JPH11304629A - Leak detecting method for vacuum container, monitoring apparatus for film formation quality and continuous vacuum film formation apparatus - Google Patents
Leak detecting method for vacuum container, monitoring apparatus for film formation quality and continuous vacuum film formation apparatusInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、真空成膜装置(ス
パッタリング等のPVD、プラズマCVD、減圧CVD
等により成膜を行う装置)や真空を使用したプロセス装
置、測定装置に使用される真空容器の漏洩検出方法、及
びその漏洩検出方法を応用した成膜品質監視装置、及び
連続式真空成膜装置に関する。そして本発明は特に、複
数の真空容器から構成される連続式真空成膜装置に搭載
するスパッタリング用カソードに発生した大気漏洩(真
空リーク)の場所を特定する効率的な技術に関し、高速
真空成膜装置の生産性向上に寄与するものであり、主な
応用としては、相変化型光ディスクの枚葉式真空成膜装
置、及びLCD用透明電極膜(ガラス基板、プラスチッ
ク基板、カラーフィルターへの透明導電膜形成)を複数
の成膜用真空容器を用いてインライン成膜を行う場合の
スパッタリングターゲットの交換後のダウンタイムを大
幅に削減できる技術に関するものであり、また、大気漏
洩の確認と共に、質量分析計を用いることによって、基
板搬入時の真空系の残留ガスの検出もできるのでプロセ
ス条件の均質化に大いに寄与できる技術に関するもので
ある。The present invention relates to a vacuum film forming apparatus (PVD such as sputtering, plasma CVD, low pressure CVD, etc.)
Apparatus for forming a film by using a method, etc.), a process apparatus using a vacuum, a method for detecting a leak in a vacuum vessel used in a measuring apparatus, a film quality monitoring apparatus to which the leak detecting method is applied, and a continuous vacuum film forming apparatus About. In particular, the present invention relates to an efficient technique for specifying a location of an atmospheric leak (vacuum leak) generated in a sputtering cathode mounted on a continuous vacuum film forming apparatus including a plurality of vacuum vessels, and relates to a high-speed vacuum film forming method. The main applications are single-wafer vacuum film forming equipment for phase-change optical disks and transparent electrode films for LCDs (transparent conductive films for glass substrates, plastic substrates, color filters, etc.). The technology relates to technology that can significantly reduce downtime after replacement of a sputtering target when performing in-line film formation using multiple vacuum chambers for film formation. Technology that can greatly contribute to the homogenization of process conditions because it can detect residual gas in a vacuum system when a substrate is loaded by using a meter. Than it is.
【0002】[0002]
【従来の技術】真空容器の漏洩検出方法等に関する従来
技術としては、例えば、 特開平8−45856号公報「減圧処理方法および装
置」:減圧CVD装置の処理室に質量分析装置が接続さ
れ、処理室の酸素分圧および窒素分圧を測定し外部リー
クチェックを短時間で実施する、 特開平5−299359号公報「膜質管理装置及び膜
質管理方法」:膜堆積時の真空チャンバーのリークをそ
の場で分圧測定手段により検出してアラームを出す装置
と方法、 特開平7−103843号公報「真空漏洩検出方法お
よび同装置」:ヘリウムスプレーガンによっ密封真空容
器にトレースガスとしてのヘリウムを吹き付け、真空容
器内の気体を抽出しヘリウムリークディテクタによって
トレースガスの漏入の有無を検知する、 特開平9−101229号公報「真空容器の漏洩空気
量測定方法」:水蒸気を含む真空容器の気密確認を、真
空を破壊することなく、かつ蓋いを使用することなく残
留ガス分析装置を用いて行う、 特開平5−240729号公報「漏れ検査装置」:漏
れ検査装置の感度構成等に用いるマスターリークの漏れ
量の測定として、真空排気ポンプにより真空室を所定の
真空圧まで掃引した後、トレースガス供給源からマスタ
ーリークにより真空室へトレースガスを定流量で所定時
間リークさせ、ガスセンサ(質量分析計)により真空室
のトレースガス濃度を測定する、 特開平6−74855号公報「真空漏洩検出方法、お
よび同装置」、等がある。2. Description of the Related Art As a prior art relating to a method of detecting a leak in a vacuum vessel, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-45856, entitled "Decompression Method and Apparatus": Measurement of oxygen partial pressure and nitrogen partial pressure in a chamber to perform external leak check in a short time, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 5-299359, "Film Quality Management Apparatus and Method". Apparatus and method for detecting by means of a partial pressure measuring means and issuing an alarm, JP-A-7-103843, "Vacuum leak detection method and apparatus": Helium as a trace gas is sprayed onto a sealed vacuum vessel by a helium spray gun, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-101229, extracting gas in a vacuum vessel and detecting the presence or absence of trace gas leakage by a helium leak detector. Publication "Method for measuring leaked air amount in vacuum vessel": airtightness of a vacuum vessel containing water vapor is confirmed using a residual gas analyzer without breaking vacuum and without using a lid. No. 240729, “Leakage inspection device”: As a measurement of the leakage amount of a master leak used for the sensitivity configuration of the leakage inspection device, etc., the vacuum chamber is swept to a predetermined vacuum pressure by a vacuum pump, and then a master leak is supplied from a trace gas supply source. , A trace gas is leaked into the vacuum chamber at a constant flow rate for a predetermined time, and a trace gas concentration in the vacuum chamber is measured by a gas sensor (mass spectrometer). Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-74855 entitled "Vacuum Leak Detection Method and Apparatus" Etc.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】近年、電子機器、特に
情報通信技術の革新的な進展に伴いこの周辺機器として
情報の表示や情報の記録に液晶ディスプレイ(LCD)
や光ディスク装置が急速に利用され始めており、これら
のデバイスの製造には真空成膜装置が必須のものとして
利用されている。一例を挙げれば、液晶ディスプレイで
は透明電極基板が使用されており、これはガラスやプラ
スチックの基板に対して、あるいはその基板にカラーフ
ィルターを成膜した基板に対して、真空成膜装置により
それらの基板上に透明電極用の透明導電膜を成膜する。
また、透明導電膜として例えばITO(Indium Tin
Oxide)や必要に応じて透明導電膜の下層、上層に保護
用透明無機薄膜を真空成膜法、例えばスパッタリング法
によって連続的に低コストで製造する装置が一般化して
いる。In recent years, with the recent advancement of electronic devices, especially information and communication technology, liquid crystal displays (LCD) have been used as peripheral devices for displaying and recording information.
And optical disk devices have begun to be rapidly used, and a vacuum film forming apparatus has been used as an indispensable device for manufacturing these devices. For example, a liquid crystal display uses a transparent electrode substrate, which is formed on a glass or plastic substrate or a substrate on which a color filter is formed by a vacuum film forming apparatus. A transparent conductive film for a transparent electrode is formed on a substrate.
Further, as a transparent conductive film, for example, ITO (Indium Tin)
Oxide) and, if necessary, an apparatus for continuously producing a transparent inorganic thin film for protection on the lower and upper layers of the transparent conductive film at a low cost by a vacuum film forming method, for example, a sputtering method.
【0004】これらのデバイスの製造にあたって製造コ
ストを下げるために、如何に一度に大量に処理するか、
あるいは装置のダウンタイムを如何に短縮するか、ある
いは両者の相乗効果でコストを削減することが大きな命
題の一つとなっている。この課題を解決する手段として
は、複数の真空容器を直列に接続し成膜処理すべき基板
を単数もしくは複数搭載する基板キャリアーを水平もし
くは垂直に搬送しながら連続的に成膜処理するインライ
ン式成膜装置がある。このインライン式成膜装置では、
基板キャリアーを搬入する基板仕込み室(以下、ロード
ロック室と言う)があり、そこから複数の真空容器を経
由して所望の薄膜を遅滞することなく連続的に成膜しな
がら最後の基板取り出し室(以下、アンロード室と言
う)から処理された基板を取り出す構成となっている。[0004] In order to reduce the manufacturing cost in manufacturing these devices, how to process a large amount at once,
One of the major propositions is how to reduce the downtime of the apparatus or how to reduce the cost by synergistic effects of the two. In order to solve this problem, there is an in-line type component in which a plurality of vacuum chambers are connected in series, and a film carrier is continuously or horizontally transported on a substrate carrier on which one or a plurality of substrates to be film-formed are mounted. There is a membrane device. In this in-line type film forming apparatus,
There is a substrate loading chamber (hereinafter referred to as a “load lock chamber”) into which a substrate carrier is loaded. From there, a final substrate unloading chamber is formed while continuously forming a desired thin film without delay through a plurality of vacuum vessels. (Hereinafter, referred to as an unloading chamber) to take out the processed substrate.
【0005】一方、光ディスク装置では、記録のための
デバイスである光ディスクメディア(記録媒体)は5イ
ンチの透明樹脂製の薄い円盤に記録材料や反射材料を塗
布もしくは真空成膜法で形成する。近年注目される書き
換え可能な光ディスクの一つである相変化型光ディスク
を一例に取ると、光記録材料や反射材料が多層にわたっ
て成膜され、成膜のタクトタイムを縮減し製造コストを
下げるため枚葉処理が一般的になっている。相変化型光
ディスクメディアを製造する装置は最近では枚葉処理を
高速で行うため、メディア用基板を取り入れ・取り出し
する真空容器、および成膜用スパッタリング用カソード
を搭載した真空容器が複数個円周状に配置され、円周の
中心部には各真空容器の仕切を兼ね、かつメディア用基
板を把持するアームが各真空容器の数だけ設けられた基
板搬送機構があり、回転しながらメディア基板に順次薄
膜を成膜する方式が多くなっている。On the other hand, in an optical disk apparatus, an optical disk medium (recording medium) as a device for recording is formed by applying a recording material or a reflective material to a thin disk of a 5-inch transparent resin by a vacuum coating method. Taking an example of a phase-change type optical disc, which is one of the rewritable optical discs that have attracted attention in recent years, an optical recording material and a reflective material are formed in multiple layers, and in order to reduce the tact time of the film formation and reduce the manufacturing cost, Leaf processing has become common. In recent years, equipment for manufacturing phase-change optical disk media has a plurality of vacuum containers that take in and out media substrates and vacuum containers equipped with film-forming sputtering cathodes in order to perform high-speed single-wafer processing. In the center of the circumference, there is a substrate transfer mechanism that also serves as a partition for each vacuum container and has arms for holding the media substrate as many as the number of vacuum containers. The method of forming a thin film is increasing.
【0006】上記の二つの例ではいずれも複数の真空容
器にそれぞれ搭載されるスパッタリング用カソードを用
いて高速に所望の薄膜を形成する、いわゆるハイレート
スパッタリングを行う装置であって、スパッタリング用
カソードに搭載される薄膜材料いわゆるターゲット材料
を頻繁に交換する必要がある。上記の二例のうち相変化
型光ディスクを製造する枚葉式スパッタリング装置を例
に取ると、メディア用基板を真空内に受け取り、一連の
成膜後に真空外に取り出す真空容器(以下、ロード/ア
ンロード室と言う)に該基板を入れ真空排気後、次に続
く3つの真空容器で誘電体薄膜をそれぞれRFマグネト
ロンスパッタリング法で成膜する。続いて次の真空容器
ではDCマグネトロンスパッタリング法で光記録材料で
ある相変化材料の薄膜を形成した後、次の真空容器で再
び誘電体薄膜を形成する。その後に続く2つの真空容器
では反射その他の作用をするアルミ合金の薄膜をDCマ
グネトロンスパッタリング法により成膜して、最後にロ
ード/アンロード室から一連の成膜処理を終えた基板が
搬出される。In each of the above two examples, a so-called high-rate sputtering apparatus for forming a desired thin film at a high speed by using a sputtering cathode mounted on each of a plurality of vacuum vessels is provided. It is necessary to frequently change the thin film material to be used, the so-called target material. Taking a single-wafer sputtering apparatus for manufacturing a phase-change optical disk as an example of the above two examples, a vacuum container (hereinafter, load / unload) that receives a medium substrate in a vacuum and takes it out of the vacuum after a series of film formation. After placing the substrate in a load chamber) and evacuating, a dielectric thin film is formed in each of the following three vacuum containers by RF magnetron sputtering. Subsequently, in the next vacuum container, a thin film of a phase change material, which is an optical recording material, is formed by DC magnetron sputtering, and then a dielectric thin film is formed again in the next vacuum container. In the subsequent two vacuum vessels, a thin film of an aluminum alloy having a function of reflection and other functions is formed by a DC magnetron sputtering method, and finally, the substrate after a series of film forming processes is carried out of the load / unload chamber. .
【0007】上記の相変化型光ディスク製造装置の例で
は、成膜時に基板が過大に温度上昇しないように、また
必要とされる薄膜の膜厚を効率的に成膜できるように、
誘電体薄膜(例えば、ZnS・SiO2 複合ターゲット
材料)、アルミ合金薄膜(例えば、AlとCrの合金)
はそれぞれ3つあるいは2つの真空容器に分けて連続的
に成膜されるが、このような枚葉処理は各真空容器で高
速にスパッタリングされるため、一つの基板がロード/
アンロード室に投入され一連の成膜処理を終えて再びロ
ード/アンロード室から取り出されるまでのタクトタイ
ムが7秒台、長くても10秒以下の時間で処理できる高
速な処理装置である。この例で明らかなように、相変化
型光ディスク製造装置では、複数のスパッタリング用カ
ソードを同時に用い高速成膜されるため、スパッタリン
グ用カソードに搭載されるターゲット材料の消耗が大き
く、本発明者らが経験した実際の量産では2ないし3日
に1回の頻度でターゲット材料を交換する必要が生じ
る。In the above-described example of the phase change type optical disk manufacturing apparatus, the temperature of the substrate is not excessively increased during the film formation, and the required thin film thickness can be efficiently formed.
Dielectric thin film (for example, ZnS / SiO 2 composite target material), aluminum alloy thin film (for example, alloy of Al and Cr)
Are continuously formed in three or two vacuum vessels, respectively. Since such a single wafer processing is sputtered at a high speed in each vacuum vessel, one substrate is loaded / loaded.
This is a high-speed processing device that can be processed in a time of 7 seconds or less, at most 10 seconds or less, after being put into the unload chamber and completing a series of film forming processes and being taken out of the load / unload chamber again. As is apparent from this example, in the phase change optical disk manufacturing apparatus, a plurality of sputtering cathodes are simultaneously used to form a film at a high speed, so that the target material mounted on the sputtering cathode is greatly consumed. The actual mass production experienced requires the target material to be changed once every two or three days.
【0008】このように、複数のスパッタリング用カソ
ードを具備する成膜装置では、頻繁に成膜材料であるス
パッタリング用ターゲットを交換する。通常、ターゲッ
トはスパッタリング用カソード上に設置され、スパッタ
リング用カソードは真空容器にオーリング(O−リン
グ)等のシール材を介して気密シールされる。ところが
一般にスパッタリングにより薄膜形成するとターゲット
材料の一部はパーティクル(微粉体)となって真空容器
内に飛散、堆積し、気密シール部に付着して気密性を阻
害する一因となっており、誘電体薄膜ではこのパーティ
クル発生が顕著である。そして気密性が阻害されると微
小なリークであっても薄膜の品質に決定的な欠陥を与え
ることが多い。気密性が悪化する原因としてパーティク
ルの他にオーリング等のシール材の劣化、容器の溶接部
の劣化など様々であるが、頻繁にスパッタリング用カソ
ードを開閉してターゲットを交換する場合には、これら
の原因を除去した上で早急に通常の真空状態に復帰しな
いと装置のダウンタイムによる損失が大きくなってしま
い、特に枚葉式で連続処理する装置では影響が大きい。
先に挙げた二例のうち、LCD用の透明導電膜の製造装
置はインライン式が多様されているが、この場合もライ
ン状(直線的)に多数の真空容器が配置され、成膜用に
多数のスパッタリング用カソードが搭載されており、I
TO膜や保護膜(例えば、SiO2 )はセラミックス系
の薄膜であるためパーティクルの発生が多く、各真空容
器で高速にスパッタリングを行うためターゲットの交換
も頻繁であり、事情は相変化型光ディスク製造装置の上
述の例と同様である。As described above, in a film forming apparatus having a plurality of sputtering cathodes, the sputtering target, which is a film forming material, is frequently changed. Usually, the target is installed on a sputtering cathode, and the sputtering cathode is hermetically sealed in a vacuum vessel via a sealing material such as an O-ring (O-ring). However, in general, when a thin film is formed by sputtering, part of the target material becomes particles (fine powder), which scatters and accumulates in the vacuum vessel, adheres to the hermetic seal portion, and is a factor that hinders hermeticity. This particle generation is remarkable in the body thin film. When airtightness is impaired, even a minute leak often gives a critical defect to the quality of the thin film. There are various causes such as deterioration of sealing materials such as O-rings and deterioration of the welded part of the container in addition to particles as causes of poor airtightness. Unless the cause of the above is eliminated and the normal vacuum state is not immediately restored, the loss due to the downtime of the apparatus increases, and this has a particularly large effect on the apparatus for continuous processing in a single-wafer system.
Of the above two examples, the in-line type manufacturing apparatus for the transparent conductive film for LCD is various, but also in this case, a large number of vacuum vessels are arranged in a line (linear), and Many sputtering cathodes are mounted, and I
Since the TO film and the protective film (for example, SiO 2 ) are ceramic-based thin films, they generate a lot of particles, and high-speed sputtering is performed in each vacuum vessel, so that targets are frequently exchanged. Similar to the above example of the device.
