JP6261463B2 - 圧力測定装置および圧力測定方法 - Google Patents
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Description
本発明の種々の側面及び実施形態は、圧力測定装置および圧力測定方法に関する。
気体の圧力を測定する装置として、ピラニ真空計が知られている。ピラニ真空計は、例えば、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って生じたフィラメントの熱損失量に基づいて気体の圧力を測定するものである。また、近年のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の進歩により、ピラニ真空計の原理を利用した圧力センサの小型化も進んでいる。
ピラニ真空計の原理を利用した圧力センサをＭＥＭＳ技術により製造する場合、基板上に金属膜を形成し、金属膜を所定のパターンにエッチングすることにより、気体との熱交換を行うための電気抵抗体となる金属細線が形成される。金属膜は、一般的に、常温スパッタリングにより基板上に形成される。
ところで、常温スパッタリングにより形成された金属膜は、成膜温度が低いために、基板上に到達した金属原子が結晶核に成長しにくい。そのため、常温スパッタリングにより形成された金属膜は、結晶が小さく、空隙が多い膜となる。そして、常温スパッタリングにより形成された金属膜をエッチングして形成された金属細線に電流を流すと、金属細線の中の空隙が成長し、抵抗値が変化する。
ピラニ真空計では、気体が奪った熱量に応じて電気抵抗体に生じた温度変化を、電気抵抗体の抵抗値の変化として検出し、電気抵抗体の抵抗値の変化から気体の圧力を求める。しかし、常温スパッタリングにより形成された金属膜から形成された金属細線を用いた場合には、金属配線に流す電流によって、金属細線の抵抗値が変化してしまう。そのため、気体が奪った熱量以外の要因でも電気抵抗体の抵抗値が変化してしまい、気体の圧力の測定精度が低下する。
本発明の一側面における圧力測定装置は、気体に晒される第１の電気抵抗体と、気体に晒され、前記第１の電気抵抗体と同一構造の第２の電気抵抗体と、前記第１の電気抵抗体に前記第１の電流の電流を流し、前記第１の電流値の電流に応じて前記第１の電気抵抗体に生じた第１の電圧降下を測定する第１の測定部と、前記第２の電気抵抗体に前記第１の電流値の電流を流し、前記第１の電流値の電流に応じて前記第２の電気抵抗体に生じた第２の電圧降下を測定する第２の測定部と、前記第１の電気抵抗体に前記第１の電流値よりも大きい第２の電流値の電流を流して前記第１の電気抵抗体を発熱させ、前記第２の電流値の電流に応じて前記第１の電気抵抗体に生じた第３の電圧降下を測定する第３の測定部と、前記第１の電圧降下と前記第２の電圧降下との差分に基づいて、前記第３の電圧降下を補正する補正値を算出する算出部と、算出された補正値を用いて前記第３の電圧降下を補正し、補正後の前記第３の電圧降下に応じた圧力値を出力する出力部とを備える。
本発明の種々の側面および実施形態によれば、気体の圧力を高い精度で測定可能な圧力測定装置および圧力測定方法が実現される。
開示する圧力測定装置は、１つの実施形態において、気体に晒される第１の電気抵抗体と、気体に晒され、第１の電気抵抗体と同一構造の第２の電気抵抗体と、第１の電気抵抗体に第１の電流の電流を流し、第１の電流値の電流に応じて第１の電気抵抗体に生じた第１の電圧降下を測定する第１の測定部と、第２の電気抵抗体に第１の電流値の電流を流し、第１の電流値の電流に応じて第２の電気抵抗体に生じた第２の電圧降下を測定する第２の測定部と、第１の電気抵抗体に第１の電流値よりも大きい第２の電流値の電流を流して第１の電気抵抗体を発熱させ、第２の電流値の電流に応じて第１の電気抵抗体に生じた第３の電圧降下を測定する第３の測定部と、第１の電圧降下と第２の電圧降下との差分に基づいて、第３の電圧降下を補正する補正値を算出する算出部と、算出された補正値を用いて第３の電圧降下を補正し、補正後の第３の電圧降下に応じた圧力値を出力する出力部とを備える。
また、開示する１つの実施形態において、圧力測定装置は、温度センサが設けられたベース基板をさらに備え、第１の電気抵抗体および第２の電気抵抗体は、ベース基板上に配置されてもよい。
また、開示する圧力測定装置の１つの実施形態において、第２の電流値は、第１の電流値の２０倍以上、かつ、４０倍以下の範囲内の電流値であってもよい。
また、開示する圧力測定装置の１つの実施形態において、算出部は、補正値を前回算出してから所定時間が経過した場合、または、第３の測定部によって第３の電圧降下が所定回数測定された場合に、新たな補正値を算出してもよい。
また、開示する圧力測定方法は、１つの実施形態において、気体に晒されている第１の電気抵抗体に第１の電流値の電流を流すステップと、第１の電流値の電流に応じて第１の電気抵抗体に生じた第１の電圧降下を測定するステップと、第１の電気抵抗体と同一構造であり、気体に晒されている第２の電気抵抗体に、第１の電流値の電流を流すステップと、第１の電流値の電流に応じて第２の電気抵抗体に生じた第２の電圧降下を測定するステップと、第１の電気抵抗体に、第１の電流値よりも大きい第２の電流値の電流を流すステップと、第２の電流値の電流に応じて第１の電気抵抗体に生じた第３の電圧降下を測定するステップと、第１の電圧降下と第２の電圧降下との差分に基づいて、第３の電圧降下を補正する補正値を算出するステップと、算出した補正値を用いて第３の電圧降下を補正し、補正後の第３の電圧降下に応じた圧力値を出力するステップとを含む。
