JP2020190468A - 圧力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 チャンバの気密性を低下させることなく接続でき、かつ、コンパクトに設置できる。【解決手段】チャンバ内の圧力を測定する圧力測定装置であって、前記チャンバに一端が接続される接続路と前記接続路の他端側から分岐して延びる複数の分岐路とを有する接続管と、前記接続管の前記各分岐路に設置される複数の圧力検出機構とを具備し、前記複数の圧力検出機構が、いずれも静電容量方式のものであり、かつ、互いに圧力の測定レンジの広さが異なるものとする。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力測定装置に関するものである。

例えば、特許文献１に示す滅菌装置においては、真空ポンプによってチャンバ内を真空引きする第１工程を行った後、当該チャンバ内で滅菌プロセスを実行する第２工程を行うように構成されている。

ところで、この種の所定圧力に調整したチャンバ内でプロセスを実行する装置では、圧力センサによってチャンバ内の圧力がモニタされるが、工程毎に要求される圧力の分解能が異なる。すなわち、第１工程では、チャンバ内の真空引きの様子を確認する目的で圧力がモニタされるため、低い分解能で足りるが、第２工程では、プロセスに影響を及ぼすチャンバ内の圧力を管理する目的で圧力がモニタされるため、高い分解能が要求される。

しかし、第１工程から第２工程へ至るまでにチャンバ内の圧力は大きく変動する。このため、チャンバ内の圧力を一つの圧力センサでモニタしようとすると、圧力センサの分解能が低くなり、第２工程で要求される分解能が得られない。

このため、チャンバに複数の圧力センサが設置される場合があるが、この場合、複数の圧力センサを設置するためのスペースが必要となるだけでなく、各圧力センサから延びる電源ケーブルを取り回すためのスペースも必要となるという問題がある。また、チャンバに圧力センサの数に応じた接続ポートを設ける必要があり、チャンバの気密性が低下するという問題がある。

特許第３７８３３３７号

そこで、本発明は、分解能の異なる複数の圧力検出機構をチャンバの気密性を低下させることなく接続でき、かつ、コンパクトに設置できる圧力測定装置を得ることを主な課題とするものである。

すなわち、本発明に係る圧力測定装置は、チャンバ内の圧力を測定する圧力測定装置であって、前記チャンバに一端が接続される接続路と前記接続路の他端側から分岐して延びる複数の分岐路とを有する接続管と、前記接続管の前記各分岐路に設置される複数の圧力検出機構とを具備し、前記複数の圧力検出機構が、いずれも静電容量方式のものであり、かつ、互いに圧力の測定レンジの広さが異なるものであることを特徴とするものである。

このようなものであれば、圧力の測定レンジの広さが異なる複数の圧力検出機構を一つの接続管を介してチャンバに接続することができるため、チャンバに設ける接続ポートを増やす必要がなく、チャンバの気密性を維持できる。また、複数の圧力検出機構が、互いに圧力の測定レンジの広さが異なるものであるため、各圧力検出機構の圧力の測定レンジを各工程に合わせて設定することにより、各工程に要求される分解能で圧力をモニタできるようになる。また、静電容量方式の圧力検出機構であれば、チャンバ内の気体の種類による感度の差が生じない。

また、前記複数の圧力検出機構においてそれぞれ圧力の測定レンジと分解能を異ならせることができる具体的な構成としては、第１圧力検出機構を構成するダイアフラムの面積が、前記第１圧力検出機構以外の他の圧力検出機構を構成するダイアフラムの面積よりも大きいものが挙げられる。

加えて、ダイアフラムの面積が最も大きい前記第１圧力検出機構の分解能を前記第１圧力検出機構以外の圧力検出機構よりも高くするには、前記第１圧力検出機構が、前記複数の圧力検出機構のうちで最も測定レンジの狭いものであればよい。

さらに、具体的な構成としては、前記接続管が、前記接続路の他端側から当該接続路に対して直線状に延びる第１分岐路を有しており、前記第１圧力検出機構が、前記第１分岐路に設置されており、前記他の圧力検出機構が、前記第１分岐路以外の他の分岐路に設置されているものが挙げられる。

このようなものであれば、他の圧力検出機構よりも測定レンジが狭く比較的分解能の高い第１圧力検出機構を接続管から直線状に延びる第１分岐路に設置したので、第１圧力検出機構とチャンバとの間に遮蔽物が無くすことが可能となり、当該第１圧力検出機構による分解能を更に向上させることができる。

