質量分析ユニット、及び質量分析ユニットの使用方法
【課題】各種検査を効率かつ安価に行うことのできる、質量分析ユニット、及び質量分析ユニットの使用方法を提供する。
【解決手段】被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部１２、及び測定部１２に連続的に設けられ、かつ測定部１２を制御する電気系部１４を有した質量分析部１と、質量分析部１に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧する差動排気部２０と、を備えた質量分析ユニット１０である。電気系部１４は差動排気部２０の制御部として機能し、かつ差動排気部２０の操作部が設けられる。
【解決手段】被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部１２、及び測定部１２に連続的に設けられ、かつ測定部１２を制御する電気系部１４を有した質量分析部１と、質量分析部１に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧する差動排気部２０と、を備えた質量分析ユニット１０である。電気系部１４は差動排気部２０の制御部として機能し、かつ差動排気部２０の操作部が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析ユニット、及び質量分析ユニットの使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造工程では、様々な真空装置が利用されている。このような真空装置のプロセス管理、あるいはリーク検査等の各種検査を行う際に、四重極型の質量分析ユニットが使用される（例えば、非特許文献１参照）。質量分析ユニットは、分析対象ガスに含まれる様々な物質につき、質量電荷比（質量数／電荷数）ごとの分圧を測定するものである。
【０００３】
図４は、従来技術に係る質量分析ユニットの概略構成図である。質量分析ユニット１０１は、分析対象ガスを導入し質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部（質量分析部）１１２と、その測定部を電気的に制御する電気系部１１４とを備えた質量分析装置１００を備えている。また、通常、質量分析装置１００の動作可能範囲は、例えば１ｅ−２Ｐａ以下であることから、それよりも高い圧力のガスを分析対象とする場合には、差動排気部１０２が必要となる。この差動排気部１０２は、開度の異なる複数のバルブを並列に備えた被測定ガス導入部１０３、及び該被測定ガス導入部１０３から導入されたガスを排気する排気ポンプ１０４等を備えて構成される。この構成により、真空装置のチャンバ内の圧力が異なる場合においても、前記バルブを切り替えることで測定部１１２に導入されるガス量を一定に保持することが可能となっている。また、質量分析ユニット１０１は、差動排気部１０２を駆動させるための制御部１０５を備えている。
【０００４】
このような質量分析ユニット１０１を用いて真空装置のプロセス管理、各種検査を行うには、前記制御部１０５を用いて差動排気部１０２を駆動させるとともに、前記電気系部１１４を用いて質量分析装置１００を駆動させ、真空装置の内部ガスにおける質量電荷比ごとの分圧を測定し、その測定結果を出力して表示させる。そして、表示された測定結果から内部ガスに含まれる物質の種類および量を確認し、真空装置において所定プロセスが実行されているか否かを判断することができる。
【非特許文献１】「残留ガスモニタ；ＲＥＧＡ」、株式会社アルバック、カタログＮ１８５２−３、２００２年０２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年では真空装置の省スペース化が進んでおり、これに伴って前記質量分析装置とは別体として設けられる差動排気部１０２用の制御部１０４の設置場所が限られてしまう。そのため、前記制御部１０５は、ケーブルを介して質量分析装置から離れた位置に配置されることとなる。すなわち、質量分析ユニット１０１を用いて真空装置のプロセス管理あるいは各種検査を行う際には、電気系部１１４と制御部１０４との間を往復する必要が生じ、そのプロセスが煩雑となってしまう。特に、複数種類のガスの測定を連続して行う場合に、被測定ガスの種類に応じた被測定ガス導入部１０３のバルブの選択とを、別々の位置で行う必要があり、プロセスが煩雑となる。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、各種検査を効率かつ安価に行うことのできる、質量分析ユニット、及び質量分析ユニットの使用方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の質量分析ユニットは、被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部、及び該測定部に連続的に設けられ、かつ当該測定部を制御する電気系部を有した質量分析部と、該質量分析部に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧する差動排気部と、を備えた質量分析ユニットにおいて、前記電気系部は前記差動排気部の制御部として機能し、かつ当該差動排気部の操作部が設けられることを特徴とする。
【０００８】
本発明の質量分析ユニットによれば、電気系部によって差動排気部を制御できるので、差動排気系用の制御部が真空装置に近接した状態となる。よって、電気系部のみで質量分析ユニットの駆動を制御することができ、例えば真空装置におけるプロセス管理やメンテナンス後のリーク検査を効率的に行うことができる。また、例えば従来のような差動排気部用の制御ＰＣ（コンピュータ）部などが不要となり、電気系部に設けられたＣＰＵを兼用することで差動排気部を安価に提供でき、これによって低コスト化が図られたものとなる。
【０００９】
また、上記質量分析ユニットにおいては、前記電気系部には、前記測定部の操作部および測定結果表示部が設けられるのが好ましい。
この構成によれば、電気系部のみで測定部の操作ができ、表示部により測定結果を簡単に確認することができるので、各種検査をより効率的に行うことができる。
【００１０】
また、上記質量分析ユニットにおいては、前記差動排気部は、被測定ガス導入部、排気ポンプ、及び前記質量分析部を加熱するヒータを構成部材として備え、該各構成部材が前記電気系部によってそれぞれ制御されるのが好ましい。
この構成によれば、前記電気系部によって、例えば前記質量分析部のベーキング（加熱処理）の開始・終了、被測定ガスの導入部を構成するバルブの開閉をそれぞれ制御することができるので、上記プロセス管理や各種検査を効率的に行うことができる。
このとき、前記被測定ガス導入部は開度の異なる複数のバルブを並列に備えてなり、前記電気系部により前記各バルブの開閉が選択されるのが好ましい。
この構成によれば、電気系部を用いることで、例えば被測定ガスの種類に応じてバルブを選択的に切り替えることができるので、上記プロセス管理や各種検査をより効率的に行うことができる。特に、複数種類のガスの測定を連続して行う場合でも、被測定ガスの種類に応じたバルブの選択と、測定結果を表示すべきガス種類の選択とを、電気系部のみで行うことが可能になり、各種検査をより効率的に行うことができる。
【００１１】
また、上記質量分析ユニットにおいては、前記電気系部には、前記各構成部材の状態を表示する状態表示部が設けられるのが好ましい。
この構成によれば、例えば状態表示部に各構成部材の状態、例えば不良や異常等が表示されるので、排気系部の各構成部材の状態を簡単に把握することができ、上記プロセス管理や各種検査がより効率的に行うことができる。
【００１２】
本発明の質量分析ユニットの使用方法は、被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部、及び該測定部を制御するとともに、当該測定部の操作部および測定結果表示部が設けられた電気系部を有する質量分析部と、該質量分析部に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧し、開度の異なる複数のバルブを並列に有し、前記電気系部により前記各バルブの開閉が選択される被測定ガス導入部、排気ポンプ、及び前記質量分析部を加熱するヒータを構成部材とし、該各構成部材が前記電気系部によってそれぞれ制御される差動排気部と、を備え、前記電気系部は前記差動排気部の制御部として機能し、かつ当該差動排気部の操作部が設けられてなる質量分析ユニットの使用方法であって、前記被測定ガス導入部から導入されるガス種類に応じた前記バルブの選択と、測定結果を表示すべきガス種類の選択とを、前記電気系部で行うことにより、複数種類のガス測定を連続的に行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の質量分析ユニットの使用方法によれば、被測定ガスの種類に応じたバルブの選択と、測定結果を表示すべきガス種類の選択とを、電気系部複数種類のガスの測定を電気系部のみで連続して行うことができるので、各種検査をより効率的に行うことができる。
【００１４】
本発明の質量分析ユニットの使用方法は、上記の質量分析ユニットを用いて、メンテナンス後の真空装置のリーク検査を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明の質量分析ユニットの使用方法によれば、分析対象ガスの存在位置の近傍に配設した電気系部を用いることで、差動排気部を含む質量分析ユニットの駆動を制御することができるので、真空装置のチャンバと前記差動排気部の制御用ＰＣとの間を何度も往復する必要が無くなる。したがって、ピンホール位置の検出を効率的に行うことができる。
【００１６】
また、上記質量分析ユニットの使用方法においては、前記リーク検査は、真空装置におけるピンホール位置の検出手段として行うのが好ましい。
この構成によれば、検査用ガスを吹き付けるチャンバの近傍に質量分析ユニットの操作ができるので、真空装置のチャンバと制御用ＰＣとの間を何度も往復する必要がなくなる。したがって、ピンホール位置の検出を効率的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電気系部のみで質量分析ユニットの駆動を制御することができ、例えば真空装置におけるプロセス管理やメンテナンス後のリーク検査を効率的に行うことができる。また、電気系部に設けられたＣＰＵを兼用することで差動排気部を安価に提供でき、これによって低コスト化が図られたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１９】
（質量分析ユニット）
図１は、本実施形態に係る質量分析ユニットのブロック図を示すものである。
質量分析ユニットには磁場偏向型や四重極型等が存在するが、本実施形態ではトランスデューサ型の四重極型質量分析装置を例として説明する。四重極型の質量分析ユニットは、真空中に存在するガスの種類とそれぞれのガスの分圧を計測するものであり、測定部１２の内部にイオン源部、四重極部およびイオン検出部（いずれも不図示）を備えている。質量分析の原理は、差動排気部２０を用い、分析対象ガス（被測定ガス）を質量分析部１の測定部１２に導入する。次に、イオン源部のフィラメントで生成された熱電子により、導入されたガス分子をイオン化する。次に、四重極部における４本のロッドに直流電圧および交流電圧による電場を加え、イオン源部から入射したイオンのうち特定の質量電荷比（質量数／電荷数）をもつイオンのみを通過させる。次にイオン検出部において、四重極部を通過したイオンをイオン電流として検出する。そして、四重極部に印加する電場をスイープさせ、質量電荷比ごとにイオン電流を測定し、ガスの種類とそれぞれのガスの分圧を計測する仕組みとなっている。
【００２０】
本実施形態に係る質量分析ユニット１０は、質量分析部１と、該質量分析部１に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧する差動排気部２０と、を備えて構成されている。前記質量分析部１は、被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部１２、および測定部１２に連続的に設けられ、かつ測定部１２を制御する電気系部１４を備えている。
【００２１】
ところで通常、質量分析部１は１ｅ−２Ｐａ以下の圧力で良好に動作し、それ以上の圧力のガスを測定する場合には上記差動排気部２０を駆動させ、分析対象ガスの圧力を所定値まで減圧する必要がある。
【００２２】
この差動排気部２０は、分析対象ガス（被測定ガス）を導入するガス導入部（被測定ガス導入部）２４と、前記測定部１２を加熱するベーキングヒータ２１と、前記測定部１２内に導入される被測定ガスの一部を減圧するターボ分子ポンプ２２と、該ターボ分子ポンプ２２に連結するフォアポンプ（例えば、ダイアフラムポンプ）２３と、を主体として構成されている。前記ガス導入部２４は、被測定ガスの選択を可能とする選択バルブＶ１，Ｖ２を備えて構成されている。これら選択バルブＶ２側には、オリフィスが組み合わされており選択バルブＶ１に比べ、測定部１２に導入されるガスの量を絞ることで小さくできるようになっている。すなわち、測定部１２に導入するガス量を小さくする場合には、前記選択バルブＶ２を選択すればよい。
【００２３】
一般に上記の差動排気部を有した四重極型質量分析ユニットには、この差動排気部用の制御部が必要となる。四重極型質量分析ユニットは真空装置に接続されるが、近年では真空装置の省スペース化が進んでおり、それに伴って前記制御部が設置できる場所も限られてしまう。
【００２４】
一方、本実施形態に係る質量分析ユニット１０においては、図２に示すように電気系部１４が差動排気部２０の制御部として機能し、かつ前記差動排気部２０の操作部４０が設けられている。また、前記電気系部１４には差動排気部２０のポンプ状態を表示する表示部４５が設けられている。
【００２５】
操作部４０には、前記ガス導入部２４を構成する選択バルブＶ１，Ｖ２の切り替えボタン４１，４２が設けられている。また、前記ベーキングヒータを駆動させるヒータ駆動ボタン４３が設けられている。このヒータ駆動ボタン４３を押すと、ベーキングヒータ２１によって測定部１２内に存在する水分が蒸発し、測定部１２内から水蒸気を排出することができ、これにより測定部１２内が減圧される。また、排気の開始を行う排気（ＳＴＡＲＴ）ボタン４４が設けられている。この排気ボタン４４を押すと、前記ターボ分子ポンプ２２および前記フォアポンプ２３が駆動し、前記ガス導入部２４から取り込んだ分析対象ガス（被測定ガス）を所定圧力値まで減圧することができる。
また表示部４５には、ターボ分子ポンプ２２およびフォアポンプ２３の状態（異常、故障等）を示されるようになっている。
【００２６】
さらに前記電気系部１４には、前記測定部１２における操作部３０および測定結果の表示部１６が設けられている。操作部３０には、測定開始（Ｓｔａｒｔ）ボタン３１および表示切替（ＣＨ）ボタン３２が設けられている。その測定開始ボタン３１を押すと、測定部１２におけるイオン源部のフィラメントに通電され、質量電荷比１〜１００における分圧のスキャン測定を開始する。その後、所定のサンプリングタイムごとに断続的な測定が行われる。
【００２７】
また表示部１６は、数値表示部１７、単位表示部１８および内容表示部２５で構成されている。数値表示部１７において分圧を表示する場合には、単位表示部１８における「Ｐａ」のランプが点灯し、数値表示部１７において分圧比を表示する場合には、単位表示部１８における「％」のランプが点灯するようになっている。これ以外にも、通電状態を示すＰＯＷＥＲランプ、フィラメントの異常や回路上の異常を検知した場合に点灯するＥＲＲＯＲランプが設けられている。
【００２８】
また内容表示部２５には、表示部１６における表示内容を示すための複数のランプが設けられている。操作部３０の表示切替ボタン３２を押すと、表示部１６における表示内容が切り替わり、その表示内容に対応したランプが点灯するようになっている。
【００２９】
Ｈｅランプは、Ｈｅガスの質量電荷比（＝４）に対応する分圧が表示されていることを示すものであり、真空装置のＨｅリーク検査に使用される。Ｈ２Ｏランプは、水蒸気の質量電荷比（＝１８）に対応する分圧が表示されていることを示すものであり、真空装置の冷却水リーク検査に使用される。Ｎ２／Ｏ２ランプは、Ｎ２（窒素）ガスの分圧とＯ２（酸素）ガスの分圧との比率が表示されていることを示すものであり、真空装置の空気リーク検査に使用される。ＡＮＹランプは、予め登録された特定ガスの分圧が表示されていることを示すものであり、真空装置の導入ガスリーク検査に使用される。なおデフォルトとして、例えば質量電荷比が４４の特定ガスが登録されている。これ以外にも、Ｎ２ガスの質量電荷比（＝２８）に対応する分圧が表示されていることを示すＮ２ランプ、Ｏ２ガスの質量電荷比（＝３２）に対応する分圧が表示されていることを示すＯ２ランプ、分析対象ガスの全圧が表示されていることを示すＴＰランプが設けられている。
【００３０】
また測定結果は、表示部１６に表示されるだけでなく、電圧信号に変換され配線３を介して外部に出力しうるようになっている。その際、窒素ガスの分圧と酸素ガスの分圧との比率の０〜１００％を、電圧の０〜１０Ｖに割り当てて出力すればよい。これにより、真空装置のメンテナンス時だけでなく運転中にも空気リークなどの異常を監視することができる。なお測定結果の全てを出力することなく、各種ガスの分圧や分圧比が許容値を超えた場合にのみ、リレーやデジタル信号にて外部に出力するようにしてもよい。
【００３１】
このように本実施形態に係る質量分析ユニットによれば、電気系部１４のみで質量分析ユニットの駆動を制御することができ、例えば後述するような真空装置におけるプロセス管理やメンテナンス後のリーク検査を効率的に行うことができる。また、例えば差動排気部用の制御部などが不要となり、差動排気部２０を安価に提供することができ、低コスト化が図られたものとなる。
【００３２】
（質量分析ユニットの使用方法）
次に、本実施形態に係る質量分析ユニット１０の使用方法につき、図面を参照して説明する。
【００３３】
図３は、本実施形態に係る質量分析ユニット１０を装着した真空装置の概略構成図である。以下には、質量分析ユニット１０を装着する真空装置５０として、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を例に挙げて説明する。ＤＣマグネトロンスパッタ装置（以下「スパッタ装置」という。）は、チャンバ５２の内部にマグネトロン電極５４を備えている。このマグネトロン電極５４は、電極上に配置されたターゲット５６の表面に磁界を印加し、高密度プラズマを発生させるものである。そして、真空ポンプ５８によりチャンバ５２を真空排気し、導入ガス供給手段６０からＡｒガスをチャンバ５２に供給する。これにより、ターゲット５６にＡｒイオンが衝突し、飛び出したターゲット材料が対向する基板５に付着して成膜されるようになっている。このスパッタ装置５０の動作は、チャンバ５２から離間配置された制御用ＰＣ（パーソナルコンピュータ）６２によって制御される。
【００３４】
このとき、質量分析ユニット１０は、チャンバ５２の側壁に設けられたガス供給チューブがガス導入部２４を構成する選択バルブＶ１，Ｖ２に接続されたものとなっている。そして、ガス導入部２４を介し、前記測定部１２には分析対象ガスが供給されるようになっている。なお本実施形態では、電気系部１４に測定部１２の操作部および測定結果の表示部、並びに前記差動排気部２０の操作部および表示部が配設されているが、前記電気系部１４に真空装置５０の制御用ＰＣ６２を接続することで、測定部１２の操作および測定結果の表示、並びに差動排気部２０の制御を制御用ＰＣ６２ができるようになっている。
【００３５】
このようにして装着された質量分析ユニット１０を用いて、真空装置５０の各種検査を行う方法について以下に説明する。
【００３６】
（プロセス管理方法）
最初に、真空装置５０のプロセス管理を行う方法について説明する。まず真空装置５０を運転して成膜処理を開始する。次に、質量分析ユニット１０を駆動して、チャンバ５２の内部ガスの測定を開始する。上述したように、質量分析ユニット１０は、電気系部１４によって差動排気部２０を制御可能となっている。
【００３７】
具体的には、図２に示した電気系部１４において、まず排気ボタン４４を押し、ターボ分子ポンプ２２およびフォアポンプ２３を駆動させる。続いて、ヒータ駆動ボタン４３を押し、ベーキングヒータを駆動させ測定部１２の内部にある水分を蒸発させ、測定部１２内を減圧する。
【００３８】
例えば、被測定ガスの種類に応じて、操作部４０のボタンを押すことで、より好ましい選択バルブＶ１，Ｖ２への切り替えを行うことができる。具体的には、プロセス管理では、チャンバ内の圧力が比較的高いことから、電気系部１４に設けられた操作部４０のバルブ切り替えボタン４２を押して、バルブ開度の大きい選択バルブＶ２を選択すればよい。このように、電気系部１４の操作部３０，４０のボタンから、差動排気部２０の立ち上げ、立ち下げ、ベーキングの開始・終了、バルブＶ１，Ｖ２の開閉を行うことができる。これにより、効率的にプロセス管理を行うことが可能となる。
【００３９】
そして、操作部３０の測定開始ボタン３１を押して測定を開始する。質量分析部１における測定結果は電圧信号に変換され、制御用ＰＣ６２に出力される。制御用ＰＣ６２では、質量電荷比を横軸にとり分圧を縦軸にとったグラフを表示する。次に、その測定結果から内部ガスに含まれる物質の種類および量を確認する。すなわち、正常なプロセスによる生成物が所定量だけ含まれているか、また製品に悪影響を及ぼす不純物が多量に含まれていないか確認する。この確認作業は、作業者が目視により、または制御用ＰＣで実行されるプログラムにより行う。このようなプロセス管理を、運転中の真空装置５０において定期的に実施する。
【００４０】
このように、電気系部１４に情報を表示させるだけでなく、該電気系部１４における測定結果および差動排気部２０の状態を電圧信号に変換して制御用ＰＣ６２に出力する構成とした。このように、質量分析ユニット１０からの出力データ（測定結果、表示内容等）を制御用ＰＣ６２でも確認できるので、より効率的なプロセス管理が可能となる。
【００４１】
（ピンホール検査）
次に、真空装置５０のピンホール検査を行う方法について説明する。真空装置５０のチャンバ５２のメンテナンスに伴って、チャンバ５２にピンホールが発生すると、真空装置５０の機能が阻害されることになる。そこで、真空装置５０のメンテナンス後にピンホール検査を行う必要がある。ピンホール検査として、ピンホールの有無を検出する空気リーク検査と、ピンホールの位置を検出するＨｅリーク検査とを順に行う。
【００４２】
真空装置５０の空気リーク検査を行うには、まずチャンバ５２の内部を真空引きする。
次に質量分析ユニット１０を駆動し、チャンバ５２の内部ガスを測定して、その測定結果を表示させる。ピンホール検査では、チャンバ５２内の圧力が低いことから、電気系部１４に設けられているバルブ切り替えボタン４１を押して、バルブ開度の大きい選択バルブＶ１を選択すればよい。これにより、前記測定部１２内に被測定ガスをより多く導入することができる。また、測定部１２の駆動および測定結果の表示についても、前記電気系部１４において行う。具体的には、図２に示した電気系部１４において、まず排気ボタン４４を押し、ターボ分子ポンプ２２およびフォアポンプ２３を駆動させる。続いて、ヒータ駆動ボタン４３を押し、ベーキングヒータを駆動させ測定部１２の内部にある水分を蒸発させ、測定部１２内を減圧する。その後、操作部３０の測定開始ボタン３１を押して測定を開始する。次に表示切替ボタン３２を押して、内容表示部２５のＮ２／Ｏ２ランプを点灯させる。これにより、測定された窒素ガスの分圧と酸素ガスの分圧との比率が、表示部１６に表示される。そして、その比率が約４．０（４００％）となった場合には、図３に示すチャンバ５２においてピンホールを介した空気リークがあると判断する。
【００４３】
このように、表示切り替えボタン３２を押すだけで窒素ガスの分圧と酸素ガスの分圧との比率を確認することができるので、作業者が分圧比を手計算する必要がない。したがって、真空装置５０の空気リーク検査を効率的に行うことができる。特に、空気リーク検査用のバルブＶ１の選択と、空気分圧の測定結果の表示とを、電気系部のみで行うことが可能となり、空気リーク検査を効率的に行うことができる。
【００４４】
上述した空気リーク検査でピンホールがあると判断された場合に、ピンホールの位置を検出するためＨｅリーク検査を行う。Ｈｅリーク検査を行うには、まずチャンバ５２の内部を真空引きする。Ｈｅリーク検査では、チャンバ５２内の圧力が低いことから、バルブ切り替えボタン４１を押し、バルブ開度の大きい選択バルブＶ１を選択すればよい。これにより、前記測定部１２内に被測定ガスをより多く導入することができる。そして、チャンバ５２の外面の特定部分にＨｅガスを吹き付ける。具体的には、ピンホールの存在する蓋然性が高いチャンバ５２の溶接部分や可動部分等にＨｅガスを吹き付ける。次に質量分析ユニット１０を駆動し、チャンバ５２の内部ガスを測定して、その測定結果を表示させる。質量分析部１の駆動および測定結果の表示は電気系部１４において行う。
【００４５】
具体的には、図２に示した電気系部１４において、まず排気ボタン４４を押し、ターボ分子ポンプ２２およびフォアポンプ２３を駆動させる。続いて、ヒータ駆動ボタン４３を押し、ベーキングヒータを駆動させ測定部１２の内部にある水分を蒸発させ、測定部１２内を減圧する。その後、操作部３０の測定開始ボタン３１を押して測定を開始する。次に表示切替ボタン３２を押して、内容表示部２５のＨｅランプを点灯させる。これにより、測定されたＨｅガスの分圧が表示部１６に表示される。その分圧の大きさから、ピンホールを介したＨｅガスのリーク有無を判断する。そして、図３に示すチャンバ５２の外面の様々な位置にＨｅガスを吹き付け、その都度上記作業を繰り返すことにより、ピンホールの位置を検出することができる。
【００４６】
このように、検査用のＨｅガスを吹き付けるチャンバ５２の近傍で、質量分析部ユニット１０（質量分析部１および差動排気部２０）の操作および測定結果の確認ができるので、例えば差動排気部２０の制御部がスペース上の都合からチャンバから離間した位置に設けられていた場合と異なり、チャンバ５２と差動排気部用の制御ＰＣとの間を何度も往復する必要がない。したがって、ピンホール位置の検出を効率的に行うことができる。特に、Ｈｅリーク検査用のバルブＶ１の選択と、Ｈｅ分圧の測定結果の表示とを、電気系部のみで行うことが可能となり、Ｈｅリーク検査を効率的に行うことができる。
【００４７】
（導入ガスリーク検査）
次に、真空装置５０の導入ガスリーク検査を行う方法について説明する。真空装置５０のメンテナンスに伴って、導入ガス供給手段６０からチャンバ５２への導入ガスのリークが発生する場合がある。そこで、真空装置５０のメンテナンス後に導入ガスリーク検査を行う。導入ガスリーク検査では、チャンバ５２内の圧力が高いため、電気系部１４に設けられているバルブ切り替えボタン４２を押して、バルブ開度の小さい選択バルブＶ２を選択すればよい。これにより、前記測定部１２内に導入される被測定ガスの量を低減することができる。
