JP2000298073A - デュアルモード・リークディテクタ - Google Patents

デュアルモード・リークディテクタ

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JP2000298073A
JP2000298073A JP2000099275A JP2000099275A JP2000298073A JP 2000298073 A JP2000298073 A JP 2000298073A JP 2000099275 A JP2000099275 A JP 2000099275A JP 2000099275 A JP2000099275 A JP 2000099275A JP 2000298073 A JP2000298073 A JP 2000298073A
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vacuum system
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ダニエル コフマン ジョン
Gordon Rooji Jeffrey
ゴードン ロージ ジェフリー
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
    • G01M3/202—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material using mass spectrometer detection systems

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、一般的には、少なくとも２個の分
圧アナライザを有するリークディテクタを提供する。 【解決手段】 リークディテクタは、ポンプシステム、
トレースガスディテクタ、および残留ガスアナライザを
備える。リークディテクタは、真空システムのような検
査対象に取付け自在であり、ポンプシステムは、その中
で真空引きするよう動作する。残留ガスアナライザは、
検査対象中の空気の酸素、窒素、および他の成分の存在
を判断する。検査システムの外部へ提供されるヘリウム
のようなトレースガスは、磁気セクタ質量分光計であっ
てもよいトレースガスディテクタによって監視される。
残留ガスアナライザとトレースガスディテクタは、同時
にまたは個別に操作されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空システムの洩
れの検出と検証（qualification）のための装置と方法
に関する。より詳細には、装置と方法が空気およびトレ
ースガスの気体成分を検出するために提供される。
【０００２】
【従来の技術】洩れに備える真空システムの検証は、そ
のシステムの適切な作動を確保するために必要である。
洩れ検出のために様々な方法と装置が現在では使用され
ている。典型的には、真空システムと個々の構成要素が
トレースガス洩れ検出によって、あるいは、立ち上がり
速度（ＲＯＲ）検査および／またはベース圧力（ＰB）
検査、あるいはそれら方法の組み合わせによって検証さ
れる。
【０００３】トレースガス・リークディテクタは、真空
システムのような検査対象中のヘリウム等のガスを検出
する能力を持つ質量分光計リークディテクタ（ＭＳＬ
Ｄ）を利用している。ＭＳＬＤは、真空システム中のト
レースガスの分圧を測定するために分光管を備えてい
る。分光管内で熱フィラメントにより生成された電子
は、正グリッドに向けて飛行する。移動中、いくらかの
電子がガス分子に衝突し、それによってイオンを生成す
る。磁界を用いて、種々のイオンをそれらの質量／電荷
比に従って偏向させ、所望のガスイオンだけが磁界を通
過してコレクタに到達できるようにする。次いで、これ
らのトレースガスイオンはコレクタに衝突し、それらの
到着レート(arrival rare)に比例してコレクタの電位を
上げる。この電位増加は電位計増幅装置により測定され
て、出力計(output meter)に表示される。この読取値は
分光管内の全圧に比例する。管内の圧力が高いほど、よ
り多くのトレースガス分子が存在し、そしてより多くの
トレースガスイオンが生成される。
【０００４】一例であるＭＳＬＤ１０が図１に示され、
真空チャンバのような検査対象１１に結合されている。
一般に、ＭＳＬＤ１０は、内部に配設された一連の弁と
ひとつのマノメータ３２を有するマニホルド１２、ヘリ
ウム（または他のトレースガス）に感応する磁気セクタ
分光管１４、分光管１４内の適度に低い動作圧を維持す
るためのターボ分子ポンプのような高真空ポンプ１６、
検査対象の構成要素またはシステムを排気するための粗
引ポンプのようなメカニカルポンプ１８、電源２０、お
よび分光管１４からの出力をモニタするための、計器の
ような増幅器兼読取機器類を備える出力ユニット２２、
から構成される。検査対象１１はマニホルド１２の入口
端２４に結合され、運転中に弁シーケンスに従って、メ
カニカルポンプ１８または高真空ポンプ１６のいずれか
と選択的に連通する。検査対象１１とＭＳＬＤ１０との
間には手動遮断弁３０が配設されていて、それら２つの
構成要素を選択的に、互いから隔離する。
【０００５】最初に、粗引き弁２６が開放され、検査対
象１１が粗引きポンプ１８によりポンプダウンされる。
検査対象内１１の圧力はマノメータ３２で測定される。
ベース圧力が一旦、検査対象１１内で達成されると、検
査弁２８が開放されて高真空ポンプ１６との流体連通を
もたらし、従って、検査対象１１からのガス分子が分光
管１４へ流入することが許容される。次いで、ヘリウム
のようなトレースガスが検査対象１１の外側周囲ヘ吹き
