JP2011107034A - リークディテクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で効率よくリークテストできるようにしたリークディテクタを提供する。
【解決手段】 ヘリウムガスを用いて試験体からの微小なリークの有無を検知する本発明のリークディテクタ１０は、試験体ＴＰが配置される真空チャンバ１から真空ポンプ６に通じる排気管５内に挿設され、この排気管内の流線方向に対して開口する開口部１６ａを備えたガイド管１６を有する。そして、ヘリウムを検知する質量分析管１１を、開閉弁Ｖ３を介して上記ガイド管に接続して構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、気密容器、配管やバルブ等においてリーク（漏洩）の有無を検知するために用いられるリークディテクタに関する。

気密容器、配管やバルブ等の試験体からの微小なリークの有無を検知（検査）するリークテストにリークディテクタを用いることが従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。リークディテクタは、真空中のガス分子をイオン化し、ヘリウムイオンのみを選別してイオンコレクタに入射させ、イオン電流として真空中に漏れるヘリウムガスを定量的に検知できるように構成した質量分析管を備える。質量分析管は、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバから真空ポンプに通じる排気管から分岐した分岐管に、開閉弁を介して取り付けられる。

ここで、上記従来例のリークディテクタを用い、タンク等の気密容器を真空雰囲気の形成が可能なテストチャンバ（真空チャンバ）内に配置してリークテストする場合を例に説明すると、先ず、試験体たる気密容器をテストチャンバ内に収容した後、この試験体内にヘリウムガスを封止し、併せてテストチャンバを真空排気して真空雰囲気とする。そして、試験体からのリークがあった場合には、真空雰囲気に混入するヘリウムガスの有無がリークディテクタで検出される。

然し、上記従来例のものでは、ヘリウムを検知する感度を高めるために、テストチャンバ内の圧力が所定値（例えば、１０Ｐａ）に達することを待ってリークテストが行われる。つまり、テストチャンバを大気圧から真空排気する際、その当初は、排気管内の流れの状態が粘性流であり、分岐管を経て質量分析管まで導かれるヘリウムの量が少ない。このため、テストチャンバ及び排気管が所定圧力（例えば、１０Ｐａ）まで減圧されてヘリウムが自由拡散し、分岐管を経て質量分析管まで導かれるようになることを待ってリークテストが行なわれる。その結果、リークテスト開始まで時間がかかるという不具合がある。

特開平１０−３８７４６公報

本発明は、以上の点に鑑み、短時間で効率よくリークテストできるようにしたリークディテクタを提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、ヘリウムガスを用いて試験体からの微小なリークの有無を検知するリークディテクタであって、試験体が配置される真空チャンバから真空ポンプに通じる排気管内に挿設され、この排気管内の流線方向に対して開口する開口部を備えたガイド管と、このガイド管に開閉弁を介して接続され、ヘリウムを検知する質量分析管とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、試験体内にヘリウムガスを封止し、この試験体を真空チャンバ内に配置した後、または、試験体を真空チャンバ内に配置した後にこの試験体へのヘリウムガスを封入する操作と同時に、真空チャンバ内を真空排気して真空雰囲気を形成する。その際、試験体にリークがあると、この試験体から漏洩したヘリウムが真空チャンバを経て排気管へと導かれる。ここで、本発明では、排気管にガイド管が挿設されているため、真空排気を開始した直後から排気管に導かれたヘリウムの一部がガイド管内へと導かれる。この状態で、真空チャンバ内の圧力が所定値まで減圧された後に開閉弁を開弁すると、ガイド管内のヘリウムは質量分析管へと導かれるようになる。その結果、試験体から漏洩したヘリウムの自由拡散を待つことなしに、所定感度でのリークテストが行い得る量のヘリウムが質量分析管へと到達することになる。

このように本発明においては、真空チャンバの真空排気開始と共に排気管へと導かれたヘリウムを、排気管内のガイド管を介して質量分析管へと効率よく導き、早期にリークテストを行い得る。このため、ヘリウムの自由拡散を待つ従来技術のものと比較して、リークテスト開始までの時間を短縮でき、ひいては、試験体のリークテストに要する時間を大幅に短縮できる。

