KR20140070414A

KR20140070414A - 정전 용량형 압력 센서

Info

Publication number: KR20140070414A
Application number: KR1020130145102A
Authority: KR
Inventors: 다쿠야 이시하라; 히데노부 도치기
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2014-06-10
Also published as: KR101522105B1; JP6002016B2; JP2014109484A; TW201421004A; US20140150559A1; TWI479137B

Abstract

본 발명은 영점 시프트를 억제하는 것을 목적으로 한다.
정전 용량형 압력 센서는, 다이어프램(21)과, 다이어프램(21)의 주연부를 고정하고, 다이어프램(21)과 함께 기준 진공실(28)을 형성하는 센서 대좌(20)와, 다이어프램(21)의 주연부에 접합되고, 다이어프램(21)과 함께 압력 도입실(27)을 형성하는 커버 플레이트(1)와, 기준 진공실측의 센서 대좌(20)의 면에 형성된 고정 전극(23, 24)과, 기준 진공실측의 다이어프램(21)의 면에 형성된 가동 전극(25, 26)을 구비한다. 커버 플레이트(1)는, 압력 도입실(27)에 피측정 매체를 도입하는 압력 도입 구멍(10)을 갖는다. 다이어프램(21)의 반경을 100%로 했을 때에 다이어프램(21)의 중심으로부터 다이어프램(21)의 면 방향을 따라 50.0%∼70.0%의 범위에 위치하도록, 압력 도입 구멍(10)을 배치한다.

Description

정전 용량형 압력 센서{CAPACITANCE TYPE PRESSURE SENSOR}

본 발명은, 피측정 매체의 압력에 따른 정전 용량을 검출하는 다이어프램 구조의 압력 센서칩을 구비한 정전 용량형 압력 센서에 관한 것이다.

종래부터, 피측정 압력의 변화를 정전 용량의 변화로서 검출하는 격막식의 압력 센서는 널리 알려져 있다. 이 압력 센서의 일례로서, 진공 챔버와 격막 진공계의 연통 구멍에 필터를 씌우는 것에 의해, 미반응 생성물이나 부반응 생성물 및 파티클 등이 진공 챔버로부터 진공계 내에 들어가는 것을 방지하고, 이들의 생성물이나 파티클 등의 퇴적 성분이 다이어프램에 부착되어 퇴적되는 것을 막도록 한 정전 용량형 압력 센서가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1에 개시된 정전 용량형 압력 센서에서는, 피측정 매체에 포함되는 직진성이 높은 퇴적 성분의 다이어프램에의 부착을 저감시키는 것이 가능하다. 그러나, 피측정 매체의 압력을 다이어프램에 유도하는 필요상, 필터에 의해 퇴적 성분을 완전히 배제하는 것은 불가능하다.

피측정 매체 중의 퇴적 성분의 일부가 다이어프램에 부착되어 퇴적되면, 다이어프램을 한 방향으로 휘어 지게 하여, 영점 시프트(영점 이동)가 발생한다. 즉, 다이어프램에 부착된 퇴적물은, 그 성분에 따라 압축 응력 또는 인장 응력 등의 내부 응력을 발생시킨다. 이 응력의 발생에 수반하여, 피측정 매체와 접촉하는 측의 다이어프램의 면이 인장되거나 압축되기도 하여, 다이어프램의 두께 방향에서의 힘의 밸런스가 무너진다. 이것에 의해, 다이어프램은, 피측정 매체측이 볼록형 또는 피측정 매체와 반대측이 볼록형이 되도록 휘어지게 된다.

피측정 매체마다 상이한 퇴적물과 다이어프램의 재료를 항상 일치시키는 것은 불가능하고, 퇴적물과 다이어프램의 원자의 배열이, 마이크로적으로 완전히 일치하는 것은 희유(稀有)하기 때문에, 다이어프램에 부착된 퇴적물은, 전술한 바와 같이 수축 또는 신장을 발생시키게 된다. 그리고, 다이어프램의 휨은, 다이어프램에 부착되는 퇴적물이 많아질수록 커진다.

