【康沃真空網(wǎng)】干式真空泵是一種理想的泵種,以其抽速范圍寬、抽氣腔內(nèi)無油及元件無摩擦、能耗低、耐腐蝕等優(yōu)點得以廣泛推廣應(yīng)用,如今已經(jīng)成為微電子、半導(dǎo)體、精密加工、新能源裝備等行業(yè)首選的真空獲得設(shè)備。
因此近年來干式真空泵市場需求量越來越大,真空獲得產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)更新?lián)Q代的趨勢,大量的有油真空系統(tǒng)被無油真空系統(tǒng)所替代。以下介紹了干式真空泵在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用。
半導(dǎo)體產(chǎn)品的整個制造過程可分為:晶圓加工 - 氧化 - 光刻 - 刻蝕 - 薄膜沉積 - 互連 - 測試 - 封裝等步驟,其中包括了上百個具體的工藝環(huán)節(jié),大部分工藝環(huán)節(jié)需要在無油真空環(huán)境下進行,圖1為半導(dǎo)體芯片制造的主要工藝流程圖。
圖1 半導(dǎo)體芯片的制造工藝流程
干式真空泵在半導(dǎo)體生產(chǎn)線上的應(yīng)用主要分為進出樣品腔(L/L腔)和工藝處理腔抽真空兩部分。
在L/L腔抽真空過程中,真空泵面臨的主要挑戰(zhàn)是耐受高頻大氣沖擊,以及要滿足大規(guī)模制造對節(jié)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(jié)電方面表現(xiàn)優(yōu)異,所以目前應(yīng)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(yù)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(jié)能要求更高,可以靠變頻泵及泵的多級結(jié)構(gòu)來實現(xiàn),如果單純從節(jié)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(jié)構(gòu)復(fù)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(yīng)用更具普遍性。
在工藝腔工藝處理抽真空過程中,工藝腔中可能會產(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(fù)雜,要求真空泵熱穩(wěn)定性高,處理粉塵能力強,能耗則為次要考慮因素,目前多通過精確控制泵體溫度方式保證泵的長期穩(wěn)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相對穩(wěn)定而更適合工藝腔工藝處理時抽氣,例如在半導(dǎo)體線刻蝕處理工藝中,使用爪式干泵的適應(yīng)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(jié)構(gòu)。
雖然在半導(dǎo)體線領(lǐng)域采用多級爪泵結(jié)構(gòu)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(yù)抽階段抽氣可采用螺桿泵或羅茨+螺桿泵機組;在半導(dǎo)體線工藝處理階段抽氣則以爪式泵、多級羅茨泵應(yīng)用為多。
下面介紹在幾個主要制造工藝環(huán)節(jié)中干泵的應(yīng)用。
1) 硅片制造
見圖1,硅片制造環(huán)節(jié)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(jié),真空泵遇到的工藝挑戰(zhàn)主要是抽真空時氣流中的巨量超細硅粉及氬氣處理。
工藝流程及產(chǎn)品(單晶硅棒價值很高)真空泵的要求是可以穩(wěn)定運行,便于維護保養(yǎng),且維護成本可控。
2)刻蝕工藝
半導(dǎo)體刻蝕工藝基本工況與CVD 工藝類似,但工藝反應(yīng)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,無劇烈化學(xué)反應(yīng))。
真空泵同樣被應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu),但是因多級羅茨泵相對爪式+羅茨轉(zhuǎn)子多級泵制造和維護成本更簡單,目前市場應(yīng)用有逐漸向多級羅茨泵轉(zhuǎn)型的趨勢。
螺桿泵與多級羅茨泵各有應(yīng)用特點,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調(diào)整和解決;如采用盡量控制泵腔內(nèi)溫度和降低粉塵濃度(吹掃工藝)來防腐及防塵泵腔內(nèi)沉積。另外,在泵抽含粉塵氣體時,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(dǎo)體領(lǐng)域推廣的干泵主要為:多級羅茨泵、爪式泵和螺桿泵。