(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを加熱するとともに、前記ガスの圧力に対応する信号を生成するように作動する加熱素子と、
前記加熱素子を受ける、第１の熱伝導率を有する高熱伝導性のプラットフォームと、
基板に接続されるとともに、前記基板内に配設された開口内で、前記加熱素子と一緒に前記プラットフォームを支持し、前記開口を横断するように設置された低熱伝導性の支持要素であって、前記第１の熱伝導率よりも低い第２の熱伝導率を有する支持要素と、
を備えるマイクロピラニ真空センサ。
【請求項２】
前記第２の熱伝導率は、前記第１の熱伝導率よりも、少なくとも１桁低い、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。
【請求項３】
前記第２の熱伝導率は、前記第１の熱伝導率よりも、少なくとも２桁低い、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。
【請求項４】
前記第２の熱伝導率は、０．２Ｗ／ｍＫ以下である、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。
【請求項５】
前記支持要素は、パリレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、酸化ケイ素、または窒化ケイ素を備える、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。
【請求項６】
前記支持要素は切れ目のない膜を備える、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。
【請求項７】
前記支持要素は穿孔またはパターニングされている、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。
【請求項８】
前記加熱素子は、ニッケル、チタニウム、プラチナ、シリコン、またはポリシリコンを備える、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。
【請求項９】
前記加熱素子は、０．００３／°Ｃ以上の抵抗の温度係数を有する材料を備える、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。
【請求項１０】
前記プラットフォームは、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、サファイヤ、ダイヤモンド、または酸化アルミニウムを備える、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。
【請求項１１】
前記加熱素子は、前記プラットフォーム内に配設され、前記ガスには直接曝されない、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。
【請求項１２】
前記プラットフォームは、前記支持要素内に配設され、前記ガスには直接曝されない、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。  
【請求項１３】
前記基板に接続されるとともに前記支持要素を覆うキャップをさらに備え、前記キャップは、前記キャップの壁と前記プラットフォームを支持する前記支持要素との間の間隙によって容量を形成するように構成され、前記間隙は、前記支持要素と前記キャップとの間の所望サイズの間隙距離を示し、前記間隙距離は、前記容量内でガス分子に効果的な平均自由行程を規定する、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。  
【請求項１４】
前記マイクロピラニ真空センサは、１Ｘ１０−６Ｔｏｒｒを含む圧力測定のダイナミックレンジを有する、請求項１に記載のマイクロピラニ真空センサ。
【請求項１５】
（Ａ）圧力測定の第1のダイナミックレンジを有する第１の真空センサであって、
（ｉ）ガスを加熱するとともに、前記ガスの圧力に対応する信号を生成するように作動する加熱素子と、
（ｉｉ）前記加熱素子を受ける、第１の熱伝導率を有する高熱伝導性のプラットフォームと、
（ｉｉｉ）基板に接続されるとともに、前記基板内に配設された開口内で、前記加熱素子と一緒に前記プラットフォームを支持し、前記開口を横断するように設置された低熱伝導性の支持要素であって、前記第１の熱伝導率よりも低い第２の熱伝導率を有する支持要素と、を有するマイクロピラニ真空センサを備える、
前記第１の真空センサと、
（Ｂ）圧力測定の第２のダイナミックレンジを有する第２の真空センサと、
を備える二重モード真空センサ。  
【請求項１６】
