在半導體產業為主要應用對象的干式泵會因許多工藝過程的抽氣而出現一些顆粒物, 以前用PFPE油的油封式機械泵, 有油封作用, 因此成了顆粒物的捕集器, 混在油里的顆粒物過濾除掉, 造成維護工作量加大, 運行成本也提高了。

        在半導體工業中使用的氣體和反應生成物都要通過泵中, 這些物質與空氣和濕氣混合,能形成氧化物, 有些能自燃引起爆炸,因此在半導體工藝中使用的真空泵要經過這些惡劣環境的考驗。一般來說, 在真空泵中出現顆粒物有三種情況。

① 有時泵內壓力增高,而引起氣固變態過程的發生;

② 在泵內氣體成分的反應生成物。

③ 抽氣過程混入的顆粒物。

         防止顆粒物在泵中形成是最好的措施: 一般物質的升華是壓力和溫度的函數,各種物質都不相同,若簡單調整泵的溫度也可避免氣固變態過程的發生。例如在Al刻蝕過程中,反應生成物AlCl3,由蒸汽壓表明, 在溫度> 80℃時AlCl3就揮發了, 如果能控制泵溫,AlCl3的沉積就可以避免。由此可見不是泵溫越低越好。單位時間形成顆粒物的數量用反應率來表示

式中　r ——反應率 T ——熱力學溫度

　       K0——常數 Ci——成分i的濃度

　       E ——激活能ni ——Ci的指數

　       R ——氣體常數

        從公式得知, 減少濃度是降低生成顆粒物的有效的辦法。而且充入惰性氣體也是最容易實現的。改變公式中的E和T是有局限性的。這種反應在高壓下容易發生, 因此在泵的壓縮開始之前就通入惰性氣體才行。

        這種方法也可以防止CVD過程中出現爆炸的危險, 引入惰性氣體N2,使其濃度降低到低于著火極限,在這種條件下,反應率很低不會有爆炸發生。直到現在, 還不能完全阻止顆粒物在泵腔內生成。為了保證顆粒物處于懸浮狀態, 防止沉積, 氣體的流動速度必須大于顆粒的臨界速度(即最大的降落速度)。

         顆粒的臨界速度和壓力之間的關系, 如圖17所示,顆粒尺寸對其臨界速度的影響很大,要保證小的臨界速度Vt,顆粒也要很小,才能很好的被抽走。

圖17　顆粒物的臨界速變與壓力的關系

        泵內的壓縮過程氣流的速度Vgas可由下式計算

式中　Qpv——為氣流量

　         P——壓力

　         A ——流道的斷面積

        若壓力P增加會引起氣流速度下降。隨著壓力增加, 氣流速度達到或大于臨界速度,使顆粒物處于懸浮狀態。顆粒物的形成也多半在壓力增高時發生。如向泵內及早充入氣體, 以使顆粒尺寸還小, 有盡可能小的臨界速度, 充入的氣體量要大,使氣流速度大于臨界速度,保證了顆粒物實現氣力輸送,這樣一來每級卻都要充入氣體, 充入的氣體量與壓力成正比,以保證有足夠的氣流速度。

       充入氣體量對泵的性能是有影響的, 要滿足性能要求才行。

        如泵在極限壓力下運行, 即

式中　S th ——泵的幾何抽速

         　Pc——極限壓力

　         qpv ——內部的返流量

       若想得到一定的極限壓力Pc, 就必須減少泵內部高壓側向低壓側的返流量, 為了抽除顆粒物, 充入氣體增加了內部返流量, 因此要將充入的氣體量, 達到對極限壓力影響最小的程度為好。