國產(chǎn)替代方案破解半導(dǎo)體制造工藝兩大氣體監(jiān)測難題

高精密的半導(dǎo)體制造對生產(chǎn)工藝過程要求嚴(yán)苛，腔室氣體的高精度監(jiān)測逐漸成為配置需求。從薄膜沉積腔室的清潔終點(diǎn)判斷，到ppm級微量氧的實(shí)時(shí)監(jiān)測，氣體監(jiān)測的精度直接關(guān)系到工藝穩(wěn)定性與產(chǎn)品良率。長期以來，該領(lǐng)域的核心檢測設(shè)備高度依賴進(jìn)口。如今，氣體監(jiān)測方案提供商已實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)突破。本文將聚焦CVD腔室清潔終點(diǎn)監(jiān)測、微量氧污染管控這兩大工藝難題，探討如何依托高精度、自主可控的國產(chǎn)化方案，破解半導(dǎo)體制造中氣體監(jiān)測的關(guān)鍵痛點(diǎn)。

一、半導(dǎo)體制造工藝氣體監(jiān)測面臨的挑戰(zhàn)

1、CVD腔室清潔終點(diǎn)難判定，良率與成本難以兩全

薄膜沉積是半導(dǎo)體制造的核心工藝。為保障工藝穩(wěn)定，需定期采用NF?氣體清除CVD腔室內(nèi)壁沉積物。清潔終點(diǎn)的精準(zhǔn)控制直接影響良率與成本：清潔不足導(dǎo)致殘留沉積物形成顆粒污染，降低良率；過度清潔則增加NF?消耗，延長停機(jī)時(shí)間并縮短腔室壽命，推高生產(chǎn)成本。傳統(tǒng)方法依賴經(jīng)驗(yàn)時(shí)間控制清潔終點(diǎn)，但最佳時(shí)長受沉積厚度、溫度、壓力、氣體流量及材料化學(xué)組成等多變量影響，且參數(shù)可能隨時(shí)間漂移。實(shí)際生產(chǎn)中，為保證潔凈度往往延長清潔時(shí)間，進(jìn)一步增加了 NF?使用成本。

2、微量氧污染難管控，引發(fā)元件性能與可靠性下降

半導(dǎo)體工藝對氧氣高度敏感，低至ppm級別的微量氧氣也可能引發(fā)不必要的氧化反應(yīng)，導(dǎo)致集成電路和硅片缺陷，破壞薄膜結(jié)構(gòu)完整性，影響產(chǎn)品均勻性與可靠性。實(shí)際生產(chǎn)中，微量氧監(jiān)測面臨三大核心難點(diǎn)：一是需精確監(jiān)測10 ppm以下超低濃度氧氣，二是需支持真空環(huán)境下的持續(xù)氧濃度監(jiān)測，三是需在還原性氣氛中確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

上述三大難題制約著半導(dǎo)體工藝效率與產(chǎn)品良率。目前，推動該類氣體分析儀器的國產(chǎn)化已成為國家戰(zhàn)略層面的迫切需求。根據(jù)2025年《政府工作報(bào)告》的要求，突破關(guān)鍵核心技術(shù)、推動國產(chǎn)替代，對保障產(chǎn)業(yè)鏈安全具有重大意義。

二、國產(chǎn)化破局：四方儀器紅外氣體傳感器與微量氧分析儀，破解半導(dǎo)體制造過程氣體監(jiān)測難題

在氣體分析領(lǐng)域擁有超過20年工業(yè)級應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的四方光電（武漢）儀器有限公司，精準(zhǔn)洞察半導(dǎo)體行業(yè)痛點(diǎn)，依托核心氣體傳感技術(shù)平臺，成功推出CVD腔室清潔終點(diǎn)監(jiān)測與半導(dǎo)體工藝微量氧監(jiān)測產(chǎn)品方案，并在國內(nèi)行業(yè)頭部企業(yè)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化替代的成熟應(yīng)用。

1、四方儀器紅外氣體傳感器Gasboard-2060——精準(zhǔn)監(jiān)測CVD腔室清潔終點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化升級

