Làm thế nào để lựa chọn, sử dụng và bảo dưỡng thuyền PECVD?

1. Thuyền PECVD là gì?

1.1 Định nghĩa và chức năng cốt lõi

Thuyền PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) là một công cụ cốt lõi được sử dụng để vận chuyển các tấm wafer hoặc chất nền trong quy trình PECVD. Nó cần hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ cao (300-600°C), được kích hoạt bằng plasma và khí ăn mòn (như SiH₄, NH₃). Các chức năng chính của nó bao gồm:

● Định vị chính xác: đảm bảo khoảng cách giữa các wafer đồng đều và tránh nhiễu lớp phủ.
● Kiểm soát trường nhiệt: tối ưu hóa sự phân bổ nhiệt độ và cải thiện tính đồng nhất của màng.
● Rào cản chống ô nhiễm: Tách plasma khỏi khoang thiết bị để giảm nguy cơ ô nhiễm kim loại.

1.2 Cấu trúc và vật liệu điển hình

Lựa chọn vật liệu:

● Thuyền than chì (lựa chọn chính thống): độ dẫn nhiệt cao, chịu nhiệt độ cao, chi phí thấp, nhưng cần phủ lớp chống ăn mòn khí.
●Thuyền thạch anh: Độ tinh khiết cực cao, chống hóa chất, nhưng rất giòn và đắt tiền.
●Gốm sứ (như Al₂O₃): chịu mài mòn, thích hợp cho sản xuất tần số cao, nhưng dẫn nhiệt kém.

Các tính năng thiết kế chính:

● Khoảng cách khe: Phù hợp với độ dày của wafer (chẳng hạn như dung sai 0,3-1mm).
●Thiết kế lỗ luồng khí: tối ưu hóa phân phối khí phản ứng và giảm hiệu ứng cạnh.
●Lớp phủ bề mặt: Lớp phủ SiC, TaC hoặc DLC (cacbon giống kim cương) thông thường để kéo dài tuổi thọ.

2. Tại sao chúng ta phải chú ý đến hiệu suất của tàu PECVD?

2.1 Bốn yếu tố chính ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất quá trình

✔ Kiểm soát ô nhiễm:
Các tạp chất trong thân thuyền (như Fe và Na) bay hơi ở nhiệt độ cao, gây ra các lỗ kim hoặc rò rỉ trên màng thuyền.
Lớp phủ bị bong tróc sẽ tạo ra các hạt và gây ra lỗi lớp phủ (ví dụ, các hạt > 0,3μm có thể khiến hiệu suất của pin giảm 0,5%).

✔ Độ đồng đều của trường nhiệt:
Sự dẫn nhiệt không đều của thuyền than chì PECVD sẽ dẫn đến sự khác biệt về độ dày màng (ví dụ, theo yêu cầu về độ đồng đều là ±5%, chênh lệch nhiệt độ cần phải nhỏ hơn 10°C).

✔ Khả năng tương thích với Plasma:
Vật liệu không phù hợp có thể gây ra hiện tượng phóng điện bất thường và làm hỏng tấm wafer hoặc điện cực của thiết bị.

✔ Tuổi thọ và chi phí:
Vỏ thuyền chất lượng thấp cần phải thay thế thường xuyên (ví dụ mỗi tháng một lần) và chi phí bảo dưỡng hàng năm rất tốn kém.

3. Làm thế nào để lựa chọn, sử dụng và bảo dưỡng thuyền PECVD?

3.1 Phương pháp lựa chọn ba bước

Bước 1: Làm rõ các thông số quy trình

● Phạm vi nhiệt độ: Có thể lựa chọn lớp phủ Graphite + SiC dưới 450°C và yêu cầu lớp phủ thạch anh hoặc gốm ở mức trên 600°C.
●Loại khí: Khi chứa các khí ăn mòn như Cl2 và F-, phải sử dụng lớp phủ có mật độ cao.
●Kích thước tấm wafer: Độ bền của kết cấu thuyền 8 inch/12 inch khác biệt đáng kể và đòi hỏi phải có thiết kế phù hợp.

