JP4994058B2 - Pressure measuring device and pressure measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、圧力測定装置および圧力測定方法に関するものである。 The present invention relates to a pressure measuring device and a pressure measuring method.
細い金属線からなるフィラメント(電気抵抗体)を備え、フィラメントと気体との熱交換によるフィラメントの熱損失量から気体の圧力を測定するピラニ真空計が広く知られている。ピラニ真空計は、フィラメントの熱損失量に応じた電気信号を出力する。その出力信号を圧力に変換する変換テーブルを用いて、気体の圧力を求めている。
しかしながら、ピラニ真空計の出力信号は、被測定ガスの圧力が一定でも、フィラメントの周辺温度や抵抗率の変化に伴ってシフトすることになる。この場合には、変換テーブルを用いて気体の圧力を精度よく求めることが困難になるという問題がある。 However, the output signal of the Pirani gauge is shifted with changes in the ambient temperature and resistivity of the filament even if the pressure of the gas to be measured is constant. In this case, there is a problem that it is difficult to accurately obtain the gas pressure using the conversion table.
なお、ピラニ真空計に代えて隔膜真空計やピエゾ真空計を採用すれば、フィラメントの周辺温度や抵抗率が変化しても出力信号が変化することはない。しかしながら、ピラニ真空計の圧力測定可能範囲が10−2〜105Paと広いのに対して、1個の隔膜真空計やピエゾ抵抗圧力計の圧力測定可能範囲は3〜4桁程度と狭い。そのため、圧力測定可能範囲が異なる複数の隔膜真空計等を組み合わせて用いる必要があり、製造コストが増加することになる。 If a diaphragm vacuum gauge or a piezo vacuum gauge is employed instead of the Pirani vacuum gauge, the output signal does not change even if the ambient temperature or resistivity of the filament changes. However, while the Pirani vacuum gauge has a wide pressure measurable range of 10 −2 to 10 5 Pa, the pressure measurable range of one diaphragm vacuum gauge or piezoresistive pressure gauge is as narrow as about 3 to 4 digits. For this reason, it is necessary to use a plurality of diaphragm gauges or the like having different pressure measurable ranges, which increases the manufacturing cost.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、気体の圧力を精度よく求めることが可能な、圧力測定装置および圧力測定方法の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a pressure measuring device and a pressure measuring method capable of accurately obtaining a gas pressure.
上記目的を達成するため、本発明に係る圧力測定装置は、気体の圧力に対応した電気信号を出力する第1圧力計と、前記第1圧力計の出力から前記気体の圧力を求める換算式を算出する演算装置と、前記第1圧力計に近接配置され、前記気体の圧力を測定する第2圧力計と、を備え、前記第2圧力計は、前記第1圧力計の圧力測定範囲より狭い範囲で前記気体の圧力を測定し、前記演算装置は、前記第2圧力計による前記気体の圧力測定結果を用いて、前記第2圧力計の圧力測定範囲より広い範囲に適用される前記換算式を算出する圧力測定装置であって、前記第1圧力計はピラニ真空計であり、前記第2圧力計は隔膜真空計またはピエゾ抵抗圧力計であることを特徴とする。
この構成によれば、第1圧力計の出力がシフトした場合でも、第1圧力計に近接配置した第2圧力計で気体の圧力を測定し、その圧力測定結果を用いて換算式を算出することにより、第1圧力計の出力から気体の圧力を精度よく求めることができる。その際、第1圧力計より狭い圧力測定範囲を有する第2圧力計を採用すれば足りるので、製造コストを低減することができる。
In order to achieve the above object, a pressure measuring device according to the present invention includes a first pressure gauge that outputs an electrical signal corresponding to a gas pressure, and a conversion formula for obtaining the gas pressure from the output of the first pressure gauge. An arithmetic device for calculation; and a second pressure gauge that is arranged in proximity to the first pressure gauge and measures the pressure of the gas, wherein the second pressure gauge is narrower than a pressure measurement range of the first pressure gauge. The gas pressure is measured in a range, and the arithmetic unit uses the gas pressure measurement result by the second pressure gauge to apply the conversion formula applied to a range wider than the pressure measurement range of the second pressure gauge. a pressure measuring device for calculating a first pressure gauge is a Pirani gauge, characterized in that said second pressure gauge is septa film gauge or piezoresistive pressure gauge.
According to this configuration, even when the output of the first pressure gauge is shifted, the pressure of the gas is measured with the second pressure gauge arranged close to the first pressure gauge, and the conversion formula is calculated using the pressure measurement result. Thus, the gas pressure can be accurately obtained from the output of the first pressure gauge. At this time, it is sufficient to employ a second pressure gauge having a pressure measurement range narrower than that of the first pressure gauge, so that the manufacturing cost can be reduced.
また前記第1圧力計は、気体と熱交換を行う電気抵抗体を備え、前記電気抵抗体の熱損失量に対応した電気信号を出力するピラニ真空計であり、前記第1圧力計の圧力測定範囲は、10−2Pa以上105Pa以下であり、前記第2圧力計の圧力測定範囲は、50Pa以上105Pa以下であることが望ましい。
ピラニ真空計の出力は、50Pa以上103Pa以下の範囲に特徴(変曲点)を有する。そこで、上記範囲を含む50Pa以上105Pa以下の範囲に、第2圧力計の圧力測定範囲を設定することが望ましい。その範囲における第2圧力計の圧力測定結果を用いて換算式を算出することにより、第2圧力計の圧力測定範囲より広い1Pa以上105Pa以下の範囲について、ピラニ真空計の出力から気体の圧力を精度よく求めることができる。
The first pressure gauge is a Pirani vacuum gauge that includes an electrical resistor that exchanges heat with gas and outputs an electrical signal corresponding to the amount of heat loss of the electrical resistor, and measures the pressure of the first pressure gauge. The range is preferably 10 −2 Pa or more and 10 5 Pa or less, and the pressure measurement range of the second pressure gauge is desirably 50 Pa or more and 10 5 Pa or less.
The output of the Pirani gauge has the characteristic (inflection point) in 10 3 Pa or less in the range of 50 Pa. Therefore, it is desirable to set the pressure measurement range of the second pressure gauge within the range of 50 Pa to 10 5 Pa including the above range. By calculating the conversion formula using the pressure measurement result of the second pressure gauge in the range, the gas pressure is measured from the output of the Pirani gauge in the range of 1 Pa to 10 5 Pa wider than the pressure measurement range of the second pressure gauge. The pressure can be obtained with high accuracy.
また、測定する気体の圧力が1Pa以上の範囲にある場合に、前記第1圧力計の出力Vから前記気体の圧力Pを求める前記換算式は、a,bおよびcを定数として、次式(数1)で表され、前記a,bおよびcは、前記気体の圧力Pを変化させて、前記第1圧力計の出力Vのデータを採取し、該データと次式との誤差が最小となるように求められることが望ましい。 Further, when the pressure of the gas to be measured is in the range of more than 1 Pa, the above conversion equation from the output V of the first pressure gauge determine the pressure P of the gas, a, b and c is a constant, the following equation ( The a, b, and c are obtained by changing the pressure P of the gas and collecting the data of the output V of the first pressure gauge, and the error between the data and the following equation is minimized. so as sought Rukoto is desirable.
また前記第1圧力計は、気体と熱交換を行う電気抵抗体を備え、前記電気抵抗体の熱損失量に対応した電気信号を出力するピラニ真空計であって、前記電気抵抗体を表面に配置して、基板の穴部を跨ぐように形成された浮膜と、前記浮膜を囲むように前記基板の表面に形成された周辺膜と、前記浮膜の中心を挟んで対称に配置され、前記浮膜の外周を前記周辺膜に連結する一対の連結膜と、を備え、前記電気抵抗体の両端部が、前記一対の連結膜の表面を通って、前記周辺膜の表面に形成された電極に引き出されていることが望ましい。
この構成によれば、電気抵抗体を薄膜化することが可能になり、ピラニ真空計の圧力測定範囲を拡大することができる。また、電気抵抗体を浮膜の表面に配置したので、電気抵抗体から基板への熱流出を抑制することが可能になり、浮膜の外周を連結膜により周辺膜に連結したので、電気抵抗体から周辺膜への熱流出を抑制することが可能になる。これらにより、ピラニ真空計の圧力測定範囲の下限を引き下げることができる。さらに、電気抵抗体の両端部が、浮膜の中心を挟んで対称に配置された一対の連結膜の表面を通って、周辺膜の表面に形成された電極に引き出されている。これにより、電気抵抗体と浮膜との熱膨張率が異なっても、電気抵抗体を対称に熱変形させることが可能になる。したがって、ピラニ真空計の圧力測定精度を向上させることができる。
The first pressure gauge is a Pirani vacuum gauge that includes an electrical resistor that exchanges heat with gas and outputs an electrical signal corresponding to the amount of heat loss of the electrical resistor, the electrical resistor being on the surface The floating film formed so as to straddle the hole of the substrate, the peripheral film formed on the surface of the substrate so as to surround the floating film, and symmetrically arranged with the center of the floating film interposed therebetween A pair of connecting films connecting the outer periphery of the floating film to the peripheral film, and both ends of the electric resistor are formed on the surface of the peripheral film through the surfaces of the pair of connecting films. It is desirable to be drawn out to the other electrode.
According to this configuration, the electric resistor can be made thin, and the pressure measurement range of the Pirani gauge can be expanded. In addition, since the electric resistor is arranged on the surface of the floating film, it becomes possible to suppress the heat outflow from the electric resistor to the substrate, and the outer periphery of the floating film is connected to the peripheral film by the connecting film. Heat outflow from the body to the peripheral membrane can be suppressed. By these, the lower limit of the pressure measurement range of the Pirani gauge can be lowered. Furthermore, both end portions of the electric resistor are drawn out to the electrodes formed on the surface of the peripheral film through the surfaces of the pair of connecting films arranged symmetrically with respect to the center of the floating film. Thereby, even if the thermal expansion coefficient differs between the electrical resistor and the floating membrane, the electrical resistor can be thermally deformed symmetrically. Therefore, the pressure measurement accuracy of the Pirani gauge can be improved.
