特許 7455432 圧力センサ用のカバー部品およびこれを備える圧力センサ装置

(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】2024-03-15

(45)【発行日】2024-03-26

(54)【発明の名称】圧力センサ用のカバー部品およびこれを備える圧力センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/14 20060101AFI20240318BHJP

【ＦＩ】

G01L19/14

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022557288

(86)(22)【出願日】2021-09-14

(86)【国際出願番号】 JP2021033812

(87)【国際公開番号】W WO2022080069

(87)【国際公開日】2022-04-21

【審査請求日】2022-10-21

(31)【優先権主張番号】P 2020173730

(32)【優先日】2020-10-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(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】100129540

【弁理士】

【氏名又は名称】谷田 龍一

(72)【発明者】

【氏名】日高 敦志

(72)【発明者】

【氏名】中谷 貴紀

(72)【発明者】

【氏名】廣田 智一

(72)【発明者】

【氏名】西野 功二

(72)【発明者】

【氏名】池田 信一

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２９７８８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５１１５６７６（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０００－３０４６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０７５６００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５４１０９１６（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３３７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２４０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２６０４４５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ７／００－２３／３２

Ｇ０１Ｌ ２７／００－２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流路が形成されたボディの取り付け面に固定され、固定されたときに前記取り付け面から突出する突出部を有する圧力センサのためのカバー部品であって、
前記圧力センサの突出部の側面と対向する内周面を有する穴開き部材と、
前記穴開き部材に対して固定され、前記圧力センサの突出部を覆う蓋部材であって、前記穴開き部材の上面に載置され、前記穴開き部材にねじによって固定されている蓋部材と
を備え、
前記穴開き部材と前記蓋部材とは異なる材料から形成されており、前記穴開き部材の熱伝導率は前記蓋部材の熱伝導率よりも高く、前記穴開き部材はアルミニウムから形成され、前記蓋部材はポリエーテルエーテルケトンから形成され、前記穴開き部材の内周面はアルマイト処理されており、
前記蓋部材には、前記圧力センサが有するケーブルを通過させるための孔または切り欠きが形成されており、前記蓋部材から延びる前記ケーブルを保持するケーブル固定具が前記蓋部材の上面に固定されている、カバー部品。

【請求項2】

前記ボディに取り付けられた請求項１に記載のカバー部品と、
前記ボディに取り付けられ請求項１に記載のカバー部品によって覆われた圧力センサと
を備える、圧力センサ装置。

【請求項3】

前記圧力センサは、感圧部としてのダイヤフラムを含み前記ボディの流路と連通する受圧室を内側に有する有底筒状のセンサモジュールであって圧力検出素子が取り付けられたセンサモジュールと、前記ダイヤフラムによって前記受圧室と隔てられた真空室を包囲するハーメチックカバーとを有するダイヤフラム式の圧力センサである、請求項２に記載の圧力センサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力センサ用のカバー部品およびこれを備える圧力センサ装置に関し、特に、半導体製造装置等に供給される高温ガスの圧力測定に用いられる高温対応小型圧力センサの保温および均熱化を実現するカバー部品およびこれを備える圧力センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造設備又は化学プラント等において、原料ガスやエッチングガスなどの種々のガスがプロセスチャンバへと供給される。供給されるガスの流量を制御する装置としては、マスフローコントローラ（熱式質量流量制御器）や圧力式流量制御装置が知られている。

【0003】

圧力式流量制御装置は、コントロール弁とその下流側の絞り部（例えばオリフィスプレートや臨界ノズル）とを組み合せた比較的簡単な構成によって、各種流体の質量流量を高精度に制御することができる。圧力式流量制御装置は、一次側の供給圧力が大きく変動しても安定した流量制御が行えるという優れた流量制御特性を有している（例えば、特許文献１）。

【0004】

圧力式流量制御装置において、コントロール弁と絞り部との間の圧力（以下、上流圧力と称することがある）を測定するための圧力センサが設けられている。圧力センサの出力はコントロール弁をフィードバック制御するために用いられ、コントロール弁を用いて上流圧力を制御することによって、絞り部の下流側に流れるガスの流量を制御することができる。

