(57)【要約】【課題】気体の対流によって電気抵抗体の出力電流が変動することを防止し、使用する際の取付け方向によらず、常に安定して圧力の測定が可能な熱伝導型真空計を提供する。【解決手段】空洞２１は、２つの屈曲部４９ａ，４９ｂの間の電気抵抗体４０が配された領域Ｓにおいて、ピラニ真空計１０を使用する際に重力方向Ｗに沿った方向となる長さＬを、対流が生じない長さ、即ち１ｍｍ以下となるように形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体と熱交換を行う電気抵抗体の熱損失量から前記気体の圧力を測定する熱伝導型真空計であって、
前記電気抵抗体は、２つの開口部を有する空洞が配された筐体における、前記空洞の長手方向の途中に配され、
前記空洞は、使用する際の重力方向に沿った長さが１ｍｍ以下であることを特徴とする熱伝導型真空計。
【請求項２】
前記空洞は、その経路の途中に屈曲部を備えていることを特徴とする請求項１記載の熱伝導型真空計。
【請求項３】
前記筐体は、電気絶縁膜および前記電気抵抗体が形成された基板と、該基板を覆うカバー部材とからなり、前記カバー部材の前記基板と対面する側には、前記空洞の内側面の一部を成す溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の熱伝導型真空計。
【請求項４】
前記基板には、前記電気抵抗体の周囲温度変化に対する補償手段が更に配されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の熱伝導型真空計。
【請求項５】
前記内壁面は、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌのうち、少なくとも１種以上からなる薄膜で覆われていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の熱伝導型真空計。
【請求項６】
前記電気抵抗体は、Ｐｔ，Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｗ−Ｍｏ合金のうち、少なくとも１種以上からなることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の熱伝導型真空計。
【請求項７】
前記カバー部材は、Ｓｉ，Ｓｉ０２，ＧａＮ，サファイア，Ａｌ２Ｏ３，硼珪酸ガラス，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮ，ＳｉＡｌＯＮのうち、少なくとも１種以上からなることを特徴とする請求項３記載の熱伝導型真空計。
【請求項８】
前記電気絶縁膜は、Ｓｉ０２，サファイア，Ａｌ２Ｏ３，硼珪酸ガラス，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮ，ＳｉＡｌＯＮのうち、少なくとも１種以上からなることを特徴とする請求項３，７記載の熱伝導型真空計。
【請求項９】
前記電気抵抗体と前記絶縁膜との間には、更に密着層が形成され、該密着層は、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｔａ２Ｏ５のうち、少なくとも１種以上からなることを特徴とする請求項３，７，８記載の熱伝導型真空計。
【請求項１０】
請求項１ないし９いずれか１項記載の熱伝導型真空計を用いて、１０−３Ｐａ〜１０５Ｐａの範囲の圧力測定精度を向上させることを特徴とする圧力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１０−３Ｐａ〜１０５Ｐａ領域の圧力測定を行う熱伝導型真空計および圧力測定方法に関し、詳しくは、１０４Ｐａ以上の圧力領域において高精度に圧力を測定することが可能な熱伝導型真空計および圧力測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気体の圧力を測定する装置として、ピラニ真空計（熱伝導型真空計）が知られている。このピラニ真空計は、例えば、細い金属線からなるフィラメント（電気抵抗体）を備え、このフィラメントと気体との熱交換によって、フィラメントの熱損失量に基づいて気体の圧力を測定するものである。
【０００３】
