JPH07325002A - 拡大された感度域を有するマイクロ真空センサ - Google Patents
拡大された感度域を有するマイクロ真空センサInfo
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- JPH07325002A JPH07325002A JP6323346A JP32334694A JPH07325002A JP H07325002 A JPH07325002 A JP H07325002A JP 6323346 A JP6323346 A JP 6323346A JP 32334694 A JP32334694 A JP 32334694A JP H07325002 A JPH07325002 A JP H07325002A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L21/00—Vacuum gauges
- G01L21/10—Vacuum gauges by measuring variations in the heat conductivity of the medium, the pressure of which is to be measured
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱伝導率の原理によるマイクロ真空センサの
感度域を１０-5〜１０3ミリバールに拡大し、かつまた
高い測定精度を有するようにする。 【構成】 薄膜面が単数又は複数のウエブを介してチッ
プ上に懸架され、接着面１５，１６とヒータ８とがウエ
ブのところで連結されたセンサ構造体の場合に、センサ
中心線に沿った１つの、又は向い合った２つの側縁中間
点からの寸法づけの最適値であるｌ＝ｃ／２の条件が実
現されるようにした。この式において、ｃは薄膜区域の
側縁長さであり、ｌはｃ方向でのヒータ側縁長さとｃと
の差である。
感度域を１０-5〜１０3ミリバールに拡大し、かつまた
高い測定精度を有するようにする。 【構成】 薄膜面が単数又は複数のウエブを介してチッ
プ上に懸架され、接着面１５，１６とヒータ８とがウエ
ブのところで連結されたセンサ構造体の場合に、センサ
中心線に沿った１つの、又は向い合った２つの側縁中間
点からの寸法づけの最適値であるｌ＝ｃ／２の条件が実
現されるようにした。この式において、ｃは薄膜区域の
側縁長さであり、ｌはｃ方向でのヒータ側縁長さとｃと
の差である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱伝導率原理による平板
なマイクロ真空センサに関するものである。
なマイクロ真空センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の熱伝導率による真空計は、真空中
に張り渡された電気加熱線を用いて希釈ガスの圧力に従
属する放熱の測定にもとづくものであり、既に以前より
公知であった。更に、マイクロ技術的な製造方法により
製造される薄層加熱素子を有する熱電マイクロ真空セン
サも公知である（たとえばＡ．Ｗ．Ｈｅｒｗａａｄｅｎ
ほかの“シリコン熱電対列にもとづく小型真空センサ”
「センサ＆アクチュエータ」誌Ａ、２５〜２７，１９９
１年，５６５〜５６９）。これらの真空センサの場合、
単結晶シリコン製の、自由支承された薄膜又は自由に浮
動するビームが張られており、その上に熱電材料と加熱
層とが、シリコンないし薄層沈着物の植込みによって形
成される。この場合に利用されるのは輻射熱電対列の基
本原理である。この基本原理によれば、２つの異なる熱
電材料の、薄層技術により製造された条導体（熱脚）が
直列接続されて、交互に、薄膜の中央部又はビーム上で
の接触（いわゆる“ホット”コンタクト）と、シリコン
基体上での接触（いわゆる“コールド”コンタクト）と
が生じる。加熱層を介して“熱”接点に熱流が導入され
ることによって、ヒートシンクとして作用するシリコン
基体上の“冷”接点に比して、この“熱”接点の温度が
上昇する。両接点間の温度差は、センサチップを取囲ん
でいる気体の熱伝導率に左右される。気体圧が減少する