【００４８】
真空装置５０の導入ガスリーク検査を行うには、まずチャンバ５２の内部を真空引きする。次に質量分析ユニット１０を駆動し、チャンバ５２の内部ガスを測定して、その測定結果を表示させる。質量分析部１の駆動および測定結果の表示は前記電気系部１４において行う。具体的には、上記検査と同様に、排気ボタン４４を押し、ターボ分子ポンプ２２およびフォアポンプ２３を駆動させる。続いて、ヒータ駆動ボタン４３を押し、ベーキングヒータを駆動させ測定部１２の内部にある水分を蒸発させ、測定部１２内を減圧する。その後、操作部３０の測定開始ボタン３１を押して測定を開始する。次に表示切り替えボタン３２を押して、内容表示部２５のＡＮＹランプを点灯させる。なお予め導入ガスの質量電荷比を登録しておく。これにより、測定された導入ガスの分圧が表示部１６に表示される。その分圧の大きさから、図３に示すチャンバ５２への導入ガスのリーク有無を判断することができる。このように、導入ガスリーク検査用のバルブＶ２の選択と、導入ガス分圧の測定結果の表示とを、電気系部のみで行うことが可能になり、導入ガスリーク検査を効率的に行うことができる。
【００４９】
（冷却水リーク検査）
次に、真空装置５０の冷却水リーク検査を行う方法について説明する。真空装置５０のメンテナンスに伴って、真空装置５０の冷却水配管（不図示）からチャンバ５２への冷却水のリークが発生する場合がある。そこで、真空装置５０のメンテナンス後に冷却水リーク検査を行う。
【００５０】
真空装置５０の冷却水リーク検査を行うには、まずチャンバ５２の内部を真空引きする。次に質量分析ユニット１０を駆動し、チャンバ５２の内部ガスを測定して、その測定結果を表示させる。質量分析部１の駆動および測定結果の表示は前記電気系部１４において行う。冷却水リーク検査では、チャンバ５２内の圧力が低いことから、バルブ切り替えボタン４１を押し、バルブ開度の大きい選択バルブＶ１を選択すればよい。具体的には、上記検査工程と同様に測定部１２内を減圧した後、電気系部１４の測定開始ボタン３１を押して測定を開始する。次に表示切り替えボタン３２を押して、内容表示部２５のＨ２Ｏランプを点灯させる。これにより、測定された水蒸気の分圧が表示部１６に表示される。その分圧の大きさから、図３に示すチャンバ５２への冷却水のリーク有無を判断する。
【００５１】
なお上述した空気リーク検査、導入ガスリーク検査および冷却水リーク検査は、同時に行うことも可能である。
具体的には、まずチャンバ５２の内部を真空引きする。次に質量分析装置を駆動し、チャンバ５２の内部ガスを測定する。このとき、各検査に応じて表示部１２に設けられたバルブ切り替えボタン４１，４２のいずれかを押して、選択バルブＶ１，Ｖ２の切り替えを行う。例えば、最初にチャンバ５２内の圧力が低い、空気リーク検査を行う場合には上述したようにバルブ切り替えボタン４１を押し、バルブ開度の大きい選択バルブＶ１を選択し、表示ボタン切り替えボタン３２を押してＮ２／Ｏ２比率の測定結果を表示させる。次に、チャンバ５２内の圧力が高い、導入ガスリーク検査を行う場合には、バルブ切り替えボタン４２を押して、バルブ開度の小さい選択バルブＶ２を選択し、表示切り替えボタン３２を押してＡＮＹランプを点灯させ、測定結果を表示する。次に、チャンバ５２内の圧力が低い、冷却水リーク検査を行う場合には、バルブ切り替えボタン４１を押し、バルブ開度の大きい選択バルブＶ１を選択し、表示ボタン切り替えボタン３２を押してＨ２Ｏ分圧の測定結果を表示する。
【００５２】
このように電気系部１４に設けられたバルブ切り替えボタン４１，４２を用いることで、空気リーク検査、導入ガスリーク検査および冷却水リーク検査を連続的行うことができる。また、各種検査の測定結果を表示させる際に、図１に示す表示切替ボタン３２を繰り返し押して、内容表示部２５のＮ２／Ｏ２ランプ、Ｈ２ＯランプおよびＡＮＹランプを順に点灯させればよい。これにより、測定されたＮ２ガスの分圧とＯ２ガスの分圧との比率、水蒸気の分圧、および導入ガスの分圧が順に表示される。
【００５３】
このように、本発明によれば、複数種類のガスの測定を連続して行う場合でも、被測定ガスの種類に応じた（チャンバ５２内の圧力に応じた）バルブＶ１，Ｖ２の選択と、測定結果を表示すべきガス種類の選択とを、電気系部１４のみで行うことが可能であり、各種検査をより効率的におこなうことができる。
【００５４】
以上に詳述したように、本実施形態に係る質量分析ユニット１０は、電気系部１４は差動排気部２０の制御部として機能し、かつ差動排気部２０の操作部４０が設けられる構成とした。この構成によれば、電気系部で質量分析部の操作および測定結果の確認ができ、かつ前記差動排気部２０を制御およびポンプ２２，２３の異常等を確認することができるので、真空装置の各種検査を効率的に行うことができる。そして、差動排気部用の制御部を別途用意する必要が無くなり、差動排気部２０を安価に提供でき、これによって質量分析ユニット１０の低コスト化を図ることができる。チャンバ５２の近傍で質量分析装置の操作および測定結果の確認ができるので、真空装置の各種検査を効率的に行うことができる。特に運転中の真空装置のプロセス管理だけでなく、メンテナンス後の真空装置のリーク検査を効率的に行うことができる。
【００５５】
また、電気系部１４によって、質量分析部１のベーキング（加熱処理）の開始・終了、選択バルブＶ１，Ｖ２の開閉をそれぞれ制御することができ、上記プロセス管理や各種検査の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】質量分析ユニットのブロック図を示すものである。
【図２】電気系部および質量分析部を示す図である。
【図３】質量分析ユニットを装着した真空装置の概略構成図である。
【図４】従来技術に係る質量分析ユニットの概略構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…質量分析部、１０…質量分析ユニット、１２…測定部、１４…電気系部、２０…差動排気部、２１…ベーキングヒータ、２２…ターボ分子ポンプ（ポンプ）、２３…フォアポンプ（ポンプ）、２４…ガス導入部（被測定ガス導入部）、Ｖ１，Ｖ２…選択バルブ（バルブ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析ユニット、及び質量分析ユニットの使用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造工程では、様々な真空装置が利用されている。このような真空装置のプロセス管理、あるいはリーク検査等の各種検査を行う際に、四重極型の質量分析ユニットが使用される（例えば、非特許文献１参照）。質量分析ユニットは、分析対象ガスに含まれる様々な物質につき、質量電荷比（質量数／電荷数）ごとの分圧を測定するものである。
【０００３】
図４は、従来技術に係る質量分析ユニットの概略構成図である。質量分析ユニット１０１は、分析対象ガスを導入し質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部（質量分析部）１１２と、その測定部を電気的に制御する電気系部１１４とを備えた質量分析装置１００を備えている。また、通常、質量分析装置１００の動作可能範囲は、例えば１ｅ−２Ｐａ以下であることから、それよりも高い圧力のガスを分析対象とする場合には、差動排気部１０２が必要となる。この差動排気部１０２は、開度の異なる複数のバルブを並列に備えた被測定ガス導入部１０３、及び該被測定ガス導入部１０３から導入されたガスを排気する排気ポンプ１０４等を備えて構成される。この構成により、真空装置のチャンバ内の圧力が異なる場合においても、前記バルブを切り替えることで測定部１１２に導入されるガス量を一定に保持することが可能となっている。また、質量分析ユニット１０１は、差動排気部１０２を駆動させるための制御部１０５を備えている。
【０００４】
このような質量分析ユニット１０１を用いて真空装置のプロセス管理、各種検査を行うには、前記制御部１０５を用いて差動排気部１０２を駆動させるとともに、前記電気系部１１４を用いて質量分析装置１００を駆動させ、真空装置の内部ガスにおける質量電荷比ごとの分圧を測定し、その測定結果を出力して表示させる。そして、表示された測定結果から内部ガスに含まれる物質の種類および量を確認し、真空装置において所定プロセスが実行されているか否かを判断することができる。
