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芯片制造中的必備要素(1)--真空

2023-08-23 20:34 作者:芯片智造  | 我要投稿
真空在半導(dǎo)體制造中非常重要,在半導(dǎo)體工業(yè)中,真空環(huán)境被用于各種制程,包括物理氣相沉積 (Physical Vapor Deposition, PVD)、化學(xué)氣相沉積 (Chemical Vapor Deposition, CVD)、原子層沉積 (Atomic Layer Deposition, ALD)、離子注入 (Ion Implantation)、等離子刻蝕 (Plasma Etching) 等等。那么今天就來(lái)介紹一下真空這個(gè)常見(jiàn)卻讓人一知半解的概念。


真空的定義"真空"是指比大氣壓低的任何壓強(qiáng)。在真空環(huán)境中,氣體的分子數(shù)量極少,以至于在給定的空間中,物質(zhì)之間的相互作用極為稀少。真空的程度(即壓力)可以從低真空到超高真空不等,其中壓力越低,真空越接近完全真空。真空系統(tǒng)是確保嚴(yán)格控制低壓和衛(wèi)生條件的一種方式。真空泵抽空處理室內(nèi)部的氣體,將壓力降至所需水平。


一旦所有大氣氣體都被移除,就會(huì)引入特種氣體,如氮?dú)?、氬氣和氦氣。這些氣體的惰性意味著它們?yōu)榘雽?dǎo)體加工提供了一個(gè)清潔的環(huán)境,并防止了不必要的化學(xué)反應(yīng),從而提高了生產(chǎn)效率。通過(guò)回收和再循環(huán)高級(jí)氣體(即氬氣、氦氣)可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)率。


真空的分類(lèi)盡管統(tǒng)稱(chēng)為真空,但也分為若干類(lèi)。
低真空  100 kPa~100 Pa,低真空通常指的是那些壓力略低于大氣壓,但仍然有大量氣體分子存在的環(huán)境。在這樣的環(huán)境中,氣體分子之間的碰撞仍然是主要的物理過(guò)程。
中真空  100 Pa~0.1 Pa,在這個(gè)壓力范圍內(nèi),氣體分子與容器壁的碰撞變得比氣體分子之間的碰撞更頻繁。這意味著,氣體在中真空環(huán)境中的行為開(kāi)始變得與理想氣體的行為不同。在中真空中,一些更復(fù)雜的物理過(guò)程,如氣體分子的離子化和等離子體的形成,可能會(huì)變得更為重要。中真空環(huán)境在許多科學(xué)和工程領(lǐng)域都有應(yīng)用,包括材料科學(xué)(例如薄膜沉積和刻蝕),電子顯微鏡,以及一些高精度的測(cè)量設(shè)備(例如質(zhì)譜儀)。


高真空  0.1 Pa~10-? Pa在高真空環(huán)境中,氣體分子與容器壁的碰撞遠(yuǎn)遠(yuǎn)頻繁于氣體分子之間的碰撞,氣體分子在平均碰撞之間可以在容器內(nèi)自由飛行很長(zhǎng)的距離。高真空的應(yīng)用廣泛,包括在物理研究(例如粒子加速器和量子實(shí)驗(yàn))、半導(dǎo)體制造、天文學(xué)(例如空間望遠(yuǎn)鏡和太空探測(cè)器)等領(lǐng)域。高真空環(huán)境的維持和測(cè)量需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備和技術(shù),包括高真空泵和高真空壓力計(jì)。
超高真空 10-?Pa以下在這樣的環(huán)境中,氣體分子非常稀疏,分子與容器壁的碰撞遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子之間的碰撞。超高真空的維護(hù)和測(cè)量需要特殊的技術(shù)和設(shè)備,包括特殊的真空泵和壓力計(jì)。此外,超高真空環(huán)境下的材料和設(shè)備通常需要經(jīng)過(guò)特殊的清潔和處理,以減少氣體吸附和釋放,從而達(dá)到和維持超高真空條件。超高真空環(huán)境可以用于精確控制和測(cè)量物質(zhì)在極低壓力和極低密度下的性質(zhì)。


真空的壓力單位
  1. 帕斯卡 (Pa):這是國(guó)際單位制 (SI) 中的壓力單位,1帕斯卡等于1牛頓每平方米 (N/m2)。在真空科學(xué)中,通常使用帕斯卡的小數(shù)單位,如千帕 (kPa),毫帕 (mPa) 或微帕 (uPa)。
  2. 毫米汞柱 (mmHg):這個(gè)單位基于汞柱壓力計(jì)的原理,1毫米汞柱約等于133.322帕斯卡。
  3. 托 (Torr):這個(gè)單位是為了紀(jì)念物理學(xué)家托里拆利而命名的,1托等于1毫米汞柱。
  4. 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 (atm):這是一個(gè)非SI單位,1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等于101325帕斯卡,或者說(shuō)大約等于760毫米汞柱。

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