かけられる。真空洩れがあると、洩れの場所でヘリウム
が検査対象１１内へ引き込まれる。次いで、分光管１４
がトレースガスの分圧を測定して信号を生成し、この信
号が増幅器に受信されて出力計上に表示される。
【０００６】上記の装置と方法は、洩れを隔離するため
の優れた洩れチェックツールとして、業界では現在受け
入れられている。その上、ヘリウム洩れチェックは、１
０-8から１０-10ｓｃｃｓというオーダーの、非常に少
量の洩れを検出する能力がある。しかしながら、ヘリウ
ム洩れ検出はきわめて敏感な手法であって、熟練者は、
指定された距離を隔てて、検査中のユニットを横切って
指定の速さで移動しながら、較正した量のヘリウムを適
用する必要がある。例えば、典型的な半導体処理クラス
ターツールのような複雑な検査対象は、タイプの異なる
数千に及ぶシール面と溶接部を含んでいる。上手くゆく
ヘリウム検査が必要とするのは、クラスターツール上の
どの場所でも一様な検査方法である。結論から言えば、
精度は、一人のオペレータに対して１０個のファクタに
よって変動し、別々のオペレータ間では２０〜１００個
のファクタによって変動するだろう。場合によっては、
該当位置にヘリウムが吹きかけられない場合、洩れが完
全に見逃されてしまうかもしれない。
【０００７】ヘリウム洩れ検出のこの不確かさを避ける
ために、そして洩れ検出を更に自動化する試みの中で、
当業界は様々な非常に粗い、総洩れ量検出法を採用して
きた。総洩れ量検出は、洩れの正確な場所を特定しない
で、検査を受ける装置内の洩れの存在を示すためだけに
適する検査手法であることを意味している。このような
方法には、トレースガス雰囲気検査の使用、立ち上がり
速度（ＲＯＲ）法、およびＰB（ベース圧）法が含まれ
る。
【０００８】トレースガス雰囲気検査は、検査対象周囲
にエンクロージャを確立すること、そしてそのエンクロ
ージャをトレースガスにさらすことを伴う。典型的に
は、このエンクロージャは、検査対象を周囲条件から断
つために、検査対象周囲に配設される膨張可能なバッグ
を利用して設けられる。次に、ヘリウムのようなトレー
スガスがバッグへ導入されて、検査対象の周囲に濃いヘ
リウムの雰囲気を造る。次いで、検査対象は大気条件以
下までポンプ排気され、トレースガスディテクタが、検
査対象中のトレースガスの存在を監視するために使用さ
れる。検査される装置の中でトレースガスが検出された
場合は、洩れが存在する。
【０００９】ＰB法およびＲＯＲ法は両方とも、洩れの
存在を判定するために、静電容量マノメータやイオンゲ
ージのような、真空チャンバで利用できる従来のマノメ
ータを使用する。両方法とも総圧検査である。すなわ
ち、これらの方法は、総圧を形成する成分分圧を特徴と
するのではなく、システムの総圧を観測するのである。
【００１０】ＰB法では、達成可能な最低圧力を判定す
るためにチャンバをポンプダウンして、その圧力が、受
入可能な合格／不合格ＰB値に照らしてチェックされる
ことを伴なう。達成可能な最低圧力が予め定めた合格／
不合格ＰB値以下である場合、チャンバは検証されて全
く洩れがないとみなされる。反対に、達成可能な最低圧
力が予め定めた合格／不合格ＰB値を超える場合、チャ
ンバは検査不合格であって、洩れを無くすように再加工
されなければならない。
【００１１】ＲＯＲ法は、チャンバを所望のベース圧Ｐ
Bまでポンプダウンすること、次にチャンバを、関連ポ
ンプシステムから隔離することを伴なう。次いで、チャ
ンバの内圧変化が観測され、受け入れ可能な合格／不合
格速度に照らしてチェックされる。チャンバの立ち上が
り速度が受け入れ可能速度未満であれば、チャンバは検
証されたと見なされる。反対に、立ち上がり速度が受け
入れできない速度を超えた場合、チャンバは検査不合格
であって、洩れを無くすように再加工されなければなら
ない。
【００１２】ＲＯＲ法とＰB法は、独立に使用すること
も、あるいは組み合わせて使用することもできる。どの
検査が最も適切であるかは、検査を受けるシステムによ
る。ベーク処理されたシステムには、ＲＯＲ法かＰB法
のどちらも適切である。例えば、ミリ torr 状況での、
ベーク処理されない媒体による真空システムには、ＲＯ
Ｒ法が最適である。ベーク処理されたシステムとは、チ
ャンバ内面から汚染物質（例えば、水蒸気や酸素）を除
去するために一定期間、ガスを抜かれたシステムを指
す。典型的には、システムのべーク処理は、汚染物質の
蒸気圧未満の圧力までポンプダウンすることを伴なう
が、ガス抜きを強化するためにシステムを高温に加熱す
ることを含んでもよい。
【００１３】上記の総洩れ量検査はいずれも多少の制限
を受ける。トレースガス雰囲気検査は、例えば、膨張可
能なバッグにより人工的雰囲気を確立することが必要で
ある。バッグは扱い難く、洩れが全く無いエンクロージ
ャが確保されるには時間のかかる努力が必要である。そ
の上、検査を行なうためには、ヘリウムのようなコスト
のかかる多量のトレースガスが必要とされる。初期検査
が洩れの存在を確認した場合、洩れが修復される間、バ
ッグを取り外さなければならない。従って、洩れがシー
ルされたことを確認するためにそのバッグを再び検査対
象にかけなければならない。上記手順は、検査対象が検
証されるまで繰り返される。更に、トレースガス雰囲気
検査は、特定の洩れ場所を同定せずに、洩れの存在を示
すだけである。従って、洩れが一旦発見されると、オペ
レータは、チャンバのどの領域が実際に洩れているのか
分からずに、洩れが予想される継ぎ手やシール面をひと
つひとつを無差別に再加工する。
【００１４】ＰB検査とＲＯＲ検査の効力は両方とも制
限を受ける。というのは、チャンバ内のベース圧と立ち
上がり速度が、チャンバの素材、容積、温度、そして特
にはチャンバ構成要素からの脱ガスを含めた多数の要因
に依存するからである。大気条件への曝露の間、チャン
