一种宽量程的电容薄膜真空计及真空度检测方法与流程

1.本技术涉及半导体领域，具体而言，涉及一种宽量程的电容薄膜真空计及真空度检测方法。


背景技术：

2.电容薄膜真空计是一种直接测量式的、全压型的高灵敏度、高精度的真空计,电容薄膜真空计的核心零件是第一感应膜片,第一感应膜片与第一固定电极板之间的电容值变化量是影响电容薄膜真空计的精度、灵敏度和量程的核心因素，目前的电容薄膜真空计均是一个单一厚度的第一感应膜片与一个固定电极组成，这种电容薄膜真空计受限于承压能力、微小电容信号处理能力、灵敏度等因素影响，其真空度测量范围较小，若需要对更宽的真空范围进行高精度的测量，则需要多个电容薄膜真空计配合使用，大大增加了成本和设备的复杂程度。
3.针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种宽量程的电容薄膜真空计及真空度检测方法，可测量宽量程的真空度，提高电容薄膜真空计的普用性。
5.第一方面，本技术提供了一种宽量程的电容薄膜真空计，包括：壳体、第一感压膜片、第二感压膜片、第一固定电极、第二固定电极、第一可动电极、第二可动电极和固定基座；所述壳体具有一容置腔，所述固定基座设置在所述壳体中，且所述固定基座与所述壳体的内壁之间形成测量室；所述固定基座其中两侧分别设置有第一深度的第一凹槽和第二深度的第二凹槽，所述第一感压膜片与所述第一凹槽围成第一参考室，所述第二感压膜片与所述第二凹槽围成第二参考室，且所述第一深度比所述第二深度大，所述第一感压膜片比所述第二感压膜片的厚度大；所述第一固定电极和所述第一可动电极相互平行且相对设置组成第一电容器，所述第一固定电极设置在所述第一凹槽的槽壁上，所述第一可动电极设置在所述第一感压膜片上；所述第二固定电极和所述第二可动电极相互平行且相对设置组成第二电容器，所述第二固定电极设置在所述第二凹槽的槽壁上，所述第二可动电极设置在所述第二感压膜片上。
6.本技术提供的宽量程的电容薄膜真空计，通过设置第一参考室和第二参考室，并且第一深度比第二深度大，第一感压膜片比第二感压膜片的厚度大，因此，第一参考室可测量的压力值比第二参考室可测量的压力值大，且第一参考室的真空度测量范围比第二参考室的真空度测量范围大，当待测气体的压力值较小则以第二参考室的测量结果为准，当待
测气体的压力值较大则以第一参考室的测量结果为准，不管待测气体的压力值是大还是小，都可以通过宽量程的电容薄膜真空计实现真空度检测，无需通过多个现有的电容薄膜真空计配合使用，降低电容薄膜真空计生产成本以及避免检测过程繁杂，从而提高宽量程的电容薄膜真空计的普用性。
7.可选地，所述第一凹槽和所述第二凹槽分别设置在所述固定基座相背的两侧。
8.可选地，所述第一参考室和所述第二参考室之间设置有金属板，所述金属板与所述壳体固定连接，所述金属板位于所述测量室的位置处开设有多个通孔，所述通孔用于连通所述金属板两侧的所述测量室，所述金属板用于屏蔽所述第一电容器和所述第二电容器之间的电场。
9.本技术通过设置金属板，利用金属板屏蔽第一电容器和第二电容器之间的电场，从而可以提高测量精度。
10.可选地，所述第一感压膜片、所述第二感压膜片和所述固定基座均为蓝宝石材料。
11.可选地，所述第一参考室和所述第二参考室的真空度测量范围部分重叠。
12.本技术通过设置第一参考室和第二参考室的真空度测量范围有部分重叠，从而可以避免待测气体处于第一参考室的真空度测量范围与第二参考室的真空度测量范围之间而无法检测。
13.可选地，所述第一参考室的第一真空度测量范围为0.7torr-1000torr，所述第二参考室的第二真空度测量范围为0.001torr-2torr。
14.可选地，所述第一深度为30μm
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42μm，所述第一感压膜片的厚度为750μm
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850μm，所述第一凹槽的直径为26μm
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30μm；所述第二深度为15μm
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25μm，所述第二感压膜片的厚度为120μm
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160μm，所述第二凹槽的直径为26μm
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30μm。
15.可选地，所述第一深度为40μm，所述第一感压膜片的厚度为800μm，所述第一凹槽的直径为28μm；所述第二深度为20μm，所述第二感压膜片的厚度为150μm，所述第二凹槽的直径为28μm。
16.可选地，所述壳体设置有连接口，所述连接口与所述测量室连通，所述连接口与所述测量室的连接处设置有挡板，所述挡板上设有多个网状筛孔。
