KR101539177B1 - 정전 용량형 압력 센서 - Google Patents

Abstract

설계상의 제약을 완화하고, 보다 좁고 복잡한 경로로 하여, 센서의 응답 속도의 신속성을 손상하지 않고, 오염 물질의 경로 내에서의 부착을 촉진한다.
탑 플레이트(71)와 베이스 플레이트(73) 사이에 유로 형성 플레이트(72)를 다수매 적층하여 배플 구조체(일단이 폐색된 원통형의 구조체)(70)로 한다. 유로 형성 플레이트(72)에 축심으로부터 방사형으로 연장된 복수의 유로 홈(내주면과 외주면 사이를 관통하는 경로)(72b)을 형성한다. 이 배플 구조체(70)에 있어서, 내주면측에 도입된 피측정 유체는 각 층의 유로 홈(72b)을 통과하여 외주면측에 유출되고, 이 외주면측에 유출된 피측정 유체가 합류하여 센서 다이어프램으로 보내진다. 탑 플레이트(71)나 베이스 플레이트(73)에도 유로 홈을 형성해도 좋다. 외주면측으로부터 내주면측으로 피측정 유체를 흘리도록 해도 좋다.

Description

정전 용량형 압력 센서{CAPACITANCE TYPE PRESSURE SENSOR}

본 발명은, 피측정 유체의 압력을 받아 변형되는 다이어프램(격막)의 변화를 정전 용량의 변화로서 검출하는 정전 용량형 압력 센서에 관한 것이다.

종래부터, 피측정 유체의 압력을 받아 변형되는 다이어프램의 변화를 정전 용량의 변화로서 검출하는 정전 용량형 압력 센서는 널리 알려져 있다. 예컨대, 반도체 제조 장치 등에서의 박막 형성 프로세스 중의 진공 상태의 압력을 계측하기 위해 정전 용량형 압력 센서가 이용되고 있으며, 이 진공 상태의 압력을 계측하기 위한 정전 용량형 압력 센서를 격막 진공계라고 부르고 있다.

이 격막 진공계는, 피측정 유체의 도입부를 갖는 하우징을 가지며, 이 하우징의 도입부를 통해서 유도되어 오는 피측정 유체의 압력을 받아 변형되는 다이어프램의 변화를 정전 용량의 변화로서 검출한다.

이 격막 진공계는, 기본적으로, 그 다이어프램에 프로세스 대상의 박막과 동일한 물질이나 그 부생성물 등이 퇴적된다. 이하, 이 퇴적되는 물질을 오염 물질이라고 부른다. 이 오염 물질이 다이어프램에 퇴적되면, 이들에 의한 응력에 의해 다이어프램의 변형이 생겨, 센서의 출력 신호에 시프트(영점 드리프트)가 생긴다. 또한, 퇴적된 오염 물질에 의해 외관상 다이어프램이 두꺼워지기 때문에, 다이어프램이 변형되기 어려워지고, 압력 인가에 따르는 출력 신호의 변화폭(스팬)도 원래의 출력 신호의 변화폭보다 작아져 버린다.

따라서, 격막 진공계에는, 도입부와 다이어프램 사이에, 피측정 유체의 통과 방향에 그 판면을 직교시켜, 피측정 유체에 포함되는 오염 물질의 다이어프램에 대한 퇴적을 방지하는 배플이 설치되어 있다.

도 16에 종래의 격막 진공계에서의 배플의 장착 구조를 나타낸다. 도 16에서, 100은 하우징, 100A는 하우징(100)에 설치된 피측정 유체의 도입부이며, 이 도입부(100A)와 다이어프램(도시하지 않음) 사이에 피측정 유체의 통과 방향(F)에 그 판면을 직교시켜 원판형의 1장의 배플(101)을 설치하고 있다.

배플(101)에는, 그 외주부에 정해진 각도 간격으로 터브(101a)가 형성되어 있고, 이 터브(101a) 사이의 간극(101b)을 피측정 유체가 통과하여 다이어프램으로 보내진다. 즉, 도입부(100A)를 통해서 유도되어 오는 피측정 유체가 배플(101)의 중앙의 판면에 닿아 우회하고, 배플(101)의 터브(101a) 사이의 간극(101b)을 통과하여 다이어프램으로 보내진다. 이에 따라, 다이어프램에 피측정 유체가 직접 닿지 않아, 피측정 유체에 포함되는 오염 물질의 다이어프램에 대한 퇴적이 방지된다.

그러나, ALD(atomic layer deposition; 원자층 퇴적)이라 불리는 성막 프로세스에서는, CVD, PVD(스퍼터, 증착 등) 등의 기상 성막과 달리, 표면 반응을 그 성막 원리로 하고 있기 때문에, 도 16에 도시한 바와 같은 간극이 넓은 1장의 배플(표준형 배플)에서는, 오염 물질의 다이어프램에 대한 퇴적을 완전히 방지할 수 없다.

따라서, 최근 피측정 유체의 도입부로부터 다이어프램에 이르기까지의 경로를 좁고 복잡하게 함으로써 도중에 오염 물질을 부착시켜, 다이어프램에 대한 부착을 저감하는 방법이 제안되어 있다.

예컨대, 특허문헌 1에서는, 도 17에 도시된 바와 같이, 다이어프램(201)의 전단에 제1 배플(202)과 제2 배플(203)을 배치하고, 이 제1 배플(202)과 제2 배플(203) 사이에 높은 종횡비(적어도 1:10)의 직경 방향 통로(204)를 만드는 것에 의해 피측정 유체(기체)의 흐름을 분자류로 하여, 오염 물질의 경로 내에서의 부착을 촉진하는 구조를 취하고 있다.

또, 도 17은 센서의 절반의 종단면도이며, 200은 하우징, 200A는 하우징(200)에 설치된 피측정 유체의 도입부이다. 도입부(200A)로부터의 피측정 유체는, 제1 배플(202)의 둘레 가장자리의 개구부(202a), 제1 배플(202)과 제2 배플(203) 사이의 직경 방향 통로(204), 제2 배플(203)의 외주와 하우징(200) 사이의 간극(고리형 섹터)(205)을 통과하여 다이어프램(201)에 도달한다.

또한, 특허문헌 1에서는, 직경 방향 통로(204)를 흐르는 피측정 유체(기체)의 흐름을 분자류로 하지만, 「분자류」란 진공 기술에 관한 용어로, 대상이 되는 기체 분자의 평균 자유 공정이 그 기체가 흐르는 장소의 대표적 길이보다 큰 기체의 흐름이며, 이러한 경우, 기체 분자끼리의 충돌보다 구조체의 벽면에 충돌하는 빈도가 커져, 경로 내에서의 오염 물질의 부착이 촉진된다.

반대로 대상이 되는 기체 분자의 평균 자유 공정이 그 기체가 흐르는 장소의 대표적 길이보다 작은 기체의 흐름을 「점성류」라고 한다. 점성류 영역에서는 기체 분자는 구조체 벽면에는 거의 충돌하지 않는다. 또한, 그 중간의 기체의 흐름을 「중간류」라고 하고, 대표 길이를 L, 평균 자유 공정을 λ로 하면 문헌에도 기재되어 있지만, 일반적으로 하기와 같이 분류된다.

점성류; λ/L<0.01

중간류; 0.01<λ/L<0.3

분자류; 0.3<λ/L

λ/L은 크누센수라고 하며, 기체의 흐름에 있어서 분자간 충돌이 지배적인지, 아니면 흐르는 장소의 벽면에 충돌하는 것이 지배적인지의 기준이다. 예컨대, 질소의 150℃에서의 평균 자유 공정은 133 Pa에서 70 um 정도이기 때문에, 경로의 대표적 크기(직경이나 폭, 높이 등)가 그 이하라면, 오염 물질의 부착 효율은 비약적으로 높아진다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2011-149946호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2002-111011호 공보

그러나, 오염 물질의 부착을 촉진하기 위해, 도입부로부터 다이어프램에 이르기까지의 경로를 좁고 복잡하게 하면, 좁고 복잡하게 한 경로 안쪽의 다이어프램 근방의 공간에 기체가 출입하기 어려워지기 때문에 센서의 응답 속도가 지연되어 버리고, 이것이 설계상의 제약이 되어 버린다. 즉, 원래라면 경로를 보다 좁고 길게 하면 오염 물질의 부착 효율이 높아지지만, 센서의 응답 속도도 저하되어 버리기 때문에, 응답 속도의 신속성을 손상하지 않도록, 경로의 넓이나 길이에 제한을 가할 필요가 있고, 이것이 설계상의 제약이 된다.

또한, 특허문헌 1에서는, 제1 배플과 제2 배플 사이에 높은 종횡비의 직경 방향 통로를 만드는 것에 의해, 다이어프램의 수압면에 직교하는 방향으로 분자류가 되는 조건의 크기를 규정하고 있지만, 다이어프램면에 평행한 방향으로는 규정이 없어, 그 경우, 피측정 유체의 분자가 다이어프램면에 평행한 방향으로 자유롭게 움직일 수 있게 설계되기 때문에, 결과적으로 분자류가 되는 조건을 충분히 만족시키지 못하는 형상이 되고, 따라서 충분한 효과를 얻을 수 없다. 다시 말해서, 피측정 유체의 분자의 속도 벡터의 방향이 다이어프램면에 평행 혹은 평행에 가까울 때, 그 분자는 벽에 충돌하지 않고 배플을 통과하게 된다.

본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 설계상의 제약을 완화하고, 보다 좁고 복잡한 경로로 하여, 센서의 응답 속도의 신속성을 손상하지 않고, 오염 물질의 경로 내에서의 부착을 촉진하는 것이 가능한 정전 용량형 압력 센서를 제공하는 것에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 정전 용량형 압력 센서는, 피측정 유체의 도입부를 갖는 하우징과, 도입부를 통해서 유도되어 오는 피측정 유체의 압력을 받아 변형되는 다이어프램의 변화를 정전 용량의 변화로서 검출하는 센서칩과, 도입부와 다이어프램 사이의 피측정 유체의 통과 경로의 도중에 설치되며 피측정 유체에 포함되는 오염 물질의 다이어프램에 대한 퇴적을 방지하는 배플 구조체를 구비하고, 배플 구조체는, 다이어프램의 수압면에 직교하는 방향을 축방향으로 하여 배치된 일단이 폐색된 통형상의 구조체가 되고, 통형상의 구조체의 내주면과 외주면 사이를 관통하는 피측정 유체가 흐르는 복수의 경로가, 축방향으로 다수층 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 배플 구조체는, 일단이 폐색된 통형상의 구조체로 되어 있다. 배플 구조체에는, 그 통형상의 구조체의 내주면과 외주면 사이를 관통하는 복수의 경로가 축방향으로 다수층 형성되어 있고, 이 축방향으로 다수층 형성된 복수의 경로를 피측정 유체가 흐른다. 이 배플 구조체에 있어서, 하나의 경로의 컨덕턴스는 매우 작은 것이 되지만, 이 경로가 복수 형성되고, 또한 이 복수의 경로가 축방향으로 다수층 형성되어 있는 것에 의해 전체 컨덕턴스가 커진다. 이에 따라, 설계상의 제약을 완화하고, 보다 좁고 복잡한 경로로 하여, 센서의 응답 속도의 신속성을 손상하지 않고, 오염 물질의 경로 내에서의 부착을 촉진하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서, 배플 구조체에 형성하는 경로의 직경 혹은 폭 및 높이는, 통과하는 피측정 유체가 분자류가 되는 폭 및 높이(예컨대 10 ㎛∼200 ㎛)로 하는 것이 바람직하다. 지나치게 좁으면, 오염 물질이 부착되었을 때 유로가 좁아져, 센서 응답 속도가 지연되어 버리는 경우가 있고, 또한 지나치게 넓으면, 분자류가 되지 않아 기대하는 효과를 얻을 수 없게 된다. 또한, 배플 구조체에 형성하는 경로의 길이는, 병렬로 설치하는 갯수에 따라 달라지지만 적어도 3 mm∼20 mm 정도가 바람직하다.

배플 구조체에 형성하는 경로의 직경 혹은 폭 및 높이를, 통과하는 피측정 유체가 분자류가 되는 폭 및 높이로 함으로써, 다이어프램의 수압면에 직교하는 방향으로 분자류가 되는 조건의 크기뿐만 아니라, 다이어프램면에 평행한 방향으로 분자류가 되는 조건의 크기도 규정되게 되어, 충분한 효과를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서는, 도입부와 다이어프램 사이의 피측정 유체의 통과 경로의 도중에 배플 구조체를 설치하지만, 이 배플 구조체의 설치 방식으로서 다음과 같은 방식을 생각할 수 있다.

〔제1 방식: 배플 구조체의 내주면측으로부터 외주면측으로 피측정 유체를 통과시키는 방식〕

제1 방식에서는, 피측정 유체가 내주면측에 도입되고, 이 내주면측에 도입된 피측정 유체가 축방향으로 형성된 각 층의 경로를 통과하여 외주면측에 유출되고, 이 외주면측에 유출된 피측정 유체가 합류하여 다이어프램으로 보내지도록, 배플 구조체를 설치한다.

〔제2 방식: 배플 구조체의 외주면측으로부터 내주면측으로 피측정 유체를 통과시키는 방식〕

제2 방식에서는, 피측정 유체가 외주면측에 도입되고, 이 외주면측에 도입된 피측정 유체가 축방향으로 형성된 각 층의 경로를 통과하여 내주면측에 유출되고, 이 내주면측에 유출된 피측정 유체가 합류하여 다이어프램으로 보내지도록, 배플 구조체를 설치한다.

또한, 본 발명에 있어서, 배플 구조체의 축방향으로 다수층 형성하는 복수의 경로는, 다이어프램의 수압면에 평행하고, 또한 통형상의 구조체의 축심으로부터 방사형으로 연장된 형태로 하는 것이 좋다. 이 경우, 그 경로의 폭을 외주로부터 내주로 갈수록 점차 좁아지도록 하거나, 다이어프램의 수압면에 평행한 면내의 형상을 직선으로 하거나, 다이어프램의 수압면에 평행한 면내의 형상을 비직선(예컨대, 톱니 파형(번개형, 지그재그형), 소용돌이형 등)으로 하는 것을 생각할 수 있다.

배플 구조체의 설치 방식을 전술한 제2 방식으로 한 경우, 방사형으로 연장된 경로의 폭을 외주로부터 내주로 갈수록 점차 좁아지도록 하면, 활성으로 부착되기 쉬운 분자의 밀도가 높은 입구측의 경로가 넓어지고, 서서히 분자의 밀도가 낮아지는 출구측으로 갈수록 경로가 좁아지게 되어, 분자의 벽면 부착이 균등화되도록 작용하고, 경로의 막힘에 대응하는 메인터넌스 간격을 길게 하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 있어서, 배플 구조체의 축방향으로 다수층 형성하는 복수의 경로는, 다이어프램의 수압면과 평행하게 형성된 슬릿 및, 이 슬릿 내에 배치된 장애물과의 간극에 의해 형성되어 있는 것으로 해도 좋다. 즉, 본 발명에 있어서, 배플 구조체의 축방향으로 다수층 형성하는 복수의 경로는, 각각 1개의 독립된 경로뿐만 아니라, 도중에서 합류ㆍ분기를 반복하는 미로와 같은 경로 등도 포함된다.

