(57)【要約】  ピラニ圧力計は、プラチナ及びインジウムを含む合金から形成されるコイル状の加熱された例えば９０／１０Ｐｔ／Ｉｒである感知要素を備えている。これは、圧力計が腐食性の環境に配置されることを可能にし、また、長期間を通して１０-4mbarの低さの圧力を確実に測定できるようにする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラチナ及びインジウムを含む合金から形成されるコイル状の加熱されたフィラメントを備えた熱伝導率圧力計であって、
前記合金におけるプラチナの量は、少なくとも７０％である熱伝導率圧力計。
【請求項２】
前記合金は、およそ９０％のプラチナ及び１０％のイリジウムを備えた請求項１に記載の圧力計。
【請求項３】
前記フィラメントを熱するために前記フィラメントに電流を供給する手段を備えた請求項１又は２に記載の圧力計。
【請求項４】
前記フィラメントは、非直線的な配置で形成される上記請求項いずれか１つに記載の圧力計。
【請求項５】
前記フィラメントは、実質的にＶ字形を有している請求項４に記載の圧力計。
【請求項６】
前記フィラメントは、前記圧力計内のガス圧力を表す電気的出力信号を生成するように配置される電気ブリッジの１辺を形成する上記請求項いずれか１つに記載の圧力計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力計に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力計の１つの周知の型は、ピラニ真空計である。そのような計器は、温度がその電気抵抗に関して測定される加熱フィラメントを使ってガス圧力を測定するのに用いられる。フィラメントがその周囲に対する熱を損失する速度は、ガス圧力の関数であり、それゆえ、計器が真空を測定できるようにするのに用いられ得る。
【０００３】
ピラニ真空計では、フィラメントは、ホイートストンブリッジ回路の辺に存在する。計器は、一定温度又は一定電圧モードのいずれかで動作し得る。前者のモードでは、フィラメントを一定温度に維持するように供給される電力は、ガス圧力の変化と共に変化し、それゆえ、この電力は、真空の程度の測定として動作する。後者のモードでは、その変化は、ブリッジの電気的不均衡のガス圧力を用いて、真空の程度の測定として動作する。
【０００４】
ピラニ真空計のフィラメントは、典型的には、伝導によるワイヤからの熱損失を最小にするために適当な支持部に装着されるワイヤを備えている。ＢＯＣ Ｅｄｗａｒｄｓ ＡＰＧ−ＭＰピラニ真空計は、プラチナ／ロジウム合金から形成されるフィラメントを含んでいる。ワイヤに対するプラチナ又はＰｔ／Ｒｈ合金などの材料の利用は、計器がアプリケーションを処理する半導体で典型的に遭遇する１０-3mbarの下の圧力を測定できるようにする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近、そのような腐食性の環境において、１０-4mbarの低さの圧力を測定する要求が高まっている。ピラニ真空計のレンジを増大させるために、コイル化によってフィラメントの長さを長くし、それによって、計器のサイズの増大を最小化する一方で、フィラメント支持部を通る熱損失の影響を低減させることが知られている。例えば、ＢＯＣ Ｅｄｗａｒｄｓ ＡＰＧ−Ｌピラニ真空計は、金塗装タングステンから形成されるコイルフィラメントを含んでおり、１０-4mbarの下の圧力を測定することができる。しかしながら、フッ素などの腐食性媒体に対する上記フィラメントの延長された露出は、計器の実効寿命を劇的に減少させる。フィラメントをプラチナ又はプラチナ／ロジウム合金から形成されるフィラメントと置換することは、これらの材料から形成されるワイヤが許容できる計器サイズの範囲内で必要とされるフィラメント長を達成するのに十分にきつく巻きつけられ得ないので、実際的ではない。結果として、相対的に高価なキャパシタンス圧力計がこの目的に対して用いられるのが通常である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この問題に取り組むために、本発明は、プラチナ及びイリジウムを含む合金であって、合金におけるプラチナの量が少なくとも７０％であり、望ましくはおよそ９０％のプラチナと１０％のイリジウムである合金から形成される加熱されたコイルフィラメントを備えた熱伝導率圧力計を提供する。Ｐｔ又はＰｔ／Ｒｎ合金から形成されるフィラメントと対照すると、Ｐｔ／Ｉｒ合金の機械的特性は、ワイヤが相対的にきつく巻きつけられるようにする一方で、合金の熱特性は、計器が１０-4mbarの下の圧力を測定するようにする。なお、合金の化学的特性は、フィラメントがタングステン又は金塗装タングステンから形成される従来の計器と比較して優れた耐食を提供する。
【０００７】
結果として、本発明は、１０-4mbarの低さの圧力が腐食性の環境において測定されることを必要とする半導体製造アプリケーションにおいて利用するのに適した相対的に低コストの圧力計を提供することができ、この目的に対して典型的に提供される従来のピラニ真空計と比較して優れた信頼性を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ここで、本発明の実施形態が、例を通して、図面を参照して以下に更に説明される。
【０００９】
