度よく容易に実現できる。
よって、異物の混入を考慮した隙間の設計やダイアフラム部１１２の可動範囲を考慮した設計に自由度を持たせることができる。
ダイアフラム部１１２の寸法は、センサ基板１１０の凹部１１５の部分の寸法できまる。
【００２９】
ダイアフラム部１１２の具体的な形状としては、たとえば、四角形、円形、多角形等が考えられる。センサ基板１１０の凹部１１５の部分は、サブμｍ〜数１０μｍ以下の狭い隙間であるため、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングするダイアフラム部１１２の形成方法と異なり、エッチングの面による基板面内方向の大きさの制約が無い。そのため、ダイアフラム部１１２の結晶方位に制限されずに形状を自由に設計できる。
【００３０】
振動子１１１は、ダイアフラム部１１２の上面１１３側に製作されている。
特に、本発明の振動式圧力センサ１００では、ダイアフラム部１１２は、センサ基板１１０の一方の主面から凸状を成す部位（凸部１２０）を有しており、振動子１１１は、ダイアフラム部１１２の厚み方向において中心に位置する中立面１１８から外れた領域に内在され、かつ、該領域の少なくとも一部は凸部１２０に含まれている。
【００３１】
図２（ａ）に示す構成例は、凸部１２０を、下側から圧力が加わったときに凸となる側である、センサ基板１１０の一方の主面（図２（ａ）において上面）、すなわち凹部１１５が設けられた面（図２（ａ）において下面）とは反対側の面１１３に設けている。図２（ａ）に示す構成例では、凸部１２０の周囲に凹部１２１が配されている。図２（ａ）では、ダイアフラム部１１２の厚み方向において中心に位置する中立面は、点線で描写した。圧力は上下どちら側から印加してもよい。
【００３２】
図２（ｂ）は、ダイアフラム部１１２の中立面と内部応力との関係を示す模式図であり、図２（ａ）のダイアフラム部１１２において、凸部１２０の近傍を拡大して示す模式図である。図２（ｂ）では、ダイアフラム部１１２の厚み方向において中心に位置する中立面を、一点鎖線で描写した。
【００３３】
中立面（曲げ応力が０の境界面）よりセンサ基板１１０の一方の主面（図２（ｂ）では上面）側、すなわち、下側から圧力がかかったときに凸となる側では「引張応力」が発生する。これに対して、中立面よりセンサ基板１１０の他方の主面（図２（ｂ）では下面）側、すなわち、下側から圧力がかかったときに凹となる側では「圧縮応力」が発生する。
つまり、中立面から見て、センサ基板１１０の一方の主面（図２（ｂ）では上面）側に振動子１１１を配した場合には、振動子１１１は「引張応力」を検知する構成となる。逆に、中立面から見て、センサ基板１１０の他方の主面（図２（ｂ）では下面）側に振動子１１１を配した場合には、振動子１１１は「圧縮応力」を検知する構成となる。
【００３４】
本発明の振動式圧力センサは、何れの構成にも適用可能であるが、以下では主に、前者の構成（センサ基板１１０の一方の主面（図２（ｂ）では上面）側に振動子１１１を配した場合）に基づき説明する。
【００３５】
図２（ｂ）に示すように、本発明の振動式圧力センサでは、凸部１２０が存在しない領域の中立面１１８は、通常どおり、ダイアフラム部１１２の厚みａの１／２の深さに存在する。これに対して、凸部１２０が存在する領域の中立面１１８は、凸部１２０側に湾曲する。中立面１１８より凸部１２０側（図２（ａ）において上面側）では引張応力が発生し、その反対側（図２（ａ）において下面側）では圧縮応力が発生するメカニズムは、従来と同様である。しかしながら、本発明の振動式圧力センサでは、凸部１２０が存在することにより、この湾曲が生じたとしても、振動子１１１は中立面１１８と重ならない位置に配することが可能となる。
【００３６】
図２（ｃ）は、ダイアフラム部１１２の中立面１１８と、振動子１１１との関係を模式的に示す図である。Ｔａ〜Ｔｃはダイアフラム部１１２の厚み（Ｔａ＞Ｔｂ＞Ｔｃ）を表しており、それそれの厚みＴａ〜Ｔｃに対応する中立面を１１８ａ〜１１８ｃで表している。
【００３７】
図２（ｃ）に示すように、ダイアフラム部１１２が十分に厚い場合（Ｔａ：従来技術に相当する）には、あえて凸部１２０を設けることなく、振動子１１１ａを、ダイアフラム部１１２の中立面１１８ａから外れた領域に容易に内在させることができる。しかし、ダイアフラム部１１２が薄く（Ｔｂ）なってくると、振動子１１１ａは中立面１１８ｂに重なってしまい、かえって感度が低下してしまう。
【００３８】
そこで本発明では、ダイアフラム部１１２に凸部１２０を設け、振動子１１１ｂを、ダイアフラム部１１２の中立面１１８ｂから外れた領域に内在させ、かつ、該領域の少なくとも一部を凸部１２０に含ませている。つまり、振動子１１１ｂの少なくとも一部を凸部１２０に含ませることで、振動子１１１ｂが中立面１１８ｂに重なることを回避できる。これにより、ダイアフラムを薄型化させて振動子の歪み感度を向上させた振動式圧力センサが得られる。この場合（Ｔｂ）の凸部１２０は、振動子１１１ｂの少なくとも一部が含まれるような大きさ（高さ）を有する形状であれば良い。
【００３９】
しかし、ダイアフラム部１１２がさらに薄く（Ｔｃ）なってくると、振動子１１１ｂが中立面１１８ｃに重なることを回避することが、困難になる。そこで、この場合には、振動子１１１ｃを、ダイアフラム部１１２の中立面１１８ｃから外れた領域に内在され、かつ、領域の全部を、凸部１２０に内在させている。
【００４０】
これによりダイアフラム部１１２の中立面１１８ｃから離すとともに、凸部１２０内に振動子１１１ｃを隔離することができる。その結果、ダイアフラムをより薄型化させて振動子の歪み感度を一段と向上させた振動式圧力センサが得られる。この場合（Ｔｃ）の凸部１２０は、振動子１１１ｃの全部が含まれるような大きさ（高さ）を有する形状とされる。
【００４１】
図１に示すように、振動式圧力センサ１００では、ダイアフラム部１１２を有する基板１１０のダイアフラム部１１２に厚さの異なった領域（凹部１２１および凸部１２０）を設けている。そして、ダイアフラム部１１２の厚肉部（凸部１２０）に、一部あるいは全部が内在されるように振動子１１１が形成されている。
ダイアフラム部１１２の凸部１２０内には振動子１１１が２本直列に並んでおり、振動子１１１と同層に配線（図示略）が形成されている。ただし、振動子の数は２本に限定されるものではなく、何本でもよい。
【００４２】
図３は、図１の振動式圧力センサ１００において、振動子１１１の部分を拡大して示す図である。
図３に示すように、振動子１１１は、真空室１３０内に設けられ、基板１１０に対して引張の応力が付与される。
【００４３】
図２に示すように、振動子１１１を、ダイアフラム部１１２に設けた凸部１２０に内在させることにより、様々なダイアフラム部１１２の厚さに対し、振動子１１１を、ダイアフラム部１１２の中立面１１８から離すことができる。そのため、ダイアフラム部１１２の設計において感度を確保する際に、ダイアフラム部１１２の中立面１１８による感度低下を考える必要がなく、ダイアフラム部１１２の厚さとダイアフラム部１１２の径との２つのパラメータで設計することができる。
以上から、振動式圧力センサの課題であった、ダイアフラム部１１２の薄型化による感度低下を改善でき、微圧レンジに対応できる構造が実現できる。
【００４４】
さらに、本構造は、ダイアフラム部１１２を薄型化した場合の課題、すなわち（１）ダイアフラム部の耐圧の向上、（２）チップサイズの小型化、についても改善できる。
（１）ダイアフラム部１１２の耐圧の向上については、ダイアフラム部１１２を薄くすると、シェル部（図４のα）とダイアフラム部１１２の角部（図４のβ）の２ヵ所に応力が集中して破壊の起点となってしまう。そのため、シェル厚肉化、あるいは、ダイアフラム部１１２の角部や隅部に曲率部（Ｒ部）を設けた形状にすることでダイアフラム部１１２の応力を緩和でき、高耐圧のダイアフラム部１１２が実現できる。図２に示す構造では、シェルを厚肉化しても、振動子１１１のダイアフラム部中立面１１８からの距離は変わらないため、感度の低下を抑えることができる。
【００４５】
（２）チップサイズの小型化については、一般にダイアフラム部１１２は深堀のアルカリエッチングで形成することから、シリコン基板の厚さ方向に対して垂直な形状は得られず、傾斜角度をもった形状になるため、ダイアフラム部１１２のサイズが変化してしまい、特に薄型ダイアフラム部１１２ではチップサイズは大型化する。しかし、本構造のようにダイアフラム部１１２を研磨とエッチングで形成すれば、ダイアフラム部１１２のサイズは変化しないため、チップサイズを小型化できる。
以上のように、本実施形態の構造によれば、小型のチップで高精度、高耐圧の薄型ダイアフラム部１１２が安定して再現性よく作製できるため、コスト面でも有利である。
【００４６】
図５〜図８は各々、図１において、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。すなわち、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ５−Ｘ５における断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ６−Ｘ６における断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＸ７−Ｘ７における断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ８−Ｘ８における断面図である。
【００４７】
上述した凹部１２１および凸部１２０の形状としては、図１に示した例に限定されず、どの様な形でもよく、たとえば図５〜図８に示す構造とすることもできる。
図５は、凹部１２１の形状を四角形状とすると共に、ダイアフラム部１１２の厚肉部（凸部１２０）が、Ｉラインを成すように、その両脇に凹部１２１が配置された構成例である。図５のＩラインをなす凸部１２０には、ダイアフラム部１１２の中央域に配される振動子１１１と、ダイアフラム部１１２の外周域に配される振動子１１１とが、一緒に内在される構成とされている。
【００４８】
図６は、図５におけるＩラインの部分のみが存在するように、ダイアフラム部１１２の一方の面（上面）を形成したものであり、他の点は図５と同様である。すなわち、図６のＩラインをなす凸部１２０には、ダイアフラム部１１２の中央域に配される振動子１１１と、ダイアフラム部１１２の外周域に配される振動子１１１とが、一緒に内在される構成とされている。
【００４９】
図７は、図６におけるＩラインの部分が２つに分割されて、ダイアフラム部１１２の一方の面（上面）に形成されたものであり、他の点は図６と同様である。すなわち、図７のＩラインをなす凸部１２０は、ダイアフラム部１１２の中央域に配される振動子１１１を内在する島と、ダイアフラム部１１２の外周域に配される振動子１１１を内在する島とに分割して構成されている。つまり、図７の構成例は、凸部１２０の形状を、図５のようなＩ型形状ではなく、振動子１１１が内在される部分のみを局所的（たとえば島状）に形成したものである。
【００５０】
図５〜図７の構成例では、ダイヤフラム部が四角形状をなす場合に適用した図面となっているが、ダイヤフラム部の形状はこれに限定されるものではない。たとえば図１に示すような円形状のダイアフラム部に適用しても構わない。
【００５１】
図８は、図７において凸部１２０を構成する２つの島がそれぞれ含まれるように、凸部１２０を同心の二重環状に形成した構成例である。図８に示す構成とするならば、円形状のダイアフラム部に対して、凸部１２０の存在が面内均等な応力分布となるので、より好ましい。図８に示した二重環状の配置は、円形状のダイアフラム部に限定されるものではなく、四角形状や多角形状にも適用可能である。
【００５２】
なお、上述した実施形態では、センサ基板１１０において、凸部１２０を、下側から圧力が加わったときに凸となる側である、センサ基板１１０の一方の主面、すなわち凹部１１５が設けられた面とは反対側の面１１３に凸部１２０を設けた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。
