(57)【要約】【課題】検出精度を向上する。【解決手段】流体中のターゲット成分を検出するセンサ素子１０は、基板１１と、基板１１の上面に配され、流体に反応して変形する第１感応膜１２ａと、基板１１の下面に配され、流体に反応して変形する第２感応膜１２ｂと、を備え、第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂは、第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂにおけるターゲット成分に対する変形量の差が、第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂにおける少なくとも１つのノイズ成分に対する変形量の差よりも大きくなるように構成される。【選択図】図３
2019027898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中のターゲット成分を検出するセンサ素子であって、
基板と、
前記基板の上面に配され、前記流体に反応して変形する第１感応膜と、
前記基板の下面に配され、前記流体に反応して変形する第２感応膜と、を備え、
前記第１感応膜および前記第２感応膜は、前記第１感応膜および前記第２感応膜における前記ターゲット成分に対する変形量の差が、前記第１感応膜および前記第２感応膜における少なくとも１つのノイズ成分に対する変形量の差よりも大きくなるように構成される、
センサ素子。
【請求項２】
前記基板に配されたピエゾ抵抗素子をさらに備える、請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記第１感応膜は、基板上に配された第１層と、前記第１層上に配された第２層と、を有し、
前記第２感応膜は、前記第１層と同じ材料で構成され、
前記第２層は、前記ノイズ成分に対する反応性が前記第１層とは異なる材料で構成される、
請求項１または請求項２に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記第２層は多孔質である、請求項３に記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記第１感応膜は、前記第２感応膜よりも厚い、請求項３または請求項４に記載のセンサ素子。
【請求項６】
上面視において、前記第１感応膜の外縁は、前記第２感応膜の外縁よりも外側に位置する、請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項７】
前記基板の下面に配置された反射膜と、
前記反射膜に光を照射する発光部と、
前記光に対する前記反射膜における反射光を受光する受光部と、
をさらに備える、請求項１に記載のセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体中の特定の物質を検出するセンサが知られている。例えば、特許文献１には、ダイアフラム部と、ダイアフラム部の表面に複数の感応膜とを備えたガスセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１５３１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなセンサでは、検出精度を向上させることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一実施形態に係るセンサ素子は、流体中のターゲット成分を検出する。前記センサ素子は、基板と、前記基板の上面に配され、前記流体に反応して変形する第１感応膜と、前記基板の下面に配され、前記流体に反応して変形する第２感応膜と、を備える。前記第１感応膜および前記第２感応膜は、前記第１感応膜および前記第２感応膜における前記ターゲット成分に対する変形量の差が、前記第１感応膜および前記第２感応膜における少なくとも１つのノイズ成分に対する変形量の差よりも大きくなるように構成される。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の一実施形態に係るセンサ素子は、検出精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】センサ素子の一例を示す概略斜視図である。
