JP2008111778A - Pirani vacuum gage and method for measuring pressure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Pirani vacuum gage capable of expanding a measurable pressure range and improving measurement accuracy. <P>SOLUTION: The Pirani vacuum gage comprises: a float membrane 32 having an electric resistor 40 which is disposed on its surface, and being formed so as to straddle a through-hole 24 of a substrate; a peripheral membrane 36 being formed on the surface of the substrate so as to surround the float membrane 32; and a pair of connecting membranes 34 which are arranged symmetrically so as to sandwich the center of the float membrane and connect the circumference of the float membrane 32 to the peripheral membrane 36. The Pirani vacuum gage is characterized in that both ends of the electric resistor 40 are pulled out through the surface of the pair of first connecting membranes 34 to the surface of the peripheral membrane 36. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ピラニ真空計および圧力測定方法に関するものである。   The present invention relates to a Pirani gauge and a pressure measuring method.

細い金属線からなるフィラメント（電気抵抗体）を備え、フィラメントと気体との熱交換によるフィラメントの熱損失量から気体の圧力を測定するピラニ真空計が広く知られている。ピラニ真空計は、気体がフィラメントから奪う熱量Ｑｇを、フィラメントに熱量を補充しつつ測定するものである。ただし、実際にフィラメントに加える熱量は、気体によって奪われる熱量Ｑｇだけではなく、フィラメント両端のリード線から流出する熱量Ｑｃ、およびフィラメントから輻射によって流出する熱量Ｑｒの和になる。   A Pirani gauge is widely known that includes a filament (electric resistor) made of a thin metal wire and measures the gas pressure from the amount of heat loss of the filament due to heat exchange between the filament and the gas. The Pirani gauge measures the amount of heat Qg taken by the gas from the filament while replenishing the filament with the amount of heat. However, the amount of heat actually applied to the filament is not only the amount of heat Qg taken away by the gas, but the sum of the amount of heat Qc flowing out from the lead wires at both ends of the filament and the amount of heat Qr flowing out from the filament by radiation.

ピラニ真空計によって測定可能な圧力範囲は１０−１〜１０４Ｐａ程度であるが、この圧力範囲の拡大が望まれている。
測定可能な圧力範囲の上限は、気体の平均自由工程λとフィラメントの半径ｒとの比λ／ｒに比例することが確認されている。したがって、フィラメントの半径ｒを小さくすることにより、測定可能な圧力範囲の上限を引き上げることができる。 Although the pressure range measurable with the Pirani gauge is about 10 −1 to 10 4 Pa, expansion of this pressure range is desired.
It has been confirmed that the upper limit of the measurable pressure range is proportional to the ratio λ / r between the mean free path λ of the gas and the radius r of the filament. Therefore, the upper limit of the measurable pressure range can be increased by reducing the radius r of the filament.

また測定可能な圧力範囲の下限は、フィラメント両端のリード線から流出する熱量Ｑｃ、および輻射によって流出する熱量Ｑｒの影響を受ける。低圧の気体がフィラメントから奪う熱量Ｑｇは非常に小さいので、流出熱量Ｑｃ，Ｑｒが大きいと熱量Ｑｇの測定が困難になるからである。これらの流出熱量Ｑｃ，Ｑｒを小さくするには、フィラメントの半径Ｒを小さくすることが有効である。   The lower limit of the measurable pressure range is affected by the amount of heat Qc flowing out from the lead wires at both ends of the filament and the amount of heat Qr flowing out by radiation. This is because the amount of heat Qg taken by the low-pressure gas from the filament is very small, so that it is difficult to measure the amount of heat Qg if the outflow heat amounts Qc and Qr are large. In order to reduce these outflow heat quantities Qc and Qr, it is effective to reduce the radius R of the filament.

そこで特許文献１には、フィラメントを巻き線とする技術が提案されている。これによりフィラメントの端子間の距離が小さくなって機械的強度が向上するので、フィラメントの半径Ｒを小さくすることが可能になり、測定可能な圧力範囲の上限を引き上げるとともに、下限を引き下げることができるとされている。
特開平７−１２０３３９号公報 Therefore, Patent Document 1 proposes a technique in which a filament is wound. As a result, the distance between the terminals of the filament is reduced and the mechanical strength is improved, so that the radius R of the filament can be reduced, and the upper limit of the measurable pressure range can be raised and the lower limit can be lowered. It is said that.
JP-A-7-120339

しかしながら、ピラニ真空計には、測定可能な圧力範囲のさらなる拡大が望まれている。また、ピラニ真空計には圧力測定精度の向上が望まれている。
そこで本発明は、測定可能な圧力範囲の拡大が可能であり、また圧力測定精度の向上が可能なピラニ真空計の提供を課題とする。
また、処理装置内の圧力を簡単かつ低コストで測定することが可能な圧力測定方法の提供を課題とする。 However, further expansion of the measurable pressure range is desired for the Pirani gauge. Further, the Pirani gauge is desired to improve pressure measurement accuracy.
Therefore, an object of the present invention is to provide a Pirani vacuum gauge that can expand a measurable pressure range and can improve pressure measurement accuracy.
It is another object of the present invention to provide a pressure measuring method capable of measuring the pressure in the processing apparatus easily and at low cost.

上記課題を解決するため、本発明に係るピラニ真空計は、気体と熱交換を行う電気抵抗体を備え、前記電気抵抗体の熱損失量から前記気体の圧力を測定するピラニ真空計であって、前記電気抵抗体を表面に配置して、基板の穴部を跨ぐように形成された浮膜と、前記浮膜を囲むように前記基板の表面に形成された周辺膜と、前記浮膜の中心を挟んで対称に配置され、前記浮膜の外周を前記周辺膜に連結する一対の連結膜と、を備え、前記電気抵抗体の両端部が、前記一対の連結膜の表面を通って、前記周辺膜の表面に形成された電極に引き出されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a Pirani gauge according to the present invention is an Pirani gauge that includes an electrical resistor that exchanges heat with a gas and measures the pressure of the gas from the amount of heat loss of the electrical resistor. A floating film formed on the surface of the electric resistor so as to straddle the hole of the substrate; a peripheral film formed on the surface of the substrate so as to surround the floating film; and A pair of connecting films that are arranged symmetrically across the center and connect the outer periphery of the floating film to the peripheral film, and both ends of the electric resistor pass through the surfaces of the pair of connecting films, It is drawn out to an electrode formed on the surface of the peripheral film.

この構成によれば、電気抵抗体を薄膜化することが可能になり、測定可能な圧力範囲を拡大することができる。また、電気抵抗体を浮膜の表面に配置したので、電気抵抗体から基板への熱流出を抑制することが可能になり、浮膜の外周を連結膜により周辺膜に連結したので、電気抵抗体から周辺膜への熱流出を抑制することが可能になる。これらにより、測定可能な圧力範囲の下限を引き下げることができる。さらに、電気抵抗体の両端部が、浮膜の中心を挟んで対称に配置された一対の連結膜の表面を通って、周辺膜の表面に形成された電極に引き出されている。これにより、電気抵抗体と浮膜との熱膨張率が異なっても、電気抵抗体を対称に熱変形させることが可能になる。したがって、圧力測定精度を向上させることができる。   According to this configuration, the electric resistor can be thinned, and the measurable pressure range can be expanded. In addition, since the electric resistor is arranged on the surface of the floating film, it becomes possible to suppress the heat outflow from the electric resistor to the substrate, and the outer periphery of the floating film is connected to the peripheral film by the connecting film. Heat outflow from the body to the peripheral membrane can be suppressed. By these, the lower limit of the measurable pressure range can be lowered. Furthermore, both end portions of the electric resistor are drawn out to the electrodes formed on the surface of the peripheral film through the surfaces of the pair of connecting films arranged symmetrically with respect to the center of the floating film. Thereby, even if the thermal expansion coefficient differs between the electrical resistor and the floating membrane, the electrical resistor can be thermally deformed symmetrically. Therefore, pressure measurement accuracy can be improved.

