(57)【要約】【課題】微量な漏洩であっても信頼性の高い測定が可能であり，ワークを迅速に交換できるとともに余計な液体窒素等を消費しない漏洩ガス測定装置および漏洩ガス測定方法を提供すること。【解決手段】漏洩ガス測定装置１は，ワーク１０を収納するチャンバ１１と，ヘリウムガス以外のガスを排気するクライオポンプ１３およびヘリウム分子を検出する質量分析器１２を含み，チャンバ１１とともに蓄積部を構成する分析部と，チャンバ１１と分析部との間の断続を切り替える開閉弁２１を有する。さらに，ターボ分子ポンプ１４と，分析部とターボ分子ポンプ１４との間の断続を切り替える開閉弁２３を有する。この漏洩ガス測定装置１を使用した漏洩ガス測定方法では，準備排気後クライオポンプ１３のみによる排気状態として質量分析器１２で検出する。ワーク１０の交換時には，質量分析器１２とクライオポンプ１３とをターボ分子ポンプ１４で排気する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を収納するチャンバと，
測定対象ガス以外のガスを排気するクライオポンプおよび測定対象ガスの分子を検出する分析装置を含み，前記チャンバとともに蓄積部を構成する分析部と，
前記チャンバと前記分析部との間の断続を切り替える第１開閉弁と，
ターボ分子ポンプと，
前記分析部と前記ターボ分子ポンプとの間の断続を切り替える第２開閉弁とを有し，
測定対象物からの漏洩ガスを前記蓄積部に蓄積して測定することを特徴とする漏洩ガス測定装置。
【請求項２】
測定対象物をチャンバに収納し，
チャンバの準備排気を行い，
チャンバを，準備排気系から遮断するとともに，クライオポンプにより排気される状態とし，
その状態で分析装置で測定対象ガスの検出を行い，
検出値の増加の有無により，測定対象物からの漏洩ガスを測定することを特徴とする漏洩ガス測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載する漏洩ガス測定方法において，
チャンバ中の測定対象物の交換をする際に，前記クライオポンプおよび前記分析装置をチャンバから遮断して，ターボ分子ポンプにより前記クライオポンプおよび前記分析装置を排気することを特徴とする漏洩ガス測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，検査対象物から漏洩するガス量を測定する漏洩ガス測定装置および漏洩ガス測定方法に関する。さらに詳細には，ヘリウムガスを密閉した検査対象物からのヘリウムガスの微少漏洩量を測定する漏洩ガス測定装置および漏洩ガス測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より，検査対象物からの漏洩ガスの測定方法は，そのリーク量に応じて様々な方法が実用化されている。そのうち，微少量の漏洩ガス測定方法として，ヘリウムガスを内部に封入したワークをチャンバに収容し，そのチャンバを所定時間閉塞して，ワークからの漏洩ガスをチャンバ内に蓄積させることにより測定する方法がある（例えば，特許文献１参照。）。
【０００３】
この文献に記載の測定方法では，次の４工程により漏洩ガスの量を測定する。第１の工程は，ワークを収容したチャンバに接続された排気管を介してチャンバ内の排気を行う工程である。第２の工程は，チャンバを所定時間閉塞して，チャンバ内にワークからの漏洩ガスを蓄積させる工程である。第３の工程は，チャンバ内に蓄積されたガスの全体量を質量分析器で測定する工程である。第４の工程は，測定したガスの全体量をチャンバを閉塞した所定時間で除して漏洩ガス流量を求める工程である。この測定方法によれば，チャンバ内に漏洩ガスを蓄積しているので，微量の漏洩であっても精度よく測定することができる。
【０００４】