【図２】感応膜のゆらぎの様子を模式的に示すセンサ素子の断面図である。
【図３】一実施形態に係るセンサ素子の概略断面図である。
【図４】他の一実施形態に係るセンサ素子の概略断面図である。
【図５】他の一実施形態に係るセンサ素子の概略断面図である。
【図６】他の一実施形態に係るセンサ素子の概略断面図である。
【図７】一実施形態に係る応力センサの製造に用いるＳＯＩ基板の概略構造を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。
【図９】一実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】一実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。
【図１１】一実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。
【図１２】一実施形態に係る応力センサの製造工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、いくつかの実施形態について、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、センサ素子１００の一例を示す概略斜視図である。センサ素子１００は、基板１０１と、感応膜１０２と、検出部１０３とを備える。
【００１０】
基板１０１は、変形可能な部材であればよい。基板１０１は、例えばダイアフラムとして機能する薄い基板であればよい。具体的には、基板１０１は、例えばｎ型のＳｉ基板等であればよい。
【００１１】
感応膜１０２は、特定の物質に反応することができる。感応膜１０２は、基板１０１上に配置される。ここでは、基板１０１上に１枚の感応膜１０２が配置されるとして説明する。図１に示す例では、感応膜１０２は、基板１０１の上面側に配置される。感応膜１０２は、例えば膜状の部材であればよい。感応膜１０２は、特定の物質を吸着することによって変形する材料で構成されればよい。感応膜１０２は、例えば、ポリスチレン、クロロプレンゴム、ポリメチルメタクリレートまたはニトロセルロース等の材料で形成されればよい。
【００１２】
検出部１０３は、感応膜１０２が特定の物質に反応したことを検出することができる。検出部１０３は、例えばピエゾ抵抗素子であり、基板１０１に配されていればよい。検出部１０３は、例えばセンサ素子１００の上面視において、感応膜１０２の外縁部に配されていればよい。センサ素子１００は、例えば検出部１０３を４つ備えていてよい。４つの検出部１０３は、例えばホイートストーンブリッジ回路を構成していればよい。検出部１０３は、基板１０１に、例えばボロン（Ｂ）を拡散させて形成すればよい。
【００１３】
センサ素子１００は、上記の構成を有することによって、特定の物質を検出することができる。例えばセンサ素子１００に検査対象である被検流体を吹きかけるとする。被検流体中に、特定の物質が含まれる場合、感応膜１０２が特定の物質に反応して変形し、感応膜１０２の変形に応じて基板１０１が変形する。基板１０１の変形によって検出部１０３に応力が印加され、検出部１０３の電気抵抗値が変化する。その結果、検出部１０３の出力が変動し、センサ素子１００は特定の物質を検出することができる。このようにして、センサ素子１００は、被検流体中に特定の物質が含まれることを検出できる。本明細書において、センサ素子により検出しようとする特定の物質を、以下、「ターゲット成分」とも称する。すなわち、感応膜１０２が反応性を有する特定の物質は、ターゲット成分であってよい。
【００１４】
上記構成を有するセンサ素子１００において、感応膜１０２は、ターゲット成分に対して反応性を有するが、ターゲット成分以外の他の成分に対しても反応性を有し得る。すなわち、感応膜１０２は、ターゲット成分以外の他の成分に反応して変形し得る。本明細書において、ターゲット成分以外の他の成分を、以下、「ノイズ成分」とも称する。被検流体中に、ノイズ成分が含まれる場合、感応膜１０２は、ターゲット成分およびノイズ成分に反応して変形する。被検流体中に含まれるノイズ成分の割合が、ターゲット成分と比較して多い場合、感応膜１０２の変形は、主としてノイズ成分に起因するものとなり得る。特に、被検流体中に含まれるターゲット成分が微量である場合、ノイズ成分による影響が大きくなる。この場合、ターゲット成分を正確に検出することが難しくなる。
