(57)【要約】【課題】  空間、特に真空チャンバー内の気体圧力や温度などの物理量の分布を計測するシステムを提供する。【解決手段】  変形して形状維持が可能なパイプ状、又は棒状支持体の先端に微小センサーチップを装着したセンシングユニットを用い、これを複数の所望位置に配設し、所望空間の物理量の分布を計測する。【選択図】  図１
2006153672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状を変形させたとき、そのまま維持することが可能な支持パイプの先端に、真空チャンバー内の物理量の計測が可能なセンサーチップを装着し、センサーチップからの電気信号引出し線を前記支持パイプの内部を通して支持パイプの他端から引き出し、取付けフランジを貫通して前記支持パイプと電気信号引出し線を真空チャンバーの外部に引き出し、支持パイプを屈曲変形させて所望の空間位置にセンサーチップを配置することを特徴とするセンシングユニット。
【請求項２】
形状を変形させたとき、そのまま維持することが可能な支持棒の先端に、真空チャンバー内の物理量の計測が可能なセンサーチップを装着し、センサーチップからの電気信号引出し線を前記支持棒に添わせるように配設し、取付けフランジに前記支持棒を固着し、また、前記電気信号引出し線を取付けフランジを貫通して真空チャンバーの外部に引き出し、支持棒を屈曲変形させて所望の空間位置にセンサーチップを配置することを特徴とするセンシングユニット。
【請求項３】
計測すべき物理量が、気体圧力、温度、湿度、ガス濃度のいずれか一つ以上であり、これに対応した複合センサーチップを具備した、請求項１、または請求項２に記載のセンシングユニット。
【請求項４】
取付けフランジに複数本のセンシングユニットを配設したことを特徴とする請求項３に記載のセンシングユニット。
【請求項５】
真空チャンバーに、請求項１〜３に記載のセンシングユニットのいずれか１個以上を、又は組み合わせて２個以上を真空チャンバーに装着し、センシングユニットからの信号出力を専用コントローラーで処理して記憶した後、真空チャンバー内の所望空間位置の気体圧力と温度とをディスプレイに表示することを特徴とする圧力・温度分布計測システム。
【請求項６】
所望空間位置の圧力と温度とを時系列グラフでディスプレイに表示することを特徴とする、請求項５に記載の圧力・温度分布計測システム。
【請求項７】
所望空間位置番号をグラフ横軸に、また、前記空間位置に対応する圧力と温度とをグラフの縦軸にして、圧力と温度とをディスプレイにグラフ表示することを特徴とする、請求項５に記載の圧力・温度分布計測システム。
【請求項８】
特定空間の物理量の分布を計測する機構において、計測すべき空間を含んで取り囲むチャンバー壁にセンサー支持パイプを挿入するための開口部をあけ、開口部のチャンバー外部に向けてベローズをチャンバーに取付け、ベローズの他端にはセンサー支持パイプを挿入できる貫通孔を有するフランジを取付け、フランジ貫通孔内面にはセンサー支持パイプを軸方向に摺動させても機械的保持と気密性を確保できるシール部材を設け、
また、前記フランジをチャンバー壁面に向かって前後に移動可能な移動機構を設け、さらに、センサー支持パイプの先端（チャンバー側）に物理量計測センサー本体を装着し、センサー本体からの電気信号引出し線をセンサー支持パイプの中側を通してセンサー支持パイプの他端から外部に取り出し、フランジ貫通孔シール部材部分を介してセンサー支持パイプをチャンバーに挿出入するストロークと、フランジ貫通孔シール部材部分を支点としたセンサー支持パイプの首振り移動範囲と、フランジの前後移動ストロークとの三者で決定されるチャンバー内の特定空間の物理量の分布計測をすることを特徴とするセンシング機構。
【請求項９】
前記請求項８において、チャンバー内が減圧雰囲気であり、また、計測すべき物理量が気体圧力、温度、湿度、ガス濃度のいずれか一つ以上であり、センサー本体が上記物理量をセンシングできるセンサー本体であることを特徴とする、請求項８に記載のセンシング機構。
【請求項１０】
前記請求項８、または請求項９に記載したセンシング機構に、センサー本体の空間位置座標を認識できる座標認識機構を装備し、センサー本体からの電気信号と座標認識機構からの座標認識信号を専用のコントローラーで処理した後、センサー本体の空間位置座標とそれに対応した物理量計測値をディスプレイに表示することを特徴とする、物理量分布計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間、特に真空チャンバー内の気体圧力（真空度）や温度分布などを計測するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
