JP2025040180A - 真空計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサのセンサチップを収容するセンサヘッドの全体を均熱できるようにする。
【解決手段】この真空計測システムは、センサヘッド１０１、回路ユニット１０２、真空フィードスルー１０３を備え、真空フィードスルー１０３は、真空状態を保っている真空チャンバ１２１の内部へ、電気信号を伝送するケーブル１０６を通すための気密構造を有し、外部からの大気の流入を遮る真空部品であり、センサチップ１１２とコネクタ１０５との間の接続経路２０１上の真空チャンバ１２１の外壁を貫通して設けられている。センサヘッド１０１に収容されたセンサハウジング１１３内のセンサチップ１１２と回路ユニット１０２内の計測回路１０２ａとは、真空フィードスルー１０３を介してケーブル１０６により接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空計測システムに関する。

静電容量式の隔膜真空計などの圧力センサは、ダイアフラム（隔膜）を含むセンサチップを収容したセンサヘッドを測定対象のガスが流れる配管などに取り付けて、圧力を受けたダイアフラムのたわみ量、すなわち変位を静電容量値に変換し、静電容量値から圧力値を出力する。この圧力センサは、ガス種依存性が少ないことから、半導体設備をはじめ、工業用途で広く使用されている。

ところで、圧力センサが用いられる半導体設備で用いられる半導体のプロセスガスは、液化または固化しやすい。このため、センサヘッドの中で、センサチップへの圧力導入管やセンサチップに、液化または固化した成分が付着して計測に影響する。このプロセスガスの付着を防止するために、センサヘッドを加熱している。この加熱では、例えば、センサヘッドの外周面を取り囲むようにしてヒータを設け、このヒータによってセンサヘッド（センサケース）内を加熱している（特許文献１）。

特開２００７－００２９８６号公報 特開２０２２－１７６６１１号公報

しかしながら、上述したヒータによる加熱では、センサヘッドの全体を均等に加熱（均熱）できないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、圧力センサのセンサチップを収容するセンサヘッドの全体を均熱できるようにすることを目的とする。

本発明に係る真空計測システムは、ダイアフラムの変位を静電容量値に変換して出力するセンサチップを収容するセンサハウジングと、センサハウジングに接続してセンサチップのダイアフラムに被測定媒体の圧力を導く圧力導入管とを備え、真空チャンバ内に配置されるセンサヘッドと、センサチップが出力する静電容量値を入力するコネクタ、およびコネクタに接続して静電容量値を圧力値に変換する計測回路を備え、真空チャンバ外に設置される回路ユニットと、センサチップとコネクタとの間の接続経路上の真空チャンバの外壁を貫通して設けられた真空フィードスルーとを備える。

上記真空計測システムの一構成例において、真空フィードスルーを介してセンサチップとコネクタとの間を接続するケーブルを備える。

上記真空計測システムの一構成例において、真空フィードスルーに設けられた中継器と、中継器の一端とセンサチップとを接続するケーブルと、中継器の他端にコネクタを接続するアダプタとをさらに備える。

上記真空計測システムの一構成例において、真空フィードスルーに設けられた中継器と、センサチップと中継器の一端とを接続するための第１ケーブルと、第１ケーブルを中継器の一端に接続するセンサアダプタと、中継器の他端とコネクタとを接続するための第２ケーブルと、第２ケーブルを中継器の他端に接続する第１アダプタと、第２ケーブルをコネクタに接続する第２アダプタとをさらに備える。

上記真空計測システムの一構成例において、センサヘッドは、真空フィードスルーの気密構造を共用するように真空フィードスルーのフランジと一体に形成され、センサチップとコネクタとを接続するケーブルをさらに備える。

