CN108572046B - 压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压力传感器，能够检测从用于导入测定对象的压力的配管传递到压力传感器的检测部的热的变动。通过温度差计算部(107)求出由第1温度测定机构(103)测定出的温度与由第2温度测定机构(106)测定出的温度的温度差。第1温度测定机构(103)设置于内侧容器(201)的元件配置侧(201b)的外侧壁面。第2温度测定机构(106)设置于加热器(104)的外侧周面，加热器(104)设置于收容内侧容器(201)的外侧容器(202)的外侧壁面。

Description

压力传感器
技术领域
本发明涉及一种压力传感器，特别涉及一种具备检测设备的压力传感器，该检测设备包括受到来自流体的压力而进行位移的隔膜。
背景技术
关于静电电容式的隔膜真空计等压力传感器，将包括隔膜的检测设备安装于流过作为测定对象的气体的配管等，将受到压力的隔膜的挠曲量即位移变换成静电电容值，根据静电电容值而输出压力值。该压力传感器由于气体种类依赖性小，所以，在以半导体设备为主的工业用途中广泛使用(参照专利文献1、专利文献2)。
如图6所示，上述隔膜真空计等压力传感器的检测设备具有受到来自测定对象的压力的隔膜302以及在俯视时在中央具有凹部并且具有支承隔膜302的支承部301a的基座301。隔膜302与基座301形成电容室303。由支承部301a支承的隔膜302中的与基座301间隔开的可动区域302a能够在基座301的方向上进行位移。隔膜302和基座301例如由蓝宝石等绝缘体构成。
另外，压力传感器的检测设备具备形成于隔膜302的可动区域302a的可动电极304以及形成于基座301之上并与可动电极304相面对的固定电极305。另外，压力传感器的检测设备具备在隔膜302的可动区域302a中形成于可动电极304的周围的可动参照电极306以及形成于固定电极305的周围的基座301之上并与可动参照电极306相面对的固定参照电极307。
上述压力传感器的检测设备要求针对在安装有压力传感器的装置中使用的气体的耐腐蚀性，并且还要求针对在成膜等工艺中产生的副生成物的耐性。另外，在成膜工艺中，在工艺中生成的副生成物沉积于成膜室内壁、配管内壁、真空泵内部以及作为压力传感器的受压部的隔膜等暴露于原料气体的部位。例如，如图6所示，副生成物321沉积于隔膜302之上。
例如，关于在栅极绝缘膜等的形成中使用的原子层沉积法(ALD)，在特性上，副生成物沉积在暴露于原料气体的各个部位。为了防止这样的副生成物的沉积，例如在成膜动作等时候，将副生成物容易沉积的成膜装置的各部分加热到例如200℃左右。
例如，在压力传感器侧，对检测设备进行加热来抑制副生成物的沉积。另外，在成膜装置侧，将加热器设置于用于对压力传感器的隔膜导入压力的配管部，同样地进行加热。
但是，压力传感器针对温度变化，也具有灵敏度(温度特性)(参照非专利文献1)。因此，通常在组装压力传感器之后评价温度特性，为了减小温度变化的影响，调整计测电路之后发货，该计测电路基于对检测设备进行加热的温度来校正压力传感器的输出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006－003234号公报
专利文献2：日本特开2014－109484号公报
非专利文献
非专利文献1：市田俊司其他，“SPS 300インテリジェント圧力センサーの開発”，Savemation Review，vol.9，no.1，pp.8-14，1991年。
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，即使基于对检测设备进行加热的温度来校正压力传感器的输出，也确认到所输出的测定值发生偏移的情况。这被推测是因为由于某些影响而在来自配管部的热的传递中发生变化，检测设备的实际温度与用于控制用于对检测设备进行加热的加热器的测定温度不同。
在对检测设备进行加热的温度控制中，进行如下反馈控制：测定检测设备附近的温度，根据测定出的温度，控制流过加热器的电流。基于这样控制的温度值校正压力传感器的输出。
