CN107131996A - 压力传感器状态检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的压力传感器状态检测方法及系统能够提前检测出以对压力传感器的堆积为主的异常状态。特性测量部(125)在通过温度控制部的动作使传感器芯片(101)的温度变化的状态下得到压力传感器(压力值输出部121)的输出变化，由此得到表示输出变化的传感器特性。状态判断部(126)根据特性测量部(125)得到的传感器特性与存储于基准值存储部(124)的设为基准的基准特性的比较，来判断隔膜(112)的异常状态。

Description

压力传感器状态检测方法及系统
技术领域
本发明涉及对具有成为受压部的隔膜等的可动部的静电容量型压力传感器的受压部的状态进行检测的压力传感器状态检测方法及系统。
背景技术
静电容量型的压力传感器例如被应用于半导体装置的制造中的基于气相沉积的各种各样的成膜装置、蚀刻装置中。作为成膜装置，存在化学气相沉积(CVD)装置、原子层沉积(ALD)装置、溅射成膜装置等。在这样的成膜装置中，为了形成nm单位的厚度的薄膜，正确地控制成膜室内的压力(真空度)、原料气体的分压等，并正确地检测压力变得重要。此外，在蚀刻装置中，在大气压以下，主要使用0.01Pa～多个Pa的腐蚀性气体、含有腐蚀性气体的等离子体对加工对象的基板进行蚀刻。使用静电容量型的压力传感器用于检测这样的压力。
如图5所示，该压力传感器包括：基座301，其由绝缘体构成的；隔膜302，其通过支承部301a被支承于基座301的上面，并在可动区域302a中与基座301分离配置，由在可动区域302a能够向基座301的方向变位的绝缘体构成，并接收来自测定对象的压力；以及气密室303，其形成于可动区域302a中的隔膜302与基座301之间。
此外，包括：可动电极304，其在气密室303的内部形成于隔膜302的可动区域302a；以及固定电极305，其在气密室303的内部与可动电极304面对面地形成在基座301上。此外，包括：可动参照电极306，其在气密室303的内部在隔膜302的可动区域302a中形成于可动电极304的周围；以及固定参照电极307，其在气密室303的内部形成于固定电极305周围的基座301之上，并与可动参照电极306面对面地形成。
上述那样构成的压力传感器被安装于流动测定对象的气体的配管、容纳有被测定流体的容器并对气体的压力进行测定。静电容量型的压力传感器将接受了气压的隔膜的变位转换为静电容量值。由于该压力传感器对于气体种类依赖关系不多，因此被广泛应用于上述那样的半导体装置制造设备为代表的工业用途中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平06-307964号公报
专利文献2：日本专利特表2010-525324号公报
发明内容
发明要解决的课题
上述的压力传感器要求对于使用于原料气体等的装置的气体的耐腐蚀性，并且也要求对于成膜等工序中产生的副产物有抗性。此外，在成膜工序中，在成膜室内壁、配管内壁、真空泵内部以及压力传感器的受压部即隔膜等原料气体通过的地方会产生堆积，从而引起各种各样的问题(参照专利文献1、专利文献2)。
例如，与以往通常被使用的化学气相沉积法(CVD)比较，有作为阶梯覆盖性、膜质优良而被近年开发的、被使用于栅绝缘膜等的形成中的原子层沉积法(ALD)。该ALD在特性上在原料气体通过的各种各样的地方，原料气体容易附着，从而产生上述无用的堆积。如图4所示，在压力传感器中，堆积物321堆积在隔膜302的受压区域。
在静电容量型的压力传感器中，向成为受压部的隔膜的堆积导致因堆积物的应力而在隔膜上产生与正在测量的压力没有关系的挠度。在将成为测定对象的成膜装置的处理室内抽为真空的状态下，压力传感器被调整为表示零点，但在上述那样的状态中会导致零点的漂移。
此外，如果因为堆积物的堆积而使隔膜的厚度增加的话，即使是相同的压力，在堆积的状态下隔膜的挠度变小，从而引起压力测定灵敏度的降低。此外，在堆积物具有粘性的情况下，将使对于压力变化的隔膜的动作产生延迟，从而导致传感器响应的延迟。
