(57)【要約】【課題】高いセンサ感度を維持することが可能な、表面応力センサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】印加された表面応力によって撓むメンブレン２２と、メンブレン２２を包囲する枠部材２４と、メンブレン２２と枠部材２４とを連結する連結部２６と、連結部２６に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗５０と、枠部材２４に接続されてメンブレン２２及び連結部２６との間に空隙を設けて配置され、且つメンブレン２２及び連結部２６と重なる支持基材１０と、メンブレン２２のうち受容体形成領域３１の上に形成され、且つ吸着した物質に応じた変形を生じる受容体３０と、受容体形成領域３１よりも枠部材２４に近い領域に設けられ、且つ受容体形成領域３１よりも表面の粗度が高い凹凸パターン５２を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加された表面応力によって撓むメンブレンと、
前記メンブレンの厚さ方向から見て当該メンブレンと離間し、且つ前記メンブレンを包囲する枠部材と、
前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されて当該メンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部と、
前記連結部のうち少なくとも一つに備えられ、当該連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗と、
前記枠部材に接続されて前記メンブレン及び前記連結部との間に空隙を設けて配置され、且つ前記厚さ方向から見て、前記メンブレン及び前記連結部と重なる支持基材と、
前記メンブレンの前記支持基材と対向する面と反対側の面である表面の中心を含む領域の上に形成され、且つ吸着した物質に応じた変形を生じる受容体と、
前記表面のうち前記受容体が形成される受容体形成領域よりも前記枠部材に近い領域に設けられ、且つ前記受容体形成領域よりも表面の粗度が高い凹凸パターンと、を備える表面応力センサ。
【請求項２】
前記凹凸パターンは、複数の凸部または複数の凹部が連続したパターンで形成されている請求項１に記載した表面応力センサ。
【請求項３】
前記凹凸パターンは、前記表面のうち前記受容体よりも前記枠部材に近い領域の全周に亘って、隣り合う前記凸部同士または隣り合う前記凹部同士を予め設定した距離に設定して設けられる請求項２に記載した表面応力センサ。
【請求項４】
前記表面のうち前記受容体形成領域及び前記凹凸パターンを設けた領域のうち少なくとも一方に形成された酸化膜をさらに備える請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載した表面応力センサ。
【請求項５】
前記凹凸パターンは、前記表面の面上に形成されている請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載した表面応力センサ。
【請求項６】
支持基材の一方の面に凹部を形成し、さらに、前記支持基材へ前記凹部を覆うように検出基材を貼り合わせることで、前記支持基材と前記検出基材との間に空隙部が設けられた積層体を形成する積層体形成工程と、
前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面のうち検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する第一イオン注入工程と、
前記検出基材の前記第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する第二イオン注入工程と、
前記第一のイオン及び前記第二のイオンを注入した前記積層体を熱処理することで、前記第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、前記第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する熱処理工程と、
前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面である表面の中心を含む予め設定した領域の周囲を取り囲む領域に、当該予め設定した領域よりも表面の粗度が高い凹凸パターンを形成する凹凸パターン形成工程と、
前記凹凸パターンに囲まれた領域に、吸着した物質に応じた変形を生じる受容体を形成する受容体形成工程と、
前記検出基材のうち前記凹凸パターンを形成した領域の周囲であり、且つ前記低抵抗領域及び前記可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレン、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレンを包囲する枠部材、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されてメンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部、及び前記連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗、を形成する除去工程と、
前記可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する配線層形成工程と、を備える表面応力センサの製造方法。
【請求項７】
支持基材に犠牲層を積層し、さらに、前記犠牲層に検出基材を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、
前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面のうち検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に第一のイオンを注入する第一イオン注入工程と、
前記検出基材の前記第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する第二イオン注入工程と、
前記第一のイオン及び前記第二のイオンを注入した前記積層体を熱処理することで、前記第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、前記第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する熱処理工程と、
前記検出基材の前記可撓性抵抗領域及び前記低抵抗領域を形成した領域と隣接する領域に、前記犠牲層まで貫通するホールを形成するホール形成工程と、
前記ホールを介したエッチングにより、前記可撓性抵抗領域と前記支持基材との間に配置された前記犠牲層を除去して前記支持基材と前記検出基材との間に空隙部を設ける空隙部形成工程と、
前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面に酸化膜を形成して前記ホールを封止するホール封止工程と、
前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対側の面である表面の中心を含む予め設定した領域の周囲を取り囲む領域に、当該予め設定した領域よりも表面の粗度が高い凹凸パターンを形成する凹凸パターン形成工程と、
前記凹凸パターンに囲まれた領域に、吸着した物質に応じた変形を生じる受容体を形成する受容体形成工程と、
前記検出基材のうち前記凹凸パターンを形成した領域の周囲であり、且つ前記低抵抗領域及び前記可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレン、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレンを包囲する枠部材、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む位置に配置されてメンブレンと前記枠部材とを連結する少なくとも一対の連結部、及び前記連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗、を形成する除去工程と、
前記可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する配線層形成工程と、を備える表面応力センサの製造方法。
【請求項８】
凹凸パターン形成工程の前工程であり、且つ前記表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程を備える請求項６または請求項７に記載した表面応力センサの製造方法。
【請求項９】
前記酸化膜形成工程では、前記受容体を形成する領域及び前記凹凸パターンを形成する領域のうち少なくとも一方に前記酸化膜を形成する請求項８に記載した表面応力センサの製造方法。
【請求項１０】
前記凹凸パターン形成工程と前記除去工程とを、同時に行う請求項６から請求項９のうちいずれか１項に記載した表面応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、表面応力センサ、特に、ピエゾ抵抗カンチレバー型センサと比較して高い感度を有する膜型の表面応力センサ（ＭＳＳ）と、表面応力センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の五感に相当する情報を収集するセンサ、特に、人間が化学物質を受容して感じる味覚や嗅覚のセンサに用いる技術として、例えば、特許文献１に開示されているピエゾ抵抗部材を有する表面応力センサの技術がある。
特許文献１に開示されている技術では、例えば、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）溶液である溶媒を、インクジェットスポッティング技術によって、平坦部材の上に塗布することで溶媒の層を形成して、検体を吸着する受容体（レセプター）を形成している。
ここで、平坦部材に表面応力を効率的に誘起するためには、平坦部材の表面（平坦部材の上側の面）のみに検体が吸着することが望ましいため、受容体を平坦部材の表面のみに形成することが、高いセンサ感度を維持するために重要なポイントとなっている。
このため、特許文献１に開示されている技術では、溶媒を堆積させるプロセスを、実時間における側面モニタリングによって観察し、溶媒が平坦部材の表面から溢れないことを確認している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１４８７７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、溶媒を平坦部材に塗布する際には、平坦部材の濡れ性が問題になる。一般に、検体が吸着することによって発生する表面応力を、カンチレバーに効率良く伝えるためには、受容体と平坦部材との密着性が高いことが必要となる。すなわち、平坦部材の表面は、高い濡れ性（親液性）を持つことが望ましい。
しかしながら、平坦部材の表面が親液性であると、溶媒が平坦部材の表面を流れやすくなるため、平坦部材に設定した所定の領域内に、溶媒を留まらせることが困難となる。そして、溶媒が平坦部材の端部からこぼれ出て平坦部材の裏面（平坦部材の下側の面）に回り込んでしまうと、平坦部材には、表面と裏面の両面から競合する力のために、表面応力がほとんど発生しなくなる。
【０００５】