また、前記第1圧力計および前記第2圧力計が、前記第1圧力計および前記第2圧力計により測定可能な内部空間を有する処理装置内に導入される被処理基板に設けられていることが望ましい。
また、前記処理装置はスパッタ処理装置であることが望ましい。
これらの構成によれば、圧力測定装置を装着するため処理装置を改造する必要がなく、処理装置内の気体の圧力を簡単かつ低コストで求めることができる。また、処理装置内での処理により被処理基板に作用する気体の圧力を精度よく求めることができる。
Further , the first pressure gauge and the second pressure gauge are provided on a substrate to be processed introduced into a processing apparatus having an internal space that can be measured by the first pressure gauge and the second pressure gauge . Is desirable.
The processing apparatus is preferably a sputter processing apparatus.
According to these configurations, it is not necessary to modify the processing apparatus for mounting a pressure measuring device, it is possible to determine the pressure of the gas in the processing apparatus in a simple and low cost. Moreover, the pressure of the gas which acts on a to-be-processed substrate by the process in a processing apparatus can be calculated | required accurately.
また前記被処理基板に、複数組の前記第1圧力計および前記第2圧力計が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、被処理基板に作用する気体の圧力分布を簡単かつ低コストで精度よく測定することができる。
Further, it is desirable that a plurality of sets of the first pressure gauge and the second pressure gauge are provided on the substrate to be processed.
According to this configuration, the pressure distribution of the gas acting on the substrate to be processed can be measured easily and accurately at a low cost.
一方、本発明に係る圧力測定方法は、気体の圧力に応じた電気信号を出力する第1圧力計と、前記第1圧力計の出力から前記気体の圧力を求める換算式を算出する演算装置と、前記第1圧力計に近接配置され、前記気体の圧力を測定する第2圧力計と、を備えた圧力測定装置による圧力測定方法であって、前記第2圧力計が、前記第1圧力計の圧力測定範囲より狭い範囲で前記気体の圧力を測定する工程と、前記演算装置が、前記第2圧力計による前記気体の圧力測定結果を用いて、前記第1圧力計の圧力測定範囲の全体に適用される前記換算式を求める工程と、を有し、前記第1圧力計としてピラニ真空計を用い、前記第2圧力計として隔膜真空計またはピエゾ抵抗圧力計を用いることを特徴とする。
この構成によれば、第1圧力計の出力がシフトした場合でも、第1圧力計に近接配置した第2圧力計で気体の圧力を測定し、その圧力測定結果を用いて換算式を算出することにより、第1圧力計の出力から気体の圧力を精度よく求めることができる。また第2圧力計が、第1圧力計より狭い圧力範囲で気体の圧力を測定するので、換算式を算出するためのデータ採取時間を短縮することができる。
On the other hand, a pressure measuring method according to the present invention includes a first pressure gauge that outputs an electrical signal corresponding to a gas pressure, and an arithmetic device that calculates a conversion formula for obtaining the gas pressure from the output of the first pressure gauge. A pressure measurement method using a pressure measurement device, the pressure measurement device comprising: a second pressure gauge that is disposed in proximity to the first pressure gauge and that measures the pressure of the gas, wherein the second pressure gauge is the first pressure gauge. Measuring the pressure of the gas in a range narrower than the pressure measurement range of the first pressure gauge using the result of the pressure measurement of the gas by the second pressure gauge. anda step of determining the conversion formula is applied to, using a Pirani gauge as said first pressure gauge, characterized by using a septum membrane gauge or piezoresistive pressure gauge as said second pressure gauge .
According to this configuration, even when the output of the first pressure gauge is shifted, the pressure of the gas is measured with the second pressure gauge arranged close to the first pressure gauge, and the conversion formula is calculated using the pressure measurement result. Thus, the gas pressure can be accurately obtained from the output of the first pressure gauge. In addition, since the second pressure gauge measures the gas pressure in a narrower pressure range than the first pressure gauge, the data collection time for calculating the conversion formula can be shortened.
また、前記第1圧力計および前記第2圧力計を被処理基板に搭載し、前記第1圧力計および前記第2圧力計により測定可能な内部空間を有する処理装置内に、前記被処理基板を導入して、前記処理装置内の圧力を測定することが望ましい。
また、前記処理装置としてスパッタ処理装置を用いることが望ましい。
これらの構成によれば、圧力測定装置を装着するため処理装置を改造する必要がなく、処理装置内の気体の圧力を簡単かつ低コストで求めることができる。また、処理装置内での処理により被処理基板に作用する気体の圧力を精度よく求めることができる。
Also, the first pressure gauge and the second pressure gauge mounted on a substrate to be processed, in said processing device having a measurable internal space by the first pressure gauge and the second pressure gauge, the substrate to be processed It is desirable to introduce and measure the pressure in the processing apparatus.
Moreover, it is desirable to use a sputtering apparatus as the processing apparatus.
According to these configurations, it is not necessary to modify the processing apparatus for mounting a pressure measuring device, it is possible to determine the pressure of the gas in the processing apparatus in a simple and low cost. Moreover, the pressure of the gas which acts on a to-be-processed substrate by the process in a processing apparatus can be calculated | required accurately.
この構成によれば、第1圧力計の出力がシフトした場合でも、第1圧力計に近接配置した第2圧力計で気体の圧力を測定し、その圧力測定結果を用いて換算式を算出することにより、第1圧力計の出力から気体の圧力を精度よく求めることができる。その際、第1圧力計より狭い圧力測定範囲を有する第2圧力計を採用すれば足りるので、製造コストを低減することができる。 According to this configuration, even when the output of the first pressure gauge is shifted, the pressure of the gas is measured with the second pressure gauge arranged close to the first pressure gauge, and the conversion formula is calculated using the pressure measurement result. Thus, the gas pressure can be accurately obtained from the output of the first pressure gauge. At this time, it is sufficient to employ a second pressure gauge having a pressure measurement range narrower than that of the first pressure gauge, so that the manufacturing cost can be reduced.
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
(第1圧力計、ピラニ真空計)
図1は、本実施形態に係るピラニ真空計の使用形態の説明図であり、図3のA−A線に相当する部分における断面図である。図1に示すように、本実施形態に係るピラニ真空計(第1圧力計)10は、真空チャンバの壁面2の開口部2aに配置して使用される。その開口部2aを外側から塞ぐように、Oリング3を介してフランジ4が配置されている。ここでは簡単のためゴム製のOリングシールフランジを想定したが、全金属製の金属シールフランジでも良い。そのフランジ4の内面中央部にピラニ真空計10が装着され、フランジ4の周縁部に複数の貫通電極6が立設されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
(First pressure gauge, Pirani gauge)
FIG. 1 is an explanatory diagram of a usage pattern of the Pirani vacuum gauge according to the present embodiment, and is a cross-sectional view of a portion corresponding to the line AA in FIG. 3. As shown in FIG. 1, a Pirani vacuum gauge (first pressure gauge) 10 according to the present embodiment is used by being disposed in an opening 2a of a
ピラニ真空計10は、フィラメントに相当する電気抵抗体40が形成されたセンサ部20と、センサ部20の表面を覆う第1カバー部12と、センサ部20の裏面を覆う第2カバー部18とを備えている。センサ部20には、電気抵抗体40に通電するための電極42が形成されている。この電極42は、ワイヤ7により貫通電極6の内側端部と接続されている。その貫通電極6の外側端部は、後述するブリッジ回路に接続されている。
The
