洁净室技术讲座第 1 集：什么是真空以及有哪些类型的真空泵？
欢迎阅读我们洁净室技术讲座系列的首篇文章！我是 Chris McNally，我将向您介绍真空技术的一些基础知识，因为它适用于洁净室和真空室。在本集中，我们将从最开始开始：真空究竟是什么、我们如何测量真空，以及用于产生真空的不同类型泵和技术。
什么是真空？
最简单的是，真空是一个空间，所有 " 物质 "（如空气分子）都已被去除。在地球上，我们不断被大气中的分子包围。当我们从给定体积中去除这些分子时，就会产生真空。
但是，地球上不存在绝对零分子的卓越真空。我们所能获得的最接近大约是每平方厘米 30，000 个分子。这听起来像很多，但与大气压相比，几乎没有什么。
在我们的半导体腔室解决方案部门，我们的目标是在腔室内实现受控真空。腔体内的气体分子四处跳动，撞击腔体壁，施加力。通过测量这些碰撞的力度，我们测量压力，这与测量真空相同。
我们如何测量真空压力？
真空压力可以用不同的单位测量；对于本文，我们将使用 Torr。
760 Torr = 地球在海平面处的大气压力。
10−⁷ 至 10−⁸ Torr = 典型半导体室压力。
要直观地说明这一点，半导体室内的压力与国际空间站环绕的热球相似。
真空泵的两种主要类型
为了产生真空，我们使用真空泵，分为两大类：
输送泵 - 这些泵将分子从腔体中物理移动出来。
动力泵：向分子添加动能以使其移动（例如，涡轮分子泵、扩散泵）。
容积泵：抓取、压缩和排出分子。
截留泵 - 这些泵将分子截留并保持在系统内。
低温泵：使用卓越的冷表面来冷冻和捕获分子。
溅射离子泵：使用等离子体和磁场捕获作为材料的分子。
腔体内捕集：腔体内的冷表面（如 Edwards CTI-Cryogenics 冷藏箱、 Polycold 低温捕集器）直接捕集分子。
这些不同的泵在给定的真空工艺中实现不同的目标压力，这因客户、细分市场和市场而异。
目标压力：粘性流量与分子流量
真空室内的分子行为取决于剩余的分子数量。
粘性流量
想象一下，在高峰时段，您在纽约市的大中央车站，有成千上万的人在四处走动。您位于站点的一端，闭上眼睛，尽快走过建筑物，接触另一侧的墙壁。这样做，您将会与人发生碰撞，并击退试图穿越的人。
这就是粘性流动：气体分子相互碰撞的频率比室壁高。
分子流
现在想象一下，在上午 3 点走同样的路。车站几乎没有人，所以你可以穿过，而不会碰到任何人。这就是分子流：气体分子更有可能穿过腔体，撞击墙壁，并在腔体体积周围随机跳动。
由于没有一台泵能够在这两种模式下高效工作，我们采用了先进的堆叠泵系统 :
首先，一台前级泵或前级泵（也称为粗抽泵）将系统从大气压降至约 10−³ Torr（粘度流量）。然后由高真空泵接管，将腔室推入分子流中，达到当前工艺所需的基本压力。
什么是动力泵？
动力泵是一种将动能施加到分子以产生定向流动的输送泵。我们将更详细地了解两种类型的动力泵：
涡轮分子泵像涡轮机一样以卓越的速度运转，最高可达每小时 670 英里。当其旋转时，部分分子向下偏转到泵中。分子通过越来越多的有目的的偏转继续向下，直到最终排出系统。
扩散泵使用高速喷油器代替。在排出之前，分子被油向下拖到池中。
什么是截留泵？
与输送泵不同，截留泵不会将分子排出，而是将其截留在系统中。
低温泵使用冷表面捕获分子并产生真空。这些分子由泵保持，直到其充满，此时冷冻的分子被解冻并从系统中冲出。
溅射离子泵使用等离子体和磁场捕获分子；等离子体在磁场中受到控制，该磁场会敲击电子以产生离子。然后，这些正离子被吸引到阴极并产生溅射，基本上转化为材料。这些泵将分子作为材料捕获，以产生真空。
腔内截留并非真正的真空泵，而是一种技术。它使用直接位于真空室内的专用气体捕集器。示例包括 Gifford-McMahon 制冷机，如 Edwards CTI-Cryogenics 制冷机和 Polycold 低温捕集器。这些系统将冷表面插入腔室，比连接在腔室外的泵更有效地捕获分子，因为它们不受导电损失的限制。
Edwards CTI-Cryogenics 冷阱（基于 Gifford-McMahon 冰箱）提供可捕获水蒸汽和其他气体（如氙气）的卓越冷表面。
Polycold 低温捕集器使用 Meissner 线圈来循环冷制冷剂，冷却线圈并捕获水分子。虽然它们不会达到 CTI-Cryogenics 冷阱的超低温度，但它们在需要非常高水抽速的应用中非常有效。
关键要点
真空是指去除分子以降低腔室内的压力。所需的压力或真空度取决于当前工艺。
不同的泵有不同的用途，没有一个泵能做到所有这些。我们需要堆叠真空泵：一台初级泵将压力降至粘性流量，专用的高真空泵送解决方案则可以降至分子流量模式。
这是洁净室技术讲座的首集，在下一节中，我将深入探讨不同的真空技术，以及每种类型的泵如何支持特定的洁净室应用。