につれて、この熱伝導率は低下し、熱電信号電圧が上昇
する。
に張り渡された電気加熱線を用いて希釈ガスの圧力に従
属する放熱の測定にもとづくものであり、既に以前より
公知であった。更に、マイクロ技術的な製造方法により
製造される薄層加熱素子を有する熱電マイクロ真空セン
サも公知である（たとえばＡ．Ｗ．Ｈｅｒｗａａｄｅｎ
ほかの“シリコン熱電対列にもとづく小型真空センサ”
「センサ＆アクチュエータ」誌Ａ、２５〜２７，１９９
１年，５６５〜５６９）。これらの真空センサの場合、
単結晶シリコン製の、自由支承された薄膜又は自由に浮
動するビームが張られており、その上に熱電材料と加熱
層とが、シリコンないし薄層沈着物の植込みによって形
成される。この場合に利用されるのは輻射熱電対列の基
本原理である。この基本原理によれば、２つの異なる熱
電材料の、薄層技術により製造された条導体（熱脚）が
直列接続されて、交互に、薄膜の中央部又はビーム上で
の接触（いわゆる“ホット”コンタクト）と、シリコン
基体上での接触（いわゆる“コールド”コンタクト）と
が生じる。加熱層を介して“熱”接点に熱流が導入され
ることによって、ヒートシンクとして作用するシリコン
基体上の“冷”接点に比して、この“熱”接点の温度が
上昇する。両接点間の温度差は、センサチップを取囲ん
でいる気体の熱伝導率に左右される。気体圧が減少する
につれて、この熱伝導率は低下し、熱電信号電圧が上昇
する。
【０００３】更に、公知の一マイクロ真空センサ（Ｐｉ
ｎｇ Ｋｕｏ Ｗａｎｇ，Ｊｉｎ−Ｓｈｏｗｎ Ｓｈｉ
ｅ著“マイクロ−ピラニ真空計”、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉ
ｎｓｔｒ．６５（２），１９９４年，４９２）の場合、
プラチナから成るメアンダ状の薄層として、加熱線がＳ
ｉＯ2 薄膜上に配置されている。この薄膜は、等しいＳ
ｉＯ2 から成る４つのウエブを介して自由浮動式に懸架
されている。単結晶シリコンウエファ上に位置するこの
薄膜は、シリコンの異方性エッチングにより作製され
る。エッチング処理により薄膜下にピラミッド形の腐食
みぞが生じる。その深さは、薄膜の寸法によって決ま
り、数百マイクロメータの値である。
ｎｇ Ｋｕｏ Ｗａｎｇ，Ｊｉｎ−Ｓｈｏｗｎ Ｓｈｉ
ｅ著“マイクロ−ピラニ真空計”、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉ
ｎｓｔｒ．６５（２），１９９４年，４９２）の場合、
プラチナから成るメアンダ状の薄層として、加熱線がＳ
ｉＯ2 薄膜上に配置されている。この薄膜は、等しいＳ
ｉＯ2 から成る４つのウエブを介して自由浮動式に懸架
されている。単結晶シリコンウエファ上に位置するこの
薄膜は、シリコンの異方性エッチングにより作製され
る。エッチング処理により薄膜下にピラミッド形の腐食
みぞが生じる。その深さは、薄膜の寸法によって決ま
り、数百マイクロメータの値である。
【０００４】以上に説明した真空センサは、その圧力感
度が、次の効果によって基本的に制限されている：気体
の平均自由移動距離が、加熱されない周囲表面からの加
熱表面（たとえば加熱線表面、薄膜表面、ビーム表面の
いずれか）の間隔より小さくなると、直ちに周囲気体に
よる放熱が、圧力上昇方向へは圧力に無関係となる。約
５００μｍという典型的なチップ厚の、自由に真空中に
配置されたセンサチップないし、ベース上に固定された
チップは、前述の理由で約１０ミリバールで圧力感度を
失ってしなう。このため、既述の種類の熱伝導性センサ
は、５０〜１０１３ミリバールの低真空では精密な圧力
測定には使用できない。
度が、次の効果によって基本的に制限されている：気体
の平均自由移動距離が、加熱されない周囲表面からの加
熱表面（たとえば加熱線表面、薄膜表面、ビーム表面の
いずれか）の間隔より小さくなると、直ちに周囲気体に
よる放熱が、圧力上昇方向へは圧力に無関係となる。約
５００μｍという典型的なチップ厚の、自由に真空中に
配置されたセンサチップないし、ベース上に固定された
チップは、前述の理由で約１０ミリバールで圧力感度を
