真空应用中的大流量系统

 

真空应用中的大流量系统

并非所有的薄膜淀积工艺都需要高真空或超高真空环境。事实上，某些最感兴趣的工艺是在中、低真空范围内进行的，还有大流量的要求。溅射淀积的压强范围为0.5至10Pa。对某些材料来说，溅射是最合适的淀积方法。几种等离子体工艺的压强范围为5至500Pa。等离子体淀积膜是在辉光放电条件下由蒸气的化学反应形成的。当前最受重视的是等离子体蚀刻和反应离子蚀刻‘.聚合物膜是由诸如苯乙烯的单体经辉光放电聚合而成的。等离子体蚀刻是一种在放电巾采用了化学活性的中性物质的简单的各向同性的化学蚀刻工艺。例如等离子体使CF，分解生成氟原子，这种氛原子和硅表面起反应生成一种挥发性产物—SiF4,而被抽除。反应离子蚀刻是一种在制造半导体微细结构方面很有用的定向加工工艺。这种定向性是由于高能离子经过一定电位梯度朝表面的加速运动形成的;看来离子在表面上会因某种机制而加强化学活性中性物质与未用掩模屏蔽的那一部分薄膜的反应。由于离子激发的中性反应过程要比单纯等离子体蚀刻的速率快十倍，所以薄膜的向下蚀刻要比侧向蚀刻快得多，即它的蚀刻的开口较小。这样就可以蚀刻出很细的线。反应离子蚀刻可在溅射和等离子体蚀刻所采用的整个压强范围内进行。任何压强上的差别只是名词术语上的差异而不是在原理上有什么不同。低压强化学蒸气淀积(LPCVD)和减压外延都是低压强下的热的工艺过程。热能通常由感应加热供给。在5O至1OOPa范围进行的低压强化学蒸气淀积已受到广泛注意。受热而活化的物质在低压强下的高扩散能力促进了整个反应器内的蒸气传输，并可比大气压下的化学燕气淀积(CVD)在数量更多的更大的晶片上生长出更加均匀的膜层。减压外延是在500Pa至大气压的压强范围内进行的。在减压下所生长的外延膜的质量要比大气压下生长的膜的质童更高而且自掺杂量也更少。许多在中、低真空范围进行的工艺还霜要使用有毒、有害或有腐蚀性的蒸气。因而在设计、运转和维护这类系统时要特别注意保障操作人员的安全和保护设备。 这些薄膜的淀积和蚀刻工艺所跨越的压强范围和气体的流量范围远远超出任何一种泵的能力。每一种工艺的压强范围是由该工艺的物理性质所决定的。例如，要等到压强高到能激发起自持辉光放电时才能开始进行溅射，但这种压强又需要适当地低，使溅射材料在达到阳极之前不与气体发生过多的碰撞。在这些工艺中，各种不同用途所需要的气体流量范围为10至106Pa·L/s。对某些工艺而言，大流量可以稀释和补充反应物质并可及时冲洗掉反应生成物和其它杂质，而在另一些工艺中，大的流量主要是用来将杂质冲洗掉。机械泵、罗茨泵和节流的高真空泵的压强一抽速范围是很不相同的。旋片泵或滑阀泵能抽到溅射压强范围并且还能保留一定的抽速，但低于l5Pa时一般的小日径粗抽管道已处于自由分子流状态，此时可能会有大量的油燕气返流。抽速高达200至300m3/h的旋片泵或滑阎泵都是经济的，并能对抽速低于该值和压强高予15至2OPa的范围内的所有工艺提供有效的抽气。

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