また、開示する圧力測定方法の１つの実施形態において、第１の電気抵抗体および第２の電気抵抗体は、温度センサが設けられたベース基板上に配置されたセンサモジュールとして構成されてもよく、圧力測定方法は、処理ガスのプラズマにより被処理基板を処理する基板処理装置内における排気口付近、処理ガスの吐出口付近、被処理基板が載置される載置台内部に形成された温度調整用ガスを流通させるための配管内部の、少なくともいずれかにセンサモジュールを配置するステップをさらに含んでもよい。
以下に、開示する圧力測定装置および圧力測定方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示される発明が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
［圧力測定装置１の構成］
図１は、実施形態における圧力測定装置１の一例を示す図である。圧力測定装置１は、センサモジュール１０および処理装置４０を備える。センサモジュール１０および処理装置４０は、ケーブル３を介して接続される。センサモジュール１０は、例えばプラズマ処理装置のチャンバなどの密閉空間２内に配置される。処理装置４０は、ケーブル３を介してセンサモジュール１０の状態を測定し、センサモジュール１０の状態から密閉空間２内の気体の圧力を示す値を出力する。
図１は、実施形態における圧力測定装置１の一例を示す図である。圧力測定装置１は、センサモジュール１０および処理装置４０を備える。センサモジュール１０および処理装置４０は、ケーブル３を介して接続される。センサモジュール１０は、例えばプラズマ処理装置のチャンバなどの密閉空間２内に配置される。処理装置４０は、ケーブル３を介してセンサモジュール１０の状態を測定し、センサモジュール１０の状態から密閉空間２内の気体の圧力を示す値を出力する。
［センサモジュール１０の構成］
図２は、センサモジュール１０の一例を示す平面図である。図３は、図２に示したセンサモジュール１０のＡ−Ａ断面図である。センサモジュール１０は、凹部１３ａおよび凹部１３ｂが形成されたベース基板１１を有する。ベース基板１１上には、複数の電極パッド１２ａ〜１２ｆ、電気抵抗体２０ａ、電気抵抗体２０ｂ、および温度センサ３０が形成されている。電気抵抗体２０ａは、形状や材質において、電気抵抗体２０ｂと同一の構造である。電気抵抗体２０ａは第１の電気抵抗体の一例であり、電気抵抗体２０ｂは第２の電気抵抗体の一例である。
図２は、センサモジュール１０の一例を示す平面図である。図３は、図２に示したセンサモジュール１０のＡ−Ａ断面図である。センサモジュール１０は、凹部１３ａおよび凹部１３ｂが形成されたベース基板１１を有する。ベース基板１１上には、複数の電極パッド１２ａ〜１２ｆ、電気抵抗体２０ａ、電気抵抗体２０ｂ、および温度センサ３０が形成されている。電気抵抗体２０ａは、形状や材質において、電気抵抗体２０ｂと同一の構造である。電気抵抗体２０ａは第１の電気抵抗体の一例であり、電気抵抗体２０ｂは第２の電気抵抗体の一例である。
ベース基板１１は、例えば図３に示すように、絶縁層１４、中間層１５、および絶縁層１６を有する。中間層１５は、例えばシリコン等により、例えば約３００μｍの厚さで形成される。絶縁層１４および絶縁層１６は、それぞれ、例えば窒化シリコン等により、例えば約２００ｎｍの厚さで形成される。なお、絶縁層１４および絶縁層１６は、例えば酸化シリコンにより形成されてもよい。
電極パッド１２ｅと電極パッド１２ｆとの間には、例えば図２に示すように、温度センサ３０が設けられている。温度センサ３０は、例えばベース基板１１の温度を確認するために用いられる。温度センサ３０は、電気抵抗体２０ａの近傍のベース基板１１の表面に線状に形成されている。温度センサ３０は、例えば電気抵抗体２０ａおよび電気抵抗体２０ｂと同じ材料により例えばミアンダ状に形成されている。温度センサ３０は、その表面が気体に晒されないようにパッシベーション層により覆われている。
凹部１３ａおよび凹部１３ｂは、ベース基板１１において絶縁層１４が設けられた面側に、例えば約１００μｍの深さにそれぞれ形成される。凹部１３ａおよび凹部１３ｂは、それぞれ、例えば１辺が約２５０μｍの矩形状に形成された開口部を有する。
電極パッド１２ａと電極パッド１２ｃとの間には、電気抵抗体２０ａが設けられている。電気抵抗体２０ａの一端は、電極パッド１２ａに接続され、他端は、電極パッド１２ｃに接続されている。また、電極パッド１２ｂと電極パッド１２ｄとの間には、電気抵抗体２０ｂが設けられている。電気抵抗体２０ｂの一端は、電極パッド１２ｂに接続され、他端は、電極パッド１２ｄに接続されている。電極パッド１２ａ〜１２ｄは、ケーブル３に接続される。
電気抵抗体２０ａは、例えば図３に示すように、電極パッド１２ａおよび電極パッド１２ｃによって支持され、凹部１３ａの面からは離間している。電気抵抗体２０ｂについても、図３に示した電気抵抗体２０ａと同様に、電極パッド１２ｂおよび電極パッド１２ｄによって支持され、凹部１３ｂの面からは離間している。
ここで、電気抵抗体２０ａは、ピラニ真空計におけるフィラメントとして機能し、ケーブル３を介して電極パッド１２ｃから入力された電流に応じて発熱する。電気抵抗体２０ａは、凹部１３の面からは離間していため、ベース基板１１から電気抵抗体２０ａへ伝達される熱量を低く抑えることができる。これにより、気体との熱交換による電気抵抗体２０ａの温度変化を精度よく検出することができる。
電極パッド１２ａおよび電極パッド１２ｃは、例えば図３に示すように、導体層２１および接着層２２を有する。電極パッド１２ｂおよび電極パッド１２ｄについても、図３に示した電極パッド１２ａおよび電極パッド１２ｃと同様に、導体層２１および接着層２２を有する。また、電気抵抗体２０ａは、例えば図３に示すように、導体層２１、接着層２２、および絶縁層１４を有する。電気抵抗体２０ｂについても、図３に示した電気抵抗体２０ａと同様に、導体層２１、接着層２２、および絶縁層１４を有する。本実施形態において、電気抵抗体２０ａおよび電気抵抗体２０ｂにおける接着層２２は、導体層２１を絶縁層１４に接着させる機能を有する。
