DD257878A1

DD257878A1 - Verfahren zur auswertung von drucksignalen einer vakuumtechnischen dichtpruefanlage

Info

Publication number: DD257878A1
Application number: DD30026087A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Kanske; Frank Syhre; Harald Zinke
Original assignee: Hochvakuum Dresden Veb
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1988-06-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten von Drucksignalen einer vakuumtechnischen Dichtpruefanlage, die aus einer Messkammer, einem Gasdetektor und einem dazwischen angeordneten, waehrend eines Pruefzyklus mehrmals oeffnenden Ventil besteht. Waehrend des Pruefzyklus bildet sich im Gasdetektor eine Druck-Zeit-Kurve aus, die den einzelnen Ventiloeffnungen zuordenbare lokale Druckmaxima bzw. Teilkurven aufweist. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, den Aufwand fuer die Schutzgasspuelung an einer Dichtpruefanlage ohne Verlust an Empfindlichkeit zu reduzieren und ein Auswerteverfahren zu schaffen, das bei schwankenden Untergrundwerten eine sichere Leckerkennung mit grosser Empfindlichkeit gestattet. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass zur Leckbeurteilung von der sich im Gasdetektor ausbildenden Druck-Zeit-Kurve die Abstimmung zwischen den den einzelnen Ventiloeffnungen zuordenbaren lokalen Druckmaxima und/oder die Abstimmung zwischen den Flaecheninhalten unter den den einzelnen Ventiloeffnungen zuordenbaren Teilkurven herangezogen wird. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung von Drucksignalen einer vakuumtechnischen Dichtprüfanlage, bei der die Prüflinge in eine Meßkammer eingebracht oder an dieser angeschlossen werden, die Meßkammer mit einem Gasdetektor und einem dazwischen angeordneten, nach einem vorgegebenen Zeitprogramm während eines Prüfzyklus mehrmals öffnenden Ventil verbunden ist und sich im Gasdetektor während der Prüfzyklen eine Druck-Zeit-Kurve ausbildet, die den einzelnen Ventilöffnungen zuordenbare lokale Druckmaxima bzw. Teilkurven aufweist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Vakuumtechnische Anlagen zur Dichtprüfung bestehen hauptsächlich aus einer Meßkammer, die den Prüfling aufnimmt bzw. an die der Prüfling angeschlossen wird, einem Gasdetektor und einem zwischen Meßkammer und Gasdetektor angeordneten Ventil. Um einerseits über einen weiten Leckratenbereich messen zu können, andererseits aber eine Verseuchung des Gasdetektors zu vermeiden, ist es vorteilhaft, dieses Ventil nach einem bestimmten Zeitprogramm während eines Prüfzyklus mehrmals zu öffnen (DD-WP 112689). Dabei ist die erste Öffnungszeit die kürzeste und die letzte Öffnungszeit die längste. Im Gasdetektor bildet sich während eines solchen Prüfzyklus eine Druck-Zeit-Kurve aus, die den einzelnen Ventilöffnungen zuordenbare lokale Druckmaxima hat.

Ausgehend von einer Kurve für eine leere Meßkammer oder einem dichten Prüfling legt man gewöhnlich einen Druckpegel fest, bei dessen Überschreiten der Prüfling als undicht klassifiziert wird. Zweckmäßigerweise schließt das Ventil beim Erreichen dieser Grenze und öffnet für den jeweiligen Prüfzyklus nicht mehr. Anstatt für die Leckbeurteilung den Druckpegel zu benutzen, ist es auch üblich, Schwellwerte für die Flächeninhalte unter der Druck-Zeit-Kurve zu verwenden. Da man Dichtprüfanlagen mit einer möglichst großen Empfindlichkeit arbeiten lassen will, dürfen bei diese.n Methoden der Leckbewertung die Schwellwerte möglichst wenig über den Maxima der Druck-Zeit-Kurve für eine Dichtmessung liegen.

Von Nachteil ist dabei, daß für die Stabilisierung der Untergrundkurve, d. h. der Druck-Zeit-Kurve für eine Dichtmessung ein relativ großer Aufwand erforderlich ist. Das betrifft einen relativ großen Aufwand für die Stabilisierung der Schutzgasqualität, für die anlagentechnische Realisierung der Schutzgasspülung und das betrifft einen sehr großen Schutzgasverbrauch je Zeiteinheit, bezogen auf den für die Füllung der Meßkammer minimal möglichen.

Weniger strenge Forderungen an die Untergrundstabilität ziehen eine Vergrößerung der Schwellwerte und damit eine verringerte Anlagenempfindlichkeit nach sich.