したがって、特許文献１に記載されているように、溶媒を堆積させるプロセスを観察する作業等によって、平坦部材の表側のみに受容体が塗布されていることを担保する必要がある。しかしながら、このような手間のかかるプロセスは、量産向きではなく、また、歩留まりの点でも問題である。
本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、受容体を形成するプロセスを制御することで、高いセンサ感度を維持することが可能な表面応力センサと、表面応力センサ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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る表面応力センサは、メンブレンと、枠部材と、少なくとも一対の連結部と、可撓性抵抗と、支持基材と、受容体と、凹凸パターンを備えることを特徴としている。メンブレンは、印加された表面応力によって撓む。枠部材は、メンブレンの厚さ方向から見てメンブレンと離間し、且つメンブレンを包囲する。少なくとも一対の連結部は、メンブレンの厚さ方向から見てメンブレンを挟む位置に配置されてメンブレンと枠部材とを連結する。可撓性抵抗は、連結部のうち少なくとも一つに備えられ、連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する。支持基材は、枠部材に接続されてメンブレン及び連結部との間に空隙を設けて配置され、且つメンブレンの厚さ方向から見て、メンブレン及び連結部と重なる。受容体は、メンブレンの支持基材と対向する面と反対側の面である表面のうち、表面の中心を含む領域である受容体形成領域の上に形成され、且つ吸着した物質に応じた変形を生じる。凹凸パターンは、表面のうち受容体形成領域よりも枠部材に近い領域に設けられ、且つ受容体形成領域よりも表面の粗度が高い。
【０００７】
また、本発明の他の態様に係る表面応力センサの製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、凹凸パターン形成工程と、受容体形成工程と、除去工程と、配線層形成工程を備えることを特徴としている。積層体形成工程は、支持基材の一方の面に凹部を形成し、さらに、支持基材へ凹部を覆うように検出基材を貼り合わせることで、支持基材と検出基材との間に空隙部が設けられた積層体を形成する工程である。第一イオン注入工程は、検出基材の支持基材と対向する面と反対側の面のうち検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する工程である。第二イオン注入工程は、検出基材の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する工程である。熱処理工程は、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する工程である。凹凸パターン形成工程は、検出基材の支持基材と対向する面と反対側の面である表面の中心を含む予め設定した領域の周囲を取り囲む領域に、予め設定した領域よりも表面の粗度が高い凹凸パターンを形成する工程である。受容体形成工程は、凹凸パターンに囲まれた領域に、吸着した物質に応じた変形を生じる受容体を形成する工程である。除去工程は、検出基材のうち凹凸パターンを形成した領域の周囲であり、且つ低抵抗領域及び可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、メンブレンと、枠部材と、少なくとも一対の連結部と可撓性抵抗を形成する工程である。配線層形成工程は、可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する工程である。
ここで、「検出基材の中心を含む予め設定した領域」とは、後にメンブレンとなる領域をいう。また、「低抵抗領域及び可撓性抵抗領域」は、後に連結部となる領域をいう。
【０００８】
また、本発明の他の態様に係る表面応力センサの製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程を備えることを特徴としている。これに加え、本発明の他の態様に係る表面応力センサの製造方法は、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、凹凸パターン形成工程と、受容体形成工程と、除去工程と、配線層形成工程を備えることを特徴としている。積層体形成工程は、支持基材に犠牲層を積層し、さらに、犠牲層に検出基材を積層して積層体を形成する工程である。第一イオン注入工程は、検出基材の支持基材と対向する面と反対側の面のうち検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に第一のイオンを注入する工程である。第二イオン注入工程は、検出基材の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する工程である。熱処理工程は、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域を形成する工程である。ホール形成工程は、検出基材の可撓性抵抗領域及び低抵抗領域を形成した領域と隣接する領域に、犠牲層まで貫通するホールを形成する工程である。空隙部形成工程は、ホールを介したエッチングにより、可撓性抵抗領域と支持基材との間に配置された犠牲層を除去して支持基材と検出基材との間に空隙部を設ける工程である。ホール封止工程は、検出基材の支持基材と対向する面と反対側の面に酸化膜を形成してホールを封止する工程である。凹凸パターン形成工程は、検出基材の支持基材と対向する面と反対側の面である表面の中心を含む予め設定した領域の周囲を取り囲む領域に、予め設定した領域よりも表面の粗度が高い凹凸パターンを形成する工程である。受容体形成工程は、凹凸パターンに囲まれた領域に、吸着した物質に応じた変形を生じる受容体を形成する工程である。除去工程は、検出基材のうち凹凸パターンを形成した領域の周囲であり、且つ低抵抗領域及び可撓性抵抗領域以外の領域を除去することで、メンブレンと、枠部材と、少なくとも一対の連結部と可撓性抵抗を形成する工程である。配線層形成工程は、可撓性抵抗と電気的に接続された配線層を形成する工程である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、平坦部材の表面のうち、受容体形成領域の外側に、凹凸パターンによって撥液性の領域が形成されるため、溶媒がメンブレンの外側や裏面側に流れることを防止して、溶媒の層を、安定して形成することが可能となる。
これにより、受容体を形成するプロセスを簡略化することが可能となるとともに、高いセンサ感度を維持することが可能な表面応力センサと、表面応力センサの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一実施形態に係る表面応力センサの構成を表す側面図である。
【図２】図１のＩＩ線矢視図である。
【図３】図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２のＩＶ‐ＩＶ線断面図である。
【図５】表面応力センサの斜視図である。
【図６】図２のＶＩ‐ＶＩ線断面図である。
【図７】図１のＩＩ線矢視図であり、凹凸パターンの配置における変形例を示す図である。
【図８】図１のＩＩ線矢視図であり、凹凸パターンの配置における変形例を示す図である。
【図９】図１のＩＩ線矢視図であり、メンブレンの形状及び凹凸パターンの配置における変形例を示す図である。
【図１０】メンブレンの外周近傍に形成された凹凸パターンの変形例を拡大して示す斜視図である。
【図１１】メンブレンの外周近傍に形成された凹凸パターンの変形例を拡大して示す斜視図である。
【図１２】メンブレンの外周近傍に形成された凹凸パターンの変形例を拡大して示す斜視図である。
【図１３】メンブレンの外周近傍に形成された凹凸パターンの変形例を拡大して示す斜視図である。
【図１４】メンブレンの外周近傍に形成された凹凸パターンの変形例を拡大して示す斜視図である。
【図１５】図２のＶＩ‐ＶＩ線断面図であり、凹凸パターンの変形例を示す図である。
【図１６】図２のＶＩ‐ＶＩ線断面図であり、凹凸パターンの変形例を示す図である。
【図１７】図２のＶＩ‐ＶＩ線断面図であり、凹凸パターンの変形例を示す図である。
【図１８】図２のＶＩ‐ＶＩ線断面図であり、凹凸パターンの変形例を示す図である。
【図１９】図２のＶＩ‐ＶＩ線断面図であり、凹凸パターンの変形例を示す図である。
【図２０】図２のＶＩ‐ＶＩ線断面図であり、凹凸パターンの変形例を示す図である。
【図２１】図２のＶＩ‐ＶＩ線断面図であり、凹凸パターンの変形例を示す図である。
【図２２】図２のＶＩ‐ＶＩ線断面図であり、凹凸パターンの変形例を示す図である。
【図２３】図２のＶＩ‐ＶＩ線断面図であり、凹凸パターンの変形例を示す図である。
【図２４】積層体形成工程を示す図である。
【図２５】第一イオン注入工程及び第二イオン注入工程を示す図である。
【図２６】配線層形成工程を示す図である。
【図２７】配線層形成工程を示す図である。
【図２８】配線層形成工程を示す図である。
【図２９】配線層形成工程を示す図である。
【図３０】配線層形成工程を示す図である。
【図３１】図２のＹ‐Ｙ断面図であり、凹凸パターン形成工程を示す図である。
【図３２】従来の構成を備える表面応力センサの動作・作用を示す図である。
【図３３】第一実施形態の表面応力センサの動作・作用を示す図である。
【図３４】第一実施形態の変形例を示す図である。
【図３５】第一実施形態の変形例を示す図である。
【図３６】本発明の第二実施形態に係る表面応力センサの構成を表す側面図である。
【図３７】積層体形成工程を示す図である。
【図３８】ホール形成工程を示す図である。
【図３９】空隙部形成工程を示す図である。
【図４０】ホール封止工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して、本発明の実施形態を以下において説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一、または類似の部分には、同一、または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、厚さの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は、以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質や、それらの形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。
【００１３】
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１から図２３を用いて、第一実施形態の構成を説明する。
図１から図５中に表す表面応力センサ１は、例えば、味覚や嗅覚を検出するセンサに用いられており、パッケージ基板２と、接続部４と、支持基材１０と、検出基材２０を備える。なお、図２中では、説明のために、パッケージ基板２及び接続部４の図示を省略している。
【００１４】
（パッケージ基板）
パッケージ基板２は、例えば、金属、ポリマー、セラミック材等を用いて形成されており、例えば、ミリメートルオーダーの厚さで形成されている。
（接続部）
接続部４は、パッケージ基板２の一方の面（図１中では、上側の面）に配置されており、例えば、接着剤や半田等を用いて形成されている。
