JP2001201417A - Diaphragm-type vacuum pressure sensor - Google Patents

Diaphragm-type vacuum pressure sensor

Info

Publication number
JP2001201417A
JP2001201417A JP2000012392A JP2000012392A JP2001201417A JP 2001201417 A JP2001201417 A JP 2001201417A JP 2000012392 A JP2000012392 A JP 2000012392A JP 2000012392 A JP2000012392 A JP 2000012392A JP 2001201417 A JP2001201417 A JP 2001201417A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
pressure sensor
pressure
glass
silicon substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000012392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Takahashi
勉 高橋
Keisoku Onuma
恵則 大沼
Nobuyuki Mukai
伸幸 向井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nabtesco Corp
Original Assignee
Teijin Seiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teijin Seiki Co Ltd filed Critical Teijin Seiki Co Ltd
Priority to JP2000012392A priority Critical patent/JP2001201417A/en
Publication of JP2001201417A publication Critical patent/JP2001201417A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized vacuum pressure sensor, which can measure a pressure range of 0.01 to 133 Pa with high sensitivity by improving the linearity of the relation between pressure and electrostatic capacity. SOLUTION: The size and thickness of a diaphragm 2 formed on a conductive silicon substrate 1 and the interval between the diaphragm and a fixed electrode are limited. A 1st glass (case) 4 and a 2nd (pedestal) glass 6 are jointed with both the surfaces of the diaphragm 2 and silicon substrate, and the surface of the 1st glass 4 jointed with the conductive silicon substrate is formed into a recessed shape; and the internal surface of the recessed surface of the case 4 is so adjusted that the diaphragm and fixed electrode face each other at a prescribed interval and a hole, which links the diaphragm with the outside, is bored in the pedestal glass 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、真空装置内の圧力
を測定するために絶対圧力の値を静電容量値として検出
する真空圧力センサに係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum pressure sensor for detecting a value of an absolute pressure as a capacitance value for measuring a pressure in a vacuum device.

【0002】[0002]

【従来の技術】真空装置内の0.01〜133Paの圧
力範囲を測定できる真空圧力センサとして、従来技術で
は、ピラニ真空計、金属隔膜型真空計が知られている。
2. Description of the Related Art As a vacuum pressure sensor capable of measuring a pressure range of 0.01 to 133 Pa in a vacuum device, a Pirani gauge and a metal diaphragm gauge are known in the prior art.

【0003】図3はピラニ真空計の圧力検知部分を示し
たものである。ケース9内部に白金製のフィラメント1
0が配置され、このフィラメント10が通電加熱され
る。気体分子の数や運動量(温度)の変化に伴い圧力が
変化するが、気体分子がフィラメント10からの熱を奪
う量が変化することによって、フィラメントの温度が変
化する。このピラニ真空計では、フィラメント10の温
度を一定にするための電力を検出回路により測定して、
電力消費量から圧力を換算する仕組みとなっている。
FIG. 3 shows a pressure detecting portion of a Pirani vacuum gauge. Platinum filament 1 inside case 9
0 is disposed, and the filament 10 is electrically heated. The pressure changes in accordance with the change in the number and momentum (temperature) of the gas molecules, but the temperature of the filament changes due to the change in the amount of gas molecules taking heat from the filament 10. In this Pirani vacuum gauge, power for keeping the temperature of the filament 10 constant is measured by a detection circuit,
The system converts pressure from power consumption.

【0004】図4は金属隔膜型真空計の検知部分を示す
ものである。ケース11内に金属隔膜12が設けられて
いて、この金属隔膜に対向するように中央対向電極15
及び外周対向電極14が所定の間隔で配置されている。
空間13は真空に密封されていて、圧力が変化すること
により、金属隔膜12が変位し、その時の変位を中央電
極15により静電容量の変化として検出することから圧
力を測定(換算)できる。
FIG. 4 shows a detection portion of a metal diaphragm type vacuum gauge. A metal diaphragm 12 is provided in a case 11, and a central opposing electrode 15 is opposed to the metal diaphragm.
And the outer peripheral counter electrode 14 are arranged at a predetermined interval.
The space 13 is sealed in a vacuum, and the metal diaphragm 12 is displaced by a change in pressure, and the displacement at that time is detected by the central electrode 15 as a change in capacitance, so that the pressure can be measured (converted).

【0005】さらに、特開平11−248582号に示
すような半導体圧力センサが提案されている。その概要
は、図5に示したように、半導体からなるダイアフラム
18と固定電極19とからなり、空間23は密封されて
いる。圧力の変化によりダイアフラム18が変位して、
可動電極20と固定電極19との間で静電容量値が測定
され、圧力値に変換される。
Further, a semiconductor pressure sensor as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-248582 has been proposed. The outline thereof is, as shown in FIG. 5, a diaphragm 18 made of a semiconductor and a fixed electrode 19, and a space 23 is sealed. The diaphragm 18 is displaced by the change in pressure,
A capacitance value is measured between the movable electrode 20 and the fixed electrode 19, and is converted into a pressure value.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術に
は以下に述べるような問題点がある。
The above prior art has the following problems.