針對薄膜沉積設(shè)備清潔終點(diǎn)檢測需求，四方儀器推出全自研紅外氣體傳感器Gasboard-2060，通過精準(zhǔn)監(jiān)測SiF?濃度實(shí)現(xiàn)對CVD腔室清潔終點(diǎn)的精準(zhǔn)控制。

用于確定清潔終點(diǎn)時(shí)間的SiF?濃度曲線（Johnson et al. 2004）

紅外氣體傳感器Gasboard-2060

產(chǎn)品特點(diǎn)：

（1） 雙光束紅外（NDIR）技術(shù)：顯著提升抗干擾能力；

（2） 環(huán)境適應(yīng)性：通過參考通道補(bǔ)償溫度、濕度及交叉氣體干擾，確保測量穩(wěn)定性；

（3）高精度：量程0~200mTorr，準(zhǔn)確度≤±1.0% F.S.，響應(yīng)時(shí)間T90≤2秒。

實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證：精準(zhǔn)監(jiān)測清潔終點(diǎn)，助力CVD設(shè)備升級

實(shí)際測試中，紅外氣體傳感器Gasboard-2060在重復(fù)清潔過程中表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性。客戶反饋其性能已達(dá)到或超越進(jìn)口產(chǎn)品，成功實(shí)現(xiàn)清潔終點(diǎn)的精準(zhǔn)控制，助力CVD設(shè)備工藝升級。

CVD設(shè)備2次重復(fù)腔室清潔試驗(yàn)的Gasboard-2060實(shí)測數(shù)據(jù)曲線

2、四方儀器微量氧分析儀Gasboard-3050系列——精準(zhǔn)捕捉ppm級微量氧氣，賦能精密制造

針對半導(dǎo)體及電子行業(yè)低濃度氧氣監(jiān)測需求，四方儀器長期專注于氧化鋯傳感器及氣體分析儀的研發(fā)與推廣，成功開發(fā)出微量氧分析儀Gasboard-3050系列。該產(chǎn)品分辨率達(dá)0.1 ppm，量程覆蓋0–10 ppm至100% O?，搭載經(jīng)現(xiàn)場驗(yàn)證的氧化鋯傳感器，具備優(yōu)異的再現(xiàn)性與高速響應(yīng)特性。

四方儀器微量氧分析儀Gasboard-3052

微量氧分析儀Gasboard-3052

四方儀器微量氧分析儀Gasboard-3052采用遠(yuǎn)程原位傳感器設(shè)計(jì)，可通過真空接頭直接安裝于真空腔體，即插即用，其氧化鋯傳感器壽命長、穩(wěn)定性高，在適當(dāng)維護(hù)條件下可多年免更換。適用于需持續(xù)監(jiān)測氧濃度的場景，如半導(dǎo)體設(shè)備、手套箱、氮?dú)夤芫€、真空腔體及其他低氧/無氧環(huán)境，廣泛用于半導(dǎo)體制造、OLED生產(chǎn)、3D打印等使用惰性氣體的工業(yè)場合。

四方儀器氧分析儀Gasboard-3053

氧分析儀Gasboard-3053

該型號為抽取集成式設(shè)計(jì)，整合了寬量程氧化鋯傳感器、前處理單元和采樣泵，適用于除真空腔體外的多種應(yīng)用場景，如SMT工藝中的回流焊爐等。

典型應(yīng)用場景

四方儀器Gasboard-3050系列可滿足半導(dǎo)體及相關(guān)領(lǐng)域絕大多數(shù)氧濃度監(jiān)測需求，典型應(yīng)用包括但不限于：

三、結(jié)語：以國產(chǎn)替代筑牢半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的安全防線

從傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)判斷到精準(zhǔn)數(shù)據(jù)驅(qū)動，從核心設(shè)備依賴進(jìn)口到關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)替代，四方儀器以全國產(chǎn)自研的氣體傳感技術(shù)平臺，為國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)提供可靠的國產(chǎn)化氣體分析解決方案，筑牢我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的安全防線。