JP7690277B2

JP7690277B2 - 隔膜真空計

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Publication number: JP7690277B2
Application number: JP2020196855A
Authority: JP
Inventors: 将添田; 卓也石原; 正志関根; 悠祐新村
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2025-06-10
Anticipated expiration: 2040-11-27
Also published as: JP2022085260A

Description

本発明は、隔膜真空計に関するものである。

半導体製造設備等において使用される真空計などの圧力センサは、要求される圧力範囲に応じて種々の計測原理を用いたタイプの製品が利用される。例えばその中の１つである静電容量式の隔膜真空計は、可動ダイアフラム（隔膜）が圧力を受け、そのたわみ量を静電容量値として検出するものである（特許文献１、特許文献２参照）。隔膜真空計は、流量計測値のガス種依存性が少ないことから、半導体の成膜工程やエッチング工程を始めとするプロセス装置ではよく使用されている。

隔膜真空計は、通常、１．３Ｐａ程度が最小の圧力レンジフルスケールであることが多い。１．３Ｐａ程度になっている理由は、真空計の構造上、隔膜の厚さによって計測可能な圧力レンジが決まってしまうためである。すなわち、通常よりも低い圧力を計測するためには隔膜を薄くする必要がある。反対に高い圧力に対しては、隔膜が厚くなるように真空計を設計して仕様に対応している。

より低い圧力を計測するために隔膜真空計の隔膜を薄くする場合、外乱の影響をより受け易くなるため、設計上あるいは使用上での制限が多くなる。具体的には、センサのマウント（パッケージ）による残留応力の影響がより顕著化したり、真空計の使用時に温度や振動といった外乱の影響を受け計測精度が悪化したりする可能性が高くなる。このように隔膜真空計の現実的な圧力計測範囲には構造的な下限があるが、状況によっては下限を下回る計測が必要になることがあり、改善が求められている。

特開２００９－２１０４８２号公報特開２００２－３２８０４５号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、圧力計測範囲の下限を拡張することができる隔膜真空計を提供することを目的とする。

本発明の隔膜真空計は、被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力調整室と、前記被計測チャンバと前記配管を介して連通し、且つ前記圧力調整室と連通するように設けられた圧力計測室と、前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部とを備え、前記被計測チャンバから前記配管を介して前記圧力調整室と前記圧力計測室とに被計測媒体が流入し、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とするものである。

また、本発明の隔膜真空計の１構成例において、前記圧力調整室と前記圧力計測室とは、絞りを介して連通し、前記絞りは、固定絞りまたは可変絞りであることを特徴とするものである。
また、本発明の隔膜真空計の１構成例は、前記圧力調整室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第２の温度センサと、前記第２の温度センサによって計測された温度から前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を推定するように構成された温度推定部とをさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の隔膜真空計は、被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力調整室と、前記圧力調整室と連通するように設けられた圧力計測室と、前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、前記圧力調整室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第２の温度センサと、前記第２の温度センサによって計測された温度から前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を推定するように構成された温度推定部と、前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部とを備え、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とするものである。

また、本発明の隔膜真空計は、被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力計測室と、前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、前記配管内の熱流を計測するように構成された熱流センサと、前記熱流センサによって計測された熱流量から前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を推定するように構成された温度推定部と、前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部とを備え、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とするものである。

また、本発明の隔膜真空計は、被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力調整室と、前記圧力調整室と連通するように設けられた圧力計測室と、前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部と、前記圧力計測室を加熱するように構成された加熱器と、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差が所定値になるように前記加熱器に電力を供給して発熱させるように構成された制御部とを備え、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とするものである。
また、本発明の隔膜真空計は、被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力計測室と、前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部と、前記圧力計測室を加熱するように構成された加熱器と、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差が所定値になるように前記加熱器に電力を供給して発熱させるように構成された制御部とを備え、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とするものである。
また、本発明の隔膜真空計の１構成例において、前記受圧部は、台座に形成された第１の電極と、前記台座とギャップを隔てて配置された前記ダイアフラムと、前記ダイアフラムに前記第１の電極と対向するように形成された第２の電極と、前記第１の電極の外側の前記台座に形成された第３の電極と、前記第２の電極の外側の前記ダイアフラムに前記第３の電極と対向するように形成された第４の電極とから構成され、前記第１、第２の電極間の第１の静電容量を算出するように構成された容量算出部と、前記第１の静電容量から、前記第３、第４の電極間の第２の静電容量を減算した値を算出するように構成された容量差算出部と、前記容量算出部の算出結果と前記容量差算出部の算出結果とに基づいて、前記第２の静電容量により前記第１の静電容量を補正するように構成された容量補正部とをさらに備え、前記圧力計測部は、前記補正された第１の静電容量を前記圧力計測値に変換することを特徴とするものである。
また、本発明の隔膜真空計は、被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力調整室と、前記圧力調整室と連通するように設けられた圧力計測室と、前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、前記圧力計測値が規定の圧力計測範囲の下限を下回ったときのみ、前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部とを備え、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とするものである。
また、本発明の隔膜真空計は、被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力計測室と、前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、前記圧力計測値が規定の圧力計測範囲の下限を下回ったときのみ、前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部とを備え、前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とするものである。