现在，膜厚度、质量的均匀化更加先进，并要求高精度的工序，上述那样的压力检测精度的降低成为问题。因此，为了防止堆积，在上述那样的成膜装置中，在例如成膜动作时等中，将各部分加热至例如100～200℃的程度。然而，即使进行基于这样的加热的解决方法，堆积也会一点点微量地进行。
在判定为堆积发生了的情况下，例如进行零点漂移的调整。在零点漂移的调整等中，需要暂时停止制造工序，进行真空排气直至装置内部看做为完全真空状态。为此，需要较长时间。此外，在该零点漂移调整中，能够调整的范围有限制，在超过该限度的情况下，就要从装置卸下压力传感器，并进行重新校正。该校正需要专用的装置，非常的麻烦。
此外，堆积量超过容许值地堆积于隔膜的压力传感器不可能确保规定的精度，从而导致故障。在目前的情况下，基于装置的使用次数、累计总厚度等历史信息来更换压力传感器，或者在可能的情况下，通过清洗来应对。然而，在上述那样的以历史信息为基础的应对中，会发生无法维持所要求的高压力检测精度的情况。
此外，上述那样的压力检测器的测定精度降低并不限于对隔膜的堆积，各种各样的原因也被考虑。例如，由于蚀刻工序、腔室的清洗时可能产生的隔膜材料的腐蚀、蚀刻变质等，导致压力灵敏度变化，或者施加于隔膜的来自壳体的应力因为某些原因变化，由此也可能会使基于施加压力的灵敏度变化。
无论如何为了正确的压力的测量，需要实施上述那样的校正作业，把握在何时进行是极为重要的。并不是特别必要，却校正传感器的话则必须停止过程装置，这会成为巨大的浪费。因此，希望能够提前检测出压力传感器的异常状态。
本发明是为了解决以上那样的问题点而做出的，其目的在于，能够提前检测出压力传感器的异常状态。
解决课题的技术手段
本发明涉及的压力传感器状态检测方法是对压力传感器的受压部的状态进行检测的压力传感器状态检测方法，所述受压部被设为能够变位、并接受来自测定对象的压力，所述压力传感器由具备所述受压部的传感器芯片构成，并将所述受压部的变位作为静电容量的变化来检测，所述压力传感器状态检测方法包括：第1步骤，其在使传感器芯片的温度变化的状态下得到压力传感器的输出变化；以及第2步骤，其根据表示通过第1步骤得到的输出变化的传感器特性与设为基准的基准特性的比较来判断受压部的异常状态。
在上述压力传感器状态检测方法中，通过第2步骤判断的异常状态是堆积到受压部的堆积物的堆积状态。此外，通过第2步骤判断的异常状态也可以是受压部的与被测定媒介的气体的化学反应导致的腐蚀或者变质了的状态。此外，通过第2步骤判断的异常状态也可以是施加于受压部的机械的应力变化导致的压力传感器输出变化了的状态。
在上述压力传感器状态检测方法中，传感器特性以及基准特性是表示压力传感器的输出变化与温度变化的关系的特性。此外，传感器特性以及基准特性是表示压力传感器的输出变化的时序变化的特性。
本发明涉及的压力传感器状态检测系统包括：压力传感器，其由具备受压部的传感器芯片构成，所述受压部被设为能够变位、并接受来自测定对象的压力，所述压力传感器将受压部的变位作为静电容量的变化来检测；温度控制部，其使传感器芯片的温度变化；特性测量部，其在通过温度控制部的动作使传感器芯片的温度变化了的状态下得到压力传感器的输出变化，由此得到表示输出变化的传感器特性；以及状态判断部，其根据特性测量部得到的传感器特性与设为基准的基准特性的比较来判断受压部的异常状态。
在上述压力传感器状态检测系统中，状态判断部所判断的异常状态是堆积到受压部的堆积物的堆积状态。此外，状态判断部所判断的异常状态也可以是受压部的与被测定媒介的气体的化学反应导致的腐蚀或者变质了的状态。此外，状态判断部所判断的异常状态也可以是施加于受压部的机械的应力变化导致的压力传感器输出变化了的状态。
在上述压力传感器状态检测系统中，传感器特性以及基准特性是表示压力传感器的输出变化与温度变化的关系的特性。此外，传感器特性以及基准特性是表示压力传感器的输出变化的时序变化的特性。
发明的效果
综上所述，根据本发明，可以获得能够提前检测出以对压力传感器的堆积为主的异常状态的优良效果。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式中的压力传感器状态检测系统的构成的构成图。