17.第二方面，本技术提供了一种真空度检测方法，基于上述任一所述宽量程的电容薄膜真空计，所述方法包括步骤：a1.获取所述第一参考室和所述第二参考室测得的待测气体的压力值中的最大值；a2.判断所述最大值是否大于预设阈值；a3.若所述最大值大于所述预设阈值，则输出所述第一参考室的测量结果作为有效结果；a4.若所述最大值不大于所述预设阈值，则输出所述第二参考室的测量结果作为有效结果。
18.有益效果：本技术提供的宽量程的电容薄膜真空计及真空度检测方法，通过设置第一参考室
和第二参考室，并且第一深度比第二深度大，第一感压膜片比第二感压膜片的厚度大，因此，第一参考室可测量的压力值比第二参考室可测量的压力值大，且第一参考室的真空度测量范围比第二参考室的真空度测量范围大，不管待测气体的压力值是大还是小，都可以通过宽量程的电容薄膜真空计实现真空度检测，无需通过多个现有的电容薄膜真空计配合使用，降低电容薄膜真空计生产成本以及避免检测过程繁杂，从而提高宽量程的电容薄膜真空计的普用性。
附图说明
19.图1为本技术提供的一种宽量程的电容薄膜真空计的整体结构剖视图。
20.图2为本技术提供的第一参考室测量真空度的实验数据。
21.图3为图2实验室数据对应的线性示意图。
22.图4为本技术提供的第二参考室测量真空度的实验数据。
23.图5为图4实验室数据对应的线性示意图。
24.标号说明：100、壳体；101、测量室；102、连接口； 201、第一感压膜片；202、第二感压膜片；301、第一固定电极；302、第二固定电极；401、第一可动电极；402、第二可动电极；500、固定基座；601、第一参考室；602、第二参考室；700、金属板；701、第一深度；702、第二深度；800、挡板。
具体实施方式
25.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.请参照图1，图1是本技术实施例中的一种宽量程的电容薄膜真空计的整体结构剖视图，可测量宽量程的真空度，提高电容薄膜真空计的普用性。
28.本技术提供的一种宽量程的电容薄膜真空计，包括：壳体100、第一感压膜片201、第二感压膜片202、第一固定电极301、第二固定电极302、第一可动电极401、第二可动电极402和固定基座500壳体100具有一容置腔，固定基座500设置在壳体100中，且固定基座500与壳体100的内壁之间形成测量室101；固定基座500其中两侧分别设置有第一深度701的第一凹槽和第二深度702的第二凹槽，第一感压膜片201与第一凹槽围成第一参考室601，第二感压膜片202与第二凹槽围成第二参考室602，且第一深度701比第二深度702大，第一感压膜片201比第二感压膜片202的厚度大；
第一固定电极301和第一可动电极401相互平行且相对设置组成第一电容器，第一固定电极301设置在第一凹槽的槽壁上，第一可动电极401设置在第一感压膜片201上；第二固定电极302和第二可动电极402相互平行且相对设置组成第二电容器，第二固定电极302设置在第二凹槽的槽壁上，第二可动电极402设置在第二感压膜片202上。
29.具体地，如图1所示，通过设置第一参考室601和第二参考室602，并且第一深度701比第二深度702大，第一感压膜片201比第二感压膜片202的厚度大，因此，第一参考室601可测量的压力值比第二参考室602可测量的压力值大，且第一参考室601的真空度测量范围比第二参考室602的真空度测量范围大，当待测气体的压力值较小则以第二参考室602的测量结果为准，当待测气体的压力值较大则以第一参考室601的测量结果为准，不管待测气体的压力值是大还是小，都可以通过宽量程的电容薄膜真空计实现真空度检测，无需通过多个现有的电容薄膜真空计配合使用，降低电容薄膜真空计生产成本以及避免检测过程繁杂，从而提高宽量程的电容薄膜真空计的普用性。
30.在实际应用中，第一参考室601和第二参考室602是可以设置在固定基座500的相邻两侧或者相背两侧，此处不作具体限制，其中，第一感压膜片201、第二感压膜片202、第一凹槽、第二凹槽、第一固定电极301、第一可动电极401、第二固定电极302和第二可动电极402均为圆形，从而在受到气压作用时，第一感压膜片201和第二感压膜片202能够发生均匀的弹性变形，以保证第一电容器和第二电容器的电容值与压力值之间具有较好的线性度。
31.其中，壳体100和固定基座500的具体形状可根据实际需要设置，在本技术实施方式中，优选地，壳体100为圆柱形，第一感压膜片201和第二感压膜片202均为与壳体100同轴设置的圆形，固定基座500为与壳体100同轴设置的圆柱形（此时，第一凹槽和第二凹槽分别设置在固定基座500的两个端面处），保证第一感压膜片201和第二感压膜片202之间是相对平行的，可避免第一感压膜片201和第二感压膜片202的位置发生倾斜，导致测量数据失真。
32.在一些实施例中，第一凹槽和第二凹槽分别设置在固定基座500相背的两侧。
33.具体地，当第一凹槽和第二凹槽分别设置在固定基座500相背的两侧的时候，第一凹槽形成的第一电容器和第二凹槽形成的第二电容器之间的距离是最远的，使第一电容器和第二电容器之间的电场干扰影响减至最小，从而可以提高第一电容器和第二电容器的测量精度。
