特許 6815221 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】6815221

(24)【登録日】2020年12月24日

(45)【発行日】2021年1月20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 20060101AFI20210107BHJP

   G01L 19/06 20060101ALI20210107BHJP

【ＦＩ】

   G01L9/12

   G01L19/06 Z

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-27959(P2017-27959)

(22)【出願日】2017年2月17日

(65)【公開番号】特開2018-132486(P2018-132486A)

(43)【公開日】2018年8月23日

【審査請求日】2019年9月17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】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】石原 卓也

(72)【発明者】

【氏名】添田 将

(72)【発明者】

【氏名】関根 正志

【審査官】 大森 努

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−００２４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１２１４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４５０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１０３２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５２１０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００６９８５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１０７８３８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ７／００−２３／３２，２７／００−２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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支持するダイアフラム支持部とを備えるダイアフラム構成部材と、
前記ダイアフラム支持部に接合され、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、
前記ダイアフラム支持部の前記センサ台座とは反対側に接合され、前記ダイアフラムと共に圧力導入室を形成する台座プレートと、
前記センサ台座の前記基準真空室側の面に形成された固定電極と、
前記ダイアフラムの前記基準真空室側の面に前記固定電極と対向するように形成された可動電極とを備え、
前記台座プレートは、
前記被測定媒体を前記圧力導入室に導入する圧力導入孔を有し、
前記台座プレートには、
前記ダイアフラム支持部に対面する位置に前記圧力導入孔が形成されており、
前記ダイアフラムには、
その受圧面に多数の凸部が分散して設けられ、
前記圧力導入室は、
前記ダイアフラムの受圧面とこの受圧面に対向する面との間の距離が前記受圧面の全ての領域において前記被測定媒体の平均自由行程よりも小さくされ、
前記ダイアフラムの受圧面とこの受圧面に対向する前記圧力導入室の内面との間の距離が前記ダイアフラムの受圧面の全ての領域において、圧力範囲１０Ｐａ〜１３３３．２Ｐａ、温度範囲５０℃〜２００℃で、前記被測定媒体の平均自由行程よりも小さくされ、
化学気相成長法で用いられることを特徴とする静電容量型圧力センサ。

【請求項2】

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支持するダイアフラム支持部とを備えるダイアフラム構成部材と、
前記ダイアフラム支持部に接合され、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、
前記ダイアフラム支持部の前記センサ台座とは反対側に接合され、前記ダイアフラムと共に圧力導入室を形成する台座プレートと、
前記センサ台座の前記基準真空室側の面に形成された固定電極と、
前記ダイアフラムの前記基準真空室側の面に前記固定電極と対向するように形成された可動電極とを備え、
前記台座プレートは、
前記被測定媒体を前記圧力導入室に導入する圧力導入孔を有し、
前記台座プレートには、
前記ダイアフラム支持部に対面する位置に前記圧力導入孔が形成されており、
前記ダイアフラムには、
その受圧面に多数の凸部が第１の凸部として分散して設けられており、
前記台座プレートには、
前記ダイアフラムの受圧面に対向する面に多数の凸部が第２の凸部として分散して設けられており、
前記第１の凸部と前記第２の凸部とは、
互いにその位置が重ならないように配置され、
前記圧力導入室は、
前記ダイアフラムの受圧面とこの受圧面に対向する面との間の距離が前記受圧面の全ての領域において前記被測定媒体の平均自由行程よりも小さくされ、
前記ダイアフラムの受圧面とこの受圧面に対向する前記圧力導入室の内面との間の距離が前記ダイアフラムの受圧面の全ての領域において、圧力範囲１０Ｐａ〜１３３３．２Ｐａ、温度範囲５０℃〜２００℃で、前記被測定媒体の平均自由行程よりも小さくされ、
化学気相成長法で用いられ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または２に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記台座プレートは、
前記ダイアフラムの受圧面に対向する面の全域が凸面とされている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。

【請求項4】

請求項１または２に記載された静電容量型圧力センサにおいて、
前記台座プレートには、
前記ダイアフラムの受圧面に対向する面に多数の凸部が分散して設けられている
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】

本発明は、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センサチップを備えた静電容量型圧力センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、半導体製造設備等において使用される真空計を始めとする圧力センサにおいては、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて小型のダイアフラムを有するセンサ素子を採用することが多い。このセンサ素子は、ダイアフラムで圧力媒体を受圧し、これにより生じた変位を何らかの信号へ変換することをその主な検出原理としている。

【0003】

例えば、この種のセンサ素子を用いた圧力センサとして、被測定媒体の圧力を受けて撓むダイアフラム（隔膜）の変位を静電容量の変化として検出する静電容量型圧力センサが広く知られている。この静電容量型圧力センサは、ピラニーゲージや電離真空計などとは異なり、ガス種に依存しないこと、腐食性のあるプロセスガスに対して耐食性があること、およびセンサを加熱することにより原料ガスの吸着や後述する副生成物等の堆積を抑制することができることから、半導体設備を始め工業用途でよく使用されている。この被測定媒体の圧力を受けて撓むダイアフラムは、感圧ダイアフラムと呼ばれたり、センサダイアフラムと呼ばれたりしている。

【0004】

例えば、半導体製造装置などにおける製造プロセス中の真空状態を計測するために利用されており、この真空状態を計測するための静電容量型圧力センサを隔膜真空計と呼んでいる。この隔膜真空計が利用される具体的なアプリケーションとして、スパッタ、ＣＶＤ（chemical vapor deposition（化学気相成長法）），ＡＬＤ（atomic layer deposition（原子層堆積法））による成膜が挙げられ、この他にも主としてＳｉ等のウエハをエッチングする工程でも使用されている。

【0005】

このような成膜・エッチングプロセスでは、多かれ少なかれ成膜する膜やプロセス中に生成される副生成物など（以下、これらの物質を汚染物質と呼ぶ。）がチャンバーや配管、ポンプ内部に堆積し、様々なトラブルを引き起こす。プロセスのガス圧力を計測・制御する隔膜真空計内部への汚染物質の堆積は、その零点のシフトや圧力感度の変化をもたらし、成膜やエッチングの品質に大きな影響を与えてしまうことが知られている。

【0006】

隔膜真空計内部への汚染物質の堆積を防ぐ為、センサ素子を高温に保持する他に、プロセスガスがセンサダイアフラム上に至るまでの経路を複雑にして付着しやすいガスをなるべく途中で捉えてしまう方法（例えば、特許文献１参照）、センサダイアフラムに堆積したとしてもその位置をコントロールしたり、ダイアフラムの構造そのものを工夫したりしてダイアフラムの変位を抑制する方法（例えば、特許文献２参照）が取られてきた。取り分け、表面反応を利用したＡＬＤの様な成膜手法では、気体分子を隔膜真空計の気体導入経路の壁面に衝突させる頻度を増やすバッフル構造などが有効であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１５−３４７８６号公報

【特許文献2】特開２０１５−１８４０６４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】

【0008】

しかしながら、通常のＣＶＤの場合、隔膜真空計にとってＡＬＤと同じ条件とは限らない。特に近年の半導体の微細化に伴い、単純なＣＶＤで成膜するプロセスではなく、成膜の途中でエッチングを行い、再び成膜するというようなプロセスも行われるようになった。この新しいプロセスでは、成膜用のガスとは異なるエッチング用のガスでエッチングされるので、異なる物質同士による化学反応に伴うセンサダイアフラムへの再付着（堆積）や、反応熱による隔膜真空計の誤作動も懸念される。このようなプロセスに対しても耐性をもつ隔膜真空計が必要であり、改善が求められている。

【0009】

この課題について、図１４に示す従来の隔膜真空計の要部の構成を参照して、具体的に説明する。この隔膜真空計１００（１００Ａ）は、被測定媒体の圧力に応じて変位するダイアフラム（センサダイアフラム）１０１と、このセンサダイアフラム１０１の周縁部を支持するダイアフラム支持部１０２とを備えるダイアフラム構成部材１０３と、ダイアフラム支持部１０２に接合され、センサダイアフラム１０１と共に基準真空室１０４を形成するセンサ台座１０５と、ダイアフラム支持部１０２のセンサ台座１０５とは反対側に接合され、センサダイアフラム１０１と共に圧力導入室１０６を形成する台座プレート１０７とを備えている。

【0010】

この隔膜真空計１００Ａにおいて、センサ台座１０５の基準真空室１０４側の面には固定電極１０８が形成され、センサダイアフラム１０１の基準真空室１０４側の面には固定電極１０８と対向するように可動電極１０９が形成されている。また、台座プレート１０７には、そのプレートの中央部（センサダイアフラム１０１の中心に位置する部分）に圧力導入孔１０７ａが形成されている。この隔膜真空計１００Ａにおいて、被測定媒体は、圧力導入孔１０７ａを介して圧力導入室１０６に導入され、センサダイアフラム１０１を撓ませる。

【0011】

この隔膜真空計１００Ａでは、台座プレート１０７の中央部に圧力導入孔１０７ａが形成されているので、この圧力導入孔１０７ａの真下に位置するセンサダイアフラム１０１の受圧面１０１ａに汚染物質が堆積する。すなわち、気相反応（分子同士が空間中で衝突して起きる化学反応）の場合、異なる物質同士による化学反応に伴って、図１５に示すように、センサダイアフラム１０１の中心部に汚染物質１１０が堆積する。これは、後述するが、圧力導入孔１０７ａに面するセンサダイアフラム１０１の受圧面１０１ａ上の空間の被測定媒体の流れが分子流となっていないことに起因する。従って、この構造を持つ隔膜真空計１００Ａでは、センサダイアフラム１０１の中心部に堆積する汚染物質１１０によって、大きな零点のシフトが引き起こされるものとなる。

【0012】

図１６に示す隔膜真空計１００（１００Ｂ）では、台座プレート１０７の中央部（センサダイアフラム１０１の中心に位置する部分）を避けた位置（感圧容量と参照容量との間付近）に、例えば４つの圧力導入孔１０７ａを円周方向に等間隔で設けている。この場合、図１７に示すように、気相反応の場合、異なる物質同士による化学反応に伴って、周方向に等間隔で設けられた圧力導入孔１０７ａの真下に位置するセンサダイアフラム１０１の受圧面１０１ａに汚染物質１１０が堆積することになる。これも、圧力導入孔１０７ａに面するセンサダイアフラム１０１の受圧面１０１ａ上の空間の被測定媒体の流れが分子流となっていないことに起因する。この場合、汚染物質１１０によるセンサダイアフラム１０１の変位は抑制されるが、零点のシフトが引き起こされることに変わりはない。

【0013】

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、特にＣＶＤプロセスに特有の汚染物質の堆積現象に起因する不具合を低減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。

【課題を解決するための手段】

【0014】

このような目的を達成するために本発明は、被測定媒体の圧力に応じて変位するダイアフラム（３１）と，このダイアフラムの周縁部を支持するダイアフラム支持部（３２）とを備えるダイアフラム構成部材（３３）と、ダイアフラム支持部に接合され、ダイアフラムと共に基準真空室（３４）を形成するセンサ台座（３５）と、ダイアフラム支持部のセンサ台座とは反対側に接合され、ダイアフラムと共に圧力導入室（３６）を形成する台座プレート（２２）と、センサ台座の基準真空室側の面に形成された固定電極（３７）と、ダイアフラムの基準真空室側の面に固定電極と対向するように形成された可動電極（３８）とを備え、台座プレート（２２）は、被測定媒体を圧力導入室（３６）に導入する圧力導入孔（２２ａ）を有し、圧力導入室（３６）は、ダイアフラム（３１）の受圧面（３１ａ）とこの受圧面に対向する面（３６ａ、３９ａ）との間の距離（Ｌ）が受圧面のほゞ全ての領域において被測定媒体の平均自由行程（λ）よりも小さくされていることを特徴とする。

【0015】

この発明において、圧力導入室は、ダイアフラムの受圧面とこの受圧面に対向する面との間の距離（Ｌ）が、ダイアフラムの受圧面のほゞ全ての領域において被測定媒体の平均自由行程（λ：衝突から衝突までの間に分子が進む距離の平均）よりも小さくされている（Ｌ＜λ）。これにより、本発明では、ダイアフラムの受圧面のほゞ全ての領域において、その受圧面と直交する方向の被測定媒体の流れが分子流（分子同士の衝突よりも壁面との衝突頻度が大きくなる自由分子領域の流れ）となり、ダイアフラムの受圧面上での分子同士の衝突が抑制される。このため、気相反応の場合、異なる物質同士の衝突が抑制され、ダイアフラムへの汚染物質の堆積が生じにくくなる。

【0016】

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。

【発明の効果】

【0017】

以上説明したことにより、本発明によれば、ダイアフラムの受圧面とこの受圧面に対向する面との間の距離を受圧面のほゞ全ての領域において被測定媒体の平均自由行程よりも小さくしたので、ダイアフラムの受圧面のほゞ全ての領域において、その受圧面と直交する方向の被測定媒体の流れが分子流となり、ダイアフラムの受圧面上での分子同士の衝突が抑制される。これにより、特にＣＶＤプロセスに特有の汚染物質の堆積現象に起因する不具合を低減することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】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（隔膜真空計）の要部を示す縦断面図である。

【図2】図２は、図１中の要部を抜き出して示した図（実施の形態１）である。

【図3】図３は、被測定媒体の流入口に設けられたバッフルの平面図である。

【図4】図４は、実施の形態２の要部を示す図である。

【図5】図５は、図４を矢印Ａ方向から見た平面図である。図である。

【図6】図６は、台座プレートに形成された圧力導入孔の位置を示す斜視図である。

【図7】図７は、実施の形態３の要部を示す図である。

【図8】図８は、実施の形態３の別の例の要部を示す図である。

【図9】図９は、実施の形態４の要部を示す図である。

【図10】図１０は、実施の形態４の別の例の要部を示す図である。

【図11】図１１は、実施の形態４のさらに別の例の要部を示す図である。

【図12】図１２は、実施の形態４の要部を示す図である。

【図13】図１３は、窒素の各温度・圧力における平均自由行程を例示する図である。

【図14】図１４は、従来の隔膜真空計の要部の構成（台座プレートの中央部に圧力導入孔を設けた例）を示す図である。

【図15】図１５は、図１４に示した構成においてセンサダイアフラムに堆積する汚染物質を示す図である。

【図16】図１６は、従来の隔膜真空計の要部の構成（台座プレートの中央部を避けた位置に複数の圧力導入孔を設けた例）を示す図である。

【図17】図１７は、図１６に示した構成においてセンサダイアフラムに堆積する汚染物質を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、実施の形態の説明に入る前に発明の原理について説明する。

【0020】

〔発明の原理〕
ＣＶＤ法による膜形成は気相反応と表面反応に基づいている。すなわち、基板表面近傍の気相中において原料ガスが熱分解や相互に化学反応して中間生成物を形成し、基板表面に到達後に最終反応が起きて最終生成物からなる膜を形成する。この気相反応と表面反応のどちらが成膜に対して支配的な要素になるかは目的の膜種、原料ガス、ガスの活性化方法等に依存する。

【0021】

具体的な例としては、モノシラン（ＳｉＨ４）の熱ＣＶＤによるポリＳｉ膜の形成では表面近傍で
ＳｉＨ４→ＳｉＨ２＋Ｈ２
で形成する活性な中間体ＳｉＨ２が重要な役割を果たし、
ＳｉＨ４＋ＳｉＨ２→Ｓｉ２Ｈ６
Ｓｉ２Ｈ６＋ＳｉＨ２→Ｓｉ３Ｈ８
…
のようにサイクル的な反応で成膜が進む。

【0022】

また、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）とＯ３の反応からＳｉＯ２膜を形成するプロセスでは一旦気相中でシロキサン系のポリーマーが形成され、基板表面でＯ３と反応して酸化膜を形成することが知られている。すなわち、ＣＶＤでは気相中の反応が膜の形成に大きな役割を担っていることが多い。

【0023】

これに対し、ＡＬＤは理想的には原料ガスと反応ガスを交互に導入し、基板表面で化学反応させるサイクルを繰り返すものであるから完全に表面反応に基づく成膜手法である。この点が、表面反応を利用したＡＬＤにおいて有効な対策であっても、ＣＶＤでは不十分になる原因であることを、発明者らは突き止めた。そして、鋭意研究の結果、発明者らは、隔膜真空計のセンサダイアフラムのように堆積を避けたい場合には、気相中の化学反応が起きないようにすることが極めて重要であり、その為には分子同士の衝突を抑制する必要があることに着眼した。

【0024】

さらに、その具体的な手段として堆積を避けたいセンサダイアフラムに接する空間の「代表長さ」をプロセスガスの「平均自由行程（衝突から衝突までの間に分子が進む距離の平均）」よりも小さくすることによって、センサダイアフラム上の空間の流体を気体分子同士の衝突よりも壁面との衝突頻度が大きくなる「自由分子領域（気体の流れが分子流となる領域）」に近づけることが有効な手段であることに想到した。なお、「平均自由行程」、「分子流」、「代表長さ」という用語は、真空技術に関する用語として一般に用いられている。

【0025】

前述のように分子同士の衝突を避け、気相中の反応を抑制する為には、センサダイアフラムに接する空間の「代表長さ」をプロセスガスの平均自由行程以下にする必要がある。理想気体の場合、平均自由行程λは分子直径をδ、絶対温度をＴ、圧力をｐとすると、
λ＝ｋＴ／（２^1/2πｐδ＾２） （ｋはボルツマン定数）
と表される。窒素を例にとれば、その分子直径は約３．７×１０^-10ｍであるから、各温度・圧力における平均自由行程は図１３に示す様になる。

【0026】

ＣＶＤで使用される圧力範囲及び温度範囲は凡そ１０Ｐａ〜１３３３．２（１０Ｔｏｒｒ）Ｐａ及び５０℃〜２００℃であるから、センサダイアフラムに接する空間の「代表長さ」を５０ｕｍ以下にとればその空間において気体分子は自由分子として振る舞い、分子同士の衝突よりも壁面への衝突が支配的となる。

【0027】

実際のプロセスに用いるガスはモノシラン、ＴＥＯＳの様に構造上基本的に窒素よりも分子直径が大きく、その平均自由行程は図１３に示した値よりも小さくなると思われる。従って、少なくとも上記の５０ｕｍ以下に取る必要があるが、反面あまりにも小さくするとガスの抜けが悪くなるのでセンサの応答が悪くなる可能性がある。また、副生成物や異物でセンサダイアフラムの動きを阻害することも考えられる。従って、小さくても１０ｕｍ以上の空間が必要であると考えられる。

【0028】

〔実施の形態１〕
図１はこの発明に係る静電容量型圧力センサの一実施の形態（隔膜真空計）の要部を示す縦断面図である。

【0029】

この隔膜真空計１は、パッケージ１０と、パッケージ１０内に収容された台座プレート２０と、同じくパッケージ１０内に収容され台座プレート２０に接合されたセンサチップ３０と、パッケージ１０に直接取付けられパッケージ１０内外を導通接続する電極リード部４０とを備えている。また、台座プレート２０は、第１の台座プレート２１と第２の台座プレート２２とから構成され、パッケージ１０に対して隔間しており、支持ダイアフラム５０のみを介してパッケージ１０に支持されている。

【0030】

パッケージ１０は、アッパハウジング１１、ロアハウジング１２、及びカバー１３から構成されている。なお、アッパハウジング１１、ロアハウジング１２、及びカバー１３は、耐食性の金属からなり、それぞれ溶接により接合されている。

【0031】

アッパハウジング１１は、径の異なる円筒体を連結した形状を備え、その大径部１１ａは支持ダイアフラム５０との接合部を有し、その小径部１１ｂは被測定媒体が流入する導入部１０Ａをなしている。

【0032】

ロアハウジング１２は略円筒体形状を有し、カバー１３、支持ダイアフラム５０、台座プレート２０、及びセンサチップ３０を介してパッケージ１０内に独立した真空の室１０Ｂを形成している。なお、真空の室１０Ｂにはいわゆるゲッター（図示せず）と呼ばれる気体吸着物質が備わり、真空度を維持している。

【0033】

また、ロアハウジング１２の支持ダイアフラム５０の取付け側には周方向適所にストッパ１２ａが突出形成されている。なお、このストッパ１２ａは、被測定媒体の急激な圧力上昇により台座プレート２０が過度に変移するのを規制する役目を果たしている。

【0034】

また、カバー１３は円形のプレートからなり、カバー１３の所定位置には電極リード挿通孔１３ａが形成されており、ハーメチックシール６０を介して電極リード部４０が埋め込まれ、この部分のシール性が確保されている。

【0035】

一方、支持ダイアフラム５０は、パッケージ１０の形状に合わせた外形形状を有する金属製の薄板からなり、台座プレート２１と台座プレート２２との間に挟まれた状態で、その外周部（周囲縁部）が上述したアッパハウジング１１とロアハウジング１２の縁部に挟まれて溶接等により接合されている。

【0036】

なお、支持ダイアフラム５０の厚さは、例えば本実施形態の場合数十ミクロンであって、各台座プレート２１，２２より充分薄い厚さとなっている。また、支持ダイアフラム５０の中央部には、台座プレート２１と台座プレート２２との間にスリット状の空間（キャビティ）２０Ａを作る大径の孔５０ａが形成されている。

【0037】

台座プレート２１，２２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り、台座プレート２１はパッケージ１０の内面から離間させた状態で支持ダイアフラム５０の上面に接合され、台座プレート２２はパッケージ１０の内面から離間させた状態で支持ダイアフラム５０の下面に接合されている。

【0038】

また、台座プレート２１には、スリット状の空間（キャビティ）２０Ａに連通する被測定媒体の導入孔２１ａがその中央部に形成されている。また、台座プレート２２には、その中央部に、スリット状の空間（キャビティ）２０Ａおよびセンサチップ３０の圧力導入室３６に連通する被測定媒体の導出孔２２ａが形成されている。この導出孔２２ａが本発明でいう台座プレートに形成された圧力導入孔に相当する。この導出孔２２ａを介してセンサチップ３０の圧力導入室３６に被測定媒体が導入される。以下、台座プレート２２に形成されている導出孔２２ａを圧力導入孔２２ａとも呼ぶ。

【0039】

なお、各台座プレート２１，２２は、支持ダイアフラム５０の厚さに対して上述の通り十分に厚くなっており、かつ支持ダイアフラム５０を両台座プレート２１，２２でいわゆるサンドイッチ状に挟み込む構造を有している。これによって、支持ダイアフラム５０と台座プレート２０の熱膨張率の違いによって発生する熱応力でこの部分が反るのを防止している。

【0040】

また、台座プレート２２の下面には酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアでできた上面視矩形状のセンサチップ３０が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。なお、このセンサチップ３０の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説明は省略する。

【0041】

センサチップ３０は上面視で１ｃｍ角以下の大きさを有し、図２に示すように、被測定媒体の圧力に応じて変位するダイアフラム（センサダイアフラム）３１と，このセンサダイアフラム３１の周縁部を支持するダイアフラム支持部３２とを備えるダイアフラム構成部材３３と、ダイアフラム支持部３２に接合され、センサダイアフラム３１と共に基準真空室３４を形成するセンサ台座３５とを備えている。センサチップ３０内の基準真空室３４とパッケージ１０内の真空の室１０Ｂとはセンサ台座３５の適所に穿設された図示しない連通孔を介して共に同一の真空度が保たれている。

【0042】

このセンサチップ３０において、センサチップ３０のセンサ台座３５とは反対側のダイアフラム支持部３２は、台座プレート２２に接合されている。これにより、ダイアフラム支持部３２とセンサダイアフラム３１との間に圧力導入室３６が形成されている。圧力導入室３６には、圧力導入孔２２ａから導かれる被測定媒体の進行方向に直交する方向にその一方側の板面３９ａを対向させて邪魔板３９が設けられている。

【0043】

この圧力導入室３６において、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａとこの受圧面３１ａに対向する圧力導入室３６の内面３６ａとの間の距離Ｌ１、およびセンサダイアフラム３１の受圧面３１ａとこの受圧面３１ａに対向する邪魔板３９の他方側の板面３９ｂとの間の距離Ｌ２は、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａの全ての領域において被測定媒体の平均自由行程λよりも小さくされている（Ｌ１，Ｌ２＜λ）。具体的には、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａと圧力導入室３６の内面３６ａとの間の距離Ｌ１を１０〜５０μｍとし、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａと邪魔板３９の板面３９ｂとの間の距離Ｌ２を１０〜５０μｍ内でＬ２＜Ｌ１としている。

【0044】

なお、ダイアフラム構成部材３３とセンサ台座３５はいわゆる直接接合によって互いに接合され、一体化したセンサチップ３０を構成している。また、本実施の形態では、センサダイアフラム３１とダイアフラム支持部３２とを一体化したものをダイアフラム構成部材３３としているが、センサダイアフラム３１とダイアフラム支持部３２とを別体としても構わない。例えば、ダイアフラム支持部３２を上下に分割し、この間にセンサダイアフラム３１を挟むような構成としてもよい。この場合、ダイアフラム支持部３２で挟まれた部分は、ダイアフラム支持部３２の構成要素とされる。

【0045】

また、このセンサチップ３０において、センサ台座３５の基準真空室３４側の面には金又は白金等の導体でできた固定電極３７が形成され、センサダイアフラム３１の基準真空室３４側の面には固定電極３７と対向するように金又は白金等の導体でできた可動電極３８が形成されている。

【0046】

一方、電極リード部４０は電極リードピン４１と金属製のシールド４２とを備え、電極リードピン４１は金属製のシールド４２にガラスなどの絶縁性材料からなるハーメチックシール４３によってその中央部分が埋設され、電極リードピン４１の両端部間で気密状態を保っている。

【0047】

そして、電極リードピン４１の一端はパッケージ１０の外部に露出して図示しない配線によって隔膜真空計１の出力を外部の信号処理部に伝達するようになっている。なお、シールド４２とカバー１３との間にも上述の通りハーメチックシール６０が介在している。また、電極リードピン４１の他方の端部には導電性を有するコンタクトバネ４５，４６が接続されている。

【0048】

コンタクトバネ４５，４６は、導入部１０Ａから被測定媒体が急に流れ込むことで発生する急激な圧力上昇により支持ダイアフラム５０が若干変移しても、コンタクトバネ４５，４６の付勢力がセンサチップ３０の測定精度に影響を与えない程度の十分な柔らかさを有している。

【0049】

この隔膜真空計１において、センサチップ３０のセンサダイアフラム３１と導入部１０Ａとの間には、導入部１０Ａからの被測定媒体の流入口に、被測定媒体の通過方向Ｆにその板面を直交させて、金属製のバッフル７０が配置されている。図３にバッフル７０の平面図を示す。バッフル７０には、その外周部に所定の角度間隔でタブ７０ａが形成されており、このタブ７０ａ間の隙間７０ｂを被測定媒体が通過して、センサダイアフラム３１へと送られる。

【0050】

次に、この隔膜真空計１の動作について説明する。なお、この実施の形態において、隔膜真空計１は半導体製造装置におけるＣＶＤプロセス中の必要な場所に取付けられているものとする。

【0051】

〔被測定媒体の圧力測定〕
この隔膜真空計１では、導入部１０Ａからの被測定媒体（気体）がセンサダイアフラム３１に到達し、この被測定媒体の圧力と基準真空室３４との差圧によってセンサダイアフラム３１が撓み、センサダイアフラム３１の裏面とセンサ台座３５の内面との間に設けられている固定電極３７と可動電極３８との間隔が変化し、この固定電極３７と可動電極３８で構成されるコンデンサの容量値（静電容量）が変化する。この静電容量の変化を隔膜真空計１の外部に取り出すことで、被測定媒体の圧力が測定される。

【0052】

〔気相反応による汚染物質の堆積防止〕
被測定媒体の圧力の測定に際し、導入部１０Ａからの被測定媒体（気体）は、バッフル７０の板面の中央に当たって迂回し、バッフル７０の周囲の隙間７０ｂを通過して、台座プレート２１の導入孔２１ａより台座プレート２１と台座プレート２２との間のスリット状の空間（キャビティ）２０Ａに流入する。

【0053】

このスリット状の空間（キャビティ）２０Ａに流入した被測定媒体は、台座プレート２２の導出孔（圧力導入孔）２２ａより導出され、圧力導入室３６に導入される。この場合、圧力導入室３６には邪魔板３９が設けられているので、この邪魔板３９に当たって被測定媒体の進行方向が変えられ、邪魔板３９の外側を回ってセンサダイアフラム３１の受圧面３１ａに到達する。

【0054】

ここで、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａと圧力導入室３６の内面３６ａとの間の距離Ｌ１は１０〜５０μｍとされ、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａと邪魔板３９の板面３９ｂとの間の距離Ｌ２は１０〜５０μｍ内でＬ２＜Ｌ１とされている。すなわち、本実施の形態において、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａと圧力導入室３６の内面３６ａとの間の距離Ｌ１、およびセンサダイアフラム３１の受圧面３１ａと邪魔板３９の板面３９ｂとの間の距離Ｌ２は、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａの全ての領域において被測定媒体の平均自由行程λよりも小さくされている。

【0055】

このため、本実施の形態では、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａの全ての領域において、その受圧面３１ａと直交する方向の被測定媒体の流れが分子流となり、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａ上での分子同士の衝突が抑制される。このため、気相反応の場合、異なる物質同士の衝突が抑制され、センサダイアフラム３１への汚染物質の堆積が生じにくくなる。これにより、ＣＶＤプロセスに特有の汚染物質の堆積現象に起因する不具合を低減することができるようになる。

【0056】

なお、この実施の形態１の構造において、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａとこの受圧面３１ａに対向する圧力導入室３６の内面３６ａとの間の距離Ｌ１は、必ずしもＬ１＜λとしなくてもよい。すなわち、 圧力導入室３６内における邪魔板３９の板面３９ｂをさらに広くし、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａと邪魔板３９の板面３９ｂとの間の距離Ｌ２のみをＬ２＜λとするようにしてもよい。

【0057】

〔実施の形態２〕
実施の形態１では、圧力導入室３６に邪魔板３９を設けるようにしたが、実施の形態２ではこの邪魔板３９をなくした構成とする。図４に図２に対応する要部の縦断面図を示す。なお、図４には、台座プレート２１も合わせて示している。

【0058】

この実施の形態２において、台座プレート２２には、スリット状の空間（キャビティ）２０Ａおよびセンサチップ３０の圧力導入室３６に連通する被測定媒体の導出孔２２ａが複数（この例では、４つ）形成されている。図５に台座プレート２１に形成された導入孔２１ａと台座プレート２２に形成された導出孔２２ａとの位置関係を示す。図５は図４を矢印Ａ方向から見た平面図である。

【0059】

図４および図５に示されているように、台座プレート２１の導入孔２１ａと台座プレート２２の導出孔２２ａとは、台座プレート２１，２２の厚み方向において重ならない位置に設けられている。この例では、台座プレート２１の中央部に被測定媒体の導入孔２１ａが１つ設けられ、台座プレート２２の中央部から離れた位置に被測定媒体の導出孔２２ａが４つ形成されている。すなわち、圧力導入室３６への被測定媒体の圧力導入孔２２ａが台座プレート２２に４つ形成されている。

【0060】

この４つの圧力導入孔２２ａは、台座プレート２２の中心から径方向に等距離、かつ周方向に等間隔隔てて、ダイアフラム支持部３２に対面する位置に形成されている。ダイアフラム支持部３２には、図６に示すように、台座プレート２２の圧力導入孔２２ａの真下に、この圧力導入孔２２ａと圧力導入室３６とを連通させる通路３２ａが形成されている。

【0061】

また、圧力導入室３６において、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａとこの受圧面３１ａに対向する圧力導入室３６の内面３６ａとの間の距離Ｌは、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａの全ての領域において被測定媒体の平均自由行程λよりも小さくされている（Ｌ＜λ）。具体的には、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａと圧力導入室３６の内面３６ａとの間の距離Ｌは１０〜５０μｍとされている。

【0062】

これにより、実施の形態２では、実施の形態１のような邪魔板３９を設けることなく、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａの全ての領域において、その受圧面３１ａと直交する方向の被測定媒体の流れが分子流となり、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａ上での分子同士の衝突が抑制されるものとなる。

【0063】

〔実施の形態３〕
実施の形態２（図４に示した構造）において、センサチップ３０の加工の制約などで、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａと圧力導入室３６の内面３６ａとの間の距離Ｌを被測定媒体の平均自由行程λよりも小さくすることができない場合がある。

【0064】

このような場合、図７に示すように、台座プレート２２に加工を加え、台座プレート２２のセンサダイアフラム３１の受圧面３１ａに対向する面のほゞ全域を凸面２２ｂとすることによって、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａと圧力導入室３６内の凸面２２ｂとの間の距離Ｌを被測定媒体の平均自由行程λよりも小さくするようにするとよい。

【0065】

この場合、圧力導入室３６の凸面２２ｂの外側の内面３６ａはセンサダイアフラム３１の受圧面３１ａとの間の距離が平均自由行程λよりも大きくなるが、センサダイアフラム３１の周面に位置する部分であるので、すなわち、センサダイアフラム３１の変位が小さい箇所であり、かつ受圧面３１ａの全体からしたら僅かな領域であるので、この領域に汚染物質が堆積しても支障はない。

【0066】

なお、図７に示した構造では、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａと圧力導入室３６の内面３６ａとの間の距離を被測定媒体の平均自由行程λよりも小さくすることができない場合を想定し、台座プレート２２に凸面２２ｂを設けてセンサダイアフラム３１の受圧面３１ａとの間の距離を狭めるようにしたが、図８に示すように、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａと圧力導入室３６の内面３６ａとの間の距離Ｌを被測定媒体の平均自由行程λよりも小さくすることができる場合であっても、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａとの間の距離をさらに狭めるために、台座プレート２２に凸面２２ｂを設けるようにしてもよい。

【0067】

〔実施の形態４〕
実施の形態２（図４に示した構造）では、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａの全ての領域において、その受圧面３１ａと直交する方向（垂直方向（縦方向））の被測定媒体の流れが分子流となる。しかし、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａに沿う方向（平行方向（横方向））は分子流とはならない。

【0068】

そこで、実施の形態４では、図９に示すように、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａに多数の凸部３１ｂを分散して設けるようにしている。これにより、圧力導入室３６内の垂直方向だけではなく、水平方向にも被測定媒体の流れを分子流とすることが可能となる。この例では、隣接する凸部３１ｂ間の距離ＷをＷ＝１０〜１００μｍとしている。垂直方向の距離を狭く設定すれば、水平方向は多少広く１００μｍとしても、期待する効果は得られると考えられる。

【0069】

なお、図９に示した構造では、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａに多数の凸部３１ｂを分散して設けるようにしたが、図１０に示すように、台座プレート２２のセンサダイアフラム３１の受圧面３１ａに対向する面（圧力導入室３６の内面３６ａ）に多数の凸部２２ｃを分散して設けるようにしてもよい。

【0070】

また、図１１に示すように、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａに多数の凸部３１ｂを第１の凸部として分散して設け、台座プレート２２のセンサダイアフラム３１の受圧面３１ａに対向する面（圧力導入室３６の内面３６ａ）に多数の凸部２２ｃを第２の凸部として分散して設けるようにしてもよい。この場合、第１の凸部３１ｂと第２の凸部２２ｃとは、互いにその位置が重ならないように配置するものとする。これにより、圧力導入室３６内の平行方向の経路を複雑化して、壁面との分子の衝突頻度を増大させることができる。

【0071】

図９に示した構造ではセンサダイアフラム３１上の凸部３１ｂの上の空間の平行方向は分子流とはならないが、また図１０に示した構造では台座プレート２２上の凸部２２ｃの下の空間の平行方向は分子流とはならないが、図１１に示した構造では全領域にわたって分子流とすることが可能となる。

【0072】

〔実施の形態５〕
実施の形態２（図４に示した構造）では、台座プレート２２のダイアフラム支持部３２に対面する位置に圧力導入孔２２ａを形成することによって、圧力導入室３６から邪魔板３９をなくした構造とした。

【0073】

これに対し、実施の形態５では、図１２に示すように、台座プレート２２の中央部に形成されている圧力導入孔２２ａに、圧力導入室３６への被測定媒体の流れを乱すセラミックフィルタや金属メッシュなどの乱流部材８０を組み込んでいる。

【0074】

なお、この実施の形態５においても、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａとこの受圧面３１ａに対向する部材８０の面８０ａとの間の距離Ｌは、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａ全ての領域において被測定媒体の平均自由行程λよりも小さいものとしている（Ｌ＜λ）。

【0075】

これにより、圧力導入孔２２ａからの被測定媒体の流れが乱され、圧力導入室３６への垂直方向から直進してくる被測定媒体媒体の導入が抑制される。これにより、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａの全ての領域において、その受圧面３１ａと直交する方向の被測定媒体の流れが分子流となり、センサダイアフラム３１の受圧面３１ａ上での分子同士の衝突が抑制されるものとなる。

【0076】

なお、図１２に示した構造では、乱流部材８０の径をセンサダイアフラム３１の径よりも大きくしているが、センサダイアフラム３１の径よりも小さくしてもよい。

【0077】

また、上述した実施の形態２〜４では、台座プレート２２のダイアフラム支持部３２に対面する位置に圧力導入孔２２ａを４つ設けるようにしたが、必ずしも４つに限られるものではなく、１つであっても構わない。

【0078】

〔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。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】

【0079】

１…隔膜真空計、２２…台座プレート、２２ａ…導出孔（圧力導入孔）、２２ｂ…凸面、２２ｃ…第２の凸部、２２ｃ…凸部、３０…センサチップ、３１…センサダイアフラム、３１ａ…受圧面、３１ｂ…凸部、３２…ダイアフラム支持部、３２ａ…通路、３３…ダイアフラム構成部材、３４…基準真空室、３５…センサ台座、３６…圧力導入室、３６ａ…内面、３７…固定電極、３８…可動電極、３９…邪魔板、３９ａ，３９ｂ…板面、８０…乱流部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】