TWI518311B - Electrostatic capacity type pressure sensor - Google Patents

Description

靜電容量型壓力感測器

本發明係關於一種檢測隔膜(diaphragm)之變化作為靜電容量之變化之靜電容量型壓力感測器，該隔膜(diaphragm)承受被測定流體之壓力而撓曲。

先前以來，檢測如下隔膜之變化作為靜電容量變化之靜電容量型壓力感測器已廣為人知，該隔膜承受被測定流體之壓力而撓曲。例如，為了測量半導體製造裝置等之薄膜形成製程中的真空狀態之壓力而利用靜電容量型壓力感測器，將該用以測量真空狀態之壓力之靜電容量型壓力感測器稱為隔膜真空計。

該隔膜真空計具有殼體，該殼體具有被測定流體之導入部，該隔膜真空計檢測如下隔膜之變化作為靜電容量之變化，該隔膜承受經由該殼體的導入部導引而來之被測定流體之壓力而撓曲。

基本上，與製程對象的薄膜相同之物質或其副生成物等會堆積於該隔膜真空計的隔膜。以下，將該堆積之物質稱為污染物質。若該污染物質堆積於隔膜，則隔膜會因該等污染物質所產生之應力而撓曲，感測器之輸出信號產生漂移(零點偏移(zero point shift))。又，由於已堆積之污染物質，隔膜在外觀上變厚，因此，導致隔膜難以撓曲，隨著施加壓力而產生之輸出信號之變化幅度(變化範圍)亦變得小於原本之輸出信號之變化幅 度。

因此，於隔膜真空計中，在導入部與隔膜之間設置有阻板，該阻板的板面與被測定流體之通過方向正交，從而防止被測定流體中所含之污染物質堆積於隔膜。

圖16中表示先前之隔膜真空計中的阻板之安裝構造。於該圖中，100為殼體，100A為設置於殼體100之被測定流體之導入部，於該導入部100A與隔膜(未圖示)之間設置有一塊阻板101，該一塊阻板101呈圓板狀且板面與被測定流體之通過方向F正交。

於阻板101的外周部，以特定之角度間隔形成有舌片(tab)101a，被測定流體通過該舌片101a之間的間隙101b而被送向隔膜。亦即，經由導入部100A導引而來之被測定流體碰撞阻板101中央的板面而迂回，通過阻板101的舌片101a之間的間隙101b而被送向隔膜。藉此，被測定流體不會直接碰撞隔膜，能夠防止被測定流體中所含之污染物質堆積於隔膜。

然而，與CVD、PVD(濺鍍、蒸鍍等)等氣相成膜不同，被稱為ALD(atomic layer deposition；原子層堆積)之成膜製程係將表面反應作為其成膜原理，因此，如圖16所示之間隙大之一塊阻板(標準型阻板)無法徹底防止污染物質堆積於隔膜。

因此，近年來已提出有如下方法：使自被測定流體之導入部至隔膜為止之路徑變窄、變複雜，藉此，使污染物質附著於途中，從而減少對於隔膜之附著。

例如，專利文獻1採用了如下構造：如圖17所示，將第1 阻板202與第2阻板203配置於隔膜201的前段，且於該第1阻板202與第2阻板203之間形成高縱橫比(至少為1：10)之直徑方向通路204，藉此，使被測定流體(氣體)流成為分子流，促進污染物質在路徑內之附著。

此外，圖17係半個感測器之縱剖面圖，200為殼體，200A為設置於殼體200之被測定流體之導入部。來自導入部200A之被測定流體經由第1阻板202周緣的開口部202a、第1阻板202與第2阻板203之間的直徑方向通路204、第2阻板203的外周與殼體200之間的間隙(環狀區段)205，到達隔膜201。

又，於專利文獻1中，使流經直徑方向通路204之被測定流體(氣體)流成為分子流，但「分子流」係與真空技術相關之用語，且係成為對象之氣體分子的平均自由行程(mean free path)大於該氣體所流經之部位的代表性長度之氣流，於此種情形時，與構造體壁面發生碰撞之頻率大於氣體分子彼此之碰撞頻率，從而會促進路徑內的污染物質之附著。

相反地，將成為對象之氣體分子的平均自由行程小於該氣體所流經之部位的代表性長度之氣流稱為「黏性流」。於黏性流區域中，氣體分子幾乎不與構造體壁面發生碰撞。又，將「分子流」與「黏性流」中間之氣流稱為「中間流」，若將代表長度設為L，將平均自由行程設為λ，則雖然文獻中有記載，但一般以下述方式進行分類。

黏性流；λ/L<0.01

中間流；0.01<λ/L<0.3

分子流；0.3<λ/L

λ/L稱為努生數(Knudsen number)，其衡量是氣流中的分子間 碰撞佔主導地位，還是氣流與流動部位的壁面發生之碰撞佔主導地位。例如，150℃時之氮的平均自由行程在133Pa下為70um左右，因此，只要路徑的代表性大小(直徑或寬度、高度等)為70um左右以下，則污染物質之附著效率會顯著升高。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2011-149946號公報

[專利文獻2]日本特開2002-111011號公報

然而，若為了促進污染物質之附著而使自導入部至隔膜為止之路徑變窄且變複雜，則氣體難以出入於狹窄且複雜之路徑內部的隔膜附近之空間，因此，導致感測器之響應速度變慢，此會成為設計上的制約。亦即，原本只要使路徑變得更窄、更長，污染物質之附著效率便會升高，但亦會導致感測器之響應速度下降，因此，需要以不損害響應速度之迅速性之方式，對路徑的狹窄度或長度添加限制，此成為設計上的制約。

又，於專利文獻1中，在第1阻板與第2阻板之間形成高縱橫比之直徑方向通路，藉此，規定了在與隔膜受壓面正交之方向上成為分子流之條件的大小，但在與隔膜面平行之方向上無規定，於該情形時，被測定流體的分子被設計為能夠在與隔膜面平行之方向上自由地移動，結果，其成為如下形狀，該形狀未充分地滿足成為分子流之條件，因此，無法獲得充分之效果。換言之，當被測定流體的分子之速度向量的方向與隔 平行或接近於平行時，會導致該分子不與壁發生碰撞而通過阻板。

本發明係為了解決如上所述之問題而成之發明，其目的在於提供如下靜電容量型壓力感測器，該靜電容量型壓力感測器能夠緩和設計上的制約，形成更狹窄且複雜之路徑，從而能夠不損害感測器響應速度之迅速性而促進污染物質在路徑內之附著。

為了實現如上所述之目的，本發明之靜電容量型壓力感測器之特徵在於具備：殼體，其具有被測定流體的導入部；感測器晶片，其檢測隔膜之變化作為靜電容量之變化，該隔膜承受經由導入部導引而來之被測定流體之壓力而撓曲；以及阻板構造體，其設置於導入部與隔膜之間的被測定流體的通過路徑的途中，且防止被測定流體中所含之污染物質堆積於隔膜；阻板構造體設為筒狀的構造體，其將與隔膜的受壓面正交之方向配置為軸方向且一端閉塞；貫通於筒狀的構造體的內周面與外周面之間的被測定流體所流經之複數條路徑，呈多層地設置於軸方向。

於本發明中，阻板構造體係設為一端閉塞之筒狀的構造體。於阻板構造體中，貫通於該筒狀的構造體的內周面與外周面之間的複數條路徑呈多層地設置於軸方向，被測定流體在呈多層地設置於該軸方向之複數條路徑中流動。於該阻板構造體中，一條路徑之傳導率成為非常小之傳導率，但藉由設置複數條上述路徑，而且呈多層地在軸方向上設置該複數條路徑，整體之傳導率增大。藉此，能夠緩和設計上的制約，形成更狹窄且複雜之路徑，從而能夠不損害感測器響應速度之迅速性而促進污染物質在路徑內之附著。

於本發明中，較為理想的是，將設置於阻板構造體之路徑之直徑或寬度及高度設為使通過之被測定流體成為分子流之寬度及高度(例如10~200μm)。若過窄，則有時在附著污染物質時，流路會變窄，導致感測器響應速度變慢，另外若過寬，則上述被測定流體不會成為分子流，從而無法獲得期待之效果。又，設置於阻板構造體之路徑之長度取決於並列地設置之路徑的個數，但較為理想的是至少為3~20mm左右。

將設置於阻板構造體之路徑之直徑或寬度及高度，設為使通過之被測定流體成為分子流之寬度及高度，藉此，不僅規定在與隔膜的受壓面正交之方向上成為分子流之條件的大小，而且亦規定在與隔膜面平行之方向上成為分子流之條件的大小，從而能夠獲得充分之效果。

又，於本發明中，在導入部與隔膜之間的被測定流體的通過路徑的途中設置阻板構造體，但可考慮如下所述之方式作為該阻板構造體之設置方式。

[第1方式：使被測定流體自阻板構造體的內周面側向外周面側通過之方式]

於第1方式中，以如下方式設置阻板構造體：使被測定流體導入至內周面側，使該導入至內周面側之被測定流體經由設置於軸方向之各層的路徑而向外周面側流出，使該向外周面側流出之被測定流體匯流而輸送至隔膜。

[第2方式：使被測定流體自阻板構造體的外周面側向內周面側通過之方式]

於第2方式中，以如下方式設置阻板構造體：使被測定流體導入至外 周面側，使該導入至外周面側之被測定流體經由設置於軸方向之各層的路徑而向內周面側流出，使該向內周面側流出之被測定流體匯流而輸送至隔膜。

又，於本發明中，呈多層地設置於阻板構造體的軸方向之複數條路徑可設為如下形式：與隔膜的受壓面平行，且自筒狀的構造體的軸心呈放射狀地延伸。於該情形時，可考慮使該路徑之寬度自外周向內周逐步變窄，將與隔膜的受壓面平行之面內的形狀設為直線，或將與隔膜的受壓面平行之面內的形狀設為非直線(例如鋸齒波狀(閃電形、鋸齒形)、漩渦狀等)。

於將阻板構造體之設置方式設為上述第2方式之情形時，若呈放射狀地延伸之路徑之寬度自外周向內周逐步變窄，則活性且易附著之分子的密度高之入口側的路徑擴大，越往分子密度逐步降低之出口側，則路徑變得越窄，該阻板構造體以使分子均等地附著於壁面之方式而發揮作用，從而能夠延長與路徑堵塞相對應之維護間隔。

又，於本發明中，呈多層地設置於阻板構造體的軸方向之複數條路徑亦可藉由與隔膜的受壓面平行地設置之狹縫、及與配置於該狹縫中之障礙物之間的間隙形成。亦即，於本發明中，呈多層地設置於阻板構造體的軸方向之複數條路徑不僅包含各自為獨立之一條路徑，而且亦包含在途中反復地匯流、分支之如迷宮般之路徑等。

根據本發明，將阻板構造體設為一端閉塞之筒狀的構造體，將貫通於該筒狀的構造體的內周面與外周面之間的複數條路徑呈多層地設 置於軸方向，被測定流體在呈多層地設置於該軸方向之複數條路徑中流動，因此，能夠增大整體之傳導率，緩和設計上的制約，形成更狹窄且複雜之路徑，從而能夠不損害感測器響應速度之迅速性而促進污染物質在路徑內之附著。

1(1A、1B)‧‧‧隔膜真空計(靜電容量型壓力感測器)

