特表 2024-545812 吹付けメンブレンテストリークを備えた真空リークディテクタおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-12

(54)【発明の名称】吹付けメンブレンテストリークを備えた真空リークディテクタおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 3/20 20060101AFI20241205BHJP

【ＦＩ】

G01M3/20 T

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024536147

(86)(22)【出願日】2022-12-22

(85)【翻訳文提出日】2024-07-30

(86)【国際出願番号】 EP2022087584

(87)【国際公開番号】W WO2023118490

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】102021134647.9

(32)【優先日】2021-12-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500469855

【氏名又は名称】インフィコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｉｎｆｉｃｏｎ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂｏｎｎｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ ４９８， Ｄ－５０９６８ Ｋｏｅｌｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100150566

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 洋樹

(74)【代理人】

【識別番号】100213470

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100220489

【弁理士】

【氏名又は名称】笹沼 崇

(74)【代理人】

【識別番号】100225026

【弁理士】

【氏名又は名称】古後 亜紀

(74)【代理人】

【識別番号】100230248

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 圭二

(72)【発明者】

【氏名】ヴェツィヒ・ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】ピュシャラ－ケーニヒ・ヨッヘン

(72)【発明者】

【氏名】デッカー・シルヴィオ

(72)【発明者】

【氏名】ヴァイス・セバスチャン

【テーマコード（参考）】

2G067

【Ｆターム（参考）】

2G067BB04

2G067CC13

2G067DD05

(57)【要約】

【課題】テストリークの改良品を備えた真空リークディテクタ、および対応するリーク検知方法を提供する。
【解決手段】本発明の真空リークディテクタ１０は、吸引空間１２を収めた筐体１４と、吸引空間１２を真空排気する真空ポンプ２０と、吸引空間１２に接続されたガス検出器１８と、を備える。筐体１４は、選択的ガス透過性を有するメンブレン３２を含み該筐体１４の外気と吸引空間１２とを接続しているテストリーク２６、を具備している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸引空間（１２）を収めた筐体（１４）と、前記吸引空間（１２）を真空排気する真空ポンプ（２０）と、前記吸引空間（１２）に接続されたガス検出器（１８）と、を備える、真空リークディテクタ（１０）において、
前記筐体（１４）が、選択的ガス透過性を有するメンブレン（３２）を含み該筐体（１４）の外気と前記吸引空間（１２）とを接続しているテストリーク（２６）、を具備していることを特徴とする、真空リークディテクタ（１０）。

【請求項2】

請求項１に記載のテストリーク（１０）において、前記テストリーク（２６）が、外部から該テストリーク（２６）に吹き付けられたテストガスを前記メンブレン（３２）を介して前記吸引空間（１２）内へと選択的に導くとともに前記テストガスと異なるガスは阻止する吹付けリークとして構成されていることを特徴とする、テストリーク（１０）。

