CN108398204B - 压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明使压力传感器不必从装置上拆下就可调整压力传感器的温度特性。压力值变化测定部(125)使温度控制部(124)动作、使传感器芯片(101)的温度在规定的温度范围变化、并对温度发生了变化的传感器芯片(101)输出的压力值的变化进行测定。温度特性计算部(126)根据由温度控制部(124)的动作导致的传感器芯片(101)的温度的变化以及压力值变化测定部(125)测定到的压力值的变化，来计算传感器芯片(101)的温度特性。

Description

压力传感器
技术领域
本发明涉及压力传感器，特别涉及具备检测器件的压力传感器，该检测器件包含承受来自流体的压力而发生位移的隔膜。
背景技术
电容式的隔膜真空计等的压力传感器将含有隔膜(ダイアフラム)的检测器件安装于测量对象的气体流通的配管等，并将承受压力的隔膜的弯曲量、即位移转换为静电容量值，根据静电容量值输出压力值。该压力传感器由于气体种类依赖性较小，因此以半导体设备为代表，在工业用途上被广泛地使用(参照专利文献1)。
如图4所示，上述的隔膜真空计等的压力传感器的检测器件具有：承受来自测量对象的压力的隔膜302；以及在俯视上中央具有凹部、并具有支承隔膜302的支承部301a的基台301。隔膜302与基台301形成容量室303。由支承部301a支承的隔膜302中的、与基台301分离的可动区域302a能够在基台301的方向上位移。隔膜302与基台301由例如蓝宝石等的绝缘体构成。
另外，压力传感器的检测器件具备：在隔膜302的可动区域302a上形成的可动电极304；以及在基台301上形成且面对可动电极304的固定电极305。另外，压力传感器的检测器件具备：在隔膜302的可动区域302a中且在可动电极304的周围形成的可动参照电极306；以及在固定电极305的周围的基台301上形成且面对可动参照电极306的固定参照电极307。
上述的压力传感器的检测器件被要求具有应对在安装有压力传感器的装置中使用的气体的耐腐蚀性，并且也要求针对在成膜等工序中产生的副产物具有耐性。另外，在成膜工序中，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，在暴露在原料气体的地方堆积在工序中生成的副产物。例如，如图4所示，在隔膜302上堆积副产物321。
例如，栅绝缘膜等的形成所使用的原子层层积法(ALD)在特性上，在暴露在原料气体的各个地方副产物堆积。为了防止这样的副产物的堆积，在例如成膜动作时，将容易堆积副产物的成膜装置的各部分加热至例如200℃左右。
例如，在压力传感器侧，将检测器件加热来抑制副产物的堆积。另外，在成膜装置侧，在用于将压力导入压力传感器的隔膜的配管部设置加热器进行同样地加热。
另外，压力传感器对于温度变化也具有灵敏度(温度特性)(参照非专利文献1)。因此通常在组装好压力传感器之后对温度特性进行评价，以减小温度变化的影响的方式，基于加热检测器件的温度来调整测量电路之后出厂，该测量电路修正压力传感器的输出。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利特开2014-109484号公报
【非专利文献】
【非专利文献1】市田俊司等，《SPS300智能压力传感器的开发》，SavemationReview，vol.9，no.1，pp.8-14，1991年。(市田俊司他，「SPS300インテリジェント压力传感器ーの開発」，Savemation Review，vol.9，no.1，pp.8-14，1991年。)
发明内容
发明要解决的问题
然而，即使进行上述的加热的回避策略，副产物的堆积也会微量地进行。在如此发生堆积的情况下，隔膜的机械的、热的性质发生变化。由于副产物与构成隔膜的材料不同，因此检测器件中的温度灵敏度本身发生变化。
上述的在检测器件中的温度特性的变化除了副产物的形成以外也会由于由蚀刻的腐蚀性气体导致的隔膜表面的蜕变而发生。具体来说，在与工序对象的基板同样地被蚀刻的情况下温度特性发生变化。另外，在表面发生化学反应而材质发生变化这样的情况下，温度特性也会发生变化。作为上述的隔膜中的机械的特性发生变化的原因，也存在从固定隔膜的接合部或者焊接部、检测器件的封装传导的影响。
若成为承受压力的部分的隔膜的机械平衡由于上述那样的应力松弛、热变形等而发生变化的话，则温度特性发生变化成为与调整时不同的状态。其结果，压力传感器的测量结果成为与实际不同的结果，对工序的品质产生较大的影响。
如上所述若检测器件的温度特性发生变化、压力传感器成为不能够进行正常的测量的状态的话，则检测器件被认为发生了故障。在检测器件发生了故障的情况下，一般来说，从装置取出检测器件并进行更换。在如此更换检测器件的情况下，长时间停止装置的运转，也导致生产效率的大幅度降低。