Die DE-OS 2438167 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein an einer Testkammer befindlicher Druckmodulator eine Druckanregung erzeugt, die Druckänderungen mit für dichte und undichte Prüflinge unterschiedlicher Druck-Zeit-Charakteristik bewirkt. Die Unterschiede werden dann zur Dichtheitsbeurteilung herangezogen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es auf den Bereich größerer Leckraten und bestimmter Volumencharakteristika begrenzt ist.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung stellt sich das Ziel, den Aufwand für die Schutzgasspülung an einer Dichtprüfanlage ohne Verlust an Empfindlichkeit zu reduzieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Dichtprüfanlage ein Verfahren zur Auswertung einer Druck-Zeit-Kurve zu schaffen, das bei schwankenden Untergrundwerten eine sichere Leckerkennung mit großer Empfindlichkeit gestattet. Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Werte für die lokalen Druckmaxima und/oder die Flächeninhalte unter den Teilkurven der Druck-Zeit-Kurve untereinander verglichen werden und die Größe der Abweichungen gegenüber dem entsprechenden Vergleich für einen dichten Prüfling das Maß für die Dichtheitsbeurteilung bildet und daß zur Dichheitsbeurteilung weiterhin für die sich im Gasdetektor ausbildende Druck-Zeit-Kurve und/oder für die Flächeninhalte unter der Druck-Zeit-Kurve eine untere und eine obere Schaltschwelle festgelegt werden.

Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung werden zur Dichtheitsbeurteilung des Prüflings die Druck-Zeit-Kurven für zwei Testgase herangezogen und die Bewertung als dicht erfolgt nur, wenn beide Kurven in dieser Aussage übereinstimmen.

Gemäß einem anderen Erfindungsmerkmal erfolgt eine Klassifizierung des Prüflings als undicht, wenn die zu vergleichenden Größen, die über einerfestgelegten Schaltschwelle liegen, voneinander abweichen. Der Prüfling wird als dicht klassifiziert, wenn die Druck-Zeit-Kurve vollständig unter einer unteren Schaltschwelle liegt und/oder die Flächeninhalte unter der Druck-Zeit-Kurve unter einer unteren Schaltschwelle liegen.

Schließlich wird der Prüfling als undicht bewertet und der Prüfzyklus wird abgebrochen, wenn die Druck-Zeit-Kurve eine obere Schaltschwelle überschreitet und/oder die Flächeninhalte unter der Druck-Zeit-Kurve eine obere Schaltschwelle überschreiten.

Die zur Durchführung des Verfahrens notwendige Dichtprüfanlage besteht aus einer Meßkammer, die unter Schutzgasspülung den Prüfling aufnimmt bzw. an die unter Schutzgasspülung der Prüfling angeschlossen wird. Von dieser führt über ein Ventil, das entsprechend einem Zeitprogramm geöffnet und geschlossen wird, eine Vakuumleitung zum Gasdetektor. Zur Reduzierung des Ausgangsdruckes in der Meßkammer kann an diese ebenfalls über ein Ventil eine Vorvakuumpumpe angeschlossen sein. Das in der Meßkammer enthaltene Schutzgas wird während des Prüfzyklus an einer zwischen Ventil und Gasdetektor befindlichen Kühlfalle ausgefroren. Neben eventuell durchgeführten Vorevakuierungen der Meßkammer öffnet während des Prüfzyklus das Ventil zwischen Meßkammer und Gasdetektor mehrmals, wobei sich die einzelnen Zeiten, in denen das Ventil geöffnet bzw. geschlossen ist, einerseits danach richten, welcher Leckratenbereich zu prüfen ist und andererseits so bestimmen, daß unnötig große Druckanstiege im Gasdetektor vermieden werden. Befindet sich in oder an der Meßkammer ein dichter Prüfling bzw. ist die Meßkammer leer, so bildet sich im Gasdetektor während des Prüfzyklus ein Druck-Zeit-Verlauf aus, der durch die Pump-, Leitwert und Volumencharakteristik der Anlage bestimmt ist. Die Kurve weist lokale Maxima auf, die den einzelnen Ventilöffnungen zuordenbarsind. Die Ursache für diese Druckanstiege liegt bei völliger Schutzgasadsorption darin, daß im Schutzgasstrom ein gewisser Teil nicht kondensierbarer Gase vorhanden ist, der in den Gasdetektor gelangt. Dieser Anteil kann einerseits aus dem Schutzgas selbst herrühren, andererseits beim Beschicken der Meßkammer in dieses aus der Umgebung eindringen. Entsprechend des praktisch schwankenden Anteils dieser Gase im Schutzgasstrom schwankt die Größe der Druckanstiege. Charakteristisch ist aber, daß die den einzelnen Ventilöffnungen zuordenbaren Maxima und die den einzelnen Ventilöffnungen zuordenbaren Teilflächeninhalte unter der Druck-Zeit-Kurve in bestimmten, über einen relativ großen Wertbereich der Druck-Maxima bzw. Teilflächeninhalte relativ konstanten Verhältnissen zueinander stehen. Aus ganzen bzw. gebrochenen Potenzen der Druckmaxima und derTeilflächeninhalte lassen sich Werte bilden, die konstant über einen bestimmten, praktisch interessanten Amplitudenbereich der Druck-Zeit-Kurve, also konstant über einen praktisch möglichen Schwankungsbereich des Verunreinigungsanteils im Schutzgasstrom sind. Befindet sich in oder an der Meßkammer ein Undichter Prüfling, so führt der durch dessen Leck zusätzlich strömende Anteil nicht kondensierbarer Gase zu einer Verstimmung der Druck-Zeit-Kurve gegenüber derjenigen für dichte Prüflinge, d.h. die oben genannten Werte weichen von denen für dichte Prüflinge ab. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt diese Tatsache zur Leckbeurteilung. Damit ergibt sich der Vorteil, daß auch bei schwankenden Untergrundverhältnissen, bei denen gewöhnlich die Schaltschwelle zur Leckerkennung relativ hoch gelegt und damit ein Verlust an Empfindlichkeit hingenommen werden muß, eine sichere Leckerkennung mit großer Empfindlichkeit möglich ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich der Schutzgasverbrauch reduzieren und der Aufwand bei der Realisierung der Schutzgasaufbereitung und -spülung kann relativ gering sein.