また前記周辺膜に、溝部が形成されていることが望ましい。
この構成によれば、電気抵抗体から周辺膜への熱流出を抑制することが可能になり、測定可能な圧力範囲の下限を引き下げることができる。 Further, it is desirable that a groove is formed in the peripheral film.
According to this configuration, it is possible to suppress the heat outflow from the electric resistor to the peripheral film, and the lower limit of the measurable pressure range can be lowered.

また前記電気抵抗体の周辺温度の変化を補償する温度補償体が、前記周辺膜の表面に形成され、前記電気抵抗体と前記温度補償体との間における前記周辺膜に、溝部が形成されていることが望ましい。
この構成によれば、電気抵抗体から温度補償体への熱伝達を抑制することが可能になり、温度補償体の温度変化を防止することができる。したがって、電気抵抗体の周辺温度の変化を確実に補償することが可能になり、圧力測定精度を向上させることができる。 A temperature compensator that compensates for a change in ambient temperature of the electrical resistor is formed on the surface of the peripheral film, and a groove is formed in the peripheral film between the electrical resistor and the temperature compensator. It is desirable.
According to this configuration, it is possible to suppress heat transfer from the electric resistor to the temperature compensator, and it is possible to prevent a temperature change of the temperature compensator. Therefore, it becomes possible to reliably compensate for the change in the ambient temperature of the electric resistor, and the pressure measurement accuracy can be improved.

また前記電気抵抗体は、Ｐｔ、ＮｉＣｒまたはＷを主成分とする材料で形成されていることが望ましい。
これらの温度係数が高い材料で電気抵抗体を形成することにより、圧力測定精度を向上させることができる。 The electric resistor is preferably made of a material mainly composed of Pt, NiCr or W.
The pressure measurement accuracy can be improved by forming the electrical resistor with a material having a high temperature coefficient.

また前記電気抵抗体と前記浮膜との間に、ＣｒまたはＴｉを主成分とする密着層が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、電気抵抗体と浮膜との密着性を向上させることができる。 It is desirable that an adhesion layer mainly composed of Cr or Ti is provided between the electric resistor and the floating film.
According to this configuration, the adhesion between the electric resistor and the floating film can be improved.

また前記浮膜、前記連結膜および前記周辺膜は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする材料で形成されていることが望ましい。
これらの熱伝導率が低い材料で浮膜、連結膜および周辺膜を形成することにより、電気抵抗体から浮膜、連結膜および周辺膜への熱流出を抑制することが可能になる。したがって、測定可能な圧力範囲の下限を引き下げることができる。 The floating film, the coupling film, and the peripheral film are preferably formed of a material mainly composed of silicon oxide or silicon nitride.
By forming the floating film, the coupling film, and the peripheral film with these materials having low thermal conductivity, it is possible to suppress heat outflow from the electric resistor to the floating film, the coupling film, and the peripheral film. Therefore, the lower limit of the measurable pressure range can be lowered.

また前記基板は、シリコンを主成分とする材料で形成されていることが望ましい。
この構成によれば、基板の穴部の形成プロセスを簡略化することができる。 The substrate is preferably made of a material mainly composed of silicon.
According to this configuration, the process for forming the hole in the substrate can be simplified.

一方、本発明に係る圧力測定方法は、上述したピラニ真空計を被処理基板上に搭載し、前記被処理基板を処理装置内に導入して、前記処理装置内の圧力を測定することを特徴とする。
この構成によれば、処理装置の改造を伴うことなく、処理装置内の圧力を簡単かつ低コストで測定することができる。 On the other hand, a pressure measuring method according to the present invention is characterized in that the Pirani vacuum gauge described above is mounted on a substrate to be processed, the substrate to be processed is introduced into a processing apparatus, and the pressure in the processing apparatus is measured. And
According to this configuration, the pressure in the processing apparatus can be measured easily and at low cost without modification of the processing apparatus.

また、前記被処理基板上に複数の前記ピラニ真空計を搭載して、前記被処理基板上における圧力分布を測定することが望ましい。
この構成によれば、被処理基板上における圧力分布を簡単かつ低コストで測定することができる。 Moreover, it is desirable to mount a plurality of the Pirani gauges on the substrate to be processed and measure the pressure distribution on the substrate to be processed.
According to this configuration, the pressure distribution on the substrate to be processed can be measured easily and at low cost.

本発明に係るピラニ真空計によれば、電気抵抗体を薄膜化することが可能になり、測定可能な圧力範囲を拡大することができる。また、電気抵抗体からの熱流出を抑制することが可能になり、測定可能な圧力範囲の下限を引き下げることができる。さらに、電気抵抗体を対称に熱変形させることが可能になり、圧力測定精度を向上させることができる。
本発明に係る圧力測定方法によれば、処理装置の改造を伴うことなく、処理装置内の圧力を簡単かつ低コストで測定することができる。 According to the Pirani vacuum gauge according to the present invention, it is possible to reduce the thickness of the electrical resistor, and it is possible to expand the measurable pressure range. Moreover, it becomes possible to suppress the heat outflow from the electric resistor, and the lower limit of the measurable pressure range can be lowered. Furthermore, the electric resistor can be thermally deformed symmetrically, and the pressure measurement accuracy can be improved.
According to the pressure measuring method of the present invention, the pressure in the processing apparatus can be measured easily and at low cost without any modification of the processing apparatus.

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本実施形態に係るピラニ真空計の使用形態の説明図であり、図３のＡ−Ａ線に相当する部分における断面図である。図１に示すように、本実施形態に係るピラニ真空計１０は、真空チャンバの壁面２の開口部２ａに配置して使用される。その開口部２ａを外側から塞ぐように、Ｏリング３を介してフランジ４が配置されている。そのフランジ４の内面中央部にピラニ真空計１０が装着され、フランジ４の周縁部に複数の貫通電極６が立設されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a usage pattern of the Pirani vacuum gauge according to the present embodiment, and is a cross-sectional view of a portion corresponding to the line AA in FIG. 3. As shown in FIG. 1, the Pirani gauge 10 according to the present embodiment is used by being disposed in the opening 2 a of the wall surface 2 of the vacuum chamber. A flange 4 is arranged via an O-ring 3 so as to close the opening 2a from the outside. A Pirani gauge 10 is attached to the center of the inner surface of the flange 4, and a plurality of through electrodes 6 are erected on the peripheral edge of the flange 4.

ピラニ真空計１０は、フィラメントに相当する電気抵抗体４０が形成されたセンサ部２０と、センサ部２０の表面を覆う第１カバー部１２と、センサ部２０の裏面を覆う第２カバー部１８とを備えている。センサ部２０には、電気抵抗体４０に通電するための電極４２が形成されている。この電極４２は、ワイヤ７により貫通電極６の内側端部と接続されている。その貫通電極６の外側端部は、後述するブリッジ回路に接続されている。   The Pirani gauge 10 includes a sensor unit 20 in which an electrical resistor 40 corresponding to a filament is formed, a first cover unit 12 that covers the surface of the sensor unit 20, and a second cover unit 18 that covers the back surface of the sensor unit 20. It has. In the sensor unit 20, an electrode 42 for energizing the electric resistor 40 is formed. The electrode 42 is connected to the inner end of the through electrode 6 by a wire 7. The outer end of the through electrode 6 is connected to a bridge circuit described later.

図２は、本実施形態に係るピラニ真空計の分解斜視図である。上述したように、本実施形態に係るピラニ真空計１０は、電気抵抗体４０が形成されたセンサ部２０と、センサ部２０の表面を覆う第１カバー部１２と、センサ部２０の裏面を覆う第２カバー部１８とを備えている。   FIG. 2 is an exploded perspective view of the Pirani vacuum gauge according to the present embodiment. As described above, the Pirani vacuum gauge 10 according to the present embodiment covers the sensor unit 20 on which the electrical resistor 40 is formed, the first cover unit 12 that covers the surface of the sensor unit 20, and the back surface of the sensor unit 20. And a second cover portion 18.