また、チャンバ内の圧力を複数の圧力検出機構でモニタする場合には、チャンバ内の圧力に応じて適宜圧力検出機構を切り替えて使用することになる。この場合、各圧力検出機構から出力される出力信号の信号範囲が重複していると、どの圧力検出機構の出力信号をモニタしているのか混乱が生じる。

上記のような混乱が生じないにようにするには、前記各圧力検出機構が、圧力の測定レンジ中における少なくとも一部の圧力範囲の圧力値を示す出力信号を出力するものであり、前記各圧力検出機構の前記圧力範囲、及び、前記圧力範囲に対応する前記出力信号の信号範囲が、互いに重複しないように設定すればよい。

このようなものであれば、各圧力検出機構が、互いに重複しない圧力範囲を測定し、当該圧力範囲に対応する出力信号の信号範囲が重複しないため、どの圧力検出機構の出力信号をモニタしているのが明確に区別することができる。

前記第１圧力検出機構において他の圧力検出機構よりも微小な圧力の変化を捉えやすくし、さらに分解能を向上させるには、前記第１分岐路の内径が、前記第１分岐路以外の他の分岐路の内径よりも大きく形成されていればよい。

このように構成した圧力測定装置によれば、分解能の異なる複数の圧力検出機構をチャンバの気密性を低下させることなく接続でき、かつ、コンパクトに設置できる。

実施形態に係る圧力測定装置を示す模式図である。 実施形態に係る第１圧力検出機構及び第２圧力検出機構から出力される出力信号と当該出力信号に対応する圧力値との関係を示すグラフである。 その他の実施形態に係る圧力測定装置を示す模式図である。

以下に、本発明に係る圧力測定装置を図面に基づいて説明する。

本発明に係る圧力測定装置は、例えば、滅菌装置や半導体製造装置等のように、所定圧力に調整したチャンバ内でプロセスが実行される装置において、当該チャンバ内の圧力をモニタするために用いられるものである。

本実施形態に係る圧力測定装置１００は、図１に示すように、チャンバＣへ接続される接続管１０と、接続管１０に設置される複数の圧力検出機構Ｐと、を具備している。なお、接続管１０及び複数の圧力検出機構Ｐは、接続管１０のチャンバＣと接続される一端側を除き筐体４０内に収容されている。

前記接続管１０は、チャンバＣに一端が接続される接続路Ｌと、接続路Ｌの他端側から分岐して延びる複数の分岐路Ｒと、を有するものである。なお、分岐路Ｒは、圧力検出機構Ｐの数に応じて設けられている。本実施形態の接続管１０は、接続路Ｌの他端側から当該接続路Ｌの軸方向Ｘへ延びる第１分岐路Ｒ１と、接続路Ｌの軸方向Ｘに対して直交する方向へ延びる第２分岐路Ｒ２とを有している。なお、接続管１０の一端側には、その外周面にチャンバＣの接続ポートへ接続するためのフランジ１１が設けられている。

前記複数の圧力検出機構Ｐは、いずれも同一の検出方式によって圧力を検出するものである。本実施形態では、複数の圧力検出機構Ｐとして第１圧力検出機構Ｐ１及び第２圧力検出機構Ｐ２を備えている。そして、第１圧力検出機構Ｐ１が、第１分岐点Ｒ１に設置されており、第２圧力検出機構Ｐ２が、第２分岐路Ｒ２に設置されている。

なお、前記第１圧力検出機構Ｐ１は、プロセス中のチャンバＣ内の圧力をモニタするものである。一方、前記第２圧力検出機構Ｐ２は、プロセス前（例えば、真空引き中）のチャンバＣ内の圧力をモニタするものである。従って、第１圧力検出機構Ｐ１は、第２圧力検出機構Ｐ２に比べて分解能が高いものである。

具体的には、前記第１圧力検出機構Ｐ１の圧力の測定レンジを第１測定レンジとし、前記第２圧力検出機構Ｐ２の圧力の測定レンジを第２測定レンジとする。この場合、第２測定レンジが、第１測定レンジよりも広く設定されている。より具体的には、第２測定レンジの最大値が、第１測定レンジの最大値よりも大きい値に設定されている。なお、第１測定レンジと第２測定レンジとは、最小値側の一部の範囲が互いに重なるように設定されている。

