真空技术是支撑各行业的基础技术之一，其应用范围非常广泛，从食品工业到航天工业均受益于此，半导体产业也是如此。真空技术是实用学科，需在实践中掌握。尽管其理论体系复杂，本书仍力求在保留理论框架的同时简化表述，并尽量避免公式堆砌，以逻辑化、体系化的方式解读半导体真空技术。虽因篇幅限制有所取舍，但希望能助力更多工程师学以致用。本书旨在搭建一座学习的桥梁，通过“理论-案例-实践”的完整链条降低学习门槛，并填补半导体专用真空技术领域相关图书的空白。

本书面向半导体生产线的设备工程师和工艺工程师，以及高等院校半导体与集成电路相关专业的高年级本科生和研究生，同时也适合资深从业者重温真空技术，对半导体设备供应商及其他产业链相关企业也有参考价值。

前言
第1章半导体制造设备和真空技术
1.1真空技术的战略地位2
1.2真空设备的系统3
1.2.1半导体真空设备的基本构造3
1.2.2工艺腔室的周边辅助设备6
1.3真空技术对半导体制造的重要性7
1.4半导体中的真空应用实例9
1.4.1刻蚀9
1.4.2CVD10
1.4.3PVD11
1.4.4热处理工艺设备12
1.4.5离子注入工艺13
第2章真空的理论和计算
2.1从托里拆利的实验开始16
2.2真空的单位——帕（Pa）、托（Torr）、毫巴（mbar）16
2.3真空理论的初步研究17
2.3.1真空度的概念17
2.3.2平均自由程19
2.3.3黏性流、中间流、分子流20
2.3.4PD值22
2.3.5气体流动与设备设计23
2.3.6湍流24
2.4真空计算——P（压力）、S（导通率）、Q（流量）26
2.4.1真空计算的基础26
2.4.2压力P26
2.4.3导通率S26
2.4.4流量Q27
2.5真空计算实例28
2.5.1腔室压力的计算28
2.5.2有效导通率29
2.5.3导通率与阻力30
2.5.4排气能力31
2.5.5腔室容积33
2.5.6泄漏量34
2.5.7总导通率34
第3章真空泵及其使用方法
3.1什么是真空泵37
3.2各种泵的原理和结构38
3.2.1油旋转泵38
3.2.2机械增压泵40
3.2.3湿式泵与干式泵43
3.2.4涡轮分子泵45
3.3低温泵48
3.3.1低温泵的结构及工作原理49
3.3.2低温泵的使用方法52
3.3.3补充内容54
3.4扩散泵56
3.5真空计算实例57
3.6背压泵59
第4章真空计及其使用方法
4.1关于真空计61
4.2各种真空计的原理和结构62
4.2.1U形管真空计62
4.2.2气体减压阀63
4.3热传导真空计64
4.3.1热电偶真空计64
4.3.2皮拉尼真空计65
4.4电容式真空计67
4.5复合真空计67
4.6离子真空计68
4.7彭宁真空计70
4.8真空计的使用注意事项71
第5章气体系统真空部件及其使用方法
5.1真空密封和O形密封圈74
5.2特氟隆胶带和法兰配管76
5.2.1特氟隆胶带76
5.2.2法兰配管76
5.3运动、传动部件79
5.3.1差动密封79
5.3.2波纹管80
5.3.3磁性密封件81
5.4阀门与压力调节设备82
5.4.1阀门82
5.4.2前级管道阀82
5.4.3气动操作阀83
5.4.4针形阀与止回阀84
5.5质量流量控制器84
5.5.1质量流量控制器的工作原理84
5.5.2转换因子的定义与计算86
5.5.3高分子气体的处理90
5.6配管接头类91
5.6.1Swagelok接头91
5.6.2VCR接头91
5.6.3VCO接头92
5.7过滤器93
5.8贯通接头94
第6章寻找泄漏源头
6.1泄漏检测97
6.2氦气泄漏检测仪的原理与使用方法99
6.2.1氦气泄漏检测仪99
6.2.2泄漏检测的技巧101
6.3其他泄漏检查方法102
第7章真空设备使用时的注意事项
第8章热处理设备和工艺
8.1热氧化膜生长108
8.1.1氧化膜的生长108
8.1.2热氧化膜的特征109
8.2退火与杂质激活110
8.2.1事例说明110
8.2.2主要目的111
8.2.3金属污染112
8.3低温化的问题113
第9章等离子体设备与工艺
9.1等离子体放电116
9.1.1放电现象的利用116
9.1.2辉光放电118
9.2等离子体装置的分类119
9.3ECR121
9.4鞘层123
第10章PVD设备与工艺
10.1PVD设备的工作原理127
10.2簇集工具128
10.3PVD工艺129
10.4PVD薄膜的构造131
10.5薄膜的评价132
10.5.1阶梯覆盖性132
10.5.2高温铝技术136
10.5.3配线的可靠性136
第11章CVD设备与工艺
11.1CVD概述139
11.2PECVD140
11.3薄膜的评价141
11.4HDP CVD143
第12章刻蚀设备与工艺
12.1刻蚀设备的作用146
12.2刻蚀气体148
12.3刻蚀作用的种类151
12.4形貌控制152
12.5问题点154
第13章离子注入设备与工艺
13.1离子注入设备的作用158
13.2离子的选择159
13.3离子的注入160
13.4热工程163
13.5离子注入设备的种类165
13.6问题点166
第14章工艺管理和检查测量设备
14.1粒子原位监控器169
14.2RGA 170