たとえば図９に示すように、下側から圧力が加わったときに凹となる側である、センサ基板１１０の他方の主面（図９において下面）、すなわち凹部１１５が設けられた面と同じ側の面１１４に、凸部１２０を設けてもよい。
【００５３】
以上の構成において、図１０は、図１に示す振動式圧力センサの製造工程を説明する模式図である。
ダイアフラム部１１２を有するセンサ基板１１０に振動子１１１を備えてなる振動式圧力センサ１００の製造方法は、ダイアフラム部１１２を構成するセンサ基板１１０の一方の主面に凸状を成す部位（凸部１２０）を形成する工程と、振動子１１１の少なくとも一部が凸部１２０に内在されるように振動子１１１を形成する工程とを、含む。
【００５４】
図１０に振動式圧力センサ１００の作製工程を示す。
まず、図１０（ａ）に示すように、センサ基板１１０となるシリコン（Ｓｉ）基板１０１を用意する。
図１０（ｂ）に示すように、ダイアフラム部１１２を構成するセンサ基板１１０の一方の主面側に、振動子１１１を形成する。このとき、振動子１１１の少なくとも一部が、後工程で形成される、凸部に内在されるように、振動子１１１を形成する。
【００５５】
振動子１１１の作製工程例としては特公平７−１０４２１７や特願２０１２−１２０７１８のような形成方法がある。ただし、振動子の形状は歪みが測定できれば、どのような形状でもよい。
【００５６】
図１０（ｃ）には、センサ基板１１０の凸部１２０パターン形成工程を示す。
ダイアフラム部１１２を構成するセンサ基板１１０の一方の主面に、エッチングにより凹部１２１を形成する。これにより、センサ基板１１０の一方の主面に凸部１２０が形成される。
センサ面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。
エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサ基板の凹部１２１が形成できる。これにより、残った部分が凸部１２０として形成される。
以上の工程により、センサ基板１１０の一方の主面側で、かつ、振動子１１１の少なくとも一部が凸部１２０に内在された振動子１１１が形成される。
【００５７】
図１０（ｄ）には、センサ基板１１０の貼り付け工程を示す。
貼り付け用部材１５１を用いて、センサ基板１１０の素子面とサポート基板１５０を貼り付ける。
貼り付け用部材１５１としては、たとえば、熱可塑性接着剤、薬液溶解型接着剤、ＵＶ接着剤、両面テープ、ＷＡＸ等が挙げられる。
【００５８】
貼り付けの精度は、以降の研削研磨の厚みのばらつきに影響を及ぼすためＴＴＶ（total thickness variation, ウエハ面内厚みの最小値と最大値の差）や反りを制御する必要がある。サポート基板１５０には、サファイア、ガラス、シリコン等の素材を使用する。また、サポート基板１５０の形状を特に制約するものではない。
【００５９】
図１０（ｅ）には、センサ基板裏面に対する研削研磨工程を示す。
サポート基板１５０に貼り付けられたセンサ基板１１０の振動子１１１と反対側の面１１４を研削研磨により、所望の厚みまで薄くする。
この際、研削時の破砕層や研削跡がなくなるまで研磨を実施する必要がある。
ダイアフラム部１１２は所望の厚さまでアルカリエッチングで形成してもよいが、図１のようにダイアフラム部１１２相当の厚さまで研磨して高精度のダイアフラム部１１２を形成することもできる。研磨工程では、センサ基板１１０をサポート基板１５０に接着剤で接着して研磨を行い、基板を薄くしても破壊しないようにする。
【００６０】
なお、研磨においては、図１１に示すように、ダイアフラム部１１２の厚さの異なった領域の凹部にボイド１６０が発生することや研磨ダレ１７０（図１０（ｅ））が発生することがあるため、凹部１２１のパターンおよび底面の角部や隅部に曲率部１８０を設けたり、凹部１１５のサイズを凹部１２１のサイズよりも大きく構成することが重要である。
【００６１】
図１０（ｆ）には、センサ基板裏面に対するパターン形成工程を示す。
センサ面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。
エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサ基板の凹部１１５が形成できる。これによりダイアフラム部１１２が形成される。
【００６２】
これにより、結晶方位に依存されないダイアフラム部１１２形状、たとえば、ダイアフラム部１１２が円形でエッジ（隅部）に曲率を設けた形状（曲率部（Ｒ部））が作製でき、ダイアフラム部１１２を薄くしても応力破壊しない高耐圧のダイアフラム部１１２が形成できる。
【００６３】
また、薄くした基板１１０には、凸部のパターンが、研削研磨後の研削研磨面に凹凸パターンとして現れる。この研削研磨面の凹凸は接合部に未接合部を発生させたり、センサに接合歪を発生させたりするため、センサ基板１１０の素子面の凹凸は極力平坦であるほうが良い。
センサ基板１１０を２００μｍ以下に研削研磨する場合、ウエハ単体でハンドリングすると簡単にウエハが割れてしまうが、サポート基板１５０がついた状態では、数１０μｍ以下のセンサ基板１１０でもハンドリングが可能である。
【００６４】
研削研磨後は、研削研磨面の清浄性を高めるために図示しない洗浄工程を実施することが望ましい。洗浄工程は、物理洗浄（ＣＯ２  洗浄，２流体洗浄）や酸アルカリ洗浄等が考えられるが、貼り付け用材料が熱分解する温度以下で実施し、この材料が薬液耐性を有する薬液を使用する必要がある。
【００６５】
図１０（ｇ）には、サポート基板１５０の剥離工程を示す。
薄く研磨された後にセンサ基板１１０をサポート基板１５０から切り離す。
サポート基板１５０からの剥離方法は、使用する接着剤によりその方法が異なる。
たとえば、熱可塑性接着剤では温度をかけた状態でスライドさせることにより剥離する。
【００６６】
また、熱剥離型の両面テープでは熱をかけるだけで簡単に剥離が可能である。図示していないが、剥離後は、貼り合せ用材料の残渣を除去するため、スピン洗浄、薬液浸漬等にて、センサ素子面を洗浄することが望ましい。
これにより振動式圧力センサ１００が完成する。
【００６７】
このような振動式圧力センサ１００では、ダイアフラム部１１２に、凸状を成す部位（凸部１２０）を設け、振動子１１１を、ダイアフラム部１１２の厚み方向において中心に位置する中立面から外れた領域に内在され、かつ、領域の少なくとも一部が、凸部１２０に内在させている。この構造により様々なダイアフラム部１１２の厚さに対しダイアフラム部１１２の中立面１１８から離すことができる。これにより、ダイアフラム部１１２を薄型化させて振動子１１１の歪み感度を向上させた振動式圧力センサが得られる。
【００６８】
（第二実施形態）
図１２は、本発明の第二実施形態の構成例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図１３及び図１４は図１２の要部拡大断面図であり、図１３は振動子とダイアフラム部の中立面との関係を、図１４は振動子部分を、それぞれ示している。
本発明の振動式圧力センサ２００は、ダイアフラム部２１２を有する第一基板（センサ基板）２１０に振動子２１１を備えてなる。
【００６９】
本実施形態の振動式圧力センサ２００では、センサ基板（第一基板）２１０が、シリコン（Ｓｉ）基板と表面シリコン（Ｓｉ）層との間に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２  ）を挿入した構造のＳＯＩ基板である。
センサ基板２１０にＳＯＩ基板を用いることで、振動子２１１は、表面シリコン層からなる凸状をなす部位（凸部２２０）に内在され、かつ、シリコン基板との間に、シリコン酸化膜が存在することになる。つまり、振動子２１１は、シリコン酸化膜によって、シリコン基板の中立面から隔離された状態となる。ゆえに、振動子２１１の歪み感度に影響する凸部２２０の厚さはシリコン酸化膜上面から凸部２２０上面までの一定な距離となり、シリコン酸化膜がない場合に比べ、均一な厚さに制御できる。つまり、振動子２１１の歪み感度ばらつきを、一段と低減することが可能となる。
【００７０】
図１２において、センサ基板２１０は、その一方の面側（表面シリコン（Ｓｉ）層側）に振動子２１１が内在して設けられ、他方の面はダイアフラム部２１２に相当する厚さに研磨後、凹部２１５が形成されている。
【００７１】
ダイアフラム部２１２の厚みは、センサ基板２１０の厚みからセンサ基板２１０の上面の凹部２２１と下面の凹部２１５のエッチング量を引いた値により決定される。
そのため、ダイアフラム部２１２の厚みの精度は、研削研磨の数μｍの精度とエッチングのサブμｍの精度の和で表され、結果として数μｍの精度での加工精度を有する。
【００７２】
センサ基板２１０は、センサ基板（第一基板）２１０が、シリコン（Ｓｉ）基板と表面シリコン（Ｓｉ）層との間に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を挿入した構造のＳＯＩ基板である。
【００７３】
凹部２１５は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等により形成される。
この凹部２１５は、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングする必要が無いため、サブμｍ〜数１０μｍ以下の隙間を精度よく容易に実現できる。
よって、異物の混入を考慮した隙間の設計やダイアフラム部２１２の可動範囲を考慮した設計に自由度を持たせることができる。
ダイアフラム部２１２の寸法は、センサ基板２１０の凹部２１５の部分の寸法できまる。
【００７４】
ダイアフラム部２１２の具体的な形状としては、たとえば、四角形、円形、多角形等が考えられる。センサ基板２１０の凹部２１５の部分は、サブμｍ〜数１０μｍ以下の狭い隙間であるため、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングするダイアフラム部２１２の形成方法と異なり、エッチングの面による基板面内方向の大きさの制約が無い。そのため、ダイアフラム部２１２の結晶方位に制限されずに形状を自由に設計できる。
【００７５】
振動子２１１は、ダイアフラム部２１２の上面２１３側に製作されている。
特に、本発明の振動式圧力センサ２００では、ダイアフラム部２１２は、センサ基板２１０の一方の主面から凸状を成す部位（凸部２２０）を有しており、振動子２１１は、ダイアフラム部２１２の厚み方向において中心に位置する中立面から外れた領域に内在され、かつ、該領域の少なくとも一部は凸部２２０に含まれている。
【００７６】
図１３（ａ）に示す構成例は、凸部２２０を、下側から圧力が加わったときに凸となる側である、センサ基板２１０の一方の主面（図１３（ａ）において上面）、すなわち凹部２１５が設けられた面（図１３（ａ）において下面）とは反対側の面２１３に設けている。図１３（ａ）に示す構成例では、凸部２２０の周囲に凹部２２１が配されている。図１３（ａ）では、ダイアフラム部２１２の厚み方向において中心に位置する中立面は、点線で描写した。圧力は上下どちら側から印加してもよい。
【００７７】
図１３（ｂ）は、ダイアフラム部２１２の中立面と内部応力との関係を示す模式図であり、図１３（ａ）のダイアフラム部２１２において、凸部２２０の近傍を拡大して示す模式図である。図１３（ｂ）では、ダイアフラム部２１２の厚み方向において中心に位置する中立面を、一点鎖線で描写した。
【００７８】
中立面（曲げ応力が０の境界面）よりセンサ基板２１０の一方の主面（図１３（ｂ）では上面）側、すなわち、下側から圧力がかかったときに凸となる側では「引張応力」が発生する。これに対して、中立面よりセンサ基板２１０の他方の主面（図１３（ｂ）では下面）側、すなわち、下側から圧力がかかったときに凹となる側では「圧縮応力」が発生する。
