จะเลือกใช้และบำรุงรักษาเรือ PECVD อย่างไร?

1.เรือ PECVD คืออะไร?

1.1 คำจำกัดความและฟังก์ชันหลัก

เรือ PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) เป็นเครื่องมือหลักที่ใช้ในการขนส่งเวเฟอร์หรือสารตั้งต้นในกระบวนการ PECVD โดยต้องทำงานได้อย่างเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง (300-600°C) ที่มีการกระตุ้นด้วยพลาสมาและก๊าซที่กัดกร่อน (เช่น SiH₄, NH₃) ฟังก์ชันหลัก ได้แก่:

● การวางตำแหน่งที่แม่นยำ: ให้แน่ใจว่าระยะห่างของเวเฟอร์สม่ำเสมอและหลีกเลี่ยงการรบกวนของการเคลือบ
● การควบคุมสนามความร้อน: เพิ่มประสิทธิภาพการกระจายอุณหภูมิและปรับปรุงความสม่ำเสมอของฟิล์ม
● ชั้นป้องกันมลภาวะ: แยกพลาสมาจากช่องอุปกรณ์เพื่อลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนของโลหะ

1.2 โครงสร้างและวัสดุทั่วไป

การเลือกใช้วัสดุ:

● เรือกราไฟต์ (ตัวเลือกหลัก): การนำความร้อนสูง ทนอุณหภูมิสูง ต้นทุนต่ำ แต่ต้องมีการเคลือบเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของก๊าซ
เรือควอตซ์: มีความบริสุทธิ์สูงมาก ทนทานต่อสารเคมี แต่เปราะบางมากและมีราคาแพง
เซรามิก (เช่น Al₂O₃): ทนทานต่อการสึกหรอ เหมาะสำหรับการผลิตความถี่สูง แต่การนำความร้อนไม่ดี

คุณสมบัติการออกแบบที่สำคัญ:

● ระยะห่างของช่อง: ความหนาของเวเฟอร์ที่ตรงกัน (เช่น ความคลาดเคลื่อน 0.3-1 มม.)
การออกแบบรูระบายอากาศ: เพิ่มประสิทธิภาพการกระจายแก๊สปฏิกิริยาและลดเอฟเฟกต์ขอบ
การเคลือบพื้นผิว: การเคลือบ SiC ทั่วไป, TaC หรือ DLC (คาร์บอนคล้ายเพชร) เพื่อยืดอายุการใช้งาน

2.เหตุใดเราจึงต้องใส่ใจประสิทธิภาพการทำงานของเรือ PECVD?

2.1 ปัจจัยหลักสี่ประการที่ส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตของกระบวนการ

✔ การควบคุมมลพิษ:
สิ่งเจือปนในตัวเรือ (เช่น Fe และ Na) จะระเหยที่อุณหภูมิสูง ทำให้เกิดรูพรุนหรือการรั่วไหลในฟิล์ม
การลอกของสารเคลือบจะทำให้เกิดอนุภาคต่างๆ และทำให้เกิดข้อบกพร่องของสารเคลือบ (ตัวอย่างเช่น อนุภาคที่มีขนาด > 0.3μm อาจทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลง 0.5%)

✔ ความสม่ำเสมอของสนามความร้อน:
การนำความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของเรือกราไฟต์ PECVD จะส่งผลให้ความหนาของฟิล์มแตกต่างกัน (เช่น ภายใต้ข้อกำหนดความสม่ำเสมอ ±5% ความแตกต่างของอุณหภูมิจะต้องน้อยกว่า 10°C)

✔ ความเข้ากันได้ของพลาสม่า:
วัสดุที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดการคายประจุผิดปกติและอาจทำให้เวเฟอร์หรืออิเล็กโทรดของอุปกรณ์เสียหายได้

✔ อายุการใช้งานและค่าใช้จ่าย:
ตัวเรือคุณภาพต่ำจำเป็นต้องเปลี่ยนบ่อยครั้ง (เช่น เดือนละครั้ง) และมีค่าบำรุงรักษารายปีแพง

3. จะเลือกใช้งานและบำรุงรักษาเรือ PECVD อย่างไร?

3.1 วิธีการเลือกสามขั้นตอน

ขั้นตอนที่ 1: ชี้แจงพารามิเตอร์กระบวนการ

● ช่วงอุณหภูมิ: สามารถเลือกการเคลือบกราไฟท์ + SiC ได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 450°C และต้องใช้ควอตซ์หรือเซรามิกที่อุณหภูมิสูงกว่า 600°C
ประเภทก๊าซ: เมื่อมีก๊าซกัดกร่อน เช่น Cl2 และ F- ต้องใช้สารเคลือบที่มีความหนาแน่นสูง
ขนาดเวเฟอร์: ความแข็งแรงของโครงสร้างเรือขนาด 8 นิ้ว/12 นิ้ว แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด และต้องมีการออกแบบที่ตรงเป้าหมาย

ขั้นตอนที่ 2: ประเมินตัวชี้วัดประสิทธิภาพ

ตัวชี้วัดที่สำคัญ:

ความหยาบของพื้นผิว (Ra) : ≤0.8μm (พื้นผิวสัมผัสต้องอยู่ที่ ≤0.4μm)
ความแข็งแรงพันธะเคลือบ: ≥15MPa（มาตรฐาน ASTM C633)
การเสียรูปอุณหภูมิสูง (600℃) : ≤0.1mm/m (ทดสอบ 24 ชั่วโมง)

ขั้นตอนที่ 3: ตรวจสอบความเข้ากันได้

● การจับคู่อุปกรณ์: ยืนยันขนาดอินเทอร์เฟซด้วยรุ่นหลักเช่น AMAT Centura, centrotherm PECVD เป็นต้น
● การทดสอบการผลิตทดลอง: ขอแนะนำให้ทำการทดสอบแบบเป็นชุดเล็กจำนวน 50-100 ชิ้นเพื่อตรวจสอบความสม่ำเสมอของการเคลือบ (ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของความหนาของฟิล์ม <3%)

3.2 แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานและการบำรุงรักษา

ข้อมูลจำเพาะการใช้งาน:

ขั้นตอนการทำความสะอาดเบื้องต้น:

● ก่อนใช้งานครั้งแรก ต้องยิงพลาสม่า Ar ลงบน Xinzhou เป็นเวลา 30 นาที เพื่อกำจัดสิ่งสกปรกที่ดูดซับอยู่บนพื้นผิว

หลังจากกระบวนการแต่ละชุด SC1 (NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:1:5) จะถูกใช้เพื่อทำความสะอาดเพื่อขจัดสารตกค้างอินทรีย์

✔ ข้อห้ามในการโหลด:

ห้ามบรรจุเกิน (เช่น ออกแบบความจุสูงสุดไว้ที่ 50 ชิ้น แต่ปริมาณบรรจุจริงควรไม่เกิน 45 ชิ้น เพื่อสำรองพื้นที่สำหรับการขยาย)

ขอบของเวเฟอร์ต้องห่างจากปลายถังเรือ ≥ 2 มม. เพื่อป้องกันเอฟเฟกต์ขอบพลาสม่า

✔ เคล็ดลับการยืดอายุ

● การซ่อมแซมการเคลือบ: เมื่อความหยาบของพื้นผิว Ra＞1.2μm สามารถเคลือบ SiC ซ้ำได้โดยใช้ CVD (ต้นทุนต่ำกว่าการเปลี่ยนใหม่ 40%)

✔ ทดสอบเป็นประจำ:

● รายเดือน: ตรวจสอบความสมบูรณ์ของการเคลือบโดยใช้การรบกวนแสงสีขาว
รายไตรมาส: วิเคราะห์ระดับการตกผลึกของเรือโดยใช้ XRD (เรือเวเฟอร์ควอตซ์ที่มีเฟสผลึก > 5% จำเป็นต้องเปลี่ยน)

4. ปัญหาที่พบบ่อยมีอะไรบ้าง?

คำถามที่ 1: สามารถเรือPECVDนำมาใช้ในกระบวนการ LPCVD ได้อย่างไร?

A: ไม่แนะนำ! LPCVD มีอุณหภูมิสูงกว่า (ปกติอยู่ที่ 800-1100°C) และต้องทนต่อแรงดันแก๊สที่สูงขึ้น จึงต้องใช้วัสดุที่ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมากกว่า (เช่น กราไฟท์ไอโซสแตติก) และการออกแบบช่องต้องคำนึงถึงการชดเชยการขยายตัวเนื่องจากความร้อน
คำถามที่ 2: จะตรวจสอบได้อย่างไรว่าตัวเรือเสียหายหรือไม่?

A: หยุดใช้ทันทีหากเกิดอาการดังต่อไปนี้:
รอยแตกร้าวหรือการลอกของเคลือบสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของความสม่ำเสมอของการเคลือบเวเฟอร์อยู่ที่ >5% สำหรับ 3 ชุดติดต่อกัน
ระดับสูญญากาศของห้องกระบวนการลดลงมากกว่า 10%

คำถามที่ 3: เรือกราไฟต์กับเรือควอตซ์ ควรเลือกอย่างไร?

สรุป: เรือกราไฟต์ได้รับความนิยมสำหรับสถานการณ์การผลิตจำนวนมาก ในขณะที่เรือควอตซ์ได้รับความนิยมสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์/กระบวนการพิเศษ

บทสรุป:

แม้ว่าเรือPECVDไม่ใช่อุปกรณ์หลัก แต่เป็น “ผู้พิทักษ์เงียบ” ของเสถียรภาพของกระบวนการ ตั้งแต่การคัดเลือกไปจนถึงการบำรุงรักษา ทุกรายละเอียดอาจกลายเป็นจุดเปลี่ยนแปลงสำคัญสำหรับการปรับปรุงผลผลิต ฉันหวังว่าคู่มือนี้จะช่วยให้คุณฝ่าฟันความสับสนทางเทคนิคและค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดสำหรับการลดต้นทุนและการปรับปรุงประสิทธิภาพ!