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(cè)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(duì)的檢測(cè)電極。該設(shè)備通過(guò)測(cè)量膜片和檢測(cè)電極之間的靜 電電容的變化程度來(lái)測(cè)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(hào)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(guò)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?jí)毫臻g5。參考?jí)毫臻g5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?jí)毫臻g 5中。參考?jí)毫臻g5的內(nèi)部被保持在高度真空。
當(dāng)氣體壓力通過(guò)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(shí)，膜片3根據(jù)氣體壓力和參考?jí)毫臻g5中的壓力之間的 差而向檢測(cè)電極7偏斜。
這增大了檢測(cè)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(guò)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(hào)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(hào)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(cè)量誤差。參考電極8被用于補(bǔ)償該測(cè)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(guò)粘結(jié)絕緣基板1和導(dǎo)電基板2而形成的參 考?jí)毫臻g5也因接收到大氣壓力而變形。為了解決問(wèn)題并提高壓力 測(cè)量的精度，試圖消除由這些變形所導(dǎo)致的壓力測(cè)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(cè)量誤差因素。
如上所述，參考電極8的存在補(bǔ)償由測(cè)量誤差因素中的環(huán)境溫度 變化導(dǎo)致的測(cè)量誤差。沐而，為了更精確地測(cè)量壓力，也必須補(bǔ)償由 大氣壓力的變化導(dǎo)致的測(cè)量誤差因素。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)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(cè)量誤差因素，從而可以更精確地測(cè)量壓 力。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)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(cè)量； 以及被設(shè)置為與所述膜片相對(duì)的檢測(cè)電極，并且所述真空計(jì)通過(guò)測(cè)量 膜片和檢測(cè)電極之間的靜電電容的變化程度來(lái)測(cè)量該內(nèi)部區(qū)域的壓 力，所迷真空計(jì)包括
溫度測(cè)量單元，測(cè)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(cè)量單元，測(cè)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(cè)量 并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的多個(gè)靜電電容中的至少一個(gè)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(duì)應(yīng)的靜電電
容；
靜電電容補(bǔ)償單元，其將測(cè)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(lái)補(bǔ)償測(cè)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(cè)量并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的 關(guān)于環(huán)境大氣壓力的輸出特性來(lái)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(lái)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(gè)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(cè)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(cè)量壓力。
參考附圖，本發(fā)明的其它特征將從對(duì)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(gè)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(duì)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(duì)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(gè)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?jí)毫臻g5、吸氣劑 6、檢測(cè)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(duì)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(cè)量單元14、溫度測(cè)量單元15和外殼16。大氣壓力 測(cè)量單元14包括例如壓力傳感器，并測(cè)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(cè)量單元14 測(cè)量的數(shù)據(jù)被稱作環(huán)境大氣壓力數(shù)據(jù)。溫度測(cè)量單元15包括例如溫 度傳感器，并測(cè)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(cè)量單元15測(cè)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(cè)量單元15被J故置成與外殼16相接觸。然而， 溫度測(cè)量單元15的位置不限于該示例，溫度測(cè)量單元15可以被放置 在其可以測(cè)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(cè)量單元14和溫度測(cè)量單元15的檢測(cè)結(jié)果被發(fā)送 到電路120。
通過(guò)膜片3檢測(cè)的內(nèi)部區(qū)域10的壓力的測(cè)量值受環(huán)境大氣壓力 和環(huán)境溫度中至少一個(gè)的影響而變化。大氣壓力測(cè)量單元14和溫度 測(cè)量單元15充當(dāng)壓力測(cè)量誤差因素檢測(cè)部件，以檢測(cè)與內(nèi)部區(qū)域10 中的壓力無(wú)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(chǔ)單元124。運(yùn) 算單元121可以用算術(shù)方法處理測(cè)量結(jié)果，并內(nèi)插預(yù)先測(cè)量的數(shù)據(jù)。 補(bǔ)償單元122可以基于大氣壓力測(cè)量單元14的測(cè)量結(jié)果利用環(huán)境大 氣壓力來(lái)補(bǔ)償內(nèi)部區(qū)域10的壓力的測(cè)量值。補(bǔ)償單元122也可以基 于溫度測(cè)量單元15的測(cè)量結(jié)果利用環(huán)境溫度來(lái)補(bǔ)償內(nèi)部區(qū)域10的壓
6力的測(cè)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(cè)量單元14的測(cè)量結(jié)果的補(bǔ)償之前，先執(zhí)行基于溫度測(cè)量單元15 的測(cè)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(cè)量 單元15的測(cè)量結(jié)果的補(bǔ)償和基于大氣壓力測(cè)量單元14的測(cè)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(cè)量單元 15的測(cè)量結(jié)果的補(bǔ)償之前，先執(zhí)行基于大氣壓力測(cè)量單元14的測(cè)量 結(jié)果的補(bǔ)償。存儲(chǔ)單元124存儲(chǔ)與作為測(cè)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(duì)應(yīng)的膜片3和檢測(cè)電極7之間的靜電電容的測(cè) 量數(shù)據(jù)。
例如，當(dāng)Tl被測(cè)量作為環(huán)境溫度時(shí)，存儲(chǔ)單元124如下地預(yù)先 存儲(chǔ)在測(cè)量溫度T1下測(cè)量的、與壓力Pll到Pnl對(duì)應(yīng)的靜電電容Cll 到Cnl的測(cè)量數(shù)據(jù)
