検出手段として静電気干渉を使用するモノリシック真空マノメータ
【課題】低コストのダイヤフラム式マノメータを提供する。
【解決手段】マノメータは、上表面及び上表面よりも高く伸張する側壁を有するモノリシック基部１０２と、基部の上表面によって支持される複数の導電性素子１１２と、基部の側壁と接続され、基部の上表面に対して導電性素子の上部に位置するダイヤフラム１０８と、ダイヤフラムの上部から基部を覆うカバー１０４とを含む。また、基部と接続するガラス被膜１１０と、導電性素子と接続され、圧力の変化に応じて動くダイヤフラムに反応する導電性素子の間の寄生容量結合における変化を感知するよう構成される電子回路を備えている。
【解決手段】マノメータは、上表面及び上表面よりも高く伸張する側壁を有するモノリシック基部１０２と、基部の上表面によって支持される複数の導電性素子１１２と、基部の側壁と接続され、基部の上表面に対して導電性素子の上部に位置するダイヤフラム１０８と、ダイヤフラムの上部から基部を覆うカバー１０４とを含む。また、基部と接続するガラス被膜１１０と、導電性素子と接続され、圧力の変化に応じて動くダイヤフラムに反応する導電性素子の間の寄生容量結合における変化を感知するよう構成される電子回路を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出手段として静電気干渉を使用するモノリシック真空マノメータに関する。
なお、この出願は、２００９年７月１日に出願された米国仮特許出願第６１／２２２，１８４号に優先権を主張するものであり、その教示の全てをその内容全体を参照することで本明細書に引用する。
【背景技術】
【０００２】
工業プロセスの多くは低圧力でのみ実行される。そのようなプロセスは、半導体製造、マイクロマシニング、真空蒸着、及び特殊コーティング等が含まれるがそれに限定するものではない。このようなプロセスの多くでは圧力調整が極めて重要であり、環境条件（例：温度及び圧力）を維持するために、圧力センサの一種であるマノメータが使用される。マノメータは、減圧を有するプロセスチャンバでの圧力変化を感知するよう構成されている。
【０００３】
そのような低圧力を測定できる精度の高いマノメータの一例は、ダイヤフラム式マノメータである。ダイヤフラム式マノメータは、半導体産業で広く用いられている。ひとつには、ダイヤフラム式マノメータは精度が高く且つ汚染に耐性があるため、半導体産業の腐食サービスに適するからである。特に、ダイヤフラム式マノメータは、汚染に強度の耐性を示し、メンテナンスなしで長期間動作する。
【０００４】
マノメータは、真空／圧力センサ素子として機能し、プロセスチャンバ内の圧力を測定及び／又は制御するために使用される。ダイヤフラム式マノメータは、円形にテンショニング（伸張）されたダイヤフラムによって分離された２つのチャンバを備えるハウジングを有するのが典型的である。第１のチャンバは、プロセスチャンバすなわち圧力が測定されることになる別のアセンブリと流体連通している。ダイヤフラム式マノメータの第２のチャンバは、リファレンスチャンバと一般に称され、実質的にセンサが感知する最低圧力を下回ると排気且つ密閉されるのが通常である（ただし、それに限定しない）。
【０００５】
ダイヤフラムは通常、円形にテンショニングされており、ダイヤフラム式マノメータのハウジング内の２つのチャンバを分離する。ダイヤフラムは、周縁付近を機械的に拘束された薄い金属から基本的に形成されている。ダイヤフラムは、周縁の静止を維持しながら弓型に変形することによって、差圧に反応する。これにより、ダイヤフラムは折り曲げ接地電極として機能する。ダイヤフラムは、自身を横断する差圧に反応して変形し、また静電界と相互作用することで、ダイヤフラムの変形をこれらの静電相互作用を通じて決定できるようになっている。
【０００６】
ダイヤフラムの極めて近くに電極アセンブリがある。このアセンブリは、２つの導電性電極を支持する研磨された電気的絶縁表面を有する堅い基部を含むのが通常である。導電性電極は、通常、セラミックであることが多い基部の表面上に塗布されたシルクスクリーンである。従来のダイヤフラム式マノメータの導電性電極の構成は、内部にある固体の円及び内部の円を取り囲むリングを備えるのが一般的である。電極アセンブリは、ダイヤフラムの周縁を含む平面からの固定距離を機械的に拘束されているので、電極は、ダイヤフラムに極めて近く（＜０．００５インチ）にあり、ダイヤフラムの表面に並列される。加圧によるダイヤフラムの湾曲は、各電極で接地に対する容量を測定し、一方から他方の測定値を差し引くことで、容易に算出できる。
【０００７】
最新のダイヤフラム式マノメータは、２つの電極を用いてダイヤフラムの湾曲を監視する。２つの電極の接地に対する容量（「コモンモード容量」）は、ダイヤフラムの湾曲によって変化するが、電極アセンブリの移動によっても変化する。このような移動は、温度変化、温度過渡及び機械的負荷によって生じる。２つのプレートにおける差異（「差分容量」）を用いた測定は、ダイヤフラム及び電極間の運動を排除し、その代わりにダイヤフラムのたわみを反映するので、より安定したものとなる。
【０００８】
ダイヤフラムが移動されるにつれて、ダイヤフラム及び導電性素子間の容量も変化する。容量が変化すると、２つの導電性電極から感知される電荷も変化し、これによって、プロセスチャンバにおける圧力の変化を決定する測定値が提供される。測定された圧力の変化は、環境条件を警告するために真空チャンバのコントローラで用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ダイヤフラム式マノメータは、非常に精密である。しかし、それゆえに、該マノメータは非常に精密な部品を有し、許容誤差が小さい。一般的に言って、従来のダイヤフラム式マノメータにはかなりの数の部品があり、これらは、(i)マノメータの再現性に影響を与える温度変化効果（例：熱膨張及び収縮）を低減する、(ii)浮遊容量が測定に与える影響を低減する、(iii)マノメータの部品のアラインメント変化を低減する、等のために用いられる。その結果、マノメータのコスト及び生産は、製造業者を長年悩ませてきた難題となっている。例えば、熱的効果によって、金属ハウジング及びセラミック基部のための支持金属部品等、マノメータの素材の膨張及び収縮が生じるので、同じ温度でも熱サイクルの別側面では値に変化が生じる。これは素材自身が互いに対してわずかに位置がずれるからであり、同じ素材で形成される場合でも熱伝導率が同一でないことに起因する。このように生産及び再現性の問題から、ダイヤフラム式マノメータを製造するには大きな労働力及びコストを要する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の原理は、(i)基部がハウジングとして機能するモノリシック設計を用いることで、熱的効果を低減する、(ii)フォトリソグラフィック加工を用いて導電性素子がその上に形成されるガラス被膜を用いることで、感知度を向上させる、(iii)ダイヤフラムによって導電性素子間の寄生容量に静電的に干渉することで（従来型マノメータで実行されるような、導電性素子間の容量の変化を測定することとは対照的に）、圧力変化に対する感知度を向上させる、及び(iv)センサ回路をハウジングに接地することで、浮遊容量による影響を低減してマノメータの複雑性を低減することにより、従来のマノメータの問題の多くを克服するものである。これらの構造的及び電気的コンフィギュレーション、並びにマノメータを製造するための他の製造プロセスを用いることで、マノメータは、複雑性及びコストが大幅に軽減され、大規模な製造プロセスでの製造が可能となる。また、環境変化に対する反応が低減されるので、長期的に繰り返し可能になり且つ製造にかかる費用はより軽減される。
【００１１】
真空マノメータの一実施形態は、上表面及び底表面を備える中心部分よりも高く伸張する側壁を備える基部を含む。多数の導体が基部の中心部によって規定される開口を貫いて伸張している。ガラス被膜が基部の上表面の少なくとも一部に付着されている。導電性素子はガラス被膜上に成膜され、且つ導体と電気的に通信状態にある。ダイヤフラムは側壁と接続され、導電性素子の上部に広がっている。
【００１２】
圧力変化を感知する方法の一実施形態は、寄生容量結合の導電性素子間の静電界に干渉するダイヤフラムに応じた、寄生容量結合の複数の導電性素子間における寄生容量結合の変化を感知するステップを含む。寄生容量結合で感知された変化の信号標本は、出力である。
【００１３】
真空マノメータの別の実施形態は、上表面及び上表面より高く伸張する側壁を備えるモノリシック基部を含む。多数の導電性素子が基部の上表面によって支持されている。ダイヤフラムがモノリシック基部の側壁に接続され、またモノリシック基部の上表面に対して導電性素子より上部に位置している。カバーがダイヤフラムの上方で基部を覆うよう構成される。
【００１４】
真空マノメータ上の圧力変化を測定するための電子回路の一実施形態は、振動信号を生成するオシレータを含む。インバータがオシレータと電気的に接続されており、オシレータによって生成される振動信号を反転するよう構成される。第１の導電性素子がオシレータと電気的に通信しており、振動信号が第１の導電性素子に印加される。第２の導電性素子がインバータと電気的に接続しており、反転振動信号が第２の導電性素子に印加される。第３の導電性素子が、第１の導電性素子及び第２の導電性素子と寄生容量により容量結合している。センサ回路が第２の導電性素子と電気的に通信しており、第３の導電性素子上の電荷を測定するよう構成されている。
【００１５】
真空マノメータを製造する方法の一実施形態は、多数の導体を備える上表面を有する基部を受容するステップを含む。多数の導体は、基部を貫き基部の上表面より上に伸張している。そして、ガラス被膜が基部の上表面に付着される。ガラス被膜により、平面化されて平坦なガラス表面を形成する。平面化によって、導体のそれぞれの露出部分がガラス被膜とほぼ同一平面上にあるように、導体が変更される。多数の導電性素子が平坦なガラス表面上に付着され、該導電性素子が個々の導体と接続される。
本発明の原理のシステム及び方法のより完全な理解は、後述される発明の詳細な説明を添付図面とともに参照することによって得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】寄生容量結合を用いて真空チャンバ内の圧力変化を感知するよう構成された真空マノメータの一例を示す図である。