在这里，当在配管部中传导的热发生变化时，检测设备的温度立即变化。另一方面，为了反馈控制而测定的检测设备附近的温度比上述热的变化延迟地变化。因此，当来自用于对隔膜导入压力的配管部的热的传导发生变化时，为了控制而测定的温度没有跟随变化。在该状态下，根据与检测设备的实际温度不同的温度来校正压力传感器的输出，其结果，认为发生上述测定值的偏移。这样，关于从压力传感器输出的测定值的偏移，认为原因是从用于导入测定对象的压力的配管传递到压力传感器的检测设备的热的变动。
本发明是为了消除以上问题点而完成的，其目的在于，能够检测从用于导入测定对象的压力的配管传递到压力传感器的检测设备的热的变动。
解决技术问题的技术手段
本发明涉及一种压力传感器，具备：检测设备，其具备受到来自测定对象的压力而进行位移的隔膜，将隔膜的位移变换成其他物理量的变化；压力值输出部，其构成为将由隔膜的位移引起的其他物理量的变化变换成压力值并输出；内侧容器，其收容检测设备；外侧容器，其收容内侧容器；压力导入管，其连接到内侧容器，用于将测定对象的压力导入到内侧容器的内部；隔壁，其设置于内侧容器的内部，将内侧容器的内部空间分离成测定对象的压力经由压力导入管而被导入的压力检测侧的空间、以及作为与压力检测侧的空间相反的一侧的空间的配置有检测设备的元件配置侧的空间，并且在元件配置侧的面接合有检测设备，该隔壁具有将压力检测侧的压力引导到检测设备的隔膜的压力导入孔；第1温度测定机构，其设置于内侧容器的元件配置侧的外侧壁面；加热机构，其设置于外侧容器的外侧壁面，用于对外侧容器的内部进行加热；温度控制部，其构成为控制加热机构的动作，使由第1温度测定机构测定出的第1温度值接近于设定温度；第2温度测定机构，其测定加热机构的温度；温度差计算部，其构成为求出第1温度测定机构测定出的第1温度值与第2温度测定机构测定出的第2温度值的温度差；以及警报输出部，其构成为在温度差计算部计算出的温度差偏离设定范围的情况下发出警报。
在上述压力传感器中，检测设备具有：基座，其与隔膜间隔开地支承隔膜；第1电极，其设置于隔膜；以及第2电极，其设置于基座，与第1电极相面对，压力值输出部将由隔膜的位移引起的第1电极与第2电极之间的电容变化变换成压力值并输出。
在上述压力传感器中，在隔膜的与受到来自测定对象的压力的受压部相反的一侧，具备设为真空的电容室。
发明效果
通过以上说明，根据本发明，得到能够检测从用于导入测定对象的压力的配管(压力导入管)传递到压力传感器的检测设备的热的变动这样的优良效果。
附图说明
图1是示出发明的实施方式中的压力传感器的构成的构成图。
图2是示意性地示出本发明的实施方式中的压力传感器的构成的截面图。
图3是示出针对压力导入管204的温度变化的、第1温度测定机构103以及第2温度测定机构106的测定结果的特性图。
图4是示出针对压力导入管204的温度变化的、由温度差计算部107得到的温度差的测定结果的特性图。
图5是用于说明实施方式中的由压力传感器的温度变化引起的零点变动的特性图。
图6是将隔膜真空计的检测设备的局部构成进行局部剖面而示出的立体图。
具体实施方式
下面，参照图1、2，说明本发明的实施方式。图1是示出本发明的实施方式中的压力传感器的构成的构成图。另外，图2是示意性地示出本发明的实施方式中的压力传感器的构成的截面图。
该压力传感器具备检测设备(传感器芯片)101、压力值输出部102、第1温度测定机构103、加热器(加热机构)104、温度控制部105、第2温度测定机构106、温度差计算部107、警报输出部108。另外，具备存储部109、校正部110。
在实施方式中，传感器芯片101是已知的静电电容式，具备基座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的位移变换成其他物理量(电容)的变化。
基座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，作为受压部的隔膜112通过在俯视时在中央具有凹部的基座111的支承部111a来支承。隔膜112在支承部111a的内侧的可动区域112a中，能够在基座111的方向上进行位移。可动区域112a例如做成在俯视时为圆形。
