CN109974929A - 真空计 - Google Patents

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山下圭裕
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Abstract

本发明提供一种真空计，即使感测机构暴露在导入了各种材料气体的气氛的情况下，也能够防止物质向所述感测机构堆积，能够实现长寿命化。所述真空计包括：感测机构，与测量空间内的气氛接触，输出与所述测量空间内的压力对应的输出信号；以及加热器，对所述感测机构进行温度调节，所述加热器的设定温度可变。

Description

真空计
技术领域
本发明涉及真空计。
背景技术
例如在半导体加工中，在进行成膜的真空室内设有用于监测其真空度的真空计。如专利文献1所示，真空计包括：感测机构，暴露在真空室内的气氛中；以及压力计算电路，输入从感测机构与压力对应输出的输出信号，并转换为表示压力的压力信号。
近年来，伴随半导体加工的微小化，向真空室内导入多种多样的材料气体，在新的材料气体中存在有相比于以往的材料气体冷凝温度非常高的气体。
因此，容易冷凝的材料气体的一部分在感测机构上冷凝，其成分堆积，会出现针对压力的灵敏度降低、作为传感器的寿命缩短等问题。如果感测机构上产生堆积，则不得不从真空室更换真空计整体，由于更换和校准需要花费时间，半导体制造工序的停工时间变长，所以生产率恶化。
此外，如果为了使材料气体不冷凝而设定为高温，则会产生分解，有时不能实现所意图的成分的成膜。因此，现状是当向真空室内导入多种材料气体时，单独准备与材料气体的特性对应的真空计。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公报特许第4437578号
发明内容
本发明是为了解决如上所述的问题而做出的发明，本发明的目的是提供真空计，即使在感测机构暴露在导入有各种材料气体的气氛的情况下，也能够防止物质向所述感测机构堆积、能够实现长寿命化。
本发明的真空计，其包括：感测机构，与测量空间内的气氛接触，输出与所述测量空间内的压力对应的输出信号；以及加热器，对所述感测机构进行温度调节，所述加热器的设定温度可变。
按照这样的真空计，能够例如根据测量空间内存在的气体的冷凝温度和分解温度，在感测机构中保持使气体不产生冷凝的温度，即使在测量空间内导入各种气体的情况下，也能够防止气体的成分向感测机构堆积。
因此，由于能构持续长期保持作为真空计的灵敏度、延长其寿命，所以例如能够降低半导体加工的停工时间的发生频率，由此能够提高生产率。
为了无需从真空计的外部接收用于控制所述加热器的温度控制信号，仅在所述真空计内实现所述加热器的温度控制，并简化布线等的结构，优选的是，所述真空计包括：传感器模块，具备所述感测机构；以及主体模块，具备：压力计算电路，输入所述感测机构的输出信号，计算压力值；以及加热器控制电路，控制所述加热器的温度，所述加热器控制电路以使所述加热器的温度成为输入的设定温度的方式控制所述加热器的电流或电压。
即使对感测机构充分进行了温度调节，也存在有虽然是极少量但是气体成分发生了堆积而最终需要进行真空计的更换的情况。为了即使在这种情况下也可以仅更换有问题的感测机构部分而无需更换整体，例如能够使半导体加工的停工时间成为最小，优选的是，所述传感器模块相对于所述主体模块可装拆。
在以往的传感器模块和主体模块部不能分开装拆的真空计中，当真空计的寿命耗尽时，更换真空计整体，例如当场进行校准。因此，需要进行校准的时间，例如发生半导体加工的停工时间相应地延长的问题。为了缩短或消除这样的校准作业的时间，更换所述传感器模块后能立刻得到准确的压力值、缩短停工时间，优选的是，所述压力计算电路包括：校准数据存储部，存储与所述感测机构对应的校准数据；以及压力计算部，根据所述感测机构的输出信号和所述校准数据，计算压力值，所述校准数据存储部能够通过外部输入更新校准数据。按照这种构成，例如在真空计的制造厂商处对每个传感器模块预先进行校准作业，通过将所述校准数据和所述传感器模块一起销售，在更换作业时仅在所述校准数据存储部中重写与新的传感器模块对应的校准数据，立刻就能得到准确的压力值。
