專利名稱：靜電電容膜片真空計(jì)和真空處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電電容膜片真空計(jì)和真空處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
靜電電容膜片真空計(jì)可以高精度地測量壓力，并且可以使用微機(jī)
械(MEMS)技術(shù)被大規(guī)模生產(chǎn)，因此，其被廣泛地用作用于真空處 理設(shè)備等的壓力傳感器。
靜電電容膜片真空計(jì)是這樣一種設(shè)備，其中在真空中設(shè)置膜片和 與該膜片相對的檢測電極。該設(shè)備通過測量膜片和檢測電極之間的靜 電電容的變化程度來測量壓力。
圖3是示出了作為現(xiàn)有技術(shù)的日本專利特開第2001-255225號中 公開的靜電電容膜片真空計(jì)的示意性截面圖。
如圖3所示，在該靜電電容膜片真空計(jì)中，導(dǎo)線線路4形成在由 玻璃等制成的絕緣基板1中，延伸穿過該絕緣基板1。
在真空氣氛中相互粘結(jié)的絕緣基板1和導(dǎo)電基板2在其內(nèi)部形成 參考壓力空間5。參考壓力空間5形成真空密封的封閉空間。
例如，吸收殘余氣體的非蒸散型吸氣劑6被放置于參考壓力空間 5中。參考壓力空間5的內(nèi)部被保持在高度真空。
當(dāng)氣體壓力通過與真空處理設(shè)備9的內(nèi)部連通的區(qū)域IO作用在 膜片3上時，膜片3根據(jù)氣體壓力和參考壓力空間5中的壓力之間的 差而向檢測電極7偏斜。
這增大了檢測電極7和膜片3之間的靜電電容。關(guān)于靜電電容的 增大程度的信息通過導(dǎo)線線路4和電極板11被發(fā)送至電路12。電路 12執(zhí)行信號處理，以便將關(guān)于靜電電容的變化程度的輸入信息轉(zhuǎn)換成 電壓，并將其放大。由電路12處理的信號作為真空處理設(shè)備9的內(nèi)部壓力被從電輸出端子13獲得。
環(huán)境溫度等的變化使壓力傳感器機(jī)械地變形。于是，靜電電容改 變并產(chǎn)生測量誤差。參考電極8被用于補(bǔ)償該測量誤差。
在常規(guī)靜電電容膜片真空計(jì)中，由于其制造方法，由絕緣基板l 和絕緣基板1粘結(jié)到其上的導(dǎo)電基板2之間的熱膨脹系數(shù)的差所導(dǎo)致 的變形是不可避免的。通過粘結(jié)絕緣基板1和導(dǎo)電基板2而形成的參 考壓力空間5也因接收到大氣壓力而變形。為了解決問題并提高壓力 測量的精度，試圖消除由這些變形所導(dǎo)致的壓力測量中的誤差。
取決于環(huán)境溫度的由絕緣基板1和導(dǎo)電基板2之間的熱膨脹系數(shù) 的差所導(dǎo)致的變形以及由大氣壓力導(dǎo)致的變形是測量誤差因素。
如上所述，參考電極8的存在補(bǔ)償由測量誤差因素中的環(huán)境溫度 變化導(dǎo)致的測量誤差。沐而，為了更精確地測量壓力，也必須補(bǔ)償由 大氣壓力的變化導(dǎo)致的測量誤差因素。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是在靜電電容膜片真空計(jì)中，進(jìn)一步減 少由大氣壓力的改變導(dǎo)致的測量誤差因素，從而可以更精確地測量壓 力。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種靜電電容膜片真空計(jì)，其包 括被設(shè)置為面向內(nèi)部區(qū)域的膜片，所述內(nèi)部區(qū)域的壓力將要被測量； 以及被設(shè)置為與所述膜片相對的檢測電極，并且所述真空計(jì)通過測量 膜片和檢測電極之間的靜電電容的變化程度來測量該內(nèi)部區(qū)域的壓 力，所迷真空計(jì)包括
溫度測量單元，測量安裝有該靜電電容膜片真空計(jì)的外部環(huán)境的
溫度；
大氣壓力測量單元，測量安裝有該靜電電容膜片真空計(jì)的外部環(huán) 境的大氣壓力；
