本發(fā)明涉及對具有成為受壓部的隔膜等的可動部的靜電容量型壓力傳感器的受壓部的狀態(tài)進行檢測的壓力傳感器狀態(tài)檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

靜電容量型的壓力傳感器例如被應(yīng)用于半導(dǎo)體裝置的制造中的基于氣相沉積的各種各樣的成膜裝置、蝕刻裝置中。作為成膜裝置，存在化學(xué)氣相沉積(cvd)裝置、原子層沉積(ald)裝置、濺射成膜裝置等。在這樣的成膜裝置中，為了形成nm單位的厚度的薄膜，正確地控制成膜室內(nèi)的壓力(真空度)、原料氣體的分壓等，并正確地檢測壓力變得重要。此外，在蝕刻裝置中，在大氣壓以下，主要使用0.01pa～多個pa的腐蝕性氣體、含有腐蝕性氣體的等離子體對加工對象的基板進行蝕刻。使用靜電容量型的壓力傳感器用于檢測這樣的壓力。

如圖5所示，該壓力傳感器包括：基座301，其由絕緣體構(gòu)成的；隔膜302，其通過支承部301a被支承于基座301的上面，并在可動區(qū)域302a中與基座301分離配置，由在可動區(qū)域302a能夠向基座301的方向變位的絕緣體構(gòu)成，并接收來自測定對象的壓力；以及氣密室303，其形成于可動區(qū)域302a中的隔膜302與基座301之間。

此外，包括：可動電極304，其在氣密室303的內(nèi)部形成于隔膜302的可動區(qū)域302a；以及固定電極305，其在氣密室303的內(nèi)部與可動電極304面對面地形成在基座301上。此外，包括：可動參照電極306，其在氣密室303的內(nèi)部在隔膜302的可動區(qū)域302a中形成于可動電極304的周圍；以及固定參照電極307，其在氣密室303的內(nèi)部形成于固定電極305周圍的基座301之上，并與可動參照電極306面對面地形成。

上述那樣構(gòu)成的壓力傳感器被安裝于流動測定對象的氣體的配管、容納有被測定流體的容器并對氣體的壓力進行測定。靜電容量型的壓力傳感器將接受了氣壓的隔膜的變位轉(zhuǎn)換為靜電容量值。由于該壓力傳感器對于氣體種類依賴關(guān)系不多，因此被廣泛應(yīng)用于上述那樣的半導(dǎo)體裝置制造設(shè)備為代表的工業(yè)用途中。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開平06-307964號公報

專利文獻(xiàn)2：日本專利特表2010-525324號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

上述的壓力傳感器要求對于使用于原料氣體等的裝置的氣體的耐腐蝕性，并且也要求對于成膜等工序中產(chǎn)生的副產(chǎn)物有抗性。此外，在成膜工序中，在成膜室內(nèi)壁、配管內(nèi)壁、真空泵內(nèi)部以及壓力傳感器的受壓部即隔膜等原料氣體通過的地方會產(chǎn)生堆積，從而引起各種各樣的問題(參照專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2)。

例如，與以往通常被使用的化學(xué)氣相沉積法(cvd)比較，有作為階梯覆蓋性、膜質(zhì)優(yōu)良而被近年開發(fā)的、被使用于柵絕緣膜等的形成中的原子層沉積法(ald)。該ald在特性上在原料氣體通過的各種各樣的地方，原料氣體容易附著，從而產(chǎn)生上述無用的堆積。如圖4所示，在壓力傳感器中，堆積物321堆積在隔膜302的受壓區(qū)域。

在靜電容量型的壓力傳感器中，向成為受壓部的隔膜的堆積導(dǎo)致因堆積物的應(yīng)力而在隔膜上產(chǎn)生與正在測量的壓力沒有關(guān)系的撓度。在將成為測定對象的成膜裝置的處理室內(nèi)抽為真空的狀態(tài)下，壓力傳感器被調(diào)整為表示零點，但在上述那樣的狀態(tài)中會導(dǎo)致零點的漂移。

