真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計
【課題】真空計内部における皮膜形成を抑制すること。
【解決手段】真空処理装置にバルブ２を介して取り付けられ、該真空処理装置内の圧力を計測する冷陰極電離真空計１と、バルブ２の開閉制御を行う第１制御機器２１と、冷陰極電離真空計１と通信線及び電源用ケーブルを介して接続されるとともに第１制御機器２１と信号線を介して接続され、第１制御機器２１からバルブ２の開閉制御信号が入力される第２制御機器２２とを備え、バルブ２が開状態にあるときに、冷陰極電離真空計１の放電が開始されて計測が実施され、バルブ２が閉状態にあるときに、冷陰極電離真空計１の放電が停止されて計測が終了される真空計システムを提供する。
【解決手段】真空処理装置にバルブ２を介して取り付けられ、該真空処理装置内の圧力を計測する冷陰極電離真空計１と、バルブ２の開閉制御を行う第１制御機器２１と、冷陰極電離真空計１と通信線及び電源用ケーブルを介して接続されるとともに第１制御機器２１と信号線を介して接続され、第１制御機器２１からバルブ２の開閉制御信号が入力される第２制御機器２２とを備え、バルブ２が開状態にあるときに、冷陰極電離真空計１の放電が開始されて計測が実施され、バルブ２が閉状態にあるときに、冷陰極電離真空計１の放電が停止されて計測が終了される真空計システムを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷陰極電離真空計は、陽極と陰極とを有し、陰極から放出した電子が測定子容器内における気体に衝突することで測定子容器内の気体をイオン化し、イオン化気体が陽極に捕集されることにより発生する電流を測定して、圧力を測定する装置であり、加熱されたフィラメントを用いない測定素子構造である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−６４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷陰極電離真空計においては、計測対象の真空容器から測定子容器内に流入し存在する残留ガス(例えば、製膜装置に適用された場合においては、水素、シラン、ジボラン、ホスフィン等の製膜ガス）が、放電時に電子衝撃を受けて分解、イオン化し、陰極や陽極に電気を通しにくい皮膜を形成する。このような残留ガスによる皮膜は、残留ガス濃度、放電時の圧力、放電時間が大きいほど多く形成される。
【０００５】
上記真空計の陰極および陽極における皮膜形成は、測定感度の低下を招き、装置の信頼性を低下させる。また、計測感度の低下で、真空遷移時には過剰の真空遷移時間が必要となることから、当該真空計が取り付けられている真空処理装置、例えば、プラズマＣＶＤ装置などの稼働率を低下させる要因となる。更に、上記真空計の電極が汚れるために真空計取替えのメンテナンスが頻繁に実施され、真空処理装置の更なる稼働率低下を招いていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、真空計内部における皮膜形成を抑制することのできる真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、真空処理装置にバルブを介して取り付けられ、該真空処理装置内の圧力を計測する冷陰極電離真空計と、前記バルブの開閉制御を行う第１制御手段と、前記冷陰極電離真空計と通信線及び電源用ケーブルを介して接続されるとともに前記第１制御手段と信号線を介して接続され、前記第１制御手段から前記バルブの開閉制御信号が入力される第２制御手段とを備え、前記バルブが開状態にあるときに、前記冷陰極電離真空計の放電が開始されて計測が実施され、前記バルブが閉状態にあるときに、前記放電が停止されて計測が終了される真空計システムを提供する。
【０００８】
冷陰極電離真空計における皮膜形成について詳細に検討を進めたところ、冷陰極電離真空計と計測対象の真空容器との間にバルブを設けて、計測時以外はガスの通過を遮断することとしていても、冷陰極電離真空開において常時に放電を維持する形態のために、計測時以外にも残留ガスの分解が行なわれて陰極や陽極に皮膜が形成され続け、皮膜が多く形成されることが判明した。
そこで、本発明は、上記のように、真空処理装置と冷陰極電離真空計との間に介在するバルブの開閉に連動して冷陰極電離真空計における放電の実行及び停止を制御することとした。これにより、冷陰極電離真空計における放電期間を従来のように常時に放電維持するのではなく、バルブが開状態にある期間、すなわち、真空処理装置の内圧の測定に使用される期間に限ることができる。この結果、バルブを閉じて真空処理装置内のガスが流通させないとともに、冷陰極電離真空計内の若干量の残留ガスについても放電する期間を大幅に短縮することができ、冷陰極電離真空計における陰極および陽極における皮膜形成を効果的に抑制することが可能となり、冷陰極電離真空計におけるメンテナンス時期を遅らせることができ、真空処理装置の稼働率向上を図ることができる。
【０００９】
上記真空計システムにおいて、前記電源用ケーブルの途中に設けられ、前記第１制御手段からの制御信号に基づいて、前記第２制御手段から前記冷陰極電離真空計への電源供給を遮断する電源遮断手段を備え、前記第１制御手段は、前記バルブの開閉制御信号に同期した制御信号を前記電源遮断手段に出力することとしてもよい。
【００１０】
このような構成によれば、第２制御手段と冷陰極電離真空計との間の電源用ケーブルの途中に設けられた電源遮断手段により、第２制御手段から冷陰極電離真空計への電源供給が遮断され、冷陰極電離真空計における放電の実行及び停止が制御されることとなる。これにより、リレーユニットなどによる電源遮断手段という簡素な構成により、冷陰極電離真空計における放電の実行及び停止を制御することが可能となる。
【００１１】
上記真空計システムにおいて、前記第２制御手段は、前記第１制御手段から入力される前記バルブの開閉制御信号に基づいて、前記電源用ケーブルを通じた前記冷陰極電離真空計への電源の供給及び遮断を制御する手段を具備することとしてもよい。
【００１２】
このような構成によれば、第２制御手段の内部に設けた電源の供給及び遮断をする手段の作動により、第２制御手段から冷陰極電離真空計への電源の供給及び遮断が制御され、冷陰極電離真空計における放電の実行及び停止が制御されることとなる。これにより、一層に簡素な構成により、冷陰極電離真空計における放電の実行及び停止を制御することが可能となる。
【００１３】
上記真空計システムにおいて、前記第２制御手段は、前記第１制御手段から入力される前記バルブの開閉制御信号に基づく放電制御信号を前記冷陰極電離真空計へ出力し、前記冷陰極電離真空計は、前記放電制御信号に基づいて前記放電を実施するための電源供給の動作制御手段を具備し、前記放電の実行及び停止を制御することとしてもよい。
【００１４】
このような構成によれば、第２制御手段から冷陰極電離真空計に対して、バルブの開閉制御信号に基づく放電制御信号を送信し、冷陰極電離真空計において、当該放電制御信号に基づいて放電を実施するための電源供給手段を作動させて、前記放電の実行及び停止が制御されることとなる。これにより、バルブの開閉に連動して放電の実行及び停止を制御することが可能となる。また、上記構成によれば、冷陰極電離真空計における放電停止期間においても、第２制御手段からの電源供給が維持されるため、冷陰極電離真空計の健全性に関する情報を冷陰極電離真空計から第２制御手段へ送信することが可能となる。これにより、ユーザに対する冷陰極電離真空計の状態提示が可能となる。
【００１５】
本発明は、真空処理装置と、前記真空処理装置の圧力を計測する上記いずれかの真空計システムとを備える真空処理システムを提供する。
【００１６】
本発明は、真空処理装置にバルブを介して取り付けられ、該真空処理装置内の圧力を計測する冷陰極電離真空計であって、前記バルブが開状態にあるときに放電が開始されて計測が実施され、前記バルブが閉状態にあるときに、前記放電が停止されて計測が終了される冷陰極電離真空計を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、冷陰極電離真空計内部における皮膜形成を抑制し、測定感度の低下を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る真空処理システムの概略構成を示した図である。