정전 용량형 압력 센서는, 다이어프램의 휨에 의해 변화하는 정전 용량에 기초하여 압력차를 검출하고 있다. 다이어프램에의 퇴적물의 부착에 의해 다이어프램이 휘어 버리면, 다이어프램의 양측에서 압력차가 없는 상태라도,「압력차가 있음」이라는 신호를 검출하게 되고, 소위 영점 시프트라고 불리는 영점 오차를 발생시키게 되며, 압력 측정에 오차가 생긴다. 이 압력 측정의 오차를 피하기 위해서는, 정전 용량형 압력 센서를 빈번히 교환해야 하고, 비용이 오른다고 하는 문제도 발생한다.

그래서, 다이어프램 중앙부의 두께를 주연부(周緣部)보다 얇게 하고, 중앙부의 강성을 주연부의 강성보다 낮게 함으로써, 퇴적물의 내부 응력에 기인하는 다이어프램의 휨을 억제하도록 한 정전 용량형 압력 센서가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조).

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성10-153510호공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2010-236949호 공보

특허문헌 2에 개시된 정전 용량형 압력 센서는, 다이어프램상에 퇴적물에 의해 균질한 막이 형성되는 것을 전제로 하고 있다. 그러나, 실제로는 다이어프램상에의 막의 퇴적을 피할 수 없고 또한, 실제로는 프로세스 재료, 프로세스 조건, 진공계의 구조, 진공계의 위치 등에 의해 그 막 두께 분포에 치우침이 생기는 성막 프로세스도 있고, 그 경우 상기 전제가 성립하지 않는다. 이하에 ALD(Atomic Layer Deposition)를 구체예로서, ALD의 원리와 막 두께 분포에 치우침이 생기는 이유에 대한 추찰을 나타낸다.

정전 용량형 압력 센서는, 예컨대 반도체 제조 프로세스에서 사용되는 챔버 내에 설치되고, 진공계로서 이용된다. 이 반도체 제조 프로세스 중에서, 주로 절연막의 성막에 이용되는 ALD(Atomic Layer Deposition)는, 표면 흡착 반응을 전제로 한 성막 방법이며, 성막되는 막의 원소를 포함하는 프리커서 가스라고 불리는 재료 가스와 반응 가스(대부분의 경우, 산화재 가스)를 교대로 표면 반응시킴으로써 막을 형성한다. 예컨대 AlO를 성막하는 경우, 프리커서 가스는 트리메틸알루미늄이며, 반응 가스(산화재 가스)는 H₂O, O₃ 등이다.

ALD는, 구체적으로는, 하기의 (A)∼(D)와 같은 사이클을 반복한다.

(A) 챔버 내에 프리커서 가스를 도입하여 웨이퍼 표면에 흡착시킨다.

(B) 챔버 내를 진공화하거나 또는 챔버 내에 불활성 가스를 도입함으로써, 웨이퍼 표면의 일 원자층 이외의 프리커서 가스를 퍼지(제거)한다.

(C) 챔버 내에 반응 가스를 도입하여 프리커서 가스와 반응시킨다.

(D) 챔버 내를 진공화하거나 또는 챔버 내에 불활성 가스를 도입함으로써, 반응 생성물 및 여분의 반응 가스를 퍼지한다.

이와 같이 ALD는, 웨이퍼 표면에의 재료 가스의 흡착과, 그 흡착된 재료 가스와 반응 가스의 화학 반응에 의해 원자 레벨로 성막이 한 층씩 이루어지기 때문에 웨이퍼상의 아스펙트비가 큰 비아홀이나 복잡한 3차원 구조를 갖는 개소에 균일하게 성막할 수 있는 것이 특징이다. 그런데 그 반면, 웨이퍼 상뿐만 아니라, 진공계를 포함한 프로세스 챔버의 모든 개소에 성막이 이루어져, 전술한 바와 같은 문제를 야기하는 경우가 많다.

