CN101539470A - 静电电容膜片真空计和真空处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及静电电容膜片真空计和真空处理设备，在静电电容膜片真空计中，膜片(3)和与膜片(3)相对的检测电极(7)被设置于真空中。所述静电电容膜片真空计通过测量膜片(3)和检测电极(7)之间的静电电容的变化程度来测量压力。静电电容膜片真空计包括大气压力变化因素检测单元(14)和(15)，其检测作为使真空压力改变的外部因素的大气压力变化因素。真空的压力是通过减去由大气压力变化因素检测单元(14)和(15)检测的信息而测量的。

Description

静电电容膜片真空计和真空处理设备
技术领域
本发明涉及静电电容膜片真空计和真空处理设备。
背景技术
静电电容膜片真空计可以高精度地测量压力，并且可以使用微机械(MEMS)技术被大规模生产，因此，其被广泛地用作用于真空处理设备等的压力传感器。
静电电容膜片真空计是这样一种设备，其中在真空中设置膜片和与该膜片相对的检测电极。该设备通过测量膜片和检测电极之间的静电电容的变化程度来测量压力。
图3是示出了作为现有技术的日本专利特开第2001-255225号中公开的静电电容膜片真空计的示意性截面图。
如图3所示，在该静电电容膜片真空计中，导线线路4形成在由玻璃等制成的绝缘基板1中，延伸穿过该绝缘基板1。
在真空气氛中相互粘结的绝缘基板1和导电基板2在其内部形成参考压力空间5。参考压力空间5形成真空密封的封闭空间。
例如，吸收残余气体的非蒸散型吸气剂6被放置于参考压力空间5中。参考压力空间5的内部被保持在高度真空。
当气体压力通过与真空处理设备9的内部连通的区域10作用在膜片3上时，膜片3根据气体压力和参考压力空间5中的压力之间的差而向检测电极7偏斜。
这增大了检测电极7和膜片3之间的静电电容。关于静电电容的增大程度的信息通过导线线路4和电极板11被发送至电路12。电路12执行信号处理，以便将关于静电电容的变化程度的输入信息转换成电压，并将其放大。由电路12处理的信号作为真空处理设备9的内部压力被从电输出端子13获得。
环境温度等的变化使压力传感器机械地变形。于是，静电电容改变并产生测量误差。参考电极8被用于补偿该测量误差。
在常规静电电容膜片真空计中，由于其制造方法，由绝缘基板1和绝缘基板1粘结到其上的导电基板2之间的热膨胀系数的差所导致的变形是不可避免的。通过粘结绝缘基板1和导电基板2而形成的参考压力空间5也因接收到大气压力而变形。为了解决问题并提高压力测量的精度，试图消除由这些变形所导致的压力测量中的误差。
取决于环境温度的由绝缘基板1和导电基板2之间的热膨胀系数的差所导致的变形以及由大气压力导致的变形是测量误差因素。
如上所述，参考电极8的存在补偿由测量误差因素中的环境温度变化导致的测量误差。然而，为了更精确地测量压力，也必须补偿由大气压力的变化导致的测量误差因素。
发明内容
因此，本发明的一个目的是在静电电容膜片真空计中，进一步减少由大气压力的改变导致的测量误差因素，从而可以更精确地测量压力。
根据本发明的一个方面，提供了一种静电电容膜片真空计，其包括：被设置为面向内部区域的膜片，所述内部区域的压力将要被测量；以及被设置为与所述膜片相对的检测电极，并且所述真空计通过测量膜片和检测电极之间的静电电容的变化程度来测量该内部区域的压力，所述真空计包括：
温度测量单元，测量安装有该静电电容膜片真空计的外部环境的温度；
大气压力测量单元，测量安装有该静电电容膜片真空计的外部环境的大气压力；
运算单元，其基于环境温度和环境大气压力，根据关于预先测量并且存储在存储单元中的多个静电电容中的至少一个静电电容的信息，计算与安装有该静电电容膜片真空计的外部环境相对应的静电电容；
静电电容补偿单元，其将测量的静电电容与计算的静电电容相比较，并且基于比较结果来补偿测量的静电电容；以及
输出特性补偿单元，其基于被预先测量并且存储在存储单元中的关于环境大气压力的输出特性来补偿所述特性，
其中，所述静电电容补偿单元基于补偿后的静电电容来计算电压，并且
所述输出特性补偿单元基于补偿后的输出特性，输出由静电电容补偿单元计算的所述电压。
根据本发明的另一方面，提供了一种真空处理设备，其包括真空容器，所述真空容器包括根据本发明的一个方面的静电电容真空计。
本发明减少了由安装有静电电容膜片真空计的测量环境的变化即大气压力和温度的变化所导致的输出变化，从而可以良好的再现性更精确地测量压力。
参考附图，本发明的其它特征将从对示例性实施例的下述描述变得清楚。
附图说明
图1A是示出了根据本发明的一个实施例的静电电容膜片真空计的示意性截面图；
图1B是示出了电路120的电路配置的视图；
