JP2022173674A

JP2022173674A - 隔膜真空計

Info

Publication number: JP2022173674A
Application number: JP2021079519A
Authority: JP
Inventors: 康秀吉川; Yasuhide Yoshikawa; 圭輔小原; Keisuke Obara; 純市原; Jun Ichihara; 公洋佐藤; Koyo Sato
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2022-11-22
Also published as: US11740151B2; KR102695739B1; CN115326272A; KR20220152931A; US20220357227A1

Abstract

【課題】加熱温度設定値の切り替えを容易にする。【解決手段】隔膜真空計は、被測定媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて電気特性が変化する受圧部１０と、受圧部１０を加熱するヒータ５と、受圧部１０の温度を計測する温度センサ９と、受圧部１０の電気特性の変化を圧力計測値に変換する圧力計測部２０２１と、複数の加熱温度設定値を記憶する記憶部２０３と、外部から入力されるデジタルインプット信号に応じて複数の加熱温度設定値のうちのいずれか１つを選択する加熱温度設定部２０２４と、温度センサ９によって計測された温度と加熱温度設定部２０２４によって選択された加熱温度設定値とに基づいてヒータ５への供給電力を制御する制御部２０２３とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、隔膜真空計に関するものである。

隔膜真空計は、半導体のプロセスチャンバーの圧力計測のために使用される。半導体のプロセスガスは、温度が適切でないと、液化または固化して隔膜真空計のセンサ部に付着してしまい計測に影響してしまう。このため、隔膜真空計は、液化または固化したプロセスガスの付着を防止するための自己加熱機能を有している（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

一方で、近年の半導体プロセスは高度化しており、１つのプロセスで様々なガスが使用される。プロセスガスにより適切な自己加熱温度が異なっている場合があるので、特許文献２、特許文献３、特許文献４に開示された隔膜真空計のように自己加熱温度を切り替える機能を有する隔膜真空計もある。さらに、隔膜真空計を使用していない時は、消費電力を低減させるために自己加熱機能をオフにする機能を備えているものもある。

しかしながら、従来の隔膜真空計では、自己加熱温度を変更するために、ユーザーは通信やアナログ入力で加熱温度設定値を隔膜真空計に入力しなければならないという課題があった。

特開２０１０－１１７１５４号公報特開２００９－２４３８８７号公報特開２０１９－７９０６号公報特開２０１９－１００７６６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、通信やアナログ入力で加熱温度設定値を入力することなく、加熱温度設定値を容易に切り替え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、被測定媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて電気特性が変化するように構成された受圧部と、前記受圧部を加熱するように構成されたヒータと、前記受圧部の温度を計測するように構成された温度センサと、前記受圧部の電気特性の変化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、複数の加熱温度設定値を予め記憶するように構成された記憶部と、外部から入力されるデジタルインプット信号に応じて前記複数の加熱温度設定値のうちのいずれか１つを選択するように構成された加熱温度設定部と、前記温度センサによって計測された温度と前記加熱温度設定部によって選択された加熱温度設定値とに基づいて前記ヒータへの供給電力を制御するように構成された制御部とを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の１構成例は、前記記憶部に記憶されている複数の加熱温度設定値のうちの少なくとも１つを、ユーザーからの指示に応じて変更するように構成された変更部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の１構成例は、前記デジタルインプット信号のＯＮ／ＯＦＦを電圧に変換して前記加熱温度設定部に入力するように構成されたデジタル入力回路をさらに備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、記憶部と加熱温度設定部とを設けることにより、ユーザーは通信やアナログ入力で加熱温度設定値を入力する必要がなく、加熱温度設定値をデジタルインプット信号のみで容易に切り替えることができる。

図１は、本発明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２は、本発明の実施例に係る隔膜真空計のセンサチップの要部の構成を示す断面図である。図３は、本発明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４は、本発明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５は、本発明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、隔膜真空計に、予めパラメータとして複数の加熱温度設定値を保持させておき、ユーザーがデジタルインプット（Digital Input、以下ＤＩとする）信号で加熱温度設定値を選択できるようにすることに想到した。これにより、ユーザーは、通信やアナログ入力で加熱温度設定値を入力する必要がなく、単純なスイッチのＯＮ、ＯＦＦ信号のみで加熱温度設定値を切り替えることができる。

［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。図１は本発明の実施例に係る隔膜真空計の構成を示すブロック図、図２は隔膜真空計に用いられるセンサチップの要部の構成を示す断面図である。

隔膜真空計は、被測定媒体（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１０と、受圧部１０の静電容量の変化を圧力計測値に変換する回路部１１とを備えている。

受圧部１０のセンサチップ１の台座１０１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１０１の面には、被測定媒体の圧力Ｐに応じて変形可能に構成されたダイアフラム１０２が接合されている。台座１０１の凹部は、ダイアフラム１０２と共に基準真空室１０４を形成する。

センサチップ１において、台座１０１の基準真空室１０４側の面には固定電極１０５が形成され、ダイアフラム１０２の基準真空室１０４側の面には固定電極１０５と対向するように可動電極１０６が形成されている。こうして、固定電極１０５と可動電極１０６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１０２が被測定媒体の圧力Ｐを受けて撓むと、可動電極１０６と固定電極１０５との間の間隔が変化し、可動電極１０６と固定電極１０５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１０２が受けた被測定媒体の圧力Ｐを検出することができる。ダイアフラム構成部材１００と台座１０１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。

図１に示した隔膜真空計は、このように構成されたセンサチップ１と、センサチップ１を収容したハウジング２と、センサチップ１のダイアフラム１０２に被測定媒体の圧力Ｐを導く圧力導入管３と、ハウジング２を覆うセンサケース４と、センサケース４の外周面を取り囲むようにして設けられたヒータ５とを備えている。ヒータ５が設けられたセンサケース４は、断熱材６によって覆われている。

ハウジング２の内部には隔壁７が設けられている。隔壁７は、台座板７ａと支持板７ｂとから構成されており、ハウジング２の内部空間を第１の空間２ａと第２の空間２ｂとに分離する。支持板７ｂは、外周がハウジング２に固定されており、台座板７ａをハウジング２の内部空間内に浮上させた状態で支持する。台座板７ａの第２の空間２ｂ側にセンサチップ１が固定されている。また、台座板７ａには、第１の空間２ａ内の圧力をセンサチップ１のダイアフラム１０２に導く圧力導入孔７ｃが形成されている。第２の空間２ｂは、センサチップ１の基準真空室１０４と連通しており、真空状態とされている。

圧力導入管３は、ハウジング２の第１の空間２ａ側に接続されている。圧力導入管３とハウジング２との間にはバッフル８が設けられている。圧力導入管３より導入される被測定媒体は、バッフル８の板面に当たり、バッフル８の周囲の隙間を通して、ハウジング２の第１の空間２ａ内に流入する。
ハウジング２の外壁面には温度センサ９が設けられている。温度センサ９は、受圧部１０の温度としてハウジング２の温度を計測する。

図３は回路部１１の構成を示すブロック図である。回路部１１は、可動電極１０６と固定電極１０５との間の静電容量に比例する振幅の信号を出力する信号検出部２００と、信号検出部２００と温度センサ９の出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換部２０１と、演算処理部２０２と、演算処理部２０２のプログラムとデータを記憶する記憶部２０３と、演算処理部２０２の出力をアナログ信号に変換するＤＡ変換部２０４と、外部との通信のための通信ポート２０５と、ＤＩ信号のＯＮ／ＯＦＦを電圧に変換して演算処理部２０２に入力するデジタル入力回路２０６とを備えている。

図３に示すように、演算処理部２０２は、受圧部１０の可動電極１０６と固定電極１０５との間の静電容量（電気特性）を算出する容量算出部２０２０と、静電容量の変化を圧力計測値に変換する圧力計測部２０２１と、温度センサ９によって計測された温度の値を取得する温度検出部２０２２と、温度センサ９によって計測された温度と加熱温度設定値とに基づいてヒータ５への供給電力を制御する制御部２０２３と、入力ポートＰＩ１～ＰＩ４の状態に応じて複数の加熱温度設定値のうちのいずれか１つを選択する加熱温度設定部２０２４と、記憶部２０３に記憶されている複数の加熱温度設定値のうちの少なくとも１つを、ユーザーからの指示に応じて変更する変更部２０２５とを備えている。

