(57)【要約】【課題】圧力に対する容量変化の直線性に優れ、しかもセンサ個体間のばらつきの小さいサーボ式圧力センサを提供すること。【解決手段】ダイヤフラム１９ａに外圧力が加わると、その外圧力により変形してガラス基板１１側に変位する。外圧力によるダイヤフラム１９ａの変位に起因する静電容量の変化は制御部２１で検知することができる。制御部２１は、サーボ電極１３に印加する電圧を制御して、ダイヤフラム１９ａに加わっている外圧力に抗する斥力をサーボ電極１３とエレクトレット層２０との間で生じさせる。この斥力により、ダイヤフラム１９ａを所定の位置に保持することができる。このときのサーボ電極１３への印加電圧をパラメータとして、その変化を圧力変化とする。【選択図】図１
2008076106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボ電極及び前記サーボ電極上に絶縁層を介して設けられた固定電極を有する第１基板と、
前記固定電極と対向するように配置された可動電極及び前記可動電極の前記第１基板側に設けられたエレクトレット層を有し、前記第１基板とキャビティを構成するように接合された第２基板と、を具備し、
前記サーボ電極と前記エレクトレット層との間の斥力により、前記可動電極に対する外圧力に抗して前記可動電極を押圧して、前記可動電極を所定の位置に保持することを特徴とするサーボ式圧力センサ。
【請求項２】
前記絶縁層の誘電率、絶縁層の厚さ、及び前記固定電極と前記可動電極との間の間隔は、以下の式（１）を満足するように設定されることを特徴とする請求項１記載のサーボ式圧力センサ。
ε／ｄ1≦１／ｄ2                  式（１）                    
ここで、εは絶縁層を構成する材料の誘電率であり、ｄ1は絶縁層の厚さであり、ｄ2は前記固定電極と前記可動電極との間の間隔である。
【請求項３】
サーボ電極を有する第１基板と、
前記サーボ電極と対向するように配置された可動電極及び前記可動電極の前記第１基板側に設けられたエレクトレット層を有し、前記第１基板とキャビティを構成するように接合された第２基板と、を具備し、
前記サーボ電極と前記可動電極との間で容量検出を行うと共に、前記サーボ電極と前記エレクトレット層との間の斥力により、前記可動電極に対する外圧力に抗して前記可動電極を押圧して、前記可動電極を所定の位置に保持することを特徴とするサーボ式圧力センサ。
【請求項４】
前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量で前記可動電極の変位を検知し、前記静電容量に応じて前記サーボ電極に印加する電圧を制御する制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のサーボ式圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力により変位する可動部を有するサーボ式圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型物理量センサ、例えば静電容量型圧力センサは、可動電極であるダイヤフラムを有する基板と、固定電極を有する基板とを、ダイヤフラムと固定電極との間に所定の間隔（キャビティ）を有するように接合することにより構成されている。この静電容量型圧力センサにおいては、ダイヤフラムに圧力が加わるとダイヤフラムが変形し、これによりダイヤフラムと固定電極との間隔が変わる。この間隔の変化によりダイヤフラムと固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を利用して圧力の変化を検出する。
【０００３】
上記静電容量型圧力センサは、例えば、図５に示すように、ダイヤフラム３１を有するベース３２に、凹部３３及び凹部３３の底面に形成された固定電極３４を有する基板３５が接合されて構成されている。このような静電容量型圧力センサにおいては、圧力が加わると、ダイヤフラム３１が可動して固定電極３４との間の間隔が変わる。
【特許文献１】特開平９−４３０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような構成では、静電容量は電極間距離に反比例するため、可動電極であるダイヤフラム３１と固定電極３４との間の間隔（ギャップ）が狭くなると（高圧側）、急激に容量が変化してしまうので、図６に示すように、センサ出力（圧力に対する容量変化）の直線性が低くなるという問題がある。また、センサ個体間のばらつきが大きくなるという問題もある。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、圧力に対する容量変化の直線性に優れ、しかもセンサ個体間のばらつきの小さいサーボ式圧力センサ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】