图2是说明本发明的实施方式中的压力传感器状态检测方法的流程图。
图3是示出温度传感器的温度特性的特性图。
图4是示出与温度变化对应的传感器输出的时序变化的特性图。
图5是示出静电容量型的压力传感器的构成的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示出本发明的实施方式中的压力传感器状态检测系统的构成的构成图。该系统包括传感器芯片101、压力值输出部121、加热部122、温度调节部123、基准值存储部124、特性测量部125、状态判断部126以及警报输出部127。
传感器芯片101是被广为人知的静电容量型，包括基座111、隔膜112、可动电极114以及固定电极115。基座111以及隔膜112例如是有蓝宝石、氧化铝陶瓷等的具有耐热耐腐蚀性的绝缘体构成的。此外，作为受压部的隔膜112是通过基座111的支承部111a被支承的、在支承部111a的内侧的可动区域112a中能够向基座111的方向变位的可动部。可动区域112a例如是俯视圆形。
可动区域112a中的隔膜112与基座111之间是被设为气密地密封的气密室113。在将压力传感器作为真空计使用的情况下，气密室113为所谓的真空，并成为基准真空室。
此外，可动电极114在气密室113的内部形成于隔膜112的可动区域112a。此外，固定电极115在气密室113的内部与可动电极114面对面地形成在基座111上。另外，实施方式中的传感器芯片101包括：可动参照电极116，其在气密室113的内部在隔膜112的可动区域112a中形成于可动电极114的周围；以及固定参照电极117，其在气密室113的内部形成于固定电极115的周围的基座111之上，并与可动参照电极116面对面地形成。
压力值输出部121使用被设定的传感器灵敏度将容量变化转换为压力值并输出。通过传感器芯片101以及压力值输出部121构成压力传感器。
加热部122被配置在传感器芯片101的附近，通过温度调节部123的控制，通过例如电阻加热等对传感器芯片101(隔膜112)进行加热，从而使传感器芯片101的温度变化。通过加热部122以及温度调节部123构成温度控制部。
特性测量部125在通过温度控制部的动作使传感器芯片101的温度变化的状态下得到压力传感器(压力值输出部121)的输出变化，由此得到表示输出变化的传感器特性。状态判断部126根据特性测量部125得到的传感器特性与存储于基准值存储部124的设为基准的基准特性的比较，来判断隔膜112的异常状态。
隔膜112的异常状态例如是堆积到隔膜112的堆积物的堆积状态。此外，隔膜112的异常状态也可以是隔膜112的与被测定媒介的气体的化学反应导致的腐蚀或者变质了的状态。此外，隔膜112的异常状态也可以是施加于隔膜112的机械的应力变化导致的压力传感器输出变化了的状态。
传感器特性以及基准特性例如是表示压力传感器的输出变化与温度变化的关系的特性。此外，传感器特性以及基准特性是表示压力传感器的输出变化的时序变化的特性。
警报输出部127根据状态判断部126对隔膜112中规定值以上的堆积物堆积等异常的有无的判断来输出警报。如此，通过输出警报能够判断压力传感器的校正为必要的状态。
接着，使用图2的流程图对本发明的实施方式中的压力传感器状态检测系统的动作(压力传感器状态检测方法)进行说明。
首先，在步骤S201中，测量部125通过温度调节部123的控制使加热部122工作，由此使传感器芯片101的温度变化，在该状态下取得来自压力值输出部121的输出变化。
接着，在步骤S202中，状态判断部126将表示测量部125得到的输出变化的传感器特性与存储于基准值存储部124的基准特性进行比较。根据该比较，在传感器特性与基准特性之间存在阈值以上的差的情况下(步骤S203的y)，状态判断部126判断为隔膜112中发生了堆积有堆积物等的异常，并在步骤S204中使警报输出部127输出警报。