こうしたピラニ真空計は、フィラメントの周囲で温度が変動すると、圧力を正確に検出できないという課題があった。こうした課題を解決するために、例えば、フィラメントを中空に浮かせるように保持し、フィラメントの周囲の温度変化を軽減させたものや、フィラメントの近傍に温度補償用の抵抗を設けたものなどが知られている（例えば、特許文献１、２参照）
【特許文献１】特開平６−６６６２号公報
【特許文献２】特開平７−１２０３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のピラニ真空計では、フィラメントの周囲で重力方向に沿って気体の対流が生じることがあった。気体の対流が生じるとフィラメントから熱が奪われ、フィラメントの出力電流が上昇する。特に、測定圧力が１０４Ｐａ以上ではこの対流による出力電流の上昇が顕著となり、正確に圧力値を測定できないという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、気体の対流によって電気抵抗体の出力電流が変動することを防止し、使用する際の取付け方向によらず、常に安定して圧力の測定が可能な熱伝導型真空計を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、測定圧力が１０４Ｐａ以上であっても、正確に圧力を測定することが可能な圧力測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は次のような熱伝導型真空計を提供した。
すなわち、本発明の熱伝導型真空計は、気体と熱交換を行う電気抵抗体の熱損失量から前記気体の圧力を測定する熱伝導型真空計であって、前記電気抵抗体は、２つの開口部を有する空洞が配された筐体における、前記空洞の長手方向の途中に配され、前記空洞は、使用する際の重力方向に沿った長さが１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
前記空洞は、その経路の途中に屈曲部を備えていればよい。前記筐体は、電気絶縁膜および前記電気抵抗体が形成された基板と、該基板を覆うカバー部材とからなり、前記カバー部材の前記基板と対面する側には、前記空洞の内側面の一部を成す溝が形成されていればよい。前記基板には、前記電気抵抗体の周囲温度変化に対する補償手段が更に配されていればよい。
【０００９】
前記空洞の内壁面は、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌのうち、少なくとも１種以上からなる薄膜で覆われているのが好ましい。前記電気抵抗体は、Ｐｔ，Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｗ−Ｍｏ合金のうち、少なくとも１種以上からなるのが好ましい。前記カバー部材は、Ｓｉ，Ｓｉ０２，ＧａＮ，サファイア，Ａｌ２Ｏ３，硼珪酸ガラス，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮ，ＳｉＡｌＯＮのうち、少なくとも１種以上からなるのが好ましい。前記電気絶縁膜は、Ｓｉ０２，サファイア，Ａｌ２Ｏ３，硼珪酸ガラス，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮ，ＳｉＡｌＯＮのうち、少なくとも１種以上からなるのが好ましい。前記電気抵抗体と前記絶縁膜との間には、更に密着層が形成され、該密着層は、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｔａ２Ｏ５のうち、少なくとも１種以上からなるのが好ましい。
【００１０】
本発明の圧力測定方法は、前記熱伝導型真空計を用いて、１０−３Ｐａ〜１０５Ｐａの範囲の圧力測定精度を向上させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱伝導型真空計によれば、空洞に電気抵抗体が配された領域において、使用する際の重力方向に沿った方向の長さを１ｍｍ以下とすることによって、空洞の内部で気体の対流が生じる事を確実に防止できる。これにより、電気抵抗体から出力される電流値が、対流の影響で変動することがなく、正確な圧力値を測定することが可能になる。
【００１２】
そして、空洞の電気抵抗体が配された領域において、空洞の最も長い距離を１ｍｍ以下にすれば、熱伝導型真空計を重力方向に対してどのような方向に向けて設置しても、空洞の内部で気体の対流が生じることがない。よって、設置方向に関わらず、常に圧力を誤差なく測定することが可能な熱伝導型真空計を提供できる。
