4.6 多级罗茨泵的真空工艺

在半导体行业中，微电子元件构建在单晶体的平面上。在生 产过程中，具有特定电性能(绝缘子、导体和具有一定导电 性能的层)的涂层被应用在彼此的顶部。由于相邻层的不同 性能，创造了诸如晶体管、电容器、电阻器等电子元件。

真空技术在集成电路生产过程中用于许多不同的工艺，如掺 杂半导体基体材料、建立层、结构以及在分析中。生产在无 尘室中进行。真空泵直接在无尘室或在无尘室下方单独泵楼 (地下一层)中的生产系统上使用。

操作过程对所用的泵有不同的要求。无腐蚀性、毒性或可冷 凝介质的工艺可使用没有特别配备用于处理腐蚀性气体的泵 进行操作。这些工艺包括

• 预抽室和传输室
• 无反应性气体环境的金属 PVD(物理气相沉积)
• 离子注入机(光束线和终端站)
• 在真空或惰性气体环境下的退火(烘烤晶体缺陷)
• 晶圆检测

所使用的泵(L 系列)在第 4.6.3 节中进行了描述。在无尘室 中直接使用泵意味着，连泵的地下室的前真空管道和所需的 任何加热不仅可以省掉， 而且可减少流阻损失以及可实现具 有高过程稳定性的可重复安装。

中等应用环境可以涉及到易于冷凝但不产生粒子的腐蚀性化 学品。这种类型的应用包括不同的工艺，如

• 氧化、灰化
• RTP(快速热加工;在具有高等级、使用卤素灯照明的高 温过程中进行的晶圆加工)
• 多晶硅、铝或钨的干蚀刻
• 离子注入机(源)
• 某些 CVD 工艺

所使用的泵(P 系列)在第 4.6.4 节中进行了描述。出于安 全原因，且由于靠近废气净化系统，泵通常安装在地下室。

最苛刻的工艺(苛刻工艺、H 系列泵)使得有必要处理粒 子、 高腐蚀性化学物质或反应副产品和化学物质或易于冷凝 的反应副产品。此类工艺的例子有:

• 氮化钛的 MOCVD(金属有机化学气相淀积)
• 电介质的各向同性干蚀刻
• 二氧化硅的 HDP CVD(高密度等离子体化学气相沉积)
• 二氧化硅的 SACVD(亚常压化学气相淀积)
• 二氧化硅的 SACVD HARP(亚常压化学气相沉积，高纵 横比工艺)

涡轮分子泵（见第 4.9.3.2 节） 和干泵组合有时也用于这些工 艺。

先前提到的用于 P 和 H 系列的工艺使用具有以下性质的化学 物质，例如

• 高毒性，如砷化氢 (AsH₃) 或磷化氢 (PH₃)
• 高腐蚀性，如等离子体活化氟化氮 (NF₃) 、六氟化硫 (SF₆)、氟碳等
• 高氧化性能，如等离子体活化的氧或臭氧
• 金属有机物化学物质，例如硅酸四乙酯 (TEOS)、三甲硅 烷基氨 (TSA)

在定义长期稳定性和拥有最低成本可行解决方案时，一定要 具备广博的真空技术和真空工艺技术知识。例如，这包括对 泵体工作温度的定义，以防止因低温产生的冷凝、以及在过 高温度下形成粉末或化学物质在泵体中滞留时间过长而造成 的泵堵塞。此外，精确控制温度模式通常不仅是泵本身所必 需的，而且是生产设备、前级真空管道和排气管道所必需 的。

太阳能行业和显示器制造中的真空工艺通常类似于半导体行 业中所用的工艺。在这些行业领域，由于涂层的表面较大， 但是气体流量较高，故要求泵具有相应的高抽速。

作为一个例子:在太阳能行业中，钝化表面的抗反射层和氮 化硅层在等离子 CVD 工艺中被应用于太阳能电池， 以更好地 获得太阳光转化率。这些不仅沉积在所需底层上， 而且沉积 在真空室壁上。当壁上积累的层不再允许受控的真空工艺 时， 工艺室必须进行清洗。这通过带有强氧化剂 NF3 的原 位等离子清洗来实现。 如果泵体(在这种情况下为 AD 73KH，见第 4.6.5 节） 在过低的温度下操作，如图 4.10 所 示，则反应产物六氟硅酸铵将沉积在泵内。 理想的过程控制 不仅包括一个与过程兼容的泵和一套经过尝试和测试的工作 参数， 而且还包括:

• 加热的前真空管道，以防止该部位出现冷凝
• 在垂直前真空管道的情况下，防止物体落入泵体的保护装 置(例如，在垂直下端具有盲板法兰且与泵具有水平出口 的 T 形件)
• 防止粒子堆积的软启动阀
• 用于泵在高温下连续操作(即在前真空管道上进行保养工 作的过程中)的泵入口处的切断阀
• 前真空管道中的检漏口，尽可能靠近前级泵。泄漏会导致 二氧化硅粒子的形成。
• 泵和排气净化系统之间的加热排气管道
• 排气净化系统

图 4.10: 在温度过低的罗茨泵中六氟硅酸铵 (NH₄)2SIF₆ 的冷凝