【康沃真空網(wǎng)】在真空科學(xué)中，真空的含義是指在給定的空間內(nèi)低于一個(gè)大氣壓力的氣體狀態(tài)。人們通常把這種稀薄的氣體狀態(tài)稱為真空狀況。這種特定的真空狀態(tài)與人類賴以生存的大氣在狀態(tài)相比較，主要有如下幾個(gè)基本特點(diǎn)：
(1)真空狀態(tài)下的氣體壓力低于一個(gè)大氣壓，因此，處于地球表面上的各種真空容器中，必將受到大氣壓力的作用，其壓強(qiáng)差的大小由容器內(nèi)外的壓差值而定。由于作用在地球表面上的一個(gè)大氣壓約為10135N/m2，因此當(dāng)容器內(nèi)壓力很小時(shí)，則容器所承受的大氣壓力可達(dá)到一個(gè)大氣壓。不同壓強(qiáng)下單位面積上的作用力不同。
(2)真空狀態(tài)下由于氣體稀薄，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)，即氣體的分子密度小于大氣壓力的氣體分子密度。因此，分子之間、分子與其他質(zhì)點(diǎn)(如電子、離子等)之間以及分子與各種表面(如器壁)之間相互碰撞次數(shù)相對(duì)減少，使氣體的分子自由程增大。
當(dāng)下半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是實(shí)現(xiàn)中國(guó)“智”造和“自”造永遠(yuǎn)繞不開(kāi)的熱門(mén)話題，作為現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，其制造過(guò)程中涉及到許多高度精密的工藝和技術(shù)，其中真空系統(tǒng)作為半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
如何獲取真空環(huán)境
真空應(yīng)用設(shè)備種類繁多，但無(wú)論何種真空應(yīng)用設(shè)備都有一套排除被抽容器內(nèi)氣體的抽氣系統(tǒng)，以便在真空容器內(nèi)獲得所需要的真空條件。在常溫和常壓下，環(huán)境中包含著大量不純凈的物質(zhì)，在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，芯片容易受到氧化和污染，嚴(yán)重影響芯片品質(zhì)和生產(chǎn)效率。所以半導(dǎo)體的生產(chǎn)需要在高真空環(huán)境下進(jìn)行。而我們把能夠精確控制真空環(huán)境來(lái)進(jìn)行半導(dǎo)體材料及器件的加工與處理的系統(tǒng)，稱為半導(dǎo)體的“真空系統(tǒng)”。
最簡(jiǎn)單的真空系統(tǒng)只能在被抽容器內(nèi)獲得低真空范圍內(nèi)的真空度，當(dāng)需要獲得高真空范圍內(nèi)的真空度時(shí)，真空系統(tǒng)中串聯(lián)一個(gè)高真空泵。當(dāng)串聯(lián)一個(gè)高真空泵之后，通常要在高真空泵的入口和出口分別加上閥門(mén)，以便高真空泵能單獨(dú)保持真空。如果所串聯(lián)的高真空泵是一個(gè)油擴(kuò)散泵，為了防止大量的油蒸氣返流進(jìn)入被抽容器，通常在油擴(kuò)散泵的入口加一個(gè)捕集器——水冷障板。根據(jù)要求，還可以在管路中加上除塵器、真空繼電器規(guī)頭、真空軟連接管道、真空泵入口放氣閥等等，這樣就構(gòu)成了一個(gè)較完善的高真空系統(tǒng)。
半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中的真空系統(tǒng)主要由真空零部件構(gòu)成，它主要包括以下部分：
真空腔體：用于容納待加工的半導(dǎo)體材料或器件。
真空泵：用于創(chuàng)建和維持高真空環(huán)境的泵，如離心泵、擴(kuò)散泵、吸附泵等。
真空閥門(mén)：用于控制氣體流動(dòng)和隔離不同的真空室或部件。發(fā)揮著開(kāi)閉、控制流量/流向、調(diào)節(jié)壓力等作用。（插板閥、擋板閥、角閥、限流閥、截止閥、維持閥等）。
真空密封件：用于連接不同的真空室和管道，并確保系統(tǒng)的密封性能。例如真空法蘭、橡膠圈、波紋管等。
連接管道：主抽氣管道、旁路管道（波紋管）、進(jìn)樣管道等
壓力器和真空規(guī)：用于監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)內(nèi)部的真空壓力。
觀測(cè)窗口：用于在不破壞真空環(huán)境的情況下觀察系統(tǒng)內(nèi)部的部件和工藝過(guò)程。
為了達(dá)到極高的真空度，總氣體負(fù)荷必須盡可能低。因此，在高真空超高真空條件下，系統(tǒng)的放氣率需要盡可能的低（腔體設(shè)計(jì)時(shí)的許多準(zhǔn)則，比如最小化內(nèi)表面積，都是為了減少系統(tǒng)放氣率）。
