JP4742577B2 - Pressure sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は、圧力センサおよびその製造方法に関し、特に、イッテルビウムを感圧材料として用いた圧力センサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a pressure sensor and a manufacturing method thereof, and more particularly to a pressure sensor using ytterbium as a pressure sensitive material and a manufacturing method thereof.
圧力センサは、一般的に、加えられた圧力により抵抗値が変化する感圧材料を用いて構成される。従来では、感圧材料として銅−マンガン−ニッケル合金が用いられてきた。しかしながら、銅−マンガン−ニッケル合金は、負荷圧に対する抵抗変化量で定義される感圧特性が２．４×１０−５（ただし、圧力単位をＭＰａとする）であり、測定圧力レンジが、数百ＭＰａ〜数十ＧＰａであるため、適用可能な用途が限定されていた。また、合金ターゲットを使ったスパッタリング法により、合金の薄膜を成膜しているため、合金ターゲット表面の凹凸（エロージョン）の変化などにより、薄膜の合金組成比が変動するため、安定したセンサ出力を得ることが難しかった。 The pressure sensor is generally configured using a pressure-sensitive material whose resistance value changes according to an applied pressure. Conventionally, copper-manganese-nickel alloys have been used as pressure sensitive materials. However, the copper-manganese-nickel alloy has a pressure-sensitive characteristic defined by a resistance change amount with respect to a load pressure of 2.4 × 10 −5 (where the pressure unit is MPa), and the measurement pressure range is several Since it is 100 MPa to several tens of GPa, applicable applications are limited. In addition, because the alloy thin film is formed by sputtering using an alloy target, the alloy composition ratio of the thin film fluctuates due to changes in the erosion on the surface of the alloy target. It was difficult to get.
こうした問題点に対処するため、近年では、銅−マンガン−ニッケル合金に代えて、イッテルビウムを感圧材料として用いた圧力センサが提案されている（特許文献１）。イッテルビウムの感圧特性は、６．０×１０−４（ただし、圧力単位をＭＰａとする）であり、銅−マンガン−ニッケル合金の数十倍の圧力感度がある。したがって、イッテルビウムを用いた圧力センサは、応用範囲が広く、高感度な圧力検出が可能である。また、単元素ターゲットを用いて成膜することができるため、成膜の再現性がよくなり、安定したセンサ出力が得ることができる。
しかしながら、イッテルビウムは、大気中で表面が酸化されやすく、さらに、水には徐々に、酸には速やかに溶ける。すなわち、イッテルビウムは、耐酸化性、耐薬品性、および耐水性に乏しく、微細加工プロセスにおいて取り扱いが難しい材料であるといえる。そのため、イッテルビウムを用いた圧力センサでは製造方法の確立が難しく、好ましい圧力センサ構造についても確立されていない。 However, ytterbium has a surface that is easily oxidized in the atmosphere, and dissolves gradually in water and quickly in acid. That is, it can be said that ytterbium is a material that has poor oxidation resistance, chemical resistance, and water resistance, and is difficult to handle in a microfabrication process. Therefore, it is difficult to establish a manufacturing method with a pressure sensor using ytterbium, and a preferable pressure sensor structure has not been established.
また、導電性基板上に感圧材料からなる膜を用いて感圧部を構成する場合、感圧部と基板との間の電気的絶縁が重要な技術要素である。たとえば、導電性基板上において、真空蒸着、スパッタリング、またはプラズマＣＶＤ（化学気相成長）などの手法を用いてＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３などの絶縁膜を成膜し、この絶縁膜上に感圧部を形成することによって、感圧部と基板との間を電気的に絶縁する場合には、絶縁を確保するために絶縁膜の膜厚を厚くする必要がある。しかし、膜厚を厚くする場合、成膜時間が長くなるため製造コストが高くなる。また、成膜時間が長くなることにともなって、成膜時にクラックや異物が生じやすくなり歩留まりが低下する。さらに、薄い導電性基板に絶縁膜を形成する場合には、反りや歪みの関係で絶縁膜が破損しやすく、成膜が困難となるといった問題がある。 Further, when a pressure sensitive part is formed using a film made of a pressure sensitive material on a conductive substrate, electrical insulation between the pressure sensitive part and the substrate is an important technical element. For example, an insulating film such as Si 3 N 4 , SiO 2 , and Al 2 O 3 is formed on a conductive substrate using a technique such as vacuum deposition, sputtering, or plasma CVD (chemical vapor deposition), When the pressure sensitive part is formed on the insulating film to electrically insulate the pressure sensitive part and the substrate, it is necessary to increase the thickness of the insulating film in order to ensure insulation. However, when the film thickness is increased, the manufacturing cost increases because the film formation time becomes longer. In addition, as the film formation time becomes longer, cracks and foreign matters are likely to be generated during film formation, and the yield decreases. Further, in the case where an insulating film is formed on a thin conductive substrate, there is a problem that the insulating film is easily damaged due to warpage or distortion, and film formation becomes difficult.
