Umrechnung Druckanstieg in Heliumleckrate
Frage: Ich arbeite in der Halbleiterproduktion. Vor der Prozessfreigabe machen wir eine Druckanstiegsmessung. Kann ich den Wert bei der Druckanstiegs-Messung irgendwie mit den Werten bei der Helium-Lecksuche vergleichen?
Antwort: Ja, bei bekanntem Volumen der Anlage kann man die Druckanstiegsmessung in eine Leckrate umrechnen und mit der Anzeige des Lecksuchers vergleichen.
Hintergrund: Nehmen wir ein Beispiel: in der Anlage wird ein Druckanstieg von 10 mTorr über eine Zeit von 5 Minuten gemessen. Um ein Gefühl dafür zu bekommen, was dieser Druckanstieg am Lecksuchgerät für eine Anzeige auslösen wird, muss man den Druckanstieg und die Helium-Leckageratenanzeige in vergleichbare Einheiten überführen.
Leckraten an einem Helium-Lecksuchgerät werden meist in Millibar · Liter pro Sekunde (mbar l/s oder mbar · l · s1) angezeigt. In dieser Einheit sind ein Druck in mbar, ein Volumen in Litern und eine Zeit in Sekunden enthalten. Vor der Prozessfreigabe wird der Druckanstieg in mTorr pro Zeit gemessen. Im Vergleich zur ersten Einheit haben wir hier auch eine Druck- und eine Zeitänderung. Es fehlt uns aber ein Volumen. Betrachtet werden muss das Volumen, in welches die Luft durch ein evtl. vorhandenes Leck hineinströmt - also das Kammervolumen unserer Anlage. Zusätzlich müssen wir den Druckanstieg von der Einheit mTorr in mbar umrechnen. Dabei helfen Umrechnungstabellen (siehe Tipp Nr. 21 Maßeinheiten in der Vakuumtechnik) oder Einheitenumrechner im Internet.
Unsere 10 mTorr entsprechen 0,013 mbar oder 1,3 x 10-2 mbar. Die fünf Minuten sind 300 Sekunden. Wir schätzen das Kammervolumen auf 5 Liter. Wenn wir jetzt also die Leckagerate aus Druckänderung (Δp) pro Zeit (Δt) in einem konstanten Volumen (V) rechnen wollen, muss man in die Formel einsetzen. In unserem Fall ist das
Q das Formelzeichen für Leckageraten und Gasströme. Unser Druckanstieg entspricht also einer Leckrate von 2,2 x 10-4 mbar l/s. Wenn der Lecksucher die Kammer also alleine pumpt, kann man diese Werte direkt miteinander vergleichen. Wenn der Lecksucher parallel mit einer anderen Pumpe an der Kammer betrieben wird, muss man die jeweiligen Gasströme bestimmen, die zum Lecksucher bzw. der anderen Pumpe gehen. Das misst man am besten mit einem Prüfleck, das an einem freien Flansch der Anlage angeschlossen wird.
Eine besondere Genauigkeit bei der Lecksuche an Halbleiteranlagen ist bei unserem Beispiel nicht sinnvoll, da das Kammervolumen meist nur geschätzt werden kann. Von daher verzichten wir auf eine Umrechnung der Luft-Leckrate bei der Druckanstiegsmessung auf eine Helium-Leckrate und auch auf eine Korrektur der Druckverhältnisse am Leck.
Hinweis: in unserem Beispiel haben wir eine relativ kleine Kammer und einen kurzen Druckanstieg angenommen. In der Folge finden Sie eine kleine Tabelle, in der einige Messwerte aus der Praxis zusammengefasst sind:
