特許 7534198 隔膜真空計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】隔膜真空計

(51)【国際特許分類】

   G01L 21/00 20060101AFI20240806BHJP

   G01L 9/12 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

G01L21/00 Z

G01L9/12

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2020196857

(22)【出願日】2020-11-27

(65)【公開番号】P2022085261

(43)【公開日】2022-06-08

【審査請求日】2023-09-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】添田 将

(72)【発明者】

【氏名】石原 卓也

(72)【発明者】

【氏名】関根 正志

(72)【発明者】

【氏名】新村 悠祐

【審査官】藤澤 和浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－３２８０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２４４１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２１０４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０５２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４６５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５３４３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１８０５０３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ２１／００

Ｇ０１Ｌ ９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
前記圧力計測室を冷却するように構成された冷却器と、
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2】

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直列に配置され、前記圧力調整室を介して前記圧力計測室に被計測媒体が流入することを特徴とする隔膜真空計。

【請求項3】

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並列に配置され、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することを特徴とする隔膜真空計。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に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5】

請求項１乃至４のいずれか１項に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。

【請求項6】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
前記被計測チャンバに設けられた第２の温度センサから、前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を得ることを特徴とする隔膜真空計。

【請求項7】

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、
前記圧力計測室を冷却するように構成された冷却器と、
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8】

請求項７記載の隔膜真空計において、
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をさらに備えることを特徴とする隔膜真空計。

【請求項9】

請求項７記載の隔膜真空計において、
前記被計測チャンバに設けられた第２の温度センサから、前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を得ることを特徴とする隔膜真空計。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
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冷却器を制御して除熱させるように構成された制御部をさらに備えることを特徴とする隔膜真空計。

【請求項11】

請求項１乃至１０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。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
前記圧力補正部は、前記圧力計測値が規定の圧力計測範囲の上限を上回ったときのみ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13】

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第１の圧力計測室と、
前記被計測チャンバと前記配管を介して連通し、かつ前記第１の圧力計測室と連通するように設けられた第２の圧力計測室と、
前記第１の圧力計測室内の被計測媒体の圧力による第１の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第１の受圧部と、
前記第２の圧力計測室内の被計測媒体の圧力による第２の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第２の受圧部と、
前記第１の圧力計測室を冷却するように構成された冷却器と、
前記第２の圧力計測室を加熱するように構成された加熱器と、
前記第１の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、
前記第２の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２の温度センサと、
前記冷却器が動作し、前記加熱器が動作しない第１の計測モード時に前記第１の受圧部の静電容量を圧力計測値に変換し、前記加熱器が動作し、前記冷却器が動作しない第２の計測モード時に前記第２の受圧部の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の計測モード時に前記第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し、前記第２の計測モード時に前記第２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、
前記第１の圧力計測室内の被計測媒体の温度または前記第２の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14】

請求項１３記載の隔膜真空計において、
前記第１の圧力計測室と前記第２の圧力計測室とは、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15】

請求項１３または１４記載の隔膜真空計において、
前記第１の計測モード時に前記第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し、前記第２の計測モード時に前記第１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をさらに備えることを特徴とする隔膜真空計。

【請求項16】

請求項１３または１４記載の隔膜真空計において、
前記被計測チャンバに設けられた第３の温度センサから、前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を得ることを特徴とする隔膜真空計。

【請求項17】

請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
前記第１の計測モード時に前記第１の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第１の所定値になるように前記冷却器を制御して除熱させ、前記第２の計測モード時に前記第２の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第２の所定値になるように前記加熱器を制御して発熱させるように構成された制御部をさらに備えることを特徴とする隔膜真空計。

【請求項18】

請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
前記第１の受圧部は、
第１の台座に形成された第１の電極と、
前記第１の台座とギャップを隔てて配置された前記第１のダイアフラムと、
前記第１の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第１の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第１の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２の受圧部は、
第２の台座に形成された第５の電極と、
前記第２の台座とギャップを隔てて配置された前記第２のダイアフラムと、
前記第２のダイアフラムに前記第５の電極と対向するように形成された第６の電極と、
前記第５の電極の外側の前記第２の台座に形成された第７の電極と、
前記第６の電極の外側の前記第２のダイアフラムに前記第７の電極と対向するように形成された第８の電極とから構成され、
前記第１の計測モード時に前記第１、第２の電極間の第１の静電容量を算出し、前記第２の計測モード時に前記第５、第６の電極間の第２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の計測モード時に前記第１の静電容量から、前記第３、第４の電極間の第３の静電容量を減算した値を算出し、前記第２の計測モード時に前記第２の静電容量から、前記第７、第８の電極間の第４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、
前記第１の計測モード時に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３の静電容量により前記第１の静電容量を補正し、前記第２の計測モード時に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４の静電容量により前記第２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、前記第１の計測モード時に前記補正された第１の静電容量を前記圧力計測値に変換し、前記第２の計測モード時に前記補正された第２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。