特に、感圧材料としてイッテルビウムを用いる場合には、絶縁膜にクラックなどの欠損が生じると、イッテルビウムが大気に触れるおそれもあり、上述のように耐酸化性の観点からも絶縁膜の欠損を防止することが望ましい。 In particular, when ytterbium is used as a pressure-sensitive material, if defects such as cracks occur in the insulating film, the ytterbium may come into contact with the atmosphere. It is desirable to do.
本発明は、以上の目的を達成するためにななされたものである。したがって、本発明の目的は、絶縁膜にクラックや異物が生じることによる歩留まり低下や破損を防止できる圧力センサおよびその製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、耐酸化性、耐薬品性、および耐水性に乏しいイッテルビウムに適する構造を持つ圧力センサおよびその製造方法を提供することである。 The present invention has been made to achieve the above object. Accordingly, an object of the present invention is to provide a pressure sensor and a method for manufacturing the same that can prevent a yield reduction and breakage due to generation of cracks and foreign matters in an insulating film. Another object of the present invention is to provide a pressure sensor having a structure suitable for ytterbium having poor oxidation resistance, chemical resistance and water resistance, and a method for producing the same.
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。 The above object of the present invention is achieved by the following means.
本発明の圧力センサは、基板と、前記基板上に設けられたポリイミド膜と、前記ポリイミド膜によって前記基板と電気的に絶縁されたイッテルビウム膜を含む感圧部と、前記感圧部に隣接した導電膜からなる配線部と、前記配線部および前記感圧部により覆われており、前記配線部と前記感圧部とを電気的に接続するためのコンタクトパッド部と、を有し、前記コンタクトパッド部を覆う前記感圧部は、前記配線部を覆うように延伸されており、前記イッテルビウム膜、前記導電膜、および前記コンタクトパッド部は、それぞれフォトエッチングを用いて微細加工されていることを特徴とする。 The pressure sensor of the present invention includes a substrate, a polyimide film provided on the substrate, a pressure-sensitive part including an ytterbium film electrically insulated from the substrate by the polyimide film, and adjacent to the pressure-sensitive part. A wiring portion made of a conductive film; and a contact pad portion that is covered with the wiring portion and the pressure-sensitive portion and electrically connects the wiring portion and the pressure-sensitive portion. The pressure-sensitive part covering the pad part is extended so as to cover the wiring part, and the ytterbium film, the conductive film, and the contact pad part are each finely processed using photoetching. Features.
本発明の圧力センサの製造方法は、基板上にポリイミド膜を形成する段階と、前記ポリイミド膜の上方に第１導電膜を形成し、当該第１導電膜をフォトエッチングを用いて微細加工してコンタクトパッド部を形成する段階と、前記コンタクトパッド部を形成した後、前記コンタクトパッド部を覆う第２導電膜を形成し、前記コンタクトパッド部が一部露出するように当該第２導電膜をフォトエッチングを用いて微細加工して配線部を形成する段階と、前記ポリイミド膜の上方にイッテルビウム膜を形成する段階と、前記イッテルビウム膜をフォトエッチングを用いて所定のパターンに微細加工して、前記ポリイミド膜によって前記基板と電気的に絶縁されるイッテルビウム膜を含む感圧部を形成する段階と、を有し、前記イッテルビウム膜を形成する段階は、前記配線部を形成した後に実行され、前記一部露出したコンタクトパッド部を覆うようにイッテルビウム膜を形成することを特徴とする。 The method of manufacturing a pressure sensor according to the present invention includes a step of forming a polyimide film on a substrate, forming a first conductive film above the polyimide film, and finely processing the first conductive film using photoetching. Forming a contact pad portion; and, after forming the contact pad portion, forming a second conductive film covering the contact pad portion, and exposing the second conductive film so that the contact pad portion is partially exposed. Forming a wiring portion by microfabrication using etching; forming a ytterbium film over the polyimide film; and micromachining the ytterbium film into a predetermined pattern using photoetching to form the polyimide forming a pressure-sensitive part comprising the substrate and electrically insulated by ytterbium film by film, have a, the ytterbium layer The step of forming is performed after forming the wiring portion, characterized that you form ytterbium film so as to cover the contact pad portion exposed said portion.