【図２】図１に示した冷陰極電離真空計の圧力測定子部分の概略構成例を示した断面模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る真空計システムの概略構成を示した図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る真空計システムの各部から出力される信号のタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る第２制御機器の概略内部構造を示したブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る真空計システムの各部から出力される信号のタイミングチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態に係る冷陰極電離真空計の駆動系に関する構成を示したブロック図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る真空計システムの各部から出力される信号のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の第１実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計について図面を参照して説明する。以下の説明では、真空処理装置としてプラズマＣＶＤ装置などの製膜装置を例示して説明するが、本発明は、この限りではない。例えば、スパッタリング装置、アッシング装置、ドライエッチング装置などの公知の真空処理装置に広く適用することができる。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る真空処理システム１０の概略構成を示した図である。図１に示すように、真空処理システム１０において、冷陰極電離真空計１は、バルブ２を介して真空処理装置である製膜装置３に取り付けられている。
図１に示した真空処理システム１０における真空排気は、まず、大気圧からドライポンプ４による粗引排気ライン５で排気が行われ、圧力が１０Ｐａから１００Ｐａ前後になると、粗引排気ライン５から高真空排気ライン６へ切り替えられ、ターボ分子ポンプ７およびドライポンプ４による高真空排気ライン６で１０−５Ｐａから１０−８Ｐａの範囲における真空引きが行われる。
【００２１】
低真空領域における製膜装置３内の圧力計測はピラニ真空計８にて行われ、高真空排気ライン切替後の高真空領域における製膜装置３内の圧力計測は冷陰極電離真空計１により行われる。なお、製膜中の圧力は、バルブ２を閉じて冷陰極電離真空計１を用いずに、バラトロン真空計９で計測され、所定の圧力になるよう真空排気系統のＣＶ弁１１を調整することで制御される。
【００２２】
図２は、冷陰極電離真空計１の圧力測定子部分の概略構成例を示した断面模式図である。図２に示す冷陰極電離真空計１は、逆マグネトロン型真空計であり、陰極である測定子容器１２と、その内部に形成された放電空間１３に置かれた陽極１４とを有している。製膜装置３内（図１参照）の圧力計測時においては、バルブ２（図１参照）が開状態とされることにより、製膜装置３内の気体がフィルタ部１５を介して測定子容器内に流入されて製膜装置３内と放電空間１３とが通気可能な状態とされ、この状態で製膜装置３内の圧力が測定される。
圧力測定時においては、高圧電源１６から陰極としての測定子容器１２と陽極１４との間に高電圧（例えば、３０００Ｖ以上６０００Ｖ以下）を印加し、放電空間１３内に放電を発生させ、放電中に流れた電流を電流検出部１７により測定することにより製膜装置３内の圧力が計測される。この高圧電源１６は、例えば２４Ｖの直流電源を図示しない昇圧部で高電圧出力とすることができる。また周囲にマグネット１８を設置して磁場で囲むことでマグネトロン効果により放電を維持する効果がある。
【００２３】
図３は、本実施形態に係る真空計システムの概略構成を示した図である。本実施形態に係る真空計システムは、第１制御機器（第１制御手段）２１と、第２制御機器（第２制御手段）２２とを備えている。
第１制御機器２１、第２制御機器２２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体等を搭載しており、該記憶媒体に格納されているプログラムをＲＡＭに読み出して実行することにより、後述する各種制御等を実現させるものである。
【００２４】
第１制御機器２１は、冷陰極電離真空計１と製膜装置３との間に介在するバルブ２の開閉制御を行う。具体的には、バルブ２は、空気圧によって開閉する空圧バルブである。第１制御機器２１とバルブ２との間には、電磁弁２３が介在しており、第１制御機器２１が電磁弁２３にバルブ２の開閉を制御する開閉制御信号を出力し、この開閉制御信号に基づいて電磁弁２３が作動してバルブ２に送る空気圧を制御することにより、バルブ２の開閉が制御される。
【００２５】
第２制御機器２２は、第１制御機器２１と信号線を介して接続されており、第１制御機器２１からバルブ２の開閉制御信号が入力される。また、第２制御機器２２は、通信線及び電源用ケーブルを介して冷陰極電離真空計１と接続されている。具体的には、第２制御機器２２は、ＲＳ−２３２Ｃを介して冷陰極電離真空計１と接続されており、ＲＳ−２３２Ｃのうちの一本の通信線が本実施形態においては２４Ｖの電圧を供給する電源用ケーブルとして用いられ、他の通信線で計測信号を通信している。なお、供給する電圧は周辺機器の動作範囲であれば任意の電圧で良く２４Ｖに限定するものではない。
【００２６】
電源用ケーブルには、第１制御機器２１からの制御信号Ｓｒに基づいて冷陰極電離真空計１への電源供給及び電源遮断を切り替えるリレーユニット（電源遮断手段）２４が設けられている。
【００２７】
図４は、第１制御機器２１から電磁弁２３に出力されるバルブ２の開閉制御信号Ｓｖ、第２制御機器２２から電源用ケーブルに出力される２４Ｖの電圧信号Ｖｐｇｉｎ、リレーユニット（Ｒ／Ｕ）２４の制御信号Ｓｒ、リレーユニット２４から冷陰極電離真空計１に供給される電圧信号Ｖｐｇｏｕｔ、および冷陰極電離真空計１における放電のタイミングが示されたタイミングチャートである。
【００２８】
以下、図４を用いて図３に示した真空計システムの動作タイミングについて説明する。
まず、製膜装置３において真空引きが開始されると、第１制御機器２１から電磁弁２３に出力される開閉制御信号Ｓｖがオン状態（開状態）とされ、これに同期して、第１制御機器２１からリレーユニット２４に出力される制御信号Ｓｒがオン状態となる。ここで、第２制御機器２２からは電源用ケーブルに２４Ｖの電圧が常時供給されているので、電圧信号Ｖｐｇｉｎは常にオン状態、すなわち、２４Ｖを保っている。
【００２９】
また、リレーユニット２４における制御信号Ｓｒがオン状態となることで、第２制御機器２２から出力された２４Ｖの電圧信号はリレーユニット２４を介して冷陰極電離真空計１に供給される。これにより、冷陰極電離真空計１には電源が供給されることとなり、放電が実行される（Ｖｐｇｏｕｔがオン状態）。
【００３０】
具体的には、冷陰極電離真空計１においては、上記バルブ２が開状態とされることで、図２に示した放電空間１３に製膜装置内の気体が流入する。そして、２４Ｖの電圧から放電開始電圧まで昇圧されると放電が開始され、そのときの放電電流が電圧検出部１７によって検出されることにより、真空度が測定される。このとき、計測された真空度は、通信線を介して冷陰極電離真空計１から第２制御機器２２へ通知される。そして、所定の真空度に達すると、第２制御機器２２から第１制御機器２１へ制御信号Ｓｔを出力して、高真空排気を完了する。すると、製膜装置３に設けられた処理基板が通過できるゲート弁（図示略）が開けられ、基板搬送装置（図示略）により製膜装置３内に基板が搬入され、ゲート弁が閉じられる。
【００３１】
基板搬入が完了してから所定期間後（例えば、５秒後）において、第１制御機器２１から電磁弁２３に出力される開閉制御信号Ｓｖがオフ状態（閉状態）とされる。これにより、バルブ２が閉状態とされることで、製膜装置３と冷陰極電離真空計１における放電空間１３との気体流通が遮断され、冷陰極電離真空計１内に製膜装置３内の気体が流入しなくなる。
また、上記開閉制御信号Ｓｖに同期して、リレーユニット２４の制御信号Ｓｒがオフ状態とされる。これにより、リレーユニット２４から冷陰極電離真空計１への電源供給が遮断され、冷陰極電離真空計１における放電が停止され、真空度の測定が終了される（Ｖｐｇｏｕｔがオフ状態）。
【００３２】
この状態において、製膜装置３においては、製膜材料ガス供給が開始され、バラトロン真空計９で製膜装置３内の圧力を調整し、放電電極（図示略）にプラズマが発生させられることにより、基板上に製膜がされる製膜工程が実施される。そして、製膜が終了して、プラズマがオフとされると、それから所定期間後にバルブ２の開閉制御信号がオン状態とされるとともに、これに連動して、リレーユニット２４の制御信号もオン状態とされる。これにより、冷陰極電離真空計１への電源供給が再開されて真空度を測定する（Ｖｐｇｏｕｔがオン状態）。そして、この状態で真空引きが開始され、高真空到達後にゲート弁（図示略）が開けられて基板が搬出され、以降、上記と同様の制御が繰り返し行われることとなる。