運(yùn)算單元，其基于環(huán)境溫度和環(huán)境大氣壓力，根據(jù)關(guān)于預(yù)先測量 并且存儲在存儲單元中的多個靜電電容中的至少一個靜電電容的信息，計(jì)算與安裝有該靜電電容膜片真空計(jì)的外部環(huán)境相對應(yīng)的靜電電
容；
靜電電容補(bǔ)償單元，其將測量的靜電電容與計(jì)算的靜電電容相比 較，并且基于比較結(jié)果來補(bǔ)償測量的靜電電容；以及
輸出特性補(bǔ)償單元，其基于被預(yù)先測量并且存儲在存儲單元中的 關(guān)于環(huán)境大氣壓力的輸出特性來補(bǔ)償所述特性，
其中，所述靜電電容補(bǔ)償單元基于補(bǔ)償后的靜電電容來計(jì)算電 壓，并且
所述輸出特性補(bǔ)償單元基于補(bǔ)償后的輸出特性，輸出由靜電電容 補(bǔ)償單元計(jì)算的所迷電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種真空處理設(shè)備，其包括真空 容器，所述真空容器包括根據(jù)本發(fā)明的一個方面的靜電電容真空計(jì)。
本發(fā)明減少了由安裝有靜電電容膜片真空計(jì)的測量環(huán)境的變化 即大氣壓力和溫度的變化所導(dǎo)致的輸出變化，從而可以良好的再現(xiàn)性 更精確地測量壓力。
參考附圖，本發(fā)明的其它特征將從對示例性實(shí)施例的下述描述變 得清楚。


圖1A是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的靜電電容膜片真空計(jì)
的示意性截面圖1B是示出了電路120的電路配置的視圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的靜電電容膜片真空計(jì)的輸 出電壓-壓力特性對大氣壓力的依賴關(guān)系的曲線圖3是示出了作為現(xiàn)有技術(shù)的專利對比文件l中公開的靜電電容 膜片真空計(jì)的示意性截面圖。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖，在下文中描述實(shí)施本發(fā)明的最佳的實(shí)施例。
5(靜電電容膜片真空計(jì))
圖1A是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的靜電電容膜片真空計(jì) 的示意性截面圖。圖1B是示出了根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的靜電電容 膜片真空計(jì)的電路120的電路配置的視圖。
如圖1A所示，該實(shí)施例的靜電電容膜片真空計(jì)100包括絕緣 基板l、導(dǎo)電基板2、膜片3、導(dǎo)線線路4、參考壓力空間5、吸氣劑 6、檢測電極7和參考電極8。導(dǎo)電基板2和膜片3被設(shè)置為面對與真 空處理設(shè)備9的真空室連通的內(nèi)部區(qū)域10。
靜電電容膜片真空計(jì)lOO還包括電極板ll、電路120、電輸出端 子13、大氣壓力測量單元14、溫度測量單元15和外殼16。大氣壓力 測量單元14包括例如壓力傳感器，并測量安裝有該真空處理設(shè)備9 的周圍環(huán)境的大氣壓力(環(huán)境大氣壓力)。由大氣壓力測量單元14 測量的數(shù)據(jù)被稱作環(huán)境大氣壓力數(shù)據(jù)。溫度測量單元15包括例如溫 度傳感器，并測量安裝有該真空處理設(shè)備9的周圍環(huán)境的溫度(環(huán)境 溫度)。由溫度測量單元15測量的數(shù)據(jù)被稱作環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。在圖 1A的示例中，溫度測量單元15被J故置成與外殼16相接觸。然而， 溫度測量單元15的位置不限于該示例，溫度測量單元15可以被放置 在其可以測量真空處理設(shè)備9的周圍環(huán)境的溫度(環(huán)境溫度)的任何 位置處。大氣壓力測量單元14和溫度測量單元15的檢測結(jié)果被發(fā)送 到電路120。
