JP2002122498A - Method and device for measuring pressure of inclusion gas - Google Patents
Method and device for measuring pressure of inclusion gasInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は含有ガスの圧力測定
方法及び測定装置に係り、特に低分子量のベースガス中
に含まれる高分子量ガスの圧力測定方法及び装置に関す
る。具体的には、例えば、Ｈ２などをキャリアーガスと
して有機金属原料（ＭＯ）を使用した気相成長法（ＣＶ
Ｄ）によって基板上に任意の膜を形成するＭＯ−ＣＶＤ
での原料ガスの圧力測定に関する分野である。The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the pressure of a contained gas, and more particularly to a method and an apparatus for measuring the pressure of a high molecular weight gas contained in a low molecular weight base gas. Specifically, for example, a vapor phase growth method (CV) using an organometallic material (MO) using H 2 or the like as a carrier gas.
MO-CVD for forming an arbitrary film on a substrate by D)
In the field of pressure measurement of raw material gas at
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の混合ガスの圧力測定方法を以下に
説明する。 （質量分析）ガス成分の圧力を測定するための方法とし
ては、質量分析法が代表的である。質量分析法は、イオ
ン化したガスを電磁気力により分子量にしたがって各成
分を分離して検出し、各成分の比率を測定する方法であ
る。この方法ではガスに未知成分が何種類も入っていて
も、夫々の圧力が測定できるという特長がある。しか
し、装置が複雑で高価であることが大きな欠点で、ＭＯ
−ＣＶＤでは特殊な研究用にしか使用されていない。2. Description of the Related Art A conventional method for measuring the pressure of a mixed gas will be described below. (Mass spectrometry) As a method for measuring the pressure of a gas component, a mass spectrometry is typical. The mass spectrometry is a method in which each component of an ionized gas is separated and detected according to a molecular weight by electromagnetic force, and a ratio of each component is measured. This method has the characteristic that even if the gas contains many kinds of unknown components, the respective pressures can be measured. However, the major disadvantage is that the equipment is complicated and expensive,
-Only used for special research in CVD.
【０００３】（水晶振動子の共振周波数）ＭＯ−ＣＶＤ
などにおいてベースガスと含有ガスの二種類からなる混
合ガスを使う場合に、含有ガスである原料ガスの圧力を
簡便に測定する方法として、水晶振動子の共振周波数の
変化を計測する方法が提案されている（特開昭６２−２
８５４１５、特開平４−１１６４４８）。これらは、水
晶振動子の共振周波数が振動子表面への付着・吸着物の
質量によって変化することを利用している。即ち、ガス
中に曝した振動子表面に付着する原料の量はガス圧力に
比例すると仮定して、計測された周波数変化より圧力を
算出している。しかし、付着と脱離の現象は複雑であっ
て必ずしも付着量とガスの圧力は比例しないこと、及び
成分によっても比例係数が異なることから測定精度が低
いという問題があり、さらにガスの圧力変化にすぐに追
従し得ず、応答が遅いことが問題となっている。(Resonant frequency of quartz oscillator) MO-CVD
For example, when a mixed gas consisting of a base gas and a contained gas is used, a method of measuring the change in the resonance frequency of a quartz resonator has been proposed as a simple method of measuring the pressure of the raw material gas as a contained gas. (Japanese Patent Laid-Open No. 622-2)
85415, JP-A-4-116448). These methods use the fact that the resonance frequency of a quartz oscillator changes depending on the mass of the substance adhering to and adsorbing to the oscillator surface. That is, assuming that the amount of the raw material adhering to the surface of the vibrator exposed to the gas is proportional to the gas pressure, the pressure is calculated from the measured frequency change. However, the phenomenon of adhesion and desorption is complicated, and the amount of adhesion and the gas pressure are not necessarily proportional, and there is a problem that the measurement accuracy is low because the proportionality coefficient varies depending on the component. The problem is that they cannot follow immediately and the response is slow.
【０００４】（超音波伝播速度）ＭＯ−ＣＶＤでは、通
常、キャリアーガスである低分子量ガスの中に高分子量
の有機金属原料ガスが含有されている。例えば、キャリ
ア−ガスがＨ２（分子量２）、有機金属原料ガスがＣｕ
（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）（分子量３７０）のような場
合には、ガス中の超音波伝播速度は分子量の重い有機金
属ガスにほとんど依存することから、伝播速度の変化か
ら原料ガスの圧力概略値を算出する方法が実用化されて
いる。しかし、この超音波法は音を伝える媒体が必要な
ことから大気圧近傍でしか使用できず、今後重要となる
減圧型ＭＯ−ＣＶＤには適用できない。(Ultrasonic Propagation Speed) In MO-CVD, a high molecular weight organometallic raw material gas is usually contained in a low molecular weight gas as a carrier gas. For example, the carrier gas is H 2 (molecular weight 2) and the organometallic raw material gas is Cu.
In the case of (hfac) (tmvs) (molecular weight 370), since the ultrasonic wave propagation velocity in the gas depends almost on the organic metal gas having a high molecular weight, the approximate pressure of the raw material gas can be calculated from the change in the propagation velocity. The calculation method has been put to practical use. However, this ultrasonic method can be used only in the vicinity of atmospheric pressure because a medium for transmitting sound is required, and cannot be applied to reduced pressure MO-CVD which will be important in the future.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以上、述べたように、
質量分析法は複雑・高価であり、水晶振動子の共振周波
数法は精度、応答性に問題があり、また、超音波伝播速
度法は減圧雰囲気には適用できないという問題があり、
ＭＯ−ＣＶＤなどの原料ガスの圧力測定に適した方法と
は言えない。As described above, as described above,
Mass spectrometry is complicated and expensive, the resonance frequency method of quartz oscillator has problems in accuracy and responsiveness, and the ultrasonic propagation velocity method has a problem that it cannot be applied to a reduced-pressure atmosphere.
It cannot be said that this method is suitable for measuring the pressure of the source gas such as MO-CVD.
【０００６】一方、単一成分ガスや成分比が一定の混合
ガスの圧力測定に、水晶振動子の共振インピーダンスを
利用した圧力測定法が実用化されている。この方法は、
水晶振動子の共振インピーダンスが振動子近傍のガスの
粘性によって変化することを利用する。即ち、ガスの粘
性はガスの質量密度、即ち分子量と圧力に関連するの
で、水晶振動子真空計には共振インピーダンスと圧力の
関係式が予め入力されており、ガスの種類（分子量）を
仮定・入力すれば圧力が直接表示される構成となってい
る。この共振インピーダンス法は、成分比が不明な混合
ガスの場合には測定不可能であるが、本来的に簡便な方
法であり、しかも１０−２Ｐａ以上の圧力範囲で高い測
定精度、応答性を有することからＭＯ−ＣＶＤの原料ガ
スの圧力測定に適していることに着目し、これを混合ガ
ス中の含有ガスの圧力測定に応用する検討を行った。こ
の中で、種々の混合ガスおよび含有ガスに対する水晶振
動子の共振インピーダンスの挙動を調査、研究した結
果、成分比未知の混合ガスであっても含有ガスの圧力を
精度良く求めることができる測定方法を見出し、本発明
の完成に至ったものである。On the other hand, a pressure measurement method utilizing the resonance impedance of a quartz oscillator has been put to practical use for measuring the pressure of a single component gas or a mixed gas having a constant component ratio. This method
This is based on the fact that the resonance impedance of a quartz oscillator changes depending on the viscosity of gas near the oscillator. That is, since the viscosity of the gas is related to the mass density of the gas, that is, the molecular weight and the pressure, the relational expression between the resonance impedance and the pressure is input in advance to the quartz oscillator vacuum gauge, and the type (molecular weight) of the gas is assumed. When input, the pressure is directly displayed. This resonance impedance method cannot be measured in the case of a mixed gas whose component ratio is unknown, but is inherently a simple method and has high measurement accuracy and responsiveness in a pressure range of 10 −2 Pa or more. Focusing on the fact that it is suitable for measuring the pressure of the source gas for MO-CVD, it was studied to apply this to the pressure measurement of the gas contained in the mixed gas. Among them, we investigated and studied the behavior of the resonance impedance of the quartz resonator for various mixed gases and contained gases, and as a result, we could accurately determine the pressure of the contained gas even for a mixed gas whose component ratio is unknown. And have completed the present invention.
【０００７】即ち、本発明の目的は、測定精度及び応答
性に優れ、減圧雰囲気にも適用できる簡便なガス圧力測
定方法及びそのための安価な装置を実現することにあ
り、水晶振動子の共振インピーダンス法による混合ガス
の圧力測定法を実現することにある。That is, an object of the present invention is to realize a simple gas pressure measuring method which is excellent in measurement accuracy and responsiveness and can be applied to a reduced pressure atmosphere, and an inexpensive apparatus therefor. It is an object of the present invention to realize a method for measuring the pressure of a mixed gas by a method.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明の圧力測定方法は、水晶振動子が配置された真空
容器に、ベースガスと含有ガスとからなる混合ガスを導
入し、水晶振動子の共振インピーダンス変化量から混合
ガス中の含有ガスの圧力を測定する圧力測定方法であっ
て、特定の混合ガス圧力又はベースガス圧力において、
含有ガスの圧力と共振インピーダンス変化との関係を求
め、この関係を基に混合ガスについて測定される共振イ
ンピーダンスから含有ガスの圧力を求めることを特徴と
する。In order to achieve the above object,
The pressure measuring method according to the present invention is such that a mixed gas comprising a base gas and a contained gas is introduced into a vacuum vessel in which a quartz oscillator is disposed, and the pressure of the contained gas in the mixed gas is determined based on a change in resonance impedance of the quartz oscillator. A pressure measurement method for measuring the pressure at a specific mixed gas pressure or base gas pressure,
The relationship between the pressure of the contained gas and the change in the resonance impedance is obtained, and the pressure of the contained gas is obtained from the resonance impedance measured for the mixed gas based on this relationship.
【０００９】水晶振動子の共振インピーダンスが振動子
近傍のガスの粘性によって変化し、ガスの粘性はガスの
質量密度、即ち密度（単位体積あたりの分子数）と分子
量（ガス分子の質量）の積に関係することが知られてい
る。そこで、ベースガスと含有ガスの二種類からなる混
合ガスの場合、含有ガスの圧力の大小が水晶振動子の共
振インピーダンスに影響を与えることになる。そこで、
予め全圧が測定できる真空計と質量分析器を併用して、
特定成分の混合ガスにおける合計圧力、含有ガスの圧力
と水晶振動子の共振インピーダンスの関係を検量線とし
て求めておくと、以後は同じ成分であるが圧力未知の含
有ガス圧力を測定することができる。The resonance impedance of a quartz oscillator changes according to the viscosity of gas in the vicinity of the oscillator, and the viscosity of gas is the mass density of gas, that is, the product of density (number of molecules per unit volume) and molecular weight (mass of gas molecules). It is known to be related to Therefore, in the case of a mixed gas composed of two types, the base gas and the contained gas, the magnitude of the pressure of the contained gas affects the resonance impedance of the crystal resonator. Therefore,
Using a vacuum gauge and mass spectrometer that can measure the total pressure in advance,
If the relationship between the total pressure in the mixed gas of the specific component, the pressure of the contained gas and the resonance impedance of the quartz oscillator is determined as a calibration curve, the contained gas pressure of the same component but unknown pressure can be measured thereafter. .
【００１０】又、本発明の圧力測定方法は、真空容器内
に配置された水晶振動子と、該水晶振動子を共振させそ
の共振インピーダンスを計測する共振インピーダンス計
測手段と、前記真空容器内にガスが導入されたときの共
振インピーダンスの変化量を圧力に変換する圧力変換手
段とから構成される水晶振動子真空計、及びガス種に依
存せずに真の圧力を測定する第２の真空計を用いて、前
記真空容器内に導入されるベースガスと含有ガスとから
なる混合ガス中の含有ガスの圧力を測定する圧力測定方
法であって、ベースガス及び含有ガスについて、それぞ
れ単位ガス圧力に対する水晶振動子の共振インピーダン
スの変化量（即ち、感度）Ｋａ，Ｋｂを求め、前記圧力
変換手段の出力値がベースガスについて真の圧力値とな
るように校正し、混合ガスについて測定される第２の真
空計の出力値Ｐｃと圧力変換手段の出力値Ｐｃ’とか
ら、 Ｐａ＝（Ｐｃ’−Ｐｃ）／（Ｋ−１） （Ｋ＝Ｋａ／Ｋｂ：感度比）の関係式により含有ガスの
圧力Ｐａを求めることを特徴とする。Further, the pressure measuring method of the present invention comprises a quartz oscillator disposed in a vacuum vessel, resonance impedance measuring means for resonating the quartz oscillator and measuring a resonance impedance thereof, and a gas in the vacuum vessel. And a pressure conversion means for converting the amount of change in the resonance impedance when pressure is introduced into a pressure, and a second vacuum gauge for measuring the true pressure without depending on the gas type. A pressure measuring method for measuring the pressure of a contained gas in a mixed gas consisting of a base gas and a contained gas introduced into the vacuum vessel, wherein the base gas and the contained gas each have a crystal with respect to a unit gas pressure. The change amounts (that is, sensitivities) Ka and Kb of the resonance impedance of the vibrator are obtained, and the output value of the pressure conversion means is calibrated so as to be a true pressure value for the base gas; From the output value Pc of the second vacuum gauge measured for the combined gas and the output value Pc ′ of the pressure conversion means, Pa = (Pc′−Pc) / (K−1) (K = Ka / Kb: sensitivity ratio The pressure Pa of the contained gas is determined by the relational expression (3).
【００１１】さらには、ベースガスだけを導入したとき
の圧力変換手段の出力値Ｐｂと混合ガスを導入したとき
の出力値Ｐｃ’とから、 Ｐａ＝（Ｐｃ’−Ｐｂ）／Ｋ （Ｋ＝Ｋａ／Ｋｂ：感度比）の関係式により含有ガスの
圧力Ｐａを求めることを特徴とする。Further, from the output value Pb of the pressure conversion means when only the base gas is introduced and the output value Pc 'when the mixed gas is introduced, Pa = (Pc'-Pb) / K (K = Ka / Kb: sensitivity ratio), wherein the pressure Pa of the contained gas is determined.
【００１２】水晶振動子の共振インピーダンス変化量と
ガスの質量密度の関係は知られているので、ガスの分子
量を入力して圧力を算出するのが従来の水晶振動子真空
計の原理であるが、もし真の圧力が知られているとする
と逆にガスの分子量を算出することもできる。ベースガ
スと含有ガスの二種類からなる混合ガスの場合には各成
分の分子量の重み付き平均値となり、重みは共振インピ
ーダンス変化量と圧力の比例係数である感度に対応す
る。そこで、共振インピーダンス変化量と各成分の感度
を使用すれば、検量線を用いることなしに含有ガスの圧
力を算出することができる。Since the relationship between the amount of change in the resonance impedance of the quartz resonator and the mass density of the gas is known, the principle of the conventional quartz resonator vacuum gauge is to calculate the pressure by inputting the molecular weight of the gas. If the true pressure is known, the molecular weight of the gas can be calculated. In the case of a mixed gas comprising two types of base gas and contained gas, a weighted average value of the molecular weight of each component is obtained, and the weight corresponds to the sensitivity which is a proportional coefficient between the change amount of the resonance impedance and the pressure. Therefore, if the resonance impedance change amount and the sensitivity of each component are used, the pressure of the contained gas can be calculated without using a calibration curve.
【００１３】具体的には、混合ガスが含有ガスとベース
ガスの二種類のガスからなり、混合ガスの真の圧力とそ
れぞれの感度が知られているとする。この時には、二つ
の未知数である二種類のガス圧力に対して、知られてい
る合計圧力と計測される合計出力の二つの式が成立する
ので、未知数が求められることになる。Specifically, it is assumed that the mixed gas is composed of two kinds of gases, a contained gas and a base gas, and the true pressure of the mixed gas and the sensitivity of each are known. At this time, since two equations of a known total pressure and a measured total output are established for two kinds of gas pressures, which are two unknowns, the unknowns are obtained.
【００１４】即ち、含有ガスの真の圧力をＰａ、ベース
ガスの真の圧力をＰｂ、混合ガスの真の全圧をＰｃとす
ると、 Ｐｃ＝Ｐａ＋Ｐｂ ・・・（１） 合計出力をＳ、含有ガスの水晶振動子感度をＫａ、ベー
スガスの水晶振動子感度をＫｂとすると、 Ｓ＝Ｋａ・Ｐａ＋Ｋｂ・Ｐｂ ・・・（２） となる。これを圧力に変換する場合、実際に表示される
のは混合ガスのベースガス感度での圧力であるため、こ
れをＰｃ’とすると、 Ｐｃ’＝Ｓ／Ｋｂ＝（Ｋａ／Ｋｂ）・Ｐａ＋Ｐｂ ・・・（３） となる。以上より、含有ガスの真の圧力Ｐａ、ベースガ
スの真の圧力Ｐｂは以下のように表される。 Ｐａ＝（Ｐｃ’−Ｐｃ）・Ｋｂ／（Ｋａ−Ｋｂ） ・・・（４） Ｐｂ＝（Ｐｃ・Ｋａ−Ｐｃ’・Ｋｂ）／（Ｋａ−Ｋｂ）・・・（５）That is, assuming that the true pressure of the contained gas is Pa, the true pressure of the base gas is Pb, and the true total pressure of the mixed gas is Pc, Pc = Pa + Pb (1) Assuming that the sensitivity of the crystal oscillator of the gas is Ka and the sensitivity of the crystal oscillator of the base gas is Kb, S = Ka · Pa + Kb · Pb (2) When this is converted to pressure, what is actually displayed is the pressure at the base gas sensitivity of the mixed gas. Therefore, if this is set to Pc ′, Pc ′ = S / Kb = (Ka / Kb) · Pa + Pb ·・ ・ (3) From the above, the true pressure Pa of the contained gas and the true pressure Pb of the base gas are expressed as follows. Pa = (Pc′−Pc) · Kb / (Ka−Kb) (4) Pb = (Pc · Ka−Pc ′ · Kb) / (Ka−Kb) (5)
【００１５】一方、混合ガスの真の圧力Ｐｃの代わり
に、ベースガスのみの真の圧力Ｐｂが知れたとしても、
含有ガスの真の圧力Ｐａは以下のようにして求められ
る。 Ｐａ＝（Ｐｃ’−Ｐｂ）・Ｋｂ／Ｋａ ・・・（６） なお、ベースガスの水晶振動子感度に対する含有ガスの
水晶振動子感度の比率Ｋ（＝Ｋａ／Ｋｂ）が知られてい
る場合、（４）、（６）は Ｐａ＝（Ｐｃ’−Ｐｃ）／（Ｋ−１） ・・・（４）’ Ｐａ＝（Ｐｃ’−Ｐｂ）／Ｋ ・・・（６）’ と表現できる。On the other hand, even if the true pressure Pb of only the base gas is known instead of the true pressure Pc of the mixed gas,
The true pressure Pa of the contained gas is determined as follows. Pa = (Pc′−Pb) · Kb / Ka (6) When the ratio K (= Ka / Kb) of the crystal oscillator sensitivity of the contained gas to the crystal oscillator sensitivity of the base gas is known. , (4), (6) can be expressed as Pa = (Pc′−Pc) / (K−1) (4) ′ Pa = (Pc′−Pb) / K (6) ′ .
【００１６】従って、水晶振動子真空計がベースガスの
感度に設定され、混合ガスの水晶振動子による計測値を
Ｐｃ’とすると、混合ガスでも真の圧力が計測できる隔
膜真空計が備えられている場合には、その値Ｐｃを式
（６）に代入して含有ガスの圧力を算出することができ
る。Accordingly, when the quartz-crystal vibrator is set to the sensitivity of the base gas and the measured value of the mixed gas by the quartz-crystal vibrator is Pc ', a diaphragm gauge capable of measuring the true pressure even with the mixed gas is provided. If so, the value Pc can be substituted into equation (6) to calculate the pressure of the contained gas.
【００１７】なお、含有ガス及びベースガスの水晶振動
子感度Ｋａ，Ｋｂ並びに感度比Ｋは、それぞれのガス圧
力について共振インピーダンスを実測することにより求
められるが、例えば、感度既知の他の含有ガス及びベー
スガスの水晶振動子感度から、 Ｋａ／Ｋｂ＝α・（Ｍａ／Ｍｂ）0.5 （Ｍａ：含有ガスの分子量、Ｍｂ：ベースガスの分子
量、α：比例定数）の関係式により求めることができ、
また、感度比Ｋを、含有ガスの圧力に対する圧力変換手
段の出力値Ｐｃ’の変化の傾きから求めても良い。ま
た、本発明を完成する過程において、水晶振動子の共振
インピーダンスが水晶振動子表面の結露開始に敏感に反
応することが新たに見出された。一方、水晶振動子の共
振周波数は温度に依存することが知られており、この特
性から水晶振動子の温度を直接測定することができる。
この二つを利用すると、結露開始の温度、即ち露点を計
測することができる。露点が分かれば、その成分の蒸気
圧曲線から含有ガスの圧力の絶対値を算出することがで
きる。従って、水晶振動子の共振インピーダンス計測と
露点計測をほぼ同時に行えば、露点計測から得られる含
有ガスの圧力絶対値によって、共振インピーダンス計測
における含有ガスの水晶振動子感度を校正することが可
能となる。The quartz crystal resonator sensitivities Ka and Kb and the sensitivity ratio K of the contained gas and the base gas can be obtained by actually measuring the resonance impedance at each gas pressure. From the crystal oscillator sensitivity of the base gas, it can be obtained from the relational expression of Ka / Kb = α · (Ma / Mb) 0.5 (Ma: molecular weight of contained gas, Mb: molecular weight of base gas, α: proportional constant),
Further, the sensitivity ratio K may be obtained from the gradient of the change of the output value Pc ′ of the pressure conversion means with respect to the pressure of the contained gas. In the process of completing the present invention, it has been newly found that the resonance impedance of the crystal unit is sensitive to the start of dew condensation on the surface of the crystal unit. On the other hand, it is known that the resonance frequency of a crystal resonator depends on temperature, and the temperature of the crystal resonator can be directly measured from this characteristic.
By using these two, the temperature at the start of dew condensation, that is, the dew point can be measured. If the dew point is known, the absolute value of the pressure of the contained gas can be calculated from the vapor pressure curve of the component. Therefore, if the resonance impedance measurement and the dew point measurement of the crystal resonator are performed almost simultaneously, it becomes possible to calibrate the crystal resonator sensitivity of the contained gas in the resonance impedance measurement by the absolute value of the contained gas pressure obtained from the dew point measurement. .
【００１８】本発明の他の圧力測定方法は、真空容器内
に導入される含有ガスとベースガスとからなる混合ガス
中の含有ガス圧力を、該真空容器内に配置された水晶振
動子の共振インピーダンスの変化を利用して測定する圧
力測定方法であって、水晶振動子を冷却し、水晶振動子
表面への含有ガスの結露開始時を共振インピーダンスの
変化により検知し、そのときの水晶振動子温度を共振周
波数から求めて露点を計測し、該露点での含有ガスの飽
和蒸気圧を混合ガス中の含有ガスの圧力とすることを特
徴とする。上述したように、共振インピーダンスが結露
開始時に急激に変化することから結露開始時を正確に検
出することが可能となり、混合ガス中の含有ガス圧力を
求めることができる。In another pressure measuring method of the present invention, the pressure of a contained gas in a mixed gas composed of a contained gas and a base gas introduced into a vacuum vessel is measured by the resonance of a quartz oscillator placed in the vacuum vessel. This is a pressure measurement method that measures using a change in impedance.This method cools the crystal unit, detects the start of dew condensation of the contained gas on the surface of the crystal unit based on the change in the resonance impedance, and then detects the crystal unit. The dew point is measured by obtaining the temperature from the resonance frequency, and the saturated vapor pressure of the contained gas at the dew point is set as the pressure of the contained gas in the mixed gas. As described above, since the resonance impedance changes abruptly at the start of dew condensation, the start of dew condensation can be accurately detected, and the pressure of the gas contained in the mixed gas can be obtained.
【００１９】一方、本発明の圧力測定装置は、ベースガ
スと含有ガスとからなる混合ガス中の含有ガスの圧力を
測定するための圧力測定装置において、水晶振動子と、
水晶振動子を発振させ共振インピーダンスを計測する共
振インピーダンス計測手段と、含有ガス及びベースガス
のそれぞれについて単位ガス圧力あたりの共振インピー
ダンスの変化量を記憶する記憶手段と、ガス導入に伴う
共振インピーダンスの変化量を圧力に変換する手段であ
って、ベースガスについて変換された圧力が真の圧力値
となるように校正した圧力変換手段と、該圧力変換手段
の出力から含有ガスの圧力値を演算する演算手段とを備
えたことを特徴とする。On the other hand, a pressure measuring device of the present invention is a pressure measuring device for measuring the pressure of a contained gas in a mixed gas consisting of a base gas and a contained gas.
Resonance impedance measuring means for oscillating the quartz oscillator to measure the resonance impedance, storage means for storing the change amount of the resonance impedance per unit gas pressure for each of the contained gas and the base gas, and the change of the resonance impedance accompanying the gas introduction Means for converting an amount into pressure, wherein the pressure conversion means is calibrated so that the converted pressure of the base gas becomes a true pressure value, and an operation for calculating the pressure value of the contained gas from the output of the pressure conversion means Means.
【００２０】あるいは、水晶振動子と、水晶振動子を発
振させ共振インピーダンスを計測する共振インピーダン
ス計測手段と、共振周波数を計測する共振周波数計測手
段と、水晶振動子の温度調整手段と、含有ガスの飽和蒸
気圧と温度の関係を記憶する記憶手段と、を備え、水晶
振動子の温度を変化させ、結露開始時を共振インピーダ
ンスの変化で検知するとともに、該結露開始時の水晶振
動子温度を共振周波数から求めて露点を測定し、該露点
に対応する含有ガスの飽和蒸気圧を前記記憶手段から抽
出して、この値を含有ガスの圧力とする構成としたこと
を特徴とする。Alternatively, a quartz oscillator, a resonance impedance measuring means for oscillating the quartz oscillator to measure a resonance impedance, a resonance frequency measuring means for measuring a resonance frequency, a temperature adjusting means for the quartz oscillator, Storage means for storing the relationship between the saturated vapor pressure and the temperature, wherein the temperature of the crystal resonator is changed, the start of dew condensation is detected by a change in resonance impedance, and the temperature of the crystal resonator at the start of dew condensation is detected. The dew point is measured from the frequency, the saturated vapor pressure of the contained gas corresponding to the dew point is extracted from the storage means, and this value is used as the pressure of the contained gas.
【００２１】[0021]
【本発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。 （第一の実施例）図１は本発明の第一の実施例を示す模
式図である。図に示すように、本実施例の圧力測定装置
は、水晶振動子真空計のセンサ部１及び制御部３と被測
定部２とから構成される。センサ部１は，水晶振動子１
１とこれを収納する振動子容器１２及び信号線１３から
なり、信号線１３は導入口１４を介して制御部３に接続
されている。被測定部２は、真空ポンプ２２を備えた真
空容器２１に、ガス種に依存せず真の圧力を測定できる
隔膜型真空計（第２の真空計）２７が取り付けられると
ともに、ベースガス及び含有ガスのボンベ２３，２４が
バルブ２５，２６を介して連結された構成となってい
る。制御部３は、水晶振動子１１を共振させるための共
振回路３１と水晶振動子の共振インピーダンスを計測す
る計測回路３２とからなり、これらの回路はコンピュー
タ３３により制御される。また、コンピュータ３３に
は、図示していないが、ガスを導入して計測回路３２に
より計測される共振インピーダンスの変化量を圧力に変
換する圧力変換手段、変換された圧力値から含有ガスの
圧力を演算する演算手段、及び含有ガスやベースガスの
感度（単位圧力あたりの共振インピーダンスの変化量）
等を記憶する記憶手段等が備えられている。このような
装置構成とし、後述するように、感度、分子量、真の圧
力等のデータを用いて、混合ガス中の含有ガスの圧力を
求めることができる。なお、例えば真の圧力は、図に示
すように、隔膜型真空計２７とコンピュータ３３とを信
号線２８により接続し、直接、圧力測定値をコンピュー
タに送る構成としても良いし、隔膜型真空計２７の表示
値を読みとり、手動で入力するようにしても良い。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the pressure measuring device of the present embodiment includes a sensor unit 1, a control unit 3, and a measured unit 2 of a quartz crystal vacuum gauge. The sensor unit 1 is a quartz oscillator 1
1, a transducer container 12 for accommodating the same, and a signal line 13. The signal line 13 is connected to the control unit 3 via an inlet 14. The measurement target section 2 has a diaphragm type vacuum gauge (second vacuum gauge) 27 capable of measuring a true pressure irrespective of a gas type attached to a vacuum vessel 21 provided with a vacuum pump 22 and a base gas and a contained gas. Gas cylinders 23 and 24 are connected via valves 25 and 26. The control unit 3 includes a resonance circuit 31 for resonating the crystal unit 11 and a measurement circuit 32 for measuring the resonance impedance of the crystal unit. These circuits are controlled by the computer 33. Although not shown, the computer 33 introduces gas, converts the amount of change in the resonance impedance measured by the measurement circuit 32 into pressure, and converts the amount of the contained gas from the converted pressure value into pressure. Calculation means for calculating and sensitivity of contained gas and base gas (change amount of resonance impedance per unit pressure)
Is provided. With such an apparatus configuration, the pressure of the gas contained in the mixed gas can be determined using data such as sensitivity, molecular weight, and true pressure, as described later. In addition, for example, as shown in the figure, a configuration in which the diaphragm type vacuum gauge 27 and the computer 33 are connected by a signal line 28 and the measured pressure value is directly transmitted to the computer may be used as the true pressure. The display value of 27 may be read and manually input.
【００２２】まず、ベースガスバルブ２５と含有ガスバ
ルブ２６を開け、真空容器２１に主成分のベースガスと
微量の含有ガスが存在する状態とする。ベースガスと含
有ガスとの合計の圧力（全圧）は、隔膜型真空計２７に
よって測定され、また水晶振動子１１はベースガスと含
有ガスの雰囲気に曝されている。First, the base gas valve 25 and the contained gas valve 26 are opened, and a state is established in which the base gas of the main component and a small amount of the contained gas are present in the vacuum vessel 21. The total pressure (total pressure) of the base gas and the contained gas is measured by the diaphragm type vacuum gauge 27, and the quartz resonator 11 is exposed to the atmosphere of the base gas and the contained gas.
【００２３】ここで、水晶振動子１１を共振回路３１に
より励起し、ある共振インピーダンスと共振周波数で振
動させる。この共振インピーダンスは雰囲気ガスの密度
（単位体積あたりの分子数）と分子量（ガス分子の質
量）の積に依存する。雰囲気ガスが一種類でないときに
は、平均密度と平均分子量の積、即ち分子量の重みつき
の平均密度に依存する。従って、雰囲気ガスがベースガ
スと含有ガスの二種類で合計圧力あるいはベースガスの
圧力が一定の場合には、共振インピーダンスと含有ガス
の圧力（分圧）には一対一の対応関係がある。そこで、
特定の合計圧力あるいはベースガスの圧力において、一
度、例えば、質量分析器を使用して共振インピーダンス
と含有ガスの圧力の関係（検量線）を求めておくと、以
後は計測された共振インピーダンスの値から含有ガスの
圧力を測定することができる。Here, the quartz oscillator 11 is excited by the resonance circuit 31 and vibrates at a certain resonance impedance and a certain resonance frequency. This resonance impedance depends on the product of the density (number of molecules per unit volume) and the molecular weight (mass of gas molecules) of the atmosphere gas. When the type of the atmospheric gas is not one, it depends on the product of the average density and the average molecular weight, that is, the weighted average density of the molecular weight. Therefore, if the total pressure or the pressure of the base gas is constant with two types of atmosphere gas, the base gas and the contained gas, there is a one-to-one correspondence between the resonance impedance and the pressure (partial pressure) of the contained gas. Therefore,
Once the relationship between the resonance impedance and the pressure of the contained gas (calibration curve) is determined at a specific total pressure or the pressure of the base gas using, for example, a mass spectrometer, the value of the measured resonance impedance is obtained. Can be used to measure the pressure of the contained gas.
【００２４】一方、含有ガス及びベースガスに対する水
晶振動子の感度（即ち、単位ガス圧力に対する共振イン
ピーダンスの変化量）Ｋａ，Ｋｂ又は感度比Ｋ（＝Ｋａ
／Ｋｂ）を求めておき、これをコンピュータ３３の記憶
手段に記憶させておくことにより、混合ガスについての
測定値から、含有ガスの圧力を求めることができる。こ
の方法を、実験結果を挙げて具体的に説明する。表１
は、実験に用いた混合ガスである。On the other hand, the sensitivity of the quartz oscillator to the contained gas and the base gas (that is, the change in the resonance impedance with respect to the unit gas pressure) Ka, Kb or the sensitivity ratio K (= Ka).
By calculating / Kb) and storing it in the storage means of the computer 33, the pressure of the contained gas can be obtained from the measured value of the mixed gas. This method will be specifically described with reference to experimental results. Table 1
Is a mixed gas used in the experiment.
【００２５】[0025]
【表１】 [Table 1]
【００２６】混合ガスＡ〜Ｃのそれぞれについて、ベー
スガスの圧力を一定（５００Ｐａ）とし、含有ガスの圧
力を０Ｐａから１００Ｐａ程度まで変化させて共振イン
ピーダンスの変化量を求めた。ここで、ベースガス及び
含有ガスの圧力は隔膜型真空計２７で測定した。この結
果を図２に示す。横軸が含有ガスの圧力、縦軸が共振イ
ンピーダンスの変化量である。なお、ベースガスに対す
る水晶振動子の感度Ｋｂは、ベースガス圧を５００Ｐａ
まで導入する過程で測定される共振インピーダンスの変
化量の傾きから求めることができる。また、同時に、圧
力変換手段の出力値がベースガスの真の圧力（即ち、隔
膜型真空計の測定値）となるように圧力変換手段を校正
する。図２から明らかなように、いずれの混合ガスにお
いても、共振インピーダンスの変化量と含有ガス圧力と
の間にはかなりよい直線性が得られている。これらよ
り、共振インピーダンスの変化量によって、１０％程度
の測定精度で含有ガスの圧力を測定可能なことが理解で
きる。For each of the mixed gases A to C, the pressure of the base gas was kept constant (500 Pa), and the pressure of the contained gas was changed from 0 Pa to about 100 Pa to determine the amount of change in the resonance impedance. Here, the pressures of the base gas and the contained gas were measured by the diaphragm type vacuum gauge 27. The result is shown in FIG. The horizontal axis indicates the pressure of the contained gas, and the vertical axis indicates the amount of change in the resonance impedance. The sensitivity Kb of the crystal unit to the base gas is determined by setting the base gas pressure to 500 Pa
Can be determined from the gradient of the amount of change in the resonance impedance measured during the process of introducing At the same time, the pressure conversion means is calibrated so that the output value of the pressure conversion means becomes the true pressure of the base gas (that is, the measured value of the diaphragm type vacuum gauge). As is clear from FIG. 2, in any of the mixed gases, quite good linearity is obtained between the amount of change in the resonance impedance and the contained gas pressure. From these, it can be understood that the pressure of the contained gas can be measured with a measurement accuracy of about 10% by the amount of change in the resonance impedance.
【００２７】また、図２のプロットから得られる直線の
傾きは、含有ガスの水晶振動子感度を表している。分子
量が大きいほど水晶振動子感度は高くなり、例えば混合
ガスＡは分子量が非常に小さいベースガスと非常に大き
い含有ガスであるため、傾き（＝水晶振動子感度）が大
きくなる。逆に、混合ガスＣは分子量がやや小さいベー
スガスとやや大きい含有ガスであるため、小さい傾きと
なっている。The slope of the straight line obtained from the plot of FIG. 2 indicates the sensitivity of the contained gas to the quartz oscillator. The higher the molecular weight, the higher the crystal resonator sensitivity. For example, since the mixed gas A is a base gas having a very small molecular weight and a very large contained gas, the inclination (= crystal resonator sensitivity) is large. Conversely, the mixed gas C has a small inclination because the mixed gas C is a base gas having a relatively small molecular weight and a gas containing a relatively large molecular weight.
【００２８】なお、水晶振動子の感度比Ｋは、Ｋａ，Ｋ
ｂを個別に求めることにより得られるが、次のようにし
て求めることができる。即ち、圧力変換手段は、ベース
ガスについての出力圧力値が真の圧力値になるように校
正されているため、式（３）から明らかなように、例え
ば図２のデータを圧力変換手段の出力値（縦軸）と含有
ガスの圧力（横軸）をプロットすると、得られる直線の
傾きから含有ガスの水晶振動子感度Ｋａとベースガスの
水晶振動子感度Ｋｂとの比Ｋ（＝Ｋａ／Ｋｂ）を直接求
めることができる。It should be noted that the sensitivity ratio K of the crystal unit is Ka, K
Although it can be obtained by individually obtaining b, it can be obtained as follows. That is, since the pressure conversion means is calibrated so that the output pressure value of the base gas becomes a true pressure value, as is apparent from equation (3), for example, the data of FIG. When the value (vertical axis) and the pressure of the contained gas (horizontal axis) are plotted, the ratio K (= Ka / Kb) between the quartz oscillator sensitivity Ka of the contained gas and the quartz oscillator sensitivity Kb of the base gas is obtained from the slope of the obtained straight line. ) Can be obtained directly.
【００２９】含有ガス及びベースガスの感度Ｋａ，Ｋｂ
又は感度比Ｋを知り、混合ガスの圧力又はベースガスの
圧力を測定することにより、表２に示す関係から含有ガ
ス圧力を求めることができる。Sensitivity Ka, Kb of contained gas and base gas
Alternatively, by knowing the sensitivity ratio K and measuring the pressure of the mixed gas or the pressure of the base gas, the pressure of the contained gas can be obtained from the relationship shown in Table 2.
【表２】 [Table 2]
【００３０】次に、混合ガスＡ〜Ｃ及びＰＦＴＢＡ／Ｎ
２混合ガスについて、水晶振動子の感度比Ｋと含有ガス
とベースガスの分子量の比率（Ｍａ／Ｍｂ）の関係を図
３に示す。横軸が分子量の比率、縦軸が水晶振動子感度
比Ｋである。図３から明らかなように、水晶振動子の感
度比は、分子量比との間で Ｋ＝α・（Ｍａ／Ｍｂ）０．５ ・・・（７） （但し、Ｍａ：含有ガスの分子量、Ｍｂ：ベースガスの
分子量、α：比例定数）の関係が成立することが分か
る。いくつかの仮定を含んだ理論では分子量比の０．４
２乗に比例するが、実際には理論とは若干異なり、０．
５乗に比例することが判明した。従って、水晶振動子感
度の比率が知られていない混合ガスの場合でも、（７）
式を用いて、分子量の比率から感度の比率を求めること
ができる。即ち、実験的に求めた特定混合ガスの感度比
率から、分子量比率を考慮することにより、実際に感度
測定を行わなくても未知の感度比率を算出することがで
きる。Next, the mixed gases A to C and PFTBA / N
FIG. 3 shows the relationship between the sensitivity ratio K of the quartz oscillator and the ratio of the molecular weight of the contained gas to the base gas (Ma / Mb) for the two mixed gases. The horizontal axis is the ratio of molecular weight, and the vertical axis is the crystal oscillator sensitivity ratio K. As is clear from FIG. 3, the sensitivity ratio of the quartz oscillator is K = α · (Ma / Mb) 0.5 (7) (where Ma is the molecular weight of the contained gas, It can be seen that the relationship of Mb: molecular weight of the base gas, α: proportionality constant holds. The theory, including some assumptions, suggests a molecular weight ratio of 0.4
Although it is proportional to the square, it is actually slightly different from the theory.
It turned out to be proportional to the fifth power. Therefore, even in the case of a mixed gas whose ratio of the crystal resonator sensitivity is not known, (7)
Using the equation, the sensitivity ratio can be determined from the molecular weight ratio. That is, by considering the molecular weight ratio from the experimentally determined sensitivity ratio of the specific mixed gas, an unknown sensitivity ratio can be calculated without actually performing the sensitivity measurement.
【００３１】（第二の実施例）図４は本発明の第二の実
施例を示す模式図である。３４は共振周波数計測回路、
３５は周波数／温度変換器である。その他の図１と同じ
番号は、第一の実施例と同じものを示す。図１と同じセ
ンサ部１、被測定部２、および制御部３の共振回路３
１、共振インピーダンス計測回路３２、コンピュータ３
３の構成・動作は第一の実施例と同じである。(Second Embodiment) FIG. 4 is a schematic diagram showing a second embodiment of the present invention. 34 is a resonance frequency measuring circuit,
35 is a frequency / temperature converter. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts as in the first embodiment. Resonant circuit 3 of sensor unit 1, measured unit 2, and control unit 3 as in FIG.
1. Resonance impedance measurement circuit 32, computer 3
The configuration and operation of the third embodiment are the same as those of the first embodiment.
【００３２】共振周波数計測回路３４は水晶振動子の共
振周波数を計測し、周波数／温度変換器３５では共振周
波数の温度依存性から振動子の温度を算出する構成とし
てある。つまり、常に正確な振動子の温度が計測され
る。また、水晶振動子表面に分子が付着すると共振イン
ピーダンスが大幅に変化し、付着した状態をすばやく検
知することができる。また、共振周波数は水晶振動子温
度に依存することにより、水晶振動子表面での結露開始
の温度、即ち露点を計測することができるようになって
いる。この露点情報がコンピュータ３３に入力される。The resonance frequency measuring circuit 34 measures the resonance frequency of the crystal oscillator, and the frequency / temperature converter 35 calculates the temperature of the oscillator from the temperature dependence of the resonance frequency. That is, the temperature of the vibrator is always accurately measured. In addition, when molecules adhere to the surface of the crystal resonator, the resonance impedance changes significantly, and the state of the adhesion can be quickly detected. In addition, since the resonance frequency depends on the temperature of the crystal unit, the temperature at the start of dew condensation on the surface of the crystal unit, that is, the dew point can be measured. This dew point information is input to the computer 33.
【００３３】そこで、含有ガスの蒸気圧曲線が既知であ
る場合には、次のようにして、共振インピーダンス計測
における含有ガスの水晶振動子感度を校正することがで
きる。ベースガスバルブ２５は最初から開とし、含有ガ
スバルブ２６を徐々に開けて真空容器２１の含有ガスの
圧力を次第に増加させる。すると、圧力上昇に比例して
共振インピーダンスは次第に大きくなり、飽和圧力を越
した時点で水晶振動子表面に結露し、共振インピーダン
スは急激に変化する。例えば、ＰＦＴＢＡの場合、ガス
圧が１４Ｐａ変化したときの共振インピーダンス計測回
路の出力は０．５Ｖであるのに対し、結露が起こるとス
ケールオーバー（１０Ｖ以上）してしまうことになる。
この時の温度を蒸気圧曲線に当てはめると含有ガスの圧
力絶対値を知ることができ、その圧力絶対値で、同時点
での共振インピーダンスの変化分（含有ガスの寄与分）
を割れば正しい水晶振動子感度を求めることができる。Therefore, when the vapor pressure curve of the contained gas is known, the sensitivity of the quartz oscillator of the contained gas in the resonance impedance measurement can be calibrated as follows. The base gas valve 25 is opened from the beginning, and the contained gas valve 26 is gradually opened to gradually increase the pressure of the contained gas in the vacuum vessel 21. Then, the resonance impedance gradually increases in proportion to the pressure rise, and when the pressure exceeds the saturation pressure, dew forms on the surface of the quartz resonator, and the resonance impedance changes rapidly. For example, in the case of PFTBA, the output of the resonance impedance measurement circuit when the gas pressure changes by 14 Pa is 0.5 V, but when dew condensation occurs, the scale is over (10 V or more).
By applying the temperature at this time to the vapor pressure curve, the absolute value of the pressure of the contained gas can be known, and the absolute value of the pressure indicates the change in the resonance impedance at the same time (the contribution of the contained gas).
By dividing, the correct crystal oscillator sensitivity can be obtained.
【００３４】また、コンピュータ３３に予め蒸気圧曲線
を入力しておいて、周波数／温度変換器３５からの温度
情報により自動的に感度校正の計算を行うこともでき
る。また、コンピュータ３３には人間が読取った圧力絶
対値とそのときの共振インピーダンスの変化分を入力し
て半自動的な校正の計算させることもできる。いずれに
しても、圧力計測に使用する水晶振動子と同一の振動子
を使用して露点を計測しているので、非常に精度のよい
校正が行える。Further, it is also possible to input a vapor pressure curve into the computer 33 in advance and calculate the sensitivity calibration automatically based on the temperature information from the frequency / temperature converter 35. The computer 33 can also input a pressure absolute value read by a human and a change in the resonance impedance at that time to calculate a semi-automatic calibration. In any case, since the dew point is measured using the same vibrator as the crystal vibrator used for pressure measurement, very accurate calibration can be performed.
【００３５】（第三の実施例）図５は本発明の第三の実
施例を示す模式図である。１５は温度調整機構、３６は
温度調整機構制御器であり、その他の図２と同じ番号は
第二の実施例と同じものを示す。温度調整機構１５、温
度調整機構制御器３６を除けば、すべての構成・動作は
第一・第二の実施例と同じである。温度調整機構１５は
センサ部１の加熱あるいは冷却を行い、温度調整機構制
御器３６はその制御を行う。(Third Embodiment) FIG. 5 is a schematic diagram showing a third embodiment of the present invention. Reference numeral 15 denotes a temperature adjustment mechanism, 36 denotes a temperature adjustment mechanism controller, and the same reference numerals as in FIG. 2 denote the same components as those in the second embodiment. Except for the temperature adjustment mechanism 15 and the temperature adjustment mechanism controller 36, all configurations and operations are the same as those of the first and second embodiments. The temperature adjustment mechanism 15 heats or cools the sensor unit 1, and the temperature adjustment mechanism controller 36 controls the same.
【００３６】本実施例で行う温度制御は、含有ガス圧力
の正確な測定と凝縮・分離性含有ガスの安定測定の二つ
の異なる目的がある。含有ガス圧力の正確な測定につい
ては、第二の実施例の方法を拡張したものである。即
ち、第二の実施例ではセンサ部の温度は常温であり、含
有ガスの圧力を変化させて感度の校正を行った。これに
対して本実施例では、センサ部の温度を冷却し現在の含
有ガス圧力の絶対値を測定する。センサ部の冷却以外の
動作は第二の実施例と同じである。この露点方式の圧力
測定では刻々変化する圧力の測定は行えないが、絶対圧
力を測定できるメリットがある。The temperature control performed in this embodiment has two different purposes: accurate measurement of the contained gas pressure and stable measurement of the condensed / separable contained gas. The accurate measurement of the contained gas pressure is an extension of the method of the second embodiment. That is, in the second embodiment, the temperature of the sensor section is room temperature, and the sensitivity is calibrated by changing the pressure of the contained gas. On the other hand, in the present embodiment, the temperature of the sensor unit is cooled, and the absolute value of the present contained gas pressure is measured. The operation other than the cooling of the sensor unit is the same as that of the second embodiment. Although the pressure that changes every moment cannot be measured by the dew point pressure measurement, there is a merit that the absolute pressure can be measured.
【００３７】凝縮・分解性含有ガスの安定測定について
は、水晶振動子表面への凝縮と分解・堆積が最小となる
最適温度に設定するものである。ＭＯ−ＣＶＤで使用さ
れる原料は、通常、室温では液体（露点が室温以上）で
あり、かつある特定温度以上で分解をしはじめる。その
ため、水晶振動子が室温であれば原料は水晶振動子表面
に凝縮し計測が困難となる。ただし、凝縮の場合には露
点以上の温度となるとすぐに計測が可能となる。一方、
水晶振動子があまり高温になると原料は水晶振動子表面
で分解・堆積してしまい同様に計測が困難となるが、こ
の場合の回復は実際上不可能である。そこで、安定測定
のためには凝縮もせず分解・堆積も少ない最適温度が存
在する。この最適温度は成分ガスの種類の違いはもちろ
んのこと、圧力自体にも依存するため、露点よりもやや
高い温度が最適温度となる。For the stable measurement of the condensable / decomposable contained gas, the temperature is set to an optimum temperature at which the condensing and decomposing / accumulating on the surface of the quartz oscillator is minimized. Raw materials used in MO-CVD are usually liquid at room temperature (dew point is higher than room temperature), and start to decompose at a certain temperature or higher. Therefore, if the crystal unit is at room temperature, the raw material condenses on the surface of the crystal unit, making measurement difficult. However, in the case of condensation, measurement becomes possible as soon as the temperature reaches the dew point or higher. on the other hand,
If the temperature of the crystal resonator becomes too high, the raw material is decomposed and deposited on the surface of the crystal resonator, making measurement difficult. However, recovery in this case is practically impossible. Therefore, for stable measurement, there is an optimum temperature at which neither condensation nor decomposition / deposition occurs. Since this optimum temperature depends not only on the type of component gas but also on the pressure itself, a temperature slightly higher than the dew point is the optimum temperature.
【００３８】そこで、測定動作の基本としてはセンサ部
の温度を、共振インピーダンスあるいは露点計測から得
られた圧力での最適温度に維持する。具体的な動作はい
くつかの方法がある。例えば、（１）一度露点計測によ
り校正された共振インピーダンスにより圧力を計測し、
センサ部の温度を計測された圧力に対応する最適温度に
追従・変化させる、（２）定期的にセンサ部の温度を低
下させて凝縮が開始する温度（露点）を実際に確認し、
露点よりやや高い温度にセンサ部の温度を設定する、
（３）最適値と思われる一定温度にしておき、圧力が高
くなって凝縮が始まったら少し温度を上げる、などの方
法がある。Therefore, as a basis of the measurement operation, the temperature of the sensor section is maintained at the optimum temperature at the pressure obtained from the resonance impedance or the dew point measurement. There are several specific operations. For example, (1) pressure is measured by resonance impedance once calibrated by dew point measurement,
Following and changing the temperature of the sensor unit to the optimum temperature corresponding to the measured pressure. (2) Actually confirming the temperature (dew point) at which condensation is started by periodically lowering the temperature of the sensor unit,
Set the temperature of the sensor to a temperature slightly higher than the dew point,
(3) There is a method of keeping a constant temperature which is considered to be an optimum value, and raising the temperature a little when the pressure increases and the condensation starts.
【００３９】以上実施例を上げて本発明を説明してきた
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
例えば、以上の実施例では含有ガスは一種類としたが、
含有ガスが二種類以上であっても含有ガスの平均分圧を
求めるためには本発明を適用することができる。また、
ベースガスも一種類となっているが、ベースガスが二種
類以上であってもそれぞれの成分比が一定であれば本発
明を適用できる。また、以上の実施例では主成分である
低分子量のベースガスに含まれる微量の高分子量の含有
ガスについて説明したが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、同程度の分子量のベースガスと含有ガスの場
合や、高分子量のベースガス中に含まれる低分子量の含
有ガスの場合であってもやや精度が下がるものの本発明
を適用することができる。Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.
For example, in the above embodiments, the contained gas was one type,
The present invention can be applied to obtain the average partial pressure of the contained gas even if the contained gas is two or more types. Also,
Although one type of base gas is used, the present invention can be applied to two or more types of base gas as long as their component ratios are constant. Further, in the above embodiments, a small amount of a high-molecular-weight contained gas contained in a low-molecular-weight base gas as a main component was described, but the present invention is not limited to this, and a base gas having a similar molecular weight may be used. The present invention can be applied to a gas containing gas or a gas containing low molecular weight contained in a high molecular weight base gas, although the accuracy is slightly lowered.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によ
り、従来の水晶振動子の共振インピーダンス法では不可
能であった混合ガス中の含有ガス圧力を高精度に測定す
ることが可能となり、ＭＯ−ＣＶＤ装置用の真空計とし
て、安価で信頼性のある真空計を提供することが可能と
なる。As described above, according to the present invention, it is possible to measure the pressure of the gas contained in a mixed gas with high accuracy, which was impossible with the resonance impedance method of a conventional quartz oscillator. -An inexpensive and reliable vacuum gauge can be provided as a vacuum gauge for a CVD apparatus.
【図１】本発明の圧力測定装置の第一の実施例を示す模
式図である。FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a pressure measuring device according to the present invention.
【図２】共振インピーダンスの変化量と含有ガスの圧力
の関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a change amount of a resonance impedance and a pressure of a contained gas.
【図３】水晶振動子感度の比率と分子量の比率の関係を
示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the ratio of the crystal resonator sensitivity and the ratio of the molecular weight.
【図４】本発明の圧力測定装置の第二の実施例を示す模
式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a second embodiment of the pressure measuring device of the present invention.
【図５】本発明の圧力測定装置の第三の実施例を示す模
式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a third embodiment of the pressure measuring device of the present invention.
１ センサ部、 ２ 被測定部、 ３ 制御部、 １１ 水晶振動子、 １２ 振動子容器、 １３ 信号線、 １４ 導入口、 １５ 温度調整機構、 ２１ 真空容器、 ２２ 真空ポンプ、 ２３ ベースガスボンベ、 ２４ ベースガスバルブ、 ２５ 含有ガスボンベ、 ２６ 含有ガスバルブ、 ２７ 隔膜型真空計、 ２８ 信号線、 ３１ 共振回路、 ３２ 共振インピーダンス計測回路、 ３３ コンピュータ、 ３４ 共振周波数計測回路、 ３５ 周波数／温度変換器、 ３６ 温度調整機構制御器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor part, 2 measured part, 3 control part, 11 crystal oscillator, 12 oscillator container, 13 signal line, 14 introduction port, 15 temperature adjustment mechanism, 21 vacuum container, 22 vacuum pump, 23 base gas cylinder, 24 base Gas valve, 25 containing gas cylinder, 26 containing gas valve, 27 diaphragm type vacuum gauge, 28 signal line, 31 resonance circuit, 32 resonance impedance measurement circuit, 33 computer, 34 resonance frequency measurement circuit, 35 frequency / temperature converter, 36 temperature adjustment mechanism Controller.
Claims (12)
ースガスと含有ガスとからなる混合ガスを導入し、水晶
振動子の共振インピーダンス変化量から混合ガス中の含
有ガスの圧力を測定する圧力測定方法であって、特定の
混合ガス圧力又はベースガス圧力において、含有ガスの
圧力と共振インピーダンス変化との関係を求め、この関
係を基に混合ガスについて測定される共振インピーダン
スから含有ガスの圧力を求めることを特徴とする圧力測
定方法。1. A mixed gas comprising a base gas and a contained gas is introduced into a vacuum vessel in which a quartz oscillator is disposed, and the pressure of the contained gas in the mixed gas is measured from a change in resonance impedance of the quartz oscillator. Pressure measurement method, at a specific mixed gas pressure or base gas pressure, determine the relationship between the pressure of the contained gas and the change in resonance impedance, the pressure of the contained gas from the resonance impedance measured for the mixed gas based on this relationship Pressure measurement method, characterized in that:
該水晶振動子を共振させその共振インピーダンスを計測
する共振インピーダンス計測手段と、前記真空容器内に
ガスが導入されたときの共振インピーダンスの変化量を
圧力に変換する圧力変換手段とから構成される水晶振動
子真空計、及びガス種に依存せずに真の圧力を測定する
第２の真空計を用いて、前記真空容器内に導入されるベ
ースガスと含有ガスとからなる混合ガス中の含有ガスの
圧力を測定する圧力測定方法であって、 ベースガス及び含有ガスについて、それぞれ単位ガス圧
力に対する水晶振動子の共振インピーダンスの変化量
（以後、感度という）Ｋａ，Ｋｂを求め、前記圧力変換
手段の出力値がベースガスについて真の圧力値となるよ
うに校正し、 混合ガスについて測定される第２の真空計の出力値Ｐｃ
と圧力変換手段の出力値Ｐｃ’とから、 Ｐａ＝（Ｐｃ’−Ｐｃ）／（Ｋ−１） （Ｋ＝Ｋａ／Ｋｂ：感度比）の関係式により含有ガスの
圧力Ｐａを求めることを特徴とする圧力測定方法。2. A quartz oscillator disposed in a vacuum vessel,
A quartz crystal comprising: a resonance impedance measuring means for causing the quartz oscillator to resonate and measuring the resonance impedance; and a pressure converting means for converting a change in the resonance impedance when a gas is introduced into the vacuum vessel into a pressure. Using a vibrator vacuum gauge and a second vacuum gauge that measures the true pressure without depending on the gas type, the content gas in the mixed gas consisting of the base gas and the content gas introduced into the vacuum vessel A pressure measuring method for measuring the pressures of the base gas and the contained gas. The output value of the second vacuum gauge is calibrated so that the output value becomes a true pressure value for the base gas, and is measured for the mixed gas.
And the output value Pc 'of the pressure converting means, the pressure Pa of the contained gas is obtained by the relational expression of Pa = (Pc'-Pc) / (K-1) (K = Ka / Kb: sensitivity ratio). Pressure measurement method.
該水晶振動子を共振させその共振インピーダンスを計測
する共振インピーダンス計測手段と、前記真空容器内に
ガスが導入されたときの共振インピーダンスの変化量を
圧力に変換する圧力変換手段とから構成される水晶振動
子真空計を用いて、前記真空容器内に導入されるベース
ガスと含有ガスとからなる混合ガス中の含有ガスの圧力
を測定する圧力測定方法であって、 ベースガス及び含有ガスについて、それぞれ単位ガス圧
力に対する水晶振動子の共振インピーダンスの変化量
（以後、感度という）Ｋａ，Ｋｂを求め、前記圧力変換
手段の出力値がベースガスについて真の圧力値となるよ
うに校正し、 ベースガスだけを導入したときの圧力変換手段の出力値
Ｐｂと混合ガスを導入したときの出力値Ｐｃ’とから、 Ｐａ＝（Ｐｃ’−Ｐｂ）／Ｋ （Ｋ＝Ｋａ／Ｋｂ：感度比）の関係式により含有ガスの
圧力Ｐａを求めることを特徴とする圧力測定方法。3. A quartz oscillator disposed in a vacuum vessel,
A quartz crystal comprising: a resonance impedance measuring means for causing the quartz oscillator to resonate and measuring the resonance impedance; and a pressure converting means for converting a change in the resonance impedance when a gas is introduced into the vacuum vessel into a pressure. Using a vibrator vacuum gauge, a pressure measuring method for measuring the pressure of a contained gas in a mixed gas consisting of a base gas and a contained gas introduced into the vacuum vessel, wherein the base gas and the contained gas are respectively The amounts of change (hereinafter referred to as sensitivities) Ka and Kb of the resonance impedance of the crystal unit with respect to the unit gas pressure are obtained, and the output value of the pressure conversion means is calibrated so as to be a true pressure value for the base gas. Pa = (Pc′−Pb) / from the output value Pb of the pressure conversion means when the pressure is introduced and the output value Pc ′ when the mixed gas is introduced. Pressure measuring method characterized by determining the pressure Pa of the gas containing the relationship of: (K = Ka / Kb sensitivity ratio).
度は、感度既知の他の含有ガス及びベースガスの水晶振
動子感度から、 Ｋａ／Ｋｂ＝α・（Ｍａ／Ｍｂ）0.5 （Ｍａ：含有ガスの分子量、Ｍｂ：ベースガスの分子
量、α：比例定数）の関係式により求めることを特徴と
する請求項２又は３に記載の圧力測定方法。4. The quartz oscillator sensitivity of the contained gas or the base gas is calculated based on the known oscillator sensitivity of the contained gas and the base gas. Ka / Kb = α · (Ma / Mb) 0.5 (Ma: containing) The pressure measurement method according to claim 2, wherein the pressure is determined by a relational expression of molecular weight of gas, Mb: molecular weight of base gas, α: proportionality constant).
力変換手段の出力値Ｐｃ’の変化の傾きから求めること
を特徴とする請求項２又は３に記載の圧力測定方法。5. The pressure measuring method according to claim 2, wherein the sensitivity ratio K is obtained from a gradient of a change in the output value Pc ′ of the pressure conversion means with respect to the pressure of the contained gas.
したときの共振インピーダンスの変化量を求めるととも
に該含有ガスの露点を求め、該露点における含有ガスの
飽和蒸気圧値と前記共振インピーダンスの変化量とから
算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の圧力
測定方法。6. The sensitivity Ka of the contained gas is determined by calculating the amount of change in the resonance impedance when the contained gas is introduced, determining the dew point of the contained gas, and determining the saturated vapor pressure value of the contained gas at the dew point and the resonance impedance. The pressure measurement method according to claim 2, wherein the pressure is calculated from the change amount.
有ガス圧力を増加させ、含有ガスの結露開始時を共振イ
ンピーダンスの変化により検知し、水晶振動子の温度を
共振周波数により測定することにより、求めることを特
徴とする請求項６に記載の圧力測定方法。7. The dew point is obtained by cooling the quartz oscillator or increasing the pressure of the contained gas, detecting the start of dew condensation of the contained gas by a change in resonance impedance, and measuring the temperature of the quartz oscillator by the resonance frequency. The pressure measurement method according to claim 6, wherein the pressure is determined by:
よりも高くかつ含有ガスの分解温度よりも低い温度に設
定することを特徴とする請求項６又は７に記載の圧力測
定方法。8. The pressure measuring method according to claim 6, wherein the temperature of the crystal unit and its surroundings are set to a temperature higher than the dew point and lower than the decomposition temperature of the contained gas.
スガスとからなる混合ガス中の含有ガス圧力を、該真空
容器内に配置された水晶振動子の共振インピーダンスの
変化を利用して測定する圧力測定方法であって、 水晶振動子を冷却し、水晶振動子表面への含有ガスの結
露開始時を共振インピーダンスの変化により検知し、そ
のときの水晶振動子温度を共振周波数から求めて露点を
計測し、該露点での含有ガスの飽和蒸気圧を混合ガス中
の含有ガスの圧力とすることを特徴とする圧力測定方
法。9. A pressure of a contained gas in a mixed gas consisting of a contained gas and a base gas introduced into a vacuum vessel is measured by utilizing a change in a resonance impedance of a quartz oscillator placed in the vacuum vessel. This method measures the pressure of the quartz crystal, cools the quartz crystal, detects the start of dew condensation of the contained gas on the quartz crystal surface by the change in resonance impedance, and finds the temperature of the quartz crystal at that time from the resonance frequency to determine the dew point. And measuring the saturated vapor pressure of the contained gas at the dew point as the pressure of the contained gas in the mixed gas.
ガス中の含有ガスの圧力を測定するための圧力測定装置
において、水晶振動子と、水晶振動子を発振させ共振イ
ンピーダンスを計測する共振インピーダンス計測手段
と、含有ガス及びベースガスのそれぞれについて単位ガ
ス圧力あたりの共振インピーダンスの変化量（以降、感
度という）を記憶する記憶手段と、ガス導入に伴う共振
インピーダンスの変化量を圧力に変換する手段であっ
て、ベースガスについて変換された圧力が真の圧力値と
なるように校正した圧力変換手段と、該圧力変換手段の
出力から含有ガスの圧力値を演算する演算手段とを備え
たことを特徴とする圧力測定装置。10. A pressure measuring device for measuring the pressure of a contained gas in a mixed gas comprising a base gas and a contained gas, wherein a quartz oscillator and a resonant impedance measurement for oscillating the quartz oscillator to measure a resonant impedance. Means, storage means for storing the amount of change in resonance impedance per unit gas pressure (hereinafter referred to as sensitivity) for each of the contained gas and base gas, and means for converting the amount of change in resonance impedance due to gas introduction into pressure. A pressure conversion means for calibrating the base gas so that the converted pressure becomes a true pressure value; and a calculation means for calculating a pressure value of the contained gas from an output of the pressure conversion means. And a pressure measuring device.
数検出手段とを備え、結露開始時を前記共振インピーダ
ンスの変化で検出するとともに、該結露開始時の温度を
共振周波数で検出して露点を求め、該露点に対応する飽
和蒸気圧から含有ガスの水晶振動子感度を求める構成と
したことを特徴とする請求項１０の圧力測定装置。11. A device for controlling the temperature of a crystal unit and a resonance frequency detecting unit, wherein the start of condensation is detected by a change in the resonance impedance, and the temperature at the start of condensation is detected by a resonance frequency to determine a dew point. 11. The pressure measuring device according to claim 10, wherein the crystal oscillator sensitivity of the contained gas is obtained from the saturated vapor pressure corresponding to the dew point.
ガス中の含有ガスの圧力を測定するための圧力測定装置
において、水晶振動子と、水晶振動子を発振させ共振イ
ンピーダンスを計測する共振インピーダンス計測手段
と、共振周波数を計測する共振周波数計測手段と、水晶
振動子の温度調整手段と、含有ガスの飽和蒸気圧と温度
の関係を記憶する記憶手段と、を備え、水晶振動子の温
度を変化させ、結露開始時を共振インピーダンスの変化
で検知するとともに、該結露開始時の水晶振動子温度を
共振周波数から求めて露点を測定し、該露点に対応する
含有ガスの飽和蒸気圧を前記記憶手段から抽出して、こ
の値を含有ガスの圧力とする構成としたことを特徴とす
る圧力測定装置。12. A pressure measuring device for measuring the pressure of a contained gas in a mixed gas comprising a base gas and a contained gas, wherein a quartz oscillator and a resonant impedance measuring device for oscillating the quartz oscillator to measure a resonant impedance. Means, a resonance frequency measuring means for measuring the resonance frequency, a temperature adjusting means for the crystal oscillator, and a storage means for storing a relationship between the saturated vapor pressure of the contained gas and the temperature, and changing the temperature of the crystal oscillator. The start of dew condensation is detected by a change in resonance impedance, the temperature of the crystal resonator at the start of dew condensation is determined from the resonance frequency, the dew point is measured, and the saturated vapor pressure of the contained gas corresponding to the dew point is stored in the storage means. A pressure measuring apparatus characterized in that the pressure is extracted from the pressure and this value is used as the pressure of the contained gas.
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|---|---|---|---|
| JP2000311784A JP2002122498A (en) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | Method and device for measuring pressure of inclusion gas |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103398818A (en) * | 2013-06-18 | 2013-11-20 | 山西大学 | Simple method and device measuring vacuum pressure of cold-atom experimental system |
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| US9804010B2 (en) | 2012-05-24 | 2017-10-31 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method of, and apparatus for, regulating the mass flow rate of a gas |
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-
2000
- 2000-10-12 JP JP2000311784A patent/JP2002122498A/en not_active Withdrawn
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