【0007】ピラニ真空計では測定する気体の種類によ
り熱伝導率や比熱が異なるため、測定感度が変化し、気
体の種類によって圧力値が異なるという欠点がある。
[0007] The Pirani vacuum gauge has the disadvantage that the thermal conductivity and the specific heat vary depending on the type of gas to be measured, so that the measurement sensitivity changes and the pressure value varies depending on the type of gas.

【0008】金属隔膜型真空計では、ピラニ真空計のよ
うに測定する気体の種類により圧力値が異なることはな
いものの、感度を高めるために、金属隔膜12の厚さを
10μm以下までに極めて薄くし、しかも膜面積を数1
0cm2とする必要がある。ところが、金属隔膜の厚さ
を極度に薄くすると、金属隔膜の加工やケース11への
取付が困難となり、また隔膜12の面積が広いとケース
11の容積や表面積が大きくなり、デッドスペースが増
大し、圧力変化に対する応答性が悪くなる(感度が低下
する)という欠点が生じてくる。
In a metal diaphragm type vacuum gauge, the pressure value does not differ depending on the kind of gas to be measured like a Pirani vacuum gauge, but in order to enhance sensitivity, the thickness of the metal diaphragm 12 is extremely thin to 10 μm or less. And the film area is
It must be 0 cm 2 . However, when the thickness of the metal diaphragm is extremely thin, it becomes difficult to process the metal diaphragm and to attach the metal diaphragm to the case 11, and when the area of the diaphragm 12 is large, the volume and surface area of the case 11 increase, and dead space increases. However, there is a disadvantage that the response to pressure changes is deteriorated (the sensitivity is reduced).

【0009】半導体圧力センサでは、ピラニ真空計のよ
うに測定する気体の種類により圧力値が異なることはな
く、しかも金属隔膜真空計に較べて小型なためデッドス
ペースが小さくて応答性が優れる。もっとも、0.01
〜133Paの圧力範囲において0.01Paの圧力感
度を得るためには、空間23を少なくとも0.01Pa
以下の高真空に密閉する必要がある。ところが、特開平
11−248582号公報では密封材として絶縁性樹脂
27を使用しているので、この樹脂が硬化する際に生じ
る発生ガスにより0.01Pa以下の高真空に半導体圧
力センサを保つことは不可能である。
In a semiconductor pressure sensor, the pressure value does not differ depending on the type of gas to be measured as in a Pirani vacuum gauge, and since it is smaller than a metal diaphragm gauge, it has a small dead space and excellent responsiveness. However, 0.01
In order to obtain a pressure sensitivity of 0.01 Pa in a pressure range of ~ 133 Pa, the space 23 must be at least 0.01 Pa
It is necessary to seal in the following high vacuum. However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-248582, since the insulating resin 27 is used as a sealing material, it is difficult to keep the semiconductor pressure sensor at a high vacuum of 0.01 Pa or less due to a gas generated when the resin is cured. Impossible.

【0010】このように、従来技術では0.01Pa以
下の高度の真空状態を維持して、圧力感度をこの水準
(0.01Pa程度)とした真空圧力センサは製作され
ていない。
As described above, in the prior art, no vacuum pressure sensor has been manufactured in which the pressure sensitivity is maintained at this level (about 0.01 Pa) while maintaining a high vacuum state of 0.01 Pa or less.

【0011】上述の課題を達成するには、更に問題が存
する。例えば、0.01〜133Paの圧力範囲におい
て、圧力と静電容量との間に線形性が保証されておら
ず、圧力変化と静電容量の増減とに比例関係がない。ま
た、半導体を使用している圧力センサでは温度依存性が
大きく、これの問題点は電子回路として複雑な補償回路
による補正が不可欠である。
There are further problems in achieving the above-mentioned problems. For example, in the pressure range of 0.01 to 133 Pa, linearity is not guaranteed between pressure and capacitance, and there is no proportional relationship between pressure change and increase / decrease of capacitance. Further, a pressure sensor using a semiconductor has a large temperature dependency, and the problem of this is that correction by a complicated compensation circuit as an electronic circuit is indispensable.

【0012】更に、高感度の圧力の検出には、0.01
Pa以下の高度の真空状態を維持する技術が要求される
が、ガスを生じ易い樹脂などを封止剤に使用してはなら
ない。
[0012] Further, for high-sensitivity pressure detection, 0.01
A technique for maintaining a high vacuum state of Pa or less is required, but a resin or the like that easily generates gas must not be used as a sealant.

