JP5162483B2 - Pressure sensor - Google Patents
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Description
本発明は、隔膜型の圧力センサに関し、特に、真空チャンバに水蒸気を供給する水蒸気タンク(以下「タンク」という)内の水蒸気圧を測定するものに関する。 The present invention relates to a diaphragm type pressure sensor, and more particularly, to a device for measuring a water vapor pressure in a water vapor tank (hereinafter referred to as “tank”) for supplying water vapor to a vacuum chamber.
透明電極膜の成膜プロセスにおいては、反応ガスとして水蒸気を真空チャンバに供給する場合がある。このようなプロセスでは、タンク内の水蒸気が、タンクと真空チャンバとの間を連通する供給路を介して真空チャンバに供給される。真空チャンバに供給される水蒸気の流量は、供給路の途中に設けられたマスフローコントローラを用いて制御される。この流量制御が適正に行われているか否かを判断するため、圧力センサを用いてタンク内の水蒸気圧を測定することが行われている。 In the film forming process of the transparent electrode film, water vapor may be supplied to the vacuum chamber as a reaction gas. In such a process, water vapor in the tank is supplied to the vacuum chamber via a supply path that communicates between the tank and the vacuum chamber. The flow rate of water vapor supplied to the vacuum chamber is controlled using a mass flow controller provided in the middle of the supply path. In order to determine whether or not this flow rate control is properly performed, the water vapor pressure in the tank is measured using a pressure sensor.
ここで、真空チャンバ内の圧力はタンク内の水蒸気圧よりも低いため、タンクから真空チャンバに水蒸気を供給するためにタンクと真空チャンバとを連通させると、タンク内の水蒸気圧が下がり、水蒸気から気化熱が奪われる。その結果、水蒸気の凝結が起こり、凝結した水蒸気の一部が圧力センサの隔膜表面で氷結する。隔膜表面で水蒸気が氷結すると、水蒸気圧の計測精度が低下するという問題がある。 Here, since the pressure in the vacuum chamber is lower than the water vapor pressure in the tank, when the tank and the vacuum chamber are connected to supply water vapor from the tank to the vacuum chamber, the water vapor pressure in the tank decreases, The heat of vaporization is taken away. As a result, condensation of water vapor occurs, and a part of the condensed water vapor freezes on the diaphragm surface of the pressure sensor. When water vapor freezes on the surface of the diaphragm, there is a problem that the measurement accuracy of the water vapor pressure is lowered.
ところで、従来、真空チャンバ内の圧力を測定する圧力センサとして、隔膜を加熱するヒータを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。このような構成を上記用途のものに適用し、隔膜表面での水蒸気の氷結を防ぐことが考えられる。 By the way, conventionally, a pressure sensor that measures a pressure in a vacuum chamber is known that includes a heater that heats a diaphragm (see, for example, Patent Document 1). It can be considered that such a configuration is applied to the above-mentioned use to prevent water vapor icing on the surface of the diaphragm.
然し、ヒータにより隔膜を加熱すると、熱変形を起こし、水蒸気圧の測定精度の低下を招くという問題が生じる。さらに、ヒータにより隔膜を加熱する場合、隔膜の温度に応じて測定結果を校正する演算処理や、隔膜の温度を一定に保つためにヒータを周期的にON又はOFFする制御を行うための構成を別途設ける必要があり、圧力センサの構成が複雑化するという問題が生じる。 However, when the diaphragm is heated by the heater, there arises a problem that thermal deformation is caused and the measurement accuracy of the water vapor pressure is lowered. Furthermore, when the diaphragm is heated by a heater, there is a configuration for performing a calculation process for calibrating the measurement result according to the temperature of the diaphragm and a control for periodically turning the heater ON or OFF in order to keep the diaphragm temperature constant. There is a problem that the configuration of the pressure sensor becomes complicated because it is necessary to provide the pressure sensor separately.
本発明は、以上の点に鑑み、隔膜表面での水蒸気の氷結を防止しつつ、タンク内の水蒸気圧を高精度に測定することができる簡単な構成の圧力センサを提供することをその課題とする。 In view of the above points, the present invention has an object to provide a pressure sensor with a simple configuration capable of measuring the water vapor pressure in the tank with high accuracy while preventing freezing of water vapor on the surface of the diaphragm. To do.
上記課題を解決するため、本発明は、一定圧力に保たれた第一室と、真空チャンバに水蒸気を供給するタンクに連通する第二室と、第一室と第二室とを隔絶する隔膜とを備え、タンク内の水蒸気圧変動に応じて生ずる前記第一室と第二室との間の圧力差に応じた隔膜の変位量に基づいて、タンク内の水蒸気圧を測定する圧力センサにおいて、第二室からタンクへと通じる連通路中に発熱体を設け、発熱体からの輻射熱が隔膜に達しないように隔膜から発熱体を離間させたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a first chamber maintained at a constant pressure, a second chamber communicating with a tank that supplies water vapor to the vacuum chamber, and a diaphragm that isolates the first chamber from the second chamber. And a pressure sensor for measuring the water vapor pressure in the tank based on the amount of displacement of the diaphragm in accordance with the pressure difference between the first chamber and the second chamber that occurs in response to the water vapor pressure fluctuation in the tank. The heating element is provided in the communication path from the second chamber to the tank, and the heating element is separated from the diaphragm so that the radiant heat from the heating element does not reach the diaphragm.
