JP2016180651A - 堆積物状態推定装置、堆積物状態推定方法および堆積物状態推定システム - Google Patents

Abstract

【課題】ダイアフラムの受圧面に堆積された堆積物の状態を推定できるようにする。【解決手段】堆積物（ＰＭ）が堆積されていない初期状態のダイアフラム（３２）が共振する初期電源周波数（ｒｆ１）と、堆積物（ＰＭ）が堆積された後のダイアフラム（３２）が共振する電源周波数（ｒｆ２）に基づいて堆積物（ＰＭ）の状態を推定することができるので、ダイアフラム（３２）に堆積物（ＰＭ）が僅かに堆積されただけの零点シフトが生じない段階であっても、堆積物（ＰＭ）の状態を推定することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、堆積物状態推定装置、堆積物状態推定方法および堆積物状態推定システムに関し、特に、被測定流体の圧力を受けて撓むセンサダイアフラム（隔膜）の変化を静電容量の変化として検出する静電容量型圧力センサに関するものである。

従来、被測定流体の圧力を受けて撓むセンサダイアフラムの変化を静電容量の変化として検出する静電容量型圧力センサは広く知られている。例えば、半導体製造装置などにおける薄膜形成プロセス中の真空状態の圧力を計測するために静電容量型圧力センサが利用されており、この真空状態の圧力を計測するための静電容量型圧力センサを隔膜真空計と呼んでいる。

この隔膜真空計は、被測定流体の導入部を有するハウジングと、このハウジングの内部に設けられハウジングの導入部を通して導かれる被測定流体の圧力を受けて撓むセンサダイアフラムと、このセンサダイアフラムが撓んだときの変化を静電容量の変化として検出し、この静電容量の変化を電圧値に変換して出力するセンサユニットと、このセンサユニットを内側に収納したハウジングを覆うセンサケースとを備えている（例えば特許文献１を参照）。ここで、センサダイアフラムとは、ハウジングの導入部を通して導かれる被測定流体の圧力をその表面で受けたことにより撓んで変形する隔膜である。

このような隔膜真空計では、センサダイアフラムの表面にプロセス対象の薄膜と同じ物質やその副生成物等が堆積する。以下、センサダイアフラムの表面に堆積する物質を「堆積物」と呼ぶ。この堆積物がダイアフラムの表面に堆積されると、堆積物の状態に応じて圧縮応力または引張応力等の内部応力が発生する。

この応力の発生に伴い、被測定流体と接触する側のセンサダイアフラムの面が引っ張られ、または圧縮されて、センサダイアフラムの厚さ方向での力のバランスが崩れる。これにより、センサダイアフラムの被測定流体側の面が凸状もしくは凹状となるように撓むことになる。

このようにセンサダイアフラムへの堆積物の付着によって当該センサダイアフラムが撓んでしまうと、実際にはセンサダイアフラムの被測定流体側の面および被測定流体側とは反対側の面の両側で圧力差が無い状態でも、圧力差があるかのように検出することになり、零点誤差を生じるようになる。このような現象は、零点シフトと呼ばれている。零点シフトが起きると、隔膜真空計による圧力測定に誤差が生じてしまい、当該隔膜真空計を交換しなくてはならなくなる（例えば特許文献２を参照。）。

特開２０１４−１２６５０２１号公報 特開２０１４−１０９４８４号公報

ところで、センサダイアフラムの被測定流体側の面に堆積物が堆積されているか否かは、隔膜真空計を分解して当該センサダイアフラムの表面を調査したり、零点シフトに基づいて推測することにより判断していた。

しかし、隔膜真空計に対する分解調査により、センサダイアフラムの表面に堆積物が堆積しているか否かを判断する場合には、分解に伴う作業の手間が生じる。また、分解調査により、堆積物が堆積していると判断した場合には、堆積物の状態に拘らず、隔膜真空計を新しい製品に交換しなければならないという問題があった。

また、零点シフトに基づいてセンサダイアフラムの表面に堆積物が堆積しているか否かを所定の推定装置が自動的に判断する場合には、実際に零点シフトが起きてからでないと堆積物の有無を判断することはできない。

ここで、センサダイアフラムの表面に堆積物が僅かに付着した程度の段階では、内部応力が極めて小さい状態であり、この段階では隔膜真空計による被測定流体の圧力測定に誤差が生じない。このため、多くの堆積物の付着によりセンサダイアフラムの撓む零点シフトが起きる程度の状態にならないとセンサダイアフラムの表面に堆積物が付着しているか否かを判断できないという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためのものであり、ダイアフラムに堆積された堆積物の状態を推定することのできる堆積物状態推定装置、堆積物状態推定方法および堆積物状態推定システムを提供することを目的としている。