導体層２１は、例えばプラチナやニッケルなど、単位温度変化に対する電気抵抗の変化量である抵抗温度係数（ＴＣＲ：Temperature Coefficient of Resistance）が高い材料により形成される。導体層２１は、この他に、クロム、シリコン、モリブデン、ニッケル、チタン、タンタル、タングステン、もしくは導電合金、混合半導体材料、またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）単一結晶等の量子井戸材料により形成されてもよい。本実施形態において、導体層２１の膜厚は、例えば約５０ｎｍである。
接着層２２は、例えばクロムやチタンにより形成される。本実施形態において、接着層２２の膜厚は、例えば約５ｎｍである。本実施形態において、導体層２１および接着層２２は、例えば５０度以下の温度条件下における常温スパッタリングによって形成される。
電気抵抗体２０ａは、図２に示すように、線状に形成され、電極パッド１２ａから電極パッド１２ｃへ向かって例えばミアンダ状に形成されている。これにより、気体に晒される電気抵抗体２０ａの表面積を増やすことができ、気体との熱交換による電気抵抗体２０ａの温度変化を精度よく検出することができる。なお、電気抵抗体２０ｂについても電気抵抗体２０ａと同様に、線状に形成され、電極パッド１２ｂから電極パッド１２ｄへ向かって例えばミアンダ状に形成されている。
ここで、電気抵抗体２０ａに気体が接触すると、気体との間で熱交換が行われ、電気抵抗体２０ａの温度が下がる。電気抵抗体２０ａの抵抗値は、温度依存性があるため、電気抵抗体２０ａの温度は、電気抵抗体２０ａの抵抗値として測定することができる。そして、電気抵抗体２０ａに電流を流せば、電気抵抗体２０ａの抵抗値は、電気抵抗体２０ａの電圧降下として測定することができる。
気体の圧力が低い場合には、気体が電気抵抗体２０ａから奪う熱量が減少し、電気抵抗体２０ａの温度の低下量が少ない。一方、気体の圧力が高い場合には、気体が電気抵抗体２０ａから奪う熱量が増加し、電気抵抗体２０ａの温度の低下量が大きくなる。電気抵抗体２０ａの温度に応じた抵抗値を測定することにより、気体の圧力を測定することができる。
なお、ピラニ真空計の原理を利用した圧力測定では、気体が奪った熱量に応じて生じた電気抵抗体２０ａの温度変化から、気体の圧力を求めるため、電気抵抗体２０ａの温度変化が大きいほど、気体の圧力の測定精度が向上する。そのため、本実施形態では、例えば数ｍＡ（本実施形態では、例えば２．４ｍＡ）等の比較的大きな電流を電気抵抗体２０ａに流して電気抵抗体２０ａを例えば２００度程度の温度となるように発熱させ、気体の圧力に応じた電気抵抗体２０ａの温度変化を増加させている。
ところで、常温スパッタリングにより形成された金属膜は、成膜温度が低いために、結晶が小さく、空隙が多い。そのため、常温スパッタリングにより形成された金属膜である導体層２１により形成された電気抵抗体２０ａに電流を流すと、導体層２１の中の空隙が成長し、抵抗値が変化する。電気抵抗体２０ａを発熱させるために大きな電流を流すことで、導体層２１の中の空隙の成長も増加し、抵抗値が変化も増大する。
そのため、常温スパッタリングにより形成された導体層２１を有する電気抵抗体２０ａ単体で気体の圧力を測定した場合、気体の圧力以外の要因でも導体層２１の抵抗値が変化してしまい、気体の圧力を精度よく求めることができない。
そこで、本実施形態では、センサモジュール１０内に電気抵抗体２０ａと同一構造の電気抵抗体２０ｂを設け、大きな電流を流したことによる電気抵抗体２０ａの抵抗値のずれを、電気抵抗体２０ｂの抵抗値を基準として補正することで、圧力の測定精度を向上させる。
なお、本実施形態におけるセンサモジュール１０は、図２の平面図に示すように、例えば縦および横の辺の長さが３．６ｍｍの矩形状のベース基板１１上に電気抵抗体２０ａおよび電気抵抗体２０ｂが形成された構造である。本実施形態におけるセンサモジュール１０は、小型であるため、様々な場所に設置してその場所の圧力を測定することができる。本実施形態におけるセンサモジュール１０は、例えば、処理ガスのプラズマにより被処理基板を処理する基板処理装置内において、処理ガスを排気する排気口付近や、処理ガスを供給する吐出口付近に配置され、当該排気口付近や当該吐出口付近の気体の圧力を測定することができる。
また、本実施形態におけるセンサモジュール１０は小型であるため、被処理基板が載置される載置台内部に形成され、被処理基板の温度を調整するためのガスを流通させる配管内部に配置して、当該配管内部の気体の圧力を測定することも可能である。また、本実施形態におけるセンサモジュール１０は小型であるため、被処理基板と同形状の基板上の複数の異なる位置に、センサモジュール１０を配置し、基板上の気体の圧力分布を測定することも可能である。
［処理装置４０の構成］
図４は、処理装置４０の機能構成の一例を示すブロック図である。処理装置４０は、例えば図４に示すように、温度設定部４００、圧力設定部４０１、第１の測定部４０２、第２の測定部４０３、第３の測定部４０４、圧力校正データ作成部４０５、オフセット算出部４０６、補正値算出部４０７、記憶部４０８、および出力部４０９を有する。
図４は、処理装置４０の機能構成の一例を示すブロック図である。処理装置４０は、例えば図４に示すように、温度設定部４００、圧力設定部４０１、第１の測定部４０２、第２の測定部４０３、第３の測定部４０４、圧力校正データ作成部４０５、オフセット算出部４０６、補正値算出部４０７、記憶部４０８、および出力部４０９を有する。