前記第２の熱伝導率は、前記第１の熱伝導率よりも、少なくとも１桁低い、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項１７】
前記第２の熱伝導率は、０．２Ｗ／ｍＫ以下である、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項１８】
前記支持要素は、パリレン、ポリアミド、ポリイミド、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を備える、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項１９】
前記支持要素は切れ目のない膜を備える、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項２０】
前記支持要素は穿孔またはパターニングされている、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項２１】
前記加熱素子は、ニッケル、チタニウム、プラチナ、シリコン、またはポリシリコンを備える、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項２２】
前記加熱素子は０．００３／°Ｃ以上の抵抗の温度係数を有する材料を備える、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項２３】
前記プラットフォームは、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、サファイヤ、ダイヤモンド、または酸化アルミニウムを備える、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項２４】
前記加熱素子は、前記プラットフォーム内に配設され、前記ガスには直接曝されない、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項２５】
前記プラットフォームは、前記支持要素内に配設され、前記ガスには直接曝されない、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項２６】
前記基板に接続されるとともに前記支持要素を覆うキャップをさらに備え、前記キャップは、前記キャップの壁と前記プラットフォームを支持する前記支持要素との間の間隙によって容量を形成するように構成され、前記間隙は、前記支持要素と前記キャップとの間の所望サイズの間隙距離を示し、前記間隙距離は、前記容量内でガス分子に効果的な平均自由行程を規定する、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。  
【請求項２７】
前記マイクロピラニ真空センサは、１Ｘ１０−６Ｔｏｒｒを含む圧力測定のダイナミックレンジを有する、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項２８】
前記第２の真空センサは、マイクロピラニ真空センサを備える、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項２９】
前記第２の真空センサは、静電容量型圧力計を備える、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項３０】
前記第２の真空センサは、ピエゾ抵抗圧力計を備える、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項３１】
前記第２の真空センサは、共振圧力センサを備える、請求項１５に記載の二重モード真空センサ。
【請求項３２】
高熱伝導性のプラットフォーム材料の第１の層を基板の第１の側の上に堆積させる工程と、
加熱素子材料を前記プラットフォーム材料の第１の層の上に堆積させる工程と、
高熱伝導性のプラットフォーム材料の第２の層を前記加熱素子材料とプラットフォーム材料の前記第１の層との両方の上に堆積させる工程と、
前記加熱素子材料を支持する高熱伝導性のプラットフォームを形成する工程と、
前記基板の少なくとも一部分と前記プラットフォームの少なくとも一部分とを覆うように、前記プラットフォーム材料よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導性の支持要素材料の第１の層を堆積させる工程と、
前記基板に開口を設け、前記プラットフォームおよび前記支持要素材料の第１の層の一部分を露出させる、前記プラットフォームに隣接する基板材料を除去する工程と、
を備える、マイクロピラニ真空センサの製造方法。
【請求項３３】
前記基板の第２の側の上と前記プラットフォームおよび前記支持要素材料の第１の層の前記露出部分の上とに、材料の第２の層を堆積させる工程をさらに備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
