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
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图 4.10: 在温度过低的罗茨泵中六氟硅酸铵 (NH4)2SIF6 的冷凝
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图 4.11: 多级罗茨泵的工作原理
如先前章节中所描述的泵一样，本节中描述的罗茨真空泵属 于在技术上容积式干泵的范畴。在本节中，我们讨论适用于 腐蚀性工艺的泵以及源自这些用于预抽室和传输室的泵.
在该泵中，两个同步反向旋转的转子 (1) 在单个壳体 (2) 中非 接触旋转(图 4.11)。该转子具有 8 字形结构，且相互之间 由窄间隙分离开来。有四到六对转子位于转子轴上。每个转 子腔通过带有排气口的定子盘与其他转子分离开来。输送的 气体从入口 (3) 被抽到出口。垂直泵送方向在流程泵中始终 很重要。因此，各级之间的空间可用作粒子的排出通道。这 避免泵堵塞的最佳方式。
由于吸入室中无摩擦，罗茨真空泵可在高达 6,000 rpm 的高 转速下操作。转子质量围绕轴线对称分布还产生完美的动态 平衡， 这意味着，尽管其转速很高，泵的运行却极为安静。
为了避免化学物质在泵和消声器中冷凝，可通过调节冷却水 流量或通过具有加热套的电加热进行加热。如果出口消声器 分开配置，这需要一个额外的加热套。将出口消声器直接集 成在泵体上不仅通过省掉一个额外的加热器来降低能耗成 本，而且还使安装更容易。
适用于腐蚀性气体的多级罗茨泵的优势包括：
通过调节温度、净化气体流量和转速对相关真空工艺进行 理想的调节
在气体抽气腔内没有润滑剂
无工作液处理问题
高可靠性和系统正常运行时间
长维修间隔、低能耗和冷却水与冲洗气体介质消耗低， 因此具有较低的运行成本
占用空间小，具有良好的集成性和节能性
丰富的控制选项，本地或远程控制，集成在一个监控网络 中
最小泄漏率
在腐蚀性工艺中是涡轮分子泵和罗茨泵理想的前级泵
符合 UL/CSA 和 SEMI S2认证要求
灰尘和粒子
流程泵接触从工艺室和前真空管道被输送到泵中的粒子。此 外， 泵本身内副产物反应的冷凝可能产生的粒子和沉淀物必 须也能容忍。 理想情况下，通过使用可调节加热和控制温度 模式，可避免粒子和沉积物的形成。 通过在垂直方向抽吸， 任何从泵级中掉出的粒子保留在下一级的排污口通道中。 在 接下来的排气和随后的抽空之后，粒子将通过气体被排入到 紧接着的下一级中。 此排除机构将生成的 98% 以上的粒子从 入口排出到出口。这意味着， 可在泵出口处提供一个中央排 气净化系统，它不仅捕捉和处理过程化学物质， 而且捕捉和 处理粒子。在腐蚀性、毒性和可冷凝介质的真空解决方案中 是可能的， 就可避免进气侧上使用高保养阱和过滤器。
腐蚀性气体
P 和 H 系列的多级罗茨泵专为半导体、太阳能和涂层行业中 腐蚀性气体过程而设计。 金属转子和定子以及泵的弹性体材 料均是由高度耐腐蚀材料制成的。
泄漏率
高气密性以及防止气体通过止回阀从周围空气或排气净化系 统回扩的性能使得多级罗茨泵成为腐蚀性气体应用的完美解 决方案。封装电机也是防漏概念的一部分。
ACP 120 是水冷式多级罗茨泵的入门级机型。ACP 系列泵不 适合于抽空大量的腐蚀性气体。然而，ACP 系列泵至少可用 于处理少量的腐蚀性气体。在这种情况下，使用惰性气体， 其中，采用惰性气体幕保护轴承，且工艺气体通过在泵级中 引入惰性气体进行稀释。
ACP 120 即可作为独立泵工作也可与罗茨泵组合作为 ACG 600 泵组进行工作，该泵站是工业应用的理想解决方案，且 受益于半导体行业腐蚀性气体版本设计。ACP/ACG 泵通过 其无摩擦设计非常适合于清洗过程。它们实现了优异的长期 稳定性和长的维护间隔。
半导体行业的锁泵在其命名中用“L”代表“预真空锁”。 与上述 的 ACP 120 相比，它们配备了壳体和调节器。 不管电源电压 和频率如何，变频器确保了整体性能参数的稳定性。
L 系列泵装有运行时间计数器、状态灯，并可在本地和远程 控制模式中任一模式下进行操作。