【非特許文献１】「残留ガスモニタ；ＲＥＧＡ」、株式会社アルバック、カタログＮ１８５２−３、２００２年０２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年では真空装置の省スペース化が進んでおり、これに伴って前記質量分析装置とは別体として設けられる差動排気部１０２用の制御部１０４の設置場所が限られてしまう。そのため、前記制御部１０５は、ケーブルを介して質量分析装置から離れた位置に配置されることとなる。すなわち、質量分析ユニット１０１を用いて真空装置のプロセス管理あるいは各種検査を行う際には、電気系部１１４と制御部１０４との間を往復する必要が生じ、そのプロセスが煩雑となってしまう。特に、複数種類のガスの測定を連続して行う場合に、被測定ガスの種類に応じた被測定ガス導入部１０３のバルブの選択とを、別々の位置で行う必要があり、プロセスが煩雑となる。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、各種検査を効率かつ安価に行うことのできる、質量分析ユニット、及び質量分析ユニットの使用方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の質量分析ユニットは、被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部、及び該測定部に連続的に設けられ、かつ当該測定部を制御する電気系部を有した質量分析部と、該質量分析部に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧する差動排気部と、を備えた質量分析ユニットにおいて、前記電気系部は前記差動排気部の制御部として機能し、かつ当該差動排気部の操作部が設けられることを特徴とする。
【０００８】
本発明の質量分析ユニットによれば、電気系部によって差動排気部を制御できるので、差動排気系用の制御部が真空装置に近接した状態となる。よって、電気系部のみで質量分析ユニットの駆動を制御することができ、例えば真空装置におけるプロセス管理やメンテナンス後のリーク検査を効率的に行うことができる。また、例えば従来のような差動排気部用の制御ＰＣ（コンピュータ）部などが不要となり、電気系部に設けられたＣＰＵを兼用することで差動排気部を安価に提供でき、これによって低コスト化が図られたものとなる。
【０００９】
また、上記質量分析ユニットにおいては、前記電気系部には、前記測定部の操作部および測定結果表示部が設けられるのが好ましい。
この構成によれば、電気系部のみで測定部の操作ができ、表示部により測定結果を簡単に確認することができるので、各種検査をより効率的に行うことができる。
【００１０】
また、上記質量分析ユニットにおいては、前記差動排気部は、被測定ガス導入部、排気ポンプ、及び前記質量分析部を加熱するヒータを構成部材として備え、該各構成部材が前記電気系部によってそれぞれ制御されるのが好ましい。
この構成によれば、前記電気系部によって、例えば前記質量分析部のベーキング（加熱処理）の開始・終了、被測定ガスの導入部を構成するバルブの開閉をそれぞれ制御することができるので、上記プロセス管理や各種検査を効率的に行うことができる。
このとき、前記被測定ガス導入部は開度の異なる複数のバルブを並列に備えてなり、前記電気系部により前記各バルブの開閉が選択されるのが好ましい。
この構成によれば、電気系部を用いることで、例えば被測定ガスの種類に応じてバルブを選択的に切り替えることができるので、上記プロセス管理や各種検査をより効率的に行うことができる。特に、複数種類のガスの測定を連続して行う場合でも、被測定ガスの種類に応じたバルブの選択と、測定結果を表示すべきガス種類の選択とを、電気系部のみで行うことが可能になり、各種検査をより効率的に行うことができる。
【００１１】
また、上記質量分析ユニットにおいては、前記電気系部には、前記各構成部材の状態を表示する状態表示部が設けられるのが好ましい。
この構成によれば、例えば状態表示部に各構成部材の状態、例えば不良や異常等が表示されるので、排気系部の各構成部材の状態を簡単に把握することができ、上記プロセス管理や各種検査がより効率的に行うことができる。
【００１２】
本発明の質量分析ユニットの使用方法は、被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部、及び該測定部を制御するとともに、当該測定部の操作部および測定結果表示部が設けられた電気系部を有する質量分析部と、該質量分析部に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧し、開度の異なる複数のバルブを並列に有し、前記電気系部により前記各バルブの開閉が選択される被測定ガス導入部、排気ポンプ、及び前記質量分析部を加熱するヒータを構成部材とし、該各構成部材が前記電気系部によってそれぞれ制御される差動排気部と、を備え、前記電気系部は前記差動排気部の制御部として機能し、かつ当該差動排気部の操作部が設けられてなる質量分析ユニットの使用方法であって、前記被測定ガス導入部から導入されるガス種類に応じた前記バルブの選択と、測定結果を表示すべきガス種類の選択とを、前記電気系部で行うことにより、複数種類のガス測定を連続的に行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の質量分析ユニットの使用方法によれば、被測定ガスの種類に応じたバルブの選択と、測定結果を表示すべきガス種類の選択とを、電気系部複数種類のガスの測定を電気系部のみで連続して行うことができるので、各種検査をより効率的に行うことができる。
【００１４】
本発明の質量分析ユニットの使用方法は、上記の質量分析ユニットを用いて、メンテナンス後の真空装置のリーク検査を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明の質量分析ユニットの使用方法によれば、分析対象ガスの存在位置の近傍に配設した電気系部を用いることで、差動排気部を含む質量分析ユニットの駆動を制御することができるので、真空装置のチャンバと前記差動排気部の制御用ＰＣとの間を何度も往復する必要が無くなる。したがって、ピンホール位置の検出を効率的に行うことができる。
【００１６】
また、上記質量分析ユニットの使用方法においては、前記リーク検査は、真空装置におけるピンホール位置の検出手段として行うのが好ましい。
この構成によれば、検査用ガスを吹き付けるチャンバの近傍に質量分析ユニットの操作ができるので、真空装置のチャンバと制御用ＰＣとの間を何度も往復する必要がなくなる。したがって、ピンホール位置の検出を効率的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電気系部のみで質量分析ユニットの駆動を制御することができ、例えば真空装置におけるプロセス管理やメンテナンス後のリーク検査を効率的に行うことができる。また、電気系部に設けられたＣＰＵを兼用することで差動排気部を安価に提供でき、これによって低コスト化が図られたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１９】
（質量分析ユニット）
図１は、本実施形態に係る質量分析ユニットのブロック図を示すものである。
質量分析ユニットには磁場偏向型や四重極型等が存在するが、本実施形態ではトランスデューサ型の四重極型質量分析装置を例として説明する。四重極型の質量分析ユニットは、真空中に存在するガスの種類とそれぞれのガスの分圧を計測するものであり、測定部１２の内部にイオン源部、四重極部およびイオン検出部（いずれも不図示）を備えている。質量分析の原理は、差動排気部２０を用い、分析対象ガス（被測定ガス）を質量分析部１の測定部１２に導入する。次に、イオン源部のフィラメントで生成された熱電子により、導入されたガス分子をイオン化する。次に、四重極部における４本のロッドに直流電圧および交流電圧による電場を加え、イオン源部から入射したイオンのうち特定の質量電荷比（質量数／電荷数）をもつイオンのみを通過させる。次にイオン検出部において、四重極部を通過したイオンをイオン電流として検出する。そして、四重極部に印加する電場をスイープさせ、質量電荷比ごとにイオン電流を測定し、ガスの種類とそれぞれのガスの分圧を計測する仕組みとなっている。
【００２０】
本実施形態に係る質量分析ユニット１０は、質量分析部１と、該質量分析部１に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧する差動排気部２０と、を備えて構成されている。前記質量分析部１は、被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部１２、および測定部１２に連続的に設けられ、かつ測定部１２を制御する電気系部１４を備えている。
【００２１】
ところで通常、質量分析部１は１ｅ−２Ｐａ以下の圧力で良好に動作し、それ以上の圧力のガスを測定する場合には上記差動排気部２０を駆動させ、分析対象ガスの圧力を所定値まで減圧する必要がある。
【００２２】
