Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Для обнаружения натекания широко используют гелиевые течеиска-тели (рис. 173), принцип действия которых основан на определении высокочувствительным масс-спектрометрическим анализатором потока гелия, проникающего в камеру печи при вакуумных испытаниях, или потока гелия, вытекающего из камеры печи при избыточном давлении в ней.
Рассмотрим работу простейшей вакуумной системы (рис. 174). Примем, что в оболочке вакуумной систему нет натекания и внутри системы нет газовыделения, а температура газа постоянна.
До начала работы насоса давление во всей вакуумной системе одинаково и газ неподвижен. С началом работы насоса начинается
/ I
и
ш
ш
7
ш
W
т
а
X і і І і і i_. і... t. —і і
, Iiiii-I_________і і ї ї__і____і__|__)
W2 7 IO'4 W7 10''од,Па-м*с'’
Рис. 173. Методы течеискания и пределы чувствительности течеискателей:
I - масс-спектрометрический течеискатель; II и VII — гелиевый и галоидный щупы; III — химический метод; TV — манометры Пирани и ионизационный; Vh VI — палладиевый и галоидный течеискатели; VIII — повышение давления; IX — погружение; X - мыльная пленке; S — величина натекания
Рис. 174. Простейшая вакуумная система:
J
1 - трубопровод; 2 - вентиль;
3 — откачиваемый сосуд; 4 — манометрические преобразователи; 5 - насос
перемещение газа из сосуда по трубопроводу в насос, причем количество газа в вакуумной системе непрерывно уменьшается, а так как объем системы и температура газа остаются практически неизменными, происходит снижение давления в вакуумной системе. Давление Ph на входе в насос становится ниже, чем давление P на выходе откачиваемого сосуда. Таким образом, создается разность P - Рн, которая обусловлена сопротивлением прохождению потока газа, трубопровода, крана и других элементов. Эту разность принято называть движущей разностью давлений.
Быстротой откачки сосуда или эффективной быстротой откачки S0 называют объем газа У, поступающий в единицу времени t из сосуда в трубопровод при данном давлении P в откачиваемом сосуде: S0 = = d V/д t.
Быстротой действия вакуумного насоса Sh при впускном давлении Ph называется объем газа d Fhг поступающий в работающий насос в единицу времени при этом давлении: Sn = d VnIdt. В любом сечении трубопровода объем определяют: Si = d ViId t при давлении P1- (d F1- - объем газа, проходящего через сечение трубопровода за время d ґ).
Поскольку принято, что в вакуумной системе отсутствуют натекание и газовыделения, то количество газа, протекающего в единицу времени в любом сечении трубопровода, может быть найдено из выражения: Q, = P1J1. Это количество газа принято называть потоком газа в данном сечении трубопровода.
Так как во всех сечениях трубопровода, соединяющего откачиваемый сосуд с насосом, поток газа Qj одинаков, то
Величина, комплексно характеризующая вакуумную систему, называется проводимостью трубопровода U, м3/с: U - HW = QftP - Рн), (45), где W - сопротивление трубопровода.
Из формул (44) и (45) можно получить уравнение, связывающее быстроту откачки сосуда S0 с быстротой действия насоса s„ и проводи-
Qi ~ Он Рп$и ~ Ps0.
(44)
373
мостыо трубопровода U:s0 = sHU/(sK + U). Это - основное уравнение вакуумной техники.
Более подробно теоретические аспекты поведения газов, проблемы, связанные с получением высокого вакуума, описаны в [283]. Степень разрежения в камере необходимо контролировать. Приборы, предназначенные для этих целей, называются вакуумметрами. По принципу действия вакуумметры подразделяют на следующие виды: жидкостные, непосредственно измеряющие давление; компрессионные, действие которых основано иа законе изотермического сжатия идеального газа; деформационные, в которых деформация чувствительного элемента (сильфона, мембраны и т.п.) служит мерой давления; тепловые вакуумметры, использующие зависимость теплопроводности газа от давления; ионизационные, измерения у которых основаны иа ионизации газа (в свою очередь подразделяются иа электроразрядные и электронные).
Все вакуумметры можно еще разделить на приборы прямого и косвенного действия (рис. 175). К вакуумметрам прямого действия относятся жидкостные, компрессионные и деформационные. Отсчет давления у них не зависит от состава газа и его температуры. Эти приборы измеряют давление в интервале I • 10s-1 • IO-3 Па; относительная погрешность тем меньше, чем выше давление. Вакуумметры косвенного действия измеряют не само давление, а некий параметр, величина которого зависит от давления, и состоят, как правило, из манометрического преобразователя и измерительного блока. Величина сигнала у вакуумметров косвенного действия зависит от состава газа и его температуры. Вакуумметрами косвенного действия тепловыми и ионизационными измеряют давление от атмосферного до IO-10 Па.
При производстве полупроводникового кремния используют преимущественно деформационные вакуумметры, термопарные и ионизационные вакуумметры косвенного действия, • которые охватывают
' I
I
3