在建立了粗真空后,高真空泵接管以建立最终的真空。工业界已经经历了多种高真空泵(油扩散泵、低温泵、离子泵),最终选择了涡轮分子泵。所有泵都由不会向系统内释放气体的材料制成,以免破坏真空。使用的材料通常是304型不锈钢、无氧高导电性铜(OFHC)、科瓦合金、镍、钛、硼硅酸盐玻璃、陶瓷、钨、金以及一些低蒸汽压弹性体。用于抽除腐蚀性和有毒气体或反应副产物的泵必须具有无腐蚀的内表面。此外,在处理这些类型的泵时,需要注意服务和维护。
泵的选择和使用
泵的选择和使用基于以下标准:
- 所需的真空范围
- 要抽除的气体(较轻的气体,如氢气,更难抽除)
- 抽气速度
- 总吞吐量
- 处理脉冲负载(周期性放气)的能力
- 抽除腐蚀性气体的能力
- 服务和维护要求
- 停机时间
- 成本
回想之前介绍的内容,系统中的压力是由气体内原子或分子在封闭空间内撞击腔室壁所产生的力的结果。降低系统中的压力需要从腔室中移除气体。这通常是通过泵在自身内部建立较低的压力来实现的,从而使过程腔室中的气体流入泵中,并完全从系统中移除。在极低的压力下,腔室内的物质很少,继续降低压力需要系统本身不漏气,也不通过自身的放气增加压力。有些系统使用冷阱来防止泵中的物质回流到腔室中。
干式机械泵
干式机械泵取代了早期的油机械泵。油泵是污染源,因为油会吸收废气。有毒气体尤其会带来安全问题。干泵基于“罗茨”设计,这些是螺杆或爪式设计,它们机械地“抓取”气体,以降低过程腔室中的压力,然后由高真空泵接管。
涡轮分子高真空泵
涡轮分子泵的设计类似于喷气式涡轮发动机。一系列带有开口的叶片(见下图所示)安装在中央轴上,并以非常高的速度旋转(每分钟24,000到36,000转)。来自腔室的气体分子与第一片叶片相撞,并从与旋转叶片的碰撞中获得动量。动量方向向下到下一个叶片,那里会发生同样的事情。最终结果是从腔室中移除气体。使用动量转移使得抽气原理与油扩散泵相同。
涡轮分子泵的主要优点是没有油回流、无需重新充电、高可靠性,并且可以将压力降低到高真空范围。缺点是与油扩散泵和低温泵相比,抽气速度较慢,以及由于高转速导致的振动和磨损。涡轮泵的一个补充是拖曳式泵。分子是通过旋转的鼓或盘而不是叶片或定子反弹的。
这些组合泵可以在高压下排气。使用涡轮泵进行腐蚀性气体工艺需要涂层转子和定子和/或加热泵,以防止气体形成固体颗粒沉积在泵部件上。
学习了本期的金属化内容之后,我们了解了:
1. 用于芯片表面导体的材料要求。
2. 单层和双层金属方案的横截面图。
3. 低k介质层的目的和操作。
4. 三种用于半导体器件金属化的材料,并了解了它们的具体用途。
5. 溅射的原理。
6. 溅射系统的各个部分。
7. 涡轮和低温高真空泵的原理和操作。