WO2016017720A1

WO2016017720A1 - 真空計と汚染診断方法

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Publication number: WO2016017720A1
Application number: PCT/JP2015/071563
Authority: WO
Inventors: 吉田　肇
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: EP3196622A4; US20170254714A1; EP3196622A1; JP2016033509A; US10094728B2

Abstract

　簡易な構成により真空計の汚染度を精度よく診断できる真空計や、簡易な手順により真空計の汚染度を精度よく診断できる汚染度診断方法を提供する。　通常動作モードと汚染診断モードとを有する真空計であって、通常動作モードで真空圧力を測定するための陽極１及び陰極３と、汚染診断モードで上記真空圧力を測定するための陽極７及び陰極３と、陽極７及び陰極３間で測定された電流の大きさと陽極１及び陰極３間で測定された電流の大きさとを比較するコントローラ１０とを備えた冷陰極電離真空計を提供する。

Description

真空計と汚染診断方法

　本発明は、真空計と真空計の汚染度を診断する方法に関するものである。

　例えば、半導体製造装置においては、真空計を用いてチャンバ内の圧力を測定しているが、一般的に、電離真空計を汚染環境で使用すると性能が劣化することが知られている。
　そして、仮に電離真空計が上記劣化により正常な値を示さなくなった場合には、異常な条件で半導体プロセスが進行するため、大量の不良品ができることになる。このとき、特に電離真空計に表示される値が正常値よりも僅かにずれる故障モードの場合には、故障と気付かないことが多いという問題がある。
　このため、いくつかの方法により上記劣化を判定することが試みられてきている。ここで一般的には、上記半導体製造装置から真空計を取り外した上で試験若しくは検査して校正することにより当該真空計の健全性を確認する方法が採られてきたが、かかる方法は多くの時間やコストを要し、上記半導体製造装置の稼働率も低下してしまうという問題がある。

　また、真空装置内に試験ガスを導入して校正する方法は、当該真空装置を汚染させる懸念や手間やコストがかかるため普及していない。

　これらのことから、特許文献１においては、２つの同型原理の独立した真空度検出部から出力された値を比較して、その差が予め設定した値よりも大きくなった時に真空計の異常を検知する方法が開示されている。

特開２００６－３４４７３８号公報

　特許文献１に記載された上記方法によれば、両真空度検出部の一方に故障が発生した場合には、速やかに異常を検知することができる。

　しかし、両真空度検出部が同程度に汚染されるなど、一方でなく両方に故障等が生じた場合においては出力値に差が生じないため、異常が検知されないという問題がある。

　また、二台の測定子を取り付ける方法であるため、大きなスペースを必要とすると共に、真空計取付けポートも二箇所必要になる。

　本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、簡易な構成により真空計の汚染度を精度よく診断できる真空計や、簡易な手順により真空計の汚染度を精度よく診断できる汚染診断方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明は、通常動作モードと汚染診断モードとを有する真空計であって、通常動作モードで真空圧力を測定する第１の感圧手段と、汚染診断モードで上記真空圧力を測定する第２の感圧手段と、第２の感圧手段による測定値を第１の感圧手段による測定値と比較する比較手段とを備えた真空計を提供する。

　上記課題を解決するため、本発明は、汚染診断モードと、検出される電流の大きさに応じて真空圧力を測定する通常動作モードとを有する真空計であって、上記電流を構成する荷電粒子を授受する第１の陽極及び第１の陰極と、上記電流を構成する荷電粒子を授受する第２の陽極及び第２の陰極と、通常動作モードにおいては第１の陽極及び第１の陰極間で荷電粒子を授受させることによって第１の陽極及び第１の陰極間に流れる電流の大きさを測定すると共に、汚染診断モードにおいては第２の陽極及び第２の陰極間で荷電粒子を授受させることによって第２の陽極及び第２の陰極間に流れる電流の大きさを測定し、第１の陽極及び第１の陰極間で測定された電流の大きさと比較する制御手段とを備えた真空計を提供する。