【００１３】
また、本発明の圧力測定方法によれば、空洞に電気抵抗体が配された領域において、使用する際の重力方向に沿った方向の長さを１ｍｍ以下とした熱伝導型真空計を用いる事によって、気体の対流による測定値の誤差が顕著となる１０４Ｐａ以上の圧力環境であっても、正確に圧力を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る熱伝導型真空計の最良の形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１５】
図１は、本発明の熱伝導型真空計（以下、ピラニ真空計と称する）の使用形態における断面図である。本実施形態に係るピラニ真空計１０は、例えば、真空チャンバの壁面２の開口部２ａに配置して使用される。壁面２の開口部２ａを外側から塞ぐように、例えば、Ｏリング３を介してフランジ４が配されている。このフランジ４の内面中央部にピラニ真空計１０が装着され、フランジ４の周縁部に複数の貫通電極６が立設されている。
【００１６】
ピラニ真空計１０は、フィラメントに相当する電気抵抗体４０が形成されたセンサ部２０と、センサ部２０の表面を覆うカバー部材１２と、センサ部２０の裏面を覆う裏面カバー１８とを備えている。センサ部２０には、電気抵抗体４０に通電するための電極４２が形成されている。この電極４２は、ワイヤ７により貫通電極６の内側端部と接続されている。その貫通電極６の外側端部は、後述するブリッジ回路に接続されている。
なお、こうしたピラニ真空計１０は、半導体集積回路作製技術を用いて作製されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems） デバイスとして形成することができる
【００１７】
図２は、本実施形態に係るピラニ真空計の分解斜視図である。また、図３（ａ）は図２におけるＡ−Ａ線での断面図であり、図３（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ線での断面図である。上述したように、本実施形態に係るピラニ真空計１０は、筐体１１を備えている。筐体１１は、電気抵抗体４０が形成されたセンサ部２０と、センサ部２０の表面を覆うカバー部材１２と、センサ部２０の裏面を覆う裏面カバー１８とを備えている。これらセンサ部２０、カバー部材１２、および裏面カバー１８は、互いに重ねられた状態で接合される。
【００１８】
センサ部２０は基板２２を備えている。基板２２の一面２２ａには、電気絶縁膜３０が形成されている。電気絶縁膜３０の表面には、電気抵抗体４０と、電気抵抗体４０に通電するための電極４２（４２ａ，４２ｂ）とが形成されている。そして、基板２２における電気抵抗体４０が配された位置には、基板２２を貫通する貫通孔２４が形成されている。この貫通孔２４の一部は、電気抵抗体４０の周縁を取り巻くように、スリット状に電気絶縁膜３０まで貫通する。これにより、電気抵抗体４０は、電気絶縁膜３０の一部である架橋状の浮膜（メンブレン）３２によって、基板２２に接しない状態で支持される。
【００１９】
カバー部材１２には、後述する空洞２１の一部を構成する溝１６が形成されている。溝１６は、カバー部材１２が基板２２と対向する面から所定の形状で掘られた有底の溝であり、長手方向に対して直角な断面が、例えば凹状に形成されていればよい。こうした溝１６によって、センサ部２０の中央付近に形成された電気抵抗体４０の周囲に、所定の広がりを持つ空間が形成されつつ、電気抵抗体４０がカバー部材１２によって覆われる。
【００２０】
裏面カバー１８は、センサ部２０の裏面に形成された封止膜（不図示）に接合され、センサ部２０に固定されている。これにより、基板２２に形成された貫通孔２４が、裏面カバー１８によって覆われる。
【００２１】
センサ部２０を構成する基板２２は、例えば、シリコンやサファイア等の熱伝導率が良い材料から構成されるのが好ましい。基板２２は、例えば、正方形状、ないし長方形状とされ、その一辺は例えば５ｍｍ程度に形成されている。基板２２の厚みは、例えば５００±２５μｍ程度に形成されていればよい。
【００２２】
貫通孔２４は、基板２２の一面２２ａから他面２２ｂに向けてその開口面積が漸増するように、テーパ状に形成されていればよい。あるいは、開口面積が変わらない直胴状に形成されていてもよい。