バ内面は水蒸気のような分子を吸収したり集めたりす
る。真空条件下で、それらの分子は脱離されたり脱ガス
されたりして、チャンバの全体圧力に寄与する。通常の
マノメータは、当該洩れ、例えば脱ガスに拠る仮想洩れ
（内部洩れ）なのか、あるいは真の洩れ（外部洩れ）に
よって引き起こされているかを判別するために当該洩れ
の性質を特徴付ける能力を持っていない。従って、洩れ
の無いチャンバは、高レベルの脱ガスに起因した不良の
ベース圧と立ち上がり速度を呈するかもしれない。その
結果、ＰB／ＲＯＲ法は感度が極めて低く、一般に、例
えば、１０リットルチャンバ当り１０-4ｓｃｃｓを超え
る大きな洩れに対してのみ有効であり、脱ガスに起因す
る分圧は外部洩れからの空気の分圧に比べてごく小さ
い。一般に、チャンバの容積が大きくなるほど、検出さ
れねばならない洩れ量は大きくなる。ＰB／ＲＯＲ法の
感度は、チャンバをベーク処理することにより高めるこ
とができるが、ベーク処理は、システム全体のスループ
ットを低減させてしまう、時間の浪費となる。例えば、
１０リットルチャンバでは、ベーキング処理に８時間を
要する。
【００１５】更に、ＰB／ＲＯＲ法は検査を受けるシス
テムの総圧を監視する総洩れ量検出法であり、特定の洩
れの場所を同定する能力は無い。ＰB／ＲＯＲ検査の不
合格は、単にシステム中のどこかで洩れの可能性がある
ことを示すだけである。洩れを修復するために、洩れの
正確な場所を指示するための、従来のヘリウム検出のよ
うな局所法(localizing method)が必要となる。
【００１６】より感度の高いヘリウム洩れチェックを伴
なう直列のＰB／ＲＯＲ法を用いることにより、より高
精度の洩れ検出が達成されると類推される。従って、例
えば、チャンバは、ＰB／ＲＯＲ法で検査され、引き続
きヘリウム洩れチェックを受けることができる。しか
し、ＰB／ＲＯＲ法とヘリウム洩れチェックの両方の固
有の制約は、両方の組合わせ使用が真空完全性の十分な
確保を達成することを阻害する。例えば、１０-8ｓｃｃ
ｓ以上のヘリウム検査に合格するチャンバは、それにも
かかわらず、ＰB／ＲＯＲ検査に不合格となるかもしれ
ない。この一貫性の無い結果は、ヘリウムチェック時の
人為的な誤差、および／またはＰB／ＲＯＲ不合格を示
すチャンバ中の高い脱ガスレベルに起因するかもしれな
い。これら洩れ検出法の二重の特質は、結果としてコス
トを増加させるが、洩れ検出に伴う問題に対する代替の
解決策を捜す刺激となってきた。
【００１７】従来の洩れ検出法の欠点に対するひとつの
解決策は、ＰB／ＲＯＲ法とともに残留ガスアナライザ
（ＲＧＡ）を用いることである。４極のようなＲＧＡ
は、この業界では分圧アナライザとしてよく知られてい
る。磁気セクタ質量分光計とは異なり、先に検討したよ
うに、ＲＧＡは、多重ガスを同時にかつ厳密に区別して
検出するようオペレータによりチューニング可能であ
る。上述のように、ＰB／ＲＯＲ法は単に、検査対象の
総圧を観測するだけである。かくして、ＰB／ＲＯＲ検
査は圧力に寄与するソース（単数または複数）を特徴付
けることはない。脱ガスのような内部のソース（主とし
て水分に起因する）と、真の洩れ、つまり外部大気から
真空雰囲気への流体流入を許容する孔または開口とを何
ら区別しない。ＲＧＡは、それぞれのガスの個々の分圧
を測定することにより、オペレータが、検査対象の立ち
上がり速度とベース圧とに寄与する様々なガスを特徴付
けできるようにする。このようにして、オペレータは、
脱ガスに起因する水蒸気の分圧からは分離して真の洩れ
を示す、空気中で見出される主な気体、つまり酸素と窒
素の分圧を観測することができる。ＲＧＡを用いてＰB
／ＲＯＲ法を実施することにより、大雑把に１００個の
ファクタによる標準ＰB／ＲＯＲ洩れ検出の感度を高め
ることができる。
【００１８】運転時に、ＲＧＡは真空チャンバ内の空気
中の成分の分圧を測定するために使用されることができ
る。非許容レベルのこれら成分（普通は、酸素および／
または窒素）が検出されると、チャンバ内には洩れが存
在する。その結果、ＲＧＡはチャンバから結合を解か
れ、ヘリウムＭＳＬＤが取りつけられる。次いで、ヘリ
ウムがチャンバの周囲へ吹きかけられて、洩れ（単数ま
たは複数）の場所をピンポイントで示すために、ヘリウ
ムＭＳＬＤがヘリウムの分圧を測定する。
【００１９】ＲＧＡとヘリウムディテクタを用いる洩れ
検査は、優れた結果を達成する能力を持つが、現在実施
されているものは、依然として少なくとも２つの構成要
素、つまりＲＧＡとヘリウムＭＳＬＤを使用する必要が
ある。従って、オペレータは、一方の構成要素には手を
つけずに、他方の構成要素だけを使用することに制限さ
れる。初期ＲＧＡ検査が一旦、洩れを判定すると、オペ
レータは検査対象からＲＧＡの結合を解いて、ヘリウム
ＭＳＬＤを結合しなければならない。１ヶ所またはそれ
以上の洩れを場所特定した後、オペレータはヘリウムＭ
ＳＬＤの結合を解いて、ＲＧＡを再び取りつけ、洩れが
全く無いことを確認する。何らかの洩れが依然として検
出される場合、オペレータは再度ヘリウム洩れ検査を実
施しなければならない。このサイクルは、検査対象が洩
れ仕様に合致するまで繰り返される。このような編成
は、検査の実質的なオーバーヘッド時間とコスト増加と
いう結果に終わる。
【００２０】従って、洩れ検出の新たな方法と装置の重
要なひとつの目的は、自動化、すなわち手法のオペレー
タ依存度を少なくし、それによりオペレータ・エラーの
性向を少なくすることである。好ましい手法は、ＭＳＬ
Ｄを使用するトレースガス洩れ検出の感度と、ＲＯＲ法
の単純さおよびオペレータの独立性との組み合わせであ
ろう。磁気セクタ質量分光計の代わりにヘリウム検出用
の、４極のような従来のＲＧＡを使用することが提案さ