デジタル入力回路２０６は、ベース端子にＤＩ信号ＤＩ１～ＤＩ４が入力され、エミッタ端子に電源電圧ＶＣＣが供給され、コレクタ端子が演算処理部２０２の入力ポートＰＩ１～ＰＩ４に接続されたトランジスタＱ１～Ｑ４と、一端が入力ポートＰＩ１～ＰＩ４に接続され、他端がグランドに接続された抵抗Ｒ１～Ｒ４とから構成される。

図４は演算処理部２０２の動作を説明するフローチャートである。容量算出部２０２０は、信号検出部２００の出力信号の振幅から可動電極１０６と固定電極１０５との間の静電容量の値を算出する（図４ステップＳ１００）。

圧力計測部２０２１は、容量算出部２０２０によって算出された静電容量の変化を圧力計測値に変換する（図４ステップＳ１０１）。圧力計測部２０２１によって算出された圧力計測値は、ＤＡ変換部２０４によってアナログ信号に変換され、外部に出力される。また、圧力計測値は、通信ポート２０５を介して外部機器（例えばコンピュータ）へ送信される。

次に、記憶部２０３には、複数の加熱温度設定値が予め記憶されている。上記のとおり、ユーザーは、これらの加熱温度設定値のうちの１つをＤＩ信号で選択することが可能である。具体的には、ユーザーは、隔膜真空計のデジタル入力端子にＰＬＣ（programmable logic controller）等を接続して、ＰＬＣのスイッチＳＷ１～ＳＷ４を利用して、ＤＩ信号ＤＩ１～ＤＩ４をＯＮ／ＯＦＦする。ＤＩ信号ＤＩ１～ＤＩ４のＯＮ／ＯＦＦで加熱温度設定値を選択する事例を表１に示す。

表１の例では、４つのＤＩ信号ＤＩ１～ＤＩ４のＯＮ／ＯＦＦでパラメータ１～パラメータ１６の１６個の加熱温度設定値のうちの１つを選択することが可能である。
例えばスイッチＳＷ１～ＳＷ４を全てＯＦＦにして、ＤＩ信号ＤＩ１～ＤＩ４を全てＯＦＦにした場合、デジタル入力回路２０６のトランジスタＱ１～Ｑ４がＯＦＦとなり、演算処理部２０２の入力ポートＰＩ１～ＰＩ４の電圧がＬｏｗとなる。

加熱温度設定部２０２４は、入力ポートＰＩ１～ＰＩ４の状態を監視しており、入力ポートＰＩ１～ＰＩ４の状態に対応する加熱温度設定値（自己加熱温度選択パラメータ）を記憶部２０３から選択して読み出す（図４ステップＳ１０２）。そして、加熱温度設定部２０２４は、読み出した加熱温度設定値を制御部２０２３に対して設定する（図４ステップＳ１０３）。

温度検出部２０２２は、温度センサ９によって計測された温度の値を取得する。制御部２０２３は、温度センサ９によって計測された温度が加熱温度設定値と一致するようにヒータ５への供給電力を制御する（図３ステップＳ１０４）。

例えば上記の例のようにＤＩ信号ＤＩ１～ＤＩ４が全てＯＦＦ（入力ポートＰＩ１～ＰＩ４がＬｏｗ）の状態では、加熱温度設定部２０２４は、記憶部２０３からパラメータ１を読み出す。表１の例では、パラメータ１が自己加熱ＯＦＦとなっているので、制御部２０２３は、ヒータ５に電力を供給しない。

また、スイッチＳＷ１～ＳＷ３をＯＦＦ、スイッチＳＷ４をＯＮにして、ＤＩ信号ＤＩ１～ＤＩ３をＯＦＦ、ＤＩ信号ＤＩ４をＯＮにした場合、トランジスタＱ１～Ｑ３がＯＦＦ、トランジスタＱ４がＯＮとなり、入力ポートＰＩ１～ＰＩ３の電圧がＬｏｗ、入力ポートＰＩ４の電圧がＨｉｇｈとなる。この場合、加熱温度設定部２０２４は、記憶部２０３からパラメータ２を読み出す。表１の例では、パラメータ２が５０℃となっているので、制御部２０２３は、温度センサ９によって計測された温度が５０℃になるようにヒータ５に電力を供給する。