真空チャンバー内の気体圧力（真空度）や温度などの空間分布を計測するには、所望の空間位置に所望のセンサーを設置する必要がある。図２に、真空チャンバー内の気体圧力（以下、単に圧力と呼ぶ）の空間分布（以下、単に分布と呼ぶ）を計測するための従来のシステムの一例を示す。図2では、真空チャンバー２２１付近を断面図で示し、模式的に表わしている。圧力計測用の3本のピラニ真空ゲージ体２０１、２０２、２０３がチャンバー壁を貫通して取付けられている。各ピラニ真空ゲージ体の先端には、センサー本体２００が装着されている。ピラニ真空ゲージ体は、直管式形状であり、予めその長さと取付け位置を調整することにより、所望の空間位置にセンサー本体を位置決めしている。なお、この例では真空チャンバー２２１には、添加ガス導入のため導入ガス輸送管２１９や、基板ホルダー２２０、加熱ヒーター２１７、真空排気口２１８が取付けられている。
圧力分布を計測するには、ピラニ真空ゲージ体からの電気信号ケーブル２１１、２１２、２１３を真空計２２５に接続し、各空間位置の圧力（真空度）を計測すればよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来システムにおいては、ピラニ真空ゲージ体が直管形状であるため、所望計測位置に各々対応したチャンバー壁位置にピラニ真空ゲージ体を貫通取付けする必要があった。
このため、設置できるピラニ真空ゲージ体の数量には限界があり、多数計測点を設定するのが困難であった。また、図２に示すように、真空チャンバー２２１に加熱ヒーター２１７が装備されている場合には、温度分布も計測できると大変便利であるが、本例では、温度分布を計測することは不可能である。
本発明の目的は空間位置、特に真空チャンバー内の多数の所望空間位置の圧力（真空度）とその他のパラメータ（例えば温度など）を同時に計測可能とし、真空チャンバー内の圧力分布、温度分布などを計測可能としたシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明を図１を用いて説明する。図１は、本発明の圧力・温度分布計測システムの模式構成図であり、真空チャンバー１２１付近の構成は断面図により示している。
まず、導入フランジ１１３、１１４を貫通して取付けられているセンサーパイプ１０１〜１１２は、本例では各フランジに6本づつ装着されており、直径数ミリのパイプ状（又は無空棒構造）であり、自由に屈曲が可能である。
また、センサーパイプの各々の先端には、センサーチップ１００が装着されており、それからのリード線をセンサー支持体パイプ内部、又はセンサー支持体無空棒に沿わせて真空チャンバーの外側に引出し、電気ケーブル群１１５、１１６に接続している。
【０００５】
今、真空チャンバー内の圧力・温度分布を計測するには、センサー支持体を屈曲させてそのまゝの形状に保持させ、その先端にあるセンサーチップを所望の空間位置に設置する。
本例では、真空チャンバー内の圧力とともに温度分布も計測可能とするため、小型のセンサーチップには、例えば、数ｍｍ角サイズの半導体圧力・温度センサーチップを用いている。各設定空間位置の圧力と温度信号は、電気ケーブル群１１５、１１６を通してコントローラー１２５で処理され、ディスプレイ１２６に表示される。ディスプレイの表示には、例えば、各設定空間位置の圧力および温度の時系列グラフ表示など、コントローラーの設定モードにより、種々の形式の表示が可能である。
以上では、計測物理量として、圧力（真空度）と温度の２種類の計測が可能なセンサーチップを例にして説明したが、計測物理量は上記に限定されることなく、センサーチップ仕様により変更可能である。例えば、圧力・温度・湿度の三種類のパラメータの分布の計測なども可能である。
また、当然ながら一種類のみの物理量の計測も可能である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、空間、特に真空チャンバー内の所望の複数位置に物理量検出用センサーを設置でき、同時に複数の物理量（圧力、温度など）を計測できるので、所望空間の物理量の分布の計測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を実施例により説明する。
【実施例１】
【０００８】
図３は、本発明の圧力センシングユニットの一実施例を示す模式断面図である。図３−(a)は、センシングユニットの全体図であり、取付けフランジ３０８を貫通してセンサー支持パイプ３０５が設けられている。支持パイプ３０５の先端にはセンサーチップ３０１が装着されている。また、センサーからの電気信号引出し線３０８は、センサー支持パイプ３０５の中側を通って、センサー支持パイプの他端から真空チャンバーの外側に取出される構造となっている。センサーチップ装着部分（A部）の詳細を図３−(b)に示す。センサー支持パイプ３０５の先端にチップホルダー３０２を介してセンサーチップ３０１が装着されている。センサーチップ３０１からの電気信号引出し線３０７はセンサー支持パイプ３０５の中側を通って、センサー支持パイプ他端から引出される。また、センサーチップを装着しているセンサー支持パイプの先端は、真空封止部材３０４により真空封止されている。また、センサー支持パイプを屈曲・変形させる際に、パイプの「潰れ」が懸念されるパイプ形状寸法の場合には、センサー支持パイプの内部を柔軟性をもつ内部充填材で満たすことが望ましい。また、センサーチップ３０１を機械的に保護するために、剛性のある複数本の細線で構成されガードリング３０３が設けられている。