【0005】

上記の圧力センサとしては、感圧部であるダイヤフラムに歪ゲージを取り付けたタイプのものが使用されている（例えば、特許文献２）。ダイヤフラム式の圧力センサは、測定ガスの圧力に応じてダイヤフラムが変形するまたは歪むように構成されており、取り付けられた歪ゲージの出力に基づいてガスの圧力を測定することが可能である。

【0006】

また、近年、圧力式流量制御装置の上流側に設けた気化供給装置を用いて液体原料を気化し、生成したガスを所望流量で供給する構成が知られている（例えば、特許文献３）。気化供給装置では、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、六塩化二ケイ素（ＨＣＤＳ）等の液体原料が気化室へと圧送され、ここでヒータによって加熱される。こうして気化室で生成された原料ガスは、下流の圧力式流量制御装置によって流量が制御されてプロセスチャンバへと供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第３５４６１５３号公報

【文献】国際公開第２０２０／０７５６００号

【文献】国際公開第２０１９／０２１９４８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

気化供給装置の下流側に配置された圧力式流量制御装置の圧力センサは、高温のガスを受け取るとともに、再液化防止のためにヒータによって周囲から例えば２００℃以上もの高温に加熱されることがある。また、下流側のストップバルブを閉鎖した状態では、例えば２００ｋＰａ以上の高圧ガスが負荷として与えられることもある。したがって、この用途における圧力センサは、高温・高圧環境下でも、適切に動作可能であることが求められる。

【0009】

また、上記の気化供給装置および圧力式流量制御装置は、一体型のガス供給装置としてプロセスチャンバの近傍に配置されることがある。この場合、プロセスチャンバ周辺の貴重な機器設置用スペースをなるべく占有しないために、圧力センサも含めて装置全体の可能な限りの小型化が求められる。

【0010】

これに対し、特許文献２に記載の圧力センサは、小型・高温対応の圧力センサであり、ボディ（流路が形成された金属製の本体ブロック）の取り付け面から突出部を有するようにして圧力センサが固定されている。この構成では、センサモジュールとは別個の小型の取り付け部材を用いてボディへの固定を行うので、装置全体を小型に設計することが可能である。また、取り付け部材をボディに締め付けて固定するとき、ダイヤフラムに応力が伝達されにくいので、意図しない外部応力によるセンサ出力の精度低下を抑制することができる。

【0011】

しかしながら、ボディの取り付け面から突出する部分を有する小型・高温対応の圧力センサをそのまま用いたときには、センサ出力（特にゼロ点出力）が不安定になり得ることを本願発明者は発見した。そして、その原因が、圧力センサ本体や周辺環境における温度変化または温度不均一性によるものであることを見出した。

【0012】

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、高温環境下での使用においても出力安定性を確保できる圧力センサ装置およびこれに用いられる圧力センサ用のカバー部品を提供することをその主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の実施形態によるカバー部品は、流路が形成されたボディの取り付け面に固定され、固定されたときに前記取り付け面から突出する突出部を有する圧力センサのために用いられ、前記圧力センサの突出部の側面と対向する内周面を有する穴開き部材と、前記穴開き部材に対して固定され、前記圧力センサの突出部を覆う蓋部材とを備える。

【0014】

ある実施形態において、前記穴開き部材と前記蓋部材とは異なる材料から形成されており、前記穴開き部材の熱伝導率は前記蓋部材の熱伝導率よりも高い。

【0015】

ある実施形態において、前記蓋部材には、前記圧力センサが有するケーブルを通過させるための孔または切り欠きが形成されており、上記のカバー部品は、前記蓋部材に固定され、前記蓋部材から延びる前記ケーブルを保持するケーブル固定具をさらに備える。

【0016】

また、本発明の実施形態による圧力センサ装置は、前記ボディに取り付けられた上記いずれかのカバー部品と、前記ボディに取り付けられ、上記いずれかのカバー部品によって覆われた圧力センサとを備える。

【0017】

ある実施形態において、前記圧力センサは、感圧部としてのダイヤフラムを含み前記ボディの流路と連通する受圧室を内側に有する有底筒状のセンサモジュールであって圧力検出素子が取り付けられたセンサモジュールと、前記ダイヤフラムによって前記受圧室と隔てられた真空室を包囲するハーメチックカバーとを有するダイヤフラム式の圧力センサである。

