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干式真空泵在半導體制造領(lǐng)域中的應用
標簽: 真空泵半導體
2023-07-03  閱讀

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  【康沃真空網(wǎng)】干式真空是一種理想的泵種,以其抽速范圍寬、抽氣腔內無(wú)油及元件無(wú)摩擦、能耗低、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)得以廣泛推廣應用,如今已經(jīng)成為微電子、半導體、精密加工、新能源裝備等行業(yè)首選的真空獲得設備。

  因此近年來(lái)干式真空泵市場(chǎng)需求量越來(lái)越大,真空獲得產(chǎn)品已經(jīng)出現更新?lián)Q代的趨勢,大量的有油真空系統被無(wú)油真空系統所替代。以下介紹了干式真空泵在半導體行業(yè)的應用。

  半導體產(chǎn)品的整個(gè)制造過(guò)程可分為:晶圓加工 - 氧化 - 光刻 - 刻蝕 - 薄膜沉積 - 互連 - 測試 - 封裝等步驟,其中包括了上百個(gè)具體的工藝環(huán)節,大部分工藝環(huán)節需要在無(wú)油真空環(huán)境下進(jìn)行,圖1為半導體芯片制造的主要工藝流程圖。

       干式真空泵在半導體制造領(lǐng)域中的應用

  圖1 半導體芯片的制造工藝流程

  干式真空泵在半導體生產(chǎn)線(xiàn)上的應用主要分為進(jìn)出樣品腔(L/L腔)和工藝處理腔抽真空兩部分。

  在L/L腔抽真空過(guò)程中,真空泵面臨的主要挑戰是耐受高頻大氣沖擊,以及要滿(mǎn)足大規模制造對節省水/電/氣以及安裝空間提出的要求,因多級羅茨泵在控制體積,成本和節電方面表現優(yōu)異,所以目前應用多以多級羅茨泵為主,對于較大型L/L腔抽真空則以羅茨+螺桿泵機組為宜。

  工藝處理腔在預抽真空階段要求從高壓到低壓的大抽速,對處理工藝介質(zhì)要求一般,節能要求更高,可以靠變頻泵及泵的多級結構來(lái)實(shí)現,如果單純從節能角度上看,多級羅茨泵更具優(yōu)勢,但主要不利之處為多級泵結構復雜,不易獲得大抽速,所以目前在大腔體(如平板顯示行業(yè))抽空中羅茨+螺桿泵機組或螺桿泵的應用更具普遍性。

  在工藝腔工藝處理抽真空過(guò)程中,工藝腔中可能會(huì )產(chǎn)生粉塵及腐蝕性氣體(如刻蝕工藝),抽真空對泵的要求是耐腐蝕(取決于工藝氣體),耐制程產(chǎn)物(不僅要考慮物理特性,更要考慮其化學(xué)特性),工藝相對復雜,要求真空泵熱穩定性高,處理粉塵能力強,能耗則為次要考慮因素,目前多通過(guò)精確控制泵體溫度方式保證泵的長(cháng)期穩定運行。

  由于爪式干泵在處理粉塵、高軸扭矩以及整體泵溫運行時(shí)相對穩定而更適合工藝腔工藝處理時(shí)抽氣,例如在半導體線(xiàn)刻蝕處理工藝中,使用爪式干泵的適應性更高。

  另外,由于工藝腔一般要求低壓下具有高抽速,所以如果采用羅茨+干泵機組,則機組中的羅茨泵與前級干泵的配比會(huì )很大。

  所以目前主流大多是采用羅茨+多級爪式干泵或羅茨+多級羅茨干泵的多級泵結構。

  雖然在半導體線(xiàn)領(lǐng)域采用多級爪泵結構較多,但是在大腔體粗抽空階段,也較多使用羅茨干泵機組。

  螺桿泵在粗低真空段抽氣效率要高于爪式泵和多級泵,對于大工藝腔體在預抽階段抽氣可采用螺桿泵或羅茨+螺桿泵機組;在半導體線(xiàn)工藝處理階段抽氣則以爪式泵、多級羅茨泵應用為多。

  下面介紹在幾個(gè)主要制造工藝環(huán)節中干泵的應用。

  1) 硅片制造

  見(jiàn)圖1,硅片制造環(huán)節主要包括:拉單晶(單晶硅爐)、硅片精加工(研磨機)。

  在硅片制造環(huán)節,真空泵遇到的工藝挑戰主要是抽真空時(shí)氣流中的巨量超細硅粉及氬氣處理。

  工藝流程及產(chǎn)品(單晶硅棒價(jià)值很高)真空泵的要求是可以穩定運行,便于維護保養,且維護成本可控。

  2)刻蝕工藝

  半導體刻蝕工藝基本工況與CVD 工藝類(lèi)似,但工藝反應相較CVD 略輕,對泵的要求以粉塵為主要考量因素,工藝氣體為次要因素(因工藝氣體比較單一,無(wú)劇烈化學(xué)反應)。

  真空泵同樣被應用于L/L腔及工藝腔。L/L段抽真空泵的考量因素與CVD工藝一致,目前以多級羅茨泵為主。

  工藝腔真空泵應用以爪式或多級羅茨泵為主,目前主流大多是采用羅茨+多級爪式干泵這種多級結構,但是因多級羅茨泵相對爪式+羅茨轉子多級泵制造和維護成本更簡(jiǎn)單,目前市場(chǎng)應用有逐漸向多級羅茨泵轉型的趨勢。

  螺桿泵與多級羅茨泵各有應用特點(diǎn),多級羅茨泵的真空度高一些,螺桿泵在粗低真空段抽氣效率高,適合大工藝腔體粗抽真空,還可以與羅茨泵配合抽低真空大腔體。

  目前,干式真空泵的防腐防塵主要靠抽氣工藝來(lái)調整和解決;如采用盡量控制泵腔內溫度和降低粉塵濃度(吹掃工藝)來(lái)防腐及防塵泵腔內沉積。另外,在泵抽含粉塵氣體時(shí),用干燥氣體吹軸封處(使軸封與軸之間產(chǎn)生間隙減少摩擦),使其形成氣體密封保護。

  目前在半導體領(lǐng)域推廣的干泵主要為:多級羅茨泵、爪式泵和螺桿泵。