この目的を達成するために、本発明は、ダイアフラム（３２）と、このダイアフラム（３２）と対向して配置されたセンサ台座（３３）と、前記ダイアフラム（３２）に形成された可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と、前記センサ台座（３３）に形成され前記可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と対向する固定電極（３３ｂ、３３ｃ）と、前記可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と前記固定電極（３３ｂ、３３ｃ）との間に交流電源の電圧を印加するための端子（３５、３６、４１、４５、４６、）と、前記可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と前記固定電極（３３ｂ、３３ｃ）とによって形成される容量に応じた信号（Ｓｕ）を出力する出力回路とを備えた圧力センサユニット（３０）の前記ダイアフラム（３２）に堆積される堆積物（ＰＭ）の状態を推定する堆積物状態推定装置であって、前記端子（３５、３６、４１、４５、４６、）に印加する前記交流電源の電源周波数を変更する電源周波数変更部（２１０）と、前記端子（３５、３６、４１、４５、４６、）に印加する前記交流電源の電源周波数を変更したときに前記ダイアフラム（３２）が共振する前記電源周波数（ｒｆ２）を検出する検出部（２２０）と、前記ダイアフラム（３２）に前記堆積物（ＰＭ）が堆積していない初期状態において前記ダイアフラム（３２）が共振する初期電源周波数（ｒｆ１）を記憶する初期状態記憶部（２３０）と、前記検出部（２２０）によって検出された前記電源周波数（ｒｆ２）と前記初期状態記憶部（２３０）に記憶された前記初期電源周波数（ｒｆ１）とに基づいて、前記ダイアフラム（３２）に堆積された前記堆積物（ＰＭ）の状態を推定する推定部（２５０）とを備えるようにする。

本発明において、前記堆積物状態推定装置（２００）は、前記堆積物（ＰＭ）の状態を表す情報（Ｓｅ１〜Ｓｅ３）を外部へ出力する出力部（２６０）とを更に備えるようにする。

本発明において、前記推定部（２５０）は、前記電源周波数（ｒｆ２）と前記初期電源周波数（ｒｆ１）との差（ｒｆΔ）と比較する複数の閾値（ｔｈΔ１〜ｔｈΔ３）を有し、前記差（ｒｆΔ）と前記複数の閾値（ｔｈΔ１〜ｔｈΔ３）とを比較することにより複数段階のレベルに分けた前記堆積物（ＰＭ）の状態を推定するようにする。

本発明において、ダイアフラム（３２）と、このダイアフラム（３２）と対向して配置されたセンサ台座（３３）と、前記ダイアフラム（３２）に形成された可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と、前記センサ台座（３３）に形成され前記可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と対向する固定電極（３３ｂ、３３ｃ）と、前記可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と前記固定電極（３３ｂ、３３ｃ）との間に交流電源の電圧を印加するための端子（３５、３６、４１、４５、４６、）と、前記可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と前記固定電極（３３ｂ、３３ｃ）とによって形成される容量に応じた信号（Ｓｕ）を出力する出力回路とを備えた圧力センサユニット（３０）の前記ダイアフラム（３２）に堆積される堆積物（ＰＭ）の状態を推定する堆積物状態推定方法であって、前記端子（３５、３６、４１、４５、４６、）に印加する前記交流電源の電源周波数を電源周波数変更部（２１０）により変更する電源周波数変更ステップと、前記端子（３５、３６、４１、４５、４６、）に印加する前記交流電源の電源周波数を変更したときに前記ダイアフラム（３２）が共振する前記電源周波数（ｒｆ２）を検出部（２２０）により検出する検出ステップと、前記ダイアフラム（３２）に前記堆積物（ＰＭ）が堆積していない初期状態において初期状態記憶部（２３０）に記憶された前記ダイアフラム（３２）が共振する初期電源周波数（ｒｆ１）と、前記検出部（２２０）によって検出された前記電源周波数（ｒｆ２）とに基づいて、前記ダイアフラム（３２）に堆積された前記堆積物（ＰＭ）の状態を推定部（２５０）により推定する推定ステップとを有するようにする。

本発明において、堆積物状態推定システム（１）は、ダイアフラム（３２）と、このダイアフラム（３２）と対向して配置されたセンサ台座（３３）と、前記ダイアフラム（３２）に形成された可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と、前記センサ台座（３３）に形成され前記可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と対向する固定電極（３３ｂ、３３ｃ）と、前記可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と前記固定電極（３３ｂ、３３ｃ）との間に交流電源の電圧を印加するための端子（３５、３６、４１、４５、４６、）と、前記可動電極（３２ｂ、３２ｃ）と前記固定電極（３３ｂ、３３ｃ）とによって形成される容量に応じた信号（Ｓｕ）を出力する出力回路とを備えた圧力センサユニット（３０）と、前記端子（３５、３６、４１、４５、４６、）に印加する前記交流電源の電源周波数を変更する電源周波数変更部（２１０）と、前記端子（３５、３６、４１、４５、４６、）に印加する前記交流電源の電源周波数を変更したときに前記ダイアフラム（３２）が共振する前記電源周波数（ｒｆ２）を検出する検出部（２２０）と、前記ダイアフラム（３２）に前記堆積物（ＰＭ）が堆積していない初期状態において前記ダイアフラム（３２）が共振する初期電源周波数（ｒｆ１）を記憶する初期状態記憶部（２３０）と、前記検出部（２２０）によって検出された前記電源周波数（ｒｆ２）と前記初期状態記憶部（２３０）に記憶された前記初期電源周波数（ｒｆ１）とに基づいて、前記ダイアフラム（３２）に堆積された前記堆積物（ＰＭ）の状態を推定する推定部（２５０）とを備えるようにする。