本発明において、上記発熱体は、メッシュ電極であってもよい。 In the present invention, the heating element may be a mesh electrode.
本発明によれば、タンク内の水蒸気を真空チャンバに供給するためにタンクと真空チャンバとを連通させると、タンク内の圧力が低下して、気化熱が奪われるが、タンクから第二室へと通じる連通路中に設けられた発熱体によって上記奪われた気化熱を補うことで、隔膜表面での水蒸気の氷結を防止でき、タンク内の水蒸気圧を高精度に測定することができる。また、発熱体からの輻射熱により隔膜が加熱されないため、隔膜の熱変形を防止できる。また、連通路中に発熱体を設けるだけで隔膜表面での水蒸気の氷結を防止できるため、圧力センサの構成が簡単である。 According to the present invention, when the tank and the vacuum chamber are connected to supply the water vapor in the tank to the vacuum chamber, the pressure in the tank is reduced and the vaporization heat is removed, but the tank is transferred to the second chamber. By supplementing the heat of vaporization taken away by the heating element provided in the communication path communicating with the water vapor, icing of water vapor on the surface of the diaphragm can be prevented, and the water vapor pressure in the tank can be measured with high accuracy. Moreover, since the diaphragm is not heated by the radiant heat from the heating element, thermal deformation of the diaphragm can be prevented. Further, since the water vapor can be prevented from icing on the surface of the diaphragm simply by providing a heating element in the communication path, the configuration of the pressure sensor is simple.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による圧力センサについて説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Hereinafter, a pressure sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1に示す隔膜型の圧力センサ1は、タンク2内に連通して設けられている。タンク2内には、水20が貯留されると共に、水蒸気が満たされる。タンク2は、水蒸気供給通路3を介して真空チャンバ4に連通している。
A diaphragm
真空チャンバ4は、例えば、反応ガスとして水蒸気を用いる透明電極膜の成膜プロセスが行われる処理室である。タンク2と真空チャンバ4との間を連通する水蒸気供給通路3には、タンク2に近い方からバルブ5及びマスフローコントローラ6が設けられている。マスフローコントローラ6は、真空チャンバ4内に供給される水蒸気の流量を制御するものである。
The vacuum chamber 4 is a processing chamber in which, for example, a transparent electrode film forming process using water vapor as a reaction gas is performed. The water
次に、図2を参照して、圧力センサ1の詳細について説明する。圧力センサ1は、筐体10を備えている。筐体10内には、一定圧力に保たれた第一室11と、タンク2と連通路17を介して連通する第二室12と、これら第一室11と第二室12とを隔絶する隔膜(ダイヤフラム)13とが設けられている。
Next, the details of the
隔膜13は、例えば、ニッケル系の金属の薄膜によって構成され、第一室11と第二室12との間の圧力差に応じて変位するものである。上記したように第一室11の圧力は一定であるため、隔膜13は、タンク2内の水蒸気圧変動に応じて生じる上記圧力差に応じて変位する。
The
第一室11の中には、隔膜13に対向して固定電極14が配置されている。固定電極14は、信号線15を介して測定部16に接続されている。固定電極14と隔膜13との間には、隔膜13の変位量に応じた静電容量が発生し、その静電容量の値が固定電極14から出力される。測定部16は、固定電極14から入力された静電容量の値に基づいて、第二室12内の水蒸気圧、つまり、第二室12と連通するタンク2内の水蒸気圧を測定する。
A
圧力測定室12からタンク2へと通じる連通路17中には、水蒸気の通過を許容するように発熱体18が設けられている。つまり、発熱体18の第二室12側とタンク2側との間で圧力差が生じないように、発熱体18が構成されている。
A
発熱体18として、メッシュ電極を用いることができる。メッシュ電極18を構成する金属線18aの材料は、例えば、タングステン、ニッケルクロムの中から選択できる。金属線18aの直径は、例えば、0.5mm〜1.5mmの範囲内で設定することが好適であり、1mmに設定することができる。金属線18aの間隔は、水蒸気の通過を考慮して、例えば、1mm〜5mmの範囲内に設定することが好適であり、1mmに設定することができる。
A mesh electrode can be used as the
尚、発熱体18は、上記のメッシュ電極に限らず、コイル状の金属線であってもよい。
The
