JPH07286928A - ヘリウムリークディテクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来の、校正リーク内蔵型ヘリウムリークディ
テクタは、校正リークに充填されたヘリウムガスが、リ
ークアイソレーションバルブから少しづつ透過し、実際
の被試験体の漏れ量の計測時に、このリークが影響を与
え、結果的に測定器の感度を落としてしまっていた。
本発明は、簡単で安価な手段で、この、ヘリウムガスの
透過を無くし、測定感度を向上させた校正リーク内蔵型
ヘリウムリークディテクタをうる事を目的とする。 【構成】三方向バルブの、共通接続口以外の二つの接続
口の内の一つを、校正リークに配管接続し、他の一つ
は、大気に解放し、共通接続口は、リークアイソレーシ
ョンバルブを介してテストポートに配管接続した校正リ
ーク内蔵型のヘリウムリークディテクタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置の真空
チャンバーや、自動車用ラジエータの様な、高い気密性
を要求される密閉容器等の漏れ試験を行う際に利用され
るヘリウムリークディテクタに関する。

【００２】

【従来の技術】ヘリウムリークディテクタとは、ヘリウ
ムガスを検知ガスとし、質量分析管を作動可能な真空状
態に保つ為の真空排気系を内蔵する質量分析計形の漏れ
検出器である。（ＪＩＳＺ２３３１）

【００３】この、ヘリウムリークディテクタは、測定器
の計測値が、実際の漏れ量にマッチングする様に、時
々、校正を必要とする。（ＪＩＳＺ８７５４） そして
この校正には、ヘリウムガスの基準漏れ量を提供する為
に校正リーク（即ち、校正用のヘリウムガスが充填され
た容器及びそれに付随する配管）が用いられる。現在市
場に出回っているヘリウムリークディテクタには、校正
リークが、リークディテクタを校正する時以外にも、常
時、ディテクタ本体と一体となっている、いわゆる校正
リーク内蔵型と呼ばれるものと、校正が必要な時だけ本
体に取り付ける、校正リーク外付け型とがある。 本発
明は、校正リーク内蔵型ヘリウムリークディテクタの校
正リークの配管方式に関する。

【００４】従来の校正リーク内蔵型ヘリウムリークディ
テクタを、第２図を用いて、先ず説明する。 ヘリウ
ムリークディテクタ１のテストポート２は、漏れ試験さ
れる被試験体Ｔに接続され、テストポート配管の他端
は、粗引きバルブ２３を介して、粗引きポンプ７と配管
接続されている。 又、被試験体Ｔと該粗引きバルブ２
３の中間に分岐点を設け、テストバルブ２２を介して主
ポンプ６の吸気側に配管接続されている。主ポンプ６の
排気側は、粗引きポンプ７の吸気側に配管接続され、そ
の途中には、フォアバルブ２４が設けてある。被試験体
Ｔと粗引きバルブ２３の中間分岐点からは、リークアイ
ソレーションバルブ２１を介して校正リーク４（この構
造に就いては後述する。）が配管接続されている。又、
テストポート２と粗引きバルブ２３の間から分岐された
配管には、ベントバルブ２５が設けられ、該ベントバル
ブ２５の他端は大気に解放されている。一方、テストバ
ルブ２２と主ポンプ６の吸気側とを結ぶ配管の中間に分
岐管を設け、分析管５を接続している。

【００５】所で、前記校正リーク４の内部構造につい
て、典型的なものを、第６図を用いて説明する。校正リ
ークは、ヘリウムガスを透過する石英ガラスを素材に、
一端が閉じ他端が開口しているガラスチューブ６１の開
口端に、コバール金属等からなる接続管６２を密封封着
で一体化し、接続管６２のガラスチューブ６１が封着さ
れていない側を、ヘリウムを透過しない材質（例えば、
ステンレス材）で作られたヘリウム容器６３の外側に突
き出した状態でヘリウム容器内に収納してから、接続管
６２部分で、ヘリウム容器６３と密封してある。そし
て、ヘリウム容器６３とガラスチューブ６１、接続管６
２から構成される空間には、ヘリウムガスが、ほぼ大気
圧で充填され、該ヘリウムガスは、封止管６４で封止さ
れている。