れている。４極ＲＧＡは、原子量（amu）に従って多数
の気体をするためにオペレータによりチューニング可能
なので、ＲＧＡは、ヘリウムのようなトレースガスに対
してチューニングされることができるだろう。しかしな
がら、トレースガス検出は、微少洩れを検出するために
高レベルの感度を必要とする。典型的な４極ＲＧＡは、
ベーク処理されていないシステム中で１０-7ｓｃｃｓを
超えるヘリウム洩れだけを検出する能力を持つ。好まし
い検出装置は、ベーク処理されていないシステム中で１
０-9から１０-10ｓｃｃｓを超える洩れに感応する。
【００２１】従って、立ち上がり速度法および／または
ベース圧法と、トレースガスディテクタとを組み合わせ
て用いて、真空システムの洩れ検査を自動化するための
方法と装置のニーズが依然としてある。好ましくは、こ
の方法と装置は、立ち上がり速度検査と高感度のトレー
スガス検出とを、個別に行なうかまたは同時に行なうか
を選択可能にする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、一般的には、
洩れ検出のための装置と方法を提供する。一実施形態で
は、リークディテクタは、トレースガスと、空気の気体
成分の検出のために備えられる。リークディテクタはマ
ニホルドと一対の分圧アナライザとを備える。第１と第
２の分圧アナライザは、マニホルドに接続されて、それ
との流体連通を可能にする。１台以上のポンプを備える
ポンプシステムはマニホルドへ流体的に結合されて、そ
の中に真空状態を提供する。第１と第２のアナライザ間
に弁が配設されて、マニホルド、アナライザ、およびポ
ンプを選択的に連通させる。コントローラと出力ディス
プレイとを備えるコントロールパネルは、弁、アナライ
ザ、およびポンプに結合されて、それらへ信号を供給す
る。リークディテクタは、マニホルドに形成された検査
ポートのところで検査対象に取付け可能である。
【００２３】別の実施の形態では、リークディテクタ
は、トレースガスと空気の気体成分との検出のために備
えられる。このリークディテクタは、マニホルドと、そ
れに結合される一対の分圧アナライザとを備える。第１
の分圧アナライザは、トレースガスを検出するためにチ
ューニングされた磁気セクタ質量分光計である。第２の
分圧アナライザは、２種類以上のガスを検出できる、４
極のような残留ガスアナライザである。１台以上のポン
プを備えるポンプシステムはマニホルドへ流体的に結合
されて、その中に真空状態を提供する。第１と第２のア
ナライザ間に弁が配設されて、マニホルド、アナライ
ザ、およびポンプを選択的に連通させる。コントローラ
と出力ディスプレイとを備えるコントロールパネルは、
弁、アナライザ、およびポンプに結合されて、それらへ
信号を供給する。リークディテクタはマニホルドに形成
された検査ポートのところで検査対象に取付け可能であ
る。
【００２４】更に別の実施の形態では、洩れを検出する
方法が提供される。この方法は、第１の分圧アナライザ
と第２の分圧アナライザとを検査対象に結合することを
含む。検査対象は排気されて、第１の分圧アナライザが
検査対象と連通する。第１の分圧アナライザにより１つ
以上の分圧が監視される。次いで、トレースガスが検査
対象の外面へ与えられ、第２の分圧アナライザが検査対
象に連通する。トレースガスの分圧が第２の分圧アナラ
イザにより監視される。
【００２５】更に別の実施の形態では、周囲ガスを使用
して洩れを検出する方法が備えられる。トレースガス検
査、立ち上がり速度検査、またはベース圧検査は、残留
ガスアナライザ、トレースガスディテクタ、およびポン
プシステムを検査対象へ結合すること、そして検査対象
を真空状態までポンプ排気することを伴う。残留ガスア
ナライザは次に、検査対象中の空気の１種類以上の成分
の存在を監視するために使用される。ＲＯＲ検査では、
空気の１種類以上の成分の分圧の立ち上がり速度が観測
され、予め定めた合格／不合格値に照らして比較され
る。ＰB検査では、空気の１種類以上の成分のそれぞれ
の到達可能な最低圧力が観測されて、合格／不合格値に
照らして比較される。代替または追加として、トレース
ガスディテクタを使用してトレースガス検査を実施して
もよい。このトレースガス検査は、検査対象を真空状態
までポンプ排気した後、ヘリウムのようなトレースガス
を検査対象の外面へ選択的に送ることを伴う。磁気セク
タ・リークディテクタのようなトレースガスディテクタ
が、検査対象中のトレースガスの存在を監視するために
検査対象と連通される。
【００２６】
【発明の実施の形態】上で簡潔に要約された本発明の、
先に記載の特長、利点、および目的が達成され、そして
本発明が詳細に理解されるよう、付帯図面に図解された
本発明の実施の形態を参照して、本発明をより詳しく説
明する。
【００２７】しかしながら、付帯図面は、本発明の単な
る典型的な実施の形態を示し、従って本発明の範囲を制
限すると見なされるべきではないことに留意すべきであ
る。というのは、本発明が、他の等しく有効な実施の形
態を許容し得るからである。
【００２８】一般に、本発明は、真空システム中のトレ
ースガスと大気のレベルを検出して監視できる方法と装
置を提供する。洩れ検出装置は、共通マニホルドに結合
された２個以上の分圧アナライザを有して提供される。
好ましくは、磁気セクタ質量分光計リークディテクタ
が、真空システム中のトレースガスを検出するためにマ
ニホルドに結合される。残留ガスアナライザが、真空シ
ステム中の空気の気体成分の存在を判別するためにマニ
ホルドに結合される。質量分光計リークディテクタと残
留ガスアナライザは、同時にまたは個別に操作されても
よい。
【００２９】図２は、本発明のリークディテクタの概略
を表す。リークディテクタ５０は、真空チャンバ５５の
ような検査対象のパイプ５１に結合されて示されてい
る。手動遮断弁８６がパイプ５１内に配設されて、真空
チャンバ５５からリークディテクタ５０を選択的に隔離
する。
【００３０】リークディテクタ５０は、検査対象へ脱着
可能に接続される入口ポート５４を一端に有するマニホ
ルド５２を備える。分圧アナライザ５６がパイプ５８を
介してマニホルド５２に結合される。弁６０がパイプ５
８内に配設されて、運転中に、分圧アナライザ５６とマ
ニホルド５２とを選択的に連通させる。好ましくは、弁
６０は、Varian から入手可能な電磁ブロック弁のよう
な静電容量型で大型の２−ポジション弁である。
【００３１】分圧アナライザ５６は、空気の成分、詳細
には、酸素（原子量３２）と窒素（原子量２８）を検出
する能力のある市販の何れの残留ガスアナライザ（RG
A）であってもよい。アナライザ５６の動作圧力は、そ
の動作に限度を設けてしまうので、アナライザ５６がよ
り広い圧力状況で使用できるように高い動作圧力が好ま
しい。アナライザ５６は、１０-3Torr 以上の圧力で動
作できることが好ましい。しかし、１０-3Torr 未満の
動作圧力を持つアナライザを使用してもよい。その上、
分圧アナライザ５６は、質量範囲が原子量（ａｍｕ）ゼ
ロ（０）〜１００、最も好ましくは原子量１〜４０を検
出する能力を持つことも好ましい。使用に役立つであろ
うひとつのＲＧＡは、Ferran Scientific, Inc. の 「M
icropole」（登録商標）である。
【００３２】第２の端部でマニホルド５２は、ツリー状
となって一対の導管６４，６９に沿って反対両方向に延
在する。第１導管６４は、市販の粗引きポンプのような
第１真空ポンプ６６に結合される。真空ポンプ６６の仕
様、例えばスループットは、分圧アナライザ５６の動作
圧力により主に決められる。先に述べたように、分圧ア
ナラザ５６は、ミリTorr状況（１０-3）以上の圧力で動
作可能であることが好ましい。粗引きポンプ弁６８は、
粗引きポンプ６６と入口ポート５４との間でマニホルド
５２に沿って配設される。弁６８は、好ましくは、Vari
an から入手可能な電磁ブロック弁のような静電容量型
で大型の２−ポジション弁であり、この弁は選択的に開
閉して真空チャンバ５５と粗引きポンプ６６を連通させ
る。静電容量型マノメータのような圧力ゲージ５３は、
弁６８の下流でマニホルド５２内に配設されて，マニホ
ルド５２内の圧力を監視する。
【００３３】第２導管６９は第２真空ポンプ７０に結合
され、その中に配設された弁７１を有する。弁７１は、
好ましくはVarian から入手可能な電磁ブロック弁のよ
うな静電容量型で大型の２−ポジション弁であって、マ
ニホルド５２と第２真空ポンプ７０との間の連通を許容
する。
【００３４】第２の分圧アナライザ７２は、拡散パイプ
７４を介して、第２真空ポンプ７０に結合される。好ま
しくは、第２の分圧アナライザ７２は、磁気セクタ質量
分光計を備え、ヘリウム，ネオン，およびアルゴンを、
他のガスの中から検出するためにファクトリ（工場）チ
ューニングされる。更に、第２の分圧アナライザ７２
は、１０-10ｓｃｃｓを超える洩れを検出する能力を持
つのが好ましい。使用に役立つ２個の磁気セクタ質量分
光計は、Leybold から入手可能な UL500 およびVarian
から入手可能な 947D である。
【００３５】第２の真空ポンプ７０の仕様、例えばスル
ープットは、第２の分圧アナライザ７２の動作圧力によ
り主に決められる。好ましくは、第２真空ポンプ７０
は、少なくとも１０-6 Torrの真空条件を達成する能力
があるターボ分子ポンプのような高真空ポンプまたは超
高真空ポンプである。
【００３６】図２に示すように、マニホルド５２に沿っ
て通気弁７６が配設される。通気弁７６は、大気条件と
マニホルド５２間の差圧を逃ガスために開放されてもよ
い。通気弁７６は、Varian から入手可能な電磁ブロッ
ク弁のような、市販で入手可能な多数の弁の何れかであ
ることが好ましい。
【００３７】リークディテクタ５０の動作は、コントロ
ーラ９０で制御される。コントローラ９０は、コントロ
ールパネル８４およびリークディテクタの構成要素、す
なわちアナライザ５６，７２、ポンプ６６，７０、弁６
０，６８，７１，７６に結合されて、それらとの間で信
号の送受信を行なう。図２に示されていないが、コント
ローラ９０も、他方のリークディテクタの構成要素、す
なわちポンプ６６，７０、弁６０，６８，７１，７６に
結合される。コントロールパネル８４は、好ましくは、
リークディテクタ５０の運転を開始させるための１個以
上の押しボタンを含むディスプレイパネルおよび入力装
置を含む。リークディテクタ５０の動作は、コントロー
ルパネル８４からオペレータが、コントロールパネル８
４上の押しボタンを押すことにより始動される。一旦始
動されると、ポンプと弁がコントローラ９０により自動
的に操作される。
【００３８】好ましくは、コントロールパネル８４が、
コントローラ９０を介してアナライザ５６，７２の何れ
か一方へ電流を向けることにより、それを選択的に操作
できることである。かくして、コントロールパネル８４
は、アナライザ５６，７２の個別動作または同時動作の
何れも可能にする。入力装置は、オペレータが第１の分
圧アナライザ５６で監視される特定ガスを選択できるよ
うにする。動作中、監視されるガスの洩れ速度を示す読
みが、ディスプレイパネル上に表示される。各アナライ
ザ５６，７２に対して別々の読みが表示される。代替と
して、コントロールパネル８４は、オペレータ定めた通
りの予め定めた大きさの洩れが真空システム中に存在す
ることだけを示し、それによりオペレータが検査を続行
するよう促すことができるだろう。そのような実施の形
態では、オペレータが各アナライザ５６，７２により検