真空技术是半导体行业中一项重要的基础技术，其应用范围非常广泛。近年来，作者在为半导体领域的技术人员提供许多技术培训和咨询服务的过程中，发现专门讲述半导体行业中真空技术的图书非常少，现有书籍中关于真空技术的介绍，要么内容过于笼统，要么过于理论化，导致很多工程师难以学习和应用。

作者在对工程师进行培训的过程中注意到，在掌握一定的知识和逻辑思维后，他们的能力会迅速提升。尤其是在半导体行业，技术涉及电气、电子、物理和化学等多个领域，工程师要成为独当一面的专业人士往往需要多年积累。然而，由于日常工作繁忙，很多工程师只能依靠“边干边学”的方式，缺乏系统的知识体系，导致工作中遇到问题时常常陷入反复试错的困境。虽然经验非常重要，但仅靠经验也有局限性，尤其是面对新问题时，缺乏理论支持的经验可能带来风险。因此，系统学习真空技术对于从事芯片制造方面工作的工程师的成长至关重要。芯片制造需要高度洁净的环境，而真空技术能有效避免颗粒污染。在光刻、刻蚀、薄膜沉积等关键工艺中，真空系统是不可或缺的核心设备。真空泄漏会导致工艺失败或设备损坏，真空泵性能下降会影响生产效率。真空腔内的颗粒残留可能导致成品率下降。所以，工程师如果能理解真空系统的基本原理，就能快速定位故障来源，进而提高故障排查效率。

真空技术是一门实践性很强的学科，虽然需要理论支持，但现有的理论书籍往往晦涩难懂，无法直接应用于实际工作。本书力求在保留理论框架的基础上，用通俗易懂的方式讲解真空技术，包括术语的来源、计算过程等内容，帮助读者逐步理解。在本书的后半部分重点介绍了真空技术在半导体制造中的具体应用。例如，设备工程师通常只关注设备本身，而工艺工程师则只关注工艺，两者之间常常缺乏沟通，导致问题无法快速解决。本书旨在弥补这一“灰色地带”，帮助工程师全面了解设备与工艺的关系。

本书尽量避免复杂的数学公式，用简明的语言讲解核心概念，既有基础理论，又有实际案例分析——既能帮助设备工程师了解工艺，也能帮助工艺工程师了解设备。工程师通过学习本书，能够更高效地解决生产中的问题，减少试错时间；企业则可通过培养具备综合能力的工程师，提高生产效率和产品质量。

本书的内容从真空技术的重要性、系统学习的意义，到本书的目标与特点，全面阐述了半导体行业中真空技术的核心地位。本书不仅是一份技术指南，更是帮助工程师成长、推动产业发展的有力工具。通过本书的学习，工程师可以更好地将理论知识转化为实践能力，从而为企业创造更大的价值。

由于作者水平有限，并且半导体行业的发展日新月异，书中难免存在很多不足之处，恳请读者朋友们批评指正，愿大家都能在阅读本书的过程中有所收获。


作者

2025年9月