【００６】これにより、石英ガラスチューブ６１を透過
したヘリウムガスは、校正用ヘリウムガスとして、長期
に渡り接続管から供給され続ける。 なお、この様な構
成の校正リーク４からのヘリウム供給量は、極めて微少
であるため、例え、接続管６２のガラスチューブ６１と
反対側を、大気に解放し続けたとしても、校正リーク４
のストック量が９０％迄減少するのに計算上では約３年
かかることになる。

【００７】（但し、ヘリウム容器６３とガラスチューブ
６１、接続管６２からなる空間の容量が１００ＣＣで、
該ガラスチューブからの透過量が、 １＊１０^-8Ｐａ・ｍ³／ｓ その他の漏れは一切無いと仮定している。）

【００８】この様な、従来のリークディテクタを利用し
て漏れ試験を行う場合は、通常は、フォアバルブ２４以
外のバルブを全て閉じ、先ず、粗引きポンプ７を動作さ
せ、その後、主ポンプ６の運転を開始し、分析管５の圧
力が所定の圧力に達したら、（以上を排気系の立ち上げ
と呼ぶ。）テストポート２をテストチャンバーＴにつな
ぐ。 そこで、フォアバルブ２４を閉じ、粗引きバル
ブ２３を開いて、粗引きポンプ７により、テストチャン
バーＴの粗引きを開始する。 配管内が、所定の圧力に
達したら、粗引きバルブ２３を閉じ、フォアバルブ２４
を開き、更にテストバルブ２２を開いた状態で、チャン
バの漏れ試験箇所にヘリウムガスを供給しながら、引き
込まれたヘリウムガスを分析管５で計測する。（以上の
方法はダイレクトフロー、または、直接導入法と呼
ぶ。）

【００９】しかし、時には、テストバルブ２２を閉じ、
粗引きバルブ２３とフォアバルブ２４を開いて、分析管
５へ逆拡散していくリウムガスを捉える事により漏れ試
験を行う場合もある。 これは逆拡散法と呼ばれてお
り、特に、漏れ量が多い場合には有効な測定方法であ
る。

【０１０】又、従来のディテクターの校正を行う場合、
通常は、前記同様に、排気系の立ち上げ後、テストポー
ト２と、ベントバルブ２５と、フォアバルブ２４と、テ
ストバルブ２２を閉じ、粗引きバルブ２３、リークアイ
ソレーションバルブ２１を開き、粗引きを開始し、所定
圧力になったら、粗引きバルブ２３を閉じ、フォアバル
ブ２４とテストバルブ２２を開け、分析管５で漏れ量を
計測しながら、リークディテクタ１を校正する。

【０１１】所で、校正法にも、上述の方法以外に逆拡散
を利用する事がある。 実際の測定を逆拡散法で行う場
合は、この校正法の方が望ましい。

【０１２】

【発明が解決しようとする課題】最近、技術の高度化に
伴い、真空チャンバー等の密閉容器の極く微少なリーク
量測定が必要となり、リークディテクタの高感度化が要
求されるようになってきた。ところが、第２図を用いて
説明した様な従来技術では、二方向電磁バルブ２１を介
して校正リーク４に接続しており、しかも、該二方向電
磁バルブ２１が閉であっても、二方向電磁バルブ２１と
校正リーク４との間の配管はヘリウムガスが蓄積され続
け、ヘリウムガス濃度が上昇し、二方向電磁バルブ２１
のＯリング等のシール部からヘリウムガスの微少な透過
が生じてしまい、実際の被試験体の漏れ量計測に影響を
与えてしまった。 そして、この事が、ヘリウムリーク
ディテクタの測定限界を決定する要因となり、結果的
に、校正リーク内蔵型のヘリウムリークディテクタの用
途は、要求測定感度の低い範囲のものに限られてしまう
ことになっていた。

【０１３】この課題を解決する為に、本件発明の発明者
は、先ず、第２図の二方向電磁バルブ２１の代わりに、
三方向電磁バルブを用いて、第４図の様に構成する事を
検討してみた。