10‧‧‧封裝體

10A‧‧‧導入部

11‧‧‧下殼體

12‧‧‧上殼體

13‧‧‧蓋體

20‧‧‧台座板

21‧‧‧第1台座板

22‧‧‧第2台座板

30‧‧‧感測器晶片

31‧‧‧感測器板

31a‧‧‧感測器隔膜

33‧‧‧感測器台座

50‧‧‧支持隔膜

70、80‧‧‧阻板構造體

71、81‧‧‧頂板

72、82‧‧‧流路形成板

73、83‧‧‧基底板

71c、72b、73b、81b、82b、83b‧‧‧流路槽

圖1係表示本發明之靜電容量型壓力感測器之第1實施形態(實施形態1)的主要部分之縱剖面圖。

圖2係表示該靜電容量型壓力感測器(隔膜真空計)中的形成於第1台座板之導入孔與形成於第2台座板之導出孔之位置關係的圖。

圖3係表示實施形態1之隔膜真空計中所使用之阻板構造體的基本構造之圖。

圖4係自斜上方向觀察圖1的隔膜真空計之縱剖面圖之圖。

圖5係自流路形成板的頂板側觀察之俯視圖及形成於該流路形成板之流路槽之放大圖，該流路形成板構成實施形態1的隔膜真空計中所使用之阻板構造體。

圖6係表示使用有阻板構造體時之感測器響應速度的延遲驗證結果之圖。

圖7係表示實施形態1的隔膜真空計中所使用之阻板構造體的基本構造的其他例之圖。

圖8係表示本發明之靜電容量型壓力感測器之第2實施形態(實施形態2)的主要部分之縱剖面圖。

圖9係表示實施形態2的隔膜真空計中所使用之阻板構造體的基本構造之圖。

圖10係自斜上方向觀察圖8的隔膜真空計之縱剖面圖之圖。

圖11係自流路形成板的基底板側觀察之俯視圖及形成於該流路形成板之流路槽之放大圖，該流路形成板構成實施形態2的隔膜真空計中所使用之阻板構造體。

圖12係表示實施形態2的隔膜真空計中所使用之阻板構造體的基本構造的其他例之圖。

圖13係表示將自阻板構造體的軸心呈放射狀地延伸之路徑(流路槽)的形狀設為非直線時之一例(漩渦狀)的圖。

圖14係表示將自阻板構造體的軸心呈放射狀地延伸之路徑(流路槽)的形狀設為非直線時之其他例(鋸齒波狀)的圖。

圖15係表示在流路形成板上設置有多個圓柱狀的突起作為障礙物之例之圖。

圖16係表示先前之隔膜真空計中的阻板之安裝構造(標準型阻板)之圖。

圖17係表示專利文獻1所示之隔膜真空計中的阻板之安裝構造之圖(半個感測器之縱剖面圖)。

以下，根據圖式詳細地說明本發明。

[實施形態1：第1方式(使被測定流體自阻板構造體的內周面側向外周面側通過之方式)]

圖1係表示本發明之靜電容量型壓力感測器之第1實施形態(實施形態 1)的主要部分之縱剖面圖。

該靜電容量型壓力感測器(隔膜真空計)1(1A)具備：封裝體10；台座板20，其收容於封裝體10內；感測器晶片30，其同樣收容於封裝體10內且接合於台座板20；以及電極導線部40，其直接安裝於封裝體10且導通連接封裝體10內外。又，台座板20由第1台座板21與第2台座板22構成，其與封裝體10隔開，且僅經由支持隔膜50而支持於封裝體10。

封裝體10由上殼體11、下殼體12及蓋體13構成。此外，上殼體11、下殼體12及蓋體13包含耐腐蝕性金屬即英高鎳(inconel)，且分別藉由焊接而接合。

上殼體11具有由直徑不同之圓筒體連結而成之形狀，其大直徑部11a具有與支持隔膜50接合之接合部，其小直徑部11b係作為被測定流體所流入之導入部10A。

下殼體12具有大致圓筒體形狀，經由蓋體13、支持隔膜50、台座板20及感測器晶片30而於封裝體10內形成獨立且真空之基準真空室10B。此外，於基準真空室10B中設置被稱為所謂之吸氣劑(未圖示)之氣體吸附物質，以維持真空度。

又，蓋體13由圓形板構成，於蓋體13的特定位置形成電極導線插通孔13a，電極導線部40經由氣封(hermetic seal)60而埋入於該電極導線插通孔13a，確保該部分之密封性。

另一方面，支持隔膜50由具有與封裝體10之形狀相匹配之外形形狀之英高鎳薄板構成，於夾在第1台座板21與第2台座板22之間的狀態下，該支持隔膜50的外周部(周圍緣部)受到上述上殼體11與下殼體12 的緣部包夾，藉由焊接等而接合於上述上殼體11與下殼體12的緣部。

此外，例如於本實施形態之情形時，支持隔膜50之厚度為數十微米，其為充分薄於各台座板21、22之厚度。又，於支持隔膜50的中央部形成有大直徑之孔50a，該大直徑之孔50a在第1台座板21與第2台座板22之間形成狹縫狀的空間(空腔)20A。

第1台座板21及第2台座板22包含氧化鋁單晶體即藍寶石，第1台座板21以與封裝體10的內表面隔開之狀態而接合於支持隔膜50的上表面，第2台座板22以與封裝體10的內表面隔開之狀態而接合於支持隔膜50的下表面。

又，於第1台座板21的中央部，形成有與狹縫狀的空間(空腔)20A連通之被測定流體之導入孔21a，於第2台座板22中，形成有複數個(該例中為4個)與狹縫狀的空間(空腔)20A連通且朝向感測器晶片30的感測器隔膜31a之導出孔22a。

圖2中表示形成於第1台座板21之導入孔21a與形成於第2台座板22之導出孔22a之位置關係。圖2(a)係抽出圖1中的主要部分而進行表示之圖(縱剖面圖)，圖2(b)係自箭頭A方向觀察圖2(a)之俯視圖。

