JP2006133104A - 静電容量式圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 腐食性の強い被測定気体による性能劣化や装置内への金属汚染を防止し、圧力検出部がリークした場合でも被測定気体がケース外部に漏洩することを防いだ、安全性と生産性に優れた静電容量式圧力センサを提供する。
【解決手段】 静電容量式圧力センサは、受圧面１を有するダイアフラム１０、基板２０、該ダイアフラムと該基板との間の真空室２、ダイアフラムに固定され前記真空内に設けられた測定用電極３、及び基板に固定され測定用電極に対向して真空内に設けられた基準用電極５を有する圧力検出部６を備えた静電容量式圧力センサにおいて、内部に真空室７を形成したケース４０を備え、圧力検出部をケース内に収納した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、装置内の圧力を測定するために圧力の値を静電容量値として測定する静電容量式圧力センサ構造に関する。

従来、半導体製造装置等に装着される圧力センサは、プロセスガス等の腐食性物質に対する耐食性、性能の長期安定性が求められている。例えば腐食性物質に耐性があるインコネル材の金属隔膜を有する静電容量式圧力センサがよく用いられている。また、近年では化学的に安定で、腐食性物質に耐性があるセラミックスやフッ素樹脂のダイアフラムを有する静電容量式圧力センサが用いられつつある（例えば、特許文献１参照。）。
特表２００２−５００３５０号公報

しかしながら、上述した従来の静電容量式圧力センサの金属隔膜は、強力な反応性を持つ被測定気体によって腐食され、それにより測定誤差が生じ、あるいは装置内におけるクリーン度の高い真空処理を汚染するという問題があった。
また、セラミックスのダイアフラムは、耐腐食性や耐高温性に優れる反面、脆性材料であるため強い衝撃等で割れが生じやすいとともに、前記ダイアフラムの繰り返し動作による応力集中によって、接合層より被測定気体がリークする問題があった。特許文献１に示されるような構造では腐食性が強い被測定気体が外部に漏洩してしまう問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、腐食性の強い被測定気体による性能劣化や装置内への金属汚染を防止し、圧力検出部がリークした場合でも被測定気体がケース外部に漏洩することを防いだ、安全性と生産性に優れた静電容量式圧力センサを提供することを目的とする。

請求項１に記載の静電容量式圧力センサは、受圧面を有するダイアフラム、基板、該ダイアフラムと該基板との間の真空室、ダイアフラムに固定され前記真空内に設けられた測定用電極、及び基板に固定され測定用電極に対向して真空内に設けられた基準用電極を有する圧力検出部を備えた静電容量式圧力センサにおいて、内部に真空室を形成したケースを備え、圧力検出部をケース内に収納したことを特徴としている。

請求項２に記載の静電容量式圧力センサは、圧力検出部の真空室及びケース内の真空室を連通したことを特徴としている。

請求項３に記載の静電容量式圧力センサは、基板及び基準用電極に貫通孔を設け、該貫通孔を通して圧力検出部の真空室及びケース内の真空室を連通していることを特徴としている。

請求項４に記載の静電容量式圧力センサは、基板に貫通孔を設け、該貫通孔を通して圧力検出部の真空室及びケース内の真空室を連通していることを特徴としている。

請求項５に記載の静電容量式圧力センサは、ダイアフラムの材質がセラミックスであることを特徴としている。

請求項６に記載の静電容量式圧力センサは、ケースは基板に対向する一方面部、ダイアフラムの受圧面に対向する他方面部及び一方面部及び他方面部を接続する側面部から構成され、他方面部の内側の一部の周囲及びダイアフラムの一部の周囲との間が閉鎖され、ダイアフラムの受圧面に通じる被測定気体導入ポートが他方面部の閉鎖された内側に形成され、被測定気体導入ポートから導入される被測定気体が接する他方面部の接圧内部に耐食性を有する保護膜を施したことを特徴としている。

請求項７に記載の静電容量式圧力センサは、保護膜がフッ素樹脂材であることを特徴としている。

本発明の請求項１によれば、被測定気体が圧力検出部のダイアフラムや該ダイアフラムを封止している接合層よりリークした場合でも、該被測定気体がケース内に留まるため、人体や環境に悪影響を及ぼす危険な被測定気体が外部に漏洩することがない。また、安全面や環境面への付加的な対策を半導体製造装置等の被測定装置に特に設ける必要が無いため、静電容量式圧力センサを使用して圧力を検出する被測定装置の低コスト化が図れる。

本発明の請求項２によれば、圧力検出部の真空室及びケース内の真空室を連通しているため、ダイアフラムと基板との接合部は気密である必要はない。よって、従来のダイアフラムと基板との接合部の気密検査やダイアフラムを封止接合させる高温プロセスは必要でなく、生産性や経済性を高めることができる。