【0009】上述の二例の薄膜製造装置に象徴されるよ
うに、最近の真空成膜装置はデバイス用のためプロセス
に敏感な薄膜を製造しており、複数の真空容器で複数の
スパッタリング用カソードを搭載して連続的かつ高速に
成膜処理する。そのため、真空容器への外部からの大気
漏洩(外部リーク)の防止と外部リークの発見、特定、
修復が生産コストに寄与する度合いが非常に大きい。最
近の傾向としてはデバイス用基板にプラスチック(合成
樹脂基板)が使用されることが多く、外部リークの有無
や基板投入時の真空容器の残留ガスの管理が成膜プロセ
ス上管理すべき必須の要件となっている。真空容器の外
部からのリークに対しては、一般的には、(1)真空排
気後の密閉容器の圧力上昇をみる、(2)石鹸水等の泡
の発生でリークを検知する、(3)外部からトレースガ
ス(主にヘリウムガス)を密閉容器に吹き付けリークを
検知する、(4)質量分析計でリークに関わる分圧を検
知する、など種々の方法があるが、いずれも外部リーク
の発生の検知や発生箇所の特定に時間を要し装置のダウ
ンタイムが大きくなってしまう欠点があった。As symbolized by the above two examples of thin film manufacturing apparatuses, recent vacuum film forming apparatuses manufacture process-sensitive thin films for devices, and a plurality of sputtering cathodes in a plurality of vacuum vessels. To perform a continuous and high-speed film forming process. Therefore, prevention of air leakage from outside to the vacuum vessel (external leak) and detection, identification,
The degree to which repairs contribute to production costs is very large. As a recent trend, plastic (synthetic resin substrate) is often used as a substrate for devices, and it is an essential requirement to control the presence or absence of external leaks and the residual gas in the vacuum vessel when the substrate is loaded in the film formation process It has become. For leaks from the outside of the vacuum container, generally, (1) the pressure rise in the closed container after evacuation is observed, (2) the leak is detected by the generation of bubbles such as soapy water, (3) There are various methods such as detecting a leak by spraying a trace gas (mainly helium gas) from the outside into a closed container, and (4) detecting a partial pressure related to the leak by a mass spectrometer. There is a disadvantage that it takes time to detect the occurrence and specify the location of the occurrence, and the downtime of the apparatus increases.
【0010】これらの従来の方法の欠点を解消するため
に、特に操業度を要求される真空容器の外部リーク検知
方法として、例えば特開平8−45856号公報に示さ
れるように、減圧CVD装置の処理室に質量分析装置が
接続され、処理室の酸素分圧および窒素分圧を測定し外
部リークチェックを短時間で実施する方法や、特開平5
−299359号公報に示されるような、膜堆積時の真
空チャンバーのリークをその場で分圧測定手段により検
出してアラームを出す装置と方法などがある。これらの
方法は、真空容器に接続された質量分析計により装置稼
働中でも外部からリークする気体(大気)の分圧を検知
する方法であり、リーク検知の精度と時間短縮には有効
な手段ではあるが、以下のような欠点がある。In order to eliminate the drawbacks of these conventional methods, as a method of detecting an external leak of a vacuum vessel which requires a particularly high degree of operation, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. A method in which a mass spectrometer is connected to the processing chamber to measure an oxygen partial pressure and a nitrogen partial pressure in the processing chamber and to perform an external leak check in a short time.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 299359/1990 discloses a device and method for detecting a leak in a vacuum chamber at the time of film deposition by a partial pressure measuring means and issuing an alarm. These methods are methods for detecting the partial pressure of gas (atmosphere) leaking from the outside even while the apparatus is operating, using a mass spectrometer connected to a vacuum vessel, and are effective means for reducing leak detection accuracy and time. However, there are the following disadvantages.
【0011】(i)単数の真空容器を用いた真空成膜装
置、特にバッチ式の装置には対応可能であるが、複数の
真空容器で構成される真空成膜装置には質量分析計が高
価な計測器であるため、外部リーク検知のために個々の
真空容器に設置することは費用対効果の面でメリットが
ない。 (ii)外部からのトレースガスを使用しないで真空容器
内部の残留ガス分圧、具体的には大気漏洩の場合には真
空容器内の酸素、窒素の分圧で判断することは、真空容
器壁面から放出されるガスや処理基板等の内蔵物から発
生するガスの影響が除去できない。具体的には質量スペ
クトルについて、酸素分圧の主ピークはm/e=32、
窒素分圧の主ピークはm/e=28に現われるが、この
ピークが全て大気中の酸素、窒素に由来するものとは限
らない。真空容器内で残留していた酸素、水素、炭素や
これらから生成した化合物、あるいは内蔵物から出てく
るガスが基板の種類によっては大きく現われ、m/e=
32,28の中で例えばm/e=28については炭化水
素のフラグメントピーク(C2H4+)や一酸化炭素(C
O+)が現われる質量数であるため、大気リークからの
窒素に由来するスペクトルと即断できない状況がある。
これらの影響を除去するためには、いわゆるバッククラ
ウンドスペクトルを極小に抑える必要があるが、生産装
置にあっては上記の処置を予め行うことは事実上不可能
であり、かつそこまで行う手段が一般には必要性からみ
て具備されていない。(I) It is applicable to a vacuum film forming apparatus using a single vacuum vessel, particularly a batch type apparatus, but a mass spectrometer is expensive for a vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels. Since it is a simple measuring instrument, it is not cost-effective to install it in an individual vacuum vessel for external leak detection. (Ii) Judgment by the residual gas partial pressure inside the vacuum vessel without using trace gas from outside, specifically, in the case of atmospheric leakage, the determination of the partial pressure of oxygen and nitrogen in the vacuum vessel is based on the wall surface of the vacuum vessel. The effect of gas released from the gas or gas generated from internal components such as a processing substrate cannot be removed. Specifically, regarding the mass spectrum, the main peak of the oxygen partial pressure is m / e = 32,
The main peak of nitrogen partial pressure appears at m / e = 28, but not all peaks are derived from oxygen and nitrogen in the atmosphere. Oxygen, hydrogen and carbon remaining in the vacuum vessel, compounds generated therefrom, or gas coming out of the built-in material appear greatly depending on the type of substrate, and m / e =
For example, among m / e = 28 among 32 and 28, hydrocarbon fragment peak (C 2 H 4 +) and carbon monoxide (C
Since O +) is a mass number that appears, there is a situation where it cannot be immediately determined as a spectrum derived from nitrogen from an atmospheric leak.
In order to eliminate these effects, it is necessary to minimize the so-called background spectrum, but in a production apparatus, it is practically impossible to perform the above-described treatment in advance, and a means for performing such treatment is required. Is generally not provided in view of necessity.
【0012】上に示された典型的な従来技術例を引き合
いに出すまでもなく、質量分析計を直接真空容器に接続
する方法は便利ではあるが、リークチェックや残留ガス
分圧測定による真空の質の確認という両方の面で有効な
方法である反面、大まかで曖昧な検知結果をもたらす恐
れがある。一方、質量分析計を用いた他の方法では、例
えば特開平7−103843号公報に示されるような、
ヘリウムスプレーガンによって密封真空容器にトレース
ガスとしてのヘリウムを吹き付け、真空容器内の気体を
抽出しヘリウムリークディテクタによってトレースガス
の漏入の有無を検知する方法や、特開平9−10122
9号公報に示されるような、水蒸気を含む真空容器の気
密確認を真空を破壊せず、かつ蓋いを使用することなく
残留ガス分析装置を用いて行う方法、その他、特開平5
−240729号公報、特開平6−74855号公報な
どの従来技術がある。トレースガスを用いて検出を質量
分析計もしくは質量分析型ヘリウムリークディテクタに
よって行い外部リークを検出する方法は、リーク箇所の
特定のために多大の時間と高価なヘリウムガスの消費を
伴う上に真空容器内部の真空の品質までは判断できな
い。さらに、複数の真空容器が連続的に稼働するような
装置では、外部リークをチェックするために検出装置の
つなぎ替えなどの手間が非常に大きく操業度が極端に低
下する。Although it is convenient to connect the mass spectrometer directly to the vacuum vessel without citing the typical prior art examples shown above, it is necessary to check the vacuum by leak check or residual gas partial pressure measurement. While this is an effective method for both aspects of quality assurance, it can lead to rough and ambiguous detection results. On the other hand, in another method using a mass spectrometer, for example, as disclosed in JP-A-7-103843,
A method of spraying helium as a trace gas onto a sealed vacuum vessel with a helium spray gun to extract the gas in the vacuum vessel and detecting the presence or absence of trace gas with a helium leak detector;
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9 (1994) -5, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 9 (1999), discloses a method for checking the airtightness of a vacuum vessel containing water vapor using a residual gas analyzer without breaking vacuum and using a lid.
There are conventional techniques such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 240729/1994 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-74855. The method of detecting an external leak by performing detection using a trace gas with a mass spectrometer or a mass spectrometric helium leak detector requires a lot of time and consumption of expensive helium gas to identify the leak point, and also requires a vacuum vessel. The quality of the internal vacuum cannot be judged. Further, in an apparatus in which a plurality of vacuum vessels are operated continuously, it takes a great deal of trouble to change the connection of the detection apparatus in order to check for an external leak, and the operation rate is extremely reduced.
【0013】次に従来技術の欠点及び各請求項記載の発
明が解決しようとする課題について述べる。Next, the drawbacks of the prior art and the problems to be solved by the invention described in each claim will be described.
【0014】1.従来による真空容器の大気漏洩(外部
リーク)検知は基本的には真空容器毎に個別対応したチ
ェック(検知)を基本としたものであり、個別の真空容
器にトレースガスとしてヘリウムガスを吹き付け真空容
器に漏入するトレースガスを検出していた。また、複数
の真空容器で構成される真空成膜装置の大気漏洩検知に
おいては、高価なヘリウムガスを大量に消費したり、検
出装置である質量分析計やヘリウムリークディテクタを
つなぎ替えたりする手間が非常に大きく、装置全体の操
業度を大きく低下させる原因になっていた。1. Conventionally, detection of atmospheric leakage (external leak) of a vacuum vessel is based on checking (detection) individually corresponding to each vacuum vessel, and helium gas is sprayed as a trace gas to each vacuum vessel to form a vacuum vessel. Trace gas leaking into the vessel was detected. In addition, in the detection of atmospheric leakage of a vacuum film forming apparatus composed of a plurality of vacuum vessels, it takes time to consume a large amount of expensive helium gas or to change a mass spectrometer or helium leak detector as a detecting device. It was very large, causing a large decrease in the operation of the entire apparatus.
【0015】請求項1に記載の発明は上記事情に鑑みな
されたものであり、トレースガスとして用いられるヘリ
ウムガスの使用量を削減することができる漏洩検出方法
を提供することを課題(目的)とする。The invention described in claim 1 has been made in view of the above circumstances, and an object (object) of the present invention is to provide a leak detection method capable of reducing the amount of helium gas used as a trace gas. I do.
【0016】2.質量分析計によって分圧を測定し大気
漏洩を検知する場合、従来はトレースガスとしてヘリウ
ムガスを使用することが一般的な技術であったが、この
方法では複数の真空容器で構成される真空成膜装置にお
いては、その都度大量のヘリウムガスを消費し、各真空
容器を順次個別に漏洩検知するか、全ての真空容器の真
空を連通して全体の真空系に対してリークの発生の可能
性がある部位に順次同一のトレースガスを吹き付けて逐
次漏洩をチェックするため、リーク発生部位の特定に時
間がかかっていた。何故ならば、ヘリウム単独である
と、ヘリウムは質量数4の非常に軽い希ガスであり真空
中で拡散しやすく、リークによって全ての真空容器から
ヘリウムが検出される場合には、どの真空容器からのヘ
リウムか判別がつかない上、ヘリウムの残留によって次
の検知開始までに時間をおく必要があり、時間的ロスを
生じてしまう。2. Conventionally, when measuring atmospheric pressure by measuring partial pressure with a mass spectrometer, helium gas was used as a trace gas, but in this method, a vacuum component composed of a plurality of vacuum vessels was used. In a membrane device, a large amount of helium gas is consumed each time, and each vacuum vessel is sequentially and individually leak-detected, or the vacuum of all the vacuum vessels is communicated, and there is a possibility that a leak may occur in the entire vacuum system. Since the same trace gas is sequentially blown to a certain part to check for a leak sequentially, it took time to specify a leak occurrence part. This is because helium alone is a very light noble gas having a mass number of 4 and easily diffuses in a vacuum. If helium is detected from all vacuum vessels by leakage, It is not possible to determine whether the helium is helium or not, and it is necessary to wait for the start of the next detection due to the remaining helium, resulting in a time loss.
【0017】請求項2に記載の発明は上記事情に鑑みな
されたものであり、真空成膜装置の各真空容器を同時に
検査できるようにして、外部からの大気漏洩箇所の特定
が非常に早くできる漏洩検出方法を提供することを課題
(目的)とする。The invention according to claim 2 has been made in view of the above circumstances, and it is possible to inspect each vacuum vessel of a vacuum film forming apparatus at the same time, so that the location of an atmospheric leak from the outside can be specified very quickly. It is an object (object) to provide a leak detection method.
【0018】3.質量分析計によって分圧を測定し大気
漏洩を検出する場合、従来はトレースガスとしてヘリウ
ムガスを使用することが一般的な技術であったが、この
方法では複数の真空容器で構成される真空成膜装置にお
いては、その都度大量のヘリウムガスを消費し、各真空
容器を順次個別に漏洩検知するか、全ての真空容器の真
空を連通して全体の真空系に対してリークの発生の可能
性がある部位に順次トレースガスを吹き付けて逐次漏洩
をチェックする必要があり膨大な時間を要し、装置稼働
中に大気漏洩を検知することは事実上不可能であった。
そのため装置のダウンタイムが単純には真空容器の数だ
け乗算され極度に稼働率の低い装置とならざるを得なか
った。3. Conventionally, when measuring atmospheric pressure by measuring a partial pressure with a mass spectrometer, helium gas was generally used as a trace gas, but in this method, a vacuum component composed of a plurality of vacuum vessels was used. In a membrane device, a large amount of helium gas is consumed each time, and each vacuum vessel is sequentially and individually leak-detected, or the vacuum of all the vacuum vessels is communicated, and there is a possibility that a leak may occur in the entire vacuum system. It was necessary to sequentially spray trace gas to a certain site to check for leaks sequentially, and it took an enormous amount of time, and it was practically impossible to detect air leaks during operation of the apparatus.
For this reason, the downtime of the apparatus is simply multiplied by the number of vacuum vessels, resulting in an extremely low operation rate.
【0019】請求項3に記載の発明は上記事情に鑑みな
されたものであり、大量のヘリウムガスを消費すること
なく、装置稼働中であっても大気漏洩を検知することが
できる漏洩検出方法を提供することを課題(目的)とす
る。The invention according to claim 3 has been made in view of the above circumstances, and provides a leak detection method capable of detecting an atmospheric leak even while the apparatus is operating without consuming a large amount of helium gas. Providing is an issue (purpose).
【0020】4.真空容器を用いた生産装置のモニタ系
に多用される質量分析計は真空容器内の気体中のガス分
子を電子衝撃法によってイオン化しイオンの質量/電荷
の比(m/e)として分離(質量分離)するものが一般
的である。電子衝撃法によるイオン化では同一のイオン
化電圧であってもイオン化するガス種のイオン化確率が
異なるため、例えばヘリウムとネオンでは質量分析計の
スペクトル感度が異なって現われる。したがって、得ら
れるガス種ごとのスペクトル強度比がそのまま真空中の
各ガス種の存在量を反映しているわけではない。混合ガ
スをトレースガスとして用いる場合、例えばヘリウムと
ネオンではガス分子の大きさ、質量が異なるため、真空
容器のリーク箇所から侵入する量の違いを予め調べてお
く必要がある。そのためにはガス種に対する質量分析計
の感度をとり、基準とするガス種に対する比感度を求め
てスペクトル強度の校正をしないと真空容器内の真の物
理量として反映されない。しかしながら、従来の技術で
はトレースガスの検出や残留ガス分圧の測定による外部
リークの検知方法にあってもこうした校正を考慮しない
定性的な手段に頼らざるを得なかった。4. A mass spectrometer often used in a monitor system of a production apparatus using a vacuum vessel ionizes gas molecules in a gas in the vacuum vessel by an electron impact method and separates them as a mass / charge ratio (m / e) of ions (mass). Separation) is common. In the ionization by the electron impact method, even if the ionization voltage is the same, the ionization probabilities of the gas species to be ionized are different. For example, in helium and neon, the spectral sensitivity of the mass spectrometer appears differently. Therefore, the obtained spectrum intensity ratio for each gas type does not directly reflect the abundance of each gas type in vacuum. When a mixed gas is used as a trace gas, for example, helium and neon have different sizes and masses of gas molecules, so it is necessary to check in advance the difference in the amount of gas entering from a leak location in a vacuum vessel. For this purpose, the sensitivity of the mass spectrometer for the gas type must be determined, and the specific sensitivity to the reference gas type must be determined to correct the spectrum intensity before it is reflected as a true physical quantity in the vacuum vessel. However, in the prior art, even in a method of detecting an external leak by detecting a trace gas or measuring a residual gas partial pressure, it is necessary to rely on a qualitative means that does not consider such calibration.
【0021】請求項4に記載の発明は上記事情に鑑みな
されたものであり、ヘリウムとネオンの混合ガスをトレ
ースガスに用いた場合に、真空容器内のヘリウムとネオ
ンの存在比を正確に把握することができ、この存在比の
データを基に外部リークの発生箇所をごく短時間で特定
することができる漏洩検出方法を提供することを課題
(目的)とする。The invention described in claim 4 has been made in view of the above circumstances, and when the mixed gas of helium and neon is used as the trace gas, the existence ratio of helium and neon in the vacuum vessel is accurately grasped. It is an object (object) to provide a leak detection method that can specify a location of an external leak in a very short time based on the data of the abundance ratio.
