(57)【要約】【課題】放電の恐れがなく、しかも高精度にサーボ機能を発揮させることができるサーボ式圧力センサを提供すること。【解決手段】本発明のサーボ式圧力センサにおいては、ダイヤフラム１７ａのキャビティ１８内の主面１７ａ1を発熱体で加熱した流体で押圧するので、放電の恐れがない。また、流体の体積膨張によりダイヤフラム１７ａの主面１７ａ1を押圧するので主面１７ａ1を均等に押圧することができる。このため、高精度にサーボ機能を発揮させることができる。【選択図】図１
2007303923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、一対の主面を有する可動電極を有し、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、前記キャビティ内の流体を用いて、前記可動電極の一方の主面からの外圧力に抗して前記可動電極の他方の主面を押圧して、前記可動電極を所定の位置に保持する押圧手段と、を具備することを特徴とするサーボ式圧力センサ。
【請求項２】
前記押圧手段は、前記キャビティ内の流体を膨張させる加熱手段であ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。
【請求項３】
前記流体が低沸点を有する液体を含むことを特徴とする請求項２記載のサーボ式圧力センサ。
【請求項４】
前記押圧手段は、前記キャビティ内の流体を圧縮して内圧を高める圧縮手段であ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。
【請求項５】
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押圧手段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４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】
従来から、圧力センサとして、サーボ式の圧力センサがある。このようなサーボ式の圧力センサとしては、特開２００５−２７４１７５号公報（特許文献１）に開示されているものがある。このサーボ式圧力センサは、可動電極であるダイヤフラムの一方の主面側にサーボ電極を配して構成されており、圧力がダイヤフラムに加わって変位すると、その変位を相殺するようにサーボ電極に電圧を印加する。
【０００３】
また、別のタイプのサーボ式の圧力センサとしては、特開平１０−３１１７６７号公報（特許文献２）に開示されたものがある。このサーボ式圧力センサは、ダイヤフラムに圧電素子を取り付け、圧力がダイヤフラムに加わって変位すると、その変位を相殺するように圧電素子の変位を変化させる。
【特許文献１】特開２００５−２７４１７５号公報
【特許文献２】特開平１０−３１１７６７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、特許文献１に開示された静電サーボ式の圧力センサの場合、サーボ電極と可動電極との間に高い電圧が印加されると両電極間で放電が起こる可能性があり、サーボ機能を果たさなくなる恐れがある。また、ダイヤフラム面全体に均一にかかる圧力によるダイヤフラムの変形に対し、静電力は電極間の距離の二乗に比例した力がかかるため、面全体に均等に力をかけることができない。このため、ダイヤフラムの変形を正確に矯正することができず、サーボ機能が正確に発揮できないという問題がある。また、特許文献２に開示された圧電サーボ式の圧力センサの場合でも、ダイヤフラム面全体に均一にかかる圧力によるダイヤフラムの変形に対し、面全体に均等に力を加えることが難しく、サーボ機能が正確に発揮できないという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、放電の恐れがなく、しかも高精度にサーボ機能を発揮させることができる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、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、一対の主面を有する可動電極を有し、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、前記キャビティ内の流体を用いて、前記可動電極の一方の主面からの外圧力に抗して前記可動電極の他方の主面を押圧して、前記可動電極を所定の位置に保持する押圧手段と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、可動電極の主面を流体で押圧するので、放電の恐れがない。また、流体により可動電極の主面を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、高精度にサーボ機能を発揮させることができる。
【０００８】
本発明のサーボ式圧力センサにおいては、前記押圧手段は、前記キャビティ内の流体を膨張させる加熱手段であることが好ましい。この場合において、前記流体が低沸点を有する液体を含むことが好ましい。
【０００９】
本発明のサーボ式圧力センサにおいては、前記押圧手段は、前記キャビティ内の流体を圧縮して内圧を高める圧縮手段であることが好ましい。
【００１０】
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押圧手段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】
【００１１】
本発明によれば、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、一対の主面を有する可動電極を有し、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、前記キャビティ内の流体を用いて、前記可動電極の一方の主面からの外圧力に抗して前記可動電極の他方の主面を押圧して、前記可動電極を所定の位置に保持する押圧手段と、を具備するので、放電の恐れがなく、しかもダイヤフラムに加わる外からの圧力と同様に、サーボの力をダイヤフラムに均等に加えることが可能なため、高精度にサーボ機能を発揮させることができる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】