保護層を有する基板を、第１及び第２の側の上に設ける工程をさらに備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記保護層は、酸化ケイ素または窒化ケイ素を備える、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記支持要素材料の第１の層を堆積する工程は、前記プラットフォームの表面の全範囲を覆うように前記支持要素材料を堆積させる工程を備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記支持要素材料は、パリレン、ポリアミド、ポリイミド、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
前記プラットフォームに隣接する基板材料を除去する工程は、裏面エッチングの工程を備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項３９】
前記支持要素材料の第１の層を堆積させる工程は、前記プラットフォームの露出領域をパターニングする工程を備える、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、「マイクロピラニ真空計」と題し、２０１４年３月２５日に出願された、代理人整理番号０８６４００−０２００（ＭＫＳ−２３７ＵＳ）の、米国出願第１４／２２４，９２７号に基づくとともに、これらの出願に優先権を主張する。これらの出願の各々の内容全てをここに参照して援用する。
【背景技術】
【０００２】
真空計は、数多くの用途に有用である。多くの産業において、ある種の処理は、約１０００Ｔｏｒｒから１０−９Ｔｏｒｒ未満のような広範囲の圧力での圧力測定を必要とする。例えば、半導体および電子装置の製造工程は、一般的に超高真空から大気圧まで、精度の高い圧力測定を必要とする。
【０００３】
真空計のあるタイプは、真空度が測定されるシステムに接続された管の中に懸架された金属フィラメント（通常プラチナ）を備える。接続は、通常、磨りガラスジョイントまたはフランジ式金属コネクタの何れかによってなされ、ガスケットまたはＯリングによって封止される。フィラメントは、較正後に、圧力の測定値が取得され得る電気回路へ接続される。このような計器は、その最初の開発者にちなんで、一般的に「ピラニ」計と呼ばれている。ピラニ計の動作は、懸架されたヒータから、ガスを通って、ヒートシンクへ到る熱伝達に基づく。ガスを通じた熱伝導は、ガスの圧力に応じたものとなる。こうして、ガスを通じた熱伝導の測定は、その圧力の算出を可能にする。ガスを通じた熱伝達に加えて、熱伝達の仕組みには、他に（１）機械的支持を通じた伝導、（２）ガスによる対流、および（３）放射の３つがある。
【０００４】
図１Ａ〜Ｃは、先行技術のマイクロピラニセンサ１００の例を示す。このセンサ１００の心臓部は、曲折する電気フィラメントヒータ１０２であり、図１Ａ中の構造の中央に示されている。このフィラメント１０２は、薄型絶縁膜１０４（例えばＳｉＮ）の下の空孔（図示なし）に埋め込まれている。この薄型膜１０４は、電気的にも熱的にも絶縁性のものである。この膜１０４は、基板１０６に接続されている。図１（Ｂ）は、ヒートシンク材料のキャップ１１２を受けることができる、接合材１０８の層の追加を示す。
【０００５】
図１を継続して参照すると、電気的絶縁を用いると、ヒータ１０２からの漏れ電流を除去することができる。熱的絶縁により、膜１０４の平面内での伝導に起因して発生する寄生熱損失が低減される。このＳｉＮ絶縁膜の欠点は、（ｉ）真空ではかなりの熱を基板へ伝導すること（ｉｉ）ガス分子交換を通じた熱転写を制限すること、および（ｉｉｉ）フィラメント領域では不均一な温度分布を示すことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示による本技術は、マイクロピラニ計の他の構造および部品に関して低い熱伝導率を有する支持構造または構造を利用することにより、多様な優位性をもたらすことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示によるマイクロピラニ真空計またはセンサの一例は、ガスを加熱するとともに、ガスの圧力に対応する信号を生成するように作動する加熱素子と、加熱素子を受けるように構成され、第１の熱伝導率を有するプラットフォームと、基板に接続されるとともに基板内に配設された開口内で、加熱素子と一緒にプラットフォームを支持するように構成された支持要素であって、第１の熱伝導率よりも低い第２の熱伝導率を有する支持要素と、を備えることができる。
【０００８】
