(57)【要約】【課題】ガス分子の熱移動が対流によって支配される粘性流領域においても、測定子容器の形状を改良することなく、測定精度を向上させることができる熱伝導型真空計及びそれを備えた真空容器を有する真空処理装置を提供することにある。【解決手段】金属線からなる熱フィラメントを測定子容器の内部に有し、該測定子容器と連通する真空容器内の圧力を測定する熱伝導型真空計であって、該熱フィラメントに振動を与える振動発生機構を備えていることを特徴とする熱伝導型真空計及び該熱伝導型真空計を具備している真空容器を有することを特徴とする真空処理装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属線からなる熱フィラメントを測定子容器の内部に有し、該測定子容器と連通する真空容器内の圧力を測定する熱伝導型真空計であって、該熱フィラメントに振動を与える振動発生機構を備えていることを特徴とする熱伝導型真空計。
【請求項２】
前記振動発生機構は着脱可能で、前記測定子容器の内部に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導型真空計。
【請求項３】
前記振動発生機構は着脱可能で、前記測定子容器の外部に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導型真空計。
【請求項４】
前記振動発生機構は、遠隔動作が可能であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の熱伝導型真空計。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の熱伝導型真空計を具備している真空容器を有することを特徴とする真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体の熱伝導を利用して圧力測定を行なう熱伝導型真空計及びそれを備えた真空容器を有する真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱伝導型真空計の一例であるピラニ真空計は、特許文献１にも記載されているように、真空中に金属線からなる熱フィラメントを張り、これを加熱する。
【０００３】
熱フィラメントを高温とした状態で、熱フィラメントよりも低温の気体分子が高温の熱フィラメントに衝突すると、衝突した気体分子が熱フィラメントから熱量を奪い去る。
【０００４】
これにより、熱フィラメントの温度が変化する。ピラニ真空計は、この奪い去られた熱量に相当する温度変化を電気的に変換し、熱フィラメントの電気抵抗の変化として検知し、更に電気抵抗の変化を圧力値に換算して気体の圧力を測定するものである。
【０００５】
現在市販されている一般的なピラニ真空計では、熱フィラメントの温度が常に一定になるように、印加する電力を制御回路によって自動的に調節するものが多くなっている。
【０００６】
この方式は、定温度型ピラニ真空計と呼ばれるが、気体分子が熱フィラメントから奪い去る熱量を常に補いながら損失熱量を計測していることになる。この場合、熱フィラメントの温度を一定にするように印加される電力を測定して気体の圧力に換算している。
【特許文献１】特許第３１８８７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、熱伝導型真空計は、気体分子の熱エネルギー授受量が圧力に依存することを利用した真空計である。簡便で小型な構造、高いコストパフォーマンス、そして比較的広い範囲の圧力測定が可能なことから広く利用されている真空計のひとつである。
【０００８】
しかしながら大気圧付近での測定信頼性が低いことが欠点となっている。これは、粘性流領域の圧力において熱を運ぶガス分子の数が増える反面、平均自由行程が短くなるために１分子あたりの実効的ネルギー運搬量が小さくなるためである。
【０００９】
粘性流領域での圧力測定は、ガス分子の熱移動が対流によって支配されるため、測定精度は測定子容器の形状による部分が大きい。測定子容器の形状を改良することにより精度を上げることはできるが、急激な圧力変化に対する追従性が悪化する等、別の測定性能に影響が出てしまう。
【００１０】
本発明の目的は、ガス分子の熱移動が対流によって支配される粘性流領域においても、測定子容器の形状を改良することなく、測定精度を向上させることができる熱伝導型真空計及びそれを備えた真空容器を有する真空処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るピラニ真空計は、上記目的を達成するために次のように構成される。
【００１２】
本発明に従って、金属線からなる熱フィラメントを測定子容器の内部に有し、該測定子容器と連通する真空容器内の圧力を測定する熱伝導型真空計であって、該熱フィラメントに振動を与える振動発生機構を備えていることを特徴とする熱伝導型真空計が提供される。
【００１３】
また、本発明に従って、上記熱伝導型真空計を具備している真空容器を有することを特徴とする真空処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
ピラニ真空計で従来測定が困難であった大気圧〜１０４Ｐａの圧力範囲においても、振動発生機構により熱フィラメントに振動を与えることでガス分子と熱フィラメントの衝突頻度を増加させることで、測定精度、感度が向上した。
【００１５】