温度設定部４００は、後述するオフセット値の算出処理において、恒温槽の制御部に制御信号を送信し、恒温槽内の温度を制御する。圧力設定部４０１は、後述する圧力校正データの作成処理において、圧力校正装置の制御部に制御信号を送信し、圧力校正室内の圧力を制御する。ここで、圧力校正装置とは、例えば、内部の圧力を設定可能な圧力校正室と、圧力校正室内の圧力を制御する制御部とを有する装置である。
第１の測定部４０２は、後述するオフセット値の算出処理において、ケーブル３を介して電気抵抗体２０ａに第１の電流値Ｉ1の電流を流し、電気抵抗体２０ａに生じた第１の電圧降下を測定する。そして、測定した第１の電圧降下の情報を、オフセット算出部４０６へ送る。第１の電流値Ｉ1は、電気抵抗体２０ａおよび電気抵抗体２０ｂに流した場合に、電気抵抗体２０ａおよび電気抵抗体２０ｂにおいて抵抗値の変化が生じない程度の微小な電流である。本実施形態において、第１の電流値Ｉ1は、例えば０．１ｍＡである。
また、第１の測定部４０２は、後述する圧力校正データの作成処理において、ケーブル３を介して電気抵抗体２０ａに第１の電流値Ｉ1の電流を流し、電気抵抗体２０ａに生じた第１の電圧降下を測定する。そして、測定した第１の電圧降下の情報を、圧力校正データ作成部４０５へ送る。
第２の測定部４０３は、後述するオフセット値の算出処理において、ケーブル３を介して電気抵抗体２０ｂに第１の電流値Ｉ1の電流を流し、電気抵抗体２０ｂに生じた第２の電圧降下を測定する。そして、測定した第２の電圧降下の情報を、オフセット算出部４０６へ送る。
第３の測定部４０４は、後述する圧力の測定処理において、ケーブル３を介して電気抵抗体２０ａに第１の電流値Ｉ1よりも大きい第２の電流値Ｉ2の電流を流し、電気抵抗体２０ａに生じた第３の電圧降下を測定する。そして、測定した第３の電圧降下の情報を、出力部４０９へ送る。本実施形態において、第２の電流値Ｉ2は、電気抵抗体２０ａを所定の温度（例えば２００度）で発熱させることができる大きさの電流値である。第２の電流値Ｉ2は、第１の電流値Ｉ1の例えば２０倍以上、かつ、４０倍以下の範囲内の電流値である。本実施形態において、第２の電流値Ｉ2は、例えば２．４ｍＡである。
オフセット算出部４０６は、後述するオフセット値の算出処理において、異なる温度毎に、第１の測定部４０２から第１の電圧降下の情報を受け取り、第２の測定部４０３から第２の電圧降下の情報を受け取る。そして、オフセット算出部４０６は、それぞれの温度における第１の電圧降下を第１の電流値Ｉ1で割ることにより、それぞれの温度における電気抵抗体２０ａの抵抗値を求める。オフセット算出部４０６は、それぞれの温度における第２の電圧降下を第１の電流値Ｉ1で割ることにより、それぞれの温度における電気抵抗体２０ｂの抵抗値を求める。
本実施形態において、電気抵抗体２０ａの抵抗値の温度特性および電気抵抗体２０ｂの抵抗値の温度特性は、例えば図５のようになる。図５の例では、電気抵抗体２０ａの抵抗値の温度変化の傾向が例えば直線５０で近似されており、電気抵抗体２０ｂの抵抗値の温度変化の傾向が例えば直線５１で近似されている。
次に、オフセット算出部４０６は、それぞれの温度において、電気抵抗体２０ａの抵抗値と電気抵抗体２０ｂの抵抗値との差分ΔＲを求める。オフセット算出部４０６は、それぞれの温度において、例えば、電気抵抗体２０ａの抵抗値から、電気抵抗体２０ｂの抵抗値を引いた差分をΔＲとして求める。そして、オフセット算出部４０６は、求めたΔＲを平均して、オフセット値ΔＲ0を算出する。そして、オフセット算出部４０６は、算出したオフセット値ΔＲ0を記憶部４０８に格納する。本実施形態において、電気抵抗体２０ａと電気抵抗体２０ｂとは同一構造であるため、オフセット値ΔＲ0は小さな値となる。
圧力校正データ作成部４０５は、後述する圧力校正データの作成処理において、異なる圧力毎に、第１の測定部４０２から第１の電圧降下の情報を受け取る。そして、圧力校正データ作成部４０５は、それぞれの圧力における第１の電圧降下を第１の電流値Ｉ1で割ることにより、それぞれの圧力における電気抵抗体２０ａの抵抗値を求める。そして、圧力校正データ作成部４０５は、例えば図６に示すように、圧力毎に求めた電気抵抗体２０ａの抵抗値の傾向を近似する曲線５２を算出する。そして、圧力校正データ作成部４０５は、算出した曲線５２の情報を圧力校正データとして記憶部４０８に格納する。
補正値算出部４０７は、後述する圧力の測定処理において、第１の測定部４０２から第１の電圧降下の情報を受け取り、第２の測定部４０３から第２の電圧降下の情報を受け取る。そして、補正値算出部４０７は、第１の電圧降下を第１の電流値Ｉ1で割ることにより、電気抵抗体２０ａの抵抗値Ｒs1を求める。補正値算出部４０７は、第２の電圧降下を第１の電流値Ｉ1で割ることにより、電気抵抗体２０ｂの抵抗値Ｒrを求める。
ここで、電気抵抗体２０ａに第２の電流値Ｉ2の電流を流して電気抵抗体２０ａを発熱させた場合、電気抵抗体２０ａの抵抗値が変化する。そのため、電気抵抗体２０ａに第２の電流値Ｉ2の電流が流れた後では、電気抵抗体２０ａに第１の電流値Ｉ1の電流を流した場合であっても、例えば図７に示すように、電気抵抗体２０ａの抵抗値がＲs0からＲs1に変化する。なお、抵抗値Ｒs0は、オフセット値の算出処理において、第１の電流値Ｉ1の電流に対して測定された抵抗値の温度特性の傾向を近似する直線５０上の値である。
補正値算出部４０７は、オフセット値ΔＲ0を記憶部４０８から取得し、オフセット値ΔＲ0と、抵抗値Ｒs1と、抵抗値Ｒrとを用いて、例えば下記の算出式（１）により、補正値ΔＲcを算出する。そして、補正値算出部４０７は、算出した補正値ΔＲcを記憶部４０８に格納する。
ΔＲc＝Ｒs1−Ｒr−ΔＲ0 ・・・（１）
ΔＲc＝Ｒs1−Ｒr−ΔＲ0 ・・・（１）