【００１２】
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。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、押圧手段がキャビティ内の流体を膨張させる加熱手段である場合について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態１に係るサーボ式圧力センサの概略図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。図中１１はガラス基板を示す。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，１２ｄが埋設されている。シリコン製部材１２ａ，１２ｄは、主面１１ａ上に形成された電極と主面１１ｂ上に形成された電極とを電気的に接続する導電部材である。シリコン製部材１２ａは固定電極用の導電部材であり、シリコン製部材１２ｄは可動電極用の導電部材である。シリコン製部材１２ｂ，１２ｃは、主面１１ａ上に形成された発熱体１４と主面１１ｂ上に形成された電極とを電気的に接続する導電部材である。シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、ガラス基板１１の両主面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固定電極１３が形成されている。この固定電極１３は、図１（ｂ）から分かるように、リング形状を有している。ガラス基板１１の主面１１ａ上であって固定電極１３の内側には、ヒータとして機能する押圧手段である発熱体層１４が形成されている。シリコン製部材１２ｂ，１２ｃの一方の露出部分と発熱体層１４とは、電気的に接続されている。なお、発熱体層１４を構成する材料としては、通電することにより加熱し得る金属、例えばニッケル−クロム合金やカーボン、シリコン、白金などが挙げられる。
【００１５】
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１６ａ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１６ｂ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１６ｃが形成されており、シリコン製部材１２ｄ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１６ｄが形成されている。このように引き出し電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ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。
【００１６】
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１７ａを有するシリコン基板１７が接合されている。シリコン基板１７のガラス基板１１側の主面には、固定電極１３及び発熱体層１４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１７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。ガラス基板１１とシリコン基板１７とは、ダイヤフラム１７ａが固定電極１３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、接合部１７ｂで接合される。ダイヤフラム１７ａは、一対の主面１７ａ1，１７ａ2を有しており、主面１７ａ2側に外圧力が印加され、主面１７ａ1側に該外圧力に抗する圧力が印加される。
【００１７】
ガラス基板１１とシリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとの界面は、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、加熱下においてシリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄをガラス基板１１に押し込むことにより形成される。このような方法により得られた界面でも高い密着性を発揮できるが、シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄをガラス基板１１に押し込んだ後に、陽極接合処理を施すことにより、密着性をより高くすることができる。
【００１８】
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。
【００１９】
これは、ガラス基板１１の主面１１ａとシリコン基板１７との間の界面においても同様である。すなわち、ガラス基板１１の主面１１ａ上にシリコン基板１７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。このようにガラス基板１１とシリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとの界面と、ガラス基板１１とシリコン基板１７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１７ａ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。
【００２０】
また、固定電極１３とダイヤフラム１７ａとの間で検知された静電容量に応じて上記押圧手段（本実施の形態では発熱体層１４）を制御する制御部１９が、引き出し電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄと電気的に接続されている。
【００２１】
