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(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】
(24)【登録日】2024-01-22
(45)【発行日】2024-01-30
(54)【発明の名称】静電容量式圧力センサ及びそれを使用する圧力検出方法
(51)【国際特許分類】
G01L 9/12 20060101AFI20240123BHJP
【ＦＩ】
G01L9/12
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2023508849
(86)(22)【出願日】2022-02-28
(86)【国際出願番号】 JP2022008151
(87)【国際公開番号】W WO2022202115
(87)【国際公開日】2022-09-29
【審査請求日】2023-07-28
(31)【優先権主張番号】P 2021053066
(32)【優先日】2021-03-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】504157024
【氏名又は名称】国立大学法人東北大学
(73)【特許権者】
【識別番号】390033857
【氏名又は名称】株式会社フジキン
(74)【代理人】
【識別番号】110002893
【氏名又は名称】弁理士法人ＫＥＮ知財総合事務所
(72)【発明者】
【氏名】須川 成利
【審査官】岡田 卓弥
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５０５１４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１１８２６５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００８－５２７３２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２８７４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２５８０９２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ ７／００－２３／３２
Ｇ０１Ｌ２７／００－２７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定電極と該固定電極に対向して配され流体の圧力に応じて撓む可動電極と、両電極間に設けた基準室と、流体で満たされ前記可動電極に撓みを起こさせるための測定室と、を備え、前記可動電極の可動変位に応じて変化する両電極間の静電容量の変化量を電気信号に直接変換して流体の圧力を測定する静電容量式圧力センサにおいて、第１の電位と第２の電位を前記可動電極に順次印加して前記第１の電位に応じた第１の出力信号と前記第２の電位に応じた第２の出力信号とを生成する手段と、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分信号を生成する手段と、
を備えていることを特徴とする静電容量式圧力センサ。
【請求項2】
請求項１に記載の前記静電容量式圧力センサにおいて、前記可動電極は絶縁層上に形成されている静電容量式圧力センサ。【請求項3】
請求項１に記載の前記静電容量式圧力センサにおいて、前記固定電極の表面に絶縁膜が設けてある静電容量式圧力センサ。【請求項4】
固定電極と該固定電極に対向して配され流体の圧力に応じて撓む可動電極と、両電極間に設けた基準室と、流体で満たされ前記可動電極に撓みを起こさせるための測定室と、を備え、前記可動電極の可動変位に応じて変化する両電極間の静電容量の変化量を電気信号に直接変換して流体の圧力を測定する静電容量式圧力センサを用いる流体の圧力検知方法において、前記測定室を被圧力検知流体で満たし、
前記可動電極に、第１の電位と第２の電位を順次印加し、前記第１の電位に応じた第１の出力信号と前記第２の電位に応じた第２の出力信号とを生成し、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分信号を生成し、該差分信号に基づいて前記被圧力検知流体の圧力を検知することを特徴とする流体の圧力検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、可変キャパシターにより流体（液体もしくは気体）の圧力を測定するのに使用される静電容量式圧力センサ及びそれを使用する圧力検出方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
多機能化・高度化・複雑化された現代の工業製品において，物理現象や状態を取り込み信号変換するセンシング技術は，最も基本的で重要な技術の一つである。その中でも，多くのガス（気体）や液体をコントロールして行う半導体/FPD/LED/太陽電池パネル等の製造プロセス（以後、これらの製造プロセスを「半導体装置の製造法（プロセス）」で代表する）では，マスフローコントローラをはじめとする各種流量・圧力制御機器が用いられるが、これらの機器に搭載可能な圧力センサはキーパーツの一つである。
【0003】
半導体装置の製造プロセスでは、気相成長による様々な成膜装置が用いられている。このような成膜装置では、ｎｍ単位の厚さの薄膜を形成するため、成膜室内の圧力や原料ガスの分圧などを正確に制御するのに、それらの圧力を正確に検出（計測／測定）することが重要となる。このような圧力の検出のために、静電容量式の圧力センサが用いられている（特許文献１，２、３、技術文献１）。
この種の圧力センサでは、被圧力測定対象である流体の圧力に起因するダイヤフラム（英 : diaphragm）の撓みによる変位量を電気信号に直接変換して流体の圧力を測定する。
このような静電容量式センサのセンサヘッドの既知のデザインの一例を図５に示す。
図５に示す静電容量式の圧力センサのセンサヘッド４００は、圧力が感知される流体を受け入れるための内部（第２）チャンバ４０２と流入口４０７と流出口４０８が規定されているハウジング（不図示）を備えている。
この種の圧力センサでは、被圧力測定対象である流体の圧力に起因するダイヤフラム（英 : diaphragm）の撓みによる変位量を電気信号に直接変換して流体の圧力を測定する。
このような静電容量式センサのセンサヘッドの既知のデザインの一例を図５に示す。
図５に示す静電容量式の圧力センサのセンサヘッド４００は、圧力が感知される流体を受け入れるための内部（第２）チャンバ４０２と流入口４０７と流出口４０８が規定されているハウジング（不図示）を備えている。
【0004】
ハウジング内には、第１並びに第２の導電性電極４０３，４０４が、ほぼ互いに平行に装着されており、また、平行平板キャパシターを形成するように、小さいギャップdにより互いに離間されている。この第１の電極（固定電極）４０３はスペーサ４１０に対して固定されている。一方第２の電極（可動電極）４０４は、受けた流体に応答するように、第１の電極４０３に対して可動する様になっている。
第１の電極４０３は、例えばセラミック製の支持ディスク４０５上に形成されている。また、第２の電極４０４は、例えばニッケルとクロムと鉄との合金のような金属で形成されたダイヤフラムでもある。
前記可動可能な第２の電極４０４は、代表的には周囲が第２のスペーサ４１１にクランプされている別途用意されたダイヤフラムの表面（第１チャンバ４０１側の表面）に設けられることもある。
クランプされている第２の電極４０４は、センサヘッド４００の幅方向に延びて第１のチャンバ４０１と第２のチャンバ４０２とを規定している。
第１の電極４０３は、例えばセラミック製の支持ディスク４０５上に形成されている。また、第２の電極４０４は、例えばニッケルとクロムと鉄との合金のような金属で形成されたダイヤフラムでもある。
前記可動可能な第２の電極４０４は、代表的には周囲が第２のスペーサ４１１にクランプされている別途用意されたダイヤフラムの表面（第１チャンバ４０１側の表面）に設けられることもある。
クランプされている第２の電極４０４は、センサヘッド４００の幅方向に延びて第１のチャンバ４０１と第２のチャンバ４０２とを規定している。
【0005】
第１のチャンバ４０１は、基準入口４０６が嵌入されている第１のスペーサ４１０に第１電極４０３と第２電極４０４が固着されることで上内壁と下内壁が区画されて形成されている。
第２のチャンバ４０２は、計測される流体を受け入れるための流入口４０７を有し、第２の電極４０４（ダイヤフラム）の中央部分を流体の圧力変化に応答して逸らす。この逸れることによる第２の電極４０４表面の変位移動により、前記電極間のギャップdが変化する。電気信号が前記第１の電極４０３（可動な第２の電極４０４は代表的には接地されている）に与えられ、この結果、第１の電極４０３と第２の電極４０４との間のキャパシタンスの変化が感知されて、第２チャンバ４０２を満たしている流体の圧力に関連付けられる。
第２のチャンバ４０２は、計測される流体を受け入れるための流入口４０７を有し、第２の電極４０４（ダイヤフラム）の中央部分を流体の圧力変化に応答して逸らす。この逸れることによる第２の電極４０４表面の変位移動により、前記電極間のギャップdが変化する。電気信号が前記第１の電極４０３（可動な第２の電極４０４は代表的には接地されている）に与えられ、この結果、第１の電極４０３と第２の電極４０４との間のキャパシタンスの変化が感知されて、第２チャンバ４０２を満たしている流体の圧力に関連付けられる。
【0006】
図５に示すセンサヘッド４００を備えた圧力センサでは、第２の電極４０４がダイヤフラムの機能を備えている例であるが、第２の電極４０４は別途別部材もしくは同質部材で形成されたダイヤフラムの表面（第１のチャンバ４０１側の表面）上に設けることもできる。この際、ダイヤフラムは、金属の他、セラミックなどの絶縁体で構成する例もある。
第２のチャンバ４０２には、該第２のチャンバ４０２内に充填される流体を流出するための流出口４０８が備えてある。第２のチャンバ４０２内の流体は、圧力検知中、流れを形成（動状態）していてもいいし、静止状態であっても圧力検知が可能といわれている。
第２のチャンバ４０２には、該第２のチャンバ４０２内に充填される流体を流出するための流出口４０８が備えてある。第２のチャンバ４０２内の流体は、圧力検知中、流れを形成（動状態）していてもいいし、静止状態であっても圧力検知が可能といわれている。
【0007】
流体の圧力を慎重に感知するために、また、正確な分解能を得るためには、前記ギャップdの変化、即ち、キャパシタンスの変化が充分な分解能で感知され得るようにする必要がある。
そのためには、前記ダイヤフラム（第２の電極４０４）の大きさを、充分に大きくすることが考えられるが、圧力センサ自体の小型化を阻害する要因の一つになることは避けられない。
或いは、圧力センサを小型化しようとしてダイヤフラム（第２の電極４０３）を小さくすると、電極間のギャップdも、小さくしなければならない。
この点を数学上で示せば、以下の通りである。
平行平板キャパシターに対して
Ｃ＝ｅＡ／ｄ ・・・・・（１）
であることが知られている。
ここで、Ｃはキャパシタンス、ｅは、平板間の材料に基づく定数（真空に対してはｅ＝１）、Ａは、前記平行平板の共通領域（平行平板がキャパシターとして働く領域／面積）、そして、ｄは、ギャップである。
これは、ギャップの変化に対応したキャパシタンスの変化が
ｄ(Ｃ)／ｄ(ｄ) ＝－ｅＡｄ-2 ・・・・・（２）
であることを意味する。
そのためには、前記ダイヤフラム（第２の電極４０４）の大きさを、充分に大きくすることが考えられるが、圧力センサ自体の小型化を阻害する要因の一つになることは避けられない。
或いは、圧力センサを小型化しようとしてダイヤフラム（第２の電極４０３）を小さくすると、電極間のギャップdも、小さくしなければならない。
この点を数学上で示せば、以下の通りである。
平行平板キャパシターに対して
Ｃ＝ｅＡ／ｄ ・・・・・（１）
であることが知られている。
ここで、Ｃはキャパシタンス、ｅは、平板間の材料に基づく定数（真空に対してはｅ＝１）、Ａは、前記平行平板の共通領域（平行平板がキャパシターとして働く領域／面積）、そして、ｄは、ギャップである。
これは、ギャップの変化に対応したキャパシタンスの変化が
ｄ(Ｃ)／ｄ(ｄ) ＝－ｅＡｄ-2 ・・・・・（２）
であることを意味する。
【0008】
測定精度は、式（１）に与えられる静電容量の出力が大きいほど向上するので，セルの電極面積、即ち、共通領域Aが大きい方が有利であるが、センサの大型化や空間分解能の低下を招くことになる。
一方、式（２）が示すように、共通領域Ａが小さくなるのに従って、ｄ（Ｃ）／ｄ（ｄ）の変化を正確に検出するのが困難になってくる。即ち、共通領域Aを小さくすれば、圧力センサの小型化が図れるが、圧力の正確な感知を果たすためには、ギャップd（電極間距離）を非常に狭くしなければならず、その狭いギャップdの変化に伴うキャパシタンスの変化を正確に感知する必要がある。
又、ギャップd（電極間距離）を小さくすると、変形可能な量が小さくなり，柔軟性を損なうだけでなく、底付きしやすくなるため測定可能な圧力範囲（ダイナミックレンジ）が狭くなってしまう。
一方、式（２）が示すように、共通領域Ａが小さくなるのに従って、ｄ（Ｃ）／ｄ（ｄ）の変化を正確に検出するのが困難になってくる。即ち、共通領域Aを小さくすれば、圧力センサの小型化が図れるが、圧力の正確な感知を果たすためには、ギャップd（電極間距離）を非常に狭くしなければならず、その狭いギャップdの変化に伴うキャパシタンスの変化を正確に感知する必要がある。
又、ギャップd（電極間距離）を小さくすると、変形可能な量が小さくなり，柔軟性を損なうだけでなく、底付きしやすくなるため測定可能な圧力範囲（ダイナミックレンジ）が狭くなってしまう。
【0009】
以上の説明から解る様に、上記の何れの方法でも測定精度は向上させることは出来るが、それぞれには一長一短があり、高測定精度、高分解能（高感度）、広ダイナミックレンジ及び小型の全ての要求を満足することは，従来の静電容量式圧力センサでは困難であった。
加えて、従来の静電容量式圧力センサの多くでは、高周波交流信号を印加した際に流れる電流を計測して容量を検出しており，信号サンプリングの際に、充放電の位相差や検出回路の応答遅延による信号のゆがみの影響を排除することが難しかった。
しかも、今日では、半導体装置の製法においてはこれから益々微細化が進む中で膜厚や品質の均一化が一層進められ、より高精度なプロセスが要求されており、かかる要求に応じた最適な静電容量式圧力センサとその圧力センサを使用する圧力検出方法の実用化が強く切望されている。
加えて、従来の静電容量式圧力センサの多くでは、高周波交流信号を印加した際に流れる電流を計測して容量を検出しており，信号サンプリングの際に、充放電の位相差や検出回路の応答遅延による信号のゆがみの影響を排除することが難しかった。
しかも、今日では、半導体装置の製法においてはこれから益々微細化が進む中で膜厚や品質の均一化が一層進められ、より高精度なプロセスが要求されており、かかる要求に応じた最適な静電容量式圧力センサとその圧力センサを使用する圧力検出方法の実用化が強く切望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特表２００１－５０９５８５号公報
【文献】特表２０１９－５１０２３号公報
【文献】特開２０１７－１３３８４１号公報
【非特許文献】
【0011】
【文献】Feature Article 特集論文「小型静電容量式圧力センサ」畑板剛久著、Readout pp10-13、No.36、May 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明は、上記点に鑑み鋭意なされたものであって、その主たる目的の一つは、流体の圧力を動的状態でも静的状態でもより高精度で検出（検知／計測／測定）でき、より小型化が可能で、圧力検出範囲がより広い（広ダイナミックレンジ）静電容量式圧力センサ及びそれを使用する圧力検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一つの側面は、固定電極と該固定電極に対向して配され流体の圧力に応じて撓む可動電極と、両電極間に設けた基準室と、流体で満たされ前記可動電極に撓みを起こさせるための測定室と、を備え、前記可動電極の可動変位に応じて変化する両電極間の静電容量の変化量を電気信号に直接変換して流体の圧力を測定する静電容量式圧力センサにおいて、
第１の電位と第２の電位を前記可動電極に順次印加して前記第１の電位に応じた第１の出力信号と前記第２の電位に応じた第２の出力信号とを生成する手段と、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分信号を生成する手段と、
を備えていることを特徴とする静電容量式圧力センサにある。
第１の電位と第２の電位を前記可動電極に順次印加して前記第１の電位に応じた第１の出力信号と前記第２の電位に応じた第２の出力信号とを生成する手段と、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分信号を生成する手段と、
を備えていることを特徴とする静電容量式圧力センサにある。
【0014】
