JP2007093579A - 超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置とその圧力測定方法 - Google Patents

超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置とその圧力測定方法 Download PDF

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承秀 洪
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Abstract

【課題】本発明は、真空チャンバの圧力測定システムに関し、もっと詳しくは超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置とその圧力測定方法に関する。
【解決手段】このために、内部に所定の真空が形成された真空チャンバ10と、真空チャンバ10の外面に密着され、前記真空チャンバ10の内部に超音波62を発射する超音波発射手段と、超音波発射手段から発射された超音波62が前記真空チャンバ10に衝突して反射された反射波64を受信するための超音波受信手段と、超音波受信手段から反射波64を検出する反射波検出手段と、反射波検出手段から検出された反射波64から振幅を分析する振幅分析手段と、を含むことを特徴とする超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置が提供される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、真空チャンバの圧力測定システムに関し、もっと詳しくは超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置とその圧力測定方法に関する。
一般的に、半導体工程及びLCD生産工程における真空チャンバなどは、1Pa〜10Paの範囲の低真空状態であり、このような低真空領域での圧力測定は容量型ゲージ(Capacitance Diaphragm Gauge、CDG)を使用する。
従って、今までの真空圧力測定は、真空チャンバの内部にこのようなセンサや測定器を付着して測定されて来た。
しかし、このような容器に各種センサを多数付着する場合、連結部位などを通じて真空の漏れ(Leak)が発生する可能性が非常に高くなる。これにより、 真空チャンバの使用又は真空圧力測定前に、常に真空の漏れをチェックしなければならなかった。
なお、真空圧力センサや測定器が付着されていないチャンバなどに対しては、別に付着の後、再び内部を真空状態に作らなければならなかった。さらに、このようなセンサや測定器を付着できないとか、又は、別の設置作業が不可能な場合には、圧力を測定することができる方法がなかった。
従って、本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の第1の目的は、真空チャンバを貫通して設けられる各種センサの付着を最小化し、これにより真空の漏れも遮断しながら低真空を測定することができる超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置とその圧力測定方法を提供することにある。
本発明の第2の目的は、真空を測定する各種センサや測定器を設けることができない所でも内部の真空圧力を手軽く測定することができる超音波を用いた真空チャンバの圧力測定システムを提供するものである。
本発明の第3の目的は、取り扱いと移動が簡便であり、被測定機器に損傷を全く与えない超音波を用いた真空チャンバの圧力測定システムを提供するものである。
本発明のその他の目的と、特定したメリットなど及び新規な特徴などは、添付図面などと関連されて説明される以下の詳細な説明及び望ましい実施例などから更に明確になる。
上記のような本発明の目的は、内部に所定の真空が形成された真空チャンバ10と、
前記真空チャンバ10の外面に密着され、前記真空チャンバ10の内部に超音波62を発射する超音波発射手段と、
超音波発射手段から発射された超音波62が前記真空チャンバ10に衝突して反射された反射波64を受信するための超音波受信手段と、
超音波受信手段から反射波64を検出する反射波検出手段と、
反射波検出手段から検出された反射波64から振幅を分析する振幅分析手段とを含むことを特徴とする超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置により達成されることができる。
そして、超音波発射手段と超音波受信手段とは、1つのパルス−エコータイプ超音波探触子40であることが最も望ましい。
また、超音波探触子40は、真空チャンバ10の外壁に密着されるとか、分離されることができることが更に望ましい。
合わせて、さらに、超音波発射手段と超音波受信手段との間の時間差に基づき、超音波の飛行時間を検出する時間検出手段を含むことが最も望ましい。
それだけでなく、さらに、真空チャンバ10には低真空の圧力を測定するための容量型ゲージ35が具備されることが望ましい。
上記のような本発明の目的は、本発明のまた他のカテゴリーであって、真空チャンバ10の内部に所定真空圧力を形成するステップS10と、
真空チャンバ10の外面に超音波探触子40を密着させ、前記真空チャンバ10の内部に超音波62を発射するステップS20と、
超音波探触子40を用いて前記真空チャンバ10に反射される超音波を受信するステップS30と、
受信された超音波から反射された反射波64を検出するステップS40と、
検出された反射波64の振幅に基づき、前記真空チャンバ10の圧力を算出する第1の算出ステップS50と、
から構成されることを特徴とする超音波を用いた真空チャンバの圧力測定方法により達成されることができる。
そして、超音波発射ステップS20と超音波受信ステップS30との間の時間差に基づき、前記超音波の飛行時間を検出するステップS60と、
飛行時間に基づき、前記真空チャンバ10の圧力を算出する第2の算出ステップS70とをさらに含むことが最も望ましい。