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１７ａの主面１７ａ2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１７ａとガラス基板１１上の固定電極１３との間には、所定の静電容量を有するので、ダイヤフラム１７ａが変位すると、その静電容量が変化する。固定電極１３及びダイヤフラム１７ａは、それぞれシリコン製部材１２ａ，１２ｄ及び引き出し電極１６ａ，１６ｄを介して制御部１９に接続されているので、外圧力によるダイヤフラム１７ａの変位に起因する静電容量の変化は制御部１９で検知することができる。すなわち、固定電極１３とダイヤフラム１７ａとの間の静電容量で外圧力を検知することができる。
【００２２】
このようにダイヤフラム１７ａの変位により静電容量が変化すると、制御部１９は、ダイヤフラム１７ａを所定の位置に保持する、すなわちダイヤフラム１７ａ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１９は、押圧手段を制御して、ダイヤフラム１７ａに加わっている外圧力に抗する圧力をキャビティ１８内で主面１７ａ1に加える。具体的には、制御部１９は、押圧手段である発熱体層１４に引き出し電極１６ｂ，１６ｃ及びシリコン製部材１２ｂ，１２ｃを介して通電して発熱体層１４を発熱させる。発熱体層１４が発熱すると、キャビティ１８内の流体（ここでは空気）が加熱されて膨張して、キャビティ１８内の体積が増加する。このキャビティ１８内の体積増加により、ダイヤフラム１７ａの主面１７ａ1を外圧力に抗して押圧する。制御部１９は、ダイヤフラム１７ａ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１７ａ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、このときの発熱体層１４への通電量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。
【００２３】
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１７ａのキャビティ１８内の主面１７ａ1を発熱体で加熱した流体（ここでは空気）で押圧するので、放電の恐れがない。また、流体の体積膨張によりダイヤフラム１７ａの主面１７ａ1を押圧するので主面１７ａ1を均等に押圧することができる。このため、高精度にサーボ機能を発揮させることができる。なお、キャビティ１８内に温度センサを設け、キャビティ内の流体の温度をパラメータとして圧力を測定することも可能である。この構成の場合、外気温の変化によらず圧力の正確な測定が可能となる。さらに、発熱体層１４の他に冷却素子を設けることにより、さらに精度の高いサーボ制御を行うこともできる。また、冷却素子により、負圧に対するサーボ制御も可能となる。なお、流体として低沸点を有する液体、例えばヘプタンなどを空気などの気体と共に用いることにより、発熱体層１４を発熱させた場合にキャビティ１８内で気体の膨張のみならず液体の気化による体積膨張が得られ、より高い圧力を作り出すことができる。例えば、気体のみの場合は絶対温度に比例した圧力上昇が得られるが、ヘプタンを用いた場合には、２０℃で０．０６ＭＰａ、１２０℃で０．６ＭＰａと広い範囲での圧力変化を得ることができる。これにより、より広い外圧力の範囲で測定が可能となる。このような低沸点を有する液体を封入する場合には、ガラス基板１１とシリコン基板１７との間の接合は室温下での直接接合などを採用する。
【００２４】
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），（ｂ）及び図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１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。
【００２５】
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１７を準備する。不純物としては、ｎ型不純物でも良く、ｐ型不純物でも良い。濃度としては、例えば０．０１Ω・ｃｍ程度とする。このシリコン基板１７の一方の主面をエッチングして、図２（ａ）に示すように、ダイヤフラム１７ａと固定電極１３との間の間隔を制御するキャビティ１７用の凹部１７ｃを形成する。この場合、シリコン基板１７上にレジスト膜を形成し、凹部１７ｃ形成領域以外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１７をエッチングして凹部１７ｃを設ける。その後、レジスト膜を除去する。
【００２６】
次いで、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１７の他方の主面をエッチングして、ダイヤフラム１７ａを形成する。この場合、シリコン基板１７上にレジスト膜を形成し、凹部１７ｄ形成領域以外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１７をエッチングして凹部１７ｄを設ける。その後、レジスト膜を除去する。なお、シリコン基板１７の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。ただし、ウェットエッチングの場合には、エッチングレートに差が出るようにシリコン基板１７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。この場合のエッチングマスクとしては、熱酸化膜などを用いるのが良い。
【００２７】
次いで、図３（ａ）に示すようなシリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ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。不純物としては、ｎ型不純物でも良く、ｐ型不純物でも良い。濃度としては、例えば０．０１Ω・ｃｍ程度とする。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，１２ｄ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，１２ｄ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，１２ｄ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。