本発明の請求項３によれば、基板及び基準用電極に設けた該貫通孔を通して、圧力検出部の真空室及びケース内の真空室を連通しているので、圧力検出部の真空室及びケース内の真空室を簡単に連通できる。

本発明の請求項４によれば、基板に設けた貫通孔貫通孔を通して、圧力検出部の真空室及びケース内の真空室を連通しているので、圧力検出部の真空室及びケース内の真空室を簡単に連通できる。

本発明の請求項５によれば、腐食によるダイアフラムの性能劣化がなく、圧力検出部から装置内への汚染を防ぐことができるので、安定した真空検出処理ができる。

本発明の請求項６によれば、被測定気体導入ポートから導入される被測定気体が接する他方面部の接圧内部の腐食による、装置内への汚染を防ぐことができるので、より安定した真空検出処理ができる。

本発明の請求項７によれば、保護膜がフッ素樹脂材であるので、容易に保護膜を形成できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、この静電容量式圧力センサは受圧面１を有するダイアフラム１０、基板２０、該ダイアフラム１０と基板２０との間の真空室２、ダイアフラム１０に固定され真空室２内に設けられた測定用電極３と参照電極４、及び基板２０に固定され測定用電極３に対向して真空室２内に設けられた共通な基準用電極５を有する圧力検出部３０を備えている。測定用電極３及び参照用電極４は略円形であり、参照用電極４は切欠き部６が形成してある。測定用電極３の一部は参照用電極４の切欠き部６間に延在している。
ケース４０は内部に真空室７が形成され、該真空室７に圧力検出部３０を収納している。
基板２０及び基準用電極５には貫通孔８を設け、該貫通孔８を通して圧力検出部３０の真空室２及びケース４０内の真空室7を連通している。
真空室２内の基準用電極５は、基板２０内を通して真空室７内の基板２０上面にも連続して配設されている。従って、貫通孔８は基準用電極５内に設けられている構成であるとも言える。ダイアフラム１０の材質はセラミックスである。
ケース４０はステンレス材（ＳＵＳ３１６Ｌ）からなり、基板２０に対向する一方面部４１、ダイアフラム１０の受圧面１に対向する他方面部４２及び一方面部４１及び他方面部４２を接続する側面部４３から構成されている。他方面部４２の内側の一部の周囲及びダイアフラム１０の下面一部の周囲との間は、台座基板５０によって閉鎖されている。台座基板５０は他方面部４２及びダイアフラム１０にガラスろうで気密に接合固定されている。ケース４０の他方面部４２の下方はダイアフラム１０の受圧面１に通じる被測定気体導入ポート９を有するマウントとなっている。即ち、被測定気体導入ポート９は、他方面部４２の閉鎖された内側に形成されている。被測定気体導入ポート９から導入される被測定気体（図示なし）が接する他方面部４２の接圧内部には、耐食性を有する保護膜１１としてフッ素樹脂材をコーティングしている。

ダイアフラム１０及び基板２０間には、それら間の定められた電極間ギャップを得るために、厚さ５０μｍに研磨したスペーサー６０を介在させている。スペーサー６０はダイアフラム１０及び基板２０の外周に合わせた略リング状であり、一部切欠き部６１が形成されている。参照用電極４の一部はスペーサー６０の切欠き部６１間に延在している。
ダイアフラム１０の素材はアルミナセラミックスである。下地のチタン及び該チタン上の白金からなる測定用電極３及び参照用電極４は、ダイアフラム１０にスパッタ法で成膜されている。基板２０の素材はアルミナセラミックスである。下地のチタン及び該チタン上の白金からなる基準用電極５は、基板２０にスパッタ法で成膜されている。

ダイアフラム１０は被測定気体導入ポート９から導入された被測定気体の圧力が変化することで変位し、測定用電極３及び基準電極５間の静電容量変化を検出することによって被測定機器内の圧力が測定される。すなわち、貫通孔８又は切欠き部６１を介して真空室７の真空度が基準圧力となっており、基準電極５が被測定気体の圧力で変化することでダイアフラム１０が変位し、被測定機器内の圧力を絶対圧で検出することができる。
真空室７内の基板２０上面の基準用電極５は、端子１２に電気的に接続されている。
測定電極３はダイアフラム１０の中央部分即ち変位しやすい部分に設けられ、端子１３に電気的に接続されている。参照電極４は、真空室２内の温度補償用電極であり、ダイアフラム１０の僅かしか変位しない部分即ち測定電極３の周囲に設けられ、端子１４に電気的に接続されている。測定用電極３は圧力変化に起因するダイアフラム１０の変位量に起因する静電容量を出力する。電極の静電容量は真空室２内の温度によっても変化するので、出力変化する電極の静電容量から当該温度変化要因除き純然たる圧力変化に基づく静電容量のみを求めることが好ましい。参照電極４は、測定用電極３の静電容量と参照電極４の静電容量との差を温度変化要因として捕らえるために、設けられている。
測定用ポート９内部に保護膜１１を施した後、台座基板５０にダイアフラム１０を接合し、端子１２、１３、１４をダイアフラム１０の電極取出し面と位置合わせし、ケース４０とマウント４２の外周を溶接することで気密構造が作られる。

