静電容量型隔膜真空計、真空装置
【課題】 真空計の取り付け条件によらず、高精度の圧力測定が可能な静電容量型隔膜真空計を提供する。
【解決手段】 静電容量型隔膜真空計１００の傾斜角を検出する傾斜角センサ１４を具備する。また、静電容量型隔膜真空計１００を真空装置２に対して第一の傾斜角（＋９０度）、第二の傾斜角（０度）及び第三の傾斜角（−９０度）で取り付けた場合の静電容量圧力依存性を記憶部に記憶させておく。そして、傾斜角センサ１４で検出された傾斜角情報に基づいて圧力測定値は補正され、静電容量−圧力特性データは第一乃至第三の傾斜角において実際に測定され、記憶される。
【解決手段】 静電容量型隔膜真空計１００の傾斜角を検出する傾斜角センサ１４を具備する。また、静電容量型隔膜真空計１００を真空装置２に対して第一の傾斜角（＋９０度）、第二の傾斜角（０度）及び第三の傾斜角（−９０度）で取り付けた場合の静電容量圧力依存性を記憶部に記憶させておく。そして、傾斜角センサ１４で検出された傾斜角情報に基づいて圧力測定値は補正され、静電容量−圧力特性データは第一乃至第三の傾斜角において実際に測定され、記憶される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力測定に用いられる静電容量型隔膜真空計、特に、スパッタ装置やエッチング装置等の真空装置の圧力測定に好適な静電容量型隔膜真空計、この静電容量型隔膜真空計を有する真空装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は特許文献１に記載された静電容量型隔膜真空計を簡略して示す図である。図中１００は真空装置２の内部の圧力を測定する静電容量型隔膜真空計、１６は真空計１００を覆うケースである。ケース１６の内部には、ゲッタ１３、絶縁部材６、固定電極５、回路基板９等が配置されている。
【０００３】
また、導電性筐体１５には、ゲッタ１３によってその内部が常に高真空に保たれた状態で封止された基準圧力室（真空封止室）１が配置されている。この基準圧力室１は真空装置２に連通する領域３とはダイヤフラムで仕切られ、ダイヤフラムに対向して固定電極５が配置されている。以降、ダイヤフラムは以下で説明するが電極としても機能するのでダイヤフラム電極４と称することとする。
【０００４】
固定電極５は剛性の絶縁部材６上に形成され、固定電極５から絶縁部材６に形成された貫通配線７を介して反対面に配線が伸びている。その配線から更に真空シールフィードスルー８を通して固定電極５は回路基板９に接続されている。
【０００５】
一方、ダイヤフラム電極４は導電性材料で作られていたり、或いは絶縁性材料に導電性膜を形成して作られていたりする等して電極として機能する構造となっており、導電性筐体１５の間に配置されている。ダイヤフラム電極４は導電性筐体１５から導電線１７を介して回路基板９に接続されている。
【０００６】
ここで、基準圧力室１と真空装置２に連通する領域３との間に圧力差があると、ダイヤフラム電極４は圧力差に応じて固定電極５側に向かって変位する。その際、ダイヤフラム電極４と固定電極５間の静電容量は両者の距離に反比例するので、貫通配線７と真空シールフィードスルー８や導電線１７等を通して、これら電気情報が回路基板９上のユニットに伝えられる。そして、回路基板９上の容量検知部２１によって検出された静電容量は電圧値或いは電流値に変換される。圧力補正部２２は、その電圧値または電流値を補正する。これら電圧値又は電流値は電気入出力端子１０より真空計外に出力され、圧力を測定することができる。
【０００７】
なお、ケース１６はシールド機能を有しており、導電性筐体１５、容量検知部２１、圧力補正部２２や回路基板９等の本真空計全体を覆う構造とすることで外来ノイズの影響を防ぐ効果がある。容量検知部２１及び圧力補正部２２は回路基板９上に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４,７８５,６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の静電容量型隔膜真空計は真空装置２の内部に連通する領域３に存在する気体圧力によってダイヤフラム電極４が変位し、その変位を静電容量変化として検出後、電気信号に変換することで気体圧力を測定する。また、静電容量型隔膜真空計１００を使用する際には、真空装置２に連通する領域３の圧力を十分に下げることによってダイヤフラム電極４の変位量を極限まで小さくする。
【００１０】
その状態で電気入出力端子１０から出力される信号値をゼロ圧力として基準点に設定し（一般にゼロ点調整と言う）、その状態からダイヤフラム電極４が変位した量を検出し、それを圧力値として電気入出力端子１０から出力する。回路基板９にはこの調整を行うためのゼロ点調整ポテンショメータ１１が備わっている。
【００１１】
通常、静電容量型隔膜真空計は製造する過程においても、図５に示すように真空装置２と接続するための接続継手１２が下側を向いた状態で組立・調整を行う。ユーザも同様に接続継手１２が下側を向くように真空装置２に設置すれば、特に問題なく圧力測定ができる。
【００１２】
しかし、静電容量型隔膜真空計を使用する環境においては真空装置２の取り付け口の条件等から、真空計の接続継手１２が上を向いたり、横を向いたりして設置せざるを得ないこともある。その場合には、その設置状況に合わせて特別に静電容量型隔膜真空計の組立・調整を行わなければならない。
【００１３】
特に、測定圧力が１００Ｐａ以下の高感度の静電容量型真空計においては、接続継手１２が真空計の組立調整時の場合とは異なる方向を向いて真空装置２に設置される場合には測定圧力精度が無視できないほどに影響する。例えば、図５に示す静電容量型隔膜真空計において、厚さ５０μｍ、大きさφ４０ｍｍのステンレス製のダイヤフラム電極４を有するものとする。そして、ダイヤフラム電極４と固定電極５との間の距離が２０μｍとなる寸法で静電容量型隔膜真空計を製造すれば、フルスケール圧力１０Ｐａの静電容量型隔膜真空計となる。
【００１４】
図６はこの静電容量型隔膜真空計のダイヤフラム電極４に加わる圧力に対するダイヤフラム固定電極間の静電容量の関係をシミュレーション計算した結果を示す。横軸は圧力（Ｐａ）、縦軸は静電容量（ｐＦ）である。図６に示すように上述の構造を持つ静電容量型隔膜真空計は１０Ｐａの圧力変化に対して静電容量は２.９２ｐＦから５.２ｐＦに変化し、約２.２８ｐＦの静電容量変化が得られる。
【００１５】
しかしながら、図６に示すシミュレーション結果にはダイヤフラム電極４自体の重さは考慮されていない。即ち、ステンレスの比重は８.４であるため、厚さ５０μｍ、大きさφ４０ｍｍのステンレス製ダイヤフラム電極４は重さが０.７１ｍｇある。その際、重力加速度９.８ｋｇ／ｍ2である地上では６.９×１０−３Ｎの下方向の力が常にダイヤフラム電極４に加わることになる。これは、大きさφ40ｍｍ（面積１.２６×１０−３ｍ２）のダイヤフラム電極４に最大で５.５Ｐａの圧力（約２.５μｍのダイヤフラム変位量に相当）が加わることに等しい。
【００１６】
従って、ここに例として示す静電容量型隔膜真空計では、上述の事実を考慮すると、真空計の接続継手１２が下方向にある場合の、圧力に対するダイヤフラム電極−固定電極間の静電容量の関係は図７に実線で示す通りとなる。
【００１７】
また、図７には真空計の接続継手１２が上方向である場合の静電容量の圧力依存性を破線で示す。更に、接続継手１２が横方向（水平方向）である場合の静電容量の圧力依存性を一点鎖線で示す。図７に示す関係から真空計の取り付け条件によって圧力に対する静電容量特性がかなり異なることが分かる。
