ICS23.160 J78 中华人民共和国国家标准 GB/T25755—2010 真 空技术 溅射离子泵 性能参数的测量 Vacuumtechnology—Sputter-ionpumps—Measurementofperformance characteristics 2010-12-23发布 2011-10-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国真空技术标准化技术委员会(SAC/TC18)归口。 本标准起草单位:北京中科科仪技术发展有限责任公司、沈阳真空技术研究所。 本标准主要起草人:邹蒙、张勤德、朱国精、马殿理、李春影。 ⅠGB/T25755—2010 真空技术 溅射离子泵 性能参数的测量 1 范围 本标准规定了溅射离子泵(以下简称离子泵)性能参数的测量方法。 本标准适用于名义体积流率大于10L/s的离子泵。 本标准测量体积流率的压力范围从1.5×10-3Pa到1×10-7Pa。 注:本标准保证了离子泵性能参数的测量在相同的条件下按相同的方法进行。由此做到由各制造厂家或各实验室 所作的测量与制造厂家在样本中给定的资料是可比的。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有 的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。 GB/T3163 真空技术 术语(GB/T3163—2007,ISO3529:1981,MOD)。 3 术语和定义 GB/T3163确立的以及下列术语和定义适用于本标准。 3.1 极限压力 ultimatepressure 测试罩中逐渐趋近的压力值。 注1:它是泵能获得的最低压力。 注2:建议制造厂的说明书不要给出极限压力值。本标准中不给出极限压力的测量程序。但如果制造厂列出极限 压力,则应当说明完成测量的工作条件。 3.2 最低工作压力 minimumoperationalpressure p0 泵在关闭进气阀、烘烤过程结束后48h内在测试罩中逐渐接近的最低压力。 体积流率 volumeflowrate qV 在理想条件下,单位时间从测试罩流过离子泵入口的气体体积。 注1:出于实际测量的原因,离子泵对给定气体的体积流率通常约定为等于该气体的流量与给定点的平衡压力之 商,体积流率采用的单位为立方米每秒(m3/s)或升每秒(L/s)。 注2:有时用术语“抽速”和符号“s”来代替体积流率。 3.3 名义抽速 nominalpumpingspeed Sn 对饱和的离子泵所测得的体积流率的最大值称作名义抽速。 注1:应给出在测此名义抽速时所测得的压力p。 注2:如果用名义抽速作为离子泵的标志,则一般不得超过实际测量值的10%。 1GB/T25755—2010 3.4 启动压力 maximumstartingpressure pS 启动压力是指在关闭前级真空泵之后接通离子泵并开始有效地抽气的最大压力。 4 符号和缩略语 符号 名称 单位 C 流导 立方米/秒(m3/s) D 测试罩名义直径 米(m) d 隔板小孔直径 米(m) e 隔板孔缘直径 米(m) M 气体克分子质量 千克/摩尔(kg/mol) pS 启动压力 帕(Pa) qV 体积流率 立方米/秒(m3/s) R 理想气体常数 牛·米/摩尔·开[N·m/(mol·K)] Sn 名义抽速 立方米/秒(m3/s) T 热力学温度 开(K) 5 最低工作压力的测量 5.1 测量条件 5.1.1 气体种类 作为测量用气体,一般可以用氮气或氩气,不过其他气体如氢气和氦气也可以用来做测量气体。最 低工作压力通常是以氮气等效压力给出的,其他气体的最低工作压力用各自测量用气体的等效压力 给出。 5.1.2 密封性 包括离子泵在内的测量装置漏率不得大于1×10-9Pa·m3/s。 5.1.3 真空泵 所测量的离子泵按制造厂家的规定条件进行驱动。建议使用离子泵制造厂家的配套电源。前级泵 不能用被有机气体污染过的,且应能够达到离子泵的启动压力。 5.2 测量仪器 5.2.1 真空计 测量用电离真空计应经过校准,配合测试罩2(见图2)测体积流率的真空计(含电离规管)在所测量 的压力范围内,压力读数误差不能超过±10%。配合测试罩1(见图1)测最低工作压力、体积流率的真 空计(含电离规管),误差不得超过±20%。 5.2.2 测试罩及其使用条件 5.2.2.1 测试罩 测试罩具有圆形的断面,其名义直径为D。