【発明の効果】

【0018】

本発明の実施形態に係るカバー部品が設けられた圧力センサ装置によれば、高温対応小型圧力センサの均熱化保持が可能になるので、高温環境下での使用時における出力の安定性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態による圧力センサ装置を用いて構成された圧力式流量制御装置を含むガス供給系を示す図である。

【図2】本発明の実施形態による圧力センサ装置を示す断面図であり、カバー部品で覆う前の圧力センサを単体で示す。

【図3】本発明の実施形態による圧力センサ装置を示す断面図であり、カバー部品で圧力センサを覆うことによって構成された圧力センサ装置を示す。

【図4】本発明の実施形態によるカバー部品を示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は組み立て後の斜視図である。

【図5】ケーブル固定具の一例を示す図である。

【図6】本発明の別の実施形態によるカバー部品を示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は組み立て後の斜視図である。

【図7】取り付け後の圧力センサ装置を示す斜視図である。

【図8】本発明のさらに別の実施形態によるカバー部品を示す図であり、（ａ）は蓋部材取り付け前の透視図、（ｂ）は蓋部材取り付け前の斜視図、（ｃ）は蓋部材の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

【0021】

図１は、本発明の実施形態による圧力センサ装置１０を備える圧力式流量制御装置２０およびその上流側に設けられた気化供給装置３０によって構成されるガス供給系１００を示す。図２および図３は、本実施形態で用いられる圧力センサ１および圧力センサ装置１０を示す。

【0022】

なお、本明細書では、圧力センサ１とこれを包囲するカバー部品３（後述）と含むものを、便宜上、圧力センサ装置１０と称し、圧力センサ自体と区別している。ただし、圧力センサ装置１０は、圧力を測定する機能を有する装置であり、一般的には、特に区別なく圧力センサと称され得るものである。

【0023】

図１に示すように、本実施形態の圧力センサ装置１０は、圧力式流量制御装置２０のコントロール弁２２と絞り部２４との間の流路に配置され、絞り部２４の上流側の圧力（上流圧力Ｐ１または制御圧力Ｐ１と称する）を検出するための上流圧力センサとして用いられる。圧力センサ装置１０の出力は、コントロール弁２２をフィードバック制御するために用いられ、コントロール弁２２を用いて上流圧力Ｐ１を制御することによって、絞り部２４の下流に流れる流体の流量を制御することが可能である。

【0024】

より具体的には、圧力式流量制御装置２０は、臨界膨張条件Ｐ１／Ｐ２≧約２（ただし、Ｐ１は上流圧力、Ｐ２は絞り部２４の下流側の圧力である下流圧力、約２は窒素ガスの場合）を満たすとき、絞り部２４を通過するガスの流速は音速に固定され、質量流量は下流圧力Ｐ２によらず上流圧力Ｐ１によって決まるという原理を利用して流量制御を行う。臨界膨張条件を満たすとき、流量Ｑは、Ｑ＝Ｋ₁・Ｐ１（Ｋ₁は流体の種類と流体温度に依存する定数）によって与えられる。

【0025】

また、他の態様において、絞り部２４の下流側の圧力（下流圧力Ｐ２）を測定するための下流圧力センサが設けられていても良い。この場合、上記の臨界膨張条件を満足しない場合であっても、上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２とに基づいて、Ｑ＝Ｋ₂・Ｐ２^m（Ｐ１－Ｐ２）ⁿ（ここでＫ₂は流体の種類と流体温度に依存する定数、ｍ、ｎは実際の流量を元に導出される指数）から流量Ｑを算出することができる。

【0026】

圧力式流量制御装置２０は、測定された上流圧力Ｐ１（または上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２）に基づいて算出された流量Ｑが、入力された設定流量に近づくように、フィードバック制御によってコントロール弁２２の開度調整を行う。これによって、絞り部２４の下流側に設定流量でガスを流すことができる。上記のようにして演算により得られた流量は、流量出力値として外部に表示されてもよい。