図2は、本実施形態に係るピラニ真空計の分解斜視図である。上述したように、本実施形態に係るピラニ真空計10は、電気抵抗体40が形成されたセンサ部20と、センサ部20の表面を覆う第1カバー部12と、センサ部20の裏面を覆う第2カバー部18とを備えている。なおセンサ部20、第1カバー部12および第2カバー部18の構成材料として、酸化膜付きシリコンや石英、サファイア、ガラス、絶縁膜付きの化合物半導体基板等が選択できる。以下には、この中でも熱伝導率の良い酸化膜つきのシリコン基板を例に説明する。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the Pirani vacuum gauge according to the present embodiment. As described above, the
センサ部20は基板22を備えている。基板22の中央には、貫通孔24(図1参照)が形成されている。その貫通孔を跨ぐように、図2に示す基板22の表面に、電気絶縁膜30が形成されている。電気絶縁膜30の表面には、電気抵抗体40と、電気抵抗体40に通電するための電極42(42a,42b)とが形成されている。また電気絶縁膜30の表面の周辺には、Au膜からなる封止膜28が形成されている。封止膜28の厚さは、例えば200nm程度に形成されている。
The
第1カバー部12は、シリコン基板で形成されている。第1カバー部12には、センサ部20の電極42a,42bを露出させるための切り欠き13,14が形成されている。
また第1カバー部12の裏面の周辺には、凸部17が形成されている。この凸部17の先端面に形成された封止膜(不図示)が、センサ部20の表面に形成された封止膜28に接合されて、第1カバー部12がセンサ部20に固定されている。これにより、センサ部20の中央に形成された電気抵抗体40が、第1カバー部12によって覆われている。
The
A
一方、第1カバー部12の裏面の中央から周辺にかけて、凹部16が形成されている。
これにより、圧力を測定すべき気体(以下「被測定ガス」という。)を、第1カバー部12の周辺から中央に流入させて、センサ部20の電気抵抗体40に接触させることができるようになっている。
On the other hand, a
As a result, a gas whose pressure is to be measured (hereinafter referred to as “measurement gas”) can be caused to flow from the periphery of the
第2カバー部18は、シリコン基板で形成されている。第2カバー部18の表面の全体には、封止膜19が形成されている。この封止膜19が、センサ部20の裏面に形成された封止膜(不図示)に接合されて、第2カバー部18がセンサ部20に固定されている。
これにより、センサ部20の基板22に形成された貫通孔が、第2カバー部18によって覆われている。
The
Thereby, the through hole formed in the
(センサ部)
図3はセンサ部の平面図であり、図4は図3のB−B線における断面図である。図4に示すように、センサ部20は、シリコンや石英等の熱伝導率が低い材料からなる基板22を備えている。基板22は平面視略正方形状とされ、その一辺は例えば5mm程度に形成されている。また基板22の厚さは、例えば500±25μm程度に形成されている。基板22の中央部には、平面視矩形状の貫通孔24が形成されている。貫通孔24は、基板22の裏面から表面にかけて開口面積が小さくなるように、テーパ状に形成されている。
(Sensor part)
3 is a plan view of the sensor unit, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. As shown in FIG. 4, the
基板22の表面には、電気絶縁膜30が形成されている。電気絶縁膜30の構成材料として、酸化シリコンや窒化シリコン等の熱伝導率が低い材料を採用することが望ましい。
電気絶縁膜30の厚さは、例えば1〜2μm程度に形成されている。基板22の貫通孔24を跨ぐように電気絶縁膜30が配置されて、浮膜(メンブレン)32が形成されている。その浮膜32を囲むように、基板22の表面に電気絶縁膜30が配置されて、周辺膜36が形成されている。浮膜32と周辺膜36との間には、基板22の貫通孔24に連通するスリット31が設けられている。
An electrical insulating
The thickness of the electrical insulating
図3に示すように、浮膜32は、貫通孔24と相似の長方形状に形成され、貫通孔24の中央部に配置されている。浮膜32の大きさは、例えば短辺が300μm以下、長辺が1550μm以下、短辺と長辺との比率が1:5程度に形成されている。その浮膜32の外周を周辺膜36に連結するため、スリット31を横断するように電気絶縁膜が配置されて、連結膜34,35が形成されている。具体的には、浮膜32の中心を挟んで長辺方向の両側に、一対の第1連結膜34が形成されている。第1連結膜34は、浮膜32の短辺の中央部に配置されている。第1連結膜34の大きさは、例えば幅100μm程度、長さ500μm程度に形成されている。また、浮膜32の中心を挟んで短辺方向の両側に、一対の第2連結膜35が形成されている。第2連結膜35は、浮膜32の長辺の中央部に配置されている。
As shown in FIG. 3, the floating
浮膜32の表面には、電気抵抗体40が形成されている。電気抵抗体40は、通電によりジュール熱を発生する金属材料により、細線状に形成されている。特に、電気抵抗体40の構成材料として、PtやNiCr、W等の温度係数(単位温度あたりの電気抵抗値の変化量)の高い材料を採用すれば、ピラニ真空計の測定精度を向上させることができる。
電気抵抗体40は、例えば膜厚が200〜400nm、線幅が10〜20μm、抵抗値が100〜150Ωに形成されている。なお電気抵抗体40と浮膜32との密着性を確保するため、両者間に密着層を形成することが望ましい。密着層は、CrやTi等の金属材料で構成することが可能である。
An
The
電気抵抗体40は、上述した金属材料からなる細線を、蛇腹状にパターニングして形成されている。蛇腹状とすることにより細線の長さが増加するので、電気抵抗体40の抵抗値を調整することが可能になり、また被測定ガスとの熱交換を行う表面積を確保することが可能になる。なお蛇腹状とする代わりに、後述する温度補償体50と同様のつづら折り状としてもよい。電気抵抗体40は、蛇腹の延在方向を浮膜32の長辺方向に略一致させて配置されている。また電気抵抗体40の外形と同等の大きさに浮膜32が形成され、電気抵抗体40の面積に対する浮膜32の面積の割合が小さくなっている。
The
電気抵抗体40の両端部には、連結配線44が形成されている。連結配線44は、一対の第1連結膜34の表面を通って、周辺膜36の表面に形成された電極42(42a,42b)に引き出されている。この電極42から、連結配線44を介して、電気抵抗体40に通電しうるようになっている。
電気抵抗体40に被測定ガスが接触すると、熱交換が行われる。被測定ガスが電気抵抗体40から奪う熱量Qgは、次式で表される。
Qg=Kc(Tf−Tw)P=I2R ・・・ (1)
ただし、Kcは被測定ガスにより輸送される熱量の熱伝導係数、Tfは電気抵抗体40の温度、Twは電気抵抗体40の周辺温度(室温)、Pは被測定ガスの圧力、Iは電気抵抗体40を流れる電流、Rは電気抵抗体40の抵抗値である。
When the gas to be measured comes into contact with the
Qg = Kc (Tf−Tw) P = I 2 R (1)
Where Kc is the heat conduction coefficient of the amount of heat transported by the gas to be measured, Tf is the temperature of the
数式(1)によれば、被測定ガスが電気抵抗体40から奪う熱量Qgは、被測定ガスの圧力Pに比例することがわかる。また電気抵抗体40の抵抗値Rは、電気抵抗体40の温度Tfに略比例するので、Tfが一定となるように電流Iを制御すれば、抵抗値Rも一定となる。その結果、電流Iから被測定ガスの圧力Pを算出することができる。
According to Equation (1), it can be seen that the amount of heat Qg taken by the measured gas from the
ところで、数式(1)において電気抵抗体の周辺温度Twが変化すると、電流Iから被測定ガスの圧力Pを算出することが困難になる。そこで、電気抵抗体の周辺温度Twの変化を補償するため、温度補償体50が採用されている。温度補償体50は、ある圧力ポイントでピラニ真空計の温度変化による影響を0にするものである。
By the way, when the ambient temperature Tw of the electric resistor changes in the equation (1), it becomes difficult to calculate the pressure P of the gas to be measured from the current I. Therefore, a
図3に示すように、温度補償体50は、電気抵抗体40に隣接して周辺膜36の表面に形成されている。温度補償体50は、電気抵抗体40と同じ材料により細線状に形成されている。ただし、後述するように温度補償体50の抵抗値は電気抵抗体40より高く設定する必要がある。そのため温度補償体50はつづら折り状に形成され、細線の長さを長くすることによって温度補償体50の抵抗値が確保されている。
温度補償体50の一方端部は、周辺膜36の表面に形成された電極52に接続されている。また温度補償体50の他方端部は、電気抵抗体40の一方の電極42aに接続されている。これにより電極42bは、電気抵抗体40および温度補償体50の共通電極として機能する。
As shown in FIG. 3, the
One end of the
図5は、ピラニ真空計のブリッジ回路図である。上述した電気抵抗体40および温度補償体50は並列接続されている。そして、それぞれの電極42a,52間の電位差Vが0となるように、電気抵抗体40を流れる電流Iを制御する。温度補償体50の抵抗値は電気抵抗体40より非常に高く設定されているので、温度補償体50を流れる電流は微小になり、温度補償体50の温度および抵抗値はほとんど変化しない。ここで電位差Vを0とするためには、電気抵抗体40の周辺温度Twの変化量に合わせて、温度Tfを変化させることになる。したがって、Tf−Twが一定となり、周辺温度の変化が補償されるようになっている。
FIG. 5 is a bridge circuit diagram of the Pirani gauge. The
ところが、温度補償体50の温度は、電気抵抗体40からの熱伝達によって変化するおそれがある。図3に示すように、電気抵抗体40において発生した熱は、浮膜32、連結膜34,35および周辺膜36を経て温度補償体50に伝達される。そこで本実施形態では、電気抵抗体40と温度補償体50との間における周辺膜に、溝部39が形成されている。溝部39の大きさは、例えば幅200μm、長さ400μm程度に形成されている。
これにより、電気抵抗体40から温度補償体50への熱伝達を抑制することが可能になり、温度補償体50の温度変化を防止することができる。したがって、電気抵抗体40の周辺温度の変化を確実に補償することが可能になり、圧力測定精度を向上させることができる。
However, the temperature of the
Thereby, it becomes possible to suppress the heat transfer from the
(ピラニ真空計の製造方法)
次に、本実施形態に係るピラニ真空計の製造方法につき、図6ないし図9を用いて説明する。図6ないし図9は、ピラニ真空計のセンサ部の製造工程図である。
ここでは、素子の数μmレベルの微細化に有利な電気機械システム(Micro Electro Mechanical System;MEMS)技術を用いて、マイクロピラニセンサを形成する。MEMS技術とは、金属の蒸着やスパッタリング法などを用いる成膜技術や、基板上に数μmレベルのパターンを作製することができるリソグラフィ技術、さらには金属や半導体、酸化物などの膜を酸性やアルカリ性の薬液や、気体の放電現象により発生するイオンの化学反応を用いて、部分的に取り除くエッチング技術などを用いて、3次元構造の素子を基板上に多数作製するものである。
(Pirani vacuum gauge manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the Pirani vacuum gauge according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 9 are manufacturing process diagrams of the sensor part of the Pirani vacuum gauge.
Here, the micro-Pirani sensor is formed by using an electromechanical system (MEMS) technique that is advantageous for miniaturization of elements at a level of several μm. The MEMS technology is a film formation technology using a metal deposition or sputtering method, a lithography technology capable of producing a pattern of several μm level on a substrate, and a metal, a semiconductor, an oxide film or the like. A large number of elements having a three-dimensional structure are formed on a substrate by using an etching technique or the like that is partially removed using an alkaline chemical solution or a chemical reaction of ions generated by a gas discharge phenomenon.