発熱体18に電力供給部19から電力供給されると、発熱体18は、例えば40℃〜50℃に加熱される。発熱体18からの輻射熱が隔膜13に達しないように、つまり、発熱体18によって隔膜13が加熱されないように、発熱体18は隔膜13から距離dだけ離間している。距離dは、配管径が、例えば、3/8インチ(9.5mm)〜1/2インチ(12.7mm)の範囲内である場合に、配管径の3倍乃至7倍の範囲内で設定することが好適である。これは、輻射熱の伝熱量は距離の2乗に逆比例(反比例)することによるもので、距離dが配管径の3倍の長さよりも短いと発熱体18からの輻射熱が隔膜13に達する虞がある。また、距離dが配管径の7倍の長さよりも長いと、タンク2内の奪われた気化熱を十分に補うことができず、水蒸気の凝結が起こり、凝結した水蒸気の一部が隔膜13表面で氷結し、水蒸気圧の計測精度が低下する虞がある。
When power is supplied to the
次に、図1及び図2を参照して、上記圧力センサ1を用いた水蒸気圧の測定について説明する。
Next, with reference to FIG.1 and FIG.2, the measurement of the water vapor pressure using the said
真空チャンバ4に水蒸気を供給するためには、大気圧にてタンク2内に予め水20を貯留しておく必要がある。その後、タンク2内を約10kP程度に減圧してから、水20を供給するのがよい。
In order to supply water vapor to the vacuum chamber 4, it is necessary to store the
タンク2内に水20が貯留されると、タンク2内に水蒸気が満たされる。この状態で、バルブ5を開操作すると共に、マスフローコントローラ6に対して目標流量を例えば、0.1sccm〜10sccmの範囲内で設定すると、タンク2内の水蒸気が水蒸気供給通路3を介して真空チャンバ4に供給される。
When the
ここで、真空チャンバ4に供給される水蒸気の流量がマスフローコントローラ6により適正に制御されているか否かを判断するために、圧力センサ1を用いてタンク2内の水蒸気圧が測定される。つまり、マスフローコントローラ6の設定流量に応じた所定の圧力範囲内(例えば、数kPa〜10kPa)にタンク2内の水蒸気圧が収まっているか否かがモニタされる。タンク2内の水蒸気圧が変動すると、連通路17を介してタンク2と連通する第二室12の圧力が変動し、第一室11と第二室12との間の圧力差が変動するため、隔膜13が変位する。この隔膜13の変位に応じて隔膜13と電極14との間に生じる静電容量に基づいて、タンク2内の水蒸気圧が測定部16により測定される。
Here, in order to determine whether or not the flow rate of the water vapor supplied to the vacuum chamber 4 is properly controlled by the
ところで、真空チャンバ4内の圧力は、タンク2内の水蒸気圧よりも低く、例えば、約0.5Pa〜1Paの範囲内である。このため、上記のようにバルブ5及びマスフローコントローラ6を操作して真空チャンバ4とタンク2とを連通させると、タンク2内の水蒸気圧が下がることから、水蒸気から気化熱が奪われる。
By the way, the pressure in the vacuum chamber 4 is lower than the water vapor pressure in the
この奪われた気化熱を、上記したように連通路17中に設けられた発熱体18により補うことによって、隔膜13表面での水蒸気の氷結を防ぐことができる。
By supplementing the deprived heat of vaporization with the
以上説明したように、本実施の形態によれば、タンク2内の水蒸気を真空チャンバ4に供給するためにタンク2と真空チャンバ4とを連通させると、タンク2内の圧力が低下して、気化熱が奪われるが、タンク2から第二室12へと通じる連通路17中に設けられた発熱体18によって上記奪われた気化熱を補うことで、隔膜13表面での水蒸気の氷結を防ぐことができ、タンク2内の水蒸気圧を高精度に測定できる。また、発熱体18からの輻射熱により隔膜13が加熱されないため、隔膜13の熱変形を防止できる。発熱体18を設けただけで隔膜13表面での水蒸気の氷結を防止できるため、圧力センサ1の構成を簡単にすることができる。
As described above, according to the present embodiment, when the
1 圧力センサ
2 タンク
4 真空チャンバ
11 第一室
12 第二室
13 隔膜
17 連通路
18 発熱体
DESCRIPTION OF
Claims (2)
真空チャンバに水蒸気を供給するタンクに連通する第二室と、
前記第一室と前記第二室とを隔絶する隔膜とを備え、タンク内の水蒸気圧変動に応じて生ずる前記第一室と第二室との間の圧力差に応じた前記隔膜の変位量に基づいて、前記タンク内の水蒸気圧を測定する圧力センサにおいて、
前記第二室からタンクへと通じる連通路中に発熱体を設け、この発熱体からの輻射熱が前記隔膜に達しないように前記隔膜から前記発熱体を離間させたことを特徴とする圧力センサ。 A first chamber maintained at a constant pressure;
A second chamber communicating with a tank for supplying water vapor to the vacuum chamber;
A diaphragm that separates the first chamber from the second chamber, and a displacement amount of the diaphragm according to a pressure difference between the first chamber and the second chamber that occurs in response to a change in water vapor pressure in the tank In the pressure sensor for measuring the water vapor pressure in the tank,
A pressure sensor characterized in that a heating element is provided in a communication path leading from the second chamber to the tank, and the heating element is separated from the diaphragm so that radiant heat from the heating element does not reach the diaphragm.
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