出されるべき受入可能な最高洩れ速度を入力する。次い
で、各アナライザ５６，７２は、コントロールパネル８
４へ伝送されてディスプレイパネル上へ表示される合格
値または不合格値を生成するよう操作される。
【００３９】別の実施の形態では、コントロールパネル
８４は、ガス分析用の従来のソフトウエアサポートを有
するコンピュータのようなリークディテクタ５０とは別
体の構成要素である。RS-232 ケーブルのような信号伝
送装置が、コンピュータへコントロールパネル８４を結
合するために使用されて、情報の入力と表示ができるよ
うにしてもよい。
【００４０】図２は、リークディテクタ５０へ接続され
て、それへ電圧と電流を供給する電源８０を示す。好ま
しくは、電源８０は１２０Ｖまたは２４０Ｖの壁コンセ
ント式のような従来型電源である。
【００４１】図１と２の比較により、既存のリークディ
テクタを改造するために本発明を利用できることが明ら
かである。ヘリウムディテクタのような従来のトレース
ガスディテクタの真空システムは、図２を参照して上で
説明したようにして、４極のようなＲＧＡを受け入れる
ように後で改造できる。その結果得られた装置は、真空
チャンバの検査ポートへ代わりに結合しなければならな
い別体の構成要素を不必要とする。次いで、単体の構成
要素は、トレースガス検査と、空気の酸素、窒素、およ
びその他の成分の検出との両方を実施するために利用可
能となる。トレースガスディテクタとＲＧＡの操作は、
オペレータの選択に従って、同時でも、交互でも実施で
きる。
【００４２】操作の一方法が図３に示されている。同時
に図２も参照されたい。ステップ１００で、リークディ
テクタ５０が、検査ポート５４のところで真空チャンバ
５５のような検査対象に結合され、次いで較正されても
よい。ステップ１０２で、オペレータが、コントロール
パネル８４上に配設された押しボタンを押すことにより
リークディテクタ５０の動作を開始させる。ステップ１
０４で、真空ポンプ６６が起動され、弁６８と８６が開
いて、真空チャンバ５５と真空ポンプ６６との連通が許
容される。一定期間経過後、真空チャンバ５５は、第１
圧力に達し、真空チャンバ５５からのガス分子がマニホ
ルド５２内に拡散される。ステップ１０６では、弁６０
が開いて、第１の分圧アナライザが起動される。このよ
うに、マニホルド５２からのガス分子の一部は、第１の
分圧アナライザ５６へ流入して、検出される。弁６０を
開放するのに先立つ初期のポンプ排気時間は、先に検討
したように、第１の分圧アナライザ５６の動作圧力によ
り決められる。ステップ１０８は、第１の分圧アナライ
ザ５６により監視されるべきガスの選択を示す。ガス
は、オペレータにより選択されて、コントロールパネル
８４へ入力される。これら選択されるガスには、少なく
とも、酸素、または、窒素のような空気の他の成分が含
まれるのが好ましい。先に説明したように、チャンバ中
の空気の成分の特徴付けと観測は、洩れの存在を判定す
る際に高レベルの精度を達成する。第１の分圧アナライ
ザは、オペレータが仮想洩れ、つまり脱ガスに起因する
圧力変動を無視できて真の洩れを同定できるようにす
る。オペレータは、選択されたガスのベース圧および／
または立ち上がり速度を観測することにより、ステップ
１１０で示すように、第１の分圧アナライザ５６を使用
して総洩れ量チェックを実施する。ベース圧検査は、真
空チャンバ５５をベース圧までポンプ排気し、次いで連
続ポンプ排気中に選択されたガスの分圧を観測すること
により実施される。立ち上がり速度（ＲＯＲ）検査は、
真空チャンバ５５をベース圧までポンプ排気し、次いで
弁６８を閉じることにより、第１真空ポンプ６６を真空
チャンバ５５から隔離して実施される。次に、コントロ
ールパネル８４のディスプレイが、選択されたガスの立
ち上がり速度について観測されてもよい。合格の立ち上
がり速度／ベース圧が観測された場合、チャンバ５５は
全く洩れ無しと見なしてよい。しかしながら、より高い
確度までチャンバを更に検証するために、オペレータが
トレースガスチェックを実行してもよい。更に、不合格
の立ち上がり速度が観測された場合、チャンバは、受け
入れ難い大きさの洩れがあると判定され、トレースガス
検査がステップ１１２〜１１６に従って実施される。
【００４３】ステップ１１２で、第２真空ポンプ７０が
起動され、弁７１が開放される。次に、真空チャンバ５
５が、第１圧力未満の第２圧力までポンプダウンされ
る。この圧力は、マニホルド５２と拡散パイプ７４内の
ガス分子の分子流を確保し、それにより一部のガス分子
が第２の分圧アナライザ７２へ流入するのを許容するた
めには、１０-3 Torr 未満であるのが好ましい。ステッ
プ１１４で、ヘリウムのようなトレースガスが真空チャ
ンバ５５の外面周り、特にシール面近傍へ吹きかけられ
る。ステップ１１６で、チャンバ５５中のトレースガス
の存在が、コントロールパネル８４上で監視される。正
の読みは、ヘリウムが与えられている部位に洩れが存在
することを第２分圧アナライザが検出していることを示
す。次に、発見された洩れは修復されて、好ましくは、
チャンバの完全性を確保するために、真空チャンバ５５
は洩れを再チェックされる。検査の終了時、弁６０と６
８が閉じられ、第１の分圧アナライザ５６が停止され、
ステップ１１８に示すように大気条件と平衡させるため
に、通気弁７６が開放されてリークディテクタ５０を戻
す。
【００４４】一般に、リークディテクタ５０の操作は、
使用する洩れ検査の方法によって決められる。先に記載
の方法は単に説明用であり、本発明の範囲を制限すると
理解するべきではない。様々な方法を使用でき、洩れチ
ェックの具体的方法はオペレータにより決められる。例
えば、ステップ１１０〜１１４に示したトレースガス洩
れ検査は、ステップ１００〜１０８に示す立ち上がり速