また，同文献には，さらに微少な漏洩量を測定する場合として，チャンバに冷却装置を付加し，測定対象であるヘリウムガス以外の不純ガスをチャンバ内壁面に吸着させて取り除く方法も記載されている。この方法によれば，バックグラウンドノイズの原因となるガスを減少させることができ，さらに精度のよい測定が可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−９８６１１号公報（第７−９，１５−１９頁，第１，３，１８，２０図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，前記した従来の漏洩ガス測定方法では，バルブによってチャンバを閉塞して漏洩ガスを蓄積し，所定時間後に蓄積されたガス量をまとめて測定している。もし，バルブやその接続部分等にわずかな漏れがあった場合には，蓄積中にそこから蓄積ガスが漏れるおそれがある。この場合，測定結果に対する信頼性が低下することとなるという問題点があった。
また，前記した冷却装置を付加した漏洩ガス測定方法では，チャンバ自体を冷却している。そのため，ワークの交換時には，チャンバをいったん大気温度に戻し，ワークを交換してチャンバ内を排気した後再び冷却する必要がある。従って，ワークの変更に時間がかかるものであった。さらには，各ワーク毎に冷却のための液体窒素等を消費するので，コストもかかるという問題点があった。
【０００７】
本発明は，前記した従来の漏洩ガス測定装置および漏洩ガス測定方法が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，微量な漏洩であっても信頼性の高い測定が可能であり，ワークを迅速に交換できるとともに余計な液体窒素等を消費しない漏洩ガス測定装置および漏洩ガス測定方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の漏洩ガス測定装置は，測定対象物を収納するチャンバと，測定対象ガス以外のガスを排気するクライオポンプおよび測定対象ガスの分子を検出する分析装置を含み，チャンバとともに蓄積部を構成する分析部と，チャンバと分析部との間の断続を切り替える第１開閉弁と，ターボ分子ポンプと，分析部とターボ分子ポンプとの間の断続を切り替える第２開閉弁とを有し，測定対象物からの漏洩ガスを前記蓄積部に蓄積して測定するものである。
【０００９】
この漏洩ガス測定装置によれば，測定対象物から漏洩した測定対象ガスは，チャンバとクライオポンプと分析装置によって構成される蓄積部に蓄積される。その蓄積部にはクライオポンプが含まれるので，蓄積部内の測定対象ガス以外のガスは排気される。従って，蓄積部には測定対象ガスのみが蓄積されることとなり，微量な漏洩であっても感度のよい測定が可能である。このとき，チャンバ自体を冷却する必要はない。従って，チャンバをすぐに大気開放でき，測定対象物の交換が素早くできる。また，測定対象物毎に液体窒素等を消費することはない。
【００１０】
さらに，この漏洩ガス測定装置は，測定対象ガスも排気可能なターボ分子ポンプを有し，分析部との断続が第２開閉弁によって切り替えられるようになっている。従って，分析実行時以外に，蓄積部に蓄積された測定対象ガスをターボ分子ポンプによって排気して，次の測定対象物を測定できるようにすることが可能である。また，第１開閉弁によって分析部とチャンバとが遮断されるので，前記の測定対象物の交換と並行して，蓄積された測定対象ガスの排気を行うことができる。このため，測定対象物の交換にかかる時間がさらに短縮される。これにより，微量な漏洩であっても信頼性の高い測定が可能であり，ワークを迅速に交換できるとともに余計な液体窒素等を消費しない漏洩ガス測定装置が提供される。
【００１１】
ところで，チャンバおよび分析装置などの分析部により構成される蓄積部のどこかに漏洩があった場合は，精密な測定が不可能である。この漏洩ガス測定装置では，蓄積部に漏洩があるかどうかを判断することもできる。このときには，チャンバに測定対象物を入れずに，蓄積部の周囲の雰囲気気体に含まれる分子を測定対象として分析装置で分析すればよい。蓄積部内にその雰囲気気体分子が増加していくようであれば，どこかに漏洩があると判断できる。増加しなければ漏洩はないと判断できるので，測定対象物の測定結果は，さらに信頼性の高いものとなる。
【００１２】
また，本発明の漏洩ガス測定方法は，測定対象物をチャンバに収納し，チャンバの準備排気を行い，チャンバを，準備排気系から遮断するとともに，クライオポンプにより排気される状態とし，その状態で分析装置で測定対象ガスの検出を行い，検出値の増加の有無により，測定対象物からの漏洩ガスを測定するものである。
【００１３】
この漏洩ガス測定方法によれば，測定対象物を収納したチャンバを準備排気し，その後，チャンバをクライオポンプのみによって排気される状態とする。クライオポンプは，測定対象ガスを排気しないので，チャンバおよびクライオポンプを含む部分に測定対象ガスが蓄積される。この蓄積された測定対象ガスを分析装置で検出するので，わずかな漏洩量であっても高感度に測定される。
【００１４】
また，この漏洩ガス測定方法において，チャンバ中の測定対象物の交換をする際に，クライオポンプおよび分析装置をチャンバから遮断して，ターボ分子ポンプによりクライオポンプおよび分析装置を排気することが望ましい。
これによれば，クライオポンプと分析装置とに蓄積された測定対象ガスが，ターボ分子ポンプによって排気されるからである。そして，すぐに次の測定対象物の測定が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下，本発明を具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は，内部にヘリウムガスを密閉封入したワークからのヘリウムガスの漏洩量を測定するための漏洩ガス測定装置および漏洩ガス測定方法である。
【００１６】
本実施の形態の漏洩ガス測定装置１は，図１に示すように，ワーク１０を収容するためのチャンバ１１と，質量分析器１２，クライオポンプ１３，ターボ分子ポンプ１４，粗引きポンプ１５を備えている。これらが，開閉弁２１〜２６を介して互いに接続されている。質量分析器１２は，開閉弁２１を介してチャンバ１１と接続されるとともに，開閉弁２２を介してクライオポンプ１３と接続されている。さらに，質量分析器１２は，開閉弁２３を介してターボ分子ポンプ１４の吸入口と接続されている。また，ターボ分子ポンプ１４の吸入口は，さらに開閉弁２４を介してチャンバ１１と接続され，吐出口は開閉弁２５を介して粗引きポンプ１５の吸入口に接続されている。さらに，粗引きポンプ１５の吸入口は，開閉弁２６を介してチャンバ１１に接続されている。そして，粗引きポンプ１５の吐出口は大気開放されている。
【００１７】
漏洩測定の対象となるワーク１０は，例えば，振動子を有する半導体ヨーレイトセンサであり，ヘリウムガス雰囲気中で密閉されることによって内部にヘリウムガスが封入されている。封入されるガス圧は各製品に必要な圧力でよく，数Ｐａ〜数気圧の範囲のものが測定対象となりうる。
質量分析器１２は一般的なものであり，特定の質量数を有する分子を連続的に検出できる。すなわち，残留ガスの分子をイオン化して加速し，磁力によってそのイオンビームを曲げることにより，特定の質量数の分子のみを検出するのである。ここでは，ヘリウムガスのみを検出するようになっている。この質量分析器１２が分析装置に相当する。
【００１８】
また，クライオポンプ１３は，冷却面にガス分子を凝縮させることにより排気する真空ポンプである。水素やヘリウムに対する排気能力は低く，特にヘリウムはほとんど排気しない。これらのガスを排気させる場合には一般に木炭等の吸着剤を用いる。しかし，ここではこの吸着剤を持たないものを使用する。従って，このクライオポンプ１３では，ヘリウム以外のガスが取り除かれる。
ターボ分子ポンプ１４は，回転翼によって気体分子に一定方向の運動量を与え，排気する真空ポンプであり，ヘリウムガスも排気可能である。
粗引きポンプ１５は，一般的な真空ポンプであり，例えば，スクロールポンプ等のオイルレスポンプが望ましい。
【００１９】
この漏洩ガス測定装置１は，上記のように構成されているので，質量分析器１２とクライオポンプ１３と開閉弁２２とによる構成が分析部に相当する。また，この分析部の構成にチャンバ１１および開閉弁２１を加えた構成が蓄積部に相当する。さらに，開閉弁２１が第１開閉弁に相当し，開閉弁２３が第２開閉弁に相当する。