【０１４】第４図の方式を説明するに先立ち、先ず、三
方向電磁バルブの内部構造を、第５図を用いて説明して
おく。ケーシング５０の内部には、弁体５１があり、該
弁体は左右端に各々Ｏリング５２を有し、又、電磁石
（図示せず）への通電のＯＮ、ＯＦＦによって左右に移
動し、ケーシング５０の左右端に設けられた、接続口５
３、５４を開閉する。なお共通接続口５５は電磁弁の内
部と常に連通している。

【０１５】所で、第４図の様に三方向電磁バルブの共通
接続口５５に校正リーク４をつなぎ、テストポート２配
管につながる接続口５３は、ヘリウムリークディテクタ
を校正しないときは、弁体５１で閉じ、校正リーク４か
らのヘリウムは他の接続口５４で、大気解放しておいて
も、校正リーク４から、常に、ヘリウムガスが供給され
ている状態では、ケーシング５０の内部は、大気雰囲気
のヘリウムガス濃度（約５ＰＰＭ）に比べたら、かなり
高いヘリウムガス濃度になってしまっている。この為、
ヘリウムガスは、Ｏリング５２シールを介して、テスト
ポート配管にリーク又は透過してしまい、ヘリウムリー
クディテクタの検出可能限界は余り改善されなかった。

【０１６】そこで、その他の改善対策として第３図に示
す様に、テストポート２の配管と校正リーク４を仕切る
バルブとして、二方向電磁バルブ２１と二方向電磁バル
ブ３１を直列に２個接続し、その間に分岐管３３を設
け、分岐管は二方向電磁バルブ３２を介して粗引きポン
プ７１を接続し、漏れてくるヘリウムガスをポンプダウ
ンする方法も試験してみた。 その結果、この方法では
透過防止に対しては効果があったが、バルブが増える事
によるコストアップや、配管接続部が増えてリークの危
険性が増える等デメリットがめだった。

【０１７】又、最近はヘリウムリークディテクタの操作
の簡便化の希望から、自動校正が要求され、ヘリウムガ
スに対する透過量の少ない電磁バルブまたは、校正ヘリ
ウムの隔離方法が必要となってきた。

【０１８】この発明は、以上の問題を解決し、低価格で
ヘリウムガスに対する透過の少ない電磁弁機能を搭載し
た校正リーク内蔵型ヘリウムリークディテクタを提供す
ることにある。

【０１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、被試験体Ｔに連なるテストポート２
を、主ポンプ６の吸気側とテストバルブ２２を介して配
管接続し、主ポンプ６の排気側は、フォアバルブ２４を
介して粗引きポンプ７の吸気側に配管接続し、テストバ
ルブ２２と主ポンプ６との間から分岐した配管には、被
試験体Ｔのリーク量を計測する為の分析管５を設ける一
方、テストポート２と粗引きポンプ７の吸気側を、粗引
きバルブ２３を介して配管接続し、又、分析管５の校正
用には、テストポート２とテストバルブ２２の間から分
岐する配管に、リークアイソレーションバルブ２１を介
して校正リーク４を設けたヘリウムリークディテクタ１
に於いて；三方向バルブ３の共通接続口以外の、二つの
接続口の内の一つを、校正リーク４に配管接続し、他の
一つの接続口は大気に開放し、三方向バルブ３の共通接
続口は、リークアイソレーションバルブ２１を介して、
テストポート２に配管接続した事を特徴とする校正リー
ク内蔵型ヘリウムリークディテクタ としている。

【０２０】

【作用】その結果、本発明では、テストポート配管から
二方向電磁バルブを介し、三方向電磁バルブの共通接続
口に接続し、他の２つの接続口をそれぞれ大気と校正リ
ークに接続したので、二方向電磁バルブ２と三方向電磁
バルブ３の間は、校正リークからのヘリウムガスの供給
が遮断されて大気解放されることになり、従来、問題に
なったヘリウムガスの透過の影響を極く小さくすること
ができた。

【０２１】

【実施例】第１図は本発明の実施例である。 ここで
は、主として、従来例との相違する点のみを重点に説明
する。（第１図中で、既に説明済みの第２図と同じ構成
の部分は、同じ符号を付してある。） テストポート２に連なる配管は、二方向電磁バルブ２１
を介して三方向電磁バルブ３の共通接続口に接続され、
他の２つの接続口の内、１つの接続口は大気にもう１つ
の接続口は校正リーク４に接続されている。二方向電磁
バルブ２１は駆動電源ＯＦＦ時に閉となり、三方向電磁
バルブ３は駆動電源ＯＦＦ時に大気側に解放される。