【0013】本発明者らは、先ずダイアフラムの非線形
性の改良に着眼し、非線形性を改善するためには、ダイ
アフラムの厚さや面積と、ダイアフラムと固定電極との
間隔を最適な条件とすることが不可欠であることを知見
し、圧力変化と静電容量の増減とにほぼ比例関係が存す
る条件を見出し、本発明を完成するに至った。
The present inventors first focused on the improvement of the non-linearity of the diaphragm, and in order to improve the non-linearity, the thickness and area of the diaphragm and the distance between the diaphragm and the fixed electrode were set to optimal conditions. Was found to be indispensable, and a condition in which a pressure change and an increase or a decrease in capacitance were substantially proportional to each other was found, and the present invention was completed.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、圧力と静電容量との関係において線形性を向上せし
めている。これにより0.01〜133Paの圧力領域
を0.01Paの圧力感度で測定できる小型な真空圧力
センサを提供することを本発明の目的とするものであ
る。
In order to solve the above-mentioned problem, linearity is improved in relation between pressure and capacitance. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a compact vacuum pressure sensor capable of measuring a pressure range of 0.01 to 133 Pa with a pressure sensitivity of 0.01 Pa.

【0015】請求項1記載の発明は、静電容量型の真空
圧力センサであって、導電性シリコン基板上に形成され
たダイアフラムが四角形のとき、ダイアフラムの大きさ
が5mm角以上、15mm角以下であり、厚みが5μm
以上、15μm以下 且つ固定電極と前記ダイアフラム
との間に設けられた所定間隔を5μm以上、20μm以
下 として、0.01〜133Paの圧力範囲を測定可
能となしたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electrostatic capacity type vacuum pressure sensor, wherein when the diaphragm formed on the conductive silicon substrate is square, the size of the diaphragm is 5 mm square or more and 15 mm square or less. And the thickness is 5 μm
As described above, the pressure range of 0.01 to 133 Pa can be measured by setting the predetermined interval provided between the fixed electrode and the diaphragm to be not more than 15 μm and not more than 20 μm.

【0016】請求項2記載の発明は、導電性シリコン基
板上に形成されたダイアフラムと、該導電性シリコン基
板の両面に接合された第1ガラス(ケース)及び第2ガ
ラス基板(台座ガラス)とを備え、前記第1ガラス基板
の前記ダイアフラムと接合している面は凹型に形成さ
れ、固定電極を前記ダイアフラムと所定の間隔をもって
対向するように前記第1ガラスの凹部内面に形成し、前
記ダイアフラムと外部に通じるための穴を第2ガラス基
板に設けたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a diaphragm formed on a conductive silicon substrate, and a first glass (case) and a second glass substrate (pedestal glass) joined to both surfaces of the conductive silicon substrate. A surface of the first glass substrate which is joined to the diaphragm is formed in a concave shape, and a fixed electrode is formed on an inner surface of the concave portion of the first glass so as to face the diaphragm at a predetermined interval. And a hole for communicating with the outside is provided in the second glass substrate.

【0017】請求項3に記載の発明は、前記導電性シリ
コン基板と凹部を形成された第1ガラス基板とを接合す
ることにより、区画形成された空間を0.01Pa以下
の高度の真空に封じてなる真空圧力センサである。
According to a third aspect of the present invention, the space defined by sealing the conductive silicon substrate and the first glass substrate having the concave portion formed therein to a high vacuum of 0.01 Pa or less. Vacuum pressure sensor.

【0018】請求項4に記載の発明は、 ダイアフラム
の形状が正方形以外の場合、これがほぼ正五角形、ほぼ
正六角形、ほぼ正八角形、ほぼ正十角形またはほぼ円形
である請求項1のダイアフラムと同等の面積及び厚みを
備えてなる真空圧力センサである。ここに、「ほぼ」と
は正N角形の中心角をθ(N)とするとき、 中心角 θ(N)=360/N±18/N[度] で表示できる5%の偏倚を許容できる範囲を云う。
According to a fourth aspect of the present invention, when the shape of the diaphragm is other than a square, it is substantially a regular pentagon, a substantially regular hexagon, a substantially regular octagon, a substantially regular decagon, or a substantially circular shape. Is a vacuum pressure sensor having an area and a thickness. Here, “approximately” means that when the central angle of the regular N-gon is θ (N), a deviation of 5% that can be expressed by central angle θ (N) = 360 / N ± 18 / N [degree] is acceptable. Say range.

【0019】請求項1の発明を説明する。The invention of claim 1 will be described.

【0020】四角形のダイアフラムの場合、その固定電
極とダイアフラムとの間隔を5〜20μmとし、更にそ
のダイアフラムの大きさを特定の面積及び厚さとした点
は、次の理由による。
In the case of a rectangular diaphragm, the distance between the fixed electrode and the diaphragm is set to 5 to 20 μm, and the size of the diaphragm is set to a specific area and thickness for the following reason.

【0021】はじめにダイアフラムと固定電極との間隔
を20μm以下とする。何故なら、間隔が20μmより
大きくなると、静電容量の変化量が小さくなり、電子回
路による検出精度が高められないからである。
First, the distance between the diaphragm and the fixed electrode is set to 20 μm or less. This is because if the interval is larger than 20 μm, the amount of change in the capacitance becomes small, and the detection accuracy by the electronic circuit cannot be increased.