通過膜片3檢測的內(nèi)部區(qū)域10的壓力的測量值受環(huán)境大氣壓力 和環(huán)境溫度中至少一個的影響而變化。大氣壓力測量單元14和溫度 測量單元15充當(dāng)壓力測量誤差因素檢測部件，以檢測與內(nèi)部區(qū)域10 中的壓力無關(guān)的電容變化因素。
電路120包括運(yùn)算單元121、補(bǔ)償單元122和存儲單元124。運(yùn) 算單元121可以用算術(shù)方法處理測量結(jié)果，并內(nèi)插預(yù)先測量的數(shù)據(jù)。 補(bǔ)償單元122可以基于大氣壓力測量單元14的測量結(jié)果利用環(huán)境大 氣壓力來補(bǔ)償內(nèi)部區(qū)域10的壓力的測量值。補(bǔ)償單元122也可以基 于溫度測量單元15的測量結(jié)果利用環(huán)境溫度來補(bǔ)償內(nèi)部區(qū)域10的壓
6力的測量值。
在該實(shí)施例中，補(bǔ)償單元122執(zhí)行補(bǔ)償，使得在執(zhí)行基于大氣壓 力測量單元14的測量結(jié)果的補(bǔ)償之前，先執(zhí)行基于溫度測量單元15 的測量結(jié)果的補(bǔ)償。補(bǔ)償單元122執(zhí)行補(bǔ)償處理的順序不限于上述補(bǔ) 償處理的順序。例如，補(bǔ)償單元122也可以并行地執(zhí)行基于溫度測量 單元15的測量結(jié)果的補(bǔ)償和基于大氣壓力測量單元14的測量結(jié)果的 補(bǔ)償。補(bǔ)償單元122也可以執(zhí)行補(bǔ)償，使得在執(zhí)行基于溫度測量單元 15的測量結(jié)果的補(bǔ)償之前，先執(zhí)行基于大氣壓力測量單元14的測量 結(jié)果的補(bǔ)償。存儲單元124存儲與作為測量條件而預(yù)先設(shè)定的環(huán)境溫 度和環(huán)境大氣壓力相對應(yīng)的膜片3和檢測電極7之間的靜電電容的測 量數(shù)據(jù)。
例如，當(dāng)Tl被測量作為環(huán)境溫度時，存儲單元124如下地預(yù)先 存儲在測量溫度T1下測量的、與壓力Pll到Pnl對應(yīng)的靜電電容Cll 到Cnl的測量數(shù)據(jù)
壓力 P11P21P31......Pnl
靜電電容 Cll C21 C31......Cnl
類似地，當(dāng)測量溫度是T2時，存儲單元124預(yù)先存儲與壓力P12 到Pn2對應(yīng)的靜電電容C12到Cn2的測量數(shù)據(jù)。
測量單元124可以存儲多種模式的數(shù)據(jù)，包括環(huán)境溫度下的靜電 電容和壓力，所述數(shù)據(jù)是通過在溫度T1和T2下來樣獲得的，例如， 通過在0。C到5(TC之間以間隔5t進(jìn)行采樣獲得的。
存儲單元124也存儲通過將預(yù)先測量的壓力轉(zhuǎn)換為輸出電壓而 獲得的數(shù)據(jù)，作為對應(yīng)于環(huán)境溫度和環(huán)境大氣壓力的數(shù)據(jù)。
也就是說，膜片3根據(jù)與真空處理設(shè)備9的內(nèi)部連通的內(nèi)部區(qū)域 IO的壓力而偏斜。當(dāng)膜片3靠近檢測電極7和參考電極8時，檢測電 極7和膜片3之間的靜電電容以及參考電極8和膜片3之間的靜電電 容增大。靜電電容的變化程度經(jīng)由導(dǎo)線線路4和電極板11被輸入至 電路120。檢測電極7的檢測結(jié)果和參考電極8的檢測結(jié)果被同時輸 入到電路120。經(jīng)由導(dǎo)線線路4和電極板11輸入的靜電電容(檢測靜電電容) 指示在基于來自溫度檢測單元15和大氣壓力測量單元14的信息(測 量結(jié)果)進(jìn)行校正之前的靜電電容的變化程度。
當(dāng)大氣壓力測量單元14和溫度測量單元15的測量結(jié)果被輸入至 電路120時，運(yùn)算單元121通過參考預(yù)先存儲在存儲單元124中的環(huán) 境溫度數(shù)據(jù)，從對于給定條件的測量數(shù)據(jù)(靜電電容)計(jì)算壓力。
