在真空科学中，真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态。人们通常把这种稀薄的气体状态称为真空状况。这种特定的真空状态与人类赖以生存的大气在状态相比较，主要有如下几个基本特点：

( 1 )真空状态下的气体压力低于一个大气压，因此，处于地球表面上的各种真空容器中，必将受到大气压力的作用，其压强差的大小由容器内外的压差值而定。由于作用在地球表面上的一个大气压约为 10135N/m2，因此当容器内压力很小时，则容器所承受的大气压力可达到一个大气压。不同压强下单位面积上的作用力不同。

( 2 )真空状态下由于气体稀薄，单位体积内的气体分子数，即气体的分子密度小于大气压力的气体分子密度。因此，分子之间、分子与其他质点(如电子、离子等)之间以及分子与各种表面(如器壁)之间相互碰撞次数相对减少，使气体的分子自由程增大。

当下半导体产业是实现中国“智”造和“自”造永远绕不开的热门话题，作为现代高科技产业的重要组成部分，其制造过程中涉及到许多高度精密的工艺和技术，其中真空系统作为半导体制造的关键环节之一，发挥着至关重要的作用。

• 如何获取真空环境

真空应用设备种类繁多，但无论何种真空应用设备都有一套排除被抽容器内气体的抽气系统，以便在真空容器内获得所需要的真空条件。在常温和常压下，环境中包含着大量不纯净的物质，在半导体制造过程中，芯片容易受到氧化和污染，严重影响芯片品质和生产效率。所以半导体的生产需要在高真空环境下进行。而我们把能够精确控制真空环境来进行半导体材料及器件的加工与处理的系统，称为半导体的“真空系统”。

最简单的真空系统只能在被抽容器内获得低真空范围内的真空度，当需要获得高真空范围内的真空度时，真空系统中串联一个高真空泵。当串联一个高真空泵之后，通常要在高真空泵的入口和出口分别加上阀门，以便高真空泵能单独保持真空。如果所串联的高真空泵是一个油扩散泵，为了防止大量的油蒸气返流进入被抽容器，通常在油扩散泵的入口加一个捕集器——水冷障板。根据要求，还可以在管路中加上除尘器、真空继电器规头、真空软连接管道、真空泵入口放气阀等等，这样就构成了一个较完善的高真空系统。

半导体生产过程中的真空系统主要由真空零部件构成，它主要包括以下部分：

真空腔体：用于容纳待加工的半导体材料或器件。

真空泵：用于创建和维持高真空环境的泵，如离心泵、扩散泵、吸附泵等。

真空阀门：用于控制气体流动和隔离不同的真空室或部件。发挥着开闭、控制流量/流向、调节压力等作用。（插板阀、挡板阀、角阀、限流阀、截止阀、维持阀等）。

真空密封件：用于连接不同的真空室和管道，并确保系统的密封性能。例如真空法兰、橡胶圈、波纹管等。

连接管道：主抽气管道、旁路管道（波纹管）、进样管道等　

压力器和真空规：用于监测和控制系统内部的真空压力。

观测窗口：用于在不破坏真空环境的情况下观察系统内部的部件和工艺过程。

为了达到极高的真空度，总气体负荷必须尽可能低。因此，在高真空超高真空条件下，系统的放气率需要尽可能的低（腔体设计时的许多准则，比如最小化内表面积，都是为了减少系统放气率）。

放气是溶解、吸附或夹杂在材料中的气体在真空环境下缓慢释放出来的过程，水、油污、密封剂、润滑剂和粘合剂是最常见的放气来源，而即使是金属和玻璃等固体，其材料表面或内部在真空下也会释放出气体。对高真空超高真空环境可能接触到的表面进行抛光、清洁或烘烤处理可以有效的减小系统放气率，从而大大缩短达到目标压力所需要的时间。 

高真空或超高真空系统需要破空时，应使用干燥的氮气或空气，并尽量减少暴露在空气中的时间；系统长期不用时，最好在真空状态保存。

• 真空度指的是什么？

真空度指的是气体的稀薄程度。通俗来讲，气体稀薄到为零，也就是一点气体都没有了，我们称之为达到了绝对真空，但是绝对真空是一种理想的真空状态，实际上真空度只能无限趋近为零。这个无限趋近为零的真空度的值就叫做绝对真空度，绝对真空的参考基准是气体的虚无状态，也就是气体稀薄程度为零的状态，因此绝对真空度是一个大于零的数。

相对真空是真空测量仪表引入的一个概念，它的参考基准是当地的大气压（一个标准大气压的绝对真空度是1.013x105Pa，当地的大气压不一定等于标准大气压值）。相对真空度 = 绝对真空度- 当地的大气压。如果仪表测得的气压大于当地的大气压，那么相对真空度是一个正值，如果仪表测得的气压小于当地的大气压，那么相对真空度是一个负值。

为了高效的获得高真空或超高真空，首先需要选择至少一台真空泵作为主泵，真空泵种类很多，选择合适的真空泵以获得最佳性能并尽量节省预算并不是一件简单的事情。  

高真空或超高真空系统常见的主泵类型：

分子泵，通过高速旋转的叶片或牵引盘来抽气。它可以在比较高的压力就开始工作，并在高真空和超高真空范围内提供稳定的抽速。它们的缺点是会产生振动，对轻质气体的抽速会降低，对机械冲击和颗粒物污染也比较敏感。

离子泵，是捕获型真空泵，因为它们没有活动部件，可靠性非常高，工作时也完全没有振动；寿命很长，并且几乎不需要维护；此外，离子泵可以耐受较大的辐射和磁场干扰，通过移除磁铁，它们可以被烘烤到 450°C，这对于有些超高真空系统是必不可少的。在实际的应用中， 对追求超高真空并且很少破空的应用，一般建议选择二极离子泵；其它应用建议选择 StarCell® 离子泵。

钛升华泵和 NEG 吸气剂泵，分别利用升华出来的新鲜钛膜和吸气材料吸附活性气体来抽气，两种泵对活性气体的抽速都很大，而对惰性气体完全没有抽速。另外，由于总抽气容量的原因，这两种泵都更适合工作在气量很少的超高真空，特别是 NEG 吸气剂泵，当其容量耗尽时需要高温激活，而在激活时，之前吸附的气体会被释放出来，这意味着系统的超高真空将会被破坏。

复合离子泵，超高真空时系统的主要气载是氢气，好多时候也会有一定的比例的惰性气体，为了达到更好的真空度，还经常会把 StarCell ®离子泵与对氢气抽速比较大的钛升华泵或者 NEG 吸气剂泵组合在一起使用，即复合离子泵。  

当主泵确认后，再根据主泵的特点和需求选择合适的前级泵，如隔膜泵、涡旋泵、涡轮分子泵组等。为了避免油蒸汽的污染，高真空超高真空系统一般会选择无油真空泵。