图2是示出了根据本发明的实施例的静电电容膜片真空计的输出电压-压力特性对大气压力的依赖关系的曲线图；
图3是示出了作为现有技术的专利对比文件1中公开的静电电容膜片真空计的示意性截面图。
具体实施方式
将参考附图，在下文中描述实施本发明的最佳的实施例。
(静电电容膜片真空计)
图1A是示出了根据本发明的一个实施例的静电电容膜片真空计的示意性截面图。图1B是示出了根据本发明的该实施例的静电电容膜片真空计的电路120的电路配置的视图。
如图1A所示，该实施例的静电电容膜片真空计100包括：绝缘基板1、导电基板2、膜片3、导线线路4、参考压力空间5、吸气剂6、检测电极7和参考电极8。导电基板2和膜片3被设置为面对与真空处理设备9的真空室连通的内部区域10。
静电电容膜片真空计100还包括电极板11、电路120、电输出端子13、大气压力测量单元14、温度测量单元15和外壳16。大气压力测量单元14包括例如压力传感器，并测量安装有该真空处理设备9的周围环境的大气压力(环境大气压力)。由大气压力测量单元14测量的数据被称作环境大气压力数据。温度测量单元15包括例如温度传感器，并测量安装有该真空处理设备9的周围环境的温度(环境温度)。由温度测量单元15测量的数据被称作环境温度数据。在图1A的示例中，温度测量单元15被放置成与外壳16相接触。然而，温度测量单元15的位置不限于该示例，温度测量单元15可以被放置在其可以测量真空处理设备9的周围环境的温度(环境温度)的任何位置处。大气压力测量单元14和温度测量单元15的检测结果被发送到电路120。
通过膜片3检测的内部区域10的压力的测量值受环境大气压力和环境温度中至少一个的影响而变化。大气压力测量单元14和温度测量单元15充当压力测量误差因素检测部件，以检测与内部区域10中的压力无关的电容变化因素。
电路120包括运算单元121、补偿单元122和存储单元124。运算单元121可以用算术方法处理测量结果，并内插预先测量的数据。补偿单元122可以基于大气压力测量单元14的测量结果利用环境大气压力来补偿内部区域10的压力的测量值。补偿单元122也可以基于温度测量单元15的测量结果利用环境温度来补偿内部区域10的压力的测量值。
在该实施例中，补偿单元122执行补偿，使得在执行基于大气压力测量单元14的测量结果的补偿之前，先执行基于温度测量单元15的测量结果的补偿。补偿单元122执行补偿处理的顺序不限于上述补偿处理的顺序。例如，补偿单元122也可以并行地执行基于温度测量单元15的测量结果的补偿和基于大气压力测量单元14的测量结果的补偿。补偿单元122也可以执行补偿，使得在执行基于温度测量单元15的测量结果的补偿之前，先执行基于大气压力测量单元14的测量结果的补偿。存储单元124存储与作为测量条件而预先设定的环境温度和环境大气压力相对应的膜片3和检测电极7之间的静电电容的测量数据。
例如，当T1被测量作为环境温度时，存储单元124如下地预先存储在测量温度T1下测量的、与压力P11到Pn1对应的静电电容C11到Cn1的测量数据：
压力：        P11 P21 P31......Pn1
静电电容：    C11 C21 C31......Cn1
类似地，当测量温度是T2时，存储单元124预先存储与压力P12到Pn2对应的静电电容C12到Cn2的测量数据。
测量单元124可以存储多种模式的数据，包括环境温度下的静电电容和压力，所述数据是通过在温度T1和T2下采样获得的，例如，通过在0℃到50℃之间以间隔5℃进行采样获得的。
存储单元124也存储通过将预先测量的压力转换为输出电压而获得的数据，作为对应于环境温度和环境大气压力的数据。
也就是说，膜片3根据与真空处理设备9的内部连通的内部区域10的压力而偏斜。当膜片3靠近检测电极7和参考电极8时，检测电极7和膜片3之间的静电电容以及参考电极8和膜片3之间的静电电容增大。静电电容的变化程度经由导线线路4和电极板11被输入至电路120。检测电极7的检测结果和参考电极8的检测结果被同时输入到电路120。
经由导线线路4和电极板11输入的静电电容(检测静电电容)指示在基于来自温度检测单元15和大气压力测量单元14的信息(测量结果)进行校正之前的静电电容的变化程度。
当大气压力测量单元14和温度测量单元15的测量结果被输入至电路120时，运算单元121通过参考预先存储在存储单元124中的环境温度数据，从对于给定条件的测量数据(静电电容)计算压力。
如果存储单元124没有存储对于给定环境温度条件的测量数据，则运算单元121利用存储在存储单元124中的环境温度数据来执行内插，并且基于该内插获得环境温度数据。此外，运算单元121获得与环境大气压力条件相对应的压力(环境大气压力数据)。如果存储单元124没有存储对于给定环境大气压力条件的测量数据，则运算单元121利用存储单元124中存储的环境大气压力数据来执行内插，并基于该内插获得环境大气压力数据。
