4.6 多级罗茨泵—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）中的生产机械上使用。

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

• 预真空锁和传输室

• 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，泵地下室的前真空管道和所需的任何 加热不仅可以省掉，而且可减少电导率损失以及可实现具有 高过程稳定性的可重复安装。

中型应用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，流程泵通常安装在地下 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）

涡轮分子泵组合（见第 4.9.3.2 节）和空运行流程泵有时也用 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， 但是气体吞吐量较高，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。这些不仅沉积在所需底层上，而且沉积在真空 室壁上。已经在壁上积累的层不再允许受控的真空工艺时， 工艺室必须是最近刚清洗过。这通过带有强氧化剂 NF 3 的原 位等离子清洗来实现。如果泵体（在这种情况下为 AD 73 KH，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站内。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输出水平 的 T 形件）

• 防止粒子凸起的软启动阀

• 用于泵在高温下连续操作（即使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

• 前真空管道中的泄漏探测器连接，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: 六氟硅酸铵 (NH4)2SIF6 冷凝于在过低温度下操作的罗茨泵中