【図２】その上に導電性電極が成膜され、且つ導電性電極間に寄生容量結合を有する、基部の一例を示す図である。
【図３】相互間に寄生容量結合を有する導体と通信する回路例のブロック図である。
【図４】真空チャンバ内の圧力変化の感知に使用される導電性素子例を示す図である。
【図５】ダイヤフラム式マノメータで圧力変化を感知するために、図４で示された導電性素子をドライブしかつ感知する際に用いられる電気回路図の一例である。
【図６】マノメータで圧力変化を感知する際に使用されるセンサ回路、基部、及び導電性素子の一部を示す、マノメータの一例の図である。
【図７】本発明の原理に係る、ダイヤフラム式マノメータのダイヤフラムの位置に基づくドライヤ信号(dryer signals)及び被測定信号の例を示す信号図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の原理に係るダイヤフラム式マノメータの製造の工程を示す図である。
【図９】本発明の原理に係る、圧力変化を感知するためのダイヤフラム式マノメータの作動に関するプロセスの一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、一例のマノメータ１００を示しており、該マノメータ１００は、機械加工された基部１０２及びカバー１０４を備えている。機械加工された基部１０２は、純金属又は合金複合材料から形成される金属基部である。一実施形態では、機械加工された基部１０２は低い熱膨張係数を有する。機械加工された基部１０２は、ニューヨーク州ニューハートフォードのスペシャル・メタルズ社によって製造されたインコネル（登録商標）合金等の金属合金を用いる。カバーは金属製かあるいはインコネル（登録商標）合金でもよい。カバー１０４にはチューブ１０５が含まれており、該チューブに真空チャンバへの別のチューブ又は別の素子が接続されて、マノメータ１００が真空チャンバ内の圧力変化を感知できるように構成されている。基部１０２及びカバー１０４を含めたマノメータの各部品を同一の材質にすることによって、マノメータ１００はモノリシックである。マノメータ１００はモノリシックであるから、マノメータ１００は、従来の非モノリシックのマノメータよりも再現性及び動作上の問題がかなり少ない。
【００１８】
機械加工された基部１０２は、上表面１０７を有するメサ部１０６を備えている。本明細書で上述したように、ダイヤフラム１０８もまた金属又はインコネル合金等の金属合金から形成される。ガラス被膜の絶縁層１１０は、基部１０２のメサ１０６の上表面１０７上に成膜される。ガラス被膜１１０は、上表面１０７と接続され、伝導性素子すなわち導体１１２a〜１１２c（総称して１１２）を、当技術分野で周知のように、蒸着及びフォトリソグラフィ加工を用いて、その上に配置する。
【００１９】
ガラスフィードスルー１１４a〜１１４c（総称して１１４）は、基部１０２のメサ１０６で規定される開口を貫いて伸張している。ガラスフィードスルー１１４は、基部１０２のメサ部１０６を貫いて伸張しているガラス素子１１６a〜１１６c（総称して１１６）及び導体１１８a〜１１８c（総称して１１８）を含む。一実施形態では、グラスフィードスルーは、粉末状のガラスを用いて生成され、熱あるいは別の方法で加工されて開口でガラスフリットを形成する。導体１１８は、導電性素子１１２をセンサ回路（図５参照）に接続するために使用される。
【００２０】
基部１０２は、側壁１１９も備えており、該側壁はメサ部１０６よりも高く伸張していることから、ダイヤフラム１０８がそこに接続でき、且つメサ部１０６に支持されている導体１１２を通り越えられるようにしている。傾斜リング（canted ring）１２０は、側壁１１９上方に成膜されて、ダイヤフラム１０８がコネクションポイント１２２で傾斜リング１２０及び側壁１１９間にサンドイッチ状に接続されるようにする。一実施形態では、マノメータ１００は、円形ダイヤフラムを用いる円形の基部１０２を有している。シール１２４は、基部１０２及びカバー１０４を直接接続する溶接により形成される。
【００２１】
図２には、マノメータの動作を説明するために、マノメータの一部分を例示する。基部の上表面２０２は、上表面２０２に接続されているガラス被膜２０３を備える。ガラス被膜以外の被膜でもダイヤフラム式マノメータの仕様に適合する平坦度まで平滑化できるものは、本発明に適用可能である。後段でさらに詳述するが、導電性素子２０４は、寄生容量結合２０６a〜２０６n（総称して２０６）を導電性素子２０４と間で形成することによって、圧力感知能力を提供するために使用される。寄生容量結合２０６は、導電性素子２０４間に静電インターフェースを提供する。空気の分子がダイヤフラム１０８にあたると、ダイヤフラム２０８に圧力２１０がかかるので、ダイヤフラム２０８はその中心に一番弱いポイントがあるため、中心で放射線状にたわみ、これによって寄生容量結合２０６は、導電性素子２０４の中心で干渉される。
【００２２】
導体線２１２a及び２１２bは、それぞれに加えられる＋位相信号及び−位相信号を有している。＋位相信号は導体線２１２a上にあると図示されており、これは位相線２０４の中心で導電性素子２０４に接続される。圧力２１０がダイヤフラム２０８を導電性素子２０４の中心で湾曲すなわち移動させることにより、中心部の寄生容量結合が静電的に干渉されると、導電性素子２０４の中心で＋位相信号が印加されている導電性素子及び導電性素子２０４の外部領域における−位相信号の両方と寄生容量的に結合されている導電性素子２０４の１つと接続している感知線２１４は、圧力２１０がダイヤフラム１０８上で増大すると、−位相信号からより多くの電荷を収集する。
【００２３】
図３は、ドライブ回路及び感知回路の両方を備えるセンサ回路の概略ブロック図を示し、該回路は、第１の導電性素子３０２a、第２の導電性素子３０２b、及び第３の導電性素子３０２cを備えている。導電性素子３０２aのそれぞれは、単一の導電性素子の別の部分である。導電性素子３０２b及び３０２cも同様である。寄生容量結合３０４a及び３０４bは、第１の導電性素子３０２a及び導電性素子３０２c間と、第２の導電性素子３０２b及び導電性素子３０２c間に示されている。第３の導電性素子３０２cは、導電性素子３０２a及び３０２bと相互に組み合わせられている（図4参照）。
【００２４】
オシレータ３０６は、方形波等の振動信号を生成するよう構成される。振動信号３１０は＋位相信号であり、導体線３１２上に出力される。振動信号３１０は、インバータ３０８を介して、導体線３１６上に反転振動信号すなわち−位相信号３１４となる。導体線３１２は導電性素子３０２aと電気的に通信状態であり、また導体線３１６は導電性素子３０２bと電気的に通信状態にある。導体線３１８は、導電性素子３０２cと電気的に通信状態にあって、導電性素子３０２bとの寄生容量結合３０４bから導電性素子３０２cによって収集された電荷３２０を受信するよう構成される。電荷３２０によって生じた差分信号３２２は、反転振動信号３１４より低振幅の信号であり、寄生容量結合３０４ｂを受けて反転振動信号３１４の位相及び周波数と一致している。
【００２５】
センサ回路３２４は、差分信号を受信して、出力信号３２６を出力線３２８上に出力する。一実施形態では、センサ回路３２４は、ダイヤフラムに印加されている最大圧力に反応して、フルスケール圧力（FSP）振幅の出力を生成し、且つ真空における圧力が定常状態の圧力である時にゼロ位置にあるダイヤフラムに反応して、出力信号を生成しないよう構成されている。出力信号３２６は、質量流コントローラ等の真空チャンバのコントローラ（不図示）によって使用されて、マノメータで感知されている真空チャンバにおける環境パラメータ（例：温度及び圧力）を維持又は調節するためにに用いられる。
【００２６】
図４には、一連の導電性素子４００を示す。この実施形態では、３つの導電性素子が使用されている。−位相フィードスルー導体４０２、＋位相フィードスルー導体４０４、及び感知線フィードスルー導体４０６は、３つの異なる導電性素子すなわち配線と接続している。配線は、−位相フィードスルー導体４０２から半径方向内向きに伸びる直線部分を含む−位相導電性素子４０８、及び−位相導電性素子４０８の直線部分から伸びる湾曲部分４０８a〜４０８nを含む。＋位相導電性素子４１０は、導電性素子４００の中心にある＋位相フィードスルー導体４０４から半径方向外向きに伸びる直線部分と、＋位相導電性素子４１０の直線部分から伸びる湾曲部分４１０a〜４１０nとを有している。感知線導電性素子４１２は、感知線フィードスルー導体４０６から半径方向内向きに伸びる直線部分と、感知線導電性素子４１２の直線部分から伸びる湾曲部分４１２a〜４１２nとを有している。
【００２７】
湾曲部分４１２a〜４１２nは、−位相導電性素子４０８の湾曲部分４０８a〜４０８n及び＋位相導電性素子４１０の湾曲部分４１０a〜４１０nと相互に組合わされている。この導電性素子４０８、４１０及び４１２の湾曲部分の相互の組合わせが、(i)−位相導電性素子４０８及び感知線導電性素子４１２間、(ii)＋位相導電性素子４１０及び感知線導電性素子４１２間に、寄生容量結合を提供している。＋位相導電性素子４１０は、−位相導電性素子４０８に対して導電性素子４００の中心方向に位置しているので、ダイヤフラム（不図示）が導電性素子４００上方の中心領域で導電性素子４００方向にずれた場合、＋位相導電性素子４１０及び感知線導電性素子４１２間の寄生容量結合は妨げられるので、これによって＋位相導電性素子４１０及び感知線導電性素子４１２間の寄生容量結合は低減される。＋位相導電性素子４１０及び感知線導電性素子４１２の寄生容量結合が低減されると、感知線導電性素子４１２は＋位相導電性素子４１０からよりも−位相導電性素子４０８からより多くの電荷を受け取る。
【００２８】
図５には、励起回路５０２、電荷コレクタ５０４、同期検出器５０６、及びセンサオフセット回路５０８を備える一例のセンス回路５００の概略図を示している。励起回路５０２は、方形波等の振動信号を生成するよう構成されたオシレータ（不図示）、並びに、＋位相信号５１４及び−位相信号５１６をそれぞれ生成するためのバッファ５１０及びインバータ５１２を備えている。
【００２９】
