磁悬浮涡轮分子泵—深冷水气泵(阱)组合泵

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海三井真空设备有限公司 作者:郭盘林
1.清洁无振动真空环境的必要性

  真空对人类的主要贡献为:提供了最清洁和最少受外界干扰的试验环境,对工业生产来说,则可以制造性能最优越、甚至自然界前所未有的材料。二十世纪人类的三大成就是电子计算机、核能和航天器,但实际上它们都离不开真空。例如:计算机所需的半导体集成电路就需要在真空中熔制和提纯硅单晶,以后的外延,镀膜,干法刻蚀和离子注入等,也都是真空工艺。近年来纳米技术蓬勃发展,但就应用来讲,关键问题是更高的清洁环境,例如12〞(300毫米)硅片集成电路生产线要求图形的线条宽度达到小于100纳米,这就对真空的清洁度提出了更高的要求。

  上世纪在真空获得方面油扩散泵得到广泛使用,但由于扩散泵返油造成的渗碳影响产品质量,人们意识到油蒸汽污染的严重性。人们为消除油蒸汽污染作了不少努力,特别由于大规模集成电路的生产过程中要求严格的清洁真空,在世界范围内清洁真空设备如涡轮分子泵低温冷凝泵干泵等迅速发展,目标都是无油真空系统。

  研究表明,在真空度低于10-6托的环境下,残余气体成份中95%以上是水蒸气 (简称为水气),抽除水气的泵称为 “水气泵” 或 “深冷水气泵(阱)”。到目前为止,在集成电路生产过程中, 干泵和磁悬浮轴承耐腐蚀分子泵的应用,似已解决了目前集成电路生产的真空问题,但随着集成电路的基片达到300毫米、图形线条宽度达几十纳米的情况下,任何极为微小的污染都会影响产品的质量。人们认识到纳米技术要求的清洁真空除无油外还须无水气。无油无水气的清洁环境是纳米技术实际应用的基本条件之一。

  还值得提出的是:在集成电路芯片的输送过程中,振动是一个特别重要的问题,振动可导致硅片(基片)“走动”。例如GM氦制冷机的活塞运动产生的振动对硅片的輸送是有害的。

 2. 深冷水气泵(阱)—Microstar 水气泵(阱)

  现在有一种新的超低振动型深冷水气泵(阱),以色列 Ricor公司生产的Microstar 可适用于对振动非常灵敏的应用环境。

  Microstar是高效司替林 (Stirling) 循环的水气泵(阱),使用的是K535双活塞司替林制冷器,可用作涡輪分子泵的冷阱或真空系统中的冷板。司替林制冷器原为红外探测器制冷用,是Ricor公司的特色产品,由于体积小、超低振动、免维护等优点,适合与集成电路制造设备配套,适于安装在机柜内狭小空间中。Microstar除具有超低振动的特点外,与目前常用的GM氦制冷机相比,尚有下列的特点和优点:

特点

没有外附的氦压缩机组和氦气管

专利的快速再生方法,不需要加热器

寿命 >30000 小时

用简单方便的温度控制器控制温度

用独特的司替林制冷器冷却冷板

免维护

控制器包括 RS-232 和分列信号输出

优点

紧凑易安装,可节约支架

是简单和安全的系统(无着火和燃烧的危险)

简单和可靠的制冷机构

使用者可在运行时调整基本温度。温度稳定度可设置在± 0.25 0 K 的水平

高效冷冻循环—低输入功率

低成本

适用于整机控制

  在集成电路生产设备中,离子刻蝕进料室的真空配置常用 CTI-TORR8F 低温冷凝泵抽气,其抽水气抽速为4000升/秒左右;Microstar IS200的水气抽速可与此相当,但体积较小,价格比TORR8F便宜得多。