【００２３】
基板２２の一面２２ａに形成される電気絶縁膜３０は、例えば、Ｓｉ０２，サファイア，Ａｌ２Ｏ３，硼珪酸ガラス，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮ，ＳｉＡｌＯＮのうち、少なくとも１種以上から形成されていればよい。望ましくは熱伝導率の低いＳｉＯ２が良い。電気絶縁膜３０の厚みは、例えば１〜２μｍ程度に形成されていればよい。
【００２４】
電気抵抗体４０は、通電によりジュール熱を発生する金属材料により、細線状に形成されていればよい。電気抵抗体４０は、例えば、Ｐｔ，Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｗ−Ｍｏ合金のうち、少なくとも１種以上から形成されていればよい。こうした温度係数（単位温度あたりの電気抵抗値の変化量）の高い材料を電気抵抗体４０として用いることによって、ピラニ真空計１０の測定精度を向上させることができる。
【００２５】
電気抵抗体４０は、例えば膜厚が２００〜４００ｎｍ、線幅が１０〜２０μｍ、抵抗値が１００〜１５０Ωに形成されている。なお電気抵抗体４０と浮膜３２との密着性を確保するため、両者間に密着層を形成することが望ましい。密着層は、例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｔａ２Ｏ５のうち、少なくとも１種以上から形成されていればよい。
【００２６】
電気抵抗体４０は、上述した金属材料からなる細線を、例えばメアンダ形状（つづら折り形状）にパターニングして形成されている。メアンダ形状とすることにより、小さな占有面積で細線の長さを長く取ることができるので、圧力を測定する気体との熱交換を行う際の表面積を多くすることが可能になる。なお、こうした電気抵抗体４０の形成形状は、メアンダ形状以外にも、任意の形状とすることができる。
【００２７】
電気抵抗体４０の両端部には、連結配線４４が形成されている。連結配線４４は、電気絶縁膜３０の端部に形成された電極４２（４２ａ，４２ｂ）に引き出されている。この電極４２から、連結配線４４を介して、電気抵抗体４０に通電しうるようになっている。
【００２８】
電気抵抗体４０に気体（圧力を測定するガス）が接触すると、気体と電気抵抗体４０との間で熱交換が行われる。この時、気体が電気抵抗体４０から奪う熱量Ｑｇは、分子流領域では次式（１）で表される。
Ｑｇ＝Ｋｃ（Ｔｆ−Ｔｗ）Ｐ＝Ｉ２Ｒ  ・・・  （１）
ただし、Ｋｃは被測定ガスにより輸送される熱量の熱伝導係数、Ｔｆは電気抵抗体４０の温度、Ｔｗは電気抵抗体４０の周辺温度（室温）、Ｐは被測定ガスの圧力、Ｉは電気抵抗体４０を流れる電流、Ｒは電気抵抗体４０の抵抗値である。
【００２９】
数式（１）によれば、気体が電気抵抗体４０から奪う熱量Ｑｇは、分子流領域においては気体の圧力Ｐに比例することがわかる。また電気抵抗体４０の抵抗値Ｒは、電気抵抗体４０の温度Ｔｆに略比例するので、Ｔｆが一定となるように電流Ｉを制御すれば、抵抗値Ｒも一定となる。その結果、電流Ｉから気体の圧力Ｐを算出することができる。
【００３０】
ところで、数式（１）において電気抵抗体の周辺温度Ｔｗが変化すると、電流Ｉから気体の圧力Ｐを算出することが困難になる。そこで、電気抵抗体の周辺温度Ｔｗの変化を補償するため、温度補償体（加熱手段）５０を設けるのが好ましい。温度補償体５０は、ある圧力ポイントにおいて、ピラニ真空計１０の温度変化による影響を０になるように補償するものである。
【００３１】
図２に示すように、温度補償体５０は、電気抵抗体４０に隣接して電気絶縁膜３０の表面に形成されている。温度補償体５０は、例えば、電気抵抗体４０と同じ材料で細線状に形成されている。温度補償体５０は、例えばメアンダ形状（つづら折り形状）に形成される。
【００３２】
温度補償体５０の一端は、電気絶縁膜３０の周縁に形成された電極５２に接続されている。また温度補償体５０の他端は、電気抵抗体４０の一方の電極４２ａに接続されている。これにより電極４２ｂは、電気抵抗体４０および温度補償体５０の共通電極として機能する。
【００３３】