この差動排気部２０は、分析対象ガス（被測定ガス）を導入するガス導入部（被測定ガス導入部）２４と、前記測定部１２を加熱するベーキングヒータ２１と、前記測定部１２内に導入される被測定ガスの一部を減圧するターボ分子ポンプ２２と、該ターボ分子ポンプ２２に連結するフォアポンプ（例えば、ダイアフラムポンプ）２３と、を主体として構成されている。前記ガス導入部２４は、被測定ガスの選択を可能とする選択バルブＶ１，Ｖ２を備えて構成されている。これら選択バルブＶ２側には、オリフィスが組み合わされており選択バルブＶ１に比べ、測定部１２に導入されるガスの量を絞ることで小さくできるようになっている。すなわち、測定部１２に導入するガス量を小さくする場合には、前記選択バルブＶ２を選択すればよい。
【００２３】
一般に上記の差動排気部を有した四重極型質量分析ユニットには、この差動排気部用の制御部が必要となる。四重極型質量分析ユニットは真空装置に接続されるが、近年では真空装置の省スペース化が進んでおり、それに伴って前記制御部が設置できる場所も限られてしまう。
【００２４】
一方、本実施形態に係る質量分析ユニット１０においては、図２に示すように電気系部１４が差動排気部２０の制御部として機能し、かつ前記差動排気部２０の操作部４０が設けられている。また、前記電気系部１４には差動排気部２０のポンプ状態を表示する表示部４５が設けられている。
【００２５】
操作部４０には、前記ガス導入部２４を構成する選択バルブＶ１，Ｖ２の切り替えボタン４１，４２が設けられている。また、前記ベーキングヒータを駆動させるヒータ駆動ボタン４３が設けられている。このヒータ駆動ボタン４３を押すと、ベーキングヒータ２１によって測定部１２内に存在する水分が蒸発し、測定部１２内から水蒸気を排出することができ、これにより測定部１２内が減圧される。また、排気の開始を行う排気（ＳＴＡＲＴ）ボタン４４が設けられている。この排気ボタン４４を押すと、前記ターボ分子ポンプ２２および前記フォアポンプ２３が駆動し、前記ガス導入部２４から取り込んだ分析対象ガス（被測定ガス）を所定圧力値まで減圧することができる。
また表示部４５には、ターボ分子ポンプ２２およびフォアポンプ２３の状態（異常、故障等）を示されるようになっている。
【００２６】
さらに前記電気系部１４には、前記測定部１２における操作部３０および測定結果の表示部１６が設けられている。操作部３０には、測定開始（Ｓｔａｒｔ）ボタン３１および表示切替（ＣＨ）ボタン３２が設けられている。その測定開始ボタン３１を押すと、測定部１２におけるイオン源部のフィラメントに通電され、質量電荷比１〜１００における分圧のスキャン測定を開始する。その後、所定のサンプリングタイムごとに断続的な測定が行われる。
【００２７】
また表示部１６は、数値表示部１７、単位表示部１８および内容表示部２５で構成されている。数値表示部１７において分圧を表示する場合には、単位表示部１８における「Ｐａ」のランプが点灯し、数値表示部１７において分圧比を表示する場合には、単位表示部１８における「％」のランプが点灯するようになっている。これ以外にも、通電状態を示すＰＯＷＥＲランプ、フィラメントの異常や回路上の異常を検知した場合に点灯するＥＲＲＯＲランプが設けられている。
【００２８】
また内容表示部２５には、表示部１６における表示内容を示すための複数のランプが設けられている。操作部３０の表示切替ボタン３２を押すと、表示部１６における表示内容が切り替わり、その表示内容に対応したランプが点灯するようになっている。
【００２９】
Ｈｅランプは、Ｈｅガスの質量電荷比（＝４）に対応する分圧が表示されていることを示すものであり、真空装置のＨｅリーク検査に使用される。Ｈ２Ｏランプは、水蒸気の質量電荷比（＝１８）に対応する分圧が表示されていることを示すものであり、真空装置の冷却水リーク検査に使用される。Ｎ２／Ｏ２ランプは、Ｎ２（窒素）ガスの分圧とＯ２（酸素）ガスの分圧との比率が表示されていることを示すものであり、真空装置の空気リーク検査に使用される。ＡＮＹランプは、予め登録された特定ガスの分圧が表示されていることを示すものであり、真空装置の導入ガスリーク検査に使用される。なおデフォルトとして、例えば質量電荷比が４４の特定ガスが登録されている。これ以外にも、Ｎ２ガスの質量電荷比（＝２８）に対応する分圧が表示されていることを示すＮ２ランプ、Ｏ２ガスの質量電荷比（＝３２）に対応する分圧が表示されていることを示すＯ２ランプ、分析対象ガスの全圧が表示されていることを示すＴＰランプが設けられている。
【００３０】
また測定結果は、表示部１６に表示されるだけでなく、電圧信号に変換され配線３を介して外部に出力しうるようになっている。その際、窒素ガスの分圧と酸素ガスの分圧との比率の０〜１００％を、電圧の０〜１０Ｖに割り当てて出力すればよい。これにより、真空装置のメンテナンス時だけでなく運転中にも空気リークなどの異常を監視することができる。なお測定結果の全てを出力することなく、各種ガスの分圧や分圧比が許容値を超えた場合にのみ、リレーやデジタル信号にて外部に出力するようにしてもよい。
【００３１】
このように本実施形態に係る質量分析ユニットによれば、電気系部１４のみで質量分析ユニットの駆動を制御することができ、例えば後述するような真空装置におけるプロセス管理やメンテナンス後のリーク検査を効率的に行うことができる。また、例えば差動排気部用の制御部などが不要となり、差動排気部２０を安価に提供することができ、低コスト化が図られたものとなる。
【００３２】
（質量分析ユニットの使用方法）
次に、本実施形態に係る質量分析ユニット１０の使用方法につき、図面を参照して説明する。
【００３３】
図３は、本実施形態に係る質量分析ユニット１０を装着した真空装置の概略構成図である。以下には、質量分析ユニット１０を装着する真空装置５０として、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を例に挙げて説明する。ＤＣマグネトロンスパッタ装置（以下「スパッタ装置」という。）は、チャンバ５２の内部にマグネトロン電極５４を備えている。このマグネトロン電極５４は、電極上に配置されたターゲット５６の表面に磁界を印加し、高密度プラズマを発生させるものである。そして、真空ポンプ５８によりチャンバ５２を真空排気し、導入ガス供給手段６０からＡｒガスをチャンバ５２に供給する。これにより、ターゲット５６にＡｒイオンが衝突し、飛び出したターゲット材料が対向する基板５に付着して成膜されるようになっている。このスパッタ装置５０の動作は、チャンバ５２から離間配置された制御用ＰＣ（パーソナルコンピュータ）６２によって制御される。
【００３４】
このとき、質量分析ユニット１０は、チャンバ５２の側壁に設けられたガス供給チューブがガス導入部２４を構成する選択バルブＶ１，Ｖ２に接続されたものとなっている。そして、ガス導入部２４を介し、前記測定部１２には分析対象ガスが供給されるようになっている。なお本実施形態では、電気系部１４に測定部１２の操作部および測定結果の表示部、並びに前記差動排気部２０の操作部および表示部が配設されているが、前記電気系部１４に真空装置５０の制御用ＰＣ６２を接続することで、測定部１２の操作および測定結果の表示、並びに差動排気部２０の制御を制御用ＰＣ６２ができるようになっている。
【００３５】
このようにして装着された質量分析ユニット１０を用いて、真空装置５０の各種検査を行う方法について以下に説明する。
【００３６】
（プロセス管理方法）
最初に、真空装置５０のプロセス管理を行う方法について説明する。まず真空装置５０を運転して成膜処理を開始する。次に、質量分析ユニット１０を駆動して、チャンバ５２の内部ガスの測定を開始する。上述したように、質量分析ユニット１０は、電気系部１４によって差動排気部２０を制御可能となっている。
【００３７】
具体的には、図２に示した電気系部１４において、まず排気ボタン４４を押し、ターボ分子ポンプ２２およびフォアポンプ２３を駆動させる。続いて、ヒータ駆動ボタン４３を押し、ベーキングヒータを駆動させ測定部１２の内部にある水分を蒸発させ、測定部１２内を減圧する。
【００３８】
例えば、被測定ガスの種類に応じて、操作部４０のボタンを押すことで、より好ましい選択バルブＶ１，Ｖ２への切り替えを行うことができる。具体的には、プロセス管理では、チャンバ内の圧力が比較的高いことから、電気系部１４に設けられた操作部４０のバルブ切り替えボタン４２を押して、バルブ開度の大きい選択バルブＶ２を選択すればよい。このように、電気系部１４の操作部３０，４０のボタンから、差動排気部２０の立ち上げ、立ち下げ、ベーキングの開始・終了、バルブＶ１，Ｖ２の開閉を行うことができる。これにより、効率的にプロセス管理を行うことが可能となる。
【００３９】
そして、操作部３０の測定開始ボタン３１を押して測定を開始する。質量分析部１における測定結果は電圧信号に変換され、制御用ＰＣ６２に出力される。制御用ＰＣ６２では、質量電荷比を横軸にとり分圧を縦軸にとったグラフを表示する。次に、その測定結果から内部ガスに含まれる物質の種類および量を確認する。すなわち、正常なプロセスによる生成物が所定量だけ含まれているか、また製品に悪影響を及ぼす不純物が多量に含まれていないか確認する。この確認作業は、作業者が目視により、または制御用ＰＣで実行されるプログラムにより行う。このようなプロセス管理を、運転中の真空装置５０において定期的に実施する。