本発明のサーボ式圧力センサは、サーボ電極及び前記サーボ電極上に絶縁層を介して設けられた固定電極を有する第１基板と、前記固定電極と対向するように配置された可動電極及び前記可動電極の前記第１基板側に設けられたエレクトレット層を有し、前記第１基板とキャビティを構成するように接合された第２基板と、を具備し、前記サーボ電極と前記エレクトレット層との間の斥力により、前記可動電極に対する外圧力に抗して前記可動電極を押圧して、前記可動電極を所定の位置に保持することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、可動電極のキャビティ内の主面をエレクトレットとサーボ電極の斥力で押圧するので、主面を均等に押圧することができる。このため、出力の直線性に優れ、高分解能で広い測定範囲でサーボ機能を発揮させることができる。また、このような構成によれば、センサの加工精度のばらつきによる影響を抑えることができるので、センサ個体間のばらつきの小さいサーボ式圧力センサを得ることができる。また、この構成によれば、容量検出構造とサーボ構造とを垂直方向に組み合わせることができ、全体としてのセンサの小型化及び薄型化を図ることが可能となる。
【０００８】
本発明のサーボ式圧力センサにおいては、前記絶縁層の誘電率、絶縁層の厚さ、及び前記固定電極と前記可動電極との間の間隔は、以下の式（１）を満足するように設定されることが好ましい。
ε／ｄ1≦１／ｄ2                  式（１）                    
ここで、εは絶縁層を構成する材料の誘電率であり、ｄ1は絶縁層の厚さであり、ｄ2は前記固定電極と前記可動電極との間の間隔である。
【０００９】
本発明のサーボ式圧力センサは、サーボ電極を有する第１基板と、前記サーボ電極と対向するように配置された可動電極及び前記可動電極の前記第１基板側に設けられたエレクトレット層を有し、前記第１基板とキャビティを構成するように接合された第２基板と、を具備し、前記サーボ電極と前記可動電極との間で容量検出を行うと共に、前記サーボ電極と前記エレクトレット層との間の斥力により、前記可動電極に対する外圧力に抗して前記可動電極を押圧して、前記可動電極を所定の位置に保持することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、サーボ電極が固定電極を兼ねるので、さらなる薄型化を図ることが可能となるとともに、構造が単純で製造が容易になる。
【００１１】
本発明のサーボ式圧力センサにおいては、前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量で前記可動電極の変位を検知し、前記静電容量に応じて前記サーボ電極に印加する電圧を制御する制御手段をさらに具備することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、サーボ電極及び前記サーボ電極上に絶縁層を介して設けられた固定電極を有する第１基板と、前記固定電極と対向するように配置された可動電極及び前記可動電極の前記第１基板側に設けられたエレクトレット層を有し、前記第１基板とキャビティを構成するように接合された第２基板と、を具備し、前記サーボ電極と前記エレクトレット層との間の斥力により、前記可動電極に対する外圧力に抗して前記可動電極を押圧して、前記可動電極を所定の位置に保持するので、圧力に対する容量変化の直線性に優れたサーボ式圧力センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るサーボ式圧力センサの図である。図中１１は第１基板であるガラス基板を示す。ガラス基板１１は、対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。ガラス基板１１には、シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃが埋設されている。シリコン製部材１２ａはサーボ電極用の導電部材であり、シリコン製部材１２ｂは固定電極用の導電部材であり、シリコン製部材１２ｃは可動電極用の導電部材である。シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、ガラス基板１１の両主面１１ａ，１１ｂでそれぞれ露出している。
【００１４】
ガラス基板１１の主面１１ａ上には、シリコン製部材１２ａの一方の露出部分と電気的に接続するようにサーボ電極１３が形成されている。サーボ電極１３は、後述するエレクトレット層との間で斥力を発生させる電極であり、エレクトレット層と対向するように配置されている。
【００１５】