【0022】ダイアフラムの形状、大きさ(面積)、厚
さは、圧力変化と静電容量に線形性が成立する条件を満
たす範囲に限定される。表1を参照して、説明すると、
材質がシリコンからなる正方形の場合、ダイアフラムの
大きさと厚さとの適切な要件は、表1の◎印の領域とな
る。この表1はダイアフラムの大きさと厚さの組合せに
おけるセンサとしての性能を示す定性的な実験データで
あり、行(縦)にダイアフラムの厚さを、列(横)にダ
イアフラムの大きさを示したものである。
The shape, size (area), and thickness of the diaphragm are limited to a range that satisfies the conditions for linearity in pressure change and capacitance. Referring to Table 1, the description will be made.
In the case where the material is a square made of silicon, appropriate requirements for the size and thickness of the diaphragm are those indicated by the double circles in Table 1. Table 1 shows qualitative experimental data showing the performance as a sensor in a combination of the size and thickness of the diaphragm. The thickness of the diaphragm is shown in the row (vertical) and the size of the diaphragm in the column (horizontal). Things.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】表1において、符号Aが記されている大き
さと厚さの組合せは、ダイアフラムが133Paの圧力
を受けたとき、ダイアフラムが、圧力に耐え切れずに、
破損してしまうことを示している。このような理由から
符号Aで示される組合せは真空圧力センサに使用できな
い。
In Table 1, the combination of the size and the thickness indicated by the symbol A indicates that when the diaphragm is subjected to a pressure of 133 Pa, the diaphragm cannot withstand the pressure.
It indicates that it will be damaged. For this reason, the combination indicated by the symbol A cannot be used for a vacuum pressure sensor.

【0025】符号Bが記されている組合せは0.01〜
133Paの圧力範囲において、ダイアフラムの歪みが
大きい上に、圧力と静電容量とに非線形性が生じる組合
せである。この理由から符号Bの範囲の大きさや厚みを
有するダイアフラムは圧力センサには適用できない。
The combination denoted by the symbol B is 0.01 to
This is a combination in which, in the pressure range of 133 Pa, the distortion of the diaphragm is large, and the pressure and the capacitance cause nonlinearity. For this reason, a diaphragm having a size and a thickness in the range of reference B cannot be applied to a pressure sensor.

【0026】符号Cが記されている組合せは0.01〜
133Paの圧力範囲において、0.01Paの圧力感
度が得られない組合せである。従って、高感度を要求さ
れる真空圧力センサには採用できない。
The combination denoted by the symbol C is 0.01 to
This is a combination in which a pressure sensitivity of 0.01 Pa cannot be obtained in a pressure range of 133 Pa. Therefore, it cannot be used for a vacuum pressure sensor requiring high sensitivity.

【0027】符号Dが記されている組合せは、ダイアフ
ラムと固定電極との間隔が5μm以下では所定圧力範囲
(0.01〜133Pa)で圧力変化と静電容量との関
係が非線形であり、両者の間隔を5μm超とすると圧力
感度が低下して0.01Paの圧力の計測が不可能とな
る組合せである。このような理由から、目的とする真空
圧力センサには適用できない。
In the combination denoted by the symbol D, when the distance between the diaphragm and the fixed electrode is 5 μm or less, the relationship between the pressure change and the capacitance is non-linear in a predetermined pressure range (0.01 to 133 Pa). If the interval is more than 5 μm, the pressure sensitivity is reduced and the measurement of the pressure of 0.01 Pa becomes impossible. For these reasons, it cannot be applied to the intended vacuum pressure sensor.

【0028】符号Eが記されている組合せは、ダイアフ
ラムと固定電極との間隔を20μm以上にしなければな
らないため、電子回路の検出に必要な静電容量変化量が
得られないものである。
In the combination denoted by reference character E, the distance between the diaphragm and the fixed electrode must be set to 20 μm or more, so that the amount of change in capacitance required for detecting an electronic circuit cannot be obtained.

【0029】以上に述べた理由から、0.01〜133
Paの圧力範囲において、ダイアフラムの圧力変化に伴
う歪みと静電容量とに線形性が成り立ち、しかも0.0
1Paの圧力感度が得られるダイアフラムの大きさ、厚
さの組合せはダイアフラムと固定電極との間隔を5〜2
0μmに限定する限り、表1に◎印で示した領域(範
囲)に限定される。
For the reasons described above, 0.01 to 133
In the pressure range of Pa, the linearity is established between the strain due to the pressure change of the diaphragm and the capacitance, and 0.0
The combination of the size and the thickness of the diaphragm that can obtain a pressure sensitivity of 1 Pa is determined by setting the distance between the diaphragm and the fixed electrode to 5-2.
As long as it is limited to 0 μm, it is limited to the region (range) indicated by the mark ◎ in Table 1.

