Источники загрязнения внутри вакуумной системы

Загрязнения, вызванные работой вакуумной системы

Загрязнение может быть вызвано работой самой вакуумной системы. Основными источниками и видами загрязнения являются:

• остаточные атмосферные газы и пары (0₂, N₂, водяной пар);
• десорбция паров с вакуумных поверхностей - водяной пар, пары от предыдущей обработки;
• обратная миграция из системы откачки - насосные масла, смазочные масла;
• просачивание через стенку из системы откачки;
• газовыделение и паровыделение из материалов - водяной пар из органических соединений, водород из металлов;
• парообразование из конструкционных материалов или твердых загрязняющих веществ;
• натекание газов и паров из настоящих течей;
• натекание газов и паров из виртуальных течей;
• просачиваемость газов и паров через конструкционные материалы, например резиновые уплотнительные кольца;
• частицы, генерируемые износом между двигающихся поверхностей;
• частицы от предыдущей обработки.

Многие из этих источников были рассмотрены в других разделах данной книги. Минимизация загрязнения, относящегося к системе, может быть также достигнута нагреванием вакуумных поверхностей, когда система открыта в окружающую среду для минимизации адсорбции водяного пара. Это можно сделать благодаря наличию нагревательных змеевиков или заливных панелей на внешних поверхностях вакуумной системы и пропусканию через них горячей воды, когда система открыта. Эксплуатационные процедуры, в частности такие, как открытие системы в окружающую среду на возможно короткое время и вентилирование с помощью сухого газа, также минимизируют загрязнение в системе. В конструкции системы загрузочного шлюза камера обработки поддерживается под действием вакуума, и материалы вводятся через отдельную камеру, где они предварительно обрабатываются для минимизации загрязняющих веществ, вносимых в камеру. Эта процедура способствует уменьшению загрязнения и позволяет процессу быть воспроизводимым.

Механические насосы с масляным уплотнением и масляной смазкой широко используются для уменьшения давления газа в вакуумной камере до диапазона 10^-5 мм рт. ст. Важным фактором в использовании этих насосов является минимизация «обратной миграции» и «просачивания через стенку» масел механического насоса в вакуумную камеру и высоковакуумный насос. Если масло попадет в камеру обработки, оно может загрязнить поверхности до начала обработки или может разложиться в плазме на такие загрязняющие вещества, как углерод. Если масло попадет в крионасос, оно заполнит поры адсорбирующей среды и уменьшит быстроту действия и производительность. Если масло механического насоса с высоким давлением паров попадает в масляный диффузионный насос, то оно быстро проникнет в камеру нанесения покрытий.

Для минимизации обратной миграции и просачивания нужно поддерживать в трубопроводе, ведущем к механическому насосу, давление, устанавливающее турбулентный (вязкостный) режим потока газа. Если давление упадет ниже этой величины, масло будет проникать вверх по откачивающему трубопроводу, откладываясь на стенках и клапанах, и если клапаны открыты, оно будет просачиваться в вакуумную камеру и высоковакуумный насос. В трубопроводе диаметра D имеет место вязкостный поток, когдар (мм рт. ст.) D (дюймы) >0,18. Например, для трубопровода диаметром 2 дюйма поток газа является вязкостным при давлении выше 0,09 мм рт. ст. «Перекрестное давление» от форвакуумной откачки до высоковакуумной откачки должно быть близким к этому давлению для минимизации обратной миграции через форвакуумную линию.

Другой источник обратной миграции - это остановка механического насоса при отключении электропитания. Масляное уплотнение в механическом насосе не является эффективным для удержания большого перепада давления, и воздух будет «засасываться» обратно через насос, увлекая за собой масло в откачивающий трубопровод. Эту обратную миграцию можно исключить наличием балластного отверстия или балластного клапана на трубопроводе форваку- умного насоса для обеспечения непрерывного потока газа через механический насос, даже когда форвакуумные клапаны и клапаны линии предварительной откачки закрыты с тем, чтобы поддерживать давление в трубопроводе для режима вязкостного потока. В случае отключения электропитания эта утечка переводит трубопровод откачки на давление окружающей среды, тем самым не допуская, чтобы воздух (и масло) засасывались обратно через механический насос. Это постоянное натекание в форвакуумном трубопроводе добавляет нагрузку откачки механическому насосу, что должно предусматриваться в конструкции системы. Если такое постоянное натекание отсутствует, нормально открытый (когда электропитание выключено) «клапан утечки» или «балластный клапан», который открывается, когда имеет место отключение электропитания, может использоваться в трубопроводе между механическим насосом и форвакуумным клапаном. Однако при этой схеме низкое давление в трубопроводе откачки во время нормальной работы позволяет маслу мигрировать через трубопровод.

Клапан предварительного разрежения, а также форвакуумные и высоковакуумные клапаны должны быть пневматическими или соленоидными. Они должны закрываться при отключении электропитания и не открываются до тех пор, пока не будет послан соответствующий сигнал от микропроцессора. Форвакуумный клапан и клапан предварительного разрежения активируются от предварительно заданного вакуумного сигнала для того, чтобы предотвратить снижение давления в трубопроводе ниже диапазона вязкостного потока. Также рекомендуется запрограммировать микропроцессор таким образом, чтобы клапан предварительного разрежения не открывался, если трубопровод откачки находится при значительно более высоком давлении, чем сторона с высоким вакуумом. Например, если произойдет кратковременное отключение электропитания, трубопровод будет выведен на давление окружающей среды через натекатель или напускной клапан, но диффузионный насос и/или вакуумная камера по- прежнему может находиться под действием высокого вакуума. Если электропитание включат вновь и форвакуумный клапан или клапан предварительного разрежения откроется, тогда поток газа будет реверсироваться, и газ будет перетекать от трубопровода механического насоса в направлении насоса или камеры высокого вакуума.