【００１８】
ところで、上述したように通常の静電容量型隔膜真空計は接続継手１２が下方向に来る状態で使用することを前提に組立・調整されていることが多い。つまり、図７に示す特性（実線で示す特性）では圧力がゼロの場合にダイヤフラム電極４−固定電極５間に２.３６ｐＦの静電容量があり、１０Ｐａに圧力が上昇すると、静電容量は３．６５Ｐａとなり、最終的に１．２９ｐＦの静電容量変化が得られる。
【００１９】
実際の組立・調整時には、図８に実線で示すように、例えば、ゼロ圧力時の２．３６ｐＦの時には出力電圧が０Ｖになり、１０Ｐａの３．６５ｐＦの時には出力電圧が１０Ｖとなるように回路基板９を調整する。また、圧力に対する出力電圧の関係が比例関係となるように圧力補正部２２を調整する。
【００２０】
しかしながら、本真空計を横方向（水平方向）に取り付けたり或いは逆さ方向に取り付けると、ゼロ圧力時や１０Ｐａ圧力時の静電容量はかなり異なった値となり、同時に特性の直線性も異なってしまう。図８には本真空計を横方向（水平方向）に取り付けた場合の圧力と出力電圧の関係を一点鎖線で、本真空計を逆さ方向に取り付けた場合の圧力と出力電圧の関係を破線で示す。
【００２１】
また、真空計に備わっているゼロ点調整ポテンショメータ１１によってゼロ点の出力電圧を補正できたとしても、１０Ｐａに対する出力電圧値や直線性は補正できず、最終的には図８に一点鎖線や破線で示すような特性になってしまう。そのため、高精度の圧力測定が要求される場合には無視できない。
【００２２】
このように静電容量型隔膜真空計は、通常は真空装置への接続継手を下方向に向けた状態で組立調整を行っているため、これ以外の傾斜角度で真空計を使用した場合には誤差が生じる。この誤差は低圧力を測定する高感度型真空計になればなるほど影響が大きくなる。
【００２３】
そのため、様々な事情により接続継手を下方向に向けて静電容量型隔膜真空計を真空装置に取り付けられない場合には、特別に真空計を調整する必要があり、真空計自体が割高になることは避けられなかった。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の目的は、真空計の取り付け条件によらず、高精度の圧力測定が可能な静電容量型隔膜真空計を提供することにある。
【００２５】
上記の目的を達成する本発明に係る静電容量型隔膜真空計は、
ダイヤフラム電極を有する真空封止室と、
前記真空封止室の内部に前記ダイヤフラム電極に対向して設けられた固定電極と、
静電容量型隔膜真空計の傾斜角度を検出するための傾斜角センサと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、真空計の傾斜角度に応じて圧力測定値を補正することにより、真空計の傾斜角度によらず圧力を高精度で測定することができる。従って、様々な事情により接続継手を下方向に向けて取り付けられない場合でも、特別に真空計を調整する必要がなく、安価に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る静電容量型隔膜真空計の一実施形態を示す断面構造図である。
【図２】本発明に用いる傾斜角センサの検出傾斜角度の範囲を示す図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる静電容量型隔膜真空計が傾斜角４５度で真空装置に取り付けられた状態を示す断面構造図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる静電容量型隔膜真空計の圧力測定値の補正方法を説明する図である。
【図５】従来例の真空計を示す断面構造図である。
【図６】ダイヤフラム電極に加わる圧力に対するダイヤフラム固定電極間の静電容量の圧力依存性をシミュレーション計算した結果を示す図である。
【図７】静電容量型隔膜真空計の傾斜角の違いによる静電容量の圧力依存性違いを示す図である。
【図８】静電容量型隔膜真空計の傾斜角の違いによる出力電圧の圧力依存性の違いを示す図である。
【図９】本発明の実施形態にかかる静電容量型隔膜真空計の動作を制御するための電気的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る静電容量型隔膜真空計の一実施形態を示す断面構造図である。図１では図５と同一部分には同一符号を付している。
【００２９】
図１に示す回路基板上に、ゼロ点調整ポテンショメータ１１、傾斜角センサ１４、容量検知部２１、圧力補正部２２、記憶部２３が配置されている。図５と異なる点は、傾斜角センサ１４および記憶部２３等を設けている点である。圧力補正部２２および記憶部２３は、後述するように、傾斜角センサ１４で検出された静電容量型隔膜真空計１００の傾斜角に基づいて圧力測定値を補正する。傾斜角センサ１４等を用いた圧力測定値の補正方法については詳しく後述する。
【００３０】
真空装置２としては、例えば、スパッタ装置、エッチング装置、ＣＶＤ装置等が挙げられ、本発明に係る静電容量型隔膜真空計は、測定対象である真空装置２の内部の圧力測定に用いるものである。特に、静電容量型隔膜真空計はガスの種類に依存せず、高精度で再現性良く圧力を測定できる真空計として使用されている。真空装置２の内部に連通する領域３の圧力を測定する原理や構造に関しては従来の静電容量型隔膜真空計と同様である。
【００３１】
導電性筐体１５の内部には、ゲッタ１３、絶縁部材６、固定電極５等が配置されている。また、導電性筐体１５内には、ゲッタ１３によってその内部が常に高真空に保たれた状態で封止された基準圧力室１が設けられている。絶縁部材６は、円柱形のベース部の上に該ベース部の当該部位での直径より若干小さな直径を有する円柱形の部分が積み重なった形状をしている。導電性筐体１５に対して位置出しを行う為である。基準圧力室１は真空装置２に連通する領域３とはダイヤフラム電極４で仕切られ、基準圧力室１内にはダイヤフラム電極４に対向して固定電極５が配置されている。
【００３２】
固定電極５は絶縁部材６に配置され、固定電極５から絶縁部材６に形成された貫通配線７を介して反対面に配線が伸びており、その配線から更に真空シールフィードスルー８を通して固定電極５は回路基板９に接続されている。
【００３３】
一方、ダイヤフラム電極４は導電性材料又は絶縁性材料に導電性膜を形成して作られており、電極として機能する構造となっている。ダイヤフラム電極４は絶縁部材６と導電性筐体１５の間に配置されている。ダイヤフラム電極４は導電性筐体１５から導電線１７を介して回路基板９に接続されている。
【００３４】
ここで、基準圧力室１と真空装置２に連通する領域３との間に圧力差があると、ダイヤフラム電極４は圧力差に応じて固定電極５側に向かって変位する。ダイヤフラム電極４と固定電極５間の静電容量は両者の距離に反比例する。そのため、貫通配線７と真空シールフィードスルー８や導電線１７等を通して、これらの電気情報が回路基板９に伝えられる。回路基板９上の容量検知部２１は静電容量をデジタルデータに変換し、そして、圧力に正比例する電圧値又は電流値は圧力補正部２２およびデジタル/電圧変換部９０６を介して得られる。これら電圧値又は電流値は電気入出力端子１０より真空計外に出力され、圧力を測定することができる。ここで、上記容量を検知する手段を容量検知部と称し、符号２１で表す。本実施形態では、後述するように容量検知部２１（図９）が容量検知部２１とデジタルコンバータの機能を兼ねている。もちろん、別々に設けても良い。
【００３５】