【0030】請求項2及び請求項3の発明を説明する
と、真空圧力センサは、請求項1に記載された要件のダ
イアフラムを有しており、真空圧力センサの構成は、導
電性シリコン基板上に形成された前記ダイアフラムと、
該導電性シリコン基板の両面に接合された第1ガラス
(ケースとしての機能を兼ねる)及び第2ガラス基板
(台座ガラス)とを備えている。そして、第1ガラス基
板のダイアフラムと接合している面は凹型に形成され、
また固定電極はダイアフラム隔(5〜20μm)をもっ
て対向するように第1ガラスの凹部と所定の間内面に形
成されている。更に、ダイアフラムと外部に通じるため
の穴が第2ガラス基板に設けてある。
To explain the invention of claim 2 and claim 3, the vacuum pressure sensor has the diaphragm of the requirement described in claim 1, and the structure of the vacuum pressure sensor is formed on a conductive silicon substrate. Said formed diaphragm,
A first glass (also serving as a case) and a second glass substrate (pedestal glass) joined to both surfaces of the conductive silicon substrate. Then, the surface of the first glass substrate that is joined to the diaphragm is formed in a concave shape,
The fixed electrode is formed on the inner surface of the first glass so as to face the recess with a predetermined distance (5 to 20 μm). Further, a hole for communicating with the diaphragm and the outside is provided in the second glass substrate.

【0031】図1に示してある通り、導電性シリコン基
板1と凹部を形成された第1ガラス基板(4)とを接合
することにより(区画形成された)空間5を真空に封じ
て、この真空圧力センサが組立られる。
As shown in FIG. 1, the space 5 (partitioned) is sealed in a vacuum by joining the conductive silicon substrate 1 and the first glass substrate (4) having the recess. A vacuum pressure sensor is assembled.

【0032】請求項4の発明は、ダイアフラムの形状が
正方形以外である場合について説明したものである。ダ
イアフラムの形状がほぼ正五角形、ほぼ正六角形、ほぼ
正八角形、ほぼ正十角形またはほぼ円形であるような対
称性のある形状ではその面積と厚みとが表1の関係を満
足するとき、良好な真空圧力センサとして機能する。こ
れに対し、対称性を欠く形状の、例えば長方形のダイア
フラムでは、圧力とダイアフラムの歪量とに対称性がな
いため線形性が崩れてしまい、実用性がないうえ、ダイ
アフラムの製作も簡単でなく、組立も煩瑣となりやす
い。
The fourth aspect of the present invention describes a case where the shape of the diaphragm is other than a square. In the case of a symmetrical shape in which the shape of the diaphragm is substantially a regular pentagon, a substantially regular hexagon, a substantially regular octagon, a substantially regular decagon, or a substantially circular shape, when the area and the thickness satisfy the relationship shown in Table 1, a good shape is obtained. Functions as a vacuum pressure sensor. On the other hand, in the case of a diaphragm with a shape lacking symmetry, for example, a rectangular diaphragm, the linearity is broken because the pressure and the amount of distortion of the diaphragm are not symmetrical, and there is no practicality, and the fabrication of the diaphragm is not easy. Also, the assembly tends to be complicated.

【0033】[0033]

【作用】上記のように構成されたシリコンダイアフラム
型真空圧力センサは、0.01〜133Paの圧力範囲
において圧力と静電容量との関係が線形性を呈する。し
かもダイアフラムと固定電極との空間は0.01Pa以
下の高度な真空度で封止されているので、0.01Pa
の圧力感度で測定をすることができる。
The silicon diaphragm type vacuum pressure sensor constructed as described above has a linear relationship between pressure and capacitance in the pressure range of 0.01 to 133 Pa. Moreover, since the space between the diaphragm and the fixed electrode is sealed with a high degree of vacuum of 0.01 Pa or less,
Pressure sensitivity.

【0034】[0034]

【実施例】以下に本発明の代表的な実施例を図面に基づ
いて説明する。図1は本発明のシリコンダイアフラム型
真空圧力センサの断面図である。ケース4の凹部に設け
られた固定電極3はダイアフラム2と10μmの間隙を
もって対向するように、ダイアフラム2とケース4とに
おいて接合されている。導電性シリコン基板から作製さ
れたダイアフラム2の大きさは、この実施例の場合では
10mm角の正方形のものである。そして、その厚さは
10μmであり、ピン7aと導通している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A typical embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a silicon diaphragm type vacuum pressure sensor of the present invention. The fixed electrode 3 provided in the concave portion of the case 4 is joined to the diaphragm 2 and the case 4 so as to face the diaphragm 2 with a gap of 10 μm. The size of the diaphragm 2 made from the conductive silicon substrate is a square of 10 mm square in this embodiment. And its thickness is 10 μm and it is electrically connected to the pin 7a.

【0035】また固定電極3はピン7bで導通してお
り、ピン7aとピン7bとにより静電容量が測定でき
る。更に、空間5にはガス吸着剤(ゲッター剤)8を導
入して空間を真空に保っている。
The fixed electrode 3 is electrically connected to the pin 7b, and the capacitance can be measured by the pins 7a and 7b. Further, a gas adsorbent (getter agent) 8 is introduced into the space 5 to keep the space at a vacuum.

