[发明专利]现场吸气泵系统和方法

说明书

本发明总的说是关于超高真空系统，而较具体说是关于超高真空系统中所用的现场吸气泵。

存在有许多要求超高真空级别例如10^-7～10^-12Torr数量级的真空。例如，高真空物理机器象回旋加速器和线性加速器都要求10^-8～10^-12Torr数量级的真空，而在半导体制造工业中，半导体处理设备内也经常需要接近10^-7～10^-9Torr的超高真空。

典型地是采用数个泵串行或并行来在一腔室内达到超高真空级别。常常采用机械(例如油)泵来将一腔室内的压力降到30～50mTorr左右。它们常常被称之为“高压”泵，因为它们泵唧相对高压气体，然后，高或超真空泵系统例如分子泵、离子泵、低温泵、涡轮泵等被用来将压力降低到接近于10^-7～10^-9Torr，它们经常被称之为“低压”泵，因为它们泵唧低压气体。对一特定腔室的降压时间随腔室大小、泵的容量、由腔室到泵的传导性能和所希望的最后压力这些因素而定可由数分钟到数小时到数天。

在某些超高真空应用中与上述的机械、分子和低温泵相结合地应用吸气泵。吸气泵包括有和某些非惰性气体具有亲合力的吸气剂(金属合金)。例如，取决于吸气剂的成分和温度，吸气泵被设计成优先地泵唧一定的非惰性气体如水蒸汽和氢。

例如，意大利Lainate lS.P.A的SAES Getters提供的吸气泵已被安装在粒子加速器中多年了。此吸气泵典型地包括有被封闭合在不锈钢容器中的吸气剂。吸气泵依据欲泵唧的气体种类、吸气剂成分等可由室温到约450℃运行。对先有技术SAES吸气泵的优选吸气剂为ST707^TM吸气剂(这是Zr-V-Fe含金)，它是由意大利LainateS.P.A.的SAES Getters生产的。另一个这样的材料是ST101^TM吸气合金，也可由S.P.A.的SAES Getters得到，为Zr-Al合金。这些先有技术吸气泵在它们被配置在高真空物理机内部方面可被看成为“现场”泵。

也已提出为半导体处理设备设置吸气泵。例如在数年前Briesacher等的题为“用于半导体处理设备的非易蒸发吸气泵”的论文中提出，任何为进行半导体处理采用吸气器来纯化被处理气体的应用也均可为现场纯化和为选择泵唧杂质采用非易蒸发吸气泵。

上述的Briesacher文献揭示了为在溅镀系统中应用吸气泵有二种可能的运行情况。第一种是将吸气泵加到系统与系统的通常泵(例如机械的和低温泵)并行运行。在这一情况中，系统的运行不作任何修改，而吸气泵仅用作为辅助泵来降低腔室中残留气体的某些成分的局部气压。第二种情况是填充腔室达到3×10^-3至6×10^-3Torr的压力范围，阻止氩流入腔室，和密封腔室。这样即将吸气泵说成为对氩起“现场”净化器的作用。但是，如下面讨论的，此泵并不真正是“现场的”因为活性材料并不在处理腔室的容积之内。日本Tohokv大学电子系在Dr.Ohmi指导下已实现采用这样的吸气泵的实现处理腔室多年了。

Briesacher参考文献中揭示了吸气泵可与作为一类半导体处理设备的溅镀系统相结合应用。在一典型溅镀系统的示例中，惰性气体(通常为氩)被泵唧一腔室内生成等离子体。此等离子体使得氩离子向着靶极加速促使材料被驱动沉积到晶片表面上。吸气泵很适用于溅镀系统。因为仅仅所希望的处理气体为不被吸气泵所泵唧的惰性气体。因此，吸气泵能由溅镀室去除杂质气体而不会影响溅镀过程所需惰性气体的流动。

Briesacher文献基本上是对在半导体处理设备中采用非可蒸发吸气泵的实用性的纯理论分析。因此，所披露的该理论的实际应用很少。而且，尽管Briesacher论文应用术语“现场的“来说明采用吸气泵的情况，而由其说明中可清楚看到，吸气泵在腔室之外和将其看成是“现场的”仅仅在于当此腔室被密封以及没有氩流进腔室时吸气泵内部容积可被看作是被连接到腔室的容积。但是，它并非真正的“现场的”因为吸气泵表面是处于一通过对腔室与泵之间的传导性有很大限制的扼流性狭道连接到腔室容积的容积之内。例如，通过泵的狭道泵唧可能降低传导性25％或更大，而通过一具有隔热屏(为防止有效部件被来自处理腔室的被加热部件的低温抽吸)的泵的狭道的泵唧则可能降低传导性60％或更多。