出力部４０９は、後述する圧力の測定処理において、第３の測定部４０４から第３の電圧降下の情報を受け取り、受け取った第３の電圧降下を、第２の電流値Ｉ2で割ることにより、電気抵抗体２０ａの抵抗値Ｒs2を算出する。そして、出力部４０９は、補正値ΔＲcを記憶部４０８から取得し、算出した抵抗値Ｒs2から、取得した補正値ΔＲcを差し引くことにより電気抵抗体２０ａの抵抗値Ｒs2を補正して、電気抵抗体２０ａの抵抗値Ｒs3を算出する。
図７から明らかなように、補正値ΔＲcは、電気抵抗体２０ａに第２の電流値Ｉ2の電流が流れたことによる電気抵抗体２０ａの抵抗値の変化量を示している。また、補正後の抵抗値Ｒs3は、第２の電流値Ｉ2の電流が流れたことによって変化した後の電気抵抗体２０ａの抵抗値Ｒs1から補正値ΔＲcを引いた値であるため、抵抗値Ｒs3を算出することは、図７に示された抵抗値Ｒs0を算出することと同義となる。
次に、出力部４０９は、記憶部４０８から圧力校正データを取得する。そして、出力部４０９は、例えば図８に示すように、取得した圧力校正データが示す曲線５２を用いて、補正後の抵抗値Ｒs3に対応する圧力Ｐを算出する。そして、出力部４０９は、算出した圧力Ｐの情報を、ディスプレイ等の出力装置へ出力する。
記憶部４０８には、圧力校正データ作成部４０５によって作成された圧力校正データ、オフセット算出部４０６によって算出されたオフセット値ΔＲ0、および、補正値算出部４０７によって算出された補正値ΔＲcが格納される。
［オフセット値の算出処理］
図９は、オフセット値の算出処理の一例を示すフローチャートである。センサモジュール１０が恒温槽内に搬入された後に、処理装置４０は、例えば図９に示すオフセット値の算出処理を開始する。
図９は、オフセット値の算出処理の一例を示すフローチャートである。センサモジュール１０が恒温槽内に搬入された後に、処理装置４０は、例えば図９に示すオフセット値の算出処理を開始する。
まず、温度設定部４００は、恒温槽の制御部に制御信号を送信することにより、恒温槽内を所定の温度に設定する（Ｓ１００）。次に、第１の測定部４０２は、ケーブル３を介して、電気抵抗体２０ａに第１の電流値Ｉ1の電流を流す（Ｓ１０１）。そして、第１の測定部４０２は、電気抵抗体２０ａに生じた第１の電圧降下を測定する（Ｓ１０２）。そして、第１の測定部４０２は、測定した第１の電圧降下の情報をオフセット算出部４０６へ送る。
次に、第２の測定部４０３は、ケーブル３を介して、電気抵抗体２０ｂに第１の電流値Ｉ1の電流を流す（Ｓ１０３）。そして、第２の測定部４０３は、電気抵抗体２０ｂに生じた第２の電圧降下を測定する（Ｓ１０４）。そして、第１の測定部４０２は、測定した第２の電圧降下の情報をオフセット算出部４０６へ送る。
次に、温度設定部４００は、所定数の異なる温度の設定ポイントについて、電圧降下が測定されたか否かを判定数する（Ｓ１０５）。所定数の温度の設定ポイントについて、電圧降下が測定されていない場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、温度設定部４００は、再びステップＳ１００に示した処理を実行する。本実施形態において、処理装置４０は、例えば１００〜３００度の範囲で、例えば１０程度の異なる温度の設定ポイントについて、第１の電圧降下および第２の電圧降下をそれぞれ測定する。
所定数の温度の設定ポイントについて、電圧降下が測定された場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、オフセット算出部４０６は、それぞれの設定ポイントの温度における第１の電圧降下を第１の電流値Ｉ1で割ることにより、それぞれの設定ポイントの温度における電気抵抗体２０ａの抵抗値を求める。また、オフセット算出部４０６は、それぞれの設定ポイントの温度における第２の電圧降下を第１の電流値Ｉ1で割ることにより、それぞれの設定ポイントの温度における電気抵抗体２０ｂの抵抗値を求める。
そして、オフセット算出部４０６は、それぞれの設定ポイントの温度において、電気抵抗体２０ａの抵抗値と電気抵抗体２０ｂの抵抗値との差分ΔＲを求める。そして、オフセット算出部４０６は、求めた差分ΔＲを平均して、オフセット値ΔＲ0を算出する（Ｓ１０６）。そして、オフセット算出部４０６は、算出したオフセット値ΔＲ0を記憶部４０８に格納し、処理装置４０は、本フローチャートに示したオフセット値の算出処理を終了する。
［圧力校正データの作成処理］
図１０は、圧力校正データの作成処理の一例を示すフローチャートである。センサモジュール１０が圧力校正室内に搬入された後に、処理装置４０は、例えば図１０に示す圧力校正データの作成処理を開始する。
図１０は、圧力校正データの作成処理の一例を示すフローチャートである。センサモジュール１０が圧力校正室内に搬入された後に、処理装置４０は、例えば図１０に示す圧力校正データの作成処理を開始する。
まず、圧力設定部４０１は、圧力校正装置の制御部に制御信号を送信することにより、圧力校正室内を所定の圧力に設定する（Ｓ１１０）。次に、第１の測定部４０２は、ケーブル３を介して、電気抵抗体２０ａに第１の電流値Ｉ1の電流を流す（Ｓ１１１）。そして、第１の測定部４０２は、電気抵抗体２０ａに生じた第１の電圧降下を測定する（Ｓ１１２）。そして、第１の測定部４０２は、測定した第１の電圧降下の情報を圧力校正データ作成部４０５へ送る。
次に、第１の測定部４０２は、所定数の異なる圧力の設定ポイントについて、第１の電圧降下が測定されたか否かを判定数する（Ｓ１１３）。所定数の圧力の設定ポイントについて、第１の電圧降下が測定されていない場合（Ｓ１１３：Ｎｏ）、第１の測定部４０２は、再びステップＳ１１０に示した処理を実行する。本実施形態において、処理装置４０は、例えば０．５〜３００ｍＴｏｒｒの範囲内で、例えば数十程度の異なる圧力の設定ポイントについて、第１の電圧降下をそれぞれ測定する。
