JP3731027B2 - Leakage detection method of vacuum vessel, film formation quality monitoring device, and continuous vacuum film formation device - Google Patents
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Description
【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。
【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、
▲１▼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、
▲２▼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、
▲３▼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、
▲４▼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、
▲５▼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、
▲６▼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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、ＩＴＯ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。
【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。
【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。
【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（ＣＯ+）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。
【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９−１０１２２９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。
【００１３】
次に従来技術の欠点及び本発明が解決しようとする課題について述べる。
【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。
【００１５】
本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。
【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。
【００１７】
本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。
【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。
【００１９】
本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。
【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。
【００２１】
本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（請求項１の課題）。
【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８−４５８５６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。
【００２３】
本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。
【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。
【００２５】
本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。
【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。
【００２７】
本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。
【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。
【００２９】
本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。
【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。
【００３１】
本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。
【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。
【００３３】
本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。
【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、第１の手段は、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。
【００３５】
第２の手段は、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。
【００３６】
第３の手段は、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。
【００３７】
第４の手段は、第３の手段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（請求項１）。
【００３８】
第５の手段は、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第３または第４の手段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。
【００３９】
第６の手段は、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。
【００４０】
第７の手段は、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。
【００４１】
第８の手段は、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、第５の手段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。
【００４２】
第９の手段は、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。
【００４３】
第１０の手段は、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。
【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。
【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。
【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２１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。
【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。
【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，Ｔｅ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、ＺｎＳ・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。
【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ｃｈ２〜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１９，２０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。
【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２ｋＷ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。
【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、２０４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２０８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。
【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。
【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１５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。
【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、３２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。
【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。
【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（Ｎ2+；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。
【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(Ｈｅ)＝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。
【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。
【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。
【００６０】
【表１】
《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３２）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５．０×１０~5Torr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５．０×１０~5Torr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２６の開口径を０．５mmとしてガス導入を行った。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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３２）で常時モニタリングした。そして、着目する水（Ｈ2Ｏ+）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。
【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。
【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（ｃｈ１）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１０２〜１０５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１１６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。
【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３００Å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。
【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１０２〜１０５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１１４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２０８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。
【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１１２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。
【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。
【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。
【００７４】
外部リークの発生が全く無い場合には、ｃｈ１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１２６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。
【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。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の手段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（Ｎｅ）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。
【００７７】
第２の手段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。
【００７８】
第３の手段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。
【００７９】
第４の手段の漏洩検出方法においては、第３の手段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。
【００８０】
第５の手段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第３または第４の手段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。
【００８１】
第６の手段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。
【００８２】
第７の手段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。
【００８３】
第８の手段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、第５の手段の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。
【００８４】
第９の手段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。
【００８５】
第１０の手段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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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：Ｎｅ＝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。
【符号の説明】
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum film formation apparatus (apparatus for forming a film by PVD such as sputtering, plasma CVD, reduced pressure CVD, etc.), a process apparatus using a vacuum, a leak detection method for a vacuum vessel used in a measurement apparatus, and its The present invention relates to a film formation quality monitoring apparatus and a continuous vacuum film formation apparatus to which a leakage detection method is applied. In particular, the present invention relates to an efficient technique for identifying the location of atmospheric leakage (vacuum leak) generated in a sputtering cathode mounted on a continuous vacuum film forming apparatus composed of a plurality of vacuum vessels. This contributes to improving the productivity of the equipment, and its main applications are single-wafer vacuum film-formation equipment for phase-change optical disks, and transparent electrode films for LCD (glass substrates, plastic substrates, transparent conductive materials for color filters) This is related to a technology that can significantly reduce downtime after replacing a sputtering target when performing in-line film formation using multiple vacuum chambers for film formation. It is possible to detect the residual gas in the vacuum system at the time of substrate loading by using a meter, and therefore relates to a technology that can greatly contribute to homogenization of process conditions. Than it is.
[0002]
[Prior art]
As a prior art regarding a leakage detection method of a vacuum vessel, for example,
(1) Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-45856 “Pressure reduction processing method and apparatus”: A mass spectrometer is connected to a processing chamber of a low pressure CVD apparatus, and the oxygen partial pressure and nitrogen partial pressure in the processing chamber are measured to shorten the external leak check. Carried out in time,
(2) Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-299359 “Film quality management apparatus and film quality management method”: an apparatus and method for generating an alarm by detecting a leak in a vacuum chamber at the time of film deposition by a partial pressure measuring means;
(3) Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-103843 “Vacuum leak detection method and apparatus”: Helium as a trace gas is blown into a sealed vacuum vessel by a helium spray gun, and the gas in the vacuum vessel is extracted and traced by a helium leak detector Detect the presence of gas leaks,
(4) Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-101229 “Method for Measuring Leakage Air Content of Vacuum Container”: A residual gas analyzer for confirming airtightness of a vacuum container containing water vapor without breaking the vacuum and using a lid To do,
(5) Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-240729 “Leak Inspection Device”: As a measurement of the leak amount of a master leak used for the sensitivity configuration of the leak inspection device, the vacuum chamber is swept to a predetermined vacuum pressure by a vacuum exhaust pump, The trace gas is leaked from the trace gas supply source to the vacuum chamber at a constant flow rate for a predetermined time by a master leak, and the trace gas concentration in the vacuum chamber is measured by a gas sensor (mass spectrometer).
(6) Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-74855 “Vacuum leak detection method and apparatus”
Etc.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, liquid crystal displays (LCDs) and optical disk devices have begun to be used rapidly for the display of information and the recording of information as peripheral devices due to the innovative progress of electronic devices, particularly information and communication technologies. Is used as an essential vacuum film forming apparatus. As an example, a transparent electrode substrate is used in a liquid crystal display, which is applied to 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 the substrate. In addition, for example, ITO (Indium Tin Oxide) as a transparent conductive film and, if necessary, a protective transparent inorganic thin film on the lower layer and upper layer of the transparent conductive film are continuously manufactured at a low cost by a vacuum film forming method, for example, a sputtering method. Is generalized.
[0004]
In order to reduce the manufacturing cost in manufacturing these devices, it is a major proposition to reduce the cost by how to process a large amount at once, how to reduce the downtime of the apparatus, or the synergistic effect of both. It has become one. As a means for solving this problem, an in-line type process is performed in which a plurality of vacuum vessels are connected in series and a substrate carrier carrying a substrate or a plurality of substrates to be deposited is transported horizontally or vertically while being transported horizontally or vertically. There is a membrane device. In this in-line type film forming apparatus, there is a substrate preparation chamber (hereinafter referred to as a load lock chamber) into which a substrate carrier is carried, and a desired thin film is continuously formed without delay through a plurality of vacuum vessels. The processed substrate is taken out from the last substrate take-out chamber (hereinafter referred to as an unload chamber) while filming.
[0005]
On the other hand, in an optical disk apparatus, an optical disk medium (recording medium), which is a recording device, is formed by applying a recording material or a reflective material on a thin disk made of a transparent resin of 5 inches or by vacuum film formation. Taking a phase-change optical disc, one of the rewritable optical discs that has been attracting attention in recent years, optical recording materials and reflective materials are formed in multiple layers, reducing the tact time of the film formation and reducing the manufacturing cost. Leaf treatment has become commonplace. Recently, the phase change type optical disk media manufacturing equipment performs a single wafer processing at a high speed, so that a vacuum container for taking in and taking out a substrate for the media and a plurality of vacuum containers equipped with a sputtering cathode for film formation are circumferential. In the center of the circumference, there is a substrate transport mechanism that also serves as a partition for each vacuum vessel and is provided with as many arms as the number of each vacuum vessel to hold the media substrate. There are many methods for forming a thin film.
[0006]
In the above two examples, both are high-rate sputtering apparatuses for forming a desired thin film at high speed using sputtering cathodes respectively mounted on a plurality of vacuum vessels, and the thin films mounted on the sputtering cathodes It is necessary to frequently change the so-called target material. Taking the single-wafer sputtering apparatus for producing a phase change optical disk as an example of the above two examples, a vacuum container (hereinafter referred to as a load / unloader) that receives a media substrate in a vacuum and takes it out of the vacuum after a series of film formations. After the substrate is placed in a load chamber) and evacuated, dielectric thin films are formed by RF magnetron sputtering in the following three vacuum vessels. Subsequently, after forming a thin film of a phase change material as an optical recording material by a DC magnetron sputtering method in the next vacuum container, a dielectric thin film is formed again in the next vacuum container. In the subsequent two vacuum vessels, a thin film of aluminum alloy that performs reflection and other functions is formed by the DC magnetron sputtering method, and finally the substrate after a series of film formation processing is carried out from the load / unload chamber. .
[0007]
In the example of the phase change type optical disc manufacturing apparatus described above, a dielectric thin film (for example, for example, so that the required film thickness can be efficiently formed so that the temperature of the substrate does not increase excessively during film formation) ZnS ・ SiO2 Composite target material) and aluminum alloy thin film (for example, alloy of Al and Cr) are continuously formed in 3 or 2 vacuum vessels, respectively. Since a single substrate is put into the load / unload chamber, a cycle time after completing a series of film forming processes and taken out from the load / unload chamber is in the order of 7 seconds, at most 10 seconds or less. It is a high-speed processing device that can process in a short time. As is clear from this example, in the phase change type optical disc manufacturing apparatus, since a plurality of sputtering cathodes are simultaneously used for high-speed film formation, the consumption of the target material mounted on the sputtering cathode is large. In actual mass production experienced, it is necessary to change the target material once every two to three days.
[0008]
As described above, in a film forming apparatus including a plurality of sputtering cathodes, a sputtering target that is a film forming material is frequently replaced. Usually, the target is placed 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, a part of the target material becomes particles (fine powder) which is scattered and deposited in the vacuum vessel and adheres to the hermetic seal portion, which is one factor that impedes hermeticity. This particle generation is remarkable in the body thin film. If the airtightness is hindered, even a minute leak often gives a critical defect to the quality of the thin film. In addition to particles, the cause of deterioration of airtightness is various factors such as deterioration of sealing materials such as O-rings and deterioration of welded parts of the container. If the cause of this is removed and the normal vacuum state is not restored immediately, the loss due to the downtime of the apparatus will increase, and the influence will be great particularly in an apparatus that performs continuous processing in a single wafer type. Of the two examples mentioned above, the production apparatus for transparent conductive films for LCDs is diverse, but in this case as well, a large number of vacuum vessels are arranged in a line (linearly) for film formation. A large number of sputtering cathodes are mounted, and ITO films and protective films (for example, SiO 22 ) Is a ceramic thin film and generates many particles. Since sputtering is performed at high speed in each vacuum vessel, the target is frequently replaced. The situation is the same as in the above example of the phase change type optical disk manufacturing apparatus.
[0009]
As symbolized by the two examples of thin film manufacturing equipment described above, recent vacuum film forming equipment manufactures process-sensitive thin films for devices, and is equipped with multiple sputtering cathodes in multiple vacuum vessels. Film forming process continuously and at high speed. Therefore, the degree to which the prevention of atmospheric leakage (external leak) from the outside to the vacuum vessel and the discovery, identification and repair of the external leak contribute to the production cost is very large. As a recent trend, plastics (synthetic resin substrates) are often used for device substrates, and it is an indispensable requirement to control the presence of external leaks and the residual gas in the vacuum container when the substrate is loaded in the film formation process. It has become. For leaks from outside the vacuum vessel,
(1) See the pressure rise in the sealed container after evacuation,
(2) Detect leaks by the generation of bubbles such as soapy water,
(3) Trace gas (mainly helium gas) is sprayed from outside to the sealed container to detect leaks.
(4) The partial pressure related to the leak is detected by the mass spectrometer.
However, each method has a drawback in that it takes time to detect the occurrence of an external leak and specify the location of the occurrence of the leak, resulting in an increase in downtime of the apparatus.
[0010]
In order to eliminate the disadvantages of these conventional methods, as a method for detecting external leakage of a vacuum vessel that requires a particularly high degree of operation, as disclosed in, for example, JP-A-8-45856, a processing chamber of a low pressure CVD apparatus is used. A method for measuring the oxygen partial pressure and nitrogen partial pressure in the processing chamber and performing an external leak check in a short time by connecting a mass spectrometer, or a vacuum during film deposition as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-299359. There are an apparatus and a method for generating an alarm by detecting a leak of a chamber on the spot by a partial pressure measuring means. These methods are methods for detecting the partial pressure of gas (atmosphere) leaking from the outside even when the apparatus is in operation 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) A vacuum film forming apparatus using a single vacuum vessel, particularly a batch type apparatus, but a mass spectrometer is an expensive measuring device for a vacuum film forming apparatus composed of a plurality of vacuum containers. Therefore, it is not cost-effective to install in individual vacuum vessels to detect external leaks.
(Ii) The determination of the residual gas partial pressure inside the vacuum vessel without using trace gas from the outside, specifically the partial pressure of oxygen and nitrogen inside the vacuum vessel in the case of air leakage, The influence of the gas released from the gas and the gas generated from the built-in material such as the processing substrate cannot be removed. Specifically, in the mass spectrum, the main peak of oxygen partial pressure appears at m / e = 32 and the main peak of nitrogen partial pressure appears at m / e = 28, all of which are derived from oxygen and nitrogen in the atmosphere. Not necessarily. Depending on the type of substrate, oxygen, hydrogen, carbon remaining in the vacuum vessel, compounds generated from these, or gas emitted from the built-in material appear greatly, and m / e = 32, 28, for example, m / e For e = 28, the hydrocarbon fragment peak (C2HFour+) And carbon monoxide (CO +) appear in the mass number, so there is a situation that cannot be immediately distinguished from the spectrum derived from nitrogen from the atmospheric leak. In order to eliminate these effects, it is necessary to minimize the so-called background spectrum, but in the production apparatus, it is practically impossible to perform the above-mentioned treatment in advance, and means to do so Is generally not provided in view of necessity.
[0012]
Although it is convenient to connect the mass spectrometer directly to the vacuum vessel without needing to cite the typical prior art example shown above, the quality of the vacuum can be confirmed by leak check and residual gas partial pressure measurement. While this is an effective method in both aspects, it may lead to rough and vague detection results. On the other hand, in another method using a mass spectrometer, helium as a trace gas is blown to a sealed vacuum vessel by a helium spray gun as shown in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-103843, and the gas in the vacuum vessel is extracted. A method of detecting the presence or absence of trace gas leakage with a helium leak detector, or a hermetic check of a vacuum vessel containing water vapor as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-101229 can be carried out without breaking the vacuum and covering. There are conventional techniques such as a method of using a residual gas analyzer without using it, and other methods such as Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-240729 and 6-74855. The detection method using a trace gas with a mass spectrometer or a mass spectrometry type helium leak detector is to detect an external leak, which requires a lot of time and expensive helium gas consumption to identify the leak location, and a vacuum vessel. The internal vacuum quality cannot be judged. Furthermore, in an apparatus in which a plurality of vacuum containers are operated continuously, the labor for reconnecting the detection apparatus is extremely large in order to check for external leaks, and the operability is extremely reduced.
[0013]
Next, the disadvantages of the prior art andBookThe problems to be solved by the invention will be described.
[0014]
1. Conventional detection of atmospheric leakage (external leakage) in a vacuum vessel is basically based on a check (detection) that corresponds to each vacuum vessel. Helium gas is sprayed onto each individual vacuum vessel as a trace gas. The trace gas that leaked into was detected. In addition, in the air leak detection of a vacuum film forming apparatus composed of a plurality of vacuum vessels, there is a trouble of consuming a large amount of expensive helium gas or changing the mass spectrometer or helium leak detector as a detection device. It was very large and caused a significant decrease in the operation rate of the entire apparatus.
[0015]
BookThe present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object to provide a leak detection method capable of reducing the amount of helium gas used as a trace gas.
(Purpose).
[0016]
2. In the past, when the partial pressure was measured by a mass spectrometer and atmospheric leakage was detected, it was a common technique to use helium gas as the trace gas. However, this method uses a vacuum generator composed of multiple vacuum vessels. In the membrane device, a large amount of helium gas is consumed each time, and each vacuum vessel is individually detected for leaks, or the vacuum of all vacuum vessels is connected and the possibility of leakage to the entire vacuum system Since the same trace gas was sequentially blown to a certain part to check for a sequential leak, it took time to identify the part where the leak occurred. This is because if helium alone is used, helium is a very light noble gas with a mass number of 4 and easily diffuses in a vacuum. If helium is detected from all vacuum vessels due to leakage, from which vacuum vessel In addition, it is not possible to determine whether helium is helium, and it is necessary to wait for the next detection start due to the remaining helium, resulting in a time loss.
[0017]
BookThe present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object to provide a leak detection method capable of simultaneously inspecting each vacuum container of a vacuum film forming apparatus and identifying an air leak location from the outside very quickly.
(Purpose).
[0018]
3. Conventionally, when measuring partial pressure with a mass spectrometer and detecting atmospheric leakage, helium gas was generally used as the trace gas, but this method uses a vacuum generator composed of multiple vacuum vessels. In the membrane device, a large amount of helium gas is consumed each time, and each vacuum vessel is individually detected for leaks, or the vacuum of all vacuum vessels is connected and the possibility of leakage to the entire vacuum system Since it was necessary to sequentially check for leaks by sequentially blowing trace gas to a certain part, it took a huge amount of time, and it was practically impossible to detect air leaks while the apparatus was operating. Therefore, the downtime of the apparatus is simply multiplied by the number of vacuum vessels, and the apparatus has to be extremely low in operation rate.
[0019]
BookThe present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a leakage detection method capable of detecting atmospheric leakage even when the apparatus is operating without consuming a large amount of helium gas.
(Purpose).
[0020]
4). Mass spectrometers frequently used in the monitoring system of production equipment using a vacuum vessel ionize gas molecules in the gas in the vacuum vessel by the electron impact method and separate them as a mass / charge ratio (m / e) of ions (mass) What is separated) is common. In the ionization by the electron impact method, the ionization probability of the gas species to be ionized is different even at the same ionization voltage. Therefore, for example, the spectral sensitivity of the mass spectrometer differs between helium and neon. Therefore, the obtained spectral 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, since helium and neon have different gas molecule sizes and masses, it is necessary to examine in advance the amount of intrusion from the leak location of the vacuum vessel. For this purpose, the sensitivity of the mass spectrometer with respect to the gas species is taken, the specific sensitivity with respect to the reference gas species is obtained, and the spectral intensity is not calibrated, so that it is not reflected as a true physical quantity in the vacuum vessel. However, in the prior art, even in the method of detecting external leaks by detecting trace gas or measuring residual gas partial pressure, it has been necessary to rely on qualitative means that do not consider such calibration.
[0021]
BookThe invention has been made in view of the above circumstances, and when a mixed gas of helium and neon is used as a trace gas, the abundance ratio of helium and neon in the vacuum vessel can be accurately grasped, and this abundance ratio Providing a leak detection method that can identify the location of external leaks in a very short time based on data
(Purpose)(Problem of Claim 1).
[0022]
5). In a process apparatus using a vacuum, it is an essential requirement for ensuring the stability of the process to eliminate the atmospheric leakage of the vacuum vessel. Conventional techniques represented by Japanese Patent Laid-Open No. 8-45856, etc., which detect atmospheric leakage by measuring residual gas partial pressure using a mass spectrometer, are mainly effective methods for detecting external leaks. The vacuum degree (pressure) of the target vacuum vessel is limited, and the partial pressure under a relatively low pressure where residual gas and external intrusion gas exist in the target vacuum vessel is detected in real time to detect external leakage. It's just a way to determine if it is present. However, since the degree of vacuum pressure differs depending on the vacuum film formation process, the conventional method cannot meet the vacuum pressure inherent to the process. There is a limit to the size of the vacuum pump when the vacuum space where the mass spectrometer is installed is evacuated, so if the vacuum pressure of the vacuum vessel to be checked for external leaks is high, the mass spectrometer will respond accordingly. It is necessary to limit the amount of gas flowing into the side. In addition, the quality of the residual gas remaining in the vacuum vessel, that is, the so-called background, is confirmed before the process gas is filled in the vacuum vessel to ensure the quality of the thin film formed in vacuum. It is necessary for this, but at present the basic consideration is not made at all.