つまり、中立面から見て、センサ基板２１０の一方の主面（図１３（ｂ）では上面）側に振動子２１１を配した場合には、振動子２１１は「引張応力」を検知する構成となる。逆に、中立面から見て、センサ基板２１０の他方の主面（図１３（ｂ）では下面）側に振動子２１１を配した場合には、振動子２１１は「圧縮応力」を検知する構成となる。
【００７９】
本発明の振動式圧力センサは、何れの構成にも適用可能であるが、以下では主に、前者の構成（センサ基板２１０の一方の主面（図１３（ｂ）では上面）側に振動子２１１を配した場合）に基づき説明する。
【００８０】
図１３（ｂ）に示すように、本発明の振動式圧力センサでは、凸部２２０が存在しない領域の中立面２１８は、通常どおり、ダイアフラム部２１２の厚みａの１／２の深さに存在する。これに対して、凸部２２０が存在する領域の中立面２１８は、凸部２２０側に湾曲する。中立面２１８より凸部２２０側（図１３（ａ）において上面側）では引張応力が発生し、その反対側（図１３（ａ）において下面側）では圧縮応力が発生するメカニズムは、従来と同様である。しかしながら、本発明の振動式圧力センサでは、凸部２２０が存在することにより、この湾曲が生じたとしても、振動子２１１は中立面２１８と重ならない位置に配することが可能となる。
【００８１】
図１３（ｃ）は、ダイアフラム部２１２の中立面２１８と、振動子２１１との関係を模式的に示す図である。Ｔａ〜Ｔｃはダイアフラム部２１２の厚み（Ｔａ＞Ｔｂ＞Ｔｃ）を表しており、それそれの厚みＴａ〜Ｔｃに対応する中立面を２１８ａ〜２１８ｃで表している。
【００８２】
図１３（ｃ）に示すように、ダイアフラム部２１２が十分に厚い場合（Ｔａ：従来技術に相当する）には、あえて凸部２２０を設けることなく、振動子２１１ａを、ダイアフラム部２１２の中立面２１８ａから外れた領域に容易に内在させることができる。しかし、ダイアフラム部２１２が薄く（Ｔｂ）なってくると、振動子２１１ａは中立面２１８ｂに重なってしまい、かえって感度が低下してしまう。
【００８３】
そこで本発明では、ダイアフラム部２１２に凸部２２０を設け、振動子２１１ｂを、ダイアフラム部２１２の中立面２１８ｂから外れた領域に内在させ、かつ、該領域の少なくとも一部を凸部２２０に含ませている。つまり、振動子２１１ｂの少なくとも一部を凸部２２０に含ませることで、振動子２１１ｂが中立面２１８ｂに重なることを回避できる。これにより、ダイアフラムを薄型化させて振動子の歪み感度を向上させた振動式圧力センサが得られる。この場合（Ｔｂ）の凸部１２０は、振動子１１１ｂの少なくとも一部が含まれるような大きさ（高さ）を有する形状であれば良い。
【００８４】
しかし、ダイアフラム部２１２がさらに薄く（Ｔｃ）なってくると、振動子２１１ｂが中立面２１８ｃに重なることを回避することが、困難になる。そこで、この場合には、振動子２１１ｃを、ダイアフラム部２１２の中立面２１８ｃから外れた領域に内在され、かつ、領域の全部を、凸部２２０に内在させている。
これによりダイアフラム部２１２の中立面２１８ｃから離すとともに、凸部２２０内に振動子２１１ｃを隔離することができる。その結果、ダイアフラムをより薄型化させて振動子の歪み感度を一段と向上させた振動式圧力センサが得られる。この場合（Ｔｃ）の凸部２２０は、振動子２１１ｃの全部が含まれるような大きさ（高さ）を有する形状とされる。
【００８５】
図１２に示すように、振動式圧力センサ２００では、ダイアフラム部２１２を有する基板のダイアフラム部２１２に厚さの異なった領域（凹部および凸部２２０）を設けている。そして、ダイアフラム部２１２の厚肉部（凸部２２０）に、一部あるいは全部が内在されるように振動子２１１が形成されている。
ダイアフラム部２１２の中立面２１８はＳｉ基板に、振動子２１１は表面Ｓｉ層からなる凸部２２０に、各々内在されている。
ダイアフラム部２１２の凸部２２０内には振動子２１１が２本直列に並んでおり、振動子２１１と同層に配線（図示略）が形成されている。ただし、振動子の数は２本に限定されるものではなく、何本でもよい。
【００８６】
図１４は、図１２の振動式圧力センサ２００において、振動子２１１の部分を拡大して示す図である。
図１４に示すように、振動子２１１は、真空室２３０内に設けられ、引張の応力が付与される。
【００８７】
図１３に示すように、振動子２１１を、ダイアフラム部２１２に設けた凸部２２０に内在させることにより、様々なダイアフラム部２１２の厚さに対し、振動子２１１を、ダイアフラム部２１２の中立面２１８から離すことができる。そのため、ダイアフラム部２１２の設計において感度を確保する際に、ダイアフラム部２１２の中立面２１８による感度低下を考える必要がなく、ダイアフラム部２１２の厚さとダイアフラム部２１２の径との２つのパラメータで設計することができる。
以上から、振動式圧力センサの課題であった、ダイアフラム部２１２の薄型化による感度低下を改善でき、微圧レンジに対応できる構造が実現できる。
【００８８】
さらに、本構造は、ダイアフラム部２１２を薄型化した場合の課題、すなわち（１）ダイアフラム部の耐圧の向上、（２）チップサイズの小型化、に加えて、（３）ダイアフラム部の厚さばらつきについても改善できる。
（１）ダイアフラム部２１２の耐圧の向上については、ダイアフラム部２１２を薄くすると、シェル部（図１５のα）とダイアフラム部２１２の角部（図１５のβ）の２ヵ所に応力が集中して破壊の起点となってしまう。そのため、シェル厚肉化、あるいは、ダイアフラム部２１２の角部や隅部に曲率部（Ｒ部）を設けた形状にすることでダイアフラム部２１２の応力を緩和でき、高耐圧のダイアフラム部２１２が実現できる。図１３に示す構造では、シェルを厚肉化しても、振動子２１１のダイアフラム部２１２の中立面２１８からの距離は変わらないため、感度の低下を抑えることができる。
【００８９】
（２）チップサイズの小型化については、一般にダイアフラム部２１２は深堀のアルカリエッチングで形成することから、シリコン基板の厚さ方向に対して垂直な形状は得られず、傾斜角度をもった形状になるため、ダイアフラム部２１２のサイズが変化してしまい、特に薄型ダイアフラム部２１２ではチップサイズは大型化する。しかし、本構造のようにダイアフラム部２１２を研磨とエッチングで形成すれば、ダイアフラム部２１２のサイズは変化しないため、チップサイズを小型化できる。
以上のように、本実施形態の構造によれば、小型のチップで高精度、高耐圧の薄型ダイアフラム部２１２が安定して再現性よく作製できるため、コスト面でも有利である。
【００９０】
（３）ダイアフラム部の厚さばらつきについては、厚さの異なった領域を形成する際にＳＯＩ基板の酸化膜でエッチングストップする構造にして、他方の面を研磨でダイアフラム部２１２相当の厚さにすることで、ダイアフラム部２１２の厚さばらつきを１μｍ程度に抑えて高精度のダイアフラム部２１２を形成することができる。
【００９１】
図１６〜図１９は各々、図１２における、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。すなわち、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＸ１６−Ｘ１６における断面図、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＸ１７−Ｘ１７における断面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＸ１８−Ｘ１８における断面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＸ１９−Ｘ１９における断面図である。
【００９２】
上述した凹部２２１および凸部２２０の形状としては、図１２に示した例に限定されず、どの様な形状でもよく、たとえば図１６〜図１９に示す構造とすることもできる。
図１６は、凹部２２１の形状を四角形状とすると共に、ダイアフラム部２１２の厚肉部（凸部２２０）が、Ｉラインを成すように、その両脇に凹部２２１が配置された構成例である。図１６のＩラインをなす凸部２２０には、ダイアフラム部２１２の中央域に配される振動子２１１と、ダイアフラム部２１２の外周域に配される振動子２１１とが、一緒に内在される構成とされている。
【００９３】
図１７は、図１６におけるＩラインの部分のみが存在するように、ダイアフラム部２１２の一方の面（上面）を形成したものであり、他の点は図１６と同様である。すなわち、図１７のＩラインをなす凸部２２０には、ダイアフラム部２１２の中央域に配される振動子２１１と、ダイアフラム部２１２の外周域に配される振動子２１１とが、一緒に内在される構成とされている。
【００９４】
図１８は、図１７におけるＩラインの部分が２つに分割されて、ダイアフラム部２１２の一方の面（上面）に形成されたものであり、他の点は図１７と同様である。すなわち、図１８のＩラインをなす凸部２２０は、ダイアフラム部２１２の中央域に配される振動子２１１を内在する島と、ダイアフラム部２１２の外周域に配される振動子２１１を内在する島とに分割して構成されている。つまり、図１８の構成例は、凸部２２０の形状を、図１６のようなＩ型形状ではなく、振動子２１１が内在される部分のみを局所的（たとえば島状）に形成したものである。
【００９５】
図１６〜図１８の構成例では、ダイヤフラム部が四角形状をなす場合に適用した図面となっているが、ダイヤフラム部の形状はこれに限定されるものではない。たとえば図１２に示すような円形状のダイアフラム部に適用しても構わない。
【００９６】
図１９は、図１８において凸部２２０を構成する２つの島がそれぞれ含まれるように、凸部２２０を同心の二重環状に形成した構成例である。図１９に示す構成とするならば、円形状のダイアフラム部に対して、凸部２２０の存在が面内均等な応力分布となるので、より好ましい。図１９に示した二重環状の配置は、円形状のダイアフラム部に限定されるものではなく、四角形状や多角形状にも適用可能である。
【００９７】
なお、上述した実施形態では、センサ基板２１０において、凸部２２０を、下側から圧力が加わったときに凸となる側である、センサ基板２１０の一方の主面、すなわち凹部２１５が設けられた面とは反対側の面２１３に凸部を設けた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。
たとえば図２０に示すように、下側から圧力が加わったときに凹となる側である、センサ基板２１０の他方の主面（図２０において下面）、すなわち凹部２１５が設けられた面と同じ側の面２１４に、凸部２２０を設けてもよい。
【００９８】
以上の構成において、図２１は、図１２に示す振動式圧力センサの製造工程を説明する模式図である。
ダイアフラム部２１２を有するセンサ基板２１０に振動子２１１（２３１）を備えてなる振動式圧力センサ２００の製造方法は、ダイアフラム部２１２を構成するセンサ基板２１０の一方の主面に凸状を成す部位（凸部２２０）を形成する工程と、振動子の少なくとも一部が凸部２２０に内在されるように該振動子２１１を形成する工程とを、含む。
【００９９】
図２１（ａ）に振動式圧力センサ２００の作製工程を示す。
まず、図に示すように、センサ基板２１０となるＳＯＩ基板２０１を用意する。
ダイアフラム部２１２を構成するセンサ基板の一方の主面側（表面シリコン層側）に、振動子を形成する。このとき、振動子の少なくとも一部が、後工程で形成される、凸部２２０に内在されるように、該振動子を形成する。
【０１００】
振動子２１１の作製工程例としては特開２０１２−５８１２７のような形成方法がある。ただし、振動子の形状は歪みが測定できれば、どのような形状でもよい。
【０１０１】
図２１（ｃ）には、センサ基板２１０の凸部２２０パターン形成工程を示す。
ダイアフラム部２１２を構成するセンサ基板２１０の一方の主面に、エッチングにより凹部２２１を形成する。これにより、センサ基板２１０の一方の主面に凸部２２０が形成される。
【０１０２】
センサ面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。
