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真空系统的设计计算

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-08-28 0:09:25 * 浏览: 0
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理论设计和真空系统的计算。通过计算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来选择主泵的类型,确定管路并选择真空组件,其二是计算设备的抽水时间。 ①确定设备的燃气量。气体量Q有三个主要来源:一个是工作过程中释放的气体量Q1,第二是系统泄漏量Q2,第三是真空室表面上的气体量Q3。 Q1是主要的。它来自离子源。例如,如果阳极直径为150mm,则正常运行的气体流速约为8Pamiddot,L / s(约等于300mA束电流)。 。例如,LSK-3离子束蚀刻机的总气体体积为8.077 Pamiddot,L / s。 ②然后确定在本设备的真空室中维持1.5倍和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,以增加25%计算,因此实际所需的有效抽速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。一般选择油扩散泵为主泵。为了防止回油进入真空室,在扩散泵和真空室之间安装了单盲水冷挡板。检查相关信息,挡板的电导率为4.8L / smiddot,cmsup2,并配备200高真空手电两用挡板阀,扩散泵前泵选择2XZ-8直连式机械泵形成真空单元。 A.根据要求,所需的有效抽速S = 518.75L / s。考虑到加装挡板和挡板阀后泵的抽速损失(通常泵的有效抽速约为抽速的1/3),油的扩散速度为1200L / s〜1600L /临时选择s的泵执行试验计算。检查K型扩散泵的产品样品,K-200T油扩散泵是否符合要求。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,以验证K-200T扩散泵是否合适。高真空管道此部分的总电导C由高真空管道电导C1,挡板电导C2和插入式阀门电导组成(由于阀门在工作时全部打开,因此忽略了其电导)。首先确认沿管道的气流状态。真空室的工作压力为Pw = 1.5×10-2Pa,扩散泵的入口压力很低,因此可以忽略管道的出口压​​力。管道的平均压力p = frac12,Pw = 0.75次,10-2Pa,Pd = 0.75次,10 -2次,20次,10-2 = 1.5次,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创建主泵(即扩散泵)工作所需的预真空条件,并且主泵的允许z *排气压力(此处指前扩散泵z *的压力*在背压的情况下,前级泵必须能够及时排放主泵排放的z *大量气体。 A.计算后备泵的有效抽速。主泵是K-200T扩散泵。其z *最大背压为40Pa。从抽速曲线可以看出,扩散泵的最大z *排量是2.7倍,在2.7倍时是10-2Pa压力,在10--2Pa时是2倍,1200 = 32Pamiddot,L / s。在扩散泵的出口管部分,要求后备泵的有效抽速不小于0.8L / s。 B.前级管道的电导。排气口直径扩散泵的最大直径为65mm,并通过储气罐的三通真空阀连接到前级。前线直径为32mm,长度为1m。由于管道的长度,未考虑角度的影响。确定气体流动状态:扩散泵出口的临界前压为40Pa,而机械泵入口的临界前压远低于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流。由于后备泵是机械泵,因此其抽速是在大气压下测量的,但是正常使用的泵在低于大气压的条件下运行,并且抽速下降,因此必须基于抽速曲线。选择泵。 C.抽水时间的计算。总抽气时间t包括两部分:粗抽气时间t1和高真空抽气时间t2。粗抽时间t1根据公式10-12计算。高真空抽气t2由单元的总输出与有效抽气速度之比确定。通常,可以通过材料输出曲线和绘制方法进行计算。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4min时,真空度可达到4Pa,因此从泵送时间的角度来看,选择2XZ-8泵作为前级泵是合理的。另外,在该真空系统中,在扩散泵的出口和三通阀之间有一个储气罐。主要功能是缩短工作周期并存储扩散泵排出的气体。因为这台机器正在工作,所以更换样品需要将真空室放到大气中进行工作,而无需关闭扩散泵加热器。安装后,用机械泵通过三通阀对真空室进行预抽空。在此期间,气罐将用于维护扩散泵。气罐的容量应