また、真空チャンバ10内の所定真空圧力は1Pa以下であることが最も望ましい。
合わせて、超音波発射ステップS20で発射される超音波62の強さは一定したことが最も望ましい。
本発明によれば、真空チャンバを貫通して設けられる各種センサの付着を最小化することができ、これにより真空の漏れも遮断しながら低真空を測定することができる。
また、真空を測定する各種センサや測定器を設けることができない所でも内部の真空圧力を手軽く測定することができ、取り扱いと移動が簡便であり、被測定機器に損傷を全く与えない特徴がある。
以下では良好な実施例を図示した添付図面と関連して本発明を詳しく説明する。図1は、本発明による超音波を用いた真空チャンバの圧力測定システムの概略的な構成図である。図1に示したように、本発明の圧力測定システムは、ほぼ、真空チャンバ10と、超音波探触子40と、信号処理装置及びその他の補助装置などとから構成される。
真空チャンバ10は、内部に所定体積を有し、内部が外部と隔離されており、十分な強性と腐食防止などのためにステンレス鋼で製作される。そして、超音波探触子40が接触される領域に、別の透視窓を備える。このような透視窓は強化ガラスなどで製作される。
超音波探触子40は、超音波発射手段と超音波受信手段とが1つの組立体内に内蔵されたパルス−エコータイプ(Pulse−echo type)を使用する。このようなパルス−エコータイプにより測定を希望する所であれば、どこでも密着させて測定が可能である。
反射波検出器42は超音波探触子40と連結されている。反射波検出器42は、超音波探触子40が受信した超音波信号及び各種の雑音信号、干渉信号などから所定周波数の反射波のみを検出する構成である。このために、反射波検出器42の内部にはハイパスフィルター又はバンドパスフィルターが内蔵される。
振幅分析器44は入力端が反射波検出器42と連結され、出力端はV−P変換器46と連結される。このような振幅分析器44は、検出された反射波から振幅を測定することにより、発射された超音波62と検出された反射波64との間の差を出力する構成である。この時、振幅分析器44は振幅の差だけでなく、超音波の飛行時間(Time Of Flight、TOF)まで測定することができる。これは反射波の振幅遅延から算出される。
V−P変換器46は信号変換器の一種であり、振幅分析器44から出力される電気信号(電圧)を圧力に変換して表示する構成である。即ち、表示される圧力は電気信号に比例して表示され、表示方法は圧力を数子(デジタル)で表示するとか、グラフ(アナログ方式)で表示するようになる。
本願発明に使用されるその他の補助装置としては、ガス貯蔵庫20とリークバルブ22、CDG35及び排気装置50とゲートバルブ52とがある。このような補助装置などは、低真空圧力の測定に必ず必要な必須構成要素ではないが、真空チャンバ10の使用と測定準備過程などで便利に使用されることができるものなどである。
ガス貯蔵庫20はガスが保管され、リークバルブ22はガスを真空チャンバ10の内部に転送するとか、転送遮断する構成を有する。このようなガス貯蔵庫20とリークバルブ22とは真空チャンバ10の圧力調節のために実験ガスを供給するためのものである。
排気装置50は低真空ロータリーポンプを使用し、より具体的には、オイルの逆流(Back stream)を防止するためにドライポンプを使用する。このような排気装置50は真空圧力の測定に先立って、圧力容器10の内部が1Pa以下になるようにするためである。このような圧力基準は、ゲートバルブ52を遮断した時、脱ガス(Outgas)による圧力増加が圧力測定に影響を与えないようにする境界値である。
容量型ゲージ(CDG)35は1Pa〜10Pa範囲で圧力を測定するセンサである。このような容量型ゲージは、大気圧から真空が形成され始める初期過程を調べるための圧力センサである。従って、容量型ゲージ35が内部圧力の測定に直接的に使用されることではない。
以下では上記のような構成を有する超音波を用いた真空チャンバの圧力測定システムの動作に対して説明するようにする。
まず、真空チャンバ10に付着されたゲートバルブ52を開け、排気装置50を可動させ、真空チャンバ10の内部が1Pa以下になるようにする。このように真空になって行く過程は、CDG35を介して概略的に分かる。
その次に、超音波探触子40を真空チャンバ10(特に、透視窓)に密着させ、超音波62を内部に発射する。発射された超音波62は真空チャンバ10中を飛行しながら、真空チャンバ内の分子などと衝突するとか、反射するようになる。従って、真空チャンバ10内部の分子密度(即ち、圧力)により超音波の飛行時間や振幅が変わることになる。従って、事前試験を介して分かっている真空圧力下での超音波飛行時間の変化と振幅の変化とを表として作成すれば、被測定対象である真空チャンバ10内の真空圧力も分かるものである。
その次に、真空チャンバ10内で反射された反射波64は超音波探触子40により受信され、反射波検出器42と振幅分析器44及びV−P変換器46を順次に据え置きされると、 圧力値に変わって最終出力される。このような過程を介して真空チャンバ10内部の圧力を測定することができる。
本発明では、たとえ、半導体製造工程、LCD生産工程などで使用される真空チャンバを主対象として図示し、説明したが、これだけでなく、各種の産業分野で使用される真空チャンバでも適用が可能なものはもちろんである。
たとえ、本発明が下記で言及する望ましい実施例と関連して説明されるが、本発明の要旨と範囲から外れることがなく、他の多様な修訂及び変形が可能なものは、当業者であれば、容易に認識することができ、このような変更及び修訂は、全て添付された特許請求の範囲に属することは自明である。
本発明による超音波を用いた真空チャンバの圧力測定システムの概略的な構成図である。
符号の説明
10…真空チャンバ、20…ガス貯蔵庫、22…リークバルブ、35…容量型ゲージ(CDG)、40…超音波探触子、42…反射波検出器、44…振幅分析器、46…V−P変換器、50…排気装置、52…ゲートバルブ、62…超音波、64…反射波。

