半导体装备用绝压电容薄膜真空计比对法测试规范(T-GVS 005—2022 (2)).pdf

ICS 23.160 CCS T GVS J 78 团体标准 T/GVS 0052022 半导体装备用绝压电容薄膜真空计比对法测试规范 Testing specification for contrast method of absolute pressure capacitance diaphragm vacuum gauge in the semiconductor equipment 2022-03-28 发布 2022-03-28 实施 广东省真空学会 发 布 T/GVS 0052022 I 目次 前言.III 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 符号和缩略语.2 5 总则.3 6 测试条件要求.3 测试装备.3 标准真空计.4 测试气体.4 7 精度测试.4 安装.4 通电检查.5 预热.5 零点、满度调节.5 第一个静态平衡的测试压力点建立.5 标准真空计的压力值和被测真空计的压力值测量.5 拆卸.5 测试信息记录.6 8 重复性精度测试.6 测试要求.6 测试步骤.6 测试信息记录.6 9 零点、满度温度系数测试.6 测试要求.6 测试步骤.6 测试信息记录.6 10 数据处理.7 精度.7 修正因子.7 重复性精度.7 零点、满度温度系数.7 测量不确定度.8 11 复测时间间隔.8 附录 A（资料性）电容薄膜真空计精度测试记录表格式.9 附录 B（资料性）电容薄膜真空计重复性精度测试记录表格式.10 T/GVS 0052022 II 附录 C（资料性）电容薄膜真空计零点、满度温度系数测试记录表格式.11 T/GVS 0052022 III 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由季华实验室提出。本文件由广东省真空学会归口。本文件起草单位：季华实验室、暨南大学、佛山市佛欣真空技术有限公司、中山共享光电真空技术有限公司、中山凯旋真空科技股份有限公司、佛山兴翰科技有限公司。本文件主要起草人：卫红、刘乔、侯少毅、胡强、胡琅、王凤双、刘彭义、陈科球、唐振方、武文全、徐中武、聂鹏、王威。本文件为首次发布。T/GVS 0052022 1 半导体装备用绝压电容薄膜真空计比对法测试规范 1 范围 本文件规定了半导体装备用绝压电容薄膜真空计比对法测试的术语和定义、符号和缩略语、总则、测试条件要求、精度测试、重复性精度测试、零点、满度温度系数测试、数据处理、复测时间。通过对这些内容的描述，可推知能够适用于半导体装备用电容薄膜真空计的测试方法及过程。半导体制造过程工艺复杂且多数工艺需在真空条件下进行，因此，真空度的准确测量可保障半导体制造工艺的稳定性。半导体装备用电容薄膜真空计是一种用于半导体制造过程中真空度测量的高性能电容薄膜真空计，相比于其它类型电容薄膜真空计，除了需采用读值精度衡量真空计性能外，对重复性精度以及零点、满度温度系数也有较高的要求。本文件对如何测试特殊类型的电容薄膜真空计未作出指导，此类指导将在其它标准中提供。本文件适用于测量范围在0.01 Pa100 kPa的半导体装备用绝压电容薄膜真空计比对法测试。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 31632007 真空技术 术语 GB/T 270252008 检测和校准实验室能力的通用要求 GB/T 348732017 真空计 与标准真空计直接比较校准 GB/T 348762017 真空技术 真空计 与标准真空计直接比较校准结果的不确定度评定 JJF 10012011 通用计量术语及定义 JJF 15032015 电容薄膜真空计校准规范 JJG 7291991 二等标准动态相对法真空装置检定规程 3 术语和定义 GB/T 31632007界定的以及下列术语和定义适用于本文件。原级标准 primary standard 使用一级参考测量程序建立的测量标准。