【請求項3】

請求項２に記載のテストリーク（１０）において、前記テストリーク（２６）の前記メンブレン（３２）が、ヘリウム、ネオンまたは水素を選択的に通過させる石英、および／または、水素を選択的に通過させるパラジウム、および／または、酸素を選択的に通過させる銀からなることを特徴とする、テストリーク（１０）。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載のテストリーク（１０）において、前記メンブレン（３２）の素材が、壁薄の閉じたチューブとして、例えば、ガラスフィンガーの形態で形成されていることを特徴とする、テストリーク（１０）。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載のテストリーク（１０）において、前記メンブレン（３２）を加熱する加熱体が設けられており、前記メンブレンの素材が、温度によって導通又は阻止を選択的に行うことを特徴とする、テストリーク（１０）。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載のテストリーク（１０）において、前記メンブレン（３２）の層厚が、数マイクロメートル、好ましくは１００μｍ以下であることを特徴とする、テストリーク（１０）。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載のテストリーク（１０）において、前記テストリーク（２６）が、前記メンブレン（３２）のフランジ型ホルダ（２８）を含み、前記フランジ型ホルダ（２８）が、前記筐体（１４）の開口部に挿入されており、好ましくは、前記ホルダの外側および／または内側が、保護グリッド（３４）で覆われていることを特徴とする、テストリーク（１０）。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載のテストリーク（１０）において、前記テストリーク（２６）が、選択的ガス透過性を有するメンブレン（３２）又は前記メンブレン（３２）で閉じられた複数の流路を有していることを特徴とする、テストリーク（１０）。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載のテストリーク（１０）において、前記メンブレン（３２）が、メンブレンチップ、好ましくは厚さ１ｃｍ未満または１ｍｍ未満のメンブレンチップに取り付けられており、前記メンブレンチップは、前記メンブレン（３２）で覆われてそれぞれ該メンブレンチップの全体を貫通している流路であって、それによって該流路の端部が前記メンブレン（３２）で覆われている、直径が約１０μｍ以上約１０００μｍ以下の流路として構成された少なくとも１つのメンブレン窓を有していることを特徴とする、テストリーク（１０）。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載のテストリーク（１０）において、前記メンブレン（３２）が、該メンブレン（３２）で覆われて開気孔多孔質構造により支持された少なくとも１つのメンブレン窓を有するメンブレンチップ、好ましくは厚さ１ｍｍ未満のメンブレンチップに取り付けられていることを特徴とする、テストリーク（１０）。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の真空リークディテクタ（１０）の機能性を検査する方法において、
－前記真空ポンプで前記吸引空間（１２）を真空排気する過程と、
－前記テストリーク（２６）にテストガスを吹き付ける過程であって、これにより、該テストガスが前記メンブレン（３２）を介して前記吸引空間（１２）の内部へと選択的に通過する一方で、前記真空リークディテクタ（１０）の外部（２４）からの空気または外気は前記メンブレン（３２）で阻止される、過程と、
－前記メンブレン（３２）を介して前記吸引空間（１２）内へと通過した前記テストガスを、前記ガス検出器（１８）で検出する過程と、
－前記ガス検出器（１８）の測定信号が、前記真空リークディテクタ（１０）が問題なく機能している場合に予想される測定信号に相当しているか否かを判定する過程と、
を備えることを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テストリークを備えた真空リークディテクタ、およびリークディテクタの機能性を検査する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

テストガス真空法によって密封性の確認や試験体のリークの発見を行うのに、テストガスを使ったリーク検知が可能なリークディテクタが用いられる。被検対象の例としては、真空炉、真空チャンバを具備した半導体産業の製造システム、各種パイプラインやその他のチャンバなどが挙げられる。

【0003】

リーク検査では、試験体が真空排気される。真空排気は、試験体と接続された排気系統、またはリークディテクタに設けられた別個の排気系統によって行われ得る。リークディテクタには、テストガスを検出することが可能な例えば質量分析計等のテストガス検出器が組み込まれている。テストガスの例としては、ヘリウム、フォーミングガス（９５％窒素＋５％水素）などが挙げられる。

【0004】

リーク検査時には、被検対象の箇所（例えば、フランジシール、溶接線等）に対し、試験体の外気側からテストガスが吹き付けられる。吹付け箇所に漏洩流路が存在していれば、テストガスが外気と共に該漏洩流路を通って真空チャンバへと流出し、真空系統まで流れていく。この際に、検出系統（例えば、質量分析計等）によってテストガスの検出が可能となる。信号強度が漏洩レートの尺度となるほか、吹付け箇所、時間および信号応答の時間的な相関関係からリークの場所が分かる。

【0005】

漏洩が生じていれば、漏洩ポイントに吹付けが行われた際に、信号応答が生じる。テストガスが吹き付けられている状態で信号が生じなければ、試験体が密封性を有していることになる。

【0006】

上記のリーク検査方法では、様々な故障が起きた際にも、信号応答が生じなくなって、実際に密封性を有している試験体との区別が不可能になる。検出系統の感度に異常がある場合も、信号応答が生じなくなる。ほかにも、吹付けガス源のバルブが作動しているにもかかわらず該吹付けガス源からテストガスが流れない場合には、リークが有ったとしても、信号応答が生じなくなる。

【0007】

典型的に、真空系統には、検査系統の機能性を確認するための既知の漏洩ポイントがフランジ接続されている。一般的に、このような所定の漏洩ポイントは、いわゆるキャピラリーリークにより与えられる。このキャピラリーリークとしてのテストリークは、自身に対して吹付けが行われた際に検出系統から明確な信号応答が出力されるような寸法に設定されている。ただし、キャピラリーは、常時流入する空気の量によって真空系統や試験体が悪影響を受けないように十分に小さいものでなければならない。このため、そのようなキャピラリーリークは、流路径がほんの数マイクロメートルにしかならないように寸法決めされる。その結果、粒子や凝縮した空気の湿気によってこの検査漏洩ポイントが詰まる可能性がある。結果として、吹付けキャピラリーリークが詰まったことが原因で、機能性の検査系統があたかも故障したかのように見えてしまうことになる。