図２１（ｃ）では、ＳＯＩ基板を使用して、ダイアフラム部２１２に厚さの異なった領域を形成する際にＳＯＩ基板のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２  ）２０９でエッチングストップしている。これにより均一な深さの凹部２２１を形成できる。ダイアフラム部２１２の凸部２２０内には振動子２１１が２本直列に並んでおり、振動子２１１と同層に配線（図示略）が形成されている。
【０１０３】
凹部２２１のＳｉＯ２  膜２０９は除去してもよい。凹部２２１の開口部が広い場合、Ｓｉをエッチングするとエッチング残渣が発生しやすいが、酸化膜をエッチングすることでエッチング残渣をリフトオフでき、残渣のない面が得られる。
エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサ基板の凹部２２１が形成できる。これにより、残った部分が凸部２２０として形成される。
以上の工程により、センサ基板２１０の一方の主面側で、かつ、振動子２１１の少なくとも一部が凸部２２０に内在された振動子２１１が形成される。
【０１０４】
図２１（ｄ）には、センサ基板２１０の貼り付け工程を示す。
貼り付け用部材２５１を用いて、センサ基板２１０の素子面とサポート基板２５０を貼り付ける。
ここでの貼り付け用部材２５１としては、たとえば、熱可塑性接着剤、薬液溶解型接着剤、ＵＶ接着剤、両面テープ、ＷＡＸ等が挙げられる。
【０１０５】
貼り付けの精度は、以降の研削研磨の厚みのばらつきに影響を及ぼすためＴＴＶ（total thickness variation, ウエハ面内厚みの最小値と最大値の差）や反りを制御する必要がある。サポート基板２５０には、サファイア、ガラス、シリコン等の素材を使用する。また、サポート基板２５０の形状を特に制約するものではない。
【０１０６】
図２１（ｅ）には、センサ基板裏面に対する研削研磨工程を示す。
サポート基板２５０に貼り付けられたセンサ基板２１０の振動子２１１と反対側の面２１４を研削研磨により、所望の厚みまで薄くする。
この際、研削時の破砕層や研削跡がなくなるまで研磨を実施する必要がある。
ダイアフラム部２１２は所望の厚さまでアルカリエッチングで形成してもよいが、図２１（ｅ）のようにダイアフラム部２１２相当の厚さまで研磨して高精度のダイアフラム部２１２を形成することもできる。研磨工程では、センサ基板２１０をサポート基板２５０に接着剤で接着して研磨を行い、基板を薄くしても破壊しないようにする。
【０１０７】
なお、研磨においては、図２２に示すように、ダイアフラム部２１２の厚さの異なった領域の凹部にボイド２６０が発生することや研磨ダレ２７０（図２１（ｅ））が発生することがあるため、凹部２２１のパターンおよび底面の角部や隅部に曲率部２８０を設けたり、凹部２１５のサイズを凹部２２１のサイズよりも大きく構成することが重要である。
【０１０８】
図２１（ｆ）には、センサ基板裏面に対するパターン形成工程を示す。
センサ面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。
エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサ基板の凹部２１５が形成できる。これによりダイアフラム部２１２が形成される。
【０１０９】
これにより、結晶方位に依存されないダイアフラム部２１２形状、たとえば、ダイアフラム部２１２が円形でエッジ（隅部）に曲率を設けた形状（曲率部（Ｒ部））が作製でき、ダイアフラム部２１２を薄くしても応力破壊しない高耐圧のダイアフラム部２１２が形成できる。
【０１１０】
また、薄くした基板２１０には、凸部のパターンが、研削研磨後の研削研磨面に凹凸パターンとして現れる。この研削研磨面の凹凸は接合部に未接合部を発生させたり、センサに接合歪を発生させたりするため、センサ基板２１０の素子面の凹凸は極力平坦であるほうが良い。
センサ基板２１０を２００μｍ以下に研削研磨する場合、ウエハ単体でハンドリングすると簡単にウエハが割れてしまうが、サポート基板２５０がついた状態では、数１０μｍ以下のセンサ基板２１０でもハンドリングが可能である。
【０１１１】
研削研磨後は、研削研磨面の清浄性を高めるために図示しない洗浄工程を実施することが望ましい。洗浄工程は、物理洗浄（ＣＯ２  洗浄，２流体洗浄）や酸アルカリ洗浄等が考えられるが、貼り付け用材料が熱分解する温度以下で実施し、この材料が薬液耐性を有する薬液を使用する必要がある。
【０１１２】
図２１（ｇ）には、サポート基板２５０の剥離工程を示す。
薄く研磨された後にセンサ基板２１０をサポート基板２５０から切り離す。
サポート基板２５０からの剥離方法は、使用する接着剤によりその方法が異なる。
たとえば、熱可塑性接着剤では温度をかけた状態でスライドさせることにより剥離する。
【０１１３】
また、熱剥離型の両面テープでは熱をかけるだけで簡単に剥離が可能である。図示していないが、剥離後は、貼り合せ用材料の残渣を除去するため、スピン洗浄、薬液浸漬等にて、センサ素子面を洗浄することが望ましい。
これにより振動式圧力センサ２００が完成する。
【０１１４】
このような振動式圧力センサ２００では、ダイアフラム部２１２に、凸状を成す部位（凸部２２０）を設け、振動子２１１を、ダイアフラム部２１２の厚み方向において中心に位置する中立面２１８から外れた領域に内在され、かつ、領域の少なくとも一部が、凸部２２０に内在させている。この構造により様々なダイアフラム部２１２の厚さに対しダイアフラム部２１２の中立面２１８から離すことができる。これにより、ダイアフラム部２１２を薄型化させて振動子２１１の歪み感度を向上させた振動式圧力センサが得られる。
【０１１５】
特に本実施形態によれば、センサ基板２１０にＳＯＩ基板を用い得ることで、振動子は、表面シリコン層からなる凸状をなす部位に内在され、かつ、シリコン基板との間に、シリコン酸化膜が存在することになる。つまり、振動子は、シリコン酸化膜によって、シリコン基板の中立面から隔離された状態となる。ゆえに、振動子の歪み感度に影響する凸状の厚さはシリコン酸化膜上面から凸状上面までの一定な距離となり、シリコン酸化膜がない場合に比べ、均一な厚さに制御できる。つまり、振動子の歪み感度ばらつきを、一段と低減することが可能となる。
【０１１６】
（第３実施形態）
図２３は、本発明の第三実施形態の構成例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図２４及び図２５は図２３の要部拡大断面図であり、図２４は振動子とダイアフラム部の中立面との関係を、図２５は振動子部分を、それぞれ示している。
本発明の振動式圧力センサ３００は、ダイアフラム部３１２を有する第一基板（センサ基板）３１０に振動子３１１を備えてなる。
図２３において、センサ基板３１０は、ＳＯＩ基板からなり、その一方の面側（表面シリコン（Ｓｉ）層側）に振動子３１１が設けられ、他方の面はダイアフラム部３１２に相当する厚さに研磨後、凹部３１５が形成されている。
センサ基板２１０にＳＯＩ基板を用いることで、振動子３１１は、表面シリコン層からなる凸状をなす部位に内在され、かつ、シリコン基板との間に、シリコン酸化膜が存在することになる。つまり、振動子３１１は、シリコン酸化膜によって、シリコン基板の中立面から隔離された状態となる。ゆえに、振動子３１１の歪み感度に影響する凸状の厚さはシリコン酸化膜上面から凸状上面までの一定な距離となり、シリコン酸化膜がない場合に比べ、均一な厚さに制御できる。つまり、振動子３１１の歪み感度ばらつきを、一段と低減することが可能となる。
【０１１７】
本実施形態の振動式圧力センサ３００では、第一基板（センサ基板）３１０は、ダイアフラム部３１２の外周域に位置する支持部３２２を有しており、支持部３２２のうち、センサ基板３１０の他方の主面からなる部位は、シリコン、ガラス又はセラミックからなる第二基板（ベース基板）３４０に接合されている。
【０１１８】
凹部３１５は、センサ基板３１０に設けられ、センサ基板３１０に実質的にダイアフラム部３１２を形成し、異物の混入によるダイアフラム部３１２の可動範囲が制限されることなく、且つ振動子３１１の振動によって励起されるダイアフラム部３１２の共振に対して、流体によって制動作用をなすための所定の隙間を有する。
【０１１９】
ベース基板３４０は、センサ基板３１０の他方の面に、一方の面が直接に接合されたシリコンよりなる。
凹部３１５は、ベース基板３４０との接合部のセンサ基板３１０に設けられ、センサ基板３１０に実質的にダイアフラム部３１２を形成し、異物の混入によるダイアフラム部３１２の可動範囲が制限されることなく、且つ振動子３１１の振動によって励起されるダイアフラム部３１２の共振に対して、流体によって制動作用をなすための所定の隙間を有する。
【０１２０】
導入孔３４１は、凹部３１５に測定圧を導入する。
流体は、凹部３１５に導入孔３４１を介して圧力を伝搬し、ダイアフラム部３１２を制動する。
【０１２１】
即ち、振動式圧力センサ３００は、センサ基板３１０とベース基板３４０により構成される。ベース基板３４０には、プラズマエッチング又はアルカリエッチング等により、導入孔３４１が設けられている。この孔の形状は導入孔であればどのような穴でも良い。
振動子３１１は、ダイアフラム部３１２の上面３１３に製作されている。
【０１２２】
センサ基板３１０はＳＯＩ基板であり、基板の接合には酸化膜やその他の異種材料を介さずに接合される。そのため、接合面でもシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。また、温度特性も良好なセンサを実現できる。
【０１２３】
凹部３１５は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等により形成される。
この凹部３１５は、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングする必要が無いため、サブμｍ〜数１０μｍ以下の隙間を精度よく容易に実現できる。
よって、異物の混入を考慮した隙間の設計やダイアフラム部３１２の可動範囲を考慮した設計に自由度を持たせることができる。
ダイアフラム部３１２の寸法は、センサ基板３１０の凹部３１５の部分の寸法できまる。
【０１２４】
ダイアフラム部３１２の具体的な形状としては、たとえば、四角形、円形、多角形等が考えられる。センサ基板３１０の凹部３１５の部分は、サブμｍ〜数１０μｍ以下の狭い隙間であるため、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングするダイアフラム部３１２の形成方法と異なり、エッチングの面による基板面内方向の大きさの制約が無い。そのため、ダイアフラム部３１２の結晶方位に制限されずに形状を自由に設計できる。
【０１２５】
振動子３１１は、ダイアフラム部３１２の上面３１３側に製作されている。
特に、本発明の振動式圧力センサ３００では、ダイアフラム部３１２は、センサ基板３１０の一方の主面から凸状を成す部位（凸部３２０）を有しており、振動子は、ダイアフラム部３１２の厚み方向において中心に位置する中立面から外れた領域に内在され、かつ、該領域の少なくとも一部は凸部３２０に含まれている。
【０１２６】
図２４（ａ）に示す構成例は、凸部３２０を、下側から圧力が加わったときに凸となる側である、センサ基板３１０の一方の主面（図２４（ａ）において上面）、すなわち凹部３１５が設けられた面（図２４（ａ）において下面）とは反対側の面３１３に設けている。図２４（ａ）に示す構成例では、凸部３２０の周囲に凹部３２１が配されている。図２４（ａ）では、ダイアフラム部３１２の厚み方向において中心に位置する中立面は、点線で描写した。圧力は上下どちら側から印加してもよい。
【０１２７】
図２４（ｂ）は、ダイアフラム部３１２の中立面と内部応力との関係を示す模式図であり、図２４（ａ）のダイアフラム部３１２において、凸部３２０の近傍を拡大して示す模式図である。図２４（ｂ）では、ダイアフラム部３１２の厚み方向において中心に位置する中立面を、一点鎖線で描写した。
【０１２８】