本発明によれば、ポリイミド膜によって基板と感圧部とが絶縁されるので、基板上にＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３などの絶縁膜を成膜し、絶縁膜上に感圧部を形成する場合と異なり、絶縁膜にクラックや異物が生じることによる歩留まり低下や破損を防止できる。 According to the present invention, since the substrate and the pressure sensitive part are insulated by the polyimide film, an insulating film such as Si 3 N 4 , SiO 2 , and Al 2 O 3 is formed on the substrate, and the insulating film is formed on the insulating film. Unlike the case where the pressure-sensitive portion is formed, it is possible to prevent a decrease in yield and damage due to generation of cracks and foreign matters in the insulating film.
本発明によれば、イッテルビウム膜上に酸化防止膜を形成するので、イッテルビウム膜が耐酸化性に乏しい点を補い、高感度で適用範囲の広い圧力センサを提供することができる。また、イッテルビウム膜の表面を覆う酸化防止膜は、イッテルビウム膜を微細加工する際には、耐薬品および耐水用の膜としても機能しうるので、イッテルビウム膜の損傷を防止することができる。 According to the present invention, since the antioxidant film is formed on the ytterbium film, the ytterbium film compensates for the lack of oxidation resistance, and can provide a pressure sensor with high sensitivity and wide application range. In addition, the antioxidant film covering the surface of the ytterbium film can function as a chemical and water resistant film when the ytterbium film is finely processed, so that damage to the ytterbium film can be prevented.
本発明によれば、配線部を形成した後に、少なくともイッテルビウム膜を含む単一または積層の膜を配線部と電気的に接触するように成膜し、フォトエッチングを用いて微細加工するので、イッテルビウム膜が被る薬液処理回数および洗浄回数を減らすことができ、イッテルビウム膜の損傷を抑制できる。 According to the present invention, after the wiring portion is formed, a single or multilayer film including at least an ytterbium film is formed so as to be in electrical contact with the wiring portion, and fine processing is performed using photoetching. It is possible to reduce the number of times of chemical treatment and the number of cleanings that the film suffers, and to suppress damage to the ytterbium film.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本実施の形態の圧力センサの概略構成を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the pressure sensor of the present embodiment.
図１に示されるとおり、圧力センサ１は、導電性基板１０と、導電性基板１０上に形成されたポリイミド膜２０とを有する。ポリイミド膜２０の上方には、イッテルビウム膜を含む感圧部３０が設けられており、感圧部３０は、ポリイミド膜２０によって導電性基板１０と電気的に絶縁されている。図１に示されるとおり、好ましくは、感圧部３０とポリイミド膜２０との間には、密着層４０が介在しており、感圧部３０は、密着層４０上に設けられている。
As shown in FIG. 1, the
感圧部３０は、たとえば、蛇行して伸延したパターンに形成されている。感圧部３０、特に感圧部３０の両端部３１，３２に隣接して、導電膜からなる配線部５０が設けられている。配線部５０は、感圧部３０と同一平面上に形成されることが望ましく、本実施の形態では、密着層４０上に形成されている。
The pressure-
また、導電膜を所定の形状に形成してなるコンタクトパッド部６０が、特に感圧部３０の両端部３１，３２に接触して設けられている。感圧部３０の端部と配線部５０の一端とは、コンタクトパッド部６０に夫々連結されており、感圧部３０と配線部５０とは、コンタクトパッド部６０を介して電気的に接続される。この結果、感圧部３０、コンタクトパッド部６０、および配線部５０は、センサ回路を構成する。なお、感圧部３０の端部と配線部５０の一端とは、コンパクトパッド部６０を介して連結されるのみならず、互いに直接的に接触していてもよい。
The
一方、配線部５０の他端は、密着層４０上の面内において、圧力センサ１の端縁部に向かって伸延している。好ましくは、配線部５０には、（図示していない）信号線が接続される。信号線は、圧力センサ１の外部に引き出される。
On the other hand, the other end of the
また、圧力センサ１の頂面には、少なくとも感圧部３０を覆う保護膜７０が形成されている。好ましくは、保護膜７０は圧力センサ１の頂面全体に設けられ、感圧部３０のみならず、配線部５０、およびコンタクトパッド部６０についても覆う。
Further, a
次に、各部の構成について、図２を参照しつつ説明する。 Next, the configuration of each unit will be described with reference to FIG.