【請求項19】

請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の隔膜真空計において、
前記圧力補正部は、前記第１の計測モード時に前記圧力計測値が規定の圧力計測範囲の上限を上回ったときのみ前記圧力計測値を補正し、前記第２の計測モード時に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圧力計測値を補正することを特徴とする隔膜真空計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、隔膜真空計に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

より高い圧力を計測するために隔膜真空計の隔膜を厚くする場合、圧力感度が不足する可能性がある。具体的には、ダイアフラムに印加される圧力ｐとダイアフラムの垂直方向の変位ｗとの関係が式（１）のように表されるため、隔膜真空計の圧力感度は、ダイアフラムの厚さｈの３乗に反比例して低下することが分かる。

【0005】

【数1】

【0006】

式（１）において、ｒはダイアフラムの中心から半径方向の距離、Ｅはダイアフラムのヤング率、ｖはダイアフラムのポアソン比、ａはダイアフラムの半径である。
また、隔膜を厚くした場合、圧力印加時のダイアフラムの変位が微小となるため、ダイアフラムの微小な変位を検知するための高精度な計測回路が必要となる。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上限があるが、状況によっては圧力感度を確保したままでこの上限を上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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００９－２１０４８２号公報

【文献】特開２００２－３２８０４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、圧力計測範囲の上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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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、前記圧力計測室を冷却するように構成された冷却器と、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直列に配置され、前記圧力調整室を介して前記圧力計測室に被計測媒体が流入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並列に配置され、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することを特徴とするものである。

【0010】

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の１構成例は、前記被計測チャンバに設けられた第２の温度センサから、前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を得ることを特徴とするものである。

【0011】

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、前記圧力計測室を冷却するように構成された冷却器と、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構成例は、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、前記被計測チャンバに設けられた第２の温度センサから、前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を得ることを特徴とするものである。

【0012】

また、本発明の隔膜真空計の１構成例は、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冷却器を制御して除熱させるように構成された制御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の１構成例において、前記圧力補正部は、前記圧力計測値が規定の圧力計測範囲の上限を上回ったときのみ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。

【0013】

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第１の圧力計測室と、前記被計測チャンバと前記配管を介して連通し、かつ前記第１の圧力計測室と連通するように設けられた第２の圧力計測室と、前記第１の圧力計測室内の被計測媒体の圧力による第１の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第１の受圧部と、前記第２の圧力計測室内の被計測媒体の圧力による第２の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第２の受圧部と、前記第１の圧力計測室を冷却するように構成された冷却器と、前記第２の圧力計測室を加熱するように構成された加熱器と、前記第１の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、前記第２の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２の温度センサと、前記冷却器が動作し、前記加熱器が動作しない第１の計測モード時に前記第１の受圧部の静電容量を圧力計測値に変換し、前記加熱器が動作し、前記冷却器が動作しない第２の計測モード時に前記第２の受圧部の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の計測モード時に前記第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し、前記第２の計測モード時に前記第２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、前記第１の圧力計測室内の被計測媒体の温度または前記第２の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。

【0014】

また、本発明の隔膜真空計の１構成例において、前記第１の圧力計測室と前記第２の圧力計測室とは、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、前記第１の計測モード時に前記第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し、前記第２の計測モード時に前記第１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、前記被計測チャンバに設けられた第３の温度センサから、前記被計測チャンバ内の被計測媒体の温度を得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、前記第１の計測モード時に前記第１の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第１の所定値になるように前記冷却器を制御して除熱させ、前記第２の計測モード時に前記第２の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第２の所定値になるように前記加熱器を制御して発熱させるように構成された制御部をさらに備えることを特徴とするものである。

