無塵室技術講座 Edwards

無塵室技術講座第 1 集：什麼是真空，有哪些類型的真空泵浦？

歡迎來到我們的無塵室技術講座系列的第一篇文章！我是 Chris McNally，我將引導您瞭解真空技術適用於無塵室和真空腔體的一些基礎知識。在本集中，我們將從基本開始：真空實際上是什麼、我們如何測量它，以及用於產生它的不同類型的泵浦和技術。

在最簡單的情況下，真空是所有「物質」（如空氣分子）都已被移除的空間。在地球上，我們不斷被大氣中的分子所環繞。當我們從給定體積中移除這些分子時，我們會產生真空。

但地球上並沒有純真空，亦即絕對零分子的空間。我們能取得的最接近是每平方公分約 30，000 個分子。這聽起來像是很多，但與大氣壓力相比，幾乎沒有什麼。

在我們的半導體腔體解決方案部門中，我們的目標是在腔體內實現已控真空。腔體內的氣體分子會彈跳並撞擊腔體壁，施加力道。透過測量這些碰撞的力量，我們測量壓力，這與測量真空相同。

真空壓力可以使用不同的單位測量；在本文中，我們將使用 Torr。

從此觀點來看，半導體腔體內的壓力與國際太空站環繞的熱球相似。

為了產生真空，我們使用分為兩個主要類別的真空泵浦：

這些不同泵浦在給定的真空製程中達到不同的目標壓力，這因客戶、產業別和市場而異。

真空腔體內的分子行為取決於剩餘的分子數量。

想像一下，您在紐約市的大中央車站繁忙時段，有成千上萬的人在四處走動。您在站的一端，閉上眼睛，盡快走過建築物，碰到另一側的牆壁。如此一來，您就會碰撞到那些試圖走過來的人。

這就是黏性流動：氣體分子相互碰撞的頻率高於腔體壁。

現在想像一下，在上午 3 點走路。車站幾乎是空的，所以您可以穿越而不會碰到任何人。這就是分子流動：氣體分子更有可能穿過腔室、撞擊牆壁，並繼續在腔室體積周圍隨機跳動。

由於沒有一個泵浦能在兩種模式下有效運作，因此我們使用堆疊式泵浦系統 :

首先，前級泵浦或背壓泵浦（也稱為粗抽泵浦）會將系統從大氣壓力降至約 10−³ Torr（黏性流量）。然後由高真空泵浦接管，將腔體推入分子流中，達到手動製程所需的基壓。

動力泵浦是一種傳輸泵浦，可將動能施加至分子以產生定向流動。我們將進一步探討兩種類型的動力泵浦：

渦輪分子泵浦的運作方式就像渦輪機一樣，每小時旋轉速度高達 670 英哩。當其旋轉時，部分分子會向下偏轉到泵浦中。分子繼續向下經過越來越多的有目的的偏轉，直到最終排出系統。

擴散泵浦則使用高速噴油器。分子在排出之前，會被油拖到池中。

與輸送泵浦不同，截留泵浦不會將分子排出，而是將分子截留在系統內。

濺射離子泵浦使用電漿和磁場捕捉分子；電漿在磁場中受到控制，可敲擊電子以形成離子。然後這些正離子被吸引到陰極並產生濺鍍，基本上變成材料。這些泵浦會將分子作為材料捕捉，以產生真空。

腔體內截留並非真正的真空泵浦，而是一種技術。它使用直接放置在真空室內的專用氣體收集器。範例包括 Gifford-McMahon 冷凍機，例如愛德華 CTI-Cryogenics 冷凍機和 Polycold 低溫製冷器。這些系統將冷表面插入腔體中，比連接在腔體外的泵浦更有效地捕捉分子，因為它們不受傳導損失的限制。

Polycold 低溫製冷器使用 Meissner 線圈來循環冷製冷劑，冷卻線圈並捕捉水分子。雖然它們無法達到 CTI-Cryogenics 冷阱的超低溫，但它們在需要極高水抽氣速度的應用中非常有效。

第一集無塵室技術講座在此先告一段落。在下一集中，我將深入探討不同的真空技術，以及每種類型的泵浦如何支援特定的無塵室應用。