真空系统的设计与计算

vacuum真空是离子束刻蚀的必要条件，其性能直接影响整个机器的性能。一个好的真空系统取决于合理的真空系统理论设计和计算。计算主要解决了两个基本问题：一是根据设备产生的气体量，极限真空度，工作压力和抽气时间选择主泵类型，确定管路并选择真空成分，其次是计算设备的抽水时间。 ①确定设备的气体量。气体量Q主要来自三个来源：一个是工作过程中释放的气体量Q1，第二是系统的泄漏量Q2，第三是真空室的表面气体量Q3。其中，Q1是主要来源。它来自离子源。例如，如果阳极直径为150mm，而离子源的束密度为z *大，则正常气体流量约为8Pamiddot，L / s（约等于300mA束）。 。例如LSK-3离子束蚀刻机，计算出的总气体量为8.077Pamiddot，L / s。 ②然后确定在本设备的真空室中维持1.5倍，10-2Pa工作压力（Pw）所需的有效抽速。但是，为了可靠性，通常适当地增加S。根据具体情况，增加量计算为25％，因此有效要求的有效抽速S为518.75L / s。 ③根据所需的工作压力和使用要求选择主泵的型号。通常，选择油扩散泵作为主泵。为了防止油回流到真空室中，在扩散泵和真空室之间安装了一个百叶窗水冷却挡板。检查相关信息，挡板的电导率为4.8L / smiddot，cmsup2，并配备了200个高真空手电筒两用插入式阀。扩散泵前级泵选择2XZ-8直联式机械泵组成真空单元。 。 A.根据要求，所需的有效抽速S = 518.75L / s。考虑到加装挡板和旋塞阀后泵的抽速损失（一般泵的有效抽速约为抽速的1/3），油的扩散速度为1200L / s〜1600L /暂时选择s作为泵进行试验计算。检查相关的K型扩散泵产品样本。 K-200T油扩散泵可以满足要求。泵的入口直径为200mm，排气口直径为65mm。 B.计算扩散泵和真空室排气管的电导率，并验证K-200T扩散泵是否合适。总高真空管的总电导C由高真空管的电导率组成C1，挡板电导C2和平板阀电导（由于阀门在运行过程中完全打开，其电导被忽略）串联连接。首先确认气体沿管道的流动状态。真空室的工作压力Pw = 1.5倍，10-2Pa，扩散泵的入口压力很低，因此管道的出口压​​力可以忽略，管道的平均压力p = frac12，Pw = 0.75倍，10- 2Pa，Pd ＝ 0.75倍，10 -2倍，20倍，10-2 ＝ 1.5倍，10-3（帕米多，m）lt，0.02（帕米多，m），可以看作分子流。 ④用泵计算。选择前级泵的原理是要求前级泵使主泵（即扩散泵）所需的预真空条件起作用，并且主泵允许的z *大排气压力（在此，扩散泵的z *大前端）。在高耐压和反向压力的情况下，前级泵必须能够及时排出主泵排出的大量z *气体。 A.前级泵的有效抽速计算。主泵是K-200T型扩散泵，Z *大背压为40Pa。从抽速曲线可以知道，在2.7倍的压力下，10-2Pa，扩散泵的z *大排量是2.7倍，10-2倍，1200 = 32Pamiddot，L / s。在扩散泵出口管段，前级泵的有效抽速不小于0.8L / s。 B．前导的电导。扩散泵排出口的直径为65mm，通过储气罐的三通真空阀与前级管道相连。前级管道的直径为32mm，长度为1m。由于管线的长度，暂时不考虑弯曲角度的影响。确定气流状态：扩散泵出口处的前级临界压力为40Pa，而机械泵入口处的前级压力远低于40Pa，在计算管道中的平均压力时可以忽略不计。因此，管道的平均压力为20Pa。此时，管道的气流状态为粘性。由于前级泵是机械泵，其抽速是在大气压下测量的，但是通常使用的泵是在大气压下运行的，并且泵的抽速降低了，因此必须基于抽速曲线。选择泵。 C.抽水时间的计算。总抽空时间t包括两部分：粗抽空时间t1和高真空抽空时间t2。根据公式10-12计算up锻提取时间t1。高真空抽气t2由总气体输出量与设备的有效抽气速度之比确定。通常，它可以通过原料气体输出速率曲线和绘制方法来计算。通常，粗抽时间不超过10分钟-30分钟，计算时间为3.27分钟。实际上，当机械泵开启4分钟时，真空度可以达到4Pa。因此，从抽水时间的角度来看，选择2XZ-8泵作为前级泵是合理的。另外，在该真空系统中，在扩散泵的出口与三通阀之间设置有储气罐。主要作用是缩短工作周期并存储从扩散泵排出的气体。由于机器处于工作过程中，因此更换样品需要将真空室放入大气中进行工作，而无需关闭扩散泵加热器。安装好工作后，使用机械泵通过三通阀对真空室进行预排空。在此期间，将使用储气罐维护扩散泵。气罐容积应为