来源：GB/T 348732017，3.1 国家标准 national standard 经国家权威机构认证，在一个国家或者经济体内作为同类量的其他测量标准定值依据的测量标准。来源：GB/T 348732017，3.2 真空计 vacuum gauge 测量低于大气压力的气体或蒸汽压力的仪器。来源：GB/T 348732017，3.4 电容薄膜真空计 capacitance diaphragm vacuum gauge 利用膜片受到压差产生位移，造成膜片与固定电极之间的电容量发生变化，通过测量这种电容量变化来测量压力的真空计。T/GVS 0052022 2 来源：JJF 15032015，3.1.2 半导体装备用绝压电容薄膜真空计 absolute pressure capacitance diaphragm vacuum gauges in the semiconductor equipment 应用于半导体装备上的电容薄膜真空计。相比其他真空计，其膜片材质通常为金属，且对精度、重复性精度、温度稳定性等性能要求更高。校准室 calibration chamber 向标准真空计和待测真空计提供共同真空介质的真空室。来源：GB/T 348732017，3.9，有修改 本底压力 base pressure 在测试气体进入校准室之前，或测试后进气阀关断若干时间后，校准室内的压力。注：本底压力不要与残余压力（residual pressure）混淆，后者指的是校准室内所能达到的最低压力，通常要烘烤除气或经长时间抽气的结果。所以本底压力可高于不可低于残余压力。来源：JJF 15032015，3.1.2，有修改 修正因子 correction factor 标准压力值与电容薄膜真空计压力测量值之比。来源：JJF 15032015，3.1.5 测试气体 calibration gases 用于改变校准室压力的单一或混合气体。来源：GB/T 348732017，3.11，有修改 读值误差 reading error 测试过程中，标准真空计读值与被测电容薄膜真空计读值之差。读值精度 reading accuracy 半导体装备用电容薄膜真空计的性能衡量指标之一，保证真空计在较低的压力范围内仍能保持精准的信号输出。数值上等于读数误差与标准真空计读值之间的百分比。重复性精度 repeatability accuracy 半导体装备用电容薄膜真空计的性能衡量指标之一，保证真空计在短时间内多次重复测试时仍能保持一致的测试结果。数值上等于被测电容薄膜真空计多次重复测量测量值的相对实验标准偏差。零点温度系数 temperature coefficient on zero 半导体装备用电容薄膜真空计的性能衡量指标之一，体现真空计工作环境温度变化时，零点保持稳定的能力。数值上等于环境温度条件下，零点读值随温度的变化量与温度变化量和满量程乘积的百分比。满度温度系数 temperature coefficient on span 半导体装备用电容薄膜真空计的性能衡量指标之一，体现真空计工作环境温度变化时，满度保持稳定的能力。数值上等于环境温度条件下，满度读值随温度的变化量与温度变化量和满量程乘积的百分比。4 符号和缩略语 下列符号和缩略语适用于本文件。UUC：被测电容薄膜真空计。T/GVS 0052022 3：修正因子。U：扩展不确定度。Pind.std：标准真空计的压力值，Pa。Pind.UUC：被测真空计的压力值，Pa。P0：本底压力，Pa。：读值精度，%。：重复性精度，%。.：被测电容薄膜真空计的满量程，Pa。：零点温度系数，F.S./。：满度温度系数，F.S./。UUC.1：t1温度条件下，被测电容薄膜真空计的零点读值，Pa。UUC.0：环境温度条件下，被测电容薄膜真空计的零点读值，Pa。UUC.1：t1温度条件下，被测电容薄膜真空计的零点读值，Pa。UUC.0：环境温度条件下，被测电容薄膜真空计的满度读值，Pa。：被测真空计的修正压力值，Pa。：残余压力。S：实验标准偏差。5 总则 本文件采用比对法的准则，即UUC与标准真空计共同连接于同一校准室。