[0023]
BookThe present invention has been made in view of the above circumstances, and is not limited to the degree of vacuum (pressure) of the vacuum vessel to be subjected to leak inspection. If the vacuum pressure of the vacuum vessel is high when checking for external leaks, the invention is accordingly adapted. The partial pressure measurement can be performed by limiting the amount of gas flowing into the mass spectrometer side, and the quality of the residual gas before the film formation process in the vacuum vessel, the so-called background can be measured, It is an object to provide a film formation quality monitoring device capable of stabilizing the film formation quality.
(Purpose).
[0024]
6). An in-line vacuum film forming apparatus that continuously forms a desired thin film without releasing the vacuum, or a single-wafer type vacuum film forming apparatus that continuously processes an object to be processed in a single wafer. Among these continuous vacuum film forming apparatuses, a sputtering apparatus having high productivity by high-speed film formation uses a plurality of sputtering cathodes. In this case, the target installed on the cathode for sputtering is heavily consumed, so that the target needs to be frequently replaced, and the vacuum vessel is opened to the atmosphere each time. In addition, many particles are generated during the formation of the thin film, which often causes external leakage of the vacuum vessel. In order to check for external leak, conventionally, a mass spectrometer is used to detect external leak by partial pressure of oxygen and nitrogen (Japanese Patent Laid-Open No. 8-45856), or trace gas is sprayed on a vacuum vessel. There is a detection method (JP-A-7-103843). However, the conventional method has a drawback that it is too expensive to connect a mass spectrometer to all of a plurality of vacuum vessels, and a large amount of expensive helium gas used as a trace gas is consumed. In addition, in such a continuous vacuum film forming apparatus, a part that may cause external leakage is estimated in advance, such as a sputtering cathode that is opened to the atmosphere in order to frequently replace the target. It is necessary to reduce the consumption of expensive helium gas by narrowing down, but this has been overlooked.
[0025]
BookThe present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to carry out the identification of the external leakage portion of the sputtering cathode portion attached to a plurality of vacuum vessels in a very short time, and detection of a mass spectrometer or the like for each individual vacuum vessel. It is an object to provide a continuous vacuum film forming apparatus having a configuration that does not require any effort to install an apparatus or connect a detection apparatus to each vacuum container.
(Purpose).
[0026]
7). Among continuous vacuum film forming devices such as in-line vacuum film forming devices and single-wafer vacuum film forming devices that continuously process objects to be processed, sputtering devices with high productivity due to high-speed film formation are used for multiple sputtering. A cathode is used. In such a sputtering apparatus, in order to check for external leak, conventionally, a mass spectrometer is used to detect external leak by partial pressure of oxygen and nitrogen, and trace gas is detected by spraying trace gas on a vacuum vessel. There was a way. However, as in the conventional method, connecting the mass spectrometer to all of the plurality of vacuum vessels has a drawback in that the apparatus cost is excessive, and a large amount of expensive helium gas used as a trace gas is consumed. In a continuous vacuum film formation system with a large number of vacuum vessels as described above, carefully inspecting all locations where external leakage can occur using the same method is a drastic reduction in the operating rate of a continuous and high-speed operation system. There was a problem that.
[0027]
BookThe present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to easily detect external leaks of the entire apparatus by connecting only one mass spectrometer, and interrupt the film forming operation of the apparatus as in the prior art. There is no need to reconnect the mass spectrometer, and there is a need to provide a continuous vacuum film deposition device that can efficiently detect leaks while the device is in operation
(Purpose).
[0028]
8). Among continuous vacuum film forming devices such as in-line vacuum film forming devices and single-wafer vacuum film forming devices that continuously process objects to be processed, sputtering devices with high productivity due to high-speed film formation are used for multiple sputtering. A cathode is used. In such a sputtering apparatus, since the sputtering cathode is often opened to the atmosphere, in order to check for external leaks that can occur at a considerable frequency, conventionally, a mass spectrometer is used to prevent external leaks by partial pressure of oxygen and nitrogen. There were a method of detecting and a method of detecting trace gas by spraying trace gas on a vacuum vessel. Conventionally, however, external leak detection techniques and residual gas analysis for film quality check are often performed as separate tasks. In other words, if the vacuum reach is low due to the occurrence of external leaks, use a mass spectrometry type helium leak detector to blow helium gas from the outside of the vacuum vessel and carefully search for leaks. A general method is to monitor the background remaining in the vacuum vessel by a mass spectrometer directly connected to the vacuum vessel. For this reason, it has been common to make a double capital investment to prepare an external leak detection device and a background measurement device separately.
[0029]
BookThe present invention has been made in view of the above circumstances, and eliminates the need for double capital investment of separately preparing an external leak detection device and a background measurement device, and if there is an external leak, it occurs. It is an object of the present invention to provide a continuous vacuum film forming apparatus that can immediately identify the cathode part for sputtering and can monitor the background during the film forming process in-line (in-process) when there is no external leakage.
(Purpose).
[0030]
9. Among continuous vacuum film forming devices such as in-line vacuum film forming devices and single-wafer vacuum film forming devices that continuously process objects to be processed, sputtering devices with high productivity due to high-speed film formation are used for multiple sputtering. A cathode is used. In such a sputtering apparatus, since the sputtering cathode is often opened to the atmosphere, in order to check for external leaks that can occur at a considerable frequency, conventionally, a mass spectrometer is used to prevent external leaks by partial pressure of oxygen and nitrogen. There were a method of detecting and a method of detecting trace gas by spraying trace gas on a vacuum vessel. However, as in the conventional method, connecting the mass spectrometers to a plurality of vacuum vessels is too expensive, and there is a drawback that a large amount of expensive helium gas used as a trace gas is consumed. In the above-mentioned production equipment with a large number of vacuum vessels, it is extremely difficult to inspect all parts of a plurality of vacuum vessels that may cause external leaks with the same method. There was a bug to do. Also, if there are multiple relatively large external leaks, the trace gas helium gas leaks and remains for a considerable period of time, which may be an obstacle when searching for another external leak. Has become one of the causes. In addition, in the continuous vacuum film forming apparatus as described above, a part that may cause external leakage is estimated in advance, such as a sputtering cathode that is opened to the atmosphere in order to frequently replace the target. It is necessary to focus on reducing the consumption of expensive helium gas, but this has been overlooked.
[0031]
BookThe present invention has been made in view of the above circumstances, can reduce the consumption of expensive helium gas, can also immediately identify the site of occurrence of external leaks, and switch the detection device for each vacuum vessel. There is no need for capital investment and there is a need to provide a continuous vacuum film deposition system that can detect external leaks while the film deposition system is in operation and can simultaneously improve the operating rate and yield.