失ってしなう。このため、既述の種類の熱伝導性センサ
は、５０〜１０１３ミリバールの低真空では精密な圧力
測定には使用できない。
【０００５】周囲気体による放熱は、圧力降下方向へは
圧力に比例して減少する。従来の加熱線真空計の場合、
１０-3ミリバール前後の圧力で既に気体によるこの放熱
は、熱輻射と加熱線懸架部を介しての熱伝導とによる加
熱線の（圧力と無関係の）熱放射より、明らかに低い値
となる。このため、この真空計は１０-3ミリバール以下
では圧力に不感となる。
圧力に比例して減少する。従来の加熱線真空計の場合、
１０-3ミリバール前後の圧力で既に気体によるこの放熱
は、熱輻射と加熱線懸架部を介しての熱伝導とによる加
熱線の（圧力と無関係の）熱放射より、明らかに低い値
となる。このため、この真空計は１０-3ミリバール以下
では圧力に不感となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、経済
的に製造可能な、熱伝導率の原理にもとづくマイクロ真
空センサであって、１０-5〜１０3 ｍｂａｒの拡大され
た感度域と、高い測定精度とを有し、更に最高４００℃
まで加熱可能な真空センサを提供することにある。
的に製造可能な、熱伝導率の原理にもとづくマイクロ真
空センサであって、１０-5〜１０3 ｍｂａｒの拡大され
た感度域と、高い測定精度とを有し、更に最高４００℃
まで加熱可能な真空センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば請求項１記載のマイクロ真空センサにより解決され
た。請求項２以下の各項には好適実施態様が示されてい
る。
れば請求項１記載のマイクロ真空センサにより解決され
た。請求項２以下の各項には好適実施態様が示されてい
る。
【０００８】最低１０-5ミリバールまでの低い圧力方向
への感度拡大は、次の措置によって達成される：必要と
される措置は、気体の熱伝導による圧力に従属する熱伝
導値Ｇgas （Ｐ）と、輻射による熱伝導値Ｇst及び加熱
線材料による熱伝導ＧL の合計値との比Ｇgas （Ｐ）／
（Ｇst＋ＧL ）が、出来るだけ大きい値となるようにす
ることである。本発明によれば、この課題は、次のよう
にすることで解決された。すなわち、加熱線を、出来る
だけ熱放射係数が小さい薄層として、最適幾何形状を有
する、熱伝導率の低い極薄のベース上に配置するように
したのである。
への感度拡大は、次の措置によって達成される：必要と
される措置は、気体の熱伝導による圧力に従属する熱伝
導値Ｇgas （Ｐ）と、輻射による熱伝導値Ｇst及び加熱
線材料による熱伝導ＧL の合計値との比Ｇgas （Ｐ）／
（Ｇst＋ＧL ）が、出来るだけ大きい値となるようにす
ることである。本発明によれば、この課題は、次のよう
にすることで解決された。すなわち、加熱線を、出来る
だけ熱放射係数が小さい薄層として、最適幾何形状を有
する、熱伝導率の低い極薄のベース上に配置するように
したのである。
【０００９】このベースは、図１の第１実施例の場合、
好ましくは、縁部長さＣの方形ＳｉＯ2 及び／又はＳｉ
3 Ｎ4 薄膜から成るようにする。この薄膜は方形の薄膜
として単結晶シリコンウエファ上に配置され、かつ裏側
からウエファに異方性エッチングを施すことにより調製
される。この薄膜の中央部には、好ましくはアルミニウ
ム製のメアンダ状加熱層が設けられている。この加熱層
は、縁部長さＣ−２・ｌの、同じく方形の面を形成して
いる。外方の接着面１５，１６へのリード線も、同じよ
うに、薄く、かつ極めて細いミクロ構造化されたアルミ
ニウム層により形成されている。このため、リード線横
断面は極小であり、熱伝導値ＧL は最小値となり、厚み
のあるシリコンチップ区域へは、ほとんど熱は放出され
ない。
好ましくは、縁部長さＣの方形ＳｉＯ2 及び／又はＳｉ
3 Ｎ4 薄膜から成るようにする。この薄膜は方形の薄膜
として単結晶シリコンウエファ上に配置され、かつ裏側
からウエファに異方性エッチングを施すことにより調製
される。この薄膜の中央部には、好ましくはアルミニウ
ム製のメアンダ状加熱層が設けられている。この加熱層
