特許 6126545 静電容量型圧力センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6126545

(24)【登録日】2017年4月14日

(45)【発行日】2017年5月10日

(54)【発明の名称】静電容量型圧力センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 9/12 20060101AFI20170424BHJP

【ＦＩ】

   G01L9/12

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-58876(P2014-58876)

(22)【出願日】2014年3月20日

(65)【公開番号】特開2015-184064(P2015-184064A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2016年3月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】石原 卓也

(72)【発明者】

【氏名】栃木 偉伸

(72)【発明者】

【氏名】吉川 康秀

(72)【発明者】

【氏名】関根 正志

【審査官】 藤田 憲二

(56)【参考文献】

【文献】 特公平０８−０１２１２３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１０−２３６９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５５３０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ９／００，９／１２，１９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中央部が被測定媒体の圧力に応じて変位するダイアフラムと、
このダイアフラムの周縁部を固定し、前記ダイアフラムと共に基準真空室を形成するセンサ台座と、
このセンサ台座と反対側の前記ダイアフラムの周縁部に接合され、前記ダイアフラムと共に圧力導入室を形成するカバープレートと、
前記基準真空室側のセンサ台座の面に形成された固定電極と、
この固定電極と対向するように、前記基準真空室側のダイアフラムの面に形成された可動電極とを備え、
前記ダイアフラムは、
前記圧力導入室側の面の周縁部と中央部との間に段部を有し、この段部を境界として中央部側の領域と周縁部側の領域とに分けられ、中央部側の領域の厚みが周縁部側の領域の厚みより薄くされており、
前記カバープレートは、
前記ダイアフラムの面と交差する方向から前記圧力導入室に被測定媒体を導入する複数の圧力導入孔を有し、
前記複数の圧力導入孔は、
前記圧力導入室に面する開口の中心が前記ダイアフラムの面と平行な方向において前記ダイアフラムの段部に対して前記ダイアフラムの半径の±１５％の範囲に位置するように配置されている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。

【請求項2】

中央部が被測定媒体の圧力に応じて変位するダイアフラムと、
このダイアフラムの周縁部を固定し、前記ダイアフラムと共に基準真空室を形成するセンサ台座と、
このセンサ台座と反対側の前記ダイアフラムの周縁部に接合され、前記ダイアフラムと共に圧力導入室を形成するカバープレートと、
前記基準真空室側のセンサ台座の面に形成された固定電極と、
この固定電極と対向するように、前記基準真空室側のダイアフラムの面に形成された可動電極とを備え、
前記ダイアフラムは、
前記圧力導入室側の面の周縁部と中央部との間に段部を有し、この段部を境界として中央部側の領域と周縁部側の領域とに分けられ、中央部側の領域の厚みが周縁部側の領域の厚みより薄くされており、
前記カバープレートは、
前記ダイアフラムの面と交差する方向から前記圧力導入室に被測定媒体を導入する複数の圧力導入孔を有し、
前記複数の圧力導入孔は、
前記圧力導入室に面する開口の中心が前記ダイアフラムの面と平行な方向において前記ダイアフラムの段部に対して前記ダイアフラムの半径の±５％の範囲に位置するように配置されている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記複数の圧力導入孔は、
前記圧力導入室に面する開口が前記ダイアフラムの中心を囲む円周上に周方向に等間隔で配置されている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、被測定媒体の圧力に応じた静電容量を検出するダイアフラム構造の圧力センサチップを備えた静電容量型圧力センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、被測定媒体の圧力の変化を静電容量の変化として検出する隔膜式の圧力センサは広く知られている。この圧力センサの一例として、真空チャンバと隔膜真空計との連通孔にフィルタを被せることにより、未反応生成物や副反応生成物及びパーティクル等が真空チャンバから真空計内に入るのを防止し、これらの生成物やパーティクル等の堆積成分がダイアフラムに付着して堆積することを防ぐようにした静電容量型圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１に開示された静電容量型圧力センサにおいては、被測定媒体に含まれる直進性の高い堆積成分のダイアフラムへの付着を低減することは可能である。しかしながら、被測定媒体の圧力をダイアフラムに導く必要上、フィルタによって堆積成分を完全に排除することは不可能である。