在UUC与标准真空计的接入法兰处，测试气体分子形成相同的密度和速率分布，即两处压力相等。校准室内的气体密度能够改变，UUC读数与标准真空计压力示值进行比较。6 测试条件要求 6.1.1 测试的环境温度为 23 5，测试过程中环境温度波动不超过 1。6.1.2 环境湿度不大于 80%RH。6.1.3 测试设备周围应无热源、强电磁场、放射性源等外界干扰。6.1.4 实验室内不应有明显的气流波动。6.1.5 工作台上不应有明显的振动。一些对振动敏感的真空计，测试前应查验产品手册判断测试系统是否满足条件，且振动的真空泵与校准室之间应设置有阻尼元件以充分降低振动幅度。测试装备 本文件规定的测试装置为比对法真空标准测试装置。比对法真空标准测试装置主要由真空测试系统和标准真空计两部分组成。真空测试系统用于产生稳定的压力值，其最主要的部件是校准室。校准室的设计应保证校准室内的气体分布，在空间上足够均匀，在时间上足够稳定。所采用的比对法真空测试系统应满足JJG 7291991和GB/T 348732017的规定。标准真空计的应符合6.3规定。电容薄膜真空计零点、满度温度系数测试用装置，应在上述比对法真空标准测试装置的基础上外扩一个恒温箱，恒温箱可单独对被测电容薄膜真空计提供恒定的温度环境。恒温箱的设计应保证温度波动范围不超过1。可行的零点、满度温度系数测试用装置应符合图1。T/GVS 0052022 4 图1 零点、满度温度系数测试装置 标准真空计 标准真空计是经过校准的真空计，可溯源至真空原级标准或国家标准（通常情况），配有符合 GB/T 270252008要求的校准证书，或溯源至国际单位制并能确定测量不确定度的绝对测量仪器（少数情况）。标准真空计和UUC相比，应具有较好的或一致的分辨力以及更低或一致的测量不确定度。测试气体 当测试气体压力低于100 Pa时，测试气体不应显著的附着于表面，且蒸气在校准室环境条件下不应凝结。应采用纯度为99.9%以上的氮气作为测试气体。注：如果气体纯度与测量不确定度评估相关，应考虑气瓶内气体浓度不可代表校准室内气体浓度，因为气瓶和校准室间存在着解吸的气体。7 精度测试 安装 7.1.1 安装方法 为了保证测试精度，建议UUC与标准真空计并排连接于测试系统的同一方位。具体安装过程及要求，除非另作说明（例如，客户要求），否则严格按照厂商说明书进行，并记录真空计的安装方位。7.1.2 安装注意事项 安装注意事项如下：a)安装部位应无明显振动；b)装置周围无强气流；1 2 2 2 Pres 3 4 5 6 7 标引序号说明：1校准室；2UUC；3标准真空计；4稳压室；5引自气瓶；6旁通；7恒温箱。T/GVS 0052022 5 c)安装前应先使用防尘纸将真空计和测试系统的接口擦拭干净，整个过程注意使用防尘手套，避免接口处污染；d)安装完毕后应进行检漏，特别是真空计与真空测试系统的接口处。通电检查 测量上限高于或等于环境大气压的电容薄膜真空计，可直接通电检查。测量上限低于环境大气压的电容薄膜真空计，应先接入真空测试系统抽气，待校准室内的压力低于电容薄膜真空计测量上限后，再进行通电检查。通电检查应包括：a)检查是否有输出信号；b)检查运行是否正常。预热 通电检查正常后，进行预热处理。电容薄膜真空计应在低于测量上限压力下进行预热。标称最大允差小于0.1%的电容薄膜真空计，预热时间不少于12 h。其他准确度的电容薄膜真空计，预热时间一般不少于6 h（产品说明书有预热时间要求的，可按其要求进行）。记录预热时间。零点、满度调节 将校准室抽空，抽至本底压力P0后，记录此时的本底压力P0。向校准室缓慢匀速地充入测试气体至电容薄膜真空计的测量下限后，开始对电容薄膜真空计进行零点调节。对于有满度调节功能的电容薄膜真空计，向校准室缓慢匀速地充入测试气体至测量上限后，对电容薄膜真空计进行满度调节，充气时间应不少于5 min。对于没有满度调节功能的电容薄膜真空计，可省略此步骤。必要时，可对电容薄膜真空计反复进行零点、满度调节。第一个静态平衡的测试压力点建立 静态指的是抽气系统的阀门关闭，将测试气体注入校准室，直到达到所需压力点。