在真空科(kē)學(xué)中(zhōng)，真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气體(tǐ)状态。人们通常把这种稀薄的气體(tǐ)状态称為(wèi)真空状况。这种特定的真空状态与人类赖以生存的大气在状态相比较，主要有(yǒu)如下几个基本特点：
( 1 )真空状态下的气體(tǐ)压力低于一个大气压，因此，处于地球表面上的各种真空容器中(zhōng)，必将受到大气压力的作(zuò)用(yòng)，其压强差的大小(xiǎo)由容器内外的压差值而定。由于作(zuò)用(yòng)在地球表面上的一个大气压约為(wèi) 10135N/m2，因此当容器内压力很(hěn)小(xiǎo)时，则容器所承受的大气压力可(kě)达到一个大气压。不同压强下单位面积上的作(zuò)用(yòng)力不同。( 2 )真空状态下由于气體(tǐ)稀薄，单位體(tǐ)积内的气體(tǐ)分(fēn)子数，即气體(tǐ)的分(fēn)子密度小(xiǎo)于大气压力的气體(tǐ)分(fēn)子密度。因此，分(fēn)子之间、分(fēn)子与其他(tā)质(zhì)点(如電(diàn)子、离子等)之间以及分(fēn)子与各种表面(如器壁)之间相互碰撞次数相对减少，使气體(tǐ)的分(fēn)子自由程增大。当下半导體(tǐ)产(chǎn)业是实现中(zhōng)國(guó)“智”造和“自”造永遠(yuǎn)绕不开的热门话题，作(zuò)為(wèi)现代高科(kē)技(jì )产(chǎn)业的重要组成部分(fēn)，其制造过程中(zhōng)涉及到许多(duō)高度精(jīng)密的工(gōng)艺和技(jì )术，其中(zhōng)真空系统作(zuò)為(wèi)半导體(tǐ)制造的关键环节之一，发挥着至关重要的作(zuò)用(yòng)。
真空应用(yòng)设备种类繁多(duō)，但无论何种真空应用(yòng)设备都有(yǒu)一套排除被抽容器内气體(tǐ)的抽气系统，以便在真空容器内获得所需要的真空条件。在常温和常压下，环境中(zhōng)包含着大量不纯净的物(wù)质(zhì)，在半导體(tǐ)制造过程中(zhōng)，芯片容易受到氧化和污染，严重影响芯片品质(zhì)和生产(chǎn)效率。所以半导體(tǐ)的生产(chǎn)需要在高真空环境下进行。而我们把能(néng)够精(jīng)确控制真空环境来进行半导體(tǐ)材料及器件的加工(gōng)与处理(lǐ)的系统，称為(wèi)半导體(tǐ)的“真空系统”。最简单的真空系统只能(néng)在被抽容器内获得低真空范围内的真空度，当需要获得高真空范围内的真空度时，真空系统中(zhōng)串联一个高真空泵。当串联一个高真空泵之后，通常要在高真空泵的入口和出口分(fēn)别加上阀门，以便高真空泵能(néng)单独保持真空。如果所串联的高真空泵是一个油扩散泵，為(wèi)了防止大量的油蒸气返流进入被抽容器，通常在油扩散泵的入口加一个捕集器——水冷障板。根据要求，还可(kě)以在管路中(zhōng)加上除尘器、真空继電(diàn)器规头、真空软连接管道、真空泵入口放气阀等等，这样就构成了一个较完善的高真空系统。半导體(tǐ)生产(chǎn)过程中(zhōng)的真空系统主要由真空零部件构成，它主要包括以下部分(fēn)：真空腔體(tǐ)：用(yòng)于容纳待加工(gōng)的半导體(tǐ)材料或器件。真空泵：用(yòng)于创建和维持高真空环境的泵，如离心泵、扩散泵、吸附泵等。真空阀门：用(yòng)于控制气體(tǐ)流动和隔离不同的真空室或部件。发挥着开闭、控制流量/流向、调节压力等作(zuò)用(yòng)。（插板阀、挡板阀、角阀、限流阀、截止阀、维持阀等）。真空密封件：用(yòng)于连接不同的真空室和管道，并确保系统的密封性能(néng)。例如真空法兰、橡胶圈、波纹管等。连接管道：主抽气管道、旁路管道（波纹管）、进样管道等 压力器和真空规：用(yòng)于监测和控制系统内部的真空压力。观测窗口：用(yòng)于在不破坏真空环境的情况下观察系统内部的部件和工(gōng)艺过程。為(wèi)了达到极高的真空度，总气體(tǐ)负荷必须尽可(kě)能(néng)低。