上記真空計測システムの一構成例において、真空フィードスルーは同軸構造を有する同軸型真空フィードスルーである。

以上説明したように、本発明によれば、センサチップを収容するセンサヘッドを真空チャンバ内に設置し、センサチップと真空チャンバ外に設置される回路ユニットのコネクタとの間の接続経路上の真空チャンバの外壁を貫通して真空フィードスルーを設けたので、圧力センサのセンサチップを収容するセンサヘッドの全体を均熱できる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る真空計測システムの構成を示す構成図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る真空計測システムの一部構成を示す構成図である。 図３は、本発明の実施の形態２に係る真空計測システムの構成を示す構成図である。 図４は、本発明の実施の形態３に係る真空計測システムの構成を示す構成図である。 図５は、本発明の実施の形態４に係る真空計測システムの構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態に係る真空計測システムについて説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１に係る真空計測システムについて図１、図２を参照して説明する。この真空計測システムは、センサヘッド１０１、回路ユニット１０２、真空フィードスルー１０３を備える。センサヘッド１０１は、圧力（真空度）の測定対象の真空装置１２２に連接する真空チャンバ１２１内に配置され、真空状態下におかれる。

センサヘッド１０１は、ダイアフラム１１１の変位を静電容量値に変換して出力するセンサチップ１１２を収容するセンサハウジング１１３と、センサハウジング１１３に接続してセンサチップ１１２のダイアフラム１１１に被測定媒体の圧力を導く圧力導入管１１４とを備える。真空装置１２２の内部の被測定媒体の圧力が、圧力導入管１１４によりダイアフラム１１１に導かれる。センサハウジング１１３の内部は真空封止され、基準真空室とされている。真空基準室とされているセンサハウジング１１３の内部にセンサチップ１１２を配置するので、絶対圧が測定できる。

回路ユニット１０２は、センサチップ１１２が出力する静電容量値を入力するコネクタ１０５、およびコネクタ１０５に接続して入力した静電容量値を圧力値に変換する計測回路１０２ａを備える。なお、回路ユニット１０２は真空チャンバ１２１の外に設置される。

真空フィードスルー１０３は、真空状態を保っている真空チャンバ１２１の内部へ、電気信号を伝送するケーブル１０６を通すための気密構造を有し、外部からの大気の流入を遮る真空部品であり、センサチップ１１２とコネクタ１０５との間の接続経路２０１上の真空チャンバ１２１の外壁を貫通して設けられている。なお、本発明の各実施の形態においては、真空フィードスルー１０３は、同軸構造を有する同軸型真空フィードスルーとすることが好ましい。センサヘッド１０１に収容されたセンサハウジング１１３内のセンサチップ１１２と回路ユニット１０２内の計測回路１０２ａとは、真空フィードスルー１０３を介してケーブル１０６により接続されている。

ケーブル１０６は、例えば、同軸ケーブルとすることができる。静電容量式の圧力センサは、微小な容量変化を検出する必要があるため、計測値に寄生容量や浮遊容量の影響を受けやすい。特に、センサチップ１１２から計測回路１０２ａまでの配線での寄生容量や浮遊容量の影響を受ける。これらの影響を受けないようにするために、同軸ケーブルを用い、芯線を用いてセンサチップ１１２とコネクタ１０５とを接続し、シールド線を接地（グランド）に接続する（特許文献２）。

例えば、センサチップ１１２の感圧用固定電極および感圧用可動電極の各々と計測回路１０２ａとを接続することになるため、１つのセンサヘッド１０１において、２本の同軸ケーブルが必要となる。また、感圧電極に加えて参照電極も用いる場合は、更に参照用固定電極および参照用可動電極がセンサチップ１１２に設けられるため、追加で２本の同軸ケーブルが必要となり、結局合計４本の同軸ケーブルが必要となる。ただし、その場合は、感圧用固定電極と参照用固定電極を一体化して共通とすること、または、感圧用可動電極と参照用可動電極を一体化して共通とすることのどちらか一方を選択することも可能であり、このような選択をする場合は、３本の同軸ケーブルが必要となる。

上述した実施の形態によれば、センサヘッド１０１に収容されたセンサハウジング１１３内のセンサチップ１１２と計測回路１０２ａとの間の接続を、真空チャンバ１２１の外壁を貫通して設けられた真空フィードスルー１０３を介して行うので、センサヘッド１０１を配置した真空チャンバ１２１の内部を真空状態とすることができる。なお、例えば、センサヘッド１０１と回路ユニット１０２との間の接続に、４本のケーブルを用いる場合、２本のケーブル毎に１つの真空フィードスルーを用いることができる。また、複数のケーブルを束ねることができる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る真空計測システムについて図３を参照して説明する。この真空計測システムは、センサヘッド１０１、回路ユニット１０２、真空フィードスルー１０３を備える。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。実施の形態２では、真空フィードスルー１０３に設けられた中継器１０７をさらに備える。

