Лекция №25 Структура компоновок многокамерного вакуумного технологического оборудования

Как указывалось выше второй путь повышения производительности вакуумного оборудования – сокращения длительности рабочего хода t_p:

где

n_i, n_j - количество изделий последовательно и параллельно обрабатываемых

инструментом, соответственно.

t_U – время обработки инструментом: испарителем,электронным, ионным пучком и т.п. («инструментальное» время);

t_N – время нагрева;

t_O – время охлаждения.

Время холостого хода (помимо использования шлюзования для сокращения времени откачки) может быть сокращено за счет одновременной загрузки “z” подложек в вакуумный объем с помощью барабанов (см. рис.52), каруселей, магазинов. Благодаря этому можно сократить некоторые составляющие холостого хода “z” раз. Совмещение составляющих холостого хода (в первую очередь откачки с помощью шлюзования) является эффективной мерой повышения производитель-ности.

Конструктивно все составляющие холостого хода могут быть частично или полностью совмещены с рабочей операцией. При этом схема установки транс-формируется от установок возвратного шлюзования периодического действия до установок прямоточного шлюзования непрерывного действия, как показано на рис.62. В восьмом типе удается достигнуть полного совмещения вспомогательных ходов.

Метод получения формул приведенных на рис.63, может быть пояснен с помощью циклограммы работы автоматизированной установки (рис. 64) типа VI. Как показано на рис.64 длительность цикла определяют несовмещенные рабочие и вспомогательные ходы, которые для автоматизированных установок типа VI составляют:

где n_u – количество изделий одновременно обрабатываемых инструментом;

t_K – длительность открытия рабочей камеры ;

t_П - длительность транспортировки в рабочую зону

Все установки могут быть разделены на две группы:

1. установки периодического действия с периодическим технологическим воздейст-

вием и транспортировкой подложек;

2. установки непрерывного действия с непрерывным технологическим воздейст-

вием и транспортировкой подложек.

Кроме того, все устройства могут быть разделены на три группы по способу шлюзования:

1. установка без шлюзования;

2. установка возвратного шлюзование, у которых обрабатываемая подложка движется от места загрузки в зону обработки, а затем после обработки к месту выгрузки по одной замкнутой траектории через один и тот же шлюз.

3. Установка прямоточного шлюзования, имеющие разомкнутую траекторию движения подложки внутри установки, когда загрузка и выгрузка происходят через разные шлюзы.

Степень непрерывности	Способ шлюзования	Тип	Схема установки	Длительность основных операций (tp)	Длительность вспомогат. Опер. Автом. Оборуд. (tx)	Мин. Кол. Прив. (nmin)	Предельный вакуум в установке (Р)
Периодического действия	Без шлюзования	I				1
	Возвратного шлюзования	II				3
		III				5
	Прямоточного шлюзования	IV				6
		V
		VI				5
		VII				2
Непрерывного действия		VIII
Периодическ-ого действия	Возвратного шлюзования	IX				6

Рис.63 Структура компоновок вакуумного технологического оборудования.

Установка типа I, получившие наибольшее распространения, чаще всего колпаковые. Они имеют невысокую производительность, так как время рабочего цикла составляет незначительную долю общего времени цикла, а большая часть его затрачивается на откачку объема установки до нужного давления и на вспомогательные операции (загрузка, напуск воздуха или газа, ионная очистка и пр.).

Оборудование этого типа характеризуется разнообразием конструктивных решении. Наряду с колпаковыми карусельными установками имеются установки с магазинными устройствами, а также установки с горизонтальными камерами больших диаметров, что обусловлено применением технологических приспо-соблений с одним (рис. 52) или несколькими барабанами (каруселью барабанов).

В установках типа II повышения производительности добиваются, сокращая время вакуумирования рабочей камеры за счет ограничения откачиваемого объема. Зона размещения испарителя отделяется от зоны, сообщающейся с атмосферой при загрузке и выгрузке партии подложек. Вследствие этого часть рабочего объема и инструмента постоянно поддерживаются в обезгаженном состоянии, что способствует значительному сокращению времени подготовки камеры к работе.