(Purpose).
[0032]
10. For example, an in-line vacuum film-forming device for manufacturing transparent conductive film substrates that uses a sputtering cathode with high productivity due to high-speed film formation, or a single-wafer-type vacuum film-forming device that continuously processes a phase-change optical disk substrate in single sheets. The continuous vacuum film forming apparatus is continuously operated with a tact time of several seconds to several tens of seconds for vacuum film formation on one substrate. The exchange of the target material is also frequent, and the occurrence of external leakage is directly connected to the quality defect of the substrate to be processed. An external leak may occur immediately after the replacement of the target, or an external leak may occur suddenly at some time even if there is no abnormality immediately after the replacement. For this reason, if a plurality of vacuum vessels are checked for external leaks at the same time and the occurrence location is not immediately identified, the processed substrate will continue to be processed in a defective quality, resulting in a large loss. There were many. In the conventional technology, it is often judged only by checking the vacuum pressure for the target vacuum vessel immediately after replacing the target or measuring the partial pressure of oxygen and nitrogen with a mass spectrometer. It was impossible to capture.
[0033]
BookThe invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to identify an external leak occurrence point without stopping the operation of a continuous vacuum film forming apparatus that performs film formation at a high speed, and can be confirmed by an alarm, thereby Then, it is an object to provide a continuous vacuum film forming apparatus that can prevent a trouble that a substrate that has been processed with much trouble is processed with a defective quality and causes a large loss.
(Purpose).
[0034]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above problems,The first meansA leak detection method for detecting a leak of the vacuum container in a vacuum film forming apparatus constituted by a plurality of vacuum containers, wherein a trace gas is used when detecting an air leak from the outside to each vacuum container. The mixed gas of helium (He) and neon (Ne) is used as the trace gas.
[0035]
The second meansA leakage detection method for detecting leakage of the vacuum container in a vacuum film forming apparatus composed of a plurality of vacuum containers, wherein each vacuum container is detected when air leakage from the outside to each vacuum container is detected. The mixing ratio of the helium and neon of the trace gas sprayed on is different for each vacuum vessel.
[0036]
The third means isA leak detection method for detecting a leak of the vacuum container in a vacuum film forming apparatus composed of a plurality of vacuum containers, and when an air leak from the outside of the vacuum container is detected, an object to be processed is carried in or out. Alternatively, in addition to the individual vacuum vessels to be vacuum-deposited, the mass spectrometer has a common vacuum space that communicates with each vacuum vessel, and the partial pressure of the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel to this vacuum space. It is characterized by detecting by.
[0037]
The fourth means is the third meansIn the leak detection method of a vacuum vessel, before detecting the partial pressure of the trace gas leaking into the vacuum space, the trace gas containing helium and neon in an equal amount (mixing ratio is 1: 1) is contained in the vacuum. It is characterized by detecting the partial pressure of the trace gas after the sensitivity coefficient of the mass spectrometer with respect to helium and neon gas species is taken in advance and the sensitivity of the mass spectrum intensity of the partial pressure is calibrated.(Claim 1).
[0038]
The fifth means, Leakage of the vacuum container in a vacuum film-forming apparatus comprising a plurality of vacuum containersOf the third or fourth meansA film formation quality monitoring device that detects and monitors film formation quality using a leak detection method, and detects residual gas in a common vacuum space communicating with each vacuum vessel, air leaking into the vacuum space, and trace gas. A mass spectrometer is used for detection, and a gas sampling path having pores (orifices) for taking in part of the gas in the vacuum vessel while reducing the pressure, and gas having no pores. A differential exhaust device is provided in a vacuum space provided with both sampling paths and in which the mass spectrometer is installed.
[0039]
The sixth meansA continuous vacuum film-forming apparatus composed of a plurality of vacuum vessels, wherein the atmosphere side of the sputtering cathode is sealed when detecting atmospheric leakage from the outside of the sputtering cathode attached to the vacuum vessel. The container is hermetically sealed, and a trace gas for air leakage detection is supplied to the sealed container, and the trace gas is a mixed gas of helium and neon.
[0040]
Seventh meansIs a continuous vacuum film-forming apparatus composed of a plurality of vacuum containers, and when detecting atmospheric leakage from the outside of the sputtering cathode attached to the vacuum container, the object to be processed is carried in or out or Apart from the individual vacuum vessels to be vacuum-deposited, they have a common vacuum space that communicates with each vacuum vessel, and the mass spectrometer leaks the partial pressure of the atmosphere and trace gas that leaks from each vacuum vessel into this vacuum space. It is characterized by detecting.
[0041]
The eighth means, A continuous vacuum film forming apparatus composed of a plurality of vacuum containers, wherein a common vacuum communicated with each vacuum container separately from individual vacuum containers into which workpieces are carried in, out or vacuum film-formed When detecting the residual gas partial pressure in the vacuum space, the atmosphere leaking into the vacuum space, and the trace gas.5th meansThe film-forming quality monitoring apparatus described in 1) is provided.
[0042]
Ninth meansIs a continuous vacuum film-forming apparatus composed of a plurality of vacuum containers, and when detecting atmospheric leakage from the outside of the sputtering cathode attached to the vacuum container, the object to be processed is carried in or out or Apart from the individual vacuum vessels to be vacuum-deposited, they have a common vacuum space that communicates with each vacuum vessel, and the mass spectrometer leaks the partial pressure of the atmosphere and trace gas that leaks from each vacuum vessel into this vacuum space. It is characterized by immediately identifying the cathode for sputtering in which atmospheric leakage has occurred by detecting the mixing ratio of helium and neon of the trace gas to be detected and sprayed to each vacuum vessel for each vacuum vessel. .
[0043]
The tenth meansA continuous vacuum film-forming apparatus comprising a plurality of vacuum vessels, and when an atmospheric leakage from the outside of the sputtering cathode attached to the vacuum vessel is detected, an object to be processed is carried in or out or vacuumed. In addition to the individual vacuum containers used for film formation, each vacuum container has a common vacuum space, and the partial pressure of air and trace gas leaked from each vacuum container into this vacuum space is detected by a mass spectrometer. In addition, the mixing ratio of the trace gas helium and neon sprayed to each vacuum vessel varies from one vacuum vessel to another, so that the cathode for sputtering in which atmospheric leakage occurs can be immediately identified, and the measurement results of the mass spectrometer can be It is characterized by having a monitoring device for identifying a cathode for sputtering in which air leakage is detected and issuing an alarm.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the illustrated examples.
[0045]
[Example 1]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and is a schematic configuration diagram of a continuous vacuum film forming apparatus configured by a plurality of vacuum containers and continuously forming a film on a substrate to be processed. 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 leakage of a vacuum container of the vacuum film forming apparatus will be described.
