半导体PVD用200mm口径低温泵性能测试研究*

doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.12

真空 ›› 2023, Vol. 60 ›› Issue (5): 75-80.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.05.12

半导体PVD用200mm口径低温泵性能测试研究^*

邓家良^1,2, 曾环^1,2, 杨杨², 冯欣宇^1,2, 武义锋^1,2

1.中国电子科技集团公司第十六研究所,安徽合肥 230088;
2.安徽万瑞冷电科技有限公司,安徽合肥 230088

收稿日期:2023-06-21 出版日期:2023-09-25 发布日期:2023-09-26
作者简介:邓家良（1989-）,男,安徽省蚌埠市人,博士,工程师。
基金资助:
*国家科技重大专项课题（2014ZX02001-003）

Performance Test of 200mm Diameter Cryopump for Semiconductor PVD Usage

DENG Jia-liang^1,2, ZENG Huan^1,2, YANG Yang², FENG Xin-yu^1,2, WU Yi-feng^1,2

1. The 16th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Hefei 230088, China;
2. Vacree Technologies Co., Ltd., Hefei 230088, China

Received:2023-06-21 Online:2023-09-25 Published:2023-09-26

摘要/Abstract

摘要： 降温时间、最低工作压力、抽速和抽气容量是低温泵的关键性能参数,本文设计并搭建了综合性能测试平台对200mm口径低温泵ICP200N进行了系统测量和分析。结果表明,ICP200N低温泵降温时间小于90min;无烘烤条件下最低工作压力可达10^-7Pa量级,此时主要残留气体成分为H₂O和H₂。给出了低温泵在PVD实际应用中比较重要的30s恢复容量的测量方法,测得ICP200N低温泵氩气和氮气30s恢复容量分别为820L和590L。设计了一种简易流量校准装置提高了抽速测量精度,测试表明ICP200N低温泵氮气、氩气抽速与国际主流竞品低温泵相当。目前ICP200N低温泵已在国内半导体客户产线PVD装备上获得了批量应用。

关键词: 低温泵, 降温时间, 最低工作压力, 抽速, 抽气容量

Abstract: Cool-down time, base pressure, pumping speed and gas capacity are key parameters of cryopump. In this paper systematic measurements and analysis of 200mm diameter ICP200N cryopump with the designed comprehensive performance test platform were carried out. The results show that the cool-down time of ICP200N cryopump is less than 90 minutes. The base pressure can reach the level of 10^-7Pa without baking, and the main residual gas ingredients are water and hydrogen. The testing method of 30s recovery capacity was given, which is very important in the realistic PVD applications. The corresponding capacity for argon and nitrogen is 820L and 590L, respectively. A simple flow calibration device to improve the pumping speed measurement accuracy was also designed, and the test results show that the nitrogen and argon pumping speed of ICP200N cryopump is comparable with that of international mainstream competitor. So far the ICP200N cryopump has been widely used in the PVD equipment of domestic semiconductor production line.

Key words: cryopump, cool-down time, base pressure, pumping speed, gas capacity

中图分类号: TB752+.53

邓家良, 曾环, 杨杨, 冯欣宇, 武义锋. 半导体PVD用200mm口径低温泵性能测试研究^*[J]. 真空, 2023, 60(5): 75-80.

DENG Jia-liang, ZENG Huan, YANG Yang, FENG Xin-yu, WU Yi-feng. Performance Test of 200mm Diameter Cryopump for Semiconductor PVD Usage[J]. VACUUM, 2023, 60(5): 75-80.

