静电电容型压力传感器制造技术

本发明专利技术的静电电容型压力传感器减少来自被测定介质的热传递所引起的膜片的变形的影响，并且减少滞后现象、偏移等输出信号误差。在底座板(22)的与膜片支承部(32)相对的位置形成压力导入孔(22a)。由此，膜片支承部(32)和与该膜片支承部(32)接合的传感器底座(35)的厚度部分(壁厚部)(30A)形成散热部或者吸热部，被测定介质所具有的热能难以传递至传感器膜片(31)。

【技术实现步骤摘要】
静电电容型压力传感器
本专利技术涉及一种具有检测与被测定介质的压力相对应的静电电容的膜片结构的传感器芯片的静电电容型压力传感器。
技术介绍
一直以来，在半导体制造设备等当中所使用的以真空计为首的压力传感器中，大多采用使用所谓的MEMS(MicroElectroMechanicalSystems微机电系统)技术而具有小型膜片的传感器元件。该传感器元件的主要检测原理为，利用膜片来承受压力介质的压力，并将由此产生的位移转换为某种信号。例如，作为使用了这种传感器元件的压力传感器，将承受被测定介质的压力而弯曲的膜片(隔膜)的位移作为静电电容的变化来进行检测的静电电容型压力传感器被广为人知。由于该静电电容型压力传感器的气体种类依赖性很小，因此经常使用于以半导体设备为首的工业用途中。例如为了测量在半导体制造装置等的制造过程中的真空状态而被使用，将用于测量该真空状态的静电电容型压力传感器称为隔膜真空计。此外，承受被测定介质的压力而弯曲的膜片被称为感压膜片，或者被称为传感器膜片。对于隔膜真空计，要求对于材料气体、清洁气体的耐腐蚀性，并且要求对于制造过程中的副产物等(以下，将这些物质称为污染物质。)的堆积具有抗性。在设备正常运行期间，不仅是处理室的内部，管道、泵类，还有隔膜真空计的内部也会产生堆积，这是真空度测量误差的主要原因。为了减少这些污染物质的不期望的堆积，也包括隔膜真空计的腔室等真空构件通常自加热至最大200℃的程度。因此，在要求上述的耐腐蚀性的同时，隔膜真空计也要求对于该自加热温度的耐热性。在半导体制造装置的制造过程中、维护时，处于如下的状况：对于如上所述处于自加热状态的隔膜真空计内部的传感器元件，反复地施加具有测量范围的压力之上的过大的压力的气体等测量介质。因此，当存在传感器制造时的残留应力时，输出信号会产生滞后现象等误差，从而影响传感器精度。如上述那样，在隔膜真空计中，为了测量必须将压力施加至膜片。作为该压力的大小，正常的是，预想大气压、传感器的满量程压力这样的大压力被多次施加，之后传感器被再次抽成真空并且返回到零点。以往，认为在传感器构件的接合处会发生伴随这样的施加压力的大幅的增减的滞后现象(由于机械性应力状态的变化而产生的压力所引起的滞后现象)。当压力被施加时，组件的金属壳体、传感器构件自身变形，并且该影响传达至隔膜(膜片)使得形状改变，从而也会产生滞后现象、偏移。然而，在多数情况下，焊接部等状态容易由于压力引起的变形而改变的接触部位是其原因。此外也可以想到，由于将不同种材料彼此接合的接合部也在其界面处有大的变形，因此轻微的机械影响会产生不可逆的变化。其他还有形成静电电容的电极材料承受压力施加而变形的情况，在传感器所能承受的压力范围内不产生这样的偏移、滞后现象被认为是一直以来的压力传感器的大的设计问题，并且已经采取各种对策来解决该问题(例如，参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开平9-61270号公报专利文献2：日本专利特开2002-111011号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，在隔膜真空计中，测量原理上从受压时的被测定介质到膜片的热传递无论如何都不可避免，从而会产生有别于上述那样的现有问题的其他问题。特别是，在传感器元件的部分区域(特别是膜片部位)发生局部温度变化的情况下，由于与传感器输出的滞后现象误差直接相关，因此对于保持传感器产品的精度来说，将影响维持在最低限度很重要。但是，即使试图控制自加热温度来使温度均匀，对于真空状态的传感器内部的局部温度分布来说效果很低。推测这是气体分子对热传递的影响较大的原因。随着测量压力范围变小，输出时出现的滞后现象对于满量程压力的误差的影响变大，成为更加严重的状况。因此，这成为传感器测量精度上的大问题，所以要求进行改善。以往大多数是针对所述那样的传感器结构制作时的残留应力的对策，但现状是，对于在这样的微小压力范围内显著的、测量原理上无法避免的因素(从被测定介质到膜片的热传递)无法采取对策。参照图9所示的以往的隔膜真空计的要部的构成，对该问题进行具体说明。