【００１５】
また、被検流体中に含まれるノイズ成分の割合は、大きく変動し得る。被検流体中のノイズ成分の割合が変動すると、ノイズ成分の割合の変動に応じて、感応膜１０２の変形の度合いも変動し得る。図２は、感応膜１０２の変形の度合いが変動するゆらぎの様子を模式的に示す断面図である。図２に示すように感応膜１０２にゆらぎが生じると、被検流体中のターゲット成分を正確に検出することが難しくなる。
【００１６】
上述の課題に鑑み、以下、ノイズ成分による影響を低減し、ターゲット成分の検出精度を向上可能な、一実施形態に係るセンサ素子について説明する。
【００１７】
図３は、一実施形態に係るセンサ素子１０の概略断面図である。センサ素子１０は、基板１１と、第１感応膜１２ａと、第２感応膜１２ｂとを備える。図３には図示されていないが、センサ素子１０は、検出部１０３に相当する検出部を備えていてもよい。
【００１８】
基板１１は、上述した基板１０１と同様の構成を有していてよいため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、基板１１は、矩形または円形を含む、任意の形状であってよい。また、基板１１は、一部に開口を有していてもよい。
【００１９】
第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂは、それぞれ特定の物質に反応して変形することができる。第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂは、それぞれ異なる特定の物質に反応してよい。第１感応膜１２ａは、基板１１の上面に配される。第２感応膜１２ｂは、基板１１の下面に配される。すなわち、第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂは、それぞれ基板１１において異なる面に配される。第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂは、例えばそれぞれ膜状の部材であればよい。第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂは、それぞれ異なる材料により構成されていてよい。第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂは、それぞれ、無機材料、有機材料、無機有機ハイブリッド材料、金属有機構造体、または生体材料等を用いて構成することができる。
【００２０】
第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂは、ターゲット成分に対する変形量の差が、少なくとも１つのノイズ成分に対する変形量の差よりも大きくなるように構成されてよい。例えば、第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂは、ターゲット成分に対する変形量の差が、少なくとも１つのノイズ成分に対する変形量の差よりも大きくなるように、それぞれの材料および厚さが決定されてよい。すなわち、基板１１に配された第１感応膜１２ａと第２感応膜１２ｂとの、ノイズ成分に対する反応による変形の程度は、できる限り小さくなるように構成されていてよい。ターゲット成分に対する変形量は、第２感応膜１２ｂよりも第１感応膜１２ａの方が大きくてよい。
【００２１】
このように構成されたセンサ素子１０に被検流体が吹きかけられると、被検流体に含まれるノイズ成分に対しては、第１感応膜１２ａと第２感応膜１２ｂとの変形量が小さいため、基板１１の上下でそれぞれ変形しようとする力がほぼ均衡する。例えば、ノイズ成分に対する第１感応膜１２ａと第２感応膜１２ｂとの変形量が等しいとすると、被検流体にノイズ成分が含まれる場合、基板１１の上下において、第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂの変形しようとする力が等しくなり、基板１１は変形しない。一方、被検流体に含まれるターゲット成分に対しては、第１感応膜１２ａと第２感応膜１２ｂとの変形量の差が、ノイズ成分に対する第１感応膜１２ａと第２感応膜１２ｂとの変形量の差よりも大きい。そのため、被検流体にターゲット成分が含まれる場合、第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂのいずれか一方（ここでは例えば第１感応膜１２ａ）が変形しようとする力が他方より強くなる。そのため、当該一方が変形しようとする力が基板１１にかかり、基板が変形する。このようにして、センサ素子１０によればノイズ成分による影響を低減することができるため、ターゲット成分の検出精度を向上させることができる。