Bước 2: Đánh giá số liệu hiệu suất

Số liệu chính:

●Độ nhám bề mặt (Ra): ≤0.8μm (bề mặt tiếp xúc cần phải ≤0.4μm)
●Độ bền liên kết lớp phủ: ≥15MPa (tiêu chuẩn ASTM C633)
●Biến dạng ở nhiệt độ cao (600℃): ≤0,1mm/m (thử nghiệm 24 giờ)

Bước 3: Kiểm tra khả năng tương thích

● Phù hợp thiết bị: Xác nhận kích thước giao diện với các mô hình chính thống như AMAT Centura, centrotherm PECVD, v.v.
● Thử nghiệm sản xuất: Nên tiến hành thử nghiệm sản xuất với số lượng nhỏ từ 50-100 sản phẩm để kiểm tra tính đồng đều của lớp phủ (độ lệch chuẩn của độ dày màng sơn <3%).

3.2 Thực hành tốt nhất cho việc sử dụng và bảo trì

Thông số kỹ thuật hoạt động:

✔Quy trình vệ sinh trước:

● Trước khi sử dụng lần đầu, cần bắn phá Xinzhou bằng plasma Ar trong 30 phút để loại bỏ tạp chất bám trên bề mặt.

●Sau mỗi mẻ xử lý, SC1 (NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:1:5) được sử dụng để làm sạch nhằm loại bỏ cặn hữu cơ.

✔ Tải các điều cấm kỵ:

●Không được quá tải (ví dụ sức chứa tối đa được thiết kế là 50 chiếc, nhưng tải trọng thực tế phải ≤ 45 chiếc để dành chỗ cho việc mở rộng).

●Cạnh của tấm wafer phải cách mép thùng thuyền ≥2mm để tránh hiệu ứng cạnh plasma.

✔ Mẹo kéo dài tuổi thọ

● Sửa chữa lớp phủ: Khi độ nhám bề mặt Ra＞1.2μm, có thể phủ lại lớp phủ SiC bằng CVD (chi phí thấp hơn 40% so với thay thế).

✔ Kiểm tra thường xuyên:

● Hàng tháng: Kiểm tra tính toàn vẹn của lớp phủ bằng phương pháp giao thoa ánh sáng trắng.
●Hàng quý: Phân tích mức độ kết tinh của thuyền thông qua XRD (thuyền wafer thạch anh có pha tinh thể > 5% cần phải thay thế).

4. Những vấn đề thường gặp là gì?

Câu hỏi 1: Có thểthuyền PECVDcó thể được sử dụng trong quá trình LPCVD không?

A: Không khuyến khích! LPCVD có nhiệt độ cao hơn (thường là 800-1100°C) và cần chịu được áp suất khí cao hơn. Nó đòi hỏi phải sử dụng vật liệu có khả năng chống chịu tốt hơn với sự thay đổi nhiệt độ (như than chì đẳng tĩnh) và thiết kế khe cắm cần xem xét đến bù giãn nở nhiệt.
Câu hỏi 2: Làm thế nào để xác định thân thuyền có bị hỏng không?

A: Ngừng sử dụng ngay lập tức nếu xuất hiện các triệu chứng sau:
Các vết nứt hoặc lớp phủ bị bong tróc có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Độ lệch chuẩn của độ đồng đều lớp phủ wafer là >5% trong ba lô liên tiếp.
Độ chân không của buồng xử lý giảm hơn 10%.

Câu 3: Thuyền than chì so với thuyền thạch anh, nên chọn thế nào?

Kết luận: Thuyền than chì được ưa chuộng cho các tình huống sản xuất hàng loạt, trong khi thuyền thạch anh được cân nhắc cho nghiên cứu khoa học/quy trình đặc biệt.

Phần kết luận:

Mặc dùthuyền PECVDkhông phải là thiết bị chính, mà là “người bảo vệ thầm lặng” của sự ổn định quy trình. Từ lựa chọn đến bảo trì, mọi chi tiết đều có thể trở thành điểm đột phá quan trọng để cải thiện năng suất. Tôi hy vọng hướng dẫn này sẽ giúp bạn vượt qua màn sương mù kỹ thuật và tìm ra giải pháp tối ưu để giảm chi phí và cải thiện hiệu quả!