また、本実施形態では、静電容量型隔膜真空計１００が何度の傾斜角度で取り付けられているかを検出するための傾斜角センサ１４を備えている。傾斜角センサ１４は回路基板９上に搭載されている。ゼロ点調整ポテンショメータ１１も同じ回路基板上に搭載されている。傾斜角センサ１４によって検出された静電容量型隔膜真空計１００の傾斜角度情報は回路基板９上の圧力補正部２２（図９）に出力される。圧力補正部２２は後述するように傾斜角に応じて電気入出力端子１０から出力される圧力測定値の補正を行う。
【００３６】
ここで、本発明の実施形態にかかる静電容量型隔膜真空計１００の動作を制御する制御回路のブロック図を図９に示す。ダイヤフラムに加わる圧力は、ダイヤフラムと固定電極間の静電容量に補正される。そして、容量検知部２１は静電容量をデジタル値への変換により検出し、実測圧力と共に記憶部２３に記憶させておく。一方、傾斜角センサ１４は真空計の傾斜角度情報を回路基板９上の圧力補正部２２に送る。回路基板９上の圧力補正部２２は上述の圧力-静電容量データに傾斜角度の情報を加味して補正を行い、適切なデジタル圧力値をデジタル/電圧変換部９０６に送る。そしてその結果、圧力に相当する電圧が電気入出力端子９０７から出力される。傾斜角センサ１４、圧力補正部２２、および記憶部２３は、圧力補正手段として機能する。
【００３７】
即ち、回路基板９上の圧力補正部２２は傾斜角センサ１４からの傾斜角情報や予め記憶部に記憶しているデータに基づいて圧力測定値を補正する。
【００３８】
傾斜角センサ１４としては、例えば、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサを用いている。この３軸加速度センサには、例えば、北陸電気工業株式会社のピエゾ抵抗型３軸加速度センサＨＡＡＭ−３１２Ｂ等が好適である。この３軸加速度センサを使用すれば、小型であるため真空計の大きさを変えることも無い。
【００３９】
また、傾斜角度θを図２に示すように定義する場合、−９０〜＋９０度の傾斜角を検出できる。本実施形態では、例えば、図２に示すように水平方向をゼロ（θ＝０）とする場合、水平方向と９０度異なる＋９０度を第二の傾斜角（θ＝＋９０度）とする（第二の傾斜角とは上方向の鉛直方向）。また、第二の傾斜角とは９０度異なるθ＝０を第一の傾斜角とする。更に、水平方向と−９０度異なる−９０度を第三の傾斜角（θ＝−９０度）とする（第三の傾斜角とは下方向の鉛直方向）。
【００４０】
本明細書を通じて傾斜角とはダイヤフラム電極４が平らな状態、即ち凹にも凸にもなっていないときにその中心を通るダイヤフラム電極４に垂直な基準圧力室１側に向く直線が水平なときの（図２のθ＝０）静電容量型隔膜真空計１００の傾斜角に対する使用時の傾斜角をいう。この傾斜角は、傾斜角センサ１４の出力信号から直接又は間接に得ることが出来る。
【００４１】
更に、回路基板９における静電容量を電圧に変換する手段としては、例えば、アナログデバイセス社のデジタルコンバータＡＤ７７４５を好適に使用できる。このデジタルコンバータまたは容量検知部２１は接続された圧力センサ素子（圧力/静電容量変換部）の静電容量をデジタル数値に変換する機能を有する。圧力補正部２２はセンサ素子の特性の直線性と範囲を調整することによって、デジタルデータを変換することができる。
【００４２】
図３は静電容量型隔膜真空計１００を有する真空装置２の一例を示す。即ち、静電容量型隔膜真空計１００を真空装置２に取り付けた状態の一例を示すものである。図３は静電容量型隔膜真空計１００を４５度（図２のゼロ度に対して４５度）で取り付けた状態の断面構造図である。通常、静電容量型隔膜真空計１００は＋９０度（接続継手１２が下向き）の角度で取り付けられる場合が多い。本実施形態では、このように静電容量型隔膜真空計１００をどのような角度で取り付けた場合でも、圧力測定値を補正することによって真空装置２の圧力を精度良く測定することが可能である。図３中１０１はバルブ、１０２は真空ポンプ、１０３は電源兼表示器を示す。
【００４３】
次に、本実施形態の傾斜角情報に基づく圧力測定値の補正方法について説明する。まず、静電容量−圧力特性データを記憶部２３に記憶させておく。この場合、静電容量−圧力特性データは、真空装置内部に連通する領域３の圧力の変化を伴う固定電極５とダイヤフラム電極４間の静電容量を実際に測定しておくことにより取得される。
【００４４】
具体的には、実際に基準圧力を測定するための真空計と、静電容量型隔膜真空計１００と、を同じ真空装置に取り付けてその内部を真空排気し、その真空装置内に気体を導入して所定の圧力になった時に固定電極５−ダイヤフラム電極４間の静電容量を測定する。その際、基準圧力を測定するため真空計を用いて圧力測定を行う。そして、圧力を変えながら、この作業を繰り返すことにより所定の傾斜角度に応じて静電容量−圧力特性データが得られ、それを記憶部２３に記憶させておく。記憶部２３は記憶手段を構成する。
【００４５】
この操作により、記憶部２３には、基準圧力に対する静電容量データの表が作成される。そのため、逆に真空装置内部に連通する領域３の圧力が変化して、固定電極５−ダイヤフラム電極４間の静電容量がある値になった時に、それが何気圧に相当する静電容量であるかを逆算することが可能である。そして、その圧力に相当する出力値（電圧値や電流値）を図１の電気入出力端子１０より出力する。静電容量−圧力特性データは図７に示すような測定傾斜角に対する静電容量の圧力依存性として、記憶部２３等の記憶手段に保存される。
【００４６】
ここで、本発明の効果を得るためには、記憶部２３に記憶させるデータを採取するための上記作業を実施する際に、本真空計が何度の角度で傾いているかの傾斜角情報を傾斜角センサ１４で検出する。その傾斜角情報を静電容量−圧力特性データと別々に記憶部２３に記憶させておく。また、傾斜角情報と静電容量−圧力特性データを異なる記憶手段に記憶させておいても良い。
【００４７】
具体的には、例えば、本真空計の接続継手１２が垂直下方向（図２に示すθ＝＋９０度）、水平方向（同θ＝０度）、垂直上方向（同θ＝−９０度）のそれぞれの状態で静電容量−圧力特性データは測定され、記憶部２３に傾斜角情報と共に静電容量−圧力特性データを記憶させておく。
【００４８】
尚、以上の説明においては、容量検出部２１、記憶部２３及び圧力補正部２２は、静電容量型隔膜真空計のケース１６内に収納したが、ケース１６外に置いても良い。その場合には、ダイヤフラム電極４−固定電極５間の容量に係わる信号と傾斜角情報を、電気入出力端子１０から出力し、外部の容量検出部、記憶部及び圧力補正部を備えたユニットでデータの処理を行えば良い。
【００４９】
また、接続継手１２が垂直下方向とは本真空計が図１に示す状態、即ち、接続継手１２が垂直に下方向に向いた状態（第二の傾斜角）、接続継手１２が水平方向とは本真空計が水平方向に向いた状態（第一の傾斜角）を言う。また、接続継手１２が垂直上方向とは接続継手１２が上方向（静電容量型隔膜真空計１００が図１とは反対方向）に向いた状態（第三の傾斜角）を言う。
【００５０】
実際に静電容量型隔膜真空計１００を真空装置２に取り付けて圧力を測定する場合には、静電容量型隔膜真空計１００がθ＝＋９０、０、−９０度の角度で設置されている時には傾斜角センサ１４はその傾斜角度を検出する。傾斜角センサ１４の傾斜角情報は圧力補正部２２に出力され、その傾斜角情報から予め記憶部２３に記憶しているどの傾斜角度に対応する静電容量−圧力特性データを参照するかが分かる。従って、圧力補正部２２は傾斜角情報に対応する静電容量−圧力特性データを参照し、その圧力に対応する出力値（電圧値又は電流値）を出力する。
【００５１】