【００２８】
次いで、シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ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，１２ｄをガラス基板１１の主面１１ｂに押し込んで、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。
【００２９】
さらに、シリコン基板１２のシリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ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１７の気密性を向上させることができる。
【００３０】
次いで、ガラス基板１１の主面１１ａ側を研磨処理することによりシリコン製部材１２ａ，１２ｃ，１２ｄを主面１１ａで部分的に露出させる。さらに、シリコン基板１２を研磨処理することにより、シリコン製部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄをガラス基板１１の主面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，１２ｄ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，１２ｄを埋め込んだガラス基板１１を作製する。
【００３１】
次いで、図３（ｂ）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，１２ｄとそれぞれ電気的に接続するように固定電極１３を形成する。この場合、まず、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、電極及び固定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。
【００３２】
次いで、図３（ｂ）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１２ｂ，１２ｃとそれぞれ電気的に接続するように発熱体層１４を形成する。この場合、まず、ガラス基板１１の主面１１ａ上に発熱体材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、発熱体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発熱体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。
【００３３】
次いで、図３（ｃ）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，１２ｄとそれぞれ電気的に接続するように引き出し電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを形成する。この場合、まず、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。
【００３４】
次いで、ダイヤフラム１７ａを有するシリコン基板１７を、ダイヤフラム１７ａが固定電極１３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１７の接合部１７ｂとが接合される。このとき、シリコン基板１７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１７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。
【００３５】
このようにして得られたサーボ式圧力センサは、固定電極１３がシリコン製部材１２ａを介して引き出し電極１６ａと電気的に接続され、発熱体層１４がシリコン製部材１２ｂ，１２ｃを介して引き出し電極１６ｂ，１６ｃと電気的に接続され、ダイヤフラム１７ａがシリコン製部材１２ｃを介して引き出し電極１６ｄ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１７ａと固定電極１３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１２ａ，１２ｄを介して引き出し電極１６ａ，１６ｄから制御部１９に出力される。また、制御部１９からの制御信号（通電量情報を含む信号）は、引き出し電極１６ｂ，１６ｃ及びシリコン製部材１２ｂ，１２ｃを介して発熱体層１４に出力される。これにより、発熱体層１４が発熱してキャビティ１８内の流体を体積膨張させてダイヤフラム１７ａを所定の位置に保持する。そして、ダイヤフラム１７ａが元の位置に保持されたときの通電量に基づいて測定圧力を算出することができる。
【００３６】
このようなサーボ式圧力センサにおいては、ダイヤフラム１７ａのキャビティ１８内の主面１７ａ1を発熱体で加熱した流体（ここでは空気）で押圧するので、放電の恐れがない。また、流体の体積膨張によりダイヤフラム１７ａの主面１７ａ1を押圧するので主面１７ａ1を均等に押圧することができる。このため、高精度にサーボ機能を発揮させることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、押圧手段がキャビティ内の流体を圧縮して内圧を高める圧縮手段である場合について説明する。
【００３８】
図４は、本発明の実施の形態２に係るサーボ式圧力センサの概略図である。図中２１はガラス基板を示す。ガラス基板２１は、一対の主面２１ｂ，２１ｃを有する。また、ガラス基板２１は、一対の主面２１ｂ，２１ｃ間を貫通する貫通穴２１ａを有する。ガラス基板２１の主面２１ｂ上には、固定電極２２が形成されている。
【００３９】
ガラス基板２１の主面２１ｂ上には、可動電極であるダイヤフラム２３ａを有するシリコン基板２３が接合されている。シリコン基板２３のガラス基板２１側の主面には、固定電極２２を囲繞する大きさの凹部が形成されており、ガラス基板２１とシリコン基板２３とが接合されることにより、キャビティ２６が構成されるようになっている。ガラス基板２１とシリコン基板２３とは、ダイヤフラム２３ａが固定電極２２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、接合部２３ｂで接合される。ダイヤフラム２３ａは、一対の主面２３ａ1，２３ａ2を有しており、主面２３ａ2側に外圧力が印加され、主面２３ａ1側に該外圧力に抗する圧力が印加される。
