JP2009517633A - 真空計用ダイヤフラム装置 - Google Patents

Abstract

真空計（１５）用ダイヤフラム装置はダイヤフラム（２０）を包囲する管状ダイヤフラムケーシング（１４）を含んでなり、前記ケーシングは真空計（１５）と連通するための出口孔（１６）と被測定対象チャンバと連通するための接続孔（２２）とを有し、前記ダイヤフラム（２０）は前記双方の孔（１６，２２）の間に配置されており、さらに前記ダイヤフラム（２０）は螺旋巻き山（２１）を有するスクリューダイヤフラムとして形成され、前記螺旋巻き山のフランクの外径は前記ダイヤフラムケーシング（１４）の内壁に密接し、前記螺旋巻き山のフランクの前記外径と前記内壁との間のガス漏通を阻止してガスの流れを基本的に前記螺旋巻き山に沿った通路に強制誘導し、かつ、前記出口孔（１６）は前記管体（１４）の一端に配置され、前記接続孔（２２）は前記管体の反対側の他端に配置され、前記スクリューダイヤフラム（２０）は軸方向目視方向において前記ダイヤフラム装置（２５）が前記双方の孔（１６，２２）の間で光学的に密であるように形成されている。

Description

本発明は請求項１の上位概念に記載の真空計用ダイヤフラム装置に関する。

全圧真空計は、真空チャンバ内の全圧を測定するために利用される。この真空計はさまざまな真空プロセスの監視に際して使用される。ここで、代表的な真空プロセスとは表面処理プロセスたとえばコーティング法およびエッチング法である。この種の方法は、たとえば１０^−５ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの圧力領域で行われる。この種の圧力領域はいわゆるピラニ真空計を用いるかまたはいわゆる隔膜真空計を用いて測定するのが通例である。この場合、プロセスガスが、ただし残留ガス成分も、当該プロセス中に真空センサを汚染し得る点に問題がある。結果として、この場合、不正確なまたは誤った測定値ないし圧力示度が生じ得る。この場合、真空計はそれが当該プロセスに曝露される時間に応じてドリフト挙動を示し、しかもこのドリフトは真空計ないしその周囲の浄化によって必ずしも常に取り除き得るとは限らず、再び生じ得る。隔膜真空計は生じ得る汚染に対して特に敏感である。この種の隔膜真空計では、測定さるべき圧力の存在に応じて薄い隔膜が変形させられる。この隔膜の変形が測定されて、測定さるべき真空圧の尺度として使用される。容量型隔膜真空計では、隔膜の変形は隔膜と固体との間の容量の変化を経て測定される。光学式隔膜真空計では、この変形は光学的方法たとえば干渉計測法によって検出される。この場合、この種の圧力領域を高い感度で測定し得るようにするには、隔膜は非常に薄く、たとえば５０〜７６０μｍの範囲で形成されなければならない。たとえばガスおよび／または粒子によるこの薄い隔膜の汚染は隔膜に引張り応力および／または圧縮応力を結果し、これが隔膜の変形に付加的な影響を及ぼし、結果として、たとえば測定さるべき絶対値の測定エラーが生ずるかまたは当該時間に相応した望ましくないドリフト挙動が生ずる。さらに、この場合、真空計の分解能と共に精度が低下する一方で、測定結果の再現性も保証されないことになる。この種の汚染を減少させるため、これまで、容量型隔膜真空計を例として図１に示したように、業界ではバフルとも称されるフラットなダイヤフラムが使用されてきた。真空計１５は第１のフラットな円形ケーシング部１と第２のフラットな円形ケーシング部４とからなり、これら双方のケーシング部の間に隔膜２が、隔膜と双方のケーシング部との間にそれぞれ１つの空洞９、１０が形成されるようにして、シール３たとえばガラスはんだを介して気密結合されている。一方の空洞は、連結路１３を経てゲッタールーム１２と連通した参照真空ルーム１０を形成している。ゲッタールーム１３には、参照真空を確実に保持するために、ゲッター１１が配置されている。隔膜２の一方の側の前記参照真空ルーム１０に対向して、内部にダイヤフラム７が配置されたダイヤフラムケーシング６と出口孔１６を介して連通する真空測定ルーム９が形成されており、この場合、前記ダイヤフラムケーシングは、たとえばつなぎ管５を経て真空計１５と適切に結合されている。ダイヤフラムケーシング６には、測定さるべき真空プロセスチャンバと結合可能な接続孔２２を有した接続フランジ８が配置されている。この場合、接続孔２２はダイヤフラム７によって真空計の出口孔１６との直通連通が阻止されるようにして配置されている。これによってダイヤフラム７は、望ましくないガスないし粒子がダイヤフラム表面で凝縮されて、それらが真空計内に達しないようにすることにより、その保護作用を発揮する。専門文献においてこのダイヤフラムはしばしばプラズマシールドとも称されている。反応性ガスを含んだプロセスにおいて、これらはダイヤフラム上で好ましくは凝縮されることになる。これによって、センサドリフトは減少し、こうして、真空計の寿命は向上することになる。ただし、このフラットなダイヤフラムは真空計の寿命を改善しはするが、依然として粒子のかなりの部分が、たとえば散乱プロセスによっても促進されて、ダイヤフラムを迂回して測定隔膜にまで達し、同所で測定を偽化することを防止することはできない。

本発明の目的は従来の技術の短所を除去する点にある。特に本発明の目的は、真空計の汚染を極度に減少させる、真空計用とくに隔膜真空計用のダイヤフラム装置を実現し、こうして、高い測定精度と再現性ある真空測定を保証すると同時に真空計の寿命を大幅に向上させることである。さらに、ダイヤフラム装置を経済的に製造し得るようにすると共に容易な浄化を可能にすることも本発明の狙いとするところである。

前記課題は、真空計用のこの種のダイヤフラム装置において、請求項１に記載の特徴によって解決される。従属請求項は本発明のその他の有利な態様を記載したものである。

本発明による真空計用ダイヤフラム装置はダイヤフラムを包囲するダイヤフラムケーシングを備えた真空計用ダイヤフラム装置からなり、前記ダイヤフラムケーシングは真空計と連通するための出口孔と被測定対象チャンバと連通するための接続孔とを有し、前記ダイヤフラムは前記双方の孔の間に配置されている。本発明において、前記ダイヤフラムケーシングは管体であり、前記ダイヤフラムは螺旋巻き山を有するスクリューダイヤフラムとして形成され、前記螺旋巻き山のフランクの外径は前記ダイヤフラムケーシングの内壁に密接し、前記螺旋巻き山の前記外径と前記内壁との間のガス漏通を阻止してガスの流れを基本的に前記螺旋巻き山に沿った通路に強制誘導し、かつ、前記出口孔は前記管体の一端に配置され、前記接続孔は前記管体の反対側の他端に配置され、前記スクリューダイヤフラムは軸方向目視方向において前記ダイヤフラム装置が前記双方の孔の間で光学的に密であるように形成されている。

前記スクリューダイヤフラムまたは螺旋ダイヤフラムは、前記センサと、被測定真空プロセスチャンバとの継手をなす前記フランジとの間の管体内に配置されている。このダイヤフラムは、前述したように、既存の公知のダイヤフラムに追加して使用することも可能である。前記スクリューダイヤフラムはさらに、遮蔽効果をさらに高めるために、複数の通路を有することができる。ダイヤフラムをスクリュー状に形成することにより、前記接続孔から真空計までの直接の透過が確実に回避され、これによって、粒子および／または微粒子もそれらが前記ダイヤフラムの末端に達する前に通路表面と何度にもわたって相互作用するように強制される。前記ダイヤフラムは、浄化または交換が可能なように、容易に抜き取ることができるように形成されているのが有利である。このため、前記ダイヤフラムを適所に保持し得るように、前記ダイヤフラム自体および／または前記管状ケーシングにも保持手段たとえば弾性手段が設けられれば有利である。十分な長さの寿命を保証すると共に、生じ得る分解による付加的な汚染を回避するため、前記ダイヤフラムおよび／または前記ケーシングは当該プロセスに適合した材料から製造されるのが好適である。反応性プロセスとくに反応性プラズマプロセスは腐食性ガスを含んでいることが少なくなく、したがって、使用部材の材料に対しても相応した反応性挙動を示す。そのため、ここで露出されている部材たとえばダイヤフラムおよび／またはケーシングは、適切な耐食性材料でコーティングされていてもよい。