【0027】

また、図１に示すように、本実施形態では、コントロール弁２２の上流側の圧力（供給圧力Ｐ０）を測定するための供給圧力センサ装置１０’が設けられている。供給圧力センサ装置１０’の出力は、例えば、気化供給装置３０でのガス生成量の制御のために用いられる。供給圧力センサ装置１０’もまた、圧力センサ装置１０と同様に、高温環境下でも適切に動作することが求められている。

【0028】

また、本実施形態において、圧力式流量制御装置２０の絞り部２４の下流側には、ストップバルブ２８が設けられている。ストップバルブ２８を閉鎖することにより、コントロール弁２２のみを閉じる場合に比べてガス供給の停止を確実に行うことができる。

【0029】

圧力式流量制御装置２０に用いられるコントロール弁２２としては、任意開度に調整可能な種々の弁が用いられ、例えば、ピエゾアクチュエータによってダイヤフラム弁の開度を調整するように構成されたピエゾバルブが好適に用いられる。ストップバルブ２８としては、応答性、遮断性に優れた空気駆動弁（ＡＯＶ）や電磁弁が好適に用いられる。絞り部２４としては、オリフィスプレートや臨界ノズルが好適に用いられ、オリフィス径またはノズル径は、例えば１０μｍ～２０００μｍに設定される。

【0030】

一方、ガス供給系１００に設けられた気化供給装置３０は、液体原料Ｌを受け取り、これを気化して、ガスＧとして圧力式流量制御装置２０に送出する。気化供給装置３０は、液体原料Ｌを予め加熱しておくための予加熱部３２および液体原料供給弁３６を介して予加熱部３２に接続される気化部３４を有し、液体原料供給弁３６の開閉動作により、気化部３４への液体原料の供給量を制御可能である。

【0031】

気化供給装置３０の予加熱部３２において、ヒータにより例えば１８０℃に加熱され、気化部３４において例えば２００℃に加熱され、さらに、送出されたガスの再液化の防止のために、圧力式流量制御装置２０は、例えば、２１０℃以上に加熱される。このため、圧力センサ装置１０も、２００℃以上の高温に加熱されることになり、このような高温環境下でも正確に圧力を検出することが求められる。

【0032】

なお、本実施形態では、ストップバルブ２８もヒータによって加熱されており、ストップバルブ２８の出口側は例えば２２０℃にまで加熱されている。ただし、各ヒータの設定温度は、気化させる材料によって任意に選択されてよいことは言うまでもない。

【0033】

図２は、本実施形態の圧力センサ装置１０に用いられるダイヤフラム式の圧力センサ１を示す。また、図３は、圧力センサ１を、保温部材としてのカバー部品３で覆うことによって構成された圧力センサ装置１０を示す。なお、本実施形態で用いられる圧力センサ１は、特許文献２に記載の圧力センサと同様の構造を有していてよく、高温対応の小型圧力センサとして設計されたものである。

【0034】

図２に示すように、圧力センサ１は、流路Ｆ１が形成されたボディ５に対して、取り付け面５Ｓから突出する部分を有するように固定されている。ボディ５は、本実施形態では、図１に示した圧力式流量制御装置２０の流路が形成された金属ブロック（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ製）であり、ボディ５の上面側には、コントロール弁２２等が取り付けられる。

【0035】

なお、図１には流路の下側に接続された圧力センサ装置１０を示したが、実際には、圧力センサ装置１０は、図２に示すように、ボディ５の上面の取り付け面５Ｓにおいてコントロール弁２２と横並びに固定されている。また、供給圧力センサ装置１０’も同様にボディ５の上面の取り付け面５Ｓに固定されている。

【0036】

また、本明細書では、図面に対応させて、取り付け面５Ｓが形成された面をボディ５の上面と呼ぶことがあるが、圧力式流量制御装置２０の姿勢によって、取り付け面５Ｓは、鉛直方向上側の面、下側の面、側面など、いずれの方向の面であってもよいことは言うまでもない。また、圧力センサ装置１０は、ボディ５におけるコントロール弁２２が取り付けられている面に限られず、その反対側の面や側方の面において固定されていてもよい。