まず図6(a)に示すように、基板22の表面に電気絶縁膜30を形成するとともに、基板22の裏面にも電気絶縁膜60を形成する。SiO2からなる電気絶縁膜30,60は、シリコン基板22を熱酸化することによって形成することが可能である。またSiNからなる電気絶縁膜30,60は、蒸着法やCVD法等によって形成することが可能である。次に、電気絶縁膜30の表面全体にレジスト70を形成する。さらにフォトリソグラフィ技術(露光および現像)により、電気抵抗体、温度補償体およびそれらの電極の形成領域に存在するレジスト70を除去して、凹部71を形成する。
First, as shown in FIG. 6A, an electrical insulating
次に図6(b)に示すように、基板22の表面全体にPt/Cr膜40aを形成する。
Pt/Cr膜40aは、密着層となる下層のCr層と、電気抵抗体となる上層のPt層で構成される。Pt/Cr膜40aは、スパッタ法等を用いて、凹部71の内部およびレジスト70の表面全体に形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, a Pt /
The Pt /
次に図6(c)に示すように、レジスト70を剥離する。レジスト70の剥離は、プラズマアッシング装置等を用いたドライプロセスまたはレジスト剥離液等を用いたウエットプロセスによって行うことが可能である。このレジスト70の剥離とともに、レジスト70に積層されたPt/Cr膜40aを除去する(いわゆるリフトオフ)。これにより、凹部71の内部に形成されたPt/Cr膜40aが電気絶縁膜30の表面に残り、電気抵抗体40が形成される。なお電気抵抗体40と同時に、温度補償体および各電極(いずれも不図示)が形成される。
Next, as shown in FIG. 6C, the resist 70 is removed. The resist 70 can be peeled by a dry process using a plasma ashing apparatus or the like, or a wet process using a resist stripping solution. Along with the peeling of the resist 70, the Pt /
次に図6(d)に示すように、電気絶縁膜30の表面全体にレジスト74を形成する。
さらにフォトリソグラフィ技術により、封止膜の形成領域に存在するレジスト74を除去して、凹部75を形成する。
次に図7(a)に示すように、凹部75の内部およびレジスト74の表面全体に、スパッタ法等によりAu膜28aを形成する。
次に図7(b)に示すように、レジスト74を剥離するとともに、レジスト74に積層されたAu膜28aを除去する。これにより、凹部75の内部に形成されたAu膜28aが電気絶縁膜30の表面に残り、封止膜28が形成される。
Next, as shown in FIG. 6D, a resist 74 is formed on the entire surface of the electrical insulating
Further, the resist 74 in the sealing film formation region is removed by a photolithography technique to form the
Next, as shown in FIG. 7A, an
Next, as shown in FIG. 7B, the resist 74 is peeled off and the
次に図7(c)に示すように、基板22の表面にレジスト78を形成する。ここでは、基板22の裏面にもレジスト78を形成しておく。次に、基板22の表面に形成されたレジスト78を露光および現像して、浮膜を囲むスリットおよび溝部の形成領域に凹部79を形成する。次に、このレジスト78をマスクとして、電気絶縁膜30のエッチングを行う。このエッチング処理は、CF4等のフルオロカーボンガスをエッチャントとして、RIE(Reactive Ion Etching)等により行うことが可能である。
これにより、図7(d)に示すように、電気絶縁膜30にスリット31が形成される。
このスリット31により、浮膜32が周辺膜36から分離され、浮膜32の外周が連結膜(不図示)により周辺膜36に連結された状態になる。なおスリット31と同時に、電気抵抗体40と温度補償体(不図示)との間に溝部(不図示)が形成される。その後、レジスト78を剥離する。
Next, as shown in FIG. 7C, a resist 78 is formed on the surface of the
As a result, as shown in FIG. 7D, slits 31 are formed in the electrical insulating
By this slit 31, the floating
次に図8(a)に示すように、基板22の表面および裏面にレジスト80を形成する。
次に、基板22の裏面に形成したレジスト80を露光および現像して、基板22の貫通孔の形成領域に凹部81を形成する。次に、このレジスト80をマスクとして、電気絶縁膜60のエッチング処理を行う。
これにより、図8(b)に示すように、基板22の貫通孔の形成領域に存在する電気絶縁膜60が除去されて、凹部61が形成される。その後、基板22の表面のレジスト80を残して、裏面のレジスト80のみを剥離する。
Next, as shown in FIG. 8A, a resist 80 is formed on the front surface and the back surface of the
Next, the resist 80 formed on the back surface of the
As a result, as shown in FIG. 8B, the electrical insulating
次に図8(c)に示すように、基板22の裏側における電気絶縁膜60の凹部61の内部に、レジスト84を充填する。なお基板22の裏面全体にレジスト84を形成しておき、フォトリソグラフィ技術を用いて、電気絶縁膜60の表面に存在するレジストのみを除去してもよい。
次に図9(a)に示すように、基板22の裏面全体に、スパッタ法等によりAu膜29aを形成する。
次に図9(b)に示すように、レジスト84を剥離するとともに、レジスト84に積層されたAu膜29aを除去する。これにより、電気絶縁膜60の表面のみにAu膜29aが残り、封止膜29が形成される。
Next, as shown in FIG. 8C, a resist 84 is filled in the
Next, as shown in FIG. 9A, an
Next, as shown in FIG. 9B, the resist 84 is removed and the
次に図9(c)に示すように、封止膜29をマスクとして、基板22をウエットエッチングする。なお電気絶縁膜60をSiO2で構成した場合には、基板22のエッチング液としてTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)を採用し、電気絶縁膜60をSiNで構成した場合には、エッチング液としてKOHを採用することが望ましい。これにより、シリコン基板22と電気絶縁膜60とのエッチング選択比を確保することが可能になり、電気絶縁膜60をエッチングすることなく基板22のみをエッチングすることができる。基板22のエッチングは、基板22を構成するシリコンの結晶方位に従って斜めに進行する。これにより貫通孔24は、基板22の裏面から表面にかけて開口面積が小さくなるように、テーパ状に形成される。
以上により、本実施形態に係るピラニ真空計のセンサ部20が形成される。
Next, as shown in FIG. 9C, the
Thus, the
次に、図2に示す第1カバー部12および第2カバー部18を形成する。そして、第1カバー部12の凸部17の先端面に形成した封止膜(不図示)を、センサ部20の表面に形成した封止膜28に接合して、第1カバー部12をセンサ部20に固定する。また、第2カバー部18の上面に形成した封止膜19を、センサ部20の下面に形成した封止膜(不図示)に密着させて、第2カバー部18をセンサ部20に固定する。封止膜の接合は、大気中にて基板を180〜200℃に加熱し、2〜3kgf/mm2の圧力で各基板を押圧しつつ、3〜5分程度保持することによって行う。以上により、本実施形態に係るピラニ真空計10が形成される。
Next, the
上述したMEMS技術を用いることにより、ピラニ真空計におけるPtフィラメントについて、従来不可能であったμmレベルでの高精度加工を実現することが可能になる。その結果、薄膜の電気抵抗体を形成することが可能になり、測定可能な圧力範囲を拡大することができる。 By using the MEMS technique described above, it is possible to realize high-precision processing at the μm level, which has been impossible in the past, for the Pt filament in the Pirani vacuum gauge. As a result, a thin-film electrical resistor can be formed, and the measurable pressure range can be expanded.
ピラニ真空計により測定可能な圧力範囲の上限を決定する要因として、(1)気体による熱伝導が一定値に近づくこと、(2)フィラメントの取付け姿勢に依存する気体の対流により測定感度が低下することが挙げられる。これらに加えて、測定可能な圧力範囲の上限は、(3)気体の平均自由工程λとフィラメントの半径rとの比λ/rに比例することが確認されている。そのため本実施形態では、フィラメントに相当する電気抵抗体を薄膜化して半径rを小さくすることにより、測定可能な圧力範囲の上限を引き上げることができる。具体的には、従来のピラニ真空計において104Pa程度であった測定範囲の上限を、本実施形態のピラニ真空計では105Pa程度に引き上げることが可能である。 Factors that determine the upper limit of the pressure range that can be measured with a Pirani gauge are: (1) the thermal conductivity of the gas approaches a constant value, and (2) the measurement sensitivity decreases due to the convection of the gas depending on the orientation of the filament. Can be mentioned. In addition to these, it has been confirmed that the upper limit of the measurable pressure range is proportional to (3) the ratio λ / r of the mean free path λ of the gas and the radius r of the filament. Therefore, in this embodiment, the upper limit of the measurable pressure range can be raised by reducing the radius r by reducing the thickness of the electrical resistor corresponding to the filament. Specifically, the upper limit of the measurement range, which was about 10 4 Pa in the conventional Pirani gauge, can be raised to about 10 5 Pa in the Pirani gauge of this embodiment.
上述したように、ピラニ真空計は、被測定ガスがフィラメントから奪う熱量Qgを測定して、被測定ガスの圧力を算出するものである。熱量Qgの測定は、フィラメントに熱量を補充することによって行う。ただし、実際にフィラメントに加える熱量は、気体によって奪われる熱量Qgだけではなく、フィラメントの両端から流出する熱量Qc、および輻射によって流出する熱量Qrの和になる。 As described above, the Pirani gauge measures the amount of heat Qg taken by the measurement gas from the filament and calculates the pressure of the measurement gas. The amount of heat Qg is measured by supplementing the filament with the amount of heat. However, the amount of heat actually applied to the filament is not only the amount of heat Qg taken away by the gas but also the sum of the amount of heat Qc flowing out from both ends of the filament and the amount of heat Qr flowing out by radiation.
ピラニ真空計により測定可能な圧力範囲の下限は、(1)流出熱量Qc,Qrに加えて、(2)フィラメントの周辺温度の変化量の影響を受ける。低圧の被測定ガスがフィラメントから奪う熱量Qgは非常に小さいので、流出熱量Qc,Qrが大きいと熱量Qgの測定が困難になるからである。また数式(1)において、フィラメントの周辺温度Twの変化量が大きいと、圧力Pの算出が困難になるからである。 The lower limit of the pressure range that can be measured by the Pirani gauge is influenced by (2) the amount of change in the ambient temperature of the filament in addition to (1) the outflow heat quantity Qc, Qr. This is because the amount of heat Qg taken by the low-pressure gas to be measured from the filament is very small, so that it is difficult to measure the amount of heat Qg if the outflow heat amounts Qc and Qr are large. Moreover, in Formula (1), if the variation | change_quantity of the ambient temperature Tw of a filament is large, calculation of the pressure P will become difficult.