【００４０】
このように、電気系部１４に情報を表示させるだけでなく、該電気系部１４における測定結果および差動排気部２０の状態を電圧信号に変換して制御用ＰＣ６２に出力する構成とした。このように、質量分析ユニット１０からの出力データ（測定結果、表示内容等）を制御用ＰＣ６２でも確認できるので、より効率的なプロセス管理が可能となる。
【００４１】
（ピンホール検査）
次に、真空装置５０のピンホール検査を行う方法について説明する。真空装置５０のチャンバ５２のメンテナンスに伴って、チャンバ５２にピンホールが発生すると、真空装置５０の機能が阻害されることになる。そこで、真空装置５０のメンテナンス後にピンホール検査を行う必要がある。ピンホール検査として、ピンホールの有無を検出する空気リーク検査と、ピンホールの位置を検出するＨｅリーク検査とを順に行う。
【００４２】
真空装置５０の空気リーク検査を行うには、まずチャンバ５２の内部を真空引きする。
次に質量分析ユニット１０を駆動し、チャンバ５２の内部ガスを測定して、その測定結果を表示させる。ピンホール検査では、チャンバ５２内の圧力が低いことから、電気系部１４に設けられているバルブ切り替えボタン４１を押して、バルブ開度の大きい選択バルブＶ１を選択すればよい。これにより、前記測定部１２内に被測定ガスをより多く導入することができる。また、測定部１２の駆動および測定結果の表示についても、前記電気系部１４において行う。具体的には、図２に示した電気系部１４において、まず排気ボタン４４を押し、ターボ分子ポンプ２２およびフォアポンプ２３を駆動させる。続いて、ヒータ駆動ボタン４３を押し、ベーキングヒータを駆動させ測定部１２の内部にある水分を蒸発させ、測定部１２内を減圧する。その後、操作部３０の測定開始ボタン３１を押して測定を開始する。次に表示切替ボタン３２を押して、内容表示部２５のＮ２／Ｏ２ランプを点灯させる。これにより、測定された窒素ガスの分圧と酸素ガスの分圧との比率が、表示部１６に表示される。そして、その比率が約４．０（４００％）となった場合には、図３に示すチャンバ５２においてピンホールを介した空気リークがあると判断する。
【００４３】
このように、表示切り替えボタン３２を押すだけで窒素ガスの分圧と酸素ガスの分圧との比率を確認することができるので、作業者が分圧比を手計算する必要がない。したがって、真空装置５０の空気リーク検査を効率的に行うことができる。特に、空気リーク検査用のバルブＶ１の選択と、空気分圧の測定結果の表示とを、電気系部のみで行うことが可能となり、空気リーク検査を効率的に行うことができる。
【００４４】
上述した空気リーク検査でピンホールがあると判断された場合に、ピンホールの位置を検出するためＨｅリーク検査を行う。Ｈｅリーク検査を行うには、まずチャンバ５２の内部を真空引きする。Ｈｅリーク検査では、チャンバ５２内の圧力が低いことから、バルブ切り替えボタン４１を押し、バルブ開度の大きい選択バルブＶ１を選択すればよい。これにより、前記測定部１２内に被測定ガスをより多く導入することができる。そして、チャンバ５２の外面の特定部分にＨｅガスを吹き付ける。具体的には、ピンホールの存在する蓋然性が高いチャンバ５２の溶接部分や可動部分等にＨｅガスを吹き付ける。次に質量分析ユニット１０を駆動し、チャンバ５２の内部ガスを測定して、その測定結果を表示させる。質量分析部１の駆動および測定結果の表示は電気系部１４において行う。
【００４５】
具体的には、図２に示した電気系部１４において、まず排気ボタン４４を押し、ターボ分子ポンプ２２およびフォアポンプ２３を駆動させる。続いて、ヒータ駆動ボタン４３を押し、ベーキングヒータを駆動させ測定部１２の内部にある水分を蒸発させ、測定部１２内を減圧する。その後、操作部３０の測定開始ボタン３１を押して測定を開始する。次に表示切替ボタン３２を押して、内容表示部２５のＨｅランプを点灯させる。これにより、測定されたＨｅガスの分圧が表示部１６に表示される。その分圧の大きさから、ピンホールを介したＨｅガスのリーク有無を判断する。そして、図３に示すチャンバ５２の外面の様々な位置にＨｅガスを吹き付け、その都度上記作業を繰り返すことにより、ピンホールの位置を検出することができる。
【００４６】
このように、検査用のＨｅガスを吹き付けるチャンバ５２の近傍で、質量分析部ユニット１０（質量分析部１および差動排気部２０）の操作および測定結果の確認ができるので、例えば差動排気部２０の制御部がスペース上の都合からチャンバから離間した位置に設けられていた場合と異なり、チャンバ５２と差動排気部用の制御ＰＣとの間を何度も往復する必要がない。したがって、ピンホール位置の検出を効率的に行うことができる。特に、Ｈｅリーク検査用のバルブＶ１の選択と、Ｈｅ分圧の測定結果の表示とを、電気系部のみで行うことが可能となり、Ｈｅリーク検査を効率的に行うことができる。
【００４７】
（導入ガスリーク検査）
次に、真空装置５０の導入ガスリーク検査を行う方法について説明する。真空装置５０のメンテナンスに伴って、導入ガス供給手段６０からチャンバ５２への導入ガスのリークが発生する場合がある。そこで、真空装置５０のメンテナンス後に導入ガスリーク検査を行う。導入ガスリーク検査では、チャンバ５２内の圧力が高いため、電気系部１４に設けられているバルブ切り替えボタン４２を押して、バルブ開度の小さい選択バルブＶ２を選択すればよい。これにより、前記測定部１２内に導入される被測定ガスの量を低減することができる。
【００４８】
真空装置５０の導入ガスリーク検査を行うには、まずチャンバ５２の内部を真空引きする。次に質量分析ユニット１０を駆動し、チャンバ５２の内部ガスを測定して、その測定結果を表示させる。質量分析部１の駆動および測定結果の表示は前記電気系部１４において行う。具体的には、上記検査と同様に、排気ボタン４４を押し、ターボ分子ポンプ２２およびフォアポンプ２３を駆動させる。続いて、ヒータ駆動ボタン４３を押し、ベーキングヒータを駆動させ測定部１２の内部にある水分を蒸発させ、測定部１２内を減圧する。その後、操作部３０の測定開始ボタン３１を押して測定を開始する。次に表示切り替えボタン３２を押して、内容表示部２５のＡＮＹランプを点灯させる。なお予め導入ガスの質量電荷比を登録しておく。これにより、測定された導入ガスの分圧が表示部１６に表示される。その分圧の大きさから、図３に示すチャンバ５２への導入ガスのリーク有無を判断することができる。このように、導入ガスリーク検査用のバルブＶ２の選択と、導入ガス分圧の測定結果の表示とを、電気系部のみで行うことが可能になり、導入ガスリーク検査を効率的に行うことができる。
【００４９】
（冷却水リーク検査）
次に、真空装置５０の冷却水リーク検査を行う方法について説明する。真空装置５０のメンテナンスに伴って、真空装置５０の冷却水配管（不図示）からチャンバ５２への冷却水のリークが発生する場合がある。そこで、真空装置５０のメンテナンス後に冷却水リーク検査を行う。
【００５０】
真空装置５０の冷却水リーク検査を行うには、まずチャンバ５２の内部を真空引きする。次に質量分析ユニット１０を駆動し、チャンバ５２の内部ガスを測定して、その測定結果を表示させる。質量分析部１の駆動および測定結果の表示は前記電気系部１４において行う。冷却水リーク検査では、チャンバ５２内の圧力が低いことから、バルブ切り替えボタン４１を押し、バルブ開度の大きい選択バルブＶ１を選択すればよい。具体的には、上記検査工程と同様に測定部１２内を減圧した後、電気系部１４の測定開始ボタン３１を押して測定を開始する。次に表示切り替えボタン３２を押して、内容表示部２５のＨ２Ｏランプを点灯させる。これにより、測定された水蒸気の分圧が表示部１６に表示される。その分圧の大きさから、図３に示すチャンバ５２への冷却水のリーク有無を判断する。
【００５１】
なお上述した空気リーク検査、導入ガスリーク検査および冷却水リーク検査は、同時に行うことも可能である。
具体的には、まずチャンバ５２の内部を真空引きする。次に質量分析装置を駆動し、チャンバ５２の内部ガスを測定する。このとき、各検査に応じて表示部１２に設けられたバルブ切り替えボタン４１，４２のいずれかを押して、選択バルブＶ１，Ｖ２の切り替えを行う。例えば、最初にチャンバ５２内の圧力が低い、空気リーク検査を行う場合には上述したようにバルブ切り替えボタン４１を押し、バルブ開度の大きい選択バルブＶ１を選択し、表示ボタン切り替えボタン３２を押してＮ２／Ｏ２比率の測定結果を表示させる。次に、チャンバ５２内の圧力が高い、導入ガスリーク検査を行う場合には、バルブ切り替えボタン４２を押して、バルブ開度の小さい選択バルブＶ２を選択し、表示切り替えボタン３２を押してＡＮＹランプを点灯させ、測定結果を表示する。次に、チャンバ５２内の圧力が低い、冷却水リーク検査を行う場合には、バルブ切り替えボタン４１を押し、バルブ開度の大きい選択バルブＶ１を選択し、表示ボタン切り替えボタン３２を押してＨ２Ｏ分圧の測定結果を表示する。
【００５２】
