真空培训教材
编写:潘家荣
大部分半导体设备在真空状态下工作，因此，对从事半导体设备维修的设备人员来说,了解真空尤为重要，下文主要介绍一些真空方面的知识。
一，真空的概念
1，什么是真空呢？
一句话，就是当容器里的气压低于标准大气压时，即为真空现象。
其标准的定义为:
在标准温度和压力下,当一升容积的容器里的气体分子数少于2.7×1022个时，就
产生了真空现象。
2，真空度
密封容器里气体稀薄的程度。
3，真空度的几个常见单位
Torr . mTorr . mbar 。
Pascals . PSI 等
1ATM = 760 Torr
= 14。
7 PSI
= 1013 mbar
1Torr = 1000 mTorr
1mbar = 100 Pascals
具体看下表。
4，真空区域的划分
粗真空 760 ~ 10 Torr
低真空 10 ～ 10—3 Torr
高真空 10—3 ~ 10—8 Torr
超高真空 10—8 ~ 10—12 Torr
极高真空≤ 10—12 Torr
5，高度与真空的关系
一般认为，宇宙中的真空度为极限真空。
因此，高度与真空便有了对应关系。
50000 feet (15000米） = 100 Torr
300000 feet (90000 米) = 10—3 Torr （1 mTorr）（粗真空）
750000 feet (230000 米） = 10—6 Torr （高真空）
2000000 feet （600000 米） = 10-8 Torr （超高真空）
13000000 feet (4000000 米) ＜10—12 Torr （极高真空）
二，真空在半导体工业中的应用
随着半导体工业的发展，电路的集成度越来越高，线条越来越细,光刻的次数也越来越多，生产中使用的真空设备也越来越多.
1，分立器件工艺，所做电路比较简单，线条一般比较宽，线间距较宽，粉尘及杂质气体对其影响较小，基本不用真空设备。
2，双极电路工艺，稍微复杂一些,线条也相对较细,线间距稍细，粉尘及杂质气体的影响开始显现，所以，关键工序都使用了真空设备。
3，MOS电路工艺,基本是目前最复杂的电路，线宽一般在1μ之下，线间距很细,粉尘及杂质的影响很大，因此,除光刻之外,大部分使用了真空设备。
线宽从十几个μ变化到1μ之下，真空在工艺中的重要作用，从下面的资料可见一斑：1，在10—6Torr压力下，以每秒100层单分子层的速度淀积,污染气体同时也会在此表面形成，杂质的最终淀积比例大约为1%。
2，在10-5Torr压力下，以同样的速度进行的淀积，杂质的最终淀积比例大约为
10％。
3，在10-4Torr压力下,以同样的速度进行的淀积，最终的产品带入的杂质大约为50％。
真空在半导体工业中的主要应用如下：
1，增加主自由通道的安全性。
（注入机）
2，减少反应腔体内的反应气体的密度。
（P5K CVD,ETCH，LPCVD炉管)
3，减少分子碰撞的频率.（注入，渐射）
4，可以产生等离子体。
（ETCH，P5K CVD，渐射）
三，实现真空的方法——真空泵
依据可以实现真空的能力分为高真空泵和低真空泵：
低真空泵：1，真空油泵
2，干泵
3，吸附泵
高真空泵:1，分子泵
2，冷凝泵
3，扩散泵
4，钛泵: a，热钛泵
b，冷钛泵
名词解释: 本底真空 -—能满足设备正常工作所需的最低真空.
漏率——-—设备腔体到达本底真空后,停止抽气，大气通过腔体的缺陷向
真空空间漏气的速度.
抽速—-—- 在一定温度和压力下，单位时间内,泵从被抽腔体抽走的气体
体积称作抽速.
极限真空——真空泵的入口端,经过充分抽气后,所能达到的稳定的最低压
强，称极限压强或极限真空。
油泵的抽速: πz n L
S几= ───── K V（D2 - d2）（升/秒）
24×104
S几 - 泵的几何抽速，由泵的几何参数决定的抽速值；
Z —旋片的数目；
n —泵的转速，转/分；
D —泵腔的直径，厘米；
d —转子直径，厘米；
L —泵腔的深度，厘米;
K V—泵腔的容积利用系数。
它表示吸气终止时吸气空间容积与泵腔几何
容气腔容积之比。
分子泵的抽速：
S max = （RT/2πM)1/2 F W
R - 气体常数；
T —绝对温度；
M —气体分子量；
F —叶片通导面积,cm2；
W - 何氏系数。
扩散泵的抽速：
S = 1/4 c A
c —分子的平均速度;
Ａ—气体分子扩散到蒸汽中的全部扩散面积.
冷凝泵的抽速：（单位面积）
ＳＳ１/Ａ≈Ｖ１av/4［ f/（1－f）]
S S 1/A —单位面积抽速；
F - 粘着系数；
V1av—分子平均速度。
四，气体沿导管的流动
1，在高压强下气体沿导管的流动
气体尊守理想气体的基本定律,单位时间内流过道管的克分子数：
dγ/dt = π(P21-P22） d4 / [ RT × 256ηL］
η—内摩擦系数；
L —管长；
d —管经；
P1，P2—管两端的压强；
2，低压强下气体沿管道的流动
低压强下气体的流动规律与高压强下完全有别,单位时间内流过导管任意截面积的气体流量
Q = PV = MRT/μ = （ P1— P2)/W = U(P1— P2)
该公式完全象闭环电路的电路公式,因此,我们称：W为导管的流阻,U为导管的流导，(P1— P2)为导管的压差，有：
W = 1/U = （P1— P2）/Q
可以推导出：
S0 = U /(1＋U/S泵）
S0—容器出口处的抽速;
S泵- 泵的抽速。
1，当U ＜＜ S泵时，则S0≈ U
即容器的抽速最大只能等于导管的流导；
2，当U ＞＞ S泵时，则 S0≈ S泵
即容器的抽速将主要由真空泵的抽速所决定；
3，象电阻一样，流阻主要由管道自身的条件决定:
a，管道的直径；
b，管道的长度;
c，管道内表面的光洁度；
d, 管道的弯曲.。