此外，如果因為堆積物的堆積而使隔膜的厚度增加的話，即使是相同的壓力，在堆積的狀態(tài)下隔膜的撓度變小，從而引起壓力測定靈敏度的降低。此外，在堆積物具有粘性的情況下，將使對于壓力變化的隔膜的動作產(chǎn)生延遲，從而導(dǎo)致傳感器響應(yīng)的延遲。

現(xiàn)在，膜厚度、質(zhì)量的均勻化更加先進，并要求高精度的工序，上述那樣的壓力檢測精度的降低成為問題。因此，為了防止堆積，在上述那樣的成膜裝置中，在例如成膜動作時等中，將各部分加熱至例如100～200℃的程度。然而，即使進行基于這樣的加熱的解決方法，堆積也會一點點微量地進行。

在判定為堆積發(fā)生了的情況下，例如進行零點漂移的調(diào)整。在零點漂移的調(diào)整等中，需要暫時停止制造工序，進行真空排氣直至裝置內(nèi)部看做為完全真空狀態(tài)。為此，需要較長時間。此外，在該零點漂移調(diào)整中，能夠調(diào)整的范圍有限制，在超過該限度的情況下，就要從裝置卸下壓力傳感器，并進行重新校正。該校正需要專用的裝置，非常的麻煩。

此外，堆積量超過容許值地堆積于隔膜的壓力傳感器不可能確保規(guī)定的精度，從而導(dǎo)致故障。在目前的情況下，基于裝置的使用次數(shù)、累計總厚度等歷史信息來更換壓力傳感器，或者在可能的情況下，通過清洗來應(yīng)對。然而，在上述那樣的以歷史信息為基礎(chǔ)的應(yīng)對中，會發(fā)生無法維持所要求的高壓力檢測精度的情況。

此外，上述那樣的壓力檢測器的測定精度降低并不限于對隔膜的堆積，各種各樣的原因也被考慮。例如，由于蝕刻工序、腔室的清洗時可能產(chǎn)生的隔膜材料的腐蝕、蝕刻變質(zhì)等，導(dǎo)致壓力靈敏度變化，或者施加于隔膜的來自殼體的應(yīng)力因為某些原因變化，由此也可能會使基于施加壓力的靈敏度變化。

無論如何為了正確的壓力的測量，需要實施上述那樣的校正作業(yè)，把握在何時進行是極為重要的。并不是特別必要，卻校正傳感器的話則必須停止過程裝置，這會成為巨大的浪費。因此，希望能夠提前檢測出壓力傳感器的異常狀態(tài)。

本發(fā)明是為了解決以上那樣的問題點而做出的，其目的在于，能夠提前檢測出壓力傳感器的異常狀態(tài)。

解決課題的技術(shù)手段

本發(fā)明涉及的壓力傳感器狀態(tài)檢測方法是對壓力傳感器的受壓部的狀態(tài)進行檢測的壓力傳感器狀態(tài)檢測方法，所述受壓部被設(shè)為能夠變位、并接受來自測定對象的壓力，所述壓力傳感器由具備所述受壓部的傳感器芯片構(gòu)成，并將所述受壓部的變位作為靜電容量的變化來檢測，所述壓力傳感器狀態(tài)檢測方法包括：第1步驟，其在使傳感器芯片的溫度變化的狀態(tài)下得到壓力傳感器的輸出變化；以及第2步驟，其根據(jù)表示通過第1步驟得到的輸出變化的傳感器特性與設(shè)為基準(zhǔn)的基準(zhǔn)特性的比較來判斷受壓部的異常狀態(tài)。

在上述壓力傳感器狀態(tài)檢測方法中，通過第2步驟判斷的異常狀態(tài)是堆積到受壓部的堆積物的堆積狀態(tài)。此外，通過第2步驟判斷的異常狀態(tài)也可以是受壓部的與被測定媒介的氣體的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕或者變質(zhì)了的狀態(tài)。此外，通過第2步驟判斷的異常狀態(tài)也可以是施加于受壓部的機械的應(yīng)力變化導(dǎo)致的壓力傳感器輸出變化了的狀態(tài)。

