JPWO2011099238A1

JPWO2011099238A1 - トランスデューサ型真空計

Info

Publication number: JPWO2011099238A1
Application number: JP2011553732A
Authority: JP
Inventors: 豊昭中島; 宮下　剛; 剛宮下; 永田　寧; 寧永田; 万沙洋福原; 康文内田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2013-06-13
Also published as: CN102782470A; WO2011099238A1

Abstract

省スペース化、低電力化や低コスト化等を図るという機能を損なうことなく、測定対象物に応じて複数個所での圧力測定が可能な低ランニングコストのトランスデューサ型真空計を提供する。真空チャンバＶＣに装着自在な本体１１を備え、この本体に、センサ部１５、１６、１７と、第１の検出手段１９と、圧力測定に必要な電力を供給する第１の電源Ｅ１と、第１の電源の作動を制御すると共に第１の検出手段からの出力を処理して圧力測定する制御手段Ｃとが一体に組み付けられている。本体には、真空チャンバの変化する圧力範囲を第１の検出手段と分担して圧力を検出し得る、センサ部を備えた第２の検出手段２が配線を介して接続可能である。本体には、第２の検出手段に対して測定に必要な電力を供給する第２の電源Ｅ２が設けられ、制御手段に第２の検出手段からの出力を取り込んで圧力測定が可能である。

Description

本発明は、真空チャンバ等の気密保持された測定対象物の圧力を測定するために用いられるトランスデューサ型真空計に関する。

従来、真空チャンバ等の気密保持された測定対象物に装着して測定対象物内の圧力を測定する真空計として、所謂トランスデューサ型真空計が知られている。このトランスデューサ型真空計は、センサ部を備えた検出手段と、圧力測定に必要な電力を供給する電源と、この電源の作動を制御すると共に検出手段からの出力を処理して圧力測定する制御手段とを筐体（本体）内に一体に組み付けて構成されている。このような構成を採用することで、省スペース化、低電力化や低コスト化が図られる（例えば、特許文献１参照）。

また、スパッタリング装置やＣＶＤ装置等の真空処理装置に装着されて大気圧から高真空（例えば、１０^−６Ｐａ）までの圧力範囲を分担して圧力測定するような場合、例えば、大気圧から低真空（例えば１×１０^−１Ｐａ）までの圧力範囲を測定するセンサ部と、低真空から高真空までの圧力範囲を測定するセンサ部とを備えた複合真空計も開発されている（例えば、特許文献２参照）。

ここで、大気圧から低真空までの圧力範囲を測定するもの（低真空用真空計）としては、隔膜式圧力計やピラニ真空計などが挙げられる。また、低真空から高真空までの圧力範囲を測定するもの（高真空用真空計）としては、熱陰極電離真空計や冷陰極電離真空計などが挙げられる。このような真空計においては、特許文献２記載のように各センサ部を同一の支持体上に設けることが一般的であり、この支持体は、通常、制御手段を備えた本体に着脱自在に設けられる。そして、いずれかのセンサ部にてフィラメントの断線等による故障が発生した場合、支持板ごと本体から取り外して新たなものに交換するようになっている。

然しながら、ピラニ真空計や熱陰極電離真空計の各センサ部に用いられるフィラメントは所謂消耗品であるものの、これらが断線するまでの時間には大きな差があり、一方の断線等による故障のために、両センサ部を一緒に交換するのではランニングコストが高くなる。また、上記のような構成では、測定対象物の略同一の測定点でしか圧力測定ができず、使い勝手が悪いという問題もある。

特開２００８−２６７９３３号公報特開２００８−５２３４１０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、省スペース化、低電力化や低コスト化等を図るという機能を損なうことなく、測定対象物に応じて複数個所での圧力測定が可能な低ランニングコストのトランスデューサ型真空計を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、気密保持される測定対象物に装着自在な本体を備え、この本体に、センサ部を備えた第１の検出手段と、圧力測定に必要な電力を供給する第１の電源と、この第１の電源の作動を制御すると共に第１の検出手段からの出力を処理して圧力測定する制御手段とが一体に組み付けられたトランスデューサ型真空計において、前記本体に、測定対象物の変化する圧力範囲のうち第１の検出手段と分担して圧力を検出し得る、センサ部を備えた第２の検出手段が配線を介して接続可能であり、この本体に、第２の検出手段に対して測定に必要な電力を供給する第２の電源が設けられ、制御手段に第２の検出手段からの出力を取り込んで圧力測定を可能としたことを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも２個の真空計を用いて大気圧から高真空までの圧力範囲を分担して圧力測定するような場合に、いずれか一方の真空計のうち、センサ部を備えた第２の検出手段を配線接続する構成を採用したため、故障した検出手段やそのセンサ部のみを交換でき、ランニングコストを低くできる。しかも、配線接続される第２の検出手段は測定対象物の任意の位置に取り付けられるため、使い勝手が向上する。更に、第２の検出手段と本体とを配線接続する際には、電源からの配線と検出回路からの信号配線とを接続すれば済む。このため、省スぺース化や低コスト化を図るという機能は損なわれるものではない。

本発明において、前記第２の検出手段は、その作動電圧が同一であるものの中から選択自在であることが好ましい。これによれば、本体の電源の構成を変化させることなく、本体に、数種の真空計の中から用途に応じて最適なセンサ部を接続することができ、使い勝手が更に向上する。

また、本発明において、前記本体は高真空用真空計として構成され、第２の検出手段は、低真空用真空計から構成されることが好ましい。ここで、低真空用真空計とは大気圧から低真空までの圧力範囲を測定するものであり、高真空用真空計とは低真空から高真空までの圧力範囲を測定するものである。これによれば、通常、熱陰極電離真空計などの高真空用真空計は、低真空用真空計と比較して、電源からセンサ部への供給電圧が高く、消費電力も大きい（配線による電力ロスも大きい）ものであるが、この本体を高真空用真空計として構成しておけば、配線を短くまたは配線をなくすことができるため、低電力化を図るという機能が然程損なわれるものではない。

本発明のトランスデューサ型真空計を真空処理装置に取り付けた状態で示す図。図１に示すトランスデューサ型真空計の構成を拡大して説明する図。第２の検出手段の構成を説明する図。

以下、図面を参照して、気密保持される測定対象物をスパッタリング装置やＣＶＤ装置などの真空処理装置とし、この真空処理装置に装着して圧力測定する場合を例に本発明の実施形態のトランスデューサ型真空計を説明する。

図１を参照して、ＶＣは、真空処理装置の真空チャンバであり、この真空チャンバＶＣは、配管ＶＬを介してターボ分子ポンプＰ１とその背圧側のダイヤフラムポンプＰ２からなる真空排気システムを備え、大気圧から高真空まで真空引きできるようになっている。真空チャンバＶＣの側壁にはフランジを備えた取付部ＣＰ１が形成され、この取付部ＣＰ１に、本実施形態のトランスデューサ型真空計１の本体１１が着脱自在に取り付けられている。本体１１は筐体から構成され、その一側面には、先端に取付部ＣＰ１のフランジに密着固定されるフランジ１２を備えた管体センサ１３が着脱自在に取り付けられ、この管体センサ１３が本実施形態のセンサ部を構成する。

ここで、本実施形態では、本体１１が、図２に示すように、主として、高真空用真空計たる熱陰極電離真空計として構成され、例えば、１×１０^１〜１×１０^−５Ｐａの圧力範囲で圧力測定を行う。管体センサ１３はその内部に支持板１４を有し、この支持板１４には、Ｉｒ線の表面を酸化イットリウムで覆ってなるフィラメント１５と、らせん状のグリッド１６と、細線からなるイオンコレクタ１７とが並設されている。フィラメント１５とグリッド１６との両自由端は、支持板１４と直交する方向（図２中、左右方向）で貫通して立設した２本のフィラメント用の接続端子１５ａ、１５ｂ及びグリッド用の接続端子１６ａ、１６ｂにそれぞれ接続（直付け）され、この接続端子の一端が本体内に設けたコネクタ１８に着脱自在に挿設できるようになっている。イオンコレクタ１７もまた、支持板１４を貫通して立設したイオンコレクタ用の接続端子１７ａに接続（直付け）され、コネクタ１８に着脱自在に挿設されている。そして、本体１１から管体センサ１３を引き抜くと、本体１１に設けた各コネクト１８から各接続端子１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ、１７ａが脱離して管体センサ１３を外れる。これにより、フィラメント１５の断線等により故障した場合に、センサ部たる管体センサ１３のみを交換できる。

本体１１内で接続端子１７ａが挿設されるコネクタ１８には電流計１９が接続され、この電流計１９が本実施形態の第１の検出手段を構成する。また、本体１１内には、第１の電源Ｅ１と制御手段Ｃとが内蔵されている。第１の電源Ｅ１は、フィラメント１５に対して所定電流を供給するフィラメント用の電源部Ｅｆと、グリッド１６に、フィラメント１５に対して正電位を保持するように電圧を印加するグリッド用の電源部Ｅｇとを備える。制御手段Ｃは、マイクロコンピュータやメモリ等を備え、フィラメント及びグリッド用の両電源部Ｅｆ、Ｅｇのオン、オフだけでなく、フィラメント１５及びグリッド１６間を流れるエミッション電流が一定となるようにフィラメント用の電源部Ｅｆの作動を制御する。また、制御手段Ｃは、電流計１９にて検出したイオン電流を取り込み、このときのイオン電流値から圧力を算出する等の処理を行う。更に、制御手段Ｃは、後述のように、センサ部を備えた第２の検出手段の電源部の作動や圧力測定の処理等も行うようになっている。尚、制御手段Ｃには、パーソナルコンピュータやディスプレイ等の外部機器Ｍが通信ケーブルを介して接続可能であり、測定圧力を表示したり、測定圧力に基づいて真空チャンバ１内へのガス導入やプラズマ生成装置の作動の制御などの所定のプロセス制御に利用できるようになっている。

更に、上記本体１１には、真空排気システムの作動により大気圧から高真空まで真空チャンバＶＣの変化する圧力範囲のうち、上記センサ部を備えた第１の検出手段と分担して圧力を測定し得る、センサ部を備えた第２の検出手段２が配線を介して接続される。この場合、本体１１には、第２の電源Ｅ２のみが設けられ、本体の第２の電源Ｅ２からの電源ケーブルＫ１と、制御手段に信号を取り込む信号ケーブルＫ２のみが第２の検出手段に接続されるようになっている。なお、特に図示して説明しないが、本実施形態では、本体１１の所定位置にコネクタからなる接続部が形成され、第２の検出手段からの電源ケーブルＫ１及び信号ケーブルＫ２がコネクタ接続できるようになっている。

第２の検出手段２は、図１中、実線で示すように、例えばターボ分子ポンプＰ１からその背圧側のダイヤフラムポンプＰ２に通じる排気管、または、図１中、二点鎖線で示すように、真空チャンバ１に設けた他の取付部ＣＰ２など、任意の位置に取付けることができる。本実施形態では、第２の検出手段２が、図２及び図３に示すように、低真空用真空計たるピラニ真空計として構成され、例えば、１×１０^３〜１×１０^−１Ｐａの圧力範囲で測定が可能である。

第２の検出手段２は筐体２１を有し、その一側面には、例えば取付部ＣＰ２のフランジに密着固定されるフランジ２２ａを備えた管体センサ２２が着脱自在に取り付けられ、この管体センサ２２がセンサ部を構成する。管体センサ２２は、白金製のフィラメント２３を有し、また、筐体２１内には検出回路２４が内蔵されている。検出回路２４は、増幅器（ＯＰアンプ）２４ａと、フィラメント２３と共にブリッジ回路を構成する３個の抵抗２４ｂ〜２４ｄとを備え、本体１１内の制御手段Ｃにより第２の電源Ｅ２を介してフィラメント２３に電圧（例えば、５Ｖ）が供給されると共に、増幅器（ＯＰアンプ）２４ａ駆動用の電圧（例えば、１５Ｖ）が供給されるようになっている。

そして、ブリッジ回路の出力端子の電位が等しい場合、増幅器２４ａへの出力電圧が一定値となり、例えば、真空チャンバ１内の圧力が低下するのに伴って管体センサ２２内の圧力が低下すると、フィラメント２３の温度が上昇してフィラメント２３の抵抗値が大きくなる。このため、フィラメント２３に生じる電圧が高くなる。この場合、高くなったフィラメント２３に生じる電圧が増幅器２４ａの反転入力端子に入力されると、増幅器２４ａの出力電圧は低くなる。

それに対して、真空チャンバＶＣ内の圧力が上昇するのに伴って管体センサ２２内の圧力が上昇すると、フィラメント２３の温度が低下してフィラメント２３の抵抗値が小さくなる。このため、フィラメント２３に生じる電圧が低くなり、増幅器２４ａの出力電圧が高くなる。そして、フィラメント２３が元の温度に戻ると、ブリッジ回路の出力端子が再度同じ電位になり、ブリッジ回路が平衡状態になる。このように、増幅器２４ａの出力電圧が管体センサ２２内の圧力変化に応じて変動し、真空チャンバ１の内部圧力が低下した場合には、増幅器２４ａの出力電圧が低下し、他方で、圧力が上昇した場合には、増幅器２４ａの出力電圧が上昇する。この出力電圧が信号ケーブルＫ２を介して制御手段Ｃに取り込まれ、制御手段Ｃにてその出力電圧から圧力測定される。そして、制御手段Ｃにより、上記と同様、外部機器Ｍに測定圧力を表示したり、測定圧力に基づいて、イオン源１５のフィラメント１５ａへの通電開始の制御等に利用される。これにより、一つの制御手段Ｃによって、真空チャンバ１の変化する大気圧から高真空までの圧力範囲を本体１１と第２の検出手段２と分担して圧力を測定できる。なお、制御手段Ｃは、第１及び第２の両検出手段を相互に独立して制御し、圧力測定することもできる。また、フィラメント２３の断線等により故障した場合に、管体センサ２２を筐体２１から外して交換できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、大気圧から高真空までの圧力範囲を分担して圧力測定するような場合に、低真空用真空計たる第２の検出手段２を電源ケーブルＫ１及び信号ケーブルＫ２のみで配線接続する構成を採用したため、第１及び第２の検出手段（センサ部を含む）のうち故障したもののみを交換でき、上記従来例のものと比較してランニングコストを低くできる。しかも、上記のように、第２の検出手段２を真空処理装置の任意の位置に取り付けられるため、使い勝手が良い。更に、第２の検出手段２を電源ケーブルＫ１及び信号ケーブルＫ２のみで本体１１と配線すればよいため、省スペース化や低コスト化を図るという機能は損なわれるものではない。その上、本実施形態では、本体１１を電源Ｅ１からセンサ部への供給電圧が高く、消費電力が大きい熱陰極電離真空計として構成して配線を短くまたは配線をなくし、比較的消費電力が小さいピラニ真空計を配線接続したため、低電力化を図るという機能は然程損なわれるものではない。

以上、本発明の実施形態のトランスデューサ型真空計１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記実施形態では、本体１１を主として熱陰極電離真空計で構成し、配線接続される第２の検出手段をピラニ真空計で構成したものを例に説明したが、他の真空計を用いる場合であっても本発明は適用できる。例えば、第１の検出手段としては、冷陰極電離真空計（ペニング真空計）として構成でき、第２の検出手段としては、隔膜式真空計及び水晶振動式真空計を用いることができる。

ところで、上記実施形態のように、配線接続される第２の検出手段２をピラニ真空計とした場合、その検出回路に供給する作動電圧は通常１５Ｖであり、この電圧は、隔膜式真空計及び水晶振動式真空計にて電力供給する際の作動電圧と同じである。従って、第２の検出手段２は、その作動電圧が同一であるものの中から選択自在となり、本体１１の第２の電源Ｅ２の構成を変化させることなく、数種の真空計の中から用途に応じて最適な真空計（本体及びセンサ部を含む）を接続することができ、使い勝手が更に向上する。

また、上記実施形態では、本体１１に、１個の第２の検出手段を接続するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、複数の第２の検出手段を接続する場合にも本発明の範囲内に含まれる。このような場合、本体に電源のみを増加させればよい。さらに、本体に大気圧確認装置を接続できるように構成することもできる。

１…トランスデューサ型真空計、１１…本体（熱陰極電離真空計：高真空用真空計）、１３…管体センサ（センサ部）、１５…フィラメント（センサ部）、１６…グリッド（センサ部）、１７…イオンコレクタ（センサ部）、１９…電流計（第１の検出手段）、２…第２の検出手段（ピラニ真空計：低真空用真空計）、２２…管体センサ（センサ部）、２３…フィラメント（センサ部）、２４…検出回路、Ｃ…制御手段、Ｅ１、Ｅ２…第１及び第２の電源、Ｋ１…電源ケーブル（配線）、Ｋ２…信号ケーブル（配線）、ＶＣ…真空チャンバ（測定対象物）。

Claims

気密保持される測定対象物に装着自在な本体を備え、この本体に、センサ部を備えた第１の検出手段と、圧力測定に必要な電力を供給する第１の電源と、この第１の電源の作動を制御すると共に第１の検出手段からの出力を処理して圧力測定する制御手段とが一体に組み付けられたトランスデューサ型真空計において、
前記本体に、測定対象物の変化する圧力範囲のうち第１の検出手段と分担して圧力を検出し得る、センサ部を備えた第２の検出手段が配線を介して接続可能であり、この本体に、第２の検出手段に対して測定に必要な電力を供給する第２の電源が設けられ、制御手段に第２の検出手段からの出力を取り込んで圧力測定を可能としたことを特徴とするトランスデューサ型真空計。
前記第２の検出手段は、その作動電圧が同一であるものの中から選択自在であることを特徴とする請求項１記載のトランスデューサ型真空計。
前記本体は高真空用真空計として構成され、第２の検出手段は、低真空用真空計として構成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のトランスデューサ型真空計。