なお、本実施形態の第１圧力検出機構Ｐ１及び第２圧力検出機構Ｐ２は、いずれも静電容量方式のものであり、基本構成が共通するものである。そこで、以下においては、第１圧力検出機構Ｐ１に着目して両圧力検出機構Ｐ１，Ｐ２の基本構成を説明した後、両圧力検出機構Ｐ１，Ｐ２で異なる構成を説明する。

先ず、両圧力検出機構Ｐ１，Ｐ２の基本構成を説明する。

前記第１圧力検出機構Ｐ１は、チャンバＣ内の圧力変動に伴って弾性変形するダイアフラム２０（なお、ダイアフラム２０は、電極としての機能を有するため、ダイアフラム電極２０ともいう。）と、ダイアフラム電極２０と対向させて配置された固定電極２１と、を備えている。そして、前記第１圧力検出機構Ｐ１は、ダイアフラム電極２０と固定電極２１との間の静電容量を検出し、圧力を測定するように構成されている。

具体的には、前記第１圧力検出機構Ｐ１は、接続管１０に接続された導電性筐体２２と、導電性筐体２２の内部空間Ｓに設置されたダイアフラム電極２０と、導電性筐体２２の内部空間Ｓにダイアフラム電極２０と対向させて設置された固定電極２１と、ダイアフラム電極２０及び固定電極２１と導電線２３を介して接続された回路基板２４と、を備えている。

前記ダイアフラム電極２０は、導電性筐体２２の内部空間Ｓを測定空間Ｓ１及び基準空間Ｓ２に仕切るように設置されている。なお、測定空間Ｓ１は、接続管１０を介してチャンバＣ内と連通する空間であり、基準空間Ｓ２は、固定電極２１が設置された空間であり、チャンバＣと連通していない。なお、ダイアフラム電極２０は、導電性筐体２２に接触するように設置されている。これにより、ダイアフラム電極２０は、導電性筐体２２及び導電線２３を介して回路基板２４と電気的に接続された状態となっている。なお、ダイアフラム電極２０は、その板面が第１分岐路Ｒ１（第１分岐路Ｒ２）の測定空間Ｓ１に接続される導入口Ｒ１ａ（導入口Ｒ２ａ）と対向するように設置されている。

前記固定電極２１は、導電性筐体２２のダイアフラム電極２０と対向する外壁に対して絶縁部材２５を介して設置されている。これにより、固定電極２１は、導電性筐体２２と絶縁状態となっている。なお、固定電極２１は、絶縁部材２５に形成された貫通孔２５ａに一端が差し込まれて固定された導電線２３を介して回路基板２４と電気的に接続された状態となっている。

前記回路基板２４には、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、入力部等を有したコンピュータが設置されており、前記メモリに格納されたプログラムをＣＰＵによって実行することによって、静電容量検出部２４ａ、電気信号変換部２４ｂとしての機能を発揮するように構成されている。

前記静電容量検出部２４ａは、一対の導電線２３を介してダイアフラム電極２０及び固定電極２１と電気的に接続されている。これにより、前記静電容量検出部２４ａは、ダイアフラム電極２０と固定電極１０との間に生じる静電容量を検出する。すなわち、静電容量検出部２４ａは、チャンバＣ内の圧力変動に伴って変化するダイアフラム電極２０と固定電極２１と間の距離の変化を静電容量の変化として検出する。

前記電気信号変換部２４ｂは、静電容量検出部２４ａで検出された静電容量を電圧値又は電流値を示す電気信号に変換するものである。

なお、前記電気信号変換部２４ｂで変換された電気信号を出力信号として筐体４０に設置された出力端子４１から外部へ出力するように構成されている。なお、本実施形態では、第１圧力検出機構Ｐ１の回路基板２４が、さらに電気信号受付部２４ｃとしての機構を発揮するように構成されている。そして、第１圧力検出機構Ｐ１及び第２圧力検出機構Ｐ２は、電気信号変換部２４ｂで得られた電気信号を電気信号受付部２４ｃへ送信し、電気信号受付部２４ｃから電気信号を出力信号として出力端子４１から外部へ出力するように構成されている。

また、例えば、回路基板２４において、さらに電気信号−圧力関係記憶部、圧力値変換部としての機能を発揮するようにしてもよい。ここで、電気信号−圧力関係記憶部は、電気信号とチャンバ内の圧力との関係を示す電気信号−圧力関係データを予め記憶するものである。また、圧力値変換部は、電気信号変換部２４ｂで変換された電気信号と電気信号−圧力関係データとに基づき電気信号を圧力値に変換するものである。この場合、圧力値変換部で変換された圧力値を示す圧力信号を出力信号として出力端子４１から外部へ出力するように構成すればよい。