　また、上記課題を解決するため、本発明は、汚染診断モードと、検出される電流の大きさに応じて真空圧力を測定する通常動作モードとを有する真空計であって、上記電流を構成する荷電粒子を捕集する第１の電極と、上記電流を構成する荷電粒子を捕集する第２の電極と、通常動作モードにおいては第１の電極で荷電粒子を捕集させることによって電流の大きさを測定すると共に、汚染診断モードにおいては第２の電極で荷電粒子を捕集させることによって電流の大きさを測定し、第１の電極で荷電粒子を捕集させることにより測定された電流の大きさと比較する制御手段とを備えた真空計を提供する。

　また、上記課題を解決するため、本発明は、検出される電流の大きさに応じて真空圧力を測定する真空計に対する汚染診断方法であって、通常動作において上記電流を構成する荷電粒子を授受させる第１の陽極及び第１の陰極と異なる第２の陽極及び第２の陰極間で荷電粒子を授受させる第１のステップと、荷電粒子の授受により第２の陽極及び第２の陰極間に流れる電流の大きさを測定し、第１の陽極及び第１の陰極間で荷電粒子を授受させることによって測定された電流の大きさと比較する第２のステップと、第２のステップで比較された二つの電流の大きさの比又は差が、予め定められた範囲内に収まっているか否かを判断する第３のステップと、第３のステップで収まっていると判断した場合は真空計は清浄であり、収まっていないと判断した場合には真空計は汚染されていると診断する第４のステップとを有する汚染診断方法を提供する。

　また、上記課題を解決するため、本発明は、検出される電流の大きさに応じて真空圧力を測定する真空計に対する汚染診断方法であって、通常動作において電流を構成する荷電粒子を捕集させる第１の電極と異なる第２の電極で荷電粒子を捕集させる第１のステップと、第２の電極で荷電粒子を捕集させることによって電流の大きさを測定し、第１の電極で荷電粒子を捕集させることにより測定された電流の大きさと比較する第２のステップと、第２のステップで比較された二つの電流の大きさの比又は差が、予め定められた範囲内に収まっているか否かを判断する第３のステップと、第３のステップで収まっていると判断した場合は真空計は清浄であり、収まっていないと判断した場合には真空計は汚染されていると診断する第４のステップとを有する汚染診断方法を提供する。

　本発明によれば、簡易な構成により真空計の汚染度を精度よく診断できる真空計や、簡易な手順により真空計の汚染度を精度よく診断できる汚染度診断方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る冷陰極電離真空計の構成を示す図である。図１に示された冷陰極電離真空計に対する汚染度診断方法を示すフローチャートである。図１に示されたコントローラ１０に含まれた放電切替回路３０の構成を示す回路図である。図３に示された放電切替回路３０を用いた汚染度診断方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る熱陰極電離真空計の構成を示す図である。図５に示された熱陰極電離真空計に対する汚染度診断方法を示すフローチャートである。

　以下において、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
　図１は、本発明の実施の形態に係る冷陰極電離真空計の構成を示す図である。図１に示されるように、本発明の実施の形態に係る冷陰極電離真空計は、陽極１と、仕切り板２、陰極３、絶縁碍子５、陽極７、磁石８，９、及びコントローラ１０とを備える。ここで、陽極１及び陽極７と陰極３がそれぞれ対向して配置され、両陽極１，７に対向する陰極３は同電位をなす共通電極として構成される。

　また、二つの陽極７と陽極１とは、介在する絶縁碍子５によりそれぞれ電気的に絶縁され、両陽極７は相互に接続される。そして、陽極１，７と陰極３がコントローラ１０に接続され、コントローラ１０により陽極１，７及び陰極３の電位が制御される。

　また、陽極１及び陰極３間における第１の放電領域に対応して、陰極３の外側に磁石８が配設され、同様に、陽極７及び陰極３間における第２の放電領域に対応して、陰極３の外側に磁石９が配設される。これら一対の磁石８，９はそれぞれ、陰極３から放出された電子に磁場を印加することにより、陽極１，７への放電を促す機能を有するものである。