【0022】5.真空を利用したプロセス装置は真空容
器の大気漏洩をなくすことがプロセスの安定を確保する
上で必須の要件である。質量分析計を用い残留気体の分
圧計測によって大気漏洩を検知する特開平8−4585
6号公報等に代表される従来技術は主に外部リークの検
知には有効な方法であるが、漏れ検査の対象となる真空
容器の真空度(圧力)が限定されており、対象となる真
空容器に残留ガスと外部侵入ガスが存在する比較的低い
圧力下での分圧をリアルタイムに検知して外部リークの
有無を判断するだけの手段に過ぎない。しかし、真空成
膜のプロセスによっては真空圧力の程度が異なるため、
そのプロセスに固有の真空圧力に従来の方式では応えら
れない。質量分析計が設置される真空空間を真空排気す
る場合の真空ポンプの大きさも限度があるので、外部リ
ークをチェックする対象となる真空容器の真空圧力が高
い場合には、それに応じて質量分析計側に流入するガス
量を制限する必要がある。また、真空容器で成膜を行う
場合のプロセスガスを充満させる前に真空容器に残った
残留ガスの質、いわゆるバッククラウンドを確認してお
くことは真空成膜された薄膜の品質を確保するために必
要であるが、こうした基本的な考慮が一切なされていな
いのが現状である。5. Eliminating atmospheric leakage from a vacuum vessel is an essential requirement for a process device utilizing a vacuum in order to ensure process stability. Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-4585 for detecting atmospheric leakage by measuring partial pressure of residual gas using a mass spectrometer
Although the prior art represented by Japanese Patent Publication No. 6 is an effective method mainly for detecting an external leak, the degree of vacuum (pressure) of a vacuum vessel to be subjected to a leak test is limited, and the target vacuum is It is merely a means for detecting the partial pressure under a relatively low pressure where the residual gas and the external intrusion gas exist in the container in real time to determine the presence or absence of the external leak. However, since the degree of vacuum pressure differs depending on the vacuum film formation process,
Conventional processes cannot respond to the vacuum pressure inherent in the process. Since the size of the vacuum pump for evacuating the vacuum space in which the mass spectrometer is installed is also limited, if the vacuum pressure of the vacuum vessel for which external leakage is to be checked is high, the mass spectrometer should be adjusted accordingly. It is necessary to limit the amount of gas flowing into the side. In addition, when filling a process gas when forming a film in a vacuum container, confirming the quality of a residual gas remaining in the vacuum container, that is, a so-called back background, ensures the quality of a vacuum-formed thin film. However, at present, no such basic considerations have been made.
【0023】請求項5に記載の発明は上記事情に鑑みな
されたものであり、漏れ検査の対象となる真空容器の真
空度(圧力)に限定されなく、外部リークをチェックす
る際の真空容器の真空圧力が高い場合にはそれに応じて
質量分析計側に流入するガス量を制限して分圧測定を行
うことができ、また、真空容器で成膜プロセスを行う前
の残留ガスの質、いわゆるバックグラウンドを測定する
ことができ、成膜品質の安定化を図ることができる成膜
品質監視装置を提供することを課題(目的)とする。The invention described in claim 5 has been made in view of the above circumstances, and is not limited to the degree of vacuum (pressure) of the vacuum container to be subjected to a leak test, and is not limited to the vacuum container when checking an external leak. When the vacuum pressure is high, the partial pressure measurement can be performed by limiting the amount of gas flowing into the mass spectrometer side accordingly, and the quality of the residual gas before performing the film forming process in a vacuum vessel, so-called It is an object (object) to provide a film formation quality monitoring device capable of measuring a background and stabilizing film formation quality.
【0024】6.複数の真空容器が使用され、所望の薄
膜を、真空を開放することなく連続的に成膜するインラ
イン式真空成膜装置や被処理物を枚葉で連続処理する枚
葉式真空成膜装置等の連続式真空成膜装置のうち、高速
成膜によって生産性が高いスパッタリング装置は複数の
スパッタリング用カソードを使用している。この場合、
スパッタリング用カソード上に設置したターゲットの消
耗が大きいので頻繁にターゲットの交換が必要であり、
その都度真空容器を大気開放する。その上、薄膜形成時
のパーティクル発生が多く真空容器の外部リークの原因
となることが多かった。外部リークをチェックするため
に、従来は質量分析計を用いて酸素、窒素の分圧によっ
て外部リークを検知する方法(特開平8−45856号
公報)やトレースガスを真空容器に吹き付けてトレース
ガスを検知する方法(特開平7−103843号公報)
がある。しかし従来の方法では、複数の真空容器の全て
に質量分析計を接続するには装置コストがかかりすぎた
り、トレースガスとして使われる高価なヘリウムガスを
大量に消費するという欠点があった。また、このような
連続式真空成膜装置では、ターゲットを頻繁に交換する
ために大気開放されるスパッタリング用カソードのごと
く、外部リーク発生の可能性がある部位が予め推測され
るため、これに的を絞って高価なヘリウムガスの消費を
減らすことが必要であるが、このようなことが看過され
てきた。6. An in-line vacuum film forming apparatus that uses a plurality of vacuum vessels to continuously form a desired thin film without releasing vacuum, a single-wafer type vacuum film forming apparatus that continuously processes an object to be processed, etc. Of the continuous vacuum film forming apparatuses described above, a sputtering apparatus having high productivity by high-speed film forming uses a plurality of sputtering cathodes. in this case,
Since the target installed on the sputtering cathode is greatly consumed, it is necessary to frequently replace the target,
Each time, the vacuum vessel is opened to the atmosphere. In addition, particles are often generated during the formation of the thin film, which often causes external leakage of the vacuum vessel. Conventionally, in order to check for external leaks, a method of detecting external leaks by means of partial pressures of oxygen and nitrogen using a mass spectrometer (Japanese Patent Laid-Open No. 8-45856) or a method of spraying a trace gas onto a vacuum vessel to discharge the trace gas is used. Detection method (Japanese Patent Laid-Open No. 7-103843)
There is. However, the conventional method has the disadvantage that connecting the mass spectrometer to all of the plurality of vacuum vessels requires too much equipment cost and consumes a large amount of expensive helium gas used as a trace gas. Further, in such a continuous vacuum film forming apparatus, a site where external leakage may occur, such as a sputtering cathode that is opened to the atmosphere for frequent replacement of a target, is estimated in advance. It is necessary to reduce the consumption of expensive helium gas by squeezing, but this has been overlooked.
【0025】請求項6に記載の発明は上記事情に鑑みな
されたものであり、複数の真空容器に付設されるスパッ
タリング用カソード部位の外部リーク箇所の特定がごく
短時間で実施でき、個別の真空容器ごとに質量分析計な
どの検出装置を設置したり、検出装置を真空容器ごとに
つなげ替えたりする手間が全くかからない構成の連続式
真空成膜装置を提供することを課題(目的)とする。The invention described in claim 6 has been made in view of the above circumstances, and it is possible to specify an external leak portion of a sputtering cathode portion provided in a plurality of vacuum vessels in a very short time, and to perform individual vacuum It is an object (object) to provide a continuous vacuum film forming apparatus having a configuration in which it is not necessary to install a detecting device such as a mass spectrometer for each container or to connect and replace the detecting device for each vacuum container.
【0026】7.インライン式真空成膜装置や被処理物
を枚葉で連続処理する枚葉式真空成膜装置等の連続式真
空成膜装置のうち、高速成膜によって生産性が高いスパ
ッタリング装置は複数のスパッタリング用カソードを使
用している。このようなスパッタリング装置では、外部
リークをチェックするために、従来は質量分析計を用い
て酸素、窒素の分圧によって外部リークを検知する方法
やトレースガスを真空容器に吹き付けてトレースガスを
検知する方法があった。しかし従来の方法のように、複
数の真空容器の全てに質量分析計を接続するには装置コ
ストがかかりすぎたり、トレースガスとして使われる高
価なヘリウムガスを大量に消費するという欠点があっ
た。真空容器の数が多い上記のような連続式真空成膜装
置では、外部リークが起こりうるあらゆる箇所を同一の
手法で丹念に検査することは連続かつ高速稼働の装置で
は操業度が極端に低下するという不具合があった。7. Among continuous vacuum film forming apparatuses such as an in-line type vacuum film forming apparatus and a single-wafer type vacuum film forming apparatus for continuously processing an object to be processed, a sputtering apparatus having high productivity by high-speed film forming is used for a plurality of sputtering. The cathode is used. In such a sputtering apparatus, in order to check an external leak, conventionally, a method of detecting an external leak by a partial pressure of oxygen and nitrogen using a mass spectrometer or a method of spraying a trace gas to a vacuum vessel to detect a trace gas is used. There was a way. However, connecting the mass spectrometer to all of the plurality of vacuum vessels as in the conventional method has disadvantages in that the cost of the apparatus is too high and that expensive helium gas used as a trace gas is consumed in large quantities. In a continuous vacuum film forming apparatus with a large number of vacuum vessels as described above, careful inspection of all possible locations where external leakage can occur using the same method will result in extremely low continuous operation in a continuous and high-speed apparatus. There was a problem.
【0027】請求項7に記載の発明は上記事情に鑑みな
されたものであり、質量分析計を1箇所のみ接続して装
置全体の外部リーク検知を容易に実施することができ、
従来技術のように装置の成膜動作を中断して質量分析計
をつなぎ替える必要もなく、装置が稼働中のまま効率的
に漏洩検出を行うことができる連続式真空成膜装置を提
供することを課題(目的)とする。The invention described in claim 7 has been made in view of the above circumstances, and it is possible to easily detect an external leak of the entire apparatus by connecting only one mass spectrometer.
To provide a continuous vacuum film forming apparatus capable of efficiently detecting leaks while the apparatus is in operation, without the need to interrupt the film forming operation of the apparatus and change the mass spectrometer as in the prior art. Is the task (purpose).
【0028】8.インライン式真空成膜装置や被処理物
を枚葉で連続処理する枚葉式真空成膜装置等の連続式真
空成膜装置のうち、高速成膜によって生産性が高いスパ
ッタリング装置は複数のスパッタリング用カソードを使
用している。このようなスパッタリング装置では、スパ
ッタリング用カソードを大気開放することが多いためか
なりの頻度で起こりうる外部リークをチェックするため
に、従来は質量分析計を用いて酸素、窒素の分圧によっ
て外部リークを検知する方法やトレースガスを真空容器
に吹き付けてトレースガスを検知する方法があった。し
かし従来は外部リーク検知の手法と成膜品質チェックの
ための残留ガス分析とは別個のタスクとして実施される
ことが多かった。つまり、外部リークの発生で真空到達
度が低い場合、質量分析型ヘリウムリークディテクタを
用いてヘリウムガスを真空容器外部から吹き付けて丹念
に漏れ探しを行い、別途成膜品質を問題とする場合に
は、真空容器に直接接続された質量分析計によって該真
空容器に残留するバックグラウンドをモニターするとい
う手法が一般的であった。そのため外部リーク検知用機
器とバックグラウンド測定用機器を別個に準備するとい
う二重の設備投資が一般的であった。8. Among continuous vacuum film forming apparatuses such as an in-line type vacuum film forming apparatus and a single-wafer type vacuum film forming apparatus for continuously processing an object to be processed, a sputtering apparatus having high productivity by high-speed film forming is used for a plurality of sputtering. The cathode is used. In such a sputtering apparatus, since the sputtering cathode is often opened to the atmosphere, in order to check for an external leak that can occur at a considerable frequency, the external leak is conventionally detected by a partial pressure of oxygen and nitrogen using a mass spectrometer. There has been a method of detecting or a method of detecting a trace gas by spraying a trace gas onto a vacuum container. However, conventionally, the external leak detection method and the residual gas analysis for checking the quality of film formation are often performed as separate tasks. In other words, when the degree of vacuum is low due to the occurrence of external leakage, helium gas is sprayed from the outside of the vacuum vessel using a mass spectrometric helium leak detector to carefully search for leaks, and if there is a problem with the deposition quality separately, It has been common practice to monitor the background remaining in the vacuum vessel with a mass spectrometer directly connected to the vacuum vessel. For this reason, a double capital investment for separately preparing an external leak detection device and a background measurement device has been common.
【0029】請求項8に記載の発明は上記事情に鑑みな
されたものであり、外部リーク検知用機器とバックグラ
ウンド測定用機器を別個に準備するという二重の設備投
資を不要にし、外部リークがある場合はそれが発生して
いるスパッタリング用カソード部位が即座に特定できる
と共に、外部リークが無い場合には成膜プロセス中のバ
ックグラウンドのモニタリングがインライン(インプロ
セス)で実施できる連続式真空成膜装置を提供すること
を課題(目的)とする。The invention described in claim 8 has been made in view of the above circumstances, and eliminates the need for a double capital investment of separately preparing an external leak detecting device and a background measuring device, and reducing external leaks. In some cases, the sputtering cathode site where it is occurring can be immediately identified, and when there is no external leakage, background monitoring during the deposition process can be performed in-line (in-process). It is an object (object) to provide a device.
【0030】9.インライン式真空成膜装置や被処理物
を枚葉で連続処理する枚葉式真空成膜装置等の連続式真
空成膜装置のうち、高速成膜によって生産性が高いスパ
ッタリング装置は複数のスパッタリング用カソードを使
用している。このようなスパッタリング装置では、スパ
ッタリング用カソードを大気開放することが多いためか
なりの頻度で起こりうる外部リークをチェックするため
に、従来は質量分析計を用いて酸素、窒素の分圧によっ
て外部リークを検知する方法やトレースガスを真空容器
に吹き付けてトレースガスを検知する方法があった。し
かし従来の方法のように、複数の真空容器に全て質量分
析計を接続するには装置コストがかかりすぎたり、トレ
ースガスとして使われる高価なヘリウムガスを大量に消
費するという欠点があった。真空容器の数が多い上記の
ような生産装置では、外部リークが起こりうる複数の真
空容器のあらゆる箇所を同一の手法で丹念に検査するこ
とは連続かつ高速稼働の装置では操業度が極端に低下す
るという不具合があった。また、比較的大きな外部リー
クが複数ある場合にはトレースガスであるヘリウムガス
がリークされ、かなりの時間残存するため、別の外部リ
ークを探す際の障害となる場合があり、これもリーク検
知時間が多大にかかる原因の一つとなっていた。また、
上記のような連続式真空成膜装置では、ターゲットを頻
繁に交換するために大気開放されるスパッタリング用カ
ソードのごとく、外部リーク発生の可能性がある部位が
予め推測されるため、これに的を絞って高価なヘリウム
ガスの消費を減らすことが必要であるが、このようなこ
とが看過されてきた。9. Among continuous vacuum film forming apparatuses such as an in-line type vacuum film forming apparatus and a single-wafer type vacuum film forming apparatus for continuously processing an object to be processed, a sputtering apparatus having high productivity by high-speed film forming is used for a plurality of sputtering. The cathode is used. In such a sputtering apparatus, since the sputtering cathode is often opened to the atmosphere, in order to check for an external leak that can occur at a considerable frequency, the external leak is conventionally detected by a partial pressure of oxygen and nitrogen using a mass spectrometer. There has been a method of detecting or a method of detecting a trace gas by spraying a trace gas onto a vacuum container. However, connecting the mass spectrometers to a plurality of vacuum vessels, as in the conventional method, has the drawback that the cost of the apparatus is too high and the expensive helium gas used as the trace gas is consumed in large quantities. In the above production equipment with a large number of vacuum vessels, careful inspection of all locations of multiple vacuum vessels that can cause external leaks using the same method requires extremely low continuous operation at continuous and high-speed equipment. There was a problem of doing. In addition, when there are a plurality of relatively large external leaks, the helium gas, which is a trace gas, is leaked and remains for a considerable time, which may be an obstacle when searching for another external leak. Was one of the causes of this. Also,
In such a continuous vacuum film forming apparatus as described above, a portion where external leakage may occur is estimated in advance, such as a sputtering cathode that is opened to the atmosphere for frequent replacement of a target. It is necessary to narrow down the consumption of expensive helium gas, but this has been overlooked.
【0031】請求項9に記載の発明は上記事情に鑑みな
されたものであり、高価なヘリウムガスの消費量を削減
することができ、そのうえ外部リークの発生部位を即座
に特定することができ、真空容器ごとに検出装置をつな
ぎ替える必要もなく設備投資も少なくてすみ、成膜装置
稼働中でも外部リークを検知でき、操業度と歩留りの向
上が同時に実現できる連続式真空成膜装置を提供するこ
とを課題(目的)とする。The invention according to claim 9 has been made in view of the above circumstances, and can reduce the consumption of expensive helium gas, and can also immediately identify a site where an external leak has occurred, To provide a continuous vacuum film forming apparatus capable of detecting external leaks even while the film forming apparatus is operating, and realizing both improvement in operation rate and yield at the same time, since it is not necessary to change a detecting apparatus for each vacuum vessel and to reduce capital investment. Is the task (purpose).
【0032】10.高速成膜によって生産性が高いスパ
ッタリング用カソードを使用している透明導電膜基板製
造用インライン式真空成膜装置や相変化型光ディスク基
板を枚葉で連続処理する枚葉式真空成膜装置等の連続式
真空成膜装置にあっては、一つの基板に真空成膜するタ
クトタイムが数秒から数十秒であり連続運転されてい
る。ターゲット材料の交換も頻繁であり、外部リークの
発生は被処理基板の品質不良に直結する。ターゲット交
換直後に外部リークが発生する場合もあれば、交換直後
は異常がなくとも或るとき突然外部リークが発生するケ
ースもありえる。そのため、複数の真空容器を同時に外
部リークのチェックを行い、発生箇所を即座に特定しな
いと、せっかく処理した基板がその後は不良品質のまま
処理され続け、大きな損失を招く結果になってしまうこ
とが多かった。従来の技術ではターゲット交換直後にそ
の対象となった真空容器に対してのみ真空圧力のチェッ
クや質量分析計で酸素、窒素の分圧測定により判断され
ることが多く、装置全体の系の状態変化を捉えることは
不可能であった。10. Such as in-line vacuum film forming equipment for manufacturing transparent conductive film substrates using sputtering cathodes with high productivity by high-speed film forming, and single-wafer type vacuum film forming equipment for continuously processing phase-change optical disc substrates in single wafers. In a continuous vacuum film forming apparatus, a tact time for forming a vacuum film on one substrate is several seconds to several tens of seconds, and the apparatus is continuously operated. The replacement of the target material is frequent, and the occurrence of external leakage directly leads to poor quality of the substrate to be processed. An external leak may occur immediately after the target replacement, or an external leak may suddenly occur at some point immediately after the replacement even if there is no abnormality. Therefore, unless multiple vacuum vessels are checked for external leaks at the same time and the location where they occur is not immediately identified, the processed substrate will continue to be processed with poor quality thereafter, resulting in large losses. There were many. In the conventional technology, the vacuum pressure is checked only for the target vacuum vessel immediately after the target is replaced, and the mass spectrometer is often used to determine the partial pressure of oxygen and nitrogen. Was impossible to capture.
