JP2001066209A - 真空チャンバ装置および真空計の校正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一般的な真空計を用いる場合でも、真空計を
真空チャンバから取り外す必要なく高真空による校正を
行なって、絶対圧力値の測定が保証できるようにする。 【解決手段】 真空チャンバ３と、真空計６ａと、真空
ポンプ１３と、真空計６ａを真空チャンバ３または真空
ポンプ１３に対して選択的に切り替えて接続する切替え
接続手段１２とを備えるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空チャンバの絶対
圧力値を高精度に測定できるようにした真空チャンバ装
置および真空計の校正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ測長器や干渉計等の光学的手段を
用い、ステージの座標位置や物体の表面形状を高精度に
測定する従来の測定技術として、特開平７−３１８３０
８号公報記載の干渉測定方法およびそれを用いた干渉測
定装置が挙げられる。その要部概略を図４に示す。同図
において、１はフリンジスキャン干渉計であり、被測定
物２の面形状を測定する手段である。干渉計１全体は真
空チャンバ３で覆われ、真空チャンバ３には被測定物２
を搬入・搬出するためのサブ真空チャンバ４が取り付け
られている。真空チャンバ３とサブ真空チャンバ４間は
ゲートバルブ５ａで開閉することができ、サブ真空チャ
ンバ４と大気間はゲートバルブ５ｂで開閉できるように
なっている。真空チャンバ３および４にはそれぞれ真空
計６ａおよび６ｂ、流量コントローラ７ａおよび７ｂ、
流量調整弁８ａおよび８ｂならびに真空ポンプ９ａおよ
び９ｂが用意されており、これらは各真空チャンバのフ
ランジ１０ａ〜１０ｆに取り付けられている。１１ａお
よび１１ｂはそれぞれ吸気による真空チャンバ３および
４内へのゴミの混入を防いでいるフィルタである。真空
チャンバ３および４は、真空ポンプ９ａおよび９ｂによ
る排気速度を一定にするとともに、流量調整弁８ａおよ
び８ｂにより吸気速度を制御することにより、真空チャ
ンバ内圧力を任意の値にコントロールできる構成となっ
ている。

【０００３】これによれば、干渉計１全体が真空チャン
バ３によって覆われているので、減圧下での光学的な測
定手段による測定が可能であり、屈折率の変動を抑制で
きるために高精度測定が実現できる。また、真空チャン
バ３の圧力を一定に保ったまま、サブ真空チャンバ４側
の圧力を変えていくことによって、被測定物２の搬入・
搬出を実施できるため、減圧下での稼働率の良い測定を
可能としている。

【０００４】また、従来の真空計の校正技術として、特
開平５−３４６３６４号公報記載の真空計が挙げられ
る。図５はその要部概略図である。同図において、１６
は真空計であり、その測定ポート１７が測定対象となる
真空チャンバに接続される。電極板２１の両側にはダイ
ヤフラム２０ｂおよび２０ｃがあり、電極板２１とダイ
ヤフラム２０ｂおよび２０ｃ間には基準となる高真空室
１９が作られている。ダイヤフラム２０ｂおよび２０ｃ
を介した反対側には、測定室１８および補正室２２が作
られており、測定室１８と補正室２２はバイパスバルブ
２３を介してつながっている。また補正室２２は、バル
ブ２４によって外部との間でガスの流入・流出が可能と
なっている。通常は測定室１８と高真空室１９との圧力
差によってダイヤフラム２０ｂが歪み、その歪みは電極
板２１とダイヤフラム２０ｂとで検出される電気容量に
よって算出され、これにより真空チャンバの真空度が測
定されることになる。

【０００５】次に、この真空計における絶対圧力値の校
正方法について説明する。まず補正処理をあらかじめ以
下のように行なっておく。すなわち、バイパスバルブ２
３を開き、真空チャンバで使用しているガスを測定ポー
ト１７、測定室１８およびバイパスバルブ２３を介して
補正室２２に導き、補正室２２と高真空室１９の差圧に
よって生じるダイヤフラム２０ｃの歪みを、電極板２１
の電気容量として検出する。次にバイパスバルブ２３を
閉じ、測定室１８と高真空室１９の差圧によって生じる
ダイヤフラム２０ｂの歪みを電極板２１の電気容量とし
て検出する。そして、これらの電気容量の差を無くすよ
うに真空計の回路で補正を行なっておく。また補正室２
２に大気を導き、同様にして大気圧での補正を実施して
おく。

