(57)【要約】【課題】媒煙フィルターの下流にスリップする粒子状物質量を精度高く感知し、これを利用して媒煙フィルターの破損を感知する粒子状物質センサーユニットを提供する。【解決手段】排気ガスが通過する排気ラインと、排気ラインの一側に設置され、排気ガスに含まれている粒子状物質が接して通過するときに信号を発生させるＰＭセンサーとを有して構成され、粒子状物質センサーが、電荷を帯びた粒子状物質が通過するとき粒子状物質によって誘導電荷が発生する静電誘導方式とする。その前面部には、設定された幅間隔と設定された長さ間隔を置いて配列された突出部が、後面部にはヒータ電極と、さらにヒータ電極と隣接して信号を外部に伝達するセンシング電極パッドが形成されている形体とすることができる。ヒータ電極による熱で前面部に付着した粒子状物質を焼いて除去することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが通過する排気ラインと、前記排気ラインの一側に設置され、前記排気ガスに含まれている粒子状物質が接して通過するときに信号を発生させるＰＭセンサーとを有して構成され、
前記ＰＭセンサーが、電荷を帯びた前記粒子状物質が通過するとき、前記粒子状物質によって誘導電荷が発生する静電誘導方式であることを特徴とする粒子状物質センサーユニット。
【請求項２】
前記ＰＭセンサーは、その一側面である前面部に、設定された幅間隔と設定された長さ間隔を置いて配列された突出部が、他側面である後面部にはヒータ電極と、さらに前記ヒータ電極と隣接して前記信号を外部に伝達するセンシング電極パッドが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項３】
前記ヒータ電極は、「己」字形状のジグザグに形成される部分を含むことを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項４】
前記ＰＭセンサーは、前記前面部と前記後面部の間の中間層を形成するシリコン電極層と、前記前面部と前記後面部の表面に形成されて前記シリコン電極層を覆う絶縁層とを有し、
前記シリコン電極層には、前記突出部と対応して突出電極が形成され、前記絶縁層は前記突出電極を一定の厚さで覆うことを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項５】
前記絶縁層は、
前記シリコン電極層を覆う酸化物層と、前記酸化物層を覆う窒化物層とを有して構成されることを特徴とする請求項４に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項６】
前記突出部は、直六面体、正六面体、球形、三角錐、四角錐、および円錐のいずれか１つの形体で形成されることを特徴とする請求項２に記載の粒子状物質センサーユニット。
【請求項７】
シリコン電極層をクリーニングする段階、
クリーニングされたシリコン電極層の一側面である前面部全体にエッチング防止層を形成する段階、
前記エッチング防止層から一定のパターンを残して除去する段階、
前記シリコン電極層の前面部で、前記エッチング防止層が除去された部分を一定の深さにエッチングする段階、
前記シリコン電極層の前面部に残っている前記エッチング防止層を除去して前記シリコン電極層の前面部に突出した突出電極を形成する段階、
前記突出電極を含み前記シリコン電極層の前面部と後面部全体に絶縁層を形成する段階、
前記シリコン電極層の後面部におけるセンシング電極パッドが形成される部分について、前記絶縁層を選択的に除去する段階、
前記シリコン電極層の後面部で、ヒータ電極が形成される部分に対応した部分を除いてパターニングされたフォトレジスト層を形成する段階、
後面部における前記フォトレジスト層と、前記センシング電極パッドが形成される部分に対応した前記シリコン電極層上に金属層を形成する段階、
前記フォトレジスト層を除去し、前記シリコン電極層上に前記金属層で形成された前記センシング電極パッドと、前記シリコン電極層上に前記絶縁層を介して前記金属層で形成された前記ヒータ電極を形成する段階、
を有して構成されることを特徴とする粒子状物質センサーユニットの製造方法。
【請求項８】
前記エッチング防止層は、Ａｌスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、またはＴＥＯＳ成分を蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）して形成することを特徴とする請求項７に記載の粒子状物質センサーユニットの製造方法。
【請求項９】