可是，即使在被认为故障的情况下，在温度特性的变化为原因的情况下，如果再次实施上述的温度特性的调整，则能够不进行更换而继续使用。然而在以往，温度特性的调整是从装置取出检测器件而实施的，如上所述，导致了生产效率的大幅度降低。
本发明使为了解决以上那样的问题点而完成的，其目的在于，能够不从装置取出地调整压力传感器的温度特性。
解决问题的技术手段
本发明所涉及的压力传感器具备：检测器件，其具备承受来自测量对象的压力而位移的隔膜，并将隔膜的位移转换为其他物理量的变化；压力值输出部，其构成为将由隔膜的位移导致的上述其他物理量的变化转换为压力值而输出；储存部，其储存温度特性，所述温度特性表示与检测器件在规定的温度范围的温度变化相对应的压力值的变化；修正部，其构成为以测量的检测器件的温度为基础，用储存部所储存的温度特性对压力值输出部输出的压力值进行修正；温度控制部，其构成为使检测器件的温度在规定的温度范围变化；压力值变化测定部，其构成为在使温度控制部动作、使检测器件的温度在规定的温度范围变化、且检测器件的温度正在变化的状态下测定由压力值输出部输出的压力值的变化；温度特性计算部，其构成为根据由温度控制部的动作导致的检测器件的温度的变化、以及压力值变化测定部测定到的压力值的变化来计算检测器件的温度特性；特性差计算部，其构成为求出储存部所储存的温度特性与温度特性计算部计算出的温度特性之间的特性差；以及更新部，其构成为在特性差计算部求出的特性差超过了更新基准值的情况下，用温度特性计算部计算出的温度特性来更新储存部所储存的温度特性。
在上述压力传感器中，具备警报输出部，其构成为在特性差计算部求出的特性差超过了异常判定值的情况下发出警报。
在上述压力传感器中，特性差计算部求出储存部所储存的温度特性与温度特性计算部计算出的温度特性之差的、在规定的温度范围的积分值作为特性差。另外，特性差计算部在规定的温度范围的最大值或者最小值处，求出储存部所储存的温度特性与温度特性计算部计算出的温度特性之差作为特性差。
在上述压力传感器中，检测器件具有与隔膜分离且支承隔膜的基台、设置在隔膜上的第1电极、设置在基台上且面向第1电极的第2电极，压力值输出部将由隔膜的位移导致的第1电极与第2电极之间的容量变化转换为压力值而输出。
发明的效果
通过以上说明，根据本发明，可以取得能够不从装置取出地调整压力传感器的温度特性这样的优异的效果。
附图说明
图1为表示本发明实施方式中的压力传感器的构成的构成图。
图2为用于说明本发明实施方式中的压力传感器的动作例的流程图。
图3为表示传感器芯片101的温度特性的1例的特性图。
图4为表示使隔膜真空计的检测器件的一部构成部分断裂的立体图。
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为表示本发明实施方式中的压力传感器的构成的构成图。该压力传感器具备传感器芯片(检测器件)101、压力值输出部121、储存部122、修正部123、温度控制部124、压力值变化测定部125、温度特性计算部126、特性差计算部127、更新部128。
在实施方式中，传感器芯片101为熟知的电容式，具备基台111、隔膜112、可动电极(第1电极)114、固定电极(第2电极)115。传感器芯片101将隔膜112的位移转换成其他物理量(例如容量)的变化。
基台111以及隔膜112例如由蓝宝石、氧化铝陶瓷等具有耐热耐腐蚀性的绝缘体构成。另外，成为受压部的隔膜112被在俯视上中央具有凹部的基台111的支承部111a支承。隔膜112在支承部111a的内侧的可动区域112a中，能够在基台111的方向进行位移。可动区域112a例如在俯视上为圆形。
可动区域112a中的隔膜112与基台111之间被作为容量室113。容量室113被作成所谓真空，成为基准真空室。这种情况下，实施方式中的压力传感器为对由大气压进行减压的环境中的压力(真空度)进行测量的真空计。
另外，可动电极114在容量室113的内部且被形成在隔膜112的可动区域112a上。另外，固定电极115在容量室113的内部且被面向可动电极114地形成在基台111上。此外，传感器芯片101具备可动参照电极116以及固定参照电极117。可动参照电极116在容量室113的内部且在隔膜112的可动区域112a中被形成在可动电极114的周围。固定参照电极117在容量室113的内部且被形成在固定电极115的周围的基台111上。可动参照电极116与固定参照电极117相互面对。
压力值输出部121将由隔膜112的位移导致的上述其他物理量的变化转换为压力值而输出。例如，压力值输出部121使用设定的传感器灵敏度将由隔膜112的位移导致的容量变化转换为压力值而输出。