【0033】請求項10に記載の発明は上記事情に鑑み
なされたものであり、高速度で成膜処理される連続式真
空成膜装置の稼働を停止することなく外部リークの発生
箇所が特定でき、かつ警報により確認でき、それによ
り、せっかく処理した基板がその後は不良品質のまま処
理され続け大きな損失を招くというトラブルを未然に防
止することができる連続式真空成膜装置を提供すること
を課題(目的)とする。The invention according to claim 10 has been made in view of the above circumstances, and it is possible to specify a location where an external leak occurs without stopping the operation of a continuous vacuum film forming apparatus for performing a film forming process at a high speed. The object of the present invention is to provide a continuous vacuum film forming apparatus capable of preventing troubles in which a substrate that has been processed is processed with poor quality thereafter, resulting in a large loss. (Purpose).
【0034】[0034]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項1に記載の発明は、複数の真空容
器で構成される真空成膜装置において上記真空容器の漏
洩を検出する漏洩検出方法であって、それぞれの真空容
器への外部からの大気漏洩を検知する際に、トレースガ
スを用い、そのトレースガスとしてヘリウム(He)と
ネオン(Ne)の混合ガスを使用することを特徴とした
ものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum chambers, wherein the vacuum chamber detects a leak in the vacuum chamber. A detection method, characterized in that a trace gas is used when detecting atmospheric leakage from the outside to each vacuum vessel, and a mixed gas of helium (He) and neon (Ne) is used as the trace gas. It is what it was.
【0035】請求項2に記載の発明は、複数の真空容器
で構成される真空成膜装置において上記真空容器の漏洩
を検出する漏洩検出方法であって、それぞれの真空容器
への外部からの大気漏洩を検知する際に、個々の真空容
器に吹き付けるトレースガスのヘリウムとネオンの混合
比率が真空容器毎に異なることを特徴としたものであ
る。According to a second aspect of the present invention, there is provided a leak detecting method for detecting a leak in the vacuum vessel in a vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, wherein the method comprises the steps of: In detecting a leak, a mixing ratio of helium and neon of a trace gas blown to each vacuum vessel is different for each vacuum vessel.
【0036】請求項3に記載の発明は、複数の真空容器
で構成される真空成膜装置において上記真空容器の漏洩
を検出する漏洩検出方法であって、真空容器の外部から
の大気漏洩を検出する際に、被処理物が搬入または搬出
あるいは真空成膜処理される個々の真空容器とは別に、
各真空容器と連通する共通の真空空間を有し、各真空容
器からこの真空空間に漏洩した大気及びトレースガスの
分圧を質量分析計によって検出することを特徴としたも
のである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a leak detecting method for detecting a leak in the vacuum vessel in a vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, wherein the leak detecting method detects an atmospheric leak from outside the vacuum vessel. In doing so, apart from the individual vacuum vessels in which the objects to be processed are loaded or unloaded or vacuum deposited,
It has a common vacuum space communicating with each vacuum vessel, and detects a partial pressure of the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel into this vacuum space by a mass spectrometer.
【0037】請求項4に記載の発明は、請求項3に記載
の真空容器の漏洩検出方法において、上記真空空間に漏
洩するトレースガスの分圧を検出する前に、ヘリウムと
ネオンがモル比で等量含まれる(混合比率が1:1の)
トレースガスを該真空空間に流し、予めヘリウムとネオ
ンのガス種に対する質量分析計の感度係数を取ってお
き、分圧の質量スペクトル強度の感度校正を行ってから
トレースガスの分圧を検出することを特徴としたもので
ある。According to a fourth aspect of the present invention, in the method for detecting a leakage of a vacuum vessel according to the third aspect, helium and neon are mixed in a molar ratio before detecting the partial pressure of the trace gas leaking into the vacuum space. Equal amount included (mixing ratio is 1: 1)
The trace gas is flowed into the vacuum space, the sensitivity coefficient of the mass spectrometer for the helium and neon gas species is set in advance, the sensitivity of the partial pressure of the mass spectrum is calibrated, and then the partial pressure of the trace gas is detected. It is what it was.
【0038】請求項5に記載の発明は、複数の真空容器
で構成される真空成膜装置において上記真空容器の漏洩
を請求項3または4に記載の漏洩検出方法を用いて検出
し、成膜品質を監視する成膜品質監視装置であって、各
真空容器と連通する共通の真空空間内の残留ガス及びこ
の真空空間に漏洩する大気、トレースガスを検出する際
に質量分析計を用い、かつ該質量分析計には真空容器内
のガスの一部を減圧しながら取り込むための細孔(オリ
フィス)を有するガス採取経路と細孔を有さないガス採
取経路の両方を備え、かつ該質量分析計が設置される真
空空間には差動排気装置が具備されていることを特徴と
したものである。According to a fifth aspect of the present invention, in a vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, a leak in the vacuum vessel is detected by using the leak detecting method according to the third or fourth aspect, and the film is formed. A film quality monitoring device for monitoring quality, wherein a mass spectrometer is used to detect a residual gas in a common vacuum space communicating with each vacuum vessel, an atmosphere leaking into the vacuum space, and a trace gas, and The mass spectrometer includes both a gas sampling path having a pore (orifice) for taking in a part of the gas in the vacuum vessel while reducing the pressure, and a gas sampling path having no pore. The vacuum space where the gauge is installed is provided with a differential pumping device.
【0039】請求項6に記載の発明は、複数の真空容器
で構成される連続式真空成膜装置であって、上記真空容
器に付設されるスパッタリング用カソードの外部からの
大気漏洩を検出する際に、該スパッタリング用カソード
の大気側を密閉容器で密閉し、この密閉容器に大気漏洩
検出用のトレースガスを供給し、このトレースガスがヘ
リウムとネオンの混合ガスであることを特徴としたもの
である。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, wherein when detecting atmospheric leakage from the outside of a sputtering cathode attached to the vacuum vessel. The sputtering cathode is sealed on the atmosphere side with a sealed container, and a trace gas for detecting air leakage is supplied to the sealed container, and the trace gas is a mixed gas of helium and neon. is there.
【0040】請求項7に記載の発明は、複数の真空容器
で構成される連続式真空成膜装置であって、上記真空容
器に付設されるスパッタリング用カソードの外部からの
大気漏洩を検出する際に、被処理物が搬入または搬出あ
るいは真空成膜処理される個々の真空容器とは別に、各
真空容器と連通する共通の真空空間を有し、各真空容器
からこの真空空間に漏洩した大気及びトレースガスの分
圧を質量分析計によって検出することを特徴としたもの
である。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, wherein when detecting atmospheric leakage from the outside of a sputtering cathode attached to the vacuum vessel. In addition to the individual vacuum vessels in which the workpiece is loaded or unloaded or subjected to vacuum film formation, a common vacuum space communicating with each vacuum vessel is provided, and the atmosphere leaking from each vacuum vessel to this vacuum space and It is characterized in that the partial pressure of the trace gas is detected by a mass spectrometer.
【0041】請求項8に記載の発明は、複数の真空容器
で構成される連続式真空成膜装置であって、被処理物が
搬入または搬出あるいは真空成膜処理される個々の真空
容器とは別に、各真空容器と連通する共通の真空空間を
有し、該真空空間内の残留ガス分圧及び該真空空間に漏
洩する大気、トレースガスを検出する際に、請求項5に
記載される成膜品質監視装置を具備したことを特徴とし
たものである。An eighth aspect of the present invention is a continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum containers, wherein each of the vacuum containers into which an object to be processed is loaded or unloaded or subjected to a vacuum film forming process. The apparatus according to claim 5, further comprising a common vacuum space communicating with each of the vacuum vessels, and detecting a residual gas partial pressure in the vacuum space, an atmosphere leaking into the vacuum space, and a trace gas. A film quality monitoring device is provided.
【0042】請求項9に記載の発明は、複数の真空容器
で構成される連続式真空成膜装置であって、上記真空容
器に付設されるスパッタリング用カソードの外部からの
大気漏洩を検出する際に、被処理物が搬入または搬出あ
るいは真空成膜処理される個々の真空容器とは別に、各
真空容器と連通する共通の真空空間を有し、各真空容器
からこの真空空間に漏洩した大気及びトレースガスの分
圧を質量分析計によって検出し、個々の真空容器に吹き
付けるトレースガスのヘリウムとネオンの混合比率が真
空容器毎に異なることによって、大気漏洩が発生してい
るスパッタリング用カソードを即座に特定することを特
徴としたものである。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, wherein when detecting atmospheric leakage from the outside of a sputtering cathode attached to the vacuum vessel. In addition to the individual vacuum vessels in which the workpiece is loaded or unloaded or subjected to vacuum film formation, a common vacuum space communicating with each vacuum vessel is provided, and the atmosphere leaking from each vacuum vessel to this vacuum space and The partial pressure of the trace gas is detected by a mass spectrometer, and the mixing ratio of helium and neon of the trace gas sprayed on each vacuum vessel varies from vacuum vessel to vacuum vessel. It is characterized by specifying.
【0043】請求項10に記載の発明は、複数の真空容
器で構成される連続式真空成膜装置であって、上記真空
容器に付設されるスパッタリング用カソードの外部から
の大気漏洩を検出する際に、被処理物が搬入または搬出
あるいは真空成膜処理される個々の真空容器とは別に、
各真空容器と連通する共通の真空空間を有し、各真空容
器からこの真空空間に漏洩した大気及びトレースガスの
分圧を質量分析計によって検出し、個々の真空容器に吹
き付けるトレースガスのヘリウムとネオンの混合比率が
真空容器毎に異なることによって、大気漏洩が発生して
いるスパッタリング用カソードを即座に特定すると共
に、質量分析計の測定結果をもとに大気漏洩が検出され
たスパッタリング用カソードを識別し警報を発する監視
装置を備えたことを特徴としたものである。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, wherein when detecting atmospheric leakage from the outside of a sputtering cathode attached to the vacuum vessel. In addition to the individual vacuum vessel in which the object is loaded or unloaded or vacuum-deposited,
It has a common vacuum space that communicates with each vacuum vessel, detects the atmospheric pressure and the partial pressure of the trace gas leaked from each vacuum vessel into this vacuum space by a mass spectrometer, and detects the trace gas helium blown to each vacuum vessel. Since the mixing ratio of neon is different for each vacuum vessel, the sputtering cathode that has leaked to the atmosphere can be immediately identified, and the cathode for sputtering that has been detected based on the measurement results of the mass spectrometer can be identified. A monitoring device for identifying and issuing an alarm is provided.
【0044】[0044]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
の実施例に基づいて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments.
【0045】[実施例1]図1は本発明の一実施例を示
す図であって、複数の真空容器で構成され、被処理基板
に連続的に成膜を行う連続式真空成膜装置の概略構成図
である。以下、図1に示す構成の連続式真空成膜装置を
相変化型光ディスクメディア基板の成膜に適用した例
と、該真空成膜装置の真空容器の漏洩検出方法の実施例
について説明する。[Embodiment 1] FIG. 1 is a view showing one embodiment of the present invention, which is a continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels and continuously forming a film on a substrate to be processed. It is a schematic block diagram. Hereinafter, an example in which the continuous vacuum film forming apparatus having the configuration shown in FIG. 1 is applied to film formation on a phase change optical disk media substrate, and an embodiment of a method for detecting a leak in a vacuum container of the vacuum film forming apparatus will be described.
【0046】図1はch1からch8の8つの真空容器
1〜8が円周状に接続され被処理基板の枚葉処理を行う
連続式真空成膜装置であり、ch1の真空容器1は、ロ
ボット等の基板供給・排出機構から成膜装置に基板を搬
入・搬出するロード/アンロード室である。すなわち、
真空容器1はいわゆるロードロックを行う真空容器であ
り、バルブ15とロータリーポンプ14で真空排気動作
を行う。ch1の真空容器1に投入された樹脂基板(相
変化型光ディスクメディア基板の場合、ポリカーボネー
トが一般に使われる)は、基板移送機構に設置された各
真空容器とは接離自由な伸縮する基板受渡し回転アーム
13で受け取られ、基板移送室12の中で図中の矢印方
向に1/8回転して隣の真空容器2であるch2に移さ
れ、基板受渡し回転アーム13が伸びて真空容器2に真
空シールされる。基板移送室12はターボ分子ポンプ2
1で常時高真空状態に保持されており、基板移送中に基
板から放出されるガスを真空排気する。FIG. 1 shows a continuous vacuum film forming apparatus in which eight vacuum vessels 1 to 8 of ch1 to ch8 are connected in a circular shape to perform single-wafer processing of a substrate to be processed. The vacuum vessel 1 of ch1 is a robot. And a load / unload chamber for loading / unloading a substrate from / to a substrate supply / discharge mechanism into / from a film forming apparatus. That is,
The vacuum vessel 1 is a vacuum vessel that performs a so-called load lock, and performs a vacuum evacuation operation with a valve 15 and a rotary pump 14. The resin substrate (polycarbonate is generally used in the case of a phase-change optical disk media substrate) placed in the vacuum container 1 of ch1 is an extensible substrate transfer rotation that can freely come and go with each vacuum container installed in the substrate transfer mechanism. It is received by the arm 13, and is rotated by 8 in the direction of the arrow in the drawing in the substrate transfer chamber 12 and transferred to the next vacuum vessel 2, ch 2. Sealed. The substrate transfer chamber 12 is a turbo molecular pump 2
At 1, a high vacuum state is always maintained, and the gas released from the substrate during the transfer of the substrate is evacuated.
【0047】ch2の真空容器2ではターボ分子ポンプ
で予め高真空に排気されてアルゴンガス雰囲気でスパッ
タリングが可能なように待機している。そして真空容器
2では誘電体薄膜をそれぞれRFマグネトロンスパッタ
リング法で成膜する。そのため真空容器2のスパッタリ
ング用カソード9には、例えばZnS・SiO2 のター
ゲット材料が設置される。ここでは、約110Å/秒の
成膜速度で3秒以内で所定の膜厚までの成膜を行い、同
様の動作でch3、及びch4の真空容器3,4で同じ
誘電体薄膜をRFマグネトロンスパッタリング法で成膜
し、ch2からch4までの真空容器2〜4での合計で
誘電体薄膜を約1100Åの膜厚にわたって形成する。The vacuum vessel 2 of ch2 is evacuated to a high vacuum in advance by a turbo molecular pump and stands by so that sputtering can be performed in an argon gas atmosphere. In the vacuum vessel 2, a dielectric thin film is formed by RF magnetron sputtering. Therefore in the sputtering cathode 9 of the vacuum vessel 2, for example target material ZnS · SiO 2 is placed. Here, a film is formed to a predetermined film thickness within 3 seconds at a film forming speed of about 110 ° / sec, and the same dielectric thin film is RF magnetron-sputtered in the vacuum chambers 3 and 4 of ch3 and ch4 in the same operation. Then, a dielectric thin film is formed in a total thickness of about 1100 ° in the vacuum vessels 2 to 4 from ch2 to ch4.
【0048】続いて次ぎのch5の真空容器5に基板を
移送し、DCマグネトロンスパッタリング法により光記
録層である相変化材料の薄膜を(例えばGe,Sb,T
eを含む合金ターゲットを用いて)約210Å形成す
る。この場合、成膜速度は55Å/秒であるので、成膜
時間は4秒に満たない。次のch6の真空容器6では、
ch2の真空容器2と同様に誘電体薄膜(例えば、Zn
S・SiO2 )をRFマグネトロンスパッタリング法で
380Å成膜する。続いて、ch7とch8の真空容器
7,8では、反射層と放熱層を兼ねたアルミ合金(例え
ば、AlとCrの合金)の薄膜を合計で1600Å成膜
する。このch7とch8の真空容器7,8ではDCマ
グネトロンスパッタリング法で薄膜形成を行い、成膜速
度は230Å/秒であるため、それぞれの真空容器での
成膜時間は約3.5秒程度である。Subsequently, the substrate is transferred to the next vacuum vessel 5 of ch5, and a thin film of a phase change material (eg, Ge, Sb, T) is formed as an optical recording layer by DC magnetron sputtering.
e) (using an alloy target containing e). In this case, since the film forming speed is 55 ° / sec, the film forming time is less than 4 seconds. In the next vacuum container 6 of ch6,
Similarly to the vacuum container 2 of ch2, a dielectric thin film (for example, Zn
(S.SiO 2 ) is deposited at 380 ° by RF magnetron sputtering. Subsequently, in vacuum chambers 7 and 8 of ch7 and ch8, a thin film of an aluminum alloy (for example, an alloy of Al and Cr) serving as a reflection layer and a heat radiation layer is formed in a total thickness of 1600 °. In the vacuum chambers 7 and 8 of ch7 and ch8, a thin film is formed by a DC magnetron sputtering method, and the film forming speed is 230 ° / sec. Therefore, the film forming time in each vacuum vessel is about 3.5 seconds. .
【0049】尚、図1では成膜用真空容器2〜8に設置
されるスパッタリング用カソードを共通に符号9で表
し、該スパッタリング用カソード9に付設される密閉容
器10、ガス導入口11は同じものであるため同一の呼
称とした。一方、成膜用真空容器2〜8は個別にターボ
分子ポンプで高真空に排気されており、図1ではch8
の真空容器8にのみ代表して表示している。ここで、符
号17はch8用のターボ分子ポンプであり、その背後
をバルブ18を介してメカニカルブースターポンプ19
とロータリーポンプ20で真空排気される。尚、メカニ
カルブースターポンプ19とロータリーポンプ20はc
h2〜ch8の真空容器2〜8と基板移送室12に共通
して使用される背後(バック排気用)排気系である。ま
た、符号23,24,25などはターボ分子ポンプ排気
系を示しており、ch8の真空容器8に接続されたター
ボ分子ポンプ17やバルブ18と同様な構成が他の成膜
用真空容器2〜7と上記背後(バック排気用)排気系1
9,20の間に接続されていることを簡単に示すもので
ある。また、各真空容器に接続されるリーク用窒素ガ
ス、スパッタリング用アルゴンガスの導入系、真空度を
測定する真空計などの図示は省略している。In FIG. 1, the cathodes for sputtering provided in the vacuum chambers 2 to 8 for film formation are commonly denoted by the reference numeral 9, and the closed vessel 10 and the gas inlet 11 provided for the cathodes 9 for sputtering are the same. Therefore, the names are the same. On the other hand, the vacuum vessels 2 to 8 for film formation are individually evacuated to a high vacuum by a turbo molecular pump, and in FIG.
