真空泵与阀门

真空泵：

一、概要：

真空泵是获得真空的设备，根据自身极限真空的能力将真空泵分为低真空泵和高真空泵。表1.对常用真空泵进行了分类归纳。

表1.常用真空泵的分类：

二、各类真空泵的特性

表2.各类真空泵的特性：

（六）、分子泵（turbo molecular pump）

分子泵是使用高速旋转的叶片，使气体分子有一定方向的动量，藉以获得排气能力的机械泵。抽真空的范围为10-4-10-10Torr。图（10）是分子泵的工作原理示意图，这种泵之所以称为分子泵，因为它必须在进气端的气体处于分子流的情况下，才能有效的操作，此时的压力约在10-3Torr以下，所以需要一个回转泵做辅抽泵。

高级的分子泵有磁浮式（magnatically levitated）无油。转子以锻造铸模一体成型式，抽气速度可达800l/s或以上。本体连接电缆线和电源供应器均可以定期交换，任何零件更换后，不需再做调整，电源供应器有自行诊断功能。停电时磁浮会藉由再生刹车而自动维持。触地轴承可承受250次停电事件。

一个分子泵的构造如图（11）所示。其各组成部分之作用为：1、入气口，2、定子，3、转子，4、轴承，5、马达，6、马达轴，7、冷却水，8、背压口。

转子

定子

转子

定子

背面扩散

法兰

供水轴承

图（10）分子泵的工作原理示意图图（11）分子泵的构造图

（七）、冷泵(cryogenic pump)

冷泵系统由压缩机（compressor）和冷泵（cryopump）二部分组成。内部有一耐用的闭回路冷冻（refrigeration）单元，如图（12）所示。

工艺腔

冷泵

供气

图（12）冷泵的结构及配置

先利用压缩机将氦气（He）压缩，以热交换方式除去其所产生的热量。再使氦气急速膨胀，并导入到冷泵内，它吸收大量的热，使泵内调节板（baffle温度降为80K（K:绝对温度），而将水蒸气凝聚。另一冷冻面板（Cryopanel）更降为15K。当气体分子和此面板接触，即被陷住而凝聚。除氩、氦、氖外，所有气体均液化为液体，蒸气压降至10-10Torr以下。至于氩氦氖与低温表面以范德瓦尔力（Van der Wals force）吸收。

冷泵上吸附冷聚的气体，可以利用加热一带状加热器（band heater）使附著气体蒸发掉，当泵内的压力回到一大气压，再通以干燥氮气，直到原来80K调节板的挡墙温度升到常温。这个过程即称为再生（regeneration）。

工艺腔内最不容易除去的气体是氦（He），其次是氢气（H

），因为氦和

2

氢气的平衡蒸气压，即使到极低的温度仍然存在。

（八）、溅射离子泵

溅射离子泵（sputter ion pump, SIP）的作用和溅射工艺类似。利用惰性气体氩（Ar）电离为Ar+,以Ar+轰击阴极钛（Ti）（或铝合金的阴极）飞溅出钛以捕捉气体分子。

二极之间电压约为3-7500伏。磁场用来提高离子浓度。泵室壁也可以形成第三个电极，也可提高真空度。

溅射离子泵可产生极高的真空度，它的设计简单，没有移动的零件。无磨损，无震动。最适合作加速器和分析机器抽真空之用。

阀门

一、概要

1．阀门指用来改变气流方向或大小或隔断和接通管路的真空系统、气体输送系统的元件，普遍应用于半导体设备的各个方面，其作用包括：1、开关气路。2、控制气流大小，调节真空度。3、定量充气。。

二、真空阀门的分类

真空阀门种类繁多，有许多分类方法，下面仅举几种常用的分类方法。

（1）根据阀门的驱动方式，分为手动，电动，气动和液压。

（2）按阀门的职能，分为超高真空阀.高真空阀.低真空阀和放气阀；

（3）按阀门的结构形式，分为挡板阀. 翻板阀. 插板阀（即闸阀）和蝶阀；

（4）按阀门的结构材料，分为金属阀和非金属阀，非金属阀又有玻璃和塑料的两种。

三、常用阀门原理

1．开关式

开关式的阀可以依照所使用的目的而分为气动式与手动式两种。

所谓的气动式阀，就是阀本身的开关，是由气体的供输来控制的一种阀，图（2.1）为气动阀的结构及原理示意图。而手动式阀，就是可以由我们人工加以控制的，显示一种广泛应用在半导体制程设备上的一种气动阀；我们有时习惯以其制造商的名称Nupro,来称它为Nupro阀。它主要是由一组连接活塞的阀门及一个可以提供活塞上下移动的气室所组成。气室的上端有一个进气孔。当气体从气孔进入气室而将活塞往下堆挤时，原本关闭的阀门将向上开启，使流入阀内的气体可以流往阀的另一端。当进入气室内的气体被排出之后，活塞将随着弹簧的恢复动作而回到原来的位置，而将阀门关闭。这便是气动阀基本的操作原理。而这种需要有气体进入阀的气室内使阀开启的气动阀，则称为“正常关”气动阀，通常简称为NC式的气动阀。反之，假如气动阀本身在没有供气时处于“开”的状态，而气体输入后则是“关闭”的，则称为“正常开”气动阀，或简称NO式的气动阀。

气室

波纹管

阀门进气接头

出气接头

工艺气体源

干燥空气源

领气阀

NC式气动阀气动阀气室

反应室

24V D C

图（2.1）气动阀的基本结构图（2.2）领气阀与气动阀的配置气动阀因为需要气体的输出入来控制其开关的状态，所以无法单独的使用，而必须要有另一种用来控制气体是否输入气动阀里的开关，这种开关则称为“领气阀”，或是以其制造厂商的名字来称呼它，如Clipper阀，或是Humphery阀等。领气阀将接往一个气体来源，通常使用经加压的干燥空气，或简称CDA,压力约在60到110psi之间。当领气阀接受24伏特的支流电电压之后，领气阀将允许CDA流经其本身到专属的气动阀气室里面，而将气动阀的活塞往下压。假如所接的气动阀属于NC式的，此时的气动阀门将开启，使工艺气体开始流往反应器。也就是说，我们是籍著直接对领气阀的控制，来间接地控制气动阀的开或关。所以气动阀与领气阀是一体的，无法个别使用。如图（2.2）。

NC式的气动阀，是半导体设备里最被常使用的一种气动阀。它的好处是，当供给设备的电源突然中断时，所有的NC式气动阀都将处于“关闭”状态，因为丧失CDA的供给。即使在反应进行当中发生，所有的工艺气体都会全部被隔离在管件里而不会在流通，以免系统因为丧失电力及抽气的能力而发生气体外泄的现象，而危及工艺的安全。

2、闸阀