储存部122储存温度特性，该温度特性表示与传感器芯片101在规定的温度范围的温度变化相对应的压力值的变化。例如，在设定温度100℃下使用传感器芯片101的情况下，将与实际使用温度范围95～105℃的温度变化相对应的压力值的变化作为温度特性而储存在储存部122。例如，最初(出厂时)使传感器芯片101在95～105℃的范围变化温度，测定与该温度变化相对应地由压力值输出部121输出的压力值的变化。通过该测定结果求出温度特性，并作为温度特性的初始值储存在储存部122。
修正部123基于由温度测定机构129测定的传感器芯片101的温度，用储存部122所储存的温度特性对压力值输出部121输出的压力值进行修正。
在此，对温度特性进行说明。在该种类的压力传感器中，由于使用传感器芯片101的温度，使得相对相同压力(真空度)而输出的压力值产生变化。作为使该温度特性产生的原因，首先，有传感器芯片101自身的相对于热的膨胀以及收缩。另外，作为使温度特性产生的原因，有传感器芯片101的基材与电极材料的热膨胀系数不同导致的双金属效应。另外，作为使温度特性产生的原因，有传感器芯片101从安装有传感器芯片的封装承受的力学的影响。另外，作为使温度特性产生的原因，有电极材料的电阻值的温度变化。
通常，上述的温度特性产生的主要原因难以控制为实际使用上不产生问题的程度。因此，如前述那样测定初始状态的温度特性，并且由修正部123进行修正而输出，使得测定到的温度特性被消除。
温度控制部124使传感器芯片101的温度在规定的温度范围变化。例如，温度控制部 124驱动熟知的传感器芯片101的自身加热用加热器(未图示)使传感器芯片101的温度在规定的温度范围变化。在使温度控制部124动作、使传感器芯片101的温度在规定的温度范围变化、且传感器芯片101的温度正在变化的状态下，压力值变化测定部125对由压力值输出部121输出的压力值的变化进行测定。
温度特性计算部126根据由温度控制部124的动作导致的传感器芯片101的温度的变化、以及压力值变化测定部125测定到的压力值的变化来计算传感器芯片101的温度特性。特性差计算部127求出在储存部122储存的温度特性与温度特性计算部126计算出的温度特性的特性差。
在特性差计算部127求出的特性差超过了更新基准值的情况下，更新部128用温度特性计算部126计算出的温度特性来更新储存部122所储存的温度特性。
另外，实施方式中的压力传感器具备警报输出部130，警报输出部130在特性差计算部127求出的特性差超过了异常判定值的情况下，发出表示传感器芯片101为异常的警报。
接下来，使用图2的流程图对本发明实施方式中的压力传感器的动作例进行说明。
首先，在步骤S201，若指示温度特性的确认开始(步骤S201的“是”)，则在步骤S202，压力值变化测定部125使温度控制部124动作并使传感器芯片101的温度在规定的温度范围变化。例如，使用由温度测定机构129测定的温度进行反馈控制，使传感器芯片101的温度从95℃到105℃变化。此外，例如，通过接受来自用户的开始指示的输入，开始温度特性的确认即可。另外，在刚实施了熟知的压力传感器的0点调整之后的时刻，开始温度特性的确认即可。若是该状态，则由压力值输出部121输出的压力值为已知。
接着，在步骤S203，压力值变化测定部125对由温度正在变化的传感器芯片101输出的压力值的变化进行测定。接着，在步骤S204，温度特性计算部126根据由温度控制部124的动作导致的传感器芯片101的温度的变化以及压力值变化测定部125测定到的压力值的变化，来计算传感器芯片101的温度特性。
温度特性计算部126例如以图3的黑点所示的与温度相对应的压力值的11点的测定结果为基础，进行基于多项式的近似处理，算出虚线所示那样的温度特性。
接着，在步骤S205，特性差计算部127求出储存部122所储存的温度特性与温度特性计算部126计算出的温度特性的特性差。例如，在储存部122中，存储有以图3的白方块所示的与温度对应的压力值的11点的测定结果为基础获得的初始的温度特性。特性差计算部127求出图3中实线所示例的初始的温度特性与前述的点划线所示的温度特性之差。
例如，特性差计算部127求出储存部122所储存的温度特性与温度特性计算部126计算出的温度特性之差的、规定温度范围的积分值作为特性差。另外，特性差计算部127 在规定的温度范围的最大值或者最小值，求出储存部122所储存的温度特性与温度特性计算部126计算出的温度特性之差作为特性差。此外，也可以在规定的温度范围温度不同数点处，求出储存部122所储存的温度特性与温度特性计算部126计算出的温度特性之差作为特性差，或者将它们的平均值或合计值作为特性差。
接着，在步骤S206，更新部128判定特性差计算部127求出的特性差是否超过更新基准值。若更新部128判断为特性差计算部127求出的特性差超过了更新基准值(步骤 S206的“是”)，则在步骤S207，警报输出部130判定特性差计算部127求出的特性差是否超过了异常判定值。