【0037】

圧力センサ１は、ボディ５に対して気密状に取り付けられる筒状部材１１と、筒状部材１１に気密状に接続されて流路を流れる流体の圧力を検出する有底筒状のセンサモジュール１２とを有しており、筒状部材１１とセンサモジュール１２とは端部フランジ同士の溶接（電子ビーム溶接やレーザー溶接等）により気密に固定されている。なお、筒状部材１１とセンサモジュール１２とは、特許文献２に開示されているように、ガスケットを介在させつつ互いのフランジ部をねじなどで堅密に固定することによって気密に固定されていてもよい。

【0038】

センサモジュール１２は、感圧部としてのダイヤフラム１２ａを有しており、ダイヤフラム１２ａと側面筒とによって囲まれた受圧室Ｃ１が、筒状部材１１の内側を通ってボディ５の流路Ｆ１と連通している。

【0039】

ダイヤフラム１２ａの受圧室Ｃ１と反対側の面には、歪ゲージを有する圧力検出素子１２ｂが固定されている。また、ダイヤフラム１２ａの反対側には、受圧室Ｃ１と対向するようにして、真空室Ｃ２が設けられている。真空室Ｃ２は、ハーメチックカバー１３をダイヤフラム１２ａとの間に間隙を開けてセンサモジュール１２に気密に固定することによって形成された真空封止空間である。

【0040】

真空室Ｃ２を形成するために、ハーメチックカバー１３は、センサモジュール１２の外周面に気密状に嵌合固定されたベースリング１３ａと、一端面がベースリング１３ａの一端面に気密状に接続された筒状のハーメチックリング１３ｂと、ハーメチックリング１３ｂの他端面に気密状に接続されダイヤフラム１２ａとの間に真空室Ｃ２を形成する閉塞盤１３ｃとを有している。ベースリング１３ａ、ハーメチックリング１３ｂおよび閉塞盤１３ｃは、溶接などによって気密に固定されている。

【0041】

ハーメチックリング１３ｂには、圧力検出素子１２ｂの歪ゲージに接続された複数本のリード線１２ｃが貫通する低融点ガラス材１５が設けられている。歪ゲージは、通常、金属箔の抵抗線によって構成されており、抵抗線の電気抵抗の変化を、接続されたブリッジ回路によって検出することによって、ダイヤフラム１２ａに生じた歪の大きさを検出することができる。

【0042】

また、図示する圧力センサ１には、ハーメチックカバー１３の上面（閉塞盤１３ｃ）を覆うカバー体１４が設けられている。カバー体１４は、複数本のリード線１２ｃを直角状態に保持することができる。カバー体１４は、合成樹脂材により断面形状がＬ字型の環状に形成され、ハーメチックカバー１３に被せられている。ただし、カバー体１４は、リード線１２ｃを保持する必要がなければ省略しても良い。

【0043】

以上の構成を有する圧力センサ１は、ダイヤフラム１２ａに応力が生じていないとき、つまり、受圧室Ｃ１と真空室Ｃ２との圧力が同等と考えられるときに、絶対圧としてゼロを出力するように構成されている。また、受圧室Ｃ１の圧力、すなわち、流路Ｆ１を流れるガスの圧力に応じた大きさの歪がダイヤフラム１２ａに発生し、この歪の大きさを圧力検出素子１２ｂによって測定することによって、ガスの圧力を検出することができる。

【0044】

本実施形態において、筒状部材１１は、耐食性等に優れたニッケル－モリブデン－クロム合金の一つであるハステロイＣ－２２（ハステロイは登録商標）または耐食性等に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の一つであるＳＵＳ３１６Ｌにより形成されている。また、筒状部材１１の内周面は、電解研磨処理が施されている。

【0045】

また、ダイヤフラム１２ａを含むセンサモジュール１２は、耐食性、耐力および弾力性に優れたコバルト－ニッケル合金の一つであるスプロン５１０（スプロンは登録商標）により形成されている。

【0046】

また、ハーメチックカバー１３を構成するベースリング１３ａは、耐食性等に優れたニッケル－モリブデン－クロム合金またはステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ等）から形成され、ハーメチックリング１３ｂおよび閉塞盤１３ｃは、耐食性等に優れたステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ等）により形成されている。