次に、両圧力検出機構Ｐ１，Ｐ２の構成の違いを説明する。

前記第１圧力検出機構Ｐ１は、導電性筐体２２を囲むように設置された熱伝導筐体２６をさらに備えている。なお、熱伝導筐体２６には、ヒータ２７が設置されている。これにより、熱伝導筐体２６内の温度を調節できるように構成されている。

また、前記第１圧力検出機構Ｐ１は、測定空間Ｓ２内に板２８が設けられている。

また、前記第１圧力検出機構Ｐ１のダイアフラム電極２０のチャンバＣ内の圧力を受ける面の面積が、前記第２圧力検出機構Ｐ２のダイアフラム電極２０のチャンバＣ内の圧力を受ける面の面積よりも広くなっている。より具体的には、第１圧力検出機構Ｐ１のダイアフラム電極２０及び第２圧力検出機構Ｐ２のダイアフラム電極２０は、いずれも円盤状のものであり、第１圧力検出機構Ｐ１のダイアフラム電極２０の直径の方が第２圧力検出機構Ｐ２のダイアフラム電極２０の直径よりも大きくなっている。

なお、第１圧力検出機構Ｐ１は、接続路Ｌの軸方向Ｘに沿ってダイアフラム電極２０、固定電極２１、回路基板２４が、この順番に配置されている。一方、第２圧力検出機構Ｐ１は、接続路Ｌの軸方向Ｘと直交する方向に沿って、ダイアフラム電極２０、固定電極２１、回路基板２４が、この順番に配置されている。また、第２圧力検出機構Ｐ２の回路基板２４は、その平面が接続路Ｌの軸方向に沿うように配置されており、これにより、筐体４０の側面に沿うようになっている。

次に、前記第１圧力検出機構Ｐ１及び前記第２圧力検出機構Ｐ２の出力信号について図２を参照して詳述する。

前記第１圧力検出機構Ｐ１から出力される出力信号の信号範囲と、前記第２圧力検出機構Ｐ２から出力される出力信号の信号範囲とは、互いに重複しないように設定されている。

また、前記第１圧力検出機構Ｐ１は、第１測定レンジである第１圧力範囲の圧力値に対応する出力信号を出力するように設定されており、前記第２圧力検出機構Ｐ２は、第１測定レンジの最大値以上である第２圧力範囲の圧力値に対応する出力信号を出力するように設定されている。なお、具体的には、第２圧力範囲は、第１測定レンジの最大値以上であって第２測定レンジの最大値以下に設定されている。

具体的には、例えば、第１圧力検出機構Ｐ１の第１測定レンジがＡＴｏｒｒ以上ＢＴｏｒｒ以下であり、第２圧力検出機構Ｐ２の第２測定レンジがＡＴｏｒｒ以上ＣＴｏｒｒ以下であり、ＢＴｏｒｒ＜ＣＴｏｒｒであり、第１圧力検出機構Ｐ１及び第２圧力検出機構Ｐ２が出力信号として電圧値を出力する場合を想定する。

この場合、第１圧力検出機構Ｐ１は、第１測定レンジである第１圧力範囲の圧力値に対応する電圧値、具体的には、ＡＴｏｒｒ以上ＢＴｏｒｒ以下の圧力値に対応する電圧値を出力する。一方、第２圧力検出機構Ｐ２は、第１測定レンジの最大値以上であって第２測定レンジの最大値以下である第２圧力範囲の圧力値に対応する電圧値、具体的には、ＢＴｏｒｒ以上ＣＴｏｒｒ以下の圧力値に対応する電圧値を出力する。言い換えると、第１圧力検出機構Ｐ１は、第１測定レンジに含まれる全ての圧力範囲について各圧力値を示す出力信号を出力するのに対して、第２圧力検出機構Ｐ２は第２測定レンジのうちの一部の圧力範囲について各圧力値を示す出力信号を出力するように構成されている。

