在先进半导体制程中,六氟化硫凭借稳定的化学特性与优异的刻蚀选择性,成为干法刻蚀、腔体清洗工序不可或缺的工艺气体,但其原料成本高、温室效应潜能是二氧化碳的23500倍,一旦用量失控,既推高生产成本,也带来不必要的环境负担。对于12英寸晶圆厂来说,单厂年六氟化硫使用量可达数十吨,哪怕1%的用量浪费,对应的经济与环境成本都十分可观,如何精准控制用量成为行业降本减碳的核心课题之一,适配六氟化硫特性的专业质量流量控制器,正是解决这一问题的核心设备。
传统的体积流量控制方案依赖转子流量计、节流装置,测量结果受管路温度、压力波动影响极大,对于分子量较大、易在低温高压下液化的六氟化硫来说,传统方案的整体误差通常在5%~10%之间,部分工况下甚至更高,多余输出的六氟化硫无法参与制程反应,最终只能作为废气处理,直接造成原料浪费。而质量流量控制器直接测量气体的质量流量,无需额外进行温压补偿,从测量原理上避免了工况波动带来的误差。针对六氟化硫专门校准的质量流量控制器,会根据六氟化硫独特的热传导系数修正测量曲线,整体控制精度可达到±0.2%读数以内,远高于传统控制方案的精度水平。
除了测量原理的优势,六氟化硫质量流量控制器的闭环动态控制能力,也从根源上减少了过量供气的浪费。半导体制程的不同工序对六氟化硫流量的需求是动态变化的,例如深沟槽刻蚀工序会根据刻蚀深度阶梯调整气体用量,普通开环控制方案响应滞后,流量过冲量通常可达设定值的10%以上,每一步参数调整都会产生不必要的过量供气。专业质量流量控制器采用PID闭环控制,响应时间可控制在100ms~500ms之间,能够跟随制程设定实时调整阀门开度,将流量波动控制在±0.1%满量程以内,几乎消除了动态调整过程中的流量过冲,从每一步工序中挤出了浪费空间。
从实际量产数据来看,采用专业六氟化硫质量流量控制器的12英寸晶圆产线,刻蚀工序单晶圆六氟化硫用量偏差可从传统方案的7%~12%,压缩至1%以内。以月产10万片12英寸晶圆的工厂计算,单晶圆六氟化硫理论用量约1.2标准升,改造后单厂年可减少六氟化硫浪费超过1.2吨,对应节省原料成本超过20万元,同时减少的温室效应相当于近3万吨二氧化碳排放,降本与环保效益十分显著。针对多工位共用气源的产线,质量流量控制器还能抵消气源切换、邻工位用气带来的管路压力波动,避免压力升高导致的意外过量供气,进一步稳定用量控制水平。
随着半导体制程先进化发展,3nm、5nm等先进工艺对刻蚀均匀性的要求不断提升,对工艺气体流量控制精度的要求也水涨船高,专业适配的六氟化硫质量流量控制器不仅能够帮助晶圆厂提升制程良率,更通过精准的用量控制实现了降本减碳的双重目标,已经成为先进半导体制程气体系统的标准配置。
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