【０００６】この後、バイパスバルブ２３を閉じ、真空
チャンバで使用しているガスを測定ポート１７に導き、
真空計を真空度の測定手段として通常に運用する。真空
計を長時間使用して校正が必要となった場合、今度はバ
イパスバルブ２３を開き、そのときの電気容量の値を確
認することによって真空計の測定値の真偽をチェックで
きることになる。

【０００７】これによれば、真空計の校正のために真空
計を取り外して別の真空チャンバで校正する必要はなく
なるため、装置の稼働率の低下を防止することができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】レーザ測長器や干渉計
といった光学的手段を用いてステージ座標位置や物体表
面形状を測定する場合、圧力や温度といった環境変化は
光の屈折率の変動要因となり、測定精度に大きな影響を
及ぼす。したがって減圧下での測定では、圧力の安定性
とともに絶対圧力値の保証が重要となる。

【０００９】エッチング処理のように未反応生成物や副
反応生成物は発生しないものの、測定装置でもステージ
のグリースや真空ポンプのオイル等が反応して多少なり
の生成物が発生し、真空チャンバとともに真空計にも付
着すると考えられる。低真空測定でよく用いられるダイ
アフラム式真空計の場合、真空計のダイヤフラムに蓄積
した生成物は、絶対圧測定のオフセット誤差や真空計内
のパーティクルの発生要因となるため、定期的にゼロ校
正を実施して絶対圧力値の校正を行なうことになるが、
ゼロ校正は真空計の分解能以下の高真空状態で実施しな
ければならない。

【００１０】このため、図４の従来例については以下の
ような問題点が挙げられる。レーザ測長器や干渉計等
の光学的手段を用いた測定装置は、低真空でも十分に光
の屈折率の変動抑制が期待できるので、あえて高価な高
真空対応の装置を用意せず、数ＴＯＲＲ〜数百ＴＯＲＲ
で測定することが多いため、測定装置が含まれる真空チ
ャンバ内を真空計のゼロ校正のために高真空にさらすこ
とができない。真空計を取り外し、他の真空チャンバ
によって真空計のゼロ校正を実施することも考えられる
が、付け替え等の段取りが多くなって測定装置の運転を
止める時間が長くなる。

【００１１】また、図５の従来例については以下のよう
な問題点が挙げられる。通常のダイヤフラム型真空計
とは構成が異なるので、一般に市販されているダイヤフ
ラム型真空計では対応できない。測定室１８は基準と
なる高真空室１９と同程度の真空度にして校正しておら
ず、正確な絶対圧力値の測定を保証することができな
い。

【００１２】本発明の目的は、このような従来技術の課
題に鑑み、真空チャンバ装置および真空計の校正方法に
おいて、一般的な真空計を用いる場合でも、真空計を真
空チャンバから取り外す必要なく高真空による校正を行
なって、絶対圧力値の測定が保証できるようにすること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の第１の真空チャンバ装置は、真空チャンバ
と、真空計と、真空ポンプと、前記真空計を前記真空チ
ャンバまたは真空ポンプに対して選択的に切り替えて接
続する切替え接続手段とを具備することを特徴とする。

【００１４】本発明の第２の真空チャンバ装置は、前記
第１の真空チャンバ装置において、前記切替え接続手段
は三方弁を備え、この三方弁のイン側に前記真空計が接
続され、アウト側の一方には前記真空チャンバ、他方に
は前記真空ポンプが接続されていることを特徴とする。

【００１５】本発明の第１の真空計の校正方法は、真空
チャンバの真空度を測定する真空計の校正方法であっ
て、前記真空計から前記真空チャンバへの接続を真空ポ
ンプへの接続に切り替える工程と、この工程の後、前記
真空計の測定ポートの圧力を前記真空ポンプにより高真
空状態として前記真空計の校正を行なう工程とを具備す
ることを特徴とする。

