在我们日常的语境中,压力和压强常常被混为一谈,但在科学领域,这两者有着明确的区分。而在半导体工艺和设备中,压力(更准确地说是压强)的测量更是至关重要,因为它直接关联到工艺过程的精确控制和设备的性能表现。那么,为什么在这个特定的领域中,压强的单位会如此多样,且各有其独特的应用呢?
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在半导体设备中,压强单位不仅反映了不同的历史传统和科技标准,还直接关联到真空度的划分和应用。粗真空(负压)用于真空干燥和浸渍;低真空用于热处理和低压化学沉积;高真空则用于真空键合、物理气相镀膜和刻蚀等关键工艺;而超高真空则用于表面分析、MBE等特殊镀膜设备。这些真空度的划分和应用不仅体现了半导体工艺的复杂性和精确性,也反映了压强单位在半导体制造中的重要性。
帕斯卡
首先,我们不得不提的是帕斯卡(Pa),这是国际单位制中表示压强的 标准单位。它以法国数学家、物理学家布莱士·帕斯卡的名字命名,1Pa相当于每平方米面积上受到1牛顿的压力。帕斯卡单位体系还包括百帕(hPa)、千帕(kPa)和兆帕(MPa)等,便于表示不同量级的压强。在半导体设备中,尤其是国产设备,Pa常被用来表示真空度,这是因为其精确性和通用性,使得它成为衡量和校准工艺过程的重要工具。
巴
然而,在半导体制造的实际操作中,工程师们往往更习惯于使用巴(Bar)作为压强单位。1巴等于10000帕斯卡,这一单位最初是为了测量大气压而定义的,即每平方厘米面积上受到1公斤的大气压力。巴的单位体系还包括毫巴等,便于更精细地控制压强。在半导体设备中,巴常被用来表示高真空度,因为高真空环境的压强非常低,使用巴作为单位可以更加直观地反映出这种差异。此外,巴单位在工程中有着广泛的应用,使得半导体制造过程中的压强控制更加便捷和高效。
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托里拆利与托
托(Torr)是另一个在半导体工艺中常见的压强单位,它是以意大利物理学家托里拆利的名字命名的。托里拆利发明了水银气压计,这一发明奠定了压强测量的基础。1托表示将一根细管内的水银顶高一毫米所需的压力,相当于大气压力的1/760。在半导体镀膜和刻蚀设备中,托常被用来表示真空度,如5E-5Torr等。这种单位的选择与半导体工艺的特点密切相关,因为这些工艺过程需要在特定的压强范围内进行,以确保薄膜的均匀性和刻蚀的精度。
psi
在美国,psi(磅力/平方英寸)作为压强单位仍然有着广泛的应用。尽管在半导体设备中不太常见psi表示真空度,但在MEMS压力传感器和控制器中,psi却常常作为压强单位出现。这是因为美国的器件制造商习惯于使用英制单位,而psi作为英制单位的一种,自然也被广泛采用。这种单位的选择不仅反映了历史传统的影响,也体现了不同国家和地区在科技标准上的差异。
atm
最后,我们不得不提的是atm(标准大气压)。这是一个表示大气压强的单位,相当于101325帕斯卡。在半导体工艺中,atm单位并不常用,但它作为大气压强的标准单位,仍然具有一定的参考价值。例如,在模拟大气环境或进行气压敏感元件的测试时,atm单位可能会被用到。