マイクロピラニセンサは、如何なる順序または組み合わせで、以下の特徴を備えまたは有してもよい。
【０００９】
第１の熱伝導率は、加熱素子の熱伝導率以上であってよい。第２の熱伝導率は、第１の熱伝導率よりも、少なくとも１桁低くてもよい。第２の熱伝導率は、第１の熱伝導率よりも、少なくとも２桁低くてもよい。第２の熱伝導率は、０．２Ｗ／ｍＫ以下であってよい。他の材料が本開示の範囲内であることはもちろんであるが、支持要素は、例示の実施形態において、パリレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、酸化ケイ素、および／または窒化ケイ素を含むものであってよい。支持要素は切れ目のない膜を備え、切れ目のない膜として形成してもよい。支持要素は穿孔またはパターニングされていてもよい。加熱素子は、ニッケル、チタニウム、またはプラチナを含むものであってよい。加熱素子は０．００３／°Ｃ以上の抵抗の温度係数を有する材料を含むものであってよい。プラットフォームは、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、サファイヤ、ダイヤモンド、または酸化アルミニウムを含むものであってよい。加熱素子は、プラットフォーム内に配設され、ガスには直接曝されないものであってよい。プラットフォームは、支持要素内に配設され、ガスには直接曝されないものであってよい。マイクロピラニセンサは、基板に接続されるとともに支持要素を覆うキャップをさらに備え、キャップは、キャップの壁とプラットフォームを支持する支持要素との間の間隙によって容量を形成するように構成され、間隙は所望サイズであり、間隙は、所望サイズの平均自由行程を、容量内でガス分子に与えるものであってよい。マイクロピラニ真空センサは、１Ｘ１０−６Ｔｏｒｒを含む圧力測定のダイナミックレンジを有するものであってよい。
【００１０】
このような計器は、例えば圧力センサの他のタイプを有する多重モード圧力計など、他の装置に含めたり、その一部としてもよい。
【００１１】
一例において、本開示による組み合わせ式圧力計または二重モード真空センサは、（Ａ）圧力測定の第１のダイナミックレンジを有する第１の真空センサであって、（ｉ）ガスを加熱するとともに、ガスの圧力に対応する信号を生成するように作動する加熱素子と、（ｉｉ）加熱素子を受けるように構成され、第１の熱伝導率を有するプラットフォームと、（ｉｉｉ）基板に接続されるとともに、基板内に配設された開口内で、加熱素子と一緒にプラットフォームを支持するように構成された支持要素であって、第１の熱伝導率よりも低い第２の熱伝導率を有する支持要素と、を有するマイクロピラニ真空センサを備える、第１の真空センサを備えてもよい。組み合わせ式圧力計または二重モード真空センサは、（Ｂ）圧力測定の第２のダイナミックレンジを有する第２の真空センサを備えてもよい。
【００１２】
多重モード圧力ゲージは、如何なる順序または組み合わせで、以下の特徴を備えまたは有してもよい。
【００１３】
第１の係数の熱伝導率は、加熱素子の係数の熱伝導率以上であってよい。第２の係数の熱伝導率は、第１の係数の熱伝導率よりも、少なくとも１桁低くてもよい。第１の係数の熱伝導率は、加熱素子の係数の熱伝導率と等しくてもよい。第２の係数の熱伝導率は、０．２Ｗ／ｍＫ以下であってもよい。支持要素は、パリレン、ポリアミド、ポリイミド、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含むものであってよい。支持要素は切れ目のない膜を含むものであってよい。支持要素は穿孔またはパターニングされているものであってよい。加熱素子は、ニッケル、チタニウム、またはプラチナ含むものであってよい。加熱素子は０．００３／°Ｃ以上の抵抗の温度係数を有する材料を含むものであってよい。プラットフォームは、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、サファイヤ、ダイヤモンド、または酸化アルミニウムを含むものであってよい。加熱素子は、プラットフォーム内に配設され、ガスには直接曝されないものであってよい。プラットフォームは、支持要素内に配設され、ガスには直接曝されないものであってよい。二重モード真空センサは、基板に接続されるとともに支持要素を覆うキャップをさらに備え、キャップは、キャップの壁とプラットフォームを支持する支持要素との間の間隙によって容量を形成するように構成され、間隙は所望サイズであり、間隙は、所望サイズの平均自由行程を、容量内でガス分子に与えるものであってよい。マイクロピラニ真空センサは、１Ｘ１０−６Ｔｏｒｒを含む圧力測定のダイナミックレンジを有するものであってよい。第２のセンサは、マイクロピラニ真空センサを備えるものであってよい。第２のセンサは、静電容量型圧力計を備える。第２のセンサは、ピエゾ抵抗圧力計を備えるものであってよい。第２のセンサは、共振圧力センサを備えるものであってよい。付加的なセンサを備えてもよい。