本発明によれば、堆積物（ＰＭ）が堆積されていない初期状態のダイアフラム（３２）が共振する初期電源周波数（ｒｆ１）と、堆積物（ＰＭ）が堆積された後のダイアフラム（３２）が共振する電源周波数（ｒｆ２）に基づいて堆積物（ＰＭ）の状態を推定することができるので、ダイアフラム（３２）に堆積物（ＰＭ）が僅かに堆積されただけの零点シフトが生じない段階であっても、堆積物（ＰＭ）の状態を推定することができる。

本発明によれば、電源周波数（ｒｆ２）と前記初期電源周波数（ｒｆ１）との差（ｒｆΔ）と複数の閾値（ｔｈΔ１〜ｔｈΔ３）とに基づいて複数段階にレベル分けした堆積物（ＰＭ）の状態を推定することができるので、初期の段階から堆積物（ＰＭ）の状態をオペレータに認識させることが可能となる。

本実施の形態における堆積物状態推定システムの全体構成を示すブロック図である。 本実施の形態における静電容量型圧力センサ（隔膜真空計）の要部を示す縦断面図である。 本実施の形態におけるセンサユニットのセンサダイアフラムの受圧面に堆積物が堆積された状態を示す斜視図である。 本実施の形態において堆積物が堆積される前のセンサダイアフラムが共振したときの電源周波数と、堆積物が堆積された後のセンサダイアフラムが共振したときの電源周波数との差を示した図である。 本実施の形態における閾値と堆積物の状態（進行度）とを対応付けたテーブルを示す図である。 本実施の形態における初期電源周波数を記憶しておく処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態における堆積物の状態を推定する処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明するが、その前に本願発明の原理を説明する。

＜原理＞
本願発明は、半導体製造装置のプロセスにおいて使用される静電容量型圧力センサの圧力センサユニットのダイアフラムの受圧面に堆積物が堆積された場合、その堆積物の量に応じてダイアフラムのヤング率（縦弾性係数）が見かけ上変化し、ダイアフラムの固有振動数が変化することに着目した。

したがって、本願発明は、ダイアフラムと、このダイアフラムと対向して配置されたセンサ台座と、ダイアフラムに形成された可動電極と、センサ台座に形成され可動電極と対向する固定電極と、可動電極と固定電極との間に交流電源の電圧を印加するための端子と、可動電極と固定電極とによって形成される容量に応じた信号を出力する出力回路とを備えた圧力センサユニットのダイアフラムに堆積される堆積物の状態を推定するに際し、端子に印加する交流電源の電源周波数を変更し、端子に印加する交流電源の電源周波数を変更したときにダイアフラムが共振する前記電源周波数を検出し、ダイアフラムに堆積物が堆積していない初期状態においてダイアフラムが共振する初期電源周波数と、検出された電源周波数との差に基づいて、ダイアフラムに堆積された堆積物の状態を推定することを特徴とするものである。

＜堆積物状態推定システムの全体構成＞
図１に示すように、堆積物状態推定システム１は、隔膜真空計１００と、この隔膜真空計１００の内部に設けられた圧力センサユニット３０のセンサダイアフラム（後述する）に堆積される堆積物の状態（進行度）を推定する推定装置２００とを備えている。

＜隔膜真空計の構成＞
この隔膜真空計１００は、ハウジング１０と、ハウジング１０内に収容された台座プレート２０と、同じくハウジング１０内に収容され台座プレート２０の上面に接合された圧力センサユニット３０と、ハウジング１０に直接取付けられハウジング１０内外を導通接続する２つの電極リード部４０とを備えている。

ハウジング１０は、ロアハウジング１１、アッパーハウジング１２、および、カバー１３を備えている。なお、ロアハウジング１１、アッパーハウジング１２、および、カバー１３は、耐食性の金属であるインコネルからなり、それぞれ溶接により接合されている。

ロアハウジング１１は、径の異なる円筒体の大径部１１ａと小径部１１ｂとが連結された形状を有している。大径部１１ａは、支持ダイアフラム５０の下面との接合部を有し、小径部１１ｂは被測定流体が流入する導入部１０Ａを構成している。

アッパーハウジング１２は略円筒体形状を有し、カバー１３、支持ダイアフラム５０、台座プレート２０、及び圧力センサユニット３０を介してハウジング１０内に独立した真空の基準真空室１０Ｂを形成している。なお、基準真空室１０Ｂにはいわゆるゲッター（図示せず）と呼ばれる気体吸着物質が備わり、室内の真空度を維持している。

また、アッパーハウジング１２の内周面における支持ダイアフラム５０の近傍には、ストッパ１２ａが突出形成されている。なお、このストッパ１２ａは、被測定流体の急激な圧力上昇により台座プレート２０が過度に変移するのを規制する役割を果たしている。

また、カバー１３は円形のプレートからなり、カバー１３の所定位置には電極リード挿通孔１３ａが形成されている。カバー１３の電極リード挿通孔１３ａには、ハーメチックシール６０を介して電極リード部４０が埋め込まれ、ハーメチックシール６０により電極リード部４０が埋め込まれた部分のシール性が確保されている。

台座プレート２０は、第１のプレート部材２１と第２のプレート部材２２とから構成されている。この台座プレート２０は、ハウジング１０の内周面から隔間されており、支持ダイアフラム５０のみを介してハウジング１０に支持されている。