Claims (11)

  1. 内部に所定の真空が形成された真空チャンバ10と、
    前記真空チャンバ10の外面に密着され、前記真空チャンバ10の内部に超音波62を発射する超音波発射手段と、
    前記超音波発射手段から発射された超音波62が前記真空チャンバ10に衝突して反射された反射波64を受信するための超音波受信手段と、
    前記超音波受信手段から反射波64を検出する反射波検出手段と、
    前記反射波検出手段から検出された反射波64から振幅を分析する振幅分析手段と、
    を含むことを特徴とする超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置。
  2. 前記超音波発射手段と前記超音波受信手段とは、1つのパルス−エコータイプ超音波探触子40であることを特徴とする請求項1に記載の超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置。
  3. 前記超音波探触子40は、前記真空チャンバ10の外壁に密着されるとか、分離されることができることを特徴とする請求項2に記載の超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置。
  4. さらに、前記超音波発射手段と前記超音波受信手段との間の時間差に基づき、前記超音波の飛行時間を検出する時間検出手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置。
  5. さらに、前記真空チャンバ10には低真空の圧力を測定するための容量型ゲージ35が具備されることを特徴とする請求項1に記載の超音波を用いた真空チャンバの圧力測定装置。
  6. 真空チャンバ10の内部に所定真空圧力を形成するステップS10と、
    前記真空チャンバ10の外面に超音波探触子40を密着させ、前記真空チャンバ10の内部に超音波62を発射するステップS20と、
    前記超音波探触子40を用いて前記真空チャンバ10に反射される超音波を受信するステップS30と、
    受信された超音波から反射された反射波64を検出するステップS40と、
    前記検出された反射波64の振幅に基づき、前記真空チャンバ10の圧力を算出する第1の算出ステップS50と、
    から構成されることを特徴とする超音波を用いた真空チャンバの圧力測定方法。
  7. 前記真空チャンバ10内の所定真空圧力は1Pa以下であることを特徴とする請求項6に記載の超音波を用いた真空チャンバの圧力測定方法。
  8. 前記超音波発射ステップS20で発射される超音波62の強さは一定したことを特徴とする請求項6に記載の超音波を用いた真空チャンバの圧力測定方法。
  9. 前記超音波発射ステップS20と前記超音波受信ステップS30との間の時間差に基づき、前記超音波の飛行時間を検出するステップS60と、
    前記飛行時間に基づき、前記真空チャンバ10の圧力を算出する第2の算出ステップS70と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の超音波を用いた真空チャンバの圧力測定方法。
  10. 前記真空チャンバ10内の所定真空圧力は1Pa以下であることを特徴とする請求項9に記載の超音波を用いた真空チャンバの圧力測定方法。
  11. 前記超音波発射ステップS20で発射される超音波62の強さは一定したことを特徴とする請求項9に記載の超音波を用いた真空チャンバの圧力測定方法。
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