在上述壓力傳感器狀態(tài)檢測方法中，傳感器特性以及基準(zhǔn)特性是表示壓力傳感器的輸出變化與溫度變化的關(guān)系的特性。此外，傳感器特性以及基準(zhǔn)特性是表示壓力傳感器的輸出變化的時序變化的特性。

本發(fā)明涉及的壓力傳感器狀態(tài)檢測系統(tǒng)包括：壓力傳感器，其由具備受壓部的傳感器芯片構(gòu)成，所述受壓部被設(shè)為能夠變位、并接受來自測定對象的壓力，所述壓力傳感器將受壓部的變位作為靜電容量的變化來檢測；溫度控制部，其使傳感器芯片的溫度變化；特性測量部，其在通過溫度控制部的動作使傳感器芯片的溫度變化了的狀態(tài)下得到壓力傳感器的輸出變化，由此得到表示輸出變化的傳感器特性；以及狀態(tài)判斷部，其根據(jù)特性測量部得到的傳感器特性與設(shè)為基準(zhǔn)的基準(zhǔn)特性的比較來判斷受壓部的異常狀態(tài)。

在上述壓力傳感器狀態(tài)檢測系統(tǒng)中，狀態(tài)判斷部所判斷的異常狀態(tài)是堆積到受壓部的堆積物的堆積狀態(tài)。此外，狀態(tài)判斷部所判斷的異常狀態(tài)也可以是受壓部的與被測定媒介的氣體的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕或者變質(zhì)了的狀態(tài)。此外，狀態(tài)判斷部所判斷的異常狀態(tài)也可以是施加于受壓部的機械的應(yīng)力變化導(dǎo)致的壓力傳感器輸出變化了的狀態(tài)。

在上述壓力傳感器狀態(tài)檢測系統(tǒng)中，傳感器特性以及基準(zhǔn)特性是表示壓力傳感器的輸出變化與溫度變化的關(guān)系的特性。此外，傳感器特性以及基準(zhǔn)特性是表示壓力傳感器的輸出變化的時序變化的特性。

發(fā)明的效果

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以獲得能夠提前檢測出以對壓力傳感器的堆積為主的異常狀態(tài)的優(yōu)良效果。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的實施方式中的壓力傳感器狀態(tài)檢測系統(tǒng)的構(gòu)成的構(gòu)成圖。

圖2是說明本發(fā)明的實施方式中的壓力傳感器狀態(tài)檢測方法的流程圖。

圖3是示出溫度傳感器的溫度特性的特性圖。

圖4是示出與溫度變化對應(yīng)的傳感器輸出的時序變化的特性圖。

圖5是示出靜電容量型的壓力傳感器的構(gòu)成的立體圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是示出本發(fā)明的實施方式中的壓力傳感器狀態(tài)檢測系統(tǒng)的構(gòu)成的構(gòu)成圖。該系統(tǒng)包括傳感器芯片101、壓力值輸出部121、加熱部122、溫度調(diào)節(jié)部123、基準(zhǔn)值存儲部124、特性測量部125、狀態(tài)判斷部126以及警報輸出部127。

傳感器芯片101是被廣為人知的靜電容量型，包括基座111、隔膜112、可動電極114以及固定電極115?；?11以及隔膜112例如是有藍(lán)寶石、氧化鋁陶瓷等的具有耐熱耐腐蝕性的絕緣體構(gòu)成的。此外，作為受壓部的隔膜112是通過基座111的支承部111a被支承的、在支承部111a的內(nèi)側(cè)的可動區(qū)域112a中能夠向基座111的方向變位的可動部?？蓜訁^(qū)域112a例如是俯視圓形。