【００２２】
第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂの材料は、ターゲット成分およびノイズ成分に応じて、適宜定められてよい。例えば、ターゲット成分がヘキサンであり、ノイズ成分が水である場合、第１感応膜１２ａとして、ポリ塩化ビニルとリン酸トリクレシルとを混合した材料の膜を用い、第２感応膜１２ｂとして、ポリ塩化ビニルとフタル酸ジオクチルとを混合した材料の膜を用いることができる。
【００２３】
ここで、第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂの厚さの決定方法について説明する。
【００２４】
センサ素子１０の周囲に、ターゲット成分とノイズ成分とを含む被検流体が存在するとする。被検流体中に含まれるターゲット成分の濃度を［ｓ］とし、ノイズ成分の濃度を［ｎ］とする。また、第１感応膜１２ａの厚さに対する第２感応膜１２ｂの厚さの比をｋとする。
【００２５】
仮に、センサ素子１０の下面に第２感応膜１２ｂが配置されていないとすると、センサ素子１０の上面の第１感応膜１２ａの上側への変形量は、次の式（１）のように表される。
α１［ｓ］＋β１［ｎ］・・・（１）
【００２６】
ここで、α１は、第１感応膜１２ａのターゲット成分についての濃度から変形量への変換係数である。また、β１は、第１感応膜１２ａのノイズ成分についての濃度から変形量への変換係数である。α１は、例えばターゲット成分単独での濃度における、第１感応膜１２ａの変形量を測定することにより、実験で求めることができる。β１についても同様の方法を用いて実験で求めることができる。
【００２７】
一方、センサ素子１０の上面に第１感応膜１２ａが配置されていないとすると、センサ素子１０の下面の第２感応膜１２ｂの下側への変形量は、次の式（２）のように表される。
α２［ｓ］＋β２［ｎ］・・・（２）
【００２８】
ここで、α２は、第２感応膜１２ｂのターゲット成分についての濃度から変形量への変換係数である。また、β２は、第２感応膜１２ｂのノイズ成分についての濃度から変形量への変換係数である。α２およびβ２は、α１およびβ１で説明したものと同様の方法を用いて実験で求めることができる。
【００２９】
ここで、感応膜の変形量は感応膜の厚さに比例するため、第１感応膜１２ａの厚さに対する第２感応膜１２ｂの厚さの比ｋを考慮すると、センサ素子１０の下面の第２感応膜１２ｂの下側への変形量は、次の式（３）のように表される。
ｋ（α２［ｓ］＋β２［ｎ］）・・・（３）
【００３０】
センサ素子１０の上面および下面にそれぞれ第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂし、センサ素子１０の上下でノイズ成分に対する変形量を等しくする場合、ノイズ成分に対する第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂに起因する変形量が等しくなる。すなわち、β１［ｎ］＝ｋβ２［ｎ］が成立する。従って、第２感応膜１２ｂの厚さは、第１感応膜１２ａの厚さに対して、（β１／β２）倍となるように決定すればよい。
【００３１】
この場合、第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂが配された基板１１の変形量は、上式（１）と上式（３）との差を計算することにより、次の式（４）のように表される。
α１［ｓ］＋β１［ｎ］−ｋ（α２［ｓ］＋β２［ｎ］）
＝α１［ｓ］−ｋα２［ｓ］
＝（α１−ｋα２）［ｓ］・・・（４）
【００３２】
上式（４）に示されるように、基板１１の変形量は、ノイズ成分の濃度［ｎ］に関する項を含まず、ターゲット成分の濃度［ｓ］に関する項によって表される。すなわち、第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂによるノイズ成分に起因する変形量を等しくすることにより、基板１１には、ノイズ成分に起因する変形が発生しなくなる。つまり、基板１１の変形は、ターゲット成分に起因するものとなる。センサ素子１０が検出部を備える場合には、基板１１の変形を当該検出部で検出することができる。このように、センサ素子１０は、ノイズ成分によるゆらぎの影響を受けにくくなり、ターゲット成分を、より高い精度で検出しやすくなる。そのため、センサ素子１０によれば、ターゲット成分の検出精度を向上できる。
【００３３】
図４は、他の一実施形態に係るセンサ素子２０の概略断面図である。センサ素子２０は、基板２１と、第１感応膜２２ａと、第２感応膜２２ｂとを備える。図４には図示されていないが、センサ素子２０は、検出部１０３に相当する検出部を備えていてもよい。
【００３４】
基板２１は、上述した基板１０１と同様の構成を有していてよいため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、基板２１は、矩形または円形を含む、任意の形状であってよい。また、基板２１は、一部に開口を有していてもよい。
【００３５】
第１感応膜２２ａおよび第２感応膜２２ｂは、それぞれ特定の物質に反応して変形することができる。第１感応膜２２ａは、基板２１の上面に配される。第２感応膜２２ｂは、基板２１の下面に配される。すなわち、第１感応膜２２ａおよび第２感応膜２２ｂは、それぞれ基板２１において異なる面に配される。第１感応膜２２ａおよび第２感応膜２２ｂは、例えばそれぞれ膜状の部材であればよい。
【００３６】
第１感応膜２２ａは、第１層２３ａと、第２層２３ｂとを有する。第１層２３ａと第２層２３ｂとは、それぞれ異なる材料および厚さで構成されていてよい。第１層２３ａは、基板１１の上面に配される。第２層２３ｂは、第１層２３ａの上面に配される。
【００３７】
センサ素子２０において、第１感応膜２２ａの第１層２３ａと、第２感応膜２２ｂとは、同じ材料で構成されていてよい。第１感応膜２２ａの第１層２３ａと、第２感応膜２２ｂとは、同じ厚みで構成されていてよい。第１感応膜２２ａの第１層２３ａと、第２感応膜２２ｂとは、同じ形状で構成されていてよい。すなわち、第１感応膜２２ａの第１層２３ａと、第２感応膜２２ｂとは、基板２１を挟んで、基板２１について対称となる位置および形状となるように配されてよい。第１感応膜２２ａの第１層２３ａと第２感応膜２２ｂとを、基板２１について対称となる位置および形状となるように配することにより、第１感応膜２２ａの第１層２３ａと第２感応膜２２ｂとがノイズ成分を検出したときに、基板２１の上下でそれぞれ変形しようとする力が均衡する。そのため、センサ素子２０は、ノイズ成分によるゆらぎの影響を受けにくくなる。
【００３８】
第１感応膜２２ａの第２層２３ｂは、ノイズ成分に対する反応性が第１層２３ａとは異なる材料で構成されていてよい。第２層２３ｂは、例えばノイズ成分に対する反応性が第１層２３ａよりも小さい材料で構成されていてよい。さらに、第２層２３ｂは、ターゲット成分に対する反応性が第１層２３ａよりも高い材料で構成されていてよい。これにより、第２層２３ｂがターゲット成分を検出したとき、第２層２３ｂが変形することにより、基板２１が変形する。そのため、センサ素子２０が検出部を備える場合には、第２層２３ｂの変形に起因する基板２１の変形を、当該検出部で検出することができる。
【００３９】
このように、センサ素子２０によれば、ノイズ成分によるゆらぎの影響を低減させつつ、ターゲット成分を検出できるため、ターゲット成分の検出精度を向上できる。
【００４０】
第１感応膜２２ａの第１層２３ａおよび第２層２３ｂ、並びに第２感応膜２２ｂの材料は、ターゲット成分およびノイズ成分に応じて、適宜定められてよい。例えば、ターゲット成分がヘキサンであり、ノイズ成分が水である場合、第１層２３ａおよび第２感応膜２２ｂとして、ポリ塩化ビニルとリン酸トリクレシルとを混合した材料の膜を用い、第２層２３ｂとして、ポリテトラフルオロエチレンの膜を用いることができる。
【００４１】
上述のように、センサ素子２０において、第１感応膜２２ａの第１層２３ａと、第２感応膜２２ｂとは、基板２１について対称に構成され、第１感応膜２２ａは、さらに第２層２３ｂを有する。従って、センサ素子２０において、第１感応膜２２ａは、第２感応膜２２ｂよりも厚くなっていてよい。
【００４２】
センサ素子２０において、第１感応膜２２ａの第２層２３ｂは多孔質であってもよい。第１感応膜２２ａの第１層２３ａは、第２層２３ｂに覆われているため、第１層２３ａにおいて、第２層２３ｂに覆われている領域は、被検流体と接触しにくく、被検流体に含まれるノイズ成分を検出しにくくなる。これに対し、第２層２３ｂを多孔質にすることによって、第１層２３ａは第２層２３ｂに覆われていても、当該覆われている領域における第１層２３ａと被検流体との接触を確保することができる。そのため、第１層２３Ａは、被検流体中のノイズ成分を検出しやすくなる。
【００４３】
センサ素子２０の上面視において、第１感応膜２２ａの外縁は、第２感応膜２２ｂの外縁よりも外側に位置してもよい。すなわち、上面視における第１感応膜２２ａの面積は、第２感応膜２２ｂの面積よりも大きくてもよい。上述のように、第１感応膜２２ａの第１層２３ａは、第２層２３ｂに覆われているため、第１層２３ａにおいて、第２層２３ｂに覆われている領域は、被検流体と接触しにくく、被検流体に含まれるノイズ成分を検出しにくくなる。これに対し、第１層２３ａの外縁を、第２感応膜２２ｂの外縁よりも外側とし、第１層２３ａの面積を広くすることにより、第１層２３ａと被検流体との接触領域を確保することができる。これにより、第１層２３ａと、第２感応膜２２ｂとによる変形量を等しくすることにより、ノイズ成分に起因する基板１１の変形を生じにくくすることができる。
【００４４】
図５は、他の一実施形態に係るセンサ素子３０の概略断面図である。センサ素子３０は、基板３１と、第１感応膜３２ａと、第２感応膜３２ｂと、第３感応膜３２ｃとを備える。図５には図示されていないが、センサ素子３０は、検出部１０３に相当する検出部を備えていてもよい。
【００４５】
基板３１は、上述した基板１０１と同様の構成を有していてよいため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、基板３１は、矩形または円形を含む、任意の形状であってよい。また、基板３１は、一部に開口を有していてもよい。
【００４６】
第１感応膜３２ａ、第２感応膜３２ｂおよび第３感応膜３２ｃは、それぞれ特定の物質に反応して変形することができる。第１感応膜２２ａおよび第３感応膜３２ｃは、基板３１の上面に配される。第２感応膜３２ｂは、基板３１の下面に配される。すなわち、第１感応膜３２ａおよび第２感応膜３２ｂは、それぞれ基板３１において異なる面に配される。第１感応膜３２ａ、第２感応膜３２ｂおよび第３感応膜３２ｃは、例えばそれぞれ膜状の部材であればよい。
【００４７】
第１感応膜３２ａおよび第２感応膜３２ｂは、上面視において、それぞれ開口を有する円環形状であってよい。第１感応膜３２ａおよび第２感応膜３２ｂは、基板３１を挟んで、基板３１について対称となる位置および形状となるように配されてよい。第１感応膜３２ａおよび第２感応膜３２ｂは、同一の材料で構成されていてよい。これにより、第１感応膜３２ａと第２感応膜３２ｂとがノイズ成分を検出したときに、基板３１の上下でそれぞれ変形しようとする力が均衡する。そのため、センサ素子３０は、ノイズ成分によるゆらぎの影響を受けにくくなる。
【００４８】
第３感応膜３２ｃは、例えば円環形状の第１感応膜３２ａの開口部分に配置されてよい。第３感応膜３２ｃは、ノイズ成分に対する反応性が第１感応膜３２ａとは異なる材料で構成されていてよい。第３感応膜３２ｃは、例えばノイズ成分に対する反応性が第１感応膜３２ａよりも小さい材料で構成されていてよい。さらに、第３感応膜３２ｃは、ターゲット成分に対する反応性が第１感応膜３２ａよりも高い材料で構成されていてよい。これにより、第３感応膜３２ｃがターゲット成分を検出したとき、第３感応膜３２ｃが変形することにより、基板３１が変形する。そのため、センサ素子３０が検出部を備える場合には、第３感応膜３２ｃの変形に起因する基板３１の変形を、当該検出部で検出することができる。
【００４９】
図６は、他の一実施形態に係るセンサ素子４０の概略断面図である。センサ素子４０は、基板４１と、第１感応膜４２ａと、第２感応膜４２ｂと、反射膜４３と、発光部４４と、受光部４５とを備える。
【００５０】
基板４１は、上述した基板１０１と同様の構成を有していてよいため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、基板４１は、矩形または円形を含む、任意の形状であってよい。また、基板４１は、一部に開口を有していてもよい。
【００５１】