34.在一些实施例中，第一参考室601和第二参考室602之间设置有金属板700，金属板700与壳体100固定连接，金属板700位于测量室101的位置处开设有多个通孔，通孔用于连通金属板700两侧的测量室101，金属板700用于屏蔽第一电容器和第二电容器之间的电场。
35.具体地，如图1所示，由于第一电容器与第二电容器之间的距离较近，在使用时会同时通电，受电场耦合的影响，第一电容器与第二电容器之间会互相产生一定的干扰，为了抑制寄生电容的耦合，达到屏蔽电场的目的，本技术通过在第一电容器和第二电容器之间设置金属板700，其中，金属板700将壳体100的容置腔完全分隔为两个内腔（即第一电容器及其所处的测量室101和第二电容器及其所处的测量室101），同时，金属板700位于测量室101的位置处开设有多个通孔，通过这些通孔连通金属板700两侧的测量室101，从而即满足屏蔽电场的目的，提高测量精度，又能使壳体100内部的整个测量室101连通，无需在金属板700分隔的两侧都另外设置测量室101与待测气体连接的接口。
36.其中，固定基座500可以通过固定部件（如连接柱）与壳体100固定连接；由于金属
板700是直接固定在壳体100上的，因此，固定基座500也可以通过该金属板700固定在壳体100中，从而可以减少设置固定基座500的固定部件。
37.在一些实施例中，第一感压膜片201、第二感压膜片202和固定基座500均为蓝宝石材料。
38.具体地，传统的电容薄膜真空计多数采用陶瓷材料作为基座，金属材料制作的感应膜片，陶瓷材料属于多晶，而蓝宝石材料是单晶，单晶材料不会产生疲劳、蠕变和滞后的现象，而且蓝宝石材料的耐腐蚀性比陶瓷材料高，基本不受各种腐蚀气体的影响，所以蓝宝石材料制作的膜片相比金属材料制作的膜片所具有的优点是：无滞后性，无疲劳性，由蓝宝石材料制作的固定基座500相比陶瓷材料制作的基座具有更高的耐腐蚀性，因此，在本技术的实施方式中，第一感压膜片201、第二感压膜片202和固定基座500均为蓝宝石材料。
39.在一些实施方式中，第一参考室601和第二参考室602的真空度测量范围部分重叠。
40.具体地，本技术通过设置第一参考室601和第二参考室602的真空度测量范围具有部分重叠，从而可以避免待测气体处于第一参考室601的真空度测量范围与第二参考室602的真空度测量范围之间而无法检测。
41.在一些实施方式中，第一参考室601的第一真空度测量范围为0.7torr-1000torr，第二参考室602的第二真空度测量范围为0.001torr-2torr（为了便于对第一参考室601和第二参考室602的真空度测量范围做区分，此处把第一参考室601的真空度测量范围称为第一真空度测量范围，把第二参考室602的真空度测量范围称为第二真空度测量范围）。
42.具体地，通过设置第一参考室601的测量为大量程范围和第二参考室602的测量为小量程范围，从而组成一个比较宽的量程，因此，可以提高电容薄膜真空计测量的量程。
43.在一些实施方式中，第一深度701为30μm
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42μm，第一感压膜片201的厚度为750μm
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850μm，第一凹槽的直径为26μm
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30μm；第二深度702为15μm
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25μm，第二感压膜片202的厚度为120μm
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160μm，第二凹槽的直径为26μm
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30μm。
44.具体地，设置第一参考室601的各个参数，从而使第一参考室601的真空度测量范围在0.7torr-1000torr这个大量程范围，通过申请人的实验及相关理论（为现有技术，此处不作详述）计算得出，在实际测量第一真空度测量范围内的待测气体时，使用本技术设置的宽量程的电容薄膜真空计进行测量的测量结果如图2所示，由图2中的数据可以得知，第一感压膜片201上的第一可动电极的位移变化量均小于第一深度701，保证了第一参考室601的真空度检测的灵敏度，通过输入不同压力值的待测气体，从图3中可以直观看出电容值与压力值之间的线性度良好，从而保证第一参考室601的真空度检测结果的线性度更加可靠，其中，由于第一电容器和第二电容器输出的数据是电容值；同理，通过设置第二参考室602的各个参数，从而使第二参考室602的真空度测量范围在0.001torr-2torr这个小量程范围，通过申请人的实验及相关理论（为现有技术，此处不作详述）计算得出，在实际测量第二真空度测量范围内的待测气体时，使用本技术设置的宽量程的电容薄膜真空计进行测量的测量结果如图4所示，由图4中的数据可以得知，第二感压膜片202上的第二可动电极的位移变化量均小于第二深度702，保证了第二参考室602的真空度检测的灵敏度，通过输入不同压力值的待测气体，从图5中可以直观看出电容值与压力值之间的线性度良好，从而保证第