これに対して、図3に示す本実施形態のピラニ真空計では、フィラメントに相当する電気抵抗体40を薄膜化することにより、電気抵抗体40からの流出熱量Qc,Qrを小さくすることが可能になる。また上述したように、電気抵抗体から温度補償体への熱伝達を遮断する溝部を設けたので、温度補償体の温度変化を抑制することが可能になり、電気抵抗体の周辺温度の変化を確実に補償することができる。したがって、測定可能な圧力範囲の下限を引き下げることができる。
On the other hand, in the Pirani vacuum gauge of this embodiment shown in FIG. 3, it is possible to reduce the amount of heat Qc and Qr flowing out from the
さらに、熱伝導率が低い酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる浮膜32の表面に電気抵抗体40を形成したので、電気抵抗体40から浮膜32への熱流出を抑制することが可能になる。また基板に直接接触しない浮膜32の表面に電気抵抗体40を配置したので、電気抵抗体40から基板への熱流出を抑制することが可能になる。また浮膜32をスリット31で囲み、浮膜32の外周を連結膜34,35により周辺膜36に連結し、さらに周辺膜36に溝部39を形成することで、電気抵抗体40から周辺膜36への熱流出を抑制することが可能になる。これにより、流出熱量Qc,Qrを小さくすることが可能になり、測定可能な圧力範囲の下限を引き下げることができる。具体的には、従来のピラニ真空計において10−1Pa程度であった測定範囲の下限を、本実施形態のピラニ真空計では10−2Pa程度に引き下げることができる。
Furthermore, since the
ところで、浮膜32の中心に対して非対称に一対の連結膜を配置し、その連結膜の表面を通って電気抵抗体40の両端部を周辺膜36の表面に引き出す構成が考えられる。しかしながら、この構成では、電気抵抗体40と浮膜32との熱膨張率の差により、電気抵抗体40が非対称に熱変形することになる。その結果、ピラニ真空計の測定精度を低下させるおそれがある。
By the way, a configuration in which a pair of coupling films is arranged asymmetrically with respect to the center of the floating
これに対して、本実施形態に係るピラニ真空計は、浮膜32の中心を挟んで対称に一対の第1連結膜34が配置され、その第1連結膜34の表面を通って、電気抵抗体40の両端部が周辺膜36の表面に引き出されている。これにより、電気抵抗体40と浮膜32との熱膨張率が異なっても、電気抵抗体40を対称に熱変形させることが可能になる。したがって、ピラニ真空計の圧力測定精度を向上させることができる。本実施形態では、特に1〜1000Paの領域で測定感度が向上する。
On the other hand, in the Pirani vacuum gauge according to the present embodiment, a pair of
また本実施形態では、電気抵抗体の面積に対する浮膜の面積の割合を小さくして、気体との熱交換がもっぱら電気抵抗体との間で行われる構造にしたので、圧力測定精度を向上させることができる。 In the present embodiment, the ratio of the area of the floating film to the area of the electric resistor is reduced, and the heat exchange with the gas is performed exclusively with the electric resistor, so that the pressure measurement accuracy is improved. be able to.
(第2圧力計)
本実施形態の圧力測定装置は、第1圧力計に近接配置された第2圧力計を備えている。第2圧力計として、隔膜真空計やピエゾ抵抗圧力計、熱伝導真空計等を採用することが可能である。
(Second pressure gauge)
The pressure measurement device according to the present embodiment includes a second pressure gauge disposed in proximity to the first pressure gauge. As the second pressure gauge, a diaphragm vacuum gauge, a piezoresistive pressure gauge, a heat conduction vacuum gauge, or the like can be employed.
図10は、隔膜真空計の側面断面図である。この隔膜真空計101も、上述したピラニ真空計と同様に、MEMS技術を用いて形成されている。隔膜真空計101は、シリコンやガラス等からなる第1基板102、第2基板110および第3基板120を積層配置して構成されている。
FIG. 10 is a side sectional view of the diaphragm vacuum gauge. The
第1基板102の中央部には、貫通孔104が形成されている。この貫通孔104と連通するように、第2基板110の裏面には凹部114が形成されている。この凹部114により第2基板110が薄肉化されて、ダイヤフラム115が形成されている。第2基板110の表面周縁部からダイヤフラム115の形成部にかけて、不純物イオンがドーピングされたイオン拡散層116が形成されている。
A through
また第2基板110の表面周縁部に、第3基板120の裏面周縁部が接着されている。その第3基板120の裏面中央部には凹部122が形成され、この凹部122により密閉封止された真空室125が形成されている。真空室125の内部には、水分等を吸着するためのゲッター剤106が設けられている。
In addition, the back surface periphery of the
ダイヤフラム115の形成部におけるイオン拡散層116の表面には、第1電極131が形成されている。また第3基板120の裏面には、第2電極132が形成されている。これらの第1電極131および第2電極132は所定距離を置いて対向配置され、キャパシタ130が形成されている。なお第2電極132に隣接して、第3基板120の裏面に参照用(0点シフト補正用)電極134が形成されている。第2電極132および参照用電極134は、第3基板120の貫通孔を通って表面に引き出されている。
A
上述した隔膜真空計101では、第1基板102の貫通孔104から導入された被測定ガスの圧力により、ダイヤフラム115が真空室125に向かって変形する。この変形に伴って、第1電極131と第2電極132との距離が変化し、キャパシタ130の静電容量が変化する。この静電容量の変化を電気信号に置換することにより、被測定ガスの圧力を検出しうるようになっている。
In the
図11は、ピエゾ抵抗圧力計の側面断面図である。このピエゾ抵抗圧力計200も、上述したピラニ真空計と同様に、MEMS技術を用いて形成されている。ピエゾ抵抗圧力計200は、上述した隔膜真空計と同様に、シリコンやガラス等からなる第1基板202、第2基板210および第3基板220を積層配置して構成されている。
FIG. 11 is a side sectional view of the piezoresistive pressure gauge. This
上述した隔膜真空計では、ダイヤフラムの形成部に第1電極を含むキャパシタが形成されていたのに対して、ピエゾ抵抗圧力計200では、ダイヤフラム215の形成部におけるイオン拡散層216の表面に、金属配線230が形成されている。金属配線230は、機械信号と電気信号とを相互変換するPZT等の圧電材料で構成されている。
In the diaphragm vacuum gauge described above, the capacitor including the first electrode is formed in the diaphragm forming portion, whereas in the
ピエゾ抵抗圧力計200では、第1基板202の貫通孔204から導入された被測定ガスの圧力により、ダイヤフラム215が真空室225に向かって変形する。この変形に伴って金属配線230も変形するので、その抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を電気信号に置換することにより、被測定ガスの圧力を検出しうるようになっている。
In the
(演算装置)
本実施形態に係る圧力測定装置は、ピラニ真空計の出力から被測定ガスの圧力を求めるための換算式を算出する演算装置を備えている。
図12は被測定ガスの圧力(横軸)とピラニ真空計の出力(縦軸)との関係を示すグラフであり、図12(a)は縦軸をリニアスケールとしたものであり、(b)は縦軸をログスケールとしたものである。
(Arithmetic unit)
The pressure measuring device according to the present embodiment includes an arithmetic device that calculates a conversion formula for obtaining the pressure of the gas to be measured from the output of the Pirani gauge.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the pressure of the gas to be measured (horizontal axis) and the output (vertical axis) of the Pirani gauge, and FIG. 12 (a) is a graph in which the vertical axis is a linear scale. ) Is a log scale on the vertical axis.
上述したように、ピラニ真空計は、被測定ガスがフィラメントから奪う熱量Qgを測定するものである。熱量Qgの測定は、フィラメントに熱量を補充することによって行う。ただし、実際にフィラメントに加える熱量は、気体によって奪われる熱量Qgだけではなく、フィラメントの両端から流出する熱量Qc、および輻射によって流出する熱量Qrの和になる。ここで、Qgは被測定ガスの圧力に比例して増加するが(数式(1)参照)、QcおよびQrは圧力によらず一定値となる。そのため、図12(a)に黒丸で示すように、ピラニ真空計の出力は、QcおよびQrに相当するオフセットを含んでいる。そこで、図12(a)に白丸で示すように、ピラニ真空計の出力からオフセットを減算したものが、Qgに相当する出力となる。 As described above, the Pirani gauge measures the amount of heat Qg taken from the filament by the gas to be measured. The amount of heat Qg is measured by supplementing the filament with the amount of heat. However, the amount of heat actually applied to the filament is not only the amount of heat Qg taken away by the gas but also the sum of the amount of heat Qc flowing out from both ends of the filament and the amount of heat Qr flowing out by radiation. Here, Qg increases in proportion to the pressure of the gas to be measured (see Equation (1)), but Qc and Qr are constant values regardless of the pressure. Therefore, as indicated by a black circle in FIG. 12A, the output of the Pirani gauge includes an offset corresponding to Qc and Qr. Therefore, as indicated by a white circle in FIG. 12A, the output corresponding to Qg is obtained by subtracting the offset from the output of the Pirani gauge.
Qgに相当するピラニ真空計の出力は、フィラメントの直径dおよび気体の平均自由工程λに応じて変化することが知られている。気体の平均自由工程λとは、運動している気体分子相互の衝突から次の衝突までの飛行距離の平均値である。
(ア)平均自由工程λがフィラメントの直径dより十分に大きい場合、すなわち被測定ガスの圧力が低い場合には、Qgは圧力に比例して増加する(数式(1)参照)。
(イ)これに対して、平均自由工程λが小さい場合、すなわち被測定ガスの圧力が高い場合には、Qgは圧力によらず一定値となる。
It is known that the output of the Pirani gauge corresponding to Qg varies with the diameter d of the filament and the mean free path λ of the gas. The mean free path λ of gas is an average value of a flight distance from a collision of moving gas molecules to the next collision.
(A) When the mean free path λ is sufficiently larger than the diameter d of the filament, that is, when the pressure of the gas to be measured is low, Qg increases in proportion to the pressure (see Formula (1)).