本実施例の圧力センサーユニットを、所定の真空チャンバー壁に、フランジ部分で取付け、センサー支持パイプを屈曲・変形させてセンサーチップ部分を所望の空間位置にセッティングして、圧力（真空度）を計測する。
なお、本例では、計測物理量が圧力（真空度）であるが、適切なセンサーチップを選択すれば、温度、湿度、ガス成分などの計測も可能であり、さらに、複合チップを用いれば、例えば圧力と温度などの2種以上の物理量の同時計測も可能である。
【実施例２】
【０００９】
図4は、本発明のセンシングユニットの第２の実施例を示す模式斜視図である。取付け用ビス穴４０９を有する取付けフランジ４０８に、実施例1で述べたと同様のセンサー支持パイプ４０１、４０２、４０３などが貫通配置されている。図４では、合計１２本のセンシングユニットが配備されているが、４０１〜４０３以外の残り９本のセンシングユニットについては一部を省略して描画している。
また、例えば、センサー支持パイプ４０１の先端には、センサーチップ４００が装着されており、それからの電気信号ケーブル４１５が取付けフランジの反対側に引出されている。この側には、電気信号ケーブル４１５、４１６、４１７を含む合計１２組の電気ケーブルが引出されており、電気ケーブル群４２０を構成している。
本実施例の圧力センシングユニットを、所定の真空チャンバー壁にフランジ部分で取付け、センサー支持パイプを屈曲・変形させてセンサーチップ部分を所望の空間位置にセッティングして、圧力（真空度）を計測する。
なお、本例では、計測物理量が圧力（真空度）であるが、適切なセンサーチップを選択すれば、温度、湿度、ガス成分などの計測も可能であり、さらに、複合チップを用いれば、例えば圧力と温度などの2種以上の物理量の同時計測も可能である。
【実施例３】
【００１０】
図5は、本発明の第３の実施例を示す模式図である。本例は、図３に示した圧力センシングユニットのセンサー支持パイプを、無空の棒体構造としたものである。センサーチップ支持棒５０５の先端にセンサーチップ５０１が装置されており、また、支持棒の他端は取付けフランジ５０８に固着されている。一方、センサーチップ５０１からの電気信号引出し線５０７は、支持棒５０５に添わせて配線し、電気信号ケーブルの各素線（例えば５０９）は、取付けフランジ５０８に配設されている気密封止型導入端子ピン５１０に接続されている。センサーチップ支持棒５０５は、例えば、アルミニウム線やニッケルメッキされた銅線であり、それ自体で自立しており、かつ、屈曲・変形が可能である太さを有している。
【実施例４】
【００１１】
本発明の第４の実施例を図１により説明する。図１は、真空チャンバー１２１内の所望空間位置の圧力（真空度）と温度とを測定し、その空間分布を計測するシステムの模式構成図である。本例では、実施例２で記述したと同様のセンシングユニット（センサー６本×２組）を用いている。真空チャンバー壁のセンシングユニット取付け開口部に、センシングユニットの取付けフランジ１１３、１１４を装着し、１２本のセンサー支持パイプ１０１〜１１２を屈曲変形させて、センサー支持パイプの先端に装着されているセンサーチップ（例えば１００）を所望の空間位置に配置する。本例では圧力（真空度）と温度との２種類パラメータを同時検出できるセンサーチップを用いている。また、本例では、真空チャンバー１２１の下部外壁に加熱ヒーターが設けてあり、また、チャンバー上部からは導入ガス輸送管１１９を通して導入ガスがチャンバー内に供給できる構成になっている。
本実施例のセンシングユニットの使用例は、前述の実施例１、実施例２と同様であるので、記述を省略する。
今、チャンバー内の所望の１２箇所の空間位置の圧力と温度とを測定するには、各センシングユニットからの圧力と温度との検出信号を伝送する電気信号ケーブル群１１５、１１６をコントローラー１２５に接続する。圧力と温度の検出信号は、ディスプレイ１２６に数値データ表示やグラフ表示ができるように、コントローラーで処理される。
また、コントローラーにおいて、所望する測定時間間隔で、時々刻々変動する圧力と温度とのデータの記憶・蓄積も可能である。
【００１２】
以上の構成により、ディスプレイ上には、種々の形式の圧力・温度データーの表示が可能となる。代表的な表示形式を以下に示す。
（１）特定時刻における、各測定位置の圧力と温度のデーターリスト
（２）特定時刻における、各測定位置の圧力と温度のグラフ表示
（３）特定時間間隔で圧力と温度とを測定し、これを上記（１）又は（２）の形式で実時間表示する
（４）特定空間位置のデーターを基準として、このデーターと比較することを目的として、１箇所以上の空間位置の測定データーを特定空間位置の測定データーとともに併記表示する。また、この時、特定空間位置のデーターを基準にして、他の空間位置のデーターを特定空間位置のデーターで規格化し、他の空間位置のデーター数値が特定空間位置のデーター数値の何倍であるかを併記表示することも可能である。
（５）所望の測定時間間隔毎の測定データーは、コントローラー内に記憶・蓄積されているので、必要なときにデーターを読み出して、時系列表示をすることや、測定時刻毎の各空間位置の測定データーをグラフ表示した画面を駒送り表示して、各空間位置の測定データーの時間的変動を俯瞰的に把握しやすくすることも可能である。
【実施例５】
【００１３】
図６に、本発明の第5の実施例である圧力・温度分布計測システムの模式構成図を示す。
圧力(真空度)と温度の検出ができるセンサー本体６００がセンサー支持パイプ６０１の先端に装着されており、センサー本体からの電気信号ケーブル６１５は、支持パイプの中を通って支持パイプの他端から外部に取出される。また、真空チャンバー壁６２１にはチャンバー壁開口部６２２が設けられており、この部分には、ベローズ６１０が取付けられている。さらに、ベローズ６１０の他端には、貫通孔付きフランジ６１１が取付けられている。
また、貫通孔付きフランジ６１１の貫通孔部分には、シール部材６１２が装着されており、センサー本体が装着されたセンサー支持パイプ６０１をシール部材６１２の部分から真空チャンバー側に向って挿入する構造となっている。
さらに、貫通孔付きフランジ６１１の下部は移動機構支持板６１４に固定されている。また、フランジ６１１の位置を、送りネジ６１３とこれを駆動させるためのモーター（前後移動用駆動モーター）６１７により、真空チャンバー壁に向って前後に移動させることが可能である。
上記の機構により、センサー本体６００を、センサー支持パイプ６０１の挿入ストロークと首振り角度、および貫通孔付きフランジ６１１の前後移動距離で決定される円錐台形で囲まれる空間位置にセンサー本体６００を自由に配置することができる。
さらに、センサー本体６００からの圧力・温度センサー出力信号６２０は、コントローラー６２５で信号が読み取られ、圧力・温度の数値データーに変換される。
一方、センサー本体６００の位置座標については、位置検出器（図示せず）からのセンサー本体位置検出信号ケーブル６１８を通じて、座標認識処理装置６２４によりセンサー本体の位置座標を計測する。
次に、コントローラー６２５では上記の座標認識処理装置６２４からのセンサー本体位置座標信号６１９と圧力・温度センサー出力信号６２０を取込み、センサー本体の座標位置とその点の圧力、温度との相関、あるいは、センサー本体座標位置と圧力・温度との相関データーの時系列処理、数値データー表示のためのデーター処理、データーのグラフィック表示のための処理などが行われる。コントローラー６２５からの出力信号は、ディスプレイ６２６に送出され、コントローラー６２５で指定した各種の表示形式で真空チャンバー内の所望空間位置の圧力と温度をディスプレイ６２６上に表示させることができ、所望空間の圧力分布、温度分布の計測ができる。
ディプレイ上の表示形式については、前述の実施例４に類似しているので、具体的な記述を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明は、真空チャンバー内の圧力や温度などの物理量の分布の計測に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明、および本発明の第４の実施例である、気体圧力・温度分布計測システムの模式構成図
【図２】従来の気体圧力分布計測システム
【図３】本発明の第１の実施例を示す模式断面図
【図４】本発明の第２の実施例を示す模式斜視図
【図５】本発明の第３の実施例を示す模式断面図
【図６】本発明の第４の実施例を示す模式構成図
【符号の説明】
【００１６】
１００：センサーチップ
１０１〜１１２：センサー支持パイプ
１１３、１１４、４０８、５０８：導入フランジ
１２０：基板ホルダー
１２１、２２１：真空チャンバー
１２５、６２５：コントローラー
１２６、６２６：ディスプレイ
２００：センサー本体
２０１、２０２、２０３：ピラニ真空ゲージ体
２２５：真空計
３０１、４００、５０１：センサーチップ
３０５、４０１、４０２、４０３、６０１：センサー支持パイプ
５０５：センサーチップ支持棒  
６２１：真空チャンバー壁
６２４：座標認識処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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