センサ部２０は基板２２を備えている。基板２２の中央には、貫通孔２４（図１参照）が形成されている。その貫通孔を跨ぐように、図２に示す基板２２の表面に、電気絶縁膜３０が形成されている。電気絶縁膜３０の表面には、電気抵抗体４０と、電気抵抗体４０に通電するための電極４２（４２ａ，４２ｂ）とが形成されている。また電気絶縁膜３０の表面の周辺には、Ａｕ膜からなる封止膜２８が形成されている。封止膜２８の厚さは、例えば２００ｎｍ程度に形成されている。   The sensor unit 20 includes a substrate 22. A through hole 24 (see FIG. 1) is formed in the center of the substrate 22. An electric insulating film 30 is formed on the surface of the substrate 22 shown in FIG. 2 so as to straddle the through hole. On the surface of the electrical insulating film 30, an electrical resistor 40 and electrodes 42 (42a, 42b) for energizing the electrical resistor 40 are formed. A sealing film 28 made of an Au film is formed around the surface of the electrical insulating film 30. The thickness of the sealing film 28 is formed to about 200 nm, for example.

第１カバー部１２は、シリコン基板で形成されている。第１カバー部１２には、センサ部２０の電極４２ａ，４２ｂを露出させるための切り欠き１３，１４が形成されている。また第１カバー部１２の裏面の周辺には、凸部１７が形成されている。この凸部１７の先端面に形成された封止膜（不図示）が、センサ部２０の表面に形成された封止膜２８に接合されて、第１カバー部１２がセンサ部２０に固定されている。これにより、センサ部２０の中央に形成された電気抵抗体４０が、第１カバー部１２によって覆われている。   The first cover part 12 is formed of a silicon substrate. The first cover part 12 is formed with notches 13 and 14 for exposing the electrodes 42a and 42b of the sensor part 20. A convex portion 17 is formed around the back surface of the first cover portion 12. A sealing film (not shown) formed on the front end surface of the convex portion 17 is bonded to a sealing film 28 formed on the surface of the sensor unit 20, and the first cover unit 12 is fixed to the sensor unit 20. ing. Thereby, the electrical resistor 40 formed in the center of the sensor unit 20 is covered with the first cover unit 12.

一方、第１カバー部１２の裏面の中央から周辺にかけて、凹部１６が形成されている。これにより、圧力を測定すべき気体（以下「被測定ガス」という。）を、第１カバー部１２の周辺から中央に流入させて、センサ部２０の電気抵抗体４０に接触させることができるようになっている。   On the other hand, a recess 16 is formed from the center to the periphery of the back surface of the first cover portion 12. As a result, a gas whose pressure is to be measured (hereinafter referred to as “measurement gas”) can be caused to flow from the periphery of the first cover portion 12 to the center to be brought into contact with the electric resistor 40 of the sensor portion 20. It has become.

第２カバー部１８は、シリコン基板で形成されている。第２カバー部１８の表面の全体には、封止膜１９が形成されている。この封止膜１９が、センサ部２０の裏面に形成された封止膜（不図示）に接合されて、第２カバー部１８がセンサ部２０に固定されている。これにより、センサ部２０の基板２２に形成された貫通孔が、第２カバー部１８によって覆われている。   The second cover portion 18 is formed of a silicon substrate. A sealing film 19 is formed on the entire surface of the second cover portion 18. The sealing film 19 is bonded to a sealing film (not shown) formed on the back surface of the sensor unit 20, and the second cover unit 18 is fixed to the sensor unit 20. Thereby, the through hole formed in the substrate 22 of the sensor unit 20 is covered by the second cover unit 18.

（センサ部）
図３はセンサ部の平面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ線における断面図である。図４に示すように、センサ部２０は、シリコンや石英等の熱伝導率が低い材料からなる基板２２を備えている。基板２２は平面視略正方形状とされ、その一辺は例えば５ｍｍ程度に形成されている。また基板２２の厚さは、例えば５００±２５μｍ程度に形成されている。基板２２の中央部には、平面視矩形状の貫通孔２４が形成されている。貫通孔２４は、基板２２の裏面から表面にかけて開口面積が小さくなるように、テーパ状に形成されている。 (Sensor part)
3 is a plan view of the sensor unit, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. As shown in FIG. 4, the sensor unit 20 includes a substrate 22 made of a material having low thermal conductivity such as silicon or quartz. The substrate 22 has a substantially square shape in plan view, and one side of the substrate 22 is formed to be about 5 mm, for example. The thickness of the substrate 22 is, for example, about 500 ± 25 μm. A through-hole 24 having a rectangular shape in plan view is formed in the central portion of the substrate 22. The through hole 24 is formed in a tapered shape so that the opening area decreases from the back surface to the front surface of the substrate 22.

基板２２の表面には、電気絶縁膜３０が形成されている。電気絶縁膜３０の構成材料として、酸化シリコンや窒化シリコン等の熱伝導率が低い材料を採用することが望ましい。電気絶縁膜３０の厚さは、例えば１〜２μｍ程度に形成されている。基板２２の貫通孔２４を跨ぐように電気絶縁膜３０が配置されて、浮膜（メンブレン）３２が形成されている。その浮膜３２を囲むように、基板２２の表面に電気絶縁膜３０が配置されて、周辺膜３６が形成されている。浮膜３２と周辺膜３６との間には、基板２２の貫通孔２４に連通するスリット３１が設けられている。   An electrical insulating film 30 is formed on the surface of the substrate 22. As a constituent material of the electrical insulating film 30, it is desirable to employ a material having low thermal conductivity such as silicon oxide or silicon nitride. The thickness of the electrical insulating film 30 is, for example, about 1 to 2 μm. An electric insulating film 30 is disposed so as to straddle the through hole 24 of the substrate 22, and a floating film (membrane) 32 is formed. An electric insulating film 30 is disposed on the surface of the substrate 22 so as to surround the floating film 32, and a peripheral film 36 is formed. A slit 31 communicating with the through hole 24 of the substrate 22 is provided between the floating film 32 and the peripheral film 36.

図３に示すように、浮膜３２は、貫通孔２４と相似の長方形状に形成され、貫通孔２４の中央部に配置されている。浮膜３２の大きさは、例えば短辺が３００μｍ以下、長辺が１５５０μｍ以下、短辺と長辺との比率が１：５程度に形成されている。その浮膜３２の外周を周辺膜３６に連結するため、スリット３１を横断するように電気絶縁膜が配置されて、連結膜３４，３５が形成されている。具体的には、浮膜３２の中心を挟んで長辺方向の両側に、一対の第１連結膜３４が形成されている。第１連結膜３４は、浮膜３２の短辺の中央部に配置されている。第１連結膜３４の大きさは、例えば幅１００μｍ程度、長さ５００μｍ程度に形成されている。また、浮膜３２の中心を挟んで短辺方向の両側に、一対の第２連結膜３５が形成されている。第２連結膜３５は、浮膜３２の長辺の中央部に配置されている。   As shown in FIG. 3, the floating film 32 is formed in a rectangular shape similar to the through hole 24, and is disposed at the center of the through hole 24. The size of the floating film 32 is, for example, formed such that the short side is 300 μm or less, the long side is 1550 μm or less, and the ratio of the short side to the long side is about 1: 5. In order to connect the outer periphery of the floating film 32 to the peripheral film 36, an electrical insulating film is disposed so as to cross the slit 31, and the connecting films 34 and 35 are formed. Specifically, a pair of first coupling films 34 are formed on both sides in the long side direction across the center of the floating film 32. The first linking film 34 is disposed at the center of the short side of the floating film 32. The size of the first coupling film 34 is, for example, about 100 μm wide and about 500 μm long. In addition, a pair of second coupling films 35 are formed on both sides in the short side direction with the center of the floating film 32 interposed therebetween. The second linking film 35 is disposed at the center of the long side of the floating film 32.