本発明によれば、圧力計測室内の被計測媒体の温度と被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して圧力計測値を補正することにより、隔膜真空計の圧力計測範囲の下限を拡張する（下限を下げる）ことができる。

図１は、本発明の隔膜真空計の原理を説明する図である。図２は、被計測チャンバと隔膜真空計の受圧部との圧力差の１例を示す図である。図３は、計測対象の圧力と隔膜真空計の圧力計測値との関係を解析した結果を示す図である。図４は、計測対象と隔膜真空計との温度差により生じる計測対象の圧力と隔膜真空計の圧力計測値との比を示す図である。図５は、本発明の第１の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図である。図６は、本発明の第１の実施例に係る隔膜真空計の受圧部の要部の構成を示す断面図である。図７は、本発明の第１の実施例に係る隔膜真空計の回路部の構成を示すブロック図である。図８は、本発明の第１の実施例に係る隔膜真空計の信号検出部の構成を示すブロック図である。図９は、本発明の第１の実施例に係る隔膜真空計の演算処理部の動作を説明するフローチャートである。図１０は、本発明の第２の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図である。図１１は、本発明の第３の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図である。図１２は、本発明の第３の実施例に係る隔膜真空計の回路部の構成を示すブロック図である。図１３は、本発明の第３の実施例に係る隔膜真空計の演算処理部の動作を説明するフローチャートである。図１４は、本発明の第１～第３の実施例に係る隔膜真空計の演算処理部を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。

［発明の原理］
発明者は、隔膜真空計の構造自体を改良せずに計測条件を変更できる要素として、計測対象と真空計の気体の温度差に着眼した。そして、隔膜真空計に供給される気体を真空計近傍あるいは真空計内部で規定された温度に加熱することで、計測可能（下限以内の）範囲へと圧力を上昇させて計測し、加熱による温度差に基づいて圧力値を換算すれば、圧力計測範囲の下限を等価的に拡張できることに想到した。換算については、物理的な原理に基づいて行なってもよいし、温度差に起因する圧力差の関係を予め実験的に求めることで行なってもよい。

［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本実施例では、隔膜真空計が配管を介して被計測チャンバに接続されているシステムを想定する。隔膜真空計は、異物堆積を防止するために自己加熱しており、被計測チャンバとは温度が異なるので、両空間に熱遷移による圧力差が生じることが知られている。

この圧力と温度の関係は、図１のように２つのチャンバ２００，２０１が直径ｄの配管２０２で接続されている状態を想定する場合、中間流（式（１））および分子流（式（２））のそれぞれで近似式が提案されている。

式（１）、式（２）において、Ｐ₁，Ｐ₂はそれぞれチャンバ２００，２０１内のガスの圧力、Ｔ₁，Ｔ₂はチャンバ２００，２０１内のガスの温度、ａ，ｂ，ｃはガス種と温度による係数である。
式（１）、式（２）の関係から、被計測チャンバと隔膜真空計の受圧部との圧力差が図２のようになると報告されている（文献「吉川康秀他，“サファイア高温隔膜真空計の開発”，azbil Technical Review，アズビル株式会社，２０１１年１月」）。

図２の例では、ガス種をＮ₂、被計測チャンバ内のガスの温度Ｔ₁を２５℃、被計測チャンバと隔膜真空計とを接続する配管の直径ｄを１２．７ｍｍとしている。図２の横軸は被計測チャンバ内のガスの圧力Ｐ₁、縦軸は被計測チャンバと隔膜真空計の受圧部との圧力差である。図２の２０３は隔膜真空計の受圧部の自己加熱温度が１２５℃の場合の特性を示し、２０４は自己加熱温度が２００℃の場合の特性を示している。