如果存儲單元124沒有存儲對于給定環(huán)境溫度條件的測量數(shù)據(jù)， 則運(yùn)算單元121利用存儲在存儲單元124中的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)來執(zhí)行內(nèi) 插，并且基于該內(nèi)插獲得環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。此外，運(yùn)算單元121獲得與 環(huán)境大氣壓力條件相對應(yīng)的壓力(環(huán)境大氣壓力數(shù)據(jù))。如果存儲單 元124沒有存儲對于給定環(huán)境大氣壓力條件的測量數(shù)據(jù)，則運(yùn)算單元 121利用存儲單元124中存儲的環(huán)境大氣壓力數(shù)據(jù)來執(zhí)行內(nèi)插，并基 于該內(nèi)插荻得環(huán)境大氣壓力數(shù)據(jù)。
當(dāng)大氣壓力測量單元14和溫度測量單元15的測量結(jié)果被輸入至 電路120時，補(bǔ)償單元122基于預(yù)先存儲在存儲單元124中的數(shù)據(jù)， 計(jì)算如圖2所示的用于在輸出電壓和環(huán)境大氣壓力之間進(jìn)行匹配的電 壓-壓力的關(guān)系。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的靜電電容膜片 真空計(jì)的輸出電壓-壓力特性對大氣壓力的依賴關(guān)系的曲線圖。
假設(shè)用于在環(huán)境大氣壓力和輸出電壓之間進(jìn)行匹配的數(shù)據(jù)被預(yù) 先測量以對應(yīng)于多個環(huán)境大氣壓力(例如，900 hPa、 950 hPa和1000 hPa )，并被存儲在存儲單元124中。
基于大氣壓力測量單元14的測量結(jié)果，運(yùn)算單元121通過參考 存儲單元124,獲得與外部環(huán)境的大氣壓力(環(huán)境大氣壓力)對應(yīng)的 壓力和輸出電壓之間的關(guān)系。如果存儲單元124沒有存儲與大氣壓力 測量單元14的測量結(jié)果對應(yīng)的數(shù)據(jù)，則運(yùn)算單元121使用與多個環(huán) 境大氣壓力對應(yīng)的測量壓力和輸出電壓之間的關(guān)系來執(zhí)行內(nèi)插，并計(jì) 算輸出電壓相對于大氣壓力變?yōu)榱愕牧泓c(diǎn)和與輸出電壓對應(yīng)的壓力 的靈敏度(圖2中的a)。通過內(nèi)插處理來計(jì)算并補(bǔ)償與外部環(huán)境的 大氣壓力對應(yīng)的零點(diǎn)以及壓力的靈敏度(圖2)。從電輸出端子13輸出指示補(bǔ)償后的壓力的信息。
具體地講，通過在作為恒定條件的例如25。C的環(huán)境溫度下，在 例如卯0 hPa、 950 hPa和1000 hPa之間改變大氣壓力，使根據(jù)本發(fā) 明的靜電電容膜片真空計(jì)的輸出電壓和壓力之間的關(guān)系變得清楚。取 決于環(huán)境大氣壓力的差的電壓變化程度實(shí)際上被預(yù)先測量。獲得的電 壓變化程度被預(yù)先存儲在電路120上的存儲單元124中。
結(jié)果，即使當(dāng)壓力在900 hPa、 950 hPa和1000 hPa之間變化時， 大氣壓力與靜電電容膜片真空計(jì)中的測量值的比率小到0，05%或更 低。因此，能夠進(jìn)行高精度的壓力測量。
絕緣基板1粘結(jié)到其上的導(dǎo)電基板2與支撐絕緣基板1和導(dǎo)電基 板2的外殼16的熱膨脹系數(shù)不同。因此，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，絕緣 基板1變形。
諸如壓力傳感器的大氣壓力測量單元14和諸如溫度傳感器的溫 度測量單元15被放置在外殼16附近?；陉P(guān)于分別由大氣壓力測量 單元14和溫度測量單元15獲得的環(huán)境大氣壓力和環(huán)境溫度的信息， 可以補(bǔ)償膜片3和檢測電極7之間的靜電電容，以及輸出電壓和環(huán)境 大氣壓力之間的關(guān)系。 (真空處理設(shè)備)