浮膜３２の表面には、電気抵抗体４０が形成されている。電気抵抗体４０は、通電によりジュール熱を発生する金属材料により、細線状に形成されている。特に、電気抵抗体４０の構成材料として、ＰｔやＮｉＣｒ、Ｗ等の温度係数（単位温度あたりの電気抵抗値の変化量）の高い材料を採用すれば、ピラニ真空計の測定精度を向上させることができる。電気抵抗体４０は、例えば膜厚が２００〜４００ｎｍ、線幅が１０〜２０μｍ、抵抗値が１００〜１５０Ωに形成されている。なお電気抵抗体４０と浮膜３２との密着性を確保するため、両者間に密着層を形成することが望ましい。密着層は、ＣｒやＴｉ等の金属材料で構成することが可能である。   An electrical resistor 40 is formed on the surface of the floating film 32. The electrical resistor 40 is formed in a thin line shape from a metal material that generates Joule heat when energized. In particular, if a material having a high temperature coefficient (change in electrical resistance value per unit temperature) such as Pt, NiCr, W, or the like is adopted as the constituent material of the electrical resistor 40, the measurement accuracy of the Pirani gauge can be improved. Can do. The electrical resistor 40 is formed to have a film thickness of 200 to 400 nm, a line width of 10 to 20 μm, and a resistance value of 100 to 150Ω, for example. In order to secure the adhesion between the electric resistor 40 and the floating film 32, it is desirable to form an adhesion layer between them. The adhesion layer can be made of a metal material such as Cr or Ti.

電気抵抗体４０は、上述した金属材料からなる細線を、蛇腹状にパターニングして形成されている。蛇腹状とすることにより細線の長さが増加するので、電気抵抗体４０の抵抗値を調整することが可能になり、また被測定ガスとの熱交換を行う表面積を確保することが可能になる。なお蛇腹状とする代わりに、後述する温度補償体５０と同様のつづら折り状としてもよい。電気抵抗体４０は、蛇腹の延在方向を浮膜３２の長辺方向に略一致させて配置されている。また電気抵抗体４０の外形と同等の大きさに浮膜３２が形成され、電気抵抗体４０の面積に対する浮膜３２の面積の割合が小さくなっている。   The electrical resistor 40 is formed by patterning fine wires made of the above-described metal material into a bellows shape. Since the length of the thin wire is increased by forming the bellows, the resistance value of the electric resistor 40 can be adjusted, and the surface area for heat exchange with the gas to be measured can be secured. . Instead of the bellows shape, a zigzag shape similar to that of the temperature compensating body 50 described later may be used. The electric resistor 40 is arranged so that the extending direction of the bellows substantially coincides with the long side direction of the floating film 32. In addition, the floating film 32 is formed to have the same size as the outer shape of the electric resistor 40, and the ratio of the area of the floating film 32 to the area of the electric resistor 40 is reduced.

電気抵抗体４０の両端部には、連結配線４４が形成されている。連結配線４４は、一対の第１連結膜３４の表面を通って、周辺膜３６の表面に形成された電極４２（４２ａ，４２ｂ）に引き出されている。この電極４２から、連結配線４４を介して、電気抵抗体４０に通電しうるようになっている。   Connection wires 44 are formed at both ends of the electrical resistor 40. The connection wiring 44 passes through the surfaces of the pair of first connection films 34 and is led out to electrodes 42 (42 a and 42 b) formed on the surface of the peripheral film 36. The electric resistor 40 can be energized from the electrode 42 via the connecting wiring 44.

電気抵抗体４０に被測定ガスが接触すると、熱交換が行われる。被測定ガスが電気抵抗体４０から奪う熱量Ｑｇは、次式で表される。
Ｑｇ＝Ｋｃ（Ｔｆ−Ｔｗ）Ｐ＝Ｉ２Ｒ ・・・ （１）
ただし、Ｋｃは被測定ガスにより輸送される熱量の熱伝導係数、Ｔｆは電気抵抗体４０の温度、Ｔｗは電気抵抗体４０の周辺温度（室温）、Ｐは被測定ガスの圧力、Ｉは電気抵抗体４０を流れる電流、Ｒは電気抵抗体４０の抵抗値である。 When the gas to be measured comes into contact with the electrical resistor 40, heat exchange is performed. The amount of heat Qg taken by the measured gas from the electrical resistor 40 is expressed by the following equation.
Qg = Kc (Tf−Tw) P = I 2 R (1)
Where Kc is the heat conduction coefficient of the amount of heat transported by the gas to be measured, Tf is the temperature of the electric resistor 40, Tw is the ambient temperature (room temperature) of the electric resistor 40, P is the pressure of the gas to be measured, and I is the electric A current flowing through the resistor 40, R is a resistance value of the electric resistor 40.

数式（１）によれば、被測定ガスが電気抵抗体４０から奪う熱量Ｑｇは、被測定ガスの圧力Ｐに比例することがわかる。また電気抵抗体４０の抵抗値Ｒは、電気抵抗体４０の温度Ｔｆに略比例するので、Ｔｆが一定となるように電流Ｉを制御すれば、抵抗値Ｒも一定となる。その結果、電流Ｉから被測定ガスの圧力Ｐを算出することができる。   According to Equation (1), it can be seen that the amount of heat Qg taken by the measured gas from the electrical resistor 40 is proportional to the pressure P of the measured gas. Further, since the resistance value R of the electric resistor 40 is substantially proportional to the temperature Tf of the electric resistor 40, if the current I is controlled so that Tf becomes constant, the resistance value R also becomes constant. As a result, the pressure P of the gas to be measured can be calculated from the current I.

ところで、数式（１）において電気抵抗体の周辺温度Ｔｗが変化すると、電流Ｉから被測定ガスの圧力Ｐを算出することが困難になる。そこで、電気抵抗体の周辺温度Ｔｗの変化を補償するため、温度補償体５０が採用されている。温度補償体５０は、ある圧力ポイントでピラニ真空計の温度変化による影響を０にするものである。   By the way, when the ambient temperature Tw of the electric resistor changes in the equation (1), it becomes difficult to calculate the pressure P of the gas to be measured from the current I. Therefore, a temperature compensator 50 is employed to compensate for changes in the ambient temperature Tw of the electric resistor. The temperature compensator 50 makes the influence of the temperature change of the Pirani gauge zero at a certain pressure point.

図３に示すように、温度補償体５０は、電気抵抗体４０に隣接して周辺膜３６の表面に形成されている。温度補償体５０は、電気抵抗体４０と同じ材料により細線状に形成されている。ただし、後述するように温度補償体５０の抵抗値は電気抵抗体４０より高く設定する必要がある。そのため温度補償体５０はつづら折り状に形成され、細線の長さを長くすることによって温度補償体５０の抵抗値が確保されている。
温度補償体５０の一方端部は、周辺膜３６の表面に形成された電極５２に接続されている。また温度補償体５０の他方端部は、電気抵抗体４０の一方の電極４２ａに接続されている。これにより電極４２ｂは、電気抵抗体４０および温度補償体５０の共通電極として機能する。 As shown in FIG. 3, the temperature compensator 50 is formed on the surface of the peripheral film 36 adjacent to the electric resistor 40. The temperature compensator 50 is formed in a thin line shape using the same material as the electric resistor 40. However, as described later, the resistance value of the temperature compensator 50 needs to be set higher than that of the electric resistor 40. Therefore, the temperature compensating body 50 is formed in a zigzag shape, and the resistance value of the temperature compensating body 50 is secured by increasing the length of the thin line.
One end of the temperature compensation body 50 is connected to an electrode 52 formed on the surface of the peripheral film 36. The other end of the temperature compensating body 50 is connected to one electrode 42 a of the electric resistor 40. As a result, the electrode 42 b functions as a common electrode for the electric resistor 40 and the temperature compensator 50.

図５は、ピラニ真空計のブリッジ回路図である。上述した電気抵抗体４０および温度補償体５０は並列接続されている。そして、それぞれの電極４２ａ，５２間の電位差Ｖが０となるように、電気抵抗体４０を流れる電流Ｉを制御する。温度補償体５０の抵抗値は電気抵抗体４０より非常に高く設定されているので、温度補償体５０を流れる電流は微小になり、温度補償体５０の温度および抵抗値はほとんど変化しない。ここで電位差Ｖを０とするためには、電気抵抗体４０の周辺温度Ｔｗの変化量に合わせて、温度Ｔｆを変化させることになる。したがって、Ｔｆ−Ｔｗが一定となり、周辺温度の変化が補償されるようになっている。   FIG. 5 is a bridge circuit diagram of the Pirani gauge. The electrical resistor 40 and the temperature compensator 50 described above are connected in parallel. Then, the current I flowing through the electric resistor 40 is controlled so that the potential difference V between the electrodes 42a and 52 becomes zero. Since the resistance value of the temperature compensator 50 is set much higher than that of the electric resistor 40, the current flowing through the temperature compensator 50 becomes very small, and the temperature and resistance value of the temperature compensator 50 hardly change. Here, in order to set the potential difference V to 0, the temperature Tf is changed in accordance with the change amount of the ambient temperature Tw of the electric resistor 40. Therefore, Tf−Tw is constant, and changes in the ambient temperature are compensated.