由于测量空间内导入各种气体，所以为了在所述加热器的设定温度适当变更了的情况下也能不因温度的不同而损害由所述压力计算电路计算出的压力值的准确性，优选的是，所述压力计算电路还包括：修正系数存储部，存储与所述加热器的设定温度对应的修正系数；以及修正部，根据所述修正系数，修正所述压力计算部计算出的压力值。
即使在为了防止气体的成分向所述感测机构堆积而不得不将加热器保持在高温的情况下，也能够使所述压力计算电路不会因所述热量的影响而发生动作不良和故障，优选的是，所述真空计还包括隔热模块，所述隔热模块使所述传感器模块和所述主体模块之间分开规定距离，阻碍由所述传感器模块产生的热量向所述主体模块传递。
为了在相对于所述主体模块更换所述传感器模块时，可靠地防止相对于所述感测机构的所述加热器的位置的偏离而不能实现所希望的温度调节状态，总是能够实现理想的温度调节，优选的是，所述传感器模块的所述感测机构与所述加热器成为一体，并且所述传感器模块相对于所述主体模块可装拆。
为了即使为了在所述主体模块和所述传感器模块之间进行信号的收发而需要多个线路的情况下也不受各部件的尺寸误差和位置误差的影响地使所述传感器模块能够相对于所述主体模块简便地安装，优选的是，所述主体模块还具备控制所述加热器的温度的加热器控制电路，在所述隔热模块设有：主连接器，连接所述感测机构和所述压力计算电路之间；以及副连接器，连接所述加热器和所述加热器控制电路之间，所述主连接器和所述副连接器的至少一方具有柔性。
为了即使在所述主体模块和所述传感器模块的分离距离较大、来自外部的噪声容易入射到所述主连接器的情况下，也能使所述噪声的影响难以叠加在所述感测机构的输出信号上，从而得到准确的压力值，优选的是，所述主连接器包括：中心导线，传输所述感测机构的输出信号；电绝缘的筒状的绝缘体，覆盖所述中心导线的侧周面；以及外导体，覆盖所述绝缘体的外侧周面，在所述隔热模块上设有筒状的导体制的连接器插座，所述连接器插座覆盖所述外导体的更外侧。
按照这样的本发明的真空计，由于对所述感测机构进行温度调节的所述加热器的设定温度可变，所以即使在测量空间内导入各种气体的情况下，也能够通过设定为与气体的种类对应的温度来防止气体的成分向感测机构堆积。因此，例如即使在伴随半导体加工的微小化并使用了容易冷凝的材料气体的情况下，也能够防止作为真空计的寿命缩短，并且能够降低半导体加工的停工时间发生的频率。
附图说明
图1是表示本发明一个实施方式的真空计的立体示意图。
图2是表示同实施方式的真空计的剖视示意图。
图3是表示同实施方式的真空计的拆下传感器模块的状态的立体示意图。
图4是表示同实施方式的真空计的拆下传感器模块的状态的剖视示意图。
图5是表示同实施方式的真空计的主连接器的剖视示意图。
图6是表示同实施方式的真空计的各功能的功能框图。
图7是同实施方式的主连接器的剖视示意图。
附图标记说明
100 真空计
1 传感器模块
11 导入空间
12 隔膜
13 检测电极
14 输出电极
15 收容体
16 加热器
17 隔热件
2 主体模块
22 校准数据存储部
23 压力计算部
24 修正系数存储部
25 修正部
PB 压力计算电路
CB 加热器控制电路
3 隔热模块
31 隔热件
32 中心导线
33 绝缘体
34 外导体
35 连接器插座
36 接触弹簧
MC 主连接器
具体实施方式
参照图1至图7说明本发明一个实施方式的真空计100。
本实施方式的真空计100例如用于监测在半导体加工中进行成膜等的测量空间亦即真空室内的真空度。所述真空计100设置在真空室的隔壁的外侧，以与真空室内部连通的方式连接。
如图1所示，真空计100大致呈长方体形，在其前端部设有真空连接器VC，在其基端部设有用于向外部输出测量到的压力值的输出端子T。