次に、接続継手１２が垂直下方向、水平方向、垂直上方向以外の角度で静電容量型隔膜真空計１００が取り付けられた場合の補正方法を説明する。例えば、図３に示すように接続継手１２がθ＝４５度の角度で取り付けられた場合には、傾斜角センサ１４によりその傾斜角度θが検出され、圧力補正部２２に出力される。その際、圧力補正部２２は予め記憶している上記３つの状態のデータ（鉛直下方向、水平方向、鉛直上方向の傾斜角度に対応する静電容量−圧力特性データ）に加え、検出されたこの傾斜角度θを用いて圧力測定値を補正する。
【００５２】
具体的には、接続継手１２が鉛直下方向（θ＝＋９０度；第二の傾斜角）に向いている場合の圧力−静電容量データからの検知静電容量に対する圧力をＡとする。接続継手１２が水平方向（θ＝０度；第一の傾斜角）に向いている場合の圧力−静電容量データからの検知容量に対応する圧力をＢとする。また、接続継手１２が鉛直上方向（θ＝−９０度；第三の傾斜角）に向いている場合の圧力−静電容量データからの検知容量に対する圧力をＣとする。ここで、傾斜角センサ１４の検出角度θが、０≦θ≦９０度（第一の傾斜角≦θ≦第二の傾斜角）の場合には圧力補正部２２は、
圧力＝Ａ×ｓｉｎ２θ＋Ｂ×ｃｏｓ２θ …（式１）
の演算を行い、圧力測定値を近似補正する。
【００５３】
また、傾斜角センサ１４の検出角度θが、−９０≦θ＜０度（第三の傾斜角≦θ＜第一の傾斜角）の場合には圧力補正部２２は、
圧力＝Ｂ×ｃｏｓ２θ＋Ｃ×ｓｉｎ２θ …（式２）
の演算を行い、圧力測定値を近似補正する。このように三角関数を用いて圧力測定値を補正することにより、静電容量型隔膜真空計１００の傾斜角度に関係なく、正確に真空装置の圧力を測定することが可能となる。
【００５４】
次に、この補正方法を図４を用いて更に詳細に説明する。図４は図７において接続継手１２が水平の場合（θ＝０度）と、垂直下方向（θ＝＋９０度）の場合の特性を抽出して示す図である。例えば、図３に示すように接続継手１２が下方向に４５度となるように真空計を取り付けられた場合には（θ＝４５度）、図４に一点砂線で示す静電容量−圧力特性となる。その際、例えば、真空装置２内部に連通する領域３の圧力が５．３Ｐａの時にはダイヤフラム４と固定電極５間の静電容量は３．３ｐＦとなる。
【００５５】
この時、記憶部２３には接続継手１２が垂直下方向（θ＝＋９０度、図４に実線で示す。以降データＡと示すこともある）、水平方向（θ＝０度、図４に破線で示す。以降データＢと示すこともある）、垂直上方向（θ＝−９０度、図４には不図示。以降データＣと示すこともある）の場合の静電容量−圧力特性データしか記憶されていない。そのため、この３．３ｐＦの静電容量が検出されても５．３Ｐａという実際の圧力はそのままでは求められない。そこで、以下の手順によって５．３Ｐａという圧力を算出する。
【００５６】
まず、傾斜角センサ１４により真空計の傾斜角度θが４５度であることが検出され、回路基板９の圧力補正部２２に出力される。圧力補正部２２は接続継手１２が下方向（θ＝＋９０度）にある場合と水平方向（θ＝０）にある場合の静電容量−圧力特性データを用いて圧力測定値の補正を行う。
【００５７】
具体的には、接続継手１２が垂直下方向にある場合の静電容量−圧力特性データ（θ＝＋９０度、図４に実線で示す）では、３．３ｐＦは８．１Ｐａの圧力に相当することが分かる。また、接続継手１２が水平方向にある場合の静電容量−圧力特性データ（θ＝０、図４に破線で示す）では、３．３ｐＦは２．５Ｐａの圧力に相当することが分かる。
【００５８】
つまり、この例では、（式１）を用いて、Ａ＝８．１Ｐａ、Ｂ＝２．５Ｐａを代入して、圧力＝８．１×ｓｉｎ２（４５度）＋２．５×ｃｏｓ２（４５度）＝５．３Ｐａと演算して圧力測定値を近似補正する。
【００５９】
ところで、真空計の傾斜角度θが４５度の時に圧力が７．１Ｐａ以上になると、静電容量は３．６５ｐＦとなる。その際、（式１）のＡとして参照する容量、つまり、接続継手１２が垂直下方向にある時の静電容量−圧力特性データ（θ＝＋９０度、図４に実線で示す）では１０Ｐａ以上の圧力に相当するデータが必要となる。
【００６０】
そこで、例えば、本例で示す真空計のフルスケール圧力が１０Ｐａであっても、上記不都合を回避するためには記憶部２３に記憶しておくべき静電容量-圧力特性データはその真空計の使用圧力範囲より広い範囲のデータが必要である。即ち、この例の場合には、図４に示すように１０Ｐａよりも広い圧力範囲でのデータを実測して内部に記憶しておく必要がある。
【００６１】
つまり、上記例の場合には、図４に示すように接続継手１２が垂直下方向にある場合の特性は１８Ｐａの圧力までデータを実測して記憶部２３に保存しておけば良い。その結果、静電容量が３．６５ｐＦ以上となっても傾斜角度に応じて補正を行って正確な圧力を測定することができる。
【００６２】
なお、以上の実施形態では、真空計の傾斜角θが０〜＋９０度の場合を想定して説明したが、真空計の傾斜角θが−９０〜０度のように接続継手１２が水平よりも上方を向いて設置する場合も同様の手法により圧力測定値を補正すれば良い。但し、この場合には、（式２）を用いて真空計内に予め記憶する静電容量−圧力特性データとしては、接続継手１２が水平方向にあるときのデータＢと、接続継手１２が垂直上方向にあるときのデータＣを用いて補正する。
【００６３】
以上の説明から明らかな様に、傾斜角が０≦θ≦９０度、或いは−９０度≦θ＜０に限定されているときには、３つの傾斜角に対する静電容量の圧力依存性を記憶部２３に記憶しておく必要はない。つまり、上述のようなＡとＢ或いはＢとＣの２組の角度に対する静電容量の圧力依存性を記憶しておくだけでよい。この２つの傾斜角での静電容量の圧力依存性に基づき圧力測定値の補正を行う。
【００６４】
以上のように本発明の静電容量型真空計は、その傾斜角度がどのような角度であっても、真空計の傾斜角度に応じて圧力測定値を補正することが可能となる。従って、接続継手を下方向に向けて取り付けられない場合でも、特別に真空計を調整する必要がなく、安価に作製することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力測定に用いられる静電容量型隔膜真空計、特に、スパッタ装置やエッチング装置等の真空装置の圧力測定に好適な静電容量型隔膜真空計、この静電容量型隔膜真空計を有する真空装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は特許文献１に記載された静電容量型隔膜真空計を簡略して示す図である。図中１００は真空装置２の内部の圧力を測定する静電容量型隔膜真空計、１６は真空計１００を覆うケースである。ケース１６の内部には、ゲッタ１３、絶縁部材６、固定電極５、回路基板９等が配置されている。
【０００３】
また、導電性筐体１５には、ゲッタ１３によってその内部が常に高真空に保たれた状態で封止された基準圧力室（真空封止室）１が配置されている。この基準圧力室１は真空装置２に連通する領域３とはダイヤフラムで仕切られ、ダイヤフラムに対向して固定電極５が配置されている。以降、ダイヤフラムは以下で説明するが電極としても機能するのでダイヤフラム電極４と称することとする。
【０００４】
固定電極５は剛性の絶縁部材６上に形成され、固定電極５から絶縁部材６に形成された貫通配線７を介して反対面に配線が伸びている。その配線から更に真空シールフィードスルー８を通して固定電極５は回路基板９に接続されている。
【０００５】
一方、ダイヤフラム電極４は導電性材料で作られていたり、或いは絶縁性材料に導電性膜を形成して作られていたりする等して電極として機能する構造となっており、導電性筐体１５の間に配置されている。ダイヤフラム電極４は導電性筐体１５から導電線１７を介して回路基板９に接続されている。
