CN103335795A - 真空密封件分压漏率测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空密封件分压漏率测量系统及其测量方法，该测量系统包括超高真空室(2)、测试室(6)、样品室(7)，超高真空室(2)与测试室(6)通过小孔(4)相连通，测试室(6)通过气体管道(14)与样品室(7)相连接。第一抽气泵组(1)从该超高真空室(2)中抽取气体；样品室(7)用于放置真空密封件(8)。第一质谱计(3)和第二质谱计(5)测量该超高真空室(2)和测试室(6)内的气体成分的分压。本发明通过两个质谱计在系统平衡状态下测量真空密封件在充气和真空两种状态下对于特定气体组分的分压，可以直接计算得到该真空密封件对该气体组分的分压漏率。

Description

真空密封件分压漏率测量系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种真空密封件分压漏率测量系统及其测量方法，属于测量技术领域。

背景技术

极紫外光刻(EUVL)是目前国际上最具潜力、可以满足CD32/22/16nm等节点IC量产的光刻技术。由于大部分气体都吸收13.5nm的极紫外光，尤其是碳氢化合物、水蒸汽等对极紫外光具有强烈吸收作用，因此需要提供给光刻机清洁的真空环境。

光刻机内部具有大量的电子电路系统，其中的PCB板和电子元器件在真空环境下会释放出大量的污染性气体和微粒，严重破坏光刻机工作环境，因此需要为电子电路系统设计真空密封壳体，以防止其释放出的污染性气体和微粒直接进入光刻机内部工作环境。

对于极紫外光刻系统，真空密封壳体最重要的性能指标不是总漏率，而是碳氢化合物、水蒸汽等气体的分压漏率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是动态、实时、准确测量真空密封件漏气组分及其分压漏率，以及总漏率，同时尽可能消除真空规x射线效应、电子激励脱附效应及化学效应等对测试过程的影响，以便准确、全面的测量和评价真空密封件的漏气性能。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种真空密封件分压漏率测量系统，用于测试真空密封件对于特定气体组分的分压漏率，所述真空密封件是能够被密闭的腔体，腔体中内置放气元件，该测量系统包括一个超高真空室、一个测试室、一个样品室，以及一个第一质谱计和一个第二质谱计(。)其中，所述超高真空室与所述测试室通过一个小孔相连通，所述测试室通过一个气体管道与所述样品室相连接；所述超高真空室与一个第一抽气泵组相连接，该第一抽气泵组用于从该超高真空室中抽取气体；所述样品室用于放置所述真空密封件；所述第一质谱计和第二质谱计分别与所述超高真空室和所述测试室相连接，以测量该超高真空室和测试室内的气体成分的分压。

根据本发明的一种具体实施方式，真空密封件分压漏率测量系统还包括一个第二抽气泵组和一个气瓶，其中，所述第二抽气泵组用于对所述真空密封件进行抽气，所述气瓶用于对所述真空密封件进行充气。

根据本发明的一种具体实施方式，所述第二抽气泵组和气瓶分别通过第一截止阀和第二截止阀与所述真空密封件连接。

此外，本发明还提出一种真空密封件分压漏率测量方法，利用前述的真空密封件分压漏率测量系统来测量真空密封件对于特定气体组分的分压漏率，该方法包括：步骤S1、将所述真空密封件注入规定压力的气体并放入所述样品室中，启动所述第一抽气泵组对所述超高真空室进行抽气，同时对整个测量系统进行烘烤除气；步骤S2、当所述样品室、测试室和超高真空室的压力保持不变时，使用所述第一质谱计和第二质谱计分别测量得到所述超高真空室和测试室的所述气体组分i分压P_i，2和P_i，6；步骤S3、对所述真空密封件进行抽气，使所述真空密封件与样品室内的气体压力相等，并且，当所述样品室、测试室和超高真空室的压力保持不变时，使用所述第一质谱计和第二质谱计分别测量得到所述超高真空室和测试室的所述气体组分i分压P′_i，2和P′_i，6；步骤S4、根据步骤S2和步骤S3测得的超高真空室和测试室的气体组分i分压计算真空密封件对气体组分i的分压漏率Q_i，计算公式为：Q_i＝C_i×[(P_i，6-P′_i，6)-(P_i，2-P′_i，2)]，其中C_i为小孔对组分i的流导。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提出的分压漏率测量系统及其测量方法能够消除质谱计X射线效应、电子激励脱附效应及化学效应带来的负面影响，准确测量真空密封件漏气组分，并能动态、实时、准确地测量真空密封件的分压漏率和总漏率。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的真空密封件分压漏率测量系统的结构示意图。