前記エッチング防止層から一定のパターンを残して除去する段階において、パターニングされたマスクを利用して前記エッチング防止層を選択的に感光させ、エッチング液を利用して感光した部分を除去することを特徴とする請求項７に記載の粒子状物質センサーユニットの製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁層を形成する段階は、前記シリコン電極層の前面部と後面部全体に酸化物層と窒化物層を順に形成することを特徴とする請求項７に記載の粒子状物質センサーユニットの製造方法。
【請求項１１】
前記フォトレジスト層を形成する段階において、前記フォトレジスト層がある部分とない部分の境界はネガティブスロープとすることを特徴とする請求項７に記載の粒子状物質センサーユニットの製造方法。
【請求項１２】
前記金属層を形成する段階において、前記金属層は、白金を含むことを特徴とする請求項７に記載の粒子状物質センサーユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質センサーユニットに関し、より詳細には排気ガスに含まれている粒子状物質（媒煙）をフィルタリングする媒煙フィルターの破損を精度高く感知し、その信号を制御部に送信することができる粒子状物質センサーユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル自動車には、外部に排出する媒煙を減らすためのディーゼル媒煙フィルター（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）が用いられているが、このようなディーゼル媒煙フィルターに捕集された媒煙量を推定するのに、差圧センサーが適用されている〔例えば、特許文献１参照〕。
【０００３】
排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒｓ）の量を計測するセンサーとして、この他、排気ガス通路に粒子状物質を付着させる抵抗線を置いてその抵抗値が変わることを利用した粒子状物質センサー（以下、「ＰＭセンサー」と記す。）〔特許文献２参照〕、粒子状物質の堆積量により静電容量が変わることを利用したＰＭセンサー〔特許文献３、４参照〕、基台上に付着した粒子状物質を、基台上に設けた２つの電極間の電気的導通を検出するＰＭセンサー〔特許文献５参照〕などの提案がなされている。
【０００４】
排気ガス規制は、今後ますます強化される方向にあり、既存のＰＭセンサーを利用してのディーゼル媒煙フィルター管理では不充分なことがあり、より精度の高いＰＭセンサーが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１５１９３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５３９３０号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５３５８２号公報
【特許文献４】特開２０１１−１６９２０５号公報
【特許文献５】特開２０１０−２８６４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、媒煙フィルターの下流にスリップする粒子状物質（媒煙）量を精度高く感知し、これを利用して媒煙フィルターの破損を感知するＰＭセンサーユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明のＰＭセンサーユニットは、排気ガスが通過する排気ラインと、排気ラインの一側に設置され、排気ガスに含まれている粒子状物質が接して通過するときに信号を発生させるＰＭセンサーとを有して構成され、ＰＭセンサーが、電荷を帯びた粒子状物質が通過するとき粒子状物質によって誘導電荷が発生する静電誘導方式とする。
【０００８】
ＰＭセンサーは、その一側面である前面部に、設定された幅間隔と設定された長さ間隔を置いて配列された突出部が、他側面である後面部にはヒータ電極と、さらにヒータ電極と隣接して信号を外部に伝達するセンシング電極パッドが形成されている形体とすることができる。これにより、ヒータ電極は、電流によって熱を発生させて前面部に付着した粒子状物質を焼いて除去することができる。
【０００９】
このヒータ電極は、「己」字形状のジグザグに形成される部分を含むのが好ましい形態である。
ＰＭセンサーは、前面部と後面部の間の中間層を形成するシリコン電極層と、前面部と後面部の表面に形成されてシリコン電極層を覆う絶縁層とを有し、シリコン電極層には、突出部と対応して突出電極が形成され、絶縁層は突出電極を一定の厚さで覆うようにする。
絶縁層は、シリコン電極層を覆う酸化物層と、酸化物層を覆う窒化物層とを有して構成される。
突出部は、直六面体、正六面体、球形、三角錐、四角錐、および円錐のいずれか１つの形体で形成される。
【００１０】