本発明の別の側面は、前記静電容量式圧力センサにおいて、前記可動電極は絶縁層上に形成されている静電容量式圧力センサにある。
本発明の更に別の側面は、前記静電容量式圧力センサにおいて、前記固定電極の表面に絶縁膜が設けてある静電容量式圧力センサにある。
本発明の更に別の側面は、前記静電容量式圧力センサにおいて、前記固定電極の表面に絶縁膜が設けてある静電容量式圧力センサにある。
【0015】
本発明のもう一つの側面は、固定電極と該固定電極に対向して配され流体の圧力に応じて撓む可動電極と、両電極間に設けた基準室と、流体で満たされ前記可動電極に撓みを起こさせるための測定室と、を備え、前記可動電極の可動変位に応じて変化する両電極間の静電容量の変化量を電気信号に直接変換して流体の圧力を測定する静電容量式圧力センサを用いる流体の圧力検知方法において、
前記測定室を被圧力検知流体で満たし、
前記可動電極に、第１の電位と第２の電位を順次印加し、前記第１の電位に応じた第１の出力信号と前記第２の電位に応じた第２の出力信号とを生成し、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分信号を生成し、該差分信号に基づいて前記被圧力検知流体の圧力を検知することを特徴とする流体の圧力検知方法にある。
前記測定室を被圧力検知流体で満たし、
前記可動電極に、第１の電位と第２の電位を順次印加し、前記第１の電位に応じた第１の出力信号と前記第２の電位に応じた第２の出力信号とを生成し、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との差分信号を生成し、該差分信号に基づいて前記被圧力検知流体の圧力を検知することを特徴とする流体の圧力検知方法にある。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、流体の圧力を動的状態でも静的状態でもより高精度に検知／計測／測定でき、加えて、圧力検出範囲とダイナミックレンジが広く、より小型化が可能な静電容量式圧力センサ及び該静電容量式圧力センを使用する圧力検出方を提供することができる。
その他、可撓性が低い材質の材料でできたダイヤフラムを使用する場合であっても、分解能が高いことから広ダイナミックレンジのセンサの実現が可能である。このため、ダイヤフラムの材料の選択範囲を広げることが出来るとともに、分解能が高いので高精度の計測が容易にできる。
その他、可撓性が低い材質の材料でできたダイヤフラムを使用する場合であっても、分解能が高いことから広ダイナミックレンジのセンサの実現が可能である。このため、ダイヤフラムの材料の選択範囲を広げることが出来るとともに、分解能が高いので高精度の計測が容易にできる。
【0017】
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
【図面の簡単な説明】
【0018】
添付図面は、明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
【図1A】概念ブロック図。本発明の実施態様を説明するための図である。
【図1B】静電容量検出の原理を説明するための模式的概略回路図。本発明の実施態様を説明するための図である。
【図1C】タイミングチャート図。本発明の実施態様を説明するための図である。
【図2C】絶縁体のダイヤフラム側表面を説明するための模式的平面図。本発明の静電容量式の圧力センサのセンサヘッドの好適な実施態様の一つを説明するための図である。
【図2D】絶縁体の電極パット配設側の表面を説明するための模式的平面図。本発明の静電容量式の圧力センサのセンサヘッドの好適な実施態様の一つを説明するための図である。
【図3A】ＩＣセンサチップの概略ブロックレイアウト図。本発明に係るＩＣセンサチップの好適な例の1つを説明するための図である。
【図3C】概略回路図。本発明に係るＩＣセンサチップの好適な例の1つを説明するための図である。
【図3D】駆動タイミングを説明するためのタイミングチャート図。本発明に係るＩＣセンサチップの好適な例の1つを説明するための図である。
【図3E】ＡＤＣのサンプリングタイミングを説明するためのタイミングチャート図。本発明に係るＩＣセンサチップの好適な例の1つを説明するための図である。
【図4】本発明に係るセンサヘッドにおける検出電極の形状・配置の他の好適な実施態様を説明するための模式的説明図である。
【図5】静電容量式圧力センサの従来のセンサヘッドの典型例を説明するための模式的構造図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の理解を促すために必要に応じて図面を利用しながら具体的に説明する。
図１Ａ乃至図Ｃは、本発明の実施態様を説明するための図である。
図１Ａは、概念ブロック図、図１Ｂは、静電容量検出の原理を説明するための模式的概略回路図、図１Ｃは、タイミングチャート図である。
図１Ａ乃至図Ｃは、本発明の実施態様を説明するための図である。
図１Ａは、概念ブロック図、図１Ｂは、静電容量検出の原理を説明するための模式的概略回路図、図１Ｃは、タイミングチャート図である。
【0020】
図１Ａには、本発明の実施態様の構成の概略が示される。
本発明の静電容量式圧力センサECPSは、センサヘッド１００と信号処理部１２３を備えている。
前記センサヘッド１００は、電極部EPを有する。該電極部EPは、流体の圧力を感知するために、固定電極１１０と、可動電極１１１と、該固定電極１１０及び該可動電極１１１の間に形成された基準室１２０と、流体の圧力に応じて変形して前記可動電極１１１に可動変位を起こさせて前記基準室１２０の静電容量に変化を与えるための測定室１１５と、を備えている。
本発明の静電容量式圧力センサECPSは、センサヘッド１００と信号処理部１２３を備えている。
前記センサヘッド１００は、電極部EPを有する。該電極部EPは、流体の圧力を感知するために、固定電極１１０と、可動電極１１１と、該固定電極１１０及び該可動電極１１１の間に形成された基準室１２０と、流体の圧力に応じて変形して前記可動電極１１１に可動変位を起こさせて前記基準室１２０の静電容量に変化を与えるための測定室１１５と、を備えている。
【0021】
前記信号処理部１２３は、図１Ｂに示す様に、容量検出回路１２７を備えている。
前記固定電極１１０と前記可動電極１１１とで、一種の平行平板コンデンサー（容量Ｃs）を形成している。
前記可動電極１１１は、前記測定室１１５の一つの壁を構成するダイヤフラム自体（第一形態）でも良く、又は、該ダイヤフラムの表面に別途設ける（第二形態）ことも出来る。
第一形態は、ダイヤフラムと電極の両機能を一つの要素が備えている形態であり、第二形態は、ダイヤフラムの機能と電極の機能とを別々の要素が備えている形態である。ダイヤフラムの機能は、外力によってその形状が撓むが、外力が外れると元の形状に復帰する性質に基づくものであり、可撓性に基づくものであるとも言える。
前記固定電極１１０と前記可動電極１１１とで、一種の平行平板コンデンサー（容量Ｃs）を形成している。
前記可動電極１１１は、前記測定室１１５の一つの壁を構成するダイヤフラム自体（第一形態）でも良く、又は、該ダイヤフラムの表面に別途設ける（第二形態）ことも出来る。
第一形態は、ダイヤフラムと電極の両機能を一つの要素が備えている形態であり、第二形態は、ダイヤフラムの機能と電極の機能とを別々の要素が備えている形態である。ダイヤフラムの機能は、外力によってその形状が撓むが、外力が外れると元の形状に復帰する性質に基づくものであり、可撓性に基づくものであるとも言える。
【0022】
以後、第一形態と第二形態の何れかの形状を備えた可動電極を「ダイヤフラム電極」という場合もある。又、特に断りなく「可動電極」の語を使用する際は、第一形態と第二形態の何れかの形状を備えた電極の意味で使用する。
【0023】
前記測定室１１５内に充満している流体の圧力の検知は、第１の電位（S1a）と、該第１の電位（S1a）と電位差（VIN）のある第２の電位（S1b）とがパルス信号ΦDとして、前記可動電極１１１に電位付与手段１２２により周期ｔ0で付与されることによりなされる。
前記固定電極１１０は、通常、GNDに接地されるが、所定の電位（S2）が前記電位付与手段１２２により付与されても良い。
容量Cｃは、固定電極１１０の寄生容量で、その成分は、主に、スイッチSW1のドレイン容量，SF Amp のゲート容量、および、配線容量から成る。
前記固定電極１１０は、通常、GNDに接地されるが、所定の電位（S2）が前記電位付与手段１２２により付与されても良い。
容量Cｃは、固定電極１１０の寄生容量で、その成分は、主に、スイッチSW1のドレイン容量，SF Amp のゲート容量、および、配線容量から成る。
【0024】