【０００６】
ここで、基準圧力室１と真空装置２に連通する領域３との間に圧力差があると、ダイヤフラム電極４は圧力差に応じて固定電極５側に向かって変位する。その際、ダイヤフラム電極４と固定電極５間の静電容量は両者の距離に反比例するので、貫通配線７と真空シールフィードスルー８や導電線１７等を通して、これら電気情報が回路基板９上のユニットに伝えられる。そして、回路基板９上の容量検知部２１によって検出された静電容量は電圧値或いは電流値に変換される。圧力補正部２２は、その電圧値または電流値を補正する。これら電圧値又は電流値は電気入出力端子１０より真空計外に出力され、圧力を測定することができる。
【０００７】
なお、ケース１６はシールド機能を有しており、導電性筐体１５、容量検知部２１、圧力補正部２２や回路基板９等の本真空計全体を覆う構造とすることで外来ノイズの影響を防ぐ効果がある。容量検知部２１及び圧力補正部２２は回路基板９上に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４,７８５,６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の静電容量型隔膜真空計は真空装置２の内部に連通する領域３に存在する気体圧力によってダイヤフラム電極４が変位し、その変位を静電容量変化として検出後、電気信号に変換することで気体圧力を測定する。また、静電容量型隔膜真空計１００を使用する際には、真空装置２に連通する領域３の圧力を十分に下げることによってダイヤフラム電極４の変位量を極限まで小さくする。
【００１０】
その状態で電気入出力端子１０から出力される信号値をゼロ圧力として基準点に設定し（一般にゼロ点調整と言う）、その状態からダイヤフラム電極４が変位した量を検出し、それを圧力値として電気入出力端子１０から出力する。回路基板９にはこの調整を行うためのゼロ点調整ポテンショメータ１１が備わっている。
【００１１】
通常、静電容量型隔膜真空計は製造する過程においても、図５に示すように真空装置２と接続するための接続継手１２が下側を向いた状態で組立・調整を行う。ユーザも同様に接続継手１２が下側を向くように真空装置２に設置すれば、特に問題なく圧力測定ができる。
【００１２】
しかし、静電容量型隔膜真空計を使用する環境においては真空装置２の取り付け口の条件等から、真空計の接続継手１２が上を向いたり、横を向いたりして設置せざるを得ないこともある。その場合には、その設置状況に合わせて特別に静電容量型隔膜真空計の組立・調整を行わなければならない。
【００１３】
特に、測定圧力が１００Ｐａ以下の高感度の静電容量型真空計においては、接続継手１２が真空計の組立調整時の場合とは異なる方向を向いて真空装置２に設置される場合には測定圧力精度が無視できないほどに影響する。例えば、図５に示す静電容量型隔膜真空計において、厚さ５０μｍ、大きさφ４０ｍｍのステンレス製のダイヤフラム電極４を有するものとする。そして、ダイヤフラム電極４と固定電極５との間の距離が２０μｍとなる寸法で静電容量型隔膜真空計を製造すれば、フルスケール圧力１０Ｐａの静電容量型隔膜真空計となる。
【００１４】
図６はこの静電容量型隔膜真空計のダイヤフラム電極４に加わる圧力に対するダイヤフラム固定電極間の静電容量の関係をシミュレーション計算した結果を示す。横軸は圧力（Ｐａ）、縦軸は静電容量（ｐＦ）である。図６に示すように上述の構造を持つ静電容量型隔膜真空計は１０Ｐａの圧力変化に対して静電容量は２.９２ｐＦから５.２ｐＦに変化し、約２.２８ｐＦの静電容量変化が得られる。
【００１５】
しかしながら、図６に示すシミュレーション結果にはダイヤフラム電極４自体の重さは考慮されていない。即ち、ステンレスの比重は８.４であるため、厚さ５０μｍ、大きさφ４０ｍｍのステンレス製ダイヤフラム電極４は重さが０.７１ｍｇある。その際、重力加速度９.８ｋｇ／ｍ2である地上では６.９×１０−３Ｎの下方向の力が常にダイヤフラム電極４に加わることになる。これは、大きさφ40ｍｍ（面積１.２６×１０−３ｍ２）のダイヤフラム電極４に最大で５.５Ｐａの圧力（約２.５μｍのダイヤフラム変位量に相当）が加わることに等しい。
【００１６】
従って、ここに例として示す静電容量型隔膜真空計では、上述の事実を考慮すると、真空計の接続継手１２が下方向にある場合の、圧力に対するダイヤフラム電極−固定電極間の静電容量の関係は図７に実線で示す通りとなる。
【００１７】
また、図７には真空計の接続継手１２が上方向である場合の静電容量の圧力依存性を破線で示す。更に、接続継手１２が横方向（水平方向）である場合の静電容量の圧力依存性を一点鎖線で示す。図７に示す関係から真空計の取り付け条件によって圧力に対する静電容量特性がかなり異なることが分かる。
【００１８】
ところで、上述したように通常の静電容量型隔膜真空計は接続継手１２が下方向に来る状態で使用することを前提に組立・調整されていることが多い。つまり、図７に示す特性（実線で示す特性）では圧力がゼロの場合にダイヤフラム電極４−固定電極５間に２.３６ｐＦの静電容量があり、１０Ｐａに圧力が上昇すると、静電容量は３．６５Ｐａとなり、最終的に１．２９ｐＦの静電容量変化が得られる。
【００１９】
実際の組立・調整時には、図８に実線で示すように、例えば、ゼロ圧力時の２．３６ｐＦの時には出力電圧が０Ｖになり、１０Ｐａの３．６５ｐＦの時には出力電圧が１０Ｖとなるように回路基板９を調整する。また、圧力に対する出力電圧の関係が比例関係となるように圧力補正部２２を調整する。
【００２０】
しかしながら、本真空計を横方向（水平方向）に取り付けたり或いは逆さ方向に取り付けると、ゼロ圧力時や１０Ｐａ圧力時の静電容量はかなり異なった値となり、同時に特性の直線性も異なってしまう。図８には本真空計を横方向（水平方向）に取り付けた場合の圧力と出力電圧の関係を一点鎖線で、本真空計を逆さ方向に取り付けた場合の圧力と出力電圧の関係を破線で示す。
【００２１】
また、真空計に備わっているゼロ点調整ポテンショメータ１１によってゼロ点の出力電圧を補正できたとしても、１０Ｐａに対する出力電圧値や直線性は補正できず、最終的には図８に一点鎖線や破線で示すような特性になってしまう。そのため、高精度の圧力測定が要求される場合には無視できない。
【００２２】
このように静電容量型隔膜真空計は、通常は真空装置への接続継手を下方向に向けた状態で組立調整を行っているため、これ以外の傾斜角度で真空計を使用した場合には誤差が生じる。この誤差は低圧力を測定する高感度型真空計になればなるほど影響が大きくなる。
【００２３】
そのため、様々な事情により接続継手を下方向に向けて静電容量型隔膜真空計を真空装置に取り付けられない場合には、特別に真空計を調整する必要があり、真空計自体が割高になることは避けられなかった。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の目的は、真空計の取り付け条件によらず、高精度の圧力測定が可能な静電容量型隔膜真空計を提供することにある。
【００２５】
上記の目的を達成する本発明に係る静電容量型隔膜真空計は、
ダイヤフラム電極を有する真空封止室と、
前記真空封止室の内部に前記ダイヤフラム電極に対向して設けられた固定電極と、
静電容量型隔膜真空計の傾斜角度を検出するための傾斜角センサと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、真空計の傾斜角度に応じて圧力測定値を補正することにより、真空計の傾斜角度によらず圧力を高精度で測定することができる。従って、様々な事情により接続継手を下方向に向けて取り付けられない場合でも、特別に真空計を調整する必要がなく、安価に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る静電容量型隔膜真空計の一実施形態を示す断面構造図である。