サーボ電極１３上には、絶縁層１４を介して固定電極１６が形成されている。固定電極１６は、キャビティ内で後述する可動電極であるダイヤフラムと対向するように配置されている。また、固定電極１６は、シリコン製部材１２ｂの一方の露出部分と接続部剤１５を介して電気的に接続されている。
【００１６】
このように、サーボ電極１３と固定電極１６とを絶縁層１４を介して積層することにより、容量検出構造とサーボ構造とを組み合わせることができ、全体としてのセンサの薄型化を図ることが可能となる。また、ガラス基板１１と後述するシリコン基板１９との間のキャビティ１８内にこれらの容量検出構造とサーボ構造とを配置することができるので、製造工程中のパーティクルダストの影響による歩留まりの低下を軽減することもできる。
【００１７】
この場合においては、本構造が容量検出構造とサーボ構造とを積層した構造であって、しかもサーボ構造に帯電状態があまり変化しないエレクトレット層を用いているので、サーボ電極に電圧を印加しない状態（サーボ動作に入らない状態）で容量検出に影響を及ぼさないように容量検出構造とサーボ構造を形成することが好ましい。この場合、サーボ電極に電圧を印加しない状態で容量検出に影響を及ぼさないようにするために、絶縁層１４の誘電率、絶縁層１４の厚さ、及び固定電極１６とダイヤフラムとの間の間隔（ギャップ）を適切に調整することが好ましい。容量検出構造とサーボ構造とを積層した構造においては、絶縁層１４及びギャップが積層された構造を含むので、それぞれで容量分割されると考えることができる。そこで、サーボ電極に電圧を印加しない状態で容量検出に影響を及ぼさないようにするためには、ギャップでの容量成分を優勢にする必要がある。このため、以下の式（１）を満足するように絶縁層１４の誘電率、絶縁層１４の厚さ、及びギャップを設定することが好ましい。
ε／ｄ1≦１／ｄ2                  式（１）
ここで、εは絶縁層１４を構成する材料の誘電率であり、ｄ1は絶縁層１４の厚さであり、ｄ2はギャップの厚さである。
【００１８】
本実施の形態においては、ガラス基板１１上にサーボ電極１３が形成され、その上に絶縁層１４を介して固定電極１６が形成されている場合について説明しているが、本発明においては、固定電極上に絶縁層を介してサーボ電極が形成された構成であっても良い。なお、容量検出構造における感度を考慮すると、サーボ電極上に絶縁層を介して固定電極が形成された構造の方が好ましい。
【００１９】
ガラス基板１１の主面１１ｂ上には、シリコン製部材１２ａの他方の露出部分と電気的に接続するように引き出し電極１７ａが形成されており、シリコン製部材１２ｂの他方の露出部分と電気的に接続するように引き出し電極１７ｂが形成されており、シリコン製部材１２ｃの他方の露出部分と電気的に接続するように引き出し電極１７ｃが形成されている。このように引き出し電極１７ａ，１７ｂ，１７ｃが同一の主面１１ｂ上に設けられていることにより、外部機器への接続が容易となる。
【００２０】
ガラス基板１１の主面１１ａ上には、可動電極であるダイヤフラム１９ａを有する第２基板であるシリコン基板１９が接合されている。シリコン基板１９のガラス基板１１側の主面には、サーボ電極１３、固定電極１６を囲繞する大きさの凹部が形成されており、ガラス基板１１とシリコン基板１９とが接合されることにより、キャビティ１８が構成されるようになっている。また、ガラス基板１１とシリコン基板１９とは、ダイヤフラム１９ａが固定電極１６と所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で接合される。
【００２１】
ダイヤフラム１９ａのガラス基板側には、エレクトレット層２０が設けられている。このエレクトレット層２０は、サーボ電極１３との間で斥力を発生するように半永久的に分極されている層である。このエレクトレット層２０を構成する材料としては、フッ素樹脂、ポリプロピレンなどを挙げることができる。
【００２２】
ダイヤフラムの変位量ｗ（μｍ）は、以下の式（２）により求めることができる。
ｗ＝[｛３・（１−ｖ2）・Ｐ｝／（１６・Ｅ・ｔ3）]・（ｒ2−ａ2）2    式（２）
ここで、ｖはポアソン比であり、Ｐ（ｋＰａ）は印加圧力であり、ｔ（μｍ）はダイヤフラムの厚さであり、Ｅ（ＧＰａ）はダイヤフラムを構成する材料のヤング率であり、ａ（μｍ）はダイヤフラム半径であり、ｒ（μｍ）はダイヤフラム半径上の位置である。
【００２３】
また、静電容量Ｃ（ｐＦ）は、上記式（２）で求められた変位量ｗを用いて以下の式（３）により求めることができる。
Ｃ＝ε・Ｓ／（ｄ−ｗ）                                            式（３）
ここで、ε（Ｆ／ｍ）は電極間の誘電率であり、Ｓ（ｍ2）は電極面積であり、ｄ（μｍ）は電極間の距離であり、ｗ（μｍ）はダイヤフラムの変位量である。
【００２４】