본 발명에 의하면, 배플 구조체를 일단이 폐색된 통형상의 구조체로 하고, 이 통형상의 구조체의 내주면과 외주면 사이를 관통하는 복수의 경로를 축방향으로 다수층 형성하고, 이 축방향으로 다수층 형성된 복수의 경로를 피측정 유체가 흐르도록 했기 때문에, 전체의 컨덕턴스를 크게 하여, 설계상의 제약을 완화하고, 보다 좁고 복잡한 경로로 하여, 센서의 응답 속도의 신속성을 손상하지 않고, 오염 물질의 경로 내에서의 부착을 촉진하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 정전 용량형 압력 센서의 제1 실시형태(실시형태 1)의 주요부를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 이 정전 용량형 압력 센서(격막 진공계)에서의 제1 대좌 플레이트에 형성된 도입 구멍과 제2 대좌 플레이트에 형성된 도출 구멍의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시형태 1의 격막 진공계에 이용하는 배플 구조체의 기본 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 격막 진공계의 종단면도를 위쪽으로부터 비스듬하게 본 도면이다.
도 5는 실시형태 1의 격막 진공계에 이용하는 배플 구조체를 구성하는 유로 형성 플레이트의 탑 플레이트측으로부터 본 평면도 및 그 유로 형성 플레이트에 형성된 유로 홈의 확대도이다.
도 6은 배플 구조체를 이용한 경우의 센서의 응답 속도의 지연 검증 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시형태 1의 격막 진공계에 이용하는 배플 구조체의 기본 구조의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 정전 용량형 압력 센서의 제2 실시형태(실시형태 2)의 주요부를 나타내는 종단면도이다.
도 9는 실시형태 2의 격막 진공계에 이용하는 배플 구조체의 기본 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 8의 격막 진공계의 종단면도를 위쪽으로부터 비스듬하게 본 도면이다.
도 11은 실시형태 2의 격막 진공계에 이용하는 배플 구조체를 구성하는 유로 형성 플레이트의 베이스 플레이트측으로부터 본 평면도 및 그 유로 형성 플레이트에 형성된 유로 홈의 확대도이다.
도 12는 실시형태 2의 격막 진공계에 이용하는 배플 구조체의 기본 구조의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 배플 구조체의 축심으로부터 방사형으로 연장한 경로(유로 홈)의 형상을 비직선으로 한 경우의 일례(소용돌이형)를 나타내는 도면이다.
도 14는 배플 구조체의 축심으로부터 방사형으로 연장한 경로(유로 홈)의 형상을 비직선으로 한 경우의 다른 예(톱니 파형)를 나타내는 도면이다.
도 15는 유로 형성 플레이트에 원기둥형의 돌기를 장애물로서 다수 설치한 예를 나타내는 도면이다.
도 16은 종래의 격막 진공계에서의 배플의 장착 구조(표준형의 배플)를 나타내는 도면이다.
도 17은 특허문헌 1에 개시된 격막 진공계에서의 배플의 장착 구조를 나타내는 도면(센서의 절반의 종단면도)이다.

이하, 본 발명을 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

〔실시형태 1 : 제1 방식(배플 구조체의 내주면측으로부터 외주면측으로 피측정 유체를 통과시키는 방식)〕

도 1은 본 발명에 따른 정전 용량형 압력 센서의 제1 실시형태(실시형태 1)의 주요부를 나타내는 종단면도이다.

이 정전 용량형 압력 센서(격막 진공계)(1(1A))는, 패키지(10)와, 패키지(10) 내에 수용된 대좌 플레이트(20)와, 마찬가지로 패키지(10) 내에 수용되며 대좌 플레이트(20)에 접합된 센서칩(30)과, 패키지(10)에 직접 부착되며 패키지(10) 내외를 도통 접속하는 전극 리드부(40)를 구비하고 있다. 또한, 대좌 플레이트(20)는, 제1 대좌 플레이트(21)와 제2 대좌 플레이트(22)로 구성되며, 패키지(10)에 대하여 간격을 두고 있고, 지지 다이어프램(50)만을 통해 패키지(10)에 지지되어 있다.

패키지(10)는, 상부 하우징(11), 하부 하우징(12) 및 커버(13)로 구성되어 있다. 또, 상부 하우징(11), 하부 하우징(12) 및 커버(13)는, 내식성의 금속인 인코넬로 이루어지며, 각각 용접에 의해 접합되어 있다.

상부 하우징(11)은, 직경이 상이한 원통체를 연결한 형상을 갖추고 있고, 그 대직경부(11a)는 지지 다이어프램(50)과의 접합부를 가지며, 그 소직경부(11b)는 피측정 유체가 유입되는 도입부(10A)를 이루고 있다.

하부 하우징(12)은 대략 원통체 형상을 가지며, 커버(13), 지지 다이어프램(50), 대좌 플레이트(20) 및 센서칩(30)을 통해 패키지(10) 내에 독립된 진공의 기준 진공실(10B)을 형성하고 있다. 또, 기준 진공실(10B)에는 소위 게터(도시하지 않음)라고 불리는 기체 흡착 물질이 구비되어, 진공도를 유지하고 있다.

또한, 커버(13)는 원형의 플레이트로 이루어지며, 커버(13)의 정해진 위치에는 전극 리드 삽입 관통 구멍(13a)이 형성되어 있고, 허메틱 시일(60)을 통해 전극 리드부(40)가 매립되어, 이 부분의 시일성이 확보되어 있다.

한편, 지지 다이어프램(50)은 패키지(10)의 형상에 맞춘 외형 형상을 갖는 인코넬의 박판으로 이루어지며, 제1 대좌 플레이트(21)와 제2 대좌 플레이트(22) 사이에 끼워진 상태로, 그 외주부(주위 가장자리)가 전술한 상부 하우징(11)과 하부 하우징(12)의 가장자리에 끼워져 용접 등에 의해 접합되어 있다.

또, 지지 다이어프램(50)의 두께는, 예컨대 본 실시형태의 경우 수십 마이크론이며, 각 대좌 플레이트(21, 22)보다 충분히 얇은 두께로 되어 있다. 또한, 지지 다이어프램(50)의 중앙부에는, 제1 대좌 플레이트(21)와 제2 대좌 플레이트(22) 사이에 슬릿형 공간(캐비티)(20A)을 만드는 직경이 큰 구멍(50a)이 형성되어 있다.

제1 대좌 플레이트(21) 및 제2 대좌 플레이트(22)는, 산화알루미늄의 단결정체인 사파이어로 이루어지며, 제1 대좌 플레이트(21)는 패키지(10)의 내면으로부터 이간시킨 상태로 지지 다이어프램(50)의 상면에 접합되고, 제2 대좌 플레이트(22)는 패키지(10)의 내면으로부터 이간시킨 상태로 지지 다이어프램(50)의 하면에 접합되어 있다.

또한, 제1 대좌 플레이트(21)에는, 슬릿형 공간(캐비티)(20A)에 연통하는 피측정 유체의 도입 구멍(21a)이 그 중앙부에 형성되어 있고, 제2 대좌 플레이트(22)에는, 슬릿형 공간(캐비티)(20A)에 연통하며, 센서칩(30)의 센서 다이어프램(31a)으로의 도출 구멍(22a)이 복수(이 예에서는 4개) 형성되어 있다.

도 2에 제1 대좌 플레이트(21)에 형성된 도입 구멍(21a)과 제2 대좌 플레이트(22)에 형성된 도출 구멍(22a)의 위치 관계를 나타낸다. 도 2의 (a)는 도 1 중의 주요부를 발췌하여 나타내는 도면(종단면도), 도 2의 (b)는 도 2의 (a)를 화살표 A 방향에서 본 평면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 대좌 플레이트(21)의 도입 구멍(21a)과 제2 대좌 플레이트(22)의 도출 구멍(22a)은, 제1 대좌 플레이트(21) 및 제2 대좌 플레이트(22)의 두께 방향에서 겹치지 않는 위치에 형성되어 있다.

이 예에서는, 제1 대좌 플레이트(21)의 중앙부에 도입 구멍(21a)이 1개 형성되고, 제2 대좌 플레이트(22)에 이 제2 대좌 플레이트(22)의 중심으로부터 직경 방향으로 등거리이며 둘레 방향으로 등간격 떨어진 주변부에 도출 구멍(22a)이 4개 형성되어 있다.

또, 각 대좌 플레이트(21, 22)는, 지지 다이어프램(50)의 두께에 비하여 전술한 바와 같이 충분히 두껍게 되어 있고, 또한 지지 다이어프램(50)을 양 대좌 플레이트(21, 22) 사이에 소위 샌드위치형으로 끼워 넣는 구조를 갖고 있다. 이것에 의해, 지지 다이어프램(50)과 대좌 플레이트(20)의 열팽창률의 차이에 의해 발생하는 열응력으로 이 부분이 휘어지는 것을 방지하고 있다.