Of the vacuum vessel 8 of FIG. Here, reference numeral 17 denotes a turbo molecular pump for ch8, and a mechanical booster pump 19
Is evacuated by the rotary pump 20. Incidentally, the mechanical booster pump 19 and the rotary pump 20 are c
This is a back (back exhaust) exhaust system commonly used for the vacuum vessels 2 to 8 of h2 to ch8 and the substrate transfer chamber 12. Reference numerals 23, 24, 25, etc. denote turbo molecular pump exhaust systems, which have the same structure as the turbo molecular pump 17 and the valve 18 connected to the vacuum container 8 of ch8. 7 and the back (for back exhaust) exhaust system 1
It is simply shown that the connection is made between 9, 20. In addition, illustration of a nitrogen gas for leakage, an argon gas introduction system for sputtering, a vacuum gauge for measuring a degree of vacuum, and the like connected to each vacuum vessel are omitted.
【0050】さて、このような連続式成膜装置はターゲ
ットの交換が頻繁であり、上記の装置ではRFマグネト
ロンスパッタリングが5kW前後、DCマグネトロンス
パッタリングが最大6kW前後(相変化材料の薄膜は2
kW未満)で高速度で成膜されるため、基板の処理数が
多い分、ターゲットの消耗が早く、本発明者らの経験で
は殆ど毎日どこかの成膜用ターゲットの交換作業が発生
していた。そのため、交換時の作業と、交換によるトラ
ブルで装置のダウンタイムが操業度低下の大きな原因と
なっていた。このトラブルの大半は真空容器への大気漏
洩(外部リーク)である。ただ、装置が年数を経ると予
期せぬ箇所に外部リークが発生するため、この外部リー
ク発生の箇所の特定は大きな課題となっていた。In such a continuous type film forming apparatus, targets are frequently exchanged. In the above-described apparatus, RF magnetron sputtering is performed at about 5 kW, DC magnetron sputtering is performed at about 6 kW at the maximum (a thin film of the phase change material is 2 kW).
(less than kW), the target is quickly consumed because of the large number of substrates processed, and according to the present inventors' experience, the work of replacing the film-forming target occurs almost every day. Was. For this reason, the downtime of the apparatus due to the work at the time of replacement and the trouble caused by the replacement has been a major cause of the decrease in the operation rate. Most of this trouble is air leakage (external leakage) to the vacuum vessel. However, since an external leak is generated at an unexpected location when the device has been used for many years, specifying the location of the external leak has been a major issue.
【0051】本発明者らはこの外部リークを効率的に特
定するため、全てのスパッタリング用カソード9の大気
側に密閉容器10を設置し、そこに外部リーク検知用ト
レースガス(プローブガスと呼称する場合もある)のガ
ス導入口11を設けた。ここで、スパッタリング用カソ
ード9と密閉容器10の部分の構成例を図3に示す。図
3は上記の各成膜用真空容器に使用したマグネトロン型
スパッタリング用カソードの概要を示す要部断面図であ
り、符号202がスパッタリング用カソード本体、20
4がターゲット材料、208が図1の10と同じ密閉容
器、209が図1の11と同じガス導入口を示してい
る。図3においては、冷却水系(冷却水導入管206、
冷却水207)やマグネット210が内蔵されたスパッ
タリング用カソード本体202が絶縁物212を介して
真空容器壁201に設置されている。ターゲット材料4
は銅製バッキングプレート203にボンディングされ、
これがスパッタリング用カソード本体202に付設され
直接水冷されている。また、符号205は、銅製バッキ
ングプレート203、カソード本体202、密閉容器2
08に必要なシール部であり、通常O−リングでシール
される。211はアースシールド板である。尚、スパッ
タリング用カソード本体202へのRFまたはDC電圧
供給用電極部は図3では図示を省略した。In order to efficiently identify this external leak, the present inventors set up a closed vessel 10 on the atmospheric side of all the sputtering cathodes 9 and provided therewith a trace gas for external leak detection (referred to as a probe gas). (In some cases). Here, FIG. 3 shows a configuration example of the sputtering cathode 9 and the sealed container 10. FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing an outline of a magnetron type sputtering cathode used in each of the above-mentioned film forming vacuum vessels.
4 is a target material, 208 is the same closed container as 10 in FIG. 1, and 209 is the same gas inlet as 11 in FIG. In FIG. 3, the cooling water system (the cooling water introduction pipe 206,
A sputtering cathode body 202 containing a cooling water 207 and a magnet 210 is installed on a vacuum vessel wall 201 via an insulator 212. Target material 4
Is bonded to a copper backing plate 203,
This is attached to the sputtering cathode body 202 and is directly water-cooled. Reference numeral 205 denotes a copper backing plate 203, a cathode main body 202, a closed container 2
08 is a necessary sealing portion, and is usually sealed with an O-ring. 211 is an earth shield plate. The RF or DC voltage supply electrode to the sputtering cathode body 202 is not shown in FIG.
【0052】このようにスパッタリング用カソード本体
202を密閉容器208(図1の10)で密閉し、ガス
導入口209(図1の11)にはヘリウム(He)ガス
及び/またはヘリウムとネオン(Ne)の混合ガスが所
定の圧力で封入される。尚、図3には図示しないが、密
閉容器208にはスプリング式の弁が付いており、密閉
容器208内が大気圧を超えると大気圧まで減圧する仕
組みになっている。図3のガス導入口209に導入され
るガスは、図4で示されるようなガス導入系から供給さ
れる形態である。すなわち、図4に示すガス導入系は、
ヘリウム(He)ガス単独の容器と、ヘリウムガス及び
ネオン(He+Ne)が任意の混合比で混合された混合
ガス容器から構成され、個々のガス容器には減圧弁が付
いている(図示せず)。また、個々の容器には遮断用圧
空駆動弁(電磁弁でも良い)が設けられている。As described above, the sputtering cathode body 202 is sealed by the closed vessel 208 (10 in FIG. 1), and the gas inlet 209 (11 in FIG. 1) is supplied with helium (He) gas and / or helium and neon (Ne). Is mixed at a predetermined pressure. Although not shown in FIG. 3, the closed vessel 208 is provided with a spring-type valve. When the inside of the closed vessel 208 exceeds the atmospheric pressure, the pressure is reduced to the atmospheric pressure. The gas introduced into the gas inlet 209 in FIG. 3 has a form supplied from a gas introduction system as shown in FIG. That is, the gas introduction system shown in FIG.
It is composed of a container of helium (He) gas alone and a mixed gas container in which helium gas and neon (He + Ne) are mixed at an arbitrary mixing ratio. Each gas container has a pressure reducing valve (not shown). . Further, each container is provided with a shutoff pneumatic drive valve (may be an electromagnetic valve).
【0053】さて、図1の連続式真空成膜装置に戻る
と、基板移送室12はロータリーポンプ14とバルブ1
5及びバルブ16で粗引き排気された後、ターボ分子ポ
ンプ21で高真空に排気され基板移送中でも10~5Torr
台の真空に保持されている。尚、符号22はターボ分子
ポンプ21のバックをメカニカルブースターポンプ19
とロータリーポンプ20で排気する場合のバルブであ
る。Returning to the continuous vacuum film forming apparatus shown in FIG. 1, the substrate transfer chamber 12 has a rotary pump 14 and a valve 1.
5 and the valve 16, the gas is evacuated to a high vacuum by the turbo-molecular pump 21 and is kept at 10 to 5 Torr even during the transfer of the substrate.
The table is held in vacuum. Reference numeral 22 designates the back of the turbo molecular pump 21 as a mechanical booster pump 19
And a valve for exhausting by the rotary pump 20.
【0054】一方、基板移送室12は基板受渡し回転ア
ーム13が各真空容器をシールしていない時、つまり各
真空容器から離れている時は共通の真空空間となってい
る。この基板移送室12にはオリフィス(細孔)管26
とバルブ27,28で構成されるガス導入配管を経由し
て質量分析計分析部(分析管と言う)30が接続されて
おり、29はその分析管30を入れるための真空室(マ
ニホールドまたはエンベロープと呼ばれる)である。こ
のマニホールド29にはターボ分子ポンプを主排気ポン
プとする差動排気装置31が付設されている。また、3
2は質量分析部の制御及びデータ処理を行う質量分析計
処理装置である。質量分析計は、好ましくは小型で質量
掃引速度が早く検出感度が高い、四重極型質量分析装置
が最適である。実際には日本真空技術(株)製四重極型
質量分析計MSQ−150A型を使用した。On the other hand, the substrate transfer chamber 12 is a common vacuum space when the substrate transfer rotary arm 13 does not seal each vacuum vessel, that is, when it is separated from each vacuum vessel. An orifice (pore) tube 26 is provided in the substrate transfer chamber 12.
A mass spectrometer analysis unit (referred to as an analysis tube) 30 is connected via a gas introduction pipe composed of the analysis tube and valves 27 and 28, and 29 is a vacuum chamber (manifold or envelope) for accommodating the analysis tube 30. Called). The manifold 29 is provided with a differential exhaust device 31 using a turbo molecular pump as a main exhaust pump. Also, 3
Reference numeral 2 denotes a mass spectrometer processing device that controls the mass spectrometer and performs data processing. The mass spectrometer is preferably a quadrupole mass spectrometer which is preferably small in size, has a high mass sweeping speed and high detection sensitivity. Actually, a quadrupole mass spectrometer MSQ-150A manufactured by Japan Vacuum Engineering Co., Ltd. was used.
【0055】本発明では、図1に示す構成の連続式真空
成膜装置のスパッタリングターゲット交換時の作業と、
交換によるトラブルで装置のダウンタイムを改善するた
め、以下に示す手順で外部リーク(大気漏洩)の検出を
行い、外部リークの発生が無い場合は、質量分析計を用
いて基板移送室12のバックグラウンドガスモニターを
行うことによって、成膜品質の安定化を図った。In the present invention, the operation of replacing the sputtering target in the continuous vacuum film forming apparatus having the structure shown in FIG.
In order to improve the downtime of the equipment due to troubles due to replacement, external leak (atmospheric leak) is detected by the following procedure, and if no external leak occurs, the back of the substrate transfer chamber 12 is checked using a mass spectrometer. The ground gas monitor was used to stabilize film formation quality.
【0056】《手順1》:トレースガスの質量分析計に
対する感度校正. 図1の符号34で示される感度校正用ガス導入系を用い
て、使用する質量分析計分析管30のトレースガスに対
する感度を取っておく。これは同じ希ガスでもヘリウム
とネオンのイオン化効率(電離効率)が異なるためであ
り、等量の混合比で混合された希ガスを同一電離条件で
イオン化しても、それぞれの希ガスの得られる質量スペ
クトルの電流値の総和が同量にならないからである。実
際にはヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン
(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)の5
種の希ガスを等モル比(20%ずつ等量)混合した混合
ガスを質量分析計で分析した。これらの個々の希ガスの
随伴ピークは主ピークに比較して小さいので無視し、主
ピークを対象にイオン電流値で表されるピーク値を比較
する。この条件下で同様に窒素ガスとヘリウム、あるい
は窒素ガスとネオンを等量混合したガスの分析を行い、
上の5種の希ガス分析結果と合わせて、窒素ガス(N
2+;m/e=28)を1.00(基準)とした相対感度
をグラフ化すると図5に例示されるものが得られる(質
量数はガス分子のイオンの質量/電荷の比(m/e)で
表している)。この例では窒素ガス(m/e=28)を
1.00とした場合の電離効率はヘリウム(m/e=
4)は0.19であり、ネオン(m/e=20)は0.
29である。この数値は窒素を基準とした場合の比感度
係数であり、ヘリウムガスはネオンガスに比べ約1.5
倍電離しにくいことになる。これらの希ガスに対し、あ
る測定条件下での比感度係数を予め取っておき、図1の
質量分析計の制御・データ処理用の質量分析計処理装置
32の中のメモリにデータを入力しておく。<< Procedure 1 >>: Sensitivity calibration of trace gas to mass spectrometer. The sensitivity of the used mass spectrometer analysis tube 30 to the trace gas is set aside by using the sensitivity calibration gas introduction system indicated by reference numeral 34 in FIG. This is because the ionization efficiencies (ionization efficiencies) of helium and neon are different even for the same rare gas. Even if the rare gases mixed at the same mixing ratio are ionized under the same ionization condition, each rare gas can be obtained. This is because the sum of the current values of the mass spectrum is not the same. Actually, helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe)
A mixed gas in which the rare gases of the species were mixed in an equimolar ratio (equal amounts of 20%) was analyzed by a mass spectrometer. Since the accompanying peak of each of the rare gases is smaller than the main peak, it is ignored, and the main peak is compared with the peak value represented by the ion current value. Under the same conditions, nitrogen gas and helium, or nitrogen gas and neon gas were analyzed in equal amounts, and analyzed.
The nitrogen gas (N
2 +; m / e = 28 ) 1.00 (reference) and the when graphed relative sensitivity to that illustrated in Figure 5 is obtained (mass number ratio of the mass / charge ions of gas molecules (m / E)). In this example, when the nitrogen gas (m / e = 28) is 1.00, the ionization efficiency is helium (m / e = 28).
4) is 0.19, and neon (m / e = 20) is 0.19.
29. This value is a specific sensitivity coefficient based on nitrogen. Helium gas is about 1.5 times larger than neon gas.
Double ionization is difficult. For these rare gases, a specific sensitivity coefficient under certain measurement conditions is taken in advance, and data is input to a memory in the mass spectrometer processing device 32 for controlling and data processing of the mass spectrometer in FIG. .
【0057】《手順2》:各真空容器へのトレースガス
の割り付け. 各真空容器のスパッタリング用カソード9外部の密閉容
器10(図3の208)に接続するガス導入口11(図
3の209)からヘリウムガス、ヘリウム/ネオン混合
ガスを供給するが、ヘリウム/ネオン混合ガスの混合比
を以下のように割り当てた。 ch(n) ・・・ He:Ne=1:n (n=1 to
8) この場合、ヘリウム(m/e=4)の比感度係数γ(H
e)=0.19、ネオン(m/e=20)の比感度係数
γ(Ne)=0.29である。そのため、例えば、He:
Ne=1:2の混合ガスの分圧を測定すると、図6
(a)のごとくなり、得られた分圧ピークのイオン電流
値を比感度係数で割ると規格化(窒素換算)された分圧
ピークの値が得られる。<< Procedure 2 >>: Assignment of trace gas to each vacuum vessel. Helium gas and a helium / neon mixed gas are supplied from the gas inlet 11 (209 in FIG. 3) connected to the closed vessel 10 (208 in FIG. 3) outside the sputtering cathode 9 of each vacuum vessel. Gas mixing ratios were assigned as follows. ch (n): He: Ne = 1: n (n = 1 to
8) In this case, helium (m / e = 4) has a specific sensitivity coefficient γ (H
e) = 0.19, and the specific sensitivity coefficient γ (Ne) = 0.29 for neon (m / e = 20). Thus, for example, He:
When the partial pressure of the mixed gas of Ne = 1: 2 is measured, FIG.
As shown in (a), when the ion current value of the obtained partial pressure peak is divided by the specific sensitivity coefficient, a normalized (converted to nitrogen) partial pressure peak value is obtained.
【0058】すなわち、規格化された分圧ピーク値I
[A]は、測定で得られた分圧値をi[A]とすると、
I=i/γであり、 I(He)=1.1×10~12/0.19=5.7×10~12 I(Ne)=3.2×10~12/0.29=1.1×10~11 となる。よって、 I(Ne)/I(He)=1.93 となる。同様に、He:Ne=1:4の混合ガスでは、
図6(b)から、 I(He)=1.2×10~12/0.19=6.3×10~12 I(Ne)=7.4×10~12/0.29=2.55×10~11 となる。よって、 I(Ne)/I(He)=4.05 となる。That is, the normalized partial pressure peak value I
[A] is a partial pressure value obtained by the measurement as i [A].
I = i / a γ, I (He) = 1.1 × 10 ~ 12 /0.19=5.7×10~ 12 I (Ne) = 3.2 × 10 ~ 12 /0.29=1 1 × 10 to 11 . Therefore, I (Ne) / I (He) = 1.93. Similarly, in a mixed gas of He: Ne = 1: 4,
FIG from 6 (b), I (He ) = 1.2 × 10 ~ 12 /0.19=6.3×10~ 12 I (Ne) = 7.4 × 10 ~ 12 /0.29=2. a 55 × 10 ~ 11. Therefore, I (Ne) / I (He) = 4.05.
【0059】上述の実施例ではある電離条件下の測定を
定めておき、得られた分圧値を校正して元の混合ガスの
混合比を推定するが、測定誤差を考慮して、下記の表1
に示すようにデータ処理法を予め決めておく。すなわち
下記の表1に示すようなデータ処理を図1の質量分析計
処理装置32で行い、その処理結果に基づいて混合比を
特定する。In the above-described embodiment, measurement under a certain ionization condition is determined, and the obtained partial pressure value is calibrated to estimate the mixing ratio of the original mixed gas. Table 1
The data processing method is determined in advance as shown in FIG. That is, data processing as shown in Table 1 below is performed by the mass spectrometer processing device 32 of FIG. 1, and the mixing ratio is specified based on the processing result.