【0047】

圧力センサ１（より具体的には筒状部材１１）は、ボディ５の流路Ｆ１と連通する状態でガスケット１６、ワッシャー１７およびボンネットナット１８により気密状に取付け固定されている。ボディ５には、圧力センサ１の筒状部材１１を取り付けるための円形の挿着穴１９が形成されており、挿着穴１９の内周面には、ボンネットナット１８が着脱自在に螺着される雌ネジが形成されている。

【0048】

ガスケット１６は、オーステナイト系ステンレス鋼によりボディ５の挿着穴１９に挿入される大きさのリング状に形成されており、断面形状が矩形状に形成されている。このガスケット１６の一端面は、ボディ５の挿着穴１９の底面に当接し、また、ガスケット１６の他端面は、筒状部材１１に形成した取付け用フランジ部の外側端面に当接するようになっている。ガスケット１６の断面形状は、円形や多角形であっても良い。

【0049】

本実施形態において、カバー体１４の外径は２０ｍｍに、センサモジュール１２の高さは９．７ｍｍに、センサモジュール１２の円筒部の外径は１３ｍｍに、センサモジュールの内径は８ｍｍに、筒状部材１１の外径は１０ｍｍ（取り付けフランジは１２ｍｍ）に、筒状部材１１の内径は８ｍｍに設定されている。ただし、それぞれの状況に合わせて上記の各寸法を変更することは可能である。

【0050】

また、図３に示すように、本実施形態の圧力センサ装置１０は、上記の圧力センサ１と、その側面および上面を覆うカバー部品３とによって構成されている。図３に示すように、カバー部品３は、圧力センサ１の取り付け面５Ｓからの突出部の側面と対向する内周面を有する穴開き部材３ａと、この穴開き部材３ａの上面に固定されて圧力センサ１の上面を覆う蓋部材３ｂとによって構成されている。

【0051】

カバー部品３は、ボディ５に対して固定され、圧力センサ１の外側を覆うことで、圧力センサ１を保温して温度の急激な変化を防止することができる。また、圧力センサ１の温度均一性を向上させることができる。圧力センサ１は、ガスの再液化の防止のために、外側からヒータによって例えば約２００℃の設定温度で加熱される場合があるが、このような高温下においても、温度の均一性、保温性が保たれていれば、センサ出力、特にゼロ点出力を安定させることができる。

【0052】

この目的のために、好適な実施形態において、穴開き部材３ａは、熱伝導率が比較的高い金属材料から形成され、一方で、蓋部材３ｂは高温耐性を有するとともに熱伝導率が比較的低い樹脂材料から形成される。より具体的には、穴開き部材３ａは、例えばアルミニウム、銀、グラフェンなどから形成され、蓋部材３ｂは例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）から形成される。

【0053】

穴開き部材３ａを、ボディ５と密着する例えばアルミニウム製の穴開きブロック材から形成することによって、圧力センサ１の側面の周囲温度は、ボディ５の温度と同等になりやすい。また、熱伝導性が比較的高いので、穴開き部材３ａの全体が均一な温度に加熱されやすく、したがって、圧力センサ１の温度均一性を向上させることができる。

【0054】

穴開き部材３ａの外側表面は、研磨処理されていることが好適である。外側表面を研磨面とすることで熱反射率が向上するので、外側への放熱を低減し内側への放熱を効率的に行うことができる。また、外側への放熱量を少なくすることで、高温対策を比較的容易に行うことができるという利点も得られる。

【0055】

また、アルミニウム製の穴開き部材３ａを用いる場合、内側表面、すなわち、圧力センサ１と対向する面が、アルマイト処理（特に硬質アルマイト処理）されていることも好適である。内側面がアルマイト処理されていると、輻射率が向上し内側への放熱性が向上するため、穴開き部材３ａからの熱の多くを内側に放出することができる。したがって、外部への熱放射を抑制するとともに内側空間における温度保持性を向上させることができる。