また、これまでの対流型ピラニ真空計といった測定子容器の内部に対流を促進させるためのヒータを備えたゲージのように取付位置に制約が生じていたが、本発明に係るピラニ真空計の場合では、同一方向に振動を加えることにより、取付位置による依存性は生じなくなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１に本発明に係るピラニ真空計の一実施例を示す。
【００１８】
図１において測定子容器１は、フランジ２で真空容器３と接続される。本実施形態ではフランジ２の接合部の真空封止はＯリング４のシールによって行われクランプ５で保持している。
【００１９】
測定子容器１のフランジ２側は開口しており、真空容器３と接続され連通している。この場合、真空容器３が、例えば、真空容器内にプラズマを生成して、その中に被処理物を配置しエッチングやＰＶＤ又はＣＶＤ等の真空処理装置の一部を構成していてもよい。
【００２０】
測定子容器１には、熱フィラメント６と熱フィラメント支持体７が設けられている。
【００２１】
測定子容器１の材質としては、ステンレス、アルミニウム、銅等の熱伝導率が高い材質を利用することが好ましい。測定子容器１の開口側の反対側には、熱フィラメント６を支持する熱フィラメント支持体７が端子８に取付けられている。
【００２２】
端子８と測定子容器１とは接合され気密性が保たれている。端子８は、例えば、Ｆｅ／Ｎｉ合金である。タングステン線等の金属線から成る熱フィラメント６を支持する熱フィラメント支持体７の素材は、例えば、コバール合金を採用することができる。熱フィラメント支持体７は、端子８と絶縁されつつ、また、熱フィラメント支持体７の大気側は、熱フィラメント７の温度を一定に制御するための制御回路を含むブリッジ電圧測定回路９に接続されている。
【００２３】
また、熱フィラメント支持体７は、熱フィラメント６の温度を一定に保持するために必要な熱フィラメント６への供給電力量を測定することで、気体の圧力を算出する定温度型ピラニ真空計として機能する。
【００２４】
次に、本発明に係る熱伝導型真空計の特徴である熱フィラメント６に振動を与えるための振動発生機構１０について説明する。
【００２５】
振動発生機構１０は、熱フィラメント６に所定の振動を与えるもので、熱フィラメント６に所定の振動を発生させられればよく、図１のように振動発生源１１を測定子容器１の外部の大気側でも、又は、測定子容器１の内部に配置していてもかまわない。
【００２６】
振動発生源１１を測定子容器１の外部に取り付ける場合は、測定子容器１に接触するように取り付けられる。
【００２７】
また、振動発生源１１を測定子容器１の内部に取り付ける場合は、直接、熱フィラメント６に直接接触させるか、熱フィラメント支持体７を介して振動を伝える等、測定子容器１の形態及び大きさに合わせて採用することができる。
【００２８】
更に、振動発生機構１０は、測定子容器１に着脱可能な構造を有していることが好ましい。
【００２９】
また、振動発生源１１の動作スイッチ（不図示）は、振動発生機構１０の操作系から遠隔動作が可能な機能を有していてもよい。真空容器３の取付位置に依ることなく操作性が向上するからである。
【００３０】
振動発生源１１としての振動発生機構１０は、熱フィラメント６に振動を与えられれば、特にその発生機構は限定されるものではなく、小型モータによる振動、水晶振動子による振動、又はピエゾ素子等による振動等、種々の振動発生源を採用することができる。
【００３１】
また、本発明は、実施例であるピラニ真空計に限らず、熱電対真空計など他の熱伝導型真空計にも採用することができる。
【００３２】
図２では、本発明に係る熱伝導型真空計である熱フィラメント６に振動を与えた場合（図２中のｂ）と与えない場合（図２中のａ）で比較したときの真空度を測定した出力データを示す。縦軸は出力（任意単位）、横軸は時間（ｍｉｎ．）を示す。
【００３３】
なお、振動発生機構は、図１と同様に測定子容器の外部（大気側）に配置し、測定子容器等の形状等も当然同一であった。
【００３４】
また、振動を与えたときの熱フィラメント６の振動条件は、全振幅２ｍｍ、加速度６．７Ｇ、周波数４１．３Ｈｚとした。
【００３５】
図２により次のことが確認された。すなわち、通常、振動による測定ノイズが発生した場合、プラスとマイナス側の両方に測定値が振れてしまうが、図２より、測定値がプラス側にのみ振れることから測定ノイズではないことが確認できた。
【００３６】
また、粘性流領域の圧力測定、すなわち、ガス分子の数が増える反面、平均自由行程が短くなるために１分子あたりの実効的エネルギー運搬量が小さくなる領域での圧力測定は、ガス分子の熱移動が対流によって支配されているため十分な感度が得られていなかったが、熱フィラメントとガス分子との衝突頻度の増加により、Ｓ／Ｎ比が約１０％増加し感度が向上したことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動発生機構を備えたピラニ真空計のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るピラニ真空計で振動を与えた時の出力電圧である。
【符号の説明】
【００３８】
１：測定子容器
２：フランジ
３：真空容器
４：Ｏリング
５：クランプ
６：熱フィラメント
７：熱フィラメント支持体
８：端子
９：ブリッジ電圧測定回路
１０：振動発生機構
１１：振動発生源
【図１】
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【図２】
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