図４は、ピラニ真空計の電気的な接続を示す回路図である。ピラニ真空計１０はブリッジ回路を構成し、電気抵抗体４０および温度補償体５０は並列接続されている。そして、それぞれの電極４２ａ，５２間の電位差Ｖが０となるように、電気抵抗体４０を流れる電流Ｉを制御する。温度補償体５０の抵抗値は電気抵抗体４０より非常に高く設定されているので、温度補償体５０を流れる電流は微小になり、温度補償体５０の温度および抵抗値はほとんど変化しない。ここで電位差Ｖを０とするためには、電気抵抗体４０の周辺温度Ｔｗの変化量に合わせて、温度Ｔｆを変化させることになる。したがって、Ｔｆ−Ｔｗが一定となり、周辺温度の変化が補償されるようになっている。
【００３４】
一方、圧力が高くなり,粘性流領域においては，奪われる熱量が次式（２）で表されるように、気体の圧力に依存しない一定値に漸近する。
Ｑｇ＝Ｋｃ(Ｔｆ−ＴＷ)＝Ｉ２Ｒ・・・・・（２）
この圧力領域においては、電気抵抗体が気体と接する領域において、重力方向に沿って気体の対流が生じると、この対流の作用によって電気抵抗体から熱が奪われ、電気抵抗体の出力電流値が実際の圧力値に対応した出力電流値よりも過剰に上昇することが知られている。図５は、一般的なピラニ真空計において、電気抵抗体の周囲で重力方向に沿った対流が生じた場合と、対流が生じない場合とで、電気抵抗体の出力電流値と実際の圧力との関係を示したグラフである。なお、図５のグラフにおいて、◆で示す測定点が対流を生じさせた場合、○で示す測定点は対流を生じさせない場合を示している。
【００３５】
このグラフによれば、特に、圧力が１０４Ｐａ以上の低真空領域においては、気体が多く存在するため、電気抵抗体が配された領域で気体の対流が生じると、気体の対流によって電気抵抗体から過剰に熱が奪われ、出力電流値が実際の圧力に対応した値よりも高くなってしまうことがわかる。
【００３６】
こうした気体の対流による電気抵抗体の出力変動を抑制するため、本発明のピラニ真空計１０では、筐体１１に、２つの開口部４８ａ，４８ｂを有する空洞２１が形成されている。そして、電気抵抗体４０は、この空洞２１の長手方向の途中に、空洞２１の内部空間に露出されるように配されている。
【００３７】
こうした空洞２１を形成するために、カバー部材１２には、基板２２と対向する面から所定の形状で溝１６が形成される。カバー部材１２は、例えば、Ｓｉ，Ｓｉ０２，ＧａＮ，サファイア，Ａｌ２Ｏ３，硼珪酸ガラス，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮ，ＳｉＡｌＯＮのうち、少なくとも１種以上からなる部材によって形成されていればよい。
【００３８】
空洞２１は、カバー部材１２に形成された溝１６と、基板２２の電気絶縁膜３０とからなり、断面が矩形を成すトンネル状の空間を形成する。空洞２１は、２つの開口部４８ａ，４８ｂの間の経路の途中に２つの屈曲部４９ａ，４９ｂを持つ。電気抵抗体４０は、この２つの屈曲部４９ａ，４９ｂの間に位置するように配されている。
【００３９】
空洞２１は、２つの屈曲部４９ａ，４９ｂの間の電気抵抗体４０が配された領域Ｓにおいて、ピラニ真空計１０を使用する際に重力方向Ｗに沿った方向となる長さＬを、対流が生じない長さ、即ち１ｍｍ以下となるように形成される。
【００４０】
一般的に、熱はレイリー数がある限界値（臨界レイリー数）以下においては、気体の熱伝導により伝達される。一方、この限界値以上では対流によって熱が伝達される.この時の臨界レイリー数は約１７００である。例えば、熱源と気体との温度差が１００℃あると想定して計算すると、臨界レイリー数を与える代表的な距離は約５ｍｍとなる。つまり、ピラニ真空計の場合、電気抵抗体と、この電気抵抗体を囲む空間を形成する壁面との距離が５ｍｍ以下であれば、理論上は対流が生じないことになる
【００４１】
しかしながら、上述した対流が生じない距離は、単純化された形状での理論上の数値であり、これをそのままピラニ真空計に適用するには誤差が大きすぎる。そのため、本発明のピラニ真空計１０では、図６の模式図に示すように、電気抵抗体４０が配された空洞２１において、使用する際の重力方向Ｗに沿った方向の空洞２１の長さＬを１ｍｍ以下とするものである。この重力方向Ｗに沿った長さＬを１ｍｍ以下とすることで、空洞２１の内部空間で対流の発生を確実に防止できる。
【００４２】
例えば、図２、図３（ａ）において、空洞２１の長手方向に沿った方向が重力方向Ｗ１となるようにピラニ真空計を設置する場合、空洞２１における電気抵抗体４０が配された領域Ｓで、２つの屈曲部４９ａ，４９ｂの間の長さＬ１が１ｍｍ以下になるように、空洞２１が形成される。