図３は、これらの近似関係を基にして、計測対象（被計測チャンバ）のガスの圧力Ｐ₁と隔膜真空計の圧力計測値Ｐ₂との関係を解析した結果を示す図である。ここでは、被計測チャンバ内のガスの温度Ｔ₁と隔膜真空計の受圧部の自己加熱温度Ｔ₂（Ｔ₁＜Ｔ₂）との温度差を１２５℃としている。図３において、３００は圧力Ｐ₁とＰ₂との関係を示し、３０１は被計測チャンバと隔膜真空計との間に熱遷移がない場合の圧力Ｐ₁とＰ₂との関係を示している。図３におけるＡ１は粘性流の領域、Ａ２は中間流の領域、Ａ３は分子流の領域と呼ばれる。

図３によれば、半導体の成膜やエッチングプロセスなどにおいて頻繁に利用される圧力レンジとなる中間流と分子流の領域において、圧力Ｐ₁とＰ₂が異なり、熱遷移による圧力差が発生していることが分かる。
具体的には図４に示すように、熱遷移がある場合（被計測チャンバと隔膜真空計との温度差が大きい場合）には、被計測チャンバのガスの圧力Ｐ₁は、隔膜真空計の圧力計測値Ｐ₂よりも実際には低い圧力となる。

したがって、隔膜真空計の圧力計測値Ｐ₂は、被計測チャンバの実際の圧力Ｐ₁に近くなるように補正されるのが通常である。すなわち、熱遷移という現象を誤差要因としてとらえるため、補正演算することで隔膜真空計の圧力計測値Ｐ₂を補正し変更する。具体的には、図３に示すように隔膜真空計の圧力計測値Ｐ₂＝０．０２３Ｔｏｒｒという値を０．０１Ｔｏｒｒに補正する。

本実施例では、図３に示した関係を積極的に利用することで、隔膜真空計の物理的な計測限界を超えることなく、より低い圧力範囲まで計測精度を維持したまま計測が可能となる。例えば隔膜真空計の仕様上の計測下限を仮に０．０１Ｔｏｒｒとした場合、図３の直線Ｌ１が実際の計測値下限を示す。

しかし、隔膜真空計の温度を変化させると、図３中の直線Ｌ２が示すレベルまで計測可能となる。被計測チャンバと隔膜真空計との温度差を１２５℃より大きくすれば、圧力計測範囲の下限を更に下げることが可能となる。具体的には図４に示すように、隔膜真空計側を加熱して高温にし、被計測チャンバと隔膜真空計との温度差を４００℃にすれば、計測圧力差は隔膜真空計の圧力計測値Ｐ₂の７５％前後にも達する。

本実施例では、被計測チャンバ側の計測温度データあるいは計測温度データを予測できる隔膜真空計側の計測温度データをパラメータとして利用する。この温度パラメータと実際の圧力値との相関テーブルを隔膜真空計校正時に作成しておき、この相関テーブルに基づいて隔膜真空計の出力を決定する。

この結果、例えば微圧により隔膜真空計の製作が困難となり始める１．３Ｐａ以下の圧力レンジにおいても、およそ５８％（被計測チャンバと隔膜真空計との温度差が１２５℃の場合）ほど圧力計測範囲を下限側に拡大できる。具体的な計測値としては、０．５６Ｐａのチャンバ圧力まで計測可能となる。

本実施例では、被計測チャンバの温度を正確に把握する必要があるが、半導体製造装置などでは被計測チャンバは通常、温度管理されているため、被計測チャンバで計測された温度を用いればよい。もしくは、被計測チャンバの温度を予測できる温度センサあるいは熱流束センサを隔膜真空計側に設置し、その演算値（例えば積算値）を利用してもよい。なお、温度を正確に把握できない場合に備え、出荷時に最低限の校正を行う場合もある。
隔膜真空計は、副生成物の堆積防止のためにヒータによる自己加熱機能を有しているが、このヒーターの能力を通常（２００℃程度）よりも高い（５００℃程度）まで増強して使用する。

特許文献１には、熱遷移により誤差が生じる旨の記載があり、誤差を校正し熱遷移効果が反映された圧力測定を行う方法が開示されている。特許文献１では、誤差を利用する意図はなく、解決しようとする課題も本発明と異なる。特許文献１に開示された方法の目的は、真に近い測定値を表示することである。