[0046]
FIG. 1 is a continuous vacuum film forming apparatus for performing single wafer processing of a substrate to be processed by connecting eight vacuum containers 1 to 8 in a circle to each other, and the vacuum container 1 of ch1 is a substrate of a robot or the like. This is a load / unload chamber for loading / unloading the substrate from the supply / discharge mechanism to the film forming apparatus. That is, the vacuum container 1 is a vacuum container that performs a so-called load lock, and a vacuum exhaust operation is performed by the
[0047]
The
[0048]
Subsequently, the substrate is transferred to the next vacuum chamber 5 of ch5, and a thin film of a phase change material, which is an optical recording layer, is formed by DC magnetron sputtering (for example, using an alloy target containing Ge, Sb, and Te) of about 210 Å. . In this case, since the film formation rate is 55 mm / second, the film formation time is less than 4 seconds. In the next
[0049]
In FIG. 1, the sputtering cathodes installed in the film forming
On the other hand, the film forming
[0050]
In such a continuous film formation apparatus, the target is frequently changed. In the above apparatus, the RF magnetron sputtering is about 5 kW and the DC magnetron sputtering is about 6 kW at maximum (the phase change material thin film is less than 2 kW). Therefore, the target is consumed quickly because of the large number of processing of the substrate, and according to the experience of the present inventors, replacement work of some film forming target has occurred almost every day. For this reason, the downtime of the apparatus due to the work at the time of replacement and troubles due to the replacement has been a major cause of the decrease in the operation rate. Most of this trouble is atmospheric leakage (external leakage) to the vacuum vessel. However, since an external leak occurs in an unexpected location after the device has passed, the identification of the location where the external leak occurs has been a major issue.
[0051]
In order to efficiently identify the external leak, the present inventors install a sealed
[0052]
Thus, the cathode body for sputtering 202 is sealed with a sealed container 208 (10 in FIG. 1), and helium (He) gas and / or a mixture of helium and neon (Ne) is introduced into the gas inlet 209 (11 in FIG. 1). Gas is sealed at a predetermined pressure. Although not shown in FIG. 3, the sealed
The gas introduced into the
[0053]
Now, returning to the continuous vacuum film forming apparatus shown in FIG. 1, the
[0054]
On the other hand, the
[0055]
In the present invention, in order to improve the downtime of the apparatus due to the work at the time of replacing the sputtering target of the continuous vacuum film forming apparatus having the configuration shown in FIG. When detection was performed and no external leak occurred, the film quality was stabilized by performing a background gas monitor of the
[0056]
<< Procedure 1 >>: Calibration of the trace gas to the mass spectrometer.
Sensitivity to the trace gas of the mass
[0057]
<<
Helium gas and a helium / neon mixed gas are supplied from a gas inlet 11 (209 in FIG. 3) connected to a sealed container 10 (208 in FIG. 3) outside the sputtering cathode 9 of each vacuum vessel. The gas mixing ratio was assigned as follows.
ch (n) ... He: Ne = 1: n (n = 1 to 8)
In this case, the specific sensitivity coefficient γ (He) = 0.19 of helium (m / e = 4) and the specific sensitivity coefficient γ (Ne) = 0.29 of neon (m / e = 20). Therefore, for example, when the partial pressure of the mixed gas of He: Ne = 1: 2 is measured, it becomes as shown in FIG. 6A, and the ion current value of the obtained partial pressure peak is divided by the specific sensitivity coefficient and normalized ( The value of the partial pressure peak converted to nitrogen is obtained.
[0058]
That is, the normalized partial pressure peak value I [A] is I = i / γ, where i [A] is the partial pressure value obtained by measurement,
I (He) = 1.1 × 10 ~12/0.19=5.7×10~12
I (Ne) = 3.2 × 10 ~12/0.29=1.1×10~11
It becomes. Therefore,
I (Ne) / I (He) = 1.93
It becomes.
Similarly, for a mixed gas of He: Ne = 1: 4, from FIG.
I (He) = 1.2 × 10 ~12/0.19=6.3×10~12
I (Ne) = 7.4 × 10 ~12/0.29=2.55×10~11
It becomes. Therefore,
I (Ne) / I (He) = 4.05
It becomes.
[0059]
In the above-described embodiment, measurement under certain ionization conditions is determined, and the obtained partial pressure value is calibrated to estimate the mixture ratio of the original mixed gas. As shown, the data processing method is determined in advance.
That is, data processing as shown in Table 1 below is performed by the mass
[0060]
[Table 1]
<<
In the apparatus shown in FIG. 1, the target material of the sputtering cathode is exchanged, the valve M of the gas introduction system shown in FIG. 4 is opened, and a helium / neon mixed gas having a mixing ratio corresponding to the vacuum vessel is supplied. For the other sputtering cathodes (without target replacement), helium gas is supplied by opening the gas introduction valve S shown in FIG. The mass spectrum of helium and neon is examined with a mass spectrometer (mass
[0062]
By measuring this 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 exchanged (identification of external leak),
ii) When the partial pressure peak of neon is not observed and only the partial pressure peak of helium is observed, there is no external leak in the sputtering cathode whose target has been exchanged, and other parts where the target has not been exchanged. An external leak has occurred (possibility of an external leak other than the target replacement point),
Is made.
[0063]
In the case of i) above, the ratio of the calibrated peaks of helium and neon,
R = I (Ne) / I (He)
Thus, the location of the leak is specified, and the
[0064]
<<
If it is determined that ii) in the above <<
[0065]
In the conventional technology, even if an expert who is familiar with the vacuum technology includes the setup time such as connection of the inspection apparatus until the identification of the occurrence of such an external leak, it is 2 hours even in good luck, sometimes 5 hours or more. Although time was required and the operation rate of the film forming apparatus was remarkably lowered, the leak detection method of the present invention found an external leak in a much shorter time and greatly shortened the time to repair. . This is because there is no need to change the inspection device for each vacuum vessel to be inspected, it is easy to always put the inspection device (mass spectrometer) in the standby state, and it is necessary to spray trace gas unnecessarily to various places. Because there is no. In addition, helium is an expensive gas, but in the present invention, since a mixed gas of helium and neon is used, the amount of helium used can be reduced to 1/30 or less of that of the conventional one. did it.