在警报输出部130判断为特性差计算部127求出的特性差没有超过异常判定值的情况下(步骤S207的“否”)，在步骤S208，更新部128用温度特性计算部126计算出的温度特性来更新储存部122所储存的温度特性。另一方面，在警报输出部130判断为特性差计算部127求出的特性差超过了异常判定值的情况下(步骤S207的“是”)，在步骤S209，警报输出部130发出表示传感器芯片101为异常的警报。
如在以上所说明的那样，根据本发明，由于在实际使用中测定并更新检测器件(传感器芯片)的温度特性，因此能够不从装置取出地调整压力传感器的温度特性。
另外，本发明并不限定于以上所说明的实施方式，很显然，在本发明的技术构思内，能够由本领域技术人员实施多种变形以及组合。例如，在上述中，以电容式的隔膜真空计为例进行了说明，但是并不限定于此，即使是将隔膜的位移作为压电电阻的变化而检测的压电电阻式的压力传感器也是同样。
符号说明
101…传感器芯片(检测器件)，111…基台，111a…支承部，112…隔膜，112a…可动区域，113…容量室，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…储存部，123…修正部，124…温度控制部，125…压力值变化测定部，126…温度特性计算部，127…特性差计算部，128…更新部，129…温度测定机构，130…警报输出部。

Claims (7)

1.一种压力传感器，其特征在于，具备：
检测器件，其具备承受来自测量对象的压力而位移的隔膜，并将所述隔膜的位移转换为其他物理量的变化；
压力值输出部，其构成为将由所述隔膜的位移导致的所述其他物理量的变化转换为压力值而输出；
储存部，其储存温度特性，所述温度特性表示与所述检测器件在规定的温度范围的温度变化相对应的所述压力值的变化；
修正部，其构成为以测量的所述检测器件的温度为基础，用所述储存部所储存的所述温度特性对所述压力值输出部输出的压力值进行修正；
温度控制部，其构成为使所述检测器件的温度在所述规定的温度范围变化；
压力值变化测定部，其构成为在使所述温度控制部动作、使所述检测器件的温度在所述规定的温度范围变化、且所述检测器件的温度正在变化的状态下，测定由所述压力值输出部输出的压力值的变化；
温度特性计算部，其构成为根据由所述温度控制部的动作导致的所述检测器件的温度的变化、以及所述压力值变化测定部测定到的压力值的变化来计算所述检测器件的温度特性；
特性差计算部，其构成为求出所述储存部所储存的温度特性与所述温度特性计算部计算出的温度特性之间的特性差，作为能够与更新基准值进行比较的在所述规定的温度范围的积分值；以及
更新部，其构成为在所述特性差计算部求出的特性差超过了更新基准值的情况下，用所述温度特性计算部计算出的温度特性来更新所述储存部所储存的温度特性。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，
还具备警报输出部，其构成为在所述特性差计算部求出的特性差超过了异常判定值的情况下发出警报。
3.如权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，
所述特性差计算部求出所述储存部所储存的温度特性与所述温度特性计算部计算出的温度特性之差的、在所述规定的温度范围的积分值作为所述特性差。
4.如权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，
所述特性差计算部在所述规定的温度范围的最大值或者最小值处，求出所述储存部所储存的温度特性与所述温度特性计算部计算出的温度特性之差作为所述特性差。
5.如权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，
所述检测器件具有：基台，其与所述隔膜分离并支承所述隔膜；第1电极，其设置在所述隔膜上；以及第2电极，其设置在所述基台上且面向所述第1电极，
所述压力值输出部将由所述隔膜的位移导致的所述第1电极与所述第2电极之间的容量变化转换为所述压力值而输出。
6.如权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，
所述检测器件具有：基台，其与所述隔膜分离并支承所述隔膜；第1电极，其设置在所述隔膜上；以及第2电极，其设置在所述基台上且面向所述第1电极，
所述压力值输出部将由所述隔膜的位移导致的所述第1电极与所述第2电极之间的容量变化转换为所述压力值而输出。
7.如权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，
所述检测器件具有：基台，其与所述隔膜分离并支承所述隔膜；第1电极，其设置在所述隔膜上；以及第2电极，其设置在所述基台上且面向所述第1电极，
所述压力值输出部将由所述隔膜的位移导致的所述第1电极与所述第2电极之间的容量变化转换为所述压力值而输出。
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