このように電気系部１４に設けられたバルブ切り替えボタン４１，４２を用いることで、空気リーク検査、導入ガスリーク検査および冷却水リーク検査を連続的行うことができる。また、各種検査の測定結果を表示させる際に、図１に示す表示切替ボタン３２を繰り返し押して、内容表示部２５のＮ２／Ｏ２ランプ、Ｈ２ＯランプおよびＡＮＹランプを順に点灯させればよい。これにより、測定されたＮ２ガスの分圧とＯ２ガスの分圧との比率、水蒸気の分圧、および導入ガスの分圧が順に表示される。
【００５３】
このように、本発明によれば、複数種類のガスの測定を連続して行う場合でも、被測定ガスの種類に応じた（チャンバ５２内の圧力に応じた）バルブＶ１，Ｖ２の選択と、測定結果を表示すべきガス種類の選択とを、電気系部１４のみで行うことが可能であり、各種検査をより効率的におこなうことができる。
【００５４】
以上に詳述したように、本実施形態に係る質量分析ユニット１０は、電気系部１４は差動排気部２０の制御部として機能し、かつ差動排気部２０の操作部４０が設けられる構成とした。この構成によれば、電気系部で質量分析部の操作および測定結果の確認ができ、かつ前記差動排気部２０を制御およびポンプ２２，２３の異常等を確認することができるので、真空装置の各種検査を効率的に行うことができる。そして、差動排気部用の制御部を別途用意する必要が無くなり、差動排気部２０を安価に提供でき、これによって質量分析ユニット１０の低コスト化を図ることができる。チャンバ５２の近傍で質量分析装置の操作および測定結果の確認ができるので、真空装置の各種検査を効率的に行うことができる。特に運転中の真空装置のプロセス管理だけでなく、メンテナンス後の真空装置のリーク検査を効率的に行うことができる。
【００５５】
また、電気系部１４によって、質量分析部１のベーキング（加熱処理）の開始・終了、選択バルブＶ１，Ｖ２の開閉をそれぞれ制御することができ、上記プロセス管理や各種検査の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】質量分析ユニットのブロック図を示すものである。
【図２】電気系部および質量分析部を示す図である。
【図３】質量分析ユニットを装着した真空装置の概略構成図である。
【図４】従来技術に係る質量分析ユニットの概略構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…質量分析部、１０…質量分析ユニット、１２…測定部、１４…電気系部、２０…差動排気部、２１…ベーキングヒータ、２２…ターボ分子ポンプ（ポンプ）、２３…フォアポンプ（ポンプ）、２４…ガス導入部（被測定ガス導入部）、Ｖ１，Ｖ２…選択バルブ（バルブ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部、及び該測定部に連続的に設けられ、かつ当該測定部を制御する電気系部を有した質量分析部と、該質量分析部に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧する差動排気部と、を備えた質量分析ユニットにおいて、
前記電気系部は前記差動排気部の制御部として機能し、かつ当該差動排気部の操作部が設けられることを特徴とする質量分析ユニット。
【請求項２】
前記電気系部には、前記測定部の操作部および測定結果表示部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の質量分析ユニット。
【請求項３】
前記差動排気部は、被測定ガス導入部、排気ポンプ、及び前記質量分析部を加熱するヒータを構成部材として備え、該各構成部材が前記電気系部によってそれぞれ制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の質量分析ユニット。
【請求項４】
前記被測定ガス導入部は開度の異なる複数のバルブを並列に備えてなり、前記電気系部により前記各バルブの開閉が選択されることを特徴とする請求項３に記載の質量分析ユニット。
【請求項５】
前記電気系部には、前記各構成部材の状態を表示する状態表示部が設けられることを特徴とする請求項３又は４に記載の質量分析ユニット。
【請求項６】
被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部、及び該測定部を制御するとともに、当該測定部の操作部および測定結果表示部が設けられた電気系部を有する質量分析部と、
該質量分析部に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧し、開度の異なる複数のバルブを並列に有し、前記電気系部により前記各バルブの開閉が選択される被測定ガス導入部、排気ポンプ、及び前記質量分析部を加熱するヒータを構成部材とし、該各構成部材が前記電気系部によってそれぞれ制御される差動排気部と、を備え、
前記電気系部は前記差動排気部の制御部として機能し、かつ当該差動排気部の操作部が設けられてなる質量分析ユニットの使用方法であって、
前記被測定ガス導入部から導入されるガス種類に応じた前記バルブの選択と、測定結果を表示すべきガス種類の選択とを、前記電気系部で行うことにより、複数種類のガス測定を連続的に行うことを特徴とする質量分析ユニットの使用方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の質量分析ユニットを用いて、真空装置のメンテナンス後のリーク検査を行うことを特徴とする質量分析ユニットの使用方法。
【請求項８】
前記リーク検査は、真空装置におけるピンホール位置の検査であることを特徴とする請求項７に記載の質量分析ユニットの使用方法。
【請求項１】
被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部、及び該測定部に連続的に設けられ、かつ当該測定部を制御する電気系部を有した質量分析部と、該質量分析部に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧する差動排気部と、を備えた質量分析ユニットにおいて、
前記電気系部は前記差動排気部の制御部として機能し、かつ当該差動排気部の操作部が設けられることを特徴とする質量分析ユニット。
【請求項２】
前記電気系部には、前記測定部の操作部および測定結果表示部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の質量分析ユニット。
【請求項３】
前記差動排気部は、被測定ガス導入部、排気ポンプ、及び前記質量分析部を加熱するヒータを構成部材として備え、該各構成部材が前記電気系部によってそれぞれ制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の質量分析ユニット。
【請求項４】
前記被測定ガス導入部は開度の異なる複数のバルブを並列に備えてなり、前記電気系部により前記各バルブの開閉が選択されることを特徴とする請求項３に記載の質量分析ユニット。
【請求項５】
前記電気系部には、前記各構成部材の状態を表示する状態表示部が設けられることを特徴とする請求項３又は４に記載の質量分析ユニット。
【請求項６】
被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部、及び該測定部を制御するとともに、当該測定部の操作部および測定結果表示部が設けられた電気系部を有する質量分析部と、
該質量分析部に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧し、開度の異なる複数のバルブを並列に有し、前記電気系部により前記各バルブの開閉が選択される被測定ガス導入部、排気ポンプ、及び前記質量分析部を加熱するヒータを構成部材とし、該各構成部材が前記電気系部によってそれぞれ制御される差動排気部と、を備え、
前記電気系部は前記差動排気部の制御部として機能し、かつ当該差動排気部の操作部が設けられてなる質量分析ユニットの使用方法であって、
前記被測定ガス導入部から導入されるガス種類に応じた前記バルブの選択と、測定結果を表示すべきガス種類の選択とを、前記電気系部で行うことにより、複数種類のガス測定を連続的に行うことを特徴とする質量分析ユニットの使用方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の質量分析ユニットを用いて、真空装置のメンテナンス後のリーク検査を行うことを特徴とする質量分析ユニットの使用方法。
【請求項８】
前記リーク検査は、真空装置におけるピンホール位置の検査であることを特徴とする請求項７に記載の質量分析ユニットの使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１５７７２７（Ｐ２００８−１５７７２７Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４６００８（Ｐ２００６−３４６００８）
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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