前記固定電極に第１の電位（S1a）と第２の電位（S1b）とを順次付与すると、前記固定電極１１０と前記可動電極１１１との間（ギャップd）の静電容量（Cs）に応じて、第１の電位（S1a）に対応する第１の信号（S2a）と第２の電位（S1b）に対応する第２の信号（S2b）とがセンサヘッド１００から出力されて入力端子（IN1～INn）から信号処理部１２３に入力される。
第１の信号（S2a）の入力に応じて第１の出力信号（VOUTN）が、第２の信号（VOUTS）の入力に応じて第２の出力信号（VOUTS）が、それぞれ、信号処理部１２３から出力される。第１の出力信号（VOUTN）と第２の出力信号（VOUTS）とが差分信号生成手段１２５に入力されると差分信号（VOUT）が生成され、該差分信号生成手段１２５から出力される。
第１の信号（S2a）の入力に応じて第１の出力信号（VOUTN）が、第２の信号（VOUTS）の入力に応じて第２の出力信号（VOUTS）が、それぞれ、信号処理部１２３から出力される。第１の出力信号（VOUTN）と第２の出力信号（VOUTS）とが差分信号生成手段１２５に入力されると差分信号（VOUT）が生成され、該差分信号生成手段１２５から出力される。
【0025】
次に、図１Ｂと図１Ｃで、本発明の静電容量式圧力センサECPSの動作の説明をする。
パルス信号ΦDは、期間（周期）t0で第１の電位（S1a）と第２の電位（S1b）が可動電極１１１に付与される信号を表す。
先ず、スイッチＳＷ１のＯＮ‐ＯＦＦすることにより、固定電極リセットパルスΦＲを前記固定電極（検出電極）１１０に印加して前記固定電極１１０をリセットする。その後、可動電極１１１に、第１の電位（S1a）と第２の電位（S1b）とから形成されるパルス信号ΦDを印加する。
パルス信号ΦDは、期間（周期）t0で第１の電位（S1a）と第２の電位（S1b）が可動電極１１１に付与される信号を表す。
先ず、スイッチＳＷ１のＯＮ‐ＯＦＦすることにより、固定電極リセットパルスΦＲを前記固定電極（検出電極）１１０に印加して前記固定電極１１０をリセットする。その後、可動電極１１１に、第１の電位（S1a）と第２の電位（S1b）とから形成されるパルス信号ΦDを印加する。
【0026】
前記可動電極１１１が第１の電位（S1a）にある時にスイッチＳＷ２NにサンプルホールドパルスΦNが印加されてＯＮ‐ＯＦＦする間に、第１の出力信号（VOUTN）が出力される。
同様に、前記可動電極１１１が第２の電位（S1b）にある時にスイッチＳＷ２SにサンプルホールドパルスΦSが印加されてＯＮ‐ＯＦＦする間に、第２の出力信号（VOUTS）が出力される。
第１の出力信号（VOUTN）と第2の出力信号（VOUTS）との差分から、差分信号（VOUT）が形成される。
差分信号（VOUT）＝ 第１の出力信号（VOUTN）－第2の出力信号（VOUTS）・・・・（３）
但し、GSFは SＦAmp（Sauce Follower Amp）の利得である。
同様に、前記可動電極１１１が第２の電位（S1b）にある時にスイッチＳＷ２SにサンプルホールドパルスΦSが印加されてＯＮ‐ＯＦＦする間に、第２の出力信号（VOUTS）が出力される。
第１の出力信号（VOUTN）と第2の出力信号（VOUTS）との差分から、差分信号（VOUT）が形成される。
差分信号（VOUT）＝ 第１の出力信号（VOUTN）－第2の出力信号（VOUTS）・・・・（３）
但し、GSFは SＦAmp（Sauce Follower Amp）の利得である。
【0027】
この結果、設計される電気回路において、固定電極（検出電極）１１０のリセット熱ノイズ・低周波ノイズ、SF（ソースフォロアー：Sauce Follower）トランジスタの低周波ノイズ・しきい値電圧のばらつき、及び、可動電極（対向電極）１１１、電源、SFトランジスタ・列電流源トランジスタなどに含まれる周期t0 よりも長周期の低周波ノイズなどのRN（ランダムノイズ：Random Noise）、FPN（フィックストパターンノイズ：Fixed Pattern Noise）を除去することが出来るので、高精度（高分解度）で、広ダイナミックレンジの静電容量式圧力センサを具現化できる。
又、SF Ampを設ければ、一つのトランジスタで電荷増幅を行うことができ，小さな面積で線形性のよい信号を読み出すことができる。
又、SF Ampを設ければ、一つのトランジスタで電荷増幅を行うことができ，小さな面積で線形性のよい信号を読み出すことができる。
【0028】
次に、本発明を具体的に詳述する。
図２Ａ乃至図２Ｄには、本発明の好適な実施態様の一つの例が示される。
図２Ａは、図２Ｃに示す線分ＸＹでの模式的切断面である。
静電容量型のセンサヘッド１００は、センサベース１０１の周囲面上に、逆凹突形状のハーメチックベース１０２が設けられた構成を有する。ハーメチックベース１０２の内部空間（予備室）１１４の下部には、絶縁体１０４がスペーサ１０３－１，１０３－２を介してセンサベース１０１上に設けられている。
図２Ａ乃至図２Ｄには、本発明の好適な実施態様の一つの例が示される。
図２Ａは、図２Ｃに示す線分ＸＹでの模式的切断面である。
静電容量型のセンサヘッド１００は、センサベース１０１の周囲面上に、逆凹突形状のハーメチックベース１０２が設けられた構成を有する。ハーメチックベース１０２の内部空間（予備室）１１４の下部には、絶縁体１０４がスペーサ１０３－１，１０３－２を介してセンサベース１０１上に設けられている。
【0029】
空間（予備室）１１４は、リードピン１０６と電極パット１１３とをリード線１０９で結線するために組み立ての便宜上設けられてあるもので、本発明においては本質的には必要とされない。
リードピン１０６と電極パット１１３とを結線するには、リード線１０９の代わりにスプリングバネを用いる方法もある。このスプリングバネを用いる方法では、スプリングバネの弾力性を利用してリードピン１０６と電極パット１１３の間にスプリングバネを機械的に挿入するだけでよいので、リード線１０９を用いる方法の様に、リードピン１０６とリード線１０９、リード線１０９と電極パット１１３、とをそれぞれ電着させる煩わしさを避けることができる。
本発明においては、この他、リードピン１０６と電極パット１１３とを直接結線する方法を用いることもある。
リードピン１０６と電極パット１１３とを結線するには、リード線１０９の代わりにスプリングバネを用いる方法もある。このスプリングバネを用いる方法では、スプリングバネの弾力性を利用してリードピン１０６と電極パット１１３の間にスプリングバネを機械的に挿入するだけでよいので、リード線１０９を用いる方法の様に、リードピン１０６とリード線１０９、リード線１０９と電極パット１１３、とをそれぞれ電着させる煩わしさを避けることができる。
本発明においては、この他、リードピン１０６と電極パット１１３とを直接結線する方法を用いることもある。
【0030】
センサベース１０１内の空間（測定室）１１５の上位には、図２Ａに示すように、可撓（変位）領域（空間１１５の上面を画定する領域）Ｂを有するセンサダイヤフラム１０５がセンサベース１０１を加工してセンサベース１０１との一体部材としてセンサベース１０１の上部に設けられている。即ち、可撓（変位）領域Ｂの下面は、空間１１５の上面を画定している。センサベース１０１は、図２Ａに示すようにセンサダイヤフラムベース１０１との一体部材として設けるのが加工組み立て上好ましい。その他、センサベース１０１とは別体としてセンサベース１０１上に空間１１５の上部を塞ぐようにセンサベース１０１にその周囲部が密着する構造体として設けても良い。
センサダイヤフラム１０５の厚みは、薄い方が圧力計測の精度を高めることが出来るので、機械的強度の許容範囲で出来るだけ薄い方が好ましい。
センサダイヤフラム１０５の厚みは、薄い方が圧力計測の精度を高めることが出来るので、機械的強度の許容範囲で出来るだけ薄い方が好ましい。
【0031】
絶縁体１０４の上表面１０４－２には５個の電極パット１１３－１～１１３－５（一つは、図２Ａには不図示で、図２Ｄに記載されている）が、下表面１０４－１には、絶縁体側電極(検出電極／基準電極)１１０が配設されている。絶縁体側電極１１０は固定電極である。
図示される絶縁体側電極１１０は、４個の検出電極１１０－１～１１０－４と必要に応じて設けられる基準電極１１０－５で構成されている。
基準電極１１０－５は、圧力感知の零点修正のために、ダイヤフラム電極（可動電極）１１１の非可撓領域Cの表面と固定ギャップを挟んで対向する位置に配される。図２Ｂでは、必要において設けられるプローブピン接合電極パット１２８が介在されている。
図示される絶縁体側電極１１０は、４個の検出電極１１０－１～１１０－４と必要に応じて設けられる基準電極１１０－５で構成されている。