【００１４】
マイクロピラニ真空センサの典型的な製造方法は、プラットフォーム材料の第１の層を基板の第１の側の上に堆積させる工程と、熱素子材料をプラットフォーム材料の第１の層の上に堆積させる工程と、プラットフォーム材料の第２の層を加熱素子材料とプラットフォーム材料の第１の層との両方の上に堆積させる工程と、加熱素子材料を支持するプラットフォームを形成する工程と、基板の少なくとも一部分とプラットフォームの少なくとも一部分とを覆うように、プラットフォーム材料よりも係数が低い熱伝導率を有する支持要素材料の第１の層を堆積させる工程と、基板に開口を設け、プラットフォームおよび支持要素材料の第１の層の一部分を露出させる、プラットフォームに隣接する基板材料を除去する工程と、を備え、基板の第２の側の上とプラットフォームおよび支持要素材料の第１の層の露出部分の上とに、材料の第２の層を堆積させる工程をさらに備えてもよい。
【００１５】
マイクロピラニ真空センサの製造方法は、如何なる順序または組み合わせで、以下の特徴または工程を備えまたは有してもよい。
【００１６】
方法は、保護または絶縁の層を有する基板を、第１及び第２の側の上に設ける工程をさらに備えてもよい。保護層は、酸化ケイ素または窒化ケイ素を含むものであってもよい。方法は、プラットフォームの表面の全範囲（または一部分）を覆うように支持要素材料の第１の層を堆積する工程、を備えてもよい。支持要素材料は、例えば、パリレン、ポリアミド、ポリイミド、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含むものであってもよい。方法は、プラットフォームに隣接する基板材料を除去し、裏面エッチングの工程を備える工程を備えてもよい。方法は、支持要素材料の第１の層を堆積させ、プラットフォームの露出領域をパターニングする工程を備えてもよい。プラットフォーム材料は、加熱素子材料よりも高い熱伝導率を有してもよい。
【００１７】
これらは、本開示の他の部品、工程、特徴、利益、および利点同様に、以下の実施形態の詳細な説明、添付の図面、および請求項の検討から明確になるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】図１Ａは、先行技術のピラニ計の一例を示す図を含む。
【図１Ｂ】図１Ｂは、先行技術のピラニ計の一例を示す図を含む。
【図１Ｃ】図１Ｃは、先行技術のピラニ計の一例を示す図を含む。
【図２Ａ】図２Ａは、本開示に係るマイクロピラニ計の一例を示す図を含む。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示に係るマイクロピラニ計の一例を示す図を含む。
【図３】図３は、本開示に係るマイクロピラニ計の製造工程の一例を描写したものである。
【図４Ａ】図４Ａは、本開示に係るある特定のマイクロピラニ計の理論および模擬実験性能特性を示すグラフを含む。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本開示に係るある特定のマイクロピラニ計の理論および模擬実験性能特性を示すグラフを含む。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本開示に係るある特定のマイクロピラニ計の理論および模擬実験性能特性を示すグラフを含む。
【図５】図５は、本開示に係るマイクロピラニ計とともに用いて好適な信号調整／駆動回路の一例を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、本開示に係る異なる間隙距離を有するマイクロピラニセンサまたはゲージの理論および模擬実験性能特性を示すグラフを含む。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本開示に係る異なる間隙距離を有するマイクロピラニセンサまたはゲージの理論および模擬実験性能特性を示すグラフを含む。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面は実施形態の例を開示する。これらは実施形態全てを規定するものではない。これらに加え、またはこれらに代えて、他の実施形態を用いてもよい。スペースの節約またはより効果的な説明のため、明らかまたは不要な詳細を省略することがある。逆に、実施形態によっては、開示した詳細が全くない状態で実施してもよいものがある。異なる図中に同一の番号が見られる場合は、同一または同様の部品または工程を意味する。
【００２０】
開示の態様は、以下の説明を添付図面とともに通読すればより完全に理解できるが、図面はその性質として一例であり、限定を加えるものとは見なさない。複数枚の図面の比率は必ずしも一定ではなく、開示の原則に重点が置かれることがある。