【0060】[0060]
【表1】 [Table 1]
【0061】《手順3》:外部リーク検査(1). 図1に示される装置でスパッタリング用カソードのター
ゲット材料を交換したものに図4で示されるガス導入系
のバルブMを開け、その真空容器に対応する混合比のヘ
リウム/ネオン混合ガスを供給し、その他の(ターゲッ
ト交換をしていない)スパッタリング用カソードには図
4で示されるガス導入系のバルブSを開けヘリウムガス
を供給する。図1の基板移送室12に接続された質量分
析装置(質量分析計分析管30,質量分析計処理装置3
2)でヘリウム、ネオンの質量スペクトルを調べるが、
この際には各真空容器とは接離自在な(伸縮する)基板
受渡し回転アーム13は、各真空容器をシールしていな
い状態にしておく。基板移送室12の圧力が5.0×1
0~5Torr以下の時は図1のバルブ28を開放し、直接質
量分析計分析管30に検査するガスを導入するが、大き
な外部リークのため基板移送室12の圧力が5.0×1
0~5Torr以下の圧力まで到達しない時には、バルブ28
を閉じてオリフィス(細孔)管26とバルブ27を介し
て導入するガス量を制限して質量分析装置の動作に支障
がない圧力まで真空を良くする。本例では、大きなリー
クがあり、基板移送室12の圧力が4.0×10~4Torr
の圧力しか到達しない場合にはオリフィス(細孔)管2
6の開口径を0.5mmとしてガス導入を行った。<< Procedure 3 >>: External leak inspection (1). The gas introduction system valve M shown in FIG. 4 is opened by replacing the sputtering cathode target material with the apparatus shown in FIG. 1, and a helium / neon mixed gas having a mixing ratio corresponding to the vacuum vessel is supplied to the vacuum vessel. Helium gas is supplied to the other (non-replaced) sputtering cathodes by opening the valve S of the gas introduction system shown in FIG. The mass spectrometer (the mass spectrometer analysis tube 30, the mass spectrometer processing device 3) connected to the substrate transfer chamber 12 of FIG.
Check the mass spectrum of helium and neon in 2).
At this time, the substrate transfer rotary arm 13 that can freely contact (separate and expand) with each vacuum vessel keeps each vacuum vessel unsealed. The pressure in the substrate transfer chamber 12 is 5.0 × 1
When the pressure is 0 to 5 Torr or less, the valve 28 shown in FIG. 1 is opened, and the gas to be inspected is directly introduced into the mass spectrometer analysis tube 30, but the pressure in the substrate transfer chamber 12 is 5.0 × 1 due to a large external leak.
0 until a pressure of less than ~ 5 Torr when not reached, the valve 28
Is closed to limit the amount of gas introduced through the orifice (pore) tube 26 and the valve 27 to improve the vacuum to a pressure that does not hinder the operation of the mass spectrometer. In this example, there is a large leak, and the pressure in the substrate transfer chamber 12 is 4.0 × 10 to 4 Torr.
Orifice (pore) tube 2
The gas was introduced with the opening diameter of No. 6 being 0.5 mm.
【0062】この分圧の測定によって、 i)ネオンとヘリウムの分圧ピークが同時に観測された
場合は、ターゲットが交換されたスパッタリング用カソ
ードに外部リークがある(外部リークの特定)、ii)ネ
オンの分圧ピークが観測されず、ヘリウムの分圧ピーク
だけが観測された場合は、ターゲットが交換されたスパ
ッタリング用カソードには外部リークは無く、ターゲッ
トが交換されていないその他の部位に外部リークが発生
している(ターゲット交換箇所以外の外部リークの可能
性)、という判定がなされる。According to the measurement of the partial pressure, i) when the partial pressure peaks of neon and helium are observed at the same time, there is an external leak in the sputtering cathode whose target has been replaced (specifying the external leak); ii) neon If the partial pressure peak of the target was not observed and only the partial pressure peak of helium was observed, there was no external leakage in the sputtering cathode where the target was replaced, and there was external leakage in other parts where the target was not replaced. It is determined that an error has occurred (the possibility of an external leak other than the target replacement location).
【0063】上記のi)の場合には、ヘリウムとネオン
の校正されたピークの比、 R=I(Ne)/I(He) によってリーク発生箇所の特定とリーク監視装置33に
よってランプ表示で発生箇所の表示を行い警報を発生す
る。また、上記のi)とii)の判定までの所要時間は、
図4のガス導入系からのガス導入をしてから27秒であ
った。In the case of the above i), the location of the leak occurrence is specified by the ratio of the calibrated peaks of helium and neon, R = I (Ne) / I (He), and the leak is generated by the leak monitor 33 to display the lamp. The location is displayed and an alarm is generated. In addition, the time required for the determination of the above i) and ii) is
It has been 27 seconds since the gas was introduced from the gas introduction system in FIG.
【0064】《手順4》:外部リーク検査(2). 上述の《手順3》でii)と判定された場合には、ターゲ
ット交換されていない複数のスパッタリング用カソード
のうち外部リークが発生している箇所を特定するために
《手順3》と同様な操作、すなわち着目するスパッタリ
ング用カソードにはヘリウム/ネオンの混合ガスを、そ
の他のスパッタリング用カソードにはヘリウムガスを供
給して《手順3》の操作を繰り返して外部リーク箇所の
特定を行い、リーク監視装置33によって表示する。こ
の一連のデータ収集、データ処理、判定は質量分析装置
32で行われる。図1で示される装置の外部リークは上
記の方法で特定でき、その所要時間は多くとも4分以内
であった。<< Procedure 4 >>: External leak inspection (2). If it is determined as ii) in << Procedure 3 >> described above, the same operation as in << Procedure 3 >> is performed to identify a portion where external leakage has occurred among a plurality of sputtering cathodes whose targets have not been replaced. That is, a helium / neon mixed gas is supplied to the sputtering cathode of interest, and a helium gas is supplied to the other sputtering cathodes, and the procedure of <Step 3> is repeated to specify an external leak location, and a leak monitoring device is provided. Indicated by 33. This series of data collection, data processing, and determination is performed by the mass spectrometer 32. External leaks in the device shown in FIG. 1 could be identified in the manner described above, and the required time was at most 4 minutes.
【0065】従来の技術ではこのような外部リーク発生
の特定までに、真空技術に精通した熟練者でも検査装置
の接続などの段取り時間を含めて、運がよい場合でも2
時間、場合によっては5時間以上の時間を必要とされて
おり、成膜装置の操業度が著しく低下していたが、本発
明の漏洩検出方法では格段に少ない時間で外部リークを
発見でき、修復までの時間を大幅に短縮できた。何故な
らば、検査対象の真空容器ごとに検査装置を付け替える
必要が無く、常に検査装置(質量分析装置)をスタンバ
イ状態にしておくことが容易で、トレースガスをむやみ
に色々な箇所に吹き付ける必要がないからである。ま
た、ヘリウムは高価なガスであるが、本発明ではヘリウ
ムとネオンの混合ガスを使用するため、ヘリウムの使用
ガス量は従来の1/30以下でできたため、大幅な費用
削減と時間の短縮ができた。In the prior art, even if a person skilled in the vacuum technology is lucky, including the setup time for connection of the inspection device, it takes 2 seconds to identify the occurrence of the external leak.
Although the time required, and in some cases, 5 hours or more, is required, the operability of the film forming apparatus has been remarkably reduced. However, the leak detection method of the present invention can find an external leak in a remarkably short time and repair it. The time before the start was greatly reduced. This is because there is no need to change the inspection device for each vacuum container to be inspected, it is easy to keep the inspection device (mass spectrometer) in a standby state at all times, and it is necessary to spray trace gas unnecessarily to various places. Because there is no. Helium is an expensive gas, but in the present invention, since a mixed gas of helium and neon is used, the amount of gas used for helium can be reduced to 1/30 or less of the conventional gas. did it.
【0066】《残留ガスのインプロセス分析》図1に示
される連続式真空成膜装置は、樹脂基板に機能性薄膜を
形成する装置であり、成膜される薄膜はデバイス用薄膜
であるためプロセス条件に大きく依存する特性をもつ。
特に樹脂基板は内包あるいは付着するガス分子がガラス
基板と比較して脱離しにくい。何故ならばガラス基板の
ように高温度で加熱脱気、脱ガスできないからである。
そのため、排気速度が大きいクリーンな真空ポンプで真
空排気しながら成膜するが、基板の状態によっては特に
表面に付着する水分等のガスが場合によっては多く出る
ことがある。そのため、真空排気中のプロセス中の雰囲
気、特に水分、酸素、炭化水素系のガス種のバックグラ
ウンド量をプロセス中に監視することが成膜品質の安定
化に必要であった。図1に示される装置では、外部リー
クの発生が無い場合には、質量分析計を成膜品質監視装
置として機能させ上記のインプロセスモニタリングを行
った。この場合には図1のバルブ28側のガス採取経路
を介して成膜稼働中に基板移送室12の雰囲気を質量分
析計(質量分析計分析管30、質量分析計処理装置3
2)で常時モニタリングした。そして、着目する水(H
2O+)や酸素(O2+)の許容バックグラウンドピーク値
を予め質量分析計処理装置32で設定しておき、稼働中
にその許容値を超えた場合には、リーク監視装置33に
警報を発する機能を持たせた。<< In-Process Analysis of Residual Gas >> The continuous vacuum film forming apparatus shown in FIG. 1 is an apparatus for forming a functional thin film on a resin substrate. It has characteristics that greatly depend on conditions.
In particular, gas molecules that are contained or adhere to a resin substrate are less likely to be released than a glass substrate. This is because heat degassing and degassing cannot be performed at a high temperature like a glass substrate.
Therefore, the film is formed while evacuating with a clean vacuum pump having a high evacuation speed. However, depending on the state of the substrate, a large amount of gas such as moisture adhering to the surface may be generated in some cases. For this reason, it is necessary to stabilize the film formation quality by monitoring the atmosphere during the process during the evacuation, in particular, the background amount of the moisture, oxygen, and hydrocarbon gas species during the process. In the apparatus shown in FIG. 1, when no external leak occurred, the above-described in-process monitoring was performed by causing the mass spectrometer to function as a film formation quality monitoring apparatus. In this case, the atmosphere in the substrate transfer chamber 12 is changed to a mass spectrometer (the mass spectrometer analysis tube 30, the mass spectrometer processing device 3) during the film formation operation via the gas sampling path on the valve 28 side in FIG.
Monitoring was always performed in 2). Then, the water of interest (H
The allowable background peak values of 2 O +) and oxygen (O 2 +) are set in advance in the mass spectrometer processing device 32, and if the allowable values exceed the allowable values during operation, the leak monitoring device 33 is alerted. Function to emit
【0067】[実施例2]図2は本発明の別の実施例を
示す連続式真空成膜装置の概略構成図であり、液晶表示
素子(LCD)用の透明導電膜の製造に用いられる成膜
装置の概要を表したものである。本発明者らが扱う真空
成膜装置の一つはこのようなインライン式のスパッタリ
ング装置であり、この場合もライン状(直線的)に多数
の真空容器(ch1〜ch6)101〜106が配置さ
れ、成膜用に多数のスパッタリング用カソードが搭載さ
れており、ITO膜や保護膜(例えばSiO2 )等のセ
ラミックス系の薄膜を連続的に(真空を開放することな
く)形成する生産装置である。この装置では各真空容器
で高速にスパッタリングを行うためターゲットの交換も
頻繁であり、外部リーク等に関する事情は[実施例1]
で挙げた相変化型光ディスク用の枚葉式スパッタリング
装置と同様である。[Embodiment 2] FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a continuous vacuum film forming apparatus showing another embodiment of the present invention, which is used for manufacturing a transparent conductive film for a liquid crystal display device (LCD). 1 shows an outline of a membrane device. One of the vacuum film forming apparatuses handled by the present inventors is such an in-line type sputtering apparatus, and also in this case, a large number of vacuum vessels (ch1 to ch6) 101 to 106 are arranged in a line (linear). A large number of sputtering cathodes are mounted for film formation, and this is a production apparatus for continuously (without releasing vacuum) forming ceramic-based thin films such as an ITO film and a protective film (eg, SiO 2 ). . In this apparatus, sputtering is performed at high speed in each vacuum vessel, so that targets are frequently exchanged.
This is the same as the single-wafer sputtering apparatus for a phase-change optical disk described above.
【0068】図2において、ch1からch6までの6
つの真空容器101〜106は直線状に接続され、相接
する真空容器はゲートバルブ107,108,109,
110,111で遮断または連通される。被処理基板は
単数または複数枚が基板キャリア116にセットされ
る。符号101は基板搬入側の1段目の真空容器(ch
1)を示し、106は基板排出側の6段目の真空容器
(ch6)を示す。また、ch2〜ch5の真空容器1
02〜105が成膜用真空容器である。ch1の真空容
器101はいわゆるロードロック室で基板キャリア11
6に基板をセットして適当な温度で真空脱気、脱ガスを
行う。本実施例の装置で扱う基板は、高分子フィルム基
板やそのフィルム基板にカラーフィルターが形成された
基板である。尚、図2では基板キャリア搬送機構、基板
加熱機構、真空容器リーク用窒素ガス、スパッタリング
用ガスの導入系、真空計等は図示を省略している。In FIG. 2, six channels ch1 to ch6
Vacuum vessels 101 to 106 are connected linearly, and the vacuum vessels in contact with each other are gate valves 107, 108, 109,
Blocked or communicated at 110,111. One or more substrates to be processed are set on the substrate carrier 116. Reference numeral 101 denotes a first-stage vacuum vessel (ch) on the substrate loading side.
1), and reference numeral 106 denotes a sixth-stage vacuum vessel (ch6) on the substrate discharge side. Moreover, the vacuum container 1 of ch2 to ch5
Numerals 02 to 105 denote vacuum containers for film formation. The vacuum vessel 101 of ch1 is a so-called load lock chamber,
The substrate is set on 6 and vacuum degassing and degassing are performed at an appropriate temperature. The substrate handled by the apparatus of this embodiment is a polymer film substrate or a substrate on which a color filter is formed. In FIG. 2, a substrate carrier transport mechanism, a substrate heating mechanism, a nitrogen gas for vacuum vessel leak, a gas introduction system for sputtering, a vacuum gauge, and the like are not shown.
【0069】1段目の真空容器(ch1)101で事前
処理(前処理)された基板は基板キャリア116によっ
て2段目の真空容器(ch2)102に搬送され、真空
容器102では下地層(保護層)のSiO2 薄膜が30
0Å程度成膜される。ここではRFマグネトロンスパッ
タリング法で成膜速度は80Å/秒であるので4秒以内
に成膜が完了する。その後、3段目から5段目の真空容
器(ch3〜ch5)103〜105までは透明導電膜
であるITO薄膜がDCマグネトロンスパッタリング法
を用いて成膜される。この場合、各真空容器で500Å
ずつ成膜されるので合計膜厚は1500Åとなる。The substrate pre-processed (pre-processed) in the first-stage vacuum vessel (ch1) 101 is transferred to the second-stage vacuum vessel (ch2) 102 by the substrate carrier 116, where the underlayer (protection layer) is protected. 30) SiO 2 thin film
A film of about 0 ° is formed. Here, since the film formation rate is 80 ° / sec by the RF magnetron sputtering method, the film formation is completed within 4 seconds. Thereafter, in the third to fifth vacuum vessels (ch3 to ch5) 103 to 105, an ITO thin film as a transparent conductive film is formed by using a DC magnetron sputtering method. In this case, 500Å for each vacuum vessel
Thus, the total film thickness is 1500 °.
【0070】本実施例では、ITOの成膜速度は17Å
/秒であるから真空容器103,104,105での成
膜時間はそれぞれ30秒前後である。成膜を終えた基板
キャリア116は6段目の真空容器(ch6)106に
搬送され取り出される。この真空容器106はいわゆる
アンロード室である。成膜を行う真空容器102〜10
5には図2中の符号113で示されるスパッタリング用
カソードが搭載されており、その大気側には密閉容器1
14とガス導入系115が付設されている。このスパッ
タリング用カソード113と密閉容器114の部分の構
成は、図3で示されるものと同様な構成となっており、
図3のスパッタリング用カソード202、密閉容器20
8と対応している。また、ガス導入系115は図4に示
される構成となっており、密閉容器114には図4に示
されるガス導入系からトレースガスが供給される。これ
は図1に示した[実施例1]の場合と同様である。In this embodiment, the film forming speed of ITO is 17 °
/ Sec, the film formation time in the vacuum vessels 103, 104, 105 is about 30 seconds each. The substrate carrier 116 on which the film formation has been completed is carried to the sixth-stage vacuum vessel (ch6) 106 and taken out. This vacuum vessel 106 is a so-called unload chamber. Vacuum containers 102 to 10 for performing film formation
5 is equipped with a sputtering cathode denoted by reference numeral 113 in FIG.
14 and a gas introduction system 115 are provided. The configuration of the sputtering cathode 113 and the closed container 114 is similar to that shown in FIG.
3. The sputtering cathode 202 and the sealed container 20 shown in FIG.
Corresponds to 8. The gas introduction system 115 has the configuration shown in FIG. 4, and the closed vessel 114 is supplied with a trace gas from the gas introduction system shown in FIG. This is the same as the case of [Embodiment 1] shown in FIG.
【0071】本実施例の装置では、各真空容器101〜
106に対して通常はバルブで遮断されているが必要な
場合は各真空容器が全て連通できるような共通真空室1
12が設けられており、この共通真空室112にはター
ボ分子ポンプ117及びそれ用のバルブ118とロータ
リーポンプ119が付設されている。また、共通真空室
112と各真空容器101〜106とはバルブ120〜
125を介して接続されている。In the apparatus of this embodiment, each of the vacuum vessels 101 to 101
The common vacuum chamber 1 is normally shut off by a valve but can be connected to all vacuum vessels when necessary.
The common vacuum chamber 112 is provided with a turbo molecular pump 117, a valve 118 therefor, and a rotary pump 119. Further, the common vacuum chamber 112 and each of the vacuum vessels 101 to 106 are connected to a valve 120 to
125 are connected.