図２は、感圧部３０、配線部５０、およびコンタクトパッド部６０を横切るように、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した圧力センサ１の断面図である。
Figure 2 is a pressure-
導電性基板１０は、金属基板であり、本実施の形態では、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）基板である。導電性基板１０は、圧力センサ１のベース板であり、圧力センサ１のサイズに応じて切り出されている。本実施の形態では、導電性基板１０は、矩形状に形成されているが、本実施の形態と異なり、他の形状に形成されていてもよい。安定した絶縁特性を得る見地からは、導電性基板１０の表面は、面粗度Ｒｍａｘ（最大高さ）が０．２μｍ以下となるように研磨加工されていることが望ましい。
The
次に、導電性基板１０上に形成されたポリイミド膜２０について説明する。ポリイミド膜２０は、導電性基板１０と密着しており、導電性基板１０の全面にわたって形成されていることが望ましい。ポリイミド膜２０の膜厚は、好ましくは、２μｍ以上である。面粗度Ｒｍａｘが０．２μ以下の導電性基板１０と膜厚２μｍ以上のポリイミド膜２０とを組み合わせることによって、安定した絶縁が得られる。
Next, the
次に、ポリイミド膜２０上に形成された密着層４０について説明する。密着層４０としては、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３からなる群から選択された１または複数の材料で構成される。密着層４０は、上記のセンサ回路、すなわち、感圧部３０、コンタクトパッド部６０、および配線部５０の各膜との密着性を高め、膜剥離が生じないようにするものである。
Next, the
次に、センサ回路を構成する感圧部３０、コンタクトパッド部６０、および配線部５０について説明する。
Then, sensing
コンタクトパッド部６０は、第１導電膜をフォトエッチングを用いて微細加工して形成されている。ここでは、フォトエッチングとは、フォトリソグラフィーを用いて領域を区画した上で、当該区画に基づいて一部の膜を除去する加工を意味する。具体的には、フォトエッチングは、後述するようにリフトオフ加工、ウェットエッチング、およびドライエッチングなどである。
第１導電膜としては、たとえば、密着層４０上に形成される接触膜６１と、接触膜６１上に形成される高導電膜６２との積層膜が用いられる。接触膜６１としては、たとえば、チタン（Ｔｉ）膜またはクロム（Ｃｒ）膜を用いることができ、高導電膜６２としては、たとえば、比抵抗が小さく、圧力の検出結果に影響を与えないようにするために、圧力感度が小さい金（Ａｕ）膜、銅（Ｃｕ）膜、またはアルミニウム（Ａｌ）膜を用いることが望ましい。
As the first conductive film, for example, a stacked film of a
配線部５０は、第２導電膜をフォトエッチングを用いて微細加工して形成されている。第２導電膜としては、たとえば、接触膜５１と、接触膜５２上に形成される高導電膜５２との積層膜が用いられる。接触膜５１および高導電膜５２としては、コンタクトパッド部６０に用いられる接触膜６１および高導電膜６２と同様の材料を用いることができる。配線部５０は、密着層４０の面上に沿って伸延し、コンタクトパッド部６０の一側に到達し、さらにコンタクトパッド部６０の頂面の一部を覆う。
The
一方、感圧部３０は、圧力によって電気抵抗値が変化する感圧材料であるイッテルビウム膜３３と、イッテルビウム膜３３上に形成された酸化防止膜３４とを有する。具体的には、感圧部３０は、イッテルビウム膜３３と酸化防止膜３４の積層膜を上記図１に示されるような蛇行形状にフォトエッチングを用いて微細加工して形成されている。酸化防止膜３４としては、たとえば、窒化アルミニウムまたは窒化チタンで形成される。
On the other hand, the pressure-
感圧部３０は、密着層４０の面上に沿って伸延し、コンタクトパッド部６０の他側に到達する。さらに、感圧部３０は、コンタクトパッド部６０の頂面の一部を覆い、配線部５０と出会う。さらに、感圧部３０は、配線部５０の上部に伸延していてもよい。この結果、感圧部３０と配線部５０とは、コンタクトパッド部６０を介して連結されて電気的に接続されるとともに、感圧部３０と配線部５０とが直接的に接触する。
Pressure
最後に、保護膜７０について説明する。保護膜７０は、圧力センサ１の頂面をなし、好ましくは、ポリイミド膜である。
Finally, the
以上のように製造される圧力センサ１は、以下のように作用する。
The
配線部５０に接続された各信号線は、ホイーストンブリッジ回路（不図示）を形成するように結線される。ホイーストンブリッジ回路の詳細は、従来と同様であるので説明を省略する。ホイーストンブリッジ回路により、抵抗値が測定される。
Each signal line connected to the
圧力センサ１の感圧部３０に圧力が印加されると、感圧部３０の電気抵抗値が変化する。このときの電気抵抗値の変化量がホイーストンブリッジ回路によって検出され、その抵抗値の変化量から、印加された圧力が計算される。特に、感圧部３０は、イッテルビウム膜３３を含むため、一般的な銅−マンガン−ニッケル合金を用いた感圧部と比べて、圧力による電気抵抗値変化が大きく、数十倍の感圧特性を有している。さらに、抵抗値変化は直線的であるので、高精度に圧力を検出することができ、幅広い用途に適用できる。
