半導體行業(yè)薄膜沉積設備腔室清潔終點檢測解決方案

2025年05月15日 15:30:33人氣：135來源：四方光電（武漢）儀器有限公司

　　1.腔室清潔終點精確控制的重要性與挑戰(zhàn)

　　薄膜沉積(如CVD/ALD)、光刻和刻蝕是半導體制造的三大核心工藝，其中薄膜沉積作為基礎環(huán)節(jié)，負責金屬、介質及半導體薄膜的制備。為確保薄膜沉積工藝的穩(wěn)定性，需定期使用NF?對腔室進行清潔，以去除積聚的聚合物材料。

　　精確控制清潔終點至關重要：

　　●清潔不足：殘留沉積物會形成顆粒污染，導致產品良率下降

　　●過度清潔：增加NF?消耗、延長設備停機時間并縮短腔室壽命。

　　傳統(tǒng)方法依賴經驗時間控制清潔終點，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。

　　2.腔室清潔終點副產物氣體檢測方法的基本理論

　　腔室清潔的原理是NF?與沉積物反應生成氣體(如SiF?)后通過泵排出。清潔過程中，SiF?分壓會經歷以下變化：

　　●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)提出通過質譜儀實時監(jiān)測SiF?分壓來確定清潔終點。由于氣體排出存在滯后，終點定義為SiF?濃度曲線后沿漸近線與基線水平線的交點(圖1)。近年來，紅外氣體傳感器因其實時性和可靠性，已成為主流檢測手段。

　　圖1 用于確定清潔終點時間的SiF?濃度曲線(Johnson et al. 2004)

　　3.腔室清潔終點檢測設備的國產化替代需求

　　2025年3月5日，國務院總理在《政府工作報告》中強調“以科技創(chuàng)新推動關鍵核心技術自主可控"，半導體產業(yè)被列為國家戰(zhàn)略支柱。然而，半導體設備關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險。國產化替代不僅是技術自主的必然要求，更是保障產業(yè)鏈安全的關鍵舉措。

　　4.解決方案

　　四方儀器作為紅外氣體傳感器制造商，針對薄膜沉積設備清潔終點檢測需求，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 技術優(yōu)勢

　　●雙光束紅外(NDIR)技術：采用電調制光源和集成雙通道探測器，顯著提升抗干擾能力；

　　●環(huán)境適應性：通過參考通道補償溫度、濕度及交叉氣體干擾，確保測量穩(wěn)定性；

　　●高精度：量程0~200 mTorr，準確度≤±1.0% F.S.，響應時間T90≤2秒。

　　圖3 Gasboard-2060 SiF?紅外氣體傳感器光學結構

　　4.2 產品性能

　　實驗室測試顯示，傳感器的線性準確度(圖4)、響應時間(圖4)、重復性和檢出限等均滿足CVD腔室清潔的實時監(jiān)測需求。

　　表1 Gasboard-2060 SiF?紅外氣體傳感器的技術參數(shù)

測量原理	NDIR
測量氣體	SiF?、CF4、SF6、NF3、CO2
量程范圍	0~200 mTorr
準確度	≤±1.0% F.S.
重復性	≤±0.5% F.S.
檢出限（3σ）	≤±0.5% F.S.
響應時間（T90）	≤2s

　　圖4 Gasboard-2060 SiF?紅外氣體傳感器的線性檢查與響應時間檢查

　　4.3 應用案例

　　實際測試中，Gasboard-2060在重復清潔過程中表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性(圖6)。客戶反饋其性能已達到或超越進口產品，成功實現(xiàn)清潔終點的精準控制，助力CVD設備技術升級。

　　圖5 CVD腔室結構及紅外傳感器測量點

　　圖6 CVD設備2次重復腔室清潔試驗的Gasboard-2060 SiF?實測數(shù)據(jù)曲線

關鍵詞：質譜儀傳感器檢測設備

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