そして、第１圧力検出機構Ｐ１から出力される第１圧力範囲の圧力値に対応する電圧値の電圧範囲（例えば、０Ｖ以上ａＶ以下）と、第１圧力検出機構Ｐ１から出力される第１測定レンジの圧力値に対応する電圧値の電圧範囲（例えば、ｂＶ以上ｃＶ以下）が、重ならないように設定されている。言い換えると、第２圧力検出機構Ｐ２の第２測定レンジにおいて第１測定レンジと重複している第１圧力範囲の圧力値に対して対応する圧力信号を割り当てていない。このように各圧力値については第１圧力検出機構Ｐ１、第２圧力検出機構Ｐ２のいずれか一方の出力のみが電圧値として割り当てられているとともに、境界であるＢＴｏｒｒにおいて電圧信号が不連続に変化するように電圧値を割り当てているので、第１圧力範囲については第１圧力検出機構Ｐ１から出力されており、第２圧力範囲については第２圧力検出機構Ｐ２から出力されていることを明確にできる。

＜その他の実施形態＞ 前記実施形態においては、二つの圧力検出機構Ｐを設けた構成としているが、圧力検出機構Ｐを三つ以上設けたものであってもよい。この場合、接続管１０の分岐路の数を圧力検出機構Ｐの数に合わせて設ける必要がある。

また、前記接続管１０は、例えば、Ｔ字状、Ｙ字状等のように分岐するものであってもよい。

また、前記実施形態においては、第１圧力検出機構Ｐ１及び第２圧力検出機構Ｐ２の回路基板２４における電圧信号受付部２４ｃとして機能のみ共通化しているが、他の機能も共通化してもよい。このようなものであれば、更に装置をコンパクトに設計できる。

また、この場合、共通化した回路基板２４によって、電気信号比較部、報知部としての機能を発揮するように構成してもよい。電気信号比較部は、各圧力検出機構Ｐの測定レンジが重なる重複レンジ帯において当該圧力検出機構から検出された検出信号（静電容量、静電容量に基づく値等）を比較するものである。報知部は、検出信号比較部で比較した検出信号の差が閾値を超えている場合には報知するものである。このようなものであれば、圧力検出機構の故障を検知することができる。なお、このような機構は、回路基板２４とは別に設けられた制御部に設けてもよい。

また、その他の実施形態として、図３に示す圧力測定装置１００が挙げられる。具体的には、第１圧力検出機構Ｐ１における熱伝導筐体２６、ヒータ２７及び板２８は、いずれも設置しなくてもよい。さらに、前記実施形態の接続管１０は、第１分岐路Ｒ１の内径と第２分岐路Ｒ２との内径がほぼ同一になっているが、第１分岐路Ｒ１の内径を第２分岐路Ｒ２の内径よりも大きくしてもよい。

その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

チャンバ Ｃ
１００ 圧力測定装置
１０ 接続管
Ｌ 接続路
Ｒ１ 第１分岐路
Ｒ２ 第２分岐路
Ｐ１ 第１圧力検出機構
Ｐ２ 第２圧力検出機構
２０ ダイアフラム

Claims (6)

1. チャンバ内の圧力を測定する圧力測定装置であって、
   前記チャンバに一端が接続される接続路と前記接続路の他端側から分岐して延びる複数の分岐路とを有する接続管と、
   前記接続管の前記各分岐路に設置される複数の圧力検出機構とを具備し、
   前記複数の圧力検出機構が、いずれも静電容量方式のものであり、かつ、互いに圧力の測定レンジの広さが異なるものであることを特徴とする圧力測定装置。
2. 第１圧力検出機構を構成するダイアフラムの面積が、前記第１圧力検出機構以外の他の圧力検出機構を構成するダイアフラムの面積よりも大きいものである請求項１記載の圧力測定装置。
3. 前記第１圧力検出機構が、前記複数の圧力検出機構のうちで最も測定レンジの狭いものである請求項２記載の圧力測定装置。
4. 前記接続管が、前記接続路の他端側から当該接続路に対して直線状に延びる第１分岐路を有しており、
   前記第１圧力検出機構が、前記第１分岐路に設置されており、
   前記他の圧力検出機構が、前記第１分岐路以外の他の分岐路に設置されている請求項２又は３記載の圧力測定装置。
5. 前記各圧力検出機構が、圧力の測定レンジ中における少なくとも一部の圧力範囲の圧力値を示す出力信号を出力するものであり、
   前記各圧力検出機構の前記圧力範囲、及び、前記圧力範囲に対応する前記出力信号の信号範囲が、互いに重複しないように設定されている請求項１乃至４のいずれかに記載の圧力測定装置。
6. 前記第１分岐路の内径が、前記第１分岐路以外の他の分岐路の内径よりも大きく形成されている請求項４記載の圧力測定装置。