【００３３】
以上説明してきたように、本実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム１０並びに冷陰極電離真空計１によれば、リレーユニット２４などの電源遮断手段を第２制御機器２２と冷陰極電離真空計１との間の電源用ケーブルの途中に設け、製膜装置３などの真空処理装置と冷陰極電離真空計１との間に設けられ、真空処理装置内と冷陰極電離真空計１の放電空間とを流通及び遮断させるバルブ２の開閉に連動して、冷陰極電離真空計１への電源の供給及び遮断を制御させる。これにより、製膜処理が実施されている期間において冷陰極電離真空計１の放電を停止させることができる。
【００３４】
すなわち、冷陰極電離真空計１は、印加電圧が高く（例えば、３０００Ｖ以上６０００Ｖ以下）、冷陰極電離真空計１の起動に数秒程度の時間を要するために、真空度を計測するタイミングに頻繁に電源をオンにしてもすぐには真空度の計測ができないため、また、制御系の複雑化を避けるために、非計測期間の電源をオフにすることが運用上されていない。したがって、従来においては、真空処理装置の真空度を計測するために、冷陰極電離真空計１を一度起動させてしまうと、電源オン状態が維持され、放電が常に行われていた。つまり、図４に示したタイミングチャートに照らせば、１回目の真空引きが開始されるタイミングで冷陰極電離真空計１の放電が開始されると、その放電は、全ての基板における製膜処理が終了するまで維持されていた。
【００３５】
これに対し、本実施形態に係る真空計システムでは、図４に示したように、冷陰極電離真空計による真空度測定の期間以外は、放電への電源供給をオンとオフするという簡素な制御で放電を停止させる（Ｖｐｇｏｕｔがオフの期間）。ここで、製膜処理のタクトタイム（図４に示すように、ある基板を対象とした真空引きが開始されてから、次の基板を対象とした真空引きが開始されるまでの１サイクルの期間）に対する冷陰極電離真空計１の使用期間は５０％にも満たない。また、通常のバッチ式基板処理では、タクトタイムが３分程度と比較的長い時間を要していることから、冷陰極電離真空計１の電源をオンにして真空度を計測できるタイミングが数秒程度ずれても、全体の処理工程に及ぼす影響はほとんど発生しない。したがって、真空度の測定が必要とされる期間以外の期間は、冷陰極電離真空計１における放電を停止させることにより、従来に比べて放電時間を大幅に短縮することができ、放電による陰極および陽極への皮膜形成を効果的に抑制することができる。この結果、冷陰極電離真空計１のメンテナンスの間隔を延ばすことができ、当該冷陰極電離真空計が適用される真空処理装置の稼働率を向上させることが可能となる。
【００３６】
以下の表１は、本実施形態に係る真空計システムの効果を示したものである。表１には、従来の運用のように常時放電をさせた場合と、本発明の真空計システムによる放電を行った場合における放電不良頻度、メンテナンス頻度、放電不良による稼働率低下割合、及び稼働率上昇値が示されている。
【００３７】
【表１】
【００３８】
上記表１において、放電不良頻度は以下の式で計算される。
【００３９】
放電不良頻度［％］＝放電不良発生時間／真空処理装置の稼働時間×１００
【００４０】
ここで、放電不良発生時間とは、プラズマ処理が終了後に高真空排気を行い、冷陰極電離真空計１が所定の計測時間以上に計測を継続している時間である。具体的には、図１におけるＲＶが閉、ならびにＭＶが開となって高真空排気が開始されてから冷陰極電離真空計１がオフとなるまでの時間が所定の正常時間より長い場合の時間の差であり、本実施形態においては、この時間の差が５秒以上長い場合をカウントしたものである。または、第２制御機器２２の表示部（図示略）が異常値を示した時間も併せて放電不良発生時間に含めている。
【００４１】
また、メンテナンス頻度［％］は、以下の式で計算される。
【００４２】
メンテナンス頻度［％］＝１回当たりのメンテナンス時間×年間メンテナンス回数／真空処理装置の年間稼働時間
【００４３】
ここで、本発明におけるメンテナンス頻度は、０．１０［％］とされているが、これは例えば年間におい通常に実施される定期メンテナンスの頻度に相当し、冷陰極電離真空計１に皮膜が形成されることなどによる不良に起因したメンテナンスが起因した頻度ではない。
【００４４】
また、放電不良による稼働率低下割合は、放電不良頻度［％］＋メンテナンス頻度［％］で計算される。
【００４５】
改善による稼働率上昇率は、以下の式で計算される。
【００４６】
改善による稼働率上昇率＝従来の稼働率低下割合−本発明の稼働率低下割合
【００４７】
上記のように、表１から製膜装置の稼働率が従来に比べて向上していることが検証された。
【００４８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計について図を参照して説明する。
上述した第１実施形態では、電源用ケーブルにリレーユニット２４を設け、このリレーユニット２４により、第２制御機器２２から冷陰極電離真空計１への電源供給を遮断することにより、冷陰極電離真空計１における放電の実行及び停止を制御していた。したがって、リレーユニット２４などを設ける必要性が生じ、コストアップや装置の大型化を招く可能性があった。
この点を解消するべく、本実施形態では、第２制御機器２２内において、冷陰極電離真空計１への電源供給の制御を行うこととしている。
以下、本実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計について上記第１実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００４９】
図５は、本実施形態に係る第２制御機器２２´の概略内部構造を示したブロック図である。図５に示すように、第１制御機器２１と通信を行うための第１インターフェース３１と、冷陰極電離真空計１との間で通信を行うとともに、冷陰極電離真空計１へ電力供給を行うための第２インターフェース３２とが設けられている。電源３３から供給される交流電圧は、ＡＣ／ＤＣ変換器３４により直流電圧に変換されて第２インターフェース３２に出力される構成とされている。電源３３と第２インターフェース３２内に設けられた冷陰極電離真空計１への電力供給のアース側経路との間には、電源供給を遮断する切替部３５が設けられている。切替部３５の一例としては、例えば、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの公知のスイッチング素子が挙げられる。
【００５０】
上記切替部３５は、第１インターフェース３１を介して入力されるバルブ２の開閉制御信号により制御されるようになっている。具体的には、第１インターフェース３１を介して入力されたバルブ２の開閉制御信号が変圧器（例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ）３６を介して切替部３５（例えば、バイポーラトランジスタのベース）に印加されるような構成とされている。
【００５１】
これにより、例えば、バルブ２の開閉制御信号としてオン信号が入力された場合には、このオン信号の電圧が変圧器３６によってバイポーラトランジスタのベース電圧に適した電圧に変換され、切替部３５のベースにＶｂが印加される。これにより、切替部３５（バイポーラトランジスタ）がオン動作となり、アース側のラインが導通する。これにより、電源３３からの電圧が第２インターフェース３２、電源用ケーブルを介して冷陰極電離真空計１へ供給される電源のアース側が接続されるので、冷陰極電離真空計１へ電流が導通し、計測が可能となる。
【００５２】
ここで、電源用ケーブルとしては、例えば、上述した第１実施形態と同様に、ＲＳ−２３２Ｃのうちの一本の通信線が使用される。
また、バルブ２の開閉制御信号としてオフ信号が第１インターフェース３１から入力された場合には、トランジスタのゲートにオン電圧が印加されないこととなり、バイポーラトランジスタがオフする。これにより、第２インターフェース３２内に設けた電力供給Ｖｏｕｔのアース側電流経路がオフとなることで電源供給が遮断され、冷陰極電離真空計１への電源供給が遮断される。
【００５３】
このように、本実施形態では、バルブ２の開閉制御信号を切替部３５の制御信号として用いることにより、電源３３から第２インターフェース３２への電圧の供給及び遮断を制御して、冷陰極電離真空計１への電源供給を制御している。
