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| 真空机组抽气的三个阶段 |
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| 没有一个真空系统是不漏气，不放气的，即使真的不漏气，放气总是存在的，实际上（3）式反映的是泵在抽除真空室内空间气体的过程中压力的变化规律。当压力较高时，系统的漏气量和放气量相对空间的气体量较小时，其影响可以忽略，可以认为近似满足不漏气和不放气的条件，也就是（3）的规律能近似成立。当压力较低时，系统的漏气量和放气量不可忽略甚至成为主要的气体负载时，（3）的规律就要发生偏离，表现在压力下降变为缓慢，一般发生这一转变的压力在0.5Pa左右，因此一个真空系统典型的抽气过程先是压力下降很快，到某一压力开始变慢。由于一个合格的真空系统对其漏率有严格的要求，所以放气是影响系统压力降低的主要因素，而放气是一个缓慢的过程，即使采用烘烤等强化措施，要达到某一预定的压力，往往要经过很长的时间。 任何真空系统都希望尽量缩短抽气的时间，这关系到提高效率和降低能耗，但并不是所有的真空应用都具有缩短抽气时间的条件。可以把不同的真空应用分为两大类：一类是不改虑系统内的放气量，而只有真空度的要求；另一类是要求真空室内充分的放气，即放气率要降到某一临界值。这两类不同的应用对泵配置的要求是不一样的。对于前一类应用，如真空度要求在0.5pa以上，只要时间常数足够的小，便可昼量缩短抽气的时间。但如真空度要求在0.5Pa以下，就必须改虑放气对压力变化的影响。放气量随时间的变化缓慢。特别是在无烘烤的情况下。要在预定较短的时间内达到较高的真空度，就必须以较大的抽速抽除较大的放气量。也就是说如放气量为Q，泵的有效抽速为S0，则可达到平衡压力P=Q/S0。如平衡压力确定，则达到的时间越短，要求泵的有效抽速就越大。蒸发镀膜就是典型的这类的应用，由于蒸镀的速度快，时间短，所以不考虑放气量的影响（即活性气体的影响）。但蒸发粒子的能量低，要求绝大部分粒子无碰撞地沉积到工件上，以保证结合力及减少散射，这就要求真空室内的平均自由程不小于蒸发源到工件的距离，与此相应的压力约在1×10-2Pa，这便是蒸发镀膜对真空度的要求。 如何在尽量短的时间内达到这一压力，就对泵的有效抽速提出了要求，原则是时间越短，由于放气量越大，有效抽速就要求越大。所以蒸发镀膜一般配置抽速强大的油扩散泵机组，功率有数十千瓦，几分钟至十几分钟内便可达到工作真空度，但该系统对工件造成的油蒸汽污染是难以避免的，特别是塑料金属化膜层易发黄。目前涡轮分子泵抽速满足不了大型蒸发镀的需要。而大抽速的低温泵又是工业化规模镀膜所承受不了的。根据被抽空间气体负载的特性，利用分子增压泵抽除永久性气体，结合低温冷凝水捕集泵抽除水蒸汽，有望实现大抽速获得清洁真空的全新抽气工艺。真空室内压力在0.5Pa以上时，主要气体成份是永久性气体，而0.5Pa以下的主要气体成份是水蒸汽（90%）。由于分子增压泵具有超强的中真空抽气能力，从100Pa到0.5Pa抽气时间极短，而在0.1Pa以后启用低温冷凝水捕集泵，可在较短时间内使室内压力降低1个数量级，达到1×10-2Pa。对于3-5m3的大型蒸发镀膜设备，配置3-4台1000升/秒的分子增压泵和一台功率5kw的低温冷凝水捕集泵便能实现上述的抽气工艺，这无疑具有开创性。对于后一类应用，由于放气量变化依赖于温度和时间，而与气相空间的压力关系不大，只要压力低于现存吸附量所对应的平衡压力即可，一般在抽气过程中均满足此条件。因此，用强劲的抽速即使在很短的时间内把空间压力降至很低，依然不能明显减少真空室内的放气量，而必须配置合适的抽速，在合理的烘烤温度下，在合理的时间内使放气量达到工艺要求的水准，这一般要历经数十分钟的时间。这类应用较为典型的有钛金行业的溅射镀膜和离子镀膜,稀土永磁材料熔炼等。其中，过量的活性气体会影响膜层的品质和材料的质量，因此工艺中均有一段较长时间的精抽过程。 对于镀膜室为1m3左右的溅射或离子镀膜设备，一般配置4000升/秒抽速的真空机组，为了促使真空室和工件更快地放气，往往烘烤到300℃的温度。值得强调的是，在钛金镀膜中，泵的抽速大小，泵的特性、抽气工艺及所需的沉积压力之间表现出的辩正关系。在一个镀膜周期中，真空机组的抽气可以分为三个阶段，即精抽阶段，辉光轰击和溅射沉积阶段。精抽的目的是为了减少真空室内的放气量,其结果主要决定于烘烤温度和抽气时间,与空间压力关系不大,特别是压力在同数量级内。因此，主泵的抽速在适当的差异内，精抽的效果是一样的，真空室内的放气率都可降低到相同的水平，尽管所对应的极限真空不同。具体地讲1000升/秒分子增压泵和1500升/秒的涡轮分子泵在这一阶段抽气的效果是相同的。辉光轰击阶段，由于此时放电压力在2Pa左右，一般来讲主泵的抽气能力受到影响，传统地均采用节流的方法以牺牲抽速来换取泵的稳定工作，扩散泵和涡轮分子泵都是如此，尤其是扩散泵抽速损失更大，相应地放电的氩气流量也明显减少。然而这一阶段只有大的有效抽速，大的氩气流量才能获得更好的轰击清洗的效果。在这一点上分子增压泵是有明显的优势。在最后的溅射沉积阶段典型的工作压力为0.5Pa，扩散泵和涡轮分子泵仍需节流，且不说在该种情况下，沉积的压力难于稳定，减小的抽气速率势必要让精抽过程中所达到的活性气体（放气）的分压明显地回升。在放气量一定的情况下，活性气体的分压高低决定了对沉积膜层质量的影响。能以满抽速稳定抽气的分子增压泵，在此又一次显示了它的优越性。
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