特許文献２には、ノンリニアな温度依存性を補正することが開示されている。特許文献１、特許文献２のいずれも、温度差による誤差を補正し隔膜真空計を校正する手段を提供するものであり、圧力差を積極的に利用して計測限界を超える手段に想到している訳ではない。本発明は、現状の隔膜真空計を用いて従来の下限以下の圧力範囲を計測するという新たな課題に対して有効な解決手段となる。

以下、本実施例の隔膜真空計についてより詳細に説明する。図５は本実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図である。隔膜真空計は、被計測チャンバ１２と配管２を介して連通するように設けられた圧力調整室１と、圧力調整室１と絞り４を介して連通するように設けられた圧力計測室３と、圧力計測室３内の被計測媒体（例えばプロセスガス）の圧力によるダイアフラム（隔膜）の変位に応じて静電容量が変化する受圧部５と、圧力計測室３を加熱する加熱器６（ヒータ）と、圧力調整室１内の被計測媒体の温度Ｔ₃を計測する温度センサ７と、圧力計測室３内の被計測媒体の温度Ｔ₂を計測する温度センサ８と、受圧部５の静電容量を圧力計測値に変換する回路部１０とを備えている。

図６は隔膜真空計の受圧部５の要部の構成を示す断面図である。受圧部５の台座５０の中央部には凹部が形成されている。この凹部が形成された台座５０の面には、被計測媒体の圧力Ｐに応じて変形可能に構成されたダイアフラム５１が接合されている。台座５０の凹部は、ダイアフラム５１と共に基準真空室５２を形成する。

台座５０の基準真空室５２側の面には固定電極５３が形成され、ダイアフラム５１の基準真空室５２側の面には固定電極５３と対向するように可動電極５４が形成されている。こうして、固定電極５３と可動電極５４とがギャップを隔てて対向するように配置されている。ダイアフラム５１が被計測媒体の圧力Ｐを受けて撓むと、可動電極５４と固定電極５３との間の間隔が変化し、可動電極５４と固定電極５３との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化からダイアフラム５１が受けた被計測媒体の圧力Ｐを検出することができる。

また、固定電極５３の外側の台座５０の基準真空室５２側の面には、固定電極５５が形成されている。可動電極５４の外側のダイアフラム５１の基準真空室５２側の面には、固定電極５５と対向するように可動電極５６が形成されている。固定電極５５と可動電極５６とはダイアフラム５１の縁部に形成されている。ダイアフラム５１が被計測媒体の圧力Ｐを受けて撓んだとしても、ダイアフラム５１の縁部は殆ど変形しないため、可動電極５６と固定電極５５との間の静電容量は変化し難い。この静電容量は、センサ内外の温度変化および基準真空室５２内の湿度変化等に基づく測定誤差を除去するために設けられたものである。ダイアフラム５１と台座５０とは、例えばサファイアなどの絶縁体から構成されている。

配管２より導入される被計測媒体は、圧力調整室１内に流入し、絞り４を通って圧力計測室３内に流入する。
絞り４を設けることで、配管の直径ｄを変えることが可能となる。複数の直径ｄに紐づいたデータ（温度、圧力）を取得することで、主に中間流領域の多くのパラメータを把握することができる。すなわち、絞り４を入れることで計測精度を向上させることができる。絞り４は、孔径が固定されている固定絞りでもよいし、外部から孔径の変更が可能な可変絞りでもよい。可変絞りの場合には、絞りの程度を調整することができる。

図７は隔膜真空計の回路部１０の構成を示すブロック図である。回路部１０は、可動電極５４と固定電極５３との間の静電容量に比例する振幅の信号、および可動電極５４と固定電極５３との間の静電容量から可動電極５６と固定電極５５との間の静電容量を減算した値に比例する振幅の信号を出力する信号検出部１００と、信号検出部１００と温度センサ７，８の出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換部１０１と、演算処理部１０２と、演算処理部１０２のプログラムを記憶するメモリ１０３と、回路部１０の各部に電源電圧を供給する電源１０４と、インターフェース部１０５とを備えている。

図８は信号検出部１００の構成を示すブロック図である。信号検出部１００は、信号発生器１０００と、容量ＣｆとオペアンプＡ１とからなる増幅器１００１，１００２と、減算器１００３と、差動入力型のローパスフィルタ１００４，１００５と、増幅器１００１とローパスフィルタ１００４との間に設けられたスイッチ１００６と、増幅器１００２とローパスフィルタ１００５との間に設けられたスイッチ１００７とから構成される。図８では、可動電極５４と固定電極５３との間の静電容量をＣｘで表し、可動電極５６と固定電極５５との間の静電容量（参照容量）をＣｒで表している。