【００５４】
また、第２制御機器２２の制御部（例えば、ＣＰＵ、ＩＣなどのデジタル素子で構成されている）３７に第１インターフェース３１から入力されるバルブ２の開閉制御信号、第２インターフェース３２から入力される冷陰極電離真空計１の状態信号が入力されるようになっている。また、デジタル素子の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換器３４から出力される２４Ｖの電圧から採るような構成とされている。
【００５５】
制御部３７は、表示部３８に接続されており、第２インターフェース３２から入力される冷陰極電離真空計１の状態を表示部３８に表示させる。これにより、冷陰極電離真空計１に電源供給されている期間に限って冷陰極電離真空計１の動作状態をユーザに通知することが可能となる。
【００５６】
図６は、第１制御機器２１から出力されるバルブ２の開閉制御信号Ｓｖ、第２制御機器内における切替部３５の入力信号（ここでは、バイポーラトランジスタのベース電圧信号）Ｖｂ、第２インターフェース３２から出力される電源信号Ｖｏｕｔ、および冷陰極電離真空計１における放電のタイミングが示されたタイミングチャートである。
【００５７】
ここで、バルブ２の開閉制御信号Ｓｖについては、図４に示した第１実施形態に係るバルブ２の開閉制御信号Ｓｖと同様である。図４に示すように、バルブ２が開状態にある場合には、切替部３５であるスイッチング素子のベースに対してオン電圧が供給されることにより、第２制御機器２２´から冷陰極電離真空計１に電源が供給され、放電が実施され、真空度が計測される。一方、バルブ２の開閉制御信号がオフ状態となると、切替部３５のスイッチング素子のベースに対してオン電圧が供給されなくなるため、第２制御機器２２´から冷陰極電離真空計１への電源供給が停止され、放電が停止され真空度の計測が終了する。
【００５８】
以上説明してきたように、本実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計によれば、第２制御機器内において、冷陰極電離真空計１への電源供給を制御するので、第２制御機器内の制御基板にスイッチング素子等を追加するなどの簡便な改良により、冷陰極電離真空計１における放電を容易に制御することが可能となる。
【００５９】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計について図を参照して説明する。
上述した第１実施形態では、第２制御機器２２と冷陰極電離真空計１とを接続する電源用ケーブル設けられたリレーユニット２４により、冷陰極電離真空計１への電源供給を制御していたが、本実施形態では、冷陰極電離真空計内に設けられた、放電を実施するための電源供給の動作制御手段により、放電を制御することとしている。
【００６０】
以下、本実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計について上記第１実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００６１】
図７は、本実施形態に係る冷陰極電離真空計の駆動系に関する構成を示したブロック図である。本実施形態においては、第１制御機器２１から出力されたバルブ２の開閉制御信号に基づく放電制御信号が第２制御機器において生成され、この放電制御信号が冷陰極電離真空計１´へ送信される。
【００６２】
冷陰極電離真空計１´では、放電制御信号がインターフェース４１を介して制御部（例えば、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの制御用デジタル素子）４２に入力される。制御部４２は、放電制御信号がオンの場合には、放電を実施する電源供給の動作を行い、昇圧部４３に出力する昇圧制御信号をオン状態とすることで、昇圧部４３による昇圧を実行させる。昇圧部４３により昇圧された高電圧は、高電圧出力部４４に印加される。これにより、図２に示した放電空間１３に放電が実行されることとなる。また、バルブ２の開閉制御信号がオフ状態になった場合には、放電制御信号もオフ状態とされる。これにより、処理部４２は、昇圧部４３に対してオフ状態の昇圧制御信号を出力することで、昇圧部４３における昇圧を停止させる。これにより、高電圧が生成されなくなり、放電が停止される。
【００６３】
図８は、第１制御機器２１から出力されるバルブ２の開閉制御信号Ｓｖ、該バルブ２の開閉制御信号に基づいて第２制御機器で生成される放電制御信号Ｓｖ´、冷陰極電離真空計１の処理部４２から昇圧部４３に出力される昇圧制御信号Ｓｄおよび放電のタイミングが示されたタイミングチャートである。
ここで、バルブ２の開閉制御信号Ｓｖについては、図４に示した第１実施形態に係るバルブ２の開閉制御信号Ｓｖと同様である。図４に示すように、バルブが開状態にある場合には、冷陰極電離真空計１´の処理部４２から昇圧部４３にオン状態の昇圧制御信号Ｓｄが出力されることにより、放電が実施されて真空度が測定される。一方、バルブ２が閉状態にある場合には、冷陰極電離真空計１の処理部４２から昇圧部４３にオフ状態の昇圧制御信号Ｓｄが出力されることにより、放電が停止され真空度の測定が終了する。
【００６４】
以上説明してきたように、本実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計によれば、冷陰極電離真空計１´において放電の実行及び停止を制御するので、冷陰極電離真空計１´における制御基板を一部改良するという簡便な作業により、冷陰極電離真空計１´における放電を制御することができる。
【００６５】
また、例えば、上述した第１または第２実施形態においては、冷陰極電離真空計１への電源供給を完全に遮断することにより放電を停止させるため、計測を実施していない電源が遮断されている期間においては、冷陰極電離真空計１から第２制御機器２２へ通信信号などが全く戻ってこないこととなる。このため、第２制御機器２２では、冷陰極電離真空計１の健全性の状態などが把握できず、例えば、次の計測にあたり電源を供給しても計測値が通信できないような不具合が発生した場合でも、その原因を確認できない可能性がある。
これに対し、本実施形態においては、冷陰極電離真空計１´に電源が供給されている状態を保持することができるため、冷陰極電離真空計１´から第２制御機器に対して、冷陰極電離真空計１´の健全性に関する情報などを定期的に通知することが可能となる。これにより、第２制御機器において、冷陰極電離真空計１´の状態をユーザに通知することが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
１，１´ 冷陰極電離真空計
２ バルブ
３ 製膜装置
２１ 第１制御機器
２２，２２´ 第２制御機器
２３ 電磁弁
２４ リレーユニット
３１ 第１インターフェース
３２ 第２インターフェース
３３ 電源
３４ ＡＣ／ＤＣ変換器
３５ 切替部
３６ 変圧器
３７ 制御部
３８ 表示部
４１ インターフェース
４２ 制御部
４３ 昇圧部
４４ 高電圧出力部
４５ 測定子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷陰極電離真空計は、陽極と陰極とを有し、陰極から放出した電子が測定子容器内における気体に衝突することで測定子容器内の気体をイオン化し、イオン化気体が陽極に捕集されることにより発生する電流を測定して、圧力を測定する装置であり、加熱されたフィラメントを用いない測定素子構造である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−６４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷陰極電離真空計においては、計測対象の真空容器から測定子容器内に流入し存在する残留ガス(例えば、製膜装置に適用された場合においては、水素、シラン、ジボラン、ホスフィン等の製膜ガス）が、放電時に電子衝撃を受けて分解、イオン化し、陰極や陽極に電気を通しにくい皮膜を形成する。このような残留ガスによる皮膜は、残留ガス濃度、放電時の圧力、放電時間が大きいほど多く形成される。
【０００５】