　以下において、図２を参照しつつ、図１に示された冷陰極電離真空計に対する汚染度診断方法を詳しく説明する。
　まず前提として、上記冷陰極電離真空計は通常動作モードと汚染診断モードとを有し、通常動作モードにおいては、コントローラ１０により陽極１と陰極３の間において放電され、これら陽極１と陰極３の間に流れる電流の大きさを測定することにより真空圧力が求められる。

　従って、陽極１及び陰極３が通常動作モードにおける感圧手段として機能することになる。

　一方、汚染度を診断するための汚染診断モードでは、まずステップＳ１において、コントローラ１０が陽極７と陰極３の間において放電させ、これら陽極７及び陰極３の間で電子を授受させる。

　従って、汚染診断モードでは、陽極７及び陰極３が感圧手段として機能することになる。

　次に、ステップＳ２において、コントローラ１０は、陽極７及び陰極３の間に流れる電流の大きさを測定し、陽極１及び陰極３の間で測定された電流の大きさと比較する。

　次に、ステップＳ３において、コントローラ１０は、ステップＳ２で比較された両電流の大きさの比又は差が予め定められた許容範囲内に収まっているか否かを判断する。

　そして、コントローラ１０は、収まっていると判断された場合にはステップＳ４へ進んで当該冷陰極電離真空計は清浄なものと診断すると共に、収まっていないと判断された場合にはステップＳ５へ進んで当該冷陰極電離真空計は汚染されていると診断する。

　上記のような図２に示された汚染度診断方法によれば、陽極７と陰極３の間における第２の放電領域では通常動作モードにおいて放電がなされず、汚染診断モードでだけ放電が行われることから、通常動作モードで使用される第１の放電領域を構成する陽極１及び陰極３より汚染度が低い陽極７及び陰極３を用いて真空圧力を測定することができる。

　これにより、第１の放電領域を構成する陽極１及び陰極３が汚染された場合には、上記ステップＳ２において比較対象とされる両電流の大きさに確実な差異を生じさせることができる。

　なお、上記において、汚染診断モードでは、第２の放電領域だけで放電させる他、第２の放電領域のみならず第１の放電領域を同時に放電させるようにしてもよい。

　ここで、上記の通常動作モードと汚染診断モードとの間の切り替えは、上記第１の放電領域と第２の放電領域のうち一方における放電をオフした後に他方をオンして放電させる方法が採り得る。

　しかしこの方法によれば、放電領域の圧力が１０^-3Ｐａ程度であるときは上記切り替えをスムーズに行うことができるものの、放電領域の圧力が超高真空（１０^-7Ｐａ以下）であるときは上記他方の放電が開始しにくくなるために上記切り替えをスムーズに行うことができないという問題がある。

　そこで、上記切り替えを行う際には、一方の放電領域における放電を維持しつつ、他方の放電領域における放電を開始させる。

　このような手段によって、上記一方の放電領域において維持させる放電、すなわち荷電粒子の授受が、上記他方の放電領域における放電の契機となるため、当該他方の放電領域における放電をスムーズに開始させることができる。

　従って、当該他方の放電領域における放電の開始後に上記一方の放電領域における放電をオフさせることにより、上記通常動作モードと汚染診断モードとをスムーズに切り替えることができる。

　以下において、通常動作モードと汚染診断モードとの間において上記の切り替えを実現するための実施の形態について詳しく説明する。

　図３は、図１に示されたコントローラ１０に含まれた放電切替回路３０の構成を示す回路図である。図３に示されるように、放電切替回路３０はスイッチＳＷ１，ＳＷ２と、高電圧用リレーｒ１，ｒ２を含む。