参考文献

[1] 陈译, 陈铖颖, 张宏怡. 半导体工艺与设备[M]. 北京: 机械工业出版社, 2021.
[2] 孙立臣, 赵月帅, 李明利, 等. 空间环模用大口径制冷机低温泵研制技术现状和发展[J]. 真空, 2018, 55(1): 1-6.
[3] 曾环, 杨杨, 武义锋, 等. G-M制冷机低温泵减振设计和抽氢性能研究[J]. 低温与超导, 2023, 51(5): 78-84.
[4] 赵保旭, 张名飞, 郭林, 等. CFETR双阀门结构低温泵设计[J]. 现代制造工程. 2022(8): 123-128.
[5] 陈国邦, 汤珂. 小型低温制冷机原理[M]. 北京: 科学出版社, 2009.
[6] 徐烈. 低温真空技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2008.
[7] 冯欣宇, 杨杨. 集成电路制造用制冷机低温泵发展现状[J]. 真空, 2022, 59(2): 42-47.
[8] PARK J, KO J, KIM H,et al.Development of a large capacity cryopump equipped with a two-stage GM cryocooler[J]. Applied Thermal Engineering. 2022, 217:119217.
[9] 曾环, 邓家良, 孙志和. 250mm口径低温泵设计[J]. 真空, 2020, 57(2): 13-16.
[10] 冯欣宇, 邓家良, 曾环, 等. 制冷机低温泵控制器设计[J]. 低温与超导, 2019, 47(7): 24-28.
[11] MUKHERJEE S, PANCHAL P, NAYAK P, et al.Nitrogen and water vapor pumping study on a 400mm opening LN2 cooled sorption cryopump[J]. Vacuum. 2020, 184: 109883.
[12] 周亚琦, 冯汉升, 张子健,等. 大型聚变装置低温泵测试平台的初步设计[J]. 低温与超导. 2022, 50(12): 59-66.
[13] 全国真空技术标准化技术委员会.真空技术-制冷机低温泵:JB/T 11081—2011[S]. 北京: 机械工业出版社, 2011.
[14] DE RIJKE J E. Factors affecting cryopump base pressure[J]. Journal of Vacuum Science & Technology A, 1990, 8(3): 2778-2781.
[15] 谢远来, 汪明明, 陶玲, 等.低温吸附泵用椰壳活性炭的性能测试[J].低温技术, 2010, 38(1): 13-16.
[16] DAY C. The use of active carbon as cryosorbent[J]. Colloids and Surface A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2001, 187/188: 187-206.
[17] 董猛, 冯焱, 成永军,等. 材料在真空环境下放气的测试技术研究[J]. 真空与低温, 2014, 20(1):46-51.
[18] 马树微,王文龙,商圣飞,等. 大口径低温泵抽速性能研究[J]. 真空科学与技术学报,2014,34(12):1375-1379.
[19] 罗云, 陈晓怀, 谢远来.低温泵抽气性能测试平台的抽速测量不确定度研究[J]. 低温技术, 2009, 37(4): 6-9.
[20] WELCH K M, ANDEEN B, DE RIJKE J E, et al. Recommended practices for measuring the performance and characteristics of closed-loop gaseous helium cryopumps[J]. Journal of Vacuum Science & Technology A, 1999, 17(5): 3081-3095.
[21] 全国安全生产标准化技术委员会.氢气使用安全技术规程: GB 4962-2008[S]. 北京:中国标准出版社, 2009.

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[1]	刘顺明, 宋洪, 王鹏程, 刘佳明, 关玉慧, 谭彪, 孙晓阳, 陈卫东, 刘盛进, 欧阳华甫. CSNS II离子源及LEBT真空系统^*[J]. 真空, 2022, 59(4): 22-27.
[2]	冯欣宇, 杨杨. 集成电路制造用制冷机低温泵发展现状[J]. 真空, 2022, 59(2): 42-47.
[3]	张世伟, 高雷鸣, 李润达, 满永奎, 杜远鹏, 王波, 许祖近. 罗茨真空机组预抽阶段的抽气特性比较研究[J]. 真空, 2022, 59(1): 1-6.
[4]	张志平, 许忠政, 张黎源, 姜正鹤. 专用电子束熔炼炉真空抽气系统设计[J]. 真空, 2021, 58(5): 42-45.
[5]	王俊儒, 余耀伟, 曹斌, 庄会东, 胡建生. 聚变堆第一壁材料溅射装置真空系统设计研究^*[J]. 真空, 2021, 58(5): 32-36.
[6]	郁晋军, 董欣, 刘敏强. 超高真空大抽速复合分子泵的设计^*[J]. 真空, 2021, 58(4): 36-41.
[7]	李波, 刘俊男, 张敏, 薛松, 陈明. 上海光源溅射离子泵性能测试^*[J]. 真空, 2021, 58(3): 13-16.
[8]	蔡潇, 曹曾, 张炜, 李瑞鋆, 黄勇. HL-2M装置真空室预抽气系统的研制^*[J]. 真空, 2021, 58(1): 33-37.
[9]	曾环, 邓家良, 孙志和. 250mm口径低温泵设计^*[J]. 真空, 2020, 57(2): 13-16.
[10]	赵长莲, 毛世峰, 刘鹏, 覃世军, 余羿, 叶民友. 喷嘴角度对水银扩散泵抽气性能影响的DSMC模拟研究^*[J]. 真空, 2020, 57(2): 8-12.
[11]	赵月帅, 孙立臣, 邵容平, 闫荣鑫, 孙伟, 李征. DN1250 液氮屏蔽型制冷机低温泵的研制与性能测试[J]. 真空, 2019, 56(1): 1-5.