【００２１】
本図面中には特定の実施形態が描写されているが、当業者であれば、これら実施形態は一例として描かれていること、および、ここに示すもの変形例、ならびにここに記載の他の実施形態を、本開示の範囲内で、想定及び実行してもよいことを理解するだろう。
【００２２】
次に実施形態の例を検討する。これらに加えまたは代えて、他の実施形態が用いられまたは実施され得る。スペースの節約またはより効果的な説明のため、明らかまたは不要な詳細を省略することがある。逆に、実施形態によっては、開示した詳細が全くない状態で実施してもよいものもある。
【００２３】
前述のように、ピラニ計の動作は、懸架したヒータからガスを通ってヒートシンクへ到る熱伝達に基づくものである。ガスを通じた熱伝導は、その圧力に応じたものである。こうして、ガスを通じた熱伝導の測定は、その圧力の算出を可能とする。ガスを通じた熱伝達に加えて、熱伝達の仕組みには、他に（１）機械的支持を通じた伝導、（２）ガスによる対流、および（３）放射、の３つがある。これらの中で、放射は、マイクロスケールセンサでは無視できるものと考えることができ、対流も１０Ｔｏｒｒ未満では無視できるものと考えることができる。
【００２４】
本開示に係るマイクロピラニ計の実施形態は、（ｉ）固形支持を通じた熱伝達の抑制／低減または最小化、および／または（ｉｉ）ガスを通じた熱伝達の増加／最大化を可能とする。典型的な実施形態において、パリレンのような低熱伝導性の材料で作られる支持要素と窒化アルミニウムのような高熱伝導性の材料とが、加熱フィラメントを受容または包含するプラットフォームとして用いられ、説明した優位性をもたらす。勿論、本開示の範囲内で他の好適な材料を用いてもよい。実施形態は、広いセンサのダイナミックレンジを提供し、および／または、低圧力の感度を提供する。
【００２５】
図２Ａ〜Ｂは、本開示に係るマイクロピラニ計（またはセンサ）ヒータ１０２の一例を示す図を含む。例えばフィラメントヒータ２０２である電気加熱素子は、図２Ａ中の構造の中央近くに図示されている。このフィラメント２０２は、熱伝導率材料で作られた薄型プラットフォーム２０４の内に埋め込まれまたは保持されることができる。プラットフォーム２０４は、膜または支持要素２０６上に配置され、支持要素２０６は、基板２０８に接続されるとともに、基板２０８に形成された空孔（図示なし）に対して、加熱素子２０２と一緒にプラットフォーム２０４を保持する。好適には、支持要素２０６は、電気的かつ熱的に絶縁性である。加熱素子２０２は、好適な原料より形成され、原料の例には、ニッケル、チタニウム、プラチナ、シリコン、またはポリシリコンなどがあるが、これらには限定されない。
【００２６】
図２Ｂは、接合材２１２によって基板２０８に接続されたヒートシンク材料層のキャップ２１０の追加を含む、センサ２００の側面図を示す。支持要素２０６とキャップ２１０との間に形成された空孔として示す間隙の距離２１４も示されている。
【００２７】
本技術によるマイクロピラニ計の典型的な実施形態は、プラットフォームとして形成される、高熱伝導性かつ電気的に絶縁かつ機械的に堅固な原料（例えば窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等）で覆われる熱線フィラメントを備えてもよい。窒化アルミニウム（ＡＩＮ）は、ＳｉＮの熱伝導率が１６Ｗ／ｍ．Ｋ−１であるのに対し、１７５Ｗ／ｍ．Ｋ−１の熱伝導率を有するという代表的な材料である。ＡＩＮは、加熱フィラメントを包み込むことに用いられ得る。加熱フィラメントおよびプラットフォームの両方が、パレリンで作られた取り囲む支持要素（または膜）によって支持されるとすることができ、パレリンは非常に低い熱伝導率（０．０８４  Ｗ／ｍ．Ｋ−１）を有する。パリレン（または任意の低熱伝導性材料）の利用は、支持層を通って伝達する伝導熱の抑制に役立ち得る。フィラメントのカプセル材として（例えばプラットフォームに）ＡＩＮ（または任意の高熱伝導率材料）を利用することは、（空孔内で）プラットフォームに隣接するガスとのガス分子交換を通じた熱伝達を向上させることができる。高熱伝導性に加えて、カプセル材の原料を、機械的かつ化学的に堅固なものとし、高反応性のガスの種類によって引き起こされるものを含む、広範囲の測定環境における破損または腐食からフィラメントを保護することが好ましい。
【００２８】