对于入口法兰直径大于或等于名义直径DN100的离子 泵,D与离子泵入口法兰名义直径相同;对于入口法兰名义直径小于DN100的离子泵,D与DN100名 义直径相同,而不考虑离子泵的大小,到离子泵入口法兰用连接件(见图3)连接。测试罩顶部为平的、 圆弧形或斜面,但距法兰平面应具有相同的平均高度。测试罩与离子泵之间连接法兰的密封圈由制造 厂推荐,测试罩应能承受400℃真空烘烤。测试罩上设有能均匀地加热到300℃的加热装置。 2GB/T25755—2010 单位为毫米 图1 测试罩1 单位为毫米 图2 测试罩2 3GB/T25755—2010 5.2.2.2 测试罩1 测试罩1如图1所示:测试罩总高度为1.5D,测试罩下部距连接法兰0.5D的平面上装有四根均 匀分布在圆周上的连接管。图示中A处连接管深入测试中心,垂直向上弯曲高度为D,用以连接微调 阀以充入测试气体。其余三根连接管垂直于罩壁向外伸出,分别用于连接规管P1、带可烘烤截止阀的 前级真空系统、残余气体分析仪(RGA)测量系统。用来接残余气体分析仪(RGA)测量系统时,其测量 部分不得向内伸进测试罩内壁。 该测试罩用于最低工作压力、启动压力的测量,当有合适的流量计时,用于体积流率和名义抽速的 测量。 5.2.2.3 测试罩2 测试罩2如图2所示:测试罩由上测试罩及下测试罩两部分组成,在上下测试罩连接法兰处设有一 块厚度为e的金属薄板,板中央有一直径为d的圆孔。e d应小于0.1。为了使测试罩上下两部分规管 的测量压力之比介于5和50的范围内,小孔直径d应在0.05D和0.1D之间。 上测试罩规格与测试罩1相同,A处连接微调阀用以通入测试气体,其余端口可用于连接真空规 管P1。 下测试罩具有四个垂直罩壁向外伸出的圆管,距离罩底部法兰为0.5D,其中B处用于连接微调 阀,以便在测试前或测试完毕后向罩内充入测试气体对真空规的读数进行校正。其余连接管分别用以 连接真空规管P2、带可烘烤截止阀的前级真空系统、残余气体分析仪(RGA)测量系统。用来接残余气 体分析仪(RGA)测量系统时,其测量部分不得向内伸进测试罩内壁。 该测试罩用于保持小孔为分子流状态时对体积流率和名义抽速的测试。 5.2.2.4 连接件 如图3所示,大端名义直径D与DN100相同,小端名义直径与离子泵的入口法兰名义直径相等, 中间采用45°过渡。 单位为毫米 图3 连接件 5.3 烘烤和测量方法 把测试罩1装在离子泵入气口上,用一台合适的无油前级真空泵抽至低于制造商推荐的启动压力, 执行下述再生烘烤程序。 泵和测试罩在前级真空泵工作情况下烘烤4h,烘烤温度为300℃或制造厂家推荐的不超过300℃ 的烘烤温度。然后用离子泵的配套电源启动离子泵,关闭截止阀,使前级泵与测试罩隔离,在同样的温 度下继续烘烤10h。在烘烤过程中,如果由于大的气体负荷使压力升高超过5×10-2Pa,需切断加热 器,等压力降到1.0×10-3Pa以下时再重开加热器。 根据测量仪器制造厂家的建议对电离真空计作去气处理。该去气过程在烘烤过程中和烘烤结束都 要进行。 停止烘烤后,离子泵继续工作。等待测试罩冷却到(15~25)℃之间。在随后的48h内要保证温度 4GB/T25755—2010 变化不超过±3℃,最后一次去气在测量前至少5h进行,如果测量压力无显著变化,就作为离子泵的最 低工作压力。 离子泵的供电电压、电流与对应的压力同时记录,也要记录试验过程中环境的最高、最低温度。 6 体积流率的测量 6.1 测量仪器 6.1.1 电离真空计 测试罩1:安装一个校准好的电离真空计。 测试罩2:安装两个按5.2.1校准过的电离真空计,对于散射磁场应进行屏蔽,使磁场对测量结果 影响不大于±3%。 6.1.2 测试罩 按5.2.2规定。 6.1.3 气体流量计 选择一个流量合适的气体流量计,其精度不低于±2.5%。 6.2 测量方法 6.2.1 流量法测量方法 把测试罩1装在离子泵上,测试罩连接微调阀和流量计,用一台合适的无油前级真空泵抽至低于制 造商推荐的启动压力。进行与最低工作压力测量相同的再生烘烤程序。停止烘烤后,离子泵继续工作。 待冷却到(15~25)℃之后,调节进气控制阀,放入4SnPa·L的试验气体;使泵达到饱和,如果要测量 几种气体的体积流率,惰性气体的测试应放在最后,特别是氩气,否则其会影响其他气体的瞬时体积流 率。对于其他气体,应该把体积流率降低到生产商给出的该种气体对应的百分比。 将此试验气体抽除之后,泵不经烘烤应重新达到最低工作压力。此时,如果P1的指示值为pmin,则 pmin可视为系统的本底压力。此压力不得高于1×10-7Pa。 调节微调阀,放入测量气体,使P1的指示值p由最低值开始逐步增加,每个数量级三个测量点,并 保证压力p处于