【0008】

WO 2006/120122 A1（特許文献１）には、テストガス導入口に石英窓センサを具備してなるスニファーリークディテクタが記載されている。同文献では、テストリークが設けられていない。一般的に、WO 2006/120122 A1に記載されている種類のスニファーリークディテクタでは、キャピラリーリークがテストリークとして用いられ、該テストリークから外気へと流出した基準ガス又はテストガスがいわゆるスニファープローブで吸い込まれて検出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】国際公開第２００６／１２０１２２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

これを背景に、本発明の目的は、テストリークの改良品を備えた真空リークディテクタを提供し、対応するリーク検知方法を可能にすることである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の真空リークディテクタは、請求項１の構成により定まる。本発明のリーク検知方法は、請求項１１の構成により定まる。

【0012】

本発明では、真空リークディテクタの吸引空間を収めた筐体であって、該吸引空間を真空排気する真空ポンプと該吸引空間に接続されたガス検出器とに接続されてなる筐体に、選択的ガス透過性を有するメンブレンを含み該筐体の外気と前記吸引空間とを接続しているテストリークが設けられている。前記吸引空間が前記真空ポンプで真空排気された後、前記テストリークにテストガスが吹き付けられると、該テストガスが前記メンブレンを介して前記吸引空間の内部へと選択的に通過する一方で、前記真空リークディテクタの外部からの空気または外気は前記メンブレンで阻止される。前記メンブレンを介して前記吸引空間に進入した前記テストガスが、前記ガス検出器で検出される。本発明のメンブレンにより、前記ガス検出器で測定された前記テストガスの測定信号が、前記真空リークディテクタが制限なく機能している場合に予想される測定信号に相当しているか否かの判定が可能となる。このようにして、本発明により、真空リークディテクタの機能性を簡単に検査することができる。さらに、前記テストガスを適用するのに用いられる吹付けガス源が適切に機能していること、すなわち、十分な量の所望の種類のテストガスを供給していることについても調べられる。

【0013】

前記テストリークは、外部から該テストリークに吹き付けられたテストガスを前記メンブレンを介して前記吸引空間内へと選択的に導くとともに前記テストガスと異なるガスは阻止する吹付けリークとして構成され得る。

【0014】

前記テストリークの前記メンブレンは、ヘリウム、ネオンまたは水素を選択的に通過させる石英を含み得るか、あるいは、石英からなり得る。これに代えて又はこれに加えて、前記メンブレンは、水素を選択的に通過させるパラジウムおよび／または酸素を選択的に通過させる銀を含み得るか、あるいは、このようなパラジウムおよび／または銀からなり得る。

【0015】

前記メンブレンの素材は、壁薄の閉じたチューブとして、例えば、ガラスフィンガー（Glasfingers）の形態で構成され得る。

【0016】

前記メンブレンを加熱する加熱体が設けられているとともに、前記メンブレンの素材が温度によって前記テストガスの導通又は阻止を選択的に行うものに構成され得る。

【0017】

前記メンブレンの層厚は、数マイクロメートル、好ましくは約１００μｍ以下であり得る。

【0018】

前記テストリークは、前記メンブレンのフランジ型ホルダを含み得て、前記フランジ型ホルダが、前記筐体の開口部に挿入されている。好ましくは、前記ホルダの外側および／または内側が、保護グリッドで覆われ得る。

【0019】

前記テストリークは、選択的ガス透過性を有するメンブレン又は前記メンブレンでそれぞれ閉じられた複数の流路を有し得る。このとき、前記メンブレンは、メンブレンチップ、好ましくは厚さ１センチメートル未満、より好ましくは１ミリメートル未満のメンブレンチップに取り付けられたものであり得る。前記メンブレンチップは、前記メンブレンで覆われて該メンブレンチップの全体を貫通している流路であって、それによって該流路の端部が前記メンブレンで覆われている、直径が約１０μｍ以上約１０００μｍ以下の流路として構成された窓を有している。このとき、好ましくは、前記メンブレンが、外部からの水蒸気や塵埃粒子が前記流路内に侵入しないように該流路の外気側を密閉しており、すなわち、該流路のうちの前記吸引空間と反対側の端部を覆っている。

【0020】

一実施形態において、前記メンブレンは、該メンブレンで覆われた少なくとも１つのメンブレン窓を有するメンブレンチップ、好ましくは厚さ１ｍｍ未満のメンブレンチップに取り付けられたものであり得る。好ましくは、前記メンブレン窓は、前記メンブレンを支えて安定化させるようにグリッドや多孔質固体材料などの開気孔多孔質構造によって支持されている。