【0036】次に、本発明によるシリコンダイアフラム
型真空圧力センサの構造を実現するための作製手段につ
いて説明する。はじめに、ダイアフラム2の作製につい
て述べると、導電性シリコン基板1を熱酸化することに
より、約1μmの二酸化珪素膜を形成した後、フォトリ
ソグラフィー技術を用いて目的とする面積のシリコンを
露出させる。導電性シリコン基板1を温度が一定となる
ように維持して、濃度30%の苛性カリ(KOH)水溶
液に浸し、所定時間留置することにより、露出していた
シリコン部分のみをエッチングすることができることか
ら、所望の厚さを有するダイアフラムが作製できる。
Next, a description will be given of manufacturing means for realizing the structure of the silicon diaphragm type vacuum pressure sensor according to the present invention. First, the production of the diaphragm 2 will be described. After a silicon dioxide film of about 1 μm is formed by thermally oxidizing the conductive silicon substrate 1, silicon of a target area is exposed using photolithography technology. By keeping the conductive silicon substrate 1 at a constant temperature, immersing it in an aqueous solution of caustic potassium (KOH) having a concentration of 30%, and leaving it for a predetermined time, only the exposed silicon portion can be etched. A diaphragm having a desired thickness can be manufactured.

【0037】引き続いて、ケース(第1ガラス基板)4
の製作は、硼珪酸ガラス板の表面にクロム金属膜及び金
金属膜を付着させた後、フォトリソグラフィー技術を用
いて硼珪酸ガラスを露出させる。硼珪酸ガラスを所定温
度に保ったままフッ化水素酸水溶液に浸し、所定時間浸
漬することにより、硼珪酸ガラスの露出した部分のみを
凹型になるようにエッチングする。更に、ダイアフラム
2と同等の面積を持つ固定電極3を硼珪酸ガラスの凹部
分に陽極接合方法により接合する。
Subsequently, the case (first glass substrate) 4
Is to deposit a chromium metal film and a gold metal film on the surface of a borosilicate glass plate, and then expose the borosilicate glass using a photolithography technique. The borosilicate glass is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution while being kept at a predetermined temperature, and immersed for a predetermined time, so that only the exposed portions of the borosilicate glass are etched so as to be concave. Further, the fixed electrode 3 having the same area as the diaphragm 2 is bonded to the concave portion of the borosilicate glass by the anodic bonding method.

【0038】導電性シリコン基板にケース4を陽極接合
方法により接合し、ダイアフラム2と固定電極3を対向
させる。このとき、第1ガラス基板(ケース)4の凹部
分の深さと固定電極3の厚さを調整することによって、
ダイアフラムと固定電極との間隔を所望の距離とする。
ダイアフラム2と第1ガラス基板4とを接合するとき
に、0.001Pa以下の圧力の雰囲気中でこれを実施
し、更にゲッター剤8を第1ガラス基板4の中に封入す
ることにより、空間の圧力を0.01Pa以下に保つこ
とが可能となる。最後に、固定電極と導通するためのピ
ン7b、導電性シリコン基板1と導通するためのピン7
aを導電性接着剤により接合し、第2ガラス基板(台座
ガラス)6を接合する。
The case 4 is bonded to the conductive silicon substrate by the anodic bonding method, and the diaphragm 2 and the fixed electrode 3 are opposed to each other. At this time, by adjusting the depth of the concave portion of the first glass substrate (case) 4 and the thickness of the fixed electrode 3,
A desired distance is set between the diaphragm and the fixed electrode.
When the diaphragm 2 and the first glass substrate 4 are joined together, this is performed in an atmosphere having a pressure of 0.001 Pa or less, and the getter agent 8 is further sealed in the first glass substrate 4 so as to form a space. The pressure can be kept at 0.01 Pa or less. Finally, a pin 7b for conducting with the fixed electrode and a pin 7 for conducting with the conductive silicon substrate 1.
a is bonded by a conductive adhesive, and the second glass substrate (pedestal glass) 6 is bonded.