【００４０】
ガラス基板２１の主面２１ｃ側には、可動部であるダイヤフラム２４ａを有するシリコン基板２４が接合されている。ガラス基板２１の主面２１ｃには、凹部が形成されており、ガラス基板２１とシリコン基板２４とが接合されることにより、キャビティ２６が構成されるようになっている。ガラス基板２１とシリコン基板２４とは、接合部２４ｂで接合される。シリコン基板２３とガラス基板２１とで構成されるキャビティと、シリコン基板２４とガラス基板２１とで構成されるキャビティとは、貫通穴２１ａを介して連通している。
【００４１】
シリコン基板２４のダイヤフラム２４ａの外側の主面（キャビティ２６側の主面と反対側の主面）上には、アクチュエータ２５が設けられている。このアクチュエータ２５は、圧電素子、磁歪素子、形状記憶合金、静電引力発生素子などで構成することができる。したがって、アクチュエータ２５が駆動することによりダイヤフラム２４ａが変位し、この変位によりキャビティ２６内の流体を圧縮して内圧を高める。このように、ダイヤフラム２４ａとアクチュエータ２５とで圧縮手段を構成する。
【００４２】
ガラス基板２１とシリコン基板２３，２４との界面は、実施の形態１と同様に、高い密着性を有することが好ましい。
【００４３】
また、固定電極２２とダイヤフラム２３ａとの間で検知された静電容量に応じてアクチュエータ２５を制御する制御部２７が、固定電極２２、シリコン基板２３及びアクチュエータ２５と電気的に接続されている。
【００４４】
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２３ａの主面２３ａ2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２１側に変位する。ダイヤフラム２３ａとガラス基板２１上の固定電極２２との間には、所定の静電容量を有するので、ダイヤフラム２３ａが変位すると、その静電容量が変化する。固定電極２２及びダイヤフラム２３ａは制御部２７に接続されているので、外圧力によるダイヤフラム２３ａの変位に起因する静電容量の変化は制御部２７で検知することができる。すなわち、固定電極２２とダイヤフラム２３ａとの間の静電容量で外圧力を検知することができる。
【００４５】
このようにダイヤフラム２３ａの変位により静電容量が変化すると、制御部２７は、ダイヤフラム２３ａを所定の位置に保持する、すなわちダイヤフラム２３ａ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２７は、押圧手段を制御して、ダイヤフラム２３ａに加わっている外圧力に抗する圧力をキャビティ２６内で主面２３ａ1に加える。具体的には、制御部２７は、押圧手段の一部であるアクチュエータ２５を駆動させて、ダイヤフラム２４ａをガラス基板２１に対して近接させる。これにより、キャビティ２６内の容積が減少し、キャビティ２６内の流体がダイヤフラム２３ａの主面２３ａ1を外圧力に抗して押圧する。制御部２７は、ダイヤフラム２３ａ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２３ａ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、このときのアクチュエータ２５への制御量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。
【００４６】
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２３ａのキャビティ２６内の主面２３ａ1を、アクチュエータ２５を用いて流体（ここでは空気）で押圧するので、放電の恐れがない。また、流体の体積膨張によりダイヤフラム２３ａの主面２３ａ1を押圧するので主面２３ａ1を均等に押圧することができる。このため、高精度にサーボ機能を発揮させることができる。
【００４７】
次に、本実施の形態２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５（ａ）〜（ｃ）及び図６（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２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。
【００４８】
まず、図５（ａ）に示すように、サンドブラストなどの方法によりガラス基板２１に貫通穴２１ａを形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、ガラス基板２１の主面２１ｂ上に固定電極２２を形成する。この場合、まず、ガラス基板２１の主面２１ｂ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極及び固定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。次いで、図５（ｃ）に示すように、ガラス基板２１の主面２１ｃ側に、ミリング加工などにより、ダイヤフラム２４ａとの間の間隔を制御するキャビティ２６用の凹部２１ｄを形成する。
【００４９】
次いで、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板２４を準備する。不純物としては、ｎ型不純物でも良く、ｐ型不純物でも良い。濃度としては、例えば０．０１Ω・ｃｍ程度とする。このシリコン基板２４の一方の主面をエッチングして、図６（ａ）に示すように、ダイヤフラム２４ａを形成するための凹部２４ｃを形成する。この場合、シリコン基板２４上にレジスト膜を形成し、凹部２４ｃ形成領域以外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１７をエッチングして凹部２４ｃを設ける。その後、レジスト膜を除去する。なお、シリコン基板２４の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。
【００５０】