다음으로, 원리적으로 균일한 막이 성막되는 ALD에서, 부분적으로 불균일한 막이 성막되는 이유에 대한 추찰을 설명한다. ALD의 프로세스 웨이퍼상의 성막에서는, 충분히 퍼지가 이루어지지 않으면 잔류한 가스가 챔버 내에서 혼합되어 표면 반응이 아니라 기상 반응이 일어나 버려, 바람직하지 않은 반응 생성물의 입자가 생겨 양호하게 성막될 수 없는 것이 알려져 있다.

진공계는, 통상, 처리 대상의 웨이퍼가 배치되는 챔버 내부 중 웨이퍼의 배치 개소가 아닌 주변부에 설치되고, 대부분의 경우에 배관을 통해 챔버 내의 가스를 다이어프램에 유도하도록 되어 있다. 이 때문에, 다이어프램 부근의 가스 치환성은, 웨이퍼상에 비해 좋지 않다고 상상된다. 또한 다이어프램 부근의 구조에 의해, 가스의 컨덕턴스(통과 용이성)가 좋지 않은 영역이 다이어프램상에 부분적으로 존재하면, 그 영역에서는 가스의 치환성이 좋지 않기 때문에 양호하게 성막할 수 없고, 컨덕턴스가 좋은 영역에 비해 다이어프램상에 퇴적하는 막이 얇아진다고 예상된다. 이상과 같이, ALD에서는 원리적으로 다이어프램상에의 막의 퇴적을 피할 수 없고 또한, 프로세스 재료, 프로세스 조건, 진공계의 구조, 진공계의 위치 등에 의해 다이어프램상의 막 두께 분포에 치우침이 생기는 경우가 충분히 생각된다.

특허문헌 2에 개시된 정전 용량형 압력 센서에서는, 다이어프램상에 퇴적되는 막의 두께가 균일한 것을 전제로 하고 있기 때문에, 다이어프램상의 막 두께 분포에 치우침이 있으면, 다이어프램의 휨을 억제할 수 없게 되고, 영점 시프트를 억제하는 것이 불가능하게 된다. 특히, 압력 검출을 위한 전극이 배치되는 다이어프램 중심부의 가스의 컨덕턴스가 좋고, 다이어프램 외주부의 가스의 컨덕턴스가 좋지 않은 경우는, 다이어프램 중심부에 퇴적되는 막이 두꺼워지고, 막 응력에 의한 큰 모멘트가 발생하기 때문에, 큰 영점 시프트가 발생하게 된다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 다이어프램상의 막 두께 분포에 치우침이 생기는 성막 방법을 사용하는 장치에 정전 용량형 압력 센서를 적용하는 경우라도, 영점 시프트를 억제할 수 있는 정전 용량형 압력 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 정전 용량형 압력 센서는, 중앙부가 피측정 매체의 압력에 따라 변위하는 다이어프램과, 이 다이어프램의 주연부를 고정하고, 상기 다이어프램과 함께 기준 진공실을 형성하는 센서 대좌와, 이 센서 대좌와 반대측의 상기 다이어프램의 주연부에 접합되고, 상기 다이어프램과 함께 압력 도입실을 형성하는 커버 플레이트와, 상기 기준 진공실측의 센서 대좌의 면에 형성된 고정 전극과, 이 고정 전극과 대향하도록, 상기 기준 진공실측의 다이어프램의 면에 형성된 가동 전극을 구비하고, 상기 커버 플레이트는, 상기 다이어프램의 면과 교차하는 방향으로부터 상기 압력 도입실에 피측정 매체를 도입하는 압력 도입 구멍을 가지며, 상기 다이어프램의 반경을 100%로 했을 때에 상기 다이어프램의 중심으로부터 상기 다이어프램의 면 방향을 따라 50.0%∼70.0%의 범위에 위치하도록, 상기 압력 도입 구멍을 배치하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 정전 용량형 압력 센서의 1 구성예에서, 상기 압력 도입 구멍은, 상기 다이어프램의 중심을 둘러싸는 원주상의 위치에 복수개 배치된다.

또한, 본 발명의 정전 용량형 압력 센서의 1 구성예에서, 상기 가동 전극은, 그 중심이 상기 다이어프램의 중심과 일치하도록 형성된 감압측 가동 전극과, 이 감압측 가동 전극의 외측에 형성된 참조측 가동 전극을 포함하고, 상기 고정 전극은, 상기 감압측 가동 전극과 대향하도록 형성된 감압측 고정 전극과, 상기 참조측 가동 전극과 대향하도록 형성된 참조측 고정 전극을 포함한다.

본 발명에 의하면, 다이어프램의 중심으로부터 다이어프램의 면방향을 따라 50.0%∼70.0%의 범위에 위치하도록 압력 도입 구멍을 배치함으로써, 피측정 매체의 컨덕턴스(통과 용이성)의 밸런스의 문제에 기인하여 증대하는 막 응력에 의한 모멘트를 완화시킬 수 있고, ALD와 같이 다이어프램상의 막 두께 분포에 치우침이 생기는 성막 방법을 사용하는 장치에 정전 용량형 압력 센서를 적용하는 경우라도, 영점 시프트를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 정전 용량형 압력 센서의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 센서 대좌에 형성된 감압측 고정 전극 및 참조측 고정 전극의 배치를 도시하는 평면도.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 정전 용량형 압력 센서의 동작을 설명하는 도면.
도 4는 압력 도입 구멍의 위치와 센서 출력의 시프트율의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 종래의 정전 용량형 압력 센서의 구성을 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명의 실시형태에서의 압력 도입 구멍의 배열예를 도시하는 평면도.
도 7은 본 발명의 실시형태에서의 압력 도입 구멍의 별도의 배열예를 도시하는 평면도.

[발명의 원리]

발명자는, 정전 용량형 압력 센서의 다이어프램상의 두껍게 성막된 부분에, 막 응력에 의한 다이어프램의 휨을 야기하는 굽힘 모멘트가 강하게 생기기 때문에, 다이어프램상의 공간의 가스의 컨덕턴스를 제어하면, 다이어프램상의 막 두께 분포를 제어할 수 있고, 다이어프램의 휨, 즉 영점 시프트를 제어할 수 있는 것에 상도(想到)하였다. 구체적으로는, 피측정 매체의 압력을 유도하는 정전 용량형 압력 센서의 개구부를 다이어프램 중심보다 외측에 형성한다. 보다 구체적으로는, 종래의 정전 용량형 압력 센서에서 다이어프램의 중심 위치에 형성되어 있던 1개의 개구부 대신에, 이 개구부와 동일한 총 개구 면적을 갖는 복수개의 작은 개구부를, 다이어프램의 중심을 둘러싸는 원주상의 위치에 나열하는 방법이 생각된다.

[실시형태]

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 정전 용량형 압력 센서의 구성을 도시하는 단면도이다. 정전 용량형 압력 센서는, 산화알루미늄의 단결정체인 사파이어를 포함하는 커버 플레이트(1)와, 커버 플레이트(1)에 접합된 압력 센서칩(2)으로 구성되어 있다. 압력 센서칩(2)은, 사파이어를 포함하는 센서 대좌(20)와, 센서 대좌(20)에 접합된 사파이어를 포함하는 다이어프램(21)과, 다이어프램(21)에 접합된 사파이어를 포함하는 스페이서(22)와, 센서 대좌(20)에 형성된 백금 등의 도체를 포함하는 감압측 고정 전극(23)과, 센서 대좌(20)에 형성된 백금 등의 도체를 포함하는 참조측 고정 전극(24)과, 감압측 고정 전극(23)과 대향하도록 다이어프램(21)에 형성된 백금 등의 도체를 포함하는 감압측 가동 전극(25)과, 참조측 고정 전극(24)과 대향하도록 다이어프램(21)에 형성된 백금 등의 도체를 포함하는 참조측 가동 전극(26)으로 구성되어 있다.