【図２】本発明に用いる傾斜角センサの検出傾斜角度の範囲を示す図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる静電容量型隔膜真空計が傾斜角４５度で真空装置に取り付けられた状態を示す断面構造図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる静電容量型隔膜真空計の圧力測定値の補正方法を説明する図である。
【図５】従来例の真空計を示す断面構造図である。
【図６】ダイヤフラム電極に加わる圧力に対するダイヤフラム固定電極間の静電容量の圧力依存性をシミュレーション計算した結果を示す図である。
【図７】静電容量型隔膜真空計の傾斜角の違いによる静電容量の圧力依存性違いを示す図である。
【図８】静電容量型隔膜真空計の傾斜角の違いによる出力電圧の圧力依存性の違いを示す図である。
【図９】本発明の実施形態にかかる静電容量型隔膜真空計の動作を制御するための電気的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る静電容量型隔膜真空計の一実施形態を示す断面構造図である。図１では図５と同一部分には同一符号を付している。
【００２９】
図１に示す回路基板上に、ゼロ点調整ポテンショメータ１１、傾斜角センサ１４、容量検知部２１、圧力補正部２２、記憶部２３が配置されている。図５と異なる点は、傾斜角センサ１４および記憶部２３等を設けている点である。圧力補正部２２および記憶部２３は、後述するように、傾斜角センサ１４で検出された静電容量型隔膜真空計１００の傾斜角に基づいて圧力測定値を補正する。傾斜角センサ１４等を用いた圧力測定値の補正方法については詳しく後述する。
【００３０】
真空装置２としては、例えば、スパッタ装置、エッチング装置、ＣＶＤ装置等が挙げられ、本発明に係る静電容量型隔膜真空計は、測定対象である真空装置２の内部の圧力測定に用いるものである。特に、静電容量型隔膜真空計はガスの種類に依存せず、高精度で再現性良く圧力を測定できる真空計として使用されている。真空装置２の内部に連通する領域３の圧力を測定する原理や構造に関しては従来の静電容量型隔膜真空計と同様である。
【００３１】
導電性筐体１５の内部には、ゲッタ１３、絶縁部材６、固定電極５等が配置されている。また、導電性筐体１５内には、ゲッタ１３によってその内部が常に高真空に保たれた状態で封止された基準圧力室１が設けられている。絶縁部材６は、円柱形のベース部の上に該ベース部の当該部位での直径より若干小さな直径を有する円柱形の部分が積み重なった形状をしている。導電性筐体１５に対して位置出しを行う為である。基準圧力室１は真空装置２に連通する領域３とはダイヤフラム電極４で仕切られ、基準圧力室１内にはダイヤフラム電極４に対向して固定電極５が配置されている。
【００３２】
固定電極５は絶縁部材６に配置され、固定電極５から絶縁部材６に形成された貫通配線７を介して反対面に配線が伸びており、その配線から更に真空シールフィードスルー８を通して固定電極５は回路基板９に接続されている。
【００３３】
一方、ダイヤフラム電極４は導電性材料又は絶縁性材料に導電性膜を形成して作られており、電極として機能する構造となっている。ダイヤフラム電極４は絶縁部材６と導電性筐体１５の間に配置されている。ダイヤフラム電極４は導電性筐体１５から導電線１７を介して回路基板９に接続されている。
【００３４】
ここで、基準圧力室１と真空装置２に連通する領域３との間に圧力差があると、ダイヤフラム電極４は圧力差に応じて固定電極５側に向かって変位する。ダイヤフラム電極４と固定電極５間の静電容量は両者の距離に反比例する。そのため、貫通配線７と真空シールフィードスルー８や導電線１７等を通して、これらの電気情報が回路基板９に伝えられる。回路基板９上の容量検知部２１は静電容量をデジタルデータに変換し、そして、圧力に正比例する電圧値又は電流値は圧力補正部２２およびデジタル/電圧変換部９０６を介して得られる。これら電圧値又は電流値は電気入出力端子１０より真空計外に出力され、圧力を測定することができる。ここで、上記容量を検知する手段を容量検知部と称し、符号２１で表す。本実施形態では、後述するように容量検知部２１（図９）が容量検知部２１とデジタルコンバータの機能を兼ねている。もちろん、別々に設けても良い。
【００３５】
また、本実施形態では、静電容量型隔膜真空計１００が何度の傾斜角度で取り付けられているかを検出するための傾斜角センサ１４を備えている。傾斜角センサ１４は回路基板９上に搭載されている。ゼロ点調整ポテンショメータ１１も同じ回路基板上に搭載されている。傾斜角センサ１４によって検出された静電容量型隔膜真空計１００の傾斜角度情報は回路基板９上の圧力補正部２２（図９）に出力される。圧力補正部２２は後述するように傾斜角に応じて電気入出力端子１０から出力される圧力測定値の補正を行う。
【００３６】
ここで、本発明の実施形態にかかる静電容量型隔膜真空計１００の動作を制御する制御回路のブロック図を図９に示す。ダイヤフラムに加わる圧力は、ダイヤフラムと固定電極間の静電容量に補正される。そして、容量検知部２１は静電容量をデジタル値への変換により検出し、実測圧力と共に記憶部２３に記憶させておく。一方、傾斜角センサ１４は真空計の傾斜角度情報を回路基板９上の圧力補正部２２に送る。回路基板９上の圧力補正部２２は上述の圧力-静電容量データに傾斜角度の情報を加味して補正を行い、適切なデジタル圧力値をデジタル/電圧変換部９０６に送る。そしてその結果、圧力に相当する電圧が電気入出力端子９０７から出力される。傾斜角センサ１４、圧力補正部２２、および記憶部２３は、圧力補正手段として機能する。
【００３７】
即ち、回路基板９上の圧力補正部２２は傾斜角センサ１４からの傾斜角情報や予め記憶部に記憶しているデータに基づいて圧力測定値を補正する。
【００３８】
傾斜角センサ１４としては、例えば、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサを用いている。この３軸加速度センサには、例えば、北陸電気工業株式会社のピエゾ抵抗型３軸加速度センサＨＡＡＭ−３１２Ｂ等が好適である。この３軸加速度センサを使用すれば、小型であるため真空計の大きさを変えることも無い。
【００３９】
また、傾斜角度θを図２に示すように定義する場合、−９０〜＋９０度の傾斜角を検出できる。本実施形態では、例えば、図２に示すように水平方向をゼロ（θ＝０）とする場合、水平方向と９０度異なる＋９０度を第二の傾斜角（θ＝＋９０度）とする（第二の傾斜角とは上方向の鉛直方向）。また、第二の傾斜角とは９０度異なるθ＝０を第一の傾斜角とする。更に、水平方向と−９０度異なる−９０度を第三の傾斜角（θ＝−９０度）とする（第三の傾斜角とは下方向の鉛直方向）。
【００４０】
本明細書を通じて傾斜角とはダイヤフラム電極４が平らな状態、即ち凹にも凸にもなっていないときにその中心を通るダイヤフラム電極４に垂直な基準圧力室１側に向く直線が水平なときの（図２のθ＝０）静電容量型隔膜真空計１００の傾斜角に対する使用時の傾斜角をいう。この傾斜角は、傾斜角センサ１４の出力信号から直接又は間接に得ることが出来る。
【００４１】