Bei der praktischen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zweckmäßigerweise folgendermaßen vorgegangen. Ein sehr niedrig liegender Schwellwert stellt den Druck dar, bei dessen Unterschreiten während jeder Ventilöffnung eine Klassifizierung des Prüflings als dichterfolgt. In analoger Weise kann eine solche Schaltschwelle auch für die Flächeninhalte unter der Druck-Zeit-Kurve festgelegt werden. Eine zweite, relativ hoch liegende Schaltschwelle stellt den Druck dar, bei dessen Überschreiten während irgendeiner Ventilöffnung eine Klassifizierung des Prüflings als undicht erfolgt. Zur Vermeidung einer die Produktivität hemmenden Verseuchung des Gasdetektors schließt das Ventil im Falle einer Drucküberschreitung sofort und der Prüfzyklus bricht ab. Analog läßt sich eine zweite Schaltschwelle auch für die Flächeninhalte unter der Druck-Zeit-Kurve festlegen. Zwischen den beiden Schwellwerten erfolgt die Leckbeurteilung entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer Verstimmungsuntersuchung zwischen der aktuellen Druck-Zeit-Kurve und derjenigen für dichte Prüflinge. Die Auswertung der Druck-Zeit-Kurve erfolgt dabei durch einen Mikrorechner.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Eine Dichtprüfanlage zur Prüfung mikroelektronischer Schaltkreise soll aus einer Meßkammer zur Aufnahme der Prüflinge, einem Gasdetektor mit Hochvakuumpumpe, der zwei Sorten Testgas registriert, und einer Vorvakuumpumpe zur Vorevakuierung der Meßkammer bestehen. In den Verbindungsleitungen zwischen der Meßkammer und der Vorvakuumpumpe sowie dem Gasdetektor sind Ventile angeordnet. Die zu prüfenden Schaltkreise, die entsprechend ihrer eventuell vorhandenen Leckrate variierende Mengen des Testgases 1 und des Testgases 2 (z. B. Luft und Helium) enthalten, sollen innerhalb eines einzigen Prüfzyklus hinsichtlich Lecks vom Grob- bis zum Feinleckbereich untersucht werden. Die Technologie zur Leckprüfung besteht aus einer sehr kurzen Vorevakuierungszeit der Meßkammer und aus drei Öffnungsphasen des Ventils zwischen Meßkammer und Gasdetektor. Die Zeiten, in denen dieses Ventil geöffnet bzw. geschlossen ist, steigen vom Anfang bis zum Ende des Prüfzyklus an.