第一実施形態では、一例として、接続部４の形状を、円形に形成した場合について説明する。
【００１５】
（支持基材）
支持基材１０は、パッケージ基板２の一方の面に配置されており、接続部４を介して、パッケージ基板２に取り付けられている。
第一実施形態では、一例として、支持基材１０の中心が、接続部４を配置する位置と重なる場合について説明する。
支持基材１０の面積（図１中では、支持基材１０を上下方向から見た支持基材１０の面積）は、接続部４の面積よりも大きい。
支持基材１０の厚さ（図１中では、支持基材１０の上下方向への長さ）は、８０［μｍ］以上に設定されている。なお、支持基材１０の厚さは、８０［μｍ］以上７５０［μｍ］以下の範囲内に設定してもよい。
支持基材１０を形成する材料としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ：シリコン）、サファイア、ガリウムヒ素、ガラス、石英のうちいずれかを含む材料を用いることが可能である。
【００１６】
第一実施形態では、一例として、支持基材１０を形成する材料として、ケイ素を用いた場合について説明する。
これにより、第一実施形態では、支持基材１０の線膨張係数を、５．０×１０−６／℃以下としている。
以下に、支持基材１０を形成する材料として用いることが可能な材料の、線膨張係数を記載する。
ケイ素の線膨張係数は、常温以上１０００℃以下の環境下で、３．９×１０−６／℃以下である。
サファイアの線膨張係数は、０℃以上１０００℃以下の環境下で、９．０×１０−６／℃以下である。
ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の線膨張係数は、０Ｋ以上３００Ｋ以下の環境下で、６．０×１０−６／℃以下である。
ガラス（フロートガラス）の線膨張係数は、０℃以上３００℃以下の環境下で、８．５×１０−６／℃以下〜９．０×１０−６／℃以下である。
石英の線膨張係数は、０℃以上３００℃以下の環境下で、０．５９×１０−６／℃以下である。なお、石英の線膨張係数は、３００℃の近辺にピークが有る。
【００１７】
（検出基材）
検出基材２０は、支持基材１０の一方の面（図１中では、上側の面）に積層されており、メンブレン２２と、枠部材２４と、連結部２６とが一体となって形成されている。
第一実施形態では、一例として、検出基材２０を形成する材料に、ケイ素を用いた場合について説明する。
また、検出基材２０を形成する材料は、支持基材１０の線膨張係数と、検出基材２０の線膨張係数との差が、１．２×１０−５／℃以下となる材料を用いる。
第一実施形態では、検出基材２０を形成する材料と、支持基材１０を形成する材料とを、同一の材料とした場合について説明する。
【００１８】
（メンブレン）
メンブレン２２は、板状に形成されている。
第一実施形態では、一例として、メンブレン２２を、円板状に形成した場合について説明する。
また、メンブレン２２はｎ型半導体層である。
また、メンブレン２２の一方の面（図１中では、上側の面）には、酸化膜ＳＯ（シリコン酸化膜）が形成されている。なお、酸化膜ＳＯは、受容体に対する濡れ性が高い材料であれば、シリコン酸化膜に限定するものではない。
さらに、メンブレン２２の一方の面には、凹凸パターン５２が備えられている。なお、凹凸パターン５２の説明は後述する。
メンブレン２２の一方の面（図１中では、上側の面）には、受容体３０（レセプター）が塗布されている。なお、以降の説明では、メンブレン２２の一方の面を、「メンブレン２２の表面」と記載する場合がある。
【００１９】
受容体３０は、受容体形成領域の上に形成されている。
受容体形成領域は、メンブレン２２の表面の中心を含む領域であり、予め設定する。なお、受容体３０を塗布する面積は、広いほうが好ましいため、受容体形成領域は、広いほうが好ましい。
受容体３０（レセプター）は、例えば、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）溶液（以降の説明では、「ＰＥＩ溶液」と記載する場合がある）を用いて形成されており、ガスの分子が吸着することで歪みが発生する。
受容体３０にガスの分子が吸着して、受容体３０に歪みが発生すると、メンブレン２２に表面応力が印加され、メンブレン２２が撓む。したがって、メンブレン２２は、受容体３０にガスの分子が吸着すると、印加された表面応力によって撓む。
なお、受容体３０の構成は、ガスの分子が吸着することで歪みが発生する構成に限定するものではなく、例えば、磁気によって歪みが発生する構成としてもよい。すなわち、受容体３０の構成は、表面応力センサ１の検出対象に応じて、適宜変更してもよい。
【００２０】
（枠部材）
枠部材２４は、井桁状に形成されており、メンブレン２２の厚さ方向から見て、隙間を空けてメンブレン２２を包囲している。
メンブレン２２の厚さ方向から見た視点とは、表面応力センサ１を上方から見た視点（図１では、矢印ＩＩの方向から見た視点）である。
メンブレン２２の厚さ方向から見て、枠部材２４の中心は、メンブレン２２の中心と重なっている。
また、枠部材２４は、接着等、各種の接合技術を用いて、支持基材１０のうち、パッケージ基板２と対向する面と反対側の面（図１中では、上側の面）に接続されている。
【００２１】
第一実施形態では、一例として、枠部材２４及び支持基材１０の形状を、メンブレン２２の厚さ方向から見て、支持基材１０の外周面と枠部材２４の外周面とが、面一である形状に形成した場合について説明する。
すなわち、枠部材２４と支持基材１０は、メンブレン２２の厚さ方向から見て、同じ形状の四辺形である。これは、例えば、枠部材２４と支持基材１０とを接続した後に、枠部材２４及び支持基材１０に対してダイシング加工を行うことで実現する。すなわち、メンブレン２２の厚さ方向から見て、枠部材２４の中心は、支持基材１０の中心と重なっている。
【００２２】
したがって、支持基材１０は、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２及び枠部材２４と重なっている。
さらに、接続部４は、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２の少なくとも一部と重なる位置に配置されている。
また、メンブレン２２の厚さ方向から見て、接続部４の面積は、メンブレン２２の面積よりも小さい。
また、パッケージ基板２は、支持基材１０のメンブレン２２と対向する面と反対側の面（図１中では、下側の面）に接続されている。
【００２３】
（連結部）
連結部２６は、メンブレン２２の厚さ方向から見て、帯状に形成されている。
また、連結部２６は、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２の中心を通過する仮想的な直線ＶＬ１及びＶＬ２と重なる位置に配置されており、メンブレン２２と枠部材２４とを連結している。
第一実施形態では、一例として、メンブレン２２と枠部材２４とが、二対である四つの連結部２６ａ〜２６ｄで連結されている場合について説明する。
四つの連結部２６ａ〜２６ｄは、直線ＶＬ１と重なる位置に配置されている一対の連結部２６ａ及び連結部２６ｂと、直線ＶＬ１と直交する直線ＶＬ２と重なる位置に配置されている一対の連結部２６ｃ及び連結部２６ｄを含む。
すなわち、一対の連結部２６ａ及び連結部２６ｂと、一対の連結部２６ｃ及び連結部２６ｄは、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２を挟む位置に配置されており、メンブレン２２と枠部材２４とを連結する。
【００２４】
第一実施形態では、一例として、連結部２６ａ及び連結部２６ｂの幅が、連結部２６ｃ及び連結部２６ｄの幅よりも狭い場合について説明する。
メンブレン２２及び四つの連結部２６ａ〜２６ｄと、支持基材１０との間には、空隙部４０が設けられている。
したがって、支持基材１０は、枠部材２４に接続されてメンブレン２２及び連結部２６との間に空隙（空隙部４０）を設けて配置されている。これに加え、支持基材１０は、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２及び連結部２６と重なる。
なお、表面応力センサ１を溶液中で使用する場合には、空隙部４０が溶液で満たされてもよい。
空隙部４０は、検出基材２０の加工途中においてメンブレン２２が支持基材１０の側へ撓む際に、メンブレン２２が支持基材１０に張り付くことを防ぐ空間として機能する。
四つの連結部２６ａ〜２６ｄには、それぞれ、可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄが備えられている。
【００２５】
（可撓性抵抗）
各可撓性抵抗５０は、連結部２６に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する。
第一実施形態では、一例として、可撓性抵抗５０を、ピエゾ抵抗で形成した場合について説明する。
ピエゾ抵抗は、例えば、連結部２６へのイオンの注入によって形成されており、メンブレン２２が撓むことで連結部２６に起きた撓みに応じて変化する抵抗値を有している。
また、可撓性抵抗５０は、ｐ型半導体層である。
四つの可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄは、例えば、図５中に示すように、互いに隣接する可撓性抵抗５０（連結部２６ａと連結部２６ｃ及び連結部２６ｄ、連結部２６ｂと連結部２６ｃ及び連結部２６ｄ）が接続されている。これにより、四つの可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄは、図５に示すフルホイートストンブリッジを形成している。
【００２６】
（ピエゾ抵抗）
以下、ピエゾ抵抗の詳細な構成について説明する。
ピエゾ抵抗の抵抗値（Ｒ）と、ピエゾ抵抗の抵抗値の相対抵抗変化（ΔＲ／Ｒ）は、以下の式（１）から（３）で与えられる。
【００２７】
【数１】
2019164128.tif 000003
【００２８】
【数２】
2019164128.tif 000004
【００２９】
【数３】
2019164128.tif 000005
【００３０】
式（１）から式（３）において、ρはピエゾ抵抗の抵抗率、ｌはピエゾ抵抗の長さ、ｗはピエゾ抵抗の幅、ｔはピエゾ抵抗の厚さであり、σはピエゾ抵抗に誘起される応力、εはピエゾ抵抗に誘起される歪、πはピエゾ抵抗定数である。
また、式（１）から式（３）において、ｘはカンチレバーの長手方向、ｙはカンチレバーの横方向、ｚはカンチレバーの法線方向に対応する。
歪と応力の関係は、一般化されたＨｏｏｋｅの法則から導くことが可能である。
【００３１】
【数４】
2019164128.tif 000006
【００３２】
【数５】
2019164128.tif 000007
【００３３】
【数６】
2019164128.tif 000008
【００３４】
式（４）から式（６）において、ＥはカンチレバーのＹｏｕｎｇ率であり、νはカンチレバーのＰｏｉｓｓｏｎ比である。したがって、平面応力である（すなわちσｚ＝０）と仮定すれば、相対抵抗変化は、以下の式（７）で記述することが可能である。
【００３５】
【数７】
2019164128.tif 000009
【００３６】
ここで、大きな信号を獲得し、シリコンが有する高いピエゾ係数を最大限利用するために、単結晶Ｓｉ（１００）を用いて形成されることで、ｐ型半導体層を形成するピエゾ抵抗を検討する。ピエゾ抵抗係数は、以下の式（８）及び式（９）で示す関係によって決定される。
【００３７】
【数８】
2019164128.tif 000010
【００３８】
【数９】
2019164128.tif 000011