【００２０】
次に，本実施の形態の漏洩ガス測定装置１による測定方法を図２〜図４のフローチャートを使用して説明する。まず，図２に示すように，測定を開始する前にクライオポンプ１３とターボ分子ポンプ１４を稼働状態とする（Ｓ１０１）。クライオポンプ１３はパネルを極低温にする必要があり，ターボ分子ポンプ１４は回転翼を高速で回転させる必要がある。そのため，いずれも始動や停止を繰り返すことは好ましくないので，一群のワーク１０について測定を行っている間は連続的に稼働させておくのである。
【００２１】
次に，図３に示す測定ルーチン（Ｓ１０２）を実行する。このルーチンでは，ワーク１０をチャンバ１１に入れて，その漏洩ガス量を測定する。その後，図４に示す後処理ルーチン（Ｓ１０３）を実行する。このルーチンでは，測定したワーク１０をチャンバ１１から取り出し，次のワーク１０に対する測定に備える。これらの測定ルーチンと後処理ルーチンとの処理内容については後述する。
【００２２】
ここで，各ワーク１０の測定を実行する前に，まず，予めリーク量の分かっている校正用リーク源の漏洩ガス量を測定する必要がある。これにより，質量分析器１２の校正を行うのである。その測定方法は実際のワーク１０を測定する場合と同様であり，後述の測定ルーチンと後処理ルーチンとにより行う。すなわち，ここでの一群のワーク１０には，初めに測定される校正用リーク源も含まれている。
【００２３】
そして，一群のワーク１０全ての測定が終了したかどうかを判断する（Ｓ１０４）。終了していない場合は（Ｓ１０４：Ｎｏ），次のワーク１０について測定ルーチン（Ｓ１０２）および後処理ルーチン（Ｓ１０３）を実行する。全てのワーク１０の測定を終了したら（Ｓ１０４：Ｙｅｓ），クライオポンプ１３とターボ分子ポンプ１４とを停止し（Ｓ１０５），処理を終了する。
【００２４】
次に，図３を使用して，測定ルーチン（図２のＳ１０２）について説明する。まず，全ての開閉弁２１〜２６が閉止されている状態から開閉弁２５を開放する。そして，ヘリウムガスを封入したワーク１０をチャンバ１１内に収容する（Ｓ２０１）。このときに開閉弁２５を開放するのは，稼働しているターボ分子ポンプ１４の排気が配管内に蓄積されないようにするためである。チャンバ１１の蓋をしたら，開閉弁２５を閉止し開閉弁２６を開放する（Ｓ２０２）。これにより，チャンバ１１内の大気は粗引きポンプ１５によって排気される。このとき，チャンバ１１の壁面等に吸着しているガス分子を放出させて除くために，チャンバ１１を１５０℃程度まで加熱しつつ排気することが好ましい。
【００２５】
このようにして，チャンバ１１内の圧力が約４０Ｐａに下がるまで真空引きを行う（Ｓ２０３）。チャンバ１１の圧力が約４０Ｐａとなったら（Ｓ２０３：Ｙｅｓ），開閉弁２６を閉止し，開閉弁２４と開閉弁２５とを開放する（Ｓ２０４）。これにより。チャンバ１１内部に残留するガスは，さらにターボ分子ポンプ１４によって排気される。大気中にわずかに存在するヘリウムガスも排気される。このとき，ターボ分子ポンプ１４の排気は粗引きポンプ１５によって外部に排出される。
【００２６】
このようにして，チャンバ１１内の圧力が約１０−２Ｐａに下がるまで真空引きを行う（Ｓ２０５）。チャンバ１１の圧力が約１０−２Ｐａとなったら（Ｓ２０５：Ｙｅｓ），開閉弁２４を閉止し，開閉弁２１と開閉弁２２とを開放する（Ｓ２０６）。これにより，ターボ分子ポンプ１４と粗引きポンプ１５とはチャンバ１１から遮断され，クライオポンプ１３と質量分析器１２とがチャンバ１１に連通する。すなわち，図５に示す状態となる。なお図５中，「×」は開閉弁が閉止されて流路が遮断されていることを示し，「○」は開閉弁が開放されて流路が連通されていることを示している。
【００２７】