如图2的剖视图所示，所述真空计100在壳体C内收容或形成有3个模块。即，3个模块包括：传感器模块1，收容在壳体C的前端侧，与真空室内的气氛连通；主体模块2，形成在壳体C的基端侧，收容用于处理来自传感器模块1的输出信号或者控制传感器模块1的电路等；以及隔热模块3，位于壳体C的中间部分且形成在传感器模块1和主体模块2之间，阻碍传感器模块1发出的热量向主体模块2传递。
在本实施方式的真空计100中，传感器模块1相对于主体模块2和隔热模块3可装拆。具体地说，如图3所示，构成壳体C的一个侧面的罩C1能相对于壳体C的长边方向滑动，如图4的剖视图所示，通过解除传感器模块1和主体模块2之间的连接，可以从壳体C内拆下传感器模块1。此外，反之在打开壳体C的状态下收容传感器模块1，也能将传感器模块1安装到主体模块2上。如图2所示，通过利用螺丝等固定构件F从壳体C按压固定主体模块2的侧面，能够固定主体模块2的壳体C内的位置。此外，通过拆下所述固定构件F可以从壳体C内拆下传感器模块1。此外，由设置在隔热模块3内的能装拆的主连接器MC连接传感器模块1的上表面侧与主体模块2之间。
以下具体说明各模块。
如图2和图5的剖视放大图所示，传感器模块1包括：真空连接器VC，安装于真空室；感测机构S，一部分暴露在真空室内的气氛下；以及加热器16，设置在感测机构S的周围。
感测机构S是隔膜式的电容型的压力检测机构，其具备：导入空间11，从真空连接器VC导入真空室内的气氛；隔膜12，将导入空间11与例如大气压等基准压力侧之间隔开；检测电极13，与所述隔膜12的中央部相对设置；以及输出电极14，将检测电极13的电位作为输出信号向主体模块2输出。
隔膜12为薄膜圆板状，其外周部被夹持件夹持并支承。如果真空室内的压力发生变化，则由于隔膜12的两面间的压力差而使膜产生变形。导入真空室内的材料气体的成分也流入隔膜12的导入空间11侧，存在所述气体附着、冷凝并堆积的可能性。
在检测电极13和隔膜12之间形成少许间隙，由于隔膜12变形，检测电极13的检测面与隔膜12的中央部的分离距离发生变化。检测电极13将所述分离距离的变化带来的电容的变化检测为电位的变化。
感测机构S收容在大致呈立方体形状的金属制的收容体15中，加热器16设置在所述收容体15的外侧面。具体地说，加热器16例如为膜加热器16，以薄壁圆筒状的方式卷绕在收容体15上，能根据施加的电压量或电流量变更加热器的设定温度。如图5所示，加热器16以将隔膜12作为中心向前端侧和基端侧延伸的方式配置，主要用于将隔膜12的温度保持在所希望的温度。此外，在加热器16的外周侧设有用于隔热的隔热件17。
在本实施方式中，感测机构S和加热器16成为一体并构成传感器模块1，当感测机构S上产生堆积而需要更换时，加热器16也被一并更换。
主体模块2具备：压力计算电路PB，根据感测机构S的输出信号，计算压力值；以及加热器控制电路CB，负责对加热器16进行供电和控制。
压力计算电路PB和加热器控制电路CB是具备CPU、存储器、A/D转换器、D/A转换器等输入输出手段的所谓微型计算机，执行存储在存储器中的程序，通过各种设备协作实现其功能。
如图6所示，压力计算电路PB至少发挥作为校准数据存储部22、压力计算部23、修正系数存储部24以及修正部25的功能。
校准数据存储部22存储用于表示当前连接的感测机构S的特性的校准数据。校准数据是例如表示感测机构S的输出信号所表示的电压值与压力值之间的关系的校准曲线。所述校准数据可以通过外部输入重写。即，当传感器模块1被更换时，通过重写与所述传感器模块1对应的单独的校准数据，压力计算电路PB能够计算准确的压力值。对于校准数据，可以通过在设有真空计100的真空室中进行校准来进行制作，但是最好是在制造厂商处在出厂前检查传感器模块1时等进行校准，并将此时得到的校准数据和传感器模块1一起提供。通过这样做，更换传感器模块1时即使不进行校准作业，也可以仅通过用与新的传感器模块1对应的校准数据对校准数据存储部22进行盖写(overwrite)，而能够立刻得到准确的压力。