は、縁部長さＣ−２・ｌの、同じく方形の面を形成して
いる。外方の接着面１５，１６へのリード線も、同じよ
うに、薄く、かつ極めて細いミクロ構造化されたアルミ
ニウム層により形成されている。このため、リード線横
断面は極小であり、熱伝導値ＧL は最小値となり、厚み
のあるシリコンチップ区域へは、ほとんど熱は放出され
ない。
【００１０】加熱層が気体圧力に応じて加熱されるた
め、加熱層の電気抵抗の温度係数の結果、気体圧力に応
じた加熱層抵抗が生じる。この抵抗は、たとえばホイー
トストンブリッジ回路により気体に応じた電圧信号に変
換される。センサチップの温度変化は、この測定原理の
場合、望ましくない圧力表示変動を生じ、ひいては測定
精度の低下を見る。本発明によれば、高い測定精度を得
る課題は、次のようにすることにより解決された。すな
わち、厚みのあるシリコンの区域のセンサチップ上に膜
抵抗体を配置し、この膜抵抗体が加熱層抵抗体と等しい
アルミニウム層からマイクロ技術により形成され、した
がって、加熱層と等しい温度係数を有し、それゆえ、チ
ップの好ましくない温度変動の補償が保証される。
め、加熱層の電気抵抗の温度係数の結果、気体圧力に応
じた加熱層抵抗が生じる。この抵抗は、たとえばホイー
トストンブリッジ回路により気体に応じた電圧信号に変
換される。センサチップの温度変化は、この測定原理の
場合、望ましくない圧力表示変動を生じ、ひいては測定
精度の低下を見る。本発明によれば、高い測定精度を得
る課題は、次のようにすることにより解決された。すな
わち、厚みのあるシリコンの区域のセンサチップ上に膜
抵抗体を配置し、この膜抵抗体が加熱層抵抗体と等しい
アルミニウム層からマイクロ技術により形成され、した
がって、加熱層と等しい温度係数を有し、それゆえ、チ
ップの好ましくない温度変動の補償が保証される。
【００１１】図２には、本発明の、真空センサ・チップ
の第２実施例が平面図で示されている。この実施例の場
合、薄膜は単数又は複数のウエブのところに懸架されて
いる。このウエブは、好ましくは薄膜の材料又は熱伝導
率のより低い材料から成るようにし、かつまた好ましく
は薄膜の厚さ又はより薄い厚さを有するようにする。図
２の（ａ）には単一のウエブに懸架された例が示され、
図２の（ｂ）には２つのウエブに懸架された例が示され
ている。図２の（ａ）及び（ｂ）のセンサ構造体の場
合、ウエブ全長はｌ、ウエブ幅はｂ（ｂ≪ｃ）、薄膜面
積は（ｃ2 −ｌ・ｃ）によって、それぞれ与えられる。
図２の（ｃ）のセンサ構造体は、ウエブ長さは
の第２実施例が平面図で示されている。この実施例の場
合、薄膜は単数又は複数のウエブのところに懸架されて
いる。このウエブは、好ましくは薄膜の材料又は熱伝導
率のより低い材料から成るようにし、かつまた好ましく
は薄膜の厚さ又はより薄い厚さを有するようにする。図
２の（ａ）には単一のウエブに懸架された例が示され、
図２の（ｂ）には２つのウエブに懸架された例が示され
ている。図２の（ａ）及び（ｂ）のセンサ構造体の場
合、ウエブ全長はｌ、ウエブ幅はｂ（ｂ≪ｃ）、薄膜面
積は（ｃ2 −ｌ・ｃ）によって、それぞれ与えられる。
図２の（ｃ）のセンサ構造体は、ウエブ長さは
【数１】 、ウエブ幅は
【数２】 、薄膜面積は（ｃ−２・ｌ）2 により、それぞれえられ
る。熱伝導値Ｇgas （Ｐ）と輻射値Ｇstとは加熱された
薄膜面積に比例し、熱伝導値ＧL は逆に長さｌに比例す
るので、比Ｇgas （Ｐ）／（Ｇst＋ＧL ）の、ひいては
圧力感度の幾何最大値は低い圧力の場合に存在する。最
大圧力感度は、図１と図２の（ｃ）の型式の構造体の場
合には、ｌ＝ｃ／６の条件で、また図２の（ａ）と
（ｂ）の型式の構造体の場合には、ｌ＝ｃ／２の条件で
実現される。
る。熱伝導値Ｇgas （Ｐ）と輻射値Ｇstとは加熱された
薄膜面積に比例し、熱伝導値ＧL は逆に長さｌに比例す
るので、比Ｇgas （Ｐ）／（Ｇst＋ＧL ）の、ひいては
圧力感度の幾何最大値は低い圧力の場合に存在する。最
大圧力感度は、図１と図２の（ｃ）の型式の構造体の場
合には、ｌ＝ｃ／６の条件で、また図２の（ａ）と
（ｂ）の型式の構造体の場合には、ｌ＝ｃ／２の条件で
実現される。