【０２２】本発明の、このリークディテクタ１の場合、
テストポート２に被試験体Ｔを取付けて計測を行うとき
は、二方向電磁バルブ２１はＯＦＦで閉とし、三方向電
磁バルブ３もＯＦＦで大気に解放される。

【０２３】またリークディテクタ１の校正を行う場合
は、二方向電磁バルブ２１をＯＮで開とし、三方向電磁
バルブ３をＯＮで校正リーク４と接続させる。

【０２４】更に被試験体の漏れ計測終了後、被試験体を
取り外す時、テストポート配管内に大気導入する必要が
ある場合は、二方向電磁バルブ２１をＯＮで開とし、三
方向電磁バルブ３をＯＦＦで大気と接続させる事ができ
る。

【０２５】

【発明の効果】三方向電磁バルブの市場での価格は、二
方向電磁バルブの価格と比較して大差は見られない。
本発明は、一個の三方向電磁バルブ弁のみで、テストポ
ート配管への大気導入機能と校正用リーク接続機能を重
ねることが出来、しかも、校正リークからガス分析器へ
のヘリウムガスの透過を大幅に軽減できた。その為、従
来のヘリウムリークディテクタ装置を殆どそのまま用い
ても、高精度なリーク測定が可能になった。

【０２６】又、テストポート配管に接続されている電磁
バルブの個数は少ない方が、リーク等の危険性が確率的
にも少なくなり望ましい。 本発明は電磁バルブの数が
少なくて済むので、この点でも有利である事は明白であ
る。

【０２７】なお、以上の説明では、バルブ類には、電磁
バルブを用いた例で説明している。自動化等を考えると
電磁バルブの方が確かに適しているが、本発明を実現す
るには、手動バルブを用いる事も、勿論可能である。

【図面の簡単な説明】

【第１図】本発明のヘリウムリークディテクタの配管例
である。

【第２図】従来の校正リーク内蔵型ヘリウムリークディ
テクタ配管図である。

【第３図】第２図の従来例を改良する為試験した、二重
シール方式の要部を示す。

【第４図】第２図の従来例を改良する為試験した第２の
配管方式である。

【第５図】三方向電磁バルブの簡略断面図である。

【第６図】校正リークの簡略断面図である。

【符号の説明】

１：ヘリウムリークディテクタ ２：テストポート ３、４１：三方向電磁バルブ ４：校正リーク ５：分析管 ６：主ポンプ ７、７１：粗引きポンプ ２１、２２、２３、２４、２５、３１、３２、：二方向
電磁バルブ ５０：ケーシング ５１：弁体 ５２：Ｏリング ５３、５４：接続口 ５５：共通接続口 ６１：ガラスチューブ ６２：接続管 ６３：ヘリウム容器 ６４：封止管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被試験体Ｔに連なるテストポート２を、主
   ポンプ６の吸気側とテストバルブ２２を介して配管接続
   し、主ポンプ６の排気側は、フォアバルブ２４を介して
   粗引きポンプ７の吸気側に配管接続し、テストバルブ２
   ２と主ポンプ６との間から分岐した配管には、被試験体
   Ｔのリーク量を計測する為の分析管５を設ける一方、テ
   ストポート２と粗引きポンプ７の吸気側を、粗引きバル
   ブ２３を介して配管接続し、又、分析管５の校正用に
   は、テストポート２とテストバルブ２２の間から分岐す
   る配管に、リークアイソレーションバルブ２１を介して
   校正リーク４を設けたヘリウムリークディテクタ１に於
   いて；三方向バルブ３の共通接続口以外の、二つの接続
   口の内の一つを、校正リーク４に配管接続し、他の一つ
   の接続口は大気に開放し、三方向バルブ３の共通接続口
   は、リークアイソレーションバルブ２１を介して、テス
   トポート２に配管接続した事を特徴とする校正リーク内
   蔵型ヘリウムリークディテクタ。