このため、サーボ動作の際にエレクトレット層２０とサーボ電極１３との間の斥力を均一化するためには、このダイヤフラムの変位の傾向（中央が最も大きく、周縁に向って小さくなる傾向）を考慮して、エレクトレット層２０とサーボ電極１３との間に発生させる斥力を発生させることが望ましいと考えることができる。サーボ電極がダイヤフラムを元の位置に戻す力は、ダイヤフラムとサーボ電極との間の距離の二乗に比例する。したがって、上記のようなダイヤフラム変位の傾向（中央の変位が最も大きく、エレクトレット層２０とサーボ電極１３との距離が近い）を考慮すると、エレクトレット層２０とサーボ電極１３の間に働く斥力は、ダイヤフラムの中央で強く、周縁に向って弱くなってしまう傾向となる。外圧力はダイヤフラムの中央でも周縁でも同じ力であるため、ダイヤフラムの中央では斥力を弱めて均一になるよう設定する必要がある。この場合、ダイヤフラムの中央で弱く、周縁に向って強くなるように、サーボ電極１３とエレクトレット層２０との間に斥力を発生させるためには、エレクトレット層２０の面積が外側から中央に向って少なくなるように設けることが好ましい。
【００２５】
ガラス基板１１の主面１１ａとシリコン基板１９との間の界面は、高い密着性を有することが好ましい。後述するように、これらの界面は、加熱下においてガラス基板１１とシリコン基板１９とを陽極接合することにより形成される。すなわち、ガラス基板１１の主面１１ａ上にシリコン基板１９を搭載して、陽極接合処理を施すことにより、密着性を高くすることができる。ガラス基板１１とシリコン基板１９との界面とで高い密着性を発揮することにより、ダイヤフラム１９ａとガラス基板１１の主面１１ａとの間で構成するキャビティ１８内の気密性を高く保つことができる。これは、ガラス基板１１とシリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの界面においても同様である。
【００２６】
ここで、陽極接合処理とは、所定の温度（例えば４００℃以下）で所定の電圧（例えば３００Ｖ〜１ｋＶ）を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発生して、界面で共有結合を起こさせる処理をいう。この界面での共有結合は、シリコンのＳｉ原子とガラスに含まれるＳｉ原子との間のＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合である。したがって、このＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合により、シリコンとガラスとが強固に接合して、両者間の界面で非常に高い密着性を発揮する。このような陽極接合を効率良く行うために、ガラス基板１１のガラス材料としては、ナトリウムなどのアルカリ金属を含むガラス材料（例えばパイレックス（登録商標）ガラス）であることが好ましい。
【００２７】
また、固定電極１６とダイヤフラム１９ａとの間で検知された静電容量に応じてサーボ電極１３に印加する電圧を制御する制御部２１が、引き出し電極１７ａ，１７ｂ，１７ｃと電気的に接続されている。
【００２８】
このような構成を有するサーボ式圧力センサにおいては、ダイヤフラム１９ａに外圧力が加わると、その外圧力により変形してガラス基板１１側に変位する。ダイヤフラム１９ａとガラス基板１１上の固定電極１６との間には、所定の静電容量を有するので、ダイヤフラム１９ａが変位すると、その静電容量が変化する。固定電極１６及びダイヤフラム１９ａは、それぞれシリコン製部材１２ｂ，１２ｃ及び引き出し電極１７ｂ，１７ｃを介して制御部２１に接続されているので、外圧力によるダイヤフラム１９ａの変位に起因する静電容量の変化は制御部２１で検知することができる。すなわち、固定電極１６とダイヤフラム１９ａとの間の静電容量で外圧力を検知することができる。
【００２９】
このようにダイヤフラム１９ａの変位により静電容量が変化すると、制御部２１は、ダイヤフラム１９ａを所定の位置に保持する、すなわちダイヤフラム１９ａを、外圧力が加わらない状態の位置に戻すように制御を行う。すなわち、制御部２１は、サーボ電極１３に印加する電圧を制御して、ダイヤフラム１９ａに加わっている外圧力に抗する斥力をサーボ電極１３とエレクトレット層２０との間に発生させる。具体的には、制御部２１は、サーボ電極１３に引き出し電極１７ａ及びシリコン製部材１２ａを介して電圧を印加する。このときの電圧は、エレクトレット層２０に帯電する電荷の極性と同じ極性の電圧とする。サーボ電極１３とエレクトレット層２０との間の斥力により、ダイヤフラム１９ａが外圧力に抗して押圧される。制御部２１は、ダイヤフラム１９ａが元の位置になるまで、外圧力に対応する静電容量に基づいてフィードバック制御を行う。このようにして、ダイヤフラム１９ａを所定の位置に保持するようにサーボ制御を行う。そして、このときのサーボ電極１３への印加電圧をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることができる。なお、サーボ動作は、あらかじめ設定された圧力閾値を超えたときに開始するように設定する。この場合、圧力閾値は、例えば、ダイヤフラム変形のフルスケールの約１０％（１０ｋＰａ）程度に設定する。