上記真空計の陰極および陽極における皮膜形成は、測定感度の低下を招き、装置の信頼性を低下させる。また、計測感度の低下で、真空遷移時には過剰の真空遷移時間が必要となることから、当該真空計が取り付けられている真空処理装置、例えば、プラズマＣＶＤ装置などの稼働率を低下させる要因となる。更に、上記真空計の電極が汚れるために真空計取替えのメンテナンスが頻繁に実施され、真空処理装置の更なる稼働率低下を招いていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、真空計内部における皮膜形成を抑制することのできる真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、真空処理装置にバルブを介して取り付けられ、該真空処理装置内の圧力を計測する冷陰極電離真空計と、前記バルブの開閉制御を行う第１制御手段と、前記冷陰極電離真空計と通信線及び電源用ケーブルを介して接続されるとともに前記第１制御手段と信号線を介して接続され、前記第１制御手段から前記バルブの開閉制御信号が入力される第２制御手段とを備え、前記バルブが開状態にあるときに、前記冷陰極電離真空計の放電が開始されて計測が実施され、前記バルブが閉状態にあるときに、前記放電が停止されて計測が終了される真空計システムを提供する。
【０００８】
冷陰極電離真空計における皮膜形成について詳細に検討を進めたところ、冷陰極電離真空計と計測対象の真空容器との間にバルブを設けて、計測時以外はガスの通過を遮断することとしていても、冷陰極電離真空開において常時に放電を維持する形態のために、計測時以外にも残留ガスの分解が行なわれて陰極や陽極に皮膜が形成され続け、皮膜が多く形成されることが判明した。
そこで、本発明は、上記のように、真空処理装置と冷陰極電離真空計との間に介在するバルブの開閉に連動して冷陰極電離真空計における放電の実行及び停止を制御することとした。これにより、冷陰極電離真空計における放電期間を従来のように常時に放電維持するのではなく、バルブが開状態にある期間、すなわち、真空処理装置の内圧の測定に使用される期間に限ることができる。この結果、バルブを閉じて真空処理装置内のガスが流通させないとともに、冷陰極電離真空計内の若干量の残留ガスについても放電する期間を大幅に短縮することができ、冷陰極電離真空計における陰極および陽極における皮膜形成を効果的に抑制することが可能となり、冷陰極電離真空計におけるメンテナンス時期を遅らせることができ、真空処理装置の稼働率向上を図ることができる。
【０００９】
上記真空計システムにおいて、前記電源用ケーブルの途中に設けられ、前記第１制御手段からの制御信号に基づいて、前記第２制御手段から前記冷陰極電離真空計への電源供給を遮断する電源遮断手段を備え、前記第１制御手段は、前記バルブの開閉制御信号に同期した制御信号を前記電源遮断手段に出力することとしてもよい。
【００１０】
このような構成によれば、第２制御手段と冷陰極電離真空計との間の電源用ケーブルの途中に設けられた電源遮断手段により、第２制御手段から冷陰極電離真空計への電源供給が遮断され、冷陰極電離真空計における放電の実行及び停止が制御されることとなる。これにより、リレーユニットなどによる電源遮断手段という簡素な構成により、冷陰極電離真空計における放電の実行及び停止を制御することが可能となる。
【００１１】
上記真空計システムにおいて、前記第２制御手段は、前記第１制御手段から入力される前記バルブの開閉制御信号に基づいて、前記電源用ケーブルを通じた前記冷陰極電離真空計への電源の供給及び遮断を制御する手段を具備することとしてもよい。
【００１２】
このような構成によれば、第２制御手段の内部に設けた電源の供給及び遮断をする手段の作動により、第２制御手段から冷陰極電離真空計への電源の供給及び遮断が制御され、冷陰極電離真空計における放電の実行及び停止が制御されることとなる。これにより、一層に簡素な構成により、冷陰極電離真空計における放電の実行及び停止を制御することが可能となる。
【００１３】
上記真空計システムにおいて、前記第２制御手段は、前記第１制御手段から入力される前記バルブの開閉制御信号に基づく放電制御信号を前記冷陰極電離真空計へ出力し、前記冷陰極電離真空計は、前記放電制御信号に基づいて前記放電を実施するための電源供給の動作制御手段を具備し、前記放電の実行及び停止を制御することとしてもよい。
【００１４】
このような構成によれば、第２制御手段から冷陰極電離真空計に対して、バルブの開閉制御信号に基づく放電制御信号を送信し、冷陰極電離真空計において、当該放電制御信号に基づいて放電を実施するための電源供給手段を作動させて、前記放電の実行及び停止が制御されることとなる。これにより、バルブの開閉に連動して放電の実行及び停止を制御することが可能となる。また、上記構成によれば、冷陰極電離真空計における放電停止期間においても、第２制御手段からの電源供給が維持されるため、冷陰極電離真空計の健全性に関する情報を冷陰極電離真空計から第２制御手段へ送信することが可能となる。これにより、ユーザに対する冷陰極電離真空計の状態提示が可能となる。
【００１５】
本発明は、真空処理装置と、前記真空処理装置の圧力を計測する上記いずれかの真空計システムとを備える真空処理システムを提供する。
【００１６】
本発明は、真空処理装置にバルブを介して取り付けられ、該真空処理装置内の圧力を計測する冷陰極電離真空計であって、前記バルブが開状態にあるときに放電が開始されて計測が実施され、前記バルブが閉状態にあるときに、前記放電が停止されて計測が終了される冷陰極電離真空計を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、冷陰極電離真空計内部における皮膜形成を抑制し、測定感度の低下を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る真空処理システムの概略構成を示した図である。
【図２】図１に示した冷陰極電離真空計の圧力測定子部分の概略構成例を示した断面模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る真空計システムの概略構成を示した図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る真空計システムの各部から出力される信号のタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る第２制御機器の概略内部構造を示したブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る真空計システムの各部から出力される信号のタイミングチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態に係る冷陰極電離真空計の駆動系に関する構成を示したブロック図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る真空計システムの各部から出力される信号のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の第１実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計について図面を参照して説明する。以下の説明では、真空処理装置としてプラズマＣＶＤ装置などの製膜装置を例示して説明するが、本発明は、この限りではない。例えば、スパッタリング装置、アッシング装置、ドライエッチング装置などの公知の真空処理装置に広く適用することができる。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る真空処理システム１０の概略構成を示した図である。図１に示すように、真空処理システム１０において、冷陰極電離真空計１は、バルブ２を介して真空処理装置である製膜装置３に取り付けられている。
図１に示した真空処理システム１０における真空排気は、まず、大気圧からドライポンプ４による粗引排気ライン５で排気が行われ、圧力が１０Ｐａから１００Ｐａ前後になると、粗引排気ライン５から高真空排気ライン６へ切り替えられ、ターボ分子ポンプ７およびドライポンプ４による高真空排気ライン６で１０−５Ｐａから１０−８Ｐａの範囲における真空引きが行われる。
【００２１】
低真空領域における製膜装置３内の圧力計測はピラニ真空計８にて行われ、高真空排気ライン切替後の高真空領域における製膜装置３内の圧力計測は冷陰極電離真空計１により行われる。なお、製膜中の圧力は、バルブ２を閉じて冷陰極電離真空計１を用いずに、バラトロン真空計９で計測され、所定の圧力になるよう真空排気系統のＣＶ弁１１を調整することで制御される。
【００２２】
図２は、冷陰極電離真空計１の圧力測定子部分の概略構成例を示した断面模式図である。図２に示す冷陰極電離真空計１は、逆マグネトロン型真空計であり、陰極である測定子容器１２と、その内部に形成された放電空間１３に置かれた陽極１４とを有している。製膜装置３内（図１参照）の圧力計測時においては、バルブ２（図１参照）が開状態とされることにより、製膜装置３内の気体がフィルタ部１５を介して測定子容器内に流入されて製膜装置３内と放電空間１３とが通気可能な状態とされ、この状態で製膜装置３内の圧力が測定される。