基準電極１１０－５は、圧力感知の零点修正のために、ダイヤフラム電極（可動電極）１１１の非可撓領域Cの表面と固定ギャップを挟んで対向する位置に配される。図２Ｂでは、必要において設けられるプローブピン接合電極パット１２８が介在されている。
【0032】
電極パット１１３－１～１１３－５には、それぞれに対応するリード配線１０９－１～１０９－５を介してそれぞれに対応するリードピン１０６－１～１０６－５が電気的に接続されている。
リードピン１０６、プローブピン１０７は、ハーメチックガラス１０８によってハーメチックベース１０２との間隙を封止されつつハーメチックベース１０２を貫通してハーメチックベース１０２の内外に通じている。
貫通孔１１２－１の内表面には表面電極がコーティングされていて電極パット１１３－１と基準電極１１０－５とが電気的に接続されている。
同様な構成・構造で、電極パット１１３－２と第三検出電極１１０－３、電極パット１１３－３と第一検出電極１１０－１、電極パット１１３－４と第二検出電極１１０－２、電極パット１１３－５（不図示）と第四検出電極１１０－４、とが夫々電気的に接続されている。
リードピン１０６、プローブピン１０７は、ハーメチックガラス１０８によってハーメチックベース１０２との間隙を封止されつつハーメチックベース１０２を貫通してハーメチックベース１０２の内外に通じている。
貫通孔１１２－１の内表面には表面電極がコーティングされていて電極パット１１３－１と基準電極１１０－５とが電気的に接続されている。
同様な構成・構造で、電極パット１１３－２と第三検出電極１１０－３、電極パット１１３－３と第一検出電極１１０－１、電極パット１１３－４と第二検出電極１１０－２、電極パット１１３－５（不図示）と第四検出電極１１０－４、とが夫々電気的に接続されている。
【0033】
図２Ａに示されているＡ部の拡大図が図２Ｂに示される。
絶縁体１０４のダイヤフラム１０５側の表面１０４－１には、絶縁体側電極１１０が設けてあり、その表面は必要に応じて絶縁膜１１８で被っても良い。
センサベース１０１の絶縁体１０４側の表面１０１－１には、絶縁膜１１７を介してダイヤフラム側電極１１１が設けられている。
絶縁体１０４のダイヤフラム１０５側の表面１０４－１には、絶縁体側電極１１０が設けてあり、その表面は必要に応じて絶縁膜１１８で被っても良い。
センサベース１０１の絶縁体１０４側の表面１０１－１には、絶縁膜１１７を介してダイヤフラム側電極１１１が設けられている。
【0034】
プローブピン１０７は、貫通孔１１２－２の中を通過して、ダイヤフラム側電極１１１に電気的に接続されている。図２Ｂには、電極パット１２８を介して電気的に接続されているのが示されるが、本発明においては、電極パット１２８は必要に応じて設ければよく必ずしも要するものではない。
【0035】
空間１１４と空間（基準室）１２０は貫通孔１１２－２を介して連通されており、センサヘッド１００の少なくとも完成時には減圧状態、好ましくは真空状態にされているのが望ましい。その際の真空度は、作成されるセンサヘッド１００に求められる圧力検出精度に応じて適宜決められる。ダイヤフラム１０５の可動特性（変位特性）や絶縁体側電極１１０の配設・形状にもよるが、真空度は高い程検出精度を高くできる。
【0036】
又、空間１１４、空間１２０は、減圧状態で窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈe）などの不活性ガスで満たしても良い。
空間１１４は、空間１２０と連通していても、又は、遮断されていても良いが、連通している方が、センサヘッド１００を組み立てる際に、空間１２０を減圧状態又は真空状態にするのが容易である点で好都合である。
空間（測定室）１１５は、被測定流体（気体、液体）で満たされる。空間１１５に満たされる被測定流体の圧力は、圧力測定時に当該被測定流体が動的状態であっても静止状態であっても測定可能である。
空間１１４は、空間１２０と連通していても、又は、遮断されていても良いが、連通している方が、センサヘッド１００を組み立てる際に、空間１２０を減圧状態又は真空状態にするのが容易である点で好都合である。
空間（測定室）１１５は、被測定流体（気体、液体）で満たされる。空間１１５に満たされる被測定流体の圧力は、圧力測定時に当該被測定流体が動的状態であっても静止状態であっても測定可能である。
【0037】
図２Ａ乃至図２Ｄに記載される例では、ダイヤフラム１０５は、円形平板の形状を備えている。ダイヤフラム１０５は、空間１１５側に内可撓面１２１－１を備え、絶縁縁膜１１４側に外可撓面１２１－２を備えている。外可撓面１２１－２は、センサベース１０１の絶縁体１０４側の表面１０１－１の一部である。外可撓面１２１－２と内可撓面１２１－１は、ダイヤフラム１０５の可撓（変位）領域Ｂの上下面を夫々構成する。
【0038】
空間１１５の上面は、図２Ａに示すように、可撓（変位）領域Ｂ（空間１１５の上面の範囲を画定する領域）によって画定されている。
ダイヤフラム１０５の可撓（変位）領域Bは、 図２Ａ、図２Ｂに記載される例では、円形平板の形状を備え、空間１１５の上を塞いでいる。
ダイヤフラム１０５は、可撓（変位）領域Bの中心が、ダイヤフラム１０５自体の中心と一致し、この中心から可撓性を有する前記可撓（変位）領域Bが等方的に全方位に亘って広がっている円形平板形状を備えていると、流体の圧力を受けて等方位的で同心円的に（半球状的に）変形するので、圧力をより正確に検知することが出来、好都合である。
この他、ダイヤフラム１０５の形状は、圧力検知の正確性を厳密に求めない圧力センサの場合には、楕円平板形状、多角形平板形状であっても差し支えない。
ダイヤフラム１０５の可撓（変位）領域Bは、 図２Ａ、図２Ｂに記載される例では、円形平板の形状を備え、空間１１５の上を塞いでいる。
ダイヤフラム１０５は、可撓（変位）領域Bの中心が、ダイヤフラム１０５自体の中心と一致し、この中心から可撓性を有する前記可撓（変位）領域Bが等方的に全方位に亘って広がっている円形平板形状を備えていると、流体の圧力を受けて等方位的で同心円的に（半球状的に）変形するので、圧力をより正確に検知することが出来、好都合である。
この他、ダイヤフラム１０５の形状は、圧力検知の正確性を厳密に求めない圧力センサの場合には、楕円平板形状、多角形平板形状であっても差し支えない。
【0039】
検出電極１１０（図２Ａ乃至図２Ｄに示す例では、４個）は、絶縁体１０４のダイヤフラム１０５側表面１０４－１のダイヤフラム１０５の可動（可撓）領域Ｂの表面（可動領域Ｂ表面）上に、該表面の中心若しくは実質的中心を中心点として同心円的に配される。その中で、基準電極１１０－５を設ける場合は、この基準電極１１０－５は最外周に配される。
【0040】
ここに記す「実質的中心」の「実質的」とは、中心と見做される許容範囲内のことを云う。この中心と見做される許容範囲は、計測精度に応じて適宜決められる。
以後、特に断りなく本明細書で使用される「実質的」の意味は、この意味で使用される。又、以後、「中心」の意味には、特に断りなく本明細書で使用される場合は、この「実質的中心」も含むものである。
以後、特に断りなく本明細書で使用される「実質的」の意味は、この意味で使用される。又、以後、「中心」の意味には、特に断りなく本明細書で使用される場合は、この「実質的中心」も含むものである。
【0041】
図２Ｃに図示される例では、表面１０４－１上に４つの検出電極（１１０－１～１１０－４）が配設され、このうち第一検出電極１１０－１が表面の中心に配され、他の３つの検出電極（１１０－２～１１０－４）は、第一検出電極１１０－１の周りに同心円状に配されている。最外周には、基準電極１１０－５が同心円状に配されている。
図２Ｃに図示される例では、第一検出電極１１０－１は円板形状で、その中心が表面１０４－１の中心と一致若しくは実質的に一致する様に表面１０４－１に配されているが、第一検出電極１１０－１の形状は、必ずしも円板形状であることを要しない。第一検出電極１１０－１の形状は、例えば、板状ドーナツ形状であっても良い。
図２Ｃに図示される例では、第一検出電極１１０－１は円板形状で、その中心が表面１０４－１の中心と一致若しくは実質的に一致する様に表面１０４－１に配されているが、第一検出電極１１０－１の形状は、必ずしも円板形状であることを要しない。第一検出電極１１０－１の形状は、例えば、板状ドーナツ形状であっても良い。
【0042】
図２Ａ乃至図２Ｄに記載される例では、検出電極１１０は、４個（１１０－１～１１０－４）であり、図２Ｃに示す様に、絶縁体１０４のダイヤフラム１０５側の表面１０４－１上に配設されているが、本発明においては、検出電極１１０の数は、４個に限られるものではなく、１個以上あれば良い。