【0004】

被測定媒体中の堆積成分の一部がダイアフラムに付着して堆積すると、ダイアフラムを一方向に撓ませることとなり、零点シフト（零点移動）が発生する。即ち、ダイアフラムに付着した堆積物は、その成分に応じて圧縮応力又は引っ張り応力等の内部応力を発生する。この応力の発生に伴い、被測定媒体と接触する側のダイアフラムの面が引っ張られたり圧縮されたりして、ダイアフラムの厚さ方向での力のバランスが崩れる。これにより、ダイアフラムは、被測定媒体側が凸状若しくは被測定媒体と反対側が凸状となるように撓むことになる。

【0005】

被測定媒体ごとに異なる堆積物とダイアフラムの材料とを常に一致させることは不可能であり、かつ堆積物とダイアフラムの原子の配列が、ミクロ的に完全に一致することは稀有であるため、ダイアフラムに付着した堆積物は、上述したように収縮若しくは伸長を生じることとなる。そして、ダイアフラムの撓みは、ダイアフラムに付着する堆積物が多くなる程大きくなる。

【0006】

静電容量型圧力センサは、ダイアフラムの撓みによって変化する静電容量に基づいて圧力差を検出している。ダイアフラムへの堆積物の付着によってダイアフラムが撓んでしまうと、ダイアフラムの両側で圧力差がない状態でも、「圧力差がある」という信号を検出することとなり、いわゆる零点シフトと呼ばれる零点誤差を生じるようになり、圧力測定に誤差が生じる。この圧力測定の誤差を避けるためには、静電容量型圧力センサを頻繁に交換する必要があり、費用が嵩むという問題も発生する。

【0007】

そこで、ダイアフラムの中央部の厚みを周縁部よりも薄くして、中央部の剛性を周縁部の剛性よりも低くすることで、堆積物の内部応力に起因するダイアフラムの撓みを抑制するようにした静電容量型圧力センサが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

【0008】

特許文献２に示された静電容量型圧力センサでは、ダイアフラムの圧力導入室側の面の周縁部と中央部との間に段部を設け、この段部を境界として中央部側の領域と周縁部側の領域とに分け、中央部側の領域の厚みを周縁部側の領域の厚みより薄くしている。これにより、センサダイアフラムの被測定媒体と接触する面に被測定媒体中の堆積成分が付着して堆積した場合、センサダイアフラムの周縁部側の領域が圧力導入室側に向かって僅かに撓み、中央部側の領域が基準真空室側に僅かに撓み（引用文献４の図４参照）、あるいはセンサダイアフラムの周縁部側の領域が基準真空室側に向かって僅かに撓み、中央部側の領域が圧力導入室側に僅かに撓み（引用文献４の図５参照）、堆積物の内部応力に起因するダイアフラムの撓みが抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平１０−１５３５１０号公報

【特許文献2】特開２０１０−２３６９４９号公報

【特許文献3】特開２００２−１１１０１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献２に開示された静電容量型圧力センサは、ダイアフラム上に堆積物による均質な膜が形成されることを前提としている。しかしながら、実際にはダイアフラム上への膜の堆積が避けられない上に、実際にはプロセス材料、プロセス条件、真空計の構造、真空計の位置などによりその膜厚や膜の内部応力（膜応力）の分布に偏りが出る成膜プロセスもあり、その場合上記の前提が成り立たない。以下にＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）を具体例として、ＡＬＤの原理と膜厚や膜応力の分布に偏りが出る理由についての推察を示す。

【0011】

静電容量型圧力センサは、例えば半導体製造プロセスで使用されるチャンバー内に設置され、真空計として利用される。この半導体製造プロセスの中で、主として絶縁膜の成膜に用いられるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）は、成膜対象の基板表面におけ化学反応を前提とした成膜方法であり、成膜する膜の元素を含むプリカーサガスと呼ばれる材料ガスと反応ガス（多くの場合、酸化材ガス）とを交互に表面反応させることにより膜を形成する。例えばＡｌＯを成膜する場合、プリカーサガスはトリメチルアルミニウムであり、反応ガス（酸化材ガス）はＨ₂Ｏ、Ｏ₃などである。