【００４３】
また、例えば、図３（ｂ）において、空洞２１の厚みに沿った方向が重力方向Ｗ２となるようにピラニ真空計を設置する場合、空洞２１における電気抵抗体４０が配された領域Ｓで、電気抵抗体４０と、この電気抵抗体４０に対向する空洞２１の内壁面２１ａとの長さＬ２がが１ｍｍ以下になるように、空洞２１が形成される。
【００４４】
このように、空洞２１の電気抵抗体４０が配された領域Ｓにおいて、使用する際の重力方向Ｗに沿った方向の長さＬを１ｍｍ以下とすることによって、空洞２１の内部空間で対流の発生を確実に防止できる。これにより、電気抵抗体４０から出力される電流値が、対流の影響で変動することがなく、実際の圧力値に対応した値を出力することができる。特に、対流の影響を大きく受ける１０４Ｐａ以上の圧力環境においても、本発明のピラニ真空計１０によって、正確な圧力値を測定することが可能になる。
【００４５】
そして、空洞２１の電気抵抗体４０が配された領域Ｓにおいて、空洞２１の最も長い距離を１ｍｍ以下にすれば、このピラニ真空計１０をどのような方向に向けて設置しても、電気抵抗体４０に対して気体の対流が生じる事の無いピラニ真空計１０を実現することが可能になる。例えば、図２に示すピラニ真空計１０の場合、空洞２１の電気抵抗体４０が配された領域Ｓにおいて、空洞２１の長手方向に沿った長さＬ１（図３（ａ）参照）を１ｍｍ以下にすることによって、ピラニ真空計１０の設置方向によらず、常に圧力を誤差なく測定することが可能になる。
【００４６】
以上のように、本発明のピラニ真空計（熱伝導型真空計）１０によれば、１０４Ｐａ以上の圧力環境であっても、取り付け方向によって測定圧力値が変動することがない。よって、重力方向に対してどのような方向に向けて設置しても、正確に圧力を測定することが可能なピラニ真空計１０を実現することができる。
【００４７】
なお、こうした空洞２１の、少なくとも電気抵抗体４０が形成された領域Ｓにおける内壁面２１ａは、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌのうち、少なくとも１種以上からなる薄膜で覆われているのが好ましい。こうした部材で内壁面２１ａを覆うことによって、熱輻射を防止して、熱伝導による電気抵抗体４０への影響を低減することが可能になる。
【００４８】
上述したようなピラニ真空計（熱伝導型真空計）１０を、例えば、Ｂ−Ａゲージ（電離真空計）とともに用いる事も好ましい。本発明のピラニ真空計１０を、Ｂ−Ａゲージの一部に設ける事により、例えば、１０４Ｐａ以下の高真空領域はＢ−Ａゲージによって測定し、１０４Ｐａ以上の低真空領域は本発明のピラニ真空計によって測定する構成にすれば、例えば、常圧から高真空領域まで極めて幅広い範囲の圧力値を正確に検出することが可能になる。
【００４９】
以上のような構成のピラニ真空計（熱伝導型真空計）の製造工程を図７〜図１１を用いて簡単に説明する。本発明のピラニ真空計（熱伝導型真空計）は、素子の数μｍレベルの微細化に有利な電気機械システム（Micro Electro Mechanical System：ＭＥＭＳ）技術を用いて形成する事ができる。ＭＥＭＳ技術とは、金属の蒸着やスパッタリング法などを用いる成膜技術や、基板上に数μｍレベルのパターンを作製することができるリソグラフィ技術、さらには金属や半導体、酸化物などの膜を酸性やアルカリ性の薬液や、気体の放電現象により発生するイオンの化学反応を用いて、部分的に取り除くエッチング技術などを用いて、３次元構造の素子を基板上に多数作製するものである。
【００５０】
まず図７（ａ）に示すように、基板２２の表面に電気絶縁膜３０を形成するとともに、基板２２の裏面にも電気絶縁膜６０を形成する。例えば、ＳｉＯ２からなる電気絶縁膜３０，６０は、シリコン基板２２を熱酸化することによって形成することが可能である。また、例えば、ＳｉＮからなる電気絶縁膜３０，６０は、蒸着法やＣＶＤ法等によって形成することが可能である。
【００５１】
次に、電気絶縁膜３０の表面全体にレジスト７０を形成する。さらにフォトリソグラフィ技術（露光および現像）により、電気抵抗体、温度補償体およびそれらの電極の形成領域に存在するレジスト７０を除去して、凹部７１を形成する。
【００５２】
次に図７（ｂ）に示すように、基板２２の表面全体にＰｔ／Ｃｒ膜４０ａを形成する。