以下、本発明を、図面を参照し、図解、例解によって説明する。
図２には、隔膜真空計１５と、該真空計に配置された、渦巻き状のダイヤフラムないし螺旋状のダイヤフラムとして形成されたスクリューダイヤフラム２０を擁した本発明によるダイヤフラム装置２５とからなる本発明による真空計ユニットの断面が表されている。真空計１５は第１のフラットな円形ケーシング部１と、第２のフラットな円形ケーシング部４とからなり、これら両者の間に隔膜２が周縁封止されて配置されている。隔膜２は、
参照真空を保持するためのゲッタールーム１２と連結路１３を経て連通した参照真空ルームが前記両者の間に形成されるように、第１のケーシング部１からやや離間して配置されている。隔膜２と第２のケーシング部４との間の反対側の隔膜側には、好ましくは中央で第２のケーシング部４を貫いて穴およびつなぎ管５を経てダイヤフラム装置２５と連通する真空測定ルーム９が形成されている。ここで、前記ダイヤフラム装置もまた被測定真空チャンバと連通結合可能な接続孔２２を有している。この場合、スクリューダイヤフラム２０は管体１４の内部に配置されており、スクリューダイヤフラム２０の巻き山２１が管体１４の内壁に密接して、巻き山２１のこの頂部領域に少なくとも粒子通過阻止封止、ただし好適にはできるだけ、好ましくは被測定圧力範囲内のシーリングが生ずるようにして配置されている。

この場合、隔膜真空計は基本的にセラミック材料からなっているのが有利である。本例において、少なくとも、第１のケーシング部１、第２のケーシング部４および隔壁２はセラミック材料から製造されている。これらの部材は好ましくは前述したガラスはんだ３によって適切に接合されている。特に有利なのは、これらの部材１，２，４用のセラミック材料として酸化アルミニウムを使用することである。この酸化アルミニウムはたとえば変態であるサファイアからなっていてもよい。これらの部材のいずれかは、もっぱら部分的に、光学式隔膜真空計に窓が必要とされる場合にも、あるいは多様な変態の酸化アルミニウムからなる部材と組み合わせて使用することも可能である。前述したようなセラミック真空計の好ましい形成は欧州特許第１０７０２３９号［ＥＰ１０７０２３９Ｂ１］明細書に開示されており、該開示内容は本発明の不可欠の要素を形成する。

スクリューダイヤフラム２０の巻き山２１は、十分高いコンダクタンスを達成するためにスクリュー材料の断面積に比較してできるだけ大きな断面積の自由通路２４を結果する螺旋通路２４が生ずるように形成されている。それゆえ、スクリューダイヤフラム２０の巻き山２１は好ましくは角ねじ２０として形成されており、したがって、一種の板状螺旋を表している。固体材料に対して通路２４の断面積をできるだけ大きくするため、コア２３はできるだけ小さな直径で形成されるかあるいは全面的に省かれてもよい。ただし、コアはたとえば２〜６ｍｍの範囲内の一定の直径を有しているのが有利である。というのも、これによって螺旋状のスクリューダイヤフラム２０に適切な安定性を付与し得ると共に、特に該コアの両端を、一方でその一端をダイヤフラムを管体の内部の適所に保持するための保持具として利用し、他方で他端を一種のグリップとして形成して、交換または浄化のためにダイヤフラムを管体から容易に抜き出すことができるようにし得るからである。

管体１４の一端はダイヤフラム装置２５の出口孔１６を形成し、真空計１５の真空測定ルーム９と連通結合されている。管体１４の他端は被測定真空チャンバのための接続孔２２を形成しており、有利には直接に接続フランジ８を有するかまたは接続フランジ８として形成されていてよい。この場合、接続フランジ８は好ましくは、さまざまな管継手を容易につくり出すことができるように、真空技法において通例使用される寸法のいわゆる小形フランジ部材として形成されていてよい。特に、この場合、真空技法において公知のＣＦ、ＫＦおよびＶＣＲタイプのフランジを使用するのが有利である。