【0012】

ＡＬＤは、具体的には、下記の（Ａ）〜（Ｄ）のようなサイクルを繰り返す。
（Ａ）チャンバー内にプリカーサガスを導入してウエハ表面に化学吸着させる。
（Ｂ）チャンバー内を真空に引くか若しくはチャンバー内に不活性ガスを導入することにより、ウエハ表面の化学反応した一原子層以外の余分なプリカーサガスをパージ（除去）する。
（Ｃ）チャンバー内に反応ガスを導入してプリカーサガスと反応させる。
（Ｄ）チャンバー内を真空に引くか若しくはチャンバー内に不活性ガスを導入することにより、反応生成物及び余分の反応ガスをパージする。

【0013】

このようにＡＬＤは、ウエハ表面への材料ガスの吸着と、その吸着した材料ガスと反応ガスとの化学反応により原子レベルで成膜が一層づつなされるのでウエハ上のアスペクト比が大きいビアホールや複雑な三次元構造をもつ箇所に均一に成膜出来ることが特徴である。ところがその反面、ウエハ上だけでなく、真空計を含めたプロセスチャンバーのあらゆる箇所に成膜がなされ、前述のような問題を引き起こすことが多い。

【0014】

次に、原理的に均一な膜が成膜されるＡＬＤで、部分的に不均一な膜が成膜される理由についての推察を説明する。ＡＬＤのプロセスウエハ上の成膜では、十分にパージがなされないとウエハ表面と直接反応した一層以外の、ウエハとは化学的に結合していない余分のプリカーサガスが滞留したまま次の反応ガスと化学反応を起こしてしまう。このようにして出来た反応生成物は当然基板との結合が弱いのでその部位の膜応力は十分にパージがなされた場合に比べて相対的に小さくなり、さらに基板との結合が弱いことからなんらかのタイミングで容易に基板から離脱する。離脱した場合、その部分は正規の一層づつの表面反応の邪魔になっていただけであるから膜厚は相対的に薄くなってしまうことが考えられる。また、同様にパージが十分でない場合、チャンバー内でプリカーサガスと反応ガスが混合して表面反応ではなく気相反応が起こる可能性があり、その場合に望ましくない反応生成物の粒子が気相中に生じて基板に堆積し、良好に成膜できないことも考えられる。このように十分にパージがなされない場合、その部分では膜内の結合が弱かったり異物が膜中存在したりするので膜質は悪くなり発生する膜応力が小さくなる。さらに膜質が良い部分に比べると膜が離脱し易いので上記のように膜厚が薄くなることが推察される。

【0015】

真空計は、通常、処理対象のウエハが配置されるチャンバー内部のうちウエハの配置箇所ではない周辺部に設置され、多くの場合に配管を介してチャンバー内のガスをダイアフラムに導くようになっている。このため、ダイアフラム付近のガス置換性は、ウエハ上に比べて悪いと想像される。さらに、ダイアフラム付近の構造により、ガスのコンダクタンス（通り易さ）が悪い領域がダイアフラム上に部分的に存在すれば、その領域ではガスの置換性が悪いので良好に成膜できず、コンダクタンスが良い領域に比べてダイアフラム上に堆積する膜が薄くなったり、発生する応力が小さくなると予想される。

【0016】

以上のように、ＡＬＤでは原理的にダイアフラム上への膜の堆積が避けられない上に、プロセス材料、プロセス条件、真空計の構造、真空計の位置などによりダイアフラム上の膜厚分布や膜応力分布に偏りが出る場合が十分考えられる。

【0017】

特許文献２に開示された静電容量型圧力センサでは、ダイアフラム上に堆積する膜が均質であることを前提としているので、ダイアフラム上の膜厚及び膜応力分布に偏りがあると、曲げモーメントのバランスが崩れ、ダイアフラムの撓みを抑えることができなくなり、零点シフトを抑えることが不可能になる。

【0018】

特に、特許文献２に開示された静電容量型圧力センサでは、圧力導入室に被測定媒体を導入する圧力導入孔の開口がダイアフラムの中心部に面しており、圧力検出のための電極が配置されるダイアフラム中心部のガスのコンダクタンスが良く、ダイアフラム外周部のガスのコンダクタンスが悪く、ダイアフラム中心部に堆積する膜が相対的に厚くなるか、膜応力が大きくなり、膜応力による大きなモーメントが発生するので、大きな零点シフトが発生することとなる。