Ｐｔ／Ｃｒ膜４０ａは、密着層となる下層のＣｒ層と、電気抵抗体となる上層のＰｔ層で構成される。Ｐｔ／Ｃｒ膜４０ａは、スパッタ法等を用いて、凹部７１の内部およびレジスト７０の表面全体に形成する。
【００５３】
次に図７（ｃ）に示すように、レジスト７０を剥離する。レジスト７０の剥離は、プラズマアッシング装置等を用いたドライプロセスまたはレジスト剥離液等を用いたウエットプロセスによって行うことが可能である。このレジスト７０の剥離とともに、レジスト７０に積層されたＰｔ／Ｃｒ膜４０ａを除去する（いわゆるリフトオフ）。これにより、凹部７１の内部に形成されたＰｔ／Ｃｒ膜４０ａが電気絶縁膜３０の表面に残り、電気抵抗体４０が形成される。なお電気抵抗体４０と同時に、温度補償体および各電極（いずれも不図示）が形成される。
【００５４】
次に図７（ｄ）に示すように、電気絶縁膜３０の表面全体にレジスト７４を形成する。さらにフォトリソグラフィ技術により、封止膜の形成領域に存在するレジスト７４を除去して、凹部７５を形成する。
次に図８（ａ）に示すように、凹部７５の内部およびレジスト７４の表面全体に、スパッタ法等によりＡｕ膜２８ａを形成する。
次に図８（ｂ）に示すように、レジスト７４を剥離するとともに、レジスト７４に積層されたＡｕ膜２８ａを除去する。これにより、凹部７５の内部に形成されたＡｕ膜２８ａが電気絶縁膜３０の表面に残り、封止膜２８が形成される。
【００５５】
次に図８（ｃ）に示すように、基板２２の表面にレジスト７８を形成する。ここでは、基板２２の裏面にもレジスト７８を形成しておく。次に、基板２２の表面に形成されたレジスト７８を露光および現像して、浮膜を囲むスリットおよび溝部の形成領域に凹部７９を形成する。次に、このレジスト７８をマスクとして、電気絶縁膜３０のエッチングを行う。このエッチング処理は、ＣＦ４等のフルオロカーボンガスをエッチャントとして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等により行うことが可能である。これにより、図８（ｄ）に示すように、浮膜３２が形成される。その後、レジスト７８を剥離する。
【００５６】
次に図９（ａ）に示すように、基板２２の表面および裏面にレジスト８０を形成する。
次に、基板２２の裏面に形成したレジスト８０を露光および現像して、基板２２の貫通孔の形成領域に凹部８１を形成する。次に、このレジスト８０をマスクとして、電気絶縁膜６０のエッチング処理を行う。
これにより、図９（ｂ）に示すように、基板２２の貫通孔の形成領域に存在する電気絶縁膜６０が除去されて、凹部６１が形成される。その後、基板２２の表面のレジスト８０を残して、裏面のレジスト８０のみを剥離する。
【００５７】
次に図９（ｃ）に示すように、基板２２の裏側における電気絶縁膜６０の凹部６１の内部に、レジスト８４を充填する。なお基板２２の裏面全体にレジスト８４を形成しておき、フォトリソグラフィ技術を用いて、電気絶縁膜６０の表面に存在するレジストのみを除去してもよい。
【００５８】
次に図１０（ａ）に示すように、基板２２の裏面全体に、スパッタ法等によりＡｕ膜２９ａを形成する。
次に図１０（ｂ）に示すように、レジスト８４を剥離するとともに、レジスト８４に積層されたＡｕ膜２９ａを除去する。これにより、電気絶縁膜６０の表面のみにＡｕ膜２９ａが残り、封止膜２９が形成される。
【００５９】
次に図１０（ｃ）に示すように、封止膜２９をマスクとして、基板２２をウエットエッチングする。なお電気絶縁膜６０をＳｉＯ２で構成した場合には、基板２２のエッチング液としてＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を採用し、電気絶縁膜６０をＳｉＮで構成した場合には、エッチング液としてＫＯＨを採用することが望ましい。
【００６０】
これにより、シリコン基板２２と電気絶縁膜６０とのエッチング選択比を確保することが可能になり、電気絶縁膜６０をエッチングすることなく基板２２のみをエッチングすることができる。基板２２のエッチングは、基板２２を構成するシリコンの結晶方位に従って斜めに進行する。これにより貫通孔２４は、基板２２の裏面から表面にかけて開口面積が小さくなるように、テーパ状に形成される。
以上により、本実施形態に係るピラニ真空計のセンサ部２０が形成される。
【００６１】
