[发明专利]用于真空泵的前级管道预调节

说明书

相关申请

本申请是2003年12月31日提交的、名称为“Apparatus and Method for Control，Pumping and Abatement for Vacuum Process Chambers”的、共同待审查的美国专利申请系列号第10/750,309号的部分续展申请，其全文结合于此作为参照。

技术领域

本发明一般地涉及真空泵领域，更具体地说，涉及一种用于给多个具有不相容排气成分的室提供高真空的方法和装置。

背景技术

一些研究和制造处理需要使用具有高真空的处理室。由于若干原因而需要真空。在一些情况下，必须去除在处理过程中会引起化学反应或物理损坏的大气成分(例如，在对诸如钛之类的活性金属进行真空熔炼过程中)。在其它情况下，真空用来干扰在通常室内条件下存在的平衡条件，诸如从大量材料中去除挥发性液体、吸留气体或不溶解气体(例如，对石油进行脱气、冷冻干燥)，或者从表面上脱附气体(例如，在制造过程中微波管的清洗)。真空也用在必须延伸颗粒要在彼此碰撞之前行进的距离的处理中，从而使颗粒能在源极和靶之间遵循无碰撞过程(例如在真空镀膜、颗粒加速、电视机显像管中)。最后，利用真空，通过减小每秒碰撞的分子的数量来制备清洁的表面。这减小了污染的几率(例如，在清洁表面研究中和在纯净薄膜的制备中)。

在半导体晶圆的加工中，真空用在薄膜沉积和蚀刻操作中，主要用来减少污染。尽管本发明的真空系统在这里描述成主要与半导体晶圆制造操作联系在一起，但是也可用在需要使用真空的上述任何处理和研究活动中。

真空泵设计的现状是，还没有建造出一种能在从一个大气压到10^-6torr或更低的压力范围内工作、并具有足够的抽气速度以满足一些用途的要求的真空泵。相反的是，为了实现用来涂镀薄膜和其它真空用途的足够高的真空，使用了包括初级油封泵或干式泵以及次级高真空分子泵的抽气系统。旋转式油封泵或干式初级泵(或前级泵或预抽泵)将处理室“粗抽”至约0.1torr的“低真空”，此后次级高真空分子泵和旋转式泵串联在一起使用，从而将处理室抽至加工所需的高真空量级。

在抽高真空的系统中使用两个泵机构的一个原因是，在抽真空中要考虑两个物理状态。在下至约10^-1-10^-2torr的低真空范围内，空气分子相互作用。在这种情况下，空气具有粘性并且像流体一样流动，因此可使用油封泵或干式旋转泵来抽真空。

在高真空压力下，分子彼此独立，导致“分子流动”。泵必须作用在每个分子上。在这种情况下，“抽真空”实际上在具有随意分子移动的特征的系统中提供了止回(或小概率返回)点。分子泵提供了这种止回点。

油封泵和干式旋转泵都在抽真空系统中用作前级泵。通常，这两种类型的泵依靠将一定体积的气体限制在抽真空室中，在泵的高压侧上排气之前减小气体的体积。多种几何形状的构造用在旋转式真空泵中，包括旋转叶片泵和在平行轴上旋转的互成角度配置的形状。

油封旋转叶片泵包括单个轴，该轴驱动具有滑动叶片的转子；转子和叶片在偏心定子内转动。泵可具有单级，或可具有串联的两级，且较大的第一级排气进入较小的第二级。整个机构浸在用于润滑、密封和冷却的油中。

干式泵的已知的构造包括钩爪、舌槽和螺钉几何形状、以及罗茨泵等。在干式泵机构中没有油；相反地，密封是通过紧密运行的间隙来实现的。尽管干式泵通常制造起来更加困难，并且因此成本更高，但是它们在半导体制造行业中较佳的，因为它们将很少的污染物引入系统中，并且因为油封泵中的油有吸收腐蚀性处理气体进而使泵退化的趋势。

已经发展了若干技术以用于在分子级别上抽气。这些技术包括使用蒸汽喷嘴来给予动量从而将真空室中的分子移向排气装置的扩散泵。气体捕获泵通过离子俘获、冷冻(低温泵)或者通过将气体掩埋在通常沉积的金属膜下来去除分子。

涡轮泵(或涡轮分子泵)利用涡轮状的转子，该转子沿排气方向加速分子，这增大了分子将朝向前级泵而被移出室的几率。该技术已经用在清洁度要求很严格的应用中，因为用在抽真空系统中的任何材料的回流都没有问题，即抽真空机构是干式的。