入口和出口法兰装在泵的后部以及输入输出接口处，这使其 可连接至半导体生产设备的控制单元。 串行接口可任选用于 启动该泵，例如，要连接至监控网络。水冷却和可选的节能 选项连接也位于泵的后部(见 图 4.13)。
集成在泵壳中的可选节能选项(节能，ES)将泵耗电量减少 了 50%。因此，操作者的运行成本显著降低。 除节能之 外，A 100 L ES 可实现极限压力为 7 · 10-4 hPa。噪音水平 也降低了 3 dB(A)。
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图 4.12: ACP 120
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图 4.13: 具有连接的 100 L 背面
通过保持泵的表面不受约束，单元也可堆叠起来，因此最大 限度地减少在半导体晶圆厂无尘室或地下室中所占的空间。 得益于其最小占用空间、可堆叠性，即使在大气压下的高抽 速、 节能选项、低极限压力和高可靠性与长期稳定性组合， L 系列是所有预抽过程的理想解决方案。
低的最终压力和降低了的噪音水平使其对分析和研发应用极 具吸引力。
在涂层工艺中，特别是半导体生产和太阳能行业中，如本章 介绍中所说明的一样，真空泵的耐蚀性具有重要的意义。除 工艺兼容性外，占用空间小和低运行成本是特别重要的泵性 能参数。与先前型号相比，P 系列通过降低达 53% 的电源输 入满足了这些要求，同时保持相同的占用空间。
该泵系列是基于 A 103 P 干式真空泵。我们已采用了该系列 的两个型号并辅以罗茨泵用于工艺压力范围内提高了抽速和 气体流量。由于 A 103 P 的六级设计和节能电机，电源输入 保持在低水平。A 103 P 的六级设计降低了各级之间的差 压， 也降低了泵的电源输入。除六级外，大型进气级和高转 速代表高抽速和低极限压力。
将消声器直接安置在泵体上形成紧凑的设计，并通过泵体对 消声器直接加热而无需额外的加热套实现了节约能源。温度 控制和连续检测整个泵的受热是必要的，以防止反应副产物 的冷凝
由于 P 系列的待机选项，不仅泵使用较少的冷却水，而且还 减少过程操作之外的冲洗气体消耗，这导致运行成本的降 低。
广泛的活化和控制选项不仅允许手动控制模式，还允许通过 系统控制和监控网络连接进行控制。重要参数可直接输出并 导致用于统计评估。
P 系列符合 CE 和 SEMI S2 要求。
工艺的持续发展，特别是在半导体和太阳行业中，对所用真 空泵不断地提出新的要求。基于多级罗茨泵的可靠技术，普 发真空凭借其 H 系列为这些行业领域中的苛刻工艺提供完美 的解决方案。与先前泵解决方案相比，过程压力下的气体流 量、 粒子耐受性和耐冷凝性已显著提高。
与 P(用于一般工艺)系列泵一样，H 系列(用于苛刻工 艺)泵配备了温度控制和惰性气体冲洗系统。但是，用于优 化工艺调节的参数范围比 P 系列泵更广。
该泵系列是基于 A 203 H 大干式真空泵。我们已采用了该系 列的另外三个型号并辅以罗茨泵用于过程压力范围内提高了 的抽速和气体流量。由于使用了特殊材料，这些泵的腐蚀性 气体设备使其还可使用强氧化剂，如 NF3。该泵宽泛的温度 范围使其能够适应各种不同的工艺，如低温下的钨沉积或高 温下的氮化物沉积。高效的电机产生低压力下的能源节约， 并因其高扭矩，在泵停机后能提供良好的再启动性能。
得益于它们相同的接口和相同的连接，A3H 系列型号可与 P 系列泵理想兼容。这意味着，如果现有生产设备上发生工艺 改变，通过更换泵，使用最小的安装工作就可获得优化的泵 解决方案。
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图 4.14: 203 H 的横截面图
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图 4.15: 1503 H 工艺泵组
得益于它们相同的接口和相同的连接，A3H 系列型号可与 P 系列泵理想兼容。这意味着，如果现有生产设备上发生工艺 改变，通过更换泵，使用最小的安装工作就可获得优化的泵 解决方案。