평면에서 봤을 때 대략 원형인 관통 구멍(22a)이 형성된 스페이서(22)를 커버 플레이트(1)와 다이어프램(21) 사이에 설치함으로써, 커버 플레이트(1)와 다이어프램(21) 사이에, 평면에서 봤을 때 대략 원형인 공간(이하, 압력 도입실이라고 부름)(27)이 형성되어 있다. 또한, 센서 대좌(20)측의 다이어프램(21)의 면에 평면에서 봤을 때 대략 원형인 오목부(21a)를 형성함으로써, 센서 대좌(20)와 다이어프램(21) 사이에 평면에서 봤을 때 대략 원형인 진공의 공간(이하, 기준 진공실이라고 부름)(28)이 형성되어 있다.

센서 대좌(20)와 다이어프램(21)은, 접합 후에 사파이어로 변화하는 산화알루미늄 베이스의 접합재를 개재하여 접합되어 있다. 마찬가지로, 다이어프램(21)과 스페이서(22)는 산화알루미늄 베이스의 접합재를 개재하여 접합되어 있다. 이러한 접합 방법에 대해서는, 일본 특허 공개 제2002-111011호 공보에서 자세히 기재되어 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 또한 커버 플레이트(1)의 하부에 스페이서형의 돌기를 형성함으로써, 스페이서(22)를 없애도 좋다.

도 2는 센서 대좌(20)에 형성된 감압측 고정 전극(23) 및 참조측 고정 전극(24)의 배치를 도시하는 평면도이다. 평면에서 봤을 때 대략 원형인 감압측 고정 전극(23)은, 그 중심이 다이어프램(21)의 중심과 대략 일치하도록, 기준 진공실(28)측의 센서 대좌(20)의 면에 형성되어 있다. 평면에서 봤을 때 대략 원호형인 참조측 고정 전극(24)은, 감압측 고정 전극(23)의 외측에 대략 동심원형으로 배치되도록, 기준 진공실(28)측의 센서 대좌(20)의 면에 형성되어 있다. 감압측 고정 전극(23)은, 센서 대좌(20)에 형성된 배선(29)을 통해 센서 외부의 신호 처리 장치(도시 생략)와 전기적으로 접속된다. 마찬가지로, 참조측 고정 전극(24)은, 센서 대좌(20)에 형성된 배선(30)을 통해 신호 처리 장치와 전기적으로 접속된다.

다이어프램(21)측의 가동 전극의 구성도 고정 전극과 마찬가지이다. 즉, 평면에서 봤을 때 대략 원형인 감압측 가동 전극(25)은, 감압측 고정 전극(23)과 대향하도록, 기준 진공실(28)측의 다이어프램(21)의 면에 형성되어 있다. 감압측 가동 전극(25)의 중심은, 다이어프램(21)의 중심과 거의 일치하고 있다. 평면에서 봤을 때 대략 원호형인 참조측 가동 전극(26)은, 참조측 고정 전극(24)과 대향하도록, 기준 진공실(28)측의 다이어프램(21)의 면에 형성되어 있다. 참조측 가동 전극(26)은, 감압측 가동 전극(25)의 외측에 대략 동심원형으로 배치된다. 감압측 가동 전극(25)은, 다이어프램(21)에 형성된 배선(도시 생략)을 통해 센서 외부의 신호 처리 장치와 전기적으로 접속된다. 마찬가지로, 참조측 가동 전극(26)은, 다이어프램(21)에 형성된 배선(도시 생략)을 통해 신호 처리 장치와 전기적으로 접속된다.