【００３９】
式（８）及び式（９）において、π１１、π１２及びπ４４は、結晶の基本ピエゾ抵抗係数である。ｘ方向が［１１０］に整列したｐ型Ｓｉ（１００）であり、ｙ方向が［１−１０］に整列したｐ型Ｓｉ（１００）である場合は、π１１が、１０−１１Ｐａ−１を単位として＋６．６である。これに加え、π１２が、１０−１１Ｐａ−１を単位として−１．１であり、π４４が、１０−１１Ｐａ−１を単位として＋１３８．１である。
したがって、ピエゾ抵抗係数πｘは、７１．８×１０−１１Ｐａ−１と計算され、ピエゾ抵抗係数πｙは、−６６．３×１０−１１Ｐａ−１と計算される。また、Ｅは１．７０×１０１１Ｐａであり、νは０．２８である。そして、πｘ＞＞（１＋２ν）／Ｅであり、πｙ＞＞−１／Ｅであり、πｘ≒−πｙ≒π４４／２であるので、式（７）は、以下の式（１０）で示すように近似することが可能である。
【００４０】
【数１０】
2019164128.tif 000012
【００４１】
したがって、ピエゾ抵抗の信号（すなわち、ΔＲ／Ｒ）は、主にσｘとσｙの差によって決まる。
【００４２】
（凹凸パターン）
凹凸パターン５２は、メンブレン２２の表面のうち、受容体形成領域３１（図６を参照）よりも枠部材２４に近い領域に設けられており、受容体形成領域３１よりも、表面の粗度が高くなるように形成されている。
また、凹凸パターン５２は、複数の凸部（突起、ピラー）、または、複数の凹部（孔、ホール）が連続して繰り返されたパターンで形成されている。第一実施形態では、一例として、凸部を円柱状に形成し、凹部を円形の孔で形成した場合について説明する。なお、凸部は、例えば、角柱状やピラミッド形状に形成してもよい。また、凹部は、例えば、多角形の孔や、溝で形成してもよい。
【００４３】
また、凹凸パターン５２は、メンブレン２２の表面において、受容体形成領域３１よりも枠部材２４に近い領域に対し、全周に亘って同心円状に配置する。
上述したように、メンブレン２２の表面には酸化膜ＳＯが形成されており、凹凸パターン５２よりも内側に形成された酸化膜ＳＯの上には、受容体３０が塗布されている。
また、上述したように、受容体３０の塗布面積は広いほうが好ましい。このため、凹凸パターン５２は、メンブレン２２の表面のうち、可能な範囲で、メンブレン２２の外周に近い領域に形成されている。
【００４４】
図６中に表すように、凹凸パターン５２の断面は、凸部、または、凹部が密に並んだ形状である。凹凸パターン５２が形成する溝の深さは、メンブレン２２を厚さ方向へ貫通しない程度の深さである。このように、凸部、または、凹部が密に並んだ形状で形成されるパターンの表面は、撥液性を示すことが知られており、一般的にロータス効果と呼ばれている。これは、公知であるカッシーの式によって、物理的にも説明されている現象である。
【００４５】
なお、図６中には、説明のために、凹凸パターン５２の断面のうち、図２中に示すＶＩ‐ＶＩ線の部分のみ断面図を図示することで、凹凸パターン５２の断面を、複数の溝が形成されている構成として図示している。しかしながら、凹凸パターン５２の実際の構造は、複数の凸部または凹部が間隔を空けて配置されている構造である。
そして、受容体３０は、メンブレン２２の中心付近に対し、インクジェットスポッティング技術等によってＰＥＩ溶液等を塗布することで形成される。
このため、メンブレン２２の最表層に形成された酸化膜ＳＯは濡れ性が高いために、メンブレン２２の表面に塗布されたＰＥＩ溶液は、メンブレン２２の表面に密着性良く分布する。
【００４６】
一方、メンブレン２２の表面に塗布されたＰＥＩ溶液は、酸化膜ＳＯが有する高い濡れ性のために、メンブレン２２の外周に向かって流出しやすくなるが、凹凸パターン５２のロータス効果によって流出が遮られることとなる。これにより、メンブレン２２の中心付近に対し、受容体３０を効率良く塗布することが可能となる。
なお、凹凸パターン５２は、受容体形成領域３１よりも枠部材２４に近い領域に対し、全周に亘って配置する構成に限定するものではない。同様に、凹凸パターン５２の配置は、同心円状に限定するものではない。また、メンブレン２２の形状は円形に限定するものではない。
【００４７】
したがって、メンブレン２２及び凹凸パターン５２の構成の変形例としては、例えば、図７から図９中に表す構成がある。
すなわち、図７（ａ）中に表すように、凹凸パターン５２が、全周に亘って配置されず、一部に切れ目がある構成としてもよく、図７（ｂ）中に表すように、凹凸パターン５２を四角形に配置してもよい。また、図７（ｃ）中に表すように、四角形に配置した凹凸パターン５２の一部に、切れ目がある構成としてもよい。
凹凸パターン５２の一部に切れ目がある構成は、例えば、受容体３０を形成するＰＥＩ溶液の粘度により、必ずしも全周に亘って凹凸パターン５２を配置する必要がない場合に適用することが可能である。なお、凹凸パターン５２の一部に切れ目がある構成では、切れ目がある部分において、隣り合う凸部または凹部の間隔が、切れ目が無い部分と比べて十分に大きいことにより、巨視的には、凹凸パターン５２に切れ目があるように見える。
【００４８】
また、図８（ａ）から図８（ｃ）中に表すように、凹凸パターン５２の形状を工夫することにより、受容体３０が特定の形状に形成されるようにしてもよい。
例えば、図８（ａ）中に表すように、凹凸パターン５２を、外周がメンブレン２２の外周に沿った円形状であり、メンブレン２２の中心部において凹凸パターン５２が形成されない十字の領域を有する形状に形成してもよい。ここで、図８（ａ）では、十字の端部が、四つの連結部２６近傍に向かって形成された例を示している。この場合、受容体３０は、凹凸パターン５２が形成されない十字の領域（撥液性の低い領域）上に、例えば、十字形状に形成される。このため、可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄが形成された連結部２６の近傍に、受容体３０を選択的に形成することが可能となり、メンブレン２２の撓みを効率的に可撓性抵抗５０に伝えることが可能となる。これにより、塗布する受容体３０の量を減らすことも可能である。
【００４９】
また、図８（ｂ）中に表すように、凹凸パターン５２を、外周がメンブレン２２の外周に沿った円形状であり、メンブレン２２の中心部において凹凸パターン５２が形成されない十字の領域を有する形状に形成してもよい。ここで、図８（ｂ）では、十字の端部が、四つの連結部２６間のメンブレン２２の円弧状の外周に向かって形成された例を示している。この場合、受容体３０は、凹凸パターン５２が形成されない十字の領域上に、例えば十字形状に形成される。図８（ｂ）に示す凹凸パターン５２を設けた場合、受容体３０を、可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄが形成された連結部２６から離れた領域へ、選択的に形成することが可能となり、表面応力センサ３０１の感度バラつきを低減することが可能となる。
【００５０】
また、図８（ｃ）中に表すように、メンブレン２２の外周近傍に設けられた円環状の外側凹凸パターン５２ａと、メンブレン２２の中心を含む領域に設けられた円形状の内側凹凸パターン５２ｂとで凹凸パターン５２が形成されていてもよい。図８（ｃ）の場合、受容体３０は、外側凹凸パターン５２ａと内側凹凸パターン５２ｂとの間の、凹凸パターンが形成されていない円環状の領域上に形成される。図８（ｃ）に示す凹凸パターン５２を設けた場合、可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄが形成された連結部２６の近傍に、受容体３０を選択的に形成することが可能となり、表面応力センサ３０１の検出精度を向上させることが可能となる。これに加え、検出精度のバラつきを低減させることが可能となる。
なお、凹凸パターン５２は、外周がメンブレン２２の外周に沿った円形状であり、メンブレン２２の中心部において凹凸パターン５２が形成されない領域の形状は、上述した形状に限られない。凹凸パターン５２が形成されない領域の形状は、例えば、多角形状や、メンブレン２２の中心から外周に向け放射状に広がる形状等、表面応力センサ３０１のセンサ感度を十分に維持することが可能であれば、いずれの形状としてもよい。
【００５１】
また、図９（ａ）から図９（ｃ）中に表すように、メンブレン２２の形状を四角形としてもよい。この場合で、図９（ａ）中に表すように、凹凸パターン５２を四角形に配置してもよく、図９（ｂ）中に表すように、四角形に配置した凹凸パターン５２の一部に、切れ目がある構成としてもよい。また、図９（ｃ）中に表すように、凹凸パターン５２を、全周に亘って同心円状に配置してもよい。なお、特に図示しないが、図９（ｃ）中に表すような凹凸パターン５２の一部に、切れ目がある構成としてもよい。
【００５２】
凹凸パターン５２の一部に切れ目がある構成を採用する場合は、図７（ａ）、図７（ｃ）及び図９（ｂ）中に示すように、切れ目の位置を、メンブレン２２の中心と連結部２６との間に配置しないことが好適である。この構成であれば、例えば、受容体３０を形成するＰＥＩ溶液が、切れ目から外へ出た場合であっても、ＰＥＩ溶液が可撓性抵抗５０に接触する可能性を低減させることが可能となる。
また、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図９（ａ）、図９（ｂ）中に表すように、受容体３０の形状を四角形としてもよい。
なお、図７から図９中には、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２と、枠部材２４と、連結部２６とに囲まれた空隙部となっている領域から、検出基材２０の下方に配置されている支持基材１０が見えている状態を図示している。
【００５３】
（凹凸パターンの変化形）
図１５から図２３を用いて、凹凸パターンの変化形について説明する。
第一実施形態で説明した凹凸パターン５２は、メンブレン２２の表面が酸化膜ＳＯに覆われており、親水性の溶媒（ＰＥＩ溶液等）で形成される受容体３０に対しての濡れ性が高い構成である。
しかしながら、疎水性の溶媒（例えば、テトラクロロエタンやジクロロメタン、トルエン、ヘキサン等）で受容体３０を形成する場合では、例えば、シリコンの方が酸化膜ＳＯよりも濡れ性が高い。このため、メンブレン２２の表面には、シリコンが露出していることが好ましい。
【００５４】
また、凹凸パターン５２には、凸部及び凹部のどちらを用いて形成した場合であっても、ロータス効果が発現するが、一般的に、空隙部分が多い方が発現する効果は大きい。このため、凸部を用いて凹凸パターン５２を形成すると、撥液性はより強くなる。
凸部を用いた凹凸パターン５２としては、例えば、図１０から図１４に示す構成がある。なお、以下に説明する図１０から図１４の構成は、メンブレン２２の外周近傍に形成された円環状の領域に形成された凹凸パターン５２の一部を拡大して示すものである。なお、図１０から図１４中、右下側（メンブレン２２形成側）がメンブレン２２の中心側である。
【００５５】
図１０は、凹凸パターン５２が、複数の円柱状の凸部４５２ａと、凹部である空隙４５２ｂとで形成された場合の構成を示す斜視図である。凹凸パターン５２は、例えば、複数の凸部４５２ａのうち三つの凸部４５２ａが、平面視で正三角形の位置関係となるように配置されて形成される。これにより、図１０に示す凹凸パターン５２は、何れの位置においても、均等な撥液性を発揮することが可能となる。空隙４５２ｂは、メンブレン２２の外周の凹凸パターン５２形成領域において、円柱状の凸部４５２ａ以外の領域をエッチングにより除去することで形成される。
【００５６】