When pressure is applied to the pressure-
次に、以上のように構成される圧力センサ１の製造方法について説明する。図３〜図１６は、本実施の形態の圧力センサ１の製造方法の一例について示す図である。なお、本実施の形態の圧力センサ１は、種々の製造方法により製造することができるが、以下の説明では、リフトオフ加工を用いる場合を例にとって説明する。
Next, a manufacturing method of the
図３に示されるとおり、まず、導電性基板１０として、ステンレス鋼基板（ＳＵＳ３０４）が用意され、所望の形状に切り出される。次いで、ラッピングおよび／またはポリッシング加工（研磨加工）により、表面の面粗度Ｒｍａｘが０．２μｍ以下になるように加工される。加工後は、表面洗浄を施し、油分および付着異物が除去される。
As shown in FIG. 3, first, a stainless steel substrate (SUS304) is prepared as the
次いで、導電性基板１０の表面の水分を取り除くために十分に乾燥させた後、導電性基板１０上にポリイミド膜２０が形成される。具体的には、導電性基板１０の表面にポリイミド樹脂を塗布し、スピン式塗布装置（スピンナー）によって導電性基板１０を予め設定された回転数で所定時間回転することにより、膜厚２μｍ程度のポリイミド膜２０を形成することができる。
Next, after sufficiently drying to remove moisture on the surface of the
次いで、図４に示されるとおり、ポリイミド膜２０上に、密着層４０が形成される。密着層は、たとえば、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３からなる群から選択された１または複数の材料によりなる。なお、密着層４０は、真空蒸着、スパッタリング、またはプラズマＣＶＤを用いて形成することができる。
Next, as shown in FIG. 4, the
密着層４０は、コンタクトパッド部６０を構成する第１導電膜、配線部５０を構成する第２導電膜、および感圧部３０のイッテルビウム膜３３が剥離しないように密着性を向上させるものである。また、密着層４０は、上記のポリイミド膜２０とともに、センサ回路と導電性基板１０とを絶縁する絶縁膜としても機能する。
次に、コンタクトパッド部６０を形成する工程が実行される。まず、図５に示されるとおり、密着層４０の表面全域に第１フォトレジスト膜８１がスピン式塗布装置を用いて塗布される。次いで、フォトリソグラフィーを用いてコンタクトパッド部６０に対応する領域６０ａとそれ以外の領域が区画される。具体的には、図示していないフォトマスクを用いて露光することによって、コンタクトパッド部６０に対応する領域６０ａとそれ以外の領域が区画される。たとえば、第１フォトレジスト膜８１として、ネガ型フォトレジストを用いる場合には、領域６０ａ以外の領域にのみ光が照射される。
Next, a step of forming a
次いで、図６に示されるとおり、現像工程が実行され、コンタクトパッド部６０に対応する領域６０ａの第１フォトレジスト膜が除去される。
Then, as shown in FIG. 6, a developing process is performed, the first photoresist film in the region 60a corresponding to the
次に、図７に示されるとおり、コンタクトパッド部６０に対応する領域６０ａの第１フォトレジスト膜８１が除去された結果物上に、第１導電膜が形成される。第１導電膜は、好ましくは、接触膜６１と高導電膜６２との積層膜である。したがって、まず、接触膜６１が形成され、その上に高導電膜６２が形成される。接触膜６１としては、たとえば、チタン（Ｔｉ）膜またはクロム（Ｃｒ）膜を用いることができ、高導電膜６２としては、たとえば、金（Ａｕ）膜、銅（Ｃｕ）膜、またはアルミニウム（Ａｌ）膜を用いることができる。接触膜６１および高導電膜６２は、真空蒸着またはスパッタリング法などを用いて、成膜される。この結果、コンタクトパッド部６０に対応する領域では、密着層４０上に直接的に接触膜６１および高導電膜６２が形成されるのに対し、コンタクトパッド部６０以外の領域では、第１フォトレジスト膜８１上に接触膜６１および高導電膜６２が形成される。
Next, as shown in FIG. 7, on the resultant structure where the
次いで、図８に示されるとおり、第１フォトレジスト膜８１を溶解し、コンタクトパッド部６０に対応する領域を除く他の領域において第１導電膜が第１フォトレジスト膜８１とともに除去される。この結果、コンタクトパッド部６０が形成される。
Then, as shown in FIG. 8, was dissolved
次に、配線部５０を形成する工程が実行される。まず、図９に示されるとおり、コンタクトパッド部６０が形成された結果物上に第２フォトレジスト膜８２がスピン式塗布装置を用いて塗布される。次いで、図示していないフォトマスクを用いて露光することによって、配線部５０に対応する領域５０ａとそれ以外の領域が区画される。このとき、配線部５０に対応する領域５０ａとそれ以外の領域の境界がコンタクト部６０の頂面上に位置する。次いで、図１０に示されるように、現像工程が実行され、配線部５０に対応する領域５０ａにおける第２フォトレジスト膜８２が除去される。