チャージアンプ５０４は、オペアンプ５１８及びキャパシタ５２０を含み、これらは組み合わされて積分器として作動して、オペアンプ上に印加されている電流すなわち電荷を積分すなわち合算する。DCフィードバックパス５２２は、フィードバックのDC部分の安定性を維持することにより、オペアンプが正側及び負側のいずれにおいても飽和状態にならないようにする。オペアンプ５１８の正入力端子と接続される接地線５２４は、浮遊容量から、センサの基板からの遮蔽を除去又は低減するために用いられる。図６に示されるように、一実施形態では、接地線５２４はマノメータの基部に接続されている。
【００３０】
同期検出器５０６は、マルチプライア５２６並びにサンプル及び支持部５２８を備えており、励起（＋位相信号５１４）及びチャージアンプ５０４からの出力信号５３０を同期するが、これは使用されている反転オペアンプ５１８を受けて、＋に位相される。サンプル及び支持部５２８は、感知線５３２の値を測定して、キャパシタ５３６を用いてフィルタリングされる圧力信号すなわち出力信号５３４を生成する。
【００３１】
センサオフセット回路５０８は、＋位相信号５１４及び−位相信号５１６の釣り合いを保つために調整されるよう構成されたポテンショメータ５３８を含む。電圧ドライバ５４０は、ポテンショメータ５３８からの第１ステージのオフセット信号５４２の振幅を、実質的に数桁分低減して第２ステージのオフセット信号５４４を生成するために使用される。第１のオフセット信号５４２の桁数を低減することで、キャパシタ５４６は、除去しなければ感知線５３２に入ってしまうリーク容量及びリーク電流を、充分に除去できる程度の相当の大きさ（例：約５〜約１０ピコファラッド）に選択される。第２ステージのオフセット信号５４４は電圧ドライバ５４０からの出力であり、キャパシタ５４６を通過した後は第３のオフセット信号５４８になる。
【００３２】
図６は、マノメータの一部分６００を示している。マノメータの一部分６００は、本発明の原理に係るマノメータの機能をまとめるために、これまでの図面で示された部分の多数の様態を組み合わせて示されている。基部６０２は上表面６０３を有し、その上方にはダイヤフラム６０４が基部６０２の側壁６０５と接続されている。回路６０６も提供され、且つ導電性素子６０８a〜６０８n、６１０a〜６１０n、及び６１２a〜６１２nと電気的に接続されている。導電性素子６０８a〜６０８n、６１０a〜６１０n、及び６１２a〜６１２nのそれぞれは、互いに組合わされた個々の導電性素子の「フィンガ」である。実際の導電性素子は、基部６０２の上表面６０３に、例えば図４で例示された形式で成膜される点で、導電性素子６０８a〜６０８n、６１０a〜６１０n、及び６１２a〜６１２nは例示である。導電性素子６０８a〜６０８n、６１０a〜６１０n、及び導電性素子６１２a〜６１２nの間には寄生容量結合６１４a〜６１４ｎが形成され、これによって導電性素子６０８a〜６０８nからの電荷を導電性素子６１２aが収集できる。同様に、導電性素子６１０a〜６１０n及び６１２ｎはそれらの間に寄生容量結合６１６a〜６１６ｎを有しているので、信号（例：オシレータ信号）が印加されると、導電性素子６１２aは導電性素子６１０a〜６１０nからの電荷を受信できる。
【００３３】
動作においては、オシレータ６１８が振動信号６２０を生成すると、オシレータ６１８と接続されているインバータ６２２が、振動信号６２０を反転させて反転振動信号６２４を出力にする。導体線６２６は導電性素子６１０a〜６１０nに接続されてそこに振動信号６２０を印加し、また導体線６２８は導電性素子６０８a〜６０８nと電気的に通信状態にあって、導電性素子６０８a〜６０８nに反転振動信号６２４が印加される。ガラスフィードスルー６３０a〜６３０cは基部６０２を貫いて伸張しており、導体線６２６及び６２８が、導電性素子６１０a〜６１０n及び導電性素子６０８a〜６０８nと、それぞれ電気的に通信できるようにしている。さらに、導電性素子６１２a〜６１２nとガラスフィードスルー６３０bを介して通信状態にある導体線６３２は、センサ回路６３６へ入力するための電荷６３４を受信する。接地線６３８もセンサ回路６３６及び基部６０２と接続されている。したがって、任意のシステムに内在するものではあるがマノメータとは特に関連のある浮遊容量６４０は、その影響が軽減される。接地線６３８を用いることで、浮遊容量がマノメータの測定値に影響を与えないようにするために、従来のマノメータでは使用されるのが通常である同軸ケーブルの使用を排除することができる。センサ回路６３６は、センサ信号６４２を出力線６４４上に出力する。
【００３４】
図７は、＋位相信号７０２及び−位相信号が相互に同期化されている状態を示している。ダイヤフラム位置の湾曲７０６も示されている。T0時において、ダイヤフラム位置の湾曲７０６は、ダイヤフラムに圧力が加えられたためにゼロ位置から動いている。加えられる圧力に従ってダイヤフラムの位置はゼロ位置から増大するので、最終的にダイヤフラムはフルスケール圧力位置に到達し、これによって測定信号７０８はT1時において、−位相信号に対応する最大振幅に達する。ダイヤフラム上の圧力が低減するにつれて、ダイヤフラム位置の湾曲７０６はT2時においてゼロ位置に戻り、これによって測定信号７０８はT3時においてゼロになっている。
【００３５】
図８の（Ａ）〜（Ｅ）は、製造プロセスと、製造プロセス段階でのマノメータの構造（図８の（Ｅ））をフロー図で示している。図８の（Ａ）では、機械加工された基部８００aが受け取られるステップＡでプロセスが始まる。機械加工された基部８００aは基部そのもの又は若干の加工がすでに実行された基部である。機械加工された基部８００aは金属又は金属合金である。機械加工されることで、セラミック等の代替的な基部素材と比べてコストを低減できる。ステップＢでは、機械加工された基部８００aにガラスフィードスルー８０２a〜８０２cが取り付けられる。ガラスフィードスルー８０２a〜８０２cは、それぞれ導体８０４a〜８０４cを備えている。ガラスフィードスルー８０２a〜８０２cは、基部８００aのメサ８０６によって規定される開口を貫いて伸張している。一実施形態では、ガラスフィードスルーは、基部８００aの受容後に該基部に適用される。ステップＣでは、機械加工された基部８００aを焼く又は加熱することで、機械加工された基部８００a内の微細な結晶が放出されるようにし、これによってマノメータで作動時の加熱及び冷却サイクルによる変形を低減する。
【００３６】
図８の（Ｂ）では、ステップＤにおいて、ガラス被膜８０８が基部８０８bのメサの上表面に付着される。ガラス被膜８０８は、スラリー状のガラス及び有機バインダーの混合物がシート状に形成された、テープキャスティングとして適用してもよい。図８の（Ｂ）に示されるように、液状ガラス又は任意の別のガラス形状を含めた別のガラスの形態も適用できる。
【００３７】
図８の（Ｃ）では、ステップＥにおいて、付着されたガラスが平坦になるよう研磨されて、基部８００ｃ上に平坦なガラス表面８０８’を形成する。ガラス８０８のグラインドの際に、ガラスフィードスルー８０８a〜８０８cも研磨される。さらに、導体８０４a〜８０４ｃもまた研磨されて、ガラス被膜８０８’、ガラスフィードスルーすなわちフリット(flit)８０２a〜８０２c、及び導体８０４a〜８０４ｃが同一平面上にあるようにする。
【００３８】
図８の（Ｄ）では、ステップＦにおいて、金属層８１０がガラス層８０８’の上に付着される。金属層８１０は、例えば半導体チップの製造に用いられるような、蒸着加工を用いて成膜される。ステップGでは、本明細書で説明されたように（図4参照）、フォトリソグラフィック加工が実行されて、導電性素子である配線を生成する。当技術分野で周知のように、フォトリソグラフィック加工は、エッチング及び半導体チップの製造に使用される他の加工を含む。図８に示された製造プロセスは、マノメータの基部のそれぞれを単一のトレイに配置でき、且つ製造作業を多数のマノメータに対して同時に実行できるため、マノメータの大量生産を可能にする。
【００３９】
図９には、本発明の原理に係るマノメータの運転プロセス例のフロー図９００を示す。ステップ９０２で、導電性素子間の寄生容量結合を乱すダイヤフラムに応じて生じる、寄生容量結合導電性素子間の寄生容量結合における変化が感知される。寄生容量結合が乱される時、寄生容量結合を生成する静電界が、ダイヤフラムが静電界に入ることによって変化する。感知では、センス回路によって感知線から電荷を感知する。ステップ９０４では、寄生容量結合の変化における信号標本がマノメータから出力される。
【００４０】
詳細な説明及び図面は例示であり、代替的な構造及びプロセスが、本発明の原理に係る機能の同一又は類似のものを実行するために使用されてもよい。例えば、代替的な回路を信号の位相や種類を変更するのに使用しても同じ出力がえられる。さらにまた、異なる配線構造の導電性素子を使用して、且つ任意で回路による補償をしてもよい。また、代替的な製造プロセスを使用して、本発明の原理に係るダイヤフラム式マノメータを製造することもできる。
【００４１】
本発明を実現するために少数の実施形態について上述で詳細に説明されたが、これは発明の範囲を制限するものではない。当業者であればすぐに、詳細に説明された範囲以外で、この発明を実現するために用いられる方法及び変更を構想できるであろう。以下に記す特許請求の範囲が、開示された本発明の多数の実施形態をより詳細に規定するものとする。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出手段として静電気干渉を使用するモノリシック真空マノメータに関する。
なお、この出願は、２００９年７月１日に出願された米国仮特許出願第６１／２２２，１８４号に優先権を主張するものであり、その教示の全てをその内容全体を参照することで本明細書に引用する。
【背景技術】
【０００２】
工業プロセスの多くは低圧力でのみ実行される。そのようなプロセスは、半導体製造、マイクロマシニング、真空蒸着、及び特殊コーティング等が含まれるがそれに限定するものではない。このようなプロセスの多くでは圧力調整が極めて重要であり、環境条件（例：温度及び圧力）を維持するために、圧力センサの一種であるマノメータが使用される。マノメータは、減圧を有するプロセスチャンバでの圧力変化を感知するよう構成されている。
【０００３】