接続孔２２から軸方向長手方向で見て、ダイヤフラム装置２５はダイヤフラム装置の出口孔１６の方向に直通透視を許容してはならず、したがって、光学的に密でなければならない。この場合、スクリューダイヤフラム２０は少なくとも１．５回巻きの巻き山２１を有していなければならない。ただし有利なのは、スクリューダイヤフラム２０が多条ねじとして形成されて、複数巻きたとえば３〜１０回巻きの巻き山２１を有していることである。多くの場合、管体１４および／またはダイヤフラム２０は耐食性材料からなっていれば十分である。高活性の腐食性プロセスガスが使用される非常に測定の困難な条件下では、特に本発明によるダイヤフラム装置２５の場合、ダイヤフラム２０および／または管体
１４が腐食性プロセス条件に対してできるだけ優れた耐性を有する材料から製造されていると共に、さらに分解によって不純物が生成されることがないようにするのが有利である。コスト低下と特別な材料特性のいっそう容易な達成を図るため、管体１４および／またはダイヤフラム２０の露出面は適切な保護材料でコーティングされてもよい。一定のケースにあっては、これらの材料が真空計１５の隔膜２の材料に適合されるのも有利である。

本発明によるスクリューダイヤフラム２０は多様な方法で真空計１５の隔膜２のための保護特性の最適化を可能にする。図４にはさまざまに形成されたスクリューダイヤフラム２０が表されている。図４ａには、ピッチが相対的に小さく、通過面積と材料断面積との比が３．３の１条スクリューダイヤフラム２０が表されている。図４ｂには、ピッチがやや大きく、通過面積と材料断面積との比が６．６の、２つのねじ山が入り組んで配置された２条スクリューダイヤフラム２０の一例が表されている。図４ｃには、ピッチが図４ｂの２倍で、通過面積と材料断面積との比が１９．８のさらに別の２条スクリューが表されている。図４ｄには、ピッチが中程度で、通過面積と材料断面積との比が９．９の３条スクリューダイヤフラム２０が表されている。プロセス条件に応じ、スクリューダイヤフラム２０の条数、巻き数、ピッチおよび直径によって、真空計１５の隔膜２のための保護機能を最適化して、保護機能と並んで優れた測定性能も達成されるようにすることができる。

角ねじ状のスクリューダイヤフラム２０は図３ａに拡大された側面図で表され、かつ、図３ｂに三次元図で表されている。ここに表された角ねじ形状以外に、その他の形状のねじ山断面たとえば台形、三角形または、弧状で頂部の尖った形状の巻き山２１も可能である。ただし、角ねじ２０は、通過面積２４と残りの材料断面積との好適な比を生み出し得るように、通路２４の断面積をできるだけ大きく実現することができるという利点を供する。さらに、この態様は巻き山２１の頂部領域に適切な精密度の実現を可能にし、これによってスクリューダイヤフラム２０を交換可能部品として精密に製造することができる。

さらに、ダイヤフラム装置２５の出口孔１６の領域、したがって真空計１５との連結領域に、フラットダイヤフラム３０として形成されて、好ましくは穴３２を有し、したがって濾過ダイヤフラム３０を形成する補助ダイヤフラム３０が配置されているのが有利である。図３には、濾過ダイヤフラム３０の中心３１がスクリューダイヤフラム２０の棒状コア２３の一端に固定された好ましい実施例が表されている。ダイヤフラム３０はさらにその周縁に保持板２３を備えることができ、この保持板は弾性作用によって管体１４内にスクリューダイヤフラム２０を保持・位置決めする機能を引き受け、確実な保持を実現するため、好ましくは窪みたとえば管体１４内に設けられた溝に係合する。

優れた光学密度と保護機能を達成するには、ダイヤフラムの長さｌはその外径２ｒよりも大きくなければならない。この場合、スクリューダイヤフラム２０の有利な寸法は、１０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内の外径２ｒと、２０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲内の長さｌである。