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的真空處理設(shè)備9的真空容器具有靜電電 容膜片真空計(jì)100 (圖1A)。靜電電容膜片真空計(jì)IOO檢測真空容器 (與真空處理設(shè)備9的內(nèi)部連通的內(nèi)部區(qū)域10)中的壓力。靜電電容 膜片真空計(jì)100形成真空處理設(shè)備9的一部分。靜電電容膜片真空計(jì) 100高精度地檢測指示內(nèi)部區(qū)域10的真空度的壓力?；谠摍z測結(jié)果， 例如，真空處理設(shè)備9在與內(nèi)部區(qū)域10連通的真空室中產(chǎn)生等離子 體，并且對于設(shè)置在真空室中的目標(biāo)物體執(zhí)行諸如CVD或PVD的處 理。
可以在高精度地檢測指示內(nèi)部區(qū)域10的真空度的壓力的同時執(zhí) 4亍該處理。
盡管已參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。下述權(quán)利要求的范圍應(yīng)被給予最寬的解釋， 以便包括所有這樣的修改及等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種靜電電容膜片真空計(jì)，包括被設(shè)置為面向內(nèi)部區(qū)域的膜片，所述內(nèi)部區(qū)域的壓力將要被測量；和被設(shè)置為與所述膜片相對的檢測電極，所述真空計(jì)通過測量所述膜片和所述檢測電極之間的靜電電容的變化程度來測量所述內(nèi)部區(qū)域的壓力，所述真空計(jì)包括溫度測量單元，測量安裝有所述靜電電容膜片真空計(jì)的外部環(huán)境的溫度；大氣壓力測量單元，測量安裝有所述靜電電容膜片真空計(jì)的外部環(huán)境的大氣壓力；運(yùn)算單元，基于環(huán)境溫度和環(huán)境大氣壓力，根據(jù)關(guān)于預(yù)先測量并且被存儲在存儲單元中的多個靜電電容中的至少一個靜電電容的信息，計(jì)算與安裝有所述靜電電容膜片真空計(jì)的外部環(huán)境相對應(yīng)的靜電電容；靜電電容補(bǔ)償單元，其將測量的靜電電容與計(jì)算的靜電電容相比較，并且基于比較結(jié)果來補(bǔ)償測量的靜電電容；以及輸出特性補(bǔ)償單元，其基于被預(yù)先測量并且存儲在存儲單元中的關(guān)于環(huán)境大氣壓力的輸出特性來補(bǔ)償所述特性，其中，所述靜電電容補(bǔ)償單元基于補(bǔ)償后的靜電電容來計(jì)算電壓，并且所述輸出特性補(bǔ)償單元基于補(bǔ)償后的輸出特性，輸出由所述靜電電容補(bǔ)償單元計(jì)算出的所述電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電容膜片真空計(jì)，其中所述大氣 壓力測量單元包括壓力傳感器，并且所述溫度測量單元包括溫度傳感 器。
3. —種真空處理設(shè)備，其包括真空容器，所述真空容器包括根 據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電容真空計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及靜電電容膜片真空計(jì)和真空處理設(shè)備，在靜電電容膜片真空計(jì)中，膜片(3)和與膜片(3)相對的檢測電極(7)被設(shè)置于真空中。所述靜電電容膜片真空計(jì)通過測量膜片(3)和檢測電極(7)之間的靜電電容的變化程度來測量壓力。靜電電容膜片真空計(jì)包括大氣壓力變化因素檢測單元(14)和(15)，其檢測作為使真空壓力改變的外部因素的大氣壓力變化因素。真空的壓力是通過減去由大氣壓力變化因素檢測單元(14)和(15)檢測的信息而測量的。
文檔編號G01L21/00GK101539470SQ20091012681
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者宮下治三 申請人:佳能安內(nèi)華科技股份有限公司