ются электрические вводы, которые должны быть герметичны и электроизоли-рованы от стенки вакуумной камеры.

В зависимости от рабочего напряжения, онлы тока, частоты, допустимой рабочей температуры, давления в вакуумной камере и других условий эксплуатации различают следующие типы электрических вводов: низковольтные слабо-и сильноточные, высоковольтные низко- и высокочастотные, вводы для термопар. В свою очередь, этн вводы могут быть разборными и неразборными, прогреваемыми и непрогреваемымн.

Для электрических вакуумных вводов характерны требования к площади поперечного сечення проводника, чтобы плотность тока для меди не превышала (3 ... 5) -106 А/м2, для углеродистой стали 7 -105 А/м2, для алюминия 2-Ю6 А/м2, для никеля 8-105 А/м2, для молибдена 1,5-106 А/м2, для нержавеющей стали 12Х18Н10Т МО5 А/м2.

При работе с газоанализаторами, испытаниях вакуумной аппаратуры, а также для технологических целей часто требуется плавное регулирование давления рабочего газа. Это необходимо, например, при проведении эффективной и качественной очистки подложек в тлеющем разряде, при осуществлении процесса ионного распыления я т.д. В этих случаях применяют натекателн. Серийно выпускаются натекателн с совмещенным ручным н электромеханическим приводом типа НДЗ, с электромеханическим приводом типа НЭТ, с электромагнитным приводом типа НМБ-1, с ручным приводом типа НК-2Р и НРП-1,6. Пределы регулирования потока газа 1,3-Ю-8 ... 6,65-Ю-2 м3 Па/с.

Кроме указанных, применяют также диффузионные н термоднффузнонные натекателн, принннп действия которых основан на избирательной днффузни газов через некоторые материалы. В вакуумных установках для технологических целей в процессе работы необходимо строго поддерживать стабильное давление рабочего газа. Для стабилизации давления ионизируемого газа в этих установках использована система автоматического регулирования давления в рабочем объеме изменением потока напускаемого газа.

В состав такой системы в качестве исполнительного органа входит вибрационный игольчатый натекатель, конструкция которого описана в § 6.3.

Для перекрытия трубопроводов больших сечений применяют затворы, которые в открытом положении оказывают минимальное сопротивление потоку откачиваемых газов. Серийно выпускаются несколько типов затворов, предназначенных для использования в вакуумных системах со средним, высоким н сверхвысоким вакуумом. К ним относятся плоские затворы с электромеханическим приводом, маятниковые, с электропневматнческнм приводом. Для герметичного перекрытия вакуумных систем в диапазоне давлений ЫО5 ... 6,65-Ю-9 Па предназначены сверхвысоковакуумные затворы с ручным, электромеханическим приводом н комбинированные.

В вакуумном оборудовании для производства ИС широко используются затворы шиберного типа благодаря нх компактности н высокой надежности. На рис. 6.7 изображена конструкция затвора шарнирного типа с резиновым уплотнением. В шарнирном уплотнительном органе поступательное перемещение ведущего звена 5 передается крышке 3 с ролнкамн 4, к которой через серьгу 1 на шарнирах 2 н пружинах 8 подвешен уплотннтельный диск 10 с прокладкой 7. Перемещение уплотннтельного диска 10 вдоль оси ведущего звена 5 ограннчн-

вается упором 11. Вследствие этого серьга 1, поворачиваясь перемещает уплотннтельный диск 10 поступательно вдоль оси проходных отверстий 9, уплотняя нх прокладкой 7. Пружины 8 предназначены для образования гарантированного зазора между прокладкой 7

н основанием корпуса 6. 11 10 9 8 7 6

Особенностью шиберного рнс. 6.7. Шиберный вакуумный затвор затвора шарнирного типа является жесткая фиксация уплотннтельного диска прн закрытом положении затвора, что обеспечивает надежную герметизацию прн воздействии атмосферного давления с любой из его сторон.

Вакуумными ловушками называют устройства, предназначенные для предотвращения проникновения паров рабочих жидкостей вакуумных насосов в откачиваемый объект.

В зависимости от диапазона рабочих давлений ловушкн подразделяют на высоковакуумные н форвакуумные. Высоковакуумные ловушки служат для улавливания паров рабочих жидкостей нз диффузионных н бустерных пароструйных насосов при молекулярном режиме течения пара нз насосов, форвакуумные- для улавлнвання паров рабочих жидкостей форвакуумных насосов прн вязкостном н молекулярно-вязкостном режимах течения пара нз насосов.

В зависимости от принципа действия ловушкн делятся на механические, низкотемпературные, адсорбционные, термические н электрические. Наибольшее распространение получнлн механические, низкотемпературные н адсорбционные ловушкн. Основными характеристиками ловушек являются защитная способность и удельная проводимость.

Для наиболее полной защиты откачиваемой системы от паров рабочей жидкости пароструйных насосов служат низкотемпературные ловушкн, которые снижают давление пара рабочей жидкости до значения, соответствующего температуре охлажденных элементов ловушкн. Применение низкотемпературных ловушек позволяет получать в хорошо обезгаженной системе остаточное давление 10~8 Па прн откачке ее паромасляным диффузионным насосом. В зависимости от требований, предъявляемых к остаточному давлению н составу остаточных газов, применяют ловушкн, охлаждаемые до температуры 30 ... -96 С.