Next, the process of forming the
次に、図１１に示されるとおり、配線部５０に対応する領域における第２フォトレジスト膜８２が除去された結果物上に、第２導電膜が形成される。第２導電膜は、好ましくは、接触膜５１と高導電膜５２との積層膜である。接触膜５１および高導電膜５２としては、コンタクトパッド部６０に用いられる接触膜６１および高導電膜６２と同様の材料を用いることができる。接触膜５１および高導電膜５２も、真空蒸着またはスパッタリング法などを用いて成膜される。
Next, as shown in FIG. 11, a second conductive film is formed on the resultant structure from which the
次いで、図１２に示されるとおり、第２フォトレジスト膜８２を溶解し、配線部５０に対応する領域を除く他の領域において第２導電膜が第２フォトレジスト膜８２とともに除去される。この結果、密着層４０の面上に沿って伸延し、コンタクトパッド部６０の一側に到達し、さらにコンタクトパッド部６０の頂面の一部を覆う配線部５０が形成される。
Next, as shown in FIG. 12, the
次に、感圧部３０を形成する工程が実行される。まず、図１３に示されるとおり、コンタクトパッド部６０および配線部５０が形成された結果物上に第３フォトレジスト膜８３がスピン式塗布装置を用いて塗布される。次いで、図示していないフォトマスクを用いて露光することによって、感圧部３０に対応する領域３０ａとそれ以外の領域が区画される。このとき、感圧部３０に対応する領域３０ａとそれ以外の領域の境界が配線部５０の上部に位置することが望ましい。次いで、図１４に示されるように、現像工程が実行され、感圧部３０に対応する領域３０ａにおける第３フォトレジスト膜８３が除去される。
Next, the process of forming the pressure
次に、図１５に示されるとおり、感圧部３０に対応する領域３０ａにおける第３フォトレジスト膜８３が除去された結果物上に、イッテルビウム膜３３が形成される。イッテルビウム膜３３は、一部露出したコンタクトパッド部を覆うように形成される。次いで、イッテルビウム膜３３上に酸化防止膜３４が形成される。酸化防止膜３４は、たとえば、たとえば、窒化アルミニウムまたは窒化チタンで形成される。なお、イッテルビウム膜３３および酸化防止膜３４は、真空蒸着またはスパッタリング法などを用いて成膜される。
Next, as shown in FIG. 15, the
次いで、図１６に示されるとおり、第３フォトレジスト膜８３を溶解し、感圧部５０の領域を除く他の領域においてイッテルビウム膜３３が第３フォトレジスト膜８３とともに除去される。この結果、密着層４０の面上に沿って伸延し、コンタクトパッド部６０の他側に到達し、さらにコンタクトパッド部６０の頂面の一部を覆い、配線部５０と出会う感圧部３０が形成される。
Next, as shown in FIG. 16, the
最後に、感圧部３０が形成された結果物上にポリイミド樹脂を塗布し、スピン式塗布装置（スピンナー）によって基板を予め設定された回転数で所定時間回転することにより、保護膜（ポリイミド膜）７０を形成することによって、図２に示される圧力センサ１が完成する。
Finally, a polyimide resin is applied on the resultant product on which the pressure-
上記の製造方法では、リフトオフ加工、すなわち、目的とするパターンの逆パターンを基板上にフォトレジストなどで構成し、目的とする薄膜を形成後、不要部分をフォトレジストと共に除去して目的とするパターンを残す方法により、コンタクトパッド部６０、配線部５０、および感圧部３０を形成した。しかしながら、ウェットエッチングおよびドライエッチングなどリフトオフ加工法以外のフォトエッチング（フォトリソグラフィーを用いた微細加工）を用いて、コンタクトパッド部６０、配線部５０、および感圧部３０を微細加工することもできる。ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いる場合でも、コンタクトパッド部６０、配線部５０、および感圧部３０の順に形成することが望ましい。
In the above manufacturing method, lift-off processing, that is, a reverse pattern of a target pattern is formed of a photoresist or the like on a substrate, and after forming a target thin film, unnecessary portions are removed together with the photoresist to achieve a target pattern. the method of leaving the
以上のように、製造される圧力センサ１は、以下のような効果を有する。
As described above, the manufactured
本実施の形態の圧力センサ１では、ポリイミド膜２０によって感圧部３０と導電性基板１０とを電気的に絶縁する。したがって、従来のＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３などの薄膜のみを導電性基板１０に直接的に形成して絶縁膜として用いる場合と異なり、絶縁膜にクラックや異物が生じることによる歩留まり低下や破損を防止できる。