中立面（曲げ応力が０の境界面）よりセンサ基板３１０の一方の主面（図２４（ｂ）では上面）側、すなわち、下側から圧力がかかったときに凸となる側では「引張応力」が発生する。これに対して、中立面よりセンサ基板３１０の他方の主面（図２４（ｂ）では下面）側、すなわち、下側から圧力がかかったときに凹となる側では「圧縮応力」が発生する。
つまり、中立面から見て、センサ基板３１０の一方の主面（図２４（ｂ）では上面）側に振動子３１１を配した場合には、振動子３１１は「引張応力」を検知する構成となる。逆に、中立面から見て、センサ基板３１０の他方の主面（図２４（ｂ）では下面）側に振動子３１１を配した場合には、振動子３１１は「圧縮応力」を検知する構成となる。
【０１２９】
本発明の振動式圧力センサは、何れの構成にも適用可能であるが、以下では主に、前者の構成（センサ基板３１０の一方の主面（図２４（ｂ）では上面）側に振動子３１１を配した場合）に基づき説明する。
【０１３０】
図２４（ｂ）に示すように、本発明の振動式圧力センサでは、凸部３２０が存在しない領域の中立面３１８は、通常どおり、ダイアフラム部３１２の厚みａの１／２の深さに存在する。これに対して、凸部３２０が存在する領域の中立面３１８は、凸部３２０側に湾曲する。中立面３１８より凸部３２０側（図２４（ａ）において上面側）では引張応力が発生し、その反対側（図２４（ａ）において下面側）では圧縮応力が発生するメカニズムは、従来と同様である。しかしながら、本発明の振動式圧力センサでは、凸部３２０が存在することにより、この湾曲が生じたとしても、振動子３１１は中立面３１８と重ならない位置に配することが可能となる。
【０１３１】
図２４（ｃ）は、ダイアフラム部３１２の中立面３１８と、振動子３１１との関係を模式的に示す図である。Ｔａ〜Ｔｃはダイアフラム部３１２の厚み（Ｔａ＞Ｔｂ＞Ｔｃ）を表しており、それそれの厚みＴａ〜Ｔｃに対応する中立面を３１８ａ〜３１８ｃで表している。
【０１３２】
図２４（ｃ）に示すように、ダイアフラム部３１２が十分に厚い場合（Ｔａ：従来技術に相当する）には、あえて凸部３２０を設けることなく、振動子３１１ａを、ダイアフラム部３１２の中立面３１８ａから外れた領域に容易に内在させることができる。しかし、ダイアフラム部３１２が薄く（Ｔｂ）なってくると、振動子３１１ａは中立面３１８ｂに重なってしまい、かえって感度が低下してしまう。
【０１３３】
そこで本発明では、ダイアフラム部３１２に凸部３２０を設け、振動子３１１ｂを、ダイアフラム部３１２の中立面３１８ｂから外れた領域に内在させ、かつ、該領域の少なくとも一部を凸部３２０に含ませている。つまり、振動子３１１ｂの少なくとも一部を凸部３２０に含ませることで、振動子３１１ｂが中立面３１８ｂに重なることを回避できる。これにより、ダイアフラムを薄型化させて振動子の歪み感度を向上させた振動式圧力センサが得られる。この場合（Ｔｂ）の凸部３２０は、振動子３１１ｂの少なくとも一部が含まれるような大きさ（高さ）を有する形状であれば良い。
【０１３４】
しかし、ダイアフラム部３１２がさらに薄く（Ｔｃ）なってくると、振動子３１１ｂが中立面３１８ｃに重なることを回避することが、困難になる。そこで、この場合には、振動子３１１ｃを、ダイアフラム部３１２の中立面３１８ｃから外れた領域に内在され、かつ、領域の全部を、凸部３２０に内在させている。
これによりダイアフラム部３１２の中立面３１８ｃから離すとともに、凸部３２０内に振動子３１１ｃを隔離することができる。その結果、ダイアフラムをより薄型化させて振動子の歪み感度を一段と向上させた振動式圧力センサが得られる。この場合（Ｔｃ）の凸部３２０は、振動子３１１ｃの全部が含まれるような大きさ（高さ）を有する形状とされる。
【０１３５】
図２３に示すように、振動式圧力センサ３００では、ダイアフラム部３１２を有する基板のダイアフラム部３１２に厚さの異なった領域（凹部３２１および凸部３２０）を設けている。そして、ダイアフラム部３１２の厚肉部（凸部３２０）に、一部あるいは全部が内在されるように振動子３１１が形成されている。
ダイアフラム部３１２の中立面３１８はＳｉ基板に、振動子３１１は表面Ｓｉ層からなる凸部３２０に、各々内在されている。
ダイアフラム部３１２の凸部３２０内には振動子３１１が２本直列に並んでおり、振動子３１１と同層に配線（図示略）が形成されている。ただし、振動子の数は２本に限定されるものではなく、何本でもよい。
【０１３６】
図２５は、図２３の振動式圧力センサ３００において、振動子３１１の部分を拡大して示す図である。
図２５に示すように、振動子３１１は、真空室１３０内に設けられ、引張の応力が付与される。
【０１３７】
図２４に示すように、振動子３１１を、ダイアフラム部３１２に設けた凸部３２０に内在させることにより、様々なダイアフラム部３１２の厚さに対し、振動子３１１を、ダイアフラム部３１２の中立面３１８から離すことができる。そのため、ダイアフラム部３１２の設計において感度を確保する際に、ダイアフラム部３１２の中立面３１８による感度低下を考える必要がなく、ダイアフラム部３１２の厚さとダイアフラム部３１２の径との２つのパラメータで設計することができる。
以上から、振動式圧力センサの課題であった、ダイアフラム部３１２の薄型化による感度低下を改善でき、微圧レンジに対応できる構造が実現できる。
【０１３８】
さらに、本構造は、ダイアフラム部３１２を薄型化した場合の課題、すなわち（１）ダイアフラム部の耐圧の向上、（２）チップサイズの小型化、（３）ダイアフラム部の厚さばらつき、についても改善できる。
（１）ダイアフラム部３１２の耐圧の向上については、ダイアフラム部３１２を薄くすると、シェル部（図２６のα）とダイアフラム部３１２の角部（図２６のβ）の２ヵ所に応力が集中して破壊の起点となってしまう。そのため、シェル厚肉化、あるいは、ダイアフラム部３１２の角部や隅部に曲率部（Ｒ部）を設けた形状にすることでダイアフラム部３１２の応力を緩和でき、高耐圧のダイアフラム部３１２が実現できる。図２４に示す構造では、シェルを厚肉化しても、振動子３１１のダイアフラム部３１２の中立面３１８からの距離は変わらないため、感度の低下を抑えることができる。
【０１３９】
（２）チップサイズの小型化については、一般にダイアフラム部３１２は深堀のアルカリエッチングで形成することから、シリコン基板の厚さ方向に対して垂直な形状は得られず、傾斜角度をもった形状になるため、ダイアフラム部３１２のサイズが変化してしまい、特に薄型ダイアフラム部３１２ではチップサイズは大型化する。しかし、本構造のようにダイアフラム部３１２を研磨とエッチングで形成すれば、ダイアフラム部３１２のサイズは変化しないため、チップサイズを小型化できる。
【０１４０】
（３）ダイアフラム部の厚さばらつきについては、厚さの異なった領域を形成する際にＳＯＩ基板の酸化膜でエッチングストップする構造にして、他方の面を研磨でダイアフラム部３１２相当の厚さにすることで、ダイアフラム部３１２の厚さばらつきを１μｍ程度に抑えて高精度のダイアフラム部３１２を形成することができる。
以上のように、本実施形態の構造によれば、小型のチップで高精度、高耐圧の薄型ダイアフラム部３１２が安定して再現性よく作製できるため、コスト面でも有利である。
【０１４１】
図２７〜図３０は各々、図２３における、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。すなわち、図２７（ｂ）は図２７（ａ）のＸ２７−Ｘ２７における断面図、図２８（ｂ）は図２８（ａ）のＸ２８−Ｘ２８における断面図、図２９（ｂ）は図２９（ａ）のＸ２９−Ｘ２９における断面図、図３０（ｂ）は図３０（ａ）のＸ３０−Ｘ３０における断面図である。
【０１４２】
上述した凹部３２１および凸部３２０の形状としては、図２３に示した例に限定されず、たとえば図２７〜図３０に示す構造とすることもできる。
図２７は、凹部３２１の形状を四角形状とすると共に、ダイアフラム部３１２の厚肉部（凸部３２０）が、Ｉラインを成すように、その両脇に凹部３２１が配置された構成例である。図２７のＩラインをなす凸部３２０には、ダイアフラム部３１２の中央域に配される振動子３１１と、ダイアフラム部３１２の外周域に配される振動子３１１とが、一緒に内在される構成とされている。
【０１４３】
図２８は、図２７におけるＩラインの部分のみが存在するように、ダイアフラム部３１２の一方の面（上面）を形成したものであり、他の点は図２７と同様である。すなわち、図２８のＩラインをなす凸部３２０には、ダイアフラム部３１２の中央域に配される振動子３１１と、ダイアフラム部３１２の外周域に配される振動子３１１とが、一緒に内在される構成とされている。
【０１４４】
図２９は、図２８におけるＩラインの部分が２つに分割されて、ダイアフラム部３１２の一方の面（上面）に形成されたものであり、他の点は図２８と同様である。すなわち、図２９のＩラインをなす凸部３２０は、ダイアフラム部３１２の中央域に配される振動子３１１を内在する島と、ダイアフラム部３１２の外周域に配される振動子３１１を内在する島とに分割して構成されている。つまり、図２９の構成例は、凸部３２０の形状を、図２７のようなＩ型形状ではなく、振動子３１１が内在される部分のみを局所的（たとえば島状）に形成したものである。
【０１４５】
図２７〜図２９の構成例では、ダイヤフラム部が四角形状をなす場合に適用した図面となっているが、ダイヤフラム部の形状はこれに限定されるものではない。たとえば図２３に示すような円形状のダイアフラム部に適用しても構わない。
【０１４６】
図３０は、図２９において凸部３２０を構成する２つの島がそれぞれ含まれるように、凸部３２０を同心の二重環状に形成した構成例である。図３０に示す構成とするならば、円形状のダイアフラム部に対して、凸部３２０の存在が面内均等な応力分布となるので、より好ましい。図３０に示した二重環状の配置は、円形状のダイアフラム部に限定されるものではなく、四角形状や多角形状にも適用可能である。
【０１４７】
なお、上述した実施形態では、センサ基板３１０において、凸部３２０を、下側から圧力が加わったときに凸となる側である、センサ基板３１０の一方の主面、すなわち凹部３１５が設けられた面とは反対側の面３１３に凸部３２０を設けた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。
たとえば図３１に示すように、下側から圧力が加わったときに凹となる側である、センサ基板３１０の他方の主面、すなわち凹部３１５が設けられた面と同じ側の面３１４に、凸部３２０を設けてもよい。
【０１４８】
以上の構成において、図３２は、図２３に示す振動式圧力センサの製造工程を説明する模式図である。
ダイアフラム部３１２を有するセンサ基板３１０に振動子３１１を備えてなる振動式圧力センサ３００の製造方法は、ダイアフラム部３１２を構成するセンサ基板３１０の一方の主面に凸状を成す部位（凸部３２０）を形成する工程と、振動子３１１の少なくとも一部が凸部３２０に内在されるように振動子３１１を形成する工程とを、含む。
【０１４９】
図３２に振動式圧力センサ３００の作製工程を示す。
まず、図３２（ａ）に示すように、センサ基板３１０となるシリコン（Ｓｉ）基板３０１を用意する。
図３２（ｂ）に示すように、ダイアフラム部３１２を構成するセンサ基板の一方の主面側に、振動子３１１を形成する。このとき、振動子３１１の少なくとも一部が、後工程で形成される、凸部３２０に内在されるように、振動子３１１を形成する。
【０１５０】
振動子３１１の作製工程例としては特開２０１２−５８１２７のような形成方法がある。ただし、振動子の形状は歪みが測定できれば、どのような形状でもよい。
【０１５１】
図３２（ｃ）には、センサ基板３１０の凸部３２０パターン形成工程を示す。
ダイアフラム部３１２を構成するセンサ基板３１０の一方の主面に、エッチングにより凹部３２１を形成する。これにより、センサ基板３１０の一方の主面に凸部３２０が形成される。
【０１５２】
センサ面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。