具体实施方式

为解决上述技术问题，本发明提出一种真空密封件分压漏率测量系统及其测量方法。该测量系统包括超高真室、测试室和样品室，超高真空室与测试室通过小孔相连通，测试室通过气体管道与样品室相连接。该系统以质谱计为测量仪器，通过动态流量法，实时测量真空密封件漏气组分及其漏气量，进而计算真空密封件的分压漏率和总漏率。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明的一个实施例的真空密封件分压漏率测量系统的结构示意图。如图1所示，该实施例的真空密封件分压漏率测量系统包括超高真空室2、测试室6和样品室7。超高真空室2与测试室6通过一个小孔4相连通，测试室6通过气体管道14与样品室7相连接。超高真空室2与一个第一抽气泵组1相连接，第一抽气泵组1用于从超高真空室2中抽取气体。样品室7用于放置真空密封件8，所述真空密封件8是能够被密闭的腔体，腔体中内置放气元件9，本发明的测量系统即用于测量该真空密封件8对于放气元件9放出的气体(尤其是污染性气体)的分压漏率。

所述真空密封件8可以通过第一截止阀10和第二截止阀12分别与一个第二抽气泵组11和一个气瓶13连接，第二抽气泵组11用于对该真空密封件8的空腔进行抽气，气瓶13用于对真空密封件8的空腔进行充气，由此，可以实现真空密封件8的充气和真空两种工况。所述第一截止阀10、第二截止阀12、第二抽气泵组11和气瓶13可以作为本发明的测量系统的一部分，也可以作为本发明的测量系统的外设部件。

此外，本发明的测量系统还包括两个质谱计，即图1中的第一质谱计3和第二质谱计5，其分别与超高真空室2和测试室6相连接，并分别用于测量小孔4两侧的超高真空室2和测试室6内的气体成分分压力。

构成本发明的测量系统的各个部件的材料均采用低放气率的金属加工而成，如316牌号不锈钢。测量系统的焊接均采用氩弧自熔焊。部件间的法兰接口可全部采用金属密封，耐高温烘烤，漏率极小，能够达到较高真空。

下面说明利用本发明的真空密封件分压漏率测量系统的测量方法。

步骤S1、将所要测试的真空密封件注入规定压力气体并放入样品室中，启动第一抽气泵组对超高真空室进行抽气，同时对整个测量系统进行烘烤除气。

该步骤是对真空密封件8进行预处理，并注入规定压力的气体。该气体可以是示漏气体，如He，或者是实际工作气体N₂等。所充入的气体用于模拟实际工作环境，与待测的气体组分不同。对于极紫外光刻系统来说，待测气体组分主要是水蒸气、碳氢化合物等。规定压力通常可取实际工作压力，如1个大气压。所述真空密封件8中内置放气元件9，例如一个电子电路版。

接着，将真空密封件8放入样品室7内，启动第一抽气泵组1对超高真空室2进行抽气，同时对整个测量系统进行烘烤除气，以获得一个较小的本底。

步骤S2、当样品室、测试室和超高真空室的压力保持不变时，使用第一质谱计和第二质谱计分别测试超高真空室和测试室的气体组分i分压P_i，2和P_i，6。

当样品室7、测试室6和超高真空室2的压力保持不变时，就形成了动态平衡；达到动态平衡后，利用第一质谱计3和第二质谱计5分别测量超高真空室2和测试室6内的气体组分i的分压，读数分别为P_i，2和P_i，6；

步骤S3、对真空密封件进行抽气，使真空密封件与样品室内的气体压力相等，并且，当样品室、测试室和超高真空室的压力保持不变时，使用第一质谱计和第二质谱计分别测试超高真空室和测试室的气体组分i分压P′_i，2和P′_i，6。

打开截止阀10，启动第二抽气泵组11对真空密封件8进行抽气，当真空密封件8与样品室7内的气体压力相等时，关闭截止阀10。当样品室7、测试室6和超高真空室2的压力保持不变时，就形成了动态平衡；达到动态平衡后，利用第一质谱计3和第二质谱计5分别测量超高真空室2和测试室6内的气体组分i的分压，读数分别为P′_i，2和P′_i，6。

步骤S4、根据步骤S2和步骤S3测得的超高真空室和测试室的气体组分i分压计算真空密封件对气体组分i的分压漏率Q_i，计算公式为：Q_i＝C_i×[(P_i，6-P′_i，6)-(P_i，2-P′_i，2)]，其中C_i为小孔对组分i的流导。