支持ダイアフラム５０は、ハウジング１０の形状に合わせた外形形状を有するインコネルの薄板から形成されている。この支持ダイアフラム５０は、第１のプレート部材２１と第２のプレート部材２２との間に挟まれた状態で、その外周部（周囲縁部）が上述したアッパーハウジング１１とロアハウジング１２の縁部に挟まれて溶接等により接合されている。

なお、支持ダイアフラム５０の厚さは、例えば本実施の形態の場合、数十ミクロンであって、各プレート部材２１、２２よりも充分薄い厚さとなっている。また、台座プレート２０（２１、２２）および支持ダイアフラム５０の中央部分には、圧力センサユニット３０に被測定流体を導くための導入孔５０ａが形成されている。

第１のプレート部材２１および第２のプレート部材２２は、酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアからなり、第１のプレート部材２１はハウジング１０の内面から離間された状態で支持ダイアフラム５０の下面に接合され、第２のプレート部材２２はハウジング１０の内面から離間された状態で支持ダイアフラム５０の上面に接合されている。

なお、第１のプレート部材２１、および、第２のプレート部材２２は、支持ダイアフラム５０の厚さに対して上述の通り十分に厚く形成されており、かつ支持ダイアフラム５０をサンドイッチ状に挟み込む構造を有している。これによって、支持ダイアフラム５０と台座プレート２０の熱膨張率の違いによって発生する熱応力でこの部分が反るのを防止している。

また、第２のプレート部材２２の上面には、酸化アルミニウムの単結晶体であるサファイアでできた上面視矩形状の圧力センサユニット３０が酸化アルミニウムベースの接合材を介して接合されている。

圧力センサユニット３０は、上面視で１ｃｍ角以下の大きさを有し、四角形型の中央部に貫通孔が形成された薄板からなるスペーサ３１と、スペーサ３１に接合されたシリコンからなるセンサダイアフラム３２と、センサダイアフラム３２に対向して配置された状態で接合されるセンサ台座３３とを有している。

センサ台座３３は、スペーサ３１と同様に四角形型の薄板からなり、当該スペーサ３１と同様の大きさを有している。また、センサ台座３３は、その中央部分に平面視矩形状の凹部３３ａが形成されている。

センサダイアフラム３２とセンサ台座３３とが接合された結果、凹部３３ａが容量室３０Ａとして形成される。この容量室３０Ａおよび基準真空室１０Ｂは、センサ台座３３の適所に穿設された図示しない連通孔を介して共に同一の真空度を保っている。

なお、スペーサ３１、センサダイアフラム３２、及びセンサ台座３３はいわゆる直接接合によって互いに接合され、一体化した圧力センサユニット３０を構成している。この圧力センサユニット３０の構成要素とされるセンサダイアフラム３２が本発明でいうダイアフラムに相当する。

圧力センサユニット３０の容量室３０Ａには、センサ台座３３の凹部３３ａの底面に金又は白金等の導体でできた固定電極３３ｂ、３３ｃが形成されている。この固定電極３３ｂ、３３ｃと対向するセンサダイアフラム３２の表面上には、金又は白金等の導体でできた可動電極３２ｂ、３２ｃが形成されている。

また、圧力センサユニット３０の上面には金又は白金からなるコンタクトパッド３５、３６が形成され、固定電極３３ｂ、３３ｃと可動電極３２ｂ、３２ｃはコンタクトパッド３５、３６と図示しない配線によって接続されている。

電極リード部４０は、合計４個設けられており、それぞれ電極リードピン４１と金属製のシールド４２とを備えている。シールド４２は、その内部にガラスなどの絶縁性材料からなるハーメチックシール４３を介して電極リードピン４１の中央部分を埋設しており、電極リードピン４１の両端部間における気密状態を保持している。

電極リードピン４１の一端は、ハウジング１０の外部に露出されている。２個の電極リードピン４１の一端には、センサダイアフラム３２が撓み固定電極３３ｂ、３３ｃと可動電極３２ｂ、３２ｃとで構成されたコンデンサの容量値（静電容量）が変化したときの当該容量値に応じたセンサ出力信号Ｓｕを出力する出力回路３０ｐが接続されている。また、残り２個の電極リードピン４１の一端は、推定装置２００の電源周波数変更部２１０と接続されている。

なお、シールド４２とカバー１３との間にも、上述の通りハーメチックシール６０が介在している。また、電極リードピン４１の他端には、導電性を有するコンタクトバネ４５、４６の一端が接続されている。コンタクトバネ４５、４６の他端は、コンタクトパッド３５、３６と機械的および電気的に接続されている。

コンタクトバネ４５、４６は、導入部１０Ａから被測定流体が急に流れ込むことで発生する急激な圧力上昇により支持ダイアフラム５０が若干変位しても、コンタクトバネ４５、４６の付勢力が圧力センサユニット３０の測定精度に影響を与えない程度の十分な柔らかさを有している。

この隔膜真空計１００において、圧力センサユニット３０のセンサダイアフラム３２と導入部１０Ａとの間には、導入部１０Ａにおける被測定流体の出口に、インコネルからなる第１のバッフル７１とインコネルからなる第２のバッフル７２とが対向配置されている。

第１バッフル７１は、円板状とされ、その板面の中央部にのみ、被測定流体の導通路（流路）として開口７１ａが形成されている。

第２のバッフル７２も、円板状とされ、その板面の周辺部に、被測定流体の導通路（流路）として開口７２ａが形成されている。なお、第２のバッフル７２は、第１のバッフル７１よりもその径がやや大きく形成されている。