放氣是溶解、吸附或夾雜在材料中的氣體在真空環(huán)境下緩慢釋放出來(lái)的過(guò)程，水、油污、密封劑、潤(rùn)滑劑和粘合劑是最常見(jiàn)的放氣來(lái)源，而即使是金屬和玻璃等固體，其材料表面或內(nèi)部在真空下也會(huì)釋放出氣體。對(duì)高真空超高真空環(huán)境可能接觸到的表面進(jìn)行拋光、清潔或烘烤處理可以有效的減小系統(tǒng)放氣率，從而大大縮短達(dá)到目標(biāo)壓力所需要的時(shí)間。
高真空或超高真空系統(tǒng)需要破空時(shí)，應(yīng)使用干燥的氮?dú)饣蚩諝猓⒈M量減少暴露在空氣中的時(shí)間；系統(tǒng)長(zhǎng)期不用時(shí)，最好在真空狀態(tài)保存。
真空度指的是什么？
真空度指的是氣體的稀薄程度。通俗來(lái)講，氣體稀薄到為零，也就是一點(diǎn)氣體都沒(méi)有了，我們稱之為達(dá)到了絕對(duì)真空，但是絕對(duì)真空是一種理想的真空狀態(tài)，實(shí)際上真空度只能無(wú)限趨近為零。這個(gè)無(wú)限趨近為零的真空度的值就叫做絕對(duì)真空度，絕對(duì)真空的參考基準(zhǔn)是氣體的虛無(wú)狀態(tài)，也就是氣體稀薄程度為零的狀態(tài)，因此絕對(duì)真空度是一個(gè)大于零的數(shù)。
相對(duì)真空是真空測(cè)量?jī)x表引入的一個(gè)概念，它的參考基準(zhǔn)是當(dāng)?shù)氐拇髿鈮海ㄒ粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的絕對(duì)真空度是1.013x105Pa，當(dāng)?shù)氐拇髿鈮翰灰欢ǖ扔跇?biāo)準(zhǔn)大氣壓值）。相對(duì)真空度=絕對(duì)真空度-當(dāng)?shù)氐拇髿鈮骸Ｈ绻麅x表測(cè)得的氣壓大于當(dāng)?shù)氐拇髿鈮海敲聪鄬?duì)真空度是一個(gè)正值，如果儀表測(cè)得的氣壓小于當(dāng)?shù)氐拇髿鈮海敲聪鄬?duì)真空度是一個(gè)負(fù)值。
為了高效的獲得高真空或超高真空，首先需要選擇至少一臺(tái)真空泵作為主泵，真空泵種類很多，選擇合適的真空泵以獲得最佳性能并盡量節(jié)省預(yù)算并不是一件簡(jiǎn)單的事情。
高真空或超高真空系統(tǒng)常見(jiàn)的主泵類型：
分子泵，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的葉片或牽引盤(pán)來(lái)抽氣。它可以在比較高的壓力就開(kāi)始工作，并在高真空和超高真空范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的抽速。它們的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)輕質(zhì)氣體的抽速會(huì)降低，對(duì)機(jī)械沖擊和顆粒物污染也比較敏感。
離子泵，是捕獲型真空泵，因?yàn)樗鼈儧](méi)有活動(dòng)部件，可靠性非常高，工作時(shí)也完全沒(méi)有振動(dòng)；壽命很長(zhǎng)，并且?guī)缀醪恍枰S護(hù)；此外，離子泵可以耐受較大的輻射和磁場(chǎng)干擾，通過(guò)移除磁鐵，它們可以被烘烤到450°C，這對(duì)于有些超高真空系統(tǒng)是必不可少的。在實(shí)際的應(yīng)用中，對(duì)追求超高真空并且很少破空的應(yīng)用，一般建議選擇二極離子泵；其它應(yīng)用建議選擇StarCell?離子泵。
鈦升華泵和NEG吸氣劑泵，分別利用升華出來(lái)的新鮮鈦膜和吸氣材料吸附活性氣體來(lái)抽氣，兩種泵對(duì)活性氣體的抽速都很大，而對(duì)惰性氣體完全沒(méi)有抽速。另外，由于總抽氣容量的原因，這兩種泵都更適合工作在氣量很少的超高真空，特別是NEG吸氣劑泵，當(dāng)其容量耗盡時(shí)需要高溫激活，而在激活時(shí)，之前吸附的氣體會(huì)被釋放出來(lái)，這意味著系統(tǒng)的超高真空將會(huì)被破壞。
復(fù)合離子泵，超高真空時(shí)系統(tǒng)的主要?dú)廨d是氫氣，好多時(shí)候也會(huì)有一定的比例的惰性氣體，為了達(dá)到更好的真空度，還經(jīng)常會(huì)把StarCell?離子泵與對(duì)氫氣抽速比較大的鈦升華泵或者NEG吸氣劑泵組合在一起使用，即復(fù)合離子泵。
當(dāng)主泵確認(rèn)后，再根據(jù)主泵的特點(diǎn)和需求選擇合適的前級(jí)泵，如隔膜泵、渦旋泵、渦輪分子泵組等。為了避免油蒸汽的污染，高真空超高真空系統(tǒng)一般會(huì)選擇無(wú)油真空泵。