図３２（ｃ）では、ＳＯＩ基板を使用して、ダイアフラム部３１２に厚さの異なった領域を形成する際にＳＯＩ基板のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２  ）３０９でエッチングストップしている。これにより均一な深さの凹部を形成できる。ダイアフラム部３１２の凸部３２０内には振動子３１１が２本直列に並んでおり、振動子３１１と同層に配線（図示略）が形成されている。
【０１５３】
凹部３２１のＳｉＯ２  膜３０９は除去してもよい。凹部３２１の開口部が広い場合、Ｓｉをエッチングするとエッチング残渣が発生しやすいが、酸化膜をエッチングすることでエッチング残渣をリフトオフでき、残渣のない面が得られる。
エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサ基板の凹部３２１が形成できる。これにより、残った部分が凸部３２０として形成される。
以上の工程により、センサ基板３１０の一方の主面側で、かつ、振動子３１１の少なくとも一部が凸部３２０に内在された振動子３１１が形成される。
【０１５４】
図３２（ｄ）には、センサ基板３１０の貼り付け工程を示す。
貼り付け用部材３５１を用いて、センサ基板３１０の素子面とサポート基板３５０を貼り付ける。
ここでの貼り付け用部材３５１としては、たとえば、熱可塑性接着剤、薬液溶解型接着剤、ＵＶ接着剤、両面テープ、ＷＡＸ等が挙げられる。
【０１５５】
貼り付けの精度は、以降の研削研磨の厚みのばらつきに影響を及ぼすためＴＴＶ（total thickness variation, ウエハ面内厚みの最小値と最大値の差）や反りを制御する必要がある。サポート基板３５０には、サファイア、ガラス、シリコン等の素材を使用する。また、サポート基板３５０の形状を特に制約するものではない。
【０１５６】
図３２（ｅ）には、センサ基板裏面に対する研削研磨工程を示す。
サポート基板３５０に貼り付けられたセンサ基板３１０の振動子３１１と反対側の面３１４を研削研磨により、所望の厚みまで薄くする。
この際、研削時の破砕層や研削跡がなくなるまで研磨を実施する必要がある。
ダイアフラム部３１２は所望の厚さまでアルカリエッチングで形成してもよいが、図３２（ｅ）のようにダイアフラム部３１２相当の厚さまで研磨して高精度のダイアフラム部３１２を形成することもできる。研磨工程では、センサ基板３１０をサポート基板３５０に接着剤で接着して研磨を行い、基板を薄くしても破壊しないようにする。
【０１５７】
なお、研磨においては、図３３に示すように、ダイアフラム部３１２の厚さの異なった領域の凹部にボイド３６０が発生することや研磨ダレ３７０（図３２（ｅ））が発生することがあるため、凹部３２１のパターンおよび底面の角部や隅部に曲率部３８０を設けたり、凹部３１５のサイズを凹部３２１のサイズよりも大きく構成することが重要である。
【０１５８】
図３２（ｆ）には、センサ基板裏面に対するパターン形成工程を示す。
センサ面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。
エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサ基板の凹部３１５が形成できる。これによりダイアフラム部３１２が形成される。
【０１５９】
ダイアフラム部３１２を研磨とエッチングで形成してもよい。これにより、結晶方位に依存されないダイアフラム部３１２形状、たとえば、ダイアフラム部３１２が円形でエッジ（隅部）に曲率を設けた形状（曲率部（Ｒ部））が作製でき、ダイアフラム部３１２を薄くしても応力破壊しない高耐圧のダイアフラム部３１２が形成できる。
【０１６０】
また、薄くした基板３１０には、凸部のパターンが、研削研磨後の研削研磨面に凹凸パターンとして現れる。この研削研磨面の凹凸は接合部に未接合部を発生させたり、センサに接合歪を発生させたりするため、センサ基板３１０の素子面の凹凸は極力平坦であるほうが良い。
センサ基板３１０を２００μｍ以下に研削研磨する場合、ウエハ単体でハンドリングすると簡単にウエハが割れてしまうが、サポート基板３５０がついた状態では、数１０μｍ以下のセンサ基板３１０でもハンドリングが可能である。
【０１６１】
研削研磨後は、研削研磨面の清浄性を高めるために図示しない洗浄工程を実施することが望ましい。洗浄工程は、物理洗浄（ＣＯ２  洗浄，２流体洗浄）や酸アルカリ洗浄等が考えられるが、貼り付け用材料が熱分解する温度以下で実施し、この材料が薬液耐性を有する薬液を使用する必要がある。
【０１６２】
図３２（ｇ）には、ベース基板３４０の作製工程を示す。
ベース基板３４０には、圧力導入孔３４１を形成する。圧力導入孔３４１は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等、圧力導入孔３４１を形成できる手法であればどのような手法を用いても良い。
また、この孔の形状は導入孔であればどのような孔でも良い。
【０１６３】
図３２（ｇ）には基板の直接接合工程を示す。
圧力導入孔３４１を製作したベース基板３４０と凹部３４２を製作したセンサ基板３１０とを接合する。
その際、貼り合わせ用材料の耐熱温度以下で、ベース基板とセンサ基板を接合する必要がある。
【０１６４】
具体的には、接着剤では３００〜２００℃程度、両面テープの場合約１５０℃程度が使用できる上限温度である。
また、工程を簡略化する観点から、研削研磨面は成膜や改質工程を実施しない状態で接合を実施することが望ましい。このような条件を満たす接合には、常温直接接合，金属拡散接合がある。
【０１６５】
常温直接接合では、基板の表面をイオンガン又はＦＡＢ（高速原子ビーム）ガンで接合面の表面をエッチングして活性を上げた後、高真空中で基板を接合する。この技術の特徴は、常温で接合が可能であること、表面がシリコン同士の接合に適している点である。
貼り合せ用材料からの出るガスは表面に再付着して接合力を大幅に落とす原因となるため、貼り合せ用材料には出るガスが無いものを選定する必要がある。
【０１６６】
金属拡散接合は、常温直接接合でエッチングを用いて表面活性を上げる代わりに、原子層レベルで基板表面に金属を付けて接合する技術である。
常温直接接合と同様に高真空下で接合を実施する。
この接合においては異種材料が非常に薄く原子層レベルで付いているだけなので、差圧センサの特性を悪化させること無く接合できる。
【０１６７】
低温での接合技術としては、上述した技術以外にプラズマ活性化接合がある。
プラズマ活性化接合は、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２等のガスを用いたプラズマで表面にＯＨ基を配した状態で、表面同士を仮接合（単に貼り付ける行為）後、４００度程度の温度でアニールすることにより接合強度を高める技術である。この技術では、接合時にＯＨ基に起因して発生する水分がボイドの原因となるが、接合面積が小さいダイアフラム部３１２のような構造では、水分が接合界面から離脱でき、ボイドのない良好な接合を実現できる。
【０１６８】
図３２（ｈ）には、サポート基板３５０の剥離工程を示す。
薄く研磨された後に直接接合されたセンサ基板３１０とベース基板３４０をサポート基板３５０から切り離す。
サポート基板３５０からの剥離方法は、使用する接着剤によりその方法が異なる。
たとえば、熱可塑性接着剤では温度をかけた状態でスライドさせることにより剥離する。
【０１６９】
また、熱剥離型の両面テープでは熱をかけるだけで簡単に剥離が可能である。図示していないが、剥離後は、貼り合せ用材料の残渣を除去するため、スピン洗浄、薬液浸漬等にて、センサ素子面を洗浄することが望ましい。
これにより振動式圧力センサ３００が完成する。
【０１７０】
このような振動式圧力センサ３００では、ダイアフラム部３１２に、凸状を成す部位（凸部３２０）を設け、振動子３１１を、ダイアフラム部３１２の厚み方向において中心に位置する中立面３１８から外れた領域に内在され、かつ、領域の少なくとも一部が、凸部３２０に内在させている。この構造により様々なダイアフラム部３１２の厚さに対しダイアフラム部３１２の中立面３１８から離すことができる。これにより、ダイアフラム部３１２を薄型化させて振動子３１１の歪み感度を向上させた振動式圧力センサが得られる。
【０１７１】
特に本実施形態によれば、センサ基板３１０は、ダイアフラム部３１２の外周域に位置する支持部３２２を有しており、支持部３２２のうち、センサ基板３１０の他方の主面からなる部位は、ベース基板３４０に接合されていることで、センサ基板３１０とベース基板３４０との間に所定の隙間が形成される。この所定の隙間により、異物の混入によるダイアフラムの可動範囲が制限されることなく、且つ振動子３１１の振動によって励起されるダイアフラム共振に対して、流体によって制動作用を有する振動式圧力センサが得られ
【０１７２】
（第四実施形態）
図３４は、本発明の第四実施形態の構成例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ３４−Ｘ３４における断面図である。図３５及び図３６は図３４の要部拡大断面図であり、図３５は振動子とダイアフラム部の中立面との関係を、図３６は振動子部分を、それぞれ示している。
振動式圧力センサ４００は、センサ基板４１０とベース基板４４０により構成される。
【０１７３】
本発明の振動式圧力センサ４００は、ダイアフラム部４１２を有する第一基板（センサ基板）４１０に振動子４１１を備えてなる。
図３４において、センサ基板４１０は、シリコン（Ｓｉ）からなり、その一方の面側に振動子４１１が内在して設けられ、他方の面がダイアフラム部４１２に相当する厚さに研磨後、凹部４１５が形成されている。
【０１７４】
本実施形態の振動式圧力センサ４００では、第一基板（センサ基板）４１０は、ダイアフラム部４１２の外周域に位置する支持部を有しており、支持部のうち、センサ基板４１０の他方の主面からなる部位は、シリコン、ガラスまたはセラミックからなる第二基板（ベース基板）４４０に接合されている。
【０１７５】
ベース基板４４０には、プラズマエッチング及びアルカリエッチングにより、導入孔４４１が設けられている。
この孔の形状は導入孔であればどのような穴でも良い。
振動子４１１はダイアフラムの上面４１３に製作されている。
【０１７６】
ダイアフラムの厚みは、センサ基板４１０の厚みからセンサ基板４１０の上面の凹部４２１のエッチング量を引いた値により決定される。
そのため、所望の厚みまで研削研磨してダイアフラムの厚みを調整する。
研削研磨量はウエハ毎に微調整できるので、個々のウエハの厚みを数um単位で正確に制御できる。
【０１７７】
センサ基板４１０とベース基板４４０はシリコンであり、基板の接合には酸化膜やその他の異種材料を介さずに接合される。そのため、接合面でもシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。また、温度特性も良好なセンサを実現できる。
【０１７８】
ベース基板４４０の凹部４１５が接合後に形成される隙間として具備される。
隙間はプラズマエッチング及びウェットエッチング等により形成される。
この隙間は、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングする必要が無いため、サブｕｍ〜数１０ｕｍ以下の隙間を精度よく容易に実現できる。
よって、異物の混入を考慮した隙間の設計やダイアフラム４１２の可動範囲を考慮した設計に自由度を持たせることができる。
【０１７９】
ダイアフラム４１２の寸法はベース基板４４０の凹部４１５の寸法できまる。
具体的な形状としては、たとえば、四角形、円形、多角形等が考えられる。
ベース基板４４０の凹部４１５部分は、サブｕｍ〜数１０ｕｍ以下の狭い隙間であるため、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングするダイアフラムの形成方法と異なり、エッチングの面方位によるマスクパターンの形状制約が無い。
【０１８０】