第１のバッフル７１の板面、および、第２のバッフル７２の板面は、被測定流体の通過方向Ｆに対して直交した状態で対向配置されている。すなわち、隔膜真空計１００では、第１および第２のバッフル７１、７２を２段構えの構成とし、第１のバッフル７１を被測定流体の通過方向Ｆの上流側に配置し、第２のバッフル７２を被測定流体の通過方向Ｆの下流側に配置している。

＜推定装置の構成＞
推定装置２００は、電源周波数変更部２１０、共振点検出部２２０、初期状態記憶部２２０、比較部２４０、進行度推定部２５０および信号出力部２６０を備えている。

この推定装置２００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、メモリ、インタフェース等からなるコンピュータ（ハードウェア）にコンピュータプログラム（ソフトウェア）をインストールすることによって実現され、当該推定装置２００の各部の機能は、コンピュータの各種ハードウェア資源とコンピュータプログラムとが協働することによって実現される。

電源周波数変更部２１０は、圧力センサユニット３０におけるセンサ台座３３の固定電極３３ｂ、３３ｃと、センサダイアフラム３２の可動電極３２ｂ、３２ｃとの間にかける電源電圧の電源周波数を徐々に変更するものである。

具体的には、電源周波数変更部２１０は、圧力センサユニット３０によりセンサダイアフラム３２が撓んでいない状態の所謂０点を測定するときの電源電圧の基準周波数ｆ[Ｈｚ]から低い周波数帯または高い周波数帯へ当該電源電圧の電源周波数を例えば数[Ｈｚ]単位で徐々に変更させる。

共振点検出部２２０は、圧力センサユニット３０の固定電極３３ｂ、３３ｃと、センサダイアフラム３２の可動電極３２ｂ、３２ｃとの間にかける電源電圧の電源周波数を変更させたときに、センサダイアフラム３２が共振したときの電源周波数を共振点として検出するものであり、ダイアフラム３２の振動が共振か否かを判別するための閾値ｔｈｆ１を内部メモリに保持している。

共振点検出部２２０は、電源周波数の変更に応じて順次得られるセンサ出力信号Ｓｕの値とその一つ前の値との変化量が所定の閾値ｔｈｆ１よりも大きい場合にセンサダイアフラム３２が共振していると判別し、そのセンサ出力信号Ｓｕが得られたときの電源周波数をセンサダイアフラム３２の共振点として出力する。

初期状態記憶部２６０は、共振点検出部２２０から供給された初期状態のダイアフラム３２の電源周波数ｒｆ１を記憶するものである。また、初期状態記憶部２６０は、比較部２４０からの要求に応じて初期状態のセンサダイアフラム３２が共振したときの電源周波数ｒｆ１を比較部２４０に出力する。

比較部２４０は、共振点検出部２２０から任意の累積使用時間が経過した後のセンサダイアフラム３２が共振したときの電源周波数ｒｆ２を受け取ると、初期状態記憶部２６０に初期状態のダイアフラム３２の電源周波数ｒｆ１を要求して受け取り、電源周波数ｒｆ１、ｒｆ２間の差ｒｆΔを算出するものである。この差ｒｆΔは、電源周波数ｒｆ１と電源周波数ｒｆ２との周波数差である。比較部２４０は、その算出した差ｒｆΔを進行度推定部２５０へ出力する。

進行度推定部２５０は、比較部２４０から供給された差ｒｆΔに基づいてセンサダイアフラム３２の受圧面３２ａに堆積された堆積物ＰＭの堆積度合い(以下、これを「状態」と呼ぶ。)を推定するものである。具体的には、進行度推定部２５０は、堆積物ＰＭの状態を推定するために、図５に示すようなテーブルＴ１を内部メモリに記憶している。

テーブルＴ１は、比較部２４０から供給された差ｒｆΔと比較する複数の閾値ｔｈΔ１〜ｔｈΔ３（ｔｈΔ１＜ｔｈΔ２＜ｔｈΔ３）、その閾値ｔｈΔ１〜ｔｈΔ３と対応付けられた堆積物ＰＭの状態を示す進行度（２０％、５０％、８０％）、および、その進行度を表す情報Ｓｅ１〜Ｓｅ３がそれぞれ対応付けられたテーブルである。閾値ｔｈΔ１〜ｔｈΔ３と堆積物ＰＭの進行度（２０％、５０％、８０％）との関係は、予め実験や計算により求めて設定することができる。

したがって進行度推定部２５０は、差ｒｆΔと閾値ｔｈΔ１〜ｔｈΔ３とを比較し、進行度テーブルＴ１に基づいて、センサダイアフラム３２に成膜された堆積物ＰＭの進行度を意味する堆積情報Ｓｅ１〜Ｓｅ３を読み出し、この堆積情報Ｓｅ１〜Ｓｅ３を信号出力部２６０へ出力する。