压力计算部23根据从感测机构S输出的输出信号所表示的电压值和存储在校准数据存储部22中的校准数据，计算压力值。
修正系数存储部24存储与加热器16的设定温度对应的修正系数。即，修正系数是用于对应于隔膜12的温度带来的变形量的变化，输出正确压力值的系数。例如，修正系数存储部24以表形式存储有与各设定温度对应的修正系数。
修正部25根据所述修正系数，修正所述压力计算部23计算出的压力值。具体地说，修正部25参照对加热器16设定的设定温度，从修正系数存储部24读出与该设定温度对应的修正系数。此外，修正部25在从压力计算电路PB输出的压力值上乘以读出的修正系数，计算出修正后的压力值。
加热器控制电路CB通过例如来自用户的外部输入，接收设定温度，并以成为该设定温度的方式对施加给加热器16的电压值或电流值进行反馈控制。在本实施方式中，由加热器16控制部接收的设定温度的范围被设定为100℃以上300℃以下。这是对应于可能导入真空室内的材料气体的冷凝温度而设定的范围。即，用户可以根据导入真空室内的材料气体的种类，选择不产生冷凝和分解的适当的温度并将该温度作为设定温度。此外，加热器控制电路CB例如通过以使设置在传感器模块1内的热敏电阻等温度传感器的测量温度与设定温度的偏差变小的方式进行温度反馈控制，由此控制施加给加热器16的电流或电压。
最后，对隔热模块3进行说明。如图2所示，隔热模块3使传感器模块1和主体模块2之间分开规定距离，并且具有用于隔热的空间。在所述隔热模块3中，在传感器模块1和主体模块2的边界部分也配置有隔热件31，使传感器模块1内的加热器16发出的热量难以向主体模块2传递。传感器模块1与隔热模块3的分隔距离被设定为：即使例如将加热器16设定在最高温度的设定温度时，主体模块2的温度也不会上升到由于来自加热器16的热量而使主体模块2内的压力计算电路PB和加热器控制电路CB产生误动作和故障这样的温度。
由于设有所述隔热模块3，传感器模块1与主体模块2之间分开，所以为了进行信号的收发和电力的供给，在所述隔热模块3内设有连接传感器模块1和主体模块2之间的多个连接器。
具体地说，设有：主连接器MC，设置于隔热模块3的中央部，连接感测机构S和压力计算电路PB之间；以及副连接器，连接加热器16和加热器控制电路CB之间(未图示)。
如图7的放大图所示，主连接器MC包括：中心导线32，传输感测机构S的输出信号；电绝缘的筒状的绝缘体33，覆盖中心导线32的侧周面；以及外导体34，覆盖所述绝缘体33的外侧周面。此外，在所述主连接器MC的各端部设有接触弹簧36，在插入感测机构S的输出电极14或压力计算电路PB的输入端子21时，所述接触弹簧36沿半径方向进行按压。此外，主连接器MC的端部与分别覆盖感测机构S的输出电极14和压力计算电路PB的输入端子周围的圆筒状的屏蔽件嵌合，在此也由接触弹簧36朝向半径方向的内侧进行按压。通过各接触弹簧36，在输出电极14和输入端子21充分插入时产生阻力，由此在更换传感器模块1时，即使不进行目视也能够确认通过主连接器MC与主体模块2的压力计算电路PB充分地连接了。
此外，在隔热模块3设有覆盖主连接器MC周围的、圆筒状导体制的连接器插座35。所述连接器插座35在隔热模块3内固定，并以成为接地电位的方式接地。即，主连接器MC的中心导线32被外导体34和连接器插座35双重屏蔽。因此，即使感测机构S和压力计算电路PB之间分开，噪声也难以叠加到感测机构S的输出信号上，由此能够容易地得到准确的压力值。
对于副连接器，其与主连接器MC不同，用具有柔性的软线连接加热器16和加热器控制电路CB。通过这样做，即使不严格管理各端子的位置精度等，也能够容易地连接传感器模块1和主体模块2之间。
按照这样构成的本实施方式的真空计100，由于对感测机构S进行温度调节的加热器16的设定温度是可变的，所以能在真空室内用与各种材料气体对应的温度对感测机构S进行温度调节。因此，能够根据材料气体的冷凝温度和分解温度，用最适合的温度对感测机构S进行温度调节，能够防止材料气体的冷凝导致的成分对感测机构S的隔膜12的堆积而不会影响真空室的成膜等。