信号発生器１０００は、圧力計測時に正弦波状のセンサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）を受圧部５の第１の電極（例えば固定電極５３）と第３の電極（例えば固定電極５５）とスイッチ１００６，１００７とに印加する。Ｅは振幅、ｆは周波数、ｔは時間である。

増幅器１００１は、受圧部５の第２の電極（例えば可動電極５４）から出力される電流を電圧に変換して増幅し、静電容量Ｃｘに比例した振幅の信号を出力する。増幅器１００２は、受圧部５の第４の電極（例えば可動電極５６）から出力される電流を電圧に変換して増幅し、静電容量Ｃｒに比例した振幅の信号を出力する。
減算器１００３は、増幅器１００１の出力信号から増幅器１００２の出力信号を減算する。

スイッチ１００６とローパスフィルタ１００４とは、同期検波部１００８を構成している。ローパスフィルタ１００４は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）を通過させるようにカットオフ周波数が設定されている。同期検波部１００８は、増幅器１００１の出力から、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）に同期した信号を復調する。

具体的には、スイッチ１００６は、信号発生器１０００から出力されるセンサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）が正のとき、増幅器１００１の出力端子とローパスフィルタ１００４の非反転入力端子とを接続する。また、スイッチ１００６は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）が負のとき、増幅器１００１の出力端子とローパスフィルタ１００４の反転入力端子とを接続する。これにより、増幅器１００１の出力から、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）に同期した信号を復調することができる。

一方、スイッチ１００７とローパスフィルタ１００５とは、同期検波部１００９を構成している。ローパスフィルタ１００５は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）を通過させるようにカットオフ周波数が設定されている。同期検波部１００９は、減算器１００３の出力から、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）に同期した信号を復調する。

具体的には、スイッチ１００７は、信号発生器１０００から出力されるセンサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）が正のとき、減算器１００３の出力端子とローパスフィルタ１００５の非反転入力端子とを接続する。また、スイッチ１００７は、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）が負のとき、減算器１００３の出力端子とローパスフィルタ１００５の反転入力端子とを接続する。これにより、減算器１００３の出力から、センサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）に同期した信号を復調することができる。

ＡＤ変換部１０１は、信号検出部１００の出力（同期検波部１００８の出力と同期検波部１００９の出力）と、温度センサ７，８の出力とをデジタル信号に変換する。
図７に示すように、演算処理部１０２は、温度推定部１０２０と、制御部１０２１と、容量算出部１０２２と、容量差算出部１０２３と、容量補正部１０２４と、圧力計測部１０２５と、圧力補正部１０２６とを備えている。

図９は演算処理部１０２の動作を説明するフローチャートである。温度推定部１０２０は、温度センサ７によって計測された温度Ｔ₃から被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁を推定する（図９ステップＳ１００）。圧力調整室１内の被計測媒体の温度Ｔ₃と被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁との関係は、事前の試験によって確認されている。温度推定部１０２０は、予め設定された式により温度Ｔ₃から温度Ｔ₁を算出してもよいし、予め設定されたテーブルから温度Ｔ₃に対応する温度Ｔ₁の値を取得するようにしてもよい。

制御部１０２１は、温度推定部１０２０によって推定された温度Ｔ₁と温度センサ８によって計測された温度Ｔ₂との差Ｔ₂－Ｔ₁が所定値（例えば５００℃）になるように加熱器６に電力を供給して発熱させる（図９ステップＳ１０１）。こうして、圧力計測室３内の被計測媒体の温度Ｔ₂と被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁との温度差Ｔ₂－Ｔ₁が所定値になるように圧力計測室３が加熱される。温度差を決定する所定値は、０℃～５００℃の範囲で任意に設定することが可能である。

容量算出部１０２２は、同期検波部１００８の出力信号の振幅から静電容量Ｃｘの値を算出する（図９ステップＳ１０２）。
容量差算出部１０２３は、同期検波部１００９の出力信号の振幅から容量差（Ｃｘ－Ｃｒ）の値を算出する（図９ステップＳ１０３）。