使用第三级罗茨辅助 A 1803 H 型号，可提供紧凑、极其强 大的抽气系统，具有最大抽速，适合于 CVD 工艺。AD 73 KH 在干式真空泵上采用变频控制的罗茨泵，罗茨泵在其本 身的框架内具有额定抽速 4,500 m³ · h-1 。由于模块化结构，安装很容易，且系统中的各个泵可单独取出，并在维修工作 进行的情况下进行保养。进气侧的罗茨泵变频器允许在宽泛 的气体流量范围对工艺参数进行调整，并允许各种不同的过 程气体。
普发真空不断关注行业各个领域中工艺的动态发展，并在未 来将继续提供优化的泵解决方案以满足这些需求。在第 8 章“ 污染管理解决方案”中给出了初步概述
4.6.6.1 水冷却工艺泵
ACP 120 / ACP 120 G 的抽速和最终压力可通过将其与罗茨 泵组合而实现进一步增加。优化的机组可用于更大容器的抽 空。
为电源频率为 50 Hz 标准所提供的技术数据不超过 1 m3。A 203 H 和 A 1803 H 型泵的特殊版本适合于被抽容器体积 高达 50 m3。
适用于非腐蚀性应用的多级罗茨泵 | |||
型号 | 抽速 | 有/无净化气体的极限压力 | 应用 |
ACP 120 | 95 m³ · h-1 | 3 · 10-2 hPa | 体积达 1 m3 体积达 1 m3 的预抽室和传输室、非腐蚀性气体、惰性气 体、低温泵再生、抽出非腐蚀性气体涡轮分子泵的前级泵 |
ACP 120 G | 95 m³ · h-1 | 9 · 10-2 with 35 slm purge gas | |
A100 L | 100 m³ · h-1 | 6.6 · 10-3 hPa | |
A100 L ES | 100 m³ · h-1 | 7 · 10-4 hPa | |
表 4.16: 非腐蚀性应用的水冷式多级罗茨泵的性能数据
适用于腐蚀性应用的多级罗茨泵 | |||
型号 | 抽速 | 有/无净化气体的极限压力 | 应用 |
A 103 P | 120 m³ · h-1 | 6.5 · 10-3 hPa 2.6 · 10-2 hPa with 20 slm purge gas | 干蚀刻(氧化物和聚酯) 灰化 剥离 RTP 注入 |
A 603 P | 480 m³ · h-1 | 5 · 10-4 hPa 2 · 10-3 hPa with 20 slm purge gas | |
A 1003 P | 900 m³ · h-1 | 3 · 10-4 hPa 1 · 10-3 hPa with 20 slm purge gas | |
表 4.17: 腐蚀性应用的 P 系列水冷式多级罗茨泵的性能数据
适用于腐蚀性应用的多级罗茨泵(苛刻工艺) | |||
型号 | 抽速 | 无/有净化气体的极限压力 | 应用 |
A 203 H | 130 m³ · h-1 | 6 · 10-2 hPa 5 · 10-1 with 50 slm purge gas | 金属蚀刻 CVD (PECVD, SACVD, LPCVD) ALD 取向附生 干蚀刻 |
A 803 H | 600 m³ · h-1 | 1 · 10-3 hPa 1 · 10-2 hPa with 50 slm purge gas | |
A 1503 H | 1,100 m³ · h-1 | 2 · 10-3 hPa 9 · 10-3 hPa with 50 slm purge gas | |
A 1803 H | 1,650 m³ · h-1 | 2 · 10-3 hPa 9 · 10-3 hPa with 50 slm purge gas | |
AD 73 KH | 4,700 m³ · h-1 | 8 · 10-4 hPa 3 · 10-3 hPa with 50 slm purge gas | |
表 4.18: 腐蚀性应用的 H 系列水冷式多级罗茨泵的性能数据(苛刻工艺)
4.6.6.2 配件
地震托架套件
地震托架套件使泵能够固定在其操作位置上，并防止因地震 产生的位移以及防止前真空管道脱落。
遥控
遥控允许在泵的集成存储器上设置和保存泵参数。泵参数可 实时显示。
接口
泵和系统控制之间可配置定制接口，以提供到生产设备控制 单元的连接。
冷却水连接
泵的冷却水连接和连接冷却水管道的适当快卸接头耦合可提 供黄铜和不锈钢版本，以提供最好的耐腐蚀性。
所列配件不一定适用于本节所描述泵的所有型号。根据要 求，可提供其他配件，如用于其他接口、电气安全、连接或 安全运送的配件。
