第四章 半導體設備維修保養介紹
4.5 半導體設備校正工具簡介
4.5.2 半導體真空設備漏率檢測工具簡介
以氦氣測漏機為例(圖 24)，圖 25 為蝕刻機台測漏實例，圖 26 表氦氣鋼瓶。
圖24：氦氣測漏機
高度真空 (Ultra High Vacuum，簡稱 UHV) 壓力範圍：10-7 毫巴以下；氣流型態：分子流 (2) 壓力 (pressure)
氣體在容器內與容器壁的作用力，稱之為壓力；它的單位為：力/單位面積。標 準的大氣壓力相當於 760mm 水銀柱高。此方式為義大利人托里切力所發現。溫 度在 20。C，海平面高度。乾燥空氣所施的壓力，其值為 1013mbar。簡單表示為：
1atm = 760mmHg = 1013mbar。
(3) 氣體分子平均自由徑 (mean free path)
不同氣流型態的條件，可用氣體分子的平均自由動徑的大小來界定。
(2)真空系統的操作壓力範圍 ( operational pressure range ) 再合理的時間內 可以達到並維持。
均有滲透的可能，僅滲透的量因材料而異。滲透與溫度，氣體分子的大小，及 氣體分子的濃度有關。
4.5.2.4 漏氣率
漏氣率為單位時間內由真空系統外部漏入系統中的氣體量，其單位與氣流通量相 同，即毫巴˙公升/秒，托耳˙公升/秒等。
漏氣分為兩種如下：
(1) 真漏：真漏是氣體經由真空系統的外殼(如管壁、壁器和接頭)進入真空系統內部，
真漏若不被阻止，而真空系統停止抽氣，則真空系統中的壓力最後應回到一 大氣壓。
(2) 假漏：真空系統中所有可能產生器體的機制均屬於假漏，例如真空室器壁吸附的 氣體及器壁內部陷捕的氣體或溶解的氣體。經由擴散的機制到內部表面，以 及任何蒸氣壓高的物質，包括污染等在真空室內蒸發均為假漏。假漏現象特 點為，及上述發生的氣體其壓力達到與其周圍壓力相等時，及產生平衡故壓 力不再上升。
因為真漏是指腔體外部經由隙縫進入腔體內部的氣體，所以進入的氣體量將保持不 變。最後將達到一大氣壓，其真漏之特性曲線斜率將為固定，如圖 27 所示。假漏指腔 體內部細小孔洞或不平滑表面吸附的氣體分子，因為腔體壓力逐漸下降而脫附將同時發 生，惟在高真空時脫附現象較吸附明顯。當腔體壓力逐漸上升時，脫附與吸附將逐漸達 到平衡，此項漏氣值會趨近於零，上升曲線變為平緩。在實際漏氣的狀況中，將同時包 含真漏與假漏，在特性曲線的表示上將顯示出，初從高真空開始漏氣時，因為包含真漏 與假漏，所以曲線斜率較大，壓力上升較快；壓力上升到粗略真空時，假漏現象將逐漸 變小至趨近於零，唯真漏之漏氣量依然維持不變，所以曲線將較為平緩，壓力持續上升 至一大氣壓。
圖 27 漏氣率特性曲線(參考文獻 18)
4.5.2.5 漏氣率測定法
漏氣率的測定包括有測定時不用真空幫浦抽氣的靜態法及用真空幫浦抽氣的動態 法。所測定的漏氣率為被測真空系統的總漏氣率，即可能僅有一個漏處，亦可能有多個 漏處。以下分別介紹此兩種方法：
1.靜態測漏法
靜態測漏法 ( static testing ) 亦稱為測試氣體累積測漏法 (test gas accumulation testing )。測試系統有一包覆罩 ( envelope ) 或測試室 ( testing chamber ) 其體積為
圖 29 動態測漏法測試系統(A) (參考文獻 18)
此方法並不要求包覆罩體積 V 為己知，測漏儀或真空計測定壓力後即可由真 空幫浦的抽氣速率求得真空漏氣率。
(2).動態測漏法(B)：
測試系統如圖 30 所示。包覆罩內充測試氣體 ( 氦氣 )，待測真空系統由真 空幫浦抽氣，測漏儀裝設在抽氣管路上。在未達到壓力平衡前，待測真空系 統的壓力變化率為 dp/dt，包覆罩內的氦氣漏入待測真空系統的漏氣率為 Ql， 幫浦所抽氣體的氣流通量 Q = Sp，真空系統的壓力為 p，S 為真空幫浦的抽氣 速率，又真空系統的體積為 V，則真空系統的氣流通量變化應等於氦氣漏入待 測真空系統的漏氣率減去幫浦抽氣體的氣流通量，即
V(dp/dt) = Ql – Sp [9]*
圖 30 動態測漏法測試系統(B) (參考文獻 18)
假定最初時間 t = 0 尚無氦氣漏入，此時真空系統中的最初壓力為 p0。氦氣
電子控制系統與質譜館(mass spectrometer tube)等三大部份所組合而成，抽氣系統功 能為產生高真空的環境，使真空度可以達到質譜管能正常運作的壓力範圍，電子控制系 統主要為檢測質譜管所產生及接收氦氣之信號，測漏時其信號藉電子放大器回饋接收器 中。各種氦氣測漏儀所使用的質譜管雖有各種不同的樣式，但其構造大致相同，均分為 離子源(ion source)、離子分離器(ion separation)與離子測器(ion detection)等三 個部份。離子源係用來產生離子，其方式是由高溫燈絲放射出熱電子並加速進入離子
(1)真空法(vacuum method)輔以噴氣探針(spray probe)
(2)充氣法(overpressure method)輔以吸氣探針(sniffer probe)。
而氦氣測漏儀即採用真空法輔以噴氣探針待測裝置與漏氣儀之真空系統連接，並抽 真空直至可以啟動測漏儀之真空度。啟動測漏儀後，由噴氣探針噴以示漏氣體,當示漏
氣體通過漏氣位置時,漏氣儀及有信號指示,如圖 31 所示為真空法漏氣位置測定裝置。
圖 31 真空法漏氣位置測定裝置(參考文獻 18)