最初に図１を参照すると、ピラニ真空計のヘッド部の第１の実施形態は例えば、ガラス又はセラミックから形成されるベース１０を電気的に絶縁している耐食（腐食性の抵抗）を備えており、環境が監視されるように通信するようになされたエンベロープ（図示されていない）の一部を形成している。そのような環境の例は、排出中の又は低い圧力に維持された格納装置、又は真空ポンプの排気を含む。
【００１０】
フィラメントから電気的に絶縁される耐食ロッド１２の一端は、絶縁物質から作られたベース１０に埋め込まれている。電気的に絶縁しているボビン１４は、ロッド１２の他端に取り付けられている。２つの電気的に導通する金属ピン１６、１８はまた、ベース１０に埋め込まれている。ピン１６、１８の（図示される）下端は、図３に示されるホイールストンブリッジ回路２０に対する接続ピンを提供する。
【００１１】
フィラメント２２は、ピン１６、１８の上端にスポット溶接される。フィラメント２２は、プラチナ及びイリジウムの合金から作られる単一長さのコイル状ワイヤのから形成される。本実施形態では、フィラメントは、（重量が）９０％のＰｔ及び１０％のＩｒを含む９０／１０Ｐｔ／Ｉｒ合金から作られている。フィラメント２２は、フィラメント２２が“Ｖ”配置のピン１６、１８の間の僅かな張力の下で保持されるように、望ましくは、ボビンに形成される円周の溝の範囲内でボビン１４を通り越す。
【００１２】
図２に示される別の実施形態では、ピラニ真空計ヘッド部は、第１の実施形態と同様な電気的に絶縁しているベース１０を備えている。耐食性の電気的に通電するロッド２４は、ベース１０に埋め込まれている。ロッド２４の（図示される）下端は、第１の接続ピンをホイートストンブリッジ回路２０に提供する。ロッド２４の上端は、ロッド２４の主要部分に対して“Ｌ”形状の部分を有している。第１の実施形態と同様に、金属ピン２６はまた、ベース１０に埋め込まれ、ピン２６の（図示される）下端は、第２の接続ピンをホイートストンブリッジ回路２０に提供する。フィラメント２８は、ピン２６の上端及びロッド２４の上端にスポット溶接される。第１の実施形態と同様に、フィラメント２８は、プラチナ及びイリジウムの合金から作られる単一長さのコイル状ワイヤから形成される。本実施例でもまた、フィラメントは、９０／１０ ＰＩ／Ｉｒ合金から作られる。
【００１３】
図３を参照すると、ホイートストンブリッジ回路２０は、通常の４つの抵抗Ｒｉ、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４を有しており、それぞれは、ブリッジ回路２０のそれぞれの辺に提供され、Ｒｉ、Ｒ３及びＲ４は固定抵抗であり、Ｒ２はピラニ真空計のフィラメントの抵抗である。ブリッジ回路２０の平衡条件は、Ｒ２＝Ｒｉ・Ｒ４／Ｒ３によって与えられる。
【００１４】
利用時に、演算増幅器は、全ての時間でブリッジが平衡を維持することを確実にする電圧をブリッジに供給する。この場合に、フィラメントの熱い抵抗は、一定を維持する。これは、ブリッジの他辺の一定の抵抗によって支配される。計器ヘッド部の圧力が増えると、例えば、フィラメントからの熱損失が増大する。演算増幅器は、その平衡を確実にするためにブリッジに対する電圧を増大させる。このモードの動作では、供給電圧は、圧力指示器として用いられる。計器の較正は、供給電圧の圧力への変換を可能にする。
【００１５】
上述した両方の実施形態では、計器のフィラメントは、プラチナ及びイリジウムの合金から形成され、好ましい組成は、Ｐｔ及びＩｒの重量の異なる割合が提供されてもよいが、９０／１０ Ｐｔ／Ｉｒである。この合金の機械的特性は、フィラメントが１０-4mbarの下の圧力を測定するのに典型的に用いられるタングステン又は金塗装タングステンフィラメントを置き換えることができるようにするために、ワイヤが実質的にきつく巻きつけられるようにする一方で、合金の化学的特性は、Ｗ又はＡｕ塗装のＷから形成される従来のフィラメントと比較して改善された耐食を提供する。
【００１６】
例えば、図４は、気圧において２０％のフッ素を含む大気内に１９日の間ずっと配置された５つのピラニ真空計を用いて実行されたテストの結果を示すグラフである。これらの計器の３つは、それぞれが９０／１０ Ｐｔ／Ｉｒフィラメントを有している図２に例証される第２の実施形態に従う計器である。４つの計器は、フィラメントがＡｕ塗装されたＷフィラメントを備えたということを除いて、第１の３つの計器と同様であり、５つの計器は、ここではフィラメントがＷフィラメントを備えているということを除いて、第１の３つの計器と再度同様である。
【００１７】
図４の矢印３５及び３８のそれぞれによって指示されるように、従来のＷ又はＡｕ塗装されたＷフィラメントを含む計器からの読み出し結果は、フッ素大気によるフィラメント劣化のため、５日の露出後に少なくとも２ボルト落ちた。対照すると、Ｐｔ／Ｉｒフィラメントを含む３つの計器からの読み出しは、矢印４０で指示され、全てのテスト時間にわたって実質的に一定を維持し、Ｐｔ／Ｉｒ合金の優れた耐食を指示する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ピラニ真空計のヘッド部の一実施形態の表示を例証したものである。
【図２】ピラニ真空計のヘッド部の第２の実施形態の表示を例証したものである。
【図３】計器ヘッドのフィラメントを取り込んだ制御回路を例証したものである。
【図４】フッ素環境に配置された多数の異なる計器からの読み出しの時間変化を例証したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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