【００１６】本発明の第２の真空計の校正方法は、前記
第１の真空計の校正方法において、前記真空計の測定ポ
ートを、大気圧などの絶対圧力値が既知である圧力環境
下に置いて前記真空計の校正を行なう工程を有すること
を特徴とする。

【００１７】これら本発明の構成において、通常の運用
時には真空計は真空チャンバに接続され、真空チャンバ
の真空度を測定するが、真空計の校正時には、真空計は
真空ポンプに接続され、真空計の測定ポートの圧力を強
制的に高真空とした状態で校正が行なわれる。真空計の
校正時にはまた、測定ポートを既知の圧力環境に変えた
状態での校正も行なわれる。したがって、測定装置を覆
っている真空チャンバ内を高真空にすることなく、真空
計の測定ポートを高真空にできるので、真空計のゼロ校
正が、真空計を取り外すことなく行なわれる。また、こ
れによって真空チャンバの絶対圧力値を保証した真空度
測定が可能となるため、真空チャンバにおける屈折率の
変動を抑制した環境下での計測および光の波長の補償を
行なうことができる。したがって、真空チャンバ内の測
定装置はより高精度の測定を行なうことができるように
なる。また、数分〜数十分といった短時間で真空計の校
正が行なわれ、測定装置の稼働率の大幅な低下が抑えら
れることになる。さらに、真空計についての汎用性が高
く、一般に市販されているダイヤフラム型真空計を採用
した場合でも、真空計を真空チャンバから取り外すこと
なく高真空による校正を行なって、絶対圧力値による測
定が保証されることになる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る真空チャンバ
装置の構成を示す。図４および図５従来例の説明と一部
重複するが、本実施例の構成を、図１を用いて説明す
る。同図において、１はフリンジスキャン干渉計であ
り、被測定物２の面形状を測定する手段である。干渉計
全体は真空チャンバ３で覆われ、真空チャンバ３には被
測定物２を搬入・搬出するためのサブ真空チャンバ４が
取り付けられている。真空チャンバ３とサブ真空チャン
バ４間はゲートバルブ５ａで開閉でき、サブ真空チャン
バ４と大気間はゲートバルブ５ｂで開閉できるようにな
っている。真空チャンバ３および４にはそれぞれ真空計
６ａおよび６ｂ、流量コントローラ７ａおよび７ｂ、流
量調整弁８ａおよび８ｂ、真空ポンプ９ａおよび９ｂが
用意されており、これらは真空チャンバのフランジ１０
ａ〜１０ｆに取り付けられている。１１ａおよび１１ｂ
はフィルタであり、それぞれ吸気による真空チャンバ３
および４内へのゴミの混入を防いでいる。このように、
真空チャンバ３および４は、それぞれ真空ポンプ９ａお
よび９ｂによる排気速度を一定とし、流量調整弁８ａお
よび８ｂにより吸気速度を制御することによって、真空
チャンバ３および４内の圧力を任意の値にコントロール
できる構成となっている。

【００１９】以上までは図４のものと全く同様な構成で
あるが、本実施例の構成の特徴は以下に示すところにあ
る。すなわち、真空計６ａは経路分岐手段となる三方弁
１２のＩＮ側のポートａに取り付けられており、ＯＵＴ
側のポートｂにはターボポンプ１３が、もう一方のＯＵ
Ｔ側のポートｃには、真空チャンバ３が接続されてい
る。そして通常の運用時には、真空計６ａと真空チャン
バ３が接続されるようにポートａとポートｃをつないで
真空チャンバ３の真空度測定を行なうようにしている。
また、真空計６ａの校正時には、真空計６ａと真空ポン
プが接続されるようにポートａとポートｂをつなぎ、真
空計６ａを分解能以下の高真空（通常は１０^-2〜１０^-5
ＴＯＲＲ程度）あるいは大気圧にして、センサの校正を
行なうようにしている。１４ａ〜１４ｃは手動バルブで
あり、通常の運用時は手動バルブ１４ａを閉、１４ｂを
開、１４ｃを閉とする。校正時には手動バルブ１４ａを
開、１４ｂを閉、１４ｃを開または閉とする。本実施例
では、真空ポンプ９ａだけでは真空計６ａの分解能以下
の高真空にできない場合を想定しており、ターボポンプ
１３が排気についてメインの役割を果たし、真空ポンプ
９ａは補助の役割を行なうことになる。