図１１は、凹凸パターン５２が、複数の中空円柱状の凸部５５２ａと、凹部である空隙５５２ｂとで形成された場合の構成を示す斜視図である。また、中空円柱状の凸部５５２ａの内側にはホール５５２ｃが形成されており、ホール５５２ｃは、凹部の一部をなす。このような凸部５５２ａの構造により、隣り合う凸部５５２ａの間の空隙５５２ｂ、または、凸部５５２ａとホール５５２ｃという異なる凹凸形状によって、撥液性が得られる。したがって、受容体３０の形成時に、受容体３０となる溶液が、凸部５５２ａ間の空隙５５２ｂ、または、ホール５５２ｃの一方に浸透した場合でも、他方に溶液が浸透しなければ撥液性が持続するため好ましい。
【００５７】
凹凸パターン５２は、例えば、複数の凸部５５２ａのうち三つの凸部５５２ａが平面視で、正三角形の位置関係となるように配置されて形成される。図１１の凹凸パターン５２では、三つの凸部５５２ａのホール５５２ｃの中心が、平面視で正三角形の位置関係となるように配置される。これにより、図１１に示す凹凸パターン５２は、何れの位置においても、均等な撥液性を発揮することが可能となる。空隙５５２ｂ及びホール５５２ｃは、メンブレン２２の外周の凹凸パターン５２形成領域において、中空円柱状の凸部５５２ａ以外の領域をエッチングにより除去することで形成される。
【００５８】
図１２は、凹凸パターン５２が、複数の円柱状の凸部６５２ａ及び凸部６５２ｂと、凹部である空隙６５２ｃとで形成された場合の構成を示す斜視図である。凸部６５２ａ及び凸部６５２ｂは、平面視における円形状の面積が互いに異なり、凸部６５２ｂの平面視における面積が、凸部６５２ａの平面視における面積よりも大きくなるように形成されている。これにより、凹凸パターン５２は全体としては撥液性を保ちながらも、凸部６５２ｂの上面は親液性を示す。また、小面積の凸部６５２ａは大面積の凸部６５２ｂよりも多く配置されており、凸部６５２ｂの周りには、複数の凸部６５２ａが配置されている。このため、凸部６５２ａ及び凸部６５２ｂの双方を設けた凹凸パターン５２は、全体として溶液の流れを抑制しながら、凹凸パターン５２上に横溢した溶液を凸部６５２ｂで捕捉して、メンブレン２２の裏面への溶液の回り込みをより抑制することが可能となる。このような性質は、一般的にペタル効果と呼ばれている。
【００５９】
さらに、溶液の吸着効果の高い凸部６５２ｂは、凹凸パターン５２の領域内において、内周側（メンブレン２２中心側）に近い位置に形成されている。したがって、凹凸パターン５２上に溶液が横溢した場合であっても、凹凸パターン５２の内周側（凸部６５２ｂ）で溶液を吸着しつつ、外周側で溶液の濡れを抑制し、メンブレン２２の裏面への溶液の回り込みをさらに抑制することが可能となる。
【００６０】
図１３は、凹凸パターン５２が、複数の円柱状の凸部７５３ａと凹部である空隙７５３ｂとで形成された第一パターン形成部７５３と、溝で形成された第二パターン形成部７５４とで形成された構成を示す斜視図である。第一パターン形成部７５３及び第二パターン形成部７５４は、平面視で二重の円環状に形成されており、第二パターン形成部７５４が内側に形成されている。これにより、メンブレン２２の中心に滴下された溶液がメンブレン２２の外周に向かって流れ出ても、第二パターン形成部７５４によって溶液が堰き止められる効果が期待される。さらに、溶液が第二パターン形成部７５４の外周にまで流れた場合には、第一パターン形成部７５３によって溶液の流れを止めることが可能となる。第一パターン形成部７５３の内側に第二パターン形成部７５４が設けられることで、第一パターン形成部７５３は第二パターン形成部７５４から漏れ出た溶液のみを堰き止めればよい。このため、メンブレン２２の裏面への溶液の回り込みをより抑制することが可能となる。
【００６１】
なお、図１３には、第一パターン形成部７５３と第二パターン形成部７５４とを二重に形成した構成について説明したが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、第一パターン形成部７５３と第二パターン形成部７５４とが三重以上に多重化されていても良く、また、第一パターン形成部７５３と第二パターン形成部７５４との配置についても、適宜調整することが可能である。
【００６２】
図１４は、凹凸パターン５２が、複数の円柱状の凸部８５３ａと凹部である空隙８５３ｂとで形成された凹凸パターン領域８５３と、凹凸パターン領域８５３と隣接する凹部領域８５４とで形成された構成を示す斜視図である。凹部領域８５４は、凹凸パターン領域８５３の内側に形成されている。これにより、メンブレン２２の中心に滴下された溶液が凹部領域８５４に入り込んだ場合には、凹部領域８５４が溶液で満たされ、かつ隣接する凸部８５３ａの側面で生じる撥液効果により、溶液が外周方向に流れることが抑制される。ここで、隣接する凸部８５３ａの側面で生じる撥液効果とは、凸部８５３ａの側面及び凸部８５３ａ間の空隙８５３ｂで生じるロータス効果をいう。このため、メンブレン２２の裏面への溶液の回り込みをより抑制することが可能である。
【００６３】
また、図１０から図１４に記載した、凸部、空隙、溝部、凹部領域等を互いに組み合わせて、他の凹凸パターン５２を形成することも可能である。
例えば、図１１又は図１２に示す凹凸パターン５２の内側に、図１３で示す第二パターン形成部７５４や図１４で示す凹部領域８５４が設けられていてもよい。また、図１１に示す中空円柱状の凸部５５２ａと図１２に示す凸部６５２ａと、凸部６５２ａよりも親液性の高い凸部６５２ｂとを組み合わせた凹凸パターン５２としてもよい。
また、図１２において、凹凸パターン５２の外周側に親液性の高い凸部６５２ｂが設けられる構成を用いてもよい。また、平面視での面積（上面の面積）の異なる凸部を３種類以上設け、凹凸パターン５２の内周側から外周側に向かって徐々に上面の面積が小さくなるように、凸部を配置してもよい。
【００６４】
さらに、図１０の凸部４５２ａ又は図１４の凸部８５３ａに代えて、平面視での面積（上面の面積）の異なる凸部を３種類以上設け、凹凸パターン５２の内周側から外周側に向かって徐々に上面の面積が大きくなるように、凸部を配置してもよい。
以上のとおり、凸部を有する凹凸パターン５２の構成は、受容体３０の形成に用いる溶液や検出基材２０の物性に応じて適宜調整されることが好ましい。また、凸部の直径、高さ、凸部同士の間隔等についても同様に、受容体３０形成に用いる溶液や検出基材２０の物性に応じて適宜調整されることが好ましい。
【００６５】
凹凸パターン５２が凸部で形成されている場合、凸部の高さはメンブレン２２に行うエッチングの深さによって決まるが、凸部の高さに依らず、一定のロータス効果を期待することが可能となる。
凹凸パターン５２が凹部で形成されている場合も同様に、凹部の深さはメンブレン２２に行うエッチングの深さによって決まるが、ロータス効果は凹部の深さに依らず、さらに、凹部がメンブレン２２を貫通していても問題はない。
【００６６】
したがって、親水性の溶媒で受容体３０を形成する構成では、図１５中に表されるように、メンブレン２２の表面に酸化膜ＳＯを形成し、凹凸パターン５２が、酸化膜ＳＯ及びメンブレン２２を貫通する凹部で形成されている構成としてもよい。同様に、親水性の溶媒で受容体３０を形成する構成では、図１６中に表されるように、メンブレン２２の表面に酸化膜ＳＯを形成し、凹凸パターン５２が、酸化膜ＳＯに形成した凸部または凹部で形成されている構成としてもよい。すなわち、凹凸パターン５２は、図１６中に表すように、メンブレン２２の表面の面上に形成してもよい。
【００６７】
図１５及び図１６中に表す構成であれば、親水性の溶媒に対して濡れ性が高く、さらに、ロータス効果によって、溶媒の流出を防止する機能を奏することが可能となる。
また、疎水性の溶媒で受容体３０を形成する構成では、図１７中に表されるように、メンブレン２２の表面にシリコンが露出しており、凹凸パターン５２が、メンブレン２２を貫通する凹部で形成されている構成としてもよい。同様に、疎水性の溶媒で受容体３０を形成する構成では、図１８中に表されるように、メンブレン２２の表面にシリコンが露出しており、凹凸パターン５２が、メンブレン２２を貫通しない深さでエッチングした凸部または凹部で形成されている構成としてもよい。
【００６８】
図１７及び図１８中に表す構成であれば、疎水性の溶媒に対して濡れ性が高く、さらに、ロータス効果によって、溶媒の流出を防止する機能を奏することが可能となる。
さらに、メンブレン２２の表面において、受容体３０が形成される領域である受容体形成領域３１と、凹凸パターン５２の構成を作り分けることで、ロータス効果を高めることも可能である。
すなわち、図１９中に表すように、受容体形成領域３１を、酸化膜ＳＯに覆われた構成とし、凹凸パターン５２を、シリコンが露出した凸部または凹部で形成した構成としてもよい。
【００６９】
図１９中に表す構成であれば、メンブレン２２に親水性の溶媒を塗布すると、受容体形成領域３１は濡れ性が高いために、メンブレン２２との密着性の高い受容体３０を形成することが可能となる。一方、凹凸パターン５２は、シリコンによる撥液性にロータス効果が加わるため、強い撥液機能を持つこととなり、溶媒の流出を防ぐ作用を向上させることが可能となる。
また、図２０中に表すように、受容体形成領域３１の構成を、シリコンが露出する構成とし、凹凸パターン５２の構成を、酸化膜ＳＯに覆われた構成としてもよい。なお、凹凸パターン５２を形成する凸部の高さは、メンブレン２２を貫通しない高さである。また、凹凸パターン５２を形成する凹部の深さは、メンブレン２２を貫通しない深さである。
【００７０】
図２０中に表す構成であれば、疎水性の溶媒に対して、高い塗布機能を得ることが可能となる。
また、図２１中に表すように、受容体形成領域３１の構成を、酸化膜ＳＯに覆われた構成とし、凹凸パターン５２の構成を、表面にシリコンが露出し、凹部がメンブレン２２を貫通した構成としてもよい。
図２１中に表す構成であれば、図１９中に表す構成と同様、親水性の溶媒に対して、高い塗布機能を得ることが可能となる。
【００７１】
また、図２２中に表すように、受容体形成領域３１の構成を、シリコンが露出する構成とし、凹凸パターン５２の構成を、酸化膜ＳＯに覆われ、凹凸パターン５２を形成する凹部が、酸化膜ＳＯ及びメンブレン２２を貫通する構成としてもよい。
図２２中に表す構成であれば、図２０中に表す構成と同様、疎水性の溶媒に対して、高い塗布機能を得ることが可能となる。
また、図２３中に表すように、受容体形成領域３１の構成を、シリコンが露出する構成とし、凹凸パターン５２の構成を、酸化膜ＳＯに覆われ、凹凸パターン５２を形成する凸部または凹部が、酸化膜ＳＯのみを貫通する構成としてもよい。すなわち、凹凸パターン５２は、図２３中に表すように、メンブレン２２の表面の面上に形成してもよい。
図２３中に表す構成であれば、図２０中に表す構成と同様、疎水性の溶媒に対して、高い塗布機能を得ることが可能となる。
【００７２】
（表面応力センサの製造方法）
図１から図２３を参照しつつ、図２４から図３１を用いて、表面応力センサ１の製造方法を説明する。なお、図２４から図３０の断面図は、図５のＸ−Ｘ線断面図に対応する。また、図３１の断面図は、図２のＹ−Ｙ断面図に対応する。
表面応力センサ１の製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、配線層形成工程と、酸化膜形成工程と、凹凸パターン形成工程と、除去工程と、受容体形成工程を備える。
【００７３】
（積層体形成工程）
積層体形成工程では、まず、図２４（ａ）に示すように、支持基材１０の材料となる第一シリコン基板６０の一方の面に、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて凹部６２（トレンチ）を形成する。凹部６２の深さは、例えば、７［μｍ］に設定する。