なお、リークテスト開始時の真空チャンバの圧力は、１００〜１０Ｐａの範囲、好ましくは１００Ｐａ程度とする。これらの圧力範囲外では、真空ポンプとしてターボ分子ポンプを用いる場合に、このターボ分子ポンプに過負荷が生じる。また、本発明における試験体とは、タンクやパッケージ等の気密容器、配管やバルブ等の気密性が要求される部品をいい、真空チャンバ自体の漏洩検知にも本発明のリークディテクタは利用できる。

また、本発明においては、前記ガイド管は所定長さの筒部を有し、この筒部が前記排気管に同心に配置されていることが好ましい。これによれば、ガイド管の筒部と排気管内壁との間に所定長さの排気通路が画成されて等方排気されることで、排気速度の低下量を少なくできる。

さらに、本発明においては、前記筒部の開口部がその端部に向かって拡径されていることが好ましい。これによれば、排気管に導かれたヘリウムを一層効率よくガイド管を通って質量分析管へと導くことができる。なお、本発明においては、排気速度の低下を抑制するために、ガイド管の外径は、排気管の内径の１／５〜１／４倍の範囲、例えば１／４倍程度が好ましく、また、ガイド管先端の開口部の外径は、排気管の内径の１／４〜１／３倍程度が好ましい。

本発明のリークディテクタを用いて試験体のリークテストを行う設備を模式的に説明する図。 図１の一部を拡大して説明する図。 本発明のリークディテクタによるリークテスト開始を説明するグラフ。

以下、図面を参照して、タンク等の気密容器を試験体ＴＰとし、この試験体ＴＰを真空雰囲気の形成が可能なテストチャンバ（真空チャンバ）内に設置してリークテストを行う場合を例として、本発明の実施形態のリークディテクタを説明する。

図１を参照して、１は、試験体ＴＰのリークテストが行われるテストチャンバ（真空チャンバ）である。テストチャンバ１は、所定容積を有し、その底面には試験体ＴＰを保持する保持台２が設けられている。テストチャンバ１の側面には、図示省略のＯリング等の真空シールを介して可撓性を有する配管３が挿設されている。テストチャンバ１内に存する配管３の一端は、保持台２で保持された試験体ＴＰに、例えば、図示省略のＯリング付きフランジを介して接続できるようになっている。他方、テストチャンバ１外に存する配管３の他端は、開閉弁Ｖ１を介してヘリウムガスを貯蔵したヘリウムガス源（図示せず）に接続されている。なお、配管３には、切換弁を介して、図示省略の他の配管及び真空ポンプが設けられ、試験体ＴＰへのエアや不活性ガスの供給と、試験体ＴＰ内の排気とを行い得るように構成している。この場合、排気用の配管は、後述の真空ポンプに接続し、１個の真空ポンプにて、テストチャンバ１内の排気と兼用できるように構成してもよい。

テストチャンバ１には排気口１ａが形成されている。この排気口１ａには、開閉弁Ｖ２が介設された排気管５が接続され、この排気管５が真空ポンプＰ１に連通している。真空ポンプＰ１としては、テストチャンバ１の容積やリークテスト時のテストチャンバ１内の圧力範囲に応じてロータリーポンプやターボ分子ポンプ等から適宜選択される。また、テストチャンバ１には、ピラニ真空計やイオンゲージ等のテストチャンバ用の真空計Ｇ１が設けられている。そして、排気管５にリークディテクタ１０の質量分析管１１が取り付けられている。以下、本実施形態のリークディテクタ１０の構成を説明する。

リークディテクタ１０は筐体１０ａを有し、この筐体１０ａ内には、質量分析管１１と、この質量分析管１１に排気管１２を介して接続されたターボ分子ポンプ（真空ポンプ）Ｐ２とが内蔵され、これらの部品を含むリークディテクタ１０の作動は、マイクロコンピュータ等を備えた制御ユニット１３により統括制御されるようになっている。なお、ターボ分子ポンプには、ロータリーポンプ等のバックポンプＰ３が接続されている。