　ここで、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の一端と高電圧用リレーｒ１，ｒ２のコイル部の一端はそれぞれ直流電源ＤＶに接続される。また、スイッチＳＷ１の他端と高電圧用リレーｒ１のコイル部の他端が接続され、スイッチＳＷ２の他端と高電圧用リレーｒ２のコイル部の他端が接続される。また、高電圧用リレーｒ１，ｒ２のスイッチ部の一端には共に例えば２キロボルト（ｋＶ）程度の高電圧が供給される。さらに、高電圧用リレーｒ１のスイッチ部の他端は陽極１に接続され、高電圧用リレーｒ２のスイッチ部の他端は陽極７に接続される。

　図４は、図３に示された放電切替回路３０を用いた汚染度診断方法を示すフローチャートである。以下において、図４を参照しつつ、放電切替回路３０を用いた汚染度診断方法を詳しく説明する。

　まずステップＳ１では、通常動作モードにおいて、スイッチＳＷ１をオンすることにより高電圧用リレーｒ１をオンして高電圧を陽極１へ供給することにより、陽極１と陰極３の間で放電させる。

　次に、ステップＳ２では、ステップＳ１における放電を維持させつつ、さらにスイッチＳＷ２をオンすることにより高電圧用リレーｒ２をオンして高電圧を陽極７へ供給することにより、陽極７と陰極３の間の放電を開始させる。

　そして、ステップＳ３では、汚染診断モードに入るためにスイッチＳＷ１をオフさせて高電圧用リレーｒ１をオフすることにより、陽極７と陰極３の間でだけ放電させる。

　以上のような図４に示された汚染度診断方法によれば、汚染診断モードにおける陽極７と陰極３の間における放電を、通常動作モードにおける陽極１と陰極３の間における放電状態を利用して開始させるため、両モード間をスムーズに切り替えることができる。また、汚染診断後に、汚染診断モードから通常動作モードに戻す時も、同様の動作を行うことで、スムーズに放電を切り替えることができる。

　以上より、図１に示された本発明の実施の形態に係る冷陰極電離真空計及び本冷陰極電離真空計に対する汚染度診断方法によれば、一つの真空計の中に第１の放電領域と第２の放電領域とを設け、これらの放電領域を通常動作モードと汚染診断モードにおいてコントローラ１０により使い分けることによって、簡易な構成及び簡易な方法で精度の高い汚染度診断を実現することができる。

　また、上記の冷陰極電離真空計によれば、本真空計が設置された真空装置を停止することなくコントローラ１０が汚染診断モードに切り替えるだけで、本真空計の健全性を判定することができ、本真空計を含めた真空装置全体のメンテナンス時期を適切に判定することができる。

　そして、このように本真空計の健全性を確保することにより、当該真空装置全体をより深刻な汚染から守ることができることになる。

　図５は、本発明の実施の形態に係る熱陰極電離真空計の構成を示す図である。図５に示されるように、本発明の実施の形態に係る熱陰極電離真空計は、グリッド（陽極）１１と、熱フィラメント（陰極）１３、シールド１５、第１イオンコレクタ１７、第２イオンコレクタ１９、及びコントローラ２０とを備える。

　ここで、グリッド１１及び熱フィラメント１３は対向して配置され、第１イオンコレクタ１７及び第２イオンコレクタ１９は共にグリッド１１に対してシールド１５を隔てた反対側に配置される。そして、グリッド１１と熱フィラメント１３、第１イオンコレクタ１７及び第２イオンコレクタ１９がそれぞれコントローラ２０に接続され、コントローラ２０によりこれらグリッド１１と熱フィラメント１３、第１イオンコレクタ１７及び第２イオンコレクタ１９の電位が制御される。

　以下において、図６を参照しつつ、図５に示された熱陰極電離真空計に対する汚染度診断方法を詳しく説明する。
　上記熱陰極電離真空計では、熱フィラメント１３から放出した電子がグリッド１１まで飛行する過程において、気体分子と衝突して正イオンが生成される。そして、通常動作モードと汚染診断モードとを有する本真空計において、通常動作モードでは、第１イオンコレクタ１７により上記正イオンが捕集され、イオン電流の大きさが測定されて真空圧力が求められる。