信号出力部２６０は、進行度推定部２５０から供給された堆積情報Ｓｅ１〜Ｓｅ３を外部の通知装置（図示せず）へ出力するものである。通知装置は、堆積情報Ｓｅ１〜Ｓｅ３に基づいて隔膜真空計１００のユーザに対して何らかの通知を行うものである。ここで、通知装置としては、例えば、警告音発生手段や、警告灯点灯手段である。ただし、これに限るものではなく、圧力センサユニット３０のセンサダイアフラム３２の堆積物ＰＭの進行度の推定結果をユーザに通知することができれば、その他種々の手段であってよい。

＜堆積物状態推定動作＞
続いて、圧力センサユニット３０のセンサダイアフラム３２の受圧面に堆積された堆積物の状態を推定装置２００により推定する堆積物状態推定動作について説明するが、その前にセンサダイアフラム３２の受圧面に堆積物が形成された状態について簡単に説明する。

図３は、図１の圧力センサユニット３０のセンサダイアフラム３２及びセンサ台座３３を上下逆に表現した拡大図である。圧力センサユニット３０のダイアフラム３２の表面において被測定流体の圧力を受ける受圧面３２ａには、ハウジング１０の導入部１０Ａから第１バッフル７１の開口７１ａ、第２バッフル７２の開口７２ａ、および、導入孔５０ａを介して被測定流体が導入されたことに応じて堆積物ＰＭが形成されている。

この堆積物ＰＭは、被測定流体が導入孔５０ａから導入される時間の経過とともに次第にその量が多くなる。センサダイアフラム３２の受圧面３２ａに堆積される堆積物ＰＭの量が多くなると、曲げモーメントが大きくなるのでセンサダイアフラム３２が撓んでしまう。このセンサダイアフラム３２の受圧面３２ａに形成された堆積物ＰＭの状態を推定装置２００により推定するに当たり、初期値記憶段階と堆積物状態推定段階とに分けて説明する。

≪初期値記憶段階≫
初期値記憶段階は、堆積物ＰＭが堆積される前の初期状態にあるセンサダイアフラム３２が共振したときの電源周波数ｒｆ１（以下、これを「初期電源周波数ｒｆ１」と呼ぶ。）を予め記憶しておく段階である。

図５に示すように、最初に、推定装置２００の電源周波数変更部２１０は、堆積物ＰＭが堆積される前の初期状態にあるセンサダイアフラム３２の可動電極３２ｂ、３２ｃと、圧力センサユニット３０におけるセンサ台座３３の固定電極３３ｂ、３３ｃとの間に電源電圧をかけ、その電源電圧の電源周波数を基準周波数ｆ[Ｈｚ]から徐々に変更する（ステップＳＰ１）。

このように、電源電圧の電源周波数の変動によりセンサダイアフラム３２の振動の周波数がセンサダイアフラム３２の固有振動数と一致すると、そのセンサダイアフラム３２が共振することになる。

このとき、センサダイアフラム３２の共振により、圧力センサユニット３０の出力回路３０ｐからのセンサ出力信号Ｓｕが急激に増大する。共振点検出部２２０は、このセンサ出力信号Ｓｕの変化率が閾値ｔｈｆ１よりも大きい場合、堆積物ＰＭが堆積される前の初期状態のセンサダイアフラム３２が共振したときの初期電源周波数ｒｆ１を検出する（ステップＳＰ２）。

共振点検出部２２０は、堆積物ＰＭが堆積される前の初期状態のセンサダイアフラム３２の初期電源周波数ｒｆ１を初期状態記憶部２３０に出力し、この初期状態記憶部２３０に当該初期電源周波数ｒｆ１を初期値として記憶する（ステップＳＰ３）。

≪堆積物状態推定段階≫
堆積物状態推定段階は、上述した初期値記憶段階の後、半導体製造装置におけるプロセスにおいて隔膜真空計１００を任意の累積使用時間が経過した任意の時点においてセンサダイアフラム３２の受圧面３２ａに堆積された堆積物ＰＭの状態（進行度）を推定する段階である。

図６に示すように、電源周波数変更部２１０は、センサダイアフラム３２の可動電極３２ｂ、３２ｃと、圧力センサユニット３０の固定電極３３ｂ、３３ｃとの間にかける電源電圧の電源周波数を基準周波数ｆ[Ｈｚ]から徐々に変更する（ステップＳＰ１１）。

ここで、センサダイアフラム３２は、そもそも固有振動数を持っているが、半導体製造装置におけるプロセスにおいて受圧面３２ａに堆積物ＰＭが形成されると、その堆積物ＰＭの量に応じて見かけ上のヤング率が変化するため固有振動数が変化する。一旦、堆積物ＰＭが堆積されると、センサダイアフラム３２の固有振動数は、堆積物ＰＭが形成される前の初期状態のセンサダイアフラム３２の固有振動数からプラス側またはマイナス側にシフトする。更に、堆積物ＰＭの堆積量が増大するに連れてセンサダイアフラム３２の固有振動数は、初期状態のセンサダイアフラム３２の固有振動数からますます離れていくという特性を有している。

共振点検出部２２０は、上述の初期値記憶段階と同様の方法で、堆積物ＰＭが形成された後のセンサダイアフラム３２によるセンサ出力信号Ｓｕの変化量が閾値ｔｈｆ１よりも大きい場合、そのセンサ出力信号Ｓｕが得られたときの電源周波数ｒｆ２を、堆積物ＰＭが形成された後のセンサダイアフラム３２の第２共振点として検出し、この電源周波数ｒｆ２を比較部２４０に出力する（ステップＳＰ１２）。