所定数の圧力の設定ポイントについて、第１の電圧降下が測定された場合（Ｓ１１３：Ｙｅｓ）、圧力校正データ作成部４０５は、それぞれの設定ポイントの圧力における第１の電圧降下を第１の電流値Ｉ1で割ることにより、それぞれの設定ポイントの圧力における電気抵抗体２０ａの抵抗値を求める。
そして、圧力校正データ作成部４０５は、圧力毎に算出した電気抵抗体２０ａの抵抗値を用いて、圧力に対する電気抵抗体２０ａの抵抗値の傾向を近似する曲線５２（図６参照）を算出する。そして、圧力校正データ作成部４０５は、算出した曲線５２の情報を圧力校正データとして作成する（Ｓ１１４）。そして、圧力校正データ作成部４０５は、作成した圧力校正データを記憶部４０８に格納し、処理装置４０は、本フローチャートに示したオフセット値の算出処理を終了する。
［圧力の測定処理］
図１１は、圧力測定処理の一例を示すフローチャートである。センサモジュール１０が圧力の測定対象である基板処理装置のチャンバ内等に搬入された後に、処理装置４０は、例えば図１１に示す圧力の測定処理を開始する。
図１１は、圧力測定処理の一例を示すフローチャートである。センサモジュール１０が圧力の測定対象である基板処理装置のチャンバ内等に搬入された後に、処理装置４０は、例えば図１１に示す圧力の測定処理を開始する。
まず、補正値算出部４０７は、センサモジュール１０が圧力の測定処理に初めて使用されるか否か、即ち、初回か否かを判定する（Ｓ２００）。なお、センサモジュール１０が圧力の測定処理に初めて使用される場合とは、電気抵抗体２０ａに第２の電流値Ｉ2を流したことがない場合を意味している。そのため、電気抵抗体２０ａには、第２の電流値Ｉ2を流したことによる抵抗値のずれは生じていない。
センサモジュール１０が圧力の測定処理に初めて使用される場合（Ｓ２００：Ｙｅｓ）、第１の測定部４０２は、電気抵抗体２０ａに第２の電流値Ｉ2の電流を所定時間（例えば数十分間）流す（Ｓ２０１）。そして、圧力設定部４０１は、基板処理装置の制御部に制御信号を送信することにより、基板処理装置のチャンバ内を校正用の圧力に設定する（Ｓ２０３）。校正用の圧力は、例えば３〜５Ｔｏｒｒ程度であればよい。本実施形態において、校正用の圧力は、例えば３Ｔｏｒｒである。
次に、第１の測定部４０２は、電気抵抗体２０ａに第１の電流値Ｉ1の電流を流す（Ｓ２０４）。そして、第１の測定部４０２は、電気抵抗体２０ａに生じた第１の電圧降下を測定する（Ｓ２０５）。そして、第１の測定部４０２は、測定した第１の電圧降下の情報を補正値算出部４０７へ送る。
次に、第２の測定部４０３は、電気抵抗体２０ｂに第１の電流値Ｉ1の電流を流す（Ｓ２０６）。そして、第２の測定部４０３は、電気抵抗体２０ｂに生じた第２の電圧降下を測定する（Ｓ２０７）。そして、第２の測定部４０３は、測定した第２の電圧降下の情報を補正値算出部４０７へ送る。
次に、補正値算出部４０７は、第１の測定部４０２から受け取った第１の電圧降下を第１の電流値Ｉ1で割ることにより、電気抵抗体２０ａの抵抗値Ｒs1を求める。また、補正値算出部４０７は、第２の測定部４０３から受け取った第２の電圧降下を第１の電流値Ｉ1で割ることにより、電気抵抗体２０ｂの抵抗値Ｒrを求める。
次に、補正値算出部４０７は、オフセット値ΔＲ0を記憶部４０８から取得し、オフセット値ΔＲ0と、抵抗値Ｒs1と、抵抗値Ｒrとを用いて、例えば前述の算出式（１）により、補正値ΔＲcを算出する（Ｓ２０８）。そして、補正値算出部４０７は、算出した補正値ΔＲcを記憶部４０８に格納する。
次に、圧力設定部４０１は、基板処理装置の制御部に制御信号を送信することにより、基板処理装置のチャンバ内を測定対象の圧力に設定する（Ｓ２０９）。そして、第３の測定部４０４は、電気抵抗体２０ａに第２の電流値Ｉ2の電流を流す（Ｓ２１０）。そして、第３の測定部４０４は、電気抵抗体２０ａに生じた第３の電圧降下を測定する（Ｓ２１１）。そして、第３の測定部４０４は、測定した第３の電圧降下の情報を出力部４０９へ送る。
次に、出力部４０９は、第３の測定部４０４から受け取った第３の電圧降下を、第２の電流値Ｉ2で割ることにより、電気抵抗体２０ａの抵抗値Ｒs2を算出する。そして、出力部４０９は、補正値ΔＲcを記憶部４０８から取得し、算出した抵抗値Ｒs2から、取得した補正値ΔＲcを差し引くことにより電気抵抗体２０ａの抵抗値Ｒs2を補正して、電気抵抗体２０ａの抵抗値Ｒs3を算出する（Ｓ２１２）。
次に、出力部４０９は、記憶部４０８から圧力校正データを取得する。そして、出力部４０９は、例えば図８に示したように、取得した圧力校正データが示す曲線５２を用いて、補正後の抵抗値Ｒs3に対応する圧力Ｐを算出する（Ｓ２１３）。そして、出力部４０９は、算出した圧力Ｐの情報を、ディスプレイ等の出力装置へ出力し、処理装置４０は、本フローチャートに示した圧力の測定処理を終了する。
ステップＳ２００において、センサモジュール１０が圧力の測定処理に使用されたことがある場合（Ｓ２００：Ｎｏ）、補正値算出部４０７は、補正値ΔＲcを前回算出してから所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２０２）。所定時間とは、例えば数時間や数日等が考えられる。補正値ΔＲcを前回算出してから所定時間が経過した場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、圧力設定部４０１は、ステップＳ２０３に示した処理を行う。これにより、ステップＳ２０８において、新たな補正値ΔＲcが算出される。
一方、補正値ΔＲcを前回算出してから所定時間が経過していない場合（Ｓ２０２：Ｎｏ）、圧力設定部４０１は、ステップＳ２０９に示した処理を行う。この場合、新たな補正値ΔＲcの算出は行われず、出力部４０９は、前回算出された補正値ΔＲcを記憶部４０８から取得して圧力の算出を行う。