【0039】このようにして作製したシリコンダイアフ
ラム型真空圧力センサの圧力と静電容量値との関係を図
2に示す。圧力0.01〜133Paにおいて静電容量
値の変化は線形性を有し、しかも比例関係を呈する。従
って、静電容量値を測定することにより、そのときの圧
力が一義的に決まる。
FIG. 2 shows the relationship between the pressure and the capacitance value of the silicon diaphragm type vacuum pressure sensor manufactured as described above. At a pressure of 0.01 to 133 Pa, the change of the capacitance value has a linearity and exhibits a proportional relationship. Therefore, by measuring the capacitance value, the pressure at that time is uniquely determined.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、導電性シリコン基板か
ら作製するダイアフラムの大きさが5mm角以上、15
mm角以下の四角形か又はこれに準ずる面積を有する多
角形乃至円形のものであって、その厚さが5μm以上、
15μm以下、且つダイアフラムと固定電極との間隔が
5〜20μmであるとき、0.01乃至133Paの圧
力範囲において、圧力と静電容量値とが比例する線形性
を呈し、これを利用して0.01Paの圧力感度をもっ
て、圧力を測定することが可能な真空圧力センサが提供
できる。
According to the present invention, the size of the diaphragm formed from the conductive silicon substrate is not less than 5 mm square and not more than 15 mm.
Square or less square mm or polygonal or circular having an area equivalent thereto, the thickness is 5μm or more,
When the distance is 15 μm or less and the distance between the diaphragm and the fixed electrode is 5 to 20 μm, in the pressure range of 0.01 to 133 Pa, the pressure exhibits a linearity in which the capacitance value is proportional. A vacuum pressure sensor capable of measuring pressure with a pressure sensitivity of 0.01 Pa can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のシリコンダイアフラム型真空圧力セン
サの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a silicon diaphragm type vacuum pressure sensor of the present invention.

【図2】本発明のシリコンダイアフラム型真空圧力セン
サの圧力に対する静電容量値との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the pressure and the capacitance value of the silicon diaphragm type vacuum pressure sensor of the present invention.

【図3】ピラニ真空計の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a Pirani vacuum gauge.

【図4】金属隔膜型真空計の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a metal diaphragm gauge.

【図5】従来の半導体真空圧力センサの例を示す例であ
る。
FIG. 5 is an example showing a conventional semiconductor vacuum pressure sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 導電性シリコン基板 2 ダイアフラム 3 固定電極 4 第1ガラス基板(ケース) 5 空間 6 第2ガラス基板(台座ガラス) 7a ピン 7b ピン 7c ピン 8 ゲッター材 9 ケース 10 フィラメント 11 ケース 12 金属隔膜 13 空間 14 外周対向電極 15 中央対向電極 16 シリコン基板 17 ガラス基板 18 ダイアフラム 19 固定電極 20 可動電極 21 引出線 22 フレーム 23 空間 24 溝 25 貫通孔 26 パッド 27 絶縁性樹脂 Reference Signs List 1 conductive silicon substrate 2 diaphragm 3 fixed electrode 4 first glass substrate (case) 5 space 6 second glass substrate (pedestal glass) 7a pin 7b pin 7c pin 8 getter material 9 case 10 filament 11 case 12 metal diaphragm 13 space 14 Outer peripheral counter electrode 15 Central counter electrode 16 Silicon substrate 17 Glass substrate 18 Diaphragm 19 Fixed electrode 20 Movable electrode 21 Leader 22 Frame 23 Space 24 Groove 25 Through hole 26 Pad 27 Insulating resin

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向井 伸幸 神奈川県横浜市港北区新羽町1189 帝人製 機株式会社横浜開発センター内 Fターム(参考) 2F055 AA40 BB01 BB08 BB10 CC02 CC41 DD05 DD07 EE25 FF12 GG11 4M112 AA01 BA07 CA02 CA15 CA16 DA04 DA11 DA18 EA02 EA06 EA13 FA11 GA01  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Nobuyuki Mukai 1189 Nippa-cho, Kohoku-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term (reference) 2F055 AA40 BB01 BB08 BB10 CC02 CC41 DD05 DD07 EE25 FF12 GG11 4M112 AA01 BA07 CA02 CA15 CA16 DA04 DA11 DA18 EA02 EA06 EA13 FA11 GA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】静電容量型の真空圧力を計測するセンサで
あって、導電性シリコン基板上に形成されたダイアフラ
ムが四角形のとき、該ダイアフラムの大きさが5mm角
以上、15mm角以下であり、厚みが5μm以上、15
μm以下 であり、且つ固定電極と前記ダイアフラムと
の間に設けられた間隔を5μm以上、20μm以下とし
て、0.01〜133Paの圧力範囲を測定可能となし
たダイアフラム型真空圧力センサ。
1. A capacitance type sensor for measuring vacuum pressure, wherein when a diaphragm formed on a conductive silicon substrate is square, the size of the diaphragm is not less than 5 mm square and not more than 15 mm square. , Thickness of 5 μm or more, 15
A diaphragm-type vacuum pressure sensor which is capable of measuring a pressure range of 0.01 to 133 Pa by setting the distance between the fixed electrode and the diaphragm to 5 μm or more and 20 μm or less.
【請求項2】導電性シリコン基板上に形成されたダイア
フラムと、該導電性シリコン基板の両面に接合された第
1ガラス及び第2ガラス基板とを備え、前記第1ガラス
基板の前記ダイアフラムと接合している面は凹型に形成
され、固定電極を前記ダイアフラムと所定の間隔をもっ
て対向するように前記第1ガラスの凹部内面に形成し、 前記ダイアフラムと外部に通じるための穴を第2ガラス
基板に設けてなる請求項1に記載のダイアフラム型真空
圧力センサ。
2. A semiconductor device comprising: a diaphragm formed on a conductive silicon substrate; and first and second glass substrates bonded to both surfaces of the conductive silicon substrate, wherein the first glass substrate is bonded to the diaphragm. The surface is formed in a concave shape, a fixed electrode is formed on the inner surface of the concave portion of the first glass so as to face the diaphragm at a predetermined interval, and a hole for communicating with the diaphragm and the outside is formed in the second glass substrate. The diaphragm-type vacuum pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure sensor is provided.
【請求項3】前記導電性シリコン基板と凹部を形成され
た第1ガラス基板とを接合することにより(区画形成さ
れた)空間を真空に封じてなる請求項1または請求項2
にダイアフラム型真空圧力センサ。
3. The space defined (partitioned) is sealed in a vacuum by bonding the conductive silicon substrate and the first glass substrate having a concave portion.
Diaphragm type vacuum pressure sensor.
【請求項4】ダイアフラムの形状が正方形以外であると
き、ダイアフラムの形状がほぼ正五角形、ほぼ正六角
形、ほぼ正八角形、ほぼ正十角形またはほぼ円形である
請求項1に記載の面積と厚さを備えたダイアフラム型真
空圧力センサ。
4. The area and thickness according to claim 1, wherein when the shape of the diaphragm is other than a square, the shape of the diaphragm is substantially regular pentagon, substantially regular hexagon, substantially regular octagon, substantially regular decagon, or substantially circular. Diaphragm type vacuum pressure sensor provided with.
JP2000012392A 2000-01-21 2000-01-21 Diaphragm-type vacuum pressure sensor Pending JP2001201417A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000012392A JP2001201417A (en) 2000-01-21 2000-01-21 Diaphragm-type vacuum pressure sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000012392A JP2001201417A (en) 2000-01-21 2000-01-21 Diaphragm-type vacuum pressure sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001201417A true JP2001201417A (en) 2001-07-27