次に、凹部６２を形成した第一シリコン基板６０に対し、検出基材２０の材料となる第二シリコン基板６４を、接着等、各種の接合技術を用いて貼り合わせることで、図２４（ｂ）に示すように、積層体６６（Ｃａｖｉｔｙウェーハ）を形成する。
上記のように、積層体形成工程を行うことで、積層体６６の所定の位置には、上下左右をシリコン（第一シリコン基板６０、第二シリコン基板６４）によって囲まれた空隙部４０が形成される。
以上により、積層体形成工程では、支持基材１０の一方の面に凹部６２を形成し、さらに、支持基材１０へ凹部６２を覆うように検出基材２０を貼り合わせることで、支持基材１０と検出基材２０との間に空隙部４０が設けられた積層体６６を形成する。
【００７４】
（第一イオン注入工程）
第一イオン注入工程では、まず、図２５に示すように、第二シリコン基板６４の上側の面を酸化させて第一のシリコン酸化膜６８ａを形成し、フォトレジストのパターン（図示せず）を用いて、可撓性抵抗領域７０に対し、選択的に第一のイオンを注入する。
以上により、第一イオン注入工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち、検出基材２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域（可撓性抵抗領域７０）に、第一のイオンを注入する。
【００７５】
（第二イオン注入工程）
第二イオン注入工程では、第一イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一イオン注入工程で用いたものとは異なるフォトレジストのパターン（図示せず）を形成し、図２５中に示すように、低抵抗領域７２に第二のイオンを注入する。
以上により、第二イオン注入工程では、検出基材２０の第一のイオンを注入した領域（可撓性抵抗領域７０）よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する。
【００７６】
（熱処理工程）
熱処理工程では、第二イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一のイオン及び第二のイオンの活性化を目的として、積層体６６に熱処理（アニール処理）を施す。積層体６６に熱処理を施した後は、第一のシリコン酸化膜６８ａを除去する。
以上により、熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する。
【００７７】
（配線層形成工程、酸化膜形成工程）
配線層形成工程では、図２６（ａ）に示すように、第二シリコン基板６４の上側の面に対し、シリコン窒化膜７４と第二のシリコン酸化膜６８ｂとを順に積層する。そして、通常のリソグラフィー及び酸化膜エッチングにより、図２６（ｂ）に示すように、第二のシリコン酸化膜６８ｂ及びシリコン窒化膜７４へ、ホール７６を形成する。
次に、図２７（ａ）に示すように、第二のシリコン酸化膜６８ｂの上へ、Ｔｉ及びＴｉＮで形成した積層膜７８をスパッタリングによって形成し、熱処理を施す。積層膜７８は、Ａｌ等の金属膜がＳｉへ異常拡散することを防止する役割を持つ、いわゆるバリアメタルであり、熱処理を施すことによって、ホール７６の底部に存在するＳｉとＴｉの界面がシリサイド化して、低抵抗な接続を形成することが可能となる。
さらに、図２７（ｂ）に示すように、積層膜７８の上へ、スパッタリングによって、Ａｌ等の金属膜８０を積層する。
【００７８】
次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術を用いて金属膜８０をパターニングすることにより、図２８（ａ）に示すような配線層８２を形成する。さらに、図２８（ｂ）に示すように、絶縁層として第三のシリコン酸化膜６８ｃを積層する。
その後、図２９（ａ）に示すように、可撓性抵抗領域７０及び検出基材の中心を含む予め設定した領域（後にメンブレンとなる領域）であるメンブレン設定領域８４以外を覆うようなフォトレジストのパターン（図示せず）を形成する。さらに、エッチング技術によって、可撓性抵抗領域７０及びメンブレン設定領域８４に形成されている第三のシリコン酸化膜６８ｃ及び第二のシリコン酸化膜６８ｂを除去する。そして、メンブレン設定領域８４以外を覆うようなフォトレジストのパターン（図示せず）を形成して、図２９（ｂ）に示すように、メンブレン設定領域８４のシリコン窒化膜７４を除去する。
【００７９】
その後、酸化膜形成工程として、図３０（ａ）に示すように、第三のシリコン酸化膜６８ｃ及び可撓性抵抗領域７０及びメンブレン設定領域８４の上へ、第四のシリコン酸化膜６８ｄを積層する。
酸化膜形成工程では、受容体３０を形成する領域（受容体形成領域３１）及び凹凸パターン５２を形成する領域に、酸化膜を形成する。なお、受容体３０を形成する領域（受容体形成領域３１）及び凹凸パターン５２を形成する領域の一方のみに、酸化膜を形成してもよい。
次に、図３０（ｂ）に示すように、可撓性抵抗５０からの出力を得るためのＰＡＤ８６を、通常のフォトリソグラフィー及びエッチング技術によって形成する。
以上により、配線層形成工程では、可撓性抵抗５０と電気的に接続された配線層８２を形成する。
【００８０】
（凹凸パターン形成工程、除去工程）
凹凸パターン形成工程は、除去工程と同時に行う。
除去工程では、メンブレン設定領域８４の一部をエッチングにて切り取ることで、二対である四つの連結部２６ａ〜２６ｄをパターニングする。
凹凸パターン形成工程では、凹凸パターン５２を形成する。
以下、凹凸パターン形成工程の詳細を、図５及び図６を参照しつつ、図３１を用いて説明する。なお、図３１に示す断面図は、図２のＹ−Ｙ断面図に対応する断面図である。
【００８１】
まず、図３１（ａ）に示すように、メンブレン設定領域８４の周囲であって、低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０（後に連結部２６となる領域）以外の領域（以下、除去領域８５とする）が露出するようなフォトレジストのパターン（図示せず）を形成する。その後、除去領域８５の第四のシリコン酸化膜６８ｄを除去する。
次に、図３１（ｂ）に示すように、除去領域８５が露出するようなフォトレジスト８８のパターンを形成する。このとき、凹凸パターン５２を形成する領域である凹凸パターン領域８７には、形成する凹凸パターン（凸部または凹部）に応じたフォトレジスト８８のパターンを、同一のマスクによって同時に形成する。
【００８２】
続いて、ドライエッチングによって、図３１（ｃ）に示すように、除去領域８５の第二シリコン基板６４が貫通するまでエッチングを施す。このとき、シリコンに比べてシリコン酸化膜のドライエッチングの速度が遅いことから、凹凸パターン領域８７は、第二シリコン基板６４の途中までしかエッチングが進まない。
最後に、アッシング等によってフォトレジスト８８を除去することで、図３１（ｄ）に示す断面構造を形成し、凹凸パターン５２を形成する。
【００８３】
以上により、凹凸パターン形成工程及び除去工程では、除去領域８５の第二シリコン基板６４を除去することで、メンブレン２２、枠部材２４、連結部２６、可撓性抵抗５０を形成する。これに加え、凹凸パターン領域８７に、凸部または凹部からなる凹凸パターン５２を形成する。
すなわち、凹凸パターン形成工程では、検出基材２０の表面のうち、表面の中心を含む予め設定した領域（受容体形成領域３１）の周囲を取り囲む領域に、予め設定した領域よりも表面の粗度が高い凹凸パターン５２を形成する。
【００８４】
（受容体形成工程）
受容体形成工程では、凹凸パターン５２に囲まれた受容体形成領域３１に、ＰＥＩ溶液等の溶媒を塗布することで、吸着した物質に応じた変形を生じる受容体３０を形成する。（動作・作用）
図１から図３１を参照しつつ、図３２及び図３３を用いて、第一実施形態の動作と作用を説明する。
表面応力センサ１を、例えば、嗅覚センサとして用いる際には、匂い成分を含んだガスの雰囲気中に受容体３０を配置し、ガスが含む匂い成分を、受容体３０に吸着させる。
受容体３０にガスの分子が吸着して、受容体３０に歪みが発生すると、メンブレン２２に表面応力が印加され、メンブレン２２が撓む。
枠部材２４は井桁状に形成されてメンブレン２２を包囲しており、連結部２６は、メンブレン２２と枠部材２４を両端部で連結している。このため、連結部２６のうち、メンブレン２２に連結している端部は自由端となっており、枠部材２４に連結している端部は固定端となっている。
【００８５】
したがって、メンブレン２２が撓むと、連結部２６に、受容体３０に発生した歪みに応じた撓みが起きる。そして、連結部２６に起きた撓みに応じて、可撓性抵抗５０が有する抵抗値が変化し、抵抗値の変化に応じた電圧または電流の変化がＰＡＤ８６から出力され、コンピュータ等におけるデータ検出に用いられる。
従来の構成を備える表面応力センサ１００、すなわち図３２に示すように、凹凸パターンが形成されていない構成のメンブレン２２に受容体３０を形成する場合には、以下の問題が発生する。
【００８６】
すなわち、受容体３０を形成する溶媒ＳＯＬがメンブレン２２の表面に広がり、溶媒ＳＯＬの一部がメンブレン２２の端部から流出し、場合によっては、溶媒ＳＯＬの一部がメンブレン２２の裏面にまで回り込む可能性がある。
この場合、嗅覚センサとして用いる際に、裏面に付着した受容体３０にガスの分子が吸着すると、表面にガスの分子が吸着して印可された表面応力とは逆方向の表面応力を誘起するため、全体の表面応力は小さくなる。したがって、可撓性抵抗５０で発生する抵抗変化が小さくなり、出力される電圧または電流の変化が小さくなる。これは、センサとしての感度が落ちることを意味する。
【００８７】
したがって、従来の構成を備える表面応力センサ１００では、メンブレン２２の表面に広がった溶媒ＳＯＬの一部がメンブレン２２の裏面にまで回り込むと、メンブレン２２の表面と裏面のそれぞれに付着した溶媒ＳＯＬにより、受容体３０が形成される。そして、メンブレン２２の表面と裏面のそれぞれに形成された受容体３０が、ガス分子を吸着する。このため、表面応力センサ１００の感度が低下することが懸念される。
これに対し、第一実施形態の表面応力センサ１であれば、図３３に示すように、メンブレン２２のうち、受容体形成領域３１の周囲を取り囲む領域に、凹凸パターン５２がメンブレン２２に対して同心円状に形成されている。そして、凹凸パターン５２は、ロータス効果により撥液作用を有する。
【００８８】
このため、塗布された溶媒ＳＯＬがメンブレン２２の端部まで広がることが抑制されており、塗布された溶媒ＳＯＬがメンブレン２２の裏面まで回り込むことも抑制されている。したがって、受容体３０を形成する溶媒ＳＯＬを、メンブレン２２の表面へ効率的に塗布することが可能となり、表面応力センサ１の感度が劣化することはない。
なお、上述した第一実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第一実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００８９】
（第一実施形態の効果）
第一実施形態の表面応力センサ１であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（１）印加された表面応力によって撓むメンブレン２２と、メンブレン２２を包囲する枠部材２４と、メンブレン２２と枠部材２４とを連結する連結部２６と、連結部２６に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗５０を備える。さらに、枠部材２４に接続されてメンブレン２２及び連結部２６との間に空隙（空隙部４０）を設けて配置され、且つメンブレン２２及び連結部２６と重なる支持基材１０を備える。