しかし、検出電極１１０の数は多い方が、圧力検知精度が上がるので、検出電極１１０の数を設計許容範囲で出来るだけ多くする方が好ましい。又、検出電極１１０の数とその配置の仕方は、求める圧力センサの仕様と用途、製造コストに応じて決められる。
しかし、検出電極１１０の数は多い方が、圧力検知精度が上がるので、検出電極１１０の数を設計許容範囲で出来るだけ多くする方が好ましい。又、検出電極１１０の数とその配置の仕方は、求める圧力センサの仕様と用途、製造コストに応じて決められる。
【0043】
前記可動電極１１１が導電性のダイヤフラムの表面に別途電極層を設けた第二形態を有し、且つ該ダイヤフラムと該電極層の間に絶縁性の介在膜が設けてある場合は、基準（参照）電極（固定電極）１１０－５を該導電性のダイヤフラムに接続することで印加電圧に比例した信号を検出電極に伝達することができ，よりＳ／Ｎ比の高い高精度な検出を行うことができる。
【0044】
絶縁体１０４は、上面側（リードピン１０６側の表面）に表面１０４－２，下面側（ダイヤフラム１０５側）に表面１０４－１を有する円柱形状を備えている。その上で、センサダイヤフラム１０５の可動領域Ｂ（図１Ａ～図１Ｄに示す例では円形）を覆うに十分な大きさの円表面面積を有する。即ち、絶縁体１０４は、輪形状のスペーサ１０３を介して円形の表面１０４－１の周端部領域でセンサベース１０１上に設置（クランプ）されるに十分な大きさの面積の円表面を有する。
絶縁体１０４が、スペーサ１０３を介してセンサベース１０１上に設けられることで、空間１２０の厚さ（ギャップ）が精度高く設けることが出来るので、空間１２０の厚さ（ギャップ）を狭くすることが出来、高精度で圧力を検知することが可能となる。
絶縁体１０４が、スペーサ１０３を介してセンサベース１０１上に設けられることで、空間１２０の厚さ（ギャップ）が精度高く設けることが出来るので、空間１２０の厚さ（ギャップ）を狭くすることが出来、高精度で圧力を検知することが可能となる。
【0045】
空間１１４と空間１２０が真空状態で完全に密閉されていると、センサヘッド１００の外部の温度に左右されずに絶対圧での測定ができる。
空間１１４と空間１２０の完全密閉は、例えば図示されているように、ハーメチックベース１０２がセンサベース１０１に気密に嵌合されることでなされる。或いは、ハーメチックベース１０２とセンサベース１０１とを半導体レーザで熱溶着することでも空間１１４と空間１２０の完全密閉は可能である。
空間１１４と空間１２０の完全密閉は、例えば図示されているように、ハーメチックベース１０２がセンサベース１０１に気密に嵌合されることでなされる。或いは、ハーメチックベース１０２とセンサベース１０１とを半導体レーザで熱溶着することでも空間１１４と空間１２０の完全密閉は可能である。
【0046】
センサダイヤフラム１０５の可動の際に若しくは不測の事態が原因で絶縁体側電極(検出電極／基準電極)１１０の表面とダイヤフラム側電極１１１の表面とが接触して起こる電気的ショートを防ぐ目的で、絶縁膜１１８を絶縁体側電極(検出電極／基準電極)１１０上に設けるのが望ましい。
尚、本発明においては、絶縁膜１１８は作成されるセンサヘッド１００の仕様によっては必ずしも設けられなくてもよい。
尚、本発明においては、絶縁膜１１８は作成されるセンサヘッド１００の仕様によっては必ずしも設けられなくてもよい。
【0047】
これまでに説明した様に本発明に係る容量検出法に従って容量検出すれば、セル検出電極（絶縁体側電極１１０）のリセット時の熱ノイズ・低周波ノイズ，SFトランジスタの低周波ノイズ・しきい値電圧ばらつき，および，対向電極（可動電極）１１１，電源，SFトランジスタ，列電流源トランジスタなどに含まれるt0 よりも長周期の低周波ノイズなどのRN（ランダムノイズ），FPN（フィックストパターンノイズ）を除去することが出来、高精度での圧力検出が可能になる。
【0048】
次に、本発明に係るＩＣセンサチップの好適な例の1つを説明する。
図３Ａ乃至図３Ｅは、本発明に係るＩＣセンサチップの好適な例の1つを説明するための図であって、図３Ａは、ＩＣセンサチップの概略ブロックレイアウト図、図３Ｂは、図３Ａに枠で示すB部の模式的拡大図である。図３Ｃは、概略回路図、図３Ｄは、駆動タイミングの一例を説明するためのタイミングチャート図、図３Ｅは、ＡＤＣのサンプリングタイミングを説明するためのタイミングチャート図である。
図３Ａ乃至図３Ｅは、本発明に係るＩＣセンサチップの好適な例の1つを説明するための図であって、図３Ａは、ＩＣセンサチップの概略ブロックレイアウト図、図３Ｂは、図３Ａに枠で示すB部の模式的拡大図である。図３Ｃは、概略回路図、図３Ｄは、駆動タイミングの一例を説明するためのタイミングチャート図、図３Ｅは、ＡＤＣのサンプリングタイミングを説明するためのタイミングチャート図である。
【0049】
下記表１には、ICチップ２００の備える電気的ＰＡＤ（以後、電気的「端子」若しくは「接点」と称することもある）（No.１～２０）と名称の対応関係が示されている。
Ｎｏ.１～５は、５個の容量検出セル２０１―１～２０１－５の夫々に対応する５個の端子ＩＮ１～ＩＮ５を示す。
Ｎｏ.１～５は、５個の容量検出セル２０１―１～２０１－５の夫々に対応する５個の端子ＩＮ１～ＩＮ５を示す。
【0050】
図３Ｂに示すＢ部の枠内には、容量検出セル２０１が仕様に応じたセルピッチ、例えば１２μｍセルピッチで５セル（２０１－１～２０１－５）設けられている。
容量検出セル２０１（２０１－１）の周囲にはダミーセル２０８が９個（２０８－１a～２０８－１h）配設されている。ダミーセル２０８は、容量検出セル２０１が入力端子を有するのに対して入力端子を有さずGNDや電源の固定電圧（固定電位）に設置されている回路構成を備えている点を除いて、容量検出セル２０１と同等の構成・構造である。
このように、容量検出セル２０１の周囲全般に上記のダミーセル２０８（図３Ｂでは９つ）を配設することで、計測ノイズの低減を図ることが出来る。
容量検出セル２０１（２０１－１）の周囲にはダミーセル２０８が９個（２０８－１a～２０８－１h）配設されている。ダミーセル２０８は、容量検出セル２０１が入力端子を有するのに対して入力端子を有さずGNDや電源の固定電圧（固定電位）に設置されている回路構成を備えている点を除いて、容量検出セル２０１と同等の構成・構造である。
このように、容量検出セル２０１の周囲全般に上記のダミーセル２０８（図３Ｂでは９つ）を配設することで、計測ノイズの低減を図ることが出来る。
【0051】
ダミーセル２０８の下部に隣接した領域にはSFトランジスタTSFの定電流負荷となるトランジスタTX2a，トランジスタTX3aからなるトランジスタ定電流回路２０９が設けられている。
S/H容量セル領域２１０には、S/H容量C1a，S/H容量C2aが並列に配備されるS/H容量セル２０２が５個（２０２－１～２０２－５）まとめて設けられている。
出力バッファアンプ領域２１１には、２個の出力バッファアンプ２０５－１、出力バッファアンプ２０５―２が設けられている。定電流電源領域２１２には、定電流電源２０４が設けてある。
水平シフトレジスタ（HSR）領域２１３には、水平シフトレジスタ（HSR）２０６が設けられている。
S/H容量セル領域２１０には、S/H容量C1a，S/H容量C2aが並列に配備されるS/H容量セル２０２が５個（２０２－１～２０２－５）まとめて設けられている。
出力バッファアンプ領域２１１には、２個の出力バッファアンプ２０５－１、出力バッファアンプ２０５―２が設けられている。定電流電源領域２１２には、定電流電源２０４が設けてある。
水平シフトレジスタ（HSR）領域２１３には、水平シフトレジスタ（HSR）２０６が設けられている。
【0052】
次に、図３Ｃ乃至図３Ｅを用いて、センサヘッド１００で圧力を検知する際の、ICチップ２００の電気的駆動方法を説明する。
図３Ｃは、ICチップ２００の概略回路図（回路の一部は省略されている）である。
図３Ｄは、ICチップ２００の駆動タイミングの好適な例の一つを示すタイミングチャートである。
図上部の駆動タイミングは、S/H容量セル２０２（２０２－１～２０２－５）の容量Ｃ１（Ｃ１a～Ｃ１ｅ）、容量Ｃ２（Ｃ2a～Ｃ２e）に電荷が蓄積（保存）される駆動タイミングを示す。図下部の駆動タイミングは、水平シフトレジスタ（HSR）２０６の駆動タイミングを示す。
図３Eには、シフトレジスタパルスと出力信号の関係の具体例の一つが示されている。
図３Ｃは、ICチップ２００の概略回路図（回路の一部は省略されている）である。
図３Ｄは、ICチップ２００の駆動タイミングの好適な例の一つを示すタイミングチャートである。
図上部の駆動タイミングは、S/H容量セル２０２（２０２－１～２０２－５）の容量Ｃ１（Ｃ１a～Ｃ１ｅ）、容量Ｃ２（Ｃ2a～Ｃ２e）に電荷が蓄積（保存）される駆動タイミングを示す。図下部の駆動タイミングは、水平シフトレジスタ（HSR）２０６の駆動タイミングを示す。