在此，对传感器特性以及基准特性进行说明。以下，将受压部即隔膜上堆积有堆积物的情况作为异常发生的例子进行说明。在隔膜上堆积有某种物质的情况下，由于堆积物的材料特性与隔膜不同，因此如果与没有堆积的情况比较，会产生温度和零点的特性的变化。该变化在因为气体而使隔膜腐蚀或者变质了的情况、施加于隔膜的机械的应力变化了的情况下也会发生。表示针对压力传感器的温度变化的输出值的变化的温度特性会因为传感器芯片自身的热膨胀、可动电极与隔膜的热膨胀系数的差、隔膜与基座的焊接或接合状态、来自容纳传感器芯片的包装的影响等各种各样的原因而发生。通常，在紧接着传感器芯片的制造之后(出货时)对温度特性进行测量，并根据该结果对传感器芯片的输出进行补正。
在将隔膜成为没有变形(没有弯曲)的状态的基准温度作为原点时，因为温度的变化导致隔膜变形而形成的容量变化作为温度特性显现。另外，在实际使用状态中使压力传感器加热至规定温度(例如150℃)并工作。因此，通常传感器芯片被设计制造为在工作时的温度下隔膜没有弯曲的状态。因此，也可以将工作时的温度设为基准温度。
例如，如果将温度变化作为x轴，基准温度设为0，将基于容量变化的传感器输出变化作为y轴，基准温度下的传感器输出设定为0，则在隔膜没有发生堆积(异常)的状态下温度特性近似于xy坐标系中通过原点的直线。该状态表示为图3的(a)的直线。
如果隔膜上堆积了堆积物，则其温度特性变化。例如，在堆积物的热膨胀系数小于隔膜的热膨胀系数的情况下，由于阻碍基于温度变化的隔膜原本的变化的力起作用，因此表示温度特性的直线的斜率变小。该状态表示为图3的(a)的一点划线。
另一方面，在堆积物的热膨胀系数大于隔膜的热膨胀系数的情况下，由于放大基于温度变化的隔膜原本的变化的力起作用，因此表示温度特性的直线的斜率变大。该状态表示为图3的(a)的虚线。
在此，如果零点向+方向漂移，则变为如图3的(b)所示那样的温度特性，如果零点向-方向漂移，则变为如图3的(c)所示那样的温度特性。无论是哪一个都使用直线表示没有堆积的状态，使用一点划线表示堆积物的热膨胀系数小于隔膜的热膨胀系数的情况，使用虚线表示堆积物的热膨胀系数大于隔膜的热膨胀系数的情况。
如果使零点的漂移部分偏置，由于各自的斜率是同样的，图3的(b)以及图3的(c)和图3的(a)所表示的温度特性相同。为了使这些更加明确，堆积到隔膜的堆积物的状态可以通过温度特性的斜率来判断。在对紧接着传感器芯片的制造之后等的隔膜上没有发生堆积的状态时的温度特性进行预先测量，将该温度特性作为基准特性。
在该基准特性和实际使用状态下由压力传感器得到的温度特性即传感器特性之间，通过比较上述的斜率，能够判断堆积到隔膜的堆积物的堆积状态。例如，在使堆积物堆积的状态变为实质性问题的程度下，对传感器特性进行测定，求出测定出的传感器特性的斜率与基准特性的斜率的差，并将该斜率的差作为阈值来设定。在实际使用状态下被测定出的传感器特性的斜率与基准特性的斜率的差超过阈值的情况下，判断为隔膜上产生堆积物。
可是，上述的温度特性的变化在堆积物较硬或者根据温度硬度(粘弹性)没有太变化的情况下是显著的。另一方面，在堆积物具有粘性或者根据温度粘弹性发生变化的情况下，隔膜上发生堆积时，发生隔膜的变位动作的时间延迟。
例如，如图4的(a)所示，使传感器芯片的温度时序性变化。对应于该温度变化，如图4的(b)中使用实线所示，在隔膜没有发生堆积的情况下，传感器输出没有发生时间延迟。与此相对，如图4的(b)中使用一点划线所示，如果有粘性的物质堆积于隔膜上的话，在开示时刻t0后面的时刻t1、t2、t3时，传感器输出发生时间延迟。此外，如图4的(b)中使用虚线所示，如果粘性大的物质堆积于隔膜上的话，不仅传感器输出发生时间延迟，还发生即使温度为基准温度传感器输出也不能回到0的情况。
因此，也能够将上述的温度的时序变化作为基准特性以及传感器特性来使用。将图4的(b)的实线表示的传感器输出的时序变化作为基准特性。此外，在使堆积物堆积为实质性问题的程度的状态下，作为传感器特性对传感器输出的时序变化进行测定，将基准特性作为基准设定了的某个时刻(t2)下的时间延迟作为阈值来设定。在实际使用状态下被测定出的传感器特性的、距离时刻t2下的基准特性的时间延迟超过阈值的情况下，能够判断为隔膜发生堆积(异常)。