【0019】

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ダイアフラム上に堆積する膜が均質である場合に限らず、ダイアフラム上の膜質分布に偏りが出る場合でも、零点シフトを抑制することができる静電容量型圧力センサを提供することにある。この場合の均質とは膜厚および発生する膜応力が均一であることを意味している。

【課題を解決するための手段】

【0020】

このような目的を達成するために本発明は、中央部が被測定媒体の圧力に応じて変位するダイアフラムと、このダイアフラムの周縁部を固定し、ダイアフラムと共に基準真空室を形成するセンサ台座と、このセンサ台座と反対側のダイアフラムの周縁部に接合され、ダイアフラムと共に圧力導入室を形成するカバープレートと、基準真空室側のセンサ台座の面に形成された固定電極と、この固定電極と対向するように、基準真空室側のダイアフラムの面に形成された可動電極とを備え、ダイアフラムは、圧力導入室側の面の周縁部と中央部との間に段部を有し、この段部を境界として中央部側の領域と周縁部側の領域とに分けられ、中央部側の領域の厚みが周縁部側の領域の厚みより薄くされており、カバープレートは、ダイアフラムの面と交差する方向から圧力導入室に被測定媒体を導入する複数の圧力導入孔を有し、複数の圧力導入孔は、圧力導入室に面する開口の中心がダイアフラムの面と平行な方向においてダイアフラムの段部に対してダイアフラムの半径の±１５％の範囲あるいは±５％の範囲に位置するように配置されていることを特徴とするものである。

【0021】

全体的に均質に膜が形成されるケース（以下、「均質膜系」と称する）では、特許文献２に示されたような段差が効果を奏する。それに対してガスのコンダクタンス（通り易さ）に起因してダイアフラム上に不均一に膜が形成されるケース（以下、「非均質膜系」と称する）では、ダイアフラム上のどの部分の膜が厚くなる(もしくは膜応力が大きくなる)かはその部分の相対的なコンダクタンスで決まり、段差の位置とは無関係である。膜応力による曲げモーメントは一般に膜厚が基板に対して十分小さいとき、膜厚と膜応力に比例するからこの部分には薄い部分に比べて相対的に大きな曲げモーメントが生じることとなる。ところが、特許文献２の段差構造は膜がダイアフラム上で均質であることを前提条件としてダイアフラムにかかる膜応力による曲げモーメントを調整し、ダイアフラムの変位を小さくしているので上記のように局所的に曲げモーメントが大きくなると全体のバランスが崩れて効果を奏しなくなる。本願の発明者は、上記のように非均質膜系における問題点発生のメカニズムを解明した。そして、均質にならないケースを想定するのであれば、圧力導入室に被測定媒体を導入する圧力導入孔の開口の位置を中心位置から段差の上近傍にシフトして、段差部分に意図的に堆積物による厚い（もしくは応力が大きい）膜を成膜させるようにすることにより、段差の効果を活用できることに想到した。これにより、均質膜系も非均質膜系もカバーできることになる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、カバープレートに複数の圧力導入孔を設け、この複数の圧力導入孔の圧力導入室に面する開口をダイアフラムの面と平行な方向においてダイアフラムの段部の近傍（ダイアフラムの段部に対してダイアフラムの半径の±１５％の範囲あるいは±５％の範囲）に位置させるようにしたので、意図的に段差部分に堆積物による厚い（もしくは応力が大きい）膜を成膜させるようにして、被測定媒体のコンダクタンス（通り易さ）のバランスの悪さに起因して増大する膜応力によるモーメントを緩和することができ、ダイアフラム上に堆積する膜の厚さ及び膜応力が均一である場合に限らず、ダイアフラム上の膜厚分布に偏りが出る場合でも、零点シフトを抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明に係る静電容量型圧力センサの一実施の形態の構成を示す断面図である。

【図2】センサ台座に形成された感圧側固定電極および参照側固定電極の配置を示す平面図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る静電容量型圧力センサの動作を説明する図である。

【図4】ダイアフラムの段差部分（段差の近傍）に堆積物による厚い膜が成膜されている状態を示す図である。

【図5】圧力導入孔の位置を変化させた場合の膜厚比とセンサ出力のシフト量との関係（「段付き」の場合の特性Ｉ〜IV）を示す図である。

【図6】従来の静電容量型圧力センサの構成を示す図である。

【図7】圧力導入孔の位置を変化させた場合の膜厚比とセンサ出力のシフト量との関係（「フラット」の場合の特性Ｉ’〜IV’）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る静電容量型圧力センサの一実施の形態の構成を示す断面図である。