圧力測定時においては、高圧電源１６から陰極としての測定子容器１２と陽極１４との間に高電圧（例えば、３０００Ｖ以上６０００Ｖ以下）を印加し、放電空間１３内に放電を発生させ、放電中に流れた電流を電流検出部１７により測定することにより製膜装置３内の圧力が計測される。この高圧電源１６は、例えば２４Ｖの直流電源を図示しない昇圧部で高電圧出力とすることができる。また周囲にマグネット１８を設置して磁場で囲むことでマグネトロン効果により放電を維持する効果がある。
【００２３】
図３は、本実施形態に係る真空計システムの概略構成を示した図である。本実施形態に係る真空計システムは、第１制御機器（第１制御手段）２１と、第２制御機器（第２制御手段）２２とを備えている。
第１制御機器２１、第２制御機器２２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体等を搭載しており、該記憶媒体に格納されているプログラムをＲＡＭに読み出して実行することにより、後述する各種制御等を実現させるものである。
【００２４】
第１制御機器２１は、冷陰極電離真空計１と製膜装置３との間に介在するバルブ２の開閉制御を行う。具体的には、バルブ２は、空気圧によって開閉する空圧バルブである。第１制御機器２１とバルブ２との間には、電磁弁２３が介在しており、第１制御機器２１が電磁弁２３にバルブ２の開閉を制御する開閉制御信号を出力し、この開閉制御信号に基づいて電磁弁２３が作動してバルブ２に送る空気圧を制御することにより、バルブ２の開閉が制御される。
【００２５】
第２制御機器２２は、第１制御機器２１と信号線を介して接続されており、第１制御機器２１からバルブ２の開閉制御信号が入力される。また、第２制御機器２２は、通信線及び電源用ケーブルを介して冷陰極電離真空計１と接続されている。具体的には、第２制御機器２２は、ＲＳ−２３２Ｃを介して冷陰極電離真空計１と接続されており、ＲＳ−２３２Ｃのうちの一本の通信線が本実施形態においては２４Ｖの電圧を供給する電源用ケーブルとして用いられ、他の通信線で計測信号を通信している。なお、供給する電圧は周辺機器の動作範囲であれば任意の電圧で良く２４Ｖに限定するものではない。
【００２６】
電源用ケーブルには、第１制御機器２１からの制御信号Ｓｒに基づいて冷陰極電離真空計１への電源供給及び電源遮断を切り替えるリレーユニット（電源遮断手段）２４が設けられている。
【００２７】
図４は、第１制御機器２１から電磁弁２３に出力されるバルブ２の開閉制御信号Ｓｖ、第２制御機器２２から電源用ケーブルに出力される２４Ｖの電圧信号Ｖｐｇｉｎ、リレーユニット（Ｒ／Ｕ）２４の制御信号Ｓｒ、リレーユニット２４から冷陰極電離真空計１に供給される電圧信号Ｖｐｇｏｕｔ、および冷陰極電離真空計１における放電のタイミングが示されたタイミングチャートである。
【００２８】
以下、図４を用いて図３に示した真空計システムの動作タイミングについて説明する。
まず、製膜装置３において真空引きが開始されると、第１制御機器２１から電磁弁２３に出力される開閉制御信号Ｓｖがオン状態（開状態）とされ、これに同期して、第１制御機器２１からリレーユニット２４に出力される制御信号Ｓｒがオン状態となる。ここで、第２制御機器２２からは電源用ケーブルに２４Ｖの電圧が常時供給されているので、電圧信号Ｖｐｇｉｎは常にオン状態、すなわち、２４Ｖを保っている。
【００２９】
また、リレーユニット２４における制御信号Ｓｒがオン状態となることで、第２制御機器２２から出力された２４Ｖの電圧信号はリレーユニット２４を介して冷陰極電離真空計１に供給される。これにより、冷陰極電離真空計１には電源が供給されることとなり、放電が実行される（Ｖｐｇｏｕｔがオン状態）。
【００３０】
具体的には、冷陰極電離真空計１においては、上記バルブ２が開状態とされることで、図２に示した放電空間１３に製膜装置内の気体が流入する。そして、２４Ｖの電圧から放電開始電圧まで昇圧されると放電が開始され、そのときの放電電流が電圧検出部１７によって検出されることにより、真空度が測定される。このとき、計測された真空度は、通信線を介して冷陰極電離真空計１から第２制御機器２２へ通知される。そして、所定の真空度に達すると、第２制御機器２２から第１制御機器２１へ制御信号Ｓｔを出力して、高真空排気を完了する。すると、製膜装置３に設けられた処理基板が通過できるゲート弁（図示略）が開けられ、基板搬送装置（図示略）により製膜装置３内に基板が搬入され、ゲート弁が閉じられる。
【００３１】
基板搬入が完了してから所定期間後（例えば、５秒後）において、第１制御機器２１から電磁弁２３に出力される開閉制御信号Ｓｖがオフ状態（閉状態）とされる。これにより、バルブ２が閉状態とされることで、製膜装置３と冷陰極電離真空計１における放電空間１３との気体流通が遮断され、冷陰極電離真空計１内に製膜装置３内の気体が流入しなくなる。
また、上記開閉制御信号Ｓｖに同期して、リレーユニット２４の制御信号Ｓｒがオフ状態とされる。これにより、リレーユニット２４から冷陰極電離真空計１への電源供給が遮断され、冷陰極電離真空計１における放電が停止され、真空度の測定が終了される（Ｖｐｇｏｕｔがオフ状態）。
【００３２】
この状態において、製膜装置３においては、製膜材料ガス供給が開始され、バラトロン真空計９で製膜装置３内の圧力を調整し、放電電極（図示略）にプラズマが発生させられることにより、基板上に製膜がされる製膜工程が実施される。そして、製膜が終了して、プラズマがオフとされると、それから所定期間後にバルブ２の開閉制御信号がオン状態とされるとともに、これに連動して、リレーユニット２４の制御信号もオン状態とされる。これにより、冷陰極電離真空計１への電源供給が再開されて真空度を測定する（Ｖｐｇｏｕｔがオン状態）。そして、この状態で真空引きが開始され、高真空到達後にゲート弁（図示略）が開けられて基板が搬出され、以降、上記と同様の制御が繰り返し行われることとなる。
【００３３】
以上説明してきたように、本実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム１０並びに冷陰極電離真空計１によれば、リレーユニット２４などの電源遮断手段を第２制御機器２２と冷陰極電離真空計１との間の電源用ケーブルの途中に設け、製膜装置３などの真空処理装置と冷陰極電離真空計１との間に設けられ、真空処理装置内と冷陰極電離真空計１の放電空間とを流通及び遮断させるバルブ２の開閉に連動して、冷陰極電離真空計１への電源の供給及び遮断を制御させる。これにより、製膜処理が実施されている期間において冷陰極電離真空計１の放電を停止させることができる。
【００３４】
すなわち、冷陰極電離真空計１は、印加電圧が高く（例えば、３０００Ｖ以上６０００Ｖ以下）、冷陰極電離真空計１の起動に数秒程度の時間を要するために、真空度を計測するタイミングに頻繁に電源をオンにしてもすぐには真空度の計測ができないため、また、制御系の複雑化を避けるために、非計測期間の電源をオフにすることが運用上されていない。したがって、従来においては、真空処理装置の真空度を計測するために、冷陰極電離真空計１を一度起動させてしまうと、電源オン状態が維持され、放電が常に行われていた。つまり、図４に示したタイミングチャートに照らせば、１回目の真空引きが開始されるタイミングで冷陰極電離真空計１の放電が開始されると、その放電は、全ての基板における製膜処理が終了するまで維持されていた。
【００３５】
これに対し、本実施形態に係る真空計システムでは、図４に示したように、冷陰極電離真空計による真空度測定の期間以外は、放電への電源供給をオンとオフするという簡素な制御で放電を停止させる（Ｖｐｇｏｕｔがオフの期間）。ここで、製膜処理のタクトタイム（図４に示すように、ある基板を対象とした真空引きが開始されてから、次の基板を対象とした真空引きが開始されるまでの１サイクルの期間）に対する冷陰極電離真空計１の使用期間は５０％にも満たない。また、通常のバッチ式基板処理では、タクトタイムが３分程度と比較的長い時間を要していることから、冷陰極電離真空計１の電源をオンにして真空度を計測できるタイミングが数秒程度ずれても、全体の処理工程に及ぼす影響はほとんど発生しない。したがって、真空度の測定が必要とされる期間以外の期間は、冷陰極電離真空計１における放電を停止させることにより、従来に比べて放電時間を大幅に短縮することができ、放電による陰極および陽極への皮膜形成を効果的に抑制することができる。この結果、冷陰極電離真空計１のメンテナンスの間隔を延ばすことができ、当該冷陰極電離真空計が適用される真空処理装置の稼働率を向上させることが可能となる。