步骤S2得到第二质谱计5、测试室6、样品室7和真空密封件8对气体组分i的漏气和放气总量为：

Q_i，0＝Q_i，1+Q_i，2+Q_i，3+Q_i，4＝C_i×(P_i，6-P_i，2)    ①

式中：Q_i，0-真空密封件8内充气时，组分i漏放气总量，Pa·L/s；

Q_i，1-第二质谱计5对组分i的漏放气量，Pa·L/s；

Q_i，2-测试室6对组分i的漏放气量，Pa·L/s；

Q_i，3-样品室7对组分i的漏放气量，Pa·L/s；

Q_i，4-真空密封件8对组分i的漏放气量，Pa·L/s；

C_i-小孔4对组分i的流导，L/s；

P_i，2-真空密封件8内充气时，超高真空室2内气体组分i的分压，Pa；

P_i，6-真空密封件8内充气时，测试室6内气体组分i的分压，Pa。

步骤S3得到P′_i，2和P′_i，6；则有如下关系式：

Q′_i，0＝Q_i，1+Q_i，2+Q_i，3+Q′_i，4＝C_i×(P′_i，6-P′_i，2)     ②

式中：Q′_i，0-真空密封件8抽真空时，组分i漏放气总量，Pa·L/s；

Q′_i，4-真空密封件8对组分i的放气量，Pa·L/s；

P′_i，2-真空密封件8抽真空时，超高真空室2内气体组分i的分压，Pa；

P′_i，6-真空密封件8抽真空时，测试室6内气体组分i的分压，Pa；

由式①和式②相减，可得真空密封件8对组分i的分压漏率Q_i为：

Q_i＝Q_i，0-Q′_i，0＝Q_i，4-Q′_i，4＝C_i×[(P_i，6-P′_i，6)-(P_i，2-P′_i，2)]  ③

式中：Q_i为真空密封件8对组分i的分压漏率，Pa·L/s；

通过上述步骤S1～步骤S4，可以测得真空密封件8各漏气组分的分压漏率，各组分分压漏率之和就是总漏率，也即：

$Q={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{Q}_i$       ⑥

式中：Q-真空密封件8总漏率，Pa·L/s；

n-真空密封件8漏气组分种类数目。

由公式③可知，同一质谱计前后两次测试数据进行了相减，这就有效抵消了质谱计x射线效应、电子激励脱附效应及化学效应等带来的负面影响，进而能够准确测量真空密封件漏气组分。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种真空密封件分压漏率测量系统，用于测试真空密封件对于特定气体组分的分压漏率，所述真空密封件是能够被密闭的腔体，腔体中内置放气元件，其特征在于：该测量系统包括一个超高真空室(2)、一个测试室(6)、一个样品室(7)，以及一个第一质谱计(3)和一个第二质谱计(5)，其中，

所述超高真空室(2)与所述测试室(6)通过一个小孔(4)相连通，所述测试室(6)通过一个气体管道(14)与所述样品室(7)相连接；

所述超高真空室(2)与一个第一抽气泵组(1)相连接，该第一抽气泵组(1)用于从该超高真空室(2)中抽取气体；

所述样品室(7)用于放置所述真空密封件(8)；

所述第一质谱计(3)和第二质谱计(5)分别与所述超高真空室(2)和所述测试室(6)相连接，以测量该超高真空室(2)和测试室(6)内的气体成分的分压。

2.如权利要求1所述的真空密封件分压漏率测量系统，其特征在于，还包括一个第二抽气泵组(11)和一个气瓶(13)，其中，所述第二抽气泵组(11)用于对所述真空密封件(8)进行抽气，所述气瓶(13)用于对所述真空密封件(8)进行充气。

3.如权利要求2所述的真空密封件分压漏率测量系统，其特征在于，所述第二抽气泵组(11)和气瓶(13)分别通过第一截止阀(10)和第二截止阀(12)与所述真空密封件(8)连接。

4.一种真空密封件分压漏率测量方法，利用权利要求1至3中任一项所述的真空密封件分压漏率测量系统来测量真空密封件对于特定气体组分的分压漏率，其特征在于，该方法包括：

步骤S1、将所述真空密封件注入规定压力的气体并放入所述样品室中，启动所述第一抽气泵组对所述超高真空室进行抽气，同时对整个测量系统进行烘烤除气；

步骤S2、当所述样品室、测试室和超高真空室的压力保持不变时，使用所述第一质谱计和第二质谱计分别测量得到所述超高真空室和测试室的所述气体组分i分压P_i，2和P_i，6；

步骤S3、对所述真空密封件进行抽气，使所述真空密封件与样品室内的气体压力相等，并且，当所述样品室、测试室和超高真空室的压力保持不变时，使用所述第一质谱计和第二质谱计分别测量得到所述超高真空室和测试室的所述气体组分i分压P′_i，2和P′_i，6；

步骤S4、根据步骤S2和步骤S3测得的超高真空室和测试室的气体组分i分压计算真空密封件对气体组分i的分压漏率Q_i，计算公式为：Q_i＝C_i×[(P_i，6-P′_i，6)-(P_i，2-P′_i，2)]，其中C_i为小孔对组分i的流导。

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