度／ベース圧検査と同時に、またはそれに先立って実施
してよい。トレースガス洩れ検査と立ち上がり速度／ベ
ース圧検査とを同時に実施する場合、真空チャンバ５５
が先ず、第２の分圧アナライザ７２の操作圧力までポン
プ排気される。続いて両アナライザ５６，７２が起動さ
れる。第２の分圧アナライザ７２が使用されて、トレー
スガスの存在を監視する一方、第１の分圧アナライザ５
６が、空気の酸素、窒素、およびその他の成分を検出す
ことにより、空気の、立ち上がり速度／ベース圧を監視
する。第２の分圧アナライザ７２により隔離された洩れ
が修復されると、オペレータは、第１の分圧アナライザ
５６により決められたように、コントロールパネル８４
上で、改善された立ち上がり速度／ベース圧を観測する
ことができる。この改善された立ち上がり速度／ベース
圧は、オペレータが洩れを隔離して首尾良く修復し、そ
れにより雰囲気から真空チャンバ５５への空気の流入が
制限されたことを示す。それぞれの洩れが首尾良く修復
されるにつれて、立ち上がり速度／ベース圧は、合格立
ち上がり速度／ベース圧が達成されるまで、更に改善さ
れる。このようにして、本発明のリークディテクタは、
従来技術では得られない高い効率と効果のあるリーク検
出の装置と方法を提供する。
【００４５】上記説明は、図２に示すリークディテクタ
５０を参照したが、本発明は、操作の方法に従って一般
的に説明されることができる。一般に、本発明は、立ち
上がり速度検査、ベース圧検査、および／またはトレー
スガス検査を容易にする。立ち上がり速度検査およびベ
ース圧検査は、残留ガスアナライザ、トレースガスディ
テクタ、およびポンプシステムを、試験対象に結合する
こと、そして試験対象を真空状態までポンプ排気するこ
とを伴う。次いで、残留ガスアナライザが使用されて、
検査対象中の空気の１種類以上の成分の存在を監視す
る。ＲＯＲ検査では、空気の１種類以上の成分の分圧の
立ち上がり速度が観測されて、予め定めた合格／不合格
値に照らして比較される。ＰB検査では、空気の１種類
以上の成分のそれぞれの到達可能な最低圧力が観測され
て、合格／不合格値に照らして比較される。残留ガスア
ナライザの使用は、１種類以上の成分に入れた空気の特
徴付けを行なうことにより、オペレータが脱ガスからは
分離して、（洩れを示す）大気ガスを観測することを可
能にする。代替として、または追加として、トレースガ
スディテクタを使用してトレースガス検査を実施しても
よい。トレースガス検査は、検査対象を真空状態までポ
ンプ排気した後、ヘリウムのようなトレースガスを、検
査対象の外面へ供給することを伴う。磁気セクターリー
クディテクタのようなトレースガスディテクタが、検査
対象中のトレースガスの存在を監視するために、試験対
象に連通される。このように、本発明は、単体の一体化
装置を使用して、検査対象中の空気および／またはトレ
ースガスの存在を監視するための方法と装置を提供す
る。
【００４６】トレースガス検査、立ち上がり速度検査、
およびベース圧検査を伴って、本発明を有利に使用でき
るひとつの他の方法が、同時継続中の出願である出願番
号第08/918,480 号、発明の名称「真空チャンバ中の真
空不良の診断プロセス」に開示されており、この出願
は、その全体を本明細書に組み入れる。さらに、それぞ
れの試験を実施することが好ましいが、それぞれの検査
を排他的に実施してもよい。当該技術に精通する者は他
の実施の形態および代替を考えつくであろう。
【００４７】上記は本発明の好ましい実施の形態に関す
るが、本発明の他の、および更なる実施の形態が、本発
明の基本的範囲から逸脱せずに案出できるであろうし、
同範囲は特許請求の範囲により決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術のリークディテクタの概略図である。
【図２】本発明のリークディテクタの概略図である。
【図３】本発明の操作の一方法を示すフローチャートで
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ダニエル コフマン アメリカ合衆国， テキサス州， オース ティン， エンフィールド ロード 1401 ナンバー102 (72)発明者 ジェフリー ゴードン ロージ アメリカ合衆国， テキサス州， ラウン ド ロック， プランテーション ドライ ヴ 1907

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 洩れ検出装置であって、（ａ）マニホル
    ドと、（ｂ）前記マニホルドに結合され、第１のガスの
    分圧を検出するための第１ガスディテクタと、および
    （ｃ）前記マニホルドに結合されて、１種類以上のガス
    の分圧を検出するための第２ガスディテクタとを備える
    洩れ検出装置。
  2. 【請求項２】 前記第１ガスは、ヘリウム、ネオンおよ
    びアルゴンから成る群から選択される請求項１に記載の
    装置。
  3. 【請求項３】 前記１種類以上のガスは、空気を含む請
    求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記１種類以上のガスは、酸素、窒素、
    アルゴンおよび水並びにこれらの組み合わせから成る群
    から選択される請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記第１ガスディテクタは残留ガスアナ
    ライザであり、前記第２ガスディテクタは磁気セクタ質
    量分光計である請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記残留ガスアナライザは、４極ガスデ