具体做法如下：a)关闭抽气系统阀门后，气体注入校准室前，如果本底压力P0与记录的压力值不同，本底压力P0要另作记录；b)向校准室内缓慢匀速地充入测试气体，直到校准室内压力达到目标压力点为止；c)建立的目标压力点应处于与客户商定的特定范围内。如果未规定特定范围，实际建立的测试压力点应处于认可的目标压力点的5%范围内。标准真空计的压力值和被测真空计的压力值测量 按7.5规定，对校准室不断充入测试气体，以压力由低到高的顺序逐个建立所需要测试的测量点。测量点应在约定目标压力点的5%以内，对于每一个测量点的观测，应稳定1 min后读取数据。在被测电容薄膜真空计的测量范围内应至少选取15个压力测量点，且每个数量级内测量点应不少于5个。测量点的选取尽量均匀分散，也可按客户要求协商确定。每个测量点的压力稳定后，应同时读取标准真空计的压力值Pind.std和被测真空计的压力值Pind.UUC。对于100 Pa以下的测量点，应同时记录校准室温度。拆卸 测试完成后，应先对真空测试系统进行充气，具体充气要求如下：a)充气至测量上限压力的时间不少于 5 min；b)由测量上限压力充气至 5 倍测量上限压力的时间不少于 5 min；c)由 5 倍测量上限压力充气至环境大气压的时间不少于 5 min。T/GVS 0052022 6 充气至环境大气压后，依次关闭被测电容薄膜真空计的电源、测试气体阀门、测试系统的总电源，最后取下被测电容薄膜真空计。测试信息记录 以下信息应在测试前及测试过程中同时记录：a)标准真空计和 UUC 的识别信息，包括真空计类型、生产厂商、规管及相关操作设备的序列号等；b)测试日期；c)环境温度；d)测试气体；e)本底压力；f)真空计安装的相关信息；g)测试工程师姓名；h)记录表格，包括标准真空计和 UUC 示值。精度测试信息记录表格式见附录A。8 重复性精度测试 测试要求 重复性精度测试方法为在较短的时间内对所选的压力测点重复测量多次，观测多次测试结果的一致性。具体测试要求如下：a)重复性精度的测试取点应保证每个数量级下至少取三个数据点，同时零点和满度应包含在内；b)重复性精度的测试应对同一数据点至少测试五次以上，并记录每次的被测电容薄膜真空计压力值；c)重复性精度的测试只有在首次测量时进行零点和满度调节；d)重复性精度的测试过程应保持每次沿着同一方向进行全量程的测试。测试步骤 重复精度的测试过程参照7.17.7。测试信息记录 在测试前及测试过程中应当同时记录测试的基本信息，参照7.8。重复性精度测试信息记录表格式见附录B。9 零点、满度温度系数测试 测试要求 对不带恒温功能的半导体装备用绝压电容薄膜真空计，应测试其在不同温度下的零点、满度温度系数。具体测试要求如下：a)在被测电容薄膜真空计允许的使用温度范围内，至少选取 3 个测试温度，且必须包含环境温度，上限温度和下限温度；b)在被选取的测试温度条件下，至少分别测量零点和满度条件下的被测电容薄膜真空计读值；c)测试过程中环境温度保持恒定，温度波动范围控制在1 以内。测试步骤 温度影响误差测试的测试过程参照7.17.7。测试信息记录 T/GVS 0052022 7 在测试前及测试过程中应当同时记录测试的基本信息，参照7.8。温度影响误差测试信息记录表格式见附录C。10 数据处理 精度 半导体装备用电容薄膜真空计的精度采用读值精度衡量，见式（1）。=ind.stdind.uucind.std 100%(1)式中：读值精度，%；ind.std 标准真空计的压力值，Pa；ind.UUC被测真空计的压力值，Pa；修正因子 被测电容薄膜真空计修正因子，见式（2）。=ind.stdind.UUC (2)式中：修正因子；ind.std 标准真空计的压力值，Pa；ind.UUC被测真空计的压力值，Pa。通常情况下，修正因子的不确定度应逐点给出。修正因子的不确定度应包含：a)标准压力值的不确定度；b)被测真空计的不确定度；c)测试方法引入的不确定度。重复性精度 被测电容薄膜真空计的重复性精度按下列计算方式计算得出。在同一设定测试压力下，重复测试n次，计算n次测试结果的算术平均值，见式（3）。UUC=UUC.1+UUC.2+UUC.