制程设备简介2014(义手大学报告Glen Tsai)课件

1EpiledsTechnologies,Inc.EPILEDS製程設備簡介講師:光鋐科技蔡明吾2013/11/082Outline真空系統簡介真空定義真空pump真空計管路系統測漏3真空定義

5德國馬德堡市長證明真空的力量，將兩個半球密合其中抽真空，兩邊各用四匹馬並未能將其拉開。馬德堡半球實驗6絕對真空(absolutevacuum)--氣體壓力等於零的空間就是絕對真空。

--不存在任何包括氣體在內的物質，故絕對真空為一個氣體壓力等於零的空間。7真空中氣體的壓力簡稱為真空壓力，或直接稱為壓力。真空壓力為氣體對真空系統的內壁每單位面積上所施的壓力，其單位為：力∕單位面積

真空壓力8

Atmospheres(atm):

Scalerelativetoouratmosphericpressureas1atm

Pascal(Pa

帕):國際真空壓力單位

SIunitequaltoN/m2

mBar(毫巴):現行真空壓力單位

Equalto1x10-8Pa.

TorrormmHg:習用真空壓力單位

Mostcommonlyusedpressureunit,basedon

mercuryvacuumgauges.10溫度在20℃海平面高度，乾燥空氣所施的壓力，其值為1013毫巴

標準大氣壓力(standardatmospheric)12地球表面到外太空大氣壓力與緯度之關係大氣壓力隨著離地球表面愈遠而下降，然而其氣體總類的分配比例大致不變在地球大氣層的最外層僅剩下氫氣與氦氣14早期為探究真實『原子』的表面，表面分析過程往往須在真空或超高真空中進行的，主要科學儀器之表面分析設備都具有真空系統。目前LED製程設備如PECVD、蒸鍍機、濺鍍機、電漿蝕刻等皆需使用真空系統。為何需要真空?15產生一乾淨的環境低分子密度延長MFP加速反應產生一力量製程為何需要真空的環境?16創造小於一大氣壓(<1atm)的科學技術什麼是真空技術？17真空系統之主要組成1820真空PUMP分類21正排氣PUMP

排氣式PUMP

23活塞式Pump24隔膜幫浦DiaphragmPump26迴轉式PUMP27水封式PUMP28油封式PUMPWorkrange:Atmosphereto

10-3torr30乾式真空PUMP

31魯氏幫浦(RootsBlower)32魯氏幫浦(RootsBlower)Workrange:10~10-3torr3334爪氏幫浦(Clawpump)35爪氏幫浦(Clawpump)36螺旋式幫浦ScrewTypePump37螺旋式幫浦ScrewTypePump38螺旋式幫浦ScrewTypePump39多級幫浦Multi-stagePump40多級幫浦Multi-stagePump41多級幫浦Multi-stagePump42窩捲式幫浦43窩捲式幫浦44窩捲式幫浦45動力式PUMP

排氣式PUMP

46機械式PUMP

47渦輪幫浦TurboMolecularPumpWorkrange:10-3~10-10torr48渦輪幫浦TurboMolecularPump49渦輪幫浦TurboMolecularPump5051分子拖曳PUMP52流體吸附式PUMP

53Workrange:Atmosphereto

60torr噴射式PUMP54擴散幫浦DiffusionPump55擴散幫浦Diffusionpump

壓力範圍：10-3~10-9torr。抽氣速率：10~100,000l/s

抽氣原理：利用高分子量高速運動之蒸氣分子，經由碰撞把動量轉移給待抽氣體，賦予被抽氣體單一方面的動量，並將之排往較高壓力之區域。擴散幫浦DiffusionPump56擴散幫浦DiffusionPump57吸附式PUMP

58冷凍幫浦CryPump59冷凍幫浦（Cryopump）特點：乾淨，無油氣污染。壓力範圍：10-3~10-10torr。抽氣速率：500~10,000l/s

抽氣原理：利用氣體膨脹吸熱的原理，產生極低的溫度，以達到抽真空的效果。一般使用99.995﹪以上純度He，經壓縮機壓縮到300psi的高壓，壓縮機產生的熱利用水或空氣來冷卻，高壓氦氣在膨脹室膨脹，產生降溫作用。60冷凍幫浦CryPump61冷凍幫浦CryPump62昇華幫浦63離子蒸發幫浦64離子濺鍍幫浦65真空計