또한, 제2 대좌 플레이트(22)에는 산화알루미늄의 단결정체인 사파이어로 이루어진 상면에서 볼 때 직사각형의 센서칩(30)이 산화알루미늄 베이스의 접합재를 통해 접합되어 있다. 또, 이 센서칩(30)의 접합 방법에 관해서는, 특허문헌 2에 자세히 기재되어 있기 때문에 여기서의 설명은 생략한다.

센서칩(30)은 상면에서 볼 때 가로세로 1 cm 이하의 크기를 가지며, 사각형의 박판으로 이루어진 센서 플레이트(31)와, 센서 플레이트(31)에 접합하여 진공의 용량실(레퍼런스실)(30A)을 형성하는 센서 대좌(32)를 갖고 있다. 센서 플레이트(31)의 중앙부는 박막형이 되며, 이 박막형으로 된 센서 플레이트(31)의 중앙부가, 압력의 인가에 따라서 변형이 생기는 센서 다이어프램(31a)이 된다. 또한, 진공의 용량실(30A)과 기준 진공실(10B)은 센서 대좌(32)의 적소에 형성된 도시하지 않은 연통 구멍을 통해 함께 동일한 진공도를 유지하고 있다.

또, 센서 플레이트(31)와 센서 대좌(32)는 소위 직접 접합에 의해 서로 접합되어, 일체화한 센서칩(30)을 구성하고 있다. 이 센서칩(30)의 구성 요소가 되는 센서 다이어프램(31a)이 본 발명에서 말하는 다이어프램에 해당한다.

또한, 센서칩(30)의 용량실(30A)에는, 센서 대좌(32)의 오목부에 금 또는 백금 등의 도체로 이루어진 고정 전극이 형성되어 있고, 이것과 대향하는 센서 다이어프램(31a)의 표면 상에 금 또는 백금 등의 도체로 이루어진 가동 전극이 형성되어 있다. 또한, 센서칩(30)의 상면에는 금 또는 백금으로 이루어진 컨택트 패드(35, 36)가 형성되며, 센서칩(30) 내의 고정 전극과 가동 전극은 컨택트 패드(35, 36)와 도시하지 않은 배선에 의해 접속되어 있다.

한편, 전극 리드부(40)는 전극 리드핀(41)과 금속제의 실드(42)를 구비하며, 전극 리드핀(41)은 금속제의 실드(42)에 유리 등의 절연성 재료로 이루어진 허메틱 시일(43)에 의해 그 중앙 부분이 매설되어, 전극 리드핀(41)의 양단부 사이에서 기체가 밀폐되는 상태를 유지하고 있다. 그리고, 전극 리드핀(41)의 일단은 패키지(10)의 외부에 노출되어 도시하지 않은 배선에 의해 격막 진공계(1)의 출력을 외부의 신호 처리부에 전달하도록 되어 있다. 또, 실드(42)와 커버(13) 사이에도 전술한 바와 같이 허메틱 시일(60)이 개재되어 있다. 또한, 전극 리드핀(41)의 다른쪽 단부에는 도전성을 갖는 컨택트 스프링(45, 46)이 접속되어 있다.

컨택트 스프링(45, 46)은, 도입부(10A)로부터 피측정 유체가 갑자기 유입됨으로써 발생하는 급격한 압력 상승에 의해 지지 다이어프램(50)이 약간 변이하더라도, 컨택트 스프링(45, 46)의 탄성력이 센서칩(30)의 측정 정밀도에 영향을 미치지 않을 정도의 충분한 유연성을 갖고 있다.

이 격막 진공계(1)에 있어서, 상부 하우징(10)의 도입부(10A)와 대좌 플레이트(20) 사이에는, 센서 다이어프램(31a)의 수압면에 직교하는 방향을 축방향으로 하여, 일단(하단)이 폐색된 원통형의 배플 구조체(70)가 배치되어 있다.

도 3에 배플 구조체(70)의 기본 구조를 나타낸다. 이 배플 구조체(70)는, 상부 하우징(11)의 도입부(10A)로부터 보내오는 피측정 유체를 유도하는 도입 구멍(71a)을 그 판면의 중앙부에 갖는 탑 플레이트(71)와, 탑 플레이트(71)의 도입 구멍(71a)을 통과하여 보내오는 피측정 유체를 유도하는 도입 구멍(72a)을 그 판면의 중앙부에 갖는 유로 형성 플레이트(72)와, 유로 형성 플레이트(72)의 센서 다이어프램(31a)측의 단부면을 폐색하는 판면을 갖는 베이스 플레이트(73)를 구비하고, 탑 플레이트(71)와 베이스 플레이트(73) 사이에 유로 형성 플레이트(72)가 다수매 적층되고, 탑 플레이트(71)와 유로 형성 플레이트(72)와 베이스 플레이트(73)가 각 판면을 맞춰 접합(가열ㆍ가압)되어 있다.

이 배플 구조체(70)에 있어서, 탑 플레이트(71), 유로 형성 플레이트(72), 베이스 플레이트(73)는 인코넬로 이루어지며, 그 외경이 동일하게 되어 있다. 도 4에 도 1의 격막 진공계(1(1A))의 종단면도를 위쪽으로부터 비스듬하게 본 도면을 나타낸다. 탑 플레이트(71)의 도입 구멍(71a)의 개구부는 복수의 자공(子孔)(환공(丸孔))(71b)으로 분할되어 있다.

유로 형성 플레이트(72)의 도입 구멍(72a)은, 탑 플레이트(71)의 도입 구멍(71a)에 대응하여, 이 도입 구멍(71a)과 동일한 직경의 환공으로 되어 있다. 도 5의 (a)에 유로 형성 플레이트(72)의 탑 플레이트(71)측으로부터 본 평면도를 나타낸다.

유로 형성 플레이트(72)에는, 탑 플레이트(71)측의 판면에, 센서 다이어프램(31a)의 수압면에 평행하고, 또한 배플 구조체(원통형의 구조체)(70)의 축심으로부터 방사형으로 연장된 복수의 유로 홈(72b)이 형성되어 있다. 이 유로 홈(72b)은, 도 5의 (b)에 그 하나의 유로 홈(72b)의 양벽을 검게 칠하여 나타낸 바와 같이, 그 폭(W)이 외주로부터 내주로 갈수록 점차 좁아진다. 또한, 이 유로 홈(72b)의 센서 다이어프램(31a)의 수압면에 평행한 면내의 형상은 직선으로 되어 있다.

베이스 플레이트(73)에도 유로 형성 플레이트(72)와 마찬가지로, 탑 플레이트(71)측의 판면에, 배플 구조체(원통형의 구조체)(70)의 축심으로부터 방사형으로 연장된 복수의 유로 홈(73b)이 형성되어 있다. 단, 베이스 플레이트(73)의 중앙부(73a)는 도입 구멍은 되어 있지 않고, 피측정 유체가 관통하지 않도록 폐색되어 있다.

이 배플 구조체(70)를 도입부(10A)와 대좌 플레이트(20) 사이에 설치한 상태에서, 탑 플레이트(71)의 도입 구멍(71a)은 도입부(10A)에 면하고, 도입 구멍(71a)의 외주 가장자리면(71d)은 링형의 칸막이판(90)을 통해 상부 하우징(11)의 내단면(11c)에 밀접해 있다. 이 상태에서, 도입부(10A)로부터의 피측정 유체는, 도입 구멍(71a)만을 통과하고, 도입 구멍(71a)의 외주 가장자리면(71d)과 상부 하우징(11)의 내단면(11c) 사이는 통과하지 않는다.

또한, 이 배플 구조체(70)를 도입부(10A)와 대좌 플레이트(20) 사이에 설치한 상태에서, 탑 플레이트(71), 유로 형성 플레이트(72), 베이스 플레이트(73)의 외주 가장자리 단부면은, 즉 배플 구조체(70)의 외주면은, 상부 하우징(11)과 지지 다이어프램(50)으로 둘러싸인 밀폐 공간(14)에 위치하고 있다. 또한, 베이스 플레이트(73)의 센서 다이어프램(31a)측의 판면과 대좌 플레이트(20)(제1 대좌 플레이트(21)) 사이에는, 피측정 유체가 흐르는 간극이 형성되어 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 유로 형성 플레이트(72)에 형성된 유로 홈(72b) 및 베이스 플레이트(73)에 형성된 유로 홈(73b)의 폭 및 높이는, 피측정 유체의 흐름이 분자류가 되는 폭 및 높이로 되어 있다. 이 예에서, 유로 홈(72b 및 73b)의 폭 및 높이는 10 ㎛∼200 ㎛ 정도로 되어 있다. 또한, 유로 홈(72b 및 73b)의 길이(피측정 유체의 흐름 방향의 길이)는 3 mm∼20 mm 정도로 되어 있다. 또한, 유로 홈(72b 및 73b)은 하프 에칭으로 형성되어 있다.