次に、図１１（ａ）に示すように、カバー部材を形成するための構成材９０を用意する。この構成材９０は、例えば、Ｓｉ，Ｓｉ０２，ＧａＮ，サファイア，Ａｌ２Ｏ３，硼珪酸ガラス，Ｓｉ３Ｎ４，ＡｌＮ，ＳｉＡｌＯＮのうち、少なくとも１種以上からなる部材であればよい。そして、この構成材９０の一面にレジスト９１を形成しておき、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の形状、即ち空洞の一部を構成する溝の表面形状を象った形状に形成すれば良い。
【００６２】
次に、図１１（ｂ）に示すように、レジスト９１をマスクとして構成材９０をウエットエッチング、またはドライエッチングする。これにより、例えば図２に示すような形状の溝１６を備えたカバー部材１２が形成される。なお、この後、溝１６の内壁面に、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌのうち、少なくとも１種以上からなる薄膜を形成し、熱輻射を抑制する構成にしても良い。
【００６３】
次に、図１１（ｃ）に示すように、裏面カバー１８を用意して、センサ部２０に対してカバー部材１２および裏面カバー１８を接合、固定する。接合に封止膜を用いた場合は、例えば、大気中にて基板を１８０〜２００℃に加熱し、２〜３ｋｇｆ／ｍｍ２の圧力で各基板を押圧しつつ、３〜５分程度保持することによって行う。以上により、本実施形態に係るピラニ真空計１０が形成される。
【実施例】
【００６４】
本発明のピラニ真空計（熱伝導型真空計）の効果を検証した。検証にあたって、図２に示す構成のピラニ真空計１０を用意した。このピラニ真空計１０の空洞２１の電気抵抗体４０が配された領域Ｓにおいて、空洞２１の長手方向に沿った長さＬ１（図３（ａ）参照）が１ｍｍとなるように形成した。そして、このピラニ真空計１０を用いて、重力方向Ｗに対して、空洞２１の一方の屈曲部４９ａが空間の上下左右４方向に向くように設置して、それぞれの方向において、圧力を１０−２〜１０４（Ｐａ）の間で変化させ、電気抵抗体４０から出力される出力値の変化を測定した。この測定結果を図１２に示す。なお、図１２示すグラフにおいて、サンプル１〜４は、グラフ右下の凡例に示すように、重力方向Ｗに対して空洞２１の一方の屈曲部４９ａがそれぞれ１〜４の方向に向くようにピラニ真空計を設置し、測定したものである。
【００６５】
図１２に示す検証結果によれば、本発明のピラニ真空計１０は、４方向いずれの方向に向けて設置しても、互いの測定値に誤差がないことが確認された。また、図５に示すグラフと比較して、特に１０４Ｐａ以上の圧力環境であっても、測定値が異常に上昇することもなく、広い圧力範囲で、取り付け方向によらず常に正確な圧力を検出可能である事が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明のピラニ真空計を備えた真空装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明のピラニ真空計（熱伝導型真空計）の一例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明のピラニ真空計の一例を示す断面図である。
【図４】本発明のピラニ真空計の電気的な接続を示す回路図である。
【図５】ピラニ真空計の気体の対流による影響を示すグラフである。
【図６】気体の対流を生じさせない構造を示す模式図である。
【図７】本発明のピラニ真空計の製造工程の一例を示す断面図である。
【図８】本発明のピラニ真空計の製造工程の一例を示す断面図である。
【図９】本発明のピラニ真空計の製造工程の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明のピラニ真空計の製造工程の一例を示す断面図である。
【図１１】本発明のピラニ真空計の製造工程の一例を示す断面図である。
【図１２】本発明の検証結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１０  ピラニ真空計（熱伝導型真空計）
１１  筐体
２１  空洞
４０  電気抵抗体
４８ａ，４８ｂ  開口部
４９ａ，４９ｂ  屈曲部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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