(A) On the other hand, when the mean free path λ is small, that is, when the pressure of the gas to be measured is high, Qg becomes a constant value regardless of the pressure.
図12(b)に黒四角で示すように、被測定ガスの圧力が1Pa以下の場合には、上記(ア)が支配的となり、ピラニ真空計の出力は線形性を示している。これに対して、図12(b)に白四角で示すように、被測定ガスの圧力が1Pa以上の場合には、上記(イ)が支配的となり、ピラニ真空計の出力は非線形性を示すようになる。 As shown by a black square in FIG. 12B, when the pressure of the gas to be measured is 1 Pa or less, the above (A) is dominant, and the output of the Pirani gauge shows linearity. On the other hand, as shown by a white square in FIG. 12B, when the pressure of the gas to be measured is 1 Pa or more, the above (A) becomes dominant, and the output of the Pirani gauge shows non-linearity. It becomes like this.
ところで、従来技術では、ピラニ真空計の出力と被測定ガスの圧力との対応テーブルを作成し、この対応テーブルにピラニ真空計の出力を当てはめて被測定ガスの圧力を求めていた。この場合、対応テーブルの記憶に多くのメモリが必要になるなどの問題があった。そこで本実施形態では、ピラニ真空計の出力から被測定ガスの圧力を求める換算式を算出し、この換算式にピラニ真空計の出力を代入して被測定ガスの圧力を求める。この場合、多くのメモリを必要としないので製造コストを低減することが可能になり、また被測定ガスの圧力を精度よく求めることが可能になる。 In the prior art, a correspondence table between the output of the Pirani vacuum gauge and the pressure of the gas to be measured is created, and the pressure of the gas to be measured is obtained by applying the output of the Pirani vacuum gauge to this correspondence table. In this case, there is a problem that a large amount of memory is required to store the correspondence table. Therefore, in this embodiment, a conversion formula for obtaining the pressure of the gas to be measured is calculated from the output of the Pirani gauge, and the pressure of the gas to be measured is obtained by substituting the output of the Pirani gauge for this conversion formula. In this case, since a large amount of memory is not required, the manufacturing cost can be reduced, and the pressure of the gas to be measured can be accurately obtained.
図12(b)において、被測定ガスの圧力が1Pa以下の場合には、ピラニ真空計の出力Vと被測定ガスの圧力Pとの関係を次式で記述することができる。
V=a*P ・・・ (2)
定数aは最小二乗法等によって求める。すなわち、被測定ガスの圧力Pを変化させてピラニ真空計の出力Vのデータを採取し、各データと数式(2)との誤差が最小となる定数aを求めればよい。この数式(2)をPについて解けば、被測定ガスの圧力Pが1Pa以下の場合において、ピラニ真空計の出力Vから被測定ガスの圧力Pを求めるための換算式を得ることができる。
In FIG. 12B, when the pressure of the gas to be measured is 1 Pa or less, the relationship between the output V of the Pirani gauge and the pressure P of the gas to be measured can be described by the following equation.
V = a * P (2)
The constant a is obtained by the least square method or the like. That is, it is only necessary to collect the data of the output V of the Pirani gauge by changing the pressure P of the gas to be measured, and obtain the constant a that minimizes the error between each data and Equation (2). Solving this equation (2) for P, a conversion formula for obtaining the pressure P of the gas to be measured from the output V of the Pirani gauge can be obtained when the pressure P of the gas to be measured is 1 Pa or less.
一方、図12(b)において、被測定ガスの圧力が1Pa以上の場合には、上記(イ)に従ってピラニ真空計の出力が一定値に漸近する。そのため、ピラニ真空計の出力Vと被測定ガスの圧力Pとの関係は、次式で記述できると考えられる。
V=a/((c/P)+1) ・・・ (3)
しかしながら、実験の結果、次式を用いた方が両者の関係を精度よく記述できることが判明した。
V=a/((c/P)b+1) ・・・ (4)
この場合にも、定数a,b,cは最小二乗法等によって求める。すなわち、被測定ガスの圧力Pを変化させてピラニ真空計の出力Vのデータを採取し、各データと数式(4)との誤差が最小となる定数a,b,cを求めればよい。
この数式(4)をPについて解けば、次式が得られる。
On the other hand, in FIG. 12B, when the pressure of the gas to be measured is 1 Pa or more, the output of the Pirani gauge gradually approaches a constant value according to the above (A). Therefore, it is considered that the relationship between the output V of the Pirani gauge and the pressure P of the gas to be measured can be described by the following equation.
V = a / ((c / P) +1) (3)
However, as a result of experiments, it has been found that using the following equation can describe the relationship between the two with higher accuracy.
V = a / ((c / P) b +1) (4)
Also in this case, the constants a, b, and c are obtained by the least square method or the like. That is, the data P of the output of the Pirani gauge is collected by changing the pressure P of the gas to be measured, and constants a, b, and c that minimize the error between each data and Equation (4) may be obtained.
If this equation (4) is solved for P, the following equation is obtained.
ところで数式(1)によれば、ピラニ真空計の電気抵抗体の周辺温度Twや抵抗値Rの変化に伴って、Qgに相当するピラニ真空計の出力がシフトすることになる。この場合には、換算式を再算出するため、数式(4)の定数a,b,cを求めなおす必要がある。上述したように、定数a,b,cを求めるには、被測定ガスの圧力Pを変化させてピラニ真空計の出力Vを測定する必要がある。ここで、被測定ガスの圧力Pをモニタするには、ピラニ真空計以外の他の圧力計を使用する必要がある。しかしながら、定数a,b,cを求めなおすたびに他の圧力計を装着するのは煩雑である。 By the way, according to the equation (1), the output of the Pirani gauge corresponding to Qg shifts as the ambient temperature Tw of the electric resistor of the Pirani gauge and the resistance value R change. In this case, in order to recalculate the conversion formula, it is necessary to recalculate the constants a, b, and c in the formula (4). As described above, in order to obtain the constants a, b, and c, it is necessary to change the pressure P of the gas to be measured and measure the output V of the Pirani gauge. Here, in order to monitor the pressure P of the gas to be measured, it is necessary to use a pressure gauge other than the Pirani gauge. However, it is troublesome to attach another pressure gauge every time the constants a, b, and c are obtained again.
そこで本実施形態では、ピラニ真空計(第1圧力計)に近接して、上述した隔膜真空計等の第2圧力計を配置する構成とした。この構成によれば、ピラニ真空計の出力がシフトした場合でも、第1圧力計に近接配置した第2圧力計で気体の圧力を測定し、その圧力測定結果を用いて換算式を再算出することにより、第1圧力計の出力から気体の圧力を精度よく求めることができる。圧力モニタ用の第2圧力計を予め設けておくことにより、数式(4)の定数a,b,cを求めなおすたびに他の圧力計を装着する必要がなくなる。また第2圧力計をピラニ真空計に近接配置することにより、ピラニ真空計に作用している被測定ガスの圧力を精度よく測定することができる。またMEMS技術を用いてピラニ真空計とともに第2圧力計を作成すれば、製造コストの増加を最小限に抑制することができる。 Therefore, in this embodiment, the second pressure gauge such as the above-described diaphragm vacuum gauge is disposed in the vicinity of the Pirani vacuum gauge (first pressure gauge). According to this configuration, even when the output of the Pirani gauge is shifted, the pressure of the gas is measured with the second pressure gauge arranged close to the first pressure gauge, and the conversion formula is recalculated using the pressure measurement result. Thus, the gas pressure can be accurately obtained from the output of the first pressure gauge. By providing a second pressure gauge for pressure monitoring in advance, it is not necessary to attach another pressure gauge each time the constants a, b, and c in Equation (4) are obtained again. Further, by placing the second pressure gauge close to the Pirani vacuum gauge, the pressure of the gas to be measured acting on the Pirani vacuum gauge can be accurately measured. Moreover, if a 2nd pressure gauge is created with a Pirani vacuum gauge using MEMS technology, the increase in manufacturing cost can be suppressed to the minimum.
上述したように、本実施形態に係るピラニ真空計の圧力測定可能範囲は10−2〜105Paと広いのに対して、1個の隔膜真空計やピエゾ抵抗圧力計の圧力測定可能範囲は3〜4桁程度と狭い。そのため、1個の第2圧力計で1〜105Paの全範囲を測定することはできない。そこで本実施形態では、1〜105Paのうち一部の圧力範囲のみで被測定ガスの圧力Pを変化させ、ピラニ真空計の出力Vのデータを採取して、数式(4)の定数a,b,cを求める。この場合には、ピラニ真空計より圧力測定可能範囲が狭い1個の第2圧力計を採用すれば足りるので、製造コストを低減することができる。また、ピラニ真空計より狭い圧力範囲で気体の圧力を測定するので、換算式を算出するためのデータ採取時間を短縮することができる。 As described above, the pressure measurable range of the Pirani vacuum gauge according to this embodiment is as wide as 10 −2 to 10 5 Pa, whereas the pressure measurable range of one diaphragm vacuum gauge or piezoresistive pressure gauge is It is as narrow as 3-4 digits. Therefore, the whole range of 1 to 10 5 Pa cannot be measured with one second pressure gauge. Therefore, in the present embodiment, the pressure P of the gas to be measured is changed only in a part of the pressure range of 1 to 10 5 Pa, the data of the output V of the Pirani vacuum gauge is collected, and the constant a in Expression (4) , B, c are obtained. In this case, it is sufficient to employ one second pressure gauge having a narrower pressure measurable range than the Pirani vacuum gauge, and thus the manufacturing cost can be reduced. Moreover, since the gas pressure is measured in a pressure range narrower than that of the Pirani gauge, the data collection time for calculating the conversion formula can be shortened.