ところが、温度補償体５０の温度は、電気抵抗体４０からの熱伝達によって変化するおそれがある。図３に示すように、電気抵抗体４０において発生した熱は、浮膜３２、連結膜３４，３５および周辺膜３６を経て温度補償体５０に伝達される。そこで本実施形態では、電気抵抗体４０と温度補償体５０との間における周辺膜に、溝部３９が形成されている。溝部３９の大きさは、例えば幅２００μｍ、長さ４００μｍ程度に形成されている。これにより、電気抵抗体４０から温度補償体５０への熱伝達を抑制することが可能になり、温度補償体５０の温度変化を防止することができる。したがって、電気抵抗体４０の周辺温度の変化を確実に補償することが可能になり、圧力測定精度を向上させることができる。   However, the temperature of the temperature compensator 50 may change due to heat transfer from the electrical resistor 40. As shown in FIG. 3, the heat generated in the electric resistor 40 is transmitted to the temperature compensator 50 through the floating film 32, the coupling films 34 and 35, and the peripheral film 36. Therefore, in this embodiment, the groove 39 is formed in the peripheral film between the electric resistor 40 and the temperature compensator 50. The size of the groove 39 is, for example, about 200 μm wide and 400 μm long. Thereby, it becomes possible to suppress the heat transfer from the electric resistor 40 to the temperature compensator 50, and the temperature change of the temperature compensator 50 can be prevented. Therefore, it becomes possible to reliably compensate for a change in the ambient temperature of the electric resistor 40, and to improve the pressure measurement accuracy.

（製造方法）
次に、本実施形態に係るピラニ真空計の製造方法につき、図６ないし図９を用いて説明する。図６ないし図９は、ピラニ真空計のセンサ部の製造工程図である。
ここでは、素子の数μｍレベルの微細化に有利な電気機械システム（Micro Electro Mechanical System；ＭＥＭＳ）技術を用いて、マイクロピラニセンサを形成する。ＭＥＭＳ技術とは、金属の蒸着やスパッタリング法などを用いる成膜技術や、基板上に数μｍレベルのパターンを作製することができるリソグラフィ技術、さらには金属や半導体、酸化物などの膜を酸性やアルカリ性の薬液や、気体の放電現象により発生するイオンの化学反応を用いて、部分的に取り除くエッチング技術などを用いて、３次元構造の素子を基板上に多数作製するものである。 (Production method)
Next, a method for manufacturing the Pirani vacuum gauge according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 9 are manufacturing process diagrams of the sensor part of the Pirani vacuum gauge.
Here, the micro-Pirani sensor is formed by using an electromechanical system (MEMS) technique that is advantageous for miniaturization of elements at a level of several μm. The MEMS technology is a film formation technology using a metal deposition or sputtering method, a lithography technology capable of producing a pattern of several μm level on a substrate, and a metal, a semiconductor, an oxide film or the like. A large number of elements having a three-dimensional structure are formed on a substrate by using an etching technique or the like that is partially removed using an alkaline chemical solution or a chemical reaction of ions generated by a gas discharge phenomenon.

まず図６（ａ）に示すように、基板２２の表面に電気絶縁膜３０を形成するとともに、基板２２の裏面にも電気絶縁膜６０を形成する。ＳｉＯ２からなる電気絶縁膜３０，６０は、シリコン基板２２を熱酸化することによって形成することが可能である。またＳｉＮからなる電気絶縁膜３０，６０は、蒸着法やＣＶＤ法等によって形成することが可能である。次に、電気絶縁膜３０の表面全体にレジスト７０を形成する。さらにフォトリソグラフィ技術（露光および現像）により、電気抵抗体、温度補償体およびそれらの電極の形成領域に存在するレジスト７０を除去して、凹部７１を形成する。 First, as shown in FIG. 6A, an electrical insulating film 30 is formed on the surface of the substrate 22, and an electrical insulating film 60 is also formed on the back surface of the substrate 22. The electrical insulating films 30 and 60 made of SiO 2 can be formed by thermally oxidizing the silicon substrate 22. The electrical insulating films 30 and 60 made of SiN can be formed by a vapor deposition method, a CVD method, or the like. Next, a resist 70 is formed on the entire surface of the electrical insulating film 30. Further, the resist 70 existing in the formation region of the electric resistor, the temperature compensator, and their electrodes is removed by a photolithography technique (exposure and development) to form the recess 71.

次に図６（ｂ）に示すように、基板２２の表面全体にＰｔ／Ｃｒ膜４０ａを形成する。Ｐｔ／Ｃｒ膜４０ａは、密着層となる下層のＣｒ層と、電気抵抗体となる上層のＰｔ層で構成される。Ｐｔ／Ｃｒ膜４０ａは、スパッタ法等を用いて、凹部７１の内部およびレジスト７０の表面全体に形成する。   Next, as shown in FIG. 6B, a Pt / Cr film 40 a is formed on the entire surface of the substrate 22. The Pt / Cr film 40a includes a lower Cr layer serving as an adhesion layer and an upper Pt layer serving as an electric resistor. The Pt / Cr film 40a is formed inside the recess 71 and the entire surface of the resist 70 by using a sputtering method or the like.

次に図６（ｃ）に示すように、レジスト７０を剥離する。レジスト７０の剥離は、プラズマアッシング装置等を用いたドライプロセスまたはレジスト剥離液等を用いたウエットプロセスによって行うことが可能である。このレジスト７０の剥離とともに、レジスト７０に積層されたＰｔ／Ｃｒ膜４０ａを除去する（いわゆるリフトオフ）。これにより、凹部７１の内部に形成されたＰｔ／Ｃｒ膜４０ａが電気絶縁膜３０の表面に残り、電気抵抗体４０が形成される。なお電気抵抗体４０と同時に、温度補償体および各電極（いずれも不図示）が形成される。   Next, as shown in FIG. 6C, the resist 70 is removed. The resist 70 can be peeled by a dry process using a plasma ashing apparatus or the like, or a wet process using a resist stripping solution. Along with the peeling of the resist 70, the Pt / Cr film 40a laminated on the resist 70 is removed (so-called lift-off). As a result, the Pt / Cr film 40a formed inside the recess 71 remains on the surface of the electrical insulating film 30, and the electrical resistor 40 is formed. Simultaneously with the electric resistor 40, a temperature compensator and each electrode (both not shown) are formed.

次に図６（ｄ）に示すように、電気絶縁膜３０の表面全体にレジスト７４を形成する。さらにフォトリソグラフィ技術により、封止膜の形成領域に存在するレジスト７４を除去して、凹部７５を形成する。
次に図７（ａ）に示すように、凹部７５の内部およびレジスト７４の表面全体に、スパッタ法等によりＡｕ膜２８ａを形成する。
次に図７（ｂ）に示すように、レジスト７４を剥離するとともに、レジスト７４に積層されたＡｕ膜２８ａを除去する。これにより、凹部７５の内部に形成されたＡｕ膜２８ａが電気絶縁膜３０の表面に残り、封止膜２８が形成される。 Next, as shown in FIG. 6D, a resist 74 is formed on the entire surface of the electrical insulating film 30. Further, the resist 74 in the sealing film formation region is removed by a photolithography technique to form the recess 75.
Next, as shown in FIG. 7A, an Au film 28a is formed in the recess 75 and on the entire surface of the resist 74 by sputtering or the like.
Next, as shown in FIG. 7B, the resist 74 is peeled off and the Au film 28a laminated on the resist 74 is removed. As a result, the Au film 28a formed inside the recess 75 remains on the surface of the electrical insulating film 30, and the sealing film 28 is formed.

