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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024141489
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】圧力センサ
(51)【国際特許分類】
G01L 19/00 20060101AFI20241003BHJP
G01L 9/12 20060101ALI20241003BHJP
G01L 9/04 20060101ALI20241003BHJP
G01L 11/02 20060101ALI20241003BHJP
G01L 21/00 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
G01L19/00 Z
G01L9/12
G01L9/04
G01L11/02
G01L21/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023053176
(22)【出願日】2023-03-29
(71)【出願人】
【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
(72)【発明者】
【氏名】添田 将
(72)【発明者】
【氏名】石原 卓也
(72)【発明者】
【氏名】新村 悠祐
(72)【発明者】
【氏名】山内 凱偉
【テーマコード（参考）】
2F055
【Ｆターム（参考）】
2F055AA40
2F055BB08
2F055CC02
2F055DD20
2F055EE12
2F055EE25
2F055EE31
2F055FF07
2F055GG11
(57)【要約】
【課題】複数のダイアフラムを用いても、センサパッケージ容積の増大を抑制する。
【解決手段】導入室１０１には、測定対象の流体が導入口１１３を介して導入される。第１ダイアフラム１０２は、導入室１０１に導入された流体の圧力を第１受圧面１０２ａで受ける。第２ダイアフラム１０３は、導入室１０１に導入された流体の圧力を第２受圧面１０３ａで受ける。第１ダイアフラム１０２の第１受圧面１０２ａ、第２ダイアフラム１０３の第２受圧面１０３ａは、導入室１０１に向けられて配置されている。
【選択図】 図１Ａ
【解決手段】導入室１０１には、測定対象の流体が導入口１１３を介して導入される。第１ダイアフラム１０２は、導入室１０１に導入された流体の圧力を第１受圧面１０２ａで受ける。第２ダイアフラム１０３は、導入室１０１に導入された流体の圧力を第２受圧面１０３ａで受ける。第１ダイアフラム１０２の第１受圧面１０２ａ、第２ダイアフラム１０３の第２受圧面１０３ａは、導入室１０１に向けられて配置されている。
【選択図】 図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象の流体が導入される導入室と、
前記流体の圧力を受ける各々の受圧面が前記導入室に向けられて配置された第１ダイアフラムおよび第２ダイアフラムと、
前記第１ダイアフラムの変位を測定する第１測定部と、
前記第２ダイアフラムの変位を測定する第２測定部と
を備える圧力センサ。
前記流体の圧力を受ける各々の受圧面が前記導入室に向けられて配置された第１ダイアフラムおよび第２ダイアフラムと、
前記第１ダイアフラムの変位を測定する第１測定部と、
前記第２ダイアフラムの変位を測定する第２測定部と
を備える圧力センサ。
【請求項2】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとは、異なる張力を有する圧力センサ。
前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとは、異なる張力を有する圧力センサ。
【請求項3】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとは、異なる厚さとされている圧力センサ。
前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとは、異なる厚さとされている圧力センサ。
【請求項4】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとは、異なる面積とされている圧力センサ。
前記第１ダイアフラムと前記第２ダイアフラムとは、異なる面積とされている圧力センサ。
【請求項5】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記第１測定部は、
前記第１ダイアフラムの可動領域に形成された第１可動電極と、
前記第１可動電極に向かい合って形成された第１固定電極と
を備え、
前記第２測定部は、
前記第２ダイアフラムの可動領域に形成された第２可動電極と、
前記第２可動電極に向かい合って形成された第２固定電極と
を備え、
前記第１ダイアフラムの変位による前記第１可動電極と前記第１固定電極との間の容量変化を第１圧力値に変換して出力し、前記第２ダイアフラムの変位による前記第２可動電極と前記第２固定電極との間の容量変化を第２圧力値に変換して出力するように構成された圧力値出力部を備える圧力センサ。
前記第１測定部は、
前記第１ダイアフラムの可動領域に形成された第１可動電極と、
前記第１可動電極に向かい合って形成された第１固定電極と
を備え、
前記第２測定部は、
前記第２ダイアフラムの可動領域に形成された第２可動電極と、
前記第２可動電極に向かい合って形成された第２固定電極と
を備え、
前記第１ダイアフラムの変位による前記第１可動電極と前記第１固定電極との間の容量変化を第１圧力値に変換して出力し、前記第２ダイアフラムの変位による前記第２可動電極と前記第２固定電極との間の容量変化を第２圧力値に変換して出力するように構成された圧力値出力部を備える圧力センサ。
【請求項6】
請求項５記載の圧力センサにおいて、
少なくとも前記第１可動電極は前記第１ダイアフラムの中央に形成された第１可動測定電極と、前記第１ダイアフラムの周縁に形成された第１可動参照電極とで構成され、かつ、前記第１固定電極は前記第１可動測定電極と対向する位置に設けられる第１固定測定電極と、前記第１可動参照電極と対向する位置に設けられた第１固定参照電極とで構成される圧力センサ。
少なくとも前記第１可動電極は前記第１ダイアフラムの中央に形成された第１可動測定電極と、前記第１ダイアフラムの周縁に形成された第１可動参照電極とで構成され、かつ、前記第１固定電極は前記第１可動測定電極と対向する位置に設けられる第１固定測定電極と、前記第１可動参照電極と対向する位置に設けられた第１固定参照電極とで構成される圧力センサ。
【請求項7】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記第１測定部は、前記第１ダイアフラムの変位によって発生する歪みを電気素子を用いて計測し、
前記第２測定部は、前記第２ダイアフラムの変位によって発生する歪みを電気素子を用いて計測するとともに、
前記第１測定部による前記第１ダイアフラムの歪みの計測値を第１圧力値に変換して出力し、前記第２測定部による前記第２ダイアフラムの歪みの計測値を第２圧力値に変換して出力するように構成された圧力値出力部を備える圧力センサ。
前記第１測定部は、前記第１ダイアフラムの変位によって発生する歪みを電気素子を用いて計測し、
前記第２測定部は、前記第２ダイアフラムの変位によって発生する歪みを電気素子を用いて計測するとともに、
前記第１測定部による前記第１ダイアフラムの歪みの計測値を第１圧力値に変換して出力し、前記第２測定部による前記第２ダイアフラムの歪みの計測値を第２圧力値に変換して出力するように構成された圧力値出力部を備える圧力センサ。
【請求項8】
請求項１記載の圧力センサにおいて、
前記第１測定部は、前記第１ダイアフラムの変位を光学手段を用いて計測し、
前記第２測定部は、前記第２ダイアフラムの変位を光学手段を用いて計測するとともに、
前記第１測定部による前記第１ダイアフラムの変位の計測値を第１圧力値に変換して出力し、前記第２測定部による前記第２ダイアフラムの変位の計測値を第２圧力値に変換して出力するように構成された圧力値出力部を備える圧力センサ。
前記第１測定部は、前記第１ダイアフラムの変位を光学手段を用いて計測し、
前記第２測定部は、前記第２ダイアフラムの変位を光学手段を用いて計測するとともに、
前記第１測定部による前記第１ダイアフラムの変位の計測値を第１圧力値に変換して出力し、前記第２測定部による前記第２ダイアフラムの変位の計測値を第２圧力値に変換して出力するように構成された圧力値出力部を備える圧力センサ。
【請求項9】
請求項１～８のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
前記第１ダイアフラムの周縁部と接合して前記第１ダイアフラムの前記導入室と反対面側に第１基準圧力室を囲隔する第１ハウジングと、
前記第２ダイアフラムの周縁部と接合して前記第２ダイアフラムの前記導入室と反対面側に第２基準圧力室を囲隔する第２ハウジングと、
前記導入室への前記流体の導入口を備えるとともに前記第１ハウジングおよび前記第２ハウジングとを収容する内部空間を有するセンサ収納ケースを備える圧力センサ。
前記第１ダイアフラムの周縁部と接合して前記第１ダイアフラムの前記導入室と反対面側に第１基準圧力室を囲隔する第１ハウジングと、
前記第２ダイアフラムの周縁部と接合して前記第２ダイアフラムの前記導入室と反対面側に第２基準圧力室を囲隔する第２ハウジングと、
前記導入室への前記流体の導入口を備えるとともに前記第１ハウジングおよび前記第２ハウジングとを収容する内部空間を有するセンサ収納ケースを備える圧力センサ。
【請求項10】
請求項９に記載の圧力センサにおいて、
前記第１ハウジングには前記第１基準圧力室と前記センサ収納ケースの内部空間とを連通する第１連通路が形成されているとともに、
前記第２ハウジングには前記第２基準圧力室と前記センサ収納ケースの内部空間とを連通する第２連通路が形成されている圧力センサ。
前記第１ハウジングには前記第１基準圧力室と前記センサ収納ケースの内部空間とを連通する第１連通路が形成されているとともに、
前記第２ハウジングには前記第２基準圧力室と前記センサ収納ケースの内部空間とを連通する第２連通路が形成されている圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧力センサに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造プロセスにおいては、例えば成膜やエッチングなどの工程中のチャンバ圧力制御、あるいは装置の状態検知やインターロックなどで様々な圧力レンジの真空測定要求がある。また、半導体装置の製造においては、製造技術の高度化要求に伴い、装置内計装は複雑化する傾向にあり、個々の構成要素部品にはコンパクト化に向けた改善が求められている。このため、半導体製造装置に用いられる圧力センサにおいても、サイズ縮小が求められている。そこで、各々面積が異なる複数のダイアフラムを用いることで、測定レンジの異なる複数の圧力を測定可能とする圧力センサが開発されている（特許文献１）。この種の圧力センサは、半導体装置を製造する製造装置に用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平０５－０１０８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述した技術では、複数のダイアフラムを同一の平面（層）に配置しているため、面積の増加によりセンサパッケージ容積が大きくなり、サイズ縮小の要求に応えられない場合がある。
【0005】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、複数のダイアフラムを用いても、センサパッケージ容積の増大を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る圧力センサは、測定対象の流体が導入される導入室と、流体の圧力を受ける各々の受圧面が導入室に向けられて配置された第１ダイアフラムおよび第２ダイアフラムと、第１ダイアフラムの変位を測定する第１測定部と、第２ダイアフラムの変位を測定する第２測定部とを備える。
【0007】
上記圧力センサの一構成例において、第１ダイアフラムと第２ダイアフラムとは、異なる張力を有する。
【0008】
上記圧力センサの一構成例において、第１ダイアフラムと第２ダイアフラムとは、異なる厚さとされている。
【0009】
上記圧力センサの一構成例において、第１ダイアフラムと第２ダイアフラムとは、異なる面積とされている。
【0010】
上記圧力センサの一構成例において、第１測定部は、第１ダイアフラムの可動領域に形成された第１可動電極と、第１可動電極に向かい合って形成された第１固定電極とを備え、第２測定部は、第２ダイアフラムの可動領域に形成された第２可動電極と、第２可動電極に向かい合って形成された第２固定電極とを備え、第１ダイアフラムの変位による第１可動電極と第１固定電極との間の容量変化を第１圧力値に変換して出力し、第２ダイアフラムの変位による第２可動電極と第２固定電極との間の容量変化を第２圧力値に変換して出力するように構成された圧力値出力部を備える。
【0011】
上記圧力センサの一構成例において、少なくとも第１可動電極は第１ダイアフラムの中央に形成された第１可動測定電極と、第１ダイアフラムの周縁に形成された第１可動参照電極とで構成され、かつ、第１固定電極は第１可動測定電極と対向する位置に設けられる第１固定測定電極と、第１可動参照電極と対向する位置に設けられた第１固定参照電極とで構成される。
【0012】
上記圧力センサの一構成例において、第１測定部は、第１ダイアフラムの変位によって発生する歪みを電気素子を用いて計測し、第２測定部は、第２ダイアフラムの変位によって発生する歪みを電気素子を用いて計測するとともに、第１測定部による第１ダイアフラムの歪みの計測値を第１圧力値に変換して出力し、第２測定部による第２ダイアフラムの歪みの計測値を第２圧力値に変換して出力するように構成された圧力値出力部を備える。
【0013】
上記圧力センサの一構成例において、第１測定部は、第１ダイアフラムの変位を光学手段を用いて計測し、第２測定部は、第２ダイアフラムの変位を光学手段を用いて計測するとともに、第１測定部による第１ダイアフラムの変位の計測値を第１圧力値に変換して出力し、第２測定部による第２ダイアフラムの変位の計測値を第２圧力値に変換して出力するように構成された圧力値出力部を備える。
【0014】
上記圧力センサの一構成例において、第１ダイアフラムの周縁部と接合して第１ダイアフラムの導入室と反対面側に第１基準圧力室を囲隔する第１ハウジングと、第２ダイアフラムの周縁部と接合して第２ダイアフラムの導入室と反対面側に第２基準圧力室を囲隔する第２ハウジングと、導入室への流体の導入口を備えるとともに第１ハウジングおよび第２ハウジングとを収容する内部空間を有するセンサ収納ケースを備える。
【0015】
上記圧力センサの一構成例において、第１ハウジングには第１基準圧力室とセンサ収納ケースの内部空間とを連通する第１連通路が形成されているとともに、第２ハウジングには第２基準圧力室とセンサ収納ケースの内部空間とを連通する第２連通路が形成されている。
【発明の効果】
【0016】
以上説明したように、本発明によれば、第１ダイアフラムおよび第２ダイアフラムの流体の圧力を受ける各々の受圧面を、測定対象の流体が導入される導入室に向けて配置したので、複数のダイアフラムを用いても、センサパッケージ容積の増大を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
まず、本発明の原理について説明する。複数のダイアフラムを採用する構造として、平面上に複数のダイアフラムを配置するような構造（特許文献１）や、ダイアフラムを保持する基板を積層する構造を考えてみる。このような基板平面上に複数のダイアフラムを配置する場合、面積の増加によりセンサパッケージ容積が大きくなり、計測媒体のダイアフラム表面までの導入経路が長くなるので圧力応答性が低下する。
【0019】
上記のような観点から、隔膜真空計において、例えば圧力レンジの拡大を目的として異なる圧力レンジの真空計を複合化して単一のセンサ構造にするのであれば、測定媒体の導入口を共有化できる点に、コンパクト化に向けた改善の余地があることを見出した。そこで、導入口を複数の真空計で共有する場合、各真空計のダイアフラムの受圧面が圧力導入室に向き合う配置にすることで、コンパクト化の効果が得られることに想到した。この結果、複数のセンサが重なった形状となり、かつ圧力導入経路をダイアフラムまでと短くできるのでコンパクト化において効果的である。すなわち、パッケージ形状を例えばコンパクトな平板状にすることが可能になる。コンパクト化に加え、単一の真空計と同様にそれぞれのセンサが別体で存在するので、特許文献１とは異なりセンサ間での干渉を抑え高精度な計測が可能となる。
【0020】
以下、本発明の実施の形態に係る圧力センサについて説明する。
【0021】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１に係る圧力センサについて、図１Ａ、図１Ｂを参照して説明する。この圧力センサは、導入室１０１、第１ダイアフラム１０２、第２ダイアフラム１０３を備える。また、この圧力センサは、第１ダイアフラム１０２の変位を測定する第１測定部１００ａ、および第２ダイアフラム１０３の変位を測定する第２測定部１００ｂを備える。
はじめに、本発明の実施の形態１に係る圧力センサについて、図１Ａ、図１Ｂを参照して説明する。この圧力センサは、導入室１０１、第１ダイアフラム１０２、第２ダイアフラム１０３を備える。また、この圧力センサは、第１ダイアフラム１０２の変位を測定する第１測定部１００ａ、および第２ダイアフラム１０３の変位を測定する第２測定部１００ｂを備える。
【0022】
導入室１０１、第１ダイアフラム１０２、第２ダイアフラム１０３、第１測定部１００ａ、および第２測定部１００ｂは、筐体１２１に形成されている。筐体１２１は、配線部品１４１に接続され、センサ収納ケース１３１の内部空間に収容されている。配線部品１４１は、よく知られた実装基板などと同様のセラミックスあるいは樹脂から構成することができる。
【0023】
導入室１０１には、測定対象の流体が導入口１１３を介して導入される。第１ダイアフラム１０２は、導入室１０１に導入された流体の圧力を第１受圧面１０２ａで受ける。第２ダイアフラム１０３は、導入室１０１に導入された流体の圧力を第２受圧面１０３ａで受ける。第１ダイアフラム１０２の第１受圧面１０２ａ、および第２ダイアフラム１０３の第２受圧面１０３ａは、導入室１０１に向けられて配置されている。この例では、第１受圧面１０２ａと第２受圧面１０３ａとは、導入室１０１を挾んで互いに向かい合って配置されている。この例において、第１ダイアフラム１０２と第２ダイアフラム１０３とは、異なる厚さとされている。また、例えば、第１ダイアフラム１０２と第２ダイアフラム１０３とは、互いに平行に配置することができる。
【0024】
また、この圧力センサは、第１測定部１００ａに、第１可動電極１０５および第１固定電極１０６を備え、第２測定部１００ｂに、第２可動電極１０９および第２固定電極１１０を備える。例えば、第１固定電極１０６は、第１貫通電極１１４ａにより配線部品１４１に形成されている配線層（不図示）に接続している。また、第２固定電極１１０は、第２貫通電極１１４ｂにより配線部品１４１に形成されている配線層（不図示）に接続している。配線部品１４１の一部は、センサ収納ケース１３１の外部に取り出されており、この部分において、上述した各配線層が外部に取り出され、例えば、後述する圧力値出力部１１２に接続している。第１可動電極１０５や第２可動電極１０９についても同様である。
【0025】
第１可動電極１０５は、第１基準圧力室１０４の中で第１ダイアフラム１０２の第１内側面１０２ｂに形成されている。第１可動電極１０５は、第１ダイアフラム１０２の可動領域に形成されている。また、第１固定電極１０６は、第１基準圧力室１０４の中で第１可動電極１０５に向かい合って配置されている。例えば、第１ダイアフラム１０２は、第１ハウジングに接合している。第１ハウジングは、第１ダイアフラム１０２の周縁部と接合しており、第１ダイアフラム１０２の導入室１０１と反対面側に第１基準圧力室１０４を囲隔している。
【0026】
また、第１ダイアフラム１０２の第１内側面１０２ｂとともに第１基準圧力室１０４を形成する第１固定面１０７に、第１固定電極１０６が形成されている。第１内側面１０２ｂと第１固定面１０７とは、互いに平行な状態とすることができる。また、第１可動電極１０５と第１固定電極１０６との各々の向き合う面は、互いに平行な状態とすることができる。
【0027】
第２可動電極１０９は、第２基準圧力室１０８の中で第２ダイアフラム１０３の第２内側面１０３ｂに形成されている。第２可動電極１０９は、第２ダイアフラム１０３の可動領域に形成されている。第２固定電極１１０は、第２基準圧力室１０８の中で第２可動電極１０９に向かい合って配置されている。例えば、第２ダイアフラム１０３は、第２ハウジングに接合している。第２ハウジングは、第２ダイアフラム１０３の周縁部と接合しており、第２ダイアフラム１０３の導入室１０１と反対面側に第２基準圧力室１０８を囲隔している。
【0028】
また、第２ダイアフラム１０３の第２内側面１０３ｂとともに第２基準圧力室１０８を形成する第２固定面１１１に、第２固定電極１１０が形成されている。第２内側面１０３ｂと第２固定面１１１とは、互いに平行な状態とすることができる。また、第２可動電極１０９と第２固定電極１１０との各々の向き合う面は、互いに平行な状態とすることができる。
【0029】
上述したように、筐体１２１は、第１ダイアフラム１０２、第１ハウジング、第２ダイアフラム１０３、第２ハウジングから構成され、センサ収納ケース１３１の内部空間に収容されている。
【0030】
なお、少なくとも、第１可動電極１０５は、第１ダイアフラム１０２の中央に形成された第１可動測定電極（不図示）と、第１ダイアフラム１０２の周縁に形成された第１可動参照電極（不図示）とから構成することができる。一方、第１固定電極１０６は、第１可動測定電極と対向する位置に設けられる第１固定測定電極（不図示）と、第１可動参照電極と対向する位置に設けられた第１固定参照電極（不図示）とで構成することができる。
【0031】
第１ダイアフラム１０２に変位が発生しても第１可動参照電極と第１固定参照電極との間隔はほとんど変化しない。従って、第１可動参照電極と第１固定参照電極との間の容量変化を基準として、第１可動測定電極と第１固定測定電極との間の容量変化をとらえれば、第１ダイアフラム１０２の変位量をばらつき無く検出できるようになる。なお、第２可動電極１０９、第２固定電極１１０についても同様の構成とすることができるが、両両者が上述した参照電極を用いる構成とする必要はなく、一方が上述した参照電極を用いる構成とすることができる。
【0032】
導入室１０１、第１基準圧力室１０４、第２基準圧力室１０８は、筐体１２１の内部に形成された空間である。導入室１０１と第１基準圧力室１０４とが、第１ダイアフラム１０２により空間的に仕切られている。また、導入室１０１と第２基準圧力室１０８とが、第２ダイアフラム１０３により空間的に仕切られている。また、筐体１２１に形成された導入口１１３により、導入室１０１が外部と連通している。この例では、筐体１２１は、センサ収納ケース１３１に収容され、センサ収納ケース１３１に形成されたケース導入口１３５に連続して形成され、導入口１１３、ケース導入口１３５により、導入室１０１が外部と連通している。
【0033】
センサ収納ケース１３１に収容された筐体１２１は、導入口１１３が形成されている上面と、ケース導入口１３５が形成されているセンサ収納ケース１３１の上部内壁とが接合されている。また、センサ収納ケース１３１の内部は、密閉空間とすることができる。この圧力センサは、センサ収納ケース１３１を測定対象の流体が存在する雰囲気に配置して用いられる。センサ収納ケース１３１が配置された領域の測定対象の流体は、ケース導入口１３５および導入口１１３により導入室１０１に導入されて第１受圧面１０２ａ、第２受圧面１０３ａに作用する。一方、センサ収納ケース１３１の他の内部空間は、センサ収納ケース１３１の外部空間とは隔たれており、測定対象の流体に触れることがない。例えば、第１基準圧力室１０４、第２基準圧力室１０８の内部が、測定対象の流体に触れることはない。
【0034】
また、第１基準圧力室１０４，第２基準圧力室１０８の各々は、真空が維持された空間とすることができる。例えば、筐体１２１は、第１基準圧力室１０４と外部とを連通する第１連通路１２２ａ、および第２基準圧力室１０８と外部とを連通する第２連通路１２２ｂを備えることができる。第１連通路１２２ａは、密閉空間とされているセンサ収納ケース１３１の内部空間と、第１基準圧力室１０４とを連通する。また、第２連通路１２２ｂは、密閉空間とされているセンサ収納ケース１３１の内部空間と、第２基準圧力室１０８とを連通する。従って、センサ収納ケース１３１の内部空間を真空状態とすることで、第１基準圧力室１０４，第２基準圧力室１０８の各々を、真空が維持された空間とすることができる。センサ収納ケース１３１の内部空間を真空状態として用いる場合、センサ収納ケース１３１の内部に、内部の残留ガスを除去する吸着材（ゲッター）１４２を配置することができる。
【0035】
また、第１連通路１２２ａを設けずに、例えば、第１基準圧力室１０４を、第１ダイアフラム１０２の第１受圧面１０２ａの反対側の第１内側面１０２ｂを１の面として形成された密閉空間とすることで、真空を維持することができる。同様に、第２連通路１２２ｂを設けずに、例えば、第２基準圧力室１０８を、第２ダイアフラム１０３の第２受圧面１０３ａの反対側の第２内側面１０３ｂを１の面として形成された密閉空間とすることで、真空を維持することができる。
【0036】
例えば、センサ収納ケース１３１は、ニッケル系合金などの耐食金属から構成することができる。また、例えば、筐体１２１は、サファイア（コランダム）から構成することができる。例えば、固相接合、ロウ付け、拡散接合などの各種接合方法により、筐体１２１の上面を、センサ収納ケース１３１の上部内側面に接合して固定することができる。
【0037】
また、この圧力センサは、圧力値出力部１１２を備える。圧力値出力部１１２は、まず、第１ダイアフラム１０２の変位による第１可動電極１０５と第１固定電極１０６との間の容量変化を第１圧力値に変換して出力する。また、圧力値出力部１１２は、第２ダイアフラム１０３の変位による第２可動電極１０９と第２固定電極１１０との間の容量変化を第２圧力値に変換して出力する。第１ダイアフラム１０２と第２ダイアフラム１０３とを異なる厚さとしているので、第１測定部１００ａと第２測定部１００ｂとで、異なる測定レンジとすることができる。
【0038】
なお、第１ダイアフラム１０２と第２ダイアフラム１０３と、各々異なる面積としても、第１測定部１００ａと第２測定部１００ｂとで、異なる測定レンジとすることができる。また、第１ダイアフラム１０２と第２ダイアフラム１０３とを、各々異なる張力を持つように設置しても、第１測定部１００ａと第２測定部１００ｂとで、異なる測定レンジとすることができる。
【0039】
上述した圧力センサは、導入室１０１を第１測定部１００ａと第２測定部１００ｂとで共有し、各測定部のダイアフラムの受圧面を向き合わせて配置しているので、センサ全体をコンパクトに構成することができる。従来技術のように、複数のダイアフラムを同一の層に形成する場合、異なるダイアフラムの間の干渉が問題となるが、上述した圧力センサは、第１ダイアフラム１０２と第２ダイアフラム１０３とを、異なる層に形成しているので干渉が発生せず、高精度な計測が可能となる。
【0040】
また、上述した圧力センサは、共通の導入口を介した圧力の導入経路を、各測定部のダイアフラムに対して同じ長さとすることが容易であり、同一の圧力応答性を確保しやすい。また、各測定部のダイアフラムの受圧面を、向き合わせて対称配置することができ、各々のダイアフラムにおける力学的バランスを確保しやすい。また、この種のセンサがパッケージされる際に、半導体製造プロセスの副次的生成物を堆積防止するために捕集のためのバッフルがダイアフラムの手前に設置されることがあるが、上述した圧力センサは圧力導入口を共有しているために、効率的な小型バッフルが設計可能となる。
【0041】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る圧力センサについて、図２を参照して説明する。この圧力センサは、第１導入室１０１ａ、第２導入室１０１ｂ、第１ダイアフラム１０２、第２ダイアフラム１０３を備える。また、この圧力センサは、第１ダイアフラム１０２の変位を測定する第１測定部１００ａ、および第２ダイアフラム１０３の変位を測定する第２測定部１００ｂを備える。
次に、本発明の実施の形態２に係る圧力センサについて、図２を参照して説明する。この圧力センサは、第１導入室１０１ａ、第２導入室１０１ｂ、第１ダイアフラム１０２、第２ダイアフラム１０３を備える。また、この圧力センサは、第１ダイアフラム１０２の変位を測定する第１測定部１００ａ、および第２ダイアフラム１０３の変位を測定する第２測定部１００ｂを備える。
【0042】
第１ダイアフラム１０２、第１測定部１００ａは、第１筐体１２１ａに形成され、第２ダイアフラム１０３、第２測定部１００ｂは、第２筐体１２１ｂに形成されている。第１筐体１２１ａ、第２筐体１２１ｂは、配線部品１４１に接続され、センサ収納ケース１３１ａに収容されている。また、第１測定部１００ａ（第１筐体１２１ａ）および第２測定部１００ｂ（第２筐体１２１ｂ）は、センサ収納ケース１３１ａに固定されている。なお、図２では、センサ収納ケース１３１ａの一部を示している。センサ収納ケース１３１ａは、前述したセンサ収納ケース１３１と同様の構造とされ、センサ収納ケース１３１ａの内部は、密閉空間とすることができる。
【0043】
センサ収納ケース１３１ａは、一体に形成された仕切板１３２を備える。第１測定部１００ａおよび第２測定部１００ｂは、仕切板１３２を挾んで配置されている。また、仕切板１３２の第１接合面１３２ａに第１測定部１００ａが接合（固定）され、仕切板１３２の第２接合面１３２ｂに第２測定部１００ｂが接合（固定）されている。
【0044】
また、第１ダイアフラム１０２の第１受圧面１０２ａと第１接合面１３２ａとの間に第１測定部１００ａの第１導入室１０１ａが形成され、第２ダイアフラム１０３の第２受圧面１０３ａと第２接合面１３２ｂとの間に第２測定部１００ｂの第２導入室１０１ｂが形成されている。
【0045】
センサ収納ケース１３１ａには導入口１１３ａが形成され、仕切板１３２に形成された導入路１３３に接続している。また、仕切板１３２には、仕切板１３２の板厚方向に貫通する分岐路１３４が形成され、分岐路１３４に導入路１３３が接続している。第１導入室１０１ａと第２導入室１０１ｂとが、分岐路１３４で連通している。
【0046】
第１ダイアフラム１０２は、導入口１１３ａ、導入路１３３、および分岐路１３４を経由して第１導入室１０１ａに導入された流体の圧力を第１受圧面１０２ａで受ける。第２ダイアフラム１０３は、導入口１１３ａ、導入路１３３、および分岐路１３４を経由して第２導入室１０１ｂに導入された流体の圧力を第２受圧面１０３ａで受ける。第１ダイアフラム１０２の第１受圧面１０２ａは、第１導入室１０１ａに向けられて配置されている。また、第２ダイアフラム１０３の第２受圧面１０３ａは、第２導入室１０１ｂに向けられて配置されている。この例では、第１受圧面１０２ａと第２受圧面１０３ａとは、仕切板１３２を挾んで互いに向かい合って配置されている。また、第１ダイアフラム１０２と第２ダイアフラム１０３とは、互いに平行に配置することができる。
【0047】
また、この圧力センサは、第１測定部１００ａに、第１可動電極１０５および第１固定電極１０６を備え、第２測定部１００ｂに、第２可動電極１０９および第２固定電極１１０を備える。
【0048】
第１可動電極１０５は、第１基準圧力室１０４の中で第１ダイアフラム１０２の第１内側面１０２ｂに形成されている。また、第１固定電極１０６は、第１基準圧力室１０４の中で第１可動電極１０５に向かい合って配置されている。第１ダイアフラム１０２の第１内側面１０２ｂとともに第１基準圧力室１０４を形成する第１固定面１０７に、第１固定電極１０６が形成されている。
【0049】
第２可動電極１０９は、第２基準圧力室１０８の中で第２ダイアフラム１０３の第２内側面１０３ｂに形成されている。第２固定電極１１０は、第２基準圧力室１０８の中で第２可動電極１０９に向かい合って配置されている。第２ダイアフラム１０３の第２内側面１０３ｂとともに第２基準圧力室１０８を形成する第２固定面１１１に、第２固定電極１１０が形成されている。
【0050】
例えば、第１固定電極１０６は、第１貫通電極１１４ａ（図２に不図示）により配線部品１４１に形成されている配線層（不図示）に接続している。また、第２固定電極１１０は、第２貫通電極１１４ｂ（図２に不図示）により配線部品１４１に形成されている配線層（不図示）に接続している。配線部品１４１の一部は、センサ収納ケース１３１ａの外部に取り出されており、この部分において、上述した各配線層が外部に取り出され、例えば、後述する圧力値出力部１１２に接続している。第１可動電極１０５や第２可動電極１０９についても同様である。
【0051】
第１導入室１０１ａは、第１筐体１２１ａに形成された凹部であり、第１基準圧力室１０４は、第１筐体１２１ａに形成された空間である。また、第２導入室１０１ｂは、第２筐体１２１ｂに形成された凹部であり、第２基準圧力室１０８は、第２筐体１２１ｂに形成された空間である。第１導入室１０１ａと第１基準圧力室１０４とが、第１ダイアフラム１０２により空間的に仕切られている。また、第２導入室１０１ｂと第２基準圧力室１０８とが、第２ダイアフラム１０３により空間的に仕切られている。
【0052】
また、第１基準圧力室１０４，第２基準圧力室１０８の各々は、真空が維持された空間とすることができる。例えば、筐体１２１は、第１基準圧力室１０４と外部とを連通する第１連通路１２２ａ、および第２基準圧力室１０８と外部とを連通する第２連通路１２２ｂを備えることができる。第１連通路１２２ａは、密閉空間とされているセンサ収納ケース１３１ａの内部空間と、第１基準圧力室１０４とを連通する。また、第２連通路１２２ｂは、密閉空間とされているセンサ収納ケース１３１ａの内部空間と、第２基準圧力室１０８とを連通する。従って、センサ収納ケース１３１ａの内部空間を真空状態とすることで、第１基準圧力室１０４，第２基準圧力室１０８の各々を、真空が維持された空間とすることができる。
【0053】
また、第１連通路１２２ａを設けずに、例えば、第１基準圧力室１０４を、第１ダイアフラム１０２の第１受圧面１０２ａの反対側の第１内側面１０２ｂを１の面として形成された密閉空間とすることで、真空を維持することができる。同様に、第２連通路１２２ｂを設けずに、例えば、第２基準圧力室１０８を、第２ダイアフラム１０３の第２受圧面１０３ａの反対側の第２内側面１０３ｂを１の面として形成された密閉空間とすることで、真空を維持することができる。
【0054】
例えば、センサ収納ケース１３１ａ、仕切板１３２は、ニッケル系合金などの耐食金属から構成することができる。また、例えば、第１筐体１２１ａ、第２筐体１２１ｂは、サファイア（コランダム）から構成することができる。例えば、固相接合、ロウ付け、拡散接合などの各種接合方法により、第１筐体１２１ａ、第２筐体１２１ｂを、仕切板１３２に接合して固定することができる。
【0055】
また、この圧力センサは、圧力値出力部１１２を備える。圧力値出力部１１２は、まず、第１ダイアフラム１０２の変位による第１可動電極１０５と第１固定電極１０６との間の容量変化を第１圧力値に変換して出力する。また、圧力値出力部１１２は、第２ダイアフラム１０３の変位による第２可動電極１０９と第２固定電極１１０との間の容量変化を第２圧力値に変換して出力する。
【0056】
上述した圧力センサは、第１導入室１０１ａおよび第２導入室１０１ｂが分岐路１３４で連通し、連続した空間として第１測定部１００ａと第２測定部１００ｂとで共有し、各測定部のダイアフラムの受圧面を向き合わせて配置しているので、センサ全体をコンパクトに構成することができる。従来技術のように、複数のダイアフラムを同一の層に形成する場合、異なるダイアフラムの間の干渉が問題となるが、上述した圧力センサは、第１ダイアフラム１０２と第２ダイアフラム１０３とを、異なる層に形成しているので干渉が発生せず、高精度な計測が可能となる。
【0057】
また、上述した圧力センサは、共通の導入口を介した圧力の導入経路を、各測定部のダイアフラムに対して同じ長さとすることが容易であり、同一の圧力応答性を確保しやすい。また、各測定部のダイアフラムの受圧面を、向き合わせて対称に配置することができ、各々のダイアフラムにおける力学的バランスを確保しやすい。また、この種のセンサがパッケージされる際に、半導体製造プロセスの副次的生成物を堆積防止するために捕集のためのバッフルがダイアフラムの手前に設置されることがあるが、上述した圧力センサは圧力導入口を共有しているために、効率的な小型バッフルが設計可能となる。
【0058】
また、図３に示すように、導入口１１３ａの内側にサファイア（コランダム）などの結晶材料から構成した板部材１３６を設けることができる。このように、機械的な強度が高い結晶材料を併用することで、微細な導入口１１３ａ分岐路１３４の構造が作製しやすくなり、また、機械的な耐久性を向上させることができる。
【0059】
なお、上述では、ダイアフラムの変位を可動電極および固定電極を用いた容量変化として測定したが、これに限るものではない。例えば、図４に示すように、ピエゾ素子（電気素子）２０１を用いて第１ダイアフラム１０２，第２ダイアフラム１０３の変位によって発生する歪みを計測する構成することができる。ピエゾ素子２０１は、ワイヤなどにより配線部品１４１の図示しない配線層に接続し、この配線層により圧力値出力部１１２に接続している。
【0060】
第１測定部１００ａは、第１ダイアフラム１０２に設けたピエゾ素子２０１により第１ダイアフラム１０２の歪みを計測し、第２測定部は、第２ダイアフラム１０３に設けたピエゾ素子２０１により第２ダイアフラム１０３の歪みを計測する。圧力値出力部１１２は、第１測定部による第１ダイアフラム１０２の歪みの計測値を第１圧力値に変換して出力し、第２測定部による第２ダイアフラム１０３の歪みの計測値を第２圧力値に変換して出力する。なお、図４において、図１Ａ、図１Ｂと同一の符号で示すものは、図１Ａ、図１Ｂと同様であるので、重複した説明は省略する。
【0061】
また、ダイアフラムの変位は光学手段を用いて計測することができる。例えば、図５に示すように、第１測定部１００ａは、第１ダイアフラム１０２の変位を、光ファイバ２０２ａを含む光学手段を用いてダイアフラム表面と固定面の干渉光として光学的に測定することができる。同様に、第２測定部１００ｂは、第２ダイアフラム１０３の変位を、光ファイバ２０２ｂを含む光学手段を用いてダイアフラム表面と固定面の干渉光として光学的に測定することができる。この場合、第１ダイアフラム１０２の表面に反射構造１０５ａを形成し、第２ダイアフラム１０３の表面に反射構造１０９ａを形成することができる。なお、図５において、図１Ａ、図１Ｂと同一の符号で示すものは、図１Ａ、図１Ｂと同様であるので、重複した説明は省略する。
【0062】
また、第１ダイアフラム１０２と第２ダイアフラム１０３とを異なる厚さとすることで、第１測定部１００ａと第２測定部１００ｂとで、異なる測定レンジとすることができる。なお、第１ダイアフラム１０２と第２ダイアフラム１０３と、各々異なる面積としても、第１測定部１００ａと第２測定部１００ｂとで、異なる測定レンジとすることができる。また、第１ダイアフラム１０２と第２ダイアフラム１０３と、各々異なる張力を持つように設置しても、第１測定部１００ａと第２測定部１００ｂとで、異なる測定レンジとすることができる。
【0063】
以上に説明したように、本発明によれば、第１ダイアフラムおよび第２ダイアフラムの流体の圧力を受ける各々の受圧面を、測定対象の流体が導入される導入室に向けて配置したので、複数のダイアフラムを用いても、センサパッケージ容積の増大を抑制することができる。
【0064】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【0065】
１００ａ…第１測定部、１００ｂ…第２測定部、１０１…導入室、１０２…第１ダイアフラム、１０２ａ…第１受圧面、１０２ｂ…第１内側面、１０３…第２ダイアフラム、１０３ａ…第２受圧面、１０３ｂ…第２内側面、１０４…第１基準圧力室、１０５…第１可動電極、１０６…第１固定電極、１０７…第１固定面、１０８…第２基準圧力室、１０９…第２可動電極、１１０…第２固定電極、１１１…第２固定面、１１２…圧力値出力部、１１３…導入口、１２１…筐体。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】