【００１２】最高１０3 ミリバールまでの高い圧力時の
感度域拡大は、次のようにすることにより達成された。
すなわち、薄膜と平行に、５μｍ以下の僅かな間隔をお
いて両側に、少なくとも薄膜の大きさの各１つの非加熱
壁面をヒートシンクとして構成し、これにより薄膜と壁
面との間に前記幅の、気体の充填された間隙が生じるよ
うにしたのである。本発明により、この壁面は、等しい
厚さのシリコンウエファの異方性エッチングにより、セ
ンサ製造の場合同様に製造され、かつまた、たとえば陽
極ボンディグによりセンサチップ及びチップベースと結
合される。
感度域拡大は、次のようにすることにより達成された。
すなわち、薄膜と平行に、５μｍ以下の僅かな間隔をお
いて両側に、少なくとも薄膜の大きさの各１つの非加熱
壁面をヒートシンクとして構成し、これにより薄膜と壁
面との間に前記幅の、気体の充填された間隙が生じるよ
うにしたのである。本発明により、この壁面は、等しい
厚さのシリコンウエファの異方性エッチングにより、セ
ンサ製造の場合同様に製造され、かつまた、たとえば陽
極ボンディグによりセンサチップ及びチップベースと結
合される。
【００１３】別の一実施例の場合には、金属材料製の壁
部を深絞り、型押し、鋳造、その他類似の方法で成形
し、引続きセンサチップ上に組付けるようにする。更
に、別の一実施例では、薄膜下の壁部をシリコンチップ
自体により形成し、薄膜とシリコン担体との中間スペー
スを、いわゆる犠牲層をエッチングすることにより空隙
にする。
部を深絞り、型押し、鋳造、その他類似の方法で成形
し、引続きセンサチップ上に組付けるようにする。更
に、別の一実施例では、薄膜下の壁部をシリコンチップ
自体により形成し、薄膜とシリコン担体との中間スペー
スを、いわゆる犠牲層をエッチングすることにより空隙
にする。
【００１４】高い圧力方向へ感度を拡大する本発明の効
果は、次の原因にもとづいている：加熱される薄膜の熱
伝導は、とりわけ、圧力に左右される熱伝導値Ｇ
gas （Ｐ）によって規定される。この熱伝導値は、気体
の熱伝導率と、薄膜面積と、隣接非加熱面からの薄膜の
間隔とから得られる。センサケーシングの場合に典型的
な間隔＞０．５ｍｍの場合、この熱伝導値は既に約１０
ミリバールの圧力で圧力とは無関係になる。本発明によ
る解決策の場合には、＜５μｍの間隔で熱伝導値は約１
０3 ミリバールの圧力まで、圧力との関連を維持する。
果は、次の原因にもとづいている：加熱される薄膜の熱
伝導は、とりわけ、圧力に左右される熱伝導値Ｇ
gas （Ｐ）によって規定される。この熱伝導値は、気体
の熱伝導率と、薄膜面積と、隣接非加熱面からの薄膜の
間隔とから得られる。センサケーシングの場合に典型的
な間隔＞０．５ｍｍの場合、この熱伝導値は既に約１０
ミリバールの圧力で圧力とは無関係になる。本発明によ
る解決策の場合には、＜５μｍの間隔で熱伝導値は約１
０3 ミリバールの圧力まで、圧力との関連を維持する。
【００１５】壁面に反射性コーティングを施すことによ
り、センサの輻射値Ｇstが低い値となる。反射性のコー
ティングは、したがって、既述の措置に加えて、低圧時
の圧力感度を改善する。
り、センサの輻射値Ｇstが低い値となる。反射性のコー
ティングは、したがって、既述の措置に加えて、低圧時
の圧力感度を改善する。
【００１６】
【実施例】以下で、高圧時の感度拡大のための、本発明
による措置を、図示の実施例につき説明する。図３の実
施例の場合、担体１の上に異方性エッチングにより形成
されたＳｉチップ２が組付けられている。チップ２の中
央部には薄膜３が残るだけである。この薄膜は、通常は
窒化珪素及び／又は酸化珪素から成り、厚さは約１μｍ
で、熱伝導率の値は低い。
による措置を、図示の実施例につき説明する。図３の実
施例の場合、担体１の上に異方性エッチングにより形成
されたＳｉチップ２が組付けられている。チップ２の中
央部には薄膜３が残るだけである。この薄膜は、通常は
窒化珪素及び／又は酸化珪素から成り、厚さは約１μｍ
で、熱伝導率の値は低い。
【００１７】この薄膜上には、薄膜技術（たとえばスパ
ッタ）によりアルミニウム加熱層が、厚みのあるシリコ
ン区域上には数百ｎｍ厚の補償層が構造化される。薄膜