そのような低圧力を測定できる精度の高いマノメータの一例は、ダイヤフラム式マノメータである。ダイヤフラム式マノメータは、半導体産業で広く用いられている。ひとつには、ダイヤフラム式マノメータは精度が高く且つ汚染に耐性があるため、半導体産業の腐食サービスに適するからである。特に、ダイヤフラム式マノメータは、汚染に強度の耐性を示し、メンテナンスなしで長期間動作する。
【０００４】
マノメータは、真空／圧力センサ素子として機能し、プロセスチャンバ内の圧力を測定及び／又は制御するために使用される。ダイヤフラム式マノメータは、円形にテンショニング（伸張）されたダイヤフラムによって分離された２つのチャンバを備えるハウジングを有するのが典型的である。第１のチャンバは、プロセスチャンバすなわち圧力が測定されることになる別のアセンブリと流体連通している。ダイヤフラム式マノメータの第２のチャンバは、リファレンスチャンバと一般に称され、実質的にセンサが感知する最低圧力を下回ると排気且つ密閉されるのが通常である（ただし、それに限定しない）。
【０００５】
ダイヤフラムは通常、円形にテンショニングされており、ダイヤフラム式マノメータのハウジング内の２つのチャンバを分離する。ダイヤフラムは、周縁付近を機械的に拘束された薄い金属から基本的に形成されている。ダイヤフラムは、周縁の静止を維持しながら弓型に変形することによって、差圧に反応する。これにより、ダイヤフラムは折り曲げ接地電極として機能する。ダイヤフラムは、自身を横断する差圧に反応して変形し、また静電界と相互作用することで、ダイヤフラムの変形をこれらの静電相互作用を通じて決定できるようになっている。
【０００６】
ダイヤフラムの極めて近くに電極アセンブリがある。このアセンブリは、２つの導電性電極を支持する研磨された電気的絶縁表面を有する堅い基部を含むのが通常である。導電性電極は、通常、セラミックであることが多い基部の表面上に塗布されたシルクスクリーンである。従来のダイヤフラム式マノメータの導電性電極の構成は、内部にある固体の円及び内部の円を取り囲むリングを備えるのが一般的である。電極アセンブリは、ダイヤフラムの周縁を含む平面からの固定距離を機械的に拘束されているので、電極は、ダイヤフラムに極めて近く（＜０．００５インチ）にあり、ダイヤフラムの表面に並列される。加圧によるダイヤフラムの湾曲は、各電極で接地に対する容量を測定し、一方から他方の測定値を差し引くことで、容易に算出できる。
【０００７】
最新のダイヤフラム式マノメータは、２つの電極を用いてダイヤフラムの湾曲を監視する。２つの電極の接地に対する容量（「コモンモード容量」）は、ダイヤフラムの湾曲によって変化するが、電極アセンブリの移動によっても変化する。このような移動は、温度変化、温度過渡及び機械的負荷によって生じる。２つのプレートにおける差異（「差分容量」）を用いた測定は、ダイヤフラム及び電極間の運動を排除し、その代わりにダイヤフラムのたわみを反映するので、より安定したものとなる。
【０００８】
ダイヤフラムが移動されるにつれて、ダイヤフラム及び導電性素子間の容量も変化する。容量が変化すると、２つの導電性電極から感知される電荷も変化し、これによって、プロセスチャンバにおける圧力の変化を決定する測定値が提供される。測定された圧力の変化は、環境条件を警告するために真空チャンバのコントローラで用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ダイヤフラム式マノメータは、非常に精密である。しかし、それゆえに、該マノメータは非常に精密な部品を有し、許容誤差が小さい。一般的に言って、従来のダイヤフラム式マノメータにはかなりの数の部品があり、これらは、(i)マノメータの再現性に影響を与える温度変化効果（例：熱膨張及び収縮）を低減する、(ii)浮遊容量が測定に与える影響を低減する、(iii)マノメータの部品のアラインメント変化を低減する、等のために用いられる。その結果、マノメータのコスト及び生産は、製造業者を長年悩ませてきた難題となっている。例えば、熱的効果によって、金属ハウジング及びセラミック基部のための支持金属部品等、マノメータの素材の膨張及び収縮が生じるので、同じ温度でも熱サイクルの別側面では値に変化が生じる。これは素材自身が互いに対してわずかに位置がずれるからであり、同じ素材で形成される場合でも熱伝導率が同一でないことに起因する。このように生産及び再現性の問題から、ダイヤフラム式マノメータを製造するには大きな労働力及びコストを要する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の原理は、(i)基部がハウジングとして機能するモノリシック設計を用いることで、熱的効果を低減する、(ii)フォトリソグラフィック加工を用いて導電性素子がその上に形成されるガラス被膜を用いることで、感知度を向上させる、(iii)ダイヤフラムによって導電性素子間の寄生容量に静電的に干渉することで（従来型マノメータで実行されるような、導電性素子間の容量の変化を測定することとは対照的に）、圧力変化に対する感知度を向上させる、及び(iv)センサ回路をハウジングに接地することで、浮遊容量による影響を低減してマノメータの複雑性を低減することにより、従来のマノメータの問題の多くを克服するものである。これらの構造的及び電気的コンフィギュレーション、並びにマノメータを製造するための他の製造プロセスを用いることで、マノメータは、複雑性及びコストが大幅に軽減され、大規模な製造プロセスでの製造が可能となる。また、環境変化に対する反応が低減されるので、長期的に繰り返し可能になり且つ製造にかかる費用はより軽減される。
【００１１】
真空マノメータの一実施形態は、上表面及び底表面を備える中心部分よりも高く伸張する側壁を備える基部を含む。多数の導体が基部の中心部によって規定される開口を貫いて伸張している。ガラス被膜が基部の上表面の少なくとも一部に付着されている。導電性素子はガラス被膜上に成膜され、且つ導体と電気的に通信状態にある。ダイヤフラムは側壁と接続され、導電性素子の上部に広がっている。
【００１２】
圧力変化を感知する方法の一実施形態は、寄生容量結合の導電性素子間の静電界に干渉するダイヤフラムに応じた、寄生容量結合の複数の導電性素子間における寄生容量結合の変化を感知するステップを含む。寄生容量結合で感知された変化の信号標本は、出力である。
【００１３】
真空マノメータの別の実施形態は、上表面及び上表面より高く伸張する側壁を備えるモノリシック基部を含む。多数の導電性素子が基部の上表面によって支持されている。ダイヤフラムがモノリシック基部の側壁に接続され、またモノリシック基部の上表面に対して導電性素子より上部に位置している。カバーがダイヤフラムの上方で基部を覆うよう構成される。
【００１４】
真空マノメータ上の圧力変化を測定するための電子回路の一実施形態は、振動信号を生成するオシレータを含む。インバータがオシレータと電気的に接続されており、オシレータによって生成される振動信号を反転するよう構成される。第１の導電性素子がオシレータと電気的に通信しており、振動信号が第１の導電性素子に印加される。第２の導電性素子がインバータと電気的に接続しており、反転振動信号が第２の導電性素子に印加される。第３の導電性素子が、第１の導電性素子及び第２の導電性素子と寄生容量により容量結合している。センサ回路が第２の導電性素子と電気的に通信しており、第３の導電性素子上の電荷を測定するよう構成されている。
【００１５】
真空マノメータを製造する方法の一実施形態は、多数の導体を備える上表面を有する基部を受容するステップを含む。多数の導体は、基部を貫き基部の上表面より上に伸張している。そして、ガラス被膜が基部の上表面に付着される。ガラス被膜により、平面化されて平坦なガラス表面を形成する。平面化によって、導体のそれぞれの露出部分がガラス被膜とほぼ同一平面上にあるように、導体が変更される。多数の導電性素子が平坦なガラス表面上に付着され、該導電性素子が個々の導体と接続される。
本発明の原理のシステム及び方法のより完全な理解は、後述される発明の詳細な説明を添付図面とともに参照することによって得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】寄生容量結合を用いて真空チャンバ内の圧力変化を感知するよう構成された真空マノメータの一例を示す図である。
【図２】その上に導電性電極が成膜され、且つ導電性電極間に寄生容量結合を有する、基部の一例を示す図である。
【図３】相互間に寄生容量結合を有する導体と通信する回路例のブロック図である。
【図４】真空チャンバ内の圧力変化の感知に使用される導電性素子例を示す図である。
【図５】ダイヤフラム式マノメータで圧力変化を感知するために、図４で示された導電性素子をドライブしかつ感知する際に用いられる電気回路図の一例である。
【図６】マノメータで圧力変化を感知する際に使用されるセンサ回路、基部、及び導電性素子の一部を示す、マノメータの一例の図である。
【図７】本発明の原理に係る、ダイヤフラム式マノメータのダイヤフラムの位置に基づくドライヤ信号(dryer signals)及び被測定信号の例を示す信号図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の原理に係るダイヤフラム式マノメータの製造の工程を示す図である。
【図９】本発明の原理に係る、圧力変化を感知するためのダイヤフラム式マノメータの作動に関するプロセスの一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、一例のマノメータ１００を示しており、該マノメータ１００は、機械加工された基部１０２及びカバー１０４を備えている。機械加工された基部１０２は、純金属又は合金複合材料から形成される金属基部である。一実施形態では、機械加工された基部１０２は低い熱膨張係数を有する。機械加工された基部１０２は、ニューヨーク州ニューハートフォードのスペシャル・メタルズ社によって製造されたインコネル（登録商標）合金等の金属合金を用いる。カバーは金属製かあるいはインコネル（登録商標）合金でもよい。カバー１０４にはチューブ１０５が含まれており、該チューブに真空チャンバへの別のチューブ又は別の素子が接続されて、マノメータ１００が真空チャンバ内の圧力変化を感知できるように構成されている。基部１０２及びカバー１０４を含めたマノメータの各部品を同一の材質にすることによって、マノメータ１００はモノリシックである。マノメータ１００はモノリシックであるから、マノメータ１００は、従来の非モノリシックのマノメータよりも再現性及び動作上の問題がかなり少ない。
