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四方光電(武漢)儀器有限公司
初級(jí)會(huì)員 | 第7年

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半導(dǎo)體行業(yè)薄膜沉積設(shè)備腔室清潔終點(diǎn)檢測(cè)解決方案

時(shí)間:2025/5/9閱讀:93
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  1.腔室清潔終點(diǎn)精確控制的重要性與挑戰(zhàn)
 
  薄膜沉積(如CVD/ALD)、光刻和刻蝕是半導(dǎo)體制造的三大核心工藝,其中薄膜沉積作為基礎(chǔ)環(huán)節(jié),負(fù)責(zé)金屬、介質(zhì)及半導(dǎo)體薄膜的制備。為確保薄膜沉積工藝的穩(wěn)定性,需定期使用NF?對(duì)腔室進(jìn)行清潔,以去除積聚的聚合物材料。
 
  精確控制清潔終點(diǎn)至關(guān)重要:
 
  ●清潔不足:殘留沉積物會(huì)形成顆粒污染,導(dǎo)致產(chǎn)品良率下降
 
  ●過(guò)度清潔:增加NF?消耗、延長(zhǎng)設(shè)備停機(jī)時(shí)間并縮短腔室壽命。
 
  傳統(tǒng)方法依賴經(jīng)驗(yàn)時(shí)間控制清潔終點(diǎn),但最佳清潔時(shí)間受多變量影響(如沉積厚度、溫度、壓力、氣體流量及材料化學(xué)組成),且這些參數(shù)可能隨時(shí)間漂移。因此,多數(shù)工藝會(huì)延長(zhǎng)清潔時(shí)間以確保清潔,但這也造成了資源浪費(fèi)。
 
  2.腔室清潔終點(diǎn)副產(chǎn)物氣體檢測(cè)方法的基本理論
 
  腔室清潔的原理是NF?與沉積物反應(yīng)生成氣體(如SiF?)后通過(guò)泵排出。清潔過(guò)程中,SiF?分壓會(huì)經(jīng)歷以下變化:
 
  ●初始階段:SiF?分壓急劇上升;
 
  ●清潔完成:分壓回落至基線水平。
 
  Johnson等(2004)提出通過(guò)質(zhì)譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SiF?分壓來(lái)確定清潔終點(diǎn)。由于氣體排出存在滯后,終點(diǎn)定義為SiF?濃度曲線后沿漸近線與基線水平線的交點(diǎn)(圖1)。近年來(lái),紅外氣體傳感器因其實(shí)時(shí)性和可靠性,已成為主流檢測(cè)手段。
  圖1 用于確定清潔終點(diǎn)時(shí)間的SiF?濃度曲線(Johnson et al. 2004)
 
  3.腔室清潔終點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化替代需求
 
  2025年3月5日,國(guó)務(wù)院總理在《政府工作報(bào)告》中強(qiáng)調(diào)“以科技創(chuàng)新推動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控",半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)被列為國(guó)家戰(zhàn)略支柱。然而,半導(dǎo)體設(shè)備關(guān)鍵部件長(zhǎng)期依賴歐美日廠商,紅外氣體傳感器等核心零部件面臨斷供風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)產(chǎn)化替代不僅是技術(shù)自主的必然要求,更是保障產(chǎn)業(yè)鏈安全的關(guān)鍵舉措。
 
  4.解決方案
 
  四方儀器作為紅外氣體傳感器制造商,針對(duì)薄膜沉積設(shè)備清潔終點(diǎn)檢測(cè)需求,推出Gasboard-2060 SiF?紅外氣體傳感器。
  圖2 Gasboard-2060 SiF?紅外氣體傳感器
 
  4.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)
 
  ●雙光束紅外(NDIR)技術(shù):采用電調(diào)制光源和集成雙通道探測(cè)器,顯著提升抗干擾能力;
 
  ●環(huán)境適應(yīng)性:通過(guò)參考通道補(bǔ)償溫度、濕度及交叉氣體干擾,確保測(cè)量穩(wěn)定性;
 
  ●高精度:量程0~200 mTorr,準(zhǔn)確度≤±1.0% F.S.,響應(yīng)時(shí)間T90≤2秒。
  圖3 Gasboard-2060 SiF?紅外氣體傳感器光學(xué)結(jié)構(gòu)
 
  4.2 產(chǎn)品性能
 
  實(shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示,傳感器的線性準(zhǔn)確度(圖4)、響應(yīng)時(shí)間(圖4)、重復(fù)性和檢出限等均滿足CVD腔室清潔的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求。
 
  表1 Gasboard-2060 SiF?紅外氣體傳感器的技術(shù)參數(shù)

測(cè)量原理

NDIR

測(cè)量氣體

SiF?、CF4、SF6、NF3、CO2

量程范圍

0~200 mTorr

準(zhǔn)確度

≤±1.0% F.S.

重復(fù)性

≤±0.5% F.S.

檢出限(3σ)

≤±0.5% F.S.

響應(yīng)時(shí)間(T90)

≤2s

  圖4 Gasboard-2060 SiF?紅外氣體傳感器的線性檢查與響應(yīng)時(shí)間檢查
 
  4.3 應(yīng)用案例
 
  實(shí)際測(cè)試中,Gasboard-2060在重復(fù)清潔過(guò)程中表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性(圖6)??蛻舴答伷湫阅芤堰_(dá)到或超越進(jìn)口產(chǎn)品,成功實(shí)現(xiàn)清潔終點(diǎn)的精準(zhǔn)控制,助力CVD設(shè)備技術(shù)升級(jí)。
  圖5 CVD腔室結(jié)構(gòu)及紅外傳感器測(cè)量點(diǎn)
  圖6 CVD設(shè)備2次重復(fù)腔室清潔試驗(yàn)的Gasboard-2060 SiF?實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線

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