容量補正部１０２４は、容量算出部１０２２の算出結果と容量差算出部１０２３の算出結果とに基づいて、参照容量Ｃｒにより静電容量Ｃｘを補正した値（Ｃｘ－Ｃｒ）／Ｃｘを算出する（図９ステップＳ１０４）。
圧力計測部１０２５は、容量補正部１０２４によって算出された静電容量（Ｃｘ－Ｃｒ）／Ｃｘを圧力計測値Ｐ₂に変換する（図９ステップＳ１０５）。

圧力補正部１０２６は、温度センサ８によって計測された、圧力計測室３内の被計測媒体の温度Ｔ₂と、温度推定部１０２０によって推定された、被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁とに基づいて、圧力計測値Ｐ₂を補正した値を得る（図９ステップＳ１０６）。

具体的には、温度Ｔ₂，Ｔ₁と圧力計測値Ｐ₂と被計測チャンバ１２内の被計測媒体の実際の圧力値Ｐ₁とを対応付けた相関テーブルが隔膜真空計の校正時に作成され、圧力補正部１０２６に設定されている。圧力補正部１０２６は、相関テーブルから温度Ｔ₂，Ｔ₁と圧力計測値Ｐ₂とに対応する圧力値Ｐ₁の値を取得する。こうして、圧力計測値Ｐ₂を、被計測チャンバ１２の実際の圧力値Ｐ₁に近くなるように補正することができる。

そして、圧力補正部１０２６は、算出した圧力値Ｐ₁をインターフェース部１０５を介して例えば上位装置に出力する（図９ステップＳ１０７）。
演算処理部１０２は、例えばユーザの指示によって圧力計測動作が終了するまで（図９ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、ステップＳ１００～Ｓ１０７の処理を計測周期毎に行う。

こうして、本実施例では、隔膜真空計の圧力計測範囲の下限を拡張することができる。

［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図１０は本発明の第２の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図である。本実施例の隔膜真空計は、圧力調整室１ａと、圧力計測室３ａと、受圧部５と、加熱器６と、温度センサ７，８と、回路部１０とを備えている。

第１の実施例では、圧力調整室１と圧力計測室３とが直列に配置され、圧力調整室１内に流入した被計測媒体は、絞り４を通って圧力計測室３内に流入するようになっていた。
これに対して、本実施例では、圧力調整室１ａと圧力計測室３ａとが並列に配置されている。圧力調整室１ａおよび圧力計測室３ａと、配管２ａとの間にはバッフル９が設けられている。被計測チャンバ１２から配管２ａを介して導入される被計測媒体は、バッフル９の面に当たり、バッフル９の周囲の隙間を通して、圧力調整室１ａと圧力計測室３ａとに同じ量が導入される。また、圧力調整室１ａと圧力計測室３ａとは、絞り４ａを介して連通している。

受圧部５と加熱器６と回路部１０の構成は、第１の実施例と同様である。第１の実施例と圧力調整室１ａの構造が異なるため、圧力調整室１ａ内の被計測媒体の温度Ｔ₃と被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁との関係は、本実施例用に校正されていることは言うまでもない。この関係を用いて、回路部１０の温度推定部１０２０は、温度センサ７によって計測された温度Ｔ₃から被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁を推定することができる。同様に、回路部１０の圧力補正部１０２６が用いる相関テーブルも本実施例用に校正されていることは言うまでもない。

こうして、本実施例では、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。なお、第１、第２の実施例では、温度推定部１０２０によって被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁を推定しているが、被計測チャンバに温度センサが設けられている場合には、この温度センサから温度Ｔ₁の値を取得するようにしてもよい。

［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図１１は本発明の第３の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図である。本実施例の隔膜真空計は、被計測チャンバ１２と配管２ｂを介して連通するように設けられた圧力計測室３ｂと、受圧部５と、加熱器６と、温度センサ８と、回路部１０ｂと、配管２ｂ内の熱流を計測する熱流センサ１１とを備えている。

第１、第２の実施例では、圧力調整室１，１ａが設けられていたが、本実施例では、被計測媒体は、被計測チャンバ１２から配管２ｂを介して直接、圧力計測室３ｂに導入されるようになっている。この場合、被計測チャンバ１２が圧力調整室となり、配管２ｂが絞りの役割を果たす。