また、実施の形態２では、ケーブル１０６により、中継器１０７の一端とセンサチップ１１２とを接続する。また、実施の形態２では、アダプタ１０８により、中継器１０７の他端にコネクタ１０５を接続する。これらの接続により、ケーブル１０６－中継器１０７－アダプタ１０８－コネクタ１０５の接続経路２０１で、センサチップ１１２と計測回路１０２ａとが接続される。

実施の形態２においても、センサヘッド１０１と計測回路１０２ａとの間の接続を、真空フィードスルー１０３を介して行うので、実施の形態１と同様にセンサヘッド１０１を配置した真空チャンバ１２１の内部を、真空状態とすることができ、センサヘッド１０１を均熱することができる。また、実施の形態２によれば、真空フィードスルー１０３とコネクタ１０５との間のケーブルを不要とするため、接続経路２０１の総ケーブル長を短くできる利点を有する。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３に係る真空計測システムについて図４を参照して説明する。この真空計測システムは、センサヘッド１０１、回路ユニット１０２、真空フィードスルー１０３を備える。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。

実施の形態３では、真空フィードスルー１０３に設けられた中継器１０７をさらに備える。また、実施の形態３では、第１ケーブル１０６ａにより、中継器１０７の一端とセンサチップ１１２とを接続する。第１ケーブル１０６ａの中継器１０７側の端部にはセンサアダプタ１０９が取り付けられ、センサアダプタ１０９が中継器１０７に接続される。センサアダプタ１０９により、第１ケーブル１０６ａが中継器１０７の一端に接続される。

また、実施の形態３では、第２ケーブル１０６ｂにより、中継器１０７の他端とコネクタ１０５とを接続する。第２ケーブル１０６ｂの中継器１０７側の端部は、第１アダプタ１０８ａにより中継器１０７に接続される。第１アダプタ１０８ａにより、第２ケーブル１０６ｂが、中継器１０７の他端に接続される。また、第２ケーブル１０６ｂのコネクタ１０５側の端部は、第２アダプタ１０８ｂにより、コネクタ１０５に接続される。

これらの接続により、第１ケーブル１０６ａ－センサアダプタ１０９－中継器１０７－第１アダプタ１０８ａ－第２ケーブル１０６ｂ－第２アダプタ１０８ｂ－コネクタ１０５の接続経路２０１で、センサチップ１１２と計測回路１０２ａとが接続される。

実施の形態３においても、センサチップ１１２と計測回路１０２ａとの間の接続を、真空フィードスルー１０３を介して行うので、実施の形態１と同様にセンサヘッド１０１を配置した真空チャンバ１２１の内部を、真空状態とすることができ、センサヘッド１０１を均熱することができる。また、実施の形態３によれば、真空フィードスルー１０３とコネクタ１０５との間の接続距離を現場で調整変更したい場合に、第２ケーブル１０６ｂを適切なケーブル長のものを選択するだけで容易に調整変更できる利点を有する。

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４に係る真空計測システムについて図５を参照して説明する。この真空計測システムは、センサヘッド１０１ａ、回路ユニット１０２、真空フィードスルー１０３ａを備えているが、前述した実施の形態１と異なるのは、真空フィードスルー１０３ａが、フランジ部でセンサヘッド１０１ａと接合されて一体化されている（センサハウジング１１３の一部として一体に形成されている）点である。センサハウジング１１３の上面に、真空フィードスルー１０３ａが形成され、両者が一体とされている。