【００２０】図２は、真空計６ａの一般的な構成を示
す。同図において、１７は測定ポートであり、ここでは
三方弁１２のＩＮ側となるポートａに接続されている。
ダイヤフラム２０ａの両側には、それぞれ測定室１８お
よび高真空室１９が作られている。また、高真空室１９
側のダイヤフラム２０ａ近傍には、電極板２１が配置さ
れている。測定室１８と高真空室１９との圧力差によっ
てダイヤフラム２０ａが歪むと、その歪みは電極板２１
の電気容量として検出される。したがってこの電気容量
を検出することによって、測定ポート１７につながれて
いる真空度を測定することができることになる。ここで
は三方弁１２のＩＮ側のポートａとＯＵＴ側のポートｃ
をつないだ状態で、真空チャンバ３の真空度測定を行な
う。

【００２１】次に真空計６ａの絶対圧力値の校正方法に
ついて説明する。まず、三方弁１２を切り替えてＩＮ側
のポートａとＯＵＴ側のポートｂを接続し、真空計６ａ
とターボポンプ１３をつなぐ。次に、手動弁１４ａを
開、１４ｂを閉、１４ｃを閉とする。これにより真空計
６ａとターボポンプ１３間の配管を小さな真空チャンバ
と見なすことができることになる。ターボポンプ１３
は、一般に大気圧から駆動できないため、ここでは真空
ポンプ９ａを補助ポンプとして使用することによって駆
動を可能としている。したがって次に、ターボポンプ１
３および真空ポンプ９ａを駆動させて、真空計６ａの測
定ポート１７を真空計６ａの測定分解能以下（ここでは
１０^-2〜１０^-5ＴＯＲＲ程度）まで真空引きする。この
状態における測定室１８の真空度は高真空室１９とほぼ
一致している。この時のダイヤフラム２０ａの歪みを電
極板２１の電気容量として検出し、真空計６ａの回路の
補正値として記憶させておく。次に測定ポート１７の真
空度を大気圧にするため、手動弁１４ａを閉、１４ｂを
閉、１４ｃを開とする。この時のダイヤフラム２０ａの
歪みを電極板２１の電気容量として検出し、真空計６ａ
の回路の補正値として記憶させておく。ダイヤフラム２
０ａの歪みは、測定室１８および高真空室１９の圧力差
に対して比例の関係にあるため、あらかじめ高真空時お
よび大気圧時のダイヤフラム２０ａの歪み量を補正値と
して検出しておけば、絶対圧力値を保証した真空度測定
が可能となる。

【００２２】以上のように、本実施例では、真空チャン
バ装置において、真空チャンバ３内の圧力を測定する真
空計６ａを経路分岐手段のＩＮ側に取り付け、経路分岐
手段のＯＵＴ側の一方には真空チャンバ３をつなぎ、ま
た経路分岐手段のＯＵＴ側の他方には真空ポンプあるい
は既知の圧力環境下につなぎ、経路分岐手段の切替えに
より、通常の運用時には真空計６ａと真空チャンバ３を
つないで真空チャンバ３内の真空度測定が行なえるよう
にするとともに、真空計の校正時には真空計６ａの測定
ポート１７の圧力を強制的に高真空状態あるいは既知の
圧力環境状態に変えて真空計６ａの校正を行なうことが
できるようにしている。これにより以下のような効果を
期待することができる。