本発明のＰＭセンサーユニットの製造方法は、（１）シリコン電極層をクリーニングする段階、（２）クリーニングされたシリコン電極層の一側面である前面部全体にエッチング防止層を形成する段階、（３）エッチング防止層から一定のパターンを残して除去する段階、（４）シリコン電極層の前面部で、エッチング防止層が除去された部分を一定の深さにエッチングする段階、（５）シリコン電極層の前面部に残っているエッチング防止層を除去してシリコン電極層の前面部に突出した突出電極を形成する段階、（６）突出電極を含みシリコン電極層の前面部と後面部全体に絶縁層を形成する段階、（７）シリコン電極層の後面部におけるセンシング電極パッドが形成される部分について、絶縁層を選択的に除去する段階、（８）シリコン電極層の後面部で、ヒータ電極が形成される部分に対応した部分を除いてパターニングされたフォトレジスト層を形成する段階、（９）後面部におけるフォトレジスト層と、センシング電極パッドが形成される部分に対応したシリコン電極層上に金属層を形成する段階、（１０）フォトレジスト層を除去し、シリコン電極層上に金属層で形成されたセンシング電極パッドと、シリコン電極層上に絶縁層を介して金属層で形成されたヒータ電極を形成する段階、を有して構成される。
【００１１】
ここで、エッチング防止層は、Ａｌスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、またはＴＥＯＳ成分を蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）して形成することもできる。
【００１２】
エッチング防止層から一定のパターンを残して除去する段階においては、パターニングされたマスクを利用してエッチング防止層を選択的に感光させ、エッチング液を利用して感光した部分を除去することができる。
絶縁層を形成する段階は、シリコン電極層の前面部と後面部全体に酸化物層と窒化物層を順に形成することで行われる。
【００１３】
フォトレジスト層を形成する段階においては、フォトレジスト層がある部分とない部分の境界はネガティブスロープとするのがよい。
金属層を形成する段階において、金属層は白金であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＰＭセンサーユニットによれば、ディーゼル媒煙フィルター（ＤＰＦ）の媒煙（ｓｏｏｔ）のような粒子状物質の捕集量や排気ガスに含まれている粒子状物質の量を精度高く検知でき、排気ガス規制の強化に効果的に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る排気ラインにＰＭセンサーユニットが配置された状態を示す概略的な内部斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る排気ラインにＰＭセンサーユニットが配置された状態を示す平面図、側面図、および正面図である。
【図３】帯電粒子−電極間距離と誘導された電荷信号との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係るＰＭセンサーユニットの前面部を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係るＰＭセンサーユニットの後面部を示す斜視図である。
【図６】図４のＡ−Ａ’ラインに沿ったＰＭセンサーユニットの断面図である。
【図７】図４のＢ−Ｂ’ラインに沿ったＰＭセンサーユニットの断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係るＰＭセンサーユニットの製造途中でのＡ−Ａ’ラインに沿った断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係るＰＭセンサーユニットの製造途中でのＡ−Ａ’ラインとＢ−Ｂ’ラインに沿った断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るＰＭセンサーユニットの製造途中でのＡ−Ａ’ラインとＢ−Ｂ’ラインに沿った断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るＰＭセンサーユニットの製造途中でのＡ−Ａ’ラインとＢ−Ｂ’ラインに沿った断面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るＰＭセンサーユニットの製造途中でのＡ−Ａ’ラインとＢ−Ｂ’ラインに沿った断面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るＰＭセンサーユニットの製造順序を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る排気ラインにＰＭセンサーユニットが配置された状態を示す概略的な内部斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る排気ラインにＰＭセンサーユニットが配置された状態を示す平面図、側面図、および正面図である。