【0025】

この静電容量型圧力センサ１００は、酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアからなるカバープレート１と、カバープレート１に接合された圧力センサチップ２とから構成されている。圧力センサチップ２は、サファイアからなるセンサ台座２０と、センサ台座２０に接合されたサファイアからなるダイアフラム２１と、ダイアフラム２１に接合されたサファイアからなるスペーサ２２ととから構成されている。

【0026】

圧力センサチップ２において、センサ台座２０には、白金等の導体からなる感圧側固定電極２３および参照側固定電極２４が形成されており、ダイアフラム２１には、感圧側固定電極２３および参照側固定電極２４と対向するように、白金等の導体からなる感圧側可動電極２５および参照側可動電極２６が形成されている。

【0027】

また、カバープレート１とダイアフラム２１との間に、平面視略円形の貫通孔２２ａが形成されたスペーサ２２を設けることによって、平面視略円形の空間が圧力導入室２７として形成されている。また、ダイアフラム２１のセンサ台座２０側の面に平面視略円形の凹部２１ａを設けることによって、センサ台座２０とダイアフラム２１との間に平面視略円形の真空の空間が基準真空室２８として形成されている。

【0028】

センサ台座２０とダイアフラム２１とは、接合後にサファイアに変化する酸化アルミニウムベースの接合材を介して接合されている。同様に、ダイアフラム２１とスペーサ２２とは、酸化アルミニウムベースの接合材を介して接合されている。このような接合方法については、特許文献３に詳しく記載されているので、ここでの詳細な説明は省略する。なお、カバープレート１の下部にスペーサ状の突起を形成することで、スペーサ２２を無くしてもよい。

【0029】

図２はセンサ台座２０に形成された感圧側固定電極２３および参照側固定電極２４の配置を示す平面図である。平面視略円形の感圧側固定電極２３は、その中心がダイアフラム２１の中心とほぼ一致するように、基準真空室２８側のセンサ台座２０の面に形成されている。平面視略円弧状の参照側固定電極２４は、感圧側固定電極２３の外側に略同心円状に配置されるように、基準真空室２８側のセンサ台座２０の面に形成されている。感圧側固定電極２３は、センサ台座２０に形成された配線２９を介してセンサ外部の信号処理装置（不図示）と電気的に接続される。同様に、参照側固定電極２４は、センサ台座２０に形成された配線３０を介して信号処理装置と電気的に接続される。

【0030】

ダイアフラム２１側の可動電極の構成も固定電極と同様である。すなわち、平面視略円形の感圧側可動電極２５は、感圧側固定電極２３と対向するように、基準真空室２８側のダイアフラム２１の面に形成されている。感圧側可動電極２５の中心は、ダイアフラム２１の中心とほぼ一致している。平面視略円弧状の参照側可動電極２６は、参照側固定電極２４と対向するように、基準真空室２８側のダイアフラム２１の面に形成されている。参照側可動電極２６は、感圧側可動電極２５の外側に略同心円状に配置される。感圧側可動電極２５は、ダイアフラム２１に形成された配線（不図示）を介してセンサ外部の信号処理装置と電気的に接続される。同様に、参照側可動電極２６は、ダイアフラム２１に形成された配線（不図示）を介して信号処理装置と電気的に接続される。

【0031】

感圧側固定電極２３と感圧側可動電極２５とは、圧力に対して高感度であって、圧力測定を行う役目を果たす。参照側固定電極２４と参照側可動電極２６とは、圧力に対して低感度であって電極間の誘電率を補正する役目を果たす。

【0032】

ダイアフラム２１の圧力導入室２７側の面（被測定媒体との接触面）には円形の凹部（段差面）２１ｂが形成されている。すなわち、ダイアフラム２１は、圧力導入室２７側の面の周縁部と中央部との間に段部２１ｃを有し、この段部２１ｃを境界として中央部側の領域と周縁部側の領域とに分けられ、中央部側の領域が段差面２１ｂとされ、段差面２１ｂの厚みが周縁部側の厚みより薄くされている。図２には、段差面２１ｂの位置が分かるように、段部２１ｃを一点鎖線で示している。

【0033】

図１において、凹部２１ａと貫通孔２２ａとが平面視略円形であることから明らかなように、圧力導入室２７と基準真空室２８に露出するダイアフラム２１は平面視略円形である。ダイアフラム２１における段部２１ｃの位置は、ダイアフラム２１の中心からスペーサ２２の内壁までの距離をダイアフラムの半径Ｒとし、このダイアフラムの半径Ｒを１００％とした場合、ダイアフラム２１の中心からダイアフラム２１の面方向（図２の紙面に対して平行な方向）に沿って４９．３％の位置とされている。

【0034】

カバープレート１と圧力センサチップ２のスペーサ２２とは、接合後にサファイアに変化する酸化アルミニウムベースの接合材を介して接合されている。カバープレート１には、圧力導入室２７に被測定媒体を導入する圧力導入孔１０が設けられている。圧力導入孔１０はダイアフラム２１の面と垂直な方向への貫通孔とされている。

【0035】

本実施の形態において、圧力導入孔１０は４個とされており、その開口１０ａがダイアフラム２１の面と平行な方向においてダイアフラム２１の段部２１ｃの近傍に位置している。また、圧力導入孔１０は、ダイアフラム２１の中心を囲む円周上（ダイアフラム２１の中心と一致する点を中心とする円の周上）に周方向に等間隔に配置されている。図２には、圧力導入孔１０の位置が分かるように、その開口１０ａを点線で示している。圧力導入孔１０の径など具体的な寸法については後述する。

【0036】

次に、この静電容量型圧力センサ１００の動作について説明する。図３は静電容量型圧力センサ１００の動作を説明する図である。ダイアフラム２１の面と交差する方向（この例では、ダイアフラム２１の面と垂直な方向）から被測定媒体が圧力導入孔１０を介して圧力導入室２７に導入されると、図３に示すように被測定媒体の圧力に応じてダイアフラム２１が変形する。静電容量型圧力センサ１００を半導体製造プロセスの真空計として利用する場合、被測定媒体は、チャンバー内部のガスである。

【0037】

ダイアフラム２１が変形すると、センサ台座２０とダイアフラム２１の距離（基準真空室２８の高さ）が変化し、感圧側固定電極２３と感圧側可動電極２５との間の容量、および参照側固定電極２４と参照側可動電極２６との間の容量が変化する。感圧側固定電極２３と感圧側可動電極２５との間の容量をＣｘ、参照側固定電極２４と参照側可動電極２６との間の容量をＣｒとすると、センサ出力Ｋは次式のように算出される。
Ｋ＝（Ｃｘ−Ｃｒ）／Ｃｘ ・・・（１）

【0038】

図示しない信号処理装置は、式（１）によりセンサ出力Ｋを算出し、このセンサ出力Ｋ（容量値）を圧力値に換算することで、被測定媒体の圧力を測定することができる。

【0039】

次に、カバープレート１の圧力導入孔１０について説明する。本実施の形態では、圧力導入室２７内の被測定媒体のコンダクタンスを制御するために、開口１０ａをダイアフラム２１の面と平行な方向においてダイアフラム２１の段部２１ｃの近傍に位置させて、ダイアフラム２１の中心を囲む円周上の位置に４個の圧力導入孔１０を配置することで、ダイアフラム２１に付着する堆積物の膜厚分布を制御し、段差部分（段差２１ｃの近傍）に意図的に堆積物による厚い膜を成膜させるようにしている。

【0040】

図４に段差部分（段差２１ｃの近傍）に堆積物による厚い膜が成膜されている状態を示す。図４において、２１ｄはダイアフラム２１の圧力導入室２７側の面に形成された堆積物による膜であり、ダイアフラム２１の段差部分（段差２１ｃの近傍）には圧力導入孔１０を通して導かれる被測定媒体によって厚い膜２１ｄ１が形成されている。

【0041】

図５は圧力導入孔１０の位置を変化させた場合の膜厚比とセンサ出力のシフト量との関係を示す図であり、ダイアフラム２１の半径Ｒを１００％としたときにダイアフラム２１の中心からダイアフラム２１の面方向に沿って４０．０％〜６０．０％の範囲で圧力導入孔１０の位置を変化させたときのセンサ出力のシフト量を数値解析シミュレーションで求めたものである。

【0042】

図５において、特性Ｉは圧力導入孔１０の位置を４０．０％とした時、特性IIは圧力導入孔１０の位置を４６．７％とした時、特性IIIは圧力導入孔１０の位置を５３．３％とした時、特性IVは圧力導入孔１０の位置を６０．０％とした時の膜厚比とセンサ出力のシフト量との関係を示す。

【0043】

ここでは、圧力導入孔１０の径φ１を０．５ｍｍ、段差面２１ｂの深さｈ１を０．５μｍ、段差面２１ｂの径φ２を３．７ｍｍ、スペーサ２２の内径φ３を７．５ｍｍ、ダイアフラム２１の厚みｔ１を５０μｍ、スペーサ２２の厚みｔ２を９０μｍとし、ダイアフラム２１の中心を囲む円周上に４個の圧力導入孔１０を設けた場合について、センサ出力のシフト量を計算している。なお、段差面２１ｂの深さｈ１を３２μｍ、ダイアフラム２１の厚みｔ１を２４０μｍとする例もあるが、この場合も同様の結果が得られる。なお、ここで示した圧力導入孔１０の径φ１などの数値は、あくまでも一例であり、設計によって異なることは言うまでもない。

【0044】

図５において、横軸は、ダイアフラム２１に付着した堆積物が最も厚い部位の膜厚Ｔｍａｘと薄い部位の膜厚Ｔとの比Ｔ／Ｔｍａｘを示したものである。すなわち、ダイアフラム２１の圧力導入室２７側の面に形成される厚い膜２１ｄ１の膜厚Ｔｍａｘとその周辺の薄い膜２１ｄ０の膜厚Ｔとの膜厚比を示したものである。

【0045】

図５において、縦軸は、センサ出力のシフト量であり、従来の静電容量型圧力センサのセンサ出力に対する本実施の形態の静電容量型圧力センサ１００のセンサ出力のシフト量を％値で示している。ここで、比較のために用いた従来の静電容量型圧力センサの構成を図６に示す。

【0046】

図６において、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。図６に示すように、従来の静電容量型圧力センサ２００では、ダイアフラム２１の中心の位置に圧力導入孔１１が形成されており、ダイアフラム２１には段差面２１ｂは設けられていない。圧力導入孔１１の面積と、４個の圧力導入孔１０の総面積とは同一である。従来の静電容量型圧力センサ２００では、圧力導入孔１１の直下のダイアフラム２１の中心付近で堆積物が最も厚くなるのに対し、本実施の形態の静電容量型圧力センサ１００では、ダイアフラム２１の中心よりも外側の圧力導入孔１０の直下の段差部分（段差２１ｃの近傍）で堆積物が最も厚くなる。

【0047】

ダイアフラム２１に圧力を掛けていないときの従来の静電容量型圧力センサ２００のセンサ出力をＫ０、同様にダイアフラム２１に圧力を掛けていないときの本実施の形態の静電容量型圧力センサ１００のセンサ出力をＫ１とすると、センサ出力のシフト量ＳＲは次式のように算出される。
ＳＲ＝（Ｋ１−Ｋ０）／Ｋ０×１００ ・・・（２）

【0048】

なお、本実施の形態の静電容量型圧力センサ１００のダイアフラム２１に均一な膜２１が成膜された場合（膜厚比が１の場合）、センサ出力のシフト量ＳＲは０％になる。

【0049】

図４に示した特性Ｉ〜IVを比較して分かるように、圧力導入孔１０の位置を５３．３％としたとき（特性III）、すなわち段差２１ｃの「真上」に最も近い設計において、膜厚比に対するセンサ出力のシフト量の変動が小さく、またセンサ出力のシフト量が０．０％に近く、最も良好にモーメントが緩和されていることが分かる。

【0050】

また、圧力導入孔１０の位置を４６．７％としても（特性II）、また圧力導入孔１０の位置を５３．３％（特性IV）としても、膜厚比に対するセンサ出力のシフト量の変動がやや大きくなるが、センサ出力のシフト量は−２．０〜２．０％の範囲内にあり、良好な結果が得られる。