図３Eには、シフトレジスタパルスと出力信号の関係の具体例の一つが示されている。
【0053】
図３Ｃには、５個の容量検出セル２０１－１～２０１－５の中、３個の容量検出セル２０１－３～２０１－５は、「・・・」と表示して省略し不図示にしてある。また、５個のS/H容量セル２０２－１～２０２－５の中、３個のS/H容量セル２０２－３～２０２－５も同様に「・・・」と表示して省略し不図示にしてある。
又、保護回路２０３についても、２個の保護回路２０３－１，保護回路２０３－２については図示されているが、その他の３個の保護回路２０３－３、保護回路２０３－４、保護回路２０３－５は図示を省略してある。
同様に、定電流回路２０９についても、２個の定電流回路２０９－１，定電流回路２０９－２については図示されているが、その他の３個の定電流回路２０９－３、定電流回路２０９－４，定電流回路２０９－５については図示を省略してある。
更に、同様に、SF array回路２１４につても、２個のSF array回路路２１４－１、保護回路２１４－２については図示されているが、その他の３個のSF array回路２１４－３、保護回路２１４－４，保護回路２１４－５については図示を省略してある。
又、保護回路２０３についても、２個の保護回路２０３－１，保護回路２０３－２については図示されているが、その他の３個の保護回路２０３－３、保護回路２０３－４、保護回路２０３－５は図示を省略してある。
同様に、定電流回路２０９についても、２個の定電流回路２０９－１，定電流回路２０９－２については図示されているが、その他の３個の定電流回路２０９－３、定電流回路２０９－４，定電流回路２０９－５については図示を省略してある。
更に、同様に、SF array回路２１４につても、２個のSF array回路路２１４－１、保護回路２１４－２については図示されているが、その他の３個のSF array回路２１４－３、保護回路２１４－４，保護回路２１４－５については図示を省略してある。
【0054】
ライン１は、５個の容量検出セル２０１－１～２０２－５の夫々に設けられている５個のトランジスタＴＲ１～ＴＲ５のゲート電極に結線されている。
ライン３は、５個のSF array回路２１４－１～２１４－５の夫々に設けられている５個のトランジスタＴＸ１a～ＴＸ１eのゲート電極に結線されている。
ライン４は、５個のSF array回路２１４－１～２１４－５の夫々に設けられている５個のトランジスタＴＸ２a～ＴＸ２eのゲート電極に結線されている。
ライン５は、５個のSF array回路２１４－１～２１４－５の夫々に設けられている５個のトランジスタＴＸ３a～ＴＸ３eのゲート電極に結線されている。
尚、図３Ｃにおいて、トランジスタＴＲ２～ＴＲ５、トランジスタＴＸ１b～ＴＸ１e、トランジスタＴＸ２b～ＴＸ２e、トランジスタＴＸ３b～ＴＸ３eは、図示を省略してある。
ライン６は、５個のS/H容量セル２０２－１～２０２－５の夫々に設けられている５個のトランジスタＴＹ１a～ＴＹ５aのゲート電極に結線されている。
ライン７は、５個のS/H容量セル２０２－１～２０２－５の夫々に設けられている５個のトランジスタＴＹ２a～ＴＹ２eのゲート電極に結線されている。
尚、図３Ｃにおいて、トランジスタＴＹ１b～ＴY１e、トランジスタＴＹ２b～ＴY２e、トランジスタＴ１ｂ～Ｔ１ｅ、トランジスタＴ２ｂ～Ｔ２ｅ、容量Ｃ１ｂ～Ｃ１ｅ、容量Ｃ２ｂ～Ｃ２ｅは、図示を省略してある。
ライン３は、５個のSF array回路２１４－１～２１４－５の夫々に設けられている５個のトランジスタＴＸ１a～ＴＸ１eのゲート電極に結線されている。
ライン４は、５個のSF array回路２１４－１～２１４－５の夫々に設けられている５個のトランジスタＴＸ２a～ＴＸ２eのゲート電極に結線されている。
ライン５は、５個のSF array回路２１４－１～２１４－５の夫々に設けられている５個のトランジスタＴＸ３a～ＴＸ３eのゲート電極に結線されている。
尚、図３Ｃにおいて、トランジスタＴＲ２～ＴＲ５、トランジスタＴＸ１b～ＴＸ１e、トランジスタＴＸ２b～ＴＸ２e、トランジスタＴＸ３b～ＴＸ３eは、図示を省略してある。
ライン６は、５個のS/H容量セル２０２－１～２０２－５の夫々に設けられている５個のトランジスタＴＹ１a～ＴＹ５aのゲート電極に結線されている。
ライン７は、５個のS/H容量セル２０２－１～２０２－５の夫々に設けられている５個のトランジスタＴＹ２a～ＴＹ２eのゲート電極に結線されている。
尚、図３Ｃにおいて、トランジスタＴＹ１b～ＴY１e、トランジスタＴＹ２b～ＴY２e、トランジスタＴ１ｂ～Ｔ１ｅ、トランジスタＴ２ｂ～Ｔ２ｅ、容量Ｃ１ｂ～Ｃ１ｅ、容量Ｃ２ｂ～Ｃ２ｅは、図示を省略してある。
【0055】
流体が圧力センサ１００の空間１２０を満たすことで、電気信号ΦDが、容量検出セル２０１－１の端子IN１に入力されると、図３Ｄに示す駆動タイミングで、S/H容量セル２０２－１内の容量C１a、容量C２ａにダイヤフラム１０５が変位することで生ずる変位量に応じた所定の電荷量が蓄積される。その際のトランジスタTR1のON・OFFは、端子ΦRに信号ΦRが図３Ｄに示すタイミングで入力されることでなされる。トランジスタTX1aがON・OFFすると、トランジスタTX2aおよびトランジスタTX3aに電流が流れ、トランジスタTSFがON・OFFする。トランジスタTX1aのON・OFFは、端子ΦXに信号ΦXが図３Ｄに示すタイミングで入力されることでなされる。容量C1aへの電荷の蓄積は、図３Ｄに示す、端子ΦNへの信号ΦNｎの入力タイミングでトランジスタTY1aがON・OFFすることでなされる。同様に容量C２aへの電荷の蓄積は、図３Ｄに示す、端子ΦSへの信号ΦSの入力タイミングでトランジスタTY２aがON・OFFすることでなされる。
【0056】
従来技術の多くは高周波交流信号を印加した際に流れる電流を計測して容量を検出しており，信号サンプリングの際に、充放電の位相差や検出回路の応答遅延による信号のゆがみの影響を排除することが難しかったが、上記本発明の一具体例である駆動法によれば、ダイヤフラムに印加する第１電位と第２電位に対応したトランジスタTSFの出力信号が安定した時間のところで容量Ｃ１ａ，容量Ｃ２ａに信号電荷を蓄積できるので、高精度な信号を容易に得ることができる。
【表1】
【0057】
電気信号ΦDは、端子IN1に入力されると同時に端子IN２～N５にも入力されるので、S/H容量セル２０２－２～２０２－５の容量C１a、容量C２ａに対応する各容量にも同様に蓄積される。
端子ΦＨＲに信号ΦＨＲが図３Ｄに示すタイミングで入力されることで駆動するＨＳＲ（水平シフトレジスタ）２０６の出力に接続されたトランジスタT1a～T1eがON・OFFすることによりにより容量C１a～C１eの夫々に蓄積された電荷量に応じた信号が順次ライン１０を通じて、端子ＯＵＴＮより順次信号ＯＵＴＮとして出力される。
同様に、端子ΦＳに信号ΦＨＳが図３Ｄに示すタイミングで入力されることで駆動するＨＳＲ２０６の出力に接続されたトランジスタT2a～T2eがON・OFFすることにより容量C2a～C2eの夫々に蓄積された電荷量に応じた信号が順次ライン９を通じて、端子ＯＵＴＳより順次信号ＯＵＴＳとして出力される。
端子ΦＨＲに信号ΦＨＲが図３Ｄに示すタイミングで入力されることで駆動するＨＳＲ（水平シフトレジスタ）２０６の出力に接続されたトランジスタT1a～T1eがON・OFFすることによりにより容量C１a～C１eの夫々に蓄積された電荷量に応じた信号が順次ライン１０を通じて、端子ＯＵＴＮより順次信号ＯＵＴＮとして出力される。
同様に、端子ΦＳに信号ΦＨＳが図３Ｄに示すタイミングで入力されることで駆動するＨＳＲ２０６の出力に接続されたトランジスタT2a～T2eがON・OFFすることにより容量C2a～C2eの夫々に蓄積された電荷量に応じた信号が順次ライン９を通じて、端子ＯＵＴＳより順次信号ＯＵＴＳとして出力される。
【0058】
次に、ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）のサンプリングタイミングを説明する。
図３Ｅは、ＡＤＣのサンプリングタイミングの一具体例を説明するためのタイミングチャート図であり、シフトレジスタパルスと出力信号のタイミング関係を示している
図３Ｅに示す例では、水平シフトレジスタクロックパルスΦHCの立ち上がり後100nsから立下り前50nsまでの間でADCサンプリングする例である。
図３Ｅは、ＡＤＣのサンプリングタイミングの一具体例を説明するためのタイミングチャート図であり、シフトレジスタパルスと出力信号のタイミング関係を示している
図３Ｅに示す例では、水平シフトレジスタクロックパルスΦHCの立ち上がり後100nsから立下り前50nsまでの間でADCサンプリングする例である。