第１感応膜４２ａおよび第２感応膜４２ｂは、それぞれ特定の物質に反応して変形することができる。第１感応膜４２ａおよび第２感応膜４２ｂは、それぞれ異なる特定の物質に反応してよい。第１感応膜４２ａは、基板４１の上面に配される。第２感応膜４２ｂは、基板４１の下面に配される。すなわち、第１感応膜４２ａおよび第２感応膜４２ｂは、それぞれ基板１１において異なる面に配される。第１感応膜４２ａおよび第２感応膜４２ｂは、例えばそれぞれ膜状の部材であればよい。第１感応膜４２ａおよび第２感応膜４２ｂは、それぞれ異なる材料により構成されていてよい。第１感応膜４２ａおよび第２感応膜４２ｂは、それぞれ開口を有する円環形状であってよい。
【００５２】
第１感応膜４２ａおよび第２感応膜４２ｂは、図３で説明したセンサ素子１０の第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂと同様に、ターゲット成分に対する変形量の差が、少なくとも１つのノイズ成分に対する変形量の差よりも大きくなるように構成されてよい。これにより、センサ素子１０の説明において詳述したのと同様の原理で、基板４１は、ノイズ成分に起因する変形が発生しにくくなり、ターゲット成分に起因する変形が発生する。
【００５３】
反射膜４３は、基板４１の下面に配置される。反射膜４３は、例えば円環形状の第２感応膜４２ｂの開口部分に配置されてよい。反射膜４３は、発光部４４から照射される光を反射することができる。反射膜４３の材料は、例えば、アルミニウム、金又または銀等が用いられる。反射膜４３の平面形状は、例えば円形状である。
【００５４】
反射膜４３の厚さは、基板４１の厚さよりも、小さく設定されていればよい。その結果、基板４１を変形しやすくすることができる。
【００５５】
発光部４４は、反射膜４３に光を照射することができる。発光部４４は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップまたはＬＤ（Laser Diode）チップであればよい。
【００５６】
受光部４５は、反射膜４３からの反射光を受光する。受光部４５は、例えば、ＰＤ（Photo Diode）であればよい。受光部４５は、反射光を受光可能な位置に配置される。
【００５７】
図６には、発光部４４が照射する光と、受光部４５が測定する反射光との一例が、矢印により模式的に示されている。
【００５８】
発光部４４は、連続的にまたは所定の間隔で反射膜４３に光を照射する。受光部４５は、反射膜４３からの反射光を受光する。このとき、第１感応膜４２ａがターゲット成分を検出することにより基板４１が変形すると、基板４１の変形に伴い、基板４１に配された反射膜４３も変形する。反射膜４３が変形すると、反射膜４３に入射する光と、反射膜４３において光を反射する反射面との角度が、反射膜４３の変形前から変化する。そのため、反射膜４３における反射光のうち、変形前と比較して受光部４５に入射しない光等があり、受光部４５で受光される光の強度（光量）が変化する。センサ素子４０は、受光部４５における反射光の強度の変化に基づいて、基板４１に生じる応力を検出することにより、ターゲット成分を検出できる。
【００５９】
次に、一実施形態に係る応力センサの製造工程の一例について、図７〜図１２を参照して説明する。なお、図７〜図１２に示す各構成要素において、同一の構成要素には同一符号を付す。ここでは、図３を用いて説明したセンサ素子１０の製造工程の一例について説明する。
【００６０】
（１）ＳＯＩ基板の準備
まず、センサ素子の製造に用いるＳＯＩ基板を準備する。図７に、一実施形態に係るセンサ素子の製造に用いるＳＯＩ基板の概略構造を示す。図７に示すように、ＳＯＩ基板５０は、第１基板５１と、ＳｉＯ２層５２と、第２基板５３とを備える。第１基板５１および第２基板５３は、Ｓｉ基板である。第１基板５１は、基板１１として機能させるものであり、第２基板５３よりも薄い。ＳＯＩ基板５０では、第２基板５３上にＳｉＯ２層５２が配置され、ＳｉＯ２層５２上に第１基板５１が配置されている。ＳＯＩ基板５０は、例えばいわゆる貼り合わせ法によって製造される。なお、以下では、第１基板５１はｎ型であるとする。
【００６１】
（２）拡散配線（高ドープ層）の形成