図１２は、処理装置４０の機能を実現するコンピュータ６０の一例を示す図である。コンピュータ６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２、ＲＯＭ（Read Only Memory）６３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）６４、制御インターフェイス（Ｉ／Ｆ）６５、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）６６、およびメディアインターフェイス（Ｉ／Ｆ）６７を備える。
ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３またはＨＤＤ６４に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ＲＯＭ６３は、コンピュータ６０の起動時にＣＰＵ６１によって実行されるブートプログラムや、コンピュータ６０のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。
ＨＤＤ６４は、ＣＰＵ６１によって実行されるプログラムおよび当該プログラムによって使用されるデータ等を格納する。制御インターフェイス６５は、ケーブル３を介してセンサモジュール１０から信号を受信してＣＰＵ６１へ送り、ＣＰＵ６１が生成した信号を、ケーブル３を介してセンサモジュール１０へ送信する。また、制御インターフェイス６５は、ＣＰＵ６１が生成した制御信号を、恒温槽の制御部、圧力校正装置の制御部、および基板処理装置の制御部等へ送信する。
ＣＰＵ６１は、入出力インターフェイス６６を介して、ディスプレイやプリンタ等の出力装置、および、キーボードやマウス等の入力装置を制御する。ＣＰＵ６１は、入出力インターフェイス６６を介して、入力装置からデータを取得する。また、ＣＰＵ６１は、生成したデータを、入出力インターフェイス６６を介して出力装置へ出力する。
メディアインターフェイス６７は、記録媒体６８に格納されたプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ６２を介してＣＰＵ６１に提供する。ＣＰＵ６１は、当該プログラムを、メディアインターフェイス６７を介して記録媒体６８からＲＡＭ６２上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。記録媒体６８は、例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＰＤ（Phase change rewritable Disk）等の光学記録媒体、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等である。
コンピュータ６０のＣＰＵ６１は、ＲＡＭ６２上にロードされたプログラムを実行することにより、温度設定部４００、圧力設定部４０１、第１の測定部４０２、第２の測定部４０３、第３の測定部４０４、圧力校正データ作成部４０５、オフセット算出部４０６、補正値算出部４０７、記憶部４０８、および出力部４０９の各機能を実現する。また、ＲＯＭ６３またはＨＤＤ６４には、記憶部４０８内のデータが格納される。
コンピュータ６０のＣＰＵ６１は、上記プログラムを、記録媒体６８から読み取って実行するが、他の例として、他の装置から、有線または無線の通信回線を介してこれらのプログラムを取得してもよい。
以上、実施形態について説明した。本実施形態の圧力測定装置１によれば、気体の圧力を高い精度で測定することができる。また、本実施形態の圧力測定装置１によれば、常温スパッタリングにより製造されたセンサモジュール１０を用いた場合でも、気体の圧力を高い精度で測定することができるため、センサモジュール１０の製造コストを削減することができる。
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した実施形態において、補正値ΔＲcを前回算出してから所定時間が経過していない場合には、新たな補正値ΔＲcの算出は行われず、前回算出された補正値ΔＲcを用いて圧力の算出が行われるが、他の形態として、補正値ΔＲcの算出は、圧力の測定が行われる度に、毎回実行されてもよい。具体的には、図１１のステップＳ２００において、圧力の測定処理が以前に行われていた場合（Ｓ２００：Ｎｏ）、圧力設定部４０１は、ステップＳ２０３に示した処理を実行するようにしてもよい。
また、上記した実施形態では、補正値ΔＲcを前回算出してから所定時間が経過したか否かに応じて、補正値ΔＲcを新たに算出するか否かが判定されるが、本発明はこれに限られない。例えば、圧力の測定が実行された回数を出力部４０９が累積し、圧力の測定が所定回数行われる度に、補正値算出部４０７が補正値ΔＲcを新たに算出するようにしてもよい。
また、上記した実施形態において、処理装置４０は、温度設定部４００、圧力設定部４０１、圧力校正データ作成部４０５、およびオフセット算出部４０６の機能を有するが、他の形態として、温度設定部４００、圧力設定部４０１、圧力校正データ作成部４０５、およびオフセット算出部４０６が実現する機能をオペレータが行ってもよい。この場合、処理装置４０は、例えば図１３のような構成になる。図１３は、処理装置４０の機能構成の他の例を示すブロック図である。
図１３に示した処理装置４０では、オフセット値の算出処理において、オペレータが恒温槽を操作して恒温槽内の温度を制御した後に、第１の測定部４０２が電気抵抗体２０ａに第１の電流値Ｉ1の電流を流して第１の電圧降下を測定し、測定した第１の電圧降下の情報を、ディスプレイ等の出力装置に出力する。また、第２の測定部４０３が電気抵抗体２０ｂに第１の電流値Ｉ1の電流を流して第２の電圧降下を測定し、測定した第２の電圧降下の情報を、ディスプレイ等の出力装置に出力する。そして、オペレータが、オフセット値ΔＲ0を算出し、算出したオフセット値ΔＲ0を、キーボードやマウス等の入力装置を介して記憶部４０８に格納する。