【0015】

また、本発明の隔膜真空計の１構成例において、前記第１の受圧部は、第１の台座に形成された第１の電極と、前記第１の台座とギャップを隔てて配置された前記第１のダイアフラムと、前記第１の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第１の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第１の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２の受圧部は、第２の台座に形成された第５の電極と、前記第２の台座とギャップを隔てて配置された前記第２のダイアフラムと、前記第２のダイアフラムに前記第５の電極と対向するように形成された第６の電極と、前記第５の電極の外側の前記第２の台座に形成された第７の電極と、前記第６の電極の外側の前記第２のダイアフラムに前記第７の電極と対向するように形成された第８の電極とから構成され、前記第１の計測モード時に前記第１、第２の電極間の第１の静電容量を算出し、前記第２の計測モード時に前記第５、第６の電極間の第２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の計測モード時に前記第１の静電容量から、前記第３、第４の電極間の第３の静電容量を減算した値を算出し、前記第２の計測モード時に前記第２の静電容量から、前記第７、第８の電極間の第４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、前記第１の計測モード時に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３の静電容量により前記第１の静電容量を補正し、前記第２の計測モード時に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４の静電容量により前記第２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、前記第１の計測モード時に前記補正された第１の静電容量を前記圧力計測値に変換し、前記第２の計測モード時に前記補正された第２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の１構成例において、前記圧力補正部は、前記第１の計測モード時に前記圧力計測値が規定の圧力計測範囲の上限を上回ったときのみ前記圧力計測値を補正し、前記第２の計測モード時に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圧力計測値を補正することを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0016】

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上限を拡張する（上限を上げる）ことができる。

【0017】

また、本発明では、第１の計測モード時に第１の圧力計測室を冷却して、第１の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し、また第２の計測モード時に第２の圧力計測室を加熱して、第２の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、第１の計測モードで圧力計測範囲の上限を拡張する（上限を上げる）ことができ、第２の計測モードで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。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】図１４は、本発明の第４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15】図１５は、本発明の第４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16】図１６は、本発明の第４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17】図１７は、本発明の第４の実施例に係る隔膜真空計の演算処理部の第２の計測モードにおける動作を説明するフローチャートである。

【図18】図１８は、本発明の第１～第４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。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［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、計測対象の気体の温度があることに着眼した。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冷却することで、計測可能（上限以内の）範囲へと圧力を下降させて計測し、冷却による温度差に基づいて圧力値を換算すれば、圧力計測範囲の上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。

【0020】

［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。

【0021】

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（２））および分子流（式（３））のそれぞれで近似式が提案されている。

【0022】

【数2】

【0023】

【数3】

【0024】

式（２）、式（３）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（２）、式（３）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」）。

【0025】

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。

【0026】

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冷却温度Ｔ₂（Ｔ₁＞Ｔ₂）との温度差を１００℃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。

【0027】

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。圧力差は、圧力計測値Ｐ₂の２０％前後にも達する。
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よりも実際には高い圧力となる。

【0028】

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＝０．００４Ｔｏｒｒという値を０．０１Ｔｏｒｒに補正する。

【0029】

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、より高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。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。

【0030】

隔膜真空計側を冷却して低温にし、被計測チャンバと隔膜真空計との温度差を１００℃にすれば、従来と同じ圧力感度（従来と同じダイアフラムの厚さ）を維持した状態で、従来は計測が困難であった１３３ｋＰａの圧力レンジにおいても、およそ３６％ほど圧力レンジを拡大できる。具体的な計測値としては、２０７ｋＰａのチャンバ圧力まで計測可能となる。

【0031】

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。

【0032】

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を冷却する冷却器６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。

【0033】

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。

【0034】

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が圧力計測室３内の被計測媒体の圧力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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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、減算器１００３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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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－１００℃）になるように冷却器６に電力を供給して除熱させる（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が冷却される。温度差Ｔ₂－Ｔ₁を決定する所定値は、－２００℃～０℃の範囲で任意に設定することが可能である。冷却器６としては、例えばヒートポンプやペルチェ素子がある。

【0048】

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）。

【0049】

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）。

【0050】

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）。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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

【0054】

［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、冷却器６と、温度センサ７，８と、回路部１０とを備えている。

【0055】

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。

【0056】

受圧部５と冷却器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。

【0057】

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。

【0058】

［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、冷却器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。

【0059】

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。

【0060】

受圧部５と冷却器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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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（Ｔ₁－Ｔ₂） ・・・（４）