次に図７（ｃ）に示すように、基板２２の表面にレジスト７８を形成する。ここでは、基板２２の裏面にもレジスト７８を形成しておく。次に、基板２２の表面に形成されたレジスト７８を露光および現像して、浮膜を囲むスリットおよび溝部の形成領域に凹部７９を形成する。次に、このレジスト７８をマスクとして、電気絶縁膜３０のエッチングを行う。このエッチング処理は、ＣＦ４等のフルオロカーボンガスをエッチャントとして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等により行うことが可能である。
これにより、図７（ｄ）に示すように、電気絶縁膜３０にスリット３１が形成される。このスリット３１により、浮膜３２が周辺膜３６から分離され、浮膜３２の外周が連結膜（不図示）により周辺膜３６に連結された状態になる。なおスリット３１と同時に、電気抵抗体４０と温度補償体（不図示）との間に溝部（不図示）が形成される。その後、レジスト７８を剥離する。 Next, as shown in FIG. 7C, a resist 78 is formed on the surface of the substrate 22. Here, a resist 78 is also formed on the back surface of the substrate 22. Next, the resist 78 formed on the surface of the substrate 22 is exposed and developed to form a recess 79 in a slit and groove forming region surrounding the floating film. Next, the electrical insulating film 30 is etched using the resist 78 as a mask. This etching process can be performed by RIE (Reactive Ion Etching) or the like using a fluorocarbon gas such as CF 4 as an etchant.
As a result, as shown in FIG. 7D, slits 31 are formed in the electrical insulating film 30. By this slit 31, the floating film 32 is separated from the peripheral film 36, and the outer periphery of the floating film 32 is connected to the peripheral film 36 by a connecting film (not shown). At the same time as the slit 31, a groove (not shown) is formed between the electric resistor 40 and the temperature compensator (not shown). Thereafter, the resist 78 is peeled off.

次に図８（ａ）に示すように、基板２２の表面および裏面にレジスト８０を形成する。次に、基板２２の裏面に形成したレジスト８０を露光および現像して、基板２２の貫通孔の形成領域に凹部８１を形成する。次に、このレジスト８０をマスクとして、電気絶縁膜６０のエッチング処理を行う。
これにより、図８（ｂ）に示すように、基板２２の貫通孔の形成領域に存在する電気絶縁膜６０が除去されて、凹部６１が形成される。その後、基板２２の表面のレジスト８０を残して、裏面のレジスト８０のみを剥離する。 Next, as shown in FIG. 8A, a resist 80 is formed on the front surface and the back surface of the substrate 22. Next, the resist 80 formed on the back surface of the substrate 22 is exposed and developed to form a recess 81 in the through hole formation region of the substrate 22. Next, using this resist 80 as a mask, the electrical insulating film 60 is etched.
As a result, as shown in FIG. 8B, the electrical insulating film 60 present in the through hole formation region of the substrate 22 is removed, and the recess 61 is formed. Thereafter, the resist 80 on the front surface of the substrate 22 is left and only the resist 80 on the back surface is peeled off.

次に図８（ｃ）に示すように、基板２２の裏側における電気絶縁膜６０の凹部６１の内部に、レジスト８４を充填する。なお基板２２の裏面全体にレジスト８４を形成しておき、フォトリソグラフィ技術を用いて、電気絶縁膜６０の表面に存在するレジストのみを除去してもよい。
次に図９（ａ）に示すように、基板２２の裏面全体に、スパッタ法等によりＡｕ膜２９ａを形成する。
次に図９（ｂ）に示すように、レジスト８４を剥離するとともに、レジスト８４に積層されたＡｕ膜２９ａを除去する。これにより、電気絶縁膜６０の表面のみにＡｕ膜２９ａが残り、封止膜２９が形成される。 Next, as shown in FIG. 8C, a resist 84 is filled in the recess 61 of the electrical insulating film 60 on the back side of the substrate 22. Alternatively, the resist 84 may be formed on the entire back surface of the substrate 22 and only the resist present on the surface of the electrical insulating film 60 may be removed using a photolithography technique.
Next, as shown in FIG. 9A, an Au film 29a is formed on the entire back surface of the substrate 22 by sputtering or the like.
Next, as shown in FIG. 9B, the resist 84 is removed and the Au film 29a laminated on the resist 84 is removed. Thereby, the Au film 29a remains only on the surface of the electrical insulating film 60, and the sealing film 29 is formed.

次に図９（ｃ）に示すように、封止膜２９をマスクとして、基板２２をウエットエッチングする。なお電気絶縁膜６０をＳｉＯ２で構成した場合には、基板２２のエッチング液としてＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を採用し、電気絶縁膜６０をＳｉＮで構成した場合には、エッチング液としてＫＯＨを採用することが望ましい。これにより、シリコン基板２２と電気絶縁膜６０とのエッチング選択比を確保することが可能になり、電気絶縁膜６０をエッチングすることなく基板２２のみをエッチングすることができる。基板２２のエッチングは、基板２２を構成するシリコンの結晶方位に従って斜めに進行する。これにより貫通孔２４は、基板２２の裏面から表面にかけて開口面積が小さくなるように、テーパ状に形成される。
以上により、本実施形態に係るピラニ真空計のセンサ部２０が形成される。 Next, as shown in FIG. 9C, the substrate 22 is wet-etched using the sealing film 29 as a mask. When the electrical insulating film 60 is made of SiO 2 , TMAH (tetramethylammonium hydroxide) is adopted as the etching liquid for the substrate 22, and when the electric insulating film 60 is made of SiN, KOH is used as the etching liquid. It is desirable to adopt. This makes it possible to ensure an etching selectivity between the silicon substrate 22 and the electrical insulating film 60, and it is possible to etch only the substrate 22 without etching the electrical insulating film 60. Etching of the substrate 22 proceeds obliquely according to the crystal orientation of the silicon constituting the substrate 22. Thus, the through hole 24 is formed in a tapered shape so that the opening area decreases from the back surface to the front surface of the substrate 22.
Thus, the sensor unit 20 of the Pirani vacuum gauge according to the present embodiment is formed.

次に、図２に示す第１カバー部１２および第２カバー部１８を形成する。そして、第１カバー部１２の凸部１７の先端面に形成した封止膜（不図示）を、センサ部２０の表面に形成した封止膜２８に接合して、第１カバー部１２をセンサ部２０に固定する。また、第２カバー部１８の上面に形成した封止膜１９を、センサ部２０の下面に形成した封止膜（不図示）に密着させて、第２カバー部１８をセンサ部２０に固定する。封止膜の接合は、大気中にて基板を１８０〜２００℃に加熱し、２〜３ｋｇｆ／ｍｍ２の圧力で各基板を押圧しつつ、３〜５分程度保持することによって行う。以上により、本実施形態に係るピラニ真空計１０が形成される。 Next, the first cover portion 12 and the second cover portion 18 shown in FIG. 2 are formed. And the sealing film (not shown) formed in the front end surface of the convex part 17 of the 1st cover part 12 is joined to the sealing film 28 formed in the surface of the sensor part 20, and the 1st cover part 12 is sensored. It fixes to the part 20. Further, the sealing film 19 formed on the upper surface of the second cover portion 18 is brought into close contact with the sealing film (not shown) formed on the lower surface of the sensor portion 20, and the second cover portion 18 is fixed to the sensor portion 20. . Bonding of the sealing film is performed by heating the substrate to 180 to 200 ° C. in the atmosphere and holding the substrate for about 3 to 5 minutes while pressing each substrate with a pressure of 2 to 3 kgf / mm 2 . Thus, the Pirani vacuum gauge 10 according to the present embodiment is formed.

上述したＭＥＭＳ技術を用いることにより、ピラニ真空計におけるＰｔフィラメントについて、従来不可能であったμｍレベルでの高精度加工を実現することが可能になる。その結果、薄膜の電気抵抗体を形成することが可能になり、測定可能な圧力範囲を拡大することができる。   By using the MEMS technique described above, it is possible to realize high-precision processing at the μm level, which has been impossible in the past, for the Pt filament in the Pirani vacuum gauge. As a result, a thin-film electrical resistor can be formed, and the measurable pressure range can be expanded.

