真空是一种不存在任何物质或物质极其稀薄的空间状态，在实际应用中，一般指低于一个标准大气压（101325Pa）的气体状态，常用真空度来衡量其稀薄程度。真空在半导体设备中有以下重要应用：
1.利用真空夹持wafer/reticle
2.为反应创造真空条件
晶体生长设备
• 拉单晶：在直拉法生长单晶硅的设备中，需在真空或充入惰性气体的低氧真空环境下进行，以减少杂质气体的掺入，确保生长出的单晶硅具有高纯度和完整的晶体结构，降低晶体缺陷，为制造高性能半导体器件提供优质材料。
• 化合物半导体生长：对于如砷化镓等化合物半导体的生长设备，真空环境可精确控制生长过程中的化学计量比，避免外界杂质干扰，保证化合物半导体的晶体质量和电学性能。
EUV光刻设备
减少光线散射与吸收
• EUV光刻机使用的极紫外光波长极短，在13.5nm左右。在空气中传播时，极紫外光会被空气分子强烈散射和吸收，导致光能量衰减严重，无法有效传输到晶圆表面进行光刻。而在真空中，没有空气分子的干扰，极紫外光可以几乎无损耗地传播，保证足够的光强和能量到达晶圆，实现高质量的光刻成像。
提高光刻精度
• 光刻过程要求极高的精度，任何微小的干扰都可能影响芯片图案的准确性。在真空环境下，不存在空气流动、温度和压力变化等因素引起的光线折射和抖动，能确保极紫外光以稳定、精确的路径传播，使光刻系统能够将极紫外光准确聚焦在晶圆上，实现更小的光刻尺寸和更高的分辨率，有助于制造更小的晶体管和更复杂的集成电路结构。
防止光学元件污染
• EUV光刻机中的光学元件如反射镜等，对表面清洁度要求极高。空气中的灰尘、水汽和其他杂质颗粒容易吸附在光学元件表面，会改变光学元件的反射和折射特性，降低光学系统的性能，影响光刻质量。真空环境能有效避免光学元件受到污染，保持其光学性能的稳定性和可靠性，确保光刻机长期稳定运行。
避免光化学反应
• 极紫外光能量高，在有空气存在的情况下，可能会与空气中的氧气、水汽等发生光化学反应，产生臭氧等物质，这些反应不仅会消耗极紫外光能量，还可能在晶圆表面或光学元件上形成污染物，影响光刻效果。真空环境能杜绝此类光化学反应的发生，保证光刻过程的纯净性和稳定性。
蚀刻设备
• 等离子体蚀刻：在等离子体蚀刻设备中，真空环境是产生和维持稳定等离子体的必要条件。通过在真空腔室内通入特定气体并施加射频电场等，使气体电离形成等离子体，其中的离子和自由基在电场作用下加速撞击晶圆表面，实现精确的材料蚀刻，控制蚀刻的深度、形状和精度。
• 干法蚀刻：如反应离子蚀刻（RIE）等干法蚀刻工艺也需要在真空环境下进行，以确保蚀刻气体与晶圆表面的化学反应能够在可控的条件下进行，提高蚀刻的选择性和均匀性。
薄膜沉积设备
• 物理气相沉积（PVD）：包括溅射镀膜和蒸发镀膜等工艺。在真空环境下，蒸发源或溅射靶材中的原子或分子能够在无气体碰撞干扰的情况下，直线传输到晶圆表面并沉积形成薄膜，可精确控制薄膜的厚度、成分和结构，获得高质量的金属薄膜、半导体薄膜等。
• 化学气相沉积（CVD）：在真空条件下，通入反应气体，使其在高温、等离子体等作用下发生化学反应，在晶圆表面沉积形成各种功能薄膜，如二氧化硅、氮化硅等绝缘薄膜。真空环境可防止杂质气体对薄膜生长的干扰，保证薄膜的纯度和性能。
电子束加工设备
• 电子束光刻：利用电子束在真空中具有良好的直线传播特性和高能量密度，可对半导体材料进行高精度的光刻加工，用于制造超精细的集成电路图案和纳米结构。
• 电子束蒸发：在真空环境下，电子束聚焦在蒸发材料上，使其快速蒸发并沉积在晶圆表面，可实现高纯度、高精度的薄膜沉积，常用于制备高性能的金属电极、多层膜等结构。
1. 机械泵
• 旋片式真空泵：泵腔内置偏心转子，转子槽内装旋片，依靠离心力使旋片紧贴泵腔壁。工作时，转子带动旋片旋转，泵腔空间周期性改变。吸气阶段，空间增大，压强降低，气体流入；压缩阶段，空间减小，气体被压缩；当气体压强超过大气压，推开排气阀排出。常用于获取低真空，作为前级抽气设备。
• 往复式真空泵：原理类似活塞发动机，电机驱动活塞在气缸内做往复运动。吸气冲程中，活塞后移，气缸容积增大，压强降低，气体吸入；压缩冲程时，活塞前移，气体被压缩，当压强高于大气压，气体经排气阀排出。适用于抽气量较大但真空度要求不太高的场景。
2. 扩散泵：属于次级泵，需与前级泵配合使用。以硅油等高沸点液体作为工作流体，加热使液体汽化，产生的蒸汽沿导管高速喷出。由于蒸汽流速度远高于气体分子的热运动速度，能裹挟气体分子一起运动至泵壁。
蒸汽遇冷后液化回流，而气体分子则被压缩至下方，由前级泵抽走，从而获得高真空环境。
3. 分子泵
• 涡轮分子泵：由高速旋转的动叶轮和静止的定叶轮组成。
动叶轮高速转动，气体分子与叶片发生碰撞，获得沿轴向运动的动量，经过多级叶轮的作用，气体从进气口被传输至排气口，再由前级泵抽走。
其转速可达每分钟数万转，能够快速抽气，实现高真空，应用较为广泛。
• 牵引分子泵：依靠高速旋转的转子表面与气体分子之间的摩擦力来抽气。
转子表面经过特殊设计，气体分子因摩擦作用被带动，朝着排气口的方向运动并排出，适用于特定气体及有高真空需求的情况。
4. 离子泵：基于气体电离与吸附原理工作。内部设有阴极、阳极和磁场。
气体分子进入泵腔后，受到电子的轰击而电离成离子和电子，离子在电场和磁场的共同作用下加速撞击阴极，一部分被阴极吸附，另一部分嵌入阴极材料中，从而实现抽气过程。
离子泵内部无运动部件，能够获得超高真空，常用于对真空度要求极高的半导体制造场景。
5. 低温泵：利用低温表面来冷凝气体。借助制冷机将泵内表面的温度降至极低（如液氦温度4.2K），气体分子接触到低温表面后，会凝结或冻结在表面上，从而实现抽气。低温泵可以高效抽除氦气等难抽气体，获得超高真空，常用于半导体制造的关键工艺环节。
6. 利用压缩空气（CDA）产生真空（文丘里原理）：CDA即洁净干燥空气，以一定压力进入文丘里管。文丘里管由收缩段、喉管和扩散段组成。空气在收缩段加速，至喉管处流速达最大，压力最低。依据伯努利原理，流体流速增加时，静压能降低，动能增加。此时，喉管处压力低于外界大气压，形成压差。与喉管相连的被抽气空间气体，在压差作用下被吸入文丘里管，与高速气流混合后，经扩散段减速增压，排出至大气。此方式结构简单、成本低、无活动部件、免维护，适用于对真空度要求不高的半导体设备辅助真空场景，如芯片封装中部分零部件的抓取移送。