【0064】

式（４）におけるｋは熱伝達率である。式（４）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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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上限を上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。

【0070】

［第４の実施例］
次に、本発明の第４の実施例について説明する。図１４は本発明の第４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２ｃを介して連通するように設けられた圧力計測室３ｃ，３ｄと、圧力計測室３ｃ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受圧部５と、圧力計測室３ｃを冷却する冷却器６と、圧力計測室３ｃ内の被計測媒体の温度を計測する温度センサ８と、回路部１０ｃと、圧力計測室３ｄ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受圧部１３と、圧力計測室３ｄ内の被計測媒体の温度を計測する温度センサ１４と、圧力計測室３ｄを加熱する加熱器１５（ヒータ）とを備えている。

【0071】

本実施例では、２つの圧力計測室３ｃ，３ｄが並列に配置されている。圧力計測室３ｃ，３ｄと配管２ｃ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２ｃ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、圧力計測室３ｃ，３ｄに同じ量が導入される。また、圧力計測室３ｃと圧力計測室３ｄとは、絞り４ｃを介して連通している。第１、第２の実施例と同様に、絞り４ｃは、固定絞りでもよいし、可変絞りでもよい。
受圧部５と冷却器６の構成は、第１の実施例と同様である。

【0072】

図１５は隔膜真空計の受圧部１３の要部の構成を示す断面図である。受圧部１３の台座１３０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１３０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１３１が接合されている。台座１３０の凹部は、ダイアフラム１３１と共に基準真空室１３２を形成する。

【0073】

台座１３０の基準真空室１３２側の面には固定電極１３３が形成され、ダイアフラム１３１の基準真空室１３２側の面には固定電極１３３と対向するように可動電極１３４が形成されている。こうして、固定電極１３３と可動電極１３４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１３１が圧力計測室３ｄ内の被計測媒体の圧力Ｐを受けて撓むと、可動電極１３４と固定電極１３３との間の間隔が変化し、可動電極１３４と固定電極１３３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１３１が受けた被計測媒体の圧力Ｐを検出することができる。

【0074】

また、固定電極１３３の外側の台座１３０の基準真空室１３２側の面には、固定電極１３５が形成されている。可動電極１３４の外側のダイアフラム１３１の基準真空室１３２側の面には、固定電極１３５と対向するように可動電極１３６が形成されている。このように受圧部１３は、受圧部５と同様の構造を有するものである。

【0075】

図１６は隔膜真空計の回路部１０ｃの構成を示すブロック図である。回路部１０ｃは、信号検出部１００と、可動電極１３４と固定電極１３３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１３４と固定電極１３３との間の静電容量から可動電極１３６と固定電極１３５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１０６と、信号検出部１００，１０６と温度センサ８，１４の出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換部１０１ｃと、演算処理部１０２ｃと、演算処理部１０２ｃのプログラムを記憶するメモリ１０３ｃと、電源１０４と、インターフェース部１０５とを備えている。

【0076】

信号検出部１０６の構成は、信号検出部１００と同様であるので、図８の符号を用いて説明する。信号検出部１０６の信号発生器１０００は、圧力計測時にセンサ駆動信号Ｅｓｉｎ（２πｆｔ）を受圧部１３の第１の電極（例えば固定電極１３３）と第３の電極（例えば固定電極１３５）とスイッチ１００６，１００７とに印加する。

【0077】

信号検出部１０６の増幅器１００１は、受圧部１３の第２の電極（例えば可動電極１３４）から出力される電流を電圧に変換して増幅し、可動電極１３４と固定電極１３３との間の静電容量Ｃｘに比例した振幅の信号を出力する。信号検出部１０６の増幅器１００２は、受圧部１３の第４の電極（例えば可動電極１３６）から出力される電流を電圧に変換して増幅し、可動電極１３６と固定電極１３５との間の静電容量（参照容量）Ｃｒに比例した振幅の信号を出力する。

【0078】

信号検出部１０６の同期検波部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。信号検出部１０６の同期検波部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。

【0079】

ＡＤ変換部１０１ｃは、信号検出部１００，信号検出部１０６の出力と温度センサ８，１４の出力とをデジタル信号に変換する。
図１６に示すように、演算処理部１０２ｃは、温度推定部１０２０ｃと、制御部１０２１ｃと、容量算出部１０２２ｃと、容量差算出部１０２３ｃと、容量補正部１０２４ｃと、圧力計測部１０２５ｃと、圧力補正部１０２６ｃとを備えている。