    ィテクタを備える請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 真空システム中の洩れを検出する装置で
    あって、（ａ）マニホルドと、（ｂ）前記マニホルドに
    結合されるポンプシステムと、（ｃ）前記マニホルドに
    流体的に結合される第１ガスディテクタと、および
    （ｄ）前記ポンプシステムに流体的に結合される第２ガ
    スディテクタとを備える洩れを検出する装置。
  8. 【請求項８】 前記ポンプシステム、前記第１ガスディ
    テクタおよび前記第２ガスディテクタに結合されるコン
    トローラを更に備える請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記ポンプシステムは、前記真空システ
    ムを第１圧力までポンプ排気するための第１ポンプと、
    前記真空システムを第２圧力までポンプ排気するための
    第２ポンプとを備える請求項７に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記第２ガスディテクタは、前記第２
    ポンプに結合される請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 （ａ）前記マニホルドと前記第１ガス
    ディテクタとの間に配設される第１弁と、（ｂ）前記第
    １端部と前記第１ポンプとの間で、前記マニホルドに沿
    って配設される第２弁と、および（ｃ）前記第１端部と
    前記第２ポンプとの間で、前記マニホルド内に配設され
    る第３弁とを更に備える請求項９に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記第１ガスディテクタは残留ガスア
    ナライザであり、前記第２ガスディテクタは磁気セクタ
    質量分光計である請求項７に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記残留ガスアナライザは、４極ガス
    ディテクタを備える請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 真空システム中の洩れを検出する方法
    であって、（ａ）マニホルド、前記マニホルドに結合さ
    れる第１ガスディテクタおよび前記マニホルドに結合さ
    れる第２ガスディテクタを備える洩れ検出装置を、前記
    真空システムに結合する工程と、（ｂ）前記真空システ
    ムを前記洩れ検出装置に連通する工程と、および（ｃ）
    前記第１ガスディテクタを前記真空システムに連通する
    工程とを含む方法。
  15. 【請求項１５】 前記第２ガスディテクタを前記真空シ
    ステムに連通する工程を更に含む請求項１４に記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記第１ガスディテクタは、空気の存
    在を監視する請求項１４に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記第２ガスディテクタは、トレース
    ガスの存在を監視する請求項１４に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 （ａ）トレースガスを前記真空システ
    ムの外部へ供給する工程と、および（ｂ）前記第２ガス
    ディテクタを前記真空システムに連通する工程とを更に
    含む請求項１４に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記真空システムをポンプ排気する工
    程を更に含む請求項１４に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 真空システム中の洩れを検出する方法
    であって、（ａ）残留ガスアナライザ、トレースガスデ
    ィテクタおよびポンプシステムを、前記真空システムに
    連通して位置決めする工程と、（ｂ）前記ポンプシステ
    ムを前記真空システムに連通する工程と、（ｃ）前記真
    空システムを真空状態までポンプ排気する工程と、およ
    び（ｄ）前記残留ガスアナライザを使用して、空気の１
    種類以上の成分の存在を監視する工程とを含む方法。
  21. 【請求項２１】 （ｅ）前記真空システムの外面にトレ
    ースガスを供給する工程と、および（ｆ）前記トレース
    ガスディテクタを使用して前記トレースガスの存在を監
    視する工程とを更に含む請求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記工程（ｄ）は、酸素、アルゴン、
    窒素およびネオンのうちの１種類以上の存在を監視する
    工程を含む請求項２０に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記工程（ｄ）は、空気の１種類以上
    の成分の圧力立ち上がり速度を監視する工程を含む請求
    項２０に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記工程（ｄ）は、空気の１種類以上
    の成分のベース圧力を監視する工程を含む請求項２０に
    記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記工程（ａ）は、一体化された検出
    装置を前記真空システムに連通して位置決めする工程を
    含む請求項２０に記載の方法。
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