本願の発明者は、50〜105Paの範囲で被測定ガスの圧力を変化させることにより、1〜105Paの全体に適用可能しうる数式(4)が算出されることを見出した。図12(b)に示すように、ピラニ真空計の出力は、50〜103Paの範囲に特徴(変曲点)を有し、この範囲で非線形性が強くなっている。そのため、50〜103Paを含む50〜105Paの範囲で被測定ガスの圧力Pを変化させ、ピラニ真空計の出力Vのデータを採取して、数式(4)の定数a,b,cを求めることが望ましい。この場合、50〜105Paに圧力測定可能範囲を有する1個の第2圧力計を設ければよい。ここで求めた数式(4)は、1〜105Paの全体について、ピラニ真空計の出力Vと被測定ガスの圧力Pとの関係を精度よく記述するものになる。この数式(4)をPについて解けば、被測定ガスの圧力Pが1Pa以上の場合においてピラニ真空計の出力Vから被測定ガスの圧力Pを求めるための換算式を得ることができる。 The inventor of the present application, by changing the pressure of the measurement gas in the range of 50 to 10 5 Pa, it was found that a formula that can be applicable to the whole of 1~10 5 Pa (4) are calculated. As shown in FIG. 12 (b), the output of the Pirani gauge is characterized (inflection point) in the range of 50 to 10 3 Pa, nonlinearity is strong in this range. Therefore, the pressure P of the gas to be measured is changed in the range of 50 to 10 5 Pa including 50 to 10 3 Pa, the output V data of the Pirani gauge is collected, and the constants a, b, It is desirable to obtain c. In this case, one second pressure gauge having a pressure measurable range at 50 to 10 5 Pa may be provided. Equation (4) obtained here accurately describes the relationship between the output V of the Pirani gauge and the pressure P of the gas to be measured for the whole of 1 to 10 5 Pa. If Equation (4) is solved for P, a conversion formula for obtaining the pressure P of the gas to be measured from the output V of the Pirani gauge when the pressure P of the gas to be measured is 1 Pa or more can be obtained.
図13は、換算式から求めた被測定ガス圧力の精度を確認するためのグラフである。図13では、被測定ガス圧力の実測値を横軸にとり、換算式から求めた被測定ガス圧力の計算値を縦軸にとっている。図13のグラフは、ピラニ真空計の圧力測定可能範囲である10−2〜105Paについて、換算式から求めた被測定ガス圧力の計算値と実測値とがよく一致していることを示している。したがって、ピラニ真空計の出力から気体の圧力を精度よく求めることができる。 FIG. 13 is a graph for confirming the accuracy of the gas pressure to be measured obtained from the conversion formula. In FIG. 13, the measured value of the measured gas pressure is plotted on the horizontal axis, and the calculated value of the measured gas pressure obtained from the conversion formula is plotted on the vertical axis. The graph of FIG. 13 shows that the calculated value of the measured gas pressure obtained from the conversion formula and the measured value are in good agreement for 10 −2 to 10 5 Pa, which is the pressure measurable range of the Pirani gauge. ing. Therefore, the gas pressure can be accurately obtained from the output of the Pirani gauge.
(プロセスガスの圧力測定)
次に、ピラニ真空計(第1圧力計)および第2圧力計が、処理装置内に導入される被処理基板上に設けられた圧力測定装置(可搬型センサ)について説明する。
図14は、圧力測定装置のブロック図である。圧力測定装置185は、複数組のピラニ真空計(第1圧力計)10および隔膜真空計(第2圧力計)100を備えている。ピラニ真空計10および第2圧力計100は、それぞれ駆動回路65,165を介して、コントローラ170に接続されている。コントローラ170には、A/D,D/Aコンバータ172と、上記のように換算式を算出する演算装置(CPU)174と、換算式を記録するメモリ176と、外部とのデータ通信を行うインターフェイス178とが設けられている。また、駆動回路65,165やコントローラ170等に電源供給を行うバッテリ180が設けられている。
(Process gas pressure measurement)
Next, a pressure measuring device (portable sensor) in which a Pirani vacuum gauge (first pressure gauge) and a second pressure gauge are provided on a substrate to be processed introduced into the processing apparatus will be described.
FIG. 14 is a block diagram of the pressure measuring device. The
図15は、基板表面実装型の圧力測定装置の概略構成図である。図15では、処理装置内に導入される被処理基板190の表面に圧力測定装置185が搭載されて、可搬型センサが構成されている。被処理基板190は、処理装置において現実の処理に供される基板と同等のもので、材質はシリコンやガラス、セラミックス、化合物半導体、SiC等であり、直径は50〜300mm程度に形成されている。その被処理基板190の表面に複数組のピラニ真空計10および第2圧力計100が略均等に配置され、それぞれのピラニ真空計10および第2圧力計100は近接配置されている。ピラニ真空計10および第2圧力計100は、MEMS技術により被処理基板190に直接作り込んでもよく、被処理基板190とは別に製作したものを被処理基板190に貼り付けてもよい。また被処理基板190の表面には、コントローラ170が設けられている。コントローラ170は、上述した駆動回路、演算装置(CPU)およびメモリを備え、図示しないキャップで密閉封止されている。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a substrate surface mounting type pressure measuring device. In FIG. 15, a
図16は回路内装型の圧力測定装置の概略構成図であり、図16(a)は斜視図であり、図16(b)は図16(a)のC−C線における断面図である。図16(b)に示す可搬型センサは、上面板190および下面板194と、両者間の周縁部に配置された側壁部193と、これらに囲まれた収納室195とを備えたものである。上面板190および下面板194は、処理装置内に導入される被処理基板と同等の平面サイズに形成されている。側壁部193はリング状に形成され、下面板194に固着されている。側壁部193の表面と上面板190の裏面との間には、接着剤やOリング等の封止部材192が配置されている。これにより、上面板190、側壁部193および下面板194で囲まれた収納室195が密閉封止されている。
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a circuit-internal type pressure measuring device, FIG. 16 (a) is a perspective view, and FIG. 16 (b) is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 16 (a). The portable sensor shown in FIG. 16B includes an
上面板190の外面には、複数組のピラニ真空計10および第2圧力計100が、略均等に配置されている。収納室195の内部であって上面板190の内面には、駆動回路65,165が設置されている。ピラニ真空計10および第2圧力計100と駆動回路65,165とは、上面板190に形成されたコンタクトホール196を介して接続されている。収納室195の内部であって下面板194の内面には、演算装置174およびメモリ176を備えた半導体素子が設置されている。また下面板194の内面には、外部とのデータ通信を行うインターフェイス178が設置され、上面板190に形成された貫通孔197を介して外部に引き出されている。また下面板194の内面には、バッテリ180が搭載されている。これに加えて、下面板194自体をバッテリで構成してもよい。
A plurality of sets of Pirani vacuum gauges 10 and second pressure gauges 100 are arranged substantially evenly on the outer surface of the
次に、圧力測定装置を搭載した被処理基板(可搬型センサ)を処理装置内に導入して、処理装置内の圧力を測定する圧力測定方法につき、図14を用いて説明する。
最初に、まず圧力測定装置185を搭載した被処理基板を処理装置内に導入する。次に、換算式の算出を行う。具体的には、処理装置内の被測定ガスの圧力を50〜105Paの範囲で変化させ、ピラニ真空計(第1圧力計)10および第2圧力計100による測定を行う。ここでは、圧力測定可能範囲が50〜105Paに設定された第2圧力計00により、被測定ガスの圧力を検出する。そして、被測定ガスの圧力に対応したピラニ真空計10の出力データを、複数測定する。
Next, a pressure measurement method for measuring a pressure in the processing apparatus by introducing a substrate to be processed (portable sensor) equipped with the pressure measuring apparatus into the processing apparatus will be described with reference to FIG.
First, the substrate to be processed on which the
次に演算装置174が、ピラニ真空計10の出力データに対して数式(4)のカーブフィッティングを行う。具体的には、ピラニ真空計10の出力データと数式(4)との誤差が最小となるように、最小二乗法等を用いて数式(4)の定数a,b,cを決定する。ここで決定した定数a,b,cを数式(4)の逆関数に代入して、ピラニ真空計10の出力から被処理ガスの圧力を求めるための換算式を得る。なお換算式の算出は、全てのピラニ真空計10について個別に行う。決定した定数a,b,cの値はメモリ176に保存する。
Next, the
次に処理装置内で、圧力測定装置185を搭載した被処理基板に対して所定の処理を実施する。例えばスパッタ処理装置の場合には、処理装置内を減圧して不活性ガスを導入し高電圧を印加する。次にピラニ真空計10により測定を行い、測定結果を演算装置174に出力する。演算装置174では、まずメモリ176から定数a,b,cを読み出して換算式を構築する。そして、ピラニ真空計10の出力データを換算式に代入し、被測定ガスの圧力を求める。求めた圧力はメモリ176に保存し、処理終了後にインターフェイス178を介して読み出す。また求めた直後の圧力を、インターフェイス178を介した無線通信で読み出すことも可能である。読み出した圧力は、処理プロセスの監視に利用する。
Next, predetermined processing is performed on the substrate to be processed on which the
上述したようにピラニ真空計の出力は、被測定ガスの圧力が一定でも、電気抵抗体の周辺温度Twや抵抗値R等が変化した場合に変化する。そのため、換算式の再算出(数式(4)の定数a,b,cの再決定)は、電気抵抗体の周辺温度Twや抵抗値R等の変化が見込まれる場合のみに行えばよい。なお、換算式の再算出を定期的(例えば、処理ロット毎)に行ってもよい。 As described above, the output of the Pirani gauge changes when the ambient temperature Tw of the electric resistor, the resistance value R, or the like changes even if the pressure of the gas to be measured is constant. Therefore, the recalculation of the conversion formula (re-determination of the constants a, b, and c in Formula (4)) may be performed only when changes in the ambient temperature Tw, resistance value R, and the like of the electrical resistor are expected. Note that the recalculation of the conversion formula may be performed periodically (for example, for each processing lot).