更に、回路基板９における静電容量を電圧に変換する手段としては、例えば、アナログデバイセス社のデジタルコンバータＡＤ７７４５を好適に使用できる。このデジタルコンバータまたは容量検知部２１は接続された圧力センサ素子（圧力/静電容量変換部）の静電容量をデジタル数値に変換する機能を有する。圧力補正部２２はセンサ素子の特性の直線性と範囲を調整することによって、デジタルデータを変換することができる。
【００４２】
図３は静電容量型隔膜真空計１００を有する真空装置２の一例を示す。即ち、静電容量型隔膜真空計１００を真空装置２に取り付けた状態の一例を示すものである。図３は静電容量型隔膜真空計１００を４５度（図２のゼロ度に対して４５度）で取り付けた状態の断面構造図である。通常、静電容量型隔膜真空計１００は＋９０度（接続継手１２が下向き）の角度で取り付けられる場合が多い。本実施形態では、このように静電容量型隔膜真空計１００をどのような角度で取り付けた場合でも、圧力測定値を補正することによって真空装置２の圧力を精度良く測定することが可能である。図３中１０１はバルブ、１０２は真空ポンプ、１０３は電源兼表示器を示す。
【００４３】
次に、本実施形態の傾斜角情報に基づく圧力測定値の補正方法について説明する。まず、静電容量−圧力特性データを記憶部２３に記憶させておく。この場合、静電容量−圧力特性データは、真空装置内部に連通する領域３の圧力の変化を伴う固定電極５とダイヤフラム電極４間の静電容量を実際に測定しておくことにより取得される。
【００４４】
具体的には、実際に基準圧力を測定するための真空計と、静電容量型隔膜真空計１００と、を同じ真空装置に取り付けてその内部を真空排気し、その真空装置内に気体を導入して所定の圧力になった時に固定電極５−ダイヤフラム電極４間の静電容量を測定する。その際、基準圧力を測定するため真空計を用いて圧力測定を行う。そして、圧力を変えながら、この作業を繰り返すことにより所定の傾斜角度に応じて静電容量−圧力特性データが得られ、それを記憶部２３に記憶させておく。記憶部２３は記憶手段を構成する。
【００４５】
この操作により、記憶部２３には、基準圧力に対する静電容量データの表が作成される。そのため、逆に真空装置内部に連通する領域３の圧力が変化して、固定電極５−ダイヤフラム電極４間の静電容量がある値になった時に、それが何気圧に相当する静電容量であるかを逆算することが可能である。そして、その圧力に相当する出力値（電圧値や電流値）を図１の電気入出力端子１０より出力する。静電容量−圧力特性データは図７に示すような測定傾斜角に対する静電容量の圧力依存性として、記憶部２３等の記憶手段に保存される。
【００４６】
ここで、本発明の効果を得るためには、記憶部２３に記憶させるデータを採取するための上記作業を実施する際に、本真空計が何度の角度で傾いているかの傾斜角情報を傾斜角センサ１４で検出する。その傾斜角情報を静電容量−圧力特性データと別々に記憶部２３に記憶させておく。また、傾斜角情報と静電容量−圧力特性データを異なる記憶手段に記憶させておいても良い。
【００４７】
具体的には、例えば、本真空計の接続継手１２が垂直下方向（図２に示すθ＝＋９０度）、水平方向（同θ＝０度）、垂直上方向（同θ＝−９０度）のそれぞれの状態で静電容量−圧力特性データは測定され、記憶部２３に傾斜角情報と共に静電容量−圧力特性データを記憶させておく。
【００４８】
尚、以上の説明においては、容量検出部２１、記憶部２３及び圧力補正部２２は、静電容量型隔膜真空計のケース１６内に収納したが、ケース１６外に置いても良い。その場合には、ダイヤフラム電極４−固定電極５間の容量に係わる信号と傾斜角情報を、電気入出力端子１０から出力し、外部の容量検出部、記憶部及び圧力補正部を備えたユニットでデータの処理を行えば良い。
【００４９】
また、接続継手１２が垂直下方向とは本真空計が図１に示す状態、即ち、接続継手１２が垂直に下方向に向いた状態（第二の傾斜角）、接続継手１２が水平方向とは本真空計が水平方向に向いた状態（第一の傾斜角）を言う。また、接続継手１２が垂直上方向とは接続継手１２が上方向（静電容量型隔膜真空計１００が図１とは反対方向）に向いた状態（第三の傾斜角）を言う。
【００５０】
実際に静電容量型隔膜真空計１００を真空装置２に取り付けて圧力を測定する場合には、静電容量型隔膜真空計１００がθ＝＋９０、０、−９０度の角度で設置されている時には傾斜角センサ１４はその傾斜角度を検出する。傾斜角センサ１４の傾斜角情報は圧力補正部２２に出力され、その傾斜角情報から予め記憶部２３に記憶しているどの傾斜角度に対応する静電容量−圧力特性データを参照するかが分かる。従って、圧力補正部２２は傾斜角情報に対応する静電容量−圧力特性データを参照し、その圧力に対応する出力値（電圧値又は電流値）を出力する。
【００５１】
次に、接続継手１２が垂直下方向、水平方向、垂直上方向以外の角度で静電容量型隔膜真空計１００が取り付けられた場合の補正方法を説明する。例えば、図３に示すように接続継手１２がθ＝４５度の角度で取り付けられた場合には、傾斜角センサ１４によりその傾斜角度θが検出され、圧力補正部２２に出力される。その際、圧力補正部２２は予め記憶している上記３つの状態のデータ（鉛直下方向、水平方向、鉛直上方向の傾斜角度に対応する静電容量−圧力特性データ）に加え、検出されたこの傾斜角度θを用いて圧力測定値を補正する。
【００５２】
具体的には、接続継手１２が鉛直下方向（θ＝＋９０度；第二の傾斜角）に向いている場合の圧力−静電容量データからの検知静電容量に対する圧力をＡとする。接続継手１２が水平方向（θ＝０度；第一の傾斜角）に向いている場合の圧力−静電容量データからの検知容量に対応する圧力をＢとする。また、接続継手１２が鉛直上方向（θ＝−９０度；第三の傾斜角）に向いている場合の圧力−静電容量データからの検知容量に対する圧力をＣとする。ここで、傾斜角センサ１４の検出角度θが、０≦θ≦９０度（第一の傾斜角≦θ≦第二の傾斜角）の場合には圧力補正部２２は、
圧力＝Ａ×ｓｉｎ２θ＋Ｂ×ｃｏｓ２θ …（式１）
の演算を行い、圧力測定値を近似補正する。
【００５３】
また、傾斜角センサ１４の検出角度θが、−９０≦θ＜０度（第三の傾斜角≦θ＜第一の傾斜角）の場合には圧力補正部２２は、
圧力＝Ｂ×ｃｏｓ２θ＋Ｃ×ｓｉｎ２θ …（式２）
の演算を行い、圧力測定値を近似補正する。このように三角関数を用いて圧力測定値を補正することにより、静電容量型隔膜真空計１００の傾斜角度に関係なく、正確に真空装置の圧力を測定することが可能となる。
【００５４】
次に、この補正方法を図４を用いて更に詳細に説明する。図４は図７において接続継手１２が水平の場合（θ＝０度）と、垂直下方向（θ＝＋９０度）の場合の特性を抽出して示す図である。例えば、図３に示すように接続継手１２が下方向に４５度となるように真空計を取り付けられた場合には（θ＝４５度）、図４に一点砂線で示す静電容量−圧力特性となる。その際、例えば、真空装置２内部に連通する領域３の圧力が５．３Ｐａの時にはダイヤフラム４と固定電極５間の静電容量は３．３ｐＦとなる。
【００５５】
この時、記憶部２３には接続継手１２が垂直下方向（θ＝＋９０度、図４に実線で示す。以降データＡと示すこともある）、水平方向（θ＝０度、図４に破線で示す。以降データＢと示すこともある）、垂直上方向（θ＝−９０度、図４には不図示。以降データＣと示すこともある）の場合の静電容量−圧力特性データしか記憶されていない。そのため、この３．３ｐＦの静電容量が検出されても５．３Ｐａという実際の圧力はそのままでは求められない。そこで、以下の手順によって５．３Ｐａという圧力を算出する。
【００５６】