図３は、本開示によるマイクロピラニ真空センサを製造する例示的方法３００（またはそのための処理）を示す。工程（ａ）において、第１および第２の保護または絶縁層３０４を有する基板３０２が設けられる。工程（ｂ）において、基板３０２の第１の側面上に、プラットフォーム材料の第１の層３０６が堆積される。工程（ｃ）において、プラットフォーム材料の第１の層３０６の上に、加熱素子材料３０８が堆積される。工程（ｄ）において、加熱素子材料３０８とプラットフォーム材料の第１の層３０６との両方の上に、プラットフォーム材料の第２の層３１０が堆積され、加熱素子材料を支持するプラットフォームが形成される。工程（ｅ）において、少なくとも基板の一部分と少なくともプラットフォームの一部分とを覆うように支持要素材料の第１の層３１２を堆積する。ここで支持要素材料は、プラットフォーム材料よりも熱伝導率が低い。図示のように、選択的に開口３１４を支持要素内に生成または形成してもよい。開口３１４がない実施形態においては、支持要素材料がプラットフォームを被覆してもよく、そのような支持要素材料の被覆は、任意の所望の実用的深さ／高さであってよい。工程（ｆ）において、プラットフォームに隣接する基板材料は、例えば深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）のような好適な手法によって、基板の裏側から除去またはエッチングされ、ここでは、プラットフォームおよび支持要素材料の第１の層の部分が露出され、基板内に開口３１８が作られる。工程（ｆ）としても示すように、基板の第２の側の上とプラットフォームおよび支持要素材料の第１の層の露出部分の上とに、選択的な支持要素材料の第２の層３１６を堆積してもよい。方法３００には、当業者が理解するであろう、任意の好適な製造手法が採用され得る。前述のように、典型的な実施形態においては、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）がプラットフォームに利用され、および／または、パリレンが支持要素に利用されることができる。他の典型的材料もまた示される。
【００２９】
図４Ａ〜Ｃは、本開示によるある特定のマイクロピラニ計の理論的および模擬実験的な性能特性を示すグラフ４００を含む。グラフ４００（図４Ａ）は、圧力に対してプロットした熱伝導に関する、本開示によるマイクロピラニ計の理論性能を示す。放射に起因する熱伝導（または損失）は、「ＧＲａｄｉａｔｉｏｎ」の線によって示され、一方、ガスおよび固形（計器構造）の熱伝導は「ＧＧａｓ」および「ＧＳｏｌｉｄ」によってそれぞれ示される。マイクロピラニ計の全体または複合の熱伝導は、「ＧＴｏｔａｌ」によって示される。ダイナミックレンジおよび傾斜の感度も示される。グラフ４００（図４Ｂ）は、パレリン製の支持要素を用いる本開示によるマイクロピラニ計の理論的な熱伝導性を、窒化ケイ素（ＳｉＮ）製の膜を用いる先行技術のマイクロピラニ計と比較して示す。グラフ４００（図４Ｃ）は、パレリン製の支持要素と窒化アルミニウム（ＡＩＮ）製のプラットフォームとを利用する典型的な見込み実施形態の動作模擬実験を示す。Ｇ＿ｓｏｌｉｄ＿ＳｉＮでラベルされた実線は、膜全体がＳｉＮ製である場合に発生するだろう横方向の伝導性を示す。Ｇ＿ｓｏｌｉｄ＿Ｐａｒｙｌｅｎｅでラベルされた実線は、膜または支持要素がパレリン製で、かつ、加熱フィラメントがＡＩＮ製のプラットフォームの中に包含されている場合に発生する横方向の伝導性を示す。パリレンを用いることにより膜を通る熱伝達が低減することが分かる。その結果、ＳｉＮ膜を用いるピラニ計と比較して、最低検知圧力は量がデルタＰ（ΔΡ）だけ低くなっている。
【００３０】
図５は、本開示によるマイクロピラニ計とともに用いて好適な、信号調整／駆動回路５００の一例を示す。回路５００は、図示のような入力と出力とを有し、例えば接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）５０４および５０６である、２つの電界効果トランジスタと接続されるように構成された、増幅器５０２を備えることができる。回路５００には、Ｖｄｄ５１２、Ｖｏ５１４、およびグランド５１６電圧端子とともに、例えば図２の２００のマイクロピラニセンサからの電圧信号を受信可能なソースレジスタ５０８と可変抵抗型抵抗器（例えば抵抗回路網）５１０とを含めることも可能である。
【００３１】
前述のように、本開示によるマイクロピラニ計を、一つ以上の他の圧力／真空センサ（例えば、他のマイクロピラニセンサまたは他のタイプの圧力センサ）または他の物理現象（例えば、光、音、電気および／または磁気特性など）を検知するセンサを有する、例えば多重モード圧力計などの他の装置内に含めるまたは一部としてもよい。多重マイクロピラニセンサを含むことにより、各々が、例えば図２の間隙距離２１４である異なる間隙距離を有する。間隙距離がセンサ内でのガス分子のための効果的な平均行程を規定することができるので、異なる間隙距離を有するマイクロピラニセンサを利用することは、真空／圧力の異なる対応範囲の測定を可能とし、その範囲は、例えば重複、連続、分離など、望むように選択／設計され得る。
【００３２】