図５には濾過ダイヤフラム３０の詳細が平面図で表されている。穴３２が設けられた円形ダイヤフラム３０の周縁には、たとえば３枚の約９０°折り曲げられて、管体１４内で係合、係止作用を実現することのできる保持板３３が具備されている。この濾過ダイヤフラムの直径は、スクリューダイヤフラム２０と同様に、周縁領域における粒子の通過が基本的に阻止もしくは防止されるように選択されなければならない。

本発明によるダイヤフラム装置を備えた隔膜真空計ユニットの概略的な断面図である。 本発明による保持手段付きダイヤフラムの側面図である。 図３ａに示したダイヤフラムの三次元図である。 図４ａから図４ｄは、螺旋通路配置およびピッチの相違するさまざまに形成された１スクリューダイヤフラムの側面図と三次元図である。 保持装置の一例の拡大図である。

Claims (12)

1. ダイヤフラム（７）を包囲するダイヤフラムケーシング（６）を備えた真空計（１５）用ダイヤフラム装置であって、前記ダイヤフラムケーシング（６）は真空計（１５）と連通するための出口孔（１６）と被測定対象チャンバと連通するための接続孔（２２）とを有し、前記ダイヤフラム（７）は前記双方の孔（１６，２２）の間に配置されているように構成したダイヤフラム装置において、
   前記ダイヤフラムケーシング（６，１４）は管体（１４）であり、前記ダイヤフラム（７，２０）は螺旋巻き山（２１）を有するスクリューダイヤフラムとして形成され、前記螺旋巻き山のフランクの外径は前記ダイヤフラムケーシング（１４）の内壁に密接し、前記螺旋巻き山のフランクの前記外径と前記内壁との間のガス漏通を阻止してガスの流れを基本的に前記螺旋巻き山に沿った通路に強制誘導し、かつ、前記出口孔（１６）は前記管体（１４）の一端に配置され、前記接続孔（２２）は前記管体の反対側の他端に配置され、前記スクリューダイヤフラム（２０）は軸方向目視方向において前記ダイヤフラム装置（２５）が前記双方の孔（１６，２２）の間で光学的に密であるように形成されていることを特徴とするダイヤフラム装置。
2. 前記スクリューダイヤフラム（２０）は少なくとも１．５回巻きの巻き山（２１）を有することを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム装置。
3. 前記スクリューダイヤフラム（２０）は多条ねじ（２０）として形成されていることを特徴とする請求項２記載のダイヤフラム装置。
4. 前記スクリューダイヤフラム（２０）は角ねじ（２０）として形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイヤフラム装置。
5. 前記スクリューダイヤフラム（２０）は棒状コア（２３）を有し、該棒状コア周りに前記螺旋巻き山が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のダイヤフラム装置。
6. 前記スクリューダイヤフラム（２０）の長さ（ｌ）は該スクリューダイヤフラムの外径（２ｒ）よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のダイヤフラム装置。
7. 前記管体（１４）は前記接続孔（２２）に接続フランジ（８）を有し、該接続フランジは好ましくは前記管体（１４）と一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のダイヤフラム装置。
8. 前記出口孔（１６）の領域に円形の、好ましくは濾過ダイヤフラム（３０）として形成されたフラットダイヤフラム（３０）が配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のダイヤフラム装置。
9. 前記フラットダイヤフラム（３０）は前記スクリューダイヤフラム（２０）に固定されていることを特徴とする請求項８記載のダイヤフラム装置。
10. 前記フラットダイヤフラムはその周縁に、前記管体（１４）の内壁に定着するための保持板（３３）を有することを特徴とする請求項９記載のダイヤフラム装置。
11. 前記スクリューダイヤフラム（２０）は前記管体（１４）に挿脱可能に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のダイヤフラム装置。
12. 前記ダイヤフラム装置（１４，２０，２５）は前記出口孔（１６）を介して真空計（１５）とくに隔膜真空計、好ましくは容量型隔膜真空計または光学式隔膜真空計に連通結合されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のダイヤフラム装置。

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