На рнс. 6.8 показана конструкция двухрядной жалюзийной ловушки, охлаждаемой жндкнм азотом. Корпус 2 ловушкн при помощи фланцев крепится между корпусом диффузионного насоса 5 н вакуумной камерой 4. Первый ряд экранов 1 охлаждается проточной водой н воспринимает основной поток паров рабочей жидкости насоса. Второй ряд экранов 3 охлаждается жидким азотом до температуры 77 К и предотвращает попадание молекул масла в вакуумную камеру. Эффективность улавлнвання молекул масла экраном 3 во многом определяет предельное давление в вакуумной камере. Использование водоохлаждае-мого экрана 1 повышает длительность эффективной работы охлаждаемого до криогенных температур экрана 3.

Рис. 6.8. Низкотемпературная двухрядная ловушка жалюзий-ного типа

Рис. 6.9. Клапан с электромагнитным и пневматическим управлением

Наряду с низкотемпературными ловушками для предотвращения миграции паров рабочей жидкости из паромасляных насосов в откачиваемую систему применяют также адсорбционные ловушки. Основное их преимущество - отсутствие хладоагента. Принцип действия адсорбционных ловушек основан на сорбции паров масла активными пористыми адсорбентами: активированным углем, цеолитами, окисью алюминия, селикагелем, пористыми металлами и др. Для активации сорбента адсорбционные ловушки перед работой необходимо прогреть прв температуре 600 ... 700 К, после насыщения маслом сорбент необходимо периодически регенерировать.

Для герметичного перекрытия вакуумных коммуникаций в диапазоне давлений МО5 ... 6,65-10-11 Па широко применяют вакуумные клапаны различ-. иых типов, серийно выпускаемые отечественной промышленностью. К ним относятся угловые пневматические клапаны типа КПУ, электромеханические универсальные клапаны типа КЭУН. Для аварийного перекрытия вакуумных коммуникаций при остановке механического вакуумного насоса или при аварийном прорыве воздуха в рабочий объем вакуумной системы используют быстродействующие магнитные угловые аварийные клапаны типа КМУ с электромагнитным приводом.

Для герметичного перекрытия сверхвысоковакуумных систем предназначены клапаны типа ТРУ и КРУТ с ручным управлением и клапаны типа КЭУТ с электромеханическим приводом.

В последнее время стали широко применяться клапаны с комбинированным электромагнитным и пневматическим управлением. На рис. 6.9 изображена конструктивная схема такого клапана. Расположенные под прямым углом друг к другу патрубки 8 и 9 соединяют элементы вакуумной системы. Герметичное

разделение этих элементов осуществляется уплотнительной прокладкой 1, посаженной н тарель 2 клапана. От атмосферы вакуумная часть клапана отделена сильфоном 3.

Принцип работы клапана, являющегося клапаном нормально закрытого типа, заключается в том, что на шток 7 усилие герметизации передается от поршня 4 пневмоцилиндра. Сжатый воздух в пневмоцилиндр подается через отнер-стие 6 от пневмосети илн пневмобачка. Поршень 4 является однонременно и сердечником соленоида 5, который при снятии данлення сжатого воздуха втягивает сердечник 4 и открывает клапан.

6.3. АППАРАТУРА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ВАКУУМЕ

В любом вакуумном технологическом оборудовании применяются средства измерения полного давления разреженного газа, парциального давления составляющих остаточной атмосферы, для проверки герметичности вакуумных систем используются течеискатели. В установках для осаждения тонких пленок в вакууме применяются средства контроля потока осаждаемых частиц.

Приборы для измерения давления газа ниже атмосферного называются ва-кууметрамн. Многие вакууметры состоят из двух элементов: монометрического преобразователя сигнала давления в электрический сигнал и измерительного блока. Большинство процессов в вакуумной технике происходит при разрежении, когда давление газа как усилие, приходящееся на единицу поверхности, настолько мало, что практически утратило свой смысл. Более важными характеристиками вакуумной среды являются плотность или молекулярная концентрация газа.

Молекулярная концентрация газа определяет теплоперенос, сорбционио-де-сорбционные процессы, воздействие газа на элементы электронных приборов и другие явления, наблюдаемые в вакууме. По принципу действия вакууметры можно разделить на:

жидкостные, непосредственно измеряющие давление;

компрессионные, действие которых основано на законе изотермичского сжатия идеального газа;

деформационные, использующие в качестве чувствительного элемента силь-фоны, мембраны, в которых деформация чувствительного элемента служит мерой давления;

тепловые, использующие зависимость теплопроводности газа от давления;;

ионизационные, в которых используется ионизация газа. Большая группа вакуумметров этого класса подразделяется, в свою очередь, на: а) электроразрядные, принцип действия которых основан на зависимости параметров электрического разряда в разреженном газе от давления, и б) электронные ионизационные, ионизация газа в которых осуществляется потоком электронов, ускоряемых электрическим полем.