次いで、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板２４の凹部２４ｃの底面上にアクチュエータ２５を設ける。例えば、圧電素子や磁歪素子の層を形成する。１７の他方の主面をエッチングして、ダイヤフラム１７ａを形成する。この場合、まず、シリコン基板２４の凹部２４ｃに素子材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、アクチュエータ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素子材料をミリング加工し、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００５１】
次いで、ダイヤフラム２３ａを有するシリコン基板２３を、ダイヤフラム２３ａが固定電極２２と所定の間隔をおいて位置するように、ガラス基板２１の主面２１ｂ上に接合する。すなわち、ガラス基板２１の主面２１ｂとシリコン基板２３の接合部２３ｂとが接合される。このとき、シリコン基板２３及びガラス基板２１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２３とガラス基板２１との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ２６の気密性を向上させることができる。
【００５２】
次いで、ダイヤフラム２４ａを有するシリコン基板２４を、アクチュエータ２５が外側に位置するように、ガラス基板２１の主面２１ｃに接合する。すなわち、ガラス基板２１の主面２１ｃとシリコン基板２４の接合部２４ｂとが接合される。このとき、シリコン基板２４及びガラス基板２１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２４とガラス基板２１との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ２６の気密性を向上させることができる。
【００５３】
このようにして得られたサーボ式圧力センサは、固定電極２２、ダイヤフラム２３ａ及びアクチュエータ２５が制御部２７に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２３ａと固定電極２２との間で検知された静電容量の変化の信号は制御部２７に出力される。また、制御部２７からの制御信号（駆動量情報を含む信号）はアクチュエータ２５に出力される。これにより、アクチュエータ２５がガラス基板２１側に駆動してキャビティ２６内の容積を減少させて、キャビティ２６内の流体を圧縮し、これによりダイヤフラム２３ａを所定の位置に保持する。そして、ダイヤフラム２３ａが元の位置に保持されたときの駆動制御量に基づいて測定圧力を算出する。
【００５４】
このようなサーボ式圧力センサにおいては、ダイヤフラム２３ａのキャビティ２６内の主面２３ａ1を、アクチュエータ２５を用いて流体（ここでは空気）で押圧するので、放電の恐れがない。また、流体の体積膨張によりダイヤフラム２３ａの主面２３ａ1を押圧するので主面２３ａ1を均等に押圧することができる。このため、高精度にサーボ機能を発揮させることができる。また、この構成においては、発熱体を備えないため、周囲に熱を棒出できない場所であっても圧力測定が可能である。
【００５５】
本発明は上記実施の形態１，２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１，２で説明した電極や各層の厚さや材質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１，２においては、ダイヤフラムに加わる外圧力が正圧である場合について説明しているが、本発明においては、ダイヤフラムに加わる外圧力が負圧である場合にも適用することができる。また、上記実施の形態１，２で説明したプロセスについてはこれに限定されず、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】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るサーボ式圧力センサの概略構成を示す概略図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１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）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１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２に係るサーボ式圧力センサの概略構成を示す概略図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２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６】（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２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。
【符号の説明】
【００５７】
１１，２１  ガラス基板
１１ａ，１１ｂ，１７ａ1，１７ａ2，２１ｂ，２１ｃ，２３ａ1，２３ａ2  主面
１２，２３，２４  シリコン基板
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ  シリコン製部材
１３，２２  固定電極
１４  発熱体層
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ  引き出し電極
１７ａ，２３ａ，２４ａ  ダイヤフラム
１７ｂ，２３ｂ，２４ｂ  接合部
１８，２６  キャビティ
１９，２７  制御部
２５  アクチュエータ
【図１】
2007303923.tif 000003
【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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