【００１７】
図１および図２を参照すると、排気ライン１００に排気ガスが流れ、排気ガス内には粒子状物質１１０が含まれている。粒子状物質１１０は、ＰＭセンサー１２０の近くを通過するとき、粒子状物質１１０がもつ電荷によりＰＭセンサー１２０に電荷が誘導され、ＰＭセンサー１２０が信号を発生する。
【００１８】
一般的に、帯電した粒子によって生成される電場は、下記の数式で示される。
【数１】
2013122439.tif 000003
【００１９】
センサー電極界面においては、帯電粒子状物質による電場値と同じ大きさの表面電荷が発生する。この誘導された電荷は、ラプラス方程式によって解くことができる。直交座標系において、ｚが０である平面に置かれた導体平板に対し、Ｑ値の電荷量を有する帯電点電荷が（０、０、ｄ）に置かれたとき、点電荷によって生成される電位および誘導される表面電荷密度は下記の数式の通りとなる。
【００２０】
【数２】
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【００２１】
帯電粒子によってセンシング電極に誘導される誘導電荷量を、帯電粒子と電極の間の距離に応じて示すと図３のグラフのようになる。
【００２２】
本発明の実施形態に係る排気ラインにＰＭセンサーユニットの前面部を図４に、後面部を図５にそれぞれ斜視図で示している。
ＰＭセンサー１２０は、シリコン電極層３３０と絶縁層３４０で形成される。シリコン電極層３３０は予め設定された厚さに形成され、その前面部３００と後面部３１０に絶縁層３４０が薄く形成されている。絶縁層３４０は、シリコン電極層３３０上に酸化物層３４２（Ｏｘｉｄｅ）、そしてその酸化物層３４２の上に窒化物層３４４（Ｎｉｔｒｉｄｅ）が形成された構造である。
【００２３】
ＰＭセンサー１２０の前面部３００には四角形に突出した突出部３２０が形成される。突出部３２０は、幅方向に第１距離（Ｄ１）を置き、長さ方向に第２距離（Ｄ２）を置いて形成される。この実施形態では、四角形で示しているが、この形状は、直六面体、正六面体、球形、三角錐、四角錐、円錐など任意にいずれか１つの形体で形成されてもよく、また、第１距離（Ｄ１）と第２距離（Ｄ２）も設計仕様に応じて任意に決めることができる。さらに、突出部３２０の高さも、同様に任意に決めることができる。
【００２４】
ＰＭセンサー１２０の後面部３１０には、一側に絶縁層３４０が形成され、他側には絶縁層３４０を形成しない領域を設ける。絶縁層３４０の上には、ヒータ電極４００が形成され、好ましい実施形態では、図５に示すようにヒータ電極４００を「己」字形状のジグザグ部分を有するようにしている。
【００２５】
後面部３１０の絶縁層３４０が形成されない領域には、シリコン電極層３３０の面にセンシング電極パッド４１０が形成される。
【００２６】
シリコン電極層３３０は、シリコンウエハと類似したＳｉ成分を材料とし、ヒータ電極４００とセンシング電極パッド４１０は、導電性で耐久性の高い白金（Ｐｔ）などの金属層で形成される。尚、図では、各電極からの端子およびその回路については当業者にとって明らかであるので省略している。
【００２７】
図６は、図４のＡ−Ａ’ラインに沿ってのＰＭセンサーユニットの断面図、図７は、図４のＢ−Ｂ’ラインに沿っての断面図である。
図６を参照すると、シリコン電極層３３０の前面部３００（図６では上側部となる）には、突出部３２０と対応して突出電極５００が形成される。そして絶縁層３４０は、突出電極５００の部分を含めてシリコン電極層３３０の前面部３００を全て覆うように形成される。シリコン電極層３３０に突出電極５００を形成することにより、粒子状物質の感度を上げることができる。
【００２８】
ＰＭセンサー１２０の後面部３１０（図６では下側部となる）には、絶縁層３４０上にヒータ電極４００が形成される。ヒーター電極４００は、電流によって熱を発生させて前面部３００を加熱し、前面部３００に付着した粒状物質を焼いて除去することができ、清浄に保つことができ、ＰＭセンサー１２０の感度を高く維持することができる。
【００２９】
図７を参照すると、シリコン電極層３３０で突出部３２０が形成されない領域では、前面部３００に突出電極５００が形成されず、全て絶縁層３４０が覆うように形成される。後面部３１０では、絶縁層３４０がなく、シリコン電極層３３０と直接にセンシング電極パッド４１０が形成される。
【００３０】