감압측 고정 전극(23)과 감압측 가동 전극(25)은, 압력에 대하여 고감도로서, 압력 측정을 행하는 역할을 한다. 참조측 고정 전극(24)과 참조측 가동 전극(26)은, 압력에 대하여 저감도로서 전극간의 유전율을 보정하는 역할을 하고 있다.

이상과 같은 압력 센서칩(2)과 접합되는 커버 플레이트(1)에는, 피측정 매체를 압력 도입실(27)에 유도하기 위해 커버 플레이트(1)를 관통하도록 형성된 압력 도입 구멍(10)이 형성되어 있다. 이 압력 도입 구멍(10)의 세부 사항에 대해서는 후술한다. 커버 플레이트(1)와 압력 센서칩(2)의 스페이서(22)는, 접합 후에 사파이어로 변화하는 산화알루미늄 베이스의 접합재를 개재하여 접합되어 있다.

다음으로, 본 실시형태의 정전 용량형 압력 센서의 동작에 대해서 설명한다. 도 3은 정전 용량형 압력 센서의 동작을 설명하는 도면이다. 다이어프램(21)의 면과 교차하는 방향[도 1, 도 3의 예에서는 다이어프램(21)의 면과 수직인 방향]으로부터 피측정 매체가 압력 도입 구멍(10)을 통해 압력 도입실(27)에 도입되면, 도 3에 도시하는 바와 같이 피측정 매체의 압력에 따라 다이어프램(21)이 변형된다. 정전 용량형 압력 센서를 반도체 제조 프로세스의 진공계로서 이용하는 경우, 피측정 매체는, 챔버 내부의 가스이다.

다이어프램(21)이 변형되 면, 센서 대좌(20)와 다이어프램(21)의 거리[기준 진공실(28)의 높이]가 변화하고, 감압측 고정 전극(23)과 감압측 가동 전극(25) 사이의 용량, 및 참조측 고정 전극(24)과 참조측 가동 전극(26) 사이의 용량이 변화한다. 감압측 고정 전극(23)과 감압측 가동 전극(25) 사이의 용량을 Cx, 참조측 고정 전극(24)과 참조측 가동 전극(26) 사이의 용량을 Cr로 하면, 센서 출력(K)은 다음 식과 같이 산출된다.

K=(Cx-Cr)/Cx …(1)

도시하지 않는 신호 처리 장치는, 식 (1)에 의해 센서 출력(K)을 산출하고, 이 센서 출력(K)(용량값)을 압력값으로 환산함으로써, 피측정 매체의 압력을 측정할 수 있다.

다음으로, 커버 플레이트(1)의 압력 도입 구멍(10)에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 압력 도입실(27) 내의 피측정 매체의 컨덕턴스를 제어하기 위해, 다이어프램(21)의 중심을 둘러싸는 원주상의 위치[다이어프램(21)의 중심과 일치하는 점을 중심으로 하는 원주상의 위치]에 복수개의 압력 도입 구멍(10)을 배치함으로써, 다이어프램(21)에 부착되는 퇴적물의 막 두께 분포를 제어한다. 도 2의 예에서는, 커버 플레이트(1)에 형성되는 압력 도입 구멍(10)의 위치를 파선으로 도시하고 있다. 이 도 2의 예에서는, 압력 도입 구멍(10)을 4개 배치하고 있다.