(VacuumGauge)

66波登壓力計量測範圍:atm~1torr67熱傳導真空計

ThermalConductivityGauge量測範圍:1–10-3Torr68熱傳導真空計

ThermalConductivityGauge量測範圍:1–10-3Torr69電容式真空計

(CapacitanceManometer)量測範圍:1–10-5Torr70熱離子真空計IonizationGauge71熱離子真空計IonizationGaugeanode72冷陰極離子真空計(Cold-cathodeionizationgauge)10-2Torr–10-7Torr73管路及管路系統

74真空材料與管路閥件真空材料與零件設計與選用主要決定於真空製程之特性與真空度需求。欲使半導體製程之真空系統獲得最佳性能與成本，真空材料與零件的選用是非常重要的因素。真空材料與管件選用要求維持真空度不污染製程於環境與人體無害75特性需求可加工性在操作溫度與壓力下保持強度熱性質

熱膨脹須與接鄰材料接近(例如：超高真空系統flange須承受烘烤)

氣體負荷材料須不透氣（不具孔隙或裂縫）前處理後材料釋氣量要小（表面不易吸附）反應真空材料不與系統其他材料或製程物質反應幅射材料暴露在幅射線下（如neutrons,x-rays或高能粒子）不會放出氣體或劣化，例如：密封彈性體(elastomer)硬化、觀察窗變黑。76真空常用材料-金屬奧斯田不銹鋼材料代號EN58A,EN58B(US321),EN58E(304)最常用於氬焊腔體材料代號EN58B用於低導磁需求釋氣率低材料代號EN58F(347)

不適於拋光後焊接中碳鋼可用於真空度低至10-3mbar焊接塗佈後可用於更低壓易銹蝕77鋁與鋁合金材料便宜、質輕運送方便耐腐蝕、易加工與接合高溫強度差、低含鋅量接點易蝕銅含量易導致焊接問題、焊接後變形量大須後續加工鎳合金：如Inconel,Kovar

高溫下高強度極佳抗腐蝕性不易取得、價格高、加工困難真空常用材料-金屬78鈦（Titanium）真空中清潔度高、重量輕、延性佳例：常用其捕氣性於ionpumpcathodes和getterpumpfilaments.銅（Copper）含氧量低、氧氣流傳導性高(OFHC)容易加工、抗腐蝕氫氣氛下硬焊不易黃銅（Brass）：Cu-15~20%Zn適用於特殊應用、材料等級多、抗腐蝕100℃以上操作有鋅蒸氣的問題、小心鑄孔真空常用材料-金屬79陶瓷(Ceramics)對於使用溫度可達1500℃的真空元件是最適合的材料使用時需戴無綿質手套防止括痕與碰撞（脆性）可以硬焊法與金屬接合獲得複合材料元件加工不易玻璃(Glass)廣汎用於真空腔體、元件與管路最常用玻璃為硼玻璃(borosilicateglass,如Pyrex)可用於觀察窗(Viewport)、鉛玻璃可阻隔X光抗腐蝕性佳真空常用材料-陶瓷與玻璃80塑膠（Plastics）與金屬相較，通常塑膠易吸氣、易透氣，使用需小心PTFE低釋氣率、電絕緣佳、使用溫度較高之塑膠、具自潤滑效果Glass-filledPTFE：使強度提高、透氣量降低Polycarbonate.中釋氣率與吸水性、電絕緣佳NylonandAcrylic高釋氣率與吸水性、具自潤滑效果PVC高釋氣率與吸水性、可撓性、用於暫時性管路(如：測漏).Polyethylene完全釋氣後才可用SyntheticResins不建議使用真空常用材料-塑膠81彈性體密封Seals可裝卸密封塑膠之釋氣率橡膠(NitrileRubber)最常用密封環材料接合容易（如：大型機台安裝）Viton適用於低壓、低釋氣率、耐熱受壓過大後維持永久變形需真空100℃烘烤1小時去除成形添加劑PTFE耐壓差、不建議使用82金屬密封MetalSeals銅環(CopperRing)使用刀口(knifeedges)設計(如：Conflat)、小心損壞刀口可烘烤至450℃銦線(IndiumWire)質軟、法藍鎖緊後連續變形、易於再擠壓成型鋁線(AluminumWire)容易製造、平面法藍密封、法藍須研磨至0.8µm金線(GoldWire)鈍性、可烘烤至450℃須施加較高法藍栓荷重與法藍平整度(0.4µm).首購價昂貴但消耗品可回收83管路系統為輸送製程材料，所必備的零組件，包含氣筒，各類閥件(Valve)，壓力調解器(Regulator)，管件(Tube)集連接管件與配件之(Fitting)。管路與管路系統84管件之種類