此外，使用相对于上述的温度特性以及温度变化的传感器输出的时序变化的两方也可以判断隔膜的异常状态。通过这样，能够判断更多样的堆积状态。此外，在判断为任意一方下隔膜发生异常的情况下，也可以使警报输出。
如以上所说明的，根据本发明，由于根据在使传感器芯片的温度变化了的状态下得到的压力传感器的输出变化与基准特性的比较来判断受压部的异常状态，因此能够提前检测出压力传感器的异常状态。根据本发明，由于能够在没有从被使用的装置卸下压力传感器地在装置工作的状态下检测出(判断)压力传感器的异常状态，因此装置内部为大气状态，此外，没有必要进行真空排气等作业直至装置内部看做为完全真空状态，从而能够迅速地把握异常状态。
另外，本发明并不限定于以上所说明的实施方式，在本发明的技术思想内，具有本领域的公知常识的人可以实施多种变形以及组合是显而易见的。
符号说明
101…传感器芯片、111…基座、111a…支承部、112…隔膜、112a…可动区域、113…气密室、114…可动电极、115…固定电极、116…可动参照电极、117…固定参照电极、121…压力值输出部、122…加热部、123…温度调节部、124…基准值存储部、125…特性测量部、126…状态判断部、127…警报输出部。

Claims (10)

1.一种压力传感器状态检测方法，其对压力传感器的受压部的状态进行检测，所述受压部被设为能够变位、并接受来自测定对象的压力，所述压力传感器由具备所述受压部的传感器芯片构成，并将所述受压部的变位作为静电容量的变化来检测，所述压力传感器状态检测方法的特征在于，包括：
第1步骤，其在使所述传感器芯片的温度变化的状态下得到所述压力传感器的输出变化；以及
第2步骤，其根据表示通过所述第1步骤得到的输出变化的传感器特性与设为基准的基准特性的比较来判断所述受压部的异常状态。
2.根据权利要求1所述的压力传感器状态检测方法，其特征在于，
通过所述第2步骤判断的所述异常状态是堆积到所述受压部的堆积物的堆积状态。
3.根据权利要求1所述的压力传感器状态检测方法，其特征在于，
通过所述第2步骤判断的所述异常状态是所述受压部的与被测定媒介的气体的化学反应导致的腐蚀或者变质了的状态。
4.根据权利要求1所述的压力传感器状态检测方法，其特征在于，
通过所述第2步骤判断的所述异常状态是施加于所述受压部的机械的应力变化导致的压力传感器输出变化了的状态。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的压力传感器状态检测方法，其特征在于，
所述传感器特性以及所述基准特性是表示所述压力传感器的输出变化与温度变化的关系的特性。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的压力传感器状态检测方法，其特征在于，
所述传感器特性以及所述基准特性是表示所述压力传感器的输出变化的时序变化的特性。
7.一种压力传感器状态检测系统，其特征在于，包括：
压力传感器，其由具备受压部的传感器芯片构成，所述受压部被设为能够变位、并接受来自测定对象的压力，所述压力传感器将所述受压部的变位作为静电容量的变化来检测；
温度控制部，其使所述传感器芯片的温度变化；
特性测量部，其在通过所述温度控制部的动作使所述传感器芯片的温度变化了的状态下得到所述压力传感器的输出变化，由此得到表示输出变化的传感器特性；以及
状态判断部，其根据所述特性测量部得到的传感器特性与设为基准的基准特性的比较来判断所述受压部的异常状态。
8.根据权利要求7所述的压力传感器状态检测系统，其特征在于，
所述状态判断部所判断的所述异常状态是堆积到所述受压部的堆积物的堆积状态。
9.根据权利要求7所述的压力传感器状态检测系统，其特征在于，
所述状态判断部所判断的所述异常状态是所述受压部的与被测定媒介的气体的化学反应导致的腐蚀或者变质了的状态。
10.根据权利要求7所述的压力传感器状态检测系统，其特征在于，
所述状态判断部所判断的所述异常状态是施加于所述受压部的机械的应力变化导致的压力传感器输出变化了的状态。
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