次に，質量分析器１２を稼働させて，このときのヘリウムガスの分圧を測定する（Ｓ２０７）。この状態では，チャンバ１１内のガスはクライオポンプ１３によって排気されるが，先に述べたように，クライオポンプ１３の性能からヘリウムは排気されない。このため，チャンバ１１，質量分析器１２，クライオポンプ１３で形成される空間内にはワーク１０から漏洩したヘリウムガスが蓄積される。そこで，ヘリウムガスの分圧を測定しつつ，所定時間にわたってこの空間にヘリウムガスを蓄積させる（Ｓ２０８）。
【００２８】
ここで，初めに校正用リーク源を測定することにより，質量分析器１２が校正済みであるので，蓄積されたヘリウムガスを連続的に測定することができる。ワークからの漏洩があれば，図６に示すように，測定開始から少しずつヘリウム分圧が上昇する。図６中，一点鎖線で示したのは，測定開始時点でのヘリウム分圧であり，バックグラウンドノイズである。それに対し，実線３１，３２は，漏洩のあるワークの測定結果であり，実線３１では漏洩量が小さいのに対し，実線３２は漏洩量が大きいことが分かる。計測開始から所定時間経過したら（Ｓ２０８：Ｙｅｓ），ヘリウムガスの分圧の増加量を経過時間で除すことにより，ワーク１０からの単位時間当たりのヘリウムガス漏洩量を算出する（Ｓ２０９）。そして，この測定ルーチンを終了する。
【００２９】
次に，図４を使用して，後処理ルーチン（図２のＳ１０３）について説明する。測定ルーチンによってそのワーク１０の漏洩ガス測定が終了したら，開閉弁２１を閉止し，開閉弁２３を開放する（Ｓ３０１）。すなわち，図７に示す状態となる。図中の「×」および「○」の記号の意味は図５と同様である。これにより，質量分析器１２とクライオポンプ１３とはチャンバ１１と遮断されるとともに，ターボ分子ポンプ１４によって排気される。先に述べたように，ターボ分子ポンプ１４はヘリウムガスも排気可能なポンプである。従って，質量分析器１２やクライオポンプ１３の内部に蓄積されたヘリウムガスは，ターボ分子ポンプ１４によって排気される。
【００３０】
同時に，質量分析器１２を稼働して，ヘリウムガスの分圧を測定する（Ｓ３０２）。質量分析器１２やクライオポンプ１３内のヘリウムガスの分圧が十分低くなるまで，ターボ分子ポンプ１４によって排気する（Ｓ３０３）。ヘリウムガスの分圧が十分に低くなったら（Ｓ３０３：Ｙｅｓ），開閉弁２２と開閉弁２３とを閉止して，質量分析器１２とクライオポンプ１３とをターボ分子ポンプ１４から遮断する（Ｓ３０４）。
【００３１】
一方，図７の状態（Ｓ３０１実行後）では，チャンバ１１はポンプ系から遮断されているので，ワーク１０交換の作業を行うことができる。そこで，測定の終了しているワーク１０をチャンバ１１から取り出すために，まず，チャンバ１１内に窒素ガス等を導入し，大気圧に戻す（Ｓ３０５）。そして，チャンバ１１の蓋を開けてワーク１０を取り出し（Ｓ３０６），この処理を終了する。この測定方法では，チャンバ１１自体は冷却していないので，直ちにワーク１０の交換作業を行うことができる。
【００３２】
ところで，従来技術の課題においても述べたように，このようにチャンバ１１を含む配管系を閉塞して，その中にヘリウムガスを蓄積して測定する場合，そのチャンバ１１や配管系に漏洩があると正確な測定をすることが不可能となってしまう。そこで，事前に漏洩がないことを確認しておく必要がある。
【００３３】
次に，この漏洩ガス測定装置１において，チャンバ１１や配管系の漏洩があるかどうかを判断する方法について説明する。この場合，チャンバ１１にワーク１０を入れないで，上記の測定ルーチンを実行する。すなわち，図３のうちＳ２０１を行わずにＳ２０２〜Ｓ２０６までを実行する。そして，チャンバ１１や配管系に検出ガスであるヘリウムガスを外部より吹きかけて，質量分析器１２で測定する。ヘリウムガスの量が増加しなければ，チャンバ１１や配管系に漏洩がないと判断できる。このようにして，チャンバ１１や配管系に漏洩がないことを確認しておけば，測定ルーチンでヘリウムガス量の増加がない場合には，ワーク１０からの漏洩がないと判断できる。
【００３４】