[0066]
《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. Since the thin film to be formed is a device thin film, it has characteristics that depend greatly on process conditions. In particular, the resin substrate is less likely to desorb gas molecules encapsulated or adhered as compared to the glass substrate. This is because heat degassing and degassing cannot be performed at a high temperature like a glass substrate. For this reason, 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 gas such as moisture adhering to the surface may be emitted in some cases. For this reason, it is necessary to stabilize the film formation quality by monitoring the atmosphere in the process during evacuation, in particular, the background amount of moisture, oxygen, and hydrocarbon gas species during the process. In the apparatus shown in FIG. 1, when no external leak occurred, the mass spectrometer was functioned as a film formation quality monitoring apparatus and the above in-process monitoring was performed. In this case, the atmosphere in the
[0067]
[Example 2]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a continuous vacuum film forming apparatus showing another embodiment of the present invention, which shows an outline of a film forming apparatus used for manufacturing a transparent conductive film for a liquid crystal display element (LCD). It is. One of the vacuum film forming apparatuses handled by the present inventors is such an in-line type sputtering apparatus. In this case as well, a large number of vacuum containers (ch1 to ch6) 101 to 106 are arranged in a line (linearly). A large number of sputtering cathodes are mounted for film formation, and an ITO film or a protective film (for example, SiO 22 ) Etc. is a production apparatus for continuously forming a ceramic thin film (without releasing the vacuum). In this apparatus, sputtering is carried out at high speed in each vacuum vessel, so that the target is frequently replaced. The external leak and the like are the same as those in the single-wafer type sputtering apparatus for phase change optical disks mentioned in the first embodiment. .
[0068]
In FIG. 2, six
[0069]
The substrate pre-processed (pre-processed) in the first-stage vacuum container (ch1) 101 is transferred to the second-stage vacuum container (ch2) 102 by the
[0070]
In this embodiment, the ITO film formation rate is 17 liters / second, so the film formation times in the
[0071]
In the apparatus of the present embodiment, each
[0072]
In the common vacuum chamber 112, as in the apparatus of [Embodiment 1] shown in FIG. 1, a gas sampling path provided with an orifice (pore) pipe 126 and a valve 127 and a gas provided with a
[0073]
Since the transparent conductive film manufacturing apparatus (film forming apparatus) for LCD in FIG. 2 performs high-speed continuous sputtering in the same manner as the apparatus of [Example 1], the target material is often consumed and the target is frequently replaced. Therefore, external leakage (atmospheric leakage) of the cathode part for sputtering is likely to occur. The thin film to be formed is a ceramic thin film, and many particles are generated, which also causes external leakage of the vacuum vessel. The external leak detection method of the cathode part for sputtering is the same method and procedure as in [Example 1], so the details will be omitted. However, at the time of leak detection, it is necessary to keep all the valves indicated by 120 to 125 open. Needless to say.
[0074]
When there is no external leakage, the pretreatment state of the substrate in the
[0075]
In the case of an in-line vacuum deposition system, the conventional leak detection method uses an external helium leak detector connected to each vacuum vessel to detect the external leak of the cathode part for sputtering and specify the leak gas. The inspection time of 2 hours or more including the setup time was required even if it was short. 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 an operating state, it takes less than 5 minutes to complete leak detection for all vacuum vessels. It was possible to carry out, and the inspection time could be greatly shortened.
[0076]
【The invention's effect】
As explained above,Of the first meansIn the leakage detection method for detecting atmospheric leakage of a plurality of vacuum containers of a vacuum film forming apparatus, when detecting atmospheric leakage from the outside to each vacuum container, a trace gas is used, and helium (He is used as the trace gas. ) And neon (Ne) mixed gas, the amount of helium used can be reduced, and as shown in Example 1, the amount of helium used compared to the leak detection method according to the prior art. Can be reduced to 1/30 or less.
[0077]
Second meansIn the leak detection method for detecting air leaks from a plurality of vacuum vessels in a vacuum film forming apparatus, helium and neon of the trace gas blown to each vacuum vessel when detecting air leaks from the outside to each vacuum vessel. Since each vacuum vessel can be inspected at the same time because the mixing ratio is different for each vacuum vessel, the location of the air leak from the outside is much more specific than when detecting using a single helium. As shown in Example 1, the leak detection method according to the prior art required at least 2 hours, but the method of the present invention was able to carry out the atmospheric leak inspection of all the vacuum vessels within 4 minutes.
[0078]
Third meansIn the leak detection method for detecting air leaks in a plurality of vacuum containers of a vacuum film forming apparatus, when detecting air leaks from the outside of the plurality of vacuum containers, the object to be processed is carried in or out or vacuum film-formed. In addition to the individual vacuum vessels, there is a common vacuum space that communicates with each vacuum vessel, and the partial pressure of the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel to this vacuum space is detected by the mass spectrometer. , Leak detection of each vacuum vessel individually, or check the leak by sequentially blowing the trace gas to the part where leakage may occur in the whole vacuum system by communicating the vacuum of all vacuum vessels There is no need to do. Therefore, atmospheric leakage can be detected even when the apparatus is in operation 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 nitrogen and oxygen partial pressure remaining in the vacuum vessel is different from the case where leakage is judged by the partial pressure of nitrogen and oxygen. You do n’t have to
[0079]
The fourth meansIn the leak detection method,Third meansIn the leak detection method, before detecting the partial pressure of the trace gas leaking into the common vacuum space, the trace gas containing the same amount of helium and neon in a molar ratio (mixing ratio of 1: 1) is contained in the common vacuum space. Since the sensitivity coefficient of the mass spectrometer with respect to helium and neon gas species is taken in advance and the sensitivity of the mass spectrum intensity of the partial pressure is calibrated, the partial pressure of the trace gas is detected, so the ionization voltage (ionization voltage), etc. Even if the analysis conditions change, the partial pressure ratio of helium and neon can be accurately obtained, and the abundance ratio of helium and neon gas in the vacuum vessel can be grasped based on this. Further, the location where external leakage occurs can be specified in a very short time as shown in the first and second embodiments based on the data of the abundance ratio.
[0080]
Of the fifth meansIn the film formation quality monitoring device, the vacuum vessel leaks in the vacuum film formation device composed of a plurality of vacuum vessels.Of the third or fourth meansThis is to detect the film quality by using the leak detection method, and to detect the residual gas in the common vacuum space communicating with each vacuum vessel, the atmosphere leaking into this vacuum space, and the trace gas. Both a gas sampling path using a mass spectrometer and having a pore (orifice) for taking in part of the gas in the vacuum vessel while reducing the pressure in the mass spectrometer and a gas sampling path having no pore In addition, the vacuum space where the mass spectrometer is installed is equipped with a differential evacuation device, so it is not limited to the degree of vacuum (pressure) of the vacuum vessel to be subjected to leak inspection, and checks for external leaks When the vacuum pressure of the vacuum container is high, the partial pressure can be measured by limiting the amount of gas flowing into the mass spectrometer accordingly. Further, since the quality of the residual gas before the film formation process in the vacuum vessel, that is, the so-called background can be measured by the in-process as in the first and second embodiments, the film formation quality can be easily stabilized. .