図８、図９、図１０、図１１、図１２は、本発明の実施形態に係るＰＭセンサーユニットのＡ−Ａ’ラインとＢ−Ｂ’ラインに沿った部分を製造順序に従い断面図で示している。図１３は、その製造工程を示している。
【００３１】
図１３を参照してＰＭセンサーユニットの製造について順を追って説明する。先ず、シリコン電極層３３０をクリーニングし（Ｓ１２１）、シリコン電極層３３０上にエッチング防止層７００を形成し（Ｓ１２２）、エッチング防止層７００をパターンで除去する（Ｓ１２３）。エッチング防止層７００が除去された部分のシリコン電極層３３０をエッチングして除去し（Ｓ１２４）、次いで、シリコン電極層３３０上に残るエッチング防止層７００を除去し（Ｓ１２５）、前面部３００に突出電極５００が完成する（Ｓ１２６）。
【００３２】
図８で説明すると、シリコン電極層３３０上にエッチング防止層７００を形成し、突出部３２０と対応する部分以外のエッチング防止層７００を除去し、エッチング防止層７００が除去された部分をエッチングしてシリコン電極層３３０に凹部を作り、突出電極５００を形成する。次いで、突出電極５００上に置かれたエッチング防止層７００を除去する。
【００３３】
シリコン電極層３３０の前面部３００と後面部３１０の全体に絶縁層３４０を形成する（Ｓ１２７）。図９で説明すると、シリコン電極層３３０における前面部３００では突出電極５００と残りの部分の全てを絶縁層３４０が覆い、後面部３１０では全面に絶縁層３４０を形成する。
【００３４】
シリコン電極層３３０の後面部３１０におけるセンシング電極パッド４１０の形成予定領域の絶縁層３４０を除去する（Ｓ１２８）。図１０を参照すれば、シリコン電極層３３０の後面部３１０に形成された絶縁層３４０の一部（図のＢ−Ｂ’相当域）を除去し、その領域ではシリコン電極層３３０が露出するようになる。
【００３５】
後面部３１０にパターニングされて部分的に除去されたフォトレジスト層１０００を形成する（Ｓ１２９）。フォトレジスト層１０００がない部分は、ヒータ電極４００とセンシング電極パッド４１０が形成される部分である。
【００３６】
フォトレジスト層１０００のある部分とない部分を含めて後面部３１０の全体に金属層１１００を形成する（Ｓ１３０）。図１１で説明すると、フォトレジスト層１０００がある部分とない部分の境界はネガティブスロープ、すなわち、フォトレジスト層１０００のない部分と絶縁層３４０が形成する角（ａｎｇｌｅ）が９０度より小さい角度になるようにする。
【００３７】
後面部３１０全体に金属層１１００を形成したとき、フォトレジスト層１０００のない部分では、図１１のＢ−Ｂ’相当域ではシリコン電極層３３０上に金属層１１００が形成され、図１１のＡ−Ａ’相当域では絶縁層３４０上に直接金属層１１００が形成される。次いでフォトレジスト層１０００を剥がす（Ｓ１３１）。図１１および図１２で説明すると、後面部３１０からフォトレジスト層１０００を除去すると、絶縁層３４０に直接付着した金属層１１００は残り、所定パターンの金属層が完成する（Ｓ１３２）。すなわち、ＰＭセンサー１２０の後面部３１０には、シリコン電極層３３０上に金属層１１００のセンシング電極パッド４１０と、シリコン電極層３３０上に絶縁層３４０を挟んで金属層１１００のヒータ電極４００が形成され、その他の領域は絶縁層３４０となる。
【００３８】
本発明のＰＭセンサーユニットの製造は、上記実施形態に限定するものではなく、それぞれの層はスパッタリング、蒸着、エッチング、フィルムなどによって形成してもよく、あるいはマスクと光感光式方法によって一部がパターン除去されてもよい。さらに、エッチング液を利用して設定された領域がエッチングされ、除去されたりピーリング（ｐｅｅｌ）してもよい。
【００３９】
以上、本発明のＰＭセンサーユニット、およびその製造方法について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態から当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって容易に変更され、均等であると認められる範囲のすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００４０】
１００：排気ライン
１１０：粒子状物質
１２０：ＰＭセンサー
３００：前面部
３１０：後面部
３２０：突出部
３３０：シリコン電極層
３４０：絶縁層
３４２：酸化物層
３４４：窒化物層
４００：ヒータ電極
４１０：センシング電極パッド
５００：突出電極
７００：エッチング防止層
１０００：フォトレジスト層
１１００：金属層
【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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