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四方光電（武漢）儀器有限公司 2025-05-09 點(diǎn)擊898次
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：
l 清潔不足：殘留沉積物會形成顆粒污染，導(dǎo)致產(chǎn)品良率下降
l 過度清潔：增加NF?消耗、延長設(shè)備停機(jī)時間并縮短腔室壽命。
傳統(tǒng)方法依賴經(jīng)驗(yàn)時間控制清潔終點(diǎn)，但最佳清潔時間受多變量影響（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)可能隨時間漂移。因此，多數(shù)工藝會延長清潔時間以確保清潔，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?）后通過泵排出。清潔過程中，SiF?分壓會經(jīng)歷以下變化：
l 初始階段：SiF?分壓急劇上升；
l 清潔完成：分壓回落至基線水平。
Johnson等（2004）提出通過質(zhì)譜儀實(shí)時監(jiān)測SiF?分壓來確定清潔終點(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，紅外氣體傳感器因其實(shí)時性和可靠性，已成為主流檢測手段。
圖1 用于確定清潔終點(diǎn)時間的SiF?濃度曲線（Johnson et al. 2004）
3. 腔室清潔終點(diǎn)檢測設(shè)備的國產(chǎn)化替代需求
2025年3月5日，國務(wù)院總理在《政府工作報(bào)告》中強(qiáng)調(diào)“以科技創(chuàng)新推動關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控"，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)被列為國家戰(zhàn)略支柱。然而，半導(dǎo)體設(shè)備關(guān)鍵部件長期依賴歐美日廠商，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，針對薄膜沉積設(shè)備清潔終點(diǎn)檢測需求，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
l 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器，顯著提升抗干擾能力；
l 環(huán)境適應(yīng)性：通過參考通道補(bǔ)償溫度、濕度及交叉氣體干擾，確保測量穩(wěn)定性；
l 高精度：量程0~200 mTorr，準(zhǔn)確度≤±1.0% F.S.，響應(yīng)時間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)室測試顯示，傳感器的線性準(zhǔn)確度（圖4）、響應(yīng)時間（圖4）、重復(fù)性和檢出限等均滿足CVD腔室清潔的實(shí)時監(jiān)測需求。
表1 Gasboard-2060 SiF?紅外氣體傳感器的技術(shù)參數(shù)
測量原理 | NDIR |
測量氣體 | 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)時間檢查
4.3 應(yīng)用案例
實(shí)際測試中，Gasboard-2060在重復(fù)清潔過程中表現(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。
圖5 CVD腔室結(jié)構(gòu)及紅外傳感器測量點(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)測數(shù)據(jù)曲線