二参考室602的真空度检测结果的线性度更加可靠。
45.在一些实施例中，第一深度701为40μm，第一感压膜片201的厚度为800μm，第一凹槽的直径为28μm；第二深度702为20μm，第二感压膜片202的厚度为150μm，第二凹槽的直径为28μm。
46.具体地，通过设置上述第一参考室601和第二参考室602优选的参数，即保证了第一参考室601和第二参考室602的真空度检测的灵敏度更高，又保证了第一参考室601和第二参考室602的真空度检测结果的线性度更加可靠。
47.在一些实施例中，壳体100设置有连接口102，连接口102与测量室101连通，连接口102与测量室101的连接处设置有挡板800，挡板800上设有多个网状筛孔。
48.具体地，通过壳体100上设置连接口102，并使连接口102与测量室101连通，在实际使用时，方便待测气体从连接口102直接通入测量室101，当待测气体从连接口102通入测量室101时，待测气体会直接冲击第一感压膜片201或第二感压膜片202，容易造成第一感压膜片201或第二感压膜片202产生过度形变，影响宽量程的电容薄膜真空计的准确性，因此在连接口102与测量室101的连接处设置挡板800，挡板800可以避免待测气体直接冲击弹性膜片，在挡板800上设有多个网状筛孔，使待测气体平稳地通入测量室101。
49.第二方面，本技术提供一种真空度检测方法，基于上述任一宽量程的电容薄膜真空计，方法包括步骤：a1.获取第一参考室601和第二参考室602测得的待测气体的压力值中的最大值；a2.判断最大值是否大于预设阈值；a3.若最大值大于预设阈值，则输出第一参考室601的测量结果作为有效结果；a4.若最大值不大于预设阈值，则输出第二参考室602的测量结果作为有效结果。
50.其中，基于第一参考室601的第一真空度测量范围为0.7torr-1000torr，第二参考室602的第二真空度测量范围为0.001torr-2torr举例进行说明，若待测气体的实际压力值为10torr，预设阈值设为2torr，此时第一参考室601测量该待测气体的压力值的最大值可以输出10torr，而第二参考室602测量该待测气体的压力值的最大值可以输出2torr，则输出第一参考室601测量的结果作为有效结果；若待测气体的实际压力值为1torr，此时第一参考室601测量该待测气体的压力值的最大值可以输出1torr，而第二参考室602测量该待测气体的压力值的最大值可以输出1torr，预设阈值为2torr，则输出第二参考室602测量的结果作为有效结果（由于该真空度测量范围处于重叠范围，输出第一参考室601测量的结果作为有效结果也是合理的）。
51.具体地，本技术的第一参考室601和第二参考室602对应的真空度测量值是绝对值真空度（即直接等于待测气体的压力值），通过判断最大值是否大于预设阈值，从而输出对应的参考室的测量结果作为有效结果，由于第一参考室601的真空度测量范围比第二参考室602的真空度测量范围大，当待测气体的压力值较小(且不大于预设阈值)则以第二参考室602的测量结果为准，当待测气体的压力值较大（且大于预设阈值）则以第一参考室601的测量结果为准，因此，不管待测气体的压力值是大还是小，都可以通过宽量程的电容薄膜真空计实现真空度检测，并自动输出有效结果，无需通过多个现有的电容薄膜真空计配合使用，降低电容薄膜真空计生产成本以及避免检测过程繁杂，从而提高宽量程的电容薄膜真空计的普用性。
52.由上可知，本技术提供的宽量程的电容薄膜真空计及真空度检测方法，通过设置第一参考室601和第二参考室602，并且第一深度701比第二深度702大，第一感压膜片201比第二感压膜片202的厚度大，因此，第一参考室601可测量的压力值比第二参考室602可测量的压力值大，且第一参考室601的真空度测量范围比第二参考室602的真空度测量范围大，当待测气体的压力值较小则以第二参考室602的测量结果为准，当待测气体的压力值较大则以第一参考室601的测量结果为准，不管待测气体的压力值是大还是小，都可以通过宽量程的电容薄膜真空计实现真空度检测，无需通过多个现有的电容薄膜真空计配合使用，降低电容薄膜真空计生产成本以及避免检测过程繁杂，从而提高宽量程的电容薄膜真空计的普用性。
53.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
54.另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
55.再者，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
56.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
57.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。