다음으로, 이 실시형태 1의 격막 진공계(1(1A))의 동작에 관해 설명한다. 또, 이 실시형태 1에 있어서, 격막 진공계(1(1A))는 ALD의 성막 프로세스에서의 필요한 장소에 부착되어 있는 것으로 한다.

〔피측정 유체의 압력 측정〕

이 격막 진공계(1(1A))에서는, 도입부(10A)로부터의 피측정 유체(기체)가 센서 다이어프램(31a)에 도달하고, 이 피측정 유체의 압력과 진공의 용량실(30A)의 차압에 의해 센서 다이어프램(31a)이 변형되고, 센서 다이어프램(31a)의 이면과 센서 대좌(32)의 내면 사이에 설치되어 있는 고정 전극과 가동 전극의 간격이 변화하여, 이 고정 전극과 가동 전극으로 구성되는 콘덴서의 용량치(정전 용량)가 변화한다. 이 정전 용량의 변화를 격막 진공계(1)의 외부로 취출함으로써 피측정 유체의 압력이 측정된다.

〔오염 물질의 퇴적 방지〕

이 압력 측정시에, 도입부(10A)로부터의 피측정 유체(기체)는 배플 구조체(70)를 통과한다. 이 경우, 도입부(10A)로부터의 피측정 유체(기체)는, 배플 구조체(70)의 내주면측으로부터 외주면측으로 통과하고, 합류하여 센서 다이어프램(31a)으로 보내진다.

즉, 도입부(10A)로부터의 피측정 유체는, 탑 플레이트(71)의 도입 구멍(71a)의 분할된 복수의 자공(71b)를 통과하여 배플 구조체(70)의 내주면측에 도입된다. 이 내주면측에 도입된 피측정 유체는, 배플 구조체(70)의 축방향으로 적층된 각 유로 형성 플레이트(72)의 유로 홈(72b) 및 베이스 플레이트(73)의 유로 홈(73b)에 들어가, 이 유로 홈(72b 및 73b)을 통과하여 배플 구조체(70)의 외주면측에 유출된다.

그리고, 이 배플 구조체(70)의 외주면측에 유출된 피측정 유체가 합류하여, 베이스 플레이트(73)와 제1 대좌 플레이트(21) 사이의 간극을 통과하여, 제1 대좌 플레이트(21)의 도입 구멍(21a)으로부터 제1 대좌 플레이트(21)와 제2 대좌 플레이트(22) 사이의 슬릿형 공간(캐비티)(20A)에 유입되고, 제2 대좌 플레이트(22)의 도출 구멍(22a)을 빠져나가, 센서칩(30)의 센서 다이어프램(31a)에 도달한다.

배플 구조체(70)에 있어서, 유로 홈(72b 및 73b)은, 센서 다이어프램(31a)의 수압면에 평행하고, 또한 배플 구조체(원통형의 구조체)(70)의 축심으로부터 방사형으로 연장된 경로(배플 구조체(70)의 내주면측과 외주면측 사이를 관통하는 경로)로서 형성되어 있고, 이 방사형으로 연장된 경로가 배플 구조체(70)의 축방향으로 다수 적층된 형태로 되어 있다. 이 배플 구조체(70)의 축방향으로 다수 적층된 방사형의 경로를 피측정 유체가 흐른다.

이 배플 구조체(70)에 있어서, 유로 홈(72b 및 73b)의 폭 및 높이는 10 ㎛∼200 ㎛ 정도로 되어 있고, 하나의 경로의 컨덕턴스는 매우 작다. 즉, 피측정 유체의 흐름이 분자류가 되도록 하나의 경로의 폭이나 높이를 작게 하여, 오염 물질의 부착을 촉진하도록 하고 있다. 이 때문에, 하나의 경로의 컨덕턴스는 매우 작은 것이 된다. 그러나, 본 실시형태에서는, 이 경로가 복수 형성되고, 또한 이 복수의 경로가 축방향으로 다수층 형성되어 있는 것에 의해, 전체의 컨덕턴스가 커진다. 이에 따라, 설계상의 제약을 완화하고, 보다 좁고 복잡한 경로로 하여, 센서의 응답 속도의 신속성을 손상하지 않고, 오염 물질의 경로 내에서의 부착을 촉진할 수 있다.

도 6에 배플 구조체(70)를 이용한 경우의 센서의 응답 속도의 지연 검증 결과를 나타낸다. 도 6 중에 나타낸 특성 I는 도 15에 나타낸 표준형의 배플(표준 배플)을 이용한 경우의 센서의 출력 응답 특성이고, 특성 II는 배플 구조체(70)(개선 배플)를 이용한 경우의 센서의 출력 응답 특성이다. 표준형의 배플을 이용한 경우의 센서의 출력 응답 특성 I에 비하여, 배플 구조체(70)를 이용한 경우의 센서의 출력 응답 특성 II의 지연은 작다. 이 경우, 탑 플레이트(71)와 베이스 플레이트(73) 사이의 유로 형성 플레이트(72)의 매수를 늘릴수록, 즉 오염 물질의 경로 내에서의 부착 효율을 높일수록, 표준형의 배플을 이용한 경우의 센서의 출력 응답 특성 I에 근접한 것이 된다.

또, 이 실시형태에서는, 베이스 플레이트(73)에 유로 홈(73b)을 형성하도록 했지만(도 3), 도 7에 나타낸 바와 같이, 탑 플레이트(71)에 유로 홈(71c)을 형성하도록 해도 좋다. 이 경우, 탑 플레이트(71)의 유로 홈(71c)은, 베이스 플레이트(73)측의 판면에 형성하도록 한다. 또한, 유로 형성 플레이트(72)의 유로 홈(72b)도 베이스 플레이트(73)측의 판면에 형성하도록 한다.

도 3에 나타낸 구성의 경우, 유로 형성 플레이트(72)의 유로 홈(72b)에 베이스 플레이트(73)의 유로 홈(73b)이 더해져 다층의 유로 홈이 되기 때문에, 또한, 도 7에 나타낸 구성의 경우, 유로 형성 플레이트(72)의 유로 홈(72b)에 탑 플레이트(71)의 유로 홈(71c)이 더해져 다층의 유로 홈이 되기 때문에, 탑 플레이트(71)와 베이스 플레이트(73) 사이에 유로 형성 플레이트(72)를 1장 끼운 것이 배플 구조체(70)의 기본 구성(복수의 경로가 다수층 형성된 구성)이 된다.

또, 탑 플레이트(71)나 베이스 플레이트(73)에 유로 홈을 형성하지 않아도 좋으며, 탑 플레이트(71)에도 베이스 플레이트(73)에도 유로 홈을 형성하지 않는 경우, 탑 플레이트(71)와 베이스 플레이트(73) 사이에 유로 형성 플레이트(72)를 2장 끼운 구성이 배플 구조체(70)의 기본 구성이 된다.

이 실시형태 1에서는, 전술한 배플 구조체(70)의 기본 구성을 최소한의 구성으로 하여, 탑 플레이트(71)와 베이스 플레이트(73) 사이의 유로 형성 플레이트(72)의 수를 적절하게 정함으로써, 센서의 응답 속도의 신속성이 손상되지 않고, 오염 물질의 경로 내에서의 부착 효율이 높은 원하는 배플 구조체(70)를 얻도록 한다. 이 경우, 유로 형성 플레이트(72)는 공통 부품이기 때문에, 이 유로 형성 플레이트(72)의 매수의 조정만으로, 필요로 되는 배플 구조체(70)를 얻을 수 있다.