在可动区域112a中的隔膜112与基座111之间，设为电容室113。电容室113设为所谓的真空，是基准真空室。在该情况下，实施方式中的压力传感器是测定从大气压减压而得到的环境中的压力(真空度)的真空计。
另外，可动电极114在电容室113的内部形成于隔膜112的可动区域112a。另外，在电容室113的内部，固定电极115与可动电极114相面对地形成于基座111之上。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在电容室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。固定参照电极117在电容室113的内部形成于固定电极115的周围的基座111之上。可动参照电极116与固定参照电极117相面对。
压力值输出部102将由隔膜112的位移引起的上述其他物理量的变化变换成压力值并输出。例如，压力值输出部102使用所设定的传感器灵敏度，将由隔膜112的位移引起的电容变化变换成压力值并输出。
存储部109存储传感器芯片101的表示针对规定的温度范围内的温度变化的压力值的变化的温度特性。例如在传感器芯片101在设定温度100℃下使用的情况下，将温度90℃～110℃中的压力值的温度特性存储到存储部109中。校正部110基于由第1温度测定机构103测定出的传感器芯片101的温度，根据在存储部109中存储的温度特性，校正压力值输出部102输出的压力值。
另外，压力传感器具备收容传感器芯片101的内侧容器201以及收容内侧容器201的外侧容器202。内侧容器201以及外侧容器202例如形成为圆筒状。在内侧容器201的内部设置有隔壁203。隔壁203将内侧容器201的内部空间分离成压力检测侧201a和配置传感器芯片101的元件配置侧201b。另外，将传感器芯片101固定(接合)并支承于隔壁203的元件配置侧201b。
隔壁203由底座板203a和支承隔壁203b构成。底座板203a固定传感器芯片101。支承隔壁203b将底座板203a支承于内侧容器201的内部侧面。另外，在隔壁203的底座板203a处，形成有将压力检测侧201a的压力引导到传感器芯片101的隔膜的压力导入孔203c。
另外，对内侧容器201连接有压力导入管204。通过压力导入管204，内侧容器201的压力检测侧201a与作为压力测定对象的装置内部连通。通过压力导入管204，测定对象的压力被导入至内侧容器201的压力检测侧201a。在压力导入管204的内侧开口端与压力导入孔203c之间设置有挡板205。通过挡板205，使从压力导入管204导入的流体不直接到达传感器芯片101而绕行。
在这里，第1温度测定机构103测定内侧容器201的元件配置侧201b的温度。第1温度测定机构103设置于内侧容器201的元件配置侧201b的外侧壁面。通过第1温度测定机构103，测定内侧容器201的温度，从而设为传感器芯片101的温度。
另外，加热器(电热器)104设置于外侧容器202的外侧壁面。例如，以包围做成圆筒状的外侧容器202的外周面的方式设置加热器104。通过加热器104对外侧容器202的内部进行加热。
如上所述，在配置于外侧容器202的加热器104的外侧周面，接触地设置第2温度测定机构106。第2温度测定机构106测定加热器104的温度。例如，第2温度测定机构106是为了防止过度升温等、监视加热器104的动作而设置的。此外，设置有加热器104的外侧容器202用绝热部件206覆盖。
如上所述，由隔壁203分隔的内侧容器201的压力检测侧201a例如是被导入测定对象的流体的一侧。与此相对地，元件配置侧201b设为所谓的真空状态。
在这里，理想的是，传感器芯片101的电容室113做成不透气而成为真空状态。然而，将小型的传感器芯片101的电容室113制造成不透气而成为真空状态并不容易。因此，在传感器芯片101处，设置有将电容室113与外部连通的连通口。在压力传感器的制造过程中，通过对设置有传感器芯片101的元件配置侧201b进行真空排气，从而将电容室113设为真空状态。