当大气压力测量单元14和温度测量单元15的测量结果被输入至电路120时，补偿单元122基于预先存储在存储单元124中的数据，计算如图2所示的用于在输出电压和环境大气压力之间进行匹配的电压-压力的关系。图2是示出了根据本发明的实施例的静电电容膜片真空计的输出电压-压力特性对大气压力的依赖关系的曲线图。
假设用于在环境大气压力和输出电压之间进行匹配的数据被预先测量以对应于多个环境大气压力(例如，900hPa、950hPa和1000hPa)，并被存储在存储单元124中。
基于大气压力测量单元14的测量结果，运算单元121通过参考存储单元124，获得与外部环境的大气压力(环境大气压力)对应的压力和输出电压之间的关系。如果存储单元124没有存储与大气压力测量单元14的测量结果对应的数据，则运算单元121使用与多个环境大气压力对应的测量压力和输出电压之间的关系来执行内插，并计算输出电压相对于大气压力变为零的零点和与输出电压对应的压力的灵敏度(图2中的α)。通过内插处理来计算并补偿与外部环境的大气压力对应的零点以及压力的灵敏度(图2)。从电输出端子13输出指示补偿后的压力的信息。
具体地讲，通过在作为恒定条件的例如25℃的环境温度下，在例如900hPa、950hPa和1000hPa之间改变大气压力，使根据本发明的静电电容膜片真空计的输出电压和压力之间的关系变得清楚。取决于环境大气压力的差的电压变化程度实际上被预先测量。获得的电压变化程度被预先存储在电路120上的存储单元124中。
结果，即使当压力在900hPa、950hPa和1000hPa之间变化时，大气压力与静电电容膜片真空计中的测量值的比率小到0.05％或更低。因此，能够进行高精度的压力测量。
绝缘基板1粘结到其上的导电基板2与支撑绝缘基板1和导电基板2的外壳16的热膨胀系数不同。因此，当环境温度变化时，绝缘基板1变形。
诸如压力传感器的大气压力测量单元14和诸如温度传感器的温度测量单元15被放置在外壳16附近。基于关于分别由大气压力测量单元14和温度测量单元15获得的环境大气压力和环境温度的信息，可以补偿膜片3和检测电极7之间的静电电容，以及输出电压和环境大气压力之间的关系。
(真空处理设备)
根据本发明的实施例的真空处理设备9的真空容器具有静电电容膜片真空计100(图1A)。静电电容膜片真空计100检测真空容器(与真空处理设备9的内部连通的内部区域10)中的压力。静电电容膜片真空计100形成真空处理设备9的一部分。静电电容膜片真空计100高精度地检测指示内部区域10的真空度的压力。基于该检测结果，例如，真空处理设备9在与内部区域10连通的真空室中产生等离子体，并且对于设置在真空室中的目标物体执行诸如CVD或PVD的处理。
可以在高精度地检测指示内部区域10的真空度的压力的同时执行该处理。
尽管已参考示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。下述权利要求的范围应被给予最宽的解释，以便包括所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (3)

1.一种静电电容膜片真空计，包括：被设置为面向内部区域的膜片，所述内部区域的压力将要被测量；和被设置为与所述膜片相对的检测电极，所述真空计通过测量所述膜片和所述检测电极之间的静电电容的变化程度来测量所述内部区域的压力，所述真空计包括：
温度测量单元，测量安装有所述静电电容膜片真空计的外部环境的温度；
大气压力测量单元，测量安装有所述静电电容膜片真空计的外部环境的大气压力；
运算单元，基于环境温度和环境大气压力，根据关于预先测量并且被存储在存储单元中的多个静电电容中的至少一个静电电容的信息，计算与安装有所述静电电容膜片真空计的外部环境相对应的静电电容；
静电电容补偿单元，其将测量的静电电容与计算的静电电容相比较，并且基于比较结果来补偿测量的静电电容；以及
输出特性补偿单元，其基于被预先测量并且存储在存储单元中的关于环境大气压力的输出特性来补偿所述特性，
其中，所述静电电容补偿单元基于补偿后的静电电容来计算电压，并且
所述输出特性补偿单元基于补偿后的输出特性，输出由所述静电电容补偿单元计算出的所述电压。
2.根据权利要求1所述的静电电容膜片真空计，其中所述大气压力测量单元包括压力传感器，并且所述温度测量单元包括温度传感器。
3.一种真空处理设备，其包括真空容器，所述真空容器包括根据权利要求1所述的静电电容真空计。
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