כיצד לבחור, להשתמש ולתחזק סירת PECVD?

1. מהי סירת PECVD?

1.1 הגדרה ותפקידי ליבה

סירת PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) היא כלי מרכזי המשמש לנשיאת פרוסות סיליקון או מצעים בתהליך PECVD. היא צריכה לעבוד ביציבות בסביבה של טמפרטורה גבוהה (300-600°C), גזים המופעלים על ידי פלזמה וגזים קורוזיביים (כגון SiH₄, NH₃). תפקידיה העיקריים כוללים:

● מיקום מדויק: יש להבטיח מרווח אחיד בין פרוסות סיליקון ולהימנע מהפרעות ציפוי.
● בקרת שדה תרמי: אופטימיזציה של פיזור הטמפרטורה ושיפור אחידות הסרט.
● מחסום נגד זיהום: מבודד פלזמה מחלל הציוד כדי להפחית את הסיכון לזיהום מתכת.

1.2 מבנים וחומרים אופייניים

בחירת חומרים:

● סירת גרפיט (בחירה רגילה): מוליכות תרמית גבוהה, עמידות בטמפרטורה גבוהה, עלות נמוכה, אך דורשת ציפוי למניעת קורוזיה בגז.
●סירת קוורץ: טוהר גבוה במיוחד, עמידה כימית, אך שבירה ויקרה מאוד.
●קרמיקה (כגון Al₂O₃): עמידה בפני שחיקה, מתאימה לייצור בתדר גבוה, אך מוליכות תרמית ירודה.

מאפייני עיצוב מרכזיים:

● מרווח חריצים: התאמת עובי פרוסת הוופל (כגון סבילות של 0.3-1 מ"מ).
●עיצוב חור זרימת אוויר: אופטימיזציה של פיזור גז תגובה והפחתת אפקט קצה.
●ציפוי פני השטח: ציפוי SiC, TaC או DLC (פחמן דמוי יהלום) נפוץ להארכת חיי השירות.

2. מדוע עלינו לשים לב לביצועי סירות PECVD?

2.1 ארבעה גורמים עיקריים המשפיעים ישירות על תפוקת התהליך

✔ בקרת זיהום:
זיהומים בגוף הסירה (כגון Fe ו-Na) מתנדפים בטמפרטורות גבוהות, וגורמים לחורים או דליפות בסרט.
קילוף הציפוי יכניס חלקיקים ויגרום לפגמים בציפוי (לדוגמה, חלקיקים > 0.3 מיקרומטר עלולים לגרום לירידה של 0.5% ביעילות הסוללה).

✔ אחידות שדה תרמי:
הולכת חום לא אחידה של סירת הגרפיט PECVD תוביל להבדלים בעובי הסרט (לדוגמה, תחת דרישת אחידות של ±5%, הפרש הטמפרטורה צריך להיות פחות מ-10 מעלות צלזיוס).

✔ תאימות פלזמה:
חומרים לא מתאימים עלולים לגרום לפריקה חריגה ולנזק לפריקה או לאלקטרודות של המכשיר.

✔ אורך חיים ועלות:
יש להחליף גופי סירות באיכות ירודה לעתים קרובות (למשל פעם בחודש), ועלויות התחזוקה השנתיות יקרות.

3. כיצד לבחור, להשתמש ולתחזק סירת PECVD?

3.1 שיטת בחירה בת שלושה שלבים

שלב 1: הבהרת פרמטרי התהליך

● טווח טמפרטורות: ניתן לבחור ציפוי גרפיט + SiC מתחת ל-450°C, ונדרש קוורץ או קרמיקה מעל 600°C.
●סוג גז: כאשר מכילים גזים קורוזיביים כגון Cl2 ו-F-, יש להשתמש בציפוי בעל צפיפות גבוהה.
●גודל פרוסה: חוזק מבנה הסירה בגודל 8 אינץ'/12 אינץ' שונה באופן משמעותי ודורש תכנון ממוקד.