도 4는 압력 도입 구멍(10)의 위치와 센서 출력의 시프트율의 관계를 도시하는 도면이다. 도 4는 다이어프램 반경을 100%로 했을 때에 다이어프램(21)의 중심으로부터 다이어프램(21)의 면방향(도 2의 지면에 대하여 평행한 방향)을 따라 40.0%∼80.0%의 범위에서 압력 도입 구멍(10)의 위치를 변화시켰을 때의 센서 출력 시프트율을 시뮬레이션으로 구한 것이다. 여기서는, 다이어프램(21)의 중심을 둘러싸는 원주상에 4개의 압력 도입 구멍(10)을 형성한 경우에 대해서 센서 출력 시프트율을 계산하고 있다. 또한 오목부(21a)와 관통 구멍(22a)이 평면에서 봤을 때 대략 원형이기 때문에 명백한 바와 같이, 압력 도입실(27)과 기준 진공실(28)에 노출되는 다이어프램(21)은 평면에서 봤을 때 대략 원형이다. 다이어프램 반경이란, 도 1에 도시하는 바와 같이, 다이어프램(21)의 중심으로부터 스페이서(22)의 내벽까지의 거리(R)를 말한다. 도 4의 횡축은, 다이어프램(21)에 부착된 퇴적물이 가장 두꺼운 개소의 막 두께(Tmax)와 그 주위 개소의 막 두께(T)와의 비 T/Tmax를, 막 두께(Tmax)를 100%로서 나타낸 것이다.

센서 출력 시프트율은, 종래의 정전 용량형 압력 센서의 센서 출력에 대한 본 실시형태의 정전 용량형 압력 센서의 센서 출력의 시프트율을 나타내고 있다. 여기서, 비교를 위해 이용한 종래의 정전 용량형 압력 센서의 구성을 도 5에 도시한다. 도 5에서는, 도 1과 같은 구성에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 종래의 정전 용량형 압력 센서에서는, 다이어프램(21)의 중심 위치에 압력 도입 구멍(10b)이 형성되어 있다. 압력 도입 구멍(10b)의 면적과, 4개의 압력 도입 구멍(10)의 총 면적은 동일하다. 종래의 정전 용량형 압력 센서에서는, 압력 도입 구멍(10b) 바로 아래의 다이어프램(21)의 중심 부근에서 퇴적물이 가장 두꺼워지는 데 대하여, 본 실시형태에서는, 다이어프램(21)의 중심보다 외측의 압력 도입 구멍(10) 바로 아래에서 퇴적물이 가장 두꺼워진다.

다이어프램(21)에 압력을 걸고 있지 않을 때의 종래의 정전 용량형 압력 센서의 센서 출력을 K0, 마찬가지로 다이어프램(21)에 압력을 걸고 있지 않을 때의 본 실시형태의 정전 용량형 압력 센서의 센서 출력을 K1로 하면, 센서 출력 시프트율(SR)은 다음 식과 같이 산출된다.

SR=(K1-K0)/K0 …(2)

또한, 도 5의 종래의 정전 용량형 압력 센서의 다이어프램에 균일한 퇴적이 있는 경우, 센서 출력 시프트율(SR)은 100%가 된다.

도 4에서는, 센서 출력 시프트율(SR)이 -100%∼100%의 범위일 때, 종래의 정전 용량형 압력 센서에 대하여 영점 시프트가 개선되는 것을 도시하고 있다. 센서 출력 시프트율(SR)이 -100%∼100%의 범위에 들어가는 것은, 압력 도입 구멍(10)의 중심 위치가 다이어프램(21)의 중심으로부터 50.0%∼70.0%의 범위에 있을 때이다. 따라서, 각 압력 도입 구멍(10)의 중심 위치를 다이어프램(21)의 중심으로부터 50.0%∼70.0%의 범위로 설정하면, 영점 시프트를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

이러한 수치 범위가 좋은 것은, 이하와 같은 이유에 의한다고 생각된다. 종래의 정전 용량형 압력 센서에서는, 다이어프램(21)의 중심 부근에서 퇴적물이 가장 두꺼워지기 때문에, 이 퇴적물에 기인하는 다이어프램(21)의 휨이 커진다. 이 휨에 의한 영향은, 식 (1)에 나타낸 연산을 행하여도 상쇄할 수 없다.