如圖2所示，第1台座板21的導入孔21a與第2台座板22的導出孔22a設置於在第1台座板21及第2台座板22的厚度方向上不重疊之位置。

於該例中，在第1台座板21的中央部設置有一個導入孔21a，在第2台座板22的周邊部設置有4個導出孔22a，該周邊部係在直徑方向上與該第2台座板22的中心隔開相等距離且在圓周方向上隔開相等間 隔之部分。

此外，如上所述，各台座板21、22充分厚於支持隔膜50之厚度，且具有如下構造：利用兩個台座板21、22，呈所謂之三明治狀地夾住支持隔膜50。藉此，防止該部分因支持隔膜50與台座板20之熱膨脹率差異所產生之熱應力而翹曲。

又，由氧化鋁單晶體即藍寶石形成之俯視矩形狀的感測器晶片30經由氧化鋁基底之接合材，接合於第2台座板22。又，該感測器晶片30之接合方法已詳細地記載於專利文獻2，因此省略此處之說明。

感測器晶片30於俯視時，具有1cm見方以下之大小，且具有：感測器板31，其由四邊形的薄板構成；以及感測器台座32，其接合於感測器板31而形成真空容量室(基準室)30A。感測器板31的中央部呈薄膜狀，該呈薄膜狀之感測器板31的中央部為感測器隔膜31a，該感測器隔膜31a會因施加壓力而產生應變。又，真空容量室30A與基準真空室10B經由穿設於感測器台座32的適當部位之未圖示之連通孔而一併保持同一真空度。

此外，感測器板31與感測器台座32藉由所謂之直接接合而彼此接合，構成一體化之感測器晶片30。作為該感測器晶片30的構成要素之感測器隔膜31a相當於本發明中所述之隔膜。

又，於感測器晶片30的容量室30A中，在感測器台座32的凹部形成有由金或鉑等導體形成之固定電極，並且在與該感測器台座32的凹部相對向之感測器隔膜31a的表面上，形成有由金或鉑等導體形成之可動電極。又，於感測器晶片30的上表面形成有包含金或鉑之接觸焊墊35、 36，感測器晶片30內的固定電極與可動電極藉由未圖示之配線而與接觸焊墊35、36連接。

另一方面，電極導線部40具備電極導線接腳41與金屬製的防護罩42，電極導線接腳41藉由包含玻璃等絕緣性材料之氣封43而埋設於金屬製的防護罩42的中央部分，於電極導線接腳41的兩端部之間保持氣密狀態。而且，電極導線接腳41的一端露出至封裝體10的外部，藉由未圖示之配線將隔膜真空計1的輸出傳輸至外部的信號處理部。此外，如上所述，於防護罩42與蓋體13之間，亦介入有氣封43。又，具有導電性之接觸彈簧45、46連接於電極導線接腳41的另一個端部。

接觸彈簧45、46具有如下程度之充分之柔韌性，即，即使支持隔膜50因急遽之壓力上升而稍微變形，接觸彈簧45、46之施壓力亦不會對感測器晶片30之測定精度產生影響，上述急遽之壓力上升係因被測定流體急速地自導入部10A流入而產生。

於該隔膜真空計1中，在上殼體10的導入部10A與台座板20之間配置有圓筒狀的阻板構造體70，該圓筒狀的阻板構造體70係以與感測器隔膜31a的受壓面正交之方向為軸方向，且一端(下端)閉塞。

圖3中表示阻板構造體70之基本構造。該阻板構造體70具備：頂板71，其於板面中央部具有導入孔71a，該導入孔71a導引自上殼體11的導入部10A輸送而來之被測定流體；流路形成板72，其於板面中央部具有導入孔72a，該導入孔72a導引經由頂板71的導入孔71a輸送而來之被測定流體；以及基底板73，其具有板面，該板面閉塞流路形成板72的感測器隔膜31a側的端面；於頂板71與基底板73之間積層有多塊流路形成板 72，頂板71、流路形成板72及基底板73使各板面對齊而接合(加熱、加壓)。

於該阻板構造體70中，頂板71、流路形成板72、基底板73由英高鎳所構成，且外徑相同。圖4中表示自斜上方向觀察圖1的隔膜真空計1(1A)之縱剖面圖之圖。頂板71的導入孔71a的開口部被分割為複數個子孔(圓孔)71b。

流路形成板72的導入孔72a為對應於頂板71的導入孔71a且直徑與該導入孔71a之直徑相同之圓孔。圖5(a)中表示自流路形成板72的頂板71側觀察之俯視圖。

於流路形成板72的頂板71側的板面中形成有複數個流路槽72b，上述複數個流路槽72b與感測器隔膜31a的受壓面平行，且自阻板構造體(圓筒狀的構造體)70的軸心呈放射狀地延伸。如圖5(b)中，將其中一個流路槽72b的兩壁完全塗黑所示，該流路槽72b之寬度W自外周向內周逐步變窄。又，該流路槽72b在與感測器隔膜31a的受壓面平行之面內之形狀為直線。

與流路形成板72同樣地，於基底板73的頂板71側的板面中亦形成有複數個流路槽73b，上述複數個流路槽73b自阻板構造體(圓筒狀的構造體)70的軸心呈放射狀地延伸。然而，基底板73的中央部73a並未設為導入孔，而是以無法由被測定流體貫通之方式被閉塞。

在將該阻板構造體70設置於導入部10A與台座板20之間的狀態下，頂板71的導入孔71a面嚮導入部10A，導入孔71a的外周緣面71d經由環狀的分隔板90而密接於上殼體11的內段面11c。於該狀態下，來自導入部10A之被測定流體僅通過導入孔71a，而不通過導入孔71a的外周緣 面71d與上殼體11的內段面11c之間。