以上詳細に説明したように，本実施の形態の漏洩ガス測定装置１によれば，チャンバ１１に吸着剤を持たないクライオポンプ１３とターボ分子ポンプ１４とがそれぞれ接続されている。従って，以下のような方法で漏洩ガス量を測定できる。まず，ワーク１０を収容したチャンバ１１を，粗引きポンプ１５とターボ分子ポンプ１４とで１０−２Ｐａ程度まで排気する。これによりバックグラウンドノイズを減少させる。次に，ターボ分子ポンプ１４に代えてクライオポンプ１３をチャンバ１１に連通させる。従って，さらにバックグラウンドノイズが減少されるとともに，ヘリウムガスはチャンバ１１，質量分析器１２，クライオポンプ１３で構成される空間に蓄積される。質量分析器１２によってヘリウムガスの分圧の時間変化を測定することにより，ヘリウムガス漏洩量が算出される。
【００３５】
測定が終了したら，チャンバ１１を大気開放してワークを交換する。このとき，質量分析器１２とクライオポンプ１３の内部に蓄積されているヘリウムガスをターボ分子ポンプ１４によって排気する。
【００３６】
この方法によれば，チャンバ１１を冷却していないので，大気開放するためにあまり時間を要しない。従って，ワーク１０の交換を素早くできる。また，液体窒素等をワーク１０毎に消費することがないので，コストが小さくすむ。しかも，クライオポンプ１３によってヘリウム以外のガス成分はほとんど取り除かれるので，バックグラウンドノイズを小さくすることができる。そして，漏洩ヘリウムガスを所定時間蓄積して測定するので，極微量の漏洩であっても高い信頼性で精密に測定できる。
【００３７】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，バックグラウンドの水素の量が大きく，ヘリウムガスの検出に支障がある場合は，図８に示すように，水素を排気可能でヘリウムを排気しないチタンゲッタポンプ１６をさらに接続してもよい。この場合，測定ルーチンのＳ２０６において，開閉弁２７を開放してチタンゲッタポンプ１６を稼働させる。このようにすれば，チャンバ１１，質量分析器１２，クライオポンプ１３，チタンゲッタポンプ１６によって構成される空間に，ヘリウムガスを蓄積するとともに水素を排出することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば，微量な漏洩であっても信頼性の高い測定が可能であり，ワークを迅速に交換できるとともに余計な液体窒素等を消費しない漏洩ガス測定装置および漏洩ガス測定方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】漏洩ガス測定装置を示すブロック構成図である。
【図２】漏洩ガス測定方法を示すフローチャートである。
【図３】漏洩ガス測定方法の測定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】漏洩ガス測定方法の後処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】漏洩ガス測定装置の測定時の状態を示すブロック構成図である。
【図６】ヘリウム分圧の上昇量の例を示すグラフ図である。
【図７】漏洩ガス測定装置の後処理時の状態を示すブロック構成図である。
【図８】漏洩ガス測定装置の別の例を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１    漏洩ガス測定装置
１０  ワーク（測定対象物）
１１  チャンバ
１２  質量分析器（分析装置）
１３  クライオポンプ
１４  ターボ分子ポンプ
１５  粗引きポンプ（準備排気系）
２１，２２，２３，２４，２５，２６  開閉弁
【図１】
2004184207.tif 000003
【図２】
2004184207.tif 000004
【図３】
2004184207.tif 000005
【図４】
2004184207.tif 000006
【図５】
2004184207.tif 000007
【図６】
2004184207.tif 000008
【図７】
2004184207.tif 000009
【図８】
2004184207.tif 000010