【0056】

また、蓋部材３ｂをＰＥＥＫなどの保温性の高い材料から形成することで、カバー部品３の内側空間を高温に維持しやすく、圧力センサ１の周囲の温度を一定に保ちやすい。また、蓋部材３ｂを樹脂材料とすることにより、圧力信号を伝送するリード線１２ｃが金属部材と接触することがなくなるので、リード線１２ｃに電気的および熱的な外乱が生じる可能性を低減できる。

【0057】

以下、カバー部品３のより具体的な実施形態について説明する。図４（ａ）は、上流圧力Ｐ１を測定する圧力センサ装置１０に用いられるカバー部品３の組み立て前の状態を示し、図４（ｂ）は、カバー部品３の組み立て後の状態を示す。

【0058】

本実施形態のカバー部品３では、円柱状のセンサ孔９ａが設けられたアルミニウム製の穴開き部材３ａが直方体状に形成されており、これがボディ５（図３参照）に対して固定される。穴開き部材３ａの固定は、４隅の固定貫通孔を介して、ねじ７をそれぞれボディに締め付けることによって行われている。

【0059】

なお、穴開き部材３ａは、必ずしも一体の金属ブロックから形成されている必要はなく、複数の金属ブロック体を組み合わせて構成されていてもよい。穴開き部材３ａは、例えば、センサ孔９ａの中心線で分離された形状の２つのブロック体を用いて構成されていてもよく、この場合、各ブロック体の端面にセンサ孔９ａを形成するための凹部がそれぞれ設けられ、凹部を組み合わせることでセンサ孔９ａが形成される。

【0060】

また、ＰＥＥＫ製の蓋部材３ｂは、ねじ８によって穴開き部材３ａの上面に固定されている。また、蓋部材３ｂにおいて、穴開き部材３ａのセンサ孔９ａの位置に、圧力センサ１から延びる複数のリード線１２ｃをまとめた信号ケーブルを通過させるためのケーブル孔９ｂが設けられている。ケーブル孔９ｂを介して、圧力検出素子に接続された信号ケーブルを、外部のブリッジ回路に接続することができ、これにより圧力検出結果を得ることができる。ケーブル孔９ｂの寸法を、大きすぎず、ケーブル径と同程度に設定することによって、保温性を高めることができる。

【0061】

さらに、本実施形態のカバー部品３では、蓋部材３ｂのケーブル孔９ｂの近傍にねじなどによって固定された金属製のケーブル固定具３ｃが設けられている。ケーブル固定具３ｃは、圧力センサに接続された信号ケーブルを保持し、固定するように設けられている。

【0062】

図５は、リード線１２ｃ（信号ケーブル１２ｃと称することがある）がケーブル固定具３ｃによって、蓋部材３ｂ上に固定されている様子を示す。ケーブル固定具３ｃは、蓋部材３ｂに固定される断面Ｌ字型の受け具に、信号ケーブルを挟んだ状態で、外側から板状の固定具をねじ止めすることによってケーブル固定を行うことができる。

【0063】

このように、信号ケーブル１２ｃを蓋部材３ｂ上で動かないように固定することによって、カバー部品３の内側で、圧力センサ１から延びる信号ケーブルが外部応力や振動や温度変化に対して動きにくくなる。これより、信号にノイズ成分が乗ることが防止され、信号品質を向上させることができる。

【0064】

なお、上記にはケーブル固定具３ｃによって信号ケーブル１２ｃを固定する態様を説明したが、ケーブル固定具３ｃは電源ケーブル等の他のケーブルを固定するために用いられてもよい。ケーブル固定具３ｃは、種々のケーブルや配線の保持・固定のために利用でき、本明細書において、「ケーブル」とは、信号ケーブルや電源ケーブルを含むものとする。

【0065】

以上のように構成されたカバー部品３を搭載した圧力センサ装置１０は、小型高温対応の圧力センサとして好適に用いられ、特にゼロ点出力を安定して維持できるので、圧力式流量制御装置に組み込むことで、長期的にわたって高精度な流量精度を確保することが期待できる。