ピラニ真空計により測定可能な圧力範囲の上限を決定する要因として、（１）気体による熱伝導が一定値に近づくこと、（２）フィラメントの取付け姿勢に依存する気体の対流により測定感度が低下することが挙げられる。これらに加えて、測定可能な圧力範囲の上限は、（３）気体の平均自由工程λとフィラメントの半径ｒとの比λ／ｒに比例することが確認されている。そのため本実施形態では、フィラメントに相当する電気抵抗体を薄膜化して半径ｒを小さくすることにより、測定可能な圧力範囲の上限を引き上げることができる。具体的には、従来のピラニ真空計において１０４Ｐａ程度であった測定範囲の上限を、本実施形態のピラニ真空計では１０５Ｐａ程度に引き上げることが可能である。 Factors that determine the upper limit of the pressure range that can be measured with a Pirani gauge are: (1) the thermal conductivity of the gas approaches a constant value, and (2) the measurement sensitivity decreases due to the convection of the gas depending on the orientation of the filament. Can be mentioned. In addition to these, it has been confirmed that the upper limit of the measurable pressure range is proportional to (3) the ratio λ / r of the mean free path λ of the gas and the radius r of the filament. Therefore, in this embodiment, the upper limit of the measurable pressure range can be raised by reducing the radius r by reducing the thickness of the electrical resistor corresponding to the filament. Specifically, the upper limit of the measurement range, which was about 10 4 Pa in the conventional Pirani gauge, can be raised to about 10 5 Pa in the Pirani gauge of this embodiment.

上述したように、ピラニ真空計は、被測定ガスがフィラメントから奪う熱量Ｑｇを測定して、被測定ガスの圧力を算出するものである。熱量Ｑｇの測定は、フィラメントに熱量を補充することによって行う。ただし、実際にフィラメントに加える熱量は、気体によって奪われる熱量Ｑｇだけではなく、フィラメントの両端から流出する熱量Ｑｃ、および輻射によって流出する熱量Ｑｒの和になる。   As described above, the Pirani gauge measures the amount of heat Qg taken by the measurement gas from the filament and calculates the pressure of the measurement gas. The amount of heat Qg is measured by supplementing the filament with the amount of heat. However, the amount of heat actually applied to the filament is not only the amount of heat Qg taken away by the gas but also the sum of the amount of heat Qc flowing out from both ends of the filament and the amount of heat Qr flowing out by radiation.

ピラニ真空計により測定可能な圧力範囲の下限は、（１）流出熱量Ｑｃ，Ｑｒに加えて、（２）フィラメントの周辺温度の変化量の影響を受ける。低圧の被測定ガスがフィラメントから奪う熱量Ｑｇは非常に小さいので、流出熱量Ｑｃ，Ｑｒが大きいと熱量Ｑｇの測定が困難になるからである。また数式（１）において、フィラメントの周辺温度Ｔｗの変化量が大きいと、圧力Ｐの算出が困難になるからである。   The lower limit of the pressure range that can be measured by the Pirani gauge is influenced by (2) the amount of change in the ambient temperature of the filament in addition to (1) the outflow heat quantity Qc, Qr. This is because the amount of heat Qg taken by the low-pressure gas to be measured from the filament is very small, so that it is difficult to measure the amount of heat Qg if the outflow heat amounts Qc and Qr are large. Moreover, in Formula (1), if the variation | change_quantity of the ambient temperature Tw of a filament is large, calculation of the pressure P will become difficult.

これに対して、図３に示す本実施形態のピラニ真空計では、フィラメントに相当する電気抵抗体４０を薄膜化することにより、電気抵抗体４０からの流出熱量Ｑｃ，Ｑｒを小さくすることが可能になる。また上述したように、電気抵抗体から温度補償体への熱伝達を遮断する溝部を設けたので、温度補償体の温度変化を抑制することが可能になり、電気抵抗体の周辺温度の変化を確実に補償することができる。したがって、測定可能な圧力範囲の下限を引き下げることができる。   On the other hand, in the Pirani vacuum gauge of this embodiment shown in FIG. 3, it is possible to reduce the amount of heat Qc and Qr flowing out from the electrical resistor 40 by thinning the electrical resistor 40 corresponding to the filament. become. Further, as described above, since the groove portion that blocks the heat transfer from the electric resistor to the temperature compensator is provided, it becomes possible to suppress the temperature change of the temperature compensator, and the change in the ambient temperature of the electric resistor It can be compensated reliably. Therefore, the lower limit of the measurable pressure range can be lowered.

さらに、熱伝導率が低い酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる浮膜３２の表面に電気抵抗体４０を形成したので、電気抵抗体４０から浮膜３２への熱流出を抑制することが可能になる。また基板に直接接触しない浮膜３２の表面に電気抵抗体４０を配置したので、電気抵抗体４０から基板への熱流出を抑制することが可能になる。また浮膜３２をスリット３１で囲み、浮膜３２の外周を連結膜３４，３５により周辺膜３６に連結し、さらに周辺膜３６に溝部３９を形成することで、電気抵抗体４０から周辺膜３６への熱流出を抑制することが可能になる。これにより、流出熱量Ｑｃ，Ｑｒを小さくすることが可能になり、測定可能な圧力範囲の下限を引き下げることができる。具体的には、従来のピラニ真空計において１０−１Ｐａ程度であった測定範囲の下限を、本実施形態のピラニ真空計では１０−２Ｐａ程度に引き下げることができる。 Furthermore, since the electric resistor 40 is formed on the surface of the floating film 32 made of silicon oxide or silicon nitride having a low thermal conductivity, it is possible to suppress the heat outflow from the electric resistor 40 to the floating film 32. In addition, since the electric resistor 40 is disposed on the surface of the floating film 32 that does not directly contact the substrate, it is possible to suppress heat outflow from the electric resistor 40 to the substrate. Further, the floating film 32 is surrounded by the slit 31, the outer periphery of the floating film 32 is connected to the peripheral film 36 by the connecting films 34 and 35, and the groove 39 is formed in the peripheral film 36, so that the electric resistor 40 to the peripheral film 36 are formed. It becomes possible to suppress the heat outflow to. As a result, it is possible to reduce the amount of heat flowing out Qc, Qr, and lower the lower limit of the measurable pressure range. Specifically, the lower limit of the measurement range, which was about 10 −1 Pa in the conventional Pirani vacuum gauge, can be lowered to about 10 −2 Pa in the Pirani vacuum gauge of the present embodiment.

ところで、浮膜３２の中心に対して非対称に一対の連結膜を配置し、その連結膜の表面を通って電気抵抗体４０の両端部を周辺膜３６の表面に引き出す構成が考えられる。しかしながら、この構成では、電気抵抗体４０と浮膜３２との熱膨張率の差により、電気抵抗体４０が非対称に熱変形することになる。その結果、ピラニ真空計の測定精度を低下させるおそれがある。   By the way, a configuration in which a pair of coupling films is arranged asymmetrically with respect to the center of the floating film 32 and both end portions of the electric resistor 40 are led out to the surface of the peripheral film 36 through the surface of the coupling film. However, in this configuration, the electrical resistor 40 is thermally deformed asymmetrically due to the difference in thermal expansion coefficient between the electrical resistor 40 and the floating film 32. As a result, the measurement accuracy of the Pirani gauge may be reduced.

これに対して、本実施形態に係るピラニ真空計は、浮膜３２の中心を挟んで対称に一対の第１連結膜３４が配置され、その第１連結膜３４の表面を通って、電気抵抗体４０の両端部が周辺膜３６の表面に引き出されている。これにより、電気抵抗体４０と浮膜３２との熱膨張率が異なっても、電気抵抗体４０を対称に熱変形させることが可能になる。したがって、ピラニ真空計の圧力測定精度を向上させることができる。本実施形態では、特に１〜１０００Ｐａの領域で測定感度が向上する。   On the other hand, in the Pirani vacuum gauge according to the present embodiment, a pair of first connection films 34 are arranged symmetrically across the center of the floating film 32, and the electric resistance passes through the surface of the first connection film 34. Both end portions of the body 40 are drawn out to the surface of the peripheral film 36. Thereby, even if the thermal expansion coefficients of the electrical resistor 40 and the floating film 32 are different, the electrical resistor 40 can be thermally deformed symmetrically. Therefore, the pressure measurement accuracy of the Pirani gauge can be improved. In the present embodiment, the measurement sensitivity is improved particularly in the region of 1 to 1000 Pa.