当通过加热器104对如上所述构成的外侧容器202进行加热时，该热在设为大气压的外侧容器202的内部的空气层中传导，对内侧容器201进行加热。在这里，还考虑在内侧容器201中设置加热器而直接进行加热。然而，在直接进行加热的情况下，不容易均匀地对内侧容器201整体进行加热。这在实际制作后得到确认。与此相对地，在实施方式中，设置外侧容器202，并在与内侧容器201之间设置气体(空气)层。通过在该状态下对外侧容器202进行加热，能够均匀地对内侧容器201整体进行加热。
在经这样加热的内侧容器201中，能够降低压力检测侧201a的副生成物的沉积。另外，在经加热的内侧容器201的内部，配置于元件配置侧201b的传感器芯片101也被加热。在经加热的传感器芯片101中，能够降低副生成物对隔膜112的沉积。
设置于元件配置侧201b的内侧容器201外侧的侧面的第1温度测定机构103测定内侧容器201的内部温度。基于这样由第1温度测定机构103测定出的第1温度值，温度控制部105控制加热器104的动作，将传感器芯片101加热到设定温度。
在上述构成中，在本发明的实施方式中，通过温度差计算部107，求出第1温度测定机构103测定出的第1温度值与第2温度测定机构106测定出的第2温度值的温度差。另外，通过警报输出部108，在温度差计算部107计算出的温度差偏离设定范围的情况下，发出表示传递到压力导入管204的热发生变动的警报。
在本发明中，将温度差计算部107计算出的温度差偏离设定范围的状态判断为从外部传递到传感器芯片101的热发生变动。例如在温度差计算部107计算出的温度差大于设定范围的情况下，能够推测为来自压力导入管204的热的传递变小。另外，另一方面，在温度差计算部107计算出的温度差小于设定范围的情况下，能够推测为来自压力导入管204的热的传递变大。
由于上述热传导的变化，压力检测侧201a的区域的温度分布稍微变化，根据传感器芯片101具有的温度特性，压力值输出部102的输出发生变化。在第1温度测定机构103的温度测定结果不跟随于该温度变化的情况下，由校正部110实施的校正不进行跟随，对所输出的测定值造成影响。
在这里，实施使压力导入管204的温度变化而通过第1温度测定机构103以及第2温度测定机构106进行测温的实验。在该实验中，使压力导入管204的温度变化，并且确认零点的变化。
在实验中，使用测定的幅度为10Pa的压力传感器(真空计)。使用加热器104的自热温度设定为150℃。因此，在压力传感器中，温度控制部105通过基于由第1温度测定机构103得到的温度测定结果的反馈控制，控制加热器104，以使传感器芯片101变成150℃。
另外，在成膜装置中，使用设置于配管部的加热器，将压力导入管204的附近加热到规定的温度。配管部主要从主腔室拉出，将压力导入管204连接到该配管部。通过压力传感器的传感器芯片101检测配管部的内部的压力(真空度)。使使用上述配管部加热器的压力导入管204的加热状态维持规定时间，直至压力导入管204的温度以及传感器芯片101的传感器特性稳定为止。
在状态稳定之后，实施压力传感器的零点调整。接下来，使压力导入管204的温度阶段性地下降，最终停止配管部加热器的动作。在这样使压力导入管204的温度阶段性地变化(降低)的过程中，通过第1温度测定机构103以及第2温度测定机构106实施测温。另外，在上述温度变化的过程中，确认温度传感器的零点变动。此外，在停止配管部加热器的动作的状态下，压力导入管204的温度是约60℃。
作为实验的结果，当压力导入管204的温度变化时，如图3的黑圆所示，由第1温度测定机构103得到的测定结果与配管部的温度变化一致。另一方面，如图3的黑四边形所示，第2温度测定机构106的温度测定结果与配管部的温度变化不一致。另外，如图4所示，由温度差计算部107得到的温度差的测定结果在150℃－60℃中从约2.2℃扩大到约6.3℃。另外，如图5所示，由上述温度变化引起的零点变动(移动)是约0.25％F.S.。如果温度差扩大，则零点向正的一侧变动。