【0059】
このような関係のタイミングにすることにより、ＩＣチップ２００の中で生じる信号の時間遅延の影響を受けずに，ＩＣチップ２００から出力される信号が安定した時刻で精度よくＡＤ変換を行うことができる。
【0060】
図３Ｄ，図３Ｅのタイミングは5つの検出電極から得られる信号を２０μｓ毎，すなわち１秒当たり５０，０００回の周期で出力する場合の例であるが，必ずしもこれに限定されるものではない。また，例えば１秒当たり１０００回の周期で信号を得られればよいときには，５０回の出力を平均化した信号を用いればよく，それにより検出精度をさらに向上させることができる。
【0061】
次に、本発明に係るセンサヘッドにおける検出電極の形状・配置の他の好適な実施態様を説明する。
図４は、本発明に係るセンサヘッドにおける検出電極の形状・配置の他の好適な実施態様を説明するための模式的説明図である。
図４の（A）の例は、検出電極が９個、図４の（B）の例は、検出電極が7個、図４の（C）の例は、検出電極が２個の例である。
図４は、本発明に係るセンサヘッドにおける検出電極の形状・配置の他の好適な実施態様を説明するための模式的説明図である。
図４の（A）の例は、検出電極が９個、図４の（B）の例は、検出電極が7個、図４の（C）の例は、検出電極が２個の例である。
【0062】
図４の（A）～（C）の例の何れも基準電極（参照電極）（No.１０，８，３）は最外周にリング状に配し、No.1の検出電極は、円形状で中心に配してある。
No.1以外の検出電極については、図４の（A）、（B）の何れも、No.1の検出電極の外側に、No.1の検出電極と同心円状に２つのリング状電極を設け、これらのリング状電極を、図４の（A）の場合は、４分割してNo.２～９の８個の検出電極を配し、図４の（B）の場合は、３分割してNo.２～７の６個の検出電極を配した例である。
図４の（C）の場合は、No.1の検出電極の外側に、リング状のNo.２の検出電極をNo.1の検出電極の同心円状に配した例である。
No.1以外の検出電極については、図４の（A）、（B）の何れも、No.1の検出電極の外側に、No.1の検出電極と同心円状に２つのリング状電極を設け、これらのリング状電極を、図４の（A）の場合は、４分割してNo.２～９の８個の検出電極を配し、図４の（B）の場合は、３分割してNo.２～７の６個の検出電極を配した例である。
図４の（C）の場合は、No.1の検出電極の外側に、リング状のNo.２の検出電極をNo.1の検出電極の同心円状に配した例である。
【0063】
検出電極は、これまで説明してきた例では、複数設けた例であったが、本発明においては、複数に限定される訳ではなく、単数でも良いし、また、その形状、配置もこれまでの説明に限定される訳でもないが、
図４に示す様に、リング状の電極を複数に分割して設けることで、検出電極の寄生容量を低減することができ，さらにダイヤフラムが大きく変形し中央部の変形が制限された後も周辺部のダイヤフラムの変形量を検出することができ，高感度化・ ダイナミックレンジ拡大化を図ることが出来るため、分割の数は多い方がより効果的に図ることが出来る。
図４に示す様に、リング状の電極を複数に分割して設けることで、検出電極の寄生容量を低減することができ，さらにダイヤフラムが大きく変形し中央部の変形が制限された後も周辺部のダイヤフラムの変形量を検出することができ，高感度化・ ダイナミックレンジ拡大化を図ることが出来るため、分割の数は多い方がより効果的に図ることが出来る。
【0064】
以上、これまでに説明した本発明の実施態様の好適な例のいくつかとそれらの変形例は、何れも半導体の製造にかかわる静電容量式圧力センサの例として記載したが、本発明の静電容量式圧力センサの用途はこれらに限定されるものではなく、例えば、介護医療に於ける床ずれ検知センサや排泄尿の量検知センサ、食品加工・飲料製造・薬液製造などの流体を使用する製造現場で使用される圧力センサにも応用できる。
【0065】
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
【符号の説明】
【0066】
１～１０、２－１，２－２ ライン
１００ センサヘッド
１０１ センサベース
１０１－１ センサベース１０１の絶縁体１０４側の表面
１０２ ハーメチックベース
１０３－１、１０３－２ スペーサ
１０４ 絶縁体
１０４－１ 絶縁体１０４のダイヤフラム１０５側の表面
１０４－２ 絶縁体１０４のリーピン１０６側の表面
１０５ （センサ）ダイヤフラム
１０６（１０６－１～１０６－４） リードピン
１０７ プローブピン
１０８（１０８－１，１０８－２） ハーメチックガラス
１０９（１０９－１～１０９－４） リード配線
１１０ 絶縁体側電極（固定電極：検出電極／基準電極)
１１０－１～１１０－４ 検出電極
１１０－５ 基準電極
１１１ ダイヤフラム側電極（可動電極）
１１２－１ 貫通孔（内表面電極コーティング）
１１２－２ 貫通孔
１１３（１１３－１～１１３－４） 電極パッド
１１４ 空間（予備室）
１１５ 空間（測定室）
１１６ 空間ギャップd
１１７、１１８ 絶縁膜
１１９ 電極パット
１２０ 空間（基準室）
１２１－１ 内可動面
１２１－２ 外可動面
１２２ 電位付与手段
１２３ 信号処理部
１２４ 入力端子IN1～INn
１２５ 差分信号生成手段
１２６ 流体
１２７ 容量検出回路
１２８ プローブピン接合電極パット
２００ ICチップ
２０１（２０１－１～２０１－５） 容量検出セル
２０２（２０２－１～２０２－５） S/H容量セル
２０３（２０３－１～２０３－５） 保護回路
２０４ 定電流電源
２０５（２０５S、２０５N） 出力バッファアンプ
２０６ 水平シフトレジスタ（HSR）
２０７－１～２０７－３ 端子
２０８（２０８－１a～２０８－５a、２０８－１h～２０８－５h） ダミーセル
２０９（２０９－１～２０９－５） 定電流回路
２１０ S/H容量セル領域
２１１ 出力バッファアンプ領域
２１２ 定電流電源領域
２１３ 水平シフトレジスタ（HSR）領域
２１４（２１４－１～２１４－５） SF array回路
４００ センサヘッド
４０１ 第１チャンバ
４０２ 第２チャンバ
４０３ 第１電極
４０４ 第２電極
４０５ 支持ディスク
４０６ 基準入口
４０７ 入口
４０８ 出口
４０９ 基体
４１０ 第１のスペーサ
４１１ 第２のスペーサ
１００ センサヘッド
１０１ センサベース
１０１－１ センサベース１０１の絶縁体１０４側の表面
１０２ ハーメチックベース
１０３－１、１０３－２ スペーサ
１０４ 絶縁体
１０４－１ 絶縁体１０４のダイヤフラム１０５側の表面
１０４－２ 絶縁体１０４のリーピン１０６側の表面
１０５ （センサ）ダイヤフラム
１０６（１０６－１～１０６－４） リードピン
１０７ プローブピン
１０８（１０８－１，１０８－２） ハーメチックガラス
１０９（１０９－１～１０９－４） リード配線
１１０ 絶縁体側電極（固定電極：検出電極／基準電極)
１１０－１～１１０－４ 検出電極
１１０－５ 基準電極
１１１ ダイヤフラム側電極（可動電極）
１１２－１ 貫通孔（内表面電極コーティング）
１１２－２ 貫通孔
１１３（１１３－１～１１３－４） 電極パッド
１１４ 空間（予備室）
１１５ 空間（測定室）
１１６ 空間ギャップd
１１７、１１８ 絶縁膜
１１９ 電極パット
１２０ 空間（基準室）
１２１－１ 内可動面
１２１－２ 外可動面
１２２ 電位付与手段
１２３ 信号処理部
１２４ 入力端子IN1～INn
１２５ 差分信号生成手段
１２６ 流体
１２７ 容量検出回路
１２８ プローブピン接合電極パット
２００ ICチップ
２０１（２０１－１～２０１－５） 容量検出セル
２０２（２０２－１～２０２－５） S/H容量セル
２０３（２０３－１～２０３－５） 保護回路
２０４ 定電流電源
２０５（２０５S、２０５N） 出力バッファアンプ
２０６ 水平シフトレジスタ（HSR）
２０７－１～２０７－３ 端子
２０８（２０８－１a～２０８－５a、２０８－１h～２０８－５h） ダミーセル
２０９（２０９－１～２０９－５） 定電流回路
２１０ S/H容量セル領域
２１１ 出力バッファアンプ領域
２１２ 定電流電源領域
２１３ 水平シフトレジスタ（HSR）領域
２１４（２１４－１～２１４－５） SF array回路
４００ センサヘッド
４０１ 第１チャンバ
４０２ 第２チャンバ
４０３ 第１電極
４０４ 第２電極
４０５ 支持ディスク
４０６ 基準入口
４０７ 入口
４０８ 出口
４０９ 基体
４１０ 第１のスペーサ
４１１ 第２のスペーサ
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4】
【図5】