又，在將該阻板構造體70設置於導入部10A與台座板20之間的狀態下，頂板71、流路形成板72、基底板73的外周緣端面即阻板構造體70的外周面位於受到上殼體11與支持隔膜50包圍之密閉空間14。又，於基底板73的感測器隔膜31a側的板面與台座板20(第1台座板21)之間，設置有被測定流體所流經之間隙。

又，於本實施形態中，設置於流路形成板72之流路槽72b及設置於基底板73之流路槽73b之寬度及高度係設為使被測定流體流成為分子流之寬度及高度。於該例中，流路槽72b及73b之寬度及高度設為10~200μm左右。又，流路槽72b及73b之長度(被測定流體在流動方向上之長度)設為3~20mm左右。又，流路槽72b及73b係藉由半蝕刻(half etching)而形成。

其次，說明該實施形態1的隔膜真空計1(1A)之動作。此外，於該實施形態1中，隔膜真空計1(1A)安裝於ALD之成膜製程中的必需之部位。

[測定被測定流體之壓力]

於該隔膜真空計1(1A)中，來自導入部10A之被測定流體(氣體)到達感測器隔膜31a，感測器隔膜31a因該被測定流體之壓力與真空容量室30A之差壓而撓曲，設置於感測器隔膜31a的背面與感測器台座32的內表面之間的固定電極與可動電極之間的間隔發生變化，由該固定電極與可動電極構成之電容器的電容值(靜電容量)發生變化。將該靜電容量之變化取出至隔膜真空計1的外部，藉此測定被測定流體之壓力。

[防止污染物質堆積]

測定該壓力時，來自導入部10A之被測定流體(氣體)通過阻板構造體70。於該情形時，來自導入部10A之被測定流體(氣體)自阻板構造體70的內周面側向外周面側通過，接著匯流而被送向感測器隔膜31a。

亦即，來自導入部10A之被測定流體經由頂板71的導入孔71a的分割後之複數個子孔71b，導入至阻板構造體70的內周面側。該導入至內周面側之被測定流體進入至積層於阻板構造體70的軸方向之各流路形成板72的流路槽72b及基底板73的流路槽73b，經由該流路槽72b及73b而向阻板構造體70的外周面側流出。

接著，該向阻板構造體70的外周面側流出之被測定流體匯流，經由基底板73與第1台座板21之間的間隙，自第1台座板21的導入孔21a流入至第1台座板21與第2台座板22之間的狹縫狀的空間(空腔)20A，穿過第2台座板22的導出孔22a，到達感測器晶片30的感測器隔膜31a。

於阻板構造體70中，流路槽72b及73b係設置為與感測器隔膜31a的受壓面平行且自阻板構造體(圓筒狀的構造體)70的軸心呈放射狀地延伸之路徑(貫通於阻板構造體70的內周面側與外周面側之間的路徑)，該呈放射狀地延伸之路徑設為如下形式，即，呈多層地在阻板構造體70的軸方向上積層。被測定流體於呈多層地在該阻板構造體70的軸方向上積層之放射狀的路徑中流動。

於該阻板構造體70中，流路槽72b及73b之寬度及高度設為10~200μm左右，一條路徑之傳導率(conductance)非常小。亦即，以使 被測定流體流成為分子流之方式減小一條路徑之寬度或高度，促進污染物質之附著。因此，一條路徑之傳導率成為非常小之傳導率。然而，於本實施形態中，藉由設置複數條上述路徑，而且呈多層地在軸方向上設置該複數條路徑，整體之傳導率增大。藉此，能夠緩和設計上的制約，形成更狹窄且複雜之路徑，從而能夠不損害感測器響應速度之迅速性而促進污染物質在路徑內之附著。

圖6中表示使用了阻板構造體70時之感測器響應速度的延遲驗證結果。圖6中所示之特性I係使用了圖15所示之標準型阻板(標準阻板)時之感測器輸出響應特性，特性II係使用了阻板構造體70(改良阻板)時之感測器輸出響應特性。相對於使用了標準型阻板時之感測器輸出響應特性I，使用了阻板構造體70時之感測器輸出響應特性II之延遲較小。於該情形時，頂板71與基底板73之間的流路形成板72之塊數越多，即，污染物質在路徑內之附著效率越高，則越接近於使用了標準型阻板時之感測器輸出響應特性I。

此外，於該實施形態中，將流路槽73b設置於基底板73(圖3)，但如圖7所示，亦可將流路槽71c設置於頂板71。於該情形時，頂板71的流路槽71c設置於基底板73側的板面。又，流路形成板72的流路槽72b亦設置於基底板73側的板面。

於圖3所示之構成之情形時，基底板73的流路槽73b疊加於流路形成板72的流路槽72b而成為多層流路槽，另外，於圖7所示之構成之情形時，頂板71的流路槽71c疊加於流路形成板72的流路槽72b而成為多層流路槽，因此，將一塊流路形成板72夾在頂板71與基底板73之間 所得之構成為阻板構造體70之基本構成(呈多層地設置有複數條路徑之構成)。

此外，亦可不於頂板71或基底板73中形成流路槽，當既不於頂板71中形成流路槽，亦不於基底板73中形成流路槽時，將2塊流路形成板72夾在頂板71與基底板73之間所得之構成為阻板構造體70之基本構成。

於該實施形態1中，將上述阻板構造體70之基本構成設為最小限度之構成，且適當地決定頂板71與基底板73之間的流路形成板72之數量，藉此，獲得感測器響應速度之迅速性未受損且污染物質在路徑內之附著效率高的所期望之阻板構造體70。於該情形時，由於流路形成板72為共用零件，因此，只要調整該流路形成板72之塊數，便能夠獲得所需之阻板構造體70。

[實施形態2：第2方式(使被測定流體自阻板構造體的外周面側向內周面側通過之方式)]

圖8係表示本發明之靜電容量型壓力感測器之第2實施形態(實施形態2)的主要部分之縱剖面圖。於該圖中，與圖1相同之符號表示與參照圖1所說明之構成要素相同或同等之構成要素，且省略其說明。

於該靜電容量型壓力感測器(隔膜真空計)1(1B)中，在上殼體10的導入部10A與台座板20之間配置有圓筒狀的阻板構造體80，該圓筒狀的阻板構造體80以與感測器隔膜31a的受壓面正交之方向為軸方向且一端(上端)閉塞。

圖9中表示阻板構造體80之基本構造。該阻板構造體80具 備：頂板81，其具有閉塞之板面，使得自上殼體11的導入部10A輸送而來之被測定流體無法貫通該板面；流路形成板82，其於板面中央部具有被測定流體之導入孔82a；以及基底板83，其於板面中具有導入孔83a，該導入孔83a向感測器隔膜31a側導引經由流路形成板82的導入孔82a輸送而來之被測定流體；於頂板81與基底板83之間積層有複數塊流路形成板82，頂板81、流路形成板82及基底板83使各板面對齊而接合(加熱、加壓)。

於該阻板構造體80中，頂板81、流路形成板82、基底板83包含英高鎳，且外徑相同。圖10中表示自斜上方向觀察圖8的隔膜真空計1(1B)之縱剖面圖之圖。頂板81的上表面(閉塞面)面嚮導入部10A。

流路形成板82的導入孔82a為對應於導入部10A的開口且直徑與該開口之直徑相同之圓孔。圖11(a)中表示自流路形成板82的基底板83側觀察之俯視圖。於流路形成板82的基底板83側的板面中形成有複數個流路槽82b，上述複數個流路槽82b與感測器隔膜31a的受壓面平行且自阻板構造體(圓筒狀的構造體)80的軸心呈放射狀地延伸。如圖11(b)中，將其中一個流路槽82b的兩壁完全塗黑所示，該流路槽82b之寬度W自外周向內周逐步變窄。又，該流路槽82b在與感測器隔膜31a的受壓面平行之面內之形狀為直線。

與流路形成板82同樣地，於頂板81的基底板83側的板面中亦形成有複數個流路槽81b，上述複數個流路槽81b自阻板構造體(圓筒狀的構造體)80的軸心呈放射狀地延伸。然而，頂板81的中央部81a並未設為導入孔，而是以無法由被測定流體貫通之方式被閉塞。

於基底板83中，在與流路形成板82的導入孔82a相對應之 面內的周緣部形成有複數個導入孔83a，該導入孔83a為圓弧狀的長圓孔。

在將該阻板構造體80設置於導入部10A與台座板20之間的狀態下，於頂板81的外周緣面81c與上殼體11的內段面11c之間，設置有被測定流體所通過之間隙。

又，基底板83經由環狀的分隔板91而密接於台座板20(第1台座板21)，於該狀態下，通過頂板81的外周緣面81c與上殼體11的內段面11c之間的間隙而流入至阻板構造體80的外周面側之被測定流體不會通過基底板83與台座板20(第1台座板21)之間。

又，於本實施形態中，設置於頂板81之流路槽81b及設置於流路形成板82之流路槽82b之寬度及高度係設為使被測定流體流成為分子流之寬度及高度。於該例中，流路槽81b及82b之寬度及高度設為10~200μm左右。又，流路槽81b及82b之長度(被測定流體在流動方向上之長度)設為3~20mm左右。又，流路槽81b及82b係藉由半蝕刻而形成。

[防止污染物質之堆積]

對於該實施形態2之隔膜真空計1(1B)而言，測定壓力時，來自導入部10A之被測定流體(氣體)亦通過阻板構造體80。於該情形時，來自導入部10A之被測定流體(氣體)自阻板構造體80的外周面側向內周面側通過，接著匯流而被送向感測器隔膜31a。

亦即，來自導入部10A之被測定流體碰撞頂板81的閉塞板面，受到該閉塞板面導引而通過頂板81的外周緣面81c與上殼體11的內段面11c之間的間隙，導入至阻板構造體80的外周面側。

該導入至外周面側之被測定流體進入至積層於阻板構造體 80的軸方向之頂板81的流路槽81b及各流路形成板82的流路槽82b，經由該流路槽81b及82b而向阻板構造體80的內周面側流出。

接著，該向阻板構造體80的內周面側流出之被測定流體匯流，經由基底板83的導入孔83a，自第1台座板21的導入孔21a流入至第1台座板21與第2台座板22之間的狹縫狀的空間(空腔)20A，穿過第2台座板22的導出孔22a，到達感測器晶片30的感測器隔膜31a。

於阻板構造體80中，流路槽81b及82b係設置為與感測器隔膜31a的受壓面平行且自阻板構造體(圓筒狀的構造體)80的軸心呈放射狀地延伸之路徑(貫通於阻板構造體80的內周面側與外周面側之間的路徑)，該呈放射狀地延伸之路徑設為如下形式，即，呈多層地在阻板構造體80的軸方向上積層。被測定流體於呈多層地在該阻板構造體80的軸方向上積層之放射狀的路徑中流動。

於該阻板構造體80中，流路槽82b及83b之寬度及高度設為10~200μm左右，一條路徑之傳導率非常小。因此，與實施形態1之阻板構造體70同樣地，一條路徑之傳導率成為非常小之傳導率，但藉由設置複數條上述路徑，而且呈多層地在軸方向上設置該複數條路徑，整體之傳導率增大。藉此，能夠緩和設計上的制約，形成更狹窄且複雜之路徑，從而能夠不損害感測器響應速度之迅速性而促進污染物質在路徑內之附著。

尤其於該阻板構造體80中，呈放射狀地延伸之路徑之寬度自外周向內周逐步變窄，因此，活性且易附著之分子的密度高之入口側的路徑擴大，越往分子密度逐步降低之出口側，則路徑變得越窄，該阻板構 造體80以使分子均等地附著於壁面之方式而發揮作用，從而能夠延長與路徑堵塞相對應之維護間隔。於該實施形態2之阻板構造體80中，呈放射狀地延伸之路徑之寬度自外周向內周逐步變窄，可以說其有利地發揮了作用。