比較部２４０は、堆積物ＰＭが堆積される前の初期電源周波数ｒｆ１と、堆積物ＰＭが形成された後の電源周波数ｒｆ２との差ｒｆΔを算出し、これを進行度推定部２５０へ出力する（ステップＳＰ１３）。

進行度推定部２５０は、差ｒｆΔが閾値ｔｈΔ３よりも大きいと判断した場合（ステップＳＰ１４：Ｙｅｓ）、センサダイアフラム３２の受圧面３２ａに形成された堆積物ＰＭの進行度が８０％であると推定し、その推定結果を意味する情報Ｓｅ３を信号出力部２６０から外部の通知装置（図示せず）へ出力する（ステップＳＰ１５）。

これにより通知装置は、情報Ｓｅ３に応じた緊急性を意味する大音量の警告音を出力したり、或いは、緊急性を意味する赤色の警告灯を点灯させることにより、センサダイアフラム３２の受圧面３２ａに堆積された堆積物ＰＭの進行度が８０％であり、隔膜真空計１００の交換時期が間近に迫っていることをオペレータに通知する。

一方、進行度推定部２５０は、差ｒｆΔが閾値ｔｈΔ３よりも大きくないと判断した場合であって（ステップＳＰ１４：Ｎｏ）、差ｒｆΔが閾値ｔｈΔ２よりも大きいと判断した場合（ステップＳＰ１６：Ｙｅｓ）、センサダイアフラム３２の受圧面３２ａに堆積された堆積物ＰＭの進行度が５０％であると推定し、その推定結果を意味する情報Ｓｅ２を信号出力部２６０から外部の通知装置（図示せず）へ出力する（ステップＳＰ１７）。

これにより通知装置は、情報Ｓｅ２に応じた中音量の警告音を出力したり、或いは、黄色の警告灯を点灯させることにより、センサダイアフラム３２の受圧面３２ａに堆積された堆積物ＰＭの進行度が５０％であり、隔膜真空計１００の交換時期が近付きつつあることをオペレータに通知する。

さらに、進行度推定部２５０は、差ｒｆΔが閾値ｔｈΔ２よりも大きくないと判断した場合であって（ステップＳＰ１６：Ｎｏ）、差ｒｆΔが閾値ｔｈΔ１よりも大きいと判断した場合（ステップＳＰ１８：Ｙｅｓ）、センサダイアフラム３２の受圧面３２ａに堆積された堆積物ＰＭの進行度が２０％であると推定し、その推定結果を意味する情報Ｓｅ１を信号出力部２６０から外部の通知装置（図示せず）へ出力する（ステップＳＰ１９）。

これにより通知装置は、情報Ｓｅ１に応じた小音量の警告音を出力したり、或いは、青色の警告灯を点灯させることにより、センサダイアフラム３２の受圧面３２ａに堆積された堆積物ＰＭの進行度が２０％であり、交換時期までに十分な時間が残されており、このまま継続的に使用可能であることをオペレータに通知する。

なお、進行度推定部２５０は、内部メモリに記憶した閾値ｔｈΔ１〜ｔｈΔ３（ｔｈΔ１＜ｔｈΔ２＜ｔｈΔ３）の値について任意に変更可能である。これにより、推定装置２００は、隔膜真空計１００が使用される環境に応じて閾値ｔｈΔ１〜ｔｈΔ３の値を変更すれば、その環境に合わせた堆積物ＰＭの進行度に基づいて警告音や、警告灯を点灯させてオペレータに通知することができる。

＜効果＞
堆積物状態推定システム１の推定装置２００は、堆積物ＰＭが形成される前の初期状態のセンサダイアフラム３２と比較して、堆積物ＰＭが僅かでも形成された後のセンサダイアフラム３２の固有振動数が変化するという特性を利用する。

すなわち、推定装置２００は、堆積物ＰＭが形成される前の初期状態の初期電源周波数ｒｆ１と、堆積物ＰＭが形成された後の電源周波数ｒｆ２との間には差ｒｆΔが存在するので、センサダイアフラム３２の受圧面３２ａに形成された堆積物ＰＭの量が僅かであっても、この差ｒｆΔに基づいて堆積物ＰＭの状態（進行度）を推定することができる。

このようにセンサダイアフラム３２の受圧面３２ａに形成された堆積物ＰＭの状態を早期の段階から推定することができるので、オペレータは隔膜真空計１００の交換時期を適切に管理し、半導体製造装置のダウンタイムを最適化することができる。

また、オペレータは、センサダイアフラム３２の受圧面３２ａに形成された堆積物ＰＭの状態を早期の段階から認識することにより、隔膜真空計１００のセンサダイアフラム３２に大きな堆積物ＰＭが形成されて零点シフトが起きた状態のまま圧力の測定を行うことを防止し、誤差を含んだ圧力測定結果を出力するというリスクを低減することができる。

＜他の実施の形態＞
なお、上述した実施の形態においては、テーブルＴ１に基づいて、センサダイアフラム３２に堆積された堆積物ＰＭの状態（進行度）を推定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、差ｒｆΔの大きさに基づいて計算により堆積物ＰＭの進行度を推定するようにしても良い。

さらに、上述した実施の形態においては、隔膜真空計（静電容量型圧力センサ）１００を対象とするように配置した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ダイアフラムを用いた半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサを対象とするようにしても良い。