【００２３】測定装置を覆っている真空チャンバ３内
を高真空にすることなく、真空計６ａの測定ポート１７
を高真空にすることができるため、真空計６ａを取り外
すことなく、真空計６ａのゼロ校正を行なうことができ
る。絶対圧力値を保証した真空度測定が可能となるた
め、屈折率の変動を抑制した環境下での計測および光の
波長の補償を行なうことができ、したがって、より高精
度の測定を実現することができる。数分〜数十分とい
った短時間で真空計６ａの校正を行なうことが可能であ
るため、測定装置の稼働率の大幅な低下を抑えることが
できる。汎用性が高く、一般に市販されているダイヤ
フラム型の真空計の校正に採用することができる。

【００２４】図３は、真空チャンバ３内の測定機を、レ
ーザ測長器を用いた３次元測定機とした、本発明の他の
実施例に係る真空チャンバ装置の要部概略図である。真
空計６ａの校正方法は上述実施例と同様であるため、説
明は省略する。この場合も、真空計６ａを装置に取り付
けたまま校正して、真空チャンバ３内の絶対圧力値を高
精度に測定することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、真
空計の接続を、真空チャンバから真空ポンプに切り替え
られるようにしたため、真空チャンバ内を高真空にする
ことなく、真空計の測定ポートを高真空にすることがで
きる。したがって、真空計のゼロ校正を、真空計を取り
外すことなく行なうことができる。また、これによって
真空チャンバの絶対圧力値を保証した真空度測定が可能
となる。したがって、真空チャンバにおける屈折率の変
動を抑制した環境下での計測および光の波長の補償を行
なうことができ、より高精度の測定を実現することがで
きる。また、数分〜数十分といった短時間で真空計の校
正を行なうことができる。したがって、真空チャンバ内
の測定装置における稼働率の大幅な低下を抑えることが
できる。さらに、汎用性が高く、一般に市販されている
ダイヤフラム型の真空計を採用した場合でも、以上の効
果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る干渉計を収容した真
空チャンバ装置の要部概略図である。

【図２】 図１の装置における真空計の一般的な構成を
示す図である。

【図３】 本発明の他の実施例に係るレーザ測長器を収
容した真空チャンバ装置の要部概略図である。

【図４】 従来例に係る干渉計を収容した真空チャンバ
装置の要部概略図である。

【図５】 従来例に係る真空計の構成図である。

【符号の説明】

１：フリンジスキャン干渉計、２：被測定物、３：真空
チャンバ、４：サブ真空チャンバ、５ａ，５ｂ：ゲート
バルブ、６ａ，６ｂ：真空計、７ａ，７ｂ：流量コント
ローラ、８ａ，８ｂ：流量調整弁、９ａ，９ｂ：真空ポ
ンプ、１０ａ〜１０ｆ：フランジ、１１ａ〜１１ｃ：フ
ィルタ、１２：三方弁、１３：ターボポンプ、１４ａ〜
１４ｃ：手動バルブ、１６：ダイヤフラム型真空計、１
７：測定ポート、１８：測定室、１９：高真空室、２０
ａ〜２０ｃ：ダイヤフラム、２１：電極板、２２：補正
室、２３：バイパスバルブ、２４：手動バルブ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバと、真空計と、真空ポンプ
   と、前記真空計を前記真空チャンバまたは真空ポンプに
   対して選択的に切り替えて接続する切替え接続手段とを
   具備することを特徴とする真空チャンバ装置。
2. 【請求項２】 前記切替え接続手段は三方弁を備え、こ
   の三方弁のイン側に前記真空計が接続され、アウト側の
   一方には前記真空チャンバ、他方には前記真空ポンプが
   接続されていることを特徴とする請求項１に記載の真空
   チャンバ装置。
3. 【請求項３】 真空チャンバの真空度を測定する真空計
   の校正方法であって、前記真空計から前記真空チャンバ
   への接続を真空ポンプへの接続に切り替える工程と、こ
   の工程の後、前記真空計の測定ポートの圧力を前記真空
   ポンプにより高真空状態として前記真空計の校正を行な
   う工程とを具備することを特徴とする真空計の校正方
   法。
4. 【請求項４】 前記真空計の測定ポートを、大気圧など
   の絶対圧力値が既知である圧力環境下に置いて前記真空
   計の校正を行なう工程を有することを特徴とする請求項
   ３に記載の真空計の校正方法。