なお複数の処理室で連続処理を行う処理装置では、圧力測定装置185を搭載した被処理基板を各処理室に流通させることが特に効果的である。圧力測定装置185を搭載した被処理基板は、各処理室を流通する被処理基板と同等サイズに形成されているので、各処理室を改造する必要はない。この場合には、各処理室における処理の開始前に換算式の再算出を行うことが望ましい。
Note that, in a processing apparatus that performs continuous processing in a plurality of processing chambers, it is particularly effective to distribute a substrate to be processed on which the
以上に詳述したように、本実施形態に係る圧力測定装置では、ピラニ真空計および第2圧力計が、処理装置内に導入される被処理基板に設けられている構成とした。これにより、圧力測定装置を装着するため処理装置を改造する必要がなく、処理装置内の気体の圧力を簡単かつ低コストで測定することができる。また、処理装置内での処理により被処理基板に作用する気体の圧力を精度よく測定することができる。
また、被処理基板に、複数組の第1圧力計および第2圧力計が設けられている構成とした。これにより、被処理基板に作用する気体の圧力分布を簡単かつ低コストで精度よく測定することができる。
As described above in detail, in the pressure measuring device according to the present embodiment, the Pirani vacuum gauge and the second pressure gauge are provided on the substrate to be processed introduced into the processing apparatus. Thereby, it is not necessary to modify the processing apparatus for mounting the pressure measuring device, and the pressure of the gas in the processing apparatus can be measured easily and at low cost. Moreover, the pressure of the gas which acts on a to-be-processed substrate by the process in a processing apparatus can be measured accurately.
Moreover, it was set as the structure by which the to-be-processed substrate was provided with several sets of 1st pressure gauge and 2nd pressure gauge. As a result, the pressure distribution of the gas acting on the substrate to be processed can be measured easily and accurately at a low cost.
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。 It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific materials and configurations described in the embodiments are merely examples, and can be changed as appropriate.
例えば、被処理基板に圧力計とともに温度計を搭載して、処理中の基板温度分布を測定することも可能である。温度計として、抵抗体温度計や熱電対等を採用することが可能である。そのうち抵抗体温度計は、MEMS技術を用いて、ピラニ真空計や隔膜真空計とともに被処理基板上に作り込むことが可能である。また抵抗体温度計として、ピラニ真空計の温度補償体を使用することも可能である。 For example, it is possible to measure a substrate temperature distribution during processing by mounting a thermometer together with a pressure gauge on a substrate to be processed. As the thermometer, a resistor thermometer, a thermocouple, or the like can be employed. Among them, the resistor thermometer can be built on the substrate to be processed together with the Pirani vacuum gauge and the diaphragm vacuum gauge using the MEMS technology. Moreover, it is also possible to use the temperature compensation body of a Pirani vacuum gauge as a resistor thermometer.
10…ピラニ真空計(第1圧力計) 22…基板 24…貫通孔(穴部) 32…浮膜 34…第1連結膜(連結膜) 36…周辺膜 39…溝部 40…電気抵抗体 50…温度補償体 174…演算装置 185…圧力測定装置 190…被処理基板 100…第2圧力計
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第1圧力計の出力から前記気体の圧力を求める換算式を算出する演算装置と、
前記第1圧力計に近接配置され、前記気体の圧力を測定する第2圧力計と、を備え、
前記第2圧力計は、前記第1圧力計の圧力測定範囲より狭い範囲で前記気体の圧力を測定し、
前記演算装置は、前記第2圧力計による前記気体の圧力測定結果を用いて、前記第2圧力計の圧力測定範囲より広い範囲に適用される前記換算式を算出する圧力測定装置であって、
前記第1圧力計はピラニ真空計であり、
前記第2圧力計は隔膜真空計またはピエゾ抵抗圧力計であることを特徴とする圧力測定装置。 A first pressure gauge that outputs an electrical signal corresponding to the pressure of the gas;
An arithmetic device for calculating a conversion formula for obtaining the pressure of the gas from the output of the first pressure gauge;
A second pressure gauge disposed close to the first pressure gauge and measuring the pressure of the gas,
The second pressure gauge measures the pressure of the gas in a range narrower than the pressure measurement range of the first pressure gauge,
The calculation device is a pressure measurement device that calculates the conversion formula applied to a range wider than the pressure measurement range of the second pressure gauge using the pressure measurement result of the gas by the second pressure gauge,
The first pressure gauge is a Pirani gauge;
Pressure measuring device, wherein the second pressure gauge is septa film gauge or piezoresistive pressure gauge.
前記第1圧力計の圧力測定範囲は、10−2Pa以上105Pa以下であり、
前記第2圧力計の圧力測定範囲は、50Pa以上105Pa以下であることを特徴とする請求項1に記載の圧力測定装置。 The first pressure gauge is a Pirani gauge that includes an electrical resistor that exchanges heat with gas and outputs an electrical signal corresponding to the amount of heat loss of the electrical resistor,
The pressure measurement range of the first pressure gauge is 10 −2 Pa to 10 5 Pa,
The pressure measuring device according to claim 1, wherein a pressure measurement range of the second pressure gauge is 50 Pa or more and 10 5 Pa or less.
前記第1圧力計の出力Vから前記気体の圧力Pを求める前記換算式は、a,bおよびcを定数として、次式で表され、
前記a,bおよびcは、前記気体の圧力Pを変化させて、前記第1圧力計の出力Vのデータを採取し、該データと次式との誤差が最小となるように求められることを特徴とする請求項2に記載の圧力測定装置。
The conversion equation for obtaining the gas pressure P from the output V of the first pressure gauge is expressed by the following equation, where a, b, and c are constants:
Wherein a, b and c, by changing the pressure P of the gas, the data of the output V of the first pressure gauge was collected, Rukoto prompts error between the data and the following equation is minimized The pressure measuring device according to claim 2.
前記電気抵抗体を表面に配置して、基板の穴部を跨ぐように形成された浮膜と、
前記浮膜を囲むように前記基板の表面に形成された周辺膜と、
前記浮膜の中心を挟んで対称に配置され、前記浮膜の外周を前記周辺膜に連結する一対の連結膜と、を備え、
前記電気抵抗体の両端部が、前記一対の連結膜の表面を通って、前記周辺膜の表面に形成された電極に引き出されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の圧力測定装置。 The first pressure gauge is a Pirani vacuum gauge that includes an electrical resistor that exchanges heat with gas and outputs an electrical signal corresponding to the amount of heat loss of the electrical resistor,
A floating film formed so as to straddle the hole of the substrate by disposing the electric resistor on the surface;
A peripheral film formed on the surface of the substrate so as to surround the floating film;
A pair of linking membranes arranged symmetrically across the center of the buoyant membrane and linking the outer periphery of the buoyant membrane to the peripheral membrane,
4. The device according to claim 1, wherein both end portions of the electric resistor are led out to electrodes formed on the surface of the peripheral film through the surfaces of the pair of coupling films. 5. Item 1. The pressure measuring device according to item 1.
前記第1圧力計の出力から前記気体の圧力を求める換算式を算出する演算装置と、
前記第1圧力計に近接配置され、前記気体の圧力を測定する第2圧力計と、を備えた圧力測定装置による圧力測定方法であって、
前記第2圧力計が、前記第1圧力計の圧力測定範囲より狭い範囲で前記気体の圧力を測定する工程と、
前記演算装置が、前記第2圧力計による前記気体の圧力測定結果を用いて、前記第1圧力計の圧力測定範囲の全体に適用される前記換算式を求める工程と、
を有し、
前記第1圧力計としてピラニ真空計を用い、
前記第2圧力計として隔膜真空計またはピエゾ抵抗圧力計を用いることを特徴とする圧力測定方法。 A first pressure gauge that outputs an electrical signal corresponding to the pressure of the gas;
An arithmetic device for calculating a conversion formula for obtaining the pressure of the gas from the output of the first pressure gauge;
A pressure measurement method using a pressure measurement device, the pressure measurement device comprising: a second pressure gauge that is disposed in proximity to the first pressure gauge and measures the pressure of the gas;
The second pressure gauge measures the pressure of the gas in a range narrower than the pressure measurement range of the first pressure gauge;
The arithmetic unit obtains the conversion formula applied to the entire pressure measurement range of the first pressure gauge using the pressure measurement result of the gas by the second pressure gauge;
Have
Using a Pirani vacuum gauge as the first pressure gauge,
Pressure measurement method which comprises using a septum membrane gauge or piezoresistive pressure gauge as said second pressure gauge.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016011877A (en) * | 2014-06-27 | 2016-01-21 | 東京エレクトロン株式会社 | Pressure measuring device and pressure measuring method |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5349366B2 (en) * | 2010-02-26 | 2013-11-20 | キヤノンアネルバ株式会社 | Composite pressure gauge and method for manufacturing composite pressure gauge |
JP2012026995A (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-09 | Ulvac Japan Ltd | Transducer type vacuum gauge and single crystal pulling method using the same |
JP5749510B2 (en) * | 2011-02-09 | 2015-07-15 | 株式会社アルバック | Sealed device |
JP2013029359A (en) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Ulvac Japan Ltd | Sealed-type device |
JP5586776B1 (en) * | 2013-12-27 | 2014-09-10 | 株式会社フジクラ | Input device and control method of input device |
US9335231B2 (en) * | 2014-03-25 | 2016-05-10 | Mks Instruments, Inc. | Micro-Pirani vacuum gauges |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58167435U (en) * | 1982-04-30 | 1983-11-08 | 株式会社島津製作所 | pirani vacuum gauge |
JPS61173043U (en) * | 1985-04-17 | 1986-10-28 | ||
JP2676959B2 (en) * | 1990-02-08 | 1997-11-17 | 横河電機株式会社 | Pressure transmitter |
JP4975959B2 (en) * | 2004-11-29 | 2012-07-11 | 株式会社ケミトロニクス | Pressure / temperature distribution measurement system |
-
2007
- 2007-02-27 JP JP2007047101A patent/JP4994058B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016011877A (en) * | 2014-06-27 | 2016-01-21 | 東京エレクトロン株式会社 | Pressure measuring device and pressure measuring method |
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