可動區(qū)域112a中的隔膜112與基座111之間是被設(shè)為氣密地密封的氣密室113。在將壓力傳感器作為真空計使用的情況下，氣密室113為所謂的真空，并成為基準(zhǔn)真空室。

此外，可動電極114在氣密室113的內(nèi)部形成于隔膜112的可動區(qū)域112a。此外，固定電極115在氣密室113的內(nèi)部與可動電極114面對面地形成在基座111上。另外，實施方式中的傳感器芯片101包括：可動參照電極116，其在氣密室113的內(nèi)部在隔膜112的可動區(qū)域112a中形成于可動電極114的周圍；以及固定參照電極117，其在氣密室113的內(nèi)部形成于固定電極115的周圍的基座111之上，并與可動參照電極116面對面地形成。

壓力值輸出部121使用被設(shè)定的傳感器靈敏度將容量變化轉(zhuǎn)換為壓力值并輸出。通過傳感器芯片101以及壓力值輸出部121構(gòu)成壓力傳感器。

加熱部122被配置在傳感器芯片101的附近，通過溫度調(diào)節(jié)部123的控制，通過例如電阻加熱等對傳感器芯片101(隔膜112)進行加熱，從而使傳感器芯片101的溫度變化。通過加熱部122以及溫度調(diào)節(jié)部123構(gòu)成溫度控制部。

特性測量部125在通過溫度控制部的動作使傳感器芯片101的溫度變化的狀態(tài)下得到壓力傳感器(壓力值輸出部121)的輸出變化，由此得到表示輸出變化的傳感器特性。狀態(tài)判斷部126根據(jù)特性測量部125得到的傳感器特性與存儲于基準(zhǔn)值存儲部124的設(shè)為基準(zhǔn)的基準(zhǔn)特性的比較，來判斷隔膜112的異常狀態(tài)。

隔膜112的異常狀態(tài)例如是堆積到隔膜112的堆積物的堆積狀態(tài)。此外，隔膜112的異常狀態(tài)也可以是隔膜112的與被測定媒介的氣體的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕或者變質(zhì)了的狀態(tài)。此外，隔膜112的異常狀態(tài)也可以是施加于隔膜112的機械的應(yīng)力變化導(dǎo)致的壓力傳感器輸出變化了的狀態(tài)。

傳感器特性以及基準(zhǔn)特性例如是表示壓力傳感器的輸出變化與溫度變化的關(guān)系的特性。此外，傳感器特性以及基準(zhǔn)特性是表示壓力傳感器的輸出變化的時序變化的特性。

警報輸出部127根據(jù)狀態(tài)判斷部126對隔膜112中規(guī)定值以上的堆積物堆積等異常的有無的判斷來輸出警報。如此，通過輸出警報能夠判斷壓力傳感器的校正為必要的狀態(tài)。

接著，使用圖2的流程圖對本發(fā)明的實施方式中的壓力傳感器狀態(tài)檢測系統(tǒng)的動作(壓力傳感器狀態(tài)檢測方法)進行說明。

首先，在步驟s201中，測量部125通過溫度調(diào)節(jié)部123的控制使加熱部122工作，由此使傳感器芯片101的溫度變化，在該狀態(tài)下取得來自壓力值輸出部121的輸出變化。

接著，在步驟s202中，狀態(tài)判斷部126將表示測量部125得到的輸出變化的傳感器特性與存儲于基準(zhǔn)值存儲部124的基準(zhǔn)特性進行比較。根據(jù)該比較，在傳感器特性與基準(zhǔn)特性之間存在閾值以上的差的情況下(步驟s203的y)，狀態(tài)判斷部126判斷為隔膜112中發(fā)生了堆積有堆積物等的異常，并在步驟s204中使警報輸出部127輸出警報。