３の直ぐ上方には、ヒートシンクとして作用するブリッ
ジ４が＜５μｍの間隔で配置されている。付加的に、薄
膜の下にはヒートシンクとして作用するボディ１７が、
同じく＜５μｍの間隔をおいて配置されている。薄膜３
とヒートシンク４及び１７との間隙は、周囲気体への直
接の接近口を有していなければならない。
ッタ）によりアルミニウム加熱層が、厚みのあるシリコ
ン区域上には数百ｎｍ厚の補償層が構造化される。薄膜
３の直ぐ上方には、ヒートシンクとして作用するブリッ
ジ４が＜５μｍの間隔で配置されている。付加的に、薄
膜の下にはヒートシンクとして作用するボディ１７が、
同じく＜５μｍの間隔をおいて配置されている。薄膜３
とヒートシンク４及び１７との間隙は、周囲気体への直
接の接近口を有していなければならない。
【００１８】薄膜３とボディ１７との所定間隔は、たと
えば次のようにすることで実現できる。すなわち、異方
性エッチングにより形成されたＳｉチップ２を薄膜３と
一緒に、同じく異方性エッチングにより形成された別の
Ｓｉチップ１７の上に組付けるようにするのである。付
加的なエッチング阻止層１８（たとえばエピタキシーに
より成長させた、高濃度の硼素を組込んだＳｉ層）を公
知のように利用することによって、段状部が造られ、こ
の結果、薄膜３とヒートシンク１７との間隔が固定され
る。加えて、この段状部により、双方のチップ２，１７
がウエファ束内へ組付けられる。このウエファ束内への
組付けは、たとえば陽極ボンディングにより実施でき
る。
えば次のようにすることで実現できる。すなわち、異方
性エッチングにより形成されたＳｉチップ２を薄膜３と
一緒に、同じく異方性エッチングにより形成された別の
Ｓｉチップ１７の上に組付けるようにするのである。付
加的なエッチング阻止層１８（たとえばエピタキシーに
より成長させた、高濃度の硼素を組込んだＳｉ層）を公
知のように利用することによって、段状部が造られ、こ
の結果、薄膜３とヒートシンク１７との間隔が固定され
る。加えて、この段状部により、双方のチップ２，１７
がウエファ束内へ組付けられる。このウエファ束内への
組付けは、たとえば陽極ボンディングにより実施でき
る。
【００１９】薄膜とブリッジ４との所定間隔は次のよう
にすることで実現される。すなわち、このブリッジを、
陽極接着により組付けられたＳｉチップにエッチングに
より構造を与えることで形成するか、もしくは１回の組
付けでチップ２上に金属の深絞りないしプレス部材、型
押し部材、鋳造部材のいずれかを接着して形成すること
により実現される。図では隠れて見えない通気路１９に
より、薄膜上下の中間スペースへは気体が妨げられるこ
となく出入する。
にすることで実現される。すなわち、このブリッジを、
陽極接着により組付けられたＳｉチップにエッチングに
より構造を与えることで形成するか、もしくは１回の組
付けでチップ２上に金属の深絞りないしプレス部材、型
押し部材、鋳造部材のいずれかを接着して形成すること
により実現される。図では隠れて見えない通気路１９に
より、薄膜上下の中間スペースへは気体が妨げられるこ
となく出入する。
【００２０】図４に示されている別の一実施例では、下
方のヒートシンクが、薄膜を支えるチップ２内に生ぜし
められる。出発点は自体公知の犠牲層技術である。この
技術の場合、チップ２の上に犠牲層２０（たとえば酸化
珪素）が生ぜしめられ、この犠牲層上に薄膜３が沈着せ
しめられる。薄膜３は、犠牲層への通路２１が形成され
るように、数カ所で中断されている。犠牲層を選択的に
薄膜へ向ってエッチングす腐食剤の作用により、薄膜下
に中空室が生じる。この中空室は、通路２１を介して周
囲の大気と連通している。このように、薄膜とヒートシ
ンク（この場合は、下に位置するＳｉ基体２）との間隔
は、極めて僅かであり（たとえば数μｍ厚）、再現可能
に調節され得る。
方のヒートシンクが、薄膜を支えるチップ２内に生ぜし
められる。出発点は自体公知の犠牲層技術である。この
技術の場合、チップ２の上に犠牲層２０（たとえば酸化
珪素）が生ぜしめられ、この犠牲層上に薄膜３が沈着せ
しめられる。薄膜３は、犠牲層への通路２１が形成され