これに加え、受容体形成領域３１の上に形成され、吸着した物質に応じた変形を生じる受容体３０と、メンブレン２２の表面のうち受容体形成領域３１よりも枠部材２４に近い領域に設けられ、受容体形成領域３１よりも表面の粗度が高い凹凸パターン５２を備える。
【００９０】
このため、メンブレン２２の表面のうち、受容体形成領域３１の外側に、凹凸パターン５２によって撥液性の領域が形成されるため、凹凸パターン５２の有するロータス効果によって、受容体３０を形成する溶媒が濡れ広がることを抑制することが可能となる。
これにより、溶媒がメンブレン２２の外側や裏面側に流れることを防止して、溶媒の層を、安定して形成することが可能となる。
その結果、受容体３０を形成するプロセスを簡略化することが可能となる。これに加え、メンブレン２２の表面にのみ物質が吸着するため、精度の高い安定したセンシングが可能となり、高いセンサ感度を維持することが可能な表面応力センサ１を提供することが可能となる。
【００９１】
（２）凹凸パターン５２が、複数の凸部または複数の凹部が連続したパターンで形成されている。
その結果、撥液性を示すロータス効果を発現させることが可能となる。
（３）凹凸パターン５２が、メンブレン２２の表面のうち、受容体３０よりも枠部材２４に近い領域の全周に亘って、隣り合う凸部同士または隣り合う凹部同士を、予め設定した距離に設定して設けられる。
その結果、撥液性を示すロータス効果を発現させることが可能となる。
【００９２】
（４）メンブレン２２の表面のうち、受容体形成領域３１及び凹凸パターン５２を設けた領域のうち少なくとも一方に形成された酸化膜を備える。
その結果、親水性の溶媒、または、疎水性の溶媒のそれぞれに対して、濡れ性の高いメンブレン２２を選択的に提供することが可能となり、凹凸パターン５２の有するロータス効果によって、溶媒の流出を防止する機能を奏することが可能となる。
また、第一実施形態の表面応力センサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
【００９３】
（５）積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、凹凸パターン形成工程と、受容体形成工程と、除去工程と、配線層形成工程と、を備える。積層体形成工程では、支持基材１０の一方の面に凹部６２を形成し、さらに、支持基材１０へ凹部６２を覆うように検出基材２０を貼り合わせることで、支持基材１０と検出基材２０との間に空隙部４０が設けられた積層体６６を形成する。第一イオン注入工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち検出基材２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する。第二イオン注入工程では、検出基材２０の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する。熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する。凹凸パターン形成工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面である表面のうち、表面の中心を含む予め設定した領域（受容体形成領域３１）の周囲を取り囲む領域に、受容体形成領域３１よりも表面の粗度が高い凹凸パターン５２を形成する。受容体形成工程では、凹凸パターンに囲まれた領域（受容体形成領域３１）に、吸着した物質に応じた変形を生じる受容体３０を形成する。除去工程では、検出基材２０のうち凹凸パターン５２を形成した領域の周囲であって低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０以外の領域を除去することで、メンブレン２２、枠部材２４、連結部２６及び可撓性抵抗５０を形成する。配線層形成工程では、可撓性抵抗５０と電気的に接続された配線層８２を形成する。
【００９４】
このため、メンブレン２２の表面のうち、受容体形成領域３１の外側に、凹凸パターン５２によって撥液性の領域が形成されるため、凹凸パターン５２の有するロータス効果によって、受容体３０を形成する溶媒が濡れ広がることを抑制することが可能となる。
これにより、溶媒がメンブレン２２の外側や裏面側に流れることを防止して、溶媒の層を、安定して形成することが可能となる。
その結果、受容体３０を形成するプロセスを簡略化することが可能となる。これに加え、メンブレン２２の表面にのみ物質が吸着するため、精度の高い安定したセンシングが可能となり、高いセンサ感度を維持することが可能な、表面応力センサの製造方法を提供することが可能となる。
【００９５】
（６）凹凸パターン形成工程の前工程であり、且つ検出基材２０の表面に酸化膜（第四のシリコン酸化膜６８ｄ）を形成する酸化膜形成工程を備える。
その結果、親水性の溶媒に対して濡れ性が高く、さらに、凹凸パターン５２の有するロータス効果によって、溶媒の流出を防止する機能を奏することが可能な表面応力センサ１を製造することが可能となる。
（７）酸化膜形成工程では、受容体３０を形成する領域（受容体形成領域３１）及び凹凸パターン５２を形成する領域のうち少なくとも一方に、酸化膜（第四のシリコン酸化膜６８ｄ）を形成する。
その結果、親水性の溶媒、または、疎水性の溶媒のそれぞれに対して、濡れ性の高いメンブレン２２を選択的に提供することが可能となり、凹凸パターン５２の有するロータス効果によって、溶媒の流出を防止する機能を奏することが可能となる。
（８）凹凸パターン形成工程と除去工程を、エッチング等によって同時に行う。
その結果、表面応力センサ１の製造工程を簡略化することが可能となる。
【００９６】
（第一実施形態の変形例）
（１）第一実施形態では、支持基材１０の材料となる第一シリコン基板６０の一方の面に凹部６２を形成することで、メンブレン２２と支持基材１０との間に空隙部４０を形成したが、これに限定するものではない。すなわち、検出基材２０の材料となる第二シリコン基板６４の支持基材１０と対向する面に凹部を形成することで、メンブレン２２と支持基材１０との間に空隙部４０を形成してもよい。
（２）第一実施形態では、二対である四つの連結部２６ａ〜２６ｄに、それぞれ、可撓性抵抗５０ａ〜５０ｄが備えられている構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、一対である二つの連結部２６に、それぞれ、可撓性抵抗５０が備えられている構成としてもよい。
【００９７】
（３）第一実施形態では、四つの連結部２６ａ〜２６ｄの全てに可撓性抵抗５０が備えられている構成としたが、これに限定するものではなく、少なくとも一つの連結部２６に可撓性抵抗５０が備えられている構成としてもよい。
（４）第一実施形態では、接続部４の面積を、メンブレン２２の厚さ方向から見て、メンブレン２２の面積よりも小さい値としたが、これに限定するものではなく、接続部４の面積を、メンブレン２２の面積以上としてもよい。
（５）第一実施形態では、接続部４の形状を円形としたが、これに限定するものではなく、接続部４の形状を、例えば、方形としてもよい。また、接続部４を、複数形成してもよい。
【００９８】
（６）第一実施形態では、検出基材２０を形成する材料と、支持基材１０を形成する材料とを、同一の材料としたが、これに限定するものではなく、検出基材２０を形成する材料と、支持基材１０を形成する材料とを、異なる材料としてもよい。
この場合、検出基材２０の線膨張係数と支持基材１０の線膨張係数との差を、１．２×１０−５／℃以下することで、パッケージ基板２の変形に応じた、検出基材２０の変形量と支持基材１０の変形量との差を減少させることが可能となる。これにより、メンブレン２２の撓みを抑制することが可能となる。
【００９９】
（７）第一実施形態では、支持基材１０の線膨張係数が、５．０×１０−６／℃以下としたが、これに限定するものではなく、支持基材１０の線膨張係数を、１．０×１０−５／℃以下としてもよい。
この場合であっても、支持基材１０の剛性を向上させることが可能となり、温度変化等に起因するパッケージ基板２の変形に対する、検出基材２０の変形量を減少させることが可能となる。
【０１００】
（８）第一実施形態では、凹凸パターン５２を、複数の凸部または複数の凹部が連続したパターンで形成したが、これに限定するものではない。
すなわち、例えば、図３４中に表すように、受容体形成領域３１の周囲を取り囲む領域にローレット加工等を施すことにより、ロータス効果を有する粗さとすることで、受容体形成領域３１よりも表面の粗度を高くした凹凸パターン５２を形成してもよい。
なお、図３４中に表す構成であれば、図１９中に表す構成と同様、メンブレン２２に親水性の溶媒を塗布すると、受容体形成領域３１は濡れ性が高いために、メンブレン２２との密着性の高い受容体３０を形成することが可能となる。一方、凹凸パターン５２は、シリコンによる撥液性にロータス効果が加わるため、強い撥液機能を持つこととなり、溶媒の流出を防ぐ作用を向上させることが可能となる。
【０１０１】
（９）第一実施形態では、凹凸パターン５２が、メンブレン２２の表面のうち、受容体３０よりも枠部材２４に近い領域の全周に亘って、隣り合う凸部同士または隣り合う凹部同士を、予め設定した距離に設定して設けたが、これに限定するものではない。
すなわち、例えば、隣り合う凸部同士または隣り合う凹部同士の距離を、０［μｍ］に設定することで、凹凸パターン５２を、メンブレン２２の表面のうち、受容体３０よりも枠部材２４に近い領域の全周に亘って連続する、複数本の円環状に形成してもよい。
（１０）第一実施形態では、凹凸パターン５２により、受容体３０を形成する溶媒ＳＯＬがメンブレン２２の裏面に回り込むことを抑制したが、これに限定するものではない。
すなわち、例えば、図３５（ａ）及び図３５（ｂ）に示すように、メンブレン２２の表面に厚い酸化膜ＳＯを設け、酸化膜ＳＯのうちメンブレン２２中央部に形成された部分を除去して、溶媒ＳＯＬの広がりを防止する土手５００を形成してもよい。図３５（ｂ）は、図３５（ａ）のＩＸ−ＩＸ断面図である。このとき、土手５００となる酸化膜ＳＯの厚さは、受容体３０形成時のＰＥＩ溶液等の滴下量に応じて変更可能である。このような表面応力センサ１では、土手５００を、図３５（ｂ）に示すように、内側断面が逆テーパ形状となるように形成することが好ましい。これにより、受容体３０形成時にＰＥＩ溶液等がメンブレン２２の外周に向けて流れることを抑制することが可能となる。
【０１０２】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１から図６を参照しつつ、図３６を用いて、第二実施形態の構成を説明する。
第二実施形態の構成は、図３６に示すように、枠部材２４が、接続層９０を介して、支持基材１０のパッケージ基板２と対向する面と反対側の面（図２２中では、上側の面）に接続されている点を除き、上述した第一実施形態と同様である。
接続層９０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等を用いて形成されている。
その他の構成は、上述した第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１０３】
（表面応力センサの製造方法）