【００３０】
本実施の形態に係るサーボ式圧力センサにおいては、ダイヤフラム１９ａをサーボ電極１３とエレクトレット層２０との間の斥力で押圧するので、ダイヤフラム１９ａを均等に押圧することができる。このため、出力の直線性に優れ、高分解能で広い測定範囲でサーボ機能を発揮させることができる。また、このような構成によれば、センサの加工精度のばらつきによる影響を抑えることができるので、センサ個体間のばらつきの小さいサーボ式圧力センサを得ることができる。また、サーボ電極１３と固定電極１６とを絶縁層１４を介して積層することにより、容量検出構造とサーボ構造とを組み合わせることができ、全体としてのセンサの薄型化を図ることが可能となる。
【００３１】
次に、本実施の形態１に係るサーボ式圧力センサの製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｅ）及び図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態に係るサーボ式圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。
【００３２】
まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板１９を準備する。次いで、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１９の両方の主面に熱酸化膜３０を形成する。次いで、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１９の一方の主面上の熱酸化膜３０をパターニングして開口部３０ａを形成し、図２（ｃ）に示すように、パターニングされた熱酸化膜３０をマスクとしてエッチングして、ダイヤフラム１９ａと固定電極１６との間の間隔を制御するキャビティ１８用の凹部１９ｂを形成する。次いで、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１９の他方の主面上の熱酸化膜３０をパターニングして開口部を形成し、パターニングされた熱酸化膜３０をマスクとしてエッチングして凹部を形成してダイヤフラム１９ａを形成する。なお、シリコン基板１９のエッチングにおいては、エッチングレートに差が出るようにシリコン基板１９の表面の結晶面を規定して異方性エッチングすることが好ましい。
【００３３】
次いで、ダイヤフラム１９ａのガラス基板側（凹部１９ｂ側）にエレクトレット層２０を形成する。この場合、ダイヤフラム１９ａの凹部１９ｂ側に電極を設け、ダイヤフラム１９ａの凹部１９ｂ側に加熱溶融させたエレクトレット材料（例えば、高分子材料）を塗布し、直流の高電圧を印加しながらエレクトレット材料を固化させた後に電極を除去する。これにより、正又は負に帯電したエレクトレット層２０が形成される。
【００３４】
次いで、シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃを埋め込んだガラス基板１１を作製する。まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板１２を準備する。図３（ａ）に示すように、このシリコン基板１２の一方の主面をエッチングして、シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃを形成する。この場合、シリコン基板１２上にレジスト膜を形成し、シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコン基板１２をエッチングして、シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃを形成する。その後、レジスト膜を除去する。なお、上述したエッチングとしては、ドライエッチングでも良く、ウェットエッチングでも良い。
【００３５】
次いで、シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃを形成したシリコン基板１２上にガラス基板１１を置く。さらに、真空下で、このシリコン基板１２及びガラス基板１１を加熱し、シリコン基板１２をガラス基板１１に押圧してシリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃをガラス基板１１の主面に押し込んで、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１２とガラス基板１１とを接合する。このときの温度は、シリコンの融点以下であって、ガラスが変形可能である温度（例えば、ガラスの軟化点温度以下）が好ましい。例えば加熱温度は約６００℃である。
