JPH0242430B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は高分子膜から成る感湿膜を有し、雰囲
気中の湿度の変化をインピーダンスの変化により
検出する感湿素子の製造方法に関するものであ
る。

＜従来技術＞ 雰囲気中の湿度に感応してインピーダンスが変
化する感湿素子としては、従来より酸化鉄
（Fe₂O₃又はFe₃O₄）、酸化錫（SnO₂）などの金属
酸化物の焼結体或は金属酸化膜を用いたもの、
親水性高分子膜を用いたもの、塩化リチウム
（LiCl）などの電解質塩を用いたもの及び吸湿
性樹脂或は高分子膜などにに炭素などの導電性粒
子又は繊維を分散させたものなどが知られてい
る。このうち、金属酸化物を用いた感湿素子は、
一般に広い感湿範囲を有するが、素子の抵抗値は
相対湿度の値に対応して指数関数的に変化する。
また、塩化リチウムなどの電解質塩を用いた感湿
素子は検出し得る湿度領域が狭く、特に高湿度雰
囲気中に長時間素子を放置すると電解質塩が溶出
又は希釈されるために感湿特性が著しく劣化する
などの理由で、高湿雰囲気の測定には利用するこ
とができない。さらに、吸湿性樹脂などに導電性
粒子或は繊維等を分散させた感湿素子は、高湿度
雰囲気中では急峻な抵抗変化を生じる反面低湿度
雰囲気中では感度がなく、広範な湿度領域の検知
には利用することができない。一方親水性高分子
膜或は高分子電解質を用いたものは、製造方法が
簡単で再現性・互換性に優れる、感湿範囲が広
い、抵抗変化が大きく感度が大きい、感湿応答速
度も速いなどの利点から注目されており一部実用
化されている。

ところでこれらの感湿膜の形成方法としては、
通常、デイツピング、スピンコーテイング等の方
法が採られているが、これらの方法では、直接の
パターン形成はできない。また、湿式エツチング
の方法については、高分子感湿膜は、通常、架
橋・重合或いは熱処理等の方法によつて耐水性及
び耐溶剤性が確立されているため、適当なエツチ
ング液がない。従つて従来は、リード接続部など
感湿膜の不要な部分をハンダごての熱で溶かして
除去したり或いは予めテープを貼り付け、感湿膜
をコーテイングした後テープと共に感湿膜を部分
的に剥離するなどの単純な方法でパターンを形成
していた。このため、熱による感湿膜の変質や境
界部での感湿膜の浮き上り等の問題が発生しまた
パターン寸法も非常に大きなものしか形成するこ
とができない。さらに精度及び再現性が非常に悪
いなど多くの問題があり、このような方法によつ
ては、１mm以下のパターン寸法を実現することは
きわめて困難であつた。尚、直接パターン形成を
行なう方法としてスクリーン印刷法があるが、印
刷用には高粘度溶液を必要とし、高分子材料の高
粘度溶液は粘度変化し易く、バラツキの原因とな
る。また不純物の混入が多い、精度・再現性が悪
く微細化に限界があるなど多くの問題がありこの
ためスクリーン印刷法は高分子感湿膜のコーテイ
ング法としてはあまり使用されていない。

以上のように、従来法では高分子感湿膜の微細
加工を行なうことは、非常に困難であり、高分子
感湿膜を用いて、微細パターンを形成した感湿素
子は、未だ報告されていなかつた。

一方、近年素子の小型化及び複合化が進み、
FET（電界効果トランジスタ）のゲート部に感湿
材料を付着したFET湿度センサも開発されつつ
ある。従つて、感湿膜をより微細に加工する技術
はますますその必要度を増している。

＜発明の目的＞ 本発明は上記現状に鑑み、高分子感湿材料を精
度よく、再現性よく、かつ任意の形状に微細加工
する技術を利用して、感湿膜を微細加工した感湿
素子の製造方法を提供することを目的とするもの
である。

＜実施例＞ 第１図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは本発明の１実施例
である感湿素子の製造工程図である。

第１図Ａに示す如く、ガラス、アルミナ等の絶
縁体又はシリコン等の半導体から成る基板１上に
インピーダンスを検出するための電極２を所定ピ
ツチで多数列設し、更に第１図Ｂに示す如く高分
子材料の溶液をデイツピング法又はスピンコーテ
イング法等によつてコーテイングして薄膜３とす
る。電極２の配列ピツチや幅は１mm以下でもよ
い。電極２としては、金、白金等の如く酸素プラ
ズマ中でも酸化されない貴金属類が望ましい。ま
た薄膜３を構成する高分子材料としては、セルロ
ース、ポリアクリル酸塩、ポリスチレンスルホン
酸塩、ポリビニルアルコールその他が用いられる
が、特にポリビニルアルコールが良好な感湿特性
を示す。これらを水または多価アルコール等の溶
媒に適度の濃度に溶解した後、この溶液を上述の
如くコーテイングすることにより薄膜３が形成さ
れる。

次に第１図Ｃに示す如く、薄膜３上に例えばフ
オトレジスト等のレジスト４をパターン形成した
後、この状態で酸素プラズマ中にさらし、薄膜３
をエツチング加工する。この際、レジスト４も同
時にエツチングされるが、レジスト４の膜厚を充
分に厚くしておけばレジスト４の付着していない
部分の薄膜３が無くなつてもレジスト４はまだ残
存している。従つて酸素プラズマエツチングによ
り、第１図Ｄに示す如く、薄膜３はレジスト４の
パターンに即してエツチング成形されることとな
る。薄膜３上に残存するレジスト４は剥離液また
は適当な溶剤を用いて除去する。以上により第１
図Ｅに示す如く薄膜３がパターン化された感湿膜
３′を有する感湿素子が作製される。レジストと
しては、通常一般に用いられるフオトレジストの
他、酢酸ビニルポリマーなどの高分子材を印刷法
で形成したもの、金属の蒸着膜、金属板のマス
ク、ドライフイルムレジスト等を用いてもよい。
尚、酸素プラズマによるエツチング条件について
は、基板温度の上昇による感湿膜の変質に注意す
る必要がある。例えば、高周波出力はできるだけ
小さくし、ガスはArとO₂又はN₂とO₂などの混合
ガスを使用するよりも酸素100％の方がエツチン
グ時間を短縮でき基板温度の上昇も小さくするこ
とができる。

第１図Ｅの感湿素子は必要に応じて素子単体ま
たは複数の素子群毎に基板１を分割して使用に供
する。

上記製造工程に従つて感湿素子を作製する際の
より具体的な条件等について次に示す具体例で説
明する。

具体例 １ ガラス基板上にマスク蒸着によつて下部電極パ
ターンを形成する。一方、ポリビニルアルコール
粉末を水に溶解し、該溶液を、前記パターン形成
した電極上に、スピンナーでコーテイングする。
乾燥・熱処理後ドライ・フイルム・レジストによ
る微細パターンを形成し、酸素プラズマエツチン
グを実施する。直径250mm、長さ300mmの円筒形プ
ラズマエツチング装置では、酸素圧：0.4Torr、
高周波出力：150Wに設定すると、約20分間で完
全にエツチングが完了する。エツチングが完了す
ると塩化メチレン等の溶剤で残存するレジストを
除去する。この後、エツチングされた感湿膜の上
に上部電極パターンをマスク蒸着等によつて形成
する。

以上により感湿素子が作製される。上部電極と
下部電極を検出回路に接続することにより、周囲
湿度に対応した感湿膜のインピーダンス変化を検
出することができ、これによつて湿度が求められ
る。

上記製造方法により得られた感湿素子の１例を
第２図に平面図で示す。ガラス基板１上に下部電
極２が面状に層設され、その上に感湿膜３′が堆
積されている。感湿膜３′上には面状の上部電極
５が形成され、上部電極５と下部電極２はその一
端縁が延設されてリード線６で検出回路に電気的
に接続されている。

具体例 ２ ガラス基板上に、蒸着した金属薄膜をフオトエ
ツチングで一対の対向した櫛歯状にパターン化
し、電極とする。以下実施例１と同様にポリビニ
ルアルコールを酸素プラズマエツチングにより、
エツチングした後、塩化メチレン等の溶剤でレジ
ストを除去する。

上記製造方法により得られた感湿素子の１例を
第３図に平面図で示す。ガラス基板１上に１対の
櫛歯状電極２ａ，２ｂがパターン形成され、その
上に感湿膜３が層設されている。櫛歯状電極２
ａ，２ｂはともにリード線６で検出回路に電気的
に接続されている。

＜発明の効果＞ 以上詳説した如く、本発明の感湿素子の製造方
法は、 感湿素子を非常に微小化することができる。

１枚の基板上に、微小素子を多数作製するウ
エハー処理に適し、低コスト化ができる。

製作時における感湿膜剥離等の問題が解決さ
れ、素子製作の歩留り及び信頼性が向上する。

等の非常に優れた技術的効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す感湿素子の製
造工程図である。第２図及び第３図はそれぞれ第
１図の製造工程を介して得られた感湿素子の平面
図である。 １……基板、２……電極、３……薄膜、３′…
…感湿膜、４……レジスト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高分子材料から成る感湿膜上にマスク材をパ
   ターン形成して酸素プラズマエツチング加工する
   ことを特徴とする感湿素子の製造方法。