そのため、ダイアフラムの結晶方位に制限されずに形状を自由に設計できる。
また、センサ基板４１０に形成したリング状の丸み４１６は、ダイアフラムへの応力集中を緩和できるため、破壊耐圧を向上できる。
【０１８１】
振動子４１１は、ダイアフラム部４１２の上面４１３に製作されている。
特に、本発明の振動式圧力センサ４００では、図３４及び図３５に示すように、ダイアフラム部４１２は、センサ基板４１０の一方の主面から凸状を成す部位（凸部４２０）を有しており、振動子４１１は、ダイアフラム部４１２の厚み方向において中心に位置する中立面４１８から外れた領域に内在され、かつ、該領域の少なくとも一部は凸部４２０に含まれている。
【０１８２】
図３５（ａ）に示す構成例は、凸部４２０を、下側から圧力が加わったときに凸となる側である、センサ基板４１０の一方の主面（図３５（ａ）において上面）、すなわち凹部４１５が設けられた面（図３５（ａ）において下面）とは反対側の面４１３に設けている。図３５（ａ）に示す構成例では、凸部４２０の周囲に凹部４２１が配されている。図３５（ａ）では、ダイアフラム部４１２の厚み方向において中心に位置する中立面は、点線で描写した。圧力は上下どちら側から印加してもよい。
【０１８３】
図３５（ｂ）は、ダイアフラム部４１２の中立面と内部応力との関係を示す模式図であり、図３５（ａ）のダイアフラム部４１２において、凸部４２０の近傍を拡大して示す模式図である。図３５（ｂ）では、ダイアフラム部４１２の厚み方向において中心に位置する中立面を、一点鎖線で描写した。
【０１８４】
中立面（曲げ応力が０の境界面）よりセンサ基板４１０の一方の主面（図３５（ｂ）では上面）側、すなわち、下側から圧力がかかったときに凸となる側では「引張応力」が発生する。これに対して、中立面よりセンサ基板４１０の他方の主面（図３５（ｂ）では下面）側、すなわち、下側から圧力がかかったときに凹となる側では「圧縮応力」が発生する。
つまり、中立面から見て、センサ基板４１０の一方の主面（図３５（ｂ）では上面）側に振動子４１１を配した場合には、振動子４１１は「引張応力」を検知する構成となる。逆に、中立面から見て、センサ基板４１０の他方の主面（図３５（ｂ）では下面）側に振動子４１１を配した場合には、振動子４１１は「圧縮応力」を検知する構成となる。
【０１８５】
本発明の振動式圧力センサは、何れの構成にも適用可能であるが、以下では主に、前者の構成（センサ基板４１０の一方の主面（図３５（ｂ）では上面）側に振動子４１１を配した場合）に基づき説明する。
【０１８６】
図３５（ｂ）に示すように、本発明の振動式圧力センサでは、凸部４２０が存在しない領域の中立面４１８は、通常どおり、ダイアフラム部４１２の厚みａの１／２の深さに存在する。これに対して、凸部４２０が存在する領域の中立面４１８は、凸部４２０側に湾曲する。中立面４１８より凸部４２０側（図３５（ａ）において上面側）では引張応力が発生し、その反対側（図３５（ａ）において下面側）では圧縮応力が発生するメカニズムは、従来と同様である。しかしながら、本発明の振動式圧力センサでは、凸部４２０が存在することにより、この湾曲が生じたとしても、振動子４１１は中立面４１８と重ならない位置に配することが可能となる。
【０１８７】
図３５（ｃ）は、ダイアフラム部４１２の中立面４１８と、振動子４１１との関係を模式的に示す図である。Ｔａ〜Ｔｃはダイアフラム部４１２の厚み（Ｔａ＞Ｔｂ＞Ｔｃ）を表しており、それそれの厚みＴａ〜Ｔｂに対応する中立面を４１８ａ〜４１８ｃで表している。
【０１８８】
図３５（ｃ）に示すように、ダイアフラム部４１２が十分に厚い場合（Ｔａ：従来技術に相当する）には、あえて凸部４２０を設けることなく、振動子４１１ａを、ダイアフラム部４１２の中立面４１８ａから外れた領域に容易に内在させることができる。しかし、ダイアフラム部４１２が薄く（Ｔｂ）なってくると、振動子４１１ａは中立面４１８ｂに重なってしまい、かえって感度が低下してしまう。
【０１８９】
そこで本発明では、ダイアフラム部４１２に凸部４２０を設け、振動子４１１ｂを、ダイアフラム部４１２の中立面４１８ｂから外れた領域に内在させ、かつ、該領域の少なくとも一部を凸部４２０に含ませている。つまり、振動子４１１ｂの少なくとも一部を凸部４２０に含ませることで、振動子４１１ｂが中立面４１８ｂに重なることを回避できる。これにより、ダイアフラムを薄型化させて振動子の歪み感度を向上させた振動式圧力センサが得られる。この場合（Ｔｂ）の凸部４２０は、振動子４１１ｂの少なくとも一部が含まれるような大きさ（高さ）を有する形状であれば良い。
【０１９０】
しかし、ダイアフラム部４１２がさらに薄く（Ｔｃ）なってくると、振動子４１１ｂが中立面４１８ｃに重なることを回避することが、困難になる。そこで、この場合には、振動子４１１ｃを、ダイアフラム部４１２の中立面４１８ｃから外れた領域に内在され、かつ、領域の全部を、凸部４２０に内在させている。
これによりダイアフラム部４１２の中立面４１８ｃから離すとともに、凸部４２０内に振動子４１１ｃを隔離することができる。その結果、ダイアフラムをより薄型化させて振動子の歪み感度を一段と向上させた振動式圧力センサが得られる。この場合（Ｔｃ）の凸部４２０は、振動子４１１ｃの全部が含まれるような大きさ（高さ）を有する形状とされる。
【０１９１】
図３４に示すように、振動式圧力センサ４００では、ダイアフラム部４１２を有する基板のダイアフラム部４１２に厚さの異なった領域（凹部４２１および凸部４２０）を設けている。そして、ダイアフラム部４１２の厚肉部（凸部４２０）に、一部あるいは全部が内在されるように振動子４１１が形成されている。
ダイアフラム部４１２の凸部４２０内には振動子４１１が２本直列に並んでおり、振動子４１１と同層に配線（図示略）が形成されている。ただし、振動子の数は２本に限定されるものではなく、何本でもよい。
【０１９２】
図３６は、図３４の振動式圧力センサ４００において、振動子４１１の部分を拡大して示す図である。
図３６に示すように、振動子４１１は、真空室４３０内に設けられ引張の応力が付与される。
【０１９３】
図３５に示すように、振動子４１１を、ダイアフラム部４１２に設けた凸部に内在させることにより、様々なダイアフラム部４１２厚さに対し、振動子４１１を、ダイアフラム部４１２の中立面４１８から離すことができる。そのため、ダイアフラム部４１２の設計において感度を確保する際に、ダイアフラム部４１２の中立面４１８による感度低下を考える必要がなく、ダイアフラム部４１２厚さとダイアフラム部４１２の径との２つのパラメータで設計することができる。
以上から、振動式圧力センサの課題であった、ダイアフラム部４１２薄型化による感度低下を改善でき、微圧レンジに対応できる構造が実現できる。
【０１９４】
さらに、本構造は、ダイアフラム部４１２を薄型化した場合の課題、すなわち（１）ダイアフラム部の耐圧の向上、（２）チップサイズの小型化、についても改善できる。
（１）ダイアフラム部４１２耐圧の向上については、ダイアフラム部４１２を薄くすると、シェル部（図３７のα）とダイアフラム部４１２の角部（図３７のβ）の２ヵ所に応力が集中して破壊の起点となってしまう。そのため、シェル厚肉化、あるいは、ダイアフラム部４１２の角部や隅部に曲率部（Ｒ部）を設けた形状にすることでダイアフラム部４１２の応力を緩和でき、高耐圧のダイアフラム部４１２が実現できる。図３５に示す構造では、シェルを厚肉化しても、振動子４１１のダイアフラム部４１２の中立面４１８からの距離は変わらないため、感度の低下を抑えることができる。
【０１９５】
（２）チップサイズの小型化については、一般にダイアフラム部４１２は深堀のアルカリエッチングで形成することから、シリコン基板の厚さ方向に対して垂直な形状は得られず、傾斜角度をもった形状になるため、ダイアフラム部４１２サイズが変化してしまい、特に薄型ダイアフラム部４１２ではチップサイズは大型化する。しかし、本構造のようにダイアフラム部４１２を研磨とエッチングで形成すれば、ダイアフラム部４１２サイズは変化しないため、チップサイズを小型化できる。
以上のように、本実施形態の構造によれば、小型のチップで高精度、高耐圧の薄型ダイアフラム部４１２が安定して再現性よく作製できるため、コスト面でも有利である。
【０１９６】
図３８〜図４１は各々、図３４における、凹部および凸部の他の形状例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。すなわち、図３８（ｂ）は図３８（ａ）のＸ３８−Ｘ３８における断面図、図３９（ｂ）は図３９（ａ）のＸ３９−Ｘ３９における断面図、図４０（ｂ）は図４０（ａ）のＸ４０−Ｘ４０における断面図、図４１（ｂ）は図４１（ａ）のＸ４１−Ｘ４１における断面図である。
【０１９７】
上述した凹部４２１および凸部４２０の形状としては、図３４に示した例に限定されず、たとえば図３８〜図４１に示す構造とすることもできる。
図３８は、凹部４２１の形状を四角形状とすると共に、ダイアフラム部４１２の厚肉部（凸部４２０）が、Ｉラインを成すように、その両脇に凹部４２１が配置された構成例である。図３８のＩラインをなす凸部４２０には、ダイアフラム部４１２の中央域に配される振動子４１１と、ダイアフラム部４１２の外周域に配される振動子４１１とが、一緒に内在される構成とされている。
【０１９８】
図３９は、図３８におけるＩラインの部分のみが存在するように、ダイアフラム部４１２の一方の面（上面）を形成したものであり、他の点は図３８と同様である。すなわち、図４２のＩラインをなす凸部４２０には、ダイアフラム部４１２の中央域に配される振動子４１１と、ダイアフラム部４１２の外周域に配される振動子４１１とが、一緒に内在される構成とされている。
【０１９９】
図４０は、図３９におけるＩラインの部分が２つに分割されて、ダイアフラム部４１２の一方の面（上面）に形成されたものであり、他の点は図３９と同様である。すなわち、図４３のＩラインをなす凸部４２０は、ダイアフラム部４１２の中央域に配される振動子４１１を内在する島と、ダイアフラム部４１２の外周域に配される振動子４１１を内在する島とに分割して構成されている。つまり、図４０の構成例は、凸部４２０の形状を、図４１のようなＩ型形状ではなく、振動子４１１が内在される部分のみを局所的（たとえば島状）に形成したものである。
【０２００】
図３８〜図４０の構成例では、ダイヤフラム部が四角形状をなす場合に適用した図面となっているが、ダイヤフラム部の形状はこれに限定されるものではない。たとえば図３４に示すような円形状のダイアフラム部に適用しても構わない。
【０２０１】
図４１は、図４０において凸部４２０を構成する２つの島がそれぞれ含まれるように、凸部４２０を同心の二重環状に形成した構成例である。図４１に示す構成とするならば、円形状のダイアフラム部に対して、凸部４２０の存在が面内均等な応力分布となるので、より好ましい。図４１に示した二重環状の配置は、円形状のダイアフラム部に限定されるものではなく、四角形状や多角形状にも適用可能である。
【０２０２】
なお、上述した実施形態では、センサ基板４１０において、凸部４２０を、下側から圧力が加わったときに凸となる側である、センサ基板４１０の一方の主面、すなわち凹部４１５が設けられた面とは反対側の面４１３に凸部４２０を設けた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。
たとえば図４２に示すように、下側から圧力が加わったときに凹となる側である、センサ基板４１０の他方の主面（図４２において下面）、すなわち凹部４１５が設けられた面と同じ側の面４１４に、凸部４２０を設けてもよい。
【０２０３】
以上の構成において、図４３は、図３４に示す振動式圧力センサの製造工程を説明する模式図である。
ダイアフラム部４１２を有するセンサ基板４１０に振動子４１１を備えてなる振動式圧力センサ４００の製造方法は、ダイアフラム部４１２を構成するセンサ基板４１０の一方の主面に凸状を成す部位（凸部４２０）を形成する工程と、振動子４１１の少なくとも一部が凸部４２０に内在されるように該振動子４１１を形成する工程とを、含む。