次に、図７に示すＳＯＩ基板５０に、拡散配線を形成する。図８に示すように、第１基板５１上にマスクパターン２００を形成した後、イオン注入法によってマスクパターン２００の開口部に高濃度のボロン（Ｂ）を注入し、ピエゾ抵抗素子の形成に使用するための拡散配線６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂを形成する。なお、ピエゾ抵抗素子は、例えば４つ形成されてよいが、ここでは、そのうちの２つを図示することとする。
【００６２】
（３）ピエゾ抵抗素子（低ドープ層）の形成
図８に示すマスクパターン２００を除去した後、ピエゾ抵抗素子６１および６２を含む、４つのピエゾ抵抗素子を形成する。図９に示すように、第１基板５１上にマスクパターン２０１を形成した後、イオン注入法によってマスクパターン２０１の開口部に低濃度のボロン（Ｂ）を注入し、４つのピエゾ抵抗素子を形成する。
【００６３】
（４）金属配線の形成
図９に示すマスクパターン２０１を除去し、所定のパターンの絶縁層３１０ａ，３１０ｂを積層した後、アルミニウム等の金属配線を形成する。図１０Ａに示すように、第１基板５１上の全面にスパッタによって金属（例えばアルミニウム）を堆積させ、金属層３００（例えばアルミニウム層）を形成する。次に、図１０Ｂに示すように、金属層３００上にマスクパターン２０２を形成する。その後、図１０Ｃに示すように、マスクパターン２０２により保護されていない金属層３００をエッチングすることにより、金属配線３００ａ，３００ｂを形成する。金属配線３００ａ等および拡散配線６１ａ等による接続によって、４つのピエゾ抵抗素子は、ホイートストンブリッジ回路を構成する。
【００６４】
（５）ダイヤフラムの形成
図１０Ｃに示すマスクパターン２０２を除去した後、ＳＯＩ基板５０の上下を反転する。そして、図１１Ａに示すように、第２基板５３上にマスクパターン２０４を形成した後、マスクパターン２０４により保護されていない第２基板５３を、ドライエッチングして凹部４００を形成する。このとき、ＳｉＯ２層１１１がストップ層の役割を果たすように、予めドライエッチングの条件を設定する。その後、ドライエッチングの条件を変更し、図１１Ｂに示すように、ＳｉＯ２層１１１を除去することにより、ダイヤフラムを生成する。
【００６５】
（６）感応膜の形成
図１１Ｂに示すマスクパターン２０４を除去し、さらにＳＯＩ基板５０の上下を反転させた後、第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂを形成する。図１２に示すように、感応膜材料をダイヤフラム上に塗布した後、乾燥させて第１感応膜１２ａおよび第２感応膜１２ｂを形成する。
【００６６】
なお、ここでは第１基板５１がｎ型であるとして説明したが、例えば第１基板５１がｐ型である場合には、上記（２）拡散配線（高ドープ層）の形成および（３）ピエゾ抵抗素子（低ドープ層）の形成において、ボロン（Ｂ）に替えてリン（Ｐ）を注入する。
【００６７】
本開示を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０，２０，３０，４０，１００  センサ素子
１１，２１，３１，４１，１０１  基板
１２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ  第１感応膜
１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ  第２感応膜
２３ａ  第１層
２３ｂ  第２層
３２ｃ  第３感応膜
４３  反射膜
４４  発光部
４５  受光部
５０  ＳＯＩ基板
５１  第１基板
５２  ＳｉＯ２層
５３  第２基板
１０２  感応膜
１０３  検出部
３００  金属層
３００ａ  金属配線
３１０ａ  絶縁層
４００  凹部
【図１】
2019027898.tif 000003
【図２】
2019027898.tif 000004
【図３】
2019027898.tif 000005
【図４】
2019027898.tif 000006
【図５】
2019027898.tif 000007
【図６】
2019027898.tif 000008
【図７】
2019027898.tif 000009
【図８】
2019027898.tif 000010
【図９】
2019027898.tif 000011
【図１０】
2019027898.tif 000012
【図１１】
2019027898.tif 000013
【図１２】
2019027898.tif 000014