《真空泵与阀门》word版.doc

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：分类极限真空应用真 空 泵气 体 移 动 式位 移 式卷泵（Scroll pump）7.5×10-3TorrCD-SEM油回转泵（Oil sealed rotary pump）<7.5×10-5TorrII/SP罗茨泵（roots blower, roots pump）<5×10-5TorrII/SP/Dry/CVD水环泵 (water ring pump)<5×10-3Torr－活塞泵 (piston pump)<5×10-3Torr－隔膜泵 (diaphragn pump)<5×10-3TorrII/Anneal动 力 式扩散泵 (diffusion pump)<1×10-8TorrII喷射泵 (ejection pump)－－分子泵 (turbo molecular pump)<5×10-9TorrII/SP/Dry/分子拖曳泵 (molecular drag pump)－－气 体 凝 聚 式吸气泵 (sorption pump)－－冷冻陷阱 (cold trap)－－冷凝泵 (cryo pump)<5×10-9TorrII/SP/Dry/溅射离子泵 (spuutter ion pump,SIP)<5×10-10TorrCD－SEM钛升华泵 (titanium sublimation pump)－－非蒸发吸气泵 (non evaporable getter)－－二、各类真空泵的特性表2.各类真空泵的特性：真空泵类型是否需要支援泵是否有油形成问题的气体或蒸气备注入口出口干式转动泵否否是可压缩的粗抽泵油密封转动泵否是是需要气镇通常用做粗抽/支援罗茨泵 是否是压缩比低有油污染，除非先除油扩散泵是是是对H2和He低压缩比油污染最严重分子泵是否是高真空泵分子拖曳泵是否是吸收泵否否无出口可燃气体有爆炸的危险做干式粗抽冷泵否否否对H2、He容量低溅射离子泵否否无出口对惰性气体不佳（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 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1、前置真空接口 2、电源连接 3、进气口 4、挡板 5、二级冷头 6、防辐射层 7、低温板 8、泄放阀 9、一级冷头 10、真空计图（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（H2），因为氦和氢气的平衡蒸气压，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 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、闸阀闸阀是另一种广泛应用在真空系统里的气动阀，因为它的构造就像是一个将水流加以绝的闸门一样，所以称之它的操作原理与前面所提到Nupro阀完全一样只不过闸阀通常以NC式来设计Nupro阀主要是用在气体的传输上与Nupro阀相接的管件，其管径大小主要有3/8”及1/4”两种；而闸阀因与真空系统相接，为了增加传道度，其管径则比较大通常使用40CM. 50CM,甚至大到12”的管件，所以它的体积也就比Nupro阀大的多了3、手动阀手动阀的价格与功能均较气动阀来得便宜且简单，所以半导体设备里不需要自动控制的阀，均使用手动阀来做流体流动的控制如图（2.3）标示了手动阀的结构. 图（2.3）手动阀的结构图 （2.4）可调节阀的结构4．可调整式可调整式阀的作用主要是用来调节管件里的流体流量，譬如说，设备里需要4种不同流量的 氮气供应来源，利用几个可调整式阀，我们便可以将原来供给机器的一种流量加以改变，以满足我们的需要。

手动式的可调整式阀的阀门开启的程度可以由标示有刻度的转动把柄来调节，所以流经可调整式阀的流体流量便可以被控制假如有需要，我们可以在可调整式阀的后面加装一个流量计，这么一来，流体流量的控制与调整便会更加的精确其结构参见图（2.4）5、节流阀节流阀是现在普遍使用在真空系统里的一种可调整式闸，它的构造与前面所介绍的阀不太相同，它的阀门不是采用上下运动的方式来设计的，而是像旋转门一般，有如蝴蝶翅膀的振动来调节阀门的位置，所以又称为“蝴蝶阀”节流阀主要是由一个旋转式阀门及一个用来调整阀门位置的伺服马达所构成因此只要输入适当的电流，伺服马达便会自动调节阀门的位置来改变节流阀的传导度，以控制真空系统的整体有效抽气速率其结构参见图（2.5） 图（2.5）节流阀的结构 图（2.6）整流阀与泄漏阀6．整流阀，泄漏阀：还有其他较为特殊但用途也广在半导体制程设备最常见的两种阀，一个是“整流阀（check）,另一种为“泄漏阀（pressure relief valve）”(1) 为一整流阀的横切面图，它的功能就像电路里的整流器（rectificer）,主要防止流体在管件里的流动产生回流的现象，特别是一些主要的工艺气体如SiH4,PH3,CF4及O2等，以免造成气体间的相互污染（Cross Contamination）。

通常我们使用开启压力（Crack Pressure）为1/3 psi 的整流阀来整流其结构参见图（2.6）（a）2）泄漏阀的结构与整流阀相似，主要是用来调整管内的流体的压力，当管内的压力超过舒压阀所设计的临界点（Critical Value）时，管内的气体将压缩舒压阀内的弹簧使泄漏阀开启，而多余的气体通过泄漏阀排出，当压力恢复到临界压力以下以后，泄漏阀将因管内的压力不足以支撑弹簧的压缩而关闭使管内的气体输送恢复平常的状态，且不必担心管内的气体压力太大所可能造成。