【００１８】
機械加工された基部１０２は、上表面１０７を有するメサ部１０６を備えている。本明細書で上述したように、ダイヤフラム１０８もまた金属又はインコネル合金等の金属合金から形成される。ガラス被膜の絶縁層１１０は、基部１０２のメサ１０６の上表面１０７上に成膜される。ガラス被膜１１０は、上表面１０７と接続され、伝導性素子すなわち導体１１２a〜１１２c（総称して１１２）を、当技術分野で周知のように、蒸着及びフォトリソグラフィ加工を用いて、その上に配置する。
【００１９】
ガラスフィードスルー１１４a〜１１４c（総称して１１４）は、基部１０２のメサ１０６で規定される開口を貫いて伸張している。ガラスフィードスルー１１４は、基部１０２のメサ部１０６を貫いて伸張しているガラス素子１１６a〜１１６c（総称して１１６）及び導体１１８a〜１１８c（総称して１１８）を含む。一実施形態では、グラスフィードスルーは、粉末状のガラスを用いて生成され、熱あるいは別の方法で加工されて開口でガラスフリットを形成する。導体１１８は、導電性素子１１２をセンサ回路（図５参照）に接続するために使用される。
【００２０】
基部１０２は、側壁１１９も備えており、該側壁はメサ部１０６よりも高く伸張していることから、ダイヤフラム１０８がそこに接続でき、且つメサ部１０６に支持されている導体１１２を通り越えられるようにしている。傾斜リング（canted ring）１２０は、側壁１１９上方に成膜されて、ダイヤフラム１０８がコネクションポイント１２２で傾斜リング１２０及び側壁１１９間にサンドイッチ状に接続されるようにする。一実施形態では、マノメータ１００は、円形ダイヤフラムを用いる円形の基部１０２を有している。シール１２４は、基部１０２及びカバー１０４を直接接続する溶接により形成される。
【００２１】
図２には、マノメータの動作を説明するために、マノメータの一部分を例示する。基部の上表面２０２は、上表面２０２に接続されているガラス被膜２０３を備える。ガラス被膜以外の被膜でもダイヤフラム式マノメータの仕様に適合する平坦度まで平滑化できるものは、本発明に適用可能である。後段でさらに詳述するが、導電性素子２０４は、寄生容量結合２０６a〜２０６n（総称して２０６）を導電性素子２０４と間で形成することによって、圧力感知能力を提供するために使用される。寄生容量結合２０６は、導電性素子２０４間に静電インターフェースを提供する。空気の分子がダイヤフラム１０８にあたると、ダイヤフラム２０８に圧力２１０がかかるので、ダイヤフラム２０８はその中心に一番弱いポイントがあるため、中心で放射線状にたわみ、これによって寄生容量結合２０６は、導電性素子２０４の中心で干渉される。
【００２２】
導体線２１２a及び２１２bは、それぞれに加えられる＋位相信号及び−位相信号を有している。＋位相信号は導体線２１２a上にあると図示されており、これは位相線２０４の中心で導電性素子２０４に接続される。圧力２１０がダイヤフラム２０８を導電性素子２０４の中心で湾曲すなわち移動させることにより、中心部の寄生容量結合が静電的に干渉されると、導電性素子２０４の中心で＋位相信号が印加されている導電性素子及び導電性素子２０４の外部領域における−位相信号の両方と寄生容量的に結合されている導電性素子２０４の１つと接続している感知線２１４は、圧力２１０がダイヤフラム１０８上で増大すると、−位相信号からより多くの電荷を収集する。
【００２３】
図３は、ドライブ回路及び感知回路の両方を備えるセンサ回路の概略ブロック図を示し、該回路は、第１の導電性素子３０２a、第２の導電性素子３０２b、及び第３の導電性素子３０２cを備えている。導電性素子３０２aのそれぞれは、単一の導電性素子の別の部分である。導電性素子３０２b及び３０２cも同様である。寄生容量結合３０４a及び３０４bは、第１の導電性素子３０２a及び導電性素子３０２c間と、第２の導電性素子３０２b及び導電性素子３０２c間に示されている。第３の導電性素子３０２cは、導電性素子３０２a及び３０２bと相互に組み合わせられている（図4参照）。
【００２４】
オシレータ３０６は、方形波等の振動信号を生成するよう構成される。振動信号３１０は＋位相信号であり、導体線３１２上に出力される。振動信号３１０は、インバータ３０８を介して、導体線３１６上に反転振動信号すなわち−位相信号３１４となる。導体線３１２は導電性素子３０２aと電気的に通信状態であり、また導体線３１６は導電性素子３０２bと電気的に通信状態にある。導体線３１８は、導電性素子３０２cと電気的に通信状態にあって、導電性素子３０２bとの寄生容量結合３０４bから導電性素子３０２cによって収集された電荷３２０を受信するよう構成される。電荷３２０によって生じた差分信号３２２は、反転振動信号３１４より低振幅の信号であり、寄生容量結合３０４ｂを受けて反転振動信号３１４の位相及び周波数と一致している。
【００２５】
センサ回路３２４は、差分信号を受信して、出力信号３２６を出力線３２８上に出力する。一実施形態では、センサ回路３２４は、ダイヤフラムに印加されている最大圧力に反応して、フルスケール圧力（FSP）振幅の出力を生成し、且つ真空における圧力が定常状態の圧力である時にゼロ位置にあるダイヤフラムに反応して、出力信号を生成しないよう構成されている。出力信号３２６は、質量流コントローラ等の真空チャンバのコントローラ（不図示）によって使用されて、マノメータで感知されている真空チャンバにおける環境パラメータ（例：温度及び圧力）を維持又は調節するためにに用いられる。
【００２６】
図４には、一連の導電性素子４００を示す。この実施形態では、３つの導電性素子が使用されている。−位相フィードスルー導体４０２、＋位相フィードスルー導体４０４、及び感知線フィードスルー導体４０６は、３つの異なる導電性素子すなわち配線と接続している。配線は、−位相フィードスルー導体４０２から半径方向内向きに伸びる直線部分を含む−位相導電性素子４０８、及び−位相導電性素子４０８の直線部分から伸びる湾曲部分４０８a〜４０８nを含む。＋位相導電性素子４１０は、導電性素子４００の中心にある＋位相フィードスルー導体４０４から半径方向外向きに伸びる直線部分と、＋位相導電性素子４１０の直線部分から伸びる湾曲部分４１０a〜４１０nとを有している。感知線導電性素子４１２は、感知線フィードスルー導体４０６から半径方向内向きに伸びる直線部分と、感知線導電性素子４１２の直線部分から伸びる湾曲部分４１２a〜４１２nとを有している。
【００２７】
湾曲部分４１２a〜４１２nは、−位相導電性素子４０８の湾曲部分４０８a〜４０８n及び＋位相導電性素子４１０の湾曲部分４１０a〜４１０nと相互に組合わされている。この導電性素子４０８、４１０及び４１２の湾曲部分の相互の組合わせが、(i)−位相導電性素子４０８及び感知線導電性素子４１２間、(ii)＋位相導電性素子４１０及び感知線導電性素子４１２間に、寄生容量結合を提供している。＋位相導電性素子４１０は、−位相導電性素子４０８に対して導電性素子４００の中心方向に位置しているので、ダイヤフラム（不図示）が導電性素子４００上方の中心領域で導電性素子４００方向にずれた場合、＋位相導電性素子４１０及び感知線導電性素子４１２間の寄生容量結合は妨げられるので、これによって＋位相導電性素子４１０及び感知線導電性素子４１２間の寄生容量結合は低減される。＋位相導電性素子４１０及び感知線導電性素子４１２の寄生容量結合が低減されると、感知線導電性素子４１２は＋位相導電性素子４１０からよりも−位相導電性素子４０８からより多くの電荷を受け取る。
【００２８】
図５には、励起回路５０２、電荷コレクタ５０４、同期検出器５０６、及びセンサオフセット回路５０８を備える一例のセンス回路５００の概略図を示している。励起回路５０２は、方形波等の振動信号を生成するよう構成されたオシレータ（不図示）、並びに、＋位相信号５１４及び−位相信号５１６をそれぞれ生成するためのバッファ５１０及びインバータ５１２を備えている。
【００２９】
チャージアンプ５０４は、オペアンプ５１８及びキャパシタ５２０を含み、これらは組み合わされて積分器として作動して、オペアンプ上に印加されている電流すなわち電荷を積分すなわち合算する。DCフィードバックパス５２２は、フィードバックのDC部分の安定性を維持することにより、オペアンプが正側及び負側のいずれにおいても飽和状態にならないようにする。オペアンプ５１８の正入力端子と接続される接地線５２４は、浮遊容量から、センサの基板からの遮蔽を除去又は低減するために用いられる。図６に示されるように、一実施形態では、接地線５２４はマノメータの基部に接続されている。
【００３０】
同期検出器５０６は、マルチプライア５２６並びにサンプル及び支持部５２８を備えており、励起（＋位相信号５１４）及びチャージアンプ５０４からの出力信号５３０を同期するが、これは使用されている反転オペアンプ５１８を受けて、＋に位相される。サンプル及び支持部５２８は、感知線５３２の値を測定して、キャパシタ５３６を用いてフィルタリングされる圧力信号すなわち出力信号５３４を生成する。
【００３１】
センサオフセット回路５０８は、＋位相信号５１４及び−位相信号５１６の釣り合いを保つために調整されるよう構成されたポテンショメータ５３８を含む。電圧ドライバ５４０は、ポテンショメータ５３８からの第１ステージのオフセット信号５４２の振幅を、実質的に数桁分低減して第２ステージのオフセット信号５４４を生成するために使用される。第１のオフセット信号５４２の桁数を低減することで、キャパシタ５４６は、除去しなければ感知線５３２に入ってしまうリーク容量及びリーク電流を、充分に除去できる程度の相当の大きさ（例：約５〜約１０ピコファラッド）に選択される。第２ステージのオフセット信号５４４は電圧ドライバ５４０からの出力であり、キャパシタ５４６を通過した後は第３のオフセット信号５４８になる。
【００３２】