Tube-用於高壓，高潔淨度，低漏率之管路

Pipe-用於一般無毒，常壓態之管路

Hose-可用於真空抽氣管路(金屬)或化學藥液(非金屬)管配件

FittingRegulatorValveMFC管路85考慮因素

材質(腐蝕性、強度、機械加工難易等因素)

表面處理-潔淨度施工方式-漏率流道的要求

潔淨性-微粒子逸出(outgas)

平滑性-避免雜質積存抗蝕性-抗腐蝕氣、液體低漏率-高真空，接合管件的選用86金屬

鋁、銅、鐵(碳鋼)、不鏽鋼、合金非金屬

工程塑膠材質，如PVC(聚氯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PVDF(聚氟乙烯)、PTFE(鐵氟龍）管件的材質87管件施工管路的連接方式

斜管牙-NPT斜管牙連接

Swagelok-以管壁迫緊防漏接頭

VCO-以O-ring迫緊防漏接頭

VCR-以面墊圈迫緊防漏接頭焊接-以氬焊、電焊、氣焊連接88Swagelok管件的連接

採用金屬套環，當受到螺帽及本體擠壓後，夾住Tube，利用套環及Tube的變形達到密封的效果，特別適合Heeavywall或Hardtubing管件施工89VCO管件的連接

利用O-ring作為接頭間的密封方便多次拆裝

管件施工90VCR管件的連接

利用Tube兩端的凸緣夾住金屬密封，利用其受擠壓的變形量達到密封的效果管件施工91閥Valves

全金屬直角閥(all-metalrightanglevalve)使用銅環密封、軸以簧管密封、可烘烤、手動應用：超高真空系統

蝴蝶閥(butterflyvalve)使用O環密封、打開後氣導佳、O環需潤滑應用：擴散幫浦進氣控制、節流閥92薄膜閥(diaphragmvalve)以螺絲控制可撓膜密封釋氣率較高應用：粗抽至10-3mbar直角閥(rightanglevalve)以螺絲控制O-ring密封應用：粗抽、通氣、測漏閥閥Valves93閥Valves氣體管線切換或開關用(1/4”316不鏽鋼管)94壓力調節閥PressureRegulators95真空測漏

96漏任何封合之物、容器或系統在製造組合或使用時由於程序錯誤或系統元件老化，造成裂隙或小孔以至物質之流進或流出，並對其產生有害的效應。真空中，漏可區分為：真漏：由真正孔隙所造成氣體的通路。虛漏：由真空系統中侷限氣體之一出所造成。逸氣：真空中物質釋放出其表面所吸附之氣體。97實漏與虛漏Real&VirtualLeaks(a)

實漏(b)

虛漏(c)

合併98測漏-測漏液法使用較稠性液體如肥皂水….等，塗抹於待測件上，觀察是否產生泡沫之方式，有現成品。步驟：

1.將待測系統以氮氣加壓約30~60psi。

2.將測漏液噴於預測之元件或接合處。

3.觀察有無氣泡產生，其氣泡之大小將依漏率而定。缺點：

1.初步之測漏。

2.污染管件，測漏液若不擦拭乾淨易導致管件生鏽。99測漏-保壓法步驟：