図１から図３３を参照しつつ、図３７から図４０を用いて、表面応力センサ１の製造方法を説明する。なお、図３７から図４０の断面図は、図５のＸ−Ｘ線断面図に対応する。
表面応力センサ１の製造方法は、積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、凹凸パターン形成工程と、受容体形成工程と、除去工程と、配線層形成工程を備える。
【０１０４】
（積層体形成工程）
積層体形成工程では、まず、図３７に示すように、支持基材１０の材料となる第一シリコン基板６０へ、シリコン酸化膜を用いて形成した犠牲層９２を積層する。さらに、犠牲層９２へ、検出基材２０の材料となる第二シリコン基板６４を積層する。なお、犠牲層９２としては、シリコン酸化膜の他に、シリコン窒化膜やアルミニウム、チタン、銅、タングステン等の金属膜を用いてもよい。
以上により、積層体形成工程では、支持基材１０に犠牲層９２を積層し、さらに、犠牲層９２に検出基材２０を積層して積層体６６を形成する。
【０１０５】
（第一イオン注入工程）
第一イオン注入工程では、まず、図３７に示すように、第二シリコン基板６４を酸化することで、第二シリコン基板６４の上側の面を酸化させて第一のシリコン酸化膜６８ａを形成する。
次に、第一のシリコン酸化膜６８ａを形成した第二シリコン基板６４に対して、フォトレジストのパターン（図示せず）を形成し、可撓性抵抗領域７０に対して、選択的に第一のイオンを注入する。
以上により、第一イオン注入工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち、検出基材２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域（可撓性抵抗領域７０）に、第一のイオンを注入する。
【０１０６】
（第二イオン注入工程）
第二イオン注入工程では、第一イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一イオン注入工程で用いたものとは異なるフォトレジストのパターン（図示せず）を形成し、低抵抗領域７２に第二のイオンを注入する。
以上により、第二イオン注入工程では、検出基材２０の第一のイオンを注入した領域（可撓性抵抗領域７０）よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する。
【０１０７】
（熱処理工程）
熱処理工程では、第二イオン注入工程で用いたフォトレジストを除去し、さらに、第一のイオン及び第二のイオンの活性化を目的として、積層体６６に熱処理（アニール処理）を施す。積層体６６に熱処理を施した後は、第一のシリコン酸化膜６８ａを除去する。
以上により、熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する。
【０１０８】
（ホール形成工程）
ホール形成工程では、一般的なフォトリソグラフィーの技術により、第二シリコン基板６４の上側の面に、ホールのパターン（図示せず）を形成する。
次に、ホールのパターンをマスクとしてドライエッチングを施し、図３８に示すように、第二シリコン基板６４へホール７６を形成する。ホール７６の直径は、例えば、０．２８［μｍ］に設定して、犠牲層９２に到達する深さに設定する。
以上により、ホール形成工程では、検出基材２０の可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域と隣接する領域に、犠牲層９２まで貫通するホール７６を形成する。
【０１０９】
（空隙部形成工程）
空隙部形成工程では、ＨＦＶａｐｏｒを、ホール７６を通して第一シリコン基板６０の側に浸透させることで、犠牲層９２のみを選択的にエッチングし、図３９に示すように、第一シリコン基板６０と第二シリコン基板６４との間に、空隙部４０を形成する。
ここで、ＨＦのＷｅｔエッチングを使わない理由は、空隙部４０を形成した後の乾燥時に、純水等の表面張力で空隙部４０が潰れる不具合（スティクションとも呼称される）の発生を回避するためである。
以上により、空隙部形成工程では、ホール７６を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域７０と支持基材１０との間に配置された犠牲層９２を除去して、支持基材１０と検出基材２０との間に空隙部４０を設ける。
【０１１０】
（ホール封止工程）
ホール封止工程では、図４０に示すように、酸化膜９４によってホール７６を封止する。
ホール７６を封止する方法としては、例えば、熱酸化処理とＣＶＤ等を組み合わせることが有効であるが、ホール７６の直径が小さい場合には、ＣＶＤのみを用いることも可能である。
以上により、ホール封止工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面に、酸化膜９４を形成してホール７６を封止する。
【０１１１】
（配線層形成工程）
配線層形成工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、配線層形成工程では、可撓性抵抗５０と電気的に接続された配線層８２を形成する。
【０１１２】
（凹凸パターン形成工程、除去工程）
凹凸パターン形成工程及び除去工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
したがって、凹凸パターン形成工程では、検出基材２０の中心を含む予め設定した領域の周囲であって低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０以外の領域を除去する。これにより、メンブレン２２、枠部材２４、連結部２６、可撓性抵抗５０を形成するとともに、凹凸パターン５２を形成する。
すなわち、凹凸パターン形成工程では、検出基材２０の表面のうち、表面の中心を含む予め設定した領域（受容体形成領域３１）の周囲を取り囲む領域に、予め設定した領域よりも表面の粗度が高い凹凸パターン５２を形成する。
【０１１３】
（受容体形成工程）
受容体形成工程では、凹凸パターン５２に囲まれた受容体形成領域３１に、ＰＥＩ溶液等の溶媒を塗布することで、吸着した物質に応じた変形を生じる受容体３０を形成する。（動作・作用）
第二実施形態の動作と作用は、上述した第一実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
なお、上述した第二実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第二実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【０１１４】
（第二実施形態の効果）
第二実施形態の表面応力センサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（１）積層体形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、熱処理工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、凹凸パターン形成工程と、受容体形成工程と、除去工程と、配線層形成工程を備える。積層体形成工程では、支持基材１０に犠牲層９２を積層し、さらに、犠牲層９２に検出基材２０を積層して積層体６６を形成する。第一イオン注入工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面のうち検出基材２０の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する。第二イオン注入工程では、検出基材２０の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する。熱処理工程では、第一のイオン及び第二のイオンを注入した積層体６６を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に可撓性抵抗領域７０を形成するとともに、第二のイオンを注入した領域に低抵抗領域７２を形成する。ホール形成工程では、検出基材２０の可撓性抵抗領域７０及び低抵抗領域７２を形成した領域と隣接する領域に、犠牲層９２まで貫通するホール７６を形成する。空隙部形成工程では、ホール７６を介したエッチングにより、可撓性抵抗領域７０と支持基材１０との間に配置された犠牲層９２を除去して、支持基材１０と検出基材２０との間に空隙部４０を設ける。ホール封止工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面に酸化膜９４を形成して、ホール７６を封止する。凹凸パターン形成工程では、検出基材２０の支持基材１０と対向する面と反対側の面である表面のうち、表面の中心を含む予め設定した領域（受容体形成領域３１）の周囲を取り囲む領域に、受容体形成領域３１よりも表面の粗度が高い凹凸パターン５２を形成する。受容体形成工程では、凹凸パターンに囲まれた領域（受容体形成領域３１）に、吸着した物質に応じた変形を生じる受容体３０を形成する。除去工程では、検出基材２０のうち凹凸パターン５２を形成した領域の周囲であり、低抵抗領域７２及び可撓性抵抗領域７０以外の領域を除去することで、メンブレン２２、枠部材２４、連結部２６及び可撓性抵抗５０を形成する。配線層形成工程では、可撓性抵抗５０と電気的に接続された配線層８２を形成する。
【０１１５】
このため、メンブレン２２の表面のうち、受容体形成領域３１の外側に、凹凸パターン５２によって撥液性の領域が形成されるため、凹凸パターン５２の有するロータス効果によって、受容体３０を形成する溶媒が濡れ広がることを抑制することが可能となる。
これにより、溶媒がメンブレン２２の外側や裏面側に流れることを防止して、溶媒の層を、安定して形成することが可能となる。
その結果、受容体３０を形成するプロセスを簡略化することが可能となる。これに加え、メンブレン２２の表面にのみ物質が吸着するため、精度の高い安定したセンシングが可能となり、高いセンサ感度を維持することが可能な、表面応力センサの製造方法を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【０１１６】
１…表面応力センサ、２…パッケージ基板、４…接続部、１０…支持基材、２０…検出基材、２２…メンブレン、２４…枠部材、２６…連結部、３０…受容体、３１…受容体形成領域、４０…空隙部、５０…可撓性抵抗、５２…凹凸パターン、６０…第一シリコン基板、６２…凹部、６４…第二シリコン基板、６６…積層体、６８…シリコン酸化膜、７０…可撓性抵抗領域、７２…低抵抗領域、７４…シリコン窒化膜、７６…ホール、７８…積層膜、８０…金属膜、８２…配線層、８４…メンブレン設定領域、８５…除去領域、８６…ＰＡＤ、８７…凹凸パターン領域、８８…フォトレジスト、９０…接続層、９２…犠牲層、９４…酸化膜、１００…従来の構成を備える表面応力センサ、４５２ａ…凸部、４５２ｂ…空隙、５００…土手、５５２ａ…凸部、５５２ｂ…空隙、５５２ｃ…ホール、６５２ａ…凸部、６５２ｂ…凸部、６５２ｃ…空隙、７５３…第一パターン形成部、７５３ａ…凸部、７５３ｂ…空隙、７５４…第二パターン形成部、８５３…凹凸パターン領域、８５３ａ…凸部、８５３ｂ…空隙、８５４…凹部領域、ＶＬ１…メンブレンの中心を通過する仮想的な直線、ＶＬ２…直線ＶＬ１と直交する直線、ＳＯ…シリコン酸化膜、ＳＯＬ…溶媒
【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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