図６は、マノメータの一部分６００を示している。マノメータの一部分６００は、本発明の原理に係るマノメータの機能をまとめるために、これまでの図面で示された部分の多数の様態を組み合わせて示されている。基部６０２は上表面６０３を有し、その上方にはダイヤフラム６０４が基部６０２の側壁６０５と接続されている。回路６０６も提供され、且つ導電性素子６０８a〜６０８n、６１０a〜６１０n、及び６１２a〜６１２nと電気的に接続されている。導電性素子６０８a〜６０８n、６１０a〜６１０n、及び６１２a〜６１２nのそれぞれは、互いに組合わされた個々の導電性素子の「フィンガ」である。実際の導電性素子は、基部６０２の上表面６０３に、例えば図４で例示された形式で成膜される点で、導電性素子６０８a〜６０８n、６１０a〜６１０n、及び６１２a〜６１２nは例示である。導電性素子６０８a〜６０８n、６１０a〜６１０n、及び導電性素子６１２a〜６１２nの間には寄生容量結合６１４a〜６１４ｎが形成され、これによって導電性素子６０８a〜６０８nからの電荷を導電性素子６１２aが収集できる。同様に、導電性素子６１０a〜６１０n及び６１２ｎはそれらの間に寄生容量結合６１６a〜６１６ｎを有しているので、信号（例：オシレータ信号）が印加されると、導電性素子６１２aは導電性素子６１０a〜６１０nからの電荷を受信できる。
【００３３】
動作においては、オシレータ６１８が振動信号６２０を生成すると、オシレータ６１８と接続されているインバータ６２２が、振動信号６２０を反転させて反転振動信号６２４を出力にする。導体線６２６は導電性素子６１０a〜６１０nに接続されてそこに振動信号６２０を印加し、また導体線６２８は導電性素子６０８a〜６０８nと電気的に通信状態にあって、導電性素子６０８a〜６０８nに反転振動信号６２４が印加される。ガラスフィードスルー６３０a〜６３０cは基部６０２を貫いて伸張しており、導体線６２６及び６２８が、導電性素子６１０a〜６１０n及び導電性素子６０８a〜６０８nと、それぞれ電気的に通信できるようにしている。さらに、導電性素子６１２a〜６１２nとガラスフィードスルー６３０bを介して通信状態にある導体線６３２は、センサ回路６３６へ入力するための電荷６３４を受信する。接地線６３８もセンサ回路６３６及び基部６０２と接続されている。したがって、任意のシステムに内在するものではあるがマノメータとは特に関連のある浮遊容量６４０は、その影響が軽減される。接地線６３８を用いることで、浮遊容量がマノメータの測定値に影響を与えないようにするために、従来のマノメータでは使用されるのが通常である同軸ケーブルの使用を排除することができる。センサ回路６３６は、センサ信号６４２を出力線６４４上に出力する。
【００３４】
図７は、＋位相信号７０２及び−位相信号が相互に同期化されている状態を示している。ダイヤフラム位置の湾曲７０６も示されている。T0時において、ダイヤフラム位置の湾曲７０６は、ダイヤフラムに圧力が加えられたためにゼロ位置から動いている。加えられる圧力に従ってダイヤフラムの位置はゼロ位置から増大するので、最終的にダイヤフラムはフルスケール圧力位置に到達し、これによって測定信号７０８はT1時において、−位相信号に対応する最大振幅に達する。ダイヤフラム上の圧力が低減するにつれて、ダイヤフラム位置の湾曲７０６はT2時においてゼロ位置に戻り、これによって測定信号７０８はT3時においてゼロになっている。
【００３５】
図８の（Ａ）〜（Ｅ）は、製造プロセスと、製造プロセス段階でのマノメータの構造（図８の（Ｅ））をフロー図で示している。図８の（Ａ）では、機械加工された基部８００aが受け取られるステップＡでプロセスが始まる。機械加工された基部８００aは基部そのもの又は若干の加工がすでに実行された基部である。機械加工された基部８００aは金属又は金属合金である。機械加工されることで、セラミック等の代替的な基部素材と比べてコストを低減できる。ステップＢでは、機械加工された基部８００aにガラスフィードスルー８０２a〜８０２cが取り付けられる。ガラスフィードスルー８０２a〜８０２cは、それぞれ導体８０４a〜８０４cを備えている。ガラスフィードスルー８０２a〜８０２cは、基部８００aのメサ８０６によって規定される開口を貫いて伸張している。一実施形態では、ガラスフィードスルーは、基部８００aの受容後に該基部に適用される。ステップＣでは、機械加工された基部８００aを焼く又は加熱することで、機械加工された基部８００a内の微細な結晶が放出されるようにし、これによってマノメータで作動時の加熱及び冷却サイクルによる変形を低減する。
【００３６】
図８の（Ｂ）では、ステップＤにおいて、ガラス被膜８０８が基部８０８bのメサの上表面に付着される。ガラス被膜８０８は、スラリー状のガラス及び有機バインダーの混合物がシート状に形成された、テープキャスティングとして適用してもよい。図８の（Ｂ）に示されるように、液状ガラス又は任意の別のガラス形状を含めた別のガラスの形態も適用できる。
【００３７】
図８の（Ｃ）では、ステップＥにおいて、付着されたガラスが平坦になるよう研磨されて、基部８００ｃ上に平坦なガラス表面８０８’を形成する。ガラス８０８のグラインドの際に、ガラスフィードスルー８０８a〜８０８cも研磨される。さらに、導体８０４a〜８０４ｃもまた研磨されて、ガラス被膜８０８’、ガラスフィードスルーすなわちフリット(flit)８０２a〜８０２c、及び導体８０４a〜８０４ｃが同一平面上にあるようにする。
【００３８】
図８の（Ｄ）では、ステップＦにおいて、金属層８１０がガラス層８０８’の上に付着される。金属層８１０は、例えば半導体チップの製造に用いられるような、蒸着加工を用いて成膜される。ステップGでは、本明細書で説明されたように（図4参照）、フォトリソグラフィック加工が実行されて、導電性素子である配線を生成する。当技術分野で周知のように、フォトリソグラフィック加工は、エッチング及び半導体チップの製造に使用される他の加工を含む。図８に示された製造プロセスは、マノメータの基部のそれぞれを単一のトレイに配置でき、且つ製造作業を多数のマノメータに対して同時に実行できるため、マノメータの大量生産を可能にする。
【００３９】
図９には、本発明の原理に係るマノメータの運転プロセス例のフロー図９００を示す。ステップ９０２で、導電性素子間の寄生容量結合を乱すダイヤフラムに応じて生じる、寄生容量結合導電性素子間の寄生容量結合における変化が感知される。寄生容量結合が乱される時、寄生容量結合を生成する静電界が、ダイヤフラムが静電界に入ることによって変化する。感知では、センス回路によって感知線から電荷を感知する。ステップ９０４では、寄生容量結合の変化における信号標本がマノメータから出力される。
【００４０】
詳細な説明及び図面は例示であり、代替的な構造及びプロセスが、本発明の原理に係る機能の同一又は類似のものを実行するために使用されてもよい。例えば、代替的な回路を信号の位相や種類を変更するのに使用しても同じ出力がえられる。さらにまた、異なる配線構造の導電性素子を使用して、且つ任意で回路による補償をしてもよい。また、代替的な製造プロセスを使用して、本発明の原理に係るダイヤフラム式マノメータを製造することもできる。
【００４１】
本発明を実現するために少数の実施形態について上述で詳細に説明されたが、これは発明の範囲を制限するものではない。当業者であればすぐに、詳細に説明された範囲以外で、この発明を実現するために用いられる方法及び変更を構想できるであろう。以下に記す特許請求の範囲が、開示された本発明の多数の実施形態をより詳細に規定するものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空マノメータであって、
上表面及び底表面を備える中心部分よりも高く伸張する側壁を有する基部と、
基部の中心部分によって画定される開口を貫いて伸張する複数の電気的導体と、
基部の上表面の少なくとも一部分に付着されるガラス被膜と、
ガラス被膜上に成膜され、複数の電気的導体と電気的に接続される複数の導電性素子と、
側壁と接続され、導電性素子の上部に延在しているダイヤフラムと
を備えることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項２】
請求項１記載の真空マノメータにおいて、導電性素子はガラス被膜上の蒸着層であることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項３】
請求項１記載の真空マノメータにおいて、該真空マノメータはさらに、電気的導体がそれぞれ通過する開口の内側表面に接続される複数のガラスフィードスルーを備え、ガラスフィードスルーは真空密封を提供することを特徴とする真空マノメータ。
【請求項４】
請求項１記載の真空マノメータにおいて、該真空マノメータは、３つの電気的導体を備えていることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項５】
請求項４記載の真空マノメータにおいて、該真空マノメータはさらに、３つの電気的導体と電気的に通信する回路を備え、該回路は、(i)位相が反対で且つ実質的に同じ振幅を有する個々の交流電気信号を電気的導体のうち２つに供給し、且つ(ii)ダイヤフラムの動きに応じて生じる実の電荷誘導信号を受信するよう構成されていることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項６】
請求項５記載の真空マノメータにおいて、回路は、交流電気信号が供給されている２つの電気的導体と電気的に通信状態の２つの導電性素子間における寄生容量結合に干渉するダイヤフラムの動きに応じて、電荷を収集するよう構成されることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項７】
請求項５記載の真空マノメータにおいて、導電性素子は３つの互いに組み合わされた導電性素子を含むことを特徴とする真空マノメータ。
【請求項８】
請求項７記載の真空マノメータにおいて、
第１の組み合わせられた導電性素子は、基部を貫いて伸張する前記導体のうち第１の導体から半径方向内向きに伸張する第１の直線導電性ストリップからほぼ円周方向に伸張し、
第２の組み合わせられた導電性素子は、基部を貫いて伸張する前記導体のうち第２の導体から半径方向外向きに伸張する第２の直線導電性ストリップからほぼ円周方向に伸張し、
第３の組み合わせられた導電性素子は、基部を貫いて伸張する前記導体のうち第３の導体から半径方向内向きに伸張する第３の直線導電性ストリップからほぼ円周方向に伸張する
ことを特徴とする真空マノメータ。
【請求項９】