壓力 P11P21P31......Pnl
靜電電容 Cll C21 C31......Cnl
類似地，當(dāng)測(cè)量溫度是T2時(shí)，存儲(chǔ)單元124預(yù)先存儲(chǔ)與壓力P12 到Pn2對(duì)應(yīng)的靜電電容C12到Cn2的測(cè)量數(shù)據(jù)。
測(cè)量單元124可以存儲(chǔ)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(guò)在溫度T1和T2下來(lái)樣獲得的，例如， 通過(guò)在0。C到5(TC之間以間隔5t進(jìn)行采樣獲得的。
存儲(chǔ)單元124也存儲(chǔ)通過(guò)將預(yù)先測(cè)量的壓力轉(zhuǎn)換為輸出電壓而 獲得的數(shù)據(jù)，作為對(duì)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(shuō)，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(cè)電極7和參考電極8時(shí)，檢測(cè)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(cè)電極7的檢測(cè)結(jié)果和參考電極8的檢測(cè)結(jié)果被同時(shí)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(cè)靜電電容) 指示在基于來(lái)自溫度檢測(cè)單元15和大氣壓力測(cè)量單元14的信息(測(cè) 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(cè)量單元14和溫度測(cè)量單元15的測(cè)量結(jié)果被輸入至 電路120時(shí)，運(yùn)算單元121通過(guò)參考預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元124中的環(huán) 境溫度數(shù)據(jù)，從對(duì)于給定條件的測(cè)量數(shù)據(jù)(靜電電容)計(jì)算壓力。
如果存儲(chǔ)單元124沒(méi)有存儲(chǔ)對(duì)于給定環(huán)境溫度條件的測(cè)量數(shù)據(jù)， 則運(yùn)算單元121利用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元124中的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)來(lái)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(duì)應(yīng)的壓力(環(huán)境大氣壓力數(shù)據(jù))。如果存儲(chǔ)單 元124沒(méi)有存儲(chǔ)對(duì)于給定環(huán)境大氣壓力條件的測(cè)量數(shù)據(jù)，則運(yùn)算單元 121利用存儲(chǔ)單元124中存儲(chǔ)的環(huán)境大氣壓力數(shù)據(jù)來(lái)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(cè)量單元14和溫度測(cè)量單元15的測(cè)量結(jié)果被輸入至 電路120時(shí)，補(bǔ)償單元122基于預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)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(duì)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(cè)量以對(duì)應(yīng)于多個(gè)環(huán)境大氣壓力(例如，900 hPa、 950 hPa和1000 hPa )，并被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元124中。
基于大氣壓力測(cè)量單元14的測(cè)量結(jié)果，運(yùn)算單元121通過(guò)參考 存儲(chǔ)單元124,獲得與外部環(huán)境的大氣壓力(環(huán)境大氣壓力)對(duì)應(yīng)的 壓力和輸出電壓之間的關(guān)系。如果存儲(chǔ)單元124沒(méi)有存儲(chǔ)與大氣壓力 測(cè)量單元14的測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，則運(yùn)算單元121使用與多個(gè)環(huán) 境大氣壓力對(duì)應(yīng)的測(cè)量壓力和輸出電壓之間的關(guān)系來(lái)執(zhí)行內(nèi)插，并計(jì) 算輸出電壓相對(duì)于大氣壓力變?yōu)榱愕牧泓c(diǎn)和與輸出電壓對(duì)應(yīng)的壓力 的靈敏度(圖2中的a)。通過(guò)內(nèi)插處理來(lái)計(jì)算并補(bǔ)償與外部環(huán)境的 大氣壓力對(duì)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(guò)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(cè)量。獲得的電 壓變化程度被預(yù)先存儲(chǔ)在電路120上的存儲(chǔ)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(shí)， 大氣壓力與靜電電容膜片真空計(jì)中的測(cè)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(cè)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(shí)，絕緣 基板1變形。
諸如壓力傳感器的大氣壓力測(cè)量單元14和諸如溫度傳感器的溫 度測(cè)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(cè)量 單元14和溫度測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)指示內(nèi)部區(qū)域10的真空度的壓力?；谠摍z測(cè)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(duì)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(cè)指示內(nèi)部區(qū)域10的真空度的壓力的同時(shí)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(cè)量；和被設(shè)置為與所述膜片相對(duì)的檢測(cè)電極，所述真空計(jì)通過(guò)測(cè)量所述膜片和所述檢測(cè)電極之間的靜電電容的變化程度來(lái)測(cè)量所述內(nèi)部區(qū)域的壓力，所述真空計(jì)包括溫度測(cè)量單元，測(cè)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(cè)量單元，測(cè)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(cè)量并且被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的多個(gè)靜電電容中的至少一個(gè)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(duì)應(yīng)的靜電電容；靜電電容補(bǔ)償單元，其將測(cè)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(lái)補(bǔ)償測(cè)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(cè)量并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的關(guān)于環(huán)境大氣壓力的輸出特性來(lái)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(lái)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(cè)量單元包括壓力傳感器，并且所述溫度測(cè)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(duì)的檢測(cè)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(guò)測(cè)量膜片(3)和檢測(cè)電極(7)之間的靜電電容的變化程度來(lái)測(cè)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(cè)單元(14)和(15)，其檢測(cè)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(guò)減去由大氣壓力變化因素檢測(cè)單元(14)和(15)檢測(cè)的信息而測(cè)量的。
文檔編號(hào)G01L21/00GK101539470SQ20091012681
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
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