【００３６】
以下の表１は、本実施形態に係る真空計システムの効果を示したものである。表１には、従来の運用のように常時放電をさせた場合と、本発明の真空計システムによる放電を行った場合における放電不良頻度、メンテナンス頻度、放電不良による稼働率低下割合、及び稼働率上昇値が示されている。
【００３７】
【表１】
【００３８】
上記表１において、放電不良頻度は以下の式で計算される。
【００３９】
放電不良頻度［％］＝放電不良発生時間／真空処理装置の稼働時間×１００
【００４０】
ここで、放電不良発生時間とは、プラズマ処理が終了後に高真空排気を行い、冷陰極電離真空計１が所定の計測時間以上に計測を継続している時間である。具体的には、図１におけるＲＶが閉、ならびにＭＶが開となって高真空排気が開始されてから冷陰極電離真空計１がオフとなるまでの時間が所定の正常時間より長い場合の時間の差であり、本実施形態においては、この時間の差が５秒以上長い場合をカウントしたものである。または、第２制御機器２２の表示部（図示略）が異常値を示した時間も併せて放電不良発生時間に含めている。
【００４１】
また、メンテナンス頻度［％］は、以下の式で計算される。
【００４２】
メンテナンス頻度［％］＝１回当たりのメンテナンス時間×年間メンテナンス回数／真空処理装置の年間稼働時間
【００４３】
ここで、本発明におけるメンテナンス頻度は、０．１０［％］とされているが、これは例えば年間におい通常に実施される定期メンテナンスの頻度に相当し、冷陰極電離真空計１に皮膜が形成されることなどによる不良に起因したメンテナンスが起因した頻度ではない。
【００４４】
また、放電不良による稼働率低下割合は、放電不良頻度［％］＋メンテナンス頻度［％］で計算される。
【００４５】
改善による稼働率上昇率は、以下の式で計算される。
【００４６】
改善による稼働率上昇率＝従来の稼働率低下割合−本発明の稼働率低下割合
【００４７】
上記のように、表１から製膜装置の稼働率が従来に比べて向上していることが検証された。
【００４８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計について図を参照して説明する。
上述した第１実施形態では、電源用ケーブルにリレーユニット２４を設け、このリレーユニット２４により、第２制御機器２２から冷陰極電離真空計１への電源供給を遮断することにより、冷陰極電離真空計１における放電の実行及び停止を制御していた。したがって、リレーユニット２４などを設ける必要性が生じ、コストアップや装置の大型化を招く可能性があった。
この点を解消するべく、本実施形態では、第２制御機器２２内において、冷陰極電離真空計１への電源供給の制御を行うこととしている。
以下、本実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計について上記第１実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００４９】
図５は、本実施形態に係る第２制御機器２２´の概略内部構造を示したブロック図である。図５に示すように、第１制御機器２１と通信を行うための第１インターフェース３１と、冷陰極電離真空計１との間で通信を行うとともに、冷陰極電離真空計１へ電力供給を行うための第２インターフェース３２とが設けられている。電源３３から供給される交流電圧は、ＡＣ／ＤＣ変換器３４により直流電圧に変換されて第２インターフェース３２に出力される構成とされている。電源３３と第２インターフェース３２内に設けられた冷陰極電離真空計１への電力供給のアース側経路との間には、電源供給を遮断する切替部３５が設けられている。切替部３５の一例としては、例えば、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの公知のスイッチング素子が挙げられる。
【００５０】
上記切替部３５は、第１インターフェース３１を介して入力されるバルブ２の開閉制御信号により制御されるようになっている。具体的には、第１インターフェース３１を介して入力されたバルブ２の開閉制御信号が変圧器（例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ）３６を介して切替部３５（例えば、バイポーラトランジスタのベース）に印加されるような構成とされている。
【００５１】
これにより、例えば、バルブ２の開閉制御信号としてオン信号が入力された場合には、このオン信号の電圧が変圧器３６によってバイポーラトランジスタのベース電圧に適した電圧に変換され、切替部３５のベースにＶｂが印加される。これにより、切替部３５（バイポーラトランジスタ）がオン動作となり、アース側のラインが導通する。これにより、電源３３からの電圧が第２インターフェース３２、電源用ケーブルを介して冷陰極電離真空計１へ供給される電源のアース側が接続されるので、冷陰極電離真空計１へ電流が導通し、計測が可能となる。
【００５２】
ここで、電源用ケーブルとしては、例えば、上述した第１実施形態と同様に、ＲＳ−２３２Ｃのうちの一本の通信線が使用される。
また、バルブ２の開閉制御信号としてオフ信号が第１インターフェース３１から入力された場合には、トランジスタのゲートにオン電圧が印加されないこととなり、バイポーラトランジスタがオフする。これにより、第２インターフェース３２内に設けた電力供給Ｖｏｕｔのアース側電流経路がオフとなることで電源供給が遮断され、冷陰極電離真空計１への電源供給が遮断される。
【００５３】
このように、本実施形態では、バルブ２の開閉制御信号を切替部３５の制御信号として用いることにより、電源３３から第２インターフェース３２への電圧の供給及び遮断を制御して、冷陰極電離真空計１への電源供給を制御している。
【００５４】
また、第２制御機器２２の制御部（例えば、ＣＰＵ、ＩＣなどのデジタル素子で構成されている）３７に第１インターフェース３１から入力されるバルブ２の開閉制御信号、第２インターフェース３２から入力される冷陰極電離真空計１の状態信号が入力されるようになっている。また、デジタル素子の電源は、ＡＣ／ＤＣ変換器３４から出力される２４Ｖの電圧から採るような構成とされている。
【００５５】
制御部３７は、表示部３８に接続されており、第２インターフェース３２から入力される冷陰極電離真空計１の状態を表示部３８に表示させる。これにより、冷陰極電離真空計１に電源供給されている期間に限って冷陰極電離真空計１の動作状態をユーザに通知することが可能となる。
【００５６】
図６は、第１制御機器２１から出力されるバルブ２の開閉制御信号Ｓｖ、第２制御機器内における切替部３５の入力信号（ここでは、バイポーラトランジスタのベース電圧信号）Ｖｂ、第２インターフェース３２から出力される電源信号Ｖｏｕｔ、および冷陰極電離真空計１における放電のタイミングが示されたタイミングチャートである。
【００５７】
ここで、バルブ２の開閉制御信号Ｓｖについては、図４に示した第１実施形態に係るバルブ２の開閉制御信号Ｓｖと同様である。図４に示すように、バルブ２が開状態にある場合には、切替部３５であるスイッチング素子のベースに対してオン電圧が供給されることにより、第２制御機器２２´から冷陰極電離真空計１に電源が供給され、放電が実施され、真空度が計測される。一方、バルブ２の開閉制御信号がオフ状態となると、切替部３５のスイッチング素子のベースに対してオン電圧が供給されなくなるため、第２制御機器２２´から冷陰極電離真空計１への電源供給が停止され、放電が停止され真空度の計測が終了する。
【００５８】
以上説明してきたように、本実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計によれば、第２制御機器内において、冷陰極電離真空計１への電源供給を制御するので、第２制御機器内の制御基板にスイッチング素子等を追加するなどの簡便な改良により、冷陰極電離真空計１における放電を容易に制御することが可能となる。
【００５９】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計について図を参照して説明する。
上述した第１実施形態では、第２制御機器２２と冷陰極電離真空計１とを接続する電源用ケーブル設けられたリレーユニット２４により、冷陰極電離真空計１への電源供給を制御していたが、本実施形態では、冷陰極電離真空計内に設けられた、放電を実施するための電源供給の動作制御手段により、放電を制御することとしている。
【００６０】
以下、本実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計について上記第１実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００６１】