此外，於該實施形態中，將流路槽81b設置於頂板81(圖9)，但如圖12所示，亦可將流路槽83b設置於基底板83。於該情形時，基底板83的流路槽83b設置於頂板81側的板面。又，流路形成板82的流路槽82b亦設置於頂板81側的板面。

於圖9所示之構成之情形時，頂板81的流路槽81b疊加於流路形成板82的流路槽82b而成為多層流路槽，又，於圖12所示之構成之情形時，基底板83的流路槽83b疊加於流路形成板82的流路槽82b而成為多層流路槽，因此，將一塊流路形成板82夾在頂板81與基底板83之間所得之構成為阻板構造體80之基本構成(呈多層地設置有複數條路徑之構成)。

此外，亦可不於頂板81或基底板83中形成流路槽，當既不於頂板81中形成流路槽，亦不於基底板83中形成流路槽之情形時，將2塊流路形成板82夾在頂板81與基底板83之間所得之構成為阻板構造體80之基本構成。

於該實施形態2中，將上述阻板構造體80之基本構成設為最小限度之構成，且適當地決定頂板81與基底板83之間的流路形成板82之數量，藉此，獲得感測器響應速度之迅速性未受損且污染物質在路徑內之附著效率高的所期望之阻板構造體80。於該情形時，由於流路形成板82為共用零件，因此，只要調整該流路形成板82之塊數，便能夠獲得所需之阻板構造體80。

此外，於上述實施形態1、2中，將自阻板構造體70、80的軸心呈放射狀地延伸之路徑之形狀(與感測器隔膜31a的受壓面平行之面內的形狀)設為直線狀，但亦可設為非直線狀。例如，作為設為非直線狀之例，可考慮彎曲為漩渦狀之圖案(參照圖13)、折曲為鋸齒波狀(閃電形、鋸齒形等)之圖案(參照圖14)等各種圖案。又，自阻板構造體70、80的軸心呈放射狀地延伸之路徑之寬度並非必需自外周向內周逐步變窄，亦可為相同寬度。

又，呈多層地設置於阻板構造體70、80的軸方向之複數條路徑亦可藉由與感測器隔膜31a的受壓面平行地設置之狹縫、及與配置於該狹縫中之障礙物之間的間隙形成。例如，如圖15所示，亦可於流路形成板72(82)上設置多個圓柱狀的突起72c(82c)作為障礙物，在與鄰接於該流路形成板72(82)之板之間的狹縫中，形成藉由障礙物而改變被測定流體的流動方向之複數條路徑。

此外，配置於狹縫中之障礙物並不限於圓柱狀的突起，只要為如下構造物即可，該構造物相對於以阻板構造體的軸心為中心之流路的經線而傾斜。例如，可考慮設為楔狀、「ㄑ」狀、圈狀、扇形等各種形狀之構造物。亦即，呈多層地設置於阻板構造體70、80的軸方向之複數條路徑不僅可各自為獨立之一條路徑，而且亦可設為在途中反復地匯流、分支之如迷宮般之路徑。

又，於實施形態1、2中，利用頂板、流路形成板及基底板構成阻板構造體，但並非必需設為此種板積層構造。例如，亦可將一端閉塞之圓筒狀的構造體作為一體物，於該設為一體物之構造體中，呈多層地在軸方向上設置貫通於該構造體的內周面與外周面之間的複數個橫孔。 又，阻板構造體為筒狀即可，但亦並不限於圓筒狀。

作為參考，以下表示路徑層數之設定例。

(1)決定感測器的響應速度。於真空計之情形時，首先，將感測器受壓部抽成真空而使感測器輸出為零，其次，算出自感測器安裝部導入測定範圍之全規模壓力(full scale pressure)(P0)之氣體，直至感測器輸出為全規模壓力P0的63%為止之響應時間。一般所要求之該響應速度與測量迴路之響應相加後，約為30~100msec。

(2)計算或實際測量而求出自感測器受壓部的阻板即路徑出口至感測器隔膜為止之空間的體積V。

(3)藉由計算而估算出每個狹縫或細孔之傳導率C。

(4)若將壓力為P0之氣體並列地經由n條傳導率為C之複數條路徑，供給至初始壓力為0且體積為V之空間，則在時間t之後，利用P=P0{1-exp(-nC/V)t}而算出容器內的壓力。對n進行設定，以使63%響應所需之時間與時間常數V/nC相等，且小於該值與迴路響應速度之和為1之所需的感測器響應速度。

此外，雖然於上述實施形態1、2的「防止污染物質堆積」之項目中並未進行說明，但即使通過阻板構造體70、80之後，被測定流體亦會通過第1台座板21的導入孔21a、狹縫狀的空間(空腔)20A、第2台座板22的導出孔22a，因此，能夠防止污染物質堆積於感測器隔膜31a。

亦即，來自導入部10A之被測定流體(氣體)通過阻板構造體70、80之後，與流入至第1台座板21的導入孔21a相比較，更會流入至第1台座板21與第2台座板22之間的狹縫狀的空間(空腔)20A。

由於第1台座板21的導入孔21a與第2台座板22的導出孔22a設置於在第1台座板21及第2台座板22的厚度方向上不重疊之位置，因此，流入至該狹縫狀的空間(空腔)20A之被測定流體必然會沿著橫方向在狹縫狀的空間(空腔)20A中前進。

當沿著橫方向在該狹縫狀的空間(空腔)20A中前進時，以氣體狀態混入至被測定流體之污染物質有機會堆積於第1台座板21或第2台座板22的內側表面。藉此，最終穿過第2台座板22的導出孔22a，以氣體狀態到達感測器隔膜31a之污染物質之量減少，堆積於感測器隔膜31a上之污染物質之量減少。