【００３６】
さらに、シリコン基板１２のシリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃとガラス基板１１との界面での密着性をより高めるために、陽極接合処理をすることが好ましい。この場合、シリコン基板１２及びガラス基板１１にそれぞれ電極をつけて、約４００℃以下の加熱下で約３００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加することにより行う。これにより界面での密着性がより高くなり、静電容量型力学量センサのキャビティ１８の気密性を向上させることができる。
【００３７】
次いで、図３（ｃ）に示すように、ガラス基板１１の両主面１１ａ，１１ｂを研磨処理することによりシリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃを両主面１１ａ，１１ｂで露出させる。これにより、ガラス基板１１にシリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃが埋め込まれた状態となる。このようにして、シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃを埋め込んだガラス基板１１を作製する。
【００３８】
次いで、図３（ｄ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ａ上に、シリコン製部材１２ａと電気的に接続するようにサーボ電極１３を形成する。この場合、ガラス基板１１の主面１１ａ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００３９】
次いで、図３（ｄ）に示すように、サーボ電極１３上に絶縁層１４を形成する。この場合、ガラス基板１１の主面１１ａ及びサーボ電極１３上に絶縁性材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、絶縁層形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして絶縁性材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００４０】
次いで、絶縁層１４のサーボ電極１３形成領域以外の領域に開口部を形成し、接続部材１５を充填する。この場合、絶縁層１４のサーボ電極１３形成領域以外の領域のみが開口するようにエッチングを施して、その後接続部材用の導電性材料を被着した後に開口部以外に被着した導電性材料を除去する。
【００４１】
次いで、図３（ｅ）に示すように、接続部材１５と電気的に接続するように絶縁層１４上に固定電極１６を形成する。この場合、絶縁層１４上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００４２】
次いで、図３（ｅ）に示すように、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に、シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃとそれぞれ電気的に接続するように引き出し電極１７ａ，１７ｂ，１７ｃを形成する。この場合、ガラス基板１１の主面１１ｂ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００４３】
次いで、ダイヤフラム１９ａを有するシリコン基板１９を、ダイヤフラム１９ａが固定電極１６と所定の間隔をおいて位置するように、ガラス基板１１の主面１１ａ上に接合する。すなわち、ガラス基板１１の主面１１ａとシリコン基板１９とが接合される。このとき、シリコン基板１９及びガラス基板１１に対して、約４００℃以下の加熱下で約５００Ｖ程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板１９とガラス基板１１との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ１８の気密性を向上させることができる。これにより、図１に示すサーボ式圧力センサが作製される。
【００４４】