図７は、本実施形態に係る冷陰極電離真空計の駆動系に関する構成を示したブロック図である。本実施形態においては、第１制御機器２１から出力されたバルブ２の開閉制御信号に基づく放電制御信号が第２制御機器において生成され、この放電制御信号が冷陰極電離真空計１´へ送信される。
【００６２】
冷陰極電離真空計１´では、放電制御信号がインターフェース４１を介して制御部（例えば、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの制御用デジタル素子）４２に入力される。制御部４２は、放電制御信号がオンの場合には、放電を実施する電源供給の動作を行い、昇圧部４３に出力する昇圧制御信号をオン状態とすることで、昇圧部４３による昇圧を実行させる。昇圧部４３により昇圧された高電圧は、高電圧出力部４４に印加される。これにより、図２に示した放電空間１３に放電が実行されることとなる。また、バルブ２の開閉制御信号がオフ状態になった場合には、放電制御信号もオフ状態とされる。これにより、処理部４２は、昇圧部４３に対してオフ状態の昇圧制御信号を出力することで、昇圧部４３における昇圧を停止させる。これにより、高電圧が生成されなくなり、放電が停止される。
【００６３】
図８は、第１制御機器２１から出力されるバルブ２の開閉制御信号Ｓｖ、該バルブ２の開閉制御信号に基づいて第２制御機器で生成される放電制御信号Ｓｖ´、冷陰極電離真空計１の処理部４２から昇圧部４３に出力される昇圧制御信号Ｓｄおよび放電のタイミングが示されたタイミングチャートである。
ここで、バルブ２の開閉制御信号Ｓｖについては、図４に示した第１実施形態に係るバルブ２の開閉制御信号Ｓｖと同様である。図４に示すように、バルブが開状態にある場合には、冷陰極電離真空計１´の処理部４２から昇圧部４３にオン状態の昇圧制御信号Ｓｄが出力されることにより、放電が実施されて真空度が測定される。一方、バルブ２が閉状態にある場合には、冷陰極電離真空計１の処理部４２から昇圧部４３にオフ状態の昇圧制御信号Ｓｄが出力されることにより、放電が停止され真空度の測定が終了する。
【００６４】
以上説明してきたように、本実施形態に係る真空計システム及び真空処理システム並びに冷陰極電離真空計によれば、冷陰極電離真空計１´において放電の実行及び停止を制御するので、冷陰極電離真空計１´における制御基板を一部改良するという簡便な作業により、冷陰極電離真空計１´における放電を制御することができる。
【００６５】
また、例えば、上述した第１または第２実施形態においては、冷陰極電離真空計１への電源供給を完全に遮断することにより放電を停止させるため、計測を実施していない電源が遮断されている期間においては、冷陰極電離真空計１から第２制御機器２２へ通信信号などが全く戻ってこないこととなる。このため、第２制御機器２２では、冷陰極電離真空計１の健全性の状態などが把握できず、例えば、次の計測にあたり電源を供給しても計測値が通信できないような不具合が発生した場合でも、その原因を確認できない可能性がある。
これに対し、本実施形態においては、冷陰極電離真空計１´に電源が供給されている状態を保持することができるため、冷陰極電離真空計１´から第２制御機器に対して、冷陰極電離真空計１´の健全性に関する情報などを定期的に通知することが可能となる。これにより、第２制御機器において、冷陰極電離真空計１´の状態をユーザに通知することが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
１，１´ 冷陰極電離真空計
２ バルブ
３ 製膜装置
２１ 第１制御機器
２２，２２´ 第２制御機器
２３ 電磁弁
２４ リレーユニット
３１ 第１インターフェース
３２ 第２インターフェース
３３ 電源
３４ ＡＣ／ＤＣ変換器
３５ 切替部
３６ 変圧器
３７ 制御部
３８ 表示部
４１ インターフェース
４２ 制御部
４３ 昇圧部
４４ 高電圧出力部
４５ 測定子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理装置にバルブを介して取り付けられ、該真空処理装置内の圧力を計測する冷陰極電離真空計と、
前記バルブの開閉制御を行う第１制御手段と、
前記冷陰極電離真空計と通信線及び電源用ケーブルを介して接続されるとともに前記第１制御手段と信号線を介して接続され、前記第１制御手段から前記バルブの開閉制御信号が入力される第２制御手段と
を備え、
前記バルブが開状態にあるときに、前記冷陰極電離真空計の放電が開始されて計測が実施され、前記バルブが閉状態にあるときに、前記放電が停止されて計測が終了される真空計システム。
【請求項２】
前記電源用ケーブルの途中に設けられ、前記第１制御手段からの制御信号に基づいて、前記第２制御手段から前記冷陰極電離真空計への電源供給を遮断する電源遮断手段を備え、
前記第１制御手段は、前記バルブの開閉制御信号に同期した制御信号を前記電源遮断手段に出力する請求項１に記載の真空計システム。
【請求項３】
前記第２制御手段は、前記第１制御手段から入力される前記バルブの開閉制御信号に基づいて、前記電源用ケーブルを通じた前記冷陰極電離真空計への電源の供給及び遮断を制御する手段を具備する請求項１に記載の真空計システム。
【請求項４】
前記第２制御手段は、前記第１制御手段から入力される前記バルブの開閉制御信号に基づく放電制御信号を前記冷陰極電離真空計へ出力し、
前記冷陰極電離真空計は、前記放電制御信号に基づいて前記放電を実施するための電源供給の動作制御手段を具備し、前記放電の実行及び停止を制御する請求項１に記載の真空計システム。
【請求項５】
真空処理装置と、
前記真空処理装置の圧力を計測する請求項１から請求項４のいずれかに記載の真空計システムと
を備える真空処理システム。
【請求項６】
真空処理装置にバルブを介して取り付けられ、該真空処理装置内の圧力を計測する冷陰極電離真空計であって、
前記バルブが開状態にあるときに放電が開始されて計測が実施され、前記バルブが閉状態にあるときに、前記放電が停止されて計測が終了される冷陰極電離真空計。
【請求項１】
真空処理装置にバルブを介して取り付けられ、該真空処理装置内の圧力を計測する冷陰極電離真空計と、
前記バルブの開閉制御を行う第１制御手段と、
前記冷陰極電離真空計と通信線及び電源用ケーブルを介して接続されるとともに前記第１制御手段と信号線を介して接続され、前記第１制御手段から前記バルブの開閉制御信号が入力される第２制御手段と
を備え、
前記バルブが開状態にあるときに、前記冷陰極電離真空計の放電が開始されて計測が実施され、前記バルブが閉状態にあるときに、前記放電が停止されて計測が終了される真空計システム。
【請求項２】
前記電源用ケーブルの途中に設けられ、前記第１制御手段からの制御信号に基づいて、前記第２制御手段から前記冷陰極電離真空計への電源供給を遮断する電源遮断手段を備え、
前記第１制御手段は、前記バルブの開閉制御信号に同期した制御信号を前記電源遮断手段に出力する請求項１に記載の真空計システム。
【請求項３】
前記第２制御手段は、前記第１制御手段から入力される前記バルブの開閉制御信号に基づいて、前記電源用ケーブルを通じた前記冷陰極電離真空計への電源の供給及び遮断を制御する手段を具備する請求項１に記載の真空計システム。
【請求項４】
前記第２制御手段は、前記第１制御手段から入力される前記バルブの開閉制御信号に基づく放電制御信号を前記冷陰極電離真空計へ出力し、
前記冷陰極電離真空計は、前記放電制御信号に基づいて前記放電を実施するための電源供給の動作制御手段を具備し、前記放電の実行及び停止を制御する請求項１に記載の真空計システム。
【請求項５】
真空処理装置と、
前記真空処理装置の圧力を計測する請求項１から請求項４のいずれかに記載の真空計システムと
を備える真空処理システム。
【請求項６】
真空処理装置にバルブを介して取り付けられ、該真空処理装置内の圧力を計測する冷陰極電離真空計であって、
前記バルブが開状態にあるときに放電が開始されて計測が実施され、前記バルブが閉状態にあるときに、前記放電が停止されて計測が終了される冷陰極電離真空計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１８１０６７（Ｐ２０１２−１８１０６７Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４３２６２（Ｐ２０１１−４３２６２）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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