受圧部５と加熱器６は、第１の実施例と同様である。図１２は本実施例の回路部１０ｂの構成を示すブロック図である。回路部１０ｂは、信号検出部１００と、ＡＤ変換部１０１と、演算処理部１０２ｂと、メモリ１０３ｂと、電源１０４と、インターフェース部１０５とを備えている。
信号検出部１００とＡＤ変換部１０１については第１の実施例で説明したとおりである。

図１２に示すように、演算処理部１０２ｂは、温度推定部１０２０ｂと、制御部１０２１と、容量算出部１０２２と、容量差算出部１０２３と、容量補正部１０２４と、圧力計測部１０２５と、圧力補正部１０２６ｂとを備えている。

図１３は演算処理部１０２ｂの動作を説明するフローチャートである。温度推定部１０２０ｂは、熱流センサ１１によって計測された熱流量から被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁を推定する（図１３ステップＳ２００）。配管２ｂ内の熱流と被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁との関係は、事前の試験によって確認されている。温度推定部１０２０ｂは、予め設定された式により熱流量から温度Ｔ₁を算出してもよいし、予め設定されたテーブルから熱流量に対応する温度Ｔ₁の値を取得するようにしてもよい。

熱流センサ１１によって計測された熱流量を面積換算した熱流束をｑ（Ｗ／ｍ²）とし、対流熱伝達による伝熱を想定すると、熱流束ｑと温度センサ８によって計測された温度Ｔ₂と被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁との関係は次式のようになる。
ｑ＝ｋ（Ｔ₂－Ｔ₁）・・・（３）

式（３）におけるｋは熱伝達率である。式（３）により、熱流束ｑと温度Ｔ₂とから温度Ｔ₁を算出することができる。

制御部１０２１と容量算出部１０２２と容量差算出部１０２３と容量補正部１０２４と圧力計測部１０２５の動作（図１３ステップＳ２０１～Ｓ２０５）は、第１の実施例と同じである。

第１の実施例と同様に、圧力補正部１０２６ｂは、温度センサ８によって計測された、圧力計測室３内の被計測媒体の温度Ｔ₂と、温度推定部１０２０ｂによって推定された、被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁とに基づいて、圧力計測値Ｐ₂を補正した値を得る（図１３ステップＳ２０６）。具体的には、圧力補正部１０２６ｂは、予め設定された相関テーブルから温度Ｔ₂，Ｔ₁と圧力計測値Ｐ₂とに対応する圧力値Ｐ₁の値を取得する。相関テーブルは、本実施例用に校正されていることは言うまでもない。

そして、圧力補正部１０２６ｂは、算出した圧力値Ｐ₁をインターフェース部１０５を介して例えば上位装置に出力する（図１３ステップＳ２０７）。
演算処理部１０２ｂは、例えばユーザの指示によって圧力計測動作が終了するまで（図１３ステップＳ２０８においてＹＥＳ）、ステップＳ２００～Ｓ２０７の処理を計測周期毎に行う。

こうして、本実施例では、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。なお、本実施例では、温度推定部１０２０ｂによって被計測チャンバ１２内の被計測媒体の温度Ｔ₁を推定しているが、被計測チャンバ１２に温度センサが設けられている場合には、この温度センサから温度Ｔ₁の値を取得するようにしてもよい。

第１～第３の実施例では、圧力補正部１０２６，１０２６ｂによって圧力計測値Ｐ₂を常時補正しているが、これに限るものではない。すなわち、圧力補正部１０２６，１０２６ｂは、通常は圧力計測値Ｐ₂を補正せずにそのまま圧力値Ｐ₁として出力し、圧力計測値Ｐ₂が規定の圧力計測範囲の下限を下回ったときのみステップＳ１０６，Ｓ２０６の処理により圧力計測値Ｐ₂を補正するようにしてもよい。

また、第１～第３の実施例では、参照容量Ｃｒにより静電容量Ｃｘを補正した値（Ｃｘ－Ｃｒ）／Ｃｘを算出しているが、これに限るものではなく、静電容量Ｃｘを圧力計測値Ｐ₂に変換するようにしてもよい。

第１～第３の実施例で説明した演算処理部１０２，１０２ｂは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図１４に示す。

コンピュータは、ＣＰＵ４００と、記憶装置４０１と、インターフェース装置（Ｉ／Ｆ）４０２とを備えている。Ｉ／Ｆ４０２には、加熱器６、ＡＤ変換部１０１等が接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の法を実現させるためのプログラムは記憶装置４０１に格納される。ＣＰＵ４００は、記憶装置４０１に格納されたプログラムに従って第１～第３の実施例で説明した処理を実行する。

本発明は、圧力計測技術に適用することができる。

１，１ａ…圧力調整室、２，２ａ…配管、３，３ａ，３ｂ…圧力計測室、４，４ａ…絞り、５…受圧部、６…加熱器、７，８…温度センサ、１０，１０ｂ…回路部、１１…熱流センサ、１２…被計測チャンバ、１００…信号検出部、１０１…ＡＤ変換部、１０２，１０２ｂ…演算処理部、１０３，１０３ｂ…メモリ、１０４…電源、１０５…インターフェース部、１０２０，１０２０ｂ…温度推定部、１０２１…制御部、１０２２…容量算出部、１０２３…容量差算出部、１０２４…容量補正部、１０２５…圧力計測部、１０２６，１０２６ｂ…圧力補正部。

Claims

被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力調整室と、
前記被計測チャンバと前記配管を介して連通し、且つ前記圧力調整室と連通するように設けられた圧力計測室と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、
前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、
前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部とを備え、
前記被計測チャンバから前記配管を介して前記圧力調整室と前記圧力計測室とに被計測媒体が流入し、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とする隔膜真空計。
請求項１記載の隔膜真空計において、
前記圧力調整室と前記圧力計測室とは、絞りを介して連通し、
前記絞りは、固定絞りまたは可変絞りであることを特徴とする隔膜真空計。
請求項１または２記載の隔膜真空計において、
前記圧力調整室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第２の温度センサと、
前記第２の温度センサによって計測された温度から前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を推定するように構成された温度推定部とをさらに備えることを特徴とする隔膜真空計。
被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力調整室と、
前記圧力調整室と連通するように設けられた圧力計測室と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、
前記圧力調整室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第２の温度センサと、
前記第２の温度センサによって計測された温度から前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を推定するように構成された温度推定部と、
前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、
前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部とを備え、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とする隔膜真空計。
被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力計測室と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、
前記配管内の熱流を計測するように構成された熱流センサと、
前記熱流センサによって計測された熱流量から前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を推定するように構成された温度推定部と、
前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、
前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部とを備え、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とする隔膜真空計。
被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力調整室と、
前記圧力調整室と連通するように設けられた圧力計測室と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、
前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、
前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部と、
前記圧力計測室を加熱するように構成された加熱器と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差が所定値になるように前記加熱器に電力を供給して発熱させるように構成された制御部とを備え、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とする隔膜真空計。
被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力計測室と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、
前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、
前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部と、
前記圧力計測室を加熱するように構成された加熱器と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差が所定値になるように前記加熱器に電力を供給して発熱させるように構成された制御部とを備え、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とする隔膜真空計。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
前記受圧部は、
台座に形成された第１の電極と、
前記台座とギャップを隔てて配置された前記ダイアフラムと、
前記ダイアフラムに前記第１の電極と対向するように形成された第２の電極と、
前記第１の電極の外側の前記台座に形成された第３の電極と、
前記第２の電極の外側の前記ダイアフラムに前記第３の電極と対向するように形成された第４の電極とから構成され、
前記第１、第２の電極間の第１の静電容量を算出するように構成された容量算出部と、
前記第１の静電容量から、前記第３、第４の電極間の第２の静電容量を減算した値を算出するように構成された容量差算出部と、
前記容量算出部の算出結果と前記容量差算出部の算出結果とに基づいて、前記第２の静電容量により前記第１の静電容量を補正するように構成された容量補正部とをさらに備え、
前記圧力計測部は、前記補正された第１の静電容量を前記圧力計測値に変換することを特徴とする隔膜真空計。
被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力調整室と、
前記圧力調整室と連通するように設けられた圧力計測室と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、
前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、
前記圧力計測値が規定の圧力計測範囲の下限を下回ったときのみ、前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部とを備え、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とする隔膜真空計。
被計測チャンバと配管を介して連通するように設けられた圧力計測室と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化するように構成された受圧部と、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度を計測するように構成された第１の温度センサと、
前記静電容量を圧力計測値に変換するように構成された圧力計測部と、
前記圧力計測値が規定の圧力計測範囲の下限を下回ったときのみ、前記第１の温度センサによって計測された温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度とに基づいて前記圧力計測値を補正するように構成された圧力補正部とを備え、
前記圧力計測室内の被計測媒体の温度と前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度との温度差を圧力差に換算して前記圧力計測値を補正することを特徴とする隔膜真空計。