請求項８記載の真空マノメータにおいて、交流電気信号を搬送する２つの導体の一方は第１の組み合わせられた導電性素子と接続され、交流電気信号を搬送する２つの導体の他方は第２の組み合わせられた導電性素子と接続され、第３の導体は第３の組み合わせられた導電性素子と接続されることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項１０】
請求項１記載の真空マノメータにおいて、基部は金属であることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項１１】
圧力変化を感知する方法であって、
導電性素子間の寄生容量結合に干渉するダイヤフラムの動きに応じた、寄生容量結合された複数の導電性素子間の寄生容量結合における変化を感知するステップと、
感知された寄生容量結合における変化の信号を出力するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、感知するステップは、導電性素子間に寄生容量結合を提供する静電界を横切るダイヤフラムに応じて、差分電荷を収集するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法において、感知するステップは、(i)第１の信号線及び感知線、並びに(ii)第２の信号線及び感知線、の間の寄生容量結合における差分変化を感知するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の方法において、該方法はさらに、感知を実行するよう構成された回路に対して接地線を用いることで、浮遊容量を阻止するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の方法において、該方法はさらに、
導電性素子の第１の導電性素子上に第１の振動信号を印加するステップと、
導電性素子の第２の導電性素子上に第２の振動信号を印加ステップと
を含み、第２の振動信号は第１の振動信号と位相が１８０度ずれている信号であり、感知するステップは、負の寄生容量結合よりも正の寄生容量結合の方がより妨害された結果として生じる電荷を収集するステップを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
真空マノメータであって、
上表面及び上表面よりも高く伸張する側壁を有するモノリシック基部と、
基部の上表面によって支持される複数の導電性素子と、
モノリシック基部の側壁と接続され、モノリシック基部の上表面に対して導電性素子の上部に位置するダイヤフラムと、
ダイヤフラムの上部から基部を覆うよう構成されたカバーと
を含むことを特徴とする真空マノメータ。
【請求項１７】
請求項１６記載の真空マノメータにおいて、該真空マノメータはさらに、モノリシック基部と接続するガラス層を備え、導電性素子がガラス層に接続されることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項１８】
請求項１６記載の真空マノメータにおいて、該真空マノメータはさらに、導電性素子と接続され、圧力の変化に応じて動くダイヤフラムに反応した導電性素子間の寄生容量結合における変化を感知するよう構成される電子回路を備えることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項１９】
請求項１８記載の真空マノメータにおいて、モノリシック基部は、１又は複数の熱サイクルの後に基部が所定の温度であるとき、電子回路が実質的に同一の測定値を生成できるよう構成されていることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項２０】
真空マノメータ上の圧力変化を測定するための電子回路であって、
振動信号を生成するオシレータと、
オシレータと電気的に接続され、オシレータで生成される振動信号を反転するよう構成されるインバータと、
オシレータと電気的に接続され、振動信号が印加される第１の導電性素子と、
インバータと電気的に接続され、反転振動信号が印加される第２の導電性素子と、
第１の導電性素子及び第２の導電性素子と寄生容量結合されている第３の導電性素子と、
第３の導電性素子と電気的に接続され、第３の導電性素子上の電荷を測定するよう構成されるセンサ回路と
を備えることを特徴とする電子回路。
【請求項２１】
請求項２０記載の電子回路において、センサ回路は、第３の導電性素子からの電荷の受け取りに応答して電圧を生成するよう構成される電荷増幅回路を備えることを特徴とする電子回路。
【請求項２２】
請求項２０記載の電子回路において、センサ回路は、真空マノメータの基部に接地され、該接地によってセンサ回路は浮遊容量から保護されることを特徴とする電子回路。
【請求項２３】
請求項２０記載の電子回路において、センサ回路は、オシレータ及びインバータと電気的に通信し、且つ、第１の入力信号として振動信号を、また第２の入力信号として反転振動信号を受け取るよう構成されるセンサオフセット回路を備えており、センサオフセット回路は、
第１ステージのオフセット信号を生成するために、ユーザが第１及び第２の入力信号間で調整ができるように構成される可変調節回路素子と、
第２ステージのオフセット信号を生成するために、第１ステージのオフセット信号の信号レベルを低減するよう構成される電圧ドライバと、
電圧ドライバと電気的に接続され、識別素子として構成されて、第３ステージのオフセット信号が適切な位相であってそれが第３の導電性素子と接続されたセンサ回路の入力信号線に印加されていることを保証するための容量素子と
を備えることを特徴とする電子回路。
【請求項２４】
請求項２０記載の電子回路において、センサ回路は、
第１の入力線及び第２の入力線を有する積分器を備える同期検出回路と、
マノメータにおける圧力変化の検出された信号標本を生成するよう構成されるサンプルホールド回路と
を備えており、第１の入力線はセンサ回路の電荷収集回路から電荷電圧信号を受け取り、第２の入力線はオシレータから振動信号を受け取り、積分器は電荷電圧信号及び振動信号を積分して同期検出信号を生成することを特徴とする電子回路。
【請求項２５】
真空マノメータを製造する方法であって、
上表面を有する基部と、基部を貫いてその上表面を超えて伸張する複数の導体とを受容するステップと、
基部の上表面にガラス被膜を付着するステップと、
ガラス被膜を平板化して平坦なガラス表面を形成するステップであって、平板化によって導体の個々の露出部分が実質的に平坦なガラス表面と同一平面上にあるように変化させるステップと、
平坦なガラス表面上に複数の導電性素子を付着して、導電性素子をそれぞれの導体と接続するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の真空マノメータを製造する方法において、該方法はさらに、基部の上表面をガラス被膜に付着する前に平板化するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５記載の真空マノメータを製造する方法において、ガラス被膜を付着するステップは、
基部の上表面にガラス素材を配置するステップと、
ガラス素材が流れ出るように基部及びガラス素材を加熱するステップと、
ガラスを冷却するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２５記載の真空マノメータを製造する方法において、導体を平坦なガラス表面上に付着するステップは、導体の配線を定めるためにフォトリソグラフィック加工を用いるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２５記載の真空マノメータを製造する方法において、導体を付着するステップは、３つの互いに組み合わせられた導体を平坦なガラス表面に付着するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２５記載の真空マノメータを製造する方法において、該方法はさらに、伸張する導体を備えるガラスフィードスルーを組み立てるステップを含み、ガラス被膜を平板化するステップは、ガラスフィードスルーの上表面が平坦なガラス表面と実質的に同一平面上にあるようにするために、ガラスフィードスルーの少なくとも一部分を平板化するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１】
真空マノメータであって、
上表面及び底表面を備える中心部分よりも高く伸張する側壁を有する基部と、
基部の中心部分によって画定される開口を貫いて伸張する複数の電気的導体と、
基部の上表面の少なくとも一部分に付着されるガラス被膜と、
ガラス被膜上に成膜され、複数の電気的導体と電気的に接続される複数の導電性素子と、
側壁と接続され、導電性素子の上部に延在しているダイヤフラムと
を備えることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項２】
請求項１記載の真空マノメータにおいて、導電性素子はガラス被膜上の蒸着層であることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項３】
請求項１記載の真空マノメータにおいて、該真空マノメータはさらに、電気的導体がそれぞれ通過する開口の内側表面に接続される複数のガラスフィードスルーを備え、ガラスフィードスルーは真空密封を提供することを特徴とする真空マノメータ。
【請求項４】
請求項１記載の真空マノメータにおいて、該真空マノメータは、３つの電気的導体を備えていることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項５】
請求項４記載の真空マノメータにおいて、該真空マノメータはさらに、３つの電気的導体と電気的に通信する回路を備え、該回路は、(i)位相が反対で且つ実質的に同じ振幅を有する個々の交流電気信号を電気的導体のうち２つに供給し、且つ(ii)ダイヤフラムの動きに応じて生じる実の電荷誘導信号を受信するよう構成されていることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項６】