るように、数カ所で中断されている。犠牲層を選択的に
薄膜へ向ってエッチングす腐食剤の作用により、薄膜下
に中空室が生じる。この中空室は、通路２１を介して周
囲の大気と連通している。このように、薄膜とヒートシ
ンク（この場合は、下に位置するＳｉ基体２）との間隔
は、極めて僅かであり（たとえば数μｍ厚）、再現可能
に調節され得る。
【００２１】最高４００℃の温度までマイクロ真空セン
サを完全加熱する可能性は、本発明により、ＩＣと互換
性のある材料、たとえばシリコン、アルミニウム、窒化
珪素、酸化珪素のいずれかによって生ぜしめられる。こ
れらの材料は、４００℃をはるかに超える耐熱性を有し
ている。
サを完全加熱する可能性は、本発明により、ＩＣと互換
性のある材料、たとえばシリコン、アルミニウム、窒化
珪素、酸化珪素のいずれかによって生ぜしめられる。こ
れらの材料は、４００℃をはるかに超える耐熱性を有し
ている。
【図１】本発明による真空センサ・チップの第１実施例
を示す平面図。
を示す平面図。
【図２】同じく真空センサ・チップの第２実施例の平面
図。
図。
【図３】本発明により高圧域に感度の拡大された真空セ
ンサ・チップの断面図。
ンサ・チップの断面図。
【図４】薄膜を支えるチップ内にヒートシンクを有す
る、本発明による真空センサ・チップの別の実施例の断
面図。
る、本発明による真空センサ・チップの別の実施例の断
面図。
１ 担体 ２ チップ ３ 薄膜 ４ ブリッジ １５，１６ 接着面 １７ チップ １８ 腐食阻止層 ２０ 犠牲層 ｃ 縁部長さ ｌ ウエブ長さ
Claims (5)
- 【請求項１】 拡大された感度域を有するマイクロ真空
センサであって、半導体単結晶上に自由に張られた熱伝
導率の低い薄膜（３）と、前記薄膜上に配置された好ま
しくはアルミニウム製の金属加熱薄層とを有する形式の
ものにおいて、 薄膜面が、薄膜材料の、単数又は複数のウエブ、もしく
は、より熱伝導率の低い、好ましくは薄膜の厚さ又はそ
れ以下の厚さの材料の、単数又は複数のウエブを介して
懸架されており、接着面（１５，１６）とヒータ（８）
とがウエブのところで連結されたセンサ構造体の場合
に、センサ中心線に沿った１つの、又は向い合う２つの
側縁中間点からの寸法の最適値であるｌ＝ｃ／２の条件
が実現されており、この式において、ｃは薄膜区域側縁
の長さであり、ｌは、ｃ方向でのヒータ側縁長さとｃと
の大体の差であり、かつまた、接着面とヒータ（８）と
のウエブ連結部がセンサの対角線に沿って延びているセ
ンサ構造体の場合、又はウエブ懸架部なしにすべての側
が載置された薄膜が利用されているセンサ構造体の場合
には、最適な寸法づけとして、ｌ＝ｃ／６の条件が実現
されており、更に、加熱層が近ＩＲ域では極めて僅かの
熱放射能力＜０．１しか有しておらず、センサチップ上
には厚味のあるシリコンの区域に、金属加熱層と等しい
温度係数を有する膜抵抗体が温度変動を補償するために
配置されており、更にまた、薄膜（３）の表面と平行
に、平らな、反射コーティングされた壁部を有するボデ
ィ（４，１７）が薄膜から＜５μｍの間隔をおいて配置
されており、これらのボディが薄膜（３）に対するヒー
トシンクとして作用し、更に薄膜（３）と壁面との間を
ガスがセンサの周囲から自由に循環し得ることを特徴と
する、拡大された感度域を有するマイクロ真空センサ。 - 【請求項２】 ボディ（４，１７）の壁面が、等しい厚
さのシリコンウエファ異方性エッチングを施すことによ
り、チップ製作時同様に製作され、かつまた、たとえば
陽極ボンディングによりセンサチップのウエファと結合
されていることを特徴とする、請求項１記載のマイクロ
真空センサ。 - 【請求項３】 ボディ（４，１７）の壁面の少なくとも
１つが、金属材料の深絞り、型押し、鋳造のいずれか、
又は類似の方法にて成形され、次いでセンサチップに取
付けられることを特徴とする、請求項１記載のマイクロ
真空センサ。 - 【請求項４】 ボディ（７，１４）の壁面の少なくとも
１つがセンサチップ自体に形成されており、しかもチッ
プ薄膜と壁面との中間スペースが犠牲層（２０）により
形成されており、この犠牲層が選択的に薄膜に対しエッ
