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一文了解真空分子泵在半导体行业的应用
标签: 分子泵
2022-09-18  阅读

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  【康沃真空网】半导体行业是全球信息化产业的基石,无论从科技或是经济发展的角度来看,重要性都是不言而喻的。5G、人工智能、大数据、物联网等新兴技术的发展源源不断地给半导体行业注入崭新活力。真空技术作为一门与应用科学紧密结合的现代基础科学,在半导体行业有着广泛的应用。其中,分子作为很多半导体制造设备的零部件之一,广泛应用于IC生产制造的各个工艺。下面小编就带您走进半导体产业链,并一起探索分子泵在半导体行业的应用。

  一、半导体产业链

  半导体产业链包括上游的半导体支撑产业,中游的半导体制造产业以及下游的半导体应用产业。半导体支撑产业包括半导体材料及设备,其中真空产品主要在半导体设备领域应用;中游半导体制造的核心是集成电路制造,包括IC设计、IC制造以及IC封测;下游的半导体应用领域众多,全球半导体应用领域排名前三的行业是通信及智能手机、PC/平板、工业/医疗。

一文了解真空分子泵在半导体行业的应用

图1  半导体产业链

  IC制造行业属于典型的技术密集型行业,产品技术含量非常高,同时对配套产业要求较高,其中就包括真空设备配套产业。真空设备(真空阀、真空泵、真空腔体及管道等)是半导体各工艺制程环节必备的通用设备,广泛应用于芯片生产制造过程。

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图2  半导体制造设备及工艺流程

  半导体器件的生产制造工艺极其复杂,需要在高纯度硅片上执行一系列精密的物理或者化学操作,例如掺入相应的其它元素、形成多种金属薄膜和绝缘膜、进行表面的刻蚀处理等。这些复杂的生产制造工艺都需要在分子泵维持的高真空环境下进行,而且对真空系统和真空设备的洁净度也有着很高的要求。

  二、分子泵在半导体设备中的应用

  在半导体生产制造工艺中,分子泵广泛应用于光刻机、薄膜沉积设备、刻蚀设备、离子注入机等关键设备。

  1、光刻机

  光刻机是生产大规模集成电路的核心设备,制造和维护需要高度的光学和电子工业基础,世界上只有少数厂家掌握,因此光刻机价格昂贵。光刻机光刻过程必须在高真空环境中实现,原因是极紫外光很娇贵,在空气中容易损耗。同时,在光刻过程中,设备的动作时间误差以皮秒计,这对磁悬浮分子泵的振动值要求极高。(注:皮秒=兆分之一秒)

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图3  某品牌光刻机内部示意图

  2、薄膜沉积设备

  薄膜沉积指在晶圆表面生成多种薄膜,这些薄膜可以是绝缘体、半导体或导体。它们由不同的材料组成,是使用多种工艺生长或沉积的。通用的沉积技术有化学气相淀积(CVD)、蒸发和溅射PVD。一般来说,其中还要夹杂低温(≤500℃)退火工艺等热处理工艺,用以增进金属层和半导体之间的低电阻接触、消除内应力等。设备运行过程中需要高洁净的真空环境,一般采用以磁悬浮分子泵为主的无油真空系统。

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图4  某品牌薄膜沉积设备

  3、刻蚀设备

  刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要材料的过程。刻蚀的基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形。现代化的干法刻蚀设备包括复杂的机械、电气和真空系统,同时配有自动化的刻蚀终点检测和控制装置。刻蚀应用工况复杂,清洁性差,充入特种气体种类繁多,因此需要特殊处理的干泵和磁悬浮分子泵。

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图5  某品牌刻蚀设备

  5、离子注入设备

  离子注入设备:离子注入是指在真空环境下,当离子束射向固体材料时,受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来,并最终停留在固体材料中的现象。离子注入是半导体表面附近区域进行掺杂的主要技术,其目的是改变半导体的载流子浓度和导电类型。离子注入机是集成电路制造工序中的关键设备,需要高清洁的真空环境,以保证离子掺杂浓度和剂量的准确性。

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图6  某品牌离子注入设备