[发明专利]现场吸气泵系统和方法

说明书

技术背景

本发明一般涉及超高真空系统，更具体涉及在超高真空系统中使用的现场吸气泵。

背景技术

有许多需要例如10^-7至10^-12乇(Torr)超高真空能级的工艺。例如，高真空物理装置、象回旋加速器和直线加速器常常需要10^-8-10^-12乇量级的真空。还有，在半导体制造工业，半导体处理设备中常常需要大约10^-7-10^-9乇的超高真空。

一般以串联或并联方式采用几个泵以便在室内获得超高真空能级。机械(例如油)泵常用于减小室内压力至接近30-50毫乇。这些常被称作“高压”泵，因为它们仅抽吸相对高压的气体。高或超高真空泵系统、例如分子泵、离子泵、低温泵、涡轮泵等用于降低压力至大约10^-7-10^-9乇。这些常被称作“低压”泵，因为它们抽取低压气体。对于一个特定室的抽空时间范围从几分钟到几个小时至几天，这取决于如室的大小、泵的容量、从室到泵的传导率及所需要的最终压力这些因素。

在某些超高真空应用中，吸气泵已与前述的机械泵、分子泵和低温泵联合使用。吸气泵包括对某些非惰性气体有亲合力的吸气剂材料(金属合金)。例如，取决于吸气剂材料的组成和温度，已经设计出优选抽取某些非惰性气体例如水蒸汽和氢气的吸气泵。

例如，意大利米兰S.p.A的SAES吸气剂(Getters)公司提供的吸气泵已经安装在粒子加速器上多年了。吸气泵一般包括装在不锈钢容器内的吸气剂材料。吸气泵可以从环境温度至约450℃下工作，这取决于被抽取气体的种类、吸气剂组成等。对于先有技术SAES吸气泵最优选的吸气剂材料是ST707^TM吸气剂材料(它是一种Zr-V-Fe合金)且由意大利米兰S.p.A的SAES吸气剂公司生产。另一种这样的材料是ST101^TM吸气剂合金，也是从S.p.A的SAES吸气剂公司买到的，它是一种Zr-Al合金。这些先有技术的某些吸气泵可被认为是“现场”泵，因为它们被配置在高真空物理装置中。

吸气泵也被建议提供给半导体处理设备。例如，几年前在由布雷塞契尔(Briesacher)等人的题为“用于半导体处理设备的非蒸发性吸气泵”(“Non-Evaporable Getter Pumps for Semicondutor ProcessingEquipment”)的文章中建议任何使用吸气剂来纯化半导体处理中所用的加工过的气体的应用也可使用非蒸发性吸气泵在现场纯化和选择性抽取杂质。

前述的布雷塞契尔的论文公开了在溅射系统中对于使用吸气泵存在两种可能的运行情况。第一种情况是吸气泵加到系统中与系统的常规泵(例如机械泵和低温泵)并联运行。在此情况下，系统的运行没有任何更改，吸气泵只是作为一个辅助泵来降低室内残余气体某些组分的气体分压。第二种情况是室内充氩气到3×10^-3至6×10^-3乇的压力，停止氩气流入该室并密封该室。吸气泵对氩气起一个所谓“现场”纯化剂的作用。然而，如下所述，泵不是真正在“现场”，因为活性材料没有在处理室的容积内。使用这种吸气泵的实验处理室在Ohmi博士指导下在日本东北大学(Tohuku University)电子系使用了若干年。

布雷塞契尔论文公开了吸气泵可与溅射系统共同使用，溅射系统是一类半导体处理设备。在一个一般的溅射系统的实施例中，惰性气体(通常是氩气)被抽入室内并产生等离子体。等离子体使氩离子向靶加速运动而使材料移出并沉积在晶片的表面上。吸气泵很适合与溅射系统一起使用，因为仅仅需要的处理气体是不被吸气泵抽取的惰性气体。因此，吸气泵可以从溅射室除去杂质气体而不影响溅射处理所需要的惰性气体的流动。