【0021】

前記リークディテクタの真空系統には、選択的なガス導入口が設けられている。この選択的なガス導入口は、外気に対して密封性又は略不透過性を示すメンブレンで実現されている。このようにして、前記真空系統は、テストガス不在時の影響を受け難くなる。この吹付けメンブレンリークにテストガスが吹き付けられると、該テストガスがメンブレンを介して前記真空系統内へと透過し、そこで検出系統により検出されることで、系（検出系統）全体および吹付けテストガス源の機能性が確かめられる。

【0022】

使用するテストガスに応じて、適切なメンブレンの素材が選択され得る：
●ヘリウムを選択的に導入するのであれば、石英が使用される。
●水素（フォーミングガスの一成分）を選択的に導入するのであれば、パラジウムが使用される。
●酸素を選択的に導入するのであれば、銀が使用される。

【0023】

前記素材は、壁薄の閉じたチューブ（ガラスフィンガー）として構成され得る。このような例では、分離層内でのガスの拡散速度が十分な速さになるように前記素材を加熱する必要がある。厚さ数マイクロメートルの薄いメンブレンとして構成されている場合には、室温で該メンブレンを使用してよく、それでも十分に速い応答が得られる。

【0024】

以下では、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】第１の実施形態を示す図である。

【図2】図１の詳細図である。

【図3】図２の詳細図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図示の真空リークディテクタ１０は、吸引空間１２を収めた筐体１４を備える。吸引空間１２は、ガス検出器１８と真空ポンプ２０とに真空ライン１６を介してガス導通状態で接続されている。筐体１４は、テストガス導入口２２を有している。検査対象のテストガスは、筐体１４の外部２４から吸引空間１２内へとテストガス導入口２２を通して吸い込まれて、ガス検出器１８で分析される。

【0027】

真空リークディテクタ１０の機能性を確認できるようにするため、筐体１４には、該筐体１４の開口部を完全に覆ったテストリーク２６が設けられている。図２の分解図は、テストリーク２６の細部を示したものである。テストリーク２６は、フランジ型ホルダ２８を含む。フランジ型ホルダ２８は、筐体１４のうちの対応する前記開口部の全体に嵌め込まれてこれを密閉する。本実施形態において、ホルダ２８は、中央部分に凹所３０が形成された円盤状体として構成されている。凹所３０の底には、ホルダ２８を貫通する穴が形成されている。凹所３０には、選択的ガス透過性を有するメンブレンが、該凹所３０の底の前記穴の全体を気密に塞ぐメンブレンチップ３２として挿入されている。メンブレン３２は、特定の種類の気体に対して選択的なガス透過性を示すとともに、その他のあらゆる種類の気体を阻止する。

【0028】

ホルダ２８のうちの外部２４に面する上側およびホルダ２８のうちの吸引空間１２に面する下側は、いずれも、保護グリッドで覆われている。前記保護グリッドは、メンブレン３２が付いた凹所３０とメンブレン３２で塞がれた前記穴とを完全に覆っている。いずれの保護グリッド３４も、ねじ連結によってホルダ２８にねじ固定されている。

【0029】

図３に、メンブレン３２の構造の細部を示す。つまり、メンブレン３２は、石英メンブレンチップとして構成されているとともに、該メンブレンチップ３２の全体を貫通する流路として形成された約５０個の孔３６が中央に設けられており、該孔同士は、等間隔のグリッド状に配置されている。各孔３６は、厚さが約１０μｍの石英メンブレンによって閉じられている。メンブレンチップ３２の厚さは、約０．６ｍｍである。各孔３６は、約２５℃のメンブレン温度でヘリウムに対して選択的ガス透過性を示す一方で空気に含まれるその他の気体についてはメンブレン３２を通過させない石英窓を構成している。ヘリウム以外では、ネオンおよび水素のみが、ヘリウムと比べるとほんの僅かな程度であるが石英を透過する。すなわち、基本的には、それらも、石英メンブレンを具備した吹付けリーク利用時のテストガスとして使用することが可能である。

【0030】

保護グリッド３４は、例えば、図１に示すようにスプレーガン３８でヘリウム４０を図１の矢印の方向にテストリーク２６へと吹き付ける際に、メンブレンチップ３２を該スプレーガンと直接接触しないように保護する。さらに、ホルダ２８の下側、すなわち、吸引空間１２に面する側の保護グリッド３４は、メンブレンチップ３２が破損した場合や、メンブレン窓の個々の破片が真空ポンプ２０によって吸い込まれそうな場合に、該チップおよび真空系統を保護する。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】