さらに、上述した実施の形態においては、隔膜真空計（静電容量型圧力センサ）１００を半導体製造装置のプロセスにおいて用いられるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、凍結乾燥装置、真空ポンプ評価装置等のその他種々の使用環境において用いられるようにしても良い。その場合、使用環境に合わせた閾値ｔｈΔ１〜ｔｈΔ３を設定すればよい。

１……堆積物状態推定システム、１０……ハウジング、１０Ａ……導入部、１０Ｂ……基準真空室、１１……ロアハウジング、１２……アッパーハウジング、１３……カバー、２０……台座プレート、３０……圧力センサユニット、３０Ａ……容量室、３０ｐ……出力回路、３１……スペーサ、３２……センサダイアフラム（ダイアフラム）、３２ａ……受圧面、３２ｂ、３２ｃ……可動電極、３３……センサ台座、３３ｂ、３３ｃ……固定電極、３５、３６……コンタクトパッド、４０……電極リード部、４１……電極リードピン、４２……シールド、４３、６０……ハーメチックシール、４５、４６……コンタクトバネ、５０……支持ダイアフラム、７１……第１のバッフル、７２……第２のバッフル、１００……隔膜真空計、２００……推定装置、２１０……電源周波数変更部、２２０……共振点検出部、２３０……初期状態記憶部、２４０……比較部、２５０……状態推定部（推定部）、２６０……信号出力部（出力部）、ＰＭ……堆積物。

Claims (5)

1. ダイアフラムと、このダイアフラムと対向して配置されたセンサ台座と、前記ダイアフラムに形成された可動電極と、前記センサ台座に形成され前記可動電極と対向する固定電極と、前記可動電極と前記固定電極との間に交流電源の電圧を印加するための端子と、前記可動電極と前記固定電極とによって形成される容量に応じた信号を出力する出力回路とを備えた圧力センサユニットの前記ダイアフラムに堆積される堆積物の状態を推定する堆積物状態推定装置であって、
   前記端子に印加する前記交流電源の電源周波数を変更する電源周波数変更部と、
   前記端子に印加する前記交流電源の電源周波数を変更したときに前記ダイアフラムが共振する前記電源周波数を検出する検出部と、
   前記ダイアフラムに前記堆積物が堆積していない初期状態において前記ダイアフラムが共振する初期電源周波数を記憶する初期状態記憶部と、
   前記検出部によって検出された前記電源周波数と前記初期状態記憶部に記憶された前記初期電源周波数とに基づいて、前記ダイアフラムに堆積された前記堆積物の状態を推定する推定部と
   を備えることを特徴とする堆積物状態推定装置。
2. 前記堆積物状態推定装置は、
   前記堆積物の状態を表す情報を外部へ出力する出力部と
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の堆積物状態推定装置。
3. 前記推定部は、前記電源周波数と前記初期電源周波数との差と比較する複数の閾値を有し、前記差と前記複数の閾値とを比較することにより複数段階のレベルに分けた前記堆積物の状態を推定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の堆積物状態推定装置。
4. ダイアフラムと、このダイアフラムと対向して配置されたセンサ台座と、前記ダイアフラムに形成された可動電極と、前記センサ台座に形成され前記可動電極と対向する固定電極と、前記可動電極と前記固定電極との間に交流電源の電圧を印加するための端子と、前記可動電極と前記固定電極とによって形成される容量に応じた信号を出力する出力回路とを備えた圧力センサユニットの前記ダイアフラムに堆積される堆積物の状態を推定する堆積物状態推定方法であって、
   前記端子に印加する前記交流電源の電源周波数を電源周波数変更部により変更する電源周波数変更ステップと、
   前記端子に印加する前記交流電源の電源周波数を変更したときに前記ダイアフラムが共振する前記電源周波数を検出部により検出する検出ステップと、
   前記ダイアフラムに前記堆積物が堆積していない初期状態において初期状態記憶部に記憶された前記ダイアフラムが共振する初期電源周波数と、前記検出部によって検出された前記電源周波数とに基づいて、前記ダイアフラムに堆積された前記堆積物の状態を推定部により推定する推定ステップと
   を有することを特徴とする堆積物状態推定方法。
5. ダイアフラムと、このダイアフラムと対向して配置されたセンサ台座と、前記ダイアフラムに形成された可動電極と、前記センサ台座に形成され前記可動電極と対向する固定電極と、前記可動電極と前記固定電極との間に交流電源の電圧を印加するための端子と、前記可動電極と前記固定電極とによって形成される容量に応じた信号を出力する出力回路とを備えた圧力センサユニットと、
   前記端子に印加する前記交流電源の電源周波数を変更する電源周波数変更部と、
   前記端子に印加する前記交流電源の電源周波数を変更したときに前記ダイアフラムが共振する前記電源周波数を検出する検出部と、
   前記ダイアフラムに前記堆積物が堆積していない初期状態において前記ダイアフラムが共振する初期電源周波数を記憶する初期状態記憶部と、
   前記検出部によって検出された前記電源周波数と前記初期状態記憶部に記憶された前記初期電源周波数とに基づいて、前記ダイアフラムに堆積された前記堆積物の状態を推定する推定部と
   を備えることを特徴とする堆積物状態推定システム。