ケース４０の一方面部３１には、封止用銅管１５及びゲッター材１６が入れられたゲッター室１7が設けられている。真空室２、７は、ケース４０とマウント４２を真空炉にて約２００℃で数時間加熱し、付着している水分を蒸発させた後、封止用銅管１５を真空ポンプ（図示なし）に接続し、真空引きしながらゲッター室１７の外周を約５００℃で３時間加熱して封止用銅管１５を専用の油圧プレス機でかしめて封止することによって、真空度を１×１０-3Ｐａ以下とすることができる。
また、ゲッター材１６が入れられたゲッター室１7が設けられていることによって、貫通孔８又は切欠き部６１を介して真空室７は常時基準圧を得ることができ、ダイアフラム１０及び基板２０間は固定されてさえいれば気密である必要性は無く、製造過程での気密検査工程やセラミックス同士を封止接合させるための高温プロセスを省略することができる。

（第２の実施の形態）
図２は、第２実施の形態に係る圧力検出部の図である。図２において、前述の第１実施の形態に係る圧力検出部と同じ部分は同一符号のみを付して詳述を省略する。
スペーサー６０を挟んだダイアフラム１０及び基板２０間に加重を加えながら、それら三者の外周のみに接着材７０を塗布している。従って、それらの境面に接着材７０が入らないため正確な電極間ギャップが得られ、静電容量値の偏差を抑えることができ、変換回路との調整が簡略化できる。
基板２０に設けた貫通孔８０を通して、圧力検出部３０の真空室２及びケース内の真空室７を連通している。

本発明に係る静電容量式絶対圧センサの第１実施形態を示す断面図である。 図１のＡ―Ａ矢印の断面図である。 本発明の静電容量式絶対圧センサの第２実施形態に係る圧力検出部の図である。

符号の説明

１・・・・受圧面
１０・・・ダイアフラム
２・・・・真空室
２０・・・基板
３・・・・測定用電極
４・・・・参照電極
５・・・・基準用電極
７・・・・真空室
８・・・・貫通孔
９・・・・測定気体導入ポート
１１・・・保護膜
３０・・・圧力検出部
４０・・・ケース
４１・・・ケースの一方面部
４２・・・ケースの他方面部
４３・・・ケースの側面部
７０・・・接着材

Claims (7)

1. 受圧面を有するダイアフラム、基板、該ダイアフラムと該基板との間の真空室、前記ダイアフラムに固定され前記真空内に設けられた測定用電極、及び前記基板に固定され前記測定用電極に対向して前記真空内に設けられた基準用電極を有する圧力検出部を備えた静電容量式圧力センサにおいて、内部に真空室を形成したケースを備え、前記圧力検出部を前記ケース内に収納したことを特徴とする静電容量式圧力センサ。
2. 前記圧力検出部の真空室及び前記ケース内の真空室を連通したことを特徴とする請求項１記載の静電容量式圧力センサ。
3. 前記基板及び前記基準用電極に貫通孔を設け、該貫通孔を通して前記圧力検出部の真空室及び前記ケース内の真空室を連通していることを特徴とする請求項２記載の静電容量式圧力センサ。
4. 前記基板に貫通孔を設け、該貫通孔を通して前記圧力検出部の真空室及び前記ケース内の真空室を連通していることを特徴とする請求項２記載の静電容量式圧力センサ。
5. 前記ダイアフラムの材質がセラミックスであることを特徴とする請求項１記載の静電容量式圧力センサ。
6. 前記ケースは前記基板に対向する一方面部、前記ダイアフラムの受圧面に対向する他方面部及び前記一方面部及び前記他方面部を接続する側面部から構成され、前記他方面部の内側の一部の周囲及び前記ダイアフラムの一部の周囲との間が閉鎖され、前記ダイアフラムの受圧面に通じる被測定気体導入ポートが前記他方面部の前記閉鎖された内側に形成され、前記被測定気体導入ポートから導入される被測定気体が接する前記他方面部の接圧内部に耐食性を有する保護膜を施したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の静電容量式圧力センサ。
7. 前記保護膜がフッ素樹脂材であることを特徴とする請求項６記載の静電容量式圧力センサ。

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