В промышленных установках применяются блокировочные вакууметры, которые помимо измерения давления способны сами производить управление каким-либо процессом по давлению. Как правило, все манометрические преобразователи имеют нормализованные конструкции присоединительных элементов.

В вакуумном оборудовании, предназначенном для производства ИС, в основном используются деформационные, тепловые, ионизационные и магнитные электро-разрядные вакууметры.

Деформационные вакууметры измеряют давление от атмосферного до 0,1 Па. Мерой давления в них служит деформация чувствительного элемента, происходящая под действием приложенной к нему разности давлений. Одним из основных достоинств деформационных вакууметров является независимость их показаний от рода газа. Существуют три основных типа деформационных вакууметров: трубчатые, мембранные и сильфонные.

Тепловые вакууметры иашли широкое применение для измерения давлений от 105 до 0,1 Па. Принцип действия вакууметров основан на зависимости теплопроводности газа от давления. При низких давлениях, когда средняя длина свободного пробега молекул больше среднего расстояния между нагретым телом и стенками манометрического преобразователя, теплопроводность газа пропорциональна давлению.

Манометрические преобразователи тепловых вакууметров делятся на две большие группы: сопротивления и термопарные. На рис. 6.10 изображены конструкция термопарного манометрического преобразователя и упрощенная схема измерительного блока. Манометрический преобразователь представляет собой стеклянный или металлический корпус 3, в котором на двух вводах смонтирован платиновый или никелевый подогреватель 1, иа двух других вводах крепится термопара 2, изготовленная из хромель-копеля или хромель-алюмеля.

Термопара и подогреватель сварены, через перемычку. Подогреватель нагревается током, который можно регулировать реостатом и измерять миллиамперметром. Спай термопары, нагреваемой подогревателем, является источником тер-моЭДС, значение которой показывает милливольтметр.

Пока давление в вакуумной системе равно атмосферному, стрелка милливольтметра при заданном для данной манометрической лампы токе накала стоит на нуле. При понижении давления в измеряемой системе стрелка начинает перемещаться в сторону увеличения термоЭДС, так как с уменьшением давления уменьшается теплопроводность газа и, следовательно, повышается температура перемычки.

Ток накала подогревателя можно определить, откачав систему до давления менее 1,3- Ю-2 Па. При этом давлении теплоотвод по газу от подогревателя пренебрежимо мал, и вся подводимая мощность расходуется на излучение и теплоотвод по вводам. Ток подогревателя подбирается таким образом, чтобы стрелка милливольтметра точно совпадала с последним делением шкалы; при этом показания миллиамперметра (шкала ток накала ) будут соответствовать рабочему току подогревателя.

Работа ионизационных манометрических преобразователей основана на ионизации газа электронным потоком и измерении ионного тока, по которому судят о давлении. Конструкция наиболее распространенного электронного ионизационного манометрического преобразователя показана на рис. 6.11. В стеклянном баллоне преобразователя смонтирована трехэлектродиая система, состоящая из коллектора ионов 1, анодной сетки 2 и прямонакального катода 3. На аиодиую сетку относительно катода подается напряжение +200 В, а на цилиндрический коллектор ионов -50 В. Анодная сетка преобразователя выполнена из вольфра-

Рис. 6.10. Термопарный манометрический преобразователь

Рис. 6.11. Электронный ионизационный манометрический преобразователь

5 <t

Рис. 6.12. Магнитный электроразрядный вакуу-метр

мовой проволоки диаметром 0,2 мм в виде бифилярной спирали. При прогреве преобразователя для его обезгаживания по спирали пропускается ток 3 А.

Вольфрамовый катод преобразователя эмиттирует электроны, которые движутся к аноду. Часть электронов пролетает сквозь анодную сетку и попадает в пространство между анодной сеткой и коллектором. Так как коллектор имеет отрицательный потенциал относительно катода, электроны не могут попасть на коллектор. В точке пространства с нулевым потенциалом электроны останавливаются и начинают движение в противоположном направлении - к положительно заряженной анодной сетке. В результате у сетки непрерывно колеблются электроны и, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их. Образовавшиеся положительные ионы собираются на находящемся под отрицательным потенциалом коллекторе, создавая в его цепи ионный ток.

При давлении ниже 0,1 Па отношение ионного тока к электронному прямо пропорционально давлению газов в манометрическом преобразователе. Чтобы измерить давление, достаточно при заданном электронном токе измерить ионный ток и разделить на постоянную преобразователя.

Магнитные электроразрядные вакууметры способны измерять как достаточно высокие давления около 102 Па, так и сверхнизкие давления вплоть до 10~,оПа и ниже.

Ионизация газа в этих вакууметрах осуществляется не термоэлектронами, эмиттнруемыми накаленным катодом, а обеспечивается и поддерживается благодаря самостоятельному разряду между холодными электродами. Принцип работы магнитного электроразрядного вакууметра можно понять из схемы, изображенной на рис. 6.12.

10-6291 145