チングより除去され、しかも中間スペースが薄膜（３）
内の通気流路（２１）を介して外部の大気と連通せしめ
られていることを特徴とする、請求項１記載のマイクロ
真空センサ。 - 【請求項５】 ＩＣと互換性のある材料、たとえばシリ
コン、アルミニウム、窒化珪素、酸化珪素のいずれかを
用いることにより、センサを完全に最高４００℃まで加
熱可能にすることが実現されることを特徴とする、請求
項１記載のマイクロ真空センサ。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4344256 | 1993-12-23 | ||
| DE44143494 | 1994-04-25 | ||
| DE4414349A DE4414349A1 (de) | 1993-12-23 | 1994-04-25 | Thermoelektrischer Mikrovakuumsensor |
| DE4344256.0 | 1994-04-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07325002A true JPH07325002A (ja) | 1995-12-12 |
Family
ID=25932445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6323346A Pending JPH07325002A (ja) | 1993-12-23 | 1994-12-26 | 拡大された感度域を有するマイクロ真空センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5597957A (ja) |
| EP (1) | EP0660096B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07325002A (ja) |
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| BE1008468A4 (fr) * | 1994-06-28 | 1996-05-07 | Univ Bruxelles | Procede d'extraction de metaux lourds des huiles usees. |
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| JP2007319769A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Casio Comput Co Ltd | 反応装置、その反応装置を用いた発電装置、及び、電子機器 |
| JP2008111778A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-05-15 | Ulvac Japan Ltd | ピラニ真空計および圧力測定方法 |
| WO2009096504A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | The Ritsumeikan Trust | マイクロ真空計 |
| JP2009300381A (ja) * | 2008-06-17 | 2009-12-24 | Ulvac Japan Ltd | 熱伝導型真空計、圧力測定方法 |
| KR101383918B1 (ko) * | 2013-03-14 | 2014-04-08 | 한국과학기술원 | 마이크로볼로미터형 장범위 진공센서 및 이를 포함하는 적외선 센서 |
| JP2017508976A (ja) * | 2014-03-25 | 2017-03-30 | エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッドＭｋｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | マイクロピラニ真空計 |
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