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

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〜１０^５Ｐａ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〜１０^５Ｐａ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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