また本実施形態では、電気抵抗体の面積に対する浮膜の面積の割合を小さくして、気体との熱交換がもっぱら電気抵抗体との間で行われる構造にしたので、圧力測定精度を向上させることができる。   In the present embodiment, the ratio of the area of the floating film to the area of the electric resistor is reduced, and the heat exchange with the gas is performed exclusively with the electric resistor, so that the pressure measurement accuracy is improved. be able to.

（圧力測定方法）
次に、本実施形態のピラニ真空計を用いた圧力測定方法について説明する。
本実施形態のピラニ真空計は、図１に示すように真空チャンバの壁面２の開口部に配置して使用することも可能であるが、本実施形態のピラニ真空計を被処理基板上に搭載し、その被処理基板を処理装置内に導入して、前記処理装置内の圧力を測定することも可能である。このような可搬型センサを形成することにより、処理装置の改造を伴うことなく、処理装置内の圧力を簡単かつ低コストで測定することが可能になる。特に、複数の処理室で連続処理を行う処理装置において、ピラニ真空計を搭載した被処理基板を各処理室に流通させることが効果的である。なお被処理基板上には、ピラニ真空計とともに、無線通信デバイスや論理回路、メモリ、バッテリ等を搭載することが望ましい。これにより、圧力測定結果の無線出力や、メモリへの記録が可能になる。 (Pressure measurement method)
Next, a pressure measurement method using the Pirani vacuum gauge of this embodiment will be described.
The Pirani vacuum gauge of this embodiment can be used by being arranged in the opening of the wall surface 2 of the vacuum chamber as shown in FIG. 1, but the Pirani vacuum gauge of this embodiment is mounted on the substrate to be processed. It is also possible to introduce the substrate to be processed into the processing apparatus and measure the pressure in the processing apparatus. By forming such a portable sensor, the pressure in the processing apparatus can be measured easily and at low cost without any modification of the processing apparatus. In particular, in a processing apparatus that performs continuous processing in a plurality of processing chambers, it is effective to distribute a substrate to be processed mounted with a Pirani vacuum gauge to each processing chamber. Note that it is desirable to mount a wireless communication device, a logic circuit, a memory, a battery, and the like on the substrate to be processed together with the Pirani gauge. As a result, the pressure measurement result can be wirelessly output and recorded in the memory.

また、被処理基板上に複数のピラニ真空計を搭載して、被処理基板上における圧力分布を測定することも可能である。本実施形態のピラニ真空計はＭＥＭＳ技術を用いて微小に形成されているので、被処理基板上に複数のピラニ真空計を搭載することは容易である。これにより、被処理基板上における圧力分布を簡単かつ低コストで測定することができる。   It is also possible to mount a plurality of Pirani gauges on the substrate to be processed and measure the pressure distribution on the substrate to be processed. Since the Pirani vacuum gauge of this embodiment is minutely formed using the MEMS technology, it is easy to mount a plurality of Pirani vacuum gauges on the substrate to be processed. Thereby, the pressure distribution on the substrate to be processed can be measured easily and at low cost.

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。   It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific materials and configurations described in the embodiments are merely examples, and can be changed as appropriate.

実施形態に係るピラニ真空計の使用形態の説明図である。It is explanatory drawing of the usage pattern of the Pirani vacuum gauge which concerns on embodiment. 実施形態に係るピラニ真空計の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the Pirani vacuum gauge which concerns on embodiment. センサ部の平面図である。It is a top view of a sensor part. 図３のＢ−Ｂ線におけるセンサ部の断面図である。It is sectional drawing of the sensor part in the BB line of FIG. ピラニ真空計のブリッジ回路図である。It is a bridge circuit diagram of a Pirani gauge. ピラニ真空計のセンサ部の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the sensor part of a Pirani vacuum gauge. ピラニ真空計のセンサ部の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the sensor part of a Pirani vacuum gauge. ピラニ真空計のセンサ部の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the sensor part of a Pirani vacuum gauge. ピラニ真空計のセンサ部の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the sensor part of a Pirani vacuum gauge.

符号の説明Explanation of symbols

１０…ピラニ真空計 ２２…基板 ２４…貫通孔（穴部） ３２…浮膜 ３４…第１連結膜（連結膜） ３６…周辺膜 ３９…溝部 ４０…電気抵抗体 ５０…温度補償体   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Pirani vacuum gauge 22 ... Board | substrate 24 ... Through-hole (hole part) 32 ... Floating film 34 ... 1st connection film | membrane (connection film) 36 ... Peripheral film | membrane 39 ... Groove part 40 ... Electrical resistor 50 ... Temperature compensation body

Claims (9)

気体と熱交換を行う電気抵抗体を備え、前記電気抵抗体の熱損失量から前記気体の圧力を測定するピラニ真空計であって、
前記電気抵抗体を表面に配置して、基板の穴部を跨ぐように形成された浮膜と、
前記浮膜を囲むように前記基板の表面に形成された周辺膜と、
前記浮膜の中心を挟んで対称に配置され、前記浮膜の外周を前記周辺膜に連結する一対の連結膜と、を備え、
前記電気抵抗体の両端部が、前記一対の連結膜の表面を通って、前記周辺膜の表面に形成された電極に引き出されていることを特徴とするピラニ真空計。 An electric resistor that exchanges heat with gas, and a Pirani gauge that measures the pressure of the gas from the amount of heat loss of the electric resistor,
A floating film formed so as to straddle the hole of the substrate by disposing the electric resistor on the surface;
A peripheral film formed on the surface of the substrate so as to surround the floating film;
A pair of linking membranes arranged symmetrically across the center of the buoyant membrane and linking the outer periphery of the buoyant membrane to the peripheral membrane,
The Pirani vacuum gauge, wherein both ends of the electric resistor are drawn out to electrodes formed on the surface of the peripheral film through the surfaces of the pair of connecting films. 前記周辺膜に、溝部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のピラニ真空計。   2. The Pirani gauge according to claim 1, wherein a groove is formed in the peripheral film. 前記電気抵抗体の周辺温度の変化を補償する温度補償体が、前記周辺膜の表面に形成され、
前記電気抵抗体と前記温度補償体との間における前記周辺膜に、溝部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のピラニ真空計。 A temperature compensator that compensates for a change in ambient temperature of the electrical resistor is formed on the surface of the peripheral film,
The Pirani vacuum gauge according to claim 1, wherein a groove is formed in the peripheral film between the electric resistor and the temperature compensator. 前記電気抵抗体は、Ｐｔ、ＮｉＣｒまたはＷを主成分とする材料で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のピラニ真空計。   4. The Pirani vacuum gauge according to claim 1, wherein the electrical resistor is made of a material mainly composed of Pt, NiCr, or W. 5. 前記電気抵抗体と前記浮膜との間に、ＣｒまたはＴｉを主成分とする密着層が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のピラニ真空計。   5. The Pirani vacuum according to claim 1, wherein an adhesion layer mainly comprising Cr or Ti is provided between the electric resistor and the floating film. Total. 前記浮膜、前記周辺膜および前記連結膜は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とする材料で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のピラニ真空計。   6. The Pirani according to claim 1, wherein the floating film, the peripheral film, and the connection film are formed of a material mainly composed of silicon oxide or silicon nitride. Vacuum gauge. 前記基板は、シリコンを主成分とする材料で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のピラニ真空計。   The Pirani vacuum gauge according to any one of claims 1 to 6, wherein the substrate is made of a material mainly composed of silicon. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のピラニ真空計を被処理基板上に搭載し、前記被処理基板を処理装置内に導入して、前記処理装置内の圧力を測定することを特徴とする圧力測定方法。   The Pirani vacuum gauge according to claim 1 is mounted on a substrate to be processed, the substrate to be processed is introduced into a processing apparatus, and the pressure in the processing apparatus is measured. A pressure measuring method characterized by the above. 前記被処理基板上に複数の前記ピラニ真空計を搭載して、前記被処理基板上における圧力分布を測定することを特徴とする請求項８に記載の圧力測定方法。   The pressure measuring method according to claim 8, wherein a plurality of the Pirani gauges are mounted on the substrate to be processed, and a pressure distribution on the substrate to be processed is measured.
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