【0066】

図６（ａ）は、別の態様のカバー部品３の組み立て前の状態を示し、図６（ｂ）は、カバー部品３の組み立て後の状態を示す。図６（ａ）および（ｂ）に示すカバー部品３は、図１に示した供給圧力Ｐ０を測定する供給圧力センサ装置１０’に用いられる別の態様のカバー部品３である。また、図７は、図６（ａ）および（ｂ）に示したカバー部品３において、信号ケーブル１２ｃが、ケーブル固定具３ｃによって、蓋部材３ｂ上に固定されている様子を示している。

【0067】

本実施形態のカバー部品３において、穴開き部材３ａは、中央にセンサ孔９ａが設けられた円形リング状のアルミニウム製ブロックである。また、蓋部材３ｂは、穴開き部材３ａに対応する形状を有する、ＰＥＥＫ製の円形板部材である。本実施形態の蓋部材３ｂにおいても、中央部にケーブル孔９ｂが設けられている。また、蓋部材３ｂの上面には、圧力センサに接続されケーブル孔９ｂを介して外側に延びる信号ケーブル１２ｃを固定するためのケーブル固定具３ｃが設けられている。

【0068】

本実施形態においても、供給圧力Ｐ０を測定する圧力センサを覆うようにしてカバー部品３が設けられて保温性および均熱性が高められており、また、ケーブル固定具３ｃによって信号ケーブルの移動を制限しているので、高温環境下でも適切なセンサ出力を得ることができる。

【0069】

このように、カバー部品３は、任意の形状に設計されていてよい。上流圧力Ｐ１を測定する圧力センサ１の周囲には多くの部品が密集して配置されるため、他の部品との干渉を避けるために図４および図５に示したような形態が採用されているが、他の部品との干渉が問題にならない場合、図６および図７に示したようなよりシンプルな形態を採用することもできる。

【0070】

図８（ａ）～（ｃ）は、さらに別の態様のカバー部品を示す図である。図８（ａ）および（ｂ）は、蓋部材３ｂを取り付ける前の状態、すなわち、金属製の穴開き部材３ａのみがボディに固定されている状態が示されている。また、図８（ｃ）には、穴開き部材３ａ上に固定される蓋部材３ｂが示されている。

【0071】

本実施形態では、蓋部材３ｂに、圧力センサからのケーブルを通過させるための切り欠き９ｂ’が設けられている。また、ケーブルの固定は、蓋部材３ｂ上で行われるのではなく、カバー部品３から少し離れた場所でシャーシに固定されるケーブル固定具３ｃ’を用いて行われている。このような態様であっても、圧力センサの保温、均熱を行うとともに、ケーブルの不要な移動を防止し、高温環境下においてもセンサ出力を安定させることができる。

【0072】

以上、本発明の実施形態を説明したが、種々の改変が可能である。例えば、上記には、供給圧力Ｐ０および制御圧力Ｐ１を測定する圧力センサにカバー部品を設ける態様を説明したが、絞り部２４の下流側の下流圧力Ｐ２を測定する下流圧力センサを用いる場合、この下流圧力センサにもカバー部品を設けてセンサ出力を安定させるようにしてもよい。その他、上記には蓋部材３ｂが一体である態様を説明したが、蓋部材３ｂは、半割状態の２部品、あるいは、３つ以上の部品を組み合わせて構成されていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明の実施形態にかかるカバー部品およびこれを備える圧力センサ装置は、例えば、半導体製造装置における高温ガスの圧力測定のために好適に利用される。

【符号の説明】

【0074】

１ 圧力センサ
３ カバー部品
３ａ 穴開き部材
３ｂ 蓋部材
３ｃ ケーブル固定具
５ ボディ
７ ねじ
９ａ センサ孔
９ｂ ケーブル孔
９ｂ’ 切り欠き
１０ 圧力センサ装置
１１ 筒状部材
１２ センサモジュール
１２ａ ダイヤフラム
１２ｂ 圧力検出素子
１２ｃ リード線 （信号ケーブル）
１３ ハーメチックカバー
１４ カバー体
１６ ガスケット
１８ ボンネットナット
２０ 圧力式流量制御装置
２２ コントロール弁
２４ 絞り部
２６ 流入圧力センサ
２８ ストップバルブ
３０ 気化供給装置
１００ ガス供給系
Ｃ１ 受圧室
Ｃ２ 真空室
Ｆ１ 流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】