因此，即使在伴随半导体加工的微小化而使用了以往未使用过的材料气体等的情况下，也能够实现感测机构S的长寿命化、降低停工时间发生的频率，由此能够提高生产率。
此外，即使在感测机构S上一点一点地逐渐堆积成分并最终达到寿命期限的情况下，也可以将主体模块2原状留下而仅把传感器模块1作为消耗品更换，立刻再次开始压力的测量。此时，通过与传感器模块1的更换一起用对应的校准数据盖写校准数据存储部22，可以省略更换时的校准作业。
因此，相比于以往的技术，能够大幅缩短从传感器模块1的更换到再次开始压力测量所需要的时间，也能够缩短停工时间自身的长度。
下面对其它的实施方式进行说明。
在上述实施方式中，以使传感器模块和主体模块之间分开规定距离的方式设置了隔热模块，但是例如只要能充分阻断传感器模块发出的热量向主体模块传递，也可以省略隔热模块。即，传感器模块和主体模块也可以相邻设置。
传感器模块相对于主体模块可装拆，但是例如在通过加热器的加热而使传感器模块几乎不需要更换的情况下，也可以使主体模块和传感器模块成为一体、不能分开。在该情况下，只要至少加热器的设定温度可变即可。
感测机构不限于隔膜式的压力检测机构。例如也可以是电离式的压力检测机构，也可以是根据构造体的振动数与压力的关系检测压力的机构。
真空计的测量空间不限于进行成膜的真空室，也可以将其它的空间作为测量空间。
此外，只要不脱离本发明的发明思想，可以进行各种实施方式的变形和实施方式的部分特征的组合等。

Claims (9)

1.一种真空计，其特征在于，
所述真空计包括：
感测机构，与测量空间内的气氛接触，输出与所述测量空间内的压力对应的输出信号；以及
加热器，对所述感测机构进行温度调节，
所述加热器的设定温度可变。
2.根据权利要求1所述的真空计，其特征在于，
所述真空计包括：
传感器模块，具备所述感测机构；以及
主体模块，具备：压力计算电路，输入所述感测机构的输出信号，计算压力值；以及加热器控制电路，控制所述加热器的温度，
所述加热器控制电路以使所述加热器的温度成为输入的设定温度的方式控制所述加热器的电流或电压。
3.根据权利要求1所述的真空计，其特征在于，所述传感器模块相对于所述主体模块可装拆。
4.根据权利要求3所述的真空计，其特征在于，
所述压力计算电路包括：
校准数据存储部，存储与所述感测机构对应的校准数据；以及
压力计算部，根据所述感测机构的输出信号和所述校准数据，计算压力值，
所述校准数据存储部能够通过外部输入更新所述校准数据。
5.根据权利要求4所述的真空计，其特征在于，
所述压力计算电路还包括：
修正系数存储部，存储与所述加热器的设定温度对应的修正系数；以及
修正部，根据所述修正系数，修正所述压力计算部计算出的压力值。
6.根据权利要求2所述的真空计，其特征在于，所述真空计还包括隔热模块，所述隔热模块使所述传感器模块和所述主体模块之间分开规定距离，阻碍由所述传感器模块产生的热量向所述主体模块传递。
7.根据权利要求2所述的真空计，其特征在于，
所述传感器模块还具备所述加热器，
所述传感器模块的所述感测机构与所述加热器成为一体，所述传感器模块相对于所述主体模块可装拆。
8.根据权利要求6所述的真空计，其特征在于，
在所述隔热模块设有：
主连接器，连接所述感测机构和所述压力计算电路之间；以及
副连接器，连接所述加热器和所述加热器控制电路之间，
所述主连接器和所述副连接器的至少一方具有柔性。
9.根据权利要求8所述的真空计，其特征在于，
所述主连接器包括：
中心导线，传输所述感测机构的输出信号；
电绝缘的筒状的绝缘体，覆盖所述中心导线的侧周面；以及
外导体，覆盖所述绝缘体的外侧周面，
在所述隔热模块设有筒状的导体制的连接器插座，所述连接器插座覆盖所述外导体的更外侧。
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