在此，對傳感器特性以及基準(zhǔn)特性進行說明。以下，將受壓部即隔膜上堆積有堆積物的情況作為異常發(fā)生的例子進行說明。在隔膜上堆積有某種物質(zhì)的情況下，由于堆積物的材料特性與隔膜不同，因此如果與沒有堆積的情況比較，會產(chǎn)生溫度和零點的特性的變化。該變化在因為氣體而使隔膜腐蝕或者變質(zhì)了的情況、施加于隔膜的機械的應(yīng)力變化了的情況下也會發(fā)生。表示針對壓力傳感器的溫度變化的輸出值的變化的溫度特性會因為傳感器芯片自身的熱膨脹、可動電極與隔膜的熱膨脹系數(shù)的差、隔膜與基座的焊接或接合狀態(tài)、來自容納傳感器芯片的包裝的影響等各種各樣的原因而發(fā)生。通常，在緊接著傳感器芯片的制造之后(出貨時)對溫度特性進行測量，并根據(jù)該結(jié)果對傳感器芯片的輸出進行補正。

在將隔膜成為沒有變形(沒有彎曲)的狀態(tài)的基準(zhǔn)溫度作為原點時，因為溫度的變化導(dǎo)致隔膜變形而形成的容量變化作為溫度特性顯現(xiàn)。另外，在實際使用狀態(tài)中使壓力傳感器加熱至規(guī)定溫度(例如150℃)并工作。因此，通常傳感器芯片被設(shè)計制造為在工作時的溫度下隔膜沒有彎曲的狀態(tài)。因此，也可以將工作時的溫度設(shè)為基準(zhǔn)溫度。

例如，如果將溫度變化作為x軸，基準(zhǔn)溫度設(shè)為0，將基于容量變化的傳感器輸出變化作為y軸，基準(zhǔn)溫度下的傳感器輸出設(shè)定為0，則在隔膜沒有發(fā)生堆積(異常)的狀態(tài)下溫度特性近似于xy坐標(biāo)系中通過原點的直線。該狀態(tài)表示為圖3的(a)的直線。

如果隔膜上堆積了堆積物，則其溫度特性變化。例如，在堆積物的熱膨脹系數(shù)小于隔膜的熱膨脹系數(shù)的情況下，由于阻礙基于溫度變化的隔膜原本的變化的力起作用，因此表示溫度特性的直線的斜率變小。該狀態(tài)表示為圖3的(a)的一點劃線。

另一方面，在堆積物的熱膨脹系數(shù)大于隔膜的熱膨脹系數(shù)的情況下，由于放大基于溫度變化的隔膜原本的變化的力起作用，因此表示溫度特性的直線的斜率變大。該狀態(tài)表示為圖3的(a)的虛線。

在此，如果零點向+方向漂移，則變?yōu)槿鐖D3的(b)所示那樣的溫度特性，如果零點向-方向漂移，則變?yōu)槿鐖D3的(c)所示那樣的溫度特性。無論是哪一個都使用直線表示沒有堆積的狀態(tài)，使用一點劃線表示堆積物的熱膨脹系數(shù)小于隔膜的熱膨脹系數(shù)的情況，使用虛線表示堆積物的熱膨脹系數(shù)大于隔膜的熱膨脹系數(shù)的情況。

如果使零點的漂移部分偏置，由于各自的斜率是同樣的，圖3的(b)以及圖3的(c)和圖3的(a)所表示的溫度特性相同。為了使這些更加明確，堆積到隔膜的堆積物的狀態(tài)可以通過溫度特性的斜率來判斷。在對緊接著傳感器芯片的制造之后等的隔膜上沒有發(fā)生堆積的狀態(tài)時的溫度特性進行預(yù)先測量，將該溫度特性作為基準(zhǔn)特性。

在該基準(zhǔn)特性和實際使用狀態(tài)下由壓力傳感器得到的溫度特性即傳感器特性之間，通過比較上述的斜率，能夠判斷堆積到隔膜的堆積物的堆積狀態(tài)。例如，在使堆積物堆積的狀態(tài)變?yōu)閷嵸|(zhì)性問題的程度下，對傳感器特性進行測定，求出測定出的傳感器特性的斜率與基準(zhǔn)特性的斜率的差，并將該斜率的差作為閾值來設(shè)定。在實際使用狀態(tài)下被測定出的傳感器特性的斜率與基準(zhǔn)特性的斜率的差超過閾值的情況下，判斷為隔膜上產(chǎn)生堆積物。