このように真空フィードスルー１０３ａとセンサヘッド１０１ａとを一体化することにより、部品点数の削減が図られる。さらに、実施の形態１～３ではセンサハウジング１１３のケーブル取出部にも真空フィードスルー１０３と同様に気密構造を必要とするが、実施の形態４では真空フィードスルー１０３ａの気密構造が共用できるため、気密構造も１つで良い。また、実施の形態１～３では、センサヘッド１０１にセンサハウジング１１３と真空フィードスルー１０３とを別個に固定する必要があるが、実施の形態４においては、真空フィードスルー１０３ａをセンサヘッド１０１ａに固定すればセンサハウジング１１３もいっしょに固定されるので、センサヘッド１０１ａを真空チャンバ１２２内へ設置する作業が容易となる効果を有する。

また、回路ユニット１０２は、計測回路１０２ａに接続するコネクタ１０５を備え、センサチップ１１２とコネクタ１０５とは、ケーブル１０６により接続されている。これらの接続により、センサチップ１１２－ケーブル１０６－コネクタ１０５の接続経路２０１で、センサチップ１１２と計測回路１０２ａとが接続される。

実施の形態４においても、センサチップ１１２と計測回路１０２ａとの間の接続を、真空フィードスルー１０３ａを介して行うので、センサヘッド１０１ａを配置した真空チャンバ１２１内部を、真空状態とすることができ、センサヘッド１０１ａを均熱することができる。また、実施の形態４においても、真空フィードスルー１０３ａとコネクタ１０５との間の接続距離を現場で調整変更したい場合に、ケーブル１０６を適切なケーブル長のものを選択するだけで容易に調整変更できる利点を有する。

以上に説明したように、本発明によれば、真空チャンバ内に設置されるセンサヘッドに設けられているセンサチップと真空チャンバ外に設置される回路ユニットのコネクタとの間の接続経路上の真空チャンバの外壁を貫通して真空フィードスルーを設けたので、圧力センサのセンサチップを収容するセンサヘッドの全体を均熱できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…センサヘッド、１０２…回路ユニット、１０２ａ…計測回路、１０３…真空フィードスルー、１０５…コネクタ、１０６…ケーブル、１１１…ダイアフラム、１１２…センサチップ、１１３…センサハウジング、１１４…圧力導入管、１２１…真空チャンバ、１２２…真空装置、２０１…接続経路。

Claims (6)

1. ダイアフラムの変位を静電容量値に変換して出力するセンサチップを収容するセンサハウジングと、前記センサハウジングに接続して前記センサチップの前記ダイアフラムに被測定媒体の圧力を導く圧力導入管とを備え、真空チャンバ内に配置されるセンサヘッドと、
   前記センサチップが出力する静電容量値を入力するコネクタ、および前記コネクタに接続して前記静電容量値を圧力値に変換する計測回路を備え、前記真空チャンバ外に設置される回路ユニットと、
   前記センサチップと前記コネクタとの間の接続経路上の前記真空チャンバの外壁を貫通して設けられた真空フィードスルーと
   を備える真空計測システム。
2. 請求項１記載の真空計測システムにおいて、
   前記真空フィードスルーを介して前記センサチップと前記コネクタとの間を接続するケーブルを備える真空計測システム。
3. 請求項１記載の真空計測システムにおいて、
   前記真空フィードスルーに設けられた中継器と、
   前記中継器の一端と前記センサチップとを接続するケーブルと、
   前記中継器の他端に前記コネクタを接続するアダプタと
   をさらに備える真空計測システム。
4. 請求項１記載の真空計測システムにおいて、
   前記真空フィードスルーに設けられた中継器と、
   前記センサチップと前記中継器の一端とを接続するための第１ケーブルと、
   前記第１ケーブルを前記中継器の一端に接続するセンサアダプタと、
   前記中継器の他端と前記コネクタとを接続するための第２ケーブルと、
   前記第２ケーブルを前記中継器の他端に接続する第１アダプタと、
   前記第２ケーブルを前記コネクタに接続する第２アダプタと
   をさらに備える真空計測システム。
5. 請求項１記載の真空計測システムにおいて、
   前記センサヘッドは、前記真空フィードスルーの気密構造を共用するように前記真空フィードスルーのフランジと一体に形成され、
   前記センサチップと前記コネクタとを接続するケーブルをさらに備える真空計測システム。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の真空計測システムにおいて、
   前記真空フィードスルーは同軸構造を有する同軸型真空フィードスルーである真空計測システム。

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