구체적인 막 두께 분포의 제어 방법으로서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 압력 도입 구멍(10)의 중심 위치를 다이어프램(21)의 중심(O)으로부터 50.0%인 곳에 설정하면 좋다. 이 방법은, 다이어프램(21)의 중심(O)으로부터 압력 도입 구멍(10)까지의 거리와 압력 도입 구멍(10)으로부터 다이어프램(21)의 단부까지의 거리를 균등하게 한다고 하는 방법이다. 또한, 별도의 제어 방법으로서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 압력 도입 구멍(10)의 중심 위치를 다이어프램(21)의 중심(O)으로부터 70.0%인 곳에 설정하면 좋다. 이 방법은, 압력 도입 구멍(10)보다 내측의 원(100)의 면적과, 다이어프램(21)의 면적으로부터 원(100)의 면적을 뺀 면적을 균등하게 한다고 하는 방법이다. 이러한 방법에 의해, 다이어프램(21)상의 막 두께 분포를 이론적으로 바람직한 형태로 할 수 있다.

본 실시형태에서도, 압력 도입 구멍(10)의 바로 아래에서 퇴적물이 가장 두꺼워지지만, 이러한 막 두께의 치우침이 있어도, 이 막 두께의 치우침에 기인하는 다이어프램(21)의 휨의 영향은, 식 (1)에 나타낸 연산에 의해 상쇄할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에서는, 압력 도입 구멍(10)의 중심이 다이어프램(21)의 중심으로부터 50.0%∼70.0%의 범위에 위치하도록 함으로써, ALD와 같이 다이어프램상의 막 두께 분포에 치우침이 생기는 성막 방법을 사용하는 장치에 정전 용량형 압력 센서를 적용하는 경우라도, 정전 용량형 압력 센서의 영점 시프트를 억제할 수 있다.

본 발명은, 다이어프램 구조의 압력 센서칩을 구비한 정전 용량형 압력 센서에 적용할 수 있다.

1: 커버 플레이트, 2: 압력 센서칩, 10: 압력 도입 구멍, 20: 센서 대좌, 21: 다이어프램, 21a: 오목부, 22: 스페이서, 22a: 관통 구멍, 23: 감압측 고정 전극, 24: 참조측 고정 전극, 25: 감압측 가동 전극, 26: 참조측 가동 전극, 27: 압력 도입실, 28: 기준 진공실, 29, 30: 배선.

Claims

중앙부가 피측정 매체의 압력에 따라 변위하는 다이어프램과,
이 다이어프램의 주연부를 고정하고, 상기 다이어프램과 함께 기준 진공실을 형성하는 센서 대좌와,
이 센서 대좌와 반대측의 상기 다이어프램의 주연부에 접합되고, 상기 다이어프램과 함께 압력 도입실을 형성하는 커버 플레이트와,
상기 기준 진공실측의 센서 대좌의 면에 형성된 고정 전극과,
이 고정 전극과 대향하도록, 상기 기준 진공실측의 다이어프램의 면에 형성된 가동 전극을 구비하고,
상기 커버 플레이트는, 상기 다이어프램의 면과 교차하는 방향으로부터 상기 압력 도입실에 피측정 매체를 도입하는 압력 도입 구멍을 가지며,
상기 다이어프램의 반경을 100%로 했을 때에 상기 다이어프램의 중심으로부터 상기 다이어프램의 면 방향을 따라 50.0%∼70.0%의 범위에 위치하도록, 상기 압력 도입 구멍을 배치하는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
제1항에 있어서,
상기 압력 도입 구멍은, 상기 다이어프램의 중심을 둘러싸는 원주상의 위치에 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가동 전극은, 그 중심이 상기 다이어프램의 중심과 일치하도록 형성된 감압측 가동 전극과, 이 감압측 가동 전극의 외측에 형성된 참조측 가동 전극을 포함하고,
상기 고정 전극은, 상기 감압측 가동 전극과 대향하도록 형성된 감압측 고정 전극과, 상기 참조측 가동 전극과 대향하도록 형성된 참조측 고정 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 압력 센서.