可是，上述的溫度特性的變化在堆積物較硬或者根據(jù)溫度硬度(粘彈性)沒有太變化的情況下是顯著的。另一方面，在堆積物具有粘性或者根據(jù)溫度粘彈性發(fā)生變化的情況下，隔膜上發(fā)生堆積時，發(fā)生隔膜的變位動作的時間延遲。

例如，如圖4的(a)所示，使傳感器芯片的溫度時序性變化。對應(yīng)于該溫度變化，如圖4的(b)中使用實線所示，在隔膜沒有發(fā)生堆積的情況下，傳感器輸出沒有發(fā)生時間延遲。與此相對，如圖4的(b)中使用一點劃線所示，如果有粘性的物質(zhì)堆積于隔膜上的話，在開示時刻t0后面的時刻t1、t2、t3時，傳感器輸出發(fā)生時間延遲。此外，如圖4的(b)中使用虛線所示，如果粘性大的物質(zhì)堆積于隔膜上的話，不僅傳感器輸出發(fā)生時間延遲，還發(fā)生即使溫度為基準(zhǔn)溫度傳感器輸出也不能回到0的情況。

因此，也能夠?qū)⑸鲜龅臏囟鹊臅r序變化作為基準(zhǔn)特性以及傳感器特性來使用。將圖4的(b)的實線表示的傳感器輸出的時序變化作為基準(zhǔn)特性。此外，在使堆積物堆積為實質(zhì)性問題的程度的狀態(tài)下，作為傳感器特性對傳感器輸出的時序變化進行測定，將基準(zhǔn)特性作為基準(zhǔn)設(shè)定了的某個時刻(t2)下的時間延遲作為閾值來設(shè)定。在實際使用狀態(tài)下被測定出的傳感器特性的、距離時刻t2下的基準(zhǔn)特性的時間延遲超過閾值的情況下，能夠判斷為隔膜發(fā)生堆積(異常)。

此外，使用相對于上述的溫度特性以及溫度變化的傳感器輸出的時序變化的兩方也可以判斷隔膜的異常狀態(tài)。通過這樣，能夠判斷更多樣的堆積狀態(tài)。此外，在判斷為任意一方下隔膜發(fā)生異常的情況下，也可以使警報輸出。

如以上所說明的，根據(jù)本發(fā)明，由于根據(jù)在使傳感器芯片的溫度變化了的狀態(tài)下得到的壓力傳感器的輸出變化與基準(zhǔn)特性的比較來判斷受壓部的異常狀態(tài)，因此能夠提前檢測出壓力傳感器的異常狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，由于能夠在沒有從被使用的裝置卸下壓力傳感器地在裝置工作的狀態(tài)下檢測出(判斷)壓力傳感器的異常狀態(tài)，因此裝置內(nèi)部為大氣狀態(tài)，此外，沒有必要進行真空排氣等作業(yè)直至裝置內(nèi)部看做為完全真空狀態(tài)，從而能夠迅速地把握異常狀態(tài)。

另外，本發(fā)明并不限定于以上所說明的實施方式，在本發(fā)明的技術(shù)思想內(nèi)，具有本領(lǐng)域的公知常識的人可以實施多種變形以及組合是顯而易見的。

符號說明

101…傳感器芯片、111…基座、111a…支承部、112…隔膜、112a…可動區(qū)域、113…氣密室、114…可動電極、115…固定電極、116…可動參照電極、117…固定參照電極、121…壓力值輸出部、122…加熱部、123…溫度調(diào)節(jié)部、124…基準(zhǔn)值存儲部、125…特性測量部、126…狀態(tài)判斷部、127…警報輸出部。