Для этого применяется вспомогательная шлюзовая камера или система шлюзовых камер, отделяемых от атмосферы и рабочих камер вакуумными затворами или каналами малой проводимости. В рабочих камерах постоянно поддерживается давление, необходимое для проведения рабочего процесса. Шлюзовые камеры служат для периодической загрузки и выгрузки одной подложки или партии подложек при определенном перепаде между давлением рабочей камеры и атмосферным. После загрузки и выгрузки подложек из шлюзовых камер последние отсекаются от атмосферы и откачиваются до давления, равного давлению рабочей камеры

Поскольку рабочая камера не вскрывается на атмосферу, устраняется и возможность ее периодического загрязнения. Таким образом, загрязнения вносятся только заготовками, их держателями и инструментом. Нагрев и охлаждение заготовок ведутся обычно в шлюзах что позволяет поддерживать оптимальную температуру инструмента, способствуя обезгаживанию испаряемого материала и повышению скорости обработки по сравнению со скоростью, достигаемой в обычных условиях.

Установки типа III—наиболее производительный тип установок возвратного

шлюзования С целью повышения производительности используются две и более параллельно работающие загрузочно-разгрузочные шлюзовые камеры Во время загрузочной операции в одном загрузочно-разгрузочном шлюзе (съем обработанных подложек и загрузка новой партии, откачка до давления в рабочей камере и т. д.) в другом таком же шлюзе можно загружать и выгружать заготовки из рабочей камеры.

В установках типа IV для увеличения производительности применяются вспомогательные камеры. При этом магазин с заготовками поступает непо-средственно из шлюзовой камеры загрузки во вспомогательную . Во вспомогатель- ной камере заготовка поочередно перегружаются из магазина в рабочую камеру и обратно. В это же время происходит разгерметизация шлюзовых камер, загрузка и выгрузка соответственно новых и обработанных заготовок и затем герметизация и откачка этих шлюзовых камер до давления, равного давлению во вспомогательной камере, предварительная обработка подложек и т. д.

Дальнейшее увеличение производительности может быть достигнуто за счет уменьшения непроизводительных затрат при перегрузке подложек.

Установки типа V, сокращающие затраты на перегрузку, имеют линейную или круговую компоновку.

Установки типа VI — наиболее производительные среди установок прямоточного шлюзования с герметизацией камер затворами. Для данного типа минимально необходимы три камеры но их может быть и больше.

Рис.64 Циклограмма работы автоматизированной установки типа VI.

Среди установок типа VII и VIII можно выделить два основных конструктивных варианта установки: со сквозным межкамерным транспортирую-щим устройством и установки с внутренним транспортирующим устройством.

Установки со сквозным межкамерным транспортирующим устройством состоят обычно из нескольких камер (рабочих и шлюзовых), соединяющихся между собой и с атмосферой каналами для транспортирующего устройства. Зазоры между каналами и элементами транспортирующего устройства обеспечивают свободное движение последнего и создают сопротивление натеканию газа со стороны атмосферы. Каждая камера снабжена устройством для откачки воздуха, поступающего через зазоры между стенками каналов и элементами транспортирующего устройства со стороны большего давления. Таким образом ступенчато понижается давление в последующих камерах. Количество камер зависит от величины зазоров, быстроты откачки и вида процессов, протекающих в этих вспомогательных шлюзовых камерах (нагрев, очистка поверхности ионной бомбардировкой, обезвоживание).

Если в рабочей камере необходимо иметь сверхвысокий вакуум, то количество шлюзовых камер значительно увеличивают, чтобы свести к минимуму натекание и достаточно полно обезгазить транспортирующее устройство с подложками. Это ведет к резкому усложнению конструкции и увеличению размеров установки.

Установки IX типа- это так называемые кластерные линии («кластер» –гроздь). Линия, точнее кластер, представляет собой центральный перегрузочный модуль с раздаточным манипулятором, окруженный четырьмя или шестью типовыми модулями, один или два из которых являются шлюзовыми, а остальные – рабочими.

Преимущество перед II - VI типами компоновок прежде всего в унификации конструкций как перегрузочного так и рабочих модулей, в возможности использования СМИФ – контейнеров, присоединяемых к шлюзовым камерам, что сокращает исходное газовыделение поступающих «с улицы» деталей.