3.涡輪分子泵(Turbomolecular pump)与 Microstar组合泵—Turbostar 

  低温冷凝泵有抽水气的能力,因此应用广泛; 而分子泵的主要优点就是不需要再生,但在抽除水气方面,还远逊于冷凝泵 (磁悬浮分子泵振动很小,但依然存在抽水气能力不强的问题)。新的设想是把它们二者组合起来, 取长补短。

  在设计能组合分子泵工作的深冷水气泵(阱)时,关键是选择制冷温度,在118.5K的低温下,水的平衡蒸汽压是10-12 托。 其它气体仍由分子泵抽走,于是Microstar就成为合适的选择。

  Microstar 冷板温度可在110K-140K间调节.,如有特殊要求,可下调至80K。如果在耐腐蚀涡轮分子泵(Turbomolecular pump,机械式或磁悬浮轴承式)上安装了一个Microstar,简称Turbostar。它弥补了某些现有传统低温冷凝泵的缺陷(见下表),提高了分子泵的极限真空并大大降低了抽气时间。

性能

低温冷凝泵

Turbostar

水蒸气抽速

再生

经常

偶尔

可与已有抽气设备配套

能抽有毒的、腐蚀的和易爆的气体

否,危险

有能力承受高流量过程

有问题

附加空间

需要

不需要

恒定的惰性气体抽速

  而从集成电路生产中应用考虑,GM低温冷凝泵,很难达到超低振動,因此磁悬浮Turbostar是一种适合超大规模集成电路生产的新设备。

4. 展望应用

  集成电路生产中使用的都是连续生产设备,不断进料。在进料室下安装水气泵可基本避免大气中的水气进入工作室,避免了工作气体和从大气中引入的水气形成腐蚀性酸气。但离子刻蚀、离子注入和溅射镀膜时,样品均受到离子轰击,因此吸附在试样和部分容器上的极为微量的水气仍会放出,还是会影响产品质量,因此在工作室安装磁悬浮涡輪分子泵和Microstar 的組合泵还是必要的。目前国外己开始了这方面的应用。

  在薄膜尤其是高級光学薄膜制备方面 ,GM低温冷凝泵得到了广泛的应用,綜合上述的比較,組合泵的优势是明显的,由于弥补了分子泵抽水气慢的缺点,加了深冷水气泵(阱)后的分子泵抽气時间,在达到同樣真空度的条件下,縮短到的四分之一,极限真空度可提高一个数量级,大大提高了分子泵的使用效率,.組合泵在国外的应用逐漸广泛,如Leybold Varian 等大公司都巳开始在有关产品上配套使用。  清洁真空一直得到国內外有关专家们的重视,华中一先生在去世前曾关心过組合泵的研制工作.姜燮昌总工曾在上海市真空学会20週年学术报告会上作了”21世纪真空获得技术的展望”报告,提出:”必须大力研究开发清洁,无油,耐腐蚀和高可靠的分子泵,低温泵和不仝类型的干式真空泵,逐步实现我国真空获得设备更新换代”。

  企业宣传、产品推介软文,请移步到此:内容投稿

  目前,国內磁悬浮轴承分子泵尚处于研制阶段.复合分子泵由于应用面广,生产厂商增加很快,形成热潮。脂润滑复合分子泵前景看好。大抽气量的深冷水气泵已在诸如大型连续涂膜等设备上应用。上海和北京都有大抽气量的深冷水气泵的生产厂商。但应用于与分子泵配套使用的如Ricor生产的Microstar那样的深冷水气泵(阱),国內尚无生产单位.这就需要有关专家和领导的重视和支持,使这台取冷凝泵之长,补分子泵之短的组合泵能早日问世,既能提供清洁真空又能降低能耗,提高生产效率。

  磁悬浮涡轮分子泵—深冷水气泵(阱)组合泵为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/pumps/jixie/turbo-molecular-pump/111598.html

  与 分子泵 相关的文章请阅读:

  分子泵http://www.chvacuum.com/pumps/jixie/turbo-molecular-pump/