In the
すなわち、ポリイミド膜２０は、従来のＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３などの絶縁膜に場合に比べて、熱膨張係数が大きく、柔軟性があり、クラックも生じにくい。このため、ポリイミド膜２０は、導電性基板１０との適合性が良好である。
That is, the
特に、導電性基板１０として、面粗度Ｒｍａｘが０．２μｍ以下の金属板を用いることで、膜厚２μｍ程度のポリイミド膜２０によって、導電性基板１０とセンサ回路とを良好に絶縁することができる。したがって、圧力センサ１のセンサ出力が安定する。
In particular, by using a metal plate having a surface roughness Rmax of 0.2 μm or less as the
ポリイミド膜２０を絶縁膜として活用することにより、従来のＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３などの絶縁膜のみを絶縁膜として用いる場合と異なり、０．１ｍｍ程の薄板金属基板をはじめ、様々な厚みの金属基板表面にセンサ回路を作製することができる。金属部品そのものを導電性基板１０として用いることもでき、この場合、金属部品そのものを圧力センサ化することが可能である。したがって、自動車用圧力センサとして多くの部位に適用することができる。たとえば、ボルト軸力計測用ロードセル、ガスケットシール面圧センサ、無段階変速機（ＣＶＴ：コンティニアスリー・ヴァリアブル・トランスミッション）におけるベルトとプーリー間での面圧センサに適用することができる。この場合、従来の歪みゲージで計測するよりも工数を大幅に削減できるとともに、人的要因による計測誤差も低減することができる。
By using the
また、ポリイミド膜２０を絶縁膜として用いるので、絶縁を確保するためにＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３などの絶縁膜を厚くする必要がなく、安価に圧力センサ１を製造することができる。
Further, since the
また、感圧部３０に隣接した導電膜からなる配線部５０と、配線部５０と感圧部３０とを電気的に接続するためのコンタクトパッド部６０とを有するので、配線部５０と感圧部３０との導通の信頼性を向上することができる。特に、配線部５０と感圧部３０とを直接的に接続する場合と比べて接触抵抗を小さくすることができる。また、配線部５０および感圧部３０が、コンタクトパッド部６０に接触している限りにおいて、位置ずれを生じても導通が確保される。
In addition, since the
さらに、密着層４０を併用することによって、感圧部３０、コンタクトパッド部６０、および配線部５０の各膜が剥離しないように、さらに密着性を高めることができる。
Furthermore, by combining the
また、イッテルビウム膜３３および酸化防止膜３４、第１導電膜、および第２導電膜を、フォトエッチングを用いて微細加工し、コンタクト部６０、配線部５０、および感圧部３０を形成するので、小型の圧力センサ１を製造することができる。
Further, since the
このとき、コンタクト部６０、配線部５０、および感圧部３０の順番で微細加工するので、感圧部３０に含まれるイッテルビウム膜３３が被る薬液処理回数および洗浄回数を最小限にすることができ、イッテルビウム膜３３の腐食および表面酸化を抑制できるため、圧力センサ１の感度のばらつきを抑え、歩留まりも向上することができる。また、配線部５０を形成した後に、感圧部３０を形成しても、上述したように、コンタクトパッド部６０を介して、配線部５０と感圧部３０とを導通することができるため、安定したセンサ出力を達成することができる。
At this time, since the microfabrication is performed in the order of the
また、イッテルビウム膜３３上に形成された酸化防止膜３４を含むので、イッテルビウム膜３３が耐酸化性に乏しい点を補い、高感度で適用範囲の広い圧力センサを提供することができる。また、イッテルビウム膜３３の表面を覆う酸化防止膜は、イッテルビウム膜３３を微細加工する際には、耐薬品および耐水用の膜としても機能するので、イッテルビウム膜の損傷を防止することができる。
Moreover, since the antioxidant film |
以上のように、本発明の圧力センサおよびその製造方法についての好適な実施の形態について説明したが、本発明は、上記の場合に限られるものではなく、発明の思想を逸脱しない範囲内で当業者によって、省略、追加、および変更が可能であることはいうまでもない。 As described above, the preferred embodiments of the pressure sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above case, and the present invention is not limited to the scope of the invention. It goes without saying that omissions, additions, and changes can be made by a trader.
たとえば、上記の例では、一つの導電性基板に一つの感圧部３０を構成する場合を説明したが、フォトリソグラフィーによって区画されるパターンを適宜に変更することによって、一つの導電性基板に複数の感圧部３０のアレイを構成することができることはいうまでもない。
For example, in the above example, the case where one pressure-
また、上記の例では、密着層４０を用いる場合を説明した。密着性を高まる見地からは、密着層４０を採用することが望ましいが、ポリイミド膜２０上に直接的にイッテルビウム膜３３を成膜し、感圧部３０を形成することもできる。
In the above example, the case where the
また、上記の例では、コンタクトパッド部６０を設ける場合を説明した。配線部５０と感圧部３０との導通の信頼性を向上する見地からは、コンタクトパッド部６０を設けることが望ましいが、配線部５０と感圧部３０とを直接的に接続することによって、コンタクトパッド部６０を省略することもできる。たとえば、配線部５０の上部まで感圧部３０が伸延するように形成することによって、配線部５０と感圧部３０とを直接的に接続することができる。
Further, in the above example it has been described the case of providing a
１ 圧力センサ、
１０ 導電性基板、
２０ ポリイミド膜、
３０ 感圧部、
３３ イッテルビウム膜、
３４ 酸化防止膜、
４０ 密着層、
５０ 配線部、
５１ 接触膜（第２導電膜）、
５２ 高導電膜（第２導電膜）、
６０ コンタクトパッド部、
６１ 接触膜（第１導電膜）、
６２ 高導電膜（第１導電膜）、
７０ 保護膜。
1 pressure sensor,
10 conductive substrate,
20 Polyimide film,
30 Pressure sensitive part,
33 Ytterbium film,
34 Antioxidant film,
40 adhesion layer,
50 Wiring section,
51 contact film (second conductive film),
52 high conductive film (second conductive film),
60 contact pad portion,
61 Contact film (first conductive film),
62 high conductive film (first conductive film),
70 Protective film.
８１ 第１フォトレジスト膜、
８２ 第２フォトレジスト膜
８３ 第３フォトレジスト膜。
81 a first photoresist film,
82
Claims (14)
前記基板上に設けられたポリイミド膜と、
前記ポリイミド膜によって前記基板と電気的に絶縁されたイッテルビウム膜を含む感圧部と、
前記感圧部に隣接した導電膜からなる配線部と、
前記配線部および前記感圧部により覆われており、前記配線部と前記感圧部とを電気的に接続するためのコンタクトパッド部と、を有し、
前記コンタクトパッド部を覆う前記感圧部は、前記配線部を覆うように延伸されており、前記イッテルビウム膜、前記導電膜、および前記コンタクトパッド部は、それぞれフォトエッチングを用いて微細加工されていることを特徴とする圧力センサ。 A substrate,
A polyimide film provided on the substrate;
A pressure-sensitive portion including an ytterbium film electrically insulated from the substrate by the polyimide film;
A wiring portion made of a conductive film adjacent to the pressure sensitive portion;
Covered with the wiring part and the pressure-sensitive part, and having a contact pad part for electrically connecting the wiring part and the pressure-sensitive part,
The pressure-sensitive portion covering the contact pad portion is extended so as to cover the wiring portion, and the ytterbium film, the conductive film, and the contact pad portion are each finely processed using photoetching. A pressure sensor characterized by that.
前記ポリイミド膜の上方に第１導電膜を形成し、当該第１導電膜をフォトエッチングを用いて微細加工してコンタクトパッド部を形成する段階と、
前記コンタクトパッド部を形成した後、前記コンタクトパッド部を覆う第２導電膜を形成し、前記コンタクトパッド部が一部露出するように当該第２導電膜をフォトエッチングを用いて微細加工して配線部を形成する段階と、
前記ポリイミド膜の上方にイッテルビウム膜を形成する段階と、
前記イッテルビウム膜をフォトエッチングを用いて所定のパターンに微細加工して、前記ポリイミド膜によって前記基板と電気的に絶縁されるイッテルビウム膜を含む感圧部を形成する段階と、を有し、
前記イッテルビウム膜を形成する段階は、前記配線部を形成した後に実行され、前記一部露出したコンタクトパッド部を覆うようにイッテルビウム膜を形成することを特徴とする圧力センサの製造方法。 Forming a polyimide film on the substrate;
Forming a first conductive film above the polyimide film, and finely processing the first conductive film using photoetching to form a contact pad portion;
After the contact pad portion is formed, a second conductive film is formed to cover the contact pad portion, and the second conductive film is finely processed by photoetching so that the contact pad portion is partially exposed. Forming a section;
Forming an ytterbium film over the polyimide film;
The ytterbium layer is finely processed into a predetermined pattern using a photo etching, have a, and forming a pressure-sensitive part comprising the substrate and electrically insulated by ytterbium film by the polyimide layer,
The step of forming the ytterbium film is performed after the wiring portion is formed, and the ytterbium film is formed so as to cover the partially exposed contact pad portion .
前記第１導電膜、前記第２導電膜、および前記イッテルビウム膜は、前記密着層上に形成されることを特徴とする請求項８または９に記載の圧力センサの製造方法。The pressure sensor manufacturing method according to claim 8, wherein the first conductive film, the second conductive film, and the ytterbium film are formed on the adhesion layer.
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