【0080】

本実施例の隔膜真空計は、第１の実施例と同様の高い圧力範囲を対象とする第１の計測モードと、第１の計測モードよりも低い圧力範囲を対象とする第２の計測モードの２つのモードを備えている。第１の計測モードにするか、第２の計測モードにするかは、ユーザが任意に選択して演算処理部１０２ｃに指示することができる。

【0081】

第１の計測モードでは、圧力計測室３ｄが第２の実施例の圧力調整室１ａの役割を果たす。また、第１の計測モードでは、制御部１０２１ｃは、加熱器１５を動作させず、冷却器６のみ動作させる。第１の計測モードにおける処理の流れは第１の実施例と同じなので、図９の符号を用いて演算処理部１０２ｃの動作を説明する。

【0082】

第１の計測モードにおいて、温度推定部１０２０ｃは、温度センサ１４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）。第１の計測モードにおける圧力計測室３ｄ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１０２０ｃは、予め設定された第１の計測モード用の式により温度Ｔ₃から温度Ｔ₁を算出してもよいし、予め設定された第１の計測モード用のテーブルから温度Ｔ₃に対応する温度Ｔ₁の値を取得するようにしてもよい。

【0083】

第１の計測モードにおいて、制御部１０２１ｃは、温度推定部１０２０ｃ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が第１の所定値になるように冷却器６に電力を供給して除熱させる（図９ステップＳ１０１）。第１の所定値は、－２００℃～０℃の範囲で任意に設定することが可能である。

【0084】

第１の計測モードにおいて、容量算出部１０２２ｃは、信号検出部１００の同期検波部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）。
第１の計測モードにおいて、容量差算出部１０２３ｃは、信号検出部１００の同期検波部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）。

【0085】

第１の実施例と同様に、容量補正部１０２４ｃは、参照容量Ｃｒにより静電容量Ｃｘを補正した値（Ｃｘ－Ｃｒ）／Ｃｘを算出する（図９ステップＳ１０４）。
第１の実施例と同様に、圧力計測部１０２５ｃは、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）。

【0086】

第１の計測モードにおいて、圧力補正部１０２６ｃは、温度センサ８によって計測された、圧力計測室３ｃ内の被計測媒体の温度Ｔ₂と、温度推定部１０２０ｃ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）。第１の計測モードにおける温度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とを対応付けた第１の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１０２６ｃに設定されている。圧力補正部１０２６ｃは、第１の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。

【0087】

そして、圧力補正部１０２６ｃ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）。
こうして、第１の計測モードの動作により、第１の実施例と同じ効果を得ることができる。

【0088】

次に、第２の計測モードでは、圧力計測室３ｃが圧力調整室の役割を果たす。また、第２の計測モードでは、制御部１０２１ｃは、冷却器６を動作させず、加熱器１５のみ動作させる。

【0089】

図１７は第２の計測モードにおける演算処理部１０２ｃの動作を説明するフローチャートである。第２の計測モードにおいて、温度推定部１０２０ｃは、温度センサ８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１７ステップＳ３００）。第２の計測モードにおける圧力計測室３ｃ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１０２０ｃは、予め設定された第２の計測モード用の式により温度Ｔ₃から温度Ｔ₁を算出してもよいし、予め設定された第２の計測モード用のテーブルから温度Ｔ₃に対応する温度Ｔ₁の値を取得するようにしてもよい。

【0090】

第２の計測モードにおいて、制御部１０２１ｃは、温度推定部１０２０ｃによって推定された温度Ｔ₁と温度センサ１４によって計測された温度Ｔ₂との差Ｔ₂－Ｔ₁が第２の所定値になるように加熱器１５に電力を供給して発熱させる（図１７ステップＳ３０１）。こうして、圧力計測室３ｄ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が第２の所定値になるように圧力計測室３ｄが加熱される。温度差Ｔ₂－Ｔ₁を決定する第２の所定値は、０℃～５００℃の範囲で任意に設定することが可能である。