質量分析管１１は、図２に示すように、略Ｌ字状に屈曲させた本体１１ａを備える。本体１１ａ内には、後述の導入管に連通するガス導入口１１ｂを介して導入された真空中のガス分子をイオン化するイオンソース１１ｃと、このイオンソース１１ｃから一定の加速電圧下で放出されたイオンを質量数に応じて偏向させる磁場を形成するためのマグネット１１ｄと、ヘリウムイオンのイオン電流を検出するイオンコレクタ１１ｅとを備える。そして、マグネット１１ｄで偏向させたガスイオンのうちヘリウムイオンのみがスリット板１１ｆを経てイオンコレクタ１１ｅに達するように構成され、イオンコレクタ１１ｅにて検出したイオン電流が制御ユニット１３に出力される。このときのイオン電流値からヘリウムの漏洩量が検知される。この場合、ディスプレイ１４を設けておき、ヘリウムの漏洩量を表示できるようにしてもよい。なお、図１中、一点鎖線は、制御ユニット１３と各部品との制御信号線である。

また、質量分析管１１のガス導入口１１ｂには、開閉弁Ｖ３が介設された配管１５が接続され、この配管１５には、排気管５内に挿設され、この排気管５内の流線方向（図１中、矢印で示す方向）に対して開口する開口部１６ａを備えたガイド管１６が接続されている。配管１５には、ピラニ真空計やイオンゲージ等の真空計Ｇ２が設けられ、質量分析管１１に通じる配管１５内の圧力を測定できるようになっている。ガイド管１６は、排気管５に同心に配置された所定長さの筒部１６ｂを有し、この筒部１６ｂの一側は屈曲され、排気管５を貫通して排気管５外側まで延びている。また、筒部１６ｂの他側たる開口部１６ａは、その先端方向に向かって、つまり、排気口１ａ方向に向かって拡径されている。これにより、テストチャンバ１を真空排気したときに排気管５へと導かれたヘリウムガスが質量分析管１１へと積極的に導かれるようになっている。この場合、ガイド管１６の筒部１６ｂの外径は、排気管５の内径の１／５〜１／４倍程度の範囲（例えば、１／４倍）が好ましく、また、開口部１６ａ先端の外径は、排気管５の内径の１／４〜１／３倍程度が好ましい。

以下に、本発明のリークディテクタ１０によるリークテスト（漏洩検査）について説明する。先ず、大気状態のテストチャンバ１内の保持台２上に試験体ＴＰを設置し、この試験体ＴＰに配管３の一端を接続する。この状態で、試験体３に対して粗リークテストを行う。粗リークテストは、試験体ＴＰ内に、配管３を介して窒素やエア等の気体を導入して試験体ＴＰ内を加圧し、その際、導入する気体の圧力変動を利用して行われる。

粗リークテストが終了すると、例えば、開閉弁Ｖ２の閉弁状態で、図示省略した試験体ＴＰ排気用の真空ポンプを作動して試験体ＴＰ内からこの気体を真空排気し、試験体内の圧力が所定値（例えば、１０００Ｐａ）に達すると、真空排気を停止した後、配管３を介してヘリウムガスを試験体ＴＰ内に封入する。そして、所定圧力までヘリウムが導入されると、開閉弁Ｖ１を閉弁して試験体ＴＰ内にヘリウムを封止する。この操作と並行して、開閉弁Ｖ２の開弁して真空ポンプＰ１によりテストチャンバ１内を真空排気する。

他方、リークディテクタ１０は、制御ユニット１３により、開閉弁Ｖ３の閉弁状態で真空ポンプＰ２を作動させて質量分析管１１内を排気した後、公知の方法で質量分析管１１の校正が行われ、スタンバイ状態に維持される。そして、テストチャンバ１内の圧力が所定値に達すると、開閉弁Ｖ３を開弁してリークテストが開始される。なお、リークテスト開始時（つまり、開閉弁Ｖ３を開弁するとき）のテストチャンバ１の圧力は、１００〜１０Ｐａの範囲、好ましくは１００Ｐａ程度とする。これらの圧力範囲では、ターボ分子ポンプＰ２に過負荷が生じる。そして、試験体ＴＰからヘリウムが漏洩していると、テストチャンバ１の真空排気開始直後から、排気管５へと導かれたヘリウムが質量分析管１０へと積極的に導かれ、質量分析管１１のイオンコレクタ１１ｅにて検出したイオン電流がコントローラ１３に出力され、このときのイオン電流値からヘリウムの漏洩量が検知される。

試験体ＴＰのリークテストが終了すると、開閉弁Ｖ３を閉弁し、リークディテクタ１０はスタンバイ状態に戻る。他方で、テストチャンバ１では、配管３の開閉弁Ｖ１が閉弁され、図示省略のベントバルブが作動して大気状態に戻される。

ここで、図３を参照して説明すれば、上記従来例のリークディテクタでは、テストチャンバを大気圧から真空排気する際、その当初は、排気管内の流れの状態が粘性流であり、分岐管を経て質量分析管まで導かれるヘリウムの量が少ない。このため、真空チャンバ及び排気管が所定圧力（例えば、１０Ｐａ）まで減圧されてヘリウムが自由拡散し、分岐管を経て質量分析管まで導かれるようになることを待ってリークテストが行われる。

それに対して、本実施形態のリークディテクタ１０では、テストチャンバ１を真空排気した際に試験体ＴＰにリークがあると、この試験体ＴＰから漏洩したヘリウムは、テストチャンバ１の排気直後から、テストチャンバ１を経て排気管５へと導かれる。このとき、この排気管５に導かれたヘリウムの一部がガイド管１６を通って質量分析管１１へと導かれるようになる。その結果、試験体ＴＰから漏洩したヘリウムの自由拡散を待つことなしに、所定感度での漏洩検知を行い得る量のヘリウムが質量分析管１１へと到達することとなる。その結果、ヘリウムが自由拡散する圧力までテストチャンバ１や排気管５が真空排気される前の所定圧力（例えば、１００Ｐａ）でリークテストを開始することができ、ひいては、試験体ＴＰのリークテストに要する時間を大幅に短縮できる。また、テストチャンバ１から真空ポンプＰ１に通じる排気管５に質量分析管１１を取り付ける構成としたため、テストチャンバ１に、質量分析管１１の取付用フランジ等を形成しておく必要がなく、テストチャンバ１の構成も簡素化することができる。

また、本実施形態では、ガイド管１６が所定長さの筒部１６ｂを有し、この筒部１６ｂが排気管５に同心に配置されているため、この筒部１６ｂと排気管５内壁との間に所定長さの排気通路が画成されて等方排気され、排気速度の低下量を少なくできる。他方、開口部１６ａの先端が拡径されていることで、排気管５に導かれたヘリウムを一層効率よくガイド管１６を通って質量分析管１１へと導くことができる。

なお、上記実施形態では、ガイド管１６が筒部１６ｂを備えるものを例として説明したが、これに限定されるものではなく、排気管５に導かれたヘリウムガスを質量分析管１１へと導けるものではあれば、その形状等は問わない。

また、テストチャンバ１に配管３を設け、試験体ＴＰを設置した状態でこのテストチャンバ１の真空排気と並行して、試験体ＴＰへのヘリウムガスの封入操作を行い得るよう構成しているが、試験体ＴＰにヘリウムを封止した状態でテストチャンバ１に移送してリークテストを行うようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、テストチャンバ１に試験体ＴＰを収容し、この試験体ＴＰのリークテストを行うものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、スパッタリング装置やエッチング装置の処理チャンバを試験体とし、そのリークテストを行うような場合にも本発明は適用できる。

１…テストチャンバ（真空チャンバ）、５…排気管、１０…リークディテクタ、１１…質量分析管、１６…ガイド管、１６ａ…開口部、１６ｂ…筒部、Ｐ１、Ｐ２…真空ポンプ、ＴＰ…試験体

Claims (3)

1. ヘリウムガスを用いて試験体からの微小なリークの有無を検知するリークディテクタであって、
   試験体が配置される真空チャンバから真空ポンプに通じる排気管内に挿設され、この排気管内の流線方向に対して開口する開口部を備えたガイド管と、このガイド管に開閉弁を介して接続され、ヘリウムを検知する質量分析管とを備えたことを特徴とするリークディテクタ。
2. 前記ガイド管は所定長さの筒部を有し、この筒部が前記排気管に同心に配置されていることを特徴とする請求項１記載のリークディテクタ。
3. 前記筒部の開口部がその端部に向かって拡径されていることを特徴とする請求項２記載のリークディテクタ。

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