図６Ａ〜Ｂは、本開示による異なる間隙距離を有するマイクロピラニ計の実験的および模擬実験的な性能特性を示すグラフ６００を含む。６００（図６Ａ）に、図示の間隙距離を有する３つの異なるマイクロピラニセンサについて、圧力（横座標）に対しプロットした測定熱伝導性（縦座標）を示す。グラフ６００（図６Ｂ）は、異なる間隙距離の各々について、熱伝導性対圧力の４つのプロットを示す。
【００３３】
記載は典型的な実施形態についてのものであって、本開示によるマイクロピラニセンサの支持要素は、必ずしも切れ目のない膜／形状ではないことに留意されたい。例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるＯ２プラズマを用いて、このような支持要素に、穿孔やパターニングを施すことができる。そのように構成されたものは、横方向熱伝導のさらなる低減およびセンサの低圧力の感度の増加に役立つだろう。
【００３４】
したがって、本開示によるマイクロピラニセンサは多様な優位性を提供することが可能である。例えば、ピラニセンサの（例えば、１０−６Ｔｏｒｒに到るほどの）現在の限界を下回る圧力を測定するものであってもよい。本開示によるこのようなマイクロピラニセンサを、低電力消費型および／または感度向上型としてもよい。
【００３５】
（例えば）パリレンおよびＡＩＮを利用する本開示によるマイクロピラニセンサの実施形態は、半導体装置処理／製造で一般的に遭遇するフッ素および他の反応性ガス種、例えばいくつか例を挙げるとシラン、トリクロロシランおよびテトラメチルシランのようなシリコン含有化合物、四塩化ケイ素、および四フッ化ケイ素、に対する腐食耐性を提供する。したがって、本開示によるマイクロピラニセンサの実施形態は、ドライエッチング反応システムのような半導体処理に特に有用となり得る。
【００３６】
ここに記載の部品、工程、特徴、利益、および利点は、単なる例として示したものである。これらにも、またこれらに関する検討内容にも、保護範囲を限定する意図はなにもない。多くの他の実施形態も熟考される。これらは少数の、付加的な、および／または異なる部品、工程、特徴、目的、利益、および利点を有する実施形態を含む。これらは、部品および／または工程の配置が異なる、および／または、部品および／または工程の順序が異なる、実施形態も含む。
【００３７】
本開示を閲読すれば、本開示の実施形態を金属製品、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組み合わせにて、一つ以上のネットワーク上で実行可能であることを、当業者は理解するだろう。好適なソフトウェアには、データ収集および／またはデータ操作の実行を設計および／または制御する方法および手法（およびその部分）を実施するためのコンピュータ読取可能または機械読取可能な指示を含めることもできる。任意の好適な（機械依存型または機械独立型の）ソフトウェア言語を用いてもよい。さらに、本開示の実施形態を、例えば、無線ＲＦまたはＩＲ通信リンクを通じて送信されるか、またはインターネットからダウンロードされる多様な信号に含めたり、またはこれらの信号によって実行してもよい。
【００３８】
記述されていない限り、これに続く請求項を含む本明細書に記載の、全ての測定、値、割合、位置、強さ、大きさ、および他の仕様は概略であり、正確ではない。これらは、その関連する機能と整合するとともに、その関連する当該分野での通例と整合する、合理的範囲を有するように意図されている。
【００３９】
本開示中に引用した記事、特許、特許出願、および他の公開公報をすべて、ここに参照して援用する。
【００４０】
請求項中で「手段」という語句を用いる場合は、説明してきた対応構造および材料、ならびにその均等物を包含する意図であるとともに、そのように解釈されるべきである。同様に、請求項中で用いられる「工程」という語句は、説明してきた対応動作およびその均等物を抱合すると解釈される。これらの語句がない場合は、請求項は、これらの対応する構造、材料、または動作、またはこれらの均等物に限定されることを意図せず、またそのように解釈されるべきではないことを意味する。
【００４１】
請求項に記載されているかどうかにかかわらず、記述または図示した内容は、部品、工程、特徴、目的、利益、利点、または均等物のいずれも、公益に対し貢献することを意図せず、またそのように貢献すると解釈されるべきでもない。
【００４２】
保護範囲は、以下に続く請求項によってのみ限定される。特定の意味が記載されている場合を除き、その範囲は、本明細書とこれに続く審査経過を考慮して解釈する場合、請求項内で用いられる言語の通常の意味と同じくらい広く整合することを意図し、またそのように解釈されるとともに、すべての構造的および機能的均等物を抱合すると解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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