　従って、第１イオンコレクタ１７が通常動作モードにおける感圧手段として機能する。

　一方、汚染度を診断するための汚染診断モードでは、まずステップＳ１において、コントローラ２０は第１イオンコレクタ１７を正電位とすることにより上記正イオンの進路を曲折させ、第２イオンコレクタ１９に当該正イオンを捕集させる。

　従って、汚染診断モードでは、第２イオンコレクタ１９が感圧手段として機能する。

　次に、ステップＳ２において、コントローラ２０は、第２イオンコレクタ１９により捕集された正イオンによるイオン電流の大きさを測定し、第１イオンコレクタ１７で正イオンを捕集させることにより測定されたイオン電流の大きさと比較する。

　次に、ステップＳ３において、コントローラ２０は、ステップＳ２で比較された両イオン電流の大きさの比又は差が予め定められた許容範囲内に収まっているか否かを判断する。

　そして、コントローラ２０は、収まっていると判断された場合にはステップＳ４へ進んで当該熱陰極電離真空計は清浄なものと診断すると共に、収まっていないと判断された場合にはステップＳ５へ進んで当該熱陰極電離真空計は汚染されていると診断する。

　なお、一般的にイオンコレクタの表面では、正イオンの捕集に伴って汚染物質が堆積し絶縁膜が生成されるため、結果的にイオン電流の測定値が異常となる。

　上記のような図６に示された汚染度診断方法によれば、第２イオンコレクタ１９では通常動作モードにおいてイオンの捕集がなされず、汚染診断モードでだけ捕集されることから、通常動作モードで使用される第１イオンコレクタ１７の表面より汚染度が低い第２イオンコレクタ１９を用いて真空圧力を測定することができる。

　これにより、第１イオンコレクタ１７が汚染された場合には、上記ステップＳ２において比較対象とされる両イオン電流の大きさに確実な差異を生じさせることができる。

　以上より、図５に示された本発明の実施の形態に係る熱陰極電離真空計及び本熱陰極電離真空計に対する汚染度診断方法によれば、一つの真空計の中に第１イオンコレクタ１７と第２イオンコレクタ１９とを設け、これらを通常動作モードと汚染診断モードにおいてコントローラ２０により使い分けることによって、簡易な構成及び簡易な方法で精度の高い汚染度診断を実現することができる。

　また、上記の熱陰極電離真空計によっても、本真空計が設置された真空装置を停止することなくコントローラ２０が汚染診断モードに切り替えるだけで、本真空計の健全性を判定することができ、本真空計を含めた真空装置全体のメンテナンス時期を適切に判定することができる。

　そして、このように本真空計の健全性を確保することにより、当該真空装置全体をより深刻な汚染から守ることができる。

　なお、上記においては、冷陰極電離真空計及び熱陰極電離真空計に関する実施の形態について説明したが、本発明はタイプの異なる真空計にも適用できると考えられる。

　１，７　陽極
　３　　　陰極
　８，９　磁石
　１０，２０　　コントローラ
　１１　　グリッド（陽極）
　１３　　熱フィラメント（陰極）
　１７　　第１イオンコレクタ
　１９　　第２イオンコレクタ
　３０　　放電切替回路。