【0072】共通真空室112には、図1に示した[実
施例1]の装置と同様にオリフィス(細孔)管126と
バルブ127を設けたガス採取経路や、ガス導入用バル
ブ128が設けられたガス採取経路が接続され、その先
には、真空室(マニホールドまたはエンベロープと呼ば
れる)129に入れられた質量分析計分析部(分析管)
130と差動排気装置131が接続されている。また、
質量分析計分析管130には質量分析計処理装置132
とリーク監視装置133が接続され、共通真空室112
には感度校正用ガス導入系134が接続されているが、
これらの構成は図1に示した[実施例1]の質量分析計
処理装置32とリーク監視装置33、感度校正用ガス導
入系34の構成と同じである。The common vacuum chamber 112 is provided with a gas sampling path provided with an orifice (pore) tube 126 and a valve 127 and a gas introduction valve 128 as in the apparatus of the first embodiment shown in FIG. The connected gas sampling path is connected to a mass spectrometer analysis unit (analysis tube) placed in a vacuum chamber (called a manifold or an envelope) 129.
130 and the differential exhaust device 131 are connected. Also,
The mass spectrometer analyzer tube 130 includes a mass spectrometer processor 132.
And the leak monitor 133 are connected to the common vacuum chamber 112
Is connected to a sensitivity calibration gas introduction system 134,
These configurations are the same as the configurations of the mass spectrometer processing device 32, the leak monitoring device 33, and the sensitivity calibration gas introduction system 34 of [Example 1] shown in FIG.
【0073】図2のLCD用の透明導電膜の製造装置
(成膜装置)は、[実施例1]の装置と同様に高速で連
続的なスパッタリングを行うため、ターゲット材料の消
耗が多く、ターゲット交換を頻繁に行わなければならな
いため、スパッタリング用カソード部分の外部リーク
(大気漏れ)が発生しやすい。形成する薄膜はセラミッ
クス系薄膜であり、パーティクルの発生が多くこれも真
空容器の外部リークの原因となっている。スパッタリン
グ用カソード部分の外部リーク検知方法は[実施例1]
と同じ方法と手順であるから詳細は省略するが、リーク
検知時は120〜125で示されるバルブは全て開いた
状態にしておくことは言うまでもない。The apparatus (film forming apparatus) for producing a transparent conductive film for LCD shown in FIG. 2 performs high-speed continuous sputtering similarly to the apparatus of [Example 1]. Since replacement must be performed frequently, external leakage (air leakage) of the sputtering cathode portion is likely to occur. The thin film to be formed is a ceramic thin film, and generates a lot of particles, which also causes external leakage of the vacuum vessel. External leak detection method for sputtering cathode part is described in [Example 1].
Since the method and procedure are the same as those described above, the details are omitted, but it goes without saying that all valves indicated by 120 to 125 are kept open at the time of leak detection.
【0074】外部リークの発生が全く無い場合には、c
h1で示される真空容器101での基板の前処理状態を
残留ガスを測定することによってモニタリングできる。
この場合はバルブ121〜125は全て閉じておき、真
空容器101内の残留ガスのモニタリングを行うことに
より、装置稼働中でも基板からの放出ガスや前処理の状
態(真空脱ガス処理のエンドポイントの判定など)を分
析することができる。また、真空容器101内のガス放
出が大きく圧力が高い場合は、オリフィス(細孔)管1
26とバルブ127を設けた側のガス採取経路を用いて
質量分析装置の質量分析計分析管130に導入するガス
量を制限することができる。When there is no external leakage, c
The pretreatment state of the substrate in the vacuum vessel 101 indicated by h1 can be monitored by measuring the residual gas.
In this case, the valves 121 to 125 are all closed, and the residual gas in the vacuum vessel 101 is monitored, so that the gas released from the substrate and the state of the pretreatment (determination of the end point of the vacuum degassing process) even during the operation of the apparatus. Etc.) can be analyzed. Further, when the gas release in the vacuum vessel 101 is large and the pressure is high, the orifice (pore) tube 1
The amount of gas introduced into the mass spectrometer analysis tube 130 of the mass spectrometer can be limited using the gas sampling path on the side provided with 26 and the valve 127.
【0075】インライン式の真空成膜装置の場合、従来
の漏洩検出方法ではスパッタリング用カソード部分の外
部リーク検知を行いリーク発生箇所を特定するのに、各
真空容器に個別にヘリウムリークディテクタを接続して
トレースガスで検査していたので、短い場合でも段取り
時間を含めて2時間以上の検査時間を要していた。しか
し、図2に示す装置構成として本発明の漏洩検出方法を
適用した結果、質量分析計を稼働状態にしておけば、全
真空容器のリーク検知を終了するまでには5分も要せず
に実施することができ、検査時間を大幅に短縮すること
ができた。In the case of an in-line type vacuum film forming apparatus, in the conventional leak detection method, a helium leak detector is individually connected to each vacuum vessel in order to detect an external leak at a sputtering cathode portion and specify a leak location. Since the inspection was performed using a trace gas, an inspection time of 2 hours or more including the setup time was required even in a short case. However, as a result of applying the leak detection method of the present invention as the apparatus configuration shown in FIG. 2, if the mass spectrometer is in the operating state, it takes less than five minutes to complete the leak detection of the entire vacuum vessel. The inspection was able to be performed, and the inspection time was able to be greatly reduced.
【0076】[0076]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
真空成膜装置の複数の真空容器の大気漏洩を検出する漏
洩検出方法においては、それぞれの真空容器への外部か
らの大気漏洩を検知する際に、トレースガスを用い、そ
のトレースガスとしてヘリウム(He)とネオン(N
e)の混合ガスを使用しているので、ヘリウムの使用量
を削減することができ、実施例1に示されるように、従
来技術による漏洩検出方法と比較してヘリウムの使用量
を1/30以下に削減させることができた。As described above, according to the leak detecting method for detecting atmospheric leakage of a plurality of vacuum containers of the vacuum film forming apparatus according to the first aspect, the atmospheric leakage from the outside to each vacuum container is detected. At the time of detection, a trace gas is used, and helium (He) and neon (N) are used as the trace gases.
Since the mixed gas of e) is used, the amount of helium used can be reduced. As shown in Example 1, the amount of helium used is reduced by 1/30 as compared with the leak detection method according to the prior art. We were able to reduce it below.
【0077】請求項2に記載の真空成膜装置の複数の真
空容器の大気漏洩を検出する漏洩検出方法においては、
それぞれの真空容器への外部からの大気漏洩を検知する
際に、個々の真空容器に吹き付けるトレースガスのヘリ
ウムとネオンの混合比率が真空容器毎に異なっているの
で、各真空容器を同時に検査することができるため、単
一のヘリウムを使って検知する場合と比較して外部から
の大気漏洩箇所の特定が非常に早くでき、実施例1に示
されるように、従来技術による漏洩検出方法では最低で
も2時間必要であったが、本発明の方法では4分以内に
全真空容器の大気漏洩検査が実施できた。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for detecting atmospheric leakage of a plurality of vacuum vessels in a vacuum film forming apparatus.
When detecting external air leaks to each vacuum vessel, inspect each vacuum vessel at the same time because the mixing ratio of helium and neon in the trace gas blown to each vacuum vessel differs for each vacuum vessel. Therefore, the location of the air leak from the outside can be identified very quickly as compared with the case where the detection is performed using a single helium. Although two hours were required, the method of the present invention was able to perform an atmospheric leakage inspection of all vacuum containers within four minutes.
【0078】請求項3に記載の真空成膜装置の複数の真
空容器の大気漏洩を検出する漏洩検出方法においては、
複数の真空容器の外部からの大気漏洩を検出する際に、
被処理物が搬入または搬出あるいは真空成膜処理される
個々の真空容器とは別に、各真空容器と連通する共通の
真空空間を有し、各真空容器からこの真空空間に漏洩し
た大気及びトレースガスの分圧を質量分析計によって検
出しているので、各真空容器を順次個別に漏洩検知した
り、全ての真空容器の真空を連通して全体の真空系に対
してリークの発生の可能性がある部位に順次トレースガ
スを吹き付けて逐次漏洩をチェックする必要がない。し
たがって、大量のヘリウムガスを消費することなく、装
置稼働中であっても大気漏洩を検知することができる。
また、質量分析計を用いてトレースガスの分圧ピークを
検知しているので、窒素と酸素の分圧でリークの判断を
する場合と異なり、真空容器内に残留する窒素、酸素分
圧の影響を全く受けなくてすむ。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for detecting atmospheric leakage of a plurality of vacuum vessels in a vacuum film forming apparatus.
When detecting atmospheric leakage from the outside of multiple vacuum vessels,
Aside from the individual vacuum vessels in which the workpiece is loaded or unloaded or subjected to vacuum film formation, a common vacuum space communicating with each vacuum vessel is provided, and the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel into this vacuum space. Is detected by a mass spectrometer.Therefore, it is possible to detect leaks in each vacuum vessel one by one, or to connect the vacuum of all vacuum vessels to the whole vacuum system. There is no need to sequentially check for leaks by spraying a trace gas on a certain site. Therefore, air leakage can be detected even during operation of the apparatus without consuming a large amount of helium gas.
In addition, since the partial pressure peak of the trace gas is detected using a mass spectrometer, the effect of the partial pressure of nitrogen and oxygen remaining in the vacuum vessel differs from the case where the leak is judged based on the partial pressure of nitrogen and oxygen. You don't have to.
【0079】請求項4に記載の漏洩検出方法において
は、請求項3に記載の漏洩検出方法において、共通の真
空空間に漏洩するトレースガスの分圧を検出する前に、
ヘリウムとネオンがモル比で等量含まれる(混合比率が
1:1の)トレースガスを共通の真空空間に流し、予め
ヘリウムとネオンのガス種に対する質量分析計の感度係
数を取っておき、分圧の質量スペクトル強度の感度校正
を行ってからトレースガスの分圧を検出するので、電離
電圧(イオン化電圧)等の分析条件が変化した場合でも
正確にヘリウムとネオンの分圧比が得られ、これを基に
真空容器内のヘリウムとネオンガスの存在比を把握する
ことができる。また、この存在比のデータを基に外部リ
ークの発生箇所を実施例1、実施例2に示されるように
ごく短時間で特定することができる。According to a fourth aspect of the present invention, in the leak detecting method according to the third aspect, before detecting the partial pressure of the trace gas leaking into the common vacuum space,
A trace gas containing equal amounts of helium and neon in a molar ratio (mixing ratio is 1: 1) is caused to flow in a common vacuum space, and the sensitivity coefficient of the mass spectrometer for the helium and neon gas species is set in advance to determine the partial pressure. Since the partial pressure of the trace gas is detected after the sensitivity calibration of the mass spectrum intensity is performed, the partial pressure ratio of helium and neon can be accurately obtained even when the analysis conditions such as ionization voltage (ionization voltage) change. It is possible to grasp the ratio of helium to neon gas in the vacuum vessel. Further, based on the data of the abundance ratio, the location where the external leak occurs can be specified in a very short time as shown in the first and second embodiments.
【0080】請求項5に記載の成膜品質監視装置におい
ては、複数の真空容器で構成される真空成膜装置におい
て上記真空容器の漏洩を請求項3または4に記載の漏洩
検出方法を用いて検出し、成膜品質を監視するものであ
って、各真空容器と連通する共通の真空空間内の残留ガ
ス及びこの真空空間に漏洩する大気、トレースガスを検
出する際に質量分析計を用い、かつ該質量分析計には真
空容器内のガスの一部を減圧しながら取り込むための細
孔(オリフィス)を有するガス採取経路と細孔を有さな
いガス採取経路の両方を備え、かつ該質量分析計が設置
される真空空間には差動排気装置が具備されているの
で、漏れ検査の対象となる真空容器の真空度(圧力)に
限定されなく、外部リークをチェックする際の真空容器
の真空圧力が高い場合にはそれに応じて質量分析計側に
流入するガス量を制限して分圧測定を行うことができ
る。また、真空容器で成膜プロセスを行う前の残留ガス
の質、いわゆるバックグラウンドを測定することが実施
例1、実施例2のごとくインプロセスでできるため、成
膜品質の安定化が容易である。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a film forming quality monitoring apparatus comprising: a vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels; Detect and monitor the film formation quality, using a mass spectrometer to detect residual gas in the common vacuum space communicating with each vacuum vessel and the atmosphere leaking into this vacuum space, trace gas, The mass spectrometer is provided with both a gas sampling path having a pore (orifice) for taking in a part of the gas in the vacuum vessel while reducing the pressure, and a gas sampling path having no pore. Since the vacuum space in which the analyzer is installed is provided with a differential evacuation device, it is not limited to the degree of vacuum (pressure) of the vacuum container to be subjected to a leak test, and the vacuum container for checking an external leak is not limited. When vacuum pressure is high It can perform partial pressure measurement limit the amount of gas flowing into the mass spectrometer side accordingly on. Further, since the quality of the residual gas before performing the film forming process in the vacuum vessel, that is, the background, can be measured in-process as in the first and second embodiments, the stabilization of the film forming quality is easy. .
【0081】請求項6に記載の複数の真空容器で構成さ
れる連続式真空成膜装置においては、複数の真空容器に
付設されるスパッタリング用カソードの外部からの大気
漏洩を検出する際に、該スパッタリング用カソードの大
気側を密閉容器で密閉し、この密閉容器にヘリウムとネ
オンの混合ガスを大気漏洩検出用のトレースガスとして
供給しているので、実施例1に見られるようにスパッタ
リング用カソード部位の外部リーク箇所の特定がごく短
時間で実施できる。また、個別の真空容器ごとに質量分
析計などの検出装置を設置したり、検出装置を真空容器
ごとにつなぎ替えたりする手間が全くかからないので、
真空成膜装置の操業度を向上する手段として経済効果が
大きい。In the continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels according to the present invention, when detecting atmospheric leakage from the outside of the sputtering cathode attached to the plurality of vacuum vessels, Since the atmosphere side of the sputtering cathode is sealed with a sealed container, and a mixed gas of helium and neon is supplied to this sealed container as a trace gas for detecting atmospheric leakage, the sputtering cathode portion as shown in Example 1 The location of the external leak can be identified in a very short time. In addition, since there is no need to install a detection device such as a mass spectrometer for each vacuum vessel or to switch the detection device for each vacuum vessel,
As a means for improving the operability of the vacuum film forming apparatus, a great economic effect is obtained.
【0082】請求項7に記載の複数の真空容器で構成さ
れる連続式真空成膜装置においては、複数の真空容器に
付設されるスパッタリング用カソードの外部からの大気
漏洩を検出する際に、被処理物が搬入または搬出あるい
は真空成膜処理される個々の真空容器とは別に、各真空
容器と連通する共通の真空空間を有し、各真空容器から
この真空空間に漏洩した大気及びトレースガスの分圧を
質量分析計によって検出することで、質量分析計を1箇
所のみ接続して装置全体の外部リーク検知を容易に実施
することができる。また、従来技術のように装置の成膜
動作を中断して質量分析計をつなぎ替える必要もなく、
装置が稼働中のまま効率的に漏洩検知を行うことができ
る。In the continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels according to the present invention, when detecting atmospheric leakage from the outside of the sputtering cathode attached to the plurality of vacuum vessels, the apparatus may be subjected to the following. Aside from the individual vacuum vessels in which the processing object is loaded or unloaded or vacuum film-formed, a common vacuum space communicating with each vacuum vessel is provided, and the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel into this vacuum space are removed. By detecting the partial pressure by the mass spectrometer, it is possible to easily detect the external leak of the entire apparatus by connecting only one mass spectrometer. In addition, there is no need to interrupt the film forming operation of the apparatus and change the mass spectrometer as in the prior art,
Leakage detection can be performed efficiently while the device is operating.
【0083】請求項8に記載の複数の真空容器で構成さ
れる連続式真空成膜装置においては、被処理物が搬入ま
たは搬出あるいは真空成膜処理される個々の真空容器と
は別に、各真空容器と連通する共通の真空空間を有し、
該真空空間内の残留ガス分圧及び該真空空間に漏洩する
大気、トレースガスを検出する際に、請求項5に記載さ
れる成膜品質監視装置を具備することによって、外部リ
ーク検知用機器とバックグラウンド測定用機器を別個に
準備するという二重の設備投資が不要になり、外部リー
クがある場合はそれが発生しているスパッタリング用カ
ソード部位が即座に特定できるとともに、外部リークが
無い場合には成膜プロセス中のバックグラウンドのモニ
タリングがインプロセスで実施できる。In the continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels according to the present invention, each vacuum vessel is provided separately from an individual vacuum vessel in which an object to be processed is loaded or unloaded or subjected to vacuum film deposition. Has a common vacuum space that communicates with the container,
When detecting the residual gas partial pressure in the vacuum space, the atmosphere leaking into the vacuum space, and the trace gas, by providing the film formation quality monitoring device according to claim 5, an external leak detection device is provided. This eliminates the need for double capital investment to prepare a separate background measurement device.If there is an external leak, the sputtering cathode site where the external leak occurs can be immediately identified, and if there is no external leak, The background monitoring during the film formation process can be performed in-process.
【0084】請求項9に記載の複数の真空容器で構成さ
れる連続式真空成膜装置においては、上記真空容器に付
設されるスパッタリング用カソードの外部からの大気漏
洩(外部リーク)を検出する際に、被処理物が搬入また
は搬出あるいは真空成膜処理される個々の真空容器とは
別に、各真空容器と連通する共通の真空空間を有し、各
真空容器からこの真空空間に漏洩した大気及びトレース
ガスの分圧を質量分析計によって検出し、個々の真空容
器に吹き付けるトレースガスのヘリウムとネオンの混合
比率が真空容器毎に異なることによって、大気漏洩が発
生しているスパッタリング用カソードを即座に特定する
ので、高価なヘリウムガスの消費量を削減することがで
きる。その上、分圧測定時のヘリウムとネオンのピーク
強度比によって外部リークの発生部位を即座に特定する
ことができる。また、真空容器ごとに検出装置をつなぎ
替える必要もなく設備投資も少なくてすみ、成膜装置の
稼働中でも検知することができるので、操業度と歩留り
の向上が同時に実現できる。尚、具体的な効果は実施例
1、実施例2に示されるごとくである。In the continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels according to the present invention, when detecting atmospheric leakage (external leak) from outside the sputtering cathode attached to the vacuum vessel. In addition to the individual vacuum vessels in which the workpiece is loaded or unloaded or subjected to vacuum film formation, a common vacuum space communicating with each vacuum vessel is provided, and the atmosphere leaking from each vacuum vessel to this vacuum space and The partial pressure of the trace gas is detected by a mass spectrometer, and the mixing ratio of helium and neon of the trace gas sprayed on each vacuum vessel varies from vacuum vessel to vacuum vessel. Since it is specified, consumption of expensive helium gas can be reduced. In addition, the location of the external leak can be immediately specified by the peak intensity ratio between helium and neon when measuring the partial pressure. In addition, since it is not necessary to change the detection device for each vacuum vessel, the capital investment can be reduced, and the detection can be performed even during the operation of the film forming device, so that the operability and the yield can be improved at the same time. The specific effects are as shown in the first and second embodiments.