Family

ID=18540115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000012392A Pending JP2001201417A (en) 2000-01-21 2000-01-21 Diaphragm-type vacuum pressure sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001201417A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6912910B2 (en) 2002-12-19 2005-07-05 Anelva Corporation Capacitive pressure sensor
US6948374B2 (en) 2003-02-17 2005-09-27 Anelva Corporation Capacitive pressure sensor and its manufacturing method
US7270009B2 (en) 2005-02-10 2007-09-18 Canon Anelva Technix Corporation Diaphragm type pressure sensor
CN106092332A (en) * 2016-07-18 2016-11-09 上海集成电路研发中心有限公司 From monitoring the device of vacuum leak, preparation method, system and certainly monitoring method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6912910B2 (en) 2002-12-19 2005-07-05 Anelva Corporation Capacitive pressure sensor
US6948374B2 (en) 2003-02-17 2005-09-27 Anelva Corporation Capacitive pressure sensor and its manufacturing method
US7270009B2 (en) 2005-02-10 2007-09-18 Canon Anelva Technix Corporation Diaphragm type pressure sensor
CN106092332A (en) * 2016-07-18 2016-11-09 上海集成电路研发中心有限公司 From monitoring the device of vacuum leak, preparation method, system and certainly monitoring method
CN106092332B (en) * 2016-07-18 2018-12-18 上海集成电路研发中心有限公司 From the monitoring device of vacuum leak, preparation method, system and from monitoring method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2896725B2 (en) Capacitive pressure sensor
JP3114570B2 (en) Capacitive pressure sensor
JP5349366B2 (en) Composite pressure gauge and method for manufacturing composite pressure gauge
US6948374B2 (en) Capacitive pressure sensor and its manufacturing method
US8384170B2 (en) Pressure sensor
JP2009008693A (en) Capacitive vacuum measuring cell
CN103983395A (en) Micro-pressure sensor and manufacturing and detecting method thereof
JP2852593B2 (en) Capacitive pressure sensor
JP2008209284A (en) Pressure measuring device and method
JP2007225344A (en) Pressure sensor
JP2008032451A (en) Variable capacitance pressure sensor
JP2001201417A (en) Diaphragm-type vacuum pressure sensor
JP2000019044A (en) Vacuum pressure sensor
JP2007101222A (en) Pressure sensor
JP4542397B2 (en) Manufacturing method of capacitive pressure sensor
JPWO2005108946A1 (en) Pressure sensor
JP2005321257A (en) Capacitance type pressure sensor
JP4549085B2 (en) Capacitance type pressure sensor and manufacturing method thereof
JP2002055008A (en) Vacuum sensor with built-in thin-film getter
JP2005195423A (en) Pressure sensor
JPS60233863A (en) Pressure sensor of electrostatic capacitance type
JPS61272623A (en) Electrostatic capacity type pressure sensor
JPH0894472A (en) Pressure sensor, manufacture thereof and gas meter and hemomanometer employing it
JP2860086B2 (en) Microcap for humidity sensor and humidity sensor
JPH0618345A (en) Production of pressure sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20041013

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070110

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090601

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090728

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090925

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091027