שלב 2: הערכת מדדי ביצועים

מדדים מרכזיים:

●חספוס פני השטח (Ra): ≤0.8 מיקרומטר (משטח מגע צריך להיות ≤0.4 מיקרומטר)
●חוזק קשירת ציפוי: ≥15MPa (תקן ASTM C633)
●עיוות בטמפרטורה גבוהה (600℃): ≤0.1 מ"מ/מ"ר (בדיקה של 24 שעות)

שלב 3: אימות תאימות

● התאמת ציוד: אשר את גודל הממשק עם דגמים נפוצים כגון AMAT Centura, centrotherm PECVD וכו'.
● בדיקת ייצור ניסיונית: מומלץ לבצע בדיקת אצווה קטנה של 50-100 יחידות כדי לוודא את אחידות הציפוי (סטיית תקן של עובי שכבה <3%).

3.2 שיטות עבודה מומלצות לשימוש ותחזוקה

מפרט פעולה:

✔תהליך ניקוי מקדים:

● לפני השימוש הראשון, יש להפציץ את שינג'ואו בפלזמת ארדן למשך 30 דקות כדי להסיר זיהומים שנספגו על פני השטח.

●לאחר כל אצווה של תהליך, SC1 ‏(NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:1:5) משמש לניקוי והסרת שאריות אורגניות.

✔ טוען טאבו:

●העמסת יתר אסורה (לדוגמה, הקיבולת המקסימלית מתוכננת להיות 50 יחידות, אך העומס בפועל צריך להיות ≤ 45 יחידות כדי לשמור מקום להתרחבות).

●קצה הפרוסה חייב להיות במרחק של ≥2 מ"מ מקצה מיכל הסירה כדי למנוע אפקטים של קצה הפלזמה.

✔ טיפים להארכת החיים

● תיקון ציפוי: כאשר חספוס פני השטח Ra > 1.2 מיקרומטר, ניתן לייצר מחדש את ציפוי ה-SiC באמצעות CVD (העלות נמוכה ב-40% מהחלפה).

✔ בדיקות תקופתיות:

● חודשי: בדיקת שלמות הציפוי באמצעות אינטרפרומטריית אור לבן.
●רבעוני: ניתוח דרגת ההתגבשות של הסירה באמצעות XRD (יש להחליף סירה של פרוסות קוורץ עם פאזה גבישית > 5%).

4. מהן הבעיות הנפוצות?

שאלה 1: האם הסירת PECVDלשמש בתהליך LPCVD?

א: לא מומלץ! ל-LPCVD טמפרטורה גבוהה יותר (בדרך כלל 800-1100 מעלות צלזיוס) וצריך לעמוד בלחץ גז גבוה יותר. זה דורש שימוש בחומרים עמידים יותר לשינויי טמפרטורה (כגון גרפיט איזוסטטי), ותכנון החריץ צריך לקחת בחשבון פיצוי על התפשטות תרמית.
שאלה 2: כיצד לקבוע אם גוף הסירה נכשל?

א: יש להפסיק את השימוש באופן מיידי אם מופיעים התסמינים הבאים:
סדקים או קילוף ציפוי נראים לעין בלתי מזוינת.
סטיית התקן של אחידות ציפוי הוופל הייתה >5% במשך שלוש קבוצות רצופות.
דרגת הוואקום של תא התהליך ירדה ביותר מ-10%.

שאלה 3: סירת גרפיט לעומת סירת קוורץ, איך לבחור?

סיכום: סירות גרפיט עדיפות לייצור המוני, בעוד שסירות קוורץ נחשבות למחקר מדעי/תהליכים מיוחדים.

מַסְקָנָה:

למרות ש-סירת PECVDאינו הציוד העיקרי, אלא "השומר השקט" של יציבות התהליך. מבחירה ועד תחזוקה, כל פרט עשוי להפוך לנקודת פריצת דרך מרכזית לשיפור התפוקה. אני מקווה שמדריך זה יעזור לכם לחדור את הערפל הטכני ולמצוא את הפתרון האופטימלי להפחתת עלויות ושיפור יעילות!