【０２０４】
図４３に振動式圧力センサ４００の作製工程を示す。
まず、図４３（ａ）に示すように、センサ基板４１０となるシリコン（Ｓｉ）基板４０１を用意する。
図４３（ｂ）に示すように、ダイアフラム部４１２を構成するセンサ基板の一方の主面に、振動子４１１を形成する。このとき、振動子４１１の少なくとも一部が、後工程で形成される、凸部４２０に内在されるように、該振動子４１１を形成する。
【０２０５】
振動子４１１の作製工程例としては特公平７−１０４２１７や特願２０１２−１２０７１８のような形成方法がある。ただし、振動子の形状は歪みが測定できれば、どのような形状でもよい。
【０２０６】
図４３（ｃ）には、センサ基板４１０の凸部４２０パターン形成工程を示す。
ダイアフラム部４１２を構成するセンサ基板４１０の一方の主面に、エッチングにより凹部４２１を形成する。これにより、センサ基板４１０の一方の主面に凸部４２０が形成される。
【０２０７】
センサ面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。
エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサ基板の凹部４２１が形成できる。これにより、残った部分が凸部４２０として形成される。
【０２０８】
図４３（ｄ）にはセンサ基板４１０の貼り付け工程を示す。
貼り付け用材料４５１を用いて、センサ基板４１０の素子面とサポート基板４５０を貼り付ける。
ここでの貼り付け用部材４５１としては、たとえば、熱可塑性接着剤、薬液溶解型接着剤、ＵＶ接着剤、両面テープ、ＷＡＸ等が挙げられる。
【０２０９】
貼り付けの精度は、以降の研削研磨の厚みのばらつきに影響を及ぼすためＴＴＶ（total  thickness variation, ウエハ面内厚みの最小値と最大値の差）や反りを制御する必要がある。
サポート基板４５０には、サファイア、ガラス、シリコン等の素材を使用する。
また、サポート基板の形状を特に制約するものではない。
【０２１０】
図４３（ｅ）には、センサ基板裏面に対する研削研磨工程を示す。
サポート基板４５０に貼り付けられたセンサ基板４１０の振動子４１１と反対側の面４１４を研削研磨により、所望の厚みまで薄くする。
この際、研削時の破砕層や研削跡がなくなるまで研磨を実施する必要がある。
【０２１１】
また、薄くしたセンサ基板４１０には、凸部のパターンが研削研磨後の研削研磨面に凹凸とパターンとして現れる。この研削研磨面の凹凸は接合部に未接合部を発生させたり、センサに接合歪を発生させたりするため、センサ基板４１０の素子面の凹凸は極力平坦であるほうが良い。
センサ基板４１０を２００ｕｍ以下に研削研磨する場合、ウエハ単体でハンドリングすると簡単にウエハが割れてしまうが、サポート基板４５０がついた状態では、数１０ｕｍ以下の基板でもハンドリングが可能である。
【０２１２】
なお、研磨においては、図４４に示すように、ダイアフラム部４１２の厚さの異なった領域の凹部にボイド４６０が発生することや研磨ダレ４７０（図４３（ｅ））が発生することがあるため、凹部４２１のパターンおよび底面の角部や隅部に曲率部４８０を設けたり、凹部４１６のサイズを凹部４２１のサイズよりも大きく構成することが重要である。
【０２１３】
研削研磨後は、研削研磨面の清浄性を高めるために図示しない洗浄工程を実施することが望ましい。
洗浄工程は、物理洗浄（ＣＯ２  洗浄，２流体洗浄）や酸アルカリ洗浄等が考えられるが、貼り付け用材料の耐熱温度以下で実施し、この材料が薬液耐性を有する薬液を使用する必要がある。
【０２１４】
図４３（ｆ）には、センサ基板裏面に対するパターン形成工程を示す。
研削研磨面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。
エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサ基板の丸み部４１６が形成される。
【０２１５】
図４３（ｇ）には、ベース基板４４０の作製工程を示す。
ベース基板４４０には、圧力導入孔４４１と凹部４４２を形成する。
ベース基板４４０は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等、圧力導入孔が形成できる手法であればどのような手法を用いても良い。
また、この孔の形状は導入孔であればどのような孔でも良い。
また、凹部４４２も同様に、プラズマエッチング及びウェットエッチング等を用いて形成する。
【０２１６】
図４３（ｇ）には基板直接接合工程を示す。
圧力導入孔４４１と凹部４４２を製作したベース基板４４０と、丸み部４１６を製作したセンサ基板４１０とを接合する。
その際、貼り合わせ用材料の耐熱温度以下で、ベース基板４４０とセンサ基板４１０を接合する必要がある。
【０２１７】
具体的には、接着剤では１００〜２００℃程度、両面テープの場合約１５０℃程度が使用できる上限温度である。
また、工程を簡略化する観点から、研削研磨面は成膜や改質工程を実施しない状態で接合を実施することが望ましい。
このような条件を満たす接合には、常温直接接合，金属拡散接合がある。
【０２１８】
常温直接接合では、基板の表面をイオンガン又はＦＡＢ（高速原子ビーム）ガンで接合面の表面をエッチングして活性を上げた後、高真空中で基板を接合する。
この技術の特徴は、常温で接合が可能であること、表面がシリコン同士の接合に適している点である。
貼り合せ用材料から出るガスは表面に再付着して接合力を大幅に落とす原因となるため、貼り合せ用材料には出るガスが無いものを選定する必要がある。
【０２１９】
金属拡散接合は、常温直接接合でエッチングを用いて表面活性を上げる代わりに、原子層レベルで基板表面に金属を付けて接合する技術である。
常温直接接合と同様に高真空下で接合を実施する。
この接合においては異種材料が非常に薄く原子層レベルで付いているだけなので、圧力センサの特性を悪化させることは無く接合できる。
【０２２０】
低温での接合技術としては、上述した技術以外にプラズマ活性化接合がある。
プラズマ活性化接合は、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２等のガスを用いたプラズマで表面にＯＨ基を配した状態で、表面同士を仮接合（単に貼り付ける行為）後、４００度程度の温度でアニールすることにより接合強度を高める。この技術では、ＯＨ基に起因して発生する水分がボイドの原因となるが、接合面積の小さいダイアフラムのような構造では、水分が接合界面から離脱でき、ボイドのない良好な接合を実現できる。
【０２２１】
図４３（ｈ）には、サポート基板４５０の剥離工程を示す。
薄く研磨された後に直接接合されたセンサ基板４１０とベース基板４４０をサポート基板４５０から切り離す。
サポート基板４５０からの剥離方法は、使用する接着剤によりその方法が異なる。
たとえば、熱可塑性接着剤では温度をかけた状態でスライドさせることにより剥離する。
【０２２２】
また、熱剥離型の両面テープでは熱をかけるだけで簡単に剥離が可能である。
図示していないが、剥離後は、貼り合せ用材料の残渣を除去するため、スピン洗浄、薬液浸漬等にて、センサ素子面を洗浄することが望ましい。
これにより振動式圧力センサ４００が完成する。
【０２２３】
このような振動式圧力センサ４００では、ダイアフラム部４１２に、凸状を成す部位（凸部４２０）を設け、振動子４１１を、ダイアフラム部４１２の厚み方向において中心に位置する中立面４１８から外れた領域に内在され、かつ、領域の少なくとも一部が、凸部４２０に内在させている。この構造により様々なダイアフラム部４１２の厚さに対しダイアフラム部４１２の中立面４１８から離すことができる。これにより、ダイアフラム部４１２を薄型化させて振動子４３１の歪み感度を向上させた振動式圧力センサが得られる。
【０２２４】
特に本実施形態によれば、更に、ダイアフラム４１２への応力集中を抑える構造を実現できる。
温度及び圧力履歴により生じる異種材料間の内部残留歪も抑えられ、ヒステリシスの無い構造を実現できる振動式圧力センサが得られる。
ベース基板の凹部４４２の深さにて、隙間を決定することができるため、ベース基板の凹部４１５とダイアフラム４１２の間で、たとえば、数１０ｕｍ〜サブｕｍ以下までの隙間を形成できる。また、エッチング量も少ないことから、その精度もサブｕｍ程度の高精度で制御が可能である。
【０２２５】
その結果、ダイアフラム４１２の共振を防止でき、異物混入によりダイアフラムの可動範囲が制限されないので、入出力特性等の諸特性が良好な振動式圧力センサが得られる。
また、プラズマを用いた等方性エッチングを用いれば、製造工程は単純になり、ダイアフラム周辺での応力集中部分に丸みを持たせることでき、破壊耐圧が増加する。
そのため、コストを抑え、感度高い振動式圧力センサが得られる。
【０２２６】
（第五実施形態）
図５０は、本発明の第五実施形態の構成例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
本発明の振動式センサ５００、ダイアフラム部５１２を有する第一基板（センサ基板）５１０に振動子５１１を備えてなる。
図５０において、センサ基板５１０は、シリコン（Ｓｉ）からなり、その一方の面側に振動子５１１が内在して設けられ、他方の面に凹部５１５が形成されている。
凹部５１５は、アルカリ薬液（ＫＯＨ、ＴＭＡＨ等）を用いて形成してもよい。
【０２２７】
以上、本発明の実施形態として、具体例を挙げて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【０２２８】
１００  振動式圧力センサ
１０１  基板
１１０  第一基板（センサ基板）
１１１  振動子
１１２  ダイアフラム部
１１３  面
１１４  面
１１５  凹部
１１８  中立面
１２０  凸部
１２１  凹部
１３０  真空室
１５０  サポート基板
１５１  貼り付け用材料
２００  振動式圧力センサ
２０１  基板
２０６  絶縁膜
２０８  ポリシリコン層
２０９  シリコン酸化膜
２１０  第一基板（センサ基板）
２１１  振動子
２１２  ダイアフラム部
２１３  面
２１４  面
２１５  凹部
２１８  中立面
２２０  凸部
２２１  凹部
２３０  真空室
２５０  サポート基板
２５１  貼り付け用材料
３００  振動式圧力センサ
３０１  基板
３０６  絶縁膜
３０８  ポリシリコン層
３０９  シリコン酸化膜
３１０  第一基板（センサ基板）
３１１  振動子
３１２  ダイアフラム部
３１３  面
３１４  面
３１５  凹部
３１８  中立面
３２０  凸部
３２１  凹部
３２２  支持部
３３０  真空室
３４０  第二基板（べース基板）
３４１  圧力導入孔
３５０  サポート基板
３５１  貼り付け用材料
４００  振動式圧力センサ
４０１  基板
４０６  絶縁膜
４０８  ポリシリコン層
４１０  第一基板（センサ基板）
４１１  振動子
４１２  ダイアフラム部
４１３  面
４１４  面
４１５  凹部
４１６  丸み部
４１８  中立面
４２０  凸部
４２１  凹部
４３０  真空室
４４０  第二基板（べース基板）
４４１  圧力導入孔
４４２  凹部
４５０  サポート基板
４５１  貼り付け用材料
５００  振動式圧力センサ
５１０  第一基板（センサ基板）
５１１  振動子
５１２  ダイアフラム部
５１３  面
５１４  面
５１５  凹部
５１８  中立面
５２０  凸部
５２１  凹部
６００  振動式圧力センサ
６１０  第一基板（センサ基板）
６２０  ダイアフラム部
６２５  中立面
６３０  振動子
６４０  シリコン酸化膜
６５０  真空室
７００  ピエゾ抵抗式圧力センサ
７１０  第一基板（センサ基板）
７２０  ピエゾ抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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