【0091】

第２の計測モードにおいて、容量算出部１０２２ｃは、信号検出部１０６の同期検波部１００８の出力信号の振幅から静電容量Ｃｘの値を算出する（図１７ステップＳ３０２）。第２の計測モードにおいて、容量差算出部１０２３ｃは、信号検出部１０６の同期検波部１００９の出力信号の振幅から容量差（Ｃｘ－Ｃｒ）の値を算出する（図１７ステップＳ３０３）。

【0092】

第１の実施例と同様に、容量補正部１０２４ｃは、参照容量Ｃｒにより静電容量Ｃｘを補正した値（Ｃｘ－Ｃｒ）／Ｃｘを算出する（図１７ステップＳ３０４）。
第１の実施例と同様に、圧力計測部１０２５ｃは、静電容量（Ｃｘ－Ｃｒ）／Ｃｘを圧力計測値Ｐ₂に変換する（図１７ステップＳ３０５）。

【0093】

第２の計測モードにおいて、圧力補正部１０２６ｃは、温度センサ１４によって計測された、圧力計測室３ｄ内の被計測媒体の温度Ｔ₂と、温度推定部１０２０ｃ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１７ステップＳ３０６）。第２の計測モードにおける温度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とを対応付けた第２の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１０２６ｃに設定されている。圧力補正部１０２６ｃは、第２の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。

【0094】

そして、圧力補正部１０２６ｃ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１７ステップＳ３０７）。
演算処理部１０２ｃ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１７ステップＳ３０８においてＹＥＳ）、ステップＳ３００～Ｓ３０７の処理を計測周期毎に行う。

【0095】

上記のとおり、第２の計測モードは低い圧力範囲を対象とするものである。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。

【0096】

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る。

【0097】

そこで、第２の計測モードでは、隔膜真空計の圧力計測室３ｄに供給される被計測媒体を加熱することで、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計測値Ｐ₂を補正する。
こうして、本実施例では、第１の計測モードで圧力計測範囲の上限を拡張する（上限を上げる）ことができ、第２の計測モードで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。

【0098】

なお、本実施例では、温度推定部１０２０ｃ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。

【0099】

また、本実施例では、圧力補正部１０２６ｃ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１０２６ｃは、第１の計測モード、第２の計測モードのいずれにおいても通常は圧力計測値Ｐ₂を補正せずにそのまま圧力値Ｐ₁として出力し、第１の計測モードにおいて圧力計測値Ｐ₂が規定の圧力計測範囲の上限を上回ったときのみステップＳ１０６の処理により圧力計測値Ｐ₂を補正し、第２の計測モードにおいて圧力計測値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Ｓ３０６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。

【0100】

本実施例は、被計測チャンバ１２の温度がリアルタイムに把握できない場合を想定している。真空計出荷時の校正を行うことで、被計測チャンバ１２と２つの圧力計測室３ｃ，３ｄの間の熱遷移が補正される。２つの圧力計測室３ｃ，３ｄ間の熱遷移現象を用いて、上下両方の計測限界を超えることができる。すなわち、圧力計測範囲の上限を上げ、下限を下げることができる。

【0101】

また、第１～第４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。

【0102】

第１～第４の実施例で説明した演算処理部１０２，１０２ｂ，１０２ｃ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１８に示す。

【0103】

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、冷却器６、加熱器１５、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第１～第４の実施例で説明した処理を実行する。

【産業上の利用可能性】

【0104】

本発明は、圧力計測技術に適用することができる。

【符号の説明】

【0105】

１，１ａ…圧力調整室、２，２ａ，２ｃ…配管、３，３ａ～３ｄ…圧力計測室、４，４ａ，４ｃ…絞り、５，１３…受圧部、６…冷却器、７，８，１４…温度センサ、１０，１０ｂ，１０ｃ…回路部、１１…熱流センサ、１２…被計測チャンバ、１５…加熱器、１００，１０６…信号検出部、１０１，１０１ｃ…ＡＤ変換部、１０２，１０２ｂ，１０２ｃ…演算処理部、１０３，１０３ｂ，１０３ｃ…メモリ、１０４…電源、１０５…インターフェース部、１０２０，１０２０ｂ，１０２０ｃ…温度推定部、１０２１，１０２１ｃ…制御部、１０２２，１０２２ｃ…容量算出部、１０２３，１０２３ｃ…容量差算出部、１０２４，１０２４ｃ…容量補正部、１０２５，１０２５ｃ…圧力計測部、１０２６，１０２６ｂ，１０２６ｃ…圧力補正部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】