In Fig. 1 sind die Verhältnisse für einen dichten Schaltkreis dargestellt. Die Bezeichnung Druck ist dabei im folgenden als Druck für das Testgas 1 oder als Druck für das Testgas 2 zu verstehen. Die Parallele 1 zur Abszisse stellt eine untere Schaltschwelle dar. Liegt die Druck-Zeit-Kurve vollständig unter diesem Wert, erfolgt eine Klassifizierung des Prüflings als dicht. Dieser Fall tritt nur bei sehr reinem Schutzgas und einer ausgefeilten Spültechnik, also Bedingungen, die einen relativ großen Aufwand fordern, ein. Die Parallele 2 zur Abszisse stellt eine obere Schaltschwelle dar, bei deren Überschreiten der Prüfzyklus sofort abgebrochen und der Schaltkreis als undicht klassifiziert wird. Die Druck-Zeit-Kurven 3 und 4 stellen zwei mögliche Kurven für einen dichten Schaltkreis dar, die sich bei einer einfachen Spültechnik, bei geringem Schutzgasverbrauch und/oder einem schwankenden Verunreinigungsanteil im Schutzgas ergeben können. Die Bewertung dieser Kurven erfolgt im einfachsten Falle so, daß der Wert für das zweite Maximum zu dem für das dritte ins Verhältnis gesetzt und der Quotient zur Leckbeurteilung herangezogen wird. Für die beiden unterschiedlichen Kurven 3 und 4 sind die beiden Quotienten praktisch gleich, so daß sich in beiden Fällen die Bewertung dicht ergibt.

Fig. 2 zeigt die Verhältnisse für zwei mögliche Leckfälle. Die beiden Parallelen 1 und 2 stellen wieder die beiden Schaltschwellen dar. Die Kurve 5 entspricht einem undichten Schaltkreis, bei dem der obere Schwellwert überschritten, der Prüfzyklus abgebrochen und der Prüfling als undicht bewertet wird. Die Kurve 6 stellt einen Leckfall dar, der mit herkömmlichen Auswertemethoden und den vorliegenden Untergrundschwankungen nicht erkennbar gewesen wäre, da die Druck-Zeit-Kurve unterhalb der oberen Schaltschwelle liegt, die gleichzeitig die obere Begrenzung für mögliche Schwankungen bei dichten Prüflingen darstellt. Der aus den Werten für das zweite und dritte Maximum gebildete Quotient unterscheidet sich deutlich von dem Quotienten für dichte Prüflinge, so daß die Bewertung als undicht erfolgt.

Zur Leckbeurteilung werden grundsätzlich die Druck-Zeit-Kurven für beide Testgase herangezogen. Die Bewertung dicht erfolgt nur, wenn beide Kurven gleichzeitig zu dieser Aussage führen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Auswertung von Drucksignalen einer vakuumtechnischen Dichtprüfanlage, bei der die Prüflinge in eine Meßkammer eingebracht oder an dieser angeschlossen werden, die Meßkammer mit einem Gasdetektor und einem dazwischen angeordneten, nach einem vorgegebenen Zeitprogramm während eines Prüfzyklus mehrmals öffnenden Ventil verbunden ist und sich im Gasdetektor während der Prüfzyklen eine Druck-Zeit-Kurve ausbildet, die den einzelnen Ventilöffnungen zuordenbare lokale Druckmaxima bzw. Teilkurven aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte für die lokalen Druckmaxima und/oder Flächeninhalte unter den Teilkurven der Druck-Zeit-Kurve untereinander verglichen werden und die Größe der Abweichungen gegenüber dem entsprechenden Vergleich für einen dichten Prüfung das Maß für die Dichtheitsbeurteilung bildet und daß zur Dichtheitsbeurteilung weiterhin für die sich im Gasdetektor ausbildende Druck-Zeit-Kurve und/oder für die Flächeninhalte unter der Druck-Zeit-Kurve eine untere und eine obere Schaltschwelle festgelegt wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dichtheitsbeurteilung des Prüflings die Druck-Zeit-Kurven für zwei Testgase herangezogen werden und die Bewertung als dicht nur erfolgt, wenn beide Kurven in dieser Aussage übereinstimmen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abweichungen der zu vergleichenden Größen voneinander, die über festgelegten Schwellwerten liegen, eine Klassifizierung als undicht erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling als dicht klassifiziert wird, wenn die Druck-Zeit-Kurve vollständig unter einer unteren Schaltschwelle liegt und/oder die Flächeninhalte unter der Druck-Zeit-Kurve unter einer unteren Schaltschwelle liegen.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling als undicht bewertet und der Prüfzyklus abgebrochen wird, wenn die Druck-Zeit-Kurve eine obere Schaltschwelle überschreitet und/oder die Flächeninhalte unter der Druck-Zeit-Kurve eine obere Schaltschwelle überschreiten.