该隔膜真空计100具备：膜片构成构件103，其具备根据被测定介质的压力而位移的膜片(传感器膜片)101，以及支承该传感器膜片101的周缘部的膜片支承部102；传感器底座105，其与膜片支承部102接合，并与传感器膜片101一起形成基准真空室104；以及底座板107，其接合在膜片支承部102的与传感器底座105相反的那一侧，并与传感器膜片101一起形成压力导入室106。在该隔膜真空计100中，在传感器底座105的基准真空室104侧那一面形成有固定电极108，在传感器膜片101的基准真空室104侧那一面以与固定电极108相对的方式形成有可动电极109。此外，在底座板107上，在该板的中央部(位于传感器膜片101的中心的部分)形成有压力导入孔107a。在该隔膜真空计100中，被测定介质经由压力导入孔107a被导入至压力导入室106而使传感器膜片101弯曲。在为了测量半导体制造过程中的真空状态而利用该隔膜真空计时，除了规定的设定压力下的生产过程中或者暴露于大气的维护时，通常腔室被抽成真空，并且隔膜计100保持零点。图10表示半导体制造过程中的隔膜真空计100的设置状态的概略。在该图中，111为主腔室，112为管道。在测量开始时，主腔室111、管道112中残留有前一次的测量时的被测定介质的残留气体。即使在施加了满量程的压力之后的真空吸取的状态下，该被测定介质的残留气体也会从主腔室通过管道112而与壁面碰撞多次，交换热能的同时最终到达隔膜真空计100的内部的传感器膜片101。此时，如果从压力施加前的主腔室111到管道112、隔膜真空计100的组件的内表面的温度与传感器膜片101的附近的温度存在差异的话，则气体最初到达传感器膜片101的部位的温度由于热能的授受而局部地上升或者下降。如果测定对象的压力范围较高，则传感器膜片101相对地较厚，因此热量扩散，局部的膨胀不会发生或其影响非常小。但是，在更加微小的压力范围内，为了获得压力灵敏度，传感器膜片101变薄，热量不会扩散，并发生局部膨胀或收缩那样的现象。即，如图11所示，热量积蓄在传感器膜片101的中央部，产生微小温度分布，并发生局部膨胀或收缩那样的现象。当发生这种局部膨胀、收缩时，认为由于传感器膜片101的形状、原来具有的初始弯曲或者固定方法等原因而产生与压力无关的弯曲，从而发生传感器输出的偏移。此外，从管道112依次地供应与传感器膜片101温度不同的气体，如果本底真空度例如是大约10-4Pa左右(13Pa范围传感器的0.001％FS)的话，则基于残留气体分子的热能的交换的配管以及传感器内壁的热均匀化需要大量的时间，因此观察到冗长的偏移直至成为原来的状态。如果没有完全地返回到原来的状态，则其作为偏移量出现在输出中。专利技术人对于初始弯曲0.1um、直径7.5mm的膜片的中心φ2mm的位置给予一定的热通量，并计算出发生了多少的温度上升和弯曲。当膜片的厚度加倍(例如从25μm到50μm)时，温度上升大约一半，该热通量导致的弯曲强度为1/8，可知在厚的膜片中难以发生该现象。本专利技术是为了解决这样的问题而做出的，其目的在于提供一种静电电容型压力传感器，该静电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静电电容型压力传感器，其特征在于，包括：膜片构成构件，其具备根据被测定介质的压力而位移的膜片，以及支承该膜片的周缘部的膜片支承部；传感器底座，其与所述膜片支承部接合，并与所述膜片一起形成基准真空室；底座板，其接合在所述膜片支承部的与所述传感器底座相反的那一侧，并与所述膜片一起形成压力导入室；固定电极，其形成于所述传感器底座的所述基准真空室那一侧的表面；以及可动电极，其以与所述固定电极相对的方式形成于所述膜片的所述基准真空室那一侧的表面，所述底座板具有压力导入孔，该压力导入孔形成于与所述膜片支承部相对的位置，将所述被测定介质导入至所述压力导入室。

【技术特征摘要】
2017.02.17 JP 2017-0279571.一种静电电容型压力传感器，其特征在于，包括：膜片构成构件，其具备根据被测定介质的压力而位移的膜片，以及支承该膜片的周缘部的膜片支承部；传感器底座，其与所述膜片支承部接合，并与所述膜片一起形成基准真空室；底座板，其接合在所述膜片支承部的与所述传感器底座相反的那一侧，并与所述膜片一起形成压力导入室；固定电极，其形成于所述传感器底座的所述基准真空室那一侧的...

【专利技术属性】
技术研发人员：添田将，石原卓也，关根正志，枥木伟伸，
申请(专利权)人：阿自倍尔株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP