中古 MKS バラトロン TYPE628

バラトロンは、隔膜のたわみを静電容量の変化として読み取る隔膜真空計(キャパシタンスマノメータ)の代表的な商品名で、国内ではこの方式の真空計の通称としても使われる。圧力を単位面積あたりの力として直接測るため、ピラニ真空計や電離真空計のように気体の熱伝導率や電離のしやすさに左右されない。ガス種による補正が要らないことが最大の特徴である。
センサの中は薄い隔膜で測定室と基準室に仕切られている。絶対圧型では基準室を10^-7 Torr未満の高真空に封じ切り、内蔵のゲッタポンプで製品寿命のあいだその真空を保つ。測定側の圧力で隔膜がわずかにたわむと、背後にある固定電極との距離が変わり、静電容量が変化する。この変化を交流ブリッジ回路で検出し、整流と直線化をして、圧力に比例した0〜10 Vの直流電圧として出すのが一般的な構成である。電源は±15 V系が多い。隔膜には耐食性の高いインコネルなどの金属を半径方向に張って使うものが多く、セラミックやサファイアを使う方式もある。張力をかけた隔膜はヒステリシスが小さく、応答も多くは20 ms程度以下と速い。基準室を大気や別の系統につなぐ差圧型もある。
性能の典型値は、分解能がフルスケールの10^-5程度、精度が読み値の0.1〜0.25%程度である。1台で測れる範囲はフルスケールから3〜4桁下までなので、フルスケールは0.02 Torr級から1000 Torr級まで段階的に用意されている。用途に合わせて選ぶか、複数台を組み合わせて使う。プロセスで使う最高圧力をちょうど含むレンジを選ぶと、低圧側でも信号対雑音比を確保しやすい。出力電圧は圧力に比例するため、レンジの最下位の桁では信号が小さくなり、雑音や表示器のA/D分解能の影響を受けやすい。
センサ部の温度変化はゼロ点ドリフトの主な原因になる。そこで、センサを45℃、80℃、100℃などに温度調節する加熱型と、安価な非加熱型が使い分けられている。加熱型は周囲温度の影響を受けにくく、プロセスの副生成物がセンサ内に付着するのも抑えられる。目安として、加熱型はフルスケールの0.1%以上、非加熱型は0.5%以上の圧力で良好な性能が得られるとされる。ただし加熱型を低圧の分子流領域で使うと、センサと真空槽の温度差で熱遷移が起こり、読み値と槽内の圧力がずれるので補正を考える必要がある。どの型でも定期的なゼロ調整が欠かせない。ゼロ調整はフルスケールの0.01%未満まで排気してから行うのが望ましく、暖機が足りないと読み値がドリフトする点にも注意する。
主な用途は、半導体やFPDの製造装置で行うCVD、エッチング、スパッタなどである。反応性ガスや混合ガスを流していてもガス種に関係なく全圧を測れるので、圧力制御バルブと組み合わせた閉ループの圧力制御に広く使われている。研究の現場では、真空装置の圧力監視、ガス導入量の評価、他の真空計を校正するときの基準などに用いられる。高確度の基準器タイプは計量や校正の業務にも使われる。中古市場には、センサと回路が一体の発信器型から、センサヘッドと表示・電源ユニットが別になった旧型、高確度の基準器タイプまで幅広く出回っている。導入するときは、フルスケール、加熱の有無と設定温度、継手の形状、出力の仕様、校正の履歴を確かめることが実務上の要点になる。