まず、傾斜角センサ１４により真空計の傾斜角度θが４５度であることが検出され、回路基板９の圧力補正部２２に出力される。圧力補正部２２は接続継手１２が下方向（θ＝＋９０度）にある場合と水平方向（θ＝０）にある場合の静電容量−圧力特性データを用いて圧力測定値の補正を行う。
【００５７】
具体的には、接続継手１２が垂直下方向にある場合の静電容量−圧力特性データ（θ＝＋９０度、図４に実線で示す）では、３．３ｐＦは８．１Ｐａの圧力に相当することが分かる。また、接続継手１２が水平方向にある場合の静電容量−圧力特性データ（θ＝０、図４に破線で示す）では、３．３ｐＦは２．５Ｐａの圧力に相当することが分かる。
【００５８】
つまり、この例では、（式１）を用いて、Ａ＝８．１Ｐａ、Ｂ＝２．５Ｐａを代入して、圧力＝８．１×ｓｉｎ２（４５度）＋２．５×ｃｏｓ２（４５度）＝５．３Ｐａと演算して圧力測定値を近似補正する。
【００５９】
ところで、真空計の傾斜角度θが４５度の時に圧力が７．１Ｐａ以上になると、静電容量は３．６５ｐＦとなる。その際、（式１）のＡとして参照する容量、つまり、接続継手１２が垂直下方向にある時の静電容量−圧力特性データ（θ＝＋９０度、図４に実線で示す）では１０Ｐａ以上の圧力に相当するデータが必要となる。
【００６０】
そこで、例えば、本例で示す真空計のフルスケール圧力が１０Ｐａであっても、上記不都合を回避するためには記憶部２３に記憶しておくべき静電容量-圧力特性データはその真空計の使用圧力範囲より広い範囲のデータが必要である。即ち、この例の場合には、図４に示すように１０Ｐａよりも広い圧力範囲でのデータを実測して内部に記憶しておく必要がある。
【００６１】
つまり、上記例の場合には、図４に示すように接続継手１２が垂直下方向にある場合の特性は１８Ｐａの圧力までデータを実測して記憶部２３に保存しておけば良い。その結果、静電容量が３．６５ｐＦ以上となっても傾斜角度に応じて補正を行って正確な圧力を測定することができる。
【００６２】
なお、以上の実施形態では、真空計の傾斜角θが０〜＋９０度の場合を想定して説明したが、真空計の傾斜角θが−９０〜０度のように接続継手１２が水平よりも上方を向いて設置する場合も同様の手法により圧力測定値を補正すれば良い。但し、この場合には、（式２）を用いて真空計内に予め記憶する静電容量−圧力特性データとしては、接続継手１２が水平方向にあるときのデータＢと、接続継手１２が垂直上方向にあるときのデータＣを用いて補正する。
【００６３】
以上の説明から明らかな様に、傾斜角が０≦θ≦９０度、或いは−９０度≦θ＜０に限定されているときには、３つの傾斜角に対する静電容量の圧力依存性を記憶部２３に記憶しておく必要はない。つまり、上述のようなＡとＢ或いはＢとＣの２組の角度に対する静電容量の圧力依存性を記憶しておくだけでよい。この２つの傾斜角での静電容量の圧力依存性に基づき圧力測定値の補正を行う。
【００６４】
以上のように本発明の静電容量型真空計は、その傾斜角度がどのような角度であっても、真空計の傾斜角度に応じて圧力測定値を補正することが可能となる。従って、接続継手を下方向に向けて取り付けられない場合でも、特別に真空計を調整する必要がなく、安価に作製することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラム電極を有する真空封止室と、
前記真空封止室の内部に前記ダイヤフラム電極に対向して設けられた固定電極と、
静電容量型隔膜真空計の傾斜角度を検出するための傾斜角センサと、
を有することを特徴とする静電容量型隔膜真空計。
【請求項２】
前記ダイヤフラム電極と前記固定電極との間の静電容量を検知する容量検知手段と、
所定の傾斜角における前記ダイヤフラム電極と前記固定電極との間の静電容量の圧力依存性を記憶する記憶手段と、
前記傾斜角センサによって検出された傾斜角情報及び前記記憶手段が記憶している前記静電容量の圧力依存性に基づいて前記傾斜角情報に係わる傾斜角における圧力を補正する圧力補正手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型隔膜真空計。
【請求項３】
前記所定の傾斜角は、水平方向である第一の傾斜角、上方向の鉛直方向である第二の傾斜角及び下方向の鉛直方向である第三の傾斜角であることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型隔膜真空計。
【請求項４】
前記記憶手段は、前記静電容量型隔膜真空計の使用圧力範囲によりも広い圧力範囲の前記所定の傾斜角における前記静電容量の圧力依存性を記憶していることを特徴とする請求項２又は３に記載の静電容量型隔膜真空計。
【請求項５】
前記所定の傾斜角は、水平方向である第一の傾斜角及び前記第一の傾斜角とは９０度異なる第二の傾斜角であり、
前記圧力補正手段は、２つの前記傾斜角での前記圧力依存性に基づき、前記第一の傾斜角及び前記第二の傾斜角の間の前記傾斜角情報に係わる傾斜角における前記圧力を補正することを特徴とする請求項２に記載の静電容量型隔膜真空計。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の静電容量型隔膜真空計を有することを特徴とする真空装置。
【請求項１】
ダイヤフラム電極を有する真空封止室と、
前記真空封止室の内部に前記ダイヤフラム電極に対向して設けられた固定電極と、
静電容量型隔膜真空計の傾斜角度を検出するための傾斜角センサと、
を有することを特徴とする静電容量型隔膜真空計。
【請求項２】
前記ダイヤフラム電極と前記固定電極との間の静電容量を検知する容量検知手段と、
所定の傾斜角における前記ダイヤフラム電極と前記固定電極との間の静電容量の圧力依存性を記憶する記憶手段と、
前記傾斜角センサによって検出された傾斜角情報及び前記記憶手段が記憶している前記静電容量の圧力依存性に基づいて前記傾斜角情報に係わる傾斜角における圧力を補正する圧力補正手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型隔膜真空計。
【請求項３】
前記所定の傾斜角は、水平方向である第一の傾斜角、上方向の鉛直方向である第二の傾斜角及び下方向の鉛直方向である第三の傾斜角であることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型隔膜真空計。
【請求項４】
前記記憶手段は、前記静電容量型隔膜真空計の使用圧力範囲によりも広い圧力範囲の前記所定の傾斜角における前記静電容量の圧力依存性を記憶していることを特徴とする請求項２又は３に記載の静電容量型隔膜真空計。
【請求項５】
前記所定の傾斜角は、水平方向である第一の傾斜角及び前記第一の傾斜角とは９０度異なる第二の傾斜角であり、
前記圧力補正手段は、２つの前記傾斜角での前記圧力依存性に基づき、前記第一の傾斜角及び前記第二の傾斜角の間の前記傾斜角情報に係わる傾斜角における前記圧力を補正することを特徴とする請求項２に記載の静電容量型隔膜真空計。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の静電容量型隔膜真空計を有することを特徴とする真空装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１６９６６５（Ｐ２０１０−１６９６６５Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８２２０７（Ｐ２００９−２８２２０７）
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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