【0051】

圧力導入孔１０の位置を６０．０％としても（特性I）、本発明による改善効果は得られるが、膜厚比が小さくなると、センサのシフト量が２．０％を超えてしまう。また、膜厚比によっては、段差面２１ｂを設ける場合よりも設けない場合の方がセンサ出力のシフト量が少ないケースも出てくる。段差面２１ｂを設ける場合を「段付き」とし、段差面２１ｂを設けない場合を「フラット」とし、図５に示した「段付き」の場合の特性Ｉ〜IVと対応して、図７に「フラット」の場合の特性I’〜IV’を示す。

【0052】

発明者らの計算および実験により、圧力導入孔１０は、その圧力導入室２７に面する開口１０ａの中心Ｏ１がダイアフラム２１の面と平行な方向において、ダイアフラム２１の段部２１ｃに対してダイアフラム２１の半径Ｒの±５％の範囲に位置していることが好ましいということが分かった。なお、圧力導入孔１０の開口１０ａの中心Ｏ１は、ダイアフラム２１の段部２１ｃに対してダイアフラム２１の半径Ｒの±１５％の範囲にあれば、±５％ほどの効果はなくとも、何もしないよりは効果があることが計算および実験の結果判明している。

【0053】

以上のように、本実施の形態では、カバープレート１に複数の圧力導入孔１０を設け、この複数の圧力導入孔１０の圧力導入室２７に面する開口１０ａをダイアフラム２１の面と平行な方向においてダイアフラム２１の段部２１ｃの近傍に位置させるようにすることで、意図的に段差部分（段部２１ｃの近傍）に堆積物による厚い膜２１ｄ１を成膜させるようにして、被測定媒体のコンダクタンス（通り易さ）のバランスの悪さに起因して増大する膜応力によるモーメントを緩和することができるようになり、ダイアフラム２１上に堆積する膜２１ｄの厚さが均一である場合に限らず、ダイアフラム２１上の膜厚分布に偏りが出る場合でも、零点シフトを抑制することができるようになる。

【0054】

なお、上述した実施の形態では、圧力導入孔１０の数を４個としたが、圧力導入孔１０の数は４個に限られるものでないことは言うまでもない。
また、上述した実施の形態では、段差２１ｃの位置をダイアフラム２１の中心からダイアフラム２１の面方向に沿って４９．３％の位置としたが、４９．３％の位置に限られるものではない。発明者らの計算および実験の結果として、段差２１ｃの位置は、ダイアフラム２１の中心からダイアフラム２１の面方向に沿って２５〜７５％の範囲内の位置にすることが好ましいことが分かっている。

【0055】

また、上述した実施の形態では、圧力導入孔１０をダイアフラム２１の面と垂直な方向に設けるようにしているが、圧力導入孔１０をダイアフラム２１の面に対して斜めに設けるようにし、斜め方向から被測定媒体を圧力導入室２７に導くなどしてもよい。

【0056】

また、上述した実施の形態において、段部２１ｃは必ずしも垂直な段部でなくてもよく、傾斜した段部であっても構わない。

【0057】

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。また、上記の実施の形態ではダイアフラム２１に付着した堆積物が最も厚い部位の膜厚Ｔｍａｘと薄い部位の膜厚Ｔとの比Ｔ／Ｔｍａｘを振り、膜応力は一定として数値シミュレーションを実施したが、これを応力の強い部分σmaxと弱い部分σとの比σ／σmaxと置き換えても、膜厚がダイアフラム厚に比して十分薄いならばダイアフラムに発生する膜応力による曲げモーメントは応力と膜厚の積に比例することから同様の効果が得られる。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

【符号の説明】

【0058】

１…カバープレート、２…圧力センサチップ、１０…圧力導入孔、１０ａ…開口、２０…センサ台座、２１…ダイアフラム、２１ａ…凹部、２１ｂ…凹部（段差面）、２１ｃ…段部、２１ｄ…膜、２１ｄ０…薄い膜、２１ｄ１…厚い膜、２２…スペーサ、２２ａ…貫通孔、２３…感圧側固定電極、２４…参照側固定電極、２５…感圧側可動電極、２６…参照側可動電極、２７…圧力導入室、２８…基準真空室、２９，３０…配線、１００…静電容量型圧力センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】