〔실시형태 2 : 제2 방식(배플 구조체의 외주면측으로부터 내주면측으로 피측정 유체를 통과시키는 방식)〕

도 8은 본 발명에 따른 정전 용량형 압력 센서의 제2 실시형태(실시형태 2)의 주요부를 나타내는 종단면도이다. 도 8에서, 도 1과 동일한 부호는 도 1을 참조하여 설명한 구성요소와 동일 또는 동등한 구성요소를 나타내며, 그 설명은 생략한다.

이 정전 용량형 압력 센서(격막 진공계)(1(1B))에서는, 상부 하우징(10)의 도입부(10A)와 대좌 플레이트(20) 사이에, 센서 다이어프램(31a)의 수압면에 직교하는 방향을 축방향으로 하여, 일단(상단)이 폐색된 원통형의 배플 구조체(80)를 배치하고 있다.

도 9에 배플 구조체(80)의 기본 구조를 나타낸다. 이 배플 구조체(80)는, 상부 하우징(11)의 도입부(10A)로부터 보내오는 피측정 유체가 그 판면을 관통하지 않도록 폐색된 판면을 갖는 탑 플레이트(81)와, 피측정 유체의 도입 구멍(82a)을 그 판면의 중앙부에 갖는 유로 형성 플레이트(82)와, 유로 형성 플레이트(82)의 도입 구멍(82a)을 통과하여 보내오는 피측정 유체를 센서 다이어프램(31a)측으로 유도하는 도입 구멍(83a)을 그 판면에 갖는 베이스 플레이트(83)를 구비하고, 탑 플레이트(81)와 베이스 플레이트(83) 사이에 유로 형성 플레이트(82)가 다수매 적층되고, 탑 플레이트(81)와 유로 형성 플레이트(82)와 베이스 플레이트(83)가 각 판면을 맞춰 접합(가열ㆍ가압)되어 있다.

이 배플 구조체(80)에 있어서, 탑 플레이트(81), 유로 형성 플레이트(82), 베이스 플레이트(83)는 인코넬로 이루어지며, 그 외경이 동일하게 되어 있다. 도 10에 도 8의 격막 진공계(1(1B))의 종단면도를 위쪽으로부터 비스듬하게 본 도면을 나타낸다. 탑 플레이트(81)의 상면(폐색면)은 도입부(10A)에 면해 있다.

유로 형성 플레이트(82)의 도입 구멍(82a)은, 도입부(10A)의 개구에 대응하여, 이 개구와 동일한 직경의 환공으로 되어 있다. 도 11의 (a)에 유로 형성 플레이트(82)의 베이스 플레이트(83)측으로부터 본 평면도를 나타낸다. 유로 형성 플레이트(82)에는, 베이스 플레이트(83)측의 판면에, 센서 다이어프램(31a)의 수압면에 평행하고, 또한 배플 구조체(원통형의 구조체)(80)의 축심으로부터 방사형으로 연장된 복수의 유로 홈(82b)이 형성되어 있다. 이 유로 홈(82b)은, 도 11의 (b)에 그 하나의 유로 홈(82b)의 양벽을 검게 칠하여 나타낸 바와 같이, 그 폭(W)이 외주로부터 내주로 갈수록 점차 좁아진다. 또한, 이 유로 홈(82b)의 센서 다이어프램(31a)의 수압면에 평행한 면내의 형상은 직선으로 되어 있다.

탑 플레이트(81)에도, 유로 형성 플레이트(82)와 마찬가지로, 베이스 플레이트(83)측의 판면에, 배플 구조체(원통형의 구조체)(80)의 축심으로부터 방사형으로 연장된 복수의 유로 홈(81b)이 형성되어 있다. 단, 탑 플레이트(81)의 중앙부(81a)는 도입 구멍은 되어 있지 않고, 피측정 유체가 관통하지 않도록 폐색되어 있다.

베이스 플레이트(83)에는, 유로 형성 플레이트(82)의 도입 구멍(82a)에 대응하는 면내의 둘레 가장자리에 도입 구멍(83a)이 복수 형성되어 있고, 이 도입 구멍(83a)은 원호형의 긴 환공으로 되어 있다.

이 배플 구조체(80)를 도입부(10A)와 대좌 플레이트(20) 사이에 설치한 상태에서, 탑 플레이트(81)의 외주 가장자리면(81c)과 상부 하우징(11)의 내단면(11c) 사이에는 피측정 유체가 통과하는 간극이 형성되어 있다.

또한, 베이스 플레이트(83)는 링형의 칸막이판(91)을 통해 대좌 플레이트(20)(제1 대좌 플레이트(21))에 밀접해 있고, 이 상태에서, 탑 플레이트(81)의 외주 가장자리면(81c)과 상부 하우징(11)의 내단면(11c) 사이의 간극을 통과하여 배플 구조체(80)의 외주면측에 유입된 피측정 유체는, 베이스 플레이트(83)와 대좌 플레이트(20)(제1 대좌 플레이트(21)) 사이를 통과하지는 않는다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 탑 플레이트(81)에 형성된 유로 홈(81b) 및 유로 형성 플레이트(82)에 형성된 유로 홈(82b)의 폭 및 높이는, 피측정 유체의 흐름이 분자류가 되는 폭 및 높이로 되어 있다. 이 예에서, 유로 홈(81b 및 82b)의 폭 및 높이는 10 ㎛∼200 ㎛ 정도로 되어 있다. 또한, 유로 홈(81b 및 82b)의 길이(피측정 유체의 흐름 방향의 길이)는 3 mm∼20 mm 정도로 되어 있다. 또한, 유로 홈(81b 및 82b)은 하프 에칭으로 형성되어 있다.

〔오염 물질의 퇴적 방지〕

이 실시형태 1의 격막 진공계(1(1B))에서도, 압력 측정시에, 도입부(10A)로부터의 피측정 유체(기체)는 배플 구조체(80)를 통과한다. 이 경우, 도입부(10A)로부터의 피측정 유체(기체)는, 배플 구조체(80)의 외주면측으로부터 내주면측으로 통과하고, 합류하여 센서 다이어프램(31a)으로 보내진다.

즉, 도입부(10A)로부터의 피측정 유체는, 탑 플레이트(81)의 폐색된 판면에 닿고, 이 폐색된 판면에 가이드되어 탑 플레이트(81)의 외주 가장자리면(81c)과 상부 하우징(11)의 내단면(11c)의 간극을 통과하여, 배플 구조체(80)의 외주면측에 도입된다.

이 외주면측에 도입된 피측정 유체는, 배플 구조체(80)의 축방향으로 적층된 탑 플레이트(81)의 유로 홈(81b) 및 각 유로 형성 플레이트(82)의 유로 홈(82b)에 들어가, 이 유로 홈(81b 및 82b)을 통과하여 배플 구조체(80)의 내주면측에 유출된다.

그리고, 이 배플 구조체(80)의 내주면측에 유출된 피측정 유체가 합류하여, 베이스 플레이트(83)의 도입 구멍(83a)을 통과하고, 제1 대좌 플레이트(21)의 도입 구멍(21a)으로부터 제1 대좌 플레이트(21)와 제2 대좌 플레이트(22) 사이의 슬릿형 공간(캐비티)(20A)에 유입되고, 제2 대좌 플레이트(22)의 도출 구멍(22a)을 빠져나가 센서칩(30)의 센서 다이어프램(31a)에 도달한다.

배플 구조체(80)에 있어서, 유로 홈(81b 및 82b)은, 센서 다이어프램(31a)의 수압면에 평행하고, 또한 배플 구조체(원통형의 구조체)(80)의 축심으로부터 방사형으로 연장된 경로(배플 구조체(80)의 내주면측과 외주면측 사이를 관통하는 경로)로서 형성되어 있고, 이 방사형으로 연장된 경로가 배플 구조체(80)의 축방향으로 다수 적층된 형태로 되어 있다. 이 배플 구조체(80)의 축방향으로 다수 적층된 방사형의 경로를 피측정 유체가 흐른다.

이 배플 구조체(80)에 있어서, 유로 홈(82b 및 83b)의 폭 및 높이는 10 ㎛∼200 ㎛ 정도로 되어 있고, 하나의 경로의 컨덕턴스는 매우 작다. 이 때문에, 실시형태 1의 배플 구조체(70)와 마찬가지로, 하나의 경로의 컨덕턴스는 매우 작은 것이 되지만, 이 경로가 복수 형성되고, 또한 이 복수의 경로가 축방향으로 다수층 형성되어 있는 것에 의해, 전체의 컨덕턴스가 커진다. 이에 따라, 설계상의 제약을 완화하고, 보다 좁고 복잡한 경로로 하여, 센서의 응답 속도의 신속성을 손상하지 않고, 오염 물질의 경로 내에서의 부착을 촉진할 수 있다.

특히, 이 배플 구조체(80)에서는, 방사형으로 연장된 경로의 폭이 외주로부터 내주로 갈수록 점차 좁아지기 때문에, 활성으로 부착되기 쉬운 분자의 밀도가 높은 입구측의 경로가 넓어지고, 서서히 분자의 밀도가 낮아지는 출구측으로 갈수록 경로가 좁아지게 되어, 분자의 벽면 부착이 균등화되도록 작용하여, 경로의 막힘에 대응하는 메인터넌스 간격을 길게 하는 것이 가능해진다. 이 실시형태 2의 배플 구조체(80)에서는, 방사형으로 연장된 경로의 폭이 외주로부터 내주로 갈수록 점차 좁아지는 것이 유리하게 작용하고 있다고 할 수 있다.

또, 이 실시형태에서는, 탑 플레이트(81)에 유로 홈(81b)을 형성하도록 했지만(도 9), 도 12에 나타낸 바와 같이 베이스 플레이트(83)에 유로 홈(83b)을 형성하도록 해도 좋다. 이 경우, 베이스 플레이트(83)의 유로 홈(83b)은, 탑 플레이트(81)측의 판면에 형성하도록 한다. 또한, 유로 형성 플레이트(82)의 유로 홈(82b)도, 탑 플레이트(81)측의 판면에 형성하도록 한다.

도 9에 나타낸 구성의 경우, 유로 형성 플레이트(82)의 유로 홈(82b)에 탑 플레이트(81)의 유로 홈(81b)이 더해져 다층의 유로 홈이 되기 때문에, 또한, 도 12에 나타낸 구성의 경우, 유로 형성 플레이트(82)의 유로 홈(82b)에 베이스 플레이트(83)의 유로 홈(83b)이 더해져 다층의 유로 홈이 되기 때문에, 탑 플레이트(81)와 베이스 플레이트(83) 사이에 유로 형성 플레이트(82)를 1장 끼운 구성이 배플 구조체(80)의 기본 구성(복수의 경로가 다수층 형성된 구성)이 된다.

또, 탑 플레이트(81)나 베이스 플레이트(83)에 유로 홈을 형성하지 않아도 좋으며, 탑 플레이트(81)에도 베이스 플레이트(83)에도 유로 홈을 형성하지 않는 경우에는, 탑 플레이트(81)와 베이스 플레이트(83) 사이에 유로 형성 플레이트(82)를 2장 끼운 것이 배플 구조체(80)의 기본 구성이 된다.

이 실시형태 2에서는, 전술한 배플 구조체(80)의 기본 구성을 최소한의 구성으로 하여, 탑 플레이트(81)와 베이스 플레이트(83) 사이의 유로 형성 플레이트(82)의 수를 적절하게 정함으로써, 센서의 응답 속도의 신속성이 손상되지 않고, 오염 물질의 경로 내에서의 부착 효율이 높은 원하는 배플 구조체(70)를 얻도록 한다. 이 경우, 유로 형성 플레이트(82)는 공통 부품이기 때문에, 이 유로 형성 플레이트(82)의 매수의 조정만으로, 필요로 되는 배플 구조체(80)를 얻을 수 있다.

또, 전술한 실시형태 1, 2에서는, 배플 구조체(70, 80)의 축심으로부터 방사형으로 연장한 경로의 형상(센서 다이어프램(31a)의 수압면에 평행한 면내의 형상)을 직선형으로 했지만, 비직선형으로 해도 좋다. 예컨대, 비직선형으로 하는 예로서, 소용돌이형으로 만곡시킨 패턴(도 13 참조), 톱니 파형(번개형, 지그재그형 등)으로 굴곡시킨 패턴(도 14 참조) 등 여러가지 패턴을 생각할 수 있다. 또한, 배플 구조체(70, 80)의 축심으로부터 방사형으로 연장시키는 경로의 폭은, 반드시 외주로부터 내주로 갈수록 점차 좁아지도록 하지 않아도 좋으며, 동일한 폭이라도 상관없다.

또한, 배플 구조체(70, 80)의 축방향으로 다수층 형성하는 복수의 경로는, 센서 다이어프램(31a)의 수압면과 평행하게 형성된 슬릿 및, 이 슬릿 내에 배치된 장애물과의 간극에 의해 형성되어 있는 것으로 해도 좋다. 예컨대, 도 15에 나타낸 바와 같이, 유로 형성 플레이트(72(82))에 원기둥형의 돌기(72c(82c))를 장애물로서 다수 설치하고, 이 유로 형성 플레이트(72(82))와 인접하는 플레이트 사이의 슬릿 내에, 피측정 유체의 흐름 방향이 장애물에 의해 바뀌는 복수의 경로가 형성되도록 해도 좋다.

또, 슬릿 내에 배치하는 장애물은, 원기둥형의 돌기에 한정되지 않고, 배플 구조체의 축심을 중심으로 하는 유로의 경선에 대하여 비스듬하게 되어 있는 구조물이면 된다. 예컨대, 쐐기형으로 하거나, 「く」자형으로 하거나, 환형으로 하거나, 부채형으로 하는 등 여러가지 형상의 것을 생각할 수 있다. 즉, 배플 구조체(70, 80)의 축방향으로 다수층 형성하는 복수의 경로는, 각각 1개의 독립된 경로뿐만 아니라, 도중에서 합류ㆍ분기를 반복하는 미로와 같은 경로로 해도 좋다.

또한, 실시형태 1, 2에서는, 배플 구조체를 탑 플레이트와 유로 형성 플레이트와 베이스 플레이트로 구성했지만, 반드시 이러한 플레이트의 적층 구조로 하지 않아도 좋다. 예컨대, 일단이 폐색된 원통형의 구조체를 일체물로 하고, 이 일체물로 한 구조체 내에, 그 내주면과 외주면 사이를 관통하는 복수의 가로 구멍을 축방향으로 다수층 형성하도록 해도 좋다. 또한, 배플 구조체는 통형상이면 되며, 원통형에 한정되지도 않는다.

참고로서, 이하에 경로의 층수의 설정예를 나타낸다.

(1) 센서의 응답 속도를 정한다. 진공계의 경우, 우선 센서 수압부를 진공 상태로 하여 센서 출력을 제로로 하고, 다음으로 측정 레인지의 풀스케일 압력(P0)의 기체를 센서 부착부로부터 도입하고 나서 센서 출력이 풀스케일 P0의 63%까지 응답하는 시간으로 주어진다. 일반적으로 요구되는 이 응답 속도는 계측 회로의 응답을 더한 상태에서 대략 30 msec∼100 msec이다.

(2) 센서 수압부의 배플, 즉 경로의 출구부터 센서 다이어프램까지의 공간의 체적 V를 계산, 혹은 실측하여 구한다.

(3) 슬릿 또는 작은 구멍 1개당의 컨덕턴스 C를 계산에 의해 어림한다.

(4) 초기 압력 0의 체적 V의 공간에 컨덕턴스 C의 복수의 경로를 병렬로 n개 통하여 P0의 압력의 기체를 공급하면, 용기 내의 압력은 시간 t 후에 P=P0{1-exp(-nC/V)t}로 주어진다. 63% 응답에 요하는 시간은 시정수 V/nC와 같고, 이 값과 회로의 응답 속도의 합이 1인 요구되는 센서의 응답 속도보다 작아지도록 n을 설정한다.

또, 전술한 실시형태 1, 2의 「오염 물질의 퇴적 방지」의 항에서는 설명하지 않았지만, 배플 구조체(70, 80)를 통과한 후에도, 제1 대좌 플레이트(21)의 도입 구멍(21a), 슬릿형 공간(캐비티)(20A), 제2 대좌 플레이트(22)의 도출 구멍(22a)을 피측정 유체가 통과하기 때문에, 센서 다이어프램(31a)에 대한 오염 물질의 퇴적이 방지된다.

즉, 도입부(10A)로부터의 피측정 유체(기체)는, 배플 구조체(70, 80)를 통과한 후, 제1 대좌 플레이트(21)의 도입 구멍(21a)으로부터 제1 대좌 플레이트(21)와 제2 대좌 플레이트(22) 사이의 슬릿형 공간(캐비티)(20A)에 유입된다.

이 슬릿형 공간(캐비티)(20A)에 유입된 피측정 유체는, 제1 대좌 플레이트(21)의 도입 구멍(21a)과 제2 대좌 플레이트(22)의 도출 구멍(22a)이 제1 대좌 플레이트(21) 및 제2 대좌 플레이트(22)의 두께 방향에서 겹치지 않는 위치에 형성되어 있기 때문에, 슬릿형 공간(캐비티)(20A)을 가로 방향으로 진행할 수 밖에 없다.

이 슬릿형 공간(캐비티)(20A)을 가로 방향으로 진행할 때, 피측정 유체에 기체의 상태로 혼입되어 있는 오염 물질이 제1 대좌 플레이트(21) 또는 제2 대좌 플레이트(22)의 내측 표면에 퇴적할 기회가 생긴다. 이에 따라, 최종적으로 제2 대좌 플레이트(22)의 도출 구멍(22a)을 빠져나가, 기체의 상태로 센서 다이어프램(31a)에 도달하는 오염 물질의 양이 적어져, 센서 다이어프램(31a) 상에 퇴적하는 오염 물질의 양이 저감되게 된다.

또한, 제1 대좌 플레이트(21)의 중앙부에 도입 구멍(21a)이 형성되고, 제2 대좌 플레이트(22)에 이 제2 대좌 플레이트(22)의 중심으로부터 직경 방향으로 등거리, 또한 둘레 방향으로 등간격 떨어진 주변부에 도출 구멍(22a)이 복수 형성되어 있기 때문에, 제2 대좌 플레이트(22)의 도출 구멍(22a)을 빠져나가 최종적으로 센서 다이어프램(31a)에 도달하는 오염 물질은, 가장 감도가 높은 센서 다이어프램(31a)의 표면의 중앙부를 벗어나 주변부에 균형있게 퇴적하게 된다. 이에 따라, 센서 다이어프램(31a)의 표면의 중앙부에 대한 오염 물질의 퇴적을 피하여, 센서 다이어프램(31a)에 대한 오염 물질의 퇴적에 의한 영점 시프트의 영향을 크게 완화할 수 있게 된다.

〔실시형태의 확장〕

이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 구성이나 상세한 설명에는, 본 발명의 기술사상의 범위내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러가지 변경을 할 수 있다.

1(1A, 1B) : 격막 진공계(정전 용량형 압력 센서), 10 : 패키지, 10A : 도입부, 11 : 하부 하우징, 12 : 상부 하우징, 13 : 커버, 20 : 대좌 플레이트, 21 : 제1 대좌 플레이트, 22 : 제2 대좌 플레이트, 30 : 센서칩, 31 : 센서 플레이트, 31a : 센서 다이어프램, 33 : 센서 대좌, 50 : 지지 다이어프램, 70, 80 : 배플 구조체, 71, 81 : 탑 플레이트, 72, 82 : 유로 형성 플레이트, 73, 83 : 베이스 플레이트, 71c, 72b, 73b, 81b, 82b, 83b : 유로 홈.

Claims (11)

1. 정전 용량형 압력 센서에 있어서,
   피측정 유체의 도입부를 갖는 하우징과,
   상기 도입부를 통해서 유도되어 오는 피측정 유체의 압력을 받아 변형되는 다이어프램의 변화를 정전 용량의 변화로서 검출하는 센서칩과,
   상기 도입부와 상기 다이어프램 사이의 상기 피측정 유체의 통과 경로의 도중에 설치되며 상기 피측정 유체에 포함되는 오염 물질의 상기 다이어프램에 대한 퇴적을 방지하는 배플 구조체를 구비하고,
   상기 배플 구조체는,
   상기 다이어프램의 수압면에 직교하는 방향을 축방향으로 하여 배치된 일단이 폐색된 통형상의 구조체가 되고,
   상기 통형상의 구조체의 내주면과 외주면 사이를 관통하는 상기 피측정 유체가 흐르는 복수의 경로가, 상기 축방향으로 다수층 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 배플 구조체는,
   상기 피측정 유체가 상기 내주면측에 도입되고,
   이 내주면측에 도입된 피측정 유체가 상기 축방향으로 형성된 각 층의 상기 경로를 통과하여 상기 외주면측에 유출되고,
   이 외주면측에 유출된 피측정 유체가 합류하여 상기 다이어프램으로 보내지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 배플 구조체는,
   상기 피측정 유체가 상기 외주면측에 도입되고,
   이 외주면측에 도입된 피측정 유체가 상기 축방향으로 형성된 각 층의 상기 경로를 통과하여 상기 내주면측에 유출되고,
   이 내주면측에 유출된 피측정 유체가 합류하여 상기 다이어프램으로 보내지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축방향으로 다수층 형성된 복수의 상기 경로는,
   상기 다이어프램의 수압면에 평행하고, 또한 상기 통형상의 구조체의 축심으로부터 방사형으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
5. 제4항에 있어서, 상기 경로는,
   그 폭이 외주로부터 내주로 갈수록 점차 좁아지는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
6. 제4항에 있어서, 상기 경로는,
   상기 다이어프램의 수압면에 평행한 면내의 형상이 직선으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
7. 제4항에 있어서, 상기 경로는,
   상기 다이어프램의 수압면에 평행한 면내의 형상이 비직선으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축방향으로 다수층 형성된 복수의 상기 경로는,
   상기 다이어프램의 수압면과 평행하게 형성된 슬릿 및, 이 슬릿 내에 배치된 장애물과의 간극에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배플 구조체는,
   상기 하우징의 도입부로부터 보내오는 피측정 유체를 유도하는 제1 도입 구멍을 그 판면의 중앙부에 갖는 탑 플레이트와,
   상기 탑 플레이트의 제1 도입 구멍을 통과하여 보내오는 피측정 유체를 유도하는 제2 도입 구멍을 그 판면의 중앙부에 가지며, 그 판면 상에 복수의 상기 경로로서 형성된 유로 홈을 갖는 유로 형성 플레이트와,
   상기 유로 형성 플레이트의 상기 다이어프램측의 단부면을 폐색하는 판면을 갖는 베이스 플레이트를 구비하고,
   상기 탑 플레이트와 상기 베이스 플레이트 사이에 상기 유로 형성 플레이트가 1장 이상 적층되고,
   상기 탑 플레이트와 상기 유로 형성 플레이트와 상기 베이스 플레이트가 각 판면을 맞춰 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
10. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 배플 구조체는,
    상기 하우징의 도입부로부터 보내오는 피측정 유체가 그 판면을 관통하지 않도록 폐색된 판면을 갖는 탑 플레이트와,
    그 판면 상에 복수의 상기 경로로서 형성된 유로 홈을 가지며, 상기 탑 플레이트의 폐색된 판면에 가이드되어 외주면측으로부터 상기 유로 홈에 들어가, 이 유로 홈을 통과하여 보내오는 피측정 유체를 상기 다이어프램측으로 유도하는 제2 도입 구멍을 그 판면의 중앙부에 갖는 유로 형성 플레이트와,
    상기 유로 형성 플레이트의 제2 도입 구멍을 통과하여 보내오는 피측정 유체를 상기 다이어프램측으로 유도하는 제3 도입 구멍을 그 판면에 갖는 베이스 플레이트를 구비하고,
    상기 탑 플레이트와 상기 베이스 플레이트 사이에 상기 유로 형성 플레이트가 1장 이상 적층되고,
    상기 탑 플레이트와 상기 유로 형성 플레이트와 상기 베이스 플레이트가 각 판면을 맞춰 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
11. 제9항에 있어서, 상기 탑 플레이트는,
    상기 제1 도입 구멍의 개구부가 복수의 자공(子孔)으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.

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