武學(xué)偉 WU Xue-wei；劉春光 LIU Chun-guang；李伯 LI Bo

（①北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司，北京 100176；②北京飛機(jī)維修工程有限公司，北京 100621）

0 引言

冷泵在工作時會產(chǎn)生有規(guī)律的聲音，當(dāng)出現(xiàn)雜亂的聲響，或者冷泵無法啟動時，可能的原因有：冷頭活塞變形與氣缸的摩擦增大；冷泵冷頭內(nèi)有油脂；氦氣不純等。本文結(jié)合實際生產(chǎn)過程出現(xiàn)的問題和處理經(jīng)驗總結(jié)，介紹通過RGA原理來分析氦氣純度不足導(dǎo)致冷泵無法啟動或冷泵異響問題。

圖1 冷泵結(jié)構(gòu)示意圖

1 測試原理

利用RGA（殘余氣體分析儀）的功能分析待檢氦管中氦氣的氣體成份。

第一步：將測試平臺腔體抽至mtorr級別，并保證真空度在選用的RGA允許的量程內(nèi)；

第二步：將待檢氦氣管路中的氦氣通過測試平臺的MFC向測試平臺內(nèi)充1sccm的氣量；

第三步：RGA開始工作記錄此時測試平臺內(nèi)部的氣體成份流量，通過流量變化圖評估待檢氦管內(nèi)的氦氣是否為高純氦氣。

2 準(zhǔn)備條件

測試平臺按照圖2已經(jīng)搭建完成（若沒有測試平臺可借用現(xiàn)有的機(jī)臺結(jié)構(gòu)替代測試平臺）；

圖2 測試平臺結(jié)構(gòu)示意圖

無問題氦管1根（氦氣純度滿足99.999%）；

待檢測的氦管樣本若干根，本次試驗選用4根管路進(jìn)行說明，樣本盡量包含系統(tǒng)中所有管路，生產(chǎn)批次和月份范圍盡量廣泛。（表1）

表1 待檢氦管樣本

3 測試思路

通過RGA測試三組場景下的氣體成份分析進(jìn)行對比，從氣體成份數(shù)據(jù)變化判定待檢氦管內(nèi)氦氣是否是高純氦；場景一：初始環(huán)境，測試平臺氣體成份：目的排除腔室和工裝本體的干擾；場景二：無問題氦管氣體成份：用來與待檢樣本He管對比；場景三：待檢測的氦管樣本氣體成份。

圖3 氦管連接工裝

4 測試方案

4.1 初始環(huán)境分析

①打開調(diào)壓閥，打開MFC，打開氣動隔膜閥，將測試平臺抽至1e-7Torr以下；

②連接并打開RGA檢測測試平臺內(nèi)各氣體的流量；記錄初始環(huán)境的氣體成份。

從圖4曲線和流量可以看出初始環(huán)境中的氣體成份以Water、N2為主，但含量極低；He、O2、Ar含量更低。

圖4 初始環(huán)境各氣體流量圖示

4.2 無問題氦管內(nèi)氣體成份分析

①關(guān)閉手動調(diào)壓閥，關(guān)閉MFC；

②將無問題的氦氣管接入圖2右側(cè)的氦管連接工裝上，如圖5；

圖5 氦管連接示意圖

③手動調(diào)節(jié)調(diào)壓閥壓力至15psi左右；

④打開MFC給1sccm，RGA記錄了測試平臺內(nèi)氣體成份的變化，待RGA數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，關(guān)閉MFC平穩(wěn)一會；再次通過MFC給1sccm，通過變化的過程和穩(wěn)定的過程可以判斷被測試的氦氣管路內(nèi)部氣體成分；

⑤關(guān)閉手動調(diào)壓閥，關(guān)閉MFC；

⑥拆除無問題氦管，這時氦管連接工裝中還存在殘留氦氣，需要再次打開氣動隔膜閥、MFC將測試平臺重新抽真空至1e-7Torr以下。

從圖6曲線和流量得出的結(jié)論：無問題氦管中只有高純He，滿足冷泵運(yùn)行要求。

圖6 無問題氦管各氣體流量圖示

判定的依據(jù)：通過MFC給測試系統(tǒng)1sccm的流量后，通過RGA分析儀測試He的流量出現(xiàn)波峰，流量瞬間增大，其他成份Water、N2、O2、Ar沒有出現(xiàn)波峰，含量極低。

4.3 待檢樣本He管氣體成份分析

重復(fù)第二步的操作，分析待檢樣本He管的氣體成份，從圖7曲線和流量得出的結(jié)論：生產(chǎn)日期為202201**的零部件號為70xxxx-001的氦管N2的含量較大。

圖7 70xxxx-001氦管各氣體流量圖示

判定的依據(jù)：通過MFC給測試系統(tǒng)1sccm的流量后，通過RGA分析儀測試He和N2的流量出現(xiàn)波峰，流量瞬間增大，其他成份Water、O2、Ar沒有出現(xiàn)波峰，含量極低。

從圖8曲線和流量得出的結(jié)論：生產(chǎn)日期為202202**的零部件號為70xxxx-001的氦管N2的含量較大，含有一定的Ar；生產(chǎn)日期為202203**的管路中Ar的含量較大，同時含有一定的N2。

圖8 70xxxx-002氦管各氣體流量圖示

判定的依據(jù)：通過MFC給測試系統(tǒng)1sccm的流量后，通過RGA分析儀測試202202**的管路He和N2的流量出現(xiàn)波峰，流量瞬間增大；202203**的管路He、N2、Ar出現(xiàn)波峰。

5 測試結(jié)論

結(jié)論：從表2的數(shù)據(jù)可以證實是因為氦管中氦氣的純度低導(dǎo)致的冷泵異響，通過更換測試合格的高純氦管，冷泵正常啟動，異響問題得到有效的解決。啟發(fā)：對于氦管零部件質(zhì)量控制需要對氦管制作工藝的整個環(huán)節(jié)進(jìn)行潛在的風(fēng)險分析，在質(zhì)檢環(huán)節(jié)增加過程檢測。

表2 樣本成份測試結(jié)果

6 說明

本方法簡單易操作，可以分析出氦管中是否含有其他成份，快速地鎖定由于氦氣純度不夠?qū)е碌睦浔卯愴懟驘o法啟動問題，但只限于排除或確定是由于氦氣的純度低造成的冷泵異響，不能排除其他方面的原因。所以借鑒本方法時要有針對性的應(yīng)用。