このようにして得られたサーボ式圧力センサにおいては、サーボ電極１３がシリコン製部材１２ａを介して引き出し電極１７ａと電気的に接続され、固定電極１６がシリコン製部材１２ｂを介して引き出し電極１７ｂと電気的に接続され、ダイヤフラム１９ａがシリコン製部材１２ｃを介して引き出し電極１７ｃと電気的に接続されている。したがって、外圧力に対応するダイヤフラム１９ａと固定電極１６との間で検知された静電容量の変化の信号は、シリコン製部材１２ｂ，１２ｃを介して引き出し電極１７ｂ，１７ｃから制御部２１に出力される。また、制御部２１からの制御信号（電圧情報を含む信号）がサーボ電極１３に出力される。このとき、サーボ電極１３にエレクトレット層２０に帯電する電荷と同じ極性の電圧を印加すると、サーボ電極１３とエレクトレット層２０との間に斥力が発生してダイヤフラム１９ａを所定の位置に保持する。そして、ダイヤフラム１９ａが元の位置に保持されたときの電圧に基づいて測定圧力を算出することができる。
【００４５】
次に、本発明の効果を明確にするための実施例について説明する。
図１の構成において、絶縁層１４の誘電率を３とし、絶縁層１４の厚さを０．９μｍとし、ギャップを０．３μｍとしたサーボ式圧力センサ（実施例１）と、図１の構成において、絶縁層１４の誘電率を３とし、絶縁層１４の厚さを０．９μｍとし、ギャップを０．３μｍとしたサーボ式圧力センサ（実施例２）を準備した。これらの条件は、いずれも上記式（１）の関係を満足するものである。
【００４６】
この実施例１，２のサーボ式圧力センサに所定の圧力を印加し、その圧力を変化させると共に、圧力変化に対応するサーボ電圧をサーボ電極に印加した。このとき、図４に示す容量検出信号で静電容量を検出し、図４に示すサーボ電極電位、エレクトレット電位でサーボ制御を行った。その結果、実施例１，２のサーボ式圧力センサのいずれについても良好なサーボ制御を行うことができた。
【００４７】
このように、ダイヤフラム１９ａをサーボ電極１３とエレクトレット層２０との間の斥力で押圧するので、ダイヤフラム１９ａを均等に押圧することができる。このため、出力の直線性に優れ、高分解能で広い測定範囲でサーボ機能を発揮させることができる。また、このような構成によれば、センサの加工精度のばらつきによる影響を抑えることができるので、センサ個体間のばらつきの小さいサーボ式圧力センサを得ることができる。また、サーボ電極１３と固定電極１６とを絶縁層１４を介して積層することにより、容量検出構造とサーボ構造とを組み合わせることができ、全体としてのセンサの薄型化を図ることが可能となる。
【００４８】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態においては、サーボ電極１３上に絶縁層１４を介して固定電極１６を形成した構造について説明しているが、本発明においては、固定電極１６がサーボ電極１３を兼ねる構成であっても良い。すなわち、サーボ電極１３とダイヤフラム１９ａとの間で容量検出を行うと共に、サーボ電極１３とエレクトレット層２０との間の斥力により、ダイヤフラム１９ａに対する外圧力に抗してダイヤフラム１９ａを押圧して、ダイヤフラム１９ａを所定の位置に保持する構成としても良い。これにより、さらなるセンサの薄型化を図ることが可能である。
【００４９】
また、上記実施の形態における電極や各層の材質や形状については本発明の効果を逸脱しない範囲で適宜設定することができる。また、上記実施の形態で説明したプロセスについてはこれに限定されず、処理内容や工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係るサーボ式圧力センサを示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態に係るサーボ式圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態に係るサーボ式圧力センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るサーボ式圧力センサのサーボ制御を説明するためのタイミング図である。
【図５】従来の静電容量型圧力センサの断面図である。
【図６】図５に示す静電容量型圧力センサの特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１  ガラス基板
１１ａ，１１ｂ  主面
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  シリコン製部材
１３  サーボ電極
１４  絶縁層
１５  接続部材
１６  固定電極
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  引き出し電極
１８  キャビティ
１９  シリコン基板
１９ａ  ダイヤフラム
２０  エレクトレット層
２１  制御部
３０  熱酸化膜
３０ａ  開口部
【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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