請求項５記載の真空マノメータにおいて、回路は、交流電気信号が供給されている２つの電気的導体と電気的に通信状態の２つの導電性素子間における寄生容量結合に干渉するダイヤフラムの動きに応じて、電荷を収集するよう構成されることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項７】
請求項５記載の真空マノメータにおいて、導電性素子は３つの互いに組み合わされた導電性素子を含むことを特徴とする真空マノメータ。
【請求項８】
請求項７記載の真空マノメータにおいて、
第１の組み合わせられた導電性素子は、基部を貫いて伸張する前記導体のうち第１の導体から半径方向内向きに伸張する第１の直線導電性ストリップからほぼ円周方向に伸張し、
第２の組み合わせられた導電性素子は、基部を貫いて伸張する前記導体のうち第２の導体から半径方向外向きに伸張する第２の直線導電性ストリップからほぼ円周方向に伸張し、
第３の組み合わせられた導電性素子は、基部を貫いて伸張する前記導体のうち第３の導体から半径方向内向きに伸張する第３の直線導電性ストリップからほぼ円周方向に伸張する
ことを特徴とする真空マノメータ。
【請求項９】
請求項８記載の真空マノメータにおいて、交流電気信号を搬送する２つの導体の一方は第１の組み合わせられた導電性素子と接続され、交流電気信号を搬送する２つの導体の他方は第２の組み合わせられた導電性素子と接続され、第３の導体は第３の組み合わせられた導電性素子と接続されることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項１０】
請求項１記載の真空マノメータにおいて、基部は金属であることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項１１】
圧力変化を感知する方法であって、
導電性素子間の寄生容量結合に干渉するダイヤフラムの動きに応じた、寄生容量結合された複数の導電性素子間の寄生容量結合における変化を感知するステップと、
感知された寄生容量結合における変化の信号を出力するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、感知するステップは、導電性素子間に寄生容量結合を提供する静電界を横切るダイヤフラムに応じて、差分電荷を収集するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法において、感知するステップは、(i)第１の信号線及び感知線、並びに(ii)第２の信号線及び感知線、の間の寄生容量結合における差分変化を感知するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の方法において、該方法はさらに、感知を実行するよう構成された回路に対して接地線を用いることで、浮遊容量を阻止するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の方法において、該方法はさらに、
導電性素子の第１の導電性素子上に第１の振動信号を印加するステップと、
導電性素子の第２の導電性素子上に第２の振動信号を印加ステップと
を含み、第２の振動信号は第１の振動信号と位相が１８０度ずれている信号であり、感知するステップは、負の寄生容量結合よりも正の寄生容量結合の方がより妨害された結果として生じる電荷を収集するステップを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
真空マノメータであって、
上表面及び上表面よりも高く伸張する側壁を有するモノリシック基部と、
基部の上表面によって支持される複数の導電性素子と、
モノリシック基部の側壁と接続され、モノリシック基部の上表面に対して導電性素子の上部に位置するダイヤフラムと、
ダイヤフラムの上部から基部を覆うよう構成されたカバーと
を含むことを特徴とする真空マノメータ。
【請求項１７】
請求項１６記載の真空マノメータにおいて、該真空マノメータはさらに、モノリシック基部と接続するガラス層を備え、導電性素子がガラス層に接続されることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項１８】
請求項１６記載の真空マノメータにおいて、該真空マノメータはさらに、導電性素子と接続され、圧力の変化に応じて動くダイヤフラムに反応した導電性素子間の寄生容量結合における変化を感知するよう構成される電子回路を備えることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項１９】
請求項１８記載の真空マノメータにおいて、モノリシック基部は、１又は複数の熱サイクルの後に基部が所定の温度であるとき、電子回路が実質的に同一の測定値を生成できるよう構成されていることを特徴とする真空マノメータ。
【請求項２０】
真空マノメータ上の圧力変化を測定するための電子回路であって、
振動信号を生成するオシレータと、
オシレータと電気的に接続され、オシレータで生成される振動信号を反転するよう構成されるインバータと、
オシレータと電気的に接続され、振動信号が印加される第１の導電性素子と、
インバータと電気的に接続され、反転振動信号が印加される第２の導電性素子と、
第１の導電性素子及び第２の導電性素子と寄生容量結合されている第３の導電性素子と、
第３の導電性素子と電気的に接続され、第３の導電性素子上の電荷を測定するよう構成されるセンサ回路と
を備えることを特徴とする電子回路。
【請求項２１】
請求項２０記載の電子回路において、センサ回路は、第３の導電性素子からの電荷の受け取りに応答して電圧を生成するよう構成される電荷増幅回路を備えることを特徴とする電子回路。
【請求項２２】
請求項２０記載の電子回路において、センサ回路は、真空マノメータの基部に接地され、該接地によってセンサ回路は浮遊容量から保護されることを特徴とする電子回路。
【請求項２３】
請求項２０記載の電子回路において、センサ回路は、オシレータ及びインバータと電気的に通信し、且つ、第１の入力信号として振動信号を、また第２の入力信号として反転振動信号を受け取るよう構成されるセンサオフセット回路を備えており、センサオフセット回路は、
第１ステージのオフセット信号を生成するために、ユーザが第１及び第２の入力信号間で調整ができるように構成される可変調節回路素子と、
第２ステージのオフセット信号を生成するために、第１ステージのオフセット信号の信号レベルを低減するよう構成される電圧ドライバと、
電圧ドライバと電気的に接続され、識別素子として構成されて、第３ステージのオフセット信号が適切な位相であってそれが第３の導電性素子と接続されたセンサ回路の入力信号線に印加されていることを保証するための容量素子と
を備えることを特徴とする電子回路。
【請求項２４】
請求項２０記載の電子回路において、センサ回路は、
第１の入力線及び第２の入力線を有する積分器を備える同期検出回路と、
マノメータにおける圧力変化の検出された信号標本を生成するよう構成されるサンプルホールド回路と
を備えており、第１の入力線はセンサ回路の電荷収集回路から電荷電圧信号を受け取り、第２の入力線はオシレータから振動信号を受け取り、積分器は電荷電圧信号及び振動信号を積分して同期検出信号を生成することを特徴とする電子回路。
【請求項２５】
真空マノメータを製造する方法であって、
上表面を有する基部と、基部を貫いてその上表面を超えて伸張する複数の導体とを受容するステップと、
基部の上表面にガラス被膜を付着するステップと、
ガラス被膜を平板化して平坦なガラス表面を形成するステップであって、平板化によって導体の個々の露出部分が実質的に平坦なガラス表面と同一平面上にあるように変化させるステップと、
平坦なガラス表面上に複数の導電性素子を付着して、導電性素子をそれぞれの導体と接続するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の真空マノメータを製造する方法において、該方法はさらに、基部の上表面をガラス被膜に付着する前に平板化するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５記載の真空マノメータを製造する方法において、ガラス被膜を付着するステップは、
基部の上表面にガラス素材を配置するステップと、
ガラス素材が流れ出るように基部及びガラス素材を加熱するステップと、
ガラスを冷却するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２５記載の真空マノメータを製造する方法において、導体を平坦なガラス表面上に付着するステップは、導体の配線を定めるためにフォトリソグラフィック加工を用いるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２５記載の真空マノメータを製造する方法において、導体を付着するステップは、３つの互いに組み合わせられた導体を平坦なガラス表面に付着するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２５記載の真空マノメータを製造する方法において、該方法はさらに、伸張する導体を備えるガラスフィードスルーを組み立てるステップを含み、ガラス被膜を平板化するステップは、ガラスフィードスルーの上表面が平坦なガラス表面と実質的に同一平面上にあるようにするために、ガラスフィードスルーの少なくとも一部分を平板化するステップを含むことを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１３２１８（Ｐ２０１１−１３２１８Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１４８５７７（Ｐ２０１０−１４８５７７）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（５０８２４５５２９）ブルックス・インストルメント・エルエルシー (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４８５７７（Ｐ２０１０−１４８５７７）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（５０８２４５５２９）ブルックス・インストルメント・エルエルシー (4)
【Ｆターム（参考）】
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