演算処理部２０２は、例えばユーザーの指示によって圧力計測動作が終了するまで（図４ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、ステップＳ１００～Ｓ１０４の処理を計測周期毎に行う。

なお、記憶部２０３に記憶されている加熱温度設定値（自己加熱温度選択パラメータ）は、ユーザーが例えば通信ポート２０５を介した通信あるいはデジタル設定器によって変更することが可能である。変更部２０２５は、記憶部２０３に記憶されている複数の加熱温度設定値のうちの少なくとも１つを、ユーザーからの指示に応じて変更する。これにより、例えばパラメータ１６を２００℃から１９０℃に変更することができる。

以上のように、本実施例では、加熱温度設定値をＤＩ信号のみで容易に切り替えることができるので、通信やアナログ信号での設定が不要となり、装置側の負担が少なくなる。本実施例では、デジタル入力端子に接続したＰＬＣ等により加熱温度設定値を切り替えることができるので、ＰＬＣのプログラムによって、例えば半導体プロセス中に簡単に加熱温度設定値を変更できるようになる。

また、従来の隔膜真空計では、ユーザーは通信やアナログ入力で加熱温度設定値を隔膜真空計に入力しなければならない。しかし、通信やアナログ入力で加熱温度設定値を変更する場合、誤って予定していない値を設定してしまう可能性がある。
これに対して、本実施例では、予め記憶部２０３に記憶されている加熱温度設定値の中から選択が行われるので、予定していない値が設定されることはない。

なお、本実施例では、ＤＩ信号をＤＩ１～ＤＩ４の４つとしているが、ＤＩ信号は１つでもよい。ＤＩ信号が１つの場合には、選択可能な加熱温度設定値は２つとなる。

また、本実施例では、ダイアフラムの変位に応じて静電容量が変化する静電容量方式の隔膜真空計について説明したが、これに限るものではなく、他の方式の隔膜真空計に本発明を適用してもよい。他の方式の隔膜真空計の例としては、例えば拡散抵抗体を形成した半導体シリコンをダイアフラムとして用い、ダイアフラムの変位に応じた抵抗体の抵抗変化を圧力計測値に変換するピエゾ抵抗方式の隔膜真空計がある。

本実施例で説明した演算処理部２０２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５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、ヒータ５、ＡＤ変換部２０１、ＤＡ変換部２０４、通信ポート２０５等が接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の方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本実施例で説明した処理を実行する。

本発明は、隔膜真空計に適用することができる。

１…センサチップ、５…ヒータ、９…温度センサ、１０…受圧部、１１…回路部、１０２…ダイアフラム、１０５…固定電極、１０６…可動電極、２００…信号検出部、２０１…ＡＤ変換部、２０２…演算処理部、２０３…記憶部、２０４…ＤＡ変換部、２０５…通信ポート、２０６…デジタル入力回路、２０２０…容量算出部、２０２１…圧力計測部、２０２２…温度検出部、２０２３…制御部、２０２４…加熱温度設定部、２０２５…変更部、Ｑ１～Ｑ４…トランジスタ、Ｒ１～Ｒ４…抵抗。

Claims

被測定媒体の圧力によるダイアフラムの変位に応じて電気特性が変化するように構成された受圧部と、
前記受圧部を加熱するように構成されたヒータと、
前記受圧部の温度を計測するように構成された温度センサと、
前記受圧部の電気特性の変化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、
複数の加熱温度設定値を予め記憶するように構成された記憶部と、
外部から入力されるデジタルインプット信号に応じて前記複数の加熱温度設定値のうちのいずれか１つを選択するように構成された加熱温度設定部と、
前記温度センサによって計測された温度と前記加熱温度設定部によって選択された加熱温度設定値とに基づいて前記ヒータへの供給電力を制御するように構成された制御部とを備え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、
前記記憶部に記憶されている複数の加熱温度設定値のうちの少なくとも１つを、ユーザーからの指示に応じて変更するように構成された変更部をさらに備え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、
前記デジタルインプット信号のＯＮ／ＯＦＦを電圧に変換して前記加熱温度設定部に入力するように構成されたデジタル入力回路をさらに備えることを特徴とする隔膜真空計。