(3)式中：UUC.被测电容薄膜真空计第n次压力测试值；UUC 被测电容薄膜真空计压力测试值的算术平均值。计算测试结果的实验标准偏差，见式（4）。=11(UUC.UUC)2=1 (4)式中：实验标准偏差。计算重复性精度，见式（5）。=UUC 100%(5)式中：重复性精度，%。零点、满度温度系数 被测电容薄膜真空计的零点温度系数，见式（6）。T/GVS 0052022 8 =UUC.1UUC.0.(10)100%(6)式中：零点温度系数，F.S./；UUC.11温度条件下，被测电容薄膜真空计的零点读值，Pa；UUC.0环境温度条件下，被测电容薄膜真空计的零点读值，Pa；.被测电容薄膜真空计的满量程，Pa；1 测试温度，；0 环境温度，。被测电容薄膜真空计的满度温度系数，见式（7）。=UUC.1UUC.0.(10)100%(7)式中：零点温度系数，F.S./；UUC.11温度条件下，被测电容薄膜真空计的满度读值，Pa；UUC.0环境温度条件下，被测电容薄膜真空计的满度读值，Pa。测量不确定度 测量的标准不确定度U应按 GB/T 348762017 的规定计算。整个测试过程中下述不确定度份量影响占比很大：a)本底压力因测量不准确及随时间的漂移产生的不确定度；b)标准真空计及 UUC 接入法兰处的分子密度及速率分布的非均匀性产生的不确定度；c)测试压力随时间漂移产生的不确定度；d)标准真空计产生的测量不确定度；e)UUC 示值产生的不确定度，由分辨力的分散性、示值的分散性、偏置测量的不确定性、偏置的漂移、测试时温漂以及真空计之间可能发生的相互影响产生的；f)测试气体纯度产生的不确定度；g)测量重复性产生的不确定度。11 复测时间间隔 电容薄膜真空计的复测时间间隔宜为 1 年。由于复测时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸多因素所决定，因此送测单位可根据实际使用情况自主决定复测时间间隔。T/GVS 0052022 9 A A 附录A （资料性）电容薄膜真空计精度测试记录表格式 图A.1给出了电容薄膜真空计精度测试记录表格式。客户名称：客户地址：器具名称：型号规格：出厂编号：生产厂商：测试日期：环境温度：环境湿度：测试地点：测试气体：标准真空计信息：测试工程师：测试结果：标准真空计测量值/Pa 被测真空计测量值/Pa 读值精度 修正因子 不确定度 请按照下式（A.1）对被测真空计进行数据修正：=ind.UUC (A.1)式中：被测真空计的修正压力值，Pa；修正因子；ind.UUC被测真空计的压力值，Pa。预热时间：安装详情：本底压力：图A.1 电容薄膜真空计精度测试记录表格式 T/GVS 0052022 10 B B 附录B （资料性）电容薄膜真空计重复性精度测试记录表格式 图B.1给出了电容薄膜真空计重复性精度测试记录表格式。客户名称：客户地址：器具名称：型号规格：出厂编号：生产厂商：测试日期：环境温度：环境湿度：测试地点：测试气体：标准真空计信息：测试工程师：测试结果：测试点/Pa 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 重复性精度 被测真空计读值/Pa 被测真空计读值/Pa 被测真空计读值/Pa 被测真空计读值/Pa 被测真空计读值/Pa 预热时间：安装详情：本底压力：不确定度：图B.1 电容薄膜真空计重复性精度测试记录表格式 T/GVS 0052022 11 C C 附录C （资料性）电容薄膜真空计零点、满度温度系数测试记录表格式 图C.1给出了电容薄膜真空计零点、满度温度系数测试记录表格式。客户名称：客户地址：器具名称：型号规格：出厂编号：生产厂商：测试日期：环境温度：环境湿度：测试地点：测试气体：标准真空计信息：测试工程师：测试结果：测试温度 标准真空计读值/Pa 被测真空计读值/Pa 零点温度系数 满度温度系数 t0（环境温度）t1（下限温度）t2 t3 tn（上限温度）预热时间：安装详情：本底压力：不确定度：图C.1 电容薄膜真空计零点、满度温度系数测试记录表格式