Claims

　通常動作モードと汚染診断モードとを有する真空計であって、
　前記通常動作モードで真空圧力を測定する第１の感圧手段と、
　前記汚染診断モードで前記真空圧力を測定する第２の感圧手段と、
　前記第２の感圧手段による測定値を前記第１の感圧手段による測定値と比較する比較手段とを備えた真空計。
　汚染診断モードと、検出される電流の大きさに応じて真空圧力を測定する通常動作モードとを有する真空計であって、
　前記電流を構成する荷電粒子を授受する第１の陽極及び第１の陰極と、
　前記電流を構成する前記荷電粒子を授受する第２の陽極及び第２の陰極と、
　前記通常動作モードにおいては前記第１の陽極及び前記第１の陰極間で前記荷電粒子を授受させることによって前記第１の陽極及び前記第１の陰極間に流れる前記電流の大きさを測定すると共に、前記汚染診断モードにおいては前記第２の陽極及び前記第２の陰極間で前記荷電粒子を授受させることによって前記第２の陽極及び前記第２の陰極間に流れる前記電流の大きさを測定し、前記第１の陽極及び前記第１の陰極間で測定された前記電流の大きさと比較する制御手段とを備えた真空計。
　前記第１の陽極及び前記第１の陰極間で授受される前記荷電粒子と前記第２の陽極及び前記第２の陰極間で授受される前記荷電粒子に磁場を印加する磁場印加手段をさらに備えた、請求項２に記載の真空計。
　前記第１の陰極と前記第２の陰極は、同電位をなす共通電極により構成される請求項２又は３に記載の真空計。
　前記制御手段は、前記通常動作モードと前記汚染診断モードを切り替える場合に、切り替え前のモードにおける前記荷電粒子の前記授受を維持しつつ切り替え後のモードにおける前記荷電粒子の前記授受を開始させる請求項２に記載の真空計。
　汚染診断モードと、検出される電流の大きさに応じて真空圧力を測定する通常動作モードとを有する真空計であって、
　前記電流を構成する荷電粒子を捕集する第１の電極と、
　前記電流を構成する前記荷電粒子を捕集する第２の電極と、
　前記通常動作モードにおいては前記第１の電極で前記荷電粒子を捕集させることによって前記電流の大きさを測定すると共に、前記汚染診断モードにおいては前記第２の電極で前記荷電粒子を捕集させることによって前記電流の大きさを測定し、前記第１の電極で前記荷電粒子を捕集させることにより測定された前記電流の大きさと比較する制御手段とを備えた真空計。
　前記荷電粒子を生成させるための陽極及び陰極をさらに備えた、請求項６に記載の真空計。
　検出される電流の大きさに応じて真空圧力を測定する真空計に対する汚染度診断方法であって、
　通常動作において前記電流を構成する荷電粒子を授受させる第１の陽極及び第１の陰極と異なる第２の陽極及び第２の陰極間で前記荷電粒子を授受させる第１のステップと、
　前記荷電粒子の授受により前記第２の陽極及び前記第２の陰極間に流れる前記電流の大きさを測定し、前記第１の陽極及び前記第１の陰極間で前記荷電粒子を授受させることによって測定された前記電流の大きさと比較する第２のステップと、
　前記第２のステップで比較された二つの電流の大きさの比又は差が、予め定められた範囲内に収まっているか否かを判断する第３のステップと、
　前記第３のステップで収まっていると判断した場合は前記真空計は清浄であり、収まっていないと判断した場合には前記真空計は汚染されていると診断する第４のステップとを有する前記汚染度診断方法。
　前記第１のステップは、
　前記通常動作における前記荷電粒子の前記授受を維持しつつ前記第２の陽極と前記第２の陰極との間における前記荷電粒子の前記授受を開始させるステップと、
　前記第２の陽極及び前記第２の陰極間における前記荷電粒子の前記授受が開始した後に、前記第１の陽極と前記第１の陰極との間における前記荷電粒子の前記授受を終了させるステップとを含む、請求項８に記載の汚染度診断方法。
　検出される電流の大きさに応じて真空圧力を測定する真空計に対する汚染度診断方法であって、
　通常動作において前記電流を構成する荷電粒子を捕集させる第１の電極と異なる第２の電極で前記荷電粒子を捕集させる第１のステップと、
　前記第２の電極で前記荷電粒子を捕集させることによって前記電流の大きさを測定し、前記第１の電極で前記荷電粒子を捕集させることにより測定された前記電流の大きさと比較する第２のステップと、
　前記第２のステップで比較された二つの電流の大きさの比又は差が、予め定められた範囲内に収まっているか否かを判断する第３のステップと、
　前記第３のステップで収まっていると判断した場合は前記真空計は清浄であり、収まっていないと判断した場合には前記真空計は汚染されていると診断する第４のステップとを有する前記汚染度診断方法。