【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，主要有如下幾個基本特點：

    (1)真空狀態(tài)下的氣體壓力低于一個大氣壓，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大氣壓約為10135N/m2，因此當(dāng)容器內(nèi)壓力很小時，則容器所承受的大氣壓力可達到一個大氣壓。不同壓強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(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)是實現(xiàn)中國“智”造和“自”造永遠繞不開的熱門話題，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)體制造過程中，芯片容易受到氧化和污染，嚴重影響芯片品質(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)境下進行。而我們把能夠精確控制真空環(huán)境來進行半導(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，真空系統(tǒng)中串聯(lián)一個高真空泵。當(dāng)串聯(lián)一個高真空泵之后，通常要在高真空泵的入口和出口分別加上閥門，以便高真空泵能單獨保持真空。如果所串聯(lián)的高真空泵是一個油擴散泵，為了防止大量的油蒸氣返流進入被抽容器，通常在油擴散泵的入口加一個捕集器——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)成了一個較完善的高真空系統(tǒng)。

    半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中的真空系統(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、擴散泵、吸附泵等。

    真空閥門：用于控制氣體流動和隔離不同的真空室或部件。發(fā)揮著開閉、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）、進樣管道等

    壓力器和真空規(guī)：用于監(jiān)測和控制系統(tǒng)內(nèi)部的真空壓力。

    觀測窗口：用于在不破壞真空環(huán)境的情況下觀察系統(tǒng)內(nèi)部的部件和工藝過程。

    為了達到極高的真空度，總氣體負荷必須盡可能低。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)計時的許多準(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)境下緩慢釋放出來的過程，水、油污、密封劑、潤滑劑和粘合劑是最常見的放氣來源，而即使是金屬和玻璃等固體，其材料表面或內(nèi)部在真空下也會釋放出氣體。對高真空超高真空環(huán)境可能接觸到的表面進行拋光、清潔或烘烤處理可以有效的減小系統(tǒng)放氣率，從而大大縮短達到目標(biāo)壓力所需要的時間。

    高真空或超高真空系統(tǒng)需要破空時，應(yīng)使用干燥的氮氣或空氣，并盡量減少暴露在空氣中的時間；系統(tǒng)長期不用時，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。通俗來講，氣體稀薄到為零，也就是一點氣體都沒有了，我們稱之為達到了絕對真空，但是絕對真空是一種理想的真空狀態(tài)，實際上真空度只能無限趨近為零。這個無限趨近為零的真空度的值就叫做絕對真空度，絕對真空的參考基準(zhǔn)是氣體的虛無狀態(tài)，也就是氣體稀薄程度為零的狀態(tài)，因此絕對真空度是一個大于零的數(shù)。

    相對真空是真空測量儀表引入的一個概念，它的參考基準(zhǔn)是當(dāng)?shù)氐拇髿鈮海ㄒ粋€標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的絕對真空度是1.013x105Pa，當(dāng)?shù)氐拇髿鈮翰灰欢ǖ扔跇?biāo)準(zhǔn)大氣壓值）。相對真空度=絕對真空度-當(dāng)?shù)氐拇髿鈮骸Ｈ绻麅x表測得的氣壓大于當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?，那么相對真空度是一個正值，如果儀表測得的氣壓小于當(dāng)?shù)氐拇髿鈮海敲聪鄬φ婵斩仁且粋€負值。

    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)算并不是一件簡單的事情。

    高真空或超高真空系統(tǒng)常見的主泵類型：

    分子泵，通過高速旋轉(zhuǎn)的葉片或牽引盤來抽氣。它可以在比較高的壓力就開始工作，并在高真空和超高真空范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的抽速。它們的缺點是會產(chǎn)生振動，對輕質(zhì)氣體的抽速會降低，對機械沖擊和顆粒物污染也比較敏感。

    離子泵，是捕獲型真空泵，因為它們沒有活動部件，可靠性非常高，工作時也完全沒有振動；壽命很長，并且?guī)缀醪恍枰S護；此外，離子泵可以耐受較大的輻射和磁場干擾，通過移除磁鐵，它們可以被烘烤到450°C，這對于有些超高真空系統(tǒng)是必不可少的。在實際的應(yīng)用中，對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，分別利用升華出來的新鮮鈦膜和吸氣材料吸附活性氣體來抽氣，兩種泵對活性氣體的抽速都很大，而對惰性氣體完全沒有抽速。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)其容量耗盡時需要高溫激活，而在激活時，之前吸附的氣體會被釋放出來，這意味著系統(tǒng)的超高真空將會被破壞。

    復(fù)合離子泵，超高真空時系統(tǒng)的主要氣載是氫氣，好多時候也會有一定的比例的惰性氣體，為了達到更好的真空度，還經(jīng)常會把StarCell?離子泵與對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)主泵確認后，再根據(jù)主泵的特點和需求選擇合適的前級泵，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)一般會選擇無油真空泵。