因此，在高真空超高真空条件下，系统的放气率需要尽可(kě)能(néng)的低（腔體(tǐ)设计时的许多(duō)准则，比如最小(xiǎo)化内表面积，都是為(wèi)了减少系统放气率）。放气是溶解、吸附或夹杂在材料中(zhōng)的气體(tǐ)在真空环境下缓慢释放出来的过程，水、油污、密封剂、润滑剂和粘合剂是最常见的放气来源，而即使是金属和玻璃等固體(tǐ)，其材料表面或内部在真空下也会释放出气體(tǐ)。对高真空超高真空环境可(kě)能(néng)接触到的表面进行抛光、清洁或烘烤处理(lǐ)可(kě)以有(yǒu)效的减小(xiǎo)系统放气率，从而大大缩短达到目标压力所需要的时间。 高真空或超高真空系统需要破空时，应使用(yòng)干燥的氮气或空气，并尽量减少暴露在空气中(zhōng)的时间；系统長(cháng)期不用(yòng)时，最好在真空状态保存。
真空度指的是气體(tǐ)的稀薄程度。通俗来讲，气體(tǐ)稀薄到為(wèi)零，也就是一点气體(tǐ)都没有(yǒu)了，我们称之為(wèi)达到了绝对真空，但是绝对真空是一种理(lǐ)想的真空状态，实际上真空度只能(néng)无限趋近為(wèi)零。这个无限趋近為(wèi)零的真空度的值就叫做绝对真空度，绝对真空的参考基准是气體(tǐ)的虚无状态，也就是气體(tǐ)稀薄程度為(wèi)零的状态，因此绝对真空度是一个大于零的数。
相对真空是真空测量仪表引入的一个概念，它的参考基准是当地的大气压（一个标准大气压的绝对真空度是1.013x105Pa，当地的大气压不一定等于标准大气压值）。相对真空度 = 绝对真空度- 当地的大气压。如果仪表测得的气压大于当地的大气压，那么相对真空度是一个正值，如果仪表测得的气压小(xiǎo)于当地的大气压，那么相对真空度是一个负值。
為(wèi)了高效的获得高真空或超高真空，首先需要选择至少一台真空泵作(zuò)為(wèi)主泵，真空泵种类很(hěn)多(duō)，选择合适的真空泵以获得最佳性能(néng)并尽量节省预算并不是一件简单的事情。
高真空或超高真空系统常见的主泵类型：
分(fēn)子泵，通过高速旋转的叶片或牵引盘来抽气。它可(kě)以在比较高的压力就开始工(gōng)作(zuò)，并在高真空和超高真空范围内提供稳定的抽速。它们的缺点是会产(chǎn)生振动，对轻质(zhì)气體(tǐ)的抽速会降低，对机械冲击和颗粒物(wù)污染也比较敏感。离子泵，是捕获型真空泵，因為(wèi)它们没有(yǒu)活动部件，可(kě)靠性非常高，工(gōng)作(zuò)时也完全没有(yǒu)振动；寿命很(hěn)長(cháng)，并且几乎不需要维护；此外，离子泵可(kě)以耐受较大的辐射和磁场干扰，通过移除磁铁，它们可(kě)以被烘烤到 450°C，这对于有(yǒu)些超高真空系统是必不可(kě)少的。在实际的应用(yòng)中(zhōng)， 对追求超高真空并且很(hěn)少破空的应用(yòng)，一般建议选择二极离子泵；其它应用(yòng)建议选择 StarCell® 离子泵。钛升华泵和 NEG 吸气剂泵，分(fēn)别利用(yòng)升华出来的新(xīn)鲜钛膜和吸气材料吸附活性气體(tǐ)来抽气，两种泵对活性气體(tǐ)的抽速都很(hěn)大，而对惰性气體(tǐ)完全没有(yǒu)抽速。另外，由于总抽气容量的原因，这两种泵都更适合工(gōng)作(zuò)在气量很(hěn)少的超高真空，特别是 NEG 吸气剂泵，当其容量耗尽时需要高温激活，而在激活时，之前吸附的气體(tǐ)会被释放出来，这意味着系统的超高真空将会被破坏。复合离子泵，超高真空时系统的主要气载是氢气，好多(duō)时候也会有(yǒu)一定的比例的惰性气體(tǐ)，為(wèi)了达到更好的真空度，还经常会把 StarCell ®离子泵与对氢气抽速比较大的钛升华泵或者 NEG 吸气剂泵组合在一起使用(yòng)，即复合离子泵。 当主泵确认后，再根据主泵的特点和需求选择合适的前级泵，如隔膜泵、涡旋泵、涡轮分(fēn)子泵组等。為(wèi)了避免油蒸汽的污染，高真空超高真空系统一般会选择无油真空泵。
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