【0085】請求項10に記載の複数の真空容器で構成
される連続式真空成膜装置においては、上記真空容器に
付設されるスパッタリング用カソードの外部からの大気
漏洩(外部リーク)を検出する際に、被処理物が搬入ま
たは搬出あるいは真空成膜処理される個々の真空容器と
は別に、各真空容器と連通する共通の真空空間を有し、
各真空容器からこの真空空間に漏洩した大気及びトレー
スガスの分圧を質量分析計によって検出し、個々の真空
容器に吹き付けるトレースガスのヘリウムとネオンの混
合比率が真空容器毎に異なることによって、大気漏洩が
発生しているスパッタリング用カソードを即座に特定す
ると共に、質量分析計の測定結果をもとに大気漏洩が検
出されたスパッタリング用カソードを識別し警報を発す
る監視装置を備えたことにより、高速度で成膜処理され
る連続式真空成膜装置の稼働を停止することなく外部リ
ークの発生箇所が特定でき、警報により確認することが
できる。そのため、せっかく処理した基板がその後は不
良品質のまま処理され続け大きな損失を招くというトラ
ブルを未然に防止することができる。In the continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels according to the present invention, when detecting atmospheric leakage (external leak) from outside the sputtering cathode attached to the vacuum vessel. In addition to the individual vacuum vessels in which the workpiece is loaded or unloaded or subjected to vacuum film formation, a common vacuum space communicating with each vacuum vessel is provided,
The partial pressure of the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel into this vacuum space is detected by a mass spectrometer, and the mixing ratio of helium and neon of the trace gas blown to each vacuum vessel is different for each vacuum vessel. A monitoring device that immediately identifies the sputtering cathode that has leaked, identifies the sputtering cathode that has detected an atmospheric leak based on the measurement results of the mass spectrometer, and issues an alarm provides a high level of accuracy. The location where an external leak occurs can be specified without stopping the operation of a continuous vacuum film forming apparatus that performs a film forming process at a high speed, and can be confirmed by an alarm. For this reason, it is possible to prevent a trouble that the processed substrate is subsequently processed with poor quality and causes a large loss.
【図1】本発明の一実施例を示す連続式真空成膜装置の
概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a continuous vacuum film forming apparatus showing one embodiment of the present invention.
【図2】本発明の別の実施例を示す連続式真空成膜装置
の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a continuous vacuum film forming apparatus showing another embodiment of the present invention.
【図3】図1または図2に示す真空成膜装置の成膜用真
空容器に設置されるスパッタリング用カソード及び密閉
容器の構成例を示す要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part showing a configuration example of a sputtering cathode and a sealed container installed in a film forming vacuum vessel of the vacuum film forming apparatus shown in FIG. 1 or 2;
【図4】図3に示す密閉容器のガス導入口に接続される
ガス導入系の一例を示す図である。4 is a diagram showing an example of a gas introduction system connected to a gas introduction port of the closed container shown in FIG.
【図5】質量分析計による5種の希ガス(He,Ne,
Ar,Kr,Xe)の分析結果を示す図であって、5種
の希ガスの質量数(m/e)と、窒素ガスを1.0(基
準)とした相対感度の関係を示すグラフである。FIG. 5 shows five kinds of rare gases (He, Ne,
FIG. 7 is a graph showing the analysis results of Ar, Kr, and Xe), and is a graph showing the relationship between the mass numbers (m / e) of five rare gases and the relative sensitivity when nitrogen gas is set to 1.0 (reference). is there.
【図6】ヘリウム(He)とネオン(Ne)の混合ガス
の分圧の測定結果を示す図であって、(a)はHe:N
e=1:2の混合ガスの質量数(m/e)に対する分圧
を示すグラフ、(b)はHe:Ne=1:4の混合ガス
の質量数(m/e)に対する分圧を示すグラフである。FIG. 6 is a diagram showing the measurement results of the partial pressure of a mixed gas of helium (He) and neon (Ne), where (a) shows He: N.
A graph showing the partial pressure with respect to the mass number (m / e) of the mixed gas of e = 1: 2, and (b) shows the partial pressure with respect to the mass number (m / e) of the mixed gas of He: Ne = 1: 4. It is a graph.
1〜8:真空容器 9:スパッタリング用カソード 10:密閉容器 11:ガス導入口(HeまたはHe/Ne混合ガス導入
口) 12:基板移送室 13:基板受渡し回転アーム 14:ロータリーポンプ 15:バルブ 16:粗引きバルブ 17:ターボ分子ポンプ(ch8用) 18:バルブ 19:メカニカルブースターポンプ 20:ロータリーポンプ 21:ターボ分子ポンプ 22:バルブ 23〜25:ターボ分子ポンプ排気系 26:オリフィス(細孔)管 27:バルブ 28:バルブ 29:真空室(マニホールド) 30:質量分析計分析管 31:差動排気装置 32:質量分析計処理装置 33:リーク監視装置 34:感度校正用ガス導入系 35:O−リング 101〜106:真空容器 107〜111:ゲートバルブ 112:共通真空室 113:スパッタリング用カソード 114:密閉容器 115:ガス導入口(HeまたはHe/Ne混合ガス導
入口) 116:基板キャリア 117:ターボ分子ポンプ 118:バルブ 119:ロータリポンプ 120〜125:バルブ 126:オリフィス(細孔)管 127:バルブ 128:バルブ 129:真空室(マニホールド) 130:質量分析計分析管 131:差動排気装置 132:質量分析計処理装置 133:リーク監視装置 134:感度校正用ガス導入系 201:真空容器壁 202:スパッタリング用カソード本体 203:バッキングプレート 204:ターゲット材料 205:O−リングシール部 206:冷却水導入管 207:冷却水 208:密閉容器 209:ガス導入口(HeまたはHe/Ne混合ガス導
入口) 210:マグネット 211:シールド板(アースシールド) 212:絶縁板1-8: Vacuum container 9: Cathode for sputtering 10: Sealed container 11: Gas inlet (He or He / Ne mixed gas inlet) 12: Substrate transfer chamber 13: Substrate transfer rotary arm 14: Rotary pump 15: Valve 16 : Roughing valve 17: Turbo molecular pump (for ch8) 18: Valve 19: Mechanical booster pump 20: Rotary pump 21: Turbo molecular pump 22: Valve 23 to 25: Turbo molecular pump exhaust system 26: Orifice (pore) tube 27: Valve 28: Valve 29: Vacuum chamber (manifold) 30: Mass spectrometer analyzer tube 31: Differential pumping device 32: Mass spectrometer processing device 33: Leak monitoring device 34: Sensitivity calibration gas introduction system 35: O- Rings 101 to 106: Vacuum container 107 to 111: Gate valve 112: Common vacuum chamber 113: cathode for sputtering 114: closed vessel 115: gas inlet (He or He / Ne mixed gas inlet) 116: substrate carrier 117: turbo molecular pump 118: valve 119: rotary pump 120 to 125: valve 126: orifice ( (Pore) tube 127: valve 128: valve 129: vacuum chamber (manifold) 130: mass spectrometer analysis tube 131: differential pumping device 132: mass spectrometer processing device 133: leak monitoring device 134: sensitivity calibration gas introduction system 201: vacuum vessel wall 202: cathode body for sputtering 203: backing plate 204: target material 205: O-ring seal part 206: cooling water introduction pipe 207: cooling water 208: closed vessel 209: gas introduction port (He or He / Ne mixed gas inlet) 2 0: Magnet 211: shield plate (ground shield) 212: insulating plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 裕司 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 (72)発明者 柴田 清人 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 (72)発明者 阿萬 康知 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yuji Miura 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo, Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Kiyoto Shibata 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Yasuchi Aman 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo, Ricoh Co., Ltd.
Claims (10)
において上記真空容器の漏洩を検出する漏洩検出方法で
あって、それぞれの真空容器への外部からの大気漏洩を
検知する際に、トレースガスを用い、そのトレースガス
としてヘリウム(He)とネオン(Ne)の混合ガスを
使用することを特徴とする真空容器の漏洩検出方法。In a vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, there is provided a leak detection method for detecting leaks of the vacuum vessels, wherein when detecting atmospheric leakage to the respective vacuum vessels from the outside, A method for detecting a leak in a vacuum vessel, wherein a trace gas is used, and a mixed gas of helium (He) and neon (Ne) is used as the trace gas.
において上記真空容器の漏洩を検出する漏洩検出方法で
あって、それぞれの真空容器への外部からの大気漏洩を
検知する際に、個々の真空容器に吹き付けるトレースガ
スのヘリウムとネオンの混合比率が真空容器毎に異なる
ことを特徴とする真空容器の漏洩検出方法。2. A leak detecting method for detecting a leak in the vacuum vessel in a vacuum film forming apparatus including a plurality of vacuum vessels, wherein when detecting atmospheric leak from the outside to each vacuum vessel, A method of detecting leakage of a vacuum vessel, wherein a mixing ratio of helium and neon of a trace gas blown to each vacuum vessel is different for each vacuum vessel.
において上記真空容器の漏洩を検出する漏洩検出方法で
あって、真空容器の外部からの大気漏洩を検出する際
に、被処理物が搬入または搬出あるいは真空成膜処理さ
れる個々の真空容器とは別に、各真空容器と連通する共
通の真空空間を有し、各真空容器からこの真空空間に漏
洩した大気及びトレースガスの分圧を質量分析計によっ
て検出することを特徴とする真空容器の漏洩検出方法。3. A leak detection method for detecting a leak in the vacuum vessel in a vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, wherein an object to be processed is detected when an atmospheric leak from outside the vacuum vessel is detected. Has a common vacuum space that communicates with each vacuum vessel separately from the individual vacuum vessels that are loaded or unloaded or vacuum film-formed, and the partial pressure of the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel into this vacuum space Detecting the leakage of the vacuum vessel by a mass spectrometer.
において、上記真空空間に漏洩するトレースガスの分圧
を検出する前に、ヘリウムとネオンがモル比で等量含ま
れるトレースガスを該真空空間に流し、予めヘリウムと
ネオンのガス種に対する質量分析計の感度係数を取って
おき、分圧の質量スペクトル強度の感度校正を行ってか
らトレースガスの分圧を検出することを特徴とする真空
容器の漏洩検出方法。4. The method for detecting leakage of a vacuum vessel according to claim 3, wherein a trace gas containing an equal amount of helium and neon in a molar ratio is detected before detecting the partial pressure of the trace gas leaking into the vacuum space. A vacuum characterized by flowing in the vacuum space, previously taking the sensitivity coefficient of the mass spectrometer for the helium and neon gas species, performing the sensitivity calibration of the partial mass spectrum intensity, and then detecting the partial pressure of the trace gas. Container leak detection method.
において上記真空容器の漏洩を請求項3または4に記載
の漏洩検出方法を用いて検出し、成膜品質を監視する成
膜品質監視装置であって、各真空容器と連通する共通の
真空空間内の残留ガス及びこの真空空間に漏洩する大
気、トレースガスを検出する際に質量分析計を用い、か
つ該質量分析計には真空容器内のガスの一部を減圧しな
がら取り込むための細孔(オリフィス)を有するガス採
取経路と細孔を有さないガス採取経路の両方を備え、か
つ該質量分析計が設置される真空空間には差動排気装置
が具備されていることを特徴とする成膜品質監視装置。5. A film forming quality for monitoring a film forming quality by detecting a leak in the vacuum container using a leak detecting method according to claim 3 in a vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum containers. A monitoring device, which uses a mass spectrometer to detect residual gas in a common vacuum space communicating with each vacuum vessel, the atmosphere leaking into the vacuum space, and trace gas, and the mass spectrometer has a vacuum. A vacuum space having both a gas sampling path having a pore (orifice) for taking in a part of the gas in the container while reducing the pressure and a gas sampling path having no pore, and in which the mass spectrometer is installed. Is provided with a differential evacuation device.
膜装置であって、上記真空容器に付設されるスパッタリ
ング用カソードの外部からの大気漏洩を検出する際に、
該スパッタリング用カソードの大気側を密閉容器で密閉
し、この密閉容器に大気漏洩検出用のトレースガスを供
給し、このトレースガスがヘリウムとネオンの混合ガス
であることを特徴とする連続式真空成膜装置。6. A continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, wherein when detecting atmospheric leakage from the outside of a sputtering cathode attached to said vacuum vessel,
The sputtering cathode is sealed on the atmosphere side with an airtight container, and a trace gas for detecting air leakage is supplied to the airtight container, and the trace gas is a mixed gas of helium and neon. Membrane equipment.
膜装置であって、上記真空容器に付設されるスパッタリ
ング用カソードの外部からの大気漏洩を検出する際に、
被処理物が搬入または搬出あるいは真空成膜処理される
個々の真空容器とは別に、各真空容器と連通する共通の
真空空間を有し、各真空容器からこの真空空間に漏洩し
た大気及びトレースガスの分圧を質量分析計によって検
出することを特徴とする連続式真空成膜装置。7. A continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, wherein when detecting atmospheric leakage from the outside of a sputtering cathode attached to said vacuum vessel,
Aside from the individual vacuum vessels in which the workpiece is loaded or unloaded or subjected to vacuum film formation, a common vacuum space communicating with each vacuum vessel is provided, and the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel into this vacuum space. A continuous vacuum film forming apparatus, wherein a partial pressure of the liquid is detected by a mass spectrometer.
膜装置であって、被処理物が搬入または搬出あるいは真
空成膜処理される個々の真空容器とは別に、各真空容器
と連通する共通の真空空間を有し、該真空空間内の残留
ガス分圧及び該真空空間に漏洩する大気、トレースガス
を検出する際に、請求項5に記載される成膜品質監視装
置を具備したことを特徴とする連続式真空成膜装置。8. A continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, which is connected to each vacuum vessel separately from individual vacuum vessels in which an object to be processed is loaded or unloaded or subjected to vacuum film deposition. And a film quality monitoring device according to claim 5 for detecting a residual gas partial pressure in the vacuum space, an atmosphere leaking into the vacuum space, and a trace gas. A continuous vacuum film forming apparatus characterized by the above-mentioned.
膜装置であって、上記真空容器に付設されるスパッタリ
ング用カソードの外部からの大気漏洩を検出する際に、
被処理物が搬入または搬出あるいは真空成膜処理される
個々の真空容器とは別に、各真空容器と連通する共通の
真空空間を有し、各真空容器からこの真空空間に漏洩し
た大気及びトレースガスの分圧を質量分析計によって検
出し、個々の真空容器に吹き付けるトレースガスのヘリ
ウムとネオンの混合比率が真空容器毎に異なることによ
って、大気漏洩が発生しているスパッタリング用カソー
ドを即座に特定することを特徴とする連続式真空成膜装
置。9. A continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, wherein when detecting atmospheric leakage from the outside of a sputtering cathode attached to said vacuum vessel,
Aside from the individual vacuum vessels in which the workpiece is loaded or unloaded or subjected to vacuum film formation, a common vacuum space communicating with each vacuum vessel is provided, and the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel into this vacuum space. Is detected by a mass spectrometer, and the mixing ratio of helium and neon of the trace gas sprayed to each vacuum vessel is different for each vacuum vessel, thereby immediately identifying the sputtering cathode that is leaking to the atmosphere. A continuous vacuum film forming apparatus characterized by the above-mentioned.
成膜装置であって、上記真空容器に付設されるスパッタ
リング用カソードの外部からの大気漏洩を検出する際
に、被処理物が搬入または搬出あるいは真空成膜処理さ
れる個々の真空容器とは別に、各真空容器と連通する共
通の真空空間を有し、各真空容器からこの真空空間に漏
洩した大気及びトレースガスの分圧を質量分析計によっ
て検出し、個々の真空容器に吹き付けるトレースガスの
ヘリウムとネオンの混合比率が真空容器毎に異なること
によって、大気漏洩が発生しているスパッタリング用カ
ソードを即座に特定すると共に、質量分析計の測定結果
をもとに大気漏洩が検出されたスパッタリング用カソー
ドを識別し警報を発する監視装置を備えたことを特徴と
する連続式真空成膜装置。10. A continuous vacuum film forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, wherein when an atmospheric leak from the outside of a sputtering cathode attached to the vacuum vessel is detected, an object to be processed is carried in. Or, apart from the individual vacuum vessels that are carried out or subjected to vacuum film formation, a common vacuum space that communicates with each vacuum vessel is provided, and the partial pressure of the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel to this vacuum space is measured. The mixing ratio of helium and neon in the trace gas that is detected by the analyzer and sprayed on each vacuum vessel is different for each vacuum vessel, so that the sputtering cathode that is leaking to the atmosphere can be immediately identified, and the mass spectrometer Continuous vacuum deposition characterized by having a monitoring device that identifies the sputtering cathode for which atmospheric leakage was detected based on the measurement results and issues an alarm Location.
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JP11544098A JP3731027B2 (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Leakage detection method of vacuum vessel, film formation quality monitoring device, and continuous vacuum film formation device |
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JP11544098A JP3731027B2 (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Leakage detection method of vacuum vessel, film formation quality monitoring device, and continuous vacuum film formation device |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11304629A true JPH11304629A (en) | 1999-11-05 |
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ID=14662622
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JP11544098A Expired - Fee Related JP3731027B2 (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Leakage detection method of vacuum vessel, film formation quality monitoring device, and continuous vacuum film formation device |
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- 1998-04-24 JP JP11544098A patent/JP3731027B2/en not_active Expired - Fee Related
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