また、図１３に示した処理装置４０では、圧力校正データの作成処理において、オペレータが圧力校正装置を操作して圧力校正室内の圧力を設定した後に、第１の測定部４０２が電気抵抗体２０ａに第１の電流値Ｉ1の電流を流して第１の電圧降下を測定し、測定した第１の電圧降下の情報を、ディスプレイ等の出力装置に出力する。そして、オペレータが、圧力に対する電気抵抗体２０ａの抵抗値の変化の傾向を近似する曲線５２を作成し、作成した曲線５２の情報を圧力校正データとして入力装置を介して記憶部４０８に格納する。
また、図１３に示した処理装置４０では、圧力の測定処理において、オペレータが基板処理装置を操作してチャンバ内の圧力を校正用の圧力に設定した後に、第１の測定部４０２が電気抵抗体２０ａに第１の電流値Ｉ1の電流を流して第１の電圧降下を測定し、測定した第１の電圧降下の情報を、ディスプレイ等の出力装置に出力する。また、第２の測定部４０３が電気抵抗体２０ｂに第１の電流値Ｉ1の電流を流して第２の電圧降下を測定し、測定した第２の電圧降下の情報を、ディスプレイ等の出力装置に出力する。そして、オペレータが、補正値ΔＲcを算出し、算出した補正値ΔＲcを、キーボードやマウス等の入力装置を介して記憶部４０８に格納する。
なお、圧力の測定処理が初回の場合は、オペレータが基板処理装置を操作してチャンバ内の圧力を校正用の圧力に設定した後に、第１の測定部４０２が電気抵抗体２０ａに第２の電流値Ｉ2の電流を所定時間流してから、電気抵抗体２０ａに第１の電流値Ｉ1の電流を流して第１の電圧降下を測定する。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１ 圧力測定装置
２０ 電気抵抗体
４０２ 第１の測定部
４０３ 第２の測定部
４０４ 第３の測定部
４０７ 補正値算出部
４０９ 出力部
２０ 電気抵抗体
４０２ 第１の測定部
４０３ 第２の測定部
４０４ 第３の測定部
４０７ 補正値算出部
４０９ 出力部
Claims (6)
- 気体に晒される第１の電気抵抗体と、
気体に晒され、前記第１の電気抵抗体と同一構造の第２の電気抵抗体と、
前記第１の電気抵抗体に前記第１の電流値の電流を流し、前記第１の電流値の電流に応じて前記第１の電気抵抗体に生じた第１の電圧降下を測定する第１の測定部と、
前記第２の電気抵抗体に前記第１の電流値の電流を流し、前記第１の電流値の電流に応じて前記第２の電気抵抗体に生じた第２の電圧降下を測定する第２の測定部と、
前記第１の電気抵抗体に前記第１の電流値よりも大きい第２の電流値の電流を流して前記第１の電気抵抗体を発熱させ、前記第２の電流値の電流に応じて前記第１の電気抵抗体に生じた第３の電圧降下を測定する第３の測定部と、
前記第１の電圧降下と前記第２の電圧降下との差分に基づいて、前記第３の電圧降下を補正する補正値を算出する算出部と、
算出された補正値を用いて前記第３の電圧降下を補正し、補正後の前記第３の電圧降下に応じた圧力値を出力する出力部と
を備えることを特徴とする圧力測定装置。 - 温度センサが設けられたベース基板をさらに備え、
前記第１の電気抵抗体および前記第２の電気抵抗体は、前記ベース基板上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の圧力測定装置。 - 前記第２の電流値は、前記第１の電流値の２０倍以上、かつ、４０倍以下の範囲内の電流値であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力測定装置。
- 前記算出部は、
前記補正値を前回算出してから所定時間が経過した場合、または、前記第３の測定部によって前記第３の電圧降下が所定回数測定された場合に、新たな前記補正値を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力測定装置。 - 気体に晒されている第１の電気抵抗体に第１の電流値の電流を流すステップと、
前記第１の電流値の電流に応じて前記第１の電気抵抗体に生じた第１の電圧降下を測定するステップと、
前記第１の電気抵抗体と同一構造であり、気体に晒されている第２の電気抵抗体に、前記第１の電流値の電流を流すステップと、
前記第１の電流値の電流に応じて前記第２の電気抵抗体に生じた第２の電圧降下を測定するステップと、
前記第１の電気抵抗体に、前記第１の電流値よりも大きい第２の電流値の電流を流すステップと、
前記第２の電流値の電流に応じて前記第１の電気抵抗体に生じた第３の電圧降下を測定するステップと、
前記第１の電圧降下と前記第２の電圧降下との差分に基づいて、前記第３の電圧降下を補正する補正値を算出するステップと、
算出した補正値を用いて前記第３の電圧降下を補正し、補正後の前記第３の電圧降下に応じた圧力値を出力するステップと
を含むことを特徴とする圧力測定方法。 - 前記第１の電気抵抗体および前記第２の電気抵抗体は、温度センサが設けられたベース基板上に配置されたセンサモジュールとして構成され、
当該圧力測定方法は、
処理ガスのプラズマにより被処理基板を処理する基板処理装置内における排気口付近、前記処理ガスの吐出口付近、前記被処理基板が載置される載置台内部に形成された温度調整用ガスを流通させるための配管内部の、少なくともいずれかに前記センサモジュールを配置するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の圧力測定方法。
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