又，在第1台座板21的中央部設置有導入孔21a，在第2台座板22的周邊部設置有複數個導出孔22a，該周邊部係在直徑方向上與該第2台座板22的中心隔開相等距離且在圓周方向上隔開相等間隔之部分，因此，穿過第2台座板22的導出孔22a而最終到達感測器隔膜31a之污染物質，會避開感度最高之感測器隔膜31a表面的中央部而均衡地堆積於周邊部。藉此，能夠避免污染物質堆積於感測器隔膜31a表面的中央部，從而大幅度地緩和因污染物質堆積於感測器隔膜31a而引起之零點偏移之影響。

[實施形態之擴展]

以上，參照實施形態說明了本發明，但本發明並不限定於上述實施形態。能夠在本發明的技術思想之範圍內，對本發明的構成或細節進行本領域技術人員所能夠理解之各種變更。

1(1A)‧‧‧隔膜真空計(靜電容量型壓力感測器)

10A‧‧‧導入部

11‧‧‧下殼體

11c‧‧‧內段面

12‧‧‧上殼體

14‧‧‧密閉空間

20‧‧‧台座板

20A‧‧‧空間(空腔)

21‧‧‧第1台座板

21a、71a‧‧‧導入孔

22‧‧‧第2台座板

22a‧‧‧導出孔

30‧‧‧感測器晶片

31a‧‧‧感測器隔膜

70‧‧‧阻板構造體

71‧‧‧頂板

71b‧‧‧子孔(圓孔)

71d‧‧‧外周緣面

72‧‧‧流路形成板

72b‧‧‧流路槽

73‧‧‧基底板

90‧‧‧分隔板

F‧‧‧通過方向

Claims (11)

1. 一種靜電容量型壓力感測器，其特徵在於具備：殼體，其具有被測定流體的導入部；感測器晶片，其檢測隔膜之變化作為靜電容量之變化，該隔膜承受經由上述導入部導引而來之被測定流體之壓力而撓曲；以及阻板構造體，其設置於上述導入部與上述隔膜之間的上述被測定流體的通過路徑的途中，且防止上述被測定流體中所含之污染物質堆積於上述隔膜；上述阻板構造體設為筒狀的構造體，其將與上述隔膜的受壓面正交之方向配置為軸方向且一端閉塞；貫通於上述筒狀的構造體的內周面與外周面之間而於上述隔膜之受壓面平行地延伸之上述被測定流體所流經之複數條路徑，呈多層地設置於上述軸方向。
2. 如申請專利範圍第1項之靜電容量型壓力感測器，其中，上述阻板構造體係以如下方式設置：使上述被測定流體導入至上述內周面側；使該導入至內周面側之被測定流體經由設置於上述軸方向之各層的上述路徑而向上述外周面側流出；使該向外周面側流出之被測定流體匯流而輸送至上述隔膜。
3. 如申請專利範圍第1項之靜電容量型壓力感測器，其中，上述阻板構造體係以如下方式設置：使上述被測定流體導入至上述外周面側； 使該導入至外周面側之被測定流體經由設置於上述軸方向之各層的上述路徑而向上述內周面側流出；使該向內周面側流出之被測定流體匯流而輸送至上述隔膜。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之靜電容量型壓力感測器，其中，呈多層地設置於上述軸方向之複數條上述路徑與上述隔膜的受壓面平行，且自上述筒狀的構造體的軸心向外周呈放射狀地延伸。
5. 如申請專利範圍第4項之靜電容量型壓力感測器，其中，上述路徑之寬度自外周向內周逐步變窄。
6. 如申請專利範圍第4項之靜電容量型壓力感測器，其中，上述路徑在與上述隔膜的受壓面平行之面內的形狀設為直線。
7. 如申請專利範圍第4項之靜電容量型壓力感測器，其中，上述路徑在與上述隔膜的受壓面平行之面內的形狀設為非直線。
8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之靜電容量型壓力感測器，其中，呈多層地設置於上述軸方向之複數條上述路徑係藉由與上述隔膜的受壓面平行地設置之狹縫、及與配置於該狹縫中之障礙物之間的間隙形成。
9. 如申請專利範圍第1或2項之靜電容量型壓力感測器，其中，上述阻板構造體具備：頂板，其於板面的中央部具有第1導入孔，該第1導入孔導引自上述殼體的導入部輸送而來之被測定流體；流路形成板，其於板面的中央部具有第2導入孔，並且於板面上具有複數條形成為上述路徑之流路槽，上述第2導入孔導引經由上述頂板的第1導入孔輸送而來之被測定流體；以及 基底板，其具有板面，該板面閉塞上述流路形成板的上述隔膜側的端面；於上述頂板與上述基底板之間，積層有1塊以上之上述流路形成板；上述頂板、上述流路形成板及上述基底板使各板面對齊而接合。
10. 如申請專利範圍第1或3項之靜電容量型壓力感測器，其中，上述阻板構造體具備：頂板，其具有閉塞之板面，使得自上述殼體的導入部輸送而來之被測定流體無法貫通該板面；流路形成板，其於板面上具有複數個形成為上述路徑之流路槽，且於板面的中央部具有向上述隔膜側導引被測定流體之第2導入孔，該被測定流體係被導引至上述頂板的閉塞之板面後，自外周面側進入至上述流路槽，經由該流路槽輸送而來之流體；以及基底板，其於板面中具有第3導入孔，該第3導入孔向上述隔膜側導引經由上述流路形成板的第2導入孔輸送而來之被測定流體；於上述頂板與上述基底板之間，積層有1塊以上之上述流路形成板；上述頂板、上述流路形成板及上述基底板使各板面對齊而接合。
11. 如申請專利範圍第9項之靜電容量型壓力感測器，其中，上述頂板的上述第1導入孔的開口部被分割為複數個子孔。