[0081]
The sixth meansIn a continuous vacuum film forming apparatus composed of a plurality of vacuum vessels, when detecting atmospheric leakage from the outside of the sputtering cathode attached to the plurality of vacuum vessels, the atmosphere side of the sputtering cathode is sealed in a sealed vessel. Since the mixed gas of helium and neon is supplied to this sealed container as a trace gas for atmospheric leakage detection, as shown in Example 1, it is very short to specify the external leak portion of the sputtering cathode portion. Can be done in time. In addition, there is no need to install a detection device such as a mass spectrometer for each individual vacuum vessel or to change the detection device for each vacuum vessel. Great effect.
[0082]
Of the seventh meansIn a continuous-type vacuum film-forming apparatus composed of a plurality of vacuum vessels, when detecting atmospheric leakage from the outside of the sputtering cathode attached to the plurality of vacuum vessels, the object to be processed is carried in or out, or is subjected to vacuum formation. Apart from the individual vacuum vessels to be membrane-treated, there is a common vacuum space communicating with each vacuum vessel, and the partial pressure of the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel to this vacuum space is detected by a mass spectrometer. Thus, it is possible to easily detect an external leak of the entire apparatus by connecting only one mass spectrometer. Further, unlike the prior art, it is not necessary to interrupt the film forming operation of the apparatus and reconnect the mass spectrometer, and it is possible to efficiently detect leakage while the apparatus is in operation.
[0083]
Of the eighth meansIn a continuous vacuum film-forming apparatus composed of a plurality of vacuum containers, a common vacuum space communicating with each vacuum container is provided separately from individual vacuum containers in which workpieces are carried in or out or vacuum film-formed. When detecting residual gas partial pressure in the vacuum space and the atmosphere leaking into the vacuum space, trace gas,Of the fifth meansHaving a film quality monitoring device eliminates the need for a double capital investment of preparing an external leak detection device and a background measurement device separately. If there is an external leak, it occurs. The cathode part for sputtering can be immediately identified, and if there is no external leakage, background monitoring during the film forming process can be performed in-process.
[0084]
Of the ninth meansIn a continuous vacuum film forming apparatus composed of a plurality of vacuum vessels, when detecting atmospheric leakage (external leakage) from the outside of the sputtering cathode attached to the vacuum vessel, the object to be processed is carried in or out. Alternatively, in addition to the individual vacuum vessels to be vacuum-deposited, the mass spectrometer has a common vacuum space that communicates with each vacuum vessel, and the partial pressure of the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel to this vacuum space. Because the mixing ratio of the helium and neon of the trace gas that is detected and sprayed to each vacuum vessel differs from one vacuum vessel to another, the cathode for sputtering in which atmospheric leakage has occurred is immediately identified. Consumption can be reduced. In addition, the site of occurrence of external leakage can be immediately identified by the peak intensity ratio of helium and neon during partial pressure measurement. In addition, since it is not necessary to connect a detection device for each vacuum container and the capital investment is small, and detection can be performed even while the film forming apparatus is in operation, it is possible to simultaneously improve the operation rate and the yield. The specific effects are as shown in the first and second embodiments.
[0085]
Of the tenth meansIn a continuous vacuum film forming apparatus composed of a plurality of vacuum vessels, when detecting atmospheric leakage (external leakage) from the outside of the sputtering cathode attached to the vacuum vessel, the object to be processed is carried in or out. Alternatively, in addition to the individual vacuum vessels to be vacuum-deposited, the mass spectrometer has a common vacuum space that communicates with each vacuum vessel, and the partial pressure of the atmosphere and trace gas leaked from each vacuum vessel to this vacuum space. Detects sputtering cathodes that are leaking air, and the mass spectrometer measurement by different mixing ratios of the trace gas helium and neon detected by each vacuum vessel for each vacuum vessel. Equipped with a monitoring device that identifies the cathode for sputtering in which air leakage has been detected based on the results and issues an alarm, so that film formation can be performed at high speed. The generation part of the external leakage without stopping the operation of a continuous vacuum deposition apparatus can be identified it can be confirmed by the warning. For this reason, it is possible to prevent a trouble that a substrate that has been processed with great effort is subsequently processed with a defective quality, resulting in a large loss.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a continuous vacuum film forming apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a continuous vacuum film forming apparatus showing another embodiment of the present invention.
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 container of the vacuum film forming apparatus shown in FIG. 1 or FIG. 2;
4 is a diagram showing an example of a gas introduction system connected to a gas introduction port of the sealed container shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the analysis results of five kinds of rare gases (He, Ne, Ar, Kr, Xe) by a mass spectrometer, and the mass numbers (m / e) of the five kinds of rare gases and nitrogen It is a graph which shows the relationship of the relative sensitivity which made gas 1.0 (reference | standard).
FIG. 6 is a diagram showing the measurement result of the partial pressure of a mixed gas of helium (He) and neon (Ne), where (a) is the mass number of the mixed gas of He: Ne = 1: 2 (m / e (B) is a graph showing the partial pressure with respect to the mass number (m / e) of the mixed gas of He: Ne = 1: 4.
[Explanation of symbols]
1-8: Vacuum container
9: Cathode for sputtering
10: Airtight container
11: Gas inlet (He or He / Ne mixed gas inlet)
12: Substrate transfer chamber
13: Substrate delivery rotating 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 tube
31: Differential exhaust system
32: Mass spectrometer processor
33: Leak monitoring device
34: Gas introduction system for sensitivity calibration
35: O-ring
101-106: Vacuum container
107-111: Gate valve
112: Common vacuum chamber
113: Cathode for sputtering
114: Airtight container
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 exhaust system
132: Mass spectrometer processor
133: Leak monitoring device
134: Gas introduction system for sensitivity calibration
201: Vacuum container wall
202: Cathode main body for sputtering
203: Backing plate
204: Target material
205: O-ring seal part
206: Cooling water introduction pipe
207: Cooling water
208: Airtight container
209: Gas inlet (He or He / Ne mixed gas inlet)
210: Magnet
211: Shield plate (earth shield)
212: Insulating plate
Claims (1)
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。A leakage detection method for detecting leakage of the vacuum container in a vacuum film forming apparatus composed of a plurality of vacuum containers, wherein when the atmospheric leakage from the outside of the vacuum container is detected, an object to be processed is carried in or out or Apart from the individual vacuum vessels to be vacuum-deposited, they have a common vacuum space that communicates with each vacuum vessel, and the mass spectrometer leaks the partial pressure of the atmosphere and trace gas that leaks from each vacuum vessel into this vacuum space. In the leak detection method of the vacuum vessel to be detected,
Before detecting the partial pressure of the trace gas leaking into the vacuum space, a trace gas containing an equal amount of helium and neon in a molar ratio is flowed into the vacuum space, and the sensitivity of the mass spectrometer with respect to the helium and neon gas species in advance. A method for detecting leakage of a vacuum vessel, wherein a coefficient is saved and the partial pressure of the trace gas is detected after the sensitivity calibration of the mass spectrum intensity of the partial pressure is performed .
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