根据上述结果可知，由于压力导入管204的温度发生变动，从而零点发生变动。即使压力导入管204的温度发生变动，压力传感器也将传感器芯片101的温度控制成所设定的自热温度，所以，第1温度测定机构103的温度测定值不变动。另一方面，第2温度测定机构106的温度测定结果反映压力导入管204的温度的变化。因此，在通过温度差计算部107求出的温度差中反映了压力导入管204中的温度变动。
如上所述，当压力导入管204的温度发生变动时，引起零点变动。因此，压力导入管204的温度的变动使得从压力传感器输出的测定值发生偏移。与此相对地，将使得测定值的偏移发生的温度变动显现于通过温度差计算部107求出的温度差中，所以，能够基于温度差而判断测定值发生偏移的状态。
如以上说明的那样，在本发明中，根据测定自热的控制用的温度的第1温度测定机构的测定结果与测定与自热用的加热机构接触地设置的加热机构的温度的第2温度测定机构的测定结果之差，判断为向压力导入管的热传导发生变动。其结果，根据本发明，能够检测从压力导入管等配管传递到压力传感器的检测设备的热的变动。
此外，本发明不限定于以上说明的实施方式，在本发明的技术思想内，能够通过在本领域中具有常识的人实施大量的变形以及组合，这是明白的。例如在上述中，以静电电容式的隔膜真空计为例进行了说明，但不限于此，即使是将隔膜的位移检测为压电电阻的变化的压电电阻式的压力传感器，也一样。
符号说明
101…传感器芯片(检测设备)；102…压力值输出部；103…第1温度测定机构；104…加热器(加热机构)；105…温度控制部；106…第2温度测定机构；107…温度差计算部；108…警报输出部；109…存储部；110…校正部；111…基座；111a…支承部；112…隔膜；112a…可动区域；113…电容室；114…可动电极(第1电极)；115…固定电极(第2电极)；116…可动参照电极；117…固定参照电极；201…内侧容器；201a…压力检测侧；201b…元件配置侧；202…外侧容器；203…隔壁；203a…底座板；203b…支承隔壁；203c…压力导入孔；204…压力导入管；205…挡板；206…绝热部件。

Claims (3)

1.一种压力传感器，其特征在于，具备：
检测设备，其具备受到来自测定对象的压力而进行位移的隔膜，将所述隔膜的位移变换成静电电容的变化；
压力值输出部，其构成为将由所述隔膜的位移引起的所述静电电容的变化变换成压力值并输出；
内侧容器，其收容所述检测设备；
外侧容器，其收容所述内侧容器；
压力导入管，其连接到所述内侧容器，用于将测定对象的压力导入到所述内侧容器的内部；
隔壁，其设置于所述内侧容器的内部，将所述内侧容器的内部空间分离成所述测定对象的压力经由所述压力导入管而被导入的压力检测侧的空间、以及作为与所述压力检测侧的空间相反的一侧的空间的配置有所述检测设备的元件配置侧的空间，并且在所述元件配置侧的面接合有所述检测设备，所述隔壁具有将所述压力检测侧的压力引导到所述检测设备的所述隔膜的压力导入孔；
第1温度测定机构，其设置于所述内侧容器的所述元件配置侧的外侧壁面；
加热机构，其设置于所述外侧容器的外侧壁面，用于对所述外侧容器的内部进行加热；
温度控制部，其构成为控制所述加热机构的动作，使由所述第1温度测定机构测定出的第1温度值接近于设定温度；
第2温度测定机构，其测定所述加热机构的温度；
温度差计算部，其构成为求出所述第1温度测定机构测定出的第1温度值与第2温度测定机构测定出的第2温度值的温度差；以及
警报输出部，其构成为在所述温度差计算部计算出的温度差偏离设定范围的情况下发出警报。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，
所述检测设备具有：
基座，其与所述隔膜间隔开地支承所述隔膜；
第1电极，其设置于所述隔膜；以及
第2电极，其设置于所述基座，与所述第1电极相面对，
所述压力值输出部将由所述隔膜的位移引起的所述第1电极与所述第2